(57)【要約】【課題】格子の中央部分をＸ線撮影に支障を来さないように冷却する。【解決手段】第２の格子ユニット１４は、Ｘ線透過性を有する材質からなる格子基板３１を含む格子体２３を備えており、格子基板３１には、流体状のＸ線吸収性格子媒体２２が流動することにより、Ｘ線位相コントラスト画像撮影用の格子として機能する複数の溝３４ａが設けられている。Ｘ線吸収性格子媒体２２は、貯留タンク２６に貯留されており、循環ポンプ２７により供給路２４を介して格子体２３に供給され、回収路２５を介して貯留タンク２６に回収される。貯留タンク２６内のＸ線吸収性格子媒体２２は、冷却器２８により冷却される。【選択図】図２
2012149982.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の溝からなる格子部が設けられた格子基板と、前記格子基板に接合されて前記溝のそれぞれを個別の流路とする封止板とを有する格子体と、
前記溝内に、前記格子基板とは放射線の吸収性が異なる流体状の格子媒体を流動させる流動手段と、
前記格子体の外部で前記格子媒体を冷却する冷却手段と、
を備えたことを特徴とする放射線画像撮影用格子ユニット。
【請求項２】
前記格子基板には、前記格子部の一端側に、前記複数の溝内に前記格子媒体を分配する第１の流路が設けられ、前記格子部の他端側に、前記複数の溝から流れ出た前記格子媒体を集める第２の流路が設けられていることを特徴とする請求項１記載の放射線画像撮影用格子ユニット。
【請求項３】
前記流動手段は、前記第１の流路に一端が接続された供給路と、前記第２の流路に一端が接続された回収路と、前記供給路及び前記回収路の他端が接続された貯留タンクと、前記貯留タンク内に貯留された前記格子媒体を前記供給路、前記格子体、前記回収路及び前記貯留タンクの順に循環させる循環ポンプと、を含むことを特徴とする請求項２記載の放射線画像撮影用格子ユニット。
【請求項４】
前記格子体は、放射線透過性を有し、前記格子媒体は、前記格子体よりも高い放射線吸収性を有することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の放射線画像撮影用格子ユニット。
【請求項５】
前記溝を構成する隔壁を放射線吸収材によって構成し、前記格子媒体は、前記格子基板よりも高い放射線透過性を有することを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の放射線画像撮影用格子ユニット。
【請求項６】
前記複数の溝の内壁に、前記格子媒体の流動性を向上させる流動性改善膜を設けたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の放射線画像撮影用格子ユニット。
【請求項７】
請求項１から６いずれか１項に記載の放射線画像撮影用格子ユニットにより構成された少なくとも１つの格子ユニットと、
前記格子ユニットに向けて放射線を放射する放射線源と、
前記格子ユニットを介して放射線を検出し画像データを生成する放射線画像検出器と、
前記格子ユニットの前記流動手段及び前記冷却手段を制御する制御部と、
前記放射線画像検出器により得られる画像データに基づいて位相コントラスト画像を生成する画像処理部と、
を備えることを特徴とする放射線画像撮影システム。
【請求項８】
前記格子体の温度を測定する温度センサを有し、前記制御部は、前記温度センサの測定結果に基づいて、前記格子ユニットの前記冷却手段を制御することを特徴とする請求項７記載の放射線画像撮影システム。
【請求項９】
前記格子ユニットとして、前記放射線源と前記放射線画像検出器との間に対向配置された第１の格子ユニット及び第２の格子ユニットを備えることを特徴とする請求項７または８記載の放射線画像撮影システム。
【請求項１０】
前記第１の格子ユニットまたは前記第２の格子ユニットの前記格子体の一方を他方に対して所定のピッチで複数の位置に移動させる走査手段を備え、
前記画像処理部は、前記各位置で前記放射線画像検出器により得られた複数の画像データに基づき位相コントラスト画像を生成することを特徴とする請求項９記載の放射線画像撮影システム。
【請求項１１】
前記放射線源と前記第１の格子ユニットとの間に配置され、前記放射線源から照射された放射線を部分的に遮蔽して多数の線光源とする第３の格子ユニットを有し、前記第３の格子ユニットに、請求項１〜６いずれか記載の放射線画像撮影用格子ユニットを用いたことを特徴とする請求項７〜１０いずれか記載の放射線画像撮影システム。
【請求項１２】
放射線透過性を有する格子基板に複数の溝を形成する工程と、
前記格子基板に封止板を接合し、前記各溝を封止する工程とを、
を含むことを特徴とする格子体の製造方法。
【請求項１３】
格子基板に複数の凹部を形成する工程と、
前記各凹部内に放射線吸収材を充填して複数の放射線吸収部を形成する工程と、
前記各放射線吸部の間に溝を形成する工程と、
前記格子基板に封止板を接合し、前記各溝を封止する工程とを、
を含むことを特徴とする格子体の製造方法。
【請求項１４】
前記複数の溝の内壁に、前記格子媒体の流動性を向上させる流動性改善膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１２または１３記載の格子体の製造方法。
【請求項１５】
前記溝の形成時に、前記複数の溝内に前記格子媒体を分配する第１の流路と、前記複数の溝から流れ出た前記格子媒体を集める第２の流路とを形成することを特徴とする請求項１２〜１４いずれか記載の格子体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線画像の撮影に用いられる放射線画像撮影用格子ユニットと、これを用いた放射線画像撮影システムと、放射線画像撮影用格子ユニットを構成する格子体の製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線は、物体に入射したときの相互作用により強度と位相とが変化し、位相の変化が強度の変化よりも高い相互作用を示すことが知られている。このＸ線の性質を利用し、被検体によるＸ線の位相変化（角度変化）に基づいて、Ｘ線吸収能が低い被検体から高コントラストの画像（以下、位相コントラスト画像と称する）を得るＸ線位相イメージングの研究が盛んに行われている。
【０００３】
２枚の透過型の回折格子によるタルボ干渉効果を用いて、Ｘ線位相イメージングを行なうＸ線画像撮影システムが考案されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。このＸ線画像撮影システムは、Ｘ線源から見て、被検体の背後に第１の格子を配置し、第１格子からタルボ干渉距離だけ下流に第２の格子を配置している。第２の格子の背後には、Ｘ線を検出して画像を生成するＸ線画像検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）が配置されている。第１の格子及び第２の格子は、一方向に延伸されたＸ線吸収部及びＸ線透過部を、延伸方向に直交する配列方向に沿って交互に配列した縞状の一次元格子である。タルボ干渉距離とは、第１の格子を通過したＸ線が、タルボ干渉効果によって自己像（縞画像）を形成する距離である。
【０００４】
上記Ｘ線画像撮影システムでは、第１の格子の自己像と第２の格子との重ね合わせ（強度変調）により生じる縞画像を、縞走査法により検出し、被検体による縞画像の変化から被検体の位相情報を取得する。縞走査法とは、第１の格子に対して第２の格子を、第１の格子の面にほぼ平行で、かつ第１の格子の格子方向（条帯方向）にほぼ垂直な方向に、格子ピッチを等分割した走査ピッチで並進移動させながら複数回の撮影を行い、Ｘ線画像検出器で得られる各画素値の変化から、被検体で屈折したＸ線の角度分布（位相シフトの微分像）を取得する方法であり、この角度分布に基づいて被検体の位相コントラスト画像を得る。この縞走査法は、レーザ光を利用した撮影装置においても用いられている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
第１及び第２の格子は、Ｘ線吸収部の幅及びピッチが数μｍという微細な構造を要する。また、第１及び第２の格子のＸ線吸収部は、高いＸ線吸収性が求められる。特に第２の格子は、縞画像を確実に強度変調させるため、第１の格子よりも高いＸ線吸収性を必要とする。そのため、第１及び第２の格子のＸ線吸収部は、原子量の重い金（Ａｕ）で形成され、第２の格子のＸ線吸収部は、Ｘ線の進行方向に対して比較的大きな厚みを有すること、いわゆるアスペクト比（Ｘ線を吸収する部分における厚みを幅で除算した値）が高いことが必要とされている。
【０００６】
格子は、Ｘ線の照射により温度が上昇するが、その温度上昇及び温度分布はＸ線の照射量及び強度分布に影響を受けるため、主に格子の中央部が周辺部に比べて高温になる。格子の温度が上昇すると、Ｘ線吸収部及びＸ線透過部が熱膨張してピッチが変化することがある。また、Ｘ線吸収部（例えばＡｕ）とＸ線透過部（例えばＳｉ）との熱膨張率が異なる場合、格子の温度上昇により格子に歪みが生じてしまう。格子のピッチが変化し、または格子に歪みが生じた場合、位相コントラスト画像の画質が劣化するという問題がある。
【０００７】
特許文献１には、格子の温度を温度センサにより測定し、測定結果に基づいてペルチェ素子等を用いて格子の温度を制御することが記載されている。  また、特許文献２には、格子をケース体と、ケース体内に収めた液体またはガスからなる格子媒体と、ケース体に取り付けられた超音波発生器とから構成し、ケース体内の格子媒体を超音波発生器により波打つように振動させて格子として機能させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２００３６０号公報
【特許文献２】特開２００７−２０３０６０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】C. David, et al., Applied Physics Letters, Vol.81, No.17, 2002年10月，3287頁
【非特許文献２】Hector Canabal, et al., Applied Optics, Vol.37, No.26, 1998年9月，6227頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１は、格子の中央部分にペルチェ素子等の冷却手段を取り付けると撮影に支障を来すため、冷却手段は格子の端部に取り付けることしかできない。したがって、特許文献１は、格子中央部分の冷却に対する効果が低いと考えられる。また、特許文献２の格子は、ケース体内で格子媒体が移動するため、格子が局所的に高温になるのを防止できるが、格子を冷却することはできない。
【００１１】
本発明は、格子の中央部分をＸ線撮影に支障を来さないように冷却できるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の放射線画像撮影用格子ユニットは、複数の溝からなる格子部が設けられた格子基板と、格子基板に接合されて溝のそれぞれを個別の流路とする封止板とを有する格子体と、溝内に格子基板とは放射線の吸収性が異なる流体状の格子媒体を流動させる流動手段と、格子体の外部で格子媒体を冷却する冷却手段とを備えている。
【００１３】
格子基板には、格子部の一端側に、複数の溝内に格子媒体を分配する第１の流路が設けられ、格子部の他端側に、複数の溝から流れ出た格子媒体を集める第２の流路が設けられている。
【００１４】
流動手段は、第１の流路に一端が接続された供給路と、第２の流路に一端が接続された回収路と、供給路及び回収路の他端が接続された貯留タンクと、貯留タンク内に貯留された格子媒体を供給路、格子体、回収路及び貯留タンクの順に循環させる循環ポンプとを備えている。
【００１５】
格子体は、放射線透過性を有し、格子媒体は、格子体よりも高い放射線吸収性を有する構成としてもよい。また、溝を構成する隔壁を放射線吸収材によって構成し、格子媒体は、格子基板よりも高い放射線透過性を有する構成としてもよい。更に、複数の溝の内壁に、格子媒体の流動性を向上させる流動性改善膜を設けてもよい。
【００１６】
本発明のＸ線画像撮影システムは、上記放射線画像撮影用格子ユニットにより構成された少なくとも１つの格子ユニットと、格子ユニットに向けて放射線を放射する放射線源と、格子ユニットを介して放射線を検出し画像データを生成する放射線画像検出器と、格子ユニットの流動手段及び冷却手段を制御する制御部と、放射線画像検出器により得られる画像データに基づいて位相コントラスト画像を生成する画像処理部とを備えている。
【００１７】
格子体の温度を測定する温度センサを有し、制御部は、温度センサの測定結果に基づいて、格子ユニットの冷却手段を制御してもよい。
【００１８】
格子ユニットとして、放射線源と放射線画像検出器との間に対向配置された第１の格子ユニット及び第２の格子ユニットを備えていてもよい。この場合、第１の格子ユニットまたは第２の格子ユニットの格子体の一方を他方に対して所定のピッチで複数の位置に移動させる走査手段を備え、画像処理部は、各位置で放射線画像検出器により得られた複数の画像データに基づき位相コントラスト画像を生成してもよい。
【００１９】
放射線源と前記第１の格子ユニットとの間に配置され、前記放射線源から照射された放射線を部分的に遮蔽して多数の線光源とする第３の格子ユニットを有し、第３の格子ユニットに、上記放射線画像撮影用格子ユニットのいずれか１つを用いてもよい。
【００２０】
本発明の格子体の製造方法は、放射線透過性を有する格子基板に複数の溝を形成する工程と、格子基板に封止板を接合して各溝を封止する工程とを含んでいる。
【００２１】
別の格子体の製造方法は、格子基板に複数の凹部を形成する工程と、各凹部内に放射線吸収材を充填して複数の放射線吸収部を形成する工程と、各放射線吸部の間に溝を形成する工程と、格子基板に封止板を接合して各溝を封止する工程とを含んでいる。
【００２２】
複数の溝の内壁に、格子媒体の流動性を向上させる流動性改善膜を形成する工程を含んでいてもよい。また、溝の形成時に、複数の溝内に格子媒体を分配する第１の流路と、複数の溝から流れ出た格子媒体を集める第２の流路とを形成してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の放射線画像撮影用格子ユニットによれば、格子体内を流動する格子媒体を冷却することにより、格子体の中央部が極端に高温になるのを抑え、冷却することができる。これにより、格子体の熱膨張によって溝のピッチずれや格子体に歪みが生じるのを抑えることができる。また、本発明の放射線画像撮影システムによれば、熱膨張によるピッチずれや歪みが生じない格子ユニットを使用することができるので、高画質な位相コントラスト画像を撮影することができる。更に、本発明の格子体の製造方法によれば、格子媒体が流動可能な格子体を比較的簡単に、また精度よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のＸ線画像撮影システムの構成を模式的に示す概略図である。
【図２】第１実施形態の第２の格子ユニットの構成を模式的に示す概略図である。
【図３】第１実施形態の格子体の構成を示す分解斜視図である。
【図４】第１実施形態の格子体の格子部の構造を示す断面図である。
【図５】溝内に流動性改善膜を設けた格子体の構造を示す断面図である。
【図６】第１実施形態の格子体の製造手順を示す断面図である。
【図７】第２実施形態の第２の格子ユニットの構成を模式的に示す概略図である。
【図８】第２実施形態の格子体の構成を示す分解斜視図である。
【図９】第２実施形態の格子体の製造手順を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
［第１実施形態］
図１に示すように、Ｘ線画像撮影システム１０は、Ｘ線照射方向であるｚ方向に沿って配置されたＸ線源１１、線源格子ユニット１２、第１の格子ユニット１３、第２の格子ユニット１４及びＸ線画像検出器１５と、走査機構１６、画像処理部１７、コンソール１８及びシステム制御部１９を備えている。
【００２６】
Ｘ線源１１は、例えば、回転陽極型のＸ線管と、Ｘ線の照射野を制限するコリメータとを有し、被検体Ｈにコーンビーム状のＸ線を放射する。Ｘ線画像検出器１５は、例えば、半導体回路を用いたフラットパネル検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）であり、第２の格子ユニット１４の背後に配置されている。Ｘ線画像検出器１５には、Ｘ線画像検出器１５により検出された画像データから位相コントラスト画像を生成する画像処理部１７が接続されている。
【００２７】
コンソール１８は、位相コントラスト画像と吸収画像とのいずれの撮影を行うかの撮影種別の選択や、撮影開始指示の入力等を可能とする操作部や、撮影により得られた画像を表示する表示部を備える。システム制御部１９は、コンソール１８の操作部の入力信号に応じて、Ｘ線画像撮影システム１０の各部を統括的に制御する。
【００２８】
線源格子ユニット１２、第１の格子ユニット１３及び第２の格子ユニット１４は、それぞれＸ線を吸収する格子を備えており、ｚ方向においてＸ線源１１に対向配置されている。線源格子ユニット１２と第１の格子ユニット１３との間には、被検体Ｈが配置可能な間隔が設けられている。また、第１の格子ユニット１３と第２の格子ユニット１４との距離は、最小のタルボ干渉距離以下とされている。すなわち、本実施形態のＸ線画像撮影システム１０は、タルボ干渉効果を用いず、Ｘ線を投影することによって位相コントラスト画像を撮影する。
【００２９】
走査機構１６は、位相コントラスト画像の撮影時に、第２の格子ユニット１４の格子ピッチを等分割（例えば、５分割）した走査ピッチで、格子ピッチ方向（ｘ方向）に並進移動させる機構である。
【００３０】
第２の格子ユニット１４の構成を説明する。図２は、第２の格子ユニット１４をＸ線画像検出器１５側から見た正面図である。第２の格子ユニット１４は、Ｘ線吸収性格子媒体（以下、吸収媒体と省略する）２２、格子体２３、供給路２４、回収路２５、貯留タンク２６、循環ポンプ２７、冷却器２８及び温度センサ２９を備えている。
【００３１】
吸収媒体２２は、Ｘ線吸収性を有する流体からなり、例えば常温で液体（例えば、融点が０°Ｃ以下）である。吸収媒体２２としては、水銀（Ｈｇ）や、Ｘ線吸収性の微粒子が分散された液体（例えば、金コロイド粒子を水や有機溶剤に分散させた金コロイド溶液）が用いられる。
【００３２】
図３に示すように、格子体２３は、Ｘ線透過性を有する材質によって形成された格子基板３１及び封止板３２から構成されている。格子基板３１の一方の面の凹部内には、格子部３４、第１の集合流路である供給側集合流路３５、及び第２の集合流路である回収側集合流路３６が設けられている。格子部３４は、ｚ方向及びｘ方向と直交するｙ方向に延伸した溝３４ａが、ｘ方向に所定のピッチで配設されてなる。各溝３４ａの一端には、供給側集合流路３５が接続されており、他端には回収側集合流路３６が接続されている。供給側集合流路３５には、供給路２４が接続されている。また、回収側集合流路３６には、回収路２５が接続されている。
【００３３】
封止板３２は、格子部３４、供給側集合流路３５、及び回収側集合流路３６を覆うように格子基板３１に接着剤等により接合される。封止板３２は、格子基板３１と同様に、シリコン等の平板状のＸ線透過性基板からなる。図４に示すように、封止板３２は、格子部３４の各溝３４ａの上部をそれぞれ封止し、溝３４ａのそれぞれを吸収媒体２２の流路とする。
【００３４】
格子基板３１及び封止板３２の材質には、Ｘ線吸収性が低くかつ強度を有し、加工し易いことが必要である。このような特性を満たす材質として、例えばシリコン（Ｓｉ）が望ましいが、ＧａＡｓ、Ｇｅまたは石英等を用いてもよい。
【００３５】
格子部３４は、供給路２４から供給側集合流路３５を介して溝３４ａに吸収媒体２２が充填されることにより、吸収型格子として機能する。ｘ方向に関する溝３４ａの幅は、２〜２０μｍ程度であり、溝３４ａの配列ピッチは、幅の約２倍である。これに対して、Ｘ線画像検出器１５のｘ方向及びｙ方向への画素サイズは、１５０μｍ程度である。また、溝３４ａのｚ方向の厚みは、Ｘ線源１１から放射されるコーンビーム状のＸ線のケラレを考慮して、１００〜２００μｍ程度となっている。なお、図２、３には、溝３４ａを数本のみ示しているが、実際には、格子部３４には多数の溝３４ａが形成されている。
【００３６】
格子体２３内を吸収媒体２２が流れやすくするために、図５に示すように、溝３４ａの側面及び底面に金属（例えば、Ａｕ）等からなる流動性改善膜３８を形成してもよい。流動性改善膜３８は、例えば、蒸着等によって形成することができる。
【００３７】
吸収媒体２２は、貯留タンク２６内に貯留されており、供給路２４に設けられた循環ポンプ２７によって貯留タンク２６から汲み上げられて格子体２３内を流動し、回収路２５を介して再び貯留タンク２６に貯留される。貯留タンク２６は、例えば熱伝導性の高い金属等によって形成されている。貯留タンク２６の外周には、貯留タンク２６を介して、貯留タンク２６内の吸収媒体２２を冷却する冷却器２８が配置されている。冷却器２８としては、例えばペルチェ素子等が用いられる。
【００３８】
格子体２３には、Ｘ線画像撮影時に格子体２３の温度を測定する温度センサ２９が取り付けられている。温度センサ２９により測定された格子体２３の温度は、Ｘ線画像撮影システム１０の全体を制御するシステム制御部１９に入力される。システム制御部１９は、温度センサ２９から入力された格子体２３の測定温度に基づいて冷却器２８を制御し、熱膨張によって格子体２３の溝３４ａの間隔が変化したり、あるいは格子体２３に歪みが生じないように、格子体２３の温度を調整する。
【００３９】
次に、格子体２３の製造方法について説明する。図６（Ａ）に示すように、最初の工程では、格子基板３１の一方の面に、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いてエッチングマスク４０が形成される。このエッチングマスク４０は、ｙ方向に延伸されかつｘ方向に沿って所定ピッチで配置された複数のライン状パターンと、上記供給側集合流路３５及び回収側集合流路３６の反転パターンとからなる。
【００４０】
図６（Ｂ）に示すように、次の工程では、エッチングマスク４０を利用して格子基板３１がドライエッチングされ、複数の溝３４ａ含む格子部３４と、供給側集合流路３５及び回収側集合流路３６とが形成される。このドライエッチングには、アスペクト比の高い溝３４ａの形成が可能な深堀用のドライエッチングが用いられる。深堀用のドライエッチングには、例えば、エッチングと保護膜の成膜とを交互に繰り返して行うボッシュプロセス等が用いられる。
【００４１】
図６（Ｃ）に示すように、次の工程では、格子基板３１からエッチングマスク４０が除去され、このエッチングマスク４０が除去された面に、Ｘ線透過性を有する接着剤によって封止板３２が接合され、格子部３４、供給側集合流路３５及び回収側集合流路３６が封止される。なお、格子基板３１と封止板３２との接合には、直接接合等のその他の接合手法を用いてもよい。
【００４２】
線源格子ユニット１２及び第１の格子ユニット１３は、第２の格子ユニット１４と同様に、吸収媒体、格子体、供給路、回収路、貯留タンク、循環ポンプ、冷却機、温度センサ等から構成されている。線源格子ユニット１２及び第１の格子ユニット１３の格子体は、第２の格子ユニット１４の格子体２３と同様に、ｙ方向に延伸されｘ方向に沿って交互に配列された複数の溝からなる格子部を備えており、この格子部内に吸収媒体を流すことによって吸収型格子を構成している。このように、線源格子ユニット１２及び第１の格子ユニット１３は、格子体の溝のｘ方向の幅及びピッチと、ｚ方向の厚さ等が異なる以外は第２の格子ユニット１４と同様の構成であるため、詳しい説明は省略する。また、線源格子ユニット１２及び第１の格子ユニット１３は、第２の格子ユニット１４と同様に製造されるため、詳しい説明は省略する。
【００４３】
次に、Ｘ線画像撮影システム１０の作用について説明する。Ｘ線源１１から放射されたＸ線は、線源格子ユニット１２の格子体によって部分的に遮蔽されることにより、ｘ方向に関する実効的な焦点サイズが縮小され、ｘ方向に多数の線光源（分散光源）が形成される。線源格子ユニット１２により形成された多数の線光源のＸ線は、被検体Ｈを通過することにより位相差が生じ、このＸ線が第１の格子ユニット１３の格子体を通過することにより、被検体Ｈの屈折率と透過光路長とから決定される被検体Ｈの透過位相情報を反映した縞画像（第１の周期パターン像）が形成される。各線光源の縞画像は、第２の格子ユニット１４に投影され、格子体２３の位置で一致する（重なり合う）ので、Ｘ線強度を低下させずに、位相コントラスト画像の画質を向上させることができる。
【００４４】
縞画像は、第２の格子ユニット１４により強度変調される。強度変調された縞画像（第２の周期パターン像）は、例えば、縞走査法により検出される。縞走査法とは、第１の格子ユニット１３に対し、第２の格子ユニット１４を走査機構１６によって、Ｘ線焦点を中心として格子面に沿った方向に格子ピッチを等分割（例えば、５分割）した走査ピッチで並進移動させながら、Ｘ線源１１から被検体ＨにＸ線を照射して複数回の撮影を行なってＸ線画像検出器１５により検出し、画像処理部１７により、Ｘ線画像検出器１５の各画素の画素データの位相のズレ量（被検体Ｈがある場合とない場合とでの位相のズレ量）から位相微分像（被検体で屈折したＸ線の角度分布に対応）を取得する方法である。
【００４５】
画像処理部１７は、位相微分像を上記の縞走査方向に沿って積分することにより、被検体Ｈの位相コントラスト画像を生成する。画像処理部１７により生成された位相コントラスト画像は、コンソール１８の表示部に表示される。なお、縞走査法を用いた位相コントラスト画像の詳しい生成方法については、特許第４４４５３９７号公報等を参照されたい。
【００４６】
以上のように行なわれるＸ線撮影中、システム制御部１９は、各格子ユニット１２〜１４の温度センサ２９により格子体２３の温度を測定し、その測定結果に基づいて循環ポンプ２７及び冷却器２８を制御し、吸収媒体２２を冷却している。これにより、格子体２３の中央部の温度上昇を抑えることができるので、格子基板３１の熱膨張による溝３４ａのピッチずれや、格子体２３の歪みの発生を抑えることができる。これにより、本実施形態の線源格子ユニット１２、第１の格子ユニット１３及び第２の格子ユニット１４を用いたＸ線画像撮影システム１０では、位相コントラスト画像の画質を向上させることができる。
【００４７】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と同じ構成については、同符号を用いて詳しい説明は省略する。図７において、第２実施形態に係る第２の格子ユニット５０は、Ｘ線透過性格子媒体（以下、透過媒体と省略する）５１、格子体５２、供給路２４、回収路２５、貯留タンク２６、循環ポンプ２７、冷却器２８及び温度センサ２９を備えている。
【００４８】
透過媒体５１は、Ｘ線透過性を有する流体からなり、例えば常温で液体（例えば、融点が０°Ｃ以下）または気体である。透過媒体５１としては、フッ素系の溶媒や、水、油等の液体、空気等の気体が用いられる。
【００４９】
図８に示すように、格子体５２は、Ｘ線透過性を有する材質によって形成された格子基板５４及び封止板３２から構成されている。格子基板５４の一方の面の凹部内には、格子部５５、第１の集合流路である供給側集合流路３５、及び第２の集合流路である回収側集合流路３６が設けられている。
【００５０】
格子部５５は、ｚ方向及びｘ方向と直交するｙ方向に延伸されかつｘ方向に所定ピッチで配設された複数のＸ線吸収部５６と、Ｘ線吸収部５６の間に設けられた複数の溝５７とからなる。Ｘ線吸収部５６は、高いＸ線吸収性を有する材質からなり、例えば金、白金、銀、鉛等が用いられる。各溝５７の一端は、供給側集合流路３５に接続されており、他端は回収側集合流路３６に接続されている。図９（Ｅ）に示すように、封止板３２は、格子部５５の各溝５７の上部をそれぞれ封止し、溝５７のそれぞれを透過媒体５１の流路としている。
【００５１】
次に、格子体５２の製造方法について説明する。図９（Ａ）に示すように、格子基板５４は、Ｘ線透過性基板６０と、Ｘ線透過性基板６０に接合された支持基板６１と、Ｘ線透過性基板６０と支持基板６１との間に設けられたシーズ層６２とからなる。
【００５２】
Ｘ線透過性基板６０の材質には、第１実施形態の格子基板３１と同様に、ＳｉまたはＧａＡｓ、Ｇｅ、あるいは石英等が用いられる。支持基板６１は、Ｘ線透過性基板６０を補強するための基板であり、Ｘ線透過性基板６０を支持可能な強度と、高いＸ線透過性とを有する材質により構成されている。支持基板６１の材質には、例えば、ガラス、カーボン、アクリル、アルミ、チタン等が用いられる。なお、Ｘ線透過性基板６０のみで十分な剛性が得られるのであれば、支持基板６１は省略してもよい。
【００５３】
シーズ層６２は、例えば、ＡｕまたはＮｉ、もしくはＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｐｔ等からなる金属膜、あるいはそれらの合金からなる金属膜から構成するのが好ましい。また、シーズ層６２は、Ｘ線透過性基板６０と支持基板６１との一方に設けられていてもよいし、両方に設けられていてもよい。シーズ層６２は、数μｍ程度の厚さであるため、Ａｕ等のＸ線吸収性の高い材質を用いた場合でもＸ線透過性に影響しない。
【００５４】
図９（Ｂ）に示すように、次の工程では、第１実施形態と同様に、Ｘ線透過性基板６０に複数の凹部６４が形成される。この凹部６４は、Ｘ線透過性基板６０の一方の面に、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いてエッチングマスク（図示せず）が形成され、このエッチングマスクを介してドライエッチングが施されることにより形成される。
【００５５】
図９（Ｃ）に示すように、次の工程では、電解メッキにより凹部６４内に金などのＸ線吸収材が充填され、Ｘ線吸収部５６が形成される。この電解メッキでは、シーズ層６２に電流端子が接続された状態で、格子基板５４がメッキ液中に浸漬される。格子基板５４と対向させた位置には、もう一方の電極（陽極）が用意され、この問に電流が流されてメッキ液中の金属イオンがパターン加工されたＸ線透過性基板６０に析出されることにより、凹部６４内に金が埋め込まれる。なお、凹部６４に対するＸ線吸収材の充填は、電解メッキに限定されるものではなく、例えば、ペースト状、コロイド状のＸ線吸収材を充填してもよく、この場合にはシーズ層６２は不要である。
【００５６】
図９（Ｄ）に示すように、次の工程では、Ｘ線吸収部５６と、上記供給側集合流路３５及び回収側集合流路３６の反転パターンからなるエッチングマスク（図示せず）とを介してＸ線透過性基板６０にドライエッチングが施される。これにより、Ｘ線吸収部５６の間に複数の溝５７が設けられた格子部５５と、供給側集合流路３５及び回収側集合流路３６が形成される。同図（Ｅ）に示すように、次の工程では、格子基板５４に封止板３２が接合され、各溝５７が封止される。
【００５７】
本実施形態の第２の格子ユニット５０は、供給路２４から供給側集合流路３５を介して溝５７に透過媒体５１が充填されることにより、格子体５２により吸収型格子が構成される。透過媒体５１は、第１実施形態の吸収媒体２２と同様に、循環ポンプ２７により循環され、貯留タンク２６内に貯留されているときに冷却器２８によって冷却されるので、格子体５２の温度が極端に上昇するのを抑えることができる。これにより、格子体５２の熱膨張によるＸ線吸収部５６のピッチずれや、格子体５２の歪みの発生を抑えることができる。
【００５８】
なお、上記各実施形態では、走査機構によって第２の格子ユニットを並進移動させる構成としたが、第２の格子ユニットを移動させてもよい。また、格子ユニット全体ではなく、格子体のみを移動させてもよい。この場合には、供給路及び回収路をゴム等のフレキシブル性を有する材質で構成するとよい。
【００５９】
また、上記各実施形態では、線源格子ユニット１２、第１の格子ユニット１３及び第２の格子ユニット１４に本発明の格子ユニットを用いたが、Ｘ線源１１との距離が近く、最も高温になりやすい線源格子ユニット１２にのみ本発明の格子ユニットを用いてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、一方向に延伸されかつ延伸方向に直交する配列方向に沿って交互に配置されたＸ線吸収部及びＸ線透過部を有する縞状の一次元格子を例に説明したが、本発明は、Ｘ線吸収部及びＸ線透過部が２方向に配列された二次元格子にも適用が可能である。さらに、上記実施形態では、被検体ＨをＸ線源と第１の格子ユニットとの間に配置しているが、被検体Ｈを第１の格子ユニットと第２の格子ユニットとの間に配置した場合にも同様に位相コントラスト画像の生成が可能である。また、線源格子ユニットを備えたＸ線画像撮影システムについて説明したが、本発明は、線源格子ユニットを使用しないＸ線画像撮影システムにも適用可能である。また、上記各実施形態は、矛盾しない範囲で相互に組み合わせることが可能である。
【００６１】
上記実施形態は、第１及び第２の格子ユニットを、そのＸ線透過部を通過したＸ線を線形的に投影するように構成しているが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、第１及び第２の格子ユニットでＸ線を回折することにより、いわゆるタルボ干渉効果が生じる構成（国際公開ＷＯ２００４／０５８０７０号公報等に記載の構成）としてもよい。この場合には、第１及び第２の格子ユニット間の距離をタルボ干渉距離に設定する必要がある。また、第１の格子ユニットの種類を、吸収型格子ではなく、比較的アスペクト比が低い位相型格子にすることも可能である。
【００６２】
また、上記実施形態では、第２の格子ユニットにより強度変調された縞画像を縞走査法によって検出して位相コントラスト画像を生成しているが、１回の撮影によって位相コントラスト画像を生成するＸ線画像撮影システムも知られている。例えば、国際公開ＷＯ２０１０／０５０４８３号公報に記載されているＸ線画像撮影システムでは、第１及び第２の格子ユニットにより生成されたモアレをＸ線画像検出器により検出し、この検出されたモアレの強度分布をフーリエ変換することによって空間周波数スペクトルを取得し、この空間周波数スペクトルからキャリア周波数に対応したスペクトルを分離して逆フーリエ変換を行なうことにより微分位相像を得ている。このようなＸ線画像撮影システムの第１及び第２の格子ユニットの少なくとも一方に、本発明の格子ユニットを用いてもよい。
【００６３】
また、１回の撮影により位相コントラスト画像を生成するＸ線画像撮影システムには、強度変調手段として、第２の格子ユニットの代わりに、Ｘ線を電荷に変換する変換層と、変換層により生成された電荷を収集する電荷収集電極とを備えた直接変換型のＸ線画像検出器を用いたものがある。このＸ線画像撮影システムは、例えば、各画素の電荷収集電極が、第１の格子ユニットで形成された縞画像の周期パターンとほぼ一致する周期で配列された線状電極を互いに電気的に接続してなる線状電極群が、互いに位相が異なるように配置されたものであり、各線状電極群を個別に制御して電荷を収集することにより、１度の撮影により複数の縞画像を取得し、この複数の縞画像に基づいて位相コントラスト画像を生成している（特開２００９−１３３８２３号公報等に記載の構成）。このようなＸ線画像撮影システムの第１の格子ユニットに、本発明の格子ユニットを用いてもよい。
【００６４】
また、１回の撮影により位相コントラスト画像を生成する別のＸ線画像撮影システムとして、第１及び第２の格子ユニットを、Ｘ線吸収部及びＸ線透過部の延伸方向が相対的に所定の角度だけ傾くように配置し、この傾きにより上記延伸方向に生じるモアレ周期の区間を分割して撮影することにより、第１及び第２の格子ユニットの相対位置が異なる複数の縞画像を取得し、これらの複数の縞画像から位相コントラスト画像を生成することも可能である。このようなＸ線画像撮影システムの第１及び第２の格子ユニットの少なくとも一方に、本発明の格子ユニットを用いてもよい。
【００６５】
また、光読取型のＸ線画像検出器を用いることにより、第２の格子ユニットを省略したＸ線画像撮影システムが考えられる。このシステムでは、第１の格子ユニットによって形成された周期パターン像を透過する第１の電極層と、第１の電極層を透過した周期パターン像の照射を受けて電荷を発生する光導電層と、光導電層において発生した電荷を蓄積する電荷蓄積層と、読取光を透過する線状電極が多数配列された第２の電極層とがこの順に積層され、読取光によって走査されることによって各線状電極に対応する画素毎の画像信号が読み出される光読取型のＸ線画像検出器を強度変調手段として用いており、電荷蓄積層を線状電極の配列ピッチよりも細かいピッチで格子状に形成することにより、電荷蓄積層を第２の格子ユニットとして機能させることができる。このようなＸ線画像撮影システムの第１の格子ユニットに、本発明の格子ユニットを用いてもよい。
【００６６】
以上で説明した実施形態は、医療診断用の放射線画像撮影システムのほか、工業用や、非破壊検査等のその他の放射線撮影システムに適用することが可能である。また、本発明は、Ｘ線撮影において散乱線を除去する散乱線除去用格子ユニットにも適用可能である。更に、本発明は、放射線として、Ｘ線以外にガンマ線等を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  Ｘ線画像撮影システム
１１  Ｘ線源
１２  線源格子ユニット
１３  第１の格子ユニット
１４、５０  第２の格子ユニット
１５  Ｘ線画像検出器
１８  走査機構
２２  Ｘ線吸収性格子媒体
２３、５２  格子体
２４  供給路
２５  回収路
２６  貯留タンク
２７  循環ポンプ
２８  冷却部
２９  温度センサ
３１、５４  格子基板
３２  封止板
３４、５５  格子部
３４ａ、５７  溝
３５  供給側集合流路
３６  回収側集合流路
３８  流動性改善膜
２０  グリッド基板
２１  支持基板
２４  Ｘ線吸収部
２５  Ｘ線透過部
２７  穴
２９  絶縁層
３２  凹部
５１  Ｘ線透過性格子媒体
５６  Ｘ線吸収部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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