(57)【要約】【課題】発生した放射線を効率的に平行化できる簡易な構造を有し、被写体の大きさに関係なく、輝度低下を抑制でき、装置を小型化できる放射線撮影装置を提供する。【解決手段】放射線源１と、間隔を空けて並べて配置された少なくとも３枚の放射線反射基板１１からなり、放射線反射基板１１に両側を挟まれた複数の放射線通路にそれぞれ入射した放射線が、各放射線通路の両側の放射線反射基板１１で反射され平行化されて各放射線通路から出射される放射線反射構造体３と、放射線検出器４と、各放射線通路から出射され、被写体７を透過し放射線検出器４で検出された放射線の強度に基づいて被写体７の画像を構築する画像構築部とを備える放射線撮影装置であって、放射線反射構造体３の一端面を放射線の入口、他端面を放射線の出口としたときに出口の放射線反射基板１１のピッチの方が入口のピッチよりも広くなっていることを特徴とする放射線撮影装置。【選択図】図１
2013190269.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線源と、
間隔を空けて並べて配置された少なくとも３枚の放射線反射基板からなり、前記放射線反射基板に両側を挟まれた複数の放射線通路にそれぞれ入射した放射線が、各放射線通路の両側の放射線反射基板で反射され平行化されて前記各放射線通路から出射される放射線反射構造体と、
放射線検出器と、
前記各放射線通路から出射され、被写体を透過し前記放射線検出器で検出された放射線の強度に基づいて前記被写体の画像を構築する画像構築部とを備える放射線撮影装置であって、
前記放射線反射構造体の一端面を放射線の入口、他端面を放射線の出口としたときに前記出口の放射線反射基板のピッチの方が前記入口のピッチよりも広くなっていることを特徴とする放射線撮影装置。
【請求項２】
前記放射線通路の両側の放射線反射基板からの距離が等しい位置に仮想面を設けたとき、前記放射線源は複数の前記仮想面の前記入口における接平面上に位置しており、複数の前記仮想面の前記出口における接平面は略平行であることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
【請求項３】
前記放射線源と前記入口との対向方向の距離をＬ1、前記各放射線通路に放射線が入射するときの視射角の臨界角をθcとすると、前記放射線源と前記放射線通路との前記対向方向に垂直な方向の距離Δsが、
Δs＜Ｌ1×θc
であることを特徴とする請求項２に記載の放射線撮影装置。
【請求項４】
隣り合う前記放射線反射基板間の間隔は一定で、前記放射線反射基板の厚さは前記出口側の方が前記入口側よりも厚い場合、前記放射線検出器に形成される前記被写体の半影量Δpが、
Δp＝Ｌ3×（ｓ＋ｇ）／Ｌ1
であることを特徴とする請求項２又は３に記載の放射線撮影装置。
ここで、Ｌ3は前記出口と前記放射線検出器との対向方向の距離、ｓは前記放射線源の光源サイズ、ｇは隣り合う前記放射線反射基板間の間隔、Ｌ1は前記放射線源と前記入口との対向方向の距離とする。
【請求項５】
前記放射線検出器の画素のサイズをΔd、前記出口と前記放射線検出器との対向方向の距離をＬ3、前記放射線源の光源サイズをｓ、隣り合う前記放射線反射基板間の間隔をｇ、前記放射線源と前記入口との対向方向の距離をＬ1とすると、
０．５×Δd＜Ｌ3×（ｓ＋ｇ）／Ｌ1＜２×Δd
であることを特徴とする請求項４に記載の放射線撮影装置。
【請求項６】
隣り合う前記放射線反射基板間の間隔は一定で、前記放射線反射基板の厚さは前記出口側の方が前記入口側よりも厚い場合、前記全ての放射線反射基板の平行度Δoutが、
（ｓ＋ｇ）／Ｌ1、Δd／Ｌ3
のうちの大きい方よりも小さいことを特徴とする請求項２又は３に記載の放射線撮影装置。
ここで、ｓは前記放射線源の光源サイズ、ｇは隣り合う前記放射線反射基板間の間隔、Ｌ1は前記放射線源と前記入口との対向方向の距離、Δdは前記放射線検出器の画素サイズ、Ｌ3は前記出口と前記放射線検出器との対向方向の距離とする。
【請求項７】
前記平行化された放射線の前記出射方向に対する法線方向を回転軸として、前記被写体を中心に、前記放射線源、前記放射線反射構造体及び前記放射線検出器を一体で回転させる回転制御部を備え、
前記回転制御部によって制御される回転角に応じて、前記被写体を透過した前記放射線の強度が前記放射線検出器で検出されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項８】
前記平行化された放射線の前記出射方向に対する法線方向を回転軸として、前記被写体を中心に、前記放射線源、前記放射線反射構造体及び前記放射線検出器を一体で回転させながら前記法線方向に移動させる回転・並進制御部を備え、
前記回転・並進制御部によって制御される回転角と移動距離とに応じて、前記被写体を透過した前記放射線の強度が前記放射線検出器で検出されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【請求項９】
前記放射線源と前記放射線反射構造体からなる照射ユニットが、前記法線方向に間隔を空けて複数配置されていることを特徴とする請求項７に記載の放射線撮影装置。
【請求項１０】
前記画像構築部は、前記回転角に応じて得られた前記放射線の強度、又は前記回転角と移動距離とに応じて得られた前記放射線の強度に基づいて、前記被写体の３次元の画像を構築することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線を被写体に照射して透過したＸ線を検出する放射線撮影装置に関し、特に、発散しながら進行するＸ線を平行化する光学素子を用いた放射線撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線源とＸ線撮像素子あるいはＸ線撮影フィルムからなる従来のＸ線撮影装置では、被写体の大きさとＸ線源の焦点径により、Ｘ線源と被写体の距離を離す必要がある。しかし、必要な解像度を得るためにＸ線源と被写体の距離を増大させると、装置の大型化と輝度低下を招く。このため、キャピラリ等のＸ線光学素子を用いて効率的にＸ線を集めることで、高強度のＸ線を作りだし、短時間で撮影する技法が知られている。特許文献１には、微細な硝子細管（キャピラリと呼ばれる）を束ねた光学素子を用いた手法が開示されている。この手法によると、Ｘ線はキャピラリにより平行化されるため、被写体に到達するまでの距離増大に伴う輝度低下を抑えることができる。また、特許文献２には、Ｘ線源を二次元的に配置し、発生したＸ線の発散を制限するキャピラリと組み合わせて結像させることで、Ｘ線画像を得るＣＴが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３０５７３７８号
【特許文献２】特開２００４−８９４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の技術では、キャピラリを束ねた光学素子が、熱間延伸によって製造され、１ｃｍ程度の直径のガラスユニットでは直径数μｍ〜数十μｍを数万本束ねた微細ガラス管の集合体から構成されている。このため、人体を映し出すことが可能な外径数十センチメートル程度の大きなキャピラリ集合体をマイクロメートルオーダーのガラス管から束ねて作製することが難しかった。
【０００５】
また、特許文献２に記載の技術では、数センチメートルオーダーの小型のキャピラリを複数個用いて二次元に配置している。しかし、この構成ではＸ線の発生源も２次元に配置する必要があるため、高電圧を用いるＸ線の発生源を２次元化して制御することになり、その制御が複雑になるという問題があった。
【０００６】
このような事情から、簡易な構造で、Ｘ線を効率的に平行化でき、輝度低下も抑制でき、より少ない数のＸ線源と被写体の大きさに制限を受けない撮影光学系の実現が望まれていた。
【０００７】
そこで、本発明は、発生した放射線を効率的に平行化できる簡易な構造を有し、被写体の大きさに関係なく、輝度低下を抑制でき、装置を小型化できる放射線撮影装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、放射線源と、間隔を空けて並べて配置された少なくとも３枚の放射線反射基板からなり、前記放射線反射基板に両側を挟まれた複数の放射線通路にそれぞれ入射した放射線が、各放射線通路の両側の放射線反射基板で反射され平行化されて前記各放射線通路から出射される放射線反射構造体と、放射線検出器と、前記各放射線通路から出射され、被写体を透過し前記放射線検出器で検出された放射線の強度に基づいて前記被写体の画像を構築する画像構築部とを備える放射線撮影装置であって、
前記放射線反射構造体の一端面を放射線の入口、他端面を放射線の出口としたときに前記出口の放射線反射基板のピッチの方が前記入口のピッチよりも広くなっていることを特徴とする放射線撮影装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、放射線の出口の放射線反射基板のピッチの方が放射線の入口のピッチよりも広くなっている放射線反射構造体を用いることで、従来の撮影光学系に比べて、発生した放射線を効率的に平行化できる。更に、放射線反射構造体を用いることで、Ｘ線源１とＸ線検出器４の距離を短くしても、被写体の大きさに関係なく、高輝度を実現できる。これにより、装置の小型化を実現でき、高速撮影、低消費電力も実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を適用したＸ線撮影装置の一例を示す図である。
【図２】本発明に用いる放射線反射構造体の一例を示す図である。
【図３】本発明に用いる放射線源の一例を示す図である。
【図４】石英基板の放射線反射率を示すグラフである。
【図５】本発明に用いる放射線反射構造体の他の一例を示す図である。
【図６】実施例２のＸ線撮影装置を示す図である。
【図７】実施例３のＸ線撮影装置を示す図である。
【図８】実施例４のＸ線撮影装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明に用いる放射線反射構造体（以下、「スリットレンズ」という。）と、スリットレンズによる放射線の平行化原理について説明する。また、本発明に用いる放射線源、放射線検出器及び画像構築部と、本発明の放射線撮影装置で撮影したときのシステム輝度についても説明する。
【００１２】
（１）スリットレンズ
図１に示すように、スリットレンズ３は、放射線反射基板１１が間隔を空けて並べて配置された構造を有し、少なくとも３枚の放射線反射基板１１で構成される。隣り合う放射線反射基板間の間隔はスペーサ等により形成される。放射線反射基板１１に両側を挟まれた複数の通路（以下、「放射線通路」又は「Ｘ線通路」という。）にそれぞれ入射した放射線２は、各放射線通路の両側の放射線反射基板１１で反射され平行化されて各放射線通路から出射される。スリットレンズ３の一端面を放射線の入口、他端面を放射線の出口としたときに出口の放射線反射基板１１のピッチの方が入口のピッチよりも広くなっている。本発明における「平行化」とは、放射線反射基板１１の積層方向（ｙ方向）の放射線の成分を小さくして、放射線の出射方向をｙ方向と垂直な面（ｘｚ平面）に揃えることをいう。以下、本発明の放射線撮影装置の一例としてＸ線撮影装置を示すが、本発明はＸ線以外の放射線を用いる場合にも適用可能である。
【００１３】
（２）解像力
まず、本発明を適用したＸ線撮影装置において、Ｘ線源１からスリットレンズ３のＸ線通路に入射しＸ線通路を透過したＸ線を試料に照射して、その透過像をＸ線検出器４に投影したときの半影量（分解能）について図１及び図２（ａ）を用いて説明する。図１は本発明を適用したＸ線撮影装置の一例を示す図、図２（ａ）は図１のスリットレンズ３のＸ線源１を通るＹＺ平面である。
【００１４】
図２に示すように、スリットレンズ３の出口に無限小の物体Ａがあって、そのボケを像の半影量Δpと定義すると、半影量Δpはスリットレンズ３の出口におけるＸ線の発散角θout、スリットレンズ３の出口とＸ線検出器４との対向方向の距離Ｌ3を用いて、
Δp＝Ｌ3×θout      （式１）
と表せる。上記式１は各Ｘ線通路から出射されるＸ線について成立する。
【００１５】
Ｘ線撮影装置の解像力は半影量Δpが大きいほど低くなる。従って、解像力を上げるためには、Ｌ3を一定とすると発散角θoutを小さくすること、即ちスリットレンズ３の各Ｘ線通路から出射されるＸ線の平行度を上げることが重要である。
【００１６】
しかしながら、Ｘ線撮影装置の解像力は、半影量Δpだけで決まるわけではなく、半影量ΔpとＸ線検出器４（例えばフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）等）の画素サイズΔdのいずれか大きい方で決まる。画素サイズΔdを小さくすると、Ｘ線検出器４が高価になるほかデータ転送処理時間がかかる。一方、半影量Δpを小さくするのは、Ｘ線源１の光源サイズを小さくするなど後述のように光学系にかかる負荷が大きくなる。このため、画素サイズΔdと半影量Δpのバランスをとることが重要である。この両者の比が２倍を許容範囲とすると、以下の式が成立する。
０．５＜Δp／Δd＜２      （式２）
【００１７】
（３）平行化原理
次に、スリットレンズ３の各Ｘ線通路から出射されるＸ線を平行化する原理（平行化原理）について図２を用いて説明する。図２（ｂ）は図２（ａ）のスリットレンズ３の二点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。以下、Ｘ線反射基板１１としてガラス薄板を用いた場合で説明するが、Ｘ線反射基板１１はガラス薄板でなくても良く、金属等でも良い。
【００１８】
図２（ａ）に示すように、Ｘ線源１から発せられたＸ線２は発散光であり全方位に放射される。Ｘ線源１としては、図３に示すＸ線源を用いることができる。Ｘ線源１の対向方向に距離Ｌ1だけ離れてスリットレンズ３が配置されている。スリットレンズ３は、緩やかな曲率を持つガラス薄板が、所定のピッチで間隔を空けて並べて配置されてなり、Ｘ線の出口のピッチの方がＸ線の入口のピッチよりも広くなっている。ピッチとは、隣接するガラス薄板の対応する面間の距離である。ガラス薄板は、１枚の厚さが数μｍ〜数十μｍで、数十枚から数百枚重ねられており、両面でＸ線を反射することができる。ガラス薄板１１ａと１１ｂの間のＸ線通路に入射したＸ線２は、ガラス薄板１１ａと１１ｂの両方で反射されながら進んでいき、Ｘ線通路から出射される。ガラス薄板１１ｂと１１ｃの間のＸ線通路でも同様に、入射したＸ線がガラス薄板１１ｂと１１ｃの両方で反射されながら進んでいき、Ｘ線通路から出射される。他の隣り合うガラス薄板間のＸ線通路でも同様である。各Ｘ線通路に入射したＸ線２の多くは上述のようにして平行化されるが、各Ｘ線通路に入射したＸ線２のうち、平行な方向に進むＸ線は、ガラス薄板で反射されず、各Ｘ線通路からそのまま出射される。
【００１９】
このように、スリットレンズ３のＸ線通路をＸ線が進行するにつれて、進行方向が平行な方向ではないＸ線は、ガラス薄板で複数回反射されて、進行方向が徐々に平行に近づいていき、平行化されて各Ｘ線通路から出射される。また、平行な方向に進むＸ線は、各Ｘ線通路からそのまま出射される。よって、簡易な構造で、Ｘ線を効率的に平行化して出射させることができる。これにより、Ｘ線検出器４に形成される半影量Δpも小さくなる。
【００２０】
ここで、Ｘ線通路の両側のガラス薄板から等距離の位置に仮想面５を置き、スリットレンズ３の入口において仮想面５の接平面６を考える。Ｘ線源１が複数の仮想面５の入口側の接平面上に位置していると、より多くのＸ線を各Ｘ線通路に入射させることができる点で良い。図３のＸ線源１の場合、光源サイズｓのＸ線を発生させる部分が、複数の仮想面５の入口側の接平面上に位置しているのが良い。図２（ａ）に示すように、隣り合うガラス薄板間に作製した複数の仮想面５の入口側の全ての接平面６が共通の直線で交わり、その直線上にＸ線源１が位置していると、Ｘ線源１の光源サイズを小さくすることができる点で好ましい。また、スリットレンズ３の出口においてガラス薄板が平行になっている、即ち複数の仮想面５の出口側の接平面６が略平行であると、各Ｘ線通路から出射されるＸ線の平行度を上げることができる点で良い。
【００２１】
図４に波長０．０７１ｎｍのＸ線に対する石英基板のＸ線反射率を示す。横軸は各Ｘ線通路にＸ線が入射するときの視射角θg、縦軸はＸ線反射率である。視射角θg＝０．５ｍｒａｄでは、Ｘ線反射率が９９．８％以上であり、５０回の反射で９０％以上透過することが分かる。また、図４より、視射角θg＝１．８ｍｒａｄでＸ線反射率が急激に減衰しているが、このときの視射角θgを臨界角と呼びθcで表す。Ｘ線源１が複数の仮想面５の入口側の接平面上に位置する場合、各接平面６の角度ずれが大きくなると、Ｘ線源１を見込む各ガラス薄板の角度ずれが生じ、視射角θgが臨界角θcより大きくなる位置のＸ線源１から発せられたＸ線２がガラス薄板で反射しなくなる。このため、Ｘ線源１とスリットレンズ３の入口との対向方向の距離をＬ1、各Ｘ線通路にＸ線が入射するときの視射角θgの臨界角θcを用いて、Ｘ線源１とＸ線通路との前記対向方向に垂直な方向の距離Δsが、
Δs＜Ｌ1×θc      （式３）
となる必要がある。即ち、上記式３を満たすように、スリットレンズ３とＸ線源１の相対位置、ガラス薄板とＸ線源１の相対位置を決める必要がある。図３のＸ線源１の場合、Ｌ1は光源サイズｓのＸ線を発生させる部分とスリットレンズ３の入口との対向方向の距離、Δsは前記Ｘ線を発生させる部分とＸ線通路との前記対向方向に垂直な方向の距離を指す。
【００２２】
ここで、図２に示すように、隣り合うガラス薄板間の間隔は一定で、全てのガラス薄板の厚さは出口側の方が入口側よりも厚いスリットレンズ３を考える。このようなスリットレンズ３は、楔形の厚さのガラス薄板を積層することで作製することができる。各Ｘ線通路にＸ線が入射しガラス薄板で反射する最大の視射角θgmaxは、
θgmax＝（ｓ＋ｇ）／２Ｌ1      （式４）
となる。ここで、ｓはＸ線源１の光源サイズ（光源の直径）であり、光源の強度分布がガウシアン分布に近似できる場合２σとする。ｇは隣り合うガラス薄板間の間隔とする。但し、θgmaxは臨界角θcより小さい角度でなければならない。
【００２３】
スリットレンズ３の出口においてガラス薄板が平行になっていると、スリットレンズ３の各Ｘ線通路から出射されるＸ線の発散角θoutは、
θout＝２×θgmax      （式５）
となる。このとき、半影量Δpは、上記式１、式４及び式５より、
Δp＝Ｌ3×（ｓ＋ｇ）／Ｌ1      （式６）
となる。また、上記式２及び式６より、
０．５×Δd＜Ｌ3×（ｓ＋ｇ）／Ｌ1＜２×Δd      （式７）
となる。
【００２４】
ガラス薄板の平行度が下がると、Ｘ線の強度を検出するＸ線検出器４の画素にＸ線が到達しない、又は極端にＸ線の強度が低い画素が生じる。このため、全てのガラス薄板の平行度Δoutは、以下の式８ａの許容値Δout-a又は式８ｂの許容値Δout-bのどちらか大きい方の許容値を満たす必要がある。ここで、ΔdはＸ線検出器４の画素サイズとする。
Δout-a＜（ｓ＋ｇ）／Ｌ1      （式８ａ）
Δout-b＜Δd／Ｌ3      （式８ｂ）
【００２５】
続いて、全てのガラス薄板の厚さは一定で、隣り合うガラス薄板間の間隔は出口側の方が入口側よりも広いスリットレンズ３を考える。ここでは、簡単にするために、図５に示すように、ガラス薄板１１ａと１１ｂが角度θaをなす直管の場合を考える。仮想面５とＸ線２のなす角を半発散角とすると、半発散角θ0（０．５×θa＜θ0＜θc）でガラス薄板１１ａと１１ｂの間のＸ線通路に入射したＸ線はガラス薄板１１ｂの点Ｐ0で反射した後、ガラス薄板１１ａの点Ｐ1で反射するものとする。１回目の反射後の半発散角θ1は、
θ1＝θ0−θa      （式９）
となる。従って、ｎ回目の反射後の角度θnは、θ0−ｎ×θa＞０の範囲で、
θn＝θ0−ｎ×θa      （式１０）
となる。θn＜０．５×θaとなると、Ｘ線２がガラス薄板に到達しないので、半発散角は変わらない。また、隣り合うガラス薄板間の出口側の間隔をｇout、隣り合うガラス薄板間の入口側の間隔をｇinとし、ガラス薄板の長さをＬ2とすると、
θa＝（ｇout−ｇin）／Ｌ2      （式１１）
となる。このとき、θa＜θoutなので、半影量Δpは、上記式１及び式１１より、
（ｇout−ｇin）×Ｌ3／Ｌ2＜Δp      （式１２）
となる。また、上記式２及び式１２より、
０．５×Δd＜Ｌ3×（ｇout−ｇin）／Ｌ2＜２×Δd      （式１３）
となる。
【００２６】
上述した図２に示す構成のスリットレンズ３と同じ理由から、全てのガラス薄板の厚さは一定で、隣り合うガラス薄板間の間隔は出口側の方が入口側よりも広いスリットレンズ３でも、スリットレンズ３の出口においてガラス薄板が平行になっているのが良い。このため、全てのガラス薄板の平行度Δoutは、以下の式１４ａの許容値Δout-a又は式１４ｂの許容値Δout-bのどちらか大きい方の許容値を満たす必要がある。ここで、ΔdはＸ線検出器４の画素サイズとする。
Δout-a＜（ｇout−ｇin）／Ｌ2      （式１４ａ）
Δout-b＜Δd／Ｌ3      （式１４ｂ）
【００２７】
一方、ガラス薄板が曲率を持たない次元、即ちＸ線源１とスリットレンズ３の入口との対向方向と、Ｘ線源１とＸ線通路との前記対向方向に垂直な方向とのいずれにも垂直な方向（ｘ方向）の半影量Δxは、
Δx＝ｓ×Ｌ3／（Ｌ2＋Ｌ1）      （式１５）
となり、スリットレンズ３、Ｘ線源１、Ｘ線検出器４の相対位置で決まる。
【００２８】
尚、Ｘ線源１が複数の仮想面５の入口側の接平面上に位置しており、複数の仮想面の出口側の接平面が共通の直線で交差しているスリットレンズ３も本発明に適用でき、この構成でも平行化を実現できる。複数の仮想面５の入口側の全ての接平面６が共通の直線で交わり、その直線上にＸ線源１が位置していると、Ｘ線源１の光源サイズを小さくすることができる点で好ましい。この場合、入口側で交差する共通の直線は、出口側で交差する共通の直線とは別の直線である。
【００２９】
（４）Ｘ線源
Ｘ線源１としては、陰極で発生した電子を陽極ターゲットに対して斜めに照射し、Ｘ線を電子入射方向からほぼ９０度方向にＸ線を取り出す、反射型のＸ線源が一般的である。しかしながら、本発明ではスリットレンズ３の集光とボケに微細ビーム径が要求されることから、図３に示す透過型Ｘ線源を用いることがより好ましい。図３に示す透過型のＸ線源１では、電子線源１２から放出された電子線１３が、電子を収束させるための電子レンズ１４で収束されてターゲット１５上に集光される。電子線１３のサイズは、電子レンズ１４のパワーを変えることで容易に変えることができる。これにより、Ｘ線源１の光源サイズｓを調整することができる。
【００３０】
静止画像の撮影においてはＸ線の発生電圧、発生時間及び電子電流量を制御するだけで良いが、ＣＴ撮影においてはＸ線発生のタイミングが重要である。このため、ＣＴ撮影では、Ｘ線の発生電圧、発生時間及び電子電流量だけでなく、発生タイミングを制御し得る構成を有するのが良い。
【００３１】
（５）Ｘ線検出器
本発明では一般に知られているＸ線検出器を用いることができる。静止画像では、Ｘ線フィルムやＩＩと呼ばれるＸ線イメージインテンシファイア、ＣＲと呼ばれるＸ線の潜像をレーザで可視化、ディジタル化する方法がある。ＣＴ撮影では、ＦＰＤと呼ばれるフラットパネルディテクタやＸ線に感度を持つように構成されたエリアフォトセンサを用いるのが良い。
【００３２】
（６）画像構築部
画像構築部は、各Ｘ線通路から出射され、被写体を透過しＸ線検出器で検出されたＸ線の強度に基づいて被写体の画像を構築する。Ｘ線発生のタイミングに合わせてＸ線検出器から信号を取り込み、画像として構築し、ノイズ除去などの画像処理を行った後、モニタへの出力制御も行う。
【００３３】
（７）システム輝度
本発明の構成によるおよそのシステム輝度について説明する。スリットレンズ３を用いない場合はＸ線源１からの出力を一定とした場合、Ｘ線の輝度は一般的に、Ｘ線源１からＸ線検出器４までの距離（図２（ａ）：Ｌ1＋Ｌ2＋Ｌ3）での投影面積（図１：Ｌ4×Ｌ5）と相関する。Ｌ4は投影面積のｙ方向の長さ、Ｌ5は投影面積のｘ方向の長さである。しかし、本発明のようにスリットレンズ３を用いる場合の投影面積は、スリットレンズ３から出射後のＸ線がｙ方向に平行化されているため、スリットレンズ３に入射するときの強度がほぼ保存される。このため、投影面積は（Ｌ1×θin×Ｌ5）となる。この投影面積が小さいほど明るい像が得られる。従って、本発明のようにスリットレンズ３を用いた構成ではＬ1×θin＜Ｌ4となる構成をとり得ることから、明るい撮影システムを構成できる。また、本発明のようにガラス薄板の板厚さｔと隣り合うガラス薄板間の間隔ｇが同じオーダーである場合は、Ｘ線量と、開口率Ｔ＝ｇ／（ｔ＋ｇ）による減衰率を掛け合わせたものがおよそのシステム輝度となる。
【００３４】
このように、本発明では、スリットレンズ３を用いることで、前記投影面積を小さくすることができる。このため、Ｘ線源１とＸ線検出器４の距離を短くしても、被写体の大きさに関係なく、高輝度を実現できる。これにより、装置の小型化を実現できる。
【実施例】
【００３５】
［実施例１］
本実施例のＸ線撮影装置は図１に示すように静止画像を撮影するものである。図１において１はＸ線源、２はＸ線、３はスリットレンズ、４はＦＰＤ、５は被写体、１１は積層されたガラスから構成されるガラス薄板である。本実施例のＸ線撮影装置では、Ｘ線の発生電圧と電流及びＸ線発生のタイミングを図１に示すＸ線発生部で制御している。画像構築部では、Ｘ線発生のタイミングに合わせてＸ線検出器から信号を取り込み、画像を構築し、ノイズ除去などの画像処理を行った後、モニタへの出力制御もしている。Ｘ線の発生と画像構築はタイミングの同期が必要であり、この同期処理を制御部が行っている。
【００３６】
本実施例に用いるスリットレンズ３は、図２に示すように、隣り合うガラス薄板間の間隔ｇは１０μｍで一定、全てのガラス薄板の厚さは出口側が２０μｍ、入口側が１０μｍのものである。
【００３７】
Ｘ線源１から放射されたＸ線２は、ガラス薄板１１ａと１１ｂの間のＸ線通路に入射し、ガラス薄板１１ａと１１ｂの両方で反射されながら進む。他の隣り合うガラス薄板間のＸ線通路でも同様である。１個のＸ線通路に入射するＸ線の立体角Ω1は間隔ｇに比例するが、複数のガラス薄板が間隔ｇを空けて並ぶため、間隔ｇを小さくしても、全体として取り込めるＸ線量は、発散角θinと開口率に比例する。ここで、「開口率」とは、スリットレンズ３の入口において間隙が占める割合のことであり、本実施例では開口率は５０％（＝１０μｍ／（１０μｍ＋１０μｍ））となる。Ｘ線源１から発散角θin以下で放射されたＸ線２の５０％が、Ｘ線通路に入射し、ガラス薄板で反射されながら進み、発散角θoutでＸ線通路から放射される。放射されたＸ線によって、スリットレンズ３の出口とＦＰＤの間に置かれた物体の像がＦＰＤに投影される。このとき、上記式１に従って、ＦＰＤには物体の像の半影量Δpが形成される、即ち分解能の低下が起こる。
【００３８】
ここで、分解能低下を所定の範囲に抑える方法について説明する。半影量Δpは上記式６のように表せるため、上記式２及び式６より、Ｘ線源１の光源サイズｓは、
０．５×Ｌ1／Ｌ3×Δd−ｇ＜ｓ＜２×Ｌ1／Ｌ3×Δd−ｇ      （式１６）
となる。Ｘ線源１とスリットレンズ３の入口との対向方向の距離Ｌ1＝１００ｍｍ、スリットレンズ３の出口とＦＰＤとの対向方向の距離Ｌ3＝２００ｍｍ、ＦＰＤの画素サイズΔd＝１００μｍのとき、光源サイズｓの許容範囲は１５μｍ＜ｓ＜９０μｍとなる。この範囲に入るように、光源サイズｓを調整すれば良い。
【００３９】
一方、上記式１５より、スリットレンズ３の長さＬ2＝１００ｍｍ、光源サイズｓ＝９０μｍのとき、半影量Δxは９０μｍとなり、ＦＰＤの画素サイズΔdとほぼ同じ大きさとなる。
【００４０】
以上より、Ｘ線源１とスリットレンズ３の入口との対向方向と、Ｘ線源１とＸ線通路との前記対向方向に垂直な方向とのいずれにも垂直な方向の分解能も、Ｘ線源１とスリットレンズ３の入口との対向方向の分解能と同等な分解能が得られる。よって、簡易な構造で、Ｘ線を効率的に平行化して出射させることができ、分解能の低下を所定の範囲に抑えることができる。
【００４１】
Ｌ4、Ｌ5は撮影する被写体の大きさにより任意に決定されるが、本実施例ではＬ4は１０ｍｍ、Ｌ5は５０ｍｍである。
【００４２】
本発明のＸ線撮影装置においては、まず制御部がＸ線発生部、画像構築部に対して初期化を行い、次にＸ線発生部からの制御により一定時間Ｘ線を発生させ、ＦＰＤは発生終了までＸ線画像情報を蓄積する。Ｘ線発生終了のタイミングでＦＰＤから信号を取り込み、画像として構築することで撮影画像が得られる。取り込んだ後は任意でノイズ除去等を行えば良い。
【００４３】
［実施例２］
本実施例のＸ線撮影装置は、図６に示すように、実施例１の構成の、Ｘ線源１、スリットレンズ３及びＦＰＤを一つのユニットとして、軸８を回転中心軸として回転させる機構を有するＸ線ＣＴ撮影装置である。回転の角度を精密に制御するための回転制御部が機構として加えられている。回転制御部によって制御される回転角に応じて、被写体を透過したＸ線の強度がＦＰＤで検出される。画像構築部は、回転角に応じて得られたＸ線の強度に基づいて、被写体の３次元の画像を構築する。スリットレンズ３で平行化されたＸ線の出射方向に対する法線方向を回転軸としている。
【００４４】
本実施例のＸ線撮影装置においては、まず制御部がＸ線発生部、画像構築部、回転制御部に対して初期化を行い、次にＸ線発生部からの制御により一定時間Ｘ線を発生させ、ＦＰＤは発生終了までＸ線画像情報を蓄積する。Ｘ線発生終了のタイミングでＦＰＤから信号を取り込む。次のステップとして、前述のユニットを一定の角度だけ回転させる。１回の回転角度は必要とされる画像の構築に必要な任意の角度で決められるが、一般的に１回の回転角度は１〜１０度程度である。一定角度移動後、再度、Ｘ線発生及び取り込みを必要数繰り返す。全ての画像を取り込んだ後、画像を３次元再構築することでＣＴ撮影画像が得られる。
【００４５】
尚、本実施例では、被写体の体軸と前述のユニットの回転軸を合わせているが、ＣＴ撮影においては必ずしも両方の軸を一致させる必要はなく、本構成に限定されない。
【００４６】
［実施例３］
本実施例のＸ線撮影装置は、図７に示すように、実施例２の構成に、並進機構を付与したＸ線ＣＴ撮影装置である。Ｘ線源１、スリットレンズ３、ＦＰＤを一つのユニットとして、軸８を回転中心軸として回転させる機構と、前述のユニットを被写体の体軸８と同じ方向に移動させる並進移動機構を有する。即ち、回転と並進移動を制御する回転・並進制御部を有する。回転の角度移動と同期して並進移動を行うことで、結果的にらせん状に移動する。回転・並進制御部によって制御される回転角と移動距離とに応じて、被写体を透過したＸ線の強度がＦＰＤで検出される。画像構築部は、回転角と移動距離とに応じて得られたＸ線の強度に基づいて、被写体の３次元の画像を構築する。
【００４７】
本実施例のＸ線撮影装置においては、まず制御部がＸ線発生部、画像構築部、回転・並進制御部に対して初期化を行い、次にＸ線発生部からの制御により一定時間Ｘ線を発生させ、ＦＰＤは発生終了までＸ線画像情報を蓄積する。Ｘ線発生終了のタイミングでＦＰＤから信号を取り込む。次のステップとして、前述のユニットを一定の角度だけ回転させるとともに軸方向に一定距離移動させる。１回の回転角度は必要とされる画像の構築に必要な任意の角度で決められるが、一般的に１回の回転角度は１〜１０度程度である。また、１回の並進移動距離はスリットレンズ３の出口側の厚さに依存するが、必要とされる画像の構築に必要な任意の移動量で決められる。一定角度、一定量並進移動後、再度、Ｘ線発生及び取り込みを必要数繰り返す。全ての画像を取り込んだ後、画像を３次元再構築することでＣＴ撮影画像が得られる。
【００４８】
［実施例４］
本実施例のＸ線撮影装置は、図８に示すように、実施例２の構成において、Ｘ線源１とスリットレンズ３を一つの照射ユニットとして一体化し、この照射ユニットを回転軸方向に間隔を空けて複数配置したＸ線ＣＴ撮影装置である。複数の照射ユニットと１個のＦＰＤを一体の検出系として、軸８を回転中心軸として回転させる機構を有する。
【００４９】
本実施例のＸ線撮影装置においては、まず制御部が複数のＸ線発生部、画像構築部、回転制御部に対して初期化を行い、次にＸ線発生部からの制御により複数のＸ線源１に対して同時に一定時間Ｘ線を発生させ、ＦＰＤは発生終了までＸ線画像情報を蓄積する。Ｘ線発生終了のタイミングでＦＰＤから信号を取り込む。次のステップとして、前述の照射ユニットを一定の角度だけ回転させる。１回の回転角度は必要とされる画像の構築に必要な任意の角度で決められるが、一般的に１回の回転角度は１〜１０度程度である。一定角度移動後、再度、Ｘ線発生及び取り込みを必要数繰り返す。全ての画像を取り込んだ後、画像を３次元再構築することでＣＴ撮影画像が得られる。
【符号の説明】
【００５０】
１、１０、２０、３０、４０、５０：Ｘ線源、２：Ｘ線、３：Ｘ線反射構造体、４：Ｘ線検出器、５：仮想面、６：仮想面の入口側の接平面、７：被写体、８：被写体の体軸、１１：Ｘ線反射基板、１２：電子線源、１３：電子線、１４：電子レンズ、１５：ターゲット
【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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