(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発散するＸ線を照射するＸ線管と、
前記Ｘ線管に対して被写体の位置を設定するための被写体位置設定具と、
前記被写体を透過したＸ線画像を検出するＸ線画像検出器と、を有し、
Ｘ線画像の半影によるボケ幅をＢ（μｍ）、被写体の屈折率の異なる界面部分を透過したＸ線画像における、Ｘ線の屈折によってＸ線強度が低下した部分のＸ線量低下最大値と、Ｘ線の屈折によってＸ線強度が上昇した部分のＸ線量増加最大値との半値幅であるエッジ強調幅をＥ（μｍ）とするとき、前記Ｘ線管より照射されるＸ線を被写体に透過させてＸ線拡大撮影を行う際、９Ｅ≧Ｂとなるように前記被写体位置設定具及び前記Ｘ線画像検出器を設置可能としたことを特徴とするＸ線画像撮影装置。
【請求項２】
ボケ幅Ｂ及びエッジ強調幅Ｅはそれぞれ、下記２式及び３式で表されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線画像撮影装置。
Ｂ＝Ｄ×（Ｒ２／Ｒ１）・・・（２式）
Ｅ＝３９×Ｒ２（１＋０．０４５／Ｒ１）×λ2×√Ａ・・・（３式）
ただし、Ｘ線管の焦点サイズをＤ（μｍ）、Ｘ線管の焦点から被写体までの距離をＲ１（ｍ）、被写体からＸ線画像検出器までの距離をＲ２（ｍ）、Ｘ線管から放射されるＸ線におけるＸ線量の最大値の波長をλ（Å）、被写体の物体を円柱とした時の断面の円の直径をＡ（ｍｍ）とする。
【請求項３】
ボケ幅Ｂ及びエッジ強調幅Ｅはそれぞれ、下記２式及び４式で表されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線画像撮影装置。
Ｂ＝Ｄ×（Ｒ２／Ｒ１）・・・（２式）
Ｅ＝２７×（１＋Ｒ２／Ｒ１）1/3×（λ2×Ｒ２×√Ａ）2/3・・・（４式）
ただし、Ｘ線管の焦点サイズをＤ（μｍ）、Ｘ線管の焦点から被写体までの距離をＲ１（ｍ）、被写体からＸ線画像検出器までの距離をＲ２（ｍ）、Ｘ線管から放射されるＸ線におけるＸ線量の最大値の波長をλ（Å）、被写体の物体を円柱とした時の断面の円の直径をＡ（ｍｍ）とする。
【請求項４】
前記Ｘ線管と前記被写体との距離を０．５ｍ以上離すべく前記被写体位置設定具を設けることが可能で、且つ前記被写体と前記Ｘ線画像検出器までの距離を１ｍ以上離すことが可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＸ線画像撮影装置。
【請求項５】
前記Ｘ線管の焦点を起点とする距離の情報を具備したレールもしくは支柱と、
前記Ｘ線画像検出器を保持するＸ線画像検出器用保持具とを有し、
前記被写体位置設定具及び前記Ｘ線画像検出器用保持具は、前記レール又は前記支柱に移動可能で、且つ一時的に固定可能に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のＸ線画像撮影装置。
【請求項６】
５０ｋＶｐ〜１５０ｋＶｐ管電圧設定が可能なＸ線管を有し、前記Ｘ線管から０．５ｍ以上離れた位置に被写体位置設定具を配置し、かつ前記被写体位置設定具から１ｍ以上離れた位置にＸ線画像検出器を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のＸ線画像撮影装置。
【請求項７】
前記Ｘ線拡大撮影の拡大率は、１．１〜１０倍であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のＸ線画像撮影装置。
【請求項８】
前記Ｘ線管の焦点サイズは、０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のＸ線画像撮影装置。
【請求項９】
前記Ｘ線管は、クーリッジＸ線管であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のＸ線画像撮影装置。
【請求項１０】
前記Ｘ線管は、タングステン回転陽極Ｘ線管であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のＸ線画像撮影装置。
【請求項１１】
前記Ｘ線画像検出器として、平均諧調Ｇが１．５〜４．０であるスクリーン・フィルムシステムを用い、エッジ強調幅Ｅが９μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のＸ線画像撮影装置。
【請求項１２】
前記Ｘ線画像検出器として、画素サイズが１μｍ〜２００μｍのデジタルＸ線画像検出器を用い、かつ前記エッジ強調幅Ｅが０．１μｍより大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のＸ線画像撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線画像撮影装置に関するものであり、特に発散するＸ線を放射するＸ線管を用いて拡大撮影を行うときに、Ｘ線屈折コントラストによるエッジ強調によって、鮮鋭性の優れるＸ線画像を得るＸ線画像撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線が物質を透過する作用を利用するＸ線画像は、医用画像診断や非破壊検査等に広く利用されている。このＸ線画像は、Ｘ線が被写体を透過するときに、被写体を構成する物質の原子量の大きさによってＸ線透過量が異なることによる陰影画線である。すなわちＸ線源から放射され、被写体を透過したＸ線量の２次元分布をＸ線画像検出器で検出し、被写体のＸ線吸収コントラストに基づくＸ線画像を形成する。
【０００３】
【発明解決しようとする課題】
非破壊検査や一般の医療施設で用いられる発散するＸ線を放射するＸ線管の例としては、回転陽極Ｘ線管等があるが、このＸ線管では、熱電子が対陰極に衝突して発生するＸ線は放射状に広がる。この性質を利用して、被写体とＸ線画像検出器との距離を離すことで、Ｘ線画像の拡大撮影が行われている。このとき、Ｘ線の焦点サイズが有限の大きさであるために拡大撮影では、図１に示すように“半影”とよばれるボケが生ずることはよく知れられている。
【０００４】
Ｘ線源が点光源であるとき、もしくは点光源とみなせるとき、すなわち、焦点サイズが０もしくはほぼ０である場合には、こうした拡大撮影のＸ線画像にはボケは生じない。一方、人体など厚い被写体を透過するための十分なＸ線量を得ようとすると、実用上一定の大きさの焦点サイズが必要となる。従ってＸ線撮影においてはこの半影によるボケは避けられず、特に、拡大撮影の場合、Ｘ線画像の鮮鋭性が低下する。
【０００５】
そして、Ｘ線拡大撮影の拡大率を上げると、ボケ幅はさらに拡大される。例えば胸部スポット撮影や骨部精密Ｘ線撮影などの拡大撮影では、その拡大率を上げると画像の鮮鋭性が劣化することで、かえって読影しづらくなり、拡大撮影の効果が半減することになる。
一方、本発明者らは、被写体を撮影する際、被写体の屈折率のある部分で、Ｘ線の屈折コントラストによりエッジ強調現象が生じることを見いだした。
【０００６】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、発散するＸ線を放射するＸ線管を用いて拡大撮影を行うときに、半影によるボケとエッジ強調の関係を最適化することにより鮮鋭性の優れる拡大撮影画像を得ることができるＸ線画像撮影方法及びその撮影装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決する手段】
前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、本発明は、以下のように構成した。
【０００８】
請求項１の発明は、『発散するＸ線を照射するＸ線管と、
前記Ｘ線管に対して被写体の位置を設定するための被写体位置設定具と、
前記被写体を透過したＸ線画像を検出するＸ線画像検出器と、を有し、
Ｘ線画像の半影によるボケ幅をＢ（μｍ）、被写体の屈折率の異なる界面部分を透過したＸ線画像における、Ｘ線の屈折によってＸ線強度が低下した部分のＸ線量低下最大値と、Ｘ線の屈折によってＸ線強度が上昇した部分のＸ線量増加最大値との半値幅であるエッジ強調幅をＥ（μｍ）とするとき、前記Ｘ線管より照射されるＸ線を被写体に透過させてＸ線拡大撮影を行う際、９Ｅ≧Ｂとなるように前記被写体位置設定具及び前記Ｘ線画像検出器を設置可能としたことを特徴とするＸ線画像撮影装置。』である。
【０００９】
請求項２の発明は、『ボケ幅Ｂ及びエッジ強調幅Ｅはそれぞれ、下記２式及び３式で表されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線画像撮影装置。
Ｂ＝Ｄ×（Ｒ２／Ｒ１）・・・（２式）
Ｅ＝３９×Ｒ２（１＋０．０４５／Ｒ１）×λ2×√Ａ・・・（３式）
ただし、Ｘ線管の焦点サイズをＤ（μｍ）、Ｘ線管の焦点から被写体までの距離をＲ１（ｍ）、被写体からＸ線画像検出器までの距離をＲ２（ｍ）、Ｘ線管から放射されるＸ線におけるＸ線量の最大値の波長をλ（Å）、被写体の物体を円柱とした時の断面の円の直径をＡ（ｍｍ）とする。』である。
【００１０】
請求項３の発明は、『ボケ幅Ｂ及びエッジ強調幅Ｅはそれぞれ、下記２式及び４式で表されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線画像撮影装置。
Ｂ＝Ｄ×（Ｒ２／Ｒ１）・・・（２式）
Ｅ＝２７×（１＋Ｒ２／Ｒ１）1/3×（λ2×Ｒ２×√Ａ）2/3・・・（４式）
ただし、Ｘ線管の焦点サイズをＤ（μｍ）、Ｘ線管の焦点から被写体までの距離をＲ１（ｍ）、被写体からＸ線画像検出器までの距離をＲ２（ｍ）、Ｘ線管から放射されるＸ線におけるＸ線量の最大値の波長をλ（Å）、被写体の物体を円柱とした時の断面の円の直径をＡ（ｍｍ）とする。』である。
【００１１】
請求項４の発明は、『前記Ｘ線管と前記被写体との距離を０．５ｍ以上離すべく前記被写体位置設定具を設けることが可能で、且つ前記被写体と前記Ｘ線画像検出器までの距離を１ｍ以上離すことが可能であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のＸ線画像撮影装置。』である。
【００１２】
請求項５の発明は、『前記Ｘ線管の焦点を起点とする距離の情報を具備したレールもしくは支柱と、
前記Ｘ線画像検出器を保持するＸ線画像検出器用保持具とを有し、
前記被写体位置設定具及び前記Ｘ線画像検出器用保持具は、前記レール又は前記支柱に移動可能で、且つ一時的に固定可能に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のＸ線画像撮影装置。』である。
【００１３】
請求項６の発明は、『５０ｋＶｐ〜１５０ｋＶｐ管電圧設定が可能なＸ線管を有し、前記Ｘ線管から０．５ｍ以上離れた位置に被写体位置設定具を配置し、かつ前記被写体位置設定具から１ｍ以上離れた位置にＸ線画像検出器を配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のＸ線画像撮影装置。』である。
【００１４】
請求項７の発明は、『前記Ｘ線拡大撮影の拡大率は、１．１〜１０倍であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のＸ線画像撮影装置。』である。
【００１５】
請求項８の発明は、『前記Ｘ線管の焦点サイズは、０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載のＸ線画像撮影装置。』である。
【００１６】
請求項９の発明は、『前記Ｘ線管は、クーリッジＸ線管であることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載のＸ線画像撮影装置。』である。
【００１７】
請求項１０の発明は、『前記Ｘ線管は、タングステン回転陽極Ｘ線管であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載のＸ線画像撮影装置。』である。
【００１８】
請求項１１の発明は、『前記Ｘ線画像検出器として、平均諧調Ｇが１．５〜４．０であるスクリーン・フィルムシステムを用い、エッジ強調幅Ｅが９μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のＸ線画像撮影装置。』である。
【００１９】
請求項１２の発明は、『前記Ｘ線画像検出器として、画素サイズが１μｍ〜２００μｍのデジタルＸ線画像検出器を用い、かつ前記エッジ強調幅Ｅが０．１μｍより大きいことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載のＸ線画像撮影装置。』である。
【００２７】
本発明は、図１に示すＸ線画像撮影装置１において、発散するＸ線を放射するＸ線管２の例であるクーリッジＸ線管から放射するＸ線を被写体３に透過させて、Ｘ線画像検出器４によりＸ線画像を得、Ｘ線拡大撮影を行う。Ｘ線は電磁波であるゆえに波の性質、すなわち可視光視と同様に、Ｘ線が屈折率の異なる物体、被写体３を透過すると、その界面で屈折を起こす性質をもっている。なお、拡大撮影とは、被写体３より拡大された画像をＸ線画像検出器４上に得る撮影である。この場合の拡大率は長さに対する拡大をいい、例えば、図１のような系においては拡大率（倍率）をとする。
【００２８】
図２で模式的に示すように、屈折率の異なる界面部分のＸ線画像検出器４上のＸ線透過画像では、Ｘ線の屈折によってＸ線強度が低下する部分と、そしてその屈折したＸ線が空間を直進してきたＸ線と重なりあってＸ線強度が上昇する部分とが生ずる。すなわち、ここで得られる陰画画像では、屈折率の異なる界面を境にしてＸ線強度が低下する部分が白く抜け、Ｘ線強度が上昇する部分がより黒くなる結果、いわゆるエッジ強調画像が得られる。これはＸ線屈折コントラストと呼ばれる現象である。Ｘ線の波長は非常に短く、その屈折率は小さいので、従来の一般に行われているＸ線画像撮影では、このＸ線屈折コントラストは見過ごされる程度の弱いものであった。すなわち、従来のＸ線画像ではＸ線屈折コントラストは十分に活用されておらず、Ｘ線の吸収差による吸収コントラストのみのＸ線画像であった。
【００２９】
本発明においては、このＸ線屈折コントラストを課題解決の手段とするものである。すなわち、拡大撮影で半影による画像のボケが生じても、前記のようなエッジ強調を同時に生じせしめることによってこのボケを解消し、鮮鋭性のよい拡大Ｘ線撮影画像を得るものである。さらに具体的には本発明において次に述べる方法によって課題を解決した。
【００３０】
すなわち、例えばクーリッジＸ線管である発散するＸ線を放射するＸ線管２を用いて拡大撮影を行うとき、半影によるボケ幅Ｂ（μｍ）と、Ｘ線屈折コントラスト強調によるエッジ強調幅Ｅ（μｍ）とすると、
９Ｅ≧Ｂ・・・（１式）である。
【００３１】
なお、ここでのＸ線拡大撮影の拡大率は、１．１〜１０倍であることが好ましい。ここで用いられるＸ線管２の焦点サイズは、１０μｍ〜１０００μｍが好ましい。また、Ｘ線管２のＸ線管電圧は５０ｋＶｐ〜１５０ｋＶｐであることが好ましい。Ｘ線管２は対陰極にタングステンを含有することをが好ましい。
【００３２】
ここでＸ線焦点とは、Ｘ線管２の例えば回転陽極に電子線が衝突して発生するＸ線を取り出す、被写体方向から見た窓のことをいう。この窓の大きさのことを焦点サイズといい、焦点が正方形である場合、その１辺の長さを、また焦点が正方形以外の長方形のときはその短辺の長さ、円であるときはその直径を焦点サイズとし、ＪＩＳＺ４７０４に定められているように測定することもできる。また、焦点の形がその他の場合にも、ＪＩＳＺ４７０４に定められているように、ピンホールカメラもしくはテストチャートを用いて測定することができる。
【００３３】
画像を形成するためのＸ線画像検出器４は、平均階調Ｇが１．５〜４．０のスクリーン・フィルムシステムを用いることが好ましい。このときエッジ強調幅Ｅは、図３に示すように、９μｍ以上であることが好ましい。この範囲にすることにより、人間の視覚での診断の精度を向上させることができる。
また、Ｘ線画像検出器４として、デジタルＸ線画像検出器を用いる場合には、画素サイズが１μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましく、このときのエッジ強調幅Ｅは０．１μｍより大きいことが好ましい。この範囲にすることにより、診断の精度を向上させることができる。
【００３４】
本発明においては、とくに被写体３として人体もしくは人体から摘出された検体などが好ましい。以下さらに詳細を述べる。
【００３５】
まず、本発明で用いるＸ線源は、Ｘ線が放射状に発散するＸ線管を用いる。Ｘ線が放射状に発散するＸ線管は、被写体とＸ線画像検出器との距離を調整することにより、Ｘ線画像の拡大率を任意に設定することができる。本発明で用いるＸ線源は、具体的には熱電子が対陰極に衝突することによりＸ線が得られるクーリッジＸ線管であり、特に強いＸ線を得るには回転陽極を持つＸ線管が好ましい。そして、自己バイアスＸ線管やプラズマＸ線管等を用いることができる。
【００３６】
半影によるボケ幅Ｂ（μｍ）は、図１に示すように、Ｘ線管焦点サイズＤ（μｍ）、Ｘ線焦点から被写体３までの距離Ｒ１（ｍ）、そして被写体３からＸ線画像検出器４まで距離Ｒ２（ｍ）とすると、幾何光学的に一意的に決まる。すなわち、
Ｂ＝Ｄ×（Ｒ２／Ｒ１）・・・（２式）
で算出することができる。
【００３７】
Ｘ線屈折コントラストによる界面のエッジ強調幅Ｅ（μｍ）は、図２に示すように、Ｘ線量低下最大値とＸ線量増加最大値の半値幅であり、この値は、次の式によって得たものを使用することができる。
【００３８】
Ｅ＝３９×Ｒ２（１＋０．０４５／Ｒ１）×λ2×√Ａ・・・（３式）
このときＲ１はＸ線源から被写体３までの距離（ｍ）、Ｒ２は被写体３からＸ線画像検出器４までの距離（ｍ）、λはＸ線量の最大値の波長（Å）、Ａは被写体３の物体を円柱とした時の断面の円の直径（ｍｍ）である。この実験式は、以下のように求めた。
【００３９】
基準となる強度分布をまず下記の条件においてモデル的に光線追跡により求めた。
【００４０】
モデル：プラスチックファイバー直径１ｍｍ
空気との屈折率差：３×１０-6（プラスチックのＣｕ特性Ｘ線１．５オングストロームに対する値）
配置：Ｒ１：無限大、Ｒ２＝０．２５得られたエッジ部分の強度分布を図３に示す。これに対してＸ線屈折コントラスト幅（エッジ強調幅）Ｅが、Ｒ２と屈折率差と物体の直径Ａの平方根のそれぞれに比例し、またＲ１が有限のときのエッジ強調幅Ｅの増加量が１／Ｒ１に比例することを見出した。
【００４１】
ここで屈折率差はＸ線領域で波長（λ）の２乗に比例する。したがって
Ｅ＝ａ×Ｒ２×（１＋ｂ／Ｒ１）×λ2×√Ａという式が書ける。ａ、ｂは定数である。次に実用的な観点から計算機シミュレイションで求めた強度分布におけるエッジ強調幅Ｅから、ａ＝３９、ｂ＝０．０４５となり、最終的に（３式）が得られた。
【００４２】
また、エッジ強調幅Ｅの値としては、次式により求めた値も使用することができる。
【００４３】
Ｅ＝２７×（１＋Ｒ２／Ｒ１）1/3×（λ2×Ｒ２×√Ａ）2/3・・・（４式）
このときＲ１はＸ線源から被写体３までの距離（ｍ）、Ｒ２は被写体３からＸ線画像検出器４までの距離（ｍ）、λはＸ線量の最大値の波長（Å）、Ａは被写体３の物体を円柱とした時の断面の円の直径（ｍｍ）である。
【００４４】
より一般的には、Ｘ線位相コントラストにより界面のエッジ強調幅は、図２に示すように、Ｘ線量低下最大値とＸ線量増加最大値の半値幅であり、この値は空気中に置かれた円柱状物体の場合、
理論式Ｅ＝２．３×（１＋Ｒ２／Ｒ１）1/3×（Ｒ２×δ×√Ａ）2/3によって得ることができる。
【００４５】
このときδは物体と空気との屈折率差（δ＞０）である。
【００４６】
この理論式は、物体透過後の波面形状をＷとしたとき、物体で屈折したＸ線に．より引き起こされる強度分布がＷの２階微分Ｗ”を用いて
ｉ＝（１＋Ｒ２／Ｒ１）／（１−Ｒ２×Ｗ”）と表せられることより求めた。
【００４７】
δをλ（Å）の関数と表し、人体の組成物に対しては３式のように表すことができる。
【００４８】
以上の式は、何れもＸ線の屈折効果を考慮して得られたものである。
【００４９】
また、（４式）で求めた値の方が（３式）で求めた値よりも真のエッジ強調幅に近くより好ましい。
【００５０】
特表平１１−５０２６２号公報や科学雑誌”Ｎａｔｕｒｅ，  ｖｏｌ，  ７７，２９６２（１９９６）”においては、Ｘ線の干渉によるＸ線画像のエッジ強調効果が論じられている。そこの議論においては、まず使用されるＸ線に高い横方向の空間干渉性があることが前提であり、エッジ強調効果はＸ線の干渉、すなわちフレネル回折コントラストの第１次近似によるＸ線の強度の低下と上昇によるものである。したがって、高い空間干渉性のＸ線を得るためにＸ線源の焦点サイズができるだけ小さく且つ点光源とみなせるように被写体からＸ線画像検出器までの距離を十分にとる必要があり、そしてコントラストが被写体とＸ線画像検出器との距離（Ｒ２）に対して直接的に変化するので、Ｒ２について一定以上の距離をとる必要があることが論じられている。
【００５１】
本発明においては、Ｘ線の屈折によるコントラスト強調現象を用いるものであるゆえに、Ｘ線の高い空間干渉性は特に必要でない。したがって焦点サイズについては、点光源あるいは点光源と見なせる程度のものであることは必須ではない。また、本発明においては、Ｘ線源から被写体までの距離（Ｒ１）、そして被写体とＸ線画像検出器との距離（Ｒ２）は、Ｘ線画像の拡大率や他の因子から決定されるものである。さらに（３式）もしくは（４式）から求められるエッジ幅と幾何光学的に求められるボケ幅の関係の（２式）でＲ１とＲ２が決定される。このように本発明の課題の解決にＸ線の空間干渉性とはとくに必要とされず、被写体とＸ線画像検出器との距離（Ｒ２）のみで高コントラストが実現するものでもない。したがって本発明で得られる効果は、前記特許公報並びに科学雑誌で開示されている技術とは異なるものである。
【００５２】
また、鮮鋭性のよいＸ線画像を得るため、被写体からＸ線画像検出器を離すことによって散乱Ｘ線を除去する方法が、グレーデル効果として知られている。とくに拡大撮影を行う時はその距離が大きくなるので、グレーデル効果を利用している。一方、本発明に係るＸ線屈折コントラストは、この散乱Ｘ線とはとくに関係するものではないため、（３式）及び（４式）を導くなかにはＸ線散乱の因子は組み込まれていない。すなわち、本発明は、従来知られている散乱Ｘ線を除去してＸ線画像の鮮鋭性を向上せしめるグレーデル効果とは異なるものである。
【００５３】
しかしながら、本発明においても散乱線が問題となる場合、例えば散乱線除去のためのＸ線グリッドを用いない場合には、被写体とＸ線画像検出器との距離を設定するとき、散乱Ｘ線の影響も考慮してよいことはいうまでもない。
（２式）からＸ線管の焦点サイズが小さいほどボケ幅は小さいことになる。このときＸ線屈折コントラストはより強く観察される。しかし焦点サイズが小さいとＸ線源からのＸ線量が低下するために、被写体３やＸ線画像検出器４に制限が生ずる。一方焦点サイズが大きくなるとＸ線量は増大するが、半影によるボケ幅Ｂが大きくなってＸ線屈折コントラスト効果が得にくくなる。したがって、こうしたバランスから焦点サイズは少なくとも０．０３ｍｍ〜０．３ｍｍが好ましい。
本発明において、Ｘ線管の焦点からの距離Ｒ１は、０．１５ｍ以上そして被写体３とＸ線画像検出器４との距離Ｒ２は０．１５ｍ以上が好ましい。Ｒ１が０．１５ｍ以上であるとＸ線画像に幾何学的歪みがより小さくなる。また、Ｒ２が０．１５ｍ以上であると被写体による散乱Ｘ線を拾いにくく、散乱Ｘ線による画像の鮮鋭性をより高められる。
【００５４】
本発明においては、拡大撮影を行うためにＸ線画像検出器４に到達するＸ線が少なくなる。従って、Ｘ線のロスを伴う散乱Ｘ線除去のためのＸ線グリッドは用いないことが好ましい。また被写体３が厚い場合には、Ｒ１、Ｒ２とも０．５ｍより大きいことが好ましい。また、医療用に用いる場合、Ｘ線被曝という観点から、Ｘ線源から被写体までの距離Ｒ１は１ｍ以上、Ｘ線源からＸ線画像検出器との間の距離Ｒ１＋Ｒ２は１．５ｍ以上とることが望ましい。Ｘ線画像撮影室の大きさやＸ線画像検出器４に届くＸ線量を考慮するとＲ１＋Ｒ２が１０ｍ以内が好ましく、さらに、Ｒ１＋Ｒ２は５ｍ以内とすることがより好ましい。
【００５５】
（３式）及び（４式）において、被写体３の位置における検出物の直径ＡはＸ線撮影で描写したい目的によって決定すべき値である。非破壊検査等においては、０．１ｍｍ程度の幅のクラッキングを探索する必要があり、また医療用では、例えば胸部の初期肺がんの検出には１ｍｍ程度の大きさの腫瘍や石灰化陰影を描出することが望まれている。特に１０ｍｍより小さい構造物の検出に、本発明の拡大撮影は有用である。
【００５６】
このように（３式）及び（４式）中のＡの値は、Ｘ線画像撮影の目的によって選択されるべき値であり、本発明ではＡは０．１ｍｍ以上で１０ｍｍ以下、さらには１ｍｍ以上で２ｍｍ以下を考慮したものである。
【００５７】
（３式）及び（４式）で示すようにエッジ強調幅Ｅは、使用するＸ線の波長に依存する。（３式）及び（４式）における波長λ（Å）は、使用するＸ線管から発生する特性Ｘ線を除く連続スペクトルのＸ線量の最大値のＸ線波長である。例えばタングステンを回転陽極としてもつクーリッジＸ線管２においてはλ＝０．４オングストロームとして計算する（図４）。
【００５８】
使用するＸ線管の管電圧によって、Ｘ線の線質、いわゆる被写体に対する透過のしやすさが異なる。管電圧が高いほど、発生する高いＸ線エネルギー成分が増加するので被写体をＸ線が透過しやすくなり、このため吸収によるＸ線画像コントラストは低下する。管電圧が低い場合、Ｘ線は透過しにくくなる。したがって使用目的によってＸ線管の管電圧を設定する必要がある。医用のＸ線画像診断や非破壊検査では、Ｘ線管電圧は５０ｋＶｐ〜１５０ｋＶｐの範囲が使用される。
【００５９】
本発明の（１式）の領域は、これらＸ線エネルギー領域に適した領域である。ここで”ｋＶｐ”とは放射されるＸ線のもっともエネルギーの高いＸ線成分を表すもので、一般にＸ線管から放射されるＸ線エネルギーの指標であり、撮影時にＸ線管電圧として設定される（図４）。
【００６０】
本発明における横型及び縦型のＸ線画像撮影装置を、図５及び図６に模式的に示す。Ｘ線画像撮影装置１で拡大撮影を行なうとき、被写体３の動きに起因するブレも拡大される。従って、こうしたブレをできるだけ少なくするために、被写体３を撮影時に固定するための被写体位置設定具２０が必要である。被写体位置設定具２０は機械的強度を持たすために、金属もしくは強化プラスチック樹脂からなる枠を備え、Ｘ線が透過する枠内はＸ線をできるだけ多く透過するプラスチック樹脂板を張り付けることが好ましい。その板の厚さは０．０５ｍｍから数ｍｍが好ましい。被写体３である患者は、この被写体位置設定具２０に身体あるいは身体の一部を密着することにより、撮影時の動きを最小にすることが可能となる。
【００６１】
Ｘ線管２の焦点の位置から被写体位置設定具２０までの距離Ｒ１及び被写体位置設定具２０からＸ線画像検出器４までの距離Ｒ２は、本発明の範囲内で任意に設定することができる。この設定を正確に行なうために、Ｘ線管２、被写体位置設定具２０そしてＸ線画像検出器４とを結ぶ、Ｘ線管２の焦点を起点とする距離の情報を具備した距離を刻印したレール２１を設置することが好ましい。Ｘ線画像検出器４及びＸ線画像検出器用保持具２５は、レール２１に移動可能で、且つ一時的に固定可能に設置されている。
【００６２】
図６ではＸ線管２が被写体３の上に設置されているが、この逆にＸ線管２を下にしてＸ線画像検出器４を上に設置してもよい。この装置においては被写体３である患者を寝た状態で撮影することができるようにテーブル２２を持つことが好ましい。このテーブル２２に被写体位置設定具２０が設けられている。さらに図５と同様に、Ｘ線管２と被写体３までの距離Ｒ１そして被写体３からＸ線画像検出器４までの距離Ｒ２を正確に設定するために、距離刻印のある支柱２３を設置することが好ましい。Ｘ線画像検出器４及びＸ線画像検出器用保持具２５は、支柱２３に移動可能で、且つ一時的に固定可能に設置されている。
【００６３】
なお、被写体位置設定具２０として、被写体を保持する側を示したが、保持しなくても本発明のＸ線画像を得るために必要な被写体位置を決めるものであればよく、被写体位置を指示する部材等でもよい。
【００６４】
Ｘ線画像検出器４としては現在種々のものが用いられている。例えばハロゲン化銀乳剤を塗布した写真感光材料とＸ線蛍光増感紙からなるスクリーン・フィルムシステムを用いることができる。写真感光材料（フィルム）は乳剤層を支持体の片面あるいは両面に塗布したものを用いることができる。高い解像度を必要とするときは片面フィルムが用いることが好ましく、拡大率が大きい時には高感度の両面塗布フィルムを用いることが好ましい。写真感光材料とともに用いる蛍光増感紙（スクリーン）については、Ｘ線照射によって青色発光するものあるいは緑色発光するものが使用できる。特にＸ線吸収率のよいテルビウムで賦活したカドリニウムオキシサルファイド（Ｇｄ2Ｏ2Ｓ：Ｔｂ、以下ＧＯＳとする）蛍光体からなる蛍光スクリーンが好ましい。使用するスクリーン・フィルムシステムの平均階調Ｇは１．５〜４．０が好ましい。また、エッジ強調効果によりＸ線画像コントラストが上昇するために、スクリーン・フィルムシステムの平均階調Ｇは２から３．８がより好ましく、さらに「カブリ濃度＋１．０」より低い領域においてラチチュードが広いシステムが好ましい。なお、平均階調Ｇとは特性曲線において「カブリ濃度＋０．２５」の濃度となる点と「カブリ濃度＋２．０」の濃度となる点の２点を結んだ直線の勾配をいう。カブリとは、露光を受けなかった部分を現像して得られた濃度である。
【００６５】
なお、ここでいう特性曲線とは、ハロゲン化銀写真感光材料を使用する場合に用いるものであり、例えば、“改訂  写真光学の基礎  −銀塩写真編−”（日本写真学会編コロナ社１９９８年）に説明されているように、ハロゲン化銀の乳剤層を露光した後、現像等の処理を行ってできた写真像の黒化濃度（光学濃度）Ｄを露光量Ｅ（＝Ｉ×ｔ、Ｉは露光照度、ｔは露光時間）の常用対数に対してプロットしたＤ−ｌｏｇＥ曲線のことである。
【００６６】
スクリーン・フィルムシステムの平均階調に影響する主因子は、フィルムの特性及びその現像処理の二つがあげられる。フィルムの場合は乳剤層を構成するハロゲン化銀粒子の組成また粒径分布、カブリ抑制剤などの添加剤、さらに乳剤層中のハロゲン化銀粒子の量により平均階調が決定される。本発明で使用されるハロゲン化銀写真感光材料については、例えば前述の”改訂  写真工学の基礎−銀塩写真編−”（日本写真学会編コロナ社１９９８年）に概説されている。また、現像処理については、現像処理温度を上げることやその処理時間を延ばすことで平均階調を挙げることができるが、自動現像処理を行うときには原則的にはフィルムメーカー指定の現像処理条件で処理することが好ましい。
【００６７】
なお、エッジ強調幅Ｅよりスクリーン・フィルムシステムの画像分解能は大きくすることが必要である。また、スクリーン・フィルムシステムでの医用画像は、フィルム画像を通常裸眼で直接観察するので、エッジ強調幅が狭すぎると観察できなくなる。そこで、鋭意検討の結果、スクリーン・フィルムシステムをＸ線画像検出器として用いる際には、エッジ強調幅Ｅは９μｍ以上であることが好ましいことが実験的にわかった。
【００６８】
デジタルＸ線画像検出器とは、Ｘ線画像をデジタル画像信号として得るものであり、例えば、輝尽性蛍光体を塗布したイメージングプレートを用いるコンピューデッドラジオグラフィ（ＣＲ）、Ｘ線照射をＧＯＳや沃化セシウム蛍光体で受けて発生する光を、フォトダイオードを用いて電気信号に変換しＴＦＴ等で読み取る、あるいはＸ線照射をａ−Ｓｅで受けてそこで発生する電荷を直接にＴＦＴで読み取る平面型Ｘ線画像検出器（ＦＰＤ）、またＧＯＳ蛍光体等でＸ線照射で得られるＸ線像を可視光に変換してＣＣＤやＣＭＯＳで読み取る検出器等がある。
【００６９】
これらのディジタルＸ線画像検出器を用いた撮影システムにおいては、２次元平面を分割してＸ線画像情報を読み取る。この読み取る最小面積の四角形の辺の長さ、あるいは円形の直径が画素サイズとよばれている。例えば、前述のＣＲにおいては輝尽発光を読み取る時のピッチに相当し、ＣＣＤやＣＭＯＳの最小読取径、またＦＰＤにおいてはシリコン光ダイオードの読み取り径やＸ線導電層での発生電荷を収集する最小画素サイズにあたる。
【００７０】
また、図７に示すように、デジタルＸ線画像検出器１０を用いると、画像処理手段１１によって画像処理し、この画像処理によって拡大・縮小や画像コントラストの調整が容易にでき、ＣＲＴ画像表示装置１２、画像プリンター１３に出力し、あるいは画像記憶装置１４に記憶し、例えば病院内ＬＡＮ等に送る。このようにデジタルＸ線画像検出器１０を用いることで、本発明の拡大撮影後に実際の画像サイズに縮小して表示することができる。また、撮影時の拡大率以上に画像を拡大することも可能である。撮影時以上の拡大を考慮するとデジタルＸ線画像検出器１０では読み取るエッジ強調幅Ｅは０．１μｍより大きいことが好ましい。ここでデジタルＸ線画像検出器４においては読取最小画像サイズが使用目的やシステムの能力によって決められている。
【００７１】
本発明においては、Ｘ線像検出のために輝尽性蛍光体を用いるとき、画像信号の読み取りはレーザー露光スキャンで行われるのが一般的である。通常、その最小画素サイズは読み取りレーザスポット径と同等の大きさをとる。この径については１μｍより大きいことが好ましいが、読み取り速度を高速とするために２０μｍ以上とすることがより好ましい。また、読み取り画像自体の鮮鋭性を高めるために２００μｍ以下とすることが好ましい。また、本発明に述べているほかのデジタルＸ線画像検出器についても同様である。
【００７２】
Ｘ線管としては、現在広く医療現場で使用されている、陽極である対陰極にタングステンを含有するものが好ましい。何故ならば、非破壊検査や人体のＸ線画像を得るために、もっとも好ましいＸ線エネルギー範囲をとることができるからである。Ｘ線の透過性のよい魚など小動物を被写体とするときは、例えば陽極が銅であるＸ線源が用いられる。
【００７３】
本発明においては、例えば胸部の５ｍｍ以下の初期肺がんの発見に寄与できる可能性がある。なぜならば、８倍の拡大撮影を行えば２ｍｍの大きさの構造物が１６ｍｍに拡大されて描出されるからである。従来は、このような大きな拡大撮影を行うと半影によるボケによって、かえって判読が難しいが、本発明においては、鮮明に微細な構造物を描写できるので、判読が容易になる。
【００７４】
また、代謝性及びロイマチス性障害の早期発見のために、手指の末梢骨の拡大撮影が行われている。このとき、鮮鋭性を重視するためにＸ線蛍光増感紙（スクリーン）を用いないノンスクリーン撮影を行い、拡大プリントを行う方法が知られている。ノンスクリーン撮影を行なう場合、Ｘ線被曝量が多いことが課題である。
【００７５】
本発明においては、ノンスクリーン撮影より低線量で、鮮鋭性のよい拡大撮影を実現することができる。今日の医療現場ではタングステンＸ線管の５０〜１５０ｋＶｐのＸ線が広く使用されている。そしてＸ線画像検出器に、スクリーン・フィルムシステムを適用すると、医療現場に容易に導入することができる。したがって、本発明はとくに医療領域への適用が有用である。
【００７６】
【発明の実施の形態】
［実施例１］
Ｘ線源として、焦点サイズが４０μｍで対陰極がタングステン陽極である浜松ホトニクス（株）製のＸ線管Ｌ６６２２０２及び対陰極がタングステン陽極で焦点サイズが３００μｍの（株）東芝製のＸ線管ＤＲＡ−３５３５ＨＤを用いて、京都科学社製の胸部ファントム画像の撮影を行った。このときのＸ線管電圧はいずれも１２０ｋＶｐであった。Ｘ線画像撮影装置の機器の配置は、図５に示す通りである。被写体位置設定具の枠は、幅２ｃｍの塩化ビニル性で、約０．２ｍｍの厚さの透明ポリエステルフィルムを枠内に貼り付けた。この被写体位置設定具に胸部ファントムを密着させて撮影を行なった。
【００７７】
Ｘ線画像検出器はスクリーン・フィルムシステムを用いた。フィルムはフィルム支持体の片面にヨウ臭化銀乳剤が塗布されているコニカ株式会社製医療用レントゲンフィルムＳＲＩＣ、そしてフィルム支持体の両面にヨウ臭化銀乳剤が塗布されているコニカ株式会社製医療用レントゲンフィルムＳＲＧを用いた。蛍光増感紙はコニカ株式会社製のＳＲＯ１２５バック用増感紙をＳＲＩＣと組み合わせて用いた。
【００７８】
また両面フィルムＳＲＧにはコニカ株式会社製の増感紙ＳＲＯ２５０、あるいはＳＲＯ１０００を用いた。ＳＲＯ１２５とＳＲＩＣの組み合わせは感度が最も低いが、解像度が最も高いシステムである。そしてＳＲＧと組み合わせる蛍光増感紙は算用数字が大きいほど感度が高くなる一方、解像度は低下する。なお、ＳＲＩＣの平均階調Ｇは２．６、ＳＲＧの平均階調Ｇは２．４５であった。
【００７９】
Ｘ線像撮影後のフィルム現像処理は、コニカ株式会社製ＳＲＸ５０２自動現像機で３５℃の９０秒処理で行った。現像処理後に約９０００ルクスの明るさのシャウカステン（ライトボックス）にフィルムをかけて、裸眼で観察してエッジ強調が認められるかどうかの判定を行った。
【００８０】
すなわち、胸部肺野領域のフィルム面とほぼ平行に走行する円筒形の擬似血管像の周りが黒く縁取りがされているかどうかを判定した。３式中のＡの値はこの擬似血管径を用いた。判定ランクは、非常に良く見えるとき５、良く見えるとき４、認識できるとき３、みえたとしても極めて弱いとき２、見えないときを１として評価した。その結果を表１に示す。なお、Ｅとして、（４式）を用いて求めた値を示す。
【００８１】
【表１】
0004010101.tif 000002
なお、表中の血管径は拡大撮影していないときのＸ線撮影で測定したものである。試料のＮｏ．６は９Ｅ≧Ｂを満たさないので、判定結果は最も低い値１となっている。また、試料Ｎｏ．５は（４式）で求めたＥの値は上記の通りであるが、（３式）で求めたＥの値は３６、９Ｅは３２４であり、９Ｅ≧Ｂを満たしている。
【００８２】
［実施例２］
実施例１と同様に胸部ファントムＸ線像の撮影を行った。コニカ製の輝尽製蛍光体を用い、レーザースポットサイズ８７μｍで画像信号を読み取り、コニカ製レーザイメージャＬｉ−７でコニカ製片面フィルム６７ＬＰにプリントし、自動現像機ＳＲＸ５０２で現像処理を行った。撮影条件はＲ１＝Ｒ２＝２ｍで拡大率２倍、焦点サイズ４０μｍで、ボケ幅Ｂ＝４０μｍ及び（４式）のＡを血管直径１ｍｍとするときエッジ強調幅Ｅ＝１６μｍで９Ｅ＝１４４μｍであり、９Ｅ≧Ｂであり、Ｅは０．１μｍより大きい。
【００８３】
撮影後に得られた画像を３倍拡大及び元のサイズに縮小した画像をプリントした。２枚のプリントとともに直径１ｍｍの横走行の擬似血管の周りが黒く縁取られてエッジ強調が認められ、判定は３倍拡大画像が５、原寸表示が４であった。なおＸ線量は７．８ｍＡｓであった。
【００８４】
［実施例３］
京都科学製の頭部のファントムを用いて頭蓋骨Ｘ線像の撮影を行った。このときのＸ線管の設定管電圧は７０ｋＶｐであった。増感紙はＳＲＯ２５０を用い、フィルムはＳＲＧを用いた。Ｒ１＝Ｒ２＝２ｍの拡大倍率２倍、焦点サイズ４０μｍでぼけ幅Ｂ＝４０μｍ、３式のＡの被写体幅１ｍｍとするとエッジ強調幅Ｅ＝１６μで９Ｅ＝１４４μｍとなり、９Ｅ≧Ｂである。また、Ｅ≧９μｍも満足する。実施例１と同様の現像処理後にシャウカステン上で画像を裸眼で観察したとこと、骨部境界部分に明瞭に黒く縁取りをした境界線が見られた。評価は４であった。このときの３６ｍＡｓであった。
【００８５】
［実施例４］
京都科学製の手ファントムを用いて手指骨Ｘ線像の撮影を行った。Ｘ線画像撮影装置の機器の配置は、図６の通りであった。テーブルの一部がくりぬけられて、この窓に厚さ約０．５ｍｍの透明のポリエステル板を張り、この上に手ファントムを置いて撮影を行なった。
【００８６】
このときのＸ線管の設定管電圧は５０ｋＶｐであった。増感紙はコニカ株式会社製Ｍ１００を用い、フィルムはコニカ株式会社製片面乳剤フィルムＣＭＨを用いた。このシステムの平均階調は３．２であった。実施例１と同様の現像処理後にシャウカステン上で１ｍｍ幅（４式のＡの値）の骨梁を裸眼で観察し、その評価結果を表２に示す。
【００８７】
【表２】
0004010101.tif 000003
Ｎｏ．９，１０は「認識できる」（３）及び「良く見える」（４）の判定である。Ｎｏ．７は９Ｅ≧Ｂを満足しておらず判定は「見えない」の（１）、Ｎｏ．８については、９Ｅ≧Ｂを満足しているがＥ≧９μｍを満足しておらず判定は「極めて弱い」の（２）となっている。
【００８８】
【発明の効果】
前記したように、本発明のＸ線画像撮影方法及びＸ線画像撮影装置では、発散するＸ線を放射するＸ線管を用いて拡大撮影を行うときに、半影によるボケとエッジ強調の関係を最適化することにより鮮鋭性の優れる拡大撮影画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｘ線画像撮影装置を示す図である。
【図２】Ｘ線画像撮影のエッジ強調を示す図である。
【図３】エッジ部分の強度分布を示す図である。
【図４】Ｘ線管から放射されるＸ線エネルギーの指標を示す図である。
【図５】横型のＸ線画像撮影装置を模式的に示す図である。
【図６】縦型のＸ線画像撮影装置を模式的に示す図である。
【図７】デジタルＸ線画像検出器を用いたＸ線画像の出力システムを示す図である。
【符号の説明】
１  Ｘ線画像撮影装置
２  Ｘ線管
３  被写体
４  Ｘ線画像検出器
【図１】
0004010101.tif 000004
【図２】
0004010101.tif 000005
【図３】
0004010101.tif 000006
【図４】
0004010101.tif 000007
【図５】
0004010101.tif 000008
【図６】
0004010101.tif 000009
【図７】
0004010101.tif 000010