(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対論的電子を用いたＸ線発生手段と２次元Ｘ線検出手段とからなる高エネルギーＸ線イメージング装置であって、
前記Ｘ線発生手段は、電子蓄積型Ｘ線発生装置を使用して１．１メガ電子ボルト以上８メガ電子ボルト以下の高エネルギーＸ線を発生できる装置であり、
さらに前記２次元Ｘ線検出手段は少なくとも、イメージングのためのＸ線フィルム、原子核乾板、イメージングプレート、Ｘ線撮像管、ＣＣＤカメラのいずれか一つを使用し被試験体を透過した高輝度Ｘ線を検出できる装置であることを特徴とする高エネルギーＸ線イメージング装置。
【請求項２】
前記２次元Ｘ線検出手段の上流に、高輝度Ｘ線に対して検出効率を向上するために、鉛、タングステン、金、白金、銀、錫またはアンチモンの重元素でできた薄板を置いたことを特徴とする請求項１に記載の高エネルギーＸ線イメージング装置。
【請求項３】
前記２次元Ｘ線検出手段の検出効率をあげるために前記薄板の下流に蛍光板を前記２次元Ｘ線検出手段に面して密着しておくか、前記薄板の２次元検出手段に面する側に蛍光物質を塗布または蒸着するか、前記２次元Ｘ線検出手段の検出面に蛍光物質を塗布または蒸着したことを特徴とする請求項２に記載の高エネルギーＸ線イメージング装置。
【請求項４】
電子蓄積型Ｘ線発生装置を使用したＸ線発生手段から発生したＸ線を被試験体（人体を除く）に照射し、前記被試験体を透過したＸ線を検出するイメージングのためのＸ線フィルム、原子核乾板、イメージングプレート、Ｘ線撮像管、ＣＣＤカメラのいずれか一つを使用して２次元画像としてイメージングすることを特徴とする高エネルギーＸ線イメージング方法であって、
前記Ｘ線発生手段として１．１メガ電子ボルト以上８メガ電子ボルト以下の高エネルギーＸ線を発生できる装置を用いることを特徴とする高ネルギーＸ線イメージング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＸ線を利用する産業分野における高エネルギーＸ線イメージング装置に関わる。即ち、レントゲン写真、Ｘ線治療、非破壊検査、Ｘ線透視、２次元蛍光Ｘ線分析、トポグラフ、Ｘ線顕微鏡といったＸ線利用技術に好適な高エネルギーＸ線イメージング装置に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
レントゲン写真は、６０ｋｅＶ近辺のＸ線を利用し過去１００年にわたり人類に貢献し、ますますその利用頻度が上がっている。非破壊検査は１５０ｋｅＶ程度のＸ線を上限として使用されてきた。レントゲン写真や非破壊検査において撮像の方法は、吸収コントラストによるイメージングであった。高エネルギーＸ線は透過力が強いために、構造物の非破壊検査以外にはあまり使用されてこなかった。また、吸収像はＸ線の散乱のためにイメージの空間分解能に限界が有った。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
レントゲン写真における問題の一つは医療被爆である。６０ｋｅＶ程度のＸ線は、人体にかなり吸収されるために数回のレントゲン写真で法定許容量を超える。とりわけＸ線透視をしながらの手術は、医師及び患者がきわめて危険な状況にさらされている。別の問題はＸ線画像の精度であるが、１ｍｍ以下の癌の識別は困難な状況にある。一方非破壊検査では、散乱Ｘ線のために鮮明なイメージをとるのが困難である。高エネルギーＸ線やガンマー線を用いた場合吸収法により軽元素のイメージング、即ち生体や生物のイメージングを行うことはできない。
【０００４】
そこで、本発明は、電子蓄積型Ｘ線発生装置で高輝度高エネルギーＸ線を発生し、従来使用しなかった高エネルギーＸ線を利用し、かつ２次元Ｘ線検出器の検出感度を鉛等の重元素でできた薄膜で増感することにより、高精度の透過Ｘ線像を撮像することができる高エネルギーＸ線イメージング装置を提供すること目的とする。また、高エネルギーＸ線イメージング装置は、密度によりＸ線の位相がシフトし屈折干渉する現象を利用することにより、軽元素でできた生体物質でも、構造物に対しても精細なイメージを得ることができる高エネルギーＸ線イメージング装置を提供すること目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明が採用した技術解決手段は、相対論的電子を用いたＸ線発生手段と２次元Ｘ線検出手段とからなる高エネルギーＸ線イメージング装置であって、前記Ｘ線発生手段は１．１メガ電子ボルト以上８メガ電子ボルト以下の高エネルギーＸ線を発生できる装置であり、前記２次元Ｘ線検出手段は被試験体を透過した高エネルギーＸ線を検出できるような装置であることを特徴とする高エネルギーＸ線イメージング装置である。
【０００６】
【実施の形態】
図１を用いて、本発明の高エネルギーＸ線イメージング装置につき詳細に説明する。図１はその全体平面図である。この高エネルギーＸ線イメージング装置には、相対論的電子を用いたＸ線発生手段として電子蓄積型Ｘ線発生装置１を使用している。電子蓄積型Ｘ線発生装置は放射光並のＸ線輝度を持つために本発明の高エネルギーＸ線イメージングに適しているが、ライナック、マイクロトロン、ベータトロン、シンクロトロンで発生した相対論的電子をターゲットにぶつけて発生することができるし、シンクロトロン、ベータトロン、マイクロトロンの相対論的電子周回軌道上にターゲットを置いてＸ線を発生することもできる。図に示す電子蓄積型Ｘ線発生装置は、従来から公知の装置であり、真空槽１Ａ、電子蓄積リング２、真空槽１Ａ内に電子を導く入射ポート１Ｂ、Ｑマグネット１Ｃ、クライストロン１Ｄ、電子銃１Ｅ、真空ポンプ１Ｆ、取り出しポート１Ｇ、マイクロトロン入射器３等から構成されており、電子蓄積リング２の電子軌道上にターゲットを配置して電子を蓄積することにより高輝度Ｘ線を発生する。また、本図では、電子ビームの入射器として小型のマイクロトロン３を使用している。マイクロトロンの電子エネルギーは６ＭｅＶである。電子エネルギーが８ＭｅＶ以下の時には原子核反応を起こさないことから６ＭｅＶというエネルギーを選択している。従って本装置は中性子を発生しないために、放射線の遮蔽は鉛及び鉄で行うことが出来、コンクリートシールドを必要としない。６ＭｅＶ電子を電子蓄積リング２に入射して蓄積し、電子軌道上に微小固体ターゲット４を置いてＸ線を発生する。個体ターゲットには数ミクロン〜数ｍｍφのタングステン、金、鉛等の細線を使用している。もちろん薄膜でもかまわないしＳｉ等の結晶を使用することもできる。
【０００７】
Ｘ線は図１に示す取り出しポート６から取り出される。このときＸ線ビームの広がりは約０．０８ラジアンである。従って取り出しポート６の窓の大きさは径が約１０ｃｍである。取り出しポート６の真空窓の材質には１ｍｍ程度のアルミを使用して低エネルギーのＸ線を吸収している。即ち、取り出しポート６は、低エネルギーＸ線による被爆を低減するための役割も果たす。もちろん利用形態に応じてこの厚さを変えるのが良い。本Ｘ線発生装置からは放射光並の軟Ｘ線も発生している。もちろん低エネルギーＸ線吸収材の交換を容易に行うためには、窓材として、ベリリュームやカプトン、プラスチック等の高分子薄膜、０．１ｍｍ厚程度のアルミを使用し、別途Ｘ線吸収材を置くことである。Ｘ線吸収材には、ベリリュームや高分子膜やＡｌの厚さを変えて最適化するが、金、鉛、錫等の様々な薄膜を使うこともできる。しかしながら、鉛や金等の重元素を使用すると、蛍光Ｘ線を発生するために、これが新たなＸ線源となるという問題のためにイメージのバックが増えるという問題があるので推奨できない。
【０００８】
次に、図１の２次元Ｘ線検出手段７について説明する。２次元Ｘ線検出手段７は、被試験体を透過したＸ線を検出する装置で、従来から公知のＸ線検査装置等のＸ線検出装置と同様の構成をしており、前述した取り出しポート６に対向して配置されている。検出手段７としてはＸ線フィルム、原子核乾板、Ｘ線用ＣＣＤカメラ、Ｘ線撮像管、イメージングプレート等の市販品を使用している。図１はＸ線検出手段としてＸ線フィルムを使用した例である。本発明のＸ線検出効率を上げる手段は、これらのＸ線検出手段の前に数ミクロンから数ｍｍ厚の鉛の薄板９を密着して置くことである。鉛の薄板はＸ線の波長変換材として作用している。ここでは０．１ｍｍの鉛薄板を使用している。電子蓄積型Ｘ線発生装置のＸ線スペクトルは数ｋｅＶから６ＭｅＶにわたる。８０ｋｅＶ以上の高エネルギーＸ線は、鉛による光電効果で一旦吸収された後に低エネルギーの蛍光Ｘ線として再度放出されるのでＸ線フィルムはこれを検出する。さらに、鉛の内部で高エネルギーＸ線はコンプトン散乱を起こして電子を発生する。Ｘ線フィルムはこの電子に対して高い感受性を持つしこの電子がさらに制動放射を発生するので、低エネルギーＸ線量が増加する。さらに、１．１ＭｅＶ以上のＸ線が鉛に入ると電子対創生を起こす。このようにして発生した電子と陽電子に対してもＸ線フィルムは高い感受性を示す。もちろん、波長変換材は鉛に限定する必要はない。重元素の方が変換効率が高いことからタングステン、金、白金、銀、錫、アンチモンの薄板でも良い。もちろん鉛に比べて変換効率が落ちる。
【０００９】
鉛の薄膜をＸ線フィルムの前に置くことによりさらに好都合なことは、８０ｋｅＶ以下のＸ線がカットされることである。Ｘ線はエネルギーが高いほど直進性が良い。低エネルギーＸ線は散乱されやすい。従って試料または被試験体１１や取り出しポート６で散乱されたＸ線はＸ線イメージを不鮮明にする原因である。鉛の薄膜はこれを取り除く作用がある。
【００１０】
次に蛍光板１０の使用であるが、これは有ってもなくてもかまわない。蛍光板にはもちろん増感作用がある。即ち、蛍光板はＸ線を一旦可視光に変えるのでフィルムに対する感度を高める。しかしながら、蛍光板の厚みにより、イメージが不鮮明になるという問題もある。そこで、鉛の薄板の２次元Ｘ線検出手段に面する側に蛍光物質を直接塗布あるいは蒸着するのが良い。もちろん検出手段の表面に蛍光物質を塗布することの考えられる。高エネルギーＸ線用フィルムとしては原子核乾板を使用するのも良い。
【００１１】
次に、図を用いて本発明の高エネルギーＸ線イメージング装置を用いて撮像したＸ線写真の例を示す。固体ターゲットは０．５ｍｍのタングステンワイヤー、真空窓には１ｍｍのアルミを使用。増感材として鉛の０．２ｍｍ薄膜を使用した例である。Ｘ線フィルムは通常の直接撮影用フィルムである。試料とフィルムはこれらの例では密着させているが、１ｍ離した場合にも同様なコントラストの像が得られる。但し約２倍に拡大された像になる。図２はアゲハチョウである。この例は蛍光板を使用していない。軽元素でできている蝶の胴体、骨格、眼球の内部、触覚、ストロー、腹部のひだや粒状物質の輪郭が鮮明に映し出されている。なぜ軽元素で出来た蝶を高エネルギーＸ線でこれほどに鮮明に映し出すことが出来るかは、必ずしも明らかとは言えないが、Ｘ線の干渉によると考えている。Ｘ線は密度の違いによりその位相がシフトし屈折する。密度の違う境界において屈折したＸ線としなかったＸ線が干渉し、明暗の干渉パターンが発生したと考えられる。Ｘ線の位相シフトは物質の密度に寄るところが大きく、従って密度の異なる物質の境界で干渉が発生し、物質の境界を鮮明に映し出す。例えば、癌細胞は正常細胞と元素組成はさほど変わらないが密度が異なるために、本高エネルギーＸ線イメージング装置で識別が容易となる。図３（ａ）は、ナットである。この例及び次の例では蛍光板を使用している。ステンレスでできた厚さ４ｍｍのナットであるが、あたかもガラスを見ているような透過像である。即ち、高エネルギーＸ線でなければこの様なＸ線像はつくることができない。しかもナットの上面と下面のエッジが鮮明に出ている。図３（ｂ）は、１ｍｍのメッシュであり、厚さ１ｍｍのアルミで出来ている。これも透過像であることがわかる。そして、メッシュの穴の周りには明暗が発生しておりやはり干渉像であることがわかる。
【００１２】
以上により本発明の高エネルギーＸ線イメージング装置は、きわめて精度の高い透過Ｘ線像を提供し、軽元素及び重元素のいずれのイメージングにも適していることがわかる。即ち医療診断用にも非破壊検査用にもきわめて優れた性能を発揮する。さらに高エネルギーＸ線は透過力が強く人体に吸収されにくいことから、放射線被曝を著しく低減する効果がある。また、本発明は上記実施形態に限定することなく、本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいかなる形でも実施できる。そのため、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎず限定的に解釈してはならない。
【００１３】
【発明の効果】
以上、詳細に述べてきたように本発明の高エネルギーＸ線イメージング装置によれば、電子蓄積型Ｘ線発生装置で高輝度高エネルギーＸ線を発生し、従来使用しなかった高エネルギーＸ線を利用し、２次元Ｘ線検出器の検出感度を鉛等の重元素でできた薄膜で増感することにより、高精度の透過Ｘ線像を撮像することが可能となった。高エネルギーＸ線イメージング装置は、密度によりＸ線の位相がシフトし屈折干渉する現象を利用することにより、物質の境界に対して鋭敏であることから、軽元素でできた生体物質でも、構造物に対しても精細なイメージを得ることができる。例えば癌細胞は正常細胞と密度が違うために、本装置で識別することができ、さらには形状の違いを判別して癌の種類を識別することを可能にする。また、高エネルギーＸ線は透過力が強く、結果として医療における放射線被曝を低減するこという著しい効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  高エネルギーＸ線イメージング装置全体平面図である。
【図２】  高エネルギーＸ線イメージング装置で撮像したアゲハチョウの写真である。
【図３】  高エネルギーＸ線イメージング装置で撮像した（ａ）スレンレス製ナット、（ｂ）１ｍｍ厚アルミ製メッシュの写真である。
【符号の説明】
１  相対論的電子を用いたＸ線発生手段（電子蓄積型Ｘ線発生装置）
１Ａ  真空槽
１Ｂ  入射ポート
１Ｃ  Ｑ−マグネット
１Ｄ  クライストロン
１Ｆ  真空ポンプ
２  電子蓄積リング
３  マイクロトロン入射器
４  固体ターゲット
６  取り出しポート
７  ２次元Ｘ線検出手段
９  薄板
１０  蛍光板
１１  被試験体（測定試料あるいは人体）
【図１】
0003741613.tif 000002
【図２】
0003741613.tif 000003
【図３】
0003741613.tif 000004