(57)【要約】  高コントラストな、Ｘ線及び／又はガンマ線の放射線画像を形成するための技術が提供される。該画像は、物体依存性バックグラウンド放射線からの寄与が最小限である。本開示では、レーザコンプトン光源からの低発散な準単一エネルギーのＸ線又はガンマ線出力をＸ線光学技術と組み合わせて利用し、集束Ｘ線又はガンマ線ビームを生成し、それによって特定の物体の高コントラストのシャドウグラフを生成する。撮像される物体は、Ｘ線光学アセンブリと、そのアセンブリによって生成されるＸ線ビームの焦点との間の集束ビームの経路内に配置される。次いで、ビームの焦点に配置された光学的に厚いピンホールを通過させる。ピンホールの下流では、物体の反転シャドウグラフが適切な２次元検出器アレイによって記録される。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線又はガンマ線の出力ビームを提供すること、
焦点に向けられた集束ビームを形成するために、前記出力ビームを少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系に通すよう方向付けること、
改変されたビームを形成するために、前記出力ビーム又は前記集束ビームの経路内において物体の位置決めをすること、
前記改変されたビームの合焦位置に配置される開口を有するアパーチャを提供すること、ここで、前記改変されたビームの少なくとも一部を、前記開口を通過させることにより発散ビームを形成すること、及び、
前記発散ビームを検出すること、
を含む方法。
【請求項２】
前記出力ビームが、レーザコンプトン源から供給される準単一エネルギーのＸ線又はガンマ線出力ビームである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、少なくとも１つの屈折型Ｘ線レンズを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、少なくとも１つの複合Ｘ線光学系を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記物体は、前記集束ビームの経路内に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、少なくとも１つのコリメート光学系と、前記コリメート光学系に続く少なくとも１つの収束光学系とを含み、
前記出力ビームは、最初に前記少なくとも１つのコリメート光学系によってコリメートされ、次いで前記少なくとも１つの収束光学系によって収束され、前記集束ビームを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記物体は、前記少なくとも１つのコリメート光学系と前記少なくとも１つの収束光学系との間に配置される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記物体は対象とする特徴を含み、前記対象とする特徴は前記集束ビームの横断寸法よりも小さく、前記集束ビームが前記対象とする特徴を完全に覆う、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記物体は対象とする特徴を含み、前記対象とする特徴は前記集束ビームの横断寸法よりも大きく、前記集束ビームが前記対象とする特徴を完全には覆わない、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記物体を前記集束ビームの位置に対してスキャンする行程、を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記発散ビームを検出する工程は、前記物体をスキャンする行程の間に、前記発散ビームの複数の画像を収集する行程を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の画像は、前記対象とする特徴の完全な画像を全面的に提供する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記集束ビームの位置及び前記開口の位置を互いに相対的に固定した状態で前記物体及びビームを互いに対してスキャンすることにより、前記対象となる特徴の完全な画像が得られる、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記アパーチャが、Ｘ線又はガンマ線に対して高減衰な材料を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記開口が、ピンホール及びスリットからなる群より選択される形状を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記開口が、円錐形の孔を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記円錐形の孔は、前記焦点及びその周囲の前記レーザコンプトンビームの収束及び／又は発散とマッチする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記開口が、概ね前記開口における前記Ｘ線又はガンマ線の焦点の直径を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記開口を通過しない前記物体からの散乱された放射線及び／又は自己発光の全てが拒絶され、検出されない、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記アパーチャが高減衰な材料により構成され、前記開口を通過しない全てのＸ線又はガンマ線を遮断するために十分な厚さを有するように構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記発散ビームを検出する工程は、二次元Ｘ線検出器システムを用いて実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記出力ビームを、前記物体内の特定の原子種の特定の内殻のイオン化閾値よりわずかに上の値に調整することにより、前記画像内のコントラストを向上させること、及び／又は、前記物体内の元素材料の同定を可能にすること、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記出力ビームを、前記物体内の特定の原子種の核共鳴蛍光遷移に調整させ、コントラストを向上させること、及び／又は、前記物体内の元素物質の同定を可能にすること、を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記発散ビームを検出するステップは、ゲート付き検出器システムを用いて実行され、前記方法は、前記検出器システムをゲーティングすることを更に含み、
前記発散ビームのバリスティック画像形成光子の到達中にのみ前記検出器システムがオンとなるようにされ、それによりバックグラウンド及び散乱放射線を更に見分ける、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系に入射する前記出力ビームのより低いエネルギー、より高い角度のレーザコンプトン光子が、前記出力ビームのより高いエネルギーの軸上にあるレーザコンプトン光子と同じスポット及び同じスポットサイズで合焦されるように空間的に変化する構造を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項２６】
少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系の色収差が、前記レーザコンプトン光源のスペクトル角度依存性とマッチする、請求項２に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、前記出力ビームを一の次元のみで前記合焦位置の焦点に向け、前記出力ビームが他の次元の前記レーザコンプトンプロセスの物理的性質に従って発散することを許容し、
前記開口は、前記合焦の寸法において前記出力ビームの前記焦点サイズにマッチするスリットである、請求項２に記載の方法。
【請求項２８】
前記出力ビームを調整して、コントラストを増加させること、及び／又は、前記物体内の材料識別を可能にすること、を更に含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、互いに対して９０度で配向され、異なる位置に焦点を合わせた２つの一次元複合Ｘ線光学系を含み、
これらのうちの一方は、前記出力ビームの一次元のファンビームであり、他方は、前記出力ビームの線焦点を形成し、
バックグラウンド放射線を低減するため、前記線焦点にスリットが配置される、請求項２に記載の方法。
【請求項３０】
前記出力ビームを調整して、コントラストを増加させること、及び／又は、前記物体内の材料識別を可能にすること、を更に含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、第１の一次元の複合Ｘ線光学系と、前記第１の一次元の複合Ｘ線光学系に対して９０度で配向された第２の一次元の複合Ｘ線光学系とを含み、
前記出力ビームは、前記第１の一次元の複合Ｘ線光学系によって一の次元でコリメートされ、次いで前記第２の一次元Ｘ線光学系によって他の次元で合焦され、
バックグラウンド放射線を低減するため、前記焦点にスリットが配置される、請求項２に記載の方法。
【請求項３２】
前記出力ビームを調整して、コントラストを増加させること、及び／又は、前記物体内の材料識別を可能にすること、を更に含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
Ｘ線又はガンマ線の出力ビームを提供するための提供源と、
焦点に向けられた集束ビームを前記出力ビームから形成するための少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系であって、前記出力ビーム又は前記集束ビームの経路内に配置された物体は改変されたビームを生じさせる、前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系と、
前記改変されたビームの合焦位置に配置される開口を有するアパーチャであって、前記改変されたビームの少なくとも一部が前記開口を通過することにより発散ビームを形成する、前記アパーチャと、
前記発散ビームを検出するために配置された検出器と、
を含む装置。
【請求項３４】
前記光源がレーザコンプトン光源であり、前記出力ビームが前記レーザコンプトン光源から提供される準単一エネルギーのＸ線又はガンマ線出力ビームである、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、少なくとも１つの屈折型Ｘ線レンズを含む、請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、少なくとも１つの複合物Ｘ線光学系を含む、請求項３３に記載の装置。
【請求項３７】
前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、少なくとも１つのコリメート光学系と、それに続く少なくとも１つの収束光学系とを含み、
前記出力ビームは、最初に前記少なくとも１つのコリメート光学系によってコリメートされ、次いで前記少なくとも１つの収束光学系によって収束され、前記集束ビームを形成する、請求項３３に記載の装置。
【請求項３８】
前記集束ビームの位置に対して前記物体をスキャンするための手段を更に備える、請求項３３に記載の装置。
【請求項３９】
前記アパーチャが、Ｘ線又はガンマ線に対して高減衰な材料を含む、請求項３３に記載の装置。
【請求項４０】
前記開口が、ピンホール及びスリットからなる群より選択される形状を含む、請求項３３に記載の装置。
【請求項４１】
前記開口が、円錐形の孔を備える、請求項３３に記載の装置。
【請求項４２】
前記円錐形の孔は、前記焦点及びその周囲の前記レーザコンプトンビームの収束及び／又は発散にマッチする、請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記開口が、概ね前記開口におけるＸ線又はガンマ線焦点の直径を有する、請求項３３に記載の装置。
【請求項４４】
前記アパーチャが高減衰な材料により構成され、前記開口を通過しない全てのＸ線又はガンマ線を遮断するために十分な厚さを有するように構成される、請求項３３に記載の装置。
【請求項４５】
前記検出器が、二次元Ｘ線検出器システムを備える、請求項３３に記載の装置。
【請求項４６】
前記出力ビームを、前記物体内の特定の原子種の特定の内殻のイオン化閾値よりわずかに上の値に調整することにより、前記画像内のコントラストを向上させるための手段、及び／又は、前記物体内の元素材料の同定を可能にするための手段、を更に備える、請求項３３に記載の装置。
【請求項４７】
前記出力ビームを、前記物体内の特定の原子種の核共鳴蛍光遷移に調整し、コントラストを向上させる手段、及び／又は、前記物体内の元素物質の同定を可能にする手段、を更に備える、請求項３３に記載の装置。
【請求項４８】
前記検出器がゲート付き検出器システムを備え、前記ゲート付き検出器は前記発散ビームのバリスティック画像形成光子の到達中にのみ前記検出器システムがオンとなるようにゲーティングするように構成され、それによりバックグラウンド及び散乱放射線を更に見分ける、請求項３３に記載の装置。
【請求項４９】
前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系に入射する前記出力ビームのより低いエネルギー、より高い角度、のレーザコンプトン光子が、前記出力ビームのより高いエネルギーの軸上にあるレーザコンプトン光子と同じスポット及び同じスポットサイズで合焦されるように空間的に変化する構造を含む、請求項３４に記載の装置。
【請求項５０】
少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系の色収差を、前記レーザコンプトン光源のスペクトル角度依存性にマッチさせるための手段を更に備える、請求項３４に記載の装置。
【請求項５１】
前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、前記出力ビームを一の次元のみで前記合焦位置の焦点に向けるように構成され、前記出力ビームが他の次元の前記レーザコンプトンプロセスの物理的性質に従って発散することを可能にし、
前記開口は、前記合焦の寸法において前記出力ビームの前記焦点サイズにマッチするスリットである、請求項３４に記載の装置。
【請求項５２】
前記出力ビームを調整して、コントラストを増加させる手段、及び／又は、前記物体内の材料識別を可能にするための手段、を更に備える、請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、互いに対して９０度で配向され、異なる位置に焦点を合わせた２つの一次元複合Ｘ線光学系を含み、
これらのうちの一方は、前記出力ビームの一次元のファンビームを生成し、他方は、前記出力ビームの線焦点を形成し、
バックグラウンド放射線を低減するため、前記線焦点にスリットが配置される、請求項３４に記載の装置。
【請求項５４】
前記出力ビームを調整して、コントラストを増加させる手段、及び／又は、前記物体内の材料識別を可能にするための手段、を更に備える、請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、第１の一次元の複合Ｘ線光学系と、前記第１の一次元の複合Ｘ線光学系に対して９０度で配向された第２の一次元の複合Ｘ線光学系とを含み、
前記出力ビームは、前記第１の一次元の複合Ｘ線光学系によって一次元でコリメートされ、次に前記第２の一次元Ｘ線光学系によって他の次元で合焦され、
バックグラウンド放射線を低減するため、前記焦点にスリットが配置される、請求項３４に記載の装置。
【請求項５６】
前記出力ビームを調整して、コントラストを増加させる手段、及び／又は、前記物体内の材料識別を可能にするための手段、を更に含む、請求項５５に記載の装置。
【請求項５７】
レーザコンプトン源から、低発散な準単一エネルギーのＸ線又はガンマ線の出力を提供すること、
集束又はコリメートされたＸ線又はガンマのビームを前記出力から形成するために、Ｘ線及び／又はガンマ線光学系を利用すること、
出力ビームを形成するために、前記ビームの経路内において物体の位置決めをすること、
前記出力ビームの合焦位置に配置される開口を有するアパーチャを提供し、アパーチャされたビームを形成すること、及び、
前記アパーチャされたビームの画像を記録すること、
を含む、物体依存性バックグラウンド放射線からの寄与が最小限である、高コントラストな、Ｘ線及び／又はガンマ線の放射線画像を形成するための方法。
【請求項５８】
低発散な準単一エネルギーのＸ線又はガンマ線の出力を提供するためのレーザコンプトン源と、
前記出力から集束又はコリメートされたＸ線又はガンマ線ビームを形成するための、Ｘ線及び／又はガンマ線光学系と、
前記集束又はコリメートされたＸ線又はガンマ線ビームの合焦位置に配置されるアパーチャを有するピンホールであって、アパーチャされたビームを形成する前記ピンホールと、
前記アパーチャされたビームの画像を記録するための手段と、
を含む、物体依存性バックグラウンド放射線からの寄与が最小限である、高コントラストな、Ｘ線及び／又はガンマ線の放射線画像を形成するための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、高コントラストなレーザーコンプトン光源による収束Ｘ線イメージング、と題する２０１７年７月３１日出願の米国仮特許出願第６２／５３９，４５２号の利益を主張する。
【０００２】
（連邦が支援する研究及び開発の下で行われた発明の権利に関する声明）
合衆国政府は、Ｌａｗｒｅｎｃｅ  Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙの操業のため、アメリカ合衆国エネルギー省とＬａｗｒｅｎｃｅ  Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ，  ＬＬＣとの間の、契約番号ＤＥ−ＡＣ５２−０７ＮＡ２７３４４により、本発明の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
本技術は、Ｘ線イメージング形成に関し、より具体的には、物体依存性バックグラウンド放射線からの寄与を最小限とする、高コントラストな、Ｘ線及び／又はガンマ線の放射線イメージング形成技術に関する。
【０００４】
（他の技術の説明）
従来のＸ線ラジオグラフィーでは、所望の物体のＸ線写真は、撮像される物体をＸ線の準点線源と、二次元検出器システム（例えば、Ｘ線フィルム、Ｘ線ＣＣＤカメラ、シンチレータ又はカメラ）と、の間に配置することによって形成される。図１は、回転陽極制動放射源（ｒｏｔａｔｉｎｇ  ａｎｏｄｅ  ｂｒｅｍｓｓｔｒａｈｌｕｎｇ  ｓｏｕｒｃｅ）を有する従来の点投影Ｘ線イメージングを示す。Ｘ線写真の解像度は、Ｘ線源の空間的広がりと、配置の幾何学的拡大率によって設定される。１８９６年にウィルヘルム・レントゲンがＸ線を初めて発見して以来、医療用Ｘ線イメージングはこの方法で行われてきた。レントゲンの場合、Ｘ線源は、金属ターゲット１２に高エネルギー電子ビーム１０が衝突することにより形成される制動放射に基づいていた。制動放射源は、多色Ｘ線をあらゆる方向に発生させる。実際の用途では、Ｘ線管の周囲に金属バッフル／コリメータ１４を配置することにより、線源の放射は放射円錐に制限される。放射線写真／Ｘ線写真は、物体１６を貫通するのに十分なエネルギーを有するバリスティックＸ線によって作成される。より高い減衰を有する物体内の構成要素、例えば特徴１８は、検出器２０上の暗い領域を形成する。物体を貫通するのに十分なエネルギーを持たない低エネルギーＸ線は、物体によって吸収され、医療用途においては、患者が受ける望ましくない線量の大部分を形成する。物体を貫通するのに十分なエネルギーを有するすべての光子が、バリスティック経路を移動し、画像２２に寄与するわけではない。実際、医療処置において、検出器面に入射する光子の大部分（時には９０％以上）は、物体内のコンプトン散乱によって経路が変化した光子である。これらの散乱光子は、検出器に入射したときに、画像のコントラスト及び分解能を減少させる。すなわち、画像を不鮮明にする。
【０００５】
散乱放射線による画像劣化を緩和するために、医学界によって種々のスキームが開発されており、そのうち最も一般的なものは、検出器システムに近接して配置された、例えば鉛のような高原子量材料の角度付き格子プレートである。格子材料の角度は、制動放射源の自然発散にマッチするように、すなわち、光源から検出器へ移動するバリスティック光子の経路に平行となるように設定される。この方法は、散乱放射線による不鮮明さを減少させるのに対しある程度効果的ではあるが、同時に検出器に到達するバリスティック光子の数を減少させ、解像度を制限し、画像に必要な線量を増加させ、そして全体的な撮像システムの複雑さを増大させる。
【０００６】
他のＸ線イメージング形成用途では、外部Ｘ線源によって画像形成される物体は、検出器システムに衝突する放射線を形成し得、それにより画像のコントラスト及び品質を低下させる。一例は、高エネルギーレーザによって照射され、衝撃を受けた材料の画像である。レーザ照射された材料は、この場合高エネルギー電子を形成することができ、その結果、物体内で熱及び線Ｘ線を生成する。このバックグラウンドＸ線の発生源である物体はまた、バックライト源からの任意のバリスティックＸ線と共に検出器システムに入射する。有用な画像を作成するためには、レントゲンＸ線源は、この自然なバックグラウンドを克服するのに十分なフラックスを有していなければならない。使用済核燃料アセンブリのような強力な放射性物質をイメージングする場合にも、同様の問題が生じる可能性がある。図２は、放射物体すなわちＸ線散乱２４を生成する物体、の従来の点投影Ｘ線イメージングを示す。図２の記録された画像２６と図１の記録された画像２２との間の差に留意されたい。図１及び図２の共通要素は、同じ参照番号でラベル付けされている。
【発明の概要】
【０００７】
本明細書は、レーザコンプトン光源を用いた高コントラストな収束放射線イメージングを開示する。本技術は、物体に依存するバックグラウンド放射線からの寄与を最小限に抑えつつ、高コントラストな、Ｘ線及び／又はガンマ線の放射線画像を形成し得る方法を含む。この技術は、レーザコンプトン光源からの、低発散、準単一エネルギー、Ｘ線又はガンマ線出力をＸ線光学技術と組み合わせて利用し、集束Ｘ線又はガンマ線ビームを生成し、それによって特定の物体の高コントラストなシャドウグラフ（ｓｈａｄｏｗｇｒａｐｈ）を生成する。撮像される物体は、Ｘ線光学アセンブリと、そのアセンブリによって形成されるＸ線ビームの焦点と、の間の集束ビームの経路内に配置される。次いでビームは、ビームの焦点に配置された光学的に厚いピンホールを通過させられる。このピンホールの直径は、Ｘ線又はガンマ線の焦点スポットの直径のオーダーとなるように設計されている。このようにして、ピンホールを通過しない、物体からの散乱された放射線及び／又は自己発光はすべて拒絶され、検出器システムに衝突しない。ピンホールの下流では、物体の反転したシャドウグラフが適切な２次元検出器アレイによって記録される。幾何学的形状の特性に依存して、本発明において検出器システムに到達するバックグラウンド放射線の大きさは、従来のＸ線点投影イメージングと比較して何桁も小さくすることができる。このアーキテクチャの前提条件は、一般に、最適に動作するために準コリメート及び準単一エネルギー入力を必要とする既存のＸ線光学系と互換性のあるＸ線又はガンマ線光源であることに留意されたい。
【０００８】
本発明の用途には、顕著な自己発光（例えば、レーザプラズマ、放射性物質、物体内のＸ線又はガンマ線励起成分からの線発光等）を有する物体、並びに、Ｘ線又はガンマ線の照射が顕著に散乱放射線を発生させる物体の放射線撮影（例えば、医療用ラジオグラフィ、産業用ラジオグラフィ等）が含まれるが、これらに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、回転陽極制動放射源を有する、従来の点投影Ｘ線イメージング（ｐｏｉｎｔ  ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ  Ｘ−ｒａｙ  ｉｍａｇｉｎｇ）を示す図である。
【００１０】
【図２】図２は、放射物体すなわちＸ線散乱２４を生成する物体の、従来の点投影Ｘ線イメージングを示す図である。
【００１１】
【図３】図３は、収束Ｘ線ビームの横断寸法と比較して空間的広がりが小さい物体の収束イメージング（ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔ  ｉｍａｇｉｎｇ）を示す図である。
【００１２】
【図４】図４は、Ｘ線ビーム軸に対して物体をスキャンすることにより、完全な２次元画像が得られる、大きな物体の収束イメージングを示す図である。
【００１３】
【図５】図５は、角度相関レーザコンプトンスペクトル（ａｎｇｌｅ  ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  ｌａｓｅｒ  Ｃｏｍｐｔｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を示す図である。
【００１４】
【図６】図６は、シリコン中にリソグラフィによって形成された、複合屈折Ｘ線光学系の画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本技術では、レーザコンプトンＸ線が発生するレーザ電子相互作用点から一定の距離に焦点を形成するように操作される。撮像される物体は、レーザ電子相互作用点（ｌａｓｅｒ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ  ｐｏｉｎｔ）と、Ｘ線光学系によって形成されるレーザコンプトンビーム焦点と、の間に配置される。ピンホールは、レーザコンプトンビームの焦点位置に配置される。図３は、収束Ｘ線ビームの横断寸法と比較して空間的広がりが小さい物体の収束画像を示している。ピンホールは、高減衰な材料により構成され、ピンホールを通過しないあらゆるＸ線放射をブロックするのに十分な厚さを有するように構成されている。ピンホールを通過するレーザコンプトンＸ線は、従来の２次元Ｘ線検出器システム（例えばＸ線フィルム、Ｘ線ＣＣＤ）によって収集される。このアレンジメントには、２つの撮像構成がある。第１には、物体は、それが配置される位置でのビームの直径と比較して小さい。この場合、図３に示されるように、検出器アレイに全ての物体の反転シャドウグラフが形成される。第２には、物体は、それが配置される位置でのレーザコンプトンビームの直径と比較して大きい。この場合、ビーム方向とピンホール位置が互いに相対的に固定された状態で、物体及びビーム全体を互いに相対的にスキャンすることによって、物体の完全な画像が得られる。図４は大きな物体の収束画像を示しており、Ｘ線ビーム軸に対して物体をスキャンすることにより、完全な２次元画像が得られる。どちらのケースにおいても物体からの、散乱放射線及び／又は自己放射、が検出器アレイに到達することが妨げられ、高品質、高コントラストなシャドウグラフが生成される。
【００１６】
より具体的には、図３の例示的な実施形態は、複合屈折Ｘ線レンズ３２によって焦点３４に合焦された、準単一エネルギーのレーザコンプトンＸ線ビーム３０を示す。ビーム３０は焦点３４を通って検出器３６に伝播する。エレメント３８は、焦点３４と同一位置に配置されたピンホール３９を含む。エレメント３８の材料及び厚さは、ピンホールアパーチャ（ｐｉｎｈｏｌｅ  ａｐｅｒｔｕｒｅ）を通る以外のビームの通過を防止するのに十分でなければならない。一実施形態では、該エレメントは、鉛、又は他の高減衰な材料からなり、１０マイクロメートルを超える厚さを有する。物体４０がレンズ３２と、ビーム３０の焦点３４と、の間に配置される。この図は、物体４０内の特徴４２を示す。特徴４２は、ビーム３０の横断寸法と比較して小さく、すなわち、ビームは特徴４２を完全に覆う。本図は、レンズから物体までの距離４４、物体からピンホールまでの距離４６、及び所望の拡大率を得るために設定された距離４８を示す。Ｘ線自己発光／Ｘ線散乱５０は、ビームが物体に伝播するときに生成される。ピンホールを通過する散乱５０の部分のみが、検出器上に伝播する。このシステムは、高コントラストな記録画像５２を生成する。
【００１７】
図４の例示的実施形態は、撮像される特徴がＸ線ビームの横断寸法に対して大きい場合に利用され得る。この実施形態の特定のエレメントは、図３のエレメントと同一であり得、これらのエレメントには同様の参照番号が使用されるが、この実施形態はビーム３０の横断寸法よりも大きい特徴６２を有する物体６０を含む。特徴６２全体の画像を得るために、Ｘ線ビームに対して該物体はスキャン（移動）され得る。該物体の完全な画像は、ビーム方向及びピンホール位置を互いに相対的に固定した状態で、該物体全体及びビームを互いに相対的にスキャンすることによって得られる。矢印６４はビームに対する一方向への該物体の移動を示し、矢印６６は矢印６４に対して直交方向への移動を示す。画像６８は、Ｘ線ビーム軸に対する該物体のｘ−ｙスキャンの１つの位置で記録される。
【００１８】
本発明は、レーザコンプトンＸ線源の物理的特性及びこれらのレーザコンプトンＸ線源にマッチしたＸ線光学系に依存する。レーザコンプトン散乱（しばしば逆コンプトン散乱と混同されることもある）は、高エネルギーのレーザパルスが、短時間の相対論的電子群から散乱されるプロセスである。このプロセスは、準単一エネルギーＸ線の短時間のバーストの生成のための便利な方法として認識されている。電子と相互作用する際、入射レーザ光は電子に対して横方向運動を誘起する。実験室の静止フレームで観測された、係る運動からの放射は、高エネルギー光子の、前方に向けられたドップラーアップシフトビームのようである。正面衝突の場合、レーザコンプトン源の全スペクトルは、入射レーザのエネルギーの、ガンマ２乗の０〜４倍に及ぶ。ここで、ガンマは、電子ビームの正規化されたエネルギーであり、すなわち、電子エネルギー＝５１１ｋｅＶの場合、ガンマ＝１である。レーザコンプトン源の最高エネルギーは、電子束のエネルギー、及び／又は、レーザ光子のエネルギーを変化させることによって調整され得る。このプロセスによって、数ｋｅＶからＭｅＶの範囲の高エネルギー放射線のビームが生成され、広範囲の用途に使用されている。
【００１９】
放射されたレーザコンプトン光のスペクトルは、前方方向にのみ放出される最も高いエネルギーの光子を有する電子ビームの伝播方向及びエネルギーと運動量の保存によって決定される伝播軸に対するより低いエネルギーの光子を有する電子ビームの角度と、に関して高度な角度相関がある。図５は、角度相関レーザコンプトンスペクトルを示す。エネルギーレーザパルス７０からの光子は相対論的電子７２と衝突し、レーザコンプトン発光ビーム７４を生成する。ビーム７４の横方向の寸法では、最も高いエネルギーのレーザコンプトン光子がビームの中央部分７４’に位置し、より低いエネルギーのレーザコンプトン光子がビームの外側部分７４’’に位置する。ビームの光子エネルギーは連続体として特徴付けることができ、最も高いエネルギーの光子がビームの中心軸に沿っており、光子エネルギーは中心軸に直交する距離とともに低下する。レーザコンプトンビームの経路に配置された適切に設計されたアパーチャ（アパーチャ７６のような）を用いて、バンド幅（ΔＥ／Ｅ）が１０％である準単一エネルギーＸ線又はガンマ線ビームを生成することができる。シミュレーションは０．１％オーダーの軸上バンド幅が、適切に設計されたレーザコンプトンシステムから得られることを示している。
【００２０】
レーザコンプトンＸ線源からの出力放射線もまた、特に、従来の制動放射型回転陽極Ｘ線源からの出力放射線と比較して、高度にコリメートされている。レーザコンプトン光源の半バンド幅スペクトルに対する発光の円錐角は、ガンマに対して約１であり、これは典型的には数ミリラジアン以下である。スペクトルの軸上部分の最も狭いバンド幅に対する円錐角度は、適切に設計されたシステムの場合、数十マイクロラジアンのオーダーであり得る。典型的な回転陽極源は、５００ミリラジアンまでのコリメータによって設定されたビーム発散を有する。
【００２１】
レーザコンプトンＸ線源の高度のコリメーション及び準単一エネルギー特性は、複合屈折光学系、毛管Ｘ線光学系、Ｘ線ゾーンプレート、グレージング入射金属Ｘ線光学系、及びグレージング入射多層コーティングＸ線光学系を含むが、限定されず、種々のＸ線光学技術によるビーム操作を可能にしている。光学系の正確な選択は、特定のイメージングタスクに望まれるＸ線のエネルギーに依存する。例を提供するために、収束イメージング及びノイズ低減のために複合屈折Ｘ線光学系によって操作される、１００ｋｅＶのピーク軸上Ｘ線エネルギーを有するレーザコンプトンビームを考察する。
【００２２】
電磁スペクトルのＸ線領域では、すべての材料の屈折率は１より小さく、わずかに１と異なる。このため、正の屈折Ｘ線レンズは、スペクトルの可視部分に負のレンズの形状を有する。すなわち、軸上で最も薄く、光軸から離れるにつれて厚くなる。材料の屈折率はＸ線領域で１に近いため、レーザコンプトンビームの直径に整合した直径を有する単一のＸ線屈折光学系は、非常に小さな光強度しか持たない。従って、レーザコンプトンＸ線ビームの自然な発散にほとんど影響を及ぼさない（図６を参照のこと）。しかしながら、複合屈折Ｘ線光学系は、一連の屈折エレメント（例えば、図６、単一レンズ８２及び一連のレンズ８４を参照）を通して、光軸（例えば、図６、光軸８０を参照）に沿ってＸ線ビームを通すことによって、光強度を生成する。多くの弱いレンズの総和は、レーザコンプトンＸ線ビームをコリメート及び／又は焦合するのに十分な光強度を生成することができる。複合屈折Ｘ線光学系は、準単一エネルギーシンクロトロンＸ線ビームを操作するためにシンクロトロン光源と共に開発、実証、利用されている。複合Ｘ線光学系は、シリコンのような固体ウエハ材料中にリソグラフィー的に形成されてもよく、又は各々が略放物線の形状を有する成形金属ディスクの積層によって形成されてもよい。図６は、シリコン中にリソグラフィーによって形成された複合屈折Ｘ線光学系の画像である。リソグラフィの場合には、一次元集束要素が材料ウエハ内に形成され、二次元ビーム操作が、全ビームを互いに相対的に９０度に配向された光学系の２組に通すことによって生成される。レーザコンプトン源の準単一エネルギー特性は、横断方向空間プロファイルがおおよそ放物線状である複合光学系にマッチしている。
【００２３】
特定のＸ線エネルギー及び光源サイズを有する所与のレーザコンプトン光源に対して、複合Ｘ線屈折光学系は、出力をコリメートし、直径が数百ミクロンから数ミリメートルのビームを形成するように設計することができるか、又は、レーザコンプトンビームを小さなスポットにフォーカスするように設計することができる。形成され得る焦点スポットのサイズは、複合Ｘ線光学系の焦点距離（レーザの初期スポットサイズに依存する）、及び、レーザコンプトンＸ線ビームの発散特性（レーザコンプトン源の電子相互作用に依存する）、に依存する。数ミクロンの集束ビームが実用的であり、１ミクロン未満の集束ビームが実現可能である。
【００２４】
上述したように、適切なレーザコンプトンＸ線源とＸ線光学系との組み合わせによって生成された集束Ｘ線ビームを使用して、２つの方法で物体の高コントラストな「バックグラウンドフリー」画像を作成することができる。
【００２５】
第１の例では、物体は、物体が配置される位置でのビーム直径と比較して小さい（図３参照）。物体の影が集束ビーム内に形成される。これは、制動放射源から発散する発散ビームにおいてＸ線の影が形成される従来の状況とは、反対に形成される。図３に示されるように、物体の反転した影は、ビームがその焦点を通過した後に検出器に形成される。Ｘ線焦点の位置に光学的に厚いピンホールを配置することにより、物体からの望ましくない散乱又は自己発光が検出器に到達することが防止される。この動作モードの実際的な制約は、レーザコンプトンビームの焦点を合わせるために使用されるＸ線光学系アセンブリのサイズ、並びに、レーザコンプトンビームを適切なサイズに発散するために必要な距離及びＸ線光学系がビームの焦点を合わせるために必要とされる距離に起因して存在し得るあらゆる空間的制約、である。典型的には、これらの制約は、物体のサイズをミリメートル以下に制限する。１つの実際的な医療用途としては、血管造影法におけるミクロンスケールの毛細血管構造の精密なイメージングである。物体からの望ましくない散乱がイメージングから減少する程度は、物体からピンホールまでの距離に依存する。図３に示す例では、広角バックグラウンド（ｗｉｄｅ−ａｎｇｌｅ  ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ）において少なくとも１０オーダーの低減が達成可能である。典型的な全身医用画像が、各バリスティック光子、各画像担持光子に対して約１０個の散乱光子を生成することを考慮すると、このようにして背景を除去することにより、画像の質の大幅な改善及び／又は患者への線量の低減を可能にすることができる。この撮像モードは、光源の自然な発散はＸ線光学系に入射する光子の数を厳しく制限し、光源の広いバンド幅は複合屈折光学系内の屈折率の色変化のため単一のスポットに集束されないので、従来の回転陽極ベースの制動放射Ｘ線源では実用的ではないことに留意されたい。
【００２６】
第２の動作の例では、物体は、物体が配置される位置でのビーム直径と比較して大きい（図４参照）。物体の一部の影のみが集束ビーム内に形成されるので、物体とビームは、物体の完全なイメージを形成するために、互いに相対的にスキャンされなければならない。しかしながら、スキャン内の各位置において、検出器に衝突する散乱放射線の低減が第１の例と同様に達成可能であり、再度検出器におけるシグナル対ノイズの有意な改善を提供可能である。
【００２７】
上述の両方の例において、レーザコンプトンビームは、Ｘ線光学系材料における吸収及び散乱損失により減衰されることに留意されたい。いくつかの複合Ｘ線光学系では、これらの損失は入射ビームフラックスの９０％まで、であり得る。しかしながら、従来のイメージング生成における散乱低減のためのグリッドプレートの使用とは異なり、この減衰は物体が照射される前に生じるので、画像コントラストを改善するために患者へのさらなる曝露を必要としない。検出器における所定数の所望のバリスティック光子、画像形成光子に対して、本発明の収束イメージングジオメトリ（ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｔ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｇｅｏｍｅｔｒｙ）は、検出器における所定の信号に対してノイズ（ノイズは散乱放射線によって支配される）を曝露することになり、患者をより低い線量に曝露し、患者に対する所要の線量は桁違いに低いものとなり得る。
【００２８】
更に、物体がレーザコンプトンＸ線ビームを照射する際と同様のエネルギーで自己発光を生成する場合にも、上述の原理が当てはまることに留意されたい。本発明に記載された同様の構成及び技術を使用して、物体からの自己発光がイメージング検出器に衝突するのをブロックすることができる。本発明により、高温放射性物質、レーザ励起物質等の精密イメージング化が可能となる。
【００２９】
以下は、上述のレーザコンプトン収束撮像技術のいくつかの例示的な変形例である。
【００３０】
１．  レーザコンプトンビームは、第１に適切なＸ線光学系でコリメートされ、次にバックグラウンド除去のピンホールを介して第２の光学系で合焦される。物体は、ピンホールの前の、コリメートされたビーム中、又は、集束ビーム中、のいずれかに配置される。図３及び図４を参照して、複合屈折Ｘ線レンズ３２は、（ｉ）ビーム３０をコリメートするように構成されたＸ線光学系又は複合光学系と、（ｉｉ）コリメートされたビームをエレメント３８のピンホールを通過させて合焦するように構成されたＸ線光学系又は複合光学系と、を含む光学系３２’の組み合わせと置き換えることができる。１つの代替構成において、特徴４２を有する物体４０は、光学系３２’のコリメート光学系と合焦光学系との間に配置され得る。
【００３１】
２．  レーザコンプトンビームは、物体内の特定の原子種の特定のインナーシェルのイオン化閾値よりわずかに上の値に調整され、画像内のコントラストを向上させ、及び／又は、物体内の元素物質の同定を可能にする。
【００３２】
３．  レーザコンプトンビームは核共鳴蛍光遷移（ｎｕｃｌｅａｒ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）に調整され、コントラストの増強、及び／又は、物体内の元素物質の同定、を可能にする。
【００３３】
４．  検出器システムは、バックグラウンドと散乱放射線とを更に識別するバリスティック画像形成光子の到着中にのみオンとなるようにゲート制御される。従って、図３及び図４の検出器システム３６は、ゲート付き検出器システム３６’と置き換えることができる。
【００３４】
５．  レーザコンプトンビームをコリメート及び／又は合焦するために使用されるＸ線光学系３２又は３２’は、光学系に入射する、より低いエネルギー、高角度、のレーザコンプトン光子が、軸上のより高いエネルギーのレーザコンプトン光子と同じスポット及び同じスポットサイズに合焦されるように、空間的に変化する構造を有するように設計される。すなわち、光学系の色収差は、レーザコンプトン光源のスペクトル角度依存性とマッチする。
【００３５】
６．  バックグラウンドの除去のために使用されるピンホールエレメント３８は、高吸収性材料の厚いプレートで構成され、その中に、焦点及びその周囲でのレーザコンプトンビームの収束及び／又は発散にマッチする円錐穴３９が形成される。
【００３６】
７．  レーザコンプトンビームは、光学系３２又は３２’によって一の次元のみで合焦され、他の次元のレーザコンプトンプロセスの物理的性質に従って発散させる。この場合のピンホール３９は、集束次元におけるビームの焦点サイズにマッチするスリットである。このモードは、物体のラインスキャニングを有効にする。
【００３７】
８．  レーザコンプトンビームは、互いに対して相対的に９０度で配向された異なる位置に合焦する２つの一次元複合Ｘ線光学系３２又は３２’によって合焦される。これらのうちの１つは、ファンビームを生成するために使用され、もう１つは、バックグラウンド放射線を低減するためにスリットが配置されるラインフォーカスを生成するために使用される。このモードは、物体のラインスキャンを有効にする。
【００３８】
９．  レーザコンプトンビームは、レンズ３２又は３２’によって形成され、その結果、ビームは、一次元の複合Ｘ線光学系によって一の次元でコリメートされ、次いで、第１のものに対して９０度配向された別の一次元Ｘ線光学系によって別の次元で合焦される。第２の光学系の焦点には、バックグラウンド放射線を低減するためにスリットが配置される。このモードは、バックグラウンド除去装置のアライメントに係る問題を低減する。
【００３９】
１０．  ７）のレーザコンプトンビームは、２）又は３）に記載されているように調整され、コントラストを増加させ、及び／又は、物体内の材料識別を可能にする。
【００４０】
１１．  ８）のレーザコンプトンビームは、２）又は３）に記載されているように調整され、コントラストを増加させ、及び／又は、物体内の材料識別を可能にする。
【００４１】
１２．  ９）のレーザコンプトンビームは、２）又は３）に記載されているように調整され、コントラストを増加させ、及び／又は、物体内の材料識別を可能にする。
【００４２】
本明細書に記載される要素、部分、及び行程は、全て含まれることが好ましい。これらの要素、部品、及び行程のいずれも、当業者には自明であるように、他の要素、他の部品、及び他の行程に置き換え得るか又は完全に削除され得ることが理解されるべきである。
【００４３】
概して本明細書は、少なくとも以下のものを開示している：高コントラストな、Ｘ線及び／又はガンマ線の放射線画像の作成のための技術が提供される。画像は、物体に依存するバックグラウンド放射線からの寄与が最小とされる。本発明は、レーザコンプトン源からの低発散な準単一エネルギーのＸ線又はガンマ線の出力を、Ｘ線光学系技術と組み合わせて利用して集束Ｘ線又はガンマ線ビームを形成し、それにより特定の物体の高コントラストなシャドウグラフを生成する。撮像される物体は、Ｘ線光学系アセンブリと、該アセンブリによって形成されるＸ線ビームの焦点との間の集束ビームの経路内に配置される。次いでビームは、ビームの焦点に配置された光学的に厚いピンホールを通過する。ピンホールの下流では、物体の反転シャドウグラフが適切な２次元検出器アレイによって記録される。
【００４４】
本明細書では、少なくとも以下の概念についても説明する。
【００４５】
［１］．  Ｘ線又はガンマ線の出力ビームを提供すること、
焦点に向けられた集束ビームを形成するために、前記出力ビームを少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系に通すよう方向付けること、
改変されたビームを形成するために、前記出力ビーム又は前記集束ビームの経路内において物体の位置決めをすること、
前記改変されたビームの合焦位置に配置される開口を有するアパーチャを提供すること、ここで、前記改変されたビームの少なくとも一部を、前記開口を通過させることにより発散ビームを形成すること、及び、
前記発散ビームを検出すること、を含む方法。
［２］．  前記出力ビームが、レーザコンプトン源から供給される準単一エネルギーのＸ線又はガンマ線出力ビームである、［１］及び［３］−［３２］に記載の方法。
［３］．  前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、少なくとも１つの屈折型Ｘ線レンズを含む、［１］、［２］及び［４］−［３２］に記載の方法。
［４］．  前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、少なくとも１つの複合Ｘ線光学系を含む、［１］−［３］及び［５］−［３２］に記載の方法。
［５］．  前記物体は、前記集束ビームの経路内に配置される、［１］−［４］、［６］及び［８］−［３２］に記載の方法。
［６］．  前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、少なくとも１つのコリメート光学系と、前記コリメート光学系に続く少なくとも１つの収束光学系とを含み、前記出力ビームは、最初に前記少なくとも１つのコリメート光学系によってコリメートされ、次いで前記少なくとも１つの収束光学系によって収束され、前記集束ビームを形成する、［１］−［５］及び［８］−［３２］に記載の方法。
［７］．  前記物体は、前記少なくとも１つのコリメート光学系と前記少なくとも１つの収束光学系との間に配置される、［６］に記載の方法。
［８］．  前記物体は対象とする特徴を含み、前記対象とする特徴は前記集束ビームの横断寸法よりも小さく、前記集束ビームが前記対象とする特徴を完全に覆う、［１］−［７］及び［９］−［３２］に記載の方法。
［９］．  前記物体は対象とする特徴を含み、前記対象とする特徴は前記集束ビームの横断寸法よりも大きく、前記集束ビームが前記対象とする特徴を完全には覆わない、［１］−［８］及び［１４］−［３２］に記載の方法。
［１０］．  前記物体を前記集束ビームの位置に対してスキャンする行程、を更に含む、［９］に記載の方法。
［１１］．  前記発散ビームを検出する工程は、前記物体をスキャンする行程の間に、前記発散ビームの複数の画像を収集する行程を含む、［１０］に記載の方法。
［１２］．  前記複数の画像は、前記対象とする特徴の完全な画像を全面的に提供する、［１１］に記載の方法。
［１３］．  前記集束ビームの位置及び前記開口の位置を互いに相対的に固定した状態で前記物体及びビームを互いに対してスキャンすることにより、前記対象となる特徴の完全な画像が得られる、［９］に記載の方法。
［１４］．  前記アパーチャが、Ｘ線又はガンマ線に対して高減衰な材料を含む、［１］−［１３］及び［１５］−［３２］に記載の方法。
［１５］．  前記開口が、ピンホール及びスリットからなる群より選択される形状を含む、［１］−［１４］及び［１６］−［３２］に記載の方法。
［１６］．  前記開口が、円錐形の孔を含む、［１］−［１５］及び［１８］−［３２］に記載の方法。
［１７］．  前記円錐形の孔は、前記焦点及びその周囲の前記レーザコンプトンビームの収束及び／又は発散とマッチする、［１６］に記載の方法。
［１８］．  前記開口が、概ね前記開口におけるＸ線又はガンマ線の焦点の直径を含む、［１］−［１７］及び［１９］−［３２］に記載の方法。
［１９］．  前記開口を通過しない前記物体からの散乱された放射線及び／又は自己発光の全てが拒絶され、検出されない、［１］−［１８］及び［２０］−［３２］に記載の方法。
［２０］．  前記アパーチャが高減衰な材料により構成され、前記開口を通過しない全てのＸ線又はガンマ線を遮断するために十分な厚さを有するように構成される、［１］−［１９］及び［２１］−［３２］に記載の方法。
［２１］．  前記発散ビームを検出する工程は、二次元Ｘ線検出器システムを用いて実行される、［１］−［２０］及び［２２］−［３２］に記載の方法。
［２２］．  前記出力ビームを、前記物体内の特定の原子種の特定の内殻のイオン化閾値よりわずかに上の値に調整することにより、前記画像内のコントラストを向上させること、及び／又は、前記物体内の元素材料の同定を可能にすること、を更に含む、［１］−［２１］及び［２３］−［３２］に記載の方法。
［２３］．  前記出力ビームを、前記物体内の特定の原子種の核共鳴蛍光遷移に調整させ、コントラストを向上させること、及び／又は、前記物体内の元素物質の同定を可能にすること、を更に含む、［１］−［２２］及び［２４］−［３２］に記載の方法。
［２４］．  前記発散ビームを検出するステップは、ゲート付き検出器システムを用いて実行され、前記方法は、前記システムをゲーティングすることを更に含み、前記発散ビームのバリスティック画像形成光子の到達中にのみ前記検出器システムがオンとなるようにされ、それによりバックグラウンド及び散乱放射線を更に見分ける、［１］−［２３］及び［２５］−［３２］に記載の方法。
［２５］．  前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系に入射する前記出力ビームのより低いエネルギー、より高い角度のレーザコンプトン光子が、前記出力ビームのより高いエネルギーの軸上にあるレーザコンプトン光子と同じスポット及び同じスポットサイズで合焦されるように空間的に変化する構造を含む、［２］に記載の方法。
［２６］．  少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系の色収差が、前記レーザコンプトン光源のスペクトル角度依存性とマッチする、［２］に記載の方法。
［２７］．  前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、前記出力ビームを一の次元のみで前記焦点の焦点に向け、前記出力ビームが他の次元の前記レーザコンプトンプロセスの物理原理に従って発散することを可能にし、前記開口は、合焦の次元において前記出力ビームの前記焦点サイズにマッチするスリットである、［２］に記載の方法。
［２８］．  前記出力ビームを調整して、コントラストを増加させること、及び／又は、前記物体内の材料識別を可能にすること、を更に含む、［２７］に記載の方法。
［２９］．  前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、互いに対して９０度で配向され、異なる位置に焦点を合わせた２つの一次元複合Ｘ線光学系を含み、
これらのうちの１つは、前記出力ビームの一次元のファンビームであり、他方は、前記出力ビームの線焦点を形成し、バックグラウンド放射線を低減するため、前記線焦点にスリットが配置される、［２］に記載の方法。
［３０］．  前記出力ビームを調整して、コントラストを増加させること、及び／又は、前記物体内の材料識別を可能にすること、を更に含む、［２９］に記載の方法。
［３１］．  前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、第１の一次元の複合Ｘ線光学系と、前記第１の一次元の複合Ｘ線光学系に対して９０度で配向された第２の一次元の複合Ｘ線光学系とを含み、前記出力ビームは、前記第１の一次元の複合Ｘ線光学系によって一の次元でコリメートされ、次いで前記第２の一次元Ｘ線光学系によって他の次元で合焦され、バックグラウンド放射線を低減するため、前記焦点にスリットが配置される、［２］に記載の方法。
［３２］．  前記出力ビームを調整して、コントラストを増加させること、及び／又は、前記物体内の材料識別を可能にすること、を更に含む、［３１］に記載の方法。
［３３］．  Ｘ線又はガンマ線の出力ビームを提供するための提供源と、
焦点に向けられた集束ビームを前記出力ビームから形成するための少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系であって、前記出力ビーム又は前記集束ビームの経路内に配置された物体は改変されたビームを生じさせる、前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系と、
前記改変されたビームの合焦位置に配置される開口を有するアパーチャであって、前記改変されたビームの少なくとも一部が前記開口を通過することにより発散ビームを形成する、前記アパーチャと、
前記発散ビームを検出するために配置された検出器と、を含む装置。
［３４］．  前記光源がレーザコンプトン光源であり、前記出力ビームが前記レーザコンプトン光源から提供される準単一エネルギーのＸ線又はガンマ線出力ビームである、［３３］及び［３５］−［５６］に記載の装置。
［３５］．  前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、少なくとも１つの屈折型Ｘ線レンズを含む、［３３］、［３４］及び［３６］−［５６］に記載の装置。
［３６］．  前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、少なくとも１つの複合物Ｘ線光学系を含む、［３３］−［３５］及び［３７］−［５６］に記載の装置。
［３７］．  前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、少なくとも１つのコリメート光学系と、それに続く少なくとも１つの収束光学系とを含み、前記出力ビームは、最初に前記少なくとも１つのコリメート光学系によってコリメートされ、次いで前記少なくとも１つの収束光学系によって収束され、前記集束ビームを形成する、［３３］−［３６］及び［３８］−［５６］に記載の装置。
［３８］．  前記集束ビームの位置に対して前記物体をスキャンするための手段を更に備える、［３３］−［３７］及び［３９］−［５６］に記載の装置。
［３９］．  前記アパーチャが、Ｘ線又はガンマ線に対して高減衰な材料を含む、［３３］−［３８］及び［４０］−［５６］に記載の装置。
［４０］．  前記開口が、ピンホール及びスリットからなる群より選択される形状を含む、［３３］−［３９］及び［４１］−［５６］に記載の装置。
［４１］．  前記開口が、円錐形の孔を備える、［３３］−［４０］及び［４３］−［５６］に記載の装置。
［４２］．  前記円錐形の孔は、前記焦点及びその周囲の前記レーザコンプトンビームの収束及び／又は発散にマッチする、［４１］に記載の装置。
［４３］．  前記開口が、概ね前記開口におけるＸ線又はガンマ線焦点の直径を含む、［３３］−［４２］及び［４４］−［５６］に記載の装置。
［４４］．  前記アパーチャが高減衰な材料により構成され、前記開口を通過しない全てのＸ線又はガンマ線を遮断するために十分な厚さを有するように構成される、［３３］−［４３］及び［４５］−［５６］に記載の装置。
［４５］．  前記検出器が、二次元Ｘ線検出器システムを備える、［３３］−［４４］及び［４６］−［５６］に記載の装置。
［４６］．  前記出力ビームを、前記物体内の特定の原子種の特定の内殻のイオン化閾値よりわずかに上の値に調整することにより、前記画像内のコントラストを向上させるための手段、及び／又は、前記物体内の元素材料の同定を可能にするための手段、を更に備える、［３３］−［４５］及び［４７］−［５６］に記載の装置。
［４７］．  前記出力ビームを、前記物体内の特定の原子種の特定の内殻のイオン化閾値よりわずかに上の値に調整することにより、前記画像内のコントラストを向上させるための手段、及び／又は、前記物体内の元素材料の同定を可能にするための手段、を更に備える、［３３］−［４６］及び［４８］−［５６］に記載の装置。
［４８］．  前記検出器がゲート付き検出器システムを備え、前記ゲート付き検出器は前記発散ビームのバリスティック画像形成光子の到達中にのみ前記検出器システムがオンとなるようにゲーティングするように構成され、それによりバックグラウンド及び散乱放射線を更に見分ける、［３３］−［４７］及び［４９］−［５６］に記載の装置。
［４９］．  前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系に入射する前記出力ビームのより低いエネルギー、より高い角度、のレーザコンプトン光子が、前記出力ビームのより高いエネルギーの軸上にあるレーザコンプトン光子と同じスポット及びより高いスポットサイズで合焦されるように空間的に変化する構造を含む、［３４］に記載の装置。
［５０］．  少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系の色収差を、前記レーザコンプトン光源のスペクトル角度依存性にマッチさせるための手段を更に備える、［３４］に記載の装置。
［５１］．  前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、前記出力ビームを一の次元のみで前記焦点の１つの焦点に向けるように構成され、前記出力ビームが他の次元の前記レーザコンプトンプロセスの物理的性質に従って発散することを可能にし、前記開口は、合焦の次元において前記出力ビームの前記焦点サイズにマッチするスリットである、［３４］に記載の装置。
［５２］．  前記出力ビームを調整して、コントラストを増加させる手段、及び／又は、前記物体内の材料識別を可能にするための手段、を更に備える、［５１］に記載の装置。
［５３］．  前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、互いに対して９０度で配向され、異なる位置に焦点を合わせた２つの一次元複合Ｘ線光学系を含み、
これらのうちの１つは、前記出力ビームの一次元のファンビームを生成し、他方は、前記出力ビームの線焦点を形成し、バックグラウンド放射線を低減するため、前記線焦点にスリットが配置される、［３４］に記載の装置。
［５４］．  前記出力ビームを調整して、コントラストを増加させる手段、及び／又は、前記物体内の材料識別を可能にするための手段、を更に備える、［５３］に記載の装置。
［５５］．  前記少なくとも１つのＸ線及び／又はガンマ線光学系は、第１の一次元の複合Ｘ線光学系と、前記第１の一次元の複合Ｘ線光学系に対して９０度で配向された第２の一次元の複合Ｘ線光学系とを含み、前記出力ビームは、前記第１の一次元の複合Ｘ線光学系によって一次元でコリメートされ、次に前記第２の一次元Ｘ線光学系によって他の次元で合焦され、バックグラウンド放射線を低減するため、前記焦点にスリットが配置される、［３４］に記載の装置。
［５６］．  前記出力ビームを調整して、コントラストを増加させる手段、及び／又は、前記物体内の材料識別を可能にするための手段、を更に含む、［５５］に記載の装置。
［５７］．  レーザコンプトン源から、低発散な準単一エネルギーのＸ線又はガンマ線の出力を提供すること、
集束又はコリメートされたＸ線又はガンマのビームを前記出力から形成するために、前記Ｘ線及び／又はガンマ線光学系を利用すること、
出力ビームを形成するために、前記ビームの経路内において物体の位置決めをすること、
前記出力ビームの合焦位置に配置される開口を有するアパーチャを提供し、アパーチャされたビームを形成すること、及び、
前記アパーチャされたビームの画像を記録すること、
を含む、物体依存性バックグラウンド放射線からの寄与が最小限である、高コントラストな、Ｘ線及び／又はガンマ線の放射線画像を形成するための方法。
［５８］．  低発散な準単一エネルギーのＸ線又はガンマ線の出力を提供するためのレーザコンプトン源と、
前記出力から集束又はコリメートされたＸ線又はガンマ線ビームを形成するための、Ｘ線及び／又はガンマ線光学系と、
前記集束又はコリメートされたＸ線又はガンマ線ビームの合焦位置に配置されるアパーチャを有するピンホールであって、アパーチャされたビームを形成する前記ピンホールと、
前記アパーチャされたビームの画像を記録するための手段と、
を含む、物体依存性バックグラウンド放射線からの寄与が最小限である、高コントラストな、Ｘ線及び／又はガンマ線の放射線画像を形成するための装置。
【００４６】
本発明の前述の説明は、例示および説明のために提示されたものであり、網羅的であること、又は、開示された正確な形態に本発明を限定することを意図するものではない。上記の開示を参照して、多くの修正および変更が可能である。 開示された実施形態は、本発明の原理およびその実際の応用を説明することのみを意図しており、それにより、当業者は、考えられる特定の用途に適した様々な修正を加えて、様々な実施形態で本発明を最良に使用することができる。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義される。
【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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【国際調査報告】
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