マルチＸ線発生装置及びＸ線撮影装置
【課題】Ｘ線源における線質と照射位置の選択の自由度を増すことで、低線量で高コントラストのＸ線画像を高速に得ることを可能とする。
【解決手段】２次元に配置された複数の電子源と、それらに対向する位置に配置されたターゲットとを備えたマルチＸ線発生装置は、複数の電子源を含み、供給された駆動信号に応じて、複数の電子源を選択的に駆動して駆動された電子源から電子を出力するマルチ電子源と、マルチ電子源から出力された電子の照射に応じてＸ線を発生する複数のターゲットを含み、Ｘ線の発生個所に応じて異なる線質のＸ線を出力するターゲット部とを有し、マルチ電子源における電子源の選択的な駆動により、ターゲット部からのＸ線の発生個所と線質が制御される。
【解決手段】２次元に配置された複数の電子源と、それらに対向する位置に配置されたターゲットとを備えたマルチＸ線発生装置は、複数の電子源を含み、供給された駆動信号に応じて、複数の電子源を選択的に駆動して駆動された電子源から電子を出力するマルチ電子源と、マルチ電子源から出力された電子の照射に応じてＸ線を発生する複数のターゲットを含み、Ｘ線の発生個所に応じて異なる線質のＸ線を出力するターゲット部とを有し、マルチ電子源における電子源の選択的な駆動により、ターゲット部からのＸ線の発生個所と線質が制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線源を用いた医療機器や産業機器分野の非破壊Ｘ線撮影、診断応用等に使用するマルチＸ線発生装置と該装置を用いたＸ線撮影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、Ｘ線管球は電子源に熱電子源を用いたものであり、高温度に加熱したフィラメントから放出される熱電子をウエネルト電極、引出電極、加速電極、及びレンズ電極を通して、電子ビームを高エネルギに加速する。そして、所望の形状に電子ビームを成形した後に、金属から成るＸ線ターゲットに照射してＸ線を発生させている。
【０００３】
近年、この熱電子源に代る電子源として冷陰極型電子源が開発され、フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）との組み合わせへの応用として広く研究されている。冷陰極の代表的なものとして、数１０ｎｍの針の先端に高電界を掛けて電子を取り出すスピント（Spindt）型タイプの電子源が知られている。更に、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を材料とした電子放出エミッタや、ガラス基板の表面に名のメーター（ｎｍ）オーダの微細構造を形成して、電子を放出する表面伝導型電子源などがある。
【０００４】
これらの電子源への応用として、スピント型電子源やカーボンナノチューブ型電子源を用いて単一の電子ビームを形成してＸ線を取り出すことが、特許文献１、２に提案されている。そして、これらの冷陰極電子源を複数用いてマルチ電子源からの電子ビームをＸ線ターゲット上に照射してＸ線を発生させることも、特許文献３、非特許文献１に記載されている。
【０００５】
そして更に、マルチＸ線源から相互干渉の無い特性の優れたマルチＸ線ビームを形成するＸ線装置が、特許文献４に記載されている。
【０００６】
一方、従来から用いられている単焦点のＸ線源として、回転ターゲット型のＸ線源があるが、このＸ線源を用いて異なるＸ線の線質を発生する方法が提案されている。その具体的な方法として、図１３に示されるように、一つの回転ターゲットに２種類のターゲット材料（１０２，１０２ａ）を配置してそれぞれに電子ビームを照射する方法が、特許文献５、特許文献６に記載されている。また、特許文献７には、一つの回転ターゲットの両面に異なるターゲット材料を配置して線質の異なるＸ線を発生する方法と、その応用方法が記載されている。
【特許文献１】特開平０９−１８０８９４号公報
【特許文献２】特開２００４−３２９７８４号公報
【特許文献３】特開平０８−２６４１３９号公報
【特許文献４】特開２００７−２６５９８１号公報
【特許文献５】特開平０５−０２８９３９号公報
【特許文献６】特開平０５−０３６３６８号公報
【特許文献７】特開平０１−２０４６４９号公報
【非特許文献１】Applied Physics Letters 86，184104(2005)，J.Zhang 「Stationaryscanningx-ray source based on carbonnanotube field emitters」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
単焦点のＸ線源として代表的な回転ターゲット型のＸ線源においては、電子源やターゲット構造等の形状による制約のために、一つの管球から得られる線質の種類は２種類程度が限界であった。また、Ｘ線源の焦点の数も２焦点程度に限られるため、被写体の部位と形状に合わせて線質と線量の条件を調整することが困難であり、質の高いＸ線画像を得ることが難しかった。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、Ｘ線源における線質と照射位置の選択の自由度を増すことで、低線量で高コントラストのＸ線画像を高速に得ることを可能としたＸ線発生装置及びＸ線撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の一態様によるマルチＸ線発生装置は、以下の構成を有する。即ち、
２次元に配置された複数の電子源を有し、供給された駆動信号に応じて前記複数の電子源を選択的に駆動することにより、駆動された電子源から電子を出力するマルチ電子源と、
前記複数の電子源に対向して２次元に配置された複数のターゲットを有し、前記マルチ電子源から出力された電子の照射に応じてＸ線を発生し、Ｘ線の発生個所に応じて異なる線質のＸ線を出力するターゲット部とを備え、
前記マルチ電子源における電子源の選択的な駆動により、前記ターゲット部からのＸ線の発生個所と線質が制御され。
【００１０】
また、上記の目的を達成するための本発明の他の態様によるＸ線撮影装置は、以下の構成を備える。すなわち、
上記のマルチＸ線発生装置と、
前記マルチＸ線発生装置から出力され、検出面に到達したＸ線の線量に応じた電気信号を生成する２次元Ｘ線検出器と、
駆動条件に従って駆動信号を生成し、前記マルチ電子源に供給することにより、各電子源を駆動する駆動手段とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、Ｘ線源における線質と照射位置の選択の自由度を増すことができ、低線量で高コントラストのＸ線画像を高速に得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
図１はマルチＸ線源としての、マルチＸ線発生装置１０の構成例を示す図である。図１において、真空室１１内には、マルチ電子源としてのマルチ電子ビーム発生部１２、マルチＸ線源としての透過型ターゲット１３が配置されている。マルチ電子ビーム発生部１２は、素子基板１４と、その上に複数個の電子放出素子１５が配列された素子アレイ１６により構成される。電子放出素子１５は電子源として機能するものであり、駆動部１７により駆動が制御されるようになっている。電子放出素子１５から発生する電子ビームｅを制御するために絶縁体１８に固定されたレンズ電極１９とアノード電極２０が設けられる。これらのレンズ電極１９、アノード電極２０には、高電圧導入部２１、２２を介して高電圧が供給されている。
【００１４】
発生した電子ビームｅが衝突する透過型ターゲット１３は、電子ビームｅに対応して離散的に配置されている。更に、透過型ターゲット１３に重金属から成る真空内Ｘ線遮蔽板４７が設けられ、この真空内Ｘ線遮蔽板４７にＸ線取出部２４が設けられている。そして、Ｘ線取出部２４と対向する真空室１１の壁部２５には、Ｘ線透過膜２６を備えたＸ線取出窓２７が設けられている。
【００１５】
電子放出素子１５から発生した電子ビームｅは、レンズ電極１９によるレンズ作用を受け、アノード電極２０の透過型ターゲット１３の部分で最終電位の高さに加速される。透過型ターゲット１３で発生したＸ線ビームｘはＸ線取出部２４を通り、更にＸ線取出窓２７から大気中に取り出される。
【００１６】
電子放出素子１５は図２に示すように素子アレイ１６上に二次元的に配列されている。近年のナノテクノロジの進歩に伴って、決められた位置にナノメータ（ｎｍ）サイズの微細な構造体をデバイスプロセスによって形成することが可能であり、電子放出素子１５はこのナノテクノロジを使って製作され得る。また、これらの電子放出素子１５のそれぞれは、駆動部１７を介して供給される、後述する駆動信号Ｓ１、Ｓ２によって個別に電子放出量の制御が行われる。即ち、駆動信号Ｓ１、Ｓ２のマトリックス信号により素子アレイ１６の電子放出量を個別に制御することで、各Ｘ線ビームのオン／オフを制御できることになる。
【００１７】
図３に、電子放出素子１５として採用可能な素子構造の例のいくつかを示す。図３の（Ａ）はスピント型の電子源として代表されるようなコーン状のニードルを持つ電子放出素子１５の構成を示す図である。Ｓｉを材料とした素子基板３１上に絶縁体３２と引出電極３３が設けられ、その中心のμｍサイズの溝に金属や半導体材料から成る先端径が数１０ｎｍの円錐状のエミッタ３４がデバイス製作のプロセスを用いて形成されている。
【００１８】
図３の（Ｂ）は、カーボンナノチューブ型の電子放出素子１５の構成を示す図である。エミッタ３５の材料として、数１０ｎｍの微細な構造体から成るカーボンナノチューブを用いたものであり、エミッタ３５が、素子基板３１上の、引出電極３６の中心に形成されている。
【００１９】
これらのスピント型素子とカーボンナノチューブ型素子は、引出電極３３、３６に数１０〜数１００Ｖの電圧を印加することで、エミッタ３４、３５の先端に高電界が印加され、電界放出現象によって電子ビームｅが放出される。
【００２０】
更に、図３の（Ｃ）は表面伝導型の電子放出素子１５の構成を示す図である。ガラス素子基板３９の上に形成した薄膜電極３７の隙間に、ナノ粒子から成る微細な構造体がエミッタ３８として形成されている。この表面伝導型素子は電極間に１０数Ｖの電圧を印加することで、電極間の微粒子で形成された微細なギャップに高電界が印加され、それによって伝導電子が発生する。同時に、真空中に電子ビームｅが放出され、比較的低電圧で電子放出を制御することができる。
【００２１】
図４は、図３により上述したスピント型素子、カーボンナノチューブ型素子、表面伝導型素子の何れかの素子を用いた時の素子間の電圧電流特性の違いの例を示している。複数の電子放出素子でそれぞれが一定の放射電流を得るためには、平均の駆動電圧Ｖｏに対して補正電圧ΔＶを補正した電圧を、駆動電圧として電子放出素子１５に供給することで、電子放出素子１５のエミッション電流のばらつきを補正することができる。
【００２２】
なお、電子放出素子の構成は上述したものに限られるものではない。例えば、上述の電子放出素子以外のマルチＸ線ビーム発生用の電子源として、ＭＩＭ（Metal Insulator Metal）型素子、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）型素子を適用できる。更に、半導体のＰＮ接合、ショットキー接合型、ナノ炭素繊維からなるカーボン系薄膜の電子源等、あらゆるタイプの冷陰極型電子源を、マルチＸ線ビーム発生用の電子源として適用することが可能である。
【００２３】
上述のような冷陰極型電子放出素子を電子源としたＸ線発生装置は、カソードを加熱せずに室温で、しかも電子放出素子に電圧を供給することで電子が放出するので、Ｘ線発生のための待ち時間を必要としない。また、カソード加熱のための電力を必要としないため、マルチＸ線源を構成しても低消費電力型のＸ線源を製作することができる。そして、これら電子放出素子は駆動電圧の高速駆動で電流のオン／オフ制御が可能であることから、電子放出素子を選択的に駆動することが可能で、かつ高速応答するマルチアレイ状のＸ線線源を製作することができる。
【００２４】
本実施形態の透過型ターゲット１３は、マルチ電子源としてのマルチ電子ビーム発生部１２から出力された電子の照射に応じてＸ線を発生する複数のターゲットを含み、Ｘ線の発生個所に応じて異なる線質のＸ線を出力するターゲット部として機能する。図５、図７は、上述したマルチＸ線発生装置１０において、発生するＸ線の線質を選択可能とするマルチＸ線源（ターゲット部）の構成を具体的に説明する図である。
【００２５】
図５は、第１実施形態による透過型ターゲット１３の構成を説明する図であり、マルチターゲットの一例を示した図である。図５の（Ａ）に示されるように、マルチターゲットを適用した透過型ターゲット１３においては、図１の電子放出素子１５に対向する位置に、複数のターゲットがそれぞれ配置されている。そして、これらのターゲットは、ターゲットＡ４１，ターゲットＢ４２と異なる材料で構成されている。図５の（Ｂ）は、図５の（Ａ）に示した透過型ターゲット１３の断面図である。それぞれのターゲットＡ４１、ターゲットＢ４２は基板４５の上にあり、Ｘ線・反射電子線遮蔽板４６と真空内Ｘ線遮蔽板４７の間に挟まれた構造となっている。透過型ターゲット１３をＸ線・反射電子線遮蔽板４６と真空内Ｘ線遮蔽板４７とが密着性良く挟んだ構造とすることで、ターゲットで発生する熱を効率良く放散される。
【００２６】
以上の構成によれば、複数の電子放出素子１５から放出する電子ビームｅの位置を指定することで異なる種類のターゲットからＸ線を取り出すことができる。即ち、透過型ターゲット１３は、Ｘ線の発生個所に応じて異なる線質のＸ線を出力する。このため、本実施形態のマルチＸ線発生装置１０によれば、一つのＸ線管球の中でいろいろなエネルギ特性を持ったＸ線を発生させることが出来る。図６は、本実施形態のマルチターゲットを用いたマルチＸ線発生方法により発生するＸ線スペクトルをエネルギと線量の特性で示した図であり、それぞれターゲットＡ４１とターゲットＢ４２とから発生するＸ線スペクトルを示している。ターゲット材料の原子番号の違いにより、特性Ｘ線Ａと特性Ｘ線Ｂとのエネルギが異なるため、電子ビームの加速電圧（最大エネルギＥｏ）が同じでも実効エネルギの異なるＸ線の線質を得ることが出来る。ターゲット材料の組み合わせとしては、代表的なＣｕ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｔ、Ａｕ等の金属元素から組み合わせを選択することが挙げられる。なお、その他の元素または合金の組み合わせでも良いことは言うまでもない。
【００２７】
以上のような第１実施形態によるマルチＸ線発生装置によれば、従来のＸ線管球を用いる方法と較べて容易に線質が選べることから、高画質のＸ線画像を簡便に得ることが出来る。
【００２８】
［第２実施形態］
第１実施形態では、Ｘ線の発生個所に応じて異なる線質のＸ線を出力する透過型ターゲット１３をマルチターゲットにより実現した。第２実施形態では、そのような透過型ターゲットを、Ｘ線に対して異なるＸ線吸収特性を有する複数のフィルタが配置されたマルチフィルタにより実現する例を説明する。
【００２９】
図７は、第２実施形態による透過型ターゲット１３の構成例を示す図であり、Ｘ線吸収板としてのマルチフィルタを用いた例を示したものである。図７の（Ａ）に示されるように、透過型ターゲット１３において、電子放出素子１５に対向するターゲット位置に、それぞれフィルタが独立に配置されている。そして、これらのフィルタＡ４３、フィルタＢ４４は、異なる材料からなっている。図７の（Ｂ）は、この透過型ターゲット１３の断面図である。フィルタＡ４３，フィルタＢ４４からなるマルチフィルタは、基板４５の電子ビームが照射されるターゲット基板４８と反対側の面に配置され、真空内Ｘ線遮蔽板４７と基板４５で直接挟まれる構造となっている。このような構造によれば、電子放出素子１５から放出する電子ビームｅの位置を指定することで異なるフィルタ位置からのＸ線を取り出すとこが出来る。従って、同じ種類のターゲットから発生したＸ線においても、フィルタＡ４３とフィルタＢ４４を透過したＸ線スペクトルはそれぞれのＸ線吸収特性の違いにより異なったスペクトルを一つのＸ線管球で得ることが出来る。
【００３０】
図８は、このマルチフィルタを用いた時に得られるＸ線スペクトルを示したもので、フィルタＡを透過したＸ線とフィルタＢを通過したＸ線のスペクトルを示している。低エネルギ側のスペクトルをフィルタＡとフィルタＢでカットした場合の例であり、透過Ｘ線の実効エネルギは図８に示すように異なったものを得ることが出来る。代表的な組み合わせとしては、Ｍｏターゲットを用いてフィルタＡにＭｏ、フィルタＢにＣｕをセットした場合、フィルタＡでは、特性Ｘ線と近接した低エネルギ側の線量がカットされるのに対し、フィルタＢではやや離れた位置からカットされる。これらのフィルタの材料と材質の厚さは、望ましいスペクトルに合わせて自由に選択することが出来るこのことから、このマルチフィルタを使うことで実効エネルギの異なるＸ線スペクトルを自由に形成することが出来る。
【００３１】
上で述べたマルチターゲットとマルチフィルタの材料とその組み合わせは自由であり、Ｘ線の撮影条件の応じて組み合わせることが望ましい。また、第１実施形態のマルチターゲットと第２実施形態のマルチフィルタを組み合わせて、より多様なＸ線スペクトルのＸ線を発生できるようにすることも可能である。
【００３２】
以上のような第２実施形態によるマルチＸ線発生装置によれば、従来のＸ線管球を用いる方法と較べて容易に異なる実効エネルギのＸ線（異なる線質のＸ線）を選べることから、高画質のＸ線画像を簡便に得ることが出来る。
【００３３】
［第３実施形態］
次に、このマルチ線質の特徴を持つＸ線源を応用した例について、図９から図１１を用いて説明する。図９は、第３実施形態による透過型ターゲット１３を示した図である。本実施形態では、第２実施形態で説明したマルチターゲットと第３実施形態で説明したマルチフィルタを組み合わせて透過型ターゲット１３を構成した例が示されている。
【００３４】
第３実施形態の透過型ターゲット１３は、被写体の照射条件に適合するように、マルチターゲットとマルチフィルタを組み合わせたものである。本例では、Ｘ線の線質が硬い順（実効エネルギの高い順）に（３）、（２）、（１）とフィルタが配列されている。そして、ターゲット群Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれにおいては、線質の硬い順に下から上に（ｃからａへ）ターゲットが配列されている。即ち、図９に示される透過型ターゲット１３においては、複数種類の異なるターゲットが周期的に配置されている。なお、異なる特性のフィルタを周期的に配置するようにしてもよい。例えば、図９において、（１）、（２）、（３）をターゲット群として、線質の硬い順に（３）→（２）→（１）となるようにターゲットを配置する。そして、線質の硬い順に異なるフィルタがｃ→ｂ→ａと並ぶようにしてもよい。この様にターゲット群の中に周期的に異なるＸ線を発生する個所が配列していることで、個々のＸ線発生源の線質を被写体へのＸ線照射条件に合わせて切り替えて照射することが可能となる。
【００３５】
このように構成されたマルチＸ線発生装置１０は、例えば図１０に示すようなマンモグラフィーのＸ線撮影装置に適用できる。このＸ線撮影装置は、図９に示すような透過型ターゲット１３を備えたマルチＸ線発生装置１０、２次元のＸ線センサ５４、被写体５５を圧迫する圧迫板５６が支持台５７に装着されている。２次元のＸ線センサ５４は、マルチＸ線発生装置１０から出力され、被写体５５を介して検出面に到達したＸ線の線量に応じた電気信号を生成する２次元Ｘ線検出器である。被写体５５のＸ線透過度は、図１０において右から左に行くに従って高くなることから、この方向に従ってＸ線の実効エネルギーを低くしていくようにフィルタを配列する（（３）→（１））ことで照射全領域に対して最適なＸ線線質で撮影することができる。このように照射全領域に対して最適なＸ線線質で撮影することは、被爆量を低減することと、高コントラストなＸ線画像を得るためには極めて有効である言える。
【００３６】
図１１は、図１０のＸ線撮影装置を別の角度から示した図で、マルチＸ線発生装置の特徴を活かしてターゲット群Ｂとターゲット群Ｃの角度の異なったＸ線を用いて断層撮影を行う様子を示す図である。この場合のターゲット群Ｂ，Ｃにおける照射条件は、被写体に対して斜め照射となるため、ターゲット群Ａで選択したＸ線線質とは異なったものを適用することが望ましが、本実施形態のマルチＸ線発生装置によれば、そのようなＸ線照射を容易に実現できる。
【００３７】
［第４実施形態］
図１２はマルチ線質の機能を備えたマルチＸ線発生装置１０を備えたマルチＸ線撮影装置の構成例を示す図である。この撮影装置は図１で示すマルチＸ線発生装置１０の前方には、マルチＸ線強度測定部７１を備えた透過型Ｘ線検出器７２が配置されている。そして、マルチＸ線発生装置１０から出力され、不図示の被検体を介して検出面に到達したＸ線の線量に応じた電気信号を生成する２次元Ｘ線検出器７３が配置されている。マルチＸ線強度測定部７１は、Ｘ線取出窓２７毎に設けられる。透過型Ｘ線検出器７２、２次元Ｘ線検出器７３はそれぞれＸ線検出信号処理部７４、７５を介して制御部７６に接続されている。また、制御部７６の出力は電子放出素子駆動回路７７を介して駆動部１７に接続されている。更に制御部７６の出力は高電圧制御部７８、７９を介してそれぞれレンズ電極１９、アノード電極２０の高電圧導入部２１、２２に接続されている。
【００３８】
透過型ターゲット１３から発生したＸ線ビームｘは、壁部２５に設けられたＸ線取出窓２７を通してマルチＸ線ビームｘとして大気中に取り出され、マルチＸ線強度測定部７１に向かう。Ｘ線ビームｘは、透過型Ｘ線検出器７２のマルチＸ線強度測定部７１を透過した後に被検体に照射される。そして、被検体を透過したＸ線ビームｘは２次元Ｘ線検出器７３で検出され被検体の画像が得られる。
【００３９】
しかし、Ｘ線線量を低減して高コントラスト画像を得るためには、被写体情報に基づいて、Ｘ線の線質と線量を最適化して行くことが必要である。制御部７６は、図４に示したような電子放出素子１５の電圧電流特性データ、被検体の部位、厚さを基に低線量で最適なコントラストを得るための、マルチ電子ビーム発生部１２の駆動情報を保持する。そして、制御部７６は、不図示の入力装置からユーザによる撮影部位の指定や撮影部位の厚みなどの情報を受け付けると、駆動情報を参照して、マルチ電子ビーム発生部１２の各電子放出素子１５の駆動条件（駆動の要否、印加電圧など）を決定する。そして、決定された駆動条件に従って、電子放出素子駆動回路７７を制御する。電子放出素子駆動回路７７は、制御部７６の制御下で、駆動信号Ｓ１、Ｓ２を発生し、これらを駆動部１７に供給する。更に、制御部７６は、実際に発生したＸ線の強度を、マルチＸ線強度測定部７１及びＸ線検出信号処理部７４により測定し、各電子放出素子の駆動電圧を補正する。これにより、被検体の各部位に対して、最適なＸ線照射条件に沿った設定でＸ線画像の撮影を行うことが出来る。
【００４０】
また、制御部７６は、マルチＸ線強度測定部７１の計測結果であるところのＸ線の強度に基づいて、２次元Ｘ線検出器７３からの各信号を補正する。即ち、制御部７６は、マルチＸ線強度測定部７１の測定結果に基づいて、異なる線質からなる複数のＸ線の線量に応じた電気信号を数値処理してＸ線画像を形成する。ここで、同質検体を異なる線質で撮影した場合、得られるＸ線画像は照射するＸ線の実効エネルギーが違うためにコントラストの異なった像として観測される。そこで異なる線質においてもコントラストが同一の画像として得られるように取得画像ごとにコントラストの範囲を補正（圧縮、拡大）する処理を行っている。これにより、Ｘ線の線質が異なることによるＸ線画像への影響を排除することができる。なお、透過型Ｘ線検出器７２を設けない場合には、制御部７６は、自身が指示した電子放出素子の駆動状態と、各電子放出素子の電圧電流特性、ターゲットやフィルタの種類に基づいて２次元Ｘ線検出器７３からの各信号を補正するようにしてもよい。即ち、制御部７６は、マルチ電子源における各電子源の駆動条件に基づいて、異なる線質からなる複数のＸ線の線量に応じた電気信号を数値処理してＸ線画像を形成する。
【００４１】
図１４は、制御部７６によるＸ線撮影処理の手順を説明するフローチャートである。ステップＳ１４０１において、制御部７６は不図示の操作部を介してユーザが指示した撮影部位を受け付ける。ステップＳ１４０２において、制御部７６は、マルチ電子ビーム発生部１２の駆動情報を参照して、マルチ電子ビーム発生部１２の駆動条件（駆動パターン）を設定する。駆動情報テーブル１４００には、撮影部位と駆動条件（バターン情報）とが対となって登録されており、撮影部位を特定することで対応する駆動条件を得ることができる。駆動条件には、マルチ電子ビーム発生部１２における複数の電子放出素子の各々の駆動のＯＮ／ＯＦＦや、印加する電圧（電流）、Ｘ線の線質を決めるターゲットやフィルター情報等が含まれている。
【００４２】
ステップＳ１４０３において、制御部７６は、ステップＳ１４０２で取得した駆動条件でマルチ電子ビーム発生部１２を駆動するよう電子放出素子駆動回路７７を制御する。ステップＳ１４０４において、制御部７６は、上記駆動に応じたマルチＸ線強度測定部７１の測定結果として、Ｘ線強度の分布を取得する。また、ステップＳ１４０５において、制御部７６は上記駆動に応じた２次元Ｘ線検出器７３の検出結果として、Ｘ線検出信号処理部７５よりＸ線検出信号を取得する。そして、ステップＳ１４０６において、制御部７６は、Ｘ線強度の分布を用いてＸ線検出信号を補正し、補正されたＸ線検出信号を用いてＸ線画像データを生成する。また、ステップＳ１４０７において、Ｘ線強度の分布に基づいて、駆動情報テーブル１４００の駆動条件を、必要に応じて修正する。例えば、測定されたＸ線の強度分布と、指定された撮影部位に対して要求されるＸ線強度分布とにずれがある場合に、そのずれを解消するように駆動条件を修正する。
【００４３】
以上のように、第４実施形態のマルチＸ線発生装置１０を用いたＸ線撮影装置は、被検体とその部位の条件に応じて、最適なＸ線スペクトルを発生するように電子放出素子駆動回路７７の駆動条件や駆動する素子領域が設定される。即ち、被検体とその部位の条件に応じて電子放出素子の駆動条件を指定できる、線質可変型の平面型Ｘ線源を備えたＸ線撮影装置を実現することが出来る。
【００４４】
以上のように、第３、第４実施形態によれば、被写体の形状と部位情報ごとにＸ線の吸収条件と照射角度に応じて、最適な線質のＸ線を選択して被写体に照射することができる。このため、低線量で高コントラストのＸ線画像を形成するＸ線撮影装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１実施形態によるマルチＸ線発生装置の構成例を示す図である。
【図２】素子基板の平面図である。
【図３】電子放出素子の構成例を示す図であって、（Ａ）はスピント型素子の構成図、（Ｂ）はカーボンナノチューブ型素子の構成図、（Ｃ）は表面伝導型素子の構成図である。
【図４】マルチ電子放出素子の電圧電流特性のグラフ図である。
【図５】マルチターゲットによる透過型ターゲットの構成例を示す図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図６】マルチターゲット方式におけるＸ線スペクトルの例を示す図である。
【図７】マルチフィルタによる透過型ターゲットの構成例を示す図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図８】マルチフィルタによる透過型ターゲットのＸ線スペクトルの例を示す図である。
【図９】第３実施形態による透過型ターゲットの構成例を示す図である。
【図１０】第３実施形態によるＸ線撮影装置の構成例を示す図である。
【図１１】第３実施形態によるＸ線撮影装置の照射部を説明する図である。
【図１２】第４実施形態によるマルチＸ線撮影装置の全体構成の例を示す図である。
【図１３】異なる線質のＸ線を発生可能なＸ線発生装置の従来例を示す図である。
【図１４】第４実施形態の制御部によるＸ線撮影処理を説明するフローチャートである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線源を用いた医療機器や産業機器分野の非破壊Ｘ線撮影、診断応用等に使用するマルチＸ線発生装置と該装置を用いたＸ線撮影装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、Ｘ線管球は電子源に熱電子源を用いたものであり、高温度に加熱したフィラメントから放出される熱電子をウエネルト電極、引出電極、加速電極、及びレンズ電極を通して、電子ビームを高エネルギに加速する。そして、所望の形状に電子ビームを成形した後に、金属から成るＸ線ターゲットに照射してＸ線を発生させている。
【０００３】
近年、この熱電子源に代る電子源として冷陰極型電子源が開発され、フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）との組み合わせへの応用として広く研究されている。冷陰極の代表的なものとして、数１０ｎｍの針の先端に高電界を掛けて電子を取り出すスピント（Spindt）型タイプの電子源が知られている。更に、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を材料とした電子放出エミッタや、ガラス基板の表面に名のメーター（ｎｍ）オーダの微細構造を形成して、電子を放出する表面伝導型電子源などがある。
【０００４】
これらの電子源への応用として、スピント型電子源やカーボンナノチューブ型電子源を用いて単一の電子ビームを形成してＸ線を取り出すことが、特許文献１、２に提案されている。そして、これらの冷陰極電子源を複数用いてマルチ電子源からの電子ビームをＸ線ターゲット上に照射してＸ線を発生させることも、特許文献３、非特許文献１に記載されている。
【０００５】
そして更に、マルチＸ線源から相互干渉の無い特性の優れたマルチＸ線ビームを形成するＸ線装置が、特許文献４に記載されている。
【０００６】
一方、従来から用いられている単焦点のＸ線源として、回転ターゲット型のＸ線源があるが、このＸ線源を用いて異なるＸ線の線質を発生する方法が提案されている。その具体的な方法として、図１３に示されるように、一つの回転ターゲットに２種類のターゲット材料（１０２，１０２ａ）を配置してそれぞれに電子ビームを照射する方法が、特許文献５、特許文献６に記載されている。また、特許文献７には、一つの回転ターゲットの両面に異なるターゲット材料を配置して線質の異なるＸ線を発生する方法と、その応用方法が記載されている。
【特許文献１】特開平０９−１８０８９４号公報
【特許文献２】特開２００４−３２９７８４号公報
【特許文献３】特開平０８−２６４１３９号公報
【特許文献４】特開２００７−２６５９８１号公報
【特許文献５】特開平０５−０２８９３９号公報
【特許文献６】特開平０５−０３６３６８号公報
【特許文献７】特開平０１−２０４６４９号公報
【非特許文献１】Applied Physics Letters 86，184104(2005)，J.Zhang 「Stationaryscanningx-ray source based on carbonnanotube field emitters」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
単焦点のＸ線源として代表的な回転ターゲット型のＸ線源においては、電子源やターゲット構造等の形状による制約のために、一つの管球から得られる線質の種類は２種類程度が限界であった。また、Ｘ線源の焦点の数も２焦点程度に限られるため、被写体の部位と形状に合わせて線質と線量の条件を調整することが困難であり、質の高いＸ線画像を得ることが難しかった。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、Ｘ線源における線質と照射位置の選択の自由度を増すことで、低線量で高コントラストのＸ線画像を高速に得ることを可能としたＸ線発生装置及びＸ線撮影装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の一態様によるマルチＸ線発生装置は、以下の構成を有する。即ち、
２次元に配置された複数の電子源を有し、供給された駆動信号に応じて前記複数の電子源を選択的に駆動することにより、駆動された電子源から電子を出力するマルチ電子源と、
前記複数の電子源に対向して２次元に配置された複数のターゲットを有し、前記マルチ電子源から出力された電子の照射に応じてＸ線を発生し、Ｘ線の発生個所に応じて異なる線質のＸ線を出力するターゲット部とを備え、
前記マルチ電子源における電子源の選択的な駆動により、前記ターゲット部からのＸ線の発生個所と線質が制御され。
【００１０】
また、上記の目的を達成するための本発明の他の態様によるＸ線撮影装置は、以下の構成を備える。すなわち、
上記のマルチＸ線発生装置と、
前記マルチＸ線発生装置から出力され、検出面に到達したＸ線の線量に応じた電気信号を生成する２次元Ｘ線検出器と、
駆動条件に従って駆動信号を生成し、前記マルチ電子源に供給することにより、各電子源を駆動する駆動手段とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、Ｘ線源における線質と照射位置の選択の自由度を増すことができ、低線量で高コントラストのＸ線画像を高速に得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
図１はマルチＸ線源としての、マルチＸ線発生装置１０の構成例を示す図である。図１において、真空室１１内には、マルチ電子源としてのマルチ電子ビーム発生部１２、マルチＸ線源としての透過型ターゲット１３が配置されている。マルチ電子ビーム発生部１２は、素子基板１４と、その上に複数個の電子放出素子１５が配列された素子アレイ１６により構成される。電子放出素子１５は電子源として機能するものであり、駆動部１７により駆動が制御されるようになっている。電子放出素子１５から発生する電子ビームｅを制御するために絶縁体１８に固定されたレンズ電極１９とアノード電極２０が設けられる。これらのレンズ電極１９、アノード電極２０には、高電圧導入部２１、２２を介して高電圧が供給されている。
【００１４】
発生した電子ビームｅが衝突する透過型ターゲット１３は、電子ビームｅに対応して離散的に配置されている。更に、透過型ターゲット１３に重金属から成る真空内Ｘ線遮蔽板４７が設けられ、この真空内Ｘ線遮蔽板４７にＸ線取出部２４が設けられている。そして、Ｘ線取出部２４と対向する真空室１１の壁部２５には、Ｘ線透過膜２６を備えたＸ線取出窓２７が設けられている。
【００１５】
電子放出素子１５から発生した電子ビームｅは、レンズ電極１９によるレンズ作用を受け、アノード電極２０の透過型ターゲット１３の部分で最終電位の高さに加速される。透過型ターゲット１３で発生したＸ線ビームｘはＸ線取出部２４を通り、更にＸ線取出窓２７から大気中に取り出される。
【００１６】
電子放出素子１５は図２に示すように素子アレイ１６上に二次元的に配列されている。近年のナノテクノロジの進歩に伴って、決められた位置にナノメータ（ｎｍ）サイズの微細な構造体をデバイスプロセスによって形成することが可能であり、電子放出素子１５はこのナノテクノロジを使って製作され得る。また、これらの電子放出素子１５のそれぞれは、駆動部１７を介して供給される、後述する駆動信号Ｓ１、Ｓ２によって個別に電子放出量の制御が行われる。即ち、駆動信号Ｓ１、Ｓ２のマトリックス信号により素子アレイ１６の電子放出量を個別に制御することで、各Ｘ線ビームのオン／オフを制御できることになる。
【００１７】
図３に、電子放出素子１５として採用可能な素子構造の例のいくつかを示す。図３の（Ａ）はスピント型の電子源として代表されるようなコーン状のニードルを持つ電子放出素子１５の構成を示す図である。Ｓｉを材料とした素子基板３１上に絶縁体３２と引出電極３３が設けられ、その中心のμｍサイズの溝に金属や半導体材料から成る先端径が数１０ｎｍの円錐状のエミッタ３４がデバイス製作のプロセスを用いて形成されている。
【００１８】
図３の（Ｂ）は、カーボンナノチューブ型の電子放出素子１５の構成を示す図である。エミッタ３５の材料として、数１０ｎｍの微細な構造体から成るカーボンナノチューブを用いたものであり、エミッタ３５が、素子基板３１上の、引出電極３６の中心に形成されている。
【００１９】
これらのスピント型素子とカーボンナノチューブ型素子は、引出電極３３、３６に数１０〜数１００Ｖの電圧を印加することで、エミッタ３４、３５の先端に高電界が印加され、電界放出現象によって電子ビームｅが放出される。
【００２０】
更に、図３の（Ｃ）は表面伝導型の電子放出素子１５の構成を示す図である。ガラス素子基板３９の上に形成した薄膜電極３７の隙間に、ナノ粒子から成る微細な構造体がエミッタ３８として形成されている。この表面伝導型素子は電極間に１０数Ｖの電圧を印加することで、電極間の微粒子で形成された微細なギャップに高電界が印加され、それによって伝導電子が発生する。同時に、真空中に電子ビームｅが放出され、比較的低電圧で電子放出を制御することができる。
【００２１】
図４は、図３により上述したスピント型素子、カーボンナノチューブ型素子、表面伝導型素子の何れかの素子を用いた時の素子間の電圧電流特性の違いの例を示している。複数の電子放出素子でそれぞれが一定の放射電流を得るためには、平均の駆動電圧Ｖｏに対して補正電圧ΔＶを補正した電圧を、駆動電圧として電子放出素子１５に供給することで、電子放出素子１５のエミッション電流のばらつきを補正することができる。
【００２２】
なお、電子放出素子の構成は上述したものに限られるものではない。例えば、上述の電子放出素子以外のマルチＸ線ビーム発生用の電子源として、ＭＩＭ（Metal Insulator Metal）型素子、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）型素子を適用できる。更に、半導体のＰＮ接合、ショットキー接合型、ナノ炭素繊維からなるカーボン系薄膜の電子源等、あらゆるタイプの冷陰極型電子源を、マルチＸ線ビーム発生用の電子源として適用することが可能である。
【００２３】
上述のような冷陰極型電子放出素子を電子源としたＸ線発生装置は、カソードを加熱せずに室温で、しかも電子放出素子に電圧を供給することで電子が放出するので、Ｘ線発生のための待ち時間を必要としない。また、カソード加熱のための電力を必要としないため、マルチＸ線源を構成しても低消費電力型のＸ線源を製作することができる。そして、これら電子放出素子は駆動電圧の高速駆動で電流のオン／オフ制御が可能であることから、電子放出素子を選択的に駆動することが可能で、かつ高速応答するマルチアレイ状のＸ線線源を製作することができる。
【００２４】
本実施形態の透過型ターゲット１３は、マルチ電子源としてのマルチ電子ビーム発生部１２から出力された電子の照射に応じてＸ線を発生する複数のターゲットを含み、Ｘ線の発生個所に応じて異なる線質のＸ線を出力するターゲット部として機能する。図５、図７は、上述したマルチＸ線発生装置１０において、発生するＸ線の線質を選択可能とするマルチＸ線源（ターゲット部）の構成を具体的に説明する図である。
【００２５】
図５は、第１実施形態による透過型ターゲット１３の構成を説明する図であり、マルチターゲットの一例を示した図である。図５の（Ａ）に示されるように、マルチターゲットを適用した透過型ターゲット１３においては、図１の電子放出素子１５に対向する位置に、複数のターゲットがそれぞれ配置されている。そして、これらのターゲットは、ターゲットＡ４１，ターゲットＢ４２と異なる材料で構成されている。図５の（Ｂ）は、図５の（Ａ）に示した透過型ターゲット１３の断面図である。それぞれのターゲットＡ４１、ターゲットＢ４２は基板４５の上にあり、Ｘ線・反射電子線遮蔽板４６と真空内Ｘ線遮蔽板４７の間に挟まれた構造となっている。透過型ターゲット１３をＸ線・反射電子線遮蔽板４６と真空内Ｘ線遮蔽板４７とが密着性良く挟んだ構造とすることで、ターゲットで発生する熱を効率良く放散される。
【００２６】
以上の構成によれば、複数の電子放出素子１５から放出する電子ビームｅの位置を指定することで異なる種類のターゲットからＸ線を取り出すことができる。即ち、透過型ターゲット１３は、Ｘ線の発生個所に応じて異なる線質のＸ線を出力する。このため、本実施形態のマルチＸ線発生装置１０によれば、一つのＸ線管球の中でいろいろなエネルギ特性を持ったＸ線を発生させることが出来る。図６は、本実施形態のマルチターゲットを用いたマルチＸ線発生方法により発生するＸ線スペクトルをエネルギと線量の特性で示した図であり、それぞれターゲットＡ４１とターゲットＢ４２とから発生するＸ線スペクトルを示している。ターゲット材料の原子番号の違いにより、特性Ｘ線Ａと特性Ｘ線Ｂとのエネルギが異なるため、電子ビームの加速電圧（最大エネルギＥｏ）が同じでも実効エネルギの異なるＸ線の線質を得ることが出来る。ターゲット材料の組み合わせとしては、代表的なＣｕ，Ｍｏ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｓｎ，Ｔａ，Ｗ，Ｐｔ、Ａｕ等の金属元素から組み合わせを選択することが挙げられる。なお、その他の元素または合金の組み合わせでも良いことは言うまでもない。
【００２７】
以上のような第１実施形態によるマルチＸ線発生装置によれば、従来のＸ線管球を用いる方法と較べて容易に線質が選べることから、高画質のＸ線画像を簡便に得ることが出来る。
【００２８】
［第２実施形態］
第１実施形態では、Ｘ線の発生個所に応じて異なる線質のＸ線を出力する透過型ターゲット１３をマルチターゲットにより実現した。第２実施形態では、そのような透過型ターゲットを、Ｘ線に対して異なるＸ線吸収特性を有する複数のフィルタが配置されたマルチフィルタにより実現する例を説明する。
【００２９】
図７は、第２実施形態による透過型ターゲット１３の構成例を示す図であり、Ｘ線吸収板としてのマルチフィルタを用いた例を示したものである。図７の（Ａ）に示されるように、透過型ターゲット１３において、電子放出素子１５に対向するターゲット位置に、それぞれフィルタが独立に配置されている。そして、これらのフィルタＡ４３、フィルタＢ４４は、異なる材料からなっている。図７の（Ｂ）は、この透過型ターゲット１３の断面図である。フィルタＡ４３，フィルタＢ４４からなるマルチフィルタは、基板４５の電子ビームが照射されるターゲット基板４８と反対側の面に配置され、真空内Ｘ線遮蔽板４７と基板４５で直接挟まれる構造となっている。このような構造によれば、電子放出素子１５から放出する電子ビームｅの位置を指定することで異なるフィルタ位置からのＸ線を取り出すとこが出来る。従って、同じ種類のターゲットから発生したＸ線においても、フィルタＡ４３とフィルタＢ４４を透過したＸ線スペクトルはそれぞれのＸ線吸収特性の違いにより異なったスペクトルを一つのＸ線管球で得ることが出来る。
【００３０】
図８は、このマルチフィルタを用いた時に得られるＸ線スペクトルを示したもので、フィルタＡを透過したＸ線とフィルタＢを通過したＸ線のスペクトルを示している。低エネルギ側のスペクトルをフィルタＡとフィルタＢでカットした場合の例であり、透過Ｘ線の実効エネルギは図８に示すように異なったものを得ることが出来る。代表的な組み合わせとしては、Ｍｏターゲットを用いてフィルタＡにＭｏ、フィルタＢにＣｕをセットした場合、フィルタＡでは、特性Ｘ線と近接した低エネルギ側の線量がカットされるのに対し、フィルタＢではやや離れた位置からカットされる。これらのフィルタの材料と材質の厚さは、望ましいスペクトルに合わせて自由に選択することが出来るこのことから、このマルチフィルタを使うことで実効エネルギの異なるＸ線スペクトルを自由に形成することが出来る。
【００３１】
上で述べたマルチターゲットとマルチフィルタの材料とその組み合わせは自由であり、Ｘ線の撮影条件の応じて組み合わせることが望ましい。また、第１実施形態のマルチターゲットと第２実施形態のマルチフィルタを組み合わせて、より多様なＸ線スペクトルのＸ線を発生できるようにすることも可能である。
【００３２】
以上のような第２実施形態によるマルチＸ線発生装置によれば、従来のＸ線管球を用いる方法と較べて容易に異なる実効エネルギのＸ線（異なる線質のＸ線）を選べることから、高画質のＸ線画像を簡便に得ることが出来る。
【００３３】
［第３実施形態］
次に、このマルチ線質の特徴を持つＸ線源を応用した例について、図９から図１１を用いて説明する。図９は、第３実施形態による透過型ターゲット１３を示した図である。本実施形態では、第２実施形態で説明したマルチターゲットと第３実施形態で説明したマルチフィルタを組み合わせて透過型ターゲット１３を構成した例が示されている。
【００３４】
第３実施形態の透過型ターゲット１３は、被写体の照射条件に適合するように、マルチターゲットとマルチフィルタを組み合わせたものである。本例では、Ｘ線の線質が硬い順（実効エネルギの高い順）に（３）、（２）、（１）とフィルタが配列されている。そして、ターゲット群Ａ，Ｂ，Ｃのそれぞれにおいては、線質の硬い順に下から上に（ｃからａへ）ターゲットが配列されている。即ち、図９に示される透過型ターゲット１３においては、複数種類の異なるターゲットが周期的に配置されている。なお、異なる特性のフィルタを周期的に配置するようにしてもよい。例えば、図９において、（１）、（２）、（３）をターゲット群として、線質の硬い順に（３）→（２）→（１）となるようにターゲットを配置する。そして、線質の硬い順に異なるフィルタがｃ→ｂ→ａと並ぶようにしてもよい。この様にターゲット群の中に周期的に異なるＸ線を発生する個所が配列していることで、個々のＸ線発生源の線質を被写体へのＸ線照射条件に合わせて切り替えて照射することが可能となる。
【００３５】
このように構成されたマルチＸ線発生装置１０は、例えば図１０に示すようなマンモグラフィーのＸ線撮影装置に適用できる。このＸ線撮影装置は、図９に示すような透過型ターゲット１３を備えたマルチＸ線発生装置１０、２次元のＸ線センサ５４、被写体５５を圧迫する圧迫板５６が支持台５７に装着されている。２次元のＸ線センサ５４は、マルチＸ線発生装置１０から出力され、被写体５５を介して検出面に到達したＸ線の線量に応じた電気信号を生成する２次元Ｘ線検出器である。被写体５５のＸ線透過度は、図１０において右から左に行くに従って高くなることから、この方向に従ってＸ線の実効エネルギーを低くしていくようにフィルタを配列する（（３）→（１））ことで照射全領域に対して最適なＸ線線質で撮影することができる。このように照射全領域に対して最適なＸ線線質で撮影することは、被爆量を低減することと、高コントラストなＸ線画像を得るためには極めて有効である言える。
【００３６】
図１１は、図１０のＸ線撮影装置を別の角度から示した図で、マルチＸ線発生装置の特徴を活かしてターゲット群Ｂとターゲット群Ｃの角度の異なったＸ線を用いて断層撮影を行う様子を示す図である。この場合のターゲット群Ｂ，Ｃにおける照射条件は、被写体に対して斜め照射となるため、ターゲット群Ａで選択したＸ線線質とは異なったものを適用することが望ましが、本実施形態のマルチＸ線発生装置によれば、そのようなＸ線照射を容易に実現できる。
【００３７】
［第４実施形態］
図１２はマルチ線質の機能を備えたマルチＸ線発生装置１０を備えたマルチＸ線撮影装置の構成例を示す図である。この撮影装置は図１で示すマルチＸ線発生装置１０の前方には、マルチＸ線強度測定部７１を備えた透過型Ｘ線検出器７２が配置されている。そして、マルチＸ線発生装置１０から出力され、不図示の被検体を介して検出面に到達したＸ線の線量に応じた電気信号を生成する２次元Ｘ線検出器７３が配置されている。マルチＸ線強度測定部７１は、Ｘ線取出窓２７毎に設けられる。透過型Ｘ線検出器７２、２次元Ｘ線検出器７３はそれぞれＸ線検出信号処理部７４、７５を介して制御部７６に接続されている。また、制御部７６の出力は電子放出素子駆動回路７７を介して駆動部１７に接続されている。更に制御部７６の出力は高電圧制御部７８、７９を介してそれぞれレンズ電極１９、アノード電極２０の高電圧導入部２１、２２に接続されている。
【００３８】
透過型ターゲット１３から発生したＸ線ビームｘは、壁部２５に設けられたＸ線取出窓２７を通してマルチＸ線ビームｘとして大気中に取り出され、マルチＸ線強度測定部７１に向かう。Ｘ線ビームｘは、透過型Ｘ線検出器７２のマルチＸ線強度測定部７１を透過した後に被検体に照射される。そして、被検体を透過したＸ線ビームｘは２次元Ｘ線検出器７３で検出され被検体の画像が得られる。
【００３９】
しかし、Ｘ線線量を低減して高コントラスト画像を得るためには、被写体情報に基づいて、Ｘ線の線質と線量を最適化して行くことが必要である。制御部７６は、図４に示したような電子放出素子１５の電圧電流特性データ、被検体の部位、厚さを基に低線量で最適なコントラストを得るための、マルチ電子ビーム発生部１２の駆動情報を保持する。そして、制御部７６は、不図示の入力装置からユーザによる撮影部位の指定や撮影部位の厚みなどの情報を受け付けると、駆動情報を参照して、マルチ電子ビーム発生部１２の各電子放出素子１５の駆動条件（駆動の要否、印加電圧など）を決定する。そして、決定された駆動条件に従って、電子放出素子駆動回路７７を制御する。電子放出素子駆動回路７７は、制御部７６の制御下で、駆動信号Ｓ１、Ｓ２を発生し、これらを駆動部１７に供給する。更に、制御部７６は、実際に発生したＸ線の強度を、マルチＸ線強度測定部７１及びＸ線検出信号処理部７４により測定し、各電子放出素子の駆動電圧を補正する。これにより、被検体の各部位に対して、最適なＸ線照射条件に沿った設定でＸ線画像の撮影を行うことが出来る。
【００４０】
また、制御部７６は、マルチＸ線強度測定部７１の計測結果であるところのＸ線の強度に基づいて、２次元Ｘ線検出器７３からの各信号を補正する。即ち、制御部７６は、マルチＸ線強度測定部７１の測定結果に基づいて、異なる線質からなる複数のＸ線の線量に応じた電気信号を数値処理してＸ線画像を形成する。ここで、同質検体を異なる線質で撮影した場合、得られるＸ線画像は照射するＸ線の実効エネルギーが違うためにコントラストの異なった像として観測される。そこで異なる線質においてもコントラストが同一の画像として得られるように取得画像ごとにコントラストの範囲を補正（圧縮、拡大）する処理を行っている。これにより、Ｘ線の線質が異なることによるＸ線画像への影響を排除することができる。なお、透過型Ｘ線検出器７２を設けない場合には、制御部７６は、自身が指示した電子放出素子の駆動状態と、各電子放出素子の電圧電流特性、ターゲットやフィルタの種類に基づいて２次元Ｘ線検出器７３からの各信号を補正するようにしてもよい。即ち、制御部７６は、マルチ電子源における各電子源の駆動条件に基づいて、異なる線質からなる複数のＸ線の線量に応じた電気信号を数値処理してＸ線画像を形成する。
【００４１】
図１４は、制御部７６によるＸ線撮影処理の手順を説明するフローチャートである。ステップＳ１４０１において、制御部７６は不図示の操作部を介してユーザが指示した撮影部位を受け付ける。ステップＳ１４０２において、制御部７６は、マルチ電子ビーム発生部１２の駆動情報を参照して、マルチ電子ビーム発生部１２の駆動条件（駆動パターン）を設定する。駆動情報テーブル１４００には、撮影部位と駆動条件（バターン情報）とが対となって登録されており、撮影部位を特定することで対応する駆動条件を得ることができる。駆動条件には、マルチ電子ビーム発生部１２における複数の電子放出素子の各々の駆動のＯＮ／ＯＦＦや、印加する電圧（電流）、Ｘ線の線質を決めるターゲットやフィルター情報等が含まれている。
【００４２】
ステップＳ１４０３において、制御部７６は、ステップＳ１４０２で取得した駆動条件でマルチ電子ビーム発生部１２を駆動するよう電子放出素子駆動回路７７を制御する。ステップＳ１４０４において、制御部７６は、上記駆動に応じたマルチＸ線強度測定部７１の測定結果として、Ｘ線強度の分布を取得する。また、ステップＳ１４０５において、制御部７６は上記駆動に応じた２次元Ｘ線検出器７３の検出結果として、Ｘ線検出信号処理部７５よりＸ線検出信号を取得する。そして、ステップＳ１４０６において、制御部７６は、Ｘ線強度の分布を用いてＸ線検出信号を補正し、補正されたＸ線検出信号を用いてＸ線画像データを生成する。また、ステップＳ１４０７において、Ｘ線強度の分布に基づいて、駆動情報テーブル１４００の駆動条件を、必要に応じて修正する。例えば、測定されたＸ線の強度分布と、指定された撮影部位に対して要求されるＸ線強度分布とにずれがある場合に、そのずれを解消するように駆動条件を修正する。
【００４３】
以上のように、第４実施形態のマルチＸ線発生装置１０を用いたＸ線撮影装置は、被検体とその部位の条件に応じて、最適なＸ線スペクトルを発生するように電子放出素子駆動回路７７の駆動条件や駆動する素子領域が設定される。即ち、被検体とその部位の条件に応じて電子放出素子の駆動条件を指定できる、線質可変型の平面型Ｘ線源を備えたＸ線撮影装置を実現することが出来る。
【００４４】
以上のように、第３、第４実施形態によれば、被写体の形状と部位情報ごとにＸ線の吸収条件と照射角度に応じて、最適な線質のＸ線を選択して被写体に照射することができる。このため、低線量で高コントラストのＸ線画像を形成するＸ線撮影装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１実施形態によるマルチＸ線発生装置の構成例を示す図である。
【図２】素子基板の平面図である。
【図３】電子放出素子の構成例を示す図であって、（Ａ）はスピント型素子の構成図、（Ｂ）はカーボンナノチューブ型素子の構成図、（Ｃ）は表面伝導型素子の構成図である。
【図４】マルチ電子放出素子の電圧電流特性のグラフ図である。
【図５】マルチターゲットによる透過型ターゲットの構成例を示す図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図６】マルチターゲット方式におけるＸ線スペクトルの例を示す図である。
【図７】マルチフィルタによる透過型ターゲットの構成例を示す図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は断面図である。
【図８】マルチフィルタによる透過型ターゲットのＸ線スペクトルの例を示す図である。
【図９】第３実施形態による透過型ターゲットの構成例を示す図である。
【図１０】第３実施形態によるＸ線撮影装置の構成例を示す図である。
【図１１】第３実施形態によるＸ線撮影装置の照射部を説明する図である。
【図１２】第４実施形態によるマルチＸ線撮影装置の全体構成の例を示す図である。
【図１３】異なる線質のＸ線を発生可能なＸ線発生装置の従来例を示す図である。
【図１４】第４実施形態の制御部によるＸ線撮影処理を説明するフローチャートである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元に配置された複数の電子源を有し、供給された駆動信号に応じて前記複数の電子源を選択的に駆動することにより、駆動された電子源から電子を出力するマルチ電子源と、
前記複数の電子源に対向して２次元に配置された複数のターゲットを有し、前記マルチ電子源から出力された電子の照射に応じてＸ線を発生し、Ｘ線の発生個所に応じて異なる線質のＸ線を出力するターゲット部とを備え、
前記マルチ電子源における電子源の選択的な駆動により、前記ターゲット部からのＸ線の発生個所と線質が制御されることを特徴とするマルチＸ線発生装置。
【請求項２】
前記複数のターゲットは異なる材料からなる少なくとも２種類のターゲットを含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチＸ線発生装置。
【請求項３】
前記ターゲット部において、異なる材料のターゲットが周期的に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のマルチＸ線発生装置。
【請求項４】
前記ターゲット部は、前記複数のターゲットに対応した複数のフィルタを有し、前記複数のフィルタは、Ｘ線に対して異なる特性を有する少なくとも２種類のフィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチＸ線発生装置。
【請求項５】
前記複数のフィルタは、異なる特性を有するフィルタが周期的に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のマルチＸ線発生装置。
【請求項６】
前記複数の電子源の各々は、冷陰極からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマルチＸ線発生装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマルチＸ線発生装置と、
前記マルチＸ線発生装置から出力され、検出面に到達したＸ線の線量に応じた電気信号を生成する２次元Ｘ線検出器と、
駆動条件に従って駆動信号を生成し、前記マルチ電子源に供給することにより、各電子源を駆動する駆動手段とを備えることを特徴とするＸ線撮影装置。
【請求項８】
撮影する部位の情報に基づいて前記マルチ電子源における各電子源の駆動条件を設定する設定手段を更に備え、
前記駆動手段は、前記設定手段によって設定された駆動条件に従って、前記マルチ電子源の各電子源を駆動することを特徴とする請求項７に記載のＸ線撮影装置。
【請求項９】
前記マルチＸ線発生装置と被検体との間で、前記マルチＸ線発生装置から出力されたＸ線の強度を測定する測定手段を更に備え、
前記駆動手段は、前記測定手段による測定結果に基づいて、前記撮影する部位に対応した駆動条件を補正することを特徴とする請求項８に記載のＸ線撮影装置。
【請求項１０】
前記２次元Ｘ線検出器で生成された電気信号からＸ線画像を生成する生成手段を更に備えることを特徴とする請求項７に記載のＸ線撮影装置。
【請求項１１】
前記マルチＸ線発生装置と被検体との間で、前記マルチＸ線発生装置から出力されたＸ線の強度を測定する測定手段を更に備え、
前記生成手段は、異なる線質のＸ線の線量に応じた電気信号を、前記測定手段による測定結果に基づいて数値処理してＸ線画像を形成することを特徴とする請求項１０に記載のＸ線撮影装置。
【請求項１２】
前記生成手段は、異なる線質のＸ線の線量に応じた電気信号を、前記マルチ電子源における各電子源の駆動条件に基づいて数値処理してＸ線画像を形成することを特徴とする請求項１０に記載のＸ線撮影装置。
【請求項１】
２次元に配置された複数の電子源を有し、供給された駆動信号に応じて前記複数の電子源を選択的に駆動することにより、駆動された電子源から電子を出力するマルチ電子源と、
前記複数の電子源に対向して２次元に配置された複数のターゲットを有し、前記マルチ電子源から出力された電子の照射に応じてＸ線を発生し、Ｘ線の発生個所に応じて異なる線質のＸ線を出力するターゲット部とを備え、
前記マルチ電子源における電子源の選択的な駆動により、前記ターゲット部からのＸ線の発生個所と線質が制御されることを特徴とするマルチＸ線発生装置。
【請求項２】
前記複数のターゲットは異なる材料からなる少なくとも２種類のターゲットを含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチＸ線発生装置。
【請求項３】
前記ターゲット部において、異なる材料のターゲットが周期的に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のマルチＸ線発生装置。
【請求項４】
前記ターゲット部は、前記複数のターゲットに対応した複数のフィルタを有し、前記複数のフィルタは、Ｘ線に対して異なる特性を有する少なくとも２種類のフィルタを含むことを特徴とする請求項１に記載のマルチＸ線発生装置。
【請求項５】
前記複数のフィルタは、異なる特性を有するフィルタが周期的に配置されていることを特徴とする請求項４に記載のマルチＸ線発生装置。
【請求項６】
前記複数の電子源の各々は、冷陰極からなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマルチＸ線発生装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマルチＸ線発生装置と、
前記マルチＸ線発生装置から出力され、検出面に到達したＸ線の線量に応じた電気信号を生成する２次元Ｘ線検出器と、
駆動条件に従って駆動信号を生成し、前記マルチ電子源に供給することにより、各電子源を駆動する駆動手段とを備えることを特徴とするＸ線撮影装置。
【請求項８】
撮影する部位の情報に基づいて前記マルチ電子源における各電子源の駆動条件を設定する設定手段を更に備え、
前記駆動手段は、前記設定手段によって設定された駆動条件に従って、前記マルチ電子源の各電子源を駆動することを特徴とする請求項７に記載のＸ線撮影装置。
【請求項９】
前記マルチＸ線発生装置と被検体との間で、前記マルチＸ線発生装置から出力されたＸ線の強度を測定する測定手段を更に備え、
前記駆動手段は、前記測定手段による測定結果に基づいて、前記撮影する部位に対応した駆動条件を補正することを特徴とする請求項８に記載のＸ線撮影装置。
【請求項１０】
前記２次元Ｘ線検出器で生成された電気信号からＸ線画像を生成する生成手段を更に備えることを特徴とする請求項７に記載のＸ線撮影装置。
【請求項１１】
前記マルチＸ線発生装置と被検体との間で、前記マルチＸ線発生装置から出力されたＸ線の強度を測定する測定手段を更に備え、
前記生成手段は、異なる線質のＸ線の線量に応じた電気信号を、前記測定手段による測定結果に基づいて数値処理してＸ線画像を形成することを特徴とする請求項１０に記載のＸ線撮影装置。
【請求項１２】
前記生成手段は、異なる線質のＸ線の線量に応じた電気信号を、前記マルチ電子源における各電子源の駆動条件に基づいて数値処理してＸ線画像を形成することを特徴とする請求項１０に記載のＸ線撮影装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−２０５９９２（Ｐ２００９−２０５９９２Ａ）
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４８８２７（Ｐ２００８−４８８２７）
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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