放射線画像撮影用グリッド及びその製造方法、並びに放射線画像撮影システム
【課題】Ｘ線吸収部内にボイド等の欠陥が無いグリッドを提供する。
【解決手段】タングステンやモリブデン等のＸ線吸収性を有する金属によりグリッド基板２０を形成し、グリッド基板２０に領域を設定することにより複数のＸ線吸収部２４を形成する。Ｘ線吸収部２４は、グリッド基板２０からなるので、ボイド等の欠陥が生じることがなく、高いＸ線吸収性が得られる。グリッド基板２０のＸ線吸収部２４以外の領域には、陽極酸化を用いて多数の微細な穴２７を形成することにより、複数のＸ線透過部２５を構成する。Ｘ線透過部２５は、複数の貫通された穴２７からなり、酸化されているので、高いＸ線透過性を得ることができる。
【解決手段】タングステンやモリブデン等のＸ線吸収性を有する金属によりグリッド基板２０を形成し、グリッド基板２０に領域を設定することにより複数のＸ線吸収部２４を形成する。Ｘ線吸収部２４は、グリッド基板２０からなるので、ボイド等の欠陥が生じることがなく、高いＸ線吸収性が得られる。グリッド基板２０のＸ線吸収部２４以外の領域には、陽極酸化を用いて多数の微細な穴２７を形成することにより、複数のＸ線透過部２５を構成する。Ｘ線透過部２５は、複数の貫通された穴２７からなり、酸化されているので、高いＸ線透過性を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線画像の撮影に用いられるグリッド及びその製造方法と、このグリッドを用いた放射線画像撮影システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線は、物体に入射したときの相互作用により強度と位相とが変化し、位相の変化が強度の変化よりも高い相互作用を示すことが知られている。このＸ線の性質を利用し、被検体によるＸ線の位相変化（角度変化）に基づいて、Ｘ線吸収能が低い被検体から高コントラストの画像（以下、位相コントラスト画像と称する）を得るＸ線位相イメージングの研究が盛んに行われている。
【０００３】
２枚の透過型の回折格子（グリッド）によるタルボ干渉効果を用いて、Ｘ線位相イメージングを行なうＸ線画像撮影システムが考案されている（例えば、非特許文献１参照）。このＸ線画像撮影システムは、Ｘ線源から見て、被検体の背後に第１のグリッドを配置し、第１のグリッドからタルボ干渉距離だけ下流に第２のグリッドを配置している。第２のグリッドの背後には、Ｘ線を検出して画像を生成するＸ線画像検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）が配置されている。第１のグリッド及び第２のグリッドは、一方向に延伸されたＸ線吸収部及びＸ線透過部を、延伸方向に直交する配列方向に沿って交互に配列した縞状の一次元グリッドである。タルボ干渉距離とは、第１のグリッドを通過したＸ線が、タルボ干渉効果によって自己像（縞画像）を形成する距離である。
【０００４】
上記Ｘ線画像撮影システムでは、第１のグリッドの自己像と第２のグリッドとの重ね合わせ（強度変調）により生じる縞画像を、縞走査法により検出し、被検体による縞画像の変化から被検体の位相情報を取得する。縞走査法とは、第１のグリッドに対して第２のグリッドを、第１のグリッドの面にほぼ平行で、かつ第１のグリッドの格子方向（条帯方向）にほぼ垂直な方向に、格子ピッチを等分割した走査ピッチで並進移動させながら複数回の撮影を行い、Ｘ線画像検出器で得られる各画素値の変化から、被検体で屈折したＸ線の角度分布（位相シフトの微分像）を取得する方法であり、この角度分布に基づいて被検体の位相コントラスト画像を得る。この縞走査法は、レーザ光を利用した撮影装置においても用いられている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
第１及び第２のグリッドは、Ｘ線吸収部の幅及びピッチが数μｍという微細な構造を要する。また、第１及び第２のグリッドのＸ線吸収部は、高いＸ線吸収性が求められる。特に第２のグリッドは、縞画像を確実に強度変調させるため、第１のグリッドよりも高いＸ線吸収性を必要とする。そのため、第１及び第２のグリッドのＸ線吸収部は、原子量の重い金（Ａｕ）で形成され、第２のグリッドのＸ線吸収部は、Ｘ線の進行方向に対して比較的大きな厚みを有すること、いわゆるアスペクト比（Ｘ線を吸収する部分における厚みを幅で除算した値）が高いことが必要とされている。
【０００６】
特許文献１は、散乱線除去グリッドに関するものであるが、Ｘ線透過性を有する支持基板に陽極酸化によって穴を形成し、この穴の中に金等のＸ線吸収性を有する材質を充填してグリッドを形成する手法が開示されている。陽極酸化とは、対象となる材料の表面を陽極として、主に強酸中で水の電気分解により酸化させる処理であり、微細で高いアスペクト比を有する穴を形成することができるので、Ｘ線位相イメージング用のグリッドの製造に用いることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１９４４６２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】C. David, et al., Applied Physics Letters, Vol.81, No.17, 2002年10月，3287頁
【非特許文献２】Hector Canabal, et al., Applied Optics, Vol.37, No.26, 1998年9月，6227頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
支持基板に陽極酸化によって形成した穴に金等のＸ線吸収材を充填するには、例えば、電解メッキによって穴内に金を析出させる手法や、金インク等の流動性を有するＸ線吸収材を穴内に流し込む手法が考えられる。しかし、微細で高アスペクト比を有する穴にＸ線吸収材を充填するのは難しいため、穴内にボイド等の欠陥が発生しやすくなり、グリッド性能が低下してしまう。
【００１０】
本発明は、Ｘ線吸収部内にボイド等の欠陥が無いグリッドを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の放射線画像撮影用グリッドは、放射線吸収性を有する基板からなり、基板に領域設定された複数の放射線吸収部と、基板の放射線吸収部以外の領域に設けられた複数の穴からなる複数の放射線透過部とを備えている。
【００１２】
穴は、基板の厚み方向に沿って設けられていることが好ましく、より好ましくは、穴が基板を貫通しているとよい。また、基板は、放射性吸収性を有する金属からなり、放射線透過部を構成する領域が酸化されていることが好ましい。
【００１３】
穴は、重なり合わないように配置されており、穴の周囲がそれぞれ連結されているのが好ましい。また、穴は、放射線の焦点に向かって収束するように設けられていてもよい。
【００１４】
本発明の放射線画像撮影用グリッドの製造方法は、放射線吸収性を有する基板に領域設定された複数の放射線吸収部の両面に、第１及び第２の絶縁層をそれぞれ形成する工程と、基板の放射線吸収部以外の領域の一方の面に複数の凹部を形成する工程と、基板を酸性溶液中に浸漬し、基板の凹部が形成された面に対向配置された電極と基板の凹部が形成された面と反対側の面との間に電圧を印加し、凹部を陽極酸化させて複数の穴を形成する工程とを含んでいる。
【００１５】
基板の凹部が形成される面に設けられた第１の絶縁層に対し、基板の凹部が形成される面と反対側の面に設けられた第２の絶縁層は、形成位置がずらされていてもよい。
【００１６】
本発明の放射線画像撮影システムは、放射線を透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置され、放射線源から照射された放射線を通過させて第１の周期パターン像を形成する第１のグリッドと、第１の周期パターンに対して位相が異なる少なくとも１つの相対位置で第１の周期パターン像に強度変調を与える強度変調手段と、強度変調手段により相対位置で生成された第２の周期パターン像を検出する放射線画像検出器と、放射線画像検出器により検出された少なくとも１つの第２の周期パターン像に基づいて、位相情報を画像化する演算処理手段とを備えた放射線画像撮影システムであって、第１のグリッドに上記放射線画像撮影用グリッドを用いたものである。
【００１７】
強度変調手段は、第１の周期パターンを透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置された第２のグリッドと、第１及び第２のグリッドのいずれか一方を、第１及び第２のグリッドのグリッド構造の周期方向に所定のピッチで移動させる走査手段とからなり、走査手段により移動される各位置が相対位置に対応する放射線画像撮影システムの場合には、第２のグリッドに上記放射線画像撮影用グリッドを用いてもよい。
【００１８】
また、放射線源と第１のグリッドとの間に配置され、放射線源から照射された放射線を部分的に遮蔽して多数の線光源とする第３のグリッドを有する放射線画像撮影システムの場合には、第３のグリッドに上記放射線画像撮影用グリッドを用いてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の放射線画像撮影用グリッドによれば、放射線吸収部は、放射線吸収性を有する基板の一部によって構成されるので、ボイド等の欠陥による影響を受けることがなく、高い放射線吸収性を得ることができる。また、放射線透過部は、基板に形成された複数の穴からなるので高い放射線透過性を得ることができる。放射線透過部を酸化させた場合、更に放射線透過性を向上させることができる。また、穴の周囲は連結されているので、穴を設けることによるグリッドの極端な強度低下は生じない。更に、穴は、放射線の焦点に向かって収束するように設けることもできるので、コーンビーム状の放射線のケラレを小さくすることができる。
【００２０】
本発明の放射線画像撮影用グリッドの製造方法によれば、穴の形成に陽極酸化を用いているので、微細で高アスペクト比を有する穴を精度よく形成することができる。また、第１及び第２の絶縁層の位置をずらすことにより穴が形成される方向を制御できるので、放射線の焦点に向かって収束された穴も容易に形成することができる。本発明のグリッドを用いる放射線画像撮影システムによれば、放射線吸収性の高い放射線吸収部と、放射線透過性の高い放射線透過部とを備えたグリッドを使用するので、高画質な位相コントラスト画像を撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のＸ線画像撮影システムの構成を模式的に示す概略図である。
【図２】第２のグリッドの構成を示す平面図及び断面図である。
【図３】グリッド基板に絶縁層を設けた状態を示す断面図である。
【図４】グリッド基板に凹部を形成した状態を示す断面図である。
【図５】グリッド基板に穴を形成する工程を示す説明図である。
【図６】穴が形成されたグリッド基板の状態を示す断面図である。
【図７】グリッド基板に支持基板を接合した状態を示す断面図である。
【図８】グリッド基板の研磨により穴を貫通させた状態を示す断面図である。
【図９】グリッド基板に傾斜された穴を形成する工程を示す断面図である。
【図１０】傾斜された穴を有するグリッドの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に示すように、Ｘ線画像撮影システム１０は、Ｘ線照射方向であるｚ方向に沿って配置されたＸ線源１１、線源グリッド１２、第１のグリッド１３、第２のグリッド１４、及びＸ線画像検出器１５を備えている。Ｘ線源１１は、例えば、回転陽極型のＸ線管と、Ｘ線の照射野を制限するコリメータとを有し、被検体Ｈにコーンビーム状のＸ線を放射する。Ｘ線画像検出器１５は、例えば、半導体回路を用いたフラットパネル検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）であり、第２のグリッド１４の背後に配置されている。Ｘ線画像検出器１５には、Ｘ線画像検出器１５により検出された画像データから位相コントラスト画像を生成する位相コントラスト画像生成部１６が接続されている。
【００２３】
線源グリッド１２、第１のグリッド１３及び第２のグリッド１４は、Ｘ線を吸収する吸収型グリッドであり、ｚ方向においてＸ線源１１に対向配置されている。線源グリッド１２と第１のグリッド１３との間には、被検体Ｈが配置可能な間隔が設けられている。また、第１のグリッド１３と第２のグリッド１４との距離は、最小のタルボ干渉距離以下とされている。すなわち、本実施形態のＸ線画像撮影システム１０は、タルボ干渉効果を用いず、Ｘ線を投影することによって位相コントラスト画像を撮影する。
【００２４】
第２のグリッド１４及び走査機構１８は、本発明の強度変調手段を構成する。走査機構１８は、位相コントラスト画像の撮影時に、第２のグリッド１４の格子ピッチを等分割（例えば、５分割）した走査ピッチで、格子ピッチ方向（ｘ方向）に並進移動させる機構である。
【００２５】
第２のグリッド１４を例にして、グリッドの構造を説明する。図２（Ａ）は、第２のグリッド１４をＸ線画像検出器１５側から見た正面図であり、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。第２のグリッド１４は、グリッドとして機能するグリッド基板２０と、グリッド基板２０のＸ線源１１側の面に接合された支持基板２１とから構成されている。
【００２６】
グリッド基板２０は、ｚ方向に直交する面内でｙ方向に延伸された複数のＸ線吸収部２４及びＸ線透過部２５を備えている。Ｘ線吸収部２４及びＸ線透過部２５は、ｚ方向及びｙ方向に直交するｘ方向に沿って交互に配列されており、縞状のグリッドを構成している。Ｘ線吸収部２４及びＸ線透過部２５は、Ｘ線源１１から照射されたＸ線をそれぞれ吸収（遮蔽）及び透過することにより、縞状の画像を形成する。
【００２７】
グリッド基板２０は、例えばタングステンやモリブデン等のＸ線吸収性を有する金属からなる。Ｘ線吸収部２４は、グリッド基板２０に対しｙ方向に延伸された領域が設定されることにより設けられている。Ｘ線透過部２５は、グリッド基板２０のＸ線吸収部２４の間に設定された領域にそれぞれ設けられた複数の穴２７から構成されている。穴２７は、グリッド基板２０の厚み方向に沿って形成され、かつグリッド基板２０を貫通している。複数の穴２７は、グリッドの極端な強度低下を防止し、かつ放射線透過性を向上させるため、互いに重なり合わないようにできるだけ近接して配置されているとともに、穴２７の周囲がそれぞれ連結されている。また、Ｘ線透過部２５の領域は、穴２７を形成する際に酸化されているので、Ｘ線吸収部２４よりものＸ線透過性が高くなっている。
【００２８】
Ｘ線吸収部２４の幅Ｗ２及びピッチＰ２は、線源グリッド１２と第１のグリッド１３との間の距離、第１のグリッド１３と第２のグリッド１４との間の距離、及び第１のグリッド１３のＸ線吸収部のピッチ等によって決まるが、幅Ｗ２はおよそ２〜２０μｍ、ピッチＰ２は４〜４０μｍ程度である。また、Ｘ線吸収部２４のｚ方向の厚みＴ２は、高いＸ線吸収性を得るには厚いほどよいが、Ｘ線源１１から放射されるコーンビーム状のＸ線のケラレを考慮して、例えば１００〜２００μｍ程度となっている。本実施形態では、例えば、幅Ｗ２が２．５μｍ、ピッチＰ２が５μｍ、厚みＴ２が１００μｍであり、Ｘ線吸収部２４のアスペクト比は４０である。
【００２９】
支持基板２１は、グリッド基板２０を補強するための基板であり、グリッド基板２０を支持可能な強度と、高いＸ線透過性とを有する材質により構成されている。支持基板２１の材質には、例えば、ガラス、カーボン、アクリル、アルミ、チタン等が用いられる。なお、グリッド基板２０のみで十分な剛性が得られるのであれば、支持基板２１は省略してもよい。
【００３０】
次に、第２のグリッド１４の製造方法について説明する。図３に示すように、最初の工程では、グリッド基板２０のＸ線吸収部２４の両面に、例えばＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４等からなる絶縁層２９が形成される。絶縁層２９は、例えば、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いてＸ線透過部２５の領域上の両面にレジストマスクを形成し、このレジストマスクを利用し、Ｘ線吸収部２４の両面に絶縁材料をスパッタや蒸着等によって成膜し、その後にレジストマスクを除去することにより形成される。なお、グリッド基板２０の両面に絶縁層２９を形成するのは、グリッド基板２０の上面にのみ絶縁層２９を設けた場合、２点鎖線で示すように、絶縁層２９のエッジ部分に形成される穴２７ａが斜めになるので、これを防止するためである。
【００３１】
図４に示すように、次の工程では、グリッド基板２０のＸ線透過部２５となる領域の一方の面に金型３１が押し当てられ、複数の凹部３２が形成される。この凹部３２は、後述する陽極酸化を用いてグリッド基板２０に穴２７を形成する際に、穴２７の形成位置を規定する。なお、凹部３２は、後述する陽極酸化を用いて形成してもよいし、フォトリソグラフィによるパターン形成とウエットエッチングとを用いて形成してもよい。
【００３２】
図５に示すように、凹部３２が設けられたグリッド基板２０は、酸性溶液（例えば、本実施形態ではシュウ酸溶液）が満たされた酸化槽３４内に浸漬され、凹部３２が形成されている面に対面するように電極３５が配置される。そして、電極３５と、グリッド基板２０の他方の面との間に電圧が印加されることにより、凹部３２に沿ってグリッド基板２０が陽極酸化される。これにより、図６に示すように、穴２７を含む酸化膜３６がグリッド基板２０に形成される。このように、穴２７の形成に陽極酸化を用いるので、微細で高アスペクト比を有する穴を精度よく形成することができ、高精度でＸ線透過性の高いＸ線透過部２５を得ることができる。
【００３３】
なお、穴２７の大きさは電圧に依存し、深さは処理時間によって制御することができる。例えば、０．５Ｍｏｌのシュウ酸溶液を使用し、室温１５°Ｃの環境下で４０Ｖの電圧を電極３５とグリッド基板２０との間に加えたとき、穴２７の径は約１００ｎｍとなる。なお、穴径は、最大数百マイクロ程度まで形成可能である。なお、陽極酸化に関する詳しい説明は、特許文献１を参照されたい。
【００３４】
図７に示すように、次の工程では、グリッド基板２０から絶縁層２９が除去され、グリッド基板２０の穴２７が形成された面に支持基板２１が接着剤等によって接合される。次いで、図８に示すように、グリッド基板２０の支持基板２１が接合された面と反対側の面がＣＭＰ装置等によって研磨される。これにより、グリッド基板２０の穴２７が貫通された状態となり、第２のグリッド１４が完成する。なお、グリッド基板２０に穴２７が貫通するまで陽極酸化を行なってもよいし、酸性溶液によるウエットエッチングあるいはプラズマによるドライエッチングを用いてもよい。
【００３５】
線源グリッド１２及び第１のグリッド１３は、第２のグリッド１４と同様に、グリッド基板及び支持基板から構成されている。線源グリッド１２及び第１のグリッド１３のグリッド基板は、第２のグリッド１４のグリッド基板２０と同様に、ｙ方向に延伸されｘ方向に沿って交互に配列されたＸ線吸収部及びＸ線透過部を備えており、Ｘ線透過部は複数の穴により構成されている。このように、線源グリッド１２及び第１のグリッド１３は、各小グリッドのＸ線吸収部及びＸ線透過部のｙ方向の幅及びピッチと、ｚ方向の厚さ等が異なる以外は第２のグリッド１４とほぼ同様の構成であるため、詳しい説明は省略する。また、線源グリッド１２及び第１のグリッド１３は、第２のグリッド１４と同様に製造されるため、詳しい説明は省略する。
【００３６】
次に、Ｘ線画像撮影システム１０の作用について説明する。Ｘ線源１１から放射されたＸ線は、線源グリッド１２のＸ線吸収部によって部分的に遮蔽されることにより、ｘ方向に関する実効的な焦点サイズが縮小され、ｘ方向に多数の線光源（分散光源）が形成される。線源グリッド１２により形成された多数の線光源のＸ線は、被検体Ｈを通過することにより位相差が生じ、このＸ線が第１のグリッド１３を通過することにより、被検体Ｈの屈折率と透過光路長とから決定される被検体Ｈの透過位相情報を反映した縞画像（第１の周期パターン像）が形成される。各線光源の縞画像は、第２のグリッド１４に投影され、第２のグリッド１４の位置で一致する（重なり合う）ので、Ｘ線強度を低下させずに、位相コントラスト画像の画質を向上させることができる。
【００３７】
縞画像は、第２のグリッド１４により強度変調される。強度変調された縞画像（第２の周期パターン像）は、例えば、縞走査法により検出される。縞走査法とは、第１のグリッド１３に対し、第２のグリッド１４を走査機構１８によって、Ｘ線焦点を中心として格子面に沿った方向に格子ピッチを等分割（例えば、５分割）した走査ピッチで並進移動させながら、Ｘ線源１１から被検体ＨにＸ線を照射して複数回の撮影を行なってＸ線画像検出器１５により検出し、位相コントラスト画像生成部１６により、Ｘ線画像検出器１５の各画素の画素データの位相のズレ量（被検体Ｈがある場合とない場合とでの位相のズレ量）から位相微分像（被検体で屈折したＸ線の角度分布に対応）を取得する方法である。位相コントラスト画像生成部１６により、位相微分像を上記の縞走査方向に沿って積分することにより、被検体Ｈの位相コントラスト画像を得ることができる。
【００３８】
以上で説明したように、本実施形態の線源グリッド１２、第１のグリッド１３及び第２のグリッド１４は、Ｘ線吸収部２４がＸ線吸収性を有するグリッド基板２０からなるので、ボイド等の欠陥が生じることがない。また、Ｘ線透過部２５は、グリッド基板２０に対し陽極酸化により形成された複数の穴２７からなるので高いＸ線透過性を有する。これにより、本実施形態の線源グリッド１２、第１のグリッド１３及び第２のグリッド１４を用いたＸ線画像撮影システム１０では、位相コントラスト画像の画質を向上させることができる。
【００３９】
上記実施形態では、グリッド基板２０の両面に対面するように絶縁層２９を設けることにより、グリッド基板２０を厚み方向に沿って真っ直ぐに貫通する穴２７を設けたが、図９に示すように、グリッド基板２０の上面の第１絶縁層３８に対する下面の第２絶縁層３９の位置をずらすことにより、図１０に示す第２のグリッド４０のように、グリッド基板２０の厚み方向に対して斜めに穴４１を形成してもよい。これによれば、複数の穴４１からなるＸ線透過部４２は、Ｘ線源１１のＸ線が発生されるＸ線焦点１１ａに対して収束するようにグリッド面内で傾けられるので、Ｘ線源１１から照射されたコーンビーム状のＸ線のケラレを少なくすることができる。
【００４０】
また、上記実施形態では、一方向に延伸されかつ延伸方向に直交する配列方向に沿って交互に配置されたＸ線吸収部及びＸ線透過部を有する縞状の一次元グリッドを例に説明したが、本発明は、Ｘ線吸収部及びＸ線透過部が２方向に配列された二次元グリッドにも適用が可能である。さらに、上記実施形態では、被検体ＨをＸ線源と第１のグリッドとの間に配置しているが、被検体Ｈを第１のグリッドと第２のグリッドとの間に配置した場合にも同様に位相コントラスト画像の生成が可能である。また、線源グリッドを備えたＸ線画像撮影システムについて説明したが、本発明は、線源グリッドを使用しないＸ線画像撮影システムにも適用可能である。また、上記各実施形態は、矛盾しない範囲で相互に組み合わせることが可能である。
【００４１】
上記実施形態は、第１及び第２のグリッドを、そのＸ線透過部を通過したＸ線を線形的に投影するように構成しているが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、第１及び第２のグリッドでＸ線を回折することにより、いわゆるタルボ干渉効果が生じる構成（国際公開ＷＯ２００４／０５８０７０号公報等に記載の構成）としてもよい。この場合には、第１及び第２のグリッド間の距離をタルボ干渉距離に設定する必要がある。また、第１のグリッドの種類を、吸収型グリッドではなく、比較的アスペクト比が低い位相型グリッドにすることも可能である。
【００４２】
また、上記実施形態では、第２のグリッドにより強度変調された縞画像を縞走査法によって検出して位相コントラスト画像を生成しているが、１回の撮影によって位相コントラスト画像を生成するＸ線画像撮影システムも知られている。例えば、国際公開ＷＯ２０１０／０５０４８３号公報に記載されているＸ線画像撮影システムでは、第１及び第２のグリッドにより生成されたモアレをＸ線画像検出器により検出し、この検出されたモアレの強度分布をフーリエ変換することによって空間周波数スペクトルを取得し、この空間周波数スペクトルからキャリア周波数に対応したスペクトルを分離して逆フーリエ変換を行なうことにより微分位相像を得ている。このようなＸ線画像撮影システムの第１及び第２のグリッドの少なくとも一方に、本発明のグリッドを用いてもよい。
【００４３】
また、１回の撮影により位相コントラスト画像を生成するＸ線画像撮影システムには、強度変調手段として、第２のグリッドの代わりに、Ｘ線を電荷に変換する変換層と、変換層により生成された電荷を収集する電荷収集電極とを備えた直接変換型のＸ線画像検出器を用いたものがある。このＸ線画像撮影システムは、例えば、各画素の電荷収集電極が、第１のグリッドで形成された縞画像の周期パターンとほぼ一致する周期で配列された線状電極を互いに電気的に接続してなる線状電極群が、互いに位相が異なるように配置されたものであり、各線状電極群を個別に制御して電荷を収集することにより、１度の撮影により複数の縞画像を取得し、この複数の縞画像に基づいて位相コントラスト画像を生成している（特開２００９−１３３８２３号公報等に記載の構成）。このようなＸ線画像撮影システムの第１のグリッドに、本発明のグリッドを用いてもよい。
【００４４】
また、１回の撮影により位相コントラスト画像を生成する別のＸ線画像撮影システムとして、第１及び第２のグリッドを、Ｘ線吸収部及びＸ線透過部の延伸方向が相対的に所定の角度だけ傾くように配置し、この傾きにより上記延伸方向に生じるモアレ周期の区間を分割して撮影することにより、第１及び第２のグリッドの相対位置が異なる複数の縞画像を取得し、これらの複数の縞画像から位相コントラスト画像を生成することも可能である。このようなＸ線画像撮影システムの第１及び第２のグリッドの少なくとも一方に、本発明のグリッドを用いてもよい。
【００４５】
また、光読取型のＸ線画像検出器を用いることにより、第２のグリッドを省略したＸ線画像撮影システムが考えられる。このシステムでは、第１のグリッドによって形成された周期パターン像を透過する第１の電極層と、第１の電極層を透過した周期パターン像の照射を受けて電荷を発生する光導電層と、光導電層において発生した電荷を蓄積する電荷蓄積層と、読取光を透過する線状電極が多数配列された第２の電極層とがこの順に積層され、読取光によって走査されることによって各線状電極に対応する画素毎の画像信号が読み出される光読取型のＸ線画像検出器を強度変調手段として用いており、電荷蓄積層を線状電極の配列ピッチよりも細かいピッチで格子状に形成することにより、電荷蓄積層を第２のグリッドとして機能させることができる。このようなＸ線画像撮影システムの第１のグリッドに、本発明のグリッドを用いてもよい。
【００４６】
以上で説明した実施形態は、医療診断用の放射線画像撮影システムのほか、工業用や、非破壊検査等のその他の放射線撮影システムに適用することが可能である。また、本発明は、Ｘ線撮影において散乱線を除去する散乱線除去用グリッドにも適用可能である。更に、本発明は、放射線として、Ｘ線以外にガンマ線等を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０ Ｘ線画像撮影システム
１１ Ｘ線源
１２ 線源グリッド
１３ 第１のグリッド
１４ 第２のグリッド
１５ Ｘ線画像検出器
１８ 走査機構
２０ グリッド基板
２１ 支持基板
２４ Ｘ線吸収部
２５ Ｘ線透過部
２７ 穴
２９ 絶縁層
３２ 凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線画像の撮影に用いられるグリッド及びその製造方法と、このグリッドを用いた放射線画像撮影システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線は、物体に入射したときの相互作用により強度と位相とが変化し、位相の変化が強度の変化よりも高い相互作用を示すことが知られている。このＸ線の性質を利用し、被検体によるＸ線の位相変化（角度変化）に基づいて、Ｘ線吸収能が低い被検体から高コントラストの画像（以下、位相コントラスト画像と称する）を得るＸ線位相イメージングの研究が盛んに行われている。
【０００３】
２枚の透過型の回折格子（グリッド）によるタルボ干渉効果を用いて、Ｘ線位相イメージングを行なうＸ線画像撮影システムが考案されている（例えば、非特許文献１参照）。このＸ線画像撮影システムは、Ｘ線源から見て、被検体の背後に第１のグリッドを配置し、第１のグリッドからタルボ干渉距離だけ下流に第２のグリッドを配置している。第２のグリッドの背後には、Ｘ線を検出して画像を生成するＸ線画像検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）が配置されている。第１のグリッド及び第２のグリッドは、一方向に延伸されたＸ線吸収部及びＸ線透過部を、延伸方向に直交する配列方向に沿って交互に配列した縞状の一次元グリッドである。タルボ干渉距離とは、第１のグリッドを通過したＸ線が、タルボ干渉効果によって自己像（縞画像）を形成する距離である。
【０００４】
上記Ｘ線画像撮影システムでは、第１のグリッドの自己像と第２のグリッドとの重ね合わせ（強度変調）により生じる縞画像を、縞走査法により検出し、被検体による縞画像の変化から被検体の位相情報を取得する。縞走査法とは、第１のグリッドに対して第２のグリッドを、第１のグリッドの面にほぼ平行で、かつ第１のグリッドの格子方向（条帯方向）にほぼ垂直な方向に、格子ピッチを等分割した走査ピッチで並進移動させながら複数回の撮影を行い、Ｘ線画像検出器で得られる各画素値の変化から、被検体で屈折したＸ線の角度分布（位相シフトの微分像）を取得する方法であり、この角度分布に基づいて被検体の位相コントラスト画像を得る。この縞走査法は、レーザ光を利用した撮影装置においても用いられている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００５】
第１及び第２のグリッドは、Ｘ線吸収部の幅及びピッチが数μｍという微細な構造を要する。また、第１及び第２のグリッドのＸ線吸収部は、高いＸ線吸収性が求められる。特に第２のグリッドは、縞画像を確実に強度変調させるため、第１のグリッドよりも高いＸ線吸収性を必要とする。そのため、第１及び第２のグリッドのＸ線吸収部は、原子量の重い金（Ａｕ）で形成され、第２のグリッドのＸ線吸収部は、Ｘ線の進行方向に対して比較的大きな厚みを有すること、いわゆるアスペクト比（Ｘ線を吸収する部分における厚みを幅で除算した値）が高いことが必要とされている。
【０００６】
特許文献１は、散乱線除去グリッドに関するものであるが、Ｘ線透過性を有する支持基板に陽極酸化によって穴を形成し、この穴の中に金等のＸ線吸収性を有する材質を充填してグリッドを形成する手法が開示されている。陽極酸化とは、対象となる材料の表面を陽極として、主に強酸中で水の電気分解により酸化させる処理であり、微細で高いアスペクト比を有する穴を形成することができるので、Ｘ線位相イメージング用のグリッドの製造に用いることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１９４４６２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】C. David, et al., Applied Physics Letters, Vol.81, No.17, 2002年10月，3287頁
【非特許文献２】Hector Canabal, et al., Applied Optics, Vol.37, No.26, 1998年9月，6227頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
支持基板に陽極酸化によって形成した穴に金等のＸ線吸収材を充填するには、例えば、電解メッキによって穴内に金を析出させる手法や、金インク等の流動性を有するＸ線吸収材を穴内に流し込む手法が考えられる。しかし、微細で高アスペクト比を有する穴にＸ線吸収材を充填するのは難しいため、穴内にボイド等の欠陥が発生しやすくなり、グリッド性能が低下してしまう。
【００１０】
本発明は、Ｘ線吸収部内にボイド等の欠陥が無いグリッドを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明の放射線画像撮影用グリッドは、放射線吸収性を有する基板からなり、基板に領域設定された複数の放射線吸収部と、基板の放射線吸収部以外の領域に設けられた複数の穴からなる複数の放射線透過部とを備えている。
【００１２】
穴は、基板の厚み方向に沿って設けられていることが好ましく、より好ましくは、穴が基板を貫通しているとよい。また、基板は、放射性吸収性を有する金属からなり、放射線透過部を構成する領域が酸化されていることが好ましい。
【００１３】
穴は、重なり合わないように配置されており、穴の周囲がそれぞれ連結されているのが好ましい。また、穴は、放射線の焦点に向かって収束するように設けられていてもよい。
【００１４】
本発明の放射線画像撮影用グリッドの製造方法は、放射線吸収性を有する基板に領域設定された複数の放射線吸収部の両面に、第１及び第２の絶縁層をそれぞれ形成する工程と、基板の放射線吸収部以外の領域の一方の面に複数の凹部を形成する工程と、基板を酸性溶液中に浸漬し、基板の凹部が形成された面に対向配置された電極と基板の凹部が形成された面と反対側の面との間に電圧を印加し、凹部を陽極酸化させて複数の穴を形成する工程とを含んでいる。
【００１５】
基板の凹部が形成される面に設けられた第１の絶縁層に対し、基板の凹部が形成される面と反対側の面に設けられた第２の絶縁層は、形成位置がずらされていてもよい。
【００１６】
本発明の放射線画像撮影システムは、放射線を透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置され、放射線源から照射された放射線を通過させて第１の周期パターン像を形成する第１のグリッドと、第１の周期パターンに対して位相が異なる少なくとも１つの相対位置で第１の周期パターン像に強度変調を与える強度変調手段と、強度変調手段により相対位置で生成された第２の周期パターン像を検出する放射線画像検出器と、放射線画像検出器により検出された少なくとも１つの第２の周期パターン像に基づいて、位相情報を画像化する演算処理手段とを備えた放射線画像撮影システムであって、第１のグリッドに上記放射線画像撮影用グリッドを用いたものである。
【００１７】
強度変調手段は、第１の周期パターンを透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置された第２のグリッドと、第１及び第２のグリッドのいずれか一方を、第１及び第２のグリッドのグリッド構造の周期方向に所定のピッチで移動させる走査手段とからなり、走査手段により移動される各位置が相対位置に対応する放射線画像撮影システムの場合には、第２のグリッドに上記放射線画像撮影用グリッドを用いてもよい。
【００１８】
また、放射線源と第１のグリッドとの間に配置され、放射線源から照射された放射線を部分的に遮蔽して多数の線光源とする第３のグリッドを有する放射線画像撮影システムの場合には、第３のグリッドに上記放射線画像撮影用グリッドを用いてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の放射線画像撮影用グリッドによれば、放射線吸収部は、放射線吸収性を有する基板の一部によって構成されるので、ボイド等の欠陥による影響を受けることがなく、高い放射線吸収性を得ることができる。また、放射線透過部は、基板に形成された複数の穴からなるので高い放射線透過性を得ることができる。放射線透過部を酸化させた場合、更に放射線透過性を向上させることができる。また、穴の周囲は連結されているので、穴を設けることによるグリッドの極端な強度低下は生じない。更に、穴は、放射線の焦点に向かって収束するように設けることもできるので、コーンビーム状の放射線のケラレを小さくすることができる。
【００２０】
本発明の放射線画像撮影用グリッドの製造方法によれば、穴の形成に陽極酸化を用いているので、微細で高アスペクト比を有する穴を精度よく形成することができる。また、第１及び第２の絶縁層の位置をずらすことにより穴が形成される方向を制御できるので、放射線の焦点に向かって収束された穴も容易に形成することができる。本発明のグリッドを用いる放射線画像撮影システムによれば、放射線吸収性の高い放射線吸収部と、放射線透過性の高い放射線透過部とを備えたグリッドを使用するので、高画質な位相コントラスト画像を撮影することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のＸ線画像撮影システムの構成を模式的に示す概略図である。
【図２】第２のグリッドの構成を示す平面図及び断面図である。
【図３】グリッド基板に絶縁層を設けた状態を示す断面図である。
【図４】グリッド基板に凹部を形成した状態を示す断面図である。
【図５】グリッド基板に穴を形成する工程を示す説明図である。
【図６】穴が形成されたグリッド基板の状態を示す断面図である。
【図７】グリッド基板に支持基板を接合した状態を示す断面図である。
【図８】グリッド基板の研磨により穴を貫通させた状態を示す断面図である。
【図９】グリッド基板に傾斜された穴を形成する工程を示す断面図である。
【図１０】傾斜された穴を有するグリッドの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１に示すように、Ｘ線画像撮影システム１０は、Ｘ線照射方向であるｚ方向に沿って配置されたＸ線源１１、線源グリッド１２、第１のグリッド１３、第２のグリッド１４、及びＸ線画像検出器１５を備えている。Ｘ線源１１は、例えば、回転陽極型のＸ線管と、Ｘ線の照射野を制限するコリメータとを有し、被検体Ｈにコーンビーム状のＸ線を放射する。Ｘ線画像検出器１５は、例えば、半導体回路を用いたフラットパネル検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）であり、第２のグリッド１４の背後に配置されている。Ｘ線画像検出器１５には、Ｘ線画像検出器１５により検出された画像データから位相コントラスト画像を生成する位相コントラスト画像生成部１６が接続されている。
【００２３】
線源グリッド１２、第１のグリッド１３及び第２のグリッド１４は、Ｘ線を吸収する吸収型グリッドであり、ｚ方向においてＸ線源１１に対向配置されている。線源グリッド１２と第１のグリッド１３との間には、被検体Ｈが配置可能な間隔が設けられている。また、第１のグリッド１３と第２のグリッド１４との距離は、最小のタルボ干渉距離以下とされている。すなわち、本実施形態のＸ線画像撮影システム１０は、タルボ干渉効果を用いず、Ｘ線を投影することによって位相コントラスト画像を撮影する。
【００２４】
第２のグリッド１４及び走査機構１８は、本発明の強度変調手段を構成する。走査機構１８は、位相コントラスト画像の撮影時に、第２のグリッド１４の格子ピッチを等分割（例えば、５分割）した走査ピッチで、格子ピッチ方向（ｘ方向）に並進移動させる機構である。
【００２５】
第２のグリッド１４を例にして、グリッドの構造を説明する。図２（Ａ）は、第２のグリッド１４をＸ線画像検出器１５側から見た正面図であり、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。第２のグリッド１４は、グリッドとして機能するグリッド基板２０と、グリッド基板２０のＸ線源１１側の面に接合された支持基板２１とから構成されている。
【００２６】
グリッド基板２０は、ｚ方向に直交する面内でｙ方向に延伸された複数のＸ線吸収部２４及びＸ線透過部２５を備えている。Ｘ線吸収部２４及びＸ線透過部２５は、ｚ方向及びｙ方向に直交するｘ方向に沿って交互に配列されており、縞状のグリッドを構成している。Ｘ線吸収部２４及びＸ線透過部２５は、Ｘ線源１１から照射されたＸ線をそれぞれ吸収（遮蔽）及び透過することにより、縞状の画像を形成する。
【００２７】
グリッド基板２０は、例えばタングステンやモリブデン等のＸ線吸収性を有する金属からなる。Ｘ線吸収部２４は、グリッド基板２０に対しｙ方向に延伸された領域が設定されることにより設けられている。Ｘ線透過部２５は、グリッド基板２０のＸ線吸収部２４の間に設定された領域にそれぞれ設けられた複数の穴２７から構成されている。穴２７は、グリッド基板２０の厚み方向に沿って形成され、かつグリッド基板２０を貫通している。複数の穴２７は、グリッドの極端な強度低下を防止し、かつ放射線透過性を向上させるため、互いに重なり合わないようにできるだけ近接して配置されているとともに、穴２７の周囲がそれぞれ連結されている。また、Ｘ線透過部２５の領域は、穴２７を形成する際に酸化されているので、Ｘ線吸収部２４よりものＸ線透過性が高くなっている。
【００２８】
Ｘ線吸収部２４の幅Ｗ２及びピッチＰ２は、線源グリッド１２と第１のグリッド１３との間の距離、第１のグリッド１３と第２のグリッド１４との間の距離、及び第１のグリッド１３のＸ線吸収部のピッチ等によって決まるが、幅Ｗ２はおよそ２〜２０μｍ、ピッチＰ２は４〜４０μｍ程度である。また、Ｘ線吸収部２４のｚ方向の厚みＴ２は、高いＸ線吸収性を得るには厚いほどよいが、Ｘ線源１１から放射されるコーンビーム状のＸ線のケラレを考慮して、例えば１００〜２００μｍ程度となっている。本実施形態では、例えば、幅Ｗ２が２．５μｍ、ピッチＰ２が５μｍ、厚みＴ２が１００μｍであり、Ｘ線吸収部２４のアスペクト比は４０である。
【００２９】
支持基板２１は、グリッド基板２０を補強するための基板であり、グリッド基板２０を支持可能な強度と、高いＸ線透過性とを有する材質により構成されている。支持基板２１の材質には、例えば、ガラス、カーボン、アクリル、アルミ、チタン等が用いられる。なお、グリッド基板２０のみで十分な剛性が得られるのであれば、支持基板２１は省略してもよい。
【００３０】
次に、第２のグリッド１４の製造方法について説明する。図３に示すように、最初の工程では、グリッド基板２０のＸ線吸収部２４の両面に、例えばＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４等からなる絶縁層２９が形成される。絶縁層２９は、例えば、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いてＸ線透過部２５の領域上の両面にレジストマスクを形成し、このレジストマスクを利用し、Ｘ線吸収部２４の両面に絶縁材料をスパッタや蒸着等によって成膜し、その後にレジストマスクを除去することにより形成される。なお、グリッド基板２０の両面に絶縁層２９を形成するのは、グリッド基板２０の上面にのみ絶縁層２９を設けた場合、２点鎖線で示すように、絶縁層２９のエッジ部分に形成される穴２７ａが斜めになるので、これを防止するためである。
【００３１】
図４に示すように、次の工程では、グリッド基板２０のＸ線透過部２５となる領域の一方の面に金型３１が押し当てられ、複数の凹部３２が形成される。この凹部３２は、後述する陽極酸化を用いてグリッド基板２０に穴２７を形成する際に、穴２７の形成位置を規定する。なお、凹部３２は、後述する陽極酸化を用いて形成してもよいし、フォトリソグラフィによるパターン形成とウエットエッチングとを用いて形成してもよい。
【００３２】
図５に示すように、凹部３２が設けられたグリッド基板２０は、酸性溶液（例えば、本実施形態ではシュウ酸溶液）が満たされた酸化槽３４内に浸漬され、凹部３２が形成されている面に対面するように電極３５が配置される。そして、電極３５と、グリッド基板２０の他方の面との間に電圧が印加されることにより、凹部３２に沿ってグリッド基板２０が陽極酸化される。これにより、図６に示すように、穴２７を含む酸化膜３６がグリッド基板２０に形成される。このように、穴２７の形成に陽極酸化を用いるので、微細で高アスペクト比を有する穴を精度よく形成することができ、高精度でＸ線透過性の高いＸ線透過部２５を得ることができる。
【００３３】
なお、穴２７の大きさは電圧に依存し、深さは処理時間によって制御することができる。例えば、０．５Ｍｏｌのシュウ酸溶液を使用し、室温１５°Ｃの環境下で４０Ｖの電圧を電極３５とグリッド基板２０との間に加えたとき、穴２７の径は約１００ｎｍとなる。なお、穴径は、最大数百マイクロ程度まで形成可能である。なお、陽極酸化に関する詳しい説明は、特許文献１を参照されたい。
【００３４】
図７に示すように、次の工程では、グリッド基板２０から絶縁層２９が除去され、グリッド基板２０の穴２７が形成された面に支持基板２１が接着剤等によって接合される。次いで、図８に示すように、グリッド基板２０の支持基板２１が接合された面と反対側の面がＣＭＰ装置等によって研磨される。これにより、グリッド基板２０の穴２７が貫通された状態となり、第２のグリッド１４が完成する。なお、グリッド基板２０に穴２７が貫通するまで陽極酸化を行なってもよいし、酸性溶液によるウエットエッチングあるいはプラズマによるドライエッチングを用いてもよい。
【００３５】
線源グリッド１２及び第１のグリッド１３は、第２のグリッド１４と同様に、グリッド基板及び支持基板から構成されている。線源グリッド１２及び第１のグリッド１３のグリッド基板は、第２のグリッド１４のグリッド基板２０と同様に、ｙ方向に延伸されｘ方向に沿って交互に配列されたＸ線吸収部及びＸ線透過部を備えており、Ｘ線透過部は複数の穴により構成されている。このように、線源グリッド１２及び第１のグリッド１３は、各小グリッドのＸ線吸収部及びＸ線透過部のｙ方向の幅及びピッチと、ｚ方向の厚さ等が異なる以外は第２のグリッド１４とほぼ同様の構成であるため、詳しい説明は省略する。また、線源グリッド１２及び第１のグリッド１３は、第２のグリッド１４と同様に製造されるため、詳しい説明は省略する。
【００３６】
次に、Ｘ線画像撮影システム１０の作用について説明する。Ｘ線源１１から放射されたＸ線は、線源グリッド１２のＸ線吸収部によって部分的に遮蔽されることにより、ｘ方向に関する実効的な焦点サイズが縮小され、ｘ方向に多数の線光源（分散光源）が形成される。線源グリッド１２により形成された多数の線光源のＸ線は、被検体Ｈを通過することにより位相差が生じ、このＸ線が第１のグリッド１３を通過することにより、被検体Ｈの屈折率と透過光路長とから決定される被検体Ｈの透過位相情報を反映した縞画像（第１の周期パターン像）が形成される。各線光源の縞画像は、第２のグリッド１４に投影され、第２のグリッド１４の位置で一致する（重なり合う）ので、Ｘ線強度を低下させずに、位相コントラスト画像の画質を向上させることができる。
【００３７】
縞画像は、第２のグリッド１４により強度変調される。強度変調された縞画像（第２の周期パターン像）は、例えば、縞走査法により検出される。縞走査法とは、第１のグリッド１３に対し、第２のグリッド１４を走査機構１８によって、Ｘ線焦点を中心として格子面に沿った方向に格子ピッチを等分割（例えば、５分割）した走査ピッチで並進移動させながら、Ｘ線源１１から被検体ＨにＸ線を照射して複数回の撮影を行なってＸ線画像検出器１５により検出し、位相コントラスト画像生成部１６により、Ｘ線画像検出器１５の各画素の画素データの位相のズレ量（被検体Ｈがある場合とない場合とでの位相のズレ量）から位相微分像（被検体で屈折したＸ線の角度分布に対応）を取得する方法である。位相コントラスト画像生成部１６により、位相微分像を上記の縞走査方向に沿って積分することにより、被検体Ｈの位相コントラスト画像を得ることができる。
【００３８】
以上で説明したように、本実施形態の線源グリッド１２、第１のグリッド１３及び第２のグリッド１４は、Ｘ線吸収部２４がＸ線吸収性を有するグリッド基板２０からなるので、ボイド等の欠陥が生じることがない。また、Ｘ線透過部２５は、グリッド基板２０に対し陽極酸化により形成された複数の穴２７からなるので高いＸ線透過性を有する。これにより、本実施形態の線源グリッド１２、第１のグリッド１３及び第２のグリッド１４を用いたＸ線画像撮影システム１０では、位相コントラスト画像の画質を向上させることができる。
【００３９】
上記実施形態では、グリッド基板２０の両面に対面するように絶縁層２９を設けることにより、グリッド基板２０を厚み方向に沿って真っ直ぐに貫通する穴２７を設けたが、図９に示すように、グリッド基板２０の上面の第１絶縁層３８に対する下面の第２絶縁層３９の位置をずらすことにより、図１０に示す第２のグリッド４０のように、グリッド基板２０の厚み方向に対して斜めに穴４１を形成してもよい。これによれば、複数の穴４１からなるＸ線透過部４２は、Ｘ線源１１のＸ線が発生されるＸ線焦点１１ａに対して収束するようにグリッド面内で傾けられるので、Ｘ線源１１から照射されたコーンビーム状のＸ線のケラレを少なくすることができる。
【００４０】
また、上記実施形態では、一方向に延伸されかつ延伸方向に直交する配列方向に沿って交互に配置されたＸ線吸収部及びＸ線透過部を有する縞状の一次元グリッドを例に説明したが、本発明は、Ｘ線吸収部及びＸ線透過部が２方向に配列された二次元グリッドにも適用が可能である。さらに、上記実施形態では、被検体ＨをＸ線源と第１のグリッドとの間に配置しているが、被検体Ｈを第１のグリッドと第２のグリッドとの間に配置した場合にも同様に位相コントラスト画像の生成が可能である。また、線源グリッドを備えたＸ線画像撮影システムについて説明したが、本発明は、線源グリッドを使用しないＸ線画像撮影システムにも適用可能である。また、上記各実施形態は、矛盾しない範囲で相互に組み合わせることが可能である。
【００４１】
上記実施形態は、第１及び第２のグリッドを、そのＸ線透過部を通過したＸ線を線形的に投影するように構成しているが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、第１及び第２のグリッドでＸ線を回折することにより、いわゆるタルボ干渉効果が生じる構成（国際公開ＷＯ２００４／０５８０７０号公報等に記載の構成）としてもよい。この場合には、第１及び第２のグリッド間の距離をタルボ干渉距離に設定する必要がある。また、第１のグリッドの種類を、吸収型グリッドではなく、比較的アスペクト比が低い位相型グリッドにすることも可能である。
【００４２】
また、上記実施形態では、第２のグリッドにより強度変調された縞画像を縞走査法によって検出して位相コントラスト画像を生成しているが、１回の撮影によって位相コントラスト画像を生成するＸ線画像撮影システムも知られている。例えば、国際公開ＷＯ２０１０／０５０４８３号公報に記載されているＸ線画像撮影システムでは、第１及び第２のグリッドにより生成されたモアレをＸ線画像検出器により検出し、この検出されたモアレの強度分布をフーリエ変換することによって空間周波数スペクトルを取得し、この空間周波数スペクトルからキャリア周波数に対応したスペクトルを分離して逆フーリエ変換を行なうことにより微分位相像を得ている。このようなＸ線画像撮影システムの第１及び第２のグリッドの少なくとも一方に、本発明のグリッドを用いてもよい。
【００４３】
また、１回の撮影により位相コントラスト画像を生成するＸ線画像撮影システムには、強度変調手段として、第２のグリッドの代わりに、Ｘ線を電荷に変換する変換層と、変換層により生成された電荷を収集する電荷収集電極とを備えた直接変換型のＸ線画像検出器を用いたものがある。このＸ線画像撮影システムは、例えば、各画素の電荷収集電極が、第１のグリッドで形成された縞画像の周期パターンとほぼ一致する周期で配列された線状電極を互いに電気的に接続してなる線状電極群が、互いに位相が異なるように配置されたものであり、各線状電極群を個別に制御して電荷を収集することにより、１度の撮影により複数の縞画像を取得し、この複数の縞画像に基づいて位相コントラスト画像を生成している（特開２００９−１３３８２３号公報等に記載の構成）。このようなＸ線画像撮影システムの第１のグリッドに、本発明のグリッドを用いてもよい。
【００４４】
また、１回の撮影により位相コントラスト画像を生成する別のＸ線画像撮影システムとして、第１及び第２のグリッドを、Ｘ線吸収部及びＸ線透過部の延伸方向が相対的に所定の角度だけ傾くように配置し、この傾きにより上記延伸方向に生じるモアレ周期の区間を分割して撮影することにより、第１及び第２のグリッドの相対位置が異なる複数の縞画像を取得し、これらの複数の縞画像から位相コントラスト画像を生成することも可能である。このようなＸ線画像撮影システムの第１及び第２のグリッドの少なくとも一方に、本発明のグリッドを用いてもよい。
【００４５】
また、光読取型のＸ線画像検出器を用いることにより、第２のグリッドを省略したＸ線画像撮影システムが考えられる。このシステムでは、第１のグリッドによって形成された周期パターン像を透過する第１の電極層と、第１の電極層を透過した周期パターン像の照射を受けて電荷を発生する光導電層と、光導電層において発生した電荷を蓄積する電荷蓄積層と、読取光を透過する線状電極が多数配列された第２の電極層とがこの順に積層され、読取光によって走査されることによって各線状電極に対応する画素毎の画像信号が読み出される光読取型のＸ線画像検出器を強度変調手段として用いており、電荷蓄積層を線状電極の配列ピッチよりも細かいピッチで格子状に形成することにより、電荷蓄積層を第２のグリッドとして機能させることができる。このようなＸ線画像撮影システムの第１のグリッドに、本発明のグリッドを用いてもよい。
【００４６】
以上で説明した実施形態は、医療診断用の放射線画像撮影システムのほか、工業用や、非破壊検査等のその他の放射線撮影システムに適用することが可能である。また、本発明は、Ｘ線撮影において散乱線を除去する散乱線除去用グリッドにも適用可能である。更に、本発明は、放射線として、Ｘ線以外にガンマ線等を用いることも可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１０ Ｘ線画像撮影システム
１１ Ｘ線源
１２ 線源グリッド
１３ 第１のグリッド
１４ 第２のグリッド
１５ Ｘ線画像検出器
１８ 走査機構
２０ グリッド基板
２１ 支持基板
２４ Ｘ線吸収部
２５ Ｘ線透過部
２７ 穴
２９ 絶縁層
３２ 凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線吸収性を有する基板からなり、
前記基板に領域設定された複数の放射線吸収部と、
前記基板の前記放射線吸収部以外の領域に設けられた複数の穴からなる複数の放射線透過部と、
を備えたことを特徴とする放射線画像撮影用グリッド。
【請求項２】
前記穴は、前記基板の厚み方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項１記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項３】
前記穴は、前記基板を貫通していることを特徴とする請求項２記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項４】
前記基板は、放射性吸収性を有する金属からなり、前記放射線透過部を構成する領域が酸化されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項５】
前記穴は、重なり合わないように配置されており、前記穴の周囲がそれぞれ連結されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項６】
前記穴は、放射線の焦点に向かって収束するように設けられていることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項７】
放射線吸収性を有する基板に領域設定された複数の放射線吸収部の両面に、第１及び第２の絶縁層をそれぞれ形成する工程と、
前記基板の前記放射線吸収部以外の領域の一方の面に複数の凹部を形成する工程と、
前記基板を酸性溶液中に浸漬し、前記基板の前記凹部が形成された面に対向配置された電極と、前記基板の前記凹部が形成された面と反対側の面との間に電圧を印加し、前記凹部を陽極酸化させて複数の穴を形成する工程と、
を含むことを特徴とする放射線画像撮影用グリッドの製造方法。
【請求項８】
前記基板の前記凹部が形成される面に設けられた第１の絶縁層に対し、前記基板の前記凹部が形成される面と反対側の面に設けられた第２の絶縁層は、形成位置がずらされていることを特徴とする請求項７記載の放射線画像撮影用グリッドの製造方法。
【請求項９】
放射線を透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置され、放射線源から照射された放射線を通過させて第１の周期パターン像を形成する第１のグリッドと、前記第１の周期パターンに対して位相が異なる少なくとも１つの相対位置で前記第１の周期パターン像に強度変調を与える強度変調手段と、前記強度変調手段により前記相対位置で生成された第２の周期パターン像を検出する放射線画像検出器と、前記放射線画像検出器により検出された少なくとも１つの前記第２の周期パターン像に基づいて、位相情報を画像化する演算処理手段と、を備えた放射線画像撮影システムであって、
前記第１のグリッドに、請求項１〜６いずれかに記載の放射線画像撮影用グリッドを用いたことを特徴とする放射線画像撮影システム。
【請求項１０】
前記強度変調手段は、前記第１の周期パターンを透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置された第２のグリッドと、前記第１及び第２のグリッドのいずれか一方を、前記第１及び第２のグリッドのグリッド構造の周期方向に所定のピッチで移動させる走査手段とからなり、前記走査手段により移動される各位置が前記相対位置に対応する放射線画像撮影システムであって、
前記第２のグリッドに、請求項１〜６いずれか記載の放射線画像撮影用グリッドを用いたことを特徴とする請求項９記載の放射線画像撮影システム。
【請求項１１】
前記放射線源と前記第１のグリッドとの間に配置され、前記放射線源から照射された放射線を部分的に遮蔽して多数の線光源とする第３のグリッドを有し、前記第３のグリッドに、請求項１〜６いずれか記載の放射線画像撮影用グリッドを用いたことを特徴とする請求項９または１０記載の放射線画像撮影システム。
【請求項１】
放射線吸収性を有する基板からなり、
前記基板に領域設定された複数の放射線吸収部と、
前記基板の前記放射線吸収部以外の領域に設けられた複数の穴からなる複数の放射線透過部と、
を備えたことを特徴とする放射線画像撮影用グリッド。
【請求項２】
前記穴は、前記基板の厚み方向に沿って設けられていることを特徴とする請求項１記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項３】
前記穴は、前記基板を貫通していることを特徴とする請求項２記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項４】
前記基板は、放射性吸収性を有する金属からなり、前記放射線透過部を構成する領域が酸化されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項５】
前記穴は、重なり合わないように配置されており、前記穴の周囲がそれぞれ連結されていることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項６】
前記穴は、放射線の焦点に向かって収束するように設けられていることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の放射線画像撮影用グリッド。
【請求項７】
放射線吸収性を有する基板に領域設定された複数の放射線吸収部の両面に、第１及び第２の絶縁層をそれぞれ形成する工程と、
前記基板の前記放射線吸収部以外の領域の一方の面に複数の凹部を形成する工程と、
前記基板を酸性溶液中に浸漬し、前記基板の前記凹部が形成された面に対向配置された電極と、前記基板の前記凹部が形成された面と反対側の面との間に電圧を印加し、前記凹部を陽極酸化させて複数の穴を形成する工程と、
を含むことを特徴とする放射線画像撮影用グリッドの製造方法。
【請求項８】
前記基板の前記凹部が形成される面に設けられた第１の絶縁層に対し、前記基板の前記凹部が形成される面と反対側の面に設けられた第２の絶縁層は、形成位置がずらされていることを特徴とする請求項７記載の放射線画像撮影用グリッドの製造方法。
【請求項９】
放射線を透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置され、放射線源から照射された放射線を通過させて第１の周期パターン像を形成する第１のグリッドと、前記第１の周期パターンに対して位相が異なる少なくとも１つの相対位置で前記第１の周期パターン像に強度変調を与える強度変調手段と、前記強度変調手段により前記相対位置で生成された第２の周期パターン像を検出する放射線画像検出器と、前記放射線画像検出器により検出された少なくとも１つの前記第２の周期パターン像に基づいて、位相情報を画像化する演算処理手段と、を備えた放射線画像撮影システムであって、
前記第１のグリッドに、請求項１〜６いずれかに記載の放射線画像撮影用グリッドを用いたことを特徴とする放射線画像撮影システム。
【請求項１０】
前記強度変調手段は、前記第１の周期パターンを透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置された第２のグリッドと、前記第１及び第２のグリッドのいずれか一方を、前記第１及び第２のグリッドのグリッド構造の周期方向に所定のピッチで移動させる走査手段とからなり、前記走査手段により移動される各位置が前記相対位置に対応する放射線画像撮影システムであって、
前記第２のグリッドに、請求項１〜６いずれか記載の放射線画像撮影用グリッドを用いたことを特徴とする請求項９記載の放射線画像撮影システム。
【請求項１１】
前記放射線源と前記第１のグリッドとの間に配置され、前記放射線源から照射された放射線を部分的に遮蔽して多数の線光源とする第３のグリッドを有し、前記第３のグリッドに、請求項１〜６いずれか記載の放射線画像撮影用グリッドを用いたことを特徴とする請求項９または１０記載の放射線画像撮影システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１４５５３９（Ｐ２０１２−１４５５３９Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６０１０（Ｐ２０１１−６０１０）
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１４日（２０１１．１．１４）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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