放射線管装置及び放射線画像撮影システム
【課題】放射線管装置のコスト及び装置サイズに影響を及ぼすことなく、Ｘ線焦点にできるだけ近い位置にマルチスリットを配置する。
【解決手段】Ｘ線管２０は、陰極２２から照射された電子ビームＢによりＸ線を発生する回転陽極２１と、回転陽極２１及び陰極２２を収容する筐体２３を有している。筐体２３には、回転陽極２１が発生したＸ線を筐体２３の外に放出する放射窓３３が設けられている。放射窓３３は、開口３４と、開口３４内に組み込まれたマルチスリット３５とからなる。マルチスリット３５は、回転陽極２１が発生したＸ線を部分的に遮蔽することにより、ｘ方向に関する実効的な焦点サイズが縮小され、かつｘ方向に所定ピッチで配置された複数の仮想的な線光源を形成する。
【解決手段】Ｘ線管２０は、陰極２２から照射された電子ビームＢによりＸ線を発生する回転陽極２１と、回転陽極２１及び陰極２２を収容する筐体２３を有している。筐体２３には、回転陽極２１が発生したＸ線を筐体２３の外に放出する放射窓３３が設けられている。放射窓３３は、開口３４と、開口３４内に組み込まれたマルチスリット３５とからなる。マルチスリット３５は、回転陽極２１が発生したＸ線を部分的に遮蔽することにより、ｘ方向に関する実効的な焦点サイズが縮小され、かつｘ方向に所定ピッチで配置された複数の仮想的な線光源を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相コントラスト画像の撮影に用いられる放射線管装置と、この放射線管装置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】
Ｘ線位相イメージング装置として、タルボ・ロー干渉計を用いたＸ線画像撮影システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。このＸ線画像撮影システムは、一般的な通常サイズのＸ線焦点（例えば、０．１〜１ｍｍ程度）を有するＸ線管から放射されたＸ線を、Ｘ線管外に配置されたマルチスリットによって部分的に遮蔽し、細幅かつ線状で所定ピッチで配置された複数の仮想的なＸ線源を形成する。マルチスリットにより形成された仮想的なＸ線源は、焦点サイズが小さくなるため、Ｘ線位相イメージングに最適な空間的可干渉性を得ることができ、Ｘ線源が複数になるのでＸ線強度を高めることができる。
【０００４】
上記Ｘ線画像撮影システムは、マルチスリットに対面するように第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。そして、マルチスリットと第１のグリッドとの間に配置された被検体を透過したＸ線から、第１及び第２のグリッドにより縞画像を生成し、縞画像の変化を縞走査法により検出して、被検体の位相情報を取得する（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００５】
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）。
【０００６】
タルボ・ロー干渉計を用いたＸ線画像撮影システムは、Ｘ線管外にマルチスリットを配置しているので、Ｘ線管内でＸ線が発生されるＸ線焦点とマルチスリットとの距離が遠くなり、Ｘ線が非コヒーレント成分を含みやすくなるという問題があった。また、Ｘ線焦点とマルチスリットの距離が遠くなるほど、Ｘ線が散乱成分を含みやすくなるという問題もあった。
【０００７】
従来、Ｘ線ビームの通路内において、Ｘ線焦点の後ろに、マルチスリットと同様の効果を有する吸収格子を配置することによりＸ線焦点のサイズを調整したＸ線管が知られている（例えば、特許文献４参照）。これによれば、Ｘ線管内に吸収格子が配置されるため、Ｘ線焦点と吸収格子との距離を短くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００８−５４５９８１号公報
【特許文献２】特開２００７−２０６０７６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【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】
【００１０】
特許文献２のＸ線管は、陰極と陽極とを収容している真空外囲器内に吸収格子を組み込まなくてはならないが、真空外囲器内には、吸収格子が組み込めるような余分なスペースはほとんど無い。そのため、特許文献２のＸ線管を構成するには、吸収格子を組み込むために大型化した専用の真空外囲器を用意しなければならないので、Ｘ線管のコスト及び装置サイズの面で問題がある。また、吸収格子は、陰極及び陽極の近くに配置されるので、電子ビームの照射によって加熱された陽極から熱の影響を受けやすいという問題もある。吸収格子の温度が上昇すると、格子ピッチが変化し、あるいは格子を構成する複数材料の熱膨張率の違いによって吸収格子が反ることもあり、格子性能の劣化や耐久性に問題がある。なお、特許文献２には、吸収格子の放熱に関する記載はない。
【００１１】
本発明の目的は、放射線管装置のコスト及び装置サイズに影響を及ぼすことなく、Ｘ線焦点にできるだけ近い位置にマルチスリットを配置することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の放射線管装置は、電子ビームを放射する陰極と、陰極からの電子ビームの照射により放射線を発生する陽極と、陰極及び陽極を収容するとともに、陽極により発生された放射線を筐体の外に放射する放射部を備えた筐体とを有しており、放射部に、放射線を部分的に遮蔽して多数の線光源とするマルチスリットを設けたものである。
【００１３】
筐体が、陰極及び陽極を収容する真空外囲器と、真空外囲器を収容するハウジングとを有している場合には、ハウジングに設けられた放射窓にマルチスリットを設けてもよい。この場合、放射窓を構成する開口を塞ぐようにマルチスリットをハウジングに固定してもよいし、放射窓を構成する開口を塞ぐ放射線透過部材に、マルチスリットパターンとして設けてもよい。
【００１４】
また、筐体が、陰極及び陽極を収容する真空外囲器と、真空外囲器を収容するハウジングとを有している場合には、真空外囲器において放射線が通過する放射線通過部に、マルチスリットパターンを設けてもよい。
【００１５】
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格子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の格子と、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ており、放射線源として本発明の放射線管装置を用いたものである。
【００１６】
強度変調手段として、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格子構造が周期的に配置された第２の格子と、前記第１及び第２の格子のいずれか一方を、第１及び第２の格子の格子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ようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、放射部にマルチスリットを設けているので、従来の撮影システムのようにマルチスリットを放射線源の外に配置している場合に比べ、放射線の焦点とマルチスリットとの距離を短くすることができる。これにより、放射線の非コヒーレント成分及び散乱成分を少なくすることができるので、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。また、真空外囲器内にマルチスリットを収容しないので、放射線管装置のコスト及びサイズを従来の放射線管装置程度に抑えることができる。これらの効果に加えて、マルチスリットをハウジングあるいは真空外囲器と接触させているため、放熱に優れ、熱による影響を低減することが出来る。
【００１８】
また、放射窓の放射線透過部材にマルチスリットパターンを設ける場合には、従来の放射線管装置の改造によって比較的簡単に適用することができる。更に、真空外囲器にマルチスリットを設ける場合には、放射線の焦点とマルチスリットパターンとの距離を更に近付けることができる。本発明の放射線画像撮影システムによれば、本発明の放射線管装置を使用するので、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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のＸ線画像撮影システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態のＸ線管の構成を示す概略図である。
【図３】線光源のピッチと第１及び第２の吸収型格子の格子ピッチとの関係を示す説明図である。
【図４】第２実施形態のＸ線管の構成を示す概略図である。
【図５】第３実施形態のＸ線管の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１実施形態］
図１に示すように、本発明のＸ線画像撮影システム１０は、被検体ＨにＸ線を照射するＸ線源１１と、Ｘ線源１１に対向配置され、Ｘ線源１１から被検体Ｈを透過したＸ線を検出して画像データを生成する撮影部１２とを備えている。撮影部１２には、撮影部１２から読み出された画像データを記憶するメモリ１３が接続されており、メモリ１３には、メモリ１３に記憶された複数の画像データを画像処理して位相コントラスト画像を生成し、生成した位相コントラスト画像を画像記録部１５に記録する画像処理部１４が接続されている。Ｘ線源１１及び撮影部１２は、撮影制御部１６により制御される。システム制御部１８は、操作部やモニタからなるコンソール１７から入力された操作信号に基づいて、Ｘ線画像撮影システム１０の全体を統括的に制御する。
【００２１】
Ｘ線源１１は、図２（Ａ）に示す回転陽極型のＸ線管２０と、図示しない高電圧発生器及びコリメータ等から構成されている。Ｘ線管２０は、撮影制御部１６の制御に基づいて、被検体ＨにＸ線を照射する。コリメータは、Ｘ線管２０から発せられたＸ線のうち、被検体Ｈの検査領域に寄与しない部分を遮蔽するように照射野を制限する。
【００２２】
Ｘ線管２０は、回転陽極２１及び陰極２２と、これらを収容する筐体２３とを備えている。なお、Ｘ線管２０は、回転陽極２１を回転自在に支持する軸受け部や、回転陽極２１を回転させる回転機構等も当然備えているが、本実施形態ではこれらの詳しい説明を省略する。
【００２３】
回転陽極２１は、円板の一方の面の外周部分に、他方の面に向かって傾斜された傾斜面２４が設けられた円錐台形状の断面を有する陽極板２５と、陽極板２５の中央に設けられた回転軸２６とを備え、回転軸２６を中心に回転される。陰極２２は、回転軸２６の軸方向において、陽極板２５の傾斜面２４に対面するように配置されており、高電圧発生装置から高電圧が印加されたときに、傾斜面２４に向けて電子ビームＢを照射する。陽極板２５は、例えばモリブデンやタングステン等からなり、電子ビームＢが照射されたときに材質に依存したＸ線スペクトルでＸ線を発生する。陽極板２５が発生したＸ線は、回転陽極２１の半径方向に放射され、筐体２３の放射窓３３を通過してＸ線管２０の外に放射される。
【００２４】
筐体２３は、内部が真空状態とされた真空外囲器２８と、真空外囲器２８の外側を覆うハウジング２９と、真空外囲器２８とハウジング２９との間に封入された絶縁オイル３０とからなる。真空外囲器２８は、例えば内部が真空状態されたガラス管からなり、Ｘ線透過性を有している。ハウジング２９は、例えば、Ｘ線遮蔽性を有する金属等によって構成されている。絶縁オイル３０は、Ｘ線の放射により加熱された真空外囲器２８の冷却に用いられる。
【００２５】
筐体２３は、回転陽極２１が発生したＸ線を筐体２３の外に放射する放射部として、真空外囲器２８のＸ線が通過される部位であるＸ線通過部３２と、ハウジング２９に設けられた放射窓３３とを備えている。真空外囲器２８のＸ線通過部３２は、回転陽極２１の電子ビームＢが照射されるＸ線焦点と、放射窓３３との間に配置されている。放射窓３３は、ハウジング２９に形成された開口３４と、この開口３４を塞ぐように開口３４内に固定されたマルチスリット３５とからなる。
【００２６】
図２（Ｂ）に示すように、マルチスリット３５は、ｙ方向に延伸されたＸ線遮蔽部３６及びＸ線透過部３７を、ｙ方向に直交するｘ方向に沿って交互に配置した一次元格子である。Ｘ線遮蔽部３６は、例えば金、白金、銀、鉛、タングステン等の高いＸ線遮蔽性を有する金属からなる。また、Ｘ線透過部３７は、シリコン、プラスチック、ガラス、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＯ、Ｃ、ＢＮ、Ｂｅ、ＢｅＯ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕ等の高いＸ線透過性を有する材質からなる。なお、Ｘ線遮蔽部３６及びＸ線透過部３７は、Ｘ線遮蔽性及び透過性だけでなく、耐熱性も有していることが望ましい。マルチスリット３５は、回転陽極２１から放射されたＸ線をＸ線遮蔽部３６によって部分的に遮蔽することにより、ｘ方向に関する実効的な焦点サイズが縮小され、かつｘ方向に所定ピッチで配置された複数の仮想的な線光源（分散光源）１１ａ〜１１ｃ（図３参照）を形成する。これにより、Ｘ線の焦点サイズが小さくなるので、位相コントラスト画像の撮影に最適な空間的可干渉性を得ることができ、Ｘ線源が複数になるのでＸ線強度を高めることができる。
【００２７】
図１に示すように、撮影部１２には、半導体回路からなるフラットパネル検出器（ＦＰＤ）４０、被検体ＨによるＸ線の位相変化（角度変化）を検出し位相イメージングを行うための第１の吸収型格子４１及び第２の吸収型格子４２が設けられている。ＦＰＤ４０は、Ｘ線源１１から照射されるＸ線の光軸Ａに沿う方向（以下、ｚ方向という）に検出面が直交するように配置されている。
【００２８】
第１の吸収型格子４１は、ｚ方向に直交する面内の一方向（以下、ｙ方向という）に延伸した複数のＸ線遮蔽部４１ａが、ｚ方向及びｙ方向に直交する方向（以下、ｘ方向という）に所定のピッチｐ１で配列されたものである。同様に、第２の吸収型格子４２は、ｙ方向に延伸した複数のＸ線遮蔽部４２ａが、ｘ方向に所定のピッチｐ２で配列されたものである。Ｘ線遮蔽部４１ａ，４２ａの材料としては、Ｘ線吸収性に優れる金属が好ましく、例えば、金、白金、銀、鉛、タングステン等が好ましい。
【００２９】
また、撮影部１２には、第２の吸収型格子４２を格子方向に直交する方向（ｘ方向）に並進移動させることにより、第１の吸収型格子４１に対する第２の吸収型格子４２との相対位置を変化させる走査機構４４が設けられている。走査機構４４は、例えば、圧電素子等のアクチュエータにより構成される。走査機構４４は、後述する縞走査の際に、撮影制御部１６の制御に基づいて駆動されるものである。詳しくは後述するが、メモリ１３には、縞走査の各走査ステップで撮影部１２により得られる画像データがそれぞれ記憶される。なお、第２の吸収型格子４２と走査機構４４とが特許請求の範囲に記載の強度変調手段を構成している。
【００３０】
画像処理部１４は、縞走査の各走査ステップで撮影部１２により撮影され、メモリ１３に記憶された複数の画像データに基づいて位相微分像を生成し、位相微分像をｘ方向に沿って積分することにより、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は、画像記録部１５に記録された後、コンソール１７に出力されてモニタ（図示せず）に表示される。
【００３１】
コンソール１７は、モニタの他、操作者が撮影指示やその指示内容を入力する入力装置（図示せず）を備えている。この入力装置としては、例えば、スイッチ、タッチパネル、マウス、キーボード等が用いられ、入力装置の操作により、Ｘ線管の管電圧やＸ線照射時間等のＸ線撮影条件、撮影タイミング等が入力される。モニタは、液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイからなり、Ｘ線撮影条件等の文字や、上記位相コントラスト画像を表示する。
【００３２】
図３に示すように、第１の吸収型格子４１のＸ線遮蔽部４１ａは、ｘ方向に所定のピッチｐ１で、互いに所定の間隔ｄ１を空けて配列されている。同様に、第２の吸収型格子４２のＸ線遮蔽部４２ａは、ｘ方向に所定のピッチｐ２で、互いに所定の間隔ｄ２を空けて配列されている。また、Ｘ線管２０により仮想的に形成される線光源１１ａ〜１１ｃは、ｘ方向に所定のピッチｐ３で配列されている。Ｘ線遮蔽部４１ａ，４２ａは、それぞれ不図示のＸ線透過性基板（例えば、ガラス基板）上に配置されたものである。第１及び第２の吸収型格子４１，４２は、入射Ｘ線に位相差を与えるものでなく、強度差を与えるものであるため、振幅型格子とも称される。なお、スリット部（上記間隔ｄ１，ｄ２の領域）は空隙でなくてもよく、高分子や軽金属等のＸ線低吸収材が充填されていてもよい。
【００３３】
第１及び第２の吸収型格子４１，４２は、タルボ干渉効果の有無に係らず、スリット部を通過したＸ線を線形的に投影するように構成されている。具体的には、間隔ｄ１，ｄ２を、Ｘ線源１１から照射されるＸ線のピーク波長より十分大きな値とすることで、照射Ｘ線に含まれる大部分のＸ線をスリット部で回折させずに、直進性を保ったまま通過するように構成する。例えば、前述のＸ線管２０の回転陽極２１としてタングステンを用い、管電圧を５０ｋＶとした場合には、Ｘ線のピーク波長は、約０．４Åである。この場合には、間隔ｄ１，ｄ２を、１〜１０μｍ程度とすれば、スリット部で大部分のＸ線が回折されずに線形的に投影される。この場合、格子ピッチｐ１，ｐ２は、２〜２０μｍ程度の大きさである。
【００３４】
Ｘ線源１１から照射されるＸ線は、平行ビームではなく、Ｘ線焦点を発光点としたコーンビームであるため、第１の吸収型格子４１を通過して射影される第１の周期パターン像である投影像（以下、この投影像をＧ１像または縞画像と称する）は、仮想的な点光源１１ａ〜１１ｃからの距離に比例して拡大される。第２の吸収型格子４２の格子ピッチｐ２及び間隔ｄ２は、そのスリット部が、第２の吸収型格子４２の位置におけるＧ１像の明部の周期パターンとほぼ一致するように決定されている。すなわち、点光源１１ａ〜１１ｃから第１の吸収型格子４１までの距離をＬ１、第１の吸収型格子４１から第２の吸収型格子４２までの距離をＬ２とした場合に、格子ピッチｐ２及び間隔ｄ２は、次式（１）及び（２）の関係を満たすように決定される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
【数２】
【００３７】
第１の吸収型格子４１から第２の吸収型格子４２までの距離Ｌ２は、タルボ干渉計の場合には、第１の格子の格子ピッチとＸ線波長とで決まるタルボ干渉距離に制約されるが、本実施形態の撮影部１２では、第１の吸収型格子４１が入射Ｘ線を回折させずに投影させる構成であって、第１の吸収型格子４１のＧ１像が、第１の吸収型格子４１の後方のすべての位置で相似的に得られるため、該距離Ｌ２を、タルボ干渉距離と無関係に設定することができる。
【００３８】
また、点光源１１ａ〜１１ｃのピッチｐ３は、次式（３）を満たすように設定される。
【００３９】
【数３】
【００４０】
上記式（３）は、各点光源１１ａ〜１１ｃから射出されたＸ線の第１の吸収型格子４１による投影像（Ｇ１像）が、第２の吸収型格子４２の位置で一致する（重なり合う）ための幾何学的な条件である。このように、本実施形態では、Ｘ線管２０により形成された複数の点光源１１ａ〜１１ｃに基づくＧ１像が重ね合わせられることにより、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。
【００４１】
次に、上記実施形態の作用について説明する。図１に示すように、Ｘ線画像撮影システム１０において、Ｘ線源１１と撮影部１２との間に被検体Ｈが配置される。この状態で、コンソール１７からシステム制御部１８に撮影指示が入力されると、撮影制御部１６は、Ｘ線画像撮影システム１０の各部を制御し、第２の吸収型格子４２を第１の吸収型格子４１に対してｘ方向に移動させながら、各走査位置で、Ｘ線源１１による曝射及びＦＰＤ４０による検出動作を行わせる。
【００４２】
図２に示すように、Ｘ線管２０は、各走査位置における曝射期間中に、陰極２２から陽極板２５の傾斜面２４に向けて電子ビームＢを照射させる。陽極板２５は、電子ビームＢの照射によりＸ線を発生する。陽極板２５により発生したＸ線は、筐体２３のＸ線通過部３２及び放射窓３３を通過して筐体２３の外に放射される。その際に、Ｘ線は、マルチスリット３５のＸ線遮蔽部３６によって部分的に遮蔽され、ｘ方向に関する実効的な焦点サイズが縮小され、かつｘ方向に所定ピッチで配置された複数の仮想的な線光源１１ａ〜１１ｃが形成される。
【００４３】
線光源１１ａ〜１１ｃ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の吸収型格子４１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状のＧ１像が形成される。各線光源１１ａ〜１１ｃのＧ１像は、第２の吸収型格子４２に投影され、第２の吸収型格子４２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。
【００４４】
Ｇ１像は、第２の吸収型格子４２により強度変調され、第２の周期パターン像であるＧ２像が形成される。Ｇ２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の吸収型格子４１に対し、第２の吸収型格子４２を走査機構４４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ｘ方向に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ＦＰＤ４０により検出し、画像処理部１４により、ＦＰＤ４０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。この位相微分像を、画像処理部１４により、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。位相コントラスト画像は、画像処理部１４により画像記録部１５に記録され、コンソール１７のモニタ等に表示される。
【００４５】
以上で説明したように、本実施形態のＸ線管２０は、放射窓３３にマルチスリット３５を設けているので、従来の撮影システムのようにマルチスリットをＸ線源の外に配置している場合に比べ、Ｘ線焦点とマルチスリット３５の距離を短くすることができる。これにより、Ｘ線の非コヒーレント成分及び散乱成分を少なくすることができるので、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。また、真空外囲器２８内にマルチスリットを収容しないので、Ｘ線管２０のコスト及びサイズを従来のＸ線管程度に抑えることができる。
【００４６】
以下、本発明の別の実施形態について説明する。なお、他の実施形態と同じ構成については、同符号を用いて詳しい説明は省略する。
【００４７】
［第２実施形態］
図４に示すＸ線管５０のように、ハウジング２９の放射窓５１を従来のＸ線管と同様に、開口３４と、この開口３４内に固定された放射線透過部材５２とから構成し、放射線透過部材５２の一方の面に、金、白金、銀、鉛、タングステン等のＸ線吸収性の高い材質で形成されたマルチスリットパターン５３を形成してもよい。これによれば、従来のＸ線管を改良することで、第１実施形態のＸ線管２０と同等の作用、効果を得ることができる。
【００４８】
［第３実施形態］
図５に示すＸ線管６０のように、ハウジング２９の放射窓６１を開口３４及び放射線透過部材５２とから構成し、真空外囲器２８のＸ線通過部３２の内面側に、金、白金、銀、鉛、タングステン等のＸ線吸収性の高い材質で形成されたマルチスリットパターン６２を形成してもよい。これによれば、真空外囲器２８内にマルチスリットを収容することなく、第１及び第２実施形態よりも更にＸ線焦点とマルチスリットパターン６２との距離を短くすることができる。また、Ｘ線の散乱は、絶縁オイル３０を通過する際に発生しやすいが、本実施形態では、絶縁オイル３０の手前で複数の線光源にするので、Ｘ線の散乱成分を少なくすることができる。なお、マルチスリットパターン６２は、真空外囲器２８のＸ線通過部３２の外面側に設けてもよい。
【００４９】
上記各実施形態では、一方向に延伸されかつ延伸方向に直交する方向に沿って配置されたＸ線遮蔽部を有する縞状の一次元格子を使用したＸ線画像撮影装置を例に説明したが、本発明は、Ｘ線遮蔽部を２方向に配列された二次元格子を用いたＸ線画像撮影装置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の吸収型格子との間に配置しているが、被検体Ｈを第１の吸収型格子と第２の吸収型格子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、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。
【００５０】
上記各実施形態は、第１及び第２の吸収型格子を、スリットを通過した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の吸収型格子で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の吸収型格子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の吸収型格子の種類を、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。
【００５１】
また、上記各実施形態では、第２の吸収型格子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の格子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にも、本発明のＸ線管を用いることができる。
【００５２】
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の格子の代わりに、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にも、本発明のＸ線管を用いることができる。
【００５３】
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の格子を、格子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の格子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にも、本発明のＸ線管を用いることができる。
【００５４】
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の格子を省略した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の格子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の格子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にも、本発明のＸ線管を用いることができる。
【００５５】
以上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。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】
【００５６】
１０ Ｘ線画像撮影システム
１１ Ｘ線源
１１ａ〜１１ｃ 線光源
１２ 撮影部
２０ Ｘ線管
２１ 回転陽極
２２ 陰極
２３ 筐体
２８ 真空外囲器
２９ ハウジング
３２ Ｘ線通過部
３３ 放射窓
３４ 開口
３５ マルチスリット
３６ Ｘ線遮蔽部
３７ Ｘ線透過部
４０ フラットパネル検出器
４１ 第１の吸収型格子
４２ 第２の吸収型格子
５２ Ｘ線透過部材
５３、６２ マルチスリットパターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相コントラスト画像の撮影に用いられる放射線管装置と、この放射線管装置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】
Ｘ線位相イメージング装置として、タルボ・ロー干渉計を用いたＸ線画像撮影システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。このＸ線画像撮影システムは、一般的な通常サイズのＸ線焦点（例えば、０．１〜１ｍｍ程度）を有するＸ線管から放射されたＸ線を、Ｘ線管外に配置されたマルチスリットによって部分的に遮蔽し、細幅かつ線状で所定ピッチで配置された複数の仮想的なＸ線源を形成する。マルチスリットにより形成された仮想的なＸ線源は、焦点サイズが小さくなるため、Ｘ線位相イメージングに最適な空間的可干渉性を得ることができ、Ｘ線源が複数になるのでＸ線強度を高めることができる。
【０００４】
上記Ｘ線画像撮影システムは、マルチスリットに対面するように第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。そして、マルチスリットと第１のグリッドとの間に配置された被検体を透過したＸ線から、第１及び第２のグリッドにより縞画像を生成し、縞画像の変化を縞走査法により検出して、被検体の位相情報を取得する（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００５】
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）。
【０００６】
タルボ・ロー干渉計を用いたＸ線画像撮影システムは、Ｘ線管外にマルチスリットを配置しているので、Ｘ線管内でＸ線が発生されるＸ線焦点とマルチスリットとの距離が遠くなり、Ｘ線が非コヒーレント成分を含みやすくなるという問題があった。また、Ｘ線焦点とマルチスリットの距離が遠くなるほど、Ｘ線が散乱成分を含みやすくなるという問題もあった。
【０００７】
従来、Ｘ線ビームの通路内において、Ｘ線焦点の後ろに、マルチスリットと同様の効果を有する吸収格子を配置することによりＸ線焦点のサイズを調整したＸ線管が知られている（例えば、特許文献４参照）。これによれば、Ｘ線管内に吸収格子が配置されるため、Ｘ線焦点と吸収格子との距離を短くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００８−５４５９８１号公報
【特許文献２】特開２００７−２０６０７６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【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】
【００１０】
特許文献２のＸ線管は、陰極と陽極とを収容している真空外囲器内に吸収格子を組み込まなくてはならないが、真空外囲器内には、吸収格子が組み込めるような余分なスペースはほとんど無い。そのため、特許文献２のＸ線管を構成するには、吸収格子を組み込むために大型化した専用の真空外囲器を用意しなければならないので、Ｘ線管のコスト及び装置サイズの面で問題がある。また、吸収格子は、陰極及び陽極の近くに配置されるので、電子ビームの照射によって加熱された陽極から熱の影響を受けやすいという問題もある。吸収格子の温度が上昇すると、格子ピッチが変化し、あるいは格子を構成する複数材料の熱膨張率の違いによって吸収格子が反ることもあり、格子性能の劣化や耐久性に問題がある。なお、特許文献２には、吸収格子の放熱に関する記載はない。
【００１１】
本発明の目的は、放射線管装置のコスト及び装置サイズに影響を及ぼすことなく、Ｘ線焦点にできるだけ近い位置にマルチスリットを配置することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の放射線管装置は、電子ビームを放射する陰極と、陰極からの電子ビームの照射により放射線を発生する陽極と、陰極及び陽極を収容するとともに、陽極により発生された放射線を筐体の外に放射する放射部を備えた筐体とを有しており、放射部に、放射線を部分的に遮蔽して多数の線光源とするマルチスリットを設けたものである。
【００１３】
筐体が、陰極及び陽極を収容する真空外囲器と、真空外囲器を収容するハウジングとを有している場合には、ハウジングに設けられた放射窓にマルチスリットを設けてもよい。この場合、放射窓を構成する開口を塞ぐようにマルチスリットをハウジングに固定してもよいし、放射窓を構成する開口を塞ぐ放射線透過部材に、マルチスリットパターンとして設けてもよい。
【００１４】
また、筐体が、陰極及び陽極を収容する真空外囲器と、真空外囲器を収容するハウジングとを有している場合には、真空外囲器において放射線が通過する放射線通過部に、マルチスリットパターンを設けてもよい。
【００１５】
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格子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の格子と、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ており、放射線源として本発明の放射線管装置を用いたものである。
【００１６】
強度変調手段として、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格子構造が周期的に配置された第２の格子と、前記第１及び第２の格子のいずれか一方を、第１及び第２の格子の格子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ようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、放射部にマルチスリットを設けているので、従来の撮影システムのようにマルチスリットを放射線源の外に配置している場合に比べ、放射線の焦点とマルチスリットとの距離を短くすることができる。これにより、放射線の非コヒーレント成分及び散乱成分を少なくすることができるので、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。また、真空外囲器内にマルチスリットを収容しないので、放射線管装置のコスト及びサイズを従来の放射線管装置程度に抑えることができる。これらの効果に加えて、マルチスリットをハウジングあるいは真空外囲器と接触させているため、放熱に優れ、熱による影響を低減することが出来る。
【００１８】
また、放射窓の放射線透過部材にマルチスリットパターンを設ける場合には、従来の放射線管装置の改造によって比較的簡単に適用することができる。更に、真空外囲器にマルチスリットを設ける場合には、放射線の焦点とマルチスリットパターンとの距離を更に近付けることができる。本発明の放射線画像撮影システムによれば、本発明の放射線管装置を使用するので、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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明のＸ線画像撮影システムの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態のＸ線管の構成を示す概略図である。
【図３】線光源のピッチと第１及び第２の吸収型格子の格子ピッチとの関係を示す説明図である。
【図４】第２実施形態のＸ線管の構成を示す概略図である。
【図５】第３実施形態のＸ線管の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１実施形態］
図１に示すように、本発明のＸ線画像撮影システム１０は、被検体ＨにＸ線を照射するＸ線源１１と、Ｘ線源１１に対向配置され、Ｘ線源１１から被検体Ｈを透過したＸ線を検出して画像データを生成する撮影部１２とを備えている。撮影部１２には、撮影部１２から読み出された画像データを記憶するメモリ１３が接続されており、メモリ１３には、メモリ１３に記憶された複数の画像データを画像処理して位相コントラスト画像を生成し、生成した位相コントラスト画像を画像記録部１５に記録する画像処理部１４が接続されている。Ｘ線源１１及び撮影部１２は、撮影制御部１６により制御される。システム制御部１８は、操作部やモニタからなるコンソール１７から入力された操作信号に基づいて、Ｘ線画像撮影システム１０の全体を統括的に制御する。
【００２１】
Ｘ線源１１は、図２（Ａ）に示す回転陽極型のＸ線管２０と、図示しない高電圧発生器及びコリメータ等から構成されている。Ｘ線管２０は、撮影制御部１６の制御に基づいて、被検体ＨにＸ線を照射する。コリメータは、Ｘ線管２０から発せられたＸ線のうち、被検体Ｈの検査領域に寄与しない部分を遮蔽するように照射野を制限する。
【００２２】
Ｘ線管２０は、回転陽極２１及び陰極２２と、これらを収容する筐体２３とを備えている。なお、Ｘ線管２０は、回転陽極２１を回転自在に支持する軸受け部や、回転陽極２１を回転させる回転機構等も当然備えているが、本実施形態ではこれらの詳しい説明を省略する。
【００２３】
回転陽極２１は、円板の一方の面の外周部分に、他方の面に向かって傾斜された傾斜面２４が設けられた円錐台形状の断面を有する陽極板２５と、陽極板２５の中央に設けられた回転軸２６とを備え、回転軸２６を中心に回転される。陰極２２は、回転軸２６の軸方向において、陽極板２５の傾斜面２４に対面するように配置されており、高電圧発生装置から高電圧が印加されたときに、傾斜面２４に向けて電子ビームＢを照射する。陽極板２５は、例えばモリブデンやタングステン等からなり、電子ビームＢが照射されたときに材質に依存したＸ線スペクトルでＸ線を発生する。陽極板２５が発生したＸ線は、回転陽極２１の半径方向に放射され、筐体２３の放射窓３３を通過してＸ線管２０の外に放射される。
【００２４】
筐体２３は、内部が真空状態とされた真空外囲器２８と、真空外囲器２８の外側を覆うハウジング２９と、真空外囲器２８とハウジング２９との間に封入された絶縁オイル３０とからなる。真空外囲器２８は、例えば内部が真空状態されたガラス管からなり、Ｘ線透過性を有している。ハウジング２９は、例えば、Ｘ線遮蔽性を有する金属等によって構成されている。絶縁オイル３０は、Ｘ線の放射により加熱された真空外囲器２８の冷却に用いられる。
【００２５】
筐体２３は、回転陽極２１が発生したＸ線を筐体２３の外に放射する放射部として、真空外囲器２８のＸ線が通過される部位であるＸ線通過部３２と、ハウジング２９に設けられた放射窓３３とを備えている。真空外囲器２８のＸ線通過部３２は、回転陽極２１の電子ビームＢが照射されるＸ線焦点と、放射窓３３との間に配置されている。放射窓３３は、ハウジング２９に形成された開口３４と、この開口３４を塞ぐように開口３４内に固定されたマルチスリット３５とからなる。
【００２６】
図２（Ｂ）に示すように、マルチスリット３５は、ｙ方向に延伸されたＸ線遮蔽部３６及びＸ線透過部３７を、ｙ方向に直交するｘ方向に沿って交互に配置した一次元格子である。Ｘ線遮蔽部３６は、例えば金、白金、銀、鉛、タングステン等の高いＸ線遮蔽性を有する金属からなる。また、Ｘ線透過部３７は、シリコン、プラスチック、ガラス、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＭｇＯ、Ｃ、ＢＮ、Ｂｅ、ＢｅＯ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕ等の高いＸ線透過性を有する材質からなる。なお、Ｘ線遮蔽部３６及びＸ線透過部３７は、Ｘ線遮蔽性及び透過性だけでなく、耐熱性も有していることが望ましい。マルチスリット３５は、回転陽極２１から放射されたＸ線をＸ線遮蔽部３６によって部分的に遮蔽することにより、ｘ方向に関する実効的な焦点サイズが縮小され、かつｘ方向に所定ピッチで配置された複数の仮想的な線光源（分散光源）１１ａ〜１１ｃ（図３参照）を形成する。これにより、Ｘ線の焦点サイズが小さくなるので、位相コントラスト画像の撮影に最適な空間的可干渉性を得ることができ、Ｘ線源が複数になるのでＸ線強度を高めることができる。
【００２７】
図１に示すように、撮影部１２には、半導体回路からなるフラットパネル検出器（ＦＰＤ）４０、被検体ＨによるＸ線の位相変化（角度変化）を検出し位相イメージングを行うための第１の吸収型格子４１及び第２の吸収型格子４２が設けられている。ＦＰＤ４０は、Ｘ線源１１から照射されるＸ線の光軸Ａに沿う方向（以下、ｚ方向という）に検出面が直交するように配置されている。
【００２８】
第１の吸収型格子４１は、ｚ方向に直交する面内の一方向（以下、ｙ方向という）に延伸した複数のＸ線遮蔽部４１ａが、ｚ方向及びｙ方向に直交する方向（以下、ｘ方向という）に所定のピッチｐ１で配列されたものである。同様に、第２の吸収型格子４２は、ｙ方向に延伸した複数のＸ線遮蔽部４２ａが、ｘ方向に所定のピッチｐ２で配列されたものである。Ｘ線遮蔽部４１ａ，４２ａの材料としては、Ｘ線吸収性に優れる金属が好ましく、例えば、金、白金、銀、鉛、タングステン等が好ましい。
【００２９】
また、撮影部１２には、第２の吸収型格子４２を格子方向に直交する方向（ｘ方向）に並進移動させることにより、第１の吸収型格子４１に対する第２の吸収型格子４２との相対位置を変化させる走査機構４４が設けられている。走査機構４４は、例えば、圧電素子等のアクチュエータにより構成される。走査機構４４は、後述する縞走査の際に、撮影制御部１６の制御に基づいて駆動されるものである。詳しくは後述するが、メモリ１３には、縞走査の各走査ステップで撮影部１２により得られる画像データがそれぞれ記憶される。なお、第２の吸収型格子４２と走査機構４４とが特許請求の範囲に記載の強度変調手段を構成している。
【００３０】
画像処理部１４は、縞走査の各走査ステップで撮影部１２により撮影され、メモリ１３に記憶された複数の画像データに基づいて位相微分像を生成し、位相微分像をｘ方向に沿って積分することにより、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は、画像記録部１５に記録された後、コンソール１７に出力されてモニタ（図示せず）に表示される。
【００３１】
コンソール１７は、モニタの他、操作者が撮影指示やその指示内容を入力する入力装置（図示せず）を備えている。この入力装置としては、例えば、スイッチ、タッチパネル、マウス、キーボード等が用いられ、入力装置の操作により、Ｘ線管の管電圧やＸ線照射時間等のＸ線撮影条件、撮影タイミング等が入力される。モニタは、液晶ディスプレイやＣＲＴディスプレイからなり、Ｘ線撮影条件等の文字や、上記位相コントラスト画像を表示する。
【００３２】
図３に示すように、第１の吸収型格子４１のＸ線遮蔽部４１ａは、ｘ方向に所定のピッチｐ１で、互いに所定の間隔ｄ１を空けて配列されている。同様に、第２の吸収型格子４２のＸ線遮蔽部４２ａは、ｘ方向に所定のピッチｐ２で、互いに所定の間隔ｄ２を空けて配列されている。また、Ｘ線管２０により仮想的に形成される線光源１１ａ〜１１ｃは、ｘ方向に所定のピッチｐ３で配列されている。Ｘ線遮蔽部４１ａ，４２ａは、それぞれ不図示のＸ線透過性基板（例えば、ガラス基板）上に配置されたものである。第１及び第２の吸収型格子４１，４２は、入射Ｘ線に位相差を与えるものでなく、強度差を与えるものであるため、振幅型格子とも称される。なお、スリット部（上記間隔ｄ１，ｄ２の領域）は空隙でなくてもよく、高分子や軽金属等のＸ線低吸収材が充填されていてもよい。
【００３３】
第１及び第２の吸収型格子４１，４２は、タルボ干渉効果の有無に係らず、スリット部を通過したＸ線を線形的に投影するように構成されている。具体的には、間隔ｄ１，ｄ２を、Ｘ線源１１から照射されるＸ線のピーク波長より十分大きな値とすることで、照射Ｘ線に含まれる大部分のＸ線をスリット部で回折させずに、直進性を保ったまま通過するように構成する。例えば、前述のＸ線管２０の回転陽極２１としてタングステンを用い、管電圧を５０ｋＶとした場合には、Ｘ線のピーク波長は、約０．４Åである。この場合には、間隔ｄ１，ｄ２を、１〜１０μｍ程度とすれば、スリット部で大部分のＸ線が回折されずに線形的に投影される。この場合、格子ピッチｐ１，ｐ２は、２〜２０μｍ程度の大きさである。
【００３４】
Ｘ線源１１から照射されるＸ線は、平行ビームではなく、Ｘ線焦点を発光点としたコーンビームであるため、第１の吸収型格子４１を通過して射影される第１の周期パターン像である投影像（以下、この投影像をＧ１像または縞画像と称する）は、仮想的な点光源１１ａ〜１１ｃからの距離に比例して拡大される。第２の吸収型格子４２の格子ピッチｐ２及び間隔ｄ２は、そのスリット部が、第２の吸収型格子４２の位置におけるＧ１像の明部の周期パターンとほぼ一致するように決定されている。すなわち、点光源１１ａ〜１１ｃから第１の吸収型格子４１までの距離をＬ１、第１の吸収型格子４１から第２の吸収型格子４２までの距離をＬ２とした場合に、格子ピッチｐ２及び間隔ｄ２は、次式（１）及び（２）の関係を満たすように決定される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
【数２】
【００３７】
第１の吸収型格子４１から第２の吸収型格子４２までの距離Ｌ２は、タルボ干渉計の場合には、第１の格子の格子ピッチとＸ線波長とで決まるタルボ干渉距離に制約されるが、本実施形態の撮影部１２では、第１の吸収型格子４１が入射Ｘ線を回折させずに投影させる構成であって、第１の吸収型格子４１のＧ１像が、第１の吸収型格子４１の後方のすべての位置で相似的に得られるため、該距離Ｌ２を、タルボ干渉距離と無関係に設定することができる。
【００３８】
また、点光源１１ａ〜１１ｃのピッチｐ３は、次式（３）を満たすように設定される。
【００３９】
【数３】
【００４０】
上記式（３）は、各点光源１１ａ〜１１ｃから射出されたＸ線の第１の吸収型格子４１による投影像（Ｇ１像）が、第２の吸収型格子４２の位置で一致する（重なり合う）ための幾何学的な条件である。このように、本実施形態では、Ｘ線管２０により形成された複数の点光源１１ａ〜１１ｃに基づくＧ１像が重ね合わせられることにより、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。
【００４１】
次に、上記実施形態の作用について説明する。図１に示すように、Ｘ線画像撮影システム１０において、Ｘ線源１１と撮影部１２との間に被検体Ｈが配置される。この状態で、コンソール１７からシステム制御部１８に撮影指示が入力されると、撮影制御部１６は、Ｘ線画像撮影システム１０の各部を制御し、第２の吸収型格子４２を第１の吸収型格子４１に対してｘ方向に移動させながら、各走査位置で、Ｘ線源１１による曝射及びＦＰＤ４０による検出動作を行わせる。
【００４２】
図２に示すように、Ｘ線管２０は、各走査位置における曝射期間中に、陰極２２から陽極板２５の傾斜面２４に向けて電子ビームＢを照射させる。陽極板２５は、電子ビームＢの照射によりＸ線を発生する。陽極板２５により発生したＸ線は、筐体２３のＸ線通過部３２及び放射窓３３を通過して筐体２３の外に放射される。その際に、Ｘ線は、マルチスリット３５のＸ線遮蔽部３６によって部分的に遮蔽され、ｘ方向に関する実効的な焦点サイズが縮小され、かつｘ方向に所定ピッチで配置された複数の仮想的な線光源１１ａ〜１１ｃが形成される。
【００４３】
線光源１１ａ〜１１ｃ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の吸収型格子４１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状のＧ１像が形成される。各線光源１１ａ〜１１ｃのＧ１像は、第２の吸収型格子４２に投影され、第２の吸収型格子４２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。
【００４４】
Ｇ１像は、第２の吸収型格子４２により強度変調され、第２の周期パターン像であるＧ２像が形成される。Ｇ２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の吸収型格子４１に対し、第２の吸収型格子４２を走査機構４４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ｘ方向に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ＦＰＤ４０により検出し、画像処理部１４により、ＦＰＤ４０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。この位相微分像を、画像処理部１４により、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。位相コントラスト画像は、画像処理部１４により画像記録部１５に記録され、コンソール１７のモニタ等に表示される。
【００４５】
以上で説明したように、本実施形態のＸ線管２０は、放射窓３３にマルチスリット３５を設けているので、従来の撮影システムのようにマルチスリットをＸ線源の外に配置している場合に比べ、Ｘ線焦点とマルチスリット３５の距離を短くすることができる。これにより、Ｘ線の非コヒーレント成分及び散乱成分を少なくすることができるので、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。また、真空外囲器２８内にマルチスリットを収容しないので、Ｘ線管２０のコスト及びサイズを従来のＸ線管程度に抑えることができる。
【００４６】
以下、本発明の別の実施形態について説明する。なお、他の実施形態と同じ構成については、同符号を用いて詳しい説明は省略する。
【００４７】
［第２実施形態］
図４に示すＸ線管５０のように、ハウジング２９の放射窓５１を従来のＸ線管と同様に、開口３４と、この開口３４内に固定された放射線透過部材５２とから構成し、放射線透過部材５２の一方の面に、金、白金、銀、鉛、タングステン等のＸ線吸収性の高い材質で形成されたマルチスリットパターン５３を形成してもよい。これによれば、従来のＸ線管を改良することで、第１実施形態のＸ線管２０と同等の作用、効果を得ることができる。
【００４８】
［第３実施形態］
図５に示すＸ線管６０のように、ハウジング２９の放射窓６１を開口３４及び放射線透過部材５２とから構成し、真空外囲器２８のＸ線通過部３２の内面側に、金、白金、銀、鉛、タングステン等のＸ線吸収性の高い材質で形成されたマルチスリットパターン６２を形成してもよい。これによれば、真空外囲器２８内にマルチスリットを収容することなく、第１及び第２実施形態よりも更にＸ線焦点とマルチスリットパターン６２との距離を短くすることができる。また、Ｘ線の散乱は、絶縁オイル３０を通過する際に発生しやすいが、本実施形態では、絶縁オイル３０の手前で複数の線光源にするので、Ｘ線の散乱成分を少なくすることができる。なお、マルチスリットパターン６２は、真空外囲器２８のＸ線通過部３２の外面側に設けてもよい。
【００４９】
上記各実施形態では、一方向に延伸されかつ延伸方向に直交する方向に沿って配置されたＸ線遮蔽部を有する縞状の一次元格子を使用したＸ線画像撮影装置を例に説明したが、本発明は、Ｘ線遮蔽部を２方向に配列された二次元格子を用いたＸ線画像撮影装置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の吸収型格子との間に配置しているが、被検体Ｈを第１の吸収型格子と第２の吸収型格子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、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。
【００５０】
上記各実施形態は、第１及び第２の吸収型格子を、スリットを通過した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の吸収型格子で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の吸収型格子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の吸収型格子の種類を、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。
【００５１】
また、上記各実施形態では、第２の吸収型格子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の格子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にも、本発明のＸ線管を用いることができる。
【００５２】
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の格子の代わりに、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にも、本発明のＸ線管を用いることができる。
【００５３】
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の格子を、格子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の格子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にも、本発明のＸ線管を用いることができる。
【００５４】
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の格子を省略した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の格子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の格子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にも、本発明のＸ線管を用いることができる。
【００５５】
以上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。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】
【００５６】
１０ Ｘ線画像撮影システム
１１ Ｘ線源
１１ａ〜１１ｃ 線光源
１２ 撮影部
２０ Ｘ線管
２１ 回転陽極
２２ 陰極
２３ 筐体
２８ 真空外囲器
２９ ハウジング
３２ Ｘ線通過部
３３ 放射窓
３４ 開口
３５ マルチスリット
３６ Ｘ線遮蔽部
３７ Ｘ線透過部
４０ フラットパネル検出器
４１ 第１の吸収型格子
４２ 第２の吸収型格子
５２ Ｘ線透過部材
５３、６２ マルチスリットパターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを放射する陰極と、
前記陰極からの電子ビームの照射により放射線を発生する陽極と、
前記陰極及び前記陽極を収容するとともに、前記陽極により発生された放射線を前記筐体の外に放射する放射部を備えた筐体と、を有し、
前記放射部には、放射線を部分的に遮蔽して多数の線光源とするマルチスリットが設けられていることを特徴とする放射線管装置。
【請求項２】
前記筐体は、前記陰極及び陽極を収容する真空外囲器と、前記真空外囲器を収容するハウジングとを有し、前記放射部は、前記ハウジングに設けられた放射窓であることを特徴とする請求項１記載の放射線管装置。
【請求項３】
前記マルチスリットは、前記放射窓を構成する開口を塞ぐように前記ハウジングに固定されていることを特徴とする請求項２記載の放射線管装置。
【請求項４】
前記マルチスリットは、前記放射窓を構成する開口を塞ぐ放射線透過部材に設けられたマルチスリットパターンからなることを特徴とする請求項２記載の放射線管装置。
【請求項５】
前記筐体は、前記陰極及び陽極を収容する真空外囲器と、前記真空外囲器を収容するハウジングとを有し、前記放射部は、前記真空外囲器において放射線が通過する放射線通過部からなり、前記マルチスリットは、前記放射線通過部に設けられたマルチスリットパターンからなることを特徴とする請求項１記載の放射線管装置。
【請求項６】
放射線を透過する部分と吸収する部分とからなる格子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の格子と、前記第１の周期パターン像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、
前記放射線源に、請求項１〜５いずれか記載の放射線管装置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７】
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格子構造が周期的に配置された第２の格子と、前記第１及び第２の格子のいずれか一方を、前記第１及び第２の格子の格子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ことを特徴とする請求項６記載の放射線画像撮影システム。
【請求項１】
電子ビームを放射する陰極と、
前記陰極からの電子ビームの照射により放射線を発生する陽極と、
前記陰極及び前記陽極を収容するとともに、前記陽極により発生された放射線を前記筐体の外に放射する放射部を備えた筐体と、を有し、
前記放射部には、放射線を部分的に遮蔽して多数の線光源とするマルチスリットが設けられていることを特徴とする放射線管装置。
【請求項２】
前記筐体は、前記陰極及び陽極を収容する真空外囲器と、前記真空外囲器を収容するハウジングとを有し、前記放射部は、前記ハウジングに設けられた放射窓であることを特徴とする請求項１記載の放射線管装置。
【請求項３】
前記マルチスリットは、前記放射窓を構成する開口を塞ぐように前記ハウジングに固定されていることを特徴とする請求項２記載の放射線管装置。
【請求項４】
前記マルチスリットは、前記放射窓を構成する開口を塞ぐ放射線透過部材に設けられたマルチスリットパターンからなることを特徴とする請求項２記載の放射線管装置。
【請求項５】
前記筐体は、前記陰極及び陽極を収容する真空外囲器と、前記真空外囲器を収容するハウジングとを有し、前記放射部は、前記真空外囲器において放射線が通過する放射線通過部からなり、前記マルチスリットは、前記放射線通過部に設けられたマルチスリットパターンからなることを特徴とする請求項１記載の放射線管装置。
【請求項６】
放射線を透過する部分と吸収する部分とからなる格子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の格子と、前記第１の周期パターン像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、
前記放射線源に、請求項１〜５いずれか記載の放射線管装置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７】
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格子構造が周期的に配置された第２の格子と、前記第１及び第２の格子のいずれか一方を、前記第１及び第２の格子の格子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ことを特徴とする請求項６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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１０５７９（Ｐ２０１２−１１０５７９Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６３８１４（Ｐ２０１０−２６３８１４）
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【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６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２６日（２０１０．１１．２６）
【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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