Ｘ線干渉計撮影装置及びＸ線干渉計撮影方法
【課題】実用的な構成により高画質な画像が得られるＸ線干渉計撮影を可能とする。
【解決手段】焦点サイズが０．０３〜３（mm）のＸ線を照射するＸ線管、Ｘ線検出器、Ｘ線管とＸ線検出器間においてＸ線管に近接して配置される第０格子、Ｘ線管とＸ線検出器間においてＸ線検出器に近接して配置される第２格子、第０格子と第２格子間に配置される第１格子、を備え、第０格子の一辺の大きさＡｍ（mm）が下記式１を満たすＸ線干渉計撮影装置。
（式１）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
上記式１において、ＡｄはＸ線検出器の一辺の大きさ（mm）、αは拡大率を示す。Ｘ線管の焦点と第０格子間の距離をｄ１（mm）、Ｘ線管の焦点とＸ線検出器間の距離をｄ２（mm）としたとき、α＝ｄ２／ｄ１。Ｆは規格に従って求められたＸ線管の焦点サイズ（mm）。ｋはＸ線管の焦点移動量（mm）。
【解決手段】焦点サイズが０．０３〜３（mm）のＸ線を照射するＸ線管、Ｘ線検出器、Ｘ線管とＸ線検出器間においてＸ線管に近接して配置される第０格子、Ｘ線管とＸ線検出器間においてＸ線検出器に近接して配置される第２格子、第０格子と第２格子間に配置される第１格子、を備え、第０格子の一辺の大きさＡｍ（mm）が下記式１を満たすＸ線干渉計撮影装置。
（式１）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
上記式１において、ＡｄはＸ線検出器の一辺の大きさ（mm）、αは拡大率を示す。Ｘ線管の焦点と第０格子間の距離をｄ１（mm）、Ｘ線管の焦点とＸ線検出器間の距離をｄ２（mm）としたとき、α＝ｄ２／ｄ１。Ｆは規格に従って求められたＸ線管の焦点サイズ（mm）。ｋはＸ線管の焦点移動量（mm）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線干渉計撮影装置及びＸ線干渉計撮影方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
診断に広く用いられる医療用のＸ線画像のほとんどは、吸収コントラスト法による画像である。吸収コントラスト法では、Ｘ線が被写体を透過したとき、被写体の各部分でＸ線強度の減衰の差が生じる結果、コントラストが形成される。
これに対し、電磁波の１種であるＸ線の波動としての性質を利用し、Ｘ線回折による物質の構造解析の研究が行われてきた。医療の分野では、Ｘ線が物体を透過した後、Ｘ線の位相が変化することに着目して画像化する位相コントラスト法が開発された。
【０００３】
吸収コントラスト法は骨等のＸ線吸収が大きい被写体の撮影に有効であり、位相コントラスト法はＸ線吸収が小さい被写体に有効である。位相コントラスト法は、通常の吸収コントラスト法によっては画像として現れにくい乳房や関節軟骨、関節周辺等の軟部組織に対するＸ線画像診断への適用が期待されている。
【０００４】
Fitzgeraldによる位相コントラスト法の分類によれば（R. Fitzgerald, Phase-sensitive X-ray imaging, Phy. Today 2000;53(7):23-26参照）、インライン型の位相コントラスト法は乳房撮影に実用化され（例えば、特許文献１参照）、広く利用されている。干渉計を用いる位相コントラスト法では、マッハツエンダー型干渉計（例えば、特許文献２参照）や、タルボ干渉計（例えば、非特許文献１参照）が検討されている。
【０００５】
タルボ干渉計は、Talbotによって発見されたタルボ効果を利用した干渉計であり、広く知られている。タルボ効果とは、一定の周期でスリットが設けられた第１の格子を、干渉性の光が透過すると、光の進行方向に一定周期でその格子像を結ぶ現象をいう。この格子像は自己像と呼ばれる。タルボ干渉計はこの原理を利用し、自己像を結ぶ位置に第２の格子を配置し、この第２の格子の位置をわずかにずらすことで生じる干渉縞（モアレ）を測定する。タルボ干渉計を用いるＸ線干渉計撮影法は、干渉性Ｘ線を発生するＸ線源を光源として用い、第１の格子の前に物体を配置するとモアレ像が乱れることから、このモアレ像を用いた演算によって被写体像を再構成する方法である。
【０００６】
干渉性のＸ線を生じるＸ線源として、一般的にマイクロフォーカスＸ線源が用いられるが、マイクロフォーカスＸ線源はＸ線量が極めて少なく、人体の撮影には不向きである。
干渉性のＸ線として、放射光Ｘ線からの単色平行Ｘ線も用いることもできるが、放射光施設はSpring8等のように巨大な装置であり、実用的ではない。
【０００７】
広く医療現場で利用するには、焦点サイズが０．０３〜３．０（mm）のＸ線管が実用的である。しかし、このＸ線管では干渉性が十分なＸ線を得ることは極めて困難である。この問題を解消する方法として、タルボ・ロー法が知られている（例えば、特許文献３、４参照）。タルボ・ロー法によれば、Ｘ線管の焦点にできるだけ近い位置に回折格子、これを第０格子というが、第０格子を配置してこの第０格子によりあたかも点線源がいくつも連なってそれぞれからＸ線が照射されるように構成することで、タルボ効果を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３８６１５７２号公報
【特許文献２】特開平１０−２４８８３３号公報
【特許文献３】米国特許第５８１２６２９号
【特許文献４】特開２００８−１４５１１１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】P. Cletens, J. P. Guigay, C. De Martino et al. Fractional Talbot imaging of phase grating with hard x rays, Optc. Lett. 1997;22(14): 1059-1061
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、実用的なＸ線管を使用する場合、Ｘ線管の回転陽極は熱電子線の照射のため発熱し、Ｘ線の照射位置がずれる焦点移動という現象が起こる場合がある（関善隆、円谷喜明、土肥元達他、Ｘ線管装置の焦点移動量低減技術の開発、MEDIX、2002,Vol.36,p32-36参照）。Ｘ線の波長は１／１０Åオーダーと非常に短いため、タルボ・ロー法に用いられる各回折格子のスリットの周期幅は数μmと、一般のＸ線撮影装置には無い、極めて高い精度によって撮影装置が構成されている。そのため、焦点移動が生じたとき、第０格子のサイズが小さすぎると、第０格子のスリットを通過しないＸ線が生じ、モアレの形成そのものが阻害されることが考えられる。Ｘ線管の発熱は避けられず、実用化にあたっては焦点移動を勘案して第０格子を構成することが必要と考えられる。
【００１１】
また、第０格子のサイズを決定するには、タルボ・ロー法は被写体とＸ線検出器間を離間させる拡大撮影の１種であることを考慮する必要がある。Ｘ線検出器の大きさに対して第０格子が小さすぎてはモアレの形成が阻害される部分が生じるし、逆に大きすぎても不要に高精度のスリットを設けることとなり、無駄が大きい。
【００１２】
さらに、拡大撮影は被写体とＸ線検出器間を離間させるため、被写体に接するようにＸ線検出器を配置する通常のＸ線撮影に比べて撮影装置の全長が大きくなりがちである。しかし、撮影室内のスペースを考えれば、撮影装置の全長が３mを超えることは現実的ではない。一般の医療施設に設置する実用的な撮影装置とするためには、撮影装置全体のサイズや、撮影部位等の撮影対象の大きさを勘案した装置設計が必要となる。
【００１３】
本発明の課題は、実用的な構成により、高画質な画像が得られるＸ線干渉計撮影を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、
焦点サイズが０．０３〜３（mm）のＸ線を照射するＸ線管と、
Ｘ線検出器と、
前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器間において前記Ｘ線管に近接して配置される第０格子と、
前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器間において前記Ｘ線検出器に近接して配置される第２格子と、
前記第０格子と前記第２格子間に配置される第１格子と、を備え、
前記第０格子の一辺の大きさＡｍ（mm）が下記式１を満たすＸ線干渉計撮影装置が提供される。
（式１）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
ただし、上記式１において、ＡｄはＸ線検出器の一辺の大きさ（mm）である。αは拡大率を示し、Ｘ線管の焦点と第０格子間の距離をｄ１（mm）、Ｘ線管の焦点とＸ線検出器間の距離をｄ２（mm）としたとき、α＝ｄ２／ｄ１である。Ｆは規格に従って求められたＸ線管の焦点サイズ（mm）である。ｋはＸ線管の焦点移動量（mm）である。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、
前記第０格子の一辺の大きさＡｍ（mm）が下記式２を満たす請求項１に記載のＸ線干渉計撮影装置が提供される。
（式２）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・β・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
ただし、上記式２において、βは焦点サイズＦを基準として焦点のすそ野の大きさに応じて設定する係数であり、１≦β≦５である。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、
前記Ｘ線管の焦点と前記Ｘ線検出器間の距離ｄ２（mm）は、ｄ２≦３０００である請求項１又は２に記載のＸ線干渉計撮影装置が提供される。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、
焦点サイズが０．０３〜３（mm）のＸ線を照射するＸ線管と、Ｘ線検出器と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器間において前記Ｘ線管に近接して配置される第０格子と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器間において前記Ｘ線検出器に近接して配置される第２格子と、前記第０格子と前記第２格子間に配置される第１格子と、を備えるＸ線干渉計撮影装置によるＸ線干渉計撮影方法であって、
前記第０格子の一辺の大きさＡｍ（mm）が下記式１を満たすＸ線干渉計撮影方法が提供される。
（式１）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
ただし、上記式１において、ＡｄはＸ線検出器の一辺の大きさ（mm）である。αは拡大率を示し、Ｘ線管の焦点と第０格子間の距離をｄ１（mm）、Ｘ線管の焦点とＸ線検出器間の距離をｄ２（mm）としたとき、α＝ｄ２／ｄ１である。Ｆは規格に従って求められたＸ線管の焦点サイズ（mm）である。ｋはＸ線管の焦点移動量（mm）である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、焦点サイズを持つ実用的なＸ線管を用いたときに、第０格子の一辺の大きさを、十分なＸ線強度のＸ線を検出するのに最適な大きさに設計することができる。焦点移動が生じた場合も、十分なＸ線強度のＸ線を検出することができ、実用的な構成によって、高画質な画像が得られるＸ線干渉計撮影が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態に係るＸ線干渉計撮影装置を示す図である。
【図２】Ｘ線干渉計撮影に係る各構成部の位置関係を示す図である。
【図３】第０格子の斜視図である。
【図４】本体部の機能的構成を示す図である。
【図５】タルボ干渉計の原理を説明する図である。
【図６】第０格子の一辺の大きさの設計について説明する図である。
【図７】Ｘ線のＸ線強度分布を示す図である。
【図８】Ｘ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示す図である。
【図９】Ｘ線強度の低下による画質低下の例を示す図である。
【図１０】すそ野が広がる他の形状のＸ線強度分布の例を示す図である。
【図１１】焦点移動が生じた場合に、Ｘ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示す図である。
【図１２】（ａ）鳥手羽の骨の図である。（ｂ）（ａ）の骨をＸ線干渉計撮影装置により撮影して得られた再構成画像である。
【図１３】実施例２に係るＸ線干渉計撮影装置のＸ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示す図である。
【図１４】実施例３に係るＸ線干渉計撮影装置のＸ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示す図である。
【図１５】比較例１に係るＸ線干渉計撮影装置のＸ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示す図である。
【図１６】比較例２に係るＸ線干渉計撮影装置のＸ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係るＸ線干渉計撮影装置１を示す図である。Ｘ線干渉計撮影装置１はタルボ・ロー干渉計によるＸ線干渉計撮影を行う。
Ｘ線干渉計撮影装置１は、図１に示すように、Ｘ線管２、Ｘ線検出器３、第０格子４、第１格子５、第２格子６、被写体台７、本体部８を備えて構成されている。
【００２２】
図２は、Ｘ線干渉計撮影に係るＸ線管２、第０格子４、第１格子５、第２格子６、Ｘ線検出器３の位置関係を示している。
図２に示すように、第０格子４はＸ線管２とＸ線検出器３間にあって、Ｘ線管２に近接する位置に配置される。第２格子６はＸ線管２とＸ線検出器３間にあって、Ｘ線検出器３に近接する位置に配置される。第１格子５は第０格子４と第２格子６間に配置される。被写体台７は第０格子４と第１格子５間にあって第１格子５に近接するように設置される。Ｘ線管２の焦点と第０格子４間の距離をｄ１、Ｘ線管２の焦点とＸ線検出器３間の距離をｄ２、第０格子４と第１格子５間の距離をｄ３、第１格子５と第２格子６間の距離をｄ４で示す。
【００２３】
Ｘ線管２はＸ線を発生させ、照射する。Ｘ線管２としては、例えば医療現場で広く一般に用いられているクーリッジＸ線管や回転陽極Ｘ線管を用いることができる。陽極としてはタングステンやモリブデンが一般的に用いられる。Ｘ線管２に用いられる高圧発生器は、コンデンサー型、単層電流型、２相電流型、３相電流型、インバータ式がある。Ｘ線管電圧は２０〜１００（kV）が好ましい。
【００２４】
Ｘ線管２の焦点サイズＦ（mm）は０．０３≦Ｆ≦３である。さらに好ましくは０．１〜１（mm）である。上記クーリッジＸ線管等のように一般的に実用されているＸ線管は０．０３〜３（mm）の焦点サイズのものが多い。
【００２５】
Ｘ線管２の焦点サイズＦは、スリット法や点線源法のように規格化された測定方法によって求められる。規格としてはＪＩＳのＺ４１０２、Ｚ４７０４、ＩＥＣ６０３３６等が挙げられる。何れの規格によって測定してもよいが、本実施形態ではＩＥＣ６０３３６により測定された焦点サイズＦを採用する。
【００２６】
第０格子４は回折格子であり、図３に示すようにｘ方向に複数のスリット４２が所定間隔で設けられている。スリット４２はフォトリソグラフィー技術により、シリコンやタングステン、鉛、金といったＸ線の遮蔽力が大きい、つまりＸ線の吸収率が高い材質の基板４１に形成される。例えば、レジスト層をスリット状にマスクし、ＵＶを照射することでスリットのパターンをレジスト層に転写する。露光によってパターンと同じ形状のスリット構造を得て、電鋳法によりスリット構造間に金属を埋め込み、第０格子４を形成する。スリット４２はＸ線透過部、それ以外の基板４１部分はＸ線遮蔽部として機能する。
【００２７】
スリット４２の周期ｗＯは１〜６０（μm）である。１周期はスリット４２の幅ｗ０１と、スリット４２間にあるＸ線遮蔽部４３の幅ｗ０２との和をいう。スリット４２の幅ｗ０１は１周期ｗ０の１〜６０（%）の長さであり、さらに好ましくは１０〜４０（%）である。スリット４２の高さｈ（ｚ方向の長さ）は１〜５００（μm）であり、好ましくは１〜１５０（μm）である。
【００２８】
スリット４２の周期ｗ０は、第１格子５のスリットの周期をｗ１（μm）とすると、下記式により求めることができる。
ｗ０＝ｗ１・（ｄ３＋ｄ４）／ｄ４
この式を満たすように周期ｗ０を決定することにより、第０格子４及び第１格子５の各スリットを通過したＸ線による自己像が、それぞれ第２格子６上で重なり合い、いわばピントが合った状態とすることができる。
【００２９】
基板４１においてスリット４２の周期構造が無い部分、つまりスリット４２を囲む枠部分は、コリメータに該当し、干渉性が低い不要なＸ線を遮蔽するＸ線遮蔽部として機能する。これにより、画像周辺における画質低下を防ぐことが可能である。また、スリット４２の強度を維持することができ、スリット４２の精度維持につながる。第０格子４を設置する際には取付け用の取付部材を第０格子４の周辺に取り付けるが、スリット４２の周辺に枠部分を設けることにより、この取付けも容易となり、取付時においてもスリット４２の精度を維持することができる。枠部分の幅は数mm程度に形成すればよい。この枠部分も含めて第０格子４全体の大きさは３．０（mm）四方から２０（mm）四方が好ましい。
【００３０】
第１格子５は、第０格子４と同様にｘ方向に複数のスリットが設けられた回折格子である。第１格子５は、第０格子４と同様にＵＶのフォトリソグラフィーによって形成することもできるし、いわゆるＩＣＰ法によりシリコン基板に微細細線で深堀加工を行い、シリコンのみで格子構造を形成することとしてもよい。第１格子５の大きさは２０（mm）四方から半切サイズである。スリットの周期は１〜２０（μm）であり、スリットの幅はスリット周期の２０〜７０(%)とする。好ましくは、３５〜６０（%）である。また、第１格子５のスリットの高さは１〜１００（μm）である。
【００３１】
第１格子５として位相型を用いる場合、スリットの高さは、スリットの周期を形成する２種類の素材（Ｘ線透過部とＸ線遮蔽部）による位相差がπ／８〜１５×π／８となる高さとする。好ましくは、π／４〜３×π／４となる高さである。一方、第１格子５として吸収型を用いる場合、スリットの高さは、Ｘ線遮蔽部によりＸ線が十分吸収される高さとする。
【００３２】
第１格子５が位相型である場合、第１格子５と第２格子６間の距離ｄ４は、次の条件をほぼ満たすことが必要である。
ｄ４＝（ｍ＋１／２）・ｗ１２／λ
なお、ｍは整数であり、λはＸ線の波長である。
【００３３】
第２格子６は、第０格子４と同様にｘ方向に複数のスリットが設けられた回折格子である。第２格子６をフォトリソグラフィーにより形成することができる点は、第０格子４と同じである。第２格子６の大きさは２０（mm）四方から半切サイズである。第２格子６のスリットの周期は１〜２０（μm）である。スリットの幅は周期の３０〜７０（%）であり、好ましくは３５〜６０（%）である。スリットの高さは１〜１００（μm）である。
【００３４】
第２格子６は、第１格子５に対し相対的に所定角度だけ回転させて配置される。つまり第２格子６の面はｚ方向に対し垂直ではなく、傾いている。これにより、Ｘ線検出器３の検出面上にモアレが形成される。
第２格子６は、Ｘ線検出器３に当接するように配置することが好ましい。第２格子６とＸ線検出器３間の距離が大きくなるほど、Ｘ線検出器３により得られるモアレ画像がボケるからである。当接させる場合、第２格子６はＸ線検出器３と一体に構成してもよい。
【００３５】
Ｘ線検出器３はＸ線を検出し、そのＸ線量に応じてデジタルデータの画像を生成する。Ｘ線検出器３としては、ＦＰＤ（Flat Panel Detector）を用いることができる。ＦＰＤは、シンチレータプレートによって検出されたＸ線を、アモルファスシリコン又はＣＣＤ（Charge Coupled Device）により電気信号に変換する間接変換型、アモルファスセレンにより検出したＸ線を直接的に電気信号に変換する直接変換型の何れを用いてもよい。
【００３６】
間接変換型は、アモルファスシリコンのプレート上に、Ｘ線検出器３の各画素を構成するフォトダイオードのプレートが形成される。各画素はフォトダイオードとＴＦＴスイッチにより構成される。各列にコントロールラインが設けられ、その列のスイッチを全て動作させるため、連続的に電圧が加えられる。各行には読み出しラインがあり、特定の列が動作すれば、当該列の全ての画素から読み出しラインに信号が流れる。フォトダイオードのプレート上には、ＣｓＩやＧｄ２Ｏ２Ｓ等のシンチレータプレートが配置される。Ｘ線検出器３に入射したＸ線はシンチレータプレートに吸収され、発光した光により、フォトダイオードの各画素に電荷が蓄積される。
【００３７】
直接変換型は、アモルファスセレンの熱蒸着により、１００〜１０００（μm）の膜圧のセレン膜がガラス上に形成されている。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のアレイ上にアモルファスセレン膜と電極が蒸着される。アモルファスセレン膜がＸ線を吸収するとき、電子正孔対の形で物質内に電圧が遊離され、ＴＦＴスイッチを使用して電極間の電圧信号が読み取られる。
【００３８】
Ｘ線検出器３の画素サイズは１０〜２００（μm）であり、さらに好ましくは５０〜１００（μm）である。
【００３９】
上記Ｘ線管２の焦点からＸ線検出器３までの距離ｄ２は、３０００（mm）以下であることが好ましい。Ｘ線干渉計撮影装置１を撮影室内に設置できるようにするためであり、一般的に撮影室の大きさは３（m）程度だからである。
【００４０】
Ｘ線管２の焦点と第０格子４間の距離ｄ１は、５〜２００（mm）である。好ましくは５〜５０（mm）である。
Ｘ線管２の焦点と第１格子５間の距離は、３００〜５０００（mm）であり、好ましくは４００〜１５００（mm）である。
Ｘ線管２の焦点と第２格子６間の距離は、４００〜５０００（mm）であり、好ましくは５００〜２０００（mm）である。
Ｘ線管２の焦点とＸ線検出器３間の距離ｄ２は、４００〜５０００（mm）であり、好ましくは５００〜２０００（mm）である。
【００４１】
本体部８は、図４に示すように、制御部８１、操作部８２、表示部８３、通信部８４、記憶部８５を備えて構成されている。
制御部８１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成され、記憶部８５に記憶されているプログラムとの協働により、各種処理を実行する。例えば、制御部８１はＸ線管２によるＸ線の照射を制御し、ユーザによる操作部８２の操作に応じて、Ｘ線干渉計撮影を開始させる。
【００４２】
操作部８２は撮影条件等の入力操作に用いるキー群や、表示部８３のディスプレイと一体に構成されたタッチパネルを備え、これらの操作に応じた操作信号を生成して制御部８１に出力する。
表示部８３はディスプレイに各種操作画面等を表示する。
【００４３】
通信部８４は通信インターフェイスを備え、ネットワーク上の画像処理装置等の外部装置と通信する。例えば、通信部８４は、Ｘ線検出器３により得られ、記憶部８５に記憶されたモアレ画像を画像処理装置に送信する。
【００４４】
記憶部８５は、制御部８１により実行されるプログラム、プログラムの実行に必要なファイルやデータを記憶している。また、記憶部８５は、Ｘ線検出器３によって得られたモアレ画像を記憶する。
【００４５】
上記のように構成されたＸ線干渉計撮影装置１によるＸ線干渉計撮影方法について説明する。
最初に、図５を参照して、タルボ干渉計の原理について説明する。
図５に示すように、Ｘ線管２から照射されたＸ線が、一定の周期でスリットが設けられた第１格子５を透過すると、透過したＸ線がｚ方向に一定の間隔で像を結ぶ。この像を自己像といい、自己像が形成される現象をタルボ効果という。自己像を結ぶ位置に第２格子６が配置され、当該第２格子６は第１格子５と平行な位置からわずかに回転されて傾けられているので、第２格子を透過したＸ線により干渉縞の像（以下、モアレ画像という）Ｍが得られる。Ｘ線管２と第１格子５間に被写体Ｈが存在する場合、被写体ＨによってＸ線の位相がずれるため、図５に示すようにモアレ画像Ｍでは被写体Ｈの辺縁を境界に干渉縞が乱れる。このようにしてＸ線検出器３により得られたモアレ画像Ｍを演算することによって干渉縞の乱れを検出し、被写体像を画像化することができる。
【００４６】
上記タルボ干渉計は、Ｘ線源が理想的な点線源であることを前提としている。タルボ・ロー干渉計によるＸ線干渉計撮影方法は、図２に示すように、Ｘ線源であるＸ線管２と第１格子５との間にあってＸ線管２に近い位置に、複数のスリットを持つ第０格子４を配置し、第０格子４のスリットをＸ線が透過することで、あたかも点線源が複数連なってＸ線が照射されているかのように多光源化する方法である。これにより、Ｘ線源が理想的な点線源ではなく、焦点がある程度大きい場合にも、タルボ干渉計と同様のタルボ効果を得ることができる。
【００４７】
Ｘ線検出器３によって得られたモアレ画像は、ネットワーク上の画像処理装置に送信され、画像処理装置において当該モアレ画像から被写体像が再構成される。画像処理装置は、モアレ画像から位相情報を求め、縞走査法により微分位相像を算出する。具体的には、Ｘ線干渉計撮影時、第１格子５、第２格子６が、それぞれの格子の１周期より短い間隔で等間隔毎に複数ステップ移動され、ステップ毎に撮影が行われてモアレ画像が得られる。画像処理装置は、各モアレ画像において各画素のステップ毎の強度変化を求め、当該強度変化より微分位相を算出する。ステップ数は２〜２０、さらに好ましくは３〜１０である（参照文献（１）K.Hibino, B.F.Oreb and D.I.Farrant, Phase shifting for nonsinusoidal wave forms with phase-shift errors, J.Opt.Soc.Am.A, Vol.12, 761-768(1995)、参照文献（２）A.Momose, W.Yashiro, Y. Takeda, Y.Suzuki and T.Hattori, Phase Tomography by X-ray Talbot Interferometetry for biological imaging, Jpn. J. Appl. Phys., Vol.45, 5254-5262(2006)）。
【００４８】
上記のように複数枚のモアレ画像を用いずとも、１枚のモアレ画像からフーリエ変換によって微分位相像を求めることもできる。モアレ画像の足し合わせ方法を変えることにより、一般のＸ線撮影で得られる吸収コントラスト画像と等価な画像を得ることができる。また、小角散乱コントラスト画像を得ることができる。
【００４９】
算出された微分位相像又は微分位相像を積分して得られる位相像は、被写体像の再構成画像として用いられる。再構成画像はディスプレイに表示し、医療用のイメージャやプリンタによってプリントすることが可能である。
【００５０】
本実施形態において、第０格子４は、一辺の大きさＡｍ（mm）が下記式１を満たすように構成される。一辺の大きさＡｍとは、図３に示すようにｘ方向又はｙ方向においてスリット４２の周期構造が存在する部分の長さをいう。スリット４２の周期構造はｘ方向、ｙ方向の何れも同じ大きさに構成されることもあるし、異なる大きさに構成されることもある。どちらの場合も、ｘ方向の一辺の大きさＡｍ、ｙ方向の一辺の大きさＡｍは、それぞれ式１を満たすように構成される。
（式１）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
ただし、上記式１において、ＡｄはＸ線検出器３の一辺の大きさ（mm）である。αは拡大率を示し、Ｘ線管２の焦点と第０格子４間の距離をｄ１（mm）、Ｘ線管２の焦点とＸ線検出器３間の距離をｄ２（m）としたとき、α＝ｄ２／ｄ１である。Ｆは規格に従って求められたＸ線管２の焦点サイズ（mm）である。ｋはＸ線管２の焦点移動量（mm）である。
【００５１】
点線源ではなく、焦点サイズＦを持つＸ線管２を用いるので、照射されるＸ線のＸ線強度分布は中心からすそ野が広がるような形状を有する。このようなＸ線強度分布をさらに考慮する場合、一辺の大きさＡｍは下記式２を満たす必要がある。
（式２）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・β・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
ただし、上記式２において、βは焦点サイズＦを基準として焦点のすそ野の大きさに応じて設定する係数であり、１≦β≦５である。
【００５２】
上記式１及び式２において、第１項Ａｄ・α−１はタルボ・ロー干渉計によるＸ線干渉計撮影が拡大撮影であることを考慮して設けられている。図６に示すように、Ｘ線源が点線源である場合を想定すると、第０格子４の一辺Ａｍは少なくともｒ１に該当する大きさが必要である。ｒ１はＸ線検出器３の大きさＡｄ、距離ｄ１、ｄ２から、ｒ１＝Ａｄ・α−１と求められる。
【００５３】
上記式１の第２項（１−α−１）・Ｆは、Ｘ線管２が点線源ではなく、焦点サイズＦを持つことを考慮して設けられている。焦点が焦点サイズＦを持つ場合、図６に示すように、焦点が点であると考える点線源の場合に対しｒ２の大きさだけ、第０格子４の一辺の大きさＡｍを大きくする必要がある。ｒ２は、焦点サイズＦと距離ｄ１、ｄ２からｒ２＝（１−α−１）・Ｆと求められる。
【００５４】
上記式２の第２項（１−α−１）・β・Ｆは、Ｘ線管２のすそ野を含めた焦点の大きさがさらに考慮されている。
図７は、Ｘ線管２から照射されるＸ線のＬＳＦ（Line Spread Function）を示している。図７において横軸の位置はｘ方向又はｙ方向の位置を示す。図７に示すように、Ｘ線管２から発生するＸ線は、中心からすそ野が広がったガウス分布状のＸ線強度分布を示す。そのため、Ｘ線管２の焦点の大きさはどの相対Ｘ線強度のときの大きさを採用するかによって変わってくる。前述のＩＥＣ６０３３６の規格によって測定される焦点サイズＦは、相対Ｘ線強度が１５％となるときの大きさをＸ線管２の焦点サイズＦとして採用したものである。このように規格に従って求められた焦点サイズＦは、用いるＸ線管２を選択する際の基準として用いられる。
【００５５】
相対Ｘ線強度が１５％のときの焦点サイズＦ（mm）を基準に、係数β（１≦β≦５）によって各相対Ｘ線強度のときの焦点の大きさをβ・Ｆで表す。βが大きいほど、焦点の大きさβ・Ｆには、Ｘ線強度分布のすそ野部分がより多く考慮される。例えば、図７に示すように、β＝１．５のとき、β・Ｆで表される焦点の大きさは、β＝１のときよりすそ野側の大きさが採用される。すなわち、係数βはモアレ画像を形成するＸ線として、Ｘ線強度分布において広がったすそ野部分をどの程度考慮すべきかを表す指標であるといえる。
【００５６】
図８は、Ｘ線検出器３に入射するＸ線のＸ線強度分布を示す図である。図８において、横軸の位置はｘ方向又はｙ方向の位置を表し、距離Ａｄに該当する位置はＸ線検出器３が配置されている位置を示す。βが大きいほど、β・Ｆで表される焦点の大きさは大きくなるので、図８に示すように、相対線強度が９９％以上となる領域Ｖｓは、β＝１の場合よりβ＝１．５の場合の方が大きい。β＝１の場合、β＝１．５よりもＸ線検出器３の検出面の端部においてＸ線強度が低下しやすいといえる。
【００５７】
Ｘ線検出器３の検出面においてＸ線強度が低下すると、図９に示すように微分位相像においてＸ線強度の低下部分のアーチファクトが顕著になり、最終的に得られる再構成画像の画質が大きく低下する。
このように、すそ野が広がるＸ線強度分布において、どの相対Ｘ線強度のときの大きさを焦点の大きさとしてとらえるかによって、十分なＸ線強度が得られない部分が生じる場合があることから、広がったすそ野部分を考慮して第０格子４の一辺の大きさＡｍを決定する必要がある。式２の第２項（１−α−１）・β・Ｆは、式１の第２項（１−α−１）・Ｆに対し、Ｘ線検出器３において十分なＸ線強度のＸ線が検出されるように、規格に従って求められた焦点の大きさＦに代えて、Ｘ線強度分布のすそ野部分も考慮された焦点の大きさβ・Ｆが用いられている。
【００５８】
なお、焦点のＸ線強度分布は、図７に示すようにすそ野部分がゆるやかに収束していくガウス分布状ではなく、図１０に示すような形状を有する場合がある。ガウス分布状の場合、β＝１．５程度の設定でよいが、図１０に示す形状の場合、すそ野が占める割合が大きくなるため、βも１〜５程度と、大きく設定する必要がある。一般的に用いられるＸ線管であれば、１≦β≦５の設定により焦点の大きさβ・Ｆを表すことができる。
【００５９】
上記式１及び式２の第３項（１−α−１）・ｋは、Ｘ線管２の焦点移動を考慮して設けられている。
Ｘ線管２において焦点移動が生じた場合、Ｘ線強度の低下により画質の低下が起こる場合がある。例えば、焦点移動が生じると、図１１に示すようにＸ線強度分布の位置が焦点の移動に伴ってシフトする。その結果、Ｘ線検出器３の検出面端部にＸ線強度が低い領域が多く含まれ、検出面の端部がＸ線強度不足となる。Ｘ線強度不足によって画質が低下することは、図９を参照して前述した通りである。
【００６０】
焦点移動が生じても十分なＸ線強度のＸ線がＸ線検出器３において検出されるように、図６に示すように、焦点移動する範囲ｒ３に該当する分だけ第０格子４の一辺の大きさＡｍを大きくする必要がある。ｒ３は、焦点移動量ｋと拡大率αとからｒ３＝（１−α−１）・ｋと求められる。
【００６１】
以上のように、本実施形態によれば、Ｘ線干渉計撮影装置１は、焦点サイズＦが０．０３〜３（mm）のＸ線を照射するＸ線管２と、Ｘ線検出器３と、Ｘ線管２とＸ線検出器３間においてＸ線管２に近接して配置される第０格子４と、Ｘ線管２とＸ線検出器３間においてＸ線検出器３に近接して配置される第２格子６と、第０格子４と第２格子６間に配置される第１格子５と、を備え、第０格子４の一辺の大きさＡｍ（mm）が上記式１を満たす。
【００６２】
これにより、焦点サイズＦを持つ実用的なＸ線管２を用いた場合でも、Ｘ線検出器３において十分なＸ線強度が得られるように、第０格子４を設計することができる。また、実用的なＸ線管２は焦点移動を生じることがあるが、焦点移動が生じてもＸ線検出器３において十分なＸ線強度が得られるように、第０格子４を設計することができる。
このように、本実施形態によれば、実用的な構成により、Ｘ線吸収が小さい軟体組織等も高感度に撮影することが可能となる。ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）等の高度な撮影装置を用いずとも高画質な画像を得ることができる。
【００６３】
また、第０格子４の一辺の大きさＡｍ（mm）は下記式２を満たす。
（式２）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・β・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
これにより、中心からすそ野が広がるＸ線強度分布であることを考慮して、Ｘ線検出器３により十分なＸ線強度のＸ線を検出できるように、第０格子４の大きさＡｍを設計することができる。
【００６４】
また、Ｘ線管２の焦点とＸ線検出器３間の距離ｄ２（mm）は、ｄ２≦３０００であるので、３（ｍ）程度の医療施設の撮影室内にＸ線干渉計撮影装置１を設置することができる。
【実施例】
【００６５】
（１）実施例１
下記実験条件によりＸ線干渉計撮影装置を構成した。
Ｘ線管：焦点サイズＦ＝０．４（mm）のタングステンターゲット、付加フィルターは２．５（mm）のアルミニウムを用い、管電圧４０（kVp）とした。
第０格子：周期ｗ０＝３０（μm）、スリット幅ｗ０１＝１０（μm）、高さｈ＝１００（μm）のスリットを構成した。スリット部分はフォトレジストで構成し、Ｘ線遮光部は金で構成した。
第１格子：周期ｗ１＝４．５（μm）、スリット幅２．２５（μm）、高さ３（μm）のスリットを構成した。スリット部分はフォトレジストで構成し、Ｘ線遮光部は金で構成した。
第２格子：周期ｗ２＝５．３（μm）、スリット幅２．６５（μm）、高さ３０（μm）のスリットを構成した。スリット部分はフォトレジストで構成し、Ｘ線遮光部は金で構成した。
Ｘ線検出器：Ｇｄ２Ｏ２Ｓのシンチレータプレートを持つ間接変換型を用いた。画素サイズ１５（μm）、一辺の大きさＡｄ＝６０（mm）、検出面積は６０（mm）四方である。
【００６６】
Ｘ線管、第０格子〜第２格子、Ｘ線検出器は次の距離を設けて配置した。
Ｘ線管の焦点位置と第０格子間の距離ｄ１＝５０（mm）、第０格子と第１格子間の距離ｄ３＝１６８９(mm)、第１格子と第２格子間の距離ｄ４＝２９８（mm）、第２格子とＸ線検出器間の距離は５（mm）である。この構成の下では、ｄ２＝２０４２（mm）であり、α＝４０．８４である。
Ｘ線管の焦点移動量ｋ＝０．２（mm）（焦点移動発生前の位置を基準に±０．１（mm）の焦点移動）、β＝１．５とし、これら条件の下、０番格子の一辺の大きさＡｍが式２を満たすように、ｘ方向、ｙ方向ともにＡｍ＝２．２５（mm）に決定した。
【００６７】
下記表１に実施例１の主な条件を示す。
【表１】
【００６８】
上記構成のＸ線干渉計撮影装置によって図１２（ａ）に示す鳥の手羽を撮影した。図１２（ｂ）は撮影によって最終的に得られた再構成画像である。図１２（ｂ）に示すように、軟骨等の軟体組織まで画像化できており、高感度な撮影が行われたことがわかる。
【００６９】
（２）実施例２
上記実施例１に係るＸ線干渉計撮影装置において、Ｘ線管の焦点サイズＦを変更した他は実施例１と同様の条件により、実施例２に係るＸ線干渉計撮影装置を構成した。実施例２における主な条件を上記表１に示す。これらの条件から式２を満たすように第０格子の一辺の大きさＡｍを、Ａｍ＝２．２２（mm）に決定した。
【００７０】
図１３は、実施例２に係るＸ線干渉計撮影装置において、Ｘ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示している。
図１３に示すように、ｘ方向における焦点移動が±０．１（mm）ある場合でも、Ｘ線検出器の検出面上ではＸ線強度の低下は無い。焦点移動が生じてもＸ線強度が９９％以上となる有効領域Ｖｔの大きさは、Ｘ線検出器の一辺の大きさＡｄを超える６５．５（mm）であった。
【００７１】
（３）実施例３
上記実施例１に係るＸ線干渉計撮影装置において、Ｘ線管の焦点サイズＦ、係数βを変更した他は実施例１と同様の条件により、実施例２に係るＸ線干渉計撮影装置を構成した。実施例２における主な条件を上記表１に示す。これらの条件から式１を満たすように第０格子の一辺の大きさＡｍを、Ａｍ＝２．０３（mm）に決定した。
【００７２】
図１４は、実施例３に係るＸ線干渉計撮影装置において、Ｘ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示している。
図１４に示すように、ｘ方向における焦点移動によって、Ｘ線検出器の検出面端部において若干Ｘ線強度の低下が見られるが、Ｘ線強度の低下が生じる程度と領域は小さく、診断上画質に問題は無い。焦点移動が生じてもＸ線強度が９９％以上となる有効領域Ｖｔの大きさは５５．６（mm）であった。
【００７３】
（４）比較例１
比較例１ではＸ線管の焦点移動を考慮せずに第０格子の一辺の大きさＡｍを決定した。比較例１における主な条件を上記表１に示す。異なる条件があること以外は、実施例１と同様に比較例１に係るＸ線干渉計撮影装置を構成した。また、これらの条件から下記式３により第０格子の一辺の大きさＡｍを、Ａｍ＝１．８４（mm）に決定した。このＡｍの値は式１を満たさない。
（式３） Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・β・Ｆ
【００７４】
図１５は、比較例１に係るＸ線干渉計撮影装置において、Ｘ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示している。
図１５に示すように、焦点移動によって、Ｘ線検出器の検出面端部にかなりのＸ線強度の低下が見られる。焦点移動が生じてもＸ線強度が９９％以上となる有効領域Ｖｔの大きさは４８．４（mm）であった。Ａｄ＝６０（mm）であるので、±０．１（mm）の焦点移動が生じると、画像端部から約５．８（mm）分の領域について画質が低下する。
【００７５】
（５）比較例２
比較例２ではＸ線管の焦点移動及び焦点の大きさを考慮せずに第０格子のサイズＡｍを決定した。比較例２における条件を上記表１に示す。条件が異なる以外は、実施例１と同様に比較例２に係るＸ線干渉計撮影装置を構成した。また、これらの条件から下記式４により第０格子の一辺の大きさＡｍを、Ａｍ＝１．４７（mm）に決定した。このＡｍの値は式１を満たさない。
（式４） Ａｍ≧Ａｄ・α−１
【００７６】
図１６は、比較例２に係るＸ線干渉計撮影装置において、Ｘ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示している。
図１６に示すように、焦点移動によって、Ｘ線検出器の検出面端部にかなりのＸ線強度の低下が見られる。Ｘ線強度が９９％以上の有効領域Ｖｔの大きさは３３．７（mm）であった。Ａｄ＝６０（mm）であるので、±０．１（mm）の焦点移動が生じると、画像端部から約１３．１（mm）分の領域について画質が低下する。
【符号の説明】
【００７７】
１ Ｘ線干渉計撮影装置
２ Ｘ線管
３ Ｘ線検出器
４ 第０格子
４２ スリット
４３ Ｘ線遮蔽部
５ 第１格子
６ 第２格子
７ 被写体台
８ 本体部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線干渉計撮影装置及びＸ線干渉計撮影方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
診断に広く用いられる医療用のＸ線画像のほとんどは、吸収コントラスト法による画像である。吸収コントラスト法では、Ｘ線が被写体を透過したとき、被写体の各部分でＸ線強度の減衰の差が生じる結果、コントラストが形成される。
これに対し、電磁波の１種であるＸ線の波動としての性質を利用し、Ｘ線回折による物質の構造解析の研究が行われてきた。医療の分野では、Ｘ線が物体を透過した後、Ｘ線の位相が変化することに着目して画像化する位相コントラスト法が開発された。
【０００３】
吸収コントラスト法は骨等のＸ線吸収が大きい被写体の撮影に有効であり、位相コントラスト法はＸ線吸収が小さい被写体に有効である。位相コントラスト法は、通常の吸収コントラスト法によっては画像として現れにくい乳房や関節軟骨、関節周辺等の軟部組織に対するＸ線画像診断への適用が期待されている。
【０００４】
Fitzgeraldによる位相コントラスト法の分類によれば（R. Fitzgerald, Phase-sensitive X-ray imaging, Phy. Today 2000;53(7):23-26参照）、インライン型の位相コントラスト法は乳房撮影に実用化され（例えば、特許文献１参照）、広く利用されている。干渉計を用いる位相コントラスト法では、マッハツエンダー型干渉計（例えば、特許文献２参照）や、タルボ干渉計（例えば、非特許文献１参照）が検討されている。
【０００５】
タルボ干渉計は、Talbotによって発見されたタルボ効果を利用した干渉計であり、広く知られている。タルボ効果とは、一定の周期でスリットが設けられた第１の格子を、干渉性の光が透過すると、光の進行方向に一定周期でその格子像を結ぶ現象をいう。この格子像は自己像と呼ばれる。タルボ干渉計はこの原理を利用し、自己像を結ぶ位置に第２の格子を配置し、この第２の格子の位置をわずかにずらすことで生じる干渉縞（モアレ）を測定する。タルボ干渉計を用いるＸ線干渉計撮影法は、干渉性Ｘ線を発生するＸ線源を光源として用い、第１の格子の前に物体を配置するとモアレ像が乱れることから、このモアレ像を用いた演算によって被写体像を再構成する方法である。
【０００６】
干渉性のＸ線を生じるＸ線源として、一般的にマイクロフォーカスＸ線源が用いられるが、マイクロフォーカスＸ線源はＸ線量が極めて少なく、人体の撮影には不向きである。
干渉性のＸ線として、放射光Ｘ線からの単色平行Ｘ線も用いることもできるが、放射光施設はSpring8等のように巨大な装置であり、実用的ではない。
【０００７】
広く医療現場で利用するには、焦点サイズが０．０３〜３．０（mm）のＸ線管が実用的である。しかし、このＸ線管では干渉性が十分なＸ線を得ることは極めて困難である。この問題を解消する方法として、タルボ・ロー法が知られている（例えば、特許文献３、４参照）。タルボ・ロー法によれば、Ｘ線管の焦点にできるだけ近い位置に回折格子、これを第０格子というが、第０格子を配置してこの第０格子によりあたかも点線源がいくつも連なってそれぞれからＸ線が照射されるように構成することで、タルボ効果を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３８６１５７２号公報
【特許文献２】特開平１０−２４８８３３号公報
【特許文献３】米国特許第５８１２６２９号
【特許文献４】特開２００８−１４５１１１号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】P. Cletens, J. P. Guigay, C. De Martino et al. Fractional Talbot imaging of phase grating with hard x rays, Optc. Lett. 1997;22(14): 1059-1061
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、実用的なＸ線管を使用する場合、Ｘ線管の回転陽極は熱電子線の照射のため発熱し、Ｘ線の照射位置がずれる焦点移動という現象が起こる場合がある（関善隆、円谷喜明、土肥元達他、Ｘ線管装置の焦点移動量低減技術の開発、MEDIX、2002,Vol.36,p32-36参照）。Ｘ線の波長は１／１０Åオーダーと非常に短いため、タルボ・ロー法に用いられる各回折格子のスリットの周期幅は数μmと、一般のＸ線撮影装置には無い、極めて高い精度によって撮影装置が構成されている。そのため、焦点移動が生じたとき、第０格子のサイズが小さすぎると、第０格子のスリットを通過しないＸ線が生じ、モアレの形成そのものが阻害されることが考えられる。Ｘ線管の発熱は避けられず、実用化にあたっては焦点移動を勘案して第０格子を構成することが必要と考えられる。
【００１１】
また、第０格子のサイズを決定するには、タルボ・ロー法は被写体とＸ線検出器間を離間させる拡大撮影の１種であることを考慮する必要がある。Ｘ線検出器の大きさに対して第０格子が小さすぎてはモアレの形成が阻害される部分が生じるし、逆に大きすぎても不要に高精度のスリットを設けることとなり、無駄が大きい。
【００１２】
さらに、拡大撮影は被写体とＸ線検出器間を離間させるため、被写体に接するようにＸ線検出器を配置する通常のＸ線撮影に比べて撮影装置の全長が大きくなりがちである。しかし、撮影室内のスペースを考えれば、撮影装置の全長が３mを超えることは現実的ではない。一般の医療施設に設置する実用的な撮影装置とするためには、撮影装置全体のサイズや、撮影部位等の撮影対象の大きさを勘案した装置設計が必要となる。
【００１３】
本発明の課題は、実用的な構成により、高画質な画像が得られるＸ線干渉計撮影を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、
焦点サイズが０．０３〜３（mm）のＸ線を照射するＸ線管と、
Ｘ線検出器と、
前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器間において前記Ｘ線管に近接して配置される第０格子と、
前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器間において前記Ｘ線検出器に近接して配置される第２格子と、
前記第０格子と前記第２格子間に配置される第１格子と、を備え、
前記第０格子の一辺の大きさＡｍ（mm）が下記式１を満たすＸ線干渉計撮影装置が提供される。
（式１）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
ただし、上記式１において、ＡｄはＸ線検出器の一辺の大きさ（mm）である。αは拡大率を示し、Ｘ線管の焦点と第０格子間の距離をｄ１（mm）、Ｘ線管の焦点とＸ線検出器間の距離をｄ２（mm）としたとき、α＝ｄ２／ｄ１である。Ｆは規格に従って求められたＸ線管の焦点サイズ（mm）である。ｋはＸ線管の焦点移動量（mm）である。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、
前記第０格子の一辺の大きさＡｍ（mm）が下記式２を満たす請求項１に記載のＸ線干渉計撮影装置が提供される。
（式２）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・β・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
ただし、上記式２において、βは焦点サイズＦを基準として焦点のすそ野の大きさに応じて設定する係数であり、１≦β≦５である。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、
前記Ｘ線管の焦点と前記Ｘ線検出器間の距離ｄ２（mm）は、ｄ２≦３０００である請求項１又は２に記載のＸ線干渉計撮影装置が提供される。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、
焦点サイズが０．０３〜３（mm）のＸ線を照射するＸ線管と、Ｘ線検出器と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器間において前記Ｘ線管に近接して配置される第０格子と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器間において前記Ｘ線検出器に近接して配置される第２格子と、前記第０格子と前記第２格子間に配置される第１格子と、を備えるＸ線干渉計撮影装置によるＸ線干渉計撮影方法であって、
前記第０格子の一辺の大きさＡｍ（mm）が下記式１を満たすＸ線干渉計撮影方法が提供される。
（式１）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
ただし、上記式１において、ＡｄはＸ線検出器の一辺の大きさ（mm）である。αは拡大率を示し、Ｘ線管の焦点と第０格子間の距離をｄ１（mm）、Ｘ線管の焦点とＸ線検出器間の距離をｄ２（mm）としたとき、α＝ｄ２／ｄ１である。Ｆは規格に従って求められたＸ線管の焦点サイズ（mm）である。ｋはＸ線管の焦点移動量（mm）である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、焦点サイズを持つ実用的なＸ線管を用いたときに、第０格子の一辺の大きさを、十分なＸ線強度のＸ線を検出するのに最適な大きさに設計することができる。焦点移動が生じた場合も、十分なＸ線強度のＸ線を検出することができ、実用的な構成によって、高画質な画像が得られるＸ線干渉計撮影が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態に係るＸ線干渉計撮影装置を示す図である。
【図２】Ｘ線干渉計撮影に係る各構成部の位置関係を示す図である。
【図３】第０格子の斜視図である。
【図４】本体部の機能的構成を示す図である。
【図５】タルボ干渉計の原理を説明する図である。
【図６】第０格子の一辺の大きさの設計について説明する図である。
【図７】Ｘ線のＸ線強度分布を示す図である。
【図８】Ｘ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示す図である。
【図９】Ｘ線強度の低下による画質低下の例を示す図である。
【図１０】すそ野が広がる他の形状のＸ線強度分布の例を示す図である。
【図１１】焦点移動が生じた場合に、Ｘ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示す図である。
【図１２】（ａ）鳥手羽の骨の図である。（ｂ）（ａ）の骨をＸ線干渉計撮影装置により撮影して得られた再構成画像である。
【図１３】実施例２に係るＸ線干渉計撮影装置のＸ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示す図である。
【図１４】実施例３に係るＸ線干渉計撮影装置のＸ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示す図である。
【図１５】比較例１に係るＸ線干渉計撮影装置のＸ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示す図である。
【図１６】比較例２に係るＸ線干渉計撮影装置のＸ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係るＸ線干渉計撮影装置１を示す図である。Ｘ線干渉計撮影装置１はタルボ・ロー干渉計によるＸ線干渉計撮影を行う。
Ｘ線干渉計撮影装置１は、図１に示すように、Ｘ線管２、Ｘ線検出器３、第０格子４、第１格子５、第２格子６、被写体台７、本体部８を備えて構成されている。
【００２２】
図２は、Ｘ線干渉計撮影に係るＸ線管２、第０格子４、第１格子５、第２格子６、Ｘ線検出器３の位置関係を示している。
図２に示すように、第０格子４はＸ線管２とＸ線検出器３間にあって、Ｘ線管２に近接する位置に配置される。第２格子６はＸ線管２とＸ線検出器３間にあって、Ｘ線検出器３に近接する位置に配置される。第１格子５は第０格子４と第２格子６間に配置される。被写体台７は第０格子４と第１格子５間にあって第１格子５に近接するように設置される。Ｘ線管２の焦点と第０格子４間の距離をｄ１、Ｘ線管２の焦点とＸ線検出器３間の距離をｄ２、第０格子４と第１格子５間の距離をｄ３、第１格子５と第２格子６間の距離をｄ４で示す。
【００２３】
Ｘ線管２はＸ線を発生させ、照射する。Ｘ線管２としては、例えば医療現場で広く一般に用いられているクーリッジＸ線管や回転陽極Ｘ線管を用いることができる。陽極としてはタングステンやモリブデンが一般的に用いられる。Ｘ線管２に用いられる高圧発生器は、コンデンサー型、単層電流型、２相電流型、３相電流型、インバータ式がある。Ｘ線管電圧は２０〜１００（kV）が好ましい。
【００２４】
Ｘ線管２の焦点サイズＦ（mm）は０．０３≦Ｆ≦３である。さらに好ましくは０．１〜１（mm）である。上記クーリッジＸ線管等のように一般的に実用されているＸ線管は０．０３〜３（mm）の焦点サイズのものが多い。
【００２５】
Ｘ線管２の焦点サイズＦは、スリット法や点線源法のように規格化された測定方法によって求められる。規格としてはＪＩＳのＺ４１０２、Ｚ４７０４、ＩＥＣ６０３３６等が挙げられる。何れの規格によって測定してもよいが、本実施形態ではＩＥＣ６０３３６により測定された焦点サイズＦを採用する。
【００２６】
第０格子４は回折格子であり、図３に示すようにｘ方向に複数のスリット４２が所定間隔で設けられている。スリット４２はフォトリソグラフィー技術により、シリコンやタングステン、鉛、金といったＸ線の遮蔽力が大きい、つまりＸ線の吸収率が高い材質の基板４１に形成される。例えば、レジスト層をスリット状にマスクし、ＵＶを照射することでスリットのパターンをレジスト層に転写する。露光によってパターンと同じ形状のスリット構造を得て、電鋳法によりスリット構造間に金属を埋め込み、第０格子４を形成する。スリット４２はＸ線透過部、それ以外の基板４１部分はＸ線遮蔽部として機能する。
【００２７】
スリット４２の周期ｗＯは１〜６０（μm）である。１周期はスリット４２の幅ｗ０１と、スリット４２間にあるＸ線遮蔽部４３の幅ｗ０２との和をいう。スリット４２の幅ｗ０１は１周期ｗ０の１〜６０（%）の長さであり、さらに好ましくは１０〜４０（%）である。スリット４２の高さｈ（ｚ方向の長さ）は１〜５００（μm）であり、好ましくは１〜１５０（μm）である。
【００２８】
スリット４２の周期ｗ０は、第１格子５のスリットの周期をｗ１（μm）とすると、下記式により求めることができる。
ｗ０＝ｗ１・（ｄ３＋ｄ４）／ｄ４
この式を満たすように周期ｗ０を決定することにより、第０格子４及び第１格子５の各スリットを通過したＸ線による自己像が、それぞれ第２格子６上で重なり合い、いわばピントが合った状態とすることができる。
【００２９】
基板４１においてスリット４２の周期構造が無い部分、つまりスリット４２を囲む枠部分は、コリメータに該当し、干渉性が低い不要なＸ線を遮蔽するＸ線遮蔽部として機能する。これにより、画像周辺における画質低下を防ぐことが可能である。また、スリット４２の強度を維持することができ、スリット４２の精度維持につながる。第０格子４を設置する際には取付け用の取付部材を第０格子４の周辺に取り付けるが、スリット４２の周辺に枠部分を設けることにより、この取付けも容易となり、取付時においてもスリット４２の精度を維持することができる。枠部分の幅は数mm程度に形成すればよい。この枠部分も含めて第０格子４全体の大きさは３．０（mm）四方から２０（mm）四方が好ましい。
【００３０】
第１格子５は、第０格子４と同様にｘ方向に複数のスリットが設けられた回折格子である。第１格子５は、第０格子４と同様にＵＶのフォトリソグラフィーによって形成することもできるし、いわゆるＩＣＰ法によりシリコン基板に微細細線で深堀加工を行い、シリコンのみで格子構造を形成することとしてもよい。第１格子５の大きさは２０（mm）四方から半切サイズである。スリットの周期は１〜２０（μm）であり、スリットの幅はスリット周期の２０〜７０(%)とする。好ましくは、３５〜６０（%）である。また、第１格子５のスリットの高さは１〜１００（μm）である。
【００３１】
第１格子５として位相型を用いる場合、スリットの高さは、スリットの周期を形成する２種類の素材（Ｘ線透過部とＸ線遮蔽部）による位相差がπ／８〜１５×π／８となる高さとする。好ましくは、π／４〜３×π／４となる高さである。一方、第１格子５として吸収型を用いる場合、スリットの高さは、Ｘ線遮蔽部によりＸ線が十分吸収される高さとする。
【００３２】
第１格子５が位相型である場合、第１格子５と第２格子６間の距離ｄ４は、次の条件をほぼ満たすことが必要である。
ｄ４＝（ｍ＋１／２）・ｗ１２／λ
なお、ｍは整数であり、λはＸ線の波長である。
【００３３】
第２格子６は、第０格子４と同様にｘ方向に複数のスリットが設けられた回折格子である。第２格子６をフォトリソグラフィーにより形成することができる点は、第０格子４と同じである。第２格子６の大きさは２０（mm）四方から半切サイズである。第２格子６のスリットの周期は１〜２０（μm）である。スリットの幅は周期の３０〜７０（%）であり、好ましくは３５〜６０（%）である。スリットの高さは１〜１００（μm）である。
【００３４】
第２格子６は、第１格子５に対し相対的に所定角度だけ回転させて配置される。つまり第２格子６の面はｚ方向に対し垂直ではなく、傾いている。これにより、Ｘ線検出器３の検出面上にモアレが形成される。
第２格子６は、Ｘ線検出器３に当接するように配置することが好ましい。第２格子６とＸ線検出器３間の距離が大きくなるほど、Ｘ線検出器３により得られるモアレ画像がボケるからである。当接させる場合、第２格子６はＸ線検出器３と一体に構成してもよい。
【００３５】
Ｘ線検出器３はＸ線を検出し、そのＸ線量に応じてデジタルデータの画像を生成する。Ｘ線検出器３としては、ＦＰＤ（Flat Panel Detector）を用いることができる。ＦＰＤは、シンチレータプレートによって検出されたＸ線を、アモルファスシリコン又はＣＣＤ（Charge Coupled Device）により電気信号に変換する間接変換型、アモルファスセレンにより検出したＸ線を直接的に電気信号に変換する直接変換型の何れを用いてもよい。
【００３６】
間接変換型は、アモルファスシリコンのプレート上に、Ｘ線検出器３の各画素を構成するフォトダイオードのプレートが形成される。各画素はフォトダイオードとＴＦＴスイッチにより構成される。各列にコントロールラインが設けられ、その列のスイッチを全て動作させるため、連続的に電圧が加えられる。各行には読み出しラインがあり、特定の列が動作すれば、当該列の全ての画素から読み出しラインに信号が流れる。フォトダイオードのプレート上には、ＣｓＩやＧｄ２Ｏ２Ｓ等のシンチレータプレートが配置される。Ｘ線検出器３に入射したＸ線はシンチレータプレートに吸収され、発光した光により、フォトダイオードの各画素に電荷が蓄積される。
【００３７】
直接変換型は、アモルファスセレンの熱蒸着により、１００〜１０００（μm）の膜圧のセレン膜がガラス上に形成されている。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のアレイ上にアモルファスセレン膜と電極が蒸着される。アモルファスセレン膜がＸ線を吸収するとき、電子正孔対の形で物質内に電圧が遊離され、ＴＦＴスイッチを使用して電極間の電圧信号が読み取られる。
【００３８】
Ｘ線検出器３の画素サイズは１０〜２００（μm）であり、さらに好ましくは５０〜１００（μm）である。
【００３９】
上記Ｘ線管２の焦点からＸ線検出器３までの距離ｄ２は、３０００（mm）以下であることが好ましい。Ｘ線干渉計撮影装置１を撮影室内に設置できるようにするためであり、一般的に撮影室の大きさは３（m）程度だからである。
【００４０】
Ｘ線管２の焦点と第０格子４間の距離ｄ１は、５〜２００（mm）である。好ましくは５〜５０（mm）である。
Ｘ線管２の焦点と第１格子５間の距離は、３００〜５０００（mm）であり、好ましくは４００〜１５００（mm）である。
Ｘ線管２の焦点と第２格子６間の距離は、４００〜５０００（mm）であり、好ましくは５００〜２０００（mm）である。
Ｘ線管２の焦点とＸ線検出器３間の距離ｄ２は、４００〜５０００（mm）であり、好ましくは５００〜２０００（mm）である。
【００４１】
本体部８は、図４に示すように、制御部８１、操作部８２、表示部８３、通信部８４、記憶部８５を備えて構成されている。
制御部８１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等から構成され、記憶部８５に記憶されているプログラムとの協働により、各種処理を実行する。例えば、制御部８１はＸ線管２によるＸ線の照射を制御し、ユーザによる操作部８２の操作に応じて、Ｘ線干渉計撮影を開始させる。
【００４２】
操作部８２は撮影条件等の入力操作に用いるキー群や、表示部８３のディスプレイと一体に構成されたタッチパネルを備え、これらの操作に応じた操作信号を生成して制御部８１に出力する。
表示部８３はディスプレイに各種操作画面等を表示する。
【００４３】
通信部８４は通信インターフェイスを備え、ネットワーク上の画像処理装置等の外部装置と通信する。例えば、通信部８４は、Ｘ線検出器３により得られ、記憶部８５に記憶されたモアレ画像を画像処理装置に送信する。
【００４４】
記憶部８５は、制御部８１により実行されるプログラム、プログラムの実行に必要なファイルやデータを記憶している。また、記憶部８５は、Ｘ線検出器３によって得られたモアレ画像を記憶する。
【００４５】
上記のように構成されたＸ線干渉計撮影装置１によるＸ線干渉計撮影方法について説明する。
最初に、図５を参照して、タルボ干渉計の原理について説明する。
図５に示すように、Ｘ線管２から照射されたＸ線が、一定の周期でスリットが設けられた第１格子５を透過すると、透過したＸ線がｚ方向に一定の間隔で像を結ぶ。この像を自己像といい、自己像が形成される現象をタルボ効果という。自己像を結ぶ位置に第２格子６が配置され、当該第２格子６は第１格子５と平行な位置からわずかに回転されて傾けられているので、第２格子を透過したＸ線により干渉縞の像（以下、モアレ画像という）Ｍが得られる。Ｘ線管２と第１格子５間に被写体Ｈが存在する場合、被写体ＨによってＸ線の位相がずれるため、図５に示すようにモアレ画像Ｍでは被写体Ｈの辺縁を境界に干渉縞が乱れる。このようにしてＸ線検出器３により得られたモアレ画像Ｍを演算することによって干渉縞の乱れを検出し、被写体像を画像化することができる。
【００４６】
上記タルボ干渉計は、Ｘ線源が理想的な点線源であることを前提としている。タルボ・ロー干渉計によるＸ線干渉計撮影方法は、図２に示すように、Ｘ線源であるＸ線管２と第１格子５との間にあってＸ線管２に近い位置に、複数のスリットを持つ第０格子４を配置し、第０格子４のスリットをＸ線が透過することで、あたかも点線源が複数連なってＸ線が照射されているかのように多光源化する方法である。これにより、Ｘ線源が理想的な点線源ではなく、焦点がある程度大きい場合にも、タルボ干渉計と同様のタルボ効果を得ることができる。
【００４７】
Ｘ線検出器３によって得られたモアレ画像は、ネットワーク上の画像処理装置に送信され、画像処理装置において当該モアレ画像から被写体像が再構成される。画像処理装置は、モアレ画像から位相情報を求め、縞走査法により微分位相像を算出する。具体的には、Ｘ線干渉計撮影時、第１格子５、第２格子６が、それぞれの格子の１周期より短い間隔で等間隔毎に複数ステップ移動され、ステップ毎に撮影が行われてモアレ画像が得られる。画像処理装置は、各モアレ画像において各画素のステップ毎の強度変化を求め、当該強度変化より微分位相を算出する。ステップ数は２〜２０、さらに好ましくは３〜１０である（参照文献（１）K.Hibino, B.F.Oreb and D.I.Farrant, Phase shifting for nonsinusoidal wave forms with phase-shift errors, J.Opt.Soc.Am.A, Vol.12, 761-768(1995)、参照文献（２）A.Momose, W.Yashiro, Y. Takeda, Y.Suzuki and T.Hattori, Phase Tomography by X-ray Talbot Interferometetry for biological imaging, Jpn. J. Appl. Phys., Vol.45, 5254-5262(2006)）。
【００４８】
上記のように複数枚のモアレ画像を用いずとも、１枚のモアレ画像からフーリエ変換によって微分位相像を求めることもできる。モアレ画像の足し合わせ方法を変えることにより、一般のＸ線撮影で得られる吸収コントラスト画像と等価な画像を得ることができる。また、小角散乱コントラスト画像を得ることができる。
【００４９】
算出された微分位相像又は微分位相像を積分して得られる位相像は、被写体像の再構成画像として用いられる。再構成画像はディスプレイに表示し、医療用のイメージャやプリンタによってプリントすることが可能である。
【００５０】
本実施形態において、第０格子４は、一辺の大きさＡｍ（mm）が下記式１を満たすように構成される。一辺の大きさＡｍとは、図３に示すようにｘ方向又はｙ方向においてスリット４２の周期構造が存在する部分の長さをいう。スリット４２の周期構造はｘ方向、ｙ方向の何れも同じ大きさに構成されることもあるし、異なる大きさに構成されることもある。どちらの場合も、ｘ方向の一辺の大きさＡｍ、ｙ方向の一辺の大きさＡｍは、それぞれ式１を満たすように構成される。
（式１）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
ただし、上記式１において、ＡｄはＸ線検出器３の一辺の大きさ（mm）である。αは拡大率を示し、Ｘ線管２の焦点と第０格子４間の距離をｄ１（mm）、Ｘ線管２の焦点とＸ線検出器３間の距離をｄ２（m）としたとき、α＝ｄ２／ｄ１である。Ｆは規格に従って求められたＸ線管２の焦点サイズ（mm）である。ｋはＸ線管２の焦点移動量（mm）である。
【００５１】
点線源ではなく、焦点サイズＦを持つＸ線管２を用いるので、照射されるＸ線のＸ線強度分布は中心からすそ野が広がるような形状を有する。このようなＸ線強度分布をさらに考慮する場合、一辺の大きさＡｍは下記式２を満たす必要がある。
（式２）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・β・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
ただし、上記式２において、βは焦点サイズＦを基準として焦点のすそ野の大きさに応じて設定する係数であり、１≦β≦５である。
【００５２】
上記式１及び式２において、第１項Ａｄ・α−１はタルボ・ロー干渉計によるＸ線干渉計撮影が拡大撮影であることを考慮して設けられている。図６に示すように、Ｘ線源が点線源である場合を想定すると、第０格子４の一辺Ａｍは少なくともｒ１に該当する大きさが必要である。ｒ１はＸ線検出器３の大きさＡｄ、距離ｄ１、ｄ２から、ｒ１＝Ａｄ・α−１と求められる。
【００５３】
上記式１の第２項（１−α−１）・Ｆは、Ｘ線管２が点線源ではなく、焦点サイズＦを持つことを考慮して設けられている。焦点が焦点サイズＦを持つ場合、図６に示すように、焦点が点であると考える点線源の場合に対しｒ２の大きさだけ、第０格子４の一辺の大きさＡｍを大きくする必要がある。ｒ２は、焦点サイズＦと距離ｄ１、ｄ２からｒ２＝（１−α−１）・Ｆと求められる。
【００５４】
上記式２の第２項（１−α−１）・β・Ｆは、Ｘ線管２のすそ野を含めた焦点の大きさがさらに考慮されている。
図７は、Ｘ線管２から照射されるＸ線のＬＳＦ（Line Spread Function）を示している。図７において横軸の位置はｘ方向又はｙ方向の位置を示す。図７に示すように、Ｘ線管２から発生するＸ線は、中心からすそ野が広がったガウス分布状のＸ線強度分布を示す。そのため、Ｘ線管２の焦点の大きさはどの相対Ｘ線強度のときの大きさを採用するかによって変わってくる。前述のＩＥＣ６０３３６の規格によって測定される焦点サイズＦは、相対Ｘ線強度が１５％となるときの大きさをＸ線管２の焦点サイズＦとして採用したものである。このように規格に従って求められた焦点サイズＦは、用いるＸ線管２を選択する際の基準として用いられる。
【００５５】
相対Ｘ線強度が１５％のときの焦点サイズＦ（mm）を基準に、係数β（１≦β≦５）によって各相対Ｘ線強度のときの焦点の大きさをβ・Ｆで表す。βが大きいほど、焦点の大きさβ・Ｆには、Ｘ線強度分布のすそ野部分がより多く考慮される。例えば、図７に示すように、β＝１．５のとき、β・Ｆで表される焦点の大きさは、β＝１のときよりすそ野側の大きさが採用される。すなわち、係数βはモアレ画像を形成するＸ線として、Ｘ線強度分布において広がったすそ野部分をどの程度考慮すべきかを表す指標であるといえる。
【００５６】
図８は、Ｘ線検出器３に入射するＸ線のＸ線強度分布を示す図である。図８において、横軸の位置はｘ方向又はｙ方向の位置を表し、距離Ａｄに該当する位置はＸ線検出器３が配置されている位置を示す。βが大きいほど、β・Ｆで表される焦点の大きさは大きくなるので、図８に示すように、相対線強度が９９％以上となる領域Ｖｓは、β＝１の場合よりβ＝１．５の場合の方が大きい。β＝１の場合、β＝１．５よりもＸ線検出器３の検出面の端部においてＸ線強度が低下しやすいといえる。
【００５７】
Ｘ線検出器３の検出面においてＸ線強度が低下すると、図９に示すように微分位相像においてＸ線強度の低下部分のアーチファクトが顕著になり、最終的に得られる再構成画像の画質が大きく低下する。
このように、すそ野が広がるＸ線強度分布において、どの相対Ｘ線強度のときの大きさを焦点の大きさとしてとらえるかによって、十分なＸ線強度が得られない部分が生じる場合があることから、広がったすそ野部分を考慮して第０格子４の一辺の大きさＡｍを決定する必要がある。式２の第２項（１−α−１）・β・Ｆは、式１の第２項（１−α−１）・Ｆに対し、Ｘ線検出器３において十分なＸ線強度のＸ線が検出されるように、規格に従って求められた焦点の大きさＦに代えて、Ｘ線強度分布のすそ野部分も考慮された焦点の大きさβ・Ｆが用いられている。
【００５８】
なお、焦点のＸ線強度分布は、図７に示すようにすそ野部分がゆるやかに収束していくガウス分布状ではなく、図１０に示すような形状を有する場合がある。ガウス分布状の場合、β＝１．５程度の設定でよいが、図１０に示す形状の場合、すそ野が占める割合が大きくなるため、βも１〜５程度と、大きく設定する必要がある。一般的に用いられるＸ線管であれば、１≦β≦５の設定により焦点の大きさβ・Ｆを表すことができる。
【００５９】
上記式１及び式２の第３項（１−α−１）・ｋは、Ｘ線管２の焦点移動を考慮して設けられている。
Ｘ線管２において焦点移動が生じた場合、Ｘ線強度の低下により画質の低下が起こる場合がある。例えば、焦点移動が生じると、図１１に示すようにＸ線強度分布の位置が焦点の移動に伴ってシフトする。その結果、Ｘ線検出器３の検出面端部にＸ線強度が低い領域が多く含まれ、検出面の端部がＸ線強度不足となる。Ｘ線強度不足によって画質が低下することは、図９を参照して前述した通りである。
【００６０】
焦点移動が生じても十分なＸ線強度のＸ線がＸ線検出器３において検出されるように、図６に示すように、焦点移動する範囲ｒ３に該当する分だけ第０格子４の一辺の大きさＡｍを大きくする必要がある。ｒ３は、焦点移動量ｋと拡大率αとからｒ３＝（１−α−１）・ｋと求められる。
【００６１】
以上のように、本実施形態によれば、Ｘ線干渉計撮影装置１は、焦点サイズＦが０．０３〜３（mm）のＸ線を照射するＸ線管２と、Ｘ線検出器３と、Ｘ線管２とＸ線検出器３間においてＸ線管２に近接して配置される第０格子４と、Ｘ線管２とＸ線検出器３間においてＸ線検出器３に近接して配置される第２格子６と、第０格子４と第２格子６間に配置される第１格子５と、を備え、第０格子４の一辺の大きさＡｍ（mm）が上記式１を満たす。
【００６２】
これにより、焦点サイズＦを持つ実用的なＸ線管２を用いた場合でも、Ｘ線検出器３において十分なＸ線強度が得られるように、第０格子４を設計することができる。また、実用的なＸ線管２は焦点移動を生じることがあるが、焦点移動が生じてもＸ線検出器３において十分なＸ線強度が得られるように、第０格子４を設計することができる。
このように、本実施形態によれば、実用的な構成により、Ｘ線吸収が小さい軟体組織等も高感度に撮影することが可能となる。ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）等の高度な撮影装置を用いずとも高画質な画像を得ることができる。
【００６３】
また、第０格子４の一辺の大きさＡｍ（mm）は下記式２を満たす。
（式２）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・β・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
これにより、中心からすそ野が広がるＸ線強度分布であることを考慮して、Ｘ線検出器３により十分なＸ線強度のＸ線を検出できるように、第０格子４の大きさＡｍを設計することができる。
【００６４】
また、Ｘ線管２の焦点とＸ線検出器３間の距離ｄ２（mm）は、ｄ２≦３０００であるので、３（ｍ）程度の医療施設の撮影室内にＸ線干渉計撮影装置１を設置することができる。
【実施例】
【００６５】
（１）実施例１
下記実験条件によりＸ線干渉計撮影装置を構成した。
Ｘ線管：焦点サイズＦ＝０．４（mm）のタングステンターゲット、付加フィルターは２．５（mm）のアルミニウムを用い、管電圧４０（kVp）とした。
第０格子：周期ｗ０＝３０（μm）、スリット幅ｗ０１＝１０（μm）、高さｈ＝１００（μm）のスリットを構成した。スリット部分はフォトレジストで構成し、Ｘ線遮光部は金で構成した。
第１格子：周期ｗ１＝４．５（μm）、スリット幅２．２５（μm）、高さ３（μm）のスリットを構成した。スリット部分はフォトレジストで構成し、Ｘ線遮光部は金で構成した。
第２格子：周期ｗ２＝５．３（μm）、スリット幅２．６５（μm）、高さ３０（μm）のスリットを構成した。スリット部分はフォトレジストで構成し、Ｘ線遮光部は金で構成した。
Ｘ線検出器：Ｇｄ２Ｏ２Ｓのシンチレータプレートを持つ間接変換型を用いた。画素サイズ１５（μm）、一辺の大きさＡｄ＝６０（mm）、検出面積は６０（mm）四方である。
【００６６】
Ｘ線管、第０格子〜第２格子、Ｘ線検出器は次の距離を設けて配置した。
Ｘ線管の焦点位置と第０格子間の距離ｄ１＝５０（mm）、第０格子と第１格子間の距離ｄ３＝１６８９(mm)、第１格子と第２格子間の距離ｄ４＝２９８（mm）、第２格子とＸ線検出器間の距離は５（mm）である。この構成の下では、ｄ２＝２０４２（mm）であり、α＝４０．８４である。
Ｘ線管の焦点移動量ｋ＝０．２（mm）（焦点移動発生前の位置を基準に±０．１（mm）の焦点移動）、β＝１．５とし、これら条件の下、０番格子の一辺の大きさＡｍが式２を満たすように、ｘ方向、ｙ方向ともにＡｍ＝２．２５（mm）に決定した。
【００６７】
下記表１に実施例１の主な条件を示す。
【表１】
【００６８】
上記構成のＸ線干渉計撮影装置によって図１２（ａ）に示す鳥の手羽を撮影した。図１２（ｂ）は撮影によって最終的に得られた再構成画像である。図１２（ｂ）に示すように、軟骨等の軟体組織まで画像化できており、高感度な撮影が行われたことがわかる。
【００６９】
（２）実施例２
上記実施例１に係るＸ線干渉計撮影装置において、Ｘ線管の焦点サイズＦを変更した他は実施例１と同様の条件により、実施例２に係るＸ線干渉計撮影装置を構成した。実施例２における主な条件を上記表１に示す。これらの条件から式２を満たすように第０格子の一辺の大きさＡｍを、Ａｍ＝２．２２（mm）に決定した。
【００７０】
図１３は、実施例２に係るＸ線干渉計撮影装置において、Ｘ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示している。
図１３に示すように、ｘ方向における焦点移動が±０．１（mm）ある場合でも、Ｘ線検出器の検出面上ではＸ線強度の低下は無い。焦点移動が生じてもＸ線強度が９９％以上となる有効領域Ｖｔの大きさは、Ｘ線検出器の一辺の大きさＡｄを超える６５．５（mm）であった。
【００７１】
（３）実施例３
上記実施例１に係るＸ線干渉計撮影装置において、Ｘ線管の焦点サイズＦ、係数βを変更した他は実施例１と同様の条件により、実施例２に係るＸ線干渉計撮影装置を構成した。実施例２における主な条件を上記表１に示す。これらの条件から式１を満たすように第０格子の一辺の大きさＡｍを、Ａｍ＝２．０３（mm）に決定した。
【００７２】
図１４は、実施例３に係るＸ線干渉計撮影装置において、Ｘ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示している。
図１４に示すように、ｘ方向における焦点移動によって、Ｘ線検出器の検出面端部において若干Ｘ線強度の低下が見られるが、Ｘ線強度の低下が生じる程度と領域は小さく、診断上画質に問題は無い。焦点移動が生じてもＸ線強度が９９％以上となる有効領域Ｖｔの大きさは５５．６（mm）であった。
【００７３】
（４）比較例１
比較例１ではＸ線管の焦点移動を考慮せずに第０格子の一辺の大きさＡｍを決定した。比較例１における主な条件を上記表１に示す。異なる条件があること以外は、実施例１と同様に比較例１に係るＸ線干渉計撮影装置を構成した。また、これらの条件から下記式３により第０格子の一辺の大きさＡｍを、Ａｍ＝１．８４（mm）に決定した。このＡｍの値は式１を満たさない。
（式３） Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・β・Ｆ
【００７４】
図１５は、比較例１に係るＸ線干渉計撮影装置において、Ｘ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示している。
図１５に示すように、焦点移動によって、Ｘ線検出器の検出面端部にかなりのＸ線強度の低下が見られる。焦点移動が生じてもＸ線強度が９９％以上となる有効領域Ｖｔの大きさは４８．４（mm）であった。Ａｄ＝６０（mm）であるので、±０．１（mm）の焦点移動が生じると、画像端部から約５．８（mm）分の領域について画質が低下する。
【００７５】
（５）比較例２
比較例２ではＸ線管の焦点移動及び焦点の大きさを考慮せずに第０格子のサイズＡｍを決定した。比較例２における条件を上記表１に示す。条件が異なる以外は、実施例１と同様に比較例２に係るＸ線干渉計撮影装置を構成した。また、これらの条件から下記式４により第０格子の一辺の大きさＡｍを、Ａｍ＝１．４７（mm）に決定した。このＡｍの値は式１を満たさない。
（式４） Ａｍ≧Ａｄ・α−１
【００７６】
図１６は、比較例２に係るＸ線干渉計撮影装置において、Ｘ線検出器に入射するＸ線のＸ線強度分布を示している。
図１６に示すように、焦点移動によって、Ｘ線検出器の検出面端部にかなりのＸ線強度の低下が見られる。Ｘ線強度が９９％以上の有効領域Ｖｔの大きさは３３．７（mm）であった。Ａｄ＝６０（mm）であるので、±０．１（mm）の焦点移動が生じると、画像端部から約１３．１（mm）分の領域について画質が低下する。
【符号の説明】
【００７７】
１ Ｘ線干渉計撮影装置
２ Ｘ線管
３ Ｘ線検出器
４ 第０格子
４２ スリット
４３ Ｘ線遮蔽部
５ 第１格子
６ 第２格子
７ 被写体台
８ 本体部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点サイズが０．０３〜３（mm）のＸ線を照射するＸ線管と、
Ｘ線検出器と、
前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器間において前記Ｘ線管に近接して配置される第０格子と、
前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器間において前記Ｘ線検出器に近接して配置される第２格子と、
前記第０格子と前記第２格子間に配置される第１格子と、を備え、
前記第０格子の一辺の大きさＡｍ（mm）が下記式１を満たすＸ線干渉計撮影装置。
（式１）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
ただし、上記式１において、ＡｄはＸ線検出器の一辺の大きさ（mm）である。αは拡大率を示し、Ｘ線管の焦点と第０格子間の距離をｄ１（mm）、Ｘ線管の焦点とＸ線検出器間の距離をｄ２（mm）としたとき、α＝ｄ２／ｄ１である。Ｆは規格に従って求められたＸ線管の焦点サイズ（mm）である。ｋはＸ線管の焦点移動量（mm）である。
【請求項２】
前記第０格子の一辺の大きさＡｍ（mm）が下記式２を満たす請求項１に記載のＸ線干渉計撮影装置。
（式２）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・β・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
ただし、上記式２において、βは焦点サイズＦを基準として焦点のすそ野の大きさに応じて設定する係数であり、１≦β≦５である。
【請求項３】
前記Ｘ線管の焦点と前記Ｘ線検出器間の距離ｄ２（mm）は、ｄ２≦３０００である請求項１又は２に記載のＸ線干渉計撮影装置。
【請求項４】
焦点サイズが０．０３〜３（mm）のＸ線を照射するＸ線管と、Ｘ線検出器と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器間において前記Ｘ線管に近接して配置される第０格子と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器間において前記Ｘ線検出器に近接して配置される第２格子と、前記第０格子と前記第２格子間に配置される第１格子と、を備えるＸ線干渉計撮影装置によるＸ線干渉計撮影方法であって、
前記第０格子の一辺の大きさＡｍ（mm）が下記式１を満たすＸ線干渉計撮影方法。
（式１）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
ただし、上記式１において、ＡｄはＸ線検出器の一辺の大きさ（mm）である。αは拡大率を示し、Ｘ線管の焦点と第０格子間の距離をｄ１（mm）、Ｘ線管の焦点とＸ線検出器間の距離をｄ２（mm）としたとき、α＝ｄ２／ｄ１である。Ｆは規格に従って求められたＸ線管の焦点サイズ（mm）である。ｋはＸ線管の焦点移動量（mm）である。
【請求項１】
焦点サイズが０．０３〜３（mm）のＸ線を照射するＸ線管と、
Ｘ線検出器と、
前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器間において前記Ｘ線管に近接して配置される第０格子と、
前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器間において前記Ｘ線検出器に近接して配置される第２格子と、
前記第０格子と前記第２格子間に配置される第１格子と、を備え、
前記第０格子の一辺の大きさＡｍ（mm）が下記式１を満たすＸ線干渉計撮影装置。
（式１）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
ただし、上記式１において、ＡｄはＸ線検出器の一辺の大きさ（mm）である。αは拡大率を示し、Ｘ線管の焦点と第０格子間の距離をｄ１（mm）、Ｘ線管の焦点とＸ線検出器間の距離をｄ２（mm）としたとき、α＝ｄ２／ｄ１である。Ｆは規格に従って求められたＸ線管の焦点サイズ（mm）である。ｋはＸ線管の焦点移動量（mm）である。
【請求項２】
前記第０格子の一辺の大きさＡｍ（mm）が下記式２を満たす請求項１に記載のＸ線干渉計撮影装置。
（式２）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・β・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
ただし、上記式２において、βは焦点サイズＦを基準として焦点のすそ野の大きさに応じて設定する係数であり、１≦β≦５である。
【請求項３】
前記Ｘ線管の焦点と前記Ｘ線検出器間の距離ｄ２（mm）は、ｄ２≦３０００である請求項１又は２に記載のＸ線干渉計撮影装置。
【請求項４】
焦点サイズが０．０３〜３（mm）のＸ線を照射するＸ線管と、Ｘ線検出器と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器間において前記Ｘ線管に近接して配置される第０格子と、前記Ｘ線管と前記Ｘ線検出器間において前記Ｘ線検出器に近接して配置される第２格子と、前記第０格子と前記第２格子間に配置される第１格子と、を備えるＸ線干渉計撮影装置によるＸ線干渉計撮影方法であって、
前記第０格子の一辺の大きさＡｍ（mm）が下記式１を満たすＸ線干渉計撮影方法。
（式１）Ａｍ≧Ａｄ・α−１＋（１−α−１）・Ｆ＋（１−α−１）・ｋ
ただし、上記式１において、ＡｄはＸ線検出器の一辺の大きさ（mm）である。αは拡大率を示し、Ｘ線管の焦点と第０格子間の距離をｄ１（mm）、Ｘ線管の焦点とＸ線検出器間の距離をｄ２（mm）としたとき、α＝ｄ２／ｄ１である。Ｆは規格に従って求められたＸ線管の焦点サイズ（mm）である。ｋはＸ線管の焦点移動量（mm）である。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２５３１５７（Ｐ２０１０−２５３１５７Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０８９９８（Ｐ２００９−１０８９９８）
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【出願人】（３０３０００４２０）コニカミノルタエムジー株式会社 (2,950)
【Ｆターム（参考）】
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