Ｘ線撮像装置およびＸ線撮像方法
【課題】屈折コントラスト法に替わるＸ線撮像装置およびＸ線撮像方法を提供する。
【解決手段】被検知物によるＸ線の位相変化を用いて撮像するＸ線撮像装置であって、Ｘ線発生手段１０１から発生したＸ線を空間的に分割する分割素子１０３と、分割素子により分割されたＸ線の入射により第１の蛍光を生じる第１の蛍光体が複数配列された第１の蛍光体アレイ１０５と、第１の蛍光体アレイを透過したＸ線の入射により前記第１の蛍光とは異なるスペクトルを有する第２の蛍光を生じる第２の蛍光体が複数配列された第２の蛍光体アレイ１０６と、前記第１の蛍光と前記第２の蛍光を検出する検出手段１０７と、を有し、第２の蛍光体は、前記Ｘ線の入射位置の変化に応じて蛍光の発光量が変化する発光量勾配を有する。
【解決手段】被検知物によるＸ線の位相変化を用いて撮像するＸ線撮像装置であって、Ｘ線発生手段１０１から発生したＸ線を空間的に分割する分割素子１０３と、分割素子により分割されたＸ線の入射により第１の蛍光を生じる第１の蛍光体が複数配列された第１の蛍光体アレイ１０５と、第１の蛍光体アレイを透過したＸ線の入射により前記第１の蛍光とは異なるスペクトルを有する第２の蛍光を生じる第２の蛍光体が複数配列された第２の蛍光体アレイ１０６と、前記第１の蛍光と前記第２の蛍光を検出する検出手段１０７と、を有し、第２の蛍光体は、前記Ｘ線の入射位置の変化に応じて蛍光の発光量が変化する発光量勾配を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線を用いたＸ線撮像装置、およびＸ線撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線を用いた非破壊検査法は工業利用から医療利用まで幅広い分野で用いられている。Ｘ線は波長が約１ｐｍ〜１０ｎｍ（１０−１２〜１０−８ｍ）程度の電磁波であり、このうち波長の短いＸ線（約２ｋｅＶ〜１００ｋｅＶ）を硬Ｘ線、波長の長いＸ線（約０．１ｋｅＶ〜２ｋｅＶ）を軟Ｘ線という。
【０００３】
例えば、Ｘ線による吸収能の違いを用いた吸収コントラスト法ではＸ線の透過能の高さを利用し、鉄鋼材料などの内部亀裂検査や手荷物検査などのセキュリティ分野の用途として実用化されている。一方、Ｘ線の吸収によるコントラストが形成されにくい低密度の被検知物に対しては、被検知物によるＸ線の位相変化を検出するＸ線位相イメージングが有効である。
【０００４】
各種Ｘ線位相イメージングにおいて、特許文献１に示される屈折コントラスト法は、Ｘ線の被検知物による屈折効果を利用した方法である。この屈折コントラスト法は、微焦点のＸ線源を用い、被検知物と検出器の距離を離して撮像される。この方法によれば、Ｘ線の被検知物による屈折効果から被検知物の輪郭が強調されて検出される。また、この方法は屈折効果を利用するため、多くのＸ線位相イメージング手法の場合と異なりシンクロトロン放射光のような干渉性の高いＸ線を必ずしも必要としないという特徴がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０２２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された屈折コントラスト法では、Ｘ線の被検知物による屈折効果における屈折角が非常に小さく、輪郭強調した像を得るには検知物と検出器の距離を十分に離す必要性がある。そのため、特許文献１の方法では、装置の大型化を招くという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、屈折コントラスト法に替わるＸ線撮像装置およびＸ線撮像方法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】
【０００８】
本発明に係るＸ線撮像装置は、被検知物によるＸ線の位相変化を用いて撮像するＸ線撮像装置であって、Ｘ線発生手段から発生したＸ線を空間的に分割する分割素子と、前記分割素子により分割されたＸ線の入射により第１の蛍光を生じる第１の蛍光体が複数配列された第１の蛍光体アレイと、前記第１の蛍光体アレイを透過したＸ線の入射により前記第１の蛍光とは異なるスペクトルを有する第２の蛍光を生じる第２の蛍光体が複数配列された第２の蛍光体アレイと、前記第１の蛍光と前記第２の蛍光を検出する検出手段と、を有し、前記第２の蛍光体は、前記Ｘ線の入射位置の変化に応じて蛍光の発光量が変化する発光量勾配を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、屈折コントラスト法に替わるＸ線撮像装置およびＸ線撮像方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１におけるＸ線撮像装置の構成例を説明する図。
【図２】本発明の実施形態１及び２における蛍光体アレイの一部分について説明する図。
【図３】本発明の実施形態１における演算処理の方法について説明するフロー図。
【図４】本発明の実施形態１及び２における蛍光体及び検出手段の一部分について説明する図。
【図５】本発明の実施形態２における蛍光体アレイの一部分について説明する図。
【図６】本発明の実施形態２における演算処理の方法について説明するフロー図。
【図７】本発明の実施形態３における蛍光体及び検出手段の一部分について説明する図。
【図８】本発明の実施形態３における演算処理の方法について説明するフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態では、発光量勾配を有する蛍光体を複数配列した蛍光体アレイを用いて屈折効果による位置変化に関する情報を取得する。ここで、発光量勾配を有する蛍光体とは、Ｘ線の入射位置により、蛍光の発光量が変化する蛍光体のことをいう。この蛍光体は、形状を連続的に変化させるか、または、単位体積あたりの発光量を連続的に変化させることにより構成することができる。なお、本明細書では、「連続的」との用語は「段階的」の概念を含むものとして取り扱う。例えば、ステップ状に発光量が変化している形態も本発明に含まれる。本発明の実施形態では、上記のように発光量勾配を有する蛍光体を用いたことから、上記屈折コントラスト法の問題点を解決することができる。
【００１２】
本発明者らがこの撮像方法について検討を進めたところ、異なる発光スペクトルを有する２種以上の蛍光体を用いれば、１種類の蛍光体で構成したものよりも多くの情報を１回の撮像で取得できることに思い至った。
【００１３】
例えば、実施形態１で説明するように、Ｘ方向に発光量勾配を有する第１の蛍光体と、Ｙ方向に発光量勾配を有する第２の蛍光体を用いて、１度の撮像で同一領域のＸＹ方向の位相勾配を測定することができる。
【００１４】
また、例えば、実施形態２で説明するように、発光量勾配を持たない第１の蛍光体と、所定の方向に発光量勾配を有する第２の蛍光体とを用いて、１度の撮像で同一領域の透過率と位相勾配を測定することもできる。
【００１５】
また、例えば、実施形態３で説明するように、実施形態１と実施形態２を組合せてＸＹ方向の位相勾配と透過率を測定することもできる。
【００１６】
以下、これらの具体的な実施形態について説明する。
【００１７】
（実施形態１）
（装置の構成）
図１は本発明のＸ線撮像装置を示した図である。１０１はＸ線源（Ｘ線発生手段）、１０２は単色化手段、１０３はＸ線分割素子、１０４は被検知物、１０５は蛍光体アレイ（第１の蛍光体アレイ）、１０６は蛍光体アレイ（第２の蛍光体アレイ）である。また、１０７は検出器（光強度検出手段）、１０８は演算手段、１０９は表示手段である。１１０はＸ線分割素子を移動するための移動手段、１１１は被検知物１０４を移動するための移動手段、１１２は蛍光体１０５、１０６を移動するための移動手段である。
【００１８】
Ｘ線源１０１から発生されたＸ線は、Ｘ線分割素子１０３により空間的に分割され、被検知物１０４によって位相が変化し、その結果、屈折する。屈折したＸ線は蛍光体アレイ１０５、１０６に入射する。蛍光体アレイ１０５、１０６から生じた蛍光の強度は検出器１０７により検出される。演算手段１０７は、検出器１０６により得た蛍光の強度から被検知物１０４の微分位相像や位相像等の位相情報を演算する。演算手段１０７から位相情報が出力され、ディスプレイ等の表示手段１０９に表示される。
【００１９】
（Ｘ線源、単色化手段）
Ｘ線源は実験室で用いられるＸ線管や大型放射光施設の放射光源であってもよい。また、Ｘ線源１０１からのＸ線が白色Ｘ線であって、単色Ｘ線が必要な場合には、Ｘ線源１０１と被検知物１０４との間に単色化手段１０２を配置しても良い。単色化手段１０２としては、スリットと組み合わせたモノクロメータやＸ線多層膜ミラーなどがある。
【００２０】
（分割素子）
分割素子１０３はＸ線源１０１から発生されたＸ線を空間的に分割する。すなわち、分割素子１０３を透過したＸ線はＸ線の束となる。このＸ線分割素子１０３はラインアンドスペースを有したスリットアレイ形状であっても、２次元的に配列された穴を有しているものであっても良い。また、Ｘ線分割素子１０３に設けられたスリットはＸ線を透過する形態であれば、光学素子の基板を貫通しなくとも良い。Ｘ線分割素子１０３の材料としてはＸ線の吸収率が高いＰｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｗなどから選択される。あるいは、これらの材料の合金であってもよい。
【００２１】
Ｘ線分割素子１０３により分割されたＸ線のラインアンドスペースの周期は例えば検出器１０７の位置では検出器１０７の画素サイズ以上である。すなわち、Ｘ線により発光した蛍光を検出する検出器１０７を構成する画素の大きさは、Ｘ線分割素子１０３により分割されたＸ線の空間的な周期以下である。
【００２２】
（被検知物）
検知物１０４としては、人体、人体以外の生体、無機材料、有機材料、無機有機複合材料などが挙げられる。なお、被検知物１０４を移動する移動手段（不図示）を別途設けてもよい。この移動手段により、被検知物１０４を適宜移動することができるため、被検知物１０４の特定個所についての像を得ることができる。
【００２３】
（蛍光体アレイ）
次に、蛍光体アレイ１０５、１０６について説明する。
【００２４】
図２は本実施形態における蛍光体アレイ１０５（第１の蛍光体アレイ）を説明するための図である。２０１は基準Ｘ線（被検知物１０４が無い場合）の光路、２０２は被検知物１０４により屈折したＸ線の光路である。２０３は発光量勾配を有する蛍光体アレイ（第１の蛍光体アレイ）、２０４は蛍光体（第１の蛍光体）、２０５はＸ線により発光した蛍光体２０４からの蛍光である。
【００２５】
蛍光体２０４はＸ線照射によって蛍光２０５を発光する材料で構成され、且つ素子内で図２に示したＸ方向に連続的に蛍光の発光量分布を付与したものである。Ｘ方向に連続的な発光量分布を有することを図２の右側に図示している。
【００２６】
例えば、上記発光材料としては、例えば一般にＸ線用のシンチレーターとして使用されているＮａＩ（Ｔｌドープ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）ＣｓＩ（Ｎａドープ）、ＣｓＩ（ドープなし）、ＬＳＯ（Ｃｅドープ）、ＹＡＰ（Ｃｅドープ）、ＧＳＯ（Ｃｅドープ）などから選択することができる。発光量分布を付与するためには、蛍光体２０４内での発光材料の濃度を変化させればよい。また、発光に寄与するドーパント量を変化させることによっても、発光量分布を付与することが出来る。これにより、Ｘ線の位置変化量ΔＸに応じた蛍光スペクトルの強度分布Ｊ１（Ｘ）を与えることが出来る。
【００２７】
一方、蛍光体アレイ１０６（第２の蛍光体アレイ）は、蛍光体アレイ１０５（第１の蛍光体アレイ）とは発光スペクトルおよび発光量勾配の方向が異なるアレイとする。すなわち、蛍光体アレイ１０５はＸ方向に対して連続的に蛍光の発光量分布を付与したが、蛍光体アレイ１０６は、Ｘ方向とは方向が異なるＹ方向に対して連続的に蛍光の発光量分布を付与する。これにより、蛍光体アレイ１０６では、Ｘ線の位置変化量ΔＹに応じた蛍光スペクトルの強度分布Ｊ２（Ｙ）を与えることが出来る。
【００２８】
なお、上記では、入射するＸ線に対して単位体積当たりの発光量が連続的に変化している蛍光体の例を示したが、入射するＸ線に対して垂直方向に厚みが連続的に変化した蛍光体を用いてもよい。すなわち、三角柱形状の蛍光体を配列したものであってもよい。
【００２９】
図４は分割素子１０３により分割された一つのＸ線に対応する、蛍光体アレイ１０５と１０６と、検出器１０７の構成を説明するための概念図である。４０１は蛍光体アレイ１０５を構成する蛍光体であり、Ｘ方向に発光量分布を有する。４０２は蛍光体アレイ１０６を構成する蛍光体であり、Ｙ方向に発光量分布を有している。
【００３０】
Ｘ線４０４は被検知物を透過したＸ線で蛍光体４０１及び４０２の蛍光を励起させる。４０５は蛍光体４０１から発光した蛍光でＪ１（Ｘ）の強度分布を、４０６は蛍光体４０２から発光した蛍光でＪ２（Ｙ）の強度分布を有する。４０３は検出器１０７の検出素子で、蛍光４０５及び４０６を検出する。
【００３１】
このように、蛍光４０５を検出素子４０３で検出するためには、蛍光体４０２は蛍光４０５に対して透過性を有していることが好ましい。例えば、ＣｓＩ（Ｔｌドープ）からは、中心波長約５５０ｎｍの蛍光が得られる。また、ＣｓＩ（Ｎａドープ）からは、中心波長約４２０ｎｍの蛍光が得られる。ＣｓＩ（Ｎａドープ）は約２５０ｎｍ以下の光に透過性があるため、ＣｓＩ（Ｔｌドープ）からの蛍光を透過することができる。そのため、蛍光体４０１としてＣｓＩ（Ｔｌドープ）を用い、蛍光体４０２としてＣｓＩ（Ｎａドープ）を用いることができる。また、ＣｓＩ（ドープなし）からは、中心波長約２８０ｎｍの蛍光が得られ、また約３５０ｎｍ以下の光に透過性がある。そのため、３層構成にする場合には、Ｘ線の入射側から、ＣｓＩ（Ｔｌドープ）、ＣｓＩ（Ｎａドープ）、ＣｓＩ（ドープなし）の順序で蛍光体を配列することもできる。
【００３２】
（検出器）
検出器１０７としては、蛍光体アレイ１０５および１０６からの蛍光が別々に検出可能に構成されていれば良い。例えば、ＲＧＢの各カラーフィルターを有する素子がベイヤー配列した固体撮像素子を用い、蛍光体アレイ１０５および１０６に対してＲＧＧＢの四要素を用いることができる。
【００３３】
検出器１０７の種類としては、紫外光や可視光ではＳｉを用いたＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子、赤外光ではＩｎＳｂやＣｄＨｇＴｅなどの化合物半導体を用いた固体撮像素子を用いたカメラなどを用いることができる。
【００３４】
検出器１０７は、蛍光体アレイと近接していても良いし、一定の間隔を隔てて配置しても良い。検出器１０７と蛍光体アレイ１０６は、その間をレンズや反射ミラーなどの光学素子で接続されていてもよい。これらの光学素子と組合せることで、蛍光体アレイ１０６から透過及び散乱してきたＸ線を検出器に入らないようにし、検出データのＳ／Ｎを向上することができる。
また、被検知物１０４によるＸ線の位置変化量を精度良く測定するために、画素毎に蛍光体と検出素子とがファイバープレートで一体化されていてもよい。
また、蛍光体アレイ１０５と、１０６と、検出器１０７との各間に、蛍光体アレイ１０５及び１０６から得られる蛍光スペクトルの中心波長に透過性を有するバンドパスフィルターを設けてもよい。
【００３５】
（移動手段）
Ｘ線分割素子１０３と、被検知物１０４と、蛍光体アレイ１０５、１０６を移動させる移動手段１１０、１１１、１１２はステッピングモータなどから選択される。これにより被検知物１０４は適宜移動することができるため、被検知物１０４の特定個所についての像を得ることができる。
【００３６】
（演算処理）
続いて、本実施形態における演算処理の方法について説明する。
【００３７】
図３は、演算処理１０７のフローである。まず第１のステップであるＳ１００において、蛍光体アレイ１０５及び１０６から発生した蛍光スペクトルを取得する。
【００３８】
次に、第２のステップであるＳ１０１において、各Ｘ線による蛍光スペクトルの強度情報から基準Ｘ線２０１に対する位置変化量（ΔＸ、ΔＹ）を算出する。この位置変化量（ΔＸ、ΔＹ）は、蛍光体アレイを作製する際に発光量の勾配を予め決定しておき、実際測定した蛍光体の発光量の差から算出すればよい。
【００３９】
また、予め作成しておいたデータベースを参照して位置変化量を決定してもよい。作製上の誤差や、発光効率の場所依存、蛍光体自身による蛍光の吸収など、蛍光体へのＸ線の入射位置に対して蛍光スペクトルの強度分布（Ｊ１（Ｘ）及びＪ２（Ｙ））が設計通りの相関関係とならないことが考えられる。そこで、屈折したＸ線４０４の位置変化量を精度良く測定するためには、予め蛍光体４０１及び４０２のＸ線照射位置変化量Ｘ及びＹに対する蛍光スペクトルの強度分布（Ｊ１（Ｘ）及びＪ２（Ｙ））を測定し、データベースを作成しておくことが望ましい。具体的には、被検知物１０４がない状態で分割素子１０３或いは蛍光体アレイ１０５と１０６をＸ−Ｙ方向に走査することで蛍光体４０１および４０２に入射するＸ線の位置を変化（ΔＸ及びΔＹ）させる。そして、蛍光体４０１および４０２からの蛍光スペクトル４０５および４０６を検出素子４０３により測定することでデータベースを作成することが出来る。
【００４０】
位置変化量（ΔＸ、ΔＹ）と、被検知物１０４と蛍光体アレイ１０５及び１０６との距離（Ｚ）を用いて各Ｘ線の屈折角（Δθｘ、Δθｙ）は式（１）及び（２）で表される。
【００４１】
【数１】
【００４２】
【数２】
【００４３】
次に、第３のステップであるＳ１０２において、上記式（１）及び（２）を用いて各Ｘ線の屈折角（Δθｘ、Δθｙ）を算出する。屈折角度（Δθｘ、Δθｙ）と微分位相（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）とは式（３）及び（４）の関係がある。
【００４４】
【数３】
【００４５】
【数４】
【００４６】
λはＸ線の波長であり連続Ｘ線を用いる場合は実効波長を意味する。
【００４７】
次に、第４のステップであるＳ１０３において、上記式（３）及び（４）を用いて各Ｘ線の微分位相（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）を演算して算出する。
【００４８】
次に、第５のステップであるＳ１０４において、上記演算結果から得られた各微分位相（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）をＸ方向及びＹ方向に積分することによって位相（φ）を算出する。
【００４９】
次に、第６のステップであるＳ１０５のステップにおいては、この様に算出された各微分位相（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）および位相（φ）を出力し、表示手段１０９に表示することができる。
【００５０】
本実施形態では上記の構成により、被検知物１０４での微量の屈折変化量、微分位相量、位相量を求めることができる。この手法によれば、被検知物と検出器間距離を短くすることができ、装置の小型化が可能となる。
【００５１】
（実施形態２）
本実施形態では、実施形態１で説明した蛍光体アレイ１０５（第１の蛍光体アレイ）がＸ線の入射位置に対して、蛍光の発光量が変化しない蛍光体が並べられた構成を有する。すなわち、本実施形態では、被検知物の吸収効果による透過Ｘ線強度を検出するための蛍光体アレイと、屈折効果によるＸ線の位置変化量を検出するための蛍光体アレイとが設けられていることが特徴である。発光量勾配を有する蛍光体アレイのみを用いた場合、検出された蛍光の強度変化量が被検知物の吸収効果によるものなのか、屈折効果によるものなのかが判別できない。そのため、本実施形態は、被検知物の吸収が無視出来ない場合において有効である。
【００５２】
本実施形態のＸ線撮像装置において、装置の基本構成は実施形態１で説明した図１と同じである。先ず、図５において、本実施形態の蛍光体アレイ１０５の構成例について説明する。図５は、図１に示した蛍光体アレイ１０５の一部分を示した図である。
【００５３】
５０１は基準Ｘ線（被検知物１０４がない場合）の光路、５０２は被検知物１０４により屈折したＸ線の光路を示している。蛍光体アレイ５０３は、蛍光体５０４が並べられて構成されている。蛍光体５０４は、Ｘ線照射によって蛍光５０５を発光する材料であって、被検知物１０４を透過させた際に生じるＸ線の入射位置に対するＸ線による発光量（Ｊ３）が一定である。すなわち、Ｘ線の入射位置によって蛍光の発光量が変化しないように構成されている。
【００５４】
また、蛍光体としては実施形態１と同様の材料を設けることができる。蛍光体アレイ１０５から発光した蛍光を検出手段１０７に導くために、蛍光体アレイ１０６は蛍光体アレイ１０５から発光した蛍光スペクトルの波長領域において透過性を有していることが好ましい。
【００５５】
なお、上記において、発光量が変化しないように構成されている蛍光体とは、Ｘ線の入射位置の変化によって発光量が実質的に変化しない蛍光体のことをいう。すなわち、作製上および計測上における誤差範囲内での変動は許容される。
【００５６】
続いて、本実施形態における演算処理の方法について説明する。
【００５７】
図６は、演算処理１０７のフローである。まず第１のステップであるＳ２００において、蛍光体アレイ１０５及び１０６から発生した蛍光スペクトルを取得する。
【００５８】
次に、第２のステップであるＳ２０１において、各Ｘ線の被検知物１０４による吸収量を算出する。具体的には、予め被検知物１０４が無い状態で求めた蛍光体アレイ１０５からの蛍光スペクトルの強度情報５０５（Ｊ３）と、被検知物１０４を透過させることによって得られる蛍光スペクトルの強度情報５０５（Ｊ３‘）の比を求める。被検知物１０４によるＸ線の吸収量Ａは、式（５）で表される。
【００５９】
【数５】
【００６０】
次に、第３のステップであるＳ２０２において、被検知物１０４によるＸ線の位置変化量を算出する。具体的には、蛍光体アレイ１０６からの強度情報（Ｊ２‘（Ｙ））は、Ｘ線の吸収の影響により発光強度が低下しているため、吸収量Ａで除算することで補正を行う。そして、予め被検知物１０４が無い状態で求めた蛍光体アレイ１０６からの蛍光スペクトルの強度情報（Ｊ２（Ｙ））のデータベースを参照して、その補正した強度情報（Ｊ２’（Ｙ）／Ａ）から基準Ｘ線２０１に対する位置変化量（ΔＹ）を算出する。
【００６１】
次に、第４のステップであるＳ２０３において、実施形態１と同様に、式（２）を用いて各Ｘ線の屈折角（Δθｙ）を算出する。
【００６２】
次に、第５のステップであるＳ２０４において、実施形態１と同様に、式（４）を用いて各Ｘ線の微分位相（ｄφ／ｄｙ）を演算して算出する。
【００６３】
次に、第６のステップであるＳ２０５において、上記演算結果から得られた各微分位相（ｄφ／ｄｙ）をＹ方向に積分することによって位相（φ）を算出する。
【００６４】
次に、第７のステップであるＳ２０４のステップにおいては、この様に算出された各微分位相（ｄφ／ｄｙ）および位相（φ）を出力し、表示手段１０９に表示することができる。
【００６５】
このような構成により、微小なＸ線の位置変化を検出できるため、被検知物１０４と検出器１０７の距離を長く取る必要性がなく装置の小型化が出来る。また、分割素子１０３を用いることにより、微分位相量、位相量を定量化することができる。また、蛍光体アレイ１０５を用いた被検知物１０４によるＸ線の吸収量を算出し、蛍光体アレイ１０６により得られる情報を補正し、より正確な微分位相量や、位相量を算出することができる。
【００６６】
なお、上記では蛍光体アレイ１０６がＹ方向に勾配を有していたが、Ｘ方向に勾配を有するアレイとしてもよい。
【００６７】
（実施形態３）
本実施形態では、実施形態１と実施形態２を組み合わせた形態である。すなわち、実施形態１で説明した２方向に発光量勾配を有する２つの蛍光体アレイと、実施形態２で説明した被検知物による吸収量を測定する蛍光体アレイを用いた構成例である。
【００６８】
図７は分割素子１０３により分割された一つのＸ線に対応する、上記３つの蛍光体アレイと検出器１０７の構成を説明するための図である。７０１は透過率（吸収量）を測定するための第３の蛍光体、７０２はＸ方向に発光量勾配を有する第１の蛍光体、７０３はＹ方向に発光量分布を有する第２の蛍光体である。被検知物を透過したＸ線７０５は蛍光体７０１及び７０２、７０３から蛍光を励起させる。７０６は蛍光体７０１から発光した蛍光でＪ３の強度分布を、７０７は蛍光体７０２から発光した蛍光でＪ１（Ｘ）の強度分布を、７０８は蛍光体７０３から発光した蛍光でＪ２（Ｙ）の強度分布を有する。７０４は検出器１０７の検出素子で、蛍光７０６及び７０７、７０８を検出する。
【００６９】
予め蛍光体７０１及び７０２、７０３のＸ線照射位置変化量Ｘ及びＹに対する蛍光スペクトルの強度分布（Ｊ３及びＪ１（Ｘ）、Ｊ２（Ｙ））を測定し、データベースを作成しておくことが望ましい。これにより、屈折したＸ線７０５の位置変化量を精度良く測定することができる。具体的には、被検知物１０４がない状態で分割素子１０３あるいは３つの蛍光体アレイをＸ−Ｙ方向に走査することで蛍光体７０１及び７０２、７０３に入射するＸ線の位置を変化（ΔＸ及びΔＹ）させる。そして、蛍光体７０１及び７０２、７０３からの蛍光スペクトル７０６及び７０７、７０８を検出素子７０４により測定することで上記データベースを作成することが出来る。
【００７０】
したがって、Ｘ線の被検知物１０４による吸収量および位置変化量を蛍光スペクトルの強度分布に変換し検出することにより、被検知物１０４での微量の屈折変化量を求めることができる。これら３つの蛍光体アレイを用いることにより被検知物−検出器間距離を短くすることができるため装置の小型化が可能となる。続いて、本実施形態における演算処理の方法について説明する。
【００７１】
図８は、演算処理１０７のフローである。まず第１のステップであるＳ３００において、上記３つの蛍光体アレイから発生した蛍光スペクトルを取得する。
【００７２】
次に第２のステップであるＳ３０１において、各Ｘ線の被検知物１０４による吸収量を算出する。具体的には、予め被検知物１０４が無い状態で求めた蛍光体アレイ１０５より被検知物側の蛍光体アレイからの蛍光スペクトルの強度情報５０５（Ｊ３）と、被検知物１０４を透過させることによって得られる蛍光スペクトルの強度情報５０５（Ｊ３‘）の比を求める。実施形態２と同様に、式（５）を用いて、被検知物１０４によるＸ線の吸収量Ａを算出する。
【００７３】
次に第３のステップであるＳ３０２において、被検知物１０４によるＸ線の位置変化量を算出する。具体的には、被検知物１０４を透過して得られる強度情報２０５（Ｊ１‘（Ｘ）およびＪ２’（Ｙ））は、Ｘ線の吸収の影響により発光強度が低下しているため、吸収量Ａで除算することで補正を行う。そして、予め被検知物１０４が無い状態で求めた蛍光体アレイ１０６からの蛍光スペクトルの強度情報２０５（Ｊ１（Ｘ）およびＪ２（Ｙ））のデータベースを参照して、その補正した強度情報（Ｊ１‘（Ｘ）／ＡおよびＪ２’（Ｙ）／Ａ）から基準Ｘ線２０１に対する位置変化量（ΔＸおよびΔＹ）を算出する。
【００７４】
次に、第４のステップであるＳ３０３において、実施形態１と同様に、式（１）及び（２）を用いて各Ｘ線の屈折角（Δθｘ、Δθｙ）を算出する。
次に、第５のステップであるＳ３０４において、実施形態１と同様に、式（３）及び（４）を用いて各Ｘ線の微分位相（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）を演算して算出する。
次に、第６のステップであるＳ３０５において、上記演算結果から得られた各微分位相（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）をＸ及びＹ方向に積分することによって位相（φ）を算出する。
【００７５】
なお、Ｓ３０４のステップにおいては、この様に算出された各微分位相像（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）、位相像（φ）、吸収像は表示手段１０９によって表示することができる。
【００７６】
（その他の実施形態）
Ｘ線源、分割素子、蛍光体アレイ、検出器を同期させて被検知物１１０３のまわりを移動させる可動手段を用いて、被検知物からの全投影データを得ることもできる。全投影データにおける位相像からコンピューテッドトモグラフィーにおける画像再構成法（たとえばフィルタ逆投影法など）により、位相（φ）の断層像を得る。これにより、各微分位相像（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）、位相像（φ）の三次元像を構成することができる。また、Ｘ線の入射位置によって発光量が変化しない蛍光体を用いれば、吸収像の三次元像も構成することもできる。
【００７７】
なお、分割素子、蛍光体アレイ、検出器を固定し、被検知物を回転させて投影データを得ても構わない。
【符号の説明】
【００７８】
１０１ Ｘ線源
１０２ 単色化手段
１０３ 分割素子
１０４ 被検知物
１０５ 蛍光体アレイ
１０６ 蛍光体アレイ
１０７ 検出器
１０８ 演算手段
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線を用いたＸ線撮像装置、およびＸ線撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線を用いた非破壊検査法は工業利用から医療利用まで幅広い分野で用いられている。Ｘ線は波長が約１ｐｍ〜１０ｎｍ（１０−１２〜１０−８ｍ）程度の電磁波であり、このうち波長の短いＸ線（約２ｋｅＶ〜１００ｋｅＶ）を硬Ｘ線、波長の長いＸ線（約０．１ｋｅＶ〜２ｋｅＶ）を軟Ｘ線という。
【０００３】
例えば、Ｘ線による吸収能の違いを用いた吸収コントラスト法ではＸ線の透過能の高さを利用し、鉄鋼材料などの内部亀裂検査や手荷物検査などのセキュリティ分野の用途として実用化されている。一方、Ｘ線の吸収によるコントラストが形成されにくい低密度の被検知物に対しては、被検知物によるＸ線の位相変化を検出するＸ線位相イメージングが有効である。
【０００４】
各種Ｘ線位相イメージングにおいて、特許文献１に示される屈折コントラスト法は、Ｘ線の被検知物による屈折効果を利用した方法である。この屈折コントラスト法は、微焦点のＸ線源を用い、被検知物と検出器の距離を離して撮像される。この方法によれば、Ｘ線の被検知物による屈折効果から被検知物の輪郭が強調されて検出される。また、この方法は屈折効果を利用するため、多くのＸ線位相イメージング手法の場合と異なりシンクロトロン放射光のような干渉性の高いＸ線を必ずしも必要としないという特徴がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０２２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載された屈折コントラスト法では、Ｘ線の被検知物による屈折効果における屈折角が非常に小さく、輪郭強調した像を得るには検知物と検出器の距離を十分に離す必要性がある。そのため、特許文献１の方法では、装置の大型化を招くという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、屈折コントラスト法に替わるＸ線撮像装置およびＸ線撮像方法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】
【０００８】
本発明に係るＸ線撮像装置は、被検知物によるＸ線の位相変化を用いて撮像するＸ線撮像装置であって、Ｘ線発生手段から発生したＸ線を空間的に分割する分割素子と、前記分割素子により分割されたＸ線の入射により第１の蛍光を生じる第１の蛍光体が複数配列された第１の蛍光体アレイと、前記第１の蛍光体アレイを透過したＸ線の入射により前記第１の蛍光とは異なるスペクトルを有する第２の蛍光を生じる第２の蛍光体が複数配列された第２の蛍光体アレイと、前記第１の蛍光と前記第２の蛍光を検出する検出手段と、を有し、前記第２の蛍光体は、前記Ｘ線の入射位置の変化に応じて蛍光の発光量が変化する発光量勾配を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、屈折コントラスト法に替わるＸ線撮像装置およびＸ線撮像方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態１におけるＸ線撮像装置の構成例を説明する図。
【図２】本発明の実施形態１及び２における蛍光体アレイの一部分について説明する図。
【図３】本発明の実施形態１における演算処理の方法について説明するフロー図。
【図４】本発明の実施形態１及び２における蛍光体及び検出手段の一部分について説明する図。
【図５】本発明の実施形態２における蛍光体アレイの一部分について説明する図。
【図６】本発明の実施形態２における演算処理の方法について説明するフロー図。
【図７】本発明の実施形態３における蛍光体及び検出手段の一部分について説明する図。
【図８】本発明の実施形態３における演算処理の方法について説明するフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態では、発光量勾配を有する蛍光体を複数配列した蛍光体アレイを用いて屈折効果による位置変化に関する情報を取得する。ここで、発光量勾配を有する蛍光体とは、Ｘ線の入射位置により、蛍光の発光量が変化する蛍光体のことをいう。この蛍光体は、形状を連続的に変化させるか、または、単位体積あたりの発光量を連続的に変化させることにより構成することができる。なお、本明細書では、「連続的」との用語は「段階的」の概念を含むものとして取り扱う。例えば、ステップ状に発光量が変化している形態も本発明に含まれる。本発明の実施形態では、上記のように発光量勾配を有する蛍光体を用いたことから、上記屈折コントラスト法の問題点を解決することができる。
【００１２】
本発明者らがこの撮像方法について検討を進めたところ、異なる発光スペクトルを有する２種以上の蛍光体を用いれば、１種類の蛍光体で構成したものよりも多くの情報を１回の撮像で取得できることに思い至った。
【００１３】
例えば、実施形態１で説明するように、Ｘ方向に発光量勾配を有する第１の蛍光体と、Ｙ方向に発光量勾配を有する第２の蛍光体を用いて、１度の撮像で同一領域のＸＹ方向の位相勾配を測定することができる。
【００１４】
また、例えば、実施形態２で説明するように、発光量勾配を持たない第１の蛍光体と、所定の方向に発光量勾配を有する第２の蛍光体とを用いて、１度の撮像で同一領域の透過率と位相勾配を測定することもできる。
【００１５】
また、例えば、実施形態３で説明するように、実施形態１と実施形態２を組合せてＸＹ方向の位相勾配と透過率を測定することもできる。
【００１６】
以下、これらの具体的な実施形態について説明する。
【００１７】
（実施形態１）
（装置の構成）
図１は本発明のＸ線撮像装置を示した図である。１０１はＸ線源（Ｘ線発生手段）、１０２は単色化手段、１０３はＸ線分割素子、１０４は被検知物、１０５は蛍光体アレイ（第１の蛍光体アレイ）、１０６は蛍光体アレイ（第２の蛍光体アレイ）である。また、１０７は検出器（光強度検出手段）、１０８は演算手段、１０９は表示手段である。１１０はＸ線分割素子を移動するための移動手段、１１１は被検知物１０４を移動するための移動手段、１１２は蛍光体１０５、１０６を移動するための移動手段である。
【００１８】
Ｘ線源１０１から発生されたＸ線は、Ｘ線分割素子１０３により空間的に分割され、被検知物１０４によって位相が変化し、その結果、屈折する。屈折したＸ線は蛍光体アレイ１０５、１０６に入射する。蛍光体アレイ１０５、１０６から生じた蛍光の強度は検出器１０７により検出される。演算手段１０７は、検出器１０６により得た蛍光の強度から被検知物１０４の微分位相像や位相像等の位相情報を演算する。演算手段１０７から位相情報が出力され、ディスプレイ等の表示手段１０９に表示される。
【００１９】
（Ｘ線源、単色化手段）
Ｘ線源は実験室で用いられるＸ線管や大型放射光施設の放射光源であってもよい。また、Ｘ線源１０１からのＸ線が白色Ｘ線であって、単色Ｘ線が必要な場合には、Ｘ線源１０１と被検知物１０４との間に単色化手段１０２を配置しても良い。単色化手段１０２としては、スリットと組み合わせたモノクロメータやＸ線多層膜ミラーなどがある。
【００２０】
（分割素子）
分割素子１０３はＸ線源１０１から発生されたＸ線を空間的に分割する。すなわち、分割素子１０３を透過したＸ線はＸ線の束となる。このＸ線分割素子１０３はラインアンドスペースを有したスリットアレイ形状であっても、２次元的に配列された穴を有しているものであっても良い。また、Ｘ線分割素子１０３に設けられたスリットはＸ線を透過する形態であれば、光学素子の基板を貫通しなくとも良い。Ｘ線分割素子１０３の材料としてはＸ線の吸収率が高いＰｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｗなどから選択される。あるいは、これらの材料の合金であってもよい。
【００２１】
Ｘ線分割素子１０３により分割されたＸ線のラインアンドスペースの周期は例えば検出器１０７の位置では検出器１０７の画素サイズ以上である。すなわち、Ｘ線により発光した蛍光を検出する検出器１０７を構成する画素の大きさは、Ｘ線分割素子１０３により分割されたＸ線の空間的な周期以下である。
【００２２】
（被検知物）
検知物１０４としては、人体、人体以外の生体、無機材料、有機材料、無機有機複合材料などが挙げられる。なお、被検知物１０４を移動する移動手段（不図示）を別途設けてもよい。この移動手段により、被検知物１０４を適宜移動することができるため、被検知物１０４の特定個所についての像を得ることができる。
【００２３】
（蛍光体アレイ）
次に、蛍光体アレイ１０５、１０６について説明する。
【００２４】
図２は本実施形態における蛍光体アレイ１０５（第１の蛍光体アレイ）を説明するための図である。２０１は基準Ｘ線（被検知物１０４が無い場合）の光路、２０２は被検知物１０４により屈折したＸ線の光路である。２０３は発光量勾配を有する蛍光体アレイ（第１の蛍光体アレイ）、２０４は蛍光体（第１の蛍光体）、２０５はＸ線により発光した蛍光体２０４からの蛍光である。
【００２５】
蛍光体２０４はＸ線照射によって蛍光２０５を発光する材料で構成され、且つ素子内で図２に示したＸ方向に連続的に蛍光の発光量分布を付与したものである。Ｘ方向に連続的な発光量分布を有することを図２の右側に図示している。
【００２６】
例えば、上記発光材料としては、例えば一般にＸ線用のシンチレーターとして使用されているＮａＩ（Ｔｌドープ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）ＣｓＩ（Ｎａドープ）、ＣｓＩ（ドープなし）、ＬＳＯ（Ｃｅドープ）、ＹＡＰ（Ｃｅドープ）、ＧＳＯ（Ｃｅドープ）などから選択することができる。発光量分布を付与するためには、蛍光体２０４内での発光材料の濃度を変化させればよい。また、発光に寄与するドーパント量を変化させることによっても、発光量分布を付与することが出来る。これにより、Ｘ線の位置変化量ΔＸに応じた蛍光スペクトルの強度分布Ｊ１（Ｘ）を与えることが出来る。
【００２７】
一方、蛍光体アレイ１０６（第２の蛍光体アレイ）は、蛍光体アレイ１０５（第１の蛍光体アレイ）とは発光スペクトルおよび発光量勾配の方向が異なるアレイとする。すなわち、蛍光体アレイ１０５はＸ方向に対して連続的に蛍光の発光量分布を付与したが、蛍光体アレイ１０６は、Ｘ方向とは方向が異なるＹ方向に対して連続的に蛍光の発光量分布を付与する。これにより、蛍光体アレイ１０６では、Ｘ線の位置変化量ΔＹに応じた蛍光スペクトルの強度分布Ｊ２（Ｙ）を与えることが出来る。
【００２８】
なお、上記では、入射するＸ線に対して単位体積当たりの発光量が連続的に変化している蛍光体の例を示したが、入射するＸ線に対して垂直方向に厚みが連続的に変化した蛍光体を用いてもよい。すなわち、三角柱形状の蛍光体を配列したものであってもよい。
【００２９】
図４は分割素子１０３により分割された一つのＸ線に対応する、蛍光体アレイ１０５と１０６と、検出器１０７の構成を説明するための概念図である。４０１は蛍光体アレイ１０５を構成する蛍光体であり、Ｘ方向に発光量分布を有する。４０２は蛍光体アレイ１０６を構成する蛍光体であり、Ｙ方向に発光量分布を有している。
【００３０】
Ｘ線４０４は被検知物を透過したＸ線で蛍光体４０１及び４０２の蛍光を励起させる。４０５は蛍光体４０１から発光した蛍光でＪ１（Ｘ）の強度分布を、４０６は蛍光体４０２から発光した蛍光でＪ２（Ｙ）の強度分布を有する。４０３は検出器１０７の検出素子で、蛍光４０５及び４０６を検出する。
【００３１】
このように、蛍光４０５を検出素子４０３で検出するためには、蛍光体４０２は蛍光４０５に対して透過性を有していることが好ましい。例えば、ＣｓＩ（Ｔｌドープ）からは、中心波長約５５０ｎｍの蛍光が得られる。また、ＣｓＩ（Ｎａドープ）からは、中心波長約４２０ｎｍの蛍光が得られる。ＣｓＩ（Ｎａドープ）は約２５０ｎｍ以下の光に透過性があるため、ＣｓＩ（Ｔｌドープ）からの蛍光を透過することができる。そのため、蛍光体４０１としてＣｓＩ（Ｔｌドープ）を用い、蛍光体４０２としてＣｓＩ（Ｎａドープ）を用いることができる。また、ＣｓＩ（ドープなし）からは、中心波長約２８０ｎｍの蛍光が得られ、また約３５０ｎｍ以下の光に透過性がある。そのため、３層構成にする場合には、Ｘ線の入射側から、ＣｓＩ（Ｔｌドープ）、ＣｓＩ（Ｎａドープ）、ＣｓＩ（ドープなし）の順序で蛍光体を配列することもできる。
【００３２】
（検出器）
検出器１０７としては、蛍光体アレイ１０５および１０６からの蛍光が別々に検出可能に構成されていれば良い。例えば、ＲＧＢの各カラーフィルターを有する素子がベイヤー配列した固体撮像素子を用い、蛍光体アレイ１０５および１０６に対してＲＧＧＢの四要素を用いることができる。
【００３３】
検出器１０７の種類としては、紫外光や可視光ではＳｉを用いたＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどの固体撮像素子、赤外光ではＩｎＳｂやＣｄＨｇＴｅなどの化合物半導体を用いた固体撮像素子を用いたカメラなどを用いることができる。
【００３４】
検出器１０７は、蛍光体アレイと近接していても良いし、一定の間隔を隔てて配置しても良い。検出器１０７と蛍光体アレイ１０６は、その間をレンズや反射ミラーなどの光学素子で接続されていてもよい。これらの光学素子と組合せることで、蛍光体アレイ１０６から透過及び散乱してきたＸ線を検出器に入らないようにし、検出データのＳ／Ｎを向上することができる。
また、被検知物１０４によるＸ線の位置変化量を精度良く測定するために、画素毎に蛍光体と検出素子とがファイバープレートで一体化されていてもよい。
また、蛍光体アレイ１０５と、１０６と、検出器１０７との各間に、蛍光体アレイ１０５及び１０６から得られる蛍光スペクトルの中心波長に透過性を有するバンドパスフィルターを設けてもよい。
【００３５】
（移動手段）
Ｘ線分割素子１０３と、被検知物１０４と、蛍光体アレイ１０５、１０６を移動させる移動手段１１０、１１１、１１２はステッピングモータなどから選択される。これにより被検知物１０４は適宜移動することができるため、被検知物１０４の特定個所についての像を得ることができる。
【００３６】
（演算処理）
続いて、本実施形態における演算処理の方法について説明する。
【００３７】
図３は、演算処理１０７のフローである。まず第１のステップであるＳ１００において、蛍光体アレイ１０５及び１０６から発生した蛍光スペクトルを取得する。
【００３８】
次に、第２のステップであるＳ１０１において、各Ｘ線による蛍光スペクトルの強度情報から基準Ｘ線２０１に対する位置変化量（ΔＸ、ΔＹ）を算出する。この位置変化量（ΔＸ、ΔＹ）は、蛍光体アレイを作製する際に発光量の勾配を予め決定しておき、実際測定した蛍光体の発光量の差から算出すればよい。
【００３９】
また、予め作成しておいたデータベースを参照して位置変化量を決定してもよい。作製上の誤差や、発光効率の場所依存、蛍光体自身による蛍光の吸収など、蛍光体へのＸ線の入射位置に対して蛍光スペクトルの強度分布（Ｊ１（Ｘ）及びＪ２（Ｙ））が設計通りの相関関係とならないことが考えられる。そこで、屈折したＸ線４０４の位置変化量を精度良く測定するためには、予め蛍光体４０１及び４０２のＸ線照射位置変化量Ｘ及びＹに対する蛍光スペクトルの強度分布（Ｊ１（Ｘ）及びＪ２（Ｙ））を測定し、データベースを作成しておくことが望ましい。具体的には、被検知物１０４がない状態で分割素子１０３或いは蛍光体アレイ１０５と１０６をＸ−Ｙ方向に走査することで蛍光体４０１および４０２に入射するＸ線の位置を変化（ΔＸ及びΔＹ）させる。そして、蛍光体４０１および４０２からの蛍光スペクトル４０５および４０６を検出素子４０３により測定することでデータベースを作成することが出来る。
【００４０】
位置変化量（ΔＸ、ΔＹ）と、被検知物１０４と蛍光体アレイ１０５及び１０６との距離（Ｚ）を用いて各Ｘ線の屈折角（Δθｘ、Δθｙ）は式（１）及び（２）で表される。
【００４１】
【数１】
【００４２】
【数２】
【００４３】
次に、第３のステップであるＳ１０２において、上記式（１）及び（２）を用いて各Ｘ線の屈折角（Δθｘ、Δθｙ）を算出する。屈折角度（Δθｘ、Δθｙ）と微分位相（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）とは式（３）及び（４）の関係がある。
【００４４】
【数３】
【００４５】
【数４】
【００４６】
λはＸ線の波長であり連続Ｘ線を用いる場合は実効波長を意味する。
【００４７】
次に、第４のステップであるＳ１０３において、上記式（３）及び（４）を用いて各Ｘ線の微分位相（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）を演算して算出する。
【００４８】
次に、第５のステップであるＳ１０４において、上記演算結果から得られた各微分位相（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）をＸ方向及びＹ方向に積分することによって位相（φ）を算出する。
【００４９】
次に、第６のステップであるＳ１０５のステップにおいては、この様に算出された各微分位相（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）および位相（φ）を出力し、表示手段１０９に表示することができる。
【００５０】
本実施形態では上記の構成により、被検知物１０４での微量の屈折変化量、微分位相量、位相量を求めることができる。この手法によれば、被検知物と検出器間距離を短くすることができ、装置の小型化が可能となる。
【００５１】
（実施形態２）
本実施形態では、実施形態１で説明した蛍光体アレイ１０５（第１の蛍光体アレイ）がＸ線の入射位置に対して、蛍光の発光量が変化しない蛍光体が並べられた構成を有する。すなわち、本実施形態では、被検知物の吸収効果による透過Ｘ線強度を検出するための蛍光体アレイと、屈折効果によるＸ線の位置変化量を検出するための蛍光体アレイとが設けられていることが特徴である。発光量勾配を有する蛍光体アレイのみを用いた場合、検出された蛍光の強度変化量が被検知物の吸収効果によるものなのか、屈折効果によるものなのかが判別できない。そのため、本実施形態は、被検知物の吸収が無視出来ない場合において有効である。
【００５２】
本実施形態のＸ線撮像装置において、装置の基本構成は実施形態１で説明した図１と同じである。先ず、図５において、本実施形態の蛍光体アレイ１０５の構成例について説明する。図５は、図１に示した蛍光体アレイ１０５の一部分を示した図である。
【００５３】
５０１は基準Ｘ線（被検知物１０４がない場合）の光路、５０２は被検知物１０４により屈折したＸ線の光路を示している。蛍光体アレイ５０３は、蛍光体５０４が並べられて構成されている。蛍光体５０４は、Ｘ線照射によって蛍光５０５を発光する材料であって、被検知物１０４を透過させた際に生じるＸ線の入射位置に対するＸ線による発光量（Ｊ３）が一定である。すなわち、Ｘ線の入射位置によって蛍光の発光量が変化しないように構成されている。
【００５４】
また、蛍光体としては実施形態１と同様の材料を設けることができる。蛍光体アレイ１０５から発光した蛍光を検出手段１０７に導くために、蛍光体アレイ１０６は蛍光体アレイ１０５から発光した蛍光スペクトルの波長領域において透過性を有していることが好ましい。
【００５５】
なお、上記において、発光量が変化しないように構成されている蛍光体とは、Ｘ線の入射位置の変化によって発光量が実質的に変化しない蛍光体のことをいう。すなわち、作製上および計測上における誤差範囲内での変動は許容される。
【００５６】
続いて、本実施形態における演算処理の方法について説明する。
【００５７】
図６は、演算処理１０７のフローである。まず第１のステップであるＳ２００において、蛍光体アレイ１０５及び１０６から発生した蛍光スペクトルを取得する。
【００５８】
次に、第２のステップであるＳ２０１において、各Ｘ線の被検知物１０４による吸収量を算出する。具体的には、予め被検知物１０４が無い状態で求めた蛍光体アレイ１０５からの蛍光スペクトルの強度情報５０５（Ｊ３）と、被検知物１０４を透過させることによって得られる蛍光スペクトルの強度情報５０５（Ｊ３‘）の比を求める。被検知物１０４によるＸ線の吸収量Ａは、式（５）で表される。
【００５９】
【数５】
【００６０】
次に、第３のステップであるＳ２０２において、被検知物１０４によるＸ線の位置変化量を算出する。具体的には、蛍光体アレイ１０６からの強度情報（Ｊ２‘（Ｙ））は、Ｘ線の吸収の影響により発光強度が低下しているため、吸収量Ａで除算することで補正を行う。そして、予め被検知物１０４が無い状態で求めた蛍光体アレイ１０６からの蛍光スペクトルの強度情報（Ｊ２（Ｙ））のデータベースを参照して、その補正した強度情報（Ｊ２’（Ｙ）／Ａ）から基準Ｘ線２０１に対する位置変化量（ΔＹ）を算出する。
【００６１】
次に、第４のステップであるＳ２０３において、実施形態１と同様に、式（２）を用いて各Ｘ線の屈折角（Δθｙ）を算出する。
【００６２】
次に、第５のステップであるＳ２０４において、実施形態１と同様に、式（４）を用いて各Ｘ線の微分位相（ｄφ／ｄｙ）を演算して算出する。
【００６３】
次に、第６のステップであるＳ２０５において、上記演算結果から得られた各微分位相（ｄφ／ｄｙ）をＹ方向に積分することによって位相（φ）を算出する。
【００６４】
次に、第７のステップであるＳ２０４のステップにおいては、この様に算出された各微分位相（ｄφ／ｄｙ）および位相（φ）を出力し、表示手段１０９に表示することができる。
【００６５】
このような構成により、微小なＸ線の位置変化を検出できるため、被検知物１０４と検出器１０７の距離を長く取る必要性がなく装置の小型化が出来る。また、分割素子１０３を用いることにより、微分位相量、位相量を定量化することができる。また、蛍光体アレイ１０５を用いた被検知物１０４によるＸ線の吸収量を算出し、蛍光体アレイ１０６により得られる情報を補正し、より正確な微分位相量や、位相量を算出することができる。
【００６６】
なお、上記では蛍光体アレイ１０６がＹ方向に勾配を有していたが、Ｘ方向に勾配を有するアレイとしてもよい。
【００６７】
（実施形態３）
本実施形態では、実施形態１と実施形態２を組み合わせた形態である。すなわち、実施形態１で説明した２方向に発光量勾配を有する２つの蛍光体アレイと、実施形態２で説明した被検知物による吸収量を測定する蛍光体アレイを用いた構成例である。
【００６８】
図７は分割素子１０３により分割された一つのＸ線に対応する、上記３つの蛍光体アレイと検出器１０７の構成を説明するための図である。７０１は透過率（吸収量）を測定するための第３の蛍光体、７０２はＸ方向に発光量勾配を有する第１の蛍光体、７０３はＹ方向に発光量分布を有する第２の蛍光体である。被検知物を透過したＸ線７０５は蛍光体７０１及び７０２、７０３から蛍光を励起させる。７０６は蛍光体７０１から発光した蛍光でＪ３の強度分布を、７０７は蛍光体７０２から発光した蛍光でＪ１（Ｘ）の強度分布を、７０８は蛍光体７０３から発光した蛍光でＪ２（Ｙ）の強度分布を有する。７０４は検出器１０７の検出素子で、蛍光７０６及び７０７、７０８を検出する。
【００６９】
予め蛍光体７０１及び７０２、７０３のＸ線照射位置変化量Ｘ及びＹに対する蛍光スペクトルの強度分布（Ｊ３及びＪ１（Ｘ）、Ｊ２（Ｙ））を測定し、データベースを作成しておくことが望ましい。これにより、屈折したＸ線７０５の位置変化量を精度良く測定することができる。具体的には、被検知物１０４がない状態で分割素子１０３あるいは３つの蛍光体アレイをＸ−Ｙ方向に走査することで蛍光体７０１及び７０２、７０３に入射するＸ線の位置を変化（ΔＸ及びΔＹ）させる。そして、蛍光体７０１及び７０２、７０３からの蛍光スペクトル７０６及び７０７、７０８を検出素子７０４により測定することで上記データベースを作成することが出来る。
【００７０】
したがって、Ｘ線の被検知物１０４による吸収量および位置変化量を蛍光スペクトルの強度分布に変換し検出することにより、被検知物１０４での微量の屈折変化量を求めることができる。これら３つの蛍光体アレイを用いることにより被検知物−検出器間距離を短くすることができるため装置の小型化が可能となる。続いて、本実施形態における演算処理の方法について説明する。
【００７１】
図８は、演算処理１０７のフローである。まず第１のステップであるＳ３００において、上記３つの蛍光体アレイから発生した蛍光スペクトルを取得する。
【００７２】
次に第２のステップであるＳ３０１において、各Ｘ線の被検知物１０４による吸収量を算出する。具体的には、予め被検知物１０４が無い状態で求めた蛍光体アレイ１０５より被検知物側の蛍光体アレイからの蛍光スペクトルの強度情報５０５（Ｊ３）と、被検知物１０４を透過させることによって得られる蛍光スペクトルの強度情報５０５（Ｊ３‘）の比を求める。実施形態２と同様に、式（５）を用いて、被検知物１０４によるＸ線の吸収量Ａを算出する。
【００７３】
次に第３のステップであるＳ３０２において、被検知物１０４によるＸ線の位置変化量を算出する。具体的には、被検知物１０４を透過して得られる強度情報２０５（Ｊ１‘（Ｘ）およびＪ２’（Ｙ））は、Ｘ線の吸収の影響により発光強度が低下しているため、吸収量Ａで除算することで補正を行う。そして、予め被検知物１０４が無い状態で求めた蛍光体アレイ１０６からの蛍光スペクトルの強度情報２０５（Ｊ１（Ｘ）およびＪ２（Ｙ））のデータベースを参照して、その補正した強度情報（Ｊ１‘（Ｘ）／ＡおよびＪ２’（Ｙ）／Ａ）から基準Ｘ線２０１に対する位置変化量（ΔＸおよびΔＹ）を算出する。
【００７４】
次に、第４のステップであるＳ３０３において、実施形態１と同様に、式（１）及び（２）を用いて各Ｘ線の屈折角（Δθｘ、Δθｙ）を算出する。
次に、第５のステップであるＳ３０４において、実施形態１と同様に、式（３）及び（４）を用いて各Ｘ線の微分位相（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）を演算して算出する。
次に、第６のステップであるＳ３０５において、上記演算結果から得られた各微分位相（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）をＸ及びＹ方向に積分することによって位相（φ）を算出する。
【００７５】
なお、Ｓ３０４のステップにおいては、この様に算出された各微分位相像（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）、位相像（φ）、吸収像は表示手段１０９によって表示することができる。
【００７６】
（その他の実施形態）
Ｘ線源、分割素子、蛍光体アレイ、検出器を同期させて被検知物１１０３のまわりを移動させる可動手段を用いて、被検知物からの全投影データを得ることもできる。全投影データにおける位相像からコンピューテッドトモグラフィーにおける画像再構成法（たとえばフィルタ逆投影法など）により、位相（φ）の断層像を得る。これにより、各微分位相像（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）、位相像（φ）の三次元像を構成することができる。また、Ｘ線の入射位置によって発光量が変化しない蛍光体を用いれば、吸収像の三次元像も構成することもできる。
【００７７】
なお、分割素子、蛍光体アレイ、検出器を固定し、被検知物を回転させて投影データを得ても構わない。
【符号の説明】
【００７８】
１０１ Ｘ線源
１０２ 単色化手段
１０３ 分割素子
１０４ 被検知物
１０５ 蛍光体アレイ
１０６ 蛍光体アレイ
１０７ 検出器
１０８ 演算手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検知物によるＸ線の位相変化を用いて撮像するＸ線撮像装置において、
Ｘ線発生手段から発生したＸ線を空間的に分割する分割素子と、
前記分割素子により分割されたＸ線の入射により第１の蛍光を生じる第１の蛍光体が複数配列された第１の蛍光体アレイと、
前記第１の蛍光体アレイを透過したＸ線の入射により前記第１の蛍光とは異なるスペクトルを有する第２の蛍光を生じる第２の蛍光体が複数配列された第２の蛍光体アレイと、
前記第１の蛍光と前記第２の蛍光を検出する検出手段と、を有し、
前記第２の蛍光体は、前記Ｘ線の入射位置の変化に応じて蛍光の発光量が変化する発光量勾配を有することを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項２】
前記第１の蛍光体は、前記Ｘ線の入射位置の変化に応じてＸ線による蛍光の発光量が変化する発光量勾配を有し、
前記第１の蛍光体における発光量勾配の方向と前記第２の蛍光体における発光量勾配の方向とが異なることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項３】
前記第１の蛍光体は、前記Ｘ線の入射位置の変化に応じてＸ線による蛍光の発光量が変化しないように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項４】
前記分割素子により分割されたＸ線の入射により第３の蛍光を生じる第３の蛍光体が複数配列された第３の蛍光体アレイを更に有し、
前記第３の蛍光のスペクトルは、前記第１の蛍光のスペクトルおよび前記第２の蛍光のスペクトルとは異なり、
前記検出手段は、前記第３の蛍光を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＸ線撮像装置。
【請求項５】
前記検出手段により検出された蛍光の強度から、前記被検知物の微分位相像または位相像を演算する演算手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＸ線撮像装置。
【請求項６】
前記第２の蛍光体は、入射するＸ線に対して垂直方向に厚みが連続的に変化しているか、または、単位体積当たりの発光量が連続的に変化していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のＸ線撮像装置。
【請求項７】
前記第１の蛍光体は、入射するＸ線に対して垂直方向に厚みが連続的に変化しているか、または、単位体積当たりの発光量が連続的に変化していることを特徴とする請求項２に記載のＸ線撮像装置。
【請求項８】
前記第１の蛍光体は、入射するＸ線に対して垂直方向に厚み一定であるか、または、単位体積当たりの発光量が一定であることを特徴とする請求項３に記載のＸ線撮像装置。
【請求項９】
被検知物によるＸ線の位相変化を用いて撮像するＸ線撮像装置に使用するＸ線撮像方法において、
空間的に分割されたＸ線を被検知物に照射する工程と、
前記被検知物を透過したＸ線を、第１の蛍光を生じる第１の蛍光体が複数配列された第１の蛍光体アレイと、前記第１の蛍光体アレイを透過したＸ線の入射により前記第１の蛍光とは異なるスペクトルを有する第２の蛍光を生じる第２の蛍光体が複数配列された第２の蛍光体アレイに入射させる工程と、
前記第１の蛍光と前記第２の蛍光を検出する工程と、を有し、
前記第２の蛍光体は前記Ｘ線の入射位置の変化に応じて蛍光の発光量が変化する発光量勾配を有することを特徴とするＸ線撮像方法。
【請求項１０】
前記第１の蛍光体は、前記Ｘ線の入射位置に応じてＸ線による蛍光の発光量が変化する発光量勾配を有し、
前記第１の蛍光体における発光量勾配の方向と前記第２の蛍光体における発光量勾配の方向とが異なることを特徴とする請求項９に記載のＸ線撮像方法。
【請求項１１】
前記第１の蛍光体は、前記Ｘ線の入射位置の変化に応じてＸ線による蛍光の発光量が変化しないように構成されていることを特徴とする請求項９に記載のＸ線撮像方法。
【請求項１】
被検知物によるＸ線の位相変化を用いて撮像するＸ線撮像装置において、
Ｘ線発生手段から発生したＸ線を空間的に分割する分割素子と、
前記分割素子により分割されたＸ線の入射により第１の蛍光を生じる第１の蛍光体が複数配列された第１の蛍光体アレイと、
前記第１の蛍光体アレイを透過したＸ線の入射により前記第１の蛍光とは異なるスペクトルを有する第２の蛍光を生じる第２の蛍光体が複数配列された第２の蛍光体アレイと、
前記第１の蛍光と前記第２の蛍光を検出する検出手段と、を有し、
前記第２の蛍光体は、前記Ｘ線の入射位置の変化に応じて蛍光の発光量が変化する発光量勾配を有することを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項２】
前記第１の蛍光体は、前記Ｘ線の入射位置の変化に応じてＸ線による蛍光の発光量が変化する発光量勾配を有し、
前記第１の蛍光体における発光量勾配の方向と前記第２の蛍光体における発光量勾配の方向とが異なることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項３】
前記第１の蛍光体は、前記Ｘ線の入射位置の変化に応じてＸ線による蛍光の発光量が変化しないように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項４】
前記分割素子により分割されたＸ線の入射により第３の蛍光を生じる第３の蛍光体が複数配列された第３の蛍光体アレイを更に有し、
前記第３の蛍光のスペクトルは、前記第１の蛍光のスペクトルおよび前記第２の蛍光のスペクトルとは異なり、
前記検出手段は、前記第３の蛍光を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＸ線撮像装置。
【請求項５】
前記検出手段により検出された蛍光の強度から、前記被検知物の微分位相像または位相像を演算する演算手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＸ線撮像装置。
【請求項６】
前記第２の蛍光体は、入射するＸ線に対して垂直方向に厚みが連続的に変化しているか、または、単位体積当たりの発光量が連続的に変化していることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のＸ線撮像装置。
【請求項７】
前記第１の蛍光体は、入射するＸ線に対して垂直方向に厚みが連続的に変化しているか、または、単位体積当たりの発光量が連続的に変化していることを特徴とする請求項２に記載のＸ線撮像装置。
【請求項８】
前記第１の蛍光体は、入射するＸ線に対して垂直方向に厚み一定であるか、または、単位体積当たりの発光量が一定であることを特徴とする請求項３に記載のＸ線撮像装置。
【請求項９】
被検知物によるＸ線の位相変化を用いて撮像するＸ線撮像装置に使用するＸ線撮像方法において、
空間的に分割されたＸ線を被検知物に照射する工程と、
前記被検知物を透過したＸ線を、第１の蛍光を生じる第１の蛍光体が複数配列された第１の蛍光体アレイと、前記第１の蛍光体アレイを透過したＸ線の入射により前記第１の蛍光とは異なるスペクトルを有する第２の蛍光を生じる第２の蛍光体が複数配列された第２の蛍光体アレイに入射させる工程と、
前記第１の蛍光と前記第２の蛍光を検出する工程と、を有し、
前記第２の蛍光体は前記Ｘ線の入射位置の変化に応じて蛍光の発光量が変化する発光量勾配を有することを特徴とするＸ線撮像方法。
【請求項１０】
前記第１の蛍光体は、前記Ｘ線の入射位置に応じてＸ線による蛍光の発光量が変化する発光量勾配を有し、
前記第１の蛍光体における発光量勾配の方向と前記第２の蛍光体における発光量勾配の方向とが異なることを特徴とする請求項９に記載のＸ線撮像方法。
【請求項１１】
前記第１の蛍光体は、前記Ｘ線の入射位置の変化に応じてＸ線による蛍光の発光量が変化しないように構成されていることを特徴とする請求項９に記載のＸ線撮像方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１８５６５３（Ｐ２０１１−１８５６５３Ａ）
【公開日】平成２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４９３１３（Ｐ２０１０−４９３１３）
【出願日】平成２２年３月５日（２０１０．３．５）
【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２３年９月２２日（２０１１．９．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月５日（２０１０．３．５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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