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の問題点を解決することのできるＸ線撮像装置およびＸ線撮像方法を提供する。
【解決手段】 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を有する。また、分割されたＸ線が入射する第１の蛍光体が複数配列された蛍光体アレイを有する。この第１の蛍光体は、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ように構成されている。また、蛍光体アレイから発光した蛍光の強度を検出するための検出手段を有する。
【解決手段】 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を有する。また、分割されたＸ線が入射する第１の蛍光体が複数配列された蛍光体アレイを有する。この第１の蛍光体は、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ように構成されている。また、蛍光体アレイから発光した蛍光の強度を検出するための検出手段を有する。
【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線を硬Ｘ線、波長の長いＸ線を軟Ｘ線という。
【０００３】
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に示された屈折コントラスト法は、Ｘ線の被検知物による位相変化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。この屈折コントラスト法によれば、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、屈折コントラスト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いため、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、特許文献１に記載された屈折コントラスト法とは異なる新規な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、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線が入射する第１の蛍光体が複数配列された蛍光体アレイと、前記蛍光体アレイから発光した蛍光の強度を検出するための検出手段と、を有し、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ように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、特許文献１に記載された屈折コントラスト法とは異なる新規な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２におけるＸ線撮像装置の構成例を説明する図。
【図４】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５】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６】本発明の実施形態３における蛍光体アレイの一部分について説明する図。
【図７】本発明の実施形態４におけるコンピューテッドトモグラフィ（ＣＴ）を説明する図。
【図８】本発明の実施形態４における演算処理の方法について説明するフロー図。
【図９】本発明の実施形態５における蛍光体アレイの一部分について説明する図。
【図１０】本発明の実施形態５における被検知物の吸収による効果を補正するための概念図。
【図１１】本発明の実施形態５における演算処理の方法を説明するフロー図。
【図１２】本発明の実施形態６における蛍光体アレイの一部について説明する図。
【図１３】本発明の実施形態６における演算処理の方法を説明するフロー図。
【図１４】本発明の実施例１におけるＸ線撮像装置を説明する図。
【図１５】本発明の実施例２におけるＸ線撮像装置を説明する図。
【図１６】本発明の実施例３における蛍光体アレイの一部について説明する図。
【図１７】物質によってＸ線が屈折される様子を説明する図。
【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用いて屈折効果による強度分布変化または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（第１の蛍光体）。この蛍光体は、連続的または段階的に形状を変化させることにより構成することができる。また、単位体積当たりの発光量を連続的または段階的に変化させることにより構成することもできる。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こともある。
【００１２】
また、被検知物の吸収を考慮し、より正確な位相変化情報を取得したい場合には、Ｘ線の入射位置の変化に対して蛍光の発光量が一定である蛍光体（第２の蛍光体）を用いても良い。具体的には実施形態５において説明を行う。
【００１３】
さらに、被検知物の吸収を考慮し、より正確な位相変化情報を取得したい場合には、入射するＸ線の移動方向に対する発光量の増減量または増減傾向が異なる蛍光体（第３の蛍光体）を用いても良い。具体的には、実施形態６において説明を行う。
【００１４】
以下、本発明に係るＸ線撮像装置およびＸ線撮像方法に関する具体的な実施形態について説明する。
【００１５】
（実施形態１）
実施形態１では、Ｘ線の位相変化から像を得るＸ線撮像装置の構成例について説明する。
【００１６】
図１７はＸ線が物質を透過した際のＸ線の屈折について模式的に示したものである。物質に対するＸ線の屈折率は１より若干小さい値を有する。そのため、図１７に示すような場合に物質１７０２に入射するＸ線において、例えば物質１７０２と何もない部分との境界に近い部分のＸ線１７０６は物質１７０２の外側に向けて屈折する。この際に、物質の境界部分で屈折されたＸ線１７０６は物質１７０２の外側を進行してきたＸ線１７０１と重なるため、強度が増す。一方、屈折したＸ線の物質に対する入射位置の延長線上の部分は、Ｘ線が弱くなる。この結果、得られる透過Ｘ線強度分布１７０３は、図１７に示すように、物質１７０２の輪郭が強調された分布を持つ。
【００１７】
ここで、Ｘ線の屈折角θは非常に小さい値であるため、検出器の画素サイズを考慮すると、物質と検出器の距離を離さなければ、輪郭強調を検出することが難しい。そのため、上記特許文献１に記載した屈折コントラスト法では、輪郭強調を検出するために被検知物と検出器を十分に離して配置し、像を拡大する必要があるため、装置の大型化を招く。
【００１８】
つまり、被検知物から検出器までの距離が短いと、検出器１７０４の画素１７０５のサイズが透過Ｘ線強度分布１７０３の強弱パターンよりも大きくなり、１画素内で強弱の強度が打ち消し合うことになる。これにより、輪郭が強調された像を得ることができなくなる。
【００１９】
そこで、本実施形態では、被検知物と検出器の距離を短くした場合であっても、Ｘ線の位相変化情報を十分に取得するために、発光量勾配を有する蛍光体を用いる。以下、具体的に説明する。
【００２０】
図１に、本実施形態におけるＸ線撮像装置の構成例を説明する図を示す。
【００２１】
Ｘ線源１０１から発生したＸ線は、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に入射する。入射したＸ線により蛍光体アレイ１０５から生じた蛍光は、検出器１０６によりそれぞれの蛍光の発光強度が検出される。検出器１０６により得たＸ線に関する情報はモニタ等の表示手段１０８に出力される。
【００２２】
被検知物１０４としては、人体、人体以外としては無機材料、無機有機複合材料等が挙げられる。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】
検出器１０６としては、種々の光検出器を用いることができる。例えば、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から選択される。検出器１０６は、蛍光体アレイ１０５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。また、蛍光体アレイ１０５を検出器１０６の中に組み込んでも良い。
【００２４】
なお、単色Ｘ線を用いる場合には、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を用いることができる。
【００２５】
つぎに、蛍光体アレイ１０５について説明する。図２に、蛍光体アレイ１０５の一部分について説明する模式図を示す。この蛍光体アレイ１０５は複数の蛍光体２０４を配列することにより構成されており、蛍光体２０４は入射するＸ線に対して垂直方向に厚みが変化している三角柱形状を有している。このように構成することにより、蛍光体２０４はＸ線方向にＸ線の入射位置により蛍光の発光強度が変化する発光量勾配を備えている。なお、蛍光体アレイ１０５は、板状の蛍光体を加工することにより、蛍光体２０４を配列させることにより構成してもよい。
【００２６】
符号２０１は被検知物１０４がない状態での蛍光体２０４に入射する基準Ｘ線強度分布を示し、符号２０２は被検知物１０４がある状態での屈折によって変化した蛍光体２０４へ入射するＸ線強度分布である。
【００２７】
検出器１画素に入るＸ線の強度は、どのような強度分布を持っていても積分強度が同じであれば、検出する蛍光強度は同じとなる。しかし、Ｘ方向にＸ線による蛍光の発光強度が変化する蛍光体２０４を設置すれば、被検知物１０４によってＸ線が屈折することによるＸ線の強度分布変化を蛍光の強度分布変化に変換することができる。例えば、図２において、符号２０２の強め合っている箇所が図よりも上方向にシフトすれば、発生する蛍光の強度は減少する。一方、符号２０２の強め合っている箇所が図よりも下方向にシフトすれば、発生する蛍光の強度は増加する。このため、被検知物１０４がない状態で検出した光強度と、被検知物１０４がある状態で検出した光強度を比較することにより、微小な屈折の効果を検知することができる。
【００２８】
このような構成により、検出器１０６の１画素内の微小な発光量分布変化も検出できることから被検知物１０４と検出器１０６の距離を長く取る必要性がなく、装置の小型化ができる。また、被検知物１０４と検出器１０６の距離を長くする構成を選択すれば、より微小な屈折による発光量分布変化を検出することも出来る。さらに、この手法によれば、位相変化の検出にＸ線の屈折効果を利用するため干渉性の高いＸ線を必ずしも用いる必要がない。
【００２９】
なお、上記では、同一の実効的な蛍光発光量を有し、かつ連続的に形状が変化した蛍光体について説明したが、該蛍光体は、ある方向においてＸ線による蛍光の発光強度が変化するような発光量勾配を有していればよい。例えば、図４のように単位面積当たりの蛍光体の発光量分布（同一線量のＸ線を照射したときに生じる発光量）が変化している蛍光体も本実施形態のＸ線撮像装置に用いることが可能である。このような発光量分布は、発光材料の密度分布やドーパントの密度分布を変化させることにより構成することができる。なお、図２のようにＸ方向に関する発光量分布を、入射するＸ線に対して垂直方向に関する発光量分布と表現することもある。
【００３０】
蛍光体の発光量勾配は必ずしも図２に示すように連続的である必要はなく、階段状（ステップ状）に発光量が変化している場合も含まれる。例えば、段階的に形状が変化していてもよいし、段階的に発光量分布が変化していてもよい。
【００３１】
また、蛍光体の発光量勾配の方向は一方向以上であっても構わない。例えば、同一蛍光体内で、Ｘ方向とＹ方向に発光量勾配を有するように構成すれば、２次元方向の位相勾配を計測することができる。このような形状としては、例えばピラミッド型や円錐型などがある。
【００３２】
また、同一蛍光体内だけでなく、Ｘ方向の勾配を有した蛍光体と、Ｙ方向の勾配を有した蛍光体を交互に面内に有した蛍光体アレイを用いて２次元方向の位相勾配を計測できることも可能である。
【００３３】
さらに、Ｘ方向の勾配を有した蛍光体とＹ方向の勾配を有した蛍光体を積層化した蛍光体アレイを用いても良い。すなわち、第１層目にはＸ方向に勾配を有する蛍光体アレイを設け、第２層目にはＹ方向に勾配を有する蛍光体を設けても良い。
また、被検知物１０４からの散乱Ｘ線による像の不明瞭化を軽減するために、蛍光体アレイ１０５と検出器１０６との間にレントゲン撮影に用いられるグリッドを配置しても良い。
【００３４】
（実施形態２：分割素子を設ける構成例）
実施形態２では、Ｘ線の位相変化から位相像を得るＸ線撮像装置及び方法について説明する。本実施形態では、Ｘ線を分割する素子を設ける点において実施形態１とは異なる。
【００３５】
図３は本発明のＸ線撮像装置を示した図である。
Ｘ線発生手段としてのＸ線源３０１から発生されたＸ線は、分割素子３０３により空間的に分割される。すなわち、分割素子３０３を透過したＸ線はＸ線の束となる。この分割素子３０３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、分割素子３０３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。分割素子３０３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。
【００３６】
分割素子３０３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検出器３０６位置での検出器３０６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の強度検出手段３０５を構成する画素の大きさは、分割素子３０３により分割されたＸ線の空間的な周期以下である。
【００３７】
分割素子３０３により空間的に分割されたＸ線は、被検知物３０４によって屈折される。屈折したそれぞれのＸ線は蛍光体アレイ３０５に入射する。蛍光体アレイ３０５によりＸ線は光に変換され、検出器３０６によりそれぞれの光強度が検出される。検出器３０６により得た光強度に関する情報は演算手段３０７により数的処理がなされ、モニタ等の表示手段３０８に出力される。
【００３８】
また、検出器３０６と蛍光体アレイ３０５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ることが望ましい。これらの光学素子と組み合わせることで、蛍光体アレイ３０５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。なお、被検知物３０４によるＸ線の位置変化量を精度良く測定するために、蛍光体と検出素子とをファイバープレートで一体化してもよい。
【００３９】
また、分割素子３０３と、被検知物３０４と、蛍光体アレイ３０５を移動させる移動手段３０９、３１０、３１１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３０４は適宜移動することができるため、被検知物３０４の特定個所についての像を得ることができる。
なお、単色化手段３０２、被検知物３０４、蛍光体アレイ３０５、検出器３０６、グリッド等に関しては、実施形態１と同様のものを用いることができる。
【００４０】
つぎに、蛍光体アレイ３０５について更に説明する。
【００４１】
図４は本発明の蛍光体アレイを説明するための図である。４０１は基準Ｘ線（被検知物３０４が無い場合）の光路、４０２は被検知物３０４により屈折したＸ線の光路である。４０３は蛍光体アレイ、４０４は蛍光体、４０５はＸ線により発光した蛍光体４０４からの蛍光である。
【００４２】
蛍光体４０４は、Ｘ線照射によって蛍光４０５を発する材料で構成され、且つ素子内で図４に示したＸ方向に連続的に蛍光２０５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４の右側に図示している。
【００４３】
例えば、上記発光材料としてはＮａＩ（Ｔｌドープ）、ＣｓＩ（Ｔｌ或いはＮａドープ）、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出来る。蛍光体４０４内での発光材料の濃度を変化させることにより勾配を有する発光量分布を付与することができる。また、発光量勾配を付与するためには、発光に寄与するドーパントの量を変化させることによっても実現できる。これにより、図４に示すように、Ｘ線の入射位置に応じた蛍光４０５の発光強度（Ｊ（Ｘ））を生じさせることができる。
【００４４】
蛍光体４０４の発光量の勾配が既知であれば、基準Ｘ線４０１とＸ線４０２に起因する光強度の関係から、屈折によるＸ線の位置変化量（ΔＸ）を求めることができる。
【００４５】
また、位置変化量（ΔＸ）を求めるためには、蛍光体４０４におけるＸ線の入射位置（Ｘ）と発光強度（Ｊ（Ｘ））との対応関係をデータテーブルとして演算手段３０７や他の記憶手段などに格納しておき、測定した光強度から位置変化量（ΔＸ）を求めても良い。このデータテーブルは、被検知物３０４がない状態で分割素子３０３あるいは蛍光体アレイ３０５を走査し、蛍光体４０４に入射するＸ線の位置を変化させることにより得られたデータを用いて作成できる。また、データテーブルの作成にあたっては、分割素子３０３を移動させる代わりに分割素子３０３のスリット幅と同等の幅を有する単スリットを用いて蛍光体４０４の各位置における発光強度を検出しても構わない。
【００４６】
つぎに、本実施形態における演算手段３０７により行う演算処理の方法について説明する。図５に演算処理のフロー図を示す。
【００４７】
まず第１のステップであるＳ１００において、蛍光体アレイ３０５から発生した蛍光の強度情報を取得する。
【００４８】
次に、第２のステップであるＳ１０１において、各Ｘ線による蛍光の強度情報から基準Ｘ線４０１に対する位置変化量（ΔＸ）を算出する。例えば、予め作成しておいた蛍光体４０４の各位置における発光強度（Ｊ（Ｘ））のデータベースを参照して、実際に測定における強度情報から位置変化量（ΔＸ）を求める。
【００４９】
次に、第３のステップであるＳ１０２において、各Ｘ線の屈折角（Δθ）を算出する。位置変化量（ΔＸ）と、被検知物３０４と蛍光体アレイ３０５との距離（Ｚ）を用いて各Ｘ線の屈折角（Δθ）は式（１）で表される。
【００５０】
【数１】
【００５１】
また、屈折角度（Δθ）と微分位相（ｄφ／ｄｘ）とは式（２）の関係がある。
【００５２】
【数２】
【００５３】
ここで、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。
【００５４】
次に、第４のステップであるＳ１０３において、上記式（２）を用いて各Ｘ線の微分位相（ｄφ／ｄｘ）を演算して微分位相情報を取得する。
【００５５】
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）をＸ方向に積分することによって位相情報（φ）を取得する。
なお、Ｓ１０５のステップにおいては、この様に算出された微分位相像および位相像は表示手段３０８によって表示することができる。
【００５６】
上記の構成によれば、微小なＸ線の位置変化を検出できるため、被検知物３０４と検出器３０６の距離を短くすることができる。すなわち、特許文献１に記載の屈折コントラスト法に比べて装置の小型化が出来る。
【００５７】
また、分割素子３０３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。なお、被検知物３０４と検出器３０６の距離を長くする構成を選択すれば、より微小な屈折によるＸ線位置変化を測定することができる。
また、位相変化の検出にＸ線の屈折効果を利用するため干渉性の高いＸ線を必ずしも用いる必要がない。
【００５８】
（実施形態３）
実施形態３では、実施形態２の蛍光体アレイとは異なる蛍光体アレイを用いたＸ線撮像装置について説明する。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２で説明した図１と同じである。
【００５９】
図６は、図３に示した蛍光体アレイ３０５の一部分を示した図であり、図４の蛍光体アレイ４０３とは異なる蛍光体アレイ３０５を用いた形態である。
【００６０】
６０１は基準Ｘ線（被検知物３０４がない場合）の光路、６０２は被検知物３０４により屈折したＸ線の光路を示している。蛍光体アレイ６０３は三角柱状の蛍光体６０４が並べられて構成されている。蛍光体６０４は、Ｘ線照射によって蛍光６０５を発光する材料である。
【００６１】
ここで蛍光体６０４の最大の厚みは使用するＸ線が十分透過する厚さであることが望ましい。なぜなら、Ｘ線が蛍光体の途中までしか透過しないとすると、入射されるＸ線の強度と蛍光の強度との相関が確保できず、誤差が生じる可能性があるからである。そのため、検出器３０６にＸ線を直接入射することを防止するために、蛍光体６０４と検出器３０６（図３）との間には蛍光を通すＸ線遮蔽材を挿入することが好ましい。このようなＸ線遮蔽材としては、例えばオプティカルファイバープレート等がある。
【００６２】
この蛍光体６０４は三角柱形状で構成されているため、蛍光体６０４へのＸ線の入射位置によって発光量が変化する。基準Ｘ線６０１が蛍光体６０４に入射した際、蛍光６０５の強度Ｊは式（３）によって表される。
Ｊ＝ｋ・Ｉ０（１−ｅｘｐ（−μｅｎｌ０）） 式（３）
Ｉ０は分割素子２０３によって空間的に分割されたＸ線の強度、μｅｎは蛍光体６０４の材料の実効的な線エネルギー吸収係数、ｌ０は基準Ｘ線６０１の蛍光体４６０４内の光路長、ｋは係数である。すなわち、上記式（３）は、蛍光体６０４に入射したＸ線のうち、蛍光体６０４自体に透過されたＸ線以外のＸ線が蛍光に変換されることを示している。
【００６３】
一方、被検知物３０４によって屈折したＸ線６０２の蛍光体６０４透過後の光強度Ｊ´は式（４）で表される。
Ｊ´＝ｋ・Ｉ０（１−ｅｘｐ（−μｅｎｌ）） 式（４）
ｌはＸ線６０２の蛍光体６０４内の光路長を示している。式（３）、式（４）と蛍光体６０４の頂角（α）から蛍光体アレイ３０５上での位置変化量（ΔＸ）は式（５）で表すことができる。
【００６４】
【数３】
【００６５】
なお、吸収の効果が無視できない場合は、Ｘ線の位置変化により蛍光の光強度が変化しない形態の蛍光体を用いて被検知物３０４のＸ線の透過率を求めることもできる。例えば、蛍光体６０４を三角柱から四角柱形状に変えて撮像することにより透過率を求めることができる。また、ｋＩ０は、Ｘ線−蛍光変換素子の線エネルギー吸収係数μｅｎが既知であるから、基準Ｘ線における蛍光発光強度Ｊを測定することで、式（３）から求めることが出来る。あるいは蛍光体アレイ６０３をＸ方向に走査し、Ｘ線の位置変化量に応じた蛍光発光強度を求め、式（３）でフィッティングすることで、実効的なｋＩ０及びμｅｎを求めることができる。
【００６６】
つまり、基準Ｘ線６０１と屈折したＸ線６０２による蛍光強度の関係から、被検知物３０４での屈折による微量の位置変化量を得ることができる。また、本実施形態においては、上記実施形態２と同様に、予め蛍光６０５の発光強度（Ｊ（Ｘ））を測定して作成したデータテーブルを用いることにより、蛍光６０５の発光強度からＸ線の位置変化量（ΔＸ）を得ることも可能である。
【００６７】
上記のように得られたデータについて図５に示したフローにしたがって演算処理を行うことで、微分位相（ｄφ／ｄｘ）および位相（φ）を算出し、微分位相像や位相像を表示手段３０８に表示することができる。
【００６８】
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３０４と検出器３０６の距離を長く取る必要性がなく装置の小型化ができる。また、分割素子３０３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。なお、被検知物３０４と検出器３０６の距離を長くする構成を選択すれば、より微小な屈折によるＸ線の位置変化を検出することが出来る。更に位相変化の検出にＸ線の屈折効果を利用するため干渉性の高いＸ線を必ずしも用いる必要がない。
【００６９】
（実施形態４：コンピューテッドトモグラフィ）
実施形態４では、コンピューテッドトモグラフィ（ＣＴ）の原理を用いて、３次元的な位相分布を得る装置の構成例について説明する。
【００７０】
図７に、本実施形態におけるＣＴ装置の構成例を説明する概略図を示す。
【００７１】
図７において、７０１はＸ線源、７０３は分割素子、７０４は被検知物、７０５は蛍光体アレイ、７０６は検出器、７０７は演算手段、７０８は表示手段である。
【００７２】
本実施形態におけるＣＴ装置は、Ｘ線源７０１、分割素子７０３、蛍光体アレイ７０５と検出器７０６は、被検知物７０４のまわりを同期させて移動させる可動手段により、移動可能に構成されている。
【００７３】
分割素子７０３により空間的に分割されたＸ線は被検知物７０４に照射され、透過Ｘ線は蛍光体アレイ７０５に入射する。蛍光体アレイ７０５により、分割されたＸ線の被検知物７０４での屈折による微量の位置変化量を得ることができる。蛍光体アレイ７０５を透過した蛍光は検出器７０６により検出される。この撮像を分割素子７０３、蛍光体アレイ７０５と検出器７０６は、被検知物７０４のまわりを同期させて移動させて行うことにより被検知物７０４の投影データを得る。分割素子７０３、蛍光体アレイ７０５とＸ線検出器７０６を固定し、被検知物７０４を回転させて投影データを得ても構わない。
【００７４】
つぎに、本実施形態における演算処理の方法について説明する。図８は、その演算処理のフロー図である。先ず、第１のステップであるＳ２００において、蛍光体アレイ７０５から発生した蛍光の発光強度情報を取得する。次に、第２のステップであるＳ２０１において、各Ｘ線の基準Ｘ線に対する位置変化量（ΔＸ）を算出する。次に、第３のステップであるＳ２０２において、位置変化量（ΔＸ）と被検知物７０４から蛍光体アレイ７０５間の距離（Ｚ）を用いて、各Ｘ線の屈折角（Δθ）を求める。次に、第４のステップであるＳ２０３において、屈折角（Δθ）から各Ｘ線の微分位相（ｄφ／ｄｘ）を算出する。そして、第５のステップであるＳ２０４において、得られた各微分位相（ｄφ／ｄｘ）をＸ方向に積分することによって位相（φ）を算出する。これらの一連のＳ２０１からＳ２０４の作業を、全投影データについて繰り返し処理する。最後に、第６のステップであるＳ２０５において、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。なお、Ｓ２０６のステップにおいては、位相像の断層画像を表示手段７０８によって表示することができる。
【００７５】
このような構成により、装置の小型化ができ、かつ、Ｘ線の屈折効果を利用するため干渉性の高いＸ線を必ずしも用いる必要がなく、このＣＴ装置を利用することにより、非破壊的に被検知物の３次元位相像を得ることができる。
【００７６】
（実施形態５：吸収情報を取得するための蛍光体アレイＡ）
実施形態５では、Ｘ線の吸収が大きい被検知物に対しても、より正確な微分位相像及び位相像を得ることのできる装置及び方法について説明する。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２で説明した図３と同じである。
【００７７】
本実施形態の蛍光体アレイは、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（第１の蛍光体）と、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（第２の蛍光体）とを有することを特徴とする。
ここで、第２の蛍光体は、Ｘの入射位置により蛍光の発光量が一定である蛍光体である。ここで、蛍光の発光量が一定であるとは、入射位置により発光量が実質的に変化せず、被検知物の吸収情報を取得できることをいい、厳密に一定である必要はない。
蛍光体アレイから発光した蛍光の強度を検出することにより吸収像、微分位相像、位相像を得ることができる。以下、具体的に説明する。
【００７８】
図９は本実施形態の蛍光体アレイを説明するための図である。９０１は基準Ｘ線（被検知物３０４が無い場合）の光路、９０２は被検知物３０４により屈折したＸ線の光路である。９０３はＸ線の位置変化量を蛍光の強度情報に変換するための蛍光体９０４と蛍光体９０５が同一面内方向に周期的に並べられた蛍光体アレイである。蛍光体９０４はＸ方向に連続的に変化した発光量分布を有し、蛍光体９０５はＸ方向で変化しない発光量分布を有する。符号９０６はＸ線により発光した蛍光体９０４からの蛍光を示したものである。図９の右側に示すように、蛍光体９０４は、Ｘ方向に発光量分布があり、被検知物３０４で屈折したＸ線の位置変化と吸収されたＸ線強度に対応した蛍光が得られる。なお、図中の右側の蛍光体９０４には一例としてＸ方向に直線的な発光量分布を示した。更に、実施形態２と同様、予め蛍光体９０４のＸ線照射位置変化量（Ｘ）に対する発光量分布（Ｊ（Ｘ））を測定しておいてもよい。
【００７９】
また、図９の右側に示すように、蛍光体９０５は発光量分布が一定であり、被検知物３０４で吸収されたＸ線強度に対応した蛍光が得られる。蛍光の発光量分布は素子内で一様であればよい。しかし、この発光量分布は蛍光体９０４の基準Ｘ線位置と同じ発光強度となるように調整されることが望ましい。例えば、同一線量のＸ線を照射したときに生じる蛍光体９０４の中央の発光量と、蛍光体９０５の発光量をほぼ等しくするように構成することができる。また、検出器３０６にＸ線を直接入射させないために、蛍光体９０４および９０５と検出器３０６との間には蛍光を通すＸ線遮蔽材を挿入することが好ましい。
【００８０】
Ｘ線の基準Ｘ線からの位置変化量と被検知物のＸ線の吸収量は、蛍光体９０４及び９０５の蛍光発光強度を測定し比較することで求めることができる。以下、図１０に示した蛍光体のＸ方向と蛍光発光強度の概念図、及び図１１に示した演算処理のフロー図を用いて説明する。
【００８１】
まず、被検知物３０４によるＸ線の吸収がない場合、被検知物３０４を透過したＸ線の強度Ｉは透過前のＩ０とほぼ等しく（Ｉ≒Ｉ０）、被検知物３０４による位置変化（ΔＸ）は図１０のＡ点の蛍光発光強度ＪＡが得られる。しかしながら、被検知物３０４によるＸ線の吸収がある場合、被検知物３０４を透過後のＩはＩ０より少なく（Ｉ＜Ｉ０）なり、蛍光発光強度は図１０のＣ点での値ＪＣとなる。この場合、予め得た蛍光発光量分布Ｊ（Ｘ）を用いると位置変化はΔＸ‘となり誤った情報となってしまう。そこで、蛍光発光量分布が一様な別の蛍光体（Ｊ１＝Ｊ（０））を用いて同様の測定を行う。被検知物が無い場合における図１０のＢ点の蛍光発光強度ＪＢを予め測定していれば、吸収がある場合における図１０のＤ点の蛍光発光量差ΔＪ（＝ＪＢ−ＪＤ）を求めることが出来る。蛍光発光強度ＪＡ＝ＪＣ＋ΔＪであるから、Ｊ（Ｘ）を用いて正しいΔＸを求めることができる。なお、蛍光発光量差ΔＪは、被検知物３０４の吸収量に対応する。
【００８２】
次に、演算処理方法を図１１のフロー図で説明する。先ず、第１のステップであるＳ３００において、予め被検知物が無い状態で、発光量分布のある蛍光体の発光量分布Ｊ（Ｘ）と、発光量分布のない蛍光体の発光量ＪＢを取得する。次に第２のステップであるＳ３０１において、被検知物の測定し、発光量分布のある蛍光体の発光量ＪＣと、発光量分布のない蛍光体の発光量ＪＤを取得する。次に第３のステップであるＳ３０２において、被検知物の吸収量に対応する発光量差ΔＪ（＝ＪＢ−ＪＣ）を求める。次に第４のステップであるＳ３０３において、被検知物の吸収を補正した発光量ＪＡ（＝ＪＣ＋ΔＪ）を求める。最後に第５のステップであるＳ３０４において、発光量分布のある蛍光体の発光量分布Ｊ（Ｘ）と前ステップで求めたＪＡから、ΔＸを求める。
【００８３】
そのため、蛍光体９０４及び９０５の発光強度からＸ線９０２の照射位置変化（ΔＸ）と吸収量（発光量差ΔＪ）を求め、被検知物３０４での微量の屈折変化量を求めることができる。
【００８４】
なお、上記の算出手法によらず、蛍光体９０５を利用して得た光強度から吸収情報を取得し、この吸収情報を利用して位置変化量を算出する他の手法を用いてもよい。
【００８５】
ところで、上記蛍光体９０４と蛍光体９０５の２つの領域での蛍光強度の情報を得る場合、Ｘ方向の空間分解能が１／２となる。そこで、上記測定に加えて蛍光体アレイ３０５をＸ方向に移動手段３１１で移動させることにより空間分解能を改善することができる。あるいは、被検知物３０４をＸ方向に移動手段３１０で移動させることにより、空間分解能を改善することもできる。
上記の構成によれば、この蛍光体９０４及び９０５を用いることにより、Ｘ線の吸収の効果及び屈折の効果を独立した情報として得ることができる。
【００８６】
上記のように得られたデータは、図５に示したフローにしたがって演算処理を行うことで、微分位相（ｄφ／ｄｘ）および位相（φ）を算出し、吸収像、微分位相像、位相像を表示手段３０８に表示することができる。なお、吸収像、微分位相像、位相像は同時に画面上に表示しても良いし、また個々に表示しても良い。
【００８７】
なお、本実施形態では、発光材料の濃度分布またはドーパント量の分布を調整した例を説明した。しかし、以下の実施例３で説明するように、位置変化量を測定するための蛍光体の形状を例えば三角形状とし、吸収率（透過率）を測定するための蛍光体の形状を四角形状としても良い。すなわち、入射するＸ線に対して垂直方向に厚さが一定の蛍光体を設けてもよい。
【００８８】
（実施形態６：吸収情報を取得するための蛍光体アレイＢ）
実施形態６では、実施形態５と同様にＸ線の吸収が大きい被検知物であっても、より正確な微分位相像および位相像を得ることのできる装置および方法について説明する。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２で説明した図３と同じである。
【００８９】
本実施形態の蛍光体アレイは、隣同士に設けられている蛍光体間で入射するＸ線の移動方向に対する発光量の増減量または増減傾向が異なることを特徴とする。例えば、被検知物が存在しない状態と被検知物が存在する状態とでＸ線の入射位置が変化した場合、第１の蛍光体では発光量が多くなるのに対して、第２の蛍光体では発光量が少なくなるように構成されている。このような蛍光体を用いることにより、吸収情報と位相情報を独立に得ることができる。そしてこの吸収情報を利用することにより、より高精度な微分位相像や位相像を得ることができる。以下、詳細に説明する。
【００９０】
図１２は本実施形態の蛍光体アレイを説明するための図である。１２０１及び１２０５は基準Ｘ線（被検知物３０４が無い場合）の光路、１２０２及び１２０６は被検知物３０４により屈折したＸ線の光路、１２０３は蛍光体アレイ、１２０４及び１２０７は蛍光体アレイ１２０３に周期的に配列された三角柱形状の蛍光体である。符号１２０８はＸ線により発光した蛍光体１２０４及び１２０７からの蛍光を示すものである。
【００９１】
図１２の右側に模式的に示すように蛍光体１２０４及び１２０７はＸ線の入射方向に対して垂直方向であるＸ方向に発光量の勾配がある。
【００９２】
そして、蛍光体１２０４及び１２０７においては、Ｘ線の光路が長いほうがより蛍光を発光する。そして、この発光量分布変化の傾向は蛍光体１２０４と蛍光体１２０７とでは逆向きになっている。なお、蛍光体１２０４、１２０７と検出器３０６の間には可視光を通すＸ線遮蔽材を挿入しても良い。
【００９３】
蛍光体１２０４における屈折したＸ線の位置変化量をΔＸ１、蛍光強度をＪ’１、蛍光体１２０７における屈折したＸ線の位置変化量をΔＸ２、蛍光強度をＪ’２とする。この場合、隣接する各蛍光体の発光量分布（Ｊ（Ｘ））は対称であるため、蛍光発光強度に対するＸ線の位置変化量は、式（６）の関係が成り立つ。
△Ｘ１＝−△Ｘ２ 式（６）
また、Ｊ’１及びＪ’２は、式（４）に被検知物３０４による透過率Ａを加味した式（７）で記述することが出来る。
Ｊ’＝ｋ・Ｉ０Ａ（１−ｅｘｐ（−μｅｎｌ）） 式（７）更に、位置変化量△Ｘは、式（７）を用いて式（８）で表すことが出来る。
【００９４】
【数４】
【００９５】
式（８）のΔＸ１及びΔＸ２にＪ’１及びＪ’２を代入し、式（６）からＡについて解くと、Ａは式（９）のように表すことが出来る。なお、ｎはｋＩ０である。
【００９６】
【数５】
【００９７】
ここで、ｎ、すなわちｋＩ０は、蛍光体の線エネルギー吸収係数μｅｎが既知であるから、基準Ｘ線における蛍光発光強度Ｊを測定することで、式（３）から求めることが出来る。あるいは、蛍光体アレイ１２０３をＸ方向に走査し、Ｘ線の位置変化量に応じた蛍光発光強度を求め、式（３）でフィッティングすることで、実効的なｋＩ０及びμｅｎを求めることが出来る。
【００９８】
したがって、基準Ｘ線１２０１が蛍光体に入射した場合の蛍光強度Ｊ、蛍光体１２０４により生じた蛍光強度Ｊ’１、蛍光体１２０７により生じた蛍光強度Ｊ’２、ｋＩ０から、透過率Ａを求めることができる。
【００９９】
また、予め分かっているα、μｅｎと測定によって得られたｋＩ０、Ａ、Ｊ‘、Ｊを式（８）に代入すれば、位置変化量（ΔＸ）を得ることができる。
【０１００】
なお、ここでは、蛍光体１２０４と１２０７は発光量分布が対称である例を示しているが、必ずしも対称である必要はない。式（６）で示したように、２つの蛍光体の発光量勾配に関する関係が既知であれば、Ｘ線透過率および位置変化量を得ることができる。すなわち、Ｘ線の移動方向に対する発光量の増減量が隣接する蛍光体同士で異なっていればよい。
このような手法によれば、２つの蛍光体から透過率を算出した後に、位置変化量を得るため、被検知物がＸ線に対して十分吸収するような被検知物に対しても高精度の微分位相像または位相像を得ることができる。
【０１０１】
次に、演算処理を図１３に示したフロー図を用いて説明する。先ず、第１のステップであるＳ４００において、蛍光体アレイからの発光量のデータをＪ’を取得する。次に、第２のステップであるＳ４０１において、第１のステップで得られた隣り合う素子の発光量Ｊ’１とＪ‘２と、予め被検知物が無い状態の測定で得られたｋＩ０から、透過率Ａを求める。次に、第３のステップであるＳ４０２において、第１のステップで得られたＪ’と、第２のステップで得られたＡと、予め被検知物が無い状態の測定で得られたμｅｎ、ｋＩ０、Ｊとαを式（８）に代入し、位置変化量（ΔＸ）を求める。次に、第４のステップであるＳ４０３において、位置変化量（ΔＸ）と、蛍光体アレイとの距離（Ｘ）を式（１）に代入し、各Ｘ線の屈折角（Δθ）を求める。次に、第５のステップであるＳ４０４において、第４のステップで得られたΔθを式（２）に代入し、各Ｘ線の微分位相（ｄφ／ｄｘ）求める。次に、第６のステップであるＳ４０５において、第５のステップで得られた各微分位相（ｄφ／ｄｘ）をＸ方向に積分することによって位相情報（φ）を取得する。なお、Ｓ４０６のステップにおいては、この様に算出された吸収像、微分位相像、位相像を表示手段３０８によって適宜表示することができる。
【０１０２】
ところで、上記蛍光体１２０４及び１２０７を用いて蛍光強度の情報を得る場合、Ｘ方向の空間分解能が１／２となる。そこで、上記測定に加えて蛍光体アレイ１２０３を図１に示した移動手段１１１で移動させることにより空間分解能を改善することができる。あるいは、被検知物３０４をＸ方向に移動手段３１０で移動させることにより、空間分解能を改善することもできる。
【０１０３】
以上のように、この蛍光体１２０４及び１２０７を用いることにより、Ｘ線の吸収の効果及び屈折の効果を独立した情報として得ることができる。また、検出手段３０６の画素サイズ以下のＸ線位置変化量を検出できるため、被検知物−検出器間距離を短くすることができ、装置の小型化が達成できる。
【０１０４】
以下、更に実施例を用いて本発明をより具体的説明するが、本発明は実施例に限定されるものではなく、屈折したＸ線の位置変化をエネルギーの低い蛍光の強度に変換出来ることが出来れば、蛍光体アレイや蛍光体の形状や発光量などを自由に変えることが可能である。
【実施例】
【０１０５】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【０１０６】
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用したＸ線撮像装置の構成例について説明する。本実施例は上記実施形態２に対応するものである。
【０１０７】
図１４に、本実施例の構成例について説明する図を示す。図１４において、１４０１はＸ線源、１４０２はモノクロメータ、１４０３は分割素子、１４０４は被検知物、１４０５は蛍光体アレイ、１４０６は検出器、１４０７は演算手段、１４０８は表示手段である。なお、分割素子１４０３、被検知物１４０４、蛍光体アレイ１４０５にはそれぞれステッピングモータを用いた移動手段１４０９、１４１０、１４１１が設けられている。
【０１０８】
Ｘ線発生手段としては、Ｘ線源１４０１に示すＭｏターゲットの回転対陰極型のＸ線発生装置を用いる。Ｘ線の単色化手段としては高配向性熱分解黒鉛（ＨＯＰＧ：Ｈｉｇｈｌｙ ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ Ｇｒａｐｈｉｔｅ）のモノクロメータ１４０２を用いＭｏの特性Ｘ線部分を抽出する。モノクロメータ１４０２により単色化されたＸ線はＸ線源から約１００ｃｍ離れた位置に配置した分割素子１４０３により空間的に分割される。
【０１０９】
分割素子１４０３は、厚さ１００μｍのＷにスリット幅４０μｍのスリットを並べたものを用いる。スリット周期は蛍光体アレイ１４０５上で１５０μｍである。なお、Ｗ以外にも、Ａｕ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｐｔなどの材料を使用することも可能である。
【０１１０】
分割素子１４０３により分割されたＸ線を被検知物１４０４に照射し、被検知物１４０４を透過したＸ線は被検知物１４０４から５０ｃｍ離れた位置にある、蛍光体アレイ１４０５に入射する。
【０１１１】
蛍光体アレイ１４０５は、頂角約８０°の三角柱形状に整形したＣｓＩ（Ｔｌドープ）の蛍光体を並べた構造を有する。Ｘ方向の周期は１５０μｍである。この蛍光体アレイ１４０５は、オプティカルファイバープレートを用い、画素サイズ２５μｍのＣＣＤ素子を用いた検出器１４０６と接合した。この蛍光体アレイ１４０５と検出器１４０６を一体化したデバイスにより蛍光の強度を検出する。
【０１１２】
分割素子１４０３によって分割されたＸ線は三角柱の周期方向の中心に入射するように配置されている。なお、ここでは分割素子１４０３で分割されたＸ線一本に対して、三角柱の周期方向６画素の蛍光強度値を足し合わせて１つの蛍光体に対する蛍光発光強度とした。
【０１１３】
演算手段１４０７を用いて、検出強度と位置変化量（Ｘｄ）の関係をまとめたデータテーブルから位置変化量（Ｘｄ）を算出し、式（２）を用いて屈折角（Δθ）を算出する。屈折角（Δθ）から式（３）を用いて微分位相量を算出し、得られた微分位相量を空間的に積分することにより位相分布像を求める。演算手段１４０７によって得られた微分位相像または位相像は表示手段１４０８としてのＰＣモニタに表示される。
【０１１４】
［実施例２］
以下に、本発明の実施例２におけるＸ線撮像装置の構成例について説明する。本実施例は上記実施形態１に対応するものである。
【０１１５】
図１５に、本実施例の構成例について説明する図を示す。図１５において、１５０１はＸ線源、１５０４は被検知物、１５０５は蛍光体アレイ、１５０６はＸ線検出器、１００８は表示手段である。
【０１１６】
本実施例において、Ｘ線発生手段としては、Ｘ線源１５０１に示すＭｏターゲットの回転対陰極型のＸ線発生装置を用いる。Ｘ線源１５０１から発生したＸ線はＸ線源１５０１から１００ｃｍ離れた位置に配置した被検知物１５０４に照射する。被検知物１５０４を透過したＸ線は被検知物１５０４から６５ｃｍ離れた位置にある、蛍光体アレイ１５０５に入射する。
【０１１７】
蛍光体アレイ１５０５は、頂角約８０°の三角柱形状に整形したＣｓＩ（Ｔｌドープ）の蛍光体を並べた構造を有し、Ｘ方向の周期は１５０μｍである。この蛍光体アレイ１５０５は、オプティカルファイバープレートを用い、画素サイズ２５μｍのＣＣＤ素子を用いた検出器１５０６と接合する。この蛍光体アレイ１５０５と検出器１５０６を一体化したデバイスにより蛍光の強度を検出する。被検知物１５０４の存在しない状態での同様の撮影を行ったときの像からの数的処理によって求めた像を表示手段１５０８としてのＰＣモニタに表示する。
【０１１８】
［実施例３］
実施例３においては、本発明を適用したＸ線撮像装置の構成例について説明する。本実施例は上記実施形態５に対応するものである。
【０１１９】
本実施例の基本的な構成は、実施例１の説明で使用した図１４と同じであるが、蛍光体アレイ１４０５および演算手段１４０７の具体的な形態が異なる。
【０１２０】
すなわち、実施例３における蛍光体アレイ１４０５は、オプティカルファイバープレート上に形成したＣｓＩ（Ｔｌドープ）を加工し、図１６に示すように三角柱と四角柱のロッドを交互に並べた構造に成形する。三角柱の蛍光体１６０４と四角柱の蛍光体１６０５の周期は１５０μｍで、三角柱の蛍光体１６０４の頂角は約８０°、厚みは約１３μｍである。この蛍光体１６０４及び１６０５を形成したオプティカルファイバープレートは、画素サイズ２５μｍのＣＣＤ素子を用いた検出器１４０６と接合する。この蛍光体アレイ１４０５と検出器１４０６を一体化したデバイスにより蛍光の強度を検出する。
【０１２１】
ここで、分割素子１４０３によって分割されたＸ線は各蛍光体の周期方向の中心に入射するように配置されている。
【０１２２】
蛍光体アレイ１４０５の直後に配置した検出手段としての検出器１４０６により、Ｘ線により発光した蛍光の強度を検出する。ここでは、分割素子１４０３で分割されたＸ線一本に対して、各蛍光体の周期方向６画素の蛍光強度値を足し合わせて１つの蛍光体に対する蛍光発光強度とする。その後、蛍光体アレイ１４０５を三角柱及び四角柱の周期方向に移動手段１４１１を用いて一周期１５０μｍ動かした後に同様の測定を行う。この２回の測定により被検知物７０４を透過した各Ｘ線から三角柱及び四角柱の蛍光体による蛍光発光強度が得られる。
【０１２３】
演算手段１４０７を用い、三角柱及び四角柱の蛍光体からの蛍光発光強度と、予め測定した三角柱による蛍光発光強度（Ｊ（Ｘ））と位置変化量（ΔＸ）のデータベースとを用いて、吸収量（ΔＪ）と位置変化量（ΔＸ）を算出する。この位置変化量（ΔＸ）から、式（２）を用いて屈折角（Δθ）を算出する。そして屈折角（Δθ）から、式（３）を用いて微分位相量を算出し、得られた微分位相量を空間的に積分することにより位相分布像を求める。
【０１２４】
演算手段１４０７によって得られた、Ｘ線吸収像、Ｘ線微分位相像、Ｘ線位相像は表示手段１４０８としてのＰＣモニタに適宜表示される。
【０１２５】
［実施例４］
実施例４においては、本発明を適用したＸ線撮像装置の構成例について説明する。本実施例は、実施形態６に対応するものである。
【０１２６】
本実施例の基本的な構成は、実施例１および実施例３の説明で使用した図１４と同じであるが、蛍光体アレイ１４０５および演算手段１４０７の具体的形態が異なる。
【０１２７】
図１２に示すように、本実施例に係る蛍光体アレイ１４０５は、オプティカルファイバープレート上に形成したＣｓＩ（Ｔｌドープ）を加工し、三角柱のロッドが交互に逆の勾配で並べた構造に成形する。三角柱の蛍光体１２０４及び１２０７の周期は１５０μｍで、三角柱の頂角は約８０°である。この蛍光体１２０４及び１２０７を形成したオプティカルファイバープレートは、画素サイズ２５μｍのＣＣＤ素子を用いた検出器１４０６と接合させた。この蛍光体アレイ１４０５と検出器１４０６を一体化したデバイスにより蛍光の強度を検出する。分割素子１４０３によって分割されたＸ線は各蛍光体の周期方向の中心に入射するように配置されている。蛍光体アレイ１４０５の直後に配置した検出手段としての検出器１４０６により、Ｘ線により発光した蛍光の強度を検出する。分割素子１４０３で分割されたＸ線一本に対して、各蛍光体の周期方向６画素の蛍光強度値を足し合わせて１つの蛍光体に対する蛍光発光強度とする。
【０１２８】
その後、蛍光体アレイ１４０５を三角柱の周期方向に移動手段１４１１を用いて一周期１５０μｍ動かした後に同様の測定を行う。この２回の測定により被検知物１４０４を透過した各Ｘ線から蛍光体による蛍光発光強度が得られる。
【０１２９】
演算手段１４０７を用い、三角柱の蛍光体からの蛍光発光強度と、被検知物１４０４のない状態での測定データ（Ｊ（Ｘ））から、位置変化量（ΔＸ）と透過率Ａを算出し、式（２）を用いて屈折角（Δθ）を算出する。そして屈折角（Δθ）から式（３）を用いて微分位相量を算出し、得られた微分位相量を空間的に積分することにより位相分布像を求める。
【０１３０】
演算手段１４０７によって得られた、Ｘ線吸収像、Ｘ線微分位相像、Ｘ線位相像は表示手段１４０８としてのＰＣモニタに適宜表示される。
【符号の説明】
【０１３１】
３０１ Ｘ線源
３０２ 単色化手段
３０３ 分割素子
３０４ 被検知物
３０５ 蛍光体アレイ
３０６ 検出器
３０７ 演算手段
３０８ 表示手段
３０９ 移動手段
３１０ 移動手段
３１１ 移動手段
【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線を硬Ｘ線、波長の長いＸ線を軟Ｘ線という。
【０００３】
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に示された屈折コントラスト法は、Ｘ線の被検知物による位相変化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。この屈折コントラスト法によれば、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、屈折コントラスト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いため、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、特許文献１に記載された屈折コントラスト法とは異なる新規な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、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線が入射する第１の蛍光体が複数配列された蛍光体アレイと、前記蛍光体アレイから発光した蛍光の強度を検出するための検出手段と、を有し、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ように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、特許文献１に記載された屈折コントラスト法とは異なる新規な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２におけるＸ線撮像装置の構成例を説明する図。
【図４】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５】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６】本発明の実施形態３における蛍光体アレイの一部分について説明する図。
【図７】本発明の実施形態４におけるコンピューテッドトモグラフィ（ＣＴ）を説明する図。
【図８】本発明の実施形態４における演算処理の方法について説明するフロー図。
【図９】本発明の実施形態５における蛍光体アレイの一部分について説明する図。
【図１０】本発明の実施形態５における被検知物の吸収による効果を補正するための概念図。
【図１１】本発明の実施形態５における演算処理の方法を説明するフロー図。
【図１２】本発明の実施形態６における蛍光体アレイの一部について説明する図。
【図１３】本発明の実施形態６における演算処理の方法を説明するフロー図。
【図１４】本発明の実施例１におけるＸ線撮像装置を説明する図。
【図１５】本発明の実施例２におけるＸ線撮像装置を説明する図。
【図１６】本発明の実施例３における蛍光体アレイの一部について説明する図。
【図１７】物質によってＸ線が屈折される様子を説明する図。
【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用いて屈折効果による強度分布変化または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（第１の蛍光体）。この蛍光体は、連続的または段階的に形状を変化させることにより構成することができる。また、単位体積当たりの発光量を連続的または段階的に変化させることにより構成することもできる。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こともある。
【００１２】
また、被検知物の吸収を考慮し、より正確な位相変化情報を取得したい場合には、Ｘ線の入射位置の変化に対して蛍光の発光量が一定である蛍光体（第２の蛍光体）を用いても良い。具体的には実施形態５において説明を行う。
【００１３】
さらに、被検知物の吸収を考慮し、より正確な位相変化情報を取得したい場合には、入射するＸ線の移動方向に対する発光量の増減量または増減傾向が異なる蛍光体（第３の蛍光体）を用いても良い。具体的には、実施形態６において説明を行う。
【００１４】
以下、本発明に係るＸ線撮像装置およびＸ線撮像方法に関する具体的な実施形態について説明する。
【００１５】
（実施形態１）
実施形態１では、Ｘ線の位相変化から像を得るＸ線撮像装置の構成例について説明する。
【００１６】
図１７はＸ線が物質を透過した際のＸ線の屈折について模式的に示したものである。物質に対するＸ線の屈折率は１より若干小さい値を有する。そのため、図１７に示すような場合に物質１７０２に入射するＸ線において、例えば物質１７０２と何もない部分との境界に近い部分のＸ線１７０６は物質１７０２の外側に向けて屈折する。この際に、物質の境界部分で屈折されたＸ線１７０６は物質１７０２の外側を進行してきたＸ線１７０１と重なるため、強度が増す。一方、屈折したＸ線の物質に対する入射位置の延長線上の部分は、Ｘ線が弱くなる。この結果、得られる透過Ｘ線強度分布１７０３は、図１７に示すように、物質１７０２の輪郭が強調された分布を持つ。
【００１７】
ここで、Ｘ線の屈折角θは非常に小さい値であるため、検出器の画素サイズを考慮すると、物質と検出器の距離を離さなければ、輪郭強調を検出することが難しい。そのため、上記特許文献１に記載した屈折コントラスト法では、輪郭強調を検出するために被検知物と検出器を十分に離して配置し、像を拡大する必要があるため、装置の大型化を招く。
【００１８】
つまり、被検知物から検出器までの距離が短いと、検出器１７０４の画素１７０５のサイズが透過Ｘ線強度分布１７０３の強弱パターンよりも大きくなり、１画素内で強弱の強度が打ち消し合うことになる。これにより、輪郭が強調された像を得ることができなくなる。
【００１９】
そこで、本実施形態では、被検知物と検出器の距離を短くした場合であっても、Ｘ線の位相変化情報を十分に取得するために、発光量勾配を有する蛍光体を用いる。以下、具体的に説明する。
【００２０】
図１に、本実施形態におけるＸ線撮像装置の構成例を説明する図を示す。
【００２１】
Ｘ線源１０１から発生したＸ線は、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に入射する。入射したＸ線により蛍光体アレイ１０５から生じた蛍光は、検出器１０６によりそれぞれの蛍光の発光強度が検出される。検出器１０６により得たＸ線に関する情報はモニタ等の表示手段１０８に出力される。
【００２２】
被検知物１０４としては、人体、人体以外としては無機材料、無機有機複合材料等が挙げられる。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】
検出器１０６としては、種々の光検出器を用いることができる。例えば、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から選択される。検出器１０６は、蛍光体アレイ１０５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。また、蛍光体アレイ１０５を検出器１０６の中に組み込んでも良い。
【００２４】
なお、単色Ｘ線を用いる場合には、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を用いることができる。
【００２５】
つぎに、蛍光体アレイ１０５について説明する。図２に、蛍光体アレイ１０５の一部分について説明する模式図を示す。この蛍光体アレイ１０５は複数の蛍光体２０４を配列することにより構成されており、蛍光体２０４は入射するＸ線に対して垂直方向に厚みが変化している三角柱形状を有している。このように構成することにより、蛍光体２０４はＸ線方向にＸ線の入射位置により蛍光の発光強度が変化する発光量勾配を備えている。なお、蛍光体アレイ１０５は、板状の蛍光体を加工することにより、蛍光体２０４を配列させることにより構成してもよい。
【００２６】
符号２０１は被検知物１０４がない状態での蛍光体２０４に入射する基準Ｘ線強度分布を示し、符号２０２は被検知物１０４がある状態での屈折によって変化した蛍光体２０４へ入射するＸ線強度分布である。
【００２７】
検出器１画素に入るＸ線の強度は、どのような強度分布を持っていても積分強度が同じであれば、検出する蛍光強度は同じとなる。しかし、Ｘ方向にＸ線による蛍光の発光強度が変化する蛍光体２０４を設置すれば、被検知物１０４によってＸ線が屈折することによるＸ線の強度分布変化を蛍光の強度分布変化に変換することができる。例えば、図２において、符号２０２の強め合っている箇所が図よりも上方向にシフトすれば、発生する蛍光の強度は減少する。一方、符号２０２の強め合っている箇所が図よりも下方向にシフトすれば、発生する蛍光の強度は増加する。このため、被検知物１０４がない状態で検出した光強度と、被検知物１０４がある状態で検出した光強度を比較することにより、微小な屈折の効果を検知することができる。
【００２８】
このような構成により、検出器１０６の１画素内の微小な発光量分布変化も検出できることから被検知物１０４と検出器１０６の距離を長く取る必要性がなく、装置の小型化ができる。また、被検知物１０４と検出器１０６の距離を長くする構成を選択すれば、より微小な屈折による発光量分布変化を検出することも出来る。さらに、この手法によれば、位相変化の検出にＸ線の屈折効果を利用するため干渉性の高いＸ線を必ずしも用いる必要がない。
【００２９】
なお、上記では、同一の実効的な蛍光発光量を有し、かつ連続的に形状が変化した蛍光体について説明したが、該蛍光体は、ある方向においてＸ線による蛍光の発光強度が変化するような発光量勾配を有していればよい。例えば、図４のように単位面積当たりの蛍光体の発光量分布（同一線量のＸ線を照射したときに生じる発光量）が変化している蛍光体も本実施形態のＸ線撮像装置に用いることが可能である。このような発光量分布は、発光材料の密度分布やドーパントの密度分布を変化させることにより構成することができる。なお、図２のようにＸ方向に関する発光量分布を、入射するＸ線に対して垂直方向に関する発光量分布と表現することもある。
【００３０】
蛍光体の発光量勾配は必ずしも図２に示すように連続的である必要はなく、階段状（ステップ状）に発光量が変化している場合も含まれる。例えば、段階的に形状が変化していてもよいし、段階的に発光量分布が変化していてもよい。
【００３１】
また、蛍光体の発光量勾配の方向は一方向以上であっても構わない。例えば、同一蛍光体内で、Ｘ方向とＹ方向に発光量勾配を有するように構成すれば、２次元方向の位相勾配を計測することができる。このような形状としては、例えばピラミッド型や円錐型などがある。
【００３２】
また、同一蛍光体内だけでなく、Ｘ方向の勾配を有した蛍光体と、Ｙ方向の勾配を有した蛍光体を交互に面内に有した蛍光体アレイを用いて２次元方向の位相勾配を計測できることも可能である。
【００３３】
さらに、Ｘ方向の勾配を有した蛍光体とＹ方向の勾配を有した蛍光体を積層化した蛍光体アレイを用いても良い。すなわち、第１層目にはＸ方向に勾配を有する蛍光体アレイを設け、第２層目にはＹ方向に勾配を有する蛍光体を設けても良い。
また、被検知物１０４からの散乱Ｘ線による像の不明瞭化を軽減するために、蛍光体アレイ１０５と検出器１０６との間にレントゲン撮影に用いられるグリッドを配置しても良い。
【００３４】
（実施形態２：分割素子を設ける構成例）
実施形態２では、Ｘ線の位相変化から位相像を得るＸ線撮像装置及び方法について説明する。本実施形態では、Ｘ線を分割する素子を設ける点において実施形態１とは異なる。
【００３５】
図３は本発明のＸ線撮像装置を示した図である。
Ｘ線発生手段としてのＸ線源３０１から発生されたＸ線は、分割素子３０３により空間的に分割される。すなわち、分割素子３０３を透過したＸ線はＸ線の束となる。この分割素子３０３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、分割素子３０３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。分割素子３０３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。
【００３６】
分割素子３０３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検出器３０６位置での検出器３０６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の強度検出手段３０５を構成する画素の大きさは、分割素子３０３により分割されたＸ線の空間的な周期以下である。
【００３７】
分割素子３０３により空間的に分割されたＸ線は、被検知物３０４によって屈折される。屈折したそれぞれのＸ線は蛍光体アレイ３０５に入射する。蛍光体アレイ３０５によりＸ線は光に変換され、検出器３０６によりそれぞれの光強度が検出される。検出器３０６により得た光強度に関する情報は演算手段３０７により数的処理がなされ、モニタ等の表示手段３０８に出力される。
【００３８】
また、検出器３０６と蛍光体アレイ３０５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ることが望ましい。これらの光学素子と組み合わせることで、蛍光体アレイ３０５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。なお、被検知物３０４によるＸ線の位置変化量を精度良く測定するために、蛍光体と検出素子とをファイバープレートで一体化してもよい。
【００３９】
また、分割素子３０３と、被検知物３０４と、蛍光体アレイ３０５を移動させる移動手段３０９、３１０、３１１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３０４は適宜移動することができるため、被検知物３０４の特定個所についての像を得ることができる。
なお、単色化手段３０２、被検知物３０４、蛍光体アレイ３０５、検出器３０６、グリッド等に関しては、実施形態１と同様のものを用いることができる。
【００４０】
つぎに、蛍光体アレイ３０５について更に説明する。
【００４１】
図４は本発明の蛍光体アレイを説明するための図である。４０１は基準Ｘ線（被検知物３０４が無い場合）の光路、４０２は被検知物３０４により屈折したＸ線の光路である。４０３は蛍光体アレイ、４０４は蛍光体、４０５はＸ線により発光した蛍光体４０４からの蛍光である。
【００４２】
蛍光体４０４は、Ｘ線照射によって蛍光４０５を発する材料で構成され、且つ素子内で図４に示したＸ方向に連続的に蛍光２０５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４の右側に図示している。
【００４３】
例えば、上記発光材料としてはＮａＩ（Ｔｌドープ）、ＣｓＩ（Ｔｌ或いはＮａドープ）、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出来る。蛍光体４０４内での発光材料の濃度を変化させることにより勾配を有する発光量分布を付与することができる。また、発光量勾配を付与するためには、発光に寄与するドーパントの量を変化させることによっても実現できる。これにより、図４に示すように、Ｘ線の入射位置に応じた蛍光４０５の発光強度（Ｊ（Ｘ））を生じさせることができる。
【００４４】
蛍光体４０４の発光量の勾配が既知であれば、基準Ｘ線４０１とＸ線４０２に起因する光強度の関係から、屈折によるＸ線の位置変化量（ΔＸ）を求めることができる。
【００４５】
また、位置変化量（ΔＸ）を求めるためには、蛍光体４０４におけるＸ線の入射位置（Ｘ）と発光強度（Ｊ（Ｘ））との対応関係をデータテーブルとして演算手段３０７や他の記憶手段などに格納しておき、測定した光強度から位置変化量（ΔＸ）を求めても良い。このデータテーブルは、被検知物３０４がない状態で分割素子３０３あるいは蛍光体アレイ３０５を走査し、蛍光体４０４に入射するＸ線の位置を変化させることにより得られたデータを用いて作成できる。また、データテーブルの作成にあたっては、分割素子３０３を移動させる代わりに分割素子３０３のスリット幅と同等の幅を有する単スリットを用いて蛍光体４０４の各位置における発光強度を検出しても構わない。
【００４６】
つぎに、本実施形態における演算手段３０７により行う演算処理の方法について説明する。図５に演算処理のフロー図を示す。
【００４７】
まず第１のステップであるＳ１００において、蛍光体アレイ３０５から発生した蛍光の強度情報を取得する。
【００４８】
次に、第２のステップであるＳ１０１において、各Ｘ線による蛍光の強度情報から基準Ｘ線４０１に対する位置変化量（ΔＸ）を算出する。例えば、予め作成しておいた蛍光体４０４の各位置における発光強度（Ｊ（Ｘ））のデータベースを参照して、実際に測定における強度情報から位置変化量（ΔＸ）を求める。
【００４９】
次に、第３のステップであるＳ１０２において、各Ｘ線の屈折角（Δθ）を算出する。位置変化量（ΔＸ）と、被検知物３０４と蛍光体アレイ３０５との距離（Ｚ）を用いて各Ｘ線の屈折角（Δθ）は式（１）で表される。
【００５０】
【数１】
【００５１】
また、屈折角度（Δθ）と微分位相（ｄφ／ｄｘ）とは式（２）の関係がある。
【００５２】
【数２】
【００５３】
ここで、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。
【００５４】
次に、第４のステップであるＳ１０３において、上記式（２）を用いて各Ｘ線の微分位相（ｄφ／ｄｘ）を演算して微分位相情報を取得する。
【００５５】
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）をＸ方向に積分することによって位相情報（φ）を取得する。
なお、Ｓ１０５のステップにおいては、この様に算出された微分位相像および位相像は表示手段３０８によって表示することができる。
【００５６】
上記の構成によれば、微小なＸ線の位置変化を検出できるため、被検知物３０４と検出器３０６の距離を短くすることができる。すなわち、特許文献１に記載の屈折コントラスト法に比べて装置の小型化が出来る。
【００５７】
また、分割素子３０３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。なお、被検知物３０４と検出器３０６の距離を長くする構成を選択すれば、より微小な屈折によるＸ線位置変化を測定することができる。
また、位相変化の検出にＸ線の屈折効果を利用するため干渉性の高いＸ線を必ずしも用いる必要がない。
【００５８】
（実施形態３）
実施形態３では、実施形態２の蛍光体アレイとは異なる蛍光体アレイを用いたＸ線撮像装置について説明する。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２で説明した図１と同じである。
【００５９】
図６は、図３に示した蛍光体アレイ３０５の一部分を示した図であり、図４の蛍光体アレイ４０３とは異なる蛍光体アレイ３０５を用いた形態である。
【００６０】
６０１は基準Ｘ線（被検知物３０４がない場合）の光路、６０２は被検知物３０４により屈折したＸ線の光路を示している。蛍光体アレイ６０３は三角柱状の蛍光体６０４が並べられて構成されている。蛍光体６０４は、Ｘ線照射によって蛍光６０５を発光する材料である。
【００６１】
ここで蛍光体６０４の最大の厚みは使用するＸ線が十分透過する厚さであることが望ましい。なぜなら、Ｘ線が蛍光体の途中までしか透過しないとすると、入射されるＸ線の強度と蛍光の強度との相関が確保できず、誤差が生じる可能性があるからである。そのため、検出器３０６にＸ線を直接入射することを防止するために、蛍光体６０４と検出器３０６（図３）との間には蛍光を通すＸ線遮蔽材を挿入することが好ましい。このようなＸ線遮蔽材としては、例えばオプティカルファイバープレート等がある。
【００６２】
この蛍光体６０４は三角柱形状で構成されているため、蛍光体６０４へのＸ線の入射位置によって発光量が変化する。基準Ｘ線６０１が蛍光体６０４に入射した際、蛍光６０５の強度Ｊは式（３）によって表される。
Ｊ＝ｋ・Ｉ０（１−ｅｘｐ（−μｅｎｌ０）） 式（３）
Ｉ０は分割素子２０３によって空間的に分割されたＸ線の強度、μｅｎは蛍光体６０４の材料の実効的な線エネルギー吸収係数、ｌ０は基準Ｘ線６０１の蛍光体４６０４内の光路長、ｋは係数である。すなわち、上記式（３）は、蛍光体６０４に入射したＸ線のうち、蛍光体６０４自体に透過されたＸ線以外のＸ線が蛍光に変換されることを示している。
【００６３】
一方、被検知物３０４によって屈折したＸ線６０２の蛍光体６０４透過後の光強度Ｊ´は式（４）で表される。
Ｊ´＝ｋ・Ｉ０（１−ｅｘｐ（−μｅｎｌ）） 式（４）
ｌはＸ線６０２の蛍光体６０４内の光路長を示している。式（３）、式（４）と蛍光体６０４の頂角（α）から蛍光体アレイ３０５上での位置変化量（ΔＸ）は式（５）で表すことができる。
【００６４】
【数３】
【００６５】
なお、吸収の効果が無視できない場合は、Ｘ線の位置変化により蛍光の光強度が変化しない形態の蛍光体を用いて被検知物３０４のＸ線の透過率を求めることもできる。例えば、蛍光体６０４を三角柱から四角柱形状に変えて撮像することにより透過率を求めることができる。また、ｋＩ０は、Ｘ線−蛍光変換素子の線エネルギー吸収係数μｅｎが既知であるから、基準Ｘ線における蛍光発光強度Ｊを測定することで、式（３）から求めることが出来る。あるいは蛍光体アレイ６０３をＸ方向に走査し、Ｘ線の位置変化量に応じた蛍光発光強度を求め、式（３）でフィッティングすることで、実効的なｋＩ０及びμｅｎを求めることができる。
【００６６】
つまり、基準Ｘ線６０１と屈折したＸ線６０２による蛍光強度の関係から、被検知物３０４での屈折による微量の位置変化量を得ることができる。また、本実施形態においては、上記実施形態２と同様に、予め蛍光６０５の発光強度（Ｊ（Ｘ））を測定して作成したデータテーブルを用いることにより、蛍光６０５の発光強度からＸ線の位置変化量（ΔＸ）を得ることも可能である。
【００６７】
上記のように得られたデータについて図５に示したフローにしたがって演算処理を行うことで、微分位相（ｄφ／ｄｘ）および位相（φ）を算出し、微分位相像や位相像を表示手段３０８に表示することができる。
【００６８】
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３０４と検出器３０６の距離を長く取る必要性がなく装置の小型化ができる。また、分割素子３０３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。なお、被検知物３０４と検出器３０６の距離を長くする構成を選択すれば、より微小な屈折によるＸ線の位置変化を検出することが出来る。更に位相変化の検出にＸ線の屈折効果を利用するため干渉性の高いＸ線を必ずしも用いる必要がない。
【００６９】
（実施形態４：コンピューテッドトモグラフィ）
実施形態４では、コンピューテッドトモグラフィ（ＣＴ）の原理を用いて、３次元的な位相分布を得る装置の構成例について説明する。
【００７０】
図７に、本実施形態におけるＣＴ装置の構成例を説明する概略図を示す。
【００７１】
図７において、７０１はＸ線源、７０３は分割素子、７０４は被検知物、７０５は蛍光体アレイ、７０６は検出器、７０７は演算手段、７０８は表示手段である。
【００７２】
本実施形態におけるＣＴ装置は、Ｘ線源７０１、分割素子７０３、蛍光体アレイ７０５と検出器７０６は、被検知物７０４のまわりを同期させて移動させる可動手段により、移動可能に構成されている。
【００７３】
分割素子７０３により空間的に分割されたＸ線は被検知物７０４に照射され、透過Ｘ線は蛍光体アレイ７０５に入射する。蛍光体アレイ７０５により、分割されたＸ線の被検知物７０４での屈折による微量の位置変化量を得ることができる。蛍光体アレイ７０５を透過した蛍光は検出器７０６により検出される。この撮像を分割素子７０３、蛍光体アレイ７０５と検出器７０６は、被検知物７０４のまわりを同期させて移動させて行うことにより被検知物７０４の投影データを得る。分割素子７０３、蛍光体アレイ７０５とＸ線検出器７０６を固定し、被検知物７０４を回転させて投影データを得ても構わない。
【００７４】
つぎに、本実施形態における演算処理の方法について説明する。図８は、その演算処理のフロー図である。先ず、第１のステップであるＳ２００において、蛍光体アレイ７０５から発生した蛍光の発光強度情報を取得する。次に、第２のステップであるＳ２０１において、各Ｘ線の基準Ｘ線に対する位置変化量（ΔＸ）を算出する。次に、第３のステップであるＳ２０２において、位置変化量（ΔＸ）と被検知物７０４から蛍光体アレイ７０５間の距離（Ｚ）を用いて、各Ｘ線の屈折角（Δθ）を求める。次に、第４のステップであるＳ２０３において、屈折角（Δθ）から各Ｘ線の微分位相（ｄφ／ｄｘ）を算出する。そして、第５のステップであるＳ２０４において、得られた各微分位相（ｄφ／ｄｘ）をＸ方向に積分することによって位相（φ）を算出する。これらの一連のＳ２０１からＳ２０４の作業を、全投影データについて繰り返し処理する。最後に、第６のステップであるＳ２０５において、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。なお、Ｓ２０６のステップにおいては、位相像の断層画像を表示手段７０８によって表示することができる。
【００７５】
このような構成により、装置の小型化ができ、かつ、Ｘ線の屈折効果を利用するため干渉性の高いＸ線を必ずしも用いる必要がなく、このＣＴ装置を利用することにより、非破壊的に被検知物の３次元位相像を得ることができる。
【００７６】
（実施形態５：吸収情報を取得するための蛍光体アレイＡ）
実施形態５では、Ｘ線の吸収が大きい被検知物に対しても、より正確な微分位相像及び位相像を得ることのできる装置及び方法について説明する。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２で説明した図３と同じである。
【００７７】
本実施形態の蛍光体アレイは、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（第１の蛍光体）と、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（第２の蛍光体）とを有することを特徴とする。
ここで、第２の蛍光体は、Ｘの入射位置により蛍光の発光量が一定である蛍光体である。ここで、蛍光の発光量が一定であるとは、入射位置により発光量が実質的に変化せず、被検知物の吸収情報を取得できることをいい、厳密に一定である必要はない。
蛍光体アレイから発光した蛍光の強度を検出することにより吸収像、微分位相像、位相像を得ることができる。以下、具体的に説明する。
【００７８】
図９は本実施形態の蛍光体アレイを説明するための図である。９０１は基準Ｘ線（被検知物３０４が無い場合）の光路、９０２は被検知物３０４により屈折したＸ線の光路である。９０３はＸ線の位置変化量を蛍光の強度情報に変換するための蛍光体９０４と蛍光体９０５が同一面内方向に周期的に並べられた蛍光体アレイである。蛍光体９０４はＸ方向に連続的に変化した発光量分布を有し、蛍光体９０５はＸ方向で変化しない発光量分布を有する。符号９０６はＸ線により発光した蛍光体９０４からの蛍光を示したものである。図９の右側に示すように、蛍光体９０４は、Ｘ方向に発光量分布があり、被検知物３０４で屈折したＸ線の位置変化と吸収されたＸ線強度に対応した蛍光が得られる。なお、図中の右側の蛍光体９０４には一例としてＸ方向に直線的な発光量分布を示した。更に、実施形態２と同様、予め蛍光体９０４のＸ線照射位置変化量（Ｘ）に対する発光量分布（Ｊ（Ｘ））を測定しておいてもよい。
【００７９】
また、図９の右側に示すように、蛍光体９０５は発光量分布が一定であり、被検知物３０４で吸収されたＸ線強度に対応した蛍光が得られる。蛍光の発光量分布は素子内で一様であればよい。しかし、この発光量分布は蛍光体９０４の基準Ｘ線位置と同じ発光強度となるように調整されることが望ましい。例えば、同一線量のＸ線を照射したときに生じる蛍光体９０４の中央の発光量と、蛍光体９０５の発光量をほぼ等しくするように構成することができる。また、検出器３０６にＸ線を直接入射させないために、蛍光体９０４および９０５と検出器３０６との間には蛍光を通すＸ線遮蔽材を挿入することが好ましい。
【００８０】
Ｘ線の基準Ｘ線からの位置変化量と被検知物のＸ線の吸収量は、蛍光体９０４及び９０５の蛍光発光強度を測定し比較することで求めることができる。以下、図１０に示した蛍光体のＸ方向と蛍光発光強度の概念図、及び図１１に示した演算処理のフロー図を用いて説明する。
【００８１】
まず、被検知物３０４によるＸ線の吸収がない場合、被検知物３０４を透過したＸ線の強度Ｉは透過前のＩ０とほぼ等しく（Ｉ≒Ｉ０）、被検知物３０４による位置変化（ΔＸ）は図１０のＡ点の蛍光発光強度ＪＡが得られる。しかしながら、被検知物３０４によるＸ線の吸収がある場合、被検知物３０４を透過後のＩはＩ０より少なく（Ｉ＜Ｉ０）なり、蛍光発光強度は図１０のＣ点での値ＪＣとなる。この場合、予め得た蛍光発光量分布Ｊ（Ｘ）を用いると位置変化はΔＸ‘となり誤った情報となってしまう。そこで、蛍光発光量分布が一様な別の蛍光体（Ｊ１＝Ｊ（０））を用いて同様の測定を行う。被検知物が無い場合における図１０のＢ点の蛍光発光強度ＪＢを予め測定していれば、吸収がある場合における図１０のＤ点の蛍光発光量差ΔＪ（＝ＪＢ−ＪＤ）を求めることが出来る。蛍光発光強度ＪＡ＝ＪＣ＋ΔＪであるから、Ｊ（Ｘ）を用いて正しいΔＸを求めることができる。なお、蛍光発光量差ΔＪは、被検知物３０４の吸収量に対応する。
【００８２】
次に、演算処理方法を図１１のフロー図で説明する。先ず、第１のステップであるＳ３００において、予め被検知物が無い状態で、発光量分布のある蛍光体の発光量分布Ｊ（Ｘ）と、発光量分布のない蛍光体の発光量ＪＢを取得する。次に第２のステップであるＳ３０１において、被検知物の測定し、発光量分布のある蛍光体の発光量ＪＣと、発光量分布のない蛍光体の発光量ＪＤを取得する。次に第３のステップであるＳ３０２において、被検知物の吸収量に対応する発光量差ΔＪ（＝ＪＢ−ＪＣ）を求める。次に第４のステップであるＳ３０３において、被検知物の吸収を補正した発光量ＪＡ（＝ＪＣ＋ΔＪ）を求める。最後に第５のステップであるＳ３０４において、発光量分布のある蛍光体の発光量分布Ｊ（Ｘ）と前ステップで求めたＪＡから、ΔＸを求める。
【００８３】
そのため、蛍光体９０４及び９０５の発光強度からＸ線９０２の照射位置変化（ΔＸ）と吸収量（発光量差ΔＪ）を求め、被検知物３０４での微量の屈折変化量を求めることができる。
【００８４】
なお、上記の算出手法によらず、蛍光体９０５を利用して得た光強度から吸収情報を取得し、この吸収情報を利用して位置変化量を算出する他の手法を用いてもよい。
【００８５】
ところで、上記蛍光体９０４と蛍光体９０５の２つの領域での蛍光強度の情報を得る場合、Ｘ方向の空間分解能が１／２となる。そこで、上記測定に加えて蛍光体アレイ３０５をＸ方向に移動手段３１１で移動させることにより空間分解能を改善することができる。あるいは、被検知物３０４をＸ方向に移動手段３１０で移動させることにより、空間分解能を改善することもできる。
上記の構成によれば、この蛍光体９０４及び９０５を用いることにより、Ｘ線の吸収の効果及び屈折の効果を独立した情報として得ることができる。
【００８６】
上記のように得られたデータは、図５に示したフローにしたがって演算処理を行うことで、微分位相（ｄφ／ｄｘ）および位相（φ）を算出し、吸収像、微分位相像、位相像を表示手段３０８に表示することができる。なお、吸収像、微分位相像、位相像は同時に画面上に表示しても良いし、また個々に表示しても良い。
【００８７】
なお、本実施形態では、発光材料の濃度分布またはドーパント量の分布を調整した例を説明した。しかし、以下の実施例３で説明するように、位置変化量を測定するための蛍光体の形状を例えば三角形状とし、吸収率（透過率）を測定するための蛍光体の形状を四角形状としても良い。すなわち、入射するＸ線に対して垂直方向に厚さが一定の蛍光体を設けてもよい。
【００８８】
（実施形態６：吸収情報を取得するための蛍光体アレイＢ）
実施形態６では、実施形態５と同様にＸ線の吸収が大きい被検知物であっても、より正確な微分位相像および位相像を得ることのできる装置および方法について説明する。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２で説明した図３と同じである。
【００８９】
本実施形態の蛍光体アレイは、隣同士に設けられている蛍光体間で入射するＸ線の移動方向に対する発光量の増減量または増減傾向が異なることを特徴とする。例えば、被検知物が存在しない状態と被検知物が存在する状態とでＸ線の入射位置が変化した場合、第１の蛍光体では発光量が多くなるのに対して、第２の蛍光体では発光量が少なくなるように構成されている。このような蛍光体を用いることにより、吸収情報と位相情報を独立に得ることができる。そしてこの吸収情報を利用することにより、より高精度な微分位相像や位相像を得ることができる。以下、詳細に説明する。
【００９０】
図１２は本実施形態の蛍光体アレイを説明するための図である。１２０１及び１２０５は基準Ｘ線（被検知物３０４が無い場合）の光路、１２０２及び１２０６は被検知物３０４により屈折したＸ線の光路、１２０３は蛍光体アレイ、１２０４及び１２０７は蛍光体アレイ１２０３に周期的に配列された三角柱形状の蛍光体である。符号１２０８はＸ線により発光した蛍光体１２０４及び１２０７からの蛍光を示すものである。
【００９１】
図１２の右側に模式的に示すように蛍光体１２０４及び１２０７はＸ線の入射方向に対して垂直方向であるＸ方向に発光量の勾配がある。
【００９２】
そして、蛍光体１２０４及び１２０７においては、Ｘ線の光路が長いほうがより蛍光を発光する。そして、この発光量分布変化の傾向は蛍光体１２０４と蛍光体１２０７とでは逆向きになっている。なお、蛍光体１２０４、１２０７と検出器３０６の間には可視光を通すＸ線遮蔽材を挿入しても良い。
【００９３】
蛍光体１２０４における屈折したＸ線の位置変化量をΔＸ１、蛍光強度をＪ’１、蛍光体１２０７における屈折したＸ線の位置変化量をΔＸ２、蛍光強度をＪ’２とする。この場合、隣接する各蛍光体の発光量分布（Ｊ（Ｘ））は対称であるため、蛍光発光強度に対するＸ線の位置変化量は、式（６）の関係が成り立つ。
△Ｘ１＝−△Ｘ２ 式（６）
また、Ｊ’１及びＪ’２は、式（４）に被検知物３０４による透過率Ａを加味した式（７）で記述することが出来る。
Ｊ’＝ｋ・Ｉ０Ａ（１−ｅｘｐ（−μｅｎｌ）） 式（７）更に、位置変化量△Ｘは、式（７）を用いて式（８）で表すことが出来る。
【００９４】
【数４】
【００９５】
式（８）のΔＸ１及びΔＸ２にＪ’１及びＪ’２を代入し、式（６）からＡについて解くと、Ａは式（９）のように表すことが出来る。なお、ｎはｋＩ０である。
【００９６】
【数５】
【００９７】
ここで、ｎ、すなわちｋＩ０は、蛍光体の線エネルギー吸収係数μｅｎが既知であるから、基準Ｘ線における蛍光発光強度Ｊを測定することで、式（３）から求めることが出来る。あるいは、蛍光体アレイ１２０３をＸ方向に走査し、Ｘ線の位置変化量に応じた蛍光発光強度を求め、式（３）でフィッティングすることで、実効的なｋＩ０及びμｅｎを求めることが出来る。
【００９８】
したがって、基準Ｘ線１２０１が蛍光体に入射した場合の蛍光強度Ｊ、蛍光体１２０４により生じた蛍光強度Ｊ’１、蛍光体１２０７により生じた蛍光強度Ｊ’２、ｋＩ０から、透過率Ａを求めることができる。
【００９９】
また、予め分かっているα、μｅｎと測定によって得られたｋＩ０、Ａ、Ｊ‘、Ｊを式（８）に代入すれば、位置変化量（ΔＸ）を得ることができる。
【０１００】
なお、ここでは、蛍光体１２０４と１２０７は発光量分布が対称である例を示しているが、必ずしも対称である必要はない。式（６）で示したように、２つの蛍光体の発光量勾配に関する関係が既知であれば、Ｘ線透過率および位置変化量を得ることができる。すなわち、Ｘ線の移動方向に対する発光量の増減量が隣接する蛍光体同士で異なっていればよい。
このような手法によれば、２つの蛍光体から透過率を算出した後に、位置変化量を得るため、被検知物がＸ線に対して十分吸収するような被検知物に対しても高精度の微分位相像または位相像を得ることができる。
【０１０１】
次に、演算処理を図１３に示したフロー図を用いて説明する。先ず、第１のステップであるＳ４００において、蛍光体アレイからの発光量のデータをＪ’を取得する。次に、第２のステップであるＳ４０１において、第１のステップで得られた隣り合う素子の発光量Ｊ’１とＪ‘２と、予め被検知物が無い状態の測定で得られたｋＩ０から、透過率Ａを求める。次に、第３のステップであるＳ４０２において、第１のステップで得られたＪ’と、第２のステップで得られたＡと、予め被検知物が無い状態の測定で得られたμｅｎ、ｋＩ０、Ｊとαを式（８）に代入し、位置変化量（ΔＸ）を求める。次に、第４のステップであるＳ４０３において、位置変化量（ΔＸ）と、蛍光体アレイとの距離（Ｘ）を式（１）に代入し、各Ｘ線の屈折角（Δθ）を求める。次に、第５のステップであるＳ４０４において、第４のステップで得られたΔθを式（２）に代入し、各Ｘ線の微分位相（ｄφ／ｄｘ）求める。次に、第６のステップであるＳ４０５において、第５のステップで得られた各微分位相（ｄφ／ｄｘ）をＸ方向に積分することによって位相情報（φ）を取得する。なお、Ｓ４０６のステップにおいては、この様に算出された吸収像、微分位相像、位相像を表示手段３０８によって適宜表示することができる。
【０１０２】
ところで、上記蛍光体１２０４及び１２０７を用いて蛍光強度の情報を得る場合、Ｘ方向の空間分解能が１／２となる。そこで、上記測定に加えて蛍光体アレイ１２０３を図１に示した移動手段１１１で移動させることにより空間分解能を改善することができる。あるいは、被検知物３０４をＸ方向に移動手段３１０で移動させることにより、空間分解能を改善することもできる。
【０１０３】
以上のように、この蛍光体１２０４及び１２０７を用いることにより、Ｘ線の吸収の効果及び屈折の効果を独立した情報として得ることができる。また、検出手段３０６の画素サイズ以下のＸ線位置変化量を検出できるため、被検知物−検出器間距離を短くすることができ、装置の小型化が達成できる。
【０１０４】
以下、更に実施例を用いて本発明をより具体的説明するが、本発明は実施例に限定されるものではなく、屈折したＸ線の位置変化をエネルギーの低い蛍光の強度に変換出来ることが出来れば、蛍光体アレイや蛍光体の形状や発光量などを自由に変えることが可能である。
【実施例】
【０１０５】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【０１０６】
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用したＸ線撮像装置の構成例について説明する。本実施例は上記実施形態２に対応するものである。
【０１０７】
図１４に、本実施例の構成例について説明する図を示す。図１４において、１４０１はＸ線源、１４０２はモノクロメータ、１４０３は分割素子、１４０４は被検知物、１４０５は蛍光体アレイ、１４０６は検出器、１４０７は演算手段、１４０８は表示手段である。なお、分割素子１４０３、被検知物１４０４、蛍光体アレイ１４０５にはそれぞれステッピングモータを用いた移動手段１４０９、１４１０、１４１１が設けられている。
【０１０８】
Ｘ線発生手段としては、Ｘ線源１４０１に示すＭｏターゲットの回転対陰極型のＸ線発生装置を用いる。Ｘ線の単色化手段としては高配向性熱分解黒鉛（ＨＯＰＧ：Ｈｉｇｈｌｙ ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ Ｇｒａｐｈｉｔｅ）のモノクロメータ１４０２を用いＭｏの特性Ｘ線部分を抽出する。モノクロメータ１４０２により単色化されたＸ線はＸ線源から約１００ｃｍ離れた位置に配置した分割素子１４０３により空間的に分割される。
【０１０９】
分割素子１４０３は、厚さ１００μｍのＷにスリット幅４０μｍのスリットを並べたものを用いる。スリット周期は蛍光体アレイ１４０５上で１５０μｍである。なお、Ｗ以外にも、Ａｕ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｐｔなどの材料を使用することも可能である。
【０１１０】
分割素子１４０３により分割されたＸ線を被検知物１４０４に照射し、被検知物１４０４を透過したＸ線は被検知物１４０４から５０ｃｍ離れた位置にある、蛍光体アレイ１４０５に入射する。
【０１１１】
蛍光体アレイ１４０５は、頂角約８０°の三角柱形状に整形したＣｓＩ（Ｔｌドープ）の蛍光体を並べた構造を有する。Ｘ方向の周期は１５０μｍである。この蛍光体アレイ１４０５は、オプティカルファイバープレートを用い、画素サイズ２５μｍのＣＣＤ素子を用いた検出器１４０６と接合した。この蛍光体アレイ１４０５と検出器１４０６を一体化したデバイスにより蛍光の強度を検出する。
【０１１２】
分割素子１４０３によって分割されたＸ線は三角柱の周期方向の中心に入射するように配置されている。なお、ここでは分割素子１４０３で分割されたＸ線一本に対して、三角柱の周期方向６画素の蛍光強度値を足し合わせて１つの蛍光体に対する蛍光発光強度とした。
【０１１３】
演算手段１４０７を用いて、検出強度と位置変化量（Ｘｄ）の関係をまとめたデータテーブルから位置変化量（Ｘｄ）を算出し、式（２）を用いて屈折角（Δθ）を算出する。屈折角（Δθ）から式（３）を用いて微分位相量を算出し、得られた微分位相量を空間的に積分することにより位相分布像を求める。演算手段１４０７によって得られた微分位相像または位相像は表示手段１４０８としてのＰＣモニタに表示される。
【０１１４】
［実施例２］
以下に、本発明の実施例２におけるＸ線撮像装置の構成例について説明する。本実施例は上記実施形態１に対応するものである。
【０１１５】
図１５に、本実施例の構成例について説明する図を示す。図１５において、１５０１はＸ線源、１５０４は被検知物、１５０５は蛍光体アレイ、１５０６はＸ線検出器、１００８は表示手段である。
【０１１６】
本実施例において、Ｘ線発生手段としては、Ｘ線源１５０１に示すＭｏターゲットの回転対陰極型のＸ線発生装置を用いる。Ｘ線源１５０１から発生したＸ線はＸ線源１５０１から１００ｃｍ離れた位置に配置した被検知物１５０４に照射する。被検知物１５０４を透過したＸ線は被検知物１５０４から６５ｃｍ離れた位置にある、蛍光体アレイ１５０５に入射する。
【０１１７】
蛍光体アレイ１５０５は、頂角約８０°の三角柱形状に整形したＣｓＩ（Ｔｌドープ）の蛍光体を並べた構造を有し、Ｘ方向の周期は１５０μｍである。この蛍光体アレイ１５０５は、オプティカルファイバープレートを用い、画素サイズ２５μｍのＣＣＤ素子を用いた検出器１５０６と接合する。この蛍光体アレイ１５０５と検出器１５０６を一体化したデバイスにより蛍光の強度を検出する。被検知物１５０４の存在しない状態での同様の撮影を行ったときの像からの数的処理によって求めた像を表示手段１５０８としてのＰＣモニタに表示する。
【０１１８】
［実施例３］
実施例３においては、本発明を適用したＸ線撮像装置の構成例について説明する。本実施例は上記実施形態５に対応するものである。
【０１１９】
本実施例の基本的な構成は、実施例１の説明で使用した図１４と同じであるが、蛍光体アレイ１４０５および演算手段１４０７の具体的な形態が異なる。
【０１２０】
すなわち、実施例３における蛍光体アレイ１４０５は、オプティカルファイバープレート上に形成したＣｓＩ（Ｔｌドープ）を加工し、図１６に示すように三角柱と四角柱のロッドを交互に並べた構造に成形する。三角柱の蛍光体１６０４と四角柱の蛍光体１６０５の周期は１５０μｍで、三角柱の蛍光体１６０４の頂角は約８０°、厚みは約１３μｍである。この蛍光体１６０４及び１６０５を形成したオプティカルファイバープレートは、画素サイズ２５μｍのＣＣＤ素子を用いた検出器１４０６と接合する。この蛍光体アレイ１４０５と検出器１４０６を一体化したデバイスにより蛍光の強度を検出する。
【０１２１】
ここで、分割素子１４０３によって分割されたＸ線は各蛍光体の周期方向の中心に入射するように配置されている。
【０１２２】
蛍光体アレイ１４０５の直後に配置した検出手段としての検出器１４０６により、Ｘ線により発光した蛍光の強度を検出する。ここでは、分割素子１４０３で分割されたＸ線一本に対して、各蛍光体の周期方向６画素の蛍光強度値を足し合わせて１つの蛍光体に対する蛍光発光強度とする。その後、蛍光体アレイ１４０５を三角柱及び四角柱の周期方向に移動手段１４１１を用いて一周期１５０μｍ動かした後に同様の測定を行う。この２回の測定により被検知物７０４を透過した各Ｘ線から三角柱及び四角柱の蛍光体による蛍光発光強度が得られる。
【０１２３】
演算手段１４０７を用い、三角柱及び四角柱の蛍光体からの蛍光発光強度と、予め測定した三角柱による蛍光発光強度（Ｊ（Ｘ））と位置変化量（ΔＸ）のデータベースとを用いて、吸収量（ΔＪ）と位置変化量（ΔＸ）を算出する。この位置変化量（ΔＸ）から、式（２）を用いて屈折角（Δθ）を算出する。そして屈折角（Δθ）から、式（３）を用いて微分位相量を算出し、得られた微分位相量を空間的に積分することにより位相分布像を求める。
【０１２４】
演算手段１４０７によって得られた、Ｘ線吸収像、Ｘ線微分位相像、Ｘ線位相像は表示手段１４０８としてのＰＣモニタに適宜表示される。
【０１２５】
［実施例４］
実施例４においては、本発明を適用したＸ線撮像装置の構成例について説明する。本実施例は、実施形態６に対応するものである。
【０１２６】
本実施例の基本的な構成は、実施例１および実施例３の説明で使用した図１４と同じであるが、蛍光体アレイ１４０５および演算手段１４０７の具体的形態が異なる。
【０１２７】
図１２に示すように、本実施例に係る蛍光体アレイ１４０５は、オプティカルファイバープレート上に形成したＣｓＩ（Ｔｌドープ）を加工し、三角柱のロッドが交互に逆の勾配で並べた構造に成形する。三角柱の蛍光体１２０４及び１２０７の周期は１５０μｍで、三角柱の頂角は約８０°である。この蛍光体１２０４及び１２０７を形成したオプティカルファイバープレートは、画素サイズ２５μｍのＣＣＤ素子を用いた検出器１４０６と接合させた。この蛍光体アレイ１４０５と検出器１４０６を一体化したデバイスにより蛍光の強度を検出する。分割素子１４０３によって分割されたＸ線は各蛍光体の周期方向の中心に入射するように配置されている。蛍光体アレイ１４０５の直後に配置した検出手段としての検出器１４０６により、Ｘ線により発光した蛍光の強度を検出する。分割素子１４０３で分割されたＸ線一本に対して、各蛍光体の周期方向６画素の蛍光強度値を足し合わせて１つの蛍光体に対する蛍光発光強度とする。
【０１２８】
その後、蛍光体アレイ１４０５を三角柱の周期方向に移動手段１４１１を用いて一周期１５０μｍ動かした後に同様の測定を行う。この２回の測定により被検知物１４０４を透過した各Ｘ線から蛍光体による蛍光発光強度が得られる。
【０１２９】
演算手段１４０７を用い、三角柱の蛍光体からの蛍光発光強度と、被検知物１４０４のない状態での測定データ（Ｊ（Ｘ））から、位置変化量（ΔＸ）と透過率Ａを算出し、式（２）を用いて屈折角（Δθ）を算出する。そして屈折角（Δθ）から式（３）を用いて微分位相量を算出し、得られた微分位相量を空間的に積分することにより位相分布像を求める。
【０１３０】
演算手段１４０７によって得られた、Ｘ線吸収像、Ｘ線微分位相像、Ｘ線位相像は表示手段１４０８としてのＰＣモニタに適宜表示される。
【符号の説明】
【０１３１】
３０１ Ｘ線源
３０２ 単色化手段
３０３ 分割素子
３０４ 被検知物
３０５ 蛍光体アレイ
３０６ 検出器
３０７ 演算手段
３０８ 表示手段
３０９ 移動手段
３１０ 移動手段
３１１ 移動手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検知物によるＸ線の位相変化情報を取得する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線が入射する第１の蛍光体が複数配列された蛍光体アレイと、
前記蛍光体アレイから発光した蛍光の強度を検出するための検出手段と、を有し、
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ように構成されていることを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項２】
前記検出手段により検出された蛍光の強度情報から、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に記載のＸ線撮像装置。
【請求項３】
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ことを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線撮像装置。
【請求項４】
前記第１の蛍光体は、入射するＸ線に対して垂直方向に単位体積当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から請求項３のいずれかに記載のＸ線撮像装置。
【請求項５】
前記蛍光体アレイは、前記第１の蛍光体と、前記Ｘ線の入射位置に対して蛍光の発光量が一定である第２の蛍光体とが同一面内方向に配列されてい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さが一定であることを特徴する請求項５に記載のＸ線撮像装置。
【請求項７】
前記第２の蛍光体は、入射するＸ線に対して垂直方向に単位体積当りの発光量が一定であることを特徴とする請求項５に記載のＸ線撮像装置。
【請求項８】
前記蛍光体アレイは、前記第１の蛍光体と、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ように構成された第３の蛍光体を備え、
前記第１の蛍光体と前記第３の蛍光体は入射するＸ線の移動方向に対する発光量の増減量または増減傾向が異な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９】
前記Ｘ線発生手段と、前記蛍光体アレイと、前記検出手段と、を同期させて移動させる移動手段を有することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のＸ線撮像装置。
【請求項１０】
Ｘ線撮像装置に用いるＸ線撮像方法において、
空間的にＸ線を分割する工程と、
前記空間的に分割された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ように構成された蛍光体が複数配列された蛍光体アレイを用いて、被検知物によるＸ線の位相変化情報を蛍光の強度分布から取得する工程を有することを特徴とするＸ線撮像方法。
【請求項１１】
Ｘ線撮像装置において、
被検知物を透過した際に生じるＸ線の強度分布の変化に応じてＸ線による蛍光の発光量が変化するように構成された蛍光体が複数配列された蛍光体アレイと、
前記蛍光体アレイにより発光した蛍光の強度を検出するための検出手段とを有することを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項１２】
Ｘ線撮像装置に用いるＸ線撮像方法において、
被検知物を透過した際に生じるＸ線の強度分布の変化に応じてＸ線による蛍光の発光量が変化するように構成された蛍光体が複数配列された蛍光体アレイを用いて、前記発光した蛍光の強度を検出する工程を有することを特徴とするＸ線撮像方法。
【請求項１】
被検知物によるＸ線の位相変化情報を取得する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線が入射する第１の蛍光体が複数配列された蛍光体アレイと、
前記蛍光体アレイから発光した蛍光の強度を検出するための検出手段と、を有し、
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ように構成されていることを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項２】
前記検出手段により検出された蛍光の強度情報から、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に記載のＸ線撮像装置。
【請求項３】
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ことを特徴とする請求項１または２に記載のＸ線撮像装置。
【請求項４】
前記第１の蛍光体は、入射するＸ線に対して垂直方向に単位体積当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から請求項３のいずれかに記載のＸ線撮像装置。
【請求項５】
前記蛍光体アレイは、前記第１の蛍光体と、前記Ｘ線の入射位置に対して蛍光の発光量が一定である第２の蛍光体とが同一面内方向に配列されてい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さが一定であることを特徴する請求項５に記載のＸ線撮像装置。
【請求項７】
前記第２の蛍光体は、入射するＸ線に対して垂直方向に単位体積当りの発光量が一定であることを特徴とする請求項５に記載のＸ線撮像装置。
【請求項８】
前記蛍光体アレイは、前記第１の蛍光体と、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ように構成された第３の蛍光体を備え、
前記第１の蛍光体と前記第３の蛍光体は入射するＸ線の移動方向に対する発光量の増減量または増減傾向が異な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９】
前記Ｘ線発生手段と、前記蛍光体アレイと、前記検出手段と、を同期させて移動させる移動手段を有することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のＸ線撮像装置。
【請求項１０】
Ｘ線撮像装置に用いるＸ線撮像方法において、
空間的にＸ線を分割する工程と、
前記空間的に分割された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ように構成された蛍光体が複数配列された蛍光体アレイを用いて、被検知物によるＸ線の位相変化情報を蛍光の強度分布から取得する工程を有することを特徴とするＸ線撮像方法。
【請求項１１】
Ｘ線撮像装置において、
被検知物を透過した際に生じるＸ線の強度分布の変化に応じてＸ線による蛍光の発光量が変化するように構成された蛍光体が複数配列された蛍光体アレイと、
前記蛍光体アレイにより発光した蛍光の強度を検出するための検出手段とを有することを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項１２】
Ｘ線撮像装置に用いるＸ線撮像方法において、
被検知物を透過した際に生じるＸ線の強度分布の変化に応じてＸ線による蛍光の発光量が変化するように構成された蛍光体が複数配列された蛍光体アレイを用いて、前記発光した蛍光の強度を検出する工程を有することを特徴とするＸ線撮像方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−４１７９５（Ｐ２０１１−４１７９５Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５３０７８（Ｐ２０１０−１５３０７８）
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【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３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月５日（２０１０．７．５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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