Ｘ線撮像装置およびＸ線撮像方法
【課題】 装置を小型化し、かつ、被検知物によるＸ線の吸収効果を考慮した微分位相像または位相像を得ることが可能な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線を空間的に分割させ、被検知物に透過させた際に生じるＸ線の位置変化量に応じて、Ｘ線の透過量が連続的に変化するような減衰素子を用いる。一方の減衰素子と、この一方の減衰素子とは透過量の増減量が異なるか、または、増減傾向が異なる他方の減衰素子とを用いて透過率を算出する。この透過率を用いて、被検知物の微分位相像等を演算する。
【解決手段】 Ｘ線を空間的に分割させ、被検知物に透過させた際に生じるＸ線の位置変化量に応じて、Ｘ線の透過量が連続的に変化するような減衰素子を用いる。一方の減衰素子と、この一方の減衰素子とは透過量の増減量が異なるか、または、増減傾向が異なる他方の減衰素子とを用いて透過率を算出する。この透過率を用いて、被検知物の微分位相像等を演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線を用いた撮像装置およびＸ線撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射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。例えば、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〜）を硬Ｘ線、波長の長いＸ線（約０．１ｋｅＶ〜約２ｋｅＶ）を軟Ｘ線という。
【０００３】
例えば、被検知物にＸ線を透過させた時の透過率の違いを用いた吸収コントラスト法で得られる吸収像は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。
【０００４】
一方、Ｘ線の吸収によるコントラストがつきにくい密度差の小さい物質で構成されている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。例えば、高分子材料の相分離構造体のイメージングや医療応用が検討されている。
【０００５】
各種Ｘ線位相イメージングにおいて特許文献１が示す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は非常に簡便で効果的な方法である。具体的には、微小焦点のＸ線源を用い、被検知物と検出器の距離を離すことによって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ことを利用している。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った特徴がある。
【０００６】
一方、特許文献２では検出器の画素のエッヂ部分にＸ線を遮蔽するマスクを設置した撮像装置が開示されている。被検知物がない状態において、遮蔽マスクの一部にＸ線が照射するようにセッティングを行えば、被検知物による屈折効果により生じたＸ線の位置変化が強度変化として検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１０２２１５号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０２９１０７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、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、検出器の画素の大きさを考えると輪郭強調した像を得るには被検知物と検出器の距離を十分に離す必要がある。そのため、特許文献１の方法では、装置の大型化を招く。
【０００９】
一方、特許文献２に記載の方法は、被検知物と検出器の距離を短くでき、装置の小型化が図られるというメリットがある。しかしながら、Ｘ線を遮蔽するマスクを設けているため、この遮光マスク内におけるＸ線の位置変化を検出することができないという問題点がある。すなわち、不感領域が存在するため、高精度の分析ができない。
【００１０】
また、特許文献１、および特許文献２は、被検知物がＸ線に対して十分吸収する被検知物に対しては、Ｘ線の吸収による効果と位相による効果を分離することができないといった課題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、特許文献１の方法よりも装置を小型化し、特許文献２の方法よりも高精度の分析を可能とすると共に、被検知物によるＸ線の吸収効果を考慮した微分位相像または位相像を得る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】
【００１２】
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の減衰素子と、前記分割素子により分割されたＸ線が入射し、前記第１の減衰素子と隣接して配置されている第２の減衰素子と、前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子を透過したＸ線の強度を検出する検出手段と、を有し、前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子は、前記Ｘ線の入射位置に応じてＸ線の透過量が連続的に変化するように構成され、前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子は、前記Ｘ線の移動方向に対する透過量の増減量または増減傾向が異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、特許文献１よりも装置を小型化し、特許文献２よりも高精度の分析を可能とすると共に、被検知物によるＸ線の吸収効果を考慮した微分位相像または位相像を得ることが可能な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】
【００１４】
【図１】実施形態１、２で説明する装置の構成例
【図２】実施形態１で説明する減衰手段の構成例
【図３】実施形態１で説明する演算手段における処理フロー図
【図４】実施形態２で説明する減衰手段の構成例
【図５】実施形態３で説明するＣＴ装置の概略図
【図６】実施形態３で説明する演算手段における処理フロー図
【図７】実施例で説明する装置の構成例
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る実施形態では、Ｘ線の被検知物による位相変化を利用したＸ線撮像装置において、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や位相像を得ることができる装置について説明する。
【００１６】
具体的には、被検知物の屈折効果によるＸ線の入射位置の変化量をＸ線強度情報に変換して検出する。この際に、吸収能勾配（透過能勾配）を有する第１の減衰素子と、第１の減衰素子に隣接して配置されている第２の減衰素子とを用いる。
【００１７】
ここで、吸収能勾配（透過能勾配）を有する減衰素子とは、Ｘ線の入射位置に応じて、Ｘ線の吸収量（透過量）が連続的に変化する素子のことをいう。この減衰素子は、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Ｘ線の吸収量（透過量）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。
【００１８】
また、第１の減衰素子と第２の減衰素子は、Ｘ線の移動方向に対する透過量の増減量や増減傾向が異なる。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の減衰素子ではＸ線の透過量が少なくなるのに対して、第２の減衰素子ではＸ線の透過量が多くなるように構成されている。
【００１９】
このような素子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、具体的に説明する。
【００２０】
（実施形態１）
実施形態１ではＸ線の吸収変化つまり透過率変化から透過率像、位相変化から微分位相像や位相像を得る装置について説明する。
【００２１】
図１に本実施形態に関する装置構成を示す。Ｘ線発生源としてのＸ線源１０１から発生するＸ線の光路上には分割素子１０３と、被検知物１０４と、減衰手段１０５と、検出器１０６が配置されている。なお、分割素子１０３と、被検知物１０４と、減衰手段１０５を移動させるステッピングモータ等を用いた移動手段１０９、１１０、１１１を別途設けても良い。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。Ｘ線源１０１から発生されたＸ線は分割素子１０３により空間的に分割される。すなわち、分割素子１０３は、特許文献２に記載されている複数のアパーチャを有するサンプルマスクとして機能するものであって、この分割素子１０３を透過したＸ線はＸ線の束となる。分割素子１０３は、ラインアンドスペースによるスリットアレイ形状を備えたものであっても、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。
【００２２】
また、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。分割素子１０３を構成する材料としてはＸ線の吸収能が高いＰｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｗなどから選択される。
【００２３】
分割素子１０３により分割されたＸ線の検出器１０６位置でのラインアンドスペースの周期は検出器１０６の画素サイズ以上である。すなわち、Ｘ線強度検出手段を構成する画素の大きさは、検出器１０６の位置におけるＸ線の空間的な周期以下である。
【００２４】
分割素子１０３により空間的に分割されたシート状のＸ線は、被検知物１０４によって吸収されると共に位相が変化し、その結果、屈折する。屈折したそれぞれのＸ線は減衰手段１０５に入射する。減衰手段１０５を透過したＸ線は検出器１０６によりそれぞれのＸ線の強度を検出する。検出器１０６により得たＸ線に関する情報は演算手段１０７により数的処理がなされ、モニタ等の表示手段１０８に出力される。
【００２５】
被検知物１０４としては、例えば人体、人体以外としては無機材料、無機有機複合材料が挙げられる。
【００２６】
検出器１０６は、例えばＸ線フラットパネル検出器、Ｘ線ＣＣＤカメラや直接変換型Ｘ線２次元検出器などから選択される。検出器１０６は減衰手段１０５と近接していてもよいし、一定の間隔を隔てて配置してもよい。また、減衰手段１０５を検出器１０６の中に組み込んでも良い。
【００２７】
なお、単色Ｘ線を用いる場合には、Ｘ線源１０１と分割素子１０３の間に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の単色化手段１０２を配置してもよい。また、減衰手段１０５からの散乱Ｘ線による像の不明瞭化を軽減するために、減衰手段１０５と検出器１０６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。
【００２８】
図２に減衰手段１０５の一部分の模式図を示す。基準Ｘ線２０１は被検知物１０４のない状態での分割されたＸ線を示し、Ｘ線２０２は被検知物１０４によって屈折したＸ線を示している。
【００２９】
図２の右側に示すように減衰手段１０５は、減衰素子２０４（第１の減衰素子）と減衰素子２０７（第２の減衰素子）が隣接して交互に配列されている。減衰素子２０４はＸ方向（入射するＸ線に対して垂直方向）に直線的な密度分布を有する。つまり、図中の減衰素子２０４の密度変化はＸ線の吸収の度合いを変化させ、密度が高いほうがよりＸ線を通さない。すなわち、減衰素子２０４は位置変化量に応じて、Ｘ線の吸収量（透過量）が変化するような吸収能勾配を有している。基準Ｘ線２０１、２０５は減衰素子２０４、２０７のＸ方向の中心に入射するのが好ましい。減衰素子２０４を透過した基準Ｘ線２０１の強度Ｉ１は式（１）によってあらわされる。
【００３０】
【数１】
【００３１】
Ｉ０は分割素子１０３によって空間的に分割されたＸ線の強度、μ／ρは減衰素子２０４の実効的な質量吸収係数、ρ１は基準Ｘ線２０１が減衰素子２０４内を透過した部分おける減衰素子２０４の密度、Ｌは減衰素子２０４の厚さである。一方、被検知物１０４によって屈折したＸ線２０２の減衰素子２０４透過後の強度Ｉ２は式（２）で表される。
【００３２】
【数２】
【００３３】
Ａは被検知物１０４のＸ線透過率を示し、ρ２はＸ線２０２が減衰素子２０４内の透過した部分における減衰素子２０４の密度を示している。式（１）と式（２）から基準Ｘ線２０１とＸ線２０２の減衰素子２０４内の密度差は式（３）により表される。
【００３４】
【数３】
【００３５】
また、減衰素子減衰素子２０４（第１の減衰素子）には、密度分布が対称の減衰素子２０７（第２の減衰素子）が隣接して配置されている。
【００３６】
上記と同様に、減衰素子２０７（第２の減衰素子）においては、基準Ｘ線２０５とＸ線２０６の減衰素子２０７内の密度差は、式（４）により表される。
【００３７】
【数４】
【００３８】
ρ’１は基準Ｘ線２０５が減衰素子２０７内の透過した部分おける減衰素子２０７の密度、ρ’２はＸ線２０６が減衰素子２０７内の透過した部分における減衰素子２０７の密度を示している。Ｉ’１は減衰素子２０７を透過した基準Ｘ線２０５の強度、Ｉ’２は減衰素子２０７を透過したＸ線２０６の強度を示す。
【００３９】
ここで、２つの減衰素子２０４、２０７が対称な密度分布を持つことを考慮し基準Ｘ線２０１−２０５間距離と屈折したＸ線２０２−２０６間距離が等しいと仮定すると式（５）が導き出される。
【００４０】
【数５】
【００４１】
つまり式（３）、式（４）、式（５）から被検知物１０４のＸ線透過率Ａは式（６）によって算出することができる。
【００４２】
【数６】
【００４３】
すなわち、減衰素子２０４を透過した基準Ｘ線２０１の強度Ｉ１とＸ線２０２の強度Ｉ２、減衰素子２０７を透過した基準Ｘ線２０５の強度Ｉ´１とＸ線２０６の強度Ｉ´２より、Ｘ線透過率Ａが求まる。
【００４４】
このＸ線透過率Ａを式（３）または式（４）に代入すれば、ρ１−ρ２またはρ１´−ρ２´を求めることができる。ここで、減衰素子の密度分布は既知であるため、この密度差から、減衰手段１０４上での位置変化量（ｄ）を得ることができる。あるいは、透過Ｘ線強度と位置変化量（ｄ）の対応関係をデータテーブルとして演算手段１０７やメモリなどに格納しておき、測定強度からデータテーブルを参照して位置変化量（ｄ）を求めても良い。このデータテーブルは、減衰素子２０４や減衰素子２０７について減衰手段１０５もしくは分割素子１０３を移動させ減衰素子２０４の各位置における透過Ｘ線強度を検出することにより作成することができる。また、データテーブルの作成にあたっては、分割素子１０３を移動させる代わりに分割素子１０３のスリット幅と同等の幅を持つ単スリットを用いて減衰素子２０４の各位置における透過Ｘ線強度を検出しても構わない。
【００４５】
すなわち、検出された強度から、被検知物１０４での屈折による位置変化量を得ることができる。
【００４６】
なお、ここでは減衰素子２０４、２０７が対称な密度分布を持つ例を示しているが、対称である必要性はない。式（５）で示したように、２つの減衰素子の密度勾配に関する関係が分かれば、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透過量の増減量が減衰素子２０４と２０７とで異なっていればよい。
【００４７】
このような手法によれば、２つの減衰素子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。
【００４８】
この場合、減衰素子２０４と減衰素子２０７の２つの領域におけるＸ線強度の情報を用いて微分位相像等を形成するため、空間分解能は１／２になる。
【００４９】
そこで、空間分解能の低減を改善するために上記測定に加えて減衰手段１０５もしくは被検知物１０４をＸ方向に減衰素子２０４の長さ分移動させ測定することができる。これにより、先にＸ線位置変化量を測定した被検知物１０４の位置に相当するＸ線透過率Ａの情報を得ることができる。
【００５０】
この減衰手段１０５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、減衰手段１０５により検出手段１０６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、装置の小型化を達成できる。
【００５１】
演算処理１０７のフロー図を図３に示す。まず減衰手段１０５を透過した各Ｘ線の強度情報を取得する（Ｓ１００）。次に各Ｘ線の強度情報からＸ線透過率Ａ、基準Ｘ線２０１に対する位置変化量ｄを算出する（Ｓ１０１）。位置変化量ｄと被検知物１０４−減衰手段１０５間の距離Ｚを用いて、各Ｘ線の屈折角（Δθ）は式（７）で表される。
【００５２】
【数７】
【００５３】
式（７）を用いて各Ｘ線の屈折角（Δθ）を算出する（Ｓ１０２）。屈折角度（Δθ）と微分位相（ｄφ／ｄｘ）とは式（８）の関係がある。
【００５４】
【数８】
【００５５】
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。この式（８）を用いて各Ｘ線の微分位相（ｄφ／ｄｘ）を算出する（Ｓ１０３）。つぎに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（Ｓ１０４）。
【００５６】
この様に算出された微分位相（ｄφ／ｄｘ）および位相（φ）は表示手段１０８によって表示することができる（Ｓ１０５）。
【００５７】
このような構成により、検出器１０６の１画素内の微小な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、Ｘ線の遮蔽領域の無い透過型の減衰手段１０５を用いるため不感領域が存在しない。
【００５８】
なお、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Ｘ線位置変化を測定することが出来る。
【００５９】
以上の構成によれば、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く、吸収の効果を考慮した微分位相像またはＸ線位相像を得ることができる。
【００６０】
なお、上記では微分位相像または位相像を得ているが、吸収情報から得た透過率像を表示手段１０８に表示してもよい。
【００６１】
また、図２においては、連続的に密度が変化する減衰素子について説明したが、このような素子としては、密度が段階的（ステップ状）に変化するものを用いてもよい。
【００６２】
（実施形態２）
実施形態２では実施形態１の減衰手段の代わりに図４に示す減衰手段を用いた場合の装置について説明する。装置構成は実施形態１と同じである。分割素子１０３により空間的に分割されたＸ線は被検知物１０４に照射され、透過Ｘ線は減衰手段１０５に入射する。減衰手段１０５の一部分の模式図を図４に示す。
【００６３】
基準Ｘ線５０１は被検知物１０４のない状態での分割されたＸ線を示し、Ｘ線５０２は被検知物１０４によって屈折したＸ線を示している。減衰素子５０４（第１の減衰素子）と減衰素子５０７（第２の減衰素子）は三角柱の構造体が対称になるように配置されている。なお、これらの減衰素子は、板状部材を加工することにより同様の形態を形成してもよい。
【００６４】
減衰素子５０４は三角柱形状なのでＸ方向に減衰素子５０４内における透過Ｘ線の光路長が変化する。減衰素子５０４を透過した基準Ｘ線５０１の強度は式（９）によってあらわされる。
【００６５】
【数９】
【００６６】
Ｉ０は分割素子１０３によって空間的に分割されたＸ線の強度、μは減衰素子５０４の実効的な線吸収係数、ｌ０は基準Ｘ線５０１の減衰素子５０４内の光路長である。一方、被検知物１０４によって屈折したＸ線５０２の減衰素子５０４透過後の強度は式（１０）で表される。
【００６７】
【数１０】
【００６８】
Ａは被検知物１０４のＸ線透過率を示し、ｌはＸ線５０２の減衰素子５０４内の光路長を示している。式（９）、式（１０）と減衰素子５０４の頂角αから減衰手段１０５上での位置変化量ｄは式（１１）で表すことができる。
【００６９】
【数１１】
【００７０】
上記と同様に、減衰素子５０７（第２の減衰素子）において、位置変化量ｄを考えると、被検知物１０４のＸ線透過率Ａは式（１２）を用いて算出することができる。
【００７１】
【数１２】
【００７２】
すなわち、減衰素子５０４を透過した基準Ｘ線５０１の強度Ｉ１とＸ線５０２の強度Ｉ２、減衰素子５０７を透過した基準Ｘ線５０５の強度Ｉ´１とＸ線５０６の強度Ｉ´２より、Ｘ線透過率Ａが求まる。
【００７３】
このＸ線透過率Ａを式（１１）に代入すれば、位置変化量ｄを得ることができる。ここでは２つの減衰素子の頂角が同じで、対称になるように配置されている場合について述べたが、対称な構造でなく２つの減衰素子の頂角が同じでない場合も同様にＸ線透過率Ａ、位置変化量ｄを得ることができる。
【００７４】
このような手法によれば、２つの減衰素子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。
【００７５】
この場合、減衰素子５０４と減衰素子５０７の２つの領域におけるＸ線強度の情報を用いて微分位相像を形成するため、空間分解能は１／２となる。
【００７６】
そこで、空間分解能の低減を押さえるために上記測定に加えて減衰手段１０５もしくは被検知物１０４をＸ方向に減衰素子５０４の長さ分移動させ測定することができる。これにより、先にＸ線位置変化量を測定した被検知物１０４の位置に相当するＸ線透過率Ａの情報を得ることができる。
【００７７】
また、減衰素子５０４を三角柱にすることにより、位置変化量ｄは減衰素子５０４のどの位置を使用しても、基準Ｘ線５０１とＸ線５０２の比をもとに決めることができる。減衰手段１０５を透過したＸ線はＸ線検出器１０６により検出される。
【００７８】
この検出されたデータを実施形態１と同様の演算手段１０７を用いて、図３に示すように、Ｘ線透過率Ａ、微分位相（ｄφ／ｄｘ）および位相φを算出し、表示手段１０８によって表示することができる。
【００７９】
このような構成により、検出器１０６の１画素内の微小なＸ線の位置変化を検出できるため、被検知物１０４と検出器１０６の距離を長く取る必要性がなく小型化ができる。また、Ｘ線の遮蔽領域の無い透過型の減衰手段１０５を用いるため不感領域が存在しない。
【００８０】
なお、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Ｘ線の位置変化を検出することが出来る。
【００８１】
以上の構成によれば、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く、吸収の効果を考慮した微分位相像またはＸ線位相像を測定することができる。
【００８２】
なお、上記では微分位相像または位相像を得ているが、吸収情報から得た透過率像を表示手段１０８に表示してもよい。
【００８３】
また、図４においては、連続的に形状が変化する減衰素子について説明したが、このような素子としては形状が段階的に変化するものを用いてもよい。
【００８４】
（実施形態３）
実施形態３ではコンピューテッドトモグラフィー（ＣＴ）の原理を用いて、３次元的な吸収分布、位相分布を得る装置について説明する。
【００８５】
図５に本実施形態に関する装置構成を示す。Ｘ線源４０１、分割素子４０３、減衰手段４０５とＸ線検出器４０６は、被検知物４０４のまわりを同期させて回転移動させる稼動手段により、移動可能に構成されている。また、分割素子４０３により空間的に分割されたＸ線は被検知物４０４に照射され、透過Ｘ線は減衰手段４０５に入射する。
【００８６】
減衰手段４０５により、分割されたＸ線の被検知物４０４での吸収の効果による吸収量および屈折による微量の位置変化量を得ることができる。減衰手段４０５を透過したＸ線はＸ線検出器４０６により検出される。必要であれば実施形態１，２と同様に、被検知物４０４もしくは減衰手段４０５を移動させて撮像しても良い。この撮像をＸ線源４０１、分割素子４０３、減衰手段４０５とＸ線検出器４０６を、被検知物４０４を中心に同期させて移動させて行うことにより被検知物４０４の投影データを得る。なお、分割素子４０３、減衰手段４０５とＸ線検出器４０６を固定し、被検知物４０４を回転させて投影データを得ても構わない。
【００８７】
演算処理４０７の方法を図６に示す。まず減衰素子４０５を透過した各Ｘ線の強度情報を取得する（Ｓ２００）。
【００８８】
次に各Ｘ線の強度情報からＸ線透過率Ａを得ると共に基準Ｘ線５０１に対する位置変化量ｄを算出する（Ｓ２０１）。位置変化量ｄと被検知物４０４−減衰手段４０５間距離Ｚを用いて各Ｘ線の屈折角（Δθ）を求める（Ｓ２０２）。
【００８９】
屈折角（Δθ）から各Ｘ線の微分位相（ｄφ／ｄｘ）を算出する（Ｓ２０３）。
【００９０】
つぎに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（Ｓ２０４）。
【００９１】
これらの一連の作業（Ｓ２０１からＳ２０４）を全投影データについて繰り返し処理する。全投影データにおける吸収像及び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、断層像を得る（Ｓ２０６）。断層像は表示手段４０８によって表示することができる（Ｓ２０５）。
【００９２】
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次元線吸収係数像や位相像を得ることができる。
【００９３】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、一方向に吸収能勾配（透過能勾配）を有する減衰素子について説明したが、この吸収能勾配（透過能勾配）の方向は一方向以上であっても構わない。例えば、同一の減衰素子において、Ｘ方向とＹ方向に吸収能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も可能である。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。
【００９４】
また、Ｘ方向の勾配を有した減衰素子と、Ｙ方向の勾配を有した減衰素子を面内に有した減衰手段を用いて２次元方向の位相勾配を検出することも可能である。
【００９５】
また、Ｘ方向の勾配とＹ方向の勾配を有した減衰素子を積層化してもよい。
【００９６】
以上のように、本願発明に係るＸ線撮像装置は、第１の強度データを取得する第１の素子と、第１の素子の隣に配置され、第２の強度データを取得する第２の素子とを有する。また、第１の強度データと第２の強度データを用いて、被検知物のＸ線透過率を取得する演算を行なう演算手段とを有する。また、演算手段は、該演算手段により取得された前記Ｘ線透過率に基づいて、第１の強度データまたは第２の強度データから被検知物によるＸ線の位相変化量を取得する。
【００９７】
また、本願発明に係るＸ線撮像方法は、第１の素子から、第１の強度データを取得する工程と、第１の素子の隣に配置された第２の素子から、第２の強度データを取得する工程と、第１の強度データと第２の強度データを用いて、被検知物のＸ線透過率を取得する工程とを有する。さらに、取得されたＸ線透過率に基づいて、第１の強度データまたは第２の強度データから被検知物によるＸ線位相変化量を取得する工程を有する。
【実施例】
【００９８】
図７に本実施例の装置構成を示す。
【００９９】
Ｘ線発生手段としてはＸ線源７０１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）のモノクロメータ７０２を用いＭｏの特性Ｘ線部分を抽出する。
【０１００】
モノクロメータ７０２により単色化されたＸ線はＸ線源から１００ｃｍ離れた位置に配置した分割素子７０３により空間的に分割される。この分割素子７０３としては、厚さ１００μｍのＷにスリット幅４０μｍを並べたものを用いた。スリット周期は減衰手段７０５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。
【０１０１】
分割素子７０３により分割されたＸ線を被検知物７０４に照射する。被検知物７０４を透過したＸ線は被検知物７０４から５０ｃｍ離れた位置にある、減衰手段７０５に入射する。なお分割素子７０３、被検知物７０４、減衰手段７０５にはそれぞれステッピングモータによる移動手段７０９、７１０、７１１が設けられている。
【０１０２】
減衰手段７０５はＮｉの三角柱を厚さ１ｍｍのカーボン基板上に並べた構造をもち三角柱の断面である三角形は２等辺三角形で底辺の長さは３００μｍで高さは７５μｍである。減衰手段７０５の直後に配置した検出手段としてのＸ線検出器７０６により、減衰手段７０５を透過したＸ線強度を検出する。その後、減衰手段７０５を三角柱の周期方向に移動手段７１１を用いて１５０μｍ動かした後に同様の測定を行う。Ｘ線検出器７０６は画素サイズ５０μｍ×５０μｍのフラットパネル検出器を用い、三角柱の周期方向３画素のＸ線強度値を足し合わせて１つの減衰素子に対するＸ線強度とした。
【０１０３】
被検知物７０４のない状態での同様の撮影を行ったときの各Ｘ線の強度との変化から、演算手段７０７を用いて各Ｘ線の被検知物７０４でのＸ線透過率（Ａ）を求め透過率像を得て、位置変化量（ｄ）を式（８）を用いて算出し、式（４）を用いて屈折角（Δθ）を算出する。
【０１０４】
屈折角（Δθ）から式（５）を用いて微分位相量を算出し、各Ｘ線から求め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。
【０１０５】
演算手段７０７によって得られたＸ線透過率像、Ｘ線微分位相像、Ｘ線位相像は表示手段７０８としてのＰＣモニタに表示される。
【符号の説明】
【０１０６】
１０１ Ｘ線源
１０２ 単色化手段
１０３ 分割素子
１０４ 被検知物
１０５ 減衰手段
１０６ 検出器
１０７ 演算手段
１０８ 表示手段
１０９ 移動手段
１１０ 移動手段
１１１ 移動手段
２０１ 基準Ｘ線
２０２ Ｘ線
２０３ 減衰手段
２０４ 減衰素子
２０５ 基準Ｘ線
２０６ Ｘ線
２０７ 減衰素子
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線を用いた撮像装置およびＸ線撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射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。例えば、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〜）を硬Ｘ線、波長の長いＸ線（約０．１ｋｅＶ〜約２ｋｅＶ）を軟Ｘ線という。
【０００３】
例えば、被検知物にＸ線を透過させた時の透過率の違いを用いた吸収コントラスト法で得られる吸収像は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。
【０００４】
一方、Ｘ線の吸収によるコントラストがつきにくい密度差の小さい物質で構成されている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。例えば、高分子材料の相分離構造体のイメージングや医療応用が検討されている。
【０００５】
各種Ｘ線位相イメージングにおいて特許文献１が示す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は非常に簡便で効果的な方法である。具体的には、微小焦点のＸ線源を用い、被検知物と検出器の距離を離すことによって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ことを利用している。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った特徴がある。
【０００６】
一方、特許文献２では検出器の画素のエッヂ部分にＸ線を遮蔽するマスクを設置した撮像装置が開示されている。被検知物がない状態において、遮蔽マスクの一部にＸ線が照射するようにセッティングを行えば、被検知物による屈折効果により生じたＸ線の位置変化が強度変化として検知することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１０２２１５号公報
【特許文献２】国際公開第２００８／０２９１０７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、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、検出器の画素の大きさを考えると輪郭強調した像を得るには被検知物と検出器の距離を十分に離す必要がある。そのため、特許文献１の方法では、装置の大型化を招く。
【０００９】
一方、特許文献２に記載の方法は、被検知物と検出器の距離を短くでき、装置の小型化が図られるというメリットがある。しかしながら、Ｘ線を遮蔽するマスクを設けているため、この遮光マスク内におけるＸ線の位置変化を検出することができないという問題点がある。すなわち、不感領域が存在するため、高精度の分析ができない。
【００１０】
また、特許文献１、および特許文献２は、被検知物がＸ線に対して十分吸収する被検知物に対しては、Ｘ線の吸収による効果と位相による効果を分離することができないといった課題がある。
【００１１】
そこで、本発明は、特許文献１の方法よりも装置を小型化し、特許文献２の方法よりも高精度の分析を可能とすると共に、被検知物によるＸ線の吸収効果を考慮した微分位相像または位相像を得る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】
【００１２】
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の減衰素子と、前記分割素子により分割されたＸ線が入射し、前記第１の減衰素子と隣接して配置されている第２の減衰素子と、前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子を透過したＸ線の強度を検出する検出手段と、を有し、前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子は、前記Ｘ線の入射位置に応じてＸ線の透過量が連続的に変化するように構成され、前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子は、前記Ｘ線の移動方向に対する透過量の増減量または増減傾向が異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、特許文献１よりも装置を小型化し、特許文献２よりも高精度の分析を可能とすると共に、被検知物によるＸ線の吸収効果を考慮した微分位相像または位相像を得ることが可能な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】
【００１４】
【図１】実施形態１、２で説明する装置の構成例
【図２】実施形態１で説明する減衰手段の構成例
【図３】実施形態１で説明する演算手段における処理フロー図
【図４】実施形態２で説明する減衰手段の構成例
【図５】実施形態３で説明するＣＴ装置の概略図
【図６】実施形態３で説明する演算手段における処理フロー図
【図７】実施例で説明する装置の構成例
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る実施形態では、Ｘ線の被検知物による位相変化を利用したＸ線撮像装置において、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や位相像を得ることができる装置について説明する。
【００１６】
具体的には、被検知物の屈折効果によるＸ線の入射位置の変化量をＸ線強度情報に変換して検出する。この際に、吸収能勾配（透過能勾配）を有する第１の減衰素子と、第１の減衰素子に隣接して配置されている第２の減衰素子とを用いる。
【００１７】
ここで、吸収能勾配（透過能勾配）を有する減衰素子とは、Ｘ線の入射位置に応じて、Ｘ線の吸収量（透過量）が連続的に変化する素子のことをいう。この減衰素子は、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Ｘ線の吸収量（透過量）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。
【００１８】
また、第１の減衰素子と第２の減衰素子は、Ｘ線の移動方向に対する透過量の増減量や増減傾向が異なる。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の減衰素子ではＸ線の透過量が少なくなるのに対して、第２の減衰素子ではＸ線の透過量が多くなるように構成されている。
【００１９】
このような素子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、具体的に説明する。
【００２０】
（実施形態１）
実施形態１ではＸ線の吸収変化つまり透過率変化から透過率像、位相変化から微分位相像や位相像を得る装置について説明する。
【００２１】
図１に本実施形態に関する装置構成を示す。Ｘ線発生源としてのＸ線源１０１から発生するＸ線の光路上には分割素子１０３と、被検知物１０４と、減衰手段１０５と、検出器１０６が配置されている。なお、分割素子１０３と、被検知物１０４と、減衰手段１０５を移動させるステッピングモータ等を用いた移動手段１０９、１１０、１１１を別途設けても良い。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。Ｘ線源１０１から発生されたＸ線は分割素子１０３により空間的に分割される。すなわち、分割素子１０３は、特許文献２に記載されている複数のアパーチャを有するサンプルマスクとして機能するものであって、この分割素子１０３を透過したＸ線はＸ線の束となる。分割素子１０３は、ラインアンドスペースによるスリットアレイ形状を備えたものであっても、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。
【００２２】
また、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。分割素子１０３を構成する材料としてはＸ線の吸収能が高いＰｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｗなどから選択される。
【００２３】
分割素子１０３により分割されたＸ線の検出器１０６位置でのラインアンドスペースの周期は検出器１０６の画素サイズ以上である。すなわち、Ｘ線強度検出手段を構成する画素の大きさは、検出器１０６の位置におけるＸ線の空間的な周期以下である。
【００２４】
分割素子１０３により空間的に分割されたシート状のＸ線は、被検知物１０４によって吸収されると共に位相が変化し、その結果、屈折する。屈折したそれぞれのＸ線は減衰手段１０５に入射する。減衰手段１０５を透過したＸ線は検出器１０６によりそれぞれのＸ線の強度を検出する。検出器１０６により得たＸ線に関する情報は演算手段１０７により数的処理がなされ、モニタ等の表示手段１０８に出力される。
【００２５】
被検知物１０４としては、例えば人体、人体以外としては無機材料、無機有機複合材料が挙げられる。
【００２６】
検出器１０６は、例えばＸ線フラットパネル検出器、Ｘ線ＣＣＤカメラや直接変換型Ｘ線２次元検出器などから選択される。検出器１０６は減衰手段１０５と近接していてもよいし、一定の間隔を隔てて配置してもよい。また、減衰手段１０５を検出器１０６の中に組み込んでも良い。
【００２７】
なお、単色Ｘ線を用いる場合には、Ｘ線源１０１と分割素子１０３の間に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の単色化手段１０２を配置してもよい。また、減衰手段１０５からの散乱Ｘ線による像の不明瞭化を軽減するために、減衰手段１０５と検出器１０６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。
【００２８】
図２に減衰手段１０５の一部分の模式図を示す。基準Ｘ線２０１は被検知物１０４のない状態での分割されたＸ線を示し、Ｘ線２０２は被検知物１０４によって屈折したＸ線を示している。
【００２９】
図２の右側に示すように減衰手段１０５は、減衰素子２０４（第１の減衰素子）と減衰素子２０７（第２の減衰素子）が隣接して交互に配列されている。減衰素子２０４はＸ方向（入射するＸ線に対して垂直方向）に直線的な密度分布を有する。つまり、図中の減衰素子２０４の密度変化はＸ線の吸収の度合いを変化させ、密度が高いほうがよりＸ線を通さない。すなわち、減衰素子２０４は位置変化量に応じて、Ｘ線の吸収量（透過量）が変化するような吸収能勾配を有している。基準Ｘ線２０１、２０５は減衰素子２０４、２０７のＸ方向の中心に入射するのが好ましい。減衰素子２０４を透過した基準Ｘ線２０１の強度Ｉ１は式（１）によってあらわされる。
【００３０】
【数１】
【００３１】
Ｉ０は分割素子１０３によって空間的に分割されたＸ線の強度、μ／ρは減衰素子２０４の実効的な質量吸収係数、ρ１は基準Ｘ線２０１が減衰素子２０４内を透過した部分おける減衰素子２０４の密度、Ｌは減衰素子２０４の厚さである。一方、被検知物１０４によって屈折したＸ線２０２の減衰素子２０４透過後の強度Ｉ２は式（２）で表される。
【００３２】
【数２】
【００３３】
Ａは被検知物１０４のＸ線透過率を示し、ρ２はＸ線２０２が減衰素子２０４内の透過した部分における減衰素子２０４の密度を示している。式（１）と式（２）から基準Ｘ線２０１とＸ線２０２の減衰素子２０４内の密度差は式（３）により表される。
【００３４】
【数３】
【００３５】
また、減衰素子減衰素子２０４（第１の減衰素子）には、密度分布が対称の減衰素子２０７（第２の減衰素子）が隣接して配置されている。
【００３６】
上記と同様に、減衰素子２０７（第２の減衰素子）においては、基準Ｘ線２０５とＸ線２０６の減衰素子２０７内の密度差は、式（４）により表される。
【００３７】
【数４】
【００３８】
ρ’１は基準Ｘ線２０５が減衰素子２０７内の透過した部分おける減衰素子２０７の密度、ρ’２はＸ線２０６が減衰素子２０７内の透過した部分における減衰素子２０７の密度を示している。Ｉ’１は減衰素子２０７を透過した基準Ｘ線２０５の強度、Ｉ’２は減衰素子２０７を透過したＸ線２０６の強度を示す。
【００３９】
ここで、２つの減衰素子２０４、２０７が対称な密度分布を持つことを考慮し基準Ｘ線２０１−２０５間距離と屈折したＸ線２０２−２０６間距離が等しいと仮定すると式（５）が導き出される。
【００４０】
【数５】
【００４１】
つまり式（３）、式（４）、式（５）から被検知物１０４のＸ線透過率Ａは式（６）によって算出することができる。
【００４２】
【数６】
【００４３】
すなわち、減衰素子２０４を透過した基準Ｘ線２０１の強度Ｉ１とＸ線２０２の強度Ｉ２、減衰素子２０７を透過した基準Ｘ線２０５の強度Ｉ´１とＸ線２０６の強度Ｉ´２より、Ｘ線透過率Ａが求まる。
【００４４】
このＸ線透過率Ａを式（３）または式（４）に代入すれば、ρ１−ρ２またはρ１´−ρ２´を求めることができる。ここで、減衰素子の密度分布は既知であるため、この密度差から、減衰手段１０４上での位置変化量（ｄ）を得ることができる。あるいは、透過Ｘ線強度と位置変化量（ｄ）の対応関係をデータテーブルとして演算手段１０７やメモリなどに格納しておき、測定強度からデータテーブルを参照して位置変化量（ｄ）を求めても良い。このデータテーブルは、減衰素子２０４や減衰素子２０７について減衰手段１０５もしくは分割素子１０３を移動させ減衰素子２０４の各位置における透過Ｘ線強度を検出することにより作成することができる。また、データテーブルの作成にあたっては、分割素子１０３を移動させる代わりに分割素子１０３のスリット幅と同等の幅を持つ単スリットを用いて減衰素子２０４の各位置における透過Ｘ線強度を検出しても構わない。
【００４５】
すなわち、検出された強度から、被検知物１０４での屈折による位置変化量を得ることができる。
【００４６】
なお、ここでは減衰素子２０４、２０７が対称な密度分布を持つ例を示しているが、対称である必要性はない。式（５）で示したように、２つの減衰素子の密度勾配に関する関係が分かれば、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透過量の増減量が減衰素子２０４と２０７とで異なっていればよい。
【００４７】
このような手法によれば、２つの減衰素子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。
【００４８】
この場合、減衰素子２０４と減衰素子２０７の２つの領域におけるＸ線強度の情報を用いて微分位相像等を形成するため、空間分解能は１／２になる。
【００４９】
そこで、空間分解能の低減を改善するために上記測定に加えて減衰手段１０５もしくは被検知物１０４をＸ方向に減衰素子２０４の長さ分移動させ測定することができる。これにより、先にＸ線位置変化量を測定した被検知物１０４の位置に相当するＸ線透過率Ａの情報を得ることができる。
【００５０】
この減衰手段１０５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、減衰手段１０５により検出手段１０６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、装置の小型化を達成できる。
【００５１】
演算処理１０７のフロー図を図３に示す。まず減衰手段１０５を透過した各Ｘ線の強度情報を取得する（Ｓ１００）。次に各Ｘ線の強度情報からＸ線透過率Ａ、基準Ｘ線２０１に対する位置変化量ｄを算出する（Ｓ１０１）。位置変化量ｄと被検知物１０４−減衰手段１０５間の距離Ｚを用いて、各Ｘ線の屈折角（Δθ）は式（７）で表される。
【００５２】
【数７】
【００５３】
式（７）を用いて各Ｘ線の屈折角（Δθ）を算出する（Ｓ１０２）。屈折角度（Δθ）と微分位相（ｄφ／ｄｘ）とは式（８）の関係がある。
【００５４】
【数８】
【００５５】
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。この式（８）を用いて各Ｘ線の微分位相（ｄφ／ｄｘ）を算出する（Ｓ１０３）。つぎに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（Ｓ１０４）。
【００５６】
この様に算出された微分位相（ｄφ／ｄｘ）および位相（φ）は表示手段１０８によって表示することができる（Ｓ１０５）。
【００５７】
このような構成により、検出器１０６の１画素内の微小な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、Ｘ線の遮蔽領域の無い透過型の減衰手段１０５を用いるため不感領域が存在しない。
【００５８】
なお、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Ｘ線位置変化を測定することが出来る。
【００５９】
以上の構成によれば、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く、吸収の効果を考慮した微分位相像またはＸ線位相像を得ることができる。
【００６０】
なお、上記では微分位相像または位相像を得ているが、吸収情報から得た透過率像を表示手段１０８に表示してもよい。
【００６１】
また、図２においては、連続的に密度が変化する減衰素子について説明したが、このような素子としては、密度が段階的（ステップ状）に変化するものを用いてもよい。
【００６２】
（実施形態２）
実施形態２では実施形態１の減衰手段の代わりに図４に示す減衰手段を用いた場合の装置について説明する。装置構成は実施形態１と同じである。分割素子１０３により空間的に分割されたＸ線は被検知物１０４に照射され、透過Ｘ線は減衰手段１０５に入射する。減衰手段１０５の一部分の模式図を図４に示す。
【００６３】
基準Ｘ線５０１は被検知物１０４のない状態での分割されたＸ線を示し、Ｘ線５０２は被検知物１０４によって屈折したＸ線を示している。減衰素子５０４（第１の減衰素子）と減衰素子５０７（第２の減衰素子）は三角柱の構造体が対称になるように配置されている。なお、これらの減衰素子は、板状部材を加工することにより同様の形態を形成してもよい。
【００６４】
減衰素子５０４は三角柱形状なのでＸ方向に減衰素子５０４内における透過Ｘ線の光路長が変化する。減衰素子５０４を透過した基準Ｘ線５０１の強度は式（９）によってあらわされる。
【００６５】
【数９】
【００６６】
Ｉ０は分割素子１０３によって空間的に分割されたＸ線の強度、μは減衰素子５０４の実効的な線吸収係数、ｌ０は基準Ｘ線５０１の減衰素子５０４内の光路長である。一方、被検知物１０４によって屈折したＸ線５０２の減衰素子５０４透過後の強度は式（１０）で表される。
【００６７】
【数１０】
【００６８】
Ａは被検知物１０４のＸ線透過率を示し、ｌはＸ線５０２の減衰素子５０４内の光路長を示している。式（９）、式（１０）と減衰素子５０４の頂角αから減衰手段１０５上での位置変化量ｄは式（１１）で表すことができる。
【００６９】
【数１１】
【００７０】
上記と同様に、減衰素子５０７（第２の減衰素子）において、位置変化量ｄを考えると、被検知物１０４のＸ線透過率Ａは式（１２）を用いて算出することができる。
【００７１】
【数１２】
【００７２】
すなわち、減衰素子５０４を透過した基準Ｘ線５０１の強度Ｉ１とＸ線５０２の強度Ｉ２、減衰素子５０７を透過した基準Ｘ線５０５の強度Ｉ´１とＸ線５０６の強度Ｉ´２より、Ｘ線透過率Ａが求まる。
【００７３】
このＸ線透過率Ａを式（１１）に代入すれば、位置変化量ｄを得ることができる。ここでは２つの減衰素子の頂角が同じで、対称になるように配置されている場合について述べたが、対称な構造でなく２つの減衰素子の頂角が同じでない場合も同様にＸ線透過率Ａ、位置変化量ｄを得ることができる。
【００７４】
このような手法によれば、２つの減衰素子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。
【００７５】
この場合、減衰素子５０４と減衰素子５０７の２つの領域におけるＸ線強度の情報を用いて微分位相像を形成するため、空間分解能は１／２となる。
【００７６】
そこで、空間分解能の低減を押さえるために上記測定に加えて減衰手段１０５もしくは被検知物１０４をＸ方向に減衰素子５０４の長さ分移動させ測定することができる。これにより、先にＸ線位置変化量を測定した被検知物１０４の位置に相当するＸ線透過率Ａの情報を得ることができる。
【００７７】
また、減衰素子５０４を三角柱にすることにより、位置変化量ｄは減衰素子５０４のどの位置を使用しても、基準Ｘ線５０１とＸ線５０２の比をもとに決めることができる。減衰手段１０５を透過したＸ線はＸ線検出器１０６により検出される。
【００７８】
この検出されたデータを実施形態１と同様の演算手段１０７を用いて、図３に示すように、Ｘ線透過率Ａ、微分位相（ｄφ／ｄｘ）および位相φを算出し、表示手段１０８によって表示することができる。
【００７９】
このような構成により、検出器１０６の１画素内の微小なＸ線の位置変化を検出できるため、被検知物１０４と検出器１０６の距離を長く取る必要性がなく小型化ができる。また、Ｘ線の遮蔽領域の無い透過型の減衰手段１０５を用いるため不感領域が存在しない。
【００８０】
なお、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Ｘ線の位置変化を検出することが出来る。
【００８１】
以上の構成によれば、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く、吸収の効果を考慮した微分位相像またはＸ線位相像を測定することができる。
【００８２】
なお、上記では微分位相像または位相像を得ているが、吸収情報から得た透過率像を表示手段１０８に表示してもよい。
【００８３】
また、図４においては、連続的に形状が変化する減衰素子について説明したが、このような素子としては形状が段階的に変化するものを用いてもよい。
【００８４】
（実施形態３）
実施形態３ではコンピューテッドトモグラフィー（ＣＴ）の原理を用いて、３次元的な吸収分布、位相分布を得る装置について説明する。
【００８５】
図５に本実施形態に関する装置構成を示す。Ｘ線源４０１、分割素子４０３、減衰手段４０５とＸ線検出器４０６は、被検知物４０４のまわりを同期させて回転移動させる稼動手段により、移動可能に構成されている。また、分割素子４０３により空間的に分割されたＸ線は被検知物４０４に照射され、透過Ｘ線は減衰手段４０５に入射する。
【００８６】
減衰手段４０５により、分割されたＸ線の被検知物４０４での吸収の効果による吸収量および屈折による微量の位置変化量を得ることができる。減衰手段４０５を透過したＸ線はＸ線検出器４０６により検出される。必要であれば実施形態１，２と同様に、被検知物４０４もしくは減衰手段４０５を移動させて撮像しても良い。この撮像をＸ線源４０１、分割素子４０３、減衰手段４０５とＸ線検出器４０６を、被検知物４０４を中心に同期させて移動させて行うことにより被検知物４０４の投影データを得る。なお、分割素子４０３、減衰手段４０５とＸ線検出器４０６を固定し、被検知物４０４を回転させて投影データを得ても構わない。
【００８７】
演算処理４０７の方法を図６に示す。まず減衰素子４０５を透過した各Ｘ線の強度情報を取得する（Ｓ２００）。
【００８８】
次に各Ｘ線の強度情報からＸ線透過率Ａを得ると共に基準Ｘ線５０１に対する位置変化量ｄを算出する（Ｓ２０１）。位置変化量ｄと被検知物４０４−減衰手段４０５間距離Ｚを用いて各Ｘ線の屈折角（Δθ）を求める（Ｓ２０２）。
【００８９】
屈折角（Δθ）から各Ｘ線の微分位相（ｄφ／ｄｘ）を算出する（Ｓ２０３）。
【００９０】
つぎに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（Ｓ２０４）。
【００９１】
これらの一連の作業（Ｓ２０１からＳ２０４）を全投影データについて繰り返し処理する。全投影データにおける吸収像及び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、断層像を得る（Ｓ２０６）。断層像は表示手段４０８によって表示することができる（Ｓ２０５）。
【００９２】
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次元線吸収係数像や位相像を得ることができる。
【００９３】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、一方向に吸収能勾配（透過能勾配）を有する減衰素子について説明したが、この吸収能勾配（透過能勾配）の方向は一方向以上であっても構わない。例えば、同一の減衰素子において、Ｘ方向とＹ方向に吸収能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も可能である。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。
【００９４】
また、Ｘ方向の勾配を有した減衰素子と、Ｙ方向の勾配を有した減衰素子を面内に有した減衰手段を用いて２次元方向の位相勾配を検出することも可能である。
【００９５】
また、Ｘ方向の勾配とＹ方向の勾配を有した減衰素子を積層化してもよい。
【００９６】
以上のように、本願発明に係るＸ線撮像装置は、第１の強度データを取得する第１の素子と、第１の素子の隣に配置され、第２の強度データを取得する第２の素子とを有する。また、第１の強度データと第２の強度データを用いて、被検知物のＸ線透過率を取得する演算を行なう演算手段とを有する。また、演算手段は、該演算手段により取得された前記Ｘ線透過率に基づいて、第１の強度データまたは第２の強度データから被検知物によるＸ線の位相変化量を取得する。
【００９７】
また、本願発明に係るＸ線撮像方法は、第１の素子から、第１の強度データを取得する工程と、第１の素子の隣に配置された第２の素子から、第２の強度データを取得する工程と、第１の強度データと第２の強度データを用いて、被検知物のＸ線透過率を取得する工程とを有する。さらに、取得されたＸ線透過率に基づいて、第１の強度データまたは第２の強度データから被検知物によるＸ線位相変化量を取得する工程を有する。
【実施例】
【００９８】
図７に本実施例の装置構成を示す。
【００９９】
Ｘ線発生手段としてはＸ線源７０１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）のモノクロメータ７０２を用いＭｏの特性Ｘ線部分を抽出する。
【０１００】
モノクロメータ７０２により単色化されたＸ線はＸ線源から１００ｃｍ離れた位置に配置した分割素子７０３により空間的に分割される。この分割素子７０３としては、厚さ１００μｍのＷにスリット幅４０μｍを並べたものを用いた。スリット周期は減衰手段７０５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。
【０１０１】
分割素子７０３により分割されたＸ線を被検知物７０４に照射する。被検知物７０４を透過したＸ線は被検知物７０４から５０ｃｍ離れた位置にある、減衰手段７０５に入射する。なお分割素子７０３、被検知物７０４、減衰手段７０５にはそれぞれステッピングモータによる移動手段７０９、７１０、７１１が設けられている。
【０１０２】
減衰手段７０５はＮｉの三角柱を厚さ１ｍｍのカーボン基板上に並べた構造をもち三角柱の断面である三角形は２等辺三角形で底辺の長さは３００μｍで高さは７５μｍである。減衰手段７０５の直後に配置した検出手段としてのＸ線検出器７０６により、減衰手段７０５を透過したＸ線強度を検出する。その後、減衰手段７０５を三角柱の周期方向に移動手段７１１を用いて１５０μｍ動かした後に同様の測定を行う。Ｘ線検出器７０６は画素サイズ５０μｍ×５０μｍのフラットパネル検出器を用い、三角柱の周期方向３画素のＸ線強度値を足し合わせて１つの減衰素子に対するＸ線強度とした。
【０１０３】
被検知物７０４のない状態での同様の撮影を行ったときの各Ｘ線の強度との変化から、演算手段７０７を用いて各Ｘ線の被検知物７０４でのＸ線透過率（Ａ）を求め透過率像を得て、位置変化量（ｄ）を式（８）を用いて算出し、式（４）を用いて屈折角（Δθ）を算出する。
【０１０４】
屈折角（Δθ）から式（５）を用いて微分位相量を算出し、各Ｘ線から求め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。
【０１０５】
演算手段７０７によって得られたＸ線透過率像、Ｘ線微分位相像、Ｘ線位相像は表示手段７０８としてのＰＣモニタに表示される。
【符号の説明】
【０１０６】
１０１ Ｘ線源
１０２ 単色化手段
１０３ 分割素子
１０４ 被検知物
１０５ 減衰手段
１０６ 検出器
１０７ 演算手段
１０８ 表示手段
１０９ 移動手段
１１０ 移動手段
１１１ 移動手段
２０１ 基準Ｘ線
２０２ Ｘ線
２０３ 減衰手段
２０４ 減衰素子
２０５ 基準Ｘ線
２０６ Ｘ線
２０７ 減衰素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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の減衰素子と、
前記分割素子により分割されたＸ線が入射し、前記第１の減衰素子と隣接して配置されている第２の減衰素子と、
前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子を透過したＸ線の強度を検出する検出手段と、を有し、
前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子は、前記Ｘ線の入射位置に応じてＸ線の透過量が連続的に変化するように構成され、
前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子は、前記Ｘ線の移動方向に対する透過量の増減量または増減傾向が異な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得られたＸ線の強度から算出したＸ線透過率を用いて、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】
前記演算手段は、前記検出手段により得られたＸ線の強度から被検知物の透過率像を演算す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４】
前記第１の減衰素子または前記第２の減衰素子は、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から３のいずれかに記載のＸ線撮像装置。
【請求項５】
前記第１の減衰素子または前記第２の減衰素子は三角柱の構造体であることを特徴とする請求項４に記載のＸ線撮像装置。
【請求項６】
前記第１の減衰素子または前記第２の減衰素子は、入射するＸ線に対して垂直方向に密度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】
Ｘ線撮像装置に用いるＸ線撮像方法において、
Ｘ線を発生する工程と、
前記Ｘ線を空間的に分割する工程と、
前記空間的に分割されたＸ線を、第１の減衰素子と、該第１の減衰素子と隣接して配置されている第２の減衰素子に入射する工程と、
前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子を透過したＸ線の強度を検出する工程と、
前記検出する工程により得られたＸ線の強度から算出したＸ線透過率を用いて、被検知物の微分位相像または位相像を演算する工程と、を有し、
前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子は、前記Ｘ線の入射位置に応じてＸ線の透過量が連続的に変化するように構成され、
前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子は、前記Ｘ線の移動方向に対する透過量の増減量または増減傾向が異なることを特徴とするＸ線撮像方法。
【請求項８】
第１の強度データを取得する第１の素子と、
前記第１の素子の隣に配置され、第２の強度データを取得する第２の素子と、
前記第１の強度データと前記第２の強度データを用いて、被検知物のＸ線透過率を取得する演算を行なう演算手段とを有することを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項９】
前記演算手段は、該演算手段により取得された前記Ｘ線透過率に基づいて、前記第１の強度データまたは前記第２の強度データから被検知物によるＸ線の位相変化量を取得することを特徴とする請求項８に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１０】
第１の素子から、第１の強度データを取得する工程と、
前記第１の素子の隣に配置された第２の素子から、第２の強度データを取得する工程と、
前記第１の強度データと前記第２の強度データを用いて、被検知物のＸ線透過率を取得する工程とを有することを特徴とするＸ線撮像方法。
【請求項１１】
前記Ｘ線透過率に基づいて、前記第１の強度データまたは前記第２の強度データから被検知物によるＸ線位相変化量を取得する工程を有することを特徴とする請求項１０に記載のＸ線撮像方法。
【請求項１】
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の減衰素子と、
前記分割素子により分割されたＸ線が入射し、前記第１の減衰素子と隣接して配置されている第２の減衰素子と、
前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子を透過したＸ線の強度を検出する検出手段と、を有し、
前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子は、前記Ｘ線の入射位置に応じてＸ線の透過量が連続的に変化するように構成され、
前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子は、前記Ｘ線の移動方向に対する透過量の増減量または増減傾向が異な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得られたＸ線の強度から算出したＸ線透過率を用いて、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】
前記演算手段は、前記検出手段により得られたＸ線の強度から被検知物の透過率像を演算す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４】
前記第１の減衰素子または前記第２の減衰素子は、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から３のいずれかに記載のＸ線撮像装置。
【請求項５】
前記第１の減衰素子または前記第２の減衰素子は三角柱の構造体であることを特徴とする請求項４に記載のＸ線撮像装置。
【請求項６】
前記第１の減衰素子または前記第２の減衰素子は、入射するＸ線に対して垂直方向に密度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】
Ｘ線撮像装置に用いるＸ線撮像方法において、
Ｘ線を発生する工程と、
前記Ｘ線を空間的に分割する工程と、
前記空間的に分割されたＸ線を、第１の減衰素子と、該第１の減衰素子と隣接して配置されている第２の減衰素子に入射する工程と、
前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子を透過したＸ線の強度を検出する工程と、
前記検出する工程により得られたＸ線の強度から算出したＸ線透過率を用いて、被検知物の微分位相像または位相像を演算する工程と、を有し、
前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子は、前記Ｘ線の入射位置に応じてＸ線の透過量が連続的に変化するように構成され、
前記第１の減衰素子と前記第２の減衰素子は、前記Ｘ線の移動方向に対する透過量の増減量または増減傾向が異なることを特徴とするＸ線撮像方法。
【請求項８】
第１の強度データを取得する第１の素子と、
前記第１の素子の隣に配置され、第２の強度データを取得する第２の素子と、
前記第１の強度データと前記第２の強度データを用いて、被検知物のＸ線透過率を取得する演算を行なう演算手段とを有することを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項９】
前記演算手段は、該演算手段により取得された前記Ｘ線透過率に基づいて、前記第１の強度データまたは前記第２の強度データから被検知物によるＸ線の位相変化量を取得することを特徴とする請求項８に記載のＸ線撮像装置。
【請求項１０】
第１の素子から、第１の強度データを取得する工程と、
前記第１の素子の隣に配置された第２の素子から、第２の強度データを取得する工程と、
前記第１の強度データと前記第２の強度データを用いて、被検知物のＸ線透過率を取得する工程とを有することを特徴とするＸ線撮像方法。
【請求項１１】
前記Ｘ線透過率に基づいて、前記第１の強度データまたは前記第２の強度データから被検知物によるＸ線位相変化量を取得する工程を有することを特徴とする請求項１０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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−３１７８４（Ｐ２０１３−３１７８４Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５６５００（Ｐ２０１２−２５６５００）
【出願日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【分割の表示】特願２０１０−６７７２（Ｐ２０１０−６７７２）の分割
【原出願日】平成２２年１月１５日（２０１０．１．１５）
【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２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２２日（２０１２．１１．２２）
【分割の表示】特願２０１０−６７７２（Ｐ２０１０−６７７２）の分割
【原出願日】平成２２年１月１５日（２０１０．１．１５）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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