特許 6287813 放射線位相差撮影装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6287813

(24)【登録日】2018年2月16日

(45)【発行日】2018年3月7日

(54)【発明の名称】放射線位相差撮影装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 6/00 20060101AFI20180226BHJP

【ＦＩ】

   A61B6/00 330Z

   A61B6/00 300J

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-258714(P2014-258714)

(22)【出願日】2014年12月22日

(65)【公開番号】特開2016-116736(P2016-116736A)

(43)【公開日】2016年6月30日

【審査請求日】2017年4月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001993

【氏名又は名称】株式会社島津製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100093056

【弁理士】

【氏名又は名称】杉谷 勉

(74)【代理人】

【識別番号】100142930

【弁理士】

【氏名又は名称】戸高 弘幸

(74)【代理人】

【識別番号】100175020

【弁理士】

【氏名又は名称】杉谷 知彦

(74)【代理人】

【識別番号】100180596

【弁理士】

【氏名又は名称】栗原 要

(72)【発明者】

【氏名】田邊 晃一

(72)【発明者】

【氏名】古井 真悟

(72)【発明者】

【氏名】岸原 弘之

(72)【発明者】

【氏名】木村 健士

(72)【発明者】

【氏名】白井 太郎

(72)【発明者】

【氏名】土岐 貴弘

(72)【発明者】

【氏名】佐野 哲

(72)【発明者】

【氏名】堀場 日明

【審査官】 伊藤 昭治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−２０３０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１８３５６０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｂ ６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高エネルギーの放射線と低エネルギーの放射線とを照射する放射線源と、
放射線を吸収する１方向に伸びる吸収体が１方向と直交する方向に配列されているとともに、放射線が透過することによりタルボ干渉を生じさせる格子と、
高エネルギーの放射線に係る前記格子の自己像を検出する高エネルギー放射線検出面と、低エネルギーの放射線に係る前記格子の自己像を検出する低エネルギー放射線検出面とを備えた検出部とを備え、
前記放射線源、前記格子、および前記検出部の位置関係が保たれたまま前記検出面上で被写体の投影が移動するように前記放射線源、前記格子、および前記検出部で構成される撮像系と前記被写体との相対位置を変更させる位置変更部と、
前記検出部が前記高エネルギー放射線検出面で放射線を検出した結果から第１の自己像をイメージングするとともに、前記検出部が前記低エネルギー放射線検出面で放射線を検出した結果から第２の自己像をイメージングする自己像生成部と、
前記自己像生成部がイメージングした高エネルギーの放射線に係る前記第１の自己像から被写体の第１の透視画像または第１の小角散乱画像を生成するとともに、前記自己像生成部がイメージングした低エネルギーの放射線に係る前記第２の自己像から被写体の第２の透視画像または第２の小角散乱画像を生成する透視画像生成部とを備えることを特徴とする放射線位相差撮影装置。

【請求項2】

請求項１に記載の放射線位相差撮影装置において、
前記格子は、高エネルギーの放射線が透過する部分と、低エネルギーの放射線が透過する部分とを有する１つの格子であり、
前記検出部が有する前記高エネルギー放射線検出面から前記格子までの距離と、前記低エネルギー放射線検出面から前記格子までの距離とは互いに異なり、前記検出部が有する前記高エネルギー放射線検出面から前記格子までの距離は高エネルギーの放射線に対応するタルボ距離に基づいて設定され、前記低エネルギー放射線検出面から前記格子までの距離は低エネルギーの放射線に対応するタルボ距離に基づいて設定されていることを特徴とする放射線位相差撮影装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の放射線位相差撮影装置において、
前記位置変更部が前記高エネルギー放射線検出面と前記低エネルギー放射線検出面との位置関係を保った状態で前記検出部を移動させることを特徴とする放射線位相差撮影装置。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放射線位相差撮影装置において、
前記自己像生成部が、前記撮像系と前記被写体との相対位置を変更する際の移動方向に幅狭の画像を時系列順に前記移動方向に並べてつなぎあわせることにより、前記第１の自己像および前記第２の自己像をイメージングすることを特徴とする放射線位相差撮影装置。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の放射線位相差撮影装置において、
前記位置変更部は、前記放射線源、前記格子、および前記検出部の位置関係が保たれたまま前記検出面上で被写体の投影が平行移動するように前記放射線源、前記格子、および前記検出部で構成される撮像系と前記被写体との相対位置を変更させることを特徴とする放射線位相差撮影装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物体を透過した放射線の位相差を利用して物体の内部構造をイメージングすることができる放射線位相差撮影装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、物体に放射線を透過させて物体の内部構造をイメージングする放射線撮影装置として様々なものが考え出されている。このような放射線撮影装置の一般的なものとしては、物体に放射線を当て、物体を通過させることにより放射線の投影像を撮影するものである。このような投影像には、放射線を通しやすさに応じて濃淡が現れており、これが物体の内部構造を表している。

【0003】

このような放射線撮影装置では、ある程度放射線を吸収する性質を有する物体しか撮影することができない。例えば生体軟部組織などは、放射線をほとんど吸収しない。一般的な装置でこのような組織を撮影したとしても、投影像にはほとんど何も写らない。このように放射線を吸収しない物体の内部構造をイメージングしようとするときは、一般的な放射線撮影装置では原理上の限界がある。

【0004】

そこで、透過放射線の位相差を利用して物体の内部構造をイメージングする放射線位相差撮影装置が考え出されてきている。このような装置は、タルボ干渉を利用して物体の内部構造をイメージングする。

【0005】

タルボ干渉について説明する。図１１の放射線源５３からは、位相のそろった放射線が照射されている。この放射線がスダレ状となっている位相格子５５を通過させると、位相格子５５から所定の距離（タルボ距離）離れた投影面上に位相格子５５の像が現れる。この像を自己像と呼ぶ。自己像は、投影面が位相格子５５からタルボ距離だけ離れた位置でしか生じないものであり、単なる位相格子５５の投影像ではない。自己像は、光の干渉によって生じた干渉縞から構成される。タルボ距離において位相格子５５の自己像が現れる理由は放射線源５３から生じる放射線の位相がそろっているからである。放射線の位相が乱れると、タルボ距離に表れる自己像も乱れる。

【0006】

放射線位相差撮影装置は自己像の乱れを利用して物体の内部構造をイメージングする。放射線源と位相格子５５との間に物体を置いたものとする。この物体は、放射線をほとんど吸収しないので、物体に入射した放射線のほとんどは位相格子５５側に出射する。

【0007】

放射線は物体を完全に素通りであったかいうとそうではない。放射線の位相が物体を通過する間に変わるのである。物体を出射した放射線は位相が変化したまま位相格子５５を通過する。この放射線をタルボ距離に置いた投影面で観察すると、位相格子５５の自己像に乱れが生じている。この位相格子５５の乱れの程度は放射線の位相変化を表している。

【0008】

物体を透過した放射線の位相が具体的にどの程度変更するかは、放射線が物体のどこを通過したかによって変わる。仮に物体が均質な構成であれば、放射線の位相の変化は物体のどこを通っても同じである。しかし、一般的に物体は何らかの内部構造を有している。このような物体に放射線を透過させると位相の変化が同じとならないのである。

【0009】

したがって、位相の変化が分かれば物体の内部構造を知ることができる。位相の変化はタルボ距離における位相格子５５の自己像を観察することで知ることができる。自己像の観察はタルボ距離に置かれた放射線検出器で実行される（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】国際特許公開第２００９１０４５６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、従来の放射線位相差撮影装置には次のような問題点がある。
すなわち、従来の放射線位相差撮影装置は、鮮明な透視像を得るのが難しい。撮影に用いる放射線のエネルギーを最適化することができないからである。

【0012】

放射線位相差撮影装置の放射線源から発する放射線のエネルギーは、何であってもいいというわけはない。例えば、放射線源が発する放射線のエネルギーが低すぎると、放射線が物体の中で吸収されてしまい透過しにくくなる。このような低いエネルギーの放射線は撮影に不向きである。物体の内部構造を知るには、放射線が物体を透過することで生じる自己像の乱れを観察する必要があるからである。

【0013】

かといって、放射線源が発する放射線のエネルギーが高すぎると、放射線の位相は物体の影響を受けにくくなり、放射線は物体と相互作用せずにそのまま素通りしてしまう。このような高いエネルギーの放射線は撮影に不向きである。物体の内部構造を知るには、放射線が物体を透過することで生じる自己像の乱れを観察する必要があるからである。このように放射線位相差撮影をするときには撮影に適した放射線のエネルギーというものがある。撮影に最適のエネルギーは被写体によって異なる。鮮明な透視像を得ようとすれば、放射線のエネルギーを変えて撮影をやり直したほうがよい場合が出てくる。

【0014】

そもそも、従来装置は、放射線のエネルギーを１つに定め、それに合わせて位相格子の構成や検出素子との離間距離などを設定したものとなっている。したがって、従来装置はもとより放射線のエネルギーを変えて撮影を繰り返すような構成とはなっていない。

【0015】

とはいえ、タルボ干渉の原理からすると、従来装置であっても放射線のエネルギーの異なる撮影を繰り返すことは不可能というわけではない。しかし、従来装置においてこのような撮影をするのは極めて煩雑な作業となる。放射線のエネルギーによってタルボ距離は変化する。したがって、位相格子５５から自己像が現れる位置までの距離は放射線のエネルギーによって変わることになる。放射線のエネルギーの異なる撮影を繰り返すには、放射線のエネルギーを変える度に位相格子５５と放射線検出器の離間距離を調整し直さなければならない。

【0016】

本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、複数のエネルギーの放射線を用いた物体の撮影を簡便に行うことができる放射線位相差撮影装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0017】

本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る放射線位相差撮影装置は、高エネルギーの放射線と低エネルギーの放射線とを照射する放射線源と、放射線を吸収する１方向に伸びる吸収体が１方向と直交する方向に配列されているとともに、放射線が透過することによりタルボ干渉を生じさせる格子と、高エネルギーの放射線に係る格子の自己像を検出する高エネルギー放射線検出面と、低エネルギーの放射線に係る格子の自己像を検出する低エネルギー放射線検出面とを備えた検出部とを備え、放射線源、格子、および検出部の位置関係が保たれたまま検出面上で被写体の投影が移動するように放射線源、格子、および検出部で構成される撮像系と被写体との相対位置を変更させる位置変更部と、検出部が高エネルギー放射線検出面で放射線を検出した結果から第１の自己像をイメージングするとともに、検出部が低エネルギー放射線検出面で放射線を検出した結果から第２の自己像をイメージングする自己像生成部と、自己像生成部がイメージングした高エネルギーの放射線に係る第１の自己像から被写体の第１の透視画像または第１の小角散乱画像を生成するとともに、自己像生成部がイメージングした低エネルギーの放射線に係る第２の自己像から被写体の第２の透視画像または第２の小角散乱画像を生成する透視画像生成部とを備えることを特徴とするものである。

【0018】

［作用・効果］本発明によれば、複数のエネルギーの放射線を用いた物体の撮影を簡便に行うことができる放射線位相差撮影装置が提供できる。すなわち、本発明の構成は、デュアルエナジー出力タイプの放射線源と高エネルギー放射線検出面および低エネルギー放射線検出面を備えた検出部とを備え、高エネルギーの放射線による撮影と低エネルギーの放射線による撮影との二種類の撮影を行えるようにしている。そして、撮像系と被写体との相対位置を変更させながら被写体をスキャンするように撮影すれば、二種類の撮影を一度に完了することができる。
また、自己像生成部が高エネルギーの放射線についての自己像と低エネルギーの放射線についての自己像とを個別にイメージングすれば、異なる放射線の条件のそれぞれについて確実に自己像を生成することができる。
また、透視画像生成部が高エネルギーの放射線についての透視画像と低エネルギーの放射線についての透視画像とを個別に生成すれば、異なる放射線の条件のそれぞれについて確実に透視画像を生成することができる。

【0019】

また、上述の放射線位相差撮影装置において、格子は、高エネルギーの放射線が透過する部分と、低エネルギーの放射線が透過する部分とを有する１つの格子であり、検出部が有する高エネルギー放射線検出面から格子までの距離と、低エネルギー放射線検出面から格子までの距離とは互いに異なり、検出部が有する高エネルギー放射線検出面から格子までの距離は高エネルギーの放射線に対応するタルボ距離に基づいて設定され、低エネルギー放射線検出面から格子までの距離は低エネルギーの放射線に対応するタルボ距離に基づいて設定されていればより望ましい。

【0020】

［作用・効果］上述の構成は、本発明のより具体的に示している。格子を起点として自己像が現れる位置までの距離を示すタルボ距離は、放射線のエネルギーによって変化する。高エネルギー放射線検出面から格子までの距離と、低エネルギー放射線検出面から格子までの距離とを独立に設定するようにすれば、検出面から格子までの距離を異なるエネルギーの放射線について確実にタルボ距離に設定することができる。

【0021】

また、上述の放射線位相差撮影装置において、位置変更部が高エネルギー放射線検出面と低エネルギー放射線検出面との位置関係を保った状態で検出部を移動させればより望ましい。

【0022】

［作用・効果］上述の構成は、本発明のより具体的に示している。高エネルギー放射線検出面と低エネルギー放射線検出面との位置関係を保った状態で検出部が移動されれば、検出面から格子までの距離が確実にタルボ距離に保たれた状態で被写体のスキャンを行うことができる。

【0023】

また、上述の放射線位相差撮影装置において、自己像生成部が、撮像系と被写体との相対位置を変更する際の移動方向に幅狭の画像を時系列順に移動方向に並べてつなぎあわせることにより、第１の自己像および第２の自己像をイメージングすればより望ましい。

【0024】

また、上述の放射線位相差撮影装置において、位置変更部は、放射線源、格子、および検出部の位置関係が保たれたまま検出面上で被写体の投影が平行移動するように放射線源、格子、および検出部で構成される撮像系と被写体との相対位置を変更させればより望ましい。

【0025】

（削除）

【0026】

（削除）

【発明の効果】

【0027】

本発明によれば、複数のエネルギーの放射線を用いた物体の撮影を簡便に行うことができる放射線位相差撮影装置が提供できる。すなわち、本発明の構成は、デュアルエナジー出力タイプの放射線源と高エネルギー放射線検出面および低エネルギー放射線検出面を備えた検出部とを備え、高エネルギーの放射線による撮影と低エネルギーの放射線による撮影との二種類の撮影を行えるようにしている。そして、撮像系と被写体との相対位置を変更させながら被写体をスキャンするように撮影すれば、二種類の撮影を一度に完了することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】実施例１に係る装置の全体構成を説明する機能ブロック図である。

【図2】実施例１に係る撮像系の移動を説明する模式図である。

【図3】実施例１に係る位相格子の構成を説明する平面図である。

【図4】実施例１に係る検出面の構成を説明する平面図である。

【図5】実施例１に係るＦＰＤが有する２つの検出面を説明する模式図である。

【図6】実施例１に係る自己像生成部を説明する模式図である。

【図7】実施例１に係る自己像生成部を説明する模式図である。

【図8】実施例１に係る自己像生成部を説明する模式図である。

【図9】実施例１に係る透視画像を説明する模式図である。

【図10】実施例１に係る透視画像を説明する模式図である。

【図11】従来構成に係る装置を説明する模式図である。

【実施例1】

【0029】

続いて、発明を実施するための形態について実施例を参照しながら説明する。実施例におけるＸ線は、本発明の放射線に相当する。なお、実施例におけるＦＰＤはフラットパネルディテクタの略である。本発明の放射線位相差撮影装置は、放射線吸収が少ない被写体Ｍに対しても撮影ができるので、工業用途としては基板の透視、医療用途としては乳房の透視などに向いている。

【0030】

本発明に係る放射線位相差撮影装置について説明する。図１は、本発明に係る撮影装置１の全体構成を示している。撮影装置１は、図１に示すように被写体Ｍを載置する載置台２と、載置台２の上側に設けられるとともに角錐形状に広がるＸ線ビームを照射するＸ線源３と、Ｘ線源３から生じ、載置台２上の被写体Ｍを透過してきたＸ線を検出するＦＰＤ４を備えている。ＦＰＤ４と載置台２との挟まれる位置にはタルボ干渉を生じさせる位相格子５が設けられている。Ｘ線源３は本発明の放射線源に相当し、ＦＰＤ４は本発明の検出部に相当する。位相格子５は本発明の格子に相当する。

【0031】

撮影装置１は、タルボ干渉を利用した放射線撮影装置である。したがって、Ｘ線源３は位相のそろった放射状に広がるＸ線ビームを出力する構成となっている。また、位相格子５とＦＰＤ４との間の距離は、タルボ距離に設定されている。この設定により位相格子５の自己像がＦＰＤ４のＸ線を検出する検出面上に現れることになる。本発明における検出面は２つあり、それぞれの機能は異なっている。この点についての詳細は後述のものとする。

【0032】

自己像生成部１１は、ＦＰＤ４の出力に基づいて位相格子５の自己像を写し込んだ自己像画像Ｐ０ａ，Ｐ０ｂを生成する。すなわち、自己像生成部１１は、ＦＰＤ４の有する２つの検出面で検出された検出データをそれぞれ独立したものとして扱い、２種類の自己像画像Ｐ０ａ，Ｐ０ｂを生成する構成となっている。生成された自己像画像Ｐ０ａ，Ｐ０ｂは透視画像生成部１２に出力される。透視画像生成部１２は、位相格子５の自己像画像Ｐ０ａ，Ｐ０ｂの各々に基づいて被写体Ｍで生じたＸ線の位相差がイメージングされた透視画像Ｐ１ａ，Ｐ１ｂを生成する。

【0033】

撮像系移動機構１３は、図２に示すようにＸ線源３，ＦＰＤ４，位相格子５を互いの位置関係を保った状態で載置台２に対して移動させる構成である。撮像系移動機構１３により、Ｘ線源３，ＦＰＤ４，位相格子５は、載置台２に平行な方向に移動することができる。撮像系移動機構１３は、Ｘ線源３，位相格子５，およびＦＰＤ４の位置関係が保たれたままＦＰＤ４の検出面で被写体Ｍの投影が直線的に移動するように撮像系３，４，５および被写体Ｍの相対位置を変更させる。撮像系３，４，５は、Ｘ線を照射するＸ線源３と、放射線を吸収する１方向に伸びる吸収線５ａが１方向と直交する方向に配列されている位相格子５と、放射線を検出する検出素子が縦横に配列された検出面でタルボ干渉によって生じる位相格子５の自己像を検出するＦＰＤ４とから構成される。撮像系移動機構１３は、後述の高エネルギーＸ線検出面４ｂと低エネルギーＸ線検出面４ａとの位置関係を保った状態でＦＰＤ４を移動させる。吸収線５ａは本発明の吸収体に相当し、撮像系移動機構１３は本発明の位置変更部に相当する。

【0034】

実施例１の場合、撮像系３，４，５に対する被写体Ｍの相対位置の変更は被写体Ｍを動かさずに撮像系３，４，５を移動させることで実行される。なお、撮像系移動制御部１４は、撮像系移動機構１３を制御する目的で設けられている。

【0035】

Ｘ線源制御部６は、Ｘ線源３を制御する目的で設けられている。撮影中、Ｘ線源制御部６は、パルス状にＸ線ビームを繰り返し出力するようにＸ線源３を制御する。Ｘ線源３がＸ線ビームを出力する度に、ＦＰＤ４は載置台２上の被写体Ｍおよび位相格子５を透過してきたＸ線を検出し検出データを自己像生成部１１に送出する。このように本発明の装置は、Ｘ線撮影を連写することにより自己像を生成する構成となっている。

【0036】

Ｘ線撮影の連写は、Ｘ線源制御部６と撮像系移動制御部１４とが互いに協働して実現される。すなわち、両者が協働することにより、高エネルギーＸ線検出面４ａ上において高エネルギーＸ線検出面４ａの短手方向の幅（後述の図４の縦方向、すなわち移動方向についての幅）分に相当する移動量だけ撮像系３，４，５を移動させる動作と、Ｘ線ビームが照射される動作とが互いに繰り返される。したがって、連写を続けていくとＦＰＤ４上の被写体Ｍの写り込む位置が高エネルギーＸ線検出面４ａの短手方向の幅分だけ移動していく。このように実施例１に係るＸ線源制御部６は、撮像系移動機構１３が検出面上で被写体Ｍの投影が高エネルギーＸ線検出面４ａの短手方向の幅だけ移動させるごとにＸ線源３に放射線の照射を実行させる。なお、高エネルギーＸ線検出面４ａの短手方向の幅は、低エネルギーＸ線検出面４ｂの短手方向の幅に一致している。

【0037】

図３は、位相格子５について説明している。位相格子５は、ＦＰＤ４の検出面の全域にＸ線ビームの投影が写り込むような形状をしている。したがって、位相格子５は、ＦＰＤ４の検出面と同じように撮像系３，４，５の移動方向を縦方向とし、移動方向と直交する方向を横方向とする矩形の形状をしている。

【0038】

位相格子５は、Ｘ線を吸収する線状に伸びる複数の吸収線５ａを有している。吸収線５ａは、延びる方向に直交する方向に所定のピッチで配列している。この吸収線５ａは、撮像系３，４，５の移動方向に伸びている。

【0039】

図１に示す主制御部２１は、各部６，１１，１２，１４を統括的に制御する目的で設けられている。この主制御部２１は、ＣＰＵによって構成され、各種のプログラムを実行することにより各部を実現している。また、これら各部は、これらを担当する演算装置に分割して実行されてもよい。各部は必要に応じて記憶部２７にアクセスすることができる。操作卓２５は、操作者の指示を入力する目的で設けられている。また、表示部２６は、透視像を表示する目的で設けられている。

【0040】

＜本発明の特徴的な構成＞
続いて、本発明の特徴的な構成について説明する。本発明は、Ｘ線源３，ＦＰＤ４，自己像生成部１１，透視画像生成部１２に特徴がある。

【0041】

＜本発明の特徴的な構成：デュアルエナジー出力タイプのＸ線源＞
本発明の特徴的な構成の一つとして、Ｘ線源３が異なるエネルギーのＸ線を同時に出力することにある。すなわち、Ｘ線源３は、例えば８．５ｋｅｖのエネルギーを有する低エネルギーのＸ線（長波長Ｘ線）と、例えば２２ｋｅｖのエネルギーを有する高エネルギーのＸ線（短波長Ｘ線）とを出力する。低エネルギーのＸ線と高エネルギーのＸ線とは互いに異なる方向に出射されるので、Ｘ線源３は、エネルギーの異なるＸ線が重なり合ったものを出力するわけではない。このようにＸ線源３から出力されるＸ線にエネルギーに違いが見られるのは、出力されるＸ線の波長が異なることに由来する。本発明のＸ線源３は、高エネルギーのＸ線と低エネルギーのＸ線とを同時に照射する。

【0042】

位相格子５には、低エネルギーのＸ線が通過する部分と高エネルギーのＸ線が通過する部分とが存在する。この２つの部分はオーバーラップしていない。また、この２つの部分の間で位相格子５の吸収線のピッチを同じにすることにできるし、違えるようにすることもできる。

【0043】

＜本発明の特徴的な構成：２つの検出面を有するＦＰＤ＞
ＦＰＤ４の検出面は、図１に示すように、低エネルギーのＸ線検出用の低エネルギーＸ線検出面４ａと、高エネルギーのＸ線検出用の高エネルギーＸ線検出面４ｂとを備えている。 図４は、ＦＰＤ４の低エネルギーＸ線検出面４ａについて説明している。ＦＰＤ４の低エネルギーＸ線検出面４ａには縦２０μｍ×横２０μｍの矩形をしている検出素子が縦横に配列されている。検出素子の縦方向は撮像系移動機構１３が実現する撮像系３，４，５の移動方向に一致している。ＦＰＤ４の低エネルギーＸ線検出面４ａは、撮像系３，４，５の移動方向を縦方向とし、移動方向と直交する方向を横方向とする矩形の形状をしている。低エネルギーＸ線検出面４ａは、縦方向に２０ｃｍの幅があり、横方向に２ｃｍの幅がある。これら検出素子および検出面の大きさは適宜変更が可能である。

【0044】

なお、高エネルギーＸ線検出面４ｂも、図４で説明した低エネルギーＸ線検出面４ａと同様な構成となっている。次に、２つの検出面４ａ，４ｂの位置関係について説明する。２つの検出面４ａ，４ｂは、横方向が撮像系３，４，５の移動方向に一致する向きに配列されている。このように本発明のＦＰＤ４は、高エネルギーのＸ線に係る位相格子５の自己像を検出する高エネルギーＸ線検出面４ｂと、低エネルギーのＸ線に係る位相格子５の自己像を検出する低エネルギーＸ線検出面４ａとを備えている。

【0045】

図５に示すように、Ｘ線源３が照射するＸ線のエネルギーは低エネルギーＸ線検出面４ａに入射するものと高エネルギーＸ線検出面４ｂに入射するものとでは互いに異なっている。すなわち、Ｘ線源３は、低エネルギーＸ線検出面４ａに図５の斜線で示す低エネルギーのＸ線が入射し、高エネルギーＸ線検出面４ｂに図５の網掛けで示す高エネルギーのＸ線が入射するように動作する。互いの検出面４ａ，４ｂにＸ線が入射することにより検出面４ａ，４ｂにはタルボ干渉による位相格子５の自己像が写り込むことになる。

【0046】

検出面４ａ，４ｂに位相格子５の自己像が現れるのには条件がある。すなわち、検出面４ａ，４ｂとＸ線源３との距離がタルボ距離となっていなければならない。このタルボ距離は、Ｘ線の波長によって変化する。すなわち、タルボ距離は、Ｘ線の波長が長くなるのに応じて短くなる性質がある。そこで、本発明の構成によれば、図１に示すように低エネルギーＸ線検出面４ａの方が高エネルギーＸ線検出面４ｂよりも位相格子５に近い側に位置させるようにしている。つまり、２つの検出面４ａ，４ｂはいずれも位相格子５からタルボ距離だけ離れている。しかし、２つの検出面４ａ，４ｂの間で対象とするＸ線の波長が違うので、２つの検出面４ａ，４ｂは、図１に示すような配置となったのである。

【0047】

したがって、ＦＰＤ４が有する高エネルギーＸ線検出面４ｂから位相格子５までの距離と、低エネルギーＸ線検出面４ａから位相格子５までの距離とは互いに異なる。すなわち、位相格子５と低エネルギーＸ線検出面４ａとの距離は、低エネルギーのＸ線に最適化されており、位相格子５と高エネルギーＸ線検出面４ｂとの距離は、高エネルギーのＸ線に最適化されている。したがってＸ線源３で生じた低エネルギーのＸ線は位相格子５を通過し、低エネルギーＸ線検出面４ａ上に位相格子５の自己像を写し出す。同様に、Ｘ線源３で生じた高エネルギーのＸ線は位相格子５を通過し、高エネルギーＸ線検出面４ｂ上に位相格子５の自己像を写し出す。

【0048】

このように、実施例１のＦＰＤ４は、低エネルギーＸ線検出面４ａを有する検出器ユニットと高エネルギーＸ線検出面４ｂを有する検出器ユニットとの２つの検出器ユニットから構成される。これら検出器ユニットの相対位置は、撮影中に変化することがない。また、これら検出器ユニットの出力は互いに独立している。

【0049】

＜本発明の特徴的な構成：２つの自己像画像を生成する自己像生成部＞
低エネルギーＸ線検出面４ａに係るＦＰＤ４の出力と高エネルギーＸ線検出面４ｂに係るＦＰＤ４の出力とは自己像生成部１１に出力される。自己像生成部１１は、低エネルギーＸ線検出面４ａに係るＦＰＤ４の出力に基づいて自己像画像Ｐ０ａを生成する一方で、高エネルギーＸ線検出面４ｂに係るＦＰＤ４の出力に基づいて自己像画像Ｐ０ｂを生成する。互いの自己像画像Ｐ０ａ，Ｐ０ｂは、同じ位相格子５の自己像が写り込んでいる。

【0050】

ここで、図５のような載置台２に被写体Ｍを置いた撮影を考える。この場合、図５の斜線で示す低エネルギーのＸ線と図５の網掛けで示す高エネルギーのＸ線は、それぞれ被写体Ｍの異なる部分を通って検出面４ａ，４ｂに入射する。従って、図５の様な状態では、低エネルギーのＸ線についての撮影は低エネルギーのＸ線が通過する被写体Ｍの１部分Ｍａについてしか行えず、高エネルギーのＸ線についての撮影は高エネルギーのＸ線が通過する被写体Ｍの１部分Ｍｂについてしか行えないということになる。

【0051】

そこで、本発明の構成では、低エネルギーのＸ線についての撮影と高エネルギーのＸ線についての撮影とを被写体全域について実行できるように工夫がされている。すなわち、本発明における自己像の撮影は、被写体Ｍに対して撮像系３，４，５が移動されながらＸ線を連射することで実行されるのである。図６は、撮像系３，４，５が撮影中に移動している様子を示している。撮像系３，４，５を移動していくと、低エネルギーＸ線検出面４ａ，高エネルギーＸ線検出面４ｂがこの順に被写体Ｍに近づいて、この順に被写体Ｍから遠ざかる。図７は、低エネルギーＸ線検出面４ａ，高エネルギーＸ線検出面４ｂが被写体Ｍの一端部を通過していく様子を示している。図７の左側では、被写体Ｍの一端部が低エネルギーＸ線検出面４ａで撮影されている。図７の右側では、被写体Ｍの一端部が高エネルギーＸ線検出面４ｂで撮影されている。このように被写体Ｍの一端部は、検出面４ａ，４ｂのそれぞれで撮影されることになる。

【0052】

自己像生成部１１は、撮像系３，４，５が移動されながら連射されたＸ線の検出結果に基づいて２枚の自己像画像Ｐ０ａ，Ｐ０ｂを生成する。自己像生成部１１は、Ｘ線が照射される度に照射された低エネルギーのＸ線の検出結果をＦＰＤ４から受信し、撮像系３，４，５の移動方向に幅狭の短冊状の画像を生成する。そして、自己像生成部１１は、図８に示すように複数生成した短冊状の画像を撮影の時系列順に撮像系３，４，５の移動方向に並べてつなぎ合わせることにより被写体Ｍの全域が写り込んだ自己像画像Ｐ０ａを生成する。とはいえ、実際に自己像画像Ｐ０ａに写り込んでいるのは、被写体Ｍそのものではなく、被写体Ｍにより乱れた位相格子５の自己像である。

【0053】

同様に、自己像生成部１１は、Ｘ線が照射される度に照射された高エネルギーのＸ線の検出結果をＦＰＤ４から受信し、撮像系３，４，５の移動方向に幅狭の短冊状の画像を生成する。そして、自己像生成部１１は、複数生成した短冊状の画像を撮影の時系列順に撮像系３，４，５の移動方向に並べてつなぎ合わせることにより被写体Ｍの全域が写り込んだ自己像画像Ｐ０ｂを生成する。このとき自己像画像Ｐ０ｂが生成される様子は図８と同様である。とはいえ、実際に自己像画像Ｐ０ｂに写り込んでいるのは、被写体Ｍそのものではなく、被写体Ｍにより乱れた位相格子５の自己像である。

【0054】

このように、自己像生成部１１は、低エネルギーＸ線検出面４ａの検出結果に基づき被写体全域についての自己像画像Ｐ０ａを生成するとともに、高エネルギーＸ線検出面４ｂの検出結果に基づき被写体全域についての自己像画像Ｐ０ｂを生成する。自己像画像Ｐ０ａは、被写体Ｍに低エネルギーのＸ線を当てたときに観察される位相格子の自己像の乱れを表しており、自己像画像Ｐ０ｂは、被写体Ｍに高エネルギーのＸ線を当てたときに観察される位相格子の自己像の乱れを表している。このように、自己像生成部１１は、ＦＰＤ４が高エネルギーＸ線検出面４ｂでＸ線を検出した結果から自己像をイメージングするとともに、ＦＰＤ４が低エネルギーＸ線検出面４ａでＸ線を検出した結果から自己像をイメージングする。

【0055】

＜本発明の特徴的な構成：２つの透視画像を生成する透視画像生成部＞
自己像生成部１１は、自己像画像Ｐ０ａ，Ｐ０ｂを透視画像生成部１２に送出する。透視画像生成部１２は、自己像画像Ｐ０ａに基づいて被写体Ｍの透視像が写り込んだ透視画像Ｐ１ａを生成するとともに、自己像画像Ｐ０ｂに基づいて被写体Ｍの透視像が写り込んだ透視画像Ｐ１ｂを生成する。このように、透視画像生成部１２は、自己像生成部１１がイメージングした高エネルギーのＸ線に係る自己像から被写体Ｍの透視画像を生成するとともに、自己像生成部１１がイメージングした低エネルギーのＸ線に係る自己像から被写体Ｍの透視画像を生成する。生成された透視画像Ｐ１ａ，Ｐ１ｂの各々は表示部２６に並べて表示される。

【0056】

図９，図１０は、球形の被写体Ｍを撮影したときに得られる透視画像Ｐ１ａ，Ｐ１ｂを模式的に表している。このような被写体Ｍは、周縁部はＸ線を通過しやすく、中心部はＸ線を吸収しやすいという性質がある。

【0057】

図９は透視画像Ｐ１ａが生成される様子を示している。透視画像Ｐ１ａは、低エネルギーのＸ線で被写体Ｍをイメージングした結果となっている。透視画像Ｐ１ａには、被写体Ｍの周縁部は被写体Ｍの内部の様子が鮮明に写り込んでいる。低エネルギーのＸ線は、被検体のＸ線を通過しやすい部分の撮影に向いている。しかし、透視画像Ｐ１ａに写り込む被写体Ｍの中心部は必ずしも鮮明であるとは言えない。低エネルギーのＸ線は、被写体Ｍの中心部を透過できない場合があるからである。本発明の装置は、被写体Ｍを通り抜けたＸ線の位相がどの程度変化したかを可視化するものである。したがって、被写体ＭをＸ線が十分に通り抜けなければ被写体内部の鮮明なイメージングはできない。

【0058】

図１０は透視画像Ｐ１ｂが生成される様子を示している。透視画像Ｐ１ｂは、高エネルギーのＸ線で被写体Ｍをイメージングした結果となっている。透視画像Ｐ１ｂには、被写体Ｍの中心部に被写体Ｍの内部の様子が鮮明に写り込んでいる。高エネルギーのＸ線は、被検体のＸ線を通過しにくい部分の撮影に向いている。しかし、透視画像Ｐ１ｂに写り込む被写体Ｍの周縁部は必ずしも鮮明であるとは言えない。高エネルギーのＸ線は、被写体Ｍの周縁部を素通りしてしまったからである。本発明の装置は、被写体Ｍを通り抜けたＸ線の位相がどの程度変化したかを可視化するものである。したがって、被写体Ｍを通り抜けたＸ線の位相が十分に変化していないと被写体内部の鮮明なイメージングはできない。

【0059】

本発明の装置によれば、撮影条件の異なる２つの透視画像Ｐ１ａ，Ｐ１ｂを見比べることで被写体Ｍの内部の様子を正確に知ることができる。すなわち、被写体Ｍの周縁部についての内部構造を知りたければ透視画像Ｐ１ａを参照すればよいし、被写体Ｍの中心部についての内部構造を知りたければ透視画像Ｐ１ｂを参照すればよい。

【0060】

以上のように、本発明によれば、複数のエネルギーのＸ線を用いた物体の撮影を簡便に行うことができるＸ線位相差撮影装置が提供できる。すなわち、本発明の構成は、デュアルエナジー出力タイプのＸ線源３と高エネルギーＸ線検出面４ｂおよび低エネルギーＸ線検出面４ａを備えたＦＰＤ４とを備え、高エネルギーのＸ線による撮影と低エネルギーのＸ線による撮影との二種類の撮影を行えるようにしている。そして、撮像系と被写体Ｍとの相対位置を変更させながら被写体Ｍをスキャンするように撮影すれば、二種類の撮影を一度に完了することができる。

【0061】

また、本発明は小角散乱を利用した透視画像にも応用することができるので、まずは小角散乱について簡単に説明する。物体にＸ線を当てると、物体の中で一部のＸ線の進行方向が変えられる現象が起こる。このような現象をＸ線の散乱という。Ｘ線の散乱のうち、進行方向がほとんど変化しない散乱を小角散乱と呼ぶ。このような小角散乱に係るＸ線は、ＦＰＤ４に検出され自己像生成部１１が生成する自己像画像Ｐ０ａ，Ｐ０ｂに写り込む。透視画像生成部１２は、自己像画像Ｐ０ａ，Ｐ０ｂのそれぞれから小角散乱に係る成分を抽出して小角散乱画像を生成することができる。このとき生成される小角散乱画像は、自己像画像Ｐ０ａに基づいて生成されたものと自己像画像Ｐ０ｂに基づいて生成されたものとの２つがある。

【0062】

小角散乱という現象を考えるときに被写体内部を構成する構造物を粒子として捉えると分かりやすい。この粒子にＸ線が当たると小角散乱が生じると考えるのである。低エネルギーのＸ線を被写体に当てて生じた小角散乱Ｘ線は、被写体内部を構成する粒子のうち比較的径の大きなものに由来している。一方、高エネルギーのＸ線を被写体に当てて生じた小角散乱Ｘ線は、被写体内部を構成する粒子のうち比較的径の小さなものに由来している。このように、小角散乱画像の撮影時に用いるＸ線の波長を変えると、小角散乱画像に写り込む像が変わってくる。低エネルギーのＸ線を被写体に当てて撮影した小角散乱画像は、被写体内部を構成する径の大きな粒子を写し込んだものとなっており、高エネルギーのＸ線を被写体に当てて撮影した小角散乱画像は、被写体内部を構成する径の小さな粒子を写し込んだものとなっている。

【0063】

本発明の構成によれば、一度のスキャンで低エネルギーのＸ線を用いた撮影と高エネルギーのＸ線を用いた撮影とを同時に行うことができるので、撮影の対象が異なる２枚の小角散乱画像を同時に取得することができる。すなわち、低エネルギーのＸ線に係る自己像画像Ｐ０ａからは、被写体内部を構成する径の大きな粒子を写し込んだ小角散乱画像が生成でき、高エネルギーのＸ線に係る自己像画像Ｐ０ａからは、被写体内部を構成する径の小さな粒子を写し込んだ小角散乱画像が生成できる。

【0064】

本発明は上述の構成に限られず、下記のように変形実施することもできる。

【0065】

（１）上述の実施例によれば、撮像系移動機構１３は、ＦＰＤ４，位相格子５とともにＸ線源３を移動させる構成としていたが、本発明はこれに限られない。Ｘ線源３，ＦＰＤ４，位相格子５の位置関係を変えないようにＦＰＤ４，位相格子５を円弧の軌跡をたどって移動させるように撮像系移動機構１３を構成することで被写体Ｍと撮像系との相対位置を変化させるようにしてもよい。また、撮像系３，４，５を移動させずに載置台２を移動させることにより被写体Ｍと撮像系との相対位置を変化させるようにしてもよい。

【0066】

（２）上述の構成によれば、被写体ＭをＸ線源３と位相格子５との間に載置するようにしていたが、本発明はこの構成に限られない。載置台２および被写体Ｍを位相格子５とＦＰＤ４との間に載置するようにしてもよい。

【0067】

（３）上述の実施例によれば、Ｘ線源３は、低エネルギーのＸ線と高エネルギーのＸ線を同時に照射していたが、本発明はこの構成に限られない。Ｘ線源３が低エネルギーのＸ線と高エネルギーのＸ線を交互に照射するように構成してもよい。

【0068】

（４）上述の実施例によれば低エネルギーＸ線検出面４ａと高エネルギーＸ線検出面４ｂとは同じピッチで検出素子が配列されていたが、本発明はこの構成に限られない。検出面４ａ，４ｂの間で検出素子のピッチを変えるように構成してもよい。

【0069】

（５）上述の実施例によれば、低エネルギーのＸ線と高エネルギーのＸ線とは同じ位相格子５を通過するような構成となっていたが、本発明はこの構成に限られない。低エネルギーのＸ線が通過する低エネルギーＸ線位相格子５と、高エネルギーのＸ線が通過する高エネルギーＸ線位相格子５とを備え、低エネルギーＸ線位相格子５を構成する吸収線のピッチと高エネルギーＸ線位相格子５を構成する吸収線のピッチとを互いに変更するようにしてもよい。

【0070】

（６）上述の吸収線のピッチが異なる位相格子５を設ける構成において、低エネルギーのＸ線に係るタルボ距離と高エネルギーのＸ線におけるタルボ距離とを一致させる様に設定することもできる。この場合、低エネルギーＸ線検出面４ａから位相格子５までの距離と高エネルギー放射線検出面４ｂから位相格子５までの距離とは一致する。

【0071】

（７）上述の実施例によれば、ＦＰＤ４が自己像を直接に観察するような構成となっていたが、本発明はこの構成に限られない。検出面４ａ，４ｂを覆うように吸収格子を配置し、自己像と吸収格子との間で発生したモアレを検出面４ａ，４ｂで観察するような構成としてもよい。

【0072】

（８）上述のＸ線源３は、デュアルエナジー出力タイプとなっていたが、本発明はこの構成に限られない。これに代えて本発明のＸ線源３を広帯域のＸ線を出力するタイプの構成とすることもできる。このようなＸ線源３は様々な波長のＸ線を出力することになるから、低エネルギー放射線検出面４ａおよび高エネルギー放射線検出面４ｂには、単色光のＸ線が入射するわけではない。ところが自己像の生成に関与できるＸ線の波長は、位相格子５から検出面４ａ，４ｂまでの距離に応じて決まる。したがって、本発明によっても低エネルギー放射線検出面４ａに自己像を写し込むのはある特定の波長を有する低エネルギーのＸ線であり、高エネルギー放射線検出面４ｂに自己像を写し込むのはある特定の波長を有する高エネルギーのＸ線である。
このように、デュアルエナジー出力タイプのＸ線源３を用いなくても図９，図１０で説明した透視画像Ｐ１ａ、Ｐ１ｂを取得することができる。なお、検出面４ａ，４ｂ上でどの波長のＸ線の自己像が現れるかは、位相格子５と検出面４ａ，４ｂとの距離だけではなく、位相格子５に配列される吸収線５ａのピッチによっても決まる。したがって、自己像を発生させるＸ線の波長は、位相格子５と検出面４ａ，４ｂとの距離と、位相格子５の吸収線５ａのピッチを適宜変更して選択することができる。

【符号の説明】

【0073】

３ Ｘ線源（放射線源）
４ ＦＰＤ（検出部）
４ａ 低エネルギー放射線検出面
４ｂ 高エネルギー放射線検出面
５ 位相格子（格子）
１１ 自己像生成部（自己像生成部）
１２ 透視画像生成部（透視画像生成部）
１３ 撮像系移動機構（位置変更部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】