JP2008018155A - Ｘ線撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検体に含まれるアスベストを撮影対象とする場合に、当該アスベストの視認性が高いＸ線画像の撮影を行う撮影装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線源は、撮影時にＸ線源と画像記録装置間に保持された検体に対し、焦点径Ｄ（μｍ）が１≦Ｄ≦３０で、かつ１５ｋｅＶのＸ線を照射する。Ｘ線源２から照射されたＸ線のＸ線検出器７へのＸ線到達率が５０％以上となるように、カセッテ６１のＸ線照射面側の筐体部分である前天板を取り外した画像記録装置６を撮影に用いるとともに、距離Ｒ３を１＜Ｒ３＜４の範囲内で調整する。また、拡大率ＭがＭ＝２０となる位相コントラスト撮影を行うため、距離Ｒ１、Ｒ３を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｘ線画像の撮影を行うＸ線撮影装置に関する。

近年、人体に入り込んだアスベストが塵肺や中皮腫等の重篤な疾病を誘起するとして問題となっている。このため、患者の胸部Ｘ線画像を撮影し、このＸ線画像から人体内のアスベストの有無を検出するための検査が行われている。アスベストの検出により、迅速な処置（治療、予防措置）につなげ、発症を抑制することが期待される。

しかし、胸部や手足等を撮影する一般的な医療用Ｘ線撮影装置では、アスベストのような直径約１０μｍ以下の微細な構造物を可視画像化することは困難である。仮に、可視画像化ができたとしても視認性が低く、医師が観察（判別）できないことが多い。これは、Ｘ線撮影装置で使用される画像記録装置の空間解像度よりも撮影対象の構造物のサイズが小さいためである。

上記アスベストのような微小な対象物を精細に観察可能なＸ線画像を得るためには、拡大撮影が有効である。拡大撮影は、Ｘ線管の焦点径、Ｘ線管から被写体までの距離、被写体から画像記録装置までの距離を所定の関係とすることにより、実際の被写体のサイズよりも拡大されたＸ線画像が得る撮影方法である。

拡大撮影においてより視認性を向上させるためには、拡大撮影時の拡大率を上げる、或いはＸ線管の焦点径を大きくし、照射するＸ線量を増加させることが考えられる。従来においても、小動物を撮影対象とするため、拡大率１０倍の拡大撮影を行い、得られたＸ線画像を２５μｍの読取サンプリングピッチで読み取ってデジタル画像データを得る方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、被写体から画像記録装置までの距離を０．３ｍ以上として拡大率を上げる方法も開示されている（例えば、特許文献２参照）。
特開平１０−２６８４５０号公報 特表平１１−５０２６２０号公報

人体、特に胸部中のアスベストを撮影する場合、アスベストと人体組織とのコントラスト等を考慮して撮影条件を調整する必要がある。しかし、この人体から採取した検体中のアスベストを撮影対象とする場合、人体組織の影響は小さい。よって、人体を被写体とする場合の撮影条件や画像処理条件を採用しても、Ｘ線画像においてアスベストの視認性が向上するとは限らない。また、検体を被写体とする場合、人体を被写体とするときと異なり、被爆の問題を考慮する必要がない。さらに撮影時間が長くなったとしても、撮影の間に被写体の動きによりいわゆるモーションアーチファクト（ぶれ）を生じることもない。よって、Ｘ線画像におけるアスベストの視認性が最良となるように撮影条件を調整することが可能である。

本発明の課題は、検体に含まれるアスベストを撮影対象とする場合に、当該アスベストの視認性が高いＸ線画像の撮影を行うことができるＸ線撮影装置を提供することである。

請求項１に記載の発明は、Ｘ線撮影装置において、
Ｘ線源と画像記録装置間に保持された検体に対し、焦点径Ｄ（μｍ）が１≦Ｄ≦３０で、かつ１５ｋｅＶ以下のＸ線を照射するＸ線源と、
Ｘ線検出器が筐体に収容されてなる画像記録装置と、
前記Ｘ線源及び前記画像記録装置とを用いて、拡大率Ｍ（ただし、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器間の距離をＲ１（ｍ）、前記Ｘ線源の焦点から前記Ｘ線検出器までの距離をＲ３（ｍ）としたとき、Ｍ＝Ｒ３／Ｒ１とする。）が１０≦Ｍ≦４０となる位相コントラスト撮影を行う撮影部と、を備え、
前記Ｘ線源から照射されたＸ線のＸ線検出器までのＸ線到達率が５０％以上となるように、前記画像記録装置及び距離Ｒ３を構成したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＸ線撮影装置において、
前記画像記録装置の筐体は、前記Ｘ線検出器のＸ線照射面を覆うフロント板を備えて構成され、
前記位相コントラスト撮影時には、前記フロント板を取り外した画像記録装置を用いるとともに、前記距離Ｒ３を、０．５＜Ｒ３＜４とすることにより、前記Ｘ線検出器へのＸ線到達率が５０％以上となるように構成したことを特徴とする。

請求項１、２に記載の発明によれば、高い位相コントラスト効果が得られるとともに、Ｘ線検出器へのＸ線到達率を増加させることができる。これにより、アスベストのような径ｓ（μｍ）が０．０５≦ｓ≦５０の微小な対象物が鮮明かつ十分なコントラストで視認することができるＸ線画像を得ることができる。

本実施形態では、検体に対して低エネルギーのＸ線を照射して位相コントラスト撮影を行い、画像記録装置のＸ線検出器におけるＸ線到達率が５０％以上となるように画像記録装置の構成及び／又はＸ線源からＸ線検出器までの撮影距離を構成する例を説明する。

〈Ｘ線撮影装置の構成〉
図１に、本実施形態におけるＸ線撮影装置１の構成を示す。
Ｘ線撮影装置１は、患者から採取した組織標本等の検体Ｗ中に含まれるアスベストを撮影対象として位相コントラスト撮影を行うものである。Ｘ線撮影装置１はアスベスト陰影の視認性が高いＸ線画像が得られる撮影条件となるように構成されている。
図１に示すように、Ｘ線撮影装置１は、撮影を行う撮影部３と撮影制御等を行う本体部４とを備えて構成されている。

撮影部３はアーム状に形成され、本体部４を支柱として昇降可能に構成されている。撮影部３のアーム部分にはＸ線源２と保持部５とが対抗配置されている。保持部５は、画像記録装置６を保持してその位置を固定するものである。保持部５は撮影部３の支柱部分に沿って昇降可能に構成されている。この撮影部３、保持部５を昇降させ、その高さ位置を変えることにより、撮影距離（Ｘ線源２、検体Ｗ、画像記録装置６内の蛍光体プレート７の各距離）を調整することが可能である。

本体部４は、位相コントラスト撮影にあたり、Ｘ線源２から蛍光体プレート７までの距離（これをＲ３（ｍ）とする）が、０．５＜Ｒ３＜４の範囲内となるように撮影部３及び保持部５の高さ位置を制御する。この距離Ｒ３は好ましくは２＜Ｒ３＜３である。

Ｘ線源２は、Ｘ線エネルギーが１５ｋｅＶ以下のＸ線を照射するＸ線管球を備えて構成されている。このＸ線管球から照射されるＸ線の焦点径をＤ（μｍ）とすると、Ｘ線管球は１≦Ｄ≦３０を満たす管球が用いられることが好ましい。

撮影対象の検体Ｗは、人体から採取した組織標本であり、シャーレ等に収容されて撮影に用いられる。検体Ｗはテーブル等の保持手段によってＸ線源２と画像記録装置６との間に設置する。なお、画像記録装置６へのＸ線到達率を向上させるため、テーブルはＸ線吸収率が小さいカーボン等で構成し、その厚みを小さくすることが好ましい。また、テーブルではなく、トング等により検体Ｗを支持することとしてもよい。

一方、本体部４は、内部にＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、操作部等からなるコンピュータを備えて構成されている。本体部４は、操作指示に応じて撮影部３の昇降、保持部５の昇降を制御するとともに、Ｘ線源２によるＸ線の照射動作を制御する。

画像記録装置６は、カセッテ６１と呼ばれる筐体内に蛍光体プレート７を収容してなるものである。蛍光体プレート７は、Ｘ線エネルギーを吸収、蓄積するＸ線検出器であり、画像記録装置６はＸ線源２から照射され、検体Ｗを介して到達したＸ線を蛍光体プレート７により検出する。その後、蛍光体プレート７をカセッテ６１に収容した状態で読取装置に装填し、画像可視化を行う。読取装置は、蛍光体プレート７にレーザ光等の励起光を照射し、蛍光体プレート７から出射される輝尽光を画像信号に光電変換することより、その画像信号を生成するものである。

カセッテ６１は、蛍光体プレート７のＸ線照射面側の筐体部分を取り外し可能な構成のものが好ましい。蛍光体プレート７の交換が簡便になるとともに、撮影時にＸ線透過の妨害要因となり得るＸ線照射面側の筐体部分を容易に取り除くことができるためである。
図２（ａ）にその一例を示す。図２（ａ）に示すカセッテ６１は分離可能な２つの前天板６２、後天板６３からなり、これら前天板６２、後天板６３によって蛍光体プレート７を挟み込み、蛍光体プレート７を収容する構成となっている。
蛍光体プレート７は、その周囲がＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等からなる保護膜により覆われている。

Ｘ線照射面側の筐体部分である前天板６２は、蛍光体プレート７のＸ線照射面を覆うフロント板６２ａと、その外周囲を囲むアルミニウムや硬化プラスチック等からなるフレーム６２ｂとにより形成されている。フロント板６２ａは蛍光体プレート７への外光の入射を遮蔽する役割の他、外的衝撃からの保護等の役割を担うものである。フロント板６２ａの材質としてはＸ線吸収率が比較的低いカーボンやアルミニウムが用いられる。
後天板６３は蛍光体プレート７を収容する筐体６３ａとその収容位置を固定する支持板６３ｂ等から構成されている。

図２（ｂ）に、図２（ａ）のカセッテ６１の断面図を示す。
前天板６２と後天板６３には、ロック機構が設けられている。図２（ｂ）に示すように後天板６３の側面外側に設けられた係止爪６３ｃがロック操作に応じて筐体６３ａの外側へ突出し、ロック解除操作に応じて筐体６３ａ内側へ収容されるように構成されている。一方、前天板６２のフレーム６２ｂの先端は断面鉤状に形成されている。すなわち、ロック操作によってフロント板６２ａの側面内側に突出した係止爪６３ｃが、フロント板６２ａの鉤部分と係止する。
なお、上記のカセッテ構造は特開２００２−１５６７１７号公報に開示された構成を用いることができる。また、特開２００５−１０６７８３号公報に開示された、柱状結晶プレートを収容可能とする構成も採用することができる。

位相コントラスト撮影にあたり、カセッテ６１はフロント板６２ａを除外して撮影を行うため、前天板６２を取り外したものが用いられる。或いは、フロント板６２ａを取り付けて撮影を行う場合にはＸ線源２から蛍光体プレート７へのＸ線到達率が５０％以上となるようにフロント板６２ａの材質、厚み等を調整したものが用いられる。

なお、本実施形態では、カセッテ６１に蛍光体プレート７を収容した画像記録装置６の例を説明するが、画像記録装置６としては他にＦＰＤ（Flat Panel Detector）等を適用することもできる。
ＦＰＤは、入射したＸ線量に応じて電気信号を生成する変換素子がマトリクス状に配列されたプレートであり、ＦＰＤ内で直接電気信号を生成する点で上記蛍光体プレート７と異なる。ＦＰＤを適用した場合、ＦＰＤ内で生成された電気信号がＡ／Ｄ変換され、得られたデジタル画像データが本体部４に出力されることとなる。なお、ＦＰＤについても、筐体内に収容されて撮影に用いられる。筐体はカセッテ６１と同様に、Ｘ線照射面の筐体部分が取り外し可能なものが好ましい。

〈位相コントラスト撮影と撮影条件〉
次に、上記Ｘ線撮影装置１による位相コントラスト撮影について説明する。
位相コントラスト撮影は通常の拡大撮影とは異なり、エッジ強調作用が得られるように撮影距離やＸ線の照射条件等の撮影条件を調整したものである。
図３は、位相コントラスト撮影の概略を説明する図である。
通常の撮影方法の場合、被写体と接する位置に画像記録装置６が設置され、被写体を透過した直後のＸ線を蛍光体プレート７により検出するように構成されている。よって、そのＸ線画像はライフサイズ（被写体と同一サイズであることをいう）とほぼ等サイズとなる。

これに対し、位相コントラスト撮影は、図３に示すように被写体である検体Ｗと蛍光体プレート７間に距離が設けられるように画像記録装置６を配置する。よって、Ｘ線源２からコーンビーム状に照射されたＸ線により、ライフサイズに対して拡大されたＸ線画像が得られることとなる。

ここで、拡大されたＸ線画像のライフサイズに対する拡大率Ｍは、下記式（１）により求めることができる。式（１）中、Ｒ１はＸ線源２から検体Ｗまでの距離（ｍ）、Ｒ２は検体Ｗから画像記録装置６までの距離（ｍ）、Ｒ３（Ｒ３＝Ｒ１＋Ｒ２）はＸ線源２から画像記録装置６内の蛍光体プレート７までの距離（ｍ）を示している。
Ｍ＝Ｒ３／Ｒ１…（１）

位相コントラスト撮影によるＸ線画像では、図３に示すように検体Ｗの辺縁を通過することにより屈折したＸ線が検体Ｗを介さずに通過したＸ線と蛍光体プレート７上で重なり合い、重なった部分のＸ線強度が強くなる。一方で、屈折したＸ線の分だけ検体Ｗの辺縁内側の部分においてＸ線強度が弱くなる現象が生じる。そのため、検体Ｗの辺縁を境にしてＸ線強度差が広がるエッジ強調作用（エッジ効果ともいう）が働き、辺縁部分が鮮鋭に描写された視認性の高いＸ線画像を得ることができる。

Ｘ線源２が点線源であるとみなした場合、辺縁部分におけるＸ線強度は図４の実線で示すようなものとなる。図４に示すＥはエッジ強調の半値幅を示し、下記式（２）により求めることができる。半値幅Ｅはエッジの山−谷間の距離を示す。

しかし、医療現場や非破壊検査施設では、クーリッジＸ線管（熱電子Ｘ線管ともいう）が広く使用されている。このクーリッジＸ線管では図５に示すように焦点径Ｄがある程度大きくなるため、理想的な点線源とみなすことができない。この場合、図５に示すように、エッジ強調の半値幅Ｅが広がり、かつ強度が低下することとなるため、幾何学的不鋭が生じることとなる。この幾何学的不鋭をボケという。

ボケが生じた場合の辺縁部分におけるＸ線強度は、図４の点線で示すようなものとなる。ボケが生じた際のエッジ強調の半値幅は、幾何学的不鋭のため理想的な点線源を想定した場合のエッジ強調幅Ｅより広がることとなる。このボケが生じた場合のエッジ強調の半値幅をＥＢとすると、ＥＢは下記式（３）から求めることができる。

式中、δ及びｒの定義は式（２）と同じである。
また、ＥＢはボケが無い場合のエッジ強調半値幅Ｅにボケの大きさを示すＢを加え、ＥＢ＝Ｅ＋Ｂで示される。

〈Ｘ線エネルギーの条件〉
Ｘ線源２から照射するＸ線を１５ｋｅＶの低Ｘ線エネルギーとしているのは、この位相コントラスト効果を高めるためである。
図６は、照射するＸ線のＸ線エネルギーと、検体Ｗの辺縁において生じるＸ線の屈折差δとの関係を示すグラフである。δは位相シフトの大きさに影響を与える値であり、δが大きいほど位相コントラスト効果が大きくなることを示す。
図６に示すように、Ｘ線エネルギーが低いほどδが大きくなっている。つまり、Ｘ線エネルギーが低くければ低いほど位相コントラスト効果が大きくなることが分かる。

よって、位相コントラスト効果を大きくし、Ｘ線画像の鮮鋭性を高めるためには、低エネルギーのＸ線を照射することが好ましい。低エネルギーとした場合、Ｘ線画像において十分なコントラストを得るためにはＸ線の照射時間を長時間とる必要がある。撮影対象が人体である場合、被爆量の問題から長時間のＸ線照射は避けなければならないが、本実施形態では撮影対象が検体Ｗであるため被爆量が問題になることはない。
もっとも、低エネルギーとした場合、Ｘ線がＸ線源２から蛍光体プレート７に到達するまでの間に、Ｘ線源２と蛍光体プレート７間に介在する空気層や画像記録装置６のフロント板６２ａ、蛍光体プレート７の保護膜等によってＸ線が吸収され、蛍光体プレート７に到達するＸ線量が減少する。到達Ｘ線量が５０％を下回ると、Ｘ線画像上のノイズが大きくなり、ノイズとアスベスト陰影の画像信号との見分けが困難となる。

図７に、Ｘ線エネルギーと蛍光体プレート７におけるＸ線到達率との関係を実線で、Ｘ線エネルギーとフロント板６２ａにおけるＸ線到達率との関係を点線を示す。
図７に示すように、Ｘ線エネルギーが１０ｋｅｖの場合には、フロント板６２ａまでのＸ線到達率が約３０％と低いうえ、蛍光体プレート７までのＸ線到達率が約６％と、最終的に検出されるＸ線量が非常に小さい値となる。これでは、Ｘ線画像を観察可能な画像濃度を得るために長時間Ｘ線を照射しなければならず、現実的な撮影条件とはいえない。
一方、Ｘ線エネルギーが１５ｋｅｖの場合、フロント板６２ａにおいて約７０％、蛍光体プレート７においては約４５％のＸ線到達率となる。例えば、拡大率Ｍ＝２０、焦点径Ｄ＝１０、Ｘ線吸収率５％のフロント板６２ａを備えた画像記録装置６を用いるという撮影条件の下、１０ｋｅＶのＸ線エネルギーを照射して１５ｋｅＶのＸ線エネルギーを照射した場合と同一の画質を得るためには、１５ｋｅＶの場合に比して約９．２倍の撮影時間が必要となる。
よって、位相コントラスト効果の向上とＸ線到達率、撮影時間等との均衡から、好ましくはＸ線エネルギーは１５ｋｅｖがよい。

〈撮影距離の条件、画像記録装置の構成〉
蛍光体プレート７へのＸ線到達率を増加させるには、Ｘ線源２と蛍光体プレート７間においてＸ線の吸収要因となるものをできるだけ取り除く必要がある。
ここで、Ｘ線源２、検体Ｗ、蛍光体プレート７間でＸ線の吸収要因となり得るものは、フロント板６２ａ、蛍光体プレート７の保護膜、空気層である。検体Ｗを載置するためのテーブル等も要因にはなり得るが、これはＸ線撮影装置１を構成するものではなく、撮影条件とはなり得ないのでＸ線の吸収率が最小限となるように材質を選択する、厚みを調整することとする。

図７のグラフに示すように、１５ｋｅｖのＸ線エネルギーを照射したとき、フロント板６２ａまでのＸ線到達率が約７０％、蛍光体プレート７までのＸ線到達率が約４５％である。このことから、Ｘ線源２からフロント板６２ａまでの空気層により約３０％のＸ線エネルギーが吸収され、蛍光体プレート７のフロント板６２ａ及び蛍光体プレート７の保護膜により約２５％のＸ線エネルギーが吸収されていることがわかる。すなわち、空気層、フロント板６２ａ及び蛍光体プレート７の保護膜が、蛍光体プレート７へのＸ線到達率を妨げる主な要因であるといえる。

従って、蛍光体プレート７へのＸ線到達率が５０％以上となるように、Ｘ線撮影装置１では撮影時にＸ線吸収要因となるフロント板６２ａの厚みを小さく調整したカセッテ６１を用いてフロント板６２ａによるＸ線吸収率の減少を図るか、或いはフロント板６２ａ自体を取り除いて撮影を行う。一方で、撮影距離Ｒ３を短距離に設定し、空気層によるＸ線吸収率を減少させる。
人体を撮影対象とする場合、人体部分を直接画像検出器６に接触させて撮影を行うことが多いため、フロント板６２ａは加重に対する耐性や強度が求められ、厚みを持たせて構成されているのが一般的である。しかし、検体Ｗを撮影対象として位相コントラスト撮影を行う場合、画像検出器６に直接患者が接する等の状況は考えられず、遮光機能が備わっていれば十分である。よって、フロント板６２ａの厚みを小さくした結果、強度等が低下したとしても撮影に支障はない。フロント板６２ａを取り外した場合も同様である。

一方、撮影距離Ｒ３は、照射野、Ｘ線到達率等の均衡から設定する必要がある。
図８に、距離Ｒ３と蛍光体プレート７におけるＸ線到達率との関係を示す。
図８では、Ｘ線源２と蛍光体プレート７間において空気層のみを介在させた場合、空気層及び蛍光体プレート７の保護膜のみを介在させた場合、空気層、フロント板６２ａ及び蛍光体プレート７の保護膜を介在させた場合のＸ線到達率を示している。なお、空気層のみの場合と、空気層と保護膜のみの場合とでは略一致の特性を示しているため、重なるように表示されている。
なお、この距離Ｒ３とＸ線到達率の測定にあたっては、フロント板６２ａはカーボンのものを用い、当該カーボンのＸ線吸収率がアルミニウムの厚み０．５ｍｍのときのＸ線吸収率に相当するようにフロント板６２ａの厚みを調整している。蛍光体プレート７の保護膜は厚さ５０μｍのＰＥＴフィルムを用いている。また、位相コントラスト撮影時の拡大率ＭはＭ＝２０であり、照射したＸ線のエネルギーは１５ｋｅＶである。

図８から分かるように、空気層と保護膜が介在する場合にはＲ３＜４とすることにより、蛍光体プレート７までのＸ線到達率は５０％以上となる。これは空気層のみの場合と同様の結果である。よって、蛍光体プレート７の保護膜は特に蛍光体プレート７へのＸ線到達を妨げる要因とはならないことがわかる。
空気層、保護膜に加えてフロント板６２ａが介在する場合には、Ｒ３＜１．２とすることによりそのＸ線到達率は５０％以上となる。
一方、Ｒ３が小さいほどＸ線到達率は高くなるが、Ｒ３を過剰に小さくすると、必然的にＸ線源２から検体Ｗまでの距離Ｒ１も小さくせざるを得ない。Ｒ３が０．５ｍを下回ると、照射野が極端に狭められ、観察したい部分が照射野に含まれないこととなって、Ｘ線画像に欠損が生じることが分かっている。

よって、フロント板６２ａを取り外して撮影を行う場合には、距離Ｒ３を０．５＜Ｒ３＜４の範囲内で設定する。一方、フロント板６２ａを装着して撮影を行う場合は０．５＜Ｒ３＜１．２の範囲内で距離Ｒ３を設定する。Ｒ３を当該範囲内で設定することにより、５０％以上のＸ線到達率を得て、かつ観察に必要な照射野を確保することができる。

なお、フロント板６２ａを装着する場合、１．２≦Ｒ３としても、フロント板６２ａの材質又は厚みを調整することにより、５０％以上のＸ線到達率を達成することが可能な場合がある。すなわち、１．２≦Ｒ３として蛍光体プレート７におけるＸ線到達率が５０％を下回った分だけ、フロント材６２ａの材質をＸ線吸収率が低いものに変更する、フロント板６２ａの厚みを小さくする等、フロント板６２ａのＸ線吸収率を減少させればよい。

フロント板６２ａの厚みは、撮影距離Ｒ３との関係から、図８に示した特性に基づいて決定すればよい。例えば、Ｒ３＝３とした場合、空気層、フロント板６２ａ、保護膜が介在する場合の蛍光体プレート７へのＸ線到達率は約３５％である。よって、蛍光体プレート７へのＸ線到達率を５０％以上とするためには、フロント板６２ａによるＸ線吸収率が１５％減少するようにフロント板６２ａの厚み又は材質を調整すればよい。

〈拡大率、焦点径の条件〉
アスベストのような径が５０（μｍ）以下という微小な撮影対象物の視認性を向上させるためには、拡大率Ｍを大きくすることが必要である。拡大率Ｍを大きくするためには、式（１）より距離Ｒ２を大きくすればよいことが導き出されるが、距離Ｒ２の増加はボケの半値幅ＥＢの増大を招くこととなる。以下、撮影対象物の径をｓ（μｍ）と表す。径ｓは対象物が略球形や略立方体等の異形体ではない場合はその外接円の直径を、糸状の細長いもの等、異形体である場合には異形体の延展方向（細長い方向）と直交方向の断面の直径を意味するものとする。

また、式（３）からも分かるように、ボケＢの程度は焦点径Ｄに依るところが大きい。アスベストのように０．０５≦ｓ≦５０（μｍ）の微小な対象物をＸ線画像上で観察する場合には、焦点径Ｄを大きくすればＸ線の到達量が増えてＸ線画像の視認性が向上するが、その分ボケの程度も大きくなり、結果としてエッジ強調作用が得られない画像となってしまう。

この点、０．０５≦ｓ≦５０（μｍ）の微小な対象物を撮影するためには、Ｘ線源２の焦点径Ｄを１≦Ｄ≦３０（μｍ）とし、かつ拡大率Ｍを１０≦Ｍ≦４０とすることで、Ｘ線画像において良好な視認性を得ることができる。

下記の表１、表２は、実験により位相コントラスト撮影を行い、得られたＸ線画像についての視覚評価を行った結果である。
実験は、ガラスウール繊維の直径ｓを０．０５〜５０（μｍ）まで段階的に変化させた模擬ファントムを被写体として位相コントラスト撮影を行い、得られたＸ線画像をフィルムに出力して視覚評価を行っている。

実験は以下の撮影条件で行った。
Ｘ線源：コニカミノルタ社で試作したものを用い、焦点径Ｄ＝１０、Ｄ＝３０（μｍ）のものを使用した。Ｘ線撮影装置についても同社製の試作機を用いた。
画像記録装置：同社製の蛍光体プレートであるレジウスプレートＲＰ−５ＰＭ及びレジウスカセッテＲＣ−１１０Ｍ（前述した特開２００２−１５６７１７号公報に開示された構成を有するカセッテである。）を用いた。
画像記録装置からのＸ線画像の読取：コニカミノルタ社製regius model 190により、読取画素ピッチ４３．７５（μｍ）で読み取った。
画像処理：読取後、レジウスコンソール（同社製）にてＸ線画像のコントラストを調整する画像処理を施した。コントラストの調整に係るパラメータＧ値を２０（通常の人体撮影時のＧ値は３〜５）とした。Ｇ値は大きいほどコントラストも大きくなるよう調整されるものである。
読取画像のフィルムへの出力：同社製drypro model 793により、書込画素ピッチ２５（μｍ）で出力した。このとき、読取画像の各画素と出力画像の各画素を１：１に対応させて補間処理を行わずに出力した。

評価基準は、以下の通りである。
○：繊維一本のそれぞれを鮮明に認識することが可能
△：繊維の存在が確認できる
×：繊維の存在が確認できない
７人の評価者がフィルム上のガラスウール繊維の画像を観察し、評価を行った。

なお、表１、２中のＮｏ．１１は位相コントラスト撮影との比較を行うために、拡大率Ｍ＝１の通常撮影を行ったものである。
また、表１、２中のボケＢ、エッジ強調幅ＥＢは、式（２）、（３）から算出している。
ガラスウール繊維の直径ｓを０．０５〜５０（μｍ）の範囲で変えたが、何れの直径ｓのものも特に画質の違いはなく同様の評価結果が得られたので、表１、２の評価の項目では全ての直径ｓのガラスウール繊維に対する画質評価を示した。

表１、２から、焦点径Ｄが１≦Ｄ≦３０の範囲内で、かつ拡大率Ｍが１０≦Ｍ≦４０のとき、ガラスウール繊維の視認性が高い画質（評価が△又は○）となることが明らかである。

〈撮影方法〉
次に、上記Ｘ線撮影装置１の撮影方法について説明する。
まず、フロント板６２ａを取り除いて撮影を行う場合について説明する。
撮影者は検体Ｗの撮影位置を固定する。そして、撮影に用いる蛍光体プレート７を収容した画像記録装置６を保持部５にセットする。保持部５に画像記録装置６をセット後、撮影室を暗室にしてフロント板６２ａを外す。
以上の撮影準備が終了すると、Ｘ線撮影装置１において撮影開始の指示操作を行う。

Ｘ線撮影装置１では、撮影距離Ｒ３を０．５＜Ｒ３＜４の範囲内で、拡大率Ｍが１０≦Ｍ≦４０となる距離Ｒ１、Ｒ２を演算し、当該距離Ｒ１、Ｒ２となる高さ位置に撮影部３及び保持部５を移動する。なお、この移動は撮影者の手動操作に応じて行うこととしてもよい。そして、Ｘ線源２から１５ｋｅｖ以下のＸ線エネルギーを１≦Ｄ≦３０の焦点径Ｄで照射する。照射時間は、予めＸ線エネルギーとその照射により得られるＸ線画像の濃度との関係から最も良い濃度のときの照射時間を採用すればよい。

撮影の間、蛍光体プレート７への光の進入を防ぐため、撮影室内は常に暗室としておく。撮影が終了すると、撮影者は蛍光体プレート７上にフロント板６２ａを取り付けた後、保持部５から画像記録装置６を取り出す。フロント板６２ａを取り付けた後は撮影室を明室として作業が可能である。その後、撮影済みの画像記録装置６を読取装置に装填し、画像記録装置６内の蛍光体プレート７からＸ線画像の読取処理を行わせる。

次に、フロント板６２ａを装着したまま撮影を行う場合について説明する。
この場合、蛍光体プレート７におけるＸ線到達率が５０％以上となるように、予め撮影距離Ｒ３と、その撮影距離Ｒ３との関係からフロント板６２ａの材質と厚みを決定しておく。撮影距離Ｒ３は１＜Ｒ３＜４の範囲内で決定し、決定した撮影距離Ｒ３のときの蛍光体プレート７におけるＸ線到達率が５０％以上となるようにフロント板６２ａの材質及び厚みを調整したカセッテ６１を準備する。
撮影者は前記カセッテ６１内に蛍光体プレート７を収容すると、保持部５に装着する。このとき、フロント板６２ａを取り除く場合と異なって蛍光体プレート７はフロント板６２ａにより遮光されているので、撮影室内は常に明室としておくことが可能である。

Ｘ線撮影装置１では、カセッテ６１のフロント板６２ａの関係から予め定められた撮影距離Ｒ３で、拡大率Ｍが１０≦Ｍ≦４０となる距離Ｒ１、Ｒ２を演算し、当該距離Ｒ１、Ｒ２となる高さ位置に撮影部３及び保持部５を移動する。なお、この移動は撮影者の手動操作に応じて行うこととしてもよい。そして、Ｘ線源２から１５ｋｅｖのＸ線エネルギーを１≦Ｄ≦３０の焦点径Ｄで照射する。撮影後の撮影者の作業は上記フロント板６２ａを取り除いた場合と同様である。

なお、Ｘ線検出器としてＦＰＤを用いる場合も上記と同様に撮影を行うことが可能である。この場合もＸ線照射面側の筐体部分を取り外している間は撮影室内を暗室とする必要がある。

Ｘ線撮影装置において下記の実験条件により位相コントラスト撮影を行い、得られたＸ線画像をフィルムに出力した出力画像について視覚評価を行った。
〈実験条件〉
検体：直径を０．０５〜１０（μｍ）の間で段階的に変えたガラスウールを厚さ５ｃｍのアクリル板に貼り付け、これをアスベストの模擬ファントムとして用いた。
Ｘ線撮影装置、Ｘ線源：Ｘ線撮影装置はコニカミノルタ社で試作したものを用いた。Ｘ線源としては、焦点径Ｄ＝１０（μｍ）のＸ線を照射するＷ（タングステン）マイクロフォーカスＸ線源であって、同社で試作したものを用いた。
画像記録装置：蛍光体プレートは同社製のレジウスプレートＲＰ−５ＰＭを用いた。蛍光体プレートを収容するカセッテは、同社の試作品を用いている。
読取装置：同社製のRegius model 190を用いた。
画像処理：読取後、レジウスコンソール（同社製）にてＸ線画像のコントラストを調整する画像処理を施した。コントラストの調整に係るパラメータＧ値を２０（通常の人体撮影時のＧ値は３〜５）とした。Ｇ値は大きいほどコントラストが大きくなるよう調整されるものである。
出力装置：同社製のDRYPRO model 793を用いた。

〈撮影条件１〉
下記の撮影条件で、撮影距離Ｒ３を可変させたときの画質評価を行った。
管電圧：３０ｋｅＶ（平均Ｘ線エネルギー１４．８９ｋｅＶ）
管電流：１ｍＡ
拡大率：Ｍ＝２０
撮影距離：Ｒ３を０．５〜５の範囲で可変し、Ｒ３に応じてＭ＝２０となるようにＲ１を０．０２５〜０．２５の範囲で可変した。
画像記録装置：カセッテのフロント板は材質をカーボンとし、フロント板のＸ線吸収率が５％となる厚さに構成した。

〈撮影条件２〉
撮影条件１において、拡大率ＭをＭ＝４０に変えて画質評価を行った。ただし、撮影距離Ｒ３は１〜４の範囲で可変し、Ｒ３に応じてＭ＝４０となるようにＲ１、Ｒ２を可変させている。

〈撮影条件３〉
撮影条件１において、拡大率ＭをＭ＝１０に変えて画質評価を行った。ただし、撮影距離Ｒ３は０．５〜４の範囲で可変し、Ｒ３に応じてＭ＝１０となるようにＲ１、Ｒ２を可変させている。

〈撮影条件４〉
下記の撮影条件で、フロント板の材質及びＸ線吸収率を可変させたときの画質評価を行った。
管電圧：３０ｋｅＶ（平均Ｘ線エネルギー１４．８９ｋｅＶ）
管電流：１ｍＡ
拡大率、撮影距離：Ｍ＝２０とし、Ｒ１＝０．１、Ｒ２＝１．９、Ｒ３＝２．０で固定した。
画像記録装置：カセッテのフロント板は材質がカーボン、アルミニウムのものを用意した。また、フロント板の厚さを調整し、Ｘ線吸収率を５〜７０％の範囲で変えて撮影に用いた。蛍光体プレートの保護膜は２０μｍの厚みのＰＥＴフィルム（１５ｋｅＶにおけるＸ線吸収率は０．３％）を用いた。

〈Ｘ線吸収率の測定〉
画像記録装置の蛍光体プレートを設置する直前の位置にＸ線測定器を設置し、当該Ｘ線測定器によりＸ線エネルギーを測定した。測定したＸ線エネルギーからＸ線源から蛍光体プレート間におけるＸ線吸収率を算出した（測定されたＸ線エネルギー（ｋｅＶ）を１５ｋｅｖで除算した商がＸ線吸収率である。）。すなわち、蛍光体プレートへのＸ線到達率は１００％からこのＸ線吸収率を差し引いた残りである。よって、算出したＸ線吸収率が５０％を下回っている場合、蛍光体プレートにおけるＸ線到達率は５０％以上となる。

〈評価基準〉
フィルム上に出力形成されたＸ線画像の評価基準は以下の通りである。
◎：繊維の一本のそれぞれを鮮明に認識することが可能
○：繊維数本のまとまりを認識することが可能
△：繊維の塊があることが分かる
×：繊維が視認できない
上記の評価基準に従って、７人の画像評価者がフィルム上の画像を観察し、被写体となったガラスウール繊維の画像について評価を行った。

〈評価結果〉
表３は撮影条件１により得られたＸ線画像の評価結果である。表４は撮影条件２、表５は撮影条件３、表６は撮影条件４により得られたＸ線画像の評価結果である。

なお、ガラスウール繊維は直径ｓを０．０５〜１０（μｍ）と変えても視認性に差がなかった。表３、４中の評価結果は直径ｓを変えた全範囲のガラスウール繊維についての評価結果を示している。

表３から分かるように、撮影距離Ｒ３は０．５〜４（ｍ）の範囲でガラスウール繊維を視認できる画質となる。その中でも鮮明性が高いのはＲ３が２〜３（ｍ）の範囲である。これは位相コントラスト効果による辺縁部の鮮鋭性向上によるものであり、Ｘ線エネルギーを１５ｋｅＶと低エネルギーとしたことによりよりその位相コントラスト効果が高まったためであると考えられる。撮影距離Ｒ３は短いほどＸ線吸収率が小さくなるが、距離Ｒ１が０．０５ｍを下回ると、画質は良いが照射野が狭まり画像が一部欠損することとなる。また、Ｎｏ．３６の結果から、距離Ｒ３が４ｍを超えるとＸ線吸収率が約６０％となり、ガラスウール繊維が視認できない画質となっていることが分かる。

また、表４、表５から、拡大率Ｍを１０≦Ｍ≦４０の範囲内とすることにより良好な画質が得られることは明らかである。

さらに、表６ではＮｏ．４１〜４３の結果から、アルミニウムからなるフロント板の厚みをフロント板のＸ線吸収率が５〜３０％となるように調整すると、Ｘ線吸収率を約５０％以下に調整することができ、良好な画質が得られることが分かる。これに対し、Ｎｏ．４４、４５ではフロント板のＸ線吸収率が６０％を超え、ガラスウール繊維が視認できない結果となっている。この点、Ｎｏ．４７の結果から材質をカーボンに変えたときも同様であるといえる。
一方、表３のＮｏ．３と表６のＮｏ．６の結果から、フロント板の材質をカーボンにした場合でも、フロント板のＸ線吸収率を５〜１０（％）とすると、鮮明性の高い画質が得られることが分かる。

以上のように、本実施形態によれば、径ｓが０．０５≦ｓ≦５０のアスベストを撮影対象とするため、焦点径Ｄが１≦Ｄ≦３０で、かつ１５ｋｅＶ以下のＸ線を照射し、拡大率Ｍが１０≦Ｍ≦４０の位相コントラスト撮影を行い、さらに蛍光体プレート７へのＸ線到達率が５０％以上となるように、カセッテ６１のフロント板６２ａの構成及び／又は撮影距離Ｒ３を調整する。すなわち、蛍光体プレート７へのＸ線到達率が５０％以上となるように、０．５＜Ｒ３＜４の範囲内とし、フロント板６２ａを取り外したカセッテ６１を用いて撮影を行う。或いは、フロント板６２ａの材質、厚みを調整してフロント板６２ａのＸ線吸収率の減少を図る。

位相コントラスト撮影を、上記焦点径Ｄ、Ｘ線エネルギー、拡大率Ｍ、撮影距離Ｒ３の条件で行い、さらにフロント板６２ａの構成を上記のように調整することにより、位相コントラスト撮影により得られる位相コントラスト効果を高めることができるとともに、できるだけ蛍光体プレート７へのＸ線到達率の増大を図ることができる。従って、アスベストのような微小な対象物でもＸ線画像上で鮮明に視認でき、かつ十分なコントラストの画質を得ることができる。

さらに、撮影距離は２＜Ｒ３＜３とすることにより、蛍光体プレート７へのＸ線到達率を増加させることができ、Ｘ線画像におけるアスベストの視認性が高い画質とすることができる。

本実施形態におけるＸ線撮影装置の構成を示す図である。 （ａ）カセッテの構成を示す斜視図である。（ｂ）は（ａ）に示すカセッテの断面図である。 位相コントラスト撮影及び位相コントラスト効果について説明する図である。 位相コントラスト効果におけるエッジ強度とボケの関係を示す図である。 位相コントラスト効果においてボケが生じる場合について説明する図である。 Ｘ線エネルギーと屈折差δとの関係を示す特性図である。 Ｘ線エネルギーとＸ線到達率（蛍光体プレートへのＸ線到達率、フロント板へのＸ線到達率）との関係を示す特性図である。 撮影距離と蛍光体プレートへのＸ線到達率との関係を示す特性図である。

符号の説明

１ Ｘ線撮影装置
２ Ｘ線源
３ 撮影部
４ 本体部
５ 保持部
６ 画像記録装置
６１ カセッテ
６２ 前天板
６３ 後天板
６２ａ フロント板
７ 蛍光体プレート
Ｗ 検体

Claims (2)

1. Ｘ線源と画像記録装置間に保持された検体に対し、焦点径Ｄ（μｍ）が１≦Ｄ≦３０で、かつ１５ｋｅＶ以下のＸ線を照射するＸ線源と、
   Ｘ線検出器が筐体に収容されてなる画像記録装置と、
   前記Ｘ線源及び前記画像記録装置とを用いて、拡大率Ｍ（ただし、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器間の距離をＲ１（ｍ）、前記Ｘ線源の焦点から前記Ｘ線検出器までの距離をＲ３（ｍ）としたとき、Ｍ＝Ｒ３／Ｒ１とする。）が１０≦Ｍ≦４０となる位相コントラスト撮影を行う撮影部と、を備え、
   前記Ｘ線源から照射されたＸ線のＸ線検出器までのＸ線到達率が５０％以上となるように、前記画像記録装置及び距離Ｒ３を構成したことを特徴とするＸ線撮影装置。
2. 前記画像記録装置の筐体は、前記Ｘ線検出器のＸ線照射面を覆うフロント板を備えて構成され、
   前記位相コントラスト撮影時には、前記フロント板を取り外した画像記録装置を用いるとともに、前記距離Ｒ３を、０．５＜Ｒ３＜４とすることにより、前記Ｘ線検出器へのＸ線到達率が５０％以上となるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮影装置。

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