JP2014012131A - Ｘ線装置およびｘ線測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被検知物の散乱コントラスト像が取得可能なＸ線装置およびＸ線測定方法を提供する
【解決手段】 Ｘ線装置は、被検知物を透過したＸ線束の強度を検出する検出手段１０５を有する。検出手段は、第１の画素と該第１の画素とは異なる第２の画素とを有し、被検知物がＸ線束の光路中に配置されていない場合において、Ｘ線束の強度分布の中心が、第１の画素と第２の画素の境界上に照射されないように構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明はＸ線を用いたＸ線装置、およびＸ線測定方法に関する。

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、放射線の一つであるＸ線は、波長が約１０^−１２〜１０^−８ｍ程度の電磁波であり、このうちエネルギーの高いＸ線（約２ｋｅＶ〜１００ｋｅＶ）を硬Ｘ線という。また、エネルギーの低いＸ線（約０．１ｋｅＶ〜２ｋｅＶ）を軟Ｘ線という。

Ｘ線の吸収能の違いを用いた吸収コントラスト法は、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被検知物（例えば、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線位相コントラスト法が有効である。このようなＸ線位相コントラスト法は、高分子材料の相分離構造体のイメージングや医療等への応用が検討されている。

特許文献１に示されたＸ線位相コントラスト法は、分割したＸ線を被検知物に入射させ、透過したＸ線の屈折角を計測する手法である。

図９は、特許文献１に記載されている装置概略図を示したものである。Ｘ線源９０１から発生したＸ線は、分割素子９０２により空間的に分割される。空間的に分割されたそれぞれのＸ線束は、被検知物９０３を透過した後に、Ｘ線検出手段９０４に照射される。

図１０は、Ｘ線検出手段９０４の概略図を示したものである。Ｘ線検出手段９０４は、複数の画素１００１によって構成されている。例えば分割素子９０２によって分割された基準Ｘ線１００２（被検知物９０３が光路中に配置されていない場合のＸ線）は、Ｘ方向およびＹ方向に対して、離散的に４画素周期で照射される。

Ｘ線検出手段９０４はこの照射されたそれぞれのＸ線の各画素における強度を検出する。Ｘ線１００３は被検知物９０３を透過することによって屈折したＸ線を示している。屈折効果により、Ｘ線１００３は基準Ｘ線１００２に対して、Ｘ線検出手段９０４への入射位置が変化する。また、吸収効果により、Ｘ線１００３の積分強度は、基準Ｘ線１００２の積分強度よりも小さくなる。

なお、基準Ｘ線１００２が照射されている画素におけるＸ線検出強度を足した値と、Ｘ線１００３が照射されている画素におけるＸ線検出強度を足した値から、被検知物９０３のＸ線透過率を求めることができる。このようなＸ線の強度変化（Ｘ線透過率）を像にすることにより、被検知物９０３の吸収コントラスト像を得ることができる。

また、Ｘ、Ｙ方向に対する位置変化量ΔＸ、ΔＹは、Ｘ線１００３の強度の中心（Ｘ線の重心）と基準Ｘ線１００２の重心とを比較することによって求めることができる。このようなＸ線の重心位置変化は被検知物９０３によるＸ線の位相変化によるものであり、Ｘ線の重心位置変化から被検知物９０３の位相の情報が得られる。これを像にすることによって、被検知物９０３の位相コントラスト像を得ることができる。

さらに、被検知物９０３が微小粒子などの集合体で形成されている場合、Ｘ線１００３は基準Ｘ線１００２に対して散乱の影響を受けて広がる。この広がりは被検知物９０３によるＸ線の散乱によるものであり、この広がりの程度から被検知物９０３によるＸ線の散乱の度合いが得られる。これを像にすることによって、被検知物９０３による散乱コントラスト像を得ることができる。

図１１は、上記した吸収コントラスト像、位相コントラスト像、散乱コントラスト像を再度別の観点から説明する図である。図１１（Ａ）の検出手段１１０１の上には、被検知物を透過していない基準Ｘ線１１０２と、被検知物を透過したＸ線１１０３が示されている。Ｘ線は被検知物により吸収され、また屈折するため、Ｘ線１１０３は基準Ｘ線１１０２よりも強度が小さくなり、また、Ｘ線１１０３の位置は基準Ｘ線１１０２の位置とは異なる位置となる。この強度と位置の変化から、吸収コントラスト像と位相コントラスト像を取得する。

図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）のＸ線１１０３に対して、更に被検知物による散乱効果が生じている例を示したものであり、Ｘ線１１０４はＸ線１１０３に比べて幅が広くなっている。このＸ線強度の分布の変化から、散乱コントラスト像を取得する。

米国特許５８０２１３７号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の手法では、多数の画素を用いて、被検知物によるＸ線の散乱の情報を取得し、散乱コントラスト像を取得している。そのため、散乱による広がりを正確に検出するためには、基準Ｘ線１１０２の広がりに対して十分小さな画素サイズの検出手段が必要となる。一般的に、小さな画素の検出手段の場合、視野の大型化は難しく、大きな被検知物に対応することが困難である。また、画素サイズが小さくなると、一般的に、１画素におけるＸ線感度が低下するため、良質の画像を取得するには被検知物に対するＸ線の照射量が多くなる傾向がある。

そこで、本発明は、特許文献１に記載の手法とは異なる手法を用いた場合において、被検知物の散乱コントラスト像が取得可能なＸ線装置およびＸ線測定方法を提供することを目的とする。

本発明の一側面としてのＸ線装置は、被検知物を透過したＸ線束の強度を検出する検出手段を有し前記検出手段は、第１の画素と該第１の画素とは異なる第２の画素とを有し、前記被検知物が前記Ｘ線束の光路中に配置されていない場合において、前記Ｘ線束の強度分布の中心が、前記第１の画素と前記第２の画素の境界上に照射されないように構成されることを特徴とする。

本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。

本発明によれば、特許文献１に記載の手法とは異なる手法を用いた場合において、被検知物の散乱コントラスト像が取得可能なＸ線装置およびＸ線測定方法を提供することができる。

実施形態１における装置構成を説明する図。 Ｘ線束の強度プロファイルの変化を説明する図。 実施形態１におけるＸ線束と画素の関係を説明する図。 Δｘに対するｖの関係を説明する図。 Δｘに対するｖの関係を説明する図。 実施形態２における装置構成を説明する図。 実施形態２におけるＸ線束と画素の関係を説明する図。 実施例で説明する実験結果を示す図。 特許文献１の手法に関する装置の概略を説明する図。 特許文献１の検出手段の概略を説明する図。 吸収、位相、散乱によるＸ線の変化を説明する図。 図５（Ａ），（Ｂ）で説明した事項を別の観点から説明する図。 図５（Ａ），（Ｂ）で説明した事項を別の観点から説明する図。

本発明の実施形態では、Ｘ線束と検出器を用いて、被検知物によるＸ線の、位相変化情報、散乱情報、および吸収情報の取得が可能な検出結果を取得する。本実施形態のＸ線装置は更に演算装置を備え、検出手段による検出結果から被検知物によるＸ線の位相変化情報（以下、単に位相情報と呼ぶことがある）と散乱情報と吸収情報を取得することができる。但し、本実施形態では位相情報と散乱情報は分離せず、位相情報と散乱情報の両方を含んだ情報と、吸収情報とを取得する。

Ｘ線束は検出手段の少なくとも２画素にわたって照射されるように構成されている。また、被検知物がＸ線束の光路中に配置されていない場合において、Ｘ線束の強度分布の中心は、第１の画素と第２の画素の境界上からずれるように配置されている。演算装置は、第１の画素と第２の画素の強度情報から、位相情報と散乱情報の両者を含んだ被検知物の情報を取得する。この情報を画像化すると、位相コントラストと散乱コントラストが含まれる画像を取得することができる。また、演算装置は、吸収コントラスト像を取得可能に構成されている。以下、具体的な実施形態について説明する。尚、Ｘ線束の強度分布の中心とは、質量中心における質量を強度に置き換えたものであり、Ｘ線束の重心のことを指す。

（実施形態１）
実施形態１においては、一本のＸ線束を用いたＸ線装置とＸ線測定方法について説明する。

（装置の基本的構成）
図１は、本実施形態におけるＸ線装置の構成図を示したものである。

Ｘ線発生手段としてのＸ線源１０１から発生されたＸ線は、分割素子１０３によりＸ線束に形成される。

分割素子１０３としては、例えば、線状のＸ線束を形成することができるスリット形状や、点状のＸ線束を形成できるピンホール形状のアパーチャーを用いればよい。スリットやピンホールは、基板を貫通していてもよいし、基板を貫通していなくとも良い。貫通しない場合、分割素子の基板としてＸ線用のフィルタ材料を用いてもかまわない。分割素子１０３を構成する材料としては、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、これらの材料を含む化合物であってもよい。

図２は、被検知物１０４を透過したＸ線束の強度プロファイルの模式図を示したものである。Ｘ線束２０１は、Ｘ線束の光路に被検知物１０４を配置していない状態の強度プロファイルである。また、Ｘ線束２０２は、Ｘ線束の光路中に被検知物１０４を配置した状態の強度プロファイルである。被検知物１０４によってＸ線が吸収されるため、Ｘ線束の強度は減少する。また、被検知物１０４によってＸ線の位相が変化して屈折するため、Ｘ線束の位置がずれる。さらに、被検知物１０４によるＸ線の散乱の影響により、Ｘ線束の強度プロファイルがブロードになる。

被検知物１０４を透過したＸ線束は検出手段１０５に照射され、Ｘ線の強度が取得される。検出手段１０５により得たＸ線の強度情報は、演算装置１０６により演算処理がなされ、モニタ等の表示手段１０７に出力される。

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、分割素子１０３と、被検知物１０４と、検出手段１０５を相対的に移動させるステッピングモータなどの移動手段１０８、１０９、１１０を設けてもよい。例えば、移動手段１０９により、被検知物１０４を移動しながら計測すれば、被検知物１０４の全体像を得ることができる。

検出手段１０５としては、間接変換型、直接変換型を問わず種々の２次元Ｘ線検出器を用いることができる。例えば、Ｘ線ＣＣＤカメラ、間接変換型フラットパネル検出器、直接変換型フラットパネル検出器などから選択される。また、分離型のフォトダイオードなどを用いてもかまわない。

なお、単色Ｘ線を用いる場合には、Ｘ線源１０１と分割素子１０３の間に単色化手段１０２を配置してもよい。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。

（位置変化量とコントラストの関係）
次に、図３を用いて、本実施形態におけるＸ線束と検出手段１０５の関係を説明する。図３（Ａ）および（Ｂ）において、Ｘ線束の強度プロファイル（強度分布）３０１は、被検知物１０４がＸ線束の光路中に配置されていない場合の強度プロファイルであり、ピークが高い（図面において上方向）ほどＸ線の強度が大きいことを示す。検出手段１０５には、第１の画素３０２と、第１の画素３０２とは異なる第２の画素３０３が設けられている。なお、図３（Ａ）と図３（Ｂ）は、第１の画素３０２と第２の画素３０３の境界に対する強度プロファイルの中心位置が異なる。

また、図３では、第１の画素３０２と第２の画素３０３とが隣接して配置されているが、第１の画素３０２と第２の画素３０３は演算の際に用いる領域によって決定される。例えば、８個の画素のうち、４個の画素を第１の画素３０２とし、残りの４個の画素を第２の画素３０３とすることも可能である。

ところで、図２で説明したように、Ｘ線束は被検知物１０４を透過することにより屈折するため、検出手段１０５上で位置がずれる。このＸ線の位置変化量は、第１の画素３０２の検出強度の変化量と、第２の画素３０３の検出強度の変化量との差異を判別できる指標に基づいて、推定できる。

例えば、第１の画素３０２の強度をＩ_１、第２の画素３０３の強度をＩ_２とした場合、式（１）に示すｖの値を用いることにより、位置変化量を推定することが可能である。

なお、ここでは吸収の影響を低減するために、Ｉ_１とＩ_２の和でＩ_１とＩ_２の差を除している。

図４（Ａ）は、強度プロファイルの中心が、第１の画素３０２と第２の画素３０３との境界上にあるように設定した場合（図３（Ａ）参照）において、Ｘ線束の重心位置変化量（Δｘ）とｖとの関係を示したものである。尚、以下、Ｘ線束の重心位置変化のことを、単にＸ線束の位置変化と呼ぶことがある。

ここで、■で示したプロットは、ある被検知物（既知サンプル）を光路中に配置せずにＸ線束を検出手段１０５に対して移動させて得たデータであり、●で示したプロットは、その被検知物を光路中に配置して得たデータである。すなわち、■で示したプロットは、単にＸ線束の位置とｖの対応関係を示すものであり、●で示したプロットは、被検知物による屈折および散乱によるＸ線束の強度プロファイルとｖの対応関係を示すものである。

図４（Ａ）からも理解されるように、両者ともほぼ線形の関係があり、被検知物を配置して得たデータの傾きは、被検知物を配置せずに得たデータの傾きよりも小さくなっている。両者のデータは、Δｘが同じでもｖの値が若干異なるため、位相コントラスト情報および散乱コントラスト情報が含まれた画像を取得できる。

より具体的に、図４（Ｂ）を用いて説明する。散乱効果を生じさせる被検知物（既知サンプル）によるΔｘがΔｘ_１である場合、ｖ＝ｖ_１となるはずである。

しかしながら、実際のデータは未知のサンプルである。よって、未知のサンプルの実験結果としてｖ＝ｖ_１という値が得られたとしても、その数値を代入できるのは、被検知物を配置せずに得たデータから導かれた関係式（■で示したプロット）のみである。被検知物を光路中に配置せずに得たデータのプロット（■）において、ｖ＝ｖ１のとき、ΔｘはΔｘ_２となる。

すなわち、ある領域を透過したＸ線束の真の位置変化量（Δｘ）はΔｘ１であるのに、被検知物を配置せずに得たデータを用いてそのＸ線束の位置変化量を取得すると位置変化量はΔｘ２となる。位置変化量を画像化すると、このような、真の位置変化量（ここではΔｘ１）と取得される位置変化量（ここではΔｘ２）の差に起因して、Ｘ線束の屈折量が等しい場合は、散乱がある領域では散乱がない領域と比較して常にコントラストが小さくなる。

ところで、Ｘ線の位相変化によるＸ線束の位置変化は微量であるため、図４（（Ａ），（Ｂ））における被検知物が配置されている場合と、被検知物が配置されていない場合との差が生じにくく、コントラストが形成されにくい。また、被検知物によるＸ線束の屈折がほとんどない場合、被検知物が配置されているときと、被検知物が配置されていないときでは、ほとんど同じ値のｖを取る（図４のΔｘ＝０付近参照）。よって、ｖからΔｘを取得しても、取得されるΔｘに対して被検知物による散乱が与る影響が小さい。よって、ｖからΔｘを取得しても、被検知物による散乱の情報を取得することが困難である。特に、位相は一般的に物体の輪郭で大きく変化するため、輪郭部以外ではほとんど被検知物による散乱の情報を取得できない可能性がある。

一方、図５（Ａ）は、強度プロファイルの中心を、第１の画素３０２と第２の画素３０３の境界からずらして配置した場合（図３（Ｂ）参照）における、Ｘ線束の位置変化量（Δｘ）とｖの関係を示したものである。ここで、■で示したプロットは、光路中に被検知物を配置しない場合のデータであり、●で示したプロットは、光路中に被検知物を配置した場合のデータである。

図５（Ａ）において、両者はそれぞれ非線形の関係があり、かつΔｘが０であっても両者は交わらない。このようにＸ線束を配置すれば、Ｘ線束の屈折がない場合であっても、■のプロットと●のプロットとでｖの値が異なる。そのため、例えΔｘ＝０の場合で当ても、被検知物による散乱の情報を効果的に取得することができるようになる。

より具体的に、図５（Ｂ）を使って説明する。被検知物によるＸ線束の屈折がない場合（Δｘ＝０）、ｖ＝ｖ_２となるはずである。

しかしながら、ｖ＝ｖ_２という値が算出されたとしても、被検知物を光路中に配置せずに得たデータ（■）を用いてΔｘを求めると、取得される位置変化量Δｘ＝Δｘ_３となる。

すなわち、本来、ある領域（屈折がないため、位相コントラストが形成されない領域）を透過したＸ線束の真の位置変化量（Δｘ）＝０であるのに、被検知物を配置せずに得たデータを用いてそのＸ線束の位置変化量を取得すると位置変化量Δｘ＝Δｘ_３となる。よって、この情報を画像化すると、被検知物によるＸ線束の位置変化量が０の領域内であっても何らかのコントラストが形成される。そして、屈折によるＸ線束の位置変化がないのであるから、このコントラストは、散乱がある領域と散乱がない領域のコントラストということになる。（つまり、その画像は、被検知物による散乱の情報を画像化したものということになる。）

図１２は、以上のことを別の観点から説明するための図である。ここでは、Ｘ線を屈折させないが、Ｘ線の散乱を生じさせる被検知物を想定する。

図１２（Ａ）は測定前の強度プロファイル１２０３を示すものであり、Ｘ線束の強度プロファイルの中心を第１の画素１２０１と第２の画素１２０２の境界に設定している。また、図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のように、強度プロファイルの中心を第１の画素１２０１と第２の画素１２０２の境界に設定し、Ｘ線源と検出手段の間の光路中に被検知物を配置した時（被検知物の測定中）の強度プロファイル１２０３を示すものである。両強度プロファイルは積分強度で規格化している。図１２（Ａ）と図１２（Ｂ）を比較すると、被検知物を光路中に配置しても強度プロファイルの重心は移動せず、強度プロファイルはブロードになる。このケースでは、第１の画素１２０１の検出強度と第２の画素１２０２の検出強度の差（あるいは比）は、図１２（Ａ）と図１２（Ｂ）で同じ値となる。

これに対して、図１３（Ａ）は強度プロファイルの中心を第１の画素１２０１と第２の画素１２０２の境界以外に設定した場合の、測定前の強度プロファイル１２０５を示すものである。一方、図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）に示す位置に強度プロファイルの中心を設定し、光路中に被検知物を配置した時（被検知物の測定中）の強度プロファイル１２０５を示すものである。両強度プロファイルは積分強度で規格化している。図１３（Ａ）と図１３（Ｂ）を比較すると、第１の画素１２０１の検出強度と第２の画素１２０２の検出強度の差（あるいは比）は、図１３（Ａ）と図１３（Ｂ）で異なる。すなわち、強度プロファイルの中心をずらすことによって、屈折が無い場合であっても、散乱情報を得ることができる。そして、第１の画素１２０１の検出強度と第２の画素１２０２の検出強度の差が、図５（Ｂ）のｖ_２に相当する。そして、このｖ_２を一旦Δｘに置き換えて、Δｘの値を画素値として表示すれば、散乱の度合いを可視化して散乱コントラスト像を取得することができる。

また、図１２（（Ａ），（Ｂ））と図１３（（Ａ），（Ｂ））では、Ｘ線の屈折効果が生じない被検知物を想定したが、屈折が生じる場合は、図１３（Ｂ）から更に強度プロファイル１２０５の位置がずれる。これに伴って、第１の画素１２０１の検出強度と第２の画素１２０２の検出強度の差（あるいは比）が変化する。この大きさを示す指標の一つとしてｖがあり、このｖはΔｘに置き換えることが可能である。

以上のように、第１の画素が検出するＸ線強度の変化量と第２の画素が検出するＸ線強度の変化量の違いを利用すれば、被検知物によるＸ線の屈折と散乱の両方の情報を含んだ被検知物の情報を取得することができる。また、この被検知物の情報を画像化すれば、被検知物によるＸ線の屈折に基づく位相コントラストと、被検知物によるＸ線の散乱に基づく散乱コントラストの両方を含んだ画像を生成できる。つまり、被検知物によるＸ線の屈折がほとんど生じない場合は、ｖとＸ線束の位置変化量（Δｘ）の関係を用いて取得したΔｘには被検知物によるＸ線の散乱の情報が含まれる。一方、被検知物によるＸ線の屈折が生じる場合は、同様に取得したΔｘには被検知物によるＸ線の、屈折と散乱の情報が含まれる。

なお、ｖの値をそのまま、画像のコントラストとして出力してもかまわないが、その場合ｖとΔｘの関係が非線形なため位相変化によるコントラストが歪んでしまう。そこで、演算装置１０６では事前にｖとΔｘの関係を適当な関数でフィッティングしておく。そして、検出手段１０５で検出された各画素による検出強度からｖを計算し、更にフィッティングされた関数にｖを代入してΔｘを求める。このΔｘを画像化することにより、コントラストの歪を軽減することができる。

（その他の変形例）
上記実施形態では式（１）により求められる指標であるｖから出力画像の画素値を与えた。しかし、重要なことは、屈折または散乱による、第１の画素の検出強度の変化量と、第２の画素の検出強度の変化量の差異を判別できる指標であればｖ以外の指標を用いることができるという点である。

すなわち、第１の画素の検出強度と第２の画素の検出強度の差、または、比などに基づく指標であればどのような指標でも用いることができる。

例えば、式（１）は、Ｉ_１とＩ_２の差をＩ_１とＩ_２の和で除しているが、これは第１の画素の検出強度と第２の画素の検出強度の差に基づくものである。したがって、例えば、上記式（１）における（Ｉ_１―Ｉ_２）の代わりに、「（Ｉ_１―Ｉ_２）^２」とした指標を用いてもよい。

また、同様に、第１の画素の検出強度と第２の画素の検出強度の比に基づく指標であってもよい。例えば、以下の式（２）で示すｖ’を用いて、出力画像の画素値を決定しても良い。

なお、以上の説明では、Ｘ線束の光路中に被検知物が配置されている場合の測定値から算出したｖやｖ’などを用いて、出力画像の画素値を決定している。しかし、被検知物が配置されている場合のｖから、被検知物が配置されていない場合のｖを減算して求められた指標等を用いて、画素値を決定しても良い。すなわち、以下の数式（３）のＨに基づいて画素値を決定しても良い。
Ｈ＝（Ｉ_１−Ｉ_２）／（Ｉ_１＋Ｉ_２）―（Ｉ_１（０）−Ｉ_２（０））／（Ｉ_１（０）＋Ｉ_２（０）） ・・・式（３）

ここで、Ｉ_１（０）は被検知物が配置されていない場合における第１の画素の検出強度である。また、Ｉ_２（０）は被検知物が配置されていない場合における第２の画素の検出強度である。上記式（３）の指標も、第１の画素の検出強度と第２の画素の検出強度の差に基づく指標である。

また、関数を作成する代わりに、ｖとΔｘの関係をデータベース化しておき、測定で得られたｖをもとにデータベースのデータを用いて内挿することによってΔｘを求めても良い。

また、被検知物の吸収コントラスト像を取得する場合は、Ｉ_１とＩ_２の和を画素値とすればよい。なお、Ｉ_１とＩ_２の和を２で割った平均値を画素値としてもよい。和に関する他の演算方法も含めて、これらを「和に基づいて」と表現することがある。

また、分割素子１０３がピンホール形状の場合、４画素の境界に対してＸ線束強度プロファイルの中心をずらすように照射する構成も可能である。これにより、Δｘの位置ずれ方向（ｘ方向）とは異なる方向に対しても散乱情報の抽出が可能となり、少なくともＸ方向に直交する方向からの散乱状態を画像化することが可能になる。すなわち、本実施形態は、３画素以上にも適用可能である。

また、Ｘ線束の強度プロファイル中心は第１の画素と第２の画素の境界からずらされるが、ずらし量としては、例えば、強度プロファイルの半値幅の１／４から３／４の範囲で行う。被検知物によって好適なずらし量は異なるが、例えば、ずらし量は半値幅の１／２程度である。

（実施形態２）
本実施形態においては、分割素子を用いてＸ線束を複数形成する場合のＸ線装置とＸ線測定方法について説明する。

図６に本実施形態におけるＸ線装置の構成図を示す。Ｘ線発生手段としてのＸ線源６０１から発生されたＸ線は、分割素子６０３により線状に分割される。分割素子６０３は、例えば、ラインアンドスペースを有したスリットアレイである。なお、分割素子６０３は、スリットが設けられている周期方向に対して垂直な方向に分割されている２次元スリットや、ピンホールアレイ（円開口が二次元的に配列されたもの）であっても構わない。ピンホールアレイの場合、少なくとも２方向の散乱情報を得ることができる。

スリットやピンホールは、分割素子の基板を貫通していてもよいし、貫通していなくともよい。貫通しない場合、分割素子の基板としてＸ線用のフィルタ材料を用いてもかまわない。分割素子６０３を構成する材料としては、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、これらの材料を含む化合物であってもよい。

被検知物６０４を透過したＸ線束は検出手段６０５に照射され、検出手段６０５によりＸ線の強度が検出される。検出手段６０５により得たＸ線に関する情報は演算装置６０６により数的処理がなされ、モニタ等の表示手段６０７に出力される。

なお、分割素子６０３と、被検知物６０４と、検出手段６０５、Ｘ線源６０１を相対的に移動させるステッピングモータなどの移動手段６０８、６０９、６１０、６１１を別途設けてもよい。例えば、移動手段６０９を設ければ、被検知物６０４を適宜移動することができるため、被検知物６０４の特定個所についての像を得ることができる。また分割素子６０３はＸ線束を被検知物６０４に離散的に照射するため、被検知物６０４の照射されていない個所の情報を得ることができない。そこで、被検知物６０４をＸ線に対して走査しながら測定することにより、被検知物６０４のすべての情報を得ることができ、高分解能化を実現することができる。

また、移動手段６０８、６１０、６１１を用いて被検知物６０４を中心にＸ線源６０１、分割素子６０３、検出手段６０５を同期させて回転させながらＸ線強度を検出することによりＣＴ像を取得することも可能である。

検出手段６０５は、間接変換型、直接変換型を問わず種々の２次元Ｘ線検出器を用いることができる。例えば、Ｘ線ＣＣＤカメラ、間接変換型フラットパネル検出器、直接変換型フラットパネル検出器などから選択される。

なお、単色Ｘ線を用いる場合には、Ｘ線源６０１と分割素子６０３の間に単色化手段６０２を配置してもよい。単色化手段６０２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。

次に、図７を用いて、本実施形態におけるＸ線束と検出手段６０５の関係を説明する。７０１は検出手段６０５に照射される被検知物６０４がない状態の強度プロファイル、７０２は検出手段６０５の画素を示す。

分割素子６０３により複数のＸ線束を有しているため、スリットアレイのピッチ、Ｘ線源６０１、分割素子６０３、検出手段６０５の距離の関係を考慮し、２画素周期で、離散的に照射されるように配置する。被検知物６０４がない状態での検出手段６０５上のＸ線束強度プロファイルの中心は照射される２つの画素の境界からずらした位置に照射される。ずらし量としては、例えば、強度プロファイルの半値幅の１／４から３／４の範囲で行う。被検知物によって好適なずらし量は異なるが、例えば、ずらし量は半値幅の１／２程度である。

複数のＸ線束に対して演算装置６０６を用いて実施形態１と同様にΔｘを求めることで、被検知物によるＸ線の、屈折と散乱の両方を含んだ情報を取得することができる。また、Δｘをもとに画像化することにより、位相コントラストに散乱コントラストが加わった画像を得ることができる。

本実施例では、図６に示した装置構成を用いた。

Ｘ線発生手段６０１は、タングステンターゲットの回転対陰極型のＸ線発生装置を用いた。

分割素子６０３は、厚さ５００μｍのタングステンに、スリット幅５０μｍ、ピッチが１２５μｍのスリットアレイを放電加工で作製したものを用いた。

検出手段６０５は、画素サイズ１００μｍ×１００μｍのＣｄＴｅ直接変換型フラットパネル検出器を用いた。

また、移動手段６０８、６１０を用いて、分割素子６０３によって分割されたそれぞれのＸ線束が検出手段６０５に２画素（２００μｍ）の周期で投影されるように配置した。また、各Ｘ線束の強度プロファイルの中心を、２画素の境界から約２５μｍずれるように配置した。

以上の構成で、分割素子６０３を移動させながら、検出手段６０５の各Ｘ線束に対する第１の画素および第２の画素の検出強度を測定することにより、Ｘ線束の位置変化量（Δｘ）に対するｖを得た。また、両者を４次関数でフィッティングすることにより、ｖからΔｘを得るための関数を取得した。

被検知物６０４は、小麦粉と水をそれぞれプラスチック容器に格納したものを用いた。

各Ｘ線束に対する第１の画素と第２の画素の強度データから演算装置６０６によってｖを計算し、事前に求めておいた４次関数を用いてΔｘを計算した。

そして、各Ｘ線束に対する、第１の画素と第２の画素の強度データの和とΔｘを画素の値として配列させることで、吸収コントラストおよび位相コントラストと散乱コントラストの両方が反映された画像を作成し、表示手段６０７であるＰＣモニタに表示した。

図８（Ａ）は水を格納したプラスチックの容器の吸収コントラスト像であり、図８（Ｂ）は小麦粉を格納したプラスチック容器の吸収コントラスト像である。このように、吸収コントラスト像では、水と小麦粉でコントラストの差がほとんど見られなかった。

一方、図８（Ｃ）は水を格納したプラスチック容器の、位相コントラストに散乱コントラストが加わった画像であり、図８（Ｄ）は小麦粉を格納したプラスチック容器の、位相コントラストに散乱コントラストが加わった画像である。このように、位相コントラストに散乱コントラストが加わった画像では、散乱の大きな小麦粉で大きなコントラストが得られ、水と小麦粉の差を確認することができた。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１０１ Ｘ線源
１０３ 分割素子
１０４ 被検知物
１０５ 検出手段
１０６ 演算装置

Claims (18)

1. 被検知物を透過したＸ線束の強度を検出する検出手段を有し
   前記検出手段は、第１の画素と該第１の画素とは異なる第２の画素とを有し、前記被検知物が前記Ｘ線束の光路中に配置されていない場合において、前記Ｘ線束の強度分布の中心が、前記第１の画素と前記第２の画素の境界上に照射されないように構成されることを特徴とするＸ線装置。
2. 演算装置を備え、
   前記演算装置は、前記第１の画素で検出された前記Ｘ線束の検出強度と、前記第２の画素で検出された前記検出手段の検出強度を用いて前記被検知物によるＸ線の散乱の情報を有する前記被検知物の情報を演算する演算装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線装置。
3. 前記演算装置は、前記第１の画素における検出強度の変化量と、前記第２の画素における検出強度の変化量との差異を判別できる指標に基づき、前記被検知物の情報を演算することを特徴とする請求項２に記載のＸ線装置。
4. 前記指標は、前記第１の画素における検出強度と前記第２の画素における検出強度の差、または、前記第１の画素における検出強度と前記第２の画素における検出強度の比、に基づくものであることを特徴とする請求項３に記載のＸ線装置。
5. 前記指標は、前記被検知物をＸ線束の光路中に配置せずに得た前記第１の画素における検出強度と、前記被検知物をＸ線束の光路中に配置せずに得た前記第２の画素における検出強度から取得することを特徴とする請求項３または４に記載のＸ線装置。
6. 前記被検知物の情報は、
   前記指標と、前記指標と前記被検知物の情報との関係がフィッティングされた関数と、に基づいて算出されることを特徴とする請求項３から４のいずれか一項に記載のＸ線装置。
7. 前記演算装置は、
   前記指標と前記被検知物の情報との関係を示すデータベースを有し、
   前記被検知物の情報は、前記データベースから取得されることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載のＸ線装置。
8. 前記Ｘ線束を複数形成するための分割素子を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のＸ線装置。
9. 前記分割素子が、スリットアレイによる分割素子で構成されていることを特徴とする請求項８に記載のＸ線装置。
10. 前記分割素子が、ピンホールアレイによる分割素子で構成されていることを特徴とする請求項８に記載のＸ線装置。
11. 前記演算装置は、前記第１の画素の検出強度と、前記第２の画素の検出強度の和に基づいて、前記被検知物の吸収の情報を演算することを特徴とする請求項２から７のいずれか一項に記載のＸ線装置。
12. 前記第１の画素と前記第２の画素が隣接して配置されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載のＸ線装置。
13. 前記被検知物が前記Ｘ線束の光路中に配置されていない場合において、前記Ｘ線束の強度分布の中心が、前記第１の画素と前記第２の画素の境界から、前記Ｘ線束の強度分布の半値幅の１／４から３／４の範囲でずらして配置されるように構成されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載のＸ線装置。
14. 前記被検知物の情報は、前記被検知物による前記Ｘ線束の散乱の情報を有する画像の画素値であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のＸ線装置。
15. 前記被検知物の情報は、前記被検知物による前記Ｘ線束の散乱の情報と前記被検知物による前記Ｘ線束の屈折の情報をと含むことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のＸ線装置。
16. 前記被検知物にＸ線を照射するＸ線源を備えることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のＸ線装置。
17. 被検知物を透過したＸ線束の強度を第１の画素と該第１の画素とは異なる第２の画素とで検出する工程と、
    前記第１の画素で検出された前記Ｘ線束の検出強度と、前記第２の画素で検出された前記Ｘ線束の強度から、前記被検知物の散乱コントラストの情報を含む前記被検知物の情報を取得する工程と、を有し、
    前記被検知物が前記Ｘ線束の光路中に配置されていない場合において、前記Ｘ線束の強度分布の中心が、前記第１の画素と前記第２の画素の境界上に照射されないように設定することを特徴とするＸ線測定方法。
18. 前記被検知物の情報を取得する工程は、前記第１の画素における検出強度の変化量と、前記第２の画素における検出強度の変化量との差異を判別できる指標に基づいて、前記被検知物の情報を取得することを特徴とする請求項１７に記載のＸ線測定方法。