JP5269041B2

JP5269041B2 - Ｘ線撮像装置およびｘ線撮像方法

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Publication number: JP5269041B2
Application number: JP2010256311A
Authority: JP
Inventors: 大平向出; 一徳福田; 壮俊渡邉; 一広高田; 敬野間
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Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2013-08-21
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Description

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。

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。

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差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。

このようなＸ線位相イメージングを用いた方法は、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。

各種Ｘ線位相イメージングにおいて、特許文献１では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Ｘ線撮像方法が提案されている。

この方法では、Ｘ線源から発生したＸ線を、被検知物に照射し、被検知物からの透過Ｘ線をＸ線光学手段によって、２次元検出器上の２画素以上の画素領域にまたがり、かつ離散的にＸ線を集光するようにされている。

このような手法によれば、集光されたＸ線の重心位置を、集光Ｘ線がまたがったそれぞれの画素の強度分布から得ることができる。

被検知物によるＸ線の屈折量は非常に小さいが、被検知物のない状態での各集光Ｘ線の重心位置と、被検知物のある状態での重心位置を比較することにより、この重心位置の変化量から屈折角を得ることができる。

その結果、被検知物によるＸ線の位相変化に関する像を得ることができる。

また、この手法では、被写体によるＸ線の屈折効果を直接利用するため、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。

特開２００８−２００３５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、被検知物の全面に対してＸ線を照射するため、被検知物からの散乱Ｘ線が多くなり、測定像の画質に影響を与えるという課題がある。特に、このような被検知物からの散乱Ｘ線は、被検知物の厚さが増せば非常に影響が大きくなるため、医療用途の場合には顕著な課題となる。

本発明は、上記課題に鑑み、特許文献１に記載された方法よりも、取得画像に対する散乱Ｘ線の影響を軽減することが可能となるＸ線撮像装置およびＸ線撮像方法の提供を目的とする。

本願発明に係る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、被検知物を透過したＸ線の強度を検出する検出手段と、前記Ｘ線発生手段、前記分割素子、前記被検知物、前記検出手段のいずれかを移動させる移動手段と、前記移動手段を用いて、前記被検知物に照射されるＸ線の走査速度を制御する移動制御手段と、前記Ｘ線の走査時間と、前記検出手段の画像取得時間とを同期させる露光制御手段と、前記検出手段によって得られた情報から、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とを有することを特徴とする。

本発明によれば、特許文献１に記載された方法よりも、取得画像に対する散乱Ｘ線の影響を軽減することが可能となる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。

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。実施形態１における分割素子について説明する模式図。実施形態１における検出器の一部分について説明する模式図。実施形態１における検出器の一部分について説明する模式図。実施形態１における演算処理の方法について説明するフロー図。実施形態２における分割素子について説明する模式図。実施形態２における検出器の一部分について説明する模式図。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。実施形態３におけるＸ線撮像装置の構成例を説明する図。実施形態３におけるＸ線撮像装置の検出器の方式を説明する図。検出器の一部分について説明する模式図。分割素子について説明する模式図。

本発明は、分割素子により分割され被検知物を透過したＸ線の強度を検出手段により検出して得られた情報から、該被検知物のＸ線透過率像、微分位相像、あるいは位相像を取得する。この際、被検知物を透過したＸ線が、複数の画素によって構成される検出手段における２画素以上の画素領域に対し、光軸方向と垂直な方向に離散的に照射されるように構成する。

また、被検知物に照射されるＸ線の走査時間と、検出手段の画像取得時間とを同期させることが可能に構成する。

ここで、Ｘ線の走査時間とは、所望の画像取得領域（例えば、１画素）に対応した被検知物の領域を走査するのに必要な時間である。そのため、被検知物を固定して、Ｘ線源、分割素子、検出器を移動させる場合には、Ｘ線源１０１等を、例えば１画素分移動する移動時間がＸ線の走査時間となる。また、Ｘ線源、分割素子、検出器を固定して、被検知物を移動させる場合には、被検知物１０４を、例えば１画素分移動する時間がＸ線の走査時間ということになる。

また、検出器の画像取得時間というのは、所望の画像取得領域（例えば、１画素）の画像を取得するのに必要な時間である。この画像取得時間は、所望の画像取得領域（例えば、１画素）を露光する露光時間と同じ時間となる。

Ｘ線の走査時間と、検出器の画像取得時間を同期すれば、時刻Ｔ１に第１の画素で被検知物の一部分を撮像し、時刻Ｔ２に第１の画素の隣の第２の画素でも第１の画素で撮像した被検知物の一部分と同一部分を撮像することができる。

上記の構成によれば、微小に分割したＸ線を走査するため、被検知物１０４内での散乱に寄与する体積を減らすことができるので、取得画像に対する散乱Ｘ線を軽減することが可能となる。

（実施形態１）
実施形態１においては、分割素子と２次元検出器を用い、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。

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。

図１に示されるように、本実施形態のＸ線撮像装置では、Ｘ線を発生させて被検知物１０４に対して照射するＸ線発生源としてのＸ線源１０１を備える。

そして、このＸ線の光軸上に、分割素子１０３、検出器１０５が配置されている。

Ｘ線発生手段としてのＸ線源１０１から発生したＸ線は、スリット１０２などを用いて発散が制限されている。なお、スリット１０２はＸ線源１０１と一体型となっていてもよい。発散を制限されたＸ線は分割素子１０３によって、Ｘ線の光軸方向であるＺ方向と垂直な方向である、Ｙ方向やＸ方向に空間的に分割され、被検知物１０４の一部分を透過する。なお、図１には、Ｙ方向に空間的に分割されている例を示している。

分割素子１０３の模式図を図２に示す。

分割素子１０３の基材２０１はＸ線を遮蔽する効果を有し、Ｘ線の吸収率が高いＰｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｔａ、Ｗやこれらの材料の化合物等を用いる。また、分割素子１０３はＸ線の発散（拡大率）を考慮して穴の間隔や大きさを変えた複数の分割素子を光軸上に並べても構わない。

スリット１０２は、Ｘ線の照射を基材２０１内に収めるように発散を制限している。基材２０１には、Ｘ線を透過する穴２０２がＹ軸方向に周期的に形成されている。穴２０２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ていなくとも良い。穴２０２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るが、円状のものであってもよい。

分割素子１０３によって分割されたＸ線は、被検知物１０４によって屈折される。被検知物１０４を透過したＸ線は空間分解能を有する検出器１０５に照射される。

図３に検出器１０５の模式図を示す。

検出器１０５は複数の画素３０１によって構成されている。分割素子１０３によって分割されたＸ線３０２は、離散的に画素３０１のＹ方向の２画素にわたって照射される。

検出器１０５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。

また、Ｘ線源１０１、分割素子１０３、検出器１０５は、それぞれ移動手段１０６、１０７、１０８を有する。

また、Ｘ検出器１０５は画像取得速度を制御する露光制御手段１０９を有している。

そして、被検知物に照射されるＸ線の走査時間と、検出器の画像取得時間とを同期するために、移動制御手段１１０と露光制御手段１０９を用いて、一枚あたりの画像取得における、Ｘ線源１０１、分割素子１０３、検出器１０５のＸ方向への移動時間と、検出器１０５の画像取得時間とを同期する。これにより、被検知物１０４全体の情報を測定することが可能となっている。移動手段１０６、１０７、１０８による移動は、Ｘ線源１０１を中心とした円周上の運動でもよい。

また、被検知物１０４に移動手段を設けて、被検知物１０４のＸ軸上の移動時間と、検出器１０５の画像取得時間を同期させて、被検知物１０４全体の情報を得てもよい。

さらに、検出器１０５の視野が被検知物１０４の測定領域の大きさを満たしているのであれば、検出器１０５を固定し、Ｘ線源１０１、分割素子１０３の移動時間と、検出器１０５の画像取得時間を同期させて、被検知物１０４全体の情報を得てもよい。

検出器１０５により得たＸ線に関する情報は演算手段１１１により数的処理がなされ、モニタ等の表示手段１１２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、無機有機複合材料が挙げられる。

検出器１０５は、間接型、直接型を問わず種々の検出器を用いることができる。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、Ｘ線ラインセンサ、Ｘ線ＴＤＩ（Ｔｉｍｅｄｅｌａｙｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）検出器などから選択される。

なお、被検知物１０４と検出器１０５との間に、Ｘ線屈折レンズアレイを設けても良い。このＸ線屈折レンズアレイは、集光力を有する多数のＸ線屈折レンズが所定の周期で面内方向に配列されているものである。このＸ線屈折レンズアレイを用いれば、検出器１０５上のＸ線のスポット径を小さくすることができるため、Ｘ線の入射位置の変化に対するＸ線の強度変化が大きくなる。この結果、Ｘ線の屈折量を高感度で計測することができる。

つぎに、Ｘ線の被検知物１０４による位相変化の検出について、説明する。

図４に、検出器１０５の一部分について説明する模式図を示す。

図４は検出器１０５の一部分を図１におけるＸ方向から見た図である。

基準Ｘ線４０１は、被検知物１０４の存在しない状態での分割されたＸ線を示し、検出器１０５の画素４０３の２画素にわたって離散的に照射されている。Ｘ線４０２は被検知物１０４を透過することによって屈折したＸ線を示している。

Ｘ線４０２は基準Ｘ線４０１に対して屈折によって検出器１０５への入射位置が変化するとともに被検知物１０４での吸収により積分強度が小さくなる。

基準Ｘ線４０１が照射されている２つの画素のＸ線検出強度をＩ_０１、Ｉ_０２とし、同様にＸ線４０２の検出強度をＩ_１１、Ｉ_１２とするとＸ線透過率Ａは、次の式（１）によって表される。

一方、Ｙ方向に対する位置変化量ΔＹは、被検知物１０４が無い状態で、分割素子１０３またはＸ線源１０１と分割素子１０３を検出器１０５に対してＹ方向に移動させながら、各画素のＸ線検出強度を記録する。

そして、検出器１０５上でのＹ方向位置変化量ΔＹに対する次の式（２）に示す、各画素の強度の全体に占める割合を示す量Ｂ（ΔＹ）のデータテーブルを作る。

これらによって、被検知物１０４が存在する状態でのＸ線の屈折による位置変化量ΔＹを各画素が検出したＸ線強度からＢ（ΔＹ）を計算し得ることができる。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の開口と同等の大きさを持つ単孔を用いて検出器１０５の各位置における透過Ｘ線強度を検出しても構わない。

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５に、演算処理のフロー図を示す。

まず、第１のステップであるＳ１００において、被検知物１０４に対してＸ線走査もしくは、Ｘ線に対して被検知物１０４を走査しながら、被検知物１０４の各位置に対応する透過Ｘ線の強度情報を取得する。

次に、第２のステップであるＳ１０１において、演算手段１０９を用いて、各Ｘ線に対するＹ方向の各画素の強度情報からＸ線透過率Ａを算出し、更に各画素の強度の全体に占める割合を示す量Ｂ（ΔＹ）を算出する。

そして、その値から基準Ｘ線４０１に対する位置変化量（ΔＹ）とＸ線強度変化のデータベースを用いて位置変化量（ΔＹ）を演算する。

あるいは、基準Ｘ線を用いて測定した強度から算出されたＢ（ΔＹ）のデータを関数でフィッティングし、その関数を用いて位置変化量（ΔＹ）を求めても良い。

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（ΔＹ）と、被検知物１０４−検出器１０５間距離（Ｚ）を用いて各Ｘの屈折角（Δθ）は、次の式（３）を用いることにより得られる。

また、屈折角度（Δθ）と微分位相（ｄφ／ｄｙ）とは、次の式（４）の関係がある。

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。

次に、第４のステップであるＳ１０３において、上記式（４）を用いて各Ｘ線のＹ方向の微分位相（ｄφ／ｄｙ）を演算して微分位相情報を取得する。

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／ｄｙ）をＹ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透過率像、微分位相像および位相像は表示手段１１２によって表示することができる。更に各画素の強度の全体に占める割合を示す量Ｂ（ΔＹ）を直接、Ｘ線重心変化像として表示しても構わない。上記の構成によれば、微小に分割したＸ線を走査するため、被検知物１０４内での散乱に寄与する体積を減らすことができるので、検出されるＸ線強度に対する散乱Ｘ線の割合を減らすことができる。

更に、Ｘ線の分割周期方向と垂直方向に走査することにより、走査しても分割方向に対するＸ線の重心変化を検出することができるため、被検知物１０４の吸収像（透過率像）、重心変化像、微分位相像、位相像を得ることができる。

（その他の構成例）
なお、本実施形態では、図３に示すように、２つの画素を用いて位置変化量を求めたが、３つ以上の画素を用いて位置変化量を求めてもよい。

例えば、図１１に示すように、入射Ｘ線１２０２は、４つの画素１２０１に入射しており、Ｙ方向のＸ線重心位置は、画素１および画素２と、画素３および画素４での強度情報から得ることができる。

また、図１２に示すように、スリットアレイ１４０３をＸ方向に複数配置した分割素子を用いてもよい。このスリットアレイ１４０３は、Ｘ線を透過する穴１４０２がＹ方向に周期的に形成されている。このようにＸ方向に間隔をあけて複数配置することにより、この穴を通して被検知物に照射されることによって発生する散乱Ｘ線が、検出器における隣のスリットアレイに関する情報を検出する部分に影響する量を制限することができる。また、スリットアレイ１４０３をＸ軸方向に間隔をあけて複数配置することにより、走査範囲をこの間隔程度にすることができるため撮像時間を短縮することができる。スリットアレイ１４０３の間隔はスリットアレイ１４０３のＸ軸方向の幅の２倍以上が好ましい。

（実施形態２）
実施形態２においては、実施形態１のＹ方向のＸ線位置変化検出に加えて、Ｘ方向の位置変化を同時に測定する方法について説明する。

本実施形態の装置の基本構成は実施形態１で説明した図１と同じである。

実施形態２において用いる分割素子１０３の模式図を図６に示す。

基材６０１にはＸ線を透過する穴６０２がＹ軸上の周期的に形成された物を基本構造とし、基本構造が更にＸ方向に周期的に形成されている。

穴６０２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ていなくともよい。

穴６０２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良いし、円状であっても良い。

分割素子１０３によって分割され、被検知物１０４によって屈折される。被検知物１０４を透過したＸ線は、空間分解能を有する検出器１０５に照射される。

このように、分割素子１０３は、Ｘ線の光軸方向と垂直な第１の方向（Ｙ方向）と、Ｘ線の光軸方向および第１の方向と垂直な第２の方向（Ｘ方向）にＸ線を分割する。

図７に、検出器１０５の模式図を示す。

検出器１０５は複数の画素７０１によって構成されている。分割素子１０３によって分割された基準Ｘ線７０２は離散的に画素７０１のＸ、Ｙ方向２画素にわたって照射される。

基準Ｘ線７０２は、被検知物１０４の存在しない状態での分割されたＸ線を示す。

Ｘ線源１０１、分割素子１０３、検出器１０５はそれぞれ移動手段１０６、１０７、１０８を有する。

また、Ｘ検出器１０５は露光制御手段１０９を有し、移動制御手段１１０と露光制御手段１０９を用いて、つぎのように測定することができる。

すなわち、Ｘ線源１０１、分割素子１０３、検出器１０５のＸ方向への移動時間と検出器１０５の画像取得時間を同期させながら、被検知物１０４全体の情報を測定することができる。

また、被検知物１０４に移動手段を設けて、被検知物１０４のＸ軸上の移動時間と検出器１０５の画像取得時間を同期させて、被検知物１０４全体の情報を得てもよい。

さらに、検出器１０５の視野が被検知物１０４の測定領域の大きさを満たしているのであれば、検出器１０５を固定し、Ｘ線源１０１、分割素子１０３の移動時間と、と検出器１０５の画像取得時間を同期させて、被検知物１０４全体の情報を得てもよい。

検出器１０５は、間接型、直接型を問わず種々の検出器を用いることができる。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。

つぎにＸ線の被検知物１０４によるＸ線の位相変化の検出について、説明する。

基準Ｘ線７０２は、被検知物１０４の存在しない状態での分割されたＸ線を示し、検出器１０５の画素７０１のＸ、Ｙ方向２画素にわたって照射されている（画素１から画素４）。Ｘ線７０３は被検知物１０４を透過することによって屈折したＸ線を示している。

Ｘ線７０３は基準Ｘ線７０２に対して、屈折による検出器１０５への入射位置が変化するとともに被検知物１０４での吸収により積分強度が小さくなる。

基準Ｘ線７０２が照射されている画素１から画素４のＸ線検出強度をＩ_０１、Ｉ_０２、Ｉ_０３、Ｉ_０４とし、同様にＸ線７０３の検出強度をＩ_１１、Ｉ_１２、Ｉ_１３、Ｉ_１４とするとＸ線透過率Ａは、次の式（５）によって表される。

一方、Ｘ、Ｙ方向に対する位置変化量ΔＸ、ΔＹは被検知物１０４が無い状態で、分割素子１０３またはＸ線源１０１と分割素子１０３を検出器１０５に対してＸ、Ｙ方向に移動させながら、各画素のＸ線検出強度を記録する。

そして、検出器１０５上でのＸ、Ｙ方向位置変化量ΔＸ、ΔＹに対する次の式（６）、式（７）に示す量Ｂｘ（ΔＸ）、Ｂｙ（ΔＹ）のデータテーブルを作る。

これらによって、被検知物１０４が存在する状態でのＸ線の屈折による位置変化量ΔＸ、ΔＹを各画素が検出したＸ線強度からＢｘ（ΔＸ）、Ｂｙ（ΔＹ）を算出することにより得ることができる。

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の開口と同等の大きさを持つ単孔を用いて検出器１０５の各位置における透過Ｘ線強度を検出しても構わない。

図８に、演算処理のフロー図を示す。

まず、第１のステップであるＳ２００において、被検知物１０４に対してＸ線走査もしくは、Ｘ線に対して被検知物１０４を走査しながら、被検知物１０４の各位置に対応する透過Ｘ線の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、演算手段１１１を用いて、各Ｘ線７０３に対するＸ、Ｙ方向の各画素の強度情報からＸ線透過率Ａを算出する。そして、更にＸ、Ｙ方向２画素の強度の全体に占める割合を示す量Ｂｘ（ΔＸ）、Ｂｙ（ΔＹ）を算出し、基準Ｘ線７０２に対する位置変化量（ΔＸ、ΔＹ）とＸ線強度変化のデータベースを用いて位置変化量（ΔＸ、ΔＹ）を演算する。

あるいは、Ｂｘ（ΔＸ）、Ｂｙ（ΔＹ）とΔＸ、ΔＹとの対応関係を関数でフィッティングし、その関数を用いて位置変化量（ΔＸ、ΔＹ）を求めても良い。

次に、第３のステップであるＳ２０２において、実施形態１と同様に、各Ｘ線のＸ、Ｙ方向に対する屈折角（Δθｘ、Δθｙ）を算出する。

次に、第４のステップであるＳ２０３において、各Ｘ線のＸ、Ｙ方向の微分位相（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）を演算して微分位相情報を取得する。

次に、第５のステップであるＳ２０４において、上記演算結果から得られた各微分位相を積分することによって位相情報（φ）を取得する。

積分に関しては、各微分位相（ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙ）を個別に積分を行っても良いし、ｄφ／ｄｘ、ｄφ／ｄｙを用いたフーリエ積分であっても構わない。なお、Ｓ２０５のステップにおいては、この様に算出された透過率像、微分位相像および位相像は表示手段１１２によって表示することができる。

更にＸ、Ｙ方向２画素の強度の全体に占める割合を示す量Ｂｘ（ΔＸ）、Ｂｙ（ΔＹ）を直接、Ｘ線重心変化像として表示しても構わない。

上記の構成によれば、微小に分割したＸ線を走査するため被検知物１０４内での散乱に寄与する体積を減らすことができるので、検出されるＸ線強度に対する散乱Ｘ線の割合を減らすことができる。また、分割素子１０３に走査方向に対しても周期構造を有するために、走査方向に対するＸ線の重心変化を検出することができる。

このようなことから、本実施形態では被検知物１０４の吸収像（透過率像）、Ｘ線重心変化像（Ｘ、Ｙ方向）、微分位相像（Ｘ、Ｙ方向）、位相像を得ることができる。

（実施形態３）
実施形態３においては、パルスＸ線と、タイム・ディレイ・インテグレーション方式（ＴｉｍｅＤｅｌａｙＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：ＴＤＩ）の検出器（以下、ＴＤＩ検出器）を用いた方法について説明する。この方法によれば、Ｙ方向のＸ線位置変化検出に加えて、Ｘ方向の位置変化量を同時に測定することができる。

図９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。

Ｘ線発生手段としてのＸ線源９０１から発生したＸ線は、スリット９０２などを用いて発散を制限する。

スリット９０２はＸ線源９０１と一体型となっていても構わない。Ｘ線源９０１から発生したＸ線は、時間的にパルス状に被検知物９０４に照射するために、Ｘ線パルス照射手段９１３によってＸ線をパルス状にする。

具体的には、Ｘ線パルス照射手段９１３は回転シャッターであり、設定の周波数でＸ線を透過させる。

但し、Ｘ線パルス照射手段９１３はＸ線源９０１自体がパルス照射可能なＸ線源であれば、特に設ける必要はない。例えば、Ｘ線源９０１から出射されるＸ線を電気的に制御したり、回転対陰極型を用いて回転ターゲット部分のＸ線発生物質を、回転方向に対して一定間隔で配置したりすることができる。

これにより、回転ターゲットの回転スピードとターゲット物質の配置周期に応じて、パルス状Ｘ線を発生させることができる。なお、本願においては、Ｘ線パルス照射手段９１３を用いる場合、電気的に制御する場合、回転対陰極を用いる場合などを総称して「パルス状のＸ線を発生するＸ線発生手段」という。

このように、発散を抑制されたパルスＸ線は分割素子９０３によってＸ、Ｙ方向に空間的に分割され、被検知物９０４の一部分を透過する。

分割素子９０３は、実施形態２と同様の物を用いる。分割素子９０３によって分割されたＸ線は、被検知物９０４によって屈折される。被検知物９０４を透過したＸ線はＸ線ＴＤＩ検出器９０５に照射される。

通常のＣＣＤの場合、露光のたびに各画素の信号量が出力されるが、ＴＤＩ方式は読み出しに各画素の電荷を列単位で垂直転送する。そして、電荷転送速度と被検知物９０４の移動速度（Ｘ線の走査速度）とを同期させることにより、ＣＣＤの垂直段数分積分露光が可能になる。そのため、通常の２次元検出器と比較して、高速に移動する被検知物９０４に対して、ボケの少ない高画質の像を得ることができる。特に、医療用途においては撮影時間の短縮化が大きな課題である。

ＴＤＩ方式の検出器を用いた場合、走査方向（Ｘ）に垂直方向（Ｙ）のＸ線の位置ずれは実施形態２に示すような連続的に被検知物９０４に照射されるＸ線を用いた方法で検出することができる。

しかしながら、走査方向（Ｘ）に関する位置ずれは検出することができない。

その様子を図１０に示す。

図１０はＸ線ＴＤＩ検出器９０５のＸ方向１行の検出部分１００１を示しており、分割素子９０３によって分割されたＸ線１００３が画素１００２に２画素にまたがって照射されている様子を示す。

この状態で移動制御手段９１０と露光制御手段９０９を介して、Ｘ線１００３と検出部分１００１を同期させながら走査し、Ｘ線１００３の強度情報を得て行く。

Ｘ方向のＸ線の重心を検出するためには、式（２）に示すように、照射されているＸ線の２画素の内、左右片方の強度が２画素全体の強度に占める割合によって表現することができる。

しかし、Ｘ線ＴＤＩ検出器９０５を用いる場合、ある時間Ｔ１のタイミングで各画素に溜まった電荷をＸ方向の隣の画素に転送してしまうため、最終的に得られるＸ線強度は左右２画素の積分強度となり、その結果、Ｘ方向の重心は検出することができない。

しかしながら、パルスＸ線を用いて電荷転送のタイミング（Ｔ１、Ｔ２）でＸ線の照射をＯＦＦ／ＯＮし、これを繰り返しながら撮像することにより、測定開始時でのＸ線が照射された画素１００２から転送される電荷は常に、Ｘ線１００３の左側の領域のみに関する情報を転送する。

同様に、画素１００２の右どなりの画素から転送される電荷は、常に右側のＸ線強度に関する情報を転送するため、最終的な読み出しによって、Ｘ線１００３の左右独立な強度を検出することができる。

このように、Ｘ線のパルス周期を電荷転送周期と同期させることにより、Ｘ線ＴＤＩ検出器を用いても、Ｘ線の重心をＹ方向だけではなくＸ方向についても検出することができる。このときパルス照射の周期はＸ線ＴＤＩ検出器９０５の電荷転送周期にあわせる必要がある。

Ｘ線パルス照射手段９１３についてはＸ線源９０１と一体化されているのであれば移動手段９０６用いて移動されるし、独立している場合には別途、移動手段を設けてもよい。また、Ｘ線ＴＤＩ検出器９０５は露光制御手段９０９を有し、移動制御手段９１０、露光制御手段９０９およびパルス制御手段９１２を用いて、つぎのように情報を測定することができる。

すなわち、Ｘ線源９０１、分割素子９０３、Ｘ線ＴＤＩ検出器９０５のＸ方向への移動速度およびパルス周期とＸ線ＴＤＩ検出器９０５の電荷転送周期を同期させながら、被検知物９０４全体の情報を測定することができる。

移動手段９０６、９０７、９０８による移動はＸ線源９０１を中心とした円周上の運動でもよい。

また、Ｘ線源９０１、分割素子９０３、Ｘ線ＴＤＩ検出器９０５の移動速度およびＸ線パルス照射手段９１３によるパルス周期とＸ線ＴＤＩ検出器９０５の電荷転送周期を同期させる。そして、被検知物９０４全体の情報を測定する代わりに、つぎのように構成してもよい。

すなわち、被検知物９０４に移動手段を設け、被検知物９０４のＸ軸方向の移動周期およびＸ線パルス照射手段９１３によるパルス周期と露光制御手段９０９によるＸ線ＴＤＩ検出器９０５の電荷転送周期を同期させ、被検知物１００４全体の情報を得るようにしてもよい。

Ｘ線ＴＤＩ検出器９０６により得たＸ線に関する情報は演算手段９１１により数的処理がなされ、モニタ等の表示手段９１２に出力される。

被検知物９０４の吸収像（透過率像）、屈折によるＸ線重心、微分位相像、位相像の演算に関しては実施形態２と同様である。

上記の構成によれば、微小に分割したＸ線を走査するため被検知物９０４内での散乱に寄与する体積を減らすことができるので、検出されるＸ線強度に対する散乱Ｘ線の割合を減らすことができる。

更に、Ｘ線ＴＤＩ検出器９０５を用いることにより、その他の検出器を用いるより高速に撮影でき、更にパルスＸ線照射により走査方向に対して垂直方向の重心移動だけではなく、走査方向に対して平行方向の重心移動も検出することができる。そのため、２方向の微分位相像を得ることができ情報量を増やすことができる。

なお、本実施形態で用いる分割素子は上記他の実施形態で説明した分割素子を用いることが可能である。

１０１Ｘ線源
１０２スリット
１０３分割素子
１０４被検知物
１０５検出器
１０６移動手段
１０７移動手段
１０８移動手段
１０９露光制御手段
１１０移動制御手段
１１１演算手段
１１２表示手段

Claims

Ｘ線撮像装置であって、
Ｘ線パルス照射手段からのＸ線を分割する分割素子と、
前記分割素子により分割され、被検知物を透過した複数のＸ線の強度を検出する検出手段と、
前記Ｘ線パルス照射手段、前記分割素子、前記被検知物、前記検出手段のいずれかを移動させ、前記被検知物に照射される複数のＸ線を走査する移動手段と、
前記検出手段によって得られた情報から、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とを備え、
前記検出手段は、タイム・ディレイ・インテグレーション方式によりＸ線の強度を検出する検出器を有し、
前記検出器は複数の画素領域を有し、前記分割素子によって分割された複数のＸ線のそれぞれが、該検出器の２画素以上の領域に離散的に照射されるように構成され、
前記検出器が前記複数のＸ線のそれぞれのうちの所定の領域のみの積分強度を検出するように、
前記Ｘ線パルス照射手段から前記被検体に照射されるＸ線のパルス周期と前記検出器の電荷転送周期とを同期させ、
前記検出器の電荷転送のタイミングをＴ０，Ｔ１，Ｔ２とするとき、
該同期を、Ｔ０とＴ１の間はＸ線を照射し、Ｔ１とＴ２の間はＸ線を照射しないような同期とすることによって、
前記複数のＸ線のそれぞれのうち、前記検出器が有する１つの画素に照射されるＸ線の強度と、該画素と隣接する画素に照射されるＸ線の強度とを独立して検出することができることを特徴とするＸ線撮像装置。
前記複数の画素のうちの一部の画素は、
前記複数のＸ線の一部の領域のみの強度により生じる電荷を転送し、
前記複数の画素のうちの前記一部の画素と異なる画素の少なくとも一部は、
前記一部の領域と異なる領域のみの強度により生じる電荷を転送することによって、
前記複数のＸ線のそれぞれのうち、前記検出器が有する１つの画素に照射されるＸ線の強度と、該画素と隣接する画素に照射されるＸ線の強度とを独立して検出することができることを特徴とする請求項１に記載のＸ線撮像装置。
前記分割素子が、前記Ｘ線の光軸方向と垂直な第１の方向と、該Ｘ線の光軸方向および該第１の方向と垂直な第２の方向に該Ｘ線を空間的に分割することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＸ線撮像装置。
Ｘ線撮像装置に用いるＸ線撮像方法であって、
Ｘ線パルス照射手段からのＸ線を分割素子によって分割する工程と、
前記空間的に分割された複数のＸ線を被検知物に対して走査する工程と、
該検知物を透過した複数のＸ線の強度を検出する工程と、
前記検出する工程によって得られた複数のＸ線の強度情報から、前記被検知物の微分位相像または位相像を演算する工程とを有し、
前記複数のＸ線の強度を検出する工程において、タイム・ディレイ・インテグレーション方式によりＸ線の強度を検出する検出器が用いられ、
前記検出器は複数の画素を有し、前記分割素子によって分割された複数のＸ線のそれぞれが、該検出器の２画素以上の領域に離散的に照射されるように構成され、
前記検出器が前記複数のＸ線のそれぞれのうちの所定の領域のみの積分強度を検出するように、前記Ｘ線パルス照射手段から前記被検体に照射されるＸ線のパルス周期と前記検出器の電荷転送周期とが同期され、
前記検出器の電荷転送のタイミングをＴ０，Ｔ１，Ｔ２とするとき、
該同期を、Ｔ０とＴ１の間はＸ線を照射し、Ｔ１とＴ２の間はＸ線を照射しないような同期とすることによって、
前記複数のＸ線のそれぞれのうち、前記検出器が有する１つの画素に照射されるＸ線の強度と、該画素と隣接する画素に照射されるＸ線の強度とを独立して検出することを特徴とするＸ線撮像方法。
前記複数の画素のうちの一部の画素は、
前記複数のＸ線の一部の領域のみの強度により生じる電荷を転送し、
前記複数の画素のうちの前記一部の画素と異なる画素の少なくとも一部は、
前記一部の領域と異なる領域のみの強度により生じる電荷を転送することによって、
前記複数のＸ線のそれぞれのうち、前記検出器が有する１つの画素に照射されるＸ線の強度と、該画素と隣接する画素に照射されるＸ線の強度とを独立して検出することができることを特徴とする請求項４に記載のＸ線撮像方法。
前記分割素子が、前記Ｘ線の光軸方向と垂直な第１の方向と、該Ｘ線の光軸方向および該第１の方向と垂直な第２の方向に該Ｘ線を空間的に分割することを特徴とする請求項４または５に記載のＸ線撮像方法。