JP2009028405A - Ｘ線撮像装置及び撮像方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 極短時間に、スペクトルの異なる２種類のＸ線で２つの画像を得ることが可能なＸ線撮像装置を提供する。
【解決手段】 受光素子(8)の各画素(20)が、Ｘ線を検出する第１の領域(21A)と第２の領域(21B)とを含む。フィルタ(5)に形成された複数の窓(30)が、第１窓群(31A)と第２窓群(31B)とに分類される。第１窓群の窓(30A)と、第２窓群の窓(30B)とは、Ｘ線透過率の波長依存性が異なる。受光素子とＸ線フィルタとを第１の位置関係にしたとき(図3A)、第１画素群の画素(20A)及び第２画素群の画素(20B)内の第１の領域に、それぞれ第１窓群の窓(30A)及び第２窓群の窓(30B)を透過したＸ線が入射し、第２の領域にはＸ線が入射しない。第２の位置関係にしたとき(図3B)、第１画素群の画素内の第２の領域及び第２画素群の画素内の第２の領域に、それぞれ第２窓群の窓及び第１窓群を透過したＸ線が入射し、第１の領域にはＸ線が入射しない。
【選択図】 図２
【解決手段】 受光素子(8)の各画素(20)が、Ｘ線を検出する第１の領域(21A)と第２の領域(21B)とを含む。フィルタ(5)に形成された複数の窓(30)が、第１窓群(31A)と第２窓群(31B)とに分類される。第１窓群の窓(30A)と、第２窓群の窓(30B)とは、Ｘ線透過率の波長依存性が異なる。受光素子とＸ線フィルタとを第１の位置関係にしたとき(図3A)、第１画素群の画素(20A)及び第２画素群の画素(20B)内の第１の領域に、それぞれ第１窓群の窓(30A)及び第２窓群の窓(30B)を透過したＸ線が入射し、第２の領域にはＸ線が入射しない。第２の位置関係にしたとき(図3B)、第１画素群の画素内の第２の領域及び第２画素群の画素内の第２の領域に、それぞれ第２窓群の窓及び第１窓群を透過したＸ線が入射し、第１の領域にはＸ線が入射しない。
【選択図】 図２
Description
本発明は、Ｘ線撮像装置及びＸ線撮像方法に関し、特に少なくとも２種類のエネルギのＸ線で撮像した画像の差分を求めてコントラストの高い画像を得るデュアルエネルギイメージング法による撮像に適したＸ線撮像装置、及び撮像方法に関する。
白色または単一波長のＸ線光源を用いて、Ｘ線画像を得る場合、ある部分の元素が周囲の元素と異なっても、両者のＸ線吸収量の違いが小さい場合には、コントラストが低下し、明確な画像を得ることが困難である。
下記の非特許文献１及び非特許文献２に、２つのエネルギ（波長）を持つＸ線により透過率を測定し、その差分から画像情報を得るデュアルエネルギイメージング法が開示されている。測定対象の元素のＸ線吸収端よりも高エネルギのＸ線と低エネルギのＸ線とを用いることにより、測定対象の元素の分布を高いコントラストで検出することができる。
M. Torikoshi等、「Features of dual-energy X-ray computed tomography」、Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A548 (2005)pp.99-105 鈴木隆司 等、「デュアルＸ線の発生方法と骨密度測定への応用」、東京都立産業技術研究所研究報告 第８号（２００５）
M. Torikoshi等、「Features of dual-energy X-ray computed tomography」、Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A548 (2005)pp.99-105 鈴木隆司 等、「デュアルＸ線の発生方法と骨密度測定への応用」、東京都立産業技術研究所研究報告 第８号（２００５）
従来のデュアルエネルギイメージング法では、異なるエネルギのＸ線を用いた２度の露光が必要である。１度目の露光による画像と２度目の露光による画像との差分から、高コントラストの画像を得るために、１度目の露光開始から２度目の露光終了までの間、被測定物の位置及び姿勢が変化しないようにしなければならない。
本発明の目的は、極短時間に、スペクトルの異なる２種類のＸ線で２つの画像を得ることが可能なＸ線撮像装置及びＸ線撮像方法を提供することである。
本発明の一観点によると、
受光面上に配置された複数の画素を含み、各画素が、Ｘ線を検出する少なくとも第１の領域と第２の領域とを含む受光素子と、
前記受光素子の受光面の前方に配置され、Ｘ線遮光領域内に、Ｘ線を透過させる複数の窓が形成されており、該複数の窓は、少なくとも第１窓群と第２窓群とに分類されるＸ線フィルタと、
前記受光素子と前記Ｘ線フィルタとの一方を他方に対して変位させる移動機構と
を有し、
前記第１窓群に属する窓のＸ線透過率の波長依存性と、前記第２窓群に属する窓のＸ線透過率の波長依存性とが相互に異なり、
前記受光素子と前記Ｘ線フィルタとを第１の位置関係にしたとき、前記画素のうち一部の第１画素群に属する画素内の第１の領域に、第１窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２の領域にはＸ線が入射せず、他の第２画素群に属する画素内の第１の領域に、第２窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２の領域にはＸ線が入射せず、
前記受光素子と前記Ｘ線フィルタとの一方を他方に対して移動させて、両者を第２の位置関係にしたとき、第１画素群に属する画素内の第１の領域にＸ線が入射せず、第２の領域には、第２窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２画素群に属する画素内の第１の領域にＸ線が入射せず、第２の領域には、第１窓群に属する窓を透過したＸ線が入射するＸ線撮像装置が提供される。
受光面上に配置された複数の画素を含み、各画素が、Ｘ線を検出する少なくとも第１の領域と第２の領域とを含む受光素子と、
前記受光素子の受光面の前方に配置され、Ｘ線遮光領域内に、Ｘ線を透過させる複数の窓が形成されており、該複数の窓は、少なくとも第１窓群と第２窓群とに分類されるＸ線フィルタと、
前記受光素子と前記Ｘ線フィルタとの一方を他方に対して変位させる移動機構と
を有し、
前記第１窓群に属する窓のＸ線透過率の波長依存性と、前記第２窓群に属する窓のＸ線透過率の波長依存性とが相互に異なり、
前記受光素子と前記Ｘ線フィルタとを第１の位置関係にしたとき、前記画素のうち一部の第１画素群に属する画素内の第１の領域に、第１窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２の領域にはＸ線が入射せず、他の第２画素群に属する画素内の第１の領域に、第２窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２の領域にはＸ線が入射せず、
前記受光素子と前記Ｘ線フィルタとの一方を他方に対して移動させて、両者を第２の位置関係にしたとき、第１画素群に属する画素内の第１の領域にＸ線が入射せず、第２の領域には、第２窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２画素群に属する画素内の第１の領域にＸ線が入射せず、第２の領域には、第１窓群に属する窓を透過したＸ線が入射するＸ線撮像装置が提供される。
本発明の他の観点によると、
（ａ）受光面上に配置された複数の画素を含み、複数の画素は、少なくとも第１の画素群と第２の画素群とに分類され、各画素が、入射Ｘ線強度に応じた画像信号を発生する少なくとも第１の領域と第２の領域とを含む受光素子の前方に、Ｘ線フィルタを配置する工程であって、該Ｘ線フィルタは、Ｘ線遮光領域と、該Ｘ線遮光領域内に形成されたＸ線を透過させる複数の窓を有し、該複数の窓は、少なくとも第１窓群と第２窓群とに分類される該Ｘ線フィルタを、前記第１画素群の画素内の第１の領域に、前記第１窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２の領域にはＸ線が入射せず、前記第２画素群に属する画素内の第１の領域に、前記第２窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２の領域には光が入射しないように該Ｘ線フィルタを配置する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後に、Ｘ線を、被測定物を透過させた後に、前記Ｘ線フィルタを介して前記受光素子の受光面に入射させる工程と、
（ｃ）前記第１画素群に属する画素内の第１の領域にＸ線が入射せず、第２の領域には、第２窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２画素群に属する画素内の第１の領域にＸ線が入射せず、第２の領域には、第１窓群に属する窓を透過したＸ線が入射するように、前記Ｘ線フィルタと受光素子との相対位置関係を変化させる工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の後に、Ｘ線を、被測定物を透過させた後に、前記Ｘ線フィルタを介して前記受光素子の受光面に入射させる工程と、
（ｅ）前記工程（ｂ）で得られた画像信号と、前記工程（ｄ）で得られた画像信号とからサブトラクション画像を生成する工程と
を有し、
前記第１の窓群に属する窓のＸ線透過率の波長依存性と、前記第２の窓群に属する窓のＸ線透過率の波長依存性とが相互に異なるＸ線撮像方法が提供される。
（ａ）受光面上に配置された複数の画素を含み、複数の画素は、少なくとも第１の画素群と第２の画素群とに分類され、各画素が、入射Ｘ線強度に応じた画像信号を発生する少なくとも第１の領域と第２の領域とを含む受光素子の前方に、Ｘ線フィルタを配置する工程であって、該Ｘ線フィルタは、Ｘ線遮光領域と、該Ｘ線遮光領域内に形成されたＸ線を透過させる複数の窓を有し、該複数の窓は、少なくとも第１窓群と第２窓群とに分類される該Ｘ線フィルタを、前記第１画素群の画素内の第１の領域に、前記第１窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２の領域にはＸ線が入射せず、前記第２画素群に属する画素内の第１の領域に、前記第２窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２の領域には光が入射しないように該Ｘ線フィルタを配置する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後に、Ｘ線を、被測定物を透過させた後に、前記Ｘ線フィルタを介して前記受光素子の受光面に入射させる工程と、
（ｃ）前記第１画素群に属する画素内の第１の領域にＸ線が入射せず、第２の領域には、第２窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２画素群に属する画素内の第１の領域にＸ線が入射せず、第２の領域には、第１窓群に属する窓を透過したＸ線が入射するように、前記Ｘ線フィルタと受光素子との相対位置関係を変化させる工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の後に、Ｘ線を、被測定物を透過させた後に、前記Ｘ線フィルタを介して前記受光素子の受光面に入射させる工程と、
（ｅ）前記工程（ｂ）で得られた画像信号と、前記工程（ｄ）で得られた画像信号とからサブトラクション画像を生成する工程と
を有し、
前記第１の窓群に属する窓のＸ線透過率の波長依存性と、前記第２の窓群に属する窓のＸ線透過率の波長依存性とが相互に異なるＸ線撮像方法が提供される。
本発明のさらに他の観点によると、
（ａ）受光面上に配置された複数の画素を含み、複数の画素は、少なくとも第１の画素群と第２の画素群とに分類され、各画素が、入射光強度に応じた画像信号を発生する少なくとも第１の領域と第２の領域とを含む受光素子の前方に、Ｘ線フィルタを配置する工程であって、該Ｘ線フィルタは、Ｘ線遮光領域と、該Ｘ線遮光領域内に形成され、Ｘ線照射によって光を発生する複数の窓を有し、該複数の窓は、少なくとも第１窓群と第２窓群とに分類される該Ｘ線フィルタを、前記第１画素群の画素内の第１の領域に、前記第１窓群に属する窓から発生した光が入射し、第２の領域には光が入射せず、前記第２画素群に属する画素内の第１の領域に、前記第２窓群に属する窓から発生した光が入射し、第２の領域には光が入射しないように該Ｘ線フィルタを配置する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後に、Ｘ線を、被測定物を透過させた後に、前記Ｘ線フィルタに入射させる工程と、
（ｃ）前記第１画素群に属する画素内の第１の領域に光が入射せず、第２の領域には、第２窓群に属する窓から発生した光が入射し、第２画素群に属する画素内の第１の領域にＸ線が入射せず、第２の領域には、第１窓群に属する窓から発生した光が入射するように、前記Ｘ線フィルタと受光素子との相対位置関係を変化させる工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の後に、Ｘ線を、被測定物を透過させた後に、前記Ｘ線フィルタを介して前記受光素子の受光面に入射させる工程と、
（ｅ）前記工程（ｂ）で得られた画像信号と、前記工程（ｄ）で得られた画像信号とからサブトラクション画像を生成する工程と
を有するＸ線撮像方法が提供される。
（ａ）受光面上に配置された複数の画素を含み、複数の画素は、少なくとも第１の画素群と第２の画素群とに分類され、各画素が、入射光強度に応じた画像信号を発生する少なくとも第１の領域と第２の領域とを含む受光素子の前方に、Ｘ線フィルタを配置する工程であって、該Ｘ線フィルタは、Ｘ線遮光領域と、該Ｘ線遮光領域内に形成され、Ｘ線照射によって光を発生する複数の窓を有し、該複数の窓は、少なくとも第１窓群と第２窓群とに分類される該Ｘ線フィルタを、前記第１画素群の画素内の第１の領域に、前記第１窓群に属する窓から発生した光が入射し、第２の領域には光が入射せず、前記第２画素群に属する画素内の第１の領域に、前記第２窓群に属する窓から発生した光が入射し、第２の領域には光が入射しないように該Ｘ線フィルタを配置する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後に、Ｘ線を、被測定物を透過させた後に、前記Ｘ線フィルタに入射させる工程と、
（ｃ）前記第１画素群に属する画素内の第１の領域に光が入射せず、第２の領域には、第２窓群に属する窓から発生した光が入射し、第２画素群に属する画素内の第１の領域にＸ線が入射せず、第２の領域には、第１窓群に属する窓から発生した光が入射するように、前記Ｘ線フィルタと受光素子との相対位置関係を変化させる工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の後に、Ｘ線を、被測定物を透過させた後に、前記Ｘ線フィルタを介して前記受光素子の受光面に入射させる工程と、
（ｅ）前記工程（ｂ）で得られた画像信号と、前記工程（ｄ）で得られた画像信号とからサブトラクション画像を生成する工程と
を有するＸ線撮像方法が提供される。
受光素子とフィルタとを第１の位置関係にしたときに得られる画像と、第２の位置関係にしたときに得られる画像との差分を求めることにより、異なる２種類のスペクトルを持つＸ線により得られた２枚の画像の差画像（サブトラクション画像）を得ることができる。第１の位置関係から第２の位置関係に変位するときに、フィルタまたは受光素子は、画素の配列周期よりも短い距離だけ移動させればよい。このため、極短い時間に、２種類の画像を取得することができる。
図１に、第１の実施例によるＸ線撮像装置の概略図を示す。被測定物１５が試料保持台２に固定されている。Ｘ線源１が、白色または少なくとも２つの波長（エネルギ）を持つＸ線を被測定物１５に向かって出射する。Ｘ線源１から出射され、被測定物１５を透過したＸ線が入射する位置に、平面状の受光面を持つ受光素子８が配置されている。受光素子８の受光面の前方に、フィルタ５が配置されている。
受光素子８の受光面をｘｙ面とし、Ｘ線の進行方向をｚ軸の正の向きとするｘｙｚ直交座標系を定義する。回転機構３が試料保持台２を、ｙ軸に平行な軸を中心として回転させることができる。これにより、試料１５を回転させ、種々の方向から試料１５を観測することができる。移動機構６が、フィルタ５をｘ方向に移動させることができる。移動機構６は、例えばフィルタ５をｘ方向に案内するガイドレール、及び駆動力を発生する圧電アクチュエータ等により構成することができる。なお、フィルタ５を移動させる代わりに、受光素子８を移動させてもよい。
制御装置１０が、Ｘ線源１及び回転機構３を制御する。さらに、制御装置１０は、移動機構６に制御信号を送信し、移動機構６を制御する。移動機構６が圧電アクチュエータ含む場合には、この制御信号は、圧電アクチュエータに印加される電圧になる。受光素子８は、複数の画素を含み、これらの画素から生成された画像信号が制御装置１０に送信される。制御装置１０は、画像信号に基づいて、画像表示装置１１に画像を表示する。
図２Ａに、受光素子８の正面図を示す。受光面上にｘｙ直交座標系が定義されている。図２Ａにおいて、右向きをｘ軸の正の向きとし、下向きをｙ軸の正の向きとする。Ｘ線を検出する単位である複数の単位領域２１が、ｘ方向を行方向とし、ｙ方向を列方向として、行列状に配置されている。ｘ方向の配列周期をＰｘ、ｙ方向の配列周期をＰｙとする。各単位領域は、入射するＸ線の強度に応じた電圧の画像信号を生成する。
行方向に並ぶ２つの単位領域により１つの画素２０が構成される。１つの画素２０内の左側の単位領域を第１の領域２１Ａと呼び、右側の単位領域を第２の領域２１Ｂと呼ぶこととする。
画素２０は、ｘ方向の配列周期がＰｘの２倍、ｙ方向の配列周期がＰｙになるように、行列状に配置されることになる。複数の画素２０は、第１画素群２２Ａと第２画素群２２Ｂとに分類される。第１画素群２２Ａに属する画素２０Ａと第２画素群２２Ｂに属する画素２０Ｂとは、行方法（ｘ方向）に関して交互に配置されている。例えば、第１画素群２２Ａは、奇数番目の列の画素２０Ａで構成され、第２画素群２２Ｂは、偶数番目の列の画素２０Ｂにより構成される。
第１画素群２２Ａに属する画素２０Ａと第２画素群２２Ｂに属する画素２０Ｂとに、構造上の相違はない。また、第１の領域２１Ａと第２の領域２１Ｂとにも、構造上の相違はない。受光素子８は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳセンサ等により構成することができる。
図２Ｂに、フィルタ５の正面図を示す。Ｘ線を遮光する領域内に、行列状に配置された複数の窓３０が設けられている。窓３０はＸ線の一部を透過させる。複数の窓３０のｘ方向及びｙ方向の配列周期は、それぞれ画素２０のｘ方向の配列周期及びｙ方向の配列周期と等しい。すなわち、窓３０のｘ方向の配列周期はＰｘの２倍であり、ｙ方向の配列周期はＰｙである。
複数の窓３０は、第１窓群３１Ａと第２窓群３１Ｂとに分類される。第１窓群３１Ａに属する窓３０Ａと、第２窓群３１Ｂに属する窓３０Ｂとは、行方向（ｘ方向）に関して交互に配置されている。例えば、第１窓群３１Ａは、奇数番目の列の窓３０Ａで構成され、第２窓群３１Ｂは、偶数番目の列の窓３０Ｂで構成される。
第１窓群３１Ａの窓３０Ａが、受光素子８の第１画素群２２Ａに属する画素２０Ａの第１の領域２１Ａに対向するように、受光素子８とフィルタ５とを配置すると、第２画素群２２Ｂの第１の領域２１Ａに、第２窓群３１Ｂに属する窓３０Ｂが対向する。第１画素群２２Ａに属する画素２０Ａの第２の領域２１Ｂ、及び第２画素群２２Ｂに属する画素２１Ｂには、フィルタ５のＸ線遮光領域が対向する。このときの受光素子８とフィルタ５との位置関係を、「第１の位置関係」と呼ぶこととする。
図３Ａに、第１の位置関係のときの受光素子８及びフィルタ５のｙ軸に垂直な断面図を示す。第１窓群の窓３０Ａを透過したＸ線が第１画素群に属する画素２０Ａの第１の領域２１Ａに入射し、第２窓群の窓３０Ｂを透過したＸ線が第２画素群に属する画素２０Ｂの第１の領域２１Ａに入射する。第１画素群に属する画素２０Ａの第２の領域２１Ｂ及び第２画素群に属する画素２０Ｂの第２の領域２１Ｂには、Ｘ線が入射しない。
フィルタ５をｘ軸の負の向き（図２Ａ及び図２Ｂにおいて左向き）に、画素の配列周期の１／２、すなわちＰｘだけ移動させると、第１画素群２２Ａの第２の領域２１Ｂに、第２窓群３１Ｂに属する窓３０Ｂが対向し、第２画素群２２Ｂの第２の領域２１Ｂに、第１窓群３１Ａに属する窓３０Ａが対向する状態になる。このときの受光素子８とフィルタ５との位置関係を、「第２の位置関係」と呼ぶこととする。
移動機構６が圧電アクチュエータを含む場合には、第１の位置関係のときと、第２の位置関係のときとで、圧電アクチュエータに印加する電圧の極性を反転させればよい。圧電アクチュエータに印加する電圧は、ピークツーピークで２００Ｖ程度である。
図３Ｂに、第２の位置関係のときの受光素子８及びフィルタ５のｙ軸に垂直な断面図を示す。第１窓群の窓３０Ａを透過したＸ線が第２画素群に属する画素２０Ｂの第２の領域２１Ｂに入射し、第１窓群の窓３０Ａを透過したＸ線が第１画素群に属する画素２０Ａの第２の領域２１Ｂに入射する。第１画素群に属する画素２０Ａ及び第２画素群に属する画素２０Ｂの第１の領域２１Ａには、Ｘ線が入射しない。
受光素子８がＣＣＤである場合、受光素子８とフィルタ５とが第１の位置関係になっている期間に、Ｘ線が入射していない第２の領域２１Ｂに蓄積されている電荷の読み出しが行われる。また、受光素子８とフィルタ５とが第２の位置関係になっている期間に、Ｘ線が入射していない第１の領域２１Ａに蓄積されている電荷の読み出しが行われる。
第１窓群３１Ａに属する窓３０ＡのＸ線透過率の波長依存性と、第２窓群３１Ｂに属する窓３０ＢのＸ線透過率の波長依存性とは、相互に異なる。例えば、第１窓群３１Ａに属する窓３０Ａは、厚さ２０μｍのＣｕ箔で形成されており、第２窓群３１Ｂに属する窓３０Ｂは、厚さ７０μｍのＡｌ箔で形成されている。
図４に、厚さ２０μｍのＣｕ箔と、厚さ７０μｍのＡｌ箔との透過率の波長依存性（Ｘ線エネルギ依存性）を示す。横軸はＸ線のエネルギを単位「ｅＶ」で表し、縦軸は透過率を表す。エネルギが８９７９ｅＶの位置にＣｕの吸収端が現れている。エネルギが８９７９ｅＶ以下の領域で、第１窓群３１Ａに属する窓３０Ａの透過率と、第２窓群３１Ｂに属する窓３０Ｂの透過率とがほぼ等しくなるように、Ｃｕ箔及びＡｌ箔の厚さが調整されている。エネルギ８９７９ｅＶの位置で、Ｃｕ箔の吸収率が不連続に低下するため、エネルギ８９７９ｅＶ以上の領域では、第１窓群３１Ａに属する窓３０Ａの透過率が、第２の窓群３１Ｂに属する窓３０Ｂの透過率よりも著しく低くなる。
Ｘ線源１は、吸収端（Ｘ線エネルギ８９７９ｅＶ）の波長よりも短い波長域のＸ線と、長い波長域のＸ線との両方を含むＸ線を出射する。
第１画素群の画素２０Ａにおいては、図３Ａに示した第１の位置関係のとき、第１の領域２１Ａに、Ｃｕ箔を透過したＸ線が入射し、図３Ｂに示した第２の位置関係のとき、第２の領域２１Ｂに、Ａｌ箔を透過したＸ線が入射する。第２画素群の画素２０Ｂにおいては、図３Ａに示した第１の位置関係のとき、第１の領域２１Ａに、Ａｌ箔を透過したＸ線が入射し、図３Ｂに示した第２の位置関係のとき、第２の領域２１Ｂに、Ｃｕ箔を透過したＸ線が入射する。
第１の位置関係のとき及び第２の位置関係のときに、それぞれＸ線照射を行うと、いずれの画素群の画素においても、第１の領域２１Ａ及び第２の領域２１Ｂの一方にＣｕ箔を透過したＸ線が入射し、他方にＡｌ箔を透過したＸ線が入射する。
第１の位置関係から第２の位置関係に至るまでにフィルタ５が移動する距離は、画素２０の配列周期Ｐｘの１／２である。配列周期Ｐｘが１００μｍ程度である場合、圧電アクチュエータを用いてフィルタ５を移動させるのに必要な時間は、高々１ｍｓである。このため、２種類のＸ線を用いて、２枚の画像をほぼ同時刻に取得することが可能である。
図３Ａに示した第１の位置関係のとき、すべての画素の第２の領域２１ＢにはＸ線が入射しない。また、図３Ｂに示した第２の位置関係のとき、すべての画素の第１の領域２１ＡにはＸ線が入射しない。このため、フィルタ５は、シャッタとしての機能を持つことになる。
次に、第１の実施例によるＸ線撮像装置を用いて、被測定物１５内のＣｕ元素の分布情報を取得する方法について説明する。
被測定物１５を試料保持台２に固定し、フィルタ５と受光素子８とを、図３Ａに示した第１の位置関係にする。Ｘ線源１からＸ線を出射させ、第１の画像情報を取得する。その後、フィルタ５を移動させて、図３Ｂに示した第２の位置関係にする。この状態でＸ線源１からＸ線を出射させて、第２の画像情報を取得する。これらの画像情報は、制御装置１０に記憶される。
制御装置１０は、第１の画像情報と第２の画像情報との差分を算出し、サブトラクション画像を生成する。サブトラクション画像は、画像表示装置１１に表示される。Ｃｕ箔で構成された第１窓群の画素３０Ａを透過したＸ線により、Ｃｕ元素の有無に依存しない背景画像が得られる。Ａｌ箔で構成された第２窓群の窓３０Ｂを透過したＸ線により得られる画像は、背景画像と、Ｃｕの分布情報との両方を含む。
第１の位置関係のときに得られた画像と、第２の位置関係のときに得られた画像との差分を求めることにより、背景画像の濃淡が均一化され、Ｃｕの分布情報を強調したコントラストの高い画像を得ることができる。
第１の位置関係のときの画像及び第２の位置関係のときの画像を取得した後、被測定物１５を回転させて、同様の撮像処理を行う。
このように、Ｃｕの分布情報を得たい場合には、第１窓群３１Ａ及び第２窓群３１Ｂの一方の窓群の窓３０を、Ｃｕ箔で構成し、他方の窓群の窓３０を、Ｃｕの吸収端波長の前後で透過率が連続的に変化する材料で形成することが好ましい。なお、Ｃｕ箔に代えて、吸収端波長がＣｕの吸収端波長に近い材料からなる窓を用いてもよい。
図５−１〜図５−３に、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、シリコン（Ｓｉ）、塩素（Ｃｌ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、及びモリブデン（Ｍｏ）の質量吸収係数の波長依存性を示す。各グラフの横軸は光子エネルギを単位「ｅＶ」で表し、縦軸は質量吸収係数を単位「ｃｍ２／ｇ」で表す。光子エネルギＥ（ｅＶ）と波長λ（ｎｍ）との関係は、λ＝１２３．９８／Ｅとなる。
材料の質量吸収係数をμ（ｃｍ２／ｇ）、密度をρ（ｇ／ｃｍ３）、Ｘ線の進行距離をｄ（ｃｍ）とすると、
Ｉ＝Ｉ０×ｅｘｐ（−μρｄ）
が成立する。ここで、Ｉは、距離ｄだけ進んだ位置におけるＸ線の強度、Ｉ０は、ｄ＝０のときのＸ線の強度である。μρ（ｃｍ−１）は、その材料の線吸収係数と呼ばれる。
Ｉ＝Ｉ０×ｅｘｐ（−μρｄ）
が成立する。ここで、Ｉは、距離ｄだけ進んだ位置におけるＸ線の強度、Ｉ０は、ｄ＝０のときのＸ線の強度である。μρ（ｃｍ−１）は、その材料の線吸収係数と呼ばれる。
図５−１〜図５−３に示したように、材料固有の位置に吸収端が現れている。観察すべき元素のＸ線吸収特性に基づいて、第１窓群３１Ａ及び第２窓群３１Ｂの材料として、これらの材料から好ましい材料を選択することができる。
Ｘ線源１は、観察すべき元素のＸ線吸収端に相当する波長よりも短波長側の波長のＸ線、及び長波長側の波長のＸ線の両方を含むＸ線を出射する。または、Ｘ線源１は、Ｘ線吸収端の両側の波長域の光を含む連続スペクトルのＸ線を出射する。
第１の実施例では、図２Ｂに示したように、１つの列内に、同一の窓群に属する窓のみを配置したが、他の構成としてもよい。第１窓群３１Ａに属する窓３０Ａと第２窓群３１Ｂに属する窓３０Ｂとが、ｘ方向に関して交互に配置されていれば、ｙ方向に関する配置は任意である。例えば、ｙ方向に、第１窓群３１Ａに属する窓３０Ａと第２窓群３１Ｂに属する窓３０Ｂとを交互に配置してもよいし、第１の窓群３１Ａの窓３０Ａが２つおきに現れるように配置してもよい。
次に、図６Ａ及び図６Ｂを参照して、第２の実施例によるＸ線撮像装置について説明する。以下、第１の実施例によるＸ線撮像装置との相違点に着目して説明する。
図６Ａに、受光素子８の正面図を示す。Ｘ線を検出する単位である単位領域２１の配置は、第１の実施例による受光素子８のものと同一である。すなわち、第２の実施例で用いられる受光素子８は、第１の実施例で用いられる受光素子８と構造上同一である。第１の実施例では、１つの画素２０が、Ｘ線を検出する２つの単位領域（第１の領域２１Ａと第２の領域２１Ｂ）で構成されていたが、第２の実施例では、行列状に配置された単位領域２１の相互に隣り合う２つの行、及び２つの列が交差する位置に配置された４つの単位領域２１が１つの画素を構成する。１つの画素２０内の左上、右上、左下、及び右下の単位領域を、それぞれ第１の領域２１Ａ、第２の領域２１Ｂ、第３の領域２１Ｃ、及び第４の領域２１Ｄと呼ぶこととする。
画素２０は、第１の実施例の場合と同様に、第１画素群２２Ａと第２画素群２２Ｂとのいずれかに属する。
図６Ｂに、フィルタ５の正面図を示す。第１の実施例では、複数の窓３０が第１の窓群の窓３０Ａと、第２の窓群の窓３０Ｂとのいずれかに分類される。第２の実施例では、第１〜第４の窓群の窓３０Ａ〜３０Ｄのいずれかに分類される。
フィルタ５と受光素子８とが第１の位置関係にあるとき、第１の窓群の窓３０Ａ及び第３の窓群の窓３０Ｃが、それぞれ第１の画素群２２Ａの画素２０Ａ内の第１領域２１Ａ及び第３の領域２１Ｃに対向し、第２の窓群の窓３０Ｂ及び第４の窓群の窓３０Ｄが、それぞれ第２の画素群２２Ｂの画素２０Ｂ内の第１の領域２１Ａ及び第３の領域２１Ｃに対向する。各画素の第２の領域２１Ｂ及び第４の領域２１Ｄには、フィルタ５の遮光領域が対向する。
フィルタ５と受光素子８とが第２の位置関係にあるとき、第１の窓群の窓３０Ａ及び第３の窓群の窓３０Ｃが、それぞれ第２の画素群２２Ｂの画素２０Ｂ内の第２領域２１Ｂ及び第４の領域２１Ｄに対向し、第２の窓群の窓３０Ｂ及び第４の窓群の窓３０Ｄが、それぞれ第１の画素群２２Ａの画素２０Ａ内の第２の領域２１Ｂ及び第４の領域２１Ｄに対向する。各画素の第１の領域２１Ａ及び第３の領域２１Ｃには、フィルタ５の遮光領域が対向する。
第１窓群の窓３０Ａ〜第４窓群の窓３０Ｄは、それぞれ透過率の波長依存性が異なる４種類の材料で形成されている。第２の実施例では、異なるスペクトルを持った４種類のＸ線による４種類の画像を、ほぼ同時に得ることができる。これら４種類の画像の任意の２つの画像からサブトラクション画像を生成することができる。
次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、第３の実施例によるＸ線撮像装置について説明する。以下、第１の実施例によるＸ線撮像装置との相違点に着目して説明する。
図７Ａに、第１の位置関係のときの受光素子８及びフィルタ５の、ｙ軸に垂直な断面図を示す。第１の実施例では、第１窓群の窓３０Ａ及び第２窓群の窓３０Ｂが、相互に異なるＸ線透過特性を持つ材料で形成されていた。第３の実施例では、第１の窓群の窓４０Ａ及び第２の窓群の窓４０Ｂが、Ｘ線照射によって蛍光を発生する蛍光体（シンチレータ）により形成されている。第１の窓群の窓４０Ａを形成する蛍光体と、第２の窓群の窓４０Ｂを形成する蛍光体とは、感度の波長依存性が相互に異なる。
第３の実施例では、第１の実施例の受光素子８の第１の画素群の画素２０Ａ、第２の画素群の画素２０Ｂ、第１の領域２１Ａ及び第２の領域２１Ｂに代えて、第１の画素群の画素２５Ａ、第２の画素群の画素２５Ｂ、第１の領域２６Ａ及び第２の領域２６Ｂが配置されている。第１の領域２６Ａ及び第２の領域２６Ｂは、窓４０Ａ及び４０Ｂから発生した蛍光を検出する。
図７Ａに示した第１の位置関係のときには、第１の窓群の窓４０Ａから発生した蛍光が、第１の画素群２５Ａの第１の領域２６Ａに入射し、第２の窓群の窓４０Ｂから発生した蛍光が、第２の画素群２５Ｂの第１の領域２６Ａに入射する。各画素の第２の領域２６Ｂには、蛍光が入射しない。
図７Ｂに、第２の位置関係のときの受光素子８及びフィルタ５の断面図を示す。第２の位置関係のときには、第１の窓群の窓４０Ａから発生した蛍光が、第２の画素群２５Ｂの第２の領域２６Ｂに入射し、第２の窓群の窓４０Ｂから発生した蛍光が、第１の画素群２５Ａの第２の領域２６Ｂに入射する。各画素の第１の領域２６Ａには、蛍光が入射しない。
第３の実施例では、第１の窓群の窓４０Ａに用いられている蛍光体の感度の波長依存性と、第２の窓群の窓４０Ｂに用いられている蛍光体の感度の波長依存性とが相互に異なるため、異なるスペクトルを持つ２種類のＸ線による画像を取得することができる。第１の実施例の場合と同様に、サブトラクション画像を生成することにより、コントラストの高い画像を得ることができる。
窓４０Ａ及び４０Ｂに用いられる蛍光体として、微量のＴｌを含むＮａＩ（「ＮａＩ：
Ｔｌ」と標記する。）、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣｓＩ、ＣａＦ２：Ｅｕ、ＢａＦ２、ＣｅＦ３、Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２（ＢＧＯ）、ＣｄＷＯ４、Ｇｄ２ＳｉＯ５（ＧＳＯ）、Ｌｕ２ＳｉＯ５（ＬＳＯ）、ＹＡｌＯ３：Ｃｅ（ＹＡＰ：Ｃｅ）、ＹＡＧ：Ｃｅ、ＮＥ−１０２（プラスチック）、ＣｓＦ、ＬｕＡＧ：Ｃｅ、ＬｉＦ：Ｗ、ＬｉＩ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ａｇ、ＰｂＷＯ４（ＰＷＯ）等が挙げられる。
Ｔｌ」と標記する。）、ＣｓＩ：Ｔｌ、ＣｓＩ：Ｎａ、ＣｓＩ、ＣａＦ２：Ｅｕ、ＢａＦ２、ＣｅＦ３、Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２（ＢＧＯ）、ＣｄＷＯ４、Ｇｄ２ＳｉＯ５（ＧＳＯ）、Ｌｕ２ＳｉＯ５（ＬＳＯ）、ＹＡｌＯ３：Ｃｅ（ＹＡＰ：Ｃｅ）、ＹＡＧ：Ｃｅ、ＮＥ−１０２（プラスチック）、ＣｓＦ、ＬｕＡＧ：Ｃｅ、ＬｉＦ：Ｗ、ＬｉＩ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ａｇ、ＰｂＷＯ４（ＰＷＯ）等が挙げられる。
図７Ａ及び図７Ｂでは、フィルタ５と受光素子８とを近接させて配置したが、両者の間に、画像を縮小する光学系を配置してもよい。
図８Ａに示すように、フィルタ５と受光素子８との間に、ファイバオプティクステーパ５０を配置してもよい。フィルタ５の各窓４０Ａ、４０Ｂから発生した蛍光は、ファイバオプティクステーパ５０の各ファイバを通って受光素子８の各単位領域に入射する。
図８Ｂに示すように、フィルタ５と受光素子８との間に、結像光学系５１を配置してもよい。結像光学系５１は、フィルタ５を、受光素子８の受光面上に、所定の結像倍率で結像させる。
第１の実施例のように、Ｘ線をそのまま検出する場合には、画像の倍率を変換することは困難であるが、Ｘ線を可視光の波長域に変換することにより、画像の倍率を変換することが可能になる。
フィルタ５と受光素子８との間に、上述のような光学系を配置すると、受光素子８の受光面と、フィルタ５とを必ずしも、幾何学的な意味で平行に配置する必要はない。例えば、ファイバオプティクステーパ５０の湾曲させれば、または結像光学系５１に折り返しミラーを挿入すれば、受光素子８の受光面とフィルタ５との向きは任意でよい。
上記第１〜第３の実施例では、Ｘ線または蛍光を検出する単位領域が行列状に配置されている場合を説明したが、他のルールに従って規則的に配置してもよい。一例として、蜂の巣（ハニカム）状に配置することも可能である。この場合、例えば相互に隣り合う２つの正六角形の領域が１つの画素を構成する。フィルタの移動方向は、１つの画素内において２つの単位領域が並ぶ方向にすればよい。移動距離は、１つの画素内の２つの単位領域の中心間の距離に等しくすればよい。
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
１ Ｘ線源
２ 試料保持台
３ 回転機構
５ フィルタ
６ 移動機構
８ 受光素子
１０ 制御装置
１１ 画像表示装置
１５ 被測定物
２０ 画素
２０Ａ、２５Ａ 第１画素群の画素
２０Ｂ、２５Ｂ 第２画素群の画素
２１Ａ、２６Ａ 第１の領域
２１Ｂ、２６Ｂ 第２の領域
２１Ｃ 第３の領域
２１Ｄ 第４の領域
２２Ａ 第１画素群
２２Ｂ 第２画素群
３０ 窓
３０Ａ、４０Ａ 第１窓群の窓
３０Ｂ、４０Ｂ 第２窓群の窓
３０Ｃ 第３窓群の窓
３０Ｄ 第４窓群の窓
３１Ａ 第１窓群
３１Ｂ 第２窓群
５０ ファイバオプティクステーパ
５１ 結像光学系
２ 試料保持台
３ 回転機構
５ フィルタ
６ 移動機構
８ 受光素子
１０ 制御装置
１１ 画像表示装置
１５ 被測定物
２０ 画素
２０Ａ、２５Ａ 第１画素群の画素
２０Ｂ、２５Ｂ 第２画素群の画素
２１Ａ、２６Ａ 第１の領域
２１Ｂ、２６Ｂ 第２の領域
２１Ｃ 第３の領域
２１Ｄ 第４の領域
２２Ａ 第１画素群
２２Ｂ 第２画素群
３０ 窓
３０Ａ、４０Ａ 第１窓群の窓
３０Ｂ、４０Ｂ 第２窓群の窓
３０Ｃ 第３窓群の窓
３０Ｄ 第４窓群の窓
３１Ａ 第１窓群
３１Ｂ 第２窓群
５０ ファイバオプティクステーパ
５１ 結像光学系
Claims (5)
- 受光面上に配置された複数の画素を含み、各画素が、Ｘ線を検出する少なくとも第１の領域と第２の領域とを含む受光素子と、
前記受光素子の受光面の前方に配置され、Ｘ線遮光領域内に、Ｘ線を透過させる複数の窓が形成されており、該複数の窓は、少なくとも第１窓群と第２窓群とに分類されるＸ線フィルタと、
前記受光素子と前記Ｘ線フィルタとの一方を他方に対して変位させる移動機構と
を有し、
前記第１窓群に属する窓のＸ線透過率の波長依存性と、前記第２窓群に属する窓のＸ線透過率の波長依存性とが相互に異なり、
前記受光素子と前記Ｘ線フィルタとを第１の位置関係にしたとき、前記画素のうち一部の第１画素群に属する画素内の第１の領域に、第１窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２の領域にはＸ線が入射せず、他の第２画素群に属する画素内の第１の領域に、第２窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２の領域にはＸ線が入射せず、
前記受光素子と前記Ｘ線フィルタとの一方を他方に対して移動させて、両者を第２の位置関係にしたとき、第１画素群に属する画素内の第１の領域にＸ線が入射せず、第２の領域には、第２窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２画素群に属する画素内の第１の領域にＸ線が入射せず、第２の領域には、第１窓群に属する窓を透過したＸ線が入射するＸ線撮像装置。 - さらに、
被測定物を保持する試料保持台と、
前記試料保持台に保持された被測定物に向けてＸ線を出射するＸ線源と、
を有し、該Ｘ線源から出射されたＸ線が、該試料保持台に保持された被測定物を透過した後、さらに前記フィルタの窓を透過して前記受光素子に入射し、
前記Ｘ線源から出射されるＸ線は、前記第１窓群及び第２窓群の一方の窓の材料のＸ線吸収端波長よりも短波長域のＸ線と、長波長域のＸ線との両方を含む請求項１に記載のＸ線撮像装置。 - 受光面上に配置された複数の画素を含み、各画素が、光を検出する少なくとも第１の領域と第２の領域とを含む受光素子と、
前記受光素子の受光面の前方に配置され、Ｘ線遮光領域内に、Ｘ線照射によって蛍光を発する複数の窓が形成されており、該窓は、少なくとも第１窓群と第２窓群とに分類されるＸ線フィルタと、
前記受光素子と前記Ｘ線フィルタとの一方を他方に対して、前記受光面に平行な方向に変位させる移動機構と
を有し、
前記第１窓群に属する窓の感度の波長依存性と第２窓群に属する窓の感度の波長依存性とが相互に異なり、
前記受光素子と前記Ｘ線フィルタとを第１の位置関係にしたとき、前記画素のうち一部の第１画素群の画素内の第１の領域に、前記第１窓群に属する窓から発生した光が入射し、第２の領域には光が入射せず、他の第２画素群に属する画素内の第１の領域に、前記第２窓群に属する窓から発生した光が入射し、第２の領域には光が入射せず、
前記受光素子と前記Ｘ線フィルタとの一方を他方に対して移動させて、両者を第２の位置関係にしたとき、前記第１画素群に属する画素内の第１の領域に光が入射せず、第２の領域には、前記第２窓群に属する窓から発生した光が入射し、前記第２画素群に属する画素内の第１の領域に光が入射せず、第２の領域には、前記第１窓群に属する窓から発生した光が入射するＸ線撮像装置。 - （ａ）受光面上に配置された複数の画素を含み、複数の画素は、少なくとも第１の画素群と第２の画素群とに分類され、各画素が、入射Ｘ線強度に応じた画像信号を発生する少なくとも第１の領域と第２の領域とを含む受光素子の前方に、Ｘ線フィルタを配置する工程であって、該Ｘ線フィルタは、Ｘ線遮光領域と、該Ｘ線遮光領域内に形成されたＸ線を透過させる複数の窓を有し、該複数の窓は、少なくとも第１窓群と第２窓群とに分類される該Ｘ線フィルタを、前記第１画素群の画素内の第１の領域に、前記第１窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２の領域にはＸ線が入射せず、前記第２画素群に属する画素内の第１の領域に、前記第２窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２の領域には光が入射しないように該Ｘ線フィルタを配置する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後に、Ｘ線を、被測定物を透過させた後に、前記Ｘ線フィルタを介して前記受光素子の受光面に入射させる工程と、
（ｃ）前記第１画素群に属する画素内の第１の領域にＸ線が入射せず、第２の領域には、第２窓群に属する窓を透過したＸ線が入射し、第２画素群に属する画素内の第１の領域にＸ線が入射せず、第２の領域には、第１窓群に属する窓を透過したＸ線が入射するように、前記Ｘ線フィルタと受光素子との相対位置関係を変化させる工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の後に、Ｘ線を、被測定物を透過させた後に、前記Ｘ線フィルタを介して前記受光素子の受光面に入射させる工程と、
（ｅ）前記工程（ｂ）で得られた画像信号と、前記工程（ｄ）で得られた画像信号とからサブトラクション画像を生成する工程と
を有し、
前記第１の窓群に属する窓のＸ線透過率の波長依存性と、前記第２の窓群に属する窓のＸ線透過率の波長依存性とが相互に異なるＸ線撮像方法。 - （ａ）受光面上に配置された複数の画素を含み、複数の画素は、少なくとも第１の画素群と第２の画素群とに分類され、各画素が、入射光強度に応じた画像信号を発生する少なくとも第１の領域と第２の領域とを含む受光素子の前方に、Ｘ線フィルタを配置する工程であって、該Ｘ線フィルタは、Ｘ線遮光領域と、該Ｘ線遮光領域内に形成され、Ｘ線照射によって光を発生する複数の窓を有し、該複数の窓は、少なくとも第１窓群と第２窓群とに分類される該Ｘ線フィルタを、前記第１画素群の画素内の第１の領域に、前記第１窓群に属する窓から発生した光が入射し、第２の領域には光が入射せず、前記第２画素群に属する画素内の第１の領域に、前記第２窓群に属する窓から発生した光が入射し、第２の領域には光が入射しないように該Ｘ線フィルタを配置する工程と、
（ｂ）前記工程（ａ）の後に、Ｘ線を、被測定物を透過させた後に、前記Ｘ線フィルタに入射させる工程と、
（ｃ）前記第１画素群に属する画素内の第１の領域に光が入射せず、第２の領域には、第２窓群に属する窓から発生した光が入射し、第２画素群に属する画素内の第１の領域にＸ線が入射せず、第２の領域には、第１窓群に属する窓から発生した光が入射するように、前記Ｘ線フィルタと受光素子との相対位置関係を変化させる工程と、
（ｄ）前記工程（ｃ）の後に、Ｘ線を、被測定物を透過させた後に、前記Ｘ線フィルタを介して前記受光素子の受光面に入射させる工程と、
（ｅ）前記工程（ｂ）で得られた画像信号と、前記工程（ｄ）で得られた画像信号とからサブトラクション画像を生成する工程と
を有するＸ線撮像方法。
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|---|---|---|---|---|
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