JP2009133823A

JP2009133823A - 放射線画像検出器および放射線位相画像撮影装置

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Publication number: JP2009133823A
Application number: JP2008232866A
Authority: JP
Inventors: Kenji Takahashi; 健治高橋; Yoshihiro Okada; 美広岡田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2009-06-18

Abstract

【課題】タルボ干渉計を利用した放射線位相画像撮影装置において、より製造を容易化するとともに、装置を簡略化してコストの削減を図る。
【解決手段】放射線源１１と、回折格子３０と、放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層とその電荷を収集する電荷収集電極とを備えた放射線画像検出器あって、電荷収集電極が、一定の周期で配列された線状電極を互いに電気的に接続した線状電極群が互いに位相が異なるように配置されたものである放射線画像検出器４０とから放射線位相画像撮影装置を構成し、従来の振幅型回折格子を設けないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、タルボ干渉計を利用した放射線位相画像撮影方法および装置並びにその放射線位相画像撮影装置に用いられる放射線画像検出器に関するものである。

従来、回折格子によりタルボ効果を生じさせ、さらにもう一枚の回折格子を併用してモアレ縞を生成するタルボ干渉計をＸ線分野に適用することが研究されている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。

そして、たとえば、特許文献２には、Ｘ線源、２つの回折格子およびＸ線画像検出器から構成されたタルボ干渉計を利用したＸ線撮像装置が提案されている。

また、たとえば、特許文献３には、主にＸ線リソグラフィーを用いて樹脂に深い溝を形成することにより振幅型回折格子を作成することを開示している。

また、たとえば、特許文献４は、位相格子の格子線に対して平行に向いた多数の縦長の検出条帯からなる検出素子を備えたＸ線装置が記載されており、このＸ線装置によれば、各ビームで単に一回の測定を実行するだけで位相画像を取得することができ、必要な測定回数を減らすことができる。
米国特許第５８１２６２９号明細書国際公開ＷＯ２００４／０５８０７０号公報特開２００６−２５９２６４号公報特開２００７−２０３０６３号公報

しかしながら、特許文献２に記載のＸ線撮像装置においては、被検体と同等のサイズの回折格子を２つ設ける必要があり、その分のコストがかかる。また、２つの回折格子のうちの検出器側のものは、振幅型回折格子であることが望ましいが、そのためには金属からなる回折部材の幅が２〜１０μｍであるのに対して厚さが２５〜１００μｍであるアスペクト比が非常に高く細かいピッチの回折格子を形成する必要がある。そして、そのような形状の回折格子を形成するには、たとえば、特許文献３に記載されているような特殊な製造方法を用いる必要があり、均一な構造の回折格子の製造が非常に困難であった。

また、特許文献４に記載のＸ線装置のように多数の縦長の検出条帯を設けるようにした場合には、位相画像の数が多くなると、１つ検出条帯の幅をより狭くする必要があり、やはり製造上、実現が困難となる。

本発明は、上記の事情に鑑み、より製造が容易であり、より簡易な構成とすることができる放射線位相画像撮像装置、その放射線位相画像撮像装置において用いられる放射線画像検出器を提供することを目的とする。

本発明の放射線画像検出器は、放射線画像を担持した放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、電荷発生層において発生した電荷を収集する電荷収集電極とを備えた放射線画像検出器において、電荷収集電極が、互いに電気的に独立した複数の線状電極群によって構成されるとともに、その線状電極群のそれぞれは、一定の周期で配列され、電気的に接続された複数の線状電極からなり、複数の線状電極群が、互いに位相が異なるように配置されている特徴とする。

また、複数の線状電極群は、配列周期の位相が互いに逆位相となるように交互に配列された２つの線状電極群の組を２つまたは３つ備えることができる。

また、線状電極群の組において、線状電極の長さを、線状電極群の組の長さ方向に直交する方向の幅よりも大きくすることができる。

また、電荷収集電極とほぼ同電位の電位とされる定電位線状電極を、線状電極群の組の一つ一つ囲むように設けることができる。

また、複数の線状電極群の組とほぼ同電位の電位とされる定電位線状電極を、画素単位毎に複数の線状電極群の組を囲むように設けることができる。

本発明の放射線位相画像撮影装置は、放射線源と、放射線源から射出された放射線が照射される回折格子と、回折格子を通過した放射線が照射される、上記本発明の放射線画像検出器とを備え、回折格子が、放射線の照射によりタルボ効果を生じるように構成されており、放射線画像検出器が、位相成分に対応する信号を検出するものであることを特徴とする。

また、上記本発明の放射線位相画像撮影装置においては、上記回折格子および放射線画像検出器のうちの少なくとも放射線画像検出器を、放射線源を通り回折格子の回折部材の長さ方向に延びる直線を中心軸とする円筒面に沿って形成するようにすることができる。

また、回折格子を、位相型回折格子とするとともに、回折格子による円筒面への投影像が等間隔の格子縞となるように構成することができる。

また、回折格子を、放射線源を通り回折格子の回折部材の長さ方向に延びる直線を中心軸とする円筒面に沿って形成することができる。

また、位相成分に対応する信号を検出する際、回折格子と放射線画像検出器を相対的に移動させることなく位相画像の形成に必要な位相成分の情報を得るようにすることができる。

また、放射線画像検出器により検出された周期情報に基づく画像データに対し、その画像データが回折格子により回折された放射線が所定の平面上に投影されたときの放射線画像を表すものとなるような画像処理を施して出力する放射線画像出力部をさらに設けるようにすることができる。

また、放射線源と放射線画像検出器との間に配置された被検体に対して、放射線源、回折格子および放射線画像検出器を一体的に移動させる移動機構と、移動機構による移動に伴って放射線画像検出器により検出された被検体の複数の画像データに基づいて被検体の３次元画像を構成する３次元画像構成部とをさらに設けるようにすることができる。

本発明の放射線画像検出器によれば、電荷収集電極が、一定の周期で配列され、電気的に接続された複数の線状電極からなる互いに独立した複数の電荷収集電極群によって構成されており、複数の線状電極群が、互いに位相が異なるように配置されているので、タルボ干渉計を利用した放射線位相画像撮影装置に用いるようにすれば、従来の放射線位相画像撮影装置のように振幅型回折格子を設ける必要がなく、製造が容易となり、装置を簡略化することができるとともに、コストの削減を図ることができる。

さらに、その複数の線状電極群によって一度の撮影で複数の位相成分の画像信号を取得することができる。

また、複数の線状電極群が、配列周期の位相が互いに逆位相となるように交互に配列された２つの線状電極群の組を２つまたは３つ備えている場合には、一度の撮影で少なくとも４つの位相成分の画像信号を取得することができる。また、この２つの線状電極群の組を平面的に２つまたは３つ配置している場合は、４つあるは６つの位相成分に対応する情報を取得する各線状電極を順番に並べたもの（６つの位相成分に対応する線状電極群の構成を示した図１１参照）のように線状電極の幅を極端に狭くしなくてもよいので製造が容易である。

また、線状電極群の組において線状電極の長さを、線状電極群の組の長さ方向に直交する方向の幅よりも大きくするようにした場合には、線状電極群における線状電極の接続部分の占める面積を相対的に小さくすることができるので、画像形成に有効な検出面を広く取れて有利である。

また、電荷収集電極とほぼ同電位の電位とされる定電位線状電極を、線状電極群の組を囲むように設けるようにしたり、また、画素単位毎に複数の線状電極群の組を囲むように設けるようにしたりした場合には、線状電極により電荷発生層内に形成される電界を安定化させることができ、後述する位相成分のコンタミを防止することができる。

本発明の放射線位相画像撮影装置によれば、放射線源と、放射線源から射出された放射線が照射される回折格子と、回折格子を通過した放射線が照射される、上記本発明の放射線画像検出器とを備え、回折格子を、放射線の照射によりタルボ効果を生じるように構成し、放射線画像検出器を、位相成分に対応する信号を検出するものとしたので、従来の放射線位相画像撮影装置のように振幅型回折格子を設けることなく、タルボ干渉計を利用した放射線位相画像撮影装置を構成することができ、製造が容易となり、装置を簡略化することができるとともに、コストの削減を図ることができる。

また、上記本発明の放射線位相画像撮影装置において、上記回折格子および放射線画像検出器のうちの少なくとも放射線画像検出器を、放射線源を通り回折格子の回折部材の長さ方向に延びる直線を中心軸とする円筒面に沿って形成するようにした場合には、回折格子または放射線画像検出器の中心部分以外の部分についてもタルボ干渉の条件を同様に満たすことができ、大サイズの放射線位相イメージングが可能である。また、回折格子を球面形状にする場合と比較するとより簡易に製造することができる。

また、回折格子を、位相型回折格子とするとともに、回折格子による円筒面への投影像が等間隔の格子縞となるように構成するようにした場合には、回折格子を必ずしも円筒面に沿って形成する必要がない。特に、平面上に形成される場合はその製造がより容易である。

また、回折格子が、放射線源を通り回折格子の回折部材の長さ方向に延びる直線を中心軸とする円筒面に沿って形成されていても良い。この場合は、振幅型の回折格子を用いることも可能となり、それを被検体と放射線源との間に配置した系においては被曝線量のいっそうの低減とコントラストの向上が期待できる。

また、放射線画像検出器により検出された周期情報に基づく画像データに対し、その画像データが回折格子により回折された放射線が所定の平面上に投影されたときの放射線画像を表すものとなるような画像処理を施して出力するようにした場合には、従来の平面形状の放射線画像検出器により撮像された放射線画像に近づけることができるので、医師としては従来から見慣れた形状の放射線画像により診断を行なうことができる。

また、複数の線状電極群が、配列周期の位相が互いに逆位相となるように交互に配列された２つの線状電極群の組を２つ以上備えている場合には、一度の撮影で少なくとも４つの位相成分の画像信号を取得することができ、回折格子と放射線画像検出器を相対的に移動させることなく位相画像の形成に必要な位相成分の情報を得ることができる。

また、放射線源と放射線画像検出器との間に配置された被検体に対して、放射線源、回折格子および放射線画像検出器を一体的に移動させ、その移動に伴って放射線画像検出器により検出された被検体の複数の画像データに基づいて被検体の任意の断層画像もしくは３次元画像を構成するようにした場合には、たとえば、放射線位相トモシンセシス装置や放射線位相ＣＴ装置への適用も可能である。

以下、図面を参照して本発明の放射線画像検出器を用いた放射線位相画像撮像装置の第1の実施形態について説明する。第１の実施形態の放射線位相画像撮像装置は、ＴＦＴ読取方式の放射線画像検出器を用いたものである。図１に第１の実施形態の放射線位相画像撮像装置１の概略構成を示す。

放射線位相画像撮像装置１は、図１に示すように、放射線を被検体２０に向かって照射する放射線照射部１０と、放射線照射部１０から射出され、被検体２０を透過した放射線が照射される回折格子３０と、回折格子３０によって回折された放射線を検出する放射線画像検出器４０とを備えている。

放射線照射部１０は、図１に示すように、放射線を射出する放射線源１１と、放射線源１１から射出された放射線が通過するマルチスリット１２とを備えている。放射線照射部１０の詳細な構成は、たとえば、“Franz Pfeiffer, Timm Weikamp, Oliver Bunk, Christian David, Nature Physics 2, 258-261(01 Apr 2006)Letters, Phase retrieval and differential phase-contrast imaging with low-brilliance X-ray sources”に記されている。

ここで、図２に本実施形態の放射線位相画像撮像装置１の各構成要素の配置関係を示す。

放射線照射部１０におけるマルチスリット１２のスリットピッチＰ_０は以下の式を満たすような大きさとする必要がある。

Ｐ_０＝Ｐ_２×Ｌ／Ｚ
なお、Ｐ_２は放射線画像検出器４０における線状電極のピッチであるが、詳細は後で説明する。

また、放射線照射部１０としては上記のような構成に限らず、マイクロフォーカスＸ線管を利用することもできる。また、マイクロフォーカスＸ線管と上記マルチスリットとを併用してもよい。

また、たとえば、“L. M. Chen, et al., Phase-contrast x-ray imaging with intense Ar K αradiation from femtosecond-laser-driven gas target, APPLIED PHYSICS LETTERS 90, 211501(2007)”に示されているプラズマＸ線源も利用することができる。このプラズマ線源は極めて小さな焦点サイズ（たとえば、１２μｍ）とすることができるので、上記のようなマルチスリット１２は不要となる。

回折格子３０は、図３に示すように、基板３１と、この基板３１に取り付けられた複数の回折部材３２とを備えている。基板３１は、たとえばガラスで形成すればよい。複数の回折部材３２は、いずれも一方向（図３中紙面の厚さ方向）に延びる線状とされている。複数の回折部材３２の配列ピッチ（つまり回折格子の周期）Ｐ_１は、本実施形態では、一定である。

そして、本実施形態の放射線位相画像撮像装置１は、回折格子３０におけるタルボ効果を利用して被検体の放射線位相情報を取得するものであるが、そのためには以下の式を満たすように回折格子３０の配置と回折部材３２の配列ピッチＰ_１を設定する必要がある。

Ｚ＝（ｍ＋１／２）Ｐ_１ ^２／λ
ただし、ｍは０か正の整数、λは放射線の波長である。

また、回折格子３０の複数の回折部材３２の素材としては、たとえば金を用いることができる。そして、回折部材３２としては、照射される放射線に対して約８０°〜１００°（より好ましくは９０°）の位相変調を与える、いわゆる位相型回折格子を構成するものであることが好ましい。つまり、回折部材３２は、その部分に照射させた放射線の位相速度を変化させていることになる。

次に、本実施形態の放射線位相画像撮影装置１における放射線画像検出器４０の構成について詳細に説明する。図４は放射線画像検出器４０の一部断面図である。

放射線画像検出器４０は、図４に示すように、アクティブマトリクス基板７０と、このアクティブマトリクス基板７０上に積層され、アクティブマトリクス基板７０上の略全面に形成された半導体層６０と、上部電極５０とを備えている。

半導体層６０は、電磁波導電性を有するものであり、放射線が照射されると内部に電荷を発生するものである。半導体層６０としては、たとえば、セレンを主成分とする膜厚１０〜１５００μｍの非晶質Ｓｅ膜を用いることができるが、それに限定されることなく、ＰｂＩ_２、ＨｇＩ_２、Ｃｄ（Ｚｎ）Ｔｅ、Ｂｉ_１２ＴｉＯ_２０、Ｂｉ_１２ＳｉＯ_２０、Ｂｉ_１２ＧｅＯ_２０などでもよい。上記半導体層６０は、アクティブマトリクス基板７０上に真空蒸着法などによって形成される。

上部電極５０は、Ａｕ、Ａｌなどの低抵抗の導電材料で形成され、照射された放射線を透過する厚さで形成されている。なお、上部電極５０と半導体層６０の間に、電極からの電荷注入を防止する一方で発生した電荷のうち注入されるのとは反対の極性の電荷が上部電極５０に到達できるようにするための電荷輸送層や、非晶質Ｓｅの結晶化を防止するための結晶化防止層などの中間層を設けることができる。

アクティブマトリクス基板７０は、図４に示すように、被検体の放射線画像を構成する画素に対応する電荷収集電極とスイッチ素子などを含む単位素子７２が、ガラス基板７１上に２次元状に多数配列されたものである。

ここで、放射線画像検出器４０における各画素単位あるいはサブ画素ごとの構造の詳細について以下に説明する。なお、本実施形態でサブ画素とは、配列周期の位相が互いに逆位相となるように交互に配列された２つの線状電極群の組のことをいう。図５は放射線画像検出器４０の平面図、図６は図５に示す放射線画像検出器４０の６−６線断面図、図７は図５に示す放射線画像検出器４０の７−７線断面図である。

放射線画像検出器４０は、半導体層６０において発生した電荷を収集する第１の線状電極群８１ａと第２の線状電極群８１ｂとから構成される電荷収集電極と、第１の線状電極群８１ａによって収集された電荷を蓄積する第１の蓄積容量４１ａと、第２の線状電極群８１ｂによって収集された電荷を蓄積する第２の蓄積容量４１ｂと、第１の蓄積容量４１ａに蓄積された電荷を読み出すための第１のＴＦＴスイッチ４２ａと、第２の蓄積容量４１ｂに蓄積された電荷を読み出すための第２のＴＦＴスイッチ４２ｂとを備えている。

図８に、４画素に対応する単位素子７２の第１の線状電極群８１ａと第２の線状電極群８１ｂとの模式図を示す。第１の線状電極群８１ａと第２の線状電極群８１ｂとは、ともに多数の線状電極をピッチＰ_２で周期的に配列したものである。そして、第１の線状電極群８１ａの線状電極間に、第２の線状電極８１ｂの線状電極が配置されるように形成され、第１の線状電極８１ａの線状電極の配列周期の位相と第２の線状電極群８１ｂの線状電極の配列周期の位相とがπ（１８０°＝ピッチの半分に相当）だけずれるように形成されている。また、図８に示すように、第１の線状電極群８１ａの線状電極どうしは接続されており、第２の線状電極群８１ｂの線状電極どうしも接続されている。なお、線状電極間の接続線が電極として機能しないように、接続線を線状電極とは異なる面に配置する方が望ましいが、接続線の幅が狭ければ実質的な影響を問題にならないレベルに抑えることができる。

そして、第１の線状電極群８１ａの線状電極の配列ピッチＰ_２と、第２の線状電極群８１ｂの線状電極の配列ピッチＰ_２は、２μｍ以上１５μｍ以下とされる。なお、上述したように、この配列ピッチＰ_２の大きさが、放射線照射部１０におけるマルチスリット１２のスリットピッチＰ_０を決定する条件の一つとなる。なお、第１の線状電極群８１ａの各線状電極の幅と第２の線状電極群８１ｂの各線状電極の幅は、１μｍ以上１４μｍ以下である。

また、第１の線状電極群８１ａと第２の線状電極群８１ｂとは、たとえば、非晶質透明導電酸化膜から形成するようにすればよい。

また、第１の線状電極群８１ａおよび第２の線状電極群８１ｂと半導体層６０との間に電極からの電荷注入を防止する一方で、半導体層６０で発生した電荷を第１の線状電極群８１ａおよび第２の線状電極群８１ｂで収集するための電荷輸送層や非晶質Ｓｅの結晶化を防止する結晶化防止層などの中間層を設けても良い。

第１の蓄積容量４１ａは、接続電極８３ａとゲート絶縁膜８５と電荷蓄積容量電極８４とから構成され、ゲート絶縁膜８５が誘電体として作用し、接続電極８３ａと電荷蓄積容量電極８４との間に電荷が蓄積される。また、第２の蓄積容量４１ｂは、接続電極８３ｂとゲート絶縁膜８５と電荷蓄積容量電極８４とから構成され、ゲート絶縁膜８５が誘電体として作用し、接続電極８３ｂと電荷蓄積容量電極８４との間に電荷が蓄積される。

第１のＴＦＴ４２ａは、後述する走査配線７３から延伸して形成されたゲート電極４３ａと、接続電極８３ａから延伸して形成されたドレイン電極４３ｂと、後述するデータ配線７４から延伸して形成されたソース電極４３ｃと、ゲート絶縁膜８５と、半導体膜８８ａなどから構成されている。また、第２のＴＦＴ４２ｂは、走査配線７３から延伸して形成されたゲート電極４４ａと、接続電極８３ｂから延伸して形成されたドレイン電極４４ｂと、データ配線７４から延伸して形成されたソース電極４４ｃと、ゲート絶縁膜８５と、半導体膜８８ｂなどから構成されている。ゲート絶縁膜８５は、たとえば、ＳｉＮ_Ｘや、ＳｉＯ_Ｘなどから形成される。また、半導体膜８８ａ,８８ｂは、第１および第２のＴＦＴスイッチ４２ａ,４２ｂのチャネル部であり、データ配線７４と接続電極８３ａ,８３ｂとを結ぶ電流の通路である。

そして、絶縁保護膜８７が、第１の蓄積容量４１ａと第２の蓄積容量４１ｂ、第１のＴＦＴスイッチ４２ａと第２のＴＦＴスイッチ４２ｂ、およびデータ配線７４などを覆うように形成されている。絶縁保護膜８７には、第１の線状電極群８１ａと接続電極８３ａの接続部分および第２の線状電極群８１ｂと接続電極８３ｂの接続部分において、コンタクトホール８６が形成されている。

そして、絶縁保護膜８７の上面に層間絶縁膜８２が形成されており、層間絶縁膜８２には、コンタクトホール８６が貫通しており、そのコンタクトホール８６を介して第１の線状電極群８１ａと接続電極８３ａとが接続され、第２の線状電極群８１ｂと接続電極８３ｂとが接続されている。層間絶縁膜８２は、有機絶縁膜であり、第１および第２のＴＦＴスイッチ４２ａ,４２ｂの電気的な絶縁分離を図っている。有機絶縁膜の材料としては、たとえば、アクリル樹脂を用いることができる。

走査配線７３およびデータ配線７４は、図５に示すように、格子状に配列された電極配線であり、その交点近傍に第１のＴＦＴスイッチ４２ａおよび第２のＴＦＴスイッチ４２ｂが形成されている。そして、第１のＴＦＴスイッチ４２ａと第２のＴＦＴスイッチ４２ｂとには、それぞれ別の走査配線７３が接続されており、第１のＴＦＴスイッチ４２ａと第２のＴＦＴスイッチ４２ｂとは別個にＯＮ／ＯＦＦ制御されるように構成されている。

そして、データ配線７４の終端には、データ配線７４に流れ出した信号電荷を検出するアンプからなる読出回路（図示省略）が接続され、走査配線７３には、第１のＴＦＴスイッチ４２ａおよび第２のＴＦＴスイッチ４２ｂをそれぞれ独立にＯＮ/ＯＦＦ制御するための制御信号を出力するゲートドライバ（図示省略）が接続されている。

次に、上記実施形態の放射線位相画像撮像装置による放射線画像検出器への放射線画像の記録および読取りの作用について説明する。

まず、放射線照射部１０と回折格子３０との間に被検体２０が配置される（図１参照）。なお、本実施形態の放射線位相画像撮影装置においては、放射線照射部１０と回折格子３０との間に被検体２０を配置するようにしたが、回折格子３０と放射線画像検出器４０との間に配置するようにしてもよい。その場合、被検体から放射線画像検出器４０までの距離が近くなるとともに、拡大率が小さくなるので既存の放射線撮影室内に設置し易くなる。

そして、放射線照射部１０の放射線源１１から放射線が射出され、その放射線はマルチスリット１２を通過して被検体２０に照射される。そして、被検体２０を透過した放射線は回折格子３０に照射される。ついで、回折格子３０に照射された放射線は、回折格子３０を通過するが、このとき、回折格子３０ではタルボ効果を生じる。ここで、タルボ効果とは、平面波が回折格子を通過したとき、位相型回折格子の場合、上述した距離Ｚで与えられる距離において回折格子の自己像を形成することをいう。上記の場合、被検体２０による放射線の位相のずれがあるので、回折格子３０に入射する放射線の波面が歪んでいる。したがって、回折格子３０の自己像はそれに依存して変形している。

そして、電圧源によって放射線画像検出器４０の上部電極５０に正の電圧を印加した状態において、上記のようにして回折格子３０のタルボ効果によって形成された自己像を担持した放射線が、放射線画像検出器４０の上部電極５０側から照射される。なお、本実施形態の放射線位相画像撮影装置１においては、放射線画像検出器４０は、上部電極５０が放射線照射部１０側を向くように配置されているとともに、アクティブマトリクス基板７０の第１および第２の線状電極群８１ａ，８１ｂの各線状電極の長さ方向が、回折格子３０の回折部材３２の長さ方向とが同じ方向になるように配置されている。

そして、放射線画像検出器４０に照射された放射線は、上部電極５０を透過し、半導体層６０に照射される。そして、その放射線の照射によって半導体層６０において電荷対が発生し、そのうち負の電荷は上部電極５０に帯電した正の電荷と結合して消滅し、正の電荷は各単位素子７２の第１および第２の線状電極群８１ａ，８１ｂに収集され、第１および第２の蓄積容量４１ａ，４１ｂに蓄積される。

ここで、本放射線位相画像撮影装置の放射線画像検出器４０においては、半導体層６０において発生した電荷を収集する電荷収集電極が、第１の線状電極群８１ａと第２の線状電極群８１ｂとから構成されている。したがって、上記のようにして上部電極５０に電圧を印加すると、図９の点線矢印で示すように、半導体層６０内に、第１および第２の線状電極群８１ａ，８１ｂの各線状電極に向かってほぼ平行な、すなわち上部電極５０の面にほぼ垂直な電界が形成される。半導体層６０内に発生した電荷はその電界に沿って拡散することなく各線状電極に収集されるので、第１および第２の線状電極群８１ａ，８１ｂは、実質的に振幅型回折格子とその後に設置された検出器の組合せと同等の機能を果たすことになる。したがって、第１の蓄積容量４１ａには、上記変形した回折格子３０の自己像と第１の線状電極群８１ａによって形成される実質的な回折格子との重ね合わせにより生成された画像コントラストを表す電荷が蓄積され、第２の蓄積容量４１ｂには、上記変形した回折格子３０の自己像と第２の線状電極群８１ｂによって形成される実質的な回折格子との重ね合わせにより生成された画像コントラストを表す電荷が蓄積される。上記画像コントラストは、一般にモアレ縞となっている。そして、第１の線状電極群８１ａと第２の線状電極群８１ｂとは、上述したように互いにπだけ位相がずれているので、互いにπだけ位相がずれた２種類の位相成分に対応する信号が放射線画像検出器４０により検出される。

そして、次に、図示省略したゲートドライバから第１のＴＦＴスイッチ４２ａに接続された各走査配線７３に第１のＴＦＴスイッチ４２ａをＯＮするための制御信号が順次出力される。そして、ゲートドライバから出力された制御信号に応じて第１のＴＦＴスイッチ４２ａがＯＮし、各単位素子７２の第１の蓄積容量４１ａからデータ配線７４に蓄積電荷が読み出される。そして、データ配線７４に流れ出した電荷信号は、図示省略した読出回路のチャージアンプにより第１の位相成分に対応する画像信号として検出される。

ついで、図示省略したゲートドライバから第２のＴＦＴスイッチ４２ｂに接続された各走査配線７３に第２のＴＦＴスイッチ４２ｂをＯＮするための制御信号が順次出力される。そして、ゲートドライバから出力された制御信号に応じて第２のＴＦＴスイッチ４２ｂがＯＮし、各単位素子７２の第２の蓄積容量４１ｂからデータ配線７４に蓄積電荷が読み出される。そして、データ配線７４に流れ出した電荷信号は、図示省略した読出回路のチャージアンプにより第２の位相成分に対応する画像信号として検出される。

ここで、上記のようにして生成されたモアレ縞は、被検体２０により変調を受けており、その変調量は、被検体２０による屈折効果によって放射線が曲げられた角度に比例している。したがって、上記のようにして放射線画像検出器４０によって検出された第１の位相成分に対応する画像信号と第２の位相成分に対応する画像信号とを解析することにより、被検体２０およびその内部の構造を検出することができる。

次に、上記第１の実施形態の放射線位相画像撮影装置における放射線画像検出器４０の変形例について説明する。

図８に示した放射線画像検出器４０の第１の線状電極群８１ａおよび第２の線状電極群８１ｂに加えて、図１０に示すように、各単位素子７２の第１および第２の線状電極群８１ａ，８１ｂからなる電荷収集電極を囲むように、格子状に定電位線状電極９０を設けるようにしてもよい。電荷収集電極間に隙間があると電界が曲げられ、線状電極がない部分からも電荷が集まり、位相成分のコンタミが起こる。そこで、上述したように定電位が印加される定電位線状電極９０を設けることによって、電界を安定させることができ、上記のようなコンタミの発生を防止することができる。定電位線状電極９０には、周囲の電荷収集電極との間の電位差が大きくならないような電位が印加される。つまり、電荷収集電極とほぼ同電位の電位とされ、具体的には、接地またはそれに近い電位とされる。なお、上記のように定電位線状電極９０を設ける場合には、第１の線状電極群８１ａと第２の線状電極群８１ｂは、図１０に示すように構成および配置することが望ましい。

また、上記実施形態の放射線画像検出器４０においては、各単位素子７２に、電荷収集電極として、互いにπだけ位相のずれた第１の線状電極群８１ａと第２の線状電極群８１ｂとを設けるようにしたが、電荷収集電極の形状としてはこれに限らない。

たとえば、図１１に示すように、線状電極をピッチＰ_２で多数配列した第１〜第６の線状電極群１０１〜１０６を、各線状電極群の線状電極の配列周期の位相がπ／３ずつずれるように配置するようにしてもよい。具体的には、第１の線状電極群１０１の位相を０とすると、第２の線状電極群１０２の位相はπ／３、第３の線状電極群１０３の位相は２π／３、第４の線状電極群１０４の位相はπ、第５の線状電極群１０５の位相は４π／３、第６の線状電極群１０６の位相は５π／３となるように配置するようにしてもよい。

図１１に示すように電荷収集電極を構成し、第１〜第６の線状電極群１０１〜１０６によって収集された電荷を各線状電極群毎に読み出すようにすることによって、一度の放射線画像の撮影により、互いに位相の異なる６種類の位相成分に対応する画像信号を取得することができる。

また、図１２に示すように、１つの単位素子７２に対応する画素を複数（ここでは、３つ）のサブ画素に区分し、このサブ画素毎に、互いに位相の異なる線状電極群を配置するようにしてもよい。なお、上記サブ画素は、前述したように配列周期の位相が互いに逆位相となるように交互に配列された２つの線状電極群の組を意味している。具体的には、図１２に示す変形例では、サブ画素ＳＰ１に、線状電極がピッチＰ_２で配列された第１の線状電極群１１１と第２の線状電極群１１２とを互いに位相がπだけずれるように配置し、サブ画素ＳＰ２に、線状電極がピッチＰ_２で配列された第３の線状電極群１１３と第４の線状電極群１１４とを互いに位相がπだけずれるように配置し、サブ画素ＳＰ３に、線状電極がピッチＰ_２で配列された第５の線状電極群１１５と第６の線状電極群１１６とを互いに位相がπだけずれるように配置している。そして、サブ画素ＳＰ１とサブ画素ＳＰ２の隣接する線状電極群がピッチ（７／６）・Ｐ_２だけ離れるように配置し、サブ画素ＳＰ２とサブ画素ＳＰ３の隣接する線状電極群がピッチ（７／６）・Ｐ_２だけ離れるように配置することによってサブ画素間で位相が４π／３ずれるように配置している。図１２に示すように１画素の中に線状電極群を配置することによって、第１の線状電極群１１１の位相を０とすると、第２の線状電極群１１２の位相はπ、第３の線状電極群１１３の位相は４π／３、第４の線状電極群１１４の位相はπ／３、第５の線状電極群１１５の位相は２π／３、第６の線状電極群１１６の位相は５π／３となる。なお、線状電極群１１７と線状電極群１１８は、隣接画素の線状電極群である。

図１２に示すように電荷収集電極を構成し、第１〜第６の線状電極群１１１〜１１６によって収集された電荷を各線状電極群毎に読み出すようにすることによって、一度の放射線画像の撮影により、互いに異なる６種類の位相成分に対応する画像信号を取得することができる。図１１に示す電荷収集電極の構成でも６種類の位相成分に対応する画像信号を取得することができるが、図１２に示すように電荷収集電極を構成することによって、線状電極の幅を図１１の場合に比べて広くすることができる。図１２に示す構成とすると空間分解能は低下するが、線状電極の接続も容易である。

また、図１２に示した第１〜第６の線状電極群１１１〜１１６に加えて、図１３に示すように、各単位素子７２の第１〜第６の線状電極群１１１〜１１６からなる電荷収集電極を囲むように、格子状に定電位線状電極１１９を設けるようにしてもよい。この定電位線状電極１１９の作用効果は、図１０における説明と同様である。定電位線状電極１１９にも、周囲の電荷収集電極との間の電位差が大きくならないような電位が印加される。つまり、電荷収集電極とほぼ同電位の電位とされ、具体的には、接地またはそれに近い電位とされる。なお、図１３に示すように、定電位線状電極１１９を設ける場合には、線状電極に直交する方向に隣接する画素間の線状電極群、具体的には、線状電極群１１６と線状電極群１１７とのピッチは（１０／６）・Ｐ_２とされる。

また、図１３に示すように定電位電極１１９を各画素を囲むように設けるのではなく、図１４に示すように定電位電極１２０を各サブ画素を囲むように設けるようにしてもよい。

また、図１５に示すように、１つの検出素子７２に対応する画素を２つのサブ画素に区分し、このサブ画素毎に、互いに位相の異なる線状電極群を配置するようにしてもよい。具体的には、図１５に示す変形例では、サブ画素ＳＰ１に、線状電極がピッチＰ_２で配列された第１の線状電極群１３１と第２の線状電極群１３２とを互いに位相がπだけずれるように配置し、サブ画素ＳＰ２に、線状電極がピッチＰ_２で配列された第３の線状電極群１３３と第４の線状電極群１３４とを互いに位相がπだけずれるように配置している。そして、サブ画素ＳＰ１とサブ画素ＳＰ２の隣接する線状電極群がピッチ５Ｐ_２／４だけ離れるように配置すると、第１の線状電極群１３１の位相を０とすると、第２の線状電極群１３２の位相はπ、第３の線状電極群１３３の位相は３π／２、第４の線状電極群１３４の位相はπ／２となり、第１〜第４の線状電極群はπ／２ずつ異なる位相に対応した線状電極群となる。なお、線状電極群１３５〜１３８は、隣接画素の線状電極群であり、線状電極群１３５が、第１の線状電極群１３１と同じ位相の信号を検出するものであり、線状電極群１３６が、第２の線状電極群１３２と同じ位相の信号を検出するものであり、線状電極群１３７が、第３の線状電極群１３３と同じ位相の信号を検出するものであり、線状電極群１３８が、第４の線状電極群１３４と同じ位相の信号を検出するものである。

図１５に示すように電荷収集電極を構成し、第１〜第４の線状電極群１３１〜１３４によって収集された電荷を各線状電極群毎に読み出すようにすることによって、一度の放射線画像の撮影により、互いに異なる４種類の位相成分に対応する画像信号を取得することができる。

また、図１２および図１５では、１つの検出素子７２に対応する画素を３つまたは２つのサブ画素に区分した場合を示したが、これに限らず、ｎ個（ｎ≧４）のサブ画素に区分してもよい。この場合、隣接するサブ画素における隣接する線状電極群間のピッチを、（２ｎ＋１）Ｐ_２／２ｎにするとπ／ｎずつ異なる位相に対応した線状電極群とすることができる。

２つ〜３つ程度のサブ画素に区分すれば４つ〜６つの位相成分のデータが一度の撮影で得られ、好ましい位相画像を取得することができる。また、サブ画素に分割しないで４つ〜６つの位相成分のデータを一度の撮影で得るためには図１１の構成が考えられるが、各線状電極の幅が狭くなり、製造上の問題が生じるおそれがあり実用的でない。一方、画素サイズを維持したままｎ≧４とすると、個々の線状電極群の線状電極の数が少なくなり、位相成分のデータとして精度が低下することになる。

また、上記のように複数のサブ画素に区分する場合には、図１２〜図１５に示すように、サブ画素内の線状電極群の組の線状電極の長さ方向についての幅を、線状電極群の組の長さ方向に直交する方向についての幅よりも大きくすることが望ましい。

また、上述した変形例は、各単位素子７２に複数の線状電極群を設けるようにした例であるが、たとえば、図１６に示すように、各単位素子７２に、線状電極がピッチＰ_２で配列された線状電極群１２１を１つだけ設けるようしてもよい。なお、図１６は隣接する４つの単位素子７２の線状電極群１２１を示している。なお、図１６に示すように、単位素子７２の電荷収集電極を１つの線状電極群によって構成するとともに、互いに異なる複数種類の位相成分に対応する画像信号を取得する場合には、放射線画像検出器４０および回折格子３０をそれぞれの面に沿って線状電極と直交する方向（図１６の矢印Ａ方向）に相対的に移動させる移動機構を設け、その移動機構による移動にともなって放射線画像の撮影を複数回行なうようにすればよい。たとえば、ピッチＰ_２の１／３ずつ動かして、それぞれの位置での放射線画像の撮影を行なうことにより３種類の位相成分に対応する画像信号が取得でき、また、ピッチＰ_２の１／６ずつ動かして、それぞれの位置で放射線画像の撮影を行なうことにより６種類の位相成分に対応する画像信号が取得できる。

また、図１６に示す線状電極群１２１からなる電荷収集電極に、さらに、図１７に示すように、定電位線状電極１２２を設けるようにしてもよい。定電位線状電極１２２は、線状電極群１２１の各線状電極間に配置されるとともに、各単位素子７２を囲むように格子状に配置されている。この定電位線状電極１２２の作用効果は、図１０における説明と同様である。定電位線状電極１２２にも、周囲の電荷収集電極との間の電位差が大きくならないような電位が印加される。つまり、電荷収集電極とほぼ同電位の電位とされ、具体的には、接地またはそれに近い電位とされる。

また、図８に示すように、各単位素子７２に線状電極群を２つだけ設けるとともに、放射線画像検出器４０および回折格子３０をそれぞれの面に沿って線状電極と直交する方向に相対的に移動させる移動機構を設け、その移動機構による移動にともなって放射線画像の撮影を複数回行なうようにしてもよい。たとえば、ピッチＰ_２の１／３ずつ動かして、それぞれの位置で放射線画像の撮影を行なうことにより６種類の位相成分に対応する画像信号が取得できる。

また、図８においては、各単位素子７２に、互いに位相がπだけずれた第１の線状電極群８１ａと第２の線状電極群８１ｂとを設ける場合について説明したが、これに限らず、たとえば、各単位素子７２に位相が２π／３ずつずれた３つの線状電極群を設けるようにしてもよい。このように電荷収集電極を構成することにより、１回の放射線画像の撮影で３種類の位相成分に対応する画像信号を取得することができる。つまり、各単位素子７２に線状電極群を１つだけ設けた放射線画像検出器を用いた場合と比較すると、放射線画像の撮影回数を１／３にすることができる。また、各単位素子７２の電荷収集電極を、上記のように３つの線状電極群から構成するとともに、放射線画像検出器および回折格子を上述したように相対的に移動させる移動機構を設け、たとえば、ピッチＰ_２の１／２ずつ動かして、それぞれの位置で放射線画像の撮影を行なうことにより６種類の位相成分に対応する画像信号が取得できる。

なお、上記第１の実施形態の放射線位相画像撮影装置においては、ＴＦＴスイッチを備えた放射線画像検出器を用いるようにしたが、スイッチ素子としてはＴＦＴだけでなく、ＣＭＯＳやＣＣＤなどを利用するようにしてもよい。

また、上記第１の実施形態の放射線位相画像撮影装置においては、放射線画像の記録時に正電圧が印加される放射線画像検出器４０を用いるようにしたが、これに限らず、放射線画像の記録時に負の電圧が印加されるＴＦＴ読取方式の放射線画像検出器を用いるようにしてもよい。

次に、本発明の放射線画像検出器を用いた放射線位相画像撮影装置の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の放射線位相画像撮影装置は、光読取方式の放射線画像検出器を用いたものである。第２の実施形態の放射線位相画像撮影装置は、第１の実施形態の放射線位相画像撮影装置と放射線画像検出器の構成のみが異なるものであるため、以下のその放射縁画像検出器の構成について説明する。図１８（Ａ）は放射線画像検出器の斜視図、図１８（Ｂ）は図１８（Ａ）に示す放射線画像検出器のＸＺ面断面図、図１８（Ｃ）は図１８（Ａ）に示す放射線画像検出器のＸＹ面断面図である。

第２の実施形態の放射線位相画像撮影装置における放射線画像検出器２００は、図１８（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、放射線を透過する第１の電極層２０１、第１の電極層２０１を透過した放射線の照射を受けることにより電荷を発生する記録用光導電層２０２、記録用光導電層２０２において発生した電荷のうち一方の極性の電荷に対しては絶縁体として作用し、且つ他方の極性の電荷に対しては導電体として作用する電荷輸送層２０４、読取光の照射を受けることにより電荷を発生する読取用光導電層２０５、および第２の電極層２０６をこの順に積層してなるものである。記録用光導電層２０２と電荷輸送層２０４との界面近傍には、記録用光導電層２０２内で発生した電荷を蓄積する蓄電部２０３が形成される。なお、上記各層は、ガラス基板２０７上に第２の電極層２０６から順に形成されている。

第１の電極層１としては、放射線を透過するものであればよく、たとえば、ネサ皮膜（ＳｎＯ₂）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、アモルファス状光透過性酸化膜であるＩＤＩＸＯ（Idemitsu Indium X-metal Oxide ；出光興産（株））などを５０〜２００ｎｍ厚にして用いることができ、また、１００ｎｍ厚のＡｌやＡｕなども用いることもできる。

第２の電極層２０６は、読取光を透過する複数の透明線状電極２０６ａと読取光を遮光する複数の遮光線状電極２０６ｂとを有するものである。透明線状電極２０６ａと遮光線状電極２０６ｂとは、放射線画像検出器２００の画像形成領域の一方の端部から他方の端部まで連続して直線状に延びるものである。そして、透明線状電極２０６ａと遮光線状電極２０６ｂとは、図１８（Ａ），（Ｂ）に示すように、所定の間隔を空けて交互に平行に配列されている。

透明線状電極２０６ａは読取光を透過するとともに、導電性を有する材料から形成されている。たとえば、第１の電極層１と同様に、ＩＴＯ、ＩＺＯやＩＤＩＸＯを用いることができる。そして、その厚さは１００〜２００ｎｍ程度である。

遮光線状電極２０６ｂは読取光を遮光するとともに、導電性を有する材料から形成されている。消去光は透過することが望ましいので、たとえば、上記の透明導電材料とカラーフィルターを組み合せて用いることができる。透明導電材料の厚さは１００〜２００ｎｍ程度である。

そして、後述するように隣接する透明線状電極２０６ａと遮光線状電極２０６ｂを１組として画像信号が読み出されるが、本実施形態の放射線画像検出器２００においては、図１９に示すように、透明線状電極２０６ａと遮光線状電極２０６ｂの組が、放射線画像を構成する１画素単位に対応する幅の中に２０組配置されるように構成されている。つまり、１画素単位に対応する幅の中に第１の線状電極組２１１、第２の線状電極組２１２、第３の線状電極組２１３、第４の線状電極組２１４、・・・など第２０の線状電極組までが配置されている。ここで、本発明においては、第２の実施形態の「画素単位」は線状電極と垂直方向の区分のみを意味するものとする。そして、図１８に示すように、第１の線状電極組２１１と第３の線状電極組２１３との間隔と、第２の線状電極組２１２と第４の線状電極組２１４との間隔、など１組おきの間隔がそれぞれピッチＰ_２となるように配置されている。このピッチＰ_２は２μｍ以上１５μｍ以下に設定される。そして、第２ｎ−１（ｎは１以上１０以下の整数）の線状電極組から第１の線状電極群が構成され、第２ｎ（ｎは１以上１０以下の整数）の線状電極組から第２の線状電極群が構成される。そして、上述した１画素幅内の第１および第２の線状電極群が、線状電極の長さ方向に直交する方向に繰り返して配置される。この場合、第１の線状電極群と第２の線状電極群とは、線状電極組の配列周期の位相がπだけずれるように配置されていることになる。なお、図示していないが、第１の線状電極群の透明線状電極２０６ａどうしは導線などの接続線により物理的に接続されており、第２の線状電極群の透明線状電極２０６ａどうしも導線などの接続線により物理的に接続されている。

記録用光導電層２０２は、放射線の照射を受けることにより電荷を発生するものであればよく、放射線に対して比較的量子効率が高く、また暗抵抗が高いなどの点で優れているａ−Ｓｅを主成分とするものを使用する。厚さは１０μｍ以上１５００μｍ以下が適切である。また、特にマンモグラフィ用途である場合には、１５０μｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましく、一般撮影用途である場合には、５００μｍ以上１２００μｍ以下であることが好ましい。

電荷輸送層２０４としては、たとえば、放射線画像の記録の際に第１の電極層２０１に帯電する電荷の移動度と、その逆極性となる電荷の移動度の差が大きい程良く（例えば１０^２以上、望ましくは１０^３以上）、たとえば、ポリＮ−ビニルカルバゾール（ＰＶＫ）、N,N'−ジフェニル−N,N'−ビス（３−メチルフェニル）−〔1,1'−ビフェニル〕−4,4'−ジアミン（ＴＰＤ）やディスコティック液晶等の有機系化合物、或いはＴＰＤのポリマー（ポリカーボネート、ポリスチレン、ＰＶＫ）分散物，Ｃｌを１０〜２００ｐｐｍドープしたａ−Ｓｅ、Ａｓ_２Ｓｅ_３等の半導体物質が適当である。厚さは０．２〜２μｍ程度が適切である。

読取用光導電層２０５としては、読取光の照射を受けることにより導電性を呈するものであればよく、たとえば、ａ−Ｓｅ、Ｓｅ−Ｔｅ、Ｓｅ−Ａｓ−Ｔｅ、無金属フタロシアニン、金属フタロシアニン、ＭｇＰｃ（Magnesium phtalocyanine），ＶｏＰｃ（phaseII of Vanadyl phthalocyanine）、ＣｕＰｃ（Cupper phtalocyanine）などのうち少なくとも１つを主成分とする光導電性物質が好適である。厚さは５〜２０μｍ程度が適切である。

次に、上記第２の実施形態の放射線画像装置の放射線画像検出器への放射線画像の記録および読取りの作用について説明する。

放射線照射部１０からの放射線の射出から回折格子３０による自己像の形成までは上記第１の実施形態の放射線位相画像撮影装置の作用と同様であるので説明を省略する。

そして、図２０（Ａ）に示すように高圧電源３００によって放射線画像検出器２００の第１の電極層２０１に負の電圧を印加した状態において、回折格子３０のタルボ効果によって形成された自己像を担持した放射線が、放射線画像検出器２００の第１の電極層２０１側から照射される。

そして、放射線画像検出器２００に照射された放射線は、第１の電極層２０１を透過し、記録用光導電層２０２に照射される。そして、その放射線の照射によって記録用光導電層２０２において電荷対が発生し、そのうち正の電荷は第１の電極層２０１に帯電した負の電荷と結合して消滅し、負の電荷は潜像電荷として記録用光導電層２０２と電荷輸送層２０４との界面に形成される蓄電部２０３に蓄積される（図２０（Ｂ）参照）。

ここで、本放射線位相画像撮影装置の放射線画像検出器２００においては、記録用光導電層２０２において発生した電荷を蓄電部２０３に収集するために用いられる第２の電極層２０６が、透明線状電極２０６ａと遮光線状電極２０６ｂとから構成されている。したがって、上記のようにして第１の電極層２０１に電圧を印加すると、記録用光導電層２０２内に、透明線状電極２０６ａおよび遮光線状電極２０６ｂの各線状電極から第１の電極層２０１に向かってほぼ平行な、すなわち第１の電極層２０１の面にほぼ垂直な電界が形成される。記録用光導電層２０２内に発生した負電荷はその電界に沿って拡散することなく各線状電極方向に移動して蓄電部２０３に収集されるので、透明線状電極２０６ａおよび遮光線状電極２０６ｂは、その後に設置された検出器の組合せと実質的に振幅型回折格子と同等の機能を果たすことになる。したがって、図１８に示した第２ｎ−１（ｎは１以上１０以下の整数）の線状電極組からなる第１の線状電極群の上部の蓄電部２０３には、変形した回折格子３０の自己像と上記第１の線状電極群によって形成される実質的な回折格子との重ね合わせにより生成された画像コントラストを表す電荷が蓄積され、図１８に示した第２ｎ（ｎは１以上１０以下の整数）の線状電極組からなる第２の線状電極群の上部の蓄電部２０３には、変形した回折格子３０の自己像と上記第２の線状電極群によって形成される実質的な回折格子との重ね合わせにより生成された画像コントラストを表す電荷が蓄積される。上記画像コントラストは、一般にモアレ縞となっている。そして、第１の線状電極群と第２の線状電極群とは、上述したように互いにπだけ位相がずれているので、互いにπだけ位相がずれた２種類の位相成分に対応する画像信号が放射線画像検出器２００により検出される。

そして、次に、図２１に示すように、第１の電極層２０１が接地された状態において、第２の電極層２０６側から読取光Ｌ１が照射され、読取光Ｌ１は透明線状電極２０６ａを透過して読取用光導電層２０５に照射される。読取光Ｌ１の照射により読取用光導電層２０５において発生した正の電荷が蓄電部２０４における潜像電荷と結合するとともに、負の電荷が、遮光線状電極２０６ｂに接続されたチャージアンプ３０５を介して遮光線状電極２０６ｂに帯電した正の電荷と結合する。

そして、読取用光導電層２０５において発生した負の電荷と遮光線状電極２０６ｂに帯電した正の電荷との結合によって、チャージアンプ３０５に電流が流れ、この電流が積分されて画像信号として検出される。

このとき、図１９に示す第１の線状電極組２１１と第３の線状電極組２１３からなる第１の線状電極群から流れ出した電荷はチャージアンプ３０５により第１の位相成分に対応する画像信号として検出される。一方、図１８に示す第２の線状電極組２１２と第４の線状電極組２１４からなる第２の線状電極群から流れ出した電荷はチャージアンプ３０５により第２の位相成分に対応する画像信号として検出される。

そして、上記のようにして放射線画像検出器２００によって検出された第１の位相成分に対応する画像信号と第２の位相成分に対応する画像信号とを解析することにより、被検体２０およびその内部の構造を検出することができる。

なお、上記第２の実施形態の放射線位相画像撮影装置において、放射線画像検出器２００および回折格子３０をそれぞれの面に沿って線状電極と直交する方向に相対的に移動させる移動機構を設け、その移動機構による移動にともなって放射線画像の撮影を複数回行なうようにしてもよい。たとえば、ピッチＰ_２の１／３ずつ動かして、それぞれの位置で放射線画像の撮影を行なうことにより６種類の位相成分に対応する画像信号が取得できる。

また、上記第１の実施形態の場合と同様に第２の実施形態においても、それぞれの線状電極群に属する線状電極群が順番に配列された線状電極群の組を異なる位置に互いに位相が異なるように配置することができる。そのようにすることによって上述した移動機構がなくても位相画像を形成するのに十分な数の位相成分に対応する画像を同時に取得することができる。

また、上記第２の実施形態の放射線位相画像撮影装置においては、放射線画像の記録時に負電圧が印加される放射線画像検出器２００を用いるようにしたが、これに限らず、放射線画像の記録時に正の電圧が印加される光読取方式の放射線画像検出器を用いるようにしてもよい。

また、上記第１および第２の実施形態の放射線位相画像撮影装置において、複数の位相成分に対応する画像信号を取得するようにした場合には、これらの画像信号を用いて位相シフト微分像（被検体による屈折効果によって放射線が曲げられる角度の分布像）や、位相シフト像（位相シフト微分を積分したもの）を演算することができ、これらも撮像の目的に応じて利用することができる。位相シフト微分像や位相シフト像の演算方法については、たとえば、国際公開ＷＯ２００４／０５８０７０号公報に示されている。

また、上記第１および第２の実施形態の放射線位相画像撮影装置においては、被検体または放射線位相画像撮影装置（放射線照射部１０、回折格子３０および放射線画像検出器４０,２００）のいずれかを回転させたり、移動させたりして複数の投影方向で画像を取得し、それらに演算処理を施すことにより、被検体およびその内部構造を立体的に観察することができる。なお、この場合、従来のトモグラフィやトモシンセシスとは異なり、屈折率分布により立体像が形成されることになり、従来のトモグラフィやトモシンセシスの感度では描出しにくい構造を描出することができる。

また、上記第１および第２の実施形態の放射線位相画像撮影装置において、取得した複数の位相成分に対応する信号から３次元画像を構成してもよいし、その３次元画像から任意の断層画像を生成するようにしてもよい。

次に、本発明の第３の実施形態の放射線位相画像撮影装置について説明する。図２２に第３の実施形態の放射線位相画像撮影装置の概略構成を示す。図２３に図２２に示す放射線位相画像撮影装置の上面図を示す。なお、図２３における紙面厚さ方向が図２２におけるＹ方向に相当する。

第３の実施形態の放射線位相画像撮影装置は、図２２に示すように、放射線を被検体１０に向かって照射する放射線源３０１と、放射線源３０１から射出された放射線が照射され、その照射によりタルボ効果を生じるように構成された回折格子３２０と、回折格子３２０により回折された放射線を検出する放射線画像検出器３００とを備えている。

放射線源３０１は、回折格子３２０に放射線を照射したとき、タルボ効果を発生させうるだけの空間的干渉性を有するものとする。たとえば、放射線の発光点のサイズ（つまり、放射線源の開口径）を３０ミクロン程度とし、その放射線源から約５メートル以上の位置での空間的干渉性がそれに相当する。また、放射線源３０１としては、マイクロフォーカスＸ線管やプラズマＸ線源を利用することもできる。比較的サイズの大きな通常の放射線源を用いる場合は、放射線が通過するマルチスリットを放射線の射出側に設置して使用することができる。この場合の詳細な構成は、たとえば、“Franz Pfeiffer, Timm Weikamp, Oliver Bunk, Christian David, Nature Physics 2, 258-261(01 Apr 2006)Letters, Phase retrieval and differential phase-contrast imaging with low-brilliance X-ray sources”に記されているが、そのマルチスリットのピッチＰ_０は以下の式を満たすような大きさとする必要がある。

Ｐ_０＝Ｐ_２×Ｌ／Ｚ_３
なお、Ｐ_２は放射線画像検出器３００の線状電極のピッチ（円筒面に沿った距離）、Ｌは放射線源３０１（マルチスリットを用いる場合はマルチスリットの位置）から回折格子３２０までの距離、Ｚ_３は回折格子３２０から放射線画像検出器３００までの距離である。

回折格子３２０は、図２４に示すように、基板３２１と、この基板３２１に取り付けられた複数の回折部材３２２とを備えている。複数の回折部材３２２は、いずれも一方向（図２４中紙面の厚さ方向）に延びる線状形状で形成されている。複数の回折部材３２２どうしの間隔（つまり、回折格子の周期）Ｐ_３は、この実施形態では一定とされている（これを円筒面上に曲げて配置する場合を想定）。複数の回折部材３２２の素材としては、たとえば、金を用いることができる。回折部材３２２としては、照射される放射線に対して約８０°〜１００°（理想的には９０°）の位相変調を与える、いわゆる位相型回折格子を構成するものであることが望ましい。通常の医療診断用のＸ線エネルギー領域において必要な金の厚さは１μｍ〜数μｍ程度になる。

ここで、回折格子３２０は、図２４においては見易くするため平面形状として表しているが、本実施形態の放射線位相画像撮影装置においては、図２３に示すように、曲面を形成している。具体的には、回折格子３２０は、放射線源３０１を通り回折格子３２０の回折部材３２２の長さ方向に延びる直線（図２３における放射線源３０１を通り紙面厚さ方向に延びる直線）を中心軸とする円筒面に沿って形成されている。上記のように回折格子３２０を形成するには、たとえば、基板３２１として透明なフレキシブル基板を用い、そのフレキシブル基板上に回折部材３２２を形成した後、上記円筒面を有する基材に貼り合わせるようにすればよい。また、基板３２１としてプラスチックフィルムを貼りあわせて補強して薄いガラス基板を用い、その補強したガラス基板上に回折部材３２２を形成した後、上記円筒面を有する基材に貼り合わせるようにしてもよい。

放射線画像検出器３００は、上記第１および第２の実施形態およびその変形例で説明した構成の検出器を利用することができるが、本実施形態で利用する放射線画像検出器３００は、さらに図２３に示すように曲面を形成している。具体的には、放射線画像検出器３００は、放射線源３０１を通り回折格子３２０の回折部材３２２の長さ方向に延びる直線（図２３における放射線源３０１を通り紙面厚さ方向に延びる直線）を中心軸とする円筒面に沿って形成されている。上記のように放射線画像検出器３００を形成するには、たとえば、アクティブマトリクス基板７０の基板７１として透明なフレキシブル基板を用い、そのフレキシブル基板上に単位素子７２を形成した後、上記円筒面を有する基材に貼り合わせ、その後、アクティブマトリクス基板７１上に半導体層６０および上部電極５０を形成するようにすればよい。なお、フレキシブル基板上に単位素子７２を形成し、アクティブマトリクス基板７１上に半導体層６０および上部電極５０を形成した後、上記円筒面を有する基材に貼り合わせるようにしてもよいが、半導体層６０が厚い場合は割れたり剥離したりしやすくなる。

また、基板７１として、上記フレキシブル基板の代わりにプラスチックフィルムを貼りあわせて補強した薄いガラス基板を用いるようにしてもよい。なお、基板側から光照射を行う場合は透明基板および透明基材を用いることが望ましい。

次に、回折格子３２０と放射線画像検出器３００がタルボ干渉計を構成する条件を説明する。まず、可干渉距離ｌは、次のようになる。

ただし、
λ：放射線の波長（通常は中心波長）
ａ：回折部材にほぼ直交する方向における放射線源の開口径
Ｌ：放射線源（マルチスリットを用いる場合はマルチスリットの位置）から回折格子３２０までの距離（図２３参照）
Ｚ_３：回折格子３２０から放射線画像検出器３００までの距離（図２３参照）
である。

また、回折格子３２０から放射線画像検出器３００までの距離Ｚ_３は、回折格子３２０が位相型回折格子であることを前提にすれば、次の条件をほぼ満たさなければならない。

ただし、ｍは０か正の整数、λは放射線の波長である。

なお、回折格子３２０が振幅型回折格子である場合の条件は次のようになる。

ただし、ｍは０か正の整数、λは放射線の波長である。

上記第３の実施形態の放射線位相画像撮影装置の作用については、上記第１および第２の実施形態の放射線位相画像撮影装置と同様である。

なお、上記第３の実施形態の放射線位相画像撮影装置においても、放射線画像検出器３００および回折格子３２０をそれぞれの面に沿って線状電極と直交する方向に相対的に移動させる移動機構を設け、その移動機構による移動にともなって放射線画像の撮影を複数回行なうようにしてもよい。たとえば、ピッチＰ_２の１／３ずつ動かして、それぞれの位置で放射線画像の撮影を行なうことにより６種類の位相成分に対応する画像信号が取得できる。

また、上記第３の実施形態の放射線位相画像撮影装置において、回折格子３２０として、いわゆる位相型回折格子を用いるようにした場合には、回折部材３２２の厚さが薄いので、放射線が斜めから入射してもそのビームが回折部材３２２により遮断されることがない。したがって、上記第３の実施形態のように必ずしも曲面で形成する必要はなく、平面形状で形成するようにしてもよい。ただし、回折格子３２０を平面形状で形成するようにした場合には、回折格子３２０の中心からの距離が離れるにつれて、回折部材３２２の間隔を広げるようにすることが望ましい。

ここで、放射線ビームの中心軸Ｃと回折格子３２０との交点Ｑから回折部材と垂直方向に距離ｘだけ離れた場所（ｒ,ｘ）におけるピッチＰ(x)の算出方法について説明する。

ピッチＰ（ｘ）は下式（４）のように表すことができる（図２５参照。図２５は、図２２に示す放射線位相画像撮影装置の上面図であり、紙面垂直方向が図２２のＹ方向に相当する。）

ただし、ｒは放射線源３０１（マルチスリットを用いる場合はマルチスリットの位置）から回折格子３２０までの距離であり、ｒΔθは放射線ビームの中心軸Ｃと回折格子３２０との交点Ｑにおけるピッチである。

そして、ｘ／ｒ＝tanθであるので、これを式（４）に代入すると、Ｐ（ｘ）は下式（５）で表すことができる。

また、回折格子３２０の形状は、上述したような円筒面に沿った形状あるいは平面形状に限らず、回折格子３２０による円筒面への投影像が等間隔の格子縞となるような形状であれば如何なる形状でもよい。具体的には、楕円柱面，放物線柱面、双曲線柱面、などが考えられる。これらの中では平面がもっとも簡便であり、望ましいが、回折格子３２０を移動させる場合は円筒面でないとわずかながら誤差を生じる。

また、上記第３の実施形態の放射線位相画像撮影装置においては、放射線画像検出器３００を円筒形状に構成するようにしたので、この放射線画像検出器３００により取得された周期情報に基づく画像データにより再生される放射線画像は、放射線の広がりを考慮した被検体の情報をより忠実に表したものとなる。しかしながら、画像診断を行なう医師としては、放射線の広がりを考慮していない従来の放射線位相画像撮影装置により取得された形状の放射線画像の方が見慣れていて、診断し易い場合が考えられる。

そこで、図２６に示すように、画像処理部３０２を設け、その画像処理部３０２において放射線画像検出器３００により検出された周期情報に基づく画像データに対し、その画像データが回折格子３２０により回折された放射線が所定の平面上に投影されたときの放射線画像を表すものとなるような画像処理を施すようにしてもよい。具体的には、たとえば、放射線画像の中心から離れるにつれて放射線画像が拡大されるような処理を施すようにすればよい。そして、その処理済画像データに基づいて記録部３０３により所定の記録媒体に放射線画像を再生したり、表示部３０４により放射線画像を表示したりするようにすれば、医師に対して診断し易い放射線画像を提供することができる。

また、上記第３の実施形態の放射線位相画像撮影装置を、Ｘ線位相ＣＴ装置に適用するようにしてもよい。具体的には、図２７に示すように、放射線源３０１と放射線画像検出器３００との間に配置された被検体３１０に対して、放射線源３０１、回折格子３２０および放射線画像検出器３００を図２７の矢印方向に一体的に回転させる回転機構を設け、その回転機構による移動に伴って放射線画像検出器３００により検出された被検体３１０の複数の画像データに基づいて、３次元画像構成部４００において被検体３１０の３次元画像を構成するようにしてもよい。

なお、上記第３の実施形態の放射線位相画像撮影装置を、Ｘ線位相ＣＴ装置に適用する場合には、放射線画像検出器の構成は、１回の撮影で必要な全ての位相情報が検出できるような構成であることが望ましい。

また、被検体３１０の配置は、図２７に示すように、回折格子３２０と放射線画像検出器３００と間にしてもよいし、図２８に示すように、放射線源３０１と回折格子３２０との間にしてもよい。なお、図２７および図２８は、放射線源３０１、回折格子３２０、放射線画像検出器３００および被検体３１０の位置関係を示しているだけであり、放射線源３０１と回折格子３２０との距離および回折格子３２０と放射線画像検出器３００との距離を正確に表したものではない。放射線源３０１と回折格子３２０との距離および回折格子３２０と放射線画像検出器３００との距離は、タルボ効果を得られるように上述した条件を満たすように設定される。

また、放射線画像検出器３００により検出された被検体３１０の複数の画像データに基づいて３次元画像を構成する方法については、従来のＸ線ＣＴ装置と同様である。

本発明の放射線位相画像撮影装置の第１および第２の実施形態の概略構成図第１および第２の実施形態の放射線位相画像撮影装置の各構成要素の配置関係を示す図回折格子の概略構成図第１および第３の実施形態の放射線位相画像撮影装置における放射線画像検出器の概略構成を示す断面図アクティブマトリクス基板における検出素子の平面図図５に示す検出素子の６−６線断面図図５に示す検出素子の７−７線断面図４画素に対応する検出素子の第１の線状電極群と第２の線状電極群との模式図第１の線状電極群によって半導体層内に形成される電界を示す図第１の実施形態の放射線位相画像撮影装置における放射線画像検出器の変形例を示す図第１の実施形態の放射線位相画像撮影装置における放射線画像検出器の変形例を示す図第１の実施形態の放射線位相画像撮影装置における放射線画像検出器の変形例を示す図第１の実施形態の放射線位相画像撮影装置における放射線画像検出器の変形例を示す図第１の実施形態の放射線位相画像撮影装置における放射線画像検出器の変形例を示す図第１の実施形態の放射線位相画像撮影装置における放射線画像検出器の変形例を示す図第１の実施形態の放射線位相画像撮影装置における放射線画像検出器の変形例を示す図第１の実施形態の放射線位相画像撮影装置における放射線画像検出器の変形例を示す図（Ａ）本発明の放射線位相画像撮影装置の第２の実施形態における放射線画像検出器の概略構成を示す断面図、（Ｂ）（Ａ）に示す放射線画像検出器のＸＺ面断面図、（Ｃ）（Ａ）に示す放射線画像検出器のＸＹ面断面図本発明の放射線位相画像撮影装置の第２の実施形態における放射線画像検出器の線状電極の構成を説明するための図本発明の放射線位相画像撮影装置の第２の実施形態における放射線画像検出器への放射線画像の記録の作用を説明するための図本発明の放射線位相画像撮影装置の第２の実施形態における放射線画像検出器からの画像信号の読取りの作用を説明するための図本発明の放射線位相画像撮影装置の第３の実施形態の概略構成図図２２に示す放射線位相画像撮影装置の上面図回折格子の概略構成図第３の実施形態の放射線位相画像撮影装置における回折格子の回折部材の配列ピッチの変更を説明するための図本発明の放射線位相画像撮影装置の第３の実施形態に付加される画像処理部を説明するための図本発明の放射線位相画像撮影装置の第３の実施形態をＸ線位相ＣＴ装置に適用した構成を示す図本発明の放射線位相画像撮影装置の第３の実施形態をＸ線位相ＣＴ装置に適用した構成を示す図

符号の説明

１０放射線照射部
１１放射線源
１２スリット
２０被検体
３０回折格子
３１基板
３２回折部材
４０放射線画像検出器
４１ａ第１の蓄積容量
４１ｂ第２の蓄積容量
４２ａ第１のＴＦＴスイッチ
４２ｂ第２のＴＦＴスイッチ
４３ａ,４４ａゲート電極
４３ｂ,４４ｂドレイン電極
４３ｃ,４４ｃソース電極
５０上部電極
６０半導体層
７０アクティブマトリクス基板
７１ガラス基板
７２検出素子
７３走査配線
７４データ配線
８１ａ第１の線状電極群
８１ｂ第２の線状電極群
８２層間絶縁膜
８３ａ,８３ｂ接続電極
８４電荷蓄積容量電極
８５ゲート絶縁膜
８６コンタクトホール
８７絶縁保護膜
８８ａ,８８ｂ半導体膜
９０定電位線状電極
１０１〜１０６第１〜第６の線状電極群
１１１〜１１６第１〜第６の線状電極群
１１９定電位線状電極
１２０定電位線状電極
１２１線状電極群
１２２定電位線状電極
１３１〜１３４第１〜第４の線状電極群
２００放射線画像検出器
２０１第１の電極層
２０２記録用光導電層
２０３蓄電部
２０４電荷輸送層
２０５読取用光導電層
２０６第２の電極層
２０６ａ透明線状電極
２０６ｂ遮光線状電極
２１１〜２１４第１〜第４の線状電極組
３０５チャージアンプ
３００放射線画像検出器
３０１放射線源
３１０被検体
３２０回折格子
３２１基板
３２２回折部材

Claims

放射線画像を担持した放射線の照射を受けて電荷を発生する電荷発生層と、該電荷発生層において発生した電荷を収集する電荷収集電極とを備えた放射線画像検出器において、
前記電荷収集電極が、互いに電気的に独立した複数の線状電極群によって構成されるとともに、前記線状電極群のそれぞれは、一定の周期で配列され、電気的に接続された複数の線状電極からなり、
前記複数の線状電極群が、互いに位相が異なるように配置されていることを特徴とする放射線画像検出器。
前記複数の線状電極群が、配列周期の位相が互いに逆位相となるように交互に配列された２つの前記線状電極群の組を２つまたは３つ備えていることを特徴とする請求項１記載の放射線画像検出器。
前記線状電極群の組において、前記線状電極の長さが、前記線状電極群の組の前記長さ方向に直交する方向の幅よりも大きいことを特徴とする請求項２記載の放射線画像検出器。
前記線状電極群の組の１つ１つを囲むように設けられ、前記電荷収集電極とほぼ同電位の電位とされる定電位線状電極をさらに備えたことを特徴とする請求項２または３記載の放射線画像検出器。
前記放射線画像を構成する画素単位毎に前記複数の線状電極群の組を囲むように設けられ、前記複数の線状電極群の組とほぼ同電位の電位とされる定電位線状電極をさらに備えたことを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の放射線画像検出器。
放射線源と、放射線源から射出された放射線が照射される回折格子と、該回折格子を通過した放射線が照射される、請求項１から５いずれか１項記載の放射線画像検出器とを備え、
前記回折格子が、前記放射線の照射によりタルボ効果を生じるように構成されており、
前記放射線画像検出器が、位相成分に対応する信号を検出するものであることを特徴とする放射線位相画像撮影装置。
前記回折格子および前記放射線画像検出器のうちの少なくとも前記放射線画像検出器が、前記放射線源を通り前記回折格子の回折部材の長さ方向に延びる直線を中心軸とする円筒面に沿って形成されていることを特徴とする請求項６記載の放射線位相画像撮影装置。
前記回折格子が、位相型回折格子であるとともに、前記回折格子による前記円筒面への投影像が等間隔の格子縞となるように構成されていることを特徴とする請求項７記載の放射線位相画像撮影装置。
前記回折格子が、前記放射線源を通り前記回折格子の回折部材の長さ方向に延びる直線を中心軸とする円筒面に沿って形成されていることを特徴とする請求項７記載の放射線位相画像撮影装置。
前記位相成分に対応する信号を検出する際、前記回折格子と前記放射線画像検出器を相対的に移動させることなく位相画像の形成に必要な位相成分の情報を得ることを特徴とする請求項６から９いずれか１項記載の放射線位相画像撮影装置。
前記放射線画像検出器により検出された周期情報に基づく画像データに対し、該画像データが前記回折格子により回折された放射線が所定の平面上に投影されたときの放射線画像を表すものとなるような画像処理を施して出力する放射線画像出力部をさらに備えたことを特徴とする請求項７から１０いずれか１項記載の放射線位相画像撮影装置
前記放射線源と前記放射線画像検出器との間に配置された被検体に対して、前記放射線源、前記回折格子および前記放射線画像検出器を一体的に移動させる移動機構と、該移動機構による移動に伴って前記放射線画像検出器により検出された前記被検体の複数の画像データに基づいて前記被検体の任意の断層画像もしくは３次元画像を構成する画像構成部とをさらに備えたことを特徴とする請求項６から１１いずれか１項記載の放射線位相画像撮影装置。