JP2012161412A - 放射線画像撮影用グリッド及びその製造方法、並びに放射線画像撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】アスペクト比の高いＸ線吸収部を有するグリッドを提供する。
【解決手段】Ｘ線透過性基板３０にエッチングを行ない、ｙ方向に延伸されかつｙ方向に直交するｘ方向に沿って配列された複数の溝２８と、各溝２８の間を隔てる複数のＸ線透過部２５と、Ｘ線透過部２５の側面からｘ方向に突出されて溝２８内に配置された複数の支持部２７とを形成する。支持部２７は、Ｘ線透過部２５の両側面に、ｙ方向に沿って交互に設けられている。支持部２７は、溝２８内に電解メッキによってＸ線吸収材が充填される際にＸ線透過部２５を支持し、Ｘ線透過部２５がメッキ液の揺動やＸ線吸収材の不均一成長によって倒れるのを防止する。
【選択図】図４

Description

本発明は、放射線画像の撮影に用いられるグリッド及びその製造方法と、このグリッドを用いた放射線画像撮影システムとに関する。

Ｘ線は、物体に入射したときの相互作用により強度と位相とが変化し、位相の変化が強度の変化よりも高い相互作用を示すことが知られている。このＸ線の性質を利用し、被検体によるＸ線の位相変化（角度変化）に基づいて、Ｘ線吸収能が低い被検体から高コントラストの画像（以下、位相コントラスト画像と称する）を得るＸ線位相イメージングの研究が盛んに行われている。

２枚の透過型の回折格子（グリッド）によるタルボ干渉効果を用いて、Ｘ線位相イメージングを行なうＸ線画像撮影システムが考案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。このＸ線画像撮影システムは、Ｘ線源から見て、被検体の背後に第１のグリッドを配置し、第１のグリッドからタルボ干渉距離だけ下流に第２のグリッドを配置している。第２のグリッドの背後には、Ｘ線を検出して画像を生成するＸ線画像検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）が配置されている。第１のグリッド及び第２のグリッドは、一方向に延伸されたＸ線吸収部及びＸ線透過部を、延伸方向に直交する配列方向に沿って交互に配列した縞状の一次元グリッドである。タルボ干渉距離とは、第１のグリッドを通過したＸ線が、タルボ干渉効果によって自己像（縞画像）を形成する距離である。

上記Ｘ線画像撮影システムでは、第１のグリッドの自己像と第２のグリッドとの重ね合わせ（強度変調）により生じる縞画像を、縞走査法により検出し、被検体による縞画像の変化から被検体の位相情報を取得する。縞走査法とは、第１のグリッドに対して第２のグリッドを、第１のグリッドの面にほぼ平行で、かつ第１のグリッドの格子方向（条帯方向）にほぼ垂直な方向に、格子ピッチを等分割した走査ピッチで並進移動させながら複数回の撮影を行い、Ｘ線画像検出器で得られる各画素値の変化から、被検体で屈折したＸ線の角度分布（位相シフトの微分像）を取得する方法であり、この角度分布に基づいて被検体の位相コントラスト画像を得る。この縞走査法は、レーザ光を利用した撮影装置においても用いられている（例えば、非特許文献２参照）。

第１及び第２のグリッドは、Ｘ線の照射方向に直交する延伸方向に延伸されたＸ線吸収部をＸ線照射方向及び延伸方向に直交する配列方向に所定ピッチで配列した縞状（ストライプ状）の構造を有する。Ｘ線吸収部の幅及び配列ピッチは、Ｘ線焦点から第１のグリッドまでの距離と、第１のグリッドと第２のグリッドとの距離によって決定され、数μｍ〜数十μｍである。また、第２のグリッドの線吸収部は、高いＸ線吸収性を必要とするため、Ｘ線の進行方向の厚みが数十〜数百μｍ程度という高アスペクト比の構造を必要とする。

特許文献１には、図１６（Ａ）に示すように、支持基板１００上に設けられた感光性樹脂層１０１にフォトリソグラフィによって複数の溝１０２を形成することにより、支持基板１００上に感光性樹脂からなる複数の板状部１０３が垂直に立っているような格子パターンを形成し、各溝１０２内に電解メッキによってＡｕを充填してＸ線吸収部を形成するグリッドの製造方法が開示されている。

非特許文献３には、Ｘ線吸収部に相当する格子線と、Ｘ線透過部に相当する格子間隙とを周期的に交互に並べたグリッドにおいて、格子構造を安定させるために、隣り合う格子線を接続する梁を、格子間隙の延伸方向に沿って不規則に設けることが開示されている。また、特許文献２には、非特許文献３の格子間隙に毛細管力が発生して格子線が湾曲するのを防止するため、格子間隙の延伸方向における梁の間隔を不規則ではなく、所定の幾何学的条件を満たすようにすることが開示されている。

特開２００６−２５９２６４号公報 米国公開公報２０１０／０２７８２９７号

C. David, et al., Applied Physics Letters, Vol.81, No.17, 2002年10月，3287頁 Hector Canabal, et al., Applied Optics, Vol.37, No.26, 1998年9月，6227頁 "Fabrication of, high aspect ratio submicron gratings by soft X-ray SU-8 lithography" by E. Reznikova et al., in Micro. Syst. Techn. (2008),

特許文献１のグリッド製造方法では、感光性樹脂層１０１への露光及び現像により複数の溝１０２及び板状部１０３からなる格子パターンが形成されているが、感光性樹脂は軟らかく、格子パターンは微細でアスペクト比が非常に高いため、現像中の溶液の揺動あるいは乾燥時の水の表面張力によるスティッキング（隣接するパターンがくっつく現象）による変形が起こりやすい。そのため、図１６（Ｂ）に示すように、板状部１０３が倒れてとなりの板状部１０３と接触してしまい、高い精度で格子の幅及び高さを維持するのが難しいという問題があった。また樹脂よりもＡｕの方が剛性が高いため、Ａｕメッキの成長度合いによっては板状部１０３の変形が起こり易く、グリッドとしての性能が著しく劣化してしまう。

また、特許文献１では、感光性樹脂層の露光にシンクロトロン放射光を用いているが、シンクロトロン放射光による露光が可能な露光設備は、国内でもごく限られた施設にしかなく、その露光には長時間を要するためスループットが悪く製造には適さない。上記各問題を解決するため、感光性樹脂層に代えて、シリコン基板等を用いることも考えられるが、格子パターンが微細かつ高アスペクト比であるため、感光性樹脂層よりも剛性の高い材質を用いても、スティッキングを抑えることは難しい。

特許文献２及び非特許文献３記載の発明は、Ｘ線吸収部に相当する格子線の間を梁によって接続しているため、格子線の構造強化には効果がある。しかし、特許文献２及び非特許文献３に記載されている梁は、例えば特許文献１の手法を用いて格子線を形成する際に、感光性樹脂層のスティッキング防止には効果がない。

本発明の目的は、アスペクト比の高いＸ線吸収部を有するグリッドと、そのグリッドを精度よく製造する方法とを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の放射線画像撮影用グリッドは、一方向に延伸されかつ延伸方向に直交する配列方向に沿って交互に配置された複数の放射線吸収部及び放射線透過部と、放射線透過部の側面から配列方向に突出された複数の支持部とを備えている。

支持部の突出量は、隣接する放射線透過部に接触しない突出量であることが好ましい。また、支持部は、放射線透過部の両側面に、延伸方向に沿って交互に設けられていてもよいし、放射線透過部の同位置の両側面から突出されていてもよい。また、支持部は、配列方向で隣接した放射線透過部から互いに対面するように突出されていてもよい。更に、支持部は、放射線透過部を折れ線状に屈曲させる屈曲部から構成してもよい。

支持部の延伸方向のピッチは、放射線吸収部の配列方向の幅の５倍以上であることが好ましい。また、支持部の延伸方向のピッチは、放射線透過部を通過した放射線を検出する放射線画像検出器の画素サイズ以下であることが好ましい。更に、本発明の放射線画像撮影用グリッドには、放射線吸収部の側面から突出された吸収部用支持部を設けてもよい。

本発明の放射線画像撮影システムは、放射線を透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置され、放射線源から照射された放射線を通過させて第１の周期パターン像を形成する第１のグリッドと、第１の周期パターンに対して位相が異なる少なくとも１つの相対位置で第１の周期パターン像に強度変調を与える強度変調手段と、強度変調手段により相対位置で生成された第２の周期パターン像を検出する放射線画像検出器と、放射線画像検出器により検出された少なくとも１つの第２の周期パターン像に基づいて、位相情報を画像化する演算処理手段とを備えた放射線画像撮影システムであって、第１のグリッドに上記放射線画像撮影用グリッドを用いたものである。

強度変調手段は、第１の周期パターンを透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置された第２のグリッドと、第１及び第２のグリッドのいずれか一方を、第１及び第２のグリッドのグリッド構造の周期方向に所定のピッチで移動させる走査手段とからなり、走査手段により移動される各位置が相対位置に対応する放射線画像撮影システムの場合には、第２のグリッドに上記放射線画像撮影用グリッドを用いてもよい。

また、放射線源と第１のグリッドとの間に配置され、放射線源から照射された放射線を部分的に遮蔽して多数の線光源とする第３のグリッドを有する放射線画像撮影システムの場合には、第３のグリッドに上記放射線画像撮影用グリッドを用いてもよい。

本発明の放射線画像撮影用グリッドの製造方法は、放射線透過性基板に、一方向に延伸されかつ延伸方向に直交する配列方向に沿って配置された複数の吸収部用溝と、吸収部用溝の間を隔てる複数の放射線透過部と、放射線透過部の側面から前記配列方向に突出された複数の支持部とを形成する工程と、吸収部用溝内に放射線吸収材を充填して放射線吸収部を形成する工程とを備えている。また、上記放射線画像撮影用グリッドと同様に、支持部の突出量は、隣接する放射線透過部に接触しない突出量としている。

本発明の放射線画像撮影用グリッドによれば、支持部により放射線透過部を支持することができるので、強度が向上する。これにより、放射線画像撮影用グリッドの歪みによる放射線吸収部及び放射線透過部のピッチズレ等を抑えることができるので、本発明の放射線画像撮影用グリッドを使用する放射線画像撮影システムは、高画質な位相コントラスト画像を撮影することができる。

本発明の放射線画像撮影用グリッドの製造方法によれば、支持部により放射線透過部を支持することができるので、放射線透過部の間の溝内に放射線吸収材を充填して放射線吸収部を形成する際に、放射線透過部が倒れるのを防止することができる。また、支持部は、隣接する放射線透過部に接触しない突出量としているので、電解メッキによって溝内にＸ線吸収材を充填する際に、支持部によって溝内のメッキ液の流れを阻害することがない。

本発明のＸ線画像撮影システムの構成を模式的に示す概略図である。 第２のグリッドの構成を示す平面図及び断面図である。 第２のグリッドの製造工程を示す断面図である。 Ｘ線透過部及び支持部が形成されたＸ線透過性基板を示す斜視図である。 Ｘ線透過部の高さ方向で突出量を変化させた支持部を示す断面図である。 Ｘ線透過部の高さ方向の途中から設けた支持部を示す断面図である。 配列方向において支持部を斜めに配置した第２のグリッドの平面図である。 隣接するＸ線透過部にそれぞれ設けられている支持部の間隔をランダムにした第２のグリッドの平面図である。 Ｘ線透過部の同位置の側面から支持部を突出させた第２のグリッドの平面図である。 隣接するＸ線透過部から互いに対面するように支持部を突出させた第２のグリッドの平面図である。 Ｘ線透過部を除去した第２のグリッドの断面図である。 吸収部用支持部と透過部用支持部とを備えた第２のグリッドの平面図である。 透過部用支持部に対面する位置に同形状の吸収部用支持部を設けた第２のグリッドの平面図である。 形状の異なる透過部用支持部に対面する位置に、対応する形状の吸収部用支持部を設けた第２のグリッドの平面図である。 Ｘ線吸収部及びＸ線透過部を折れ線状に配置した第２のグリッドの平面図である。 従来のグリッド製造時において板状部が倒れた状態を示す斜視図である。

図１は、本発明のＸ線画像撮影システム１０の構成を示す概念図である。Ｘ線画像撮影システム１０は、Ｘ線照射方向であるｚ方向に沿って配置されたＸ線源１１、線源グリッド１２、第１のグリッド１３、第２のグリッド１４、及びＸ線画像検出器１５を備えている。Ｘ線源１１は、例えば、回転陽極型のＸ線管と、Ｘ線の照射野を制限するコリメータとを有し、被検体Ｈにコーンビーム状のＸ線を放射する。Ｘ線画像検出器１５は、例えば、半導体回路を用いたフラットパネル検出器（ＦＰＤ：Flat Panel Detector）であり、第２のグリッド１４の背後に配置されている。Ｘ線画像検出器１５には、Ｘ線画像検出器１５により検出された画像データから位相コントラスト画像を生成する位相コントラスト画像生成部１６が接続されている。

線源グリッド１２、第１のグリッド１３及び第２のグリッド１４は、Ｘ線を吸収する吸収型グリッドであり、ｚ方向においてＸ線源１１に対向配置されている。線源グリッド１２と第１のグリッド１３との間には、被検体Ｈが配置可能な間隔が設けられている。また、第１のグリッド１３と第２のグリッド１４との距離は、最小のタルボ干渉距離以下とされている。すなわち、本実施形態のＸ線画像撮影システム１０は、タルボ干渉効果を用いず、Ｘ線を投影することによって位相コントラスト画像を撮影する。

第２のグリッド１４及び走査機構１８は、本発明の強度変調手段を構成する。走査機構１８は、位相コントラスト画像の撮影時に、第２のグリッド１４を格子ピッチを等分割（例えば、５分割）した走査ピッチで、格子ピッチ方向（ｘ方向）に並進移動させる機構である。

第２のグリッド１４を例にして、本発明のグリッドの構造を説明する。図２（Ａ）は、第２のグリッド１４をＸ線画像検出器１５側から見た正面図であり、同図（Ｂ）は同図（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。第２のグリッド１４は、グリッドとして機能するグリッド層２０と、このグリッド層２０のＸ線原１１側の面に設けられた支持基板２１と、グリッド層２０と支持基板２１との間に設けられたシーズ層２２とからなる。

グリッド層２０は、ｚ方向に直交する面内で延伸方向（ｙ方向）に延伸された複数のＸ線吸収部２４及びＸ線透過部２５を備えている。Ｘ線吸収部２４及びＸ線透過部２５は、ｚ方向及びｙ方向に直交する配列方向（ｘ方向）に沿って交互に配列されており、縞状のグリッドを構成している。Ｘ線透過部２５は、Ｘ線吸収部２４よりも低いＸ線吸収性を有する材質からなる。Ｘ線吸収部２４及びＸ線透過部２５は、Ｘ線源１１から照射されたＸ線をそれぞれ吸収（遮蔽）及び透過することにより、縞状の画像を形成する。

支持基板２１は、Ｘ線透過部２５と同様に低いＸ線吸収性を有し、かつグリッド層２０を支持する剛性を備えた材質からなる。シーズ層２２は、導電性を有する材質からなり、Ｘ線吸収部２４を電解メッキによって形成する際に、電極として用いられる。シーズ層２２は、グリッド層２０及び支持基板２１に比べて薄いため、Ｘ線透過性に関する影響は少ない。

Ｘ線吸収部２４の幅Ｗ２及びピッチＰ２は、線源グリッド１２と第１のグリッド１３との間の距離、第１のグリッド１３と第２のグリッド１４との間の距離、及び第１のグリッド１３のＸ線吸収部のピッチ等によって決まり、幅Ｗ２はおよそ２〜２０μｍ、ピッチＰ２は４〜４０μｍ程度である。また、Ｘ線吸収部２４のｚ方向の厚みＴ２は、高いＸ線吸収性を得るには厚いほどよいが、Ｘ線源１１から放射されるコーンビーム状のＸ線のケラレを考慮して、例えば１００〜２００μｍ程度となっている。本実施形態では、例えば、幅Ｗ２が２．５μｍ、ピッチＰ２が５μｍ、厚みＴ２が１００μｍであり、Ｘ線吸収部２４のアスペクト比は４０である。

各Ｘ線透過部２５の側面には、Ｘ線透過部２５の支持基板２１からの高さ方向（ｚ方向）の全域において配列方向に突出された柱状の支持部２７が、Ｘ線透過部２５と一体に複数設けられている。支持部２７は、第２のグリッド１４の強度を向上させて歪み等の発生を抑える。また、支持部２７は、第２のグリッド１４の製造時には、Ｘ線透過部２５が倒れないように補強する。

支持部２７は、Ｘ線透過部２５の延伸方向に沿って、Ｘ線透過部２５の両側面に交互に設けられている。なお、支持部２７が第２のグリッド１４の外縁から突出しないようにするため、第２のグリッド１４の端縁に配置されているＸ線透過部２５に対しては、内側の側面のみに支持部２７が設けられている。また、各Ｘ線透過部２５の支持部２７は、ｘ方向に沿って配列されている。なお、支持部２７は、ｘ方向において隣接するＸ線透過部２５に接触しないように設けられている。これは、Ｘ線透過部２５の間の溝２８内に電解メッキによってＡｕを充填してＸ線吸収部２４を形成する際に、支持部２７によって溝２８内でメッキ液の流れが滞るのを防ぐためである。

支持部２７のｙ方向の幅Ｗｓは、例えばＸ線吸収部２４のｘ方向の幅Ｗ２と同じ大きさである。また、１本のＸ線透過部２５に設けられている支持部２７のｙ方向のピッチＰｓは、幅Ｗ２の５倍以上となっている。これは、支持部２７の数が多くなりすぎることによるグリッド性能の低下を防止するためである。また、支持部２７のピッチＰｓは、Ｘ線画像検出器１５の画素サイズのｙ方向の長さ以下であることが好ましい。これは、ピッチＰｓが１画素以上の長さになると、支持部２７に対面する画素と対面しない画素とが発生し、各画素におけるグリッドのＸ線透過率に差異が生じてしまうためである。なお、Ｘ線画像検出器１５は、その用途によって画素サイズが異なっており、一般撮影用では、例えばｘｙ方向の画素サイズが１５０〜３００μｍ角であり、マンモグラフィ用では５０〜７０μｍ角程度である。したがって、支持部２７のピッチＰｓは、使用されるＸ線画像検出器１５に合わせて設定されることが好ましい。

次に、第２のグリッド１４の製造方法について説明する。図３は、第２のグリッド１４の製造手順を示しており、図１及び図２のｘ方向及びｚ方向で規定されるｘｚ面に沿う断面図である。図３（Ａ）に示すように、最初の工程では、グリッド層２０のＸ線透過部２５を構成するＸ線透過性基板３０と、一方の面にシーズ層２２が設けられた支持基板２１とが接合される。

Ｘ線透過性基板３０の材質には、Ｘ線吸収性が低くかつ強度を有し、加工し易いことが必要である。このような特性を満たす材質として、例えばシリコン（Ｓｉ）が望ましいが、ＧａＡｓ、Ｇｅまたは石英等を用いてもよい。Ｘ線透過性基板３０の厚みは、上述したＸ線吸収部２４のｚ方向の厚みＴ２に相当し、例えば２０〜１５０μｍである。

支持基板２１には、Ｘ線吸収性が低く、Ｘ線透過性基板３０との熱膨張係数差が少ない材質が用いられる。このような材質として、例えば、ホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、石英、アルミナ、ＧａＡｓ、Ｇｅ等が望ましく、更にはＸ線透過性基板３０と同じシリコンが望ましい。ホウケイ酸ガラスとしては、例えばパイレックス（登録商標）ガラス、テンパックス（登録商標）ガラス等を用いることができる。支持基板２１の材質にＸ線透過性基板３０との熱膨張係数差が少ないものを用いるのは、Ｘ線透過性基板３０との接合時及び使用時の熱応力による歪みを防止するためである。

シーズ層２２は、例えば、ＡｕまたはＮｉ、もしくはＡｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｔａ、Ｗ、Ｐｂ、Ｐｄ、Ｐｔ等からなる金属膜、あるいはそれらの合金からなる金属膜から構成するのが好ましい。また、シーズ層２２は、Ｘ線透過性基板３０に設けられていてもよいし、Ｘ線透過性基板３０と支持基板２１との両方に設けられていてもよい。シーズ層２２は、数μｍ程度の厚さであるため、Ａｕ等のＸ線吸収性の高い材質を用いた場合でもＸ線透過性に影響しない。

シーズ層２２を含む支持基板２１の厚みは、Ｘ線透過性基板３０よりも厚くなっており、例えば１００〜７００μｍ程度である。なお、支持基板２１は、接合前は厚くしておき、接合後に研磨して所望の厚さに調整してもよい。

図３（Ｂ）に示すように、次の工程では、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いて、Ｘ線透過性基板３０の上にエッチングマスク３２が形成される。エッチングマスク３２は、紙面方向であるｙ方向に直線状に延伸され、かつｘ方向に所定ピッチで周期的に配列された縞模様のパターンと、この縞模様のパターンからｘ方向に突出された支持部２７用のパターンとから構成されている。

図３（Ｃ）及び図４に示すように、次の工程では、エッチングマスク３２を介してＸ線透過性基板３０にドライエッチングが行なわれる。これにより、Ｘ線透過性基板３０には、複数の溝２８と、各溝２８を構成する板状のＸ線透過部２５と、複数の支持部２７とが形成される。溝２８は、例えば、幅が数μｍ、深さ１００〜２００μｍ程度の高いアスペクト比を必要とするため、溝２８を形成するドライエッチングには、例えば、ボッシュプロセス、クライオプロセス等の深堀用のドライエッチングが用いられる。なお、シリコン基板に代えて感光性レジストを使用し、シンクロトロン放射光で露光して溝を形成してもよい。

図３（Ｄ）に示すように、次の工程では、Ｘ線透過性基板３０に電解メッキが施される。この電解メッキでは、Ｘ線透過性基板３０は、シーズ層２２に電流端子が接続された状態でメッキ液中に浸漬される。Ｘ線透過性基板３０と対向させた位置には、もう一方の電極（陽極）が用意され、この問に電流が流されてメッキ液中の金属イオンがパターン加工されたＸ線透過性基板３０に析出される。これにより、溝２８内に金などのＸ線吸収材が充填されてＸ線吸収部２４が形成される。エッチングマスク３２は、電解メッキ工程後に、ＣＭＰ装置等を用いて除去される。

電解メッキ時のＸ線透過部２５は、メッキ液の揺動や、メッキの不均一成長によって押圧されるが、複数の支持部２７がＸ線透過部２５を支持して補強しているので、Ｘ線透過部２５の倒れによるスティッキングの発生を防止することができる。また、各溝２８は、支持部２７によって分断されていないので、溝２８内でのメッキ液の流動性が低下しない。これにより、メッキ液の滞留によるメッキの不均一な成長が発生しにくくなり、それを原因とするスティッキングも防止することができる。また、完成後の第２のグリッド１４には、各Ｘ線透過部２５を支持する複数の支持部２７を備えているので強度が向上する。

なお、特許文献２及び非特許文献３に開示されている梁のように、支持部２７によって隣り合うＸ線透過部２５同士を接続することも考えられる。しかし、支持部２７によってＸ線透過部間を接続すると、支持部２７によって溝２８が分断され、メッキ液の流れが滞ってしまうため、Ｘ線透過部２５同士が接続されないように支持部２７で支持するのが好ましい。

線源グリッド１２及び第１のグリッド１３は、第２のグリッド１４と同様に、グリッド層及び支持基板から構成されている。線源グリッド１２及び第１のグリッド１３のグリッド層は、第２のグリッド１４のグリッド層２０と同様に、ｙ方向に延伸されｘ方向に沿って交互に配列されたＸ線吸収部及びＸ線透過部を備えており、Ｘ線透過部には複数の支持部が一体的に設けられている。このように、線源グリッド１２及び第１のグリッド１３は、各小グリッドのＸ線吸収部及びＸ線透過部のｙ方向の幅及びピッチと、ｚ方向の厚さ等が異なる以外は第２のグリッド１４とほぼ同様の構成であるため、詳しい説明は省略する。また、線源グリッド１２及び第１のグリッド１３は、第２のグリッド１４と同様に製造されるため、詳しい説明は省略する。

次に、Ｘ線画像撮影システム１０の作用について説明する。Ｘ線源１１から放射されたＸ線は、線源グリッド１２のＸ線吸収部によって部分的に遮蔽されることにより、ｘ方向に関する実効的な焦点サイズが縮小され、ｘ方向に多数の線光源（分散光源）が形成される。線源グリッド１２により形成された多数の線光源のＸ線は、被検体Ｈを通過することにより位相差が生じ、このＸ線が第１のグリッド１３を通過することにより、被検体Ｈの屈折率と透過光路長とから決定される被検体Ｈの透過位相情報を反映した縞画像（第１の周期パターン像）が形成される。各線光源の縞画像は、第２のグリッド１４に投影され、第２のグリッド１４の位置で一致する（重なり合う）ので、Ｘ線強度を低下させずに、位相コントラスト画像の画質を向上させることができる。

縞画像は、第２のグリッド１４により強度変調される。強度変調された縞画像（第２の周期パターン像）は、例えば、縞走査法により検出される。縞走査法とは、第１のグリッド１３に対し、第２のグリッド１４を走査機構１８によって、Ｘ線焦点を中心として格子面に沿った方向に格子ピッチを等分割（例えば、５分割）した走査ピッチで並進移動させながら、Ｘ線源１１から被検体ＨにＸ線を照射して複数回の撮影を行なってＸ線画像検出器１５により検出し、位相コントラスト画像生成部１６により、Ｘ線画像検出器１５の各画素の画素データの位相のズレ量（被検体Ｈがある場合とない場合とでの位相のズレ量）から位相微分像（被検体で屈折したＸ線の角度分布に対応）を取得する方法である。位相コントラスト画像生成部１６により、位相微分像を上記の縞走査方向に沿って積分することにより、被検体Ｈの位相コントラスト画像を得ることができる。

以上で説明したように、本実施形態の線源グリッド１２、第１のグリッド１３及び第２のグリッド１４は、Ｘ線透過部２５に支持部２７を備えているので、Ｘ線透過部２５のスティッキングの発生が抑えることができ、精度のよいグリッドを製造することができる。これにより、本実施形態の線源グリッド１２、第１のグリッド１３及び第２のグリッド１４を用いたＸ線画像撮影システム１０では、位相コントラスト画像の画質を向上させることができる。また、支持部２７によりグリッドの強度が向上するので、グリッドの歪み等も小さくすることができる。

上記実施形態では、Ｘ線透過部２５の側面からの突出量を一定にした柱状の支持部２７を用いたが、図５に示す第２のグリッド４０のように、Ｘ線透過部２５の上端から下端に向かって側面からの突出量が徐々に多くなり、側方から見たときに三角形状になるような支持部４１を用いてもよい。また、図６に示す第２のグリッド４５のように、Ｘ線透過部２５の高さ方向の途中から下端に向かって側面からの突出量が徐々に多くなり、側方から見たときに三角形状になるような支持部４６を用いてもよい。このような支持部４１、４６であっても、柱状の支持部２７と同様にＸ線透過部２５のスティッキングを防止することができる。また、支持部４１、４６は、支持部２７に比べてグリッドのＸ線吸収量に対する影響を小さくすることができる。

また、上記実施形態では、各Ｘ線透過部２５の支持部２７がｘ方向で直線状に並ぶように配置したが、図７に示す第２のグリッド５０のように、支持部２７をｘ方向に対して斜めに配列してもよい。

また、図８に示す第２のグリッド５５のように、同一のＸ線透過部２５に設けられている支持部２７のピッチＰｓを一定に維持しながら、隣接するＸ線透過部２５にそれぞれ設けられている支持部２７のｙ方向の間隔がランダムになるように配置してもよい。また、支持部２７のピッチが支持部２７の幅Ｗｓの５倍以上で、かつＸ線画像検出器１５の画素サイズ以下という条件を維持した上で、各Ｘ線透過部２５における支持部２７のピッチをランダムにしてもよい。グリッドの性能低下を小さくするという観点からすれば、支持部２７によってＸ線遮蔽能力が低くなる位置が偏在するのを防ぐことができるので、支持部２７をランダムに配置するのが好ましい。

また、図８に示す支持部２７のピッチＰｓは、所定の中心値ａからある範囲ｂ内で分布する値（ａ±ｂ／２）としてもよい。例えば、中心値ａを３０μｍ、範囲ｂを１０μｍとしたとき、ピッチＰｓは、２５μｍ〜３５μｍの範囲内となる。また、ピッチＰｓは、整数の倍数にならない素数としてもよい。この場合、２５μｍ以上で、例えばＸ線画像検出器１５のｘ方向及びｙ方向の画素サイズ（例えば１５０μｍ角）以下の素数を順に、あるいはランダムに用いてもよい。また、例えば「０、１、３、５、７、１１、１３、１７、１９」までの素数を、基準となるブリッジピッチＵの開始値２５μｍに加算し、その加算した値「２５、２６、２８、３０、３２・・・」を順に、あるいはランダムに用いてもよい。

図９に示す第２のグリッド６０のように、各Ｘ線透過部２５の同位置から両側面に突出するように支持部２７を形成し、隣接するＸ線透過部２５間で支持部２７を千鳥状に配置してもよい。これによれば、Ｘ線透過部２５をより強固に支持することができる。また、図１０に示す第２のグリッド６５のように、隣接するＸ線透過部２５間で対面するように、持部６６を形成し、かつ千鳥状に配置してもよい。この場合、互いに対面する支持部６６同士が接触しないように、支持部６６の突出量を支持部２７よりも少なくするのが好ましい。

上記各実施形態では、Ｘ線吸収材からなるＸ線吸収部２４と、Ｘ線透過性基板３０からなるＸ線透過部２５とを有しているが、図３（Ｄ）に示すように、溝２８内にＸ線吸収材を充填してＸ線吸収部２４を形成した後に、図１１に示す第２のグリッド７０のように、Ｘ線透過性基板３０をエッチング等により除去してもよい。これによれば、Ｘ線透過部が空隙から構成されるので、Ｘ線透過率を向上させることができる。

上記第２のグリッド７０は、Ｘ線透過性基板３０の除去により、各Ｘ線吸収部２４が支持基板２１上に垂直に立っている状態となるため倒れやすくなる。これを解消するため、例えば、図１２に示す第２のグリッド７５のように、Ｘ線吸収部２４及びＸ線透過部２５に対し、吸収部用支持部７６及び透過部用支持部７７を設けてもよい。また、図１３に示す第２のグリッド８０のように、透過部用支持部８１に対面する位置に、同形状の吸収部用支持部８２を同方向に対して設けてもよい。さらには、図１４に示す第２のグリッド８５のように、Ｘ線透過部２５に形状の異なる透過部用支持部８６ａ、８６ｂ、８６ｃを設け、Ｘ線吸収部２４の透過部用支持部に対面する位置に、対応する形状の吸収部用支持部８７ａ、８７ｂ、８７ｃを同方向に設けてもよい。また、図１５に示す第２のグリッド９０のように、Ｘ線吸収部９１及びＸ線透過部９２を折れ線状に屈曲させるｘ方向に沿った屈曲部９３、９４を支持部として用いてもよい。

また、上記各実施形態では、被検体ＨをＸ線源と第１のグリッドとの間に配置しているが、被検体Ｈを第１のグリッドと第２のグリッドとの間に配置した場合にも同様に位相コントラスト画像の生成が可能である。また、第２のグリッドを走査機構により走査しているが、第１のグリッドを走査してもよい。更に、線源グリッドを備えたＸ線画像撮影システムについて説明したが、本発明は、線源グリッドを使用しないＸ線画像撮影システムにも適用可能である。また、上記各実施形態は、矛盾しない範囲で相互に組み合わせることが可能である。

上記実施形態は、第１及び第２のグリッドを、そのＸ線透過部を通過したＸ線を線形的に投影するように構成しているが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、第１及び第２のグリッドでＸ線を回折することにより、いわゆるタルボ干渉効果が生じる構成（国際公開ＷＯ２００４／０５８０７０号公報等に記載の構成）としてもよい。この場合には、第１及び第２のグリッド間の距離をタルボ干渉距離に設定する必要がある。また、第１のグリッドの種類を、吸収型グリッドではなく、比較的アスペクト比が低い位相型グリッドにすることも可能である。

また、上記実施形態では、第２のグリッドにより強度変調された縞画像を縞走査法によって検出して位相コントラスト画像を生成しているが、１回の撮影によって位相コントラスト画像を生成するＸ線画像撮影システムも知られている。例えば、国際公開ＷＯ２０１０／０５０４８３号公報に記載されているＸ線画像撮影システムでは、第１及び第２のグリッドにより生成されたモアレをＸ線画像検出器により検出し、この検出されたモアレの強度分布をフーリエ変換することによって空間周波数スペクトルを取得し、この空間周波数スペクトルからキャリア周波数に対応したスペクトルを分離して逆フーリエ変換を行なうことにより微分位相像を得ている。このようなＸ線画像撮影システムの第１及び第２のグリッドの少なくとも一方に、本発明のグリッドを用いてもよい。

また、１回の撮影により位相コントラスト画像を生成するＸ線画像撮影システムには、強度変調手段として、第２のグリッドの代わりに、Ｘ線を電荷に変換する変換層と、変換層により生成された電荷を収集する電荷収集電極とを備えた直接変換型のＸ線画像検出器を用いたものがある。このＸ線画像撮影システムは、例えば、各画素の電荷収集電極が、第１のグリッドで形成された縞画像の周期パターンとほぼ一致する周期で配列された線状電極を互いに電気的に接続してなる線状電極群が、互いに位相が異なるように配置されたものであり、各線状電極群を個別に制御して電荷を収集することにより、１度の撮影により複数の縞画像を取得し、この複数の縞画像に基づいて位相コントラスト画像を生成している（特開２００９−１３３８２３号公報等に記載の構成）。このようなＸ線画像撮影システムの第１のグリッドに、本発明のグリッドを用いてもよい。

また、１回の撮影により位相コントラスト画像を生成する別のＸ線画像撮影システムとして、第１及び第２のグリッドを、Ｘ線吸収部及びＸ線透過部の延伸方向が相対的に所定の角度だけ傾くように配置し、この傾きにより上記延伸方向に生じるモアレ周期の区間を分割して撮影することにより、第１及び第２のグリッドの相対位置が異なる複数の縞画像を取得し、これらの複数の縞画像から位相コントラスト画像を生成することも可能である。このようなＸ線画像撮影システムの第１及び第２のグリッドの少なくとも一方に、本発明のグリッドを用いてもよい。

また、光読取型のＸ線画像検出器を用いることにより、第２のグリッドを省略したＸ線画像撮影システムが考えられる。このシステムでは、第１のグリッドによって形成された周期パターン像を透過する第１の電極層と、第１の電極層を透過した周期パターン像の照射を受けて電荷を発生する光導電層と、光導電層において発生した電荷を蓄積する電荷蓄積層と、読取光を透過する線状電極が多数配列された第２の電極層とがこの順に積層され、読取光によって走査されることによって各線状電極に対応する画素毎の画像信号が読み出される光読取型のＸ線画像検出器を強度変調手段として用いており、電荷蓄積層を線状電極の配列ピッチよりも細かいピッチで格子状に形成することにより、電荷蓄積層を第２のグリッドとして機能させることができる。このようなＸ線画像撮影システムの第１のグリッドに、本発明のグリッドを用いてもよい。

以上で説明した実施形態は、医療診断用の放射線画像撮影システムのほか、工業用や、非破壊検査等のその他の放射線撮影システムに適用することが可能である。また、本発明は、Ｘ線撮影において散乱線を除去する散乱線除去用グリッドにも適用可能である。更に、本発明は、放射線として、Ｘ線以外にガンマ線等を用いることも可能である。

１０ Ｘ線画像撮影システム
１１ Ｘ線源
１２ 線源グリッド
１３ 第１のグリッド
１４、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７、７５、８０、８５、９０ 第２のグリッド
１５ Ｘ線画像検出器
１８ 操作機構
２０ グリッド層
２１ 支持基板
２４ Ｘ線吸収部
２５ Ｘ線透過部
２７、４１、４４、６６ 支持部
２８ 溝
７６、８２、８７ａ〜８７ｃ 吸収部用支持部
７７、８１、８６ａ〜８６ｃ 透過部用支持部
９３、９４ 屈曲部

Claims (14)

1. 一方向に延伸されかつ前記延伸方向に直交する配列方向に沿って交互に配置された複数の放射線吸収部及び放射線透過部と、
   前記放射線透過部の側面から前記配列方向に突出された複数の支持部と、
   を備えたことを特徴とする放射線画像撮影用グリッド。
2. 前記支持部の突出量は、隣接する前記放射線透過部に接触しない突出量であることを特徴とする請求項１記載の放射線画像撮影用グリッド。
3. 前記支持部は、前記放射線透過部の両側面に、前記延伸方向に沿って交互に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の放射線画像撮影用グリッド。
4. 前記支持部は、前記放射線透過部の同位置の両側面から突出されていることを特徴とする請求項１または２記載の放射線画像撮影用グリッド。
5. 前記支持部は、前記配列方向で隣接した前記放射線透過部から互いに対面するように突出されていることを特徴とする請求項１または２記載の放射線画像撮影用グリッド。
6. 前記支持部は、前記放射線透過部を折れ線状に屈曲させる屈曲部からなることを特徴とする請求項１記載の放射線画像撮影用グリッド。
7. 前記支持部の前記延伸方向のピッチは、前記放射線吸収部の前記配列方向の幅の５倍以上であることを特徴とする請求項１〜６いずれか記載の放射線画像撮影用グリッド。
8. 前記支持部の前記延伸方向のピッチは、前記放射線透過部を通過した放射線を検出する放射線画像検出器の画素サイズ以下であることを特徴とする請求項７記載の放射線画像撮影用グリッド。
9. 前記放射線吸収部の側面から突出された吸収部用支持部を備えたことを特徴とする請求項１〜８いずれか記載の放射線画像撮影用グリッド。
10. 放射線を透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置され、放射線源から照射された放射線を通過させて第１の周期パターン像を形成する第１のグリッドと、前記第１の周期パターンに対して位相が異なる少なくとも１つの相対位置で前記第１の周期パターン像に強度変調を与える強度変調手段と、前記強度変調手段により前記相対位置で生成された第２の周期パターン像を検出する放射線画像検出器と、前記放射線画像検出器により検出された少なくとも１つの前記第２の周期パターン像に基づいて、位相情報を画像化する演算処理手段と、を備えた放射線画像撮影システムであって、
    前記第１のグリッドに、請求項１〜９いずれかに記載の放射線画像撮影用グリッドを用いたことを特徴とする放射線画像撮影システム。
11. 前記強度変調手段は、前記第１の周期パターンを透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置された第２のグリッドと、前記第１及び第２のグリッドのいずれか一方を、前記第１及び第２のグリッドのグリッド構造の周期方向に所定のピッチで移動させる走査手段とからなり、前記走査手段により移動される各位置が前記相対位置に対応する放射線画像撮影システムであって、
    前記第２のグリッドに、請求項１〜９いずれか記載の放射線画像撮影用グリッドを用いたことを特徴とする請求項１０記載の放射線画像撮影システム。
12. 前記放射線源と前記第１のグリッドとの間に配置され、前記放射線源から照射された放射線を部分的に遮蔽して多数の線光源とする第３のグリッドを有し、前記第３のグリッドに、請求項１〜９いずれか記載の放射線画像撮影用グリッドを用いたことを特徴とする請求項１０または１１記載の放射線画像撮影システム。
13. 放射線透過性基板に、一方向に延伸されかつ前記延伸方向に直交する配列方向に沿って配置された複数の吸収部用溝と、前記吸収部用溝の間を隔てる複数の放射線透過部と、前記放射線透過部の側面から前記配列方向に突出された複数の支持部と、を形成する工程と、
    前記吸収部用溝内に、放射線吸収材を充填して放射線吸収部を形成する工程と、
    を備えたことを特徴とする放射線画像撮影用グリッドの製造方法。
14. 前記支持部の突出量は、隣接する前記放射線透過部に接触しない突出量であることを特徴とする請求項１３記載の放射線画像撮影用グリッドの製造方法。

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