JP3667678B2 - Ｘ線反射型断層画像測定方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線の生体への透過性とナノオーダーのコヒーレンス長を用いて、３次元物体の試料（サンプル）に対して数センチから数十センチの深さ範囲をナノオーダーの空間分解能で断層画像化するＸ線反射型断層画像測定方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）では、光源の波長が０．７μｍ−１．６μｍの近赤外領域であり、高価で複雑なモードロックフェムト秒レーザを用いて、約１μｍの空間分解能が実現されている。しかし、それ以上の高い空間分解能は、光源のさらなるスペクトル幅の拡大化と、それに伴う分散補償の問題から困難である。また、測定領域は、生体による光波の吸収と散乱により数ミリ程度が限界である。
【０００３】
以上、現在の空間分解能と測定領域は臨床的に十分なものではなく、問題を解決すべく新しい方法が必要である（参照文献〔５〕：Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １，１９９９／Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．１７／ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ １２２１〜１２２３、参照文献〔６〕：計測と制御 第３９巻、第４号 ２０００年４月号 ｐｐ．２５９〜２６６）。また、Ｘ線を用いた透過型の位相コントラストイメージングは、参照文献〔３〕：光学 ２９巻 ５号（２０００）ｐｐ．２８７（１７）〜２９４（２４）に記述してあるように既に報告されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したＸ線を用いた透過型の位相コントラストイメージングは、ナノオーダー３次元分解能化、高感度化のためのヘテロダイン検出、複雑な逆問題を必要としない方法などには触れていない。
【０００５】
本発明は、上記状況に鑑みて、Ｘ線を用い、しかも簡素化と高感度化を図ることができるＸ線反射型断層画像測定方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕Ｘ線反射型断層画像測定方法において、Ｘ線源からのＸ線が照射される第１ブロックと、この第１ブロックにより回折する第１次回折光が照射される第２ブロックと、この第２ブロックからのブラッグ回折光が照射される第３ブロックとを有するＳｉ干渉計を用いて、前記第３ブロックから再度１次回折光となる参照波を生成し、前記第１ブロックからの透過波が入射する試料を配置し、この試料内での３次元屈折率分布によって散乱Ｘ線を発生させて信号光を生成し、前記信号光と参照波がそれぞれブラッグ条件を満たし、両者の光路差がＸ線のコヒーレンス長以内になるようにすることにより、２次元画像測定装置の光電面で前記信号光と参照波により２次元干渉画像を生じさせ、該２次元干渉画像の時間的変化としてのヘテロダインビート信号を得て、前記試料の断層画像を測定することを特徴とする。
【０００７】
〔２〕Ｘ線反射型断層画像測定装置において、Ｘ線源と、このＸ線源からのＸ線が照射される第１ブロックと、この第１ブロックにより回折する第１次回折光が照射される第２ブロックと、この第２ブロックからのブラッグ回折光が照射され、再度１次回折光となる参照波を得る第３ブロックとを具備するＳｉ干渉計と、前記第１ブロックでの透過波が入射する試料を配置し、この試料内での３次元屈折率分布によって散乱Ｘ線を発生して信号光を生成する信号光生成手段と、前記信号光と参照波がそれぞれブラッグ条件を満たし、両者の光路差がＸ線のコヒーレンス長以内になるようにすることにより、２次元画像測定装置の光電面で前記信号光と参照波により２次元干渉画像を生じさせ、該２次元干渉画像の時間的変化としてのヘテロダインビート信号を得て、前記試料の断層画像を測定するＸ線画像センサーを具備することを特徴とする。
【０００８】
〔３〕上記〔２〕記載のＸ線反射型断層画像測定装置において、前記第２ブロックと前記第３のブロック間に位相変調器を配置することを特徴とする。
【０００９】
〔４〕上記〔２〕記載のＸ線反射型断層画像測定装置において、前記試料と前記第３ブロックとの間に結像素子を配置することを特徴とする。
【００１０】
〔５〕上記〔４〕記載のＸ線反射型断層画像測定装置において、前記結像素子がゾーンプレートであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
本装置は、Ｘ線源、結像光学素子・位相変調素子を含む干渉光学系、２次元画像測定系において、試料からの散乱Ｘ線を信号光波、干渉光学系で生ずる位相変調された光波を参照光波としたとき、２つの光波のヘテロダインビート信号から得られる散乱Ｘ線の２次元強度情報を用いて断層画像を測定することを特徴とする。
【００１３】
以下、〔Ａ〕ブラッグ反射、〔Ｂ〕干渉光学系と奥行き方向分解能、〔Ｃ〕Ｘ線断層画像測定装置、〔Ｄ〕生体内からの後方散乱光の発生と検出について順次説明する。
【００１４】
〔Ａ〕ブラッグ反射
一般に、Ｘ線に対する全反射ミラーは斜入射角が３°以下の場合に限られ、可視光に対するミラーのようなものは実現が困難である。そこで、ブラッグ反射が有効となる。ブラッグ反射を用いると結晶軸の選択によって、回折角を大きくすることが可能となる（参照文献〔１〕：Ｘ線結像光学，波岡武、山下広順 共編、培風館、ｐｐ．７−１６，ｐｐ．６９−７３）。
【００１５】
図１は本発明にかかるブラッグ反射の概略説明図である。
【００１６】
この図を用いてブラッグ反射について簡単に説明する。
【００１７】
図において、Ｘ線の入射波長λ、θB はブラッグ角（入射角）、格子間隔ｄ、回折角２θ、ミラー指数（ｈｋｌ）、単位格子の稜の長さをａとすると、次式が成り立つ（参照文献〔２〕：新版 Ｘ線回折要論 松村源太郎 訳 株式会社 アグネ ｐｐ．７９−８４）。
【００１８】
λ＝２ｄｓｉｎθ …（１）
１／ｄ2 ＝（ｈ2 ＋ｋ2 ＋ｌ2 ）／ａ2 …（２）
これより、ミラー指数（５３１）のＳｉ結晶（ａ＝０．５４３ｎｍ）に対して、Ｘ線管からのＣｕ−Ｋα線（波長０．１５４ｎｍ）を仮定するとブラッグ角は５７°となる。
【００１９】
〔Ｂ〕干渉光学系と奥行き方向分解能
干渉光学系は、Ｓｉ（５３１）単結晶を機械切削後、機械研磨、化学研磨をして作成され、図２に示すように、第１のブロックＢ１，第２のブロックＢ２，第３のブロックＢ３の３つのブロックから構成される。
【００２０】
単結晶からＢ１，Ｂ２，Ｂ３を作成するので、各ブロック間において原子オーダーの精度で散乱格子が一致しており、各ブロックからの回折波でも連続してブラッグ回折が生じる。
【００２１】
寸法は、図２に示す通りである。特に、第２のブロックＢ２の幅Ｗ2 は１ｍｍ、その厚さＤ2 は１００ｎｍであり、厚さＤ2 が薄いのは奥行き方向の分解能を向上させるためである。
【００２２】
なお、基台Ｂ０の幅Ｗ0 は２２ｍｍ、厚さＤ0 は１５ｍｍ、基台Ｂ０の底面から各ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３の頂上の高さＨは１３ｍｍ、第１、第３ブロックＢ１，Ｂ３の幅Ｗ1 ，Ｗ3 は１０ｍｍ、その厚さＤ1 ，Ｄ3 は１ｍｍである。
【００２３】
作成プロセスは、各ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３を機械研磨、化学研磨で仕上げ、第２のブロックＢ２を厚い状態に残して、スペースの部分を高分子材料などで埋めて第２のブロックＢ２のみをエッチングで薄くするなどの方法が考えられる。
【００２４】
次に、干渉原理と奥行き方向分解能を説明する。
【００２５】
図３は本発明にかかる干渉原理と奥行き方向分解能の説明図である。
【００２６】
この図において、１はＸ線源、２はＸ線、３は上記したブロックＢ１、Ｂ２、Ｂ３を有するＳｉ干渉計、４は試料である。
【００２７】
Ｘ線源１からのＸ線２は、数ｍｍ程度の幅を持ちビーム状にＳｉ干渉計３へ入射し、第１のブロックＢ１にブラッグ角θBで入射する。このとき第１のブロックＢ１のすべてのビーム入射領域で透過波（０次回折波）と１次回折波が発生する。今、第１のブロックＢ１の代表的な２点Ａ，Ｂに着目する。Ａ，Ｂ点での透過波は直進して試料４に入射する。試料４内では大部分は透過するが、試料４内での３次元屈折率分布によって、伝播路に伴い微弱な散乱光が３次元的に発生し、これらが信号光となる。
【００２８】
第１のブロックＢ１での一次回折波は、第２のブロックＢ２でブラッグ回折により第３のブロックＢ３に向かい、第３のブロックＢ３では再度１次回折波となり、これが参照波となる。信号光と参照光との干渉は、信号光と参照光がそれぞれブラッグ条件を満たし、両者の光路差が、光源１のコヒーレンス長以内であるときに生じる。Ｓｉ結晶のブラッグ回折による角度精度は数秒程度と非常に高い（上記参照文献〔１〕のｐｐ．９３−９６）。
【００２９】
まず、試料４内ではさまざまな位置と方向へ散乱光が発生するが、その中でブラッグ角と同じ角度の散乱光のみが信号光の候補となる。
【００３０】
次に、参照光との光路長差がコヒーレンス長以内の条件より、試料４内の有効な散乱領域は、ほぼ参照光路に対応して第２のブロックＢ２のＷ2 ×Ｄ2 の領域に限られる。コヒーレンス長ｌc に対応する試料４内のＺ軸方向距離ΔＺc は、次式となる。
【００３１】
ΔＺc ＝ｌc ／２ｓｉｎθB …（３）
コヒーレンス長、ブラッグ角をそれぞれ４００ｎｍ，５７°とすると、Ｚc は、２３８ｎｍとなる。この場合、第２のブロックＢ２の厚さＤ2 が１００ｎｍなので、試料の奥行き方向分解能は１００ｎｍとなる。ΔＺc ＞Ｄ2 のとき、試料の奥行き方向分解能はΔＺc となり、ΔＺc ＜Ｄ2 のとき、試料の奥行き方向分解能はＤとなる。また、横方向の有効領域は第２のブロックＢ２の幅Ｗ2 となる。つまり、参照波と信号波の光路は、概ね左端をＡとする菱形から、その左端をＢまでずらした場合のすべての光路となる。
【００３２】
〔Ｃ〕Ｘ線断層画像測定装置
次に、本発明の実施例を示すＸ線反射型断層画像測定装置について説明する。
【００３３】
図４は本発明の実施例を示すＸ線反射型断層画像測定装置の構成図である。
【００３４】
この図において、１１はＸ線源、１２はＸ線、１３は上記したブロックＢ１、Ｂ２、Ｂ３を有するＳｉ干渉計、１４は試料、１５は位相変調器、１６は結像素子（Ｉｍａｇｉｎｇ Ｏｐｔｉｃｓ）、１７は２次元画像測定装置（Ｘ線画像センサー）である。
【００３５】
Ｘ線源１１としては、現在、Ｘ線管、放射光、Ｘ線レーザなどが挙げられるが、実用的には汎用性が重要であり、その点から汎用的なＸ線管を用いる。
【００３６】
Ｘ線１２については、一般的なＣｕ−Ｋα線を仮定すると波長は０．１５４ｎｍであり、コヒーレンス長は約４００ｎｍとなる。出射光は、直径１ｍｍ程度でコリメートされたビームとなる（上記参照文献〔１〕のｐｐ．１９）。
【００３７】
ブラッグ条件より、ミラー指数（５３１）のＳｉ結晶に対して、波長０．１５４ｎｍを仮定するとブラッグ角は５７°となる。このとき、図４に示すようなＳｉ結晶をベースとした干渉光学系（Ｓｉ干渉計）が構成される。Ｘ線源１１からの光波は第１のブロックＢ１に入射して０次回折波と１次回折波が生ずる。一次回折波は、先述のように参照波となるが、ヘテロダイン検出のために位相変調器（例えば、上記参照文献〔３〕ｐｐ．２９２）１５によって位相変調される。
【００３８】
一方、透過波は試料１４に照射されて、散乱光である信号光を発生させる。発生した信号光は結像素子１６で集光されて、第３のブロックＢ３に向かうが、ブラッグ条件の角度選択性は非常に鋭いために結像素子１６からの信号光はＳｉを回折よりは透過して、２次元画像測定系へ向かう。この２次元画像測定装置１７の光電面で信号光と参照光により２次元干渉画像が生じ、その時間変化がヘテロダインビート信号となる。
【００３９】
ヘテロダイン検出の特徴は、強力な参照光と微弱な信号光とをミキシングすることにより信号光検出に対して、高感度化を図ることである。これより、（参照文献〔４〕：位相シフト法 Ｍａｒｃｈ １，１９９９／Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．５／ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ｐｐ．３０９〜３１１）などを用いることにより、試料１４の断層画像が得られる。
【００４０】
結像素子１６については、ウォルター型反射鏡（上記参照文献〔１〕のｐｐ．１２６−１２９）やゾーンプレート（上記参照文献〔１〕のｐｐ．９６−９９，ｐｐ．１３２−１３５）などが有用である。いずれも近年その加工精度が向上している。ここでは、ゾーンプレートを例に取り上げる。
【００４１】
図５はそのゾーンプレートの構成図であり、そのゾーンプレート２１は、図５に示すような光学素子であり、結像と分光機能を併せ持つ。ゾーンプレート２１は、円形開口内のフレネルの半波長帯を一つおきに不透明にし、透明帯と不透明帯を同心輪帯状に並べた透過型の光学素子である。同心円に内側から番号ｎを１，２，３，４，５，とする。ｎ番目の円の半径ｒn は、使用波長λと焦点距離ｆとして次式で与えられる。
【００４２】
ｒn ＝√（ｎｆλ） …（４）
ｎが大きくなるにつれて、外周になり輪帯の幅が狭くなるのがわかる。
【００４３】
ここで、波長０．１５４ｎｍ、焦点距離５ｍｍとして、ｒ1 ＝３．９２２μｍ（ｎ＝２０），ｒ2 ＝４．０１９μｍ（ｎ＝２１）で、幅が０．０９７μｍとなり、一般的な作製技術ではほぼ１００ｎｍが限界である。このとき直径約８ｍｍであり、ＮＡはｓｉｎ３８°＝０．６２５となることから、λ／ＮＡを横方向空間分解能とすると０．２４６ｎｍとなる。
【００４４】
また、集光効率は約１０％程度が可能である。例えば、試料とゾーンプレート間隔を５ｍｍ、ゾーンプレートと画像測定装置のＣＣＤ面までの間隔を５０ｃｍとして、Ｘ線用ＣＣＤの画素間隔を２０μｍとすると、対応する空間分解能は０．２μｍとなり、サブミクロンの空間分解能が実現される。
【００４５】
〔Ｄ〕生体内からの後方散乱光の発生と検出
近赤外領域では、生体試料からの後方散乱光を信号光としてＯＣＴがすでに実用化されているが（上記参照文献〔６〕）、Ｘ線の領域では生体試料からの後方散乱光をヘテロダイン検出する報告はまだされていない。そこで周辺技術や関連報告からその実現性について微視的点に立ち入って述べる。
【００４６】
Ｘ線は、物質中の電子によって散乱される。物質によるＸ線の散乱には弾性散乱と非弾性散乱がある。前者は、散乱波の波長が入射波の波長と同じなので、散乱の前後で一定の位相関係が保たれている。したがって、物質が結晶などの場合に散乱波は互いに干渉し合って回折現象が生ずる。後者は、散乱の前後で物質とのエネルギーのやり取りから波長が変化するので干渉は生じない。
【００４７】
弾性散乱は、一般にトムソン散乱と呼ばれている。自由な電子やゆるく束縛される電子に、強度ＩｏのＸ線が入射した際に、距離Ｒで観測される散乱波の強度Ｉe は、次式で与えられる。
【００４８】
Ｉe ＝Ｉ0 （ｅ2 ／ｍｃ2 ）2 （１／Ｒ2 ）Ｐ …（５）
ここで、ｅとｍは電子の電荷と質量、ｃは光速、ｅ2／ｍｃ2＝２．８２×１０-13（ｃｍ）は電子の古典半径で、Ｐは偏光因子である。入射するＸ線が偏っていない場合には、散乱角φを用いるとＰは次式となる。
【００４９】
Ｐ＝（１＋ｃｏｓ2 φ）／２ …（６）
この式より、前方散乱波強度（φ＝０）と後方散乱波強度（φ＝π）は等しい事がわかる。１個の電子による弾性散乱の強度は、式（５）で与えられるので、次に、１個の孤立した原子によって生ずる散乱を取り上げる。原子の核外電子は電子雲として広がって存在している。電子雲の大きさとＸ線の波長との間には著しい差はない。このような原子から散乱されるＸ線の強度を求めるのは電子雲の各部分から散乱される波の振幅と位相を考慮して合成すれば良い。このとき原子による散乱強度Ｉは、次式となる。
【００５０】
Ｉ＝Ｉe ｜ｆ｜2 …（７）
【００５１】
【数１】
【００５２】
ｆは原子散乱因子と呼ばれ、電子雲の分布状態と散乱波を結びつける因子である。上式でρは、原子核からｒ離れた点での電子密度、θはブラッグ角である。一連のこの散乱波強度を求めるプロセスは、入射波の散乱ポテンシャルによる散乱現象において、入射波は変化しない程度の散乱という条件でボルン近似と呼ばれており、一般的な考え方である。
【００５３】
実際、試料が結晶などの場合には、デバイ−シェラ−カメラが一般に用いられている。帯状のフィルムの感光面を内側に輪を作り、これを試料が中心に来るようにセットする。さらにして輪の直径がＸ線のパスになるようにフィルムに２つ穴をあける。このようにして前方散乱波から後方散乱波までを連続的に測定できるカメラである。
【００５４】
従来、Ｘ線を用いた構造解析の分野では、前方から後方散乱波を用いた測定は一般的である（参照文献〔７〕：セラミックス基礎講座３ 東京工業大学工学部 無機材料工学科 編 Ｘ線回折分析 加藤誠軌 著 内田老鶴圃 ｐｐ．１５２）。
【００５５】
他方、近赤外光波の生体組織による後方散乱波を用いたＯＣＴにおいては、その後方散乱波Ｅ(S)は次式で示されている。（参照文献〔８〕：ＪＯＵＲＮＡＬ ｏｆ ＢＩＯＭＥＤＩＣＡＬ ＯＰＴＩＣＳ １（２），１５７−１７３ ＡＰＲＩＬ １９９６ ｐｐ．１５７−１７３）
【００５６】
【数２】
【００５７】
ここで、Ｅ(S)，Ｅ(i)，Ｆ（ｒ），ｍ（ｒ）は、それぞれ散乱波、入射波、散乱ポテンシャル、生体組織の複素屈折率である。ＯＣＴでは生体組織からの微弱な後方散乱光波をヘテロダイン検出を用いて高感度に検出している。後方散乱光波は、位相変調を受けた強力な参照波と混合されて、次式のようなヘテロダインビート信号ＩHBとして検出される。
【００５８】
ＩHB＝（｜ＥR ＋ＥS ｜2 ）＝ＩR ＋ＩS ＋２Ｒｅ〔（ＥR * ＥS ）〕 …（１０）
このとき、ＩHBから後方散乱光波の振幅と位相情報を得るのが可能であり、一般には振幅情報から断層画像が測定されている。
【００５９】
Ｘ線に対する物質の複素屈折率ｍも次式で報告されており、上述の後方散乱波の式に基づいて、Ｘ線の散乱現象について述べる。
【００６０】
【数３】
【００６１】
ここで、δ，β，ｒe ，Ｎh ，Ｚh , ｆ’h , μa h , ｐh は、それぞれ位相シフトに関係した量、減衰に関係した量、古典電子半径、元素ｈの原子密度、原子番号、原子散乱因子異常項の実数部、原子吸収係数、位相シフトの相互作用断面積である。
【００６２】
上式より原子ｈの密度と相互作用散乱断面積に依存することが分かる。ｐhの数値例を上記参照文献〔３〕の図１に示す。波長が１．５Ａ（８．３ｋｅＶ）の場合、生体に関係の深い元素である酸素（原子番号：８）、炭素（原子番号：６）、ナトリウム（原子番号：１１）、カリウム（原子番号：１９）、カルシウム（原子番号：２０）のｐhは、１０-20−１０-19の範囲にあり、一桁の範囲に分布している事がわかる。
【００６３】
また、上式より散乱ポテンシャルＦは、近似的にＦ＝２ｋ2δとなる。よって、式（９）より散乱波Ｅ(s)は、Ｅ(s)∝δで、ヘテロダインビート信号は、式（１０）よりＩHB∝Ｅ(R)δＥ(S)∝δと表される。これより、ヘテロダインビート信号を通して、原子の密度と相互作用散乱断面積に関する情報が得られることがわかる。
【００６４】
さらに、生体組織内での構造は複雑多岐であり、ナノオーダーでの生体分子構造・機能に関した情報が得られるものと考えられる。生体物質とＸ線との相互作用においては、クラスター構造の作用などにより予想以外の効率も期待されると考えられる。まさに新しい領域である。
【００６５】
一方、Ｘ線の検出器については、最近改善がなされ、メーカーから高性能なカメラがすでに市販されている。一例として、Ｘ線用のフラットパネルセンサの仕様を表１に示す。特性としては、原理確認等の実験には十分の特性である。Ｘ線検出に関してイメージインテンシファイヤーなどの素子（浜松ホトニクス株式会社製 冷却型デジタルＣＣＤカメラ）が市販されており、様々な素子を組み合わせることにより高感度なイメージング測定システムの構築が可能である。
【００６６】
【表１】
【００６７】
生体内からの後方散乱光の発生と検出について述べた。前者については、ヘテロダインビート信号を通して、原子の密度と相互作用散乱断面積に関する情報が得られ、さらに３次元の生体分子構造・機能に関した情報が得られるものと考えられる。
【００６８】
一方、後者については、最近の検出素子の性能向上により高感度なイメージセンサが市販されている。さらに、本発明はＳｐｒｉｎｇ−８のような大規模なＸ線源を用いないことも大きなメリットであり、小型汎用のＸ線源（浜松ホトニクス株式会社製 １００ｋＶ ＭＩＣＲＯＦＯＣＵＳ Ｘ−ＲＡＹ ＳＯＵＲＣＥ Ｌ７９０１−０１）も市販されている。以上より、本発明は実現性が非常に高いものであると言える。
【００６９】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００７０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００７１】
（Ａ）原理的にはＯＣＴと同じであるが、Ｘ線を用いることにより、ナノオーダーの空間分解能が実現され、測定領域がＸ線の透過性により数センチ、数十センチに及ぶ。
【００７２】
（Ｂ）Ｘ線の中でも硬Ｘ線領域の光に基づいており、軟Ｘ線のように大掛かりな装置を一切必要としない。さらに、高感度なヘテロダイン検出技術を用いるので、Ｘ線の照射量も小さく被爆の問題もない。
【００７３】
（Ｃ）従来のＯＣＴでは困難であったナノオーダーの空間分解能と測定領域の大幅な拡大によって、例えば臨床的に生きた状態で体の深部の断層画像測定が可能になる。基礎医学から臨床医学の分野にわたって、今までわからなかった様々なことの解明に役立つと考えられる。また、Ｘ線は従来半導体産業をはじめさまざまな産業分野で用いられてきた。よって、医学分野、さらに、半導体や他の産業分野への波及効果は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかるブラッグ反射の概略説明図である。
【図２】 本発明にかかるＳｉ干渉計の構成を示す図である。
【図３】 本発明にかかる干渉原理と奥行き方向分解能の説明図である。
【図４】 本発明の実施例を示すＸ線反射型断層画像測定装置の構成図である。
【図５】 本発明にかかるゾーンプレートの構成図である。
【符号の説明】
１，１１ Ｘ線源
２，１２ Ｘ線
３，１３ Ｓｉ干渉計
Ｂ０ 基台
Ｂ１ 第１のブロック
Ｂ２ 第２のブロック
Ｂ３ 第３のブロック
４，１４ 試料（サンプル）
１５ 位相変調器
１６ 結像素子
１７ ２次元画像測定装置（Ｘ線画像センサー）
２１ ゾーンプレート
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線の生体への透過性とナノオーダーのコヒーレンス長を用いて、３次元物体の試料（サンプル）に対して数センチから数十センチの深さ範囲をナノオーダーの空間分解能で断層画像化するＸ線反射型断層画像測定方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光コヒーレンストモグラフィー（ＯＣＴ）では、光源の波長が０．７μｍ−１．６μｍの近赤外領域であり、高価で複雑なモードロックフェムト秒レーザを用いて、約１μｍの空間分解能が実現されている。しかし、それ以上の高い空間分解能は、光源のさらなるスペクトル幅の拡大化と、それに伴う分散補償の問題から困難である。また、測定領域は、生体による光波の吸収と散乱により数ミリ程度が限界である。
【０００３】
以上、現在の空間分解能と測定領域は臨床的に十分なものではなく、問題を解決すべく新しい方法が必要である（参照文献〔５〕：Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １，１９９９／Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．１７／ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ １２２１〜１２２３、参照文献〔６〕：計測と制御 第３９巻、第４号 ２０００年４月号 ｐｐ．２５９〜２６６）。また、Ｘ線を用いた透過型の位相コントラストイメージングは、参照文献〔３〕：光学 ２９巻 ５号（２０００）ｐｐ．２８７（１７）〜２９４（２４）に記述してあるように既に報告されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したＸ線を用いた透過型の位相コントラストイメージングは、ナノオーダー３次元分解能化、高感度化のためのヘテロダイン検出、複雑な逆問題を必要としない方法などには触れていない。
【０００５】
本発明は、上記状況に鑑みて、Ｘ線を用い、しかも簡素化と高感度化を図ることができるＸ線反射型断層画像測定方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕Ｘ線反射型断層画像測定方法において、Ｘ線源からのＸ線が照射される第１ブロックと、この第１ブロックにより回折する第１次回折光が照射される第２ブロックと、この第２ブロックからのブラッグ回折光が照射される第３ブロックとを有するＳｉ干渉計を用いて、前記第３ブロックから再度１次回折光となる参照波を生成し、前記第１ブロックからの透過波が入射する試料を配置し、この試料内での３次元屈折率分布によって散乱Ｘ線を発生させて信号光を生成し、前記信号光と参照波がそれぞれブラッグ条件を満たし、両者の光路差がＸ線のコヒーレンス長以内になるようにすることにより、２次元画像測定装置の光電面で前記信号光と参照波により２次元干渉画像を生じさせ、該２次元干渉画像の時間的変化としてのヘテロダインビート信号を得て、前記試料の断層画像を測定することを特徴とする。
【０００７】
〔２〕Ｘ線反射型断層画像測定装置において、Ｘ線源と、このＸ線源からのＸ線が照射される第１ブロックと、この第１ブロックにより回折する第１次回折光が照射される第２ブロックと、この第２ブロックからのブラッグ回折光が照射され、再度１次回折光となる参照波を得る第３ブロックとを具備するＳｉ干渉計と、前記第１ブロックでの透過波が入射する試料を配置し、この試料内での３次元屈折率分布によって散乱Ｘ線を発生して信号光を生成する信号光生成手段と、前記信号光と参照波がそれぞれブラッグ条件を満たし、両者の光路差がＸ線のコヒーレンス長以内になるようにすることにより、２次元画像測定装置の光電面で前記信号光と参照波により２次元干渉画像を生じさせ、該２次元干渉画像の時間的変化としてのヘテロダインビート信号を得て、前記試料の断層画像を測定するＸ線画像センサーを具備することを特徴とする。
【０００８】
〔３〕上記〔２〕記載のＸ線反射型断層画像測定装置において、前記第２ブロックと前記第３のブロック間に位相変調器を配置することを特徴とする。
【０００９】
〔４〕上記〔２〕記載のＸ線反射型断層画像測定装置において、前記試料と前記第３ブロックとの間に結像素子を配置することを特徴とする。
【００１０】
〔５〕上記〔４〕記載のＸ線反射型断層画像測定装置において、前記結像素子がゾーンプレートであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１２】
本装置は、Ｘ線源、結像光学素子・位相変調素子を含む干渉光学系、２次元画像測定系において、試料からの散乱Ｘ線を信号光波、干渉光学系で生ずる位相変調された光波を参照光波としたとき、２つの光波のヘテロダインビート信号から得られる散乱Ｘ線の２次元強度情報を用いて断層画像を測定することを特徴とする。
【００１３】
以下、〔Ａ〕ブラッグ反射、〔Ｂ〕干渉光学系と奥行き方向分解能、〔Ｃ〕Ｘ線断層画像測定装置、〔Ｄ〕生体内からの後方散乱光の発生と検出について順次説明する。
【００１４】
〔Ａ〕ブラッグ反射
一般に、Ｘ線に対する全反射ミラーは斜入射角が３°以下の場合に限られ、可視光に対するミラーのようなものは実現が困難である。そこで、ブラッグ反射が有効となる。ブラッグ反射を用いると結晶軸の選択によって、回折角を大きくすることが可能となる（参照文献〔１〕：Ｘ線結像光学，波岡武、山下広順 共編、培風館、ｐｐ．７−１６，ｐｐ．６９−７３）。
【００１５】
図１は本発明にかかるブラッグ反射の概略説明図である。
【００１６】
この図を用いてブラッグ反射について簡単に説明する。
【００１７】
図において、Ｘ線の入射波長λ、θB はブラッグ角（入射角）、格子間隔ｄ、回折角２θ、ミラー指数（ｈｋｌ）、単位格子の稜の長さをａとすると、次式が成り立つ（参照文献〔２〕：新版 Ｘ線回折要論 松村源太郎 訳 株式会社 アグネ ｐｐ．７９−８４）。
【００１８】
λ＝２ｄｓｉｎθ …（１）
１／ｄ2 ＝（ｈ2 ＋ｋ2 ＋ｌ2 ）／ａ2 …（２）
これより、ミラー指数（５３１）のＳｉ結晶（ａ＝０．５４３ｎｍ）に対して、Ｘ線管からのＣｕ−Ｋα線（波長０．１５４ｎｍ）を仮定するとブラッグ角は５７°となる。
【００１９】
〔Ｂ〕干渉光学系と奥行き方向分解能
干渉光学系は、Ｓｉ（５３１）単結晶を機械切削後、機械研磨、化学研磨をして作成され、図２に示すように、第１のブロックＢ１，第２のブロックＢ２，第３のブロックＢ３の３つのブロックから構成される。
【００２０】
単結晶からＢ１，Ｂ２，Ｂ３を作成するので、各ブロック間において原子オーダーの精度で散乱格子が一致しており、各ブロックからの回折波でも連続してブラッグ回折が生じる。
【００２１】
寸法は、図２に示す通りである。特に、第２のブロックＢ２の幅Ｗ2 は１ｍｍ、その厚さＤ2 は１００ｎｍであり、厚さＤ2 が薄いのは奥行き方向の分解能を向上させるためである。
【００２２】
なお、基台Ｂ０の幅Ｗ0 は２２ｍｍ、厚さＤ0 は１５ｍｍ、基台Ｂ０の底面から各ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３の頂上の高さＨは１３ｍｍ、第１、第３ブロックＢ１，Ｂ３の幅Ｗ1 ，Ｗ3 は１０ｍｍ、その厚さＤ1 ，Ｄ3 は１ｍｍである。
【００２３】
作成プロセスは、各ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３を機械研磨、化学研磨で仕上げ、第２のブロックＢ２を厚い状態に残して、スペースの部分を高分子材料などで埋めて第２のブロックＢ２のみをエッチングで薄くするなどの方法が考えられる。
【００２４】
次に、干渉原理と奥行き方向分解能を説明する。
【００２５】
図３は本発明にかかる干渉原理と奥行き方向分解能の説明図である。
【００２６】
この図において、１はＸ線源、２はＸ線、３は上記したブロックＢ１、Ｂ２、Ｂ３を有するＳｉ干渉計、４は試料である。
【００２７】
Ｘ線源１からのＸ線２は、数ｍｍ程度の幅を持ちビーム状にＳｉ干渉計３へ入射し、第１のブロックＢ１にブラッグ角θBで入射する。このとき第１のブロックＢ１のすべてのビーム入射領域で透過波（０次回折波）と１次回折波が発生する。今、第１のブロックＢ１の代表的な２点Ａ，Ｂに着目する。Ａ，Ｂ点での透過波は直進して試料４に入射する。試料４内では大部分は透過するが、試料４内での３次元屈折率分布によって、伝播路に伴い微弱な散乱光が３次元的に発生し、これらが信号光となる。
【００２８】
第１のブロックＢ１での一次回折波は、第２のブロックＢ２でブラッグ回折により第３のブロックＢ３に向かい、第３のブロックＢ３では再度１次回折波となり、これが参照波となる。信号光と参照光との干渉は、信号光と参照光がそれぞれブラッグ条件を満たし、両者の光路差が、光源１のコヒーレンス長以内であるときに生じる。Ｓｉ結晶のブラッグ回折による角度精度は数秒程度と非常に高い（上記参照文献〔１〕のｐｐ．９３−９６）。
【００２９】
まず、試料４内ではさまざまな位置と方向へ散乱光が発生するが、その中でブラッグ角と同じ角度の散乱光のみが信号光の候補となる。
【００３０】
次に、参照光との光路長差がコヒーレンス長以内の条件より、試料４内の有効な散乱領域は、ほぼ参照光路に対応して第２のブロックＢ２のＷ2 ×Ｄ2 の領域に限られる。コヒーレンス長ｌc に対応する試料４内のＺ軸方向距離ΔＺc は、次式となる。
【００３１】
ΔＺc ＝ｌc ／２ｓｉｎθB …（３）
コヒーレンス長、ブラッグ角をそれぞれ４００ｎｍ，５７°とすると、Ｚc は、２３８ｎｍとなる。この場合、第２のブロックＢ２の厚さＤ2 が１００ｎｍなので、試料の奥行き方向分解能は１００ｎｍとなる。ΔＺc ＞Ｄ2 のとき、試料の奥行き方向分解能はΔＺc となり、ΔＺc ＜Ｄ2 のとき、試料の奥行き方向分解能はＤとなる。また、横方向の有効領域は第２のブロックＢ２の幅Ｗ2 となる。つまり、参照波と信号波の光路は、概ね左端をＡとする菱形から、その左端をＢまでずらした場合のすべての光路となる。
【００３２】
〔Ｃ〕Ｘ線断層画像測定装置
次に、本発明の実施例を示すＸ線反射型断層画像測定装置について説明する。
【００３３】
図４は本発明の実施例を示すＸ線反射型断層画像測定装置の構成図である。
【００３４】
この図において、１１はＸ線源、１２はＸ線、１３は上記したブロックＢ１、Ｂ２、Ｂ３を有するＳｉ干渉計、１４は試料、１５は位相変調器、１６は結像素子（Ｉｍａｇｉｎｇ Ｏｐｔｉｃｓ）、１７は２次元画像測定装置（Ｘ線画像センサー）である。
【００３５】
Ｘ線源１１としては、現在、Ｘ線管、放射光、Ｘ線レーザなどが挙げられるが、実用的には汎用性が重要であり、その点から汎用的なＸ線管を用いる。
【００３６】
Ｘ線１２については、一般的なＣｕ−Ｋα線を仮定すると波長は０．１５４ｎｍであり、コヒーレンス長は約４００ｎｍとなる。出射光は、直径１ｍｍ程度でコリメートされたビームとなる（上記参照文献〔１〕のｐｐ．１９）。
【００３７】
ブラッグ条件より、ミラー指数（５３１）のＳｉ結晶に対して、波長０．１５４ｎｍを仮定するとブラッグ角は５７°となる。このとき、図４に示すようなＳｉ結晶をベースとした干渉光学系（Ｓｉ干渉計）が構成される。Ｘ線源１１からの光波は第１のブロックＢ１に入射して０次回折波と１次回折波が生ずる。一次回折波は、先述のように参照波となるが、ヘテロダイン検出のために位相変調器（例えば、上記参照文献〔３〕ｐｐ．２９２）１５によって位相変調される。
【００３８】
一方、透過波は試料１４に照射されて、散乱光である信号光を発生させる。発生した信号光は結像素子１６で集光されて、第３のブロックＢ３に向かうが、ブラッグ条件の角度選択性は非常に鋭いために結像素子１６からの信号光はＳｉを回折よりは透過して、２次元画像測定系へ向かう。この２次元画像測定装置１７の光電面で信号光と参照光により２次元干渉画像が生じ、その時間変化がヘテロダインビート信号となる。
【００３９】
ヘテロダイン検出の特徴は、強力な参照光と微弱な信号光とをミキシングすることにより信号光検出に対して、高感度化を図ることである。これより、（参照文献〔４〕：位相シフト法 Ｍａｒｃｈ １，１９９９／Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．５／ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ｐｐ．３０９〜３１１）などを用いることにより、試料１４の断層画像が得られる。
【００４０】
結像素子１６については、ウォルター型反射鏡（上記参照文献〔１〕のｐｐ．１２６−１２９）やゾーンプレート（上記参照文献〔１〕のｐｐ．９６−９９，ｐｐ．１３２−１３５）などが有用である。いずれも近年その加工精度が向上している。ここでは、ゾーンプレートを例に取り上げる。
【００４１】
図５はそのゾーンプレートの構成図であり、そのゾーンプレート２１は、図５に示すような光学素子であり、結像と分光機能を併せ持つ。ゾーンプレート２１は、円形開口内のフレネルの半波長帯を一つおきに不透明にし、透明帯と不透明帯を同心輪帯状に並べた透過型の光学素子である。同心円に内側から番号ｎを１，２，３，４，５，とする。ｎ番目の円の半径ｒn は、使用波長λと焦点距離ｆとして次式で与えられる。
【００４２】
ｒn ＝√（ｎｆλ） …（４）
ｎが大きくなるにつれて、外周になり輪帯の幅が狭くなるのがわかる。
【００４３】
ここで、波長０．１５４ｎｍ、焦点距離５ｍｍとして、ｒ1 ＝３．９２２μｍ（ｎ＝２０），ｒ2 ＝４．０１９μｍ（ｎ＝２１）で、幅が０．０９７μｍとなり、一般的な作製技術ではほぼ１００ｎｍが限界である。このとき直径約８ｍｍであり、ＮＡはｓｉｎ３８°＝０．６２５となることから、λ／ＮＡを横方向空間分解能とすると０．２４６ｎｍとなる。
【００４４】
また、集光効率は約１０％程度が可能である。例えば、試料とゾーンプレート間隔を５ｍｍ、ゾーンプレートと画像測定装置のＣＣＤ面までの間隔を５０ｃｍとして、Ｘ線用ＣＣＤの画素間隔を２０μｍとすると、対応する空間分解能は０．２μｍとなり、サブミクロンの空間分解能が実現される。
【００４５】
〔Ｄ〕生体内からの後方散乱光の発生と検出
近赤外領域では、生体試料からの後方散乱光を信号光としてＯＣＴがすでに実用化されているが（上記参照文献〔６〕）、Ｘ線の領域では生体試料からの後方散乱光をヘテロダイン検出する報告はまだされていない。そこで周辺技術や関連報告からその実現性について微視的点に立ち入って述べる。
【００４６】
Ｘ線は、物質中の電子によって散乱される。物質によるＸ線の散乱には弾性散乱と非弾性散乱がある。前者は、散乱波の波長が入射波の波長と同じなので、散乱の前後で一定の位相関係が保たれている。したがって、物質が結晶などの場合に散乱波は互いに干渉し合って回折現象が生ずる。後者は、散乱の前後で物質とのエネルギーのやり取りから波長が変化するので干渉は生じない。
【００４７】
弾性散乱は、一般にトムソン散乱と呼ばれている。自由な電子やゆるく束縛される電子に、強度ＩｏのＸ線が入射した際に、距離Ｒで観測される散乱波の強度Ｉe は、次式で与えられる。
【００４８】
Ｉe ＝Ｉ0 （ｅ2 ／ｍｃ2 ）2 （１／Ｒ2 ）Ｐ …（５）
ここで、ｅとｍは電子の電荷と質量、ｃは光速、ｅ2／ｍｃ2＝２．８２×１０-13（ｃｍ）は電子の古典半径で、Ｐは偏光因子である。入射するＸ線が偏っていない場合には、散乱角φを用いるとＰは次式となる。
【００４９】
Ｐ＝（１＋ｃｏｓ2 φ）／２ …（６）
この式より、前方散乱波強度（φ＝０）と後方散乱波強度（φ＝π）は等しい事がわかる。１個の電子による弾性散乱の強度は、式（５）で与えられるので、次に、１個の孤立した原子によって生ずる散乱を取り上げる。原子の核外電子は電子雲として広がって存在している。電子雲の大きさとＸ線の波長との間には著しい差はない。このような原子から散乱されるＸ線の強度を求めるのは電子雲の各部分から散乱される波の振幅と位相を考慮して合成すれば良い。このとき原子による散乱強度Ｉは、次式となる。
【００５０】
Ｉ＝Ｉe ｜ｆ｜2 …（７）
【００５１】
【数１】
ｆは原子散乱因子と呼ばれ、電子雲の分布状態と散乱波を結びつける因子である。上式でρは、原子核からｒ離れた点での電子密度、θはブラッグ角である。一連のこの散乱波強度を求めるプロセスは、入射波の散乱ポテンシャルによる散乱現象において、入射波は変化しない程度の散乱という条件でボルン近似と呼ばれており、一般的な考え方である。
【００５３】
実際、試料が結晶などの場合には、デバイ−シェラ−カメラが一般に用いられている。帯状のフィルムの感光面を内側に輪を作り、これを試料が中心に来るようにセットする。さらにして輪の直径がＸ線のパスになるようにフィルムに２つ穴をあける。このようにして前方散乱波から後方散乱波までを連続的に測定できるカメラである。
【００５４】
従来、Ｘ線を用いた構造解析の分野では、前方から後方散乱波を用いた測定は一般的である（参照文献〔７〕：セラミックス基礎講座３ 東京工業大学工学部 無機材料工学科 編 Ｘ線回折分析 加藤誠軌 著 内田老鶴圃 ｐｐ．１５２）。
【００５５】
他方、近赤外光波の生体組織による後方散乱波を用いたＯＣＴにおいては、その後方散乱波Ｅ(S)は次式で示されている。（参照文献〔８〕：ＪＯＵＲＮＡＬ ｏｆ ＢＩＯＭＥＤＩＣＡＬ ＯＰＴＩＣＳ １（２），１５７−１７３ ＡＰＲＩＬ １９９６ ｐｐ．１５７−１７３）
【００５６】
【数２】
ここで、Ｅ(S)，Ｅ(i)，Ｆ（ｒ），ｍ（ｒ）は、それぞれ散乱波、入射波、散乱ポテンシャル、生体組織の複素屈折率である。ＯＣＴでは生体組織からの微弱な後方散乱光波をヘテロダイン検出を用いて高感度に検出している。後方散乱光波は、位相変調を受けた強力な参照波と混合されて、次式のようなヘテロダインビート信号ＩHBとして検出される。
【００５８】
ＩHB＝（｜ＥR ＋ＥS ｜2 ）＝ＩR ＋ＩS ＋２Ｒｅ〔（ＥR * ＥS ）〕 …（１０）
このとき、ＩHBから後方散乱光波の振幅と位相情報を得るのが可能であり、一般には振幅情報から断層画像が測定されている。
【００５９】
Ｘ線に対する物質の複素屈折率ｍも次式で報告されており、上述の後方散乱波の式に基づいて、Ｘ線の散乱現象について述べる。
【００６０】
【数３】
ここで、δ，β，ｒe ，Ｎh ，Ｚh , ｆ’h , μa h , ｐh は、それぞれ位相シフトに関係した量、減衰に関係した量、古典電子半径、元素ｈの原子密度、原子番号、原子散乱因子異常項の実数部、原子吸収係数、位相シフトの相互作用断面積である。
【００６２】
上式より原子ｈの密度と相互作用散乱断面積に依存することが分かる。ｐhの数値例を上記参照文献〔３〕の図１に示す。波長が１．５Ａ（８．３ｋｅＶ）の場合、生体に関係の深い元素である酸素（原子番号：８）、炭素（原子番号：６）、ナトリウム（原子番号：１１）、カリウム（原子番号：１９）、カルシウム（原子番号：２０）のｐhは、１０-20−１０-19の範囲にあり、一桁の範囲に分布している事がわかる。
【００６３】
また、上式より散乱ポテンシャルＦは、近似的にＦ＝２ｋ2δとなる。よって、式（９）より散乱波Ｅ(s)は、Ｅ(s)∝δで、ヘテロダインビート信号は、式（１０）よりＩHB∝Ｅ(R)δＥ(S)∝δと表される。これより、ヘテロダインビート信号を通して、原子の密度と相互作用散乱断面積に関する情報が得られることがわかる。
【００６４】
さらに、生体組織内での構造は複雑多岐であり、ナノオーダーでの生体分子構造・機能に関した情報が得られるものと考えられる。生体物質とＸ線との相互作用においては、クラスター構造の作用などにより予想以外の効率も期待されると考えられる。まさに新しい領域である。
【００６５】
一方、Ｘ線の検出器については、最近改善がなされ、メーカーから高性能なカメラがすでに市販されている。一例として、Ｘ線用のフラットパネルセンサの仕様を表１に示す。特性としては、原理確認等の実験には十分の特性である。Ｘ線検出に関してイメージインテンシファイヤーなどの素子（浜松ホトニクス株式会社製 冷却型デジタルＣＣＤカメラ）が市販されており、様々な素子を組み合わせることにより高感度なイメージング測定システムの構築が可能である。
【００６６】
【表１】
生体内からの後方散乱光の発生と検出について述べた。前者については、ヘテロダインビート信号を通して、原子の密度と相互作用散乱断面積に関する情報が得られ、さらに３次元の生体分子構造・機能に関した情報が得られるものと考えられる。
【００６８】
一方、後者については、最近の検出素子の性能向上により高感度なイメージセンサが市販されている。さらに、本発明はＳｐｒｉｎｇ−８のような大規模なＸ線源を用いないことも大きなメリットであり、小型汎用のＸ線源（浜松ホトニクス株式会社製 １００ｋＶ ＭＩＣＲＯＦＯＣＵＳ Ｘ−ＲＡＹ ＳＯＵＲＣＥ Ｌ７９０１−０１）も市販されている。以上より、本発明は実現性が非常に高いものであると言える。
【００６９】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００７０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００７１】
（Ａ）原理的にはＯＣＴと同じであるが、Ｘ線を用いることにより、ナノオーダーの空間分解能が実現され、測定領域がＸ線の透過性により数センチ、数十センチに及ぶ。
【００７２】
（Ｂ）Ｘ線の中でも硬Ｘ線領域の光に基づいており、軟Ｘ線のように大掛かりな装置を一切必要としない。さらに、高感度なヘテロダイン検出技術を用いるので、Ｘ線の照射量も小さく被爆の問題もない。
【００７３】
（Ｃ）従来のＯＣＴでは困難であったナノオーダーの空間分解能と測定領域の大幅な拡大によって、例えば臨床的に生きた状態で体の深部の断層画像測定が可能になる。基礎医学から臨床医学の分野にわたって、今までわからなかった様々なことの解明に役立つと考えられる。また、Ｘ線は従来半導体産業をはじめさまざまな産業分野で用いられてきた。よって、医学分野、さらに、半導体や他の産業分野への波及効果は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかるブラッグ反射の概略説明図である。
【図２】 本発明にかかるＳｉ干渉計の構成を示す図である。
【図３】 本発明にかかる干渉原理と奥行き方向分解能の説明図である。
【図４】 本発明の実施例を示すＸ線反射型断層画像測定装置の構成図である。
【図５】 本発明にかかるゾーンプレートの構成図である。
【符号の説明】
１，１１ Ｘ線源
２，１２ Ｘ線
３，１３ Ｓｉ干渉計
Ｂ０ 基台
Ｂ１ 第１のブロック
Ｂ２ 第２のブロック
Ｂ３ 第３のブロック
４，１４ 試料（サンプル）
１５ 位相変調器
１６ 結像素子
１７ ２次元画像測定装置（Ｘ線画像センサー）
２１ ゾーンプレート
Claims (5)
- （ａ）Ｘ線源からのＸ線が照射される第１ブロックと、該第１ブロックにより回折する第１次回折光が照射される第２ブロックと、該第２ブロックからのブラッグ回折光が照射される第３ブロックとを有するＳｉ干渉計を用いて、前記第３ブロックから再度１次回折光となる参照波を生成し、
（ｂ）前記第１ブロックからの透過波が入射する試料を配置し、該試料内での３次元屈折率分布によって散乱Ｘ線を発生させて信号光を生成し、
（ｃ）前記信号光と参照波がそれぞれブラッグ条件を満たし、両者の光路差がＸ線のコヒーレンス長以内になるようにすることにより、２次元画像測定装置の光電面で前記信号光と参照波により２次元干渉画像を生じさせ、該２次元干渉画像の時間的変化としてのヘテロダインビート信号を得て、前記試料の断層画像を測定することを特徴とするＸ線反射型断層画像測定方法。 - （ａ）Ｘ線源と、
（ｂ）該Ｘ線源からのＸ線が照射される第１ブロックと、該第１ブロックにより回折する第１次回折光が照射される第２ブロックと、該第２ブロックからのブラッグ回折光が照射され、再度１次回折光となる参照波を得る第３ブロックとを具備するＳｉ干渉計と、
（ｃ）前記第１ブロックでの透過波が入射する試料を配置し、該試料内での３次元屈折率分布によって散乱Ｘ線を発生して信号光を生成する信号光生成手段と、
（ｄ）前記信号光と参照波がそれぞれブラッグ条件を満たし、両者の光路差がＸ線のコヒーレンス長以内になるようにすることにより、２次元画像測定装置の光電面で前記信号光と参照波により２次元干渉画像を生じさせ、該２次元干渉画像の時間的変化としてのヘテロダインビート信号を得て、前記試料の断層画像を測定するＸ線画像センサーを具備することを特徴とするＸ線反射型断層画像測定装置。 - 請求項２記載のＸ線反射型断層画像測定装置において、前記第２ブロックと前記第３のブロック間に位相変調器を配置することを特徴とするＸ線反射型断層画像測定装置。
- 請求項２記載のＸ線反射型断層画像測定装置において、前記試料と前記第３ブロックとの間に結像素子を配置することを特徴とするＸ線反射型断層画像測定装置。
- 請求項４記載のＸ線反射型断層画像測定装置において、前記結像素子がゾーンプレートであることを特徴とするＸ線反射型断層画像測定装置。
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