JP4421327B2

JP4421327B2 - Ｘ線コリメータ及びｘ線撮像装置

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Publication number: JP4421327B2
Application number: JP2004050314A
Authority: JP
Inventors: 克彦鈴木; 良俊石原
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2024-02-25
Also published as: JP2005241381A

Description

本発明は、Ｘ線コリメータ及びＸ線撮像装置に関するものである。

Ｘ線撮像装置は、検査対象を破壊しないでその内部構造を見ることができることから、医療診断や製品検査等において広く利用されている。特許文献１には、従来のＸ線撮像装置（発明の名称：Ｘ線画像形成システム）が開示されている。このＸ線撮像装置は、Ｘ線管と、Ｘ線管から放射されたＸ線の向きを平行にするコリメータと、検査対象を透過した平行Ｘ線を検出（撮像）するフラットパネルディテクタとを備えている。

また、特許文献２には、上記したようなＸ線撮像装置に用いられるコリメータ（発明の名称：ビーム制御装置）が開示されている。このコリメータは、Ｘ線を通過させる複数のチャネルを束ねて構成されており、Ｘ線入射端における該チャネルの中心軸方向をＸ線入射方向に合わせている。そして、Ｘ線出射端における該チャネルの中心軸方向を、各チャネルが互いに収束する方向、或いは各チャネルが互いに平行となる方向としている。

特開平１１−２８５４８８号公報特許第３０９０４７１号公報

しかしながら、上記した特許文献１のＸ線撮像装置は、次のような問題がある。すなわち、特許文献１にはコリメータとして複数のチャネル（ガラスキャピラリ）が互いに平行に束ねられたものが示されている。Ｘ線がＸ線管から放射状に出射される場合、このように各チャネル同士が平行なコリメータを用いると、コリメータの中心から遠いチャネルにはＸ線が入射されにくい。このため、コリメータの中心付近に位置するチャネルしかＸ線が通過できず、Ｘ線の照射野が狭くなってしまう。

他方、特許文献２に開示されたコリメータは、各チャネルにＸ線が効率よく入射するようにＸ線入射端におけるチャネルの中心軸方向をＸ線入射方向に合わせているが、Ｘ線をＸ線出射端から収束方向または平行方向に出射している。Ｘ線撮像装置においては、検査対象の内部構造を詳細に観察するために画像の解像度を向上させることも重要な課題であるが、特許文献２に開示されたコリメータのようにＸ線を収束方向または平行方向に出射すると、隣接するチャネルから出射されたＸ線同士の距離が近いために該Ｘ線同士が干渉しやすくなり、撮像部に形成されるＸ線像の解像度が低くなってしまう。また、Ｘ線の照射野の広さがコリメータの出射面の大きさに応じて限定されてしまう。

本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、広い照射野を確保するとともに高い解像度での撮像を可能とするＸ線コリメータ及びＸ線撮像装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明によるＸ線コリメータは、Ｘ線源から放射されたＸ線の進行方向を整えるためのＸ線コリメータであって、Ｘ線を受ける入射面と、Ｘ線を出射する出射面と、入射面と出射面との間を貫通するように設けられ、該貫通方向にＸ線を通過させる複数のチャネルとを備え、チャネルの出射面側の開口径Ｄ _CH-OUT と、該チャネルの入射面側の開口径Ｄ _CH-IN との比Ｄ _CH-OUT ／Ｄ _CH-IN が１．３以下であり、複数のチャネルそれぞれの中心軸線同士の間隔が、入射面から出射面へ近づくに従って拡大しており、複数のチャネルそれぞれを通過したＸ線同士の間隔が広がる方向にＸ線を出射することを特徴とする。

上記したＸ線コリメータでは、入射面から出射面へ近づくに従って各チャネルの中心軸線同士の間隔が拡大しているので、Ｘ線源から放射状に出射されたＸ線が各チャネルに好適に入射されるとともに、各チャネルを通過したＸ線同士の出射後の間隔が広がる方向へＸ線が出射される。従って、上記したＸ線コリメータによれば、平行なＸ線を出射するコリメータと比較して、広い照射野を確保することができる。また、上記したＸ線コリメータによれば、撮像装置に入射する時点でのＸ線同士の間隔を充分に広げることができるので、各チャネルを通過したＸ線同士の干渉が抑えられ、高い解像度での撮像が可能となる。また、チャネルの出射面側の開口径Ｄ _CH-OUT と、該チャネルの入射面側の開口径Ｄ _CH-IN との比Ｄ _CH-OUT ／Ｄ _CH-IN が１．３以下であることによって、さらに高い解像度での撮像が可能となる。

また、Ｘ線コリメータは、入射面と出射面との間隔Ｌと、チャネルの入射面側の開口径Ｄ_CH-INとの比Ｌ／Ｄ_CH-INが、１００以上であることを特徴としてもよい。これによって、さらに高い解像度での撮像が可能となる。

また、Ｘ線コリメータは、入射面と出射面との間隔Ｌと、チャネルの入射面側の開口径Ｄ_CH-INとの比Ｌ／Ｄ_CH-INが、４００以下であることを特徴としてもよい。これによって、Ｘ線コリメータにおけるＸ線透過率を充分に確保することができる。

また、Ｘ線コリメータは、チャネルの入射面側の開口径が５０μｍ以下であることを特徴としてもよい。これによって、さらに高い解像度での撮像が可能となる。

また、本発明によるＸ線撮像装置は、検査対象にＸ線を照射するとともに、検査対象を透過したＸ線を撮像するＸ線撮像装置であって、Ｘ線を発生するＸ線源と、Ｘ線源からのＸ線を入射面に受けるとともに、出射面から出射したＸ線が検査対象に照射されるように配置された上記したいずれかのＸ線コリメータと、検査対象を透過したＸ線を撮像する撮像部とを備えることを特徴とする。

このＸ線撮像装置では、Ｘ線源から出射されたＸ線を上記したいずれかのＸ線コリメータに通過させた後、検査対象を透過したＸ線を撮像部において撮像する。従って、このＸ線撮像装置によれば、広い照射野を確保するとともに高い解像度で撮像することができる。

本発明によるＸ線コリメータ及びＸ線撮像装置によれば、広い照射野を確保するとともに高い解像度で撮像することが可能になる。

以下、添付図面を参照しながら本発明によるＸ線コリメータ及びＸ線撮像装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

（実施の形態）
図１は、本発明によるＸ線撮像装置及びＸ線コリメータの実施形態を示す構成図である。本実施形態によるＸ線撮像装置１は、検査対象である被検体の体内を撮像するための医療用Ｘ線撮像装置である。図１を参照すると、本実施形態によるＸ線撮像装置１は、Ｘ線管３と、Ｘ線コリメータ５と、照射野限定器７と、寝台９と、撮像部１１と、保持装置１３とを備えている。

Ｘ線管３は、被検体に照射されるＸ線３１を発生するためのＸ線源である。寝台９は、被検体を載置するための装置である。寝台９は、Ｘ線管３のＸ線３１照射方向に配置される。撮像部１１は、被検体を透過した透過Ｘ線３３を撮像するための装置であり、例えば透過Ｘ線３３を電気的な画像データに変換する固体撮像素子を有している。撮像部１１は、Ｘ線管３との間に寝台９を挟むようにＸ線管３と対向して配置される。Ｘ線コリメータ５は、Ｘ線管３から放射されたＸ線３１の進行方向を整えるための装置である。

Ｘ線コリメータ５は、Ｘ線管３と寝台９との間（すなわちＸ線管３と被検体との間）であってＸ線管３の近傍に配置される。照射野限定器７は、Ｘ線３１の照射野を限定するための装置である。照射野限定器７は、例えば鉛などのＸ線を遮蔽する材料を含んでおり、Ｘ線３１を通過させるための開口を有している。照射野限定器７は、Ｘ線管３と寝台９との間であってＸ線管３の近傍に配置される。保持装置１３は、Ｘ線管３と撮像部１１との相対位置を保持するための装置であり、寝台９に対して相対的に移動可能となっている。

また、Ｘ線撮像装置１は、上記構成に加えて、Ｘ線管３におけるＸ線３１の発生を制御するＸ線制御部１５と、寝台９の位置を制御する寝台制御部１７と、保持装置１３を動作させることによりＸ線管３及び撮像部１１の被検体に対する相対位置を制御する保持装置制御部１９と、撮像部１１の動作を制御する撮像制御部２１と、撮像部１１からの画像データを処理する画像処理部２３とをさらに備えている。

ここで、図２（ａ）は、本実施形態によるＸ線コリメータ５の構造を示す斜視図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示したＸ線コリメータ５のＩ−Ｉ断面を示す側面断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照すると、Ｘ線コリメータ５は、Ｘ線管３（図１参照）からのＸ線３１を受ける入射面５ａと、入射面５ａに受けたＸ線３１を出射する出射面５ｂと、入射面５ａと出射面５ｂとの間を貫通するように設けられ、貫通方向にＸ線３１を通過させる複数のチャネル５３とを備えている。また、入射面５ａと出射面５ｂとは互いに平行な面である。

Ｘ線コリメータ５は、Ｘ線を遮蔽する材料（例えば鉛を含んだガラス）からなる円筒形の部材が複数束ねられ、融着されることにより形成されている。複数のチャネル５３は、その中心軸線Ｃが入射面５ａから出射面５ｂへ向けて直線状になるように設けられている。また、複数のチャネル５３は、それぞれの中心軸線Ｃ同士の間隔が、入射面５ａから出射面５ｂへ近づくに従って拡大するように設けられている。つまり、出射面５ｂにおける中心軸線Ｃ同士の間隔Ｗ_OUTと、入射面５ａにおける中心軸線Ｃ同士の間隔Ｗ_INとの比（Ｗ_OUT／Ｗ_IN）が、１よりも大きくなっている。このようなチャネル５３の形状に従い、Ｘ線コリメータ５の側面５５は角度θのテーパ状となっている。換言すれば、Ｘ線コリメータ５においては、出射面５ｂの径Ｄ_CP-OUTと入射面５ａの径Ｄ_CP-INとの比（Ｄ_CP-OUT／Ｄ_CP-IN）が１よりも大きくなっている。側面５５のテーパ角θは、Ｘ線管３から放射されたＸ線３１を各チャネル５３に好適に入射させるために、７°〜４０°であることが好ましい。なお、テーパ角θが広いほど、高い解像度が得られる傾向がある。Ｘ線コリメータ５のうちチャネル５３以外の部分はＸ線を遮蔽する材料からなるので、入射面５ａから入射したＸ線３１の内、チャネル５３を通過し得ない部分は、各チャネル５３内において管壁に吸収される。

再び図１を参照しながら、上記したＸ線撮像装置１の動作について説明する。まず、被検体が寝台９上に載置されると、寝台制御部１７によって寝台９が適切な位置に制御される。続いて、保持装置制御部１９によって保持装置１３の位置及び姿勢が制御されることにより、Ｘ線管３及び撮像部１１の位置及び向きが被検体の撮像対象部位に応じて調整される。続いて、Ｘ線制御部１５によってＸ線管３に所定の電源電圧が印加され、Ｘ線３１が発生する。Ｘ線管３から照射されたＸ線３１は、Ｘ線コリメータ５のチャネル５３を通過するとともに照射野限定器７によって所定の照射野内に制限され、寝台９上の被検体に照射される。

Ｘ線３１は、Ｘ線コリメータ５の各チャネル５３内を通過する際に、その進行方向が各チャネル５３の中心軸線Ｃの方向に整えられる。このとき、各チャネル５３の中心軸線Ｃのそれぞれは入射面５ａから出射面５ｂに近づくに従って互いの間隔が拡大しているので、各チャネル５３を通過するＸ線３１も出射方向へ向けて互いの間隔が広がる。そして、各チャネル５３を通過したＸ線３１は、該Ｘ線３１同士の間隔が広がる方向へ出射され、被検体に照射される。こうして被検体に照射されたＸ線３１のうち、一部のＸ線３１は被検体内組織のＸ線吸収特性に応じて吸収される。被検体内において吸収されなかったＸ線３１は被検体を透過し、透過Ｘ線３３として撮像部１１に入射する。撮像部１１では、透過Ｘ線３３が電気的な画像データに変換され、この画像データが画像処理部２３に送られる。

本実施形態によるＸ線撮像装置１及びＸ線コリメータ５は、次の効果を有する。すなわち、Ｘ線撮像装置１及びＸ線コリメータ５では、入射面５ａから出射面５ｂへ近づくに従って各チャネル５３の中心軸線Ｃ同士の間隔が拡大しているので、Ｘ線管３から放射状に出射されたＸ線３１が各チャネル５３に好適に入射されるとともに、各チャネル５３を通過したＸ線３１同士の出射後の間隔が広がる方向へＸ線３１が出射される。従って、本実施形態によるＸ線撮像装置１及びＸ線コリメータ５によれば、平行なＸ線を出射するコリメータと比較して、広い照射野を確保することができる。また、各チャネル５３を通過したＸ線３１のそれぞれが撮像部１１に入射する時点における各Ｘ線３１同士の間隔を充分に広げることができるので、各チャネル５３を通過したＸ線３１同士の干渉が抑えられ、撮像部１１において高い解像度での撮像が可能となる。

また、Ｘ線撮像装置１では、Ｘ線コリメータ５の入射面５ａにおける複数のチャネル５３それぞれの中心軸線Ｃの角度が、Ｘ線管３から複数のチャネル５３それぞれへのＸ線３１の入射角に応じて定められていることが好ましい。これによって、Ｘ線管３から例えば放射状に出射されたＸ線３１を各チャネル５３に効率よく入射させることができるので、被検体へのＸ線放射効率を高めることができる。また、入射面５ａにおける各チャネル５３の中心軸線Ｃの角度がこのように定められることにより、各チャネル５３がＸ線３１の進行方向をより精度良く制御できるので、出射面５ｂにおけるＸ線出射方向の精度を高めることができる。従って、さらに高い解像度で撮像することができる。

なお、一般的に、Ｘ線撮像装置においては、Ｘ線を平行化（斜入射ミラーや結晶でのブラッグ反射等の手法がある）するのが好適な場合もあるが、そのような場合には、広い照射野の確保と高いＸ線照射効率とを同時に達成することは困難である。すなわち、斜入射ミラーでは、全反射が得られる臨界角がＸ線エネルギーに依存し、３０ｋｅＶ以上のＸ線では材質がガラスの場合で概ね１ｍｒａｄ以下の臨界角になる。したがって、各チャネルが平行である場合には、全反射されるのはＸ線ビームの中心部に限られ、その結果スポット状の照射野しか得られない。また、Ｌ／Ｄ_CH-INが１０００以下の条件では、Ｘ線は全反射するよりもチャネルを通過する確率のほうが高いため、平行Ｘ線には至らない。これに対し、本実施形態によるＸ線撮像装置１及びＸ線コリメータ５によれば、広い照射野を確保するとともに高いＸ線照射効率で被検体にＸ線を照射することができる。

また、一般的にＸ線撮像装置では、主に被検体内部で発生する散乱線の影響によりコントラストが低下し、鮮鋭度が下がるといった問題がある。これを防ぐために一般的にはグリッドを用いるが、散乱線以外のＸ線の一部もグリッドに吸収され、撮像部に入射するＸ線量が低下してしまう。また、充分な密度のグリッドでないと縞目が映し出されてしまうので、高精細画像を得る用途には扱い難い。他方、グレーデル法（エアー・ギャップ法）として被検体と撮像部とを１５ｃｍ〜２０ｃｍ離間することにより散乱線の入射を低減する方法があるが、上述の通り高解像度特性を同時に得るのは難しい。これに対し、本実施形態によるＸ線撮像装置１及びＸ線コリメータ５によれば、複数のチャネル５３のそれぞれを通過したＸ線３１同士が互いに離れる方向に進むので、散乱線の影響を抑えて良好なコントラストを得ることができる。

続いて、上記したＸ線撮像装置１及びＸ線コリメータ５の実施例について説明する。図３は、以下に説明する各実施例におけるＸ線管３、Ｘ線コリメータ５、スリット板２７、及び撮像部１１の相対位置を示す図である。スリット板２７は、実施例において被検体を模擬するために設けられたものであり、複数のスリット２７ａを有する。そして、実施例では、複数のスリット２７ａを通過したＸ線３１を透過Ｘ線３４として撮像部１１に入射させる構成としている。

（第１の実施例）
まず、第１実施例について説明する。本実施例では、上記した実施形態によるＸ線撮像装置１によって得られる画像のコントラストについて説明する。また、比較例として、従来のＸ線コリメータを用いた場合の画像のコントラストについて説明する。

図４（ａ）は、本実施例における撮像部１１上の透過Ｘ線３４の入射位置と入射強度との相関を示すグラフである。本実施例では、Ｘ線コリメータ５の入射面５ａと出射面５ｂとの間隔Ｌを５ｍｍ、各チャネル５３の入射面５ａ側の開口径Ｄ_CH-INを５０μｍ、各チャネル５３の出射面５ｂ側の開口径Ｄ_CH-OUTを６３．３μｍ、出射面５ｂ側の開口径Ｄ_CH-OUTと入射面５ａ側の開口径Ｄ_CH-INとの比（Ｄ_CH-OUT／Ｄ_CH-IN）を１．２６６、入射面５ａと出射面５ｂとの間隔Ｌと入射面５ａ側の開口径Ｄ_CH-INとの比（Ｌ／Ｄ_CH-IN）を１００、入射面５ａ及び出射面５ｂのそれぞれにおける各チャネル５３の中心軸線Ｃ同士の間隔Ｗ_IN及びＷ_OUTをそれぞれ８５μｍ及び１０１．６μｍに設定した。

また、図４（ｂ）は、上記した実施形態とは異なり、各チャネルの中心軸線Ｃが互いに平行である場合の、撮像部へのＸ線像の入射位置と入射強度との相関を第１の比較例として示すグラフである。本比較例では、間隔Ｌを５ｍｍ、開口径Ｄ_CH-IN及び開口径Ｄ_CH-OUTをともに５０μｍ、開口径Ｄ_CH-OUTと開口径Ｄ_CH-INとの比（Ｄ_CH-OUT／Ｄ_CH-IN）を１．０、間隔Ｌと開口径Ｄ_CH-INとの比（Ｌ／Ｄ_CH-IN）を１００、間隔Ｗ_IN及びＷ_OUTをともに８５μｍに設定した。

また、図４（ｃ）は、コントラストが良好となるとされる或るＬ／Ｄ_CH-INである場合の、撮像部への透過Ｘ線の入射位置と入射強度との相関を第２の比較例として示すグラフである。本比較例では、間隔Ｌを２ｍｍ、開口径Ｄ_CH-IN及び開口径Ｄ_CH-OUTをともに１０μｍ、開口径Ｄ_CH-OUTと開口径Ｄ_CH-INとの比（Ｄ_CH-OUT／Ｄ_CH-IN）を１．０、間隔Ｌと開口径Ｄ_CH-INとの比（Ｌ／Ｄ_CH-IN）を２００に設定した。

Ｘ線像のコントラストは、撮像部に入射した透過Ｘ線の最大強度をＡ、最小強度をＢとすると、（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）として計算され、値が大きいほど解像度が高い。本実施例におけるコントラストは、図４（ａ）に示したグラフに基づいて、約０．９４であった。これに対し、第１の実施例におけるコントラストは、図４（ｂ）に示したグラフに基づいて、約０．１２であった。また、第２の実施例におけるコントラストは、図４（ｃ）に示したグラフに基づいて、約０．１８であった。このように、本実施例によるＸ線コリメータ５によれば、複数のチャネル５３それぞれの中心軸線Ｃ同士の間隔が入射面５ａから出射面５ｂへ近づくに従って拡大していることにより、従来のコリメータと比べてＸ線像のコントラストを格段に向上できる。

なお、上記した実施例及び比較例における他の条件は以下のとおりである（図３参照）。
Ｘ線管とＸ線コリメータとの距離Ｌ１：１０ｃｍ
Ｘ線管とスリット板との距離Ｌ２：９０ｃｍ
スリット板と撮像部との距離Ｌ３：２０ｃｍ
スリット幅Ｌ４：１００μｍ
Ｘ線管のＸ線出射口径：１．０ｍｍ
Ｘ線管のＸ線放射角：７．０°

（第２の実施例）
続いて、第２実施例について説明する。図５は、入射面５ａと出射面５ｂとの間隔Ｌと入射面５ａ側の開口径Ｄ_CH-INとの比（Ｌ／Ｄ_CH-IN）を変化させたときの、Ｘ線コリメータ５におけるＸ線３１の透過率を示すグラフである。なお、図５においては、Ｘ線管３とＸ線コリメータ５の入射面５ａとの距離Ｌ１が、５ｃｍ（グラフＧ１）、１０ｃｍ（グラフＧ２）、１５ｃｍ（グラフＧ３）、２０ｃｍ（グラフＧ４）である場合の透過率についてそれぞれ示している。これら以外のＸ線コリメータ形状及び各距離Ｌ１〜Ｌ４は、上記した第１実施例と同様である。

図５を参照すると、比（Ｌ／Ｄ_CH-IN）が大きくなるにつれてＸ線コリメータ５におけるＸ線透過率が減少していることがわかる。例えば動画取得時など、明るくＳ/Ｎが高い画像を得るためには、撮像部１１へ入射するＸ線強度を充分に確保することが好ましい。Ｘ線３１の一部はＸ線コリメータ５において吸収されるが、吸収分を補うためにはＸ線管３の管電圧や管電流を大きくすることにより露出倍数を上げるとよい。しかし、管電圧が過大になるとＸ線３１の被検体に対する透過特性が変化し、コントラストが低下する傾向がある。従って、Ｘ線コリメータ５におけるＸ線吸収分を補うためには管電流を大きくすることが望ましいのだが、管電流は、Ｘ線管３のエミッション特性や熱特性を考慮する必要性からその大きさが制限されてしまう。以上のことから、Ｘ線コリメータ５のＸ線透過率は、管電流の増加によるＸ線量の増加の限界を考慮した上で、必要なＸ線強度を確保できる程度に高いことが望ましい。

最近のＸ線撮像装置では、一般的に強度０．０２〜０．０３［ｍＲ／フレーム］のＸ線が撮像部に入射されているとされ、Ｘ線管３の管電圧が７０ｋＶであれば最低でも管電流は８０ｍＡ〜１２０ｍＡ程度(距離１ｍ、Ｘ線実効エネルギー３４ｋｅＶ、被検体厚２０ｃｍの場合。但し、Ｘ線管やフィルタにより異なり、パルス照射ではそれ以上必要)必要となる。ところが、得られる管電流は最大でも１２５０ｍＡ程度であることが多いため、得られる露出倍数は１０倍程度が最大と考えられる。したがって、Ｘ線コリメータ５におけるＸ線透過率は１０％以上であることが好ましい。図５を参照すると、例えばＸ線管３とＸ線コリメータ５との距離Ｌ１を２０ｃｍ以上とした場合、透過率が１０％以上となるＬ／Ｄ_CH-IN＝４００以下が好ましいことがわかる。同様に、距離Ｌ１を１５ｃｍ以上とした場合には、Ｌ／Ｄ_CH-IN＝３００以下が好ましい。また、距離Ｌ１を１０ｃｍ以上とした場合には、Ｌ／Ｄ_CH-IN＝２００以下が好ましい。また、距離Ｌ１を５ｃｍ以上とした場合には、Ｌ／Ｄ_CH-IN＝１１０以下が好ましい。これらの条件を満たすならば、撮影距離（Ｘ線管３と被検体との距離）が制限される環境においても、より高いコントラストを得ることができる。

（第３の実施例）
続いて、第３実施例について説明する。図６は、Ｘ線管３とスリット板２７との距離Ｌ２と撮像部１１におけるＸ線像の半値幅との相関を示すグラフである。なお、図６においては、Ｘ線コリメータ５が無い場合（グラフＧ５）、Ｘ線コリメータ５があり、Ｌ／Ｄ_CH-INが１６７である場合（グラフＧ６）、Ｘ線コリメータ５があり、Ｌ／Ｄ_CH-INが１０００である場合（グラフＧ７）のそれぞれについて示している。また、グラフＧ８は、Ｘ線管３及び撮像部１１の距離Ｌ３と、Ｘ線管３及びスリット板２７の距離Ｌ２との比（Ｌ３／Ｌ２）に応じて幾何学的に求められる、撮像部１１上でのスリット一つあたりの透過Ｘ線３４の入射幅（すなわちＸ線像の理想的な半値幅）を示している。

図６を参照すると、例えばＸ線コリメータ５がない場合、Ｘ線管３から９０ｃｍ離して配置したスリット板２７（スリット幅Ｌ４：５０μｍ）を投影すると、スリット板２７から１０ｃｍ後方に配置された撮像部１１にて得られるＸ線像のプロファイルの半値幅は１００μｍ以上となり（図中の点Ｐ１）、５０μｍ間隔で配置されたスリット２７ａの解像は難しい。これに対し、Ｌ／Ｄ_CH-INが１６７であるＸ線コリメータ５を使用して投影すれば、その解像が可能になる（図中の点Ｐ２）。この場合、Ｘ線像のプロファイルの半値幅は５９μｍに抑えられ、幾何学的に求められる入射幅（グラフＧ８）に近い値となっている。なお、上記した実施例は、Ｘ線管３の焦点寸法が１ｍｍの場合である。

Ｘ線コリメータ５による上記したコントラスト改善効果は、グラフＧ６に示すようにＸ線管３とスリット板２７との距離Ｌ２が小さくなるほど弱くなる。しかしながら、距離Ｌ２が小さい場合でも、Ｘ線コリメータ５のＬ／Ｄ_CH-INを大きくすることにより良好なコントラストを得ることができる（グラフＧ７参照）。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、Ｌ／Ｄ_CH-INとコントラストとの相関を示すグラフである。図７（ａ）は、スリット板２７と撮像部１１との距離Ｌ３を１０ｃｍとした場合を示しており、図７（ｂ）は、距離Ｌ３を２０ｃｍとした場合を示している。また、それぞれの図において、スリット幅Ｌ４が５０μｍである場合と、スリット幅Ｌ４が１００μｍである場合とについて示している。図７（ａ）及び図７（ｂ）を参照すると、スリット板２７と撮像部１１との距離Ｌ３が大きいほどコントラストが抑えられる傾向があるが、距離Ｌ３を２０ｃｍにまで離した場合（図７（ｂ））であっても、Ｘ線コリメータ５のＬ／Ｄ_CH-INが１００以上であれば、スリット幅Ｌ４が１００μｍ以上である場合において極めて高い（例えば０．９以上）コントラストが得られることがわかる。また、距離Ｌ３が１０ｃｍの場合（図７（ａ））では、Ｘ線コリメータ５のＬ／Ｄ_CH-INが１００以上であれば、スリット幅Ｌ４が５０μｍ以上である場合において比較的高い（例えば０．８以上）コントラストが得られることがわかる。

また、画像のコントラストは、Ｘ線管３とスリット板２７との距離Ｌ２によっても変化する。図８は、Ｘ線管３とスリット板２７との距離Ｌ２とコントラストとの相関を示すグラフである。図８において、グラフＧ９はチャネル５３の開口径Ｄ_CH-INが５０μｍである場合を示し、グラフＧ１０はチャネル５３の開口径Ｄ_CH-INが１００μｍである場合を示している。なお、通常の保持装置（Ｃアーム）では、Ｘ線管３とスリット板２７との距離Ｌ２は７０ｃｍ〜１３０ｃｍであることが一般的である。また、図８においては、Ｘ線管３とＸ線コリメータ５との距離Ｌ１を１０ｃｍ、Ｌ／Ｄ_CH-INを１００、スリット幅Ｌ４を１００μｍとした。

図８を参照すると、Ｌ／Ｄ_CH-INが１００以上であれば、Ｘ線管３とスリット板２７との距離Ｌ２が７０ｃｍ以上（開口径Ｄ_CH-INが５０μｍの場合）または１２０ｃｍ以上（開口径Ｄ_CH-INが１００μｍの場合）のときに良好なコントラスト（０．９以上）を得ることができる。したがって、Ｘ線コリメータ５のＬ／Ｄ_CH-INが１００以上であれば、撮影距離が制限された環境（例えば、保持部材としてＣアームを用いる場合など）においてもコントラストを改善できる。また、より良好なコントラストを得るためには、チャネル５３の開口径Ｄ_CH-INが５０μｍ以下であることが好ましい。

（第４の実施例）
続いて、第４実施例について説明する。図９は、Ｘ線コリメータ５のチャネル５３の開口径Ｄ_CH-INとコントラストとの相関を示すグラフである。なお、本実施例においては、Ｘ線管３とＸ線コリメータ５の出射面５ｂとの間隔を５ｃｍ（グラフＧ１１）、１０ｃｍ（グラフＧ１２）、及び１５ｃｍ（グラフＧ１３）としている。また、本実施例においては、Ｌ／Ｄ_CH-INを１５０とし、Ｘ線管３とスリット板２７との距離Ｌ２を６５ｃｍとし、スリット板２７と撮像部１１との距離Ｌ３を１５ｃｍとし、スリット幅Ｌ４を１００μｍとしている。図９を参照すると、Ｘ線像のコントラストはチャネル５３の開口径Ｄ_CH-INにも依存しており、同一のＬ／Ｄ_CH-INでは、チャネル５３の開口径Ｄ_CH-INが大きくなるにしたがってコントラストが低下することがわかる。そして、Ｘ線管３とＸ線コリメータ５の出射面５ｂとの間隔が５ｃｍ、１０ｃｍ、１５ｃｍのいずれの場合においても、チャネル５３の開口径Ｄ_CH-INは、１．０に近い極めて良好なコントラストが得られる５０μｍ以下であることが望ましい。

（第５の実施例）
続いて、第５実施例について説明する。図１０は、Ｘ線コリメータ５のチャネル５３の出射面５ｂ側の開口径Ｄ_CH-OUTと入射面５ａ側の開口径Ｄ_CH-INとの比（Ｄ_CH-OUT／Ｄ_CH-IN）と、コントラストとの相関を示すグラフである。なお、本実施例においては、開口径Ｄ_CH-INを５０μｍ、比（Ｌ／Ｄ_CH-IN）を１００、Ｘ線コリメータ５の入射面５ａの径Ｄ_CP-INを１１．１ｍｍ、Ｘ線コリメータ５の出射面５ｂの径Ｄ_CP-OUTと入射面５ａの径Ｄ_CP-INとの比（Ｄ_CP-OUT／Ｄ_CP-IN）を１．２０、テーパ角θを１１°としている。また、Ｘ線管３とＸ線コリメータ５の入射面５ａとの距離Ｌ１を１０ｃｍ、Ｘ線管３とスリット板２７との距離Ｌ２を９０ｃｍ、スリット板２７と撮像部１１との距離Ｌ３を２０ｃｍ、スリット幅Ｌ４を１００μｍとしている。また、Ｘ線管３のＸ線出射口径を１．０ｍｍとしている。

図１０を参照すると、Ｘ線コリメータ５の比（Ｄ_CH-OUT／Ｄ_CH-IN）が大きいほど、コントラストが低下することがわかる。また、図１０より、比（Ｄ_CH-OUT／Ｄ_CH-IN）が１．３０以下であれば充分に良好なコントラスト（０．９以上）が得られることがわかる。

本発明によるＸ線コリメータ及びＸ線撮像装置は、上記した実施形態及び実施例に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記した実施形態ではＸ線コリメータの側面形状をテーパ状とし、複数のチャネルの中心軸線を直線としている。Ｘ線コリメータの形状はこれに限らず、例えば複数のチャネルの中心軸線を出射面に向けて広がるように湾曲させてもよい。

また、上記した実施形態ではＸ線コリメータのチャネル内部は空洞となっているが、チャネル内部がＸ線を透過する材料（例えば、鉛を含まないガラス材料）で満たされていても良い。

また、上記した実施形態では医療用のＸ線撮像装置としているが、本発明によるＸ線撮像装置及びＸ線コリメータは、医療用のほかにも製品検査など他の様々な用途に適用することができる。

本発明によるＸ線撮像装置及びＸ線コリメータの実施形態を示す構成図である。（ａ）本実施形態によるＸ線コリメータの構造を示す斜視図である。（ｂ）（ａ）に示したＸ線コリメータのＩ−Ｉ断面を示す側面断面図である。各実施例におけるＸ線管、Ｘ線コリメータ、スリット板、及び撮像部の相対位置を示す図である。（ａ）第１実施例における撮像部へのＸ線像の入射位置と入射強度との相関を示すグラフである。（ｂ）実施形態とは異なり、各チャネルの中心軸線が互いに平行である場合の、撮像部へのＸ線像の入射位置と入射強度との相関を第１の比較例として示すグラフである。（ｃ）特許文献３のコリメータに関する記載に基づいて、最もコントラストが良好となる（すなわち、記載条件内で最も大きな）Ｌ／Ｄ_CH-INである場合の、撮像部へのＸ線像の入射位置と入射強度との相関を第２の比較例として示すグラフである。入射面と出射面との間隔と入射面側の開口径との比を変化させたときの、Ｘ線コリメータにおけるＸ線の透過率を示すグラフである。Ｘ線源とスリット板との間隔と撮像部におけるＸ線像の半値幅との相関を示すグラフである。（ａ）（ｂ）Ｌ／Ｄ_CH-INとコントラストとの相関を示すグラフである。Ｘ線管とスリットとの間隔とコントラストとの相関を示すグラフである。Ｘ線コリメータのチャネルの開口径とコントラストとの相関を示すグラフである。Ｘ線コリメータのチャネルの出射面側の開口径と入射面側の開口径との比と、コントラストとの相関を示すグラフである。

符号の説明

１…Ｘ線撮像装置、３…Ｘ線管、５…Ｘ線コリメータ、５ａ…入射面、５ｂ…出射面、７…照射野限定器、９…寝台、１１…撮像部、１３…保持装置、１５…Ｘ線制御部、１７…寝台制御部、１９…保持装置制御部、２１…撮像制御部、２３…画像処理部、２７…スリット板、２７ａ…スリット、３１…Ｘ線、３３、３４…透過Ｘ線、５３…チャネル、５５…側面。

Claims

Ｘ線源から放射されたＸ線の進行方向を整えるためのＸ線コリメータであって、
前記Ｘ線を受ける入射面と、
前記Ｘ線を出射する出射面と、
前記入射面と前記出射面との間を貫通するように設けられ、該貫通方向に前記Ｘ線を通過させる複数のチャネルと
を備え、
前記チャネルの前記出射面側の開口径Ｄ _CH-OUT と、該チャネルの前記入射面側の開口径Ｄ _CH-IN との比Ｄ _CH-OUT ／Ｄ _CH-IN が１．３以下であり、
前記複数のチャネルそれぞれの中心軸線同士の間隔が、前記入射面から前記出射面へ近づくに従って拡大しており、
前記複数のチャネルそれぞれを通過した前記Ｘ線同士の間隔が広がる方向に該Ｘ線を出射することを特徴とする、Ｘ線コリメータ。
前記入射面と前記出射面との間隔Ｌと、前記チャネルの前記入射面側の開口径Ｄ_CH-INとの比Ｌ／Ｄ_CH-INが、１００以上であることを特徴とする、請求項１に記載のＸ線コリメータ。
前記入射面と前記出射面との間隔Ｌと、前記チャネルの前記入射面側の開口径Ｄ_CH-INとの比Ｌ／Ｄ_CH-INが、４００以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載のＸ線コリメータ。
前記チャネルの前記入射面側の開口径が５０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＸ線コリメータ。
検査対象にＸ線を照射するとともに、前記検査対象を透過した前記Ｘ線を撮像するＸ線撮像装置であって、
前記Ｘ線を発生するＸ線源と、
前記Ｘ線源からの前記Ｘ線を入射面に受けるとともに、出射面から出射した前記Ｘ線が前記検査対象に照射されるように配置された請求項１〜４のいずれか一項に記載のＸ線コリメータと、
前記検査対象を透過した前記Ｘ線を撮像する撮像部と
を備えることを特徴とする、Ｘ線撮像装置。