JP2007330530A - Ｘ線検査方法およびｘ線検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】医療診断分野において、少ない被曝量で、しかも軟組織で、小さな異常組織等も確実に検出できるＸ線検査装置およびＸ線検査方法を提供する。
【解決手段】この発明は、被写体にファンビーム状のＸ線を入射させ、被写体を透過してＸ線検出器１３に入射する透過Ｘ線像をＸ線検出器１３で検出し、画像処理して屈折Ｘ線画像として再構成することで、透過Ｘ線像によるＸ線撮影では、差異が検出されにくい軟組織の異常や被写体内のボイドを画像出力として得ることができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、医療診断分野や非破壊検査分野に用いられるＸ線検査方法およびＸ線検査装置に関する。

従来、例えばＸ線診断装置やＸ線ＣＴ装置などのＸ線検査装置では、Ｘ線管から放射されたＸ線ビームを被写体に照射し、被写体を透過する透過Ｘ線像を検出器などで検出することにより、被写体中に含まれる異なるＸ線伝播媒質間のＸ線吸収能の差を反映したＸ線吸収像を透過Ｘ線像として画像化している（例えば、特許文献１参照）。

近年では、Ｘ線管の焦点を微小化すること、および被写体と検出器との距離を離して拡大撮影することの併用により、通常のＸ線吸収能の違いによるＸ線吸収像に重なって、異なるＸ線伝播媒質間の境界部分を輪郭強調するＸ線屈折像の画像成分を撮影する新しい撮影原理が注目されている。この撮影原理では、被写体中の異なるＸ線伝播媒質間の屈折率の違いにより、異なるＸ線伝播媒質の境界面でのＸ線ビームの屈折により境界面の輪郭に沿う領域に形成されるＸ線屈折像が生じるものである。この撮影原理によれば、従来に比べて画像がより鮮明となり、より微細なものを識別することが可能となる改善効果が示されている（例えば、特許文献２参照）。

ところで、マンモグラフィーなどの軟組織の医療診断分野では、検出器にスクリーンフィルム系、蓄積蛍光体、もしくは固体撮像デバイスを使用することが一般的であり、Ｘ線管の管電圧を２０〜３９ｋＶｐと低くし、低エネルギーのＸ線ビームを利用している。特に、モリブテン（ＭＯ）またはロジウム（ＲＨ）を陽極ターゲットとするＸ線管を使用することにより、モリブテン（ＭＯ）またはロジウム（ＲＨ）の特性Ｘ線を主成分とする低エネルギーのＸ線ビームを利用するのが一般的である。低エネルギーのＸ線ビームを使用することにより、乳房中の病巣のように、周辺の正常組織とのＸ線吸収能の違いが比較的小さい異物に対しても、識別可能な吸収コントラストを得ることができる。

また、非破壊検査分野では、厚い被写体の内部の異物やボイド（空気で満たされた空洞）などをＸ線検査する場合、十分な強度の透過Ｘ線量を確保する必要があるため、薄い被写体の場合に比べてＸ線管の管電圧を高くして、入射Ｘ線の実効エネルギーを高くしている。
特開平１−１６１６４５号公報（第２−３頁） 特開２００１−１９４７３８号公報（第２−３頁、図１−２）

上述したように、マンモグラフィーなどの軟組織の医療診断分野では、Ｘ線管の管電圧を２０〜３９ｋＶｐと低くし、低エネルギーのＸ線ビームを利用することにより、乳房中の病巣のように、周辺の正常組織とのＸ線吸収能の違いが比較的小さい異物に対しても、識別可能な画像コントラストを得ることができる。しかしながら、Ｘ線管の管電圧を３５ｋＶｐ以上の値に増大させ、Ｘ線のエネルギーを高くするほど、人体のＸ線吸収能が低くなり、Ｘ線吸収能の違いによる吸収コントラストが得られなくなり、識別困難となってくる。このような識別困難となる画像は利用価値のないものと見なされていた。

一般的に、Ｘ線診断でのＸ線のエネルギーが低いほど患者の被爆線量は増大することが知られている。これは、Ｘ線のエネルギーが低いほど、人体によるＸ線吸収能が高くなるため、透過Ｘ線量が低下するという物理現象に起因している。すなわち、透過Ｘ線量を検出して画像を形成するが、透過Ｘ線量が高いほどノイズの小さい画像が得られるので、同等のノイズレベルの画質を得るためにはある一定の透過Ｘ線量が必要となり、そのために入射Ｘ線量はＸ線のエネルギーが低いほど増大させることになるためである。

このような理由により、マンモグラフィーなどの軟組織の医療診断分野では、Ｘ線管の低管電圧での撮影が原則であるため、管電圧をより高くして被爆線量を低下させることが困難であった。

さらに、マンモグラフィーなどの軟組織の医療診断分野では、通常よりも厚い被写体の場合には、薄い被写体の場合に比べてより高い管電圧で撮影せざるを得ず、その結果、石灰化のような微小な異常の識別能が低下してしまうという問題もあった。

しかも、医療診断分野では、血管、腎盂系、胆嚢、胆管、卵管、リンパ系、消化管、気管支などをＸ線検査する場合、ヨード化合物などの造影剤を注入して周辺組織とのＸ線吸収能の違いを大きくする必要があるが、造影剤の注入が被検査者の負担となる問題がある。

また、非破壊検査分野では、厚い被写体の内部の異物やボイド（空気で満たされた空洞）などをＸ線検査する場合、十分な強度の透過Ｘ線量を確保する必要があるため、薄い被写体の場合に比べてＸ線管の管電圧を高くして、入射Ｘ線の実効エネルギーを高くする必要がある。しかし、入射Ｘ線の実効エネルギーを高くすると、異物やボイドなどの大きさが小さかったり、異物やボイドなどとこれらを取り囲む正常部位のＸ線吸収能との差が小さい場合には、透過Ｘ線強度差が小さく、識別能が低下する場合があった。これは厚みが大きいほど識別能が低下するため、ある厚みの閾値を越えると全く識別困難となっていた。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、医療診断分野では被爆を低減できるとともに小さい異常なども確実に検出でき、非破壊検査分野では厚い被写体でも内部構造を確実に検出できるＸ線検査方法およびＸ線検査装置を提供することを目的とする。

この発明は、上記問題点に基づきなされたもので、ファンビーム状のＸ線を被写体に照射して、前記被写体を透過するＸ線を、Ｘ線検出器で検出した透過Ｘ線像を用いるＸ線検査方法において、前記被写体に入射する前記ファンビーム状のＸ線の進行方向に沿って前記被写体を直進透過して前記Ｘ線検出器に入射する透過一次Ｘ線以外のＸ線を出力画像として表示させることを特徴とするＸ線検査方法、を提供するものである。

またこの発明は、被写体中の第１Ｘ線伝播媒質のＸ線屈折率および第１Ｘ線伝播媒質とＸ線屈折率の異なる第２Ｘ線伝播媒質との間のＸ線吸収率の差が１０％以下となる管電圧が印加されることで、所定の特性のＸ線を放射するＸ線管と、前記Ｘ線管と前記被写体との間に配置され、前記Ｘ線管から放射されたコーンビーム状のＸ線ビームから複数に分割されたファンビーム状のＸ線を形成するマルチスリットコリメータと、前記ファンビーム状のＸ線が前記被写体を透過した透過Ｘ線を検出するＸ線検出器と、前記被写体を透過した透過Ｘ線のうち前記被写体を直進透過して前記Ｘ線検出器の任意の画素に入射する透過一次Ｘ線をカットし、前記第１Ｘ線伝播媒質と第２Ｘ線伝播媒質との間の境界面において前記複数のファンビーム状のＸ線の屈折により前記境界面の輪郭に沿う領域に形成される屈折Ｘ線像を得る画像処理装置と、を備えていることを特徴とするＸ線検査装置、を提供するものである。

以上説明した通り、この発明のマルチスリットコリメータにより分割されたＸ線ビームの照射と、透過一次Ｘ線が入射する画素のピクセル値を「０」または「一定値」とし、透過一次Ｘ線が入射しない画素により、被写体中の第１Ｘ線伝播媒質と第２Ｘ線伝播媒質との間の境界面においてファンビーム状のＸ線の屈折により境界面の輪郭に沿う領域に形成される屈折Ｘ線像のみを画像信号として検出するため、軟組織の検査においても、Ｘ線管の管電圧を高解像度の得られる高い管電圧とすることができる。すなわち、さまざまな大きさや密度の検査対象にＸ線を照射して透過Ｘ線強度を得るＸ線検査装置および検査方法として、被写体中の異物やボイドを、被写体の組成に拘わらず、しかも少ない被爆量で、検査可能となる。

これにより、検査対象物が生体、特に人体である場合に、Ｘ線被爆量を低減できる。

また、特にマンモグラフィー等の軟組織に対する医療診断分野においては、通常よりも厚い被写体の場合には、薄い被写体の場合に比べてより高い管電圧で撮影せざるを得ず、その結果、石灰化のような微小な異常の識別能が低下してしまうという問題があったが、異常組織や異物を、僅かな被爆量で検出可能である。

さらに、医療診断分野では、血管、腎盂系、胆嚢、胆管、卵管、リンパ系、消化管、気管支等をＸ線により検査する場合に、従来は、ヨード化合物等の造影剤を注入して、周辺組織とのＸ線吸収能の違いを大きくする必要があるが、被検査者への造影剤の注入等の負担が不要となる。

また、透過Ｘ線量が高い（多い、すなわち吸収が少ない）ほど、ノイズの少ない画像が得られることから、Ｘ線管の管電圧を高め、高エネルギーのＸ線ビームを利用可能な本願発明のＸ線検査装置および検査方法を用いることにより、異常組織やボイド等の大きさが小さい場合や、それらをとり囲む正常部位のＸ線吸収能との差が小さい場合においても、識別能が低下することなく、確実に検出可能である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１に示すＸ線検査装置１は、検査対象物である被写体ＯのＸ線透過あるいは吸収を検出するための所定波長及び所定エネルギー強度のＸ線ビームを出力するＸ線源であるＸ線管１１と、被写体Ｏを透過したＸ線ビームすなわち透過Ｘ線を検出するＸ線検出器（Ｘ線像検出器）１３を有する。なお、Ｘ線検査装置１においては、図示する通り、少なくともＸ線管１１は、被写体Ｏに向けて放射されるＸ線ビームが進行する方向と直交する方向に旋回される。

Ｘ線管１１は、図示しない陽極ターゲットが、例えばＷ（タングステン）またはタングステンを５０原子％以上含有する材質であり、管電圧として４０ｋＶｐ以上の電圧が印加されることで、所定特性のＸ線を放射可能な周知のＸ線管装置である。また、図示しない陽極ターゲット上での焦点の大きさ（焦点サイズ）Ｓは、直径が概ね５０μｍであることが好ましい。

Ｘ線検出器１３は、例えば固体撮像装置であり、例えばＸ線を直接電気信号に変換する直接型固体撮像装置や、Ｘ線を蛍光膜で光に変換し、その光を電気信号に変換する間接型固体撮像装置が利用可能である。なお、周知のＸ線イメージインテンシファイアを用い、その出力蛍光像を撮像装置（カメラ）により撮像してもよい。

なお、Ｘ線検出器１３として、間接型固体撮像装置を用いる場合には、その蛍光膜に、例えばヨウ化セシウムを母材とする蛍光膜が利用される。その場合、ヨウ化セシウムのＸ線ビームの透過方向の厚みは、好ましくは１００〜６００μｍである。また、Ｘ線イメージインテンシファイアを用いる場合においても、その入力蛍光膜には、ヨウ化セシウムを母材とする蛍光膜を用い、かつそのＸ線の透過方向の厚みを１００〜６００μｍとすることが好ましい。

Ｘ線管１１と被写体Ｏとの間には、ファンビームであるＸ線ビームを複数（単位長さ当たりの数は、Ｘ線検出器１３の検出セル（画素）が配列されている個数であるチャンネル数よりも少ない数か同数）に分割するマルチスリットコリメータ１５が位置されている。マルチスリットコリメータ１５は、図２により以下に説明する通り、Ｘ線管１１の焦点を中心として、ｘ方向に沿って、所定間隔で複数のスリットが配列されたもので、入射するＸ線の一部を遮蔽、または吸収することによりファンビームを複数本（単位長さ当たりの数がチャンネル数よりも少ない数か同数）のＸ線ビームに分割できる。従って、すなわち、Ｘ線管１１から出力されたＸ線ビームは、マルチスリットコリメータ１５により複数に分割されたファンビームの集合体として被写体Ｏに照射される。マルチスリットコリメータ１５により複数に分割され、被写体Ｏを透過したＸ線ビームすなわち透過Ｘ線は、Ｘ線検出器１３に入力される。

Ｘ線検出器１３から出力されたＸ線濃度分布すなわち被写体Ｏを透過した透過Ｘ線像は、画像処理装置２１による画像処理により、後段に説明する屈折Ｘ線像に変換される。

なお、Ｘ線検査装置１において、Ｘ線管１１とＸ線検出器１３との間の空間であって、マルチスリットコリメータ１５により複数に分割されたＸ線ビームが被写体Ｏに照射される照射位置には、被写体Ｏを、所定の結像条件を満たすように保持する検体保持部（ステージ）１７が設けられている。ステージ１７は、少なくともｙ方向に移動可能であって、被写体Ｏを、Ｘ線による撮影に適した撮影条件の得られる撮影位置に位置させる。なお、マルチスリットコリメータ１５は、マルチスリットコリメータ移動機構１９により、ファンビームの広がり方向とほぼ直交する方向に沿って微小移動される。従って、Ｘ線検出器１３においては、マルチスリットコリメータ１５の微小移動を単位として、（微小移動毎に）所定回数だけ、被写体Ｏが撮像される。

Ｘ線検査装置１にはまた、Ｘ線管１１からのＸ線ビームの出力や停止等を制御するとともに、画像処理装置２１から出力される画像出力の表示、および主電源のオン／オフ等を制御する制御ユニット５１が、一体に、あるいは所定の位置に、配置されている。なお、制御ユニット５１には、Ｘ線検出器１３により検出されたＸ線濃度分布すなわち透過Ｘ線画像や画像処理装置２１により処理された画像出力あるいは検査装置１の動作状態などが表示可能な表示装置５３や、検査装置１の動作を制御するための制御情報や画像処理のための信号入力に利用される操作入力装置５５が設けられている。

図２は、Ｘ線管１１から放射されるＸ線ビームとＸ線検出器１３との位置関係、および検出画素の配列を示す。

図２に示すように、Ｘ線管１１から放射されるＸ線ビーム（ファンビーム）は、マルチスリットコリメータ１５により断面方向（Ｘ線が進行する方向と直交する方向）の広がりが制限されることで、広がりの広いファン角（ｚ方向）、ならびにファン角と直交するコーン角（ｘ方向）とによりその断面形状が規定される。

Ｘ線検出器１３は、Ｘ線ビームのファン角方向ならびにコーン角方向のそれぞれの方向について、被写体Ｏの幅方向（ｘ方向）および長さ方向（ｚ方向）の全域を検査可能な個数（チャンネル数）の（すなわちｌ個×ｍ列の）画素を有する。

マルチスリットコリメータ１５は、上述したＸ線ビームが被写体Ｏに到達できるエネルギー（被爆量）を制限可能に、例えばポリイミド等であるＸ線透過部材１５Ａと、例えば鉛（Ｐｂ）等であり、個々のＸ線透過部材１５Ａを両側から挟みこむＸ線遮蔽材１５Ｂとを含み、少なくとも、Ｘ線透過部材１５Ａが、上述したチャンネル数（ｌ）よりも少ない数、例えば「ｌ／４」か又は同数となるように積層された構造を有する。なお、Ｘ線透過部材１５Ａの厚さ（ｘ方向）は概ね３０μｍで、そのピッチ（Ｘ線遮蔽部材１５ＢとＸ線透過部材の厚さを足した値）は概ね１００μｍである。また、マルチスリットコリメータ１５の全体の厚さ（ｘ方向，幅とも呼ばれる）および直交する長さ（ｚ方向）は、それぞれ、概ね１５０ｍｍである。

図３は、Ｘ線検出器１３により検出された出力画像データを用い、屈折Ｘ線像すなわち散乱Ｘ線像を得るための画像処理装置２１による画像処理の方法の具体例を示す。

既に説明した通り、Ｘ線検出器１３は、Ｘ線ビームのファン角方向（ｚ方向）にｍ列、Ｘ線ビームのコーン角方向（ｘ方向）にｌ個の画素（検出セル）がマトリクス状に配置されている。

Ｘ線管１１のＸ線焦点から出射され、被写体Ｏの通常領域（第１Ｘ線伝播媒質）、すなわち異物やボイド（空気で満たされた空洞）等以外の領域を通過（透過）したＸ線ビーム（ファンビームのうちのマルチスリットコリメータ１５で制限されたＸ線ビーム）は、図３に点線で示すように、Ｘ線ビームの進行方向に沿って直進透過し、透過一次Ｘ線として、そのままＸ線検出器１３の所定の画素に、入射（結像）される。なお、被写体Ｏが存在しない場合も同様に、Ｘ線ビームは、Ｘ線ビームの進行方向に沿ってそのままＸ線検出器１３の任意の画素に結像される（透過一次Ｘ線像）。

これに対して、被写体Ｏ中の異物やボイド（空気で満たされた空洞）すなわち第２Ｘ線伝播媒質等に差し掛かったＸ線ビームは、異物やボイドの材質に応じ、第１Ｘ線伝播媒質と第２Ｘ線伝播媒質との間の境界面において、境界面の輪郭に沿って所定量（角度）屈折され、図３に実線で示すように、被写体Ｏの通常領域を通過（透過）したＸ線に比較して広がりが与えられて、屈折Ｘ線像として、Ｘ線検出器１３の任意の画素に入射（結像）される。

透過Ｘ線画像は上述した透過一次Ｘ線像と屈折Ｘ線像とが混在したものである。屈折Ｘ線像に対応する画素のピクセル値は透過一次Ｘ線のそれに比べてかなり小さいが、以下に述べる画像処理により、屈折Ｘ線像のみを抽出して出力することができる。本質を逸脱しない範囲で単純化するため被写体による散乱Ｘ線の影響は無視できると仮定して説明する。

方法１：予め被写体なし（被写体を「被写体ＯにＸ線ビームを照射するための空間」１９から一旦除去した状態）で、取得したＸ線画像データをもとに、所定の閾値よりも大きいピクセル値を有する画素の位置情報を不要画素位置情報として記憶装置５７に記憶させる。ここで不要画素位置情報には、更にこれらの画素に隣接または近接する所定範囲の画素を含めても良い。その後、被写体Ｏを「Ｘ線ビームを照射するための空間」１９に位置させて透過Ｘ線画像データを取得する。この透過Ｘ線画像を構成する個々の画素のうち、前記不要画素位置情報に対応する画素のピクセル値を「０」に置き換え、前記不要画素位置情報に対応する画素以外の画素のピクセル値のみを変更しない画像処理を行うことにより、屈折Ｘ線像が得られる。

方法２：上記の方法１で、予め被写体なし（被写体を「被写体ＯにＸ線ビームを照射するための空間」１９から一旦除去した状態）で取得したＸ線画像の代わりに、屈折Ｘ線像を生じさせず、かつ被写体の平均的なＸ線吸収特性、Ｘ線散乱特性に近い均一材料からなる被写体ファントーム（phantom）を「被写体ＯにＸ線ビームを照射するための空間」１９に位置させて取得したＸ線画像を用いる方法。

方法３：被写体Ｏを「Ｘ線ビームを照射するための空間」１９に位置させて取得した透過Ｘ線画像データのみを利用して屈折Ｘ線像を抽出する方法。透過Ｘ線画像を構成する個々の画素のうち、そのピクセル値が所定の閾値以上である場合には「０」に置き換え、閾値未満である場合には変更しない画像処理を行うことにより、屈折Ｘ線像が得られる。ここで、更にピクセル値が所定の閾値以上である画素に隣接または近接する所定範囲の画素のピクセル値を含めて「０」に置き換えても良い。

上記した実施例では、被写体による散乱Ｘ線が画像に影響しないことを仮定して述べて来たが、散乱Ｘ線の画像への影響は画像全体に一様なグレア（glare）をもたらすのみである。従って、散乱Ｘ線の画像への影響が無視できない場合でも、画像処理で、所定の閾値以上のピクセル値を有する画素に対して、そのピクセル値を「０」に置き換える代わりに、「一定値」に置き換える画像処理を行えば良い。また、更にピクセル値が所定の閾値以上である画素に隣接または近接する所定範囲の画素のピクセル値を含めて「一定値」に置き換える画像処理を行っても良い。この「一定値」は、診断者が、出力された屈折Ｘ線像を観察しながらその値を変更する作業を繰り返すことにより、最も見易い、言い換えるとスリット形状に対応したアーチファクトのない屈折Ｘ線像を得ることができる。

屈折Ｘ線像は、被写体Ｏの第１Ｘ線伝播媒質と第２Ｘ線伝播媒質との間の境界面においてファンビーム状のＸ線の屈折により前記境界面の輪郭に沿う領域に形成されるＸ線屈折像であり、そのため画像があるか否かのみが識別可能であれば良く、その階調数は、４ビット以下でよい。より好ましくは、１ビットでもかまわない。

なお、被写体Ｏを透過した透過Ｘ線像の検出においては、マルチスリットコリメータ移動機構１９（または回転制御ユニット６３（図４参照））の制御によりマルチスリットコリメータ１５がファンビームの広がり方向とほぼ直交する方向に沿って微小移動される。従って、Ｘ線検出器１３においては、マルチスリットコリメータ１５の微小移動を単位として、（微小移動毎に）所定回数だけ、被写体Ｏが撮像されることは、先に説明した通りである。これにより、Ｘ線検出器１３のチャンネル方向（ｌ列方向）に分割された被写体Ｏの複数の画像が、得られる。最終的な検査画像は、これら複数の画像を合成することにより得られる。

また、Ｘ線管１１の管電圧すなわち詳述しないがＸ線管の陽極に印加される電圧は、放射されるＸ線ビームの強度が、第１Ｘ線伝播媒質による吸収（または吸収率）と第２Ｘ線伝播媒質による吸収（または吸収率）との差が、１０％以内に収まるように設定される。この場合、管電圧としては、４０〜１５０ｋＶｐが好ましい。この撮影原理（画像処理方法）によれば、従来の撮影方法に比べ、画像がより鮮明となり、より微細なものや軟組織を識別することが可能となる。

上述したように、透過一次Ｘ線が入射した画素のピクセル値を「０」または「一定値」とし、透過一次Ｘ線が入射しない画素により、被写体中の第１Ｘ線伝播媒質と第２Ｘ線伝播媒質との間の境界面においてファンビーム状のＸ線の屈折により境界面の輪郭に沿う領域に形成される屈折Ｘ線像のみを画像信号として検出するため、軟組織の検査においても、Ｘ線管の管電圧を高解像度の得られる高い管電圧とすることができる。すなわち、Ｘ線管１１の管電圧としては、周知の軟組織向けの低い管電圧のＸ線管に広く利用される２０〜３５ｋＶｐに比較して高く、これまでは、軟組織向けの組成の撮影には利用されることのない、管電圧が利用可能であり、その結果、被写体が人体、特に乳房等である場合において、被爆量が低減可能である。

図４は、図１に示したＸ線検査装置の画像処理装置および制御ユニットの概要を説明する機能ブロック図である。

図４に示すように、被写体Ｏを指示するステージ１７は、駆動ユニット６１により、少なくとも上述したｙ方向（図１ないし図３参照）に移動され、被写体ＯをＸ線による撮影に適した撮影条件で撮影可能に、位置させる。また、マルチスリットコリメータ１５は、回転制御ユニット６３（マルチスリットコリメータ移動機構１９）により、ファンビームの広がり方向とほぼ直交する方向に沿って微小移動される。

Ｘ線検出器１３からの画像信号（ピクセル値）は、信号増幅ユニット７１を介して所定レベルまで増幅され、画像処理装置２１による上述のデジタル処理により画像処理され、被写体Ｏの屈折Ｘ線像として表示装置５３に表示される。また、信号処理ユニット７１を介して増幅され取り込まれた画像信号および画像処理装置２１により処理された画像データ（出力画像）は、記憶装置５７に記憶される。なお、信号増幅ユニット７１と画像処理装置２１、又は信号増幅ユニットとＸ線検出器１３とは、明確に区分される必要はなく、一体であってもよいことはいうまでもない。

Ｘ線ビームは、電源制御ユニット８１により制御される電源装置８３により図示しない陰極（フィラメント）が加熱されることで放出される電子線の（Ｘ線管１１の）図示しない回転陽極の所定の位置への衝突により、回転陽極（ターゲット）から所定のタイミングで、出力される。なお、Ｘ線管１１は、詳述しないが冷却ユニット９１によりＸ線管１１内部に供給される冷媒により、所定の温度を上限として冷却される。

図５は、図１に示したＸ線検査装置の別の実施の形態を示す。なお、図５において、図１に示した要素と同一の要素には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。また、図１に示した要素に類似するが、図５に示す装置に固有の要素には、「１００」を加算した符号を付してその説明を簡素化する。

図５に示すＸ線検査装置１０１は、Ｘ線管１１と、被写体Ｏを透過した透過Ｘ線を検出するＸ線検出器１３を有する。Ｘ線検出器１３とＸ線管１１との間には、図６に説明するように、図２により先に説明した例に比較して、ｚ方向の大きさが制限されているマルチスリットコリメータ１１５が、配置されている。なお、マルチスリットコリメータ１１５とＸ線管１１は、保持構造は詳述しないが、構体１１７により、一体に保持されている。また、少なくともＸ線管１１とマルチスリットコリメータ１１５は、構体１１７により、被写体Ｏに向けて放射されるＸ線ビームが進行する方向（ｙ方向）と直交する方向に旋回（微小移動）される。

マルチスリットコリメータ１１５は、図６に示すように、例えばＸ線透過部材１１５Ａの厚さ（ｘ方向）は概ね３０μｍで、そのピッチ（Ｘ線遮蔽部材１１５ＢとＸ線透過部材の厚さを足した値）は概ね１００μｍである。また、マルチスリットコリメータ１１５の全体の幅（ｘ方向）は概ね１５０ｍｍで、直交する長さ（ｚ方向）は概ね２０ｍｍに規定されている。

なお、図５に示すＸ線検出器１０１を用いる場合、画像処理は、Ｘ線検出器１３において検出する画像が、マルチスリットコリメータ１５およびＸ線管１３の連続的な移動により、連続して被写体Ｏが撮像されることに依存して、その処理方法、例えば画像の取り込みタイミング等が変更されるが、画像処理の基本的な内容は、先に説明した例と同様である。

なお、マルチスリットコリメータ１１５とＸ線管１１とをユニットとすることにより、マルチスリットコリメータ１１５に向けてＸ線管１１から放射されるＸ線ビームの範囲がずれることが低減されることは言うまでもない。

図７は、図１および図５に示したＸ線検査装置のさらに別の実施の形態を示す。なお、図７において、図１または図５に示した要素と同一の要素には、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。また、図１または図５に示した要素に類似するが、図７に示す装置に固有の要素には、「２００」を加算した符号を付して、その説明を簡素化する。

図７に示すＸ線検査装置２０１においては、Ｘ線管１１と、被写体Ｏを透過した透過Ｘ線を検出するＸ線検出器２１３と、図６により先に説明したｘ方向の大きさが制限されているマルチスリットコリメータ１１５が、保持構造は詳述しないが、構体２１９により、一体に保持されている。また、少なくともＸ線管１１とマルチスリットコリメータ１１５とＸ線検出器２１３とは、構体２１９により、被写体Ｏに向けて放射されるＸ線ビームが進行する方向（ｙ方向）と直交する方向に、一体的に旋回される。

このように、図５に示すＸ線検出器においては、Ｘ線管１１とマルチスリットコリメータ１１５とを構体１１７により保持するとともに、Ｘ線検出器２１３を構体２１９により一体の保持し、被写体Ｏに向けて放射されるＸ線ビームが進行する方向（ｙ方向）と直交する方向に旋回させることにより、Ｘ線検出器２１３の大きさを低減可能である。

このことは、Ｘ線検出器２１３から出力される透過Ｘ線像の画像処理に利用される信号処理ユニット７１（画像処理装置２１）の記憶容量を低減できる。また、処理すべき画像情報が低減されることにより、画像処理が高速化できることが期待される。

なお、図５または図７に示したＸ線検査装置は、図８に一例を示すＸ線検出器３０１のように、Ｘ線管１１とＸ線検出器１３（２１３）が、ｘ方向に平行に移動されるものであってもよい。また、Ｘ線管１１、マルチスリットコリメータ１５（１１５）およびＸ線検出器１３（２１３）のそれぞれは、例えば図８に示す構体３２１により、マルチスリットコリメータ１１５とおよびＸ線検出器１３とが一体に保持され、Ｘ線管１１が独立に設けられてもよい。

図９は、図１、図５、図７および図８により説明したＸ線検査装置のさらに別の実施の形態を示す。

図９に示すＸ線検査装置１００１は、Ｘ線管１０１１と、検査対象物である被写体Ｏを透過した透過Ｘ線を検出するＸ線検出器（Ｘ線像検出器）１０１３を有する。なお、Ｘ線管１０１１とＸ線検出器１０１３とは、接続構体１０１９により、被写体Ｏを、Ｘ線管１０１１とＸ線検出器１０１３との間に規定される検査位置に位置させた状態で、被写体ＯにＸ線ビームを照射可能に、一体に保持され、被写体Ｏに向けて放射されるＸ線ビームが進行する方向（ｙ方向）と直交する方向に、一体的に旋回される。

また、図９に示したＸ線検査装置１００１においては、図７を用いて先に説明したＸ線検査装置と同様に、Ｘ線検査装置１０１３の大きさを低減することも可能である。

この場合、既に説明したと同様の理由により、Ｘ線管１０１１の出力すなわち被写体Ｏに照射されるＸ線ビームのエネルギー（被爆量）を低減可能であることに加え、Ｘ線検出器１０１３から出力される透過Ｘ線像の画像処理に利用される信号処理ユニット７１（図４参照、画像処理装置２１で共用することも可能）の記憶容量を低減できる。また、処理すべき画像情報が低減されることにより、画像処理が高速化できることが期待される。

以上説明したように、さまざまな大きさや密度の検査対象にＸ線を照射して透過Ｘ線強度を得るＸ線検査装置およびＸ線検査方法として、被写体中の異物やボイドを、被写体の組成に拘わらず、しかも少ない被爆量で、検査可能である。また、従来、軟組織（特に乳房）向けに独立した装置として提供されている特別なＸ線検査装置において、Ｘ線管装置の管電圧を高めることが可能となり、被写体の被爆量を一層低減できる。

これにより、検査対象物が生体、特に人体である場合に、近年重要視されている検査用Ｘ線によるＸ線被爆を低減できる。

なお、この発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々な変形もしくは変更が可能である。また、個々の実施の形態は、可能な限り適宜組み合わせて実施されてもよく、その場合、組み合わせによる効果が得られる。

この発明が提供されるＸ線検査装置の一例を示す概略図。 図１に示すＸ線検査装置のＸ線管から放射されるＸ線ビーム（ファンビーム）とＸ線検出器の検出セル（画素）の配列の関係を説明する概略図。 図１に示すＸ線検査装置に組み込まれるマルチスリットコリメータを用いて得られる透過Ｘ線中の透過一次Ｘ線および屈折Ｘ線が入射される画素を説明する概略図。 図１に示すＸ線検査装置の画像処理装置および制御ユニットを説明する概略図。 図１に示すＸ線検査装置の別の実施形態を説明する概略図。 図５に示すＸ線検査装置に組み込まれるマルチスリットコリメータの一例を説明する概略図。 図１に示すＸ線検査装置のさらに別の実施形態を説明する概略図。 図１に示すＸ線検査装置のさらにまた別の実施形態を説明する概略図。 図１、図５、図７および図８に示したＸ線検査装置とは異なる透過Ｘ線検出方法を用いるＸ線検査装置の実施の形態を示す概略図。

符号の説明

１，１０１，２０１，１００１…Ｘ線検査装置、１１，１０１１…Ｘ線管（Ｘ線源）、１３，２１３，１０１３…Ｘ線検出器（Ｘ線像検出器）、１５，１１５，１０１５…マルチスリットコリメータ、１７…ステージ（検体保持部）、１１７…構体、２１９…接続構体、３２１…接続構体、２１…画像処理装置、５１…制御ユニット、５３…表示装置、５５…操作入力装置、５７…記憶装置、６１…駆動ユニット、６３…回転制御ユニット、７１…信号増幅ユニット、８１…電源制御ユニット、８３…電源装置、９１…冷却ユニット、Ｏ…検査対象物（被写体）。

Claims (20)

1. ファンビーム状のＸ線を被写体に照射して、前記被写体を透過するＸ線を、Ｘ線検出器で検出した透過Ｘ線像を用いるＸ線検査方法において、
   前記被写体に入射する前記ファンビーム状のＸ線の進行方向に沿って前記被写体を直進透過して前記Ｘ線検出器に入射する透過一次Ｘ線以外のＸ線を出力画像として表示させることを特徴とするＸ線検査方法。
2. 前記透過一次Ｘ線以外のＸ線を前記出力画像として表示させるために、前記被写体に前記Ｘ線を照射する前に前記被写体なしまたは均質な材質からなる被写体ファントームに前記ファンビーム状のＸ線を照射して、前記透過一次Ｘ線が入射する前記Ｘ線検出器の画素を予め記憶させ、前記画素またはさらにそれに隣接する所定範囲の画素に対応するピクセル値を「０」または「一定値」とする画像処理を行うことを特徴とする請求項１記載のＸ線検査方法。
3. 前記透過一次Ｘ線以外のＸ線を前記出力画像として表示させるために、前記被写体の透過一次Ｘ線がＸ線検出器に入射することに対応する各画素のピクセル値のうちの所定の閾値以上のピクセル値を「０」または「一定値」とする画像処理を行うことを特徴とする請求項１記載のＸ線検査方法。
4. 前記出力画像の階調数は、４ビット以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のＸ線検査方法。
5. 前記出力画像の階調数は、１ビットであることを特徴とする請求項４記載のＸ線検査方法。
6. 前記被写体よりもＸ線源側（Ｘ線源と被写体の間）に、スリットコリメータを配置し、前記Ｘ線源のＸ線焦点から放射されたコーンビーム状のＸ線を、前記スリットコリメータを透過させることによりファンビーム状に整形したＸ線を前記被写体に入射させることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のＸ線検査方法。
7. 前記スリットコリメータは、前記ファンビーム状のＸ線の広がり方向（ファンビームの広がり方向）とほぼ直交する方向に沿って所定間隔で複数のスリットが並べられたマルチスリットコリメータであり、前記Ｘ線源の前記Ｘ線焦点から放射されたコーンビーム状のＸ線から複数のファンビーム状のＸ線ビームを形成させて前記被写体に入射させることを特徴とする請求項６記載のＸ線検査方法。
8. 前記スリットコリメータを、前記Ｘ線焦点を中心として、前記ファンビーム状のＸ線の広がり方向とほぼ直交する方向に沿って回転移動して複数位置に配置し、それぞれのスリット位置に対応して複数回撮影された前記透過一次Ｘ線以外のＸ線の像を合成して表示させることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のＸ線検査方法。
9. 前記スリットコリメータを、前記Ｘ線焦点を中心として、前記ファンビーム状のＸ線の広がり方向とほぼ直交する方向に沿って回転移動させながら連続的に前記透過一次Ｘ線以外のＸ線の像を撮影し、その画像を合成して得られる合成画像を表示させることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のＸ線検査方法。
10. 前記透過一次Ｘ線以外のＸ線の像は、前記被写体中の第１Ｘ線伝播媒質および前記第１Ｘ線伝播媒質とＸ線屈折率の異なる第２Ｘ線伝播媒質との間の境界面で前記入射Ｘ線が屈折された屈折Ｘ線を含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のＸ線検査方法。
11. Ｘ線管の管電圧を、被写体中の第１Ｘ線伝播媒質のＸ線吸収率と、識別対象物質を構成し、前記第１Ｘ線伝播媒質とＸ線屈折率が異なる第２Ｘ線伝播媒質のＸ線吸収率Ｘの差が１０％以下となる管電圧に設定し、前記管電圧に設定された状態で、屈折Ｘ線を含む透過Ｘ線像を形成させることを特徴とする請求項１０記載のＸ線検査方法。
12. 被写体中の第１Ｘ線伝播媒質のＸ線屈折率および第１Ｘ線伝播媒質とＸ線屈折率の異なる第２Ｘ線伝播媒質との間のＸ線吸収率の差が１０％以下となる管電圧が印加されることで、所定の特性のＸ線を放射するＸ線管と、
    前記Ｘ線管と前記被写体との間に配置され、前記Ｘ線管から放射されたコーンビーム状のＸ線ビームから複数に分割されたファンビーム状のＸ線を形成するマルチスリットコリメータと、
    前記ファンビーム状のＸ線が前記被写体を透過した透過Ｘ線を検出するＸ線検出器と、
    前記被写体を透過した透過Ｘ線のうち前記被写体を直進透過して前記Ｘ線検出器の任意の画素に入射する透過一次Ｘ線をカットし、前記第１Ｘ線伝播媒質と第２Ｘ線伝播媒質との間の境界面において前記複数のファンビーム状のＸ線の屈折により前記境界面の輪郭に沿う領域に形成される屈折Ｘ線像を得る画像処理装置と、
    を備えていることを特徴とするＸ線検査装置。
13. 前記Ｘ線管に印加される管電圧は、前記被写体を乳房とする場合に４０ないし１５０ｋＶｐに設定されることを特徴とする請求項１２記載のＸ線検査装置。
14. 前記マルチスリットコリメータを、前記Ｘ線焦点を中心として、前記ファンビームの広がり方向とほぼ直交する方向に沿って回転移動して複数位置に位置させるマルチスリットコリメータ移動機構をさらに有し、
    前記マルチスリットコリメータの前記複数位置に対応して複数回撮影された前記屈折Ｘ線像を合成して出力画像を得ることを特徴とする請求項１２または１３記載のＸ線検査装置。
15. 前記マルチスリットコリメータを、前記Ｘ線焦点を中心として、前記ファンビームの広がり方向とほぼ直交する方向に沿って連続して回転移動するマルチスリットコリメータ移動手段をさらに有し、
    前記マルチスリットコリメータの前記連続移動中に連続的に撮影された前記屈折Ｘ線像を合成して出力画像を得ることを特徴とする請求項１２または１３記載のＸ線検査装置。
16. 前記マルチスリットコリメータと前記検出器とを、前記Ｘ線焦点を中心として、前記ファンビームの広がり方向とほぼ直交する方向に沿って回転移動して複数位置に配置する検出器移動機構をさらに有し、
    前記マルチスリットコリメータの前記複数位置に対応して複数回撮影された前記屈折Ｘ線像を合成して出力画像を得ることを特徴とする請求項１２または１３記載のＸ線検査装置。
17. 前記マルチスリットコリメータと前記検出器とを、前記Ｘ線焦点を中心として、前記ファンビームの広がり方向とほぼ直交する方向に沿って連続して回転移動する検出器移動機構をさらに有し、
    前記マルチスリットコリメータの前記連続移動中に連続的に撮影された前記屈折Ｘ線像を合成して出力画像を得ることを特徴とする請求項１２または１３記載のＸ線検査装置。
18. 前記Ｘ線管は、前記マルチスリットコリメータおよび前記検出器と一体的に、前記Ｘ線ン焦点を中心として回転することにより、前記Ｘ線ビームの照射方向が変化されることを特徴とする請求項１４ないし１７のいずれかに記載のＸ線検査装置。
19. 前記Ｘ線管と前記マルチスリットコリメータと前記検出器とを、前記ファンビームの広がり方向とほぼ直交する方向に沿って平行移動して複数位置に配置するマルチスリットコリメータ移動機構をさらに有し、
    前記マルチスリットコリメータの前記複数位置に対応して複数回撮影された前記屈折Ｘ線像を合成して出力画像を得ることを特徴とする請求項１２または１３記載のＸ線検査装置。
20. 前記Ｘ線管と前記マルチスリットコリメータと前記検出器とを、前記ファンビームの広がり方向とほぼ直交する方向に沿って連続平行移動するマルチスリットコリメータ移動手段をさらに有し、
    前記マルチスリットコリメータの前記連続平行移動中に連続的に撮影された屈折Ｘ線像を合成して出力画像を得ることを特徴とする請求項１２または１３に記載のＸ線検査装置。

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