JP2001194462A - 微細加工されたx線画像コントラストグリッド - Google Patents
微細加工されたx線画像コントラストグリッドInfo
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Abstract
ドを提供する。 【解決手段】 画像コントラストグリッドは、開口部を
有する本体を備え、開口部内にX線吸収物質を備える。
開口部は、種々の微細加工技法を用いて形成する。X線
吸収物質は、種々の被覆および被着技法を用いて、開口
部内に形成する。画像コントラストグリッドは、集束機
能を改善するため、階段状加工された表面を有する。画
像コントラストグリッドによって、非垂直2次元におけ
るコンプトン散乱X線が除去される。開口部は、大部分
の画像形成モードにおいて、目に見えない微細構造によ
って形成できる。
Description
に関する。
非破壊検査に広範に用いられている。X線放射線は、多
数の物質を容易に透過し、X線を吸収する高密度物質の
影によって画像を形成する。X線イメージングは、医療
用イメージング放射線学やX線透視検査において高密度
および低密度の組織のどちらにも用いられる。非破壊検
査におけるX線イメージングの適用例には、建造物、構
造部材、圧力容器、溶接構造および航空機胴体構造など
の欠陥および構造的整合性に関する検査が含まれる。
の困難な技術問題がある。1つの特別な問題は、高エネ
ルギー(100keVを超える)における物質によるX
線のエネルギーの吸収は、コンプトン散乱過程と競合す
ることである。コンプトン散乱によってX線は、X線の
本来の軌道から小角度だけずれた方向に偏向される。高
密度および/または低密度物質のイメージングの場合、
コンプトン散乱されたX線によって、散乱されずに直進
するX線が吸収されることにより形成される画像が不明
確になる場合がある。
線イメージングシステム20の構造を示す図である。X
線イメージングシステム20は、X線発生源22と、X
線発生源22及び検出器26の間に配置される画像コン
トラストグリッド(散乱線除去格子)24を備える。X
線発生源22から、イメージングの対象となる被写体3
4に対して入射するX線32が放射される。たとえば、
被写体34は、ヒトの身体である。透過されたX線36
は、検出器26の表面38に入射する。
光体28の間に挟まれるフィルム30を有するフィルム
カセットである。また、この検出器26は、図3に示す
ように、電子検出器、たとえば、蛍リン光体または光伝
導体28と結合されるa−Si検出器48であってもよ
い。このような検出器は、J.Rahnらによる「High Resol
ution, High Fill Factor a-Si:H Sensor Arrays for O
ptical Imaging」,Materials Reseach Society Proc.5
57,1994年4月カリフォルニア州、サンフランシス
コ、及びR.A.Street,「X-ray Imaging Using Lead Iod
ide as a Semiconductor Detector」,Proc.SPIE3659,
Physics of Medical Imaging,1999年2月、カリフ
ォルニア州、サンフランシスコに記載されている。これ
らの各文献は、その全体を本願に引用して援用する。
2、たとえば、骨組織に入射した一部の非垂直のX線4
0は、高密度物質に吸収される。しかし、他のX線44
は、散乱され、高密度物質42に入射せず、吸収される
ことなくソフトな身体組織(soft body tissue)を通過
する。これらの散乱されたX線は、コンプトン散乱X線
として知られている。
いコンプトン散乱X線44は、高密度物質から形成され
る画像に悪影響を及ぼす。すなわち、コンプトン散乱X
線44は、そのX線が被写体34に入射した位置よりず
れた位置で被写体34から透過する。それらの透過位置
を基礎とすると、コンプトン散乱X線44は、高密度物
質42が位置する、被写体34の領域を通過したが、高
密度物質42によって吸収されなかったように見える。
すなわち、コンプトン散乱X線44は、被写体34内で
その光軸がずれてしまっているため、本来被写体34内
の高密度物質部分42で吸収されて影となるべき領域に
このコンプトン散乱X線44が到来し、X線の吸収がな
かったように観測されてしまうことがある。そしてこれ
によりイメージング結果に支障が生じる。
ッド24をX線イメージングシステム20に設けること
により、被写体34内の高密度物質42によって吸収さ
れなかったコンプトン散乱X線44を吸収する。コンプ
トン散乱X線44は、高密度物質42がX線44を実質
的に吸収して現れる暗さ(コントラスト)に影響を与え
る。この画像コントラストグリッド24は、X線発生源
とは異なる方向へ被写体34を透過するコンプトン散乱
X線44を除去し、このコンプトン散乱X線44による
直接X線が吸収させることで形成されるべき画像への影
響を低減する。コンプトン散乱X線44を除去すること
で、画像のコントラストが向上する。
べての「厚い」(thick)組織に対する医療用イメージ
ング処理、つまりスクリーンが身体の近く(ほぼスクリ
ーンの厚さ程度以内)に配置されていないような処理で
必要なものである。
質(例えばアルミニウム)のホイル(foil)と、X線吸
収物質(例えば鉛)のホイルとを交互に積層して引き延
ばしたサンドイッチ構造を形成してなる。図6は、アル
ミニウムホイル126及び鉛ホイル128とを交互に平
行配置したサンドイッチ構造からなる公知の画像コント
ラストグリッド124を示している。
方法は、たとえば、米国特許第5,581,592号お
よび第5,557,650号に記載されている。
ントラストグリッド、たとえば画像コントラストグリッ
ド124およびグリッドの形成方法は、少なくとも、い
くつかの理由で不十分である。第1に、これらの方法は
プロセスが複雑で費用がかかり、グリッドのコストが高
くなる。
のような公知の画像コントラストグリッドは、形成され
る画像に格子線を生成する比較的粗い構造を有する。つ
まり、構造が粗いためにその格子線がイメージングの結
果内に現れてしまう。この問題を軽減するため、例えば
グリッドを法線(すなわち、X線36の方向)にほぼ垂
直な方向46に僅かに前後に移動し、フィルム上に形成
される格子線の画像を不鮮明にする。グリッドをこのよ
うに動かすことは、「ブッキー(Buchy)システム」と
して知られている。しかし、ブッキーシステムは、さら
なる構成を含むイメージングシステムを要し、したがっ
て、システムのコストと複雑さが増大する。
ド、たとえば、画像コントラストグリッド124は、コ
ンプトン散乱された一次元の(すなわち、x軸またはy
軸のどちらかに沿った)非法線(z軸から離れた)光子
を除去するのみである。これらのグリッドを用いて2次
元的な光子の除去を行うため、2つのグリッド、例えば
2つの画像コントラストグリッド124を、各グリッド
の各フォイルの積層方向が互いに直交するように配置す
る積み重ねることもできる。この2つのグリッドを組み
合わせて用いることで第2の方向に対するコンプトン散
乱された光子の除去は、改善されるが、イメージングシ
ステムのコストも第2のグリッドの追加コストによって
著しく増大する。このように、2つの画像コントラスト
グリッドを用いてイメージングシステムの性能の改善度
に対し、その改善された性能を達成するための関連する
追加コストは見合うものではない。
画像コントラストグリッドと公知の画像コントラストグ
リッドを形成するために使用される方法に関する上記問
題を解決することができる改善された画像コントラスト
グリッドが提供される。
なわち排除率が改善され、その結果、被写体の画像を得
るため必要とされる放射線源の必要線量を低減可能な画
像コントラストグリッドが提供される。
en aperture ratios)が増大された画像コントラストグ
リッドが提供される。
善された画像を形成するために使用できる画像コントラ
ストグリッドが提供される。
ブッキーシステムを用いる必要を減少または排除する微
細構造を有する画像コントラストグリッドが提供され
る。
(co-planar)2次元、たとえばxおよびy次元におけ
るコンプトン散乱を除去し、その結果、2つの画像コン
トラストグリッドを同時に使用する必要のない画像コン
トラストグリッドが提供される。
易で、かつ再生産性(reproducible)のある画像コント
ラストグリッドの製造方法が提供される。
形成するため、イメージングシステムにおいて画像コン
トラストグリッドを使用する方法が提供される。
種々の例示される実施形態は、連続するマトリックスと
開口部とを形成する本体を備える。本体は、X線に対し
て少なくとも事実上透過性である第1物質とX線を事実
上散乱することなくX線を吸収する開口部の第2物質の
内の一方を含む。第1物質と第2物質の内の他方が、開
口部に配置される。本体は、X線が画像コントラストグ
リッドに入射する第1表面と、X線が画像コントラスト
グリッドを出射する第2表面と、を備える。開口部は、
少なくとも部分的に第1表面から第2表面に延在する。
表面は、集束能力(focus capabilities)が強化される
ように加工される。
X線イメージングシステムも提供され、このシステム
は、X線を放射するX線発生源と、X線発生源から放射
されるX線が被写体を通過して画像コントラストグリッ
ドの第1表面に入射するように配置される画像コントラ
ストグリッドと、を備える。画像形成面は、画像コント
ラストグリッドの第2表面に面する。
種々の例示実施形態によれば、画像コントラストグリッ
ドは、被写体の形成された画像上に格子線を形成するこ
となく、画像形成中、静止して保持することができる。
したがって、X線画像形成システムの種々の例示実施形
態において、一般に、画像形成中にブッキーシステムの
使用は必要でない。本発明による画像コントラストグリ
ッドによって、画像コントラストグリッドの共通の面を
なす2次元において被写体を通過するコンプトン散乱X
線が排除される。
の例示実施形態は、開口部を備える本体の形成を含む。
X線吸収物質は開口部内に形成することが可能であり、
またはX線吸収物質を用いて本体を形成することができ
る。開口部とX線吸収物質は、本発明による方法の種々
の例示実施形態によって形成することができる。
グの応用分野において使用するための改善された画像コ
ントラストグリッドが提供される。以下に詳細に述べる
ように、本発明の画像コントラストグリッドは、排除率
が改善され、さらに充填比が減少、すなわち、開放開口
比(open aperture ratios)が増大している。したがっ
て、このグリッドによって、画質が改善される。その
上、このグリッドによって、効率が上昇し、その結果、
被写体の画像を得るため必要とされる放射線源の必要線
量を低減できる。さらに、本発明の実施の形態に係るグ
リッドは、画像形成中に、ブッキーシステムの使用の必
要性を減少させ、さらには必要性をなくする微細構造を
有する。
かつ再現性のある画像コントラストグリッドを製造する
方法も提供される。この方法によって、コスト効率の高
い方法によって一貫したグリッド構造が製造される。
画像を形成する画像形成システムにおいて、画像コント
ラストグリッドを用いる方法も提供される。
または散乱線除去グリッド224の一例となる実施の形
態を示す図である。画像コントラストグリッド224
は、複数の開口部262を含む本体260を備える。本
体260は、連続マトリックスを形成する。ある実施態
様によれば、開口部262は、円筒状に貫設された構造
を有する。
部262内に形成される。図示のように、本発明による
画像コントラストグリッド224の一実施態様によれ
ば、X線吸収物質264は、実質的に開口部262を充
填するように形成される。これらの例の実施態様によれ
ば、X線吸収物質264は、図に示すように、開口部2
62の全長に亘って充填される。
262の内の長さの選択された部分に亘ってのみ開口部
262を充填することができる。たとえば、X線吸収物
質264は、本体260の上部表面266付近のみにお
いて形成することができる。つまり、本実施形態の画像
コントラストグリッドは、複数の開口部を有してなる本
体を含み、この開口部はそれぞれ本体を円筒状にくりぬ
いて設けられている。また、この開口部には少なくとも
その軸方向の任意の位置に所定厚さのX線吸収物質が充
填されている。
24のさらに他の実施態様の例によれば、X線吸収物質
は、開口部262を形成する側壁268のみに形成する
ことができる。たとえば、このような例示実施形態によ
れば、X線吸収物質は、開口部内262に中空円筒状構
造に形成することができる。このような例示実施形態に
よれば、X線吸収物質264は、側壁268の一部の
み、または事実上、その全長を被覆することができる。
つまり、本実施形態の画像コントラストグリッドは、複
数の開口部を有してなる本体を含み、この開口部はそれ
ぞれ本体を円筒状にくりぬいて設けられている。また、
この開口部には所定厚さのX線吸収物質が少なくともそ
の側壁から内径方向に所定厚さに被着して形成され、ま
た、このX線吸収物質は、軸方向任意の位置に所定厚さ
で形成されている。
さらにほかの実施態様の例によれば、本体260内に形
成される開口部262は、擬似周期的構造を有する。し
かし、画像コントラストグリッド224の他の例示実施
形態によれば、開口部262は、異なるパターンによっ
て形成することができる。たとえば、図8に示す画像コ
ントラストグリッド324の例示実施形態によれば、本
体360の開口部362は、規則的パターンを有する。
他の規則的パターンの開口部を、画像コントラストグリ
ッドに形成することもできる。
リッドの他の例示実施形態によれば、開口部は無作為に
形成することができる。図9は、本体460に無作為に
形成された開口部462を有する画像コントラストグリ
ッド424の例示実施形態を示す図である。すなわち、
本体に形成される開口部は所定パターンに配列されてい
てもよいし、無作為に形成されていてもよい。
4によれば、X線吸収物質264は、開口部262を、
その全長に沿って完全に充填する。したがって、X線吸
収物質264は、本体260のマトリックス内にX線吸
収物質の中実カラムを形成する。X線吸収物質264の
カラムは、ほぼ円筒状形状を有する。
ことができる。イメージングの応用分野の場合、通常の
構造は、例示のようにほぼ長方形形状である。本体26
0は、上部表面266と、底部表面270と、側面27
2を備える。しかし、本体260は、他の構造、たとえ
ば、方形構造によって形成することもできる。本体26
0の寸法は、上部表面266の所望の断面積Aと高さh
を形成するように変更することができる。
性を有する任意の適切な物質とすることができる。これ
らの物質は、無機物質および/または有機物質とするこ
とができる。本体260を形成するために適する無機物
質の例には、アルミニウム、アルミニウム合金、たとえ
ば、アルミニウム−ニッケル合金、および金属酸化物、
たとえば、酸化アルミニウムが含まれる。
って形成することもできる。本体260を形成するため
に使用できるプラスチックの例には、たとえば、ポリメ
タアクリル酸メチル(PMMA)などのアクリル類、Sh
ell Chemical Company(商号)から市場において入手で
きるSU−8エポキシ(商標)などのエポキシ類が含ま
れる。これらの物質に形成される開口部のサイズは、金
属物質、たとえばアルミニウムに形成される開口部のサ
イズとは異なる。
の物質には、半導体物質、たとえば、シリコンが含まれ
る。シリコンによって、公知の乾式および湿式エッチン
グ技術および他の方法を用いて、開口部262をエッチ
ングによって形成することができる利点が提供される。
X線吸収物質264は、実質的にX線を散乱することな
く、X線を吸収する任意の適切な物質とすることができ
る。X線吸収物質264は、開口部262に塗布され、
画像形成すべき被写体によって散乱されるコンプトン散
乱X線を吸収する。X線吸収物質の例は、鉛、金、プラ
チナ、スズ、銀、および水銀である。画像コントラスト
グリッド224の多数の実施態様の例においては、鉛が
優れたX線吸収特性を有するため、X線吸収物質264
として鉛が用いられる。さらに、鉛は、安く、また融点
が低いため容易に開口部に塗布することができる。
60の開口部262に充填するX線吸収物質264の量
は、たとえば、2つの異なる因子によって特徴付けられ
る。第1に、充填量は、充填係数Fによって特徴付ける
ことができる。充填係数Fは、画像コントラストグリッ
ド224の頂部表面266の面に平行な面における、画
像コントラストグリッドの全段面積AGridに対するX線
吸収物質の断面積AX-ray_absorbing_materialの比とし
て定義され、下式によって示される。
グリッドを用いて形成される画像のディテールは、開口
部間の間隔、すなわち開口部のピッチを増大させて改善
できる。
量は、開放開口比Oによって特徴付けられる。この比
は、X線吸収物質264によって充填されていない開口
部262の断面積を反映する。開放開口比は、画像コン
トラストグリッド224の上部表面266の面に平行な
面における、画像コントラストグリッドの全断面積AGr
idに対する開口部の開放されている非充填部分の全断面
積Aopenの比として定義され、下式によって示される。
れる。
るX線吸収物質264によるX線の吸収量に影響を与え
ることによって、画像コントラストグリッド224の画
像形成性能に影響を及ばす。すなわち、被写体を通過し
て画像コントラストグリッド224の上部表面268に
垂直な方向で、上部表面268に入射するX線のパーセ
ンテージはX線吸収物質によって影響を受けるため、X
線吸収物質264による開口部262の充填量によっ
て、画像コントラストグリッド224が吸収することが
できる垂直X線のパーセンテージは影響を受ける。した
がって、画像コントラストグリッド224の、充填係数
Fが増大、または開放開口比Oが減少すると、その結
果、垂直X線を吸収することができるX線吸収物質26
4の量が増大する。同様に、画像コントラストグリッド
224の、充填係数Fが減少、または開放開口比Oが増
大すると、その結果、垂直X線を吸収することができる
X線吸収物質264の量が減少する。
ド224によって、公知の画像コントラストグリッド、
たとえば図6に示す画像コントラストグリッド124に
よって提供されるより、低い充填係数F、およびその結
果、高い開放開口比を提供できる。開放開口比Oは、1
に接近することが好ましい。その結果、本発明による画
像コントラストグリッド224によって、画像形成すべ
き被写体を通過後、グリッドに入射して吸収される垂直
X線のパーセンテージはより低くなる。
は、直径dとカラム間の間隔(ピッチ)Pを有する。直
径dの通常の値は、本体物質がたとえばアルミニウムで
ある場合、約0.1μmから約100μmの範囲であ
る。ピッチPの通常の値は、約0.2μmから約200
μmの範囲である。本体の通常の高さhは、約10μm
から約2000μmの範囲である。ある実施態様の例に
おいて、カラム直径dは、次の関係を満足する。
は、通常、約10μmから約1000μmの範囲とする
ことができる。
明による、種々の実施態様の方法を用いて形成すること
ができる。本発明による、第1の実施形態に係る製造方
法は、本体の物質のパターンを利用した従来の写真平板
技法を用いる。たとえば、開口部は、湿式または乾式エ
ッチング技法によってマスクされた本体に形成できる。
エッチング処理によって、本体260の開口部262の
千鳥配列(staggeredarrangement)パターンを形成する
ことができる。
形状を有する。あるいは、開口部262は、他の断面形
状、たとえば、方形、長方形、三角形、六角形、などと
することもできる。
例示される実施形態によれば、開口部262内のX線吸
収物質264の高さは、X線の吸収長さより大きい。通
常のX線応用分野の場合、0.5〜1mmの高さの鉛で
十分である。他の物質の場合、所望の高さは、元素の原
子番号Zに関係する。種々の例示の実施形態において、
所望の高さは、Z3に逆比例する。
他の適切な技法によって開口部262が本体物質260
に形成された後、X線吸収物質264が開口部262に
塗布される。X線吸収物質264を開口部262に塗布
する技法の例は、本体260を溶融金属の浴(bath)に
浸せき(dipping)することである。アルミニウムを溶
融鉛浴に浸せきすることによって、たとえば、本体物
質、たとえばアルミニウムを、X線吸収物質、たとえば
鉛で被覆することができる。浸せき処理中に、鉛は開口
部262中に流入する。溶融されたX線吸収物質264
は、部分的に、または実質的に完全に、開口部を充填す
る。溶融されたX線吸収物質264の開口部262内へ
の充填量に影響を与える種々の因子には、開口部262
のサイズ、開口部262の長さ、および本体260が溶
融されたX線吸収物質264に浸せきされる時間の長さ
が含まれる。
れを促進するため、浸せき処理の種々の例示実施形態に
おいて、融剤(flux)を利用することができる。融剤
は、小さな直径および/または比較的長い長さを有し、
開口部262においてX線吸収物質264の高い充填量
が望ましい開口部に対して、特に都合がよい場合があ
る。
れは、溶融されたX線吸収物質264が、加圧下におい
て開口部に注入されるように、溶融されたX線吸収物質
264に圧力を加えることによって促進することができ
る。
ば、X線吸収物質264による開口部262の充填を促
進するため、圧力勾配を本体260の厚さの全域におい
て形成することができる。たとえば、本体260の表面
において、たとえば、真空ポンプによって低い圧力を生
成することができる。本体の反対側の表面に高い圧力を
加えることによって、本体260の全域に圧力勾配が増
大される。通常、圧力勾配は、本体260の厚さ方向に
生成される。
によれば、X線吸収物質によって部分的または事実上完
全に開口部262を充填する代わりに、側壁268の長
さの一部のみに沿って、本体260の開口部262の側
壁268をX線吸収物質264によって被覆することが
できる。開口部262の側壁268のみを、X線吸収物
質264を用いて被覆することによって、開放開口比O
が増大することにより、画像コントラストグリッド22
4の画像形成性能を相当に改善することができる。
化学的被覆方法を用いて、本体260の開口部262の
側壁268を、被覆することができる。被覆方法の例に
は、物理的な真空蒸着(physical vapor vacuum deposi
tion)、電気化学被着(electrochemical depositio
n)、化学気相成長法(chemical vapor deposition)、
化学的液相被着(chemical liquid deposition)などが
含まれる。被覆方法によって、側壁268上に、適切な
厚さと長さを有する被覆が形成され、画像コントラスト
グリッド224によるX線吸収のため所望のレベルの被
覆率が提供される。
X線吸収物質264の被覆厚さは、開口部262のほぼ
半径を超えないことが好ましい。開口部262の側壁2
68上のX線吸収物質264の被覆によって、より高い
開放開口比を生成することにより、画像コントラストグ
リッドの画像形成性能が改善される。すなわち、結果と
して得られる中空被覆は、たとえば中空円筒状構造を有
し、この構造のため、同じ所望の開放開口比を生成する
ため、直径dを減少させて開口部262をより大きいレ
ベルまで充填することによって実現されるより、高い開
放開口比が生成される。
の他の例示実施形態は、任意の適切な電気メッキ技法を
用いて、本体260の開口部262をX線吸収物質26
4によって被覆するステップを含む。これらの実施形態
は、無作為パターンの開口部262を有する画像コント
ラストグリッド224を形成するために特に有用であ
る。
形成する方法の、また別の例示実施形態によれば、エッ
チング法、たとえば、陽極エッチング法を写真平板法と
共に用いて、本体260に開口部262を形成する。た
とえば、本体に対しては、適切なエッチング溶液を用い
て陽極エッチング法によって加工し、微細孔を形成す
る。微細孔は、薄壁によって相互に分離される。アルミ
ニウムの場合、微細孔間の壁は酸化アルミニウムであ
る。微細孔は、通常、0.3μm以下の直径を有する。
充填して、画像コントラストグリッドが形成される。他
の実施形態によれば、陽極エッチングによって形成され
た微細孔は統合され、次に、微細孔を分離する薄壁が除
去される。フォトレジストまたは他のパターン化マスキ
ング物質を適切に塗布後、本体を形成する物質に対する
適切な酸化物エッチング溶液を用いる酸化物エッチング
によって、薄壁を選択的に除去することができる。
ングを適切に選択して、酸化物エッチングステップ中に
除去すること、または代替方法として別のステップによ
って除去すること、あるいはそのまま残すことができ
る。
組み合わせることによって、その結果、本体に形成され
る開口部は、X線吸収物質を開口部に塗布することを可
能とするための適切なサイズとなる。この実施形態によ
る例示の方法を用いて、無作為な開口部パターンを形成
することができる。
る方法の他の例示実施形態は、光画像形成可能物質の使
用を含む。光画像形成可能物質は、たとえば、PMMAまた
はSU−8(商標)とすることができる。光画像形成可
能物質は、孔262によってパターン化され、任意の適
切な被覆方法、たとえばスパッタリングを用いて、ある
いは化学的または電気化学的方法によって、X線吸収物
質264によって被覆またはそれを充填される。
光画像形成物質上に被着し、次に、X線吸収物質264
を任意の適切な方法によってシード層を覆って塗布す
る。たとえば、電気メッキ法によって、鉛をシード層全
体に塗布することができる。
コントラストグリッド224によっても、散乱排除が改
善されるが、良い場合でも画像コントラストパターンの
極微の痕跡が最終画像上に残る。したがって、開口部は
小さいサイズを有するので、画像形成中、これらの実施
形態によって形成される画像コントラストグリッド22
4のため、ブッキーシステムを使用することを必要とし
ない。つまり、約10μm未満の開口部直径を有してな
る画像コントラストグリッドを利用してもコンプトン散
乱されたX線を除去できるが、どのように改善しようと
も画像コントラストグリッド上に形成されている微細な
開口部による映像がイメージング結果に残ることにな
る。しかし、この開口部は微細な構造であるので、イメ
ージング結果に対する影響はほとんど無視できるといえ
る。
の適切な収束(focus)を実現することである。一部の
イメージング応用分野の場合、図7に示す平行なカラム
構造は、満足できるものではない。すなわち、イメージ
ング装置に到達するX線は、X線発生源に集束されるの
で、集束された画像コントラストグリッドは、グリッド
と用いられた発生源との間隔に等しい焦点距離を有す
る。要するに、イメージング結果を生成する位置(イメ
ージャの位置)に到達するX線は、その発生源に焦点を
有し、グリッドとX線源の距離に相当する焦点距離を有
した画像コントラストグリッドを利用すると、合焦され
た画像(focused image)が得られる。
ング法によって本体物質に形成された開口部は、通常、
本体の上部表面に実質的に垂直な方向に成長する。した
がって、この開口部の方向付けによって、無限大の焦点
距離を有する平行なデバイスが生成される。
が、画像コントラストグリッド224の上部表面に垂直
の角度で入射することが望ましい。垂直の角度で頂部表
面に入射するX線は、高レベルの透過性を有し、画像コ
ントラストグリッド224を通過する。対照的に、90
°未満の鋭角で上部表面に入射するX線は、高度に減
衰、すなわち吸収される。
されるX線の量に対する吸収されたX線の量の比に関係
する。排除率Rは、下式によって与えられる。
の吸収である。
X線の透過である。
し、透過するX線の量が増加する場合、排除率Rは、ゼ
ロに向かって減少する。吸収されるX線の量が増加し、
透過するX線の量が減少する場合、排除率Rは、無限大
に向かって増大する。本発明による画像コントラストグ
リッド224によって、高レベルのX線透過および低レ
ベルのX線吸収に対応して、排除率Rが増大される。
ラストグリッド224の上部表面に対するX線の入射角
度に依存する。図10は、画像コントラストグリッドの
上部表面に対するX線の入射角度と、本発明による画像
コントラストグリッド224の場合のX線の排除率R
(曲線A)、およびサンドイッチ構造を有する従来の画
像コントラストグリッド、たとえば、図6に示す画像コ
ントラストグリッド124の場合のX線排除率R(曲線
B)との関係を示す図である。図に示すように、X線の
入射角度が増加すると、排除率Rは増加し、より高いパ
ーセンテージのX線が、透過されるのではなく反対に吸
収されることを示す。
によって、X線透過のレベルが改善され、そしてこの画
像コントラストグリッドによって、直交するX線がより
少なく吸収されるため、医療用イメージング処理におい
て、患者に入射する線量は相当に減少される。
ジング処理中、所望のレベルのフォーカスを提供するた
め、本発明による画像コントラストグリッド524の種
々の例示実施形態は、等高線状に(階段状に)加工され
た(contoured)上部表面566を有し、この表面に対
して、X線が画像コントラストグリッドに入射する。図
11および図12に示すように、頂部表面566は、表
面領域5662、5664、5666、および5668
を含み、各領域は、法線方向Nに対して異なる角度に方
向付けされる。すなわち、表面領域は、法線Nに対して
斜めにされる。表面領域5662は、法線に対して平行
であるが、表面領域5664、5666、および566
8は、法線Nに対して異なる鋭角に方向付けされる。そ
の結果、各X線5322、5324、5326、および
5328は、それぞれ表面領域5662、5664、5
666、および5668に、ほぼ90°の角度で入射す
る。このように表面領域5662、5664、566
6、および5668を方向付けすることにより、X線透
過のレベルは増大し、これらの各表面領域の対応する排
除率Rはゼロに近づく。したがって、画像コントラスト
グリッド524の全体の排除率も増大する。
ド524の上部表面566は、任意の適切な方法によっ
て階段状に加工される。たとえば、本体の上部表面56
6は、スタンピングすることができる。あるいは、本体
の上面566は、任意の適切なミリング法(milling pr
ocedure)によって階段状に加工できる。たとえば、ミ
リング加工されたパターンを、フライス盤、たとえば、
精密なパターンを形成可能なコンピュータ制御フライス
盤を用いて上部表面566に形成できる。アルミニウム
材料は、比較的軟らかく、容易に機械加工して階段状加
工できる。
れた上部表面566に形成されるパターンは、同心円の
環としてもよい。各環によって、焦点に対して直交する
表面領域5662、5664、5666、および566
8の1つを形成することができる。環と環の間隔は、所
望のパターンを形成するため変更することができる。
(abidize)する場合、孔は、局所的表面方向に実質的
に直交する方向に成長する。したがって、各表面領域5
662、5664、5666、および5668に関連す
る開口部5622、5624、5626、および566
8は、互いに、ほぼ平行である。しかし、開口部562
2、5624、5626、および5628は、相互に、
異なる方向付けをされる。その結果、各開口部562
2、5624、5626、および5628内に形成され
るX線吸収物質5622、5624、5626、および
5628は、完全に平行な、カラムの構造またはX線吸
収物質構造を形成しない。
よって形成される。ピッチは、環と環の間隔である。環
のピッチを変更し、誤整合に対するグリッド幾何形状の
感度に影響を与えることができる。グリッド全域の1度
の変動に対して、ピッチは、焦点距離fを30で除した
数(すなわち、p=f/30)より小さいことが好まし
い。このピッチpは、小さな所望のピッチpに対応する
短い焦点距離の場合でも、本発明による種々の実施形態
の例によって容易に実現することができる。画像コント
ラストグリッドの一部の応用分野において、画質を考慮
すると、より細かいピッチが必要とされる場合がある。
ストグリッドの種々の実施形態の例224〜524によ
って、公知のグリッド構造を超える長所が提供される。
第1に、本発明による画像コントラストグリッド224
〜524によって、2次元散乱線除去幾何形状を提供す
ることができる。
れるX線吸収物質によって、開放開口比Oが増大され
る。たとえば、本発明による画像コントラストグリッド
の開放開口比は、少なくとも約90%とすることができ
る。対照的に、公知の画像コントラストグリッドは、約
80%の開放開口比を有するに過ぎない。
分の画像形成モードにおいて目に見えない程度に十分に
小さいサイズで形成することができるので、本発明によ
る画像コントラストグリッドの使用中、ブッキーシステ
ムは、通常、使用する必要がない。たとえば、画像コン
トラストグリッドは、mm当たり最高約1000個の開
口部で形成することができる。対照的に、公知の画像コ
ントラストグリッド124は、mm当たり10個未満の
開口部を有する。
れる特定の集束系が、アーティファクト像(不要な像)
を生じる場合がある。所望により、これらのアーティフ
ァクト像は、ブッキーシステムを用いて除去することが
できる。
を用いて、X線透過物質からではなく、X線吸収物質か
ら画像コントラストグリッドを形成することができる。
次に、本体の開口部を、X線透過物質によって充填し
て、前述した実施形態の画像コントラストグリッドに対
する補完構造を形成することができる。開口部が充填さ
れずに残される場合は、X線吸収物質から形成される本
体は、X線透過支持構造、たとえば、アルミニウム板を
必要とする。開口部がアルミニウムまたはプラスチック
または所望の構造特性を有する任意の他の適切なX線透
過物質を充填されている場合、本体は自立型である。こ
のような構造は、高い開放開口比、通常、約90%を有
することができる。
実施形態をキャスティング法の使用によって変形し、画
像コントラストグリッドの製造コストを削減、またはパ
ターンをある物質から他の物質に転写することができ
る。
を異なる応用分野において用いることができる。たとえ
ば、X線のための視準構造に関する応用分野の他の例
は、単光子射出コンピュータ断層撮影(single photon
emission computer tomography;SPECT)カメラで
ある。これらの装置において、コリメータを用いて、光
子がイメージング装置に入射する位置のみに基づくので
はなく、その方向に基づいて、光子を検出することによ
って、カメラとして機能する2次元X線検出器が実現可
能となる。したがって、イメージングは、画像を形成す
るためには、点状X線発生源に依存しない。すなわち、
イメージングを点X線源に依存することなく行うことが
できる。
は、イメージング前に、放射性同位元素が患者に投与さ
れる。放射性同位元素は、特有のX線またはガンマ線発
光スペクトルを有する。放射性同位元素は、患者の体内
の特定の器官または構造内に濃縮され、コンピュータ断
層撮影手法を用いて、濃縮領域の3次元画像が再構築さ
れる。しかし、SPECTカメラの性能は、コリメータ
の性能に依存し、多くの場合、その性能によって限定さ
れる。
されるX線吸収物質は、一部の医療用イメージング法の
場合、通常、5mmから5cmの範囲の高さを有し、用
いられる特定の放射性同位元素によって変わる。
像形成システムにおいて、被写体によるX線のコンプト
ン散乱を示す図である。
グリッドを備えるX線画像形成システムにおいて、被写
体によるX線のコンプトン散乱を示す図である。
図である。
示実施形態を示す図である。
による画像コントラストグリッドの一実施形態を示す図
である。
よる画像コントラストグリッドの一実施形態を示す図で
ある。
によるよる画像コントラストグリッドに関して、排除率
とX線の入射角度の関係を示す図である。
明による画像コントラストグリッドの別の実施形態を示
す側面図である。
図である。
4、124、224、324、424,524 画像コ
ントラストグリッド、26 検出器、28 蛍リン光体
または光伝導体、30 フィルム、32、36、532
2、5324、5326、5328 X線、34 被写
体、38 検出器表面、40 非垂直X線、42 高密
度物質、44 コンプトン散乱X線、48 a−Si検
出器、126 アルミニウムホイル、128 鉛ホイ
ル、260、360、460 本体、262、362、
462 開口部、264 X線吸収物質、266、56
6 上部表面、268 側壁、270 底部表面、27
2 側面、5622、5624、5626、5628
開口部(X線吸収物質)、5662、5664、566
6、5668 表面領域。
Claims (2)
- 【請求項1】 対象物をX線イメージングするための画
像コントラストグリッドであって、 X線に対して少なくとも実質的に透過性を有する第1物
質と、X線を実質的に散乱させることなく吸収する第2
物質のうちの一方を備えてなる本体を含み、前記本体は
連続するマトリックスを形成し、この本体が、 X線が画像コントラストグリッドに入射する面としての
第1表面と、 前記第1表面に対向する面であって、X線が前記画像コ
ントラストグリッドから出射する面としての第2表面
と、 少なくとも部分的に前記第1表面から前記第2表面に延
在する開口部と、を備え、 前記開口部には、(i)本体が前記第1物質を含む場合
は、前記第2物質が被着され、(ii)前記本体が前記
第2物質を含む場合は、前記第1物質が被着される、 ことを特徴とする画像コントラストグリッド。 - 【請求項2】 画像コントラストグリッドを製造する方
法であって、 X線に対して少なくとも実質的に透過性を有する第1物
質と、X線を実質的に散乱することなく吸収する第2物
質のうちの一方を有し、X線が画像コントラストグリッ
ドに入射する面としての第1表面と、前記第1表面の対
向する面であって、X線が前記画像コントラストグリッ
ドから出射する面としての第2表面と、を備えてなる本
体を形成する工程と、 少なくとも部分的に前記本体の前記第1表面から前記第
2表面に延在する開口部を形成する工程と、を含み、 前記開口部内に、(i)本体が前記第1物質を含む場合
は、前記第2物質を前記開口部に形成し、(ii)前記
本体が前記第2物質を含む場合は、前記第1物質を前記
開口部に形成することを特徴とする方法。
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