JP2001194462A - 微細加工されたｘ線画像コントラストグリッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微細加工されたＸ線画像コントラストグリッ
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

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線イメージング
に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線放射線は、医療Ｘ線画像形成および
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。

【０００３】Ｘ線イメージングを応用する場合、幾つか
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。

【０００４】図１は、被写体の画像を形成する従来のＸ
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。

【０００５】図２に示すように、検出器２６は、蛍リン
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。

【０００６】図４に示すように、身体内の高密度物質４
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。

【０００７】被写体３４内の高密度物質４２に入射しな
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。

【０００８】図５に示すように、画像コントラストグリ
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。

【０００９】一般に、画像コントラストグリッドは、す
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。

【００１０】画像コントラストグリッドは、Ｘ線透過物
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。

【００１１】画像コントラストグリッドを形成する他の
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。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、公知の画像コ
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。

【００１３】第２に、画像コントラストグリッド１２４
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。

【００１４】第３に、公知の画像コントラストグリッ
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。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によって、公知の
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。

【００１６】また、本発明によって、Ｘ線透過効率、す
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。

【００１７】さらに、本発明によって、開放開口比（op
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。

【００１８】また、本発明によって、コントラストが改
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。

【００１９】さらに、本発明によって、画像形成中に、
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。

【００２０】また、本発明によって、共通の面をなす
（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。

【００２１】また、本発明によって、経済的で、制御容
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。

【００２２】さらに、本発明によって、被写体の画像を
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。

【００２３】本発明による画像コントラストグリッドの
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。

【００２４】一部の例示実施形態によれば、本体の第１
表面は、集束能力（focus capabilities）が強化される
ように加工される。

【００２５】本発明によって、被写体の画像を形成する
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。

【００２６】本発明によるＸ線イメージングシステムの
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。

【００２７】画像コントラストグリッドを製造する方法
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。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明によって、Ｘ線イメージン
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。

【００２９】本発明によって、経済的で、制御可能で、
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。

【００３０】本発明によって、被写体、たとえば身体の
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。

【００３１】図７は、本発明による画像コントラスト、
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。

【００３２】Ｘ線吸収物質２６４は、本体２６０の開口
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。

【００３３】あるいは、Ｘ線吸収物質２６４は、開口部
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。

【００３４】本発明による画像コントラストグリッド２
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。

【００３５】本発明による画像コントラストグリッドの
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。

【００３６】さらに、本発明による画像コントラストグ
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。

【００３７】図７に示す画像コントラストグリッド２２
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。

【００３８】本体２６０は、任意の適切な構造を有する
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。

【００３９】本体２６０は、Ｘ線に対して実質的に透過
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。

【００４０】本体２６０は、任意の適切な有機物質によ
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。

【００４１】本体２６０を形成するために使用できる他
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。

【００４２】本体２６０の開口部２６２内に形成される
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。

【００４３】画像コントラストグリッド２２４の本体２
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。

【００４４】

【数１】Ｆ＝ＡX_ray\absorbing_material／ＡGrid 一般に、所定の充填係数Ｆにおいて、画像コントラスト
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。

【００４５】第２に、本体２６０の開口部２６２の充填
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。

【００４６】

【数２】Ｏ＝Ａopen／ＡGrid 開放開口比Ｏと充填係数Ｆは、下式によって関係付けら
れる。

【００４７】

【数３】Ｏ＋Ｆ＝１ 充填係数Ｆ、または開放開口比Ｏは、開口部に形成され
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。

【００４８】本発明によれば、画像コントラストグリッ
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。

【００４９】図７に示すＸ線吸収物質２６４のカラム
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。

【００５０】

【数４】０．１μｍ≦ｄ≦０．５Ｐ 非金属物質、たとえばＰＭＭＡの場合、開口部直径ｄ
は、通常、約１０μｍから約１０００μｍの範囲とする
ことができる。

【００５１】画像コントラストグリッド２２４は、本発
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。

【００５２】開口部２６２は、図７に示すように円筒状
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。

【００５３】画像コントラストグリッド２２４の種々の
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。

【００５４】乾式または湿式エッチングまたは幾つかの
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。

【００５５】Ｘ線吸収物質２６４の開口部２６２への流
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。

【００５６】Ｘ線吸収物質２６４の開口部２６２への流
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。

【００５７】あるいは、他の例示される実施形態によれ
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。

【００５８】前述したように、種々の例示した実施形態
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。

【００５９】任意の適切な物理的、化学的、または電気
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。

【００６０】開口部２６２の側壁２６８上に形成される
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。

【００６１】画像コントラストグリッドを形成する方法
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。

【００６２】本発明による画像コントラストグリッドを
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。

【００６３】次に、この微細孔にＸ線吸収物質２６４を
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。

【００６４】マスクとフォトレジストは、酸化物エッチ
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。

【００６５】陽極エッチング法と酸化物エッチング法を
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。

【００６６】画像コントラストグリッド２２４を形成す
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。

【００６７】あるいは、伝導性物質からなるシード層を
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。

【００６８】約１０μｍ未満の開口部直径を有する画像
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。

【００６９】イメージングにおいて重要なことは、画像
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。

【００７０】微細加工された開口部、たとえば、エッチ
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。

【００７１】本発明に従って、被写体を通過したＸ線
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。

【００７２】排除率Ｒは、Ｘ線の所定の入射角度で透過
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。

【００７３】

【数５】Ｒ（θ）＝Ａ（θ）／Ｔ（θ） ここで、Ａ（θ）は、θのＸ線の入射角度におけるＸ線
の吸収である。

【００７４】Ｔ（θ）は、θのＸ線の入射角度における
Ｘ線の透過である。

【００７５】したがって、吸収されるＸ線の量が減少
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。

【００７６】前述したように、排除率Ｒは、画像コント
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。

【００７７】本実施の形態の画像コントラストグリッド
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。

【００７８】図１１および図１２に示すように、イメー
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。

【００７９】本発明によれば、画像コントラストグリッ
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。

【００８０】図１２に示すように、本体の階段状加工さ
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。

【００８１】本体材料をエッチングまたは陽極酸化処理
（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。

【００８２】環は、本体の頂部表面に、所望のピッチに
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。

【００８３】本発明による微細加工された画像コントラ
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。

【００８４】第２に、開口部、および開口部内に形成さ
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。

【００８５】第３に、前述したように、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。

【００８６】しかし、一部の応用分野において、用いら
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。

【００８７】他の実施形態の例によれば、前述した方法
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。

【００８８】さらに、例示実施形態によれば、前述した
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。

【００８９】画像コントラストグリッド２２４〜５２４
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。

【００９０】ＳＰＥＣＴカメラのこの応用分野において
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。

【００９１】ＳＰＥＣＴカメラの場合、開口部内に形成
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】 Ｘ線画像形成システム構造を示す図である。

【図２】 検出器の例を示す図である。

【図３】 検出器の他の例を示す図である。

【図４】 画像コントラストグリッドを有しない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５】 被写体とスクリーンの間に画像コントラスト
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６】 公知の画像コントラストグリッド構造を示す
図である。

【図７】 本発明による画像コントラストグリッドの例
示実施形態を示す図である。

【図８】 規則的なパターンの開口部を有する、本発明
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。

【図９】 無作為パターンの開口部を有する、本発明に
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。

【図１０】 公知の画像コントラストグリッドと本発明
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。

【図１１】 階段状加工された上部表面を有する、本発
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１２】 図１１の画像コントラストグリッドの平面
図である。

【符号の説明】

２０ Ｘ線画像形成システム、２２ Ｘ線発生源、２
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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラジ ビー アプテ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 パロ アルト マタドロ アベニュー 210

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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。
2. 【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。