JP2012132793A - 放射線画像撮影用グリッド及びその製造方法、並びに放射線画像撮影システム - Google Patents
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Abstract
【課題】X線吸収部内にボイドやシム等の欠陥が無いグリッドを提供する。
【解決手段】X線透過部25を構成するX線透過性基板27に設けられた溝27a内に、X線吸収材を充填してX線吸収部24を形成する際に、X線吸収部24及びX線透過部25からなるグリッド構造が変形する可能性がある温度よりも低い融点を有する金属からなるX線吸収材を充填する。X線吸収部24内にボイド34やシム35等の欠陥が生じている場合には、X線吸収部24を溶融してボイド34やシム35等の欠陥を修復し、欠陥修復により生じた凹部24a内にX線吸収材を補充する。
【選択図】図4
【解決手段】X線透過部25を構成するX線透過性基板27に設けられた溝27a内に、X線吸収材を充填してX線吸収部24を形成する際に、X線吸収部24及びX線透過部25からなるグリッド構造が変形する可能性がある温度よりも低い融点を有する金属からなるX線吸収材を充填する。X線吸収部24内にボイド34やシム35等の欠陥が生じている場合には、X線吸収部24を溶融してボイド34やシム35等の欠陥を修復し、欠陥修復により生じた凹部24a内にX線吸収材を補充する。
【選択図】図4
Description
本発明は、放射線画像の撮影に用いられるグリッド及びその製造方法と、このグリッドを用いた放射線画像撮影システムとに関する。
X線は、物体に入射したときの相互作用により強度と位相とが変化し、位相の変化が強度の変化よりも高い相互作用を示すことが知られている。このX線の性質を利用し、被検体によるX線の位相変化(角度変化)に基づいて、X線吸収能が低い被検体から高コントラストの画像(以下、位相コントラスト画像と称する)を得るX線位相イメージングの研究が盛んに行われている。
2枚の透過型の回折格子(グリッド)によるタルボ干渉効果を用いて、X線位相イメージングを行なうX線画像撮影システムが考案されている(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。このX線画像撮影システムは、X線源から見て、被検体の背後に第1のグリッドを配置し、第1のグリッドからタルボ干渉距離だけ下流に第2のグリッドを配置している。第2のグリッドの背後には、X線を検出して画像を生成するX線画像検出器(FPD:Flat Panel Detector)が配置されている。第1のグリッド及び第2のグリッドは、一方向に延伸されたX線吸収部及びX線透過部を、延伸方向に直交する配列方向に沿って交互に配列した縞状の一次元グリッドである。タルボ干渉距離とは、第1のグリッドを通過したX線が、タルボ干渉効果によって自己像(縞画像)を形成する距離である。
上記X線画像撮影システムでは、第1のグリッドの自己像と第2のグリッドとの重ね合わせ(強度変調)により生じる縞画像を、縞走査法により検出し、被検体による縞画像の変化から被検体の位相情報を取得する。縞走査法とは、第1のグリッドに対して第2のグリッドを、第1のグリッドの面にほぼ平行で、かつ第1のグリッドの格子方向(条帯方向)にほぼ垂直な方向に、格子ピッチを等分割した走査ピッチで並進移動させながら複数回の撮影を行い、X線画像検出器で得られる各画素値の変化から、被検体で屈折したX線の角度分布(位相シフトの微分像)を取得する方法であり、この角度分布に基づいて被検体の位相コントラスト画像を得る。この縞走査法は、レーザ光を利用した撮影装置においても用いられている(例えば、非特許文献2参照)。
第1及び第2のグリッドは、X線吸収部の幅及びピッチが数μmという微細な構造を要する。また、第1及び第2のグリッドのX線吸収部は、高いX線吸収性が求められる。特に第2のグリッドは、縞画像を確実に強度変調させるため、第1のグリッドよりも高いX線吸収性を必要とする。そのため、第1及び第2のグリッドのX線吸収部は、原子量の重い金(Au)で形成され、第2のグリッドのX線吸収部は、X線の進行方向に対して比較的大きな厚みを有すること、いわゆるアスペクト比(X線を吸収する部分における厚みを幅で除算した値)が高いことが必要とされている。
特許文献1には、第1及び第2のグリッドの製造方法として、基板上に設けられた感光性樹脂層にX線リソグラフィによって溝を形成し、この溝内に電解メッキ等によってAu等のX線吸収材を充填する方法が開示されている。
C. David, et al., Applied Physics Letters, Vol.81, No.17, 2002年10月,3287頁
Hector Canabal, et al., Applied Optics, Vol.37, No.26, 1998年9月,6227頁
図4(A)は、例えば、支持基板21とX線透過性基板27との間に設けられたシーズ層22を電極として使用し、電解メッキによって、X線透過性基板27に設けられた溝27a内にX線吸収材を充填し、X線吸収部24を形成した状態を示している。上述したように、X線吸収部24は、幅W2及びピッチP2が例えば数μm、厚さT2が数十〜百数十μmという非常に高いアスペクト比を要するので、溝27a内にX線吸収材を隙間なく充填するのは難しい。そのため、X線吸収部24中に生じた空隙であるボイド34や、X線吸収材が溝27aの内壁を伝わって充填されることにより溝27aの中心に生じる空隙であるシム35等の充填欠陥が発生することがある。
X線吸収部24内にボイド34が発生している場合、X線吸収部24のX線吸収性能が低下し、そのグリッドを使用して撮影した位相コントラスト画像の画質が低下してしまう。また、X線吸収部24内にシム35が発生している場合には、X線吸収部24のX線吸収性能の低下だけでなく、シム35がX線吸収部24のピッチを乱してしまい、位相コントラスト画像の生成に用いられるモアレの形成が阻害されてしまう。
本発明の目的は、X線吸収部内にボイドやシム等の欠陥が無いグリッドを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の放射線画像撮影用グリッドは、複数の放射線透過部と放射線吸収部とを有する放射線画像撮影用グリッドであって、放射線吸収部に、放射線吸収部及び放射線透過部からなるグリッド構造が変化する可能性がある温度よりも低い融点を有する金属を用いたものである。
放射線吸収部及び放射線透過部からなるグリッド層と、グリッド層を支持するために接合された支持基板とを有する際に、放射線吸収部の融点は、グリッド層を構成する放射線透過性基板と支持基板との接合時に、放射線透過性基板及び支持基板に加えられる温度よりも低い温度であることが好ましい。放射線吸収部の融点は、例えば400°C以下であり、AuSn、AuSi、AuGe、AuIn、AuInPb、SnInPb、AgSn、SnPb、SnBi、BiCd、SnBiPb、BiPbSnCd、BiPbSnSb等の合金を用いることが好ましい。
本発明の放射線画像撮影用グリッドの製造方法は、放射線透過性基板とこの放射線透過性基板を支持する支持基板とを接合する工程と、放射線透過性基板に放射線吸収部が形成される複数の溝を形成し、溝の間に放射線透過部を設ける工程と、溝内に放射線透過性基板と支持基板との接合時の加熱温度よりも低い融点を有する金属を充填して放射線吸収部を形成する工程と、放射線吸収部を加熱して溶融させ、放射線吸収部内に生じている欠陥を修復する工程と、を含むものである。
また、放射線吸収部の欠陥修復によって放射線吸収部に生じた凹部に、放射線吸収材を補充してもよい。また、放射線透過性基板と支持基板との接合には、拡散接合を用いてもよい。更に、本発明の放射線画像撮影用グリッドと同様の放射線吸収部の融点、材質等を用いることが好ましい。
本発明の放射線画像撮影システムは、放射線を透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置され、放射線源から照射された放射線を通過させて第1の周期パターン像を形成する第1のグリッドと、第1の周期パターンに対して位相が異なる少なくとも1つの相対位置で第1の周期パターン像に強度変調を与える強度変調手段と、強度変調手段により相対位置で生成された第2の周期パターン像を検出する放射線画像検出器と、放射線画像検出器により検出された少なくとも1つの第2の周期パターン像に基づいて、位相情報を画像化する演算処理手段とを備えた放射線画像撮影システムであって、第1のグリッドに上記放射線画像撮影用グリッドを用いたものである。
強度変調手段は、第1の周期パターンを透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置された第2のグリッドと、第1及び第2のグリッドのいずれか一方を、第1及び第2のグリッドのグリッド構造の周期方向に所定のピッチで移動させる走査手段とからなり、走査手段により移動される各位置が相対位置に対応する放射線画像撮影システムの場合には、第2のグリッドに上記放射線画像撮影用グリッドを用いてもよい。
また、放射線源と第1のグリッドとの間に配置され、放射線源から照射された放射線を部分的に遮蔽して多数の線光源とする第3のグリッドを有する放射線画像撮影システムの場合には、第3のグリッドに上記放射線画像撮影用グリッドを用いてもよい。
本発明によれば、放射線吸収部は、グリッド構造が変化する可能性がある温度よりも低い融点を有する金属によって構成されているので、完成後のグリッドの構造を変化させることなく、放射線吸収部のみを溶融させ、放射線吸収部内に存在するボイドやシム等の欠陥を修復することができる。また、放射線吸収部の欠陥修復後に、欠陥修復により放射線吸収部に生じた凹部を補修することができる。これにより、ボイドやシム等の欠陥が無いグリッドを得ることができるので、高画質な位相コントラスト画像を撮影することができる。
図1は、本発明のX線画像撮影システム10の構成を示す概念図である。X線画像撮影システム10は、X線照射方向であるz方向に沿って配置されたX線源11、線源グリッド12、第1のグリッド13、第2のグリッド14、及びX線画像検出器15を備えている。X線源11は、例えば、回転陽極型のX線管と、X線の照射野を制限するコリメータとを有し、被検体Hにコーンビーム状のX線を放射する。X線画像検出器15は、例えば、半導体回路を用いたフラットパネル検出器(FPD:Flat Panel Detector)であり、第2のグリッド14の背後に配置されている。X線画像検出器15には、X線画像検出器15により検出された画像データから位相コントラスト画像を生成する位相コントラスト画像生成部16が接続されている。
線源グリッド12、第1のグリッド13及び第2のグリッド14は、X線を吸収する吸収型グリッドであり、z方向においてX線源11に対向配置されている。線源グリッド12と第1のグリッド13との間には、被検体Hが配置可能な間隔が設けられている。また、第1のグリッド13と第2のグリッド14との距離は、最小のタルボ干渉距離以下とされている。すなわち、本実施形態のX線画像撮影システム10は、タルボ干渉効果を用いず、X線を投影することによって位相コントラスト画像を撮影する。
第2のグリッド14及び走査機構18は、本発明の強度変調手段を構成する。走査機構18は、位相コントラスト画像の撮影時に、第2のグリッド14の格子ピッチを等分割(例えば、5分割)した走査ピッチで、格子ピッチ方向(x方向)に並進移動させる機構である。
第2のグリッド14を例にして、グリッドの構造を説明する。図2(A)は、第2のグリッド14をX線画像検出器15側から見た正面図であり、同図(B)は同図(A)のA−A断面図である。第2のグリッド14は、グリッドとして機能するグリッド層20と、このグリッド層20のX線源11側の面に設けられた支持基板21と、グリッド層20と支持基板21との間に設けられたシーズ層22とからなる。
グリッド層20は、z方向に直交する面内でy方向に延伸された複数のX線吸収部24及びX線透過部25を備えている。X線吸収部24及びX線透過部25は、z方向及びy方向に直交するx方向に沿って交互に配列されており、縞状のグリッドを構成している。X線吸収部24及びX線透過部25は、X線源11から照射されたX線をそれぞれ吸収(遮蔽)及び透過することにより、縞状の画像を形成する。
X線吸収部24は、高いX線吸収性を有する低融点金属からなる。X線吸収部24に低融点金属を用いているのは、第2のグリッド14の製造後にX線吸収部24を溶融し、X線吸収部24内に発生しているボイドやシム等の欠陥を修復できるようにするためである。なお、本発明における低融点とは、X線吸収部24及びX線透過部25からなるグリッド構造が変化する可能性がある温度よりも低い温度である。
X線透過部25は、X線吸収部24よりも低いX線吸収性を有する材質からなる。支持基板21は、X線透過部と同様に低いX線吸収性を有し、かつグリッド層20を支持する剛性を備えた材質からなる。シーズ層22は、導電性を有する材質からなり、X線吸収部24を電解メッキによって形成する際に、電極として用いられる。シーズ層22は、グリッド層20及び支持基板21に比べて薄いため、X線透過性に関する影響は少ない。
X線吸収部24の幅W2及びピッチP2は、線源グリッド12と第1のグリッド13との間の距離、第1のグリッド13と第2のグリッド14との間の距離、及び第1のグリッド13のX線吸収部のピッチ等によって決まるが、幅W2はおよそ2〜20μm、ピッチP2は4〜40μm程度である。また、X線吸収部24のz方向の厚みT2は、高いX線吸収性を得るには厚いほどよいが、X線源11から放射されるコーンビーム状のX線のケラレを考慮して、例えば100μm程度となっている。本実施形態では、例えば、幅W2が2.5μm、ピッチP2が5μm、厚みT2が100μmであり、X線吸収部24のアスペクト比は40である。
次に、第2のグリッド14の製造方法について説明する。図3は、第2のグリッド14の製造手順を示しており、図1及び図2のx方向及びz方向で規定されるxz面に沿う断面図である。図3(A)に示すように、最初の工程では、グリッド層20のX線透過部25を構成するX線透過性基板27と、一方の面にシーズ層22が設けられた支持基板21とが接合される。
X線透過性基板27の材質には、X線吸収性が低くかつ強度を有し、加工し易いことが必要である。このような特性を満たす材質として、例えばシリコン(Si)が望ましいが、GaAs、Geまたは石英等を用いてもよい。X線透過性基板27の厚みL1は、上述したX線吸収部24のz方向の厚みT2に相当し、例えば20〜150μmである。
支持基板21には、X線吸収性が低く、X線透過性基板27との熱膨張係数差が少ない材質が用いられる。支持基板21の材質には、例えば、ホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、石英、アルミナ、GaAs、Ge等が望ましく、更にはX線透過性基板27と同じシリコンが望ましい。ホウケイ酸ガラスとしては、例えばパイレックス(登録商標)ガラス、テンパックス(登録商標)ガラス等を用いることができる。支持基板21の材質にX線透過性基板27との熱膨張係数差が少ないものを用いるのは、X線透過性基板27との接合時及び使用時の熱応力による歪みを防止するためである。
シーズ層22は、例えば、AuまたはNi、もしくはAl、Ti、Cr、Cu、Ag、Ta、W、Pb、Pd、Pt等からなる金属膜、あるいはそれらの合金からなる金属膜から構成するのが好ましい。また、シーズ層22は、X線透過性基板27に設けられていてもよいし、X線透過性基板27と支持基板21との両方に設けられていてもよい。シーズ層22は、数μm程度の厚さであるため、Au等のX線吸収性の高い材質を用いた場合でもX線透過性に影響しない。
シーズ層22を含む支持基板21の厚みL2は、X線透過性基板27よりも厚くなっており、例えば100〜700μm程度である。なお、支持基板21は、接合前は厚くしておき、接合後に研磨して所望の厚さに調整してもよい。
X線透過性基板27と支持基板21との接合には、熱と圧力をかけながら接合を行う拡散接合や、高真空中で表面を活性化させて接合する常温接合が用いられる。また、X線透過性基板27と支持基板21との接合には、真空中で電界と熱をかけながら行なう陽極接合や、In、AuSn等の加熱により溶融する材料を介して接着させる手法を用いてもよい。シーズ層22がAu、X線透過性基板27及び支持基板21がシリコンという組み合わせで拡散接合を行なう場合、例えば、温度300〜400°C、圧力5〜40kNを掛けることができる接合装置が用いられる。この拡散接合にかかる時問は、10分程度である。
本実施形態では、上述したグリッド構造が変化する可能性がある温度として、X線透過性基板27と支持基板21との接合時の温度である400°Cを適用し、X線吸収部24に用いる低融点金属の融点は、400°C以下としている。すなわち、グリッド構造の変化は、X線透過性基板27と支持基板21との接合時の温度までは生じないことが明らかであるため、X線吸収部24の融点をこの接合時の温度以下としている。
次の工程では、一般的なフォトリソグラフィ技術を用いて、X線透過性基板27の上面に、エッチングマスクが形成される。図3(B)に示すように、X線透過性基板27の上面に、レジスト層29が形成される。レジスト層29は、例えば、液状レジストをスピンコート等の塗布方法によってX線透過性基板27に塗布する工程と、塗布された液状レジストから有機溶剤を蒸発させるプリベーク等の工程を経て形成される。
図3(C)に示すように、ピッチP2を数μmとした縞模様の露光マスク31を介して、紫外線等の光がレジスト層29に照射される。次いで、同図(D)に示すように、現像液によってレジスト層29の露光部分が除去される。これにより、X線透過性基板27には、y方向に延伸されかつx方向に沿って配列された複数のラインパターンを有する縞模様のエッチングマスク32が形成される。エッチングマスク32の各ラインパターン及び開口部分の幅は、例えばそれぞれ2.5μmである。このフォトリソグラフィには、周知のアライナあるいはステッパーが用いられる。なお、上記レジスト層29は、ポジ型レジストであるが、露光部が残るネガ型レジストを用いてもよい。また、レジスト層によるエッチングマスクに変えて、SiO2や金属などを成膜し、これをエッチングしてエッチングマスクを形成してもよい。
図3(E)に示すように、次の工程では、エッチングマスク32を介したドライエッチングにより、X線透過性基板27に、y方向に延伸されかつx方向に配列された複数の溝27aと、各溝27aの間に配置される複数のX線透過部25とが形成される。ドライエッチングには、アスペクト比の高い溝27aの形成が可能な深堀用のドライエッチングが用いられる。深堀用のドライエッチングには、例えば、エッチングと保護膜の成膜とを交互に繰り返して行うボッシュプロセスと呼ばれる方法が用いられる。
ボッシュプロセスでは、例えば、シリコンをエッチングするガスSF6と、保護膜を形成するガスC4F8とを用いてエッチングを行なう。SF6ガスでエッチングすると深さ方向だけでなく横方向にもエッチングが進むため、これだけでは深い穴や溝を形成することが出釆ない。そのため、ボッシュプロセスでは、ある時問エッチングした後でガスをC4F8に切り換えることにより、プラズマにより生成されるCFnのポリマーをエッチングされた溝内に付着させて膜を作る。そして、再びエッチング用のSF6ガスによりエッチングを行う。溝内をエッチングする際に、底面に比べ側面のエッチング速度は低いため、底面だけがエッチングされる。これを繰り返すことで深くアスペクトの高い溝を形成することができる。
上記ボッシュプロセスのエッチング条件は、例えば、ガス圧力が1〜10Pa、SF6とC4F8のガスを切り換える間隔は5〜10s程度、パワー600wである。この条件でのエッチング速度は、例えば2μm/minであり、溝の深さは100μmである。このエッチングにはプラズマを高密度に作ることが重要であり、この方法としてICP(lnductively Coupling Plasma)、へリコン波など様々な方法がある。
なお、深堀用ドライエッチングとして、ボッシュプロセス以外にクライオプロセスによるドライエッチングを用いてもよい。クライオプロセスによるドライエッチングは、エッチングする基板を−100°C以下に冷却し、SF6のガスでドライエッチングを行なう手法である。通常のドライエッチングでアスペクト比が高い形状を形成するのが難しいのは、化学的反応による等方的なエッチングが起こるためであり、クライオプロセスでは、エッチングする基板を低温にして化学的エッチングを抑制することで、高いアスペクト比のエッチングを可能にしている。
ドライエッチングは、溝27aの底部にシーズ層22が露出されるまで行われる。金属からなるシーズ層22は、エッチング速度がシリコンからなるX線透過性基板27よりも遅いので、エッチングストップ層として機能する。したがって、X線透過性基板27においてエッチング速度差による溝深さの面内不均一があっても、最終的に溝深さの面内均一性を向上させることが可能である。なお、エッチングにボッシュプロセスを用いたが、例えば、シリコン単結晶の面方位に起因したウェットエッチングによる異方性エッチングで行ってもよい。
図3(F)に示すように、次の工程では、電解メッキ法により、溝27a内に低融点金属からなるX線吸収材が埋め込まれ、X線吸収部24が形成される。X線吸収材には、上述したように、第2のグリッド14の破壊温度である400°C以下の融点を有するX線吸収性金属が用いられる。X線吸収材としては、例えば、AuSn(80:20%、融点280°C)、AuSi(97:3%、融点363°C)、AuGe、AuIn、AuInPb、SnInPb、AgSn、SnPb、SnBi、BiCd(60:40%、融点144°C)、SnBiPb、BiPbSnCd(50:26.7:13.3:10%、融点70°C、組成により60〜130°Cに変化)、BiPbSn(50:25:25%、融点93°C)、BiPbSnSb(47.7:33.2:18.8:0.3%、融点130°C)等のX線吸収性の高い金属と低融点金属との合金や、Pb等のX線吸収性を有する低融点金属を用いることができる。
電解メッキでは、シーズ層22に電流端子が取り付けられる。X線透過性基板27と支持基板21とが接合された基板は、メッキ液中に浸漬され、対向する位置にもう一方の電極(陽極)が配置される。そして、シーズ層22と他方の電極との間に電流が流されることにより、メッキ溶液中の金属イオンがパターン加工した基板に析出され、溝27a内にX線吸収材が埋め込まれる。X線吸収部24の形成後、X線透過部25の上からエッチングマスク32が除去され、グリッド層20と支持基板21とからなる第2のグリッド14が完成する。
図4(A)に示すように、X線透過性基板27の溝27aは、幅及びピッチが数μm、厚さが数十〜百数十μmという非常に高いアスペクト比を有するので、電解メッキでは溝27a内に完全にX線吸収材を充填することができず、X線吸収部24中にボイド34や、シム35等の欠陥が発生することがある。このような欠陥を修復するため、第2のグリッド14は、例えばホットプレートやマッフル炉等によってX線吸収材の溶融温度まで加熱され、X線吸収部24が溶融される。これにより、同図(B)に示すように、X線吸収部24からボイド34やシム35が消失し、X線吸収部24は緊密なX線吸収材によって満たされる。
ボイド34やシム35が存在していたX線吸収部24の上部には、これらの体積分だけ凹部24aが形成される。そのため、図4(C)に示すように、X線吸収部24の凹部24aには、金インク等からなる補充用のX線吸収材37が充填される。これにより、各X線吸収部24の厚みが等しくすることができる。
線源グリッド12及び第1のグリッド13は、第2のグリッド14と同様に、グリッド層及び支持基板から構成されている。線源グリッド12及び第1のグリッド13のグリッド層は、第2のグリッド14のグリッド層20と同様に、y方向に延伸されx方向に沿って交互に配列されたX線吸収部及びX線透過部を備えている。このように、線源グリッド12及び第1のグリッド13は、各小グリッドのX線吸収部及びX線透過部のy方向の幅及びピッチと、z方向の厚さ等が異なる以外は第2のグリッド14とほぼ同様の構成であるため、詳しい説明は省略する。また、線源グリッド12及び第1のグリッド13は、第2のグリッド14と同様に製造されるため、詳しい説明は省略する。
次に、X線画像撮影システム10の作用について説明する。X線源11から放射されたX線は、線源グリッド12のX線吸収部によって部分的に遮蔽されることにより、x方向に関する実効的な焦点サイズが縮小され、x方向に多数の線光源(分散光源)が形成される。線源グリッド12により形成された多数の線光源のX線は、被検体Hを通過することにより位相差が生じ、このX線が第1のグリッド13を通過することにより、被検体Hの屈折率と透過光路長とから決定される被検体Hの透過位相情報を反映した縞画像(第1の周期パターン像)が形成される。各線光源の縞画像は、第2のグリッド14に投影され、第2のグリッド14の位置で一致する(重なり合う)ので、X線強度を低下させずに、位相コントラスト画像の画質を向上させることができる。
縞画像は、第2のグリッド14により強度変調される。強度変調された縞画像(第2の周期パターン像)は、例えば、縞走査法により検出される。縞走査法とは、第1のグリッド13に対し、第2のグリッド14を走査機構18によって、X線焦点を中心として格子面に沿った方向に格子ピッチを等分割(例えば、5分割)した走査ピッチで並進移動させながら、X線源11から被検体HにX線を照射して複数回の撮影を行なってX線画像検出器15により検出し、位相コントラスト画像生成部16により、X線画像検出器15の各画素の画素データの位相のズレ量(被検体Hがある場合とない場合とでの位相のズレ量)から位相微分像(被検体で屈折したX線の角度分布に対応)を取得する方法である。位相コントラスト画像生成部16により、位相微分像を上記の縞走査方向に沿って積分することにより、被検体Hの位相コントラスト画像を得ることができる。
以上で説明したように、本実施形態の線源グリッド12、第1のグリッド13及び第2のグリッド14は、X線吸収部24がX線吸収性を有する低融点金属により形成されているので、完成後のグリッドを加熱することにより、X線吸収部24内のボイドやシム等の欠陥を修復することができる。これにより、本実施形態の線源グリッド12、第1のグリッド13及び第2のグリッド14を用いたX線画像撮影システム10では、位相コントラスト画像の画質を向上させることができる。また、X線吸収部24の融点を、グリッドの構造が変化する可能性がある破壊温度以下としているので、欠陥修復のためにグリッドを加熱しても、グリッドがその熱によって破損することはない。
上記実施形態では、グリッドの完成後に欠陥修復を行なっているが、全てのグリッドに対して欠陥修復を行なわなくてもよい。例えば、完成後のグリッドに対し、X線の透過性検査等を行い、その結果に応じて欠陥修復を行なってもよい。また、上記実施形態では、欠陥修復後のX線吸収部にX線吸収材を補充しているが、例えば、グリッド層の上面を研磨して、全てのX線吸収部の厚みを均一にしてもよい。
また、上記実施形態では、一方向に延伸されかつ延伸方向に直交する配列方向に沿って交互に配置されたX線吸収部及びX線透過部を有する縞状の一次元グリッドを例に説明したが、本発明は、X線吸収部及びX線透過部が2方向に配列された二次元グリッドにも適用が可能である。さらに、上記実施形態では、被検体HをX線源と第1のグリッドとの間に配置しているが、被検体Hを第1のグリッドと第2のグリッドとの間に配置した場合にも同様に位相コントラスト画像の生成が可能である。また、線源グリッドを備えたX線画像撮影システムについて説明したが、本発明は、線源グリッドを使用しないX線画像撮影システムにも適用可能である。また、上記各実施形態は、矛盾しない範囲で相互に組み合わせることが可能である。
上記実施形態は、第1及び第2のグリッドを、そのX線透過部を通過したX線を線形的に投影するように構成しているが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、第1及び第2のグリッドでX線を回折することにより、いわゆるタルボ干渉効果が生じる構成(国際公開WO2004/058070号公報等に記載の構成)としてもよい。この場合には、第1及び第2のグリッド間の距離をタルボ干渉距離に設定する必要がある。また、第1のグリッドの種類を、吸収型グリッドではなく、比較的アスペクト比が低い位相型グリッドにすることも可能である。
また、上記実施形態では、第2のグリッドにより強度変調された縞画像を縞走査法によって検出して位相コントラスト画像を生成しているが、1回の撮影によって位相コントラスト画像を生成するX線画像撮影システムも知られている。例えば、国際公開WO2010/050483号公報に記載されているX線画像撮影システムでは、第1及び第2のグリッドにより生成されたモアレをX線画像検出器により検出し、この検出されたモアレの強度分布をフーリエ変換することによって空間周波数スペクトルを取得し、この空間周波数スペクトルからキャリア周波数に対応したスペクトルを分離して逆フーリエ変換を行なうことにより微分位相像を得ている。このようなX線画像撮影システムの第1及び第2のグリッドの少なくとも一方に、本発明のグリッドを用いてもよい。
また、1回の撮影により位相コントラスト画像を生成するX線画像撮影システムには、強度変調手段として、第2のグリッドの代わりに、X線を電荷に変換する変換層と、変換層により生成された電荷を収集する電荷収集電極とを備えた直接変換型のX線画像検出器を用いたものがある。このX線画像撮影システムは、例えば、各画素の電荷収集電極が、第1のグリッドで形成された縞画像の周期パターンとほぼ一致する周期で配列された線状電極を互いに電気的に接続してなる線状電極群が、互いに位相が異なるように配置されたものであり、各線状電極群を個別に制御して電荷を収集することにより、1度の撮影により複数の縞画像を取得し、この複数の縞画像に基づいて位相コントラスト画像を生成している(特開2009−133823号公報等に記載の構成)。このようなX線画像撮影システムの第1のグリッドに、本発明のグリッドを用いてもよい。
また、1回の撮影により位相コントラスト画像を生成する別のX線画像撮影システムとして、第1及び第2のグリッドを、X線吸収部及びX線透過部の延伸方向が相対的に所定の角度だけ傾くように配置し、この傾きにより上記延伸方向に生じるモアレ周期の区間を分割して撮影することにより、第1及び第2のグリッドの相対位置が異なる複数の縞画像を取得し、これらの複数の縞画像から位相コントラスト画像を生成することも可能である。このようなX線画像撮影システムの第1及び第2のグリッドの少なくとも一方に、本発明のグリッドを用いてもよい。
また、光読取型のX線画像検出器を用いることにより、第2のグリッドを省略したX線画像撮影システムが考えられる。このシステムでは、第1のグリッドによって形成された周期パターン像を透過する第1の電極層と、第1の電極層を透過した周期パターン像の照射を受けて電荷を発生する光導電層と、光導電層において発生した電荷を蓄積する電荷蓄積層と、読取光を透過する線状電極が多数配列された第2の電極層とがこの順に積層され、読取光によって走査されることによって各線状電極に対応する画素毎の画像信号が読み出される光読取型のX線画像検出器を強度変調手段として用いており、電荷蓄積層を線状電極の配列ピッチよりも細かいピッチで格子状に形成することにより、電荷蓄積層を第2のグリッドとして機能させることができる。このようなX線画像撮影システムの第1のグリッドに、本発明のグリッドを用いてもよい。
以上で説明した実施形態は、医療診断用の放射線画像撮影システムのほか、工業用や、非破壊検査等のその他の放射線撮影システムに適用することが可能である。また、本発明は、X線撮影において散乱線を除去する散乱線除去用グリッドにも適用可能である。更に、本発明は、放射線として、X線以外にガンマ線等を用いることも可能である。
10 X線画像撮影システム
11 X線源
12 線源グリッド
13 第1のグリッド
14 第2のグリッド
15 X線画像検出器
18 操作機構
20 グリッド層
21 支持基板
24 X線吸収部
34 ボイド
35 シム
37 補充用X線吸収材
11 X線源
12 線源グリッド
13 第1のグリッド
14 第2のグリッド
15 X線画像検出器
18 操作機構
20 グリッド層
21 支持基板
24 X線吸収部
34 ボイド
35 シム
37 補充用X線吸収材
Claims (12)
- 複数の放射線透過部と放射線吸収部とを有する放射線画像撮影用グリッドであって、
前記放射線吸収部は、前記放射線吸収部及び前記放射線透過部からなるグリッド構造が変化する可能性がある温度よりも低い融点を有する金属からなることを特徴とする放射線画像撮影用グリッド。 - 前記放射線吸収部及び前記放射線透過部からなるグリッド層と、前記グリッド層を支持するために接合された支持基板とを有し、
前記放射線吸収部の融点は、前記グリッド層を構成する放射線透過性基板と前記支持基板との接合時に、前記放射線透過性基板及び前記支持基板に加えられる温度よりも低い温度であることを特徴とする請求項1記載の放射線画像撮影用グリッド。 - 前記放射線吸収部の融点は、400°C以下であることを特徴とする請求項2記載の放射線画像撮影用グリッド。
- 前記放射線吸収部は、AuSn、AuSi、AuGe、AuIn、AuInPb、SnInPb、AgSn、SnPb、SnBi、BiCd、SnBiPb、BiPbSnCd、BiPbSnSb等の合金からなることを特徴とする請求項3記載の放射線画像撮影用グリッド。
- 放射線透過性基板と、前記放射線透過性基板を支持する支持基板とを接合する工程と、
前記放射線透過性基板に放射線吸収部が形成される複数の溝を形成し、前記溝の間に放射線透過部を設ける工程と、
前記溝内に、前記放射線透過性基板と前記支持基板との接合時の加熱温度よりも低い融点を有する金属を充填し、前記放射線吸収部を形成する工程と、
前記放射線吸収部を加熱して溶融させ、前記放射線吸収部内に生じている欠陥を修復する工程と、
を含むことを特徴とする放射線画像撮影用グリッドの製造方法。 - 前記放射線吸収部の欠陥修復によって前記放射線吸収部に生じた凹部に、放射線吸収材を補充することを特徴とする請求項5記載の放射線画像撮影用グリッドの製造方法。
- 前記放射線透過性基板と前記支持基板とを接合する工程は、拡散接合からなることを特徴とする請求項5または6記載の放射線画像撮影用グリッドの製造方法。
- 前記放射線吸収部の融点は、400°C以下であることを特徴とする請求項7記載の放射線画像撮影用グリッドの製造方法。
- 前記放射線吸収部は、AuSn、AuSi、AuGe、AuIn、AuInPb、SnInPb、AgSn、SnPb、SnBi、BiCd、SnBiPb、BiPbSnCd、BiPbSnSb等の合金からなることを特徴とする請求項8記載の放射線画像撮影用グリッドの製造方法。
- 放射線を透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置され、放射線源から照射された放射線を通過させて第1の周期パターン像を形成する第1のグリッドと、前記第1の周期パターンに対して位相が異なる少なくとも1つの相対位置で前記第1の周期パターン像に強度変調を与える強度変調手段と、前記強度変調手段により前記相対位置で生成された第2の周期パターン像を検出する放射線画像検出器と、前記放射線画像検出器により検出された少なくとも1つの前記第2の周期パターン像に基づいて、位相情報を画像化する演算処理手段と、を備えた放射線画像撮影システムであって、
前記第1のグリッドに、請求項1〜4いずれかに記載の放射線画像撮影用グリッドを用いたことを特徴とする放射線画像撮影システム。 - 前記強度変調手段は、前記第1の周期パターンを透過する部分と吸収する部分とからなるグリッド構造が周期的に配置された第2のグリッドと、前記第1及び第2のグリッドのいずれか一方を、前記第1及び第2のグリッドのグリッド構造の周期方向に所定のピッチで移動させる走査手段とからなり、前記走査手段により移動される各位置が前記相対位置に対応する放射線画像撮影システムであって、
前記第2のグリッドに、請求項1〜4いずれか記載の放射線画像撮影用グリッドを用いたことを特徴とする請求項10記載の放射線画像撮影システム。 - 前記放射線源と前記第1のグリッドとの間に配置され、前記放射線源から照射された放射線を部分的に遮蔽して多数の線光源とする第3のグリッドを有し、前記第3のグリッドに、請求項1〜4いずれか記載の放射線画像撮影用グリッドを用いたことを特徴とする請求項10または11記載の放射線画像撮影システム。
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US11039802B2 (en) | 2018-02-28 | 2021-06-22 | Siemens Healthcare Gmbh | Method for producing a microstructure component, microstructure component and x-ray device |
-
2010
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020534514A (ja) * | 2017-09-06 | 2020-11-26 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | X線位相コントラスト及び/又は暗視野イメージングのための回折格子 |
CN110200647A (zh) * | 2018-02-28 | 2019-09-06 | 西门子医疗保健有限责任公司 | 用于制造微结构组件的方法、微结构组件和x射线设备 |
US10714228B2 (en) | 2018-02-28 | 2020-07-14 | Siemens Healthcare Gmbh | Method for producing a microstructure component, microstructure component and x-ray device |
US11039802B2 (en) | 2018-02-28 | 2021-06-22 | Siemens Healthcare Gmbh | Method for producing a microstructure component, microstructure component and x-ray device |
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