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

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

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。

特開２００９−２８２３２２号公報

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。

本発明のＸ線画像撮影システムの構成を模式的に示す概略図である。 第２のグリッドの構成を示す平面図及び断面図である。 第２のグリッドの製造工程を示す断面図である。 第２のグリッドの欠陥修復工程を示す断面図である。

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

Claims (12)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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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