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JP2008224661A - X-ray imaging element, device and method - Google Patents

X-ray imaging element, device and method Download PDF

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JP2008224661A
JP2008224661A JP2008030502A JP2008030502A JP2008224661A JP 2008224661 A JP2008224661 A JP 2008224661A JP 2008030502 A JP2008030502 A JP 2008030502A JP 2008030502 A JP2008030502 A JP 2008030502A JP 2008224661 A JP2008224661 A JP 2008224661A
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JP
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ray
diffraction grating
image
imaging device
conversion element
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JP2008030502A
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Hikari Yokoyama
光 横山
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Konica Minolta Medical and Graphic Inc
Original Assignee
Konica Minolta Medical and Graphic Inc
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    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/48Diagnostic techniques
    • A61B6/484Diagnostic techniques involving phase contrast X-ray imaging

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new X-ray imaging element capable of imaging surely moire fringes, while attaining thinning. <P>SOLUTION: This X-ray imaging element 11 is arranged on a position separated from a diffraction grating for a talbot approximately as long as a talbot distance L, and images an X-ray diffracted by the diffraction grating for the talbot. The X-ray imaging element 11 includes an X-ray conversion element 111 having a pattern equivalent to a diffraction grating formed of a material generating visible light by absorbing the X-ray, and an imaging element 112 for imaging the visible light. To put it concretely, the X-ray conversion element 111 comprises a fluorescence part 111a including a material emitting fluorescence by absorbing X-ray energy, and a non-fluorescence part 111b not including such a fluorescent material. The fluorescence part 111a is formed of a pattern equivalent to the diffraction grating. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、X線を撮像する技術に関する。   The present invention relates to a technique for imaging X-rays.

従来、X線撮影では、X線の吸収コントラスト、すなわち、被写体によるX線吸収の大小をコントラストとした画像が得られている。X線の吸収は、一般に、原子番号が大きくなるほど、すなわち、重い元素になるほど多くなる。生体を被写体とする場合、生体を構成する元素は、主に、水素(H)、炭素(C)、窒素(N)および酸素(O)等の比較的原子番号が小さい元素、すなわち、軽い元素であるため、生体のX線画像は、コントラストがあまりつかない。そのため、生体のX線撮影では、原子番号の大きな元素を含んだ物質が造影剤として使用される。例えば、胃や結腸等の消化器に対するX線撮影では、硫酸バリウムが造影剤として使用されている。しかしながら、すべての組織に造影剤が利用できるわけではなく、また、生体の負担も大きい。   Conventionally, in X-ray imaging, an image having an X-ray absorption contrast, that is, an X-ray absorption level by a subject is obtained as a contrast. X-ray absorption generally increases as the atomic number increases, that is, the heavier the element. When a living body is a subject, the elements constituting the living body are mainly elements having a relatively small atomic number, such as hydrogen (H), carbon (C), nitrogen (N), and oxygen (O), that is, light elements. Therefore, the X-ray image of the living body does not have much contrast. Therefore, a substance containing an element with a large atomic number is used as a contrast agent in X-ray imaging of a living body. For example, barium sulfate is used as a contrast agent in X-ray imaging of digestive organs such as the stomach and colon. However, the contrast medium cannot be used for all tissues, and the burden on the living body is large.

そこで、近年では、X線を波として扱って被写体中を波が伝わる速さの違いをコントラストとした画像を得る位相コントラスト法が研究、開発されている。位相コントラスト法は、例えば、X線干渉計が利用され、被写体を通過することによって生じるX線の位相シフトを検出することによって、被写体の透過画像を得ている。この位相コントラスト法は、X線の吸収コントラストによって被写体の透過画像を得る場合に較べて、約1000倍の感度改善が見込まれ、それによってX線照射量が例えば1/100〜1/1000に軽減可能となるという利点もある。   Therefore, in recent years, a phase contrast method has been studied and developed in which X-rays are treated as waves and an image is obtained in which the difference in the speed with which the waves travel through the subject is taken as contrast. In the phase contrast method, for example, an X-ray interferometer is used, and a transmission image of a subject is obtained by detecting an X-ray phase shift caused by passing through the subject. This phase contrast method is expected to improve the sensitivity by about 1000 times compared to the case where a transmission image of a subject is obtained by the X-ray absorption contrast, thereby reducing the X-ray irradiation amount to, for example, 1/100 to 1/1000. There is also an advantage that it becomes possible.

このような位相コントラスト法の一つとして例えばタルボ干渉計を利用した方法が例えば特許文献1や非特許文献1に提案されている。   As one of such phase contrast methods, for example, a method using a Talbot interferometer has been proposed in, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1.

図7は、特許文献1に記載のX線撮像装置の概略的な構成を示す説明図である。図7において、特許文献1に記載のX線撮像装置1000は、X線源1001と、X線源1001から照射されるX線を回折する位相型の第1回折格子1002と、第1回折格子1002により回折されたX線を回折することにより画像コントラストを形成する振幅型の第2回折格子1003と、第2回折格子1003により画像コントラストの生じたX線を検出するX線画像検出器1004とを備え、第1および第2回折格子1002、1003がタルボ干渉計を構成する条件に設定される。この条件は、次の式1および式2によって表される。式2は、第1回折格子1002が位相型回折格子であることを前提としている。
l=λ/(a/(L+Z1+Z2)) ・・・(式1)Z1=(m+1/2)×(d/λ) ・・・(式2)
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of the X-ray imaging apparatus described in Patent Document 1. As shown in FIG. 7, an X-ray imaging apparatus 1000 described in Patent Document 1 includes an X-ray source 1001, a phase-type first diffraction grating 1002 that diffracts X-rays emitted from the X-ray source 1001, and a first diffraction grating. An amplitude type second diffraction grating 1003 that forms an image contrast by diffracting the X-rays diffracted by 1002, and an X-ray image detector 1004 that detects X-rays in which image contrast is generated by the second diffraction grating 1003, And the first and second diffraction gratings 1002 and 1003 are set to the conditions that constitute the Talbot interferometer. This condition is expressed by the following equations 1 and 2. Equation 2 assumes that the first diffraction grating 1002 is a phase type diffraction grating.
l = λ / (a / (L + Z1 + Z2)) (Expression 1) Z1 = (m + 1/2) × (d 2 / λ) (Expression 2)

ここで、lは、可干渉距離であり、λは、X線の波長(通常は中心波長)であり、aは、回折格子の回折部材にほぼ直交する方向におけるX線源1001の開口径であり、Lは、X線源1001から第1回折格子1002までの距離であり、Z1は、第1回折格子1002から第2回折格子1003までの距離であり、Z2は、第2回折格子1003からX線画像検出器1004までの距離であり、mは、整数であり、dは、回折部材の周期(回折格子の周期、格子定数、隣接する回折部材の中心間距離)である。   Here, l is a coherent distance, λ is an X-ray wavelength (usually a center wavelength), and a is an aperture diameter of the X-ray source 1001 in a direction substantially perpendicular to the diffraction member of the diffraction grating. Yes, L is the distance from the X-ray source 1001 to the first diffraction grating 1002, Z1 is the distance from the first diffraction grating 1002 to the second diffraction grating 1003, and Z2 is from the second diffraction grating 1003. The distance to the X-ray image detector 1004, m is an integer, and d is the period of the diffractive member (the period of the diffraction grating, the grating constant, the distance between the centers of adjacent diffractive members).

このような構成のX線撮像装置1000では、X線源1001と第1回折格子1002との間に被検体1010が配置され、X線源1001から第1回折格子1002に向けてX線が照射される。この照射されたX線は、第1回折格子1002でタルボ効果を生じ、タルボ像を形成する。このタルボ像が第2回折格子1003で作用を受け、モアレ縞の画
像コントラストを形成する。そして、この画像コントラストがX線画像検出器1004で検出される。このモアレ縞は、被検体1010によって変調を受けており、この変調量が被検体1010による屈折効果によってX線が曲げられた角度に比例する。このため、モアレ縞を解析することによって被検体1010およびその内部の構造を検出することができる。
In the X-ray imaging apparatus 1000 having such a configuration, the subject 1010 is disposed between the X-ray source 1001 and the first diffraction grating 1002, and X-rays are irradiated from the X-ray source 1001 toward the first diffraction grating 1002. Is done. This irradiated X-ray produces a Talbot effect at the first diffraction grating 1002 to form a Talbot image. This Talbot image is acted on by the second diffraction grating 1003 to form an image contrast of moire fringes. This image contrast is detected by the X-ray image detector 1004. The moire fringes are modulated by the subject 1010, and the amount of modulation is proportional to the angle at which the X-ray is bent by the refraction effect of the subject 1010. For this reason, the subject 1010 and its internal structure can be detected by analyzing the moire fringes.

ここで、タルボ効果とは、回折格子に光が入射されると、或る距離に前記回折格子と同じ像(前記回折格子の自己像)が形成されることをいい、この或る距離をタルボ距離Lといい、この自己像をタルボ像という。タルボ距離Lは、回折格子が位相型回折格子の場合では、上記式2に表されるZ1となる(L=Z1)。タルボ像は、Lの奇数倍(=(2m+1)L、mは、整数)では、反転像が現れ、Lの偶数倍(=2mL)では、正像が現れる。
国際公開第WO2004/058070号パンフレット 百生敦、「X線位相イメージングの最近の展開」、Medical Imaging Technology,Vol.24,No.5,November 2006
Here, the Talbot effect means that when light enters the diffraction grating, the same image as the diffraction grating (self-image of the diffraction grating) is formed at a certain distance. It is called a distance L, and this self-image is called a Talbot image. When the diffraction grating is a phase type diffraction grating, the Talbot distance L is Z1 represented by the above formula 2 (L = Z1). In the Talbot image, an inverted image appears at an odd multiple of L (= (2m + 1) L, m is an integer), and a normal image appears at an even multiple of L (= 2 mL).
International Publication No. WO2004 / 058070 Pamphlet Kaoru Hyakusei, “Recent Developments of X-ray Phase Imaging”, Medical Imaging Technology, Vol. 24, No. 5, November 2006

このX線撮像装置1000に利用される第1回折格子1002は、X線のタルボ像を形成するために、X線の波長よりも充分に粗い格子、例えば、格子定数がX線の波長の約20倍以上である必要がある。X線の波長は、一般に、10−12m〜10−8mくらいであるので、第1回折格子1002の格子定数は、10−11m〜10−7mくらいであり、実用的には、数μmとなる。タルボ像は、第1回折格子1002の自己像であるため、すなわち、入射X線が平行光である場合には第1回折格子1002の格子模様と同一模様の像であり、X線源1001が点光源と見なせる場合にはX線源1001から第1回折格子1002までの距離とX線源1001から第2回折格子1003までの距離との比に応じた拡大された第1回折格子1002の格子模様の像であり、タルボ像も数μmの周期の縞模様となる。このため、タルボ像が第2回折格子1003によってモアレ縞を生じるためには、第2回折格子1003の格子定数も数μmとなる。 The first diffraction grating 1002 used in the X-ray imaging apparatus 1000 is a grating that is sufficiently coarser than the wavelength of the X-ray to form an X-ray Talbot image, for example, the lattice constant is about the X-ray wavelength. It needs to be 20 times or more. Since the wavelength of X-rays is generally about 10 −12 m to 10 −8 m, the grating constant of the first diffraction grating 1002 is about 10 −11 m to 10 −7 m. It becomes several μm. Since the Talbot image is a self-image of the first diffraction grating 1002, that is, when the incident X-ray is parallel light, it is an image having the same pattern as the grating pattern of the first diffraction grating 1002. When it can be regarded as a point light source, the grating of the first diffraction grating 1002 expanded according to the ratio of the distance from the X-ray source 1001 to the first diffraction grating 1002 and the distance from the X-ray source 1001 to the second diffraction grating 1003. This is a pattern image, and the Talbot image is also a striped pattern with a period of several μm. For this reason, in order for the Talbot image to generate moire fringes by the second diffraction grating 1003, the grating constant of the second diffraction grating 1003 is also several μm.

一方、この第2回折格子1003を振幅型(吸収型)回折格子で形成する場合、振幅型回折格子として機能するような充分なX線を吸収させるためには、第2回折格子1003の回折部材に重い元素の例えば金(Au)を用いた場合でも、数十〜数百μmの厚さが必要となる。   On the other hand, when the second diffraction grating 1003 is formed of an amplitude type (absorption type) diffraction grating, in order to absorb sufficient X-rays that function as an amplitude type diffraction grating, the diffraction member of the second diffraction grating 1003 is used. Even when a heavy element such as gold (Au) is used, a thickness of several tens to several hundreds μm is required.

したがって、図8に示すように、第2回折格子1003の回折部材は、幅が数μm(例えば4μm)に対し厚さが数十〜数百μm(例えば100μm)となる。このため、回折部材をハイアスペクト比で形成する必要があり、第2回折格子1003の製作が容易ではない。   Therefore, as shown in FIG. 8, the diffraction member of the second diffraction grating 1003 has a thickness of several tens to several hundreds μm (for example, 100 μm) with respect to a width of several μm (for example, 4 μm). For this reason, it is necessary to form the diffractive member with a high aspect ratio, and it is not easy to manufacture the second diffraction grating 1003.

また、仮に第2回折格子1003が製作することができたとしても、X線源1001から放射したX線は、X線源1001が略点光源であるため、放射状に拡がる。このため、図8に示すように、第2回折格子1003の中心領域では、タルボ像のX線が回折部材と略平行に入射されるため、タルボ像と第2回折格子1003とによってモアレを生じるが、第2回折格子1003の両サイド領域では、タルボ像のX線が回折部材に対して斜めに入射されるため、タルボ像と第2回折格子1003とによるモアレ像がぼけるか、あるいは全くモアレを生じない。   Even if the second diffraction grating 1003 can be manufactured, the X-rays emitted from the X-ray source 1001 spread radially because the X-ray source 1001 is a substantially point light source. For this reason, as shown in FIG. 8, in the central region of the second diffraction grating 1003, the X-rays of the Talbot image are incident substantially parallel to the diffraction member, so that a moire is generated by the Talbot image and the second diffraction grating 1003. However, in both side regions of the second diffraction grating 1003, the X-rays of the Talbot image are obliquely incident on the diffractive member, so that the moire image by the Talbot image and the second diffraction grating 1003 is blurred or completely moire. Does not occur.

一方、この第2回折格子1003を位相型回折格子で形成する場合でも、位相型回折格子として機能するような充分な位相変化をX線に与えるためには、第2回折格子1003
の回折部材に重い元素の例えば金(Au)を用いた場合でも、数十μmの厚さが必要となる。このため、位相型回折格子においても振幅型回折格子と同様の上記不都合が生じる。
On the other hand, even when the second diffraction grating 1003 is formed of a phase diffraction grating, the second diffraction grating 1003 can be used to give a sufficient phase change that functions as a phase diffraction grating to the X-ray.
Even when a heavy element such as gold (Au) is used for the diffraction member, a thickness of several tens of μm is required. For this reason, the same inconvenience as in the amplitude type diffraction grating occurs in the phase type diffraction grating.

また、このような上述の第2回折格子1003による不都合を回避するために、第2回折格子1003を使用することなく、タルボ像を直接撮像する方法が考えられる。胸部レントゲン用では、大きさが17インチ×14インチであって解像度が4000ドット×3000ドットであるCCDなどのディジタルの撮像素子が知られているが、その画素のサイズは、約110μmであり、このような撮像素子でも数μm周期のタルボ像を撮像することができない。   Further, in order to avoid such inconvenience due to the second diffraction grating 1003, a method of directly capturing a Talbot image without using the second diffraction grating 1003 can be considered. For a chest X-ray, a digital imaging device such as a CCD having a size of 17 inches × 14 inches and a resolution of 4000 dots × 3000 dots is known, but the pixel size is about 110 μm, Even with such an image sensor, a Talbot image with a period of several μm cannot be captured.

本発明は、振幅型や位相型回折格子を介してX線を撮像する場合に生ずる各種問題を克服するために、薄型化を達成しつつ、モアレ縞を確実に撮像することができる新たなX線撮像素子、装置及び方法を提供することを目的とする。   In order to overcome various problems that occur when imaging X-rays via an amplitude-type or phase-type diffraction grating, the present invention provides a new X-ray that can reliably capture moiré fringes while achieving a reduction in thickness. An object of the present invention is to provide a line imaging device, an apparatus, and a method.

本発明の一局面に係るX線撮像素子は、X線を吸収して2次エネルギーを発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第1のX線変換素子と、前記第1のX線変換素子による前記2次エネルギーの発生パターンを検出するパターン検出手段と、を含み、前記第1のX線変換素子は、X線画像が入射される入射面を備えることを特徴とする(請求項1)。   An X-ray imaging device according to an aspect of the present invention includes a first X-ray conversion device having a pattern corresponding to a diffraction grating formed of a material that absorbs X-rays and generates secondary energy, and the first Pattern detection means for detecting the generation pattern of the secondary energy by the X-ray conversion element, wherein the first X-ray conversion element has an incident surface on which an X-ray image is incident. (Claim 1).

この構成によれば、振幅型や位相型回折格子を用いる代わりに、X線を吸収して2次エネルギーを発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第1のX線変換素子が用いられる。そして、第1のX線変換素子の入射面にX線の縞画像が入射した場合、当該X線の縞模様と第1のX線変換素子のパターンとが一致した部位において2次エネルギーが発生される。従って、この2次エネルギーの発生パターンを検出することで、実質的にモアレ縞を撮像することができる。   According to this configuration, instead of using an amplitude type or phase type diffraction grating, the first X-ray conversion element having a pattern corresponding to a diffraction grating formed of a material that absorbs X-rays and generates secondary energy. Is used. When an X-ray fringe image is incident on the incident surface of the first X-ray conversion element, secondary energy is generated at a portion where the X-ray stripe pattern and the pattern of the first X-ray conversion element coincide with each other. Is done. Therefore, by detecting this secondary energy generation pattern, it is possible to substantially capture the moire fringes.

上記構成において、前記第1のX線変換素子は、X線画像が入射される第1面と、前記2次エネルギーの発生パターンを検出するパターン検出手段と対向する第2面とを備えることが望ましい(請求項2)。この場合、前記2次エネルギーが可視光であり、前記パターン検出手段が可視光を撮像する撮像素子である構成とすることができる(請求項3)。或いは、前記2次エネルギーが電子若しくは正孔であり、前記パターン検出手段が電子若しくは正孔により充電された電荷分布を検出可能な電荷検出手段である構成とすることができる(請求項4)。   In the above configuration, the first X-ray conversion element includes a first surface on which an X-ray image is incident and a second surface facing a pattern detection unit that detects the generation pattern of the secondary energy. Desirable (Claim 2). In this case, the secondary energy may be visible light, and the pattern detection unit may be an image sensor that captures visible light. Alternatively, the secondary energy may be electrons or holes, and the pattern detection unit may be a charge detection unit capable of detecting a charge distribution charged by electrons or holes.

上記いずれかの構成において、前記X線画像が、X線タルボ画像であることが望ましい(請求項5)。また、前記回折格子に相当するパターンは、一次元周期のパターンであることが望ましい(請求項6)。さらに、前記回折格子に相当するパターンは、二次元周期のパターンであることであることが望ましい(請求項7)。   In any one of the configurations described above, it is desirable that the X-ray image is an X-ray Talbot image. The pattern corresponding to the diffraction grating is preferably a one-dimensional periodic pattern. Furthermore, it is desirable that the pattern corresponding to the diffraction grating is a two-dimensional periodic pattern.

二次元周期を採用する場合、その周期構造が、正方格子配列又は三角格子配列であることが望ましい(請求項8)。   When adopting a two-dimensional period, it is desirable that the periodic structure is a square lattice arrangement or a triangular lattice arrangement.

本発明の他の局面に係るX線撮像素子は、X線を吸収して可視光を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第2のX線変換素子と、可視光を撮像する撮像素子と、を含み、前記第2のX線変換素子は、X線画像が入射される第1面と、前記撮像素子と対向する第2面とを備えることを特徴とする(請求項9)。   An X-ray imaging device according to another aspect of the present invention includes a second X-ray conversion device having a pattern corresponding to a diffraction grating formed of a material that absorbs X-rays and generates visible light, and visible light. The second X-ray conversion element includes a first surface on which an X-ray image is incident and a second surface facing the image sensor. Item 9).

この構成によれば、振幅型や位相型回折格子を用いる代わりに、X線を吸収して可視光
を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第2のX線変換素子が用いられる。そして、第2のX線変換素子の第1面にX線の縞画像が入射した場合、当該X線の縞模様と第2のX線変換素子のパターンとが一致した部位においてのみ可視光に変換されるので、結果として可視光のモアレ縞が発生される。この可視光のモアレ縞を、第2のX線変換素子の第2面に配置された撮像素子で撮像することにより、モアレ縞を撮像することができる。
According to this configuration, instead of using an amplitude type or phase type diffraction grating, the second X-ray conversion element having a pattern corresponding to a diffraction grating formed of a material that absorbs X-rays and generates visible light is provided. Used. Then, when an X-ray fringe image is incident on the first surface of the second X-ray conversion element, the X-ray fringe pattern becomes visible light only at a portion where the X-ray stripe pattern and the pattern of the second X-ray conversion element coincide. As a result, a moire fringe of visible light is generated as a result. By capturing the visible moire fringes with an image sensor arranged on the second surface of the second X-ray conversion element, the moire fringes can be captured.

本発明のさらに他の局面に係るX線撮像素子は、X線を吸収して電子若しくは正孔を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第3のX線変換素子と、前記第3のX線変換素子が発生した電子若しくは正孔により充電された電荷分布を検出可能な電荷検出手段と、を含み、前記第3のX線変換素子は、X線画像が入射される入射面を備えることを特徴とする(請求項10)。   An X-ray imaging device according to still another aspect of the present invention includes a third X-ray conversion device having a pattern corresponding to a diffraction grating formed of a material that absorbs X-rays and generates electrons or holes; Charge detecting means capable of detecting a charge distribution charged by electrons or holes generated by the third X-ray conversion element, wherein the X-ray image is incident on the third X-ray conversion element An incident surface is provided (claim 10).

この構成によれば、振幅型や位相型回折格子を用いる代わりに、X線を吸収して電子若しくは正孔を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第3のX線変換素子が用いられる。そして、第3のX線変換素子の入射面にX線の縞画像が入射した場合、当該X線の縞模様と第3のX線変換素子のパターンとが一致した部位においてのみ電子若しくは正孔が発生するので、結果として電荷分布のモアレ縞が発生される。従って、この電荷分布を検出することで、実質的にモアレ縞を撮像することができる。   According to this configuration, instead of using an amplitude type or phase type diffraction grating, the third X-ray conversion having a pattern corresponding to a diffraction grating formed of a material that absorbs X-rays and generates electrons or holes. An element is used. Then, when an X-ray fringe image is incident on the incident surface of the third X-ray conversion element, electrons or holes only at a portion where the X-ray stripe pattern coincides with the pattern of the third X-ray conversion element. As a result, moiré fringes of the charge distribution are generated. Therefore, the moire fringes can be substantially imaged by detecting this charge distribution.

本発明の他の局面に係るX線撮像装置は、X線を放射するX線源と、前記X線源から放射されたX線によってタルボ効果を生じるタルボ用回折格子と、前記タルボ用回折格子によって回折されたX線を撮像するX線撮像素子と、を備え、前記X線撮像素子は、請求項1〜10のいずれか1項に記載のX線撮像素子であって、前記X線変換素子は、前記タルボ用回折格子から実質的にタルボ距離離れた位置に配置されることを特徴とする(請求項11)。   An X-ray imaging apparatus according to another aspect of the present invention includes an X-ray source that emits X-rays, a Talbot diffraction grating that generates a Talbot effect by the X-rays emitted from the X-ray source, and the Talbot diffraction grating. An X-ray imaging device that images X-rays diffracted by the X-ray imaging device, wherein the X-ray imaging device is the X-ray imaging device according to any one of claims 1 to 10, The element is arranged at a position substantially separated from the Talbot diffraction grating by a Talbot distance (claim 11).

また、本発明のさらに他の局面に係るX線撮像方法は、X線タルボ画像を生成し、該X線タルボ画像を、請求項1〜10のいずれか1項に記載のX線撮像素子に入射させることを特徴とする(請求項12)。   Moreover, the X-ray imaging method which concerns on the further another situation of this invention produces | generates an X-ray Talbot image, and uses this X-ray Talbot image for the X-ray image sensor of any one of Claims 1-10. It is made to enter (claim 12).

これらの構成によれば、X線撮像素子には、タルボ用回折格子により生成されたタルボ画像が入射される。そして、X線撮像素子において、モアレ縞が撮像される。従って、振幅型回折格子を用いることなく、モアレ縞を撮像することができる。   According to these configurations, the Talbot image generated by the Talbot diffraction grating is incident on the X-ray imaging device. Then, moire fringes are imaged in the X-ray image sensor. Therefore, moire fringes can be imaged without using an amplitude type diffraction grating.

本発明に係るX線撮像素子、装置及び方法によれば、回折格子でモアレ縞を発生させるのではなく、回折格子に相当するパターンを有するX線変換素子を用い、X線の縞模様と前記パターンとが一致した部位にモアレ縞を発生させる構成である。従って、モアレ縞を確実に発生させることができると共に、X線変換素子を厚肉化する必要は無いので、X線撮像素子及びX線撮像装置の薄型化を図ることができる。   According to the X-ray imaging device, apparatus, and method of the present invention, instead of generating moire fringes in the diffraction grating, an X-ray conversion element having a pattern corresponding to the diffraction grating is used. In this configuration, moire fringes are generated at portions where the pattern matches. Accordingly, moire fringes can be generated reliably and the X-ray conversion element does not need to be thickened, so that the X-ray imaging element and the X-ray imaging apparatus can be thinned.

(第1実施形態)
図1は、本発明の実施形態に係るX線撮像装置の構成を示す説明図である。図2は、第1実施形態におけるX線撮像素子の構成を示す説明図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration of an X-ray imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the X-ray imaging device according to the first embodiment.

図1において、X線撮像装置1は、X線撮像素子11と、回折格子12(タルボ用回折格子)と、X線源13とを備え、さらに、本実施形態では、X線源13に電源を供給するX線電源部14と、X線撮像素子11の撮像動作を制御するカメラ制御部15と、本X線
撮像装置Xの全体動作を制御する処理部16と、X線電源部14の動作を制御することによってX線源13におけるX線の放射動作を制御するX線制御部17とを備えて構成される。
In FIG. 1, an X-ray imaging apparatus 1 includes an X-ray imaging element 11, a diffraction grating 12 (Talbot diffraction grating), and an X-ray source 13, and in this embodiment, the X-ray source 13 is powered on. Of the X-ray power supply unit 14, the camera control unit 15 that controls the imaging operation of the X-ray imaging device 11, the processing unit 16 that controls the overall operation of the X-ray imaging apparatus X, and the X-ray power supply unit 14 An X-ray control unit 17 that controls the X-ray emission operation in the X-ray source 13 by controlling the operation is provided.

X線源13は、X線を放射し、回折格子12へ向けてX線を照射する装置である。X線源13は、例えば、X線電源部14から供給された高電圧が陰極と陽極との間に印加され、陰極のフィラメントから放出された電子が陽極に衝突することによってX線を放射する装置である。   The X-ray source 13 is a device that emits X-rays and emits X-rays toward the diffraction grating 12. The X-ray source 13 emits X-rays when, for example, a high voltage supplied from the X-ray power supply unit 14 is applied between the cathode and the anode, and electrons emitted from the cathode filament collide with the anode. Device.

回折格子12は、X線源13から放射されたX線によってタルボ効果を生じる透過型の回折格子である。回折格子12は、X線を透過する材料から構成された平板状の基板と、基板の一方面に形成された複数の回折部材とを備えて構成される。この複数の回折部材は、それぞれ、一方向(図1では紙面の法線方向)に延びる線状であり、該一方向と直交する方向に所定の間隔を空けてそれぞれ配設される。この所定の間隔は、本実施形態では、一定とされている。すなわち、複数の回折部材は、前記一方向と直交する方向に等間隔でそれぞれ配設されている。回折格子12の基板には、例えばガラスが用いられ、その回折部材には、例えば金(Au)が用いられる。回折格子12は、タルボ効果を生じる条件を満たすように構成されており、X線源13から放射されたX線の波長よりも充分に粗い格子、例えば、格子定数(回折格子の周期)dが当該X線の波長の約20倍以上である位相型回折格子である。なお、第1回折格子12は、同様な作用を果たす振幅型(吸収型)回折格子であってもよい。   The diffraction grating 12 is a transmission type diffraction grating that generates a Talbot effect by X-rays emitted from the X-ray source 13. The diffraction grating 12 includes a flat substrate made of a material that transmits X-rays and a plurality of diffraction members formed on one surface of the substrate. Each of the plurality of diffractive members has a linear shape extending in one direction (in FIG. 1, the normal direction to the paper surface), and is disposed at a predetermined interval in a direction orthogonal to the one direction. This predetermined interval is fixed in this embodiment. That is, the plurality of diffractive members are arranged at equal intervals in a direction orthogonal to the one direction. For example, glass is used for the substrate of the diffraction grating 12, and gold (Au) is used for the diffraction member. The diffraction grating 12 is configured to satisfy the conditions for causing the Talbot effect, and has a grating sufficiently coarser than the wavelength of X-rays emitted from the X-ray source 13, for example, a grating constant (diffraction grating period) d. It is a phase type diffraction grating which is about 20 times or more the wavelength of the X-ray. The first diffraction grating 12 may be an amplitude (absorption) diffraction grating that performs the same function.

X線撮像素子11は、回折格子12から略タルボ距離L離れた位置に配置され、回折格子によって回折されたX線を撮像する装置である。X線撮像素子11は、図2に示すように、X線を吸収して可視光を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有するX線変換素子111(第2のX線変換素子)と、可視光を撮像する撮像素子112とを含む。X線変換素子111の被写体Sと対向する面(第1面)には、X線タルボ像T(X線画像)が入射される。撮像素子112は、X線変換素子111の第1面とは反対側の面(第2面)に、その受光面が対向配置されている。   The X-ray imaging element 11 is an apparatus that is disposed at a position approximately L Talbot distance L away from the diffraction grating 12 and images X-rays diffracted by the diffraction grating. As shown in FIG. 2, the X-ray imaging element 11 includes an X-ray conversion element 111 (second X-ray conversion) having a pattern corresponding to a diffraction grating formed of a material that absorbs X-rays and generates visible light. Element) and an image sensor 112 that captures visible light. An X-ray Talbot image T (X-ray image) is incident on the surface (first surface) facing the subject S of the X-ray conversion element 111. The imaging element 112 has a light receiving surface opposed to a surface (second surface) opposite to the first surface of the X-ray conversion element 111.

X線変換素子111は、X線のエネルギーを吸収して蛍光を発する物質を含む蛍光部111aと、そのような蛍光物質を含まない非蛍光部111bとからなる。蛍光部111aは、例えばシンチレータにより構成することができる。シンチレータは、蛍光体を主たる成分とする層であり、入射したX線により、可視光波長の蛍光を発する。   The X-ray conversion element 111 includes a fluorescent part 111a containing a substance that emits fluorescence by absorbing X-ray energy, and a non-fluorescent part 111b that does not contain such a fluorescent substance. The fluorescent part 111a can be composed of, for example, a scintillator. The scintillator is a layer having a phosphor as a main component, and emits fluorescence having a visible light wavelength by incident X-rays.

この蛍光部111aで用いられる蛍光体としては、タングステン酸塩系蛍光体、テルビウム賦活希土類酸硫化物系蛍光体、テルビウム賦活希土類燐酸塩系蛍光体、テルビウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体、ツリウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体、ガドリニウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体、セリウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体、硫酸バリウム系蛍光体、2価のユーロピウム賦活アルカリ土類金属燐酸塩系蛍光体、2価のユーロピウム賦活アルカリ土類金属弗化ハロゲン化物系蛍光体、沃化物系蛍光体、硫化物系蛍光体、燐酸ハフニウム系蛍光体、タンタル酸塩系蛍光体等を例示できる。特に、X線吸収及び発光効率が高いセシウムアイオダイド(CsI:X、Xは賦活剤)やガドリニウムオキシサルファイド(Gd22S:X、Xは賦活剤)が好ましい。 Phosphors used in the fluorescent part 111a include tungstate phosphors, terbium activated rare earth oxysulfide phosphors, terbium activated rare earth phosphate phosphors, terbium activated rare earth oxyhalide phosphors, thulium activated phosphors. Rare earth oxyhalide phosphor, gadolinium activated rare earth oxyhalide phosphor, cerium activated rare earth oxyhalide phosphor, barium sulfate phosphor, divalent europium activated alkaline earth metal phosphate phosphor, 2 Examples thereof include valent europium activated alkaline earth metal fluoride halide phosphors, iodide phosphors, sulfide phosphors, hafnium phosphate phosphors, tantalate phosphors, and the like. In particular, cesium iodide (CsI: X, X is an activator) and gadolinium oxysulfide (Gd 2 O 2 S: X, X is an activator) having high X-ray absorption and emission efficiency are preferable.

また、蛍光体粒子の直径は7μm以下、特に4μm以下であることが好ましい。蛍光体粒子の直径が小さいほどシンチレータ内での光の散乱を防ぐことが可能となり、高い鮮鋭度を得られるからである。さらに、この蛍光体粒子はバインダーに分散されても良い。バインダーとしては、ポリウレタン、ポリエステル、塩化ビニル系共重合体、ポリビニルブ
チラール、ニトロセルロース等が好ましい。このようなバインダーを用いれば、蛍光体の分散性を高め、蛍光体の充填率を高くすることが可能である。
The diameter of the phosphor particles is preferably 7 μm or less, particularly 4 μm or less. This is because, as the diameter of the phosphor particles is smaller, light scattering in the scintillator can be prevented and high sharpness can be obtained. Further, the phosphor particles may be dispersed in a binder. As the binder, polyurethane, polyester, vinyl chloride copolymer, polyvinyl butyral, nitrocellulose and the like are preferable. If such a binder is used, it is possible to improve the dispersibility of the phosphor and increase the filling rate of the phosphor.

蛍光部111aは、回折格子に相当する一次元周期構造(縞模様構造)のパターンで形成されている。すなわち、回折格子のスリットに相当する幅及び間隔で、各蛍光部111aが設けられている。例えば、数μm〜数十μm幅の蛍光部111aと数μm〜数十μm幅の非蛍光部111bとが交互に配置された周期構造で、X線変換素子111が構成される。   The fluorescent part 111a is formed in a pattern of a one-dimensional periodic structure (striped structure) corresponding to a diffraction grating. That is, the fluorescent portions 111a are provided with a width and an interval corresponding to the slits of the diffraction grating. For example, the X-ray conversion element 111 is configured with a periodic structure in which fluorescent portions 111a having a width of several μm to several tens of μm and non-fluorescent portions 111b having a width of several μm to several tens of μm are alternately arranged.

非蛍光部111bの材質は特に制限はなく、X線透過性の各種物質、或いはX線を吸収するが可視光を発生しない各種物質にて形成することができる。例えば、非蛍光部111bを、蛍光体粒子を含まない上記バインダー材料や、或いは固体物質で構成せず、空気層で構成しても良い。   The material of the non-fluorescent portion 111b is not particularly limited, and can be formed of various X-ray transmissive substances or various substances that absorb X-rays but do not generate visible light. For example, the non-fluorescent portion 111b may be formed of an air layer instead of the binder material that does not include phosphor particles or a solid substance.

このような一次元周期構造を有するX線変換素子111は、例えば数μm〜数十μmピッチのストライプマスクが施された基板や、数μm〜数十μm幅の凹溝加工が数μm〜数十μmピッチで施された基板の上に、蛍光部111aを構成する上記シンチレータ材料をストライプ状に選択成長させることにより形成することができる。   The X-ray conversion element 111 having such a one-dimensional periodic structure includes, for example, a substrate on which a stripe mask with a pitch of several μm to several tens of μm is applied, and a concave groove processing with a width of several μm to several tens of μm is several μm to several It can be formed by selectively growing the scintillator material constituting the fluorescent part 111a in a stripe shape on a substrate applied at a pitch of 10 μm.

X線変換素子111と回折格子12とは、上述の式1および式2によって表されるタルボ干渉計を構成する条件に配置位置が設定されている。   The arrangement positions of the X-ray conversion element 111 and the diffraction grating 12 are set under the conditions that constitute the Talbot interferometer represented by the above-described Expression 1 and Expression 2.

撮像素子112は、X線変換素子111によって変換された可視光を撮像する装置である。撮像素子112は、可視光の像を電気信号に変換する素子であって、受光量に応じた電荷を生成するマトリクス状に二次元配列された複数の光電変換素子およびその周辺回路を備えて構成される。撮像素子112は、例えば、可視光用のCCD(charge coupled device)イメージセンサやCMOS(complementary metal oxide semiconductor)イメージセンサが用いられる。   The imaging element 112 is an apparatus that images visible light converted by the X-ray conversion element 111. The image sensor 112 is an element that converts an image of visible light into an electric signal, and includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional matrix and a peripheral circuit for generating a charge corresponding to the amount of received light. Is done. For example, a visible light CCD (charge coupled device) image sensor or a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) image sensor is used as the image sensor 112.

処理部16は、X線撮像装置1の各部を制御することによってX線撮像装置1全体の動作を制御する装置であり、例えば、マイクロプロセッサおよびその周辺回路を備えて構成され、機能的に、画像処理部161およびシステム制御部162を備えている。   The processing unit 16 is a device that controls the entire operation of the X-ray imaging apparatus 1 by controlling each unit of the X-ray imaging apparatus 1. For example, the processing unit 16 includes a microprocessor and its peripheral circuits, and is functionally An image processing unit 161 and a system control unit 162 are provided.

システム制御部162は、X線制御部17との間で制御信号を送受信することによってX線電源部14を介してX線源13におけるX線の放射動作を制御すると共に、カメラ制御部15との間で制御信号を送受信することによってX線撮像素子11の撮像動作を制御する。システム制御部162の制御によって、X線が被写体Sに向けて照射され、これによって生じた像がX線撮像素子11によって撮像され、画像信号がカメラ制御部15を介して処理部16に入力される。   The system control unit 162 controls the X-ray emission operation in the X-ray source 13 via the X-ray power source unit 14 by transmitting and receiving control signals to and from the X-ray control unit 17, and the camera control unit 15 The imaging operation of the X-ray imaging device 11 is controlled by transmitting and receiving control signals between the X-ray imaging device 11 and the X-ray imaging device 11. Under the control of the system control unit 162, X-rays are emitted toward the subject S, and an image generated thereby is captured by the X-ray image sensor 11, and an image signal is input to the processing unit 16 via the camera control unit 15. The

画像処理部161は、X線撮像素子11によって生成された画像信号を処理し、被写体Sの画像を生成する。   The image processing unit 161 processes the image signal generated by the X-ray image sensor 11 and generates an image of the subject S.

次に、第1実施形態の動作について説明する。被写体SがX線源13と回折格子12との間に配置され、X線撮像装置1のユーザによって図略の操作部から被写体Sの撮像が指示されると、処理部16のシステム制御部162は、被写体Sに向けてXを照射すべくX線制御部17に制御信号を出力する。この制御信号によってX線制御部17は、X線電源部14にX線源13へ給電させ、X線源13は、X線を放射して被写体Sに向けてX線を照射する。   Next, the operation of the first embodiment will be described. When the subject S is disposed between the X-ray source 13 and the diffraction grating 12 and the user of the X-ray imaging apparatus 1 instructs the imaging of the subject S from an operation unit (not shown), the system control unit 162 of the processing unit 16. Outputs a control signal to the X-ray control unit 17 to irradiate X toward the subject S. With this control signal, the X-ray control unit 17 causes the X-ray power supply unit 14 to supply power to the X-ray source 13, and the X-ray source 13 emits X-rays and irradiates the subject S with X-rays.

照射されたX線は、回折格子12を通過し、回折格子12によって回折され、タルボ距離L(=Z1)離れた位置に回折格子12の自己像であるタルボ像Tが形成される。   The irradiated X-ray passes through the diffraction grating 12, is diffracted by the diffraction grating 12, and forms a Talbot image T that is a self-image of the diffraction grating 12 at a position away from the Talbot distance L (= Z1).

このX線タルボ像は、X線撮像素子11のX線変換素子111の第1面に入射される。すると、タルボ像の縞模様とX線変換素子111の蛍光部111aの縞パターンとが一致した部位においてのみ、当該蛍光部111aによりX線が吸収されて可視光に変換される。その結果、X線変換素子111の第2面には、可視光のモアレ縞が現れるようになる。   This X-ray Talbot image is incident on the first surface of the X-ray conversion element 111 of the X-ray imaging element 11. Then, the X-rays are absorbed by the fluorescent part 111a and converted into visible light only at the part where the striped pattern of the Talbot image matches the stripe pattern of the fluorescent part 111a of the X-ray conversion element 111. As a result, visible moire fringes appear on the second surface of the X-ray conversion element 111.

この可視光のモアレ縞の像は、システム制御部162によって例えば露光時間などが制御された撮像素子112によって撮像される。なお、非蛍光部111bはX線をそのまま透過させることになるが、X線の波長に撮像素子112は感度を有さないことから、このX線は撮像されない。   The visible moire fringe image is picked up by the image sensor 112 whose exposure time is controlled by the system controller 162, for example. Although the non-fluorescent portion 111b transmits X-rays as they are, the imaging device 112 does not have sensitivity to the wavelength of the X-rays, and thus the X-rays are not imaged.

ここで、可視光への変換効率を上げるためには、蛍光部111aのX線入射方向の厚さを厚くすれば良い。しかし、あまり厚くしすぎると、先に図8に基づき説明した問題と同様な問題が生じ得る。しかしながら、本実施形態では、X線と可視光との波長の違いによってコントラストを取りやすいので、蛍光部111aをさほど厚くする必要性は無い。すなわち、たとえ蛍光部111aで発生される可視光の強度が弱いものであっても、蛍光部111aを通過しないX線は撮像素子112で感知されないので、コントラストとしては大きく捉えることができるからである。   Here, in order to increase the conversion efficiency into visible light, the thickness of the fluorescent portion 111a in the X-ray incident direction may be increased. However, if it is too thick, a problem similar to the problem described above with reference to FIG. 8 may occur. However, in the present embodiment, since the contrast is easily obtained by the difference in wavelength between the X-ray and the visible light, it is not necessary to make the fluorescent portion 111a so thick. That is, even if the intensity of the visible light generated by the fluorescent part 111a is weak, X-rays that do not pass through the fluorescent part 111a are not detected by the image sensor 112, so that the contrast can be regarded as large. .

撮像素子112は、モアレ縞の像の画像信号を、カメラ制御部15を介して処理部16へ出力する。この画像信号は、処理部16の画像処理部161によって処理される。   The image sensor 112 outputs the image signal of the moire fringe image to the processing unit 16 via the camera control unit 15. This image signal is processed by the image processing unit 161 of the processing unit 16.

ここで、被写体SがX線源13と回折格子12との間に配置されているので、被写体Sを通過したX線には、被写体Sを通過しないX線に対し位相がずれる。このため、回折格子12に入射したX線には、その波面に歪みが含まれ、タルボ像には、それに応じた変形が生じている。このため、X線変換素子111の第1面に入射されたX線タルボ像と、蛍光部111aの一次元周期構造との重ね合わせによって生じた可視のモアレ縞は、被写体Sによって変調を受けている。この変調量は、被写体Sによる屈折効果によってX線が曲げられた角度に比例する。したがって、モアレ縞を解析することによって被写体Sおよびその内部の構造を検出することができる。また、被写体Sを複数の角度から撮像することによってX線位相CT(computed tomography)により被写体Sの断層画像が形成可能で
ある。
Here, since the subject S is disposed between the X-ray source 13 and the diffraction grating 12, the X-rays that have passed through the subject S are out of phase with the X-rays that do not pass through the subject S. For this reason, the X-ray incident on the diffraction grating 12 includes distortion in its wavefront, and the Talbot image is deformed accordingly. For this reason, the visible moire fringes generated by superimposing the X-ray Talbot image incident on the first surface of the X-ray conversion element 111 and the one-dimensional periodic structure of the fluorescent part 111a are modulated by the subject S. Yes. This modulation amount is proportional to the angle at which the X-ray is bent by the refraction effect by the subject S. Therefore, the subject S and its internal structure can be detected by analyzing the moire fringes. Further, by imaging the subject S from a plurality of angles, a tomographic image of the subject S can be formed by X-ray phase CT (computed tomography).

このように、第1実施形態に係るX線撮像装置1によれば、タルボ距離の位置に振幅型回折格子を配置する代わりに、X線を吸収して可視光を発生する蛍光部111aで形成された一次元周期の回折格子に相当するパターンを有するX線変換素子111により、可視光のモアレ縞を発生させることができる。従って、モアレ縞を確実に発生させることができ、また該X線変換素子111を厚肉化する必要は無いので、X線撮像素子11の薄型化を図ることができる。   As described above, according to the X-ray imaging apparatus 1 according to the first embodiment, instead of arranging the amplitude type diffraction grating at the position of the Talbot distance, the X-ray imaging apparatus 1 is formed by the fluorescent part 111a that absorbs X-rays and generates visible light. Visible light moire fringes can be generated by the X-ray conversion element 111 having a pattern corresponding to the diffraction grating having a one-dimensional period. Therefore, moire fringes can be generated reliably and the X-ray conversion element 111 does not need to be thickened, so that the X-ray imaging element 11 can be thinned.

すなわち、上記構成によれば、X線タルボ像の縞模様と蛍光部111aの縞模様との重ね合わせにより実質的にモアレ縞が発生される。X線タルボ像Tの縞は非常に細かい縞模様であり、一般的な画素ピッチを有する撮像素子112ではこれを解像できないが、上述のように細かいピッチで配列された蛍光部111aが前置されているので、モアレを利用してX線タルボ像Tの縞模様を拡大することができる。このため、通常では縞模様を解像できない大きな画素ピッチを持つ撮像素子112を用いたとしても、X線タルボ像Tを実質的に撮像することができる。   That is, according to the above configuration, moire fringes are substantially generated by superimposing the stripe pattern of the X-ray Talbot image and the stripe pattern of the fluorescent part 111a. The stripes of the X-ray Talbot image T are very fine stripes and cannot be resolved by the image sensor 112 having a general pixel pitch, but the fluorescent portions 111a arranged at a fine pitch as described above are arranged in the front. Therefore, the striped pattern of the X-ray Talbot image T can be enlarged using moire. Therefore, the X-ray Talbot image T can be substantially captured even when the image sensor 112 having a large pixel pitch that cannot normally resolve the stripe pattern is used.

なお、上述の実施形態において、X線変換素子111及び回折格子12は、X線源13と撮像素子112とを通る光軸まわりに相対的に角度θだけ回転して配置されてもよい。格子定数dのX線変換素子111及び回折格子12を角度θだけ回転して配置すると、モアレ縞の間隔がd/θとなるので、角度θが微小角度とされることで、モアレ縞の間隔が拡大され、モアレ縞の解析がより容易となる。   In the above-described embodiment, the X-ray conversion element 111 and the diffraction grating 12 may be disposed so as to be relatively rotated by an angle θ around the optical axis passing through the X-ray source 13 and the imaging element 112. When the X-ray conversion element 111 and the diffraction grating 12 having the lattice constant d are rotated and arranged by an angle θ, the moire fringe spacing becomes d / θ. Is expanded and the analysis of moire fringes becomes easier.

そして、上述の実施形態において、X線変換素子111及び回折格子12の格子定数が異なっていてもよい。回折格子12の格子定数をd1、X線変換素子111に形成された蛍光部111aの周期構造の格子定数をd2とすると、d1×d2/(d2−d1)のモアレ縞が現れ、上述と同様に、このモアレ縞を解析することによっても被写体Sおよびその内部の構造を検出することができる。   In the above-described embodiment, the X-ray conversion element 111 and the diffraction grating 12 may have different lattice constants. Assuming that the grating constant of the diffraction grating 12 is d1 and the grating constant of the periodic structure of the fluorescent part 111a formed in the X-ray conversion element 111 is d2, a moire fringe of d1 × d2 / (d2−d1) appears and is the same as described above. In addition, the subject S and its internal structure can also be detected by analyzing the moire fringes.

また、上述の実施形態では、X線源13と回折格子12との間に被写体が配置されたが、回折格子12とX線変換素子111との間に被写体が配置されてもよい。   In the above-described embodiment, the subject is disposed between the X-ray source 13 and the diffraction grating 12, but the subject may be disposed between the diffraction grating 12 and the X-ray conversion element 111.

さらに、上述の実施形態では、X線変換素子111は、一次元周期の回折格子のパターンに蛍光部111aが形成されている例を示したが、これに限定されるものではない。図3は、正方格子配列の二次元周期の回折格子のパターンを示す説明図である。図4は、図3に示すパターンによってタルボ像から生じるモアレを説明するための図である。図4(A)は、タルボ像を示し、図4(B)は、モアレ像を示す。X線変換素子111の蛍光部111aのパターンは、このように二次元周期の回折格子のパターンであってもよく、その周期構造は、正方格子配列や三角格子配列であってもよい。要は、蛍光部111aのパターンは、タルボ像を撮像することによってモアレを生じさせる構造のパターンであればよい。   Furthermore, although the X-ray conversion element 111 has shown the example in which the fluorescence part 111a was formed in the pattern of the diffraction grating of a one-dimensional period in the above-mentioned embodiment, it is not limited to this. FIG. 3 is an explanatory view showing a diffraction grating pattern having a two-dimensional period of a square lattice arrangement. FIG. 4 is a diagram for explaining moire generated from a Talbot image by the pattern shown in FIG. 4A shows a Talbot image, and FIG. 4B shows a moire image. The pattern of the fluorescent part 111a of the X-ray conversion element 111 may thus be a two-dimensional diffraction grating pattern, and the periodic structure may be a square lattice arrangement or a triangular lattice arrangement. In short, the pattern of the fluorescent part 111a may be a pattern having a structure in which moire is generated by capturing a Talbot image.

例えば、二次元周期の回折格子パターンは、回折部材となるドットが線形独立な2方向に所定の間隔を空けて等間隔に配設されて構成される。正方格子配列では、図3に示すように、単位格子が正方形になるように、直交する2方向に等間隔に回折部材となるドットが配設されて構成される。三角格子配列では、図示しないが、単位格子が正三角形になるように、互いに60度の方向をなす2方向に等間隔に回折部材となるドットが配設されて構成される。このようなドット部分を、蛍光部111a若しくは非蛍光部111bで構成すれば良い。   For example, a two-dimensional periodic diffraction grating pattern is configured by arranging dots serving as diffraction members at equal intervals in two linearly independent directions. As shown in FIG. 3, the square lattice arrangement is configured by arranging dots serving as diffraction members at equal intervals in two orthogonal directions so that the unit lattice is square. Although not shown in the figure, the triangular lattice arrangement is configured by arranging dots serving as diffractive members at equal intervals in two directions that are 60 degrees from each other so that the unit lattice is a regular triangle. What is necessary is just to comprise such a dot part by the fluorescence part 111a or the non-fluorescence part 111b.

このような二次元周期のX線変換素子111では、例えば、図4(A)に示すように、一方向に線状に延びた複数の影が該一方向と直交する方向に等間隔で形成されている縞模様のタルボ像に、例えば、図3に示すように、その周期構造が正方格子配列の蛍光部111aを有するX線変換素子111を該一方向から少し傾けて作用させると、図4(B)に示す可視光のモアレ縞を発生させることができる。   In such a two-dimensional periodic X-ray conversion element 111, for example, as shown in FIG. 4A, a plurality of shadows extending linearly in one direction are formed at equal intervals in a direction orthogonal to the one direction. For example, as shown in FIG. 3, when an X-ray conversion element 111 having a periodic structure of fluorescent portions 111a having a square lattice arrangement is applied to the striped Talbot image that is tilted slightly from the one direction, Visible light moire fringes shown in FIG. 4B can be generated.

(第2実施形態)
図5は、第2実施形態に係るX線撮像素子11Aを示す模式図である。このX線撮像素子11A以外の部分は、上述の第1実施形態と同じであるので説明を省略する。このX線撮像素子11Aは、X線を吸収して電子若しくは正孔を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有するX線変換素子113(第3のX線変換素子)と、前記X線変換素子113が発生した電子若しくは正孔により充電された電荷分布を検出可能な電荷検出手段とを含む。X線変換素子113の被写体Sと対向する入射面には、X線タルボ像Tが入射される。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a schematic diagram showing an X-ray image sensor 11A according to the second embodiment. Since parts other than the X-ray image sensor 11A are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted. The X-ray imaging element 11A includes an X-ray conversion element 113 (third X-ray conversion element) having a pattern corresponding to a diffraction grating formed of a material that absorbs X-rays and generates electrons or holes. Charge detecting means capable of detecting a charge distribution charged by electrons or holes generated by the X-ray conversion element 113. An X-ray Talbot image T is incident on the incident surface of the X-ray conversion element 113 facing the subject S.

X線変換素子113は、X線のエネルギーを吸収して電子若しくは正孔を発生する半導体を有する光電変換部114と、そのような電子若しくは正孔の発生機能を有さない非変換部115とからなる。光電変換部114は、第1実施形態と同様に振幅型の回折格子に相当するパターンで形成されている。例えば、数μm〜数十μm幅の光電変換部114と数μm〜数十μm幅の非変換部115とのストライプが交互に配置された、一次元周期構造(縞模様構造)のパターンでX線変換素子113が構成されている。なお、前記パターンは、正方格子配列や三角格子配列のように二次元周期のパターンとしても良い。   The X-ray conversion element 113 includes a photoelectric conversion unit 114 having a semiconductor that absorbs X-ray energy and generates electrons or holes, and a non-conversion unit 115 that does not have such an electron or hole generation function. Consists of. The photoelectric conversion unit 114 is formed in a pattern corresponding to an amplitude type diffraction grating as in the first embodiment. For example, in a pattern of a one-dimensional periodic structure (striped pattern structure) in which stripes of photoelectric conversion units 114 having a width of several μm to several tens of μm and non-conversion units 115 having a width of several μm to several tens of μm are alternately arranged. A line conversion element 113 is configured. The pattern may be a two-dimensional periodic pattern such as a square lattice arrangement or a triangular lattice arrangement.

図6は、X線変換素子113の詳細構成を模式的に示す図である。X線変換素子113は、上記光電変換部114及び非変換部115からなる交互配置層114aと、この交互配置層114aのX線入射側の面にベタ付けされたバイアス電極114bと、交互配置層114aの他方の面に設けられた複数の画素電極114cとを備える。   FIG. 6 is a diagram schematically showing a detailed configuration of the X-ray conversion element 113. The X-ray conversion element 113 includes an alternating arrangement layer 114a composed of the photoelectric conversion unit 114 and the non-conversion unit 115, a bias electrode 114b that is solid on the surface on the X-ray incident side of the alternating arrangement layer 114a, and an alternating arrangement layer. And a plurality of pixel electrodes 114c provided on the other surface of 114a.

1つの画素電極114cは、複数(ここでは4層を例示)の光電変換部114をカバーしている。つまり、光電変換部114は、画素電極114cの配列ピッチよりも細かいピッチで配列されている。   One pixel electrode 114c covers a plurality (here, four layers are exemplified) of the photoelectric conversion units 114. That is, the photoelectric conversion units 114 are arranged at a finer pitch than the arrangement pitch of the pixel electrodes 114c.

このような電極付きの交互配置層114aに対して、電荷検出部20(電荷検出手段)が付設されている。電荷検出部20は、画素電極114c毎に、スイッチング素子としてのFETと、電荷を蓄積するコンデンサCを含む。FETのドレインが画素電極114cに、ゲートが制御ラインg1、g2、g3に、ソースが信号ラインsに各々接続されている。コンデンサCは画素電極114cに接続されている。   A charge detection unit 20 (charge detection means) is attached to such an alternating layer 114a with electrodes. The charge detection unit 20 includes an FET as a switching element and a capacitor C that accumulates charge for each pixel electrode 114c. The drain of the FET is connected to the pixel electrode 114c, the gate is connected to the control lines g1, g2, and g3, and the source is connected to the signal line s. The capacitor C is connected to the pixel electrode 114c.

上記構成において、バイアス電極114bには高電圧が印加され、交互配置層114aの内部には加速電界が形成される。光電変換部114にX線が入射すると、X線は原子に結合した電子を弾き出す。飛び出した電子eはバイアス電極114bに向かう一方で、正孔hは対応する画素電極114cに向かい、コンデンサCを充電する。この充電電荷は、FETの動作により信号ラインsから読み出される。   In the above configuration, a high voltage is applied to the bias electrode 114b, and an accelerating electric field is formed inside the alternating layer 114a. When X-rays enter the photoelectric conversion unit 114, the X-rays eject electrons bonded to the atoms. The ejected electrons e go to the bias electrode 114b, while the holes h go to the corresponding pixel electrode 114c to charge the capacitor C. This charged charge is read from the signal line s by the operation of the FET.

非変換部115は、このような光電変換作用を有さない適宜な物質で形成される。或いは非変換部115は、固体物質で構成せず、空気層で構成しても良い。   The non-converting portion 115 is formed of an appropriate material that does not have such a photoelectric conversion function. Or the non-conversion part 115 may be comprised not with a solid substance but with an air layer.

このようなX線撮像素子11A(X線変換素子113)にX線タルボ像が入射されると、タルボ像の縞模様とX線変換素子113の光電変換部114の縞パターンとが一致した部位においてのみ、電荷が発生する。この電荷はコンデンサCに蓄積され、所定のタイミングで読み出される。そして、読み出した電荷の二次元分布を求めることで、モアレ縞に相当する像を得ることができる。   When an X-ray Talbot image is incident on such an X-ray imaging device 11A (X-ray conversion device 113), a portion where the striped pattern of the Talbot image matches the stripe pattern of the photoelectric conversion unit 114 of the X-ray conversion device 113 Only when the charge is generated. This electric charge is accumulated in the capacitor C and read out at a predetermined timing. An image corresponding to moire fringes can be obtained by obtaining a two-dimensional distribution of the read charges.

すなわち、上記構成によれば、タルボ像の縞模様と光電変換部114の縞模様との重ね合わせにより実質的にモアレ縞が発生される。X線タルボ像Tの縞は非常に細かい縞模様であり、例えば画素電極114cの配列ピッチではこれを解像できないが、画素電極114cの配列ピッチよりも細かいピッチで配列された光電変換部114が設けられているので、モアレを利用してX線タルボ像Tの縞模様を拡大することができる。このため、通常では縞模様を解像できない大きなピッチで画素電極114cが配列されていても、X線タルボ像Tを実質的に撮像することができる。   That is, according to the above configuration, moire fringes are substantially generated by overlapping the striped pattern of the Talbot image with the striped pattern of the photoelectric conversion unit 114. The stripes of the X-ray Talbot image T are very fine stripes. For example, the stripes of the pixel electrodes 114c cannot be resolved, but the photoelectric conversion units 114 arranged at a finer pitch than the arrangement pitch of the pixel electrodes 114c Since it is provided, the striped pattern of the X-ray Talbot image T can be enlarged using moire. For this reason, the X-ray Talbot image T can be substantially captured even if the pixel electrodes 114c are arranged at a large pitch that cannot normally resolve the stripe pattern.

先に挙げた第1実施形態のX線変換素子111のように、蛍光体を用いてX線のエネルギーを蛍光に変換する場合、各蛍光体はX線の入射を受けて光を発する点光源となるため、本質的に拡散性を持つ2次エネルギーを発生する。このため、X線変換素子111内での拡散によって、撮像素子112に蛍光が届く前に像がぼやけてしまう傾向があることが否めない。しかしながら、この第2実施形態のX線変換素子113は、X線を吸収して電子若しくは正孔を発生する電荷変換型の材料を用いていることから、本質的に拡散性を持たない2次エネルギーを発生する。   In the case where X-ray energy is converted into fluorescence using a phosphor as in the X-ray conversion element 111 of the first embodiment described above, each phosphor emits light upon receiving X-ray incidence. Therefore, secondary energy that is essentially diffusible is generated. For this reason, it cannot be denied that diffusion in the X-ray conversion element 111 tends to blur the image before the fluorescence reaches the image sensor 112. However, since the X-ray conversion element 113 of the second embodiment uses a charge conversion type material that absorbs X-rays and generates electrons or holes, a secondary that has essentially no diffusivity. Generate energy.

すなわち、図6に示したように、電荷変換型では非変換部115を電荷は流れることができないと共に、バイアス電極114b及び画素電極114cを介して電界が与えられていることも相俟って、電荷は光電変換部114内を拡散することなく進行する。このため、像がぼやけてしまう現象は生じ得ない。この局面において、第2実施形態のX線変換素子113は、第1実施形態のX線変換素子111よりも優位性を有している。   That is, as shown in FIG. 6, in the charge conversion type, charge cannot flow through the non-conversion unit 115, and an electric field is applied through the bias electrode 114b and the pixel electrode 114c. The charge proceeds without diffusing in the photoelectric conversion unit 114. For this reason, the phenomenon that the image is blurred cannot occur. In this aspect, the X-ray conversion element 113 of the second embodiment has an advantage over the X-ray conversion element 111 of the first embodiment.

以上、本発明の2つの実施形態につき説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、上記ではX線を吸収して可視光を発生するX線変換素子と、X線を吸収して電子若しくは正孔を発生するX線変換素子とを例示したが、X線を吸収して何らかの2次エネルギーを発生する材料で形成されたX線変換素子(第1のX線変換素子)であれば、本発明に適用することができる。この場合、X線変換素子による前記2次エネルギーの発生パターンを検出するパターン検出手段を具備させれば良い。   Although two embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these. For example, the X-ray conversion element that absorbs X-rays and generates visible light and the X-ray conversion element that absorbs X-rays and generates electrons or holes are illustrated above. Any X-ray conversion element (first X-ray conversion element) formed of a material that generates some secondary energy can be applied to the present invention. In this case, pattern detection means for detecting the generation pattern of the secondary energy by the X-ray conversion element may be provided.

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良するこ
とは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。
In order to express the present invention, the present invention has been properly and fully described through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Accordingly, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not limited to the scope of the claims. To be construed as inclusive.

第1実施形態におけるX線撮像装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the X-ray imaging device in 1st Embodiment. 第1実施形態におけるX線撮像素子の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the X-ray image sensor in 1st Embodiment. 正方格子配列の二次元周期の回折格子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the diffraction grating of the two-dimensional period of a square lattice arrangement | sequence. 図3に示す回折格子によってタルボ像から生じるモアレを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the moire produced from a Talbot image by the diffraction grating shown in FIG. 第2実施形態におけるX線撮像素子の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the X-ray image sensor in 2nd Embodiment. 第2実施形態における光電変換部の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the photoelectric conversion part in 2nd Embodiment. 特許文献1に記載のX線撮像装置の概略的な構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the X-ray imaging device of patent document 1. FIG. 背景技術に係るX線撮像装置における第2回折格子とモアレ像とを説明するための上面図である。It is a top view for demonstrating the 2nd diffraction grating and moire image in the X-ray imaging device which concerns on background art.

符号の説明Explanation of symbols

1 X線撮像装置
11、11A X線撮像素子
12 回折格子(タルボ用回折格子)
13 X線源
111 X線変換素子(第2のX線変換素子)
111a 蛍光部
111b 非蛍光部
112 撮像素子
113 X線変換素子(第3のX線変換素子)
114 光電変換部
115 非変換部
20 電荷検出部(電荷検出手段)
1 X-ray imaging device 11, 11A X-ray imaging device 12 Diffraction grating (Talbot diffraction grating)
13 X-ray source 111 X-ray conversion element (second X-ray conversion element)
111a Fluorescent part 111b Non-fluorescent part 112 Imaging element 113 X-ray conversion element (third X-ray conversion element)
114 photoelectric conversion unit 115 non-conversion unit 20 charge detection unit (charge detection means)

Claims (12)

X線を吸収して2次エネルギーを発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第1のX線変換素子と、
前記第1のX線変換素子による前記2次エネルギーの発生パターンを検出するパターン検出手段と、を含み、
前記第1のX線変換素子は、X線画像が入射される入射面を備えることを特徴とするX線撮像素子。
A first X-ray conversion element having a pattern corresponding to a diffraction grating formed of a material that absorbs X-rays and generates secondary energy;
Pattern detection means for detecting a generation pattern of the secondary energy by the first X-ray conversion element,
The first X-ray conversion element includes an incident surface on which an X-ray image is incident.
前記第1のX線変換素子は、
X線画像が入射される第1面と、
前記2次エネルギーの発生パターンを検出するパターン検出手段と対向する第2面とを備えることを特徴とする請求項1に記載のX線撮像素子。
The first X-ray conversion element is:
A first surface on which an X-ray image is incident;
The X-ray imaging device according to claim 1, further comprising a pattern detection unit that detects the generation pattern of the secondary energy and a second surface facing the pattern detection unit.
前記2次エネルギーが可視光であり、
前記パターン検出手段が可視光を撮像する撮像素子であることを特徴とする請求項1又は2に記載のX線撮像素子。
The secondary energy is visible light;
The X-ray imaging device according to claim 1, wherein the pattern detection unit is an imaging device that captures visible light.
前記2次エネルギーが電子若しくは正孔であり、
前記パターン検出手段が電子若しくは正孔により充電された電荷分布を検出可能な電荷検出手段であることを特徴とする請求項1又は2に記載のX線撮像素子。
The secondary energy is an electron or a hole;
The X-ray imaging device according to claim 1, wherein the pattern detection unit is a charge detection unit capable of detecting a charge distribution charged with electrons or holes.
前記X線画像が、X線タルボ画像であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のX線撮像素子。   The X-ray imaging device according to claim 1, wherein the X-ray image is an X-ray Talbot image. 前記回折格子に相当するパターンは、一次元周期のパターンであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のX線撮像素子。   The X-ray imaging device according to claim 1, wherein the pattern corresponding to the diffraction grating is a one-dimensional periodic pattern. 前記回折格子に相当するパターンは、二次元周期のパターンであることであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のX線撮像素子。   The X-ray imaging device according to claim 1, wherein the pattern corresponding to the diffraction grating is a two-dimensional periodic pattern. 前記二次元周期の周期構造が、正方格子配列又は三角格子配列であることを特徴とする請求項7に記載のX線撮像素子。   The X-ray imaging device according to claim 7, wherein the two-dimensional periodic structure is a square lattice arrangement or a triangular lattice arrangement. X線を吸収して可視光を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第2のX線変換素子と、
可視光を撮像する撮像素子と、を含み、
前記第2のX線変換素子は、X線画像が入射される第1面と、前記撮像素子と対向する第2面とを備えることを特徴とするX線撮像素子。
A second X-ray conversion element having a pattern corresponding to a diffraction grating formed of a material that absorbs X-rays and generates visible light;
An imaging device for imaging visible light,
The X-ray imaging device, wherein the second X-ray conversion device includes a first surface on which an X-ray image is incident and a second surface facing the imaging device.
X線を吸収して電子若しくは正孔を発生する材料で形成された回折格子に相当するパターンを有する第3のX線変換素子と、
前記第3のX線変換素子が発生した電子若しくは正孔により充電された電荷分布を検出可能な電荷検出手段と、を含み、
前記第3のX線変換素子は、X線画像が入射される入射面を備えることを特徴とするX線撮像素子。
A third X-ray conversion element having a pattern corresponding to a diffraction grating formed of a material that absorbs X-rays and generates electrons or holes;
Charge detection means capable of detecting a charge distribution charged by electrons or holes generated by the third X-ray conversion element,
The X-ray imaging element, wherein the third X-ray conversion element includes an incident surface on which an X-ray image is incident.
X線を放射するX線源と、
前記X線源から放射されたX線によってタルボ効果を生じるタルボ用回折格子と、
前記タルボ用回折格子によって回折されたX線を撮像するX線撮像素子と、を備え、
前記X線撮像素子は、請求項1〜10のいずれか1項に記載のX線撮像素子であって、
前記X線変換素子は、前記タルボ用回折格子から実質的にタルボ距離離れた位置に配置されることを特徴とするX線撮像装置。
An X-ray source emitting X-rays;
A Talbot diffraction grating that produces a Talbot effect by X-rays emitted from the X-ray source;
An X-ray imaging device that images X-rays diffracted by the Talbot diffraction grating,
The X-ray imaging device is the X-ray imaging device according to any one of claims 1 to 10,
The X-ray imaging device, wherein the X-ray conversion element is disposed at a position substantially away from the Talbot diffraction grating.
X線タルボ画像を生成し、
該X線タルボ画像を、請求項1〜10のいずれか1項に記載のX線撮像素子に入射させることを特徴とするX線撮像方法。
Generate an X-ray Talbot image,
An X-ray imaging method, wherein the X-ray Talbot image is incident on the X-ray imaging device according to claim 1.
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