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高感度、高効率イメージングを実現する 高耐久性X線光源技術

大阪大学 大学院工学研究科 生命先端工学専攻

准教授 志村 考功

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新技術の概要 従来技術

埋め込みX線ターゲット

Cu, Mo, W

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埋め込みX線ターゲットの特徴

埋め込みターゲット特徴 ① 容易に光源サイズを規定

② ターゲット材の保護効果

③ 光源形状の任意性

「X線用ターゲット及びそれを用いた装置」 （特許第4189770 号) (PTC 出願の指定国:アメリカ、独国、日本）として 平成２０年９月２６日に特許が成立

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透過型Ｘ線撮像装置 物質の内部を非破壊で観察できることから様々な分野で活用 コンピュータ断層撮影法(Computed Tomography: CT) 切らずに断面を観察、物質の３次元構造を非破壊観察

X線診断は、健康診断から精密検査の各レベルの診断で重要

生産現場や納入、出荷時における非破壊検査用機器としての需要が増加

医療用としては低被爆線量化と高精度診断の両立 非破壊検査装置としては、低コスト化し、多様な要求に対応

さらなる安全・安心な社会の実現のために

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①容易に光源サイズを規定 既存のマイクロフォーカスX線源

電磁レンズで電子線集光

光源サイズ、X線強度に限界 微小埋め込みターゲットの場合

X線源の小型化、低コスト化

微小光源⇒高分解能

埋め込みターゲットで光源サイズを規定 位置安定性向上

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②冷却効率の向上 X線管への投入電力はターゲットの放熱性（熱伝導率と融点）で制限 30～50 keVの特性Ｘ線(Kα線)を持つターゲットが欠如

冷却効率の向上 ⇒ 投入電力の増加、X線強度の増加、測定時間の短縮 ⇒ 耐久性の向上（低コスト化） ⇒ 希土類金属によるX線ターゲット（35keV)(被爆線量の低減)

0

10

20

30

40

50

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70

20 30 40 50 60 70 80

エネル

ギー

(keV

)原子番号

Cu

Mo Ag

W

希土類金属

30～50 keV

材料原子番号

熱伝導率(W/mK)

融点(°C) Kα (keV)

ダイヤモンド(C) 6 1000-2000 3550 0.28銅(Cu) 29 398 1083 8モリブデン(Mo) 42 138 2620 17.5銀(Ag) 47 420 961 22タングステン(W) 74 178 3400 59ランタン(La) 57 13.5 918 33

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X線のエネルギーと画像のコントラスト 富山大学

大学院医学薬学研究部 吉田勝一

ホームページより

筋肉－骨

筋肉－造影剤 筋肉－脂肪

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③光源形状の任意性(実証例）

マルチライン状の埋め込みターゲット

キャップ層

電子線

X線

X線タルボ・ロー干渉計の光源に適用 大きい光源によるX線位相イメージング

従来法 X線源の下流に格子状スリットを配置 マルチライン状の埋め込みターゲットに置換

光学系の小型化、高効率化 測定時間の短縮

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X線位相イメージングとタルボ・ロー干渉計 X線吸収イメージング（従来法） ○ 非破壊で試料の内部を観察可能 × 軽元素材料では感度が不十分

X線位相イメージング ○ 弱吸収物体に対して高感度な撮影が可能 × コヒーレンス性が高いX線が必要 放射光、マイクロフォーカスX線源

X線タルボ・ロー干渉計

通常のX線源を用いたX線位相イメージングが可能

百生先生（東北大）、 コニカミノルタ、キャノン ヨーロッパ（スイス、ドイツ）

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X線タルボ・ロー干渉計の原理

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タルボ・ロー干渉計のマンモグラフィへの適用

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タルボ・ロー干渉計の適用例 Investigative Radiology 46 (2011) 801. The First Analysis and Clinical Evaluation of Native Breast Tissue Using Differential Phase-Contrast Mammography

Additional information to complement and improve the diagnostic process

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タルボ・ロー干渉計の課題 Investigative Radiology 46 (2011) 801.

高被爆線量：26.2 mSv (25倍、通常 1 mSv for 1 view, European guidelinesの10倍) 長い測定時間（9秒×8 step×18枚=1300秒) 強力Ｘ線源、光源‐検出間距離の低減、大きな位相、吸収格子 =>測定時間の１桁以上の低減

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タルボ・ロー干渉計の課題（全長の短縮） 検出器

R p1

光源格子 （G0）

位相格子 （G1）

光源

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従来技術とその問題点埋め込みX線ターゲットの適用

電子線の金属ターゲット への侵入長：数 µm

微細なライン光源が 容易に作製可能

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マルチライン状埋め込みX線源の作製

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Mo埋め込みX線源を用いたタルボ・ロー干渉計

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Cu埋め込みX線源を用いたタルボ・ロー干渉計

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Mo/Cu埋め込みX線源を用いた短時間X線イメージング

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Cu埋め込みX線源によるX線位相イメージング（動画） 検出器

投入電力 80 W (40 kV, 2 mA)

露出時間 1s 回転速度 6°/min

3 mm

位相微分像 位相微分像 暗視野像 吸収像

3 mm

ポリエチレン

8°

G1

G2

ポリエチレン 位相格子

吸収格子

ターゲット （Cu）

X線位相イメージングの動画撮影（実験室レベルで初）

回転

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Cu埋め込みターゲットの電力負荷試験

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まとめ

埋め込みX線ターゲットの特徴

①容易に光源サイズを規定

②ターゲット材の保護効果

③光源形状の任意性

タルボ・ロー干渉計への適用例 小型化、高効率化⇒短時間測定

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企業への期待

埋め込みX線ターゲットについては、他

にもいろいろな応用先があるのではな

いかと思っています。

具体的な出口を見据えた共同研究を希

望します。

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お問い合わせ先

大阪大学

産学連携本部 総合企画推進部

TEL 06-6879-4206

FAX 06-6879-4208

e-mail contact＠uic.osaka-u.ac.jp