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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
60
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
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