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X線フィルター（または補償フィルター）は、 X線源の前に設置され、スペクトルから特定の波長の強度を低下させ（つまり減衰させ） 、画像受容体に到達する前に、特定のビーム内のX線波長の分布を選択的に変更する装置です。[ 1 ]特定のX線検査にフィルター装置を追加すると、低エネルギーのX線光子を除去することでX線ビームが減衰し、より鮮明な画像とより詳細な解剖学的構造が得られ、組織密度の違いをよりよく視覚化できます。これは「ビーム硬化」とも呼ばれ、高エネルギーのX線は「硬X線」、低エネルギーのX線は「軟X線」と呼ばれます。[ 2 ]補償フィルターは、低エネルギーの光子を除去することで、より優れたX線画像を提供すると同時に、患者への放射線量も低減します。[ 1 ] [ 3 ]
X線が物質に当たると、入射ビームの一部は物質を透過し、一部は物質に吸収されます。吸収される量は物質の質量吸収係数に依存し、入射光子のエネルギーが大きいほど減少する傾向があります。真の吸収は、十分なエネルギーを持つX線が吸収物質の原子の電子エネルギー準位遷移を引き起こすときに起こります。これらのX線からのエネルギーは原子を励起するために使用され、物質を透過しません（つまり「フィルタリング」されます）。このため、一般的に高エネルギー波長で吸収が減少する傾向にあるにもかかわらず、特定の物質の吸収特性には、各原子エネルギー準位遷移に対応する周期的なピークが存在します。これらのピークは吸収端と呼ばれます。結果として、すべての物質は、電子エネルギー準位に対応するか、それよりわずかに高いエネルギーを持つX線を優先的にフィルタリングし、これらの準位よりわずかに低いエネルギーを持つX線は比較的無傷で透過します。
したがって、特定の吸収特性を持つ材料を異なるX線源スペクトルに適合させることにより、ビーム中に存在するX線の波長を選択的に微調整することが可能となる。
例えば、銅製のX線源は、波長154ピコメートルと139ピコメートルのX線ビームを優先的に生成する可能性がある。ニッケルは、銅の2つの吸収線の間にあたる149ピコメートルに吸収端を持つ。したがって、銅のフィルターとしてニッケルを使用すると、わずかにエネルギーの高い139ピコメートルのX線 は吸収されるが、154ピコメートルのX線は強度の著しい低下なく透過する。このように、ニッケルフィルターを備えた銅製X線源は、主に154ピコメートルの光子からなる、ほぼ単色X線ビームを生成することができる。
医療目的の場合、X線フィルターは、X線撮影（放射線撮影）中に低エネルギーX線を選択的に減衰または遮断するために使用されます。低エネルギーX線（30 keV未満）は、患者の軟組織（特に皮膚）に強く吸収されるため、結果として得られる画像にほとんど影響を与えません。さらに、この吸収は、患者における確率的放射線影響（例：癌）または非確率的放射線影響（例：組織反応）のリスクを高めます。したがって、入射光線からこれらの低エネルギーX線を除去することが望ましいです。X線フィルターは、X線管および筐体材料自体による固有のものである場合と、追加のフィルター材料シートによって追加される場合があります。使用される最小フィルターは通常2.5 mmアルミニウム（Al）相当ですが、より大きなフィルターを使用する傾向が高まっています。最新の透視装置の製造業者は、患者の厚みに応じて可変厚さの銅（Cu）フィルターを追加するシステムを使用しています。これは通常0.1～0.9 mm Cuの範囲です。
放射線撮影においてX線を選択的に減衰させる必要があるのは、身体の解剖学的領域によって密度が異なるためです。[ 1 ]密度の低い領域や組織（肺、副鼻腔）はX線上で暗くまたは黒く写り、密度の高い組織（骨、石灰化）は白または灰色の濃淡で写ります。たとえば、胸椎は、前後方向（APまたは前から後ろ）の投影で撮影すると、両肺野の間に位置します。肺は空気で満たされているため減衰値が非常に低く、X線写真では暗い領域として写りますが、胸椎は骨でできており減衰値が高く、白または灰色で写ります。密度の大きな違いにより、補償フィルターを適用しない限り、高品質で詳細なX線を得ることは困難です。[ 1 ]
X線フィルターは一般的に、X線装置のコリメータ（コリメータに取り付けられたタイプ）に取り付けられ、そこで光子ビームがX線管から出射されます。しかし、患者に装着できない補償フィルターとして、コンタクトフィルターと呼ばれるものがあり、これは患者の上または後ろに配置されます。患者と画像受容体（患者を通過した光子が記録されて画像が形成される場所）の間に配置されるコンタクトフィルターは、患者への放射線量を制限するものではありません。[ 1 ]
X線フィルターは、結晶性固体の原子間隔を測定するX線回折にも使用されます。これらの格子間隔はブラッグ回折によって測定できますが、この手法ではほぼ単色X線ビームでスキャンを行う必要があります。そのため、上述の銅ニッケルシステムのようなフィルター構成を用いることで、単一の波長のX線のみがターゲット結晶に透過し、その結果生じる散乱によって回折距離を測定できます。
出典：[ 1 ]
X線結晶構造解析に適しています：
放射線撮影に適しています：
一般放射線撮影で使用される補償フィルターは、軽量でX線ビームを効果的に減衰させる能力があるため、アルミニウムを使用して広く製造されています。[ 1 ]高密度のプラスチックは一般的な補償フィルター材料であり、現在では透明な鉛入りプラスチック（Clear-Pb）が提供されています。[ 1 ]アルミニウム補償フィルターはX線光子を減衰させますが、X線技師がX線ビームが患者に当たる正確な位置を確認できるようにするコリメータから放出される光線も減衰させます。Clear-PbはX線ビームを減衰させますが、コリメータの光は透明なプラスチックを透過するため、技師は目的の領域をよりよく視覚化でき、患者の放射線量も低減できます。[ 1 ]
注：