フィルム・グリッド

1895年，レントゲンがX線を発見した当時，写真の主な記録媒体は写真乾板であった(→関連事項)（図1)．レントゲンのX線発見の初報論文にも「特記すべきは，写真乾板がX線に感受性であることである」との記載されている．また同時に「X線が写真乾板状の銀塩の化学反応の直接的な原因か否か」とその機序について疑問を呈し，「ガラス板あるいはゼラチン層内で発生した蛍光の結果である可能性がある」と的確に指摘している．

当初は一般写真用の乾板が流用されたが，乾板のX線に対する感度は可視光にくらべて低く，濃度，コントラストともに不十分で，露光時間も長時間を要した．X線写真専用の乾板を初めて作ったのは，ドイツの乾板業者Carl Schleussnerで，レントゲンの要請に応じて通常よりも乳剤を厚く塗布した乾板を提供した．アメリカでも既に1896年2月の時点で，John Carbuttが乳剤の厚いX線用乾板を発売し，これによって30分以上かかっていた手指の撮影が最短数秒に短縮したという[2]．このほかにもさまざまな感度向上をはかる工夫が重ねられたが，ガラス乾板は破損しやすい，重い，高価などの問題があった．ちなみに半切サイズ(14"x17")の乾板1枚の重さは900g，価格は1ドル(現在の約30ドル)であった．

乳剤

一般写真用のフィルムは1880年代から使われており，レントゲンの初報にも「フィルムも使用できる」 と書かれている．乾板にくらべると軽量ではあったが，破れやすい，反り返るなどの理由で普及せず，X線撮影には乾板が専ら好まれた．しかし，第一次世界大戦(1914～18)によってガラスの主な供給地であったベルギーがドイツに占領されて供給が途絶え，これに加えて戦場でのX線撮影の需要が急増したため，フィルムへの移行が急速に進む結果となった*．

写真フィルムは，乳剤と基剤からなり，感光物質であるハロゲン化銀**をゼラチンに均一に分散させた乳剤層が，基剤層の片面あるいは両面に塗布されている．

1914年，Eastman Kodak社はX線用片面乳剤フィルムを発売し（図2），これは当時の乾板よりも高感度であったが，やはり反り返ってしまうためにトレイでの現像が難しかった．1918年，同社は両面乳剤フィルム Dupli-Tizedを発売し，これを上下から2枚の増感紙で挟むことができるようになり，現在にいたるX線フィルム･スクリーン法の標準型となった[→関連文献]．

*日本では，1921年にEastman Kodak社のフィルムが初めて輸入され，その後AGFA社，Gevaert社のフィルムも使用された．1920年創立の慶應義塾大学病院では，1923年に乾板からフィルムに切替え，1920年代後半には他施設でも概ねフィルムが使われるようになった．1933年，小西六社(現 コニカミノルタ)が初の国産X線フィルム「さくらレントゲンフィルム」 の販売を開始，1934年に大日本セルロイド社(現 ダイセル)のフィルム部門が独立して創立された富士写真フィルム(現 富士フィルム)も製造販売を開始した[3]．

** 感光物質のハロゲン化銀には，AgBr, AgCl, AgIなどがあるが，高感度を必要とするＸ線フィルムの乳剤には，AgBr，AgIが約95:5の割合で使用されている．

基剤

当初フィルムの基剤は，透明でかつ折れにくい硝酸セルロース(セルロイド)であった．しかし，硝酸セルロースは非常に燃えやすく，静電気などによって容易に発火するという問題を抱えており，このため病院のフィルム保管庫からの出火が珍しくなかった．不燃性の酢酸セルロースを基剤とするフィルムは1906年に映画用に開発されていたが，X線はまだ乾板の時代であまり顧みられることはなく，硝酸セルロースの方が皺になりにくく安価であったことから，X線フィルムは1920年代まで硝酸セルロースが主流であった．

しかし1929年，アメリカのCleveland病院の火災事故で124名の犠牲者を出すに至り，硝酸セルロースを基剤とするフィルムの使用は禁止された．その後長らく不燃性の酢酸セルロース（tri­acetyl­cellulose，TAC）をベースとするフィルムが使用されたが，1960年代にDuPont社がポリエステル基剤（polyethylene terephthalate, PET）のフィルムを発売し，特に自動現像機に適していることから現像機の発展とともに広く普及し，現在に至っている．

写真乾板のX線に対する感度が可視光よりも小さいことから，蛍光物質を塗布した増感紙(screen)を併用して感度を増大しようとする考え方は初期からあった（図3）．1896年2月，アメリカ，コロンビア大学の物理学者Michael Pupinは，手の散弾銃創の患者の撮影を試みたが痛みのために長時間の撮影に耐えられず失敗した．しかし手元にあった友人Thomas Edisonから入手したタングステン酸カルシウムの蛍光スクリーンで透視したところ銃弾が明瞭に見えたので，写真乾板に蛍光板を重ねて再度撮影を試みたところわずか数秒で成功したという[4]．

その後も増感紙の併用はいろいろ試みられ，蛍光物質としては，レントゲンによるX線発見のきっかけともなったシアン化白金バリウム(BaPt(CN)4)が初期には多く使われた．しかしバリウムの蛍光は黄緑系で，透視にはよかったが短波長側に感度をもつ乾板撮影には必ずしも好適とはいえず，また粒状性が粗い，残光が長い，傷つきやすく頻繁な交換が必要などの問題があり，広く使われるには至らなかった．1916年，アメリカの技術者Carl Patterson(1888-1965)は，青色発光（主波長425nm）タングステン酸カルシウム(CaWO4) を使った粒状性の細かい，残光の短い増感紙を開発，さらに1921年には蛍光面に保護膜を加えて傷つきにくく洗浄可能なcleanable screenを発売して，増感紙の普及に大きく貢献した．またこれと前後して，前述のように1918年にEastman Kodak社から両面乳剤フィルムが発売され，フィルムを2枚の増感紙で挟む方法が可能となって撮影時間が大幅に短縮し，さらにほぼ同時期に実用化されたPotter-Buckyグリッドの普及と相俟って，X線写真の画質は大きく進歩することになった[→関連文献]．1934年にPatterson社が発売したPar-Speed Screenは，その後増感紙の標準となった．この青色発光増感紙と，分光増感*しないハロゲン化銀乳剤の固有感度を利用する組合わせはレギュラーシステムと呼ばれ，その後長らく臨床に供された．

1970年代に入って，カラーテレビ用蛍光物質の研究が進み，1972年にLockheed社が緑色発光（主波長490/545nm）稀土類蛍光物質(Gd2O2S, GOS)を発表し[7]，これを用いたより高速な増感紙と分光増感*により緑色分光感度をもつ感光材料を乳剤とするオルソフィルムの組合わせ，すなわちオルソシステムがその後広く普及して現在に至っている．

* 分光増感：写真乳剤のハロゲン化銀は青色光にしか感度を持たないが，これに適当な色素を加えることにより長波長光にも感光するようになる．これを分光増感といい，緑～黄色領域まで感度をもつortho­chromatic film（オルソフィルム），可視光全域にまで拡大した pan­chromatic film (パンクロフィルム）などがある．

X線撮影の初期から，特に体厚の大きい部分を撮影すると画像が不鮮明になることはすぐに知られるようになり，これが不規則なX線束，すなわち散乱線(あるいは二次線)の影響であることは容易に推測された．これを防ぐ方法としてまず試みられたのは，一般の写真機で既に使われていた「絞り」(diaphgragm)の発想で，穴のあいた鉛箔を管球の直下に置いたり，あるいは撮影範囲の形に合わせた鉛箔を被写体に被せるなどの方法であった．1904年，Albers-Schönberg は， X線管球にとりつける鉛製の円筒状の構造，いわゆる撮影筒(cone)を発明し，これは圧迫筒として使用して体厚を減らしたり，体動を抑制する効果もあった（図8）．これらはいずれもX線管と被写体の間に何らかの装置を置く方法で，X線管やその周囲からの散乱線低減に有効ではあったが，被写体自体から発生する散乱線には無力であった．

被写体の体内から発生する散乱線を防ぐには，被写体と乾板(あるいはフィルム)の間でこれを処理する必要がある．1913年，ドイツの放射線医 Gustav Bucky （ブッキー，1880-1963）は写真乾板の前面に金属格子（グリッド）を置くことによりこれを解決した(Bucky グリッド)[→原著論文]（図9．しかしグリッドそのものの陰影が写りこんでしまう問題があった．そこでその後，これを撮影時に運動させることによってグリッドの陰影をめだたないようにする方法を考えた（運動グリッド moving grid）．1920年，アメリカの放射線科医 Potter（ポッター，18801967）は，Buckyのような田の字型の交差状グリッド(cross grid)ではなく一方向のみの平行線構造として(parallel grid)，これをグリッドと垂直方向に運動させることによってグリッドの陰影を完全に消すことに成功した[→原著論文]．1921年，Eastman Kodak社のWilseyはグリッドの有用性を定量的に分析し，Buckyオリジナルのグリッドが同じ幅のPotter法に対して優位性がないことを示した[5]．同年，このPotter-Buckyグリッドは，1921年，GE社から市販され急速に普及し，現在も基本的に同じ構造のものが使われている．

グリッドを使用してなお同じ画質を維持するには照射線量を増やす必要があるが，おりしも1920年にEastman Kodak社が両面乳剤フィルム，両面増感紙のDupli-Tizedを発売してフィルムの感度が向上し，線量を増やすこと無くPotter-Buckyグリッドを使用できるようになった．また一般に撮影範囲が広いほど散乱線は増えるが，Potter-Buckyグリッドの利用によって14"×17"(半切サイズ)の撮影も容易となった．しかしこのサイズの乾板は重く高価であることから，このPotter-Buckyグリッドの普及が軽量，安価なフィルムへの移行を促す一因ともなった．

グリッドの陰影が写真に写らないようにする方法としては，Potter-Buckyグリッドのようなmoving grid法に対してほとんど画面に写り込まないほど薄い材質による静止グリッド（stationary grid）も考案された．スウェーデンの神経放射線科医Eric Lysholm (リスホルム，1891-1947)は，厚さ0.04mmという非常に薄い鉛箔を0.4mm間隔で平行にならべたグリッドを発明した．1926年，Schönander社が商品化したこのLysholmグリッドは，良くみると淡いグリッドの陰影が写っているが実用上問題にならない程度で，Potter-Buckyグリッドのような機械的な構造を持たないため小型軽量で扱いが容易である点で優れている．現在は，Potter-Buckyグリッド，Lysholmグリッド，いずれも利用されている．