CN101301222A - 成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种成像装置，在以诊断为目的的情况下克服X射线成像的高灵敏度测量困难的缺点和光成像的高空间分辨率测量困难的缺点。该成像装置具有X射线管(1)、对X射线和光具有灵敏度的检测器(10)和处理检测结果的处理部(104)，处理部(104)将检测器在X射线源的X射线照射期间内检测到的信号作为第1信号处理，将检测器在上述照射期间以外的期间内检测到的光信号作为第2信号处理。

Description

成像装置
技术领域
本发明涉及利用X射线和光来测定生物体的成像装置，主要用于以癌等疾病的早期诊断为目的的诊断装置领域。
背景技术
作为用于早期发现乳癌的装置，开发出乳房X线照相(mammography)装置，并在乳癌检查等中广泛利用。乳房X线照相装置是乳房专用的X射线摄影装置，可以检测出在肿瘤或癌细胞的周边产生的微小钙化。
专利文献1中介绍了利用光来使乳房等浑浊媒体的内部图像化的方法。本方法是将光照射到乳房上，测定在乳房内部散射的光。根据其测定数据计算乳房内部的光的吸收分布。特别是利用在血液中光被较强吸收的性质，检测出形成在癌细胞周边的营养血管。作为根据散射光的测定数据计算生物体内的光的吸收分布的方法，例如利用以下的非专利文献1所示的Diffuse Optical Tomography(DOT，扩散光层析技术)等方法。
主要以小动物等生物体为对象、向生物体内投放荧光性分子探针或发光性分子探针来测定在这些生物体内的分布的方法被开发出来并被广泛利用。上述荧光性分子探针或发光性分子探针对于在肿瘤等中特异地形成的目标分子可以具有选择性。因此具有对于微小的癌细胞也可以进行高灵敏度的测量的特长。现在开发出各种利用荧光性蛋白质或荧光性纳粒子等的荧光性分子探针和利用荧光素酶的发光性分子探针。以乳癌的检测为目的、向人体投放荧光性分子探针并利用DOT来进行成像的方法被尝试并在非专利文献2中报告。
[专利文献1]特表2001-510361号公报
[非专利文献1]David A.Boas等，“Imaging the Body withDiffuse Optical Tomography”，IEEE Signal Processing Magazine，Vol.18，No.6，pp.57-75，(2001)
[非专利文献2]Hawrysz D.J.等，“Development TowardDiagnostic Breast Cancer Imaging Using Near-Infrared OpticalMeasurements and Fluorescent Contrast Agents”，Neoplasia，Vol.2，No.5，pp.388-417(30)(2000)
发明内容
发明所要解决的技术问题
乳房X线照相装置可以进行具有数+μm程度的高空间分辨率的测量，对于微小钙化的检测特别有效。但是，在乳房X线照相图像的读影时一般需要高的熟练度，存在会发生病变遗漏的问题。另外，读影时需要时间，因此存在对读影医师的负担大的问题。
使用光的乳房成像与乳房X线照相装置相比具有不受X射线照射的优点，但其空间分辨率低至数mm～数cm的程度，存在难以确定病变部位位置的问题。另外，利用荧光性分子探针或发光性分子探针的乳房成像虽然还具有对于病变的检测具有高灵敏度的优点，但其空间分辨率仍然低至数mm～数cm的程度，存在难以确定病变部位位置的问题。这种空间分辨率的低下起因于乳房内的光的散射，因此人们进行了改良DOT的算法的种种尝试。但是，一般在利用光的生物体成像中，难以提高空间分辨率。
解决技术问题的技术方案
本发明采用的技术方案概要如下。
(方案1)
一种成像装置，其特征在于，具有：向被检体照射X射线的X射线源；隔着被检体与X射线源相对并且检测X射线和光的第1检测器；和处理第1检测器的检测结果的处理部，其中，处理部将第1检测器在X射线源照射X射线的照射期间内检测到的X射线信号作为第1信号处理，将第1检测器在X射线照射期间以外的期间内检测到的光信号作为第2信号处理。由此可以通过一次检查进行X射线成像和利用发光性分子探针的光成像。在以乳房作为检查对象的情况下，可以通过一次检查得到空间分辨率高的乳房X线照相图像和病变检测灵敏度高的光图像。因此，通过组合两者的优点，可以减少病变的遗漏，减轻读影负担，从而提高诊断能力。
(方案2)
如方案1所述的成像装置，其特征在于，第1检测器的受光部由对波长在X射线以上且在红外线以下的范围内的光具有灵敏度的光导电体材料形成。由此可以用一个检测器检测出X射线和光这两者。
(方案3)
如方案1所述的成像装置，其特征在于，第1检测器的受光部由闪烁体材料形成，闪烁体材料使波长在可见光以上且在红外线以下的范围内的光的一部分透过。通过利用闪烁体将X射线信号变换成光信号，可以进行利用光传感器的X射线成像。另外，从被检体输出的光可以透过闪烁体由光传感器检测出，因此可以用一个检测器检测出X射线和光这两者。
(方案4)
如方案1所述的成像装置，其特征在于，第1检测器由对X射线具有灵敏度的X射线检测层和对波长在可见光以上且在红外线以下的范围内的光具有灵敏度的光检测层这2层构成。由光检测层检测出从被检体输出的光，并且从被检体输出的X射线在透过光检测层后由X射线检测层检测出。由此可以用一个检测器检测出X射线和光这两者。
(方案5)
如方案1所述的成像装置，其特征在于，具有将从被检体的外表面输出的光引导到第1检测器的受光面的导光部。由此可以防止由于在被检体表面与第1检测器之间的空间中产生的光的扩散引起的模糊，从而防止光成像中空间分辨率的降低。
(方案6)
如方案5所述的成像装置，其特征在于，导光部具有除去在被检体内部散射的X射线的一部分的功能。由此，在X射线成像和光成像这两者中都可以防止空间分辨率的降低。
(方案7)
如方案1所述的成像装置，其特征在于，处理部具有将第1信号和第2信号合成在同一图像上的功能。由此可以在同一图像上确认X射线图像和光图像，从而两者的位置关系变得明确，可以减少病变的遗漏，减轻读影负担。
(方案8)
如方案1所述的成像装置，其特征在于，具有向被检体照射波长在紫外线以上且在红外线以下的范围内的光的光源。由此，除了X射线成像外，还可以通过一次检查进行利用光的血管成像或利用荧光性分子探针的光成像。
(方案9)
如方案8所述的成像装置，其特征在于，具有在接触被检体的状态下支撑被检体的支撑部，支撑部具有将从光源照射的光引导到被检体的导光功能。由此可以减少被检体表面上的光反射，防止向被检体内部的光的入射强度的降低。
(方案10)
如方案1所述的成像装置，其特征在于，具有配置在X射线源与被检体之间并且检测光的第2检测器，处理部将第1检测器在X射线源照射X射线的照射期间内检测到的光信号作为第1信号处理，将第1检测器和第2检测器在照射期间以外的期间内检测到的信号分别作为第2信号和第3信号处理。由此可以利用第2检测器检测出从与配置有第1检测器的一侧相反一侧的被检体表面输出的光，因此可以扩大光成像中的摄影范围，提高灵敏度。
(方案11)
一种成像装置，其特征在于，具有：向被检体照射X射线的X射线源；隔着被检体与X射线源相对并且检测X射线的第1检测器；配置在X射线源与被检体之间并且检测光的第2检测器；配置在被检体与第1检测器之间并且检测光的第3检测器；和处理第1～3检测器的检测结果的处理部，其中，处理部将第1检测器在X射线源照射X射线的照射期间内检测到的X射线信号作为第1信号处理，将第3检测器和第2检测器在照射期间以外的期间内检测到的光信号分别作为第2信号和第3信号处理。由此可以利用第1检测器测量X射线图像，并且分别利用第3、第2检测器检测出从配置有第1检测器的一侧以及其相反侧的被检体表面输出的光。因此，可以组合X射线图像与2个光图像，可以减少病变的遗漏，减轻读影负担，从而提高诊断能力。
(方案12)
如方案10和11所述的成像装置，其特征在于，处理部具有将第1信号、第2信号和第3信号合成在同一图像上的功能。由此可以在同一图像上确认X射线图像和2个光图像，从而两者的位置关系变得明确，可以减少病变的遗漏，减轻读影负担。
(方案13)
如方案11所述的成像装置，其特征在于，具有配置在X射线源与被检体之间的反射镜、会聚由反射镜反射的光的透镜以及检测由透镜会聚的光的第2检测器，处理部将第1检测器在X射线源照射X射线的照射期间内检测到的X射线信号作为第1信号处理，将第1检测器和第2检测器在X射线照射期间以外的期间内检测到的光信号分别作为第2信号和第3信号处理。由此可以利用第2检测器检测出从与配置有第1检测器的一侧相反一侧的被检体表面输出的光，因此可以扩大光成像中的摄影范围，提高灵敏度。
(方案14)
一种成像装置，其特征在于，具有：向被检体照射X射线的X射线源；隔着被检体与X射线源相对并且检测X射线的第1检测器；配置在X射线源与被检体之间的第1反射镜；会聚由第1反射镜反射的光的第1透镜；检测由第1透镜会聚的光的第2检测器；配置在被检体与第1检测器之间的第2反射镜；会聚由第2反射镜反射的光的第2透镜；检测由第2透镜会聚的光的第3检测器；和处理第1～3检测器的检测结果的处理部，其中，处理部将第1检测器在X射线源照射X射线的照射期间内检测到的X射线信号作为第1信号处理，将第3检测器和第2检测器在X射线照射期间以外的期间内检测到的光信号分别作为第2信号和第3信号处理。由此可以利用第1检测器测量X射线图像，并且分别利用第3、第2检测器检测出从配置有第1检测器的一侧以及其相反侧的被检体表面输出的光。因此，可以组合X射线图像与2个光图像，可以减少病变的遗漏，减轻读影负担，从而提高诊断能力。
(方案15)
如方案13和14所述的成像装置，其特征在于，具有测定被检体的尺寸的尺寸测定部件和根据尺寸测定部件的测定结果变更透镜的配置来调整焦点的焦点调整部。由此可以防止由于被检体尺寸的差异引起的焦点的模糊，从而防止光成像中空间分辨率的降低。
(方案16)
如方案13和14所述的成像装置，其特征在于，处理部具有将第1信号、第2信号和第3信号合成在同一图像上的功能。由此可以在同一图像上确认X射线图像和2个光图像，从而两者的位置关系变得明确，可以减少病变的遗漏，减轻读影负担。
(方案17)
如方案16所述的成像装置，其特征在于，具有测定被检体的尺寸的尺寸测定部件，处理部具有根据尺寸测定部件的测定结果调整第1信号和第3信号的合成位置的功能。由此，在合成X射线图像和光图像时可以防止由于被检体尺寸的差异引起的两者的位置偏差，从而提高位置精度。
(方案18)
如方案10、11、13和14所述的成像装置，其特征在于，处理部具有根据第2信号和第3信号计算被检体内部的发光或吸光强度分布的功能。由此，除了X射线图像外，还可以通过一次检查一起取得被检体内部的发光或吸光强度分布。可以推定被摄体内部的病变位置，从而提高诊断能力。
(方案19)
如方案10、11、13和14所述的成像装置，其特征在于，处理部具有计算在被检体内部的X射线束路径上对发光或吸光强度分布进行积分后得到的假想信号的功能、以及将第1信号和假想信号合成在同一图像上的功能。由此可以生成相对假想的X射线源对发光强度分布或吸光强度分布进行投影后得到的假想图像，并且可以将其与X射线图像重叠，因此可以防止两者的位置偏差，并且提高光图像的空间分辨率。
发明效果
根据本发明，可以在保持被检体的位置关系的情况下，几乎同时地进行X射线成像和光成像。由此，可以容易地融合空间分辨率高的X射线图像和灵敏度高的光图像，从而可以进行目前困难的病变的检测，减少遗漏，提高诊断能力。
附图说明
图1是本发明实施方式1的成像装置的示意图。
图2是示出被检体的配置方法的图。
图3是示出作为摄影过程模式的一例的X射线-光摄影模式中的X射线摄影和光摄影的定时的图。
图4是示出作为摄影过程模式的另一例的光-X射线-光摄影模式中的X射线摄影和光摄影的定时的图。
图5是示出作为摄影过程模式的又一例的光-X射线摄影模式中的X射线摄影和光摄影的定时的图。
图6是示出与光摄影和X射线摄影相关的一系列动作流程的图。
图7是示出使光摄影图像相加得到的相加图像的例子的示意图。
图8是示出合成了X射线图像和光摄影图像的相加图像后得到的合成图像的例子的示意图。
图9是示出荧光摄影模式下的激励光、荧光以及X射线的行进路径的示意图。
图10是示出散射线除去栅的结构的图。
图11是示出检测器的结构例的截面图。
图12是示出检测器的另一结构例的截面图。
图13是示出检测器的又一结构例的截面图。
图14是本发明实施方式2的成像装置的示意图。
图15是示出通过合成X射线图像和从被检体的上面侧和下面侧拍摄的2个光摄影图像的相加图像而得到的合成图像的例子的示意图。
图16是示出将CCD相机拍摄的光图像与检测器拍摄的X射线图像合成时的合成位置修正方法的图。
图17是与2个光摄影和X射线摄影相关的一系列动作流程的图。
图18是示出利用DOT计算的光断层像和相对其假想投影源S的投影像的生成方法的图。
图19是本发明实施方式3的成像装置的示意图。
图20是本发明实施方式4的成像装置的示意图。
符号说明
1：X射线管
2：准直仪
3：光源
4：光扩散板
5：压迫板
6：被检体
7：光学滤波器
8：导光板
9：散射线除去栅
10：检测器
1400：反射镜
1401：CCD相机
具体实施方式
以下根据附图详细说明本发明的实施例。
[实施方式1]
图1是本发明实施方式1的成像装置的示意图。以下设相对于图1的纸面的水平方向为X方向、垂直方向为Y方向、上下方向为Z方向。本实施方式1的成像装置由X射线管1、准直仪2、光源3、光扩散板4、压迫板5、光学滤波器7、导光板8、散射线除去栅9、检测器10、摄影控制装置101、控制台102、存储器103、运算装置104、监视器105等构成。另外，本实施方式1中记载的成像装置作为对象的被摄体6是乳房。
X射线管1是在乳房X线照相装置中使用的公知的X射线管。准直仪2是用于在X方向和Y方向上限制从X射线管1照射的X射线的照射范围的公知的准直仪。上述照射范围通常被设定成使得X射线被照射在与检测器10的X射线检测面相同的区域中，但可以根据诊断用途而改变。压迫板5以及与压迫板5的上面接合配置的光扩散板4具有以XY方向为面的板形状。压迫板5是无色透明的板，由丙烯或玻璃等形成。光源3以与光扩散板4在X方向上的两端面相接的方式相对光扩散板4固定配置。
光源3如后所述是为了将激励光照射到投放到被检体6内部的荧光性分子探针上而准备的光源。另外，光源3如后所述还用作被检体6的吸光成像时的照射光源。在光源3中使用的发光元件的代表例是LED(发光二极管)，在光扩散板4在X方向上的两端面上沿Y方向配置多个LED。光源3可以相对于光扩散板4装卸，可以根据使用目的更换成不同波长的光源。另外，上述光源3的结构不限于本例，例如也可以预先配置波长不同的多个LED光源，由用户根据使用目的来切换波长。并且，也可以使用氙灯等公知光源来代替LED。光扩散板4使用在液晶显示器的背光灯等中使用的公知的光扩散板。
从光源3照射的光在光扩散板4内部沿XY方向大致均匀地扩散后沿Z方向输出，透过压迫板5后入射到被检体6。光扩散板4可以相对于压迫板5装卸，可以根据使用目的来选择光扩散板4的有无。压迫板5在Z方向上的位置可以利用未图示的移动机构来调整，可以根据被检体6的尺寸进行种种变更。压迫板5具有一边压迫一边固定被检体6并使其在Z方向上的厚度均匀的功能。通过被检体6的厚度的均匀化，可以扩大X射线图像的动态范围，同时可以减少X射线照射。另外，压迫板5还具有如下功能：将从光扩散板4输出的光导向被检体6，并且减少被检体6的表面上的光的反射，从而防止入射到被检体6内部的光量的减少。
检测器10是以XY方面为面的二维检测器，如后所述在其检测面上矩阵状地形成对X射线和光具有灵敏度的多个传感元件。检测器10的检测面尺寸的代表例分别是250mm(X方向)和200mm(Y方向)，但不限于此。上述传感元件的矩阵尺寸的代表例是5000像素(X方向)和4000像素(Y方向)，但不限于此。在检测器10的上面以覆盖其整个检测面的方式配置有散射线除去栅9、导光板8和光学滤波器7。光学滤波器7具有遮断由光源3产生的激励光向检测器10的入射、并且使投放到被检体6内部的荧光性分子探针放射的荧光透过的功能，利用公知的波长选择性滤波器。光学滤波器7可以装卸，并且可以根据使用目的来选择其有无。
导光板8具有的功能是，防止由于从其上面侧入射的光在XY方向上的扩散导致的空间分辨率的降低。另外导光板8还具有保护散射线除去栅9和检测器10不受被检体6压迫时的压力的保护盖的功能。导光板8可以利用在公知的光纤板或微透镜阵列、液晶监视器中用于防止窥视的视野角限制滤波器等。散射线除去栅9具有遮断在被检体6的内部散射的X射线的功能。散射线除去栅9利用相对X射线管1的X射线产生点具有指向性的收敛栅。另外，该散射线除去栅9可以使从被检体6输出的光的一部分透过，关于其详细结构将后述。
以下说明本实施方式1的成像装置的动作。该成像装置可以拍摄被检体6的X射线图像，对于光摄影，可以进行由荧光性分子探针、发光性分子探针以及吸光分布构成的3种摄影。以下将以上3种摄影模式称为荧光摄影模式、发光摄影模式和吸光摄影模式。以下说明各摄影模式下的动作。
在荧光摄影模式中，在摄影之前向被检者的体内投放公知的荧光性分子探针。上述投放利用注射投放和经口投放等方法。另外，在摄影之前配置光源3、光扩散板4和光学滤波器7。在光源3中，结合所使用的荧光性分子探针，选择产生从可见光到紫外线区域的适当波长的激励光的光源。另外，光学滤波器7选择对上述激励光具有遮断性并且对于从荧光性分子探针放射的荧光具有透过性的适当的波长选择性滤波器。而且，在摄影之前，检查者经由控制台102设定摄影模式、摄影条件以及摄影过程模式等条件。这里，在摄影模式的设定中，选择荧光摄影模式。在摄影条件的设定中，设定X射线摄影时的摄影条件(X射线管的管电压、管电流、摄影时间)和光摄影时的摄影时间等。并且，在摄影过程模式的设定中，规定X射线摄影和光摄影的顺序。摄影过程模式的详细情况将后述。
在从荧光性分子探针的投放开始经过了规定时间的时刻，检查者首先配置作为被检者的乳房的被检体6，在利用压迫板5压迫的状态下固定。然后，检查者经由控制台102指示摄影开始。指示了摄影开始后，摄影控制部件101按照摄影过程模式的设定，利用后述方法交互进行X射线摄影和光摄影。此时，在X射线摄影时，摄影控制装置101在断开光源3的同时，控制来自X射线管1的X射线的照射定时和检测器10的摄影定时，拍摄被检体1的X射线图像，并将得到的数据记录在存储器103中。另外，在光摄影时，摄影控制装置101在断开来自X射线管1的X射线照射的同时，控制来自光源3的激励光的照射定时和检测器10的摄影定时，拍摄被检体1的光图像，并将得到的数据记录在存储器103中。如后所述光图像的摄影通常实施多次，在各摄影中得到的光图像分别被记录在存储器103中。在所有的摄影结束的同时，运算装置104以后述方法合成上述X射线图像和光图像，将结果显示在监视器105上。
在发光摄影模式中，在摄影之前向被检者的体内投放公知的发光性分子探针。上述投放利用注射投放和经口投放等方法。由于发光性分子探针自身发光，因此不需要激励光。因此在摄影之前去掉光源3、光扩散板4和光学滤波器7。并且，在摄影之前，检查者经由控制台102设定摄影模式、摄影条件以及摄影过程模式等条件。这里，在摄影模式的设定中，选择发光摄影模式。摄影条件的设定和摄影过程模式的设定与荧光摄影模式的情况相同，因此省略说明。在从发光性分子探针的投放开始经过了规定时间的时刻，检查者按照与荧光摄影模式同样的过程配置被检体6并指示摄影开始。以下的摄影过程除了在光摄影时不进行来自光源3的激励光的照射这一点之外，与荧光摄影模式相同，因此省略说明。
在吸光摄影模式中，不必进行荧光性分子探针或发光性分子探针的事先投放。首先，在摄影之前配置光源3和光扩散板4，去掉光学滤波器7。在光源3中选择相对血液吸收度比较高、在血液以外的生物体组织中透过性高的从近红外线到红外线的光源。在摄影之前，检查者经由控制台102设定摄影模式、摄影条件以及摄影过程模式等条件。这里，在摄影模式的设定中，选择吸光摄影模式。摄影条件的设定和摄影过程模式的设定与荧光摄影模式的情况相同，因此省略说明。然后，检查者配置被检体6并经由控制台102指示摄影开始。以下的摄影过程与荧光摄影模式的情况相同，因此省略说明。
图2是示出作为被检者202的乳房的被检体6的配置方法的图。X射线管1和准直仪2在由保护盖201覆盖的状态下，由未图示的固定工具固定在支撑台200上。压迫板5由支撑台200支撑，可以利用未图示的移动机构沿Z方向移动位置。检测器10、散射线除去栅9和导光板8一体地由未图示的固定工具固定在支撑台200上。被检者202以立位或坐位的状态将作为乳房的被检体6配置在导光板8上，或者在使用光学滤波器7的情况下配置在光学滤波器7的上部。检查者调整压迫板5的位置，在将被检体6压迫成适当的厚度的状态下固定压迫板5的位置，结束被检体6的配置作业。
图3是作为摄影过程模式的一例的X射线-光摄影模式下的X射线摄影和光摄影的定时图。在图3中，XE表示X射线管1的X射线照射定时，XI表示检测器10的X射线图像的摄影定时，OE表示光源3的光照射定时，OI表示检测器10的光摄影定时。另外，t表示时间。在发光摄影模式下进行光摄影的情况下，由于不使用光源，因此不需要进行图示的光源3的光照射定时OE的控制。
在X射线-光摄影模式下，首先，在时刻tx1到tx2之间进行X射线照射300，与此同步地实施X射线摄影301。X射线照射期间(tx2-tx1)通常为数ms～数百ms的程度。上述X射线照射期间可以由检查者预先指定，也可以利用图1中未图示的公知的自动曝光机构在X射线摄影中自动控制。在结束了X射线摄影后，在时刻to1～to2之间重复实施光摄影303。光摄影303的重复间隔由充入光信号的充入期间Tc和信号读出期间Tr规定。Tc和Tr的代表例分别是1s、17ms。光摄影303的重复次数结合要检测的光强度通常被设定为数次～数百次的程度。此时，检查对象的光摄影期间(to2-to1)为数秒～数十分的程度。通过上述光摄影得到的多个图像如后所述相加，在摄影期间中在监视器105上显示其相加图像。因此，检查者可以一边确认上述显示图像，一边在得到适当信号的时刻结束光摄影。在需要光源3的光照射的荧光摄影模式和吸光摄影模式下，通常在上述光摄影期间(to2-to1)连续照射光。其中在荧光摄影中，在进行利用时间分解荧光法的光摄影时，可以对光进行脉冲照射。这种情况下，控制光脉冲的照射定时，以便在光信号的充入期间Tc之前照射激励光脉冲，在脉冲照射结束从而激励光或背景荧光收敛之后开始光信号的充入。
图4是作为摄影过程模式的另一例的光-X射线-光摄影模式下的X射线摄影和光摄影的定时图。与图3所示的X射线-光摄影模式的不同点在于，X射线摄影期间(tx1～tx2)设置在第1光照射期间(to1～to2)与第2光照射期间(to3～to4)之间。由此可以缩小X射线摄影期间和光摄影期间的定时偏差的幅度。在图4中，由于在发光摄影模式下进行光摄影的情况下不使用光源，因此也不需要图示的光照射定时OE的控制。
图5是作为摄影过程模式的又一例的光-X射线摄影模式下的X射线摄影和光摄影的定时图。与图3所示的X射线-光摄影模式的不同点在于，X射线摄影期间(tx1～tx2)设置在光照射期间(to1～to2)之后。由此可以在光摄影失败的情况下中止X射线摄影，防止检查者的无效受照射。在图5中，由于在发光摄影模式下进行光摄影的情况下不使用光源，因此也不需要图示的光照射定时OE的控制。
图6是示出与光摄影和X射线摄影相关的一系列动作流程的图。在本例中假定图5所示的光-X射线摄影模式作为摄影过程模式。首先，检查者在摄影之前指定摄影模式、摄影条件和摄影过程模式(步骤601)。然后，检查者指示光摄影的开始(步骤602)，从而光摄影开始(步骤603)。上述光摄影重复多次，生成所取得的所有图像的相加图像(步骤604)。这样的相加图像通过在每次取得新的摄影图像时将其追加相加到以前的相加图像上而生成。并且相加图像在每次生成新的图像时被更新显示(步骤605)。
检查者一边确认上述相加图像，一边在判断出得到期望光量的相加图像的时刻指示X射线摄影的开始(步骤606)，结束光摄影(步骤S607)。另外，检查者还可以在判断出没有得到期望光量的相加图像的时刻指示摄影中止(步骤611)，强制结束摄影。在没有指示X射线摄影的开始和摄影中止的情况下，再次返回步骤603，重复光摄影。在步骤607中结束了光摄影后，立即实施X射线的照射和摄影(步骤608)。通过X射线摄影得到的X射线图像与在步骤604中最终生成的相加图像合成，生成合成图像(步骤609)。最后显示合成图像(步骤610)，结束所有的动作。
上述步骤601、602、606和611由检查者经由图1所示的控制台102设定和指示。另外，上述步骤604和609的运算由图1中所示的运算装置104计算。运算装置104使用专用处理器或公知的通用处理器等。并且，在上述步骤605和610中的图像显示中使用图1所示的监视器105。
图7是示出使光摄影图像相加得到的相加图像的例子的示意图。在图7中，显示区域700表示监视器105的显示区域。在被检体6的内部，如果有荧光性分子探针或发光性分子探针的浓度高的区域，则在其附近的被检体6的外表面上观测到强光。因此，在相加图像中观测到光强度分布，在病变附近的区域701、702、703观测到比较强的光。但是，上述区域的空间分辨率通常为数mm～数cm，光的发光源离检测器10越远，分辨率越低。因此，仅利用上述光图像难以确定病变位置。另一方面，在吸光摄影模式下，在被检体6内部的血管中，由于从光源3照射的光被较强吸收，因此在其附近的被检体6的外表面上观测到的光量减少。因此，在相加图像中观测到光强度分布，在病变附近(集中在癌细胞周边的营养血管)的区域701、702、703中观测到比较弱的光。但是，与荧光摄影模式和发光摄影模式的情况同样，上述区域的空间分辨率通常为数mm～数cm，难以确定病变的位置。
图8是示出合成了X射线图像和光摄影图像的相加图像后得到的合成图像的例子的示意图。通过在光图像中合成X射线图像，可以附加被检体6的外形800或内部组织的详细信息。另外，在生成合成图像时，通过针对以灰度等级显示的X射线图像来加色显示光图像信息，可以同时显示两者的信息。另外还可以根据用户指定自由地切换显示合成图像、仅显示X射线图像、仅显示光摄影图像。通过在X射线图像中合成光图像，可以容易地确认病变部位存在概率高的区域。因此，即使在病变微小的情况下，也可以减少对其的遗漏，提高诊断能力，同时可以减轻读影医师的负担。
图9是示出荧光摄影模式下的激励光、荧光以及X射线的行进路径的图。从光源3照射的激励光在光扩散板4内部扩散后，由印刷在光扩散板4表面上的未图示的公知的反射点散射，经由压迫板5入射到被检体6中。此时，一部分激励光902在被检体6内部重复多次散射后，入射到光学滤波器7中并被吸收。还有一部分激励光903由荧光性分子探针904吸收。荧光性分子探针904利用在上述吸收时得到的能量产生荧光905。在激励光903被变换成荧光905的过程中，一部分能量被变换成热，因此荧光905的波长比激励光903低。激励光903在被检体6内部多次散射后，透过光学滤波器7、导光板8以及散射线除去栅9，然后由检测器10检测出来。
另一方面，从X射线管1照射的X射线中的一部分X射线900在透过光扩散板4、压迫板5、光学滤波器7、导光板8以及散射线除去栅9后由检测器10检测出来。还有一部分X射线901在被检体6内部散射后，透过光学滤波器7和导光板8，在散射线除去栅9中被吸收。另外，为了尽可能地减少光扩散板4和压迫板5对X射线的吸收和导光板8对X射线及光的吸收，最好在刚性没有问题的范围内较薄地制成这些板的厚度。特别是导光板8，在不使用它的情况下，如后所述，散射线除去栅9也具有导光功能。因此，如果散射线除去栅9具有足够的刚性，则可以不使用导光板8。
图10是示出散射线除去栅9的结构的图。散射线除去栅9由将入射的X射线沿水平方向分割的隔板1000和沿垂直方向分割的隔板1001形成，具有交叉阴影线状的形状。隔板1000和1001使用铜等材料。各格子的开口部分为中空，在该部分透过X射线和光。另外，可以通过用丙稀等透明材料填埋上述中空部分，使散射线除去栅9具有刚性。隔板1000和1001斜向配置，使其分别相对X射线管1的焦点方向具有指向性。另外，格子间距的代表例是0.45mm，利用开口部分的宽度D和高度h规定的栅比例h/D的代表例是4。
图11是示出检测器10的结构例的截面图。本例的检测器10由共用电极1100、光导电体层1102、像素电极1101、电路基板1103等构成。这些结构等同于在乳房X线照相装置等中目前使用的公知的直接变换型X射线检测器的结构，各构成要素的材料也使用公知的材料。
共用电极1100形成在光导电体层1102的整个上面。共用电极1100的素材为了确保光透过性而使用透明的ITO。光导电体层1102的素材的代表例是a-Se，对X射线和光具有灵敏度。a-Se层的厚度的代表例是0.3mm。另外，作为光导电体层1102的素材的其它例子，可以举出GdTe、CdZnTe、HgI2、PbI2、CdSe、PbO、CdS、ZnO等。像素电极1101矩阵状地形成在电路基板1103的上面，构成检测器10的检测像素。另外，像素电极的配置间距的代表例是50[μm]，像素电极的矩阵数的代表例是5000像素×4000像素。在本图中为了简单仅示出配置在一个方向上的3个像素电极1101a～1101c。另外，a-Se层通过在电路基板1103上蒸镀硒而形成，因此a-Se层与像素电极之间被电连接。另外，共用电极1100与像素电极1101之间通过未图示的电源施加有电压。共用电极相对像素电极1101的电位的代表例是3[kV]。电路基板1103是在玻璃基板上利用a-Si或p-Si以公知技术形成了元件的基板，在各像素电极1101a～1101c上分别连接TFT(薄膜晶体管)开关1104a～1104c和电容Ca～Cc的一端。电容Ca～Cc的另一端与地线1106连接，被提供地电位。另外，TFT开关1104a～1104c的另一端经由数据读出线1105与积分放大器1107连接。
X射线的光子XP或光的光子OP入射到检测器10中后，它们在透过共用电极1100后在光导电体层1102的内部被检测出，生成电子-空穴对。但是，针对1个光的光子OP生成的电子-空穴对的个数顶多为1个，而针对1个X射线光子XP生成的电子-空穴对的个数达到数百～数千个的程度。上述电子和空穴由于共用电极-像素电极间的电场而沿各电极方向移动，在电容Ca～Cc中作为信号电荷蓄积。通过使TFT开关1104a～1104c的栅电极Ga～Gc依次导通，上述信号电荷经由数据读出线被传送到电荷放大器1107，并被依次读出。在需要高的空间分辨率的X射线摄影中，如上例所示，每次一个像素地读出信号电荷。而在不需要高的空间分辨率的光摄影中，例如通过使栅电极Ga～Gc同时导通，可以使3个像素的信号电荷相加来一次读出。通过这样的像素相加，可以实现信号电荷读出的高速化。
图12是示出检测器10的另一结构例的截面图。本例的检测器10由闪烁体层1200和电路基板1201构成。这些结构等同于在数字X线照相装置中目前使用的公知的间接变换型X射线检测器的结构，各构成要素的材料也使用公知的材料。
闪烁体层1200的素材的代表例是GOS(Gd2O2S)，将X射线变换成光，并且具有透明的、使具有可见光以上红外线以下范围的波长的光的一部分透过的性质。GOS层的厚度的代表例是0.3mm。作为闪烁体层1200的素材的其它例子，可以举出CsI、NaI、CWO、BGO、GSO、LSO、YSO、YAP等。在电路基板1201上矩阵状地形成多个光电二极管Pd，构成检测器10的检测像素。光电二极管PD的配置间距的代表例是50[μm]，其矩阵数的代表例是5000像素×4000像素。在本图中为了简单仅示出配置在一个方向上的3个光电二极管PDa～PDc。电路基板1201是在玻璃基板上利用a-Si或p-Si以公知技术形成了元件的基板，各光电二极管PDa～PDc的一端分别连接在TFT开关1104a～1104c上。另外，TFT开关1104a～1104c的另一端经由数据读出线1105与积分放大器1107连接。并且，各光电二极管PDa～PDc的另一端与电源线1202连接，向光电二极管PDa～PDc的两端供给反向偏置的电压。
X射线的光子XP入射到检测器10中后，在闪烁体层1200的内部被吸收，产生数百～数千个左右的光的光子。这些光的光子由光电二极管PD检测出。另外，光的光子OP入射到检测器10中时，在透过闪烁体层1200后由光电二极管PD检测出。由光电二极管PDa～PDc检测出的信号电荷在充入到光电二极管PDa～PDc的结电容中后，按照与在图11中说明的方法同样的过程，通过控制TFT开关1104a～1104c而读出。
图13是示出检测器10的又一结构例的截面图。本例的检测器10具有在X射线检测器1301的前面配置了光检测器1300的2层结构。此时，入射到检测器10中的X射线的光子XP在透过光检测器1300后由X射线检测器1301检测出。入射到检测器10中的光的光子OP由光检测器1300检测出。光检测器1300可以使用与图12所示的电路基板1201相同结构的光电二极管阵列。另外，X射线检测器1301可以使用与图11或图12所示的检测器相同结构的X射线检测器。
[实施方式2]
图14是本发明实施方式2的成像装置的示意图。本实施方式2的成像装置的结构和动作方法与实施方式1的相同之处很多，因此以下省略相同之处的说明，仅说明不同之处。
首先，结构上的不同点如下。在X射线管1与被检体6之间配置反射镜1400，并且配置用于拍摄在反射镜1400中映出的被检体6的像的CCD相机1401。另外，在被检体6的上部配置导光板8b，具有压迫固定被检体6的功能，并且具有在导光板8b的上面部分显示从被检体6的上侧表面输出的光像的功能。导光板8b可以沿Z轴方向移动，并且设置有用于测定导光板8b的下面部分的位置的位置测定装置1403。如后所述，位置测定装置1403测定的导光板8b的位置信息用于图像合成时的位置修正或CCD相机1401的焦点修正。图中的1402是光源。
其次，动作方法的不同点如下。在荧光摄影模式、发光摄影模式以及吸光摄影模式下实施的所有光测量还由CCD相机1401与检测器10进行的光摄影同步地实施。由检测器10和CCD相机1401取得的图像全部记录在存储器103中。运算装置104以后述的方法合成X射线图像、由检测器10拍摄的光图像以及由CCD相机1401拍摄的光图像。在X射线摄影时从X射线管1照射的X射线透过反射镜1400、导光板8b、光学滤波器7b后照射到被检体6上，并在透过被检体6后透过光学滤波器7a、导光板8a和散射线除去栅9，然后由检测器10检测出。
本实施方式2的成像装置可以拍摄从被检体6的下面侧和上面侧这两面输出的光。因此，具有的特长是，可以检测出利用实施方式1的成像装置困难的、位于被检体6内部的比较上部方向的病变的检测。另一个大的特长在于，如后所述，如果向上述2个摄影图像应用非专利文献1所示的DOT方法，则可以计算被检体内部的荧光、发光及吸光分布的断层像。由此可以进行更高空间分辨率的光测量，通过与X射线图像组合，可以进一步提高诊断能力。
图15是示出通过合成X射线图像和从被检体6的上面侧和下面侧拍摄的2个光摄影图像的相加图像而得到的合成图像的例子的示意图。在本例中，除了图8所示的合成图像外，还追加从被检体6的上面侧拍摄的光图像1500。另外，在生成合成图像时，对于用灰度等级显示的X射线图像，用不同的颜色对上述2个光图像信息加色。由此，检查者可以把握病变部分在深度方向上的位置信息。
图16是示出在将CCD相机1401拍摄的光图像与检测器10拍摄的X射线图像合成时的合成位置修正方法的图。从被摄体上面侧的表面位置P2输出的光在由导光板8b引导后输出到位于P2的大致正上方的位置P3。因此，CCD相机1401的透镜1600必须调整成在导光板8b的上面聚焦。此时，导光板8b的位置由于被检体6的尺寸而有种种不同，因此上述焦点调整根据位置测定装置1403测量的导光板8b的上面位置来实施。从上述P2输出的光由CCD相机1401在位置P3观测到，而通过P2的X射线束B在检测器10上在位置P1观测到。现在若以X射线产生点S为原点，设位置P1和位置P3在X方向上的位置分别为X1、X3，则X1与X3成立如下的关系。
X1＝X3＊Z1/(Z1-Z2)                ...(1)
其中，Z1为X射线产生点S与检测器10的输入面的距离，Z2为导光板8的下面与检测器10的输入面的距离。同样，若设位置P1和位置P3在Y方向上的位置分别为Y1、Y3，则Y1与Y3成立如下的关系。
Y1＝Y3＊Z1/(Z1-Z2)                ...(2)
因此，对于CCD相机1401拍摄的光图像，只要在利用上式(1)和(2)进行了比例变更后与X射线图像合成，就可以修正两者的位置偏差。这样的修正可以通过根据位置测定装置1403的测量结果计算Z2，对任意的被检体尺寸实施。
图17是与2个光摄影和X射线摄影相关的一系列动作流程的图。在本例中假定图5所示的光-X射线摄影模式作为摄影过程模式。首先，检查者在摄影之前指定摄影模式、摄影条件和摄影过程模式(步骤1701)。然后，检查者指示光摄影的开始(步骤1702)，从而同时开始由检测器10进行的光摄影a(步骤1703)和由CCD相机1401进行的光摄影b(步骤1704)。此时，对于通过光摄影b拍摄的光图像，按照在图16中说明的方法进行位置修正(步骤1705)。然后，进行了上述位置修正的光图像与通过光摄影a拍摄的光图像相加，生成相加图像。光摄影a和光摄影b按照相同的定时重复多次，生成所取得的所有图像的相加图像(步骤1706)。这样的相加图像通过在以前的相加图像上一起追加相加通过光摄影a拍摄的光图像和在步骤1705中进行了位置修正的光图像而生成。并且，通过光摄影a拍摄的图像和通过光摄影b拍摄的图像在实施了互不相同的配色后进行上述追加相加。上述相加图像在每次新生成时被更新显示(步骤1707)。
检查者一边确认上述相加图像，一边在判断出得到期望光量的相加图像的时刻指示X射线摄影的开始(步骤1708)，结束光摄影(步骤1709)。另外，检查者还可以在判断出没有得到期望光量的相加图像的时刻指示摄影中止(步骤1718)，强制结束摄影。在没有指示X射线摄影的开始和摄影中止的情况下，再次返回步骤1703和1704，重复光摄影。
在步骤1709中结束了光摄影后，立即实施X射线的照射和摄影(步骤1710)。通过X射线摄影得到的X射线图像与在步骤1706中最终生成的相加图像合成，生成合成图像(步骤1711)并显示(步骤1712)。在该时刻，如果检查者指示了追加的DOT成像(步骤1713)，则实施在非专利文献1等中所示的公知的DOT计算，生成被检体6的被检体内部的荧光、发光、吸光分布等的光断层像(步骤1714)。在上述DOT计算中利用通过光摄影a取得的所有光图像的相加图像和通过光摄影b取得的所有光图像的相加图像。另一方面，在步骤1713中检查者没有指示追加的DOT成像时，结束所有动作。对于在步骤1714中计算的基于DOT的光断层像，利用后述的方法生成假想投影图像(步骤1715)。上述假想投影图像将X射线管1的X射线产生点视为假想的投影源，生成上述断层像的假想投影图像。然后，利用与在步骤1711中所示的方法同样的方法，生成上述假想投影图像与X射线图像的合成图像(步骤1716)，最后显示合成图像(步骤1717)，结束所有的动作。
上述步骤1701、1702、1708、1718和1713由检查者经由图14所示的控制台102设定和指示。另外，上述步骤1706、1711、1714～1716的运算由图14中所示的运算装置104计算。在运算装置104中使用专用处理器或公知的通用处理器等。并且，在上述步骤1707、1712和1717中的图像显示中使用图14所示的监视器105。
图18是示出利用DOT计算的光断层像1800和相对其假想投影源S的假想投影像的生成方法的图。假想投影源S设定在与X射线管1的X射线产生点相同的位置上，在从假想投影源S向检测器10上的检测像素P放射的X射线束B上对光断层像1800的信号值进行积分。针对检测器10上的所有检测像素位置P计算上述积分结果，得到假想投影图像。上述假想投影图像相当于在与X射线摄影相同的投影路径上对被检体6内部的荧光、发光、吸光分布等进行投影而得到的图像。因此，在合成X射线图像和假想投影图像时可以减少位置偏差，并且可以提高光图像的空间分辨率。结果可以改善基于合成图像的病变部位的检测精度，提高诊断能力。
[实施方式3]
图19是本发明实施方式3的成像装置的示意图。本实施方式3的成像装置的功能与实施方式2所示的成像装置相同，但一部分结构不同。不同点在于，检测器1900是X射线专用检测器、在导光板8a与散射线除去栅9之间配置光专用检测器1901a、以及在导光板8b的上面配置光专用检测器1901b。
从X射线管1放出的X射线透过光专用检测器1901b、导光板8b和光学滤波器7b后入射到被检体6中。透过被检体6的X射线透过光学滤波器7a、导光板8a、光专用检测器1901a和散射线除去栅9后由X射线专用检测器1900检测出。另外也可以用图1或图14所示的使用检测器10的结构来置换被检体6的下面侧的装置结构。
[实施方式4]
图20是本发明实施方式4的成像装置的示意图。本实施方式4的成像装置的功能与实施方式2所示的成像装置相同，但一部分结构不同。不同点在于，检测器1900是X射线专用检测器、在导光板8a与散射线除去栅9之间配置反射镜2000、以及配置用于拍摄在反射镜2000中映出的被检体6的像的CCD相机2001。
从X射线管1放出的X射线透过反射镜1400、导光板8b和光学滤波器7b后入射到被检体6中。透过被检体6的X射线透过光学滤波器7a、导光板8a、反射镜2000和散射线除去栅9后由X射线专用检测器1900检测出。在本图中示出如下结构：为了防止反射镜2000的端部进入X射线专用检测器1900的视野而在X射线图像中产生不均匀，使用大型反射镜2000。但是，为了防止装置的大型化，也可以置换成比X射线专用检测器1900的视野尺寸小的反射镜2000。另外也可以用图19所示的使用光专用检测器1901b的结构来置换被检体6的上面侧的装置结构。
以上示出了本发明的实施方式1～4，但本发明不限于此，在不脱离其要义的范围内可以进行种种变更。例如在图2所示的装置结构中，作为被检体6的乳房一次只能测量左右中的一边，但通过配置2组从X射线管1到X射线检测器10的一系列摄影系统，可以同时测量左右的乳房。由此具有的优点是，可以缩短检查时间，并且可以准备好荧光性分子探针或发光性分子探针投放后的摄影开始定时的调整。另外，可以通过检查者的指定来仅实施X射线摄影和光摄影中的一者。另外，作为乳房以外的被检体，可以以小动物等为对象来利用本发明。

Claims (20)

1.一种成像装置，其特征在于，具有：
向被检体照射X射线的X射线源；
隔着被检体与上述X射线源相对并且检测X射线和光的第1检测器；和
处理上述第1检测器的检测结果的处理部，
其中，上述处理部将上述第1检测器在上述X射线源照射X射线的照射期间内检测到的X射线信号作为第1信号处理，将上述第1检测器在上述照射期间以外的期间内检测到的光信号作为第2信号处理。
2.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，上述第1检测器的受光部由对X射线和光具有灵敏度的光导电体材料形成。
3.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，上述第1检测器的受光部由闪烁体材料形成，上述闪烁体材料使波长在可见光以上且在红外线以下的范围内的光的一部分透过。
4.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，上述第1检测器由对X射线具有灵敏度的X射线检测层和对光具有灵敏度的光检测层这2层构成。
5.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，具有将从被检体的外表面放出的光引导到上述第1检测器的受光面的导光部。
6.如权利要求5所述的成像装置，其特征在于，上述导光部具有除去在被检体内部散射的X射线的一部分的功能。
7.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，上述处理部具有将上述第1信号和上述第2信号合成在同一图像上的功能。
8.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，具有向被检体照射光的光源。
9.如权利要求8所述的成像装置，其特征在于，具有在接触被检体的状态下支撑被检体的支撑部，上述支撑部具有将从上述光源照射的光引导到被检体的导光功能。
10.如权利要求1所述的成像装置，其特征在于，具有配置在上述X射线源与被检体之间并且检测光的第2检测器，上述处理部将上述第2检测器在上述X射线源照射X射线的照射期间以外的期间内检测到的信号作为第3信号处理，并且具有将上述第1信号、第2信号和第3信号合成在同一图像上的功能。
11.如权利要求10所述的成像装置，其特征在于，具有配置在上述X射线源与被检体之间的反射镜和会聚由上述反射镜反射的光的透镜，上述第2检测器检测由上述透镜会聚的光。
12.如权利要求10所述的成像装置，其特征在于，具有测定上述被检体的尺寸的尺寸测定部件，上述处理部具有根据上述尺寸测定部件的测定结果调整上述第1信号和第3信号的合成位置的功能。
13.如权利要求10所述的成像装置，其特征在于，上述处理部具有根据上述第2信号和上述第3信号计算被检体内部的发光或吸光强度分布的功能。
14.一种成像装置，其特征在于，具有：
向被检体照射X射线的X射线源；
隔着被检体与上述X射线源相对并且检测X射线的第1检测器；
配置在上述X射线源与被检体之间并且检测光的第2检测器；
配置在被检体与上述第1检测器之间并且检测光的第3检测器；和
处理上述第1～3检测器的检测结果的处理部，
其中，上述处理部将上述第1检测器在上述X射线源照射X射线的照射期间内检测到的X射线信号作为第1信号处理，将上述第3检测器和上述第2检测器在上述照射期间以外的期间内检测到的光信号分别作为第2信号和第3信号处理。
15.如权利要求14所述的成像装置，其特征在于，上述处理部具有将上述第1信号、第2信号和第3信号合成在同一图像上的功能。
16.如权利要求15所述的成像装置，其特征在于，具有测定上述被检体的尺寸的尺寸测定部件，上述处理部具有根据上述尺寸测定部件的测定结果调整上述第1信号和第3信号的合成位置的功能。
17.如权利要求14所述的成像装置，其特征在于，上述处理部具有根据上述第2信号和上述第3信号计算被检体内部的发光或吸光强度分布的功能。
18.一种成像装置，其特征在于，具有：
向被检体照射X射线的X射线源；
隔着上述被检体与上述X射线源相对并且检测X射线的第1检测器；
配置在上述X射线源与上述被检体之间的第1反射镜；
会聚由上述第1反射镜反射的光的第1透镜；
检测由上述第1透镜会聚的光的第2检测器；
配置在上述被检体与上述第1检测器之间的第2反射镜；
会聚由上述第2反射镜反射的光的第2透镜；
检测由上述第2透镜会聚的光的第3检测器；和
处理上述第1～3检测器的检测结果的处理部，
其中，上述处理部将上述第1检测器在上述X射线源照射X射线的照射期间内检测到的X射线信号作为第1信号处理，将上述第3检测器和上述第2检测器在上述照射期间以外的期间内检测到的光信号分别作为第2信号和第3信号处理。
19.如权利要求18所述的成像装置，其特征在于，具有测定被检体的尺寸的尺寸测定部件，上述处理部具有根据上述尺寸测定部件的测定结果调整上述第1信号和第3信号的合成位置，并将上述第1信号、第2信号和第3信号合成在同一图像上的功能。
20.如权利要求18所述的成像装置，其特征在于，上述处理部具有根据上述第2信号和上述第3信号计算被检体内部的发光或吸光强度分布的功能。
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