JP2003051984A - Ｘ線撮像用光学カメラ装置及びその利用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｘ線束を増大させることを可能にしながら透
明部材の欠陥及び汚れによるアーティファクトを回避す
るＸ線イメージング・システム及び電子式ビデオ・カメ
ラ装置を提供する。 【解決手段】 電子式ビデオ・カメラ（１００）は、物
体平面と結像平面との間に配置されているレンズ系（１
２０、１２４）を含んでおり、物体平面（１１２）から
の光線を結像平面（１１４）上に集束させる。物体平面
（１１２）と結像平面（１１４）との間に配置され、通
過する光線を部分的に遮断する光学フィルタ（１４４、
１７０）は、不透明度の異なる少なくとも第一のフィル
タ領域と第二のフィルタ領域（１９２、２００、２０
２）とを含んでいる。第一及び第二のフィルタ領域は、
異なる時刻にレンズ系に対して整列可能であって、異な
る時刻に照射された異なる第一及び第二のＸ線強度に関
連してそれぞれ異なる第一及び第二の量の光線を遮断す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】本発明の少なくとも一つの好適実施形態
は一般的には、輝度を制御するように可視光に作用する
電子式ビデオ・カメラを採用した医用Ｘ線イメージング
・システムに関する。また、本発明の少なくとも一つの
好適実施形態は、フィルタを横断して不透明度が変化し
ている濃度フィルタ（neutral density filter）を利用
しており、光減衰の調節が可能な電子式ビデオ・カメラ
に関する。

【０００２】従来、患者の関心領域の相対向する側に配
置されているＸ線源及び受像器の利用によって患者の関
心領域を撮像する医療診断イメージング・システムが提
案されている。典型的なＸ線イメージング・システム
は、患者の関心領域に対して様々な位置に移動が可能な
Ｘ線源及び受像器を利用している。Ｘ線源は、該Ｘ線源
から照射され、患者を透過してＸ線受像器に入射するＸ
線の量を調節するように制御される。Ｘ線受像器は一般
的には、患者を透過したＸ線を検出するＸ線検出層を有
する蛍光増倍管（イメージ・インテンシファイア）を含
んでいる。蛍光増倍管はＸ線を可視光へ変換し、可視光
は続いて、ビデオ・カメラに近接して位置する物体平面
上に導かれる。ビデオ・カメラは、物体平面からの光を
感光センサに近接して位置する結像平面上に集束させる
光学レンズ系を含んでいる。感光センサの一例は電荷結
合素子である。感光センサは、結像平面における可視光
を検出してデータへ変換し、このデータを処理して最終
的には利用者に対して表示する。

【０００３】様々な解剖学的領域では、解剖学的領域の
厚み、密度及び構造等に応じてＸ線が様々な程度まで減
衰する。患者の解剖学的構造のかかる様々な特性によっ
てＸ線が様々な程度まで減衰し、関心のある解剖学的構
造が何らかの他の種類の解剖学的構造に近接して位置し
ている場合にＸ線画像を劣化させる可能性がある。

【０００４】Ｘ線撮像設備の操作者は、様々な方式でＸ
線画像の画質を高める試みを行なう。Ｘ線画像の画質を
高めるためのかかる方式の一つに、Ｘ線源によって照射
されるＸ線強度を調節することがある。例えば、Ｘ線の
減衰の大きい解剖学的領域は、線源から照射されるＸ線
の数を増大させることにより相対的に良好に撮像され
る。Ｘ線照射を増大させることにより、利用者は、受像
器で感知されるフォトンの統計値（例えば、蛍光増倍管
に入射するフォトンの数）を同じく増大させる。フォト
ンの統計値が増大するほど蛍光増倍管は多くのＸ線を可
視光へ変換し、これにより、電子式ビデオ・カメラの物
体平面に入射する光の輝度が高まる。光の輝度は、ＣＣ
Ｄのような光センサを飽和させるのに十分な水準まで高
まる場合もある。感知される光が過剰になるにつれて、
得られる処理後の表示画像は劣化する。画像の劣化は、
褪色した画像、及び隣接して位置する解剖学的構造同士
の間でのコントラストが小さい画像等のような様々な形
態で出現し得る。

【０００５】従来、Ｘ線システムでは、所望の光量のみ
を通過させる調節式開口を有する絞りを電子式ビデオ・
カメラに加えることにより、光の輝度がセンサに過剰な
負荷を加えないようにする試みが為されている。開口の
径を変化させると、物体平面での光の輝度の所望の平均
減衰度に影響を与えることができる。システムが絞り開
口を「ストップ・ダウン」まで絞るか、又は絞り開口を
部分的に閉じるのと同時に、フィードバック感知が物体
平面での光の平均輝度が低下したことを検出し、システ
ムは受像器に入射するＸ線の量を自動的に増大させるこ
とができる。

【０００６】以上によれば、最終的に表示される画像の
品質は、蛍光増倍管に入射するＸ線束の量（強度）によ
る影響を受ける。典型的には、電子式ビデオ・カメラの
光学系を通過することを許される光量によってＸ線束の
量を制御する。画質を高めるためにはＸ線束を多くする
必要があり、Ｘ線束を多くすることは、カメラ光学系に
光を通過させる絞り開口を小さくし、これにより、セン
サの飽和を回避することにより可能になる。モータ制御
式絞りは、患者への配慮から必要最小限のＸ線束が用い
られるように保証するために、光学系を通過する光量を
精密に制御する。絞り開口径、延いてはＸ線束の量は、
単一回の患者撮像手順中に変化させることができる。従
って、光の強度は典型的には、撮像動作を開始すべく利
用者によって入力される命令に従ってＸ線イメージング
・システムによって自動的に制御される。

【０００７】電子式ビデオ・カメラは、物体平面の近く
の光を結像平面上に単純に集束させることが好ましい。
Ｘ線システムのコンパクトな性質から、典型的には、物
体平面及び結像平面はカメラ光学系の相対向する端部の
直近に接近する。従って、光が通過するガラス表面等の
ようなカメラ光学系の内部の構造が物体平面に近接して
配置される。ガラス表面、及び物体平面に近い他の透明
な構造は、絞り開口が小さくなるにつれてカメラ光学系
によって結像平面上に焦点を結ぶ可能性がある。カメラ
光学系の内部又は近くのこれらの透明な構造は、引掻き
傷及び穿ち傷等のような欠陥を含んでいたり、汚れのよ
うな異物を蓄積していたりする場合がある。欠陥及び／
又は汚れは、絞り開口がストップ・ダウンされたときに
結像平面上に少なくとも部分的に集束する程度まで物体
平面に十分に近接している可能性がある。カメラ光学系
は、結像平面に位置する光センサが撮像のためにプロセ
ッサへ伝送されるデータとして欠陥／汚れを検出する程
度まで十分に欠陥又は汚れの像を部分的に結像平面に集
束し得る。これらの欠陥及び汚れの投影は、結像平面に
おいて望ましくないアーティファクトを形成し、表示画
像に出現するアーティファクトとなる。

【０００８】図８は、従来のシステムに従って形成され
ているカメラ光学系の構成例を示している。カメラ光学
系７５は、カメラ光学系に対して入力側で物体平面７９
に近接して位置するガラス又は他の透明層７７を含んで
いる。ガラス又は他の透明層７７は、カメラ光学系７５
の一部を成し得る任意の種類の構造を表わしており、こ
の構造は、部分的に集束される可能性のある欠陥又は汚
れを構造の表面が含む機会を許すようなものとなってい
る。例えば、構造７７は、前方レンズ系８１の一部であ
ってもよいし、或いは構造７７は、設けなければ光セン
サに照射されたであろうような光学系が対応できないＸ
線放射線を減少させる目的で設けられている含鉛ガラス
であってもよい。蛍光増倍管は、Ｘ線画像を表わす光線
を物体平面７９に向ける。前方レンズ系８１は、ガラス
層７７に近接して位置しており、物体平面７９からの光
線軌跡８３及び８６を光学要素８７を通して後方レンズ
系８９へ向ける。前方レンズ系はまた、ガラス層７７の
欠陥／汚れからの光線軌跡８４及び８５も後方レンズ系
８９へ向ける。前方レンズ系８１は、光線軌跡８３〜８
６をコリメートし、後方レンズ系８９は光線軌跡８３〜
８６を再集束させる。前方レンズ系８１及び後方レンズ
系８９は、物体平面から投影される光線軌跡８３及び８
６が前方レンズ系８１で平行な形態にコリメートされ
て、後方レンズ系８９で結像平面９１上に焦点を結ぶよ
うに協働する。ガラス層７７の表面に欠陥及び汚れが存
在している場合には、光線軌跡８４及び８５は前方レン
ズ系８１及び後方レンズ系８９によって点９７に焦点を
結ぶ。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】調節式絞り９３が所望
のＸ線束に基づいて開かれたり閉じられたりして、絞り
９３を通過して後方レンズ系８９に入射する光線軌跡の
量を制御する。調節式絞り９３が絞りの開口を小さくす
るにつれて、結像平面９１に近接して位置する焦点領域
９５の形状及び寸法が拡大する。焦点領域は、当該画像
についてのデータが生成されて処理されるような明確な
画像（可能性としてはアーティファクトであるにして
も）として光センサによって結像平面で検出可能な程度
に光線が適当に集束されている区域に相当する。焦点領
域９５の寸法は、絞り９３が比較的大きい状態まで開い
ているときには比較的小さい。比較的閉じた状態（図８
に示すような）にあるときには、絞り９３は、ガラス層
７７の表面から投影された光線軌跡８４及び８５を含む
比較的大きい焦点領域９５を形成する。従って、欠陥及
び汚れの投影が結像平面９１上に直接焦点を結んでいな
くても、かかる欠陥及び汚れが焦点を結んだ点９７は結
像平面９１に適当に近くなり、光センサによって生成さ
れるデータにアーティファクトが形成される程度に十分
に結像平面９１上に集束するようになる。結像平面９１
上に部分的に集束した汚れ及び他の欠陥の画像はセンサ
によって検出され、処理されて、Ｘ線画像と共に表示さ
れる。汚れ及び欠陥に関連した画像部分は、得られるＸ
線画像にアーティファクトとして現われる。従って、絞
り開口を小さくすることにより、物体平面に近い汚れ又
は欠陥が結像平面に出現する傾向が強まる可能性があ
る。

【００１０】さらに高品質の画像を得たい場合にＸ線束
を増大させることを可能にしながら上述した欠点を回避
する改善されたＸ線イメージング・システム及び電子式
ビデオ・カメラ装置が依然として必要とされている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の少なくとも一つ
の実施形態によれば、医用Ｘ線イメージング・システム
において、蛍光増倍管に近接して位置する物体平面から
の光線を光センサに近接して位置する結像平面上に集束
させる電子式ビデオ・カメラが提供される。電子式ビデ
オ・カメラは、患者の画像を表わす光線を受光する物体
平面を含んでいる。物体平面と結像平面との間にレンズ
系が設けられて、物体平面からの光線を結像平面上に集
束させる。また、物体平面と結像平面との間には光学フ
ィルタが配置される。光学フィルタは、光線を減衰させ
るか又は部分的に遮断する。光学フィルタは、不透明度
の異なる少なくとも第一のフィルタ領域と第二のフィル
タ領域とを含んでいる。第一のフィルタ領域及び第二の
フィルタ領域は異なる時刻にレンズ系に対して整列し
て、異なる時刻に照射された異なるＸ線強度に関連して
異なる量の光線を遮断する。

【００１２】少なくとも一つの代替的な実施形態によれ
ば、光フィルタは、第一のフィルタ領域及び第二のフィ
ルタ領域を形成するように異なる厚みの不透明材料を付
着させた第一のセクタ及び第二のセクタを有する濃度ホ
イール（neutral density wheel）を含んでいる。選択
により、光学フィルタは、互いに隣接して位置する多数
のセクタを有する円形フィルタを含んでいてもよい。各
セクタは相異なる不透明度を有していてよい。選択によ
り、光学フィルタは、不透明度の異なる２以上の重なり
合わないセクタを有するフィルタ円板を含んでいてもよ
く、この場合には不透明度は各々のセクタで一定とす
る。さらなる選択として、光学フィルタは、レンズ系に
対する光学フィルタの回転配向に基づく異なる程度まで
当該フィルタを通過する光を減衰させることもできる。

【００１３】少なくとも一つの実施形態によれば、第一
のフィルタ領域の少なくとも一部は光線に対する透明性
が高くなるように形成され、第二のフィルタ領域の少な
くとも一部は、レンズ系を横断する基準平面に対する光
学フィルタの角度配向が次第に大きくなるに従って不透
明度を増大するように形成される。選択により、光学フ
ィルタは、不透明度が連続的に変化するように形成され
てもよい。光学フィルタは、光学フィルタがレンズ系に
対して設定されている位置に基づいてレンズ系を通過す
る光線の量を可変的に減衰させることができる。選択に
より、光学フィルタはホイールを含んでいてもよく、ホ
イールの一つのセクタがレンズ系と整列するように配置
する。ホイールのレンズ系と整列したセクタは、第一の
フィルタ領域及び第二のフィルタ領域の一つに相当す
る。ホイールは、レンズ系に対するホイールの角度配向
の関数として連続的に変化する不透明度を有していてよ
い。

【００１４】選択により、光学フィルタは、不連続の重
なり合わないセクタにわたって一様な不透明度を有する
ように形成されていてもよく、この場合には各々の不連
続なセクタは、レンズ系に対する光学フィルタの配向に
基づいた量だけ他のセクタと異なる固有の不透明度を有
する。選択により、光学フィルタは互いに対して整列し
ている二つのフィルタ・ホイールを含んでいてもよく、
これらのフィルタ・ホイールは、フィルタ・ホイールの
周りでの角度位置が次第に大きくなるに従って不透明度
の変化が類似しているが反対になるようにする。

【００１５】代替的な実施形態では、レンズ系は、互い
に対して隔設されており、間に光学フィルタを挟んだ状
態の前方レンズ・アセンブリと後方レンズ・アセンブリ
とを含んでいてもよい。選択により、光学フィルタに入
射する光線の輝度を制御する開口を含んでいる絞りが光
学フィルタと物体平面との間に配置されていてもよい。
絞りは、多数のＸ線強度において一定の開口を保持す
る。選択により、レンズ系に対する光学フィルタの位置
を調節する電気式モータを設けて、光学フィルタを第一
の位置と第二の位置との間で移動させて第一のフィルタ
領域を非利用位置に移動させると共に第二のフィルタ領
域を作用位置へ移動させることにより光線の減衰を自動
的に調節してもよい。

【００１６】少なくとも一つの代替的な実施形態によれ
ば、互いに対向しており患者の撮像軸に沿って整列して
いるＸ線源と受像器とを保持する支持構造を有する医用
Ｘ線システムが提供される。Ｘ線源及び受像器は、患者
の関心領域によって減衰したＸ線を得るように協働す
る。Ｘ線源は、照射されたＸ線の強度を変化させるよう
に制御され得る。受像器は、Ｘ線を患者の被検査領域を
表わす光線へ変換し、光線の輝度が、受像器で受光され
たＸ線の強度に基づいて変化するようにする。プロセッ
サが光線を処理してＸ線画像を得ると共に、表示器が処
理後のＸ線画像を表示する。光線の輝度を低下させるよ
うに光線の一部を遮断する部分的に不透明な部材が設け
られる。部分的に不透明な部材は、不透明度の異なる領
域を備えている。

【００１７】少なくとも一つの実施形態によれば、光線
の輝度の減衰量を変化させるように部分的に不透明な部
材を自動的に移動させるモータ・アセンブリが設けられ
る。選択により、部分的に不透明な部材を不透明度の高
い状態から不透明度の小さい状態へシフトさせて、画像
センサに入射する光の平均輝度が適正な水準まで低下す
るまでＸ線源から照射されるＸ線の強度を減少させる手
段が設けられていてもよい。

【００１８】代替的には、部分的に不透明な部材を第一
の角度位置と第二の角度位置との間で回転させて、部分
的に不透明な部材の不透明度のさらに高い領域が光線と
整列するように移動させるモータ及びギア・アセンブリ
を設けてもよい。選択により、光線が部分的に不透明な
部材の透明性の高い部分を通過するような初期位置か
ら、光線の一部が部分的に不透明な部材の不透明度の高
い部分によって遮断されるような最終位置との間で部分
的に不透明な部材を移動させるアセンブリを設けてもよ
い。選択により、部分的に不透明な部材の幾つかの領域
は一定の不透明度を有するように形成されていてよい。
選択により、部分的に不透明な部材の各領域が連続的に
変化する不透明度を備えていてもよい。

【００１９】

【発明の実施の形態】以上に述べた概要、及び以下に述
べる本発明の好適実施形態の詳細な説明は、これらの記
載を添付図面と共に参照するとより十分に理解されよ
う。本発明の好適実施形態を説明する目的で現状で好ま
しい実施形態を図面に示す。但し、本発明は、添付図面
に示した構成及び手段に限定されている訳ではないもの
と理解されたい。

【００２０】本発明による実施形態を図１に示す。同図
には、参照番号１０に全体的に示すＣアーム型Ｘ線装置
が示されている。装置１０はＣアーム１２を含んでお
り、アーム１２は内周１４及び外周１６を有し、対向し
ている上部末端１８ａ及び下部末端１８ｂで終端してい
る。Ｃアーム１２は好ましくは一様な円形のＣ字形を有
するが、代替的に任意の円弧形状の部材を含んでいてよ
い。

【００２１】Ｃアーム１２は、参照番号２０で全体的に
示す構造のように、台車２４に搭載されている支持アー
ム２２を含んでいる支持手段によって懸吊位置に保持さ
れている。支持アーム２２は、支持アーム２２とＣアー
ム１２との間の軸受けアセンブリ又は台車２４に対して
回転自在に装着されている支持アーム２２自体のいずれ
かによって横方向回転軸３０の周りでのＣアーム１２の
回転運動を可能にしている。

【００２２】台車２４は、Ｃアーム１２を第一の位置か
ら第二の位置へ搬送することを可能にする。このような
ものとして、台車の車輪は、支持アーム２２及びＣアー
ム１２を第一の位置から第二の位置へ搬送するための支
持構造２０に結合されている搬送手段として動作する。
Ｘ線設備を一つの部屋から他の部屋へ移動させ得ると好
ましい。台車２４によって提供される装置１０の可動性
によって、例えば病院の多くの異なる病室にいる患者に
利用し易くすることができる。

【００２３】支持アーム２２はＣアーム１２の外周１６
に摺動自在に搭載されており、支持構造２０は、Ｃアー
ムの軌道方向回転軸２６の周りでの選択された位置への
選択的な摺動軌道運動を可能にするのに必要な構造及び
機構を含んでいる。軸２６は好ましくは、Ｃアーム１２
の曲率中心及び横方向回転軸３０と一致している。摺動
軌道運動によってＣアーム１２が支持アーム２２に対し
て様々な取り付け摺動点２８を通じて移動することが理
解されよう。支持構造２０はさらに、横方向回転軸３０
の周りに、選択された横方向位置まで選択可能な量だけ
支持アーム２２を横方向回転させる機構を含んでいる。
摺動軌道運動と横方向回転との組み合わせによって、Ｃ
アームを二つの自由度ですなわち二つの垂直軸の周りで
操作することが可能になる。このことにより、Ｃアーム
１２の可動性の一種の球面的性質が提供され、すなわち
摺動軌道運動及び横方向回転によって、Ｃアームに結合
されているＸ線源３２は、Ｃアームが移動可能な仮想的
な球面の下半球上の実質的に任意の緯度／経度点に移動
することが可能になる。

【００２４】装置１０は、Ｃアーム１２のそれぞれ対向
する位置に搭載されているＸ線診断業界で周知のＸ線源
３２と受像器３４とを含んでいる。Ｘ線源３２及び受像
器３４をまとめてＸ線源／受像器３２／３４とも呼ぶも
のとする。受像器３４は蛍光増倍管等であってよい。Ｃ
アームの軌道方向回転及び横方向回転の操作によって、
Ｃアーム１２の内部自由空間３６内に配置された患者の
幅及び長さに関するＸ線源／受像器３２／３４の選択配
置が可能になる。Ｃアームの摺動軌道運動によって、Ｘ
線源／受像器３２／３４がそれぞれの円弧移動経路に沿
って移動する。受像器３４は好ましくは、Ｃアーム１２
の内周１４に固定されており、Ｘ線源３２もまた同じ内
周１４に固定されていてよく、このことの意味について
は後述する。

【００２５】図２に例として示すもう一つのＣアーム型
支持構造は、下方に延在するＬアーム２３を含んでお
り、アーム２３のＣアーム１２への取り付け点２８が横
方向回転軸３０から距離Ｄだけ離れて位置するようにし
ている。Ｃアームに設けられている受像器３４は、図２
の遮蔽部分４２によって示されているようにＣアーム１
２の後方凸面部分４０を遮蔽するような方式で搭載され
配置されており、これにより、支持アーム２３がＣアー
ムの該当部分１２ａに摺動自在に装着することが妨げら
れている。受像器３４の完全な水平配置を達成するため
に、Ｌアームを開発して、横方向回転軸３０の下方の取
り付け点２８でＣアームに装着するようにし、これによ
り、Ｃアーム１２が受像器３４を少なくとも水平配向ま
で摺動させることを可能にしている。このことから、軸
３０の周りでＣアーム１２が横方向回転すると遠心横方
向モーメント・アームＤが導入される。このために、典
型的には、Ｃアーム１２の軸３０の周りでの横方向回転
には、不均衡に起因するトルクを克服するような電力を
供給する必要がある。

【００２６】図３は、受像器３２に含まれているカメラ
装置１００の側面断面図を示す。カメラ装置１００は、
横方向ブラケット１０４に装着されている筐体１０２を
含んでいる。筐体１０２及びブラケット１０４は、蛍光
増倍管１０８及び光センサ１１０（例えばＣＣＤ）に対
して所望の位置にカメラ光学系１０６を確実に配置する
ように協働している。カメラ光学系１０６は、物体平面
１１２と結像平面１１４との間に位置している。蛍光増
倍管１０８は、物体平面１１２に光線を向けるように配
置されており、この場合にはかかる光線は受像器３２に
よって検出されるＸ線画像を表わすものとなる。光セン
サ１１０は結像平面１１４に近接して配置されており、
結像平面１１４上又は実質的にその近くに集束した光線
を、プロセッサ１１６によって後に処理されて表示ユニ
ット１１８によって表示されるデータへ変換するように
動作する。

【００２７】カメラ装置１００は、物体平面１１２に近
接して位置している含鉛ガラス・カバー１２２を含んで
いる。ガラス・カバー１２２は、光線がカバー１２２を
通過することを許す一方でＸ線が光センサへ到達しない
ように遮断している。カメラ光学系１０６は、ガラス・
カバー１２２に近接して位置している前方レンズ・アセ
ンブリ及び光学プリズム１２１（ペシャン（Pechan）プ
リズム）と、カメラ装置１００の反対側の端部に近接し
て位置している後方レンズ・アセンブリ１２４とを含ん
でいる。プリズム１２１によって、前方レンズ・アセン
ブリ１２０及び後方レンズ・アセンブリ１２４が近接し
つつ隔設されることが可能になっている。後方レンズ・
アセンブリ１２４は、結像平面１１４に近接して位置し
ている。前方レンズ・アセンブリ及び光学プリズム１２
１は、ガラス・カバー１２２を通過する光線軌跡をコリ
メートして、柱状に近い光が走行するコンパクトな経路
長を提供する一方、後方レンズ・アセンブリ１２４はか
かるコリメート後の光線軌跡を再集束させる。前方レン
ズ・アセンブリ１２０及び後方レンズ・アセンブリ１２
４は、物体平面１１２からの光線軌跡が結像平面１１４
上に集束するように協働する。

【００２８】カメラ光学系１０６はさらに光学要素１２
６を含んでおり、これを用いて様々な作用を施すことが
できる。通過光の輝度を制御するように径が調節可能な
開口を有する絞り１２８が設けられている。

【００２９】前方レンズ・アセンブリ１２０は様々な態
様で形成することができる。例示のためのみに述べる
と、前方レンズ・アセンブリ１２０は、前部及び後部を
有する複合凸レンズ１３０を含んでいてよい。後方レン
ズ・アセンブリ１２４も様々なレンズ構成を含んでいて
よい。例示のためのみに述べると、後方レンズ・アセン
ブリ１２４は、様々な凸面及び凹面の組み合わせとして
示されている互いに隣接して配列した第一〜第五のレン
ズ１３２、１３４、１３６、１３８及び１４０を含んで
いてよい。後部構造１４２がカメラ装置１００の後部端
を隔離しており、光線の通過を許す一方でカメラ光学系
１０６を環境的要素から保護している。

【００３０】カメラ光学系１０６はさらにフィルタ部材
１４４を含んでおり、部材１４４はその一部が前方レン
ズ・アセンブリ１２０と後方レンズ・アセンブリ１２４
との間の空間に拡在するように配置されている。フィル
タ部材１４４は部分的に不透明であって、前方レンズ・
アセンブリ１２０から後方レンズ・アセンブリ１２４へ
通過する光線を減衰させる。フィルタ部材１４４は、フ
ィルタ部材１４４上の異なる位置において異なる量の不
透明度を有している。フィルタ部材１４４は様々な位置
に移動するが、前方レンズ・アセンブリ１２０と後方レ
ンズ・アセンブリ１２４との間に延在している視線１４
６に沿って不透明度の異なる所望の領域を整列させるた
めに、フィルタ部材１４４の少なくとも一部は、前方レ
ンズ・アセンブリ１２０と後方レンズ・アセンブリ１２
４との間に位置したままとする。

【００３１】図４は、フィルタ部材１４４をさらに詳細
に示している。ブラケット１４８がフィルタ部材１４４
をブラケット１０４及びカメラ装置１００に装着してい
る。ブラケット１４８は、その一端にフィルタ部材１４
４を固定させている回転式支持ピン１５０を含んでい
る。支持ピン１５０の反対側の端部はギア１５２に固定
されており、ギア１５２はモータ１５６によって駆動さ
れるさらに大きいギア・アセンブリ１５４の一部を成し
ている。モータ１５６はプロセッサ１１６（又は図示さ
れていない独立した別個の制御プロセッサ）によって制
御される。モータは、フィルタ部材１４４の部分１５８
を物体平面１１２と結像平面１１４との間に配置させる
ためにギア・アセンブリ１５４を介してフィルタ部材１
４４を回転させる。このように整列した部分を動作部分
と考える。図５は、ギア・アセンブリ１５４の前面図を
さらに詳細に示している。

【００３２】図６は、カメラ光学系１５９の一実施形態
を模式的に示している。物体平面１６０及び結像平面１
７４がカメラ光学系１５９の相対向する側に位置してい
る。含鉛ガラス・カバー１６２が前方レンズ・アセンブ
リ１２０に近接して位置しており、次いで前方レンズ・
アセンブリ１２０は光学要素１６６及び絞り１６８に近
接して位置している。光減衰体１７０が前方レンズ・ア
センブリ１６４と後方レンズ・アセンブリ１７２との間
に設けられている。

【００３３】選択により、絞り１６８を除いてもよい
し、且つ／又は光学要素１６６を除いてもよい。光学要
素１６６、絞り１６８及び光減衰体１７０の順序を変え
てもよい。物体平面１６０における物体からの光線１８
０及び１８１は、前方レンズ・アセンブリ１６４によっ
てコリメートされ、後方レンズ・アセンブリ１７２によ
って再集束されて、結像平面１７４に焦点を結ぶ。ガラ
ス・カバー１６２上の欠陥１８４からの光線１８２及び
１８３は前方レンズ・アセンブリ１６４及び後方レンズ
・アセンブリ１７２によってそれぞれコリメートされ再
集束されて、結像平面１７４を越えた点１７６に焦点を
結ぶ。欠陥１８４が焦点を結ぶ点１７６は、物体平面１
７４を包囲する焦点領域１７８の外部にあたる。焦点領
域１７８は、絞り１６８の開口径を比較的大きく保持す
ることにより焦点１７８を除外するに十分なだけ小さく
保持される。従って、欠陥１８４は結像平面１７４で適
当に焦点を結ぶことがなく、光センサによってアーティ
ファクトとして検出されたり、Ｘ線画像のアーティファ
クトとして表示されたりしない。

【００３４】図６と図８との比較から明らかなように、
高強度Ｘ線撮像については、絞り１６８の開口径１８６
は従来のカメラ光学系７５に用いられていたような絞り
９３の開口径９４よりも実質的に大きい。絞り１６８の
開口径１８６は、広範囲のＸ線強度にわたって一定に留
まっていてよい。光減衰体１７０が、光を減衰させる目
標の程度を高めるように調節されると、システムは、結
像平面１７４に位置する光センサでの光強度の平均量を
監視することにより得られるフィードバックによってＸ
線強度を高めることにより自動的に応答する。同様に、
光減衰体１７０が、光を減衰させる目標の程度を小さく
するように調節されると、Ｘ線強度が低下する。

【００３５】図７は、本発明の一実施形態によれば光減
衰体１７０として利用することのできる濃度ホイール１
８８を示している。濃度ホイール１８８は円形であっ
て、カメラ光学系１５９を通過して延在する撮像軸に平
行なフィルタ軸の周りに回転するように配置される。フ
ィルタ軸は、濃度ホイール１８８の半径に基づく距離だ
け撮像軸から離隔している。例えば、フィルタ軸は、濃
度ホイール１８８の一つのセクタが前方レンズ・アセン
ブリ１６４と後方レンズ・アセンブリ１７２との間の有
効視野域を通過して延在すると共にこの視野域を網羅す
るように、カメラ光学系１５９の視野の僅かに外部に隔
設されていてよい。

【００３６】濃度ホイール１８８は、不透明な材料で被
覆されたガラス等のような透明な材料で形成されていて
よい。不透明な材料は、不透明度の量を変化させるよう
に次第に厚みを増す被覆として濃度ホイール１８８に被
覆されていてよい。図７の例では、不透明被覆は、濃度
ホイール１８８の周りに時計周り方向に移るに従って厚
くなる（従って減衰量が大きくなる）。代替的には、濃
度ホイール１８８は、同等の不透明度を有する重なり合
わない不連続な区画を形成するように段階的な均等な区
画として被覆されていてもよい。代替的には、濃度ホイ
ール１８８は、互いに対して固定されている個別の断片
のモザイクで形成されていてもよい。各々のモザイク断
片が均等な被覆を有する。

【００３７】図７では、半径線１９０及び１９８が不透
明度を模式的に示している。従って、半径線のない領域
１９２では、不透明被覆は存在していないか、又は濃度
フィルタ１８８を光に対して実質的に透明にする程度に
極めて薄い。円弧１９６に沿って基準標識１９４から遠
ざかって次第に角度が大きくなるにつれて、不透明な材
料は厚みを増して被覆する。例えば、領域２００に近接
した半径線１９８は、領域２０２の半径線１９０よりも
間隔が広く空いている。このことは、濃度フィルタ１８
８が、領域２０２では領域２００よりも不透明度が高い
ことを示している。同様に、領域２００は領域１９２よ
りも不透明度が高い。

【００３８】不透明な材料の厚みは連続的に変化してい
てもよいし、又は微細な分解能を可能にするように極め
て小さく細い段階的なセクタを成していてもよい。微細
な分解能を利用すると、Ｘ線強度が、小さい段階又は細
かい段階で同様に変化することが可能になって、患者に
照射されるＸ線の量を綿密に制御することができる。例
えば、濃度ホイール１８８を少量だけ回転させて減衰を
僅かに調節することができる。一旦、ホイール１８８が
回転したら、システムは次いでホイール１８８の新たな
位置に基づいてＸ線の強度を調節する。

【００３９】ホイール１８８、ギア・アセンブリ１５４
及びモータ１５６のうち一つに電位差計のようなセンサ
を設ける。センサは、ホイール１８８の軸の位置を感知
することができる。センサは、ホイール１８８の位置の
精密な制御を可能にする。プロセッサは軸位置を感知し
て、ホイール１８８が適性に配向するまでモータ１５６
を駆動する。

【００４０】選択により、多数の光減衰体を用いてもよ
い。例示のためのみに述べると、図９は、光減衰体１７
０に隣接して位置しており平行に整列している第二の光
減衰体１７１を示している。光減衰体１７０及び１７１
のそれぞれの回転軸１６７及び１６９は（図示のよう
に）異なる軸に沿っていてよい。代替的には、光減衰体
１７０及び１７１は、互いに対して真直ぐに整列するよ
うに形成されて、軸１６７のような共通の軸の周りに回
転するものであってもよい。選択により、単一のモータ
で光減衰体１７０及び１７１の両方を駆動してよい。代
替的には、異なるモータで光減衰体１７０及び１７１を
駆動してもよい。

【００４１】光減衰体１７０及び１７１は、不透明な材
料で被覆されており、被覆の厚みは互いに対して反対の
方向に変化する。従って、光減衰体１７０及び１７１が
前方レンズ・アセンブリ１６４と後方レンズ・アセンブ
リ１７２との間の視野域で互いに重なり合っているとき
には、不透明度は実質的には、各々の個別の光減衰体１
７０及び１７１で連続的に不透明度が変化していても、
視野域にわたって実質的に均等になる。例として述べる
と、視野域では、光減衰体１７０による減衰は光減衰体
１７０の周りに時計周り方向に移動するに従って増大す
る一方、光減衰体１７１による減衰は光減衰体１７１の
周りに反時計周り方向に移動するに従って増大するよう
にすることができる。両方の光減衰体１７０及び１７１
によって生ずる複合的減衰は、視野域にわたって比較的
均等になる。

【００４２】濃度ホイール１８８は不透明な材料の連続
的なセクタ又は段階的なセクタを被覆した円として記載
されている。しかしながら、他の形状を用いてもよい。
また、不透明な材料は被覆でなくてもよい。また、不透
明な材料はセクタ形状（扇形）でなくてもよい。例え
ば、光減衰体１７０は矩形、八角形、方形、三角形及び
五角形等であってよい。光減衰体は、不透明度の異なる
２以上の領域に分割されていなくてもよい。矩形である
場合には、光減衰体１７０は、光減衰体１７０の頂部か
ら底部にかけて延在する薄片の形状を有する不透明な領
域で形成されていてもよい。このような構造である場合
には、光減衰体１７０は、所望の不透明度の領域を前方
レンズ・アセンブリ１６４及び後方レンズ・アセンブリ
１７２と整列するように移動させるために、撮像軸を横
断する方向に横方向摺動するものとする。

【００４３】代替的な実施形態を参照して本発明を説明
したが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱せずに
様々な変更を施し均等構成で置換し得ることが理解され
よう。加えて、本発明の範囲から逸脱せずに本発明の教
示に合わせて具体的な状況又は材料を適合させる多くの
改変を施してもよい。従って、本発明は開示した特定の
実施形態に限定されているのではなく、特許請求の範囲
内に属するすべての実施形態を包含するものとする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に従って形成されている可
動式Ｘ線イメージング・システムを示す図である。

【図２】本発明の一実施形態に従って形成されているＸ
線イメージング・システムを示す図である。

【図３】本発明の一実施形態に従って形成されている光
学カメラ・アセンブリの側面断面図である。

【図４】本発明の一実施形態に従って形成されている光
学カメラ装置の一部の側面図である。

【図５】本発明の一実施形態に従って形成されている光
学的機械的カメラ装置の一部の前面図である。

【図６】本発明の一実施形態に従って形成されている光
学的アセンブリの模式図である。

【図７】本発明の一実施形態に従って形成されている光
学フィルタの模式図である。

【図８】従来の光学カメラ装置の模式図である。

【図９】本発明の一実施形態に従って形成されている代
替的な光学フィルタの模式図である。

【符号の説明】 １０ Ｃアーム型Ｘ線装置 １２ Ｃアーム １２ａ Ｃアームの部分 １４ 内周 １６ 外周 １８ａ 上部末端 １８ｂ 下部末端 ２０ 支持手段 ２２ 支持アーム ２３ Ｌアーム ２４ 台車 ２６ 軌道方向回転軸 ２８ 取り付け摺動点 ３０ 横方向回転軸 ３２ Ｘ線源 ３４ 受像器 ３６ 内部自由空間 ４０ 後方凸面部分 ４２ 遮蔽部分 ７５、１５９ カメラ光学系 ７７ 透明層 ７９、１１２、１６０ 物体平面 ８１ 前方レンズ系 ８３、８６ 物体からの光線軌跡 ８４、８５ 欠陥及び汚れからの光線軌跡 ８７、１２６、１６６ 光学要素 ８９ 後方レンズ系 ９１、１１４、１７４ 結像平面 ９３ 調節式絞り ９４、１８６ 絞りの開口径 ９５、１７８ 焦点領域 ９７、１７６ 欠陥の集束点 １００ カメラ装置 １０２ 筐体 １０４、１４８ ブラケット １０６ カメラ光学系 １０８ 蛍光増倍管 １１０ 光センサ １２０、１６４ 前方レンズ・アセンブリ １２１ 光学プリズム １２２、１６２ 含鉛ガラス・カバー １２４、１７２ 後方レンズ・アセンブリ １２８、１６８ 絞り １３０ 複合凸レンズ １３２、１３４、１３６、１３８、１４０ 後方レンズ
・アセンブリのレンズ １４２ 後部構造 １４４ フィルタ部材 １４６ 視線 １５０ 回転式支持ピン １５２ ギア １５４ ギア・アセンブリ １５６ モータ １５８ フィルタ部材の一部 １６７、１６９ 光減衰体の回転軸 １７０、１７１ 光減衰体 １８０、１８１ 物体からの光線 １８２、１８３ 欠陥からの光線 １８４ 欠陥 １８８ 濃度ホイール １９０、１９８ 半径線 １９２ 半径線のない領域 １９６ 円弧 １９４ 基準標識 ２００、２０２ 濃度の異なる領域

フロントページの続き (72)発明者 スティーブン・エマーソン・カーチス アメリカ合衆国、ユタ州、ソルト・レイ ク・シティー、イースト・セラフィーヌ・ コウブ、2642番 (72)発明者 リチャード・ラリー・アンデルトン アメリカ合衆国、ユタ州、ウエスト・ジョ ードン、ウエスト・6870・サウス、2782番 Ｆターム(参考） 4C093 AA01 AA08 CA01 EB03 EB10 FA27

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 医用Ｘ線イメージング・システムにおい
   て、蛍光増倍管に近接して位置する物体平面（１１２）
   からの光線を光センサ（１１０）に近接して位置する結
   像平面（１１４）上に集束させる電子式ビデオ・カメラ
   であって、 患者の画像（１１４）を表わす光線を受光する物体平面
   （１１２）と、 該物体平面（１１２）と前記結像平面（１１４）との間
   に位置しており、前記物体平面（１１２）からの前記光
   線を前記結像平面（１１４）上に集束させるレンズ系
   （１２０、１２４）と、 前記物体平面（１１２）と前記結像平面（１１４）との
   間に位置しており、前記光線を部分的に遮断する光学フ
   ィルタ（１４４、１７０）であって、不透明度の異なる
   少なくとも第一及び第二のフィルタ領域（１９２、２０
   ０、２０２）を含んでおり、該第一及び第二のフィルタ
   領域（１９２、２００、２０２）は、異なる時刻に前記
   レンズ系（１２０、１２４）に対して整列可能であっ
   て、異なる時刻に照射された異なる第一及び第二のＸ線
   量に関連してそれぞれ異なる第一及び第二の量の光線を
   遮断する、光学フィルタ（１４４、１７０）とを備えた
   電子式ビデオ・カメラ。
2. 【請求項２】 前記光学フィルタ（１４４、１７０）
   は、前記第一及び第二のフィルタ領域（１９２、２０
   ０、２０２）を形成するように異なる厚みの不透明な材
   料を付着させた第一及び第二のセクタ（１９２、２０
   ０、２０２）を有する濃度ホイール（１８８）を含んで
   いる請求項１に記載の電子式ビデオ・カメラ。
3. 【請求項３】 前記光学フィルタ（１４４、１７０）
   は、互いに隣接して位置しており不透明度の異なる多数
   のセクタを有する円形フィルタ（１４４、１７０）を含
   んでいる請求項１に記載の電子式ビデオ・カメラ。
4. 【請求項４】 前記光学フィルタ（１４４、１７０）
   は、不透明度の異なる２以上の重なり合わないセクタを
   有するフィルタ円板（１８０）を含んでおり、不透明度
   は各々のセクタで一定である請求項１に記載の電子式ビ
   デオ・カメラ。
5. 【請求項５】 前記光学フィルタ（１４４、１７０）
   は、前記レンズ系に対する前記光学フィルタの回転配向
   に基づく異なる程度まで当該光学フィルタ（１４４、１
   ７０）を通過する光を減衰させる請求項１に記載の電子
   式ビデオ・カメラ。
6. 【請求項６】 前記第一のフィルタ領域（１９２）の少
   なくとも一部は光線に対する透明性が高く、前記第二の
   フィルタ領域（２００）の少なくとも一部は、前記レン
   ズ系を横断する基準平面に対する前記光学フィルタの角
   度配向が次第に大きくなるに従って増大する不透明度を
   有する請求項１に記載の電子式ビデオ・カメラ。
7. 【請求項７】 前記光学フィルタ（１４４、１７０）
   は、当該光学フィルタ（１４４、１７０）にわたって連
   続的に変化する不透明度を有するように形成されてお
   り、前記レンズ系に対する前記光学フィルタの位置に基
   づいて前記レンズ系を通過する光線の量を変化させる請
   求項１に記載の電子式ビデオ・カメラ。
8. 【請求項８】 前記光学フィルタ（１４４、１７０）は
   ホイール（１８８）を含んでおり、該ホイールは、該ホ
   イールの一つのセクタが前記レンズ系と整列するように
   配置されており、前記レンズ系と整列した前記セクタ
   は、前記第一及び第二のフィルタ領域の一つに相当して
   おり、前記ホイールは、前記レンズ系に対する当該ホイ
   ールの角度配向の関数として連続的に変化する不透明度
   を有する請求項１に記載の電子式ビデオ・カメラ。
9. 【請求項９】 前記光学フィルタ（１４４、１７０）
   は、前記ホイールの不連続な重なり合わないセクタにわ
   たって一様の不透明度を有しており、各々のセクタは、
   前記レンズ系に対する前記光学フィルタの配向に基づく
   量だけ他のセクタと異なる不透明度を有する請求項１に
   記載の電子式ビデオ・カメラ。
10. 【請求項１０】 前記光学フィルタは、互いに対して整
    列している二つのフィルタ・ホイール（１７１、１８
    ８）を含んでおり、該二つのフィルタ・ホイール（１７
    １、１８８）は、該フィルタ・ホイールの周りでの角度
    位置が次第に大きくなるに従って、不透明度の変化が類
    似しており且つ反対になっている請求項１に記載の電子
    式ビデオ・カメラ。
11. 【請求項１１】 前記レンズ系（１２０、１２４）は、
    互いに対して隔設されている後方及び前方レンズ・アセ
    ンブリ（１２０、１２４）を含んでおり、前記光学フィ
    ルタは前記後方レンズ・アセンブリと前記前方レンズ・
    アセンブリとの間に配置されている請求項１に記載の電
    子式ビデオ・カメラ。
12. 【請求項１２】 前記光学フィルタ（１４４、１７０）
    と前記物体平面（１１２）との間に位置する絞り（１６
    ８）をさらに含んでおり、該絞り（１６８）は、前記光
    学フィルタに入射する光線の輝度を制御する開口（１８
    ６）を含んでいると共に、前記絞り（１６８）は、前記
    異なる時刻での前記第一及び第二の異なる量の光線を受
    光するときに一定の開口（１８６）を保持する請求項１
    に記載の電子式ビデオ・カメラ。
13. 【請求項１３】 前記レンズ系（１２０、１２４）に対
    する前記光学フィルタ（１４４、１７０）の位置を調節
    する電気式モータ（１５６）をさらに含んでおり、前記
    光学フィルタを第一の位置と第二の位置との間で移動さ
    せて、前記第一のフィルタ領域を非利用位置へ移動させ
    ると共に前記第二のフィルタ領域を作用位置へ移動させ
    ることにより光線の減衰を自動的に調節する請求項１に
    記載の電子式ビデオ・カメラ。
14. 【請求項１４】 互いに対向しており患者の撮像軸（４
    ８）に沿って整列しているＸ線源（３２）及び受像器
    （３４）を保持している支持構造（１２）であって、 前記Ｘ線源（３２）及び受像器（３４）は患者により減
    衰したＸ線のパターンを得るように協働し、前記Ｘ線源
    は照射されるＸ線の強度を変化させ、 前記受像器はＸ線を患者の領域を表わす光線へ変換し、
    該光線の輝度はＸ線の強度に基づいて変化する、支持構
    造（１２）と、 Ｘ線画像を得るように前記光線を処理するプロセッサ
    （１１６）と、 前記Ｘ線画像を表示する表示器（１１８）と、 前記光線の輝度を低下させるように前記光線の一部を遮
    断する部分的に不透明な部材（１４４、１７０）であっ
    て、不透明度の異なる領域（１９２、２００、２０２）
    を有する部分的に不透明な部材（１４４、１７０）とを
    備えた医用Ｘ線システム。
15. 【請求項１５】 前記光線の輝度の低下を変化させるよ
    うに前記部分的に不透明な部材（１４４、１７０）を自
    動的に移動させるモータ・アセンブリ（１５６）をさら
    に含んでいる請求項１４に記載のシステム。
16. 【請求項１６】 当該Ｘ線システムの自動的なフィード
    バック応答を介して前記Ｘ線源から照射されるＸ線の強
    度の減少を生じさせるために、前記部分的に不透明な部
    材（１４４、１７０）を不透明度の高い状態から不透明
    度の小さい状態へ自動的にシフトさせる手段（１５６）
    をさらに含んでいる請求項１４に記載のシステム。
17. 【請求項１７】 前記光線に整列するように前記部分的
    に不透明な部材（１４４、１７０）の不透明のより高い
    領域を移動させるために、前記部分的に不透明な部材
    （１４４、１７０）を第一の角度位置と第二の角度位置
    との間で回転させるモータ（１５６）及びギア・アセン
    ブリ（１５４）をさらに含んでいる請求項１４に記載の
    システム。
18. 【請求項１８】 前記部分的に不透明な部材（１４４、
    １７０）を、前記光線が前記部分的に不透明な部材の透
    明度の高い部分を通過するような初期位置と、前記光線
    の一部が前記部分的に不透明な部材の不透明度の高い部
    分により遮断されるような最終位置との間で移動させる
    アセンブリ（１５４）をさらに含んでいる請求項１４に
    記載のシステム。
19. 【請求項１９】 前記部分的に不透明な部材（１４４、
    １７０）は互いに対して不透明度が変化している領域
    （１９２、２００、２０２）を有する請求項１４に記載
    のシステム。
20. 【請求項２０】 前記部分的に不透明な部材（１４４、
    １７０）は互いに対して不透明度が変化している領域
    （１９２、２００、２０２）を有しており、１以上の領
    域が一定の不透明度を有する請求項１４に記載のシステ
    ム。
21. 【請求項２１】 前記部分的に不透明な部材（１４４、
    １７０）は互いに対して不透明度が変化している領域
    （１９２、２００、２０２）を有しており、１以上の領
    域が連続的に変化する不透明度を有する請求項１４に記
    載のシステム。