JP2004089445A - X線発生装置およびx線画像撮像システム - Google Patents

X線発生装置およびx線画像撮像システム Download PDF

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Hiroshi Ohara
大原 弘
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Konica Minolta Holdings Inc
コニカミノルタホールディングス株式会社
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Abstract

【課題】容易に平行なX線を生成して、このX線を用いて画質の優れたX線画像を得る。
【解決手段】X線発生装置10では、電子を放出する陰極としてカーボンナノチューブを用いたX線管を複数使用するとともに、X線管のX線を取り出すX線放射窓を二次元に配置することで、二次元X線源を形成する。X線発生装置10の二次元X線源から放射されたX線は、被写体15を透過してX線画像検出器20に照射される。X線画像検出器20では、照射されたX線の強度に基づいてX線画像の画像信号を生成する。X線発生装置10の二次元X線源と被写体15との間には、空孔が篩状に二次元的に配されたコリメータ71を、この空孔の軸方向が二次元X線源と被写体の方向となるように配置する。
【選択図】    図4

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、医療におけるX線画像診断の分野に関する。特に画質の優れたX線画像を得るためのX線発生装置およびX線画像撮像システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、放射線画像の撮影では、いわゆるクーリッジX線管が用いられてきた。このクーリッジX線管では、陰極のフィラメントを加熱して熱電子を発生させるとともに、この熱電子を管電圧で加速して陽極の金属に衝突させることで陽極の表面からX線を発生させるものである。陽極は固定されたものと、回転してX線が衝突する位置を移動させることにより、過大な発熱をさける構造のものがある。
【0003】
クーリッジX線管から放射されるX線は、熱電子が衝突した陽極から放射状に発散されるものであり、X線検出器との距離の2乗に比例してX線強度が減弱する。このため、X線管とX線検出器との距離が離れているときには、X線管で発生するX線量を多くする必要がある。また、被写体と被写体のX線画像を検出するX線画像検出器との間に距離を置くと、いわゆる幾何学的不鋭が発生して、画像がボケてしまう欠点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、粒子加速器を用いて加速電子を発生させて、この加速電子を円運動させることでX線を発生させる装置、例えばシンクロトロン線源等が実用化されている。このような装置を用いれば、平行に進むX線を得ることができ、X線強度の減弱や幾何学的不鋭の問題を解決できる。しかし、このような装置は極めて大きなサイズであるとともに高価であり、広く一般的に医用施設で使用することは難しい。また、小規模のシンクロトロンであるマイクロトロンX線源が研究されているが、中性子線が発生し、住居が近隣にある施設での使用は難しい。さらに、逆コンプトン散乱X線源などが研究されているが、極めて高度な技術を必要として、未だ現実的ではない。
【0005】
そこで、この発明では、容易に平行なX線を得ることができる、小型で汎用性の高いX線発生装置および、画質の優れたX線画像を得ることができるX線画像撮像システムを提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るX線発生装置は、複数のX線管を用い、前記X線管のX線を取り出すX線放射窓を二次元に配置することで、二次元X線源を形成するものである。また、電子を放出する陰極としてカーボンナノチューブを用いるものである。
【0007】
この発明に係るX線画像撮像システムは、複数のX線管を用い、前記X線管のX線を取り出すX線放射窓を二次元に配置することで、二次元X線源を形成したX線発生装置と、前記X線発生装置の二次元X線源から放射されたX線が照射されて、該照射されたX線の強度に基づいてX線画像を得るX線画像検出器を有するものである。また、空孔が篩状に二次元的に配されたコリメータを用い、前記二次元X線源と被写体との間に、前記コリメータを前記空孔の軸方向が前記二次元X線源と被写体の方向となるように配置するものである。また、前記X線画像検出器と前記被写体と間にX線グリッドを配置するものである。さらに、前記X線画像検出器と前記被写体との間隔を、0.1m以上とするものである。
【0008】
また、前記X線画像検出器では、照射されたX線の強度に基づいてX線画像の画像信号を生成するものである。さらに、前記X線画像検出器で生成された画像信号を用いて画像処理を行う画像処理手段を有し、前記X線画像検出器あるいは前記画像処理手段では、被写体が存在しないときのX線画像の画像信号に基づいて、前記被写体を撮影したX線画像の画像信号を補正するものである。
【0009】
この発明においては、電子を放出する陰極としてカーボンナノチューブを用いたX線管を複数使用するとともに、X線管のX線を取り出すX線放射窓を二次元に配置することで、二次元X線源が形成される。X線管の管電圧を10kV以上300kV以下としたときに二次元X線源から放射されたX線は、被写体を透過してX線画像検出器に照射される。このとき、X線画像検出器と被写体との間隔は0.1m以上とする。X線画像検出器では、照射されたX線の強度に基づいてX線画像の画像信号が生成される。二次元X線源と被写体との間には、1μm以上で1mm以下の直径を有する空孔が篩状に二次元的に配されたコリメータが、この空孔の軸方向を二次元X線源と被写体の方向となるように配置される。X線画像検出器と被写体と間には、X線グリッドが配置される。さらに、コリメータやX線グリッドが設けられたときには、被写体が存在しないときのX線画像の画像信号に基づいて、被写体を撮影したX線画像の画像信号が補正される。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照しながら、この発明の実施の一形態について説明する。図1は、X線発生装置10の模式図である。X線発生装置10は、X線を放射するX線放射窓が管軸方向とされたX線管11を複数個束ねて構成されたものであり、電源12から各X線管11に管電圧を加えると、各X線管11からX線が放射されて、X線放射窓が二次元に配置されている平面PAからX線が放射されることとなる。すなわち、二次元のX線源を構成できる。平面PAの形状は、4角形や円形等自由に設定しても良いが、X線画像検出器に合わせた形状とすることで、放射されるX線を効率よく利用することが可能となる。
【0011】
X線管11の数は、X線を照射する面積やX線管の発熱量に基づいて決定する。ここで、X線管11の数は二次元平面PAを形成できるように少なくとも3個以上とする。また、束ねられて内部側に位置するX線管が高熱となって損傷を受けることが無いように50000個までとすることが好ましい。
【0012】
X線発生装置10を医療用に用いる場合、二次元平面PAの大きさは5平方センチメートルから40平方センチメートルが好ましい。人体に照射する面積があれば十分だからである。また二次元平面が大きすぎると、内部側に位置するX線管が高熱なるとともに重量が多くなってしまうからである。
【0013】
X線管11の配列は、縦横直線に整列することもでき、また蜂の巣状に細密に配置することもできる。さらに、このX線管11の配列形態をX線検知器のピクセルの並び方に合わせることもできる。また、X線の方向を揃えるコリメータを二次元平面PAの前に設ける場合、コリメータに設けられているX線を通過させるための二次元的に配された孔とX線管11の位置を合わせる様に配置することは、好ましい態様である。
【0014】
図2は、X線管11の構造を模式的に示したものである。ガラス管110の内部は真空度が高い状態に保たれており、電源12によって陰極111と陽極112間に管電圧が印加される。陰極111側では、電界電子放出(Field Emission)によって電子を発生させる。この陰極111で発生された電子を管電圧によって加速して陽極112の金属に衝突させることで、陽極112からX線を発生させて、矢印で示す方向にX線を放射する面をX線放射窓とする。この陽極112は、モリブデン、ロジウム、タングステン、銀、金、銅などの金属を用いて形成する。
【0015】
陰極111の電子が放射される面はカーボンナノチューブ113で覆われ、電子はカーボンナノチューブ113から放射される。ここで、電界電子放出を行うため電界強度を高くするには、電子を放出させる陰極を先端状とするとともに先端の曲率半径を小さくすることが知られている。しかし、先端状の部分が金属で形成されると、放出された電子によって生じたイオンによってスパッタリング効果が生じてしまい先端状の部分が壊れてしまう。しかし、カーボンナノチューブ113は化学的に安定であるとともに直径が小さいことから、カーボンナノチューブ113を用いて電子を放射させることで、金属を用いる場合よりも陰極の長寿命化を図ることができる。
【0016】
このカーボンナノチューブ113は、アーク放電法や化学気相成長法等で生成する。カーボンナノチューブ113の直径は、5nmから30nm程度であり、そして長さは1μm程度である。また、カーボンナノチューブ113の先端付近に金属原子が埋め込まれていることが好ましく、例えばFumio OkuyamaとIsao Ogasawaraによる科学論文”Chormium−containing metallic fibers confined within carbon nanotubes:Possibility of template−mediated crystal growth”,App1.Phys.Lett.71巻5号1997年にその作製方法が記載されている。
【0017】
カーボンナノチューブ113で覆われる陰極111の直径は1μmから10mmが好ましい。小さすぎると十分なX線が得られず、一方余り大きい陰極は製造コストが極めて高いものとなる。また、陰極の形状は円形だけでなく四角形としてもよい。このとき1辺の長さは1μmから50mmが好ましい。
【0018】
図3は、X線管の他の構造を模式的に示したものである。円形若しくは4角形の陰極115には、円形若しくは四角形の孔116を設ける。陽極117から放射されるX線は、この孔116を通して放射される。すなわち、孔116をX線放射窓として、このX線放射窓から平行に進むX線を出力できる。
【0019】
陽極117は、モリブデン、ロジウム、タングステン、銀、金、銅などの金属を用いて形成する。また形状は、円形若しくは四角形として直径若しくは1辺の長さは1μmから60mmが好ましい。小さすぎると十分なX線が得られないが、大きすぎると十分に平行なX線が得られない。陽極の厚さは1μmから10mmが好ましい。薄すぎると熱伝達が悪く、損傷が早くなる。厚すぎると十分なX線を取り出すことができなくなる。
【0020】
また、陰極115と陽極117との間に電子を集束させる集束手段、例えばコイル118を設けて電場を発生させることにより電子を集束させれば、電子が衝突する部分の面積を小さくできる。このように、電子を集束させると電子が衝突する部分でX線が多く発生される。このため、孔116を通して放射されるX線の強度を高めることができる。
【0021】
図2や図3に示した陽極112(117)は、管電流が大きいとき、あるいは管電圧が上昇すると発熱が激しくなる。したがって、陽極112(117)を冷却することは好ましい態様である。
【0022】
また、陰極111(115)から発射された電子は磁力あるいは電気的に加速することは好ましく、高いエネルギーのX線を取り出すには不可欠である。陰極111(115)と陽極112(117)との間の管電圧は10kVから300kVが好ましい。特に医療用に用いるときは20kVから150kVが好ましい。管電圧が低いと透過性のよいエネルギーの高いX線が得られず、高すぎると陽極の損傷が激しくなるからである。また、管電流値は1μAから1Aが好ましい。管電流値が小さすぎると十分な量のX線を得ることができない。また高すぎると陽極が損傷するからである。
【0023】
図4は、上述のX線発生装置10を用いたX線画像撮像システムの構成を示している。X線発生装置10から放射された平行X線は、被写体(医療施設では例えば患者)15を通してX線画像検出器20に照射される。
【0024】
X線画像検出器20は、入射したX線の強度に応じてX線画像の画像信号を出力する。このX線画像検出器20は、いわゆるスクリーン・フィルム(SF)システム、あるいはコンピューテッド・ラジオグラフィ(CR)システムやフラットパネルX線ディテクタ(FPD)などのデジタルX線画像検出器を用いることができる。
【0025】
SFシステムは、X線照射によって可視光線を発するいわゆるX線増感紙とハロゲン化銀粒子がゼラチンバインダーに分散された銀塩フィルムで構成される。X線増感紙は、蛍光体を主たる成分とするものであり、被写体を透過したX線に基づいて波長が300nmから800nmの電磁波、すなわち可視光線を中心に紫外光から赤外光にわたる電磁波を出力する。
【0026】
ここで用いられる蛍光体は、CaWO、CaWO:Pb、MgWOなどのタングステン酸塩系蛍光体、YS:Tb、GdS:Tb、LaS:Tb、(Y,Gd)S:Tb、(Y,Gd)S:Tb,Tmなどのテルビウム賦活希土類酸硫化物系蛍光体、YPO:Tb、GdPO:Tb、LaPO:Tbなどのテルビウム賦活希土類燐酸塩系蛍光体、LaOBr:Tb、LaOBr:Tb,Tm、LaOCl:Tb、LaOCl:Tb,Tm、GdOBr:Tb、GdOBr:Tb,Tm、GdOCl:Tb、GdOCl:Tb,Tmなどのテルビウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体、LaOBr:Tm、LaOCl:Tmなどのツリウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体、LaOBr:Gd、LuOCl:Gdなどのガドリニウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体、GdOBr:Ce、GdOCl:Ce、(Gd,Y)OBr:Ce、(Gd,Y)OCl:Ceなどのセリウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体、BaSO:Pb、BaSO:Eu2+、(Ba,Sr)SO:Eu2+などの硫酸バリウム系蛍光体、Ba(PO:Eu2+、(BaPO:Eu2+、Sr(PO:Eu2+、(SrPO:Eu2+などの2価のユーロピウム賦活アルカリ土類金属燐酸塩系蛍光体、BaFCl:Eu2+、BaFBr:Eu2+、BaFCl:Eu2+,Tb、BaFCl:Eu2+,Tb、BaF・BaCl・KCl:Eu2+、(Ba,Mg)F・BaCl・KCl:Eu2+などの2価のユーロピウム賦活アルカリ土類金属弗化ハロゲン化物系蛍光体、CsI:Na、CsI:Tl、NaI、KI:Tlなどの沃化物系蛍光体、ZnS:Ag、(Zn,Cd)S:Ag、(Zn,Cd)S:Cu、(Zn,Cd)S:Cu,Agなどの硫化物系蛍光体、HfP、HfP:Cu、Hf(POなどの燐酸ハフニウム系蛍光体、YTaO、YTaO:Tm、YTaO:Nb、(Y,Sr)TaO:Nb、LuTaO、LuTaO:Tm、LuTaO:Nb、(Lu,Sr)TaO:Nb、GdTaO:Tm、MgTa:Nb、Gd・Ta・B:Tbなどのタンタル酸塩系蛍光体、他に、GdS:Eu3+、(La,Gd,Lu)Si:Eu、ZnSiO:Mn、Sr:Eu、などを用いることができる。
【0027】
SFシステムの銀塩フィルムは、樹脂平面の両側もしくは片側に感光性のハロゲン化銀粒子をゼラチンに分散させた乳剤層が塗布されたものである。ハロゲン化銀粒子の平均粒径は10nmから10μmであり、ジャガイモ状、四角形、八面体、12面体、三角平板、六角平板などの形状を有する。蛍光増感紙の発する可視光に併せて分光増感色素が用いられ、感光性フィルムの保存性を向上せしめる様様な有機化合物が乳剤層中に添加されている。この銀塩フィルムはX線照射後に現像処理が行われ、X線画像を得ることができる。また、得られたX線画像はフィルムデジタイザで読み取られて、X線画像の画像信号に変換される。
【0028】
CRシステムでは、輝尽性蛍光体からなる輝尽性蛍光体プレートを用いる。このCRシステムは、特開2000−250152号公報の第1の実施の形態や第2の実施の形態で示されているように、支持体上に輝尽性蛍光体層を形成し、更に輝尽性蛍光体層上に保護層を設けて輝尽性蛍光体プレート(イメージングプレート)を構成する。
【0029】
ここで輝尽性蛍光体層を塗布によって形成する塗布型のイメージングプレートで用いる輝尽性蛍光体としては、放射線のエネルギーを蓄積可能で、蓄積している放射線のエネルギーを光として放出可能なものであれば良く、特に限定されるものではないが、可視光波長域の輝尽励起光によって励起可能であることが望ましい。
【0030】
具体的には
《1》 特開昭55−12145号公報に開示されたアルカリ土類金属弗化ハロゲン化物系蛍光体
(Ba1−X、M2+ )FX:yA
(ここに、M2+はMg,Ca,Sr,ZnおよびCdからなる群より選ばれる少なくとも一種のアルカリ土類金属元素、XはCl,BrおよびIからなる群より選ばれる少なくとも一種のハロゲン、AはEu,Tb,Ce,Tm,Dy,Pr,He,Nd,YbおよびErからなる群より選ばれる少なくとも一種の3価金属元素、xは0≦x≦0.6、yは0≦y≦0.2である。)
【0031】
《2》 特開平2−276997号公報に開示されたアルカリ土類金属弗化ハロゲン化物系蛍光体
SrFX:Z
(ここに、XはCl,BrおよびIからなる群より選ばれる少なくとも一種のハロゲン、ZはEuまたはCeである。)
【0032】
《3》 特開昭59−56479号公報に開示されたユーロピウム付活複合ハロゲン物系蛍光体
BaFX・xNaX’:aEu2+
(ここに、XおよびX’はいずれも、Cl,BrおよびIからなる群より選ばれる少なくとも一種のハロゲンであり、xは0<x≦2、aは0<a≦0.2である。)
【0033】
《4》 特開昭58−69281号公報に開示されたセリウム付活三価金属オキシハロゲン物系蛍光体
MOX:xCe
(ここに、MはPr,Nd,Pm,Sm,Eu,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,YbおよびBiからなる群より選ばれる少なくとも一種の三価金属元素、XはBrおよびIのうちの一方あるいは双方、xは0<x<0.1である。)
【0034】
《5》 特開昭60−101179号公報および同60−90288号公報に開示されたセリウム付活希土類オキシハロゲン物系蛍光体
LnOX:xCe
(ここに、LnはY,La,GdおよびLuからなる群より選ばれる少なくとも一種の希土類元素、XはCl,BrおよびIからなる群より選ばれる少なくとも一種のハロゲン、xは0<x≦0.1である。)
【0035】
《6》 特開昭59−75200号公報に開示されたユーロピウム付活複合ハロゲン物系蛍光体
MIIFX・aMIX’・bM’IIX’’2+・cMIIIX’’’3+・xA:yEu2+
(ここに、MIIはBa,SrおよびCaからなる群より選ばれる少なくとも一種のアルカリ土類金属元素、MIはLi,Na,K,RbおよびCsからなる群より選ばれる少なくとも一種のアルカリ金属元素、M’IIはBeおよびMgからなる群より選ばれる少なくとも一種の二価金属元素、MIIIはAl,Ga,InおよびTlからなる群より選ばれる少なくとも一種の三価金属元素、Aは少なくとも一種の金属酸化物、XはCl,BrおよびIからなる群より選ばれる少なくとも一種のハロゲン、X’,X’’およびX’’’はF,Cl,BrおよびIからなる群より選ばれる少なくとも一種のハロゲンであり、aは0≦a≦2、bは0≦b≦10−2、cは0≦c≦10−2で、かつ、a+b+c≧10−2であり、xは0<x≦0.5で、yは0<y≦0.2である。)
【0036】
《7》 米国特許第3,859,527号明細書に記載の
SrS:Ce,Sm、SrS:Eu,Sm、LaS:Eu,Sm、(Zn,Cd)S:Mn,X
(ただし、Xはハロゲンを表す。)
【0037】
《8》 特開昭55−12142号公報に記載の一般式
BaO・xAl:Eu
(ただし、xは0.8≦x≦10を満たす数を表す。)で表されるアルミン酸バリウム蛍光体。
【0038】
《9》 同55−12142号公報に記載の一般式
O・xSiO:A
(ただし、Mは、Mg,Ca,Sr,Zn,Cd,Baを表し、Aは、Ce,Tb,Eu,Tm,Pb,Tl.Bi,Mnの少なくとも一種を表し、xは0.5≦x<2.5を満たす数を表す。)で表されるアルカリ土類金属ケイ酸塩系蛍光体。
【0039】
《10》 特開昭55−12143号公報に記載の一般式
(Ba1−x−yMgCa)FX:eEu2+
(ただし、Xは、Br,Clの少なくとも一種を表し、x,y,eは、0<x+y≦0.6、xy≠0、10−6≦e≦5×10‐を満たす数を表す。)で表される蛍光体。
【0040】
《11》 特開昭55‐12144号公報に記載の一般式
LnOX:xA
(ただし、Lnは、La,Y,Gd,Luの少なくとも一種を表し、Xは、Cl.Brの少なくとも一種を表し、Aは、Ce,Tbの少なくとも一種を表し、xは0<x<0.1を満たす数を表す。)で表される蛍光体。
【0041】
《12》 特開昭55‐12145号公報に記載の一般式
(Ba1−x(M)FX:yA
(ただし、Mは、Mg,Ca,Sr,Zn,Cdの少なくとも一種を表し、Xは、Cl,Br,Iの少なくとも一種を表し、Aは、Eu,Tb,Ce,Tm,Dy,Pr,Ho,Nd,Yb,Erの少なくとも一種を表し、x,yは0≦x≦0.6、0≦y≦0.2を満たす数を表す。)で表される蛍光体。
【0042】
《13》 特開昭55‐l60078号公報に記載の一般式
FX・xA:yLn
(ただし、Mは、Mg,Ca,Ba,Sr,Zn,Cdの少なくとも一種を表し、Aは、BeO,MgO,CaO,SrO,BaO,ZnO,Al,Y,La,In,SiO,TiO,ZrO.GeO,SnO,Nb,Ta,ThOの少なくとも一種を表し、Lnは、Eu,Tb,Ce,Tm,Dy,Pr,Ho,Nd,Yb,Er,Sm,Gdの少なくとも一種を表し、Xは、Cl,Br,Iの少なくとも一種を表し、x,yは5×10−5≦x≦0.5、0<y≦0.2を満たす数を表す。)で表される希土類元素賦活2価金属フルオロハライド蛍光体。
【0043】
《14》 特開昭59‐38278号公報に記載の一般式
xM(PO・NX:yA
(PO・yA
(式中、M,Nは、それぞれ、Mg,Ca,Sr,Ba,Zn,Cdの少なくとも一種を表し、Xは、F,Cl,Br,Iの少なくとも一種を表し、Aは、Eu,Tb,Ce,Ym,Dy,Pr,Ho,Nd,Yb,Er,Sb,Tl,Mn,Snの少なくとも一種を表し、x,yは0<x≦6、0≦y≦1を満たす数を表す。)で表される蛍光体。
【0044】
《15》 特開昭60‐84381号公報に記載の一般式
・aMX’:xEu2+
(ただし、Mは、Ba,Sr,Caの少なくとも一種のアルカリ土類金属を表し、XおよびX’は、Cl,Br,Iの少なくとも一種のハロゲンを表し、かつX≠X’であり、aは0.1≦a≦10.0を満たす数を表し、xは0<x≦0.2を満たす数を表す。)で表される2価ユーロピウム賦活アルカリ土類金属ハロゲン化物蛍光体。
【0045】
《16》 特開昭63−27588号公報に記載の一般式
MX・aMX’:bEu2+
(ただし、Mは、Ca,Sr,Baの少なくとも一種のアルカリ土類金属を表し、XおよびX’は、Cl,Br,Iの少なくとも一種のハロゲンを表し、aは0.5≦a≦1.8を満たす数を表し、bは10−4≦b≦10−2を満たす数を表す。)で表される2価ユーロピウム賦活アルカリ土類金属ハロゲン化物蛍光体。
【0046】
《17》 第51回応用物理学会学術講演会の講演予稿集(1990年秋季)第1086頁に記載されている一般式
BaX:Eu(Xはハロゲン)
で表される2価ユーロピウム賦活ハロゲン化バリウム蛍光体。
【0047】
《18》 特開昭61−72088号公報に記載の一般式
X・aMX’・bMX’’:cA
(ただし、Mは、Li,Na,K,Rb,Csの少なくとも一種のアルカリ金属を表し、Mは、Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Zn,Cd,Cu,Niの少なくとも一種の2価の金属を表し、Mは、Sc,Y,La,Ce,Pr,Nd,Pm,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Al,Ga,Inの少なくとも一種の3価の金属を表し、X,X’,X’’は、F,Cl,Br,Iの少なくとも一種のハロゲンを表し、Aは、Eu,Yb,Ce,Tm,Dy,Pr,Ho,Nd,Yb,Er,Gd,Lu,Sm,Y,Tl,Na,Ag,Cu,Mgの少なくとも一種の金属を表し、a,b,cは、0<a<0.5、0≦b<0.5、0<c≦0.2を満たす数を表す。)で表されるアルカリハライド蛍光体。
【0048】
《19》 特開平7−233369号公報に開示された一般式(1)
Ba1−XMIIFX:yMI,zLn  ・・・(1)
(但し、MIIはSr及びCaからなる群より選ばれる少なくとも一種のアルカリ土類金属を表し、MIはLi,Na,K,Rb,およびCsからなる群より選ばれる少なくとも一種のアルカリ金属を表し、XはCl,BrおよびIからなる群より選ばれる少なくとも一種のハロゲンを表し、LnはCe,Pr,Sm,Eu,Gd,Tb,TmおよびYbからなる群より選ばれる少なくとも一種の希土類元素を表わし、x,y,zはそれぞれ0≦x≦0.5、0≦y≦0.05、0<z≦0.2で表される範囲の数値を表す。)で表される14面体型希土類賦活アルカリ土類金属弗化ハロゲン化物系輝尽性蛍光体。
【0049】
以上のような輝尽性蛍光体を用いることができ、特に14面体型希土類賦活アルカリ土類金属弗化ハロゲン化物系輝尽性蛍光体が望ましく、また、輝尽性蛍光体が、
BaFX:zEu
(但し、XはBrおよびIからなる群より選ばれる少なくとも一種のハロゲンを表し、zは0<z≦0.2で表される範囲の数値を表す。)
であることがさらに望ましい。
【0050】
また、気相法で輝尽性蛍光体層を形成する場合、輝尽性蛍光体は塗布型の場合と同様な蛍光体種が用いられる。特に、上述した《18》特開昭61−72088号公報に記載の一般式のMX・aMX’・bMX’’:cAで示したアルカリハライド蛍光体は、気相堆積法により容易に輝尽性蛍光体層316を形成させることができるので好ましい。また、輝尽性蛍光体層の輝尽性蛍光体として、RbBr:Tl、またはCsI:Tlであることがさらに好ましい。
【0051】
ここで、気相堆積法により形成した輝尽性蛍光体層は、支持体に対して垂直方向に伸びる微細な柱状結晶の集合体からなる柱状結晶構造となり、十分な光ガイド効果を示すことが好ましい(すなわち柱状結晶の上面から入射した光が柱状結晶の側面から外に放射されてしまうことを少ないものとする)。
【0052】
なお、輝尽性蛍光体は以上のものに限定されず、放射線を照射した後、輝尽励起光を照射した場合に輝尽発光を示す蛍光体であればその他の蛍光体をも用いることができる。
【0053】
このように構成されたイメージングプレートにX線を照射すると、このX線のエネルギーの一部が蓄積され、その後可視光等の励起光を照射すると蓄積されたエネルギーに応じて輝尽発光を示すものとなる。このため、人体等の被写体の放射線画像情報を一旦イメージングプレートの輝尽性蛍光体層に記録する。その後、レーザー光等の励起光によってイメージングプレートを走査して輝尽発光光を生じさせて、この輝尽発光光を光電変換することによってX線画像の画像信号を生成する。
【0054】
また、FPDシステムは、特開平9−90048号公報に記載されているように、X線を増感紙等の蛍光体層に吸収させて蛍光を発生させる。この蛍光体層は、例えば特開2000−250152号公報の第3の実施の形態で示されているように、タングステン酸塩系蛍光体(CaWO、MgWO、CaWO:Pb等)、テルビウム賦活希土類酸硫化物系蛍光体[YS:Tb、GdS:Tb、LaS:Tb、(Y,Gd)S:Tb、(Y,Gd)OS:Tb,Tm等]、テルビウム賦活希土類燐酸塩系蛍光体(YPO:Tb、GdPO:Tb、LaPO:Tb等)、テルビウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体(LaOBr:Tb、LaOBr:Tb,Tm、LaOCl:Tb、LaOCl:Tb,Tm、LaOCl:Tb,Tm、LaOBr:Tb、GdOBr:Tb、GdOCl:Tb等)、ツリウム賦活希土類オキシハロゲン化物系蛍光体(LaOBr:Tm、LaOCl:Tm等)、硫酸バリウム系蛍光体[BaSO:Pb、BaSO:Eu2+、(Ba,Sr)SO:Eu2+等]、2価のユーロピウム賦活アルカリ土類金属燐酸塩系蛍光体[(BaPO:Eu2+、(BaPO:Eu2+等]、2価のユーロピウム賦活アルカリ土類金属弗化ハロゲン化物系蛍光体[BaFCl:Eu2+、BaFBr:Eu2+、BaFCl:Eu2+,Tb、BaFBr:Eu2+,Tb、BaF・BaCl・KCl:Eu2+、(Ba・Mg)F・BaCl・KCl:Eu2+等]、沃化物系蛍光体(CsI:Na、CsI:Tl、NaI、KI:Tl等)、硫化物系蛍光体[ZnS:Ag(Zn,Cd)S:Ag、(Zn,Cd)S:Cu、(Zn,Cd)S:Cu,Al等]、燐酸ハフニウム系蛍光体(HfP:Cu等)、タンタル酸塩系蛍光体(YTaO、YTaO:Tm、YTaO:Nb、[Y,Sr]TaO4−X:Nb、LuTaO、LuTaO:Nb、[Lu,Sr]TaO4−X:Nb、GdTaO:Tm、Gd・Ta・B:Tb等)が用いられ、特にGdS:Tb、CsI:Tlが望ましい。なお、蛍光体はこれらに限定されるものではなく、放射線の照射により可視領域の発光を示し、この発光波長に光電変換素子が感度をもつものであれば使用できる。
【0055】
この蛍光体層で生じた可視光を光電変換によって画像信号に変換する。例えば画素毎に設けたフォトダイオードやCCDあるいはC−MOSセンサ等の光検出器で光の強さに応じた電気信号を生成させることで、X線画像の画像信号を生成できる。
【0056】
またFPDシステムでは、特開平6−342098号公報や特開2000−250152号公報の第4の実施の形態として開示されているように、照射されたX線の強度に応じた電荷を生成する光導電層を設けて、この光導電層で生成された電荷を二次元的に配列された複数のコンデンサに蓄積し、蓄積された電荷に応じて画像信号を生成することも行われる。
【0057】
さらに、他の方法として、X線の照射により可視光を発するX線シンチレータと、レンズアレイ及び各々のレンズに対応するエリアセンサとを組み合わせた構成も用いられる。
【0058】
このX線画像検出器20によって、照射されたX線の強度に基づいて生成された画像信号は、X線画像検出器20に接続されている画像処理部51によって読み出される。あるいはX線画像検出器20に装着された例えば半導体メモリカード等の携帯可能な記録媒体に蓄積されたのち、この記録媒体がX線画像検出器20から取り外されて画像処理部51に装着されることにより、画像処理部51に供給される。
【0059】
画像処理部51では、X線画像検出器20で生成された画像信号に対してシェーディング補正やゲイン補正、階調補正、周波数強調処理や画像の拡大・縮小処理等を施して、診断等に適した画像信号となるように処理を行う。また、出力画像のコントラストや特性曲線形状、また濃度などをコントロールすることも好ましい。
【0060】
さらに、通常撮影のX線画像に対して位相コントラストを生じさせたX線位相コントラスト画像を加算して、エッジ強調が行われたX線画像の画像信号を生成する。ここで、通常撮影のX線画像と位相コントラスト画像を加算あるいは減算する際には画像の拡大や縮小処理を行い、2つのX線画像上での被写体サイズを一致させて正しく画像の重ね合わせを行う。なお、通常のX線画像と位相コントラスト画像の画像信号を加算する際の信号強度比を自由に可変可能とすれば、所望のレベルにエッジ強調されたX線画像を得ることができる。また通常のX線画像に対して位相コントラストを生じさせたX線画像を差し引きエネルギーサブストラクション画像を得ることも可能である。この場合はエッジ強調の濃度関係が反転するが、エッジ強調効果は保持される。
【0061】
また、画像処理部51では、画像信号の蓄積や転送を容易とするために画像信号の圧縮処理や、圧縮されている画像信号に基づくX線画像を出力するために、圧縮されている画像信号の伸長処理等も行う。さらに、後述する画像表示部52に表示されている画像を拡大したり縮小することで、撮影部位の確認や処理状態を容易とすることも行う。
【0062】
画像表示部52は、陰極管や液晶表示素子あるいはプロジェクタ等を用いて構成されており、画像処理部51から出力されている画像信号や後述する画像保存部54から読み出された画像信号、およびネットワーク60を介して供給された画像信号等に基づくX線画像を表示する。
【0063】
画像出力部53では、記録紙やフイルム等にX線画像を表示させて出力する。例えば、ハロゲン化銀フィルムにレーザー露光し、現像処理してX線画像を得ることができる。用いられるハロゲン化銀フィルムはSFシステムで用いる現像処理を行うものや、加熱によって現像するフィルムも用いることができる。また、昇華型やインクジェットプリンタなどのように、画像信号に基づいて熱量を変化させたり射出するインク量を変化させて、プラスチック支持体上にハードコピー画像としてX線画像を描き、それをシャウカステン上で観察することもできる。ここで、表示されるX線画像の大きさを、被写体の大きさに対応させたり、モノクロ画像表示でも疑似カラーを用いてカラー画像とすることで、観察を容易とすることができる。また、記録紙にX線画像を印刷して出力する場合には、昇華型プリンタやインクジェットプリンタ、サーマルプリンタ、レーザプリンタ等を用いることもできる。
【0064】
画像保存部54では、X線画像の画像信号を必要に応じて適宜読み出すことができるとともに、一時的若しくは永久保存を目的として画像の保存を行う。この画像保存部54は、例えば磁気的、ホログラム素子、穿孔、色素分布変化等を利用して画像信号を保存する。
【0065】
CAD(Computer Aided Diagnosis)55は、撮影されたX線画像のコンピュータ処理やコンピュータ解析を行い、診断に必要な情報を医師に提供することで病変の見落としがないように診断支援を行う。またコンピュータ処理やコンピュータ解析結果に基づいて、診断を自動的に行う。
【0066】
制御部56には、キーボード、マウス、ポインターなどを用いて構成された情報入力部57が接続されており、この情報入力部57によって患者情報などを入力し、付加情報を画像信号に付け加えることができる。また画像処理の指定や画像信号の保存や読み出し、ネットワークを介した画像信号の送受信を行う際の指示等も情報入力部57から行われる。さらに、X線管11の管電圧の設定等も行う。制御部56では、情報入力部57での操作に応じて、画像処理部51や画像表示部52、画像出力部53、画像保存部54、CAD55等の動作を制御する。
【0067】
また、X線画像の画像信号は、上述の画像出力部53や画像保存部54及びCAD55だけでなく、いわゆるLANやインターネット及びPACS(医療画像ネットワーク)等のネットワーク60を介して、病院施設内のほかの部署あるいは遠隔地にも送付することができる。また、このネットワークを介して、CT61やMRI62から得られた画像信号あるいはCRや他のFPD63から得られた画像信号、及びその他の検査情報等も送付可能とされており、X線画像検出器20で得られたX線画像と比較検討するため、ネットワーク60を介して送付されてきた画像信号や検査情報等を画像表示部52で表示したり画像出力部53から出力させることも行われる。また、送付されてきた画像信号や検査情報等を画像保存部54に保存させることもできる。また、X線画像検出器20で得られたX線画像の画像信号等を外部画像保存装置64に保存させるものとしたり、外部画像表示装置65の画面上に、X線画像検出器20で得られたX線画像を表示することも行われる。
【0068】
図5は、X線発生装置10と被写体15とX線画像検出器20の配置を示している。図5Aは、X線の方向を揃えるコリメータ71をX線発生装置10のX線放射側に設けた場合を示している。コリメータ71は、入射されたX線を平行に進むX線として出力させることができるものであればどんな構造のものでもよい。
【0069】
図6は、コリメータ71の一部断面図を示している。コリメータ71は、鉛を含むガラスや金属でできており、厚さが1mmから100mm程度である。コリメータ71のX線照射面には、1μmから1mm以下の直径の空孔(キャピラリ)71hが二次元的に互いに平行に配されて篩状の物体とされている。このようなコリメータは、一般にポリキャピラリとも言われており、キャピラリ71hはX線伝送管とも称せられている。
【0070】
キャピラリ71hの一端側にX線を照射すると、キャピラリ71hの管軸方向に進むX線は、そのまま出力される。また、管軸方向に対して傾きを持つX線は、キャピラリ71h内で反射を繰り返し、ほぼ管軸方向に進むX線として出力される。このため、コリメータ17に照射されたX線は、キャピラリ71hの管軸方向に進む平行なX線として出力される。
【0071】
このようなコリメータ71は、X線の照射面が円形や多角形(例えば四角形や六角形など)で、直径もしくは1辺長が10mmから500mm程度とすることが好ましい。また、サイズの大きいコリメータは、高い製造技術が必要であるので、1辺が10mmから100mmの四角形もしくは三角形のコリメータを敷き詰めて、所望の形状およびサイズのコリメータ71を形成する。
【0072】
このコリメータ71は、図5Aに示すようにX線発生装置10と被写体15との間に配置することが好ましい。さらに、X線発生装置10にできるだけ接近させることが、さらに好ましい態様である。このように配置することで、平行に進むX線を取り出すことが可能となる。
【0073】
被写体15とX線画像検出器20を近づけてX線画像の撮影を行う場合、被写体15から発生する散乱X線を除去するため、図5Bに示すように、被写体15とX線画像検出器20との間にX線グリッド72を配置する。このX線グリッド72は、被写体15から斜めに放射される散乱X線を吸収し、直進するX線を選択的に透過させるものである。このX線グリッド72を用いることにより、画像コントラストの高いX線画像を得ることができる。また、図5Cに示すように、コリメータ71とX線グリッド72を用いれば、さらに画像コントラストの高いX線画像を得ることができる。
【0074】
ここで、コリメータ71やX線グリッド72を用いると、X線が妨げられる部分(キャピラリ71hでない部分やX線グリッド72のX線吸収物質部分)が生じてしまい、X線が妨げられる部分の画像が画像信号に重畳されてしまうこととなる。このため、被写体15のX線画像を撮影する前に、被写体15の無い状態でX線画像の撮影を行い、この撮影によって得られた画像信号を利用して、その後、被写体15のX線画像を撮影したときの画像信号をX線画像検出器20あるいは画像処理部51で補正することにより、X線が妨げられる部分の画像を正しい撮影画像とする。
【0075】
例えば被写体15の無い状態でX線画像を撮影したときの画像信号が図7に示すようになった場合、この画像信号の信号レベルからX線が妨げられる部分の位置を判別する。その後、被写体15のX線画像を撮影したときには、X線が妨げられる部分の周囲の画像信号を用いて補間を行い、X線が妨げられる部分の画像信号の信号レベルを補正する。また、被写体15の無い状態でX線画像を撮影したときに信号レベルが低下する位置については信号レベルの低下率を判別し、その後被写体15のX線画像を撮影したときには、信号レベルの低下率に応じて信号を増幅することにより、画像信号の信号レベルを補正しても良い。
【0076】
また、コリメータ71とX線グリッド72を用いる場合には、コリメータ71の篩目とX線グリッド72の升目が共振して撮影画像にモアレが生じないようにコリメータ71とX線グリッド72の配置を設定する。例えばキャピラリ71hが互いに直交する方向に配列されているときには、キャピラリ71hの配列方向に対してX線グリッド72の升目の方向が斜めとなるように配置することで、モアレを防ぐことができる。
【0077】
さらに、X線が妨げられる部分の位置をX線画像の撮影中に移動させることでも、モアレやX線が妨げられる部分の画像が撮し込まれてしまうことを防止できる。すなわち、X線の照射中にコリメータ71を例えばキャピラリの数個分程度あるいはそれ以上移動したり、X線グリッド72を例えば升目の数個分程度あるいはそれ以上移動すれば、X線が妨げられる部分の位置が固定されることがなくなり、X線が妨げられる部分の画像が撮し込まれていないとともにモアレのない良好なX線画像を得ることができる。
【0078】
このように、X線発生装置10では、二次元平面PAから平行X線が放射されるので、X線発生装置10とX線画像検出器20との間の距離を離しても、従来のクーリッジX線管のように距離2乗則に従って、急速にそのX線強度が減弱してしまうことを防止できる。また、二次元平面PAから平行X線が放射されるので、被写体15とX線画像検出器20との間を離しても画像のぼけが少ない。このため、画質の優れたX線画像を得ることができる。
【0079】
また、被写体15とX線画像検出器20との距離を離すことにより、いわゆるエアギャップ効果で、散乱X線による画像コントラストの低下を防ぐことができるので、X線グリッド72を用いることなく画像コントラストの高いX線画像を得ることができる。
【0080】
さらに、被写体15とX線画像検出器20の間を0.1m以上広げることにより、X線の屈折や回折現象による位相コントラスト画像を得ることができる。図8は位相コントラストを説明するための図である。被写体15に照射されたX線は、図8Aに示すように、被写体15を透過すると屈折を生ずる。そして、この屈折の影響により、被写体15の端部内側のX線密度が疎となる。また被写体15の外側では、被写体15によって屈折を生じたX線と被写体15を通過しないX線とが重なることからX線密度が上昇する。このため、図8Bに示すように、被写体境界部分でX線強度が弱められる部分と強められる部分が連続して生ずる。すなわち、被写体境界部分でX線強度の差が大きいものとなり、被写体15のエッジが強調されるエッジ強調効果が生じて、鮮明な画像を得ることができる。
【0081】
このように、本発明によれば二次元のX線源によって照射面積の大きい平行X線を得ることができるので、極めて微細な物質のX線画像を鮮明に描くことが可能となる。このため、特に乳房X線画像診断や毛細血管の描写が行われる血管造影画像診断等に好適なX線画像撮像システムを提供できる。
【0082】
【発明の効果】
この発明によれば、X線管のX線を取り出すX線放射窓が二次元に配置されて二次元X線源が形成される。このため、平行に進行するX線の照射面積を大きくできる。また、電子を放出する陰極としてカーボンナノチューブが用いられるので、陰極の長寿命化を図ることができる。
【0083】
さらに、X線管のX線を取り出すX線放射窓を二次元に配置することで、二次元X線源を形成したX線発生装置と、このX線発生装置の二次元X線源から放射されたX線が照射されて、該照射されたX線の強度に基づいてX線画像を得るX線画像検出器を有するので、画質の優れたX線画像を得ることができる。
【0084】
また、空孔が篩状に二次元的に配されたコリメータを用い、二次元X線源と被写体との間に、コリメータを空孔の軸方向が二次元X線源と被写体の方向となるように配置されるので、被写体に照射されるX線をさらに平行なものにできる。また、X線画像検出器と被写体と間にX線グリッドが配置されるので、散乱X線が吸収されて、画像コントラストの高いX線画像を得ることができる。
【0085】
さらに、X線画像検出器と被写体との間隔を、0.1m以上とされるので、鮮明な位相コントラスト画像を得ることができる。
【0086】
また、X線画像検出器では、照射されたX線の強度に基づいてX線画像の画像信号が生成されて、被写体が存在しないときのX線画像の画像信号に基づいて、被写体を撮影したX線画像の画像信号が補正される。このため、X線画像検出器に照射されるX線が、コリメータやX線グリッドによって遮られても、この遮られた部分の画像を生成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】X線発生装置の模式図である。
【図2】X線管の構成を示す図である。
【図3】X線管の他の構成を示す図である。
【図4】X線画像撮像システムを示す図である。
【図5】X線発生装置と被写体とX線画像検出器の配置を示す図である。
【図6】コリメータの一部断面図である。
【図7】被写体が無い状態でのX線画像の画像信号を示す図である。
【図8】位相コントラストを示す図である。
【符号の説明】
10 X線発生装置
11 X線管
12 電源
15 被写体
20 X線画像検出器
51 画像処理部
71 コリメータ
71h キャピラリ
72 X線
110 ガラス管
111,115 陰極
112,117 陽極
113 カーボンナノチューブ
116 孔
118 コイル

Claims (11)

  1. 複数のX線管を用い、
    前記X線管のX線を取り出すX線放射窓を二次元に配置することで、二次元X線源を形成する
    ことを特徴とするX線発生装置。
  2. 前記X線管では、電子を放出する陰極としてカーボンナノチューブを用いる
    ことを特徴とする請求項1記載のX線発生装置。
  3. 複数のX線管を用い、前記X線管のX線を取り出すX線放射窓を二次元に配置することで、二次元X線源を形成したX線発生装置と、
    前記X線発生装置の二次元X線源から放射されたX線が照射されて、該照射されたX線の強度に基づいてX線画像を得るX線画像検出器を有する
    ことを特徴とするX線画像撮像システム。
  4. 空孔が篩状に二次元的に配されたコリメータを用い、
    前記二次元X線源と被写体との間に、前記コリメータを前記空孔の軸方向が前記二次元X線源と被写体の方向となるように配置する
    ことを特徴とする請求項3記載のX線画像撮像システム。
  5. 前記コリメータの空孔は、1μm以上で1mm以下の直径を有する
    ことを特徴とする請求項4記載のX線画像撮像システム。
  6. 前記X線画像検出器と前記被写体と間にX線グリッドを配置する
    ことを特徴とする請求項3から請求項5のいずれかに記載のX線画像撮像システム。
  7. 前記X線画像検出器と前記被写体との間隔を、0.1m以上とすることを特徴とする請求項3から請求項5のいずれかに記載のX線画像撮像システム。
  8. 前記X線画像検出器では、照射されたX線の強度に基づいてX線画像の画像信号を生成する
    ことを特徴とする請求項3から請求項7のいずれかに記載のX線画像撮像システム。
  9. 前記X線画像検出器で生成された画像信号を用いて画像処理を行う画像処理手段を有し、
    前記X線画像検出器あるいは前記画像処理手段では、被写体が存在しないときのX線画像の画像信号に基づいて、前記被写体を撮影したX線画像の画像信号を補正する
    ことを特徴とする請求項8記載のX線画像撮像システム。
  10. 前記X線発生装置では、管電圧を10kV以上300kV以下とする
    ことを特徴とする請求項3から請求項9のいずれかに記載のX線画像撮像システム。
  11. 前記X線発生装置のX線管では、電子を放出する陰極としてカーボンナノチューブを用いる
    ことを特徴とする請求項3から請求項10のいずれかに記載のX線画像撮像システム。
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