JP2005249509A

JP2005249509A - ２次元エックス線検出装置

Info

Publication number: JP2005249509A
Application number: JP2004058469A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Uto; 辰郎宇都
Original assignee: Toyo Medical Co Ltd
Current assignee: Toyo Medical Co Ltd
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-15

Abstract

【課題】ＩＶＲなどにおいて、人体を透過するエックス線の入射側皮膚近傍のエックス線量の２次元的な分布の実測値をリアルタイムで検出しうる装置、および、被曝線量の積算値の２次元的な分布を表示し、局所的過剰被曝が発生した場合に警告を発することのできる装置の提供。
【解決手段】縦横方向に面状に配置された複数の導光板１２と、前記導光板１２全体を覆うように配置された蛍光板１１と、前記各導光板１２に入射した蛍光を任意の場所に導光することのできる各導光板１２にそれぞれ一端部が接続された複数本の光ファイバ１４と、前記各光ファイバ１４から照射される光量を対応する電気信号に変換することのできる変換装置１５を備えた２次元エックス線検出装置により解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エックス線を用いた検査や治療に際し、患者が被曝するエックス線量を直接２次元的に検出しうる２次元エックス線検出装置、さらに、検出されたデータを所定の領域に対応したデータごとに積算し、被曝線量が所定の値を超過すれば警告を発することのできる２次元エックス線検出装置に関するものである。

近年エックス線は単なる人体の検査に利用されるだけにとどまらず、体内の状態をエックス線で常時モニタしなから治療するなどのいわゆるＩＶＲ（Interventionａl Rａdiology）の分野にも利用されるに至っている。これは具体的には、エックス線で常に体内の様子を確認しながら、体内に挿入した特殊な器具（カテーテルやガイドワイヤー、穿刺針など）を操作して治療を行う「血管内手術」や「画像支援治療」、「カテーテル手術」などである。

このようなエックス線を利用した治療の分野においては、前記治療の間中人体にエックス線を透過させる必要があるため、エックス線の過剰透過により皮膚に潰瘍が発生したり皮膚が壊死するなどの重篤な放射線皮膚障害が発生するという問題がある。

従来、前記皮膚障害を回避すべく、人体の患部を中心としてエックス線源を回転等させることにより、エックス線が透過する皮膚上の領域を分散させて局所的な過剰透過を緩和させる方法が採用されている。そして、皮膚のどの部分に多くのエックス線が透過したかを確認するために、エックス線の透過量によって発色する感材で作られた反射型フィルムが用いられたり、放射線の入射により発光する微少なシンチレーションファイバ等を用い、当該発光を検出することで局所的な被曝線量を測定する装置が開示されている（例えば特許文献１）。
特開２００１-５６３８１号公報（請求項１）

ところが、前記発色するフィルムを用いて被曝線量を確認する方法では、確かに発色の程度によりどの部分が多く被曝しているかを確認することができるが、発色を得るためには事後的な処理をする必要があるため、リアルタイムでは被曝が集中する部位を確認することができない。従って、当該フィルムを使用する場合は事後的にフィルムの発色の状態を確認し、これに基づいて次の治療の際に被曝が集中する部位を推定することしかできない。しかも、発色による確認では定量性にかけるため、前記推定もかなり大雑把なものにならざるを得ない。

また、シンチレーションファイバを用いればリアルタイムに被曝線量は検出できるが、微少な範囲のみ検出できるにとどまり、エックス線源の回転等によるエックス線の透過部分の移動に追随することはできず、結局どの部分が過剰に被曝したかを見つけ出すことができない。

そこで本発明は、エックス線を２次元的かつリアルタイムに検出しうる２次元エックス線検出装置の提供を第１の目的とする。さらに、特定部位の積算被曝線量が危険な状態に達した場合に警告を発することのできる２次元エックス線検出装置の提供を第２の目的とする。

上記第１の目的を達成するために、本発明にかかる２次元エックス線検出装置は、縦横方向に面状に配置された複数の導光板と、前記導光板の入射面側の全面を覆うように配置された蛍光板と、各導光板にそれぞれ一端部が接続され前記各導光板に入射する前記蛍光板からの蛍光を任意の場所に導光する複数本の光ファイバと、前記各光ファイバから照射される光をその光量に対応する電気信号に変換する変換装置とを備えることを特徴とする。

ここで、前記２次元エックス線検出装置はさらに、前記導光板の反射面側に蛍光を反射する反射層を備えるものであることが好ましい。

さらに、前記変換装置はＣＣＤカメラであり、前記光ファイバの他端面は前記導光板の配置状態に対応して縦横方向にほぼ平面的に配置され、一の暗箱内に前記光ファイバの少なくとも端面と、当該光ファイバの端面を望む状態で前記ＣＣＤカメラとが設置されていることを特徴とするものでも良い。

一方、上記第２の目的を達成するために、前記２次元エックス線検出装置はさらに、前記変換装置から送信される電気信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記デジタルデータを各導光板に対応するデータ毎に積算する積算手段と、予め設定されるしきい値を記憶するしきい値記憶手段と、前記積算された積算値としきい値とを比較し、積算値のうちいずれか一つでもしきい値を超えた場合には警告を発する制御手段とを備えることを特徴とする。

前記２次元エックス線検出装置はさらに、前記導光板の配置状態に対応した縦横方向の部分毎に前記積算値に対応する色を表示する表示手段を備えることを特徴とするものでも良い。
前記２次元エックス線検出装置はさらに、前記積算値を個人データに対応づけて記憶する個人データ記憶手段を備え、前記積算手段は前記個人データ記憶手段に記憶されている積算値にさらにデジタルデータを積算することを特徴とするものであることが好ましい。

本発明によれば、エックス線の透過による蛍光板の発光を縦横方向に面状に配置された導光板によって一定の領域ごとに集光し、当該集光した光を光ファイバで導光しそれぞれの光量を検出するものであるため、透過するエックス線量の分布を２次元的かつリアルタイムで把握することが可能となる。

また、エックス線が透過する導光板および蛍光板と変換装置とが光ファイバを介して接続されているため、導光板と蛍光板とはエックス線が透過する人体の近傍に配置するとともに、変換装置はエックス線から遠ざけて配置することができ、エックス線が変換装置に影響を与えることなく、また、変換装置がエックス線による体内透視画像に影響を与えることもない。

本発明はまた、反射層により導光板から外れたり漏れ出したりする蛍光を反射して再び導光板に戻すことができるため、より効率よくエックス線を検出することが可能となる。
本発明はまた、ＣＣＤカメラによって光ファイバから照射される光量を電気信号に変換するため、正確かつ簡便にエックス線を２次元的に検出することができる。
本発明はまた、２次元的かつリアルタイムで得られるエックス線量に基づくデータを積算し、この積算値としきい値とを比較して警告を発することができるため、被曝線量の多い部分を忘れることなく把握でき、エックス線源を回転等させて人体の被曝部分を分散させる回避操作等に対する指針とすることができる。

本発明はまた、積算被曝線量の面分布が導光板の配置状態に対応した縦横方向の部分毎に色の変化で表示されるため、直感的に過剰被曝部分を看取することが可能となる。
本発明はまた、検査や治療が繰り返される個人に対し過去からの被曝線量を加えた積算被曝線量をリアルタイムで確認することができるため、過去の被曝量をふまえた上で透過するエックス線の方向等を最適に設定するための指針として活用することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明していく。
図１は、本実施形態にかかる２次元エックス線検出装置の概略構成を示すものである。当該２次元エックス線検出装置は、蛍光板１１と面上縦横方向に配置された導光板１２群と反射板１３とを備えるエックス線検出部１０と、光ファイバ１４と、変換装置１５と、暗箱１６とを備える。

前記蛍光板１１は、透過するエックス線の線量に応じて発光量が変化する蛍光物質が樹脂製のフィルムに塗布されたものである。当該蛍光板１１に用いられる蛍光物質は、線質依存性の少ないＣａＷｏ₄（タングステン酸カルシウム）蛍光体や、発光効率の高いＧｄ₂Ｏ₂Ｓ蛍光体を用いるのが好ましい。

前記導光板１２は、アクリル樹脂からなる薄い矩形の板状体である。また、導光板１２は、図２に示すように、入射面１２ａに対しこれに対向する反射面１２ｂが斜めとなる形状に設定されており、入射面１２ａから入射した光（蛍光）が、入射面１２ａと反射面１２ｂとの間で反射を繰り返して集光され、前記入射面１２ａに対しほぼ垂直な放射面１２ｃから放射するという機能を備えている。

本実施形態では縦１２．５mm、横１０mm、厚さ約１mmの導光板１２を採用し、図３（ａ）に示すように当該導光板１２を同一面上に縦方向２０枚、横方向２８枚配置した。このように導光板１２を縦横方向に配置することにより、縦約３２０mm、横約４００mmの範囲のエックス線量を格子状に区切られた一定の領域毎に検出することができる。また、各導光板１２は同一平面内で１５×１５mm中にそれぞれを同一方向に傾けた状態で配置している。この配置態様により、導光板に取り付けられる光ファイバ１４を無理なく導光板１２の側方から取り出すことができる。なお、図３（ａ）の網目模様は領域を仮想的に示したものにすぎない。

前記反射板１３は導光板１２から外れたり漏れだしたりした蛍光を再度導光板１２に戻す役目を担うものであり、エックス線が透過し蛍光を反射することのできる材質からなるものである。また反射板１３は導光板１２の反射面１２ｂ側外面に全導光板１２を覆う態様で設けられている。

前記蛍光板１１と導光板１２群と反射板１３とは相互に密着状態で固定されエックス線検出部１０を構成している。また、このエックス線検出部１０は人体背面などの曲線に応じて緩やかに曲げることも可能なものとなされている。このようにエックス線検出部１０を人体の背面形状に沿った状態に配置することによって、より正確に皮膚の被曝線量をモニタリングすることができる。

前記光ファイバ１４は、導光板１２の放射面１２ｃから放射された蛍光を任意の場所に導光することができるものであり、高純度メタクリル樹脂（またはポリカーボネット）の芯に特殊透明フッ素樹脂のうすい鞘で取り囲んだ二重構造となされたいわゆる全反射型（ステップインデックス型）の光ファイバである。このように樹脂製の光ファイバを採用することにより透過するエックス線に対してほぼ影響を及ぼさないものとなる。

前記変換装置１５は、ＣＣＤカメラである。このＣＣＤカメラは最低被写体照度が０．００１〜０．０００１ルクスでも撮像が可能な超高感度ＣＣＤカメラであり、一秒間に数フレームから数十フレームを撮像しうる性能を備えている。当該ＣＣＤカメラを利用すれば、蛍光板１１からのわずかな発光でも検出することができるため、蛍光板１１に用いられる蛍光物質の量を少なくして透過するエックス線への影響を抑えることが可能となる。また、一秒間に数回から数十回の頻度で発光を検出することができるため、透過するエックス線量をリアルタイムで検出することができる。

図４に示すように、前記光ファイバ１４の端部とＣＣＤカメラ１５は一つの暗箱１６内に固定されている。前記光ファイバ１４の端面は、図４（ｂ）に示すように、対応する導光板１２の位置関係に対応して縦横方向にほぼ平面的に並ぶように治具１７で固定されている。また、当該治具１７は暗箱１６の両側壁に横架状に設けられた基台１８に固定されている。一方、超高感度ＣＣＤカメラ１５は前記治具１７に固定された光ファイバ１４の端面が作る面全体を臨めるように所定の距離を隔てて前記基台１８に固定されている。当該光ファイバ１４の端部と超高感度ＣＣＤカメラ１５が収納される暗箱１６は光ファイバ１４の束とＣＣＤカメラ１５用の電源ケーブル、出力ケーブル、コントロールケーブルなどが貫通しているが、暗箱を閉ざした状態では光ファイバ１４がもたらす蛍光以外は全く光が入射しないものとなされている。このように暗箱１６内で光ファイバ１４の端面から放射される光を対向配置されたＣＣＤカメラ１５で捉えることで、各導光板１２から得られた光の情報を対応する電気信号に簡便かつ正確に変換することが可能となる。

図５は、第２の実施形態における２次元エックス線検出装置の各機能構成を示すブロック図である。本図に示すように２次元エックス線検出装置は、エックス線検出部１０と、光ファイバ１４の端部とＣＣＤカメラと暗箱１６とを含む光変換部１９と、線量解析装置１００と、表示装置１０６とを備える。また、この線量解析装置１００は、Ａ／Ｄ変換装置１０１と、積算部１０２と、しきい値記憶装置１０３と、制御部１０４と、個人データ記憶装置１０７とを備える。

前記Ａ／Ｄ変換装置１０１は、２次元エックス線検出装置のＣＣＤカメラ１５から送信されるアナログのビデオ信号をデジタルのビデオデータに変換し得るものである。なお、このビデオデータには少なくとも２次元の位置データと輝度データが含まれており、一秒間に数フレームから数十フレームの単位でこれらデータが更新される。

前記積算部１０２は前記ビデオデータを導光板１２（光ファイバ１４の端部）の配置状態に対応した領域に区分し、区分された領域内における位置データに対応した輝度データの総和を算出し、算出された総和値を順次更新されるビデオデータに基づいて積算し積算値を算出する機能を有する。

しきい値記憶装置１０３は、前記積算値と比較して警告を発するための基準となる値を記憶する装置であって、例えば不揮発性の半導体メモリや固定ディスクからなる記憶装置である。また、しきい値記憶装置１０３に記憶されるしきい値は任意に変更可能である。
制御部１０４は、前記積算部１０２で得られる積算値としきい値記憶装置１０３に記憶されているしきい値とを比較し、積算値がしきい値以上になれば警告用信号を発信する機能を有する。

表示装置１０６は、図６に示すように、導光板１２（光ファイバ１４の端部）の配置状態に対応した縦横方向の部分毎に前記積算値に対応する色を表示できる機能を有するものであり、例えば液晶モニタやＣＲＴモニタで構成される。また、表示装置１０６には、前記部分毎の色表示に加えて、肩のラインや肩胛骨や脊椎の位置を示す線図が表示される。これは、エックス線量の面分布と実際の人体表面の位置関係を直感的に把握させるためである。表示装置１０６はさらに、警告表示部１０５を備えている。

個人データ記憶装置１０７は、ある治療行為における最終の積算値と対応する個人データおよび治療行為の種類や行為日などのデータを記憶することができる機能を有するものであり、例えば、フレキシブルディスクやその他のリムーバブルメディアからなる記憶装置である。

図７は、２次元エックス線検出装置の使用状態の一例を示すものである。治療対象である患者２３はベッド２０上部に仰向けで横たわっている。エックス線検出部１０は前記患者２３とベッド２０の間に敷設されている。なお、エックス線検出部１０と患者２３との位置関係を定めるために、図１に示すようにエックス線検出部１０の表面には第７頸椎と接触する部分に印が付されるとともに脊椎に沿わせるための波線が描かれている。また、肩のラインも描かれている。

エックス線源２０はベッド２０の下部に配置されるとともに、このエックス線源２０と協働するイメージインテンシファイヤ２１は患者２３に対して反対側に配置されている。前記エックス線源２０から放射されるエックス線Ｘが患者２３を透過し、イメージインテンシファイヤ２１で検出されることによって患者２３の体内の透視画像をリアルタイムでモニタリングすることが可能となされている。また、このエックス線源２０とイメージインテンシファイヤ２１とは一直線上に配置され、当該直線関係を維持したまま回転等が可能となされている。この回転等によって局所的な過剰被曝を回避しつつ同一患部を常にモニタリングすることができる。

ここで、エックス線検出部１０はエックス線源２０と患者２３との間に配置することが可能なものとなされている。これは、導光板１２や反射板１３や蛍光板１１の基板や光ファイバ１４などがエックス線Ｘの透過に影響を及ぼすことのない樹脂で形成されているためである。従ってエックス線源２０とイメージインテンシファイヤ２１によって得られる体内の透視画像がエックス線検出部１０などの存在に関わりなく鮮明に得られることとなる。また、エックス線Ｘとの干渉によって発光する蛍光物質は蛍光板１１に微量かつ均等に配置されているため、前記透視画像にほとんど影響を及ぼすこともない。以上の作用効果を備える２次元エックス線検出装置は、治療行為に必要な体内の透視画像に影響を及ぼすことなく、皮膚への被曝線量を正確かつリアルタイムで測定することができる。

次に２次元エックス線検出装置の使用方法について説明する。
図７に示すように、エックス線源２０から照射されるエックス線Ｘがエックス線検出部１０を透過すると、透過するエックス線量に応じた光量の蛍光が蛍光板１１に発生する。２次元マトリクス状に並設された導光板１２がこの蛍光や反射板１３で反射した蛍光を一定領域ごとに集光する。集光された蛍光は導光板１２にそれぞれ取り付けられた光ファイバ１４で導光され暗箱１６内部に収納された光ファイバ１４の端面から放射される。前記暗箱１６内部に収納されたＣＣＤカメラ１５は導光板１２の並設状体を再現して固定された光ファイバ１４の端面から放射された蛍光の輝度情報を詳細な位置情報とともにアナログのビデオ信号に変換する。

次に、図８に示すフローチャートに従い線量解析装置１００の処理の流れを説明する。前記ＣＣＤカメラ１５から出力されるアナログのビデオ信号をＡ／Ｄ変換部１０１によりデジタルのビデオデータに変換する（S２０１）。前記ビデオデータが新しいフレームに関する新データであれば（S２０２:YES）、積算部１０２は前記デジタルのビデオデータに含まれる輝度データと位置データに基づき導光板１２の配列状態に対応した領域ごとに輝度の値を総和して総和値を算出する（S２０３）。この総和値はＣＣＤカメラ１５の撮像フレーム数に従い一秒間に数回から数十回の頻度で発生することとなる。一般的に撮像フレーム数を毎秒３０フレームに設定するので、総和値は毎秒３０回の頻度で発生する。そしてこの総和値を領域毎に順次積算して領域毎の積算値を算出する（S２０４）。この実施形態では積算済みの総和値は破棄され、最新の積算値のみを残存させることで、本システムにおける各種メモリの使用量を低く抑えるものとしている。

制御部１０４は前記積算値に対応した色情報を生成し（S２０５）、予め設定されしきい値記憶部１０３に記憶されたしきい値と前記積算値とを比較する（S２０６）。いずれの領域の積算値もしきい値より低ければ（S２０６:NO）、前記生成した色情報に基づき表示装置１０６の対応部分に色を表示させる（S２０７）。一方、いずれか一つの領域の積算値がしきい値以上であれば（S２０６:YES）、表示装置１０６の警告部１０５に警告表示をするとともに（S２０８）前記生成した色情報に基づき対応部分に色を表示させる（S２０７）。

以上のように、２次元エックス線検出装置を用いれば、表示装置１０６に表示された色情報や前記警告メッセージの表示を参照することで局所的な過剰被曝部位の同定が容易になり、人体被曝マップの確認が容易になる。従ってこの情報に基づきエックス線源２０等を回転させてエックス線被曝の局所集中を回避することができる。また、エックス線源を回転などさせるに際して、表示装置１０６の表示状態を積算値に基づくものから総和値に基づくものに変更すれば、実際のエックス線の透過分布を確認しつつエックス線源２０を回転等させることができる。したがって、リアルタイムかつ正確にエックス線被曝の局所集中を回避することができる。

前記測定が終了すれば、患者を識別することのできる個人データと日付とともに領域ごとの積算値を個人データ記憶装置１０７に記憶させる。当該データは、同一の患者に再度エックス線を用いた治療などが施される場合に参考となるばかりでなく、当該データにさらに総和値を積算することで、断続的に行われる治療に対しても総合的な被曝線量の２次元マップを得ることが可能となる。

なお、本実施形態ではエックス線検出部１０を平面的に用いたが、この検出部１０を患者の背中の形状に沿うように湾曲させても良い。また、導光板１２の反射面１２ｂは入射面１２ａに対して斜めである必要は必ずしもなく、反射面１２ｂに設けられた多数の窪みによる乱反射などによって蛍光を放射面１２ｃに集光するものなどでも良い。また、本実施形態では反射層として反射板１３を例示したが、各導光板１２に直接塗布するなどして反射層を設けてもかまわない。さらに、蛍光を電気信号に変換する際にＣＣＤカメラを用いたが、各光ファイバ１４の端面に蛍光を電気信号に変換する光電子増倍管などの検出器をそれぞれ取り付けて電気信号に変換するものでもかまわない。

本発明は、２次元的なエックス線の検出および解析等に適用でき、特にインターベンショナルラジオロジー（ＩｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎａｌＲａｄｉｏｌｏｇｙ：ＩＶＲ）と称される治療分野等に適用できる。

本発明にかかる２次元エックス線検出装置を概略的に示す図である。導光板を概略的に示す側面図である。導光板を並設した状態を示す平面図である。暗箱の内部状態を示す側面図である。線量解析装置の各機能構成を示すブロック図である。表示装置の表示状態の一例を示す図である。エックス線変換装置の使用状態を示す正面図（ａ）と側面図（ｂ）である。線量解析装置の処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１エックス線変換装置
１０エックス線検出部
１１蛍光板
１２導光板
１３反射板
１４光ファイバ
１５変換装置
１６暗箱
１００線量解析装置
１０１Ａ／Ｄ変換装置
１０２積算部
１０３しきい値記憶装置
１０４制御部
１０５警告部
１０６表示装置
１０７個人データ記憶装置

Claims

縦横方向に面状に配置された複数の導光板と、
前記導光板の入射面側の全面を覆うように配置された蛍光板と、
各導光板にそれぞれ一端部が接続され前記各導光板に入射する前記蛍光板からの蛍光を任意の場所に導光する複数本の光ファイバと、
前記各光ファイバから照射される光をその光量に対応する電気信号に変換する変換装置と
を備えることを特徴とする２次元エックス線検出装置。
前記２次元エックス線検出装置はさらに、
前記導光板の反射面側に蛍光を反射する反射層を備えることを特徴とする請求項１に記載の２次元エックス線検出装置。
前記変換装置はＣＣＤカメラであり、
前記光ファイバの他端面は前記導光板の配置状態に対応して縦横方向にほぼ平面的に配置され、
一の暗箱内に前記光ファイバの少なくとも端面と、当該光ファイバの端面を望む状態で前記ＣＣＤカメラとが設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の２次元エックス線検出装置。
前記２次元エックス線検出装置はさらに、
前記変換装置から送信される電気信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記デジタルデータを各導光板に対応するデータ毎に積算する積算手段と、
予め設定されるしきい値を記憶するしきい値記憶手段と、
前記積算された積算値としきい値とを比較し、積算値のうちいずれか一つでもしきい値を超えた場合には警告を発する制御手段と
を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の２次元エックス線検出装置。
前記２次元エックス線検出装置はさらに、
前記導光板の配置状態に対応した縦横方向の部分毎に前記積算値に対応する色を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の２次元エックス線検出装置。
前記２次元エックス線検出装置はさらに、
前記積算値を個人データに対応づけて記憶する個人データ記憶手段を備え、
前記積算手段は前記個人データ記憶手段に記憶されている積算値にさらにデジタルデータを積算することを特徴とする請求項１〜５に記載の２次元エックス線検出装置。