JP2007511307A - 特に医療ｘ線装置用の散乱放射線グリッド及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、充填材兼支持材（３）によって互いに分離され、ほぼ平行に配列され又は共通の焦点（１０）に向けられた多数のＸ線吸収素子（２）から構成される、散乱放射線グリッド（１）、特に医療Ｘ線装置用の散乱放射線グリッド、及びその製造方法に関する。この散乱放射線グリッド（１）は、吸収素子（２）が統計的に分布して配置されていることを特徴とする。このような散乱放射線グリッド（１）は非常に安価に製造することができる。

Description

本発明は、充填材兼支持材によって互いに分離され、互いにほぼ平行に配列され又は共通の焦点に向けられた多数のＸ線吸収素子から構成される散乱放射線グリッド、特に医療Ｘ線装置用の散乱放射線グリッドに関する。本発明はさらに、そのような散乱放射線グリッドの製造方法に関する。

例えばＸ線検査又は医療Ｘ線診断のようなＸ線透視法の代表的な適用分野においては、Ｘ線照射の際に達成されうる解像度が重要な役割を演じる。良好な解像度は、できるだけ密に並置された小面積の複数の検出器素子、及びそれらの検出器素子の前に配置され各検出器素子に投射されるＸ線の空間角を狭い範囲内に制限する装置を備えた検出器アレイを用いることによって達成される。散乱放射線グリッドとして知られるこの装置は、理想的には、用いられるＸ線管の焦点と各検出器素子との間の直線的な結合路を伝播するＸ線のみを透過させ、散乱に基づいて他の角度範囲のもとで入射するＸ線は吸収することができるものである。散乱放射線はその発生過程に基づき画像情報には寄与しないばかりでなく、減衰されることなく検出器素子に入射するとＸ線画像の信号対ノイズ比（ＳＮ比）及び達成しうる解像度の明らかな低下を招く。通常は各Ｘ線装置構成機器の幾何学的関係、特にＸ線管及びＸ線検出器の配置関係に適合する適切な散乱放射線グリッドの使用によって、検出器素子に到達する散乱放射線成分を明らかに低減させ、それにより多くの場合、はじめて利用可能なＸ線画像が得られる。

散乱放射線グリッドは、充填材兼支持材によって互いに分離され、かつ互いにほぼ平行に整列されるか、共通の焦点すなわちＸ線管の焦点に向けて整列された多数のＸ線吸収素子から組み立てられる。今日、Ｘ線ＣＴ（Ｘ線コンピュータ断層撮影）装置では通常、互いに平行に走り、又はＸ線の焦点に向けて整列されると共に、紙テープの相互間に充填材兼支持材として挿入される鉛層を備えた散乱放射線グリッドもいまだに用いられている。多くの場合、散乱放射線グリッドの製造に際して鉛層の相互間隔は、散乱放射線グリッドの使用時に鉛層が検出器側の受光物質アレイの分離隔壁上にできるだけ正確に位置するように調節される。そのため散乱放射線グリッドは機械的に非常に正確に作られなければならない。Ｘ線管の焦点に向けられる部分的に実現される整列も高コストの製造プロセスを必要とする。正確さに関するこの高度の要求により、散乱放射線グリッドの製造は高コストを引き起こす。二次元検出器アレイを用いる場合に必要とされるようなＸ線の二次元平行化もそのような散乱放射線グリッドによって達成することはできない。

互いに平行に整列されて層状をなす複数の吸収素子の相互間隔がグリッドの中央からその端縁にまで次第に増加する散乱放射線グリッドがドイツ国特許第１９７２６８４６号明細書により知られている。ここでは同時に、吸収素子の幅が端縁に向かって次第に大きくなる。散乱放射線グリッドのこの構造により、グリッド幅全体にわたる一様な吸収特性を実現することができる。ただし、ここでも製造精度に関して高度の要求が存在する。

複数の吸収素子が中心から放射方向に互いに間隔をおいてほぼ放射方向に走る散乱放射線グリッドがドイツ国特許第１９９２０３０１号明細書により知られている。この散乱放射線グリッドでは、吸収素子の向き及び配置が所定の規定に従って予め与えられる。ここでは支持材として、吸収素子の列の所望の推移に対応してエッチングにより穴が形成されたシリコンが用いられる。その穴の中に鉛からなるピン状の吸収素子が挿入される。この散乱放射線グリッドも製造の際に非常に高度な精度の遵守を要求する。それは特に支持材としてシリコンを用いる本提案の製造方法によって達成される。

米国特許第５２６３０７５号明細書は、入射するＸ線の二次元平行化を可能にする散乱放射線グリッドを開示している。この散乱放射線グリッドはグラスファイバ束から作られ、そのグラスファイバ束から個々のディスク状切断片が作られる。個々のグラスファイバのコアがエッチングにより除去されることによってキャピラリ状のＸ線貫通チャネルが形成される。それに続いてグラス材料が酸化鉛の形の６０％鉛までさらにドーピングされ、それにより貫通チャネルの外側で高度のＸ線吸収が達成される。しかしながら、その場合に必要とされるエッチング工程及びドーピング工程により、この散乱放射線グリッドの製造も比較的高価になる。

このような従来技術に照らして本発明の課題は、安価な製造を可能にする散乱放射線グリッド及びその製造方法を提供することである。

この課題は請求項１に記載の散乱放射線グリッド及び請求項１１に記載の製造方法によって解決される。

散乱放射線グリッド及びその製造方法の好ましい実施態様は従属請求項の記載から与えられ、又は以下に述べる説明さらには実施例の記載から与えられる。

本発明による散乱放射線グリッドは、公知の構成に従い、充填材兼支持材によって互いに分離され、互いにほぼ平行に配列され又は共通の焦点に向けられた複数のＸ線吸収素子から構成される。この散乱放射線グリッドは、複数のＸ線吸収素子が正確に同じ間隔で配置されたり所定の計算による指示に従ったりする従来技術とは異なり、統計的に分布して配置されていることを特徴とする。

これは、この種の散乱放射線グリッドの製造の実質的に安価な製造を可能にする。というのは、製造時に吸収素子のどんな種類の高精度の整列も狭い誤差範囲の遵守も必要としないからである。吸収素子の統計的な分布によって、この種の散乱放射線グリッドの適用がそれによって発生されるＸ線画像の画像品質にマイナスの作用を及ぼすこともない。なぜなら、規則的配置構造によって引き起こされる画像の品質低下を生じることがないからである。ただし、このような散乱放射線グリッドの適用時には、又はその製造時にすでに、吸収素子の幅が個々の検出器素子の検出面の幅より小さく、したがって検出器素子の全平面が覆われることはない、ということが考慮されなければならない。もっともこれは公知の散乱放射線グリッドに対しても当てはまることである。

統計的分布というのは、本発明との関連においては、製造時に散乱放射線グリッドの幅全体にわたって吸収素子の分布が強制されることなく自由な分布において自ずから生じる吸収素子間の間隔が偶然に変化するように行われるものであると理解されるべきである。その場合、個々の吸収素子は自明のごとくＸ線をよく吸収する材料、例えば鉛やタングステン、タンタル、又はモリブデンのような重金属から構成されなければならない。例えば鉛の粉末を満たしたプラスチック材料のようなＸ線をよく吸収する他の材料も吸収素子用の材料として用いることができる。他方、充填材兼支持材はＸ線をできるだけわずかしか吸収しないものでなければならない。この種の材料の例はポリエチレンやポリスチロール又はポリプロピレンのようなプラスチックである。

好ましくは、吸収素子は充填材兼支持材と互いに接合される。というのは、これは散乱放射線グリッドの非常に簡単で低コストの製造方法だからである。このように構成された散乱放射線グリッドの機能にとって、吸収素子の充填度すなわち散乱放射線グリッドの全体積に占める吸収素子の体積成分は５ないし３０％とするのがよい。というのは、画像情報を持っているＸ線の顕著な減衰を甘受しなければならないことなしに、この値によって十分な平行化が達成されるからである。

散乱放射線グリッドはプレート状に形成することができる。その場合、複数の吸収素子は互いにほぼ平行に整列される。しかし、平坦なプレートの形に作られるこのような散乱放射線グリッドは、ほぼ球凹面状に曲げられたプレートを形成するように機械的に曲げることもできる。その場合、吸収素子は少なくともほぼ球の中心に向けて整列される。なお、球の中心は散乱放射線グリッドの使用時にＸ線管の焦点と合致させなければならない。このような曲げ形状は充填材兼支持材としてプラスチックを使用することにより簡単に実現することができる。

本発明の散乱放射線グリッドはＸ線の平行化を必要とする全ての用途に利用することができる。しかし好ましい利用分野は医療Ｘ線装置、特にコンピュータ断層撮影装置への適用にある。層状又はフォイル状の吸収素子の代わりに、散乱放射線グリッドの表面に垂直に整列された棒状又はファイバ状の吸収素子を用いることによって、二次元の統計的分布つまりは二次元平行化を達成することができる。それによって本発明の散乱放射線グリッドは一列の検出器アレイと共に二次元検出器アレイにも適したものである。特に本発明の散乱放射線グリッドは大表面のＸ線検出器に対しても適用することができる。

特に好ましい実施態様においては、複数の吸収素子はそれぞれＸ線をよく吸収する材料からなるファイバによって形成される。同様に充填材兼支持材として、Ｘ線に対して十分に透過性の材料からなるファイバが用いられる。その場合、両ファイバ形式の簡単な混合及び接合によってファイバ束が得られる。このファイバ束はファイバ軸に直角に散乱放射線グリッドを形成する個々のディスクに切断、すなわち、のこぎり引きされる。その場合、吸収素子を構成するファイバは好ましくは０．２ｍｍ以下、特に１０μｍから２００μｍの範囲のファイバ直径を持つものとする。それにより吸収素子はあらゆる場合に一般的な検出器素子の幅より細くなる。

本発明による散乱放射線グリッドの製造方法は、なによりもまず、散乱放射線グリッドの幅全体にわたって複数の吸収素子の統計的分布が生じるように、複数の吸収素子が充填材兼支持材によって散乱放射線グリッドに結合されることを特徴とする。

本発明の散乱放射線グリッドは、検出器アレイの個々の検出器素子すなわちピクセルごとに割当てることを考慮しなければならないことがなく、使用時に検出器アレイに装着されるだけ、すなわち検出器アレイに取付けられるだけである。そして、ここでは位置決めコストも不要である。

次に図面に示す実施例を参照して本発明の散乱放射線グリッド及びその製造方法についてさらに説明する。

図１は約１ｍｍ²の大きさの個々のピクセル、すなわち例示した検出器素子の検出面６を上方から見た部分図に相当する本発明による散乱放射線グリッド１の構造例を示すものである。個々の吸収素子は重金属からなる互いに平行に整列された複数のメタルファイバ２によって形成されている。メタルファイバ２はプラスチックファイバ３の相互間に充填材兼支持材として介挿されている。この図から、散乱放射線グリッド１の図示の面内でメタルファイバ２が統計的分布をもって配置されていることを認めることができる。プラスチックファイバ３は入射Ｘ線に対してほぼ透過性をもって形成され、他方、メタルファイバ２は入射Ｘ線をよく吸収する。散乱放射線グリッド１の表面に対して垂直に入射する、所望の画像情報を持っているＸ線量子４はほとんど減衰することなくプラスチックファイバ３を透過し、その下にある検出器ピクセルすなわち受光ピクセルに入射する。それによりＸ線量子４が検出器素子によって検出される。それに対し傾斜して入射する散乱Ｘ線量子５は検出器への途中で高度に吸収性の複数のメタルファイバ２に入射し吸収される。

散乱放射線グリッド１の内部における吸収素子としての吸収性メタルファイバ２は一定の構造的配置を持たないので、検出器アレイの個々のピクセルに関する散乱放射線グリッド１の正確な位置決めが不要になる。メタルファイバ２の不定の構造的配置は、以下に図２を参照してその一例を説明するように、この種の散乱放射線グリッドの非常に安価な製造を可能にする。

図１に示すような散乱放射線グリッドの製造のために、Ｘ線吸収性の低い材料、例えばポリエチレン、ポリスチロール、又はポリプロピレンのようなポリマーファイバからなるファイバ３、並びにメタルファイバ２すなわちＸ線吸収性の高い他の材料からなるファイバが作られる。ファイバ２，３は予め設定されうる混合比で、特に好ましくは５から３０％までの高吸収性のファイバ２の充填度をもって混合され、図２Ａから認められるようにファイバ堆積体７として準備される。複数のファイバを１つのファイバ結合体８として結合するために、ファイバ堆積体７に接着剤１１がしみこまされる。ファイバ２，３の結合によってファイバ堆積体７内に高吸収性ファイバ２の統計的分布が得られる。

ファイバ結合体８の製造後、ファイバ結合体８は散乱放射線グリッド１を形成する個々のディスクとしてファイバ方向に直角に切断される。ここで図２Ｂは切断部９を、図２Ｃは切断されたディスクの１つによって生じるファイバ結合体としての散乱放射線グリッド１を示すものである。このようにして図１に部分的に認められるように、散乱放射線グリッドの幅全体にわたる吸収素子２の統計的分布を備えた、二次元平行化のための散乱放射線グリッドが構成される。

このようにして平坦なプレートの形に形成された散乱放射線グリッドと共に、図３に概略的に表示されているように概ね球凹面状に形成されたプレートの形の散乱放射線グリッドを作ることもできる。そのような散乱放射線グリッド１は機械的手段の助けを借りて図２の散乱放射線グリッドを曲げることによって達成される。このようにして適当な曲げによって平行化すなわち各Ｘ線装置のＸ線焦点１０に向けられた吸収素子の整列を達成することができる。

複数のファイバからなる本発明による散乱放射線グリッドの構造の一例を示す斜視図である。 本発明による散乱放射線グリッドを製造する一製造ステップの例を説明する説明図である。 本発明による散乱放射線グリッドを製造する他の製造ステップの例を説明する説明図である。 図２Ｂの製造ステップを通して得られる散乱放射線グリッドを例示する斜視図である。 球凹面状に曲げられたプレートの形に形成された散乱放射線グリッドの例を示す図である。

符号の説明

１ 散乱放射線グリッド
２ メタルファイバ
３ プラスチックファイバ
４ Ｘ線量子
５ 散乱Ｘ線量子
６ 検出面
７ ファイバ堆積体
８ ファイバ結合体
９ 切断部
１０ Ｘ線焦点
１１ 接着剤

Claims (14)

1. 充填材兼支持材（３）によって互いに分離され、互いにほぼ平行に配列され又は共通の焦点（１０）に向けられた多数のＸ線吸収素子（２）から構成される、特に医療Ｘ線装置用の散乱放射線グリッドにおいて、
   前記吸収素子（２）が統計的に分布して配置されていることを特徴とする散乱放射線グリッド。
2. 前記吸収素子（２）がそれぞれＸ線をよく吸収する材料からなるファイバ（２）であることを特徴とする請求項１に記載の散乱放射線グリッド。
3. Ｘ線をよく吸収する材料からなる前記ファイバ（２）が０．２ｍｍ以下のファイバ直径を持っていることを特徴とする請求項２に記載の散乱放射線グリッド。
4. 前記充填材兼支持材（３）がそれぞれＸ線に対して十分に透過性の材料からなるファイバ（３）によって形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の散乱放射線グリッド。
5. Ｘ線をよく吸収する材料からなる前記ファイバ（２）、及びＸ線に対して十分に透過性の材料からなる前記ファイバ（３）が、互いにほぼ平行に、又は共通の焦点（１０）に向けて整列されていることを特徴とする請求項４に記載の散乱放射線グリッド。
6. 前記吸収素子（２）及び前記充填材兼支持材（３）が互いに接合されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の散乱放射線グリッド。
7. 前記吸収素子（２）及び前記充填材兼支持材（３）は、散乱放射線グリッド内の体積比で、吸収素子が５％ないし３０％の間の充填度となるように存在していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の散乱放射線グリッド。
8. 前記吸収素子（２）が金属材料から形成され、前記充填材兼支持材（３）がプラスチック材料から形成されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の散乱放射線グリッド。
9. 散乱放射線グリッド（１）が平坦なプレートの形に形成され、前記吸収素子（２）がプレート平面に対して少なくともほぼ垂直に整列されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の散乱放射線グリッド。
10. 散乱放射線グリッド（１）がほぼ球凹面状に曲げられたプレートの形に形成され、前記吸収素子（２）が球中心に向けて整列されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の散乱放射線グリッド。
11. 散乱放射線グリッド（１）の幅全体にわたって前記吸収素子（２）の統計的分布が生じるように前記吸収素子（２）が前記充填材兼支持材（３）によって散乱放射線グリッド（１）に結合されることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の散乱放射線グリッドの製造方法。
12. 前記吸収素子（２）としてＸ線をよく吸収する材料からなるファイバ（２）が、前記充填材兼支持材（３）としての、Ｘ線に対して十分に透過性の材料からなるファイバ（３）と結合され、その結合されたファイバからファイバ堆積体（７）が形成されてファイバ結合体（８）に結合され、さらに前記ファイバ結合体（８）が、結合されたファイバ（２，３）のファイバ軸に直角に個々のディスクに分割されることを特徴とする請求項１１に記載の製造方法。
13. Ｘ線をよく吸収する材料からなるファイバ（２）、及びＸ線に対して十分に透過性の材料からなるファイバ（３）が、Ｘ線をよく吸収する材料からなるファイバ（２）を５％ないし３０％の間の充填度になる比率で混合されることを特徴とする請求項１２に記載の製造方法。
14. 前記吸収素子（２）及び前記充填材兼支持材（３）が互いに接合されることを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか１項に記載の製造方法。

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