JP2010167255A - フィルタおよびｘ線撮影装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】多段階のスペクトル調節ができしかも小型化が可能なフィルタ、および、そのようなフィルタを備えたＸ線撮影装置を実現する。
【解決手段】通過する放射線のスペクトルを調節するフィルタは、放射線通過用の開口(102,202)を有する支持板(104,204)と、前記支持板に、支持されており、互いにフィルタ特性の異なる複数のフィルタプレート(110,120,130,210,220,230)と、前記複数のフィルタプレートを、前記開口を塞ぐ位置と前記開口を開放する位置とに、それぞれ選択的に移動させる移動手段とを具備する。
【選択図】図４

Description

本発明は、フィルタ(filter)およびＸ線撮影装置に関し、とくに、Ｘ線のスペクトル(spectrum)を調節するフィルタ、および、そのようなフィルタを備えたＸ線撮影装置に関する。
Ｘ線撮影装置では、フィルタでＸ線のスペクトルを調節して被検体に照射するようにしている。フィルタはＸ線管に取り付けられたコリメータボックス(collimator box)内に設けられる。所望のスペクトルを得るために、フィルタは、回転円板に取り付けられた複数のフィルタプレートを切り替えて使用するようになっている（例えば、特許文献１の段落番号０００９、図１，２参照）。
特開平１１−７６２１９号公報
スペクトルは多段階に調節できることが望ましいが、回転円板によってフィルタプレートを切り替える構成では、せいぜい４段階程度の調節にとどまる。回転円板方式で７段階以上の多段階の調節を可能にしようとすると、多数のフィルタを取り付けるための回転円板が大型化するので現実的でない。
そこで、本発明の目的は、多段階のスペクトル調節ができしかも小型化が可能なフィルタ、および、そのようなフィルタを備えたＸ線撮影装置を実現することである。
課題を解決するための手段としての発明は、第１の観点では、通過する放射線のスペクトルを調節するフィルタであって、放射線通過用の開口を有する支持板と、前記支持板に、支持されており、互いにフィルタ特性の異なる複数のフィルタプレートと、前記複数のフィルタプレートを、前記開口を塞ぐ位置と前記開口を開放する位置とに、それぞれ選択的に移動させる移動手段とを具備したフィルタである。
課題を解決するための手段としての発明は、第２の観点では、第１の観点のフィルタにおいて、前記移動手段は、前記フィルタプレートを開口から離れる方向に作用するばね手段と、前記フィルタプレートに近接して前記支持板に支持されており、切欠け部を有する複数のラチェット板と、前記フィルタプレートを回動可能に前記支持板に支持する第１の支点と、前記ラチェット板を回動可能に前記支持板に支持する第２の支点と、前記フィルタプレートと前記ラチェット板とに連結し、前記フィルタプレートと前記ラチェット板とを連動して回動させる板ばねと、前記ラチェット板の切欠け部に掛合可能な爪とを有し、前記爪を移動させて前記ラチェット板を回動させることにより、前記フィルタプレートを前記開口を塞ぐ位置に移動可能としたフィルタである。
課題を解決するための手段としての発明は、第３の観点では、第１の観点のフィルタにおいて、前記支持板は、互いに平行なトップレイヤーとボトムレイヤーとを有し、前記フィルタプレートは、前記トップレイヤー及びボトムレイヤーに支持されているフィルタである。
課題を解決するための手段としての発明は、第４の観点では、第１〜３の何れかの観点のフィルタにおいて、前記支持板は、円盤形状で、中央部に開口部を有するフィルタである。
課題を解決するための手段としての発明は、第５の観点では、第１〜４の何れかの観点のフィルタにおいて、前記フィルタは、支持板の周囲に沿って回転可能なリングをさらに有し、前記爪は前記リングに設けられているフィルタである。
課題を解決するための手段としての発明は、第６の観点では、フィルタを通したＸ線によって被検体を撮影するＸ線撮影装置であって、前記フィルタは、放射線通過用の開口を有する支持板と、前記支持板に、支持されており、互いにフィルタ特性の異なる複数のフィルタプレートと、前記複数のフィルタプレートを、前記開口を塞ぐ位置と前記開口を開放する位置とに、それぞれ選択的に移動させる移動手段とを具備したＸ線撮影装置である。
課題を解決するための手段としての発明は、第７の観点では、第６の観点のＸ線撮影装置において、前記移動手段は、前記フィルタプレートを開口から離れる方向に作用するばね手段と、前記フィルタプレートに近接して前記支持板に支持されており、切欠け部を有する複数のラチェット板と、前記フィルタプレートを回動可能に前記支持板に支持する第１の支点と、前記ラチェット板を回動可能に前記支持板に支持する第２の支点と、前記フィルタプレートと前記ラチェット板とに連結し、前記フィルタプレートと前記ラチェット板とを連動して回動させる板ばねと、前記ラチェット板の切欠け部に掛合可能な爪とを有し、前記爪を移動させて前記ラチェット板を回動させることにより、前記フィルタプレートを前記開口を塞ぐ位置に移動可能としたＸ線撮影装置である。
課題を解決するための手段としての発明は、第８の観点では、第６の観点のＸ線撮影装置において、前記支持板は、互いに平行なトップレイヤーとボトムレイヤーとを有し、前記フィルタプレートは、前記トップレイヤー及びボトムレイヤーに支持されているＸ線撮影装置である。
課題を解決するための手段としての発明は、第９の観点では、第６〜８の観点の何れかのＸ線撮影装置において、前記支持板は、円盤形状で、中央部に開口部を有するＸ線撮影装置である。
課題を解決するための手段としての発明は、第１０の観点では、第６〜９の観点の何れかのＸ線撮影装置において、前記フィルタは、支持板の周囲に沿って回転可能なリングをさらに有し、前記爪は前記リングに設けられているＸ線撮影装置である。
本発明によれば、通過する放射線のスペクトルを調節するフィルタは、放射線通過用の開口を有する支持板と、前記支持板に、支持されており、互いにフィルタ特性の異なる複数のフィルタプレートと、前記複数のフィルタプレートを、前記開口を塞ぐ位置と前記開口を開放する位置とに、それぞれ選択的に移動させる移動手段とを具備するので、多段階のスペクトル調節ができしかも小型化が可能なフィルタ、および、そのようなフィルタを備えたＸ線撮影装置を実現することができる。
発明を実施するための最良の形態の一例のＸ線撮影装置の構成を示す図である。 フィルタの模式的構成を示す図である。 フィルタの模式的構成を示す図である。 フィルタの構成を示す分解図である。 平行リンクの構成および作動を示す図である。 平行リンクの構成および作動を示す図である。 爪の構成を示す図である。 フィルタの作動状態を示す図である。 フィルタの作動状態を示す図である。 フィルタの作動状態を示す図である。 フィルタの作動状態を示す図である。 フィルタの作動状態を示す図である。 フィルタの作動状態を示す図である。 フィルタの作動状態を示す図である。 フィルタの作動状態を示す図である。
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。
図１に、Ｘ線撮影装置の模式的構成を示す。本装置は発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、Ｘ線撮影装置に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
同図に示すように、本装置は、Ｘ線照射器１０、Ｘ線検出器２０およびオペレータコンソール(operator console)３０を有する。Ｘ線照射器１０とＸ線検出器２０は、被検体４０を挟んで互いに対向する。
Ｘ線照射器１０はＸ線管１２とコリメータボックス１４を有する。コリメータボックス１４内にはフィルタ１６とコリメータ１８が収容されている。フィルタ１６は、発明を実施するための最良の形態の一例である。フィルタ１６の構成によって、フィルタに関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
Ｘ線管１２から放射されたＸ線は、フィルタ１６でスペクトルが調節されコリメータ１８の開口を通して被検体４０に照射される。フィルタ１６はスペクトルが可変なフィルタである。コリメータ１８は開口が可変なコリメータである。
被検体４０を透過したＸ線はＸ線検出器２０で検出されてオペレータコンソール３０に入力される。オペレータコンソール３０は入力信号に基づいて被検体４０の透視像を再構成する。再構成された透視像はオペレータコンソール３０のディスプレイ(display)３２で表示される。
オペレータコンソール３０は、また、Ｘ線照射器１０を制御する。オペレータコンソール３０によるＸ線照射器１０の制御には、フィルタ１６の制御およびコリメータ１８の制御が含まれる。なお、フィルタ１６およびコリメータ１８は、必要に応じて手動調節が可能になっている。
図２に、フィルタ１６の構成を模式的に示す。図２に示すように、フィルタ１６は、トップレイヤー(top layer)１００とボトムレイヤー(bottom layer)２００の２層構造となっている。トップレイヤー１００は開口１０２を有し、ボトムレイヤー２００は開口２０２を有する。開口１０２，２０２は同心かつ同大であり、これら開口１０２，２０２をＸ線が通過する。
トップレイヤー１００とボトムレイヤー２００は、外周に後述のようなリング(ring)をそれぞれ有し、それらリングが、モータ(motor)３００によりギヤ(gear)３０２を介して一体的に駆動され、時計方向および反時計方向に可逆的に回転できるようになっている。
図３に、トップレイヤー１００およびボトムレイヤー２００について、リングを取り外した状態と装着した状態を示す。図３に示すように、トップレイヤー１００およびボトムレイヤー２００は、向かい合わせに組み合わされた円盤状のトップサポート(top support)１０４とボトムサポート２０４、および、それらの外周にそれぞれ回転可能に装着されたリング１０６とリング２０６を有する。
トップサポート１０４およびボトムサポート２０４は回転しないものであり、それらの中央部がそれぞれ開口１０２および開口２０２となっている。リング１０６とリング２０６は、モータ３００によりギヤ３０２を介して一体的に駆動され、それぞれトップサポート１０４およびボトムサポート２０４の周に沿って回転する。
図４に、フィルタ１６を、トップレイヤー１００とボトムレイヤー２００に分解した状態で示す。図４は、トップサポート１０４とボトムサポート２０４を、それらの向かい合わせ部分において左右に開いた状態を示す。
トップサポート１０４とボトムサポート２０４は、トップサポート１０４に設けられた３つのホール(hole)１０８ａ，１０８ｂ，１０８ｃと、ボトムサポート２０４に設けられた３つのスタッド(stud)２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃによって一体的に結合される。
リング１０６とリング２０６は、リング１０６に設けられた３つのホール１０９ａ，１０９ｂ，１０９ｃと、リング２０６に設けられた３つのスタッド２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃによって一体的に結合される。
トップサポート１０４は、内面すなわちボトムサポート２０４と向かい合う面に、３つのフィルタプレート１１０，１２０，１３０を有する。これらフィルタプレート１１０，１２０，１３０は、それぞれ厚みが異なる３つの銅板等を支持枠で支持したものである。３つの銅板等の厚みは、例えば、それぞれ０．１，０．２，０．３ｍｍである。
フィルタプレート１１０，１２０，１３０は、それぞれ３つの平行リンク(link)機構の一部を構成し、それぞれの平行リンクの作動に伴って、開口１０２を塞ぐ位置と開放する位置に進退するようになっている。
これら３つの平行リンクは、リング１０６と一緒に回転する爪１４０によって順次に駆動される。ここでは、爪１４０による駆動によって、フィルタプレート１１０が開口１０２を塞ぐ位置に前進し、フィルタプレート１２０，１３０が開口１０２を開放する位置に後退した状態を示している。
ボトムサポート２０４は、内面すなわちトップサポート１０４と向かい合う面に、３つのフィルタプレート２１０，２２０，２３０を有する。これらフィルタプレート２１０，２２０，２３０は、それぞれ厚みが異なる３つの銅板等を支持枠で支持したものである。３つの銅板等の厚みは、例えば、それぞれ０．６，０．９，１．５ｍｍである。
フィルタプレート２１０，２２０，２３０は、それぞれ３つの平行リンクの一部を構成し、それぞれの平行リンクの作動に伴って、開口２０２を塞ぐ位置と開放する位置に進退するようになっている。
３つの平行リンクは、リング２０６と一緒に回転する爪２４０によって順次に駆動される。ここでは、爪２４０による駆動によって、フィルタプレート２１０が開口２０２を塞ぐ位置に前進し、フィルタプレート２２０，２３０が開口２０２を開放する位置に後退した状態を示している。
図５に、フィルタプレート１１０について、平行リンクの構成および作動を示す。他のフィルタプレート１２０−２３０についても、平行リンクの構成および作動は同一である。図５に示すように、平行リンクは、リンクＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとジョイント（joint）ａ，ｂ，ｃ，ｄで構成される。リンクＡは固定リンク、リンクＢは原動リンク、リンクＣは平行移動リンク、リンクＤは従動リンクである。
従動リンクＤはフィルタプレート１１０で構成され、原動リンクＢはラチェット(ratchet)板１１２で構成される。フィルタプレート１１０はジョイントａを中心として回転可能であり、ラチェット板１１２はジョイントｂを中心として回転可能であり、両者はリンクＣによりジョイントｃ，ｄで連結される。
このような平行リンクの作動に伴って、フィルタプレート１１０は、（ａ）のような後退状態と、（ｂ）のような前進状態のいずれかの状態となる。フィルタプレート１１０は、（ａ）の後退状態において開口１０２を開放し、（ｂ）の前進状態において開口１０２を塞ぐ。
フィルタプレート１１０には、図６に示すように、ばね１１４による引っ張り力が常時作用している。これにより、平行リンクの非作動状態では、（ａ）に示すように、フィルタプレート１１０はストップピン(pin)１１６に当接している。
平行リンクは、ラチェット板１１２が爪１４０で押し上げられることによって作動する。爪１４０は、リング１０６と一緒に円軌道を描いて周回しており、反時計方向に周回してラチェット板１１２を押し上げることにより、ラチェット板１１２を回転させる。これによって、平行リンクが作動して、（ｂ）に示すようにフィルタプレート１１０が開口１０２を塞ぐ位置まで前進する。この状態におけるラチェット板１１２と爪１４０の係合状態を（ｃ）に拡大図で示す。
爪１４０は、図７に示すように、軸１４２によってリング１０６に回転可能に取り付けられ、軸１４２に設けられたコイル(coil)ばね１４４により図における反時計方向に回転力が印加され、ストップピン１４６に当接した状態にある。コイルばね１４４の一端は爪１４０に固定され、多端はピン１４８に固定されている。
爪１４０が図６の（ｂ）の位置に留まることにより、フィルタプレート１１０は前進位置に留まる。この状態から、爪１４０が反時計方向にさらに移動すると、爪１４０はラチェット板１１２を押しのけて通過する。このとき、ばね１１４による引き戻しにより、フィルタプレート１１０が後退して開口１０２が開放される。
なお、リング１０６が時計方向に周回するときは、爪１４０はラチェット板１１２を押し上げることができないので、ラチェット板１１２は駆動されず、したがって、平行リンクは作動しない。
このように構成されたフィルタ１６の総合的な作動を説明する。図８−図１４に、爪１４０，２４０の周回に伴う各フィルタプレートの挙動を順次に示す。図８−図１４はいずれも、トップレイヤー１００およびボトムレイヤー２００をＸ線の照射方向に見た図である。
図８は、トップレイヤー１００およびボトムレイヤー２００の初期状態を示す。初期状態では、どのフィルタプレートも開口１０２，２０２を塞ぐことがない。これは厚みが０のフィルタプレートが開口１０２，２０２に挿入された状態に相当する。
リング１０６，２０６の反時計方向の周回に伴って、爪１４０による駆動により、図９、図１０、図１１に示すように、トップレイヤー１００側のフィルタプレート０．１，０．２，０．３が順次に開口１０２を塞ぐ位置に前進する。これによって、Ｘ線スペクトルがそれぞれ調節される。この間、ボトムレイヤー２００側では、爪２４０が全てのラチェット板を撫でて通るので、どのフィルタプレートも後退位置にとどまる。
リング１０６，２０６の時計方向の周回に伴って、爪２４０による駆動により、図１２、図１３、図１４に示すように、ボトムレイヤー２００側のフィルタプレート０．６，０．９，１．５が順次に開口２０２を塞ぐ位置に前進する。これによって、Ｘ線スペクトルがそれぞれ調節される。この間、トップレイヤー１００側では、爪１４０が全てのラチェット板を撫でて通るので、どのフィルタプレートも後退位置にとどまる。
このようにして、フィルタプレートの厚みが７段階に切り替わるフィルタ１６を得ることができる。このフィルタ１６は、トップレイヤー１００とボトムレイヤー２００の２層構造を有し、各レイヤーが平行リンクで駆動される３つずつのフィルタプレートを備えるので、全体を小型化することが容易である。
平行リンクを駆動する爪は、図１５に示すように、レイヤーごとに２個ずつとしてもよい。このようにすることにより、爪の現在位置から最も遠い位置にあるフィルタプレートへのアクセス(access)時間を短縮することができる。
なお、フィルタプレートの切り替え数が４段でよいときは、フィルタ１６はトッププレイヤー１００またはボトムレイヤー２００のいずれか１層だけの構造としてよい。さらに、１層当たりのフィルタプレート数は、３つに限らず適宜の数としてよい。
１０ ： Ｘ線照射器
１２ ： Ｘ線管
１４ ： コリメータボックス
１６ ： フィルタ
１８ ： コリメータ
２０ ： Ｘ線検出器
３０ ： オペレータコンソール
４０ ： 被検体
１００ ： トップレイヤー
１０２ ： 開口
１０４ ： トップサポート
１０６ ： リング
１１０，１２０，１３０ ： フィルタプレート
１１２ ： ラチェット板
１４０ ： 爪
２００ ： ボトムレイヤー
２０２ ： 開口
２０４ ： ボトムサポート
２０６ ： リング
２１０，２２０，２３０ ： フィルタプレート
２４０ ： 爪

Claims (10)

  1. 通過する放射線のスペクトルを調節するフィルタであって、
    放射線通過用の開口を有する支持板と、
    前記支持板に、支持されており、互いにフィルタ特性の異なる複数のフィルタプレートと、
    前記複数のフィルタプレートを、前記開口を塞ぐ位置と前記開口を開放する位置とに、それぞれ選択的に移動させる移動手段と
    を具備したことを特徴とするフィルタ。
  2. 前記移動手段は、
    前記フィルタプレートを開口から離れる方向に作用するばね手段と、
    前記フィルタプレートに近接して前記支持板に支持されており、切欠け部を有する複数のラチェット板と、
    前記フィルタプレートを回動可能に前記支持板に支持する第１の支点と、
    前記ラチェット板を回動可能に前記支持板に支持する第２の支点と、
    前記フィルタプレートと前記ラチェット板とに連結し、前記フィルタプレートと前記ラチェット板とを連動して回動させる板ばねと、
    前記ラチェット板の切欠け部に掛合可能な爪と
    を有し、
    前記爪を移動させて前記ラチェット板を回動させることにより、前記フィルタプレートを前記開口を塞ぐ位置に移動可能としたことを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
  3. 前記支持板は、互いに平行なトップレイヤーとボトムレイヤーとを有し、前記フィルタプレートは、前記トップレイヤー及びボトムレイヤーに支持されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
  4. 前記支持板は、円盤形状で、中央部に開口部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィルタ。
  5. 前記フィルタは、支持板の周囲に沿って回転可能なリングをさらに有し、前記爪は前記リングに設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のフィルタ。
  6. フィルタを通したＸ線によって被検体を撮影するＸ線撮影装置であって、
    前記フィルタは、
    放射線通過用の開口を有する支持板と、
    前記支持板に、支持されており、互いにフィルタ特性の異なる複数のフィルタプレートと、
    前記複数のフィルタプレートを、前記開口を塞ぐ位置と前記開口を開放する位置とに、それぞれ選択的に移動させる移動手段と
    を具備したことを特徴とするＸ線撮影装置。
  7. 前記移動手段は、
    前記フィルタプレートを開口から離れる方向に作用するばね手段と、
    前記フィルタプレートに近接して前記支持板に支持されており、切欠け部を有する複数のラチェット板と、
    前記フィルタプレートを回動可能に前記支持板に支持する第１の支点と、
    前記ラチェット板を回動可能に前記支持板に支持する第２の支点と、
    前記フィルタプレートと前記ラチェット板とに連結し、前記フィルタプレートと前記ラチェット板とを連動して回動させる板ばねと、
    前記ラチェット板の切欠け部に掛合可能な爪と
    を有し、
    前記爪を移動させて前記ラチェット板を回動させることにより、前記フィルタプレートを前記開口を塞ぐ位置に移動可能としたことを特徴とする請求項６に記載のＸ線撮影装置。
  8. 前記支持板は、互いに平行なトップレイヤーとボトムレイヤーとを有し、前記フィルタプレートは、前記トップレイヤー及びボトムレイヤーに支持されていることを特徴とする請求項６に記載のＸ線撮影装置。
  9. 前記支持板は、円盤形状で、中央部に開口部を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載のＸ線撮影装置。
  10. 前記フィルタは、支持板の周囲に沿って回転可能なリングをさらに有し、前記爪は前記リングに設けられていることを特徴とする請求項６〜９の何れか一項に記載のＸ線撮影装置。
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