JP2012085995A - 放射線撮影システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】X線源11と、第1及び第2の吸収型格子31,32と、フラットパネル検出器(FPD)30とを備え、第1の吸収型格子31に対して第2の吸収型格子32をx方向に移動させながら撮影を行うことにより、被検体Hの位相コントラスト画像を取得するX線撮影システムである。第2の吸収型格子32の位置における第1のパターン像の周期をp1’、第2の吸収型格子32の実質的な格子ピッチをp2’、FPD30の各画素のX線受光領域のx方向に関する大きさをDXとした場合に、下式を満たすことを特徴とする。ここで、nは正の整数である。
DX≠n×(p1’×p2’)/|p1’−p2’|
【選択図】図5
Description
DX≠n×(p1’×p2’)/|p1’−p2’|
ここで、nは正の整数である。
DX<(p1’×p2’)/|p1’−p2’|
L2<{(L1+L2)/L1}×p1 2/λ
p2={(L1+L2)/L1}×p1
d2={(L1+L2)/L1}×d1
h1≦{L/(V/2)}×d1
h2≦{L/(V/2)}×d2
h1≦{L/(V/2)}×d1
前記第2の吸収型格子の放射線遮蔽部の前記第1及び第2の方向に直交する方向の厚さをh2、前記第2の吸収型格子のスリット部の前記第2方向の開口幅をd2とした場合に、下式を満たすことを特徴とする。
h2≦{L/(V/2)}×d2
図1及び図2において、本発明の第1実施形態に係るX線撮影システム10は、被検体(患者)Hを立位状態で撮影するX線診断装置であって、被検体HにX線を照射するX線源11と、X線源11に対向配置され、X線源11から被検体Hを透過したX線を検出して画像データを生成する撮影部12と、操作者の操作に基づいてX線源11の曝射動作や撮影部12の撮影動作を制御するとともに、撮影部12により取得された画像データを演算処理して位相コントラスト画像を生成するコンソール13とに大別される。
図15は、本発明の第2実施形態に係るX線撮影システム60を示す。このX線撮影システム60は、被検体(患者)Hを臥位状態で撮影するX線診断装置であって、X線源11及び撮影部12の他に、被検体Hを寝載するベッド61を備える。X線源11及び撮影部12は、上記第1実施形態のものと同様の構成であるため、各構成要素には、第1実施形態と同一の符号を付している。以下、第1実施形態との差異についてのみ説明する。その他の構成及び作用については、上記第1実施形態と同様であるため説明は省略する。
図16及び図17は、本発明の第3実施形態に係るX線撮影システム70を示す。このX線撮影システム70は、被検体(患者)Hを立位状態及び臥位状態で撮影することを可能とするX線診断装置であって、X線源11及び撮影部12が、旋回アーム71によって保持されている。この旋回アーム71は、基台72に旋回可能に連結されている。X線源11及び撮影部12は、上記第1実施形態のものと同様の構成であるため、各構成要素には、第1実施形態と同一の符号を付している。以下、第1実施形態との差異についてのみ説明する。その他の構成及び作用については、上記第1実施形態と同様であるため説明は省略する。
次に、本発明をマンモグラフィ(X線乳房撮影)に適用した例を示す。図18及び図19に示すマンモグラフィ装置80は、被検体として乳房Bの位相コントラスト画像を撮影する装置である。マンモグラフィ装置80は、基台(図示せず)に対して旋回可能に連結された支持部81の一端に配設されたX線源収納部82と、支持部81の他端に配設された撮影台83と、撮影台83に対して上下方向に移動可能に構成された圧迫板84とを備える。
次に、上記マンモグラフィ装置の変形例を示す。図20に示すマンモグラフィ装置90は、第1の吸収型格子31がX線源11と圧迫板84との間に配設されている点のみが上記第4実施形態のマンモグラフィ装置80と異なる。第1の吸収型格子31は、支持部81に接続された格子収納部91に収納されている。撮影部92は、第1の吸収型格子31を備えず、FPD30、第2の吸収型格子32、及び走査機構33により構成されている。
次に、図21において、被検体Bの拡大撮影を可能とするマンモグラフィ装置100を示す。マンモグラフィ装置100は、X線源収納部82と撮影部12とを連動して移動させる連動移動機構101を備える。連動移動機構101は、前述の制御装置20により制御され、X線源11、第1及び第2の吸収型格子31,32、FPD30の相対的位置を同一に保ったまま、X線源収納部82と撮影部12とをz方向に移動させる。
次に、図22において、被検体Bの拡大撮影を可能とする別実施形態のマンモグラフィ装置110を示す。マンモグラフィ装置110は、FPD30をz方向に移動させるFPD移動機構111を備える。FPD30をX線源11から遠ざけるほど、FPD30に入射する像が広がり、被検体Bが拡大撮影される。FPD移動機構111は、前述の制御装置20により制御され、前述の入力装置21から入力される拡大率に応じた位置にFPD30を移動させる。その他の構成及び作用については、上記第4実施形態と同様であるため説明は省略する。
図23は、本発明の第8実施形態に係るX線撮影システム120を示す。このX線撮影システム120は、X線源121のコリメータユニット122に、マルチスリット123を配設した点が、上記第1実施形態のX線撮影システム10と異なる。その他の構成については、第1実施形態と同一であるので説明は省略する。
また、上記第1実施形態では、前述したように、位相コントラスト画像は、第1及び第2の吸収型格子31,32のX線遮蔽部31b,32bの周期配列方向(x方向)のX線の屈折成分に基づくものであり、X線遮蔽部31b,32bの延伸方向(y方向)の屈折成分は含んでいない。このため、被検体Hの形状と向きによっては描出できない部位が存在する。例えば、関節軟骨の荷重面の方向をy方向に合わせると、荷重面に垂直な形状を有する軟骨周辺組織(腱や靭帯など)は描出が不十分になると考えられる。被検体Hを動かすことにより、描出が不十分な部位を再度撮影することは可能ではあるが、被検体H及び術者の負担が増えることに加え、再度撮影した画像との位置再現性を担保することが難しいといった問題がある。
また、上記第1実施形態の第1及び第2の吸収型格子31,32は、X線遮蔽部31b,32bの周期配列方向が直線状(すなわち、格子面が平面状)となるように構成されているが、これに代えて、図25に示すように、格子面を曲面状に凹面化した第1及び第2の吸収型格子140,141を用いることも好適である。
上記第10実施形態では、基板140a,141aの湾曲方向に直交する方向にX線遮蔽部140b,141bを配設することにより第1及び第2の吸収型格子140,141をそれぞれ構成しており、これによりX線遮蔽部140b,141bの厚みの制約を排除するという効果を得ているが、図26に示すように、基板150a,151aの湾曲方向に沿ってX線遮蔽部150b,151bを配設する(すなわち、X線遮蔽部150b,151bを湾曲させる)ことにより第1及び第2の吸収型格子150,151をそれぞれ構成することも好ましい。
また、上記各実施形態では、第2の吸収型格子がFPDとは独立して設けられているが、特開平2009−133823号公報に開示されたFPDを用いることにより、第2の吸収型格子を排することができる。このFPDは、X線を電荷に変換する変換層と、変換層において変換された電荷を収集する電荷収集電極とを備えた直接変換型のFPDにおいて、各画素の電荷収集電極が、一定の周期で配列された線状電極を互いに電気的に接続してなる複数の線状電極群を、互いに位相が異なるように配置することにより構成されている。電荷収集電極が特許請求の範囲に記載の強度変調手段を構成している。
また、上記各実施形態では、X線源と撮影部とを位置決めして一連の撮影を行うことにより、1枚の位相コントラスト画像を得ているが、X線源と撮影部とを、X線の光軸Aに直交するいずれかの方向に平行移動させながら、上記一連の撮影を複数回行うことにより、互いに一部が重複した複数の位相コントラスト画像を得るように構成してもよい。この場合には、得られた複数の位相コントラスト画像を繋ぎ合わせることにより、FPDの検出面のサイズより大きい長尺画像を生成することが可能である。
また、上記各実施形態では、2次元の位相コントラスト画像を取得する例を示している。位相コントラスト画像は、従来のX線撮影では描出が難しかった筋腱、血管等の軟部組織の描出を可能とするが、2次元画像では、これらが描出されることによって障害陰影が生じることが考えられる。
また、上記障害陰影を分離し正確な診断や読影を可能とするように、本発明を、立体視が可能なスレテオ画像を取得するステレオ撮影装置に適用することも好ましい。具体的には、図30に示すように、被検体H及び撮影部21に対するX線源11の位置を同図の矢印方向(y方向)に変更する位置変更機構180を設け、この位置変更機構180により変更された第1及び第2の位置で撮影部21により得られた被検体Hの2枚の位相コントラスト画像に基づいて、ステレオ画像構成部181により被検体Hのステレオ画像を構成する。
従来のX線画像診断学は吸収画像に基づいている。位相コントラスト画像でこれまで描出が難しかった画像が得られるとはいえ、位相コントラスト画像と対応して吸収画像が参照できることは読影の助けになる。例えば、吸収画像と位相コントラスト画像を重み付けや階調、周波数処理などの適当な処理によって重ね合わせることにより吸収画像で表現できなかった部分を位相コントラスト画像の情報で補うことは有効である。しかし、位相コントラスト画像とは別に吸収画像を撮影することは、位相コントラスト画像の撮影と吸収画像の撮影の間の撮影肢位のズレによって良好な重ね合わせを困難にするのに加え、撮影回数が増えることにより被検体の負担となる。また、近年、位相コントラスト画像や吸収画像の他に、小角散乱画像が注目されている。小角散乱画像は、被検体組織内部の微細構造に起因する組織性状を表現可能であり、例えば、ガンや循環器疾患といった分野での新しい画像診断のための表現方法として期待されている。
また、上記第1実施形態では、コーンビーム状のX線を発するX線源11を用いた場合を例示しているが、これに代えて、平行X線を発するX線源を用いることも可能である。この場合には、上記式(1)〜(4)は、それぞれ次式(22)〜(25)に変形される。
18a 回転陽極
18b X線焦点
19a コリメータ
30 フラットパネル検出器(FPD)
31 第1の吸収型格子
31a 基板
31b X線遮蔽部
32 第2の吸収型格子
32a 基板
32b X線遮蔽部
40 画素
40a X線受光領域
63 脚部
71a U字状部
71b 直線状部
75 連結機構
103 マルチスリット(第3の格子)
110 第1の吸収型格子
110a 基板
110b X線遮蔽部
111 第2の吸収型格子
111a 基板
111b X線遮蔽部
112 フラットパネル検出器(FPD)
163〜168 第1〜第6の線状電極群
169 スイッチ群
Claims (31)
- 第1の方向に延伸する複数の放射線遮蔽部が、前記第1の方向に直交する第2の方向に第1のピッチで配設され、放射線源から照射された放射線を通過させて第1の周期パターン像を生成する第1の格子と、
前記第1の方向に延伸する複数の放射線遮蔽部が前記第2の方向に第2のピッチで配設され、前記第2の周期パターン像を部分的に遮蔽して第2の周期パターン像を生成する第2の格子と、
前記第1の格子に対して前記第2の格子を、前記第2の方向に所定のピッチずつ相対的に移動させる走査手段と、
前記第2の周期パターン像を画像信号として検出する放射線画像検出器と、
前記放射線画像検出器で取得された前記画像信号に基づいて位相情報を画像化する演算処理手段と、を備え、
前記第2の格子の位置における前記第1のパターン像の前記第2の方向に関する周期をp1’、前記第2の格子の前記第2の方向に関する実質的な格子ピッチをp2’、前記放射線画像検出器の各画素の放射線受光領域の前記第2の方向に関する大きさをDXとした場合に、下式を満たすことを特徴とする請放射線撮影システム。
DX≠n×(p1’×p2’)/|p1’−p2’|
ここで、nは正の整数である。 - 下式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の放射線撮影システム。
DX<(p1’×p2’)/|p1’−p2’| - 前記第1の格子は吸収型格子であり、前記第1の格子を通過した放射線は、タルボ干渉を起こさず、投影像として前記第1の周期パターン像を形成することを特徴とする請求項1または2に記載の放射線撮影システム。
- 前記放射線源の焦点から前記第1の格子までの距離をL1、前記第1の格子から前記第2の格子までの距離をL2、前記第1のピッチをp1、前記放射線のピーク波長をλとした場合に、下式を満たすことを特徴とする請求項3に記載の放射線撮影システム。
L2<{(L1+L2)/L1}×p1 2/λ - 前記放射線源の焦点から前記第1の格子までの距離をL1、前記第1の格子から前記第2の格子までの距離をL2、前記第1のピッチをp1、前記第2のピッチをp2とした場合に、下式を満たすことを特徴とする請求項1から4いずれか1項に記載の放射線撮影システム。
p2={(L1+L2)/L1}×p1 - 前記放射線源の焦点から前記第1の格子までの距離をL1、前記第1の格子から前記第2の格子までの距離をL2、前記第1及び第2の格子のスリット部の前記第2方向に関する開口幅をそれぞれd1、d2とした場合に、下式を満たすことを特徴とする請求項1から5いずれか1項に記載の放射線撮影システム。
d2={(L1+L2)/L1}×d1 - 前記放射線源の焦点から前記放射線画像検出器までの距離をL、前記第1の格子の放射線遮蔽部の前記第1及び第2の方向に直交する方向の厚さをh1、前記放射線画像検出器の検出面における前記第2の方向の有効視野の長さをVとした場合に、下式を満たすことを特徴とする請求項6に記載の放射線撮影システム。
h1≦{L/(V/2)}×d1 - 前記第2の格子の放射線遮蔽部の前記第1及び第2の方向に直交する方向の厚さをh2とした場合に、下式を満たすことを特徴とする請求項7に記載の放射線撮影システム。
h2≦{L/(V/2)}×d2 - 放射線を領域選択的に遮蔽することにより、多数の点光源を生成する第3の格子を有する放射線源を備え、前記第3の格子の位置が前記焦点の位置とみなせることを特徴とする請求項1から8いずれか1項に記載の放射線撮影システム。
- 前記放射線画像検出器は、前記第1及び第2の方向に沿って画素が2次元配列されたフラットパネル検出器であることを特徴とする請求項1から9いずれか1項に記載の放射線撮影システム。
- 前記周期p1’及び前記ピッチp2’の少なくとも一方を変更可能とする変更手段をさらに備えることを特徴とする請求項1から10いずれか1項に記載の放射線撮影システム。
- 前記変更手段は、前記第1及び第2の方向に直交する方向に平行な回転軸を中心として、前記第1の格子及び前記第2の格子の少なくとも一方を回転させるものであることを特徴とする請求項11に記載の放射線撮影システム。
- 前記変更手段は、前記第1の方向に平行な回転軸を中心として、前記第1の格子及び前記第2の格子の少なくとも一方を傾斜させるものであることを特徴とする請求項11に記載の放射線撮影システム。
- 前記変更手段は、前記第1及び第2の方向に直交する方向に、前記第1の格子及び前記第2の格子の少なくとも一方を移動させるものであることを特徴とする請求項11に記載の放射線撮影システム。
- 前記位相情報は、前記放射線画像検出器の各画素について得られる強度変調信号の位相ズレ量を算出することにより生成される位相微分像であることを特徴とする請求項1から14いずれか1項に記載の放射線撮影システム。
- 前記演算処理手段は、前記位相微分像を前記第2の方向に積分することにより、位相コントラスト画像を生成することを特徴とする請求項15に記載の放射線撮影システム。
- 前記第1及び第2の方向に直交する方向に平行な回転軸を中心として、前記第1の格子及び前記第2の格子を所定角度回転させる格子回転手段をさらに備え、前記回転前後のそれぞれにおいて、前記位相情報の画像化を行うことを特徴とする請求項1から16いずれか1項に記載の放射線撮影システム。
- 前記放射線源と前記放射線画像検出器が水平方向に対向配置され、被検体の立位撮影を可能とすることを特徴とする請求項1から17いずれか1項に記載の放射線撮影システム。
- 前記放射線源と前記放射線画像検出器が上下方向に対向配置され、被検体の臥位撮影を可能とすることを特徴とする請求項1から17いずれか1項に記載の放射線撮影システム。
- 前記放射線源と前記放射線画像検出器とが旋回アームによって保持され、被検体の立位撮影及び臥位撮影を可能とすることを特徴とする請求項1から17いずれか1項に記載の放射線撮影システム。
- 被検体として乳房を撮影可能とするマンモグラフィ装置であることを請求項1から17いずれか1項に記載の放射線撮影システム。
- 前記放射線源、前記第1の格子、前記強度変調手段、及び前記放射線画像検出器を、被検体に対して光軸方向に連動移動させる連動移動手段と、拡大率に応じて前記連動移動手段を制御して前記放射線源から被検体までの距離を調整する制御手段とを備えることを特徴とする請求項21に記載の放射線撮影システム。
- 前記放射線画像検出器を被検体に対して光軸方向に移動させる検出器移動手段と、拡大率に応じて前記検出器移動手段を制御して前記放射線源から前記放射線画像検出器までの距離を調整する制御手段とを備えることを特徴とする請求項21に記載の放射線撮影システム。
- 前記第1及び第2の格子は、前記放射線源の焦点を通る線を軸とした円筒面に配設されていることを特徴とする請求項1から23いずれか1項に記載の放射線撮影システム。
- 前記第1及び第2の格子は、前記円筒面の湾曲方向に湾曲するように延伸していることを特徴とする請求項24に記載の放射線撮影システム。
- 前記放射線源、前記第1の格子、前記第2の格子、及び前記放射線画像検出器を、被検体を中心として一体的に回転させる回転移動手段と、前記回転移動手段による複数の回転角度で得られた複数の位相情報に基づいて3次元画像を構成する3次元画像構成手段とを備えることを特徴とする請求項1に記載の放射線撮影システム。
- 前記放射線画像検出器と前記放射線源との相対位置を、前記第1の方向に沿って変更する位置変更手段と、前記位置変更手段により変更された第1及び第2の相対位置で得られた位相情報に基づいてステレオ画像を構成するステレオ画像構成手段とを備えることを特徴とする請求項1に記載の放射線撮影システム。
- 前記放射線画像検出器の各画素について画素データの平均値に関連する量を求めることにより吸収画像を生成する吸収画像生成手段を備えることを特徴とする請求項1から27いずれか1項に記載の放射線撮影システム。
- 前記放射線画像検出器の各画素について画素データの平均値を中心としたばらつきに関連する量を求めることにより小角散乱画像を生成する小角散乱画像生成手段を備えることを特徴とする請求項1から27いずれか1項に記載の放射線撮影システム。
- 第1の方向に延伸する複数の放射線遮蔽部が、前記第1の方向に直交する第2の方向に第1のピッチで配設され、放射線源から照射された放射線を通過させて第1の周期パターン像を生成する第1の格子と、
前記第1の周期パターン像に対して前記第2の方向に位相が異なる少なくとも1つの相対位置で前記第1の周期パターン像に強度変調を与える強度変調手段と、
前記強度変調手段により前記各相対位置で生成された第2の周期パターン像を画像信号として検出する放射線画像検出器と、
前記放射線画像検出器で取得された前記画像信号に基づいて位相情報を画像化する演算処理手段と、を備え、
前記放射線源の焦点から前記放射線画像検出器までの距離をL、前記第1の格子の放射線遮蔽部の前記第1及び第2の方向に直交する方向の厚さをh1、前記第1の格子のスリット部の前記第2方向の開口幅をd1、前記放射線画像検出器の検出面における前記第2の方向の有効視野の長さをVとした場合に、下式を満たすことを特徴とする放射線撮影システム。
h1≦{L/(V/2)}×d1 - 前記強度変調手段は、前記第1の方向に延伸する複数の放射線遮蔽部が前記第2の方向に第2のピッチで配設され、前記第1の周期パターン像を部分的に遮蔽して第2の周期パターン像を生成する第2の格子からなり、
前記第2の格子の放射線遮蔽部の前記第1及び第2の方向に直交する方向の厚さをh2、前記第2の格子のスリット部の前記第2方向の開口幅をd2とした場合に、下式を満たすことを特徴とする請求項30に記載の放射線撮影システム。
h2≦{L/(V/2)}×d2
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