JP2012120651A - 放射線撮影装置及び放射線撮影システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】放射線撮影システム1は、第1の格子31と、第1の格子を通過した放射線により形成される放射線像のパターン周期と実質的に一致する周期を有する第2の格子32と、第2の格子32によってマスキングされた放射線像を検出する放射線画像検出器30と、第1の格子31に入射する放射線の進行方向において第1の格子31よりも前側に配置され、放射線が照射される領域を選択的に遮蔽して分散放射線源を形成する第3の格子(マルチスリット)140と、を備え、放射線の進行方向において第3の格子(マルチスリット)140よりも前側に、断熱部材150が設けられる。
【選択図】図1
Description
そこで、X線源の近傍にマルチスリットと呼ばれる第3の格子を配置し、多数の点光源(分散放射線源)を形成する技術が知られている(例えば、特許文献2)。
ここで、温度変化等によってマルチスリット、第1の格子、及び第2の格子のそれぞれの相対位置がズレると、位相コントラスト画像の画質に大きな影響を及ぼす。特許文献2では、第1、第2の格子に温度による歪みや経時的な歪みが生じたか否かを制御装置が判断し、設定された温度以上になったり、歪みが生じたと判断された場合に警告が表示されるようになっているが、マルチスリットの熱歪みに関しては検討されていない。
ここで、X線源の近傍に配置されるマルチスリットは、他の格子に比べ、格段に熱膨張を生じ易い。X線の発生効率は0.5%未満と低く、X線管球に印加される大電力(例えば5kW)の殆どが熱となる。これほど大きな発熱源であるX線源の近傍に配置されるマルチスリットの熱膨張を僅か数μm以下に抑える必要がある。
前記第1の格子を通過した放射線により形成される放射線像のパターン周期と実質的に一致する周期を有する格子パターンと、
前記格子パターンによってマスキングされた前記放射線像を検出する放射線画像検出器と、
前記第1の格子に入射する放射線の進行方向において前記第1の格子よりも前側に配置され、放射線が照射される領域を選択的に遮蔽して分散放射線源を形成する第3の格子と、を備え、
前記放射線の進行方向において前記第3の格子よりも前側に、断熱部材が設けられることを特徴とする放射線撮影装置。
前記放射線撮影装置の前記放射線画像検出器により検出された画像から、前記放射線画像検出器に入射する放射線の屈折角の分布を演算し、この屈折角の分布に基づいて、被写体の位相コントラスト画像を生成する演算処理部と、を備えることを特徴とする放射線撮影システム。
なお、既に述べた構成と同様の構成については同一符号を付してその説明を省略し、既に述べた構成との差異についてのみ説明する。
撮影部12は、床上に設置された立位スタンド15により上下方向に移動自在に保持されている。
X線管18は、陽極回転型であり、電子放出源(陰極)としてのフィラメント(図示せず)と、フィラメントから放出された電子が衝突する回転陽極18aと、回転陽極18aを高速回転させて回転陽極18aにおける電子の衝突領域を変化させるモータ等の回転駆動手段(図示せず)とを有する。X線管18は、電子を回転陽極18aに衝突させることによりX線を発生する。この回転陽極18aにおける電子線の衝突領域がX線焦点(実焦点)18bとなる。
η=CZV
Cは定数であり約1.1×10−9とされ、Zはターゲット物質の原子番号でありX線源に一般に用いられるタングステンであればZ=74であり、VはX線管18の管電圧である。軟部組織についても画像濃淡のコントラストを得やすい50kVで撮影するとき、η=0.407%と極僅かの発生効率であり、99%以上の電力が熱となる。X線に供給される電力は、管電圧50kV、管電流100mAのとき5kWであり、その約99.6%が熱となることから、X線管18aが非常に大きな発熱源であることがわかる。
コリメータユニット19は、コリメータ19aのX線源11側に、第3の格子としてのマルチスリット140と、発泡材料で形成された断熱部材150とを内蔵する。コリメータユニット19に内蔵されたマルチスリット140は、X線源11に一体に取り付けられている。マルチスリット140は、第1の格子31に入射するX線の進行方向において第1の格子31よりも前側に配置されている。
ここで、X線管18の回転陽極18aの高速回転に伴う振動は、マルチスリット140に伝わる振動の大きな要因となる。また、X線管18には一般に、X線管18を冷却するファンが設けられており、この冷却ファンの回転に伴う振動もマルチスリット140に伝わる振動の大きな要因となる。このようなX線管18や冷却ファンの振動がその近くに配置されたマルチスリット140に伝わり易いが、X線源11とマルチスリット140との間に設けられた断熱部材150が防振部材としても機能するため、X線源11からマルチスリット140への振動伝達を遮断してマルチスリット140の振動を十分に抑制することが可能となる。
なお、マルチスリット140がコリメータユニット19を介してX線源11に一体に設けられている構成においては、X線管18や冷却ファンの振動がマルチスリット140に特に伝わり易いので、断熱部材150による防振効果をより一層大きくできる。
第1の吸収型格子31は、基板31aと、この基板31aに配置された複数のX線遮蔽部31bとから構成されている。同様に、第2の吸収型格子32は、基板32aと、この基板32aに配置された複数のX線遮蔽部32bとから構成されている。基板31a,31bは、いずれもX線を透過させるガラス等のX線透過性部材により形成されている。
このような第1及び第2の吸収型格子31,32は、入射X線に位相差を与えるものでなく、強度差を与えるものであるため、振幅型格子とも称される。なお、スリット部(上記空隙d1,d2の領域)は間隙でなくてもよく、例えば、高分子や軽金属などのX線低吸収材で該空隙を充填してもよい。
また、被写体を介在させない状態での放射線の格子パターン像を基準画像として取得する基準走査(プレ走査)の際と、被写体を介在させた状態での放射線の格子パターン像を取得する本走査の際とで温度が変わると、それぞれの走査における第1、第2の格子の相対初期位置が変わることとなるので、測定上、想定外の位相シフト量オフセットが発生してしまうが、この位相シフト量オフセットの発生を防止できるので、正しい測定結果を担保できる。以上より、マルチスリット140の熱膨張時における位相コントラスト画像の画質低下が抑制されるので、好適な位相コントラスト画像を撮影することが可能となる。
また、コリメータユニット19はX線源11のハウジングに保持されているが、X線源保持装置14とは別の保持構造によってコリメータユニット19が保持されていてもよい。
すなわち、マルチスリット140はX線源11とは一体とされていなくてもよい。
なお、図11及び図13〜図16においては、第1、第2の格子31,32及びマルチスリット140が配置される向きが図1等における格子の向きとは90度異なっており、図11及び図13〜図16の座標軸が示すように、第1、第2の格子31,32及びマルチスリット140は、それぞれのX線遮蔽部の延伸方向(y方向)が鉛直方向に沿うように配置されている。
空冷手段160は、ファン(送風機)161及びダクト162を含んで構成されている。なお空冷手段160のX線透過領域はX線を減衰させないようにX線透過率の高い部材で構成することが望ましい。例えばベリリウム(Be)や、カーボン板や樹脂等の有機化合物や、アルミ(Al)やマグネシウム(Mg)等の原子番号の小さい金属箔を用いることが望ましい。
ダクト162は、空気導入口162A及び空気排出口162Bを有する。ダクト162の内部には、マルチスリット140及びファン161が配置されている。なお空気導入口162A及び空気排出口162Bは、X線がこれらの導入口及び排出口から漏洩しないようにX線遮蔽部材が互い違いに配置された壁を持つラビリンス構造とされることで、空気はジグザグに進むが直進性の高いX線は遮蔽することが出来るようにすることが望ましい。
一方、空気排出口162Bは、コリメータユニット29の筐体の上面部に設けられている。空気排出口162Bの近傍に配置されたファン161の吸排気により、断熱部材150とマルチスリット140との間に空気流AFが形成される。
また、空気導入口及び空気排出口がコリメータユニット筐体の対向する面に配置されている必要はなく、例えば、コリメータユニット29の底面部の空気導入口162Aから取り入れた空気流をマルチスリット140の格子面通過後に整流板などによって図11のy方向やz方向に屈曲させ、コリメータユニット29のy方向やz方向の側面部に設けられた空気排出口から排気するように構成されていてもよい。
なお、図11では、空気流AFが主としてマルチスリット140のX線源11側の面に沿って流れていたが、空気流がマルチスリットの両面に沿って流れ、マルチスリットが両面から冷却されるように構成してもよい。
マルチスリットを冷却する手段としては、空冷手段の他、水冷手段やヒートパイプ等を適宜採用できる。
ダクト180は、2つの空気導入口181,182と、1つの空気排出口183とを有する。なお、空気導入口181,182及び空気排出口183は、X線がこれらの導入口及び排出口から漏洩しないようにX線遮蔽部材が互い違いに配置された壁を持つラビリンス構造とされることで、空気はジグザグに進むが直進性の高いX線は遮蔽することが出来るようにすることが望ましい。
空気導入口181,182はそれぞれの開閉手段181A,182Aを含んで構成されている。ファン171及び開閉手段181A,182Aはそれぞれ、コンソール13(図2)のI/F25を介して制御装置20に接続されている。図示を省略するが、本例における制御装置20は、光軸Aの方向に応じて空気導入口181,182の開閉を制御する導入口開閉制御部を具備する。この導入口開閉制御部は、制御装置20の処理の一部を構成する。
図14のように、X線の光軸Aの方向が水平方向のときには(例:立位撮影時)、X線源11からの熱の対流の影響でコリメータユニット39の筐体の+y方向上端部近傍が温度上昇するとともに、ダクト180の+y方向上端にある空気排出口183近傍が、マルチスリット140からの放熱された熱を含んだ熱の滞留によって温度上昇する。このように光軸Aの方向が水平方向のときには、導入口開閉制御部の制御により、X線源11からの熱の対流の影響で温度上昇する部分から離れた位置、つまりその熱の対流において低温側にあって、かつマルチスリット140に近い位置にある一方の空気導入口181が開放されると共に、この空気導入口181よりもマルチスリット140から遠い位置にある他方の空気導入口182が閉塞される。図14のようにX線源11からの熱の対流において低温側の空気導入口が複数ある場合には、マルチスリット140との距離が近い空気導入口が開放され、マルチスリット140との距離が遠い空気導入口が閉塞される。
X軸の光軸方向が水平方向のとき、ファン171の吸排気によって外部空気が空気導入口181からダクト180内に取り入れられ、空気流AFが形成される。
X軸の光軸方向が鉛直方向のとき、ファン171の吸排気によって外部空気が空気導入口182からダクト180内に取り入れられ、空気流AFが形成される。
なお、図14及び図15の構成ではファン171によって吸排気を行っていたが、吸気用の別のファンを設けてもよい。ファンがそれぞれ設けられる位置は特に限定されない。光軸方向が水平方向のときと鉛直方向のときとで空気排出口183が共用されていたが、光軸方向が水平方向のときに用いられる空気排出口と、光軸方向が垂直方向のときに用いられる空気排出口とが別々に設けられていてもよい。
図14に示したコリメータユニット39は、本明細書に記載されたX線撮影システムのいずれの構成例においても適用可能である。
本例のX線位相画像撮影装置は、X線源11から射出されたX線を通過させて第1の周期パターン像を形成する第1の格子131と、第1の格子131により形成された第1の周期パターン像を強度変調して第2の周期パターン像を形成する第2の格子132と、第2の格子132により形成された第2の周期パターン像を検出するX線画像検出器(放射線画像検出器)240と、X線画像検出器240により検出された第2の周期パターン像に基づいて縞画像を取得し、その取得した縞画像に基づいて位相コントラスト画像を生成する位相コントラスト画像生成部260とを備えている。なお、位相コントラスト画像生成部260は、コンソール13(図2)内の制御装置20の処理の一部を構成する。
一方、第2の格子132は、振幅変調型格子であることが望ましい。
2=d1を満たすように決定される。
X線位相画像撮影装置は、図35に示すように、X線源11から射出されたX線を通過させて周期パターン像を形成する格子131と、格子131により形成された周期パターン像を検出するとともに、その周期パターン像に対して強度変調を施すX線画像検出器(放射線画像検出器)340と、X線画像検出器340をその線状電極の延伸方向に直交する方向に移動させる移動機構333と、X線画像検出器340において上記周期パターン像に対して強度変調の施された縞画像に基づいて位相コントラスト画像を生成する位相コントラスト画像生成部260とを備えている。
なお、透明線状電極246a若しくは遮光線状電極246bの配列ピッチP2及び間隔d2は、上述した第2の格子132に関するピッチP2及び間隔d2と同様に決められるため、同一符号を用いて説明する。
すなわち、上述の図24〜図30等を参照して説明したように、本例においても、図24〜図26等に示すように、格子131とX線画像検出器340とが、格子131の延伸方向とX線画像検出器340の電荷蓄積層343の延伸方向とが相対的に傾くように配置されるものである。そして、このように配置された格子131と電荷蓄積層343に対して、X線画像検出器340によって検出される画像信号の各画素の主走査方向(図36のX方向)の主画素サイズDxと副走査方向の副画素サイズDyとは、図25に示すような関係となる。上述の図24〜図30等を参照して説明した構成及び作用と同様にして、1回の放射線画像の撮影が行われた後、X線画像検出器340の全面が読取光L1に走査されて1フレーム全体の画像信号が位相コントラスト画像生成部260に記憶され、位相コントラスト画像生成部260は、その記憶された画像信号に基づいて、互いに異なる5つの縞画像の画像信号を取得する。この第1〜第5の縞画像信号に基づいて、位相コントラスト画像生成部260により、上記例と同様にして位相コントラスト画像が生成される。
上記各例では、第2の吸収型格子がFPDとは独立して設けられているが、上記各例のFPDとして、特開平2009−133823号公報に開示された構成のX線画像検出器を用いることにより、前述した格子パターンとしての第2の吸収型格子を用いることなく、格子パターンを具備することができる。
X線画像検出器は、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画素毎に備えた直接変換型とされており、その電荷収集電極は、第1の方向にそれぞれ延伸しかつ第1の格子31により形成された放射線像の縞状パターンの周期と実質的に一致するピッチで配列された複数の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有する。これらの線状電極群は、互いに位相が異なるように線状電極のピッチよりも短いピッチで位置がずれた状態に配置されている。ここで、格子パターンは、複数の線状電極群の各々により構成されている。
このようにX線画像検出器を構成することにより、第2の吸収型格子が不要となるため、コスト削減とともに、撮像部のさらなる薄型化を図ることができる。また、一度の撮影で複数の位相成分の縞画像を取得することができるため、縞走査のための物理的な走査が不要となる。
第1の格子と、
前記第1の格子を通過した放射線により形成される放射線像のパターン周期と実質的に一致する周期を有する格子パターンと、
前記格子パターンによってマスキングされた前記放射線像を検出する放射線画像検出器と、
前記第1の格子に入射する放射線の進行方向において前記第1の格子よりも前側に配置され、放射線が照射される領域を選択的に遮蔽して分散放射線源を形成する第3の格子と、を備え、
前記放射線の進行方向において前記第3の格子よりも前側に、断熱部材が設けられることを特徴とする放射線撮影装置が開示されている。
前記格子パターンは、第2の格子である。
前記断熱部材は、前記第3の格子に入射する放射線軸に交差する位置に設けられる。
前記断熱部材は、気泡を内包する部材及び赤外線を遮蔽する部材の少なくとも一方を含む。
前記断熱部材は、外部から前記第3の格子への振動伝達を防止する防振部材を兼ねる。
前記第3の格子は、放射線源に一体に取り付けられる。
放射線の照射野を制限するコリメータを備え、
前記断熱部材は、前記コリメータと同一の筐体に保持される。
前記第3の格子を冷却する冷却手段を備える。
前記冷却手段は、空冷手段である。
前記空冷手段において前記第3の格子を冷却する空気流の方向は、前記第3の格子の複数の放射線遮蔽部の延伸方向に平行とされる。
前記空冷手段において前記第3の格子を冷却する空気は、前記第3の格子の少なくとも前記断熱部材側で当該第3の格子に沿って流れる。
前記空冷手段は、放射線源からの熱の対流において低温側となる位置に、外部空気を取り入れる空気導入口を有する。
前記空冷手段は、複数の前記空気導入口を有し、
放射線源からの熱の対流において低温側の空気導入口が開放されると共に、高温側の空気導入口が閉塞される。
前記空冷手段は、放射線源からの熱の対流において低温側に配置される複数の前記空気導入口を有し、
前記第3の格子との距離が近い空気導入口が開放されると共に、前記第3の格子との距離が遠い空気導入口が閉塞される。
前記断熱部材を介して前記第3の格子に向けて放射線を照射する放射線源を更に備える。
前記放射線源は、電子を放出する陰極と、前記陰極から放出された電子が衝突する陽極と、前記陽極を回転させて前記陽極における電子の衝突領域を変化させる回転駆動手段とを有する。
前述した放射線撮影装置と、
前記放射線撮影装置の前記放射線画像検出器により検出された画像から、前記放射線画像検出器に入射する放射線の屈折角の分布を演算し、この屈折角の分布に基づいて、被写体の位相コントラスト画像を生成する演算処理部と、を備える放射線撮影システムが開示されている。
前記放射線撮影装置の前記複数の空気導入口を放射線の照射方向に応じて開閉する制御を行う導入口開閉制御部と、を備える。
11 X線源(放射線源)
12 撮影部
13 コンソール(制御演算手段)
14 X線源保持装置
15 立位スタンド
18 X線管
18a 回転陽極
18b X線焦点
19 コリメータユニット
19a コリメータ
29 コリメータユニット
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
33 走査手段
39 コリメータユニット
60 X線撮影システム
61 ベッド
62 天板
63 脚部
70 X線撮影システム
71 旋回アーム
71a U字状部
71b 直線状部
72 基台
73 第1の溝
74 第2の溝
75 連結機構
80 マンモグラフィ装置
81 アーム部材
82 X線源収納部
83 撮影台
84 圧迫板
90 マンモグラフィ装置
91 格子収納部
92 撮影部
100 X線撮影システム
101 X線源(放射線源)
102 コリメータユニット
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)
120 画素
121 電荷収集電極
122〜127 第1〜第6の線状電極群
128 スイッチ群
140 マルチスリット(第3の格子)
150 断熱部材
150 赤外線カットフィルタ(断熱部材)
160 空冷手段
161 ファン
162 ダクト
162A 空気導入口
162B 空気排出口
170 空冷手段
171 ファン
180 ダクト
181 空気導入口
181A 開閉手段
182 空気導入口
182A 開閉手段
183 空気排出口
Claims (18)
- 第1の格子と、
前記第1の格子を通過した放射線により形成される放射線像のパターン周期と実質的に一致する周期を有する格子パターンと、
前記格子パターンによってマスキングされた前記放射線像を検出する放射線画像検出器と、
前記第1の格子に入射する放射線の進行方向において前記第1の格子よりも前側に配置され、放射線が照射される領域を選択的に遮蔽して分散放射線源を形成する第3の格子と、を備え、
前記放射線の進行方向において前記第3の格子よりも前側に、断熱部材が設けられることを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項1に記載の放射線画像検出装置であって、
前記格子パターンは、第2の格子であることを特徴とする放射線画像検出装置。 - 請求項1又は2に記載の放射線撮影装置であって、
前記断熱部材は、前記第3の格子に入射する放射線軸に交差する位置に設けられることを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の放射線撮影装置であって、
前記断熱部材は、気泡を内包する部材及び赤外線を遮蔽する部材の少なくとも一方を含むことを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の放射線撮影装置であって、
前記断熱部材は、外部から前記第3の格子への振動伝達を防止する防振部材を兼ねることを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項5に記載の放射線撮影装置であって、
前記第3の格子は、放射線源に一体に取り付けられることを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項1から6のいずれか一項に記載の放射線撮影装置であって、
放射線の照射野を制限するコリメータを備え、
前記断熱部材は、前記コリメータと同一の筐体に保持されることを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項1から7のいずれか一項に記載の放射線撮影装置であって、
前記第3の格子を冷却する冷却手段を備えることを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項8に記載の放射線撮影装置であって、
前記冷却手段は、空冷手段であることを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項9に記載の放射線撮影装置であって、
前記空冷手段において前記第3の格子を冷却する空気流の方向は、前記第3の格子の複数の放射線遮蔽部の延伸方向に平行とされることを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項9又は10に記載の放射線撮影装置であって、
前記空冷手段において前記第3の格子を冷却する空気は、前記第3の格子の少なくとも前記断熱部材側で当該第3の格子に沿って流れることを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項9から11のいずれか一項に記載の放射線撮影装置であって、
前記空冷手段は、放射線源からの熱の対流において低温側となる位置に、外部空気を取り入れる空気導入口を有することを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項12に記載の放射線撮影装置であって、
前記空冷手段は、複数の前記空気導入口を有し、
放射線源からの熱の対流において低温側の空気導入口が開放されると共に、高温側の空気導入口が閉塞されることを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項12に記載の放射線画像検出装置であって、
前記空冷手段は、放射線源からの熱の対流において低温側に配置される複数の前記空気導入口を有し、
前記第3の格子との距離が近い空気導入口が開放されると共に、前記第3の格子との距離が遠い空気導入口が閉塞されることを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項1から14のいずれか一項に記載の放射線撮影装置であって、
前記断熱部材を介して前記第3の格子に向けて放射線を照射する放射線源を更に備えることを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項15に記載の放射線撮影装置であって、
前記放射線源は、電子を放出する陰極と、前記陰極から放出された電子が衝突する陽極と、前記陽極を回転させて前記陽極における電子の衝突領域を変化させる回転駆動手段とを有することを特徴とする放射線撮影装置。 - 請求項1から16のいずれか一項に記載の放射線撮影装置と、
前記放射線撮影装置の前記放射線画像検出器により検出された画像から、前記放射線画像検出器に入射する放射線の屈折角の分布を演算し、この屈折角の分布に基づいて、被写体の位相コントラスト画像を生成する演算処理部と、を備えることを特徴とする放射線撮影システム。 - 請求項13又は14に記載の放射線撮影装置と、
前記放射線撮影装置の前記複数の空気導入口を放射線の照射方向に応じて開閉する制御を行う導入口開閉制御部と、を備えることを特徴とする放射線撮影システム。
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