JP2013190269A - 放射線撮影装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】放射線源1と、間隔を空けて並べて配置された少なくとも3枚の放射線反射基板11からなり、放射線反射基板11に両側を挟まれた複数の放射線通路にそれぞれ入射した放射線が、各放射線通路の両側の放射線反射基板11で反射され平行化されて各放射線通路から出射される放射線反射構造体3と、放射線検出器4と、各放射線通路から出射され、被写体7を透過し放射線検出器4で検出された放射線の強度に基づいて被写体7の画像を構築する画像構築部とを備える放射線撮影装置であって、放射線反射構造体3の一端面を放射線の入口、他端面を放射線の出口としたときに出口の放射線反射基板11のピッチの方が入口のピッチよりも広くなっていることを特徴とする放射線撮影装置。
【選択図】図1
Description
前記放射線反射構造体の一端面を放射線の入口、他端面を放射線の出口としたときに前記出口の放射線反射基板のピッチの方が前記入口のピッチよりも広くなっていることを特徴とする放射線撮影装置を提供するものである。
図1に示すように、スリットレンズ3は、放射線反射基板11が間隔を空けて並べて配置された構造を有し、少なくとも3枚の放射線反射基板11で構成される。隣り合う放射線反射基板間の間隔はスペーサ等により形成される。放射線反射基板11に両側を挟まれた複数の通路(以下、「放射線通路」又は「X線通路」という。)にそれぞれ入射した放射線2は、各放射線通路の両側の放射線反射基板11で反射され平行化されて各放射線通路から出射される。スリットレンズ3の一端面を放射線の入口、他端面を放射線の出口としたときに出口の放射線反射基板11のピッチの方が入口のピッチよりも広くなっている。本発明における「平行化」とは、放射線反射基板11の積層方向(y方向)の放射線の成分を小さくして、放射線の出射方向をy方向と垂直な面(xz平面)に揃えることをいう。以下、本発明の放射線撮影装置の一例としてX線撮影装置を示すが、本発明はX線以外の放射線を用いる場合にも適用可能である。
まず、本発明を適用したX線撮影装置において、X線源1からスリットレンズ3のX線通路に入射しX線通路を透過したX線を試料に照射して、その透過像をX線検出器4に投影したときの半影量(分解能)について図1及び図2(a)を用いて説明する。図1は本発明を適用したX線撮影装置の一例を示す図、図2(a)は図1のスリットレンズ3のX線源1を通るYZ平面である。
Δp=L3×θout (式1)
と表せる。上記式1は各X線通路から出射されるX線について成立する。
0.5<Δp/Δd<2 (式2)
次に、スリットレンズ3の各X線通路から出射されるX線を平行化する原理(平行化原理)について図2を用いて説明する。図2(b)は図2(a)のスリットレンズ3の二点鎖線で囲まれた領域の拡大図である。以下、X線反射基板11としてガラス薄板を用いた場合で説明するが、X線反射基板11はガラス薄板でなくても良く、金属等でも良い。
Δs<L1×θc (式3)
となる必要がある。即ち、上記式3を満たすように、スリットレンズ3とX線源1の相対位置、ガラス薄板とX線源1の相対位置を決める必要がある。図3のX線源1の場合、L1は光源サイズsのX線を発生させる部分とスリットレンズ3の入口との対向方向の距離、Δsは前記X線を発生させる部分とX線通路との前記対向方向に垂直な方向の距離を指す。
θgmax=(s+g)/2L1 (式4)
となる。ここで、sはX線源1の光源サイズ(光源の直径)であり、光源の強度分布がガウシアン分布に近似できる場合2σとする。gは隣り合うガラス薄板間の間隔とする。但し、θgmaxは臨界角θcより小さい角度でなければならない。
θout=2×θgmax (式5)
となる。このとき、半影量Δpは、上記式1、式4及び式5より、
Δp=L3×(s+g)/L1 (式6)
となる。また、上記式2及び式6より、
0.5×Δd<L3×(s+g)/L1<2×Δd (式7)
となる。
Δout-a<(s+g)/L1 (式8a)
Δout-b<Δd/L3 (式8b)
θ1=θ0−θa (式9)
となる。従って、n回目の反射後の角度θnは、θ0−n×θa>0の範囲で、
θn=θ0−n×θa (式10)
となる。θn<0.5×θaとなると、X線2がガラス薄板に到達しないので、半発散角は変わらない。また、隣り合うガラス薄板間の出口側の間隔をgout、隣り合うガラス薄板間の入口側の間隔をginとし、ガラス薄板の長さをL2とすると、
θa=(gout−gin)/L2 (式11)
となる。このとき、θa<θoutなので、半影量Δpは、上記式1及び式11より、
(gout−gin)×L3/L2<Δp (式12)
となる。また、上記式2及び式12より、
0.5×Δd<L3×(gout−gin)/L2<2×Δd (式13)
となる。
Δout-a<(gout−gin)/L2 (式14a)
Δout-b<Δd/L3 (式14b)
Δx=s×L3/(L2+L1) (式15)
となり、スリットレンズ3、X線源1、X線検出器4の相対位置で決まる。
X線源1としては、陰極で発生した電子を陽極ターゲットに対して斜めに照射し、X線を電子入射方向からほぼ90度方向にX線を取り出す、反射型のX線源が一般的である。しかしながら、本発明ではスリットレンズ3の集光とボケに微細ビーム径が要求されることから、図3に示す透過型X線源を用いることがより好ましい。図3に示す透過型のX線源1では、電子線源12から放出された電子線13が、電子を収束させるための電子レンズ14で収束されてターゲット15上に集光される。電子線13のサイズは、電子レンズ14のパワーを変えることで容易に変えることができる。これにより、X線源1の光源サイズsを調整することができる。
本発明では一般に知られているX線検出器を用いることができる。静止画像では、X線フィルムやIIと呼ばれるX線イメージインテンシファイア、CRと呼ばれるX線の潜像をレーザで可視化、ディジタル化する方法がある。CT撮影では、FPDと呼ばれるフラットパネルディテクタやX線に感度を持つように構成されたエリアフォトセンサを用いるのが良い。
画像構築部は、各X線通路から出射され、被写体を透過しX線検出器で検出されたX線の強度に基づいて被写体の画像を構築する。X線発生のタイミングに合わせてX線検出器から信号を取り込み、画像として構築し、ノイズ除去などの画像処理を行った後、モニタへの出力制御も行う。
本発明の構成によるおよそのシステム輝度について説明する。スリットレンズ3を用いない場合はX線源1からの出力を一定とした場合、X線の輝度は一般的に、X線源1からX線検出器4までの距離(図2(a):L1+L2+L3)での投影面積(図1:L4×L5)と相関する。L4は投影面積のy方向の長さ、L5は投影面積のx方向の長さである。しかし、本発明のようにスリットレンズ3を用いる場合の投影面積は、スリットレンズ3から出射後のX線がy方向に平行化されているため、スリットレンズ3に入射するときの強度がほぼ保存される。このため、投影面積は(L1×θin×L5)となる。この投影面積が小さいほど明るい像が得られる。従って、本発明のようにスリットレンズ3を用いた構成ではL1×θin<L4となる構成をとり得ることから、明るい撮影システムを構成できる。また、本発明のようにガラス薄板の板厚さtと隣り合うガラス薄板間の間隔gが同じオーダーである場合は、X線量と、開口率T=g/(t+g)による減衰率を掛け合わせたものがおよそのシステム輝度となる。
本実施例のX線撮影装置は図1に示すように静止画像を撮影するものである。図1において1はX線源、2はX線、3はスリットレンズ、4はFPD、5は被写体、11は積層されたガラスから構成されるガラス薄板である。本実施例のX線撮影装置では、X線の発生電圧と電流及びX線発生のタイミングを図1に示すX線発生部で制御している。画像構築部では、X線発生のタイミングに合わせてX線検出器から信号を取り込み、画像を構築し、ノイズ除去などの画像処理を行った後、モニタへの出力制御もしている。X線の発生と画像構築はタイミングの同期が必要であり、この同期処理を制御部が行っている。
0.5×L1/L3×Δd−g<s<2×L1/L3×Δd−g (式16)
となる。X線源1とスリットレンズ3の入口との対向方向の距離L1=100mm、スリットレンズ3の出口とFPDとの対向方向の距離L3=200mm、FPDの画素サイズΔd=100μmのとき、光源サイズsの許容範囲は15μm<s<90μmとなる。この範囲に入るように、光源サイズsを調整すれば良い。
本実施例のX線撮影装置は、図6に示すように、実施例1の構成の、X線源1、スリットレンズ3及びFPDを一つのユニットとして、軸8を回転中心軸として回転させる機構を有するX線CT撮影装置である。回転の角度を精密に制御するための回転制御部が機構として加えられている。回転制御部によって制御される回転角に応じて、被写体を透過したX線の強度がFPDで検出される。画像構築部は、回転角に応じて得られたX線の強度に基づいて、被写体の3次元の画像を構築する。スリットレンズ3で平行化されたX線の出射方向に対する法線方向を回転軸としている。
本実施例のX線撮影装置は、図7に示すように、実施例2の構成に、並進機構を付与したX線CT撮影装置である。X線源1、スリットレンズ3、FPDを一つのユニットとして、軸8を回転中心軸として回転させる機構と、前述のユニットを被写体の体軸8と同じ方向に移動させる並進移動機構を有する。即ち、回転と並進移動を制御する回転・並進制御部を有する。回転の角度移動と同期して並進移動を行うことで、結果的にらせん状に移動する。回転・並進制御部によって制御される回転角と移動距離とに応じて、被写体を透過したX線の強度がFPDで検出される。画像構築部は、回転角と移動距離とに応じて得られたX線の強度に基づいて、被写体の3次元の画像を構築する。
本実施例のX線撮影装置は、図8に示すように、実施例2の構成において、X線源1とスリットレンズ3を一つの照射ユニットとして一体化し、この照射ユニットを回転軸方向に間隔を空けて複数配置したX線CT撮影装置である。複数の照射ユニットと1個のFPDを一体の検出系として、軸8を回転中心軸として回転させる機構を有する。
Claims (10)
- 放射線源と、
間隔を空けて並べて配置された少なくとも3枚の放射線反射基板からなり、前記放射線反射基板に両側を挟まれた複数の放射線通路にそれぞれ入射した放射線が、各放射線通路の両側の放射線反射基板で反射され平行化されて前記各放射線通路から出射される放射線反射構造体と、
放射線検出器と、
前記各放射線通路から出射され、被写体を透過し前記放射線検出器で検出された放射線の強度に基づいて前記被写体の画像を構築する画像構築部とを備える放射線撮影装置であって、
前記放射線反射構造体の一端面を放射線の入口、他端面を放射線の出口としたときに前記出口の放射線反射基板のピッチの方が前記入口のピッチよりも広くなっていることを特徴とする放射線撮影装置。 - 前記放射線通路の両側の放射線反射基板からの距離が等しい位置に仮想面を設けたとき、前記放射線源は複数の前記仮想面の前記入口における接平面上に位置しており、複数の前記仮想面の前記出口における接平面は略平行であることを特徴とする請求項1に記載の放射線撮影装置。
- 前記放射線源と前記入口との対向方向の距離をL1、前記各放射線通路に放射線が入射するときの視射角の臨界角をθcとすると、前記放射線源と前記放射線通路との前記対向方向に垂直な方向の距離Δsが、
Δs<L1×θc
であることを特徴とする請求項2に記載の放射線撮影装置。 - 隣り合う前記放射線反射基板間の間隔は一定で、前記放射線反射基板の厚さは前記出口側の方が前記入口側よりも厚い場合、前記放射線検出器に形成される前記被写体の半影量Δpが、
Δp=L3×(s+g)/L1
であることを特徴とする請求項2又は3に記載の放射線撮影装置。
ここで、L3は前記出口と前記放射線検出器との対向方向の距離、sは前記放射線源の光源サイズ、gは隣り合う前記放射線反射基板間の間隔、L1は前記放射線源と前記入口との対向方向の距離とする。 - 前記放射線検出器の画素のサイズをΔd、前記出口と前記放射線検出器との対向方向の距離をL3、前記放射線源の光源サイズをs、隣り合う前記放射線反射基板間の間隔をg、前記放射線源と前記入口との対向方向の距離をL1とすると、
0.5×Δd<L3×(s+g)/L1<2×Δd
であることを特徴とする請求項4に記載の放射線撮影装置。 - 隣り合う前記放射線反射基板間の間隔は一定で、前記放射線反射基板の厚さは前記出口側の方が前記入口側よりも厚い場合、前記全ての放射線反射基板の平行度Δoutが、
(s+g)/L1、Δd/L3
のうちの大きい方よりも小さいことを特徴とする請求項2又は3に記載の放射線撮影装置。
ここで、sは前記放射線源の光源サイズ、gは隣り合う前記放射線反射基板間の間隔、L1は前記放射線源と前記入口との対向方向の距離、Δdは前記放射線検出器の画素サイズ、L3は前記出口と前記放射線検出器との対向方向の距離とする。 - 前記平行化された放射線の前記出射方向に対する法線方向を回転軸として、前記被写体を中心に、前記放射線源、前記放射線反射構造体及び前記放射線検出器を一体で回転させる回転制御部を備え、
前記回転制御部によって制御される回転角に応じて、前記被写体を透過した前記放射線の強度が前記放射線検出器で検出されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の放射線撮影装置。 - 前記平行化された放射線の前記出射方向に対する法線方向を回転軸として、前記被写体を中心に、前記放射線源、前記放射線反射構造体及び前記放射線検出器を一体で回転させながら前記法線方向に移動させる回転・並進制御部を備え、
前記回転・並進制御部によって制御される回転角と移動距離とに応じて、前記被写体を透過した前記放射線の強度が前記放射線検出器で検出されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の放射線撮影装置。 - 前記放射線源と前記放射線反射構造体からなる照射ユニットが、前記法線方向に間隔を空けて複数配置されていることを特徴とする請求項7に記載の放射線撮影装置。
- 前記画像構築部は、前記回転角に応じて得られた前記放射線の強度、又は前記回転角と移動距離とに応じて得られた前記放射線の強度に基づいて、前記被写体の3次元の画像を構築することを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の放射線撮影装置。
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