JP2014018543A - 放射線発生装置及び放射線撮影システム - Google Patents

放射線発生装置及び放射線撮影システム Download PDF

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Abstract

【課題】放射線を放出する放射線発生ユニット101と、放射線照射野を可視光で模擬表示する投光照準装置12を備えた可動絞りユニットとを有する放射線発生装置において、小型軽量化を図れるようにする。
【解決手段】投光照準装置12を、可視光の光源2と、放射線軸7に対して直交方向に設けられ、光源2からの可視光を前面から出光させる導光板3と、この導光板3の前面から出光する可視光に指向性を付与するルーバー4とで構成する。
【選択図】図1

Description

本発明は、放射線照射野を可視光照射野として模擬表示する投光照準装置を備えた可動絞りユニットを有する放射線発生装置及びこの放射線発生装置を用いた放射線撮影システムに関する。
放射線発生装置は、通常、放射線発生管を内蔵する放射線発生ユニットと、放射線発生ユニットの放射線透過窓の前面に設けられた可動絞りユニットとを備えている。可動絞りユニットは、放射線発生装置の放射線透過窓を介して放出される放射線の内、撮影に不要な部分を遮蔽し、被検者の被曝を低減させる放射線照射野の調整機能を有している。放射線照射野の調整は、制限羽根によって形成される、放射線を通過させる開口部の大きさを調整することで行われる。また、この可動絞りユニットには、通常、可視光照射野により放射線照射野を模擬表示し、撮影前に放射線照射野の範囲を肉眼で確認できるようにする投光照準装置が設けられている。
従来、一般的な可動絞りユニットとしては、特許文献1に示されるようなものが知られている。特許文献1に示される可動絞りユニットは、放射線を透過して可視光を反射する反射板と、可視光の光源とで構成された投光照準装置を有している。また、放射線照射野及びそれに対応して形成される可視光照射野を規定する制限羽根を備えている。光源は、放射線の照射時に干渉しないよう、所要の放射線照射野に照射される放射線の照射経路からずれて配置されている。反射板は、このような配置の光源からの可視光を反射して、放射線照射野を模擬表示する可視光照射野を形成できるよう、放射線中心軸に対して斜めに配置されている。また、光源と反射板は、制限羽根と共に、放射線遮蔽性を有する外囲器内に配置されている。外囲器は、反射板や制限羽根に当たって散乱する放射線を減弱できる材料で構成されている。
特開平7−148159号公報
しかしながら、上記従来の可動絞りユニットは、投光照準装置の反射板が斜めに配置されているため、それを覆う外囲器が大きくなり、放射線発生装置やそれを用いた放射線撮影システムの小型化を妨げる原因となっている。また、外囲器を構成する、放射線を減弱できる材料は質量の大きな材料であることから、重量がかさんでしまう問題がある。
一方、上記従来の可動絞りユニットは、放射線の供給源として放射線発生装置に設けられている放射線発生管が反射型の場合、斜めに配置された反射板によって、反射型放射線発生管におけるヒール効果による放射線の線質分布を軽減できる利点がある。しかし、ヒール効果を生じない透過型の放射線発生管を用いた場合には、かえって放射線の線質分布を助長してしまうという問題がある。
本発明は、放射線照射野を可視光で模擬表示する投光照準装置を備えた可動絞りユニットとを有する放射線発生装置及びこの放射線発生装置を用いた放射線撮影システムにおいて、小型軽量化を図れるようにすることを第一の目的とする。また、本発明は、放射線の供給源として透過型放射線発生管を用いた場合の放射線の線質分布の増大を防止できるようにすることを第二の目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、放射線発生管から発生した放射線を放出する放射線発生ユニットと、放射線照射野を可視光で模擬表示する投光照準装置を備えた可動絞りユニットとを有する放射線発生装置において、
前記投光照準装置が、
放射線照射野に照射される放射線の経路外に設けられた可視光の光源と、
前記放射線照射野に照射される放射線の経路を覆って放射線軸に対して直交方向に設けられ、放射線が透過可能で、しかも前記光源からの可視光を前面から出光させる導光板と、
放射線が透過可能で、しかも前記導光板の前面から出光する可視光に指向性を付与するルーバーと
を備えていることを特徴とする放射線発生装置を提供するものである。
また、本発明は、上記放射線発生装置と、
前記放射線発生装置から放出され、被検体を透過した放射線を検出する検出器と、
前記放射線発生装置と前記検出器とを連携制御するシステム制御装置と
を備えていることを特徴とする放射線撮影システムを提供するものでもある。
本発明の放射線発生装置によれば、光源からの可視光を導光板からルーバーを介して照射することで、反射板を用いることなく可視光照射野を形成することができる。導光板は放射線軸に対して直角に設けられているので、放射線軸に対して斜めに設置される反射板のように広い設置スペースが不要で、その分小さな外囲器の中に収めることができる。従って、外囲器の小型化及び軽量化を図ることができ、ひいては放射線発生装置及び放射線撮影システムの小型化及び軽量化を図ることができる。また、導光板は、反射板に通常用いられている金属に比べて放射線の吸収量そのものが少ないので、透過型の電子線発生管を用いた場合の線質分布の発生を抑制することができる。本発明の放射線発生装置を用いた放射線撮影システムによれば、線質が均一な放射線による良好な撮影が可能となる。
本発明に係る放射線発生装置の一実施形態を示す模式図である。 可動絞りユニットの説明図で、(a)は可視光照射時の説明図、(b)は放射線照射時の説明図である。 ルーバーの説明図で、(a)は交差スリット状のルーバーを示す斜視図、(b)は格子状のルーバーを示す斜視図、(c)はハニカム状のルーバーを示す斜視図である。 本発明に係る放射線撮影システムの一実施形態を示す説明図である。
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、この発明の範囲を限定する趣旨のものではない。また、以下に参照する図面において、同じ符号は同様の構成要素を示す。
図1に示すように、本発明に係る放射線発生装置200は、放射線発生ユニット101と、可動絞りユニット102とを備えている。
放射線発生ユニット101は、放射線を放射線透過窓103から放出するもので、この放射線透過窓103を有する収納容器104内に、放射線の供給源である放射線発生管105と、この放射線発生管105の駆動を制御するための駆動回路106を収容している。収納容器104の内部の余剰空間は絶縁性液体107で満たされている。
収納容器104は、容器としての十分な強度を有し、かつ放熱性に優れたものが望ましく、その構成材料としは、例えば真鍮、鉄、ステンレス等の金属材料が好適に用いられる。絶縁性液体109は、電気絶縁性を有する液体で、収納容器104の内部の電気的絶縁性を維持する役割と、放射線発生管105の冷却媒体としての役割とを有する。絶縁性液体107としては、電気絶縁油を用いるのが好ましい。電気絶縁油としては、例えば鉱油、シリコーン油等が好適に用いられる。その他に使用可能な絶縁性液体107としては、フッ素系電気絶縁性液体が挙げられる。
本例における放射線発生管105は、透過型で、窓部にターゲット108が取り付けられた真空容器109と、この真空容器109の内部に配置されたカソード110、グリッド電極111及びレンズ電極112とを備えている。また、ターゲット108の周囲を囲んで遮蔽部材113が設けられており、余剰の放射線を遮蔽することができるようになっている。
ターゲット108は、放射線の透過性が良好な支持基板114上に、電子の照射によって放射線を発生させるターゲット層115を設けたもので、ターゲット層115の付設側を内側に向けて取り付けられている。ターゲット層115としては、例えばタングステン、タンタル、モリブデン等が用いられる。このターゲット層115は、駆動回路106と電気的に接続されており、アノードの一部を構成するものとなっている。
真空容器109は、内部を真空に保つと共に、カソード110とターゲット層115を含むアノードとの間を電気的に絶縁するために、ガラスやセラミクス材料等の絶縁材料で構成された絶縁管によって胴部が構成されている。真空容器109の内部は、カソード110を電子源として機能させるために減圧されている。その真空度は10-4Pa〜10-8Pa程度であることが好ましい。真空容器109内の排気は、不図示の排気管を設け、この排気管を介して行うことができる。排気管を用いる場合、排気管を通じて真空容器109内を真空排気した後、排気管の一部を封止することで真空容器109の内部を減圧状態に維持することができる。また、真空容器109の内部には、真空度を保つために、不図示のゲッターを配置しておいても良い。
カソード110は、電子源であり、ターゲット108のターゲット層115に対向して設けられている。カソード110としては、例えばタングステンフィラメント、含浸型カソードのような熱陰極や、カーボンナノチューブ等の冷陰極を用いることができる。グリッド電極111及びレンズ電極112は必須の要素ではないが、放射線発生管105を効率的に駆動できるようにする上で設けることが好ましい。カソード110、グリッド電極111及びレンズ電極112は、それぞれ駆動回路106と電気的に接続されており、所定の電圧が印加されるものとなっている。グリッド電極111及びレンズ電極112を配置した場合、カソード110とターゲット層115の間に印加される電圧Vaは、放射線の使用用途によって異なるものの、概ね10kV〜150kV程度である。
カソード110、グリッド電極111、レンズ電極112及びターゲット層115に適宜の電圧を印加すると、グリッド電極111によって形成される電界によってカソード110から電子が引き出される。引き出された電子は、レンズ電極112で収束され、ターゲット108のターゲット層115に入射し、これによって放射線が発生する。発生した放射線は、ターゲット108の支持基板114を透過し、更に放射線透過窓103を介して放射線発生ユニット101の外へ放出される。
放射線発生ユニット101の収納容器104に設けられた放射線透過窓103の外側には、可動絞りユニット102が設けられている。本例における可動絞りユニット102は、放射線透過窓103の周囲を囲む外囲器1と、外囲器1内に設けられた投光照準装置12及び制限羽根5とを備えている。投光照準装置12は、可視光の光源2と、導光板3と、ルーバー4とを備えている。
外囲器1は、例えば導光板3、制限羽根5からの反射放射線を遮蔽して余剰の被爆を防止するためのもので、放射線の遮蔽効果を有している。外囲器1は、放射線遮蔽効果のある材料で構成することができる。このような材料としては、例えば鉛、タングステン、タンタル等の金属、これらの合金等を用いることができる。また、放射線遮蔽効果のさほど高くないアルミニウム等の金属や合成樹脂を用いて外囲器1を構成し、これに放射線遮蔽効果の高い金属シートを付設することで、放射線遮蔽効果を付与することもできる。
図1及び図2に示すように、光源2は、放射線照射野6に照射される放射線の経路〔図2(b)における斜線部分〕の外側に設けられている。光源2は、可視光を照射するもので、放射線照射野6と同等の範囲に十分な明るさの可視光を照射できるものであればよく、例えば白熱ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、発光ダイオード(LED)等を用いることができる。これらの中でも、小型にしやすいことから、LEDが好ましい。
導光板3は、光源2から入射した可視光を前面から出光させるもので、例えば、背面をすりガラス状の微細な凹凸面とし、背面及び三方の側面に反射材を設けた透明な合成樹脂板で構成することができる。このような導光板3の場合、反射材を設けていない一側面に対向して配列したLEDを光源2として用いることができる。反射材を設けていない一側面から可視光を入射させることで、前面から面発光させることができる。導光板3として用いる合成樹脂範としては、例えばアクリル樹脂板等を用いることができる。
導光板3は、放射線が透過可能な材料で構成されており、放射線照射野6に照射される放射線の経路を覆って放射線軸7に対して直交方向に設けられている。即ち、導光板3は、放射線透過率の高い軽元素により形成されており、外囲器1内において、放射線照射野6に照射される放射線の経路を横断し、しかも可視光の出光面である前面を放射線軸7と直交する方向に向けて設けられている。放射線軸7は、特に図2(b)に示すように、放射線の焦点8と、制限羽根5を最大に開いたときの、放射線照射野6の中心9とを結ぶ直線をいう。放射線の焦点8とは、放射線発生位置の中心で、ターゲット層115の電子線照射領域の中心をいう。放射線照射野6の中心9とは、放射線照射野6と同じ形状と大きさで厚さが均一な板材を想定した場合に、この板材の重心位置に対応する位置をいう。
ルーバー4は、導光板3の前面から出光される可視光に指向性を持たせるもので、導光板3の前面上に設けられている。ルーバー4は、図3に示すように、隔壁10の集合体で、可視光が出光する領域を区分すると同時に、出光方向を規制するものとなっている。図3(a)のルーバー4は、並列された複数の板状の隔壁10を互いに直角に交差する方向に向けて2段に配置した交差スリット状をなしている。このルーバー4は、2段の隔壁10により、導光板3の前面からの可視光の出光領域を格子状に区分し、各格子の目から出光する可視光の方向を規制することによって指向性を付与するものとなっている。図3(b)のルーバー4は、複数の板状の隔壁10を同一面上で直角に交差させて組み合わせた格子状をなしている。このルーバーは、1段の隔壁10で格子状に組まれているが、導光板3の前面からの可視光の出光領域を格子状に区分し、各格子の目から出光する可視光の方向を規制するものである点は図3(a)のルーバー4と同様である。図3(c)のルーバー4は、複数の六角形状の隔壁の集合体であるハニカム状をなしている。このルーバー4は、各六角形の領域から可視光を出向させると同時に、その方向を規制して指向性を付与するものとなっている。図3(a)のルーバー4に比して、図3(b)又は図3(c)のルーバー4の方が小型化しやすい利点がある。
ルーバー4(隔壁10)は、放射線が透過可能で、しかも可視光の出光方向を規制できるよう遮光性の材料で構成されている。放射線透過率が高い軽元素で遮光性を持たせて構成することが好ましく、例えばグラファイトフォイル若しくはカーボンブラック等の黒色塗料で着色して遮光性を付与した紙又は合成樹脂フィルムで形成することができる。
ルーバー4を構成する上述した交差スリット状、格子状、ハニカム状の出光単位は、良好な指向性を付与するために、その幅(又は径)wと高さhとの比(h/w)であるアスペクト比が50以上であることが好ましい。また、設置スペースを抑制する観点からは、アスペクト比は、500以下であることが好ましい。
ルーバー4の隔壁10は、放射線軸7側から外周側に向かって順次傾斜量を増大させつつ外周側に傾斜されていることが好ましい。このような傾斜をつけることで、徐々に広がりながら照射される放射線の経路と同様の広がりを持った指向性を可視光に付与することができる。隔壁10の傾斜は、各隔壁10の傾斜面を放射線発生ユニット101側へ延長させたときに、放射線の焦点8に集約される傾斜であることが好ましい。このような傾斜とすると、図2(a)に示すように、放射線の焦点8に設置した仮想光源からの光で可視光照射野11を形成する状態となり、図2(b)の放射線照射野6と大きさ及び形状がほぼ等しい可視光照射野11を形成することができる。
制限羽根5は、放射線遮蔽性材料で構成されており、図1に示されるように、中央部に放射線の通過を許容する開口部12を形成している。前記放射線発生ユニット101から放出される放射線は、この開口部12から外部に照射され、開口部12を通過した放射線が放射線照射野6を形成する。制限羽根5の開口部12は、その大きさを調整可能で、制限羽根5の開口部12の大きさを調整することで放射線照射野6の大きさを調整することができるようになっている。
制限羽根5は、例えば切欠き又は孔を有する二枚の板材を、切欠き同士又は孔同士が重なるようにして相互にスライド移動可能に重ね合せたものを用いることができる。この場合、切欠き又は孔の重なり部分として開口部12が形成され、二枚の板材を相互にスライドさせることでこの開口部12の大きさを調整することができる。また、複数枚の板材を、これらの板材で囲んで開口部12を形成できるよう、位置をずらせてスライド移動可能に重ね合せたものや、カメラのシャッター状の構造のものを用いることもできる。
上記のような放射線発生装置200の使用に際しては、放射線の照射に先立って、通常、可視光照射野11で模擬表示することにより、放射線照射野6の肉眼による確認を行う。この確認は、光源2を発光させることで行われる。光源2から導光板5に入射した可視光は、導光板5の前面から出光し、ルーバー4で指向性が付与され、制限羽根5の開口部12を通って可視光照射野11を形成する。この状態で制限羽根5の開口部12を調整し、必要な放射線照射野6の大きさに合わせる。放射線照射野6の大きさを決定した後、光源2を消し、放射線発生ユニット101を駆動する。
放射線発生ユニット101においては、放射線発生管105のカソード110から、グリッド電極111によって形成される電界によって電子が引き出され、ターゲット108方向へ飛翔される。電子はレンズ電極112で収束され、ターゲット108のターゲット層115に衝突し、放射線が放射される。放射線は放射線透過窓103から可動絞りユニット102へと放出される。可動絞りユニットへ102と放出された放射線は、導光板3を透過し、一部は更にルーバー4を透過して、制限羽根5の開口部12を通って所定の放射線照射野6〔図2(b)参照〕へ照射される。
前記のように、図1に示される放射線発生管105は透過型であるが、本発明においては反射型を用いることもできる。但し、本発明における投光照準装置12は、従来のような斜め配置の反射板を使用しておらず、導光板3は放射線軸7に対して直角に位置している。つまり、反射型におけるヒール効果の軽減作用がない代わりに、透過型を用いた場合に線質分布を助長することが防止されている。このため、本発明においては、例示されるような透過型の放射線発生管6を備えた放射線発生ユニット2を用いることが好ましい。
放射線の照射時に、少なくとも導光板3及びルーバー4を、放射線照射野6に照射される放射線の経路外に退避可能とする退避機構を設けることもできる。この退避機構としては、導光板3及びルーバー4をスライド移動させる機構が考えられる。退避機構により、投光照準装置全体(光源2、導光板3及びルーバー4)を移動させてもよい。退避機構を設けた場合、導光板3とルーバー4を放射線遮蔽性の材料で構成することもできるが、軽量化のためには前記のように放射線の透過性が良好な材料で構成することが好ましい。
次に、図4に基づいて、本発明に係る放射線撮影システムの一実施形態を説明する。
システム制御装置202は、放射線発生装置200と放射線検出装置201とを連携制御する。駆動回路106は、システム制御装置202による制御の下に、放射線発生管105に各種の制御信号を出力する。この制御信号により、放射線発生装置200から放出される放射線の放出状態が制御される。放射線発生装置200から放出された放射線は、被検体204を透過して検出器206で検出される。検出器206は、検出した放射線を画像信号に変換して信号処理部205に出力する。信号処理部205は、システム制御装置202による制御の下に、画像信号に所定の信号処理を施し、処理された画像信号をシステム制御装置202に出力する。システム制御装置202は、処理された画像信号に基づいて、表示装置203で画像を表示させるための表示信号を表示装置203に出力する。表示装置203は、表示信号に基づく画像を、被検体204の撮影画像としてスクリーンに表示する。放射線の代表例はX線であり、本発明の放射線発生装置と放射線撮影システムは、X線発生装置とX線撮影システムとして利用することができる。X線撮影システムは、工業製品の非破壊検査や人体や動物の病理診断に用いることができる。
実施例1
図1に示す放射線発生装置200を用いた放射線撮影システムを作製した。
可動絞りユニット102の外囲器1の大きさは50×50×30mmで製作し、内側面には散乱放射線の漏洩を防ぐためにタングステン粉末含有樹脂シートを張りつけた。外囲器1の内部には、LEDの光源2と導光板3とルーバー4を設け、光源2からの可視光を導光板3の前面から出光させ、ルーバー4で指向性を付与できるよう、ルーバー8を導光板3の前面に隣接させて配置した。導光板3としては、背面にすりガラス状の凹凸が成形され、背面と、光源2が対向する側面を除く三方の側面とに反射材が付設され、光源2の発光により前面が面発光可能なアクリル樹脂板を用いた。ルーバー4は、図3(a)に示される交差スリット状とし、厚さ約75μm、幅2.5mmの板状(テープ状)のグラファイトフォイルで形成した隔壁10の集合体とした。隔壁10は、可視光が出光する方向に引いた直線の延長線が放射線の焦点8を通過するように、角度を変えながら、約50μm間隔で並列配置したものを、互いに直交方向に交差するように2段に設けた。また、外囲器1の内側には、制限羽根5を設け、放射線照射野6の大きさを調整できるように構成した。
上記可動絞りユニット102を放射線発生ユニット101に取り付け、図1に示す放射線発生装置200を作製し、この放射線発生装置200を用いた放射線撮影システムの動作を確認した。その結果、放射線照射野6と略同一領域の可視光照射野11を形成できることを確認した。放射線を照射してみたところ、ルーバー4の影が映ることなく、またヒール効果の無い良好な画像を得ることができた。また、可動絞りユニット102の全重量を測定したところ、約200gであり、従来品に対して大幅に軽量化することができた。
比較例1
従来の一般的な可動絞りユニットを、直径約20mmの管球を用いた光源と、放射線軸に対して斜めに配置した反射板を用いて作製した。外囲器は200×200×150mmの大きさとなり、重量は約2kgとなった。
1:外囲器、2:光源、3:導光板、4:ルーバー、5:制限羽根、6:放射線照射野、7:放射線の中心軸、8:放射線の焦点、9:放射線照射野の中心、10:隔壁、11:可視光照射野、12:投光照準装置、101:放射線発生ユニット、102:可動絞りユニット、103:放射線透過窓、104:収納容器、105:放射線発生管、106:駆動回路、107:絶縁性液体、108:ターゲット、109:真空容器、110:カソード、111:グリッド電極、112:レンズ電極、114:支持基板、115:ターゲット層、200:放射線発生装置、201:放射線検出装置、202:システム制御装置、203:表示装置、204:被検体、205:信号処理部、206:検出器

Claims (12)

  1. 放射線発生管から発生した放射線を放出する放射線発生ユニットと、放射線照射野を可視光で模擬表示する投光照準装置を備えた可動絞りユニットとを有する放射線発生装置において、
    前記投光照準装置が、
    放射線照射野に照射される放射線の経路の外側に設けられた可視光の光源と、
    前記放射線照射野に照射される放射線の経路を覆って放射線軸に対して直交方向に設けられ、放射線が透過可能で、しかも前記光源からの可視光を前面から出光させる導光板と、
    放射線が透過可能で、しかも前記導光板の前面から出光する可視光に指向性を付与するルーバーと
    を備えていることを特徴とする放射線発生装置。
  2. 前記ルーバーは、グラファイトフォイル若しくは遮光性を有する紙又は合成樹脂フィルムで形成されていることを特徴とする請求項1に記載の放射線発生装置。
  3. 前記ルーバーは、並列された複数の板状の隔壁を互いに交差する方向に向けて2段に配置することにより形成された交差スリット状の出光単位からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の放射線発生装置。
  4. 前記ルーバーは、複数の板状の隔壁を同一面上で交差させて組み合わせた格子状の出光単位からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の放射線発生装置。
  5. 前記ルーバーは、複数の六角形状の隔壁の集合体であるハニカム状の出光単位からなることを特徴とする請求項1又は2に記載の放射線発生装置。
  6. 前記出光単位の幅wと、高さhとの比(h/w)であるアスペクト比が50以上であることを特徴とする請求項3乃至5のいずれか1項に記載の放射線発生装置。
  7. 前記アスペクト比が500以下であることを特徴とする請求項6に記載の放射線発生装置。
  8. 前記隔壁が、前記放射線軸側から外周側に向かって順次傾斜量を増大させつつ外周側に傾斜されていることを特徴とする請求項3乃至7のいずれか1項に記載の放射線発生装置。
  9. 前記隔壁の傾斜面が、放射線発生ユニット側へ延長させたときに放射線の焦点に集約される傾斜面であることを特徴とする請求項8に記載の放射線発生装置。
  10. 前記導光板及び前記ルーバーが、放射線照射野に照射される放射線の経路外に退避可能であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の放射線発生装置。
  11. 前記放射線発生管が透過型の放射線発生管であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の放射線発生装置。
  12. 前記請求項1乃至前記請求項10のいずれか1項に記載の放射線発生装置と、
    前記放射線発生装置から放出され、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出装置と、
    前記放射線発生装置と前記放射線検出装置とを連携制御する制御装置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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