JP2023032610A - 放射線撮像装置および放射線撮影システム - Google Patents

Abstract

【課題】 放射線撮像装置の背面側の構造物に反射して起こる後方散乱線により生じるアーチファクトを低減しつつ、放射線撮像装置を軽量化する技術を提供する。【解決手段】 本発明に係る放射線撮像装置は、放射線撮像装置の背面側の構造物に反射した後方散乱線により発生する放射線撮像装置の背面側に配置された部品の写り込みを低減させるための減衰部材を放射線検出部の放射線の入射面の背面側に有し、前記減衰部材は、前記部品よりも放射線に対する透過率が高い材料からなり、放射線検出部の入射面と対向する面への正射影において前記放射線検出部と重なる前記部品の外形の端部を覆い且つ前記放射線検出部よりも面積が小さいことを特徴とする。【選択図】 図４

Description

本発明は、放射線撮像装置および放射線撮影システムに関する。

現在、放射線による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮像装置として、半導体材料によって形成された平面検出器（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下ＦＰＤと略す）を放射線検出部として用いた放射線撮像装置が普及している。このような放射線撮像装置は、例えば医療画像診断においては、一般撮影のような静止画撮影や、透視撮影のような動画撮影が可能なデジタル撮像装置として、放射線撮影システムに用いられている。

放射線撮像装置は、放射線発生装置より照射された放射線を放射線撮像装置の内部に配置されたＦＰＤにより電気信号へと変換することで放射線画像を生成する。この際、照射された放射線の一部はＦＰＤを透過したのちＦＰＤの放射線が入射する側とは反対側の構造物で反射して再度ＦＰＤに入射する散乱線（後方散乱線）となり得る。そのような後方散乱線が、ＦＰＤの放射線が入射する側とは反対側の面に配置されている部品を透過してＦＰＤへ入射し、放射線画像に部品が写り込むことでアーチファクトを発生させてしまう場合がある。

例えば特許文献１には、ＦＰＤに到達する後方散乱線の量が概ね均一となるように、領域ごとに放射線透過率が異なる減衰部材を用いてアーチファクトの影響を軽減する技術が開示されている。減衰部材は一般に放射線透過率が低くなるほど高重量であるが、特許文献１の技術では画像品位に影響しない領域には放射線透過率の高い、すなわち低重量の減衰部材を使用するので、放射線撮像装置を軽量化することができる。放射線撮像装置を軽量化することで、被写体に対するセッティングなどで使用者が持ち運びをする際の作業負荷を軽減することができる。

特開２００４－２９４１１４号公報

しかしながら、特許文献１の技術においては、ＦＰＤの放射線が入射する側とは反対側の面における放射線透過率が高い部品が配置されている箇所には放射線透過率が低い、すなわち高重量の減衰部材を用いる必要がある。例えば放射線撮像装置を軽量化するために放射線透過率が低い部品を小型化した場合に、部品の小型化により放射線透過率が高くなった領域には放射線透過率が低い減衰部材を配置することとなり、更なる放射線撮像装置の軽量化が困難であるという課題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、放射線撮像装置の重量を抑えつつ、後方散乱線に起因した放射線画像に発生するアーチファクトを低減する技術を提供することを目的とする。

上記の課題は、放射線発生装置より照射され被写体を通過した放射線に基づく放射線画像の生成を行う放射線撮像装置であって、各々が放射線を電気信号に変換するための複数の画素が設けられた第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面とを有する放射線検出部と、前記放射線検出部に対して前記第２の面の側に設けられた複数の部品と、前記放射線検出部に対して前記第２の面の側に設けられ、前記第２の面の側から前記放射線検出部に入射する後方散乱線を減衰させるための減衰部材と、を有し、前記減衰部材は、前記部品よりも放射線に対する透過率が高い材料からなり、前記第２の面への正射影において前記放射線検出部と重なる前記部品の外形の端部を覆い且つ前記放射線検出部よりも面積が小さいことを特徴とする放射線撮像装置によって解決される。

本発明によれば、放射線撮像装置の後方で発生した後方散乱線に起因するアーチファクトを低減しつつ軽量化した放射線撮像装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る放射線撮影システム１０の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る放射線撮像装置１０２の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る後方散乱線を説明するための模式図である。 第１の実施形態に係る減衰部材２１０の配置を示す模式図である。 第１の実施形態に係る図４上の位置と散乱線入射量の関係を示す図である。 第２の実施形態に係る減衰部材２１０の配置を示す模式図である。

以下、本発明を適用した好適な実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。また、放射線という用語は典型的にはＸ線であり得るが、Ｘ線に限らず、例えば他の放射線（例えば、α線、β線、γ線等）を適用することも可能である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放射線撮影システム１０の全体構成を示す図である。放射線撮影システム１０は、制御装置１００と、放射線発生装置１０１と、放射線撮像装置１０２と、を含んで構成されている。制御装置１００は、撮影条件設定部１０３と、撮影制御部１０４と、画像処理部１０５と、表示部１０６とを備えている。制御装置１００は、ＣＰＵ、主記憶装置、補助記憶装置、ディスプレイを備えた汎用のコンピュータが好適に用いられ、制御装置１００の各部の機能が実現される。

放射線発生装置１０１は被写体Ｐに放射線を照射する。放射線発生装置１０１は、放射線を発生させる管球と、発生した放射線のビームの広がり角を規定するコリメータと、コリメータに取り付けられた放射線量測定器によって構成される。

放射線撮像装置１０２は放射線発生装置１０１より照射され被写体Ｐを通過した放射線に基づく放射線画像を生成する。生成された放射線画像は、画像処理部１０５に送信される。また放射線撮像装置１０２は、検出した放射線量の情報を撮影制御部１０４に送信する。放射線撮像装置１０２の内部の構造については、図２の説明にて詳述する。

撮影条件設定部１０３は、管電圧、管電流、撮影部位等の撮影条件を操作者が入力するための撮影条件入力手段を有し、操作者により入力された撮影条件は撮影制御部１０４に送信される。撮影制御部１０４は入力された撮影条件を基に、放射線発生装置１０１、放射線撮像装置１０２、および画像処理部１０５を制御する。

画像処理部１０５は、放射線撮像装置１０２から送信された放射線画像に対して、オフセット補正処理、ゲイン補正処理、ノイズ低減処理等の画像処理を行う。画像処理部１０５は、画像処理が行われた後の放射線画像を表示部１０６に送信する。表示部１０６は汎用のディスプレイ等が用いられ、画像処理部１０５から送信された画像情報を出力する。

図２は、本実施形態における放射線撮像装置１０２の構成を示す図である。図２（ａ）は放射線撮像装置１０２の入射面側から見た外観斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示す線Ａ－Ａ′に沿って放射線撮像装置１０２を切断して矢印方向から見た断面図である。図２（ｂ）中の矢印Ｘは、放射線撮像装置１０２に入射する放射線の入射方向を模式的に示す。

放射線撮像装置１０２は、略直方体形状であって、筐体２０１によって放射線撮像装置１０２を構成する各部品が内包される。筐体２０１は、胸当て部２０２ａと枠部２０２ｂを有する前面カバー２０２、背面カバー２０３および二次電池２０９のカバー２１３を有する。

胸当て部２０２ａは、筐体２０１の放射線が入射する面に配置される板状の部材である。放射線撮像装置１０２には、撮影に使用する際に荷重がかかる場合があるので、胸当て部２０２ａには高剛性の部材が好適である。また胸当て部２０２ａは、放射線発生装置１０１からの放射線が入射する面であることから、放射線透過率の高い材料が好適である。これらの観点から、胸当て部２０２ａには例えばＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）が用いられる。また、胸当て部２０２ａの周縁に位置する枠部２０２ｂには、マグネシウム合金が用いられる。

背面カバー２０３は、筐体２０１の放射線が入射する面と反対側の面に配置される板状の部材である。前述の通り放射線撮像装置１０２には荷重がかかる場合があるため、背面カバー２０３には高剛性の部材が好適である。また、筐体内での放射線の反射を抑えるために、放射線透過率が高い材料が好適である。これらの観点から、背面カバー２０３には例えばＣＦＲＰが用いられる。

筐体２０１内には放射線の入射面側から順に、衝撃吸収シート２０４、放射線検出部２０５、基台２０６が積層される。衝撃吸収シート２０４は筐体２０１の外部より受ける衝撃から放射線検出部２０５を保護する。

放射線検出部２０５は、各々が光電変換素子を有し二次元アレイ状に配された複数の画素２０５ａ上に、放射線を光電変換素子が感知可能な光に波長変換するシンチレータの複数の結晶からなるシンチレータ層２０５ｂを有するＦＰＤである。放射線発生装置１０１から照射された放射線は、シンチレータ層２０５ｂにより光へと変換され、複数の画素２０５ａの光電変換素子によりさらに電気信号へと変換される。複数の画素２０５ａのそれぞれの画素からの電気信号は駆動回路および読出回路にて読み出され、放射線画像として生成される。

なお、以下の説明において、放射線検出部２０５の複数の画素が設けられた側の面を第１の面、第１の面に対向する面を第２の面と呼称する。

放射線検出部２０５は、フレキシブル回路基板２０７を介して、制御基板２０８に接続される。制御基板２０８は、前述の駆動回路および読出回路を有し、光電変換素子から信号を読み出すための駆動信号等の制御を行う。

基台２０６は、放射線検出部２０５を支持するための平板状の部材である。基台２０６の放射線が入射する側の面には、放射線検出部２０５が配置され、放射線が入射する側の面の対向する面には、制御基板２０８、二次電池２０９、図示しない無線モジュールやアンテナ部等が設けられ、基台２０６により支持されている。基台２０６の放射線が入射する側の面の対向する面には、各種部品を支持するための凹凸が設けられていてもよい。基台２０６は、剛性の確保、軽量化、および電気的ノイズの影響を考慮すると、マグネシウム合金とするのが好適である。

二次電池２０９は駆動用の電力を供給する。無線モジュールやアンテナ部は、外部装置に画像信号を無線送信する無線通信部として機能する。

減衰部材２１０は、放射線検出部２０５へ入射する後方散乱線を減衰させるために設けられている。後方散乱線とは、放射線検出部２０５へ照射された放射線の一部が透過する場合、または照射野が放射線検出部２０５より広い場合に、放射線検出部２０５の放射線が入射する側とは反対側の構造物で放射線が反射して再度放射線検出部２０５に入射する成分である。後方散乱線については図３の説明にて詳述する。減衰部材２１０は、例えばビスマス、鉛、ＳＵＳ、鉄、およびタングステンなどの放射線を吸収する材料が用いられる。

減衰部材２１０は、放射線検出部２０５に対して入射する後方散乱線を減衰させるための部材であるので、放射線検出部２０５の第２の面の側に設けられる。例えば放射線検出部２０５と基台２０６との間、筐体２０１の背面カバー２０３の内側および外側に設けられるがその限りではなく、放射線検出部２０５の第２の面の側であればよい。

次に、図３を用いて後方散乱線について説明する。図３は、図１の放射線発生装置１０１および放射線撮像装置１０２について、後方散乱線の状況を示した図である。放射線発生装置１０１から照射された放射線は、放射線撮像装置１０２内部に配置された放射線検出部２０５に入射する。

放射線検出部２０５に入射した放射線の一部は、放射線検出部２０５のシンチレータ層２０５ｂで吸収されずに透過し、放射線撮像装置１０２の背面側の壁面や床などの構造物によって反射して散乱し、放射線検出部２０５の背面側から再入射する。背面側から入射する後方散乱線は、背面側に設置されている放射線撮像装置１０２の部品で減衰されるものと、蛍光体に入射するものとがある。部品がある箇所とそうでない箇所の放射線の透過率の差が、放射線画像上で部品が写り込む、すなわちアーチファクトが発生する原因となってしまう。

放射線検出部２０５の全面を後方散乱線よりカバーするように減衰部材２１０を設けた場合、放射線検出部２０５に入射する後方散乱線の絶対量を減少させることができるため、アーチファクトを低減することができる。しかし、このように全面に減衰部材２１０を設けた場合、放射線撮像装置１０２の重量が重くなってしまう。放射線撮像装置１０２は、装置の性質上、被写体に対するセッティングなどで使用者が持ち運んで使用する作業が多くあるため、可能な限り軽量化する必要がある。

そのため本発明では、このような放射線撮像装置１０２の筐体の外で発生した後方散乱線に由来する部品の写り込みによるアーチファクトを、放射線検出部２０５の面積より小さい減衰部材を配置することで軽量化を図りつつ低減する。

図４は、本実施形態における放射線撮像装置１０２の構成を簡易的に示す図である。図４（ａ）は放射線撮像装置１０２の入射する側（図２の矢印Ｘ）とは反対側から見た、減衰部材を設けない場合の図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に減衰部材を加えた図である。図４に示す放射線撮像装置１０２には、制御基板２０８ａ、制御基板２０８ｂおよび二次電池２０９が設けられている。

このとき、これらの部品の外形の端部と部品がない箇所とでは、放射線検出部２０５の第２の面の面内方向において、入射する後方散乱線の量に大きな差があることとなる。アーチファクトとして画像に表れるのは、このような後方散乱線の量に大きな差がある箇所である。

本実施形態では、放射線検出部２０５の第２の面への正射影において、写り込みを低減したい対象である、放射線検出部２０５の第２の面の側に設けられた部品の、外形の端部を覆うように減衰部材２１０を設ける。このとき、減衰部材２１０は写り込みを低減したい対象である部品よりも放射線の透過率が高いものとする。

このようにすることで、写り込みを低減したい対象である部品の外形の端部と部品のない箇所とで発生する、放射線検出部２０５の第２の面に到達する後方散乱線の量の差を緩やかにすることができるので、アーチファクトを低減することができる。

以下、図４および図５を用いて説明する。図５は、図４における線Ｂ－Ｂ′の位置における放射線検出部２０５への散乱線入射量を示す図である。図４（ａ）が示す放射線撮像装置１０２において、放射線検出部２０５の放射線が入射する側と対向する側には、線Ｂ－Ｂ′の位置において部品（図４においては制御基板２０８ａおよび制御基板２０８ｂ）が設けられていない領域と、部品が設けられた領域がある。その領域ごとの散乱線入射量を示したのが図５である。

図５（ａ）は図４（ａ）の減衰部材２１０が設けられない場合、また図５（ｂ）は図４（ｂ）の減衰部材２１０を設けた場合に対応している。図５（ａ）においては、部品が設けられていない領域と、部品が設けられた領域には、散乱線入射量に大きな差が生じることで部品が写り込み、アーチファクトの原因となる。一方、減衰部材２１０が設けられた図５（ｂ）においては、減衰部材２１０により、部品と減衰部材２１０で覆われた領域、減衰部材２１０のみで覆われた領域、部品にも遮蔽部材にも覆われていない領域ができることとなる。

図５（ｂ）におけるそれぞれの領域における散乱線入射量の差は、減衰部材２１０が配置されていない場合の部品が設けられていない領域と部品が設けられた領域との間の差よりも小さいので、部品が写り込みにくく、アーチファクトを低減することができる。

減衰部材２１０は、写り込みを低減したい対象である部品よりも放射線の透過率が高いものを用いている。減衰部材２１０の放射線の透過率が写り込みを低減したい対象の部品よりも低い場合、減衰部材２１０による写り込みが発生してしまうためである。 図４では、制御基板２０８ａ、制御基板２０８ｂ、および二次電池２０９を覆うように減衰部材２１０を配置する。上記図５の説明の通り、これらの領域間では後方散乱線の量の差が減衰部材２１０を配置しない場合に比べて緩やかとなるので、部品が写り込みにくく、アーチファクトを低減することができる。

また、上記の図４（ｂ）の説明では、写り込みを低減したい対象である部品を制御基板２０８および二次電池２０９としたが、その限りではない。例えば、基台２０６に設けられた凹凸部、放射線撮像装置１０２の通信用のアンテナ、各種の電気部品を接続するためのケーブル、各種の部品を締結するための締結部材等の外形の端部を覆うように減衰部材２１０を設けるようにしてもよい。

また、減衰部材２１０は、外形端部において厚みを連続的に変化させてもよい。このようにすることで、減衰部材２１０の端部における放射線検出部２０５の第２の面に到達する後方散乱線の量の差を小さくできるので、放射線画像に減衰部材２１０の外形の形状を写り込みにくくすることができる。

また、減衰部材２１０は、放射線撮像装置１０２に対して着脱可能に構成してもよい。このようにすることで、実際に撮影した放射線画像の写り込みの状況を見た上で、適切な位置に減衰部材２１０を配置することが容易となる。また、減衰部材２１０を着脱可能とすることで、放射線画像の写り込みの状況に合わせて、減衰部材２１０の材料を変更することが容易となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第１の実施形態との違いは、減衰部材２１０が写り込みを低減したい対象である部品全体ではなく、部品の外形の端部のみを覆うようにしていることである。

図６は、本実施形態における放射線撮像装置１０２の構成を簡易的に示す図である。図６（ａ）は放射線撮像装置１０２の入射する側とは反対側から見た、減衰部材のない図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に減衰部材２１０を加えた図である。

本実施形態では、写り込みを低減したい対象である部品として制御基板２０８ａ、制御基板２０８ｂ、および二次電池２０９が放射線撮像装置１０２に設けられ、それぞれの部品の外形の端部に減衰部材２１０を配置する。図６のように減衰部材２１０を配置することで、減衰部材２１０の面積が第１の実施形態より少なくなることにより、更に放射線撮像装置１０２を軽量化することができる。

１０２ 放射線撮像装置
２０５ 放射線検出部
２１０ 遮蔽部材
Ｐ 被写体

上記の課題は、放射線発生装置より照射され被写体を通過した放射線に基づく放射線画像の生成を行う放射線撮像装置であって、各々が放射線を電気信号に変換するための複数の画素が設けられた第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面とを有する放射線検出部と、前記放射線検出部に対して前記第２の面の側に設けられた複数の部品と、前記放射線検出部に対して前記第２の面の側に設けられ、前記第２の面の側から前記放射線検出部に入射する後方散乱線を減衰させるための減衰部材と、を有し、前記減衰部材は、前記複数の部品に含まれるいずれかの部品よりも放射線に対する透過率が高い材料からなり、前記第２の面への正射影において前記放射線検出部と重なる前記部品の外形の端部を覆い且つ前記放射線検出部よりも面積が小さいことを特徴とする放射線撮像装置によって解決される。

Claims (14)

1. 放射線発生装置より照射され被写体を通過した放射線に基づく放射線画像の生成を行う放射線撮像装置であって、
   各々が放射線を電気信号に変換するための複数の画素が設けられた第１の面と、前記第１の面に対向する第２の面とを有する放射線検出部と、
   前記放射線検出部に対して前記第２の面の側に設けられた複数の部品と、
   前記放射線検出部に対して前記第２の面の側に設けられ、前記第２の面の側から前記放射線検出部に入射する後方散乱線を減衰させるための減衰部材と、を有し、
   前記減衰部材は、前記部品よりも放射線に対する透過率が高い材料からなり、前記第２の面への正射影において前記放射線検出部と重なる前記部品の外形の端部を覆い且つ前記放射線検出部よりも面積が小さいこと
   を特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記部品は、前記部品を構成するための複数の構成部品を有し、
   前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記検出部と重なる前記構成部品の外形の端部を覆うことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記部品は前記放射線検出部から信号を読み出すための制御基板であり、
   前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記検出部と重なる前記制御基板の外形の端部を覆うことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
4. 前記部品は前記放射線撮像装置に電力を供給する二次電池であり、
   前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記検出部と重なる前記二次電池の外形の端部を覆うことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
5. 前記部品は前記放射線撮像装置が外部の装置と通信するためのアンテナであり、
   前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記検出部と重なる前記アンテナの外形の端部を覆うことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
6. 前記部品は前記検出部の前記第２の面の側に前記検出部を支持する基台であり、
   前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記検出部と重なる前記基台の凹凸の端部を覆うことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
7. 前記部品は前記放射線撮像装置が有する部品を締結する締結部材であり、
   前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記検出部と重なる前記締結部材の外形の端部を覆うことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
8. 前記部品は前記放射線撮像装置が有する部品に接続されたケーブルであり、
   前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記検出部と重なる前記ケーブルの外形の端部を覆うことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
9. 前記減衰部材は外形の端部で厚みが連続的に変化していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の放射線撮像装置。
10. 前記減衰部材は、前記放射線撮像装置に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の放射線撮像装置。
11. 前記減衰部材は、ビスマス、鉛、ＳＵＳ、鉄、およびタングステンの少なくともいずれか一つからなることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の放射線撮像装置。
12. 前記放射線検出部と前記部品とを内包する筐体を有し、
    前記筐体の放射線が入射する面と反対側の面は、ＣＦＲＰからなること
    を特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の放射線撮像装置。
13. 前記複数の画素の各々は光電変換素子を有し、前記放射線検出部は放射線を前記光電変換素子が感知可能な光に変換するシンチレータを有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の放射線撮像装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線撮像装置が検出した放射線を放射線画像として処理する画像処理部と、と、を有すること
    を特徴とする放射線撮影システム。

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