JP3583141B2 - コリメータユニットを備えたｘ線検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、対象物のＸ線画像を形成するためＸ線ビームを放出するＸ線源と、Ｘ線画像をピックアップするＸ線検出器と、Ｘ線源とＸ線検出器の間に設けられ、Ｘ線ビームを制限する調整可能なアパーチャを有するダイアフラムとにより構成され、上記ダイアフラムが、Ｘ線を通さず、アパーチャと境界を接し、ダイアフラムの中心軸に実質的に垂直な方向に移動可能なブレードからなるＸ線検査装置に関する。本発明は、更に、対象物のＸ線画像を形成するためＸ線ビームを放出するＸ線源と、Ｘ線画像をピックアップするＸ線検出器と、Ｘ線源とＸ線検出器の間に設けられ、異なるＸ線吸収性のフィルタ素子からなるＸ線フィルタとにより構成され、上記フィルタ素子がＸ線ビームの中と外へ別々に動き得るＸ線検査装置に関する。
上記のタイプのＸ線検査装置は、米国特許第4,528,685号明細書により公知である。
従来のＸ線検査装置は、Ｘ線ビームを制限するダイアフラムからなる。ダイアフラムは、略矩形状のアパーチャを調整するため、相互に直交し、かつ、ダイアフラムの中心軸に直交して動き得る２対のブレードからなる。従来のＸ線検査装置のダイアフラムは、制限されたＸ線ビームの断面に影響を与える適切な可能性を与えないことが分かった。より詳細に言うと、従来のＸ線検査装置のダイアフラムは、Ｘ線ビームの断面をＸ線検出器の有効なＸ線感応面に正確に一致させることが非常に難しい。従って、Ｘ線の実質的な部分が、Ｘ線画像の処理に使用されず、及び／又は、Ｘ線感応面の一部がＸ線の検出のために使用されない。従来のＸ線検査装置の場合に、検査されるべき患者はＸ線画像を形成するため必要な量よりも高いＸ線線量を照射され、或いは、有効Ｘ線感応表面積よりも表面積が小さいＸ線画像が形成される。
Ｘ線画像増倍器において、電子光学的に出口ウィンドウに画像化される入口スクリーンの面の実質的に円形の部分の径を調整することが可能である。この調整、所謂、フォーマット設定は、Ｘ線画像増倍器の電子光学系の調整に基づいて行われる。Ｘ線画像増倍器／ピックアップ回路がＸ線検出器として使用されるとき、有効Ｘ線感応面を調整することができるが、従来のＸ線装置は、有効Ｘ線感応面の調整に従って制限されたＸ線ビームの断面の正確な調整を行えない。
本発明の目的は、従来のＸ線装置よりも、Ｘ線検出器の有効Ｘ線感応面に正確に一致する断面をなす制限されたＸ線ビームを形成する高い可能性を与えるダイアフラムからなるＸ線検査装置を提供することである。
上記の目的は、アパーチャの第１の設定に対しブレードが第１の径をなす実質的に円形のアパーチャの境界を定め、アパーチャの第２の設定に対しブレードが第２の径をなす実質的に円形のアパーチャの境界を定めることを特徴とする本発明のＸ線検査装置により実現される。
上記の第１の設定に対し、ダイアフラムは第１の径をなす実質的に円形の断面を有する制限されたＸ線ビームを伝搬する。制限されたＸ線ビームは、Ｘ線検出器の実質的に円形の第１の有効Ｘ線感応面に正確に一致するので、有効Ｘ線感応面は略完全に利用され、Ｘ線がＸ線画像の形成及び処理に関して失われない。第２の設定の場合に、ダイアフラムは第１の径の実質的に円形の断面を有する制限されたＸ線ビームを形成する。第２のアパーチャの設定値の場合に、制限されたＸ線ビームの実質的に全てのＸ線は、Ｘ線検出器の実質的に円形の第２の有効Ｘ線感応面に対するＸ線画像の形成及び処理に利用される。
アパーチャの他の設定値に対し、ブレードは、上記の第１及び第２の径以外の径の実質的に円形のアパーチャの境界を定める。
ドイツ国特許出願公開第20 530 89号明細書により、特に、実質的に円形のアパーチャが径の一つの値だけに調整され得るようＸ線検査装置にダイアフラムを設けることが公知である。しかし、このダイアフラムでは、制限されたＸ線ビームの断面をＸ線感応面の調整に適合させることができない。
本発明によるＸ線検査装置の好ましい一実施例は、アパーチャの境界を定めることを意図された各ブレードのエッジが、第１の曲率半径を有する第１のエッジ部と、第２の曲率半径を有する第２のエッジ部とからなることを特徴とする。
第１の径の実質的に円形のダイアフラムのアパーチャは、個々のブレードの第１の曲率半径を有する各第１のエッジ部が互いに実質的に直接的に接するようブレードの位置を定めることにより形成される。この第１の位置において、ブレードは、第１の曲率半径の略２倍に達する第１の径の実質的に円形のアパーチャの境界を定める。第２の径の実質的に円形のダイアフラムのアパーチャは、個々のブレードの第２の曲率半径の各第２のエッジ部が第２の位置で互いに実質的に直接的に接することにより形成される。第２の位置において、ブレードは、第２の曲率半径の略２倍の径を有する実質的に円形のアパーチャの境界を定める。ブレードは、一方の位置でアパーチャの境界を定める際に含まれない各ブレードのエッジ部が他の１枚のブレードの一部により覆われるように、互いの上で動かすことができる。非常に小さい量の空間を占めるダイアフラムが実現されるよう、ブレードは、Ｘ線ビームの略横方向に延在する平面内で回転により移動可能であることが好ましい。
更に、ブレードは、第３又は他の径の実質的に円形のアパーチャの境界を定めるため、第３の曲率半径の第３のエッジ部と、場合によっては別の曲率半径の別のエッジ部が設けられる。
本発明によるＸ線検査装置の他の好ましい一実施例は、アパーチャの境界を定めることを意図する各ブレードのエッジが、第１及び第２のエッジ部の間にある第３の実質的に直線状のエッジ部からなることを特徴とする。
個々のブレードのエッジの形状により、アパーチャの円形の形状が、主として第１の径と第２の径の大きい方の近くで、第１及び第２の径の間にある径の値の範囲において、第１及び第２の径に関して正確に近似されるという利点が得られる。
本発明によるＸ線検査装置の更なる好ましい実施例は、各ブレードが同一の形状及び寸法を有することを特徴とする。
全てのブレードが同一であるため、ダイアフラムの製造及び組立がより簡単化され、従って、価格が低下する。個々のブレードの設計図を作る必要がなく、ダイアフラムの組立の際に適当なブレードを探す必要もない。
本発明によるＸ線検査装置の更なる好ましい実施例は、ダイアフラムの中心軸に垂直な方向で互いの上を動き得るように、各ブレードがＸ線ビームの方向に連続的に配置され、各ブレードの位置は、ブレードがＸ線源から遠い方にあるとき、アパーチャの境界を定めるブレードのエッジがアパーチャの中心から遠い方にあるように調整されることを特徴とする。
Ｘ線ビームは発散するので、制限されたＸ線ビームのより正確に円形をなす断面は、ブレードとＸ線源の距離が僅かに長くなるのに従って、個々のブレードをダイアフラムのアパーチャの中心から僅かに遠い方に配置することにより得られる。かかる実施例が同一のブレードを用いて構成されるならば、個々のブレードの対応するエッジ部が同一の曲率半径を有するので、僅かな不正確さしか生じないが、一方、Ｘ線源から遠い方に置かれるのに従ってＸ線ビームの僅かに大きい断面を制限する。ブレード間の距離はＸ線源からの距離よりも非常に短いので、上記の不正確さとは無関係に制限されたＸ線ビームの十分に正確な円形の断面が得られる。
本発明は、更に、対象物のＸ線画像を形成するようＸ線ビームを放出するＸ線源と、Ｘ線画像をピックアップするＸ線検出器と、Ｘ線源とＸ線検出器の間に設けられ、Ｘ線ビームの中及び外に個別に可動である異なるＸ線吸収性のフィルタ素子からなるＸ線フィルタとにより構成されるＸ線検査装置に関する。
従来のＸ線検査装置は、Ｘ線ビーム内に置かれたフィルタ素子の中からの一つのフィルタ素子の選択に基づいてＸ線ビームのエネルギーを選択する別個のフィルタ素子を備えたＸ線フィルタにより構成される。個々のフィルタ素子は、ホルダー上で回転可能であるように取付けられ、選択されたフィルタ素子はＸ線ビーム中で回転させられる。フィルタ素子の組が何かの理由で満足できる動作を行わないならば、フィルタ素子を取り替えることが必要である。例えば、フィルタ素子のエージングのため、又は、Ｘ線検査装置がフィルタ素子が適している検査以外の放射線検査のため使用される場合には、フィルタの取替えが望ましい。従来のＸ線検査装置に新しいフィルタ素子を備え付けるため、Ｘ線フィルタの全体を取り替えることが必要であり、これには、複雑な分解と組立の操作が含まれる。
本発明の他の目的は、Ｘ線フィルタのフィルタ素子が容易に取り替えられるＸ線検査装置を提供することである。
上記の本発明の他の目的は、フィルタ素子が取外しできるようにＸ線フィルタに取付けられることを特徴とする本発明のＸ線検査装置により実現される。
フィルタ素子の取替えのため、古いフィルタ素子がＸ線フィルタから取り外され、新しいフィルタ素子がＸ線フィルタの空いた場所に設けられる。Ｘ線フィルタは、フィルタ素子の取替え中にＸ線検査装置内に置かれたままの状態でも構わない。例えば、Ｘ線フィルタは、同様にダイアフラムにより構成されたコリメータユニット内に収容される。フィルタ素子の取替えのため、コリメータユニットの筐体を開けるだけで十分であり、Ｘ線フィルタの全体をコリメータユニットから取り外す必要がない。フィルタ素子の取替えには、少数の簡単な分解と組立の操作しか含まれない。従って、フィルタ素子の取替えは時間的がかからない。取外し可能なフィルタからなるＸ線フィルタは、ダイアフラムと共に、或いは、個別に使用してもよい。
本発明のＸ線検査装置の他の好ましい一実施例は、Ｘ線フィルタがフィルタ素子がクランプされた合成材料製のホルダーからなることを特徴とする。
合成材料製のホルダーは、複雑な形状を有する場合でさえ、低価格であり、容易に製造することが分かった。ホルダーの製造コストは、特に、射出成形処理を用いて大量に製造されたとき、低価格のまま維持される。
本発明のＸ線検査装置の他の好ましい一実施例は、合成材料製のホルダーが、フィルタ素子をホルダーにクランプするスナップ連結部が設けられていることを特徴とする。
上記のタイプのスナップ連結部は、例えば、バーブ状の突起のある多少弾性的な突出部である。フィルタ素子が差し込まれたとき、突出部は傍らに押され、次いで、突起がフィルタ素子を合成材料製のホルダーにクランプする。フィルタ素子をホルダーから取り除くには、突出部を僅かに端に押すだけで十分であるので、フィルタ素子が解放されるかくして、スナップ連結部は、特殊な道具を必要としない制限された数の複雑ではない操作だけを用いてフィルタ素子の取替えを可能にさせる。ホルダーが射出成形処理により製造される場合に、スナップ連結部は容易に実現することができる。
本発明の上記及び他の面は、以下の実施例を参照して明らかになり、解明される。
添付図面において、
図１は、ダイアフラムとＸ線フィルタとにより構成された本発明のＸ線検査装置を概略的に示す図であり、
図２は、ダイアフラムのアパーチャが第１の径に調整された本発明のＸ線検査装置のダイアフラムの一実施例の平面図であり、
図３は、ダイアフラムのアパーチャが第２の径に調整された本発明のＸ線検査装置のダイアフラムの一実施例の平面図であり、
第４は本発明のＸ線検査装置のダイアフラムの一実施例の側面図であり、
図５は、図２及び３に示されたダイアフラムの１枚のブレードの平面詳細図であり、
図６は本発明のＸ線検査装置のＸ線フィルタの平面図であり、
図７は、図６に示されたＸ線フィルタの側面図である。
図１に概略的に示された本発明のＸ線検査装置は、ダイアフラム８を備えたコリメータユニット４と、Ｘ線フィルタ20とからなる。Ｘ線源１は、対象物３を照射するためＸ線ビーム２を放出する。対象物内のＸ線吸収の空間的な変化のため、対象物、例えば、検査されるべき患者のＸ線画像は、Ｘ線検出器５のＸ線感応面11,12の上に形成される。Ｘ線検出器５は、カメラ７が光学的に結合されたＸ線画像増倍器６よりなる。Ｘ線画像増倍器は、入口スクリーン10と、電子光学系13と、出口ウィンドウ14とにより構成される。入口スクリーンは、入射Ｘ線を、電子光学系により出口ウィンドウ14に伝搬される電子ビームに変換する。入射電子は出口ウィンドウ14の蛍光体層上に光学画像をし、この光学画像は、光学カップリング15、例えば、レンズ系を介して画像増倍器に接続されたカメラ７によりピックアップされる。カメラ７は、光学画像から電子画像信号を抽出し、この画像信号は、Ｘ線画像の画像情報が表示されるモニター16に供給され、電子画像信号は、更なる処理のため画像処理ユニット17にも供給される。有効Ｘ線感応面11,12は、出口ウィンドウ14上に電子光学的に画像化される入口スクリーン10の一部を構成する。入口ウィンドウの別のＸ線感応面は、電子光学系の調整に基づいて調整される。種々のフォーマット設定値を選択することが可能であり、例えば、入口ウィンドウ10の23cm（９インチ）又は31cm（12インチ）の径の円形部が有効Ｘ線感応面として調整される。
Ｘ線検査装置は、Ｘ線ビームを制限するためＸ線源の前に設けられたダイアフラム８からなる。ダイアフラム８は、制限されたＸ線ビームがその中を伝搬させられるアパーチャ31の境界を定め、Ｘ線を通さない多数のブレード９からなる。ブレード９はダイアフラム８内で動き得るので、アパーチャ31は、Ｘ線ビームの断面が対象物の一部、又は、入口スクリーン10のＸ線感応面11,12に正確に一致するような態様で調整される。ダイアフラムのアパーチャの正確な設定値を用いて、患者に照射されたＸ線の中のできるだけ多くの部分がＸ線画像を形成するため使用されるのに従って、同時に入口スクリーンのＸ線感応面ができるだけ完全に利用される。ダイアフラム８は、ブレード９の位置を定めることによりアパーチャを設定する制御ユニット18からなる。Ｘ線検査装置は、入口スクリーン10のＸ線感応面を調整するため、電子光学系を制御することによりフォーマット設定値を設定する調整ユニット29を更に有する。Ｘ線感応面の設定値に従って、ダイアフラムのアパーチャを設定するため、ダイアフラムの制御ユニット18は電子光学系13の調整ユニット29に接続される。
図２は、ダイアフラムのアパーチャが第１の径に調整された本発明のＸ線検査装置のダイアフラムの一実施例の平面図である。ダイアフラムは、各々が夫々の軸30に関し回転可能な６枚のブレード９により構成される。ブレードは、Ｘ線を通さず、かつ、制限されたＸ線ビームが通過するアパーチャ31の境界を定める。図には、二つの径の中の小さい方に調整されたアパーチャが示される。以下の説明では、第１の径のアパーチャが第２の径のアパーチャよりも小さい場合を考える。図に示されたアパーチャは、ブレード９の連続的な第１のエッジ部32により境界が定められる。第１のエッジ部32は、第１の径d₁の略半分に達する第１の曲率半径R₁を有する。図に示されたブレードの位置の場合に、隣接したブレードの連続的な第１のエッジ部は互いに接するので、それらは、第１の径の実質的に円形のアパーチャ31の境界を定める。各軸30に関するブレード９の回転によりブレードの別々の位置が得られ、第２の径の実質的に円形のアパーチャの境界を定めるべく連続的な第２のエッジ部33が互いに正確に接する。
図３は、ダイアフラムのアパーチャが第２の径に調整された本発明のＸ線検査装置のダイアフラムの一実施例の平面図である。ブレードの第２のエッジ部は、第２の径d₂の略半分に達する第２の曲率半径R₂を有する。各ブレードは、第１のエッジ部32と第２のエッジ部32の間の実質的に直線状の第３のエッジ部34からなる。直線状のエッジ部は、ブレードの位置が第１の径の円形のアパーチャと、第２の径の円形のアパーチャが形成された場所の間に定められたとき、適度な円形のアパーチャの境界が定められることを保証する。ブレードは、Ｘ線源からのＸ線が通過し得るように孔36が設けられた支持プレート35の上に取付けられる。要望されるならば、孔36はＸ線透過性材料で覆われてもよい。ブレードは回転により位置を決めることができるので、小さい空間しか占有しない小形ダイアフラム構造が得られる。
図４は、本発明のＸ線検査装置のダイアフラムの一実施例の側面図である。ブレード９は、支持プレート35上の夫々の軸30に関し回転できるように取付けられる。ダイアフラムには、ブレードの軸回りの回転用の調整環41が設けられる。各ブレード９は、調整環の溝又は隙間43に適合するピン42からなる。調整環41が回されたとき、夫々のピンは、ブレードがその軸30回りに回転させられるように一緒に噛み合う。調整環の回転により、第１の径のアパーチャの境界が定められた第１の位置と、第２の径のアパーチャの境界が定められた第２の位置の間で、ブレードの移動が行われる。調整環の外側の周囲には、アクチュエータにより駆動されたギヤホイールによって係合されたギヤリング44が設けられる。図４に示されているように、Ｘ線から離れた方にあるブレードは、Ｘ線源の近くにあるブレードよりもアパーチャを僅かに大きくさせるので、ダイアフラムのアパーチャは、Ｘ線ビームの拡がりと正確に一致する。この拡がりは、アパーチャにより制限されたＸ線ビームの２本のエッジの線45により表わされる。
図５は、図２及び３に示されたダイアフラムの１枚のブレードの平面詳細図である。ブレード９は、第１の曲率半径R₁を有する第１のエッジ部32と、第２の曲率半径R₂を有する第２のエッジ部33と、それらの間にある実質的に直線状の第３のエッジ部34とからなる。ブレードの調整された位置に依存して、エッジ部は、第１又は第２の径の円形のアパーチャの境界を定めるため、ダイアフラム内の他の同じブレードの対応するエッジ部と協働する。ブレードは、ピン42を更に有し、これにより、ブレードが調整ピン41に連結される。ブレードは、軸30上で軸支されるので、調整環の回転により軸30の回りで回転させられる。孔又は溝を夫々のブレードに係合させるため、ピン42が調整環41上に設けられたときに、ダイアフラムの適切な構造が得られることは当業者にとって明らかである。
図６は本発明のＸ線検査装置のＸ線フィルタ20の平面図である。個々のフィルタ素子は、合成材料の円形のホルダー24に収容される。望みに従って、フィルタ素子の中の一つをＸ線ビーム内に配置するため、Ｘ線フィルタ20は、Ｘ線ビームの中心線に実質的に垂直な平面内で回転し得るようＸ線検査装置内に設けられる。このため、回転の軸25は、Ｘ線ビームの中心線と平行に移動させられる。ホルダーには、フィルタ素子21が適合するプロファイル26が設けられる。フィルタ素子21は、スナップ連結部23によりプロファイル内に保持される。個々のフィルタ素子は、銅、アルミニウム又はガドリニウムのような異なる材料から作られ、異なる厚さ、例えば、数ミリメートル又は約１センチメートルの厚さを有し、従って、フィルタ素子は異なるＸ線吸収性を有する。図示されたＸ線フィルタは、４個の異なるフィルタ素子を収容することが可能である。Ｘ線フィルタは、小形の構造を得るため、好ましくは、ダイアフラムと共にコリメーターユニット４内に収容されるので、Ｘ線フィルタの寸法が無制限に増大されることはない。フィルタ素子は、本発明に従って容易に交換できるので、Ｘ線フィルタの選択肢は、図示された４個よりも多い。
図７は、図６に示されたＸ線フィルタの側面図である。フィルタ素子21は、プロファイル26に適合し、この例では、バーブ状の突起28を有する弾性的な突出部27により形成されたスナップ連結部23によって正しい位置にクランプされる。第１の素子は、突出部を僅かに側面に押すことにより解放されるので、代わりのフィルタ素子をプロファイル26内に配置することができる。次いで、代わりのフィルタ素子がプロファイル内にクランプされるように、突出部が解放される。個々のフィルタ素子を取り替えることができるので、コリメータユニットからＸ線フィルタの全体を取り除くことが必要ではない。

Claims (8)

1. 対象物のＸ線画像を形成するためＸ線ビームを放出するＸ線源と、
   上記Ｘ線画像をピックアップするＸ線検出器と、
   上記Ｘ線源と上記Ｘ線検出器の間に設けられ、調整可能なアパーチャ、及び、Ｘ線を通さず、上記アパーチャの境界を定め、ダイアフラムの中心軸と実質的に垂直な方向に移動可能なブレードを有する、上記Ｘ線ビームを制限するダイアフラムとを有する、Ｘ線検査装置であって、
   上記アパーチャの第１の設定に対し、上記ブレードは、第１の径の実質的に円形のアパーチャの境界を定め、
   上記アパーチャの第２の設定に対し、上記ブレードは、第２の径の実質的に円形のアパーチャの境界を定め、
   上記アパーチャの境界を定めることを意図された各ブレ ードのエッジは、
   第１曲率半径を有する第１のエッジ部と、
   第２曲率半径を有する第２のエッジ部とを有することを 特徴とする、Ｘ線検査装置。
2. 上記アパーチャの境界を定めることを意図する各ブレードの上記エッジは、上記第１のエッジ部と第２のエッジ部の間にある第３の実質的に直線状のエッジ部を有することを特徴とする、請求項１記載のＸ線検査装置。
3. 上記各ブレードは、同一の形状及び寸法を有することを特徴とする、請求項１記載のＸ線検査装置。
4. 各ブレードは、上記ダイアフラムの中心軸に垂直な方向で互いの上を動き得るように、上記Ｘ線ビームの方向に連続的に配置され、
   各ブレードの位置は、上記ブレードが上記Ｘ線源から遠い方にあるとき、上記アパーチャの境界を定める上記ブレードの上記エッジが上記アパーチャの中心から遠い方にあるように調整されることを特徴とする、請求項１記載のＸ線検査装置。
5. 上記Ｘ線検出器はカメラに光学的に結合されたＸ線画像増倍器を有し、
   上記第１及び第２の径の上記アパーチャは、断面が上記Ｘ線増倍器の入口面の第１の部分及び第２の部分に夫々正確に対応し、上記Ｘ線増倍器のフォーマット設定値に従って上記Ｘ線増倍器の出口ウィンドウに電子光学的に画像化される制限されたＸ線ビームを形成することを特徴とする、請求項１記載のＸ線検査装置。
6. 上記Ｘ線源と上記Ｘ線検出器の間に設けられ、上記Ｘ線ビームの中及び外に個別に動き得る異なるＸ線吸収性のフィルタ素子を有するＸ線フィルタを更に有し、
   上記フィルタ素子は取外しできるように上記Ｘ線フィルタに取付けられることを特徴とする、請求項１記載のＸ線検査装置。
7. 上記Ｘ線フィルタは、上記フィルタ素子がクランプされた合成材料製のホルダーを有することを特徴とする、請求項６記載のＸ線検査装置。
8. 合成材料製の上記ホルダーは、上記フィルタ素子を上記ホルダーにクランプするスナップ連結部が設けられていることを特徴とする、請求項７記載のＸ線検査装置。

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