JP4584554B2

JP4584554B2 - 単色ｘ線を用いて被検体のｘ線画像を作成する装置および方法

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Publication number: JP4584554B2
Application number: JP2003285535A
Authority: JP
Inventors: ホーアイゼルマルチン
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2023-08-04
Also published as: US20040131153A1; DE10236640A1; DE10236640B4; US7039160B2; JP2004077477A

Description

本発明は、Ｘ線源と、モノクロメータと、スリットコリメータとを備え、Ｘ線源と、モノクロメータと、スリットコリメータとが、Ｘ線源から出たＸ線束のうち特定のエネルギーのＸ線がモノクロメータで反射されスリットコリメータのスリットを通過するように互いに相対的に配置されている、単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する装置および方法に関する。

単色Ｘ線は、医療技術のいくつかの範囲において、例えばマモグラフ（乳房造影）において特別に願望されている。というのは、単色Ｘ線は、多色放射線よりも高いコントラストで身体細部の撮像を可能にするからである。多色放射線の場合には常にＸ線スペクトルの一部が被検患者内で吸収され、画像に寄与することなしに被検患者の放射線量を高める。従って、単色放射線によれば被検患者に対する被爆量低減が得られる。

さらに、特定のエネルギーの単色Ｘ線を的確に使用することによって、例えば医療技術における造影剤の如き材料がＸ線画像において特によく目立つ。被検患者の体内に注入するための造影剤として例えばヨウ素を使用する場合、約３３ｋｅＶのエネルギーを持った単色Ｘ線を使用すべきである。というのは、ヨウ素を備える組織構造は特に明白に発生Ｘ線画像において目立つからである。

さらに、単色Ｘ線発生装置および方法は特許文献１に記載されている。特許文献１による装置を示す図１のように、この装置はここでは輪郭だけを示されたＸ線源１、モノクロメータ２およびスリットコリメータ３を含む。モノクロメータ２はＸ線源１の焦点Ｆに対してある角度いわゆるブラッグ角で、モノクロメータ２においてこの角度にて特定のエネルギーのＸ線のみが反射されるように、配置されている。このＸ線は、スリットコリメータ３のスリットを通過し、開き角度５を有するファン状の単色Ｘ線ビーム４を形成する。Ｘ線ビーム４は被検体６を透過後Ｘ線検出器７に当たる。

開き角度５は通常約１°しかないので、Ｘ線源１、モノクロメータ２およびスリットコリメータ３は、ファン状の単色Ｘ線ビーム４で被検体６を走査し且つ被検体６の平面Ｘ線画像を得ることができるように、スリットコリメータ３に交差する軸線８を中心に揺動させられる。この場合、比較的長い撮像時間が必要であるという欠点がある。
独国特許出願公開第１９９５５８４８号明細書

本発明の課題は、単色Ｘ線による被検体のＸ線画像の作成が簡単化された冒頭に述べた装置および方法を提供することにある。

装置に関する課題は、本発明によれば、Ｘ線源とモノクロメータとスリットコリメータとモノクロメータのための移動装置とを備え、Ｘ線源とモノクロメータとスリットコリメータとが、Ｘ線源から出たＸ線のうち特定のエネルギーのＸ線がモノクロメータで反射されスリットコリメータのスリットを通過するように互いに相対的に配置され、モノクロメータが、移動装置によって、移動中特定のエネルギーのＸ線がモノクロメータで反射されるために必要な反射角の条件が満足された状態に保たれほぼ特定のエネルギーのＸ線だけがスリットコリメータのスリットを通過するように、Ｘ線源およびスリットコリメータに対して相対的に移動され、モノクロメータの移動によって、定められた角度範囲、従って被検体がファン状の単色Ｘ線ビームで走査可能であることによって解決される。

方法に関する課題は、本発明によれば、Ｘ線源から出たＸ線のうち特定のエネルギーのＸ線がモノクロメータで反射されスリットコリメータのスリットを通過するように互いに相対的に配置されているＸ線源とモノクロメータとスリットコリメータとにより発生される単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する方法であって、モノクロメータは、その移動中に特定のエネルギーのＸ線がモノクロメータで反射されるために必要な反射角の条件が満足された状態に保たれほぼ特定のエネルギーのＸ線だけがスリットコリメータのスリットを通過するように、Ｘ線源およびスリットコリメータに対して相対的に移動させられ、モノクロメータの移動によって、定められた角度範囲、従って被検体がファン状の単色Ｘ線ビームで走査可能であることによって解決される。

本発明によれば、Ｘ線源とモノクロメータとスリットコリメータとは、Ｘ線源から出たＸ線がモノクロメータで特定のエネルギーのＸ線だけがこの角度にて反射されスリットコリメータのスリットを通過するように、互いに相対的に或る角度で配置されている。その際、モノクロメータは、単色Ｘ線を照射される被検体の走査のために、移動中特定のエネルギーのＸ線がモノクロメータで反射されるために必要な反射角の条件が少なくともほぼ満足された状態に保たれほぼ特定のエネルギーのＸ線だけがスリットコリメータのスリットを通過するように、Ｘ線源およびスリットコリメータに対して相対的に予め定められた軌道上で移動可能である。従って、モノクロメータは、特定のエネルギーのＸ線だけがスリットコリメータのスリットを通り抜け、或る角度範囲、従って被検体がスリットコリメータに対して相対的なモノクロメータの移動によってファン状の単色Ｘ線ビームで走査されるように、Ｘ線源およびスリットコリメータに対して相対的に移動される。このようにして比較的簡単に単色Ｘ線による被検体のＸ線撮像を得ることができる。

本発明の変形例によれば、モノクロメータはモノクロメータ結晶であり、好ましくは高配向熱分解黒鉛結晶いわゆるＨＯＰＧ（ＨｉｇｈｌｙＯｒｉｅｎｔｅｄＰｙｒｏｌｙｔｉｃＧｒａｐｈｉｔｅ）結晶である。従って、Ｘ線源から放出されたＸ線がブラッグ角でこのようなＨＯＰＧ結晶に当たり、１７ｋｅＶの光子エネルギーについてのブラッグ角が例えば６.１°であるとすると、ＨＯＰＧ結晶は、このエネルギーの単色Ｘ線をこの角度でスリットコリメータのスリットの方向へ反射する。スリットコリメータによって最終的に単色Ｘ線のファンビームが生じる。

本発明の他の変形によれば、モノクロメータは、Ｘ線を反射する多層システム、例えばゲーベルミラーである。

本発明の別の変形によれば、モノクロメータは、少なくともほぼ楕円軌道に沿って移動可能である。その場合、優れた実施態様によれば、Ｘ線源の焦点は少なくともほぼ楕円軌道に属する楕円の一方の焦点にあり、スリットコリメータのスリットは少なくともほぼ当該楕円の他方の焦点にある。楕円上でのモノクロメータの移動によって、特定のエネルギーのＸ線を反射するためのブラッグ条件がほぼ満足された状態に保たれる。反射された単色Ｘ線はスリットコリメータのスリットを通り抜け、それによって走査作用が得られる。

本発明の他の実施態様によれば、Ｘ線源およびスリットコリメータに対して相対的なモノクロメータの移動運動の期間は、少なくともほぼＸ線撮像の期間またはこの期間の整数部分に相当する。

本発明の実施例が添付の概略図面に示されている。図１は従来技術による単色Ｘ線発生装置の概略構成図、図２は本発明による単色Ｘ線発生装置の原理構成図、図３は図２に示されたモノクロメータのための移動装置の上面図である。

本発明は、冒頭に述べた方法もしくは冒頭に述べ図１に示した公知の単色Ｘ線発生装置を変更したものである。概略的に示されたＸ線源１の焦点Ｆから出たＸ線はモノクロメータ２に当たり、モノクロメータ２に当たったＸ線はこのモノクロメータ２で回折もしくは反射させられる。特定のエネルギーのＸ線は、モノクロメータ２で特定の角度にて反射されるＸ線である。スリットコリメータ３は、特定のエネルギーのＸ線だけがスリットコリメータ３のスリットを通り抜け開き角度５を持った単色Ｘ線のファンビーム４を形成することができるように、モノクロメータ２およびＸ線源１に対して相対的に配置されている。さらに、単色Ｘ線ビーム４は被検体６を透過し、Ｘ線検出器７に当たる。既に述べたように、開き角度５は約１°の大きさであることから、被検体６の狭い帯状部分のみが単色Ｘ線ビーム４によって透過される。従って、被検体６の平面Ｘ線画像を作成するためには、Ｘ線源１、モノクロメータ２およびスリットコリメータ３からなる装置は図１に示された軸線８を中心に揺動させられなければならない。

被検体６の平面Ｘ線撮像を得るための比較的長い撮像時間につながる軸線８を中心とするこの揺動を避けるために、本発明によれば、図２に示されているように、被検体６の平面Ｘ線撮像を得るためにＸ線源１つまりＸ線源１の焦点Ｆとスリットコリメータ３とに対して相対的にモノクロメータ２を移動することが提案されている。図２において、Ｘ線源１の焦点Ｆおよびスリットコリメータ３に対して相対的にモノクロメータ２の３つの位置Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩが例示されている。Ｘ線源１およびスリットコリメータ３に対して相対的なモノクロメータ２の移動は、特定のエネルギーのＸ線がモノクロメータ２で反射されるために必要な反射角θの条件がとくにＸ線源１およびスリットコリメータ３に対して相対的なモノクロメータ２の全移動中少なくともほぼ満足された状態に保たれ、従ってほぼ特定のエネルギーのＸ線だけがスリットコリメータ３のスリットを通り抜けるように行なわれる。図２にモノクロメータ２の３つの位置Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩについて示されているように、Ｘ線源１の焦点Ｆから出たＸ線ビームはモノクロメータ２に角度θで当たり、特定のエネルギーのＸ線がモノクロメータ２で角度θにて反射され、スリットコリメータ３のスリットを通過して単色Ｘ線のファンビーム４を形成する。従って、被検体６のＸ線撮像の取得進行中に、モノクロメータ２が連続的に図２に示された出発位置Ｉから図２に示された終了位置ＩＩＩへ移動されると、ファン状の単色Ｘ線ビーム４は被検体６を走査するために十分な角度範囲φにわたって変化する。

単色Ｘ線発生装置が例えばマモグラフへの適用のために設けられる場合、一般にモリブデンからなる陽極９を有するＸ線源１が使用される。モノクロメータ２は、モリブデンのＫα曲線のエネルギーに相当する約１７.５ｋｅＶのエネルギーのＸ線が選択されるＸ線反射角（ブラッグ角）θが保持されるように、Ｘ線源１の焦点Ｆとスリットコリメータ３のスリットとに対して相対的に配置されかつ移動可能である。この装置においては、ほぼこのエネルギーのＸ線だけがスリットコリメータ３のスリットを通過する。このスリットはとくに約５０μｍの幅を有する。モノクロメータ２はモノクロメータ結晶、とくにいわゆるＨＯＰＧ結晶（高配向熱分解黒鉛結晶）である。

特に、ＨＯＰＧ結晶２は図２に示されているように楕円軌道に沿って移動される。その場合、Ｘ線源１の焦点Ｆは楕円軌道に属する楕円の一方の焦点にあり、スリットコリメータ３のスリットはその楕円の他方の焦点にある。出発位置Ｉから終了位置ＩＩＩへのＨＯＰＧ結晶２の移動運動の期間は平面Ｘ線撮像の取得のための期間またはこの期間の整数部分に相当する。

例えば、Ｘ線源１の焦点Ｆとスリットコリメータ３のスリットとの間隔が１０ｃｍであり、Ｘ線源１の焦点Ｆの前方約１ｃｍのところにある出発位置Ｉからスリットコリメータ３のスリットの前方約１ｃｍのところにある終了位置ＩＩＩまでＨＯＰＧ結晶２が移動される場合、θ＝８°のブラッグ角において約１２.８°の出口開き角度範囲φが生じる。Ｘ線検出器７の平面とスリットコリメータ３のスリットとの間隔が８０ｃｍの場合、Ｘ線検出器７上おいて１８ｃｍの範囲がカバーされる。これはＸ線フィルムの通常の幅に相当する。

図３には概略上面図にてＨＯＰＧ結晶２の移動装置１０が示されている。ＨＯＰＧ結晶２は図３に示された実施例の場合４つのロッド１１〜１４を備え、これらのロッドは案内レール１５，１６においてモノクロメータ２の両側を案内される。案内レール１５，１６におけるロッド１１〜１４の移動は図示されていないやり方にて電動で行なわれる。その場合に移動は図示されていないが公知のコンピュータ装置にて制御される。

本発明による装置もしくは本発明による方法は、従来技術から知られた装置もしくは従来技術から知られた方法に比べて、比較的短い時間で且つ僅かの費用の装置にて単色Ｘ線のファンビームにより被検体を走査することができるという利点を有する。その場合、平面状の検出器、例えばＸ線フィルム、Ｘ線画像増幅器または固体検出器を使用することができる。

ＨＯＰＧ結晶の代替として、他のモノクロメータ結晶またはＸ線を反射する多層システム、例えばゲーベルミラーをモノクロメータとして使用してもよい。

従来技術による単色Ｘ線発生装置の概略構造図本発明による単色Ｘ線発生装置の原理構造図図２に示されたモノクロメータのための移動装置の上面図

符号の説明

１Ｘ線源
２モノクロメータ、ＨＯＰＧ結晶
３スリットコリメータ
４Ｘ線ビーム
５開き角度
６被検体
７Ｘ線検出器
８軸線
９陽極
１０移動装置
１１〜１４ロッド
１５，１６案内レール
Θ 反射角
φ 角度範囲
Ｉモノクロメータの出発位置
ＩＩモノクロメータの中間位置
ＩＩＩモノクロメータの終了位置

Claims

Ｘ線源（１）と、モノクロメータ（２）と、スリットコリメータ（３）と、モノクロメータ（２）のための移動装置（１０）とを備え、Ｘ線源（１）と、モノクロメータ（２）と、スリットコリメータ（３）とは、Ｘ線源（１）から出たＸ線のうち特定のエネルギーのＸ線がモノクロメータ（２）で反射されスリットコリメータ（３）のスリットを通過するように互いに相対的に配置され、モノクロメータ（２）は、移動装置（１０）によって、移動中特定のエネルギーのＸ線がモノクロメータ（２）で反射されるために必要な反射角（θ）の条件が満足された状態に保たれほぼ特定のエネルギーのＸ線だけがスリットコリメータ（３）のスリットを通過するように、Ｘ線源（１）およびスリットコリメータ（３）に対して相対的に移動させられ、モノクロメータ（２）の移動によって、定められた角度範囲（φ）、従って被検体がファン状の単色Ｘ線ビームで走査可能であることを特徴とする単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する装置。
モノクロメータ（２）はモノクロメータ結晶（２）であることを特徴とする請求項１記載の単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する装置。
モノクロメータ（２）はＨＯＰＧ結晶（２）（高配向熱分解黒鉛結晶）であることを特徴とする請求項１又は２記載の単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する装置。
モノクロメータ（２）はＸ線を反射する多層システムであることを特徴とする請求項１記載の単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する装置。
モノクロメータ（２）はゲーベルミラーであることを特徴とする請求項４記載の単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する装置。
モノクロメータ（２）は楕円軌道に沿って移動可能であることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する装置。
Ｘ線源（１）の焦点（Ｆ）は楕円軌道に属する楕円の一方の焦点にあり、スリットコリメータ（３）のスリットは他方の焦点にあることを特徴とする請求項６記載の単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する装置。
Ｘ線源（１）から出たＸ線のうち特定のエネルギーのＸ線がモノクロメータ（２）で反射されスリットコリメータ（３）のスリットを通過するように互いに相対的に配置されているＸ線源（１）とモノクロメータ（２）とスリットコリメータ（３）とにより発生される単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する方法であって、モノクロメータ（２）は、その移動中に特定のエネルギーのＸ線がモノクロメータ（２）で反射されるために必要な反射角（θ）の条件が満足された状態に保たれほぼ特定のエネルギーのＸ線だけがスリットコリメータ（３）のスリットを通過するように、Ｘ線源（１）およびスリットコリメータ（３）に対して相対的に移動させられ、モノクロメータ（２）の移動によって、定められた角度範囲（φ）、従って被検体がファン状の単色Ｘ線ビームで走査可能であることを特徴とする単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する方法。
モノクロメータ（２）はモノクロメータ結晶（２）であることを特徴とする請求項８記載の単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する方法。
モノクロメータ（２）はＨＯＰＧ結晶（２）（高配向熱分解黒鉛結晶）であることを特徴とする請求項８又は９記載の単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する方法。
モノクロメータ（２）はＸ線を反射する多層システムであることを特徴とする請求項８記載の単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する方法。
モノクロメータ（２）はゲーベルミラーであることを特徴とする請求項１１記載の単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する方法。
モノクロメータ（２）は楕円軌道に沿って移動されることを特徴とする請求項８乃至１２の１つに記載の単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する方法。
Ｘ線源（１）の焦点（Ｆ）は楕円軌道に属する楕円の一方の焦点にあり、スリットコリメータ（３）のスリットは他方の焦点にあることを特徴とする請求項１３記載の単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する方法。
移動運動の期間はＸ線撮像の期間であることを特徴とする請求項８乃至１４の１つに記載の単色Ｘ線を用いて被検体のＸ線画像を作成する方法。