JP4746245B2

JP4746245B2 - 散乱線除去格子

Info

Publication number: JP4746245B2
Application number: JP2001571425A
Authority: JP
Inventors: キャスルベリー，ドナルド・アール
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2021-02-21
Also published as: KR100801118B1; ATE305168T1; US20020168052A1; JP2003529087A; US6438210B1; WO2001073794A1; EP1185986A1; EP1185986B1; DE60113492D1; DE60113492T2; US6594342B2; KR20020026433A

Description

【０００１】
【発明の背景】
本発明は、全般的には、放射線撮影法に関し、さらに詳細には、放射線写真画像を改善するための散乱線除去格子、並びに散乱線除去格子を形成するための方法及び装置に関する。
【０００２】
医用イメージング・システムでは、感光性フィルムまたは検出器に到達するＸ線放射は、有用な画像を形成する減衰を受けた１次放射線と、画像を劣化させる散乱放射線との両方を含んでいる。多くの場合、散乱線除去格子を患者と感光性フィルムまたは検出器との間に挿入して１次放射線の大部分を通過させながら散乱放射線を減衰させている。
【０００３】
散乱線除去格子の一タイプは、交互配置とした鉛箔のストリップと、中実の高分子材料または中実の高分子材料／ファイバの複合材料などのすきま材料と、を含んでいる。鉛箔のストリップは、典型的には、１次放射線の減衰が最小となるように、Ｘ線源の方向に整列させて積み重ねられる。中実のすきま材料を使用する欠点は、このすきま材料が放射線写真画像の品質に悪影響を与える放射線の減衰や散乱を示すことである。
【０００４】
このタイプの散乱線除去格子での別の欠点は、従来の製造工程が、鉛箔ストリップと中実のすきま材料とを個々に時間をかけて貼り合わせること、すなわち、鉛箔ストリップとすきま材料の層を交互に互いに糊付けしこうした交互の層の数千層により１つのスタックを構成させること、より成り立っていることである。さらに、収束させた散乱線除去格子を製作するには、個々の層を互いに対して若干の角度をもたせて配置し各層を集束点（すなわち、放射線源）に固定して収束させるように精密な方式により個々の層を配置する必要がある。
【０００５】
鉛箔ストリップとすきま材料の複合物をスタックに組み上げた後、次いでこのスタックをその主面に沿って切断し、希望する格子厚さになるまで慎重に機械加工する。この厚さは僅か０．５ミリメートル程度の薄さとすることもある。例えば、４０センチメートル×４０センチメートル×０．５ミリメートルのような脆弱な複合物では取り扱いが困難である。そのスタックが機械加工及び取り扱いの工程に耐える場合は、このスタックには機械加工した表面に沿って保護用カバーを貼り合わせ脆弱な層状アセンブリを補強し、当該分野で使用するのに十分な機械的強度を与える。
【０００６】
いわゆる「空気クロスグリッド」という別のタイプの散乱線除去格子では、格子パネルを通過して延びる極めて多数の連続した気体通路（ｏｐｅｎａｉｒｐａｓｓａｇｅ）を有している。この格子パネルは区画セグメントにより画定される開口を通るようにフォトエッチングして生成させた複数の薄い金属箔シートを貼り合わせることにより製作されている。エッチングしたシートは貼り合わされた格子パネルが形成されるように整列させて結合させる。こうした散乱線除去格子は、大きな労力を要すると共に製作に費用がかかり、かつ区画セグメントの大きさによっては製造及び使用の間に損傷を受けやすい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
放射線写真画像の分解能及びコントラストを上昇させることができる堅牢構造の散乱線除去格子が必要とされている。さらに、放射線源と整列させた複数の放射線吸収ストリップを有する散乱線除去格子を形成するための装置及び方法が必要とされている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一態様では、放射線撮影で使用するための散乱線除去格子であって、複数の概して放射線吸収性のエレメントと、この複数の概して放射線吸収性のエレメントの間に間隔をとって１次放射線を該散乱線除去格子を通過させるための複数の概して放射線非吸収性のエレメントとを含み、この複数の概して放射線非吸収性のエレメントは複数の空隙を含むようにした散乱線除去格子である。
【０００９】
別の態様では、放射線撮影用の散乱線除去格子を形成するための一装置は、第１の端部部分と第２の端部部分を有するアームを含んでいる。このアームの第１の端部部分は、第２の部分が円弧状に移動可能となるように１つの軸の周りでピボット可能である。第２の端部部分はこの軸と整列させることができる表面を有しており、この表面は間隔をとった複数の放射線吸収性のエレメントをこの軸と整列させるように動作可能である。
【００１０】
また別の態様では、放射線撮影用の散乱線除去格子を形成するための一方法は、１つの軸と整列可能であると共にこの軸の周りで１つの円弧に沿って移動可能である表面を提供すること、複数の概して放射線吸収性のエレメントを提供すること、並びにこの表面を使用して複数の概して放射線吸収性のエレメントを間隔をとった関係で配置して該複数の放射線吸収性のエレメントをこの軸に整列するように角度設定すること、を含んでいる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は放射線写真撮影の仕組みを図示したものである。Ｘ線管などの管１は、患者身体の一部分などの身体３に向けて伝搬されるＸ線放射２を発生させかつ放出する。Ｘ線放射経路のある部分４は身体３により吸収され、Ｘ線放射のある部分は経路５及び６に沿って１次放射線として貫通して伝搬し、またさらに別のＸ線放射は経路７に沿って散乱放射線として方向が逸らされて伝搬する。経路５、６及び７は代表例であり、限定ではなく例示の目的で示したものである。
【００１２】
経路５、６及び７からの放射線は感光性フィルム８の方向に伝搬し、このフィルムの位置で放射線は増感用スクリーン（増感紙）９により吸収される。この増感用スクリーンには、可視光の波長で蛍光を発してこれにより感光性フィルム８に潜像を露光する（放射線写真を撮影する）ための感光材料がコーティングされている。
【００１３】
別法として、感光性フィルムではなく、ディジタルＸ線検出器（図示せず）などの検出器を適宜利用することもできる。例えば、適当な検出器の１つは、約１００マイクロメートルの画素ピッチを有するアモルファス・シリコン製のトランジスタ・フォトダイオードのアレイ上にヨウ化セシウム蛍光体（シンチレータ）を含むことがある。別の適当な検出器としては、電荷結合素子（ＣＣＤ）や、Ｘ線を直接ディジタル信号に変換している直接式ディジタル検出器などを含むことがある。この感光性フィルムは平坦でありかつ平坦な画像面を画定しているように示しているが、感光性フィルムやディジタル検出器に関して別の構成（例えば、曲がった画像面を有する曲面状の感光性フィルムまたはディジタル検出器）も適宜利用することができる。
【００１４】
本発明の図示した散乱線除去格子１０（すなわち、コリメータ）は、身体３と感光性フィルム８の間に配置させフィルム８に到達する前に放射線経路５、６及び７が散乱線除去格子１０と交差するようにしている。限定としてではなく一例として、放射線経路６は散乱線除去格子１０の複数の概して放射線非吸収性のエレメント１１のうちの１つを通過して伝搬し、また放射線経路５及び７の両者は複数の概して放射線吸収性のエレメント１２のうちの別々の１つの上に入射して吸収される。
【００１５】
放射線経路７に沿った散乱ビームの吸収により悪影響を及ぼす散乱放射線が除去される。放射線経路５に沿ったビームの吸収により１次放射線の一部分が除去される。１次放射線の残りの部分を意味している放射線経路６は感光性フィルム８（または、その他の検出器）に向けて伝搬し、増感用感光性スクリーン９により吸収される。この増感用感光性スクリーン９は可視光の波長で蛍光を発しており、これにより感光性フィルム８に潜像が露光される。
【００１６】
概して放射線非吸収性のエレメント１１は、概して放射線吸収性のエレメント１２と比較して、放射線撮影で使用される放射線に対して低い放射線吸収を示す。概して放射線吸収性のエレメントは、この概して放射線吸収性のエレメントに当たる１次放射線の少なくとも９０パーセント、好ましくは少なくとも９５パーセント、を吸収するように動作可能な材料及び高さ（以下で検討するが、この値はストリップの角度により異なる）を備えることが望ましい。概して放射線非吸収性のエレメントは、以下で検討するような大きさ及び構成として、この概して放射線非吸収性のエレメントに当たる１次放射線の少なくとも９０パーセント、好ましくは少なくとも９５パーセント、を通過させることができるように動作可能である。
【００１７】
図２は、本発明の散乱線除去格子１０の一部分の側面の拡大断面図である。この複数の概して放射線吸収性のエレメント１２は、例えば、間隔をとった鉛箔からなるストリップを備えている。その他の適当な概して放射線吸収性の材料としては、タングステンやタンタルなどがある。外側保護用カバー２２及び２４は、典型的にはグラファイト／エポキシの複合材から形成されており、概して放射線吸収性のエレメントと概して放射線非吸収性のエレメントを交互配置した層を保護するためにその上面及び底面に配置している。
【００１８】
図３で最良に示すように、複数の概して放射線非吸収性のエレメント１１は成形可能なエポキシや高分子材料１３と、空気または気体を満たした複数の中空の微小球１５とからなる複合物を備えている。この複数の中空の微小球１５により概して放射線非吸収性のエレメント１１内の複数の空隙１７のそれぞれが画定されている。概して放射線非吸収性のエレメント内に空隙を設けることにより散乱線除去格子内で生じる減衰及び散乱の量を、中実の概して放射線非吸収性のエレメントと比較して減少させることができる。
【００１９】
さらに、間隔をとった概して放射線吸収性のエレメント同士の間のすきまの概して全体を複数の空隙を有する概して放射線非吸収性のエレメントにより占有させる（すなわち、満たす）ことにより、構造が堅牢であり中実のすきま材料を有する従来の散乱線除去格子と比べ１次放射線の吸収をより少なくすることができる散乱線除去格子１０が得られ、また高分解能で高コントラストな放射線写真画像を得ながら、放射線撮影の際に感光性フィルムまたは検出器の適正な露光に必要な放射線量を減少させることができる。
【００２０】
中空の微小球は、典型的には、プラスチックやガラスにより製作される。中空の微小球はエポキシやその他の高分子結合剤と混合し、望ましくは概して放射線非吸収性のエレメントを形成するように剛体材料を形成させる。例えば、中空の微小球は、その密度がエポキシや結合剤だけの場合の約４分の１である概して非放射線吸収性のエレメントが得られるような体積分率（ｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ）で使用されるのが通例である。エポキシまたは結合剤は熱硬化可能とし（例えば、熱を使用して）短時間で硬化を受けて散乱線除去格子において１回あたり１つの層を迅速に作り上げられるようにすることが望ましい（これについては以下でさらに詳細に説明する）。
【００２１】
中空の微小球の平均粒子サイズ（例えば、球の平均外径）は約２０マイクロメートルと約１５０マイクロメートルの間にあり、約５０マイクロメートルが望ましい。適当なガラス製の中空微小球としては、３ＭＳｐｅｃｉａｌｉｔｙＭａｔｅｒｉａｌｓ（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）が製造している３ＭＳＣＯＴＣＨＬＩＴＥガラス泡（ｇｌａｓｓｂｕｂｂｌｅ）などがある。適当なプラスチックまたは高分子製の中空微小球としては、ＡｓｉａＰａｃｉｆｉｃＭｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓＳｄｎＢｈｄ（Ｓｅｌａｎｇｏｒ，Ｍａｌａｙｓｉａ）が製造しているＰＨＥＮＯＳＥＴフェノール微小球などがある。
【００２２】
上記の製品は例として提示したものである。当業者であれば、提示した説明から、中空の微小球を形成するために、ガラス、セラミック、プラスチック材料、あるいはこれらの複合材など、その他の様々な材料を使用することができることを理解するであろう。さらに、結合剤や充填用すきま材料としては、その他の様々なエポキシや高分子材料を適宜使用することができる。
【００２３】
さらに、当業者であれば、提示した説明から、中実の形態の材料と比較して十分な構造上の一体性を示しながら内部の空隙により放射線の吸収及び散乱を減少させた概して放射線非吸収性のエレメントのために、空隙を有する別の材料を使用することもできることを理解するであろう。例えば、こうした代替材料としては、発泡プラスチック（ｅｘｐａｎｄｅｄｐｌａｓｔｉｃｓ）、連続気泡フォーム（ｏｐｅｎｃｅｌｌｆｏａｍ）、独立気泡フォーム（ｃｌｏｓｅｄｃｅｌｌｆｏａｍ）、などがある。
【００２４】
例えば、多数の発泡性または気泡性の組成で使用される材料としては、酢酸セルロース、エポキシ樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、シリコーン、ユリアホルムアルデヒド樹脂、ポリウレタン、フォームラバー（ｌａｔｅｘｆｏａｍｒｕｂｂｅｒ）、天然ゴム、合成ゴム、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレンなどがある。
【００２５】
再び図２を参照すると、医学診断用の放射線撮影では、保護用カバー２２、２４の各内面間の高さｈと、平均離間距離ｄ（例えば、格子の中心線に沿って計測する）との比として定義される格子比は、一般に２：１から１６：１までの範囲にある。放射線吸収性ストリップの典型的な寸法は、それぞれ約１．５ミリメートルの高さ（高さはストリップの角度により異なる）と約０．０２ミリメートルの厚さｔとを含み、約０．３ミリメートルのストリップ間ピッチを含む。
【００２６】
図４は、放射線撮影用の散乱線除去格子を形成するための一装置４０を表している。装置４０は概して放射線吸収性のエレメントと概して放射線非吸収性のエレメントからなる様々な層を積み重ねるように動作可能であると共に、概して放射線吸収性のエレメントは放射線源と整列するように角度付けする（例えば、図１に示すように角度Ａ１、Ａ２、．．．、Ａｎに整列させる）と有利である。
【００２７】
装置４０は一般に、支柱４２と、延長させたアーム５０と、スタンド６０と、位置決め手段７０と、を含む。アーム５０は、第１の端部部分５２と、その反対側の第２の端部部分５４と、を含む。アーム５０の第１の端部部分５２は、支柱４２のピボット４４に対してピボット動作するように装着し、第１の端部部分５２が軸Ａ（図４では、紙面を貫通して延びるように示す）の周りにピボット可能であり、かつ第２の端部部分５４が円弧Ｃにわたって移動可能としている。アーム５０の第２の端部部分５４は、軸Ａに整列した概して平面状の表面５６を含む。軸Ａとスタンド６０は、放射線撮影時の放射線源と散乱線除去格子の位置関係に対応した間隔をとる。
【００２８】
散乱線除去格子１１０を形成させるための装置４０の操作を次に示す。先ず、散乱線除去格子の所望の最終的高さを超えるサイズとした鉛箔などの放射線吸収性のエレメント１１２を、スタンド６０の傾斜させた表面６２上に配置する。この傾斜表面６２は概して放射線吸収性のエレメントの最外側の角度（例えば、Ｘ線源から放出される扇形に拡散するビームの中心ビーム経路に対する角度）に対応させることが望ましい。この鉛箔上には、放射線非吸収性のエレメント１１１を形成するため、望ましくは成形可能なエポキシまたは高分子材料を１つの玉状に配置させる。しかる後に、同様に散乱線除去格子の所望の最終的高さを超えるサイズとした放射線吸収性のエレメント１１２を次にアーム５０の表面５６に装着する。アーム５０は、第１の鉛箔１１２からある間隔をとった位置まで下げられる。精密直線アクチュエータなどの位置決め手段７０は、所望の位置でアーム５０を停止させるよう従来通りに制御して鉛箔を位置決めできることが望ましい。
【００２９】
表面５６を加熱すると有利である。例えば、表面５６を加熱するための加熱手段５８としては、ヒータや加熱コイルを含むことができる。加熱した表面を使用することにより、鉛箔が加熱され、次いで加熱された鉛箔がエポキシまたは高分子材料を加熱することにより、次の層を付加するまでにエポキシまたは高分子材料を十分に硬化させる及び硬くするのに要する時間が短縮される。この過程は格子の所望の全体サイズ（約１，０００層）が達成されるまで反復させる。
【００３０】
当業者であれば、提示した説明から、ストリップの放射線源に対する角度が小さい（例えば、数度である）場合には、表面６２を水平とすることもできることを理解するであろう。最外側のストリップは軸または放射線源と整列しないことになるが、すきま材料により、その次の層並びに残りの層を放射線源と整列させることができる。さらに、様々なサイズの散乱線除去格子に対応するために、スタンド６０は垂直方向に位置決め可能で調節可能な表面を含むことができることも理解するであろう。
【００３１】
次いで、この一体構造の集合体は、散乱線除去格子の所望の厚さになるまで機械加工する。図５に示すように、装置４０を使用して形成した散乱線除去格子１１０（すなわち、コリメータ）は、概して放射線吸収性のエレメント１１２と中実で概して放射線非吸収性のエレメント１１１とからなる交互配置の層を含んでいる。別法として、上述のように、装置４０を使用して空隙をもつ概して放射線非吸収性のエレメントを有する散乱線除去格子を形成することもできる。
【００３２】
外側保護層１２２及び１２４は、典型的には、グラファイト／エポキシの複合材であり、概して放射線吸収性のエレメント及び概して放射線非吸収性のエレメントの擦り傷を防ぐための外側保護用カバーを形成するように両面に貼り合わされる。研磨、塗装、ラミネート加工、化学的グラフト加工、吹き付け、接着など様々な表面仕上げ技法のうちの任意の技法を利用して、格子に対する全体的保護や美観上のアピールを施すために格子を清浄したり覆ったりすることができる。さらに、この保護層は、放射線吸収性のエレメントが鉛などの金属を含む場合に安全上の問題からも有用である。
【００３３】
当業者であれば、提示した説明から、間隔をとった放射線吸収性のエレメントの位置を調整するための位置決め手段は、サーボ作動式のモータ、歯車、その他の適当な機構を含むことができることを理解するであろう。硬化可能な放射線非吸収性の材料の堆積、並びに放射線吸収層の堆積及び位置決めは、自動で実行することが望ましい。
【００３４】
本発明の散乱線除去格子内では、減衰が少なくなり、また使用する放射線の量（例えば、患者が受ける線量）を大幅に増加させることがない。さらに、２つの散乱線除去格子を、一方の散乱線除去格子の放射線吸収性ストリップがもう一方の散乱線除去格子の放射線吸収性ストリップに対して直角に向くように重ね合わせることにより、散乱放射線をさらに減少させることができる。
【００３５】
このように、本発明の様々な実施形態について図示し説明してきたが、当業者であれば、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、本発明に対して多くの変更や修正を行うことができることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の散乱線除去格子を備えた放射線写真撮影の仕組みの正面図である。
【図２】図１の散乱線除去格子の一部分の拡大断面図である。
【図３】図２の散乱線除去格子の概して放射線非吸収性のエレメントの一部分の拡大断面図である。
【図４】本発明による散乱線除去格子を形成するための一装置の正面模式図である。
【図５】図４の装置を使用して形成した散乱線除去格子の拡大断面図である。
【符号の説明】
１Ｘ線管
２Ｘ線放射、放射線
３身体
４放射経路（身体により吸収される放射線）
５放射経路（放射線吸収性エレメントに入射する１次放射線）
６放射経路（放射線非吸収性エレメントを通過する１次放射線）
７放射経路（放射線吸収性エレメントに入射する散乱放射線）
８感光性フィルム
９増感用スクリーン
１０散乱線除去格子
１１概して放射線非吸収性のエレメント
１２概して放射線吸収性のエレメント
１３エポキシ、高分子材料
１５中空の微小球
１７空隙
２２外側保護用カバー
２４外側保護用カバー
４０散乱線除去格子の形成装置
４２支柱
４４ピボット
５０アーム
５２アームの第１の端部部分
５４アームの第２の端部部分
５６表面
５８加熱手段
６０スタンド
６２傾斜表面
７０位置決め手段
１１０散乱線除去格子
１１１放射線非吸収性のエレメント
１１２放射線吸収性のエレメント、鉛箔
１２２外側保護層
１２４外側保護層

Claims

放射線撮影で使用するための散乱線除去格子であって、複数の放射線吸収性のエレメント（１２）と、
複数の空隙（１７）を含み、前記複数の放射線吸収性のエレメント（１２）の間に間隔をとって１次放射線を該散乱線除去格子を通過させるための複数の放射線非吸収性のエレメント（１１）と、
前記複数の空隙（１７）を画定している複数の中空の微小球（１５）と、を備える、散乱線除去格子。
前記複数の放射線非吸収性のエレメント（１１）が熱硬化可能な材料を含む、請求項１に記載の散乱線除去格子。
前記複数の放射線非吸収性のエレメント（１１）がエポキシ及び高分子材料（１３）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の散乱線除去格子。
前記複数の放射線非吸収性のエレメント（１１）の密度が前記エポキシ及び前記高分子材料（１３）のうちの前記少なくとも１つの密度の約４分の１である、請求項３に記載の散乱線除去格子。
前記複数の放射線吸収性のエレメント（１２）が前記複数の放射線非吸収性のエレメント（１１）と異なる材料を含む、請求項１に記載の散乱線除去格子。
前記複数の放射線吸収性のエレメント（１２）が鉛を含み、かつ前記複数の放射線非吸収性のエレメント（１１）がエポキシ及び高分子材料（１３）のうちの少なくとも１つを含む、請求項５に記載の散乱線除去格子。
前記複数の放射線吸収性のエレメント（１１）と前記複数の放射線非吸収性のエレメント（１２）とにより交互配置された層を構成している、請求項１に記載の散乱線除去格子。
さらに第１の保護用カバー（２２）と第２の保護用カバー（２４）とを備えていると共に、前記複数の放射線吸収性のエレメント（１２）及び前記複数の放射線非吸収性のエレメント（１１）は前記第１の保護用カバー（２２）と前記第２の保護用カバー（２４）の間に配置されている、請求項１に記載の散乱線除去格子。