JP4759131B2

JP4759131B2 - Ｘ線画像撮影装置

Info

Publication number: JP4759131B2
Application number: JP2000354507A
Authority: JP
Inventors: 啓次大古田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-11-21
Filing date: 2000-11-21
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2020-11-21
Also published as: JP2002156457A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、散乱Ｘ線を除去するために用いるグリッドを備えたＸ線画像撮影装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、Ｘ線撮影として最も一般的な撮影方法はフィルム／スクリーン法であり、これは感光性フィルムとＸ線に対して感度を有している蛍光体を組み合わせて撮影する方法である。Ｘ線を照射すると発光する希土類から成る蛍光体を、感光性フィルムの両面に密着させて保持し、被写体を透過したＸ線を蛍光体で可視光に変換して感光性フィルムにより光を捉え、この感光性フィルムに形成された潜像を化学処理で現像することにより像を可視化する。
【０００３】
第２の撮影方法として、コンピューテッドラジオグラフィ（ＣＲ）法と呼ばれる方法も実用化されている。この方法は放射線の透過画像を蛍光体中に一旦、潜像として蓄積し、後に励起光を照射することにより潜像を読み出す方式である。
例えば、或る種の蛍光体にＸ線、α線、β線、γ線、電子線、紫外線等の放射線を照射すると、この放射線のエネルギの一部が蛍光体中に蓄積される。また、この蛍光体に可視光等の励起光を照射すると、蓄積されたエネルギに応じて蛍光体が輝尽発光を示すことが知られている。
【０００４】
このような性質を示す蛍光体は蓄積性蛍光体とか輝尽性蛍光体と呼ばれている。この蓄積性蛍光体を利用することにより、人体等の被写体の放射線画像情報を蓄積性蛍光体シートに一旦記録し、その後にこの蓄積性蛍光体シートをレーザー光等の励起光を用いて走査することにより輝尽発光光を生じさせ、得られた輝尽発光光を光電的に読み取ることにより画像信号を取得し、この画像信号に基づいて写真感光材料等の記録材料、ＣＲＴ等の表示装置に被写体の放射線画像を可視像として出力させる放射線画像情報記録再生システムが、特開昭５５−１２４２９号公報、特開昭５６−１１３９５号公報等において提案されている。
【０００５】
また近年の半導体プロセス技術の進歩に伴い、第３の撮影方法として半導体センサを使用して同様にＸ線画像を撮影する装置が開発されている。この種のシステムは、従来の銀塩写真を用いる放射線写真システムと比較して、極めて広範囲な放射線露出域の画像を記録できるという利点を有している。即ち、広範囲のダイナミックレンジのＸ線を光電変換手段により読み取って電気信号に変換した後に、この電気信号を用いて写真感光材料等の記録材料やＣＲＴ等の表示装置に放射線画像を可視像として出力させることにより、放射線の露光量の変動に影響され難い、放射線画像を得ることができる。
【０００６】
図１０は上述した半導体センサを用いた放射線画像撮影システムの概略図を示しており、Ｘ線画像撮影装置１には、複数の光電変換素子を二次元状に配置した検出面を有するＸ線検出センサ２が内蔵されており、Ｘ線発生部３から出射されたＸ線が被写体Ｓに照射され、被写体Ｓを透過したＸ線はＸ線検出センサ２により検出される。このＸ線検出センサ２から出力された画像信号は、画像処理手段４においてデジタル画像処理され、モニタ５上に被写体ＳのＸ線画像として表示される。
【０００７】
また、Ｘ線画像のコントラストを改善する目的で上述した３種類の撮影方法において、散乱Ｘ線除去用グリッドを用いて撮影する場合がある。これはＸ線の照射により、被写体Ｓの内部で発生する散乱Ｘ線を除去するためのものであり、この散乱Ｘ線除去用グリッドは、Ｘ線管球とフィルム等の検出器の間に配置して撮影を行う。
【０００８】
この散乱Ｘ線除去用グリッドは、Ｘ線吸収部材としてＸ線吸収率の大きい鉛等から成る複数枚の箔と、Ｘ線吸収率が小さなアルミニウム、紙、木、合成樹脂、炭素繊維強化樹脂等から成る中間物質とを交互に積層し、アルミニウム等から成るカバー部材により覆われている。この場合に、箔の面に沿った方向からＸ線が入射するような構成となっているため、散乱Ｘ線は箔に対して或る角度で入射し、箔に当たり吸収される。被写体を透過したＸ線の一次光は、箔に対して平行に入射するため、中間物質部を通過してグリッドを透過する。従って、被写体において散乱された散乱Ｘ線を箔で吸収することができ、散乱Ｘ線による解像度の低下を防止することができる。
【０００９】
図１１は従来の半導体センサを用いたＸ線画像撮影装置の縦断面図、図１２は図１１のＡ方向から見た横断面図を示している。筺体１１の内部にはスペーサ１２を介して基台１３が取り付けられており、この基台１３上には、上方から、照射されたＸ線を可視光に変換する蛍光体１４ａ、変換された可視光を電気信号に変換する格子状に配列された光電変換素子１４ｂ、この光電変換素子１４ｂを支持する基板１４ｃが積層されたＸ線像検出パネル１４が配置されている。また、光電変換素子１４ｂには配線１５を介して、基台１３の下面に設けられた電気信号を処理する電子部品を搭載した回路基板１６に接続されている。更に、この筺体１１の上面にはグリッドユニット１７に着脱自在に設けられている。グリッドユニット１７はグリッド取付枠１８に散乱Ｘ線除去用グリッド１９が取り付けられており、更にグリッド取付枠１８には開口部１８ａが設けられている。
【００１０】
図１３はグリッドユニット１７を図１１のＢ方向から見た平面図を示している。散乱Ｘ線除去用グリッド１９の内部の積層された箔１９ａと中間物質の並んでいる方向を模式的に示し、平行に描かれた線は箔１９ａを意味し、箔１９ａはその線を含み紙面に垂直な平面上に存在する。グリッド１９の中心線１９ｂは、グリッド１９の箔１９ａの方向と平行で、箔１９ａがＸ線管球の中心に焦点を有する所謂集束グリッドの場合の管球中心に合わせるラインである。即ち、中心線１９ｂの付近の箔１９ａは紙面に垂直方向であるが、中心線１９ｂから離れるに従ってＸ線の照射角に従って徐々に傾斜した構成となっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフィルムを用いたＸ線撮影において、グリッドを固定して撮影する場合には、フィルムの外形の辺に対してグリッドの箔の方向、即ち中心線が必ずしも平行でなくとも、外形に対して傾いた方向にグリッドの縞目が写り込んだ画像が得られるだけで、診断上問題となる障害は発生することはない。
【００１２】
しかしながら、図１２に示すような半導体センサを用いた場合には、二次元的に分布した画素には方向性があり、画素の並びに平行な線１４ｄと、グリッド１９の中心線１９ｂが平行でない或る値以上の角度においては、様々な障害が発生する。
【００１３】
先ず、第１にはモアレ縞の発生が問題となる。グリッド１９の１ｃｍ当りの箔の数をグリッド密度（本／ｃｍ）として表した場合に、通常のグリッド密度は約３０〜６０（本／ｃｍ）である。従って、グリッド１９の縞目の空間周波数は３〜６ｌｐ／ｍｍである。これに対して、Ｘ線撮影に用いられる半導体センサの画素のピッチはセンサの有効範囲が大きいことから、通常では２００〜５０μｍの範囲にある。従って、センサの分解能は２．５〜１０ｌｐ／ｍｍであり、グリッド１９の縞目の空間周波数と近似したものとなり、両者が或る角度を有して重なると干渉を起こしモアレ縞が発生し、Ｘ線画像を用いた診断において微細な病変を観察する際に障害となる。
【００１４】
第２には画像処理上の問題があり、グリッド１９の縞目に対して何らかの画像処理を施す場合に、グリッド１９の縞目が画素の並びに対して傾くと、１本の縞目が何本もの画素のラインを跨ぐことになり、画像処理を行うライン数が増大し、画像処理に要する時間が増大する。
【００１５】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、半導体画素から成るＸ線検出手段とグリッドから成る散乱Ｘ線除去手段とを併用しても、良好な画像を効率良く得ることができるＸ線画像撮影装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための第一の発明は、
Ｘ線発生手段から発したＸ線を被写体に照射し、被写体を透過したＸ線分布をセンサで検出するＸ線画像撮影装置において、
複数の検出素子を二次元状に配置した検出面を有し平面状の矩形の基台上に固定され、フレキシブル回路板を介して前記基台下の回路基板に接続されるＸ線検出手段と、
該Ｘ線検出手段を前記基台と共に内包した筐体と、
矩形の取付枠に対して取り付けられた散乱Ｘ線除去用グリッドで構成され、筐体に対して前記取付枠を介して着脱自在に取り付けた散乱Ｘ線除去手段と、
前記筐体側壁の内壁の角部に前記Ｘ線検出手段が固定される前記矩形の基台の角部が係合するように配置された突起部であり、前記Ｘ線検出手段と前記筐体との前記検出面に垂直な軸周りの相対的回転位置規制を行う第１の規制手段と、
前記筐体の対向する側壁部に前記検出面に垂直な方向に設けた二つの溝部と、前記散乱Ｘ線除去手段に設けた前記二つの溝部に係合する前記取付枠の二つの凸部により前記散乱Ｘ線除去手段と前記筐体との前記検出面に垂直な軸周りの相対的回転位置規制を行う第２の規制手段と、
を有することを特徴とするＸ線画像撮影装置。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明を図１〜図９に図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図１は第１の実施の形態におけるＸ線画像撮影装置の縦断面図、図２は図１のＣ方向から見た横断面図、図３は図１のＤ方向から見たグリッドユニットの平面図を示している。筺体２１の内部にはスペーサ２２を介して金属製の基台２３が取り付けられ、この基台２３上には半導体素子と化学作用せずに半導体プロセスの温度に耐え、寸法安定性等が必要なことから、ガラス板により構成された基板２４ａ、半導体プロセスにより二次元配列的に形成された光電変換素子２４ｂ、金属化合物から成る蛍光体を樹脂板に塗布した蛍光板２４ｃから成り、接着により一体的に積層されたＸ線像検出パネル２４が設けられている。
【００２８】
そして、光電変換素子２４ｂはフレキシブル回路板２５を介して、基台２３の下面に設けられ光電変換された電気信号を処理するための電子部品２６ａを搭載した回路基板２６に接続されている。フレキシブル回路板２５は光電変換素子２４ｂからの電気信号を読み出すための信号線及び制御線を有し、基板２４ａの外周に対して複数枚配置されており、各フレキシブル回路板２５は基台２３の側方を通り、基台２３の裏面に配置された回路基板２６まで引き回されている。
【００２９】
更に、筐体２１はＸ線透過性を有する筐体蓋２１ａにより密閉されている。この筐体蓋２１ａの上面には、グリッド取付枠２７に取り付けられた散乱Ｘ線除去用グリッド２８を有するグリッドユニット２９が、取り外し自在に取り付けられており、グリッド取付枠２７の中央部にはＸ線を透過させるための開口部２７ａが設けられている。
【００３０】
グリッドユニット２９の位置を規制するために、筺体２１の２つの側面には溝部２１ｂが設けられており、これらの溝部２１ｂにはグリッド取付枠２７の突条部２７ｂが嵌合され、グリッドユニット２９は筐体２１に対して、Ｘ線像検出パネル２４の検出面と垂直方向の軸周りの回転位置が規制されている。また、筺体２１の内壁の角部には突起部２１ｃが設けられており、この突起部２１ｃは基台２３の角部２３ａに係合し、基台２３は筐体２１に対して、Ｘ線像検出パネル２４の検出面と垂直方向の軸周りの回転位置規制がなされている。なお、溝部２１ｂ、突起部２１ｃは所望の許容差内の相対位置関係で形成されている。
【００３１】
溝部２１ｂは溝状になっているため、グリッドユニット２９が装着されていない状態においても突起となることがなく、Ｘ線撮影時に被験者に触れた場合でも安全性が確保されている。また、突起部２１ｃは矩形のＸ線像検出パネル２４の角部付近に配置されているので、フレキシブル回路板２５の配置に対する障害になることはない。
【００３２】
Ｘ線像検出パネル２４の画素の並びに平行な線２４ｄと、溝部２１ｂの中心線２１ｄとの成す角度θ1は理想的には０°であり、このようにすることにより、各部の誤差を含めても極めて０°に近い所望の角度内に規制することができる。
【００３３】
そして、Ｘ線像検出パネル２４を金属製の基台２３に固定する際には、基台２３の寸法基準である角部２３ａに対して、光電変換素子２４ｂにおける二次元的配列パターンが所望の相対位置関係となるように、図示しない工具で規制される。
【００３４】
図３において、突条部２７ｂの中心線２７ｃと散乱Ｘ線除去用グリッド２８の箔２８ａとは本来並行となるべきものであり、これらの成す角度θ2は理想的には０°である。散乱Ｘ線除去用グリッド２８とグリッド取付枠２７の貼り付け誤差等含めても角度θ2は極めて０°に近い所望の角度以内になるように、工具等で位置決めされ結合されている。このような構成とすることにより、Ｘ線像検出パネル２４の二次元状配列パターンと、グリッド２８の箔２８ａの方向は極めて０°に近い所望の角度以内に固定可能である。
【００３５】
図４はグリッド２８をサンプリングした様子を模式的に示した説明図である。図４（ａ）においてＳで示す部分はサンプリング間隔を示し、サンプリング間隔Ｓとグリッド２８が正確に揃っていれば、縞模様は安定して観察され、観察者の邪魔にもならず、またフィルタリング等の画像処理でも除去し易い。
【００３６】
しかしながら、図４（ｂ）に示すようにサンプリング間隔Ｓに対しグリッド２８を傾けると斜め方向に強い低周波のモアレ縞が観察され、観察者にとって極めて邪魔な存在となり、フィルタリング等での画像処理での除去も困難となる。
【００３７】
図５は空間周波数でのサンプリングの様子を示したグラフ図である。縦軸に縦方向の周波数を表し、横軸に横方向の周波数を示しており、周波数ｆｇはグリッド周波数を表し、周波数ｆｓはサンプリング周波数を示している。一般に、観察される縞の周波数はサンプリング周波数の半分であるナイキスト周波数以下であり、観察される縞周波数ｆｍはサンプリング周波数ｆｓとの変調になるため、以下の式で計算できる。
ｆｍ＝｜ｆｇｎ・ｆｇ｜；ｆｍ≦ｆｓ／２（ただし、ｎは正の自然数）
【００３８】
図５（ａ）の場合においては、グリッド周波数ｆｇの方がサンプリング周波数ｆｓよりも大きな値であるため、サンプリング周波数ｆｓに対して点対称な位置に縞周波数ｆｍの縞が発生する。この場合は、縦方向の周波数成分は現われることはない。
【００３９】
しかしながら、図５（ｂ）の場合においては、グリッド取付角度がθだけ傾いた状態を示しており、この場合もサンプリング周波数ｆｓに対して点対称の位置に縞周波数ｆｍが現われる。この場合の縞周波数ｆｍの角度は取付角度ではなく、反対方向の更に大きな角度θ2の角度の縞が現われる。この角度θ2が図４（ｂ）で観察されたモアレ縞である。種々の実験の結果から、この取付角度が５°以上であると観察に支障をきたし、更に画像処理による除去も困難になる。
【００４０】
本発明の実施の形態においては、Ｘ線像検出パネル２４のグリッド２８に対する相対角度の変化を規制することができ、角度誤差を５°以内にして、画像処理による縞の模様の除去が容易になる。
【００４１】
図６は第２の実施の形態におけるＸ線画像撮影装置の縦断面図を示しており、第１の実施の形態と同一の部材には同一の符号を付している。筐体３１の上部には、取り外し可能にグリッドユニット３２が装着されており、筐体３１の上面には位置決め穴３１ａ、３１ｂに設けられており、位置決め穴３１ａは円形、位置決め穴３１ｂは長円形の形状をしている。また、散乱Ｘ線除去用グリッド２８はグリッドユニット３２のグリッド取付枠３３に固定されており、このグリッド取付枠３３の中央部には開口部３３ａが設けられている。また、グリッド取付枠３３の端部には、位置決めピン３３ｂ、３３ｃが下方に突出されており、前述の位置決め穴３１ａ、３１ｂにそれぞれ係合するようにされている。
【００４２】
このような構成とすることにより、第１の実施の形態と同様に、筐体３１とグリッドユニット３２の位置決めを行うことができ、更にグリッドユニット３２を薄型の形状にすることができる。また、グリッドユニット３２が外された状態で使用しても、突出部がないので安全である。
【００４３】
図７は第３の実施の形態におけるＸ線画像撮影装置の縦断面図、図８は図７のＥ方向から見た側面図を示している。筐体４１の側面及び底面には位置決め溝４１ａ、４１ｂが設けられており、位置決め溝４１ａは筐体４１の左側面に１個所、位置決め溝４１ｂは筐体４１の右側底面に２個所設けられている。グリッドユニット４２の散乱Ｘ線除去用グリッド２８はグリッド取付枠４３に固定され、このグリッド取付枠４３には開口部４３ａが設けられている。
【００４４】
グリッド取付枠４３の内壁には凸部４３ｂが設けられ、この凸部４３ｂは筐体４１の位置決め溝４１ａに係止される。また位置決め溝４１ｂには、グリッド取付枠４３の一部を折り曲げて形成された係止部４３ｃが係止されるようになっている。溝４１ａ、４１ｂと凸部４３ｂ、係止部４３ｃの紙面に垂直方向の幅は、それぞれ隙間の少ない所望の寸法に調整されており、筐体４１とグリッド取付枠４３の紙面に垂直方向の位置規制を行う。
【００４５】
グリッド取付枠４３の側面にはスライドノブ４４が設けられ、グリッド取付枠４３の長穴４３ｄに沿って、左右方向に移動可能なように固定され、スライドノブ４４はロックピン４５により固定されている。従って、スライドノブ４４を右方向において固定した状態で、グリッドユニット４２を筐体４１に装着した後にスライドノブ４４を左方向に移動させれば、ロックピン４５は溝４１ａに係止し、グリッドユニット４２の脱落を阻止することができる。従って、グリッドユニット４２を誤って落下させ、破損することを防止できる。
【００４６】
図９は第４の実施の形態におけるＸ線画像撮影装置の平面図を示しており、取り外し自在にグリッドユニット５１が装着されており、図示しない散乱Ｘ線除去用グリッドはグリッド取付枠５２に固定されている。グリッド取付枠５２は筐体５３の外周を覆うようにされており、筐体５３の基準壁５３ａに、グリッド取付枠５２の内壁に設けられた２個の突起部５２ａが接触している。グリッド取付枠５２の反対側の内壁５２ｂと筐体５３との間の隙間には固定ばね５４が配置されており、グリッド取付枠５２を筐体５３に対して付勢している。このような構成とすることにより、グリッド取付枠５２と筐体５３をがたつきなく固定することができる。
【００４７】
本発明の実施の形態は上記の実施の形態に限定されることなく、様々な変形例が考えられる。散乱Ｘ線除去用グリッドはＸ線吸収部材が帯状に配置されている例を述べたが、格子状に配列されたものでもよい。
【００４８】
散乱Ｘ線除去用グリッドは、Ｘ線の線源直下の中心部分では、前述したようにＸ線吸収部材の箔がＸ線像検出パネルの検出面に垂直で、周辺にゆくに従って線源の方向に傾かせた収束グリッドでもよい。この場合に、収束グリッドの中心線つまりＸ線源直下の箔と垂直な部分が、Ｘ線像検出パネルの中心と一致するように位置規制することが望ましい。また、収束グリッドはその中心線に対して線対称であるから、グリッドユニットを筐体に取り付ける際に、１８０度回転させた２通りの方向で同様の位置関係となるように位置規制できる。
【００４９】
なお、Ｘ線検出手段は実施の形態のＸ線像検出パネルに限らず、他の型式であってもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るＸ線画像撮影装置は、Ｘ線検出手段とＸ線散乱線除去用グリッドの位置合わせが簡便な方法で行え、診断上有害となるモアレ縞の発生を抑制することができる。また、グリッドの像が交差する画像読み取りラインの数が規制されるので、グリッド除去等を行う画像処理の範囲が減少し、計算時間が短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の縦断面図である。
【図２】第１の実施の形態の横断面図である。
【図３】第１の実施の形態のグリッドユニットの平面図である。
【図４】モアレ縞の説明図である。
【図５】空間周波数でのサンプリングの様子のグラフ図である。
【図６】第２の実施の形態の縦断面図である。
【図７】第３の実施の形態の縦断面図である。
【図８】第３の実施の形態の側面図である。
【図９】第４の実施の形態の平面図である。
【図１０】Ｘ線画像撮影システムの概略図である。
【図１１】従来例のＸ線撮影装置の縦断面図である。
【図１２】従来例のＸ線撮影装置の横断面図である。
【図１３】従来のグリッドユニットの平面図である。
【符号の説明】
２１、３１、４１、５３筐体
２３基台
２４Ｘ線像検出パネル
２５フレキシブル回路板
２６回路基板
２７、３３、４３、５２グリッド取付枠
２８Ｘ線散乱線除去用グリッド
２９、３２、４２、５１グリッドユニット
４４スライドノブ
４５ロックピン
５４固定ばね

Claims

Ｘ線発生手段から発したＸ線を被写体に照射し、被写体を透過したＸ線分布をセンサで検出するＸ線画像撮影装置において、
複数の検出素子を二次元状に配置した検出面を有し平面状の矩形の基台上に固定され、フレキシブル回路板を介して前記基台下の回路基板に接続されるＸ線検出手段と、
該Ｘ線検出手段を前記基台と共に内包した筐体と、
矩形の取付枠に対して取り付けられた散乱Ｘ線除去用グリッドで構成され、筐体に対して前記取付枠を介して着脱自在に取り付けた散乱Ｘ線除去手段と、
前記筐体側壁の内壁の角部に前記Ｘ線検出手段が固定される前記矩形の基台の角部が係合するように配置された突起部であり、前記Ｘ線検出手段と前記筐体との前記検出面に垂直な軸周りの相対的回転位置規制を行う第１の規制手段と、
前記筐体の対向する側壁部に前記検出面に垂直な方向に設けた二つの溝部と、前記散乱Ｘ線除去手段に設けた前記二つの溝部に係合する前記取付枠の二つの凸部により前記散乱Ｘ線除去手段と前記筐体との前記検出面に垂直な軸周りの相対的回転位置規制を行う第２の規制手段と、
を有することを特徴とするＸ線画像撮影装置。
前記筐体に装着した前記散乱Ｘ線除去手段に対し、脱落を阻止するための脱落規制手段を有する請求項１に記載のＸ線画像撮影装置。
前記Ｘ線検出手段の検出素子の配列パターンと前記散乱Ｘ線除去手段のＸ線吸収部材の帯状又は格子状の配列パターンとの前記検出面に垂直な軸周りの相対的回転位置誤差を５°以内に位置規制を行う請求項１又は２に記載のＸ線画像撮影装置。
前記第２の規制手段は、前記二つの溝部を前記筐体に設けたピン穴とし、前記取付枠の二つの凸部を前記散乱Ｘ線除去手段に設け前記ピン穴に係合するピンとすることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のＸ線画像撮影装置。