JP5902680B2 - 調整可能な動的ｘ線フィルター - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線イメージングに関し、詳細には、ポータブルＸ線イメージングデバイス用の位置合わせシステムに関する。

病院環境では、移動が不可能または困難な患者に対して、モバイルＸ線検査が行われる。三次医療センターでは、モバイルＸ線検査は、実施されるＸ線検査のかなりの割合に相当する。人体などのオブジェクト（ｏｂｊｅｃｔ）を通過するＸ線に対して、ある程度の散乱が発生する。オブジェクトを透過する一次Ｘ線は、Ｘ線源（本明細書では、Ｘ線焦点とも呼ばれる）から受像器までの直線上を進み、オブジェクト密度情報を伝える。散乱したＸ線は、一次Ｘ線画像コントラストを劣化させた拡散画像を形成する。患者によっては、散乱したＸ線強度が、一次Ｘ線の強度を超える。散乱現象はよく知られており、通常、一般的なＸ線撮影法、蛍光透視法、およびマンモグラフィでは、散乱線除去グリッドの使用により補償される。

散乱線除去グリッドは、一般に、Ｘ線不透過性（または放射線不透過性）材料とＸ線透過（または放射線透過性）材料が交互に並んだストリップから形成される。鉛はＸ線不透過性材料として使用することができ、プラスチック、アルミニウム、または繊維（ｆｉｂｅｒ）はＸ線透過材料として使用することができる。グリッドは、対象となるオブジェクトとＸ線受像プレートの間に位置付けられ、一次Ｘ線を形成する画像がＸ線不透過性材料の縁にのみ入射するような向きにされる。したがって、一次Ｘ線の大部分は、放射線透過性スペーサーのストリップを通過する。対照的に、散乱したＸ線は、ターゲットとなるオブジェクトとの相互作用の後で全方向に放射され、したがって、散乱したＸ線は、一次Ｘ線と比較して、より広い面積の鉛のストリップに入射し、散乱したＸ線のほんの一部がグリッドによって透過される。

所与のグリッドの散乱制御の程度は、グリッド比に依存する。グリッド比は、Ｘ線経路方向における放射線不透過性ストリップの厚さとＸ線ビーム経路に対して直角に測定された放射線透過性スペーサー材料の幅の比として定義される。したがって、グリッド比が高いほど、散乱制御も高い。高いグリッド比は、より効果的であるが、焦点に対する位置合わせも困難になる。集束グリッドにおけるＸ線ビームの広がりを補償するために、放射線不透過性ストリップは、より大きく傾けられ、グリッドの中心からの距離が増加する。グリッド翼（ｇｒｉｄ ｖａｎｅ）の面はすべて、焦線として知られる線に沿って集束する。焦線からグリッドの表面までの距離は、グリッドの焦点距離と呼ばれる。焦線は、焦点への直線経路と一致する。したがって、焦点がグリッドの焦線と一致するとき、一次Ｘ線は、放射線不透過性鉛ストリップとの最小の相互作用を有し、最大の一次透過率が得られる。散乱線除去グリッドの焦線と焦点の位置合わせ不良により、一次Ｘ線透過率が低下するが、散乱したＸ線の透過率は変化しない。したがって、最適な一次Ｘ線透過率を得るには、焦点と散乱線除去グリッドの焦線との位置合わせ（位置および向き）が必要である。

一般的なＸ線撮影法、蛍光透視法、およびマンモグラフィでは、受像器とＸ線管は互いに対して固定の位置で堅固に装着され、それによって、焦点とグリッドの位置合わせは、簡単なプロセスになる。モバイルＸ線撮影では、受像器は寝たきりの患者の下に設置され、Ｘ線源は患者の上に位置付けられる。焦点と受像器の相対的な間隔は可変であるので、患者と受像器の間での散乱線除去グリッドの適切な位置および向きを判断することは、困難な位置合わせ問題になる。グリッドを使用しない場合、ごく一部の可能なコントラストのみがＸ線画像で得られる。

モバイルＸ線撮影と共にグリッドを利用するとき、グリッドは、一般に位置合わせされない。位置合わせ不良問題は、８：１未満という低い比を持つグリッドを利用することによって軽減される。この低い比のグリッドを使用することによってＸ線画像コントラストが向上するが、そのコントラストは、適切に位置合わせされ、１０：１以上というグリッド比を持つ比の高いグリッドであれば得られるであろうコントラストよりも、著しく低いままである。

したがって、モバイルＸ線撮影は、多くの点で、固定据え付けＸ線撮影より便利であるが、散乱放射線により引き起こされる画質の劣化のせいで、その臨床的有用性は低い。モバイルＸ線撮影では焦点の散乱防止グリッドとの適切な位置合わせを行うのが困難であるため、これは、モバイルＸ線撮影の方でより大きな問題となる。オペレータが使用しやすい適切な位置合わせをもたらす手段は、モバイルＸ線撮影画像のコントラストおよび画質を著しく向上させ、したがってモバイルＸ線撮影の臨床的有用性を増加させる。

米国特許第５６２７５２４号明細書

Ｘ線機器のＸ線源の場所を判断するための、さらに散乱線除去グリッド内のグリッド線を調整するためのシステムおよび方法が開示される。一実施形態では、本発明では、赤外線（ＩＲ）送信器およびＩＲ受信器と関連付けられた線源ロケーターを使用して、Ｘ線源の位置を特定し、グリッド線を理想のＸ線ビーム経路と位置合わせする。グリッド線をビーム経路と位置合わせすることによって、コントラストが増加しノイズが減少した画像を作製することができる。

本発明は、ポータブルＸ線機器などのＸ線機器のＸ線源の場所を判断するためのシステムを提供する。このシステムは、Ｘ線源と、線源ロケーターとを含む。このＸ線源は、理想的なビーム経路を有するＸ線ビームを放射する。線源ロケーターは、Ｘ線源と関連付けられ、ＩＲ送信器を有する。線源ロケーターのＩＲ送信器は、Ｘ線源の場所を定義する場所情報を送信し、この場所情報は、線源ロケーターによって生成される。システムは、ＩＲ受信器と放射されたＸ線ビームに合うように調整されるＸ線グリッド線とを有するＸ線グリッドをさらに備えることができる。このグリッド線は、放射されたＸ線ビームが前記Ｘ線グリッドを通過して、放射されたＸ線ビームの理想的な経路と位置合わせすることを選択的に可能にする。グリッド線は、理想的なビーム経路に合うように調整され、ＩＲ受信器によって受信されたＩＲ放射に応答して、放射されたＸ線ビームがＸ線グリッドを通過することを選択的に可能にする。

本発明は、コントラストが増加しノイズが減少したＸ線画像を取得するシステムも提供する。このシステムは、Ｘ線ビーム線源と、調整可能なＸ線グリッドとを含む。このＸ線ビーム線源は、Ｘ線ビームを放射し、それと関連付けられた、Ｘ線源の場所を判断するための線源ロケーターを有する。Ｘ線グリッドは、交互に並んだ放射線不透過性材料と放射線透過性材料とを備える複数のグリッド線を含む。Ｘ線グリッドのグリッド線は、電磁場、サーボモーター、または他のコンピューター駆動機構を使用して、前記Ｘ線ビーム線源に合うように調整されることができる。グリッド線は、Ｘ線ビーム放射がグリッドを通過できる第１の遮断されない位置と、Ｘ線ビーム放射がグリッドを通過できないようにする第２の遮断される位置の間に調整されることができる。グリッド線は、材料のストリップまたは個々の放射線透過性球体を備えることができ、放射線不透過性材料は、各放射線透過性球体の中央面に配置される。放射線透過性材料は、第１の帯電した側面と、第２の帯電した側面とを有し、前記第１の帯電した側面は、前記第２の帯電した側面と反対の電荷である。

本発明は、Ｘ線源を用意し、調整可能なＸ線グリッドを用意して、前記Ｘ線源のＸ線ビーム放射と位置合わせするように前記Ｘ線グリッド線を調整することによって、散乱線除去グリッド内のグリッド線を調整する方法をさらに提供する。一実施形態では、放射線透過性球体は、各球体の中央面に配置された放射線不透過性材料の層を含む。調整手段は、前記Ｘ線グリッドを通る前記Ｘ線ビーム放射の通過を可能にするように、前記Ｘ線グリッド線を選択的に位置合わせする。調整手段は、線源ロケーターによって取得された場所情報を受信して、前記Ｘ線グリッド線を前記Ｘ線ビーム放射の理想的な経路に選択的に位置合わせし、前記Ｘ線グリッドを通る前記Ｘ線ビーム放射の通過を可能にするコンピューターの使用も含む。

本発明によるポータブルＸ線装置の図である。 図１によるポータブルＸ線装置のＸ線源に配置された線源ロケーターを示す図である。 図１によるポータブルＸ線装置のＸ線源に配置された線源ロケーターを示す図である。 図１によるポータブルＸ線装置のＸ線源に配置された線源ロケーターを示す図である。 図１によるポータブルＸ線装置のＸ線源に配置された線源ロケーターを示す図である。 図１で用いたＸ線プレートの一実施形態を示す図である。 図１で用いたＸ線プレートの別の実施形態を示す図である。 Ｘ線グリッドの実施形態としてのＸ線透過性球体の使用を示す図である。 Ｘ線グリッドの実施形態としてのＸ線透過性球体の使用を示す図である。 Ｘ線グリッドの実施形態としてのＸ線透過性球体の使用を示す図である。

図１および３は、Ｘ線機器からのＸ線放射を位置合わせするための、およびコントラストが増加し、散乱したＸ線によるノイズが減少した診断画像情報を取得するように散乱線除去グリッド内のグリッド線を調整するための本発明のシステム１００を示す。システム１００は、Ｘ線ヘッド１１５を有するポータブルＸ線機器１１０と、Ｘ線フィルムカセットまたはデジタルＸ線検出器１５５を着脱自在に受けるために使用されるＸ線プレート１５０とを含む。一実施形態では、線源ロケーター１２０が、Ｘ線機器１１０のＸ線ヘッド１１５のハウジングに取り付けられ、Ｘ線プレート１５０が、可撓性フィルターである散乱線除去グリッド１６０に取り付けられる。線源ロケーター１２０と可撓性フィルターである散乱線除去グリッド１６０はいずれも、従来技術によるポータブルＸ線機器および従来技術によるグリッドを使用して取得される画像と比較して、コントラストが増加し、ノイズが減少した画像の獲得を容易にするために使用される機構である。

次に図２Ａを参照すると、線源ロケーター１２０が、より詳細に示されている。線源ロケーター１２０の目的は、Ｘ線源２００の場所を判断すること、およびその場所情報を適切なデジタル記憶装置に記録することである。その場合、このデジタル記憶装置は、Ｘ線ヘッド１１５に付けられた回路と関連付けられ、その結果、線源ロケーターを取り外すと、またはＸ線ヘッド自体を移動すると、Ｘ線源、特にＸ線ヘッドの場所が保存され、いつでも正確に分かる。

図２Ａに示されているのは、その場所を判断しなければならないＸ線源２００、Ｘ線不透過性オブジェクト２０１、およびフィルム２０３上に記録されたＸ線不透過性オブジェクト２０１の画像２０２である。以下で説明するように、オブジェクト２０１と画像２０２のサイズの差を判断することによって、これらの違いに基づいたコンピューターによる適切な計算と共に、Ｘ線源の場所を高精度で判断することが可能になる。モバイルＸ線機器をオンにすると、Ｘ線照射２０４が生成され、オブジェクト２０１を通過して、フィルム２０３上に画像２０２として記録される。オブジェクト２０１はＸ線不透過性であるので、画像２０２のサイズは、Ｘ線源２００、オブジェクト２０１、および画像２０２の相対的場所に基づいて変化する。

次に図２Ｂを参照すると、Ｘ線源の場所を計算可能な様式が示されている。より具体的には、「Ｙ」次元（距離２０５）が分かっており、しかも固定されているので、点Ａおよび点Ｃの場所の座標は分かっている。同様に、距離２０７も分かっている。したがって、点Ｂおよび点Ｄの場所は分かっているが、距離２０６は可変であり、分かっていない。オブジェクト２０１と画像２０２のサイズの差は、既知の技法を使用して容易に判断することができる。

点Ｄおよび点Ｃの場所が分かっているので、ライン２０８の相対角度を計算することが可能であり、その角度が分かれば、ライン２０９の正しい角度を計算することが可能である。ライン２０８およびライン２０９の延長を計算して、Ｘ線源２００の正確な場所を判断することができる。前述の既知の計算は、線源ロケーター１２０と関連付けられたコンピューティングデバイス（図示せず）上で達成されることを理解されたい。図２Ｃは、星型のオブジェクト２０１の使用法を示す。これは、図２Ｂに示される円盤２０１より明確な視覚ランドマークを有する図の一例を表し、必要とされる計算を単純化するために用いることができる。

図２Ｄは、Ｘ線が中心から外れているが、前述の同じプロセスを使用してその正確な場所を計算できる一例を示す。図２Ｄはまた、Ｘ線源２００の場所情報が保存される前述のデジタル記憶装置２１０の表示を示す。

図３を特に参照すると、線源ロケーター１２０は、Ｘ線機器１１０のＸ線ヘッド１１５に配置されるか、これと一体化されるか、またはこれに着脱自在に取り付け可能である。ロケーター１２０は、前述のポータブルＸ線機器１１０のＸ線の実焦点２００の場所を判断するために使用される。線源ロケーター１２０は、たとえば、その上に配置された赤外線（ＩＲ）送信器１３０を有し、Ｘ線プレート１５０は、たとえば、その上に配置されたＩＲ受信器１４０を有する。送信器１３０からのＩＲ送信は、Ｘ線源２００の場所を伝達するために、ＩＲ受信器１４０によって受信される。Ｘ線源２００の場所はデジタルデバイス２１０に保存され、この保存された情報は、ＩＲ送信器１３０によって使用されることが理解されよう。ＩＲ送信器およびＩＲ受信器を使用して特定のオブジェクトの場所を伝送するという一般的な概念は、既知のものである。たとえば、特許文献１を参照されたい。このシステムまたは類似の既知の技法は、本発明において使用することができる。

Ｘ線源２００の場所が判断され、グリッド１６０が後述のように調整された後、線源ロケーター１２０をＸ線ヘッド１１５から取り外すことができる。しかし、Ｘ線源２００の場所は、依然としてデジタル記憶装置２１０に保存されており、したがって、線源２００の場所は、ポータブルＸ線機器を後で使用した場合に利用可能である。

次に図４を参照すると、Ｘ線プレート１５０の一実施形態が示されている。一実施形態では、可撓性フィルターである散乱線除去グリッド１６０が、検出器１５５を着脱自在に受けるために使用されるＸ線プレート１５０に取り付けられる。他の実施形態では、グリッド１６０は、Ｘ線プレート１５０に着脱自在に取り付けられてもよい。使用に際して、Ｘ線プレート１５０は、患者がプレート１５０のグリッド１６０の上にいて、検出器１５５がその下に配置されるような向きにされる。グリッド１６０は、散乱したＸ線が検出器１５５に到達しないようにすることによって散乱の影響を低下させる。

検出器１５５は、Ｘ線感光フィルムまたはデジタルＸ線検出器を含むことができる。たとえば、適切なデジタル検出器としては、約１００マイクロメートルのピクセルピッチを有するアモルファスシリコントランジスタ−フォトダイオードアレイ上のヨウ化セシウム蛍光体（シンチレータ）が含まれうる。他の適切な検出器としては、電荷結合素子（ＣＣＤ）、またはＸ線をデジタル信号に直接変換するダイレクトデジタル検出器が含まれうる。感光フィルムは、平坦であり、平坦な画像面を画定するように示されているが、感光フィルムおよびデジタル検出器の他の構成、たとえば、湾曲した形状の感光フィルムまたは湾曲した画像面を有するデジタル検出器を適切に用いることができる。

さらに図４を参照すると、グリッド１６０は、線源ロケーター１１２によって判断されたＸ線焦点の場所に応じて調整される調整可能で動的なグリッド線１６２を有する。これによって、Ｘ線源２００からのＸ線放射の理想的なビーム経路が形成される。グリッド１６０は、Ｘ線ビームの理想的な経路を判断するために前述のＩＲ送信器およびＩＲ受信器を介して線源ロケーター１２０と通信し、次に、この理想的な経路に基づいて、グリッド線１６２は、理想的な経路とぴったりと合うように調整される。グリッド線１６２は、前述のように、放射線不透過性材料の個々のストリップのセットと、放射線透過性材料の個々のストリップのセットとを備える。

一実施形態では、グリッド線１６２の放射線不透過性材料は、計算された理想的な経路に基づいて鉛製ルーバーを調整するためにサーボモーターを用いる平行な鉛製ルーバー（ｌｅａｄ ｌｏｕｖｅｒ）を構成する。この実施形態では、コンピューターシステムは、線源ロケーターから理想的な経路情報を取得し、焦点の場所を計算して、次にサーボモーターを使用してルーバーを調整するために使用することができる。

図５Ａは、Ｘ線プレート１５０の別の実施形態を示す。Ｘ線プレート１５０は、流体マトリックス中に浮かぶ球体２６２の形をとるグリッド線から形成されるグリッド２６０を備える。グリッド２６０は、球体２６２が１つの面に存在する流体系または平面系の一部である。球体２６２は、いかなる種類の流体または半流体の放射線透過性材料２７０の中に浮遊してもよい。各球体２６２は、その中に配置された放射線不透過性材料２７５の面を有する。たとえば、各球体２６２は、中心面２７５内の球体２６２を横断する、鉛または類似の放射線不透過性材料の薄層２７５を有する。各球体２６２は同じ極性を有し、その結果、適切な電磁場の印加を受けて各球体２６２の各中心面が位置合わせする。理想的なＸ線経路が判断されると、前述のように、制御コンピューターが、グリッド２６０の平面系に電磁場を印加し、したがって、各球体２６２の鉛面２７５が、Ｘ線源２００から放射された理想的な経路に合わせて位置合わせする。電磁場を使用することによって、球体２６２は、Ｘ線源２００からのＸ線ビーム放射を遮断または許可するように選択的に調整される。図５Ｂは、球体２６２の１つの特定の位置合わせを示し、図５Ｃは、複数の面、具体的にはこの場合は２つの面を有する球体２６２を示し、これらは、散乱線除去グリッドの性能を向上させることができる。

本発明を特定の実施形態に関して説明してきたが、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく修正および変更を行うことができることが、当業者には理解されよう。かかる修正および変形は、添付の特許請求の範囲内に含まれるものとする。

Claims (8)

1. Ｘ線機器のＸ線源の場所を判断するためのシステムであって、
   Ｘ線源であって、前記Ｘ線源はＸ線ビームを放射し、前記放射されたＸ線ビームは理想的なビーム経路を有し、前記Ｘ線源は、前記Ｘ線源と関連付けられた線源ロケーターを有し、前記線源ロケーターはＩＲ送信器を含む、Ｘ線源を備え、
   Ｘ線不透過性オブジェクトの相対的位置および前記Ｘ線不透過性オブジェクトの画像に基づいて前記Ｘ線源の前記場所を指定する場所情報を生成するためのコンピューティングデバイスと、前記コンピューティングデバイスから得た前記場所情報を保存するためのデジタル記憶装置と
   をさらに含み、
   前記デジタル記憶装置に保存される前記場所情報は、前記ＩＲ送信器によって送信されることを特徴とするシステム。
2. 前記Ｘ線源はポータブルＸ線機器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. Ｘ線グリッド線を有するＸ線グリッドをさらに備え、前記Ｘ線グリッド線は、前記ＩＲ送信器に伝送された前記場所情報に応じて前記Ｘ線源の前記理想的なビーム経路に合うように調整され、前記放射されたＸ線ビームが前記Ｘ線グリッドを通過することを選択的に可能にすることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. コントラストが増加し、ノイズが減少したＸ線画像を取得するためのシステムであって、Ｘ線源を含み、前記Ｘ線源はＸ線ビームを放射し、前記放射されたＸ線ビームは理想的なビーム経路を有し、前記Ｘ線源は、前記Ｘ線源と関連付けられた線源ロケーターを有し、前記線源ロケーターは、前記線源ロケーターと関連付けられたＩＲ送信器を含み、前記システムは、調整可能なＸ線グリッドをさらに含み、前記システムは、
   前記Ｘ線グリッドに含まれる複数のグリッド線であって、放射線不透過性材料を備える、複数のグリッド線と、
   Ｘ線不透過性オブジェクトの相対的位置および前記Ｘ線不透過性オブジェクトの画像に基づいて前記Ｘ線源の場所を指定する場所情報を生成するための、前記線源ロケーターの一部として含まれるコンピューティングデバイスと、
   前記グリッド線が、第１の位置にある前記Ｘ線源からの前記Ｘ線ビーム放射と位置合わせするように前記グリッド線を調整するための、前記場所情報に応答する調整機構と
   をさらに備え、
   前記調整可能なＸ線グリッドの前記グリッド線は、第２の位置にある前記Ｘ線源からの前記Ｘ線ビーム放射を遮断することを特徴とするシステム。
5. 前記複数のグリッド線は放射線透過性材料をさらに備え、前記放射線不透過性材料は、前記放射線透過性材料と交互に並ぶことを特徴とする請求項４に記載のシステム。
6. 前記複数のグリッド線の前記放射線透過性材料は、個々の放射線透過性球体を備え、前記放射線不透過性材料は、前記放射線透過性球体のそれぞれの中央面に配置されることを特徴とする請求項５に記載のシステム。
7. 前記放射線不透過性材料は、第１の帯磁した側面と、第２の帯磁した側面とを有し、前記第１の帯磁した側面は、前記第２の帯磁した側面と反対の磁荷であることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. 散乱線除去グリッド内のグリッド線を調整する方法であって、
   Ｘ線源を用意するステップであって、前記Ｘ線源はＸ線ビームを放射し、前記Ｘ線源は、前記Ｘ線源と関連付けられた、Ｘ線不透過性オブジェクトの相対的位置および前記Ｘ線不透過性オブジェクトの画像に基づいて前記Ｘ線源の場所を指定する場所情報を提供する線源ロケーターを有し、前記線源ロケーターはＩＲ送信器を含む、ステップと、
   Ｘ線グリッド線を有する調整可能なＸ線グリッドを用意するステップと、
   前記ＩＲ送信器が前記場所情報を送信するステップと、
   前記ＩＲ送信器によって送信された前記場所情報に応じて前記Ｘ線源の前記Ｘ線ビーム放射に合うように前記Ｘ線グリッド線を調整するステップと
   を含むことを特徴とする方法。

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