JP6080610B2 - マルチ放射線発生装置および放射線撮影システム - Google Patents
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Description
本発明は、医療機器および産業機器分野における非破壊Ｘ線撮影等に適用できるマルチ放射線発生装置およびそれを用いた放射線撮影システムに関する。
近年、マンモグラフィなどの放射線撮影分野において、被検体の深さ方向の情報を得る手段として、トモシンセシス撮影が行われている。トモシンセシス撮影は、被検体に対して複数の角度から放射線を照射して画像を撮影し、得られた複数の画像を再構成することにより断層画像を形成するものである。
通常トモシンセシス撮影では、放射線発生管を被検体に対して所定の角度の範囲（±７．５°〜±２５°程度）で移動させながら、放射線を照射して撮影を行っている。しかしながら、撮影時に放射線発生管が移動するために、画像にアーチファクトを生じるという課題や、機械的な移動に時間を要するため撮影時間が長くなるという課題があった。また、放射線発生管の移動が被験者に恐怖感を与える場合があった。
従来、このような課題を解決できる手段として、特許文献１に示されるように、マルチ放射線源を用いたトモシンセシス撮影技術が提案されている。特許文献１は、複数の放射線源を用いて複数の角度から被写体に順次放射線を照射することにより、放射線源を静止した状態でトモシンセシス撮影を行う技術を開示している。
ところで、臨床使用においては、トモシンセシス画像と従来の２Ｄ（二次元）画像（非トモシンセシス画像）の両方の画像を使用するのが望ましいことがある。２Ｄ画像は、トモシンセシス画像と比較してより高い空間解像度を有することや、医療従事者にとって長年の知見があるというメリットがある。そのため、２Ｄ画像において疑わしいと思われる箇所を、トモシンセシス画像でより詳細に観察するという使い方をする場合がある。
前記特許文献１は、トモシンセシス撮影用のマルチ放射線源とは別に、トモシンセシス撮影の軌道外に非トモシンセシス撮影用の放射線源を備えた放射線撮影装置も開示している。
しかしながら、トモシンセシス撮影用の放射線源と非トモシンセシス撮影用の放射線源を別々に備えることは、装置の構成が複雑になり、装置の製造コストが増加するという課題があった。また、トモシンセシス撮影用の放射線源と非トモシンセシス撮影用の放射線源を別々に設けているので、両者の位置がずれることになる。このため、この位置ずれによっては、トモシンセシス撮影時と非トモシンセシス撮影時とで放射線源を移動する必要を生じ、その分撮影に要する時間が長くなるという課題もあった。
本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、より簡単な構成でトモシンセシス撮影と非トモシンセシス撮影の両方に適用できるマルチ放射線発生装置および該マルチ放射線発生装置を用いた放射線撮影システムを提供することにある。
上記課題を解決するために本発明の第１は、所定方向に列状に配列された複数の電子源を備えるカソードアレイと、
それぞれが前記複数の電子源に対応して列状に設けられ、該電子源から放出された電子の照射により放射線を発生する複数のターゲットと、前記ターゲットを保持する開口を備えた遮蔽部材と、を備え、前記複数のターゲットがそれぞれ前記遮蔽部材の前記開口に保持されたアノードアレイと、
を有するマルチ放射線発生装置であって、
前記複数のターゲットは、トモシンセシス撮影と非トモシンセシス撮影の両者に用いられる両用ターゲットと、トモシンセシス撮影にのみ用いられ前記所定方向に列状に配列された複数の単用ターゲットからなる単用ターゲットアレイと、を含み、
前記両用ターゲットは前記単用ターゲットアレイとともに前記遮蔽部材に接続されていることを特徴とするマルチ放射線発生装置を提供するものである。
また、本発明の第２は、所定方向に列状に配列された複数の電子源と、
それぞれが前記複数の電子源に対応して列状に設けられ、該電子源から放出された電子の照射により放射線を発生する複数のターゲットと、前記ターゲットを保持する開口を備えた遮蔽部材と、を備え、前記複数のターゲットがそれぞれ前記遮蔽部材の前記開口に保持されたマルチ放射線発生装置であって、
前記複数のターゲットは、トモシンセシス撮影と非トモシンセシス撮影の両者に用いられる両用ターゲットと、トモシンセシス撮影にのみ用いられ前記所定方向に列状に配列された複数の単用ターゲットからなる単用ターゲットアレイと、を含み、
前記両用ターゲットは前記単用ターゲットアレイとともに前記遮蔽部材に接続されていることを特徴とするマルチ放射線発生装置を提供するものである。
それぞれが前記複数の電子源に対応して列状に設けられ、該電子源から放出された電子の照射により放射線を発生する複数のターゲットと、前記ターゲットを保持する開口を備えた遮蔽部材と、を備え、前記複数のターゲットがそれぞれ前記遮蔽部材の前記開口に保持されたアノードアレイと、
を有するマルチ放射線発生装置であって、
前記複数のターゲットは、トモシンセシス撮影と非トモシンセシス撮影の両者に用いられる両用ターゲットと、トモシンセシス撮影にのみ用いられ前記所定方向に列状に配列された複数の単用ターゲットからなる単用ターゲットアレイと、を含み、
前記両用ターゲットは前記単用ターゲットアレイとともに前記遮蔽部材に接続されていることを特徴とするマルチ放射線発生装置を提供するものである。
また、本発明の第２は、所定方向に列状に配列された複数の電子源と、
それぞれが前記複数の電子源に対応して列状に設けられ、該電子源から放出された電子の照射により放射線を発生する複数のターゲットと、前記ターゲットを保持する開口を備えた遮蔽部材と、を備え、前記複数のターゲットがそれぞれ前記遮蔽部材の前記開口に保持されたマルチ放射線発生装置であって、
前記複数のターゲットは、トモシンセシス撮影と非トモシンセシス撮影の両者に用いられる両用ターゲットと、トモシンセシス撮影にのみ用いられ前記所定方向に列状に配列された複数の単用ターゲットからなる単用ターゲットアレイと、を含み、
前記両用ターゲットは前記単用ターゲットアレイとともに前記遮蔽部材に接続されていることを特徴とするマルチ放射線発生装置を提供するものである。
また、本発明の第３は、上記本発明の第１に係るマルチ放射線発生装置と、
該マルチ放射線発生装置から放出されて被検体を透過した放射線を検出する放射線検出装置と、
前記放射線発生装置と前記放射線検出装置とを連携制御するシステム制御装置とを備えていることを特徴とする放射線撮影システムを提供するものである。
さらに、本発明の第４は、上記本発明の第２に係るマルチ放射線発生装置と、
前記マルチ放射線発生装置から放出され、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出装置と、
前記放射線発生装置と前記放射線検出装置とを連携制御するシステム制御装置とを備えることを特徴とする放射線撮影システムを提供するものである。
該マルチ放射線発生装置から放出されて被検体を透過した放射線を検出する放射線検出装置と、
前記放射線発生装置と前記放射線検出装置とを連携制御するシステム制御装置とを備えていることを特徴とする放射線撮影システムを提供するものである。
さらに、本発明の第４は、上記本発明の第２に係るマルチ放射線発生装置と、
前記マルチ放射線発生装置から放出され、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出装置と、
前記放射線発生装置と前記放射線検出装置とを連携制御するシステム制御装置とを備えることを特徴とする放射線撮影システムを提供するものである。
本発明のマルチ放射線発生装置は、複数の放射線源をトモシンセシス撮影に用いると共に、この複数の放射線源のうちの少なくとも１つの放射線源を、トモシンセシス撮影と非トモシンセシス撮影の両方に用いる両用放射線源としているものである。本発明によれば、一部の放射線源を両用放射線源とすることで、放射線発生装置の構成をより簡単な構成とすることができる。また、両用放射線源は、非トモシンセシス撮影とトモシンセシス撮影の両者に用いられる共通の位置に設けられているので、トモシンセシス撮影と非トモシンセシス撮影を放射線源の位置を変えることなく、連続して行うことができる。
ところで、一般にトモシンセシス撮影のトータル線量と非トモシンセシス撮影の線量はほぼ同等である。このため、例えば両用放射線源が１つの場合、非トモシンセシス撮影時にこの両用放射線源から放出させる線量は、トモシンセシス撮影時に１つの放射線源から放出させる線量の十数倍から数十倍となる。その結果、非トモシンセシス撮影において、必要な線量を得るために撮影時間を長くする必要が生じる。
本発明においては、両用放射線源のターゲット部を、トモシンセシス撮影用の放射線のみを発生させる単用放射線源のターゲット部に比して、同じ条件で電子が照射されたときの電子照射面の温度上昇を小さくしておくことができる。そして、このようにすることによって、非トモシンセシス撮影時に両用放射線源のターゲット部に投入できる電流量を大きくし、発生放射線量を増大させることで、撮影時間を短縮することが可能となる。
また、本発明に係る放射線撮影システムは、上記利益を有する放射線発生装置を用いたもので、上記と同様の利益を伴うものである。
以下、図面を用いて本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。なお、本明細書で特に図示または記載されない部分に関しては、当該技術分野の周知または公知技術を適用する。また、以下に参照する図面において、同じ符号は同様の構成要素を示す。
〔マルチ放射線発生装置の第１の実施形態〕
図１に示すように、本発明に係るマルチ放射線発生装置１は、電子を放出する電子源４と、電子の照射により放射線を発生するターゲット（以下の説明ではターゲット部と称する）５とを有する複数の放射線源２と、真空容器９とを備えている。各放射線源２の電子源４とターゲット部５がそれぞれ間隔をあけて一列に並べられていることで、放射線源２が列状に配置されている。なお、放射線源２のうち、トモシンセシス撮影と非トモシンセシス撮影の両者に用いられる放射線源を両用放射線源２ａ、トモシンセシス撮影にのみ用いられる放射線源２を単用放射線源２ｂとする。本実施形態における両用放射線源２ａは中央の１つであるが、本発明においては、放射線源２のうちの少なくとも１つが両用放射線源２ａであれば足り、複数の放射線源２を両用放射線源２ａとすることもできる。複数の両用放射線源２ａを設ける場合、装置のコストアップを抑制するため、放射線源２の総数の１／１０以下、特に３つ以下の個数とすることが好ましい。また、両用放射線源２ａは、非トモシンセシス撮影時に、必要な領域に放射線を照射しやすくするために、放射線源２の列の中央に配置されていることが好ましい。
図１に示すように、本発明に係るマルチ放射線発生装置１は、電子を放出する電子源４と、電子の照射により放射線を発生するターゲット（以下の説明ではターゲット部と称する）５とを有する複数の放射線源２と、真空容器９とを備えている。各放射線源２の電子源４とターゲット部５がそれぞれ間隔をあけて一列に並べられていることで、放射線源２が列状に配置されている。なお、放射線源２のうち、トモシンセシス撮影と非トモシンセシス撮影の両者に用いられる放射線源を両用放射線源２ａ、トモシンセシス撮影にのみ用いられる放射線源２を単用放射線源２ｂとする。本実施形態における両用放射線源２ａは中央の１つであるが、本発明においては、放射線源２のうちの少なくとも１つが両用放射線源２ａであれば足り、複数の放射線源２を両用放射線源２ａとすることもできる。複数の両用放射線源２ａを設ける場合、装置のコストアップを抑制するため、放射線源２の総数の１／１０以下、特に３つ以下の個数とすることが好ましい。また、両用放射線源２ａは、非トモシンセシス撮影時に、必要な領域に放射線を照射しやすくするために、放射線源２の列の中央に配置されていることが好ましい。
各ターゲット部５は、ターゲット層６ａと支持基板６ｂを備えており、ターゲット層６ａは支持基板６ｂの電子源４との対向面に形成されている。電子源４から放出された電子がターゲット部５のターゲット層６ａに入射すると放射線が発生する。発生した放射線は、支持基板６ｂを透過した後、マルチ放射線発生装置１の外部に放出される。
マルチ放射線発生装置１の内部は減圧雰囲気に保たれている。マルチ放射線発生装置１の内部の真空度は１０-4〜１０-8Ｐａ程度であれば良い。減圧雰囲気の形成は、真空容器９に不図示の排気管を設けておくことで行うことができる。排気管を設けた場合、例えば排気管を通じてマルチ放射線発生装置１の内部を排気した後、排気管の一部を封止することで、マルチ放射線発生装置１の内部を減圧状態にすることができる。マルチ放射線発生装置１の内部には、必要な真空度を保つために不図示のゲッターを配置しても良い。
電子源４には、タングステンフィラメントや含浸型カソードのような熱陰極またはカーボンナノチューブ等の冷陰極を用いることができる。各放射線源２の電子源４の近傍には、不図示の引出し電極およびレンズ電極を設けても良い。引出し電極およびレンズ電極は、電子源４とターゲット部５の間に、引出し電極、レンズ電極の順に設けられる。これらを設けた場合、引出し電極によって形成される電界によって電子源４からの電子の放出が促され、放出された電子はレンズ電極で収束され、ターゲット部５に入射し放射線が発生する。
支持基板６の電子源４側の面に設置されているターゲット層６ａを構成する材料は、融点が高く、放射線発生効率の高いものが好ましく、例えばタングステン、タンタル、モリブデンおよびそれらの合金等を用いることができる。ターゲット層６ａの厚みは、１〜２０μｍが適している。
支持基板６ｂを構成する材料は、ターゲット層６ａを支持し、マルチ放射線発生装置１の内外を仕切って内部を密閉できる強度を有することが好ましい。また、ターゲット層６ａで発生した放射線の吸収が少なく、かつターゲット層６ａで発生した熱をすばやく放熱できるよう、熱伝導率の高いものが好ましい。例えばダイアモンド、炭化シリコン、窒化アルミニウム等を用いることができる。
図示するように、各放射線源２のターゲット部５の周囲を囲んで放射線遮蔽部材７，８を配置することもできる。放射線遮蔽部材７，８は、ターゲット層６ａから放出された放射線のうち、不要な放射線を遮るものである。電子源４の側の放射線遮蔽部材８は、ターゲット部５のターゲット層６ａへの電子源４からの電子の照射を許容する通過孔１０を有している。電子源４とは反対側の放射線遮蔽部材７は、ターゲット部５のターゲット層６ａで発生した放射線の所定の領域への放出を許容する放出孔１１を有している。なお、本実施形態では、電子源４の側の放射線遮蔽部材８と電子源４とは反対側の放射線遮蔽部材７とに分けられているが、両者を一体とすることもできる。
電子源４から放出された電子は、放射線遮蔽部材８の通過孔１０を通過してターゲット部５のターゲット層６ａに照射される。このときターゲット層６ａより電子源４側に散乱した不要な放射線は、放射線遮蔽部材８で遮蔽される。また、ターゲット層６ａおよび支持基板６ｂを透過した放射線は、放射線遮蔽部材７の放出孔１１を通過する。このとき不要な方向への放射線は放射線遮蔽部材７で遮蔽され、放射線は放出孔１１を介して所定の領域へと放出される。放射線遮蔽部材７，８を構成する材料は、放射線の吸収率が高く、かつ熱伝導率の高いものが好ましい。例えばタングステン、タンタル、銅等の金属材料を用いることができる。なお、図１においては、各放射線源２に設けられている放射線遮蔽部材７，８をそれぞれ区別して示しているが、これらを一連に形成すると、放射線遮蔽部材７，８全体の伝熱性が向上するので好ましい。
本実施形態のマルチ放射線発生装置１は、複数の放射線源２が列状に配置されているため、後述するような放射線撮影システムにおける、トモシンセシス撮影に好適に用いることができる。また、放射線源２のうちの少なくとも１つが両用放射線源２ａであるため、トモシンセシス撮影時と同じ放射線源２の位置で非トモシンセシス撮影も行うことができる。
〔マルチ放射線発生装置の第２の実施形態〕
図２に示す実施形態は、基本的には第１の実施形態と同様である。しかし、両用通放射線源２ａのターゲット部５の電子照射面の温度上昇が、同じ条件で電子が照射されたときの単用放射線源２ｂのターゲット部５の電子照射面の温度上昇に比して小さくなっている。具体的には、図２（ｃ）に示すように、両用放射線源２ａのターゲット部５を構成する支持基板６ｂの厚みが、単用放射線源２ｂのターゲット部５を構成する支持基板６ｂの厚みよりも厚くなっている。
図２に示す実施形態は、基本的には第１の実施形態と同様である。しかし、両用通放射線源２ａのターゲット部５の電子照射面の温度上昇が、同じ条件で電子が照射されたときの単用放射線源２ｂのターゲット部５の電子照射面の温度上昇に比して小さくなっている。具体的には、図２（ｃ）に示すように、両用放射線源２ａのターゲット部５を構成する支持基板６ｂの厚みが、単用放射線源２ｂのターゲット部５を構成する支持基板６ｂの厚みよりも厚くなっている。
ところで、ターゲット層６ａに電子が入射したとき、入射したエネルギーの大部分は熱に変換される。そのため、ターゲット層６ａに入射可能な電子の量（電流量）は、ターゲット層６ａの耐熱性および放熱性によって制約される。本実施形態では、ターゲット層６ａで発生した熱は、支持基板６および放射線遮蔽部材７，８を介して、マルチ放射線発生装置１の外部に放熱される。両用放射線源２ａにおいては、他の放射線源２である単用放射線源２ｂに比べて支持基板６ｂの厚みが厚いため、ターゲット層６ａで発生した熱は、支持基板６ｂを介して速やかに放射線遮蔽部材７，８に伝わる。そのため、同じ条件でターゲット層６ａに電子が照射されたときに、電子照射面であるターゲット層６ａの温度上昇が単用放射線源２ｂよりも小さく、ターゲット層６ａに入射可能な電流量をより大きくすることができる。
支持基板６ｂの厚みは、一般的に０．０５〜１０ｍｍが適している。本実施形態における両用放射線源３のターゲット部５を構成する支持基板６ｂの厚みは、支持基板６ｂの構成材料にもよるが、上記厚みの範囲において、単用放射線源２ｂのターゲット部５を構成する支持基板６ｂの厚みの１．５倍〜５倍程度とするのが好ましい。なお、全ての放射線源２における支持基板６ｂの厚みを、両用放射線源２ａにおける支持基板６ｂの厚みと同様に厚くすることも可能であるが、両用放射線源３における支持基板６ｂの厚みのみを厚くすることで、不要な製造コストの増加を避けることができる。
以上の実施形態によれば、両用放射線源２ａと単用放射線源２ｂとが列状に配置されたマルチ放射線発生装置において、両用放射線源２ａのターゲット部５に投入可能な電流量を、単用放射線源２ｂのターゲット部５に投入可能な電流量よりも大きくできる。従って、発生放射線量の大きな両用放射線源２ａを備えたマルチ放射線発生装置を提供することができる。
〔マルチ放射線発生装置の第３の実施形態〕
両用放射線源２ａのターゲット部５の電子照射面の温度上昇を、同じ条件で電子が照射されたときの単用放射線源２ｂのターゲット部５の電子照射面の温度上昇より小さくすることは、図３の構成によっても得ることができる。図３に示す両用放射線源２ａの支持基板６ｂの径は、単用放射線源２ｂの支持基板６ｂの径よりも大きくなっている。本例において、ターゲット層６ａで発生した熱は、支持基板６ｂおよび放射線遮蔽部材７，８を介して、マルチ放射線発生装置１の外部に放熱される。前述のように、支持基板６ｂとしては、ダイアモンド、炭化シリコン、窒化アルミニウム等を用いることができるが、これらの材料は、放射線遮蔽部材７，８を構成する金属材料よりも熱伝導率が高い。そのため、支持基板６ｂの径を大きくすることで、ターゲット層６ａの放熱特性をより高くすることができ、ターゲット層６ａに入射可能な電流量を大きくすることができる。
両用放射線源２ａのターゲット部５の電子照射面の温度上昇を、同じ条件で電子が照射されたときの単用放射線源２ｂのターゲット部５の電子照射面の温度上昇より小さくすることは、図３の構成によっても得ることができる。図３に示す両用放射線源２ａの支持基板６ｂの径は、単用放射線源２ｂの支持基板６ｂの径よりも大きくなっている。本例において、ターゲット層６ａで発生した熱は、支持基板６ｂおよび放射線遮蔽部材７，８を介して、マルチ放射線発生装置１の外部に放熱される。前述のように、支持基板６ｂとしては、ダイアモンド、炭化シリコン、窒化アルミニウム等を用いることができるが、これらの材料は、放射線遮蔽部材７，８を構成する金属材料よりも熱伝導率が高い。そのため、支持基板６ｂの径を大きくすることで、ターゲット層６ａの放熱特性をより高くすることができ、ターゲット層６ａに入射可能な電流量を大きくすることができる。
支持基板６ｂの径は、放射線の焦点径や放射線源２の間隔、支持基板６ｂの製造コストや加工容易性等によって適切な範囲が決まるが、概ね１〜１０ｍｍが適している。両用放射線源２ａの支持基板６ｂの径は、支持基板６ｂを構成する材料によっても異なるが、単用放射線源２ｂの支持基板６ｂの径の１．５倍〜５倍程度とするのが好ましい。なお、全ての放射線源２の支持基板６ｂの径を、両用放射線源２ａの支持基板６ｂの径と同様に大きくすることも可能であるが、両用放射線源２ｂの支持基板６ｂの径のみを大きくすることで、不要な製造コストの増加を避けることができる。
以上のように、図３に示す構成を採用することでも、両用放射線源２ａのターゲット部５に投入可能な電流量を、単用放射線源２ｂのターゲット部５に投入可能な電流量よりも大きくできる。従って、発生放射線量の大きな両用放射線源２ａを備えたマルチ放射線発生装置を提供することができる。
〔マルチ放射線発生装置の第４の実施形態〕
本実施形態は、基本的には第１の実施形態と同様である。しかし、図４に示すように、両用放射線源２ａに対応する放射線遮蔽部材７，８が、単用放射線源２ｂに対応する放射線遮蔽部材７，８よりも、ターゲット部５の列および電子の入射方向に対して直角方向に厚い構造を有する。本実施形態において、ターゲット層６ａで発生した熱は、支持基板６ｂおよび放射線遮蔽部材７，８を介して、マルチ放射線発生装置１の外部に放熱される。両用放射線源３に対応する放射線遮蔽部材７，８を上記のように厚くしておくことで、熱が等方的に広く拡散し、放熱性がより高くなる。また、放射線遮蔽部材７，８の熱容量が大きくなり、温度上昇が低減する。そのため、ターゲット層６ａに入射可能な電流量を大きくすることができる。
本実施形態は、基本的には第１の実施形態と同様である。しかし、図４に示すように、両用放射線源２ａに対応する放射線遮蔽部材７，８が、単用放射線源２ｂに対応する放射線遮蔽部材７，８よりも、ターゲット部５の列および電子の入射方向に対して直角方向に厚い構造を有する。本実施形態において、ターゲット層６ａで発生した熱は、支持基板６ｂおよび放射線遮蔽部材７，８を介して、マルチ放射線発生装置１の外部に放熱される。両用放射線源３に対応する放射線遮蔽部材７，８を上記のように厚くしておくことで、熱が等方的に広く拡散し、放熱性がより高くなる。また、放射線遮蔽部材７，８の熱容量が大きくなり、温度上昇が低減する。そのため、ターゲット層６ａに入射可能な電流量を大きくすることができる。
両用放射線源２ａに対応する放射線遮蔽部材７，８の、ターゲット部５の列および電子の入射方向に対する直角方向の厚みは、ターゲット層６ａで発生する熱の伝達距離Ｌよりも大きい値とするのが好ましい。熱の伝達距離Ｌは下記式（１）で示される。
Ｌ＝｛（ｔ×λ）／（Ｃ×ρ）｝0.5 ・・・（１）
ここで、ｔは非トモシンセシス撮影における平均的な撮影時間、λは放射線遮蔽部材７，８の熱伝導率、Ｃは放射線遮蔽部材７，８の比熱、ρは放射線遮蔽部材７，８の密度である。
なお、全ての放射線源２に対応する放射線遮蔽部材７，８を、ターゲット部５の列および電子の入射方向に対して直角方向に厚い構造とすることも可能である。しかし、両用放射線源２ａに対応する放射線遮蔽部材７，８の厚みのみを厚くすることで、不要な製造コストの増加および重量の増加を避けることができる。
以上の実施形態によれば、両用放射線源２ａと単用放射線源２ｂとが列状に配置されたマルチ放射線発生装置において、両用放射線源２ａのターゲット部５に投入可能な電流量を、単用放射線源２ｂのターゲット部５に投入可能な電流量よりも大きくできる。従って、発生放射線量の大きな両用放射線源２ａを備えたマルチ放射線発生装置を提供することができる。
〔マルチ放射線発生装置の第５の実施形態〕
本実施形態は、基本的には第１の実施形態と同様である。しかし、図５に示すように、両用放射線源３に対応する放射線遮蔽部材７，８に放熱用のフィン１２が接続された構造を有する。フィン１２は、放射線遮蔽部材７，８の表面であって、少なくとも真空容器９よりも外側の領域に設けるのが好ましい。
本実施形態は、基本的には第１の実施形態と同様である。しかし、図５に示すように、両用放射線源３に対応する放射線遮蔽部材７，８に放熱用のフィン１２が接続された構造を有する。フィン１２は、放射線遮蔽部材７，８の表面であって、少なくとも真空容器９よりも外側の領域に設けるのが好ましい。
本実施形態において、ターゲット層６ａで発生した熱は、支持基板６ｂおよび放射線遮蔽部材７，８を介して、マルチ放射線発生装置１の外部に放熱される。両用放射線源２ａにおいては、対応する放射線遮蔽部材７，８にフィン１２を接続することで、放射線遮蔽部材７，８からの放熱性が高くなり、ターゲット層６ａの温度上昇がより低減する。そのため、ターゲット層６ａに入射可能な電流量を増やすことができる。
フィン１２を構成する材料には、銅、アルミニウム等を用いることができる。また、フィン１２は、放射線遮蔽部材７，８と一体的に形成されていてもよい。なお、全ての放射線源２に対応する放射線遮蔽部材７，８にフィン１２を接続してもよいが、両用放射線源２ａに対応する放射線遮蔽部材７，８にのみフィン１２を接続することで、不要な製造コストの増加および重量の増加を避けることができる。
以上の実施形態によれば、両用放射線源２ａと単用放射線源２ｂとが列状に配置されたマルチ放射線発生装置において、両用放射線源２ａのターゲット部５に投入可能な電流量を、単用放射線源２ｂのターゲット部５に投入可能な電流量よりも大きくできる。従って、発生放射線量の大きな両用放射線源２ａを備えたマルチ放射線発生装置を提供することができる。
〔マルチ放射線発生装置の第６の実施形態〕
両用通放射線源２ａのターゲット部５の電子照射面の温度上昇を、同じ条件で電子が照射されたときの単用放射線源２ｂのターゲット部５の電子照射面の温度上昇より小さくすることは、図６（ａ）または（ｂ）の構成によっても得ることができる。図６（ａ）では、両用放射線源２ａに対応する放射線遮蔽部材８の通過孔１０が、単用放射線源２ｂに対応する放射線遮蔽部材８の通過孔１０よりも、ターゲット部５と接する位置での径が小さい構造となっている。図６（ｂ）では、両用放射線源２ａに対応する放射線遮蔽部材８の放出孔１１が、単用放射線源２ｂに対応する放射線遮蔽部材８の放出孔１１よりも、ターゲット部５と接する位置での径が小さい構造となっている。また、両用放射線源２ａに対応する放射線遮蔽部材８を、図６（ａ）の構成と図６（ｂ）の構成の両者を満たすものとすることもできる。
両用通放射線源２ａのターゲット部５の電子照射面の温度上昇を、同じ条件で電子が照射されたときの単用放射線源２ｂのターゲット部５の電子照射面の温度上昇より小さくすることは、図６（ａ）または（ｂ）の構成によっても得ることができる。図６（ａ）では、両用放射線源２ａに対応する放射線遮蔽部材８の通過孔１０が、単用放射線源２ｂに対応する放射線遮蔽部材８の通過孔１０よりも、ターゲット部５と接する位置での径が小さい構造となっている。図６（ｂ）では、両用放射線源２ａに対応する放射線遮蔽部材８の放出孔１１が、単用放射線源２ｂに対応する放射線遮蔽部材８の放出孔１１よりも、ターゲット部５と接する位置での径が小さい構造となっている。また、両用放射線源２ａに対応する放射線遮蔽部材８を、図６（ａ）の構成と図６（ｂ）の構成の両者を満たすものとすることもできる。
本実施形態において、ターゲット層６ａで発生した熱は、支持基板６ｂおよび放射線遮蔽部材７，８を介して、マルチ放射線発生装置１の外部に放熱される。両用放射線源２ａにおいては、ターゲット層６ａへの電子の照射位置（発熱位置）と放射線遮蔽部材７および／または放射線遮蔽部材８との間の距離が小さくなっている。このため、ターゲット層６ａで発生した熱が、放射線遮蔽部材７および／または放射線遮蔽部材８に速やかに伝わり、ターゲット層６ａの放熱特性がより高くなるので、ターゲット層６ａに入射可能な電流量をより大きくすることができる。
通過孔１０および放出孔１１の径は、焦点径や、不要な放射線の遮蔽性、電子源４と放射線源２とのアライメント精度などから、適正な値が設定される。通過孔１０および／または放出孔１１の径を小さくすると、電子源４と放射線源２とのアライメントに高い精度が必要となる。そこで、両用放射線源２ａのみ通過孔１０および／または放出孔１１の径を小さくし、高い精度のアライメントは両用放射線源２ａだけに止めることができるようにすることが好ましい。
以上のように、図６（ａ），（ｂ）に示す構成を採用することでも、両用放射線源２ａのターゲット部５に投入可能な電流量を、単用放射線源２ｂのターゲット部５に投入可能な電流量よりも大きくできる。従って、発生放射線量の大きな両用放射線源２ａを備えたマルチ放射線発生装置を提供することができる。
〔マルチ放射線発生装置の第７の実施形態〕
図７に示される両用放射線源３のターゲット部５は、電子が入射する方向に対して傾いて配置された構造となっている。また、他の放射線源２である単用放射線源２ｂのターゲット部５は、電子が入射する方向に対して垂直に配置されている。ターゲット部５を電子が入射する方向に対して傾いて配置することで、ターゲット部５に入射される単位面積あたりの電流密度を小さくすることができる。そのため、ターゲット部５に入射可能な電流量を大きくすることができる。両用放射線源２ａのターゲット部５は、電子が入射する方向に対して３０°〜６０°程度傾いて配置することが好ましい。なお、全ての放射線源２のターゲット部５を、両用放射線源２ａのターゲット部５と同様に傾いて配置することも可能であるが、両用放射線源２ａのターゲット部５のみを傾いて配置することで、不要な製造コストの増加を避けることができる。
図７に示される両用放射線源３のターゲット部５は、電子が入射する方向に対して傾いて配置された構造となっている。また、他の放射線源２である単用放射線源２ｂのターゲット部５は、電子が入射する方向に対して垂直に配置されている。ターゲット部５を電子が入射する方向に対して傾いて配置することで、ターゲット部５に入射される単位面積あたりの電流密度を小さくすることができる。そのため、ターゲット部５に入射可能な電流量を大きくすることができる。両用放射線源２ａのターゲット部５は、電子が入射する方向に対して３０°〜６０°程度傾いて配置することが好ましい。なお、全ての放射線源２のターゲット部５を、両用放射線源２ａのターゲット部５と同様に傾いて配置することも可能であるが、両用放射線源２ａのターゲット部５のみを傾いて配置することで、不要な製造コストの増加を避けることができる。
以上のように、図７に示す構成を採用することでも、両用放射線源２ａのターゲット部５に投入可能な電流量を、単用放射線源２ｂのターゲット部５に投入可能な電流量よりも大きくできる。従って、発生放射線量の大きな両用放射線源２ａを備えたマルチ放射線発生装置を提供することができる。
〔放射線撮影システムの実施形態〕
次に、本発明のマルチ放射線発生装置を用いた放射線撮影システムについて説明する。マルチ放射線発生装置には、前記実施形態１〜７で説明したマルチ放射線発生装置を適用することができる。
次に、本発明のマルチ放射線発生装置を用いた放射線撮影システムについて説明する。マルチ放射線発生装置には、前記実施形態１〜７で説明したマルチ放射線発生装置を適用することができる。
図８は、本発明のマルチ放射線発生装置１を用いた放射線撮影システムの構成図である。システム制御装置２２は、マルチ放射線発生装置１と放射線検出装置２１とを連携制御する。装置制御部２０は、システム制御装置２２による制御の下に、マルチ放射線発生装置１に各種の制御信号を出力する。制御信号により、マルチ放射線発生装置１から放出される放射線の放出状態が制御される。マルチ放射線発生装置１から放出された放射線は、被検体２５を透過して検出器２６で検出される。放射線検出装置２１は、検出した放射線を画像信号に変換して信号処理部２４に出力する。信号処理部２４は、システム制御装置２２による制御の下に、画像信号に所定の信号処理を施し、処理された画像信号を制御装置２２に出力する。システム制御装置２２は、処理された画像信号に基いて、表示装置２３に画像を表示させるための表示信号を表示装置２３に出力する。表示装置２３は、表示信号に基づく画像を、被検体２５の撮影画像としてスクリーンに表示する。
次に図９を用いて、本発明の放射線撮影システムを用いたトモシンセシス撮影および非トモシンセシス撮影について説明する。本発明の放射線撮影システムは、列状に配置された放射線源２（例えば図１参照）より順次放射線を照射するトモシンセシス撮影モードと、両用放射線源２ａ（同前）のみから放射線を照射する非トモシンセシス撮影モードを有する。
図９（ａ）に示すように、トモシンセシス撮影モードにおいては、例えば図１に示す両用放射線源２ａを含む複数の放射線源２より、順次放射線を被検体２５に照射する。被検体２５を透過した放射線は検出器２６で検出され、複数枚の画像が撮影される。撮影された複数枚の画像は信号処理部２４で再構成されて断層画像が形成される。図９（ｂ）に示すように、非トモシンセシス撮影モードにおいては、両用放射線源２ａより放射線を被検体２５に照射する。被検体２５を透過した放射線は検出器２６で検出され、信号処理部２４で２Ｄ画像が形成される。
本発明の放射線撮影システムにおいては、トモシンセシス撮影と非トモシンセシス撮影を、放射線源２の位置を変えずに連続して行うことができる。また、両方の撮影に用いる両用放射線源２ａを、単用放射線源２ｂよりもターゲット部５に投入可能な電流量を大きくできる構造とすることで、撮影時間を短縮することが可能である。ターゲット部５への電流量は、電子源４とターゲット部５との間に印加する加速電圧をシステム制御装置２２で制御することで調整することができる。例えば、トモシンセシス撮影モードにおいては、全ての放射線源２の電子源４とターゲット部５との間に、同じ第１の加速電圧を印加させる。また、非トモシンセシス撮影モードにおいては、両用放射線源２ａの電子源４とターゲット部５との間に、第１の加速電圧とは異なる第２の加速電圧を印加させる。そして、第１の加速電圧よりも第２の加速電圧を大きくすることで、両用放射線源２ａのターゲット部５の電流量を単用放射線源２ｂのターゲット部５の電流量より大きくすることができる。
また、電子源４とターゲット部５との間に不図示の引出し電極を設け、引出し電極に印加する電圧をシステム制御装置２２で制御することで、ターゲット部５への電流量を調整することができる。例えば、トモシンセシス撮影モードにおいては、全ての放射線源２の電子源４と引出し電極との間に、同じ第１の電圧が印加される。また、非トモシンセシス撮影モードにおいては、両用放射線源２ａの電子源４と引出し電極との間に、第１の電圧とは異なる第２の電圧が印加される。そして、第１の電圧よりも第２の電圧を大きくすることで、両用放射線源２ａのターゲット部５の電流量を、単用放射線源２ｂのターゲット部５の電流量より大きくすることができる。
以上、本発明によるマルチ放射線発生装置を用いることで、トモシンセシス撮影と非トモシンセシス撮影の両方に適用できる放射線撮影システムを提供することができる。
１：マルチ放射線発生装置、２：放射線源、２ａ：両用放射線源、２ｂ：単用放射線源、４：電子源、５：ターゲット、６：支持基板、７，８：放射線遮蔽部材、９：真空容器、１０：通過孔、１１：放出孔、１２：フィン、２０：装置制御部、２１：放射線検出装置、２２：システム制御装置、２３：表示装置、２４：信号処理部、２５：被検体、２６：検出器
Claims (28)
- 所定方向に列状に配列された複数の電子源を備えるカソードアレイと、
それぞれが前記複数の電子源に対応して列状に設けられ、該電子源から放出された電子の照射により放射線を発生する複数のターゲットと、前記ターゲットを保持する開口を備えた遮蔽部材と、を備え、前記複数のターゲットがそれぞれ前記遮蔽部材の前記開口に保持されたアノードアレイと、
を有するマルチ放射線発生装置であって、
前記複数のターゲットは、トモシンセシス撮影と非トモシンセシス撮影の両者に用いられる両用ターゲットと、トモシンセシス撮影にのみ用いられ前記所定方向に列状に配列された複数の単用ターゲットからなる単用ターゲットアレイと、を含み、
前記両用ターゲットは前記単用ターゲットアレイとともに前記遮蔽部材に接続されていることを特徴とするマルチ放射線発生装置。 - 前記両用ターゲットは前記単用ターゲットアレイと一列で前記遮蔽部材に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記ターゲットは、前記電子源に対向する側に位置するターゲット層と、前記ターゲット層を支持する支持基板と、からなることを特徴とする請求項１または２に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記両用ターゲットの前記支持基板は、前記単用ターゲットの前記支持基板よりも厚いことを特徴とする請求項３に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記両用ターゲットの前記支持基板は、前記単用ターゲットの前記支持基板よりも径が大きいことを特徴とする請求項３に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記両用ターゲットは、前記電子が入射する方向に対して傾いて配置され、前記単用ターゲットは、前記電子が入射する方向に対して垂直に前記遮蔽部材に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記遮蔽部材は、前記電子源の側に、前記ターゲットへの前記電子の照射を許容する通過孔と、前記電子源とは反対側に、前記ターゲットで発生した放射線の所定の方向への放出を許容する放出孔と、が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記両用ターゲットが接続される開口に対応する前記遮蔽部材の部分は、前記単用ターゲットに対応する前記遮蔽部材の部分よりも、前記ターゲットの配列方向に対して垂直であり、かつ、前記電子が照射される方向に対して垂直な方向において厚いことを特徴とする請求項７に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記両用ターゲットに対応する前記遮蔽部材に放熱フィンが接続されていることを特徴とする請求項１に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記両用ターゲットに対応する前記遮蔽部材の通過孔または放出孔は、単用ターゲットに対応する前記遮蔽部材の通過孔または放出孔よりも、前記ターゲットと接する位置における径が小さいことを特徴とする請求項７に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記各ターゲットが有する前記遮蔽部材が、前記ターゲットの配列方向において連続に形成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のマルチ放射線発生装置。
- 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のマルチ放射線発生装置と、
前記マルチ放射線発生装置から放出され、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出装置と、
前記放射線発生装置と前記放射線検出装置とを連携制御するシステム制御装置とを備えることを特徴とする放射線撮影システム。 - 前記列状に配置された前記複数のターゲットより順次放射線を照射するトモシンセシス撮影モードと、前記両用ターゲットのみから放射線を照射する非トモシンセシス撮影モードと、を有することを特徴とする請求項１２に記載の放射線撮影システム。
- 前記システム制御装置は、トモシンセシス撮影モードにおいては、前記カソードアレイと前記アノードアレイとの間に、第１の加速電圧を印加させ、非トモシンセシス撮影モードにおいては、前記カソードアレイと前記アノードアレイとの間に、前記第１の加速電圧とは異なる第２の加速電圧を印加させる制御を行うことを特徴とする請求項１３に記載の放射線撮影システム。
- 所定方向に列状に配列された複数の電子源と、
それぞれが前記複数の電子源に対応して列状に設けられ、該電子源から放出された電子の照射により放射線を発生する複数のターゲットと、前記ターゲットを保持する開口を備えた遮蔽部材と、を備え、前記複数のターゲットがそれぞれ前記遮蔽部材の前記開口に保持されたマルチ放射線発生装置であって、
前記複数のターゲットは、トモシンセシス撮影と非トモシンセシス撮影の両者に用いられる両用ターゲットと、トモシンセシス撮影にのみ用いられ前記所定方向に列状に配列された複数の単用ターゲットからなる単用ターゲットアレイと、を含み、
前記両用ターゲットは前記単用ターゲットアレイとともに前記遮蔽部材に接続されていることを特徴とするマルチ放射線発生装置。 - 前記両用ターゲットは前記単用ターゲットアレイと一列で前記遮蔽部材に接続されていることを特徴とする請求項１５に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記ターゲットは、前記電子源に対向する側に位置するターゲット層と、前記ターゲット層を支持する支持基板と、からなることを特徴とする請求項１５または１６に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記両用ターゲットの前記支持基板は、前記単用ターゲットの前記支持基板よりも厚いことを特徴とする請求項１７に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記両用ターゲットの前記支持基板は、前記単用ターゲットの前記支持基板よりも径が大きいことを特徴とする請求項１７に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記両用ターゲットは、前記電子が入射する方向に対して傾いて配置され、前記単用ターゲットは、前記電子が入射する方向に対して垂直に前記遮蔽部材に接続されていることを特徴とする請求項１５または１６に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記遮蔽部材は、前記電子源の側に、前記ターゲットへの前記電子の照射を許容する通過孔と、前記電子源とは反対側に、前記ターゲットで発生した放射線の所定の方向への放出を許容する放出孔と、が設けられていることを特徴とする請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記両用ターゲットが接続される開口に対応する前記遮蔽部材の部分は、前記単用ターゲットに対応する前記遮蔽部材の部分よりも、前記ターゲットの配列方向に対して垂直であり、かつ、前記電子が照射される方向に対して垂直な方向において厚いことを特徴とする請求項２１に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記両用ターゲットに対応する前記遮蔽部材に放熱フィンが接続されていることを特徴とする請求項１５に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記両用ターゲットに対応する前記遮蔽部材の通過孔または放出孔は、単用ターゲットに対応する前記遮蔽部材の通過孔または放出孔よりも、前記ターゲットと接する位置における径が小さいことを特徴とする請求項２１に記載のマルチ放射線発生装置。
- 前記各ターゲットが有する前記遮蔽部材が、前記ターゲットの配列方向において連続に形成されていることを特徴とする請求項１５乃至２４のいずれか１項に記載のマルチ放射線発生装置。
- 請求項１５乃至２５のいずれか１項に記載のマルチ放射線発生装置と、
前記マルチ放射線発生装置から放出され、被検体を透過した放射線を検出する放射線検出装置と、
前記放射線発生装置と前記放射線検出装置とを連携制御するシステム制御装置とを備えることを特徴とする放射線撮影システム。 - 前記列状に配置された前記複数のターゲットより順次放射線を照射するトモシンセシス撮影モードと、前記両用ターゲットのみから放射線を照射する非トモシンセシス撮影モードと、を有することを特徴とする請求項２６に記載の放射線撮影システム。
- 前記システム制御装置は、トモシンセシス撮影モードにおいては、前記複数の電子源と前記複数のターゲットとの間に、第１の加速電圧を印加させ、非トモシンセシス撮影モードにおいては、前記複数の電子源と前記複数のターゲットとの間に、前記第１の加速電圧とは異なる第２の加速電圧を印加させる制御を行うことを特徴とする請求項２７に記載の放射線撮影システム。
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