JP6324040B2 - 放射線撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、医療機器分野における放射線撮影装置に関する。本発明は、特に、複数のターゲットと前方遮蔽体とを有する放射線発生ユニットを備えた放射線撮影装置に関する。

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分離する手法として、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複数の画像を撮影し、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取得するものである。

特許文献１には、放射線発生管を回転移動させる機械的機構を備えたマンモ断層撮影装置が記載されている。特許文献１には、さらに、所定の角度範囲内において乳房に対するＸ線の曝射角度を変えながら被検体に曝射することにより、乳房の断層画像を得ることが記載されている。

しかしながら、回転機構を備えたマンモ断層撮影装置においては、撮影時の放射線発生管の回転移動に起因して撮影画像にブレが生じる場合があった。かかる撮影画像のブレは、再構成後の断層画像にアーチファクトを発生させる要因となる場合があった。また、放射線発生管の移動に伴う作動音が、撮影中の被験者に不安感を与える場合があった。

そこで、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が提案されている。特許文献２には、所定の間隔で複数の放射線発生源をアレイ状に配列された放射線源ユニットと、それぞれが放射線源の配列に対応して設けられた複数の開口を有する遮蔽体ユニットとを備えた放射線撮影装置が記載されている。

特開２００３‐３２５４９９号公報 米国特許出願公開第２００４／０２１３３７８号明細書 特開２０１０‐１１５２７０号公報

放射線撮影装置における撮影画像の分解能を規定する主たる要因として、放射線発生源における焦点径が挙げられる。本発明に係る放射線撮影装置の焦点のサイズは、電子放出源からターゲットに照射された電子線束の焦点のサイズにより実質的に規定される、本願明細書においては、これ以降、ターゲット上に電子線束により規定された電子線焦点を焦点と称する。

前述の撮影画像の高分解能化の観点から、焦点径は可能な限り小さいことが望まれる。一方で、ターゲットを構成する材料の耐熱性、放射線の出力強度の観点からは、ターゲットに流れる陽極電流密度と焦点径との下限と上限とがそれぞれ制限される。焦点径は、一般的には、ターゲットの耐熱性の観点から数十μｍを下限とし、分解能の観点から数ｍｍを上限とする有限の「焦点径」が選択される。

特許文献２に記載の放射線撮影装置において、放射線源ユニットの配列に対応させた複数の開口を有する遮蔽体ユニットを、放射線源ユニットの前方側に設けることが提案されている。

遮蔽体ユニットは、複数の放射線束を所定の方向に分離して取り出す為に、「隔壁部」を有している。かかる隔壁部は、不要な方向への放射線の放出を制限する目的から、放射線を減衰するための「高さ（厚さ）」を有している。通常、遮蔽体ユニットの隔壁部の「高さ」は、焦点から放射線検出ユニットに向かう方向に、０．１ｍｍ以上数十ｍｍ以下の範囲が一般的に採用される。

かかる遮蔽体ユニットを有する放射線撮影装置においては、ターゲットの配列方向の外側に、「焦点径」と遮蔽体ユニットの隔壁部の「高さ」とに起因する半陰影が不可避に発生する。半陰影は、検出器から見た焦点像において焦点の一部が欠損した不完全な放射線であって、撮影画像にアーチファクトを発生する不要な成分である。また半陰影は、複数のターゲットが配列する方向において放射線強度に分布を有するため、撮影画像の画質低下を招く点においても不要な成分である。

また、単一のターゲットを有した放射線撮影装置においては、前方遮蔽体の「高さ」を高くすることで半陰影を無視できる程度に無くすことが可能である。一方、複数のターゲットと遮蔽体ユニットとを備えた放射線撮影装置においては、複数の放射線束を重ねる目的から隔壁部の「高さ」が制限され、大きな半陰影空間が発生する。

さらに、半陰影は、複数のターゲット配列方向において、焦点の欠損の無い主曝射空間の外側に発生するため、主曝射空間よりも放射線撮影装置の外部に漏洩しやすかった。

半陰影の放射線撮影装置の外部への漏洩を抑制するために、放射線撮影装置全体を遮蔽部材で覆う形態も考えられるが、重量増加と高重心化とにより、放射線撮影装置の姿勢安定性が低下し撮影時の画像ブレが生じやすくなることが問題となる場合があった。従って、遮蔽部材の効果的な配置により半陰影の到達範囲を制限する放射線撮影装置が、ユーザビリティと撮影性能の観点から望まれていた。

本発明は、放射線撮影装置の外部に漏洩する半陰影を効果的に低減した放射線撮影装置を提供することを目的とする。

本発明は、列状に配列された複数のターゲットと、隣接する前記ターゲットを隔てる複数の隔壁部を有する前方遮蔽体と、を備えたターゲットアレイと、前記複数のターゲットの電子入射面に電子線束を照射する電子放出源と、を備えた放射線発生ユニットと、前記ターゲットアレイに対向し複数の検出素子を備えた検出部と、前記配列方向において前記検出部の外側に位置する遮蔽部と、を備えた放射線検出ユニットと、を有する放射線撮影装置であって、
前記放射線発生ユニットは、主曝射領域と前記主曝射領域の外側に位置する半陰影領域とを、前記放射線検出ユニットに形成し、前記遮蔽部は、少なくとも前記半陰影領域に位置する部分を有し、
前記隔壁部は、前記電子入射面の前記電子放出源の側とは反対側に向けて延びる高さｈ０を有し、前記電子放出源は前記電子入射面に焦点径Φの焦点を形成し、前記焦点の間隔がｐ、前記複数のターゲットの配列数がｎ、隣接する前記隔壁により規定される開口径がΨであり、前記検出部が前記電子入射面からソースイメージ間距離ＤＳＩ 離れて位置するとき、
前記主曝射領域は、前記配列方向に沿って、（ｎ−１）×ｐ＋｛Φ＋（ＤＳＩ／ｈ０）×（Ψ−Φ）｝の主曝射長Ｌｍで規定される範囲であることを特徴とする。

本発明によれば、複数のターゲットと該ターゲットに対応した開口を有する前方遮蔽体ユニットを備えた放射線撮影装置において、重量バランスを低下させることなく、放射線検出ユニットの周囲を通過する半陰影を効果的に低減することが可能となる。

また、本発明の放射線発生ユニットによれば、放射線発生源の回転移動にともなう撮影ブレを低減し、前方遮蔽体に起因する散乱Ｘ線を低減し、撮影性能とユーザビリティに優れた放射線撮影を行うことが可能となる。

本発明の放射線発生ユニットを示す三面図（ａ）と、隔壁部を示す部分拡大図（ｂ）。 本発明の放射線発生ユニットのターゲットアレイ（ａ）と放射線束の重なり（ｂ）を示す部分拡大図。 本発明の放射線撮影装置の第１の実施形態を示す概略構成図。 本発明の放射線撮影装置の第２の実施形態を示す概略構成図。 本発明の放射線撮影装置の放射線検出ユニットの実施形態の変形例を示す概略構成図。 本発明の放射線撮影装置のシステム構成図。 本発明の放射線撮影装置の第３または第４の実施形態を構成する放射線発生ユニットを示す三面図。 本発明の放射線撮影装置の第３の実施形態を示す概略構成図。 本発明の放射線撮影装置の第４の実施形態を示す概略構成図。

以下図面を参照して、本発明の放射線発生ユニット、並びに、マンモ断層撮影装置についての実施形態を例示的に説明する。但し、各実施形態に記載されている構成の材質、寸法、形状、相対配置等は、特に記載がない限り、本発明の範囲を限定する趣旨のものではない。

図１から図６を用いて本発明の放射線撮影装置の第１または第２の実施形態について説明する。

まず、本発明の放射線撮影装置１を構成する放射線発生ユニット２について図１（ａ）、（ｂ）および図２を用いて説明する。図１は本発明の射線発生ユニット２を示す三面図（ａ）と、前方遮蔽体１０を構成する隔壁部３９を示す部分拡大図（ｂ）である。

本実施形態の放射線発生ユニット２は、図１（ａ）に示すように、放射線を発生する複数のターゲット８と前方遮蔽体１０とを備えたターゲットアレイ１１と、複数の電子放出部３２を備えた電子放出源１４と、を備えている。

複数のターゲット８は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれが電子入射面７と電子入射面７に対向する放出面とを有した透過型ターゲットであって、所定の配列方向Ｄａに沿って列状に配列されている。

前方遮蔽体１０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれが複数のターゲット８のそれぞれに対応して配列された複数の開口９を備えている。従って、複数の開口９は、複数のターゲット８と同様に、配列方向Ｄａに沿って配列されている。前方遮蔽体１０は、さらに、図１（ｂ）に示すように、電子入射面７からターゲット８の放出面の側に向けて延びることにより、隣接する一対の焦点１３を隔てる隔壁部３９を有している。一対の隔壁部３９は、配列方向Ｄａにおいて、開口９の開口径を規定しているとも言える。

電子放出源１４は、図１（ａ）に示すように、複数のターゲット８のそれぞれの電子入射面７に、電子線束１２を照射し焦点１３を形成するように配置されている。このような配置とすることにより、図２（ｂ）に示すように、放射線発生ユニット２は、焦点から放射線を発生させ、隔壁部３９により配列方向Ｄａにおいて互いに分離された複数の放射線束３８を、複数の開口９のそれぞれから取り出す。なお、図２（ｂ）においては、複数のターゲット８のそれぞれの電子入射面７に形成される焦点は、省略されている。

次に、本発明の放射線発生ユニット２の特徴である隔壁部３９と開口９のそれぞれの配列方向における形状について、図２を用いて説明する。

図２（ａ）は、ターゲット８の配列数ｎを５としたターゲットアレイ１１の実施形態を示している。図２（ａ）に示すように、複数の隔壁部３９のそれぞれは、電子入射面７の法線のうち、ターゲットアレイ１１の配列中心Ｃａを通る法線４４に対して傾斜している斜面４３を備えている。また、本実施形態のターゲットアレイ１１は、図２（ｂ）に示すように、複数の隔壁部３９それぞれの斜面４３によって、配列方向Ｄａにおける開口９の中心軸Ｃ１〜Ｃ５を規定している。中心軸Ｃ１〜Ｃ５のそれぞれは、ターゲット８の焦点を上面とし開口９に内接する錐台形において、焦点の中心と電子照射面からの高さｈ_０の面の中心とを結ぶ直線として一意に規定される。

本実施形態のように、複数のターゲット８を少なくとも備え、ターゲット８毎に対応する開口９を備えた前方遮蔽体を少なくとも備えた放射線発生ユニット２とすることにより、放射線発生ユニットの回転移動に伴う振動を抑制することが可能となる。この結果、本実施形態の放射線発生ユニット２は、撮影画像において、放射線発生ユニットの回転移動に伴う振動に起因した画像ブレが低減される。

また、本実施形態のように、開口９を規定する斜面４３を有する隔壁部３９を備えたターゲットアレイ１１とすることにより、前方遮蔽体１０の隔壁部に起因する散乱Ｘ線を低減することが可能となる。この結果、放射線発生ユニット２の周囲への、不要な放射線被爆を低減することが可能となる。

また、本実施形態のターゲットアレイ１１は、複数の開口９のそれぞれの中心軸Ｃ１〜Ｃ５のそれぞれは、開口９と法線４４と距離が大きくなるに従い、法線４４に対して大きく傾斜している。図２（ｂ）に示すように、本実施形態のターゲットアレイ１１においては、複数の開口９のそれぞれを通過した放射線束３８が互いに重なる曝射空間を、ターゲットアレイ１１から所定の距離離れた位置に形成することが可能となる。

本実施形態によれば、被検体に対して異なった角度で放射線束を照射する断層撮影において、被験者への撮影野を広く確保することが可能となる。言い換えると、所定の撮影野が与えられたときに、ターゲットアレイ１１の配列数ｎを大きくし、焦点間隔ｐを小さくすることが可能となり、断層撮影における深さ方向の分解能を向上させることが可能となる効果が得られる。

図２（ｂ）に示すように、複数の開口９それぞれの中心軸Ｃ１〜Ｃ５が互いに重なるように、各隔壁部３９の斜面４３の傾斜角度に分布を持たせることが、曝射領域の確保、深さ方向の分解能の観点で好ましい。各隔壁部３９の斜面４３の傾斜角度は、各開口９の法線４４との距離の増加に応じて、法線４４に対してなす角度として増加するように決定すれば良い。

なお、本実施形態においては、斜面４３は平面で構成されているが、曲面で構成しても良い。前述の散乱Ｘ線を低減する目的においては、斜面４３を平面で構成することが好ましい。

なお、前方遮蔽体１０は、ターゲット８で発生した放射線の一部を遮蔽する遮蔽機能を少なくとも有しているが、本実施形態のように、複数のターゲット８を保持する保持機能、複数のターゲット８の陽極電位を規定する電極機能を、持たせても良い。

また、ターゲット８は、電子入射面７と、電子入射面７に対向する側において放射線を放出する放出面と、を備えた透過型のターゲットの構成をとっている。透過型のターゲット８は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、電子線束１２の入射経路と放射線束３８の取出し経路とを分離するように構成される。本実施形態においては、前方遮蔽体１０は、両経路を除いた部分においてターゲット８を囲み、ターゲット８に接続されている。

本実施形態のように、透過型のターゲット８と前方遮蔽体１０とにより構成されたターゲットアレイ１１によれば、配列方向Ｄａにおけるクロストークを低減させる点で反射型のターゲットに対して優れている。かかるクロストークには、後方散乱電子、後方散乱放射線、前方に放出される放射線の少なくともいずれかが含まれる。

透過型のターゲット８は、さらに、遮蔽部材をターゲットに近接した位置に配置できるので、遮蔽部材の重量と体積とを低減し放射線発生ユニットを小型化させる点においても、反射型のターゲットに対して優れている。

本実施形態における電子放出源１４は、複数の電子放出部３２のそれぞれを複数のターゲットの配列に適合させたカソードアレイの形態をとっているが、他の変形例も本発明に含まれる。例えば、電子放出源１４を、少なくとも１つの電子放出部３２に偏向電極を備えた形態としても良い。このような変形例では、１つの電子放出部３２から放出される電子線束１２を、ターゲットアレイ１１の配列方向Ｄａに沿って走査することが可能となり、ターゲット８の配列数ｎよりも電子放出部３２の数を低減させることが可能となる。

また、本実施形態においては、内部空間４０が排気された外囲器３７の内部に電子放出源１４が収納され、外囲器３７の開口部に電子入射面７を内部空間側に向くようにしてターゲットアレイ１１が接続されている。本実施形態においては、ターゲットアレイ１１は、外囲器３７を構成する構造部材でもあり、また、ターゲット８は、放射線を放出する窓を構成しているともいえる。

電子放出部３２と電子入射面７とは、外囲器３７の内部空間４０に接するように配置されていることにより、電子放出部３２から放出された電子線の散乱を低減して、電子線束１２を確実に電子入射面７に入射させることが可能となる。従って、電子放出源１４またはターゲットアレイ１１は、外囲器３７の内部に収納されていなくとも良く、それぞれの一部が外囲器３７の外部にはみ出していても良い。内部空間４０の真空度は、１０^−８Ｐａ以上１０^−４Ｐａ以下の範囲とすることが、電子放出の安定化の点で好ましい。

外囲器３７としては、耐大気圧性を有する堅牢性と、真空を維持する気密性と、を有した部材から構成すればよく、真鍮、ステンレス、アルミ、銅等を用いることが可能である。外囲器３７は、本実施形態においては、図１（ａ）に示すように、電子放出源１４と駆動回路２２とを電気的に接続するための電流導入端子３０を備えている。電流導入端子３０は、図１（ａ）に示すように、ターゲットアレイ１１と駆動回路２２とを電気的に接続するような形態としても良いし、図示しないが、ターゲットアレイと接地端子とを電気的に接続する形態としても良い。

≪第１の実施形態≫
次に、本発明の第１の実施形態に関わる放射線撮影装置１について、図３を用いて説明する。本実施形態においては、放射線撮影装置１は、放射線発生ユニット２と、放射線検出ユニット３と、被検体配置部４と、を少なくとも有している。放射線検出ユニット３は、ターゲットアレイ１１に対向して配置され、被検体配置部４は、放射線発生ユニット２と放射線検出ユニット３との間において放射線検出ユニット３の側に位置している。

被検体配置部４は、被検体２５を配置することが可能な空間である。被検体２５としては、被験者の乳房、四肢、頭部等の人体の部分、生物、および、生検用の生体等が含まれる。被検体２５を乳房とした場合には、被検体配置部４、放射線撮影装置１は、それぞれ、乳房挿入部５、マンモ断層撮影装置を構成する。

放射線検出ユニット３は、不図示の複数の検出素子が配列された検出部１５と、遮蔽部１６とを少なくとも有している。複数の検出素子は、二次元状に検出部１５に配列されることにより、二次元像を取得することが可能となっている。

遮蔽部１６は、配列方向Ｄａにおいて、検出部１５の外側に位置し、放射線を遮蔽する部材を少なくとも備えている。

次に、遮蔽部１６が有する技術的意義を以下に説明する。

前述の前方遮蔽体１０を備えた放射線発生ユニット２は、放射線検出ユニット３が前方遮蔽体１０に対向する側に、焦点の欠損のない主曝射空間３８と、焦点の一部が欠損した半陰影空間３３と、を発生する。半陰影空間３３は、配列方向Ｄａにおいて、主曝射空間３８の両外側に形成される。即ち、本実施例の放射線撮影装置１は、図２に示す様に、前記放射線検出ユニット３に主曝射と半陰影とを照射し、長さＬｉの主曝射領域と、かかる主曝射領域の外側に位置する半陰影領域とを前記放射線検出ユニット３に形成する。

前述の様に、半陰影は、不要な曝射成分であるとともに、放射線透過像の取得に必要な主曝射空間の外側に延びるように形成されため、放射線撮影装置の外部へ漏洩しやすい。

半陰影の放射線撮影装置の外部への漏洩を抑制するために、放射線撮影装置全体を遮蔽部材で覆う形態も考えられるが、重量増と重心が高くなることとにより、放射線撮影装置の重量バランスが低下し、撮影時の画像ブレが生じやすくなることが問題となった。また、放射線発生ユニットの外周から放射線検出ユニットの外周に向けて遮蔽部材を延長する形態も考えられるが、同様にして、重量増と高重心化とに起因する放射線撮影装置の重量バランスの低下に伴う撮影時の画像ブレが生じやすくなることが問題となった。

前述の２形態の配置によれば、遮蔽部材が嵩高な配置となり、被験者の上半身付近の圧迫感の発生や、走査技師の操作性の低下を招くことが問題となっていた。

本願発明者等は、放射線発生ユニット２の前方遮蔽体１０の幾何寸法、及び、前方遮蔽体１０と放射線検出ユニット３の検出部１５との距離に基づく半陰影の到達範囲を定量化した。さらに、本願発明者等は、定量化した半陰影の到達範囲に基づいて、より少ない遮蔽部材の配置により、放射線検出ユニット３の周囲を通過し放射線検出ユニット３の下方に到達するおそれのある半陰影を、効果的に低減する特定の構成を見出した。即ち、本願発明者等が見出した特定の構成とは、配列方向外側において形状が工夫された放射線検出ユニット３を特徴とする構成である。

本発明の構成によれば、放射線撮影装置の重量バランスを低下させることなく半陰影の低減し、撮影性能とユーザビリティに優れた放射線撮影装置を提供することが可能となる。

半陰影空間３３は、焦点１３の配列方向Ｄａにおける大きさである焦点径Φ、隔壁部３９の高さｈ_０、及び、ターゲット８と検出部１５との距離であるソースイメージ間距離Ｄ_ＳＩに依存して、配列方向Ｄａに沿って所定の空間的な大きさを有する。隔壁部３９の高さｈ_０は、ソースイメージ間距離Ｄ_ＳＩと同じ長さに設定することにより半陰影は原理的無くすことは可能であるが、複数の主曝射空間３８を検出面４１上に重ねることができなくなる。従って複数の主曝射空間３８を検出面４１上に重ねるためには、隔壁部の高さｈ_０は所定の上限高さｈ_ｍａｘ以下に制限される。

なお、高さｈ_０は、図２（ａ）に示すように、電子入射面７に対する電子入射面７の法線４４の方向に沿った隔壁部３９の高さで規定される。また、検出面４１は、検出部１５を含み、検出部１５の周囲に延在する仮想面で規定される。

検出部１５が、図３に示す様に平面である場合は、検出面４１は検出部１５を含む仮想平面として規定される。また、検出部１５が、図３に示す様に電子入射面７に対して平行である場合は、ターゲットアレイ１１の配列方向Ｄａにおける配列中心Ｃａから検出部１５に垂らした垂線１９を法線とする仮想平面として一意に決定される。

遮蔽部１６は、図３に示すように、配列方向Ｄａにおける検出部１５の外側であって、かつ、主曝射空間３８が重なった領域である主曝射長Ｌｉの外側に位置している。また、遮蔽部１６を構成する材料は、放射線の吸収率が高いものが好ましいが、必要な放射線の減衰量の厚さを確保すれば、ステンレス、アルミ等の金属を用いることも可能である。遮蔽部１６は、例えば、鉛、金、白金、銀、タングステン、モリブデン、タンタル、銅、ニッケル、鉄、チタン、炭化ケイ素、アルミニウムの少なくともいずれかの金属元素を含有する部材から構成することができる。

図３に示す第１の実施形態においては、遮蔽部１６は、配列方向Ｄａにおいて検出部３５の外側に延在する外側遮蔽部３５を備えている。本実施形態における遮蔽部１６は、所定の幅ｗ_０を有しているが、検出面４１に対する遮蔽部１６の高さＤ_０は０である。

本実施形態においては、遮蔽部１６を備えていない場合に半陰影空間３３が検出面４１に形成する半陰影長ｗ_ｍｉｎよりも配列方向Ｄａにおいて外側に延びる領域ｗ_０に外側遮蔽部３５が位置している。この結果、本実施形態において、半陰影空間３３が放射線検出ユニット３の領域内に制限され、放射線撮影装置１の外部への半陰影の漏洩が低減される。

上述のように、遮蔽部１６は、複数のターゲット８と、かかる複数のターゲット８を隔てる隔壁部３９を備えた放射線撮影装置１において、少ない遮蔽部材の配置により効果的に半陰影の外部漏洩を低減する技術的意義を有する。

次に、遮蔽部１６が、半陰影の外部漏洩を低減する効果を発現するための、遮蔽部１６の高さＤ_０、幅ｗ_０の条件について説明する。遮蔽部１６の高さＤ_０、幅ｗ_０は、隔壁部３９の高さｈ_０は、以下の様に相補的に規定される。

まず、図３に示すような、遮蔽部１６が所定の高さＤ_０＞０を有する第１の実施形態においては、遮蔽部１６の高さＤ_０、幅ｗ_０は、隔壁部３９の高さｈ_０は、相補的に式１〜３を満足する、以下に詳細を説明する。

本実施形態において、隔壁部３９の高さｈ_０は、以下の式１を満足する。

なお、ｐは焦点間隔を意味し、Ｌｉは主曝射空間３８が検出面４１で重なっている長さを意味する。焦点間隔ｐを、長さＬｉに対して十分大きくすることにより、隔壁部３９の高さｈ_０をソースイメージ間距離Ｄ_ＳＩ程の大きな値でも主曝射空間３８を検出面４１に重ねることが可能となる。しかしながら、焦点間隔ｐを大きくすることは、断層撮影時の深さ方向の分解能を制限するため、焦点間隔ｐは、Ｌｉに対して小さな値が好ましく、１桁以上小さな値とすることがより好ましい。従って、ｈ_０は、Ｄ_ＳＩに対して十分小さな値に制限された値が選択される。また、主曝射領域の長さである主曝射長をＬｍとしたとき、主曝射領域が重なっている長さＬｉは、Ｌｉ≦Ｌｍの関係にある。

また、主曝射長Ｌｍは、ターゲットアレイ１１の配列長をＬ_０、配列長Ｌ_０より外側に延びる主曝射空間の一方の外側に広がる長さをΔＬとしたとき、Ｌｍ＝Ｌ_０＋２×ΔＬで与えられる。なお配列長Ｌ_０は、ターゲットアレイ１１の両端に位置する一対のターゲット８それぞれの焦点１３の中心間の距離として一意に規定される。

焦点１３の焦点径、ターゲットアレイ１１の配列数、前方遮蔽体１０に設けられた開口の開口径、のそれぞれが、Φ、ｎ、Ψであるとき、Ｌ_０＝（ｎ−１）×ｐであり、ΔＬ＝１／２×｛Φ＋（Ｄ_ＳＩ／ｈ_０）×（Ψ−Φ）｝で規定される。従って、主曝射長Ｌｍは、配列方向Ｄａにおいて、（ｎ−１）×ｐ＋｛Φ＋（Ｄ_ＳＩ／ｈ_０）×（Ψ−Φ）｝で与えられる。

ここで、焦点径Φは、焦点１３の配列方向Ｄａにおける直径であり、配列数をｎは、ターゲットアレイ１１における複数のターゲット８の数であり、開口径Ψは、前方遮蔽体１０に設けられた開口９の配列方向Ｄａにおける長さである。

式１は、前方遮蔽体１０の隔壁部３９の高さｈ_０が、式１の不等号の右側に示す上限高さｈ_ｍａｘ以下であることを満足することを意味する。前方遮蔽体１０の隔壁部３９の高さｈ_０が、式１を満足することにより、放射線発生ユニット２は、放射線検出ユニット３の検出面４１上に、主曝射領域が重なっている長さＬｉを有して照射することが可能となる。

なお、隔壁部３９は、主曝射空間３８において放射線束を被検体２５に対して異なった角度で照射するために、放射線を遮蔽する部材を少なくとも備える。具体的には、隔壁部３９は、鉛、金、白金、銀、タングステン、モリブデン、タンタル、銅、ニッケル、鉄の少なくともいずれかの金属元素を含有すれば良い。

次に、遮蔽部１６の幅ｗ_０、高さＤ_０の条件について具体的に説明する。遮蔽部１６の幅ｗ_０、高さＤ_０は、以下の式２、式３をそれぞれ満たす。

式３は、遮蔽部１６の高さＤ_０のみにより半陰影の漏洩を低減する作用が得られない条件を与える。式３の条件下において、幅ｗ_０が、式２の不等号の右側に示す下限幅ｗ_ｍｉｎ以上である条件を満足すれば、図３に示すように、外側遮蔽体３５を備えた遮蔽部１６により半陰影の漏洩を低減することが可能となる。

なお、半陰影長ｗ_ｍｉｎは、遮蔽部１６の高さＤ_０が０であったときに、検出面４１に半陰影３３が照射される領域であって、前記主曝射領域の端点を基準として、｛（Ｄ_ＳＩ−ｈ_０）／ｈ_０｝×Φだけ、前記配列方向に沿って外側に延びる領域に相当する。

≪第２の実施形態≫
次に、図４に示す第２の実施形態において、隔壁部３９の高さｈ_０と、遮蔽部１６の幅ｗ_０、高さＤ_０と、が満たすべき関係を説明する。本実施形態は、遮蔽部１６は、配列方向Ｄａにおいて検出部１５の外側に延在する外側遮蔽部３５と、検出面４１よりターゲットアレイ１１に向かって近づくように延びる対向遮蔽部３６と、を備えている点が、第１の実施形態と相違する。本実施形態においては、遮蔽部１６は、所定の高さＤ_０と所定の幅ｗ_０を有している。

本実施形態においても、隔壁部３９の高さｈ_０が満たすべき条件は、主曝射領域の長さＬｍが所定の長さＬｉの領域を有して検出面４１上に重なることである。従って、隔壁部３９の高さｈ_０は、第１の実施形態と共通の式１を満たすことである。

図４に示す第２の実施形態では、式２の右側が規定する下限幅ｗ_ｍｉｎ未満の幅に留まる遮蔽部１６を有している場合を示している。本実施形態における、放射線検出ユニット３が備える遮蔽部１６の幅ｗ_０、高さＤ_０は、以下の式４、式５をそれぞれ満たす。

式４は、遮蔽部１６の幅ｗ_０のみにより半陰影の漏洩を低減する作用が得られない条件を与える。式４の条件下において、遮蔽部１６の高さＤ_０が、式５の右辺に示す下限値以上である条件を満足すれば、図４に示すように、外側遮蔽体３５と対向遮蔽体３６とを備えた遮蔽部１６により半陰影の漏洩を低減することが可能となる。従って、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様にして、遮蔽部１６の幅ｗ_０、高さＤ_０、隔壁部３９の高さｈ_０は、互いに相補的に規定される。

以上、説明したように、第１および第２の実施形態において、遮蔽部１６は、半陰影空間３３に位置する部分を少なくとも有し、検出面４１上において半陰影領域と重なる部分を少なくとも有している。また、遮蔽部１６は、配列方向Ｄａにおいて半陰影空間３３の外側に位置する部分を有し、検出面４１上において半陰影領域の外側に位置する部分を有している。配列方向Ｄａにおいて外側に位置するとは、ターゲットアレイ１１の配列中心Ｃａから検出部１５に垂らした垂線１９からの距離において相対的に大きい領域に位置することを意味する。

なお、放射線検出ユニット３において、配列方向Ｄａにおける一方の外側に実施形態１に記載の遮蔽部１６を、配列方向Ｄａにおける他方の外側に実施形態２に記載の遮蔽部１６を、それぞれ備える形態も本発明に含まれる。

なお、複数の主曝射空間３８が検出面上において重なっている長さＬｉは、複数のターゲット８のそれぞれに対して電子線束１２を個別に照射して、配列方向Ｄａにおける主曝射長Ｌｍをそれぞれ測定することにより同定することが可能である。また、主曝射領域と半陰影領域とは、ターゲットと放射線検出装置との間にピンホールマスクを配置し焦点像を計測することにより同定することが可能となる。

また、第１の実施形態および第２の実施形態において説明したように、遮蔽部１６は、半陰影の漏洩を低減する領域に形成されていれば、様々の形態をとることができる。図５に、遮蔽部１６と検出部１５との配置関係の他の形態を示す。

図５（ａ）は、外側遮蔽部３５からなる遮蔽部１６と検出部１５とが接続されている例である。本実施形態は、図３に示す第１の実施形態に対して、遮蔽部１６の一部が、検出部１５の検出面４１とは反対側において、検出部１５と重なっている部分２１を有する点において相違する。

図５（ｂ）は、図５（ａ）の実施形態の変形例であって、遮蔽部１６と検出部１５との間に隙間を有している点において、図５（ａ）に示す実施形態と相違する。本実施形態のように、遮蔽部１６と検出部１５とが不連続であったとしても、所定の隙間の間隔と方向を配列方向Ｄａに対して選択することにより、半陰影の放射線検出ユニット３より下方への漏洩を低減する効果を発現することができる。

図５（ｃ）は、外側遮蔽部３５と対向遮蔽部３６とからなる遮蔽部１６と検出部１５とが接続されている例である。本実施形態は、図４に示す第２の実施形態に対して、外側遮蔽部３５の一部が、検出部１５の検出面４１とは反対側において、検出部１５と重なっている部分２１を有する点において相違する。

図５（ｄ）は、図５（ｃ）の変形例であって、遮蔽部１６が、間隔を介して配置された複数の部材から構成されている点、対向遮蔽部３６が検出面４１に対して傾斜している点において、図５（ｃ）に示す実施形態と相違する。

図５（ａ）、（ｃ）に記載の実施形態において、遮蔽部１６は、検出部１５の外縁と接する部分２０と、検出部１５の外縁と接する部分２０から配列方向Ｄａの外側に向けて延在している部分を有している。一方、図５の各図に記載の実施形態において、遮蔽部１６は、重なっている部分２１と重なっている部分２１から配列方向Ｄａの外側に向けて延在している部分を有している。

また、図３または図４に示すように、遮蔽部１６は、検出部１５の配列方向Ｄａにおける外側において、検出部１５の両側に対をなして配置される態様が本発明に含まれる。

なお隔壁部３９の高さｈ_０は、下記に示す式６を満たすことにより、放射線発生ユニット２の周囲に配置する遮蔽部材の嵩高さを低減することが可能となり、放射線撮影装置の小型化の点において好ましい。

隔壁部３９の高さｈ_０は、放射線撮影装置１の小型化の点において、２ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲とすることがより一層好ましい。

なお、遮蔽部１６は、半陰影空間３３に位置するように放射線検出ユニット３に配置されていればよい。遮蔽部１６の配列方向Ｄａの外側の端部は、図２または図３のように、半陰影空間３３の外側の位置ｗ_０まで延在していてもよい。また、遮蔽部１６の配列方向Ｄａの内側の端部は、図２または図３に示す実施形態においては、主曝射長Ｌｍが重なっている長さＬｉの領域の外側に位置しているが、長さＬｉの領域の端部に重なっていても良いし、長さＬｉの領域の内側に位置していても良い。

なお、遮蔽部１６の内側の端部が長さＬｉの領域の内側に位置している場合は、被検体２５の関心部位と重ならない領域に遮蔽部１６の内側の端部が位置していることが望ましい。半陰影を検出部１５と遮蔽部１６とにより遮蔽する不図示の構成に比較して、本実施形態のように遮蔽部１６のみにより半陰影を遮蔽する構成の方が、高価な放射線検出素子を、主曝射領域が重なる長さＬｉの領域により高い密度で配置することが可能となる。この結果、本実施形態によれば、撮影分解能がより一層高く装置コストが抑制された放射線撮影装置１を提供することが可能となる。

次に、図６用いて、本発明の放射線撮影装置１のシステム構成例を説明する。

システム制御ユニット２５は、放射線発生ユニット２と放射線検出ユニット３とを連携制御する。駆動回路２２は、システム制御ユニット２５による制御の下に、放射線発生ユニット２に制御信号４２を出力する。制御信号４２により、放射線発生ユニット２から放出される放射線束の放出状態が制御される。放射線発生ユニット２から放出された放射線束は、被検体２５を透過して放射線検出器ユニット３で検出される。放射線検出ユニット３は、検出した放射線を放射線画像２３に変換してデータ処理部２４に出力する。データ処理部２４は、システム制御ユニット２５による制御の下に、放射線画像２３に所定の信号処理を施し、信号処理された放射線画像をシステム制御ユニット２５に出力する。システム制御ユニット２５は、信号処理された放射線画像に基いて、表示ユニット２６に画像を表示させるための表示信号を表示ユニット２６に出力する。表示ユニット２６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６を用いて、本実施形態の放射線撮影装置１を用いたトモシンセシス撮影について説明する。トモシンセシス撮影においては、複数のターゲット８より、順次、放射線束を被検体２５に照射する。被検体２５を透過した放射線は放射線検出ユニット３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データ処理部２４で再構成されて断層画像が形成される。

なお、図３または図４に記載の実施形態において、被検体配置部４は、配列方向Ｄａと垂線１９とのいずれとも交差する方向に被験者の乳房が挿入される乳房挿入部５とすることができる。このような構成とすることにより、本発明の放射線撮影装置１を、乳腺の延びる方向を囲むようにして互いに異なる角度で複数の画像を取得するマンモ断層撮影の用途に適用される。

なお、本発明の放射線撮影装置１をマンモ断層撮影の用途に適用した場合において、被検体配置部４と前方遮蔽体１０との間に、不図示の圧迫板を配置する形態も本実施形態の変形例に含まれる。圧迫板は、検出部１５との距離を減少することにより、乳房を圧迫し、乳房の厚み方向において乳腺と重なる傾向にある石灰化等の異常部を検出しやすくすることが可能となる。

以上のように、本発明によれば、主曝射長Ｌｉの確保、深さ方向の分解能、配列方向Ｄａの外側に漏洩する半陰影の低減と、を両立した放射線撮影装置を提供することができる。本発明の放射線撮影装置によれば、放射線技師、被験者に対する不要な漏洩Ｘ線の被曝を低減させ深さ方向の分解能が高い断層撮影を行うことが可能となる。

次に、図７〜図９を用いて、本発明の第３の実施形態および第４の実施形態について説明する。

第３および第４の実施形態は、本発明の放射線撮影装置１をマンモ断層撮影の用途に適用した場合に、被験者の胴体への不要な曝射を低減する実施形態であり、放射線発生ユニット２の前方遮蔽体１０の形状に特徴を有する。

図７は、第３または第４の実施形態の放射線撮影装置１が備える放射線発生ユニット２の三面図である。本実施形態において、前方遮蔽体１０は、配列方向Ｄａに沿って延在し、隔壁部３９を挟む一対の遮蔽壁２９を備えている。遮蔽壁２９のうち少なくとも一方は、隔壁部３９の高さｈ_０より高いｈ_２（＞ｈ_０）の高さを有している。なお、高さｈ_２は、高さｈ_０と同様にして、ターゲット８の電子入射面７の法線方向において、電子入射面７から放射線検出ユニット３に近接する方向における長さを意味する。

≪第３の実施形態≫
本実施形態の放射線撮影装置１は、図８に示すように、高さｈ_２を有する一方の遮蔽壁２９を、配列方向Ｄａと交差する方向において開口９よりも被験者の胴体側に備える。本実施形態の構成をとることにより、被験者の胴体への不要なＸ線被曝を低減することが可能となる。不要なＸ線被曝には、焦点のサイズ、前方遮蔽体の高さ、ソースイメージ間距離に由来する半陰影が含まれる。本実施形態において、問題とする半陰影は、配列方向Ｄａと交差する方向の外側に発生し、特に被験者の胴体側に漏洩する成分である。

検出面４１上の配列方向Ｄａと垂直な方向における半陰影の長さをδｑとするとき、ｈ_２は、以下の一般式７を満たすことにより、効果的に配列方向Ｄａと交差する方向の外側に発生する半陰影の漏洩を低減することが可能となる。

なお、図７、図８においては、一対の遮蔽壁２９が示されているが、高さｈ_２（＞ｈ_０）を有する一方の遮蔽壁２９のみを備える実施形態も本発明の態様として含まれる。この態様の場合は、遮蔽壁２９は、開口９よりも被験者の胴体に近い側に配置される。

本実施形態の放射線撮影装置１によれば、配列方向Ｄａの外側に漏洩する半陰影と、配列Ｄａと交差し被験者の胴体側に漏洩する半陰影とを、低減した乳房の断層撮影を可能とすることが可能となる。

≪第４の実施形態≫
図９に示す実施形態は、第３の実施形態の変形例であって、乳房挿入部５と前方遮蔽体１０との間に圧迫板２８を備えている点において、第３の実施形態と相違する。

本実施形態の放射線撮影装置によれば、圧迫板２８を検出部１５に近づけることにより、乳房を圧迫し、垂線１９の方向において乳腺等の正常部と重なり見落としやすい石灰化等の異常部位の検出性能を向上させる効果を発現する。

１ 放射線撮影装置
２ 放射線発生ユニット
３ 放射線検出ユニット
４ 被検体配置部
６ マンモ断層撮影装置
７ 電子入射面
８ ターゲット
９ 開口
１０ 前方遮蔽体
１１ ターゲットアレイ
１２ 電子線束
１３ 焦点
１４ 電子放出源
１５ 検出部
１６ 遮蔽部
１７ 前方遮蔽体
３２ 電子放出部
３９ 隔壁部
Ｌｍ 主曝射長
Ｗ_ｍｉｎ 半陰影長
Ｄａ 配列方向

Claims (15)

1. 列状に配列された複数のターゲットと、隣接する前記ターゲットを隔てる複数の隔壁部を有する前方遮蔽体と、を備えたターゲットアレイと、前記複数のターゲットの電子入射面に電子線束を照射する電子放出源と、を備えた放射線発生ユニットと、
   前記ターゲットアレイに対向し複数の検出素子を備えた検出部と、前記配列方向において前記検出部の外側に位置する遮蔽部と、を備えた放射線検出ユニットと、
   を有する放射線撮影装置であって、
   前記放射線発生ユニットは、主曝射領域と前記主曝射領域の外側に位置する半陰影領域とを、前記放射線検出ユニットに形成し、
   前記遮蔽部は、少なくとも前記半陰影領域に位置する部分を有し、
   前記隔壁部は、前記電子入射面の前記電子放出源の側とは反対側に向けて延びる高さｈ０を有し、前記電子放出源は前記電子入射面に焦点径Φの焦点を形成し、前記焦点の間隔がｐ、前記複数のターゲットの配列数がｎ、隣接する前記隔壁により規定される開口径がΨであり、前記検出部が前記電子入射面からソースイメージ間距離ＤＳＩ 離れて位置するとき、
   前記主曝射領域は、前記配列方向に沿って、（ｎ−１）×ｐ＋｛Φ＋（ＤＳＩ／ｈ０）×（Ψ−Φ）｝の主曝射長Ｌｍで規定される範囲であることを特徴とする放射線撮影装置。
2. 前記遮蔽部は、前記配列方向において、前記半陰影領域の外側に位置している部分を有することを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
3. 前記遮蔽部は、少なくとも、前記検出部の外縁に接する部分と前記接する部分から前記配列方向の外側に向けて延在している部分とを有するか、または、前記配列方向において前記検出部と重なっている部分と前記重なっている部分から前記配列方向の外側に向けて延在している部分とを有するか、であることを特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮影装置。
4. 前記遮蔽部は、前記検出部の前記配列方向における外側において、前記検出部の両側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
5. 前記半陰影領域は、前記配列方向における前記主曝射領域の端点を基準として、前記配列方向に沿って前記配列の外側に｛（ＤＳＩ−ｈ０）／ｈ０｝×Φの半陰影長ｗｍｉｎで規定される範囲であることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮影装置。
6. 前記複数のターゲットにより前記検出面の上に形成する前記主曝射領域が重なる長さがＬｉであるとき、
   前記隔壁部の前記高さｈ０、前記遮蔽部の幅ｗ０と前記遮蔽部の高さＤ０は、それぞれ下記一般式（１）、（２）、（３）、および、下記一般式（１）、（４）、（５）のいずれか一方を少なくとも満たす事を特徴とする、請求項１または５に記載の放射線撮影装置。
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   

   
   

   
7. 前記高さｈ０は下記一般式（６）を満たすことを特徴とする請求項６に記載の放射線撮影装置。
   

   
8. 前記高さｈ０は２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
9. 前記隔壁部は、鉛、金、白金、銀、タングステン、モリブデン、タンタル、銅、ニッケル、鉄の少なくともいずれかの金属元素を含有していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
10. 前記遮蔽部は、鉛、金、白金、銀、タングステン、モリブデン、タンタル、銅、ニッケル、鉄、チタン、炭化ケイ素、アルミニウムの少なくともいずれかの金属元素を含有していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
11. 前記放射線発生ユニットに接続され、前記放射線発生ユニットを駆動する駆動回路と、前記放射線検出ユニットに接続され、前記放射線検出ユニットから出力された放射線画像を取得するデータ処理部と、前記駆動回路と前記データ処理部とをそれぞれ介して、前記放射線発生ユニットと前記放射線検出ユニットとを連携して制御する制御ユニットと、をさらに備える請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
12. 前記検出部と、前記ターゲットアレイとの間に被検体配置部を有し、
    前記被検体配置部は、前記配列方向と、前記電子入射面の垂線と、のいずれとも交差する方向に被験者の乳房が挿入される乳房挿入部であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。
13. 前記放射線発生ユニットは、前記複数のターゲットの前記配列に沿って延在し、前記隔壁部より前記被験者の胴体に近い側に遮蔽壁を備え、前記遮蔽壁の高さｈ２は、前記隔壁部の前記高さｈ０よりも高いことを特徴とする請求項１２に記載の放射線撮影装置。
14. 前記配列方向と垂直な方向における半陰影の長さがδｑであるとき、前記高さｈ２は下記一般式（７）を満たすことを特徴とする請求項１３に記載の放射線撮影装置。
    

    
15. 前記乳房挿入部と前記前方遮蔽体との間に位置し、前記検出部との距離を減少することにより乳房を圧迫する圧迫板、をさらに備えることを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の放射線撮影装置。

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