JP7346506B2 - 放射線撮像装置および放射線撮影システム - Google Patents

Description

本発明は、放射線撮像装置および放射線撮影システムに関する。

現在、放射線による医療画像診断や非破壊検査に用いる撮像装置として、半導体材料によって形成された平面検出器（Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ、以下ＦＰＤと略す）を放射線検出部として用いた放射線撮像装置が普及している。このような放射線撮像装置は、例えば医療画像診断においては、一般撮影のような静止画撮影や、透視撮影のような動画撮影が可能なデジタル撮像装置として、放射線撮像システムに用いられている。

放射線撮像装置は、放射線発生装置より照射された放射線を放射線撮像装置の内部に配置されたＦＰＤにより電気信号へと変換することで放射線画像を生成する。この際、照射された放射線の一部はＦＰＤを透過したのちＦＰＤの放射線が入射する側とは反対側の構造物で反射して再度ＦＰＤに入射する散乱線（後方散乱線）となり得る。そのような後方散乱線が、ＦＰＤの放射線が入射する側とは反対側の面に配置されている部品を透過してＦＰＤへ入射することで、放射線画像に部品が写り込みアーチファクトを生じさせてしまう場合がある。

特許文献１には、放射線撮像装置において、放射線を検出する検出パネルの裏側に、検出パネルの検出面よりも大きい放射線を減衰させる減衰部材を設けた放射線撮像装置が示されている。

特開２００２－２１４３５２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術を用いると、後方散乱線の検出面に入射する量は減少するのでアーチファクトは低減できるものの、減衰部材が検出面全体を覆う必要があり、減衰部材が高重量となってしまう課題があった。

そこで本発明は、後方散乱線に起因するアーチファクトを低減することが可能で、従来よりも軽量化できる放射線撮像システムを提供することを目的とする。

上記の課題は、放射線発生手段から発した放射線を被写体に照射し、被写体を透過した放射線に基づく放射線画像を生成する放射線撮像装置において、被写体を透過した放射線を検出する複数の変換素子を二次元アレイ状に配置した第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面と、を有する放射線検出部と、前記放射線検出部の前記第２の面の側に設けられた複数の部品と、前記放射線検出部の前記第２の面の側に設けられ、前記部品の放射線画像への写り込みを低減させるため入射した放射線を減衰させる減衰部材と、を有し、前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記放射線検出部よりも面積が小さく且つ外形の端部がテーパ状であり、前記放射線検出部の第２の面と離して設けられることを特徴とする放射線撮像装置によって解決される。

本発明によれば、放射線撮像装置の後方で発生した後方散乱線に起因するアーチファクトを低減しつつ軽量化した放射線撮像装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る放射線撮像システム１０の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る放射線撮像装置１０２の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る後方散乱線を説明するための模式図である。 第１の実施形態に係る陰影の差と遮蔽体までの距離との関係を示す図である。

以下、本発明を適用した好適な実施形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。また、放射線という用語は典型的にはＸ線であり得るが、Ｘ線に限らず、例えば他の放射線（例えば、α線、β線、γ線等）を適用することも可能である。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る放射線撮像システム１０の全体構成を示す図である。放射線撮像システム１０は、制御装置１００と、放射線発生装置１０１と、放射線撮像装置１０２と、を含んで構成されている。制御装置１００は、撮影条件設定部１０３と、撮影制御部１０４と、画像処理部１０５と、表示部１０６とを備えている。制御装置１００は、ＣＰＵ、主記憶装置、補助記憶装置、ディスプレイを備えた汎用のコンピュータが好適に用いられ、制御装置１００の各部の機能が実現される。

放射線発生装置１０１は被写体Ｐに放射線を照射する。放射線発生装置１０１は、放射線を発生させる管球と、発生した放射線のビームの広がり角を規定するコリメータと、コリメータに取り付けられた放射線量測定器によって構成される。

放射線撮像装置１０２は照射された放射線に基づく画像を生成する。生成された放射線画像は、画像処理部１０５に送信される。また放射線撮像装置１０２は、検出した放射線量の情報を撮影制御部１０４に送信する。放射線撮像装置１０２の内部の構造については、図２の説明にて詳述する。

撮影条件設定部１０３は、管電圧、管電流、撮影部位等の撮影条件を操作者が入力するための撮影条件入力手段を有し、操作者により入力された撮影条件は撮影制御部１０４に送信される。撮影制御部１０４は入力された撮影条件を基に、放射線発生装置１０１、放射線撮像装置１０２、および画像処理部１０５を制御する。

画像処理部１０５は、放射線撮像装置１０２から送信された放射線画像に対して、オフセット補正処理、ゲイン補正処理、ノイズ低減処理等の画像処理を行う。画像処理部１０５は、画像処理が行われた後の放射線画像を表示部１０６に送信する。表示部１０６は汎用のディスプレイ等が用いられ、画像処理部１０５から送信された画像情報を出力する。

図２は、本実施形態における放射線撮像装置１０２の構成を示す図である。図２（ａ）は放射線撮像装置１０２の入射面側から見た外観斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す線Ａ－Ａ´に沿って放射線撮像装置１０２を切断して矢印方向から見た断面図である。図１（ｂ）中の矢印Ｘは、放射線撮像装置１０２に入射する放射線の入射方向を模式的に示す。

放射線撮像装置１０２は、略直方体形状であって、筐体２０１によって放射線撮像装置１０２を構成する各部品が内包される。筐体２０１は、胸当て部２０２ａと枠部２０２ｂを有する前面カバー２０２、および背面カバー２０３を有する。

胸当て部２０２ａは、筐体２０１の放射線が入射する面に配置される板状の部材である。放射線撮像装置１０２には、撮影に使用する際に荷重がかかる場合があるので、胸当て部２０２ａには高剛性の部材が好適である。また胸当て部２０２ａは、放射線発生装置１０１からの放射線が入射する面であることから、放射線透過率の高い材料が好適である。これらの観点から、胸当て部２０２ａには例えばＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）が用いられる。また、胸当て部２０２ａの周縁に位置する枠部２０２ｂには、マグネシウム合金が用いられる。

背面カバー２０３は、筐体２０１の放射線が入射する面と反対側の面に配置される板状の部材である。前述の通り放射線撮像装置１０２には荷重がかかる場合があるため、背面カバー２０３には高剛性の部材が好適である。また、筐体内での放射線の反射を抑えるために、放射線透過率が高い材料が好適である。これらの観点から、背面カバー２０３には例えばＣＦＲＰが用いられる。

筐体２０１内には放射線の入射面側から順に、衝撃吸収シート２０４、放射線像検出パネル２０５、保持層２０６、基台２０７が積層される。衝撃吸収シート２０４は筐体２０１の外部より受ける衝撃から放射線像検出パネル２０５を保護する。

放射線検出部２０５はＦＰＤであり、絶縁基板２０５ｃ上に形成された各々が光電変換素子を有し二次元アレイ状に配された複数の画素２０５ａを有する。さらに複数の画素２０５ａ上に、放射線を光電変換素子が感知可能な光に波長変換するシンチレータの複数の結晶からなるシンチレータ層２０５ｂを有する。

放射線発生装置１０１から照射された放射線は、シンチレータ層２０５ｂにより光へと変換され、複数の画素２０５ａの光電変換素子によりさらに電気信号へと変換される。複数の画素２０５ａのそれぞれの画素からの電気信号は駆動回路および読出回路にて読み出され、放射線画像として生成される。

放射線検出部２０５は、フレキシブル回路基板２０８を介して、制御基板２０９に接続される。制御基板２０９は、前述した駆動回路および読出回路として機能する電子部品が実装されており、光電変換素子から信号を読み出すための制御を行う。

基台２０７は、放射線像検出パネル２０５を支持するための平板状の部材である。基台２０７は、剛性の確保、軽量化、電気的ノイズの影響を考慮すると、マグネシウム合金とするのが好適である。基台２０７の第１の面である放射線が入射する側の面には、両面に接着機能を持つ保持層２０６を介して放射線像検出パネル２０５が配置される。また、第１の面の裏面である第２の面には、制御基板２０９、図示しない二次電池、無線モジュールやアンテナ部等が保持されている。二次電池は駆動用の電力を供給する。無線モジュールやアンテナ部は、外部装置に画像信号を無線送信する無線通信部として機能する。

減衰部材２１０は、放射線検出部２０５の放射線が入射する面とは対向する面の側に設けられ、後方散乱線によって基台２０７の第２の面に設けられた制御基板が放射線画像に写り込むことを防止するための部材である。後方散乱線については図３の説明にて詳述する。減衰部材２１０の材料としては、ビスマス、鉛、ＳＵＳ、鉄、およびタングステンなどの放射線を吸収する材料が用いられる。

本実施形態では、放射線検出部２０５の検出面への正射影において、減衰部材２１０を、検出面よりも面積が小さいものとすることで、減衰部材２１０を軽量化する。また、このように配置した減衰部材２１０が後方散乱線によって放射線画像に写り込むことを防止するため、減衰部材２１０を放射線検出部２０５から離れた位置に設けている。減衰部材２１０は、例えば、これらの材料を粒子や粉体状態とし、樹脂やゴムなどの有機物に分散させてシート状に加工して用いられる。

減衰部材２１０は、背面カバー２０３の放射線入射面側（すなわち筐体の内部）にも、放射線入射面の反対側（すなわち筐体の外部）のどちらにも配置可能である。背面カバー２０３への設置は、接着層を用いると放射線撮像装置の軽量化に対し好適である。接着層は、アクリル系、エポキシ系、ゴム系などの接着剤を用いる事ができ、シート状の両面接着剤を用いると設置作業性が向上する。

また、可搬型の放射線撮像装置では、回診撮影などでベッドやシーツなどとのこすれ等により放射線減衰部材が剥がれてしまう事が考えられ、これを防止するには、放射線減衰部材を背面カバー２０３の放射線入射面側に配置すると良い。

減衰部材２１０は、シート状に加工する際に、加熱と圧力を加え、シート端部がテーパ状になるように成形することが好適である。端部がテーパ状であることにより、以下のような効果が見込まれる。

例えば、減衰部材２１０が写り込むことによるアーチファクトを低減できることである。後方散乱線が減衰部材２１０により減衰すると、検出面における減衰部材２１０が設けられた近傍とそうでない箇所では到達する後方散乱線の量に大きな差が生じることとなる。この差により減衰部材２１０の端部が放射線画像に写り込んでしまう。減衰部材２１０の端部がテーパ状であることで、減衰部材２１０の端部は明瞭に写り込まなくすることが可能となるので、アーチファクトを軽減することができる。

また、減衰部材の端部がテーパ状であることにより、温度変化や摩擦などにより発生する端部への応力集中を防ぐ事ができ、減衰部材２１０のめくれや剥がれを防止できるという効果も生じる。

次に、図３を用いて、本発明で課題となる後方散乱線について説明する。図３は、図１の放射線発生装置１０１および放射線撮像装置１０２について、後方散乱線の状況を示した図である。放射線発生装置１０１から照射された放射線は放射線撮像装置１０２内部に配置された放射線検出部２０５へ入射する。

放射線検出部２０５に照射された放射線の一部は、放射線検出部２０５のシンチレータ層２０５ｂで吸収されずに透過し、放射線撮像装置１０２の背面側の壁面や床などの構造物によって反射して散乱し、放射線検出部２０５の背面側から入射する。背面側から放射線検出部２０５へ入射する後方散乱線は、放射線撮像装置１０２の背面側に設置されている部品で遮蔽されるものと、シンチレータ層２０５ｂに入射するものとがある。放射線画像に遮蔽された箇所と放射線検出部２０５に入射した箇所とで陰影の差が発生することで、放射線画像上に部品が写り込みとして見えてしまい、アーチファクトが発生する。

このアーチファクト量を定量的に評価する為、部品が写り込む領域の平均画素値をＡとし、部品近傍の部品が写り込まない平均画素値をＢとすると、陰影の差は次式（１）で求める事ができる。
陰影の差＝（Ｂ－Ａ）／Ａ ・・・ （１）

図４は、減衰部材２１０を検出面への正射影において制御基板２０９を覆う領域に配置し、シンチレータ層２０５ｂと複数の画素２０５ａの界面から減衰部材２１０までの距離をｘとして、陰影の差と距離ｘとの関係を評価し、表したものである。図４に示す通り、距離ｘが大きくなるにつれ陰影の差は小さくなる。これは、距離ｘが大きい方が後方散乱線が減衰部材２１０の周辺から回り込みシンチレータ層２０５ｂへ到達するため、減衰部材２１０の端部が明瞭に写り込まなくなるためである。

基準値として記した点線のラインは、複数の放射線画像から求めた、画像の実使用で影響が無いと考えられる陰影の差の基準値である。この基準値と、陰影の差データとの交点は５ｍｍとなった。この結果より、シンチレータ層２０５ｂと複数の画素２０５ａの界面から放射線減衰部材２１０までの距離は、５ｍｍ以上離れていれば基準値を下回ることが分かる。さらに好適な画像を得るためには、８ｍｍ以上離してもよい。

以上のように本実施形態では、減衰部材２１０を、放射線検出部２０５の検出面への正射影において前記検出面よりも面積が小さいものとする。さらに、このとき生じる減衰部材２１０の写り込みを低減するために、減衰部材２１０を放射線検出部２０５から離して設ける。加えて、減衰部材２１０の外形の端部を、テーパ状にすることで減衰部材２１０の写り込みをさらに低減することができる。

以上の構成とする事により、放射線撮像装置１０２を軽量化しつつ、後方散乱線に起因するアーチファクト量を低減させることができる。

以上の説明では、写り込みを低減したい対象である部品を制御基板２０９として説明したが、その限りではない。例えば、放射線撮像装置１０２に電力を供給する二次電池、基台２０７に設けられた凹凸部、放射線撮像装置１０２の通信用のアンテナ部の外形の端部を覆うように減衰部材２１０を設けるようにしてもよい。写り込みを低減したい対象である部品には他にも、各種の電気部品を接続するためのケーブル、各種の部品を締結するための締結部材等も含まれる。

また、ある一つの部品を構成する複数の構成部品が、それぞれ異なる放射線の遮蔽率を有する場合は、その構成部品の外形の端部を覆うように減衰部材２１０を設けるようにしてもよい。例えば、一つの二次電池のユニットに、放射線の遮蔽率が高い複数のバッテリーセルが搭載されているような場合を考える。この場合、一つの二次電池のユニット内であっても、バッテリーセルがある箇所とそうでない場所では放射線の遮蔽率が大きく異なるため、減衰部材２１０によりバッテリーセルの端部を覆うことで写り込みを軽減することができる。

以上、本発明に係る実施形態を示したが、本発明は上記の実施形態に限定されないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上述した実施形態は適宜変更が可能である。

１０２ 放射線撮像装置
２０５ 放射線検出部
２１０ 減衰部材
Ｐ 被写体

Claims (16)

1. 放射線発生手段から発した放射線を被写体に照射し、被写体を透過した放射線に基づく放射線画像を生成する放射線撮像装置において、
   被写体を透過した放射線を検出する複数の変換素子を二次元アレイ状に配置した第１の面と、前記第１の面と対向する第２の面と、を有する放射線検出部と、
   前記放射線検出部の前記第２の面の側に設けられた複数の部品と、
   前記放射線検出部の前記第２の面の側に設けられ、前記部品の放射線画像への写り込みを低減させるため入射した放射線を減衰させる減衰部材と、を有し、
   前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記放射線検出部よりも面積が小さく且つ外形の端部がテーパ状であり、前記放射線検出部の第２の面と離して設けられること
   を特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記放射線検出部と重なる前記部品の外形の端部を覆うことを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記複数の部品は、複数の構成部品から構成される部品を有し、
   前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記放射線検出部と重なる前記構成部品の外形の端部を覆うことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記複数の部品は、前記放射線検出部からの信号を読み出すための電子部品を実装した制御基板を含み、
   前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記放射線検出部と重なる前記制御基板の外形の端部を覆うことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
5. 前記複数の部品は、前記放射線撮像装置に電力を供給する二次電池を含み、
   前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記放射線検出部と重なる前記二次電池の外形の端部を覆うことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
6. 前記複数の部品は、前記放射線撮像装置が外部の装置と通信するためのアンテナを含み、
   前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記放射線検出部と重なる前記アンテナの外形の端部を覆うことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
7. 前記複数の部品は、前記検出部の前記第２の面の側に前記検出部を支持する基台を含み、
   前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記放射線検出部と重なる前記基台の凹凸の端部を覆うことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
8. 前記複数の部品は、前記放射線撮像装置が有する部品を締結する締結部材を含み、
   前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記放射線検出部と重なる前記締結部材の外形の端部を覆うことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
9. 前記複数の部品は、前記放射線撮像装置が有する部品に接続されたケーブルを含み、
   前記減衰部材は、前記第２の面への正射影において前記放射線検出部と重なる前記ケーブルの外形の端部を覆うことを特徴とする請求項２に記載の放射線撮像装置。
10. 前記放射線検出部、前記部品、および前記減衰部材を内包する筐体を有し、
    前記減衰部材は、前記筐体の外部に設けられていること
    を特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像装置。
11. 前記放射線検出部、前記部品、および前記減衰部材を内包する筐体を有し、
    前記減衰部材は、前記筐体の内部に設けられていること
    を特徴とする請求項１または２に記載の放射線撮像装置。
12. 前記減衰部材は、前記筐体に接着層を介して接着されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の放射線撮像装置。
13. 前記放射線検出部は放射線を光に変換するシンチレータ層を有し、
    前記減衰部材は、前記第２の面と前記シンチレータ層との界面から５ｍｍ以上離れて設けられることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の放射線撮像装置。
14. 前記減衰部材は、ビスマス、鉛、ＳＵＳ、鉄、およびタングステンの少なくともいずれか一つからなることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の放射線撮像装置。
15. 前記筐体の放射線が入射する面と反対側の面は、ＣＦＲＰからなること
    を特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の放射線撮像装置。
16. 請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の放射線撮像装置と、
    前記放射線撮像装置が検出した放射線を放射線画像として処理する画像処理部と、
    を備えることを特徴とする放射線撮像システム。

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