JPH01500968A - 断層像形成方法及び装置 - Google Patents

断層像形成方法及び装置

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JPH01500968A JP62504469A JP50446987A JPH01500968A JP H01500968 A JPH01500968 A JP H01500968A JP 62504469 A JP62504469 A JP 62504469A JP 50446987 A JP50446987 A JP 50446987A JP H01500968 A JPH01500968 A JP H01500968A
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アニス,マーチン
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アメリカン サイエンス アンド エンジニアリング,インク.
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/20Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by using diffraction of the radiation by the materials, e.g. for investigating crystal structure; by using scattering of the radiation by the materials, e.g. for investigating non-crystalline materials; by using reflection of the radiation by the materials
    • G01N23/203Measuring back scattering

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は透過性放射線を使用する断層像の形成に関するものである。
背景技術 透過性放射線による撮像が様々な手法を用いた像形成に応用されてきている。そ の中で最も古いものはX線写真と呼ばれる像を(必らずしも全部ではないが通常 はX線フィルムに)形成する方法である。XvA写真では撮影した対象の視軸が 投影される欠点があるため、その改善が古くからめられてきた。断層撮影、即ち 被験体の一断面を表わす像形成の必要性は長い開窓じられてきた。断層撮影或い は断層写真の方法はあるが、現在知られているものはすべて色々な欠点を持って いる。
そのような技法の一つがオレンドルフの特許第3.106.640号に示されて いる。オレンドルフはブラニグラフィー、トモグラフィー、ラミノブラフイー等 の複雑な機械的な方法に触れているが、これらの方法では普通放射線源と放射線 に感応する記録板とを同一の角速度で同期して動かすことが必要である。原則と して露出期間中に動かすと理論的には記録板に平行な面ばかりでなく回転軸上で もあらゆるものがぼけてしまう、この結果、観察中の対象の層の断面X線写真( 即ち断層写真)が得られるが、この層の厚さは漠然としていてはっきりしていな い、従って、その層即ち、断面と他の細部との機械的な分離が非常に悪い、オレ ンドルフの手法に類似する他のものがアンガーの特許第3.979.594号、 プルネットの特許第3,976.885号、検出の特許第3,973,127号 及びデルウカの特許第3,935,462号に示されている。
1970年代から他のものより遥かに普及した断層撮影法、即ち広範囲に亘って 成功を納めたものはコンピューター断層撮影と呼ばれ、その成功は主としてハウ スフィールド及びコーマツクの業績に依るもので、これにより彼等は一緒にノー ペル貫を受けた。「コンピューター断層撮影法」とゆう用語で表わされる技法は 数多く有るが、それらについては纏めて後述する。コンピューター断層撮影に於 いては、透過性放射線のビームで被験体を照射する(成る場合にはファンビーム で被験体を端から端まで照射し、他の場合には一本又は複数のペンシルビームの こともある)、一台又はそれ以上の検知器で照射の結果被験体から出るX線エネ ルギーを記録する。成る方法では全断面を所定の角度で照射し次に被験体と放射 線源/検出器装置との間の角度関係を変えて照射を繰返す、この照射を可成り数 多くの回数繰返すので、観察対象の面を透過するX線エネルギーは複数の径路を 通りまた複数の角度で記録される。このデータは、照射された被験体部分の横断 面の像を作成するコンピューターへの入力として用いる。
コンピューター断層撮影法は広く普及したが、この方法には大きな短所が数多( 有る。第1には、所望の像を得るのに被験体を端から端まで照射しなければなら ず、またその照射領域全体に亘って被験体のX線反応を記録しなければならない 、換言すれば、目的とする領域は被験体の既知の一断面中の特定の既知領域であ ると分っていたとしても、所望の像を得る前にその断面全域を照射しそこから得 られたデータを用いなければならない、第二には、像の形成がリアルタイムで行 われないことである。つまり、像を形成する前に装置のコンピュータ一部分が記 録されたデータで演算を行う時間だけ遅延が生じる0回転が必要だとゆうことも 多くの点で不都合を生じる。実際上、回転を伴うことにより利用できる断面の方 向が限られてしまう0例えば人間の体の場合を考えてみよう、垂直方向に立って いる人に対して略々水平な断面を得るには、垂直な軸を中心とする相対的な回転 が必要であり、これが現在広く普及している装置の典型的な構成である。しかし ながら、垂直に立っている人に対して垂直方向の断面が欲しいとすると、人間の 体を水平軸を中心に回転させなければならない、つまり人体を頭をさかさまにし てぐるりと回転しなければならない、実際にこのような回転を行うことのできる 機械を私は知らない、コンピューター断層撮影の大きな制約は、像の他の領域と は対照をなす成る領域でのコントラストが最終的にはその特定領域に於けるレベ ルの統計的な変動またはノイズにより限定を受け、また像の他のすべての領域に 於けるレベルの減衰により決定されることがコンピューター断層撮影の特徴であ る。特に、像のどの部分でもそこを横切るX線ビームが大きく減衰すると像全体 のノイズが多くなる。
本発明の目的は従来技術の欠点のない断層像形成方法及び装置を提供することで ある。特に、本発明の目的は従来のコンピューター断層撮影で要求される膨大な 計算力の必要がないようにすることである0本発明の他の目的は、略々リアルタ イムで断層像を形成することである0本発明の更に他の目的はどの断層像形成に も不可欠な相対的回転のための機械的構成をなくすことである0本発明の更に他 の目的は統計的ノイズが少なくまた放射線使用量が少ない断層像を形成すること である。最後に、本発明の更に他の目的は所望の像を表わす断面を含む被験体の 部分を照射するだけで、対象とする領域には関係なく被験体を端から端まで照射 する必要のない断層像を形成することである。
発明の摘要 本発明によれば、選択した断面の断層像を形成する装置には透過性放射線源が含 まれ、この放射線源は通常X線放射源であるが、X線以外の他の透過性放射線も 用いることができる。放射線源から発射された放射線は二つの機能を有する掃引 手段により操作される。掃引手段は放射線源よりの放射エネルギーを細いペンシ ルビームに変えて空間中の一本の線に沿ってこのビームを繰返し掃引する0通常 はペンシルビームの動きは直線的で、つまり一平面に限られ、掃引されるにつれ て上述の空間中の線をたどる。撮影する対象は、その対象を通りまた同時に選択 された断面、即ち対象内の目的とする領域を通る透過線に沿って掃引ペンシルビ ームが撮影対象を横切るように支持される。
従来の装置及び方法の殆んどは、透過ビーム、即ち照射ビームの視軸に沿って撮 影される対象から出るエネルギーを検出して断層像を形成するが、散乱エネルギ ーを利用する従来の方法もある0例えばオレンドルフはその特許の第7図で散乱 エネルギーの使用を提案している。この他断層像の形成に散乱エネルギーを利用 する提案はレイルの[メガポルトのX線撮影への拡張可能なガンマ線使用による 内部組織検査」に見られこれは1959年発行の[フィジクス・イン・メディシ ン・アンド・バイオロジーJ (Physics in Medjcine a nd Biology)に記載されている。
本発明は透過光線とは全く異なる散乱及び/又は蛍光エネルギーを利用する。従 って、本発明は照射ビームの視軸から外れて対象から散乱する放射線に8応する 放射線検出器を含む、しかしながら、補助的に局在化をしないと、どの時点のエ ネルギーも透過線、即ちペンシルビームが撮影対象を横切る線に沿ってその対象 内に存在する体積素により散乱することがある。この不安定さのため、このよう にして収集したデータは殆んど或いは全く価値のないものとなってしまう。従っ て本発明は撮影対象と放射線検出手段との間に配したコリメーターも使用する。
このコリメーターはラインコリメーターと呼ばれるものである。
コリメーターは、ペンシルビームの掃引動作により形成される面に沿ってまたコ リメーターの基準面と平行でかつそこから一定の距離だけ離れている他の面に沿 って撮影対象内に在るすべての体積素により散乱される散乱エネルギーを受入れ るように配置される。事実上、これらの二つの面が交差して一本の線を形成し、 従ってコリメーターはこの選択線に沿って又は隣接して存在する体積素から散乱 するエネルギーを選択し、排除し又は受入れたりするのでラインコリメーターと 呼ばれる。別の観点からみると、照射ビーム(ペンシルビーム)の掃引により掃 引面が形成される。コリメーターは官界線内で掃引面と交差す視野(散乱エネル ギーが検出器に送られる体積)を有する。それだけでは官界線に沿う撮影対象の 体積素領域からの散乱エネルギーだけが検出されることになる0体積素の大きさ はひとつにはペンシルビームの寸法、またひとつにはラインコリメーターの寸法 によって決まる。ペンシルビームの大きさにより体積素のビームの視軸に直角な 面内の寸法が決まり、体積素の第3の寸法はビームの長さに沿った寸法である。
この後者の寸法は下に述べるようにコリメーターの寸法により成る程度影響され る。この寸法は「断面の厚さ」である、どの時点に於いてもペンシルビームは唯 一点で、又は一つの体積素で選択線、焦点線又は断面と交差する。従って、ライ ンコリメーターはこの線に沿っていない撮影対象からの散乱エネルギーは排除す るが、照射される選択線に沿っては唯一つの体積素しかない、この結果、散乱エ ネルギーはこの体積素から来るしかなく、他にはない。
ペンシルビームは空間中の線を掃引するにつれて、選択線に沿って一連の点と交 差する。ペンシルビームの掃引動作の程度はその一連の交点が完全に選択線をト レースしきるように選定される。従って、放射線検出器の時間順次の応答により 散乱エネルギーを生じる体積素が順次表現される。
撮影対象は放射線源/検出器に対して相対的に移動される。
その結果一連の選択線が時間とともに生じる。これらの連続する選択線の集合が 選択された断面、つまり像を形成しようとする目的の断面を形成する。
好ましい一実施例では、放射線検出器手段はそれに衝突するX&Iエネルギーに 応じて光学エネルギーを発生するシンチレータ−或いはそれと同じようなもので よい、光学エネルギーは次に陰極線管を強度変調するのに使うことができる電気 エネルギーに当業者には周知の方法で変換する。ペンシルビームの掃引動作と放 射線源/検出器に対する撮影対象の相対的移動とを陰極線管の掃引に連動させる ことにより、選択断面の像が陰極線管上に表示される。更に、後で陰極線管上に 表示するとかバートコビイのプリントにするとかのために放射線検出器手段から 得た信号を好ましくはディジタル信号として記憶できることが好ましい。
従って、本発明は検査すべき対象内の選択した断面の断層像を形成するのに有用 な装置を提供するもので、その装置は、透過性放射線源と、 前記放射線源より発射したエネルギーに応答して前記エネルギーをペンシルビー ムに形成し前記ペンシルビームを空間中の一本の線上に繰返し掃引するための掃 引手段と、前記検査対象と前記選択断面とを通る透過線に沿って前記ペンシルビ ームが前記検査対象と交差するように前記検査対象を支持するための第1の手段 と、前記透過線と前記選択断面との一連の交点により形成される線に沿って在る 前記検査対象の体積素により散乱された放射線だけを通すように前記検査対象に よる散乱エネルギーをフィルターするだめのラインコリメータ一手段と、前記ラ インコリメータ一手段は複数のチャンネルを有し、各チャンネルは略々平坦で複 数のチャンネル面を形成し、前記チャンネル面は前記官界線内で前記選択断面と 交差し、更に、 前記ラインコリメータ一手段を通過した放射線に応答する放射線検出器手段とか ら成る。
一実施例に於いては、撮影対象の相対的移動はペンシルビームの面と選択線に直 角な方向に行われ、明らかなように、実質的に選択断面は、ラインコリメーター が連続する選択線を見るにつれて掃引される面である。しかし、本発明は平面的 な断面の像の形成に限定されるものではない、確かに、撮影される断面の形状は その形状が一本の線の動きで生じるものである限りは様々な幾何学的形状であっ てよい6例えば、撮影対象と放射線源/検出器との相対的移動を変えるだけで選 択断面の形状を直円柱状にできる。直円柱状の像を形成するには、撮影対象をペ ンシルビームの面と選択線とに互いに直角な方向に移動する代りに選択線に平行 でかつそれからずれている軸を中心にして撮影対象を回動する。錐面の像を形成 するには、選択線と交差する軸を中心に円形に撮影対象を回動する0選択線が所 望の円検出効率を高めるには、散乱エネルギーが発生する立体角を大きくする。
これは、ラインコリメータ一手段と放射線検出器手段の双方の寸法(面積)を大 きくすることで実現する。好ましい実施例に於いては、ラインコリメータ一手段 と放射線検出器手段とを撮影対象の透過性放射線源を配置したと同じ側に配置し 、ラインコリメータ一手段と放射線検出器手段とを撮影対象及び透過性放射源と の間に置く、掃引ペンシルビームのための通路を設けるためにラインコリメータ 一手段と放射線検出器手段の両方を夫々一対のラインコリメーター素子と一対の 放射線検出素子とで構成し、多対の素子はペンシルと−ムの両側に夫々配される 。
ラインコリメータ一手段は掃引ビームにより形成される面に直角な多くの面に同 じ横断面を有する放射線吸収体で構成してよい、その横断面は複数のチャンネル を含み、各チャンネルはペンシルビームと選択断面との交点で終端しかつライン コリメータ一手段の検出器手段に対するよりも撮影対象の方に近い第1の面を通 り抜はラインコリメータ一手段の撮影対象に対するよりも検出器手段の方に近い 第2の面にまで延長する仮想線に沿っている。チャンネルは実際上平面的又は殆 んど平面的で複数のチャンネル面を形成し、これらチャンネル面は官界線内で選 択断面と交差する。
好ましい実施例ではペンシルビームと選択断面との交点を点として見るよりむし ろ、それは実際上平面的、つまり仮想点とは異なりその点上に在る小さな固体素 子である0体積素はペンシルビームに沿って大きさを持っているため、前述のチ ャンネル夫々は平行な側面を有し、事実チャンネルはペンシルビームの面に直角 な面に於いて台形の横断面を有する一連のパンフルで形成できる。パンフルの他 の横断面の形状は本願の他の部分を検討すれば明らかとなるであろう。
図面の簡単な説明 当業者が本発明を作り使用できるように添附図面に関連して以下本明細書に於い て本発明を更に詳細に説明する。
第1図は本発明の実施例の主要構成要素を三次元で示す図、第2図は本発明の動 作原理を説明するために幾つかの構成要素を路線的に示す図、 第3図は第1図の構成要素の断面図で、撮影対象とその撮影対象の選択された断 面を追加して、選択断面が平面である場合への本発明の適用を示し、 第4図は選択断面が円筒面であることを除いては第3図と同様の図、 第5図は撮影対象に対し完全な選択断面の展開を示す第4図の断面図、 第6図はラインコリメーターの一方の素子の一実施例を詳細に示す図、第8図は それの他の実施例の詳細図、及び第9図はビームの厚さと選択断面との間の関係 を説明するための図、更に 第7図は本発明の他の実施例を示す第2図と同様な図である。
好ましい実施例の詳細な説明 第1図に示すように本発明の主要構成装置にはファンビーム(31)を発射する X線源(30)が含まれる。ファンビーム(31)は回転チョッパーホイール( 32)に遮られる。チョッパーホイール(32)は放射線不透過材料で作られて いるが、例えば(34)及び(35)で示すように複数のスリットを持っている 。チョッパーホイールが矢印(33)の方向に回転するにつれて異なるスリット がファンビーム(31)と交差する。
スリットがファンビームと交差すると、ペンシルビーム(36)が形成され、ホ イール(32)が回転するにつれてペンシルビーム(36)は一本の線に沿って 掃引される。第1図に示すように、ここでは矢印H及び■が夫覆水乎及び垂直面 を規定していて、この場合の掃引方向は垂直方向である。即ち成るスリットが最 初に点X1でファンビームと交差した時に掃引が始まり、ペンシルビームは垂直 下方へ掃引されそのスリットが点X2でファンビームと交差すると掃引が終了す る。X線源とチョッパーホイールとの協同動作については本出願の譲受人に譲渡 された再発行特許第28.544号に更に詳細に記載されている。
前述の構成装置はペンシルビーム(36)が撮影対象(第1図には示されていな い)と交差するように配置する。ペンシルビーム(36)は撮影対象とそれを通 過する径路に沿って交差する0本発明の目的は対象の選択した断面の断層像を形 成することであり、ここで説明のためビームの掃引が図示の状態に在る時に第1 図に於ける点Pがペンシルビーム(36)の径路と一致する選択断面に於ける点 であると仮定する0点Pに於ける対象の組成に応じて放射線が散乱し、実際上、 放射線は対象内のペンシルビーム(36)の全径路に沿って在る物質により散乱 する。撮影対象(図示していなレリと前述の構成要素との間に設けであるのはラ インコリメーター(50)で、第1図に示す実施例ではラインコリメーター素子 (51)と(52)から成り、後者は他の構成装置が不明瞭になるのを避けるた め仮想線で示しである。ラインコリメーター素子(51)及び(52)に隣接し ているのは放射線検出素子(41)及び(42)から成る放射線検出器(40) である、これらの素子は入射X&!エネルギーを光学エネルギーに、光学エネル ギーを電気信号に変換するための例えば従来のシンチレータ−結晶で構成するこ とができる。検出素子(41)及び(42)はどの時点に於いても単一の電気信 号を発生するように配置され、この電気信号は陰極線管の如き撮像装置(60) 或いはハードコピイブリンター、好ましくはその検出器の信号を記録するコンピ ューターに導線(43)を介して与えられCRT (60)又はプリンターを駆 動する。
選択した断面の像を現像するには、点Pで散乱した放射線をペンシルビーム(3 6)の径路に沿つて在る撮影対象の他の部分により散乱した放射線とは区別して 検出しなければならない。
このために、コリメーター素子(51)及び(52)は夫々第1図に於いて(5 1C1)及び(51C2)で示すような複数のチャンネルを備えている。第1図 では分りやすくするためチャンネルを二本しか示していないが、実際には散乱し た放射線をできるだけ多く収集するためにずっと多くのチャンネルを設ける。実 際上の様々な制約や効率の面から、できるだけ多くの放射線を収集する必要があ る。チャンネルは別として、コリメーター素子(51)と(52)は放射線吸収 材料で構成される。この放射線吸収材から成るバッフルは、排除すべき放射線が 小さな角度でパンフルを横切って大きな減衰を生じるか或いは角度が大きければ 沢山のバフフルを横切るに違いないので非常に1<シてよい、これにより所望の 断面に於いては多くのエネルギーを受入れ他の領域からのエネルギーは受入れな い非常に効率のよいコリメーターが設計できる。この結果、検出素子(41)及 び(42)により「見られた」放射線だけがコリメーター素子(51)及び(5 2)のチャンネルの一つを通り抜ける放射線である0次に述べるように、コリメ ーター素子(51)及び(52)はそれらの基準表面から一定の距離に置かれた 官界線により決まる視野を夫々有する。ペンシルビームの掃引はビームがこの官 界線全体を掃引するようになされる。ペンシルビーム(36)は時間の関数とし て掃引するので、検出素子(41)及び(42)から時間の関数として生じる電 気信号はその官界線に沿って在る異る体積素に対応する。第1図で理解できるよ うに、チャンネル(51C1)等は殆んど平らでチャンネル面を形成する。第3 図について次に述べることから分るように、これらのチャンネル面はペンシルビ ームが時間の関数としてそれに沿って動く官界線(14)内で選択された断面と 交差する。
第1図に於けるよりも本発明の動作を明瞭に示す第2図について説明する。第2 図に於いて前述と同じ装置は同じ参照符号で示す、第2図は撮影対象(20)を 示すが、第2図の場合には選択された断面は平面(12)である、第2図にはラ インコリメーター素子(51)及び(52)、更に検出素子(41)及び(42 )は図示していない。第2図に示すようにペンシルビーム(36)は点(11) で選択断面(12)と交差する。
ペンシルビーム(36)の掃引は点線(36A)から点線(36B)に及び、ペ ンシルビーム(36)は繰返しこの領域を横切り、その結果ペンシルビームは点 (IIA)に於ける掃引の一端と点(IIB)に於ける掃引の他端で選択断面( 12)と交差する。このようにして、ペンシルビーム(36)の掃引は選択断面 (12)内に在る官界vA(14)全体に亘って行われる。次に述べるように像 の形成に関与するのは官界線(14)に沿う又はその線上に在る撮影対象の体積 素により散乱した放射線のみである。もし放射線検出器(41)及び(42)を 線(14)に沿って在る体積素から散乱するもの以外のすべての放射線が当らな いようにできれば、検出した放射線により生じる信号で形成する像は撮影対象( 20)の線(14)に隣接する部分に対応した像となることは当業者には明らか であろう。
更に、撮影対象(20)を放射源(30)/検出器(41) /(42)に対し て平行移動することにより像を選択断面(12)の全域に対応するものとできる 。これを行う方法を以下更に詳細に説明する。
第3図に関し、これは第1図の横断面図であるが、撮影対象(20)の−断面を つけ加えており、この第3図ではチョッパーホイール(32)に関連してX線源 (30)を示し更に掃引ペンシルビーム(36)を形成するためのスリット開口 (37)(これは第1図には示されていない)が存ることを示している。
第3図では被験体(20)を通過するペンシルビーム(36)の径路が示されて いる。ペンシルビーム(36)の動きは図面の紙面に垂直なためにその動きは図 面では見えない、第3図はラインコリメーターが夫々ペンシルビーム(36)の −例に設置されるラインコリメーター素子(51)及び(52)から成ることを 示している。同様に放射線検出器はこれもまたペンシルビーム(36)により隔 てられた素子(41)及び(42)で構成される。効率を良くするという点では このようにすることが好ましいが、ラインコリメーター及び検出器をペンシルビ ームの両側に必らずしも延長する必要がないことは明らかであロウ、ペンシルビ ーム(36)の照射により生ずる被験体(20)からの散乱エネルギーはまず第 一にペンシルビーム(36)の径路内に在る被験体のどの部分によっても散乱さ せることができ、そのエネルギーはどの散乱点でもそのまわり360度の立体角 全体に亘って散乱され得る。しかし、ラインコリメーター(50)が存在するこ ととその放射線吸収材としての組成のためにラインコリメーター内のチャンネル を通る散乱エネルギーだけが放射線検出器に到達できる。第3図から明らかなよ うに、チャンネル(51C1) 、(51C2) 、(52C1)及び(52C 2)全部が官界線(14)を「見て」いる、第3図ではこの線は点(11)で示 され、第2図では線(14)として示されている。線(14)に沿うどの点も検 出器により「見られる」散乱エネルギーを生シ得るが、ペンシルビーム(36) の掃引動作のためどの時点でも線(14)に沿う一点(即ち一体積素)が照射さ れる。従って、どの時点でも被験体(20)の一体積素からの散乱エネルギーだ けが検出器によって「見る」ことができる、しかし、ペンシルビーム(36)は 時間の関数として掃引するので、散乱エネルギーから得る一連の信号が官界u  (14)に沿って在る体積素を表わすことができる。更に、被験体(20)は矢 印Wの方向に(他のすべての構成装置は固定しておいて)平行移動されるので、 官界線が選択断面を実際上トレースする。
被験体(20)内の選択断面の位置はひとつには夫々のチャンネルとペンシルビ ーム(36)の径路とが成す角度及びラインコリメーター内のチャンネルの入口 とペンシルビーム(36)の径路との距離により決定される。第3図から明らか なように、各チャンネルは他のチャンネルと共通の唯一つの点でペンシルビーム を交差する一本の線に沿っている。このため、選択した断面(12)は常にライ ンコリメーター上の基準点、例えばその前面(51F)及び(52F)から一定 の距離に在る。従って、もし第3図に示す装置を使って他の異なる選択断面を撮 影したいときには、コリメーターを被験体に対して矢印Tの方向に動かせばよい ことが明らかであろう0本発明に従って成る断面を撮影する場合には露出時に放 射線i!!(30)、検出器(40)或いはコリメーター(50)を動かす必要 がないことは銘記すべきことである。しかし選択した断面の位置を変えるには被 験体に対するコリメーターの位置を変えてもよし)、コリメーターと検出器の隣 接関係を保持するために検出器の位置をコリメーターと同じように変えるのが望 ましい、成る場合にはコリメーター及び検出器と一緒に放射線源とチョッパーホ イールとを動かすことが望ましくまた/或いは好ましいことがあるが、これは進 体必要なことでないことは明らかであろう。
本発明により形成する像を定量化するために、検出器と被験体の一端との間に置 かれたラインコリメーターを考える。ここで検出器から被験体の表面までの距離 をLとする。被験体の内部にその表面から距翻xだけ入った厚さΔXの断面を考 える。
Is=放射線束(ラド又はフォト77国2)とする。
検出器で受ける線束は ここで第2因子は入射径路上でのビームの減衰、μ、。、(x)は深さXに於け る全減衰係数、 μm(*fl(X)八には深さXに於けるΔXから発生した散乱螢光X線の一部 、 八−0=出射径路上での減衰は検出器へ戻る散乱X線についての平均減衰、 GF−検出器ΔXが見ている立体角及びラインコリメーターの透過率により決ま る幾何学的因子を云う。
従って上述の像は第2及び第3の因子の積であり、第2の因子は深さXに到達す るに際してのビームの減衰を表わし、第3の因子は断面内の物質によるものであ る。成る意味では、我々はビーム(36)に沿って存在する物質により決まる濃 度を有するフィルターを通して「断面」を見ている。像は和ではなく積なので、 所望の像がよ(見える。多くの非破壊検査゛では第2の因子は普通殆んど一定か ゆっくりと変化する軟い組織の減衰による。胸部の後に見える肺の組織の場合で も肋骨の影は見えるが病巣は高い信号対雑音比で見える。
前述に於いて検出された信号を一旦電気信号に変換すれば、像は従来と全く同じ 方法で(陰極線管又はハードコピイブリンターを介して)形成されるのは当業者 には明らかであろう。
もうひとつ別の点から観ると、コリメーター(42/43)の視野(全視野)は 各チャンネルの視野の和にすぎない、第3図ではその全視野が被験体(20)内 の破線で示すチャンネル(51C1)、(52C1)等の延長線として部分的に 示されている。
全視野を完全に示すには被験体(20)を突き抜けて破線を描かなければならな いので第3図では全視野の一部だけを示した。
第3図は前述のかつまた第3図では点(11)で示す官界線(14)内で掃引ペ ンシルビーム(36)により画成される面とコリメーターの全視野が交差するこ とを示している。
第4図は、像形成時の被験体(20)の動きが直線ではなくて円運動であること 以外は第3図と全く同じである。特に第3図の場合と全く同様に視界の官界線、 即ち選択線がコリメーターの基準表面から距離0のところに置かれる。第4図に 示す場合には、選択された断面は直円柱の形をしており、これを「検査殻」と呼 ぶ、直円柱である選択断面の像を形成するには、被験体(20)を平行移動する (第3図に示すように)のではなくて官界線(14)に平行ではあるがそれから 離れている軸を中心に被験体(20)を回動する。当業者はこの種の運動により どのようにして官界#IA(14)が直円柱の全表面をトレースし従って表示器 (60)上に形成される像がその直円柱に対応する断面の像となることが理解で きるであろう。
第5図はこの効果をより路線的に示す、第5図ではxvA源(30)と、ライン コリメーター素子(51)及び(52)から成るラインコリメーター(50)と 、検出素子(41)及び(42)から成る検出器(40)とが示されている。被 験体(20)は断面が方形のものとして示されているが、被験体の断面は余り重 要でないことは明らかであろう、第5図の断面では、官界線(14)は点(14 )で示されている。所望の選択断面は点線(12)で示されている。直円柱の像 を形成するには、被験体(20)を軸(M)を中心に回動するが、この軸は官界 1(14)と平行ではあるがそれから離れた線である。ペンシルビーム(36) の動きにより画成される面内にない軸を中心に回動すると非直円柱形状が生じる 。
R述に於いてはペンシルビーム(36)と選択した断面(12)との交点を体積 素、或いは点と呼んだが、「点」とした場合にはそれは理論的構造であり、事実 ペンシルビーム(36)は有限の大きさを有しているので、ペンシルビームと選 択断面との交点も少くとも2次元的に有限の大きさを有することは明らかであろ う、更に、体積素も径路(36)の全長に亘って有限の大きさを有することが好 ましい、この大きさは第6図に於いて「断面の厚さ」として示されている。第6 図はラインコリメーター素子(51)の一実施例の横断面を示す、第6図に示す ようにビーム(36)の掃引により画成される面に直角な面内にラインコリメー ター素子は横断面を有しこの断面に於いて一連のパフフル間に形成された複数の チャンネルを有する。実際上、ラインコリメーターは掃引ペンシルビームにより 画成される面に直角な多くの面内に於いて同じ横断面を有する。第6図はパンフ ル(51B1)〜(5188)により形成されたチャンネル(51C1)〜(5 1C7)を示す、勿論パンフルは、径路(36)に沿って在る散乱点から散乱し た放射線だけがチャンネルの一つを通る通路をたどってコリメーター(51)の 検出器側に到達するように放射&!@収材料から成る。第6図から分るように、 チャンネルを通るあらゆる通路は「断面の厚さ」に沿ったところから始まり、そ の結果、検出器(40)はこの領域内の散乱点だけを「見る」ことができる、パ フフルの大きさに関し上述の点を示すために点し及びSから散乱した放射線を考 える0点りから散乱した放射線は選択線に沿った点から散乱、した放射線に対し て大きな角度(&!LA)を成し、第6図に示すように、その放射線エネルギー は三つのパンフルを横切るので、ひとつひとつのバフフルが単独でこの望ましく ないエネルギーを排除できる程の厚さを持つ必要はない0点Sからの散乱放射線 の選択線に沿った点からの散乱放射線に対する角度は小さい(線SA)、この放 射線エネルギーは一つのパンフル(51B3)を横切るだけあり、殆んどその全 長に亘って他のバフフルを横切ることはない、この点からもバフフルの厚さはそ の放射線エネルギーを排除するように選定する必要はない。
第6図はチャンネルに隣接するバフフルの側面が平行でこれらバフフルまたは少 (とも中間のバフフルは台形(一対の平行な辺と一対の平行でない辺とを有する 閉じた四辺形)の横断面を有する場合を示す。
前述に於いては被験体(12)をビーム(36)と官界線(14)に対し互いに 直角な方向に移動する場合について説明したが、被験体の移動には直線移動しか 使えない訳ではない。
特に(第2図と同様の)第7図では移動方向Wはペンシルビーム(36)の径路 の面と平行である。第7図に於いては第2図と同様に図示を明瞭にするためコリ メーター/検出器は示されていないが、官界m (14)は示されている0選択 された断面(12’)(この場合ペンシルビームの掃引動作により形成される面 と同一の拡がりを持つ)が方向Wに於いて被験体(20)と相対的に動く官界1  (14)によりトレースされる。
前述の説明は比較的大まかなものではあるが、被験体(20)に必要とされる移 動は比較的簡単(直線又は円形移動について述べた)であり当業者はこれ以上説 明しなくてもそのような動作を行う装置を容易に得られることは明らかであろう 、同様にチョッパホイール(モータ(38)により駆動される)の動作も周知で ある0本発明は散乱XvAエネルギーを電気信号に変換するための放射線検出器 、処理用の電子工業機器及びペンシルビームの掃引動作とどのような動作が選ば れるせよ被験体(20)の移動と協働して電気信号から像を形成するための表示 ハードウェアの使用が必要であるが、これ以上説明しなくても当業者はこの装置 を容易に得ることができる。
更に、前述では選択された断面(12)は大体平坦(第2図及び第7図)か直円 柱の表面(第5図)の場合について説明したが、選択断面の形状についてはそれ が一本の移動する線によって形成される面でなければならないとゆうこと以外に は何等固有の限定はない、更に、この線は常にペンシルビーム(36)と交差す るがそれに対して直角である必要はない、従つて、選択断面は錐面を始めとして どんな円筒面の形状でも持つことができる。
前述ではペンシルビームを形成し掃引するため再発行特許第28.544号に述 べられているような機械的なチョッパーについて説明し1こ。しかしX線のペン シルビームを形成し掃引するため他の装置を用いることは本発明の精神及び範囲 に含まれる。
選択線上以外のすべての点から散乱するエネルギーから放射線検出器を守れるこ とは本発明独自の利点である。前述したようなラインコリメーターを使用するこ とにより、像形成時にコリメーターを動かす必要がなくなる。例えば前述のレイ ルの文献では、これは一般的に断層撮影に関するもので掃引ペンシルビームを用 いているが、円錐状のコリメーターの形でポイントコリメーターを使用すること を提案している。従って、レイルのコリメーターはビームが掃引するにつれて動 かさなければならない、この必要により装置の速度及び複雑さに厳しい負担が加 わる。
第6図はラインコリメーターの一実施例を示し、第8図は他の実施例を示すがこ れは成る場合には好ましいものである。第8図のラインコリメーターは略々平行 な側面と転移部(T2)〜(T7)のようにコリメーター面(51F)に略平行 な転移部とを持つパンフルを有する。このバフフルの形状は製造がより簡単で線 LA及びSA(第6図参照)に関して述べたコリメーターの性質を利用するもの である。
体積素の大きさは多(の条件により制約される。被験体の特徴を「見る」ために は、その特徴の存在を検出する散乱或いは螢光エネルギーで表わさなければなら ない、このためにはビームの横断面が有限の大きさを持つことを要求されるフォ トンの最小閾値が必要である0便宜上ビームの断面の長さを掃引により形成する 平面内で測ったビームの横断面の寸法とし、ビームの幅をその横断面の他の寸法 とする。第9図は第6図及び第8図と同様に断面で示すラインコリメーターの典 型的なチャンネルAに)いてペンシルビーム(36)を示している。チャンネル Aは名目上の選択断面の厚さTに対して寸法を取ったもので、つまりチャンネル Aの両側面はビーム軸(36)に沿った点A及びBと交差する0幅BBIを存す る実際のビームを考えると、実際の選択断面の厚さはACTIである。実際の選 択断面の厚さは限界放射線LRI及びLR2の径路を作図すれば分る。これらの 放射線はビームの幅の最外端から生じたものでありチャンネルAの端をかすめて 通る。他方、ACT2はビームの幅をBB2に狭めた場合の実際の選択断面の厚 さを示す、上に示したように、実際のビームの横断面(零ではない)が必要であ るが、第9図に示すように、ビームの幅を大きくすると実際の選択断面の厚さが 増すとゆう報いを受ける。実際の選択断面が厚くなる程、像の解像度が悪(なる 0選択断面の厚さ方向で薄い被験体の一領域を見ることを目的とする場合には、 私なら横断面が非対称なビーム、つまり横断面の長さが幅より大きいビームを選 ぶ0例えば、6.3龍のビーム断面の長さと幅の横断面で40m”のビーム横断 面を得ることができる。しかし、私ならば、断面の長さ201幅2R1つまり断 面の長さと幅が10対1又はそれ以上の比率を有するビームを選ぶ。
本発明によれば、放射線源はそのエネルギーレベルを撮影対象に応じて選定して いる0例えば、医療に用いる場合には典型的なXvAエネルギーは低いキロポル トの範囲内であり、保安に通用する場合は同程度のエネルギーレベルを必要とし 、撮影対象が比較的大きくよりm密な非破壊検査ではそれに応じてより高いエネ ルギーレベルを必要とする。
照射エネルギーが高くてもラインコリメーター(50)のパンフルは比較的薄く てよいとゆうことは本発明独自の利点である。これは、(選択線(14)から遠 く離れた体積素から散乱する)好ましくな放射線は(一つだけでなく)多くのバ フフルを横切るとゆうことから生じ、ラインコリメーターの効果は好ましくない エネルギーが横切るすべてのパンフルの累積効果である。
上述のすべての実施例に於いてコリメーター及び放射線検出器の基準面は平坦な 形状つまり能動面を有する。しかしすべての基準面(及び関連するコリメーター 素子)が華−の有臭選択線を形成する限りは、コリメーターは複数の交差面内に 基準面を持つことができる。
本発明の主要な利点の一つはラインコリメーターである。数多くの角度で生じか つ好ましい領域に集中する散乱又は螢光エネルギーの検出にラインコリメーター は完べきに適合している。
掃引面に直角でかつ掃引の中間点に於けるペンシルビームにも直角な平面でのラ インコリメーターの大きさく横断面)を増すことで選択断面の各領域により「見 られる」立体角が大きくなる。実際に構成した一実施例では、検出器から見てい る立体角は3/4πでラインコリメーターは選択したエネルギーの約60%を通 すように作ったので、装置は低いエネルギーの入射ビームについて散乱エネルギ ーの略々10%を収集した。他の所でも述べたように、ラインコリメーターは一 つの平面内に基準面(51F、52F)を有する第1.3.4及び5図に示す形 状に限定されない、他の実施例ではチャンネルを一本の有臭選択線に集中するよ うに配置する限りラインコリメーターは交差面内に基準面を持つことができる。
これまで述べた各実施例は基準面(51,F)及び(52F)に平行な選択線を 有する。このことは以下述べるように進体不可欠なことではない。教示的な例と して、ラインコリメーター(第1図参照)を基部は固定して傾け(51)をその 基部のまわりに−X方向に回動する効果を考える。これにより掃引面内で選択線 が検査平面(第3図参照)内の軸を中心にして回動し、その結果掃引面に於いて 選択線が基準面(51F)及び(52F)と平行でなくなる。これと対応して素 子(52)を反対方向、つまり+X方向に傾ける。
実際にはコリメーターを傾けることはしないがその代りチャンネルの方位を同じ ように回動する。その結果、上述したように選択線が基準面(51F)と(52 F>と平行でなくなる。もし一方向の傾きとして(51)のチャンネルを−X方 向に回動しく52)のチャンネルを÷X方向に回動するとすれば、明らかに他方 向の傾き、即ち(51)のチャンネルを+X方向にそして(52)のチャンネル を−X方向に回動することができる。
これらの違いは例えばペンシルビームが下に向って掃引するにつれて選択線が基 準面(51F)及び(52F)に近づくか遠ざかるかだけである。
このように、添附の請求範囲に従って解釈されるべき本発明の精神及び範囲内で 多くの変更を前述の実施例になし得ることは明らかであろう。
補正音の写しく翻訳文)提出書(特許法第184条の7第1項)昭和63年3月 22日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.検査すべき対象の選択した断面の断層像を形成するのに有用な装置で、 透過性放射線源と、 前記エネルギーをペンシルビームに形成し、前記ペンシルビームを空間中の一本 の線上に操返し掃引し掃引面を形成するための掃引手段と、 前記ペンシルビームが前記検査対象を通る径路に沿って前記検査対象と交差し、 更に前記選択断面と交差するように検査対象を支持するための第1の手段と、 前記検査対象により散乱した放射線をフィルターするためのラインコリメーター 手段と、前記ラインコリメーター手段は有界線に沿って在る前記検査対象の体積 素によって散乱した放射線のみを通すように前記有界線内に於いて前記掃引面と 交差する視野を有するものであり、更に 前記ラインコリメーター手段を通過した放射線に応答する放射線検出器手段とか ら成る。 2.前記第1の手段は前記検査対象と前記放射線検出器手段及び前記ラインコリ メーター手段とを相対的に移動する手段を含む請求の範囲1の装置。 3.前記選択断面は平坦であり、前記相対移動は直線運動である請求の範囲2の 装置。 4.前記選択断面は円筒面であり、前記相対移動は前記連続する交点により形成 される前記線に平行でかつそれからずれている軸を中心とする円運動である請求 の範囲2の装置。 5.前記ラインコリメーター手段及び前記放射線検出器手段は前記放射線源及び 前記検査対象との間に在る請求の範囲1〜4のいずれかひとつの装置。 6.前記放射線検出器手段は前記放射線源から前記検査対象への放射線の径路の 両側に配置された第1及び第2の放射線検出器素子を含む請求の範囲5の装置。 7.前記ラインコリメーター手段は前記放射線源から前記検査対象への放射線の 径路の両側に配置された第1及び第2のラインコリメーター素子を含む請求の範 囲5の装置。 8.前記ラインコリメーター手段は前記ペンシルビームの掃引動作により形成さ れる面に直角な面内に横断面が殆んど同じの複数のチャンネルを有する放射線吸 収体を含み、前記チャンネルの夫々は前記ペンシルビームと前記選択断面との交 点で終端しかつ前記ラインコリメーター手段の前記検出器手段に対するよりも前 記検査対象の方に近い第1の面を通り前記ラインコリメーター手段の前記検査対 象に対するよりも前記検出器手段の方に近い第2面まで延長する仮想線に沿って 在る請求の範囲29の装置。 9.前記体積素により散乱した放射線のための通路を前記チャンネルに形成する ため前記放射線検出器手段を前記ラインコリメーター手段に隣近して保持する手 段を含む請求の範囲8の装置。 10.前記チャンネルは平行な側面を有する請求の範囲8の装置。 11.前記チャンネルはバッフルにより分離されており、前記バッフルは放射線 吸収材料から成る請求の範囲8の装置。 12.前記バッフルの少くとも一つは直線的で平行な第1の対の側面と少くとも 一方が前記第1の対の側面と略々平行な転移領域を含む第2の対の側面とを有す る請求の範囲11の装置。 13.前記選択断面の前記ラインコリメーター手段の一つの面に対する相対的な 位置を調整するため前記ラインコリメーター手段を前記検査対象に近づけたりそ れから遠ざけたりするための選択断面調整手段を更に含む請求の範囲1の装置。 14.前記掃引手段はファンビームを形放するための前記放射線源から発射され る放射線の径路内に於ける固定スリットと、前記ペンシルビームの掃引動作によ り形成される面に平行な軸を中心に回転するチョッパホイールとを含み、前記チ ョッパーホイールはその回転とともに前記ファンビームを横切り掃引ペンシルビ ームを形成するためのスリット手段を含む請求の範囲1の装置。 15.前記掃引手段は非対称な横断面を有するペンシルビームを形成するための 手段を含む請求の範囲1の装置。 16.前記掃引手段は前記掃引動作により形成される面に直角な方向で測ったビ ーム幅と前記面内で測ったビーム長さを有するペンシルビームを形成する手段を 含み、ビーム幅に対するビーム長さの比が1より十分大きい請求の範囲1の装置 。 17.前記比は約10又はそれより大きい請求の範囲16の装置。 18.対象の選択した断面の断層像を形成するのに有用な方法で、 透過性放射線源を設けるステップと、 前記放射線源により発射されるエネルギーをペンシルビームからペンシルビーム を形成し前記ペンシルビームを空間中の一本の線上に繰返し掃引するステップと 、 検査すべき対象を前記ペンシルビームが前記検査対象を通る径路に沿って前記検 査対象と交差し更に前記選択断面と交差するように支持するステップと、 複数の略々平坦な放射線伝達チャンネルを有する放射線吸収体を前記検査対象と 放射線検出器との間に介在させることにより、前記径路と前記選択断面との一連 の交点により形成される線に沿って在る前記検査対象の体積素により散乱した放 射線だけを通すように前記検査対象により散乱した放射線をフィルターするステ ップと、前記フィルターステップにより通過した放射線を検出するステップとか ら成る。 19.前記支持ステップは前記検査対象と前記ペンシルビームにより掃引される 空間中の前記線とを相対的に移動するステップを含む請求の範囲18の方法。 20.前記選択断面は平坦であり、前記相対移動は直線運動である請求の範囲1 9の方法。 21.前記選択断面は円筒面てあり、前記相対移動は前記連続する交点により形 成される前記線に平行でかつそれからずれている軸を中心とする円運動である請 求の範囲19の方法。 22.前記径路と前記選択断面との一連の交点により形成される前記線の位置を 調整するために前記検査対象を移動するステップを更に含む請求の範囲18の方 法。 23.対象の選択した断面の断層撮影に有用な装置で、そのすべての部分に到達 した放射線を表わす一つの出力信号を何時でも発生する放射線検出器手段と、 前記放射線検出器手段に隣接し視野を有するコリメーター手段と、 透過性放射線源と、 前記放射線源よりの放射線をペンシルビームに形成し前記ペンシルビームを空間 中の一本の線上に掃引して有界線内で前記視野と交差する掃引面を形成する掃引 手段と、前記有界線が撮影されるべき選択された断面内に在るように撮影対象を 支持する手段と、 前記有界線が時間の関数として前記選択断面をトレースするように前記撮影対象 と前記コリメーター手段とを相対的に移動する手段と、更に 時間順序の前記出力信号に応答して像を形成する像形成手段とから成る。 24.前記選択断面は平坦であり、前記相対移動は直線運動である請求の範囲2 3の装置。 25.前記選択断面は円筒面であり、前記相対移動は前記連続する交点により形 成される前記線に平行でかつそれからずれている軸を中心とする円運動である請 求の範囲23の装置。 26.前記コリメーター手段と前記放射線検出器手段は前記放射線源及び前記撮 影対象の間に在る請求の範囲23〜25のいずれかひとつの装置。 27.前記放射線検出器手段は前記放射線源から前記撮影対象への放射線の径路 の両側に配置された第1及び第2の放射線検出器素子を含む請求の範囲26の装 置。 28.前記コリメーター手段は前記放射線源から前記撮影対象への放射線の径路 の両側に配置された第1及び第2のラインコリメーター素子を含む請求の範囲2 6の装置。 29.前記コリメーター手段は前記ペンシルビームの掃引動作により形成される 面に直角な面内に複数のチャンネルを有する横断面を有する放射線吸収体を含み 、前記チャンネルの夫々は前記ペンシルビームと前記選択断面との交点で終端し かつ前記コリメーター手段の前記検出器手段に対するよりも前記撮影対象の方に 近い第1の面を通り前記コリメーター手段の前記撮影対象に対するよりも前記検 出器手段の方に近い第2の面まで延長する仮想線に沿って在る請求の範囲23の 装置。 30.前記有界線に隣接した前記撮影対象内の領域により散乱した放射線のため の通路を前記チャンネルに形成するため前記放射線検出器手段を前記コリメータ ー手段に隣接して保持する手段を含む請求の範囲29の装置。 31.前記チャンネルは平行な側面を有する請求の範囲29の装置。 32.前記チャンネルはバッフルにより分離されており、前記バッフルは放射線 吸収材料から成る請求の範囲29の装置33.前記バッフルの少くとも一つは直 線的で平行な第1の対の側面と少くとも一方が前記第1の対の側面と略々平行な 転移領域を含む第2の対の側面とを有する請求の範囲32の装置。 34.前記選択断面の前記コリメーター手段の一つの面に対する相対的な位置を 調整するため前記コリメーター手段を前記撮影対象に近づけたりそれから遠ざけ たりするための選択断面調整手段を更に含む請求の範囲23の装置。 35.前記掃引手段はファンビームを形成するための前記放射線から発射される 放射線の径路内に於ける固定スリットと、前記ペンシルビームの掃引動作により 形成される面に平行な軸を中心に回転するチョッパーホイールとを含み、前記チ ョッパーホイールはその回転ととも前記ファンビームを横切り掃引ペンシルビー ムを形成するためのスリット手段を含む請求の範囲23の装置。 36.前記掃引手段は非対称な横断面を有するペンシルビームを形成するための 手段を含む請求の範囲23の装置。 37.前記掃引手段は前記掃引動作により形成される面に直角な方向で測ったビ ーム幅と前記面内で測ったビーム長さを有するペンシルビームを形成するための 手段を含み、ビーム幅に対するビーム長さの比が1より充分大きい請求の範囲2 3の装置。 38.前記比は約10又はそれより大きい請求の範囲27の装置。 39.前記ラインコリメーター手段は放射線吸収体に複数のチャンネルを有し、 前記チャンネルの夫々は略々平行で複数のチャンネル面を形成し、前記チャンネ ル面は前記有界線内で前記選択断面と交差する請求の範囲1の装置。 40.前記コリメーター手段は放射線吸収体に複数のチャンネルを有し、前記チ ャンネルの夫々は略々平行で複数のチャンネル面を形成し、前記チャンネル面は 前記有界線内で前記選択断面と交差する請求の範囲23の装置。 41.前記ラインコリメーター手段は前記掃引面を狭んで互いに対向配置された 第1及び第2のコリメーター素子から成り、前記放射線検出器手段は夫々前記第 1及び第2のコリメーター素子の一つと隣接しかつ前記掃引面を挟んで互いに対 向配置された第1及び第2の放射線検出素子から成る請求の範囲1に記載の装置 。
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