JPH03185345A

JPH03185345A - Ｘ線を用いた成分分析方法

Info

Publication number: JPH03185345A
Application number: JP1324955A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Tabei; 俊明田部井; Kazuyuki Tamura; 和行田村; Shigero Kimura; 木村　茂郎; Koichi Kawamura; 幸一川村; Shizuo Ninomiya; 二宮　鎮男
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-12-14
Filing date: 1989-12-14
Publication date: 1991-08-13

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】［産業上の利用分野］本発明はＸ線を用いた成分分析方法、特に被検体にＸ線
を照９・１シ該透過Ｘ線の線量を測定して被Ｊ？Ｊ定物
の成分、例えば骨塩量等を分析する方法に関する。

［従来の技術］医療分野において、放射線を被検体中に照射してその通
過線量を′Ａ−１定し、該被検体中の所望測定部位の成
分分析をすることが広範囲に行われている。

具体的には、例えば土体内の骨に含まれているカルシウ
ムを中心とする成分の測定が行われており、骨中の含有
カルシウムを中心とする成分量をｆｔ塩量として計測し
ている。

そして、この１°ト塩量により、特に賢透析患者の特性
１°を形成異常、ステロイドホルモン治療における骨消
失、又は代謝性骨疾患等の診断を行うことが可能となる
。

この種の放射線を用いた成分分析方法において、１ｉ色
化放＃ＪｇＡの被検体中の透過率変化により、生体中の
骨塩量変化を測定することは臨床上有用であり、近年、
老人人口の増加と共に高年齢者に多く見られる骨粗壓（
こつそしよう）症等の診断にとって最も重要である。

一般的に、従来の１２５ｒ（ヨウ素）等のＲＥ（放射線
同位元素）を放射線源として利用したＲ１分析方法にお
いては、主に骨塩量の測定が行われている。

例えば、Ｒ１分析装置を用いた骨の骨塩量の測定におい
ては、前記Ｒ１放射線源から被検体に照射されるγ線は
、水槽、氷袋及び被検体軟組織とｆｔ組織とでは異なっ
た減衰が認められる性質があり、これにより、骨の大き
さやｆＦ塩量に応じた放射線強度の変化を測定し、この
測定結果から骨塩量が計ａｐｌされる。

このようにして、骨塩量測定装置としては、Ｒ１分析装
置が広範囲に利用されている。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、従来の放射線源を用いた成分分析方法に
よれば、特に前述したＲ１を線源１２５　■。

１５３Ｇｄとして利用した骨塩量測定装置においては、
使用される放射線源は半減期が短いために照射線量が経
時的に低下し、これにより、ａ−１定積度が悪化してい
た。

従って、測定精度を保つためには、比較的頻繁に放Ｉｔ
！！ｉｌ源を交換しなければならず、これには高額なｈ
ｋ射線設ｆｉｉ管理費用がかかり、更に該放射性廃棄物
は法律に定められた手続に従って廃棄しなければならず
、放射線設備管理が非常に煩雑であった。

また、従来のＲ１分析においては、十分な放射線エネル
ギー強度が得られず、被測定物の測定精度やその再現性
が悪くなるという欠点があった。

発明の目的本発明は上記従来の課題に鑑みなされたものであり、そ
の目的は、Ｘ線照射強度を向上させ、これにより、ｉｌ
ｌ定精度を常に一定に保ち、再現性を有する成分分析結
果を得ると共に、より短時ｌＡ１３でかつ高精度に被測
定物の成分分析を行うことができるＸ線を用いた成分分
析方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］所定線量の白色Ｘ線スペクトル分布を有するＸ線を被測
定物に向かって照射し、該被ｍＪ定物に通過された通過
Ｘ線を検出してＸｌｌ線量を測定し、被測定物の成分分
析を行うＸ線を用いた成分分析方法において、特定のエ
ネルギー領域にに殻吸収端を有する吸収特性により、前
記Ｘ線の白色Ｘ線スペクトル分布を減衰させて低エネル
ギー及び高エネルギーの各領域に該吸収特性に応じた線
量ピーク値を有するｘ！ｆＡ吸収スペクトル分布を与え
る減衰工程と、前記減衰工程により、透過された透過Ｘ
線が被測定物に通過され、該通過Ｘ線線量のＸ線吸収ス
ペクトル分布を所定のエネルギー範囲で弁別して、該エ
ネルギー範囲のＸ線線量を得るエネルギー弁別工程とを
有し、前記エネルギー弁別工程により得られた所定エネ
ルギー範囲のＸｌｌ線量をｉｐ」定して、Ｘ線が照射さ
れた被測定物の成分分析を可能とすることを特徴とする
。

また、特定のエネルギー領域にに殻吸収端を有する吸収
特性により、被測定物に通過された通過Ｘ線の白色Ｘ線
スペクトル分布を減衰させて、低エネルギー及び高エネ
ルギーの各領域に前記吸収特性に応じた線量ビーク値を
有するＸ線吸収スペクトル分布を与える減衰工程と、前
記減衰工程により、透過された透過Ｘ線線量のＸ線吸収
スペクトル分布を所定のエネルギー範囲で弁別して該エ
ネルギー範囲のＸ線線量を得るエネルギー弁別工程とを
有し、前記エネルギー弁別工程により得られた所定エネ
ルギー範囲のＸ線線量を測定して、Ｘ線が照射された彼
ａｌｌｌ定物の成分分析を可能とすることを特徴とする
。

［作用］以上のような構成としたので、本発明に係るＸ線を用い
た成分分析方法によれば、所定線量の白色Ｘ線スペクト
ルを有するＸ線を披Ａ？Ｉ定物に向かって照射し、この
照射Ｘ線を減衰工程により特定のエネルギー領域にに殻
吸収端をＨする吸収特性で減衰させて、低エネルギー及
び高エネルギーの各領域に前記吸収特性に応じた線量ピ
ーク値を有するｘｔ！ＪＩ吸収スペクトル分布を得る。

そして、前記減衰工程により、減衰された透過Ｘ線を被
測定物に通過させ、該通過Ｘ線のＸ線吸収スペクトル分
布を前記エネルギー弁別工程により、所定のエネルギー
範囲で弁別して、その範囲のＸ線線量を得ることができ
る。

また、本発明に係る成分分析方法によれば、Ｘ線を被測
定物に照射し、該被測定物に通過された通過Ｘ線を減衰
工程により、特定のエネルギー領域にに殻吸収端を有す
る吸収特性で減衰させて、低エネルギー及び１αエネル
ギーの各領域に該吸収特性に応じた線量ピーク値を有す
るＸ線吸収スペクトル分布を得る。

そして、前記減衰工程により、減衰された透過Ｘ線のＸ
ｖＡ吸収スペクトル分布をエネルギー弁別工程により、
所定のエネルギー範囲で弁別してその範囲のＸ線線量を
得ることができる。

この結果、前記弁別された所定エネルギー範囲のｘｏＩ
線量を測定して、Ｘ線が照射された被測定物の成分分析
を行うことが可能となる。

これにより、Ｘ線エネルギーを効率的に使用した強いＸ
線線量が得られ、例えば、被測定物である披検体組織内
の異なる物質によるＸ線減衰量を求めることができ、他
の組織と良好に識別して骨の１″１塩量を短１時間にか
つ高精度に１１１１定することが０１能となる。

［実施例］以下、図面に払づいて本発明の好適な実施例を説明する
。

第１囚には、本発明に係るＸ線を用いた成分分析方法の
基本原理が示されており、また第２図には、本発明に係
る成分分析方法が適用されたＸ線を用いた成分分析装置
の回路構成が示されている。

本発明において特徴的なことは、減衰工程により、所定
線量のＸ線又は被７１？１定物を通過した通過Ｘ線の白
色Ｘ線スペクトル分布をに殻吸収端を有する吸収特性で
減衰させて、その吸収特性に応じた線量ピーク値を有す
る透過Ｘ線のＸ線吸収スペクトル分布を求め、これを所
定のエネルギー範囲で弁別して、該エネルギー範囲のＸ
線線量を得ることにあり、更にこれにより、被測定物の
成分分析を可能としたことにある。

以下、第１図を用いて、本発明に係る分析方法の基本原
理を説明する。

第１図（ａ）は、前述した第４図（ａ）と同様のＸ線発
生器から照射される白色Ｘ線スペクトル分布Ａを示して
おり、第１図（ｂ）は、前記白色Ｘ線スペクトル分布Ａ
を減衰させるための吸収特性を示した図であり、これは
所定のエネルギー領域にに殻吸収端を有し、図に示すよ
うに、例えば中エネルギー領域に減衰値を持ったフィル
タ特性であり、縦軸にはＸ線の吸収係数を示し、横軸に
はエネルギーを示している。

このに殻吸収端は、Ｘ線の光電効果による光電吸収が急
激に変化し、例えばに殻電子による吸収が始まるエネル
ギー状態を示しており、このエネルギー状態では、第１
図（ｂ）に示すようにＸ線の減衰が急激に変化している
ことが理解される。

そこで、本出願人は、第１図（ｃ）に示すように低エネ
ルギー及び高エネルギーの各領域に吸収特性に応じた線
量ピーク値を有する透過Ｘ線の吸収スペクトル分布Ｃを
求めると共に、該吸収スペクトル分布Ｃの所定エネルギ
ー範囲を弁別して該領域のＸ線線量を測定することを考
え出した。

すなわち、第１図（Ｃ）のＸ線吸収スペクトル分布Ｃは
、前記第１図（ｂ）の所定エネルギー領域にに殻吸収端
を有する吸収特性Ｂに応じて、前記白色Ｘ線スペクトル
分布Ａを減衰させることにより得られ、これにより、低
エネルギー及び晶エネルギーの各領域に線量ビーク値を
仔する減衰特性となる。

そして、第１図（Ｃ）に示された、この吸収スペクトル
分布Ｃの特徴は、第１図（ｂ）に示すに殻吸収端のエネ
ルギーレベルが第１図（Ｃ）に示す１つ目の山の線量ピ
ーク値エネルギーレベルと同一になっていることである
（第１因に示す一点錆線）。

これにより、前記吸収スペクトル分４Ｃから、低エネル
ギー領域Ｅｌ−Ｅ２、高エネルギー領域Ｅ３〜Ｅ４の異
なる２つの線量ビーク値を持った、すなわち、異なるエ
ネルギー領域ΔＥ１２．ΔＥ３４のＸ線線量を得ること
ができる（第１図（Ｃ）に示す斜線部分）。

すなわち、Ｘ線吸収スペクトル分布Ｃは、被測定物に通
過され、該通過したＸ線の吸収スペクトル分布としては
、低エネルギー領域ΔＥ１２と高エネルギー領域Δ”３
４とを得ることができる。そして、これらのエネルギー
領域ΔＥ１２’　ΔＥ３４の内の作意の領域を弁別すれ
ば、その弁別領域のＸ線線量をａｌ定して披ａＰ１定物
の成分分析を行うことができる。

次に、前記第１図に示されているＸ線を用いた分析方法
を適用して例えば、骨塩量の分析装置の一例を第２図に
示し、以下、構成を説明する。

図において、Ｘ線発生器１０は、第１図（ａ）の白色Ｘ
線スペクトル分布Ａを有するＸ線を被測定物に向かって
照射する例えば、Ｘ線量であり、囚示しないＸ線管用高
圧電源により、高電圧が供給され、コーンビーム等の所
定線量の照射Ｘ線１０ａを発生する。

この照射Ｘ線１０ａは、フィルタ装置１２に透過されて
、透過Ｘ線１２ａを得る。

このフィルタ装置１２は、白色Ｘ線スペクトル分布Ａを
有する照射Ｘ線１０ａを透過させて、所定レベルに減衰
させるフィルタであり、これは、第１図（ｂ）に示すよ
うなに殻吸収端を有する吸収特性Ｂになる。

従って、透過Ｘ線１２ａとしては、前記白色Ｘ線スペク
トル分布Ａが前記フィルタの吸収特性Ｂで減衰され、第
１図（ｃ）に示すＸ線吸収スペクトルＣを得る。

前記フィルタ装置１２には、フィルタ物質として、ガド
リニウムＧｄ等が使われている。

従って、前記フィルタ装置１２に使われるそれぞれの物
質によって、前記Ｘ線吸収スペクトル分（ＩｉＣは異な
っており、該物質の有する異なるに殻吸収端エネルギー
レベルの吸収特性の応じた減衰特性になる。

前記透過Ｘ１ｉ１１２ａが照射される被検体１４は、例
えば、人体の全身、又は腕部、腰椎部等、あるいは被測
定物として非破壊性検査用の物質等であり、この被検体
１４には、前記Ｘ線吸収スペクトル分（ＩｉＣが通過さ
れ、例えば腕部の骨の骨塩量をハ１定する場合には、骨
塩量に応じたＸ線線量が減衰される。

前記被検体１４を通過した通過Ｘｔｌ１４ａは、例えば
、二次元検出素子寺のＣｄＴｅアレイ等のＸ線検出器１
６で検出され、通過Ｘ線の線量に応じた検出信号１６ａ
に変換される。

前記検出信号１６ａは、プリアンプ１８に人力され、こ
のプリアンプ１８で所定振幅レベルまで増幅される。

低エネルギー及び高エネルギー弁別器２０又は２２は、
例えば２つのコンパレータとＡＮＤ回路とから構成され
、前記プリアンプ１８で増幅された検出信号１６ａを人
力し、予め設定されている特定エネルギー領域ΔＥ１２
’　ΔＥ３４のｘｔｓｉ量に応じたパルス信号２０ａ、
２２ａを出力している。

これは妖エネルギー弁別器２０においては、第１図に示
すようにＥｌ−Ｅ２間のエネルギー領域を、また、高エ
ネルギー弁別器２２においては、Ｅ３〜Ｅ４間のエネル
ギー領域をそれぞれ操作バネル２４により任意に指定す
ることができる。

この操作パネル２４は、前記所定のエネルギー領域を作
意に設定して選択可能とする制御回路を含み、使用者が
所定値Ｅｌ−Ｅ４を設定するための人力装置である。

これにより、前記操作パネル２４から制御信号２４ａ、
２４ｂ、２４ｃ、２４ｄが前記低エネルギー及び低エネ
ルギー弁別２Ｍ２０．２２へ供給される。

計数器１２６．Ｉ２８は、それぞれの前記低エネルギー
弁別器の出力するパルス信号２０ａ及び前記高エネルギ
ー弁別器の出力するパルス信号２２ａを人力して計数す
る例えば、カウンタであり、計数犯果としてデジタル信
号２６ａ、２８ａに変換、出力している。

表示器３０は、前記計数器１２６．ｌＩ２８の出力する
各デジタル信号２６ａ、２８ａを人力して、例えば１°
ｔの１°を塩量の算出結果を両像表示するためのテレビ
モニタである。

この表示器３２には、前記低エネルギー又は高エネルギ
ー弁別Ｓ２０．２２により、特定のエネルギー領域に弁
別された、該Ｘ線量の分析結果が表示される。

次に、第２図に示されている成分分析装置の弁別器につ
いて第３図を用いて詳細に説明する。

本丈施例における成分分析装置の実際の使用動作は、ｔ
＋　’！Ｘ　ｍの分析をＸ線ファンビーム照射により行
った場合の一例を説明する。

まず、測定者は、被検体１４、例えば腕部等の所望患部
を定位置に配置し、次に前記操作パネル２４の操作によ
り、白色Ｘ線スペクトル分布を有する照１・ＩＸ線１０
ａを前記フィルタ装置１２を介し、被検体１４に照射さ
せる。

これは、前記フィルタ装置１２のに殻吸収端をＧする吸
収特性Ｂにより、前記白色Ｘ線スペクトル分布Ａを減衰
させて、低エネルギーと高エネルギーとの各領域にフィ
ルタの物質における前記吸収特性に応じた線量ビーク値
を有するＸ線吸収スペクトル分布Ｃを得る。

そして、この減衰されたＸ線吸収スペクトル分／ＩｉＣ
の透過Ｘ線１２ａが被検体の腕部に通過され、これによ
り、・けの大きさや骨塩量に応じて該透過Ｘ線１２ａが
減衰されて、前記Ｘ線検出器１６により、通過Ｘ線が検
出される。

そして、Ｘ線検出器１６の出力する検出信号１８ａかプ
リアンプ１８を介して前記低エネルギー及び高エネルギ
ー弁別Ｓ２０．２２に人力される。

ここで、第３図に示すように、低エネルギー弁別器２０
では、前記検出信号１８ａをコンパレータ１１００．Ｉ
ＩＩＩＯの反転入力端子（−）に人力し、史に、第１図
（Ｃ）に示すように低エネルギー領域においては、エネ
ルギー範囲ΔＥ１２を定めるためのスレッシュホールド
電圧ＶＥ　１゜ＶＥ２信号を非反転入力端子（＋）に人
力している。

すなわち、このコンパレータ１１００は、検出（＝　号
１８　ａの振幅レベルをハイレベルＶＥ２に設定して、
該ｖＥ２以下の検出信号のみを出力し、またコンパレー
タ■１１０は、ローレベルＶＥＩを設定して、該ＶＥＩ
以上の検出信号１８ａのみを出力している。

これにより、ＡＮＤ回路１２０は、第３図に示すように
、前記コンパレータＩ、■の出力信号が人力され、最終
的にはＡＮＤ回路１２０により、ＶＥＩ〜ＶＥ２間の振
幅レベルにある検出信号１８ａをパルス信号２０ａに変
換して出力している。

もちろん、このＶＥＩ、ＶＨ２の振幅レベルは、■ψ作
パネル２４により、使用者が任意に設定可能となる。

以上のようにして、本丈施例によれば、第１図（ｃ）の
Ｘ線吸収スペクトル分布Ｃの低エネルギー領域Ｅｌ−Ｅ
２において、任意のエネルギー範囲をＸ線線量として取
り出すことが可能となる。

もちろん、上記と同様にして高エネルギー弁別Ｓ２２に
より、高エネルギー領域Ｅ３〜Ｅ４においても、任意の
エネルギー範囲のＸＩ！線量を取り出すことが可能とな
る。

この結果、前記パルス信号２０ａ、２２ａは、前記計数
器１２６．ｌＩ２８により計数され、デジタル信号に変
換されて、腕部の１°ｔの骨塩量が算出され、前記表示
器３０に画像表示される。

なお、本丈施例では、前記フィルタ装置１２を第２図に
示すように、Ｘ線発坐器１０と被検体１４との１８１に
配置させて前記白色Ｘ線スペクトルＡを吸収特性Ｂに応
じて減衰させ、Ｘ線吸収スペクトル分６ｉＣの透過Ｘ線
を被検体１４に照射した場合を示したが、もちろん、前
記フィルタ装置１２を被検体１４とＸ線険出器１６との
間に設けて、前記白色Ｘ線スペクトルＡを被検体１４に
通過させ、その通過Ｘ線スペクトルを前記フィルタ装置
１２で減衰させ、透過ＸａとしてＸ線吸収スペクトル分
６；　Ｃを前記Ｘ線検出器１６で検出するようにしても
よい。

［発明の効果］以上説明したように、本発明に係るＸ線を用いた成分分
析方法によれば、従来のＲ１を用いた分析方法の問題点
を躬決できると共に、より、α精度にかつ短時間に分析
を行うことができ、複雑で微妙な成分変化をＨする被測
定物の測定が高精度に行うことができる。

更に、本発明では、Ｘ線吸収スペクトル分布は低エネル
ギー及び高エネルギー領域において、広いエネルギー幅
を得ることができ、かつエネルギー弁別を行うことによ
り、低エネルギー及び高エネルギーの各エネルギー領域
に対して任意のエネルギー幅を自由に設定して弁別する
ことができるという利点がある。

４、関西の簡ｊ１１な説明第１図は、本発明に係るＸ線を用いた成分分析方法を示
したスペクトル分布図、第２図は、本発明に係るＸ線を用いた成分分析方法を適
用した分析装置の回路構成図、第３図は、第２図に示し
た低エネルギー及び高エネルギー弁別の回路構成を示し
た回路図である。

１０　・・・　ｘＩ！ｉＩ発生器１２　・・・　フィルタ装置１４　・・・　被検体１６　・・・　Ｘ線検出器８ａ・・・　検出信号０　・・・　低エネルギー弁別器Ｏａ・・・　パルス信号２　・・・　高エネルギー弁別器４　・・・　ｔｖ：作パネル００　・・・　コンパレータ■ １０　・・・　コンパレータ■ ２０　・・・　ＡＮＤ回路・・・　白色Ｘ線スペクトル分布・・・　吸収特性・・・　Ｘ線吸収スペクトル分（Ｈｉ０出廟人アロカ株
式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定線量の白色Ｘ線スペクトル分布を有するＸ線
を被測定物に向かって照射し該被測定物を通過した通過
Ｘ線を検出してＸ線線量を測定して被測定物の成分分析
を行うＸ線を用いた成分分析方法において、特定のエネルギー領域にＫ殻吸収端を有する吸収特性に
より前記Ｘ線の白色Ｘ線スペクトル分布を減衰させて低
エネルギー及び高エネルギーの各領域に該吸収特性に応
じた線量ピーク値を有するＸ線吸収スペクトル分布を得
る減衰工程と、前記減衰工程により透過された透過Ｘ線
が被測定物を通過し、該通過Ｘ線線量のＸ線吸収スペク
トル分布を所定のエネルギー範囲で弁別して該エネルギ
ー範囲のＸ線線量を得るエネルギー弁別工程と、を有し
、前記エネルギー弁別工程により得られた所定エネルギー
範囲のＸ線線量を測定してＸ線が照射された被測定物の
成分分析を可能とすることを特徴とするＸ線を用いた成
分分析方法。
（２）特定のエネルギー領域にＫ殻吸収端を有する吸収
特性により被測定物を通過した通過Ｘ線の白色Ｘ線スペ
クトル分布を減衰させて、低エネルギー及び高エネルギ
ーの各領域に前記吸収特性に応じた線量ピーク値を有す
るＸ線吸収スペクトル分布を与える減衰工程と、前記減衰工程により透過された透過Ｘ線線量のＸ線吸収
スペクトル分布を所定のエネルギー範囲で弁別して該エ
ネルギー範囲のＸ線線量を得るエネルギー弁別工程と、
を有し、前記エネルギー弁別工程により得られた所定エネルギー
範囲のＸ線線量を測定してＸ線が照射された被測定物の
成分分析を可能とすることを特徴とするＸ線を用いた成
分分析方法。