JPH04500327A - 走査等化放射線撮影法を利用する定量的結像 - Google Patents

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】 走査等化放射線撮影法を 利用する定量的結像 技術分野 本発明は、放射線撮影法に関し、特に走査等化放射線撮影法の改良に関する。

背景技術 従来の放射線撮影法は、放射線写真フィルムの有効な露出範囲が狭いことにより 制約がある。この制約を解決するため、走査等化放射線撮影法（ＳＥＲ）と称す る装置が提案されており、ここで放射線ビームが対象物の上を掃引し、カセット 内に収容された従来の放射線フィルム及び増感スクリーンのような像センサに照 射される。検出器を使用して対象物を透過した後のビームの強度を感知し、及び 該検出器からのフィードパンク信号を利用して、例えば放射線管の出力を制御す ることにより、制御関数に従ってビームの照射を変調させる。１９８３年９月／ り０月の医療物理（Ｍｅｄ、　Ｐｈｙｓ）の６４６−６５４ページに記載された り、　Ｂ、プレウス（ＰｌｅｖｅＳ）による「局部的照射制御による胸部放射線 撮影法の走査装置の理論的検討」（＾　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　５ｙｓｔｅａ＋　ｆ ｏｒ　Ｃｈｅｓｔ　Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ　ｗｉｔｈ　Ｒｅｇｉｏｎａｌ　Ｅ ｘｐｏｓｕｒ■@Ｃｏｎｔｒｏｌ 釦ｅｏｒｅｔｉｃａｌ　Ｃｏｎ５ｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ）を参照のこと。制御関 数を操作することで、空間的周波数の増幅又は減衰、明暗の調整、又は反転及び 露出寛容度の調節に関する各種の特性を有する放射線撮影写真を形成することが 可能である。対象物の透過率いかんに関係なく、一定の照射量を維持するために 各種の制御関数が提案されている。かかる制御関数は、反転走査ビーム幅以下の 空間的周波数を拒否する作用をする。その他、より低い空間的周波数で変調を行 う制御関数もあるが、理想的な関数の形状は明らかにされていない。

又現在、厚さ及び密度のような対象物の定量的特性を測定するため幾つかの診断 用結像方法が採用されている。かかる診断方法には、コンピュータ断層撮影法及 び核磁気共鳴分光法が含まれる。これら診断方法は極めて高価な装置を使用して 限られた数の施設でのみ行われている。

本発明の目的は、有用な特性を有する走査等化放射線撮影法のユニークな制御関 数を提供することであり、特に、形成される像を基に定量的測定が容易に行い得 る制御関数を提供することを目的とする。

本発明の目的は、放射線像センサの照射応答関数と同様の制御関数を提供するこ とにより実現される。走査等化放射線撮影装置をかかる制御関数で作動させると 、形成される放射線撮影写真の濃度は、走査ビーム寸法より大きい対象物に対し 、その対象物のＸ線の減衰に直線的に関係することが分かった。その結果、ある 対象物の放射線吸収係数を知れば、その対象物の厚さは形成される放射線撮影像 の濃度から直接測定することが出来る。同様に、ある対象物の材料の放射線吸収 率及びその対象物の厚さを知ることにより、放射線撮影像の濃度からその対象物 の物理的密度を直接測定することが出来る。

図面の簡単な説明 第１図は本発明による走査等化放射線撮影装置を示す路線図、第２図は典型的な フィルムスクリーン放射線像センサの照射応答関数、及び本発明による走査等化 放射線撮影装置の制御関数を示すグラフ、第３図はパルス持続時間を変調させる ことによる放射線線量の制御状態を示すのに有用なグラフ、 第４図は走査等化放射線撮影装置において本発明による制御関数を実行する段階 を示すフローチャートである。

発明の実施例 本発明による走査等化放射線撮影装置は、第１図に略図で図示されている。該装 置は、放射線ビーム１２を発生させる放射線源１０と、該放射線源１０により提 供される照射を変調させる手段１４とを備えている。照射変調手段は、例えば、 放射線源により発生されるパルスの持続時間を制御する当該技術分野で公知の電 気的手段、又は放射線源からのビーム１２の強度を変調させる機械的に可変の絞 り手段とを備えることが出来る。該装置は、対象物２０を走査するＸ線の走査ビ ーム１８を発生させるスキャナ１６を備えている。該走査手段は、例えば、当該 技術分野で公知のように、可変スリットと、複数の半径方向スリットを有する回 転ホイールとの組み合わせ体を備えることが出来る。Ｘ線の走査ビーム１８は、 カセット内の従来の放射線フィルム／スクリーンの組み合わせ体のような放射線 センサ３２を照射する。検出器２４が対象物２０を透過した後のビーム１８の強 度を検出し、フィードバンク信号を発生させる。検出器は、放射線センサ２２の 正面又は後方に位置決めすることが出来る。検出器は、当該技術分野で公知のよ うに、例えば、放射線に応答して光を放出する蛍光体から成る蛍光検出器、及び 放出された光を検出する光増殖管のような光検出器とすることが出来る。

検出器２４により発生されたフィードバンク信号は、対象物の線量の関数として 照射モジュレータ１４を制御するフィードバック制御装置２６に供給される。

該フィードバック制御装置２６は、例えば、プログラム化したマイクロプロセッ サ２８と、フィードパンク制御装置２６により提供される制御関数を示す検索表 を格納する記憶装置３０とを備えている。

本発明によると、検索表３０内に格納された制御関数は、センサ２２の照射応答 関数と同様である。ここで使用する「同様」という用語は、制御関数及び照射応 答関数が同一の全体的形状及び勾配を有することを意味するねのとする。センサ の照射応答関数と同様の制御関数を提供することにより、センサにより形成され る像の濃度は像の対象物の放射線減衰率（Ｘ−ｒａｙ　ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ ）と直接比例し、これにより像による対象物の定量的測定が容易となる。例えば 、人間の心臓の心室のように吸収係数が既知である対象物の厚さは、形成される 放射線撮影写真の濃度から直接計算される。同様に、骨のように材料の厚さ及び 吸収係数が既知である対象物の密度は、同様に形成される放射線撮影写真の濃度 から直接計算される。

放射線照射において、対象物の透過率Ｔ　（ｘ）は、入射照射ＩＯに対する透過 した照射１　（ｘ）の比で示される。

透過した照射１　（ｘ）はビヤの法則（Ｂｅｅｒ’　ｌａｗ）からめられる。

ここで、μは対象物の放射線減衰率であり、Ｘは厚さを示す。

第２図は、グラフの左上１／４に従来の放射線フィルムスクリーンの組み合わせ 体の照射応答関数を示す典型的なり一１ｏｇＥ曲線３２を示すグラフである。

照射応答関数と同様の制御関数３４は左下１／４に図示されている。制御関数３ ４は、走査等化放射線撮影装置において、放射線の総線量の関数として線量を制 御することにより対数透過率を対数照射線量に関係付ける。

右下１／４の関数３６は、総数射線減衰率を透過率Ｔ　（ｘ）の対数に関係付け る数学的関係であり、勾配角度が０．４３４の直線に過ぎない。

最後に、右上１／４の関数３８は、放射線撮影写真の光学的濃度と検出器の応答 関数３２と同様の制御関数３４を使用することで形成される放射線の総減衰率（ これは厚さに直接比例する）との間の関係である。第２図から明らかであるよう に、関数３８は単に直線的な関係であり、これは、形成される放射線撮影写真に 対して対象物の厚さに直接比例する濃度を有する極めて有用な特性を付与するこ とになる。

総線量は、例えば、可変の物理的ダイヤフラムによって、放射線照射強度を変化 させることにより、又は一定の強度の照射時間を変化させることにより制御する ことが出来る。線量は、照射開始時に所定の時間に亘って照射を感知することで 測定される。

第３図には、上述のプレウスの特許に記載されたようなパルス持続時間変調ＳＥ Ｒ装置内で総線量を制御する方法が示されている。第１に、放射線源は所定の時 間ｔ１の間オンにされており、その間、線量は検出器２４（第１図を参照）によ り測定される。次に、総線量は、その後の可変時間ｔ２にてビームをオフにする ことにより制御される。

第４図には、ビーム制御方法の段階が図示されている。各パルスにつき、ビーム はｔｏにてオンにされ（１００）、線量はｔ、にて測定される（１０２）。測定 した線ｆｆ１Ｒ，，を利用して、制御関数３４を保持する検索表３０を呼び出し く１０４）、ビームをオンにすべき全時間Ｔを検索する。次に、時間Ｔの経過後 、ビームをオフにする（１０６）。この手順は各走査線毎に何回も反復１２、走 査線は対象物に対し徐々に段階的に進ませ、二次元的放射線徽影写真が得られる ようにする。

Ｔ例＝１− 次のものを備える走査等化装置。

（ａ）格子パルスの放射！！管。

（ｂ）放射線ビームを画成しかつ掃引する前方及び後方コリメータ。

（ｃ）ｒ！、者」から出る被曝量を測定するビームモニタ。

（ｄ）像検出器（即ち、空間的解像度が大きくかつ信号体雑音比の検出機能の大 きい放射線検出器）。

（ｅ）ある瞬間に放射線照射を受ける人体部分の放射線透過率に基づく放射線パ ルスの長さを制御するコンピュータ。

放射線発生装置は、６５０ｍＡ及び１５０ｋＶｐの機能を備えている。放射線管 は、４００ｍＡに対応する線条電流で連続的に励起され、管の電位は１２５ｋＶ である。

格子パルスタンクはコンピュータを介して制御される。格子パルス装置は放射線 陰極にブロック電位を付与し、これにより、陰極から放射線管の陽極への電子の 流れを制御する０、このように、格子バルスタ゛／り及びその電子回路は、二極 管「弁」として機能し、放射線を「オン」又は「オフ」に切り替える。放射線フ ィラメント電流は一定であり、従って格子パルス装置は、放射線パルスの長さく ミリ秒）にて制御するごとにより任意の一つのパルスにて放射線の総照射量を制 御する。

前方及び後方コリメータは、０．２５ｃｍ２（Ｑ、５ｃｍ幅Ｘ０．５ｃｍ高さ） の放射線ビームを画成し、該ビームでラスター状に患者を掃引する。

作動中、パルスタンクには、電気信号が送られ、放射線ビームを「オン」にする 。「患者」の背後に設置されたモニタ装置が「患者」を透過した放射線を検出す る。このモニタにおける線量は、その瞬間の患者の透過率に直接関係している。

測定された線量を基に、コンピュータは、所定の値を検索し、検出器に対する所 望の総照射量をめるため、放射線ビームを「オフ」の状聾ｌこ維持すべき時間を 測定し、これにより、作像検出器への照射を「等化」させる。

照射時間は、５０マイクロ秒乃至７００マイクロ秒である。７００マイクロ秒以 下の時間増分の後、放射線ビームはパルスタンク装置により「オフ」に切り替え る。放射線ビームを最初にオンにした時点から１０００マイクロ秒（１ミリ秒） の時間増分後、（放射線パルスの長さに関係なく）パルス装置に別の信号を送り 、放射線を「オン」にし、その手順を反復する。

ビームはミリ秒当たり０．２５　ｃ　ｍの速度、又はパルス当たり０．２５　ｃ 　ｍの速度にて患者を掃引する。このように、各身体部分に対して４つの個々の 放射線パルスが生じる（０．５Ｘ０．５ｃｍの放射線ビーム内にて幅方向に２つ 、及び下方に２つ）。

完全な走査は約２４秒で終了する。

該装置は、コダノクラ不ノクスレギュラー（ＫＯＤＡＸ　Ｌａｎｅｘ　Ｒｅｇｕ ｌａｒ）スクリーン、及びコダックＴｍａｔ−Ｇフィルムを使用して運転した。

該フィルムは、制御されたコダνりＭ８−ＡＭフィルム処理装置内で処理した。

第２図に曲線３２で示スようなフィルムのセンシトメトリーは、制御ストリップ により頻繁にチェックした。

放射線ビームに対する「オフ」信号の発生を制御するコンピュータ内の検索表は 、対数照射線量対対線量（即ち、透過率の対数）（第２図の曲！１３４）がコダ ックＴｍａｔ−Ｇフィルムの濃度対対数照射関数（第２図の曲線３２）と同一形 状となるように制御する。

ａｄｒ このように、フィルムの濃度は放射線減衰率の積分値、又は微分値の合算値に直 接比例する。

像は、医者が通常の判断に完全に適したものとなる。しかし、該像から定量的デ ータをめることが必要である場合、医者はフィルム濃度計により簡単に測定し、 相対的な（パーセント）厚さ変化をめることが出来る。このように、簡単な測定 により、医者は例えば、血管がその隣接する寸法の半分の径まで縮小してい゛る ことを判断することが出来る。又は、医者は、同様に簡単な濃度計による測定で 心術の心室が王宮な形状でないことを判断することが出来る。

別の方法として、２つの異なる放射線エネルギの照射により得られる濃度をアル ミニウム及びプラスチックの較正値と比較することにより、極めて簡単でかつ精 密なエネルギ減算像を得ることが出来る。２つの像を異なるエネルギで照射し、 開示した方法に従い処理しかつ形成される像の濃度を減算することにより、像の 相違は、エネルギの相違の記録となる。これは従来技術のエネルギ減算放射線盪 影法に採用される複雑な信号処理を不要とする。

釆珂Ｚ 第２の実例において、フィルム／スクリーン放射線センサに代えて、励起可能な 格納蛍光板を使用し、この蛍光板に放射線を照射して潜像を形成し、かつ赤外線 で励起させ、該板がスペクトルの可視部分で像の放射線を放出させるようにした 。第５図は、左上１／４の励起可能な蛍光体の応答関数１１０を示ずグラフであ る。格納された蛍光板から放出された信号は、板に達する照射に直線的に比例し 、対数照射線量と放出された信号の照射関数は指数曲線１１．０となる。この実 例の場合、線量を総線量に関係付ける、従って、対数照射に対する対数透過率の 検索表は同一の指数形状となるように構成した。この関数１１２は、第５図の左 下１／４に図示しである。

総減衰率を対数透過率に関係付ける関数１１４は、上述の第２図に示すものと同 一である。格納された蛍光体から放出された信号は、総減衰率、従って対象物の 厚さに直線的に関係し、これは、第５図の右上１／４に示した関数１１６が蛍光 体により放出される励起信号の強度に直線的に関係するのと同様である。

産業上の利用分野及び利点 本発明の等化放射線撮影装置は、診断用放射線撮影に有用であり、該方法により 放射線撮影写真から定量的厚さ測定が直接可能になるという利点がある。

ＦＩＧ、　３ ガ叡遭１甲 ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、　４ 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．対象物上に放射線ビームを走査して、センサを照射し、該対象物の像を形成 する手段を有する型式の改良された走査等化放射線撮影装置にして、前記センサ が照射応答関数を有し、 前記対象物を透過した後、ビーム強度を監視し、フィードバック信号を発生させ る検出器と、 フィードバック信号に応答して、制御関数に従って走査ビームにより発生される 照射を制御する制御手段とを備える装置において、前記制御関数がセンサの照射 応答関数と同一の全体的形状及び勾配を有する装置。
2. ２．請求の範囲第１項の改良にして、 前記センサは、Ｄ−対数Ｅ曲線応答関数及び強化スクリーンの組み合わせ体を有 する従来の放射線フィルムであり、制御関数が前記フィルムのＤ−対数Ｅ曲線で ある改良。
3. ３．請求の範囲第１項の改良にして、 センサが励起可能な格納された蛍光板であり、制御関数が、対数照射量対前記板 の放出信号応答である改良。
4. ４．請求の範囲第１項の改良にして、 制御手段がマイクロコンピュータであり、制御関数が前記マイクロコンピュータ の記憶装置内に検索表として格納される改良。
5. ５．放射線ビームが対象物上に走査されてセンサを照射し、対象物を透過するビ ームの強度を検出しかつビームの照射量を制御関数に従って制御し、センサの照 射応答関数を測定する型式の走査等化放射線撮影法にして、制御関数を制御して センサの照射応答関数と同様となるようにする方法。
6. ６．請求の範囲第５項の方法にして、 前記センサがＤ−対数Ｅ曲線応答関数及び強化スクリーンの組み合わせ体を有す る従来の放射線フィルムであり、制御関数が前記フィルムのＤ−対数Ｅ曲線であ る方法。
7. ７．請求の範囲第５項に記載の方法にして、前記センサが励起可能な格納された 蛍光であり、制御関数が対数照射量対前記板の放出信号応答である方法。
8. ８．放射線吸収係数が既知の対象物の厚さを測定する方法にして、ａ．対象物の 上に照射ビームを走査してセンサを照射し、前記対象物の像を形成する手段を有 し、前記センサが照射応答関数である型式の走査等化放射線撮影装置を採用し、 かつセンサの照射応答関数と同一の全体的形状及び勾配を有する走査等化放射線 撮影法の制御関数を採用して放射線撮影写真を作成することと、ｂ．放射線撮影 写真における対象物の濃度を測定することと、ｃ．対象物の厚さを濃度、及び既 知の吸収係数の関数として計算することとを備えることを特徴とする方法。
9. ９．請求の範囲第８項の方法にして、 対象物が人間の心臓のような解剖学的構造体である方法。
10. １０．厚さが既知の対象物の密度を測定する方法にして、ａ．対象物の上に照射 ビームを走蒼してセンサを照射し、前記対象物の像を形成する手段を有し、セン サが照射応答関数である型式の走査等化放射線撮影装置を使用することと、走査 等化放射線撮影装置内で前記センサの照射応答関数と同一の全体的形状及び勾配 を有する制御関数を使用することと、ｂ．放射線撮影写真の対象物の光学的濃度 を測定することと、ｃ．対象物の物理的密度を光学的濃度及び既知の厚さの関数 として計算することとを備えることを特徴とする方法。