JPH04502075A - 透明蛍光体走査装置 - 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】 透　査 光１ｂ久宜」Ｌ Ｇ、　Ｎ、　Ｌｕｃｋｅｙの米国特許第３，８５９，５２９号（Ｒｅ、　３１， ８４７）に、蓄積蛍光体をラジオグラフィの記録媒体として用いることが開示さ れている。記録媒体は最初、波長λ１のＸ線で露光して蛍光体中に潜像を形成さ れる。入射Ｘ線束は蛍光体中に複数の励起された電子及び正孔を生じ、それらの うちの幾つかが蛍光体中で長命（蓄積）状態に捕獲される。その後、蛍光体を波 長λ、の刺激放射で破壊的に走査して、元のＸｌｌ露光に比例する波長λ、の発 光が実現され得る１本明細書において”破壊的”という語は、刺激放射によって 蛍光体が放電すること、及び蛍光体によって発生される誘導放射の量が照射され た刺激放射の量にかかわらず限られたものでしかないことを指すのに用いである ０本明細書中に用いた“蓄積蛍光体”及び“蛍光体”という語は、刺激されると 破壊的に放射を発生する蛍光体を意味する。

上述のシステムでは通常のχ！露光装置が用いられる。

しかし、記録媒体としては通常のラジオグラフィのスクリーン及びフィルムに替 えて、光で刺激可能な発光蓄積蛍光体の形態のものが用いられる。露光後、記録 媒体は振動または回転走査ミラーで偏向されるレーザビームによってラスタパタ ンーン状に走査され、波長λ、の発光が光電子増倍管のような光検出器により集 めて検出され、かつデジタル情報に変換され、この情報は像を処理するコンピュ ータへと転送される。　Ｒ，Ｈ，Ｋｕｌｐｉｎｓｋｉ等の米国特許第４，７７８ ，９９５号に基本的な走査方法の概略が開示されており、それによればレーザは 固定されてレーザビームが（この例では回転多角形ミラーによって）高速走査方 向即ち行走査方向へ偏向され、一方記録媒体は適当なシート駆動機構によって低 速走査方向即ちページ走査方向へ移動される。

蛍光体の走査に用いられるものではないが、米国特許第４．７７８，９９５号に 開示されたものとは別種の走査システムも公知である。（深さ０．２５ｍｍまで の物質を蒸発させる）レーザエングレーピングと、（物質を局所的かつ瞬間的に 加熱して、表面から物質を除去することなく変色を惹起する）レーザアニーリン グとの両方に用いられるストロークマーキングでは、固定されたレーザと、マイ クロプロセッサ制御の双対検流計システムと、平視野集束光学系とが用いられる 。ビームは、ワークピース上へと集束される前に検流計ミラーによりｘｙ両方向 へ偏向される。ストロークマーキングで用いられるような平視野光学系が用いら れない走査システムも公知である。　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ、　１ １ａｔｅｒｔｏｗｎ。

Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓによって開示されたｘ−ｙレーザプリンティングシ ステムでは、ビームが像平面を横切るにつれてＸ及びｙ焦点を２つの可動藁束レ ンズから成る“動的集束テレスコープ”を用いて調節することによって平視野光 学系が省略されている。低速走査即ちｙ焦点は、ビームが像平面上を下方へ移動 するにつれて段階的に調節されるレンズによって修正される。高速走査即ちＸ焦 点の修正は“共振レンズ移動手段”と看做されるもので達成される。これら２シ ステムのいずれにおいても、像平面は固定されたままである。

上述のシステムを、混濁したものであれ透明なものであれ刺激可能な蓄積蛍光体 の走査に用いることは知られていない。

現在、光学的に混濁した（不透明な）蓄積蛍光体がデジタルラジオグラフィシス テムの記録媒体として用いられている。しかし、光を通す蛍光体には混濁蛍光体 を凌ぐ利点が幾つか有る。透明蛍光体を用いた撮像システムのＭＴＦ（Ｍｏｄｕ ｌａｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｅｒ　Ｆｕｎｅｔｉｏｎ　ニジステムの、細部を記 録する能力の規準）は主に、走査する刺激放射ビームの、所望の大きさに調節で きる有効寸法によって制限されるので、匹敵する混濁蛍光体システムのＮＴＦよ りはるかに高めることが可能である。更に、シートをより厚く形成することによ ってシートのＸ線吸収を増すことができ、その際走査ビームの有効寸法は増大し ない、このようにしてＸＩｌ検出器の信号対雑音比を改善し得る０通常の混濁蓄 積蛍光体シートでは、混濁蛍光体中で走査ビームが広がることによって厚みが制 限される。光を通す蛍光体は、Ｃ，Ｄ、　ＤｅＢｏｅｒ等の米国特許第４，７３ ３，０９０号に開示されている。

ラジオグラフィの実際において、Ｘ線管と記録媒体との間隔は限られている。Ｘ 線束の強度はＸＩｌ管からの距離の平方に反比例して低下する。即ち、上記距離 が増大してもなお記録媒体のＸ線露光が一定に維持されるためには、Ｘ線管電流 が強められるか、露光時間が延長されるか、またはその両方が行なわれなければ ならない、しかし、電流を無限に強めることはＸ線管陽極の加熱をもたらすので 不可能である。実際に用いられる管−検出器間隔は典型的には５０〜１５０ｅ− で、この間隔は試験の種類、露光時間及び適用技術に従属する。

光を通す蛍光体の高い解像度（もしくはＭＴＦ）と厚みとの組み合わせによって 新たな問題が生じ、即ち（１）Ｘ線源（即ちＸＩｉ管陽極）が点であっても物体 の影の縁部を結像するＸ線は蛍光体表面に対して傾斜し、また（２）蛍光体の走 査に用いられる放射の方向はＸ線の方向と同じでないことに起因１７て、得られ る像がぼける。第１図〜第３図においで、Ｌは陽極−透明蛍光体間隔であり、ｔ は蛍光体１３の厚みであり、には中心線３から特定のＸ線が蛍光体１３に当たる 地点までの距離であり、ΔＸは薄い不透明シート７の線５のぼけの量て゛ある。

−例として、Ｌ＝　８０ｃｍ、　ｘ＝　８ｃｍ及びｔ：；２醜簡とすると、 ΔＸ＝（ｘ／Ｌ）ｔ　＝　２００μＩ となる。この値は、１００μ鹸以下であり得る走査ビーム直径に比較して明らか に大きい。

Ｃ，Ｄ、ＤｅＢｏｅｒ等は、走査レーザのビームは理論的にはＸ線の行路を辿る べきであることを認識したが、上述の問題点の解決は示さなかった。ラスクパタ ーン状に行なわれる通常の走査では上記問題点は解決されない８本発明は、上述 の問題点の解決を目的とする。

九肌曵１１ 本発明による透明蛍光体走査装置は、刺激放射源と、透明蛍光体支持手段と、走 査の際に刺激放射源からの放射を、透明蛍光体中に潜像が形成された際のＸ線源 の空間位置と同じ空間位置から透明蛍光体に対して発散させる装置とを含む。− 具体例において、放射を所望位置から構成される装置は光学素子であり、好まし くは平凹レンズである。このレンズの曲率半径は で、式中口はし・ンズの屈折率であり、Ｌは透明蛍光体と潜像形成に用いられる Ｘ線源との垂直方向間隔である。平凹レンズと蛍光体とは刺激放射の波長で同じ 屈折率を有する。

平凹レンズは典型的には透明蛍光体上に載置され、走査の際蛍光体と一緒に移動 する。ｌｌＩ激放射源と平凹レンズとの間にテレセントリックレンズが配置され ている。上記と同じ成果を達成する別の方法におい”Ｃ１放射発散装置は高速方 向に走査する第１の手段と、低速方向に走査する第２の手段と、刺激放射を透明 蛍光体上に集束する第３の手段とを含む、第１の走査手段は検流計であり得、第 ２の走査手段は第２の検流計であり得、集束手段は干視野レンズであり得る。あ るいは他の場合には、集束手段は動的高速焦点レンズ系及び低速焦点レンズ系で あり得、第１及び第２の走査手段は一方が検流計、他方が共振検流計であり得る 。

図面の簡単な説明 第１図はＸ線源と、Ｘ線管−記録媒体間隔と、蛍光体厚みと、ぼけの量との関係 の概略的説明図である。

第２図は第１図に示した物体を線２−２から見下ろしたところである。

第３図は第２図の物体の像を第１図の線３−３から見上げたところである。

第４図は本発明の装置の一例を示す概略的説明図である。

第５図は本発明の目的を達成する変形例を示す概略的説明図である。

第６図は本発明の目的を達成する第３のシステムを示す概略的説明図である。

１し痣１１１へ１１ 第４Ｉ２！において、透明蛍光体１３を走査する走査システム１１は走査放射源 １５と、回転ミラー１７と、テレセントリックレンズ系２１と、発散光学素子Ｚ ３と、光結合液２５と、光バー２７と、フィルタ２９及び３１と、光電子増倍管 （ＰＭＴ）アレイ３５とを含む、モータ３７及び駆動ローラ３９を含む通常のシ ート駆動機構が、蛍光体１３及び素子２３を低速走査方向またはｙ方向としても 知られるページ方向Ｌ７移動するのに用いられる。

透明蛍光体１３は、ポリマー結合剤中に分散した光刺激可能な蛍光物質を含む、 ポリマー結合剤は刺激波長λ２での屈折率が蛍光体の屈折率と整合するものが選 択されるが、選択された結合剤の発光波長久、での屈折率は蛍光体の屈折率と必 ずしも整合しない、　Ｃ，Ｄ、　ＤｅＢｏｅｒ等の米国特許第４，７３３，０９ ０号を参照されたい、あるいは他の場合には、蛍光体記録媒体を＾ｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、＾ｐｒｉｌ　２８゜１９８６所載のＴｓｕｙ ｏｓｈｉ　Ｋａｎｏ等による論文“１４Ｂｒ−８ｊｉｍｕｌａｂｌｅＴｒａｎｓ ｐａｒｅｎｔ　Ｃｓｌ：Ｎａ　Ｆｉｌｍ　ｆｏｒ　Ｉ（ｉｇｈ　Ｑｕａｌｉｔｙ 　Ｘ−Ｒａｙ　Ｉｍａ−ｇｉｎｇ　５ｅｎｓｏｒ”に述べられているような別の 方法で製造することも可能である。

放射源１５は、波長λ２の走査もしくは刺激放射ビームを発するレーザである。

当業者に理解されるように、ミラー１７は（図示しない）任意の通常手段によっ て軸線１９周囲に回動するように取り付けられており、それによって該ミラー１ ７は上記ビームの方向を、高速走査方向またはＸ方向とも呼称される行方向での 走査を可能にするべく変化させ得る。

ミラー１７によって偏向されたビームはテレセントリックレンズ系２１を透過し 、このレンズ系２１はビームの方向を透明蓄積蛍光体１３の表面に対して垂直と なるように変更する６レンズ系２１の機能は、本出願人が本出願と同時に出願し た、“テレセントリック光学系を用いた透明蓄積蛍光体走査”という標題を有す る米国特許出願第４１４８１９号に詳細に説明しである。

刺激放射λ２が蛍光体１３に垂直に当たるのを防止し、ぼけた像の形成を防止す るために発散光学素子２３が蛍光体１３上に配置されており、この素子２３は走 査の際蛍光体１３と共に移動する。場合によっては、蛍光体１３と素子２３とを 接着することも可能である。素子２３は、その焦点４３（第４図）が蛍光体１３ に対して、ｘｉｓ光スナステップ線管陽極４５（第１図参照）が蛍光体１３に対 して占めていたのと同じ位ｉｔ占めるように設計されている。第４図に示したよ うに、素子２３の中心＆ｉ４９は蛍光体１３の中心線に一致する。レンズ２３の 曲率半径Ｒは で、式中ｎは素子２３の屈折率、Ｌは陽極−検出器間隔である。−例として、ｎ ＝１．５及びＬ＝８０ｃｍとするとＲ＝　２６．６７ｃｍとなる６発散素子２３ 及び蛍光体１３の屈折率は刺激放射の波長λ２において互いに整合するべきであ り、それによって刺激放射のレンズ−蛍光体境界面での内面反射が最小限に留め られる。更に、素子２３は、光を散乱させ、従って形成される像を不備にする掻 き傷及び欠陥を有しないように研削及び研磨その他の加工を施されるべきである 。

第４図から明らかなように、発散光学素子２３は光刺激の際に刺激放射λ２を、 先に透明蓄積蛍光体１３中への潜像形成においてＸ線源が位置したのと同じ空間 地点から発散させる。

好ましくは、光学素子２３と蛍光体１３との間にグイクロイック層４７が配置さ れており、この層４７は波長λ、の誘導発光は反射し、刺激放射λ２は透過させ る。

発散光学素子２３は刺激放射λ２の光路長を、中心線４９からの半径方向距離に 従属させて変更する。それによってレーザスポットの集束位置が変わり、更にそ れによって走査スポットサイズが上記半径方向距離の関数として変化する。

この望ましくない効果は、テレセントリック走査レンズ系２１の光学的設計によ って補償され得る。

やはり第４図から明らかであるが、システム１１は蛍光体１３からの誘導放射λ 、をＰＭＴアレイ３５に有効に伝達する装置も含む、Ｒ，Ｉｆ、　［ｕｌｐｉｎ ｓｋｉ等の米国特許第４，７７８，９９５号に詳細に述べられているように、上 記伝達は光結合部２５及び光バー２７によって達成され得る。光結合部２５は、 発光波長λ、で光バー２７及び蛍光体１３と同じ屈折率を有する流体の層である 。フィルタ２９及び３１は、刺激波長λ２を吸収する一方誘導波長λ、をＰＭ７ ３５へと透過させるべく機能する。

先に述べたぼける像の間圧の解決には、蛍光体媒体に対して固定された地点から の２軸ビーム走査も、固定地点がＸ線露光ステップでＸＩＩ管陽極（第１図）が 蛍光体媒体に対して占めたのと同じ位置を占めるように設計されていれば有効で あることが判明した。第５図及び第６図に、この変形例を概略的に示す。

第５図に示した走査システム５１はレーザ５３と、第１の検流計５５及び第１の 検流計ミラー５７と、第２の検流計５９及び第２のミラー６１と、平視野レンズ 系６３とを含む、この図でも、透明蛍光体には符号１３を付しである。主軸６７ を有するレーザビームは、レンズ系６３により蛍光体１３上にスポット状に集束 される前にミラー５７及び６１によってＸ及びｙ方向に偏向される。ミラー５７ 及び６１の回転軸線は互いに直交する。レンズ系６３の設計並びにミラー５７及 び６１の配置は、ビームがレンズ系６３上方の、蛍光体１３に対してＸ線露光ス テップでのＸ線管陽極４５と同じ位置を占める点６９からレンズ系６３の主軸６ ４沿いに進んで蛍光体１３を走査するように為されなければならない。

第６図に示した走査システム７１はレーザ７３と、動的集束テレスコープ７５と 、共振検流計７７と、検流計７９とを含む。

テレスコープ７５は高速焦点レンズ系８１及び低速焦点レンズ系８３を含む、高 速方向に走査する共振検流計７７はミラー８４を具備している。低速方向に走査 する検流計７９はミラー８５を具備している。テレスコープ７５は、“Ｔｗｏ　 ＋＊１ｒｒｏｒ、　ｔｗ。

ａｘｉｓ、　ｒａｐｉｄ　ｆｒａｍｅ　ｒａｔｅ　ｇａｌｖａｎｏｍｅｔｅｒ　 ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｕｓｉｎｇ　ａｎｏｖｅｌ　ｒｅｓｏｎａｎｔ　５ｃａｎｎ ｅｒ／ｄｙｎａ＋ｔｉｃ　ｆｏｃｕｓｉｎｇ　＋＊ｅｃｈａｎｉｓｍ、−＾、　 Ｃ，Ｍｅｃｋｌｅｎｂｅｒｇ、　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ、　Ｉｎｃ 、、　Ｗａｔｅｒｔｏｗｎ。

Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓにより詳細に開示されている０本発明の目的達成の ためには、主軸８７を有するレーザビームはミラー８５上方の、（蛍光体１３に 垂直な）軸線９１上に位置する点８９から発散しなければならず、点８９は蛍光 体１３に対してＸ！！露光ステップでのＸ！ｉ管陽極４５と同じ位置を占める。

ここに説明した装置は、光を通す蛍光体蓄積媒体で比較的厚いものを用いること を可能にし、しかも高解像度（ＭＴＦ）と高ＳＮＲとの両方を達成してぼけた像 を排除するという利点を有する。この利点によって利得が増大し得、患者に照射 するＸ線量を減少しても像形成が可能となる。そのうえ、第５図及び第６図に概 略的に示した装置では、蛍光体を低速走査方向に移動する必要は無い。

本発明の好ましい具体例を添付図面に示し、かつ本明細書に説明したが、本発明 の範囲に影響することなく本発明を様々に変形し得ることは当業者には明らかで あろう。

国際調査報告 ｗｍｗ＊ｍｍ−１−１ａｅｅｂｔａ＋＊＊ｕ＊ＰＣＴ／ＵＳ９０１０５４１２国 際調査報告 ｕｓ　９００５４１２

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．光を通す像蓄積蛍光体を走査刺激して、該蛍光体から所定距離だけ離隔して 配置されたＸ線源が発するＸ線で予め露光された蛍光体の部分からの発光を誘導 する装置であって、 （ａ）刺激放射ビームを発生する手段、（ｂ）前記ビームを直線状の走査路沿い に進行させて走査を行なう手段、 （ｃ）前記走査路内に配置され、前記ビームを蛍光体に向けて方向調整して該ビ ームが直線状の走査線沿いのいずれの地点でも走査線に垂直な方向から蛍光体に 当たるようにするテレセントリックレンズ系、及び （ｄ）テレセントリックレンズ系と蛍光体との間に配置され、前記ビームが走査 線沿いに蛍光体に当たる角皮を制御して、ビームが蛍光体から前記所定距離だけ 離隔した地点から発せられたかのようにして蛍光体に当たるようにする負の光学 素子 を含む装置。
2. ２．光学素子が平凹レンズを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. ３．光学素子の曲率半径が Ｒ＝［（ｎ−１）／ｎ］Ｌ であり、式中ｎは光学素子の屈折率であり、Ｌは蛍光物質と、該蛍光物質中に潜 像を形成するのに用いられるＸ線源との垂直方向間隔であることを特徴とする請 求項２に記載の装置。
4. ４．光学素子の屈折率ｎが刺激放射の波長で蛍光物質の屈折率と整合することを 特徴とする請求項３に記載の装置。
5. ５．光学素子と蛍光物質との間に配置されたダイクロイックフィルタも含むこと を特徴とする請求項４に記載の装置。
6. ６．負の光学素子が蛍光体と有効に結合されていることを特徴とする請求項１に 記載の装置。
7. ７．蛍光体及び負の光学素子を直線状走査線に垂直な方向へ移動する騒動手段を 具備していることを特徴とする請求項１に記載の装置。