JPH05329138A - Ｘ線走査装置、並びにｘ線フラックスの制御装置及び変調方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 Ｘ線ファンビームのフラックスをファンビー
ムの全長に渡って実質的に均等とする。 【構成】 Ｘ線ファンビームを発生し、かつファンビー
ムで対象物を走査するためのＸ線源と、ファンビームを
横断する多数の地点にて対象物を通過したＸ線フラック
スを検出し、検出された電気信号を出力するように対象
物の反対側にファンビームに対応して配置された検出器
列を含む検出器と、ファンビームを横断する多数の地点
にて、クサビ型シャッターを用いるＸ線フラックス変調
器と、ファンビームを横断する多数の地点にて、ファン
ビームのフラックスを変調するように検出器列の出力信
号に基づいて変調器を制御し、検出器列により検出され
たファンビームのフラックスがファンビームの全長に渡
って実質的に均等となるようにする帰還回路とからな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は帰還制御されフラックス
が均等化（flux equalized）されたＸ線像を発生する装
置及びその方法であって、主として医学用ラジオグラフ
ィに適用されるものに関する。

【０００２】

【従来技術】Ｘ線像映システム（imaging system）の動
的応答領域（dynamic response range）は、往々にして
像映されるべき対象物のＸ線減衰領域（X-ray attenuat
ionrange ）より小さい。この状況は従来のＸ線ラジオ
グラフィシステムでしばしば遭遇する。在来システム
は、Ｘ線像を得るための検出器−記録器として使用され
るフィルムスクリーンカセットと、幅広で空間的に均一
なビームを有するＸ線源からなる。このシステムは約90
年前のＸ線発見以来普及している。医学用Ｘ線フィルム
は、典型的な場合非常に高いコントラスト強調係数（co
ntrast ennhancement factor）を有する。この係数はし
ばしばコントラスト勾配若しくはガンマと呼ばれ、非常
に狭い寛容度（latitude）（すなわち露光範囲）を示す
結果となる。この高コントラスト強調係数は、Ｘ線フィ
ルムにとって必要な特徴である。その理由は、もしもコ
ントラスト強調係数が低ければ、典型的な検出すべき解
剖学的対象物が非常に低いＸ線コントラストを有する結
果、それらのＸ線フィルム上の像は医師が診るには稀薄
すぎるからである。

【０００３】大抵のＸ線検査、例えば胸部検査において
は、典型的な患者は、非常に大きな解剖学的厚み変動を
有しており、これにより非常に大きなＸ線減衰変動を示
す。すなわち解剖学的諸部分は非常にＸ線に対して不透
明であるが、他の部分はＸ線に対し非常に透明である。
その結果、これらの検査を示すＸ線フィルムはＸ線フィ
ルムの露光範囲の狭さのために、全体的な画像の一部分
にのみ適当な露光がなされて、ほとんどの部分は露光過
度又は露光不足となる。露光過度又は露光不足領域の双
方に対するコントラスト強調係数は、適当な露光のされ
た領域の係数よりはるかに低い。それゆえ、Ｘ線フィル
ムの露光過剰及び露光不足領域においてはＸ線情報の著
しい損失（及び診断価値の低下）がある。

【０００４】例えば典型的なPA胸部フィルムにおいて
は、通常、肺視野（lung field）が最適に露光されるよ
うにされ、縦隔洞及び横隔膜下の領域は露光不足にされ
る。露光不足領域に位置した腫よう及び他の異常を検出
する確率は、露光が最適にされる肺視野における検出確
率より著しく低い。このＸ線フィルムの一様でない露光
性は、患者の大きな厚み変動に主として起因し、従来の
Ｘ線ラジオグラフィシステムの主要な欠点である。Ｘ線
フィルムの像の質及び診断価値は、もしも患者における
こうした厚み変動によって起こされる一様でない露光の
効果が低減されれば、著しく改善される。

【０００５】ペントン他（SPIEプロシーティング、第23
3 巻176 − 182ページ（1980））、プレヴェス他（(A)
ラジオロジー誌、第142 巻、765 − 768ページ（198
2）、及び(B) ダイアグノスチック イメージング誌、1
985年10月号、85−96ページ）その他は、胸部フィルム
における小結節の検出が、一様でない露光を減少できる
ある種の補償装置によって著しく改良できることを示し
た。これらの補償手段は、Ｘ線フィルムにおけるフラッ
クスが多少とも均等化されるようにＸ線フラックスを空
間的に変調することをすべて含んでいる。この方法はし
ばしばフラックス均等化法（flux equalization metho
d）と呼ばれる。

【０００６】あらゆる種類の患者に対してフラックス均
等化を与えるためには、フラックス均等化に帰還制御が
追加されなければならない。フラックス均等化はある程
度の空間的減衰情報が、検査中の特定の患者について得
られた後に、与えられる。ここで重要なこととして帰還
制御されたフラックス均等化過程の遂行において、露光
時間の延長に起因する患者の動きによる像ボケ、補償不
整合による誤記録に因る偽情報（artifacts ）、患者被
爆の増大、Ｘ線管ターゲットにかかる過大負荷、散乱Ｘ
線の増大、及び使用者若しくは患者にとっての不便、等
の新たな問題を発生してはならない、と言うことを指摘
しておく。

【０００７】帰還制御されたフラックス均等化の先行技
術は多々ある。Ｘ線マスクを使用する先行技術の例とし
ては米国特許第3,755,672 号（エドホルム他）、及び米
国特許第4,497,062 号（ミストレッタ他）がある。光学
的マスクを使用する先行技術の例としては米国特許第4,
322,619 号（ネルソン他）がある。Ｘ線走査ペンシルビ
ームを発生するためのラスタＸ線ターゲットを使用する
先行技術には米国特許第2,837,657 号（グレイグ他）が
ある。Ｘ線走査ビームを発生するため機械的に運動する
走査開口を使用する先行技術の例としてはプレウェス他
（メジカル フィジックス誌、第10巻、655 − 663ペー
ジ（1983）がある。走査ファンビームを使用する先行技
術の例には米国特許第4,433,430 号（フレッツェル）及
びプレウェス他（ラジオグラフィ誌、142 巻、765 − 7
68ページ(1982)がある。

【０００８】本発明に最も関連した先行技術は、Ｘ線フ
ァンビームを使用する帰還制御されたフラックス均等化
Ｘ線ラジオグラフィシステムである。この先行技術の例
は、上記のごとく米国特許第4,433,430 号及びプレウェ
ス他による記事（ラジオロジー誌、第142 巻、765 −76
8 ページ（1982））が該当する。

【０００９】Ｘ線の走査ペンシルビームを使用するシス
テムよりもこれらのシステムが優れる利点は、(a) Ｘ線
のさらに効果的な使用を通して、発熱負荷（heat loadi
ng）が10ないし20倍低下し、Ｘ線管の寿命が増大するこ
と（なぜならば発熱負荷は走査開口（scanning apertur
e ）の面積に対する、映像視野（imaged field）の面積
の比に比例し、走査ファンビームに使用される開口は走
査ペンシルビームに使用される開口よりも普通10ないし
20倍大きいからである）、(b) 像映過程を完了するのに
必要な時間がより短いために、患者の動きの問題がより
小さいこと、(c) 走査ペンシルビームシステムは重複す
る走査線間の間隔及びＸ線スポット（照射点）の大きさ
及びプロフィルを正確に制御しなければならないため、
走査上の偽情報（scanninng artifacts ）が少ないこ
と、(d) 発熱が低いことによりＸ線管の冷却時間が短い
結果、患者処理率が高く、検査間の待ち時間がより短い
こと、である。

【００１０】走査ファンビームシステムはまた、Ｘ線若
しくは光学的マスクを使用するシステムよりも多くの利
点を有する。それらの利点とは、(a) Ｘ線若しくは光学
マスクを作製し、またその後に整合(registration ）す
るのに急ぐ必要がないこと、(b) 患者の減衰情報（atte
nuation information)を得る過程と最終的な像映過程と
の間の時間遅延がはるかに小さいために、患者不整合の
問題がはるかに小さいこと、(c) 散乱Ｘ線の減少がはる
かに小さいことである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ファンビーム
システムの主な欠点はフレッツェル及びプレウェスによ
り指摘されたところによれば、フラックス均等化は走査
方向にのみ適用され、走査と直交する方向には適用され
ないことである。すなわち帰還信号はＸ線源若しくは作
動周期（duty cycle）を制御するのに使用され、ファン
ビーム全体にわたる一様なＸ線強度を与えるようにされ
る。この一次元復帰制御フラックス均等化法は像全体に
対する補償を与えることはできず、また走査上の偽情報
を与えやすい。実際、プレウェス他は上記記事において
走査ペンビームシステムはこの欠点を克服する唯一の方
法であると結論している。フレッツェルにより示唆され
た本システムは２個のファンビームを有する。１個のフ
ァンビームは患者減衰情報を得るための監視用ビームと
して使用され、第２のファンビームは映像に使用され
る。しかし、同一のＸ線源が両方のファンビームに使用
され、かつ線源強度変調が監視用ファンビームにも影響
するので、システムの復帰制御がいかに適切に機能する
のかは明確でない。また、フレッツェルのシステムは各
像映ビームが異なる変調を必要とするので、１個より多
い像映ビームを支持することができないことも明白であ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】Ｘ線ファンビーム型の帰
還制御されたフラックス均等化像映法に関する上記及び
他の問題は、走査Ｘ線ファンビームフラックス均等化シ
ステムである本発明によって、克服できる。本発明は、
ファンビームについて（走査方向と直交する方向に）患
者減衰を補償することの必要性に応じて、ファンビーム
について複数地点にてＸ線強度が変調できるようにされ
た動的帰還制御されたフラックス変調列装置と連動す
る。本発明にかかるＸ線走査装置は、Ｘ線ファンビーム
を発生し、かつファンビームで対象物を走査するための
Ｘ線源と、ファンビームを横断する多数の地点にて対象
物を通過したＸ線フラックスを検出し、かつ多数の地点
にて検出されたフラックスを表す電気信号を出力するよ
う、対象物の反対側にファンビームに対応して配置され
た検出器列を含む検出器と、ファンビームを横断する多
数の地点にて、ファンビームの質を変化させずにフラッ
クス量を変調するためのＸ線フラックス変調器と、ファ
ンビームを横断する多数の地点にて、ファンビームのフ
ラックスを変調するように検出器列の出力信号に基づい
て変調器を制御し、検出器列により検出されたファンビ
ームのフラックスがファンビームの全長に渡って実質的
に均等となるようにする帰還回路とを含む。

【００１３】本発明の好ましい実施例では、ファンビー
ムを横断する複数地点にて、露光中に走査方向に移動可
能なシャッタでファンビームの局所的幅を変調すること
により、フラックス変調が達成される。すなわちファン
ビームの幅は、患者減衰が非常に高い「厚い」患者領域
に対しては非常に幅が広く、ファンビームの幅は患者減
衰が非常に低い「薄い」患者領域に対しては非常に狭
い。

【００１４】フラックス変調のこの方法は、二つの独特
の利点を有する。その第一の利点は、Ｘ線スペクトルが
「薄い」患者領域に対して実質上変化しないことであ
る。これはエドホルム他及びミストレッタ他の場合と異
なる。彼らのＸ線マスクは、「厚い」患者領域には薄い
吸収体が使用され、「薄い」患者領域には厚い吸収体が
使用されるように患者減衰を補償するＸ線吸収体で作製
される。このようにしてＸ線スペクトルの軟成分が、増
強像コントラストを与えるために軟成分が最も必要とさ
れる「厚い」患者領域から優先的に除去される（すなわ
ちＸ線ビームが硬化される）。第二の利点は、「薄い」
患者領域に対する効果的な露光時間が、より狭くされた
ファンビーム幅によって非常に短くされることである。
それゆえ、患者の動きが最も面倒な問題となる「薄い」
患者領域における患者の動きの問題が低減される。クレ
イグ他及びプレウェス他の操作ペンシルビーム装置では
局所的ビーム幅変調はできない。その理由はペンシルビ
ーム開口の寸法は一定に保たれなければならないからで
ある。したがって、この利点により、「薄い」患者領域
においてペンシルビーム装置より10ないし20倍短い露光
時間にて本ファンビーム装置を作動することが可能とな
る。

【００１５】本発明は上に議論した他の帰還制御式フラ
ックス均等化システムに比しても、ファンビーム帰還制
御式フラックス均等化システムのすべての利点を保持し
ている。走査ペンシルビームシステムよりもＸ線の利用
度に関してさらに効果的であると同時により速い実時間
システムであり、また走査上の偽情報を受けにくい。そ
れゆえ、この発明は患者の動きの問題に左右されにく
く、またＸ線管に対する加熱負荷が少なくてすむ。さら
に、本発明はエドホルム他及びミストレッタ他のＸ線マ
スクシステムよりもはるかに良い散乱Ｘ線除去ができ
る。

【００１６】本発明の別の実施例では、Ｘ線の利用がさ
らに改善されると共にＸ線管に対する加熱負荷がさらに
低減されるように、数本の平行な走査ファンビームが使
用される。この実施例の設計変更では、第一の走査ファ
ンビームが監視用先行（precursor ）ビームとして使用
され、その追行（trailing）ファンビームはフラックス
均等化像映ファンビームである。この監視用ファンビー
ムは低い被爆率でＸ線減衰データを集めるときのみ使用
される。追行像映ファンビームは、監視用ファンビーム
により集められたデータに基づいて帰還コンピュータか
ら変調信号を得る。監視用ファンビーム及び像映ファン
ビームは構造上同一で、相互に空間的に整合され、ファ
ンビーム間には短い露光時間遅延があるので、不整合の
問題及び患者の動きの問題は取るに足らない。この方法
ではまた、監視用ビームがフラックス変調器を必要とせ
ず、またすべての追行像映ビームが検出器列を必要とし
ないから、より少ない成分を使用するので、従って、製
造費が少なくて済む。

【００１７】従って、本発明は、Ｘ線ラジオグラフィシ
ステムにおいて、Ｘ線像記録装置に対する、実質的に実
時間帰還制御されたフラックス均等化を与えることを目
的とする。

【００１８】本発明の他の目的は、Ｘ線ラジオグラフィ
システムにおいて、実質的にＸ線スペクトルを変えずに
フラックス均等化を与えることである。

【００１９】本発明の別の目的は、Ｘ線ラジオグラフィ
システムにおいて、患者の「より薄い」領域により短い
露光時間のフラックス均等化を与えることである。

【００２０】本発明の他の目的は、Ｘ線ラジオグラフィ
システムにおいて、患者から散乱されるＸ線をより多く
除去したフラックス均等化を与えることである。

【００２１】本発明のさらに別の目的は、Ｘ線ラジオグ
ラフィシステムにおいて、Ｘ線管に対する加熱負荷が最
小限に増加したフラックス均等化を与えることである。

【００２２】本発明のさらに別の目的は、Ｘ線ラジオグ
ラフィシステムにおいて、患者の動きの問題、走査上の
偽情報、及び患者の不便を低減したフラックス均等化を
与えることである。

【００２３】

【実施例】本発明のこれらの特徴及び利点は、添付の図
面と併せて以下の明細書を精読すればさらに明確となろ
う。各図面では同様の構造部には同様の文字を用いてい
る。

【００２４】ここでさらに第１図、第２図、及び第３図
を参照すると、Ｘ線源(10)は幅広Ｘ線ビーム(5) を発生
し、このビームは、Ｘ線ビーム(5) を患者(18)に照射す
る幅広のファンビーム(7) に変換するための水平なスロ
ット形状の開口(14)の第一コリメータ(12)に衝突する。
患者の後方には開口(14)に整合された、対応する水平ス
ロット形状の開口(22)付き第２コリメータ(20)がある。
このコリメータ(20)は実質的に患者から散乱されたＸ線
(19)が像映パネル(24)に到達するのを遮断する。開口(2
2)に整合されて、特定の用途に応じてＸ線検出器又は写
真光学的（photo-optic ）検出器のいずれでもよい個別
的検出器(28)の列(26)がある。検出器列(26)及びコリメ
ータ(20)の間にはＸ線像映パネル(24)が配置されてい
る。このパネルはＸ線フィルム・カセット又は記憶燐カ
セット（storage phosphor cassette ）又はゼロックス
カセット又は他のパネル形状の像映記録装置で良く、そ
の場合は検出器(28)及びＸ線検出器であり、あるいはフ
ィルム又はテレビジョンカメラその他の像ピックアップ
装置に光学的に結合されたＸ線像強調装置でよい。後者
の場合は検出器は写真光学的検出器でよい。

【００２５】コリメータ(12,20) は検出器列(26)と同様
に、破線(32)により示されるように共に駆動装置(34)に
機械的に結合される。これら３個の素子を別の符号化さ
れた駆動器で同期駆動することも同様に可能である。そ
のような走査装置は当業者に良く知られているので、こ
こにはさらに詳述しない。

【００２６】列(26)の検出器(28)の出力はループ帰還回
路(30)に印加される。この帰還回路の出力が第１コリメ
ータ(12)の開口上に配置されたフラックス変調器(16)を
制御する。この帰還制御回路(30)は検出器(28)からの出
力信号に応答して、フラックス変調器(16)によって、開
口を通過するＸ線フラックスを自動的に低減する。その
結果Ｘ線ビームに沿って検出器(28)の入力端におけるＸ
線フラックスレベルを実質的に均等にかつ一定に維持す
る。しかも、このフラックス制御は、コリメータ(12,2
0) 及び検出器列(26)は患者(18)の体を走査する際、連
続的に変化する動的過程である。

【００２７】「均等化フラックスレベル」という用語
が、患者から出るＸ線フラックスはどこの点でも均等で
あることを意味する、と解してはならないことを了解さ
れたい。さもないと、医師にはなんの診断情報も利用で
きない。この用語は、各検出器（若しくは一群の検出
器）によって捜索される領域に対応した領域を有する一
連の仮想的な「窓」の平均的フラックスがファンビーム
にわたり均等であるということである。そのような各仮
想的窓内で、Ｘ線フラックスはＸ線像情報に応じて変化
する。

【００２８】さらに第６図を参照すると、フラックス変
調器の一部が例示されている。第２図に見られるよう
に、フラックス変調(16)は線源(10)から来るＸ線ビーム
(5) にわたって配列された一群の個別セル(17)から成り
立っている。各セル(17)は好ましくは、列(26)の１個以
上の検出器(28)に当たるＸ線ビームの一部に相対応す
る。特定のセル(17)の対応の検出器(28)に当たるＸ線フ
ラックスの量を制御するためには、ファンビームが患者
上を走査する際にファンビームの局所的幅を減少するこ
とにより、Ｘ線ビーム(5) の断面積を減少する必要があ
る。

【００２９】このため、第６図に示すように、各セルは
Ｘ線ビーム(5) の断面積を限定すべく開口(14)の入力端
を横断的に運動するシャッタ(36)を含む。このシャッタ
(36)は、Ｘ線に不透明な材料、つまりＸ線不透過な材料
である鉛又はタングステンその他の金属等で作られ、帰
還回路(30)からデジタル又はアナログ形式の制御信号を
受信するサーボ電動機により作動される。各セル(17)に
は、対応の検出器(28)の出力信号に対応する帰還回路(3
0)の制御の下で作動する、それ自身独立なシャッタ(36)
とサーボ電動機(36)が与えられていることを了解された
い。

【００３０】特定の検出器(28)に到達するＸ線フラック
スが予定の標準値を超えて増大すると、検出器の出力は
大きさを増し、その増大が回路(30)を通して、その特定
の検出器(28)と整合された対応のフラックス変調セル(1
7)のサーボ電動機(38)に帰還される。検出器出力信号の
この増大は、シャッタ素子(36)の対応の再配置を起こす
ように変換されて、Ｘ線ビーム中の特定位置の開口(14)
を狭める。従ってこれにより、Ｘ線フラックスの量は、
対応の検出器(28)の出力が所望のフラックスレベルを表
わす予定の基準レベルに達するまで減少する。

【００３１】別な方法として、サーボ電動機(38)は走査
周波数よりも高い周波数でビーム(5) の通路にシャッタ
(36)を侵入させ又はそこから退却させて、所望の期間ま
たは回数だけビームを通過させることができる（走査周
波数とは、像視野を覆う開口数を全走査時間で除したも
のである）。これにより実際、ビームの作動周期を制御
し、従って患者及び対応の検出器(28)の双方により受信
される正味のフラックス量が制御されることとなる。こ
の場合、ビームが作動する作動周期又は期間は、所望の
フラックスレベルが検出されるまで上記のように対応の
検出器出力の制御下にある。すなわち、検出器の出力の
増加は、対応の検出器(28)の出力が予定の規準レベルに
等しくなるまでセル(17)のビーム作動期間若しくは作動
周期を増大する。

【００３２】ここでさらに第７図を参照すると、別の形
式の変調器のセルが示されている。このシステムではＸ
線ビーム(5) の通路中に配置されるシャッタブレード(3
6)の代わりに、各シャッタブレードに代わる複数のフィ
ンガ(40)が開口(14)にまたがって個別に置換的に挿入さ
れている。これらフィンガは、コンピュータ印字器に使
用されるドットマトリックスプリントヘッドに類似の電
気機械装置(42)から突出する。各フィンガは第６図を参
照して上述したように、対応の検出器(28)の出力信号に
応答して期間回路(30)によりデジタル又はアナログで個
別に呼び出しできる。

【００３３】使用された特定の機構(42)に応じて、フィ
ンガ(40)の位置に離散的に制御でき、また他の実施例で
はフィンガはビームの通路中への挿入、又は通路からの
除去のいずれもできる。第１の方式では、全数のフィン
ガの、ビーム中への進入の程度がフラックス変調セルの
開口の実行幅を、従ってフラックスのレベルを、決定す
る。第２の設計変更例では、ビーム中に挿入されるフィ
ンガ数に対する開放間隔数の比がフラックスレベルを決
定する。さらに第３の設計変更例では、フィンガがビー
ム中に挿入され又は除去される期間が、帰還回路(30)に
より制御される。再び、ビーム内におけるフィンガの作
動周期が、第６図の単一シャッタに関して上述したよう
にフラックスレベルを決定する。

【００３４】フィンガ(40)はＸ線不透過な材料で作られ
る。従って、フィンガに当たるＸ線ビームのいかなる部
分も効果的に遮断され、フィンガに当たらないＸ線ビー
ムは通過して患者及び検出器列(26)に当たる。上述した
すべてのフラックス変調方式の顕著な特徴は、開口を通
過するＸ線ビームの部分について、Ｘ線スペクトルに変
化が生じないことである。従って、一般的には肺領域の
ような患者のより透明な領域における低密度組織の検出
を強調するのに必要である低エネルギーＸ線は、低減も
されず除去もされず、その結果この装置の診断効率に寄
与するのである。 第４図に示す実施例では、Ｘ線の利
用度を改良すると共に、Ｘ線の加熱負荷を減少させるた
めに複数のＸ線ファンビームが使用される。本実施例の
各ファンビームは、第１図、第２図、及び第３図に示し
かつ上述した単一ファンビームと実質的に同一に構成さ
れ、かつ作動する。第４図に示すように各ファンビーム
(7) は、コリメータ(12,20) 内の自身の対応のスロット
(14a,22a) と、フラックス変調列(17a) 、検出器列(26
a) 、及び帰還制御回路(30)を有する。

【００３５】第４図の場合は、３個のＸ線ファンビーム
が図示されているが、この像の走査は異なった二方法で
達成できる。一つの方法は、３個すべてのファンビーム
で一旦全像視野を、そのＸ線管が単一ファンビームシス
テムで必要とされる場合の３分の１だけ作動するよう
に、走査するものである。もう一つの方法は、像視野の
３分の１だけファンビームを離隔することにより、像視
野の３分の１だけ走査するように各ファンビームを使用
することである。この方法では、全走査時間は、単一フ
ァンビームシステムの全走査時間に比べて係数３だけ低
減される。これら両方の走査法は、約係数３だけＸ線管
加熱負荷を低減できる。この係数は使用したファンビー
ムの数に等しい。このＸ線走査装置によるとスリットの
幅を狭くすることができ、これにより走査の高速化を図
ることができ、さらにＸ線源の負担を軽減することがで
きるようになる。

【００３６】ここでさらに第５図を参照すると、別の実
施例が示されている。この実施例では、Ｘ線の利用度を
改良するために再び複数のファンビームが使用されてい
るが、第１ファンビーム（又は走査方向の先頭ファンビ
ーム）が低被曝時のＸ線減衰情報を集める目的だけのた
めに監視用先行ビームとして使用されるべく、設計変更
されている。第５図に示すように、コリメータ内の対応
の水平スロット開口(14a,14b) により確定される複数の
像映ファンビーム(7a,7b) が、フラックス変調器列(17
a,17b) によって独立に変調される。これら像映ファン
ビームはさらに像映パネル(24)上に当たる前に、コリメ
ータ(20)内の水平スロット開口(22a,22b)を通して収束
される。

【００３７】さらにコリメータ(12)内の狭い水平スロッ
ト開口(14c) により確定される低強度Ｘ線監視用ファン
ビーム(44)は、検出器列(26)と共に使用されて患者のＸ
線減衰を測定する。この検出器列(26)はコリメータ(20)
内の水平スロット開口(22c)の直後、かつ像映パネル(2
4)の前方に配置される第５図に示すこの装置は次の例外
点を除き、他のすべての点で、第４図に示したものと実
質的に同一に構成され、かつ作動する。

【００３８】コリメータ(12,20) は同期的に作動されて
患者(18)の全長にわたり、監視用ビーム(44)を走査す
る。しかし、このＸ線像映ビームは変調器列(17a,17b)
によって強度変調されるのみならず、それぞれ、患者(1
8)の上半分及び下半分のみを走査するように通電され
る。かくして、作動上、コリメータ(12,20) は患者(18)
の頭部頂点から監視用ビーム(44)が出発するように（又
はこのビームが場合によっては底部から頭部に、又は側
部から側部へと走査できるように）配置される。この監
視用ビームを検出することにより明らかにされるフラッ
クスレベル情報は検出器列(26)により集められて、開口
(22c) の走査位置に関連させて帰還制御コンピュータ(3
0)内に記録される。

【００３９】開口(14a,22a) 間に引かれた線が患者(18)
の再上部とちょうど交差する地点（又は患者(18)の他の
部分で像映走査の開始される地点）にコリメータ(12,2
0) が達するとき、フラックス変調器列(17a,17b) が共
に開かれ、Ｘ線像ビーム(7a,7b) が患者(18)を走査す
る。しかし、ビーム(7a,7b) を横切るフラックス変調セ
ルが正しい量のＸ線フラックスのみを通過させるべく制
御され、かつスクリーン(24)において均等のＸ線フラッ
クス密度が得られるように、フラックス変調器列(17a,1
7b) が帰還コンピュータ(30)の制御の下に作動される、
コンピュータ(30)は、Ｘ線ビーム(7a,7b) が患者を走査
する際、Ｘ線ビーム(7a,7b) の当たる対応の検出器列(2
6)の出力信号に対する記憶バンク（memory bank ）を走
査する。これらの信号は次いで、像ビーム(7a,7b) が監
視ビーム(44)により予め走査された患者の体の同じ点上
を走査するときにフラックス変調器(17a,17b) を制御す
るのに使用される。

【００４０】Ｘ線ビーム(7b)が患者(18)の底部に達した
ときにコリメータ(12,20) による走査は停止する。開口
(14a,14b,14c) と開口(22a,22b,22c) 間の間隔は、患者
(18)を走査するときに走査ビーム(7a,7b) の重複がない
ように、選択される。明らかに、他の実施例では、ビー
ム(7a,7b) について上述したと同様に、２個以上の走査
ビームが利用できる。

【００４１】この方法は第４図に関して述べた実施例よ
り構成部分が少なく、従って制作費において廉価であ
る、その理由は、監視用ビームはフラックス変調器を必
要とせず、またすべての追行像映ビームが検出器列を必
要としないからである。監視用ファンビームが像映作業
を行わなくてよいという事実は、便利なことに検出器列
(26)を像映パネル(24)の前方に配置することを可能なら
しめる。検出器列の配置のこの改良は、付加的な制作費
の節約に加えて、像映パネルの設計にさらに大きな自由
度を与える。監視用ファンビーム及び像映ファンビーム
は構成が同一であり、相互に空間的に整合されており、
監視用ビームと像ファンビームとの間には短い露光時間
遅延があり、不整合の問題及び患者の動きの問題が取る
に足らない。また、この実施例によると走査精度を高め
ることができるようになる。

【００４２】第８図は本発明の１実施例に係るフラック
ス変調セルを示す。この例では、第６図に示したシャッ
タ(36)に対応するシャッタ(80)も、帰還回路(30)からの
制御信号を受信するサーボ電動機(38)により、制御され
る。シャッタ(80)はクサビ型であり、これを通過するＸ
線を減衰する材料で作られる。従って開口(14)に対する
このクサビ型シャッタ(80)の位置が、これを通過するＸ
線ビーム(5) のフラックス密度を制御する。ビーム(5)
を遮断するクサビの部分が厚いほど、クサビの薄い部分
のみがビームと交差する場所よりも、クサビの一方側で
Ｘ線ビームがより多量に減衰される。

【００４３】クサビ型のシャッタを用いると、Ｘ線ファ
ンビームの変調が制御しやすく、さらに微調整が行える
ようになる。

【００４４】上記の実施例に述べたファンビームの幾何
学的配置及びフラックス変調器についてのさらに詳細な
考察を以下に述べる。適度のＸ線利用効率のみならず良
好の散乱Ｘ線除去を得るためには、標準的胸部Ｘ線検査
用の場合、像映面（像映パネル(24)の面）におけるファ
ンビームの寸法が幅(W) 10mmないし40mmで、長さ、(G)
を432mm とすべきである。ファンビームのこの幅はＸ線
利用効率に比例し、像映走査を行うに要するＸ線管加熱
負荷に反比例するが、ファンビームのこの幅は散乱Ｘ線
除去能力に反比例する。

【００４５】フラックス変調器は、変調器におけるファ
ンビーム幅（又は変調過程期間中シャッタプレードが受
け持たなければならない距離）が小さくなるように、Ｘ
線源に近接して配置すべきである。しかし、もしも変調
器がＸ線源に対し余り近くに配置されると、Ｘ線源（焦
点）が有限寸法であることによるＸ線陰影（penumbra）
が像映面にて大きくなり過ぎ、また均等化過程が使用す
るには余りにも大きくなり過ぎる（空間的周波数が低す
ぎる）こととなる。上記の理由のため、フラックス変調
器及び像映パネル間の距離(D) の、フラックス変調器及
びＸ線源点（焦点）間の距離(D) に対する比は、５ない
し25の範囲であるべきである。すなわち、 Ｄ／ｄ＝５ないし25 大きさ1.0mm の実用的なＸ線焦点(f) の場合、本フラッ
クス変調器にこの範囲の配置をあたえたときの像映面に
おける対応のＸ線陰影寸法(p) は５ないし25mmである。
すなわち、 ｐ＝ｆ（D/d ） 22mmの幅(W) を有したファンビームの場合、フラックス
変調器におけるファンビーム幅(w) の範囲は3.67ないし
0.85mmであり、これがシャッタブレードの担当しなけれ
ばならない距離である。すなわち、 ｗ＝Ｗ／（１＋D/d ） 走査偽情報源を最小にするためには、シャッタブレード
の幅(a) は、投影面上のそのＸ線の影が焦点寸法に起因
するＸ線陰影の寸法の２倍内にあるように、十分小さく
されるべきである。

【００４６】すなわち、 近似値Ｓ＝ｆ・｛(D/d) ／ (D/d+1)｝ フラックス変調器におけるファンビームの長さ(g) は ｇ＝Ｇ／（１＋(D/d) ） なので、フラックス変調器内のシャッタブレードの数
(N) は、g/s に過ぎない。すなわち 近似値Ｎ＝ｗ／（ｆ・D/d ） Ｗ＝432mm 、ｆ＝1.0mm で、D/d ＝10ないし20の場合
は、フラックス変調器内のシャッタブレードの数は40な
いし20の範囲内である。約D/d ＝20あたりでは、フラッ
クス変調器におけるファンビーム幅及びシャッタブレー
ド幅は共に寸法約1.0mm で、シャッタブレードはしたが
ってＸ線ビームにとって正方形に見える断面を有する。
20より小さいD/d では、ファンビーム幅はシャッタブレ
ード幅より大きい。

【００４７】シャッタブレード(36)はＸ線ファンビーム
に対して垂直な正方形もしくは長方形の断面を持ちうる
が、ファンビームの平面内における断面は、発散的ファ
ンビーム形状によりよく適合するために不等辺四辺形と
してよい。

【００４８】フラックス変調器シャッタブレード(36)内
に使用されるＸ線吸収材及びクサビ型シャッタ(80)は、
多数の材料群から選択できる。例えば、材料は一つ以上
の次の元素を含む金属また合金又は化合物でもよい。元
素とは、Pb、Bi、Ta、Ｗ、Mo、Ed、Fe、Ni、Cu、CO、B
a、Ce、及び稀土類元素である。

【００４９】走査検出器(26)の列の各検出器素子(28)は
Ｘ線検出器ダイオードでよく、またそれは例えば、シリ
コンダイオード光検出器又は光増倍管に接続された、稀
土類強調スクリーン又はCsI スクリーン又はBGO クリス
タル又はCdWO₄ クリスタル等のシンチレータで作られて
もよい。この検出器列はまた、自己走査シリコンダイオ
ード又はテレビジョンカメラに接触接続された又はレン
ズ若しくは光ファイバ管束で光学的に接続されたシンチ
レータスクリーンでもよい。像強調器もまた、増幅信号
を与えるために検出器の一部として使用できる。

【００５０】上記実施例の検出器列(26)は、ファンビー
ムに結合され、ファンビームと歩みを合わせて運動され
る。しかし、フィルム−スクリーンカセットのような平
面的像映パネルの場合におけるように、ある種の幾何学
配置では、これら検出器列はファンビームの平面に垂直
に指向された細帯形状の検出器素子からなる静的バンク
で置換される。すなわち、各検出器素子(28)は像視野の
全幅に等しい長さを有した長い細帯形状の検出器で作ら
れ、全走査期間中、その対応のフラックス変調器素子(1
7)に整合される。これら検出器細帯は、エドホルム他
（米国特許第3,755,672 号、第10列、行51、及び第９図
を参照）により開示された長い検出器と形状及び動作が
非常に類似する。

【００５１】フラックス均等化情報が与えられる像記録
器(24)は単純なＸ線フィルム又はＸ線フィルム−スクリ
ーンカセットでよい。それはまた、自動的フィルム交換
器、又は像強調フィルム又は像強調テレビジョンシステ
ムでもよい。それはまた、後に回復される潜在的Ｘ線像
を記録することのできる特別の像映カセットでよい。

【００５２】上述したように、すべての実施例では帰還
制御回路(30)は患者を通過した検出Ｘ線通過信号に基づ
いてフラックス変調器に対する信号を導出する。フラッ
クス変調器のＸ線通過量と像視野の任意点における患者
のＸ線通過量との積は一定でなければならない。すなわ
ち変調器(17)の任意の一つの素子の通過量は、その対応
の点における患者の通過量に反比例して変わる結果、検
出器(28)の対応の素子により受信された合成信号はすべ
ての他の検出器素子から得られる信号と本質的に同じで
ある。

【００５３】本発明のシステム作動についてのさらに詳
細な考察を以下に述べる。胸部Ｘ線用の在来のラジオグ
ラフィシステムは、代表的な場合、中速度フィルムカセ
ット、10：１グリッド、光タイマ、及び125Kvp-400mAで
作動する、線源−検出器間距離72インチの３位相12パル
スのＸ線発生器で構成される。平均的患者の場合、代表
的露光時間はPA視（PA view ）に対して約10ミリ秒で、
横断方向に対して約30ミリ秒である。

【００５４】単一のファンビームのみと結合されたシス
テムでも、本発明は類似の露光時間をもち、より良好な
散乱Ｘ線除去をできる帰還制御フラックス均等化フィル
ムを与えることができる。本システムのパラメータは次
の通りである。像映画におけるファンビームの寸法は幅
25mm、長さ432mm である。D/d は約15ないし20である。
全走査時間は約１秒である。本システムは中速度フィル
ム−スクリーンカセット、線源−検出器距離72インチ、
グリッドなしで作動される。発生器はPA視には125Kvp、
150mA で、また横断視に450mA で作動される。多重ファ
ンビームを用いる場合は、本システムはさらに適合性が
増し、加熱負荷が減少する。

【００５５】ガンマが３より大きく、より高いコントラ
スト増強係数を有するＸ線フィルムを本発明のシステム
の均等化フィルムとして使用することにより、診断価値
の一層の改善が得られる。すでに大きな領域が露光過剰
であるか又は露光不足である在来のラジオグラフィシス
テムでは、より高いコントラスト強調フィルムが使用で
きない。

【００５６】このシステムの走査が任意の方向若しくは
方角で遂行出来ることは明白である。しかし制作の用意
のためには、走査の方向は患者(18)の背骨に平行すべき
である。しかし散乱Ｘ線除去のためには、走査方向の患
者の背骨に垂直とすべきである。本フラックス均等化発
明はほとんどの医学的ラジオグラフィ検査に対してと同
様に工業的ラジオグラフィに検査に適用できることも明
白である。

【００５７】ここに使用した用語及び表現は説明のため
に使用されたのであり、限定のためではなく、これら用
語及び表現の使用において図示し若しくは説明した特徴
及びその部分と等化のものを排除する意図ではない。特
許請求の範囲内で種々の設計変更が可能であることを了
解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施例に係るＸ線走査装
置を示す概略透視図である。

【図２】図２は全体として図１の２−２線に沿う略断面
図である。

【図３】図３は全体として図１の３−３線に沿う概略断
面図である。

【図４】図４は本発明の第２実施例に係るＸ線走査装置
の概略鉛直断面図である。

【図５】図５は本発明の第３実施例に係るＸ線走査装置
の概略鉛直断面図である。

【図６】図６は本発明の他の実施例に係るフラックス変
調器の一部拡大鉛直断面図である。

【図７】図７は本発明の他の実施例のフラックス変調器
の一部を断面で示した拡大透視図である。

【図８】図８は、本発明の１実施例のフラックス変調器
の一部拡大鉛直断面図である。

【符号の説明】

５ Ｘ線ビーム ７ ファンビーム 10 Ｘ線源 12,20 コリメータ 14,22 開口 16,17 検出器 18 患者 24 Ｘ線像映ネル 26 検出器列 28 検出器 30 帰還回路 34,36 駆動器 36,80 シャッタ 40 フィンガ 42 電気機器 44 監視用ビーム

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ線ファンビームを発生し、かつ該ファ
   ンビームで対象物を走査するためのＸ線源と、 前記ファンビームを横断する多数の地点にて前記対象物
   を通過したＸ線フラックスを検出し、かつ該多数の地点
   にて検出された該フラックスを表す電気信号を出力する
   ように前記対象物の反対側に前記ファンビームに対応し
   て配置された検出器列を含む検出器と、 前記ファンビームを横断する前記多数の地点にて、前記
   ファンビームのフラックス密度を変調するためにクサビ
   型シャッターを用いるＸ線フラックス変調器と、 前記ファンビームを横断する前記多数の地点にて、前記
   ファンビームのフラックスを変調するように前記検出器
   列の出力信号に基づいて前記変調器を制御し、前記検出
   器列により検出された前記ファンビームのフラックスが
   前記ファンビームの全長に渡って実質的に均等となるよ
   うにする帰還回路とを含むＸ線走査装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のＸ線走査装置において、
   前記対象物を通過した前記Ｘ線ファンビームを視覚的に
   認識可能な像にする像映手段をさらに含むＸ線走査装
   置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のＸ線走査装置において、
   前記像映手段が前記対象物と前記検出器列との間に配置
   されているＸ線走査装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載のＸ線走査装置において、
   前記検出器列が前記対象物と前記像映手段との間に配置
   されているＸ線走査装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載のＸ線走査装置において、
   前記Ｘ線フラックス変調器が、前記検出器列からの出力
   信号に応答して前記Ｘ線ファンビームの通路中に選択的
   に伸縮できるＸ線を減衰する材料のクサビ型シャッター
   を含むＸ線走査装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載のＸ線走査装置において、
   前記検出器の出力信号が前記クサビ型シャッターの位置
   を制御して前記検出器に衝突するＸ線ビームのフラック
   ス密度を変化させることにより、前記Ｘ線ビームのフラ
   ックスを調整するＸ線走査装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載のＸ線走査装置において、
   前記クサビ型シャッターに対応する前記検出器の出力信
   号の大きさにより制御される長さに、前記クサビ型シャ
   ッターが前記ビーム中に伸長するＸ線走査装置。
8. 【請求項８】 請求項１記載のＸ線走査装置において、
   前散乱コリメータ及び後散乱コリメータ、並びに該両コ
   リメータと前記検出器列とを連動させてかつ整合させて
   前記対象物を掃引する装置をさらに含むＸ線走査装置。
9. 【請求項９】 請求項１記載のＸ線走査装置において、
   前記Ｘ線フラックス変調器が前記Ｘ線源と前記対象物と
   の間に配置されたＸ線走査装置。
10. 【請求項１０】 Ｘ線ファンビームを発生しかつ該ファ
    ンビームで患者等の対象物を走査するＸ線源、並びに前
    記対象物を通過した前記ファンビームを視覚的に像映化
    する装置と共に用いるＸ線フラックス制御装置であっ
    て、 前記ファンビームを横断する多数の地点にて前記対象物
    を通過したＸ線フラックスを検出し、前記多数の地点に
    て検出されたフラックスを表す電気信号を出力すべく、
    前記ファンビームに対応して配置された検出器列を含む
    検出器と、 前記ファンビームを横断する前記多数の地点にて前記フ
    ァンビームのフラックス密度を変調するためのＸ線フラ
    ックス変調器と、 前記ファンビームを横断する前記多数の地点にて該ファ
    ンビームのフラックスを変調するように前記フラックス
    変調器を制御すべく前記検出器列の前記出力信号が印加
    され、前記検出器列により検出された前記ファンビーム
    のフラックスが前記ファンビームの全長に渡って実質的
    に均等となるようにする帰還回路と、を含むＸ線フラッ
    クス制御装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載のＸ線フラックス制御
    装置において、前記Ｘ線フラックス変調器の前記クサビ
    型シャッターが前記多数の地点の各々において前記ビー
    ムの走査運動方向における前記Ｘ線ファンビームのフラ
    ックス密度を選択的に変更できるＸ線フラックス制御装
    置。
12. 【請求項１２】 請求項１０記載のＸ線フラックス制御
    装置において、前記像映手段が前記対象物と前記検出器
    列との間に配置されている、Ｘ線フラックス制御装置。
13. 【請求項１３】 請求項１０記載のＸ線フラックス制御
    装置において、前記検出器列が前記対象物と前記像映手
    段との間に配置されている、Ｘ線フラックス制御装置。
14. 【請求項１４】 請求項１０記載のＸ線フラックス制御
    装置において、前記Ｘ線フラックス変調器が、前記検出
    器列からの出力信号に応答して前記Ｘ線ファンビームの
    通路中に選択的に伸縮できるＸ線を減衰する材料のクサ
    ビ型シャッターを含むＸ線フラックス制御装置。
15. 【請求項１５】 請求項１０記載のＸ線フラックス制御
    装置において、前散乱コリメータ及び後散乱コリメー
    タ、並びに該両コリメータと前記検出器列とを連動させ
    てかつ整合させて前記対象物を掃引する装置をさらに含
    むＸ線フラックス制御装置。
16. 【請求項１６】 請求項１０記載のＸ線フラックス制御
    装置において、前記フラックス変調器が前記Ｘ線源と前
    記対象物との間に配置されたＸ線フラックス制御装置。
17. 【請求項１７】 Ｘ線ファンビームを発生し、かつ該フ
    ァンビームで対象物を走査するＸ線源と、前記対象物と
    反対側に配置され、前記対象物を通過したＸ線フラック
    スを検出するための検出器とを含むＸ線走査装置のフラ
    ックス量を変調する方法であって、 前記ファンビームを横断する多数の地点にて前記対象物
    を通過したＸ線フラックスを検出し、かつ前記多数の地
    点にて検出されたフラックスを表す電気信号を出力する
    段階と、 前記ファンビームを横断する前記多数の地点にて前記フ
    ァンビームのフラックス密度を変調する段階と、 前記ファンビームを横断する前記多数の地点にて前記フ
    ァンビームのフラックスを変調するように前記フラック
    ス変調器を制御すべく前記電気信号に応答して前記フラ
    ックス変調器を制御して、前記検出器列により検出され
    たフラックスが前記ファンビームの全長に渡って実質的
    に均等となるようにする制御段階とを含むＸ線フラック
    ス変調方法。
18. 【請求項１８】 請求項１７に記載のＸ線フラックス変
    調方法において、ガンマが３より大きな高コントラスト
    Ｘ線フィルム上に、前記対象物を通過した前記ファンビ
    ームを像映化する段階をさらに含むＸ線フラックス変調
    方法。