JPH06237927A - 放射線画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 画像検出器自体の空間解像度以上の解像度の
画像を撮影することができ、被写体からの散乱Ｘ線によ
るコントラストの低下がなく、Ｘ線源であるＸ線管の焦
点の大きさに全く影響されず、高コントラストで超高解
像度の画像を高速、高感度で撮影できるようにする。 【構成】 放射線発生源と画像検出器との間に、２次元
ピンホ−ル配列を有する前段および後段コリメ−タを具
備し、多重放射線ペンシルビ−ムにより放射線画像の撮
影を行う。前段コリメ−タと後段第１コリメ−タの後に
被写体を設け、全コリメ−タを同期して移動させること
により各位置で被写体を撮影し、これらの撮影画像を合
成して、２次元放射線画像検出器に固有の空間解像度を
超える解像度の画像を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、放射線源から放射され
る放射線を被写体に照射して、被写体の透過像を撮影す
る装置に関し、特に高い空間解像度と高いコントラスト
が要求される医学診断用の放射線画像撮影装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の放射線画像撮影装置、特に医学診
断用Ｘ線画像撮影装置においては、Ｘ線管から放射され
るＸ線を被写体に照射してＸ線透過像を画像検出器で画
像化し、それにより得られた被写体の内部構造を解剖学
的構造に見立て、それにより医学的診断を行っていた。
しかしながら、従来のＸ線画像撮影装置では、撮影され
るＸ線画像の空間解像度が画像検出器の解像度で決定さ
れてしまうため、高解像度画像を撮影しようとする場
合、画像検出器の解像度を高めることを先ず考える必要
があり、それには自ら限界があった。また、従来のＸ線
画像撮影装置においては、画像検出器が被写体のＸ線透
過像を検出するのみならず、被写体により散乱された散
乱Ｘ線をも画像検出器が検出するので、撮影画像のコン
トラストが低くなるという問題があった。さらに、従
来、被写体からの散乱Ｘ線を画像検出器に入射させない
ようにするため、鉛の薄膜を木やアルミニウムを支持体
としてブラインド状に配置したグリッドを、画像検出器
の入力面の前面に配置して、グリッドにより散乱Ｘ線を
吸収する方法がある。しかしながら、このようなグリッ
ドを用いた場合でも、散乱Ｘ線がかなりの割合で画像検
出器に入射してしまうという問題があった。なお、上記
の方法では、グリッド内のブラインド状の鉛の薄膜の密
度を増大させれば、散乱Ｘ線をグリッドで吸収する割合
が増加するため、その分だけ散乱Ｘ線が画像検出器に入
射する量を減少させることができる。しかしながら、こ
のようなグリッドでは、信号成分である透過Ｘ線成分を
グリッドが吸収する割合も増加する。従って、高画質の
画像を得るためには、画像検出器における透過Ｘ線成分
の検出量を増加させるとともに、Ｘ線量子ノイズの影響
を低減するために被写体に対する照射Ｘ線量を増大させ
る必要がある。しかし、このように被写体への照射Ｘ線
量を増大させると、被検者が被曝するＸ線量も増大し、
危険が増すという問題がある。なお、従来の類似する放
射線画像撮影装置としては、例えば、特開昭６１−２５
４８３７号公報に記載されたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来のＸ
線画像撮影装置においては、Ｘ線画像の空間解像度が画
像検出器の解像度で決定されるため、高解像度の画像を
得るには限界があった。また、被写体により散乱された
Ｘ線も画像検出器が検出してしまうため、撮影画像のコ
ントラストが低くなっていた。さらに、従来のＸ線画像
撮影装置においては、Ｘ線源であるＸ線管の焦点の大き
さが０．１ｍｍから０．８ｍｍもあって大き過ぎるた
め、画像検出器自体の空間解像度を向上させても、Ｘ線
管焦点サイズの影響により撮影画像の解像度は向上しな
いという問題があった。さらに、被写体をＸ線管に近づ
けて撮影する拡大撮影法もあるが、Ｘ線管焦点サイズの
影響が著しいので、Ｘ線管に近づけると空間解像度が大
幅に劣化するという問題があった。また、上記の問題を
解決するために、従来、細い幅の線状のＸ線ペンシルビ
−ムと、このＸ線ペンシルビ−ムのみを検出する１個の
Ｘ線検出器を用いたＸ線撮影装置があった。このペンシ
ルビ−ムを用いたＸ線撮像装置では、Ｘ線ペンシルビ−
ムとＸ線検出器とを同期させて２次元的にＸ線ペンシル
ビ−ムで走査することによって２次元画像を撮影する。
しかしながら、この装置では、２次元走査に時間がかか
り過ぎるので、特に人体のように生体組織の不随意的な
動きが大きい場合には使用できないという問題があっ
た。本発明の目的は、これら従来の課題を解決し、特に
医学診断用Ｘ線画像を得るため、被写体からの散乱Ｘ線
によるコントラストの低下がなく、かつＸ線源であるＸ
線管の焦点の大きさの影響を受けず、画像検出器自体の
空間解像度以上の高解像度で、かつ高画質な画像を撮影
することが可能な放射線画像撮影装置を提供することに
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の放射線画像撮影装置は、（イ）放射線を発
生する手段（４）、放射線を検出する２次元放射線画像
検出器（７）、および放射線発生手段（４）と２次元放
射線画像検出器（７）の間に設けられた被写体（６）と
を配置した放射線画像撮影装置において、２次元ピンホ
−ル配列を具備した１個ないし複数個のコリメ−タ
（１）を、放射線発生手段（４）と被写体（６）との間
と、被写体（６）と２次元放射線画像検出器（７）との
間に、それぞれ配置したことを特徴としている。また、
（ロ）２次元ピンホ−ル配列からなる１個ないし複数個
のコリメ−タ（１，２，３）のピンホ−ル配列のパタ−
ンと、２次元放射線画像検出器（７）の画像を検出する
最小基本単位である検出素子（８）の配列パタ−ンとが
同一であり、各コリメ−タのピンホ−ル配列中の各ピン
ホ−ル相互およびピンホ−ルと２次元放射線画像検出器
（７）の検出素子配列中の各検出素子（８）とが１対１
に対応していることも特徴としている。また、（ハ）２
次元ピンホ−ル配列を具備した１個ないし複数個のコリ
メ−タ（１，２，３）のピンホ−ル配列内のピンホ−ル
数に比べて、２次元放射線画像検出器（７）の画像を検
出する最小基本単位である検出素子（８）配列内の検出
素子数が、ピンホ−ル数よりも多く、ピンホ−ル配列の
構造が２次元放射線画像検出器（７）の検出素子配列の
構造に含まれていることも特徴としている。また、
（ニ）２次元ピンホ−ル配列を具備した少なくとも１個
のコリメ−タ（１，２，３）のピンホ−ル配列内のピン
ホ−ル数に比べて、２次元放射線画像検出器（７）の画
像を検出する最小基本単位である検出素子配列内の検出
素子数が、ピンホ−ル数よりも少なく、２次元放射線画
像検出器（７）の検出素子配列の構造がピンホ−ル配列
の構造に含まれていることも特徴としている。また、
（ホ）２次元ピンホ−ル配列を具備したコリメ−タに
は、２種類のコリメ−タが存在し、そのうちの１種類は
コリメ−タ（１，，３）のピンホ−ル配列のパタ−ンと
２次元放射線画像検出器（７）の画像を検出する最小基
本単位である検出素子（８）の配列パタ−ンとが同一で
あるコリメ−タ（１，２，３）であり、他の１種類はコ
リメ−タに対してピンホ−ル数が整数倍あり、コリメ−
タ内のピンホ−ル配列のパタ−ンと２次元放射線画像検
出器（７）の検出素子配列のパタ−ンとが同一であるよ
うなピンホ−ル配列の組み合わせを複数組持っているコ
リメ−タ（１２，１３）であることも特徴としている。
また、（ヘ）２次元ピンホ−ル配列を具備したコリメ−
タ１個ないし複数個を、２次元放射線画像検出器（７）
の画像検出面と平行な方向の面に対し、互いに直角をな
す２つの方向（１−１〜３−２）に移動して、各移動位
置毎に画像撮影を行い、その都度得られた１枚ずつの画
像（２１〜２４）を合成して、２次元放射線画像検出器
（７）の検出素子配列で決定される空間解像度より高い
空間解像度の画像（２０）を撮影することも特徴として
いる。また、（ト）２種類のコリメ−タのうち、コリメ
−タ内のピンホ−ル配列のパタ−ンと２次元放射線画像
検出器（７）の画像を検出する最小基本単位である検出
素子（８）の配列パタ−ンとが同一であるピンホ−ル配
列の組み合わせを複数組有するコリメ−タ（１２，１
３）に対しては静止したままで画像撮影を行い、コリメ
−タとは別種類で、コリメ−タのピンホ−ル配列と２次
元放射線画像検出器（７）の検出素子配列との組み合わ
せが１組だけであるコリメ−タ（１，２，３）に対して
は、２次元放射線画像検出器（７）の画像検出面に平行
な方向の面上において、互いに直角の２つの方向に移動
させて（１−１〜３−２）、移動位置毎に撮影を行い、
得られた複数枚の各移動位置毎の画像（２１〜２４）を
合成して、２次元放射線画像検出器（７）の検出素子配
列で決定される空間解像度よりも高い空間解像度の画像
を撮影することも特徴としている。また、（チ）２次元
放射線画像検出器（７）の画像検出面に平行な方向の面
上で、互いに直角の２つの方向に移動するコリメ−タ
（１〜３）の移動量（１−１〜３−２）は、コリメ−タ
内のピンホ−ルを透過した放射線が入射する２次元放射
線画像検出器（７）の画像検出面上の検出素子（８）の
幅に対応するコリメ−タの移動量以下であることも特徴
としている。また、（リ）２次元ピンホ−ル配列を具備
したコリメ−タ（１，２，３）の構造は、放射線の透過
率が非常に小さい重元素から構成される板状であり、か
つコリメ−タ内のピンホ−ルの穴径は、ピンホ−ルを透
過した放射線が入射する２次元放射線画像検出器（７）
の画像検出面上の検出素子（８）の幅に対応する穴径以
下であることも特徴としている。また、（ヌ）２次元ピ
ンホ−ル配列を具備したコリメ−タは、その移動のため
の駆動装置として、印加電圧により移動距離を制御でき
るピエゾ素子、あるいは入力パルス数制御によるステッ
ピングモ−タによりマイクロメ−タを駆動した移動距離
の制御手段を用いることも特徴としている。また、
（ル）２次元放射線画像検出器（７）は、基板上に薄膜
光電変換素子と薄膜トランジスタアレイを形成した構造
上に、蛍光体膜層を形成して大面積密着型２次元センサ
を用い、密着型２次元センサの画像信号に同期してコリ
メ−タを移動し、移動したコリメ−タ位置で画像を撮影
することも特徴としている。さらに、（ワ）２次元放射
線画像検出器（７）は、Ｘ線イメ−ジインテンシファイ
ヤとビデオカメラを用いて構成され、ビテオカメラの画
像信号に同期してコリメ−タを移動し、移動したコリメ
−タ位置で画像を撮影することも特徴としている。さら
に、（カ）ビデオカメラとしては、光導電膜内で入射光
信号に対するアバランシェ倍増機能を有する撮像管、あ
るいは撮像素子からなるアバランシェ増倍型撮像カメラ
を用いることも特徴としている。さらに、（ヨ）放射線
を発生する手段としては、Ｘ線を放射するＸ線管、α線
やβ線やγ線を放射する放射性同位元素、あるいは加速
器、各種粒子線を放射する加速器、あるいは原子炉、の
いずれかを用いることも特徴としている。

【０００５】

【作用】本発明においては、Ｘ線源と２次元Ｘ線画像検
出器との間に２次元ピンホ−ル配列からなるコリメ−タ
を組み込み、このピンホ−ル配列により各ピンホ−ル毎
にＸ線ペンシルビ−ムを生成して多重Ｘ線ペンシルビ−
ムによる撮影装置を実現する。さらに、ピンホ−ル配列
からなるコリメ−タを画像検出器の画像検出面に対して
平行な方向の面上で、直角２方向にコリメ−タを移動し
て、移動位置毎に画像を撮影する。得られた複数枚の各
移動位置毎の画像を合成することにより、画像検出器自
体の空間解像度を越える高解像度の画像を得る。これに
より、空間解像度はＸ線ペンシルビ−ムの走査ピッチに
より決定されるので、限度なく空間解像度を向上でき
る。また、画像検出器はＸ線ペンシルビ−ム内のＸ線成
分しか検出しないため、散乱Ｘ線成分は検出されず、そ
の結果、散乱Ｘ線を含まない画像を撮影することができ
る。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面により詳細に
説明する。図１は、本発明の一実施例を示すＸ線画像撮
影装置の全体構成斜視図である。図１において、４はＸ
線発生源であるＸ線管、５−１１〜５−４１はＸ線ペン
シルビ−ム、１は前段コリメ−タ、６は被写体、２は後
段の第１コリメ−タ、３は後段の第２コリメ−タ、７は
２次元放射線画像検出器、８は２次元放射線画像検出器
７の検出素子である。Ｘ線管４から放射されたＸ線は、
前段コリメ−タ１により多重Ｘ線ペンシルビ−ムとなる
が、ここでは簡単のために多重Ｘ線ペンシルビ−ムのう
ちの４本のＸ線ペンシルビ−ム５−１１，５−２１，５
−３１，５−４１のみを示している。Ｘ線管４からのＸ
線は、前段コリメ−タ１により多重Ｘ線ペンシルビ−ム
となり、被写体６に照射される。被写体６を透過した各
Ｘ線ペンシルビ−ムは、後段の第１コリメ−タ２および
後段の第２コリメ−タ３の各対応するピンホ−ルを透過
して、２次元放射線画像検出器７を構成する各検出素子
８により対応する各Ｘ線ペンシルビ−ムが検出される。
例えば、Ｘ線ペンシルビ−ム５−１１は、前段コリメ−
タ１、後段の第１コリメ−タ２および後段の第２コリメ
−タ３の各々左から２列目で上から２段目のピンホ−ル
を透過して、２次元放射線画像検出器７の左から２列目
で上から２段目の検出素子８により検出される。このよ
うに、本実施例では、コリメ−タ１，２，３のピンホ−
ル配列が２次元放射線画像検出器７の画像を検出する最
小基本単位である検出素子の素子配列と同じであって、
ピンホ−ル配列中の各ピンホ−ルと２次元放射線画像検
出器７の素子配列中の各画素とが１対１に対応してい
る。従って、各Ｘ線ペンシルビ−ムは、これらのピンホ
−ル配列中の各ピンホ−ルおよび２次元放射線画像検出
器７の素子配列中の各検出素子と１対１に対応する。

【０００７】図１において、各コリメ−タのピンホ−ル
配列と２次元放射線画像検出器７の素子配列とが完全に
一致しなくても問題はない。例えば、２次元放射線画像
検出器７の素子配列中の素子数が各コリメ−タ１，２，
３のピンホ−ル数より多く、２次元放射線画像検出器７
の素子配列内にピンホ−ル配列が含まれてしまうような
構成にすることも可能である。また、これとは逆に、２
次元放射線画像検出器７の素子配列中の素子数が各コリ
メ−タ１，２，３のピンホ−ル数よりも少なく、各ピン
ホ−ル配列内に２次元放射線画像検出器７の素子配列が
含まれてしまうような構成にすることも可能である。本
実施例においては、前段コリメ−タ１を構成しているピ
ンホ−ルにより多重Ｘ線ペンシルビ−ムが生成される。
この多重Ｘ線ペンシルビ−ムを構成する各Ｘ線ペンシル
ビ−ムのビ−ム径は、２次元放射線画像検出器７の検出
素子面上でＸ線管４の焦点サイズに比例した大きさとな
る。これは、ピンホ−ル写真器の原理に基づくもので、
Ｘ線管４の焦点の画像がピンホ−ル画像として２次元放
射線画像検出器７の検出素子面上に投影されるためであ
る。従って、空間解像度を向上させるためには、２次元
放射線画像検出器７の検出素子面上におけるＸ線ペンシ
ルビ−ムのビ−ム径を制御することが必要となってく
る。後段のコリメ−タ２，３が、この役割を果してい
る。すなわち、後段の第１コリメ−タ２および後段の第
２コリメ−タ３の各ピンホ−ル径を決定すれば、それら
の径によってＸ線ペンシルビ−ムのビ−ム径が決まるの
で、結局、第１および第２コリメ−タ２，３により２次
元放射線画像検出器７の検出素子面上でのＸ線ペンシル
ビ−ムのビ−ム径が制御されることになる。

【０００８】次に、２次元放射線画像検出器７の空間解
像度は、画像を検出する最小基本単位である検出素子８
の幅によって決定される。また、Ｘ線系の空間解像度
は、前述のように、２次元放射線画像検出器７の検出素
子面上におけるＸ線ペンシルビ−ムのビ−ム径を制御す
る後段コリメ−タ２，３のピンホ−ルの径で決定され
る。その結果、撮影されるＸ線画像の空間解像度は、２
次元放射線画像検出器７の検出素子８の幅、または後段
コリメ−タ２，３のピンホ−ルの径で決定される。具体
的には、後段コリメ−タ２，３のピンホ−ル径と２次元
放射線画像検出器７の検出素子８の径（幅）のうちの径
の大きい方で決まることになる。すなわち、後段コリメ
−タ２，３のピンホ−ルの径が大きく、２次元放射線画
像検出器７の検出素子面上に照射するＸ線ペンシルビ−
ムの径が素子の幅よりも大きい場合には、大きい方の
径、つまりＸ線画像の空間解像度は後段コリメ−タ２，
３のピンホ−ルの径により決定される。逆に、後段コリ
メ−タ２，３のピンホ−ルの径が小さく、２次元放射線
画像検出器７の検出素子面上に照射するＸ線ペンシルビ
−ムの径が素子の幅よりも小さい場合には、Ｘ線画像の
空間解像度は２次元放射線画像検出器７の素子幅で決定
される。従って、空間解像度の高いＸ線画像を得るため
には、２次元放射線画像検出器７の検出素子面上に照射
されるＸ線ペンシルビ−ムの径が素子の幅よりも小さく
なるように、後段コリメ−タ２，３のピンホ−ルの径を
調整する。

【０００９】次に、後段コリメ−タとして、後段第１の
コリメ−タ２と後段第２のコリメ−タ３の２個を用いる
理由を説明する。これは、被写体６から生じた散乱Ｘ線
成分の２次元放射線画像検出器７に対する入射を抑制す
るためである。すなわち、被写体６から生じた散乱Ｘ線
成分のうち、後段の第１コリメ−タ２のピンホ−ルを透
過した散乱Ｘ線に対して、散乱Ｘ線の２次元放射線画像
検出器７への入射を後段第２コリメ−タ３により防止す
る。これによって、撮影されるＸ線画像に散乱Ｘ線が混
入しなくなるため、高いコントラストのＸ線画像を得る
ことができる。結局、本発明の要点は、ピンホ−ル配列
を有するコリメ−タの使用により、２次元放射線画像検
出器７の検出素子サイズよりも小さな分解能を得るとと
もに、被写体より後に２個のコリメ−タを使用すること
により、散乱線を除去する点にある。さらに本実施例に
おいては、２次元放射線画像検出器７で検出されるＸ線
画像の空間解像度がＸ線管４の焦点サイズの影響を全く
受けずに、後段のコリメ−タ２，３のピンホ−ル径によ
ってのみ決定されるため、高空間解像度のＸ線画像撮影
が可能となる。さらに、空間解像度がＸ線管４の焦点サ
イズの影響を全く受けないので、被写体位置を画像検出
器７から離して、相対的に被写体位置をＸ線管４に近づ
けて撮影する拡大撮影においても、焦点サイズの影響を
受けることなく、空間解像度の劣化のない高解像度の画
像を撮影することができる。拡大撮影においては、一般
に被写体のＸ線透過像が拡大されて、２次元放射線画像
検出器に投影され、拡大画像を撮影するので、被写体画
像の解像度は向上する。本実施例においては、拡大効果
を十分に活用することができるので、この拡大効果とＸ
線管の焦点サイズの影響を全く受けないことにより、極
めて高解像度の画像撮影を行うことができる。

【００１０】図２は、図１における２次元放射線画像検
出器の部分拡大図である。ここでの目的は、２次元放射
線画像検出器７の検出素子８の幅で決まる空間解像度以
上の空間解像度を画像撮影の空間解像度として得ること
である。なお、図２では、２次元放射線画像検出器７の
一部の検出素子８付近の構造のみを示しており、特にＸ
線ペンシルビ−ム５−１１が照射する左上部分７−１の
みを切断して示している。図２における２次元放射線画
像検出器７の検出素子８は、図１の２次元放射線画像検
出器７の左から２列目で上から２段目の検出素子であ
る。すなわち、図２において図１の２次元放射線画像検
出器７の検出素子８に相当する部分は、実線で囲まれた
枠内の範囲であって、破線は空間解像度を示すための実
際には見えない線である。すなわち、検出素子８の幅
は、実線の枠の幅であって、破線は無関係である。Ｘ線
ペンシルビ−ム５−１１は、前段コリメ−タ１，後段第
１コリメ−タ２、および後段第２コリメ−タ３の各々左
から２列目で上から２段目のピンホ−ルを透過したＸ線
ペンシルビ−ムであって、２次元放射線画像検出器７中
の検出素子８により検出される。前述のように、各コリ
メ−タ２，３のピンホ−ル径を調整することにより、２
次元放射線画像検出器７の検出素子面上に照射するＸ線
ペンシルビ−ムの径を変化することができる。いま、ピ
ンホ−ル径を調整することにより、２次元放射線画像検
出器７の検出素子面上に照射するＸ線ペンシルビ−ムの
径を２次元放射線画像検出器７の検出素子幅の１／２に
設定する。２次元放射線画像検出器７の検出素子面上に
照射するＸ線ペンシルビ−ムの径を、２次元放射線画像
検出器７の検出素子の幅の１／２以下にした場合に、Ｘ
線ペンシルビ−ム５−１１は、図２では、２次元放射線
画像検出器７中の検出素子８の中の左上の１／４の領域
に照射される。

【００１１】次に、図１において、コリメ−タ１，２，
３を同時に水平方向に移動させると（矢印１−２，２−
２，３−２）、Ｘ線ペンシルビ−ム５−１１は図２にお
けるＸ線ペンシルビ−ム５−１２の位置に変化して、２
次元放射線画像検出器７の検出素子８の中の右上の１／
４の領域に照射される。次に、コリメ−タ１，２，３を
同時に垂直方向に移動させると（矢印１−１，２−１，
３−１）、Ｘ線ペンシルビ−ム５−１２はＸ線ペンシル
ビ−ム５−１３の位置に変化し、２次元放射線画像検出
器７の検出素子８の中の右下の１／４の領域に照射され
る。次に、コリメ−タ１，２，３を水平方向に同時に移
動させると（矢印１−２，２−２，３−２）、Ｘ線ペン
シルビ−ム５−１３はＸ線ペンシルビ−ム５−１４の位
置に変化し、２次元放射線画像検出器７の検出素子８の
中の左下の１／４の領域に照射される。これらの４本の
Ｘ線ペンシルビ−ムは、全て同一の２次元放射線画像検
出器７の中の検出素子８により検出されるが、Ｘ線ペン
シルビ−ムが被写体６を透過する位置はそれぞれ異なっ
ており、かつＸ線ペンシルビ−ムは被写体６の空間的に
異なる位置のＸ線透過に関するＸ線強度信号を有してい
る。前段コリメ−タ１、後段第１コリメ−タ２および後
段第２コリメ−タ３を同時に移動して、撮影する方法に
おいて、図２のＸ線ペンシルビ−ム５−１１を作成する
３個で１組のコリメ−タ１，２，３の位置を第１コリメ
−タ位置とする。同じようにして、Ｘペンシルビ−ム５
−１２を作成する１組のコリメ−タ１，２，３の位置を
第２コリメ−タ位置とする。同じく、Ｘペンシルビ−ム
５−１３、５−１４を作成するコリメ−タ１，２，３の
位置を第３および第４のコリメ−タ位置とする。

【００１２】図３は、本発明の一実施例を示すＸ線画像
撮影での画像合成方法の説明図である。図３において、
２１は前述の第１コリメ−タ位置での撮影画像、２２は
第２コリメ−タ位置での撮影画像、２３は第３コリメ−
タ位置での撮影画像、２４は第４コリメ−タ位置での撮
影画像、２０は各コリメ−タ位置での撮影画像を基にし
た合成画像である。これらの画像２１，２２，２３，２
４，２０は、２次元放射線画像検出器７自体の空間解像
度で決まる解像度の画像である。以下、各コリメ−タ位
置における撮影画像を基にした図３に示す合成画像２０
の作成方法を述べる。第１コリメ−タ位置、第２コリメ
−タ位置、第３コリメ−タ位置および第４コリメ−タ位
置の順序で、各コリメ−タ１，２，３を同時に移動させ
ることにより、Ｘ線ペンシルビ−ムはコリメ−タ位置の
移動に伴って、図１の２次元放射線画像検出器７のＸ線
入射面上で第１コリメ−タ位置から水平方向の右、垂直
方向の下、水平方向の左の順に移動する。このような移
動位置に合わせて、第１コリメ−タ位置における撮影画
像を中心に考える。先ず、第１コリメ−タ位置での撮影
画像２１の任意画素の右側に、第２コリメ−タ位置での
撮影画像の対応する列および段の画素を配置する（図３
の２０参照）。次に、全く同じようにして、第３コリメ
−タ位置での撮影画像の対応する列および段の画素を、
第１コリメ−タ位置での撮影画像の画素の右下に配置
し、次に第４コリメ−タ位置での撮影画像の画素を、第
１コリメ−タ位置での撮影画像の画素の下に配置する。
この操作を全ての画素について順次行い、全ての画素を
配列すると、合成画像２０が実現される。

【００１３】図２および図３の実施例においては、Ｘ線
ペンシルビ−ムの径を２次元放射線画像検出器７の検出
素子８の幅の１／２以下に設定している。従って、第
１、第２、第３および第４コリメ−タ位置での画像の各
々の対応する画素は、それぞれ同一の２次元放射線画像
検出器７中の検出素子８で検出される。しかし、被写体
６中の空間的なＸ線の透過率に関しては、それぞれＸ線
ペンシルビ−ムの透過位置が異なっているため、異なる
空間的な情報を有している。すなわち、２次元放射線画
像検出器７の検出素子８の数が４倍になり、空間解像度
が２倍になったことを意味している。図３の実施例で
は、第１から第４のコリメ−タ位置の４つの位置におけ
る４枚の撮影画像を基にして、高空間解像度の合成画像
２０を得る方法を述べた。この方法を拡大して、さらに
Ｘ線ペンシルビ−ムの径を小さくし、コリメ−タ位置を
４位置以上に設定すれば、４枚以上の撮影画像から合成
画像を作成することができるので、より高空間解像度の
画像を得ることが可能である。例えば、２次元放射線画
像検出器７の検出素子８の幅を３分割するとともに、第
１、第２、第３コリメ−タの移動位置を左上、中上、右
上、右中、中中、左中、左下、中下、右下の９つにする
ことにより、９枚の撮影画像から合成画像を作成するこ
とができるので、空間解像度が３倍になったことにな
る。本実施例の撮影方法を用いれば、撮影されるＸ線画
像に散乱Ｘ線が混入しないので、高コントラストのＸ線
画像が得られる。また、Ｘ線管の焦点サイズの影響によ
る空間解像度の低下がなく、しかも２次元放射線画像検
出器自体の空間解像度以上の高解像度の画像撮影が可能
となる。

【００１４】図４は、本発明の他の実施例を示すＸ線画
像撮影装置の全体斜視図である。図４の構成において、
図１の構成と異なる点は、後段の第１コリメ−タ１２と
後段の第２コリメ−タ１３のピンホ−ル数が多いこと
と、これらの後段第１および第２コリメ−タ１２，１３
を移動させることなく、固定型にすることである。この
ように、固定型後段コリメ−タ１２，１３は、図１の後
段コリメ−タ２，３とは異なって、全く移動せずに常に
固定している。これに対して、前段の第１コリメ−タ１
は、図１の場合と同じく移動するとともに、ピンホ−ル
数も図１のものと同じである。固定型後段コリメ−タ１
２，１３には、前段コリメ−タ１の移動位置に伴うＸ線
ペンシルビ−ムの通過位置毎にピンホ−ルを備えてい
る。ここでは、前段コリメ−タ１の第１から第４コリメ
−タ位置に対して、固定型後段コリメ−タ１２，１３の
ピンホ−ル数は前段コリメ−タ１のピンホ−ル数に比べ
て４倍である。すなわち、前段コリメ−タ１の第１から
第４コリメ−タ位置により移動するＸ線ペンシルビ−ム
の通過位置の各々に対して、固定型後段コリメ−タ１
２，１３はピンホ−ルを具備している。本実施例では、
移動型コリメ−タは前段のコリメ−タ１のみであるた
め、撮影装置の構造を格段に簡素化することができる。
さらに、図１の実施例と同じく、撮影画像の画質を高画
質にすることができる。すなわち、図４においても、２
次元放射線画像検出器７の検出素子数は４倍となるの
で、空間解像度を２倍にすることができる。さらに、Ｘ
線ペンシルビ−ムの径を小さくするとともに、前段コリ
メ−タ１のコリメ−タ位置を４位置以上に設定し、対応
する固定型後段コリメ−タ１２，１３のピンホ−ル数を
前段コリメ−タ１のピンホ−ル数の４倍以上にすること
により、４枚以上の撮影画像から合成画像を作成するこ
とができ、２倍以上の空間解像度にすることが可能であ
る。

【００１５】以下、本発明のさらに他の実施例について
説明する。前述の実施例では、１個の前段コリメ−タ１
と２個の後段コリメ−タ２，３（１２，１３）を用いた
が、後段コリメ−タを１個にしても、高画質の画像を撮
影することができ、かつ装置をさらに簡素化できる。ま
た、実施例では、１個の前段コリメ−タ１を用いている
が、前段コリメ−タを複数個用いることにより、生成す
るＸ線ペンシルビ−ムさらに絞れるので、ビ−ムの形状
を広がりのない線状に形成することができ、さらに高画
質の画像に撮影することができる。次に、コリメ−タの
材質について述べる。ピンホ−ル配列を具備したコリメ
−タは、ピンホ−ルによりＸ線ペンシルビ−ムを生成す
るので、コリメ−タの材質としてはＸ線を透過し難い物
質からなるプレ−トにピンホ−ルを設けたものが望まし
い。Ｘ線の透過率は、物質のＸ線吸収係数と物質の厚さ
により決定されるので、コリメ−タを構成するプレ−ト
材料にはＸ線吸収係数が大きいもの、例えばタングステ
ン、タンタル、モリブデン、またはこれらの元素を含む
合金、金合金、白金合金等を用いればよい。また、真
鍮、ステンレス（ＳＵＳ）等のＸ線吸収係数の小さな物
質を用いるときには、プレ−トの厚さを大きくすればよ
い。なお、プレ−トへのピンホ−ルの形成方法として
は、ドリル径の小さなドリルによる機械的な加工、微小
ビ−ム径レ−ザ−を用いたレ−ザ−加工、あるいは放電
加工、エッチング加工等により形成する方法がある。

【００１６】図１および図４において、コリメ−タを各
コリメ−タ位置に移動する方法としては、ピエゾ素子ア
クチュエ−タを用いた素子に印加する電圧を調整するこ
とにより、移動位置を制御する。また、他の方法として
は、マイクロメ−タをステッピングモ−タやサ−ボモ−
タにより駆動して、移動位置を制御する方法もある。な
お、ステッピングモ−タやサ−ボモ−タは、モ−タに入
力するパルス信号のパルス数により回転数が制御され、
これによってマイクロメ−タによるコリメ−タの位置制
御が行われる。また、図１および図４における２次元放
射線画像検出器７の構造は、密着型２次元センサ上に蛍
光体膜を形成したものが使用される。密着型２次元セン
サは、薄膜トランジスタアレイを基板上に形成して、画
像信号読み出し用ドライバ−として用いる。２次元セン
サの構造は、２次元的に配列された薄膜光電変換素子を
構成するフォトダイオ−ドまたはフォトトランジスタに
より光電変換された画素信号を順次読み出す光センサ構
造を有している。２次元放射線画像検出器７は、入射さ
れたＸ線を蛍光体膜で吸収し、Ｘ線のエネルギ−を可視
光に変換して、これを密着型２次元センサで検出する。
また、２次元放射線画像検出器７の画素配列は、図１お
よび図４に示すように碁盤目状の配列であるため、コリ
メ−タ中のピンホ−ル配列とそれぞれ対応関係を有し、
各ピンホ−ルに対応するＸ線ペンシルビ−ムを検出す
る。

【００１７】本発明で用いられる２次元放射線画像検出
器７の他の実施例としては、Ｘ線イメ−ジインテンシフ
ァイアとビデオカメラの組み合わせを用いることができ
る。イメ−ジインテンシファイアに入射されたＸ線は、
先ずＸ線イメ−ジインテンシファイアの入力蛍光体膜で
吸収された後、可視光に変換される。次に、可視光を光
電変換膜で光電子に変換して、この光電子を電子光学系
で出力蛍光膜上に静電加速し、収束することにより光電
子のエネルギ−を可視光に変換した後、高揮度の可視光
出力にする。この可視光を、光学的結像レンズ系を経由
してビデオカメラにより画像撮影を行う。このように、
Ｘ線イメ−ジインテンシファイアにおいては、Ｘ線像の
入力に対して輝度増幅された可視光像を出力するのであ
る。この実施例の２次元放射線画像検出器の場合には、
検出素子の配列がビテオカメラの画素構成で決定される
ので、Ｘ線入力面上におけるＸ線イメ−ジインテンシフ
ァイアの検出素子の配列は、ビデオカメラの画素配列を
Ｘ線イメ−ジインテンシファイアのＸ線入力面上に逆投
影した配列となる。また、Ｘ線イメ−ジインテンシファ
イアのＸ線入力面上の検出素子配列は、Ｘ線イメ−ジイ
ンテンシファイアの電子光学系の収差のためにビデオカ
メラの画素配列と相似していない。従って、Ｘ線イメ−
ジインテンシファイアのＸ線入力面上の検出素子配列
は、密着型２次元センサ上に蛍光体膜を形成した構造の
画像検出器のように碁盤目状の配列とはならない。しか
しながら、Ｘ線イメ−ジインテンシファイアのＸ線入力
面の配列は、近似的にはコリメ−タのピンホ−ル配列と
対応関係を有しており、各ピンホ−ルに対応するＸ線ペ
ンシルビ−ムを検出する。

【００１８】前述のように、ビデオカメラの画素配列を
Ｘ線イメ−ジインテンシファイアのＸ線入力面上に逆投
影したＸ線イメ−ジインテンシファイアのＸ線入力面上
での検出素子配列は、碁盤目状の配列にはならない。し
かしながら、コリメ−タ中のピンホ−ル数をＸ線入力面
上での検出素子数よりも多くすれば、Ｘ線入力面上での
検出素子配列と１対１に対応するようなピンホ−ルの組
み合わせを、ピンホ−ル配列の中に作ることができる。
従って、２次元放射線画像検出器７にＸ線イメ−ジイン
テンシファイアを用いた場合にも、検出素子配列とコリ
メ−タ中のピンホ−ルの組み合わせに、１対１の対応を
維持させることができる。逆に、２次元放射線画像検出
器のＸ線入力面上での検出素子数をコリメ−タ中のピン
ホ−ル数よりも多くすれば、コリメ−タ中のピンホ−ル
配列と１対１に対応するような検出素子の組み合わせ
が、Ｘ線入力面上での検出素子配列中に形成できる。そ
の結果、コリメ−タ中のピンホ−ル配列と２次元放射線
画像検出器の検出素子配列の組み合わせに、１対１の対
応関係を維持することができる。一方、ビデオカメラの
画素配列をＸ線イメ−ジインテンシファイアのＸ線入力
面上に逆投影した配列を基準として、コリメ−タ中のピ
ンホ−ル配列をこれら合わせると、各Ｘ線ペンシルビ−
ムは、これらのピンホ−ル配列中の各ピンホ−ルおよび
２次元放射線画像検出器の検出素子配列中の各検出素子
と完全に１対１に対応させることができる。従って、本
実施例においては、画像検出部にビデオカメラを用いて
いるので、ピンホ−ル配列を備えたコリメ−タによる高
画質な画像を高速に撮影することができる。

【００１９】上記実施例に用いられるビデオカメラとし
ては、通常の撮像管カメラやＣＣＤカメラを使用する他
に、アバランシェ増倍型撮像管カメラも使用することが
できる。アバランシェ増倍型撮像管カメラは、撮像管の
光電変換膜に通常よりも高い電界を印加して、光電変換
膜内で電荷が電界により移動する際にアバランシェ増倍
を発生させ、高い信号電流を得る構造である。従って、
本実施例においては、低いＸ線の入射量に対しても高感
度な画像撮影が可能であって、被曝線量を低減したＸ線
低線量撮影が可能である。すなわち、本実施例のアバラ
ンシェ増倍型撮像管カメラを用いれば、ピンホ−ル配列
を具備したコリメ−タによる高画質の画像を高速、高感
度で撮影することができる。次に、２次元放射線画像検
出器を用いてコリメ−タを各コリメ−タ位置に移動しな
がら撮影する方法、すなわち図３に示した方法を説明す
る。本実施例では、各コリメ−タ位置毎に画像を撮影し
て、これらの画像から合成画像を作成して高解像度画像
を得る。このためには、２次元放射線画像検出器が画像
検出し、これを撮影する画像撮影制御信号に同期して、
コリメ−タを各コリメ−タ位置に移動することにより、
各コリメ−タ位置毎に画像撮影する。密着型２次元セン
サ上に蛍光体膜を形成した構造の２次元放射線画像検出
器の場合には、画像撮影制御信号として画像信号読み出
し用ドライバ−の薄膜トランジスタアレイの駆動信号を
用いる。これに対して、Ｘ線イメ−ジインテンシファイ
アとビデオカメラの組み合わせを用いる場合には、画像
撮影制御信号としてビデオカメラの同期信号を用いる。

【００２０】以上の実施例では、放射線を発生する手段
として医学診断用Ｘ線管を用い、放射線を検出する手段
として２次元放射線画像検出器を用いていた。しかし、
本発明においては上記実施例に限定されない。その他に
も、例えば、Ｘ線管電圧の高いＸ線発生装置を用いるこ
とによりエネルギ−の高いＸ線を発生するので、工業用
材料や各種製品の非破壊検査に用いることができる。ま
た、放射線を発生する手段として、各種の放射性同位元
素、加速器、原子炉等を用いれば、α線、β線、γ線、
各種の粒子線を検出することができる。さらに、中性子
線に関しては、２次元放射線画像検出器の放射線検出素
子に対中性子反応物質を混入することにより、２次元放
射線画像検出器で中性子線を検出することができる。こ
の理由は、中性子線と対中性子反応物質とが核反応を起
し、反応物質としてα線、β線、γ線、各種の粒子線等
を放出するので、これらの放射線を検出すれば、間接的
に中性子線を検出できるためである。この結果、本実施
例では、各種の放射線による画像を高解像度で撮影する
ことが可能である。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画像検出器自体の空間解像度以上の解像度の画像を撮影
することができ、被写体からの散乱Ｘ線によるコントラ
ストの低下がなく、Ｘ線源であるＸ線管の焦点の大きさ
に全く影響されず、高コントラストで超高解像度の画像
を高速、高感度で撮影することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すＸ線画像撮影装置の構
造斜視図である。

【図２】図１における２次元放射線画像検出器の部分拡
大図である。

【図３】本発明の一実施例を示す画像合成のＸ線画像撮
影方法の説明図である。

【図４】本発明の他の実施例を示すＸ線画像撮影装置の
構造斜視図である。

【符号の説明】

１ 前段コリメ−タ、 ２，１２ 後段第１コリメ−タ ３，１３ 後段第２コリメ−タ ４ Ｘ線管 ６ 被写体 ７ ２次元放射線画像検出器 ８ 検出素子 ２０ 合成画像の画素配置 ２１ 第１コリメ−タ位置での撮影画像 ２２ 第２コリメ−タ位置での撮影画像 ２３ 第３コリメ−タ位置での撮影画像 ２４ 第４コリメ−タ位置での撮影画像 １−１〜３−２ コリメ−タの移動方向 ５−１１〜５−４１ Ｘ線ペンシルビ−ム ７−１ ２次元放射線画像検出器の一部分

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射線を発生する手段、該放射線を検出
   する２次元放射画像検出器、および該放射線発生手段と
   ２次元放射線画像検出器の間に設けられた被写体とを配
   置した放射線画像撮影装置において、２次元ピンホ−ル
   配列を具備した１個ないし複数個のコリメ−タを、該放
   射線発生手段と被写体との間と、該被写体と２次元放射
   線画像検出器との間に、それぞれ配置したことを特徴と
   する放射線画像撮影装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の放射線画像撮影装置に
   おいて、前記２次元ピンホ−ル配列からなる１個ないし
   複数個のコリメ−タのピンホ−ル配列のパタ−ンと、前
   記２次元放射線画像検出器の画像を検出する最小基本単
   位である検出素子の配列パタ−ンとが同一であり、各コ
   リメ−タのピンホ−ル配列中の各ピンホ−ル相互および
   該ピンホ−ルと該２次元放射線画像検出器の検出素子配
   列中の各検出素子とが１対１に対応していることを特徴
   とする放射線画像撮影装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の放射線画像撮影装置に
   おいて、前記２次元ピンホ−ル配列を具備した１個ない
   し複数個のコリメ−タのピンホ−ル配列内のピンホ−ル
   数に比べて、前記２次元放射線画像検出器の画像を検出
   する最小基本単位である検出素子配列内の検出素子数
   が、該ピンホ−ル数よりも多く、該ピンホ−ル配列の構
   造が該２次元放射線画像検出器の検出素子配列の構造に
   含まれていることを特徴とする放射線画像撮影装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の放射線画像撮影装置に
   おいて、前記２次元ピンホ−ル配列を具備した少なくと
   も１個のコリメ−タのピンホ−ル配列内のピンホ−ル数
   に比べて、前記２次元放射線画像検出器の画像を検出す
   る最小基本単位である検出素子配列内の検出素子数が、
   該ピンホ−ル数よりも少なく、該２次元放射線画像検出
   器の検出素子配列の構造が該ピンホ−ル配列の構造に含
   まれていることを特徴とする放射線画像撮影装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の放射線画像撮影装置に
   おいて、前記２次元ピンホ−ル配列を具備したコリメ−
   タには、２種類のコリメ−タが存在し、そのうちの１種
   類はコリメ−タのピンホ−ル配列のパタ−ンと前記２次
   元放射線画像検出器の画像を検出する最小基本単位であ
   る検出素子の配列パタ−ンとが同一であるコリメ−タで
   あり、他の１種類は上記コリメ−タに対してピンホ−ル
   数が整数倍あり、該コリメ−タ内のピンホ−ル配列のパ
   タ−ンと上記２次元放射線画像検出器の検出素子配列の
   パタ−ンとが同一であるようなピンホ−ル配列の組み合
   わせを複数組持っているコリメ−タであることを特徴と
   する放射線画像撮影装置。
6. 【請求項６】 請求項１または請求項４に記載の放射線
   画像撮影装置において、前記２次元ピンホ−ル配列を具
   備したコリメ−タ１個ないし複数個を、前記２次元放射
   線画像検出器の画像検出面と平行な方向の面に対し、互
   いに直角をなす２つの方向に移動して、各移動位置毎に
   画像撮影を行い、その都度得られた１枚ずつの画像を合
   成して、該２次元放射線画像検出器の検出素子配列で決
   定される空間解像度より高い空間解像度の画像を撮影す
   ることを特徴とする放射線画像撮影装置。
7. 【請求項７】 請求項５に記載の放射線画像撮影装置に
   おいて、前記２種類のコリメ−タのうち、コリメ−タ内
   のピンホ−ル配列のパタ−ンと２次元放射線画像検出器
   の画像を検出する最小基本単位である検出素子の配列パ
   タ−ンとが同一であるピンホ−ル配列の組み合わせを複
   数組有するコリメ−タに対しては静止したままで画像撮
   影を行い、該コリメ−タとは別種類で、コリメ−タのピ
   ンホ−ル配列と該２次元放射線画像検出器の検出素子配
   列との組み合わせが１組だけであるコリメ−タに対して
   は、該２次元放射線画像検出器の画像検出面に平行な方
   向の面上において、互いに直角の２つの方向に移動させ
   て移動位置毎に撮影を行い、得られた複数枚の各移動位
   置毎の画像を合成して、該２次元放射線画像検出器の検
   出素子配列で決定される空間解像度よりも高い空間解像
   度の画像を撮影することを特徴とする放射線画像撮影装
   置。
8. 【請求項８】 請求項６または請求項７に記載の放射線
   画像撮影装置において、前記２次元放射線画像検出器の
   画像検出面に平行な方向の面上で、互いに直角の２つの
   方向に移動するコリメ−タの移動量は、該コリメ−タ内
   のピンホ−ルを透過した放射線が入射する該２次元放射
   線画像検出器の画像検出面上の検出素子の幅に対応する
   コリメ−タの移動量以下であることを特徴とする放射線
   画像撮影装置。
9. 【請求項９】 請求項１に記載の放射線画像撮影装置に
   おいて、前記２次元ピンホ−ル配列を具備したコリメ−
   タの構造は、放射線の透過率が非常に小さい重元素から
   構成される板状であり、かつ該コリメ−タ内のピンホ−
   ルの穴径は、該ピンホ−ルを透過した放射線が入射する
   ２次元放射線画像検出器の画像検出面上の検出素子の幅
   に対応する穴径以下であることを特徴とする放射線画像
   撮影装置。
10. 【請求項１０】 請求項６または請求項７に記載の放射
    線画像撮影装置において、前記２次元ピンホ−ル配列を
    具備したコリメ−タは、その移動のための駆動装置とし
    て、印加電圧により移動距離を制御できるピエゾ素子、
    あるいは入力パルス数制御によるステッピングモ−タに
    よりマイクロメ−タを駆動した移動距離の制御手段を用
    いることを特徴とする放射線画像撮影装置。
11. 【請求項１１】 請求項６または請求項７に記載の放射
    線画像撮影装置において、前記２次元放射線画像検出器
    は、基板上に薄膜光電変換素子と薄膜トランジスタアレ
    イを形成した構造上に、蛍光体膜層を形成した大面積密
    着型２次元センサを用い、該密着型２次元センサの画像
    信号に同期してコリメ−タを移動し、移動したコリメ−
    タ位置で画像を撮影することを特徴とする放射線画像撮
    影装置。
12. 【請求項１２】 請求項６または請求項７に記載の放射
    線画像撮影装置において、前記２次元放射線画像検出器
    は、Ｘ線イメ−ジインテンシファイヤとビデオカメラを
    用いて構成され、該ビテオカメラの画像信号に同期して
    コリメ−タを移動し、移動したコリメ−タ位置で画像を
    撮影することを特徴とする放射線画像撮影装置。
13. 【請求項１３】 請求項１２に記載の放射線画像撮影装
    置において、前記ビデオカメラとしては、光導電膜内で
    入射光信号に対するアバランシェ倍増機能を有する撮像
    管、あるいは撮像素子からなるアバランシェ増倍型撮像
    カメラを用いることを特徴とする放射線画像撮影装置。
14. 【請求項１４】 請求項１に記載の放射線画像撮影装置
    において、前記放射線を発生する手段としては、Ｘ線を
    放射するＸ線管、α線やβ線やγ線を放射する放射性同
    位元素、あるいは加速器、各種粒子線を放射する加速
    器、あるいは原子炉、のいずれかを用いることを特徴と
    する放射線画像撮影装置。