JPS59207551A - Ｘ線像増倍管 - 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】 本発明はＸ線像増倍管および前記増倍管のディジタル式
Ｘ線写真撮影システムへの応用方法に係る。

Ｘ線像増倍管は先行技術において周知である。

その例としては、この主題に関連する情報が１９７６年
１２月発行のＴｈｏｍ＋ｓｏｎ　−ＣＳＦ技術誌第８巻
。

４号に「医療用、工業用Ｘ線写真撮影における像の増感
法」の標題の下に掲載されている。

Ｘ線像増倍管の機能はＸ線像を、スクリーン上で見るこ
とのできる像に転換することである。このタイプの一般
的な装置は入射Ｘ線を光子に変換するだめのルミネッセ
ンス人力スクリーンと、螢光スクリーンと光学的に接触
している光子を光電子に変換するための光電陰極と、電
子軌道を焦点に合わせて光電子エネルヂー利得を生み出
すための電子光学システムと、光電子を光子に変換する
ためのスクリーンとから成る。

本発明はよ、！７詳細に言うと、Ｘ線像Ｊ°ρ倍管（以
後ＸＩＩ　管と略称する）様のルミネッセンス人力スク
リーンに関する。

現時点においてこれらのスクリーンは通常、ヨウ化上ゾ
ウム等原子番号の高いルミネッセンス物質を凹形基質上
に真空溶着することで形成される。

周知のスクリーンでは大部分の場合、ルミネッセンス物
質の肉厚が中心部より縁部の方が厚くなっていたシ、あ
るいはスクリーンの肉厚が実質的に一定でも縁部の方で
中心部よシわずかにノ厚くなつている。

添付図面の第１図はルミネッセンススクリーンの断面図
で、縁部の肉厚り、が中心部の肉厚ｈｃより大きくなっ
ている。第２図の点１１ｉｔＪａとｂは、周知のスクリ
ーンの場合ルミネッセンス物質層の中心から縁部にかけ
ての肉厚をスクリーン中心部での邑該層の肉厚に対する
ノＱ−センテイジで表わした時、増加を示すか（曲線ａ
）、あるいは実質的に水平線であるが増加傾向を示す（
曲線ｂ）ことを示している。

次に本出願で解決しようとする問題の様々な要素につい
て述べることにする。

本出願人はＸ線像増倍管を、異なるＸ線エネルギーを用
いることで、らる同一像が数回作成されるディジタル式
Ｘ線撮影システムのようなシステムに使用したいと思っ
ている。このようにして得られた各種の像は数字化され
、コンピュータで例えば加重減算により処理される。こ
うすることで所定の人体器官を他に対して強調した像を
得ることが可能になる。

周知の型式のＸＩＩ管は次のような理由によってこの応
用分野に不適当である。

周知のＸＩＩ管ではルミネッセンススクリーンの肉厚が
中心部より縁部の方が大きくなっていることは既に述べ
た。これにはスクリーンの縁部で吸収するＸ線の数を増
やす効果があり、こうして通常観察範囲の縁部に存在す
る低感度を修正している。このような低感度の理由とし
てまず挙げられるのが像形成に用いられるＸ線の幾何学
的な発散、ＸＩＩ　管の電子光学システムのクッション
歪み等である。

ＸＩＩ（ンプットスクリーンのルミネッセンス層の中心
部と縁部における肉厚の差がＸ線吸収旦の差を生み出す
。Ｘ線エネルギーが増すと、中心部における吸収確率は
縁部におけるより高い率で減少して行く。これは縁部の
方が中心部よシ肉厚が大きくなっておシ、この縁部の感
度が中心部における感度に関して増加するためである。

以上のことから本出願では、周知のＸＩＩ管は一定のＸ
線エネルギーに関しては縁部と中心部との間で実質的に
均一な感度を示すが、このエネルギーが変動した場合、
ＸＩＩ　管のスクリーン中心部における感度と縁部にお
ける感度とは非常に違ったものになると結論した。

本発明はこの問題を解決するために、特にディジタル式
Ｘ線撮影システムに有効に使用でき、またＸ線エネルギ
ーが変化した時スクリーンの全地点において同じように
感度の変化する新しい着想による設計のＸＩＩ管を特徴
する 特許請求の範囲第１項に記載した通り、本発明は入射Ｘ
線を光子に変換するためのルミネッセンススクリーンか
ら成り、スクリーンの肉厚が中心部より縁部の力が小は
くなっていることを特徴とするＸ線像増倍管に係る。

本発明の概括目的はルミネッセンス人力スクリーンをＸ
線に対して全地点で同一にすることである。換言すれば
、全ての入射Ｘ線に対して一定の「見掛け」スクリーン
肉厚をもつことが求められる。ルミネッセンス物質を通
る路程長がＸＬ９のスクリーン上への入射角度に関係な
く全てのＸ憩について実質的に同一になるようにするに
は、スクリーン縁部の肉厚を中心部に関して小さくする
ことが必要であることが分かつている。こうすることで
、Ｘ線エネルギーが変わっても、ルミネッセンス物質を
通る路程長が全てのＸ線について同じであることからス
クリーンの全地点において感度が実質的に同一となる。

従って本発明によるスクリーンは周知の型式のものとは
全く異なることが明白である。今日まで、周知のルミネ
ッセンススクリーンを良しとする技術的偏見といったも
のが存在し、それによって当栗者も中心部肉厚が縁部よ
シ大きいルミネンセンススクリーンの着想を見過してい
たとも考えられる。しかしながら計算と実験によっても
、本発明に拠るこのようなスクリーンのもつ長所がはっ
きりと示されているのである。

本発明のその他の特徴は添付図面を参照しての以下の説
明からより明白なものとなろう。

別々の図の中でも同一要素は同じ参照符号を付しである
が、各要素の寸法およびつり合いは明確を期すため守ら
れていない。

第１図については既に説明の最初の部分に記載した。ま
た第２図の曲線ａとｂについても同様である。

第２図中、実線曲線Ｃは本発明の１実施態様によるルミ
ネッセンススクリーンの中心から縁部へ向かっての数値
Δｅ　−（ｈ　−ｈ、）／　ｈ、における、ｅ−センテ
イジの変化を示しているっ式中りはスクリーンの倒れか
の地点におけるスクリーンの肉厚で、ｈｃ　　はスクリ
ーン中心部の肉厚である。

曲線ｃは下降曲線である。像界の縁部においてΔｅは実
質的に一２０チとなっている。像界の縁部は次のように
定義される、第１図に示した型式のスクリーンの場合、
スクリーンの表面上の突出は半径ｒの円を描いている。

俄界の縁部は前記の円の円周を占める動行なぼｒ　／　
ｌ　Ｑかｒ／１６の嫂により構成される。

第３図は本発明のスクリーンの１実施憇様の断面図であ
り、その縁部における肉厚ｈ５は中心部の肉厚ｈ０より
小さくなっている。

電子光学システムの性能を保証するために、ヨウ化セシ
ウムなど原子番号の高いルミネッセンス物質を凹形基質
上に真空溶着することが通常突施されている。この基質
はＸＩＩ管の久方窓としても、あるいは管の中に別個に
装着される村成妥ＦＳとしても良い。

Ｘ線の吸収を最大限にする目的で、ルミネッセンス物質
層の肉厚を最大限にせねばならない。ところがこうする
と分解能が低くなるという不利益が伴なうため、結局の
ところ妥協点を見出式ねばならない。真空溶着したヨウ
化セシウムを使用した場合現時点でこの妥協点は肉厚２
００〜５００マイクロメータの範囲内にある。

肉厚が中心部より縁部の方で小さくなったルミネッセン
ススクリーンを製造するためには、肉厚が中心部より縁
部の方で大きくなっているスクリーンを作る際に普通使
用する溶着の幾何学的条件を変更する必要のあることが
分かつている。

次に？ＩＳ４図と第５図を参照して本発明について説明
することにするう 第４図にはＸ線像増倍管２が概略的に示されている。ル
ミネッセンススクリーンｌは像増倍管２の右側に位置し
ている。このスクリーンが像増倍管のｎ１ｌｏ−ｏ’上
の距離Ｆのところに配置さ九たソース３によ多発生され
るＸ線衝けを受ける。

ルミネッセンススクリーン１は凹状である。第４図の例
においては、このスクリーンが曲率半径Ｒの球形の一部
から構成されるものと仮定もれている。しかしながらス
クリーンの曲率については多くの変更例があシ選択でき
る。従って凹形スクリーン、双曲線形スクリーン、放物
面スクリーンなどが・便用可能である。スクリーンの円
弧の矢（ｓａｇｉ　ｔｔａ　）にはル、子光学システム
の特性値に用いられるいろいろな数値の倒れを与えても
良い。

（以下余白） 第４図において、ソース３から発射されて軸Ｏ−〇′か
ら距離Ｂのところに位置する点においてスクリーンに衝
突するＸ線が考察されている。

この図ではαとβはそれぞれスクリーンが球形部分とな
っている球の中心ＣからとＸ線ソース３からスクリーン
上の衝突地点Ｐを見た角度を示している。

第５しｊは衝突地点Ｐのあるスクリーンの部分を拡大し
た図である。

参照符号ｄはＸ線が点Ｐに関して斜めにスクリーンを貫
）ｌｉ′］する除Ｘ綿がルミネッセンス物質内部で辿る
路程を示している。

本発明によると、路程長ｄはスクリーンの軸Ｏ−〇′上
の中心部における肉厚ｈｅに等しくなければならず、そ
れはＸ線が軸Ｏ−０′に清って通過する際ルミネッセン
ス物質内で辿る路程の長さに相幽する。

従って次の式が証明されねばならない。

ｄ　＝　ｈｐ　＝　ｈｂ／　ｃｏｓθ 式中り、は点Ｐにおけるスクリーンの肉厚であシθ＝α
＋βである。

以上からスクリーンの点Ｐにおける肉厚ｈｐｉｄｈｃ・
ｃｏｓθに等しく、従ってスクリーンの中心部における
肉厚ｈｅよシ小さいことが推論される。

よって結論できることは、凹形スクリーンが球面の一部
の形状をしているか他の形状であるかにかかわらず、ス
クリーンのルミネッセンスｑ勿質内におけるＸ線の距程
がＸ線のスクリーン上への衝５ス地点がどこかに関係な
く実質的に１ｄ１−であるべきだという条件は、スクリ
ーンのあらゆる地点における肉厚りが中心部における肉
厚ｈｃ４ｃ対し仄の関係式で関係していることによって
のみ満足されるということである。

ｈ＝ｈｃ−ｃｏ８θ θ＝α十β 式中αとβはぞれぞれ凹形スクリーンの曲率の中心から
とＸ約ソースから見たＸ線のスクリーン上の衝突点の角
度である。これらの角度は次のように表わされる。

α＝　Ａｒｃ　ｓｉｎ　（Ｂ／Ｒ） β＝Ａｒｃ　ｔｇ　（Ｂ／Ｆ　） 式中Ｂｆ’１．ＸＩＩ管の軸とスクリーン上の衝突点と
の距離であシ、ＦはスクリーンとＸ線ソースとの距離、
またＲは衝突点におけるスクリーンの曲率半径である。

第４図と第５図の場合、下記の数値が例示的に与えられ
る。

Ｂ：１００ｆｉ；この距離Ｂで定められる点Ｐはスクリ
ーン法部で、フ鉄界縁部からほぼｌ／１０°に位置して
いる。

Ｒ二２００囚 Ｆ　　７００門 角度αとβは次のように計算される。

α＝Ａｒｃ　ｓｉｎ　（Ｂ／Ｒ）であシβ＝　Ａｒｃ　
ｔｇ　（Ｂ／　Ｆ　）であるからα＝３０°、β＝ご８
°、θ＝）３８°となる。

従って ｈＰ　”’　ｈｅ’　ＣＯ３θ二ｈｃ＋　Ｃ０８３８°
＝０．７９−ｈｃがイＥ！られる。

従ってΔｅ　＝　（ｈ−ｈｃ）／　ｈｃ＝−１＋ｃｏｓ
θ＝−０，２１となる。このことはルミネッセンス層の
肉厚が縁部、すなわち俄界の縁部からｌ／１６°または
１／１００のところでスクリーン中心部よｐは／’ｊ：
２１チ小さくなっていることを沿味している。

縁部、すなわち像界線部から１／ｌＯ°またはほぼ１／
１６°のところの肉厚が、スクリーン中心部の肉厚よシ
、スクリーンの彎曲形状お、肛び円弧の矢の長さによっ
てほぼ１５％ないし２５％小さくなっているスクリーン
を製造することによって、求めた結果Ｋｆ分近付けたこ
とが特筆に値する。このことはｈ　”＝１１ｃ　＋　（
！Ｏ！ｌｉθの関係が必ずしもスクリーンの全地点に適
用されなくても良く、例えば像界の縁部からほぼ１／１
０°ないし１／１６°に相当する距離にあるスクリーン
の縁部にこの関係を適用しても、またスクリーンの残シ
の部分に前記のＩａｌ係をおおよそでしか適用しなくて
も満足すべき結果が得られることを意味している。

従って第２図の曲Ｈｃはいろいろな形状をとるが、必ず
中心から縁部の方へ下降して行く。満足すべき結果は△
ｅが中心への距離の２乗として変化する曲線に関して得
られることが分かる。

スクリーンの全地点に適用されるかあるいは縁部にだけ
かにかかわらず、関係式ｈ　＝　ｈｃ−ｃｏｓθにはス
クリーンとＸ腺ソースの距離Ｆが１１ｊ係する。

前記の距離Ｆについては通常７００〜１５００ｗｎの範
１４；’ｌ内にある平均値が与えられる。Ｆがとの範囲
内で変化する」東１合、ＣＯ８θの値はごくわずかしか
Ｆの値に左右されない。

本発明による、細部肉厚が中心部よシ小さいスクリーン
においては、もし何も対応策を取らなければ、一定のＸ
ｍエネルギーに関する縁部の感度が中心部よシ悲くなる
ことがある。

このような縁部の感度不足をイＡうのに、下記に列挙す
るような方法の１つ壕／こはいくつかによってルミネッ
センススクリーンの設計パラメータを変更することが望
ましいとされることが多い。但し、ここに￥げる例は制
限的なへ味をもつものではない。

０ルミネツセンス物質の徽貴添加物のイ１：之度を縁部
において変える。

０光′ｔ￥陰極とスクリーンとの光結合を、例えはルミ
ネッセンス層の状態を変えるおよび／または前記層が溶
着されている７１、脣４の状態を変えることによって、
縁部において増加するが中心部において減少する。

ＯＸ線像増倍管の成子光学システムの一部を形成する’
ＣＩＭの特性をクッション歪みを渥少するべく改変する
。

０ルミネッセンス層の組織を変更してＸ線の光への転換
効率がスクリーンの中心部よシ縁部において高くなるよ
うにする。

本発明によるスクリーンは、例えはいろいろなＸ　線エ
ネルギーで得られた像を加重減算することによってＸ線
像を得るためにコンピュータを使用するディジタル式Ｘ
線１最影システムに使用するのに特に適するものである
。はぼ２０〜３０　ＫｅＶと１００１（ｅＶとの間で変
化する平均エネルギーをもつＸ線が使用される。たたし
本発明によるスクリーンはディジタル式Ｘｉ撮影システ
ム以外の分野にも応用でき、例えば従来のＸｉ撮影シス
テムに使用しても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図と第３図はそれぞれ先行技術によるＸＩＩルミネ
ッセンススクリーンと本発明によるものとを示す断面図
である。 第２図はルミネッセンス物質の層のスクリーン中心部か
ら縁部にかけての肉厚の変化を示す各種の曲線を示して
いる。 εＨｙ　４　ＢＡＨと第５図は本発明によるスクリーン
の！１）作を説明する概略図である。 ■・・・ルミイ・ラセンススクリーン、２・・・ｘＨ増
倍倍’ｔ３．３・・・Ｘ線源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　入射Ｘ線を光子に変換するためのルミネッセ
   ンススクリーンから成υ、スクリーンの肉厚がスクリー
   ン縁部において中心部よシ小さいことを特徴とするＸ線
   像増倍管。 （２）スクリーン縁部における肉厚がスクリーン中心部
   の肉厚よシ、スクリーンの彎曲形状およびその矢の値に
   よってほぼ１５ないし２５チ小はいことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載のＸ線像増倍管。 （３）スクリーンが凹形であυ、スクリーンの肉厚がそ
   の中心部肉厚に対してθ＝α＋βとして関係式ｈ＝ｈ−
   ｃｏｓθに従って関連しておシ、αとβはそれぞれスク
   リーンの曲率中心とＸ線ソースからスクリーン上の１１
   衝突点を見た角度であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のＸ線像増倍管。 （４）関係式ｈ＝ｈｃ−ｃｏｓθがスクリーンの全ての
   点に適用されることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   に記載のＸｍ像増倍管っ （５）関係式ｈ＝ｂｃ−ｃｏｓθが本質的にスクリーン
   の縁部に適用きれることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項に記載のＸｍ像増倍管。 （６）関係式ｈ＝ｈｃ−ｃｏｓθがスクリーンとＸ線ソ
   ース間の距離の変動幅の中での平均値をとって計算きれ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のＸ線
   像増倍管。 （カ　ルミネッセンス物質の微量添加物の濃度を変える
   ことと、ルミネッセンス層の表面状態およ一ンとの光結
   合を変えることと、クッション歪みを減少はせるために
   増倍管の電子光学システムの一部を成す電極の特性を変
   えることとから成るルミネッセンススクリーンの変更、
   ｔ＋ラメータの何れか１つまたはいくつかによってスク
   リーン縁部における感度不足を補償することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のＸ線像ｊ曽倍管。 （８）　　特許請求の範囲第１項に記載のルミネッセン
   ススクリーンから成るＸ線像増倍管を同一像が異なるＸ
   線エイ・ルギーを用いて数回作成されるＸ線撮影管に応
   用する方法。 （９）スクリーンが凹状でろ見スクリーンの肉厚が中心
   部肉厚に対してθ−α十βとして関係式り二り。−ｃｏ
   ｓθに従って関係しておｐ、αとβはそれぞれスクリー
   ンの曲率中心とＸ線ソースからスクリーン上のＸ紳衝突
   点を見た角度であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項に記載のＸ線像増倍管。 ００）　　関係式ｈ　＝　ｈｏ−ｃｏｓθがスクリーン
   の全ての点に適用きれることを特徴とする特許請求の１
   ｉｉＪ、四相９項に記載のＸ線像増倍管。 ａｎ　　ｒ！Ａ係式り一り、・ＣＯ３θが本質的にスク
   リーンの縁部に適用されることを特徴とする特許請求の
   範囲第９項に記載のＸ　ｈ９像増倍管つ（Ｉａ　　関係
   式ｈ＝ｈｏ−ｃｏｓθがスクリーンとＸ線ソース間の距
   離の変動幅の中での平均値をとって計算てれることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項に記載のＸ線像増倍管っ （１３）関係式ｈ＝ｈ、−ｃｏｓθがスクリーンとＸ線
   ソース間の距離の変動幅の中での平均値をとって計算き
   れることを特徴とする特許り青米の範囲第５項に記載の
   Ｘ線像増倍管。 ａａ　　関係式ｈ＝ｈｃ・ｃｏｓθがスクリーンとＸ線
   ソース間の距離の変動幅の中での平均値をとって計算さ
   れることを特徴とする特許ｅｒ■求の範囲第９項に記載
   のＸ線像増倍管。 （Ｉ５）関係式ｂ　＝　ｈｏ−ｃｏｓθがスクリーンと
   Ｘ線ソース間の距離の変動幅の中での平均値をとって計
   算されることを特徴とする特許請求の範囲第１Ｏ項に記
   載のＸ線像増倍管。 ｆ１６１　　関係式ｂ　＝　ｈｃ−ｃｏｓθがスクリー
   ンとＸ線ソース間の変ｒＩｉｂ幅の中での平均値をとっ
   て計算されることを特徴とする特許請求の範囲第１１項
   に記載のＸ線像増倍管。