JPS60249040A - 放射線画像撮影装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はＸ線もしくはγ線等の放射線を用いた画像撮影
装置に係り、特に波長の異なる複数の単色またはナロー
バンド放射線を撮影に用いる撮影装置に関する。

［発明の背景〕 従来の放射線画像撮影、とくにＸ線を用いるものはＸ線
管から放出されるエネルギーバンド幅の広い連続Ｘ線を
使用して行なわれて来たが、近年２種類以上の単色Ｘ線
やエネルギーバンド幅の非常に狭いＸ線（以下、ナロー
バンドＸ線と略称）を用い、エネルギーの異なるＸ線に
よる画像を撮影し、これらのＸ線画像間で演算処理を行
ない、画像中の特定部位のみを鮮明にした最終画像を得
ることのできるＸ線画像撮影装置の開発が進められてい
る。

例えば単色Ｘ線を使う方法として、Ｘ線源としては、高
エネルギー電子蓄積リングがら放出される放射光（シン
クロトロンーラジエイションと呼ばれる高線量の連続Ｘ
線）を用い、これを結晶分光器により単色Ｘ線として使
用し、Ｘ線検出器としては、Ｓｉ半導体検出器の１次元
アレイセンサを用いたＸ線画像撮影装置がある（Ｅ、Ｒ
ｕｂｅｎ−ｓｔｅｉｎ　ｅｔ　ａｌ、、５ＰＩＥ　Ｖｏ
ｌ、　３１４　ＤｉｇｉｔａｌＲａｄｉｏｇｒａｐｈｙ
、　（１９８１）　ｐ、ｐ、　４２〜４９　）しかし、
この装置では被写体の同一部位を被写体の不随意的な動
きが無視できる短時間に２種類のＸ線エネルギーで撮影
しなくてはいけないため、分光器の分光用結晶の角度を
高速で変化させる必要がある。さらに検出器として１次
元アレイセンサを使用しており、一度に１種類のエネル
ギーのＸ線画像の１ライン分しか撮影できない。この結
果、２種類のエネルギーの画像を得るためには、高速で
分光用結晶の角度を変化させながら、１ラインずつ撮影
しなくてはいけないため、この装置では撮影に数秒間を
必要としている。このため、この装置には、高速でＸ線
エネルギーの切り換えが可能な複雑な分光器を必要とす
ること、および撮影時間が数秒間かかるという２点にお
いて実用上の欠点がある。

一方、ナローバンドＸ線を使う方法として、Ｘ線源とし
ては通常のＸ線管を用い、これに各種元素の吸収端を利
用したフィルターを組み合わせナローバンドＸ線として
使用し、そして画像検出の方法としては、Ｘ線用フィル
ム前面に特殊な鉛グリッド（グリッドの鉛部分の幅が２
５０μｍ、Ｘ線が通過するグリッド間隔が２５０μｍと
いう構造）を使い、エネルギーの異なる２種類のＸ線画
像を１枚のフィルム上に記録するＸ線画像撮影装置があ
る（Ａ、Ｍａｃｏｖｓｋｉ　ｅｔ　ａｌ、、Ｍｅｄｉｃ
ａｌ　Ｐｈｙｓｉｃｓ。

６　、５３　（１９７９）　’）。

この装置では、まず１つのナローバンドＸ線による画像
が、フィルム上の鉛グリッドのすきまの部分に記録され
る。次にフィルターを交換し、同時にグリッドを２５０
μｍずらして、すでにＸ線画像が記録されている部分を
グリッドの鉛部分で被い、１回目の撮影でＸ線が照射さ
れなかったフィルム上の部分が今回は鉛グリッドのすき
まに来るようにし、別のピークエネルギーを持つナロー
バンドＸ線による画像をこの部分に記録する。そしてフ
ィルムを現像した後、フィルム濃度読み取り装置により
フィルム上の記録を電気信号に変換し適当な処理をする
ことにより、１枚のフィルム上に記録された２画像を独
立した２画像として分離することができる。このように
、この装置は２種類のナローバンドＸ線による画像を、
被写体の動きが無視できる短時間に撮影できるが、空間
分解能が上記鉛グリッドの配列ピッチで決定されるので
空間分解能を向上するのが困難であるという欠点を有す
る。

〔発明の目的〕 本発明の目的は、上記欠点に鑑み、エネルギーの異なる
２種類以上の単色またはナローバンド放射線による画像
を、高速・高画質で撮影する装置を提供することにある
。

〔発明の概要〕

エネルギーの異なる２種類以上の単色放射線またはナロ
ーバンド放射線を被写体に照射し、被写体の不随意的な
動きが無視できる短時間に、それぞれのエネルギーの画
像撮影を行なうために本発明ではエネルギーの異なる放
射線を被写体の異なる部位に同時に照射し、被写体の撮
影範囲上同時に走査し、それぞれの放射線の透過量を検
出位置で区別して蓄積することにより複数の画像データ
を同時ｌ；得る。

このような構成によれば、上記した従来技術のように２
種類以上の放射線を時間的に切替えて照射する必要がな
いので、一種類の放射線ビームの走査とほぼ等しい時間
で２時間以上の放射線による画像データをそれぞれ得る
ことができるのである。

以下、Ｘ線を用いた撮影装置について本発明の詳細な説
明する。

〔発明の実施例〕

まず第１図によって、本発明の実施例の装置の基本的な
構成図を示す。図において、１はＸ線発生源、２は連続
Ｘ線、３は分光装置、４はエネルギーの異なる２種類以
上の単色Ｘ線またはナローバンドＸ線、５は被写体、６
はＸ線検出器、７は演算処理装置、８は表示器。ここで
エネルギーの異なる２種類以上の単色Ｘ線またはナロー
バンドＸ線４の各エネルギーのＸ線は、被写体上の照射
領域が広いほど走査時間が短かくてすみ、そしてＸ線撮
影装置［または被写体の移動によるＸ線の１次元走査の
みで被写体撮影領域をＸ線照射できれば、装置構造の単
純化および撮影時間の短縮ができるが、このためにはＸ
線照射領域の走査方向に垂直な方向の幅が、被写体撮影
領域の幅と一致して′いれば良い。

第２図に、２種類の単色Ｘ線またはナローバンドＸ線１
２で、被写体撮影領域１１を走査する場合の例を示す。

ここで１３は走査方向。図に示すように、おのおのの単
色Ｘ線またはナローバンドＸ線の照射領域は、走査方向
に並べて配置する。

この装置におけるＸ線の走査方向としては、おのおのの
Ｘ線ビームを固定し被写体を走査方向に移動させるか、
または被写体を固定しＸ＠ビームをこの上に沿って走査
する方法がある。

第３図において、本発明の装置の実施例を説明する。Ｘ
線発生源１として高エネルギー電子蓄積リングや電子シ
ンクロトロンから放出される放射光２１を用い、分光装
置３として例えばシリコンやゲルマニウム単結晶等を１
個もしくは複数個用いた結晶分光器を用いる１図は２個
の結晶を用いた例を示す。ここで電子蓄積リングや電子
シンクロトロンから放出される放射光強度は放出方向依
存性が強く、電子軌道の接線方向付近に強く放出される
ファンビーム状の強度分布を本来持っており、例えば水
平面内で電子ビームの屈曲を行なう場合、電子軌道接線
方向付近において放射光強度の広がりは、水平面内の開
き角は大きく、垂直面内の開き角は小さい水平に平らな
ファンビーム状の空間的な強度分布を持ち、そのため断
面は垂直方向に幅が狭く水平方向が長い長方形となって
いる。このため分光用結晶として大型のものを用いるか
分光装置を放射光発生部は接近させて配置することによ
り、水平方向は被写体に対して十分幅のある単色Ｘ線フ
ァンビームを得ることができる。

さらに放射光は図に示すように垂直方向シこも小さな開
き角θを持っており、このため分光用結晶２２への入射
角は分光用結晶の垂直方向についてわずかずつ異なって
いる。このため図において垂直方向に対してファンビー
ム状の放射光２１の下の部分（スリット２４通過後は単
色Ｘ線２６に対応）の分光用結晶２２への入射角は小さ
く、逆に上の部分（スリット２４の通過後は単色Ｘ線２
５に対応）の入射角は大きい。この結果ある結晶面に対
するＸ線入射角と出射する単色Ｘ線のエネルギーとの関
係（ブラッグ条件）より、例えば図に示すような２結晶
分光器から放出されるファンビーム状の単色Ｘ線２３は
、実際には水平方向についてエネルギーが一定だが、垂
直方向について下から上に向かってエネルギーがわずか
ずつ増加する性質をもっている。この性質を利用して図
に示すようなスリット２４を設ければ分光装置から放出
されるほぼ単色なＸ線ファンビームのうちで、高いエネ
ルギーの単色Ｘ線２５と低いエネルギーの単色Ｘ線２６
と分離することができる。このようにして第２図に示し
たような照射領域を持つ。

２種類のエネルギーの接近した単色Ｘ線ブアンビームが
得られる。

次にＸ線検出器６としては、２種類の単色Ｘ線照射領域
のＸ線画像データを高速で検出できるものであれば何で
も良い。例えば２種類の単色Ｘ線照射領域全体を１台で
検出できる口径のＸ線イメージインテンシファイヤーと
撮影管の組み合わせや蛍光板と高感度撮像管の組み合わ
せ、さらに１次元または２次元フォトダイオードプレイ
にシンチレータを取り付けたものなどがある。

この装置を使った２種類の単色Ｘ線画像を同時に撮影す
る方法としては、まず２種類の単色Ｘ線照射領域分の被
写体のＸ線像を撮像し、次に被写体をＸ線走査方向に単
色Ｘ線照射領域の走査方向幅分だけ移動させるか、また
は被写体を固定し装置全体を走査方向へ移動させ、被写
体の別の部位を撮影するという操作を繰り返すというや
り方がある。そして、Ｘ線検出時間の短かい上記のＸ線
検出器を用いれば、被写体の不随意的な動きが無視でき
る短時間で、２種類のエネルギーの接近した単色Ｘ線に
よるＸ線画像を同時に得ることができる。

この装置を使うことによる有効な撮影としては、例えば
造影剤を用いたエネルンーサブトラクション法がある。

第３図において高いエネルギーの単色Ｘ線を造影剤元素
の吸収端よりわずかに高いエネルギーに設定し、低いエ
ネルギーの単色Ｘ線を吸収端よりわずかに低いエネルギ
ーに設定した状態で２種類のＸ線画像を撮影する。次に
これらの２画像間での演算処理として画像間の引き算（
サブトラクション）を行なえば、造影剤注入部分につい
ては吸収端よりわずかに高いエネルギーと低いエネルギ
ーのＸ線で撮影しているため強いコントラストの画像と
して残るが、他の被写体中の組織については、この２種
類のＸ線エネルギーの範囲でほとんどＸ線吸収率に変化
がなくまた散乱Ｘ線の影響もほぼ同等であり、撮影時間
も被写体の動きが無視できる短時間であるため最終的な
画像上からほとんど完全に消すことができる。この結果
、演算処理後に得られる画像では目的とする造影剤注入
部分のみが高いコントラストで表示されたものとなる。

第４図において、本発明の装置の別の例を説明する。こ
の例ではＸ線発生源１として高エネルギー電子蓄積リン
グや電子シンクロトロンから放出される放射光２１を用
いるが、分光器！３に入射させる前にスリット３１によ
り垂直方向に２つに分割し、おのおのの放射光を分光装
置内の２個の独立した分光器（例えば、シリコンやゲル
マニウム単結晶を１個または複数個用いた結晶分光器）
により分光しエネルギーの大きく異なる２種類の単色Ｘ
線を被写体に照射することが可能な構造となっている０
分光装置としては、例えば第４図に示すように独立した
２組の２結晶分光器を用い、低エネルギー用分光器３２
と高エネルギー用分光器３３に分けて、おのおのの分光
器の結晶面を入射Ｘ線に対し所定の角度番；設定するこ
とによりエネルギーの大きく異なる２種類の単色Ｘ線を
照射することが可能である。なおＸ線検出響と撮影方法
については、第３図に示した装置と同じである。

ここで第４図においては、２つの分光器で２種類の単色
Ｘ線を照射する装置としであるが、スリットおよび分光
器を２つ以上設けて、２種類以上の単色Ｘ線を同時に照
射し撮影する装置とすることも可能である。

ここで、第３図および第４図に示した装置には、Ｘ線発
生源として高エネルギー電子蓄積リングや電子シンクロ
トロンから放出される放出光を用い、第５図に示した装
置には、Ｘ線発生源として通常のＸ線管を用いた。しか
し、第３図および第４図に示した装置のＸ線発生源とし
て１通常のＸ線管を用いることも可能であり、また第５
図に示した装置のＸ線発生源として、高エネルギー電子
蓄積リングや電子シンクロトロンから放出される放射光
を用いることも可能である。

この装置を使うことによる有効な撮影としては。

例えば造影剤を用いない被写体中の特定組織の選択的撮
影があり、これを以下において説明する。

一般に生体組織（骨、筋肉、Ｓ器、脂肪など）は、それ
ぞれ構成する元素の種類や割合が異なっており、このた
め各組織のＸ線吸収係数の絶対値の入射Ｘ線エネルギー
依存性はそれぞれ異なっている。この性質のためエネル
ギーの大きく異なる単色Ｘ線で同一被写体を撮影した場
合、被写体中の各組織のＸ線吸収係数のエネルギー依存
性の違いを反映して、各画像は同一被写体であっても各
組織のコントラストがそれぞれ異なった画像となってい
る。この性質を利用して、２種類以上の単色Ｘ線を使っ
て得られたＸ線画像間で適当な演算処理を行なうことに
より目的の組織のコントラストを強調したり、目的とし
ない特定組織を消去し、目的の組織のみの画像も得るこ
とができる。さらに本装置の特徴としてエネルギーの異
なる単色Ｘ線画像の撮影を同時に行なっているため、各
画像において被写体中の組織の不随意的な動きによる画
像のずれがなく、演算処理後の画像において、演算処理
前の画像のずれの結果生じる画像ノイズがない目的の組
織のみの画像が得られる。また散乱Ｘ線の影響について
は一般に入射Ｘ線エネルギーが異なれば、各エネルギー
のＸ６画像における散乱Ｘ線の影響が異なり、演算処理
後の画像にもこの影響が現われてしまうが、本装置では
各エネルギーのＸ線照射領域が被写体撮影領域に比べ小
さいため、各エネルギーのＸ線照射領域以外から散乱Ｘ
線が照射領域へ入射することがなく、撮影により散乱Ｘ
線の影響の無い画像が得られる。この結果、演算処理後
の画像には散乱Ｘ線の影響は現われない。

第５図において、本発明の装置の別の例を説明する。こ
の例では、Ｘ線発生源１として通常のＸ線管４１を用い
、分光器２として特定の元素の吸　−収端を利用したフ
ィルター４３を用いる。Ｘ線管から放出された連続Ｘ線
４２は、フィルターを通過することによりナローバンド
Ｘ線となるが、１例として第６図に、６５ｋＶ管電圧の
Ｘ線管から放出された連続Ｘ線が、セリウムのフィルタ
ーを通過したときのＸ線スペクトルを示す。ここでセリ
ウムのに吸収端により高エネルギー側がフィルターに吸
収され、ナローバンドＸ線となる。この装置において、
フィルターを透過した後のナローバンドＸ線の被写体へ
の照射、およびＸ線検出器６による撮影方法は、第３図
に示した装置と同じである。フィルターの選定について
次に説明する。

例えば第３図に示したような装置のように造影剤を使っ
た撮影をする場合は１Ｍ子番号の近い吸収端エネルギー
の接近した、造影剤の構成元素の吸収端エネルギーに対
しエネルギーの高い側とエネルギーの低い側にナローバ
ンドＸ線のピークが来るような２枚のフィルターを使う
、なお、エネルギーの低い側のフィルターとしては、造
影剤の構成元素をフィルターとして使うことも可能であ
る。

また第４図に示した装置のように造影剤を使わな−い場
合は、吸収端エネルギーの大きく異なる元素のフィルタ
ーを２種類以上用いれば可能となる。

このようＫしてフィルターを選定することにより、第３
図や第４図の装置で得られるＸ線画像と同等な画像をこ
の装置で撮影することができる。

これらの実施例で得られる、２種類以上の単色Ｘ線また
はナローバンドＸ線により撮影された画像間での演算方
法としては、画像間での単純な引き算だけでなく、２画
像以上の各画像を独立に階調処理を行ない、その後でこ
れらの画像間で引き算や加算を行なう重み付は演算処理
という方法があり、これにより良質な画像を得ることも
十分可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、エネルギーの異なる単色Ｘ線またはナ
ローバンドＸ線によるＸ線画像を同時に被写体の不随意
的な動きが無視できる短時間で撮影できるため、得られ
た画像間で適当な演算処理をすることにより、被写体中
の特定組織のコントラストを強調したり、特定組織のみ
を抽出した、生体組織の動きや散乱Ｘ線の影響によるノ
イズのない画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の基本構成図、第２図は被写体の
撮影領域とＸ線の照射領域を示す図、第３図から第５図
までは本発明の装置の例、第６図はナローバンドＸ線の
スペクトルの１例。 １・・・Ｘ線発生源、２・・・連続Ｘ線、３・・・分光
装置、４・・・単色もしくはナローバンドＸ線、５・・
・被写体。 第　１　図 Ｚ　Ｚ　図 １ １ １ １ １ １ Ｌ　１ ＴＪ図 第４図 １ ＸａＬＪル＋”−（Ｋｅ　Ｖ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．２種類以上の単色もしくはナローバンド放射線を被
   写体の異なる位置にそれぞれ照射する放射線照射手段と
   、前記放射線と前記被写体の相対位置を走査する走査手
   段と、前記被写体を透過したそれぞれの放射線を入射位
   置にて区別して検出する検出手段と、前記検出手段の出
   力を蓄積した前記２種類以上の放射線によるそれぞれの
   画線データを記憶する記憶手段とを有することを特徴と
   する放射線画像撮影装置。 ２、前記放射線照射手段はそれぞれファンビーム状にさ
   れた２種類以上の放射線を照射することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の放射線画像撮影装置。 ３、前記ファンビーム状にされた放射線は前記被写体の
   所望撮影範囲の幅を射写可能な広がりを有することを特
   徴とする特許請求の範囲第２項に記載の放射線画像撮影
   装置。 ４、前記放射線照射手段は連続スペクトルを有する放射
   線を発する線源と分光装置とを含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項に記載の放射線画像撮影装置。 ５、前記分光装置は複数の分光出力用のスリットを備え
   た結晶分光器であることを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項に記載の放射線画像撮影装置・ ６、前記分光装置は前記線源から発せられる連続スペク
   トルを有する放射線を異なる入射角度で入射するよう配
   置され、それぞれ前記単色もしくはナローバンド放射線
   を近接した位置に照射するようにされた複数の結晶分光
   器より成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の放射線画像撮影装置。 ７、前記走査手段は前記被写体を走査することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の放射線画像撮影装置
   。 ８、前記走査手段は前記放射線照射手段及び前記検出手
   段を走査することを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載の放射線画像撮影装置。