JPWO2003083890A1 - X線イメージ管、x線イメージ管装置およびx線装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カラー表示するX線イメージ管、X線イメージ管装置およびX線装置に関する。
背景技術
一般に、医療診断や工業用の非破壊検査などに利用されるX線撮影では、撮影系の感度を向上させるために、X線イメージ管に画像を映し出し、この映し出された画像をモノクロCCDカメラで撮像することにより、X線を撮像している。すなわちX線撮影においては、被検体を透過したX線は、X線イメージ管に設けられた入力側の入力蛍光面で可視光に変換され、この光をこの入力蛍光面とともに設けられた光電面で電子に変え、この電子を電気的に増幅して、出力側の蛍光体で可視光に変換して画像を形成し、この可視の画像をCCDカメラで撮像することにより被検体の透視画像を形成している。
このようなX線撮影においては、視認性を向上させるために、モノクロCCDの特性曲線の勾配を大きくした高コントラストな撮像状態が広く利用されている。例えば、乳房撮影の場合には、X線吸収差の少ない石灰化部位や異常軟部組織等を、高い分解能と高いコントラストにより撮影する必要がある。
しかしながら、上述した撮像条件では、X線イメージ管の測定のダイナミックレンジが十分ではないことにも関連して、僅かな撮影条件のずれにより適切な濃度の画像が得られなくなる問題がある。
一方、測定対象が骨と筋肉のようにその元素組成が異なる場合には、使用するX線のエネルギーと部位の厚さ等を考慮してX線の照射時間を多くの経験などに基づき設定する必要がある。この場合、正常な組織と癌等の異常組織とのように、元素組成はほぼ同じで密度が異なる場合でも、同様にX線の照射時間を設定する必要がある。
なお、カラーラジオグラフィにおいてX線の線量の違いに対応して色彩を変化させたカラーX線写真が、たとえば特公昭48−6157号公報および特公昭48−12676号公報に記載されている。これら特公昭48−6157号公報および特公昭48−12676号公報に記載のカラーX線写真は、X線の線量が少ない部分では赤色成分のみ、これよりX線の線量が多い部分では赤色成分に緑色成分が加わり、さらに、X線の染料が多い部分では赤色成分および緑色成分に青色成分が加わった色で発色させ、X線の線量の違いによりカラーとするものである。
ところが、このようなカラーX線写真上の色彩の変化のみから情報を取り出そうとしても、たとえば線量が多い部分では赤色成分に緑色成分や青色成分が加わり、カラーX線写真上では白色に近くなるため、正確な情報の取り出しが難しく、多くの情報が撮像されている場合であっても、それらを有効に活用できない問題がある。
上述の問題点に対して有効と考えられる提案として、X線の線量に対応した複数色の表示が可能なカラーX線写真が、たとえば特開2001−209142号公報に記載されている。この公報には、被検体を通過したX線等の放射線の線量に応じて異なる色に発光する発光シートが開示されている。
また、上述の公報には、カラー発光シートから放射された複数色の発光を、カラーフィルムやカラーカメラ等の光検出手段で色別に検出し、異なる感度特性を有する複数色の画像情報を得ることが記載されている。
なお、上述した公報に開示されたカラー発光シートには、たとえば可視光領域内の1つの発光色に対応する主発光成分と、主発光成分と異なる発光色を有するとともに同一強度の放射線に対する発光割合が主発光成分とは異なる少なくとも1つの副発光成分とからなり、主発光成分と副発光成分との発光割合が撮影系のダイナミックレンジに応じて調整されている蛍光体が用いられている。
また、上述の公報のカラーX線写真においては、撮影系のX線の露光量と濃度との関係が、FIG.11に示すようなマルチカラー発光体の各色(R,GおよびB)で概ね等間隔となるよう設定されていることが示されている。この発光体を用いることにより得られる画像では、低線量の部分は、緑色および青色の情報がない状態の赤色の情報として得られ、線量が多くなると赤色情報が飽和して緑色の情報として得られ、さらに線量が多くなると赤色と緑色の情報が飽和して青色の情報となる。すなわち、X線の線量について比較的広い条件下で適切な濃度の画像とするとともに、得られた画像からX線の線量の違いによる多くの情報を得ることを可能にしている。なお、FIG.11に示されたマルチカラー発光体の発光特性は、一般的なモノクロ撮像用の発光体の発光特性に比較して、露光量対濃度の特性曲線の傾きが緩やかであることが知られている。
ところが、上述の公報に開示されたカラーX線写真では、撮影系のダイナミックレンジを拡大することで最終的な出力画像のダイナミックレンジを高めており、被検体である人体や動物の撮影対象部位や個体差によっては、必ずしも適切な撮像条件が得られない問題がある。
例えば、X線吸収の小さい乳房撮影等において適切な撮影条件であっても、X線吸収の大きい体幹骨撮影等においてはダイナミックレンジを合わせないと、適切な濃度の画像が得られない問題がある。また、ダイナミックレンジが好適な版に範囲であっても、被検体に、過剰なX線被爆線量を与えるおそれもある。
なお、撮影系レンジ内で、正常な組織と癌等の異常な組織のようなX線吸収差の小さい部位については、赤色(R)、緑色(G)および青色(B)のそれぞれの情報が適切な画像として撮像可能な状態であったとしても、例えば骨から血管までを診断するようなX線吸収差の大きい部位ではX線吸収の大きい部位が、赤色、緑色および青色のいずれかの情報で適切に画像が得られたとしても、X線吸収差の少ない部位が適切な画像として得られない問題がある。
このような問題は、医療診断用のX線撮影に限らず、工業用の非破壊検査のX線撮影においても同様である。例えば、測定対象物が鉄の場合とプラスティックの場合では、比重の差に起因して最適な撮影条件が異なり、撮影対象となる部分の厚さ等も考慮しなければならない。また、複合材料のような異なる複数の物質が存在している場合には、適切な画像が得られにくい問題がある。
一方、カラーX線写真における測定のダイナミックレンジは広くなり一回の撮影で多くの情報が得られるが、X線に反応するシンチレータおよびカラーCCDカメラの組み合わせと、X線イメージ管およびモノクロCCDカメラの組み合わせと比較すると、電子増幅を含むX線イメージ管の方が、感度が1桁以上高い。
このことは、X線シンチレータ(発光体層)およびカラーCCDカメラにより得られるカラーX線写真において、X線イメージ管およびモノクロCCDカメラの組み合わせと同じ画像を得るためには、X線の量を増やさなければならないことに他ならない。従って、特開2001−209142号公報に記載の構成では、被写体に照射されなければならないX線量が増大される問題がある。
上述のように、カラーX線写真は、撮影系のダイナミックレンジが広く、X線の透過量の異なる被検体に応じて適切な撮影条件を設定可能で、僅かな撮影条件のずれ等による露光量不足や露光量過多等の発生が低減され、検体の測定がより確実となる。
しかしながら、画像の濃度を適切にするために、被検体が明確な場合は、被検体に合わせて、カラー発光体層(シンチレータ層)の発光割合を変えて、色別の発光特性曲線を調整しなければならない問題がある。また、カラーX線写真は、モノクロのX線イメージ管と比較して、感度が1桁以上低い。
さらに、画像を検出するためには、透過率の高いレンズや高感度のカメラを使用する必要がある。なお、透過率の高いレンズや高感度のカメラを用いることができたとしても必ずしも十分な感度が得られない問題がある。
なお、工業用においては、原子番号の大きい物質の識別がしにくい問題がある。これとは別に、医療用では、被検体に照射されるべきX線量の量として、モノクロのX線イメージ管と比較して、10ないし1000倍のX線量が要求されることもあり、検体が人体である場合には、利用できない虞れが高い問題がある。
また、いずれの場合にも、カラーX線写真としては、静止画を得ることは実現されているが、動画については、依然として実現されていない。
発明の開示
本発明の目的は、上記問題点に鑑みなされたもので、X線照射量を多くすることなくコントラストを高めて適切な濃度の画像が得られるX線イメージ管、X線イメージ管装置およびX線装置を提供することである。この発明は、上述した問題点に基づきなされたもので、
真空外囲器と、この真空外囲器の一端に形成されX線が入力される入力窓と、前記真空外囲器の他端に前記入力窓と対向配置され入力されたX線の強度に従い異なる色を発光する出力窓とを具備したもので、真空外囲器の入力窓からX線を入力し、この入力されたX線の強度に従い出力蛍光面で異なる色を発光し、真空外囲器の入力窓から入力されたX線の強度に従い出力蛍光面で異なる色を発光するため、X線照射量を大きくすることなく、コントラストを高めて適切な濃度の画像を得ることである。
またこの発明は、被検体にX線を照射するX線源と、この被検体を透過したX線が照射される真空外囲器の一端に形成されX線が入力される入力窓と、前記真空外囲器の他端に前記入力窓と対向配置され入力されたX線の強度に従い異なる色を発光する出力蛍光面とを具備したX線イメージ管と、このX線イメージ管の出力蛍光面から発光されたX線の強度に従い異なる色を撮像する撮像手段と、を具備したことを特徴とするX線装置である。
さらにこの発明は、真空容器の一端に位置された入力窓を介して入力されるX線を真空容器内でX線−光変換して得られる光を光−電子変換して得られる電子線が衝突されることにより、入力X線の強度に対応した強度に応じて異なる色の光を得るマルチカラー発光体が出力側に設けられているX線イメージ管において、マルチカラー発光体は、真空容器内で増幅された電子線が衝突可能な位置に設けられ、増幅された電子線の強度に対応する少なくとも2以上の色の光を出力可能で、それぞれの色を区分する要件が、X線透過量またはX線吸収量であり、そのレンジが概ね1000倍であることを特徴とするX線イメージ管およびそのX線イメージ管を有するX線装置である。
このように、本願発明のX線イメージ管によれは、例えば放射線画像のコントラストを高めた場合においても、被検体に応じて適切な濃度の画像を得ることができ、しかも放射線撮影システムとしてダイナミックレンジが拡大される。
また、本願発明のX線イメージ管によれば、撮影系の露光量(検体に照射されるX線の線量)の範囲と(ダイナミックレンジ)と被検体に応じたマルチカラー発光体(蛍光面)とを、それぞれ最適化して組み合わせることにより、被検体のX線吸収(透過)特性に支配されることなく、一回の撮影で被検体に応じて多くの情報を、確実に得ることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明のX線装置の一実施の形態を図面を参照して説明する。
FIG.2に示すように、Aは人体や各種物品などの被検体で、この被検体Aは、X線源としての放射源であるX線管1およびカラー画像を出力するX線イメージ管2の間に位置し、X線管1からの放射線Xを被検体Aで吸収あるいは散乱させて、X線イメージ管2に照射し、X線イメージ管2ではカラー画像を出力する。そして、このX線イメージ管2のカラー画像を、光学系3を介して、撮像手段である平面型の半導体検出器であるカラーCCDカメラ4で受光し、表示モニタ5にて表示する。
ここで、X線イメージ管2について、FIG.1を参照して説明する。
このX線イメージ管2は、FIG.1に示すように、内部が真空の真空外囲器10を有し、この真空外囲器10は筒状の管本体11を有し、この管本体11の一端側に入力部12が形成され、他端側に出力部13が形成されている。そして、入力部12は管本体11の一端側に入力窓14が形成され、この入力窓14の内面側にはX線により発光される入力蛍光面が形成され、さらにその光を電子に変換する荷電変換素子である光電面を形成する入力面15が設けられている。また、出力部13は管本体11の他端側に支持体16が取り付けられ、この支持体16に出力窓としての平板状あるいは湾曲状のガラス板17が取り付けられ、このガラス板17の内面側に出力蛍光面を形成する蛍光体18が設けられている。
さらに、管本体11内の入力部12および出力部13間には、電子を加速、集束および増幅させる電子増幅器として機能する集束電極19および陽極20が配設されている。
そして、このX線イメージ管2では、被検体Aなどで吸収あるいは散乱したX線が入力窓14から入射されると、入力面15で発光し、さらにその発光された光を電子に変換し、集束電極19で電子を加速させるとともに集束させて陽極20方向に導いて増幅し、蛍光体18は電子により励起されて発光し、入射されたX線の分布に応じた輝度および色で発光し、ガラス板17に画像を映し出す。
そして、蛍光体18は、複数色に発光する蛍光体、すなわち複数の発光波長領域を有する蛍光体を含んでいる。また、蛍光体18はたとえばカラーCCDカメラ4に対して感度を有するものを使用する。
ここで、本発明においては、入力窓と入力面は一体に形成、すなわち入力窓の内面に直接出力面を形成することも可能である。また出力窓と蛍光体は別体に形成、すなわち出力窓とは別の基板上に蛍光体(層)を形成することも可能である。
なお、蛍光体18の発光色としては、代表的には青色発光、緑色発光および赤色発光のうち少なくとも2つの発光色を用い、これらの発光色以外のものでも、互いに区別できる発光色であれば種々の発光色、たとえば紫色発光や黄色発光などであってよい。なお、赤色発光は、オレンジ色系の発光であっても良い。
また、蛍光体18は、可視光領域内の1つの発光色に対応する主発光成分と、主発光成分と異なる発光色を有するとともに、同一強度の放射線に対する発光割合、すなわち輝度が主発光成分より小さい少なくとも1つの副発光成分とを含む発光スペクトルを有することが好ましく、副発光成分の輝度は、主発光成分の輝度に対して0.1〜90%の範囲であることが好ましい。すなわち、副発光成分の割合が主発光成分の90%を超えると、放射線吸収差の小さい撮影対象部位は十分的確な画像を得られているが、本来の特徴である撮影系のダイナミックレンジの拡大効果が失われる。一方、副発光成分の割合が主発光成分の0.1%未満であると、実際の撮影対象物の放射線吸収差を考慮するとあり得ない範囲である。
そして、上述したような発光スペクトルを有する蛍光体18には、たとえば各発光色に対応した複数の発光波長領域にそれぞれ発光ピークを有するたとえばユーロピウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Eu)蛍光体あるいはテルビウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)蛍光体などの希土類蛍光体や、複数の発光波長領域にまたがるはば広い発光ピークを有するタングステン酸カルシウム(CaWO4)蛍光体などを用いることができる。
FIG.3は、ユーロピウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Eu)の蛍光体18の発光スペクトルであり、おおよそ波長600〜720nmの赤色波長領域に主発光成分が存在するとともに、おおよそ波長500〜600nmの緑色波長領域に副発光成分が存在している。なお、ユーロピウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Eu)の蛍光体18やユーロピウムで付活された硫酸化イットリウム(Y2O2S:Eu)の蛍光体18はユーロピウム(Eu)の付活量により各成分の発光割合を調整することができるため、適切な発光割合にできる。
このような蛍光体やユーロピウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Eu)の蛍光体18あるいはユーロピウムで付活された硫酸化イットリウム(Y2O2S:Eu)の蛍光体18において、被検体の写真像を的確に得るには、ユーロピウム(Eu)濃度は、0.01〜20(モル%)の範囲とすることが好ましい。
FIG.4は、テルビウムで付活された硫酸化イットリウム(Y2O2S:Tb)の蛍光体18の発光スペクトルであり、おおよそ波長500〜600nmの緑色波長領域に主発光成分が存在するとともに、おおよそ波長400〜500nmの青色波長領域に副発光成分が存在している。
テルビウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)の蛍光体18やテルビウムで付活された硫酸化イットリウム(Y2O2S:Tb)蛍光体18はテルビウム(Tb)の付活量により各成分の発光割合を調整できる。このようなテルビウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)の蛍光体18やテルビウムで付活された硫酸化イットリウム(Y2O2S:Tb)蛍光体18において、被検体の画像を好適に撮像するためには、テルビウム(Tb)濃度は、0.01〜2(モル%)の範囲とすることが好ましい。
FIG.5は、たとえばユーロピウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Eu)またはユーロピウムで付活された硫酸化イットリウム(Y2O2S:Eu)などの赤色発光蛍光体と、テルビウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)またはテルビウムで付活された硫酸化イットリウム(Y2O2S:Tb)などの緑色発光蛍光体と、たとえばタングステン酸カルシウム(CaWO4)またはユーロピウムで付活された弗化塩化バリウム(BaFCl:Eu)などの青色発光蛍光体とを、適当な比率で混合した混合蛍光体の発光スペクトルを示しており、発光領域の異なる2種類以上の蛍光体の混合比を適宜設定することによって、主発光成分と副発光成分の発光割合を調整できる。
また、このように、1つの発光色に対応する主発光成分が赤色成分であるたとえばユーロピウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Eu)と他の主発光成分が緑色成分であるたとえばテルビウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)とすることにより赤色成分の長波長域と緑色成分の中間波長域の双方ともに発光強度が大きい蛍光面を形成し、たとえばユーロピウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Eu)のみに比較してテルビウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)を加えることにより緑色成分の発光が大きくなり、両波長域での情報を画像としてバランスよく構成できる。
なお、その他のおおよそ波長600nm〜700nm、必要に応じて650nm〜700nmの赤色波長領域に主発光成分が存在する蛍光体18としては、たとえばユーロピウムで付活された硼酸ガドリニウム(GdBO3:Eu)、ユーロピウムで付活された酸化ガドリニウム(Gd2O3:Eu)、ユーロピウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Eu)、ユーロピウムで付活されたアルミン酸ガドリニウム(Gd3Al5O12:Eu)、ユーロピウムで付活されたガリウム酸ガドリニウム(Gd3Ga5O12:Eu)、ユーロピウムで付活されたバナジン酸ガドリニウム(GdVO4:Eu)、セリウムで付活されたガリウム酸ガドリニウム(Gd3Ga5O12:Ce)、クロムで付活されたガリウム酸ガドリニウム(Gd3Ga5O12:Cr)、ユーロピウムで付活された硫酸化イットリウム(Y2O2S:Eu)、ユーロピウムで付活されたアルミニウム酸イットリウム(Y3Al5O12:Eu)、ユーロピウムで付活されたアルミニウム酸ガドリニウム(Gd3Al5O12:Eu)、ユーロピウムで付活された酸化ランタン(La2O3:Eu)、ユーロピウムで付活された硫酸化ランタン(La2O2S:Eu)、ユーロピウムで付活された硼酸化インジウム(InBO3:Eu)、あるいは、ユーロピウムで付活された硼酸化イットリウム、インジウム((Y,In)BO2:Eu)などがある。
また、おおよそ波長500nm〜600nmの緑色波長領域に主発光成分が存在する蛍光体18としては、テルビウムで付活された酸化ガドリニウム(Gd2O3:Tb)、テルビウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)、プラセオジムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Pr)、テルビウムで付活されたガリウム酸ガドリニウム(Gd3Ga5O12:Tb)、テルビウムで付活された硫酸化イットリウム(Y2O2S:Tb)、および、テルビウムで付活されたアルミン酸ガドリニウム(Gd3Al5O12:Tb)、テルビウムで付活された酸化イットリウム(Y2O3:Tb)、ジスプロシウムで付活された酸化イットリウム(Y2O2S:Dy)、テルビウムで付活された硫酸化ランタン(La2O2S:Tb)、銅で付活された硫化亜鉛(ZnS:Cu)、金で付活された硫化亜鉛(ZnS:Au)、マンガンで付活された珪酸化亜鉛(Zn2SiO4:Mn)、テルビウムで付活された硼酸化インジウム(InBO3:Tb)、あるいは、マンガンで付活されたガリウム酸マンガン(MgGa2O4:Mn)などがある。
さらに、おおよそ波長400nm〜500nmの青色波長領域に主発光成分が存在する蛍光体18としては、セリウムで付活されたアルミン酸イットリウム(YAlO3:Ce)、セリウムで付活されたケイ酸イットリウム(Y2SiO5:Ce)、セリウムで付活されたケイ酸ガドリニウム(Gd2SiO5:Ce)、ニオブで付活されたタンタル酸イットリウム(YTaO4:Nb)、ユーロピウムで付活された弗化塩化バリウム(BaFCl:Eu)、銀で付活された硫化亜鉛(ZnS:Ag)、タングステン酸カルシウム(CaWO4)、タングステン酸カドミウム(CdWO4)、タングステン酸亜鉛(ZnWO4)、タングステン酸マグネシウム(MgWO4)、ユーロピウムで付活された燐酸塩化ストロンチウム(Sr5(PO4)3Cl:Eu)、あるいは塩素で付活された燐酸イットリウム(YPO4:Cl)などがある。
また、FIG.5を用いて説明した緑色発光蛍光体と青色発光蛍光体に、主発光成分として赤色を発光可能な、例えばユーロピウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Eu)蛍光体を加えたマルチカラー発光体のX線量と各色成分の発光輝度は、FIG.11により既に説明した通りであるが、R(赤色),G(緑色)およびB(青色)の間隔が概ね等間隔であることが好ましい。
なお、FIG.1に示したX線イメージ管2では、解像度を向上させるために蛍光体18の粒子は0.5μmないし2μm、好ましくは、0.7μmないし1.5μm、より好ましくは、0.9μmないし1.2μmが適しており、連続的でほぼ一様な電子線束に対し均一に発光させるために出力面上に、その粒子を緻密に積層(2層以上に積層)する。なお、蛍光体18は、例えば分級により、所定の粒子径の範囲の粒子が選択されて用いられる。
また、蛍光体18を、複数種類の蛍光体で構成する場合には、たとえばそれぞれの蛍光体18は粉体であるので、混合して用いる方法がある。まず、2つの蛍光体を用いる場合には、主発光成分が赤色成分の蛍光体18と主発光成分が青色成分ないし緑色成分のいずれかの蛍光体18を用い、3つの蛍光体を用いる場合には、主発光成分が赤色成分の蛍光体18と主発光成分が緑色成分の蛍光体18と主発光成分が青色成分の蛍光体18を用い、4つ以上の場合にはそれぞれ主発光成分の波長領域が異なる蛍光体18を用い、材質および割合の選定により、色別の発光割合を調合できる。
また、他の方法として、異なる蛍光体18をそれぞれ積層するX線のエネルギー別に画像を同時に取得するエネルギーサブトラクション法がある。この場合、入射側に近い1番目の蛍光体で光の強さに応じて電子のエネルギーが変わるようにし、電子を増幅して画像を形成する。この蛍光面は発光色の異なる蛍光体を積層化してコーティングしX線のエネルギーに応じて透過量が変わるように調整する。なお、蛍光体18は、2つ、3つあるいは4つ以上の蛍光体を用いる場合種類としては混合する場合と同様の種類を用いるが、蛍光体18の層は入射側から長い波長のものを配置し、赤色、緑色および青色の順にならべX線のエネルギーに応じて、色別の発光割合が異ならせる。
なお、FIG.1に示したX線イメージ管においては平面型の半導体検出器としてカラーCCDカメラ4を用いているが、C−MOSを用いても良い。
また、上記実施の形態では、光学系3を介してカラーCCDカメラ4を用いているが、X線イメージ管2のガラス板17に直接カラーCCDカメラ4を取り付けても良い。このように、直接カラーCCDカメラ4を取り付けることにより、ガラス板17に写し出された画像からの光の分散を抑制することができるとともにレンズなどの光学系も削減できる。また、X線イメージ管およびそのシステムの大きさを小型化できる。
FIG.6は、FIG.1に示したX線イメージ管の他の実施の形態のX線イメージ管の概念を示している。FIG.6に示すように、X線イメージ管2のガラス板17とカラーCCDカメラ4との間にたとえばズーミング機構21を設けても良い。このように、ズーミング機構21を設けることにより、画像を局所的に拡大することができ、光学的にズームすることで解像度を上げることができる。
FIG.7は、FIG.1に示したX線イメージ管の他の実施の形態のX線イメージ管の概念を示している。FIG.7に示すように、支持体16にガラス板17に対応した装着部22を形成し、この装着部22にガラス板17に対応したファイバプレート23を取り付け、このファイバプレート23にカラーCCDカメラ4に取り付けるイメージファイバ24を接続する。
このように、画像を映し出すガラス板17とカラーCCDカメラ4とをファイバプレート23およびイメージファイバ24により直接接続するため、伝送ロスを小さくすることができるとともに、ファイバプレート23およびイメージファイバ24により画像からの光が拡散することを防止し、画像を鮮明にできる。
なお、上記FIG.7におけるガラス板17を設けず、直接ファイバプレート23の端面に蛍光体18を形成することも可能である。この構成にすることで、ガラス板17を介せず直接光を取り出すことが可能となり、光の損失を低減することが可能となる。
また、ファイバプレート23は、内面の湾曲の曲率に形成し、電子レンズのイメージ面に合わせることにより、歪を低減した画像を形成することが可能となり、より好ましいものとなる。
FIGs.8Aおよび8Bは、FIGs.1,6および7に示したX線イメージ管に用いられる発光体層に照射されるX線量と各色成分の発光特性および測定対象のX線透過率との関係を説明している。
検体として、例えば空気、脂肪、水、樹脂、筋肉、骨および金属を考えると、X線透過量は、骨と筋肉で概ね10倍、筋肉と脂肪で概ね数十倍、骨と脂肪では、数百倍もの差がある。このため、モノクロ発光体のみを用いた一般的なX線イメージ管で1回のX線照射により撮影により撮影可能な検体の組成やダイナミックレンジは、FIG.8Aに示すような、X線透過量で10倍程度の範囲に制限される。なお、既に説明した通り、検体に複数回X線を照射することは、避けられなければならない。
これに対して、FIG.8Bに示されるように、本願発明のカラー発光体を用いる例では、1回のX線の照射により、R,GおよびBのそれぞれの発光体から、骨から筋肉(金属から図示されていないが比重の小さい金属)までがR蛍光体の発光として、筋肉から樹脂または水分(図示されていないが比重の小さい金属)までがG蛍光体の発光として、かつ樹脂または水分から脂肪までがB蛍光体の発光として同時に撮影されることにより、被検体に照射されるX線の量は、複数回照射される場合に比較して、十分に小さい。
なお、FIGs.8Aおよび8Bにおいて、細く示されている部分は、被検体を通過して各色の蛍光体層に到達したX線が飽和している状態を示している。
FIG.9Aは、FIGs.1,6および7に示したX線イメージ管に用いられる発光体層のX線透過量と発光特性を評価するために用いられる濃度スケールの一例を示している。
FIG.9Aに示されるように、濃度スケールは、厚さが一定距離毎に等しい量だけ変化(一定減少または一定増加)されている金属またはガラス等である。なお、X線透過率の高い材質の代表としてガラスを用い、X線透過率の低い(X線の吸収が多い)例として、ジルコニアを用い、階調段数は8とする。また、以下にFIGs.9Bないし9Dにより、ガラスおよびジルコニアを説明するために、ガラスに符号「G」を、ジルコニアに符号「Z」をつける。
FIGs.9Bないし9Dは、それぞれ、FIGs.1,6および7に示したX線イメージ管に用いられる発光体層のX線透過量によりFIG.9Aに示した濃度スケールを撮像した結果の一例を示す概略図である。なお、FIG.9Bは、R(赤色)発光体による撮影結果を、FIG.9Cは、G(緑色)発光体による撮影結果を、FIG.9Dは、B(青色)発光体による撮影結果を、それぞれ示している。
FIG.9Bから明らかなように、ガラスGは、X線透過量が多いため、赤色発光体による発光では、差が得られない(ほぼ全域で飽和)。これに対し、ジルコニアZは、X線透過量がガラスに比較して少ないため、4段前後の階調が確認できる。
FIG.9Cから明らかなように、緑色発光体による発光では、ガラスGのX線透過量においても4段前後の階調が確認できる。これに対し、ジルコニアZは、ガラスに比較してX線を吸収するため、2段前後の階調が確認できるのみである。
FIG.9Dから明らかなように、青色発光体による発光では、ガラスGにおいてもX線透過量が多くなり、一部の形状が消失(撮像できない)状態となる。一方、ジルコニアZは、X線吸収量が飽和しているので、全域(全ての階調段)において、濃度差は確認できない。
FIG.9Eは、FIGs.9B,9Cおよび9Dにより特性を説明した発光体を用いたマルチカラー発光体により、FIG.9Aに示した濃度スケールをマルチカラーで撮像した結果の一例を示している。なお、FIG.9Eに示した画像を得るために用いたマルチカラー発光体は、FIGs.9Bないし9Dのそれぞれにおいて用いた発光体のそれぞれにおけるX線吸収量を僅かに変化させてカラーバランスを改善させた発光体を用いているため、より階調の段数が確保されている。
FIG.9Fは、FIG.9Aに示した濃度スケールをモノクロで撮像した結果の一例を示す概略図であり、FIG.9Eに示したカラー画像に比較して、明らかに硬調で、しかも、ガラスGはほぼ全域でX線透過量が飽和し、ジルコニアZはほぼ全域でX線を完全に吸収していることが認められる。
FIGs.9Gないし9Iは、それぞれ、FIGs.1,6および7に示したX線イメージ管に用いられる発光体層のX線透過量によりFIG.9Aに示した濃度スケールを撮像した結果の一例を、濃度スケールの厚さと透過線量との関係として示し、FIG.9Gは、FIG.9Bに示した、赤色発光体による発光の程度を、FIG.9Hは、FIG.9Cに示した、緑色発光体による発光の程度を、FIG.9Iは、FIG.9Dに示した、青色発光体による発光の程度を、それぞれ、X線の透過線量に置き換えて示している。
FIGs.9Gないし9Iによれば、FIGs.9Bないし9Eに示したX線透過量(吸収量)と各色の発光体による発光の強度との関係が、明確に説明される。
FIG.10は、FIG.5に示したマルチカラー発光体(膜厚1μm)の各色の発光強度と付活剤であるユーロピウム(Eu)の濃度との関係を説明するグラフである。FIG.10を参照すれば、前に説明したユーロピウム(Eu)の好適な濃度である1(モル%)を中心として、0.6ないし1.6(モル%)の範囲で、R,GおよびBのそれぞれの発光強度の変化が少ないことがわかる。また、同濃度が0.4ないし0.6(モル%)あるいは1.6ないし2.2(モル%)の範囲で、R,GおよびBの各発光体から発光があることが認められる。なお、同濃度が0.2ないし0.4(モル%)の範囲では、赤色(R)と緑色(G)の発光体から発光される光の強度が逆転することが認められる。
また、同濃度が2.2ないし2.6(モル%)の範囲では、青色(B)向けの発光体からの発光強度が極度に低下することが認められる。
従って、マルチカラー発光体を作成する際に、付活剤として用いるユーロピウム(Eu)の濃度の好適な範囲は、好ましくは、0.4ないし2.2(モル%)、より好ましくは、0.6ないし1.6(モル%)である。
以上説明したように、本願発明のマルチカラー発光体を用いたX線イメージ管によれば、蛍光体の発光体の組成と主発光体および複発光体の比率を、被検体に応じて調製することにより、撮影条件の設定を大幅に変化させることなく、X線の照射量を増加せず一回の撮影で適切な濃度の写真像と的確な写真像が得られる。なお、同じく透視画像においても異なる比重から成る被検体の構成物でも、はば広く画像として撮れる。
本発明においては、上記X線イメージ管を用い、少なくとも出力面側にレンズ及びカラーCCDカメラ等とから構成されたX線イメージ管装置を構成することができ、さらにこのX線イメージ管あるいはX線イメージ管装置を組み込んだX線装置に使用することができる。
すなわち、例えば被検体として胸部を撮影したいときは、撮影者が被検体に応じた蛍光体の中から胸部用あるいは胸部に相当するX線イメージング装置を選び測定、あるいは予めカラーレントゲン装置に組み込まれているX線装置の中から、たとえば操作盤上の被検体に対応する操作ボタンを押すことで自動的に胸部用あるいは胸部用に相当する蛍光体を有するX線装置がセットされる。また、一回目の撮影が不適切な濃度の画像であった場合は、自動的に画像の濃度を検出し、適切なカラー発光レベルをソフトで調整できるようにする。
また、複数色の発光は、カラーCCDカメラに撮像され、表示モニタでは赤(R)、緑(G)および青(B)を主成分として色別に分離されて表示することができるため、従来の緑色成分のみの表示に比較して他の色成分で表示された画像上により広い診断や検査に必要な情報が含まれ、3色を同時に表示することによりカラー画像として表示できる。
あるいは、発光は各色(波長)毎に分離した後に個々に検出することも可能である。複数色の光が混合された発光を、複数のダイクロックミラーに透過させ波長毎に分離(分光)され、分離された各光信号をCCDカメラで撮像する。具体的には、複数色の光が混合された発光を、第1のダイクロックミラーで赤色成分のみを反射させ緑色成分と青色成分を透過させる。次に第2のダイクロックミラーで緑色成分のみを反射させ青色成分を透過させる。この際、ダイクロックミラーを構成する誘電体多層膜の設計によって、各色成分の反射率と透過率を個別に設定することができるため、各色の感度をコントロールすることができる。そSのて各分離された光をここのCCDカメラで撮像するのである。
一方、表示モニタでモノクロ表示をする場合には、ソフト(アプリケーション)や回路によりカラー画像に表現されているほとんどの情報を盛り込むことができるので、任意の表示方法により、緑色単一画像とモノクロCCDカメラとの組み合わせにより得られる従来の画像に比較して、高感度と広いダイナミックレンジで識別能、診断能の優れた画像にできる。
したがって、医療診断用放射線撮影をはじめとする各種の放射線撮影において、撮影ミスの発生が抑制でき、検査情報が増大可能で、検査精度の向上等が期待できる。
さらに、蛍光体に、発光波長が600nm以上、特に必要に応じて650nm以上の赤感度を取り込むことができるので、従来の緑色のものに比べ、カラーカメラの組み合わせと相乗して感度が向上する。
このため、同一被写体において必要な入力X線を所要量に引き下げることができ、被写体や操作者に対する被爆X線量の低減に有効になる。また、X線画像のコントラストを高めた場合においても、被検体に応じた適切な濃度の画像が得られ、被検体に応じて一回の撮影で多くの情報を確実にかつ有効に得られる。そして、たとえば肺と骨格、骨の厚さに対応した識別画像を写すことができるため、少ない画像で必要な情報を入手できることになり、診断や検査の高度化あるいは撮影の少量化を図れる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、真空外囲器の入力窓からX線を入力し、この入力されたX線の強度に従い出力までで異なる色を発光し、真空外囲器の出力窓から入力されたX線の強度に従い異なる色を発光するため、X線照射量を大きくすることなく、コントラストを高めて適切な濃度の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
FIG.1は、本発明のX線イメージ管の一実施の形態の概念を示す断面図。
FIG.2は、FIG.1に示したX線装置を示す概念図。
FIG.3は、FIG.1に示したX線イメージ管の赤色発光体層の発光特性を示すグラフ。
FIG.4は、FIG.1に示したX線イメージ管の緑色発光体層の発光特性を示すグラフ。
FIG.5は、FIG.1に示したX線イメージ管に適用可能なマルチカラー発光体層の発光特性を示すグラフ。
FIG.6は、FIG.1に示したX線イメージ管の他の実施の形態のX線イメージ管の概念を示す断面図。
FIG.7は、FIG.1に示したX線イメージ管の他の実施の形態のX線イメージ管の概念を示す断面図。
FIGs.8Aおよび8Bは、FIGs.1,6および7に示したX線イメージ管に用いられる発光体層に照射されるX線量と各色成分の発光特性および測定対象のX線透過率との関係を説明する概略図。
FIG.9Aは、FIGs.1,6および7に示したX線イメージ管に用いられる発光体層のX線透過量と発光特性を評価するために用いられる濃度スケールの一例を説明する模式図。
FIGs.9Bないし9Dは、それぞれ、FIGs.1,6および7に示したX線イメージ管に用いられる発光体層のX線透過量によりFIG.9Aに示した濃度スケールを撮像した結果の一例を示す概略図。
FIG.9Eは、FIGs.1,6および7に示したX線イメージ管に用いられる発光体層のX線透過量によりFIG.9Aに示した濃度スケールをマルチカラーで撮像した結果の一例を示す概略図。
FIG.9Fは、FIGs.1,6および7に示したX線イメージ管に用いられる発光体層のX線透過量と同等のX線量を用い、周知のモノクロタイプのX線イメージ管によりFIG.9Aに示した濃度スケールをモノクロで撮像した結果の一例を示す概略図。
FIGs.9Gないし9Iは、それぞれ、FIGs.1,6および7に示したX線イメージ管に用いられる発光体層のX線透過量によりFIG.9Aに示した濃度スケールを撮像した結果の一例を、濃度スケールの厚さと透過線量との関係として示したグラフ。
FIG.10は、FIG.5に示したマルチカラー発光体の各色の発光強度と付活剤であるユーロピウム(Eu)の濃度との関係を説明するグラフ。
FIG.11は、カラーX線写真および本発明のカラーX線イメージ管に用いられる発光体層に照射されるX線量と各色成分の発光輝度の一特性を示すグラフ。
Claims (16)
- 真空外囲器と、
この真空外囲器の一端に形成されX線が入力される入力窓と、
前記真空外囲器の他端に前記入力窓と対向配置され、入力されたX線の強度に従い異なる色を発光する出力蛍光面と、
を具備したことを特徴とするX線イメージ管。 - 前記出力蛍光面は、主として赤色成分の発光色を発光することを特徴とする請求項1記載のX線イメージ管。
- 前記出力蛍光面は、主発光成分が赤色成分の蛍光体と、主発光成分が青色成分ないし緑色成分のいずれかの蛍光体との少なくとも2種類を備えたことを特徴とする請求項1記載のX線イメージ管。
- 前記主発光成分が赤色成分の蛍光体と、前記主発光成分が青色成分ないし緑色成分のいずれかの蛍光体とは、それぞれ、積層されていることを特徴とする請求項3記載のX線イメージ管。
- 前記主発光成分が赤色成分の蛍光体と、前記主発光成分が青色成分ないし緑色成分のいずれかの蛍光体とは、混合物であることを特徴とする請求項3記載のX線イメージ管。
- 前記主発光成分が赤色成分の蛍光体は、
ユーロピウムで付活された硼酸ガドリニウム(GdBO3:Eu)、
ユーロピウムで付活された酸化ガドリニウム(Gd2O3:Eu)、
ユーロピウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Eu)、
ユーロピウムで付活されたアルミン酸ガドリニウム(Gd3Al5O12:Eu)、
ユーロピウムで付活されたガリウム酸ガドリニウム(Gd3Ga5O12:Eu)、
ユーロピウムで付活されたバナジン酸ガドリニウム(GdVO4:Eu)、
セリウムで付活されたガリウム酸ガドリニウム(Gd3Ga5O12:Ce)、
クロムで付活されたガリウム酸ガドリニウム(Gd3Ga5O12:Cr)、
ユーロピウムで付活された硫酸化イットリウム(Y2O2S:Eu)、
ユーロピウムで付活されたアルミニウム酸イットリウム(Y3Al5O12:Eu)、
ユーロピウムで付活されたアルミニウム酸ガドリニウム(Gd3Al5O12:Eu)、
ユーロピウムで付活された酸化ランタン(La2O3:Eu)、
ユーロピウムで付活された硫酸化ランタン(La2O2S:Eu)、
ユーロピウムで付活された硼酸化インジウム(InBO3:Eu)、および、
ユーロピウムで付活された硼酸化(イットリウム、インジウム((Y,In)BO2:Eu)のうち、少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項2ないし5のいずれか記載のX線イメージ管。 - 前記主発光成分が緑色成分の蛍光体は、
テルビウムで付活された酸化ガドリニウム(Gd2O3:Tb)、
テルビウムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Tb)、
プラセオジムで付活された硫酸化ガドリニウム(Gd2O2S:Pr)、
テルビウムで付活されたガリウム酸ガドリニウム(Gd3Ga5O12:Tb)、
テルビウムで付活された硫酸化イットリウム(Y2O2S:Tb)、および、
テルビウムで付活されたアルミン酸ガドリニウム(Gd3Al5O12:Tb)、
テルビウムで付活された酸化イットリウム(Y2O3:Tb)、
ジスプロシウムで付活された酸化イットリウム(Y2O2S:Dy)、
テルビウムで付活された硫酸化ランタン(La2O2S:Tb)、
銅で付活された硫化亜鉛(ZnS:Cu)、
金で付活された硫化亜鉛(ZnS:Au)、
マンガンで付活された珪酸化亜鉛(Zn2SiO4:Mn)、
テルビウムで付活された硼酸化インジウム(InBO3:Tb)、および、
マンガンで付活されたガリウム酸マンガン(MgGa2O4:Mn)のうち、少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項2ないし5いずれか記載のX線イメージ管。 - 前記主発光成分が青色成分の蛍光体は、
セリウムで付活されたアルミン酸イットリウム(YAlO3:Ce)、
セリウムで付活されたケイ酸イットリウム(Y2SiO5:Ce)、
セリウムで付活されたケイ酸ガドリニウム(Gd2SiO5:Ce)、
ニオブで付活されたタンタル酸イットリウム(YTaO4:Nb)、
ユーロピウムで付活された弗化塩化バリウム(BaFCl:Eu)、
銀で付活された硫化亜鉛(ZnS:Ag)、
タングステン酸カルシウム(CaWO4)、
タングステン酸カドミウム(CdWO4)、
タングステン酸亜鉛(ZnWO4)、
タングステン酸マグネシウム(MgWO4)、
ユーロピウムで付活された燐酸塩化ストロンチウム(Sr5(PO4)3Cl:Eu)、あるいは、
塩素で付活された燐酸イットリウム(YPO4:Cl)のうち、少なくともいずれかを含むことを特徴とする請求項2ないし5のいずれか記載のX線イメージ管。 - 前記主発光成分が赤色または緑色もしくは青色成分である蛍光体に用いられる付活剤の濃度は、好ましくは、0.4ないし2.2(モル%)であることを特徴とする請求項2ないし5のいずれか記載のX線イメージ管。
- 前記主発光成分が赤色または緑色もしくは青色成分である蛍光体に用いられる付活剤の濃度は、好ましくは、0.6ないし1.6(モル%)であることを特徴とする請求項9記載のX線イメージ管。
- 前記主発光成分が赤色または緑色もしくは青色成分である蛍光体の径は、好ましくは、0.7μmないし1.5μmであることを特徴とする請求項2ないし10のいずれか記載のX線イメージ管。
- 前記主発光成分が赤色または緑色もしくは青色成分である蛍光体の径は、好ましくは、0.9μmないし1.2μmであることを特徴とする請求項11記載のX線イメージ管。
- 出力蛍光面から発光されたX線の強度に従い異なる色を撮像する撮像手段を具備したことを特徴とする請求項1ないし12のいずれか記載のX線イメージ管を有するX線イメージ管装置。
- 撮像手段は、平面型の半導体検出器であることを特徴とする請求項13記載のX線イメージ管装置。
- 被検体にX線を照射するX線源と、この被検体を透過したX線が照射される請求項1ないし12のいずれか記載のX線イメージ管と、
このX線イメージ管の出力窓から発光されたX線の強度に従い異なる色を撮像する撮像手段と、
を具備したことを特徴とするX線装置。 - 真空容器の一端に位置された入力窓を介して入力されるX線を真空容器内でX線−光変換して得られる光を光−電子変換して得られる電子線が衝突されることにより、入力X線の強度に対応した強度に応じて異なる色の光を得るマルチカラー発光体が出力側に設けられているX線イメージ管において、
マルチカラー発光体は、真空容器内で増幅された電子線が衝突可能な位置に設けられ、増幅された電子線の強度に対応する少なくとも2以上の色の光を出力可能で、それぞれの色を区分する要件が、X線透過量またはX線吸収量であり、そのレンジが概ね1000倍であることを特徴とするX線イメージ管およびそのX線イメージ管を有するX線装置。
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