WO2011027390A1 - 放射線撮影装置および画像の取得方法 - Google Patents

Abstract

　本発明は、補償フィルタ５を有する構成であっても、簡便かつ正確に直接放射線を推定し、コントラストが良好なＸ線透視画像ｐまたは断層画像が取得できる放射線撮影装置を提供することを目的とする。本発明は、被検体Ｍに入射する直接放射線の線量と、被検体Ｍから出射する直接放射線の線量とから直接放射線の減弱率を求める直接線減弱率取得部１２を備えている。本発明は、補償フィルタ５で生じた１次間接放射線が被検体Ｍを通過することで減少する割合である、１次間接線減弱率が直接線減弱率と等しいものとして直接線減弱率を求める。この様にすることにより、従来のように複雑な演算を行わずによりＸ線透視画像ｐまたは断層画像の取得が簡便なＸ線撮影装置１またはＸ線撮影装置３７が提供できる。

Description

放射線撮影装置および画像の取得方法

　この発明は、放射線を照射することで被検体の透視画像を取得する放射線撮影装置および画像の取得方法に関し、特に、被検体に照射する前の放射線に強弱をつける補償フィルタを備えた放射線撮影装置および画像の取得方法に関する。

　医療機関には、被検体の透視画像を取得する放射線撮影装置が配備されている。従来の放射線撮影装置の構成について説明する。従来の放射線撮影装置５１は、図１２（ａ）に示すように被検体Ｍを載置する天板５２と、放射線を照射する放射線源５３と、放射線を検出する検出器５４とを備えている。

　放射線源５３から放射線が照射すると、放射線ビームＢが被検体Ｍを透過して検出器５４に入射する。検出器５４が出力する検出信号は、放射線透視画像に組み立てられる。

　放射線源５３から放射される放射線の線量は、放射線ビームＢに亘って一様である。したがって、被検体Ｍを天板５２に載置しない状態で画像を取得したとすると、得られた画像の画素値は画像全域に亘って略一様となる。しかしながら、この状態で被検体Ｍの透視像を生成しようとすると、取得される放射線透視画像Ｐは、その中心部における放射線の線量が不足し、図１２（ｂ）のように、被検体Ｍの中央部を暗く写しこむ。被検体Ｍの厚さは、体軸方向の中心部が一番厚く、そこから周縁に向かうにしたがって次第に薄くなっており、被検体Ｍの中心部は、周縁部と比べて、放射線ビームＢが透過し難いからである。

　この様な検出器５４の部分的な露光ムラを防ぐ目的で、放射線源５３には、補償フィルタ５５が設けられている。補償フィルタ５５を透過した放射線ビームＢは、その体軸方向の中央部ｃの放射線の線量は周縁部ｓと比べて強いものとなっている（特許文献１参照）。
米国特許明細書　第５，６６６，３９１号

　しかしながら、従来の構成によれば、次のような問題点がある。すなわち、放射線が補償フィルタ５５を通過するときに、進行方向が変更された散乱放射線が発生し、これが放射線透視画像の視認性を悪化させてしまう。放射線源５３から照射された放射線は、補償フィルタ５５を透過して、検出器５４に向かう。この際、補償フィルタ５５を構成する電子に当たって進行方向が変更した放射線が発生する。これを散乱放射線と呼び、放射線透視画像のコントラストを悪化させる要因となる。特に、より多くの散乱線が発生するコーンビーム撮像の場合にこの様な問題が顕著となる。

　この散乱放射線は、放射線ビームＢが被検体Ｍを透過するときにも生じる。従来より、検出器５４が検出した放射線を直接放射線（散乱せずに検出器５４に到達した放射線）と散乱放射線の和であるものとして、推定演算を行い、直接放射線の強度を算出して、これを基に放射線透視画像を取得する構成のものがある。直接放射線のみで放射線透視画像を取得すれば画像のコントラストは良好なものとなる。

　この様な直接放射線の強度の推定を行う際に、補償フィルタ５５から生じた間接放射線が邪魔となる。すなわち、上述の推定方法では、間接放射線は被検体Ｍによって生じることを前提に行われる。したがって、間接放射線が補償フィルタ５５と被検体Ｍとの２箇所で発生する構成に従来の推定方法を適応したのみでは、正確な直接放射線の推定はできない。

　そこで、補償フィルタ５５の間接放射線の影響を除く方法として補償フィルタ５５透過後の直接放射線を予め求めておく手法がある。直接放射線を推定しようとする場合、図１３のようにスリットＳを用いて、検出器５４を構成する各検出素子ｅの１つに向けて直接放射線のみを照射し、これの強度を求めておく方法である。この方法によればスリットＳを動かしながら全ての検出素子ｅについて直接放射線を逐次求めていくことになり、大変な労力を有する上、スリットＳを精度よく移動させなければならない。しかも、撮影に合わせて補償フィルタ５５が交換されたり、放射線源５３の照射するＸ線のエネルギーが変更されたり、放射線源５３と検出器５４との距離が変更されたりすると、補償フィルタ５５の放射線の散乱の仕方は違ってくる。したがって、撮影条件が変更されるたびにスリットＳを用いて直接放射線を測定しなければならなくなり、スリットＳを用いる方法は現実的な解決方法とはいえない。

　ところで、従来の直接放射線の推定方法においては、検出器５４で検出された放射線を物体で散乱された間接放射線と、散乱されなかった直接放射線に分離することができるのであるから、被検体Ｍを天板５２に載置しない状態で撮影（エアー撮影）を行い、予め直接放射線を推定しておく方法が考えられる。エアー撮影で補償フィルタ５５を透過する直接放射線を推定しておき、今度は、被検体Ｍを天板５２に載置して再び撮影を行えば、被検体Ｍを透過した直接放射線を推定できる。しかし、この方法では、いったん補償フィルタ５５を透過した直接放射線を求め、このうちのどの程度が被検体Ｍで散乱したかを求めるという二段階の演算を行う必要があり、演算の終了までに時間を要する。すなわち、エアー撮影について散乱放射線の推定演算を行った後、被検体Ｍを天板５２に載置した状態での散乱放射線の推定演算を行うことになり、演算に手間がかかる。

　本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、補償フィルタを有する構成であっても、簡便かつ正確に直接放射線を推定し、コントラストが良好な放射線透視画像や断層画像が取得できる放射線撮影装置を提供することにある。

　本発明は、この様な課題を解決するために次のような構成をとる。
　すなわち、本発明に係る放射線撮影装置は、放射線を照射する放射線源と、放射線源に配設されるとともに放射線の線量を調節する補償フィルタと、補償フィルタを透過した放射線を検出して検出データを出力する検出手段と、（Ａ）放射線源と検出手段との間に被検体を介在させないで取得される検出データであるエアーデータを記憶するエアーデータ記憶手段と、（Ｂ）放射線源と検出手段との間に被検体を介在させて取得される検出データである被検体データを記憶する被検体データ記憶手段と、（Ｃ）被検体データを基に、被検体で生じた間接放射線である２次間接放射線が検出手段に入射した線量を推定する２次間接線推定手段と、（Ｄ）エアーデータ、被検体データ、および推定された２次間接放射線の線量を基に補償フィルタから出射した直接放射線が被検体を通過することで減少した割合である直接線減弱率を求める直接線減弱率取得手段と、（Ｅ）直接線減弱率を基に被検体の像が写りこんだ画像を生成する画像生成手段を備え、直接線減弱率取得手段は、補償フィルタで生じた間接放射線である１次間接放射線が被検体を通過することで減少した割合を表す１次間接線減弱率が直接線減弱率と等しいものとして直接線減弱率を取得することを特徴とするものである。

　［作用・効果］本発明は、被検体に入射する直接放射線の線量と、被検体から出射する直接放射線の線量とから直接放射線の減弱率を求める直接線減弱率取得手段を備えている。直接線減弱率が求まってしまえば、間接放射線に影響されないコントラストの好適な放射線透視画像や断層画像が取得できる。しかしながら、本発明の放射線撮影装置は、放射線の線量を調節する補償フィルタを備えており、これが直接線減弱率の取得を困難にしている。本発明は、この困難を次の様に解決する。

　補償フィルタにより生じた１次間接放射線は、被検体で減弱して検出手段に入射する。直接線減弱率を求める際に、この減弱した１次間接放射線をどのように求めるかが重要となる。本発明は、１次間接放射線が被検体を通過（透過）することで減少する割合である１次間接線減弱率が直接線減弱率と等しいものとして直接線減弱率を求める。１次間接放射線は、コンプトン散乱によって進行方向とエネルギーがわずかに変更された放射線である。ということは、これが被検体で減弱する挙動は、直接放射線が減弱する挙動と同様であると見なせるのである。このように、１次間接線減弱率と直接線減弱率とが等しいものであることにすることにより、従来のように複雑な演算を行わずして、直接放射線がどの位被検体から透過してきたのかを知ることができるので、より放射線透視画像や断層画像の取得が簡便な放射線撮影装置が提供できる。

　また、上述の直接線減弱率取得手段は、被検体データが示す放射線強度より推定された２次間接放射線強度を引いた値からエアーデータが示す放射線強度を除算することで、直接線減弱率を求めればより望ましい。

　［作用・効果］上述の構成は、直接線減弱率取得手段が行う具体的な演算様式を示したものである。直接線減弱率は、上述のような単純な演算で求めることができる。

　また、補償フィルタは、前記放射線源から着脱可能となっていればより望ましい。

　また、上述の構成に代えて、補償フィルタには、互いの相対位置が変更可能な複数の部分が備えられており、複数の部分を移動させる補償フィルタ移動手段と、補償フィルタ移動手段を制御する補償フィルタ制御手段とを更に備える構成とすることもできる。

　［作用・効果］上述の構成によれば、補償フィルタが撮影の目的に合わせて自由に変更できる構成となっている。しかも、補償フィルタが取り替えられたり、補償フィルタの形状が変更されたりしたとしても、エアー撮影をいったん行ってしまえば、確実に直接線減弱率を取得することができるのである。

　また、上述の放射線源と検出手段とを支持する支持体と、支持体を回転させる回転手段と、回転手段を制御する回転制御手段と、画像生成手段は、支持体が回転されながら取得された一連の直接線減弱率を基に断層画像を生成すればより望ましい。

　［作用・効果］上述の構成は、被検体の断層画像を取得することができる構成を示している。すなわち、上述の構成によれば、支持体が回転されながら一連の直接線減弱率が取得される。そして、断層画像生成手段は、一連の直接線減弱率を基に断層画像を生成する。これにより、コントラストが良好な断層画像が取得できる放射線撮影装置が提供できる。

　また、本発明に記載の画像の取得方法は、放射線を照射する放射線源と、放射線源に配設されるとともに放射線の線量を調節する補償フィルタと、補償フィルタを透過した放射線を検出して検出データを出力する検出手段とを備えた放射線撮影装置で取得された検出データを用いて画像を取得する方法において、（ａ）放射線源と検出手段との間に被検体を介在させないで取得される検出データであるエアーデータを取得するエアーデータ取得ステップと、（ｂ）放射線源と検出手段との間に被検体を介在させて取得される検出データである被検体データを取得する被検体データ取得ステップと、（ｃ）被検体データを基に、被検体で生じた間接放射線である２次間接放射線が検出手段に入射した線量を推定する２次間接線推定ステップと、（ｄ）エアーデータ、被検体データ、および推定された２次間接放射線の線量を基に補償フィルタから出射した直接放射線が被検体を通過することで減少した割合である直接線減弱率を求める直接線減弱率取得ステップと、（ｅ）直接線減弱率を基に被検体の像が写りこんだ画像を取得する画像生成ステップとを備え、直接線減弱率取得ステップにおいて、補償フィルタで生じた間接放射線である１次間接放射線が被検体を通過することで減少した割合を表す１次間接線減弱率が直接線減弱率と等しいものとして直接線減弱率が取得されることを特徴とするものである。

　［作用・効果］本発明は、被検体に入射する直接放射線の線量と、被検体から出射する直接放射線の線量とから直接放射線の減弱率を求める直接線減弱率取得ステップを備えている。直接線減弱率が求まってしまえば、間接放射線に影響されないコントラストの好適な放射線透視画像や断層画像が取得できる。しかしながら、本発明の画像の取得方法は、放射線の線量を調節する補償フィルタの影響により、直接線減弱率の取得が困難となっている。そこで、本発明は、１次間接放射線が被検体を通過することで減少する割合である１次間接放射線が被検体で減弱する挙動は、直接放射線が減弱する挙動と同様であると見なして、１次間接線減弱率が直接線減弱率と等しいものとして直接線減弱率を求める。この様にすることにより、従来のように複雑な演算を行わずして、直接線がどの位被検体から透過してきたのかを知ることができるので、より放射線透視画像や断層画像の取得が簡便な画像の取得方法を提供できる。

　また、上述の直接線減弱率取得ステップにおいて、被検体データが示す放射線強度より推定された２次間接放射線強度を引いた値からエアーデータが示す放射線強度を除算することで、直接線減弱率が求められればより望ましい。

　［作用・効果］上述の構成は、直接線減弱率取得ステップで行われる具体的な演算様式を示したものである。直接線減弱率は、上述のような単純な演算で求めることができる。

　本発明は、被検体に入射する直接放射線の線量と、被検体から出射する直接放射線の線量とから直接放射線の減弱率を求める直接線減弱率取得手段を備えている。直接線減弱率が求まってしまえば、間接放射線に影響されないコントラストの好適な放射線透視画像や断層画像が取得できる。しかしながら、本発明の放射線撮影装置は、放射線の線量を調節する補償フィルタを備えており、これが直接線減弱率の取得を困難にしている。そこで、本発明は、１次間接放射線が被検体を通過することで減少する割合である１次間接放射線が被検体で減弱する挙動は、直接放射線が減弱する挙動と同様であると見なして、１次間接線減弱率が直接線減弱率と等しいものとして直接線減弱率を求める。この様にすることにより、従来のように複雑な演算を行わずして、直接線がどの位被検体から透過してきたのかを知ることができるので、より放射線透視画像や断層画像の取得が簡便な放射線撮影装置が提供できる。

実施例１に係るＸ線撮影装置の構成を説明する機能ブロック図である。 実施例１に係る補償フィルタの構成を説明する斜視図である。 実施例１に係る補償フィルタの構成を説明する模式図である。 実施例１に係るＸ線透視画像を取得する動作を説明するフローチャートである。 実施例１に係る２次間接線推定部の構成を説明する模式図である。 実施例１に係る２次間接線推定部の構成を説明する模式図である。 実施例１に係る２次間接線推定部の構成を説明する模式図である。 実施例１に係る２次間接線推定部の構成を説明する模式図である。 実施例１に係る２次間接線推定部の構成を説明する模式図である。 実施例１に係る直接線減弱率取得部の構成を説明する模式図である。 実施例２に係るＸ線撮影装置の構成を説明する機能ブロック図である。 従来構成に係る放射線撮影装置の構成を説明する模式図である。 従来構成に係る放射線撮影装置の構成を説明する模式図である。

Ａ     直接放射線源弱率
Ｄ１   エアーデータ
Ｄ２   被検体データ
Ｓ１   １次間接放射線
Ｓ２   ２次間接放射線
３     Ｘ線管（放射線源）
４     ＦＰＤ（検出手段）
５     補償フィルタ
１１   ２次間接線推定部（２次間接線推定手段）
１２   直接線減弱率取得部（直接線減弱率取得手段）
１３   透視画像生成部（画像生成手段）
４１   ＣＴ画像生成部（画像生成手段）
２１   エアーデータ記憶部（エアーデータ記憶手段）
２２   被検体データ記憶部（被検体データ記憶手段）

　以降、本発明を実施する最良の形態について説明する。なお、後段におけるＸ線は、本発明の放射線に相当する。

　＜装置の構成＞
　実施例１におけるＸ線撮影装置１の構成について説明する。実施例１に係るＸ線撮影装置１は、図１に示すように、被検体Ｍを載置する天板２と、天板２の上側に設けられた天板２に向けてＸ線ビームＢを照射するＸ線管３と、天板２の下に設けられたＸ線を検出するフラット・パネル・ディテクタ（ＦＰＤ）４と、Ｘ線管３を制御するＸ線管制御部６とを備えている。Ｘ線管は、本発明の放射線源に相当し、ＦＰＤは、本発明の検出手段に相当する。

　ＦＰＤ４には、Ｘ線を検出する検出素子が２次元マトリックス状に配列され、Ｘ線を入射させる入射面が構成されている。検出素子は、例えば、１，０２４×１，０２４の縦横に配列されている。

　Ｘ線管３には、Ｘ線ビームＢの放射線強度に所定の分布を持たせる補償フィルタ５が設けられている。Ｘ線管３を出射した放射線は、補償フィルタ５を透過して、ＦＰＤ４へと向かう。補償フィルタ５は、図２に示すように、Ｘ線が透過する方向に肉厚な肉厚部が備えられている。この肉厚部は、被検体Ｍの体軸方向、およびＸ線管３からＦＰＤ４に向かう方向のいずれにも直交するＳ方向の両端に備えられている。補償フィルタ５は、肉厚部から、もう一方の肉厚部に向かうにしたがって次第に薄くなっており、２つの肉厚部の中間に位置する領域が最も肉薄の肉薄部となっている。肉厚部に入射したＸ線は、肉薄部に入射したＸ線より多く補償フィルタ５に吸収される。なお、以下の説明において、特にことわりの無い場合、Ｘ線ビームＢとは、補償フィルタ５を透過済みのＸ線を言う。

　補償フィルタ５から出射したＸ線ビームＢの線量は、部分的な偏りが生じている。すなわち、Ｘ線ビームＢは、Ｓ方向の両端に向かうにしたがって線量が少なくなっている。この様なＸ線ビームＢが被検体Ｍを透過しようとすると、被検体ＭにおけるＳ方向の中央部においては、より多くのＸ線が吸収される。Ｘ線の照射方向について被検体Ｍがより肉厚となっているからである。一方、被検体ＭにおけるＳ方向の両端部においては、被検体ＭがＸ線の照射方向についてより肉薄となっているので、より少ないＸ線が吸収される。つまり、Ｘ線ビームＢの線量の偏りと、被検体ＭにおけるＸ線の吸収の偏りとの相殺が起きて、Ｘ線の強度の部分的な偏りが失なわれ、Ｘ線は一様にＦＰＤ４に入射することになる。

　なお、Ｘ線管３に配設されている補償フィルタ５は、Ｘ線管３から着脱可能となっている。これにより、撮影に適した補償フィルタ５を選択して、Ｘ線管３に取り付けることができる。

　また、図１に示すように、実施例１に係るＸ線撮影装置１は、補償フィルタ５を構成する部分を移動させる補償フィルタ移動機構１５と、これを制御する補償フィルタ移動制御部１６とを備えている。補償フィルタ５は、図３（ａ）に示すように肉薄部の中央で２つの部分５ａに分かれており、互いの相対位置が変更可能となっている。すなわち、補償フィルタ１５は、Ｓ方向に部分５ａの各々を移動させて、図３に（ｂ）に示すように、両部分５ａをＳ方向に離間させることもできる。また、逆に図３（ｃ）に示すように、両部分５ａをＳ方向に近づけて、互いが重なり合うようにすることもできる。また、図３（ｄ）に示すように肉薄部をＸ線管３から遠ざけるように両部分５ａを傾斜させることもできる。補償フィルタ移動機構１５は、本発明の補償フィルタ移動手段に、補償フィルタ移動制御部１６は、本発明の補償フィルタ制御手段に相当する。

　Ｘ線撮影装置１は、各データを記憶するデータ記憶部２０を備えている。データ記憶部２０は、エアーデータＤ１を記憶するエアーデータ記憶部２１と、被検体データＤ２を記憶する被検体データ記憶部２２と、間接Ｘ線の広がりを示す分布様式Ｆを記憶する分布様式記憶部２３と、分布様式Ｆと放射線強度が関連したルックアップテーブルＴを記憶するルックアップテーブル記憶部２４を備えている。被検体データ記憶部は、本発明の被検体データ記憶手段に相当し、エアーデータ記憶部は、本発明のエアーデータ記憶手段に相当する。

　また、Ｘ線撮影装置１は、術者の指示を入力させる操作卓３２と、Ｘ線透視画像ｐを表示させる表示部３３とを有している。そして、Ｘ線撮影装置１は、各部６，１１，１２，１３，１６を統括的に制御する主制御部３１を備えている。主制御部３１は、ＣＰＵによって構成され、種々のプログラムを実行することにより、各部を実現している。また、上述の各部は、それらを担当する演算装置に分割されて実行されてもよい。

　＜動作の説明＞
　この様な構成のＸ線撮影装置１の動作について説明する。実施例１に係るＸ線撮影装置１がＸ透視画像を取得する動作は、図４に示すように、Ｘ線管３とＦＰＤ４との間に被検体（被検体）を介在させないエアー撮影を行いエアーデータＤ１を取得するエアーデータ取得ステップＴ１と、Ｘ線管３とＦＰＤ４との間に被検体を介在させた被検体撮影を行い被検体データＤ２を取得する被検体データ取得ステップＴ２と、被検体データＤ２を基に、２次間接Ｘ線Ｓ２がＦＰＤ４に入射した線量を推定する２次間接線推定ステップＴ３と、エアーデータＤ１，被検体データＤ２，および推定された２次間接Ｘ線Ｓ２を基に直接線減弱率Ａを求める直接線減弱率取得ステップＴ４と、直接線減弱率を基に被検体Ｍの透視像が写りこんだＸ線透視画像を取得する画像生成ステップＴ５とを備えている。以降、これらの各ステップを順に説明する。

　＜エアーデータ取得ステップＴ１＞
　まず、被検体Ｍを天板２に載置しない状態で、Ｘ線照射を行い、このときＦＰＤ４が出力する検出データをエアーデータ記憶部２１に記憶させる。エアーデータ記憶部２１に記憶されるデータは、ＦＰＤ４に入射した直接放射線と、間接放射線とが合計されたものである。このときの間接放射線は、補償フィルタ５で生じたものであり、１次間接Ｘ線Ｓ１と呼ぶことにする。エアーデータＤ１が示すＸ線強度をＧａｉｒとすると、次の様な関係がある。
　Ｇａｉｒ＝Ｐ１＋Ｓ１……（１）

　ここでＰ１は、エアー撮影において補償フィルタ５を透過してＦＰＤ４に入射した直接放射線を意味している。なお、このエアー撮影ステップＴ１は、撮影条件が変更されない限り、前回のエアーデータＤ１を使用することができる。この場合は、本ステップはスキップされる。

　＜被検体データ取得ステップＴ２＞
　次に、被検体Ｍを天板２に載置して、Ｘ線照射を行い、このときＦＰＤ４が出力する検出データを被検体データ記憶部２２に記憶させる。この被検体データＤ２が示すＸ線強度Ｇｏｂｊには、ＦＰＤ４に入射した直接Ｘ線Ｐ２と、被検体で生じた間接Ｘ線である２次間接Ｘ線Ｓ２とが含まれているとともに、１次間接Ｘ線Ｓ１の一部も含まれている。１次間接Ｘ線Ｓ１が何故一部であるかというと、補償フィルタ５で生じた１次間接Ｘ線Ｓ１は、被検体に入射して吸収されるので、ＦＰＤ４に到達するまでに線量が減少するからである。したがって、次の様な関係が成り立つ。
　Ｇｏｂｊ＝Ｐ２＋Ｓ２＋ｗ（Ｓ１）……（２）

　ここで、ｗ（Ｓ１）は、被検体Ｍを透過することで線量が減少した１次間接Ｘ線Ｓ１を意味している。

　＜２次間接線推定ステップＴ３＞
　被検体データＤ２は、２次間接線推定部１１に出力される。ここで２次間接Ｘ線Ｓ２が推定される。２次間接線推定部１１の動作について説明する。図５に示すようにＦＰＤ４には、検出素子ｅ０を起点として、図面の右側（後段側）に奇数番の検出素子ｅ１～ｅ９が順番に並んでおり、検出素子ｅ０を起点として、図面の左側（前段側）に偶数番の検出素子ｅ２～ｅ８が順番に並んでいるものとする。この検出素子ｅ０に所定の強さの直接Ｘ線が入力されたとすると、間接放射線Ｓは、図５に示すように検出素子ｅ０～ｅ９の間において、ある程度の広がりを持って現れる。２次間接線推定部は、本発明の２次間接線推定手段に相当する。

　分布様式記憶部２３には、図６の右側に示すような複数の間接放射線Ｓの分布状況が記憶されている。この１つ１つが分布様式Ｆである。分布様式記憶部２３には例えば３つの分布様式Ｆが記憶されているものとする。

　ルックアップテーブル記憶部２４には、ルックアップテーブルＴが記憶されている。これは、検出素子ｅ０が検出した直接Ｘ線Ｐの強度と、分布様式Ｓａ～Ｓｃとが関連付けられている。すなわち、直接Ｘ線Ｐが図６の左側に示すＰａ，Ｐｂ，Ｐｃが示す強度であったとき、間接Ｘ線の分布様式Ｆは、Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃの各々であるものとして対応づけられているのである。図５における検出素子ｅ０の直接Ｘ線の強度が図６におけるＰｃであったとすると、このときの間接Ｘ線分布様式ＦはＳｃのようになっている。

　そして、図７の上段のように検出素子ｅ０～ｅ９について直接Ｘ線Ｐが判明しているものとする。そうすれば、間接放射線の強度が推定できる。すなわち、間接Ｘ線Ｓは、それぞれの検出素子ｅ０～ｅ９について広がりを持って存在している。間接Ｘ線の分布様式Ｆは、図７の中段のように、隣接する検出素子まで広がっているので、分布様式Ｆは、検出素子を跨いで互いに重なり合っている。したがって、検出素子ｅ０における間接Ｘ線の強度は、検出素子ｅ０～ｅ９の間接Ｘ線の分布様式Ｆを足し合わせることで求められる。この様にして、図７の下段のように、それぞれの検出素子ｅ０～ｅ９についての間接放射線の強度が求められるのである。

　以上のような説明から、間接放射線の強度を取得するには、それぞれの検出素子ｅ０～ｅ９についての直接Ｘ線Ｐが求められている必要があることになる。しかし、この直接Ｘ線Ｐに代わって、直接Ｘ線と間接Ｘ線が合計された被検体データＤ２を用いることができる。この様な事情があるので、２次間接線推定部１１は、次のような操作を行う。すなわち、２次間接線推定部１１は、被検体データＤ２における検出素子のそれぞれについてのＸ線強度を参照して、これに対応する間接Ｘ線の分布様式ＦをルックアップテーブルＴを基に認識する。そして、２次間接線推定部１１は、検出素子それぞれについての分布様式Ｆを分布様式記憶部２３から読み出して、これらを足し合わせて、２次間接Ｘ線の推定値ｅｓｔＳ２を求めるのである。

　このように、被検体データＤ２を利用しても正確に２次間接Ｘ線Ｓ２を推定することができることは次のような事実で保障されている。図８，および図９は、間接Ｘ線の推定値をモンテカルロシミュレーションによって求めたものである。各図における横軸は、検出素子の配列を意味している。つまり、本シミュレーションでは、３００個の検出素子が１列に配列しているものとして間接Ｘ線を推定している。

　図８は、直接Ｘ線を用いて分布様式Ｆを選択し、これを足し合わせることで２次間接Ｘ線の推定値を取得するシミュレーション結果である。そして、図９は、各検出素子が出力したＸ線強度を用いて分布様式Ｆを選択し、これを足し合わせることで２次間接Ｘ線の推定値を取得するシミュレーション結果である。図８と図９とのグラフ形は、酷似していることが分かる。このように、各検出素子が出力したＸ線強度さえ分かれば、間接Ｘ線を推定することができる。各検出素子が出力したＸ線強度は、被検体データＤ２における検出素子のそれぞれについてのＸ線強度に相当するのであるから、２次間接線推定部１１は、被検体データＤ２を基に２次間接Ｘ線Ｓ２を推定して、推定値ｅｓｔＳ２を求めることができる。

　＜直接線減弱率取得ステップＴ４＞
　２次間接Ｘ線の推定値ｅｓｔＳ２は、直接線減弱率取得部１２に送出される。直接線減弱率取得部は、本発明の直接線減弱率取得手段に相当する。この直接線減弱率取得部１２の動作について説明する前に、Ｘ線の減弱率について説明する。図１０に示すようにＸ線ｇが物体Ｑに入射してＸ線ｈが出射したとすると、減弱率は、ｈ／ｇである。つまり、減弱率は物体のＸ線の透過し易さの指標である。Ｘ線撮影装置１において、補償フィルタ５を出射した直接Ｘ線Ｐ１（式１参照）をＸ線ｇとし、被検体を透過してきた直接Ｘ線Ｐ２をＸ線ｈとして減弱率を求めたとする。このＰ２／Ｐ１なる値は、直接線の減弱率（直接線減弱率Ａ）であることになる。間接Ｘ線を省いて直接線のみの減弱率を求めることで、コントラストの高いＸ線透視画像ｐが取得できる。直接線減弱率Ａは、式２から、次の様に与えられる。
　Ａ＝（Ｇｏｂｊ－Ｓ２－ｗ（Ｓ１））／Ｐ１……（３）

　式３中、Ｇｏｂｊは、被検体データＤ２が示すＸ線強度であるので、実測可能である。Ｓ２は、上述の推定値ｅｓｔＳ２を用いる。したがって、ｗ（Ｓ１）とＰ１が分かれば、直接線減弱率Ａが求められる。

　ここで、本発明において最も特徴的な構成であるｗ（Ｓ１）の求め方について説明する。ｗ（Ｓ１）とは、補償フィルタ５で生じた１次間接Ｘ線Ｓ１が被検体を通過することで弱まったものである。このときの１次間接Ｘ線Ｓ１の減弱率（１次間接線減弱率）は、ｗ（Ｓ１）／Ｓ１で与えられることになる。

　１次間接Ｘ線Ｓ１は、コンプトン散乱により進行方向とエネルギーがわずかに乱されたＸ線である。したがって、その減弱に関する挙動は、基本的に直接Ｘ線と同様であることがモンテカルロシミュレーションによって実証されている。そこで、１次間接Ｘ線Ｓ１の減弱率が直接線減弱率Ａに等しいものとする。これを数式で表せば次の様になる。
　ｗ（Ｓ１）／Ｓ１＝Ａ……（４）

　式４を用いて式３からｗ（Ｓ１）を消去すると、次のようになる。
　Ａ＝（Ｇｏｂｊ－Ｓ２－Ａ・Ｓ１）／Ｐ１……（５）

　これを、Ａについて整理すると次の様になる。
　Ａ＝（Ｇｏｂｊ－Ｓ２）／（Ｐ１＋Ｓ１）……（６）

　式６における２次間接Ｘ線Ｓ２は、その代りに推定値ｅｓｔＳ２を用いることができる。そして、Ｐ１＋Ｓ１は、式１よりＧａｉｒに他ならない。したがって式６は、次の式で表すことができる。
　Ａ＝（Ｇｏｂｊ－ｅｓｔＳ２）／Ｇａｉｒ……（７）

　直接線減弱率取得部１２は、式７の関係を用いて、Ｇａｉｒ（エアーデータＤ１）、Ｇｏｂｊ（被検体データＤ２）、および推定値ｅｓｔＳ２から直接線減弱率Ａをそれぞれに検出素子について求める。これらは、全て、実測、推定が可能な数値である。こうして求められた直接線減弱率Ａは、透視画像生成部１３に送出される。透視画像生成部は、本発明の画像生成手段に相当する。

　＜画像生成ステップＴ５＞
　透視画像生成部１３は、検出素子の各々について求められている直接線減弱率Ａを適当な値で正規化して２次元的に配列することで被検体Ｍの透視像が写りこんだＸ線透視画像ｐを生成する。この様にして、実施例１に係るＸ線撮影装置１によるＸ線透視画像の取得は終了となる。

　以上のように、実施例１は、被検体Ｍに入射する直接Ｘ線Ｐ１の線量と、被検体Ｍから出射する直接Ｘ線Ｐ２の線量とから直接Ｘ線Ｐの減弱率を求める直接線減弱率取得部１２を備えている。直接線減弱率Ａが求まってしまえば、間接放射線Ｓに影響されないコントラストの好適なＸ線透視画像ｐが取得できる。しかしながら、実施例１のＸ線撮影装置１は、放射線の線量を調節する補償フィルタ５を備えており、これが直接線減弱率Ａの取得を困難にしている。実施例１の構成は、この困難を次の様に解決する。

　補償フィルタ５により生じた１次間接放射線Ｓ１は、被検体Ｍで減弱してＦＰＤ４に入射する。直接線減弱率Ａを求める際に、この減弱した１次間接放射線ｗ（Ｓ１）をどのように求めるかが重要となる。つまり、実施例１の構成は、１次間接放射線Ｓ１が被検体Ｍを通過（透過）することで減少する割合である１次間接線減弱率が直接線減弱率Ａと等しいものとして直接線減弱率Ａを求める。１次間接放射線Ｓ１は、コンプトン散乱によって進行方向とエネルギーがわずかに変更されたＸ線である。ということは、これが被検体Ｍで減弱する挙動は、直接Ｘ線Ｐが減弱する挙動と同様であると見なせるのである。１次間接線減弱率と直接線減弱率Ａとが等しいものであることにすることにより、従来のように複雑な演算を行わずして、直接Ｘ線がどの位被検体Ｍから透過してきたのかを知ることができるので、よりＸ線透視画像ｐの取得が簡便なＸ線撮影装置１が提供できる。すなわち、直接線減弱率Ａは、実施例１の式７ような単純な演算で求めることができる。

　また、実施例１の構成によれば、補償フィルタ５が撮影の目的に合わせて自由に変更できる構成となっている。しかも、補償フィルタ５が取り替えられたり、補償フィルタ５の形状が変更されたりしたとしても、エアー撮影をいったん行ってしまえば、確実に直接線減弱率Ａを取得することができるのである。

　次に、実施例２に係るＸ線撮影装置について説明する。実施例２に係るＸ線断層撮影装置３７は、実施例１の図１に示された各部に加えて、図１１に示すような各部を追加的に備えている。

　Ｘ線断層撮影装置３７には、Ｘ線を被検体に向けて照射するＸ線管３と、被検体を透過してきたＦＰＤ（フラット・パネル・ディテクタ）４と、Ｘ線管３とＦＰＤ４とを支持する支持体４７とが備えられている。支持体４７はＣ型となっており、被検体Ｍの体軸Ａ周りに回転自在となっている。この支持体４７の回転は、例えばモータのような動力発生手段と、例えば歯車のような動力伝達手段とから構成される回転機構３９が実行する。また、回転制御部４０は、この回転機構３９を制御するものである。支持体は、本発明の支持手段に相当する。回転機構は、本発明の回転手段に相当し、回転制御部は、本発明の回転制御手段に相当する。

　ＣＴ画像生成部４１は、図１における直接線減弱率取得部１２から出力されたＸ線検出データを基に、被検体ＭのＸ線断層画像を生成するものである。ＣＴ画像生成部は、本発明の画像生成手段に相当する。もちろん、実施例２においても、直接線減弱率取得部１２からＸ線検出データを透視画像生成部１３に送出することにより、実施例１で説明した被検体の像を生成することもできる。

　主制御部３１は、各種のプログラムを実行することにより、実施例１に係る各部の他、回転制御部４０，ＣＴ画像生成部４１とを実現している。なお、上述の各部はそれらを担当する制御装置に分割されて実現されてもよい。

　Ｘ線透視画像の取得方法について説明する。Ｘ線管３とＦＰＤ４とは、互いの相対位置を保った状態でｚ軸周りに回転する。このときＸ線管３は間欠的にＸ線を被検体Ｍに向けて照射し、その度ごとに、直接線減弱率取得部１２は、直接線減弱率Ａを求める。直接線減弱率取得部１２には、ＦＰＤ４より検出素子の位置情報が送られてきている。直接線減弱率取得部１２は、直接線減弱率ＡがＦＰＤ４のどの位置に由来するものであるかを知ることができる。また、直接線減弱率取得部１２は、Ｘ線管３，ＦＰＤ４が回転するときの傾斜角度を示す傾斜情報を回転制御部４０より取得する。直接線減弱率Ａは、直接線減弱率取得部１２によってＦＰＤ４における位置情報と傾斜情報とが関連付けられてＣＴ画像生成部４１に送出される。ＣＴ画像生成部４０は、直接線減弱率Ａのデータ群を既存のバック・プロジェクション法を用いて単一の断層画像に組み立てる。

　なお、直接線減弱率Ａを求める際、エアーデータと被検体データとが取得される。このときに、補償フィルタ移動制御部１６は、Ｘ線管３の回転に合わせて補償フィルタ５の部分５ａ（図３参照）の相対位置を変更させる。Ｘ線管３から出射されるＸ線ビームが被検体を通過する厚さ、および被検体がＸ線ビームを遮る領域の形状は、Ｘ線管３の傾斜角度の変更に応じて変化を続ける。部分５ａの相対位置は、この変化に応じて変更されるのである。なお、補償フィルタ移動制御部１６は、エアーデータを取得する際には、被検体データを取得する時と同様な移動様式で部分５ａの相対位置を変更させる。

　実施例２の構成によれば、Ｘ線管３の傾斜角度の変更によって補償フィルタ５の形状が異なる。したがって、従来の構成で断層画像を取得しようとすると、まず被検体を天板２に載置しない状態で直接放射線を推定しなければならない。Ｘ線管３がＸ線を照射するにつき、補償フィルタ５の形状が異なるので、直接Ｘ線の推定を全てのＸ線照射について行わなければならない。しかし、実施例２の構成によれば、この様な演算は必要ないので、演算効率が大幅に改善されたＸ線断層撮影装置３７が提供できる。

　以上のように、実施例２の構成によれば、被検体Ｍの断層画像を取得することができる。すなわち、支持体４７が回転されながら直接線減弱率Ａが取得される。そして、ＣＴ画像生成部４１は、これを基に断層画像を生成する。これにより、コントラストが良好な断層画像が取得できるＸ線断層撮影装置３７が提供できる。

　本発明の構成は上述の各実施例に限られることなく、下記のように変形実施できる。

　（１）上述した各実施例は、医用の装置であったが、本発明は、工業用や、原子力用の装置に適用することもできる。

　（２）上述した各実施例のいうＸ線は、本発明における放射線の一例である。したがって、本発明は、Ｘ線以外の放射線（例えばγ線）にも適応できる。

　（３）上述した各実施例において、エアーデータ取得ステップＴ１の後に被検体データ取得ステップＴ２を行う構成となっていたが、これを逆の構成とすることもできる。

　以上のように本発明は医用分野に適している。

Claims (7)

1. 　放射線を照射する放射線源と、
   　前記放射線源に配設されるとともに放射線の線量を調節する補償フィルタと、
   　前記補償フィルタを透過した放射線を検出して検出データを出力する検出手段と、
   　（Ａ）前記放射線源と前記検出手段との間に前記被検体を介在させないで取得される検出データであるエアーデータを記憶するエアーデータ記憶手段と、
   　（Ｂ）前記放射線源と前記検出手段との間に前記被検体を介在させて取得される検出データである被検体データを記憶する被検体データ記憶手段と、
   　（Ｃ）前記被検体データを基に、前記被検体で生じた間接放射線である２次間接放射線が前記検出手段に入射した線量を推定する２次間接線推定手段と、
   　（Ｄ）前記エアーデータ、前記被検体データ、および推定された２次間接放射線の線量を基に前記補償フィルタから出射した直接放射線が前記被検体を通過することで減少した割合である直接線減弱率を求める直接線減弱率取得手段と、
   　（Ｅ）前記直接線減弱率を基に被検体の像が写りこんだ画像を生成する画像生成手段を備え、
   　前記直接線減弱率取得手段は、前記補償フィルタで生じた間接放射線である１次間接放射線が前記被検体を通過することで減少した割合を表す１次間接線減弱率が前記直接線減弱率と等しいものとして前記直接線減弱率を取得することを特徴とする放射線撮影装置。
2. 　請求項１に記載の放射線撮影装置において、
   　前記直接線減弱率取得手段は、前記被検体データが示す放射線強度より推定された２次間接放射線強度を引いた値から前記エアーデータが示す放射線強度を除算することで、前記直接線減弱率を求めることを特徴とする放射線撮影装置。
3. 　請求項１または請求項２に記載の放射線撮影装置において、
   　前記補償フィルタは、前記放射線源から着脱可能となっていることを特徴とする放射線撮影装置。
4. 　請求項１または請求項２に記載の放射線撮影装置において、
   　前記補償フィルタには、互いの相対位置が変更可能な複数の部分が備えられており、
   　前記複数の部分を移動させる補償フィルタ移動手段と、
   　前記補償フィルタ移動手段を制御する補償フィルタ制御手段とを更に備えていることを特徴とする放射線撮影装置。
5. 　請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の放射線撮影装置において、
   　放射線源と検出手段とを支持する支持体と、
   　前記支持体を回転させる回転手段と、
   　前記回転手段を制御する回転制御手段と、
   　前記画像生成手段は、前記支持体が回転されながら取得された直接線減弱率を基に一連の断層画像を生成することを特徴とする放射線撮影装置。
6. 　放射線を照射する放射線源と、前記放射線源に配設されるとともに放射線の線量を調節する補償フィルタと、前記補償フィルタを透過した放射線を検出して検出データを出力する検出手段とを備えた放射線撮影装置で取得された前記検出データを用いて画像を取得する方法において、
   　（ａ）前記放射線源と前記検出手段との間に前記被検体を介在させないで取得される検出データであるエアーデータを取得するエアーデータ取得ステップと、
   　（ｂ）前記放射線源と前記検出手段との間に前記被検体を介在させて取得される検出データである被検体データを取得する被検体データ取得ステップと、
   　（ｃ）前記被検体データを基に、前記被検体で生じた間接放射線である２次間接放射線が前記検出手段に入射した線量を推定する２次間接線推定ステップと、
   　（ｄ）前記エアーデータ、前記被検体データ、および推定された２次間接放射線の線量を基に前記補償フィルタから出射した直接放射線が前記被検体を通過することで減少した割合である直接線減弱率を求める直接線減弱率取得ステップと、
   　（ｅ）前記直接線減弱率を基に被検体の像が写りこんだ画像を取得する画像生成ステップとを備え、
   　前記直接線減弱率取得ステップにおいて、前記補償フィルタで生じた間接放射線である１次間接放射線が前記被検体を通過することで減少した割合を表す１次間接線減弱率が前記直接線減弱率と等しいものとして前記直接線減弱率が取得されることを特徴とする画像の取得方法。
7. 　請求項６に記載の画像の取得方法において、
   　前記直接線減弱率取得ステップにおいて、前記被検体データが示す放射線強度より推定された２次間接放射線強度を引いた値から前記エアーデータが示す放射線強度を除算することで、前記直接線減弱率が求められることを特徴とする画像の取得方法。

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