JP2022545520A - X線撮像装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
物体のx線画像を生成するためのx線撮像装置は、x線源及びx線検出器が接続される支持フレームを備える。x線源及びx線検出器は、それらの間に、被験体のための物体空間を規定する。x線源は、物体空間の中へ主方向を有するx線ビームを合焦スポットから放出するように構成される。x線検出器は、x線放射に対して感度を有する画素の配列を備える。x線撮像装置は、x線源の近傍でx線源と被験体との間のx線ビームの経路に配置されるコリメータをさらに備える。コリメータは、コリメータの複数の通路を規定する1つ又は複数のコリメータ本体を備え、通路が、x線源の側にコリメータの共通の焦点を規定するそれぞれの中心方向を有し、好ましくは、通路の2D配列が、x線ビームの主方向に垂直な平面中に見られる。
Description
本発明は、物体のx線画像を生成するためのx線撮像装置であって、
-x線源及びx線検出器が接続される支持フレーム
を備え、
x線源及びx線検出器が、それらの間に、被験体のための物体空間を規定し、
x線源が、物体空間の中へ主方向を有するx線ビームを合焦スポットから放出するように構成され、
x線検出器が、x線放射に対して感度を有する画素の配列を備える、x線撮像装置に関する。
-x線源及びx線検出器が接続される支持フレーム
を備え、
x線源及びx線検出器が、それらの間に、被験体のための物体空間を規定し、
x線源が、物体空間の中へ主方向を有するx線ビームを合焦スポットから放出するように構成され、
x線検出器が、x線放射に対して感度を有する画素の配列を備える、x線撮像装置に関する。
そのようなx線撮像装置は、一般的に知られており、物体、例えば生体、例えば小動物又は試料を、物体を通してx線放射のビームを送り、物体によって減衰された後の放射を検出することによって検査するために使用される。
知られているx線撮像装置の問題点は、それらが、十分に高い解像度を有する検出画像を常に提供するわけではなく、特に、被験体の寸法が比較的幅広く変化する場合に提供されず、さらに特に、それらがx線源に対して比較的小さくなる場合に提供されないことである。後者は、例えば小動物撮像に関連し、ここでは、例えばマウスといった動物内の内部組織又は構造は非常に小さい場合がある。幾つかのx線源は、合焦スポット、もしくは光子が放出される区域がそれ自体小さいこと、又は、大きい合焦スポットと小さい合焦店との間で切換可能であることが知られている。これらの小合焦スポットx線源は、例えば、「電子加速器」又は電源がここでしばしば発生源のアノードのすぐ後に位置決めされるために、しばしばかなり嵩があり、このことは好ましくないという点で、また摩耗がはるかに増えることに起因してこれらはしばしば比較的短い耐用寿命を有するという点で、実際的でない可能性がある。
したがって、一般的に、例えば小動物撮像の場合などといった、小さい物体についてでさえ高解像度画像を提供することが可能な、上で記述した種類のx線撮像装置を提供することが本発明の目的である。
小型及び/又は長寿命であり、それでも高解像度を有する、x線源の使用を可能にすることが本発明の別の目的である。
本発明は、請求項1によるx線撮像装置を提供する。
本発明によるx線撮像装置は、目的のうち1つ又は複数を達成することができる。というのは、コリメータが、x線源の合焦スポットの比較的小さい部分だけを選択する手段として機能することができるためである。通常、そのようなx線源は、一定の寸法を有する放出区域、すなわち合焦スポットを有するx線管であり、一定の寸法は、被験体中の構造物、特にその所望の細部に対して無視できるほど小さくはなく、したがって、取得可能な解像度は、しばしば不十分である。本発明のコリメータ装置をx線源の近傍で使用することによって、x線合焦スポットの見かけ寸法がさらに低減される。その装置は、本明細書で以下に説明するように、その中心方向が、焦点又はむしろ焦点容積から開始する経路を有する。実際には、効果的な寸法は、コリメータの焦点又は焦点容積の寸法に近くなる。コリメータの特性に依存するこれらの寸法は、実施形態では、小動物の撮像用に数μmに、又は、臨床用X線システムもしくはCTスキャナ用に数分の1mmに制限される場合がある。
理論では、コリメータの通路のすべての中心方向を、正確に1つの点、すなわち焦点から開始させることが可能である。しかし、実際には、通路から出るx線は、依然として、その通路の中心方向の周りの方向の帯に亘って分散されることになる。このことは、単一の通路から出るx線の見かけの原点は、やはり「にじんだ」焦点、すなわち焦点容積であることを意味する。さらに、各経路が無視できない長さを有することになるため、この分散、すなわち焦点容積のサイズは、x線源の元の合焦スポット面積よりかなり小さくなってよい。
本発明によれば、コリメータは、x線源の近傍で、x線源と撮像される物体との間に位置決めされる。実際には、コリメータは、x線源の非常に近傍、特に、できるだけx線源に近く位置決めされることになる。実際の実施形態では、x線源は、x線ビームがx線源を離れるx線窓を含むハウジングを有するx線管であり、コリメータは、窓の外側で、例えばベリリウム窓といった窓の近傍に配置される。
好ましくは、コリメータ及び存在するときにはコリメータムーバは、例えばx線源上及び/又はx線源の近傍で、支持フレームに取り付けられる。例えば、x線源を物体空間に対して様々な空間位置へと動かすため、支持フレームを支持フレーム駆動部によって動かすことができる実施形態では、コリメータは、ここで、支持フレームの動きに追従し、x線源の近傍で、x線源と被験体との間のx線ビームの経路の中にあるままとなる。
x線源へのコリメータの距離は、例えば、x線源の実際の合焦スポットにコリメータの通路の焦点を位置決めするという点で、好ましくは、固定の距離である。例えば、コリメータは、x線ビームに垂直に延びる方向又は平面で関連するムーバによって動かすことができ、しかし、x線ビームの方向に沿ってx線源に向けてまたx線源から離れるように動かすことはできない。
コリメータの複数の通路の共通の焦点を、x線源の合焦スポット上に配置することが好ましい。
コリメータの複数の通路の共通の焦点が、例えば小動物撮像のために、例えば、10μmと50μmとの間の直径を有する有効サイズといった、X線源の合焦スポットより小さい有効サイズを有することが好ましい。
一実施形態では、コリメータの通路は、各々が、例えば小動物撮像のために、例えば1μmと5μmとの間といった1μmと10μmとの間の直径又は最大断面寸法を有する。
本発明によるx線撮像装置中のコリメータは、それ自体又は組み合わせてのいずれかで、x線のための通路又は貫通孔を規定する、コリメータ本体又は場合によっては幾つかのコリメータ本体を備える。通路間には、コリメータのx線遮蔽材料があり、そのため、遮蔽材料に対応する幾つかの方向があり、そこでは、コリメータがその動作位置にあるときにx線源からの放射は、効果的に放出されない。この効果を補償するため、また、それらの方向から情報を得るために、コリメータは、コリメータを動かすように構成される関連するコリメータムーバによって動かすことができることが、非常に好ましい。例えば、ムーバは、コリメータを、x線ビームの方向に垂直な2つの方向に動かすように具体化される。具体的な実施形態では、コリメータの変位は、通路の中心間距離よりも(はるかに)大きい必要はなく、例えば、前記距離の半分又はおよそ前記距離といった、実施形態中の前記距離と同じ又は前記距離より小さくてさえよい。
もちろん、x線ビーム通路中にそのようなコリメータを位置決めすることによって、x線の強度が低下する。これは、長い露光時間によって補償することができる。長い露光時に、物体が動かないことを確実にするのが必要な場合がある。しかし、それは、検査する必要がある物体の組織部分、又は麻酔した物体の組織部分であり、その場合、長い露光時に、動きによるぼやけはないことに留意されたい。このことは同様に、実際の物体(例えば、動物の組織又は手足)の絶対的な寸法が、しばしば、通常の物体、すなわち動物全体よりはるかに小さいことを示す。
一実施形態では、x線撮像装置は、コリメータを、x線ビームの主方向に垂直な平面中の少なくとも2つの方向、例えば直交方向にx線源に対して動かすように構成されるコリメータムーバをさらに備える。
例えば、コリメータムーバは、x線ビームの主方向に垂直な平面中の、例えば直交方向といった少なくとも2つの方向に、x線源に対するコリメータの平面運動だけを提供するように構成される。この解決策は、低い複雑さを有する。
コリメータムーバは、1つのx線画像を複数の別個の位置に生成する期間中に、前記1つの画像に関係するデータを取得する過程で、コリメータを動かすように構成され、操作されることが想定される。例えば、コリメータは、x線ビームに垂直な1つの方向に、コリメータの入射側に中心間間隔で複数の通路の配列を有する。ここで、コリメータムーバは、例えば被験体に対するx線源の1つの空間位置から、例えば1つの画像に関係するデータを取得する過程で、例えば前記中心間距離の0.5倍~2倍の間の距離、例えば前記中心間距離の1倍にわたる前記中心間距離に関係する距離にわたる、2つの取得位置間の前記1つの方向にコリメータを動かすように構成されて操作される。
一実施形態では、コリメータムーバは、共通の焦点に対する仮想球の区域に亘ってコリメータを動かすように構成され動かすように操作される。
一実施形態では、コリメータムーバは、例えば、1つのx線画像を複数の別個の位置に生成する期間中に、前記1つの画像に関係するデータを取得する過程で、コリメータを動かすように構成され操作されるコリメータの運動を実現するための1つ又は複数の圧電アクチュエータを備える。
一実施形態では、コリメータは、x線ビームに垂直な1つの方向に、コリメータの入射側に中心間間隔で複数の通路の配列を有する。ここで、コリメータムーバは、例えば前記中心間距離の0.5倍~2倍の間の距離、例えば前記中心間距離の1倍にわたる前記中心間距離に関係する距離に亘って、前記1つの方向にコリメータを動かすように構成され、動かすように操作される。
具体的な実施形態は、従属請求項に、ならびに、本明細書のこの後の部分に記載される。
実施形態では、支持フレームは、支持フレーム駆動部によって、固定メインフレームに対して可動である。
実施形態では、物体キャリアは、物体キャリア駆動部によって固定メインフレームに対して可動であり、好ましくは、支持フレーム駆動部により実施される支持フレームの運動とは独立に制御可能である。
実施形態では、支持フレームは、関連する駆動部によって、例えば水平軸などといった物体空間を通って延びる軸の周りに回転可能である。これは、例えば、3D撮像能力を作成することを可能にすることができる。
実施形態では、x線撮像装置は、支持フレームが取り付けられる、例えば固定メインフレームなどといったメインフレーム、ならびに、物体を物体空間内で運ぶための物体キャリアをさらに備える。実施形態では、支持フレーム及び物体キャリアが、互いに対して回転可能である。
物体は、任意選択で可動である物体テーブルもしくは他のキャリアなどの物体キャリア上に位置決めすることができ、又は、1つ又は複数のワイヤなどによって保持することができる。
物体キャリアは、x線撮像装置の部分であってよく、又は、物体空間から取外し可能な、及び物体空間内に挿入可能な、別個のデバイスであってよい。
例えば撮像するための3D能力を得るために、支持フレームが固定メインフレームに対して回転可能であってよく、及び/又は、物体キャリアが支持フレームに対して回転可能であってよい。しかし、そのことは、ただ1つの撮像方向、すなわち、2D撮像だけを有するためにも有用である。
幾つかの実施形態では、コリメータは、動作位置において取外可能に位置決め可能である。x線ビームの邪魔にならないように一体的に実際に取外し可能である、取外し可能コリメータを設けることによって、比較的大きい物体又はその部分のための、「通常の」x線源を使用することが可能になり、一方で、特により小さい細部又は物体のためなどにより高い解像度が必要な場合、コリメータがその動作位置に置かれる。動作位置において、実施形態では、x線画像を確立するのに関係するデータを取得するため、本明細書に記載されるようなコリメータの運動を実施するために、コリメータムーバが存在する場合がある。
実施形態では、x線撮像装置は、動作位置と、コリメータがx線のビームから外れる非動作位置との間のコリメータの自動運動のための、コリメータ取外装置をさらに備える。コリメータを取り外すためのこの運動、及びもちろん逆に、コリメータの動作位置への動きを自動化することによって、1つの同じ物体を検査するときに異なる解像度に切り換えることが可能になる。
実施形態では、コリメータは、その中に2D配列の孔を有するプレート本体を有する錐状ビームコリメータを備える。ここで、すべての孔は、共通の焦点に向けられ、コリメータの複数の通路を形成する。このタイプのコリメータは、それ自体がよく知られており、ここでは、有効x線ビームを放出するための合焦スポットの小さい部分を選択するために、x線源の近傍で使用される。そのような錐状ビームコリメータは、レーザ穿孔又は放電加工などによって、約0.5mm~数mm厚の材料のプレートの中に通路を作ることによって、作ることができる。例えば0.1mm厚の複数の薄いプレートに孔をパンチし、さもなくば孔を設けて、これらの薄いプレートが積み重ねられたときに、その孔が一緒になってコリメータの通路を形成することも可能である。
一実施形態では、コリメータは、コリメータプレート本体を通る2D配列の孔を有するコリメータプレート本体を有する錐状ビームコリメータを備える。ここで、前記孔は、すべて共通の焦点に向けられ、コリメータの複数の通路を形成する。一実施形態では、孔は、各々、1μmと10μmとの間、例えば、1μmと5μmとの間といった直径を有する。
代替又は補助実施形態では、コリメータは、第1のコリメータ本体と、第1のコリメータ本体と直列に配置される第2のコリメータ本体とから構成される組を備え、第1のコリメータ本体がその中に複数の第1の開口を備え、第2のコリメータ本体がその中に複数の第2の開口を備え、前記第1の開口と第2の開口が一緒にコリメータの複数の通路を形成する。
一実施形態では、コリメータは、第1のコリメータ本体と、第1のコリメータ本体と直列に配置される第2のコリメータ本体との組を備え、第1のコリメータ本体が、間にそれぞれの第1のスリット空間を有する離間した第1のプレートの第1のスタックを備え、前記第1のスリット空間が共通の第1の仮想線に向けられ、第2のコリメータ本体が、間にそれぞれの第2のスリット空間を有する離間した第2のプレートの第2のスタックを備え、前記第2のスリット空間が共通の第2の仮想線に向けられ、第1の共通の仮想線と第2の共通の仮想線が共通の焦点で互いに交差し、そのため、第1のスリット空間と第2のスリット空間が一緒にコリメータの複数の通路を形成する。この構造は、ややスリットスラットコリメータに似ており、作成するのが簡単であるという利点を有する。本構造は、ほぼ正方形又は長方形の通路を有し、これらが、検出器上により良好に適合する部分的画像を生成することができる。例えば、各コリメータ本体は、金又は何らかの他の金属などといった、x線について不透過性である材料の、複数例えば少なくとも3つのプレートを、例えばポリスチレンなどの多くのプラスチックなどといったx線透過性材料のプレートを介在させて積み重ねることによって作られる。別の選択肢は、x線透過性材料のブロックを採用して、フライス加工又はレーザ加工などによって、材料中にスリットを作成することになり、その後、これらのスリットは、x線不透過性材料で充填される。他の製造方法、例えば3Dプリントなどは、除外されない。
コリメータがコリメータ又はその1つ又は複数のコリメータ本体をx線源に対して動かす方法は、特に限定されない。実際には、十分な量の角度からのx線放射が物体を通して撮像されるのを確実にする運動を提供したい。
好ましくは、コリメータムーバは、撮像時にコリメータを2つの異なる方向に好ましくは連続的に動かすように配置され、この方向は、x線ビームの主方向に実質的に垂直であって、例えば互いに直交する。各前記運動は、前記方向で隣接する2つの通路間の中心間距離に関係する距離、例えば前記距離の半分、又はおよそ前記距離もしくは正確に前記距離、又は前記距離の数倍に亘ってよい。
実際には、x線源のより大きい合焦スポットからではなく、焦点/焦点容積から来る放射の全部がコリメータの少なくとも1つの通路を通過できるように、コリメータを動かすことが望ましい。
各々の場合で、x線源の側における、中心間距離マイナス通路の幅に等しいそれぞれの距離を使用することが可能な場合がある。
具体的な実施形態では、コリメータムーバによる、コリメータ又は1つもしくは複数のコリメータ本体の各々を動かすことは、焦点の周りに延び、そのため焦点を半径の中心として有する仮想球表面に亘って実施されることが述べられる。これは、例えば、x線ビームの球対称性を鑑みて行われる。コリメータが厳密に平面的に変位することで、焦点は、x線源の合焦スポット上で動くことになり、このことによって、解像度が低下する可能性がある。コリメータ及び関連するムーバは、実施形態では、そのような球状運動を(例えば、球面上の測地線格子に亘って)実施させるために構成される。これは、次いで3次元で有効となる、運動間の機械的継手によって、又はすべての方向での別個の運動を電気的に制御することによって、もたらすことができる。
x線源に対する1つ又は複数のコリメータ本体の運動は、「グリッド」などで、ステップ的に実施することができる。そこでは最初に、幾つかの画像が第1の方向における開始位置で取られ、第2の方向における所望の全変位の一部にわたりコリメータを変位させるステップが行われる。その後、第1の方向において1つのステップが行われ、再び、幾つかの画像が、第2の方向でステップ状に変位させることによって取られ、第1の方向におけるすべての所望のステップがやはりカバーされるまで同様である。例えば、4x4ステップのグリッドは、効果的に良好な結果をもたらすことになるが、任意の他の複数のステップが、やはり満足に実行することができる。第2の方向でスイープする、すなわち、第2の方向にコリメータを動かす一方で連続的に撮像する、スイープを終わらせた後、第1の方向にステップを行い、スイープを繰り返し、などを実施することも可能である。
一実施形態では、コリメータの第1のコリメータ本体及び第2のコリメータ本体は、例えば、単一のx線画像を確立するため使用される撮像データの取得の途中のx線ビームに対する複数の位置で、互いに対して及び/又はx線源に対して動くことができる。
一実施形態では、第1のコリメータ本体及び第2のコリメータ本体は、一体化コリメータ本体として互いに取り付けられ、ここで、前記一体化コリメータ本体は、コリメータムーバによって本明細書に記載されたようにx線源に対して動くことができる。
一実施形態では、第1のコリメータ本体及び第2のコリメータ本体は、互いに対して及びx線源に対して動くことができ、第1のコリメータ本体ムーバが第1のコリメータ本体に接続され、第2のコリメータ本体ムーバが第2のコリメータ本体に接続され、第1のコリメータ本体ムーバと第2のコリメータ本体ムーバの各々は、それぞれのコリメータ本体を動かすように構成される。例えば、第1のコリメータ本体ムーバと第2のコリメータ本体ムーバのうち一方又は両方が、本明細書に記載されるように具体化される。
一実施形態では、コリメータは、第1のコリメータ本体と、第1のコリメータ本体と直列に配置される第2のコリメータ本体との組を備え、第1のコリメータ本体が、間にそれぞれの第1のスリット空間を有する離間した第1のプレートの第1のスタックを備え、前記第1のスリット空間が共通の第1の仮想線に向けられ、第2のコリメータ本体が、間にそれぞれの第2のスリット空間を有する離間した第2のプレートの第2のスタックを備え、前記第2のスリット空間が共通の第2の仮想線に向けられ、第1の共通の仮想線と第2の共通の仮想線が共通の焦点で互いに交差し、そのため、第1のスリット空間と第2のスリット空間が一緒にコリメータの複数の通路を形成し、第1のコリメータ本体と第2のコリメータ本体が互いに対しx線源に対して動くことができ、第1のコリメータ本体ムーバが第1のコリメータ本体に接続され、第2のコリメータ本体ムーバが第2のコリメータ本体に接続され、第1のコリメータ本体ムーバと第2のコリメータ本体ムーバが、それらのスリットに実質的に垂直な方向にそれぞれのコリメータ本体を動かすように構成される。例えば、第1のコリメータ本体ムーバと第2のコリメータ本体ムーバのうち一方又は両方が、本明細書に記載されるように具体化される。
実施形態では、コリメータムーバが、対応する方向に、1度に1ステップ、第1の本体又は第2の本体のうち1つを動かし、次いで、2つの後続するステップ間に、他のムーバによって別の例えば垂直方向に、他のコリメータ本体を動かし、その間ずっとx線画像が作られることが可能である。
本発明は、物体のx線画像を生成するためのx線撮像装置に使用するために構成されるx線源であって、x線撮像装置の物体空間の中へ主方向を有するx線ビームを合焦スポットから放出するように構成されるx線源と、x線源の近傍でx線源から被験体へのx線ビームの経路に配置されるコリメータであって、コリメータがコリメータの複数の通路を規定する1つ又は複数のコリメータ本体を備え、通路が、x線源の側にコリメータの共通の焦点を規定するそれぞれの中心方向を有し、好ましくは、通路の2D配列が、x線ビームの主方向に垂直な平面中に見られる、コリメータとの組み合わせにも関する。本組み合わせは、本明細書に議論されるような1つ又は複数の追加の特徴をさらに備えることができることを理解されたい。
本発明は、本明細書に記載されるようにx線撮像装置によって物体を撮像するための方法にも関する。
本発明は、物体のx線画像を生成するためのx線撮像装置を組み込むための方法にやはり関し、x線撮像装置は、
-x線源及びx線検出器が接続される支持フレーム
を備え、
x線源及びx線検出器が、それらの間に、被験体のための物体空間を規定し、
x線源が、物体空間の中へ主方向を有するx線ビームを合焦スポットから放出するように構成され、
x線検出器が、x線放射に対して感度を有する画素の配列を備え、
本方法が、x線源の近傍でx線源と被験体との間のx線ビームの経路にコリメータを配置するステップであって、コリメータがコリメータの複数の通路を規定する1つ又は複数のコリメータ本体を備え、通路が、x線源の側にコリメータの共通の焦点を規定するそれぞれの中心方向を有し、好ましくは、通路の2D配列が、x線ビームの主方向に垂直な平面中に見られ、前記コリメータがx線源の合焦スポットより小さい有効合焦スポットを生成する、ステップを含む。
-x線源及びx線検出器が接続される支持フレーム
を備え、
x線源及びx線検出器が、それらの間に、被験体のための物体空間を規定し、
x線源が、物体空間の中へ主方向を有するx線ビームを合焦スポットから放出するように構成され、
x線検出器が、x線放射に対して感度を有する画素の配列を備え、
本方法が、x線源の近傍でx線源と被験体との間のx線ビームの経路にコリメータを配置するステップであって、コリメータがコリメータの複数の通路を規定する1つ又は複数のコリメータ本体を備え、通路が、x線源の側にコリメータの共通の焦点を規定するそれぞれの中心方向を有し、好ましくは、通路の2D配列が、x線ビームの主方向に垂直な平面中に見られ、前記コリメータがx線源の合焦スポットより小さい有効合焦スポットを生成する、ステップを含む。
本発明は、x線撮像装置中のx線源の有効合焦スポットを縮小する方法にやはり関し、本方法が、x線源の近傍でx線源と被験体との間のx線ビームの経路にコリメータを配置するステップであって、コリメータがコリメータの複数の通路を規定する1つ又は複数のコリメータ本体を備え、通路が、x線源の側にコリメータの共通の焦点を規定するそれぞれの中心方向を有し、好ましくは、通路の2D配列が、x線ビームの主方向に垂直な平面中に見られ、前記コリメータがx線源の合焦スポットより小さい有効合焦スポットを生成する、ステップを含む。
本発明は、ここで、幾つかの非限定で例示的な実施形態、及び図面を参照して説明されることになる。
図1は、本発明によるx線撮像装置1の第1の実施形態を側面図で非常に概略的に示す。
x線撮像装置1は、例えば本明細書で概略的に示されるようなC字アームとして具体化される、又は回転ガントリーとして具体化される、移動可能、好ましくは回転可能支持フレーム3が取り付けられる、固定メインフレーム2を備える。
支持フレーム3は、例えば、ガントリー撮像システム中で、例えば単一の軸の周りといった軸5の周りで、支持フレーム回転子4によって、好ましくは少なくともステップワイズモードで回転可能である。実際の実施形態では、軸5は水平軸である。
x線管は、参照番号6で示される。一般的に、x線管6は、アノードと、例えばアノード上の合焦スポットに電子ビームを合焦させるための電子光学系を含む、アノード上の合焦スポット上にアノードに向けて電子ビームを放出するためのカソードを備える放出器装置とを備える。
x線管6は、例えばベリリウム窓7といったX線窓を備える。
物体キャリア10は、例えば小動物、ここではマウスといった被験体11を運ぶように構成される。
x線検出器8は、物体11を通過したX線ビームの少なくとも部分を検出するために配置される。
参照Aは、x線管6とx線検出器8との間の物体空間を示し、ここでは一般的に、被験体11が置かれる。
x線検出器8は、x線放射に対して感度を有する画素9の配列、例えば2D配列を備える。
例えば、物体キャリア10は、被験体11が置かれる水平なテーブルを備える。
好ましくは、物体キャリア10は、物体空間Aの外側の格納位置と、物体空間A内の撮像装置との間で、関連する物体キャリアムーバ12、ここではテーブルムーバ12によって動かすことができる。
好ましくは、物体キャリア10は、関連する物体キャリアムーバ12、ここではテーブルムーバ12によって、1つ又は複数の方向に動かすことができる一方で、キャリア10は、物体を物体空間中で、例えば複数の直交方向、例えばx、y、z方向に、例えば矢印Dによって示されるように支持する。これらの1つ又は複数の方向の運動は、装置での物体のスキャンの前、最中、及び/又は後に実施することができる。
コンピュータ化した再構築器が撮像データを再構築し、実施形態では、検査領域及びその中の物体を示す3次元(3D)容積画像データを生成するように構成することができる。結果として得られた容積画像データは、1つ又は複数の画像を生成するために、画像プロセッサなどによって処理することができる。
汎用計算システムは、操作者用制御盤として機能するように設けることができ、ディスプレイなどの出力デバイス、及びキーボード、マウスなどといった入力デバイスを含む。制御盤上に常駐するソフトウェアによって、操作者が撮像デバイスの操作を制御することを可能にすること、例えば、操作者がスキャンを開始するなどを可能にすることができる。
窓7の前にコリメータ13が設けられ、コリメータ13は、貫通通路15を有するコリメータ本体14を有し、コリメータムーバ16によって矢印Bの方向に動くことができる。
コリメータリムーバ17は、矢印Cの方向に、放出されたx線18からコリメータ13を取り除くことができる。
ビーム整形及びブロックデバイスは、「19」と表される。
狭くなりより合焦されたビームは18′と示される一方で、ビーム18′の焦点は、「20」と表される。
使用の際は、マウスなどといった物体11が、物体キャリア又はテーブル10上に用意され、テーブルムーバ12によって物体空間「A」の中に動かされる。矢印Dによって示される方向のうちいずれか1つ又は複数にテーブル10を動かすことによって、物体11は、x線源6及び検出器8に対して、すなわち、ビーム18に対して所望に応じて位置決めすることができる。
x線18は、x線源6、この場合には例えばx線管によって生成され、発生源6の特性に依存して、例えば約0.1mm~1.2mmの直径の間のその合焦スポットのサイズで、比較的粗いビーム18で放出される。
本発明のコリメータを使用して、発生源6によって放出される粗いx線ビーム18は、焦点又は焦点容積20によって規定されるはるかに小さい有効合焦スポットから発するように見えるビーム18′へと調整され整形される。この有効合焦スポット又は焦点容積は、例えば、20μm~25μmの直径のサイズを有することができる。それに、粗い放射18は、貫通孔又は通路15を有するコリメータ本体14で、コリメータ13を通して送られる。
示される例では、コリメータが錐状ビームコリメータであって、ここでは、1つのコリメータ本体14が存在し、すべての孔又は通路は、合焦スポット20上の同じ焦点を指す。
任意選択で、追加のビーム整形及びブロックデバイス19が設けられ、これは原理的に、何らかの表面放射をブロックする、コリメータ本体14の周りのリムとあまり変わらない。コリメータ本体14の残りと同じ厚さであってよいそのような簡単なリムの存在によって、コリメータ本体14のリム中に多すぎる孔15を設ける必要なしに、ビーム18′のx線以外のx線がないことが確実になる。
x線撮像装置1の使用の際に、コリメータ13は、コリメータムーバ16によって、例えば矢印Bの方向に、発生源6に対して動かすことができる。コリメータ13は、完全な画像を提供するために、通路15間の中心間距離より大きく動かす必要はないことに留意されたい。
精度を高めるために、コリメータ13は焦点20の周りの仮想球上で動くことが好ましく、そのため、その焦点20の有効な位置が撮像時に同じままとなる。コリメータムーバ及びその制御は、ここでもちろん、それに応じてレイアウトするべきである。これは、コリメータ本体14の場合に、機械的手段によって、又は第3の次元に可動性を追加して、コリメータムーバ16にコリメータ13の所望の組み合わせた球状運動を実施させることによって、達成することができる。
コリメータムーバ16は、可動性を実現するために、1つ又は複数の圧電アクチュエータを備えることができる。そのようなアクチュエータは、高い精度、信頼性、及び繰返し頻度を有する小さい必要変位を提供することができる。しかし、ステッパモータなどといった他のアクチュエータが除外されない。
コリメータリムーバ17は、x線ビーム18/18′からコリメータ13を取り除くために設けられるように示される。その場合、整形したビーム18′が次いで「粗い」x線18によって再び置き換えられ、例えば、はるかに大きい物体11を撮像及び検査する、又は、はるかに強い強度及びそれに対応してより短い露光時間を有する。コリメータリムーバは、コリメータムーバ16用よりも粗いアクチュエータを備える場合があるが、圧電アクチュエータとヒンジ又ははるかに大きいストロークを有する線形アクチュエータを組み合わせるデバイスを用いるなどで、コリメータムーバとコリメータリムーバを1つに組み合わせることも可能である。
図面は原寸に比例しないことに留意することが重要である。特に、物体空間Aの寸法、すなわち、x線管6と検出器8との間の距離は、しばしば、約200mmと600mmとの間である。逆に、コリメータ本体14の厚さは、実際には約1mm~2mmであってよい。厚さがより大きくなっても、これ以上品質を改善しない可能性があるが、孔又は通路15を作るのが、より難しくなることになる。
また、コリメータ本体14中の通路15の数は、ここで示される5つよりも(はるかに)多いことになる。経路15の各々の直径は、実際には、1μm~10μmの間など、数μmとなる。合わせて、x線管6の合焦スポット20が、直径で例えば25μmなどといった数十μmの焦点容積へと効果的に縮小されることが、それらによって確実になる。同様に、x線検出器8の画素9は、しばしば、75μmx75μmなど0.1x0.1mmよりいくぶん小さく、それらの数字は図に示されるよりも対応して高くなる。すべての場合で、数字は例示であって、現実的な値の印象を与えるだけである。
さらに、マウス11全体又は少なくともその大部分を本状況で検査することができる一方で、物体11をx線源6にはるかに近づけ、コリメータ13が依然として発生源6と物体11との間にあることが可能である。しばしば、対応してより小さい物体又はその部分を検査できることになる。はるかに大きい倍率(「発生源6から物体11の距離」対「発生源6から検出器8の距離」の間の比率)のために、画像中で高い解像度を有することがより重要になる。このことは、x線源の有効サイズ(合焦スポット)を例えば0.1mm~2mmから例えば25μmへと縮小するコリメータ13を、発生源6と物体11との間に設けることに起因して、本発明で可能になる。物体11を発生源6に近づけるとき、十分な角度情報を得るために、発生源6及び検出器8を有するフレーム3が物体11を通る軸の周りに回転される方法を採用するのが必要な場合があることに留意されたい。これを適用することは、支持フレーム3を軸5の方向に垂直な方向にスライドすることを含むことができ、そのため、x線源6が検出器8よりも軸5にはるかに近くに来る。同じ効果を達成する任意の他の手段もここでは可能である。
ここで、支持フレーム3は、例えば水平回転軸の周りに、メインフレーム2に対して回転可能であるように示される。しかし、回転機能を有さない固定フレーム3を有し、フレーム3に対して物体キャリア10を回転させること、又は、全く回転せず2D撮像特性だけを有することも可能である。
図2は、本発明によるx線撮像装置の異なる実施形態の非常に概略的な詳細、特にx線源及びコリメータを有する部分を示す。本明細書では、図面の全部にあるように、同様の部分は、同じ参照番号によって表される。
詳細は、x線源6を有するフレーム3の小部分、保護用だがx線透過性の窓7、及びx線源6の合焦スポット上に焦点20を有する異なるコリメータ13′を示す。
コリメータ13′は、第1のコリメータ本体21と、第1のコリメータ本体21と直列に配置される第2のコリメータ本体22との組を備える。第1のコリメータ本体21は、隣接プレート間にそれぞれの第1のスリット空間28を有する、離間した第1のプレート26の第1のスタックを備える。これらの第1のスリット空間28は、すべてが、共通の第1の仮想線F1に向けられる。第2のコリメータ本体22は、間にそれぞれの第2のスリット空間24を有する離間した第2のプレート23の第2のスタックを備える。これらの第2のスリット空間24は、すべてが、共通の第2の仮想線F2に向けられる。本体のプレートは一方の本体から他方の本体に対して非平行であり、そのため、第1の共通の仮想線と第2の共通の仮想線は、共通の焦点20で互いに交差する。結果として、第1のスリット空間28と第2のスリット空間24が一緒に、例えば非常に小さいサイズの、例えばコリメータ13′がないx線源の合焦スポットよりはるかに小さい、共通の焦点20上に合焦されるコリメータ13′の複数の通路を形成する。
本体21、22は、それぞれの焦線の周りで、対応するムーバ25、26によって動かすことができる。
本体21、22は、例えば、それぞれの焦線の周りに例えば対応するムーバ25、26により各本体の運動を可能にする、概略的に図示されるような、曲がった又は球状でさえある隣接する側と接続することができる。
図3は、コリメータ13′をもう少し詳細に概略斜視図で示す。
図2のx線源6からのx線のビームがこのコリメータ13′を通して光るとき、物体によって「見られる」ような結果として得られる発生源は、やはり見かけの焦点20であって、焦線F1とF2が交差する。
例としてここで示されるプレートの数は任意であって、これらの数、ならびにプレート27、23の厚さ及びスリット28、24の幅は、所望に応じて選択することができる。
第1のコリメータ本体ムーバ25は、特に好ましくは焦点20の周り又は線F1、すなわち、図2の「A」によって示される紙面に出入りする方向の周りの球上であるが、例えば、対応するスリット28の主方向に実質的に垂直な方向に、第1の本体21を動かすように配置される。同様に、第2のコリメータ本体ムーバ26は、矢印Bが指す垂直方向に第2の本体22を動かすように配置することができる。
2つの本体21、22の運動は、第1の本体21を第1のステップに亘って動かすこと、次いで、スイープを実施すること、又は第2の本体22についてのさらなるステップ状の運動、又はその逆も同様などと、調節することができる。撮像時の両方の本体21、22のより速い振動運動は、焦点から発するすべての所望の、又は可能なビームの方向が十分に撮像される限り、やはり可能である。第1及び第2のコリメータ本体ムーバは、また、圧電アクチュエータなどを備えることができ、図1にしたがって、コリメータリムーバ17と同様に、コリメータ13′を取り除くために、コリメータリムーバ(図示せず)によって、一緒に補完することができることに留意されたい。
本実施形態及び図面は、添付される特許請求の範囲の範囲を限定することなく、本発明の例示的な説明としてのみ与えられる。
1 x線撮像装置
2 固定メインフレーム
3 回転可能支持フレーム
4 支持フレーム回転子
5 軸
6 x線管発生源、x線源、x線管
7 ベリリウム窓
8 x線検出器
9 画素
10 物体キャリア
11 物体、マウス
12 物体キャリアムーバ、テーブルムーバ
13 コリメータ
13′ コリメータ
14 コリメータ本体
15 貫通通路
16 コリメータムーバ
17 コリメータリムーバ
18 x線、x線ビーム、放射
18′ ビーム
19 ビーム整形及びブロックデバイス
20 焦点、合焦スポット
21 第1のコリメータ本体
22 第2のコリメータ本体
23 プレート
24 第2のスリット空間
25 第1のコリメータ本体ムーバ
26 第2のコリメータ本体ムーバ、第1のプレート
27 プレート
28 第1のスリット空間
2 固定メインフレーム
3 回転可能支持フレーム
4 支持フレーム回転子
5 軸
6 x線管発生源、x線源、x線管
7 ベリリウム窓
8 x線検出器
9 画素
10 物体キャリア
11 物体、マウス
12 物体キャリアムーバ、テーブルムーバ
13 コリメータ
13′ コリメータ
14 コリメータ本体
15 貫通通路
16 コリメータムーバ
17 コリメータリムーバ
18 x線、x線ビーム、放射
18′ ビーム
19 ビーム整形及びブロックデバイス
20 焦点、合焦スポット
21 第1のコリメータ本体
22 第2のコリメータ本体
23 プレート
24 第2のスリット空間
25 第1のコリメータ本体ムーバ
26 第2のコリメータ本体ムーバ、第1のプレート
27 プレート
28 第1のスリット空間
Claims (24)
- 物体のx線画像を生成するためのx線撮像装置であって、x線源及びx線検出器が接続されている支持フレームを備えている前記x線撮像装置において、
前記x線源及び前記x線検出器が、前記x線源と前記x線検出器との間に、被験体のための物体空間を形成しており、
前記x線源が、主方向を有するx線ビームを合焦スポットから前記物体空間に放出するように構成されており、
前記x線検出器が、x線放射に対する感度を有している画素の配列を備えており、
前記x線撮像装置が、前記x線源の近傍に且つ前記x線源と前記被験体との間の前記x線ビームの経路に配置されているコリメータを備えており、前記コリメータが、前記コリメータの複数の通路を形成している1つ又は複数のコリメータ本体を備えており、前記通路それぞれが、前記x線源の側に前記コリメータの共通の焦点を規定している中心方向を有しており、好ましくは、前記x線ビームの前記主方向に対して垂直とされる平面で見た場合に、前記通路が2D配列になっている、x線撮像装置。 - 前記コリメータの複数の前記通路の前記共通の焦点が、前記x線源の前記合焦スポット上にある、請求項1に記載のx線撮像装置。
- 前記コリメータの複数の前記通路の前記共通の焦点の有効サイズが、前記x線源の前記合焦スポットの有効サイズより小さい、請求項1又は2に記載のx線撮像装置。
- 前記コリメータの複数の前記通路の前記共通の焦点の有効サイズの直径が、10μm~50μmとされる、請求項1から3のいずれか一項に記載のx線撮像装置。
- 前記x線源が、x線窓を含むハウジングを有しており、前記x線ビームが、前記x線源から出て前記x線窓を通過し、前記コリメータが、前記x線窓の外側に、且つ、例えばベリリウム窓のような前記x線窓の近傍に配置されている、請求項1から4のいずれか一項に記載のx線撮像装置。
- 前記x線撮像装置が、前記x線ビームの前記主方向に対して垂直とされる平面の少なくとも2つの方向において、前記コリメータを前記x線源に対して移動させるように構成されているコリメータムーバを備えており、
例えば、前記コリメータムーバが、前記x線ビームの前記主方向に対して垂直とされる平面の少なくとも2つの方向において、前記x線源に対する前記コリメータの平面移動のみを提供するように構成されており、
例えば、前記コリメータムーバが、x線画像の生成の際に前記コリメータを移動させるように構成されている、請求項1から5のいずれか一項に記載のx線撮像装置。 - 前記コリメータムーバが、前記共通の焦点に関する仮想的な球状の領域に亘って前記コリメータを移動させるように構成されている、請求項6に記載のx線撮像装置。
- 前記コリメータムーバが、前記コリメータを移動させるための1つ又は複数の圧電アクチュエータを備えている、請求項6又は7に記載のx線撮像装置。
- 前記コリメータが、前記x線ビームに対して垂直とされる1つの方向において、前記コリメータの入射側に中心間距離で配置された複数の通路の配列を有しており、
前記コリメータムーバが、前記中心間距離に関連する距離に亘って、例えば前記中心間距離の0.5倍~2倍の間の距離、例えば前記中心間距離の1倍の距離に亘って、前記1つの方向において前記コリメータを移動させるように構成されている、請求項6から8のいずれか一項に記載のx線撮像装置。 - 前記x線撮像装置が、前記x線源及び前記x線検出器を支持している前記支持フレームが取り付けられているメインフレームを備えており、
例えば、前記支持フレームが、前記メインフレームに対して、例えば水平回転軸のような回転軸を中心として回転可能とされる、請求項1から9のいずれか一項に記載のx線撮像装置。 - 前記x線撮像装置が、前記物体空間において物体を運ぶように構成されている物体キャリアを備えており、
例えば、前記支持フレーム及び前記物体キャリアが、例えば水平軸のような軸を中心として互いに対して回転可能とされる、請求項1から10のいずれか一項に記載のx線撮像装置。 - 前記コリメータが、前記x線源の近傍の位置に取外可能に位置決め可能とされ、
例えば、前記x線撮像装置が、前記コリメータを前記位置から取り外し、x線ビームの範囲外の非動作位置に自動的に移動させるように構成されているコリメータ取外装置を備えている、請求項1から11のいずれか一項に記載のx線撮像装置。 - 前記コリメータが、コリメータプレート本体を有する錐状ビームコリメータを備えており、
前記コリメータプレート本体が、前記コリメータプレート本体を貫通する孔から成る2D配列を有しており、
前記孔がすべて、前記共通の焦点に方向づけられており、前記コリメータの複数の前記通路を形成しており、
例えば、前記孔それぞれが、1μm~10μmの直径、例えば1μm~5μmの直径を有している、請求項1から12のいずれか一項に記載のx線撮像装置。 - 前記コリメータが、第1のコリメータ本体と、前記第1のコリメータ本体と直列に配置された第2のコリメータ本体との組を備えており、
前記第1のコリメータ本体には、複数の第1の開口が配設されており、
前記第2のコリメータ本体には、複数の第2の開口が配設されており、前記第1の開口と第2の開口が共に、前記コリメータの複数の前記通路を形成している、請求項1から12のいずれかに記載のx線撮像装置。 - 前記コリメータが、第1のコリメータ本体と、前記第1のコリメータ本体と直列に配置された第2のコリメータ本体との組を備えており、
前記第1のコリメータ本体が、第1のプレートと第1のスリット空間とが交互に配設された第1のスタックを備えており、第1のスリット空間が、前記第1のプレート同士の間に配置されており、前記第1のスリット空間が、共通の第1の仮想線に向かって方向づけられており、
前記第2のコリメータ本体が、第2のプレートと第2のスリット空間とが交互に配設された第2のスタックを備えており、第2のスリット空間が、前記第2のプレート同士の間に配置されており、前記第2のスリット空間が、共通の第2の仮想線に向かって方向づけられており、
前記共通の第1の仮想線と前記共通の第2の仮想線とが、前記共通の焦点において互いに交差しており、これにより、前記第1のスリット空間と第2のスリット空間とが共に、前記コリメータの複数の前記通路を形成している、請求項1から12のいずれかに記載のx線撮像装置。 - 前記第1のコリメータ本体と第2のコリメータ本体とが、互いに対して及び/又は前記x線源に対して移動可能とされる、請求項14又は15に記載のx線撮像装置。
- 前記第1のコリメータ本体と第2のコリメータ本体とが、一体化されたコリメータ本体として互いに対して取り付けられており、前記一体化されたコリメータ本体が、請求項5から9のいずれか一項に記載のx線源に対して移動可能とされる、請求項14又は15に記載のx線撮像装置。
- 前記第1のコリメータ本体と第2のコリメータ本体とが、互いに対して及び前記x線源に対して移動可能とされ、
第1のコリメータ本体ムーバが、前記第1のコリメータ本体に接続されており、
第2のコリメータ本体ムーバが、前記第2のコリメータ本体に接続されており、
前記第1のコリメータ本体ムーバと第2のコリメータ本体ムーバとが、前記コリメータ本体それぞれを移動させるように構成されており、
例えば、前記第1のコリメータ本体ムーバ及び第2のコリメータ本体ムーバのうち少なくとも1つのコリメータ本体ムーバが、請求項5から9のいずれか一項に記載のように構成されている、請求項14又は15に記載のx線撮像装置。 - 前記コリメータが、第1のコリメータ本体と、前記第1のコリメータ本体と直列に配置された第2のコリメータ本体との組を備えており、
前記第1のコリメータ本体が、第1のプレートと第1のスリット空間とが交互に配設された第1のスタックを備えており、第1のスリット空間が、前記第1のプレート同士の間に配置されており、前記第1のスリット空間が、共通の第1の仮想線に向かって方向づけられており、
前記第2のコリメータ本体が、第2のプレートと第2のスリット空間とが交互に配設された第2のスタックを備えており、第2のスリット空間が、前記第2のプレート同士の間に配置されており、前記第2のスリット空間が、共通の第2の仮想線に向かって方向づけられており、
前記共通の第1の仮想線と前記共通の第2の仮想線とが、前記共通の焦点で互いに交差しており、これにより、前記第1のスリット空間と第2のスリット空間とが共に、前記コリメータの複数の前記通路を形成しており、
前記第1のコリメータ本体と第2のコリメータ本体とが、互いに対し及び前記x線源に対して移動可能とされ、
第1のコリメータ本体ムーバが、前記第1のコリメータ本体に接続されており、
第2のコリメータ本体ムーバが、前記第2のコリメータ本体に接続されており、
前記第1のコリメータ本体ムーバと第2のコリメータ本体ムーバとが、スリットに対して略垂直とされる方向において、前記コリメータ本体それぞれを移動させるように構成されており、
例えば、前記第1のコリメータ本体ムーバ及び第2のコリメータ本体ムーバのうち少なくとも1つのコリメータ本体ムーバが、請求項5から9のいずれか一項に記載のように構成されている、請求項1から12のいずれかに記載のx線撮像装置。 - 物体のx線画像を生成するためのx線撮像装置で利用するために構成されているx線源であって、主方向を有するx線ビームを合焦スポットから前記x線撮像装置の物体空間に放出するように構成されている前記x線源と、
前記x線源の近傍に且つ前記x線源から被験体に至る前記x線ビームの経路に配置されており、コリメータの複数の通路を形成している1つ又は複数のコリメータ本体を備えている前記コリメータであって、前記通路それぞれが、前記x線源の側に前記コリメータの共通の焦点を規定している中心方向を有しており、好ましくは、前記x線ビームの前記主方向に対して垂直とされる平面において、前記通路が2D配列になっている、前記コリメータと、
の組み合わせ。 - 請求項1から19のいずれか一項に記載のx線撮像装置又は請求項20に記載の組み合わせによって物体を撮像するための方法。
- 前記コリメータが、前記x線源の前記合焦スポットより小さい有効合焦スポットを生成し、
例えば、前記有効合焦スポットが、例えば小動物の撮像のために、10μm~50μmの直径を有する有効サイズを有しており、
例えば、前記コリメータの前記通路それぞれが、例えば小動物の撮像のために、1μm~10μm、例えば1μm~5μmの直径又は最大断面寸法を有している、請求項21に記載の方法。 - 物体のx線画像を生成するためのx線撮像装置を組み込むための方法であって、前記x線撮像装置が、x線源及びx線検出器が接続される支持フレームを備えている、前記方法において、
被験体のための物体空間が、前記x線源と前記x線検出器との間に形成されており、
前記x線源が、主方向を有するx線ビームを合焦スポットから前記物体空間に放出するように構成されており、
前記x線検出器が、x線放射に対する感度を有している画素の配列を備えており、
前記方法が、前記x線源の近傍に且つ前記x線源と前記被験体との間における前記x線ビームの経路にコリメータを配置するステップを備えており、
前記コリメータが、前記コリメータの複数の通路を形成している1つ又は複数のコリメータ本体を備えており、
前記通路それぞれが、前記x線源の側に前記コリメータの共通の焦点を規定している中心方向を有しており、
好ましくは、前記x線ビームの前記主方向に対して垂直とされる平面において、前記通路が2D配列になっており、
前記コリメータが、前記x線源の前記合焦スポットより小さい有効合焦スポットを生成する、方法。 - x線撮像装置中のx線源の合焦スポットを縮小させるための方法において、
前記方法が、前記x線源の近傍に且つ前記x線源と被験体との間におけるx線ビームの経路に、例えば前記x線源の窓の近傍に、コリメータを配置するステップを備えており、
前記コリメータが、前記コリメータの複数の通路を形成している1つ又は複数のコリメータ本体を備えており、
前記通路それぞれが、前記x線源の側に前記コリメータの共通の焦点を規定している中心方向を有しており、
好ましくは、前記x線ビームの主方向に対して垂直とされる平面において、前記通路が2D配列になっており、
前記コリメータが、前記x線源の前記合焦スポットより小さい有効合焦スポットを生成する、方法。
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