JP4759131B2 - X線画像撮影装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、散乱X線を除去するために用いるグリッドを備えたX線画像撮影装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、X線撮影として最も一般的な撮影方法はフィルム/スクリーン法であり、これは感光性フィルムとX線に対して感度を有している蛍光体を組み合わせて撮影する方法である。X線を照射すると発光する希土類から成る蛍光体を、感光性フィルムの両面に密着させて保持し、被写体を透過したX線を蛍光体で可視光に変換して感光性フィルムにより光を捉え、この感光性フィルムに形成された潜像を化学処理で現像することにより像を可視化する。
【0003】
第2の撮影方法として、コンピューテッドラジオグラフィ(CR)法と呼ばれる方法も実用化されている。この方法は放射線の透過画像を蛍光体中に一旦、潜像として蓄積し、後に励起光を照射することにより潜像を読み出す方式である。
例えば、或る種の蛍光体にX線、α線、β線、γ線、電子線、紫外線等の放射線を照射すると、この放射線のエネルギの一部が蛍光体中に蓄積される。また、この蛍光体に可視光等の励起光を照射すると、蓄積されたエネルギに応じて蛍光体が輝尽発光を示すことが知られている。
【0004】
このような性質を示す蛍光体は蓄積性蛍光体とか輝尽性蛍光体と呼ばれている。この蓄積性蛍光体を利用することにより、人体等の被写体の放射線画像情報を蓄積性蛍光体シートに一旦記録し、その後にこの蓄積性蛍光体シートをレーザー光等の励起光を用いて走査することにより輝尽発光光を生じさせ、得られた輝尽発光光を光電的に読み取ることにより画像信号を取得し、この画像信号に基づいて写真感光材料等の記録材料、CRT等の表示装置に被写体の放射線画像を可視像として出力させる放射線画像情報記録再生システムが、特開昭55−12429号公報、特開昭56−11395号公報等において提案されている。
【0005】
また近年の半導体プロセス技術の進歩に伴い、第3の撮影方法として半導体センサを使用して同様にX線画像を撮影する装置が開発されている。この種のシステムは、従来の銀塩写真を用いる放射線写真システムと比較して、極めて広範囲な放射線露出域の画像を記録できるという利点を有している。即ち、広範囲のダイナミックレンジのX線を光電変換手段により読み取って電気信号に変換した後に、この電気信号を用いて写真感光材料等の記録材料やCRT等の表示装置に放射線画像を可視像として出力させることにより、放射線の露光量の変動に影響され難い、放射線画像を得ることができる。
【0006】
図10は上述した半導体センサを用いた放射線画像撮影システムの概略図を示しており、X線画像撮影装置1には、複数の光電変換素子を二次元状に配置した検出面を有するX線検出センサ2が内蔵されており、X線発生部3から出射されたX線が被写体Sに照射され、被写体Sを透過したX線はX線検出センサ2により検出される。このX線検出センサ2から出力された画像信号は、画像処理手段4においてデジタル画像処理され、モニタ5上に被写体SのX線画像として表示される。
【0007】
また、X線画像のコントラストを改善する目的で上述した3種類の撮影方法において、散乱X線除去用グリッドを用いて撮影する場合がある。これはX線の照射により、被写体Sの内部で発生する散乱X線を除去するためのものであり、この散乱X線除去用グリッドは、X線管球とフィルム等の検出器の間に配置して撮影を行う。
【0008】
この散乱X線除去用グリッドは、X線吸収部材としてX線吸収率の大きい鉛等から成る複数枚の箔と、X線吸収率が小さなアルミニウム、紙、木、合成樹脂、炭素繊維強化樹脂等から成る中間物質とを交互に積層し、アルミニウム等から成るカバー部材により覆われている。この場合に、箔の面に沿った方向からX線が入射するような構成となっているため、散乱X線は箔に対して或る角度で入射し、箔に当たり吸収される。被写体を透過したX線の一次光は、箔に対して平行に入射するため、中間物質部を通過してグリッドを透過する。従って、被写体において散乱された散乱X線を箔で吸収することができ、散乱X線による解像度の低下を防止することができる。
【0009】
図11は従来の半導体センサを用いたX線画像撮影装置の縦断面図、図12は図11のA方向から見た横断面図を示している。筺体11の内部にはスペーサ12を介して基台13が取り付けられており、この基台13上には、上方から、照射されたX線を可視光に変換する蛍光体14a、変換された可視光を電気信号に変換する格子状に配列された光電変換素子14b、この光電変換素子14bを支持する基板14cが積層されたX線像検出パネル14が配置されている。また、光電変換素子14bには配線15を介して、基台13の下面に設けられた電気信号を処理する電子部品を搭載した回路基板16に接続されている。更に、この筺体11の上面にはグリッドユニット17に着脱自在に設けられている。グリッドユニット17はグリッド取付枠18に散乱X線除去用グリッド19が取り付けられており、更にグリッド取付枠18には開口部18aが設けられている。
【0010】
図13はグリッドユニット17を図11のB方向から見た平面図を示している。散乱X線除去用グリッド19の内部の積層された箔19aと中間物質の並んでいる方向を模式的に示し、平行に描かれた線は箔19aを意味し、箔19aはその線を含み紙面に垂直な平面上に存在する。グリッド19の中心線19bは、グリッド19の箔19aの方向と平行で、箔19aがX線管球の中心に焦点を有する所謂集束グリッドの場合の管球中心に合わせるラインである。即ち、中心線19bの付近の箔19aは紙面に垂直方向であるが、中心線19bから離れるに従ってX線の照射角に従って徐々に傾斜した構成となっている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
従来のフィルムを用いたX線撮影において、グリッドを固定して撮影する場合には、フィルムの外形の辺に対してグリッドの箔の方向、即ち中心線が必ずしも平行でなくとも、外形に対して傾いた方向にグリッドの縞目が写り込んだ画像が得られるだけで、診断上問題となる障害は発生することはない。
【0012】
しかしながら、図12に示すような半導体センサを用いた場合には、二次元的に分布した画素には方向性があり、画素の並びに平行な線14dと、グリッド19の中心線19bが平行でない或る値以上の角度においては、様々な障害が発生する。
【0013】
先ず、第1にはモアレ縞の発生が問題となる。グリッド19の1cm当りの箔の数をグリッド密度(本/cm)として表した場合に、通常のグリッド密度は約30〜60(本/cm)である。従って、グリッド19の縞目の空間周波数は3〜6lp/mmである。これに対して、X線撮影に用いられる半導体センサの画素のピッチはセンサの有効範囲が大きいことから、通常では200〜50μmの範囲にある。従って、センサの分解能は2.5〜10lp/mmであり、グリッド19の縞目の空間周波数と近似したものとなり、両者が或る角度を有して重なると干渉を起こしモアレ縞が発生し、X線画像を用いた診断において微細な病変を観察する際に障害となる。
【0014】
第2には画像処理上の問題があり、グリッド19の縞目に対して何らかの画像処理を施す場合に、グリッド19の縞目が画素の並びに対して傾くと、1本の縞目が何本もの画素のラインを跨ぐことになり、画像処理を行うライン数が増大し、画像処理に要する時間が増大する。
【0015】
本発明の目的は、上述の問題点を解消し、半導体画素から成るX線検出手段とグリッドから成る散乱X線除去手段とを併用しても、良好な画像を効率良く得ることができるX線画像撮影装置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための第一の発明は、
X線発生手段から発したX線を被写体に照射し、被写体を透過したX線分布をセンサで検出するX線画像撮影装置において、
複数の検出素子を二次元状に配置した検出面を有し平面状の矩形の基台上に固定され、フレキシブル回路板を介して前記基台下の回路基板に接続されるX線検出手段と、
該X線検出手段を前記基台と共に内包した筐体と、
矩形の取付枠に対して取り付けられた散乱X線除去用グリッドで構成され、筐体に対して前記取付枠を介して着脱自在に取り付けた散乱X線除去手段と、
前記筐体側壁の内壁の角部に前記X線検出手段が固定される前記矩形の基台の角部が係合するように配置された突起部であり、前記X線検出手段と前記筐体との前記検出面に垂直な軸周りの相対的回転位置規制を行う第1の規制手段と、
前記筐体の対向する側壁部に前記検出面に垂直な方向に設けた二つの溝部と、前記散乱X線除去手段に設けた前記二つの溝部に係合する前記取付枠の二つの凸部により前記散乱X線除去手段と前記筐体との前記検出面に垂直な軸周りの相対的回転位置規制を行う第2の規制手段と、
を有することを特徴とするX線画像撮影装置。
【0027】
【発明の実施の形態】
本発明を図1〜図9に図示の実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図1は第1の実施の形態におけるX線画像撮影装置の縦断面図、図2は図1のC方向から見た横断面図、図3は図1のD方向から見たグリッドユニットの平面図を示している。筺体21の内部にはスペーサ22を介して金属製の基台23が取り付けられ、この基台23上には半導体素子と化学作用せずに半導体プロセスの温度に耐え、寸法安定性等が必要なことから、ガラス板により構成された基板24a、半導体プロセスにより二次元配列的に形成された光電変換素子24b、金属化合物から成る蛍光体を樹脂板に塗布した蛍光板24cから成り、接着により一体的に積層されたX線像検出パネル24が設けられている。
【0028】
そして、光電変換素子24bはフレキシブル回路板25を介して、基台23の下面に設けられ光電変換された電気信号を処理するための電子部品26aを搭載した回路基板26に接続されている。フレキシブル回路板25は光電変換素子24bからの電気信号を読み出すための信号線及び制御線を有し、基板24aの外周に対して複数枚配置されており、各フレキシブル回路板25は基台23の側方を通り、基台23の裏面に配置された回路基板26まで引き回されている。
【0029】
更に、筐体21はX線透過性を有する筐体蓋21aにより密閉されている。この筐体蓋21aの上面には、グリッド取付枠27に取り付けられた散乱X線除去用グリッド28を有するグリッドユニット29が、取り外し自在に取り付けられており、グリッド取付枠27の中央部にはX線を透過させるための開口部27aが設けられている。
【0030】
グリッドユニット29の位置を規制するために、筺体21の2つの側面には溝部21bが設けられており、これらの溝部21bにはグリッド取付枠27の突条部27bが嵌合され、グリッドユニット29は筐体21に対して、X線像検出パネル24の検出面と垂直方向の軸周りの回転位置が規制されている。また、筺体21の内壁の角部には突起部21cが設けられており、この突起部21cは基台23の角部23aに係合し、基台23は筐体21に対して、X線像検出パネル24の検出面と垂直方向の軸周りの回転位置規制がなされている。なお、溝部21b、突起部21cは所望の許容差内の相対位置関係で形成されている。
【0031】
溝部21bは溝状になっているため、グリッドユニット29が装着されていない状態においても突起となることがなく、X線撮影時に被験者に触れた場合でも安全性が確保されている。また、突起部21cは矩形のX線像検出パネル24の角部付近に配置されているので、フレキシブル回路板25の配置に対する障害になることはない。
【0032】
X線像検出パネル24の画素の並びに平行な線24dと、溝部21bの中心線21dとの成す角度θ1は理想的には0°であり、このようにすることにより、各部の誤差を含めても極めて0°に近い所望の角度内に規制することができる。
【0033】
そして、X線像検出パネル24を金属製の基台23に固定する際には、基台23の寸法基準である角部23aに対して、光電変換素子24bにおける二次元的配列パターンが所望の相対位置関係となるように、図示しない工具で規制される。
【0034】
図3において、突条部27bの中心線27cと散乱X線除去用グリッド28の箔28aとは本来並行となるべきものであり、これらの成す角度θ2は理想的には0°である。散乱X線除去用グリッド28とグリッド取付枠27の貼り付け誤差等含めても角度θ2は極めて0°に近い所望の角度以内になるように、工具等で位置決めされ結合されている。このような構成とすることにより、X線像検出パネル24の二次元状配列パターンと、グリッド28の箔28aの方向は極めて0°に近い所望の角度以内に固定可能である。
【0035】
図4はグリッド28をサンプリングした様子を模式的に示した説明図である。図4(a)においてSで示す部分はサンプリング間隔を示し、サンプリング間隔Sとグリッド28が正確に揃っていれば、縞模様は安定して観察され、観察者の邪魔にもならず、またフィルタリング等の画像処理でも除去し易い。
【0036】
しかしながら、図4(b)に示すようにサンプリング間隔Sに対しグリッド28を傾けると斜め方向に強い低周波のモアレ縞が観察され、観察者にとって極めて邪魔な存在となり、フィルタリング等での画像処理での除去も困難となる。
【0037】
図5は空間周波数でのサンプリングの様子を示したグラフ図である。縦軸に縦方向の周波数を表し、横軸に横方向の周波数を示しており、周波数fgはグリッド周波数を表し、周波数fsはサンプリング周波数を示している。一般に、観察される縞の周波数はサンプリング周波数の半分であるナイキスト周波数以下であり、観察される縞周波数fmはサンプリング周波数fsとの変調になるため、以下の式で計算できる。
fm=|fgn・fg|;fm≦fs/2 (ただし、nは正の自然数)
【0038】
図5(a)の場合においては、グリッド周波数fgの方がサンプリング周波数fsよりも大きな値であるため、サンプリング周波数fsに対して点対称な位置に縞周波数fmの縞が発生する。この場合は、縦方向の周波数成分は現われることはない。
【0039】
しかしながら、図5(b)の場合においては、グリッド取付角度がθだけ傾いた状態を示しており、この場合もサンプリング周波数fsに対して点対称の位置に縞周波数fmが現われる。この場合の縞周波数fmの角度は取付角度ではなく、反対方向の更に大きな角度θ2の角度の縞が現われる。この角度θ2が図4(b)で観察されたモアレ縞である。種々の実験の結果から、この取付角度が5°以上であると観察に支障をきたし、更に画像処理による除去も困難になる。
【0040】
本発明の実施の形態においては、X線像検出パネル24のグリッド28に対する相対角度の変化を規制することができ、角度誤差を5°以内にして、画像処理による縞の模様の除去が容易になる。
【0041】
図6は第2の実施の形態におけるX線画像撮影装置の縦断面図を示しており、第1の実施の形態と同一の部材には同一の符号を付している。筐体31の上部には、取り外し可能にグリッドユニット32が装着されており、筐体31の上面には位置決め穴31a、31bに設けられており、位置決め穴31aは円形、位置決め穴31bは長円形の形状をしている。また、散乱X線除去用グリッド28はグリッドユニット32のグリッド取付枠33に固定されており、このグリッド取付枠33の中央部には開口部33aが設けられている。また、グリッド取付枠33の端部には、位置決めピン33b、33cが下方に突出されており、前述の位置決め穴31a、31bにそれぞれ係合するようにされている。
【0042】
このような構成とすることにより、第1の実施の形態と同様に、筐体31とグリッドユニット32の位置決めを行うことができ、更にグリッドユニット32を薄型の形状にすることができる。また、グリッドユニット32が外された状態で使用しても、突出部がないので安全である。
【0043】
図7は第3の実施の形態におけるX線画像撮影装置の縦断面図、図8は図7のE方向から見た側面図を示している。筐体41の側面及び底面には位置決め溝41a、41bが設けられており、位置決め溝41aは筐体41の左側面に1個所、位置決め溝41bは筐体41の右側底面に2個所設けられている。グリッドユニット42の散乱X線除去用グリッド28はグリッド取付枠43に固定され、このグリッド取付枠43には開口部43aが設けられている。
【0044】
グリッド取付枠43の内壁には凸部43bが設けられ、この凸部43bは筐体41の位置決め溝41aに係止される。また位置決め溝41bには、グリッド取付枠43の一部を折り曲げて形成された係止部43cが係止されるようになっている。溝41a、41bと凸部43b、係止部43cの紙面に垂直方向の幅は、それぞれ隙間の少ない所望の寸法に調整されており、筐体41とグリッド取付枠43の紙面に垂直方向の位置規制を行う。
【0045】
グリッド取付枠43の側面にはスライドノブ44が設けられ、グリッド取付枠43の長穴43dに沿って、左右方向に移動可能なように固定され、スライドノブ44はロックピン45により固定されている。従って、スライドノブ44を右方向において固定した状態で、グリッドユニット42を筐体41に装着した後にスライドノブ44を左方向に移動させれば、ロックピン45は溝41aに係止し、グリッドユニット42の脱落を阻止することができる。従って、グリッドユニット42を誤って落下させ、破損することを防止できる。
【0046】
図9は第4の実施の形態におけるX線画像撮影装置の平面図を示しており、取り外し自在にグリッドユニット51が装着されており、図示しない散乱X線除去用グリッドはグリッド取付枠52に固定されている。グリッド取付枠52は筐体53の外周を覆うようにされており、筐体53の基準壁53aに、グリッド取付枠52の内壁に設けられた2個の突起部52aが接触している。グリッド取付枠52の反対側の内壁52bと筐体53との間の隙間には固定ばね54が配置されており、グリッド取付枠52を筐体53に対して付勢している。このような構成とすることにより、グリッド取付枠52と筐体53をがたつきなく固定することができる。
【0047】
本発明の実施の形態は上記の実施の形態に限定されることなく、様々な変形例が考えられる。散乱X線除去用グリッドはX線吸収部材が帯状に配置されている例を述べたが、格子状に配列されたものでもよい。
【0048】
散乱X線除去用グリッドは、X線の線源直下の中心部分では、前述したようにX線吸収部材の箔がX線像検出パネルの検出面に垂直で、周辺にゆくに従って線源の方向に傾かせた収束グリッドでもよい。この場合に、収束グリッドの中心線つまりX線源直下の箔と垂直な部分が、X線像検出パネルの中心と一致するように位置規制することが望ましい。また、収束グリッドはその中心線に対して線対称であるから、グリッドユニットを筐体に取り付ける際に、180度回転させた2通りの方向で同様の位置関係となるように位置規制できる。
【0049】
なお、X線検出手段は実施の形態のX線像検出パネルに限らず、他の型式であってもよい。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るX線画像撮影装置は、X線検出手段とX線散乱線除去用グリッドの位置合わせが簡便な方法で行え、診断上有害となるモアレ縞の発生を抑制することができる。また、グリッドの像が交差する画像読み取りラインの数が規制されるので、グリッド除去等を行う画像処理の範囲が減少し、計算時間が短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態の縦断面図である。
【図2】第1の実施の形態の横断面図である。
【図3】第1の実施の形態のグリッドユニットの平面図である。
【図4】モアレ縞の説明図である。
【図5】空間周波数でのサンプリングの様子のグラフ図である。
【図6】第2の実施の形態の縦断面図である。
【図7】第3の実施の形態の縦断面図である。
【図8】第3の実施の形態の側面図である。
【図9】第4の実施の形態の平面図である。
【図10】X線画像撮影システムの概略図である。
【図11】従来例のX線撮影装置の縦断面図である。
【図12】従来例のX線撮影装置の横断面図である。
【図13】従来のグリッドユニットの平面図である。
【符号の説明】
21、31、41、53 筐体
23 基台
24 X線像検出パネル
25 フレキシブル回路板
26 回路基板
27、33、43、52 グリッド取付枠
28 X線散乱線除去用グリッド
29、32、42、51 グリッドユニット
44 スライドノブ
45 ロックピン
54 固定ばね
Claims (4)
- X線発生手段から発したX線を被写体に照射し、被写体を透過したX線分布をセンサで検出するX線画像撮影装置において、
複数の検出素子を二次元状に配置した検出面を有し平面状の矩形の基台上に固定され、フレキシブル回路板を介して前記基台下の回路基板に接続されるX線検出手段と、
該X線検出手段を前記基台と共に内包した筐体と、
矩形の取付枠に対して取り付けられた散乱X線除去用グリッドで構成され、筐体に対して前記取付枠を介して着脱自在に取り付けた散乱X線除去手段と、
前記筐体側壁の内壁の角部に前記X線検出手段が固定される前記矩形の基台の角部が係合するように配置された突起部であり、前記X線検出手段と前記筐体との前記検出面に垂直な軸周りの相対的回転位置規制を行う第1の規制手段と、
前記筐体の対向する側壁部に前記検出面に垂直な方向に設けた二つの溝部と、前記散乱X線除去手段に設けた前記二つの溝部に係合する前記取付枠の二つの凸部により前記散乱X線除去手段と前記筐体との前記検出面に垂直な軸周りの相対的回転位置規制を行う第2の規制手段と、
を有することを特徴とするX線画像撮影装置。 - 前記筐体に装着した前記散乱X線除去手段に対し、脱落を阻止するための脱落規制手段を有する請求項1に記載のX線画像撮影装置。
- 前記X線検出手段の検出素子の配列パターンと前記散乱X線除去手段のX線吸収部材の帯状又は格子状の配列パターンとの前記検出面に垂直な軸周りの相対的回転位置誤差を5°以内に位置規制を行う請求項1又は2に記載のX線画像撮影装置。
- 前記第2の規制手段は、前記二つの溝部を前記筐体に設けたピン穴とし、前記取付枠の二つの凸部を前記散乱X線除去手段に設け前記ピン穴に係合するピンとすることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載のX線画像撮影装置。
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