JP5231574B2

JP5231574B2 - Ｘ線撮影法によるｘ線撮像のための光学位置合わせシステムおよび位置合わせ方法

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Publication number: JP5231574B2
Application number: JP2010544475A
Authority: JP
Inventors: ウィント，デーヴィッド，エル．
Original assignee: Reflective X Ray Optics LLC
Current assignee: Reflective X Ray Optics LLC
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-01-28
Also published as: JP2011510711A; AU2009209249A1; EP2247240A4; AU2009209249B2; EP2247240A2; CA2709215C; US7794144B2; EP2247240B1; KR101140199B1; CA2709215A1; KR20100107508A; WO2009097323A3; WO2009097323A2; US20090190722A1

Description

関連する出願

２００８年１月２８日に出願され、“Ｘ線撮影法によるＸ線撮像システムのための光学位置合わせシステムおよび位置合わせ方法”という題が付いている米国仮出願番号６１／０６２，４５９に基づく優先権が主張され、その全体がここに参照のために組み込まれる。

本発明は撮像システムに関し、特に、医療、産業または他の用途のためのＸ線撮影法によるＸ線撮像システムに関する。

医療、工業または他の用途のためのＸ線撮影法によるＸ線撮像システムは代表的に、点源Ｘ線チューブを使用し、その点源Ｘ線チューブ内では、エネルギー値の高い電子が固体金属の目標物上に突き当り、それによって、焦点スポットから発するＸ線光の円錐状ビームを生成する。そのようなチューブから放たれるＸ線のスペクトラムは、チューブに使用されるアノード材料（一般にタングステン、またはマンモグラフィの場合にはモリブデン、ロジウム）の輝線放射特性が、印加電圧により決定される高エネルギーのカットオフまで延びる制動放射(Bremsstrahlung)による放射の広い連続体の上に重ねられるときには、多エネルギーの状態（poly-energetic）である。しかしながら、多くの撮像作業では、増加した像のコントラスト−さらに医療用途の場合には、患者に対する低量の放射線量−を、単一エネルギーの状態の放射を使用して達成することができる。

電子衝突のＸ線チューブから（ほぼ）単一エネルギーの放射線を生成する１つの方法は、Ｘ線光が検討対象の組織またはサンプルに達する前にＸ線光を反射し濾光する多層のＸ線ミラーを利用することである。（例えば、'X-ray monochromator for divergent beam radiography using conventional and laser produced X-ray sources', H. W. Schnopper, S. Romaine, and A. Krol, Proc. SPIE, 4502, 24, (2001)を参照されたい。）Ｘ線ミラーは、狭エネルギー帯に亘ってのみＸ線を反射するＸ線反射の多層コーティングによって被覆された平坦な基板を含む。多層Ｘ線ミラーは、Ｘ線チューブの焦点スポットとサンプル若しくは患者の間に位置決めされる。ミラーは浅い入射角で作動するため、単一ミラーは単一エネルギーのＸ線光の薄い扇形状ビームのみを生み出す。そのため、像面で大きなフィールドに亘って単一エネルギー光を生成するために、２つのアプローチの内の１つを用いることができる。第１のアプローチでは、単一ミラーがＸ線露光中に広い角度範囲に亘って走査される。第２のアプローチでは、スタックされたミラー配列が使用されるが、これは、くさび形で高精度に共にスタックされた（積み重ねられた）多数の薄いミラーとスペーサから組み立てられるものであり、それぞれの個々のミラーは狭い扇形状ビームを生成し、ミラー配列は共同で、共に位置合わせさせられた扇形状ビームを生成する。しかしながら、ミラースタックを用いる第２のアプローチでは、照明パターンは、Ｘ線光がミラーの端で遮断される領域に対応する暗い片(dark strip)をも含む。この暗い片を補償するため、ミラースタックは露光中に、（ずっと小さな角度範囲に亘るにもかかわらず）単一ミラーが第１のアプローチで走査されるのと類似の方法で走査することができ、それによって明るい片と暗い片が共に平均化されて均一の照明を生成する。

如何なる場合でも、焦点スポットに対してミラーを位置決めするに当たっての要求は厳しく、特に各ミラーの角度位置は、Ｘ線の入射角が角度の端数まで制御されるようにしなければならない。例として、約２０ＫｅＶを作動するマンモグラフィシステムのために設計された多層Ｘ線ミラーの特定の場合には、およそ代表的な入射角は０．３〜０．７度の範囲であり、狭帯域の多層コーティングの受光角は、０．０２度のように小さいこともありえる。それゆえ、ミラーは、入射角の誤差がおそらく受光角の半分、すなわち０．０１度か、またはそれより小さくなるように位置決めされなければならない。より高いエネルギーのＸ線を利用するＸ線撮像システムの他のタイプに対しては、入射角と受光角はさらに小さく、そのため、位置合わせに対する要求はマンモグラフィに対するものよりもさらに厳しい。

特に医療用途に対して、点源Ｘ線システムが概して可視光位置合わせシステムを組み込んでいるのは、患者登録のためであり、それはすなわち、光学照明パターンの視覚的検査によって、Ｘ線ビームが検討中の組織の所望の部分を照明することを確実にするためである。可視光位置合わせシステムはＸ線ビームを模擬するように構成されるが、それは仮想焦点スポットの位置に配置された小型の白熱光バルブを実装し、上記バルブから放出された光が、Ｘ線ビーム内に位置決めされた（低Ｘ線減衰を備えた）４５度ミラーに反射することによる。（例えば、‘The Essential Physics of Medical Imaging, 2^nd Edition', J. T. Bushberg, J. A. Seibert, E. M. Leidholdt, Jr., and J. M. Boone, Lippincott Williams& Wilkins publishers, Philadelphia, 2002, 図5〜18, 115ページを参照されたい。）

可視光位置合わせシステムは、Ｘ線ミラーが上述した、Ｘ線撮影法によるＸ線撮像システムに実装されているときには、未だに患者登録のために使用することができるが、それは従来のシステムでなされたのと同様に、可視光が十分にＸ線光と位置合わせされ、可視光がミラーから反射し、正確に像フィールドを照明する場合である。同一の可視光位置合わせシステムはまた、原理的にはミラーそれ自体を位置合わせするために使用され、もしそうしなければ困難なタスクになるのだが、やはりそれは可視／Ｘ線の位置合わせ不良が十分に小さい場合である。Ｘ線撮影法によるＸ線撮像システムに関連する米国政府の規制（21 CFR §1020.31）は、位置合わせ不良の合計がそのフィールドの長さ或いは幅に沿ったＸ線焦点スポットから像面までの距離の２％以下となるように、像面における可視光フィールドとＸ線フィールドが共に位置合わせされることを要求している。政府の規制の下で許容される位置合わせ不良は患者登録に対しては適切であるが、そのような位置合わせ不良は、比較的浅い入射角を作動させる単一エネルギーの放射を生成するために設計されるＸ線ミラーを用いた使用に対しては完全に不適切である。すなわち、Ｘ線ミラーがＸ線ビーム内に置かれたときには、従来の位置合わせシステムにおける可視およびＸ線ビームの間の典型的な位置合わせ不良が、可視ビームをＸ線ミラーを位置合わせするために使用することを困難にするか、または不可能にする。加えて、従来の可視光位置合わせシステムは、仮想焦点に対する可視光源の位置についての十分に高精度な調整を提供せず、さらには光放出領域それ自体のサイズがＸ線焦点スポットのサイズに対して大きい。そのため、従来の可視光システムは概して、Ｘ線ミラーが実装されている場合の使用に対して不適切である。

患者登録のため、若しくは単一エネルギー放射のために実装されたＸ線ミラーを位置合わせするために現在使用中のシステムとコンセプトにおいて類似の可視光位置合わせシステムを利用するため、相当に向上した精度を備えた光学システムが必要とされる。さらに、高精度な光学Ｘ線ミラーの位置合わせのために、可視光光学システムは、Ｘ線チューブの焦点スポットのサイズと同等か、若しくはより小さいサイズの焦点スポットを備えた可視光点源を使用しなければならない。最後に、さらに必要とされるのは、可視およびＸ線光の円錐状ビームを共に高精度に位置合わせするための装置と方法論である。

本発明は、（ａ）点源Ｘ線チューブを有する（さらに好ましくはＸ線ミラーを利用する）Ｘ線撮影法によるＸ線撮像システムに組み込まれるべき可視光位置合わせシステムとしての使用のための精密光学システムと、（ｂ）可視およびＸ線ビームを精度良く共に位置合わせするのに使用される相補的な(complementary)位置合わせ装置と、（ｃ）これらのシステムを使用する方法とを、それぞれ含む。精密光学システムの主要なコンポーネントはファイバ結合されたレーザモジュール、多軸ファイバ光学ポジショナ、およびミラー、例えば非常に低いＸ線減衰を備えたペリクル（薄膜）ビームスプリッタである。相補的な位置合わせ装置は、一組の組み合わせられたＸ線減衰の金属製グリッド、Ｘ線ビーム内で２つの直交する方向に沿ってボトムグリッドに対してトップグリッドを精度良く位置決めするための２軸変換ステージ、および位置合わせグリッドを十分な精度でかつ繰返し可能に取り付けるための方法を提供するための、可動な精密取付ブラケットを含む。これらのシステムを使用する方法は、光学位置合わせシステムおよび位置合わせグリッドがどのようにして可視およびＸ線円錐状ビームを共に精度良く位置合わせすることを確実にするために実装されているか説明する。本発明は、特にマンモグラフィの用途において意図されているが、すべての他の医療および産業のＸ線撮影法によるＸ線撮像システムに対しても等しく適用することができる。

一実施形態では、本発明は、Ｘ線焦点スポットを有する点源Ｘ線チューブを利用した（さらに任意に、ビーム濾光のためのＸ線ミラーを利用した）、Ｘ線撮像装置のための光学位置合わせシステムである。可視光点源が設けられて多軸ポジショナも設けられるが、多軸ポジショナは、可視光点源に接続され、Ｘ線焦点スポットに対して固定して取り付けられる。多軸ポジショナは、可視光点源の空間上および角度上の調整を可能にする。ミラーは、Ｘ線焦点スポットに対して固定して取り付けられ、Ｘ線源のビーム通路に配置され、可視光点源から放出される光を反射し、Ｘ線源から放出されるＸ線を伝達する。好ましくは、ミラーはビームスプリッタであり、さらに好ましくはペリクルビームスプリッタである。第１Ｘ線減衰グリッドは、Ｘ線源に対して固定して、かつ取り外し可能に取り付け可能であり、第１Ｘ線減衰パターンを有する。第２Ｘ線減衰グリッドは、第１グリッドに対して調整可能かつ取付可能であって、第１Ｘ線減衰パターンに対応する第２Ｘ線減衰パターンを有する。第１および第２グリッドが位置合わせされるときに、第１および第２減衰パターンもまた位置合わせされ、それによってＸ線源からのＸ線とミラーから反射される光がそれらを通過することを可能にする。

好ましくは、可視光点源は、光学ファイバに連結されるレーザモジュールを備える。多軸ポジショナは好ましくは、光学ファイバの放出端に連結される光学ファイバポジショナであって、放出端の位置調整を可能する。光学ファイバは好ましくは、単一モードの光学ファイバである。多軸ポジショナは好ましくは、３つの直交する変換方向に沿って、かつ２つの直交する角度の方向において調整可能である。ロッキング機構が、Ｘ線焦点スポットに対して可視光点源の位置を固定するための多軸ポジショナに連結されていてもよい。

堅い取付板が好ましくは設けられてＸ線撮像装置に固定して取り付けられ、その上に多軸ポジショナおよびミラー／ビームスプリッタが固定して取り付けられる。

第２Ｘ線減衰グリッドは好ましくは、第２グリッドのＸ−Ｙ平面において調整可能である。ロッキング機構は好ましくは、Ｘ−Ｙ平面において第２グリッドの位置を固定するために設けられる。第２グリッドはＸ−Ｙ平面において調整可能であるが、Ｘ−Ｙ平面に対して直交する第１グリッドから予め設定されたＺの距離に固定されている。第１および第２減衰パターンにおける特徴である寸法（Ｄ）、すなわちＤ１およびＤ２はそれぞれ、好ましくはＤ１＝Ｚ１／Ｚ２＊Ｄ２の式を介して対応している。第１および第２グリッドは共通のブラケットに対して取り外し可能に取り付けられるが、Ｘ線撮像装置に対しては確実に固定されている
本発明の光学位置合わせシステムはまた、Ｘ線検出器−フィルム式または電子式（デジタル）のいずれか−を含み、このＸ線検出器は、第１および第２グリッドの下方に配置可能であって、Ｘ線源から第１および第２グリッドを通して伝達されるＸ線の結果として生ずるパターンを検出するようになっている。加えて、この位置合わせシステムはまた、１またはそれ以上の電子式可視光検出器を含んでもよく、これは第１および第２グリッドの下方に配置可能であって、ミラー／ビームスプリッタから第１および第２グリッドを通して伝達される可視光の結果として生ずる強度パターンを検出するようになっている。コンピュータ制御器が設けられてもよく、これはＸ線検出器および／または可視光検出器に連結される。もしそれがＸ線検出器に連結されるならば、制御器は、検出器によって検出されるＸ線に基づいて第２グリッドの位置を自動的に制御することが可能である。もしそれが可視光検出器に連結されるならば、制御器は、検出器によって検出される可視光に基づいて可視光点源の位置を自動的に制御することが可能である。双方の場合において、コンピュータは、結果として生ずるＸ線または可視光の強度パターン、例えば全体の明度やパターンマッチングを検出することによって、またはいくつかの他の方法によって、調整可能なグリッドおよび／または光源の位置を制御することが可能である。

本発明はまた、Ｘ線撮像装置の可視光位置合わせシステムとＸ線撮像システムを位置合わせする方法であるが、ここで、Ｘ線撮像システムは、Ｘ線焦点スポットと、さらにはビーム濾光のための任意のＸ線ミラーとを有する点源Ｘ線チューブを利用するものであって、可視光位置合わせシステムは、可視光点源を有するものである。第１に、２つのＸ線減衰位置合わせグリッドが、互いに第１距離だけ離間し、かつＸ線焦点スポットから第２距離だけ離間して固定して取り付けられるが、各グリッドは、それぞれグリッドを通してＸ線および可視光の双方を選択的に遮断するために形成される減衰パターンを備える。次に、双方の位置合わせグリッドを通過するＸ線源からのＸ線のパターンが検出される。結果として生ずる検出されたＸ線パターンに基づいて、２つの位置合わせグリッドの相対的な位置合わせ不良が決定され、２つのグリッドの減衰パターンと比較される。２つのグリッドの、検出されたＸ線パターンと減衰パターンとの間の不一致を除去するために、２つのグリッドの一方の、他方に対する位置が調整される。これらの最後の２つのステップを繰り返した後に、記録されたＸ線パターンが実質的に減衰パターンと同一である場合に、可視光源が活性化させられ、２つのグリッドを通して伝達される、結果として生ずる可視光パターンに基づいて、２つの位置合わせグリッドと可視光源の相対的な位置合わせ不良が決定される。最後に、２つのグリッドの、伝達された可視光パターンと減衰パターンとの不一致を除去するために、可視光源の位置が調整される。

Ｘ線検出ステップとグリッドの一方の関連付けられた調整は手動で行われることが可能であってもよい。しかしながら、そのような場合には、（目はＸ線を見ることができないので）結果として生ずるＸ線パターンを記録するのに使用される何らかの型式の記録装置が存在しなければならない。可視光源の調整もまた、より容易に手動で行われ得るが、その場合には（目以外の）記録装置は必要とされない。しかしながら任意に、結果として生ずる可視光の強度パターンを検出するために１またはそれ以上の電子式可視光検出器が使用されてもよい。さらに、結果として生ずるＸ線パターンを検出するために電子式Ｘ線検出器が設けられてもよく、電子式Ｘ線検出器によって検出された、結果として生ずるＸ線パターンに基づいて、グリッドの調整が自動的に実行され得る。同様に、可視光検出器によって検出された、結果として生ずる可視光の強度パターンに基づいて、光源の位置の調整が自動的に実行され得る。

図１ａは、Ｘ線円錐状ビームが焦点スポットから発するＸ線チューブと、白熱光バルブと４５度ミラーを含む可視光位置合わせシステムとを含む、従来のＸ線撮影法によるＸ線撮像システムの概略図である。図１ｂは、ある入射角の多層Ｘ線ミラーを組み込むＸ線撮影法によるＸ線撮像システム（図１ａの位置合わせシステムを含む）を示す。図１ｃは、入射角の多層Ｘ線ミラーの積層された配列を組み込むＸ線撮影法によるＸ線撮像システムを示す。図２は、Ｘ線円錐状ビームが焦点スポットから発するＸ線チューブと、ファイバ結合されたレーザモジュール、ファイバポジショナおよびペリクルビームスプリッタを含む本発明に係る精密光学位置合わせシステムとの概略図である。図３ａは、２つの金属製位置合わせグリッドと、位置合わせグリッドを精度良く位置決めするＸ−Ｙ変換ステージと、取り外し可能な位置合わせグリッド取付ブラケットとを含む、本発明に係る相補的なシステムとともに、図２に示されたのと同一コンポーネントを示す正面図である。図３ｂは、２つの金属製位置合わせグリッドと、位置合わせグリッドを精度良く位置決めするＸ−Ｙ変換ステージと、取り外し可能な位置合わせグリッド取付ブラケットとを含む、本発明に係る相補的なシステムとともに、図２に示されたのと同一コンポーネントを示す側面図である。図３ｃは、２つの金属製位置合わせグリッドと、位置合わせグリッドを精度良く位置決めするＸ−Ｙ変換ステージと、取り外し可能な位置合わせグリッド取付ブラケットとを含む、本発明に係る相補的なシステムとともに、図２に示されたのと同一コンポーネントを示す斜視図である。図４は、本発明に係る一組の対応する位置合わせグリッドの一例の正面図である。図５は、位置合わせグリッドと、トップグリッドを位置決めするのに使用されるＸ−Ｙ変換ステージと、位置合わせグリッド取付ブラケットとであって、すべて本発明に係るものを示す斜視図である。図６は、本発明に係るＸ−Ｙ変換ステージおよび／または光学ファイバポジショナの位置を自動的に制御するコンピュータ制御器の図である。

Ｘ線撮影法によるＸ線撮像システムに一般に使用される従来の可視光位置合わせシステム（図１ａ）は、白熱光バルブ（１０２）と、点源Ｘ線チューブ（１００）に対して固定位置に取り付けられた４５度ミラー（１０３）とを含む。光バルブ（１０２）は実際のＸ線焦点スポット（１０１）と、Ｘ線スポットに対する４５度ミラーの角度および位置とによって定義される仮想焦点に位置している。可視光の円錐状ビームはＸ線円錐状ビーム（１０４）とオーバーラップしており、それによってオブジェクトおよび／または像面におけるＸ線フィールドの仮想的な観測方法を提供している。

ビーム濾光のための単一の多層Ｘ線ミラーを組み込む、Ｘ線撮影法によるＸ線撮像システムは、図１ｂに示される。Ｘ線ミラー（１０６）はＸ線ビーム内に高精度に位置決めされなければならない。仮想焦点スポット（１０５）は、Ｘ線スポットに対する４５度ミラー（１０３）の位置および角度によって決定される。可視光位置合わせシステムに使用される光源（１０２）は、図１ｂに示すように、仮想焦点スポット（１０５）の位置から変位させられると、可視光線（１０８）は、破線で示されるように、Ｘ線とは異なる入射角でＸ線ミラーに突き当たる。そのため、反射された可視光線の方向は反射されたＸ線の方向とは異なり、そして像面に到達する反射された可視光線は空間的に、像面においてＸ線の位置から変位させられる。図１ｂから明らかなことは、可視光位置合わせシステムは、可視光源（１０２）が十分に仮想焦点スポット（１０５）と一致していなければＸ線ミラーの位置と角度を高精度に調節するのに使用できない、ということである。可視光位置合わせシステムにおける同一の制約が、２又はそれ以上のＸ線ミラーを使用する、Ｘ線撮影法によるＸ線撮像システムにも当てはまる。図１ｃは、くさび形配列に構成されたＸ線ミラーのスタックを組み込むシステムを示している。

本発明の記述は図２〜６を参照してなされる。理解されるべきことは、これらの図は例示的なものに過ぎず、以下に表れる請求項によって定義される本発明の範囲を制限するのに役立つものではない、ということである。

本発明は、医療、産業または他のＸ線撮影法の用途のためのＸ線ミラーを利用するＸ線撮像システムに組み込まれる可視光位置合わせシステムであって、従来の可視光登録システムに対して実質的により高い精度を備えたものとしての使用する光学システムを提供する。精密光学システム（図２および図３）の主要なコンポーネントは、ファイバ結合されたレーザモジュール（２０３）、多軸ファイバ光学ポジショナ（２０４）、および反射性の、光学的に平坦なペリクルビームスプリッタ（２０２）を備える。すべての３コンポーネントは、様々なサプライヤ(ニュージャージー州バリントンのEdmund Optics、カリフォルニア州アーヴァインのNewport Corporation等)から商業的に入手可能なものである。

モジュール２０３の光学ファイバ（３０６）の研磨された端から放たれるレーザ光は、非常に低い波面歪みをもって球面波（すなわち、円錐状ビーム（３０７））に回折し、そのために、Ｘ線ビーム（２０５）とオーバーラップするようにすることができる可視光点源としての役割を備える。ファイバ光学ポジショナ（２０４）は、３直交軸に沿ってミクロンレベルの精度で仮想焦点スポットにファイバの放出端を置くために使用される。シングルモードのファイバ（３０６）の端自体は典型的には、直径で数ミクロンに過ぎず、これは典型的なＸ線焦点スポットのサイズよりも相当小さい。例えば、マンモグラフィに使用されるＸ線チューブは一般に、１００ミクロンの十分な焦点を備える。ファイバ端はまた、従来の可視光位置合わせシステムで使用される典型的な白熱光バルブにおける光放出領域のサイズよりもずっと小さい。白熱光バルブ内の放出スポットはまた、精度の良いミラー位置合わせに使用するには大き過ぎる。

可視レーザ光の円錐状ビーム（３０７）は、光学的に平坦なペリクル（２０２）から反射されるが、そのペリクル（２０２）は好ましくは、レーザ波長における高反射のために、アルミニウムのような薄い金属層によって覆われた（５ミクロンオーダーの）薄いポリマーメンブレンによって作製される。レーザは如何なる可視光の波長を備えていてもよいが好ましくは緑色（約５１０ｎｍ）である。メンブレンは光学的な平坦さを達成するために固定フレームに亘って広げられる。ペリクルの反射する光学面は典型的には１ｍｍごとに６００ｎｍよりも良好な程度に平坦である。ペリクル（２０２）は非常に薄いのでＸ線減衰はほとんど無視でき、ペリクル（２０２）の光学面は、あまりに多くのＸ線減衰を生じさせるので適切でない従来の研磨ガラス製の平坦なミラーと同等であることが可能である。（従来の可視光位置合わせシステムでは、概して金属で被膜されたプラスチックで製作された、単純な平坦なミラーが使用される。しかしながら、そのようなミラーの光学品質は、精度の高いＸ線ミラーの位置合わせに使用するにはあまりに不十分であり、それは反射された波面において結果として生ずる歪みが可視光点源の効率的なサイズをあまりに大きくさせるためである。）ペリクル（２０２）は、約４５度近くの角度でＸ線ビーム（１０４）内に位置決めされる。ファイバポジショナ（２０４）はまた、２つの回転軸を設けており、それによって可視ビームがＸ線ビームに対して中央に置かれることができる。ファイバポジショナは、以下に述べるようにいったんシステムが位置合わせされた場合にファイバポジションの調節を防止するためのロッキング機構（２０４Ａ）（図３Ｃ参照）を含んでもよい。

光学システムは光学位置合わせシステム取付板（３０３）に強固に取り付けられが、この取付板（３０３）は、ペリクル（２０２）、ファイバポジショナ（２０４）およびレーザモジュール（２０３）の取り付け金具を収容するために機械加工されている。代替的に、ファイバ結合レーザモジュールは遠隔的に搭載されることができるが、これは重要であるファイバ端の唯一の位置だからである。光学位置合わせシステムはまた、Ｘ線チューブ取付ブラケット（３０２）への取り付けのための取付孔を含み、それによってＸ線焦点スポット（１０１）に対して光学コンポーネントを取り付けるための、精度が高く安定的なプラットフォームを保証する。さらに含まれるのは、照準を合わせるアパーチャ(aperture)（３１５）のための取付孔であり、これは、撮像される物体と合致させるためにＸ線ビームのサイズを限定するのに必要とされる。

本発明はまた、可視およびＸ線ビームを精度良く共に位置合わせするのに使用される相補的な(complementary)位置合わせ装置（図３、４および５）を提供する。発明の位置合わせ装置は、Ｘ線を減衰させる一組の組み合わせられた金属製グリッド（３１３、３１４）と、Ｘ線ビーム内でボトムグリッド（３１４）に対してトップグリッド（３１３）を精度良く位置決めするための２軸変換ステージ（３１１）と、位置合わせグリッドを十分繰返し可能に搭載するための機構を提供するための、可動な精密取付ブラケットとを含む。２つの位置合わせグリッド（３１３）および（３１４）は共に同一パターンの開口空間（４０３、４０４）を含むが、“トップ”グリッド内に形成されたパターンは、Ｘ線焦点スポットまでのグリッドの距離に応じた量だけ“ボトム”グリッドに対して大きさを小さくしなければならない。すなわち、焦点スポットからトップグリッドまでの距離がＺ２であり、焦点スポットからボトムグリッドまでの距離がＺ１であれば、トップグリッド（３１３）における幅Ｗ２、長さＬ２の矩形スロット（図４）は、ボトムグリッド（３１４）における幅Ｗ１、長さＬ１の対応するスロットを有しており、ここでＷ１＝Ｚ１／Ｚ２＊Ｗ２であり、かつＬ１＝Ｚ１／Ｚ２＊Ｌ２である。（ａ）開口のパターンが全照明領域に及んでおり、かつ（ｂ）パターンが両直交方向ＸおよびＹにおいて位置合わせ不良に敏感であるならば、グリッドにおいて形成される開口のパターンの選択には大きな柔軟性がある。水平かつ垂直スロットの配列を備えた一組の位置合わせグリッドの例が図３、４および５に示されている。他の適切なグリッドパターンは、同心の円形スロットを含む“的の中心”(bulls-eye)パターン、放射状の先細りスロットを有する“星形”パターン、またはそのようなパターンの組合せであって、光学システムの性能を検査するのに概して使用される分解能テストパターンに類似したものである。矩形であるにしろないにしろ、そのようなパターン要素をカバーする一般的な式は、Ｄ１＝Ｚ１／Ｚ２＊Ｄ２で表現されることができ、ここでＤ１はボトムグリッドにおける特徴的な寸法であり、Ｄ２はトップグリッドにおける特徴的な寸法である。

パターン付けられた位置合わせグリッドは、使用中のＸ線エネルギーに対して十分なＸ線減衰を備えた金属板に対して製作することができる。グリッドパターンの製作は、従来の機械加工、化学的エッチング、または如何なる他の適切な方法を使用して達成することができる。１つの好ましい実施形態は、１〜２ｍｍオーダーの厚さの機械加工された真鍮の板によって作製された位置合わせグリッドを利用する。他の好ましい実施形態では、グリッドは０．５ｍｍオーダーの厚さのタンタルシートによって作製されるが、それはリソグラフィによってパターン付けられ、その後化学的にエッチングされる（例えば、米国イリノイ州シカゴの会社Fotofab（3758 W. Belmont Ave., Chicago, IL60618）を参照されたい）。

２つの位置合わせグリッドは、位置合わせグリッド取付ブラケットアセンブリ（３１０、５０５、５０６）に取り付けられるが、このアセンブリは、２つのグリッドがＺ方向で精度良く定義された距離だけＸ線焦点スポットから離間しているようにして製作される。精密ドエル（だぼ）ピン（５０８、５０９、５１０、５１１）は、登録のために最後まで使用される。ボトムグリッド（３１４）は、ねじとドエルピン（５０８）を用いて取付ブラケット（３１０）の側面に固定して取り付けられ、トップグリッド（３１３）は２軸Ｘ−Ｙ変換ステージ（３１１）に取り付けられるが、２軸Ｘ−Ｙ変換ステージ（３１１）自体は取付ブラケットＸ−Ｙ板（５０５）を通して取付ブラケットの側板（３１０）に取り付けられる。変換ステージは、ボトムグリッドに対するトップグリッドの２方向においてミクロン精度の位置合わせを可能にする。ロッキングアクチュエータまたはロッキングステージ（３１１Ａ）は、以下で述べる手続きに続いていったんグリッドがＸ線ビームに位置合わせされたときにトップグリッドの位置の調整を防止するために使用可能である。位置合わせグリッド取付ブラケットアセンブリは光学位置合わせシステム取付板（５１１）に固定的に取り付く。ねじ（５１２）はブラケットアセンブリを取付板（３０３）に保持する。精密ドエルピン（５１１）が使用されるのは、取付ブラケットアセンブリが、グリッドのお互いに対する位置合わせとＸ線チューブ焦点スポットに対する位置合わせとを妨げないように十分に精度良く繰返して取り外しおよび再取付可能とすること、を確実にするためのである。

この位置合わせ装置の任意のコンポーネントは、１またはそれ以上の電子式可視光検出器であって、それは像検出器を含み、像フィールドに亘って２つの位置合わせグリッドを通した可視光の伝達を精度良く検出および／または測定するのに使用することができる。例示的なそのような可視光検出器（６０４）は図５において低い方のグリッド（３１４）とＸ線検出器（６０２）の下方に示されている。図６に示すように、コンピュータ制御器（６１０）は、これらの検出器からの情報を使用することができ、Ｘ−Ｙ変換ステージ（３１１）の位置を制御することによって可動なトップグリッド（３１３）の位置を制御し、かつファイバポジショナ（２０４）を制御することによって光学ファイバの端の位置を制御する。コンピュータ制御器（６１０）は、これらのコンポーネントの最適配置の決定をそれぞれ、Ｘ線または可視光の検出された強度に基づくようにしてもよい。グリッド（３１３）と可視光源の位置決めを自動化する他の可能な機構は、本発明の範疇にあるものとして意図されている。

本発明は、可視およびＸ線の円錐状ビームを共に精度の良く位置合わせすることの方法を提供する。第１に、可視光位置合わせシステムは、図３に示すように、組み立てられ、そしてＸ線チューブ取付板（３０３）に取り付けられる。第２に、位置合わせグリッド（３１３）および（３１４）が図５に示すように、位置合わせグリッド取付ブラケットアセンブリ（３１０）に取り付けられるが、それは、２つのグリッドの双方の直交端が平行であることを確実にするために精度の良い直線の端部または表面の板を用いて行われる。第３に、位置合わせグリッド取付ブラケットアセンブリは図３に示すように、光学位置合わせシステム取付板（３０３）に取り付けられる。第４に、Ｘ線露光がＸ線のフィルム式またはデジタル式Ｘ線像検出器（６０２）のいずれかを用いて行われてその結果として生ずるパターンを記録し、そのパターンは、２つの位置合わせグリッドの相対的な位置合わせ不良を決定するのに使用される。第５に、Ｘ線像の結果に基づいて、トップ位置合わせグリッドは、位置合わせグリッド変換ステージを用いてＸおよび／またはＹ方向において変換される。これらの変換の方向および大きさは、Ｘ線像の結果から決定される。この第５のステップは、上述したように手動で、または自動で実行することができる。第６に、必要に応じて第４および第５のステップが繰り返され、それは２つのグリッド間の位置合わせ不良が、使用されるＸ線撮像システムの空間分解能以下となるまで行われる。例えばマンモグラフィに対してはフィルム画面および全フィールドのデジタルシステムの効果的な空間分解能は２５ミクロンオーダーであり、そのため２つの位置合わせグリッドは、Ｘ線ビームに対して２５ミクロンまたはそれ以下の精度で共に位置合わせすることができる。第７に、レーザモジュール（２０３）がオンされ、ファイバポジショナ（２０４）が使用されて位置合わせグリッド（３１３）および（３１４）上に可視ビームの焦点を合わせ、かつ３つの直交する方向においてファイバの光放出端を変換し、それによってトップ位置合わせグリッドを通過する光がボトムグリッドにおけるアパーチャと、共に位置合わせされる。手動または自動のいずれかで適切に位置合わせされているときには、ボトムグリッド（３１４）の下部の像面において結果として生ずるパターンは、視覚的または（任意の電子検出器を使用した）電子的な検査により決定されるように、像フィールド全体に亘って均一であり、かつＸ線像と同一である。このことは、可視およびＸ線ビームが精度良く共に位置合わせされていることを確実にする。いったん位置合わせが完了すると位置合わせグリッドアセンブリは取り外されるが、それは、Ｘ線撮像システムの正常な動作のために光学位置合わせシステム取付板から位置合わせグリッド取付ブラケットを分離することによって行われる。それに続く位置合わせの定期的なチェックは、必要に応じて位置合わせグリッドアセンブリを再度取り付けることによってなされる。

本発明の特定の実施形態について述べてきたが、理解されるべきことは、本発明は上記記述または添付された例示的な図面に限定されないということである。それよりもむしろ、本発明の範囲は、ここに現れる請求項と、本技術分野の当業者によって正しく理解される請求項の均等物によって定義される。

Claims

Ｘ線焦点スポットを有する点源Ｘ線チューブを利用した、Ｘ線撮像装置のための光学位置合わせシステムであって、
可視光点源と、
前記可視光点源に接続され、前記Ｘ線焦点スポットに対して固定して取り付けられ、前記可視光点源の位置調整を可能にするように設けられている多軸ポジショナと、
Ｘ線焦点スポットに対して固定して取り付けられ、Ｘ線源のビーム通路に配置され、前記可視光点源から放出される光を反射し、前記Ｘ線源から放出されるＸ線を伝達するミラーと、
前記Ｘ線源に対して固定して取付可能、かつ取り外し可能であって、第１Ｘ線減衰パターンを有する第１Ｘ線減衰グリッドと、
前記第１グリッドに対して調整可能かつ取付可能であって、前記第１Ｘ線減衰パターンに対応する第２Ｘ線減衰パターンを有する第２Ｘ線減衰グリッドと、
を備え、
前記第１および第２グリッドが位置合わせされるときに、前記第１および第２減衰パターンもまた位置合わせされ、それによって前記Ｘ線源からのＸ線と前記ミラーから反射される光がそれらを通過することを可能にする、
光学位置合わせシステム。
前記可視光点源は、光学ファイバに連結されるレーザモジュールを備え、前記多軸ポジショナは、前記光学ファイバの放出端に連結され、かつ前記放出端の位置調整を可能する光学ファイバポジショナを備える、
請求項１に記載された光学位置合わせシステム。
前記光学ファイバは、単一モードの光学ファイバである、
請求項２に記載された光学位置合わせシステム。
前記Ｘ線撮像装置に固定して取り付けられる堅い取付板をさらに備え、その上に前記多軸ポジショナおよび前記ミラーが固定して取り付けられる、
請求項１に記載された光学位置合わせシステム。
前記第２Ｘ線減衰グリッドは、前記第２グリッドのＸ−Ｙ平面において調整可能である、
請求項１に記載された光学位置合わせシステム。
前記Ｘ−Ｙ平面において前記第２グリッドの位置を固定するためのロッキング機構をさらに備える、
請求項５に記載された光学位置合わせシステム。
前記第２グリッドは前記Ｘ−Ｙ平面において調整可能であり、前記Ｘ−Ｙ平面に対して直交する前記第１グリッドから予め設定されたＺの距離に固定されている、
請求項５に記載された光学位置合わせシステム。
前記第１および第２減衰パターンは、Ｄ１＝Ｚ１／Ｚ２＊Ｄ２の式を介して対応している、
請求項７に記載された光学位置合わせシステム。
前記第１および第２グリッドは共通のブラケットに対して取り外し可能に取り付けられるが、前記Ｘ線撮像装置に対しては確実に固定されている、
請求項１に記載された光学位置合わせシステム。
前記多軸ポジショナは、前記ＸおよびＹの方向と、前記第２グリッドの前記Ｘ−Ｙ平面に対して直交するＺ方向とにおいて３軸で調整可能である、
請求項５に記載された光学位置合わせシステム。
前記Ｘ線焦点スポットに対して前記可視光点源の前記位置を固定するために前記多軸ポジショナに連結されるロッキング機構をさらに備える、
請求項１０に記載された光学位置合わせシステム。
前記第１および第２グリッドの下方に配置可能であって、前記Ｘ線源から前記第１および第２グリッドを通して伝達されるＸ線の結果として生ずるパターンを検出するＸ線検出器をさらに備える、
請求項１に記載された光学位置合わせシステム。
前記第１および第２グリッドの下方に配置可能であって、前記ミラーから前記第１および第２グリッドを通して伝達される可視光の結果として生ずる強度パターンを検出する少なくとも１つの電子式可視光検出器をさらに備える、
請求項１に記載された光学位置合わせシステム。
前記Ｘ線検出器に連結されており、前記検出器によって検出されるＸ線に基づいて前記第２グリッドの位置を自動的に制御するコンピュータ制御器をさらに備える、
請求項１２に記載された光学位置合わせシステム。
前記可視光検出器および前記多軸ポジショナに連結されており、前記検出器によって検出される可視光に基づいて前記可視光点源の位置を自動的に制御するコンピュータ制御器をさらに備える、
請求項１３に記載された光学位置合わせシステム。
前記第１および第２グリッドの下方に配置可能であって、前記ペリクルビームスプリッタから前記第１および第２グリッドを通して伝達される可視光の結果として生ずる強度パターンを検出する少なくとも１つの電子式可視光検出器と、
前記Ｘ線検出器、前記可視光検出器および多軸ポジショナに連結されており、前記検出器によって検出されるＸ線に基づいて前記第２グリッドの位置を自動的に制御し、かつ前記検出器によって検出される可視光に基づいて前記可視光点源の位置を自動的に制御するコンピュータ制御器と、をさらに備える、
請求項１２に記載された光学位置合わせシステム。
前記ミラーは、ペリクルビームスプリッタを備える、
請求項１に記載された光学位置合わせシステム。
Ｘ線撮像装置の可視光位置合わせシステムとＸ線撮像システムを位置合わせする方法であって、前記Ｘ線撮像システムはＸ線ミラーと、Ｘ線焦点スポットを有するＸ線源とを備え、前記可視光位置合わせシステムは可視光源を備え、
ａ）２つのＸ線減衰位置合わせグリッドであって、各グリッドがＸ線および可視光の双方を選択的に遮断するために形成された減衰パターンを有する２つのグリッドを、互いに第１距離だけ離間させ、かつ前記Ｘ線焦点スポットから第２距離だけ離間させて固定して取り付けるステップと、
ｂ）双方の位置合わせグリッドを通過する前記Ｘ線源からのＸ線のパターンを検出するステップと、
ｃ）前記ステップｂ）において検出された、結果として生ずるＸ線パターンに基づいて、前記２つの位置合わせグリッドの相対的な位置合わせ不良を決定するとともに、それを前記２つのグリッドの減衰パターンと比較するステップと、
ｄ）前記２つのグリッドの、検出されたＸ線パターンと前記減衰パターンとの間の不一致を除去するために、２つのグリッドの一方の、他方に対する位置を調整するステップと、
ｅ）記録されたＸ線パターンがステップｃ）およびｄ）を繰り返した後に実質的に減衰パターンと同一である場合に、前記可視光源を活性化させるステップと、
ｆ）２つのグリッドを通して伝達される、結果として生ずる可視光パターンに基づいて、２つの位置合わせグリッドと可視光源の相対的な位置合わせ不良を決定するステップと、
ｇ）前記２つのグリッドの、伝達された可視光パターンと前記減衰パターンとの不一致を除去するために前記可視光源の位置を調整するステップと、
を備えた、Ｘ線撮像装置の可視光位置合わせシステムとＸ線撮像システムを位置合わせする方法。
前記ステップｂ）はさらに、前記結果として生ずるＸ線パターンを記録するステップを備え、前記ステップｃ）およびｄ）は手動で行われる、
請求項１８に記載された、Ｘ線撮像装置の可視光位置合わせシステムとＸ線撮像システムを位置合わせする方法。
前記ステップｆ）はさらに、前記結果として生ずる可視光パターンと前記グリッドの減衰パターンとを手動で視覚的に比較するステップを備える、
請求項１８に記載された、Ｘ線撮像装置の可視光位置合わせシステムとＸ線撮像システムを位置合わせする方法。
前記ステップｇ）はさらに、前記可視光源の位置を手動で調整するステップを備える、
請求項２０に記載された、Ｘ線撮像装置の可視光位置合わせシステムとＸ線撮像システムを位置合わせする方法。
前記ステップｆ）はさらに、前記結果として生ずる可視光の強度パターンを検出する少なくとも１つの電子式可視光検出器を使用するステップを備える、
請求項１８に記載された、Ｘ線撮像装置の可視光位置合わせシステムとＸ線撮像システムを位置合わせする方法。
前記ステップｂ）を実行するためのデジタル式Ｘ線検出器を用意するステップと、
前記デジタル式Ｘ線検出器によって検出された、結果として生ずるＸ線パターンに基づいて、前記ステップｄ）を自動的に実行するステップと、をさらに備えた、
請求項１８に記載された、Ｘ線撮像装置の可視光位置合わせシステムとＸ線撮像システムを位置合わせする方法。
前記結果として生ずる可視光の強度パターンを検出する電子式可視光検出器を用意するステップと、
前記可視光検出器によって検出された、結果として生ずる可視光の強度パターンに基づいて、前記ステップｇ）を自動的に実行するステップと、をさらに備えた、
請求項１８に記載された、Ｘ線撮像装置の可視光位置合わせシステムとＸ線撮像システムを位置合わせする方法。
前記ステップｂ）を実行するためのデジタル式Ｘ線検出器を用意するステップと、
前記デジタル式Ｘ線検出器によって検出された、結果として生ずるＸ線パターンに基づいて、前記ステップｄ）を自動的に実行するステップと、
前記結果として生ずる可視光の強度パターンを検出する可視光検出器を用意するステップと、
前記可視光検出器によって検出された、結果として生ずる可視光の強度パターンに基づいて、前記ステップｇ）を自動的に実行するステップと、をさらに備えた、
請求項１８に記載された、Ｘ線撮像装置の可視光位置合わせシステムとＸ線撮像システムを位置合わせする方法。