JPH0686173A - Ｘ線画像撮影装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｘ線イメージインテンシファイヤとビデオカ
メラの光学的結合を簡素化し、小型で高性能な医学診断
用撮影装置を提供する。 【構成】 アバランシェ増倍撮像管カメラを用いたＸ線
画像撮影装置であり、Ｘ線イメージインテンシファイヤ
４とファイバプレート１で光学的に結合する。そして、
光学しぼりの替わりに、アバランシェ増倍撮像管カメラ
の増倍率調整を光学しぼり機能として使う。また、アバ
ランシェ増倍撮像管５を安定に動作させるために、光電
変換膜を低温に保持する。なお、図１において、２はＸ
線イメージインテンシファイヤ４の出力窓、３は撮像管
入力面板、６は撮像管偏向電極またはコイルを示す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、被写体のＸ線像をＸ線
イメージインテンシファイヤで可視光像に変換し、この
可視光像をビデオカメラで撮影するＸ線画像撮影装置お
よび方法に関し、特に小型軽量の光学系を備え、低いＸ
線量でも高画質の医学診断用画像が撮影可能なＸ線画像
撮影装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＸ線ビデオカメラ装置では、Ｘ線
イメージインテンシファイヤとビデオカメラの光学的結
合に光学レンズを使ったリレー光学装置が用いられてい
る。しかし、リレー光学装置はＸ線ビデオカメラ装置の
高解像度化や高輝度化に伴い、大型化する欠点を持ち、
さらにコストが増大するという問題があった。また、従
来の光学レンズでは、ビデオカメラへの入射光量の調整
のために光学しぼりを用いている。しかし、光学しぼり
のしぼり径を変えると、レンズとしぼりを含む光学系の
特性が変化する。具体的には、しぼり径の変化により焦
点位置、焦点深度、収差等が変化する。このため、ビデ
オカメラの撮影画像の画質が変化するという問題があっ
た。ここで、光学レンズを用いたＸ線画像撮影装置の構
成を示す。図２において、２０はリレー光学装置であ
り、この光学装置２０は、一次レンズ２１、二次レンズ
２２、平面鏡２３で構成される。このような構成で、Ｘ
線イメージインテンシファイヤ４の出力窓上の画像を、
可視光光線径路２４により、カメラ７に結像する働きを
持つ。一方、光学レンズを用いないＸ線ビデオカメラ装
置として、Ｘ線イメージインテンシファイヤと通常の撮
像管をファイバプレートで光学的に結合した装置があ
る。しかし、ファイバプレートを用いると、光学しぼり
を構造的に装着できないため、撮像管への入射光量調整
が不可能になり、撮像管の許容入射光量の制限範囲での
みしか使えない。このため、撮像管への入射光量に比例
するＸ線イメージインテンシファイヤへの入射Ｘ線量の
許容範囲が狭くなり、Ｘ線撮影装置としてのＸ線量許容
範囲に大きな制限が生じるという問題があった。また、
Ｘ線イメージインテンシファイヤと固体撮像素子とを用
いたＸ線ビデオカメラ装置では、光学的結合にファイバ
プレートが用いられている。しかし、この組み合わせで
は、光学的結合に光学しぼりを使用できないため、替わ
りに固体撮像素子の電子シャッタ機能を入射光量の調整
に使う必要がある。このため、Ｘ線の照射時間と電子シ
ャッタとのタイミングを合わせる必要が生じる等、Ｘ線
の照射時間に対する制約ができるという問題があった。
また、アバランシェ増倍撮像管に関してはその使用にお
いて、撮像管の安定動作のために光電変換膜部分を低温
に保つ必要がある。しかし、従来の装置では、光学レン
ズが撮像管に近接しており、冷却装置の取り付けにおい
て大きな制約があるという問題があった。なお、この種
の装置として関連するものには、例えば特開昭６０−１
９４４４０号、特開平１−２６７９４１号がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、Ｘ
線イメージインテンシファイヤとビデオカメラを用いた
Ｘ線ビデオカメラ装置において、図２に示したリレー光
学装置を用いた場合、二組のレンズと平面鏡とを必要と
するため、外形寸法が大きく、また重量も大きくなる。
そこで、例えばＸ線イメージインテンシファイヤと撮像
管とをファイバプレートで光学的に結合することによ
り、光学的結合装置を簡素で小型・軽量なものとするこ
とが考えられるが、ファイバプレートには光学しぼりを
装着できないという問題がある。また、アバランシェ増
倍撮像管を用いる場合、その光電変換膜部分を冷却する
装置の取り付けには大きな制約があった。本発明の目的
は、このような問題点を改善し、ファイバプレートを光
学的結合装置として用いたＸ線ビデオカメラ装置におい
て、光学しぼりの機能と同等な機能を有し、小型・軽量
化に好適なＸ線画像撮影装置および方法を提供すること
にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のＸ線画像撮影装置および方法は、Ｘ線ビデ
オカメラ装置における光学的結合装置としてファイバプ
レートを用い、ビデオカメラとしてアバランシェ増倍撮
像管カメラを用いて、撮像管ターゲット電圧を変化させ
ることにより出力信号レベルを調整する。このファイバ
プレートは、光学的結合デバイスとして、光学レンズに
比べ、大幅な小型化が可能であり、また、伝達光量の損
失が少なく、収差が小さいという特徴を有する。しか
し、ファイバプレートには、光学しぼりを装着できない
という欠点があり、光学しぼりによる画像検出器への入
射光量の調整に替わる調整機能が必要になる。このた
め、画像検出器としてダイナミックレンジの広い撮像管
を用いれば、光学しぼりを用いなくても広範囲の入射光
量変化に対応でき、実質的に光学しぼりと同等な機能を
有することになる。そこで、ダイナミックレンジの広い
撮像管としてアバランシェ増倍撮像管を用いることによ
って、光学しぼりを用いる必要がなくなり、光学的結合
装置としてファイバプレートを用いた簡素な光学系を実
現する。また、アバランシェ増倍撮像管カメラを安定に
動作させるため、光学的結合用ファイバプレートの側
面、あるいはカメラの入力面板上で光線通過領域の周辺
部を冷却して使用する。

【０００５】

【作用】本発明においては、光ファイバを束ねてプレー
ト状にしたファイバプレートを用いることにより、プレ
ートの片面への入力画像をそのまま別の面に出力する。
このため、Ｘ線イメージインテンシファイヤの出力面と
ビデオカメラの撮像管の入力面とをファイバプレートで
直接結合できる。また、ファイバプレートは、光ファイ
バを束ねた一様な構造であるため、プレートの入力面上
および出力面上は位置によらず一様であり、面上での位
置依存性がない。このため、通常の光学レンズのように
画像の中心部に対して周辺部で、収差による画質の劣化
が生じることがなく、画像上で位置によらず一様な画質
の画像をプレートの入力面から出力面へ伝達できるとい
う特徴を持つ。このように、ファイバプレートは画質が
一様な画像を撮影する上で重要な役割を担う。一方、フ
ァイバプレートは撮影画像の高画質化のために必要であ
るが、光学的結合装置として用いた場合は光学しぼりが
使えないため、画像検出器への入射光量の調整が不要な
画像検出器を用いる必要がある。このための画像検出器
として、アバランシェ増倍撮像管カメラを用いる。通常
のビデオカメラでは、撮像管に入射した光が光電変換膜
内で光量に比例した電荷に変換され、この電荷が電極に
達して信号電流となる。これに対して、アバランシェ増
倍撮像管カメラでは、撮像管に入射した光が光電変換膜
内で光量に比例した電荷に変換された後、電荷が電極に
達するまでに光電変換膜内の原子と衝突し、次々と新し
い電荷を発生させて電荷量が増倍していく。つまり、ア
バランシェ増倍作用により電荷数が増倍され、通常のビ
デオカメラに比べ１０００倍程度の信号電流が得られ、
高感度な画像撮影ができる。また、アバランシェ増倍作
用による電荷数の増倍は、光電変換膜に印加する電圧に
より制御でき、増倍のない状態から増倍率１０００倍の
状態まで印加電圧により調整できる。これは、印加電圧
の調整により、ダイナミックレンジが実質的に１０００
倍拡大したことに相当し、広範囲の撮像管への入射量範
囲に対応することができる。撮像管としての本来の性能
の入射光量範囲に加え、さらに、印加電圧の調整でこの
入射光量範囲を１０００倍拡大することができ、アバラ
ンシェ増倍撮像管カメラは実質的に光学しぼりが不要な
画像検出器である。また、通常の光学レンズでは、光学
しぼりのしぼり径を変えると、レンズとしぼりを含む光
学系の特性が変化する。具体的には、しぼり径の変化に
より焦点位置、焦点深度、収差等が変化する。このた
め、ビデオカメラへの入射光量を光学しぼりで調整する
と、その結果として、ビデオカメラの撮影画像の画質が
変化する。しかし、ファイバプレートを光学的結合装置
として用い、光学しぼりが不要なアバランシェ増倍撮像
管を用いれば、上記の入射光量調整による画質の変化と
いう問題がなくなり、画像全体にわたって一様な画質で
画像撮影ができる。また、光学レンズおよび平面鏡を含
む筐体が不要であるため、光学系を小型・軽量化するこ
とができる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面により説明す
る。 （第１の実施例）図１は、本発明の第１の実施例におけ
る画像撮影装置の構成図、図３は本発明の第１の実施例
におけるＸ線画像撮影装置の構成図である。図１におい
て、１は光学的結合用ファイバプレートを示す。Ｘ線イ
メージインテンシファイヤ４で検出されたＸ線像は、可
視光像に変換されて、Ｘ線イメージインテンシファイヤ
出力窓２から出力される。出力像は、ファイバプレート
１により、撮像管入力面板３に伝達され、アバランシェ
増倍撮像管５により検出されてビデオカメラ信号に変換
される。この撮影装置を用いたＸ線画像撮影装置を図３
に示す。Ｘ線管８が発生する照射Ｘ線９−１が被写体１
０を透過した後の透過Ｘ線９−２を、Ｘ線イメージイン
テンシファイヤ４が検出し、可視光像に変換する。この
ようにＸ線イメージインテンシファイヤ４で検出された
Ｘ線像は、変換されて最終的に出力窓上で形成されてい
る蛍光膜上の可視光像になる。ここで、蛍光膜は出力窓
２において、出力窓２−１とファイバプレートの接続面
に対して反対側の面であるＸ線イメージインテンシファ
イヤ内部の面に形成されている。また、可視光像を検出
する撮像管５の光電変換膜は、撮像管入力面板３におい
て、入力面板３−１とファイバプレート１の接続面に対
して反対側の面である撮像管内部の面に形成されてい
る。ここで、図１において、Ｘ線イメージインテンシフ
ァイヤ出力窓２および撮像管入力面板３ともにファイバ
プレートで作られており、出力窓２−１との接続面およ
び入力面板３−１との接続面を介して、それぞれの面は
フィバプレート１に接続される。この結果、Ｘ線イメー
ジインテンシファイヤ４の蛍光膜上の可視光像は、３種
類のファイバプレートを経由して撮像管の光電変換膜に
伝達されて、可視光像として検出される。ここで、出力
窓２における蛍光膜上の可視光像の像サイズと、入力面
板３において撮像管の光電変換膜で検出する像サイズと
が異なる場合には、ファイバプレート１としては、像の
拡大または縮小が可能なテーパファイバプレートを用い
る。通常のファイバプレートは、直径がファイバの長さ
方向について同じファイバを束ねた構造であり、ファイ
バプレートへの入力像は全く同じサイズの画像で、反対
側の面に出力される。テーパファイバプレートは、直径
がファイバの長さ方向で異なる、つまりファイバの入力
側直径と出力側直径とが異なるファイバを束ねた構造で
ある。このため、テーパファイバプレートへの入力像
は、ファイバの入力側直径と出力側直径との比に比例し
た拡大像または縮小像として、プレートの反対側の面に
出力される。この結果として、Ｘ線イメージインテンシ
ファイヤ４の蛍光膜上の可視光像サイズと、撮像管５の
光電変換膜で検出する像サイズとについて任意の組み合
わせが可能である。図１では、光学系としてファイバプ
レートが、光学的結合用１、出力窓２、入力面板３に分
かれている。その他、出力窓２−１との接続面がなく、
光学的結合用１と出力窓ファイバプレート２が一体の構
造とすることができる。また、入力面板３−１と入力面
板ファイバプレート３が一体の構造とすることもでき
る。このような一体型構造とすれば、ファイバプレート
間の接続面における接続不良等による画質の低下等の問
題がなくなり、光学的結合用として優れている。

【０００７】このように、本実施例の画像撮影装置で
は、光学しぼりを使わず、画像検出器として広範囲の入
射光量範囲に対応することができるアバランシェ増倍撮
像管カメラを用いている。アバランシェ増倍撮像管カメ
ラでは、撮像管光電変換膜への印加電圧を調整すること
で、通常の撮像管カメラに比べ１０００倍のダイナミッ
クレンジの広さを持っており、光学しぼりによる撮像管
への入射光量調整が全く不要である。撮像管カメラの出
力信号レベルの最大値は、撮像管の飽和信号電流値で決
まり、最小値はカメラ回路の雑音レベルで決まる。従っ
て、図３に示す本実施例のＸ線画像撮影装置において
は、Ｘ線像を可視化した任意の強度の可視光像をアバラ
ンシェ増倍撮像管で検出する場合は、アバランシェ増倍
撮像管カメラ７の光電変換膜への印加電圧（撮像管ター
ゲット電圧）を調整することで増倍率を変化させて、カ
メラ出力信号レベルが前記の最大値と最小値との間にな
るように調整する。この結果、被写体を透過した任意の
強度のＸ線像を検出し、画像化することができる。ま
た、本実施例によれば、図２に示したリレー光学装置に
比べ、光学系の外形寸法および重量共に一桁以上小さく
することができる。

【０００８】（第２の実施例）図４は、本実施例の第２
の実施例における画像撮影装置の一部を示す構成図であ
る。本実施例では、第１の実施例で示した光学的結合用
ファイバプレート１とアバランシェ増倍撮像管５を冷却
する方法について述べる。アバランシェ増倍撮像管５を
安定に動作させるためには、撮像管５の光電変換膜を一
定温度または低温に保つ必要がある。このために、光電
変換膜が装着された撮像管入力面板３を冷却する。すな
わち、撮像管入力面板３に装着した面板用熱伝導媒体１
１−１を介して、面板用冷却素子１２−１で、Ｘ線イメ
ージインテンシファイヤ（図示せず、図１の４に相当）
の出力画像が結像するための光線通過領域の外側の周辺
部に相当する撮像管入力面板部分を冷却する。または、
ファイバプレート用熱伝導媒体１１−２を介して、ファ
イバプレート用冷却素子１２−２で光学的結合用ファイ
バプレート１の側面を冷却することにより、撮像管入力
面板３を冷却する。なお、熱伝導媒体としては、熱伝導
率の高い銀や銅等の物質を使う。また、冷却素子として
はペルチエ素子を使う。また、他の冷却方法としては、
熱伝導媒体を使わずに冷却素子を直接に撮像管入力面板
や光学的結合用ファイバプレートの側面に装着すること
も可能である。以上では、Ｘ線画像の撮影を例にとって
説明したが、Ｘ線イメージインテンシファイヤ４の替わ
りに、可視光用、赤外線用、紫外線用等のイメージイン
テンシファイヤをＸ線用と同等に用いることができ、殆
ど全ての電磁波画像を撮影することができる。

【０００９】（第３の実施例）図５は、本発明の第３の
実施例におけるＸ線画像撮影装置の構成図である。本実
施例では、Ｘ線像を可視光線に変換するために、蛍光板
または増感紙１３を用いる。また、光学的結合用ファイ
バプレート１として、テーパファイバプレートを用い
る。そして、ファイバプレート１の可視光像入射側に、
蛍光板または増感紙１３を装着する。この蛍光板または
増感紙１３は、蛍光体を含む薄い板であり、Ｘ線は蛍光
体に吸収されて可視光に変換される。変換された可視光
像は、ファイバプレート１を経由して、アバランシェ増
倍撮像管カメラ７で検出される。本実施例によれば、フ
ァイバの入力側直径と出力側直径との比率が大きなファ
イバプレート１を用いることにより、大面積の蛍光板ま
たは増感紙１３を装着でき、大きな撮影視野のＸ線像を
高画質で撮影できる。

【００１０】

【発明の効果】本発明によれば、ファイバプレートを使
い、簡素で小型・軽量の光学的結合装置を有するＸ線イ
メージインテンシファイヤ・ビデオカメラ装置を提供す
ることができる。また、光学しぼりの替わりに、アバラ
ンシェ増倍撮像管カメラの増倍率調整を光学しぼり機能
として使い、光学しぼりが不要な光学系とすることがで
きる。そして、ファイバプレートとアバランシェ増倍撮
像管カメラとの組み合わせにより、画像内で画質が一様
な画像を検出できるため、特に医学診断用Ｘ線画像を高
画質で撮影することが可能である。

【００１１】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における画像撮影装置の
構成図である。

【図２】従来のＸ線画像撮影装置の構成例図である。

【図３】本発明の第１の実施例におけるＸ線画像撮影装
置の構成図である。

【図４】本発明の第２の実施例における画像撮影装置の
一部を示す構成図である。

【図５】本発明の第３の実施例における画像撮影装置の
構成図である。

【符号の説明】

１ 光学的結合用ファイバプレート ２ Ｘ線イメージインテンシファイヤ出力窓 ２−１ Ｘ線イメージインテンシファイヤ出力窓と光学
的結合用ファバプレートの接続面 ３ 撮像管入力面板 ３−１ 撮像管入力面板と光学的結合用ファイバプレー
トの接続面 ４ Ｘ線イメージインテンシファイヤ ５ アバランシェ増倍撮像管 ６ 撮像管偏向電極またはコイル ７ アバランシェ増倍撮像管カメラ ８ Ｘ線管 ９−１ 被写体への照射Ｘ線 ９−２ 被写体からの透過Ｘ線 １０ 撮影対象である被写体 １１−１ 撮像管入力面板用熱伝導媒体 １１−２ 光学的結合のためのファイバプレート用熱伝
導媒体 １２−１ 撮像管入力面板用冷却素子 １２−２ 光学的結合のためのファイバプレート用冷却
素子 １３ 蛍光板または増感紙 ２０ リレー光学装置 ２１ 一次レンズ ２２ 二次レンズ ２３ 平面鏡 ２４ 可視光光線径路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横内 久猛 千葉県柏市新十余二２−１ 株式会社日立 メディコ技術研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被写体のＸ線像をＸ線イメージインテン
   シファイヤで可視光像に変換して撮影するＸ線画像撮影
   装置において、アバランシェ増倍撮像管カメラ、および
   該カメラとＸ線イメージインテンシファイヤを光学的に
   結合するファイバプレートを備え、Ｘ線イメージインテ
   ンシファイヤの画像出力窓およびアバランシェ増倍撮像
   管カメラの画像入力面板をファイバプレートで構成した
   ことを特徴とするＸ線画像撮影装置。
2. 【請求項２】 上記光学的結合用ファイバプレートは、
   該ファイバプレートの入力面と出力面の面積が異なるテ
   ーパファイバプレートであることを特徴とする請求項１
   記載のＸ線画像撮影装置。
3. 【請求項３】 上記光学的結合用ファイバプレートと、
   Ｘ線イメージインテンシファイヤの画像出力窓用ファイ
   バプレートとが一体化した構造を有することを特徴とす
   る請求項１記載のＸ線画像撮影装置。
4. 【請求項４】 上記光学的結合用ファイバプレートと、
   アバランシェ増倍撮像管カメラの入力面板用ファイバプ
   レートが一体化した構造を有することを特徴とする請求
   項１記載のＸ線画像撮影装置。
5. 【請求項５】 上記光学的結合用ファイバプレートの側
   面を冷却することにより、アバランシェ増倍撮像管を冷
   却する手段を備えたこと特徴とする請求項１記載のＸ線
   画像撮影装置。
6. 【請求項６】 上記アバランシェ増倍撮像管カメラの入
   力面板上で、光電変換膜上にＸ線イメージインテンシフ
   ァイヤの出力画像を結像するための光線通過領域の外側
   の周辺部を冷却することにより、アバランシェ増倍撮像
   管を冷却する手段を備えたことを特徴とする請求項１記
   載のＸ線画像撮像装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の装置を用いたＸ線画像撮
   像方法において、上記アバランシェ増倍撮像管カメラの
   光電変換膜印加電圧を変化させることにより、カメラ出
   力信号レベルを調整することを特徴とするＸ線画像撮影
   方法。