JPH08211199A - Ｘ線撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバシンチレーション板を含むデジタ
ル式直接Ｘ線撮像システムにおいて、エイリアシングと
Ｘ線貫通の問題を解決する。 【解決手段】 Ｘ線撮像システムは、Ｘ線源１２と、画
像面に対して傾斜した光ファイバロッド束１０を含む光
ファイバ式シンチレーション板１６と、導光系２０と、
光検出器１８および画像処理装置２２からなる。ファイ
バロッド束１０が傾斜しているため、Ｘ線は貫通しな
い。また、Ｘ線が複数のロッドに吸収されるため、画像
が多少ぼける。このことにより、エイリアシングは解消
する。画像のぼけは、後工程で改善処理すればよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＸ線撮像装置に関
し、特に光ファイバシンチレーション板を含むデジタル
式直接Ｘ線撮像装置に関する。本発明はＸ線撮像システ
ムに適用され、医療、工業および基礎科学の分野で用い
られる。

【０００２】

【従来の技術】スクリーンフィルム式の医療用Ｘ線写真
撮影は癌などの多くの病気の検査と診断を行なう上で有
効な手段である。また怪我の検査にも有効である。周知
のように、直接Ｘ線画像がデジタル形式で得られれば画
像品質と放射線量の両面で優れた性能が得られる。この
ような技術において必要となるのは、（摩耗や亀裂が生
じやすい）可動部の減少、外装の小型化及び画像の取り
込みと処理時間を短くすることである。

【０００３】デジタル式直接Ｘ線画像を得る手段の一つ
にシンチレーションスクリーンの利用がある。得られた
Ｘ線画像はさらにレンズや光ファイバ導光系を通ってＣ
ＣＤ（電荷結合素子）上に投影される。この種のスクリ
ーンにおいて必要となる事項は、高いＸ線吸収能、Ｘ線
エネルギーの光子への高い変換効率、高解像度および広
いダイナミックレンジである。またこれらのスクリーン
は小形の部品で且つ簡単に製造できることが必要であ
る。

【０００４】光ファイバシンチレーション板は非常に高
い解像度（５〜１５本／ｍｍ）という利点をもつとみな
される。この光ファイバシンチレーション板は筒状また
は六角柱状のガラスあるいはプラスチック製ロッドの束
で作製される。ロッドはＸ線像を形成する平面に対して
垂直に配向している（図１参照。ロッド１０はＸ−Ｙ平
面に垂直でＺ軸に平行である）。ロッドにはテルビウム
などのある種の希土類元素が添加されている。この添加
元素はＸ線照射時に可視光を放出する。各ロッドには被
覆が施されファイバ間のクロストークを実質的に無くし
ている。シンチレーション板の性能指数は８５％に達す
る。残りの１５％は被覆部およびロッド間に充填された
光吸収材による損失である。各ファイバの芯内でのＸ線
吸収の結果発生した可視光はＣＣＤ等の画像センサに向
けて伝送される。より多くの可視光を取り込むためにシ
ンチレーション板の一側面は通常アルミニウムなどの反
射性物質でコーティングされる。

【０００５】この光ファイバシンチレーション板は別種
の光検出器と組み合わせて使用することもできる。例え
ば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）格子やタイル状のＣＣＤ
格子との組合せである。この場合同シンチレータはそれ
ら格子と直結していてもよい。

【０００６】この光ファイバシンチレーション板の二つ
の問題点として、ＭＴＦ（変調伝達関数）と被覆部を通
じてのＸ線の貫通がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ＭＴＦ（エイリアシング） 光ファイバシンチレーション板は非常に高い解像度で画
像形成を行い得る。これは各ファイバの芯内で生じた発
光が個々のファイバ毎に伝送される特質に起因する。あ
る光学系でのＭＴＦはその系の点広がり関数（ポイント
・スプレッド・ファンクション、ＰＳＦ）のフーリエ変
換として表される。これは理論上点源像のフーリエ変換
を求めることでＭＴＦを測定できることを意味する。こ
のとき前提となる数学上の仮定は、光学系は線形でかつ
場所に依存しないこと、すなわち画像面上で点源の位置
は任意に選び得ることであるが、この仮定が成り立たな
い撮像システムとして、画像面が完全に独立した個別の
画像センサで形成されている場合を挙げることができ
る。

【０００８】このことが実用上問題となるのは、種々の
空間周波数を持つ物体画像にエイリアシングが発生する
場合である。これがもっとも明白に影響してくるのは、
定間隔で細密に集積した画素で空間周波数を持った物体
を撮像するときである。

【０００９】この問題を解決する一つの方法は光検出の
段階で像をぼかすことである。これによって画素の境界
が不明確になるが、像の輪郭は後に画像処理技術によっ
て強調される。この手法はＣＣＤを用いた光学系でしば
しば行われる。

【００１０】Ｘ線貫通 光ファイバシンチレーション板の芯のＸ線吸収能は１０
０％に近い。ただしこれは被覆のない場合である。被覆
部を透過して検出器に衝突するＸ線粒子は画像ボケの原
因となると同時に検出器の寿命を著しく低下させる。こ
れが顕著であるのは、ＣＣＤを用いた系で一個のＸ線粒
子が多数の電子を誘起して量子井戸を飽和させ望ましく
ない画像ボケを引き起こす場合である。

【００１１】米国特許番号４，９１０，４０５号（１９
９０年３月２０日発行、発明者鈴木他）で光ファイバ表
面板（フェースプレート）と蛍光スクリーンを含むＸ線
画像センサが開示されている。同蛍光スクリーンは表面
板のＸ線入射側に形成される。また表面板の反対側には
画像検出素子が結合される。表面板の芯材は放射光遮閉
性のガラスで作製されており、Ｘ線による固体撮像素子
の損傷を防いでいる。表面板はスクリーンに対する垂直
方向から傾斜させることもできる。この特許にはＸ線画
像に対して垂直方向から傾斜している光ファイバシンチ
レーション板についての開示はない。

【００１２】米国特許番号４，２４７，１６５号（１９
８１年１月２７日発行、発明者Ｖｅｒｓｌｕｉｓ他）、
米国特許番号４，５８６，７８１号（１９８６年５月６
日発行、発明者Ｇｕｎｔｈｅｒ他）および米国特許番号
４，９１４，３４９号（１９９０年４月３日発行、発明
者松井他）で光ファイバ板が開示されている。同板は画
像面に対して何らかの角度で傾斜したファイバ群を有す
る。上記の特許に開示された光ファイバ板は光透過に関
する種々の問題を解決するものとされている。しかしこ
れらの光ファイバ板は画像検出素子へのＸ線貫通の防止
という課題には対応していない。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のＸ線撮像装置は
Ｘ線シンチレーション板を含む。このシンチレーション
板は、第１、第２の端部をもつ光ファイバロッド束から
なり、これら第１および第２の端部はそれぞれＸ線画像
が投射される第１の面、およびＸ線画像に対応した光像
が放出される第２の面を形成する。前記光ファイバロッ
ド束に含まれる各光ファイバロッドは、Ｘ線照射時に発
光する光学材料からなる芯材と前記芯材の周囲の被覆を
含み、Ｘ線画像に反応して光像を放出する。前記光ファ
イバロッド束は投射されるＸ線画像に対して傾斜して配
置され、前記Ｘ線画像を形成するＸ線群は前記第２の面
に到達する前に実質的に全部前記ロッドの芯に吸収され
る。

【００１４】また、本発明は前記Ｘ線画像に対応した光
像を電気信号に変換する光検出器を備えてもよい。

【００１５】さらに、前記シンチレーション板の第１の
面がＸ線画像面に平行であり、その平面が互いに直交し
たＸおよびＹ方向に拡がっているとするとき、前記光フ
ァイバロッドが前記Ｘ線画像を形成する平面において
Ｘ、Ｙのいずれの方向に対しても傾斜しており、その傾
斜角度が垂直以外であることを特徴としてもよい。

【００１６】本発明により、光ファイバシンチレーショ
ン板に関する従来技術の問題が解決される。本発明の特
徴として、光ファイバシンチレーション板はＸ線画像面
に対して傾斜した複数のファイバを有する。これにより
エイリアシングは解消される。この理由は種々の深さ位
置においてＸ線粒子が傾斜したシンチレーション板の芯
に吸収されるためである。つまりＸ線粒子はファイバの
被覆部を横切り、隣接するシンチレーションファイバの
芯に簡単に吸収される。この方式では、画像面は完全に
独立個別の画素で構成されず、ある程度の画像ボケが誘
起される。この画像ボケは後に輪郭強調の画像処理によ
って低減される。さらに、ファイバ被覆部を通しての光
像検出器へのＸ線貫通が解消される。この理由はＸ線粒
子が被覆部を直線的に通過する経路がないためである。

【００１７】

【発明の実施の形態】図２を参照する。同図は本発明の
実施の一形態を表すＸ線撮像システムである。Ｘ線源１
２から放出されたＸ線が物体１４（例えば身体の胴部な
ど）中を通過する。物体のＸ線像が光ファイバシンチレ
ーション板１６の第１の面１５に投射される。シンチレ
ーション板１６によってＸ線像は相応の光像に変換さ
れ、板１６の第２の面１７から放出される。光学系２０
（導光管、レンズ系など）によって伝送された光像は検
出器１８（ＣＣＤセンサ、ＴＦＴ格子など）によってＸ
線画像信号に変換される。

【００１８】Ｘ線画像信号は数値化され画像処理回路２
２によって処理される。同回路において濃淡の度合、輪
郭の強調および分割などの画像処理が行われる。

【００１９】光ファイバシンチレーション板１６は円筒
または六角柱状のガラスあるいはプラスチック製のロッ
ド１０を１本に束ねて作製される。ロッド１０は、板面
１５と同一面に位置する第１の端部１９と板面１７と同
一面に位置する第２の端部１７を有する。ロッドはある
種の材料（例えばテルビウムなどの希土類元素）が添加
された芯をもつ。この添加材料はＸ線照射時に可視光を
放つ。各ロッドには被覆が施されロッド間のクロストー
クを無くしている。各ロッド内でＸ線吸収の結果発生し
た可視光は検出器１８に向けて伝送される。

【００２０】本発明では、ロッド１０は画像面に対して
傾斜している（図３）。第１の角度ＡをＹ−Ｚ平面上の
角度とする（図４）。第２の角度ＢをＸ−Ｚ平面上の角
度（図５）とする。ただしこれらは、ファイバ群の配列
の行と桁あるいはその他の直線軸に対する角度としても
よい。ロッド１０が傾いているため、Ｘ線粒子が一本の
ファイバの芯あるいは被覆部を直線的に通り抜けていく
経路はない（図６）。角度Ａ、Ｂの最適値は、画素間
隔、画素の走査法、板１６の厚さおよび板１６の構成材
料のＸ線吸収能によって決定される。角度Ａ、Ｂは１度
から８９度の範囲にあり、最適化することにより板１６
の性能を最大限発揮し得る。

【００２１】別の構成として、画像面に対して垂直なロ
ッドをもった光ファイバシンチレーション板を使用する
こともできる。この場合、板全体を傾斜させ上記と同様
の有効な角度をもたせて効果を得る。またＸ線の光への
変換は必ずしも光ファイバ板の内部で行う必要はなく、
それ以前の段階で行ってもよい。その場合は光ファイバ
板の表面に一般のシンチレーション板が設置される。

【００２２】このシンチレーション板は医療用の種々の
Ｘ線画像診断で使用される（図２）。発生した可視光像
は次にレンズや導光ファイバで伝送されＣＣＤに受像さ
れる。同可視光像は他の種類の光検出器で直接受像され
てもよい。例えば大面積のＣＣＤあるいはフォトダイオ
ードの二次元格子および薄膜トランジスタ群などであ
る。

【００２３】

【発明の効果】本発明による光ファイバシンチレーショ
ン板によりエイリアシングとＸ線貫通が解消される。エ
イリアシングが解消される理由は、Ｘ線粒子が種々の深
さ位置において吸収されるためである。つまりＸ線粒子
は被覆部を横切って隣接するファイバの芯に簡単に吸収
される。この方式においては、画像面が明確に区分され
た画素で形成されない。このため若干のボケが誘起され
る。このボケは後に輪郭強調の処理操作によって低減さ
れる。同様に、Ｘ線が被覆部を通過して検出器まで貫通
することが無くなる。これはＸ線粒子が被覆部を直線的
に通過する経路がないためである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来公知の光ファイバ格子の概略図である。

【図２】 本発明の実施の一形態を表すＸ線撮像システ
ムの概略図である。

【図３】 本発明の実施の一形態の概略図である。

【図４】 本発明の実施の一形態の概略図である。

【図５】 本発明の実施の一形態の概略図である。

【図６】 本発明の実施の一形態の概略図である。

【符号の説明】

１０ 光ファイバロッド、１６ 光ファイバ式シンチレ
ーション板、１８ 光検出器、２０ 導光系、２２ 画
像処理装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ線シンチレーション板を含むＸ線撮像
   装置において、 前記シンチレーション板は、第１、第２の端部をもつ光
   ファイバロッド束からなり、これら第１および第２の端
   部はそれぞれＸ線画像が投射される第１の面、およびＸ
   線画像に対応した光像が放出される第２の面を形成し、 前記光ファイバロッド束に含まれる各光ファイバロッド
   は、Ｘ線照射時に発光する光学材料からなる芯材と前記
   芯材の周囲の被覆を含み、Ｘ線画像に反応して光像を放
   出し、 前記光ファイバロッド束は投射されるＸ線画像に対して
   傾斜して配置され、前記Ｘ線画像を形成するＸ線群は前
   記第２の面に到達する前に実質的に全部前記ロッドの芯
   に吸収されることを特徴とするＸ線撮像装置。
2. 【請求項２】 前記Ｘ線画像に対応した光像を電気信号
   に変換する光検出器を備えることを特徴とする請求項１
   記載のＸ線撮像装置。
3. 【請求項３】 前記シンチレーション板の第１の面がＸ
   線画像面に平行であり、その平面が互いに直交したＸお
   よびＹ方向に拡がっているとするとき、前記光ファイバ
   ロッドが前記Ｘ線画像を形成する平面においてＸ、Ｙの
   いずれの方向に対しても傾斜しており、その傾斜角度が
   垂直以外であることを特徴とする請求項１または２のい
   ずれかに記載のＸ線撮像装置。