(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線発生器と、被写体を透過したＸ線が入射するように配置されるＸ線検出器と、被写体とＸ線検出器との間に配置される散乱線除去用グリッドと、該グリッドを、上記Ｘ線検出器の信号蓄積期間の間、該Ｘ線検出器の空間サンプリング周期の整数倍の距離だけ、該グリッドのＸ線の高吸収率部と低吸収率部との並び方向に移動させる移動装置とを備えることを特徴とするＸ線撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、Ｘ線撮影装置に関し、とくに散乱線除去用グリッドを備えたＸ線撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線撮影装置では、被写体によって散乱した散乱線を除去するため、Ｘ線の吸収率が高い物質と低い物質とを一定間隔で交互に平行に並べたグリッドが用いられるが、このグリッドの持つ空間的な周波数（配列間隔）とＸ線検出器の空間的サンプリング周期（検出画素間隔）の相違により、このＸ線検出器によって得た画像にモアレ縞が生じる。そのため、従来では、このような撮影画像におけるモアレ縞の除去・軽減を図るべく、種々の対策を講じてきた。
【０００３】
そのひとつの対策として、モアレ縞が生じないようにＸ線検出器と同じ周波数特性を持つグリッドを使用するというものが知られている。また、Ｘ線照射中にグリッドを移動させてモアレ縞を消すようにすることもある。さらに、グリッドをその平面内で回転させて、グリッドの間隔を cosθ倍にし（回転角度θ）、この cosθ倍のグリッド間隔がＸ線検出器の画素間隔と同じになるようにすることで、Ｘ線検出器と同じ周波数特性を持つグリッドを用いたのと同様の効果を得ることなども行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｘ線検出器と同じ周波数特性を有するグリッドを使用する場合、それらを厳密に一致させなければ効果がないため、グリッドの位置精度・製作精度には非常に高度なものが要求され、安価には得られない。たとえそのようなグリッドが得られたとしても、ＳＩＤ（Ｘ線源とＸ線検出器との間の距離）が変れば周波数特性の一致は崩れてしまうし、ＳＩＤが微妙に変化しただけでも周波数差が生じてモアレ縞が発現する。
【０００５】
Ｘ線照射中にグリッドを移動させる場合は、単純に移動させるだけでは、移動速度とＸ線検出器のサンプリング周期との関係で微細なモアレ縞を消すことはできない。さらに連続的にＸ線を照射する手技ではグリッドをどれだけ移動させればよいのか定かでない。
【０００６】
グリッドを回転させる場合には、平行グリッドの長さ方向に一致した方向から斜めにＸ線を入射させる場合以外、斜めに入射するＸ線の一部がグリッドによって遮られてしまうという問題が生じる。そのため、Ｘ線検出器の検出面に直角にＸ線を入射させずに、斜めに入射させることの多い、Ｘ線断層撮影法には向かない。
【０００７】
この発明は、上記に鑑み、グリッドを移動させる場合の条件を探求してそれにしたがって制御することにより、その問題を解決するとともに、Ｘ線検出器の検出面に直角にＸ線を入射させない場合の問題や、グリッドの位置精度を高めなければならない問題などを回避するようにした、Ｘ線撮影装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、この発明によるＸ線撮影装置においては、Ｘ線発生器と、被写体を透過したＸ線が入射するように配置されるＸ線検出器と、被写体とＸ線検出器との間に配置される散乱線除去用グリッドと、該グリッドを、上記Ｘ線検出器の信号蓄積期間の間、該Ｘ線検出器の空間サンプリング周期の整数倍の距離だけ、該グリッドのＸ線の高吸収率部と低吸収率部との並び方向に移動させる移動装置とが備えられることが特徴となっている。
【０００９】
グリッドが、Ｘ線検出器の信号蓄積期間の間、一定距離だけ、一定方向に移動させられる。その方向というのは、グリッドのＸ線高吸収率部と低吸収率部との並び方向であり、その距離というのは、Ｘ線検出器の空間サンプリング周期の整数倍の距離である。これにより、グリッドのＸ線高吸収率部の投影像が、Ｘ線検出器の信号蓄積期間の間、Ｘ線検出器の画素ピッチの整数倍の距離だけ移動することとなり、各画素における、グリッドのＸ線高吸収率部の投影像による信号低下の割合が平均化され、モアレ縞の影響をより少なくできる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示す実施の形態は、この発明をＸ線断層撮影装置に適用したものである。この図１において、Ｘ線管１１には、Ｘ線用の高電圧電源装置１２が接続される。この電源装置１２は曝射制御装置１３によって制御される。また、Ｘ線管１１は、Ｘ線管移動装置１４によって矢印方向（図では左右方向）に移動させられるようになっている。この曝射制御装置１３の制御の下、電源装置１２からＸ線管１１に高電圧が供給されると、Ｘ線管１１よりＸ線が発生する。
【００１１】
このＸ線は、検査台３２に横たえられた被写体（患者）３１に向けて照射され、被写体３１を透過したＸ線はグリッド１５を経て、フラットパネルディテクタ（以下ＦＰＤと略す）２１に入射する。グリッド１５は、被写体３１によって散乱した散乱線を除去するためのもので、Ｘ線の吸収率が高い物質と低い物質とを一定間隔で交互に平行に並べて構成される。ここでは、鉛等のＸ線吸収率の高い金属の板を一定間隔で平行に並べたものを使用している（金属板の間の空間がＸ線吸収率の低い空気で満たされている）。この高吸収率板の長さ方向は図１の左右方向となっており、この高吸収率板の並び方向が図１の紙面に直角な方向となっている。
【００１２】
図２は、検査台３２に横たわる被写体３１の頭部方向から見た模式的な図であって、この図からも、グリッド１５の高吸収率板の並び方向が、横たわった被写体３１の左右方向となっており、高吸収率板が被写体３１の身長方向に伸びていることが分かる。このグリッド１５は、グリッド移動装置１６によって図１の紙面に直角な方向、つまり図２において矢印で示すように、検査台３２上に横たわった被検者３１の左右方向に直線的に往復移動させられるようになっている。
【００１３】
ＦＰＤ２１は、半導体Ｘ線検出器であり、多数の検出画素がマトリックス状に平面的に並べられており、その検出面に入射したＸ線画像に対応した画像信号を出力する。ＦＰＤ２１にＸ線が入射すると、その入射Ｘ線量に対応してＦＰＤ２１の各検出画素に信号が蓄積され、読み出し部２２を経てその各画素ごとの信号が読み出され、Ａ／Ｄ変換器２３を経てフレームメモリ２４に送られ、記憶させられる。
【００１４】
このフレームメモリ２４における画像信号の書き込み番地はＣＰＵ２８によって制御されている。ＣＰＵ２８は、この装置の全体を制御するもので、ここではとくに曝射制御装置１３、Ｘ線管移動装置１４、グリッド移動装置１６の制御が重要である。ＣＰＵ２８は、曝射制御装置１３を介してＸ線の曝射のタイミング、曝射時間の長さを制御し、そのＸ線曝射タイミング・時間に同期して、Ｘ線管移動装置１４を介してＸ線管１１を移動させ、グリッド移動装置１６を介してグリッド１５を移動させる。
【００１５】
ここでは、Ｘ線管１１を図１の左右方向にステップ的に移動させ、その各停止位置ごとに一定時間Ｘ線曝射し、曝射が終了したらつぎの停止位置まで移動させるということを繰り返すものとする。これによりＸ線管１１からのＸ線は、実線で示すようにＦＰＤ２１（の検出面）に直角に入射するだけでなく、点線で示すようにＦＰＤ２１に対して斜めに入射する。入射角度が斜めになることから、被写体３１の同一部位はＦＰＤ２１の異なる位置に投影される。そこで、通常のＸ線断層撮影法の原理によれば、被写体３１の同一深さの部位が、入射角度の変化にもかかわらず、同一位置に投影されるようにＦＰＤ２１を位置ずれさせることで、その深さ以外の部位をぼけさせ、その深さの部位が鮮明に現れるようにするのであるが、ここでは、ＦＰＤ２１を実際に位置ずれさせる代わりに、フレームメモリ２４の書き込み番地をずらしながら、各入射角度ごとの画像を加算して現実にＦＰＤ２１を位置ずれさせたと同様に被写体３１の一定深さの断層像を、フレームメモリ２４上で再構成するようにしている。
【００１６】
なお、各入射角度ごとの画像の各々をそのままフレームメモリ２４に記憶するとともにその各々の画像に関する入射角度（Ｘ線管１１の位置）を記憶しておき、後に位置ずれさせながら各画像を加算し一定深さの断層像を再構成するようにもでき、その場合画像加算時の位置ずれ量を変えることで、再構成する断層像の深さを変えることができる。
【００１７】
こうして得られた断層像は、階調変換器２５を経ることによって階調の調整がされた後、Ｄ／Ａ変換器２６を経てアナログ信号にされて画像モニター装置２７に送られて表示される。
【００１８】
つぎにグリッド１５の移動について説明する。グリッド１５は、Ｘ線管１１がある位置で停止し、Ｘ線曝射が行われている期間、一方向に一定距離だけ移動させられる。その移動距離は、ＦＰＤ２１の検出画素の配列間隔（ピッチ）の整数倍の距離とする。つぎの停止位置で停止しＸ線曝射が行われるとき、反対方向に同距離だけ移動し、このような往復移動を、Ｘ線曝射ごとに繰り返す。ここれにより、グリッド１５の空間周波数特性と、ＦＰＤ２１の空間サンプリング周波数特性との相違に基づくモアレ縞をなくすことができる。
【００１９】
以下その原理について少し詳しく説明する。図３の（ａ）は、ＦＰＤ２１を断面して横方向（図２と同様の、被写体３１の頭部方向）から見た拡大図であり、この図で上方向からＸ線が入射するものとする。この（ａ）に示すように、グリッド１５（の高吸収率部）の投影像１５ａのピッチがＦＰＤ２１の検出画素２１ａのピッチと厳密に一致していれば、モアレ縞は生じない。ところが、一般に図３の（ｂ）に示すようにそれらのピッチは一致していない。図３の（ｂ）ではグリッド１５の投影像１５ａのピッチは検出画素２１ａのピッチより狭くなっている。仮にあるＳＩＤ（Ｘ線管１１におけるＸ線焦点位置とＦＰＤ２１の検出面との間の距離）において図３の（ａ）のような理想的な状態が実現できたとしても、ＳＩＤが変れば（ｂ）のような状態になってしまう。図３の（ｂ）のようになると、投影像１５ａがより入る画素２１ａとより入らない画素２１ａとが一定周期で現れ、投影像１５ａがいくつも入る画素２１ａの信号は小さく、投影像１５ａの入る数の少ない画素２１ａの信号が大きくなるので、これがモアレ縞を作る原因となる。
【００２０】
図３の（ｂ）で投影像１５ａを画素２１ａの１間隔だけ左右方向、たとえば右方向に移動させ、その間Ｘ線曝射および各画素２１ａでの信号蓄積を行わせたとする。すると、どの画素２１ａにおいても、投影像１５ａが右方向に横切っていくので、どの画素２１ａでも投影像１５ａの影響は平均化され、投影像１５ａによる画素２１ａごとの信号変化は小さなものとなる。そのため、このようなグリッド１５の移動によりモアレ縞の振幅を小さくすることが可能である。さらに移動距離を画素間隔の何倍もの距離とすれば、より投影像１５ａの影響の平均化はより強くなり、モアレ縞の振幅をより小さくすることができる。
【００２１】
実際に、画素ピッチ（サンプリング周期）１５０μｍのＦＰＤ２１と、ＳＩＤ＝１０００ｍｍで投影像周期１００μｍとなるグリッド１５とを用いて実験しデータを得てみた。ここでは１３３ｍｓｅｃごとにＦＰＤ２１の読み出しを行った（ＦＰＤ２１の信号蓄積期間＝１３３ｍｓｅｃ、つまり画像読み出し速度＝１３３ｍｓｅｃ／ｓｈｅｅｔ）。この画像読み出し時間間隔の間に、グリッド１５を移動させる量（距離）を変化させてみたところ、図４に示すような結果が得られた。この図４で、横軸のグリッド移動量の単位は画素ピッチの倍数であり、縦軸はモアレ縞の振幅（％）を示す。このようにＦＰＤ２１の空間サンプリング周期とグリッド１５の投影像周期とが異なっている場合、グリッド１５を移動させない（グリッド移動量＝０）と、モアレ縞の振幅は大きなものとなるが、グリッド移動量を大きなものとすればするほどモアレ縞の振幅は小さなものとなり、上記が実証された。
【００２２】
なお、実際のシステムでは上記のようにＦＰＤ２１の画像読み出し速度が速いため、その都度Ｘ線管１１を停止させることはできず、Ｘ線管１１を連続的に移動させることになるが、その場合画像読み出し時間間隔（上記の例では１３３ｍｓｅｃ）でＸ線管１１が停止していると見れば、同じように説明できる。この場合、Ｘ線曝射についてもＸ線管１１の停止位置ごとに行うのではなく、Ｘ線管１１の移動中連続的にＸ線曝射を行うことになる。実際にＸ線断層撮影を行う場合には、たとえばＸ線の入射角度が４０度振れるようにＸ線管１１を１．５秒かけて移動させ、その１．５秒の間Ｘ線は連続的に発生させる。そして、１３３ｍｓｅｃごとにＦＰＤ２１の読み出しを行い、その読み出し時間間隔ごとに、グリッド１５を、Ｘ線吸収率の高・低部の並び方向に、ＦＰＤ２１の検出画素ピッチの整数倍の距離だけ一方向に移動させ、つぎの読み出し時間間隔では反対方向に同距離だけ移動させるという往復移動を繰り返す。
【００２３】
Ｘ線断層撮影では、Ｘ線検出器（ここではＦＰＤ２１）の検出面に直角にＸ線を入射すること以外に、斜めにＸ線を入射することが必須であるから、とくにこのようなＸ線断層撮影に効果的である。すなわち、Ｘ線管１１の移動方向（図１の左右方向、図２の紙面に直角な方向）とグリッド１５のＸ線の高吸収率部と低吸収率部とが平行に伸びていく方向（図１の左右方向、図２の紙面に直角な方向）とを一致させることによって、斜めにＸ線を入射させる場合の、グリッド１５によるＸ線の遮断を防ぐことができるからである。
【００２４】
なお上の説明はこの発明の実施の形態に関するものであって、この発明は上で説明した例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、具体的な構成などは上記した以外に種々に変更できることはもちろんである。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のＸ線撮影装置によれば、散乱線除去用グリッドを用いる場合にモアレ縞の発生を防ぐことができる。しかも、グリッドの製造精度を高める必要もないし、Ｘ線をＸ線検出器の検出面に直角に入射させない場合にＸ線がグリッドによって遮断されてしまわないようにグリッドを用いることができるので、Ｘ線を斜めに入射させる必要のあるＸ線断層撮影に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかるＸ線断層撮影装置のブロック図。
【図２】同実施形態における、Ｘ線管、被写体、グリッド、ＦＰＤの部分についての正面（図１の左側）からの模式図。
【図３】グリッドの投影像とＦＰＤの検出画素との関係を示す模式図。
【図４】グリッド移動量に対するモアレ縞振幅の測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１１                Ｘ線管
１２                電源装置
１３                曝射制御装置
１４                Ｘ線管移動装置
１５                グリッド
１６                グリッド移動装置
２１                ＦＰＤ
２２                ＦＰＤ読み出し部
２３                Ａ／Ｄ変換器
２４                フレームメモリ
２５                階調変換器
２６                Ｄ／Ａ変換器
２７                画像モニター装置
２８                ＣＰＵ
３１                被写体
３２                検査台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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