(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタルＸ線走査装置（１）であって、Ｘ線源(２)と、Ｘ線コリメーター（３）と、Ｘ線検出器(１４)と、Ｘ線検出器(１４)を装備するための据え付け手段(９〜１１)と、領域(５)を前記Ｘ線検出器(１４)で二次元的に走査(８ｂ、２７)するための走査手段(１２、７)と、前記Ｘ線検出器(１４)からディジタルデータを取得するための手段と、Ｘ線装置（１）を操縦するための制御装置（２ｃ）とを具備するＸ線装置（１）において、
ａ）前記据え付け手段(９〜１１)と前記走査手段(１２、７)とは、ディジタル走査手順中に、前記Ｘ線源（２）に向かうか離れるようにＸ線検出器（１４）を前記二次元的方向とは異なる一次元的方向（８Ｃ）に少なくとも移動させるための補助手段（１３、１５）を備えていて、
ｂ）前記操作手段と、補助手段とは、前記一次元的な移動（８ｃ）と二次元的な操作(８ｂ、２７)とが独立してなされるように前記Ｘ線装置を駆動し、
ｃ）前記操作手段と、補助手段とは、前記Ｘ線装置の駆動を互いに共同して行うように構成されてることを特徴とするＸ線装置。
【請求項２】
ａ）据え付け手段(９〜１１)と走査手段(１２、７)とは、Ｘ線検出器（１４）を互いに直交する方向に一直線に沿って移動させる移動手段（１１、１２）を備えていて、および／また、
ｂ）前記補助手段（１３、１５）は、Ｘ線源（２）から見てＸ線検出器（１４）の一定の縦横比を維持するために、Ｘ線検出器（１４）を傾動（８ｃ）する回転手段（１３、１５）を備えていて、
ｃ）前記Ｘ線検出器（１４）は、単一ラインのディジタルＸ線検出器または複数ラインのディジタルＸ線検出器（１４）であることを特徴とする請求項１記載のＸ線装置。
【請求項３】
ａ）移動手段（１１）は、その横方向延在部に対して垂直方向へ移動可能なキャリッジ（１１）であって、
ｂ）回転手段（１３）は、キャリッジ（１１）に設けられた回転可能なプレート（１３）であり、Ｘ線検出器（１４）を受容するために構成されていて、
ｃ）前記単一ラインのディジタルＸ線検出器または複数ラインのディジタルＸ線検出器（１４）は、単一ラインのディジタルＸ線検出器であって、前記回転可能なプレート（１３）は、身体の一部分または全体のＸ線走査（８ａ、８ｂ、２７）用に前記単一ラインディジタルＸ線検出器（１４）を受容するために横方向に延びていることを特徴とする請求項２記載のＸ線装置。
【請求項４】
ａ）前記回転手段（１１、１３）を支持すると共に、前記Ｘ線検出器（１４）を収容したハウジング（１０）を更に具備し、
ｂ）据え付け手段(９〜１１)と走査手段(１２、７)とは、異なった操作手順用にハウジング（１０）を再配置するための手段（９、７）を備えていることを特徴とする請求項２もしくは３記載のＸ線装置。
【請求項５】
ａ）前記Ｘ線検出器（１４）の走査（８ｂ、２７）および一次元的方向（８ｃ）の移動と協同して前記Ｘ線源（２）とコリメーター（３）とを旋回（８ｄ）させるための手段を更に具備し、
ｂ）トルクフリー旋回運動（８ｄ）用にＸ線源（２）とコリメーター（３）の平衡用サスペンションが設けられていることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載のＸ線装置。
【請求項６】
ａ）モータ駆動装置（１５）と機械的結合手段（２３）が、Ｘ線検出器（１４）の走査（８ｂ、２７）と、一次元的な移動（８ｃ）およびＸ線源（２）の移動または旋回運動（２７；８ａ、８ｄ）を同期して果たすために設けられていて、または、
ｂ）複数のモータ駆動装置（１５）および電気的制御手段（２ｃ）が、Ｘ線検出器（１４）の走査（８ｂ、２７）と、一次元的な移動（８ｃ）およびＸ線源（２）の移動または旋回運動（２７；８ａ、８ｄ）を同期して果たすために設けられていて、
ｃ）摺動クラッチが、少なくとも１つのモータ駆動装置（１５）とＸ線装置（１）の移動部品（２、３，４、９、１０）との間に設けられていることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載のＸ線装置。
【請求項７】
カセットホルダー（４）を備えた補助的撮影Ｘ線映像手段（２、３，４）を更に具備し、
ａ）前記据え付け手段（９〜１１）は、前記Ｘ線検出器（１４）と前記カセットホルダー（４）とを受容するように構成されたハウジング（１０）を備え、Ｘ線検出器（１４）と、カセットホルダー（４）の撮影フィルムとが前記ハウジング（１０）の異なった側面に向かって面していて、
ｂ）前記据え付け手段（９〜１１）は、フィルムカセット（４）またはＸ線検出器（１４）がＸ線映像用に配置されるようにハウジング（１０）の回転運動（８ｄ）を果たすように構成されていることを特徴とする請求項１ないし６いずれか１項記載のＸ線装置。
【請求項８】
ａ）前記ハウジング（１０）は、Ｘ線検出器（１４）を前側（２４）に、カセットホルダー（４）を後ろ側（２５）に受容するのに適していて、
ｂ）前記据え付け手段（９〜１１）は、ハウジング（１０）の前側（２４）または後ろ側（２５）をＸ線源（２）に向かって軸線（ｚ）を中心として回転させることを特徴とする請求項７記載のＸ線装置。
【請求項９】
ａ）前記Ｘ線源（２）がディジタルと撮影Ｘ線映像の両方用に使用され、および／または、
ｂ）撮影Ｘ線映像用に、前記コリメーター（３）がＸ線源から取り外し可能であるか、または、コリメーター（３）のスリット（３ａ）が開閉可能であるか、および／または、
ｃ）前記Ｘ線コリメーター（３）とスリット（３ａ）は、撮影フィルムが前記フイルムカセット（４）内に存在することを示すセンサーによって、および／または、前記フイルムカセット（４）のスイッチによって、および／または、ディジタルまたは撮影Ｘ線映像のいずれか用にハウジング（１０）の移動を示すセンサーによって、および／または、手動スイッチによって、および／または、ソフトウェアによって自動的に操縦されることを特徴とする請求項７または８記載のＸ線装置。
【請求項１０】
前記据え付け手段（９〜１１）は、Ｘ線検出器（１４）が、β＝Ｘ線源（２）の陽極の角度であって、０°＜α＜βなる角度αだけ前記Ｘ線源（２）の陽極側（２ａ）に向かってシフトされた位置に保持されるように構成されていることを特徴とする請求項１ないし９いずれか１項記載のＸ線装置。
【請求項１１】
ａ）前記角度αは、β／２であることを特徴とする請求項１０記載のＸ線装置。
【請求項１２】
前記角度αは、４°＜α＜１２°であることを特徴とする請求項１１記載のＸ線装置。
【請求項１３】
前記角度αとβとは、β＝１２°でα＝６°であることを特徴とする請求項１１記載のＸ線装置。
【請求項１４】
Ｘ線コリメーター（３）は、撮影映像用の開口部（３ｂ）を有していて、ディジタルＸ線走査用にコリメートされたビーム（２６ａ）を提供するためのビルトインコリメータースリット（３ａ）を有する少なくとも１つの移動可能なシャッター（１９ａ）を備えていることを特徴とする請求項１ないし１３いずれか１項記載のＸ線装置。
【請求項１５】
ａ）Ｘ線コリメーター（３）は、２つの軸支されたシャッター（１９ａ、１９ｂ）を備えていて、および／または、
ｂ）Ｘ線コリメーター（３）は、シャッター（１９ａ、１９ｂ）を開成または閉成するための回転ノブ（１８）を備えていて、および／または、
ｃ）シャッターは、スリット（３ａ）の位置、および／または、スリットの幅ｙを０．２ｍｍ＜ｙ＜５ｍｍの範囲で調整するための手段（２０）を有していて、
ｄ）Ｘ線コリメータースリット（３ａ）は、Ｘ線源（２）から固定された距離に設けられていることを特徴とする請求項１４記載のＸ線装置。
【請求項１６】
ａ）Ｘ線検出器（１４）は、Ｘ線感知要素を有し
ｂ）このＸ線感知要素は、シンチレータクリスタルと光学的検出器を備えていて、これらシンチレータクリスタルと光学的検出器は、連続読み出しのために少なくとも１つのＡ／Ｄコンバータとマイクロコンピュータ（１６）とに接続されていることを特徴とする請求項１ないし１５いずれか１項記載のＸ線装置。
【請求項１７】
前記Ｘ線検出器（１４）は、前記Ｘ線感知要素からの、および／または、全体の検出器（１４）からのアナログ信号の利得、および／または、オフセット修正のための手段を有することを特徴とする請求項１６記載のＸ線装置。
【請求項１８】
ａ）前記Ｘ線検出器（１４）は、検出器制御とデータ取得用のディジタル信号プロセッサを有し、および／または、
ｂ）Ｘ線検出器（１４）は、データ取得およびデータ貯蔵用のディジタルメモリーを有することを特徴とする請求項１ないし１７いずれか１項記載のＸ線装置。
【請求項１９】
身体の全体または部分的ディジタルＸ線映像距離は、ｄ１が前記Ｘ線源（２）とＸ線検出器（１４）との間の距離であり、ｄ２が前記Ｘ線コリメータースリット（３ａ）とＸ線検出器（１４）との間の距離であり、ｄ３が患者（５）とＸ線検出器（１４）との間の距離である場合に、９００ｍｍ＜ｄ１＜１４５０ｍｍ、５００ｍｍ＜ｄ２＜９００ｍｍ、１０ｍｍ＜ｄ３＜２００ｍｍであることを特徴とする請求項９項記載のＸ線装置。
【請求項２０】
ａ）前記Ｘ線源（２）を支持して移動させるための支持アーム（９）を更に具備し、
ｂ）前記支持アーム（９）は、回転可能であり、Ｘ線源（２）は、Ｘ線コリメーター（３）および検出器（１４）用のハウジング（１０）とともに、立っているか、座っているかまたは横たわっている患者（５）をＸ線照射するためにＸ線源（２）とＸ線コリメーター（３）と検出器（１４）とを配置するために、支持アーム（９）に関して傾動可能であることを特徴とする請求項４項記載のＸ線装置。
【請求項２１】
前記Ｘ線源（２）、および／または、Ｘ線検出器（１４）用の前記ハウジング（１０）は、Ｘ線源（２）と、ハウジング（１０）に含まれたカセットホルダー（４）における撮影フィルムとの間の距離ｄ１を選択するために、前記支持アーム（９）に沿って移動可能であることを特徴とする請求項２０記載のＸ線装置。
【請求項２２】
ａ）前記支持アーム（９）は、横たわっている患者にＸ線照射するために水平方向（２７）に移動可能なサスペンションを有していて、および／または、
ｂ）支持アーム（９）は、立っているか座っている患者にＸ線照射するために垂直（２７）に移動可能なサスペンションを有していて、および／または、
ｃ）支持アーム（９）は、立っているかまたは座っている患者（５）と横たわっている患者（５）との間でのＸ線照射を切り換えるために少なくとも９０°回転可能であることを特徴とする請求項２０または２１項記載のＸ線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願との関係
この出願は、１９９９年６月２５日に出願されたヨーロッパ特許出願第９９１１２２４８．２号の優先権を要求し、その開示内容全体をここで引用して取り込む。
【０００２】
技術的分野
本発明は、医療用および他の目的用のＸ線映像(X-ray imaging)の分野に関する。これは、独立請求項の前段に述べられた主題に基づいている。
【０００３】
背景技術
本発明は、米国特許第４，７７３，０８７号から知られるような技術の状態に関するが、これには、身体の全部または身体の一部分の映像用の従来の撮影Ｘ線映像システム(conventional photographic X-ray system)が開示されている。このシステムは、最初のおよび散乱された(scattered)Ｘ線放射(radiation)を監視するための走査式ディジタル検出器(digital detector)が装備されている。横方向に延びた検出器はフィルムカセットの後方に設けられていて、フィルムカセット領域の二次元的走査をするために線状に処理され、直線状に上下にシフトされる。ディジタル検出器の信号は、撮影映像品質を改良するために、Ｘ線源を制御するための帰還信号として使用される。
【０００４】
しかしながら、ディジタルセンサーは、それ自身によって、患者の身体の有用なＸ線映像を送出することができない。ディジタル映像品質、特に空間的解像度(spatial resolution)、散乱、力学的範囲、および感度は、医療用Ｘ線映像用には不適切である。開示されているディジタル走査システムは、いくつかの態様において不十分な達成を示しているが、その態様には、検出器が患者の体から、また、装填されたフィルムカセットから大きく離れて設けられていて、それによってＸ線散乱を促進し；検出器の垂直操作範囲は、検出器がＸ線源に面する位置外に移動された場合に、有効な縦横比(aspect ratio)の増加およびそれによる感光度によって制限され；検出器として光増幅器プレートが提案されていて、低Ｘ線感光度と大きい光学的散乱を蒙り；さらに、光増幅器プレートの光学的読み取りが、ディジタル検出器にかなりの機械的複雑さを付加する複数の移動部品によって達成されることがある。
【０００５】
ＥＰ０２９１２９９において、部分的および全体的身体映像用のディジタルＸ線走査システムが示されている。バー形状の移動可能なシンチレータ本体部と複数ラインフォト検出器が、固定した患者を交差して移動するＸ線ビームとともに同期的に操作される。走査は、検出器配列と幅広開口Ｘ線源からの放射を選択するコリメーターの線形の移動(translation)によって達成される。大きな問題は、患者の前のコリメーターと患者の後の検出器が垂直に移動するので、患者がＸ線装置に静止して寄りかかれないという事実である。それ故、走査中に、コリメーターと患者、および／または、患者と検出器の一定で再生成可能な距離を維持することは困難であるかまたは不可能である。さらに患者は、検出器に対してある程度（非常に大きな）の最低限の距離を維持しなければならない。他の問題は、Ｘ線エネルギーの損失とＸ線ビーム密度の変化または焦点合わせ品質の変化であって、これらは幅広い角度の発生源と移動するコリメーターの使用から生ずる。したがって、全体的な映像品質と特に空間的解像度とは制限され、従来の撮影Ｘ線照射システムにおけるよりも依然としてかなり低い。
【０００６】
ＥＰ０９０４７３４には、パノラマ式歯科Ｘ線映像用の組み合わされたディジタルＸ線走査および映像システムが開示されている。Ｘ線源およびディジタルセンサーカセットすなわちフィルムカセットは、互いに向き合うように回転アームの固定された位置に設けられている。歯のパノラマ式Ｘ線映像は、患者の頭に中心を合わせた垂直の軸線の周りにアームを回転することによって、また、垂直な線形感知配列を連続的に読み取ることによって、または、垂直コリメータースリットに沿ってフィルムカセットを水平にシフトすることによって発生される。明らかに、回転運動を伴うＸ線映像は、頭または他の丸い身体部分およびむしろ小さい領域を走査する場合にのみ可能性がある。この回転運動は、映像距離の変化が焦点深度をはるかに越えて映像を汚すので、長手方向に延びた身体部分を操作するのに不適切である。したがって、システムは身体全体の映像を作り出すことは可能ではない。他の欠点としては、走査中に患者が頭の位置を回転アームに寄りかからせることによって固定することができないことであり、また、ディジタルセンサーカセットは、フィルムカセットが設けられた場合に取り除かれなければならないことである。
【０００７】
本発明の概略
高度な解像度と同様に迅速で大きな領域のＸ線映像用に適する改良されたディジタルＸ線システムを提供することが本発明の目的である。この目的は、独立請求項に述べられたような主題によって本発明にしたがって達成される。
【０００８】
本発明は、改良されたＸ線映像品質を達成するために、Ｘ線源に関してＸ線映像手段を方向付ける(orienting)かまたは位置付ける(positioning)ための新規な手段を開示している。特に、本発明は、走査Ｘ線検出器を備えた特別な検出器配列にあって、Ｘ線源に向かう検出器の再方向付け(reorienting)用のある程度の(degree of)補助的自由度が提供され、または、検出器ハウジングがさらに撮影プレートを有していて、ディジタル走査と高解像度撮影Ｘ線映像との間の切り換え用に再方向付け可能であり、または、ディジタル走査検出器が、Ｘ線ビームの改良されたコリメーション(collimation)を利用するために、Ｘ線管の陽極側に向かってシフトされた角度下で設けられている。このように、第１の態様において、ディジタル検出器の有効受容領域は増加され、第２の態様において、ディジタル走査は、ディジタル検出器と撮影プレートとのいずれかをＸ線ビームに関して方向付けるための据え付け手段(mounting means)を設けることによって、従来の高解像度映像化によって補足され、第３の態様において、ディジタル検出器を方向付けるための据え付け手段は、Ｘ線ビームが最小のビーム拡散(divergence)で受容できるように設けられている。これらの手段によって、検知効率は向上され、映像解像度(image resolution)は促進され、また、患者のビーム露出は最小にできる。
【０００９】
本発明の第１の態様において、ディジタルＸ線走査装置は、Ｘ線源と、コリメーターと、検出器用の据え付けおよび走査手段と、ディジタルデータ取得手段と、およびＸ線装置を操縦する(steering)ための制御装置とを備えていて、補助的な据え付けおよび走査手段は、ディジタル走査運動から独立して、およびそれと協同して、Ｘ線源に向かって少なくとも１つの次元(dimension)においてＸ線検出器を方向付けるために設けられている。このようにして検出器効率は明確に改良される。特に、検出器の効果的受容領域は、走査中の検出器の極端な位置にもかかわらず少なくとも１つの次元において一定に維持できる。Ｘ線検出器用に少なくとも２つの個別のある程度の自由度を設けることによって、Ｘ線検出器の走査運動(scanning movement)および方向付け運動(orienting movement)は、制御され、互いに独立して最適化される。
【００１０】
実施例は、Ｘ線検出器を線形の経路(linear path)で移動するための移動手段に関する。患者の身体に沿った線形の走査運動を選択することによって、患者と検出器の距離は、Ｘ線走査を通じて均一で高い映像品質に導くために一定に維持できる。あるいは、Ｘ線源と検出器の距離が一定に維持されるように、Ｘ線検出器がＸ線源の周りに曲げられたまたは円弧状の経路に沿って移動できるようにしてもよい。Ｘ線検出器を方向付けるための回転手段は、Ｘ線源から見たＸ線検出器の縦横比が、走査中に維持されるように装着できる。単一ライン(single-line)またはいくつかのすなわち複数ライン(multi-line)のディジタル検出器は、患者の身体のような細長い対象物のライン状の操作用に、また、二次元的映像を発生するために検出器を連続的に読み出すために、構造的に良く適合する。同様に、単一または複数ラインのディジタルＸ線検出器は、大きな二次元検出器配列において有利であるので、重厚な(massive)並行データ処理は避けられ、むしろ控えめの計算パワーのみが要求される。
【００１１】
特定の実施例において、細長い単一または複数ラインのＸ線検出器を受容するための回転可能なプレートを有するキャリッジが設けられていて、キャリッジは、その横方向の延在部に本質的に垂直な方向へ移動可能である。この構成(set-up)において、ディジタルな部分的または全身Ｘ線映像用に要求される大きい領域の走査は、前例のない映像品質と小さい計算パワーとを実現できる。Ｘ線検出器を走査し方向付けするための手段は、走査中に固定されて維持されるハウジング内に据え付けることができる。患者は検出器との一定の距離を維持するためにハウジングに寄りかかることができる。それによって、ディジタルＸ線映像の品質と反復可能性はさらに改良される。さらに、Ｘ線源の旋回的据え付けと、Ｘ線検出器の走査運動および方向付け運動とＸ線源の旋回運動(swiveling movement)または移動運動との間の機械的または電気的結合と、装置の安全操作用の摺動クラッチとは、改良される。
【００１２】
本発明の第２の態様において、ディジタルＸ線走査装置は、Ｘ線源と、コリメーターと、検出器用の据え付けおよび走査手段と、ディジタルデータ取得手段と、Ｘ線装置を操縦するための制御装置と、撮影フィルム用のカセットホルダーを有する補助的撮影Ｘ線映像手段とを備えていて、共通のハウジングは、Ｘ線検出器とカセットホルダーとを受容し、それらがハウジングの異なった側面に向かって面するようにするために設けられていて、ハウジングは、フィルムカセットまたはＸ線検出器のいずれかがＸ線映像用に設けられるように再方向付け可能である。その結果、撮影フィルム用のＸ線検出器とカセットホルダーは、Ｘ線装置に恒久的に装着可能である。共通の検出器／カセットホルダーハウジングを再位置付けすること、およびディジタルと従来のＸ線映像との間で切り換えるためにＸ線コリメーターに適合することは十分である。検出器かフィルムカセットのいずれかを別個の場所に貯蔵する必要はない。このように、ディジタルと従来のＸ線映像との間での切り換えは、きわめて促進される。
【００１３】
さらに、ディジタルＸ線走査装置の応用の範囲は、撮影Ｘ線映像手段をそのようにして一体にすることによって望ましくは拡大される。ディジタルサブシステムは、迅速なＸ線照射部品用に、あるいは、人間または動物の体または細長い対象物全体用に役立つ。そのようなＸ線走査は、ＴＶスクリーン上で監視され、および／または、映像処理され、貯蔵され、保管され、そして電子的に引き出される。撮影サブシステムに切り換えることにより、特定の身体部分または対象物の細部は、より詳細にまたより高解像度に調査できる。撮影サブシステムは、骨の構造を撮像したり、乳房造影(mammography)のような特別の検査を行なうのに特に有用である。本発明による両方のサブシステムの容易な取り扱い性は、医療関係者にとって大きな利点である。
【００１４】
実施例は、前側に設けられたＸ線検出器と後ろ側に設けられたカセットホルダーとを有し、前側と後ろ側のいずれかがＸ線源に向かって面するように回転可能であるハウジングに関する。好ましい装置は、次の態様のいずれかを有している。その態様は、同一のＸ線源がディジタルと従来のＸ線映像用に使用されること；Ｘ線コリメーターは撮影Ｘ線映像用に取り外し可能であるかまたは開口可能であること；および取り外しと開口とは自動的に操縦されることであって、例えばカセットホルダー内の撮影フィルムの存在を示すセンサーによって、カセットホルダーのスイッチによって、ディジタルと撮影Ｘ線映像のいずれか用のハウジングの方向付けを示すセンサーによって、ソフトウェアによって、および／または、手動スイッチによって操縦(steering)される。
【００１５】
本発明の第３の態様において、ディジタルＸ線走査装置は、Ｘ線源、コリメーター、検出器用の据え付け手段と走査手段、ディジタルデータ取得手段、およびＸ線装置を操縦するための制御装置を備えていて、Ｘ線検出器を適切な位置に保持するための据え付け手段は、β＝陽極角度であって、０°＜α＜βなる角度αによってＸ線源の陽極側に向かってシフトされている。この検出器の方向付けは、改良されたＸ線ビームから利益を得るように特に選択され、ディジタルＸ線走査中に患者のＸ線爆射を最小にできる。
好ましい実施例において、配置角度αは、ほぼβ／２に選択され、また、特に４°＜α＜１２°であり、好ましくは、β＝１２°でα＝６°である。
【００１６】
他の実施例は、一体化されたコリメーター構造に関し、コリメーターは、ディジタルＸ線走査用のコリメートされた(collimated)ビームと、従来の撮影Ｘ線映像用の広いすなわち幅のある角度ビームとの間で容易に切り換え可能である。
さらに他の実施例は,Ｘ線検出器に関し、光学的検出器に、Ａ／Ｄコンバータに、および連続的読み出しのためのパーソナルコンピュータに結合されたシンチレータクリスタル(scintillator crystal)の単一のまたは複数ライン配列を備えている。
【００１７】
よりさらに他の実施例は、Ｘ線装置の次元化(dimensioning)を処理していて、改良された映像品質を有する特に迅速なディジタルの全身映像用であって、ビーム形状を検出器次元に適合するために、また、Ｘ線散乱を最小化するためにＸ線源と検出器、コリメーターと検出器、および患者と検出器の適切な距離を選択することによって行なわれる。
【００１８】
最後の実施例は、コリメーターとＸ線検出器とを有するＸ線源を据え付けるための回転可能な支持アームの構造を述べていて、Ｘ線源プラスコリメーターと検出器とは個別に傾動可能であり、補助的にＸ線源と検出器距離は変更可能である。
本発明の他の目的、態様および利点は、従属請求項および図面を参照した記述によって明らかになるであろう。記述は添付した図面を参照してなされる。
図において、同様の部品は同様の参照符号が付されて示されている。
【００１９】
好ましい実施例の記述
本発明は、図１に例示されたようなＸ線装置１に関する。装置１は、陽極２ａと陰極２ｂとを有するＸ線源２と、コリメータースリット３ａを有するコリメーター３と、Ｘ線検出器配列１７と、Ｘ線源２を保持するための支持アーム９と、支持アーム９を吊り下げるための機構部すなわちマウント(mount)２１を備えている。検出器配列１７は、Ｘ線検出器１４用の据え付け及び走査手段を有している。この操作手段は、駆動用ハウジング１０と、案内レール１２と、この案内レールに沿って移動可能なキャリッジ１１とを備えている。走査手段は、さらに少なくとも１つのモータ７を備えている。Ｘ線検出器１４からのディジタルデータ取得用の手段１６と、Ｘ線装置１をステアリングするための制御装置２ｃとが設けられている。患者の身体のディジタル映像は、領域５をコリメート(collimate)されたＸ線ビーム２６ａで走査し、経路８ｂ、および／または、２７に沿って検出器とともにキャリッジ１１を協同的に移動することによって発生される。そのために、Ｘ線源２は、矢印８ｄで示されたようにサスペンションポイント２２の回りに旋回されるか、またはそれにかえて直線状に移される(図７)。コリメータースリット３ａおよび前記検出器１４の横方向の広がりは、走査されるべき映像の幅を決定する。しかしながら、Ｘ線源２、および／または、コリメータースリット３ａ並びに検出器１４を２次元的に走査移動することもまた可能である。支持アーム９は、それに設けられた部品１０、１１、２、３、３ａを駆動するための手段を有している。支持アーム９はそれ自体矢印２７で示されたように、機構部２１に沿ってシフト可能である。機構部２１と支持アーム９の方向付けは、患者の位置に適合されている。典型的には、機構部２１は、患者が立っている(図示したように)か、座っている場合に垂直であり、患者が横になっている場合に水平である。支持アーム９は、機構部２１に対して垂直方向かまたは傾斜方向に移動されることができる。
【００２０】
図２は、本発明の第１の一般的態様において、ディジタル走査手順中にＸ線源２に向かったＸ線検出器１４の少なくとも一次元の方向付け運動（一次元方向の移動）８ｃを達成するための補助的な据え付けおよび走査手段１３、１５を示し、これは、方向付け運動８ｃと走査８ｂ、および／または、２７は、Ｘ線検出器１４の自由の度合いに依存し、Ｘ線装置１は、Ｘ線検出器１４の走査運動８ｂ、および／または、２７と同等なＸ線装置１４の方向付け運動８ｃを操縦するように構成されている。
【００２１】
据え付けおよび走査手段９〜１２、７は、Ｘ線検出器１４を直線状のセグメント(segment)８ｂ、２７に沿って、あるいは、曲線状または円弧状のセグメントに沿って、ハウジング１０内で、または可能であればハウジング１０とともに移動するための移動手段１１、１２を備えていなければならない(図６、矢印８ａ)；および／または、補助的手段１３、１５は、Ｘ線源２から見たＸ線検出器１４の一定の縦横比を維持するためにＸ線検出器１４を傾動する回転手段１３、１５を備えているか；および／または、Ｘ線検出器１４は、直線状の広い走査領域５用に有益な単一または複数直線ディジタルＸ線検出器１４である。
【００２２】
図２に示された移動手段１１は、キャリッジ１１であって、これは、その横方向の延在部に垂直な方向へ移動可能であり、回転手段１３は、回転可能なプレート１３であり、このプレートはキャリッジ１１に設けられていて、Ｘ線検出器１４を受けるように構成されていて、また特に回転可能なプレート１３は、身体の部分または全体のＸ線走査８ａ、８ｂ、８ｄ、２７用に適した細長い単一ラインディジタルＸ線検出器１４を受けるために横方向に延在していてもよい。プレート１３は、ディジタル走査運動８ｂ、２７中にＸ線検出器１４が一つの次元においてＸ線源２に向かって方向付けられるように、モータ駆動装置１５によって回転される。
【００２３】
好ましい実施例において、移動および回転手段１１、１２、１３を受けるためのハウジング１０が設けられていて、ハウジング１０は、操作手順中の不動性すなわち固定性を維持できる。特に、据え付けおよび走査手段９〜１２、７は、異なった走査手順用にハウジングを再配置するための支持アーム９およびモータ７のような手段９、７を備えている。あるいは、ハウジング１０は、走査中にそれ自身移動できてもよい。それによって、検出器１４の方向付け運動８ｃと協同するための組み合わされた走査運動８ｂ、２７が実行される。
【００２４】
図３ａ並びに３ｂは、本発明の第２の一般的態様において、図１によるＸ線装置用の組み合わされたディジタル／撮影検知手段４、１４を有する検出器配列１７を示している。この構成において、撮影フィルム用の補助的な撮影Ｘ線映像手段２、３、４が備えられている。本発明によれば、据え付け手段９〜１１は、ハウジング１０を備えていて、フィルムカセット４かＸ線検出器１４のいずれかがＸ線映像用に位置されるように、Ｘ線検出器１４と撮影フィルムがハウジング１０の異なった側面に向かって面している。前記検出器配列（撮影／ディジタル検出器）１７は、閉成されるか開放される。この検出器配列は、ディジタル検出器１４とカセットホルダー４とが間近であるので非常に有利である。ディジタルと従来のＸ線映像モードとの間の切り換えは、この分野の装置の状態と比較して非常に簡略化される。さらに、両方の検知手段１４、４間の回転切り換えは、撮影映像化後にディジタル走査検出器１４の以前の位置に正確に戻るようにする。
【００２５】
図３ａ並びに３ｂは、Ｘ線検出器１４を前側２４に受容し、カセットホルダー４を後ろ側２５に受容するのに適したハウジング１０を詳細に示していて、据え付け手段９〜１１は、ハウジング１０の前側２４または後ろ側２５をＸ線源２に向かって回転するための軸線ｚを有している。好ましくは、軸線ｚは、図３が上面または側面のいずれかを示すのに対応して水平または垂直に方向付けられている。ハウジング１０のトルク解放サスペンション(torque-free suspension)は、組み合わされた検出器ハウジング１０の重心に回転軸線ｚを設けることによって可能である。図３ａに示されたように、Ｘ線ビームは、検出器１４がＸ線源２に向かって方向付けられた場合にコリメート２６ａされる。検出器１４は、先に述べた直線状走査運動８ｂ、２７と回転的方向付け運動８ｃ用の手段９〜１２、７、１３、１５を装着できるけれども、装着しなくともよい。図３ａによると、従来のカセットホルダー４の撮影フィルムが曝されなければならない場合に、幅広いＸ線ビームが使用される。フィルムとカセットホルダー４とが概略的にのみ示されていることに注目すべきである。
【００２６】
好ましい実施例は、以下のいずれかの態様に関する。すなわち、ディジタルと撮影Ｘ線映像との両方用に同一のＸ線源２を使用すること；取り外し可能なＸ線コリメーター３または撮影Ｘ線映像用に走査可能なスリット３ａであること；自動的に操縦されるＸ線コリメーター３またはスリット３ａであることであって、自動的に操縦されるのは、特に、撮影フィルムがカセットホルダー４内に存在することを示すセンサーにより、カセットホルダー４のスイッチにより、ディジタルおよび撮影Ｘ線映像用のハウジング１０の方向付けを示すセンサーにより、手動スイッチにより、および／または、ソフトウェアによってである。
【００２７】
図４は、ディジタルと撮影映像の両方に有用な本発明によるコリメーター３を示している。本質的にコーン形状のコリメーター３は、Ｘ線源２に堅固に取着されている。Ｘ線コリメーター３は、撮影映像用の開口部３ｂを有していて、ディジタルＸ線走査用の正確にコリメートされたビーム６ａを提供するためのビルトインコリメータースリット３ａを備えている。この構成によって、矩形のビーム輪郭は、撮影またはディジタル映像用に容易にまた効果的に広げられたり狭められたりすることになる。望ましい態様は、１つまたは２つの軸回転するシャッター１９ａ、１９ｂを備えたＸ線コリメーター３；少なくとも１つのシャッター１９ａ、１９ｂを開成または閉成するための回転の部ノブ１８を備えたＸ線コリメーター３；、スリット３ａ、および／または、スリット３ａの幅ｙの位置を０．２ｍｍ＜ｙ＜５ｍｍの範囲に調整するための手段２０を有するシャッター１９ａ；および／または、Ｘ線源２から定められた距離に設けられたＸ線コリメータースリット３ａである。
【００２８】
好ましくは、Ｘ線検出器１４の走査運動８ｂ、２７および方向付け運動８ｃと協同するＸ線源２およびコリメーター３、３ａを旋回８ｄするための手段が設けられる。特に、Ｘ線源２とコリメーター３、３ａの重心を通って延びる軸線２２の周りにバランスされたサスペンションが、トルクフリーな旋回運動８ｄ用に設けられている。さらに同様に、検出器１４の運動８ｂ、２７、８ｃと協同するＸ線源２とコリメーター３との回転運動８ａ(図６)または直線運動２７(図７)用の手段が装着されてもよい。フォースフリー(force-free)な直線運動８ａ用のカウンターウエイトが望ましい。Ｘ線源２とコリメーター３を旋回、および／または、直線的にシフトするためのハンドグリップが同様に示されている。
【００２９】
モータ駆動装置１５と機械的結合手段２３は、Ｘ線検出器１４の操作運動８ｂ、２７と方向付け運動８ｃ、および、Ｘ線源２の移動的または旋回運動２７；８ａ、８ｄを同期的に駆動するために設けられている(図１、４、６、および７)。機械的結合手段２３は、例えば、チェーン駆動または同期式ベルト駆動である。これらのむしろ単純な手段は、検出器１４の自由度の少なくとも２つの度合い８ｂ、２７；８ｃと、Ｘ線源２プラスコリメーター３、３ａの運動２７；８ａ、８ｄとの間の高度に精密な同期化(synchronization)を考慮する。あるいは、Ｘ線検出器１４の操作運動８ｂ、２７と方向付け運動８ｃ、および、Ｘ線源２の移動的または旋回運動２７；８ａ、８ｄを駆動し同期させるために、いくつかのモータ駆動装置１５および電気的制御手段２ｃが設けられてもよい。そのような電気的同期化を有して、変更可能なコリメーターと検出器の距離を設けることが最も簡単である。安全性の理由から、摺動クラッチは、Ｘ線装置１の少なくとも２つのモータ駆動装置１５と移動部品２、３、４、９、１０との間に組み込むことができる。
【００３０】
図５は、図１からわかるような本発明の一般的な第３の態様におけるディジタルＸ線装置１を示していて、据え付け手段９〜１１は、Ｘ線検出器１４が、Ｘ線源２の陽極側に向かって角度α（０°＜α＜β、β＝陽極角度）シフトされた位置に保持されるように構成されている。陽極２ａは実際の形状と方向付けではあるが一定の比率ではないのに対して、陰極２ｂは概略的にのみ示されていることに注目すべきである。この検出器の方向付けは、Ｘ線操作中のＸ線投与(X-ray dosage)が最小にできるように高いコリメーション品質を有するＸ線ビームを受容するために選択される。
【００３１】
配置角度αの最適な選択は、本発明によれば、放射された強度と明白な焦点スポットサイズＦ’との間の交換条件からもたらされる。陽極角度βすなわち陽極面に接線的に放射された強度は、かなりフィルタがかけられ減少されるが、それは主として陽極材料の表面粗さによる。強度は、配置角度α＜βを減少し、αがほぼβ／２で代表的にその最大値の９０％に到達するためにかなり強く増加する。他方において、明白な焦点サイズは、Ｆ’＝Ｆ＊ｓｉｎ(β−α)／ｓｉｎ(β)（ここで、Ｆ＝実際の焦点スポットサイズ）に等しい。Ｆ’は、α＝βで最小または理想的にはゼロであり、配置角度α＜βの減少によって増加する。好ましくは、配置角度は、因数２によって減少された焦点スポットサイズを有する高強度Ｘ線ビームを受容するために、ほぼα＝β／２で選択されなければならない。従来のＸ線チューブ２は、１２°と１６°との間の陽極ターゲット角度βを有している。したがって、配置角度の有用な範囲は４°＜α＜１２°、好ましくは６°＜α＜８°、最も好ましくはβ＝１２°の場合、α＝６°が考えられる。
【００３２】
Ｘ線検出器１４用に、Ｘ線感知要素（図示せず）を有する単一のまたは複数のラインのＸ線検出器１４が選択されてもよい。特に、Ｘ線感知要素すなわち画素(pixel)は、少なくとも１つのＡ／Ｄコンバータおよび連続読み出し用のマイクロコンピュータ１６に接続されたシンチレータクリスタル(scintillator crystal)と光学的検出器を備えている。シンチレータと検出器との慎重な選択によって高感度が達成できる。単一のまたは複数の直線的配置は、読み出し用に非常に大きな並列計算出力を必要とする全体映像検出器のために明らかに優れている。これとは対照的に、本発明は、商業的に利用可能なパーソナルコンピュータで達成できる素早い連続画素読み出しの利点を受ける。連続読み出しは、走査プロセス中に直線状に繰り返される。
【００３３】
他の実施例において、単一のまたは複数のラインのＸ線検出器１４は、単一のまたは複数のラインのＸ線検出器１４のタイミング制御用の手段を有している。単一のまたは複数のラインのＸ線検出器１４は、各画素からの、および／または、単一のまたは複数のラインのＸ線検出器１４全体からの、アナログ信号の利得、および／または、オフセット(offset)修正用の手段を有している。利点を有して、単一のまたは複数のラインのＸ線検出器１４は、検出器制御およびデータ取得用のディジタル信号プロセッサを有しているか、および／または、データ取得とデータ貯蔵用のディジタルメモリーを有している。
【００３４】
他の実施例によれば、ディジタルＸ線操作中のＸ線投与および散在的放射は、構造的ビーム変数の適切な選択によってさらに減少される。変数は、Ｘ線源２の明白な焦点スポットサイズＦ’、コリメータースリット幅ｙ、および、Ｘ線源２（特にその明白な焦点）とＸ線検出器１４との間の距離ｄ１、Ｘ線コリメータースリット３ａとＸ線検出器１４との間の距離ｄ２、患者とＸ線検出器１４との間の距離ｄ３（図５）のようなものである。最適変数選択の目的は、（ｉ）検出器側でのファンビーム幅＜画素幅（シンチレータクリスタルの有効受容領域の幅によって与えられる）；（ｉｉ）検出器１４による放射通過を減少するための半影領域(half-shadow zone)の減少；（ｉｉｉ）十分に完全な強度の提供；（ｉｖ）Ｘ線が当てられた対象物からの散在を減少するための患者と検出器の小さい距離ｄ３である。したがって、整列(order)またはシンチレータクリスタルの受容領域の幅よりも小さいスリット幅ｙが選択されなければならない。半影領域は、コリメータースリット３ａを通して構造的に映像化された限定的に明白な焦点スポットサイズＦ’から起きる。１画素サイズ以上に横方向に延びた強度側ローブ(lobe)は、Ｆ’、ｙおよび映像距離ｄ２を減少することによって低く維持される。十分に完全な強度を提供するために、スリット幅ｙは、十分に大きくなければならない、最後に、患者と検出器の距離ｄ３は短くなければならない。
【００３５】
有利には、Ｘ線装置１は、全体または部分的身体ディジタルＸ線映像用に寸法が定められる。この目的のために、また、０．４ｍｍの与えられた画素サイズ（特にシンチレータクリスタルの有効受容領域の幅）のために、好ましい変数範囲は、スリット幅が０．２ｍｍ＜ｙ＜１．５ｍｍ；全体の距離が９００ｍｍ＜ｄ１＜１４５０ｍｍ；映像距離が５０ｍｍ＜ｄ２＜７００ｍｍ；および患者と検出器の距離が１０ｍｍ＜ｄ３＜２００ｍｍである。
【００３６】
図１、６および７は、全体として、機械的構成およびＸ線装置１の移動性のモードを示している。支持アーム９は、本発明にしたがったＸ線源２、Ｘ線コリメーター３およびＸ線検出器１４を備えたハウジング１０を有する検出器装置１７を運ぶのに適している。支持アーム９はそれ自体回転可能なような形(fashion)８ａに懸垂されていなければならない。Ｘ線源２は、Ｘ線コリメーター３および検出器ハウジング１０とともに、立っているか、座っているか、または横たわっている患者５にＸ線を当てるようにＸ線源２、Ｘ線コリメーター３および検出器１４を位置付けるために、支持アーム９に関して傾動可能である。
【００３７】
好ましくは、Ｘ線源２、および／または、Ｘ線検出器１４用のハウジング１０は、Ｘ線源２とＸ線検出器１４または特にハウジング１０に設けられたカセットホルダー４の撮影フィルムとの間の距離ｄ１を選択するために、支持アーム９に沿って移動可能である。
【００３８】
図６は、支持アーム９の回転または旋回運動８ａが、患者の身体に関してＸ線源２プラスコリメーター３と検出器配列１７の位置付け、および／または、走査のために使用される例を示している。回転８ａの軸線は、図示したように、Ｘ線源２に設けられているかまたは、例えば患者５に向かってシフトされている。横断バー９は中間位置（Ａ）（真っ直ぐなライン）において、患者５が立たっているか／座っているかあるいは横たわっているかに依存して水平または垂直に方向付けられている。バー９はまた、患者５に関して任意の角度下に方向付けられている。点線は、旋回運動８ａの端の位置（Ｂ）、（Ｃ）を示している。バー９によって、検出器１４（カセットホルダー４を有するか有しない）とＸ線コリメーター３とを含む検出器配列１７は、円弧状のセグメント上を協同的に移動する。この運動はまた、検出器配列１７とコリメーター３用の別個の装備を使用して達成される。あるいは、検出器配列１７は独立して懸垂されていて、直線セグメント２７に沿って、およびＸ線コリメーター３とＸ線源２の旋回運動または多分キャリッジ１１の走査運動８ｂ、２７と協同して移動可能であってもよい。運動８ａ、８ｂおよび２７は、少なくとも１つのモータ７によって再び駆動される。
【００３９】
図７は、支持アーム９が、横たわっている患者５をＸ線照射するために水平２７に移動可能なサスペンションを有する例を示している。検出器配列１７は、患者５の身体の下方で移動可能２７である。これと比較して、図１は、立っているかまたは座っている患者５をＸ線照射するために垂直２７に移動可能なサスペンションを有する支持アーム９を示している。有利には、支持アーム９は、立っているかまたは座っている患者５と横たわっている患者５とのＸ線照射間を切り換えるために少なくとも９０°回転可能である。
【００４０】
支持アーム９の多方面への移動可能性は、患者５に対するＸ線装置１の素早い整列用に有用である。さらに、支持アーム９の回転８ａは、Ｘ線源２、および／または、検出器配列１７の旋回運動８ｄを支持または達成するために使用できる。同様に、支持アーム９の移動２７は、Ｘ線源２の直線運動２７、および／または、検出器１４の走査運動８ｂを支持または達成するために使用される。
【００４１】
結論として、本発明は、改良されたＸ線映像品質を達成するためにＸ線源２に関してＸ線映像手段１４、４を方向付けるか位置付ける新規な手段９〜１２、７、１３、１５を開示している。したがって、発明用に、再方向付け可能なＸ線走査検出器１４、再方向付け可能な組み合わされた走査および撮影Ｘ線映像手段１４、４、ならびに改良された検出器配置用の手段９〜１２が提供される。このように、検知能力および映像解像度は実質的に増加される。新規な検出器配列１７は、ディジタルまたは補助的従来の検出器手段１４、４を使用して、大きな領域５での迅速で効率的なＸ線映像用に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による検出器配置を備えた検出器走査Ｘ線装置の一般的概略図。
【図２】  広い領域の検出器Ｘ線映像用に適した走査および方向付け機構を有する第１の検出器配置を示す図。
【図３ａ】  撮影プレートを備えていて検出器または従来のＸ線映像のいずれかに再方向付け可能な第２の検出器配置を示す図。
【図３ｂ】  撮影プレートを備えていて検出器または従来のＸ線映像のいずれかに再方向付け可能な第２の検出器配置を示す図。
【図４】  ディジタルおよび従来のＸ線映像用の狭いおよび幅広い開口間で切り換え可能なＸ線コリメーターを有する実施例を示す図。
【図５】  ディジタル走査検出器の位置がＸ線管の陽極側に向かった角度によってシフトされた第３の検出器配置を示す図。
【図６】  Ｘ線ビームが支持アームを旋回することによって整列されるか走査されるＸ線装置の実施例を示す図。
【図７】  Ｘ線ビームが支持アームを移動することによって整列されるか走査されるＸ線装置の実施例を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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