(57)【要約】【課題】  散乱線と被写体の運動を考慮して、より高速撮影を行うためのデジタルＸ線画像形成システムを提供する。【手段】  拡大撮影法を用いてわずかな拡大率で画像を拡大し、高圧撮影法とグレーデル法を併用しＸ線の機械的出力能力に余裕を持たせ、より短時間撮影を行い被写体の運動による不鋭を制限し、画質を向上させる。【構成】  高電圧撮影法が可能なＸ線発生装置（５）とＸ線管（１１）により、高電圧領域のＸ線を照射し、そのエネルギー帯に高感度なデジタル画像検出系（３１）により、運動を有する被写体（２１）内部の情報がＡ／Ｄ変換されて画像表示装置（６）に画像化される。このとき、Ｘ線管は拡大撮影が可能な焦点を有しており、被写体（２１）とデジタル画像検出系（３１）はグレーデル効果が充分な距離を有する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の運動が０ではないが微小のときに、１．０４〜２．０倍の拡大率による拡大撮影法が可能なように、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下の実効焦点のタングステンターゲットから成る回転陽極Ｘ線管を有し、且つＸ線管焦点、被写体のＸ線入力面、被写体の透過Ｘ線出力面およびデジタル画像検出系の幾何学的な配置が、Ｘ線管焦点〜被写体のＸ線入力面間の距離が５０ｃｍ以上１５０ｃｍ以下で、グレーデル効果が有効となるように被写体の透過Ｘ線出力面〜デジタル画像検出系間の距離が４ｃｍ以上５０ｃｍ以下で、Ｘ線管焦点〜デジタル画像検出系の距離が５４ｃｍ以上２００ｃｍ以下を有する。さらに、７０ＫＶ〜８０ＫＶのＸ線エネルギー帯に高感度のレスポンスを示すデジタル画像検出系を有し、そのデジタル信号を画像化する画像表示装置と、且つそのデジタル画像検出系が効率よく反応するように、Ｘ線管電圧が９６ＫＶ以上１５０ＫＶ以下の高電圧撮影法が可能で、０．０１秒以上０．１２秒以下の短時間撮影が可能な単相全波整流方式の場合にあっては２０ｍＡ以上のＸ線発生装置を有する機能を特徴とするＸ線画像形成システム
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、拡大撮影法によりわずかに画像を拡大し、見難さや誤認を軽減するための高速撮影デジタルＸ線画像形成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】  Ｘ線画像は、Ｘ線管の焦点が理論上の点の時、Ｘ線焦点から放射状に放射され、被写体を透過し、画像検出系に投影される。被写体をＸ線が透過する時に、エネルギーの減弱を伴うので、画像検出系はこの差を画像として現す。ところが、現実には点焦点は存在せず、必ず面積を有するので、幾何学的不鋭として半影を生じる。よって、Ｘ線管の焦点は、小さければ小さいほど良いが、Ｘ線出力の問題から大容量になるほど焦点は大きくなり半影も大きくなる。一般撮影法を図１に示す。一般撮影法は、半影を小さくするために、Ｘ線管焦点〜被写体間の距離ａ１を、被写体の大きさによって充分に数学的にＸ線が平行線と近似されうる距離をとり、被写体〜画像検出系間の距離ｂ１をできるだけ小さくする。【０００３】  微小な被写体を鮮鋭に画像化したいとき、拡大撮影法がある。【０００４】  拡大撮影法を図２に示す。拡大撮影法は、単純な拡大撮影法と高度な拡大撮影法という本文での用語の使い分けを兼ねて説明する。単純な拡大撮影法は、Ｘ線管焦点〜被写体〜画像検出系の幾何学的な位置関係を、Ｘ線管焦点からＸ線が放射されるとみなして、三角形の相似を応用して画像を拡大投影する方法で、Ｘ線焦点サイズよりも大きな被写体を拡大投影するものである。さらに、画像検出系の粒状性がＸ線管焦点〜被写体〜画像検出系の幾何学的な位置関係には依存せずに一定であるので、被写体がＭ倍に拡大されたとき、画像検出系上に投影された被写体面の粒状性は、面積でＭの２乗となるので、Ｓ／Ｎ比が増大して識別能がよくなることを利用している。また、拡大撮影法は、グレーデル効果（後述する）が出現するので、グレーデル技法（後述する）を併用している場合も多い。乳房撮影等によく利用されている。
高度な拡大撮影法とは、Ｘ線焦点サイズよりも小さな被写体を拡大投影するものである。投影像は、幾何学的な半影により被写体よりも小さな投影像となるが、画像検出系の粒状性がＸ線管焦点〜被写体〜画像検出系の幾何学的な位置関係には依存せずに一定であるので、被写体がＭ倍に拡大されたとき、画像検出系上に投影された被写体面の粒状性は、面積でＭの２乗となるので、Ｓ／Ｎ比が増大して識別能がよくなることを利用している。
Ｍは拡大率で、図２よりＭ＝１＋ｂ２÷ａ２であり、ａ２が小さくｂ２が大きくなるほど拡大率Ｍは大きくなる。【０００５】  運動のある被写体を鮮鋭に画像化したいとき、高圧撮影法がある。【０００６】  高圧撮影を行うと、Ｘ線管負荷軽減により小焦点、短時間撮影が可能になる。また、骨の透過性増加によりＸ線像のコントラスト低下が生じ、診断領域が拡大する。【０００７】  高圧撮影を行うときや、被写体厚が大きく散乱線が画像形成に影響を与えるときは、グリッド法やグレーデル法がある。【０００８】  グリッド法は、投影画像の入射本線方向のみ通過するように、格子状にＸ線不透過物質で壁が作られており、本線外の角度から入射する散乱線を遮断する。優れた散乱線除去装置であるが、Ｘ線のグリッド入射線量に対し、出力線量はロスが生じるために、Ｘ線のエネルギー帯によっては、Ｘ線の出力を２倍から４倍に増加させる必要がある。つまり、被写体の被曝線量が大きくなる上に、散乱線除去装置そのものが画質を低下させる一因となる。さらに、デジタル画像検出系と相性が悪い。何故ならば、グリッドピッチとデジタル検出系素子ピッチの相互作用によるモアレ現象が生じるからである。【０００９】  グレーデル法は、グレーデル効果とグレーデル技法という本文での用語の使い分けを兼ねて説明する。グレーデル効果とは、入射Ｘ線が被写体内で散乱現象を生じ、散乱点から放射状に散乱することで、散乱線の単位面積当たりの密度と散乱点からの距離との間に、距離の逆二乗則が成立する。
入射Ｘ線と同じ方向の本線は、被写体透過時にエネルギー減弱するが、被写体からの距離との間に、本線の単位面積当たりの密度は大きく変わらない。そこで、被写体の透過Ｘ線出力面〜画像検出系間の距離を離すことで、散乱線だけを大きく減弱させることができる。この効果をグレーデル効果という。
グレーデル技法というのは、被写体の透過Ｘ線出力面〜画像検出系間β２の距離を離していくと、グリット等の散乱線除去装置を使用するよりもグレーデル効果が上回る地点があることに着目し、グリット等の散乱線除去装置を用いる必要がないとする技法をいう。この被写体の透過Ｘ線出力面〜画像検出系間の距離が１５〜２０ｃｍ以上と言われ、４０ｃｍの距離では、ほぼ画質に影響する散乱線を除去できるとされている。
【引用文献の説明】
【００１０】  引用文献１には、グレーデル技法を用いてＸ線管焦点〜被写体〜画像検出系の幾何学的な位置関係を設定したＸ線システムが記載されており、幾何学的不鋭が増大することまで記載されている。引用文献２には拡大撮影がなされる高さを有し、着脱可能なＸ線低吸収台の利用が記載されている。引用文献３には、拡大撮影法とグレーデル技法の効率的な併用と、それを利用した屈折コントラスト現象が生じるＸ線画像形成システムが記載されている。
【以上の引用文献の一覧】
【００１１】１．特開平９−２６２２３３号公報
２．実願昭５９−１３２９５４号（実開昭６１−４８７１１号）のマイクロフィルム
３．特開２００１−３２４７７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】  拡大撮影法、グレーデル技法および高圧撮影法とそれらの併用を行うには、撮影条件の設定が数学的およびＸ線の出力能力的に非常に難しかったので、特殊撮影の分野に分類されていた。ところが近年、アナログ撮影からデジタル撮影に進歩したことで、濃度変化等の画像処理がコンピュータソフトにて出来るようになったことから、撮影条件の設定が容易となった。また、完成画像の拡大率の変更も容易にできるので、これらの併用法を応用し、被写体の動きが０ではないが微小のときに、鮮鋭度が良く診断読影し易いように、既存技術以上の高速撮影を行うことで、運動による不鋭を軽減させて画質の向上を目的とするためのデジタルＸ線画像形成システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】  上記目的を達成するために、被写体の拡大率の設定、被写体の運動による撮影時間の設定、そして、その撮影時間を可能にするためのＸ線画像形成システムの構成にあたる。【００１４】  拡大撮影法を利用する時に、どの程度の拡大率を採用するかであるが、ここで肉眼のＭＴＦ（ＭＴＦとは、鮮鋭度を物理量に変換したものである）に着目した。肉眼のＭＴＦを図３に示す。正常肉眼では０．１〜０．１５ｍｍの病変を識別できるが、それ以下の大きさではＭＴＦは急速に減少し、信号検出できても誤認する割合が高くなる。図３では、２ｃｙｃｌｅｓ／ｍｍより少し小さいところに肉眼のＭＴＦがピークになっている。つまり、０．１５〜０．２ｍｍの大きさより少し大きいとＭＴＦがとても良いが０．１５〜０．２ｍｍで充分であろう。例えば、骨梁は０．１ｍｍ程度であるから、拡大するほど見易いものではあるが、拡大専用撮影機のように大きく拡大しなくても、信号検出できて且つ誤認せずに正確な診断ができる程度の拡大率で充分である。つまり、０．１ｍｍの病変を１．１倍の拡大率で０．１１ｍｍとするだけで診断能は向上し、１．２倍の拡大率で０．１２ｍｍに出来れば、診断能は格段に向上する。
よって、０．１〜０．１５ｍｍの被写体を０．１５〜０．２ｍｍに拡大するためには、拡大率が１．０４〜２．０倍程度を要求したい。そのためのＸ線管焦点は、高度な拡大撮影法を用いるならば０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下でよい。【００１５】  被写体が動態の時、運動による不鋭は画質を指数関数的に変化させるので、できるだけ短時間撮影を行う方がよい。
例えば、秒速１．２ｍｍの振幅で運動があるとすると、２．０倍拡大すると秒速２．４ｍｍの投影像となるので、０．３ｍｍの不鋭を許容すると、０．１２５秒以内の短時間撮影を行わなければならない。同様に、秒速１．５ｍｍの振幅のとき、１．５倍拡大すると秒速２．２５ｍｍの投影像となるので、０．１３３秒以内の短時間撮影を行わなければならない。
実際には、幾何学的半影が加味されるので、０．１２秒以下の短時間撮影が必要であろう。しかし、Ｘ線量子モトルによる粒状性の都合により、０．０１秒以上は照射したいので、撮影時間は０．０１〜０．１２秒の範囲に制限される。
上記で運動に振幅という考え方を用いたのは、同一振幅間ならば、動いた回数は画質に影響しないからである。【００１６】  短時間撮影を行うためにグレーデル技法を利用する。被写体の運動による不鋭は、撮影時間によって指数関数的に変化するので、短時間で撮影した方が良い。つまり、より高電圧で且つ大電流で短時間撮影が良いが、管電圧が高いほど被写体から散乱線が発生するので、高電圧領域では、グリット等の散乱線除去装置が使用される。また、高電圧でなくとも被写体の厚みにより散乱線が発生するので、グリット等の散乱線除去装置が使用されることもある。これは、Ｘ線の入力に対して出力ロスを生じるので、撮影時間を長くする必要が生じ意に反する。そこで、グリット等の散乱線除去装置を使用せずに、グレーデル効果を利用して、グレーデル効果の有効距離もしくは、グレーデル技法の距離を保つものである。ただし、その距離は散乱体の厚み、つまり、被写体の厚みによるので、検査内容と検討しなければならない。
グレーデル技法を採用できる距離があれば、同等の画質を得ながらにして、出力を制御できる。
つまり、より短時間による高速撮影が可能となるので、被写体の動きが０ではないが小さいとき、グレーデル技法は、グリッド法よりも格段に画質が向上する。
グレーデル効果は、使用するＸ線管電圧によって、その効果が異なる。それは高電圧のＸ線エネルギーの方が、被写体透過時に散乱し易いからである。これは、高電圧撮影法の特徴である。また、高電圧撮影法は、Ｘ線管負荷軽減により小焦点、短時間撮影が可能である。【００１７】  Ｘ線管焦点〜被写体〜デジタル画像検出系間の幾何学的な配置は、高圧撮影法を用いるためにタングステンターゲットを使用することから被曝線量を考慮すると、Ｘ線管焦点〜被写体のＸ線入力面間の距離α２は５０ｃｍ以上ほしいところである。グレーデル効果を使用するには、経験的に被写体の透過Ｘ線出力面〜デジタル画像検出系間β２が肉厚の薄い被写体でも４ｃｍ以上ほしいところである。そして、４０ｃｍあれば散乱線を除去できるとされるが、さらに余裕を持って５０ｃｍまでを設定した。
被写体〜デジタル画像検出系間ｂ２が５０ｃｍの時、拡大率１．１倍であればＸ線管焦点〜被写体間の距離ａ２は５００ｃｍが必要であるが、現実的な使用範囲と短時間撮影に必要なＸ線装置の容量を考慮して、１５０ｃｍ以下とすることが妥当であろう。
よって、Ｘ線管焦点〜デジタル画像検出系間の距離ａ２＋ｂ２は、５４〜２００ｃｍの範囲となる。
図４のように被写体厚が５０ｃｍで、Ｘ線管焦点〜デジタル画像検出系間ａ４＋ｂ４が１５０ｃｍ、Ｘ線管焦点〜被写体のＸ線入力面間α４が５０ｃｍ、被写体の透過Ｘ線出力面〜デジタル画像検出系間β４が５０ｃｍのとき、拡大率は２．０倍となり、０．１ｍｍの被写体に高度な拡大撮影法を用いるとき、Ｘ線管焦点は０．３ｍｍでよく、血管造影システムやＣＴ装置に応用される範囲であろう。もっとも、血管造影システムやＣＴ装置は、そこまで小さな被写体を目的としていないので、被写体の運動を制御できたならば、もっと大きなＸ線管焦点でもよい場合もあろう。【００１８】  上記に小焦点、短時間撮影を行うのに高電圧撮影法が向いていることを記載したが、デジタル画像検出系において、画像検出素子が１００μｍで７０〜８０ＫＶ帯のＸ線エネルギーに高感度なレスポンスを示すものがある。このエネルギー帯に合致するＸ線を発生させるには、Ｘ線管の管電圧ピークを１００ＫＶ前後以上にしてやれば、タングステンターゲットのＸ線エネルギーの連続スペクトルは一致する。よって、Ｘ線管電圧が１００ＫＶ前後以上のＸ線発生装置を必要とする。ただし、タングステンターゲットの回転陽極Ｘ線管は、構造上２００ＫＶが限界であるが、そのＸ線連続スペクトルをもってして充分である。高電圧撮影法を行うためには１００ＫＶ以上がほしいが、濾過フィルターの有無を考慮して９６ＫＶ以上で、汎用Ｘ線管を用いるならば、１５０ＫＶ以下となる。【００１９】  上記条件で画像を構成するためのＸ線総出力を考慮すると、Ｘ線高電圧発生器は、単相全波整流方式の場合では２０ｍＡ以上が必要である。
【請求項１に係る発明と引用文献１との対比】
【００２０】  請求項１に係る発明と引用文献１に記載の発明とは、グレーデル技法を用いる点で、全く同一のものであり、グレーデル効果の利用において、必要と認識している被写体の透過Ｘ線出力面〜画像検出系の距離β２は同程度である。しかしながら、結果的に、引用文献１では幾何学的な不鋭が増大すると明記されている。つまり、画質が低下する結果となったのに対し、本願発明では、全く逆に画質を向上させる結果が得られている。何故ならば、引用文献１は、Ｘ線画像形成システムで重要なＸ線管の焦点サイズや被写体の運動による短時間撮影の必要性を考慮せずにＸ線画像形成システムが構成されている点で、本願発明と相違しているからである。
【請求項１に係る発明と引用文献２および３との対比】
【００２１】  請求項１に係る発明と引用文献２および３に記載の発明とは、拡大撮影法を用いる点で、全く同一のものである。しかし、拡大撮影法とは、焦点サイズよりも大きな被写体を幾何学的に拡大して見るためのものであり、焦点サイズよりも小さな被写体は、半影によりボケるので、本来は拡大撮影法の対象とはならない。引用文献２および３は、乳房用Ｘ線システムであるから、焦点が被写体よりも小さいことを暗に示しているが、本願発明は、焦点サイズよりも小さな被写体を、主目的としている点で、本願発明と相違している。
また、拡大撮影法では、拡大率が違っても同じ不鋭であれば同じ評価か、もしくは、見易さの観点から拡大率が大きい方が高評価を得るが、本願発明では、被写体に運動がある場合を想定しているので、運動による不鋭を拡大させずに半影の許容範囲に収めるためと、拡大率を大きくするとＸ線の発生量を大きくする必要が生じるので、この２点で、撮影時間を長くしたくはないという理由から、同じ画質の不鋭であれば、拡大率の低い方がよい。
さらに、引用文献２および３は、被写体に運動がないという前提で、撮影時間が数秒単位のＸ線システムが構成されているのに対し、本願発明は、被写体には運動があるものという前提に１００分の数秒という単位でＸ線システムを構成している点で、本願発明と相違している。
【請求項１に係る発明と引用文献３との対比】
【００２２】  請求項１に係る発明と引用文献３に記載の発明とは、拡大撮影法とグレーデル技法の効率的な併用が記載されており、これらの理論上の観点は全く同一のものである。ところが、Ｘ線システムを構成する上で、引用文献３は被写体の運動を考慮していない。よって、Ｘ線システムの個々の構成要素が異なったものとなり、被写体の運動が０ではないが微小な動きを伴うとき、引用文献３では本願発明の結果は得られない。
【請求項１に係る発明と引用文献１と２および３の組み合わせによるものとの対比】
【００２３】  短時間撮影の観点からすると、引用文献１と引用文献２および３の組み合わせで、本願発明が出来上がりそうであるが、引用文献１に記載があるように、幾何学的な不鋭を嫌って、グレーデル技法の適応を諦めた趣旨の記載があるので、当業者でも容易に想到し得ないものである。
【発明の効果】
【００２４】
【００２５】  本願発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されているような効果がある。
【００２６】  ０ではないが微小な動きを伴う病変の細部の画像を、短時間撮影と高度な拡大撮影法の観点からＸ線画像形成システムを構成することで、通常の撮影手技よりも鮮鋭度の高い画像として、医療診断上必要とされる０．１〜０．１５ｍｍの病変の診断能を向上させるに充分な画像を得ることができた。応用すれば、０．６ｍｍ焦点搭載の汎用Ｘ線画像形成システムであれば、被写体の透過Ｘ線出力面〜画像検出系の距離を離すために、Ｘ線低吸収台を増設することで既存寝台の厚みを増し一定距離を維持すれば、検査内容によっては可能である。
また、グリッド等の散乱線除去装置を使用しないので、グリッドピッチとデジタル検出系素子ピッチの相互作用によるモアレ現象を生じさせない。
そして、得られた画質は予想以上のものであった。
現在研究解明中であるが、骨病変の診断には、高圧撮影法は向かないと考えられているようであるが、どうもそうではないようである。骨梁単位で画像を見たとき、案外と疎に軟部組織の中に骨組織が存在するので、高度な拡大撮影法により投影像に不鋭が生じても、本影と共に不鋭を被写体の投影画像として有効に認識できるだけの空間的余裕があるからであろう。
また、本願発明では１００μｍピッチの画像検出素子を使用したが、ピッチが荒くなってもＸ線感度が向上した方が、良い画像を形成する可能性があろう。逆に、ピッチが細かくなればＸ線の屈折コントラストを検出できる可能性があろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【実施例】
【００２７】  実施例について図面を参照して説明すると、図５において、Ｘ線管電圧が９８ＫＶ、管電流２０ｍＡ、撮影時間０．１２秒のＸ線出力条件でＸ線発生装置（単相全波整流方式）（５）を作動させ、０．３ｍｍ焦点のＸ線管（１１）からＸ線を照射する。厚さ１４ｃｍの被写体（２１）はＸ線低吸収台（４）で支えられており、透過したＸ線は７０ＫＶ〜８０ＫＶ帯に高感度を有するデジタル画像検出系（３１）に至る。そしてＸ線エネルギーはＡ／Ｄ変換されて画像表示装置（６）に送られて画像化される。画像表示装置に表示された画像は、濃度変更や縮尺がソフトウェアにより可能であるので、微妙な濃度設定等ができる。散乱線と被写体の運動を考慮して短時間で高速撮影した画像は、とても画質が良いものである。この時の幾何学的なシステム配置は、Ｘ線管焦点〜被写体間ａ５は７２ｃｍ、被写体〜デジタル画像検出系間ｂ５は２８ｃｍ、Ｘ線管焦点〜被写体のＸ線入力面間α５は６５ｃｍ、被写体の透過Ｘ線出力面〜デジタル画像検出系間β５は２１ｃｍ、そしてＸ線管焦点〜デジタル画像検出系間ａ５＋ｂ５は１００ｃｍとなっており、拡大率は、約１．３９倍となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の一般撮影法を示す図である。
【図２】従来の拡大撮影法を示す図である。
【図３】人の正常眼のＭＴＦを示したものである。引用文献は、株式会社  南江堂  診療放射線技術  改訂第５版  上巻  より抜粋記載したものである。
【図４】本願発明における幾何学的なＸ線システム配置の実施例を示す図である。
【図５】本願発明における画像形成システムの実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】１    Ｘ線管
１１  高電圧撮影用のＸ線管
２    被写体
２１  ０ではないが微小な運動を伴う被写体
３    画像検出系
３１  ７０ＫＶ〜８０ＫＶ帯でＸ線高感度のデジタル画像検出系
４    Ｘ線低吸収台
５    高電圧撮影用Ｘ線発生装置
６    画像表示装置
【図１】
2007007358.tif 000003
【図２】
2007007358.tif 000004
【図３】
2007007358.tif 000005
【図４】
2007007358.tif 000006
【図５】
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