(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源と、
Ｘ線検出器と、
該Ｘ線源と該Ｘ線検出器との間のＸ線フィルタとを有し、
該Ｘ線フィルタは、複数のフィルタ素子を含み、
該複数のフィルタ素子は、別々のフィルタ素子の中のＸ線吸収液の量を制御することによって調節可能なＸ線吸収率を有する、Ｘ線検査装置であって、
該Ｘ線フィルタは、個々のフィルタ素子の中のＸ線吸収液の量を制御するために、それぞれのフィルタ素子へ電圧を供給する調節回路を含むこと、且つ
該Ｘ線吸収液は、溶媒の中に１μｍよりも小さい直径を有する極小Ｘ線吸収粒子の懸濁液を含むことを特徴とするＸ線検査装置。
【請求項２】
前記極小粒子は、実質的に１μｍよりも小さく、特に５ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲である直径を有することを特徴とする請求項１記載のＸ線検査装置。
【請求項３】
前記極小粒子は、その原子番号が７２以上である１つ以上の元素によって構成されることを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線検査装置。
【請求項４】
前記溶媒は水であることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項記載のＸ線検査装置。
【請求項５】
前記溶媒は界面活性添加剤を含む水であることを特徴とする請求項４記載のＸ線検査装置。
【請求項６】
前記極小粒子は、核を含み、
該核は前記溶媒に対して化学的に不活性である層によって覆われていることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項記載のＸ線検査装置。
【発明の詳細な説明】
本発明は、
Ｘ線源と、
Ｘ線検出器と、
上記Ｘ線源と上記Ｘ線検出器との間のＸ線フィルタとを有し、
Ｘ線フィルタは、別々のフィルタ素子の中のＸ線吸収液の量を制御することによって調節可能なＸ線吸収率を有する複数のフィルタ素子からなる、Ｘ線検査装置に関する。
この種類のＸ線検査装置はフランス国特許出願第２５９９８８６号によって知られている。
既知のＸ線装置は、輝度の値の極値の間の区間である、Ｘ線画像のダイナミックレンジを制限するＸ線フィルタからなる。例えば検査される患者である対象をＸ線源とＸ線検出器との間に配置し、Ｘ線源によって放射されたＸ線によって上記対象を照射することによって、Ｘ線検出器上にＸ線画像が形成される。何の手段も取られなければ、Ｘ線画像のダイナミックレンジは大きくなりうる。例えば肺の組織である、対象のある部分に対してはＸ線透過率は高く、一方例えば骨の組織といった対象の他の部分はほとんどＸ線を通さない。Ｘ線によって検査される対象の部分を遮るためＸ線源によって放射されたＸ線ビームの一部分を遮断するために使用される鉛のシャッターは、均一な非常に低い輝度で撮像される。鉛のシャッターはまた、対象を通過しないＸ線がＸ線検出器に到着し、露出過度を引き起こすことを防ぐために使用される。更なる手段が取られなければ、従ってＸ線画像は大きなダイナミックレンジで獲得され、一方例えばＸ線画像の中の医療に関連する情報はより小さなダイナミックレンジの中の輝度変化の中に含まれ；そのようなＸ線画像の表現の中で低いコントラストの小さな細部を適切に目に見えるようにすることはあまり可能でないため、そのようなＸ線画像は診断するためにうまく使用されない。更にそのようなＸ線画像が画像増倍管撮像チェーンによって撮像された場合に、問題が生ずる。画像増倍管撮像チェーンは、入射Ｘ線画像を光画像に変換する画像増倍管と、光画像から電子画像信号を得るビデオカメラとからなる。Ｘ線画像の中の非常に高い、又は非常に低い輝度の領域から、光画像の中に夫々非常に高い、及び非常に低い輝度の領域が形成される。更なる手段が取られなければ、光画像のダイナミックレンジは、電子画像信号の中に乱れを生じさせることなしにビデオカメラによって扱われうる輝度値のレンジよりも大きくなりうる。
Ｘ線画像のダイナミックレンジを制限するために、既知のＸ線検査装置は、夫々が弁を通じて、毛細管の内壁を適当に濡らすＸ線吸収液を含む貯蔵器に接続された平行毛細管の束が設けられたＸ線フィルタ素子を有するＸ線フィルタからなる。毛細管をＸ線吸収液で充填するため、当該の毛細管の弁が開けられ、その後毛細管は、毛管効果によってＸ線吸収液によって充填される。そのような充填された毛細管は、そのような充填された毛細管をその縦の方向と略並行な方向に通過するＸ線に対して高いＸ線吸収率を有する。対象の低い吸収率の部分を通過するＸ線の部分の中のフィルタ素子は高いＸ線吸収率に調節され、対象の高い吸収率の部分を通過する、又は鉛のシャッターによって遮断されるＸ線の部分の中のフィルタ素子は低いＸ線吸収率に調節されるよう、毛細管の中のＸ線吸収液の量が調節されることを確実にするよう、弁が制御される。
既知のＸ線検査装置のＸ線フィルタの調節を変化させるために、まず充填された毛細管を空にすることが必要である。従って、磁界の適用によって毛細管から除去される常磁性Ｘ線吸収液が使用される。全ての毛細管が空にされた後、磁界の効力を無くし、続いて毛細管を高いＸ線吸収率に調節するよう、新たなＸ線フィルタ設定のためにＸ線吸収液によって充填された毛細管の弁を開くことによって改めて調節される。
例えば１秒といった短い時間内にＸ線の設定を変化させることがあまり可能ではないことは、既知のフィルタの欠点である。従って、既知のＸ線装置は、Ｘ線フィルタの設定が連続するＸ線画像の形成の間に変化される、高い画像レートでの連続するＸ線画像形成には適していない。フィルタ素子が新たなＸ線吸収率に調節されうる前に全ての毛細管を空にする必要があり、Ｘ線吸収液が適当に毛細管の内壁を濡らし、それにより空にすることが実質的な時間、即ち数秒又は数十秒を必要とするため、既知のＸ線フィルタを切り替えることは時間がかかる。更に、Ｘ線吸収液の層は毛細管の内壁に付着するため、毛細管は磁界の適用によっては容易には完全には空にされ得ない。
夫々の毛細管に別々の機械的な弁を使用する構造が複雑であることは、既知のＸ線フィルタの更なる欠点である。
本発明は、特にその設定が短い時間で変化されうるＸ線フィルタからなるＸ線装置を提供することを目的とする。
この目的は、Ｘ線吸収液は溶媒の中の極小粒子の懸濁液を含み、粒子は高い原子番号の材料を含むことを特徴とする本発明によるＸ線検査装置によって達成される。
Ｘ線検査装置には、別々のフィルタ素子に電圧を供給する調節回路が設けられている。別々のフィルタ素子の中のＸ線吸収液の相対的な量は、当該のフィルタ素子に印加された電圧によって制御される。Ｘ線吸収液の相対的な量は、フィルタ素子がＸ線吸収液によって完全に充填されているときのＸ線吸収液の量に対する、そのＸ線素子の中のＸ線吸収液の量を意味すると理解される。例えば、電圧の第１の値の場合に、Ｘ線吸収液の内壁への付着は増加し、当該のフィルタ素子が貯蔵器からのＸ線吸収液によって充填される。電圧の第２の値の場合、付着は減少し、Ｘ線吸収液はフィルタ素子から貯蔵器へ排液される。
フィルタ素子は、Ｘ線吸収液を充填することにより高いＸ線吸収率に調節され；
フィルタ素子を空にすることにより低いＸ線吸収率に調節される。
個々のフィルタ素子に印加された電圧を変化させることはあまり多くの時間を必要とせず（多くとも数十分の１秒）、フィルタ素子の中のＸ線吸収液の相対量は電圧の変化の直ぐ後に既に変化させられてしまっていることになり、それによりフィルタの設定の変化はわずかの時間（１秒以下又は数秒）を必要とする。更に、Ｘ線フィルタの２つの調節の間に全てのフィルタ素子を空にする必要はない。
極小粒子の懸濁液は、溶媒の中に懸濁された複数の極小Ｘ線吸収体からなる。
そのような懸濁液は、極小粒子（ＶＳＰ）はＸ線吸収性であるためＸ線吸収液を形成し、通常の液体と同様、略自由に浮遊する粘稠度を有するが、一定の容量を有する。そのようなＶＳＰ懸濁液は非常に高い特定のＸ線吸収率を有するため、個々のフィルタ素子について高いＸ線吸収を達成するためには、相対的に少量の極小粒子の懸濁液（ＶＳＰ懸濁液）のみが必要とされる。Ｘ線吸収は、極小粒子（ＶＳＰ）に含まれる高い原子番号の材料の中で生ずる。そのようなフィルタ素子のＸ線吸収の調節のために、あまり多くのＸ線吸収液が個々のフィルタ素子へ、又はフィルタ素子から移動させられる必要がないため、Ｘ線フィルタのＸ線吸収の設定を調節するために、約１秒又はそれ以下のみの短い時間が必要とされる。ＶＳＰ懸濁液は、Ｘ線吸収液の粘性の実質的な増加なしに高い特定のＸ線吸収率を有することが特に見いだされている。約４０％の体積率を有する懸濁液が形成されうることが明らかである。約１０％の体積率の、懸濁液の中のＶＳＰは、ＶＳＰ懸濁液の粘性の重大な増加をもたらさない。望ましくは、０．５％乃至５％の範囲の体積率を有するＶＳＰ懸濁液が使用される。そのような望ましいＶＳＰ懸濁液は高い特定のＸ線吸収率を低い粘性と組合せ、それにより、そのような望ましいＶＳＰ懸濁液は調節されたフィルタ素子に対して容易に流入及び流出する。
本発明によるＸ線検査装置の望ましい実施例は、極小粒子は実質的に１μｍ以下の、特に５ｎｍ乃至１０ｎｍの範囲の直径を有することを特徴とする。
ＶＳＰの懸濁液からの沈降を避けるため、個々のＶＳＰの直径は実質的に１μｍよりも小さい。ＶＳＰ懸濁液の沈降に対する安定性に関する特に良い結果は、ＶＳＰの直径が５ｎｍ乃至１０ｎｍの範囲の中であるときに達成される。
本発明によるＸ線検査装置の更なる望ましい実施例は、極小粒子が原子番号が７２より高い１つ以上の元素によって構成されることを特徴とする。
ＶＳＰが重い元素を含むときに良いＸ線吸収が達成され、特にＶＳＰを形成するために少なくとも７２（Ｈｆ）の原子番号を有する材料が使用されるときに、個々のＶＳＰの特定のＸ線吸収は適当である。
本発明によるＸ線検査装置の更なる望ましい実施例は、溶媒が水であることを特徴とする。
水はＸ線放射に対して略反応せず、また毒性がない。更に、フィルタ素子の内壁にそのような材料を、そして水による懸濁液の壁との接触角が９０°に調節されうるそのような電圧の範囲を使用することが実際的である。接触角が９０°よりも大きいとき、Ｘ線吸収液は当該のフィルタ素子に入らず、電圧の供給により接触角が９０°以下に減少させられたとき、Ｘ線吸収液はそのフィルタ素子に入る。
本発明によるＸ線検査装置の更なる望ましい実施例は、溶媒が界面活性添加剤を含む水であることを特徴とする。
界面活性添加剤は、ＶＳＰの沈降及び／又は集塊の形成に対する懸濁液の安定性を高める。そのような界面活性添加剤の例は、ポリビニルアルコール、アミノアクリル酸メチル等である。従って、懸濁液の濃度の均質性は界面活性添加剤を使用することによって改善される。残余の沈降は、貯蔵器の中でＶＳＰ懸濁液をかき混ぜること、又はＶＳＰ懸濁液に超音波パルスを与えることによって防がれうる。
本発明によるＸ線検査装置の更なる望ましい実施例は、高い原子番号を有する元素を含む核からなり、核は溶媒に対して化学的に不活性である層によって覆われていることを特徴とする。
被覆層は、懸濁液が略安定であるよう選択される。このため、核のＸ線吸収材料の材質は、ＶＳＰ懸濁液の安定性を確実にすることには関係ない。更に、核は溶媒から化学的に分離されているため、溶媒の液に対する化学反応によるＶＳＰの減衰は避けられる。従って、核のＸ線吸収材料は溶媒から独立に選択されうる。更に、非常に高い特定のＸ線吸収率を有するＸ線吸収材料は、そのような材料が多少毒性を有するかどうかに拘わらず使用されうる。核は被覆層によって周囲から隔離されているため、核のＸ線吸収材料の毒性は関係ない。
更に、ほとんど、又は全く溶解しないＸ線吸収材料が使用されうる。
本発明の上記及び他の面は、添付の図面を参照して以下実施例を参照して説明される。
図面において、
図１は本発明によるＸ線検査装置を概略的に示す図であり、
図２は図１のＸ線検査装置に組み込まれるＸ線フィルタの概略的な側面図であり、
図３は図１のＸ線検査装置に組み込まれるＸ線フィルタの概略的な平面図である。
図１は本発明によるＸ線検査装置１を概略的に示す図である。Ｘ線源２は、特にＸ線によって検査されるべき患者である対象１２を照射するようＸ線ビーム１１を放射する。患者の中のＸ線吸収の局部的な差により、Ｘ線源に面するＸ線検出器３のＸ線感知面１３の上にＸ線画像が形成される。患者１２はＸ線源２及びＸ線検出器３の間に配置される。本実施例では、Ｘ線検出器は、Ｘ線画像を射出窓１５の上で光学画像に変換するＸ線画像増倍器１４と、光学画像を撮像するテレビジョンカメラ１６とからなる画像増倍器テレビジョンチェーンである。Ｘ線画像増倍器１４の入射スクリーン１３は、入射Ｘ線を電子光学系１７によって射出窓の上の蛍光層１８の上に結像される電子ビームに変換するＸ線感知面として機能する。入射電子は、蛍光層１８の上に光学画像を発生する。テレビジョンカメラ１６は、例えばレンズ又は光ファイバ結合のシステムからなる光結合１９によってＸ線画像増倍器に光学的に結合される。テレビジョンカメラは光学画像から電子画像信号を獲得し、Ｘ線画像の中に画像情報を表示するよう電子画像はモニタ２０に与えられる。電子画像信号は、更に処理を受けるために画像処理ユニット２１へ与えられうる。
Ｘ線フィルタ４は、Ｘ線ビームの局部的な減衰のためにＸ線源２と対象１２との間に配置される。Ｘ線フィルタ４は毛細管の形状の複数のフィルタ素子５からなる。別々のフィルタ素子のＸ線吸収率は、調節ユニット２５によって当該のフィルタ素子に印加される電圧によって制御可能である。特に電圧は毛細管の内壁に印加される。毛細管は、内側が導電性の、望ましくは金属の被膜によって被覆されたガラスの管であるか、又は金属管が使用されうる。Ｘ線吸収液の毛細管の内壁への付着は、電圧によって制御可能である。毛細管は１つの端において、Ｘ線吸収液の貯蔵器と連通する。別々の毛細管に印加された電圧の制御の下で、これらの管は所与の量のＸ線吸収液によって充填される。毛細管はＸ線ビームと略平行に伸び、それによりＸ線吸収率は当該毛細管の中のＸ線吸収液の量に依存する。電圧は、Ｘ線画像、又はＸ線源の設定の輝度の値の制御の下で調節ユニット２５によって調節される。それにより調節ユニットは、テレビジョンカメラの出力２６及びＸ線源の高電圧装置２７に結合される。Ｘ線フィルタの詳細は、欧州特許出願第９４２０３０９４．１号に説明される。
Ｘ線吸収液は、溶媒の中に懸濁された極小Ｘ線吸収粒子を含むＶＳＰ懸濁液からなる。ＶＳＰは、沈降及び／又は集塊の形成に対する懸濁液の良い安定性を達成するよう、５ｎｍ乃至５０ｎｍの範囲の直径を有することが望ましい。そのようなＶＳＰ懸濁液は、略４０％までの体積率のＶＳＰを含みうる。従って、そのようなＶＳＰ懸濁液は、非常に高い特定のＸ線吸収率を示す。従って、高いＸ線吸収率を達成するために、毛細管は比較的小さな部分に対してのみＶＳＰ懸濁液によって充填される必要がある。例えばＶＳＰの体積率が１０％のＶＳＰ懸濁液が使用される場合、毛細管はわずか１ｃｍ以下の高さのカラムによって充填される必要がある。毛細管を充填するために必要とされるそのような少量のＶＳＰ溶液は、Ｘ線フィルタを調節するために必要とされる時間を大きく減少させることに貢献する。Ｘ線フィルタは約１秒の間に再調節されうる。特に元素Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｒｅ，Ｏｓ，Ｉｒ，Ｐａ，Ｈｇ，Ｔｌ，Ｐｂ及びＢｉは、比較的高い特定のＸ線吸収率を有する。Ｈｇ，Ｔｉ，Ｐｂ及びＢｉの毒性は、そのような元素のＶＳＰが保護被覆層と共に提供されている場合は関係ない。保護被膜はＸ線によって劣化させられない無機被膜であることが望ましい。例えば二酸化ケイ素ＳｉＯ2及び酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3はそのような保護被膜に適当な材料である。幾つかの元素、即ちＨｆ，Ｔａ，Ｗ及びＯｓは水溶性ではなく、又は水溶性のそのような元素の化合物は存在しない。そのような元素を含むＶＳＰの懸濁液が使用されたとき可溶性は関係ない。Ａｕの保護被膜を有するＷのＶＳＰが使用されるとき高い特定のＸ線吸収率のＶＳＰ懸濁液に対して良い結果が得られる。沈降及び／又は集塊の形成に対するＶＳＰ懸濁液の安定性を高めるために、溶媒に対して界面活性添加剤が添加される。溶媒は水であり、例えばポリビニルアルコール、アミノアクリル酸メチル等が界面活性添加剤として使用されることが望ましい。当業者は、コロイド化学の分野が広い種類の適当な界面活性添加剤を提供することを知るであろう。Ｘ線吸収液の相対量は、別々のフィルタ素子に対して印加された電圧を変化させることによって調節される。これらの電圧は、数百ボルトまでの範囲の直流又は交流であり得る。
図２は図１のＸ線検査装置に組み込まれるＸ線フィルタの概略的な側面図を示す図である。例として７つの毛細管５が図示されているが、実際は本発明のＸ線フィルタには例えばマトリックスに配置された２００ｘ２００の多数の毛細管が設けられうる。毛細管の１つの端３１はＸ線吸収液６と連通する。毛細管は金属管又は例えば金又はプラチナの被膜である金属被膜が設けられたガラス管でありうる。いずれの場合も毛細管は、金属管の内側の金属面又は金属被膜のいずれかとしての導電層３２からなる。別々の毛細管の導電層は、スイッチ素子３３によって電圧線３４に結合される。当該毛細管の導電層に電圧を印加するため、当該のスイッチ素子は閉じられ、同時に問題となる毛細管と電気的に接触する電圧線に電圧が印加される。スイッチ素子はアドレッシング線３５によって制御される。電圧パルスが印加されるとき、０Ｖ乃至４００Ｖの範囲の電圧が印加されうる。そのような電圧の範囲ではα−Ｓｉ薄膜トランジスタが使用されうる。
導電層の上には、毛細管の印加される電圧の変化に対する速い応答を可能にするよう電気容量が十分に低く維持されることを確実にするために充分な厚さを有する誘電層が付着されることが望ましい。これを達成するため、誘電層の材料には関係なく、ＶＳＰ懸濁液の毛細管の内壁との接触角を、臨界角９０°を含む範囲の中で変化させることができ、誘電層の上に被覆層が配置されうる。このために適当な疎水性／親水性の性質を有する被覆層が使用される。
図３は図１のＸ線検査装置に組み込まれるＸ線フィルタの概略的な平面図である。例として、及び簡単化のため、図３は４ｘ４のマトリックスの配置の毛細管を示すが、実際は２００ｘ２００のといったはるかに多数の毛細管を有するＸ線フィルタが使用されうる。夫々の毛細管は、スイッチ素子として作用し、そのソース接触４１が電圧線３４に結合されている電界効果トランジスタ３３のドレイン接触４０に結合された導電層３２を有する。毛細管の夫々の行９には、電界効果トランジスタを制御するよう、その行の中の電界効果トランジスタのゲート接触に結合されたアドレッシング線３５が設けられている。特定の行の中の毛細管の導電層に電圧を印加するため、問題の行の中で導電性の電界効果トランジスタを作動させるようそのアドレッシング線にアドレッシング信号を与えることによりその行のアドレッシング線は作動させられる。Ｘ線フィルタは、アドレッシング信号を夫々のアドレッシング線に与える行ドライバ８に電圧を印加する電圧装置３６を組み込んだ調節ユニット２５からなる。毛細管に印加されるべき電圧は、列ドライバ回路３７によって供給される。アドレッシング信号は、電圧が供給されるべき毛細管を選択する。電圧装置は、毛細管の中のＸ線吸収液の量を制御するよう毛細管に印加される電圧と共にアドレッシング信号を発生する。夫々の毛細管に供給される電圧の制御に関する詳細は、欧州特許出願第９４２０３０９４．１号（ＰＨＮ  １５０４４）及び欧州特許出願第９５２０１９２５．５号（ＰＨＮ  １５．３７８）の中で説明されている。
【図１】
0003839059.tif 000002
【図２】
0003839059.tif 000003
【図３】
0003839059.tif 000004