高エネルギーＸ線撮像装置
【課題】 従来の高エネルギーＸ線撮像装置で得られるＸ線画像の画質は十分ではなく、被ばく線量を増加させずに画質を向上させることができなかった。これは、Ｘ線検出部の増感板のＸ線吸収が小さくＸ線の利用効率が非常に低いためであり、これは増感板を厚くしＸ線吸収を大きくするだけでは解決できない。
【解決手段】 高エネルギーＸ線撮像装置を、増感板とイメージングプレートの組を複数組重ねたＸ線検出部と、イメージングプレートの読取装置と、同時に撮影されたイメージングプレートから読み取った複数の画像データを加算する画像処理手段と、加算して得られた画像を出力する画像出力手段とで構成する。これによりＸ線の利用効率を高めて、Ｘ線画像の画質を大幅に改善することができ、また被ばく線量を低減することもできる。
【解決手段】 高エネルギーＸ線撮像装置を、増感板とイメージングプレートの組を複数組重ねたＸ線検出部と、イメージングプレートの読取装置と、同時に撮影されたイメージングプレートから読み取った複数の画像データを加算する画像処理手段と、加算して得られた画像を出力する画像出力手段とで構成する。これによりＸ線の利用効率を高めて、Ｘ線画像の画質を大幅に改善することができ、また被ばく線量を低減することもできる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線治療において照射部位を確認するために、照射部位および周辺臓器を高エネルギーＸ線で撮像する高エネルギーＸ線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
もっとも一般的な放射線治療装置は、直線加速器により高エネルギーＸ線を発生させ、腫瘍に照射してがん組織を死滅させて治療する通常リニアックと呼ばれる装置である。放射線治療では高エネルギーＸ線の照射部位をできる限りがん組織に限り、正常組織への照射を極力避けることが必要であり、そのために精密なコリメータによるＸ線ビームの制御を行っている。
【０００３】
一方、そのためには腫瘍部位とその周辺の臓器の位置関係を正確に把握する必要があり、治療用のＸ線を照射するその同じ状態で、腫瘍部位と周辺臓器のＸ線撮影を行う。これをリニアックグラフィと呼んでいる。リニアックグラフィに使用されるＸ線は、加速電圧が低いものでも４メガボルト（４ＭＶ）で、通常の診断用Ｘ線撮影装置の数十〜百キロボルト（ｋＶ）に比較し４０倍以上の高エネルギーのＸ線である。Ｘ線は高エネルギーになるほど物質中の透過性が高くなる。通常の診断用Ｘ線装置では、蛍光体の薄板からなる増感紙と写真フィルムを組み合わせて、人体を透過したＸ線を増感紙で吸収し一旦光に変換しその光学画像を写真フィルムで感光させる方法、イメージングプレートを用いてＸ線画像を電子的な潜像として検出し、それを読み出して画像を出力する通常ＣＲ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ）と呼ばれる方法などがある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
高エネルギーＸ線は透過力が大きく増感紙やイメージングプレートをほとんど透過してしまうため同じ方法を用いることができず、Ｘ線を一旦金属増感板と呼ばれる薄い金属板で受け、金属板から発生する２次電子によって増感紙やイメージングプレートに画像情報を生成する方式が用いられる
【０００５】
図４は、放射線治療及びＣＲを用いた高エネルギーＸ線撮像装置による撮影の方法を模式的に示す図である。放射線治療器としてはリニアックを用いてＸ線源６から数メガエレクトロンボルト（ＭｅＶ）〜数１０ＭｅＶの高エネルギーＸ線を図にはないコリメータによってＸ線ビーム７を患者さん８のがん病巣に絞って照射する。リニアックは直線型加速器により高エネルギーに加速された電子をタングステンターゲットに衝突させてＸ線を発生させる大型の装置であるが、図４ではＸ線源６として簡単に示している。治療を受ける患者さん８は寝台９に乗せられてＸ線を照射されるが、治療のためのＸ線照射ががん病巣のみに絞られる必要があり、そのために、Ｘ線源６と患者さん８、寝台９に治療用の強いＸ線が照射されるのと同じ状態のまま、弱い高エネルギーＸ線（Ｘ線粒子１個１個のエネルギーは治療用と同じく高いが粒子数が少ない）をがん病巣部およびその周囲に照射してＸ線検出部１０によりＸ線像を検出する。Ｘ線検出部１０は、図５の増感板１１とイメージングプレート１２とそれらを収納するカセッテ１４および増感板１１とイメージングプレート１２を保護するための上蓋１３からなる。人体を透過した高エネルギーのＸ線は上蓋１３を透過し、増感板１１で２次電子に変換され、この２次電子がイメージングプレート１２に電子の潜像を生成する。
【０００６】
図６は読取装置１５および画像処理装置１７を示す図である。電子の潜像が生成されたイメージングプレート１２は、読取装置１５のイメージングプレート挿入口１６から挿入され、読み取った画像のディジタルデータを画像処理装置１７に送り階調処理などの画像処理が行われ、表示装置１８に画像が表示されフィルムにも写真として出力されて、医師や技師はその写真を見て患者さんの照射位置を正確に確認する。画像処理装置には操作卓１９があり、装置のオンオフ、画像処理の条件設定、画像の出力指示などを行う。
【０００７】
リニアックグラフィではイメージングプレートよりもずっとＸ線の吸収の大きな増感板でいったんＸ線エネルギーを電子エネルギーに変えて画像を生成するため、増感板でＸ線をより多く吸収する方がＸ線の利用効率が高く画質も良好になる。画質劣化の最大の要因は、増感板で吸収できるＸ線の全エネルギーが、入射するＸ線の全エネルギーに比較して数パーセントと非常に小さいことである。吸収効率を上げるためには増感板を厚くすればよいが、増感板の中で励起される２次電子の走行距離は比較的短いので、増感板をあまり厚くしても入射側で発生した２次電子はイメージングプレートまで届かず撮像に寄与しない。また、増感板は厚いほど電子が散乱で広がり鮮鋭度を劣化させる。したがって、現状では増感板１１には厚さ０．５ｍｍ程度の鉛やタングステンのシート、あるいは有機材料にタングステン粉末を混合した厚さ１ｍｍ程度のヘビーメタルシートと呼ばれる材料が使用される。しかし、それでもなかなか良好な画像を得ることが困難なのが実状であり、現在でも増感板の材料や最適な厚さの研究が行われている（例えば、非特許文献２参照）。もちろん照射するＸ線の線量を増加すれば当然画質が改善されるが、不必要なＸ線の照射は絶対に避けるべきであり、被ばく線量を増加させずに画質を改善するものでなければならない。一方、画質が改善されればそれだけ被ばく線量を低減することが可能になる。
【非特許文献１】放射線写真学，富士フィルムメディカル株式会社，２００３年，ｐ．２２０
【非特許文献２】Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ，第３２巻，１０号，２００５年，ｐ．３１１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上述べたように、高エネルギーＸ線で撮影を行うリニアックグラフィでは、良好な画質の画像を得るために増感板の材質や厚さの最適化などの工夫が行われているが、まだ不十分であり、線量を増加させずにさらに画質を改善することが強く望まれている。
【０００９】
本発明は、線量を増加させずに良好な画像を出力できる高エネルギーＸ線撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための手段として、本発明の高エネルギーＸ線撮像装置は、増感板とイメージングプレートの組を複数組重ねたＸ線検出部と、イメージングプレートの読取装置と、同時に撮影したイメージングプレートの複数の画像データを加算する画像処理手段と、加算して得られた画像を出力する画像出力手段とから構成されている。Ｘ線検出部はＸ線の入射方向に対して増感板、イメージングプレート、増感板、イメージングプレート、・・・のように交互に重ねた構造である。
【００１１】
第２の解決手段は複数枚の増感板にＸ線吸収の大きな金属材料を含む柔軟性のある薄板が使用されている。
【００１２】
第３の解決手段はイメージングプレートの後面と増感板の前面が固着されている構造を持つようにしたものである。
【００１３】
第４の解決手段は複数枚のイメージングプレートに撮影された画像データについて、位置合わせを行って加算する処理機能を有するものである。
【００１４】
第５の解決手段は同時に撮影された複数枚のイメージングプレートに共通な位置情報が写し込まれるような構造のＸ線検出部を有するものである。
【００１５】
課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、従来１組の増感板とイメージングプレートを用いていたため増感板で吸収し画像に貢献するＸ線は増感板に入射するＸ線のごく一部であったが、増感板とイメージングプレートの組を複数組使用することにより第１の増感板を通り抜けたＸ線を第２の増感板が吸収し、さらに第２の増感板を通り抜けたＸ線を第３の増感板が吸収するというように人体を透過したＸ線を有効に利用し、それぞれの増感板により生成されたイメージングプレートの潜像を読み取り、加算することにより雑音の少ない良好な画像を得ることができるものである。
【００１６】
第２の解決手段による作用は、とくに多層になるために増感板とイメージングプレート間に隙間ができることを防ぎ、密着性をよくしてボケのない良好な画像を得るとともに、イメージングプレートに傷がつかないようにすることである。
【００１７】
第３の解決手段による作用は、同時に使用される多数の増感板とイメージングプレートの取り扱いが煩雑になるのを改善するものである。
【００１８】
第４の解決手段による作用は、複数枚のイメージングプレートの画像を画像処理により正しく位置合わせをして加算し、ボケのない良好な画像を得るようにするものである。
【００１９】
第５の解決手段による作用は、複数枚のイメージングプレートで得られる画像の位置合わせを容易にするものである。
【発明の効果】
【００２０】
上述したように、本発明の高エネルギーＸ線撮像装置は、被ばく線量を増加させることなく画質を大幅に改善することができる。また、同じ画質を得るためには被ばく線量を大幅に低減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の高エネルギーＸ線撮像装置のＸ線検出部の説明図である。従来技術では増感板とイメージングプレートはそれぞれ１枚で１組の増感板とイメージングプレートの対が用いられているのに対し、本発明のＸ線検出部はカセッテと呼ばれるケース４に、増感板１−１，１−２，１−３とイメージングプレート２−１，２−２，２−３が交互に重ねて収納されている。それぞれの増感板の厚さは約１ｍｍ程度、イメージングプレートの厚さは０．２ｍｍ程度であり、縦横の長さは数１０ｃｍであるが、説明のため長さに対して厚さを厚く表示している。図１には３組の増感板とイメージングプレートの組み合わせが示してあるが、もちろん２組でもよく４組以上でもよい。増感板の下面とイメージングプレートの上面（例えば、増感板１−１の下面とイメージングプレート２−１の上面）は、撮影時は密着するようにカセッテ内に収納されているが撮影後は離脱可能である。
【００２２】
複数の増感板と複数のイメージングプレートのそれぞれを離脱可能にしてもよいし、部分的に固着することも可能である。固着する場合は画像生成に対して対となる増感板とイメージングプレートではなく、イメージングプレートと次の増感板を固着する。図２には、イメージングプレートの下面と増感板の上面が接着され一体化された例を示す。すなわち、イメージングプレート２−１と増感板１−２、イメージングプレート２−２と増感板１−３、イメージングプレート２−３と増感板１−４が一体化され、増感板１−１とイメージングプレート２−１、増感板１−２とイメージングプレート２−２などは離脱可能である。増感板には柔軟性のあるゴム系の材料にタングステン粉を加えたヘビーメタルシートが使用され、撮影時には密着性がよく離脱と密着を繰り返してもイメージングプレートに傷をつけたりすることがない。
【００２３】
最上部の増感板１−１の上に薄いカセッテの上蓋３があり、人体を透過したＸ線はこの上蓋３を通り、増感板１−１に入射し一部吸収されて２次電子を発生し、２次電子はイメージングプレート２−１に到達してイメージングプレートに潜像を形成する。増感板１−１で一部吸収された残りのＸ線は増感板１−２に到達してその一部が吸収されて２次電子を発生しイメージングプレート２−２に同じ人体の潜像を形成する。同様に、イメージングプレート２−２を通過したＸ線は増感板１−３で一部吸収されイメージングプレート２−３に同じ人体の潜像を形成する。
【００２４】
同時に撮影されたイメージングプレート２−１、２−２、２−３は、図６の読取装置１５のイメージングプレート挿入口１６から読取装置に挿入され、それぞれのイメージングプレートの潜像はディジタルデータとして読み取られ、画像処理装置１７に送られる。複数枚のイメージングプレートから読み取った画像データは、同一部位が正確に重なるように位置合わせをして加算されなければならない。画像処理装置には、複数枚の画像が正しく重なるように位置合わせをする機能があり、位置合わせを行った後に加算処理が行われる。
【００２５】
位置合わせは、カセッテ内のイメージングプレートの位置が正確に保たれ、読取装置もイメージングプレートが正確に同じ位置に挿入されるようになっていればそのまま加算すればよい。しかし、機械精度が十分でない場合などは明確なマーカがあれば一般的な画像処理で位置を正確に合わせることが可能である。
【００２６】
図３は位置合わせのためのマーカの１例を示す図で、カセッテの上蓋３の４隅に十文字の形をしたＸ線の吸収の大きな金属材料５を固着したもので上下あるいは左右が識別できるように配置がわずかに非対称になっている。このマーカは人体を撮影したときに複数枚のイメージングプレートに同時に撮影され、このマーカの位置を合わせれば臓器の位置が正しく重なることになる。位置合わせを行って加算された画像は表示装置１８に表示される。
【００２７】
つぎに、リニアックグラフィに使用される高エネルギーＸ線撮像装置の原理に基づき、この発明により画質が向上する理由あるいは被ばく線量を低減できる可能性を実施例にて詳細に説明する。
【００２８】
人体を透過した高エネルギーのＸ線はカセッテの上蓋３を通って増感板１−１に入射し増感板１−１でその一部が吸収される。増感板にはＸ線吸収の大きな厚さ１ｍｍのヘビーメタルシートが使用されている。増感板１−１で吸収された高エネルギーのＸ線は、主にコンプトン効果により金属内に高エネルギー（高速）の電子を生成する。高エネルギーの電子は金属内を高速で移動するときに金属内の電子に衝突して多数の２次電子を生成する。このようにして生成された２次電子が直下にあるイメージングプレート２−１に到達し、イメージングプレート内の電子を励起し、励起された電子はイメージングプレートの捕獲準位に捕獲されて電子の潜像が形成される。
【００２９】
通常の低エネルギー（１００ｋｅＶ以下）のＸ線を用いた診断用Ｘ線装置に比較して、高エネルギーのＸ線を用いるリニアックグラフィで良好な画質が得られない理由は２つある。第１は体内臓器によるＸ線吸収の差が非常に小さく臓器のコントラストが低下するためであり、第２は増感板で吸収されるＸ線の吸収効率が非常に低く信号対雑音比が小さくなるためである。前者は対象が人体であるから改善することはできないが、後者は信号対雑音比を改善できれば良好な画像を得ることが可能である。
【００３０】
リニアックで放射されるＸ線のエネルギースペクトルは単色ではなく連続スペクトルであるが、通常それを実効エネルギーで表してＸ線の吸収減衰を求める。例えば加速電圧が４ＭＶのリニアックを考えた場合の実効エネルギーは１．３７ＭｅＶである。このエネルギーにおけるヘビーメタルシートのＸ線線減弱係数は約０．５／ｃｍ（エネルギー吸収係数はこの値の約半分の０．２５／ｃｍ）である。したがって、１ｍｍ（０．１ｃｍ）のヘビーメタルシートで吸収されて電子エネルギーに変換されるＸ線の全エネルギーは、増感板に入射するＸ線の全エネルギーの約２．５％（０．２５／ｃｍ×０．１ｃｍ）、入射するＸ線の全エネルギーに対して透過するＸ線の全エネルギーは、約９５％（１−０．５／ｃｍ×０．１ｃｍ）である。したがって、従来の１組の増感板とイメージングプレートを用いた場合は、人体を透過したＸ線の全エネルギーに対して有効に利用されるＸ線は入射するＸ線の約２．５％と非常に小さく、残りは画像生成に使用されず無駄になっていることが分かる。
【００３１】
本発明の原理は、第１の増感板とイメージングプレートを透過したおよそ９５％のＸ線のエネルギーをその後ろに配置した複数組の増感板で吸収させて画像生成に有効に利用し、Ｘ線の利用効率を高めて画質を向上させるものである。
【００３２】
本発明によれば、人体を透過した高エネルギーのＸ線は増感板１−１に入射し２次電子を発生させその２次電子がイメージングプレート２−１に到達して潜像を形成する。例えば加速電圧を４ＭＶとした場合、増感板１−１とイメージングプレート２−１を通り抜けるＸ線は入射Ｘ線の約９５％であり、これが増感板１−２に入射し２次電子を発生させ、その２次電子がイメージングプレート２−２に到達して潜像を形成する。ここを透過したＸ線すなわち９０％（０．９５×０．９５≒０．９）のＸ線エネルギーがさらに増感板１−３に入射しイメージングプレート２−３に同じ人体の潜像を形成する。１枚の増感板で吸収されるエネルギーが入射エネルギーの２．５％であるから、ｎ枚の増感板で吸収される全エネルギーは、およそ（１−０．９５＾ｎ）／２となる。例えば３組（ｎ＝３）の増感板とイメージングプレートを用いた場合はこの値が０．０７１となり、人体を透過したＸ線の約７％すなわち従来の２．５％に比較して２．８倍のＸ線が画像生成に有効に利用されることになる。
【００３３】
画質を劣化させる要因となる雑音は、Ｘ線粒子の統計的変動により発生する量子雑音である。画像の良さは画像信号と雑音との比（信号対雑音比）で決定される。一般にｎ枚の画像を加算した場合は、画像信号はそのまま加算されるのでｎ倍となり、雑音はｎの平方根（√ｎ）の和となる。したがって、ｎ枚の画像を加算した場合の信号対雑音比は（ｎ／√ｎ）＝√ｎ倍となる。本発明では、Ｘ線が１枚の増感板を通ると９５％に減衰するので、例えばｎ＝３の場合は、ｎ＝１（従来）に対する信号対雑音比は正確には√３＝１．７３倍ではなく√（０．０７１／０．０２５）＝１．６８であるが、およそ√３倍であり画質が大幅に改善される。もし、従来の方法（ｎ＝１）で本発明（ｎ＝３）と同一の信号対雑音比をもつ画像を得ようとすれば、０．０７１／０．０２５＝２．８倍の線量を必要とし大幅に被ばくが増えることになる。逆に、従来と同じ画像を得るとすれば被ばく線量を従来の１／２．８に大幅に低減することができる。
【００３４】
Ｘ線を用いた人体の撮影においては、医学的な面から画質向上と被ばく線量の低減の両方がともにきわめて重要な課題であり、Ｘ線の利用効率を上げることによって、画質の向上あるいは被ばく線量の低減、またはその両方を可能にする本発明の価値はきわめて高い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の高エネルギーＸ線撮像装置のＸ線検出部の説明図
【図２】本発明の高エネルギーＸ線撮像装置のＸ線検出部の変形例
【図３】本発明の画像の位置合わせに用いるマーカの例
【図４】放射線治療及び高エネルギーＸ線撮影の方法を示す模式図
【図５】Ｘ線検出部の従来例
【図６】読取装置および画像処理装置の説明図
【符号の説明】
【００３６】
１−１ 第１の増感板
１−２ 第２の増感板
１−３ 第３の増感板
１−４ 第４の増感板
２−１ 第１のイメージングプレート
２−２ 第２のイメージングプレート
２−３ 第３のイメージングプレート
３ カセッテの上蓋
５ マーカ
１０ Ｘ線検出部
１５ 読取装置
１７ 画像処理装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線治療において照射部位を確認するために、照射部位および周辺臓器を高エネルギーＸ線で撮像する高エネルギーＸ線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
もっとも一般的な放射線治療装置は、直線加速器により高エネルギーＸ線を発生させ、腫瘍に照射してがん組織を死滅させて治療する通常リニアックと呼ばれる装置である。放射線治療では高エネルギーＸ線の照射部位をできる限りがん組織に限り、正常組織への照射を極力避けることが必要であり、そのために精密なコリメータによるＸ線ビームの制御を行っている。
【０００３】
一方、そのためには腫瘍部位とその周辺の臓器の位置関係を正確に把握する必要があり、治療用のＸ線を照射するその同じ状態で、腫瘍部位と周辺臓器のＸ線撮影を行う。これをリニアックグラフィと呼んでいる。リニアックグラフィに使用されるＸ線は、加速電圧が低いものでも４メガボルト（４ＭＶ）で、通常の診断用Ｘ線撮影装置の数十〜百キロボルト（ｋＶ）に比較し４０倍以上の高エネルギーのＸ線である。Ｘ線は高エネルギーになるほど物質中の透過性が高くなる。通常の診断用Ｘ線装置では、蛍光体の薄板からなる増感紙と写真フィルムを組み合わせて、人体を透過したＸ線を増感紙で吸収し一旦光に変換しその光学画像を写真フィルムで感光させる方法、イメージングプレートを用いてＸ線画像を電子的な潜像として検出し、それを読み出して画像を出力する通常ＣＲ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ）と呼ばれる方法などがある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
高エネルギーＸ線は透過力が大きく増感紙やイメージングプレートをほとんど透過してしまうため同じ方法を用いることができず、Ｘ線を一旦金属増感板と呼ばれる薄い金属板で受け、金属板から発生する２次電子によって増感紙やイメージングプレートに画像情報を生成する方式が用いられる
【０００５】
図４は、放射線治療及びＣＲを用いた高エネルギーＸ線撮像装置による撮影の方法を模式的に示す図である。放射線治療器としてはリニアックを用いてＸ線源６から数メガエレクトロンボルト（ＭｅＶ）〜数１０ＭｅＶの高エネルギーＸ線を図にはないコリメータによってＸ線ビーム７を患者さん８のがん病巣に絞って照射する。リニアックは直線型加速器により高エネルギーに加速された電子をタングステンターゲットに衝突させてＸ線を発生させる大型の装置であるが、図４ではＸ線源６として簡単に示している。治療を受ける患者さん８は寝台９に乗せられてＸ線を照射されるが、治療のためのＸ線照射ががん病巣のみに絞られる必要があり、そのために、Ｘ線源６と患者さん８、寝台９に治療用の強いＸ線が照射されるのと同じ状態のまま、弱い高エネルギーＸ線（Ｘ線粒子１個１個のエネルギーは治療用と同じく高いが粒子数が少ない）をがん病巣部およびその周囲に照射してＸ線検出部１０によりＸ線像を検出する。Ｘ線検出部１０は、図５の増感板１１とイメージングプレート１２とそれらを収納するカセッテ１４および増感板１１とイメージングプレート１２を保護するための上蓋１３からなる。人体を透過した高エネルギーのＸ線は上蓋１３を透過し、増感板１１で２次電子に変換され、この２次電子がイメージングプレート１２に電子の潜像を生成する。
【０００６】
図６は読取装置１５および画像処理装置１７を示す図である。電子の潜像が生成されたイメージングプレート１２は、読取装置１５のイメージングプレート挿入口１６から挿入され、読み取った画像のディジタルデータを画像処理装置１７に送り階調処理などの画像処理が行われ、表示装置１８に画像が表示されフィルムにも写真として出力されて、医師や技師はその写真を見て患者さんの照射位置を正確に確認する。画像処理装置には操作卓１９があり、装置のオンオフ、画像処理の条件設定、画像の出力指示などを行う。
【０００７】
リニアックグラフィではイメージングプレートよりもずっとＸ線の吸収の大きな増感板でいったんＸ線エネルギーを電子エネルギーに変えて画像を生成するため、増感板でＸ線をより多く吸収する方がＸ線の利用効率が高く画質も良好になる。画質劣化の最大の要因は、増感板で吸収できるＸ線の全エネルギーが、入射するＸ線の全エネルギーに比較して数パーセントと非常に小さいことである。吸収効率を上げるためには増感板を厚くすればよいが、増感板の中で励起される２次電子の走行距離は比較的短いので、増感板をあまり厚くしても入射側で発生した２次電子はイメージングプレートまで届かず撮像に寄与しない。また、増感板は厚いほど電子が散乱で広がり鮮鋭度を劣化させる。したがって、現状では増感板１１には厚さ０．５ｍｍ程度の鉛やタングステンのシート、あるいは有機材料にタングステン粉末を混合した厚さ１ｍｍ程度のヘビーメタルシートと呼ばれる材料が使用される。しかし、それでもなかなか良好な画像を得ることが困難なのが実状であり、現在でも増感板の材料や最適な厚さの研究が行われている（例えば、非特許文献２参照）。もちろん照射するＸ線の線量を増加すれば当然画質が改善されるが、不必要なＸ線の照射は絶対に避けるべきであり、被ばく線量を増加させずに画質を改善するものでなければならない。一方、画質が改善されればそれだけ被ばく線量を低減することが可能になる。
【非特許文献１】放射線写真学，富士フィルムメディカル株式会社，２００３年，ｐ．２２０
【非特許文献２】Ｍｅｄｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ，第３２巻，１０号，２００５年，ｐ．３１１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上述べたように、高エネルギーＸ線で撮影を行うリニアックグラフィでは、良好な画質の画像を得るために増感板の材質や厚さの最適化などの工夫が行われているが、まだ不十分であり、線量を増加させずにさらに画質を改善することが強く望まれている。
【０００９】
本発明は、線量を増加させずに良好な画像を出力できる高エネルギーＸ線撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための手段として、本発明の高エネルギーＸ線撮像装置は、増感板とイメージングプレートの組を複数組重ねたＸ線検出部と、イメージングプレートの読取装置と、同時に撮影したイメージングプレートの複数の画像データを加算する画像処理手段と、加算して得られた画像を出力する画像出力手段とから構成されている。Ｘ線検出部はＸ線の入射方向に対して増感板、イメージングプレート、増感板、イメージングプレート、・・・のように交互に重ねた構造である。
【００１１】
第２の解決手段は複数枚の増感板にＸ線吸収の大きな金属材料を含む柔軟性のある薄板が使用されている。
【００１２】
第３の解決手段はイメージングプレートの後面と増感板の前面が固着されている構造を持つようにしたものである。
【００１３】
第４の解決手段は複数枚のイメージングプレートに撮影された画像データについて、位置合わせを行って加算する処理機能を有するものである。
【００１４】
第５の解決手段は同時に撮影された複数枚のイメージングプレートに共通な位置情報が写し込まれるような構造のＸ線検出部を有するものである。
【００１５】
課題解決手段による作用は次の通りである。すなわち、従来１組の増感板とイメージングプレートを用いていたため増感板で吸収し画像に貢献するＸ線は増感板に入射するＸ線のごく一部であったが、増感板とイメージングプレートの組を複数組使用することにより第１の増感板を通り抜けたＸ線を第２の増感板が吸収し、さらに第２の増感板を通り抜けたＸ線を第３の増感板が吸収するというように人体を透過したＸ線を有効に利用し、それぞれの増感板により生成されたイメージングプレートの潜像を読み取り、加算することにより雑音の少ない良好な画像を得ることができるものである。
【００１６】
第２の解決手段による作用は、とくに多層になるために増感板とイメージングプレート間に隙間ができることを防ぎ、密着性をよくしてボケのない良好な画像を得るとともに、イメージングプレートに傷がつかないようにすることである。
【００１７】
第３の解決手段による作用は、同時に使用される多数の増感板とイメージングプレートの取り扱いが煩雑になるのを改善するものである。
【００１８】
第４の解決手段による作用は、複数枚のイメージングプレートの画像を画像処理により正しく位置合わせをして加算し、ボケのない良好な画像を得るようにするものである。
【００１９】
第５の解決手段による作用は、複数枚のイメージングプレートで得られる画像の位置合わせを容易にするものである。
【発明の効果】
【００２０】
上述したように、本発明の高エネルギーＸ線撮像装置は、被ばく線量を増加させることなく画質を大幅に改善することができる。また、同じ画質を得るためには被ばく線量を大幅に低減することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、本発明の高エネルギーＸ線撮像装置のＸ線検出部の説明図である。従来技術では増感板とイメージングプレートはそれぞれ１枚で１組の増感板とイメージングプレートの対が用いられているのに対し、本発明のＸ線検出部はカセッテと呼ばれるケース４に、増感板１−１，１−２，１−３とイメージングプレート２−１，２−２，２−３が交互に重ねて収納されている。それぞれの増感板の厚さは約１ｍｍ程度、イメージングプレートの厚さは０．２ｍｍ程度であり、縦横の長さは数１０ｃｍであるが、説明のため長さに対して厚さを厚く表示している。図１には３組の増感板とイメージングプレートの組み合わせが示してあるが、もちろん２組でもよく４組以上でもよい。増感板の下面とイメージングプレートの上面（例えば、増感板１−１の下面とイメージングプレート２−１の上面）は、撮影時は密着するようにカセッテ内に収納されているが撮影後は離脱可能である。
【００２２】
複数の増感板と複数のイメージングプレートのそれぞれを離脱可能にしてもよいし、部分的に固着することも可能である。固着する場合は画像生成に対して対となる増感板とイメージングプレートではなく、イメージングプレートと次の増感板を固着する。図２には、イメージングプレートの下面と増感板の上面が接着され一体化された例を示す。すなわち、イメージングプレート２−１と増感板１−２、イメージングプレート２−２と増感板１−３、イメージングプレート２−３と増感板１−４が一体化され、増感板１−１とイメージングプレート２−１、増感板１−２とイメージングプレート２−２などは離脱可能である。増感板には柔軟性のあるゴム系の材料にタングステン粉を加えたヘビーメタルシートが使用され、撮影時には密着性がよく離脱と密着を繰り返してもイメージングプレートに傷をつけたりすることがない。
【００２３】
最上部の増感板１−１の上に薄いカセッテの上蓋３があり、人体を透過したＸ線はこの上蓋３を通り、増感板１−１に入射し一部吸収されて２次電子を発生し、２次電子はイメージングプレート２−１に到達してイメージングプレートに潜像を形成する。増感板１−１で一部吸収された残りのＸ線は増感板１−２に到達してその一部が吸収されて２次電子を発生しイメージングプレート２−２に同じ人体の潜像を形成する。同様に、イメージングプレート２−２を通過したＸ線は増感板１−３で一部吸収されイメージングプレート２−３に同じ人体の潜像を形成する。
【００２４】
同時に撮影されたイメージングプレート２−１、２−２、２−３は、図６の読取装置１５のイメージングプレート挿入口１６から読取装置に挿入され、それぞれのイメージングプレートの潜像はディジタルデータとして読み取られ、画像処理装置１７に送られる。複数枚のイメージングプレートから読み取った画像データは、同一部位が正確に重なるように位置合わせをして加算されなければならない。画像処理装置には、複数枚の画像が正しく重なるように位置合わせをする機能があり、位置合わせを行った後に加算処理が行われる。
【００２５】
位置合わせは、カセッテ内のイメージングプレートの位置が正確に保たれ、読取装置もイメージングプレートが正確に同じ位置に挿入されるようになっていればそのまま加算すればよい。しかし、機械精度が十分でない場合などは明確なマーカがあれば一般的な画像処理で位置を正確に合わせることが可能である。
【００２６】
図３は位置合わせのためのマーカの１例を示す図で、カセッテの上蓋３の４隅に十文字の形をしたＸ線の吸収の大きな金属材料５を固着したもので上下あるいは左右が識別できるように配置がわずかに非対称になっている。このマーカは人体を撮影したときに複数枚のイメージングプレートに同時に撮影され、このマーカの位置を合わせれば臓器の位置が正しく重なることになる。位置合わせを行って加算された画像は表示装置１８に表示される。
【００２７】
つぎに、リニアックグラフィに使用される高エネルギーＸ線撮像装置の原理に基づき、この発明により画質が向上する理由あるいは被ばく線量を低減できる可能性を実施例にて詳細に説明する。
【００２８】
人体を透過した高エネルギーのＸ線はカセッテの上蓋３を通って増感板１−１に入射し増感板１−１でその一部が吸収される。増感板にはＸ線吸収の大きな厚さ１ｍｍのヘビーメタルシートが使用されている。増感板１−１で吸収された高エネルギーのＸ線は、主にコンプトン効果により金属内に高エネルギー（高速）の電子を生成する。高エネルギーの電子は金属内を高速で移動するときに金属内の電子に衝突して多数の２次電子を生成する。このようにして生成された２次電子が直下にあるイメージングプレート２−１に到達し、イメージングプレート内の電子を励起し、励起された電子はイメージングプレートの捕獲準位に捕獲されて電子の潜像が形成される。
【００２９】
通常の低エネルギー（１００ｋｅＶ以下）のＸ線を用いた診断用Ｘ線装置に比較して、高エネルギーのＸ線を用いるリニアックグラフィで良好な画質が得られない理由は２つある。第１は体内臓器によるＸ線吸収の差が非常に小さく臓器のコントラストが低下するためであり、第２は増感板で吸収されるＸ線の吸収効率が非常に低く信号対雑音比が小さくなるためである。前者は対象が人体であるから改善することはできないが、後者は信号対雑音比を改善できれば良好な画像を得ることが可能である。
【００３０】
リニアックで放射されるＸ線のエネルギースペクトルは単色ではなく連続スペクトルであるが、通常それを実効エネルギーで表してＸ線の吸収減衰を求める。例えば加速電圧が４ＭＶのリニアックを考えた場合の実効エネルギーは１．３７ＭｅＶである。このエネルギーにおけるヘビーメタルシートのＸ線線減弱係数は約０．５／ｃｍ（エネルギー吸収係数はこの値の約半分の０．２５／ｃｍ）である。したがって、１ｍｍ（０．１ｃｍ）のヘビーメタルシートで吸収されて電子エネルギーに変換されるＸ線の全エネルギーは、増感板に入射するＸ線の全エネルギーの約２．５％（０．２５／ｃｍ×０．１ｃｍ）、入射するＸ線の全エネルギーに対して透過するＸ線の全エネルギーは、約９５％（１−０．５／ｃｍ×０．１ｃｍ）である。したがって、従来の１組の増感板とイメージングプレートを用いた場合は、人体を透過したＸ線の全エネルギーに対して有効に利用されるＸ線は入射するＸ線の約２．５％と非常に小さく、残りは画像生成に使用されず無駄になっていることが分かる。
【００３１】
本発明の原理は、第１の増感板とイメージングプレートを透過したおよそ９５％のＸ線のエネルギーをその後ろに配置した複数組の増感板で吸収させて画像生成に有効に利用し、Ｘ線の利用効率を高めて画質を向上させるものである。
【００３２】
本発明によれば、人体を透過した高エネルギーのＸ線は増感板１−１に入射し２次電子を発生させその２次電子がイメージングプレート２−１に到達して潜像を形成する。例えば加速電圧を４ＭＶとした場合、増感板１−１とイメージングプレート２−１を通り抜けるＸ線は入射Ｘ線の約９５％であり、これが増感板１−２に入射し２次電子を発生させ、その２次電子がイメージングプレート２−２に到達して潜像を形成する。ここを透過したＸ線すなわち９０％（０．９５×０．９５≒０．９）のＸ線エネルギーがさらに増感板１−３に入射しイメージングプレート２−３に同じ人体の潜像を形成する。１枚の増感板で吸収されるエネルギーが入射エネルギーの２．５％であるから、ｎ枚の増感板で吸収される全エネルギーは、およそ（１−０．９５＾ｎ）／２となる。例えば３組（ｎ＝３）の増感板とイメージングプレートを用いた場合はこの値が０．０７１となり、人体を透過したＸ線の約７％すなわち従来の２．５％に比較して２．８倍のＸ線が画像生成に有効に利用されることになる。
【００３３】
画質を劣化させる要因となる雑音は、Ｘ線粒子の統計的変動により発生する量子雑音である。画像の良さは画像信号と雑音との比（信号対雑音比）で決定される。一般にｎ枚の画像を加算した場合は、画像信号はそのまま加算されるのでｎ倍となり、雑音はｎの平方根（√ｎ）の和となる。したがって、ｎ枚の画像を加算した場合の信号対雑音比は（ｎ／√ｎ）＝√ｎ倍となる。本発明では、Ｘ線が１枚の増感板を通ると９５％に減衰するので、例えばｎ＝３の場合は、ｎ＝１（従来）に対する信号対雑音比は正確には√３＝１．７３倍ではなく√（０．０７１／０．０２５）＝１．６８であるが、およそ√３倍であり画質が大幅に改善される。もし、従来の方法（ｎ＝１）で本発明（ｎ＝３）と同一の信号対雑音比をもつ画像を得ようとすれば、０．０７１／０．０２５＝２．８倍の線量を必要とし大幅に被ばくが増えることになる。逆に、従来と同じ画像を得るとすれば被ばく線量を従来の１／２．８に大幅に低減することができる。
【００３４】
Ｘ線を用いた人体の撮影においては、医学的な面から画質向上と被ばく線量の低減の両方がともにきわめて重要な課題であり、Ｘ線の利用効率を上げることによって、画質の向上あるいは被ばく線量の低減、またはその両方を可能にする本発明の価値はきわめて高い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の高エネルギーＸ線撮像装置のＸ線検出部の説明図
【図２】本発明の高エネルギーＸ線撮像装置のＸ線検出部の変形例
【図３】本発明の画像の位置合わせに用いるマーカの例
【図４】放射線治療及び高エネルギーＸ線撮影の方法を示す模式図
【図５】Ｘ線検出部の従来例
【図６】読取装置および画像処理装置の説明図
【符号の説明】
【００３６】
１−１ 第１の増感板
１−２ 第２の増感板
１−３ 第３の増感板
１−４ 第４の増感板
２−１ 第１のイメージングプレート
２−２ 第２のイメージングプレート
２−３ 第３のイメージングプレート
３ カセッテの上蓋
５ マーカ
１０ Ｘ線検出部
１５ 読取装置
１７ 画像処理装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増感板とイメージングプレートの組を複数組重ねたＸ線検出部と、イメージングプレートの読取装置と、同時に撮影されたイメージングプレートから読み取った複数の画像データを加算する画像処理手段と、加算して得られた画像を出力する画像出力手段とからなる高エネルギーＸ線撮像装置。
【請求項２】
増感板は金属を含む柔軟性のある薄板からなる請求項１記載の高エネルギーＸ線撮像装置。
【請求項３】
イメージングプレートの後面と増感板の前面が固着された構造をもつ請求項１記載の高エネルギーＸ線撮像装置。
【請求項４】
画像処理手段は複数枚のイメージングプレートに同時に撮影された画像データについて位置合わせを行って加算する処理機能を有する請求項１記載の高エネルギーＸ線撮像装置。
【請求項５】
同時に撮影される複数のイメージングプレートに共通な位置情報を写す手段を有する請求項４記載の高エネルギーＸ線撮像装置。
【請求項１】
増感板とイメージングプレートの組を複数組重ねたＸ線検出部と、イメージングプレートの読取装置と、同時に撮影されたイメージングプレートから読み取った複数の画像データを加算する画像処理手段と、加算して得られた画像を出力する画像出力手段とからなる高エネルギーＸ線撮像装置。
【請求項２】
増感板は金属を含む柔軟性のある薄板からなる請求項１記載の高エネルギーＸ線撮像装置。
【請求項３】
イメージングプレートの後面と増感板の前面が固着された構造をもつ請求項１記載の高エネルギーＸ線撮像装置。
【請求項４】
画像処理手段は複数枚のイメージングプレートに同時に撮影された画像データについて位置合わせを行って加算する処理機能を有する請求項１記載の高エネルギーＸ線撮像装置。
【請求項５】
同時に撮影される複数のイメージングプレートに共通な位置情報を写す手段を有する請求項４記載の高エネルギーＸ線撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−１５２０４４（Ｐ２００７−１５２０４４Ａ）
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７９８９４（Ｐ２００５−３７９８９４）
【出願日】平成１７年１１月３０日（２００５．１１．３０）
【出願人】（５０６００３１１８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月３０日（２００５．１１．３０）
【出願人】（５０６００３１１８）
【Ｆターム（参考）】
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