JP5833816B2 - 放射線撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、人等の被写体に放射線を照射して撮像を行う放射線撮像装置に関するものである。

Ｘ線撮像装置では、被写体を通過したＸ線をシンチレータによって可視光に変換し、可視光を撮像素子に到達させている。そして、撮像素子の出力によって、Ｘ線撮像装置に到達したＸ線の強度分布に応じた画像を得ることができる。

Ｘ線撮像を行う場合において、Ｘ線撮像装置は、被写体からの荷重を受けることがあるため、この荷重に耐える強度を有する必要がある。そこで、Ｘ線撮像装置の外装を構成するケースに対して強度を持たせているものがある。具体的には、ケースの厚さを厚くしたり、ケースを二重構造にしたりしている。

ケースに強度を持たせる構成では、シンチレータを被写体に近づけ難くなる。すなわち、ケースの厚さを厚くしたときには、ケースを厚くした分だけ、シンチレータが被写体から離れてしまう。ケースを二重構造にした場合でも、シンチレータが被写体から離れてしまう。

Ｘ線源の焦点は、点ではなく、ある程度の面積を有するため、半影（像のボケ）が発生してしまう。ここで、被写体およびシンチレータの距離が離れるほど、Ｘ線画像が拡大するとともに、半影も拡大してしまい、Ｘ線画像がぼけてしまう。すなわち、Ｘ線画像の解像度を向上させにくくなる。

本発明は、被写体に照射される放射線を用いて撮像動作を行う放射線撮像装置であって、シンチレータと、遮光層と、複数の撮像ユニットと、レンズブラケットと、平板状の補強プレートとを有する。シンチレータは、放射線を可視光に変換する。遮光層は、シンチレータに対して被写体側に配置され、放射線撮像装置の外面に露出して被写体と接触可能である。また、遮光層は、放射線を通過させるとともに、可視光を遮蔽する。各撮像ユニットは、シンチレータで生成された可視光を光電変換する撮像素子と、シンチレータで生成された可視光を撮像素子に向けて集光するレンズとを有する。複数の撮像ユニットは、所定平面内に並んで配置されている。レンズブラケットは、複数の撮像ユニットにおけるレンズを保持するために用いられる。補強プレートは、シンチレータおよび撮像ユニットの間であって、撮像ユニット及びレンズブラケットから離れた位置に配置されており、内部に鉛粒子が分散されて光透過性を有する。補強プレートの厚さは、シンチレータおよび遮光層における合計の厚さよりも厚く、撮像素子の撮像面内の各部に入射する可視光の光路において、各部からの光路長が互いに等しい位置を、補強プレートの内部に位置させる厚さである。

ここで、放射線の通過を妨げずに可視光を遮蔽する遮光層は、シンチレータに接触させることができる。これにより、被写体に対してシンチレータをより近づけることができ、被写体を通過した放射線の拡散を抑えて、放射線をシンチレータに到達させることができる。遮光層の厚さは、例えば、１ｍｍ以下に設定することができる。

また、補強プレートは、シンチレータに接触させることができる。これにより、シンチレータで生成された可視光を、補強プレートを介して、撮像素子に導き易くすることができる。シンチレータに放射線が到達すると、拡散光としての可視光が生成されるが、補強プレートをシンチレータに接触させることにより、補強プレートの光屈折作用によって、可視光の拡散を抑制することができる。

補強プレートは、アクリル樹脂で形成することができる。補強プレートの厚さを厚くするほど、放射線撮像装置に作用する荷重に耐えることができる。ここで、放射線撮像装置に作用する荷重としては、例えば、被写体が放射線撮像装置に寄りかかったときの荷重や、被写体が放射線撮像装置の上に乗ったときの荷重がある。

補強プレートには、鉛粒子を分散させることができる。鉛粒子を分散させると、補強プレートを通過する放射線を減衰させることができる。シンチレータの特性によっては、放射線が可視光に変換されずに、補強プレートを通過して、撮像素子に向かうおそれがある。この場合には、補強プレートに鉛粒子を分散させることにより、補強プレートを通過する放射線を減衰させることができる。これにより、放射線が撮像素子に到達するのを抑制でき、放射線によって撮像素子の出力にノイズが含まれたり、放射線による撮像素子の劣化を抑制したりすることができる。

本発明によれば、シンチレータおよび撮像素子の間に、補強プレートを配置することにより、放射線撮像装置の強度を確保しつつ、シンチレータを被写体に近づけることができる。シンチレータを被写体に近づけた分だけ、半影（像のボケ）を抑制して、放射線撮像装置によって得られる画像の解像度を向上させることができる。また、光透過性を有する補強プレートを用いることにより、シンチレータで生成された可視光を撮像素子に導き易くすることができる。

Ｘ線撮像システムを示す概略図である。 Ｘ線撮像装置の正面図である。 図２のＸ−Ｘ断面図である。 Ｘ線撮像装置の断面を示す概略図である。 比較例であるＸ線撮像装置の断面を示す概略図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１であるＸ線撮像装置（放射線撮像装置に相当する）について説明する。図１は、本実施例のＸ線撮像装置を含むＸ線撮像システムの概略図である。

Ｘ線撮像システム１は、被写体３０に対してＸ線を照射するＸ線照射装置１０と、Ｘ線照射装置１０から照射され、被写体３０を透過したＸ線を受けて、撮像動作を行うＸ線撮像装置２０とを有する。Ｘ線照射装置１０およびＸ線撮像装置２０は、被写体３０を挟むように配置される。

Ｘ線撮像システム１は、医療診断や工業用の非破壊検査等において用いることができる。すなわち、被写体３０としては、人等の動物や、建物の内部構造といった非破壊検査の対象となるものが挙げられる。図１では、Ｘ線撮像装置２０の撮像面を、垂直方向に沿って配置しているが、これに限るものではない。例えば、Ｘ線撮像装置２０の撮像面を、水平面に沿って配置することができる。Ｘ線照射装置１０およびＸ線撮像装置２０は、互いに向かい合っていればよく、Ｘ線照射装置１０やＸ線撮像装置２０を配置する位置（言い換えれば、向き）は、適宜設定することができる。

次に、Ｘ線撮像装置２０について、図２および図３を用いて説明する。図２は、Ｘ線撮像装置２０の正面図であり、一部の領域においてＸ線撮像装置２０の内部構造を示している。図３は、図２のＸ−Ｘ断面図であり、Ｘ線撮像装置２０の一部を示している。図３に示す断面は、Ｘ線撮像装置２０の撮像面と直交する面である。

図２に示すように、Ｘ線撮像装置２０は、１６個の撮像エリアＡ１〜Ａ１６を有する。撮像エリアＡ１〜Ａ１６は、同一平面内において、４行４列に配置されている。各撮像エリアＡ１〜Ａ１６の構成は、同一の構成である。本実施例では、１６個の撮像エリアＡ１〜Ａ１６を設けているが、これに限るものではなく、撮像エリアの数や撮像エリアの並べ方は、適宜設定することができる。

各撮像エリアＡ１〜Ａ１６には、複数の撮像ユニット４０が配置されている。撮像ユニット４０は、各撮像エリアＡ１〜Ａ１６において、３行４列に配置されている。各撮像ユニット４０は、Ｘ線照射装置１０から照射されたＸ線を受けて、電気信号を出力する。なお、各撮像エリアＡ１〜Ａ１６に配置される撮像ユニット４０の数や撮像ユニット４０の並べ方は、適宜設定することができる。

図３に示すように、Ｘ線撮像装置２０は、撮像ユニット４０等を収容するアッパーケース２１およびロアーケース２２を有する。アッパーケース２１およびロアーケース２２は、Ｘ線撮像装置２０の外装を構成しており、Ｘ線撮像装置２０の内部に可視光が侵入するのを阻止する機能を有する。

アッパーケース２１およびロアーケース２２の接続部分には、シール部材２３が設けられている。シール部材２３は、ゴム等の弾性部材によって構成されており、アッパーケース２１およびロアーケース２２の接続部分における密閉性を確保する機能を有する。また、シール部材２３は、図２に示すように、アッパーケース２１およびロアーケース２２の外縁（接続部分に相当する）に沿って配置されている。

アッパーケース２１には、Ｘ線照射装置１０から照射されたＸ線を通過させるための開口部２１ａが形成されている。開口部２１ａは、トッププレート（遮光層に相当する）２４によって塞がれており、トッププレート２４は、Ｘ線撮像装置２０の外面を構成しており、被写体３０が接触する。トッププレート２４は、Ｘ線撮像装置２０の内部に可視光が入射するのを阻止する機能を有する。また、トッププレート２４は、撮像ユニット４０に導かれるＸ線を減衰させにくい材料で形成することが好ましい。例えば、トッププレート２４をカーボンで形成することができる。

Ｘ線撮像装置２０の内部には、インナープレート２５が配置されており、インナープレート２５は、トッププレート２４と重なっている。トッププレート２４およびインナープレート２５の間には、シンチレータ２６が配置されており、トッププレート２４およびインナープレート２５は、シンチレータ２６に接触している。シンチレータ２６は、Ｘ線照射装置１０から照射されたＸ線を可視光に変換するものであり、放射線の検出器として用いられる。シンチレータ２６の構成については、公知であるため、詳細な説明は省略する。

シンチレータ２６には、インナープレート２５が接触しているため、シンチレータ２６で生成された可視光は、インナープレート２５に直接入射する。そして、可視光は、インナープレート２５を透過して、撮像ユニット４０に導かれる。インナープレート２５は、可視光を透過させるとともに、可視光を減衰させにくい材料で形成することができる。

インナープレート２５の材料としては、例えば、ガラス、アクリル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートを用いることができる。また、インナープレート２５の厚さは、トッププレート２４の厚さやシンチレータ２６の厚さよりも厚くなっている。

なお、本実施例では、インナープレート２５をシンチレータ２６に接触させているが、インナープレート２５およびシンチレータ２６の間に隙間があってもよい。また、本実施例では、トッププレート２４をシンチレータ２６に接触させているが、トッププレート２４およびシンチレータ２６の間に隙間があってもよい。

次に、撮像ユニット４０の構成について説明する。撮像ユニット４０は、レンズ４１と、撮像素子４３とを有する。インナープレート２５を通過した可視光は、レンズ４１によって集光されて、撮像素子４３に到達する。そして、撮像素子４３は、可視光を受光することによって、光電変換を行い、電荷を蓄積する。蓄積された電荷は、所定のタイミングで出力されることになる。

本実施例では、撮像素子４３として、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサを用いている。なお、撮像素子４３として、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサを用いることもできる。撮像素子４３は、ボンディングワイヤを介してカメラ基板に接続されている。ここで、カメラ基板２８は、上述した撮像エリアＡ１〜Ａ１６毎に設けられており、各撮像エリアＡ１〜Ａ１６に含まれる撮像ユニット４０の撮像素子４３が接続されている。

各撮像エリアＡ１〜Ａ１６に配置された複数の撮像ユニット４０（撮像素子４３）から出力された信号は、所定の信号処理が施されることにより、被写体３０に対応したＸ線画像が生成される。具体的には、各撮像エリアＡ１〜Ａ１６において、Ｘ線画像が生成されるとともに、各撮像エリアＡ１〜Ａ１６に対応したＸ線画像をつなげることにより、被写体３０に対応する１つのＸ線画像を得ることができる。

レンズ４１は、レンズホルダ４２によって保持されており、レンズホルダ４２は、レンズブラケット２７によって保持されている。ここで、レンズブラケット２７は、上述した撮像エリアＡ１〜Ａ１６毎に設けられており、各撮像エリアＡ１〜Ａ１６に含まれる撮像ユニット４０のレンズホルダ４２を保持している。

本実施例では、各撮像エリアＡ１〜Ａ１６において、複数の撮像ユニット４０およびレンズブラケット２７を含む１つのユニットを構成しておき、このユニットを、図２に示すようにマトリクス状（４行４列）に配置している。撮像エリアＡ１〜Ａ１６のそれぞれで、複数の撮像ユニット４０およびレンズブラケット２７を含むユニットを製造することができるため、各撮像エリアＡ１〜Ａ１６において、撮像ユニット４０を取り付けるための取り付け面の平面度を確保することができる。そして、撮像エリアＡ１〜Ａ１６のすべてを含むエリアにおける平面度を確保し易くすることができる。なお、各撮像エリアＡ１〜Ａ１６に分割せずに、撮像エリアＡ１〜Ａ１６のすべてを含む１つの撮像エリア内に複数の撮像ユニット４０を配置することもできる。

レンズブラケット２７およびカメラ基板２８は、Ｘ線撮像装置２０の骨格となる第１フレーム２９ａおよび第２フレーム２９ｂによって支持されている。

本実施例によれば、シンチレータ２６がトッププレート２４で覆われているだけであり、シンチレータ２６を被写体３０に近づけることができる。これにより、被写体３０を通過した直後のＸ線をシンチレータ２６に到達させやすくすることができ、半影（Ｘ線画像のボケ）を抑制して、Ｘ線画像の解像度を向上させることができる。

すなわち、被写体３０を通過したＸ線は、分散することなく、シンチレータ２６に到達することができるため、半影（Ｘ線画像のボケ）を抑制することができる。また、被写体３０を通過した直後のＸ線の強度分布と、シンチレータ２６に到達したＸ線の強度分布とを略一致させることができる。これにより、被写体３０に対応したＸ線画像を取得しやすくなり、Ｘ線画像の解像度を向上させることができる。ここで、シンチレータ２６がトッププレート２４（言い換えれば、被写体３０）から離れるほど、シンチレータ２６に到達するＸ線が分散しやすくなり、Ｘ線画像にぼけが発生しやすくなってしまう。

Ｘ線撮像装置２０を用いてＸ線撮像を行うときには、被写体３０がトッププレート２４に寄りかかったり、トッププレート２４の上面に被写体３０が乗ったりするため、トッププレート２４やシンチレータ２６に荷重がかかる。本実施例では、トッププレート２４およびシンチレータ２６に対して、インナープレート２５を重ねているため、インナープレート２５において、荷重を受けることができる。これにより、トッププレート２４やシンチレータ２６が過度に撓んだり、破損したりしてしまうのを防止することができる。ここで、Ｘ線撮像装置２０に作用する荷重（想定される上限値）に基づいて、インナープレート２５の厚さを適宜設定することができる。

シンチレータ２６で生成された可視光は、散乱光になるが、シンチレータ２６と隣り合う位置に、光透過性を有するインナープレート２５を配置することにより、可視光の散乱を抑制して、可視光を撮像ユニット４０に導きやすくすることができる。

また、シンチレータ２６および撮像ユニット４０の間に、インナープレート２５を配置することにより、撮像ユニット４０は、シンチレータ２６によって形成された可視光の画像にピントを合わせやすくすることができる。この点について、図４および図５を用いて具体的に説明する。

図４には、比較例であるＸ線撮像装置の断面を示す。図４に示す構成では、シンチレータ２６および撮像ユニット４０の間にシンチレータ２６が配置されておらず、シンチレータ２６で生成された可視光が、撮像ユニット４０に直接入射する。図４に示す構成では、Ｘ線撮像装置の強度を確保するために、シンチレータ２６の被写体側に、２つのプレート５０を配置している。撮像ユニット４０は、画角Ｆを有している。

図４に示す構成では、シンチレータ２６の平面内に可視光の画像が形成され、この可視光が撮像ユニット４０（撮像素子４３）の撮像面に入射する。ここで、撮像面の外縁部ＰＯに入射する可視光の光路と、撮像面の中心部ＰＣに入射する可視光の光路とは、互いに異なっている。具体的には、中心部ＰＣに入射する可視光の光路は、外縁部ＰＯに入射する可視光の光路よりも長くなっている。このため、Ｘ線画像に歪みが発生するおそれがある。

図５に示す構成は、本実施例のＸ線撮像装置の構成である。本実施例では、シンチレータ２６および撮像ユニット４０の間に、インナープレート２６を配置しているため、撮像面の外縁部ＰＯに入射する可視光の光路と、撮像面の中心部ＰＣに入射する可視光の光路とを、略一致させることができる。ここで、曲線Ｃは、撮像面（中心部ＰＣや外縁部ＰＯを含む）からの光路長が等しい位置を示している。このように、本実施例によれば、撮像面に到達する可視光の光路長にバラツキが発生するのを抑制することができる。これにより、Ｘ線画像の歪みを抑制することができる。

なお、本実施例では、トッププレート２４およびシンチレータ２６を重ねているが、これに限るものではない。例えば、被写体３０と対向するシンチレータ２６の面に対して、可視光を遮蔽する遮光フィルムを貼り付けたり、可視光を遮蔽する遮光材を塗布したりすることができる。

一方、インナープレート２５に鉛粒子を含ませることができる。鉛粒子を含ませることにより、インナープレート２５を通過するＸ線を減衰させることができる。Ｘ線がシンチレータ２６に到達しても、シンチレータ２６の特性に応じて、Ｘ線から可視光に変換される割合が変化し、Ｘ線がシンチレータ２６を通過して撮像ユニット４０に向かってしまうおそれがある。

そこで、インナープレート２５に鉛粒子を分散させることにより、シンチレータ２６からのＸ線をインナープレート２５で減衰させることができ、Ｘ線が撮像ユニット４０に到達するのを抑制することができる。Ｘ線が撮像ユニット４０に到達するのを抑制すれば、撮像ユニット４０（撮像素子４３）の出力にノイズが含まれるのを抑制したり、Ｘ線による撮像ユニット４０の劣化を抑制したりすることができる。撮像ユニット４０（撮像素子４３）の出力にノイズが含まれるのを抑制することにより、Ｘ線撮像動作によって得られた画像のコントラストや解像度が低下するのを抑制することができる。

ここで、鉛粒子は、インナープレート２５の全体に対して、略均等に分散させることが好ましい。インナープレート２５内の位置に応じて、鉛粒子の密度が大きく異なると、撮像ユニット４０に到達するＸ線の強度が異なってしまう。この場合には、複数の撮像ユニット４０における出力にバラツキが発生したり、複数の撮像ユニット４０の劣化度合いにバラツキが発生したりしてしまう。そこで、鉛粒子を略均等に分散させることにより、複数の撮像ユニット４０に到達するＸ線の強度分布のバラツキを抑制することができる。

一方、鉛粒子の含有量を増加させすぎると、シンチレータ２６で生成された可視光が撮像ユニット４０に到達し難くなってしまう。このため、Ｘ線の減衰効果および可視光の減衰効果を考慮しながら、鉛粒子の含有量を適宜設定することができる。鉛粒子の含有量を調整する方法としては、例えば、鉛粒子の含有率が略同一である複数のプレートを用意しておき、重ねるプレートの数を変更することにより、鉛粒子の含有量を変化させることができる。

１：Ｘ線撮像システム １０：Ｘ線照射装置
２０：Ｘ線撮像装置（放射線撮像装置） ２１：アッパーケース
２２：ロアーケース ２３：シール部材
２４：トッププレート（遮光層） ２５：インナープレート（補強プレート）
２６：シンチレータ ２７：レンズブラケット
２８：カメラ基板 ２９ａ：第１フレーム
２９ｂ：第２フレーム ３０：被写体
４０：撮像ユニット ４１：レンズ
４２：レンズホルダ ４３：撮像素子
Ａ１〜Ａ１６：撮像エリア

Claims (4)

1. 被写体に照射される放射線を用いて撮像動作を行う放射線撮像装置であって、
   放射線を可視光に変換するシンチレータと、
   前記シンチレータに対して被写体側に配置され、前記放射線撮像装置の外面に露出して前記被写体と接触可能であり、放射線を通過させるとともに、可視光を遮蔽する遮光層と、
   前記シンチレータで生成された可視光を光電変換する撮像素子と、前記シンチレータで生成された可視光を前記撮像素子に向けて集光するレンズとを有し、所定平面内に並んで配置された複数の撮像ユニットと、
   前記複数の撮像ユニットにおける前記レンズを保持するためのレンズブラケットと、
   前記シンチレータおよび前記撮像ユニットの間であって、前記撮像ユニット及び前記レンズブラケットから離れた位置に配置されており、内部に鉛粒子が分散されて光透過性を有する平板状の補強プレートと、を有し、
   前記補強プレートの厚さは、前記シンチレータおよび前記遮光層における合計の厚さよりも厚く、前記撮像素子の撮像面内の各部に入射する前記可視光の光路において、前記各部からの光路長が互いに等しい位置を、前記補強プレートの内部に位置させる厚さであることを特徴とする放射線撮像装置。
2. 前記遮光層は、前記シンチレータに接触していることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
3. 前記補強プレートは、前記シンチレータに接触していることを特徴とする請求項１又は２に記載の放射線撮像装置。
4. 前記補強プレートは、アクリル樹脂で形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の放射線撮像装置。