JP4576980B2 - X-ray imaging device - Google Patents
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Description
この発明は、医療用あるいは工業用のX線撮像装置に関し、とくにX線蛍光増倍管を用いるX線撮像装置に関する。 The present invention relates to a medical or industrial X-ray imaging apparatus, and more particularly to an X-ray imaging apparatus using an X-ray fluorescence multiplier.
X線撮像装置は、被写体を透過したX線による画像を撮像するものであるが、X線蛍光増倍管を用いるX線撮像装置では、被写体を透過したX線をまずX線蛍光増倍管に入力して輝度増倍した可視光線の光学像に変換し、この光学像を出力光学系により、TV撮像管やCCDカメラなどの光撮像装置に導いて映像信号を得る。そして、通常、たとえば下記特許文献1に示されるように、光撮像装置に入射する可視光線量を調整するためのアイリス装置(絞り装置)を出力光学系に設ける。また、下記特許文献2に示すようにアイリス装置の開口度を制御する制御回路系を設けることも知られている。たとえば医療用X線撮像装置などでは、撮影術式や被写体の状況によりX線蛍光増倍管に入射するX線量は大きく異なり、その結果光撮像装置に入射する可視光線量も大きく変化し、そのままでは光撮像装置のダイナミックレンジをオーバーしてしまうので、これを避けて優れた画質のX線映像信号を得るために光撮像装置の入射光量を調整する必要があるからである。
ところで、CCD素子などの撮像素子の小型化に対応して、X線蛍光増倍管から光撮像装置へ光学像を導く出力光学系(通常多数枚のレンズで構成される)の小型化が進んでおり、これに組み込むアイリス装置も小型化されている。一方、医療用X線撮像装置ではX線診断方法の多様化により光量変化の度合いが大きくなってきてより小さな最小絞り径が要求されるとともに、より精細なX線映像信号を得るための光量制御の精度向上が要求されている。 By the way, in response to the miniaturization of an image sensor such as a CCD element, the miniaturization of an output optical system (usually composed of a plurality of lenses) that guides an optical image from an X-ray fluorescence multiplier to an optical imaging device has progressed. In addition, the iris device incorporated in this is also downsized. On the other hand, in medical X-ray imaging devices, the degree of change in light quantity is increasing due to diversification of X-ray diagnostic methods, and a smaller minimum aperture diameter is required, and light quantity control for obtaining a finer X-ray image signal. Improvement of accuracy is required.
しかし、アイリス羽根の機械的精度・ガタツキ、摩擦力、電気的制御誤差などは最小絞り径が小さくなればなるほど性能に及ぼす影響が顕著になり、アイリス装置の調光精度や再現性といった性能の確保が困難なものとなっていく。その結果、アイリス装置の各部品のコスト上昇の原因や性能劣化の要因となっていた。 However, the mechanical accuracy, rattling, frictional force, electrical control error, etc. of the iris blade have a more significant effect on the performance as the minimum aperture diameter becomes smaller, ensuring the performance such as dimming accuracy and reproducibility of the iris device. Will become difficult. As a result, the cost of each component of the iris device is increased and the performance is deteriorated.
これに対する改良法として、光路中にNDフィルタを適宜挿入する機構を持たせたものも知られているが、こうした機構を設ければ、機構的に複雑になり高コストの要因となる。また引用文献1のように、アイリス装置に加えて入力電圧に応じて光の透過率が変化するフィルタを光学系に挿入することも考えられるが、同様に構成複雑で高コストとなるという問題から逃れられない。 As an improved method for this, there is known a method in which an ND filter is appropriately inserted in the optical path. However, if such a mechanism is provided, it becomes mechanically complicated and causes a high cost. In addition to the iris device, it is conceivable to insert a filter whose light transmittance changes according to the input voltage in addition to the iris device, but it is similarly complicated and expensive. I can't escape.
この発明は、簡単な構成で製造コストが低廉でありながら、実質的な光量損失を招かず、アイリス装置における光量制御性能が高く、優れた画質のX線映像信号を得ることができる、X線撮像装置を提供することを課題とする。 The present invention provides an X-ray image signal that has a simple structure and low manufacturing cost, does not incur substantial light amount loss, has high light amount control performance in an iris device, and can obtain an excellent image quality X-ray image signal. It is an object to provide an imaging device.
上記の目的を達成するため、請求項1記載のX線撮像装置においては、X線蛍光増倍管と、該X線蛍光増倍管の出力光学像を導く出力光学系と、該出力光学系により導かれた光学像が入力される光撮像装置と、上記出力光学系に挿入された調光用アイリス装置と、上記出力光学系のレンズ表面において光路中央部に設けられた透過光量減少膜とが備えられることが特徴となっている。
In order to achieve the above object, in the X-ray imaging apparatus according to
請求項1の発明によれば、X線蛍光増倍管からの出力光学像を光撮像装置に導く光学系を構成するレンズ表面には透過光量減少膜が、その光路中央部に位置するように設けられている。そのため、アイリス装置が絞られてきたとき、透過光量減少膜によって透過する光量が減少させられて、より絞って開口径を小さくした場合と同様になる。つまり、開口径を小さくしなくても透過光量をより減少させることができる。そこで、アイリス装置の最小開口径を小さくしなくてもよくなるので、アイリス羽根の機械的精度や制御系の誤差などがより顕著に影響してくるという事態を避けて、アイリス装置の小絞り時の調光性能を向上させることができる。他方、アイリス装置の絞りを開放に近くした大絞り時には、透過光量減少膜は光路中央部にしか設けられないため、光量の減少率は小さく、問題を生じさせないばかりか、光路中央部の光量の減少のため、光路の中央部と周辺部との光量偏差を補正することができる。透過光量減少膜をレンズ表面に設けるだけなので、加工は簡単であり、製造コストが増大することはない。そして、透過光量減少膜は出力光学系の入射瞳位置に設けられているので、出力画像にこの透過光量減少膜の陰影が現れることがない。 According to the first aspect of the present invention, the transmitted light amount reducing film is positioned at the center of the optical path on the lens surface constituting the optical system that guides the output optical image from the X-ray fluorescence multiplier to the optical imaging device. Is provided. For this reason, when the iris device has been narrowed down, the amount of light transmitted by the transmitted light amount reducing film is reduced, which is the same as when the aperture diameter is further narrowed down. That is, the amount of transmitted light can be further reduced without reducing the aperture diameter. Therefore, since it is not necessary to reduce the minimum opening diameter of the iris device, avoid the situation that the mechanical accuracy of the iris blade or the error of the control system has a more significant influence, and at the time of small iris of the iris device Dimming performance can be improved. On the other hand, when the iris of the iris device is close to full open, the transmitted light amount reducing film is provided only in the center of the optical path, so the rate of decrease in the amount of light is small and not causing a problem. Due to the decrease, the light amount deviation between the central portion and the peripheral portion of the optical path can be corrected. Since the transmitted light amount reducing film is only provided on the lens surface, the processing is simple and the manufacturing cost does not increase. Since the transmitted light amount reducing film is provided at the entrance pupil position of the output optical system, the shadow of the transmitted light amount reducing film does not appear in the output image.
つぎに、この発明を実施したX線撮像装置について図面を参照して説明する。 Next, an X-ray imaging apparatus embodying the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、この発明の一実施例にかかる医療用X線撮像装置の全体の模式図である。この図1に示すように、被写体(被検者)10に向けてX線管11よりX線が照射され、被写体10を透過したX線がX線蛍光増倍管12に入射する。このX線蛍光増倍管12は入射したX線を増倍して可視光線に変換するもので、X線透過像が光学像としてその出力蛍光面から出力される。この光学像は出力光学系13を経てTVカメラ14に導かれる。TVカメラ14は光学像を撮像する撮像管やCCDカメラなどであり、出力光学系13は、このTVカメラ14の撮像面に、出力光学像を集光・再結像させるための対物レンズ15やTVレンズ16などを有するとともにTVレンズアイリス17を備える。TVレンズ16の表面には半透明膜18が蒸着や貼付などによって設けられている。
FIG. 1 is an overall schematic view of a medical X-ray imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, X-rays are irradiated from an
このTVレンズ16とTVレンズアイリス17の部分を拡大して示すと図2のようになる。また、この図2の左方向から見た正面図は図3のようになる。TVレンズアイリス17は、複数枚(ここでは5枚)のアイリス羽根19とこれら移動させる羽根駆動機構20とによって構成され、アイリス羽根19が移動させられることによって多角形(五角形)の開口の大きさが変えられる。半透明膜18はTVレンズ16の表面において、光路の中央の一部を占めるように設けられている。
FIG. 2 shows an enlarged view of the
アイリス羽根19および半透明膜18の光軸上の位置は入射瞳位置とされる。TVレンズ16は(対物レンズ15も同様であるが)実際には多数枚のレンズを組み合わせて構成されているため、その多数枚レンズのうちの入射瞳位置に相当する位置に置かれたレンズの表面に、半透明膜18が形成される。この実施例では、半透明膜18の面積は、TVレンズアイリス17を最大に開いたときの有効開口面積の1/16としている。また半透明膜18の光透過率は25%とした。
The positions on the optical axis of the
ここで、半透明膜18が設けられていないと仮定したとき、TVレンズアイリス17の最小絞り時のFナンバーが11であったとすると、半透明膜18によって25%に減光するので、最小絞り時の開口径の半分の径になったと同様であり、Fナンバーが22になったことになる。すなわち、TVレンズアイリス17の最小絞り時の開口径の大きさを変えずに、F22にまで絞ることができる。
Here, assuming that the
このようにTVレンズアイリス17の最小絞り時の開口径の大きさを変えずに、光量をより絞ることができるようになるため、光量が少ない場合の光量制御精度が向上する。これはつぎの理由による。一般に、アイリス開口径の制御精度は、開口径がが小さくなると悪くなるものである。主として、アイリス羽根19の機械的位置の開口径に対する精度が大きくなり(アイリス羽根19の遊び分によるガタツキが開口径との対比で大きくなる)、またアイリス羽根の駆動機構20を制御する制御系の誤差が開口径に対して大きくなるからである。そのため、アイリス開口径を小さくしないで、光量をより少なくできるなら、光量が少ない場合の光量制御精度は向上することになる。
As described above, the amount of light can be further reduced without changing the size of the aperture diameter of the
そして、TVレンズアイリス17の最小絞り時の開口径の2倍の開口径としたとき(つまりF11としたとき)に半透明膜18の大きさと一致するものとすると、それよりも絞りを開いたとき半透明膜18を透過しない光線がTVカメラ14に入射するようになる。逆にいえば、この例ではF11より絞りを開いたときには、光路中央部の光が半透明膜18によって減少させられることになる。しかし、最大絞り時では、光透過率25%の半透明膜18が有効開口面積の1/16を占めるにすぎないので、減光率は1/64つまり2%以下の光量の損失分であって、F値でいえば0.125だけ暗くなるにすぎない。そのため、半透明膜18を設けたことによる光の損失分は無視し得るほど小さいものである。
When the aperture diameter of the
むしろ、ここでは、F11より絞りを開いたとき、光路中央部の光が半透明膜18によって減少させられることにより、光路中央部と周辺部との光量の差を補正することができる点に注目すべきである。一般にレンズ系ではレンズ中心の光量の方が周辺の光量よりも多いので、この光量の偏在を補正することができ、画質を向上させることができる。したがって、X線蛍光増倍管12からTVカメラ14に入射する光量の制御範囲を、光量の少ない方向に拡大しながら、TVカメラ14から画質の優れた映像信号を得ることができる。
Rather, here, it is noted that when the aperture is opened from F11, the light at the center of the optical path is reduced by the
たとえば、医療用X線撮像装置では撮影術式ごとにX線曝射条件が異なっており、連続透視を行う術式ではX線管11から低線量のX線を長時間曝射するが、シネ撮影やDSAなどの術式では短時間ではあるが大線量でのX線曝射が行われる。前者のような術式ではX線蛍光増倍管12に入射するX線量が少ないため、これから出力される可視光線量も比例して少なくなる。この場合TVレンズ16に入射する光量が少ないので、TVカメラ14に必要な光量を確保するためTVレンズアイリス17を開放に近づける必要がある。このように絞りを開いたときには半透明膜18による光量損失が問題になり得るが、上記の通りその損失分の影響は小さい。
For example, in a medical X-ray imaging apparatus, the X-ray exposure conditions are different for each imaging technique, and in a technique that performs continuous fluoroscopy, a low dose of X-rays is exposed from the
大線量でX線曝射を行う後者の術式では、短時間にX線蛍光増倍管12に入射するX線量は非常に大きなものとなり、その出力可視光線量も多くなるので、TVレンズアイリス17を最小絞り側に絞った状態とする必要があるが、上記のように半透明膜18により減光することができるので、TVレンズアイリス17の開口径をそれほど小さくしなくてもよくなり、開口径の制御精度が向上する。
In the latter method of performing X-ray exposure with a large dose, the X-ray dose incident on the X-ray
そして、これらいずれの場合でも、被検者の体型などに合わせてTVレンズアイリス17の絞りの微調整が必要となるが、とくに、最小絞り側で開口径の制御精度が向上するため、この微調整を精度高く容易に行うことができる。
In either of these cases, fine adjustment of the aperture of the
上記の半透明膜18は、上記の通り光軸方向において入射瞳位置に設けられており、そのためF11よりTVレンズアイリス17を開いたときにも、画像にこの半透明膜18が部分的な陰影となって現れることはない。ただし、アイリス開口径が小さくなってきて半透明膜18に近づいてきたときには、開口径のなかに占める半透明膜18の面積比が急激に増大するため、光量が急激に減少する。つまり、この例でいえば、F11に近い、F11より開いた絞り領域で、光量制御特性が急峻になる。そこで、半透明膜18を光軸方向において入射瞳位置からオフセットさせた位置に設けることが考えられる。こうすることにより、TVレンズアイリス17のアイリス羽根19の端部位置との関係では、半透明膜18の境界が光学的にあいまいになるので、半透明膜18にグラデーションを持たせたと等しくなって、急峻な光量制御特性を緩和することができる。
The
半透明膜18は、他のレンズ表面処理と同様に、蒸着やコーティングや貼付などによりレンズ表面に形成することができる。そのため、加工工程が増えることもなく、安価に半透明膜18を形成することができる。
The
また、この半透明膜18は、要するに透過する光を減少させるものであって、上記のように光透過率25%のものには限らない。光透過率0%の膜つまり完全黒色の無透過膜とすることも可能である。このような無透過膜を用いる場合、アイリス開口径が小さくなってきてこの膜の大きさに近づいてきたときに、光量変化が上記の半透明膜よりもいっそう急峻なものとなるが、レンズに対する加工は半透明膜よりも一般に容易であってより安価に製造できる。
In addition, the
その他、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で具体的な構造などは種々に変更できることはいうまでもないであろう。 Needless to say, the specific structure and the like can be variously changed without departing from the spirit of the present invention.
この発明のX線撮像装置によれば、簡単な構成で安価に製造できるものでありながら、低X線量下で調光用アイリス装置を開放側としたときの光量損失を実質的に招くことなく、大線量下で調光用アイリス装置を絞ったときの光量制御精度を向上させることができる。 According to the X-ray imaging apparatus of the present invention, although it can be manufactured at a low cost with a simple configuration, there is substantially no loss of light quantity when the dimming iris device is opened at a low X-ray dose. The light quantity control accuracy can be improved when the dimming iris device is narrowed down under a large dose.
10……被写体
11……X線管
12……X線蛍光増倍管
13……出力光学系
14……TVカメラ
15……対物レンズ
16……TVレンズ
17……TVレンズアイリス
18……半透明膜
19……アイリス羽根
20……羽根駆動機構
10 ...
Claims (1)
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