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JP5944254B2 - 放射線画像取得装置 - Google Patents

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Description

本発明は、放射線画像取得装置に関する。
従来、下記特許文献１に記載されるように、Ｘ線源から発せられて撮像対象物を透過したＸ線を平板状のシンチレータに照射し、シンチレータで発光した可視光（シンチレーション光）をシンチレータの両面に積層させた固体光検出器により検出し、各固体光検出器から出力された画像信号を重ね合わせて放射線画像を取得する装置が知られている。この装置では、シンチレータにおけるＸ線の入射面およびその裏面に光検出素子をカップリングさせており、入射面側の光検出素子と裏面側の光検出素子とのそれぞれにおいて可視光を検出することで、可視光の検出効率を高めている。
また、下記特許文献２に記載されるように、互いに重ねられた２枚のシンチレータと１枚の検出器とを用い、入射面側のシンチレータから出射されるシンチレーション光を検出器の一方の面で検出し、反対側のシンチレータから出射されるシンチレーション光を検出器の他方の面で検出する装置が知られている。この装置では、検出器の各面において、２種類の異なる波長で画像を形成している。
特開平７−２７８６６号公報 特表２０００−５１０７２９号公報
ところで、Ｘ線源は点光源であるため、対象物は少なくともＸ線の照射領域に配置される必要がある。たとえば、撮像対象となる対象物が大きく、その対象物の全体像を撮像したい場合には、よりシンチレータに近い位置に対象物を配置する必要がある。対象物をシンチレータに近づけることにより、シンチレータに対する投影拡大率を低くすることができ、対象物の全体像をシンチレータの範囲内に収めることができる。
本発明者らは、シンチレータにおけるＸ線の入射面から出射されるシンチレーション光を集光して撮像する第１の撮像手段と、入射面とは反対側の面から出射されるシンチレーション光を集光して撮像する第２の撮像手段とを備えた放射線画像取得装置を鋭意研究している。このような放射線画像取得装置では、第１の撮像手段すなわち入射面側の撮像手段は、シンチレータを基準として対象物と同じ側に位置する。
上記したように拡大率を調整するため、対象物をシンチレータに近づけた場合、入射面側の撮像手段の視野に対象物が入り込んでしまうことがある。入射面側の撮像手段の視野に対象物が入ると、たとえば、対象物による「けられ」が画像に生じてしまう。そこで、入射面側の撮像手段の視野に対象物が入ることを防止しつつ、所望の拡大率で画像を取得することができる放射線画像取得装置が望まれている。
本発明は、入射面側の撮像手段の視野に対象物が入ることを防止しつつ、所望の拡大率で画像を取得することができる放射線画像取得装置を提供することを目的とする。
本発明の放射線画像取得装置は、対象物に向けて放射線を出射する放射線源と、対象物を保持する保持部と、放射線源から出射され、対象物を透過した放射線の入射に応じてシンチレーション光を発生させる波長変換部材と、波長変換部材の放射線の入射面から出射されるシンチレーション光を集光して撮像する第１の撮像手段と、波長変換部材の入射面とは反対側の面から出射されるシンチレーション光を集光して撮像する第２の撮像手段と、放射線源と波長変換部材との間で保持部の位置を調整する保持部位置調整手段と、第１の撮像手段の位置を調整する撮像位置調整手段と、を備えることを特徴とする。
この放射線画像取得装置によれば、第１の撮像手段および第２の撮像手段によって、波長変換部材の放射線の入射面とその反対側の面とから出射されるシンチレーション光がそれぞれ集光され、撮像される。第１の撮像手段は、入射面側の撮像手段であり、第２の撮像手段は、入射面とは反対側の撮像手段である。保持部位置調整手段によって、放射線源と波長変換部材との間で保持部の位置を調整することにより、対象物を波長変換部材に近づけたり、波長変換部材から遠ざけたりすることができる。対象物を波長変換部材に近づけることにより、拡大率を低くすることができる。対象物を波長変換部材から遠ざけ、放射線源に近づけることにより、拡大率を高くすることができる。ここで、対象物を波長変換部材に近づけた場合であっても、撮像位置調整手段によって、第１の撮像手段の位置を調整することにより、第１の撮像手段の視野に対象物が入るのを防止することができる。したがって、入射面側の撮像手段である第１の撮像手段の視野に対象物が入ることを防止しつつ、所望の拡大率で画像を取得することができる。
撮像位置調整手段は、第１の撮像手段の光軸と波長変換部材の入射面とが交わる点を回転中心として、第１の撮像手段を回転させる。この構成によれば、第１の撮像手段の位置が調整されても、波長変換部材から第１の撮像手段までの光路長は変わらない。よって、画像に対する補正が容易になる。
撮像位置調整手段は、第１の撮像手段の光軸と波長変換部材の入射面とがなす角度を保ちながら、第１の撮像手段と波長変換部材とを回転させる。この構成によれば、第１の撮像手段の位置が調整されても、第１の撮像手段の光軸と波長変換部材の入射面とがなす角度は一定に保たれるため、画像に対する補正がより一層容易になる。また、第１の撮像手段におけるキャリブレーションを頻繁に行う必要がなく、利便性が向上する。
撮像位置調整手段は、第２の撮像手段の光軸と波長変換部材の反対側の面とがなす角度を保ちながら、第１の撮像手段と波長変換部材と第２の撮像手段とを回転させる。この構成によれば、第１の撮像手段、波長変換部材、および第２の撮像手段は、上記の点を回転中心として一体に移動する。よって、第１の撮像手段および第２の撮像手段の位置が調整されても、第１の撮像手段、波長変換部材、および第２の撮像手段の相対的な位置関係は変わらない。そのため、画像間演算を行いやすい画像を撮像することができる。また、第２の撮像手段におけるキャリブレーションを頻繁に行う必要がなく、利便性が向上する。
上記放射線画像取得装置は、第１の撮像手段の視野に対象物が入っているか否かを検出する検出手段を備える。この構成によれば、検出手段によって、対象物が第１の撮像手段の視野に入っているか否かが検出されるため、画像における「けられ」の発生を確実に防止することができる。
検出手段は、第１の撮像手段によって撮像された第１の画像および第２の撮像手段によって撮像された第２の画像に基づいて、第１の撮像手段の視野に対象物が入っているか否かを検出する。この構成によれば、対象物が第１の撮像手段の視野に入っているか否かを精度良く検出することができる。
検出手段は、第１の画像と第２の画像との光強度差に基づいて、第１の撮像手段の視野に対象物が入っているか否かを検出する。この構成によれば、対象物が第１の撮像手段の視野に入っているか否かを精度良く検出することができる。
検出手段は、第１の画像と第２の画像との差分画像に基づいて、第１の撮像手段の視野に対象物が入っているか否かを検出する。この構成によれば、対象物が第１の撮像手段の視野に入っているか否かを精度良く検出することができる。
検出手段は、第１の画像と第２の画像との輝度の比に基づいて、第１の撮像手段の視野に対象物が入っているか否かを検出する。この構成によれば、対象物が第１の撮像手段の視野に入っているか否かを精度良く検出することができる。
検出手段は、保持部位置調整手段によって保持部が動かされる間に第１の撮像手段によって連続して撮像された連続画像に基づいて、第１の撮像手段の視野に対象物が入っているか否かを検出する。この構成によれば、第１の撮像手段の視野から対象物が外れた時点、あるいは、第１の撮像手段の視野に対象物が入った時点を精度良く検出することができる。その結果として、放射線源に対する波長変換部材の傾斜角を最小限に抑えることができ、あおりの少ない画像を取得しやすい。
上記放射線画像取得装置は、第１の撮像手段、波長変換部材、および第２の撮像手段の回転角度に基づいて、第１の撮像手段によって撮像された第１の画像および第２の撮像手段によって撮像された第２の画像の画像演算を行う画像演算手段を備える。この構成によれば、対象物のコンピュータ断層撮影（Computed Tomography；ＣＴ）画像を得ることができる。
本発明によれば、入射面側の撮像手段である第１の撮像手段の視野に対象物が入ることを防止しつつ、所望の拡大率で画像を取得することができる。
本発明の第１実施形態に係る放射線画像取得装置の斜視図である。 図１の放射線画像取得装置を別の角度から見た斜視図である。 図１の放射線画像取得装置の平面図である。 対象物を波長変換部材に近づけた状態を示す平面図である。 第１の撮像手段の位置を調整した状態を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第１の撮像手段による撮像画像の例である。 第１の撮像手段および波長変換部材の回転角度を示す説明図である。 回転アクチュエータの駆動による角度変更方法を示す図である。 手動による角度変更方法を示す図である。 第２実施形態に係る放射線画像取得装置の斜視図である。 図１０の放射線画像取得装置を別の角度から見た斜視図である。 図１０の放射線画像取得装置の平面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面は説明用のために作成されたものであり、説明の対象部位を特に強調するように描かれている。そのため、図面における各部材の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。
図１〜図３に示されるように、第１実施形態の放射線画像取得装置１は、対象物Ａの放射線画像を取得するための装置である。放射線画像取得装置１は、対象物Ａに向けて白色Ｘ線等の放射線を出射する放射線源２と、放射線源２から出射されて対象物Ａを透過した放射線の入射に応じてシンチレーション光を発生させる波長変換板（波長変換部材）６と、波長変換板６の放射線の入射面６ａから出射されるシンチレーション光を集光して撮像する表面観察用光検出器（第１の撮像手段）３と、入射面６ａとは反対側の面である裏面６ｂ（図３参照）から出射されるシンチレーション光を集光して撮像する裏面観察用光検出器（第２の撮像手段）４と、を備えている。
放射線源２は、Ｘ線出射点２ａからコーンビームＸ線を出射する。対象物Ａは、半導体デバイス等の電子部品であり、たとえば半導体集積回路である。対象物Ａは、半導体デバイスに限られず、食料品等であってもよい。放射線画像取得装置１は、たとえば工業製品の非破壊解析を目的として、対象物Ａの放射線画像を取得する。
波長変換板６は、平板状の波長変換部材であり、例えばGd2O2S:Tb、Gd2O2S:Pr、CsI:Tl、CdWO4、CaWO4、Gd2SiO5:Ce、Lu0.4Gd1.6SiO5、Bi4Ge3O12、Lu2SiO5:Ce、Y2SiO5、YAlO3:Ce、Y2O2S:Tb、YTaO4:Tm等のシンチレータである。波長変換板６の厚さは数μｍ〜数ｍｍの範囲で検出する放射線のエネルギー帯によって適切な値に設定されている。
波長変換板６は、対象物Ａを透過したＸ線を可視光に変換する。比較的低いエネルギーのＸ線は、波長変換板６の表の面である入射面６ａで変換され、入射面６ａから出射される。また、比較的高いエネルギーのＸ線は、波長変換板６の裏面６ｂで変換され、裏面６ｂから出射される。
表面観察用光検出器３（以下、「表面（おもて面）検出器３」と称する）は、波長変換板６に投影された対象物Ａの投影像（すなわち放射線透過像）を波長変換板６の入射面６ａ側から撮像する間接変換方式の撮像手段である。すなわち、表面検出器３は、入射面６ａ側の撮像手段である。表面検出器３は、波長変換板６の入射面６ａから出射されるシンチレーション光を集光する集光レンズ部３ａと、集光レンズ部３ａにより集光されたシンチレーション光を撮像する撮像部３ｂと、を有する。表面検出器３は、レンズカップリング型の検出器である。集光レンズ部３ａは、視野２３のシンチレーション光を集光する。撮像部３ｂとしては、例えばＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等のエリアセンサが用いられる。
裏面観察用光検出器４（以下、「裏面（うら面）検出器４」と称する）は、波長変換板６に投影された対象物Ａの投影像（すなわち放射線透過像）を波長変換板６の裏面６ｂ側から撮像する間接変換方式の撮像手段である。すなわち、裏面検出器４は、裏面６ｂ側の撮像手段である。裏面検出器４は、波長変換板６の裏面６ｂから出射されるシンチレーション光を集光する集光レンズ部４ａと、集光レンズ部４ａにより集光されたシンチレーション光を撮像する撮像部４ｂと、を有する。裏面検出器４は、レンズカップリング型の検出器であり、上記の表面検出器３と同様の構成を有している。集光レンズ部４ａは、ミラー５を介して、視野２４のシンチレーション光を集光する。撮像部４ｂとしては、例えばＣＭＯＳセンサ、ＣＣＤセンサ等のエリアセンサが用いられる。
ミラー５は、波長変換板６の裏面６ｂから出射された光を反射し、反射した光を裏面検出器４へ向ける。これにより、裏面検出器４の被曝を防ぐことができる。
図３に示されるように、放射線画像取得装置１は、表面検出器３および裏面検出器４における撮像タイミングを制御するタイミング制御部２７と、表面検出器３および裏面検出器４から出力された画像信号を入力し、入力した各画像信号に基づいて画像処理等の所定の処理を実行する画像処理装置２８と、画像処理装置２８から出力された画像信号を入力し、放射線画像を表示する表示装置２９とを備えている。タイミング制御部２７および画像処理装置２８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、および入出力インターフェイス等を有するコンピュータから構成される。表示装置２９としては、公知のディスプレイが用いられる。なお、タイミング制御部２７および画像処理装置２８は、単一のコンピュータにより実行されるプログラムとして構成してもよいし、個別に設けられるユニットとして構成してもよい。
画像処理装置２８は、画像取得部２８ａと、検出部（検出手段）２８ｂと、画像処理部（画像演算手段）２８ｃとを有している。画像取得部２８ａは、表面検出器３および裏面検出器４から出力される画像信号を入力する。検出部２８ｂは、画像取得部２８ａによって入力された画像信号に示される放射線画像に基づいて、対象物Ａが表面検出器３の視野２３に入っているか否かを検出する。画像処理部２８ｃは、画像取得部２８ａによって入力された画像信号に基づいて差分演算や加算演算といった画像間演算などの所定の処理を実行する。画像処理部２８ｃは、画像処理後の画像信号を表示装置２９に出力する。
図１〜図３に示されるように、上記した放射線源２、表面検出器３、裏面検出器４、および波長変換板６は、板状のベース１０上に搭載されている。ベース１０の一方の端部には、放射線源２が載置され、固定されている。放射線源２の光軸Ｘは、ベース１０の延在方向に平行である。放射線源２の光軸Ｘ上には、対象物Ａおよび波長変換板６が配置される。すなわち、対象物Ａは、放射線源２のＸ線出射点２ａと波長変換板６との間に配置される。対象物Ａは、投影角度変更ステージ（保持部）１１によって保持されている。
投影角度変更ステージ１１は、対象物Ａを保持すると共に、対象物Ａを回転させるためのものである。投影角度変更ステージ１１によって対象物Ａを回転させることにより、様々な投影角度の放射線画像を取得できる。投影角度変更ステージ１１は、図示しない駆動機構を有しており、駆動機構によって、対象物Ａを回転軸線Ｌ１周りに回転させる。回転軸線Ｌ１は、ベース１０の延在方向に直交している。回転軸線Ｌ１は、放射線源２の光軸Ｘに交差しており、かつ、対象物Ａの略中心を通っている。なお、回転軸線Ｌ１は、対象物Ａの略中心を通る場合に限られず、対象物Ａから外れた位置に位置してもよい。
さらに、投影角度変更ステージ１１は、拡大率変更ステージ（保持部位置調整手段）１２によって支持されている。拡大率変更ステージ１２は、放射線源２と波長変換板６との間で、放射線源２の光軸に沿って対象物Ａを移動させるためのものである。拡大率変更ステージ１２は、対象物Ａを移動させ、放射線源２（Ｘ線の焦点）と対象物Ａの距離ＦＯＤ（Ｆｏｃｕｓ−Ｏｂｊｅｃｔ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）を変更することにより、放射線源２（Ｘ線の焦点）と波長変換板６の距離ＦＩＤ（Ｆｏｃｕｓ−Ｉｍａｇｅ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）に対するＦＯＤの比率を調整する。これによって、放射線画像の拡大率を変更できる。拡大率変更ステージ１２は、ベース１０に取り付けられて、放射線源２の光軸Ｘに平行に延在している。拡大率変更ステージ１２は、図示しない駆動機構を有しており、駆動機構によって、投影角度変更ステージ１１を放射線源２と波長変換板６との間でスライド移動させる。投影角度変更ステージ１１の移動方向は、放射線源２の光軸Ｘに平行である。
ベース１０の他方の端部には、ベース１０に対して回転可能な回転体２０が取り付けられている。この回転体２０は、撮影角度変更ステージ（撮像位置調整手段）１７によって支持されている。撮影角度変更ステージ１７は、駆動機構１７ａを有しており、駆動機構１７ａによって、回転体２０を回転軸線Ｌ２周りに回転させる。回転軸線Ｌ２は、回転軸線Ｌ１と平行である。回転軸線Ｌ２は、ベース１０の延在方向に直交している。回転軸線Ｌ２は、放射線源２の光軸Ｘに交差しており、かつ、波長変換板６の入射面６ａ上を通っている。また、回転軸線Ｌ２は、表面検出器３の光軸３ｃに交差する。すなわち、撮影角度変更ステージ１７は、表面検出器３の光軸３ｃと波長変換板６の入射面６ａとが交わる点（すなわち、後述する点α）を回転中心として、回転体２０を回転させる。
回転体２０は、撮影角度変更ステージ１７によって支持されるＸ線防護ボックス１４と、表面検出器３が載置される表面カメラ台座１３と、Ｘ線防護ボックス１４および表面カメラ台座１３を連結する連動アーム１６とを有している。
Ｘ線防護ボックス１４は、たとえば鉛などのＸ線遮蔽材料からなる箱体であり、裏面検出器４を収容する。Ｘ線防護ボックス１４は、放射線源２から出射されたＸ線を遮蔽することにより、裏面検出器４の被曝を防ぐ。Ｘ線防護ボックス１４の放射線源２に対向する面には、四角形の開口が形成されている。波長変換板６は、この開口に嵌め込まれて、Ｘ線防護ボックス１４に固定されている。
Ｘ線防護ボックス１４の内部には、裏面検出器４およびミラー５が固定されている。ミラー５の反射面は、ベース１０の延在方向に対して直交すると共に、波長変換板６の裏面６ｂに対して４５度をなす。裏面検出器４の集光レンズ部４ａは、ミラー５に対向している。裏面検出器４の光軸４ｃは、ベース１０の延在方向に平行である。裏面検出器４の光軸４ｃは、波長変換板６の裏面６ｂに平行である。すなわち、光軸４ｃは、ミラー５の反射面に直交する。ミラー５は、波長変換板６の裏面６ｂから出射されたシンチレーション光を反射し、この光を裏面検出器４に向ける。なお、波長変換板６の裏面６ｂに対するミラー５および光軸４ｃの角度は、上記した角度に限られず、適宜設定することができる。裏面検出器４によって、波長変換板６の裏面６ｂから出射されたシンチレーション光を集光可能な構成であればよい。
連動アーム１６は、ベース１０の他方の端部から一方の端部へ延びている。すなわち、連動アーム１６は、Ｘ線防護ボックス１４における波長変換板６の側方近傍から、放射線源２の側方まで延びている。この連動アーム１６は、放射線源２の光軸Ｘに干渉しない位置に配置される。表面カメラ台座１３上には、表面検出器３が固定されている。よって、表面検出器３は、放射線源２の側方に配置される。言い換えれば、表面検出器３は、対象物Ａの位置を通り放射線源２の光軸Ｘに直交する仮想平面を基準として、放射線源２と同じ側に配置される。表面検出器３の集光レンズ部３ａは、波長変換板６に対向している。表面検出器３の光軸３ｃは、ベース１０の延在方向に平行であると共に、波長変換板６の入射面６ａに直交する。なお、波長変換板６の入射面６ａに対する光軸３ｃの角度は、上記した角度に限られず、適宜設定することができる。表面検出器３によって、波長変換板６の入射面６ａから出射されたシンチレーション光を集光可能な構成であればよい。なお、撮像部３ｂの受光面は入射面６ａと略平行であるほうが好ましい。
以上の構成により、波長変換板６、表面検出器３、ミラー５、および裏面検出器４を含む回転体２０は、回転軸線Ｌ２を中心にして、一体となって回転可能になっている。すなわち、撮影角度変更ステージ１７は、表面検出器３の光軸３ｃと波長変換板６の入射面６ａとがなす角度を９０度に保ちながら、表面検出器３と波長変換板６とを回転させる。さらに、撮影角度変更ステージ１７は、裏面検出器４の光軸４ｃと波長変換板６の裏面６ｂとがなす角度を９０度に保ちながら、表面検出器３と波長変換板６と裏面検出器４とを回転させる。撮影角度変更ステージ１７は、放射線源２の光軸Ｘに対して、表面検出器３の光軸３ｃおよび裏面検出器４の光軸４ｃのなす角度を変更する。撮影角度変更ステージ１７による回転体２０の回転に伴い、表面検出器３の視野２３および裏面検出器４の視野２４も回転する。
このように、表面検出器３、裏面検出器４、および波長変換板６が一体となって回転するため、表面検出器３、波長変換板６、および裏面検出器４の相対的な位置関係は変わらない。そのため、表面検出器３および裏面検出器４によって取得される画像は、画像処理装置２８において画像間演算を行いやすい画像となる。また、波長変換板６に対する表面検出器３および裏面検出器４の角度も一定であるため、表面検出器３および裏面検出器４におけるキャリブレーションを頻繁に行う必要がなく、利便性が高くなっている。
ベース１０上に固定された放射線源２の光軸Ｘは、波長変換板６の入射面６ａの法線Ｂに対して角度θをなす。すなわち、放射線源２は、対象物Ａおよび入射面６ａに対峙すると共に、入射面６ａの法線Ｂから外れた位置に配置されている。換言すれば、放射線源２の光軸Ｘは、入射面６ａに対して鋭角をなす。角度θは、回転体２０の回転に伴って変化する。
ここで、放射線の光軸Ｘは、放射線源２のＸ線出射点２ａと波長変換板６の入射面６ａ上の任意の点γとを結ぶ直線である。本実施形態では、任意の点γが入射面６aの中心点となるように設定されており、この場合、比較的ムラなく放射線が照射される。また、法線Ｂとは、入射面６ａ上の任意の点αから延びる入射面６ａに対して垂直な直線である。本実施形態では、任意の点αが入射面６aの中心点となるように設定されており、放射線の光軸Ｘと法線Ｂとは、入射面６ａの任意の点γ(すなわち任意の点α)で交わる。もちろん、任意の点γおよび任意の点αは入射面６aの中心点である必要はなく、同一の点である必要もない。
表面検出器３の集光レンズ部３ａの光軸３ｃは、入射面６ａの法線Ｂに一致している。表面検出器３は、入射面６aの法線Ｂ方向に出射されたシンチレーション光を撮像可能であるため、あおりの少ない画像を取得しやすい。集光レンズ部３ａは、入射面６a上に焦点を合わせ、入射面６ａから法線Ｂ方向に出射されたシンチレーション光を撮像部３ｂに向けて集光する。なお、表面検出器３の光軸３ｃは、入射面６ａの法線Ｂに一致していなくてもよい。
このようにして、表面検出器３は、放射線源２の光軸Ｘ上から外して配置されている。すなわち、表面検出器３は、放射線源２からの放射線の出射領域（放射線束２２が存在する領域）から離れるように配置されている。これにより、放射線源２からの放射線による表面検出器３の被曝が防止され、表面検出器３の内部で放射線の直接変換信号が生じてノイズが発生することが防止されている。また、表面検出器３は、集光レンズ部３ａの中心から波長変換板６の入射面６ａに降ろした垂線が入射面６ａの範囲内であるように配置され、かつ、波長変換板６の入射面６ａ上方に配置されている。これにより、比較的多くのシンチレーション光を検出可能となる。
裏面検出器４の集光レンズ部４ａの光軸４ｃは、ミラー５を介して、裏面６ｂの法線Ｃに一致している。裏面検出器４は、裏面６ｂの法線Ｃ方向に出射されたシンチレーション光を撮像可能であるため、あおりの少ない画像を取得しやすい。ここで、法線Ｃとは、裏面６ｂ上の任意の点βから延び、裏面６ｂに対して垂直な直線である。特に、本実施形態では、任意の点βが裏面６ｂの中心点に設定されており、入射面６ａ上の任意の点αと裏面６ｂ上の任意の点βは同一直線上に位置し、この直線は法線Ｂと法線Ｃに一致する。集光レンズ部４ａは、裏面６ｂ上に焦点を合わせ、裏面６ｂから法線Ｃ方向に出射されたシンチレーション光を撮像部４ｂに向けて集光する。なお、裏面検出器４の光軸４ｃは、裏面６ｂの法線Ｃに一致していなくてもよい。
放射線画像取得装置１では、波長変換板６の入射面６ａから表面検出器３までの光路長と、波長変換板６の裏面６ｂから裏面検出器４までの光路長とは、等しくなっている。なお、波長変換板６の入射面６ａから表面検出器３までの光路長と、波長変換板６の裏面６ｂから裏面検出器４までの光路長とは異なっていてもよい。この場合、画像処理等により画像の大きさなどを合わせる必要がある。
上述したように、表面検出器３、裏面検出器４、および波長変換板６は一体となって回転するため、波長変換板６の入射面６ａから表面検出器３までの光路長、および、シンチレータ６の裏面６ｂから裏面検出器４までの光路長のそれぞれは、回転体２０の回転によっても変わらず、一定である。よって、表面検出器３および裏面検出器４のそれぞれによって取得される画像に対する補正が容易になっている。
続いて、上記の構成を有する放射線画像取得装置１の動作について説明する。まず、表面検出器３および裏面検出器４による撮像が同時に行われるよう、タイミング制御部２７による制御が行われる。タイミング制御部２７の撮像タイミング制御により、対象物Ａの放射線透過像を異なるエネルギー帯で画像化することができる。詳述すると、表面検出器３によって比較的低いエネルギー帯の放射線透過像が画像化され、また、裏面検出器４によって比較的高いエネルギー帯の放射線透過像が画像化される。これにより、デュアルエナジー撮像が実現される。なお、放射線画像取得装置１では、表面検出器３と裏面検出器４との撮像タイミングをそれぞれ異なるように制御することが可能である。また、表面検出器３と裏面検出器４とのそれぞれにおける露光時間や撮影枚数が異なるように制御してもよい。
表面検出器３および裏面検出器４の機能に関し、換言すると、表面検出器３によって、比較的入射面６ａ側で変換された蛍光(シンチレーション光)が検出される。入射面６ａ側で変換された蛍光の検出は、蛍光のボケが少なく、また、蛍光の輝度が高いといった特長を有する。これは、表面観察においては、波長変換板６の内部における拡散や自己吸収の影響を低減できるためである。一方、裏面検出器４では、波長変換板６の比較的裏面６ｂ側で変換された蛍光が検出される。この場合も、波長変換板６の内部における拡散や自己吸収の影響を低減できる。
次に、表面検出器３および裏面検出器４のそれぞれによって、表裏両面の放射線画像に対応する画像信号が画像処理装置２８に出力される。表面検出器３および裏面検出器４のそれぞれから出力された画像信号が画像処理装置２８の画像取得部２８ａに入力されると、画像処理装置２８の画像処理部２８ｃによって、入力した画像信号に基づいて差分演算や加算演算といった画像間演算などの所定の処理が実行され、画像処理後の画像信号が表示装置２９に出力される。そして、画像処理装置２８から出力された画像処理後の画像信号が表示装置２９に入力されると、表示装置２９によって、入力した画像処理後の画像信号に応じた放射線画像が表示される。特に、画像処理装置２８では、投影角度変更ステージ１１によって対象物Ａを回転させることにより、対象物Ａの３次元画像を作成することもできる。
ここで、本実施形態の放射線画像取得装置１によれば、所望の拡大率で対象物Ａの画像を取得することができ、さらには、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入ることを防止できる。以下、図３〜図６を参照して、放射線画像取得装置１による対象物Ａの撮影をより詳しく説明する。
図３に示されるように、通常の撮影状態においては、対象物Ａは、放射線源２から出射されるコーンビーム状のＸ線の範囲内（すなわち放射線束２２の範囲内）に配置される。このとき、表面検出器３の視野２３が対象物Ａを含まないように、表面検出器３が配置されている。この場合、図６（ａ）に示されるように、撮影画像Ｐａには、波長変換板６の発光部分Ｐ１の中に、投影像Ｐ２ａが写り込む。このように、対象物Ａをある程度の拡大率で撮影する場合には、対象物Ａによるケラレは生じない。
一方、図４に示されるように、拡大率を変更したい場合や、試料が大きくコーンビーム内（すなわち放射線束２２内）に対象物Ａが納まらない場合、拡大率変更ステージ１２を用いて、対象物Ａを波長変換板６に近づく方向へ移動させる。このとき、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入ってしまうことがある。この場合、対象物Ａが波長変換板６からの光を遮光してしまう。よって、図６（ｂ）に示されるように、撮影画像Ｐｂには、波長変換板６の発光部分Ｐ１の中に、投影像Ｐ２ｂだけではなく、対象物ＡによるケラレＰ３が写り込んでしまう。このように、拡大率を下げると表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入ってしまい、ケラレが生じる。
そこで、図５に示されるように、表面検出器３の光軸３ｃと波長変換板６の入射面６ａとが交わる点α（すなわち回転軸線Ｌ２）を中心に、撮影角度変更ステージ１７を用いて、Ｘ線防護ボックス１４を回転させる。このとき、Ｘ線防護ボックス１４の回転に伴い、連動アーム１６により、表面検出器３および表面カメラ台座１３も同じ回転中心で同じ角度だけ回転する。すなわち、回転体２０が回転する。このとき、表面検出器３と波長変換板６との位置関係は保たれるので、キャリブレーション条件を変える必要はない。このように表面検出器３を回転移動させることで、図６（ｃ）に示されるように、撮影画像Ｐｃには、波長変換板６の発光部分Ｐ１の中に、対象物Ａによるケラレの無い投影像Ｐ２ｃが写り込む。このように、表面検出器３のカメラ撮影角度を深くすることで、対象物Ａによるケラレを無くすことができる。
このように、撮影角度変更ステージ１７によって、回転軸線Ｌ２を中心に表面検出器３を回転させることにより、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入ることを防止できる。図７に示す例では、角度θから更に角度Δθだけ表面検出器３を回転させることにより、対象物Ａを表面検出器３の視野２３から外している。
放射線画像取得装置１では、画像処理装置２８の検出部２８ｂによって、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入っているか否かを検出することができる。検出部２８ｂは、以下に示す各種の処理を行うことにより、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入っているか否かを検出する。
具体的には、検出部２８ｂは、表面検出器３によって撮像された入射面画像および裏面検出器４によって撮像された裏面画像に基づいて、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入っているか否かを検出することができる。
また、検出部２８ｂは、入射面画像と裏面画像との光強度差に基づいて、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入っているか否かを検出することもできる。
また、検出部２８ｂは、入射面画像と裏面画像との差分画像に基づいて、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入っているか否かを検出することもできる。
また、検出部２８ｂは、入射面画像と裏面画像との輝度の比に基づいて、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入っているか否かを検出することもできる。
さらにまた、検出部２８ｂは、拡大率変更ステージ１２によって投影角度変更ステージ１１が動かされる間に表面検出器３によって連続して撮像された入射面の連続画像に基づいて、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入っているか否かを検出することもできる。
以上説明した本実施形態の放射線画像取得装置１によれば、表面検出器３および裏面検出器４によって、波長変換板６の入射面６ａと裏面６ｂとから出射されるシンチレーション光がそれぞれ集光され、撮像される。拡大率変更ステージ１２によって、放射線源２と波長変換板６との間で投影角度変更ステージ１１の位置を調整することにより、対象物Ａを波長変換板６に近づけたり、波長変換板６から遠ざけたりすることができる。対象物Ａを波長変換板６に近づけることにより、拡大率を低くすることができる。対象物Ａを波長変換板６から遠ざけ、放射線源２に近づけることにより、拡大率を高くすることができる。ここで、対象物Ａを波長変換板６に近づけた場合であっても、撮影角度変更ステージ１７によって、表面検出器３の位置を調整することにより、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入るのを防止することができる。したがって、入射面側の撮像手段である表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入ることを防止しつつ、所望の拡大率で画像を取得することができる。また、対象物Ａによるケラレの発生を防止することができる。
また、撮影角度変更ステージ１７は、表面検出器３の光軸３ｃと波長変換板６の入射面６ａとが交わる点αを回転中心として、表面検出器３を回転させるため、表面検出器３の位置が調整されても、波長変換板６から表面検出器３までの光路長は変わらない。よって、画像に対する補正が容易である。
また、表面検出器３の位置が調整されても、表面検出器３の光軸３ｃと波長変換板６の入射面６ａとがなす角度は一定に保たれるため、画像に対する補正がより一層容易になる。また、表面検出器３におけるキャリブレーションを頻繁に行う必要がなく、利便性が向上する。
また、表面検出器３、波長変換板６、および裏面検出器４は、上記の点αを回転中心として一体に移動する。よって、表面検出器３および裏面検出器４の位置が調整されても、表面検出器３、波長変換板６、および裏面検出器４の相対的な位置関係は変わらない。そのため、画像間演算を行いやすい画像を撮像することができる。また、裏面検出器４におけるキャリブレーションを頻繁に行う必要がなく、利便性が向上する。
従来、対象物Ａのサイズが大きかったり、拡大率が低かったり（すなわち波長変換板６に近い）すると、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが被ってしまうことになり、結果として撮影可能エリアが制限されていた。放射線画像取得装置１によれば、光軸３ｃを動かせる角度範囲を広げることで、撮影可能エリアを広げることができる。
また、対象物Ａが小さいときには放射線源２の光軸Ｘと表面検出器３の光軸３ｃとのなす角をなるべく小さくすることで、波長変換板６の傾きによる「あおり」の影響を低減し、解像度の損失あるいは低下を極力減らすことができる。
また、検出部２８ｂによって、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入っているか否かが検出されるため、画像におけるケラレの発生を確実に防止することができる。
また、検出部２８ｂは、表面検出器３によって撮像された入射面画像および裏面検出器４によって撮像された裏面画像に基づいて、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入っているか否かを検出する。これによれば、対象物Ａが視野２３に入っているか否かを精度良く検出することができる。
また、検出部２８ｂは、入射面画像と裏面画像との光強度差に基づいて、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入っているか否かを検出することもできる。これによれば、対象物Ａが視野２３に入っているか否かを精度良く検出することができる。
また、検出部２８ｂは、入射面画像と裏面画像との差分画像に基づいて、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入っているか否かを検出することもできる。これによれば、対象物Ａが視野２３に入っているか否かを精度良く検出することができる。
さらにまた、検出部２８ｂは、拡大率変更ステージ１２によって投影角度変更ステージ１１が動かされる間に表面検出器３によって連続して撮像された入射面の連続画像に基づいて、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入っているか否かを検出することもできる。これによれば、表面検出器３の視野２３から対象物Ａが外れた時点、あるいは、表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入った時点を精度良く検出することができる。その結果として、放射線源２に対する波長変換板６の傾斜角を最小限に抑えることができ、あおりの少ない画像が取得しやすい。
ところで、放射線画像取得装置１がＸ線ＣＴ装置である場合には、画像再構成時には放射線源２の光軸Ｘと波長変換板６の入射面６ａに対する角度の情報が必要になる。放射線画像取得装置１では、波長変換板６の入射面６ａと表面検出器３の光軸３ｃとの角度が一定に保たれているので、放射線源２の光軸Ｘと表面検出器３の光軸３ｃとの角度を求めることにより、ＣＴ画像を得ることができる。
具体的には、図８に示されるように、回転アクチュエータである駆動機構１７ａを駆動して、角度を変更することができる。この場合、撮影した画像を確認し（目視またはアルゴリズムによる検出を行い）、対象物Ａが画像に移りこまない位置に表面検出器３の角度を変更する。そして、そのときの角度を検出する。波長変換板６と表面検出器３との角度を駆動機構１７ａによって変更することで、たとえば駆動機構１７ａに接続されたＰＣ３０によって、変更角度を取得することができる。これにより、光軸Ｘと光軸３ｃとの間の角度を得ることができる。
また、図９に示されるように、手動で角度を変更することもできる。この場合、目盛り付き回転ステージ（撮像位置調整手段）１７Ａ上に波長変換板６および表面検出器３を配置し、手動で角度を変更した際に目盛りを読み取ることで、光軸Ｘと光軸３ｃとの間の角度を得ることができる。
これらの場合、画像処理装置２８の画像処理部２８ｃは、表面検出器３、波長変換板６、および裏面検出器４の回転角度に基づいて、入射面画像および裏面画像の画像演算を行うことができる。画像処理部２８ｃを備える画像処理装置２８によれば、対象物ＡのＣＴ画像を得ることができる。
次に、図１０〜図１２を参照して、第２実施形態の放射線画像取得装置１Ａについて説明する。図１０〜図１２に示される放射線画像取得装置１Ａが第１実施形態の放射線画像取得装置１と違う点は、横型のＸ線防護ボックス１４を有する回転体２０に代えて、縦型のＸ線防護ボックス１４Ａを有する回転体２０Ａを採用した点である。Ｘ線防護ボックス１４Ａでは、波長変換板６の配置そのものは放射線画像取得装置１から変更されていないが、ミラー５Ａおよび裏面検出器４Ａの配置が変更されている。すなわち、裏面検出器４Ａの光軸４ｃは、ベース１０の延在方向に直交している。ミラー５Ａの反射面は、ベース１０の延在方向に対して４５度傾斜している。なお、放射線画像取得装置１Ａも、放射線画像取得装置１と同様に、タイミング制御部２７、画像処理装置２８、および表示装置２９を備える。
このような放射線画像取得装置１Ａによっても、回転軸線Ｌ２を中心にして回転体２０Ａを回転させることにより、表面検出器３の位置を調整できる。したがって、放射線画像取得装置１と同様の作用効果を奏することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、表面検出器３が回転軸線Ｌ２を中心に回転する場合について説明したが、他の回転軸線を中心に回転してもよい。他の回転軸線は、表面検出器３の光軸３ｃと波長変換板６の入射面６ａとの交点を通ることが好ましいが、その交点を通らなくてもよい。表面検出器３の移動は、回転移動に限られず、スライド移動であってもよい。表面検出器３の視野２３に対象物Ａが入っているか否かを他の手段によって検出してもよい。たとえば、別途、専用の検出器を用いてもよい。
１，１Ａ…放射線画像取得装置、２…放射線源（放射線源）、３…表面観察用光検出器（第１の撮像手段）、３ｃ…光軸、４…裏面観察用光検出器（第２の撮像手段）、４ｃ…光軸、６…波長変換板（波長変換部材）、６ａ…入射面、６ｂ…裏面（反対側の面）、１１…投影角度変更ステージ（保持部）、１２…拡大率変更ステージ（保持部位置調整手段）、１７…撮影角度変更ステージ（撮像位置調整手段）、２３…視野（第１の撮像手段の視野）、２８ｂ…検出部（検出手段）、２８ｃ…画像処理部（画像演算手段）、Ａ…対象物、α…点。

Claims (10)

  1. 対象物に向けて放射線を出射する放射線源と、
    前記対象物を保持する保持部と、
    前記放射線源から出射され、対象物を透過した前記放射線の入射に応じてシンチレーション光を発生させる波長変換部材と、
    前記波長変換部材の前記放射線の入射面から出射されるシンチレーション光を集光して撮像する第１の撮像手段と、
    前記波長変換部材の前記入射面とは反対側の面から出射されるシンチレーション光を集光して撮像する第２の撮像手段と、
    前記放射線源と前記波長変換部材との間で前記保持部の位置を調整する保持部位置調整手段と、
    前記第１の撮像手段の位置を調整する撮像位置調整手段と、を備え、
    前記撮像位置調整手段は、前記第１の撮像手段の光軸と前記波長変換部材の前記入射面とが交わる点を回転中心として、前記第１の撮像手段を回転させることを特徴とする放射線画像取得装置。
  2. 前記撮像位置調整手段は、前記第１の撮像手段の光軸と前記波長変換部材の前記入射面とがなす角度を保ちながら、前記第１の撮像手段と前記波長変換部材とを回転させることを特徴とする請求項１記載の放射線画像取得装置。
  3. 前記撮像位置調整手段は、前記第２の撮像手段の光軸と前記波長変換部材の前記反対側の面とがなす角度を保ちながら、前記第１の撮像手段と前記波長変換部材と前記第２の撮像手段とを回転させることを特徴とする請求項２記載の放射線画像取得装置。
  4. 前記第１の撮像手段の視野に前記対象物が入っているか否かを検出する検出手段を備えることを特徴とする請求項３記載の放射線画像取得装置。
  5. 前記検出手段は、前記第１の撮像手段によって撮像された第１の画像および前記第２の撮像手段によって撮像された第２の画像に基づいて、前記第１の撮像手段の視野に前記対象物が入っているか否かを検出することを特徴とする請求項４記載の放射線画像取得装置。
  6. 前記検出手段は、前記第１の画像と前記第２の画像との光強度差に基づいて、前記第１の撮像手段の視野に前記対象物が入っているか否かを検出することを特徴とする請求項５記載の放射線画像取得装置。
  7. 前記検出手段は、前記第１の画像と前記第２の画像との差分画像に基づいて、前記第１の撮像手段の視野に前記対象物が入っているか否かを検出することを特徴とする請求項５記載の放射線画像取得装置。
  8. 前記検出手段は、前記第１の画像と前記第２の画像との輝度の比に基づいて、前記第１の撮像手段の視野に前記対象物が入っているか否かを検出することを特徴とする請求項５記載の放射線画像取得装置。
  9. 前記検出手段は、前記保持部位置調整手段によって前記保持部が動かされる間に前記第１の撮像手段によって連続して撮像された連続画像に基づいて、前記第１の撮像手段の視野に前記対象物が入っているか否かを検出することを特徴とする請求項５記載の放射線画像取得装置。
  10. 前記第１の撮像手段、前記波長変換部材、および前記第２の撮像手段の回転角度に基づいて、前記第１の撮像手段によって撮像された第１の画像および前記第２の撮像手段によって撮像された第２の画像の画像演算を行う画像演算手段を備えることを特徴とする請求項３〜９のいずれか一項に記載の放射線画像取得装置。
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