Ｘ線骨密度測定装置
【課題】高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ線とを交互に照射する骨密度測定装置において、エネルギー切替に係る移行期間における被検体の不要な被曝を防止又は軽減する。
【解決手段】ゲート信号（Ａ）における期間ｔ１が測定期間であり、期間ｔ２が非測定期間である。（Ｂ）に示すように、期間ｔ２においてはＸ線発生器の印加電圧が変化する。（Ｄ）に示す本実施形態の方式では、その期間ｔ２においてＸ線ビーム経路上に遮蔽部材が挿入され、これによって被検体の被曝の低減が図られる。そのためのフィルタユニットとしては、回転するフィルタプレートあるいは回転するフィルタドラムを用いることができる。
【解決手段】ゲート信号（Ａ）における期間ｔ１が測定期間であり、期間ｔ２が非測定期間である。（Ｂ）に示すように、期間ｔ２においてはＸ線発生器の印加電圧が変化する。（Ｄ）に示す本実施形態の方式では、その期間ｔ２においてＸ線ビーム経路上に遮蔽部材が挿入され、これによって被検体の被曝の低減が図られる。そのためのフィルタユニットとしては、回転するフィルタプレートあるいは回転するフィルタドラムを用いることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線骨密度測定装置に関し、特に被曝低減技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＸＡ法（Dual X-ray Absorptiometry：二重Ｘ線吸収法）を用いた骨密度測定装置においては、生体に対するＸ線ビームのスキャンに伴って、高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ線とが一定周期で交互に照射される。Ｘ線のエネルギーは、Ｘ線発生器の電圧を切り換えることによって可変できる（管電圧切換方式）。各Ｘ線ごとにそのスペクトラムや強度を調整するためにフィルタユニットが利用される。具体的には、高エネルギーＸ線の照射時と低エネルギーＸ線の照射時に、Ｘ線ビームの経路上に１又は複数のフィルタ部材が挿入される。
【０００３】
上記の管電圧切換方式において、電圧の遷移期間はＸ線エネルギーが不安定となるため、一般にその期間は測定から除外される。つまり、例えば、ゲート信号がＨＩの期間（各エネルギーのＸ線が安定して照射できる期間）だけ、Ｘ線検出が行われ、検出ゲート信号がＬＯＷの期間においてはＸ線の照射は行われているが、実際にはＸ線の検出は行われていない。
【０００４】
下記特許文献１には、Ｘ線ビームをジグザグスキャンする場合において、定常走査速度以外の加速期間や減速期間などの非測定期間において、Ｘ線ビーム経路上にシャッタを挿入して、生体における不要な被曝を防止する装置が記載されている。特許文献２及び特許文献３にはドラム状のフィルタ機構を有する骨密度測定装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１１３４０８号公報
【特許文献２】特開平１０−８５２０８号公報
【特許文献３】特開平９−１０８２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のＸ線骨密度測定装置において、高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ線とを一定の短周期で交互に照射する場合に、Ｘ線エネルギーの切換期間（不安定な遷移期間）においてもＸ線の照射が行われている。そこで、不要な被曝をできる限り低減することが望まれる。上記特許文献１には、加速減速期間などの非測定期間においてシャッタを用いて不要照射を回避するものが記載されているが、その文献には、Ｘ線エネルギーの高低切換時の被曝低減については記載されていない。
【０００７】
本発明の目的は、Ｘ線エネルギーを周期的に切り換える場合においてＸ線エネルギー移行時における不要な被曝を低減することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、簡便にフィルタの切り換えを行えるコンパクトなフィルタ機構を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、高エネルギーＸ線及び低エネルギーＸ線を交互に繰り返し発生するＸ線発生器と、前記Ｘ線発生器からのＸ線ビームが照射される位置に設けられたＸ線検出器と、前記Ｘ線ビームの経路上に被検体を位置決めする載置台と、複数のフィルタ部材と、前記Ｘ線ビームの経路上に挿入するフィルタ部材を選択するフィルタ選択機構と、を有するフィルタユニットと、を含み、前記複数のフィルタ部材には、前記高エネルギーＸ線の照射期間と前記低エネルギーＸ線の照射期間の間の各移行期間において、前記Ｘ線ビームの経路上に挿入される遮蔽用フィルタ部材が含まれることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、高エネルギーＸ線から低エネルギーＸ線への移行期間及び低エネルギーＸ線から高エネルギーＸ線への移行期間の内で、少なくとも一方あるいは特に望ましくは両方において、Ｘ線ビームの経路上に遮蔽用フィルタ部材が一時的に挿入される。つまり、測定期間以外の期間において、被検体への不要なＸ線照射を防止又は軽減できる。移行期間は一般に短時間であり、その単位での遮蔽効果は小さいかもしれないが、それが繰り返し行われるために、測定全体として、顕著な被曝低減効果を得られる。また、不安定な移行期間における散乱Ｘ線の発生を防止又は軽減できる。遮蔽用フィルタ部材としては、鉛、タングステンなどのようなＸ線遮蔽能力の高い部材を用いるのが望ましいが、Ｘ線遮蔽能力の低い部材であってもその厚みを増加させて同様の作用を得ることが可能である。
【００１１】
上記のフィルタユニットは、望ましくは、Ｘ線ビームの経路上に選択的に挿入される１又は複数のフィルタ部材（選択挿入型フィルタ部材）を有し、更に必要に応じて、Ｘ線ビームの経路上に固定的に挿入される１又は複数のフィルタ部材（固定挿入型フィルタ部材）を有する。それらのフィルタ部材は、Ｘ線発生器と被検体との間に設けられる。更に、その経路に、測定開始前及び測定開始後に閉動作するＸ線シャッタを設けるようにしてもよいし、上記の測定エリア外における加速減速期間で閉動作するＸ線シャッタを設けるようにしてもよい。そのようなＸ線シャッタと上記の遮蔽用フィルタ部材とは別々に設けるのが望ましいが、一体化することも可能である。後者についてはフィルタ選択機構の制御により実現できる。Ｘ線エネルギーの切換は望ましくはＸ線発生管の印加電圧の切り換えにより実現できるが、それ以外の方式においても上記同様の問題が生じるならば上記構成を適用することが可能である。
【００１２】
望ましくは、前記Ｘ線発生器においては、当該Ｘ線発生器が有するＸ線発生管への印加電圧の切り換えにより前記高エネルギーＸ線及び低エネルギーＸ線が交互に発生し、前記各移行期間は、前記印加電圧が高低に遷移する期間に相当し、その期間においては前記Ｘ線ビームの経路上に前記遮蔽用フィルタ部材が挿入されて前記被検体へのＸ線照射が間欠的に制限される。
【００１３】
望ましくは、前記高エネルギーＸ線及び前記低エネルギーＸ線の各照射期間と、前記各移行期間と、を特定するゲート信号を発生するゲート信号発生手段と、前記ゲート信号に同期して、前記Ｘ線発生管の印加電圧を周期的に切り換え、且つ、前記フィルタ選択機構によって前記Ｘ線ビームの経路上に挿入されるフィルタ部材を周期的に切り換える制御手段と、が含まれる。この構成によれば、フィルタ部材の切り換えと印加電圧の切り換えとが適切なタイミングで相互に同期して行われる。
【００１４】
望ましくは、前記複数のフィルタ部材には調整用フィルタ部材と前記遮蔽用フィルタ部材とが含まれ、前記フィルタユニットは、回転中心からシフトした位置に前記Ｘ線ビームが通過するように設けられた回転するプレートであって、前記調整用フィルタ部材及び前記遮蔽用フィルタ部材が円周方向に並べられたフィルタプレートを有し、前記フィルタ選択機構は前記フィルタプレートを回転する機構である。望ましくは、前記複数のフィルタ部材には、第１の調整用フィルタ部材と、第２の調整用フィルタ部材と、前記遮蔽用フィルタ部材と、が含まれ、前記第１の調整用フィルタ部材は前記Ｘ線ビームの経路上に固定的に配置され、前記フィルタユニットは、回転中心からシフトした位置に前記Ｘ線ビームが通過するように設けられた回転するプレートであって、前記第２の調整用フィルタ部材と、開口部と、それらの間に設けられた前記遮蔽用フィルタ部材と、が円周方向に並べられたフィルタプレートを有し、前記フィルタ選択機構は前記フィルタプレートを回転する機構である。この構成によれば、第２の調整用フィルタ部材から開口部への移行部分及び開口部から第２の調整用フィルタ部分の移行部分の内の少なくとも一方又は特に望ましくは両方に遮蔽用フィルタ部材が設けられる。フィルタプレートを回転させるだけでフィルタ部材等を選択できるのでその構成を簡易にもでき及びその制御が簡便である。上記の調整用フィルタ部材としては、Ｘ線のエネルギースペクトルを調整する部材、Ｘ線のエネルギーレベルを調整する部材などを用いることができる。フィルタプレート上における調整用フィルタ部材（及び開口部）の個数は、回転速度及び印加電圧切換周期に応じて、任意に設定することができる。
【００１５】
望ましくは、前記複数のフィルタ部材には調整用フィルタ部材と前記遮蔽用フィルタ部材とが含まれ、前記フィルタユニットは、回転中心軸が前記Ｘ線ビームと交差するように設けられた回転するドラムであって、前記調整用フィルタ部材及び前記遮蔽用フィルタ部材が円周方向に並べられたフィルタドラムを有し、前記フィルタ選択機構は前記フィルタドラムを回転する機構である。望ましくは、前記複数のフィルタ部材には、第１の調整用フィルタ部材と、第２の調整用フィルタ部材と、前記遮蔽用フィルタ部材と、が含まれ、前記第１の調整用フィルタ部材は前記Ｘ線ビームの経路上に固定的に配置され、前記フィルタユニットは、回転中心軸が前記Ｘ線ビームと交差するように設けられた回転するドラムであって、前記第２の調整用フィルタ部材と、開口部と、それらの間に設けられた前記遮蔽用フィルタ部材と、が円周方向に並べられたフィルタドラムを有し、前記フィルタ選択機構は前記フィルタドラムを回転する機構である。この構成によれば、第２の調整用フィルタ部材から開口部への移行部分及び開口部から第２の調整用フィルタ部分の移行部分の内の少なくとも一方又は特に望ましくは両方に遮蔽用フィルタ部材が設けられる。フィルタドラムを回転させるだけでフィルタ部材等を選択できるのでその構成を簡易にでき及びその制御が簡便である。更に、円板型でないので設置規模を小さくできる。フィルタドラムは中空ドラムであって中心に軸部材が存在しないものとして構成するのが望ましく、そのような構成の場合にはフィルタ部材の両端部が軸支される。フィルタ部材としては、一重円筒型を利用するのが望ましいが、二重円筒型を利用することも可能である。
【００１６】
望ましくは、前記Ｘ線ビームは扇状に広がるファンビーム形状を有し、前記フィルタドラムの回転中心軸と前記Ｘ線ビームの広がり方向とが一致する。この構成によれば、Ｘ線ビームが横方向に広がっていても、その広がりの各位置で、フィルタ部材への通過経路をほぼ一定にできる。Ｘ線検出器におけるＸ線センサごとに電気的に補正を行うことも可能である。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、Ｘ線エネルギーを周期的に切り換える場合においてＸ線エネルギー移行時における不要な被曝を低減できる。あるいは、本発明によれば、簡便にフィルタの切り換えを行えるコンパクトなフィルタ機構を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１には、本発明に係る骨密度測定装置の好適な実施形態が示されており、図１はその斜視図である。図１に示す骨密度測定装置は、人体における特に前腕部の骨密度を測定する装置であるが、本発明は他の部位を測定する場合においても適用することができる。
【００２０】
載置台１０上には被検者の前腕部が載置される。棒状部材１２が握られた状態において前腕部が載置台１０上に位置決めされ、その状態でＸ線ビーム２０が走査される。Ｘ線ビーム２０は図１に示す例においてペンシルビームであるが、いわゆる扇状に広がるファンビームであってもよい。あるいはそれ以外のビーム形態を有していてもよい。
【００２１】
測定ユニット１４は、Ｘ線発生器１６とＸ線検出器１８とによって構成され、その測定ユニット１４は搬送機構によって搬送される。ファンビーム形状をもったＸ線ビーム２０が用いられる場合、測定ユニット１４は被検体の長手方向に一次元走査され、一方、ペンシルビーム形状をもったＸ線ビーム２０が用いられる場合、測定ユニット１４はジグザグスキャンされる。いずれにおいても、二次元の測定領域にわたって骨密度の測定が行われる。
【００２２】
図１に示す例では、Ｘ線発生器１６は、装置本体内に設けられており、一方、Ｘ線検出器１８は載置台１０の上方に設けられる測定ヘッド１７内に収容されている。具体的には、搬送フレーム２４の下端部にＸ線発生器１６が搭載されており、搬送フレーム２４の上端部に測定ヘッド１７が設けられている。上記のように、測定ヘッド１７内にＸ線検出器１８が収容されている。搬送フレーム２４は上述したようにＸ線ビーム２０を走査するために機械的に搬送される。そのための機構については図示省略されている。なお、載置台１０の上方にＸ線発生器を設け、一方、載置台１０の下方にＸ線検出器を設けるようにしてもよい。
【００２３】
Ｘ線発生器１６と載置台１０との間にはフィルタユニット２２が設けられている。このフィルタユニット２２の構造については後に図２などを用いて詳述するが、フィルタユニット２２は図１に示す例において回転するフィルタプレートを有している。なお、後に示す図６乃至図８に記載された別の実施形態においては、フィルタユニットとして、回転するフィルタプレートに代えて回転するフィルタドラムが用いられる。いずれにしても、Ｘ線ビームの経路上に適切なフィルタ部材を選択的に挿入することにより、適切な骨密度測定を行い得る。その場合において、フィルタユニットにより不要な被曝を効果的に低減し、また散乱Ｘ線などを効果的に低減することが可能となる。
【００２４】
図２には、図１に示した骨密度測定装置の全体構成がブロック図として示されている。被検体３０を間に挟んでその下方にはＸ線発生器１６が設けられ、被検体３０の上方にはＸ線検出器１８が設けられている。被検体３０は図１に示した例では前腕部であるが、被検体３０は胴部あるいは脚部などであってもよい。
【００２５】
Ｘ線発生器１６に対して、電源３２が接続されており、電源３２による印加電圧は制御部３４によって制御される。すなわち、Ｘ線発生器１６は高エネルギーＸ線を発生する機能と低エネルギーＸ線を発生する機能とを有しており、エネルギーの切替えはＸ線発生器１６内に設けられたＸ線発生管への印加電圧の切替えにより行われている。つまり、電源３２による印加電圧を高低切り替えることによりＸ線のエネルギーを高低切り替えることができる。
【００２６】
Ｘ線検出器１８は単一のＸ線センサあるいは複数のＸ線センサなどによって構成される。Ｘ線の検出信号は信号処理部４６に入力され、その信号処理部４６において骨密度を演算するための信号処理が実行される。ちなみに、骨密度の演算を信号処理部４６で行わせるようにしてもよいし、制御部３４において行わせるようにしてもよい。本実施形態においては、上述したＤＸＡ法にしたがって骨密度の演算が行われている。その演算結果は表示部５０に表示される。制御部３４には入力部４８が接続されており、その入力部４８を利用してユーザーは動作条件の設定などを行うことができる。制御部３４は図２に示される各構成の動作制御を行っており、特に後に図５を用いて説明するゲート信号を発生する機能を有し、そのゲート信号に同期して各構成の動作を制御している。搬送機構３６は制御部３４によってその動作が制御されるものであり、搬送機構３６は図１に示した測定ユニットの搬送を行う。
【００２７】
フィルタユニット２２は、図２に示す構成例において、フィルタプレート４１と、フィルタ駆動部４４と、第１フィルタ部材４５とを有している。ここで、第１フィルタ部材４５は、例えばアルミニウムなどによって構成され、Ｘ線ビームの経路上に固定的に設けられ、常にその作用が発揮されるものである。すなわち、第１フィルタ部材４５は、高エネルギーＸ線及び低エネルギーＸ線の両方に対するエネルギースペクトルの調整あるいはエネルギーレベルの調整のために設けられている。
【００２８】
フィルタプレート４１は、後に図４を用いて説明するように、回転する円板として構成され、その円周方向に沿って交互配列された複数の第２フィルタ部材６４と、複数の開口部とを有している。各第２フィルタ部材６４と各開口部との間の隙間は第３のフィルタ部材として遮蔽部材が設けられている。フィルタプレート４１それ全体は上記の第２フィルタ部材６４及び開口部を除いて遮蔽部材６２によって構成されている。ここで、第２フィルタ部材６４は低エネルギーＸ線に対応したフィルタとして機能し、例えば銅部材によって構成される。また、遮蔽部材は、例えば鉛及び銅などの部材によって構成される。遮蔽部材はＸ線の減弱度合いが大きい部材で構成されるのが望ましく、上記のような鉛の他、タングステンなどの部材を用いることもできるし、Ｘ線の減弱度合いが弱い部材を厚く構成することにより、結果として遮蔽作用を得るようにしてもよい。
【００２９】
フィルタ駆動部４４は、フィルタプレート４１における回転軸を駆動し、フィルタプレート４１を一定速度で回転させるものである。その動作は制御部３４によって制御される。フィルタプレート４１における中心からシフトした位置にＸ線ビームが透過することになる。
【００３０】
符号３８はシャッタとしての遮蔽部材を示しており、そのシャッタ３８は鉛やタングステンなどの部材によって構成される。シャッタ駆動部４６はシャッタ３８を進退駆動するものであり、骨密度測定の開始前又は開始後においてはシャッタ３８がＸ線ビームの経路上に挿入される。また、骨密度測定にあたって例えばジグザグスキャンが行われる場合における加速期間及び減速期間などの期間においてシャッタ３８がＸ線ビームの経路上に挿入される。これによって、被検体３０における不要な被曝を防止することができる。更に、本実施形態においては、Ｘ線エネルギーの切替えを行う移行期間においても不要な被曝を低減するために遮蔽部材の挿入が行われており、これについては後に図４及び図５を用いて説明する。
【００３１】
図３には、従来例としてのフィルタプレート５２が示されている。回転軸５８には水平方向に広がって一対のセクタ板５４が設けられており、そのセクタ板５４はそれぞれ銅などのエネルギースペクトル調整用の部材として構成される。２つのセクタ板５４の隙間５６は開口部とされている。
【００３２】
高エネルギーＸ線の照射時においては開口部５６がＸ線ビームの経路上に挿入され、一方、低エネルギーＸ線の照射時においてはセクタ板５４がＸ線のビーム経路上に挿入される。なお、セクタ板５４の外縁に設けられた突起部５４Ａは回転角度などを検出するためのマーカーである。
【００３３】
図４には、本実施形態に係るフィルタプレート４１が示されている。フィルタプレート４１はその本体が円形の遮蔽板６２として構成され、遮蔽板６２は上記のように鉛やタングステンなどの部材を有する。更に銅などの部材を有していてもよい。遮蔽板６２には円周方向に沿って２つの開口部６６が形成されている。各開口部６６は図４に示す例において円形である。また、遮蔽板６２には円周方向に沿って２つの第２フィルタ部材６４が設けられている。遮蔽板６２において、第２フィルタ部材６４が設けられている部位は開口部である。したがって、フィルタプレート４１において円周方向に沿って観察すると、開口部６６、第２フィルタ部材６４、開口部６６、第２フィルタ部材６４といった具合に開口部６６と第２フィルタ部材６４とが交互に配列されている。ただし、それらの間には遮蔽板６２を構成する遮蔽部材が設けられている。具体的には、開口部６６と第２フィルタ部材６４との間に生じている４つの隙間６２Ａには鉛やタングステンなどの部材が設けられている。その部分が第３フィルタ部材として機能し、すなわち高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ線の照射間隔における移行期においてＸ線を遮蔽する機能を発揮する。なお、突起６２Ｂはフィルタプレート４１の回転角度を例えば光学的に検出するためのマーカーである。
【００３４】
図５には、上述した骨密度測定装置の動作例が示されている。（Ａ）には図２に示した制御部３４によって発生されるゲート信号が示されている。ここで期間ｔ１はＸ線照射期間（高エネルギーＸ線照射期間及び低エネルギーＸ線照射期間）を示しており、ｔ２はそれらの間に間欠的に存在する非測定期間を示している。例えば、ｔ１は３．３ｍｓであり、ｔ２は１．７ｍｓである。（Ｂ）にはＸ線発生器に印加される電圧の波形が示されている。ここで、ＬＯは低電圧を示し、ＨＩは高電圧を示している。期間ｔ２においては電圧が遷移しており、すなわち低電圧から高電圧に移行し、あるいは高電圧から低電圧に移行している。それらの期間においては電圧が不安定である。
【００３５】
図３に示したような従来方式によると、（Ｃ）に示すような動作となる。ｆ１を開口部によるフィルタ作用とし、ｆ２を上記のセクタ状のフィルタ部材によるフィルタ作用として定義すると、ｆ１とｆ２とが交互に切り替わることになるが、符号６８で示す部分に示されるように、電圧の移行期間においてフィルタ作用の切り替わりが行われることになり、その期間においても照射がされ続け、被検体に対して不要な被曝が生じることを指摘できる。また、その移行期間においてフィルタ作用が突然切り替わることになるため、散乱Ｘ線などの発生が懸念される。
【００３６】
（Ｄ）には本実施形態の方式が示されている。ここで、ｆ１は図４に示した開口部６６に相当するフィルタ作用を示しており、ｆ２は図４に示した第２フィルタ部材６４に相当するフィルタ作用を示しており、ｆ３は遮蔽板６２を構成する遮蔽部材つまり第３フィルタ部材による遮蔽作用を示している。例えば、ｆ１はアルミニウムによる遮蔽作用であり、ｆ２は銅とアルミニウムによる遮蔽作用であり、ｆ３は鉛と銅とアルミニウムによる遮蔽作用である。つまり、図１及び図２に示した構成例では第１フィルタ部材が常時挿入されており、アルミニウムについては常時その作用が働いている。
【００３７】
（Ｄ）に示す方式によれば、移行期間ｔ２においてはｆ３で示されるように遮蔽部材がＸ線ビームの経路上に挿入され、その期間内においてのＸ線照射が遮断されることになり、上述のように不要な被曝を防止でき、あるいは散乱Ｘ線などの問題を防止できるという利点がある。期間ｔ２は短時間ではあるが、それが繰り返し周期的に発生することになるため、そこにおいて僅かな被曝が全体として積算してみると一定の被曝量になることが見込まれる。そのような被曝量を解消できるという点で、本実施形態に係る構成は極めて実用的価値の高いものと認められる。なお、上述した各部材の具体例はいずれも一例であって、上記同様の作用が得られる限りにおいて各種の部材を用いることができる。その場合においては、単一の部材のみならず、複数の部材を結合させて所望のフィルタ部材を構成するようにしてもよい。
【００３８】
したがって、本実施形態によれば、図２に示したシャッタの利用と相俟って、骨密度測定の一連の工程における被曝量を極力低減できるという利点がある。なお、図４に示した構成例において、開口部６６及び第２フィルタ部材６４の形状はＸ線ビームの形状などに応じて適宜定めることができる。例えばそれらの形状が円弧状などであってもよい。また、遮蔽板６２において実質的に機能しない部分については除外するようにして、その重量を削減することも可能である。つまり、少なくともＸ線ビームが通過する領域において、所望のフィルタ作用を発揮する部材が設けられるように構成すればよい。
【００３９】
次に、図６乃至図８を用いてフィルタユニットの他の構成例について説明する。図６に示すフィルタユニット７０においては、フィルタドラム８０が設けられている。符号７２はＸ線発生器を示しており、Ｘ線発生器７２はＸ線発生管、コリメータなどを有している。またその出射端には第１フィルタ部材としてのアルミニウム板などが設けられている。
【００４０】
フィルタドラム８０はフレーム７４によって回転自在に支持されている。具体的には、フレーム７４の一方端７４Ａはフィルタドラム８０の軸７８の一方端を軸支し、その一方、フレーム７４の他方端には駆動部７６が取付けられ、その駆動部７６によって軸部材７８の他方端が軸支されている。駆動部７６の駆動により軸部材７８が回転し、これに伴ってフィルタドラム８０が回転する。フィルタドラム８０は、その円周方向に沿って、３つの開口部８８、１つの第２フィルタ部材８６及び４つの遮蔽部材８４を有している。図６に示す例では、Ｘ線ビーム８２がファンビーム形状を有し、そのＸ線ビーム８２が、下方に位置決めされた開口部を介して第２の調整用フィルタ部材８６を通過している。一方、図７に示す例では、下方に位置決めされた開口部と上方に位置決めされた開口部をそのままＸ線ビーム８２が通過している。その動作について図８を用いて詳述する。
【００４１】
図８には、回転するフィルタドラム８０の模式的な断面図が示されている。（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、フィルタドラム８０は円周方向に沿って３つの開口部８８−１，８８−２，８８−３、１つの第２フィルタ部材８６、及び、４つの遮蔽部材８４−１，８４−２，８４−３，８４−４を有している。各部材は上述した材料によって構成される。
【００４２】
（Ａ）に示されるように、高エネルギーＸ線の照射時には、開口部８８−３から入射したＸ線ビームが開口部８８−１を通過して被検体に照射される。次に、（Ｂ）に示されるように、低エネルギーＸ線の照射時においては、下方に位置決めされた開口部８２−２からＸ線ビームが進入し、そのＸ線ビームが上方に位置決めされた第２フィルタ部材８６を通過して被検体に照射される。更に、（Ｃ）に示されるように、上述した管電圧の切替期間すなわち移行期間においては、下方に位置決めされる遮蔽部材８４−２と上方に配置される遮蔽部材８４−４の両者相俟ってＸ線の減弱作用が発揮される。この場合、Ｘ線ビーム経路上に２つの遮蔽部材８４−２，８４−４が配置されることになるので、遮蔽効果を高めることができる。しかしながら、一方のみによって十分な遮蔽効果が得られるのであれば、それらの一方にのみ遮蔽部材を設けるように構成すればよい。
【００４３】
いずれにしても、回転ドラム８０が一定速度で回転するのに従って、上述したような各フィルタ作用が順次得られることになり、特に移行期間においてＸ線の十分な遮蔽を行うことが可能であるので、被検体に対する被曝を効果的に低減することが可能となる。図６乃至図８に示す実施形態によれば、回転ドラム８０を利用するためフィルタユニットの設置ボリュームを小さくすることができるという利点がある。
【００４４】
図６及び図７に示したように、ファンビーム形状をもったＸ線ビーム８２が用いられる場合、その広がり方向とフィルタドラム８０の中心軸とが一致される。これより、フィルタドラム８０の回転によってもファンビームの横方向の各位置におけるフィルタ作用はほぼ同一となるため、フィルタ作用の位置的な不安定性を解消できるという利点がある。ちなみに、フィルタドラム８０はその内部が中空とされており、その端部においてのみ軸が存在している。フィルタドラムを二重円筒型の構造とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る骨密度測定装置の好適な実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示した骨密度測定装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】従来例におけるフィルタプレートの一例を示す図である。
【図４】図１に示した実施形態におけるフィルタプレートの一例を示す図である。
【図５】図１及び図２に示した装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】他の実施形態に係るフィルタユニットの構成例を示す図である。
【図７】他の実施形態に係るフィルタユニットの構成例を示す図である。
【図８】他の実施形態に係るフィルタドラムの作用を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 載置台、１４ 測定ユニット、１６ Ｘ線発生器、１８ Ｘ線検出器、２０ Ｘ線ビーム、２２ フィルタユニット、４１ フィルタプレート、８０ フィルタドラム。
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線骨密度測定装置に関し、特に被曝低減技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＸＡ法（Dual X-ray Absorptiometry：二重Ｘ線吸収法）を用いた骨密度測定装置においては、生体に対するＸ線ビームのスキャンに伴って、高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ線とが一定周期で交互に照射される。Ｘ線のエネルギーは、Ｘ線発生器の電圧を切り換えることによって可変できる（管電圧切換方式）。各Ｘ線ごとにそのスペクトラムや強度を調整するためにフィルタユニットが利用される。具体的には、高エネルギーＸ線の照射時と低エネルギーＸ線の照射時に、Ｘ線ビームの経路上に１又は複数のフィルタ部材が挿入される。
【０００３】
上記の管電圧切換方式において、電圧の遷移期間はＸ線エネルギーが不安定となるため、一般にその期間は測定から除外される。つまり、例えば、ゲート信号がＨＩの期間（各エネルギーのＸ線が安定して照射できる期間）だけ、Ｘ線検出が行われ、検出ゲート信号がＬＯＷの期間においてはＸ線の照射は行われているが、実際にはＸ線の検出は行われていない。
【０００４】
下記特許文献１には、Ｘ線ビームをジグザグスキャンする場合において、定常走査速度以外の加速期間や減速期間などの非測定期間において、Ｘ線ビーム経路上にシャッタを挿入して、生体における不要な被曝を防止する装置が記載されている。特許文献２及び特許文献３にはドラム状のフィルタ機構を有する骨密度測定装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１１３４０８号公報
【特許文献２】特開平１０−８５２０８号公報
【特許文献３】特開平９−１０８２０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のＸ線骨密度測定装置において、高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ線とを一定の短周期で交互に照射する場合に、Ｘ線エネルギーの切換期間（不安定な遷移期間）においてもＸ線の照射が行われている。そこで、不要な被曝をできる限り低減することが望まれる。上記特許文献１には、加速減速期間などの非測定期間においてシャッタを用いて不要照射を回避するものが記載されているが、その文献には、Ｘ線エネルギーの高低切換時の被曝低減については記載されていない。
【０００７】
本発明の目的は、Ｘ線エネルギーを周期的に切り換える場合においてＸ線エネルギー移行時における不要な被曝を低減することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、簡便にフィルタの切り換えを行えるコンパクトなフィルタ機構を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、高エネルギーＸ線及び低エネルギーＸ線を交互に繰り返し発生するＸ線発生器と、前記Ｘ線発生器からのＸ線ビームが照射される位置に設けられたＸ線検出器と、前記Ｘ線ビームの経路上に被検体を位置決めする載置台と、複数のフィルタ部材と、前記Ｘ線ビームの経路上に挿入するフィルタ部材を選択するフィルタ選択機構と、を有するフィルタユニットと、を含み、前記複数のフィルタ部材には、前記高エネルギーＸ線の照射期間と前記低エネルギーＸ線の照射期間の間の各移行期間において、前記Ｘ線ビームの経路上に挿入される遮蔽用フィルタ部材が含まれることを特徴とする。
【００１０】
上記構成によれば、高エネルギーＸ線から低エネルギーＸ線への移行期間及び低エネルギーＸ線から高エネルギーＸ線への移行期間の内で、少なくとも一方あるいは特に望ましくは両方において、Ｘ線ビームの経路上に遮蔽用フィルタ部材が一時的に挿入される。つまり、測定期間以外の期間において、被検体への不要なＸ線照射を防止又は軽減できる。移行期間は一般に短時間であり、その単位での遮蔽効果は小さいかもしれないが、それが繰り返し行われるために、測定全体として、顕著な被曝低減効果を得られる。また、不安定な移行期間における散乱Ｘ線の発生を防止又は軽減できる。遮蔽用フィルタ部材としては、鉛、タングステンなどのようなＸ線遮蔽能力の高い部材を用いるのが望ましいが、Ｘ線遮蔽能力の低い部材であってもその厚みを増加させて同様の作用を得ることが可能である。
【００１１】
上記のフィルタユニットは、望ましくは、Ｘ線ビームの経路上に選択的に挿入される１又は複数のフィルタ部材（選択挿入型フィルタ部材）を有し、更に必要に応じて、Ｘ線ビームの経路上に固定的に挿入される１又は複数のフィルタ部材（固定挿入型フィルタ部材）を有する。それらのフィルタ部材は、Ｘ線発生器と被検体との間に設けられる。更に、その経路に、測定開始前及び測定開始後に閉動作するＸ線シャッタを設けるようにしてもよいし、上記の測定エリア外における加速減速期間で閉動作するＸ線シャッタを設けるようにしてもよい。そのようなＸ線シャッタと上記の遮蔽用フィルタ部材とは別々に設けるのが望ましいが、一体化することも可能である。後者についてはフィルタ選択機構の制御により実現できる。Ｘ線エネルギーの切換は望ましくはＸ線発生管の印加電圧の切り換えにより実現できるが、それ以外の方式においても上記同様の問題が生じるならば上記構成を適用することが可能である。
【００１２】
望ましくは、前記Ｘ線発生器においては、当該Ｘ線発生器が有するＸ線発生管への印加電圧の切り換えにより前記高エネルギーＸ線及び低エネルギーＸ線が交互に発生し、前記各移行期間は、前記印加電圧が高低に遷移する期間に相当し、その期間においては前記Ｘ線ビームの経路上に前記遮蔽用フィルタ部材が挿入されて前記被検体へのＸ線照射が間欠的に制限される。
【００１３】
望ましくは、前記高エネルギーＸ線及び前記低エネルギーＸ線の各照射期間と、前記各移行期間と、を特定するゲート信号を発生するゲート信号発生手段と、前記ゲート信号に同期して、前記Ｘ線発生管の印加電圧を周期的に切り換え、且つ、前記フィルタ選択機構によって前記Ｘ線ビームの経路上に挿入されるフィルタ部材を周期的に切り換える制御手段と、が含まれる。この構成によれば、フィルタ部材の切り換えと印加電圧の切り換えとが適切なタイミングで相互に同期して行われる。
【００１４】
望ましくは、前記複数のフィルタ部材には調整用フィルタ部材と前記遮蔽用フィルタ部材とが含まれ、前記フィルタユニットは、回転中心からシフトした位置に前記Ｘ線ビームが通過するように設けられた回転するプレートであって、前記調整用フィルタ部材及び前記遮蔽用フィルタ部材が円周方向に並べられたフィルタプレートを有し、前記フィルタ選択機構は前記フィルタプレートを回転する機構である。望ましくは、前記複数のフィルタ部材には、第１の調整用フィルタ部材と、第２の調整用フィルタ部材と、前記遮蔽用フィルタ部材と、が含まれ、前記第１の調整用フィルタ部材は前記Ｘ線ビームの経路上に固定的に配置され、前記フィルタユニットは、回転中心からシフトした位置に前記Ｘ線ビームが通過するように設けられた回転するプレートであって、前記第２の調整用フィルタ部材と、開口部と、それらの間に設けられた前記遮蔽用フィルタ部材と、が円周方向に並べられたフィルタプレートを有し、前記フィルタ選択機構は前記フィルタプレートを回転する機構である。この構成によれば、第２の調整用フィルタ部材から開口部への移行部分及び開口部から第２の調整用フィルタ部分の移行部分の内の少なくとも一方又は特に望ましくは両方に遮蔽用フィルタ部材が設けられる。フィルタプレートを回転させるだけでフィルタ部材等を選択できるのでその構成を簡易にもでき及びその制御が簡便である。上記の調整用フィルタ部材としては、Ｘ線のエネルギースペクトルを調整する部材、Ｘ線のエネルギーレベルを調整する部材などを用いることができる。フィルタプレート上における調整用フィルタ部材（及び開口部）の個数は、回転速度及び印加電圧切換周期に応じて、任意に設定することができる。
【００１５】
望ましくは、前記複数のフィルタ部材には調整用フィルタ部材と前記遮蔽用フィルタ部材とが含まれ、前記フィルタユニットは、回転中心軸が前記Ｘ線ビームと交差するように設けられた回転するドラムであって、前記調整用フィルタ部材及び前記遮蔽用フィルタ部材が円周方向に並べられたフィルタドラムを有し、前記フィルタ選択機構は前記フィルタドラムを回転する機構である。望ましくは、前記複数のフィルタ部材には、第１の調整用フィルタ部材と、第２の調整用フィルタ部材と、前記遮蔽用フィルタ部材と、が含まれ、前記第１の調整用フィルタ部材は前記Ｘ線ビームの経路上に固定的に配置され、前記フィルタユニットは、回転中心軸が前記Ｘ線ビームと交差するように設けられた回転するドラムであって、前記第２の調整用フィルタ部材と、開口部と、それらの間に設けられた前記遮蔽用フィルタ部材と、が円周方向に並べられたフィルタドラムを有し、前記フィルタ選択機構は前記フィルタドラムを回転する機構である。この構成によれば、第２の調整用フィルタ部材から開口部への移行部分及び開口部から第２の調整用フィルタ部分の移行部分の内の少なくとも一方又は特に望ましくは両方に遮蔽用フィルタ部材が設けられる。フィルタドラムを回転させるだけでフィルタ部材等を選択できるのでその構成を簡易にでき及びその制御が簡便である。更に、円板型でないので設置規模を小さくできる。フィルタドラムは中空ドラムであって中心に軸部材が存在しないものとして構成するのが望ましく、そのような構成の場合にはフィルタ部材の両端部が軸支される。フィルタ部材としては、一重円筒型を利用するのが望ましいが、二重円筒型を利用することも可能である。
【００１６】
望ましくは、前記Ｘ線ビームは扇状に広がるファンビーム形状を有し、前記フィルタドラムの回転中心軸と前記Ｘ線ビームの広がり方向とが一致する。この構成によれば、Ｘ線ビームが横方向に広がっていても、その広がりの各位置で、フィルタ部材への通過経路をほぼ一定にできる。Ｘ線検出器におけるＸ線センサごとに電気的に補正を行うことも可能である。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、Ｘ線エネルギーを周期的に切り換える場合においてＸ線エネルギー移行時における不要な被曝を低減できる。あるいは、本発明によれば、簡便にフィルタの切り換えを行えるコンパクトなフィルタ機構を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１には、本発明に係る骨密度測定装置の好適な実施形態が示されており、図１はその斜視図である。図１に示す骨密度測定装置は、人体における特に前腕部の骨密度を測定する装置であるが、本発明は他の部位を測定する場合においても適用することができる。
【００２０】
載置台１０上には被検者の前腕部が載置される。棒状部材１２が握られた状態において前腕部が載置台１０上に位置決めされ、その状態でＸ線ビーム２０が走査される。Ｘ線ビーム２０は図１に示す例においてペンシルビームであるが、いわゆる扇状に広がるファンビームであってもよい。あるいはそれ以外のビーム形態を有していてもよい。
【００２１】
測定ユニット１４は、Ｘ線発生器１６とＸ線検出器１８とによって構成され、その測定ユニット１４は搬送機構によって搬送される。ファンビーム形状をもったＸ線ビーム２０が用いられる場合、測定ユニット１４は被検体の長手方向に一次元走査され、一方、ペンシルビーム形状をもったＸ線ビーム２０が用いられる場合、測定ユニット１４はジグザグスキャンされる。いずれにおいても、二次元の測定領域にわたって骨密度の測定が行われる。
【００２２】
図１に示す例では、Ｘ線発生器１６は、装置本体内に設けられており、一方、Ｘ線検出器１８は載置台１０の上方に設けられる測定ヘッド１７内に収容されている。具体的には、搬送フレーム２４の下端部にＸ線発生器１６が搭載されており、搬送フレーム２４の上端部に測定ヘッド１７が設けられている。上記のように、測定ヘッド１７内にＸ線検出器１８が収容されている。搬送フレーム２４は上述したようにＸ線ビーム２０を走査するために機械的に搬送される。そのための機構については図示省略されている。なお、載置台１０の上方にＸ線発生器を設け、一方、載置台１０の下方にＸ線検出器を設けるようにしてもよい。
【００２３】
Ｘ線発生器１６と載置台１０との間にはフィルタユニット２２が設けられている。このフィルタユニット２２の構造については後に図２などを用いて詳述するが、フィルタユニット２２は図１に示す例において回転するフィルタプレートを有している。なお、後に示す図６乃至図８に記載された別の実施形態においては、フィルタユニットとして、回転するフィルタプレートに代えて回転するフィルタドラムが用いられる。いずれにしても、Ｘ線ビームの経路上に適切なフィルタ部材を選択的に挿入することにより、適切な骨密度測定を行い得る。その場合において、フィルタユニットにより不要な被曝を効果的に低減し、また散乱Ｘ線などを効果的に低減することが可能となる。
【００２４】
図２には、図１に示した骨密度測定装置の全体構成がブロック図として示されている。被検体３０を間に挟んでその下方にはＸ線発生器１６が設けられ、被検体３０の上方にはＸ線検出器１８が設けられている。被検体３０は図１に示した例では前腕部であるが、被検体３０は胴部あるいは脚部などであってもよい。
【００２５】
Ｘ線発生器１６に対して、電源３２が接続されており、電源３２による印加電圧は制御部３４によって制御される。すなわち、Ｘ線発生器１６は高エネルギーＸ線を発生する機能と低エネルギーＸ線を発生する機能とを有しており、エネルギーの切替えはＸ線発生器１６内に設けられたＸ線発生管への印加電圧の切替えにより行われている。つまり、電源３２による印加電圧を高低切り替えることによりＸ線のエネルギーを高低切り替えることができる。
【００２６】
Ｘ線検出器１８は単一のＸ線センサあるいは複数のＸ線センサなどによって構成される。Ｘ線の検出信号は信号処理部４６に入力され、その信号処理部４６において骨密度を演算するための信号処理が実行される。ちなみに、骨密度の演算を信号処理部４６で行わせるようにしてもよいし、制御部３４において行わせるようにしてもよい。本実施形態においては、上述したＤＸＡ法にしたがって骨密度の演算が行われている。その演算結果は表示部５０に表示される。制御部３４には入力部４８が接続されており、その入力部４８を利用してユーザーは動作条件の設定などを行うことができる。制御部３４は図２に示される各構成の動作制御を行っており、特に後に図５を用いて説明するゲート信号を発生する機能を有し、そのゲート信号に同期して各構成の動作を制御している。搬送機構３６は制御部３４によってその動作が制御されるものであり、搬送機構３６は図１に示した測定ユニットの搬送を行う。
【００２７】
フィルタユニット２２は、図２に示す構成例において、フィルタプレート４１と、フィルタ駆動部４４と、第１フィルタ部材４５とを有している。ここで、第１フィルタ部材４５は、例えばアルミニウムなどによって構成され、Ｘ線ビームの経路上に固定的に設けられ、常にその作用が発揮されるものである。すなわち、第１フィルタ部材４５は、高エネルギーＸ線及び低エネルギーＸ線の両方に対するエネルギースペクトルの調整あるいはエネルギーレベルの調整のために設けられている。
【００２８】
フィルタプレート４１は、後に図４を用いて説明するように、回転する円板として構成され、その円周方向に沿って交互配列された複数の第２フィルタ部材６４と、複数の開口部とを有している。各第２フィルタ部材６４と各開口部との間の隙間は第３のフィルタ部材として遮蔽部材が設けられている。フィルタプレート４１それ全体は上記の第２フィルタ部材６４及び開口部を除いて遮蔽部材６２によって構成されている。ここで、第２フィルタ部材６４は低エネルギーＸ線に対応したフィルタとして機能し、例えば銅部材によって構成される。また、遮蔽部材は、例えば鉛及び銅などの部材によって構成される。遮蔽部材はＸ線の減弱度合いが大きい部材で構成されるのが望ましく、上記のような鉛の他、タングステンなどの部材を用いることもできるし、Ｘ線の減弱度合いが弱い部材を厚く構成することにより、結果として遮蔽作用を得るようにしてもよい。
【００２９】
フィルタ駆動部４４は、フィルタプレート４１における回転軸を駆動し、フィルタプレート４１を一定速度で回転させるものである。その動作は制御部３４によって制御される。フィルタプレート４１における中心からシフトした位置にＸ線ビームが透過することになる。
【００３０】
符号３８はシャッタとしての遮蔽部材を示しており、そのシャッタ３８は鉛やタングステンなどの部材によって構成される。シャッタ駆動部４６はシャッタ３８を進退駆動するものであり、骨密度測定の開始前又は開始後においてはシャッタ３８がＸ線ビームの経路上に挿入される。また、骨密度測定にあたって例えばジグザグスキャンが行われる場合における加速期間及び減速期間などの期間においてシャッタ３８がＸ線ビームの経路上に挿入される。これによって、被検体３０における不要な被曝を防止することができる。更に、本実施形態においては、Ｘ線エネルギーの切替えを行う移行期間においても不要な被曝を低減するために遮蔽部材の挿入が行われており、これについては後に図４及び図５を用いて説明する。
【００３１】
図３には、従来例としてのフィルタプレート５２が示されている。回転軸５８には水平方向に広がって一対のセクタ板５４が設けられており、そのセクタ板５４はそれぞれ銅などのエネルギースペクトル調整用の部材として構成される。２つのセクタ板５４の隙間５６は開口部とされている。
【００３２】
高エネルギーＸ線の照射時においては開口部５６がＸ線ビームの経路上に挿入され、一方、低エネルギーＸ線の照射時においてはセクタ板５４がＸ線のビーム経路上に挿入される。なお、セクタ板５４の外縁に設けられた突起部５４Ａは回転角度などを検出するためのマーカーである。
【００３３】
図４には、本実施形態に係るフィルタプレート４１が示されている。フィルタプレート４１はその本体が円形の遮蔽板６２として構成され、遮蔽板６２は上記のように鉛やタングステンなどの部材を有する。更に銅などの部材を有していてもよい。遮蔽板６２には円周方向に沿って２つの開口部６６が形成されている。各開口部６６は図４に示す例において円形である。また、遮蔽板６２には円周方向に沿って２つの第２フィルタ部材６４が設けられている。遮蔽板６２において、第２フィルタ部材６４が設けられている部位は開口部である。したがって、フィルタプレート４１において円周方向に沿って観察すると、開口部６６、第２フィルタ部材６４、開口部６６、第２フィルタ部材６４といった具合に開口部６６と第２フィルタ部材６４とが交互に配列されている。ただし、それらの間には遮蔽板６２を構成する遮蔽部材が設けられている。具体的には、開口部６６と第２フィルタ部材６４との間に生じている４つの隙間６２Ａには鉛やタングステンなどの部材が設けられている。その部分が第３フィルタ部材として機能し、すなわち高エネルギーＸ線と低エネルギーＸ線の照射間隔における移行期においてＸ線を遮蔽する機能を発揮する。なお、突起６２Ｂはフィルタプレート４１の回転角度を例えば光学的に検出するためのマーカーである。
【００３４】
図５には、上述した骨密度測定装置の動作例が示されている。（Ａ）には図２に示した制御部３４によって発生されるゲート信号が示されている。ここで期間ｔ１はＸ線照射期間（高エネルギーＸ線照射期間及び低エネルギーＸ線照射期間）を示しており、ｔ２はそれらの間に間欠的に存在する非測定期間を示している。例えば、ｔ１は３．３ｍｓであり、ｔ２は１．７ｍｓである。（Ｂ）にはＸ線発生器に印加される電圧の波形が示されている。ここで、ＬＯは低電圧を示し、ＨＩは高電圧を示している。期間ｔ２においては電圧が遷移しており、すなわち低電圧から高電圧に移行し、あるいは高電圧から低電圧に移行している。それらの期間においては電圧が不安定である。
【００３５】
図３に示したような従来方式によると、（Ｃ）に示すような動作となる。ｆ１を開口部によるフィルタ作用とし、ｆ２を上記のセクタ状のフィルタ部材によるフィルタ作用として定義すると、ｆ１とｆ２とが交互に切り替わることになるが、符号６８で示す部分に示されるように、電圧の移行期間においてフィルタ作用の切り替わりが行われることになり、その期間においても照射がされ続け、被検体に対して不要な被曝が生じることを指摘できる。また、その移行期間においてフィルタ作用が突然切り替わることになるため、散乱Ｘ線などの発生が懸念される。
【００３６】
（Ｄ）には本実施形態の方式が示されている。ここで、ｆ１は図４に示した開口部６６に相当するフィルタ作用を示しており、ｆ２は図４に示した第２フィルタ部材６４に相当するフィルタ作用を示しており、ｆ３は遮蔽板６２を構成する遮蔽部材つまり第３フィルタ部材による遮蔽作用を示している。例えば、ｆ１はアルミニウムによる遮蔽作用であり、ｆ２は銅とアルミニウムによる遮蔽作用であり、ｆ３は鉛と銅とアルミニウムによる遮蔽作用である。つまり、図１及び図２に示した構成例では第１フィルタ部材が常時挿入されており、アルミニウムについては常時その作用が働いている。
【００３７】
（Ｄ）に示す方式によれば、移行期間ｔ２においてはｆ３で示されるように遮蔽部材がＸ線ビームの経路上に挿入され、その期間内においてのＸ線照射が遮断されることになり、上述のように不要な被曝を防止でき、あるいは散乱Ｘ線などの問題を防止できるという利点がある。期間ｔ２は短時間ではあるが、それが繰り返し周期的に発生することになるため、そこにおいて僅かな被曝が全体として積算してみると一定の被曝量になることが見込まれる。そのような被曝量を解消できるという点で、本実施形態に係る構成は極めて実用的価値の高いものと認められる。なお、上述した各部材の具体例はいずれも一例であって、上記同様の作用が得られる限りにおいて各種の部材を用いることができる。その場合においては、単一の部材のみならず、複数の部材を結合させて所望のフィルタ部材を構成するようにしてもよい。
【００３８】
したがって、本実施形態によれば、図２に示したシャッタの利用と相俟って、骨密度測定の一連の工程における被曝量を極力低減できるという利点がある。なお、図４に示した構成例において、開口部６６及び第２フィルタ部材６４の形状はＸ線ビームの形状などに応じて適宜定めることができる。例えばそれらの形状が円弧状などであってもよい。また、遮蔽板６２において実質的に機能しない部分については除外するようにして、その重量を削減することも可能である。つまり、少なくともＸ線ビームが通過する領域において、所望のフィルタ作用を発揮する部材が設けられるように構成すればよい。
【００３９】
次に、図６乃至図８を用いてフィルタユニットの他の構成例について説明する。図６に示すフィルタユニット７０においては、フィルタドラム８０が設けられている。符号７２はＸ線発生器を示しており、Ｘ線発生器７２はＸ線発生管、コリメータなどを有している。またその出射端には第１フィルタ部材としてのアルミニウム板などが設けられている。
【００４０】
フィルタドラム８０はフレーム７４によって回転自在に支持されている。具体的には、フレーム７４の一方端７４Ａはフィルタドラム８０の軸７８の一方端を軸支し、その一方、フレーム７４の他方端には駆動部７６が取付けられ、その駆動部７６によって軸部材７８の他方端が軸支されている。駆動部７６の駆動により軸部材７８が回転し、これに伴ってフィルタドラム８０が回転する。フィルタドラム８０は、その円周方向に沿って、３つの開口部８８、１つの第２フィルタ部材８６及び４つの遮蔽部材８４を有している。図６に示す例では、Ｘ線ビーム８２がファンビーム形状を有し、そのＸ線ビーム８２が、下方に位置決めされた開口部を介して第２の調整用フィルタ部材８６を通過している。一方、図７に示す例では、下方に位置決めされた開口部と上方に位置決めされた開口部をそのままＸ線ビーム８２が通過している。その動作について図８を用いて詳述する。
【００４１】
図８には、回転するフィルタドラム８０の模式的な断面図が示されている。（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、フィルタドラム８０は円周方向に沿って３つの開口部８８−１，８８−２，８８−３、１つの第２フィルタ部材８６、及び、４つの遮蔽部材８４−１，８４−２，８４−３，８４−４を有している。各部材は上述した材料によって構成される。
【００４２】
（Ａ）に示されるように、高エネルギーＸ線の照射時には、開口部８８−３から入射したＸ線ビームが開口部８８−１を通過して被検体に照射される。次に、（Ｂ）に示されるように、低エネルギーＸ線の照射時においては、下方に位置決めされた開口部８２−２からＸ線ビームが進入し、そのＸ線ビームが上方に位置決めされた第２フィルタ部材８６を通過して被検体に照射される。更に、（Ｃ）に示されるように、上述した管電圧の切替期間すなわち移行期間においては、下方に位置決めされる遮蔽部材８４−２と上方に配置される遮蔽部材８４−４の両者相俟ってＸ線の減弱作用が発揮される。この場合、Ｘ線ビーム経路上に２つの遮蔽部材８４−２，８４−４が配置されることになるので、遮蔽効果を高めることができる。しかしながら、一方のみによって十分な遮蔽効果が得られるのであれば、それらの一方にのみ遮蔽部材を設けるように構成すればよい。
【００４３】
いずれにしても、回転ドラム８０が一定速度で回転するのに従って、上述したような各フィルタ作用が順次得られることになり、特に移行期間においてＸ線の十分な遮蔽を行うことが可能であるので、被検体に対する被曝を効果的に低減することが可能となる。図６乃至図８に示す実施形態によれば、回転ドラム８０を利用するためフィルタユニットの設置ボリュームを小さくすることができるという利点がある。
【００４４】
図６及び図７に示したように、ファンビーム形状をもったＸ線ビーム８２が用いられる場合、その広がり方向とフィルタドラム８０の中心軸とが一致される。これより、フィルタドラム８０の回転によってもファンビームの横方向の各位置におけるフィルタ作用はほぼ同一となるため、フィルタ作用の位置的な不安定性を解消できるという利点がある。ちなみに、フィルタドラム８０はその内部が中空とされており、その端部においてのみ軸が存在している。フィルタドラムを二重円筒型の構造とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る骨密度測定装置の好適な実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示した骨密度測定装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】従来例におけるフィルタプレートの一例を示す図である。
【図４】図１に示した実施形態におけるフィルタプレートの一例を示す図である。
【図５】図１及び図２に示した装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】他の実施形態に係るフィルタユニットの構成例を示す図である。
【図７】他の実施形態に係るフィルタユニットの構成例を示す図である。
【図８】他の実施形態に係るフィルタドラムの作用を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０ 載置台、１４ 測定ユニット、１６ Ｘ線発生器、１８ Ｘ線検出器、２０ Ｘ線ビーム、２２ フィルタユニット、４１ フィルタプレート、８０ フィルタドラム。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高エネルギーＸ線及び低エネルギーＸ線を交互に繰り返し発生するＸ線発生器と、
前記Ｘ線発生器からのＸ線ビームが照射される位置に設けられたＸ線検出器と、
前記Ｘ線ビームの経路上に被検体を位置決めする載置台と、
複数のフィルタ部材と、前記Ｘ線ビームの経路上に挿入するフィルタ部材を選択するフィルタ選択機構と、を有するフィルタユニットと、
を含み、
前記複数のフィルタ部材には、前記高エネルギーＸ線の照射期間と前記低エネルギーＸ線の照射期間の間の各移行期間において、前記Ｘ線ビームの経路上に挿入される遮蔽用フィルタ部材が含まれることを特徴とするＸ線骨密度測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記Ｘ線発生器においては、当該Ｘ線発生器が有するＸ線発生管への印加電圧の切り換えにより前記高エネルギーＸ線及び低エネルギーＸ線が交互に発生し、
前記各移行期間は、前記印加電圧が高低に遷移する期間に相当し、その期間においては前記Ｘ線ビームの経路上に前記遮蔽用フィルタ部材が挿入されて前記被検体へのＸ線照射が間欠的に制限される、
ことを特徴とするＸ線骨密度測定装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記高エネルギーＸ線及び前記低エネルギーＸ線の各照射期間と、前記各移行期間と、を特定するゲート信号を発生するゲート信号発生手段と、
前記ゲート信号に同期して、前記Ｘ線発生管の印加電圧を周期的に切り換え、且つ、前記フィルタ選択機構によって前記Ｘ線ビームの経路上に挿入されるフィルタ部材を周期的に切り換える制御手段と、
を含むことを特徴とするＸ線骨密度測定装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記複数のフィルタ部材には調整用フィルタ部材と前記遮蔽用フィルタ部材とが含まれ、
前記フィルタユニットは、回転中心からシフトした位置に前記Ｘ線ビームが通過するように設けられた回転するプレートであって、前記調整用フィルタ部材及び前記遮蔽用フィルタ部材が円周方向に並べられたフィルタプレートを有し、
前記フィルタ選択機構は前記フィルタプレートを回転する機構である、
ことを特徴とするＸ線骨密度測定装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、
前記複数のフィルタ部材には、第１の調整用フィルタ部材と、第２の調整用フィルタ部材と、前記遮蔽用フィルタ部材と、が含まれ、
前記第１の調整用フィルタ部材は前記Ｘ線ビームの経路上に固定的に配置され、
前記フィルタユニットは、回転中心からシフトした位置に前記Ｘ線ビームが通過するように設けられた回転するプレートであって、前記第２の調整用フィルタ部材と、開口部と、それらの間に設けられた前記遮蔽用フィルタ部材と、が円周方向に並べられたフィルタプレートを有し、
前記フィルタ選択機構は前記フィルタプレートを回転する機構である、
ことを特徴とするＸ線骨密度測定装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、
前記複数のフィルタ部材には調整用フィルタ部材と前記遮蔽用フィルタ部材とが含まれ、
前記フィルタユニットは、回転中心軸が前記Ｘ線ビームと交差するように設けられた回転するドラムであって、前記調整用フィルタ部材及び前記遮蔽用フィルタ部材が円周方向に並べられたフィルタドラムを有し、
前記フィルタ選択機構は前記フィルタドラムを回転する機構である、
ことを特徴とするＸ線骨密度測定装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、
前記複数のフィルタ部材には、第１の調整用フィルタ部材と、第２の調整用フィルタ部材と、前記遮蔽用フィルタ部材と、が含まれ、
前記第１の調整用フィルタ部材は前記Ｘ線ビームの経路上に固定的に配置され、
前記フィルタユニットは、回転中心軸が前記Ｘ線ビームと交差するように設けられた回転するドラムであって、前記第２の調整用フィルタ部材と、開口部と、それらの間に設けられた前記遮蔽用フィルタ部材と、が円周方向に並べられたフィルタドラムを有し、
前記フィルタ選択機構は前記フィルタドラムを回転する機構である、
ことを特徴とするＸ線骨密度測定装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載の装置において、
前記Ｘ線ビームは扇状に広がるファンビーム形状を有し、
前記フィルタドラムの回転中心軸と前記Ｘ線ビームの広がり方向とが一致する、
ことを特徴とするＸ線骨密度測定装置。
【請求項１】
高エネルギーＸ線及び低エネルギーＸ線を交互に繰り返し発生するＸ線発生器と、
前記Ｘ線発生器からのＸ線ビームが照射される位置に設けられたＸ線検出器と、
前記Ｘ線ビームの経路上に被検体を位置決めする載置台と、
複数のフィルタ部材と、前記Ｘ線ビームの経路上に挿入するフィルタ部材を選択するフィルタ選択機構と、を有するフィルタユニットと、
を含み、
前記複数のフィルタ部材には、前記高エネルギーＸ線の照射期間と前記低エネルギーＸ線の照射期間の間の各移行期間において、前記Ｘ線ビームの経路上に挿入される遮蔽用フィルタ部材が含まれることを特徴とするＸ線骨密度測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記Ｘ線発生器においては、当該Ｘ線発生器が有するＸ線発生管への印加電圧の切り換えにより前記高エネルギーＸ線及び低エネルギーＸ線が交互に発生し、
前記各移行期間は、前記印加電圧が高低に遷移する期間に相当し、その期間においては前記Ｘ線ビームの経路上に前記遮蔽用フィルタ部材が挿入されて前記被検体へのＸ線照射が間欠的に制限される、
ことを特徴とするＸ線骨密度測定装置。
【請求項３】
請求項２記載の装置において、
前記高エネルギーＸ線及び前記低エネルギーＸ線の各照射期間と、前記各移行期間と、を特定するゲート信号を発生するゲート信号発生手段と、
前記ゲート信号に同期して、前記Ｘ線発生管の印加電圧を周期的に切り換え、且つ、前記フィルタ選択機構によって前記Ｘ線ビームの経路上に挿入されるフィルタ部材を周期的に切り換える制御手段と、
を含むことを特徴とするＸ線骨密度測定装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、
前記複数のフィルタ部材には調整用フィルタ部材と前記遮蔽用フィルタ部材とが含まれ、
前記フィルタユニットは、回転中心からシフトした位置に前記Ｘ線ビームが通過するように設けられた回転するプレートであって、前記調整用フィルタ部材及び前記遮蔽用フィルタ部材が円周方向に並べられたフィルタプレートを有し、
前記フィルタ選択機構は前記フィルタプレートを回転する機構である、
ことを特徴とするＸ線骨密度測定装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、
前記複数のフィルタ部材には、第１の調整用フィルタ部材と、第２の調整用フィルタ部材と、前記遮蔽用フィルタ部材と、が含まれ、
前記第１の調整用フィルタ部材は前記Ｘ線ビームの経路上に固定的に配置され、
前記フィルタユニットは、回転中心からシフトした位置に前記Ｘ線ビームが通過するように設けられた回転するプレートであって、前記第２の調整用フィルタ部材と、開口部と、それらの間に設けられた前記遮蔽用フィルタ部材と、が円周方向に並べられたフィルタプレートを有し、
前記フィルタ選択機構は前記フィルタプレートを回転する機構である、
ことを特徴とするＸ線骨密度測定装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、
前記複数のフィルタ部材には調整用フィルタ部材と前記遮蔽用フィルタ部材とが含まれ、
前記フィルタユニットは、回転中心軸が前記Ｘ線ビームと交差するように設けられた回転するドラムであって、前記調整用フィルタ部材及び前記遮蔽用フィルタ部材が円周方向に並べられたフィルタドラムを有し、
前記フィルタ選択機構は前記フィルタドラムを回転する機構である、
ことを特徴とするＸ線骨密度測定装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、
前記複数のフィルタ部材には、第１の調整用フィルタ部材と、第２の調整用フィルタ部材と、前記遮蔽用フィルタ部材と、が含まれ、
前記第１の調整用フィルタ部材は前記Ｘ線ビームの経路上に固定的に配置され、
前記フィルタユニットは、回転中心軸が前記Ｘ線ビームと交差するように設けられた回転するドラムであって、前記第２の調整用フィルタ部材と、開口部と、それらの間に設けられた前記遮蔽用フィルタ部材と、が円周方向に並べられたフィルタドラムを有し、
前記フィルタ選択機構は前記フィルタドラムを回転する機構である、
ことを特徴とするＸ線骨密度測定装置。
【請求項８】
請求項６又は７記載の装置において、
前記Ｘ線ビームは扇状に広がるファンビーム形状を有し、
前記フィルタドラムの回転中心軸と前記Ｘ線ビームの広がり方向とが一致する、
ことを特徴とするＸ線骨密度測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−２７１４３７（Ｐ２００６−２７１４３７Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９０８２７（Ｐ２００５−９０８２７）
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（３９００２９７９１）アロカ株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（３９００２９７９１）アロカ株式会社 (899)
【Ｆターム（参考）】
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