X線画像増強装置

X線イメージインテンシファイア（XRII）は、従来の蛍光スクリーンよりも高い強度でX線を可視光に変換するイメージインテンシファイアです。このようなインテンシファイアは、X線画像システム（透視装置など）で使用され、低強度のX線を使いやすい明るい可視光出力に変換します。この装置は、低吸収／散乱入力ウィンドウ（通常はアルミニウム製）、入力蛍光スクリーン、光電陰極、電子光学系、出力蛍光スクリーン、および出力ウィンドウで構成されています。これらの部品はすべて、ガラス、または最近では金属／セラミック製の高真空環境に設置されています。その増強効果により、観察者は蛍光スクリーンのみを使用した場合よりも、画像化対象の構造をより容易に観察できます。XRIIは、X線量子から可視光へのより効率的な変換により、吸収線量を低減します。この装置は1948年に初めて導入されました。 [ 1 ]

手術

X線イメージインテンシファイアの概略図

イメージインテンシファイアの全体的な機能は、入射する X 線光子を十分な強度の光子に変換し、表示可能な画像を提供することです。これはいくつかの段階で行われます。入力ウィンドウは凸型で、X 線の散乱を最小限に抑えるためにアルミニウムでできています。ウィンドウの厚さは 1 mm です。X 線がアルミニウムのウィンドウを通過すると、X 線を光子に変換する入力リン光体と出会います。入力リン光体の厚さは 300 ～ 450 マイクロメートルの範囲で、X 線の吸収効率と空間分解能の間の妥協点に達します。入力リン光体が厚いほど吸収効率は高くなりますが、空間分解能は低下し、その逆も同様です。ナトリウム活性化ヨウ化セシウムは、亜鉛カドミウム硫化物と比較して、原子番号と質量減衰係数が高いため、変換効率が高くなるため一般的に使用されます。入力リン光体は小さなチューブに配置されており、光子が散乱せずにチューブを通過できるため、空間分解能が向上します。[ 2 ]光子は光電陰極によって電子に変換されます。光電陰極はアンチモンセシウムで作られており、入力蛍光体から生成される光子と整合することで光電子生成効率を最大化します。光電陰極の厚さは20 nmで、吸収効率は10～15%です。[ 2 ]

陽極と光電陰極の間に生じる電位差（25～35キロボルト）によってこれらの光電子が加速され、電子レンズによってビームが出力窓のサイズまで集束されます。出力窓は通常、銀活性化亜鉛カドミウム硫化物で作られ、入射電子を可視光の光子に変換します。[ 2 ]入力および出力蛍光体において光子数は数千倍に増幅されるため、全体として大きな輝度増加が得られます。この輝度増加により、イメージインテンシファイアはX線に対する感度が高く、透視検査において比較的低い線量で使用できます。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

歴史

X線画像増強管は1950年代初頭に利用可能になり、顕微鏡を通して観察されました。[ 7 ]

1960年代にテレビシステムが採用されるまで、出力の観察は鏡と光学系を介して行われていました。[ 8 ]さらに、出力は、通常の放射線写真の露出に似たX線管からのパルス出力を使用して、100mmカットフィルムカメラを備えたシステムでキャプチャすることができました。違いは、フィルムスクリーンカセットではなくIIがフィルムに記録する画像を提供したことです。

入力スクリーンは15～57cmの範囲で、23cm、33cm、40cmが最も一般的です。各イメージインテンシファイアでは、内部の電子光学系に印加する電圧によって実際の視野サイズを変更し、拡大表示や縮小表示を実現できます。例えば、心臓病治療で一般的に使用される23cmは、23cm、17cm、13cmのフォーマットに設定できます。出力スクリーンのサイズは固定されているため、出力は入力画像を「拡大」しているように見えます。アナログビデオ信号による高速デジタル化は1970年代半ばに始まり、1980年代半ばには低線量高速スイッチングX線管を用いたパルス透視法が開発されました。1990年代後半には、透視装置においてイメージインテンシファイアがフラットパネル検出器（FPD）に置き換えられ始め、イメージインテンシファイアとの競合が起こりました。[ 9 ]

臨床応用

「Cアーム」型移動型透視装置は、しばしばイメージインテンシファイア（またはII）と呼ばれるが[ 10 ] 、厳密に言えば、イメージインテンシファイアは装置の一部（つまり検出器）に過ぎない。

透視検査は、イメージインテンシファイアを備えたX線装置を用いて行われ、多くの医療分野で応用されています。透視検査では、ライブ画像を観察できるため、画像誘導手術が可能になります。一般的な用途としては、整形外科、消化器内科、心臓病学などが挙げられます。[ 11 ]あまり一般的ではない用途としては、歯科などがあります。[ 12 ]

構成

イメージインテンシファイアを備えた移動型X線装置のCアーム（上）

イメージインテンシファイアを含むシステムは、専用のスクリーニング室に固定して設置するか、または手術室で使用する移動可能な装置として使用することができる。移動型透視装置は、一般的に、可動式のCアーム上のX線発生器と画像検出器（II）と、画像の保存および操作に使用する別のワークステーション装置の2つのユニットで構成される。[ 13 ]患者は、通常、放射線透過性ベッド​​の上で、2つのアームの間に位置する。固定式システムには、独立した制御領域を備えた天井ガントリーに取り付けられたCアームがある場合がある。Cアームとして配置されたほとんどのシステムでは、イメージインテンシファイアを患者の上または下（それぞれX線管が下または上）に配置できるが、室内の静的システムの中には方向が固定されているものもある。[ 14 ]放射線防護の観点からは、手術者や作業員への散乱放射線の量を減らすため、寝台下（X線管）での操作が好ましい。 [ 15 ] [ 16 ]小型の「ミニ」モバイルCアームも利用可能で、主に四肢の画像化、例えば軽度の手術に使用されます。[ 17 ]

フラットパネル検出器

フラット検出器はイメージインテンシファイアの代替技術です。この技術の利点は、X線が常にパルス状であるため、患者への被ばく線量が低く、画質が向上すること、そして経時的な画質劣化がないことです。FPDはII/TVシステムよりも高価ですが、特に小児患者を対象とする場合、物理的なサイズと患者へのアクセス性が大幅に向上するため、その価値は十分にあります。[ 9 ]

II/TVとFPDシステムの機能比較

特集[ 9 ]デジタルフラットパネル 従来型II/TV
ダイナミックレンジ ワイド、約5,000:1 テレビによって制限される、約500:1
幾何学的歪み なし ピンクッションとS字歪み
検出器サイズ（バルク） 薄型 大きくて目立つ、視野が広い
画像領域FOV 41×41センチ 直径40cm（面積25%減）
画質 高用量の方が効果的 低用量でより良い

参照

参考文献

  1. ^エーリッヒ、クレステル (1990)。医療診断用の画像システム。ベルリンとミュンヘン: Siemens Aktiengesellschaft。ページ 318–327。ISBN​​ 3-8009-1564-2。
  2. ^ a b c Wang, Jihong; Blackburn, Timothy J. (2000年9月). 「レジデントのためのAAPM/RSNA物理学チュートリアル」. RadioGraphics . 20 (5): 1471– 1477. doi : 10.1148/radiographics.20.5.g00se181471 . PMID 10992034 . 
  3. ^ Hendee, William R.; Ritenour, E. Russell (2002). Medical Imaging Physics (第4版). Hoboken, NJ: John Wiley & Sons. p. 237. ISBN 9780471461135。
  4. ^ Schagen, P. (1979年8月31日). 「X線イメージインテンシファイア：設計と将来の可能性」. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 292 (1390): 265– 272. Bibcode : 1979RSPTA.292..265S . doi : 10.1098/rsta.1979.0060 . S2CID 122975544 . 
  5. ^ブロンズィーノ、ジョセフ・D.編（2006年）『医療機器とシステム（第3版）』ホーボーケン：CRCプレス、  pp.10-5、ISBN 9781420003864。
  6. ^ Singh, Hariqbal; Sasane, Amol; Lodha, Roshan (2016). Textbook of Radiology Physics . New Delhi: JP Medical. p. 31. ISBN 9789385891304。
  7. ^ Airth, GR (1979年8月31日). 「X線イメージインテンシファイア：応用と現状の限界」. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 292 (1390): 257– 263. Bibcode : 1979RSPTA.292..257A . doi : 10.1098/rsta.1979.0059 . S2CID 119912616 . 
  8. ^ 「1960年代の放射線撮影」英国放射線学会。2017年1月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2017年1月5日閲覧。
  9. ^ a b c Seibert, J. Anthony (2006年7月22日). 「フラットパネル検出器：どれほど優れているのか？」 .小児放射線学. 36 (S2) 173: 173– 181. doi : 10.1007/ s00247-006-0208-0 . PMC 2663651. PMID 16862412 .  
  10. ^ Krettek, Christian; Aschemann, Dirk 編 (2006). 「手術室におけるX線の利用」.外科手術におけるポジショニングテクニック. ベルリン: Springer. p. 21. doi : 10.1007/3-540-30952-7_4 . ISBN 978-3-540-25716-5。
  11. ^ 「透視法：背景、適応、禁忌」 Medscape 2016年4月7日. 2017年1月5日閲覧。
  12. ^ Uzbelger Feldman, D; Yang, J; Susin, C (2010). 「歯科における蛍光透視法の利用に関する系統的レビュー」.中国歯科研究誌. 13 (1): 23–9 . PMID 20936188 . 
  13. ^ 「透視検査：モバイルユニットの操作と安全性」（PDF） .米国放射線技師会. 2019年1月15日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2017年5月21日閲覧。
  14. ^ Bushberg, Jerrold T.; Seibert, J. Anthony; Leidholdt, Edwin M.; Boone, John M. (2011年12月28日). The Essential Physics of Medical Imaging . Lippincott Williams & Wilkins. p. 283. ISBN 9781451153941。
  15. ^スミス、アーサー・D. (2007).スミスの泌尿器科教科書. PMPH-USA. p. 13. ISBN 9781550093650。
  16. ^ Mitchell, Erica L.; Furey, Patricia (2011年1月). 「医療画像診断による放射線障害の予防」 . Journal of Vascular Surgery . 53 (1): 22S– 27S. doi : 10.1016/j.jvs.2010.05.139 . PMID 20843625 . 
  17. ^ Athwal, George S.; Bueno, Reuben A.; Wolfe, Scott W. (2005年11月). 「手術における放射線被曝：ミニCアームと標準Cアームの比較」. The Journal of Hand Surgery . 30 (6): 1310– 1316. doi : 10.1016/j.jhsa.2005.06.023 . PMID 16344194 . 
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