JP2000070254A - Ｘ線検出器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主Ｘ線に対する検出効率を低下させずに、散
乱Ｘ線の影響を除去可能なＸ線検出器を提供する。 【解決手段】 上記課題は、複数列配列したスライス方
向Ｘ線検出素子列の両端部の前記Ｘ線検出素子列を散乱
Ｘ線のみを検出する散乱Ｘ線計測スライス用シンチレー
タ１ａ，フォトダイオード１３を有したＸ線検出素子列
としたことで解決される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＸ線ＣＴ装置のＸ線
検出技術に係り、特に同時に複数スライスの画像計測を
行えるＸ線ＣＴ装置のＸ線検出技術に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、Ｘ線ＣＴ装置に用いられるＸ線検
出器として、シンチレータを用いた固体検出器が広く用
いられるようになった。このＣＴ用固体検出器は、入射
Ｘ線を光に変換するシンチレータと、このシンチレータ
で変換された光を検出して電気信号として出力するシリ
コンフォトダイオードなどの光電変換素子を、Ｘ線源を
中心として円弧状に多数のチャンネルを配列して構成さ
れる。

【０００３】Ｘ線ＣＴ装置では、装置のスループット向
上のために１スキャンあたりに要する時間の短縮化が望
まれている。時間の短縮の方法として以下の２つがあげ
られている。 （１）一回転あたりに要する時間の短縮化 （２）一回転あたりに撮影できる断層像の増加

【０００４】（１）に関してはＸ線発生装置であるＸ線
管の軽量化等により回転速度の向上が図られている。

【０００５】他方、（２）に関しては、図９に示すよう
に、これまで一次元的に配列されていた検出器を、スラ
イス方向に複数列配置することにより達成される（マル
チスライスＸ線検出器）。（１）の方法では回転速度の
増加に伴いスキャナ構成部品にかかる加速度が増加する
ため使用するそれぞれの部品の強度を強化する必要があ
る。また、回転速度を上げても計測の精度を従来と同じ
ように維持するためにはそれに見合った分だけデータサ
ンプリング間隔内での照射Ｘ線量を増加させる必要があ
る。ＣＴ画像の画質を左右するＸ線光子量はＸ線管の管
電圧が同じ場合、（管電流）×（照射時間）によって増
減するからである。また、回転速度を増加させてもＸ線
管から放射されるＸ線のうち被検体の計測に寄与する割
合（Ｘ線利用効率）は変わらない。これに対して（２）
のスライス方向に複数の検出素子列を配置したマルチス
ライス検出器では回転速度を上げなくても従来の装置に
比較して短時間で広範囲の計測が行え、さらにＸ線から
放射されるＸ線の利用効率が向上する。Ｘ線利用効率が
向上するということは高価な消耗品であるＸ線管球を効
率よく使用できるということであり、一回の検査当たり
の管球劣化量が少なくなることを意味する。このような
観点から、単に患者スループットを向上するだけでな
く、Ｘ線管の利用効率も向上するといった点で（２）の
マルチスライス検出器は優れている。

【０００６】また、Ｘ線検出素子を二次元的に配列した
このマルチスライス検出器にすることにより発生する問
題もいくつかある。その中の一つに散乱線の影響があ
る。Ｘ線管から照射されたＸ線は被検体を透過した後Ｘ
線検出素子に入射し、その強度に応じて電気信号に変換
される。しかし被検体に入射したＸ線の一部はそのとき
に散乱する。従って、Ｘ線検出素子に入射するＸ線は、
Ｘ線管焦点から被検体を透過してきた主Ｘ線と、被検体
のＸ線が照射された全範囲から散乱された散乱Ｘ線とが
混在していることになる。

【０００７】ここで、Ｘ線管焦点から被検体を透過して
きた主Ｘ線はそのＸ線検出素子の位置での被検体のＸ線
減弱量に対応した情報を持っているが、散乱Ｘ線は被検
体のＸ線減弱量に対応した情報を持っていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように上記従来技
術では、散乱Ｘ線の影響を除去するにはＸ線検出素子の
Ｘ線入射側にコリメータを設置する必要がある。コリメ
ータは検出素子ピッチに合わせてＸ線透過率が小さい材
質の板をＸ線管焦点を中心とした放射線に沿って配列し
たものである。このような板を並べることにより、Ｘ線
管焦点方向からＸ線検出器へ入射する主Ｘ線はコリメー
タ板の厚み分だけ若干減弱してＸ線検出素子に達する。
しかし、斜め方向から入射する散乱Ｘ線はＸ線透過率の
小さいコリメータ板を通過することになりＸ線検出素子
に達する前に大きく減弱することになる。しかし、多数
のコリメータ板を並べる構造ではコリメータ板に交差す
る方向からの散乱Ｘ線は除去できるがコリメータ板に平
行な方向から入射してくる散乱Ｘ線はほとんど除去でき
ない。Ｘ線検出素子が二次元的に配列されるマルチスラ
イス検出器では散乱Ｘ線の影響を除去するためにはコリ
メータ板の配向が直交するように二種類のコリメータを
重ねるような構造とするかコリメータ板が格子状に組み
合わされた構造にする必要がある。しかし、いずれにし
ても構造が複雑になり精度を確保するのが困難となるこ
とや、主Ｘ線に対する透過率が低下しＸ線検出素子の出
力低下が発生することなどが避けられないという問題が
あった。

【０００９】本発明は上記問題を解決するためになされ
たものであり、その目的は、主Ｘ線に対する検出効率を
従来の一次元配列検出器と比較して低下させずに、散乱
Ｘ線の影響を除去可能なＸ線ＣＴ装置を実現しようとす
るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、Ｘ線源から
のＸ線を解析に供するように絞り機構で絞ったＸ線ビー
ムを検知し光に変換するシンチレータとこのシンチレー
タで変換された光を電気信号に変換する光電変換素子と
を有したＸ線検出素子を前記Ｘ線源の焦点を中心として
円弧状あるいはポリゴン状に複数個チャンネル方向に配
列したＸ線検出素子列をスライス方向に複数列配列した
Ｘ線検出器において、前記複数列配列したスライス方向
Ｘ線検出素子列の両端部の前記Ｘ線検出素子列を散乱Ｘ
線のみを検出するＸ線検出素子列としたことを特徴とす
るＸ線検出器によって達成される。

【００１１】また、入射するＸ線を検知することにより
発光するシンチレータと、シンチレータでの発光を受光
することによりシンチレータが検知したＸ線の線量に対
応する出力信号を発生する光検出素子を組み合わせたＸ
線検出素子をＸ線管焦点を中心とした円弧状あるいはポ
リゴン状に複数個配列したＸ線検出素子列を複数組有す
るマルチスライスＣＴ装置用Ｘ線検出器において、Ｘ線
管放射口部に設けられたＸ線絞り装置によって制限され
た検出器入射Ｘ線ビームのスライス方向の両外側にもＸ
線検出素子列を有しそれら複数のＸ線検出素子列の入射
部すべてをカバーする寸法のＸ線吸収係数の大きな材質
の薄板をチャンネル方向に放射状に配列したチャンネル
方向コリメータとを組合せたことを特徴とするマルチス
ライスＣＴ装置用Ｘ線検出器によって達成される。

【００１２】また、上記検出器を用いて事前に標準減弱
体によるＸ線ビームが入射する主Ｘ線計測用Ｘ線検出素
子列の出力とＸ線ビームの外側に置かれた散乱線計測用
Ｘ線検出素子列の出力との関係を求め散乱線補正用デー
タを作成し、被検体計測時に前記入射Ｘ線ビームの外側
に置いた散乱線計測用Ｘ線検出素子列の出力を計測し前
記散乱線補正用データを参照することにより主Ｘ線計測
用Ｘ線検出素子列の出力の中に含まれる散乱線の割合を
算出し各素子の出力からその分を差し引くことにより被
検体からの散乱Ｘ線の影響を除去し精度の高い計測を行
う散乱線補正方法によって達成される。

【００１３】具体的には、チャンネル方向の散乱線につ
いて、従来と同様多数の板を放射線状に配置したコリメ
ータを設け、スライス方向の散乱線については主Ｘ線ビ
ームの照射野の外側に到達した散乱線の強度を計測しそ
の値から主Ｘ線ビームの照射野に混入した散乱線量を推
定し補正を行う。この方法により、複雑な構造をとらず
に、またＸ線検出素子と散乱線除去用コリメータとの位
置合わせをチャンネル方向だけに限定することが可能と
なり、二次元的に分布する散乱Ｘ線の影響を効果的に除
去することが可能になる。

【００１４】

【発明の実施の形態】Ｘ線検出素子アレイの外観を図１
に示す。シンチレータ１はチャンネル方向およびスライ
ス方向に分離層２１，２２によって分割されている。シ
ンチレータ１の下面にはフォトダイオード等の光電変換
素子が配置されている（図示省略）。これらにより構成
されたＸ線検出素子アレイは基板３の上に搭載され、基
板３の端部に設けたコネクタ４により各Ｘ線検出素子の
出力電流が外部に取り出せるようになっている。図の上
方から入射してきたＸ線がシンチレータ１に入射すると
シンチレータ１が発光し、その光をフォトダイオードが
受け出力電流が発生する。このとき入射してくるＸ線の
強度によりシンチレータ１での発光強度は変化し取り出
される信号電流も入射Ｘ線強度に応じたものとなる。Ｘ
線検出素子アレイはチャンネル方向，スライス方向に分
離されていることにより、入射Ｘ線の二次元的な強度分
布を計測することができる。

【００１５】次に斜め方向から入射する散乱Ｘ線を減衰
させ、焦点方向から入射する主Ｘ線のみを効率よくＸ線
検出素子に導くコリメータアレイの構造を図２に示す。
コリメータアレイはＸ線減弱率の大きな材料（モリブデ
ン，タングステン，鉛等）の薄板のコリメータ板５を一
端をＸ線管焦点へ、他端をシンチレータの分離層２１へ
向けて配置し、コリメータ板５の両端を支持部材６によ
り固定した構造となっている。図２では明示されていな
いが、各コリメータ板５はお互いに平行に配置されてい
るのではなく、所定の開き角をもった放射状に配置され
ている。

【００１６】また、図３には、前述したＸ線検出素子ア
レイとコリメータアレイとを組合せた位置関係を示す。
この図からわかるように、チャンネル方向に斜めに入射
する散乱Ｘ線に対してはコリメータ板５は効果的に除去
できるのに対して、スライス方向に斜めに入射する散乱
Ｘ線については、コリメータ板５による除去効果はほと
んど期待できずその影響が残ってしまう。このスライス
方向に入射する散乱Ｘ線の影響の除去方法については後
述する。

【００１７】これらのＸ線検出素子アレイとコリメータ
アレイとを組み合わせたＸ線検出器８をＣＴスキャナの
回転板１２に組み込んだ全体図を図４に示す。回転板１
２の中央には穴があけられ中央に被検体１０（患者）が
置かれ、ここを中心として全体が回転できるようになっ
ている。回転板上の一端にはＸ線管９が置かれ、被検体
１０を挟んで対向するようにＸ線検出器８が置かれてい
る。Ｘ線検出器８の内部には前述したコリメータ板５の
後ろ側にＸ線検出素子アレイ７がポリゴン状に配置され
ている。Ｘ線管９から放射され被検体１０を透過した後
Ｘ線検出器８に達したＸ線はコリメータ板５が並べられ
ている空間を通過した後Ｘ線検出素子アレイ７のシンチ
レータ面に達する。そこで入射Ｘ線の強度情報は電気信
号に変換され、後続の信号増幅器１１に送られ増幅され
た後ディジタルデータに変換される。回転板１２が回転
しながら被検体１０の各方向からのＸ線透過量の計測を
行い、その情報が画像処理装置に伝達され被検体１０の
断層画像が再構成される。

【００１８】コリメータとＸ線検出素子とＸ線管焦点か
ら放射され被検体を透過してきた主Ｘ線と被検体により
発生する散乱Ｘ線との関係を図５，図６を用いて説明す
る。図５はＸ線検出素子のチャンネル方向の断面を示し
たものである。コリメータ板５はチャンネル方向と直交
して放射状に配置されているため、コリメータ板を斜め
に通過する方向に発生した散乱Ｘ線は、コリメータ板５
がＸ線減弱率の大きな材質の場合、ほとんどが減弱され
散乱Ｘ線の影響は現れないことになる。

【００１９】次にチャンネル方向と直交するスライス方
向の断面を図６に示す。コリメータ板５はチャンネルを
分離する方向に置かれているが、スライスを分離する方
向には置かれていないため、コリメータ板５に平行に入
射する散乱Ｘ線はコリメータ板５で減弱されることが無
くシンチレータ１に入射され出力電流の一部となる。こ
こで、スライス方向のＸ線検出素子列の中で、両端の素
子は散乱Ｘ線計測用素子として使用し、被検体１０のＸ
線透過率を計測するための素子としては使用しない。こ
のため、Ｘ線管９から放射されるＸ線をスライス方向に
制限する開口制限コリメータ１４により最外スライスシ
ンチレータ１ａには入射させないようにしておく。これ
により、最外スライスシンチレータ１ａには被検体１０
からの散乱Ｘ線のみが入射されることになる。

【００２０】この最外スライスシンチレータ１ａに対応
するＸ線検出素子の出力に着目することにより被検体１
０のＸ線透過率を計測する内部スライスシンチレータ１
ｂに入射してくる散乱Ｘ線の量を想定することが可能と
なる。図７にその散乱Ｘ線量の見積もり方法について説
明する。被検体の計測を行う前に被検体の代わりに標準
減弱体１５を置き、開口制限コリメータ１４の開口部の
一部に主Ｘ線計測用素子のあるスライス位置に対応する
ようにＸ線遮蔽ブロック１６を置く。この状態でＸ線の
照射を行い、各検出素子の出力の計測を行う。Ｘ線遮蔽
ブロック１６の位置に対応したスライスのシンチレータ
１ｂには主Ｘ線は入射せず標準減弱体１４からの散乱Ｘ
線のみが入射することになる。各スライスの主Ｘ線計測
用素子のある位置にＸ線遮蔽ブロック１６の置く位置を
順次ずらして計測を繰り返すことにより全スライス位置
での散乱Ｘ線強度の分布を知ることができる。また、大
きさの異なる標準減弱体１５を使うことにより、散乱Ｘ
線が多い状態や少ない状態での散乱Ｘ線強度の分布をあ
らかじめ知ることができる。

【００２１】このようにして計測した各スライス位置と
検出素子出力の関係を図８に示す。図中ではスライス方
向に８個のＸ線検出素子を並べ、両方の最外スライスを
散乱Ｘ線計測用検出素子とし、内部の６列のＸ線検出素
子列を被検体透過Ｘ線強度測定用の素子としている。第
２スライスから第７スライスの主Ｘ線計測用検出素子の
出力には被検体を透過してきた主Ｘ線と、被検体の他の
部分から散乱された散乱Ｘ線とが含まれている。画像再
構成を行う際に重要なのは被検体を透過してきて被検体
の減弱量の情報を持った主Ｘ線であり、他の部分から散
乱されてきた散乱Ｘ線は計測の精度を悪化させる要因で
しかない。主Ｘ線のみによる出力を得るためには通常計
測される出力（主Ｘ線と散乱Ｘ線とによる出力）から散
乱Ｘ線による出力分を減算することにより求められる。
前述した標準減弱体１５とＸ線遮蔽ブロック１６を用い
た散乱Ｘ線強度分布の測定結果から、最外スライスの散
乱Ｘ線検出素子と内部スライスのＸ線検出素子とに入射
する散乱Ｘ線の割合をあらかじめ求めておくことによ
り、被検体計測時の最外スライスの散乱Ｘ線検出素子の
出力から内部スライスのＸ線検出素子に混入する散乱Ｘ
線の量を想定（シミュレート）することが可能となる。
このようにして想定した散乱Ｘ線量を実際に計測された
出力から減算することにより散乱Ｘ線の影響を除去した
被検体の正しいＸ線減弱量を求めることができる。散乱
Ｘ線のスライス方向の分布は中央がやや盛り上がったな
だらかな分布となるが、この形状はＸ線検出素子列のス
ライス方向の寸法によって異なり、あまりスライス方向
寸法が大きくない場合は全スライスに一定量の散乱Ｘ線
が入射するとして散乱Ｘ線補正を行ってもよい。Ｘ線検
出素子列のスライス方向の寸法が大きい場合は二次曲線
のような関数によって散乱Ｘ線強度の分布を近似する方
法もある。また、前述した実測した散乱Ｘ線強度の値そ
のものをテーブルに格納し、被検体計測中の最外スライ
スの散乱Ｘ線検出素子の出力から内部スライスのＸ線検
出素子列に入射する散乱Ｘ線量を見積もり、計測された
出力の値の補正を行う方法もある。

【００２２】また、事前に標準減弱体計測を行わず、被
検体計測時の散乱線検出素子の出力の値を直接内部スラ
イスのＸ線検出素子の出力から差し引く方法で補正を行
うこと可能である。また、Ｘ線管側の絞り装置でＸ線ビ
ームをスライス方向に絞った場合には最外列の検出素子
列でなく、入射Ｘ線ビームのすぐ外側の検出素子列（主
Ｘ線ビームが入射しない）を上記散乱線検出素子列の代
わりに使用することでＸ線ビーム幅可変の場合でも同様
に精度のよい散乱線補正を行うことが可能となる。

【００２３】本実施形態により、検出器構造を複雑にす
ること無しにチャンネル方向・スライス方向それぞれの
方向から入射してくる散乱Ｘ線の影響を除去し、被検体
の正しいＸ線透過量の計測が行えるマルチスライスＣＴ
装置用Ｘ線検出器を実現することができる。

【００２４】

【発明の効果】本発明は、主Ｘ線に対する検出効率を従
来の一次元配列検出器と比較して低下させずに、散乱Ｘ
線の影響を除去可能なＸ線ＣＴ装置が実現できるという
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例実施例のＸ線検出素子アレイの外
観を示した図。

【図２】本発明実施例のコリメータアレイの外観を示し
た図。

【図３】本発明実施例のＸ線検出素子アレイとコリメー
タアレイの位置関係を示した外観図。

【図４】本発明実施例のマルチスライス検出器をＣＴス
キャナの回転板に搭載した状態を示した図。

【図５】本発明実施例の検出器のチャンネル方向の断面
を示した図。

【図６】本発明実施例の検出器のスライス方向の断面を
示した図。

【図７】図６を用いたスライス方向の散乱Ｘ線の測定手
法の説明図。

【図８】本発明実施例のマルチスライス検出器の各スラ
イス位置の検出素子の主Ｘ線と散乱Ｘ線との出力の関係
を示したグラフ。

【図９】マルチスライスＣＴ装置の原理を説明した概念
図。

【符号の説明】

１ａ 散乱Ｘ線計測スライス用シンチレータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｘ線源からのＸ線を解析に供するように
   絞り機構で絞ったＸ線ビームを検知し光に変換するシン
   チレータとこのシンチレータで変換された光を電気信号
   に変換する光電変換素子とを有したＸ線検出素子を前記
   Ｘ線源の焦点を中心として円弧状あるいはポリゴン状に
   複数個チャンネル方向に配列したＸ線検出素子列をスラ
   イス方向に複数列配列したＸ線検出器において、前記複
   数列配列したスライス方向Ｘ線検出素子列の両端部の前
   記Ｘ線検出素子列を散乱Ｘ線のみを検出するＸ線検出素
   子列としたことを特徴とするＸ線検出器。