JP2011055909A - Ｘ線コンピュータ断層撮影装置用ｘ線検出器およびｘ線コンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で被検体を透過したＸ線をエネルギーごとに弁別すること。
【解決手段】Ｘ線検出器は、第１の方向に沿って配列された複数のＸ線検出素子１０を有し、Ｘ線検出素子１０各々は、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って積層され、入射するＸ線のエネルギーに対する感度ピークを示す波長が異なる複数のシンチレータ部分４１、４２と、シンチレータ部分４２の背面に第１の方向に沿って配列され、入射光に対する感度ピークを示す波長が異なる複数の受光部分３１、３２とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は入射Ｘ線エネルギーを弁別できるＸ線検出器および入射Ｘ線エネルギーを弁別できるＸ線検出器を有するＸ線コンピュータ断層撮影装置に関する。

Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ以下ＣＴ）において、Ｘ線発生部から放射されるＸ線は被検体を透過する。Ｘ線検出器は、透過した被検体内の物質のＸ線減弱係数に応じて減衰したＸ線強度を検出する。この被検体内の物質のＸ線減弱係数は、透過するＸ線のエネルギーに応じて変化する。Ｘ線のエネルギーが低い場合にはＸ線減弱係数は大きく、逆にＸ線のエネルギーが高い場合にはＸ線減弱係数は小さくなる。このことは、再構成画像上で近いＣＴ値を示し物質の違いが弁別出来ない場合について、検出するＸ線のエネルギーを弁別して再構成画像を得ることで、異なるＣＴ値を示し物質の違いを弁別できることを意味している。

被検体を透過するＸ線のエネルギーを弁別してＣＴ画像を得るために、従来の技術ではＸ線発生部のＸ線管球への印加電圧を変えてスキャンする方法が考案もしくは製品化されている。

Ｘ線管球への印加電圧を変えてスキャンする方法には、サンプリングポイントごとに印加電圧を変動させる方法と、回転ごとに印加電圧を変動させる方法がある。前者は、高電圧・大電流を高速に変化させる技術と、これと同一タイミングで全データをサンプリングする技術とが必要となり、機器コストが高くなるという問題がある。後者は、Ｘ線エネルギーの異なるデータのサンプリング期間が同じではないため、異なるエネルギーで撮影した画像を比較することが困難という問題がある。

本発明の目的は、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置用Ｘ線検出器およびＸ線コンピュータ断層撮影装置において、簡単な構造で被検体を透過したＸ線をエネルギーごとに弁別することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。

本発明の第１局面によるＸ線検出器は、第１の方向に沿って配列された複数のＸ線検出素子を有し、Ｘ線検出素子各々は、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って積層され、入射するＸ線のエネルギーに対する感度ピークを示す波長が異なる複数のシンチレータ部分と、シンチレータ部分の背面に第１の方向に沿って配列され、入射光に対する感度ピークを示す波長が異なる複数の受光部分とを有する。

本発明の第２局面によるＸ線コンピュータ断層撮影装置は、Ｘ線を発生するＸ線発生部と、Ｘ線発生部から発生され、被検体を透過したＸ線を検出し、第１の方向に沿って配列された複数のＸ線検出素子を有するＸ線検出器と、Ｘ線検出器からの出力に基づいて、少なくとも一つの画像を再構成する再構成処理部とを具備し、Ｘ線検出素子各々は、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って積層され、入射するＸ線のエネルギーに対する感度ピークを示す波長が異なる複数のシンチレータ部分と、シンチレータ部分の背面に第１の方向に沿って配列され、入射光に対する感度ピークを示す波長が異なる複数の受光部分とを有する。

本発明によれば、簡単な構造で被検体を透過したＸ線をエネルギーごとに弁別することができる。

本発明による第１の実施形態に係るＸ線検出器において、１チャンネルのＸ線検出素子１０における構成の一例の断面を示す図である。 図２は、図１に記載された第１の方向と第２の方向の定義を示す図である。 図３は、図１に記載された第１のシンチレータ部分４１と第２のシンチレータ部分４２における発光特性の一例として、シンチレータ１１へ入射するＸ線のエネルギーに対するシンチレータ部分４１、４２の最大感度において、シンチレータ部分４１、４２から発せられる蛍光のピーク波長を示す図である。 図４は、図１に記載された光検出素子である第１のフォトダイオード２１と第２のフォトダイオード２２とにおける信号変換特性の一例として、それぞれのフォトダイオードへ入射する蛍光の波長に対する電気信号の出力の感度ピークを示す図である。 図５は、第１の実施形態に係るＸ線検出器での１チャンネル分のＸ線検出素子１０における構成の断面について、第１のフォトダイオード２１と第２のフォトダイオード２２とからの出力が、一つの出力として統合される一例を示す図である。 図６は、第２の実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図1は本実施形態に係るＸ線検出器において、１チャンネル分のＸ線検出素子１０における構成の一例の断面を示す図である。
第１の方向とは、Ｘ線検出素子１０が配列されている方向であり、第２の方向とは、第１の方向に垂直な方向である。第１の方向および第２の方向については、一例として、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置のガントリ２００の断面図である図２に従って説明する。

ガントリ２００には、回転支持機構が収容される。回転支持機構は、回転リング１０２と、回転軸Ｚを中心として回転自在に回転リング１０２を支持するリング支持機構とリングの回転を駆動する駆動部１０７（電動機）からなる。Ｘ軸は、回転軸Ｚと直交し、放射されるＸ線の焦点１００を通る直線である。Ｙ軸は、Ｘ軸および回転軸Ｚと直交する直線である。なお、説明の便宜上このＸＹＺ座標系は、回転軸Ｚを中心として回転する回転座標系として説明する。

Ｘ線発生部１０１において、放射されるＸ線の焦点１００から放射されたＸ線は、Ｘ線発生部１０１のＸ線放射窓に取り付けられたコリメーターユニット１１８により、例えばコーンビーム形（角錐形）に整形される。Ｘ線の放射範囲は、点線で示されている。

回転リング１０２には、Ｘ線発生部１０１とＸ線検出器２０３が搭載されている。Ｘ線検出器２０３は、回転軸Ｚを挟んでＸ線発生部１０１に対峙する位置およびアングルで取り付けられる。

Ｘ線検出器２０３は、複数のＸ線検出素子を有している。ここでは、単一のＸ線検出素子が単一のチャンネルを構成しているものとして説明する。複数のチャンネルは、回転軸Ｚに直交し、かつ放射されるＸ線の焦点１００を中心として、この中心から１チャンネル分のＸ線検出素子１０の受光部中心までの距離を半径とする円弧方向（チャンネル方向）に関して１次元状に配列される。このチャンネル方向が、第１の方向である。第１の方向と回転軸Ｚに平行な方向（スライス方向）とに垂直な方向が第２の方向である。すなわち、第２の方向は、各Ｘ線検出素子の受光部中心とＸ線の焦点１００とを通る方向であり、Ｘ線の焦点１００を中心とした円のほぼ半径方向である。また、Ｘ線検出器２０３は、複数のＸ線検出素子を１列に配列した複数のモジュールで構成されてもよい。モジュール各々は、上記チャンネル方向に沿って略円弧方向に１次元状に配列される。このとき第１の方向は、複数のモジュールを１列に配列した方向であり、上記第１の方向とほぼ等価である。また、第２の方向は、Ｘ線の焦点１００と各モジュール中心とを通る方向であり、第１の方向および回転軸Ｚに直交する。

また複数のＸ線検出素子は、チャンネル方向とスライス方向との２方向に関して２次元状に配列させてもよい。すなわち、２次元状の配列は、上記チャンネル方向に沿って一次元状に配列された複数のチャンネルを、スライス方向に関して複数列並べて構成される。このような２次元状のＸ線検出素子配列を有するエリア検出器は、略円弧方向に１次元状に配列される複数の上記モジュールをスライス方向に関して複数列並べて構成してもよい。

また、エリア検出器は、複数のモジュールから構成してもよい。各モジュールは、Ｍ×Ｎのマトリクス状に配列された複数のＸ線検出素子を有する。複数のモジュールは、チャンネル方向とスライス方向の２次元状に配列される。

図１に戻って、１チャンネル分のＸ線検出素子１０の構成について説明する。なお、前面とは、Ｘ線発生部１０１に近い側の面である。背面とはＸ線発生部１０１から遠い側の面である。Ｘ線検出素子１０は、シンチレータ１１と受光部１２とからなる。受光部１２の前面にシンチレータ１１が配置される。シンチレータ１１は、第１のエネルギーｅ_１と第２のエネルギーｅ_２（ｅ_１＜ｅ_２）とに対して感度ピークを有する。シンチレータ１１は、第１のシンチレータ部分４１と第２のシンチレータ部分４２とからなる。第１のシンチレータ部分４１は、第１のエネルギーｅ_１に対して感度ピークを有する。第２のシンチレータ部分４２は、第２のエネルギーｅ_２に対して感度ピークを有する。第１のシンチレータ部分４１は、第２のシンチレータ部分４２の前面に重ねられる。

受光部１２は、第１の受光部分３１と第２の受光部分３２とからなる。第１の受光部分３１は、第１の波長に対して感度ピークを有する。第１の波長は、第１のシンチレータ部分４１で第１のエネルギーｅ_１のＸ線成分に対応する蛍光の波長に等価である。第２の受光部分３２は、第２の波長に対して感度ピークを有する。第２の波長は、第２のシンチレータ部分４２で第２のエネルギーｅ_２のＸ線成分に対応する蛍光の波長に等価である。第１の受光部分３１と第２の受光部分３２は、第２のシンチレータ部分４２の背面に並設される。

続いて、第１の受光部分３１と第２の受光部分３２の構成について説明する。図１では、シンチレータ部分４１、４２から発せられた蛍光を検出するものとして、一例としてフォトダイオードが用いられている。第１の受光部分３１は、第１のフォトダイオード２１と第１の光フィルタ２４からなる。第１の光フィルタ２４は、第１のフォトダイオード２１の前面に配置される。第１のフォトダイオード２１は、第１の波長に対して感度ピークを有する。第１の光フィルタ２４は、特定の波長域の光の透過率（減衰率）が他の波長域の透過率（減衰率）より高い（低い）特性を有する。特定の波長域とは、第１の波長を略中心とする所定の幅を有する波長域である。例えばこの幅は、第１の波長から第２の波長を引いた値の絶対値に設計される。

なお、第１の光フィルタ２４は、特定の波長以上の光の透過率（減衰率）がこの特定の波長未満の透過率（減衰率）より高い（低い）特性を有するフィルタでもよい。特定の波長とは、例えば、第１の波長と第２の波長との平均の波長である。この場合、エネルギー弁別性を得るために、第２の光フィルタ２５は、特定の波長未満の光の透過率（減衰率）がこの特定の波長以上の透過率（減衰率）より高い（低い）特性を有するフィルタが採用される。

第２の受光部分３２は、第２のフォトダイオード２２と第２の光フィルタ２５からなる。第２の光フィルタ２５は、第２のフォトダイオード２２の前面に配置される。第２のフォトダイオード２２は、第２の波長に対して感度ピークを有する。第２の光フィルタ２５は、特定の波長域の光の透過率（減衰率）が他の波長域の透過率（減衰率）より高い（低い）特性を有する。特定の波長域とは、第２の波長を略中心とする所定の幅を有する波長域である。例えばこの幅は、第１の波長から第２の波長を引いた値の絶対値に設計される。

上記各受光部分３１、３２の構成において、フォトダイオードに光フィルタを組み合わせて、シンチレータ部分４１、４２から発せられるエネルギーのＸ線成分に対応する蛍光の波長すなわち第１の波長と第２の波長を光フィルタで弁別することにより、フォトダイオード２１、２２単独で弁別するよりも、Ｘ線をエネルギーで弁別する弁別性を向上させることができる。

図３は、上記シンチレータ部分４１、４２の発光特性の一例を示す。なお、ピーク波長とは、Ｘ線から光への変換効率が最も高い値を示すいわゆる感度ピークを示すＸ線のエネルギー成分により発する光の波長λのことをいう。Ｘ線のエネルギーに対するシンチレータ部分４１、４２それぞれの感度ピークに対応して、シンチレータ部分４１、４２から発せられる蛍光のピーク波長が示されている。例えば、第１のシンチレータ部分４１は、第１のエネルギーｅ_１のＸ線に対して感度ピークを有する。このときのピーク波長（第１の波長）はλ_１である。第２のシンチレータ部分４２は、第２のエネルギーｅ_２のＸ線に対して感度ピークを有する。このときのピーク波長（第２の波長）はλ_２である。ピーク波長λ_１は、ピーク波長λ_２より長く、第２のエネルギーｅ_２は第１のエネルギーｅ_１より高い。また、一例として、ピーク波長λ_１としては、５１２ｎｍの波長の光を発する黄色透明のシンチレータが知られている。ピーク波長λ_２としては、４８０ｎｍの波長の光を発する無色透明のシンチレータが知られている。加えて、これらシンチレータの色から第２のシンチレータ４２は、第１のシンチレータ４１より可視光に対する透明度が高い。

このように、Ｘ線のエネルギーに対する感度ピークに応じて、蛍光のピーク波長が異なるシンチレータ部分４１、４２を上記受光部１２と組み合わせることにより、Ｘ線をエネルギーごとに高い弁別性でもって弁別することができる。

次に、上記シンチレータ１１における第１のシンチレータ部分４１が第２のシンチレータ部分４２の前面に配置されることにより、以下の効果を奏する。シンチレータ１１において、高エネルギーｅ_２に対して感度ピークを有する第２のシンチレータ部分４２を受光部１２の前面に、低エネルギーｅ_１に対して感度ピークを有する第１のシンチレータ部分４１を第２のシンチレータ部分４２の前面に配置することによって、その逆順で配置する場合よりもＸ線のエネルギーの損失を抑えられる。このために、感度ピークを示すエネルギーの高い順に、シンチレータ部分４１、４２が受光部１２の直前からＸ線の焦点１００へ向かって重ねられる。

なお、第１のシンチレータ部分４１が第２のシンチレータ部分の前面に配置されることにより、以下の効果もある。第１のシンチレータ部分４１から発せられる蛍光が受光部１２に達するまでに、第２のシンチレータ部分４２を透過する際、透過する第２のシンチレータ部分４２における可視光に対する透明度が低いと、蛍光の一部が吸収されて蛍光の検出効率が低下するが、第２のシンチレータ部分４２（無色透明）は第１のシンチレータ部分４１（黄色透明）より可視光に対する透明度が高いため、第１のシンチレータ部分４１を第２のシンチレータ部分４２の前面に配置することにより、その逆順で配置する場合よりも蛍光の検出効率を向上できる。

なお、図１における本実施形態では、受光部１２の前面にシンチレータ１１が配置されているが、図３に示す第１のシンチレータ部分４１および第２のシンチレータ部分４２のように発光特性が異なるシンチレータを混合させたものを、受光部１２の前面に配置させてもよい。

図４は、フォトダイオードの信号変換特性の一例として、第１のフォトダイオード２１と第２のフォトダイオード２２とについて、フォトダイオードへ入射した蛍光の波長（受光波長）に対する電気信号による出力を示している。第１のフォトダイオード２１は、受光波長λ_１に対して出力のピーク値を有する。なお、受光波長λ_１は、第１のシンチレータ部分４１におけるピーク波長でもある。第２のフォトダイオード２２は、受光波長λ_２に対して出力のピーク値を有する。なお、受光波長λ_２は、第２のシンチレータ部分４２のピーク波長でもある。

このように、第１のフォトダイオード２１や第２のフォトダイオード２２へ入射する蛍光を、受光波長ごとに弁別することができる。さらに、フォトダイオード２１、２２からの出力を別配線とし、出力のピークに対する受光波長が異なるフォトダイオード２１、２２を上記シンチレータ部分４１、４２と組み合わせることにより、Ｘ線をエネルギーごとに別配線の出力として弁別することができる
上記解説は受光部１２における光検出素子としてフォトダイオードを用いたが、その他の光検出素子を用いてもよい。

（機能）
以下図１を参照して、本実施形態のＸ線検出器において、１チャンネル分のＸ線検出素子１０へ入射するＸ線をエネルギーごとに、シンチレータ１１から発せられる蛍光のピーク波長に基づいて弁別する機能について説明する。

あるエネルギースペクトラムを有するＸ線が、１チャンネルのＸ線検出素子１０における第１のシンチレータ部分４１へ入射する。第１のシンチレータ部分４１は、図３に示す発光特性に応じて、入射したＸ線のエネルギーｅ_１に対応してピーク波長λ_１を有する蛍光を発する。図１において、入射したＸ線によって蛍光を発した場所は、１で示されている。ピーク波長λ_１を有する蛍光は、ピーク波長λ_１を略中心とした│λ_１−λ_２│の幅を有する波長域の透過率が他の波長域の透過率より高い特性を有する第１の光フィルタ２４を透過し、第１のフォトダイオード２１へ入射する。第１のフォトダイオード２１は、入射したピーク波長λ_１を有する蛍光を、図４に示す信号変換特性に応じて、電気信号へ変換する。なお、ピーク波長λ_１を有する蛍光は、ピーク波長λ_２を略中心とする│λ_２−λ_１│の幅を有する波長域の透過率が他の波長域の透過率より高い特性を有する第２の光フィルタ２５によって遮断されるため、第２のフォトダイオード２２へは入射しない。

第１のシンチレータ部分４１で蛍光に変換されなかったエネルギースペクトラムを有するＸ線は、第２のシンチレータ部分４２へ入射する。第２のシンチレータ部分４２は、図３に示す発光特性に応じて、入射したＸ線のエネルギーｅ_２に対応して、ピーク波長λ_２を有する蛍光を発する。図１において、入射したＸ線によって蛍光を発した場所は、２で示されている。ピーク波長λ_２を有する蛍光は、上記第２の光フィルタ２５を透過し、第２のフォトダイオード２２へ入射する。第２のフォトダイオード２２は、入射したピーク波長λ_２を有する蛍光を、図４に示す信号変換特性に応じて、電気信号へ変換する。なお、ピーク波長λ_２を有する蛍光は、上記第１の光フィルタ２４によって遮断されるため、第１のフォトダイオード２１へは入射しない。

以上１チャンネルのＸ線検出素子１０へ入射するＸ線において、Ｘ線をエネルギーごとに弁別する機能について説明してきた。入射するＸ線に対して、低エネルギーＸ線による電気信号の出力と高エネルギーＸ線による電気信号の出力との２種類の出力が得られる。図１に示す配線は、１チャンネル分のＸ線検出素子１０において、別配線で受光部分３１、３２からこれら２種類の出力を抽出する構成となっている。この配線により、Ｘ線検出器に入射するＸ線をエネルギーごとに弁別できる。なお、これら２種類の出力を統合した配線が図５に示す配線である。この配線により、Ｘ線をエネルギーごとに弁別して得られた出力を統合することができる。

以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。

本Ｘ線検出器における各チャンネルのＸ線検出素子１０によれば、Ｘ線のエネルギーに対する感度ピークに応じて蛍光のピーク波長が異なるシンチレータ部分４１、４２を用いることにより、蛍光のピーク波長の違いとして、Ｘ線をエネルギーごとに弁別することができる。続いて、蛍光のピーク波長に基づいて電気信号を出力するフォトダイオード２１、２２により、入射した蛍光のピーク波長を弁別することができる。これらのことから、各チャンネルのＸ線検出素子に入射するＸ線をエネルギーごとに弁別することができる。また、フォトダイオード２１、２２に光フィルタ２４、２５を組み合わせることで、シンチレータ部分４１、４２から発せられるエネルギーのＸ線成分に対応する蛍光の波長すなわち第１の波長と第２の波長を光フィルタ２４、２５で弁別することにより、フォトダイオード２１、２２単独で弁別するよりも、Ｘ線をエネルギーで弁別する弁別性を向上させることができる。

（第２の実施形態）
次に本発明の第２の実施形態ついて説明する。

以下に述べる第２の実施形態において、第１の実施形態と同じ構成要素については、説明の重複を避けるため同じ構成部分には同符号を付して、その詳細な説明は省略し、異なる構成要素についてのみ説明する。

図６は本実施形態に係るＸ線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。なお、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置には、Ｘ線発生部１０１とＸ線検出器２０３とが一体として被検体の周囲を回転するROTATE/ROTATE-TYPE、リング状にアレイされた多数の検出素子が固定され、Ｘ線発生部１０１のみが被検体の周囲を回転するSTATIONARY/ROTATE-TYPE等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本実施形態へ適用可能である。ここでは、ROTATE/ROTATE-TYPEとして説明する。また、画像を再構成するには被検体の周囲一周、３６０°分の投影データが、またハーフスキャン法でも１８０°＋ファン角分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式に対しても本実施形態へ適用可能である。ここでは、３６０°法を例に説明する。また、近年では、Ｘ線発生部１０１とＸ線検出器２０３との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のＸ線コンピュータ断層撮影装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本実施形態においては、従来からの一管球型であっても、多管球型であってもいずれも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。

Ｘ線発生部１０１は、高電圧発生装置１０９からスリップリング１０８を経由して電圧の印加および電流の供給を受けて、焦点１００からＸ線を放射する。回転リング１０２には、Ｘ線発生部１０１とＸ線検出器２０３が搭載されている。

Ｘ線検出器２０３における１チャンネルのＸ線検出素子１０は、第１の実施形態における図１に示したものを用いる。なお、Ｘ線検出器２０３における１チャンネルのＸ線検出素子１０として、第１の実施形態における図５に示したものを用いてもよい。また、本実施形態におけるＸ線検出器２０３は、２次元のエリア検出器とする。なお、Ｘ線検出素子を１次元状に配列させたＸ線検出器を用いてもよい。

撮影又はスキャンに際しては、Ｘ線発生部１０１とＸ線検出器２０３との間の円筒形の撮影領域１１１内に、被検体が天板１２０に載置され挿入される。

Ｘ線検出器２０３の出力には、ＤＡＳ（Data Acquisition System）と呼ばれるデータ収集回路２０４が接続されている。データ収集回路２０４は、図１に示すように、１チャンネルのＸ線検出素子１０へ入射するＸ線のエネルギーに基づいて、第１の受光部分３１からの出力と、第２の受光部分３２からの出力とに応じて、それぞれ別配線でチャンネルごとに接続される。なお、図５に示すように、それぞれの受光部分３１、３２からの出力を１つの配線としてチャンネルごとにデータ収集回路２０４へ接続してもよい。

１チャンネル分のＸ線検出素子１０における受光部分３１、３２とデータ収集回路２０４が別配線でチャンネルごとに接続されることにより、Ｘ線検出器２０３へ入射したＸ線をエネルギーごとに弁別することができる。その後の処理は、投影データ処理部２１０での処理と画像処理部２１４での処理とを除き、弁別されたＸ線のエネルギーごとに行われる。

なお、１チャンネル分のＸ線検出素子１０における受光部分３１、３２からの出力を１つの配線としてチャンネルごとにデータ収集回路２０４へ接続することにより、Ｘ線検出器２０３へ入射したＸ線がエネルギーごとに弁別されて出力される電気信号は、チャンネルごとに統合されてデータ収集回路２０４へ出力されるようにしてもよい。この電気信号の統合は、Ｘ線のエネルギーごとの出力に基づいているため、従来のＸ線検出素子に比べて、入射したＸ線の感度を向上させることができる。

データ収集回路２０４には、Ｘ線検出器２０３の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するＩ−Ｖ変換器と、この電圧信号をＸ線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このアンプの出力信号をディジタル信号変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに取り付けられている。データ収集回路２０４から出力されるデータ（純生データ（pure raw data））は、磁気送受信又は光送受信を用いた非接触データ伝送部１０５を経由して、前処理部１０６に伝送される。

前処理部１０６は、データ収集回路２０４から出力される純生データに対して前処理を施す。前処理には、例えばチャンネル間の感度不均一補正処理、Ｘ線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下または、信号脱落を補正する処理等が含まれる。前処理部１０６から出力される再構成処理直前のデータ（生データ（raw data）または、投影データと称される、ここでは投影データという）は、データ収集したときにビューアングルを表すデータおよびシンチレータ部分４１、４２における感度ピークを示すＸ線のエネルギーと関連付けられて、磁気ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリを備えた投影データ記憶部１１２に記憶される。

なお、投影データとは、被検体を透過したＸ線の強度に応じたデータ値の集合である。ここでは説明の便宜上、シンチレータ部分４１、４２における感度ピークを示すＸ線のエネルギーについて、ワンショットで略同時に収集したビューアングルが同一である全チャンネルにわたる一揃いの投影データを、投影データセットと称する。また、ビューアングルは、Ｘ線発生部１０１が回転軸Ｚを中心として周回する円軌道の各位置を、回転軸Ｚから鉛直上向きにおける円軌道の最上部を０°として３６０°の範囲の角度で表したものである。なお、投影データセットの各チャンネルに対する投影データは、ビューアングル、コーン角、チャンネル番号、シンチレータ部分４１、４２における最大感度を示すＸ線のエネルギーによって識別される。

再構成処理部１１４は、弁別されたＸ線のエネルギーそれぞれにおいて、ビューアングルが３６０°又は１８０°＋ファン角の範囲内の投影データセットに基づいて、フェルドガンプ法またはコーンビーム再構成法により、略円柱形の３次元画像を再構成する機能を有する。さらに再構成処理部１１４は、例えばファンビーム再構成法（ファンビーム・コンボリューション・バックプロジェクション法ともいう）またはフィルタード・バックプロジェクション法により２次元画像（断層画像）を再構成する機能を有する。フェルドガンプ法は、コーンビームのように再構成面に対して投影レイが交差する場合の再構成法であり、コーン角が小さいことを前提として畳み込みの際にはファン投影ビームとみなして処理し、逆投影はスキャンの際のレイに沿って処理する近似的画像再構成法である。コーンビーム再構成法は、フェルドガンプ法よりもコーン角のエラーが抑えられる方法として、再構成面に対するレイの角度に応じて投影データを補正する再構成法である。

再構成される３次元画像や２次元画像は、弁別されたＸ線のエネルギーごとに対応する画像である。なお、図５に示すＸ線検出素子１０をＸ線検出器２０３へ適用することによって、Ｘ線検出器２０３からの出力に基づいて、ひとつの３次元画像およびひとつの２次元画像が再構成される。

Ｘ線検出器２０３へ入射したＸ線のエネルギーごとに弁別された投影データセットに基づいて、画像を再構成することにより、それぞれ臨床的意義を異にする再構成画像を得ることができる。例えば、Ｘ線の低エネルギー成分の出力に基づく投影データセットは、脂肪を多く含む画像を再構成するのに適する。Ｘ線の高エネルギー成分の出力に基づく投影データセットは、骨密度に関する画像を再構成するのに適する。

投影データ処理部２１０は、入力部１１５を介したオペレータからの入力や所定の規則に従って、Ｘ線のエネルギーごとに弁別された投影データセットを用いて、投影データセット間の差分、合成などの演算処理を行う。例えば、ビューアングル、コーン角、チャンネル番号で識別され、入射したＸ線のエネルギーが異なるチャンネルごとの投影データについて、差分、合成などの演算処理を行い、再構成処理部１１４へ出力する。投影データ処理部２１０での処理は、この処理の後に得られる再構成画像において、ＣＴ値のコントラストを高めることや画質の向上に寄与する。投影データセットを用いて上記チャンネルごとで演算を行うことにより、以下で説明する再構成された画像を用いる画像処理部２１４での処理と比較して、演算処理の回数が少なくなるため、丸め誤差の影響を少なくできる。ここで、所定の規則とは、例えば、本実施形態の図示していない記憶部にあらかじめ記憶された上記演算処理の規則である。オペレータからの入力なしに、ホストコントローラ１１０が、投影データ処理部２１０を制御し、上記演算処理を行う。

画像処理部２１４は、入力部１１５を介したオペレータからの入力によって、Ｘ線のエネルギーごとに再構成処理部１１４で再構成された画像を用いて、差分、合成などの画像処理を行う。この処理は、例えば、表示部１１６で表示されたＸ線のエネルギーに応じた再構成画像（例えば、低エネルギーＸ線からの出力による再構成画像と高エネルギーＸ線からの出力による再構成画像）に基づいて、入力部１１５を介したオペレータからの入力により行われる。再構成画像のコントラストを向上させるときやＳ/Ｎ比を向上させるときに有用である。

表示部１１６は、再構成処理部１１４もしくは画像処理部２１４で処理された画像を表示する。このとき表示部１１６は、弁別されたＸ線のエネルギーそれぞれに対応した画像を１画面上に表示することも可能である。

以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。

本Ｘ線コンピュータ断層撮影装置によれば、被検体を透過したＸ線をエネルギーごとに弁別することができる。また、弁別されたＸ線のエネルギーに対応した画像を再構成することができる。加えて、再構成処理前の投影データセットや再構成画像を用いて差分、合成などの処理を行うこともできる。これらのことから、再構成画像上で近いＣＴ値を示し物質の違いが弁別出来ない場合について、再構成画像のコントラスト分解能が向上し物質の違いを弁別できる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…入射した低エネルギーＸ線によって蛍光を発した場所、２…入射した高エネルギーＸ線によって蛍光を発した場所、５…第１のシンチレータ部分４１から発せられた蛍光、６…第２のシンチレータ部分４２から発せられた蛍光、１０…１チャンネル分のＸ線検出素子、１１…シンチレータ、１２…受光部、２１…第１のフォトダイオード、２２…第２のフォトダイオード、２４…第１の光フィルタ、２５…第２の光フィルタ、３１…第１の受光部分、３２…第２の受光部分、４１…第１のシンチレータ部分、４２…第２のシンチレータ部分、１００…放射されるＸ線の焦点、１０１…Ｘ線発生部、１０２…回転リング、１０５…非接触データ伝送部、１０６…前処理部、１０７…駆動部、１０８…スリップリング、１０９…高電圧発生装置、１１０…ホストコントローラ、１１１…撮影領域、１１２…投影データ記憶部、１１４…再構成処理部、１１５…入力部、１１６…表示部、１１８…コリメーターユニット、１２０…天板、２００…ガントリ、２０３…Ｘ線検出器、２０４…データ収集回路（ＤＡＳ）、２１０…投影データ処理部、２１４…画像処理部

Claims (11)

1. 第１の方向に沿って配列された複数のＸ線検出素子を有するＸ線検出器において、
   前記Ｘ線検出素子各々は、
   前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って積層され、入射するＸ線のエネルギーに対する感度ピークを示す波長が異なる複数のシンチレータ部分と、
   前記シンチレータ部分の背面に前記第１の方向に沿って配列され、入射光に対する感度ピークを示す波長が異なる複数の受光部分とを有することを特徴とするＸ線検出器。
2. Ｘ線を発生するＸ線発生部と、
   前記Ｘ線発生部から発生され、被検体を透過したＸ線を検出し、第１の方向に沿って配列された複数のＸ線検出素子を有する前記Ｘ線検出器と、
   前記Ｘ線検出器からの出力に基づいて、少なくとも一つの画像を再構成する再構成処理部とを具備し、
   前記Ｘ線検出素子各々は、
   前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って積層され、入射するＸ線のエネルギーに対する感度ピークを示す波長が異なる複数のシンチレータ部分と、
   前記シンチレータ部分の背面に前記第１の方向に沿って配列され、入射光に対する感度ピークを示す波長が異なる複数の受光部分とを有することを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
3. Ｘ線を発生するＸ線発生部と、
   前記Ｘ線発生部から発生され、被検体を透過したＸ線を検出し、第１の方向に沿って配列された複数のＸ線検出素子を有する前記Ｘ線検出器と、
   前記Ｘ線検出器からの出力に基づいて、少なくとも一つの画像を再構成する再構成処理部とを具備し、
   前記Ｘ線検出素子各々は、
   前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って積層され、入射するＸ線のエネルギーに対する感度ピークを示す波長が異なる複数のシンチレータ部分と、
   前記シンチレータ部分の背面に前記第１の方向に沿って配列され、入射光に対する感度ピークを示す波長が異なる複数の受光部分とを具備し、
   前記受光部分各々は、フィルタとフォトダイオードとから構成され、
   前記複数のシンチレータ部分のうち最も高いＸ線のエネルギーに感度ピークを有するシンチレータ部分が前記受光部分の直前に配置されることを特徴とするＸ線コンピュータ断層撮影装置。
4. 前記複数のシンチレータ部分のうち最も高いＸ線のエネルギーに感度ピークを有するシンチレータ部分が前記受光部分の直前に配置されることを特徴とする請求項１記載のＸ線検出器。
5. 前記複数のシンチレータ部分のうち最も高い透明度を有するシンチレータ部分が前記受光部分の直前に配置されることを特徴とする請求項１記載のＸ線検出器。
6. 前記受光部分は、フォトダイオードからなることを特徴とする請求項１記載のＸ線検出器。
7. 前記受光部分各々は、フィルタとフォトダイオードとから構成されることを特徴とする請求項１記載のＸ線検出器。
8. 前記受光部分各々は、フィルタとフォトダイオードとから構成され、
   前記複数のシンチレータ部分のうち最も高い透明度を有するシンチレータ部分が前記受光部分の直前に配置されるＸ線検出器を有することを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
9. 前記再構成処理部は、前記入射するＸ線のエネルギーに対する前記シンチレータ部分の感度ピークを示す波長に関連する複数の画像を、前記Ｘ線検出器からの出力に基づいて再構成することを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
10. 前記Ｘ線検出素子各々は、第１の受光部分と第２の受光部分とを有し、
    前記再構成処理部は、前記Ｘ線検出器における複数の前記第１の受光部分からの出力に基づいて第１の画像を再構成し、前記Ｘ線検出器における複数の前記第２の受光部分からの出力に基づいて第２の画像を再構成することを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。
11. 前記Ｘ線検出素子各々は、第１の受光部分と第２の受光部分とを有し、該第１の受光部分からの出力と該第２の受光部分からの出力とが一つの出力として統合され、
    前記再構成処理部は、前記Ｘ線検出素子それぞれからの出力に基づいて、一つの画像を再構成することを特徴とする請求項２記載のＸ線コンピュータ断層撮影装置。

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