JP2869975B2 - 放射線像受像装置 - Google Patents

放射線像受像装置

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JP2869975B2 JP63140742A JP14074288A JP2869975B2 JP 2869975 B2 JP2869975 B2 JP 2869975B2 JP 63140742 A JP63140742 A JP 63140742A JP 14074288 A JP14074288 A JP 14074288A JP 2869975 B2 JP2869975 B2 JP 2869975B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、例えば医療分野において人体組織等の観察
等に用いられる、X線等の放射線を利用して対象物の像
を得るための装置に関する。
<従来の技術> 放射線を利用して対象物の像を得る技術で、最も広く
利用されているものは医療用のX線写真である。その概
略の原理は、X線管焦点から放射され直進するX線が、
被検体の目的部分を透過する過程において、透過部分の
密度,元素組成,厚さの違い等によってその一部が光電
効果やコンプトン効果等の物理的相互作用による吸収,
散乱という減弱作用を受け、その結果、透過後のX線の
分布に強度差が生じ、これを写真濃度の濃淡分布として
フィルム上に再現するものである。
また、このような濃淡分布をフィルム上に表現する以
外に、イメージインテンシファイア、イメージングプレ
ート、半導体撮像素子等を用いて、CRT上に表現する技
術もある。
<発明が解決しようとする課題> 上述した各技術を用いて、診断の目的に沿ったX線像
を得るためには、その対象あるいは部位に応じてX線の
撮影条件を定めなければならない。ところが、X線管か
ら発生するX線が単色でなく連続分布を持っていること
や、対象物組成が極めて複雑であること等から、管電
圧,管電流,撮影時間,撮影距離,散乱線グリッドの使
用可否等,諸因子を最適な条件に組み合わせることは実
際には非常に困難であって、経験と、複数回の撮影が必
要不可欠であった。
なお、特開昭60−80746号によって提案されている放
射線受像方法は、X線の濃度分布情報だけでなく、エネ
ルギ情報をも有効に利用しようという観点から、被検体
透過X線の各パルス波高ごとの濃度分布を得ることを特
徴とするものであるが、各波高ごとの特徴をそれぞれ合
わせ持ったような、より診断の目的に適った画像を得よ
うとする配慮はない。また、この方法によれば、注目す
るパルス波高以外のパルスに関する情報は実質的に除外
してしまうことになり、弁別される波高グループの数が
増すに従って、その各々の情報量は減少し、画質は低下
する。従って、この方法を用いて各波高ごとに良質な画
像を得るためには、結局、撮影時間の増倍が必要とな
り、それに伴う被曝量の増加が問題となる。
本発明の目的は、粗い撮影条件下、つまり最適とはい
えない撮影条件下においても、あるいは撮影時間を長く
することなく、可及的に測定目的に沿った放射線像を、
撮影後に自由に修正しつつ得ることのできる放射線受像
装置を提供することにある。
<課題を解決するための手段> 上記の目的を達成するための構成を、実施例に対応す
る第1図、第2図を参照しつつ説明すると、本発明は、
1次元もしくは2次元の放射線検出素子アレイAを形成
する各放射線検出素子Sに対し、1個のパルス増幅器1
と、そのパルス増幅器1の出力パルスをそれぞれ入力し
てそのパルス波高値が任意に設定し得る複数の波高範囲
のいずれにあるかを弁別するための複数の波高弁別回路
2a,2b‥‥,その各波高弁別回路2a,2b‥‥の出力をそれ
ぞれ計数する複数の計数回路3a,3b‥‥と、その各計数
回路3a,3b‥‥の出力にそれぞれ任意に設定し得る重み
を付ける複数の重み付け回路4a,4b‥‥と、その各重み
付け回路4a,4b‥‥の出力を足し合わせる加算回路5を
設け、各放射線検出素子S‥‥Sに対応する各加算回路
5,5‥‥の出力をそれぞれ画素濃淡信号として用いるよ
う構成したことによって特徴づけられる。
<作用> 放射線検出素子Sに入射した放射線は、波高弁別回路
2a,2b‥‥によって、そのエネルギの大きさに応じて複
数のグループに弁別される。各計数回路3a,3b‥‥の出
力は、従って、その素子Sに入射した放射線のエネルギ
グループ別の線量を表わすことになる。この計数回路3
a,3b‥‥の出力に所定の重み付けをしたうえでこれらを
加算すると、その加算結果は、上記の重み付けに基づい
て特定のエネルギグループの線量が強調され、あるいは
除去された大きさを持った値をとる。
以上のような演算を全ての放射線検出素子S‥‥Sに
ついて行い、これを各素子S‥‥Sに対応する画素の濃
度信号として画像を形成すれば、透過放射線の空間分布
に、エネルギ情報を任意の重みを付けて重畳させた画像
が得られる。
<実施例> 本発明の実施例を、以下図面に基づいて説明する。
第1図は本発明実施例の信号処理回路の構成を1個の
放射線検出素子Sについて示すブロック図で、第2図は
本発明実施例の全体構成を示す概念図である。
この例では、放射線源としてX線管10を用い、放射線
検出素子SとしてCdTe,HgI2等の高原子番号の化合物半
導体を用いた場合を示している。
第2図に示すように、X線管10には、コントローラ11
により、設定値どうりの電圧,電流が設定時間だけ高圧
電源12から供給され、設定条件どうりのX線が被写体13
に向けて照射される。被写体13の後方には、X線検出素
子S‥‥Sが2次元平面上に並べられたX線検出素子ア
レイAと、その各素子S‥‥Sにそれぞれ対応する信号
処理回路群を備えた回路部14が配置されている。この回
路部14は、後述するように被写体13の透過情報を含んだ
X線分布を電気パルスの濃度分布に変換し、表示部15に
おいて各検出素子S‥‥Sをそれぞれ画素とする画像と
して表現する構成となっている。
さて、第1図に示すように各検出素子S‥‥Sにはそ
れぞれ1個のパルス増幅回路1と、複数の波高弁別回路
2a,2b‥‥と、それと同数のパルス計数回路3a,3b‥‥お
よび重み付け回路4a,4b‥‥と、更に1個の加算回路5
が接続されている。
各波高弁別回路2a,2b‥‥の波高弁別レベルは、各検
出素子S‥‥Sの信号処理回路に共通の弁別レベル設定
器6によって、それぞれ任意に設定し得るよう構成され
ている。
また、各重み付け回路4a,4b‥‥の重み係数は、同じ
く各検出素子S‥‥Sの信号処理回路に共通の重み係数
設定回路7によって、それぞれ任意に設定し得るよう構
成されている 各半導体放射線検出素子S‥‥Sには、それぞれ、バ
イアス用電源16により逆バイアスが印加され、これによ
って半導体中に生じる空乏層に入射したX線は、種々の
物理的過程を通してそのエネルギに応じた波高の電気パ
ルスを発生する。
検出素子Sからの電気パルスは、パルス増幅回路1に
て増幅・整形され、その波高値が次段の波高弁別回路群
2a,2b‥‥においてあらかじめ設定された弁別レベルと
比較され、パルス計数回路群3a,3bのうち、波高値に見
合ったいずれかに入力し、その計数値を1つ増加させ
る。すなわち、被写体13を透過して検出素子Sに入射し
たX線の個数は、そのエネルギにより複数のグループに
分けられてグループ別に計数される。
そして、各グループ別の計数値は、次段の重み付け回
路群4a,4b‥‥によって、それぞの設定通りの重みが付
けられた後、加算回路5によって合計される。
以上の回路が各検出素子S‥‥Sごとに設けられてお
り、各加算回路5の出力が表示部15での画素濃度値とし
て出力されるよう構成されている。
次に、本発明実施例を用いて人体を被写体とした場合
を例にとって、作用および使用法について説明する。
一般に、***等の軟弱組織では、筋肉,骨等に比べて
X線の減弱係数が小さいため、比較的低い管電圧(60KV
以下)にて撮影が行なわれる。この場合、X線減弱の殆
んどが光電効果に起因するものであり、散乱の影響は無
視できると考えて差し支えない。しかし、例えば第3図
に管電圧90KVのときの放射X線スペクトルの例を示すよ
うに、X線管10から発生するX線のエネルギ分布は単色
ではなく、管電圧に伴って変化する、比較的広い広がり
を持っている。このことが、前記したように診断の目的
に沿った最適な管電圧を設定するのが困難となる所以で
ある。
さて、第4図(a)および(b)は、それぞれ同じX
線を軟部組織に照射したときの、低密度部分および高密
度部分における透過スペクトルを示すグラフである。こ
の第4図(a)と(b)を比較すると明らかなように、
低エネルギのX線ほど物質による減弱の度合いが大きい
ために、低密度部分と高密度部分との透過X線の計数差
は、低エネルギ側でより大きくなる。
そこで、このような軟部組織を観察する場合には、弁
別レベル設定器6により、全ての検出素子S‥‥Sの処
理回路において1つの波高弁別回路2aの弁別レベルを第
4図に示すAからBに、もう1つの波高弁別回路2bの弁
別レベルをB以上に設定して撮影する。ここで、Aはノ
イズレベルよりやや大きい値、Bは照射するX線のスペ
クトルのピーク値近傍である。これにより、パルス計数
回路3aは低密度部分でnaL,高密度部分でnaHを、また、
パルス計数回路3bは低密度部分でnbL,高密度部分でnbH
をカウントすることになる。このとき、通常、X線スペ
クトルの形がほぼ左右対称に近いから、前述した原理に
より、 (naL−naH)>(nbL−nbH)…… (1) となる。
次いで、重み係数設定器7により、重み付け回路4aの
重み係数を に、重み付け回路4bの重み係数を にそれぞれ設定して画像表示する。ただし、aおよびb
は0以上2以下の数値である。
これにより、加算回路5の出力は、対応する検出素子
Sに低密度部分を透過したX線が入射していれば、 となり、高密度部分を透過したX線が入射していれば、 となる。つまり、この検出素子Sについての画素濃度信
号は低密度部分ならn′L,高密度部分ならn′となる
わけであるが、その濃度差n′L-Hは、 となる。
ちなみに、重みを付けない場合(a=b),換言すれ
ばパルス計数回路3aと3bの出力を直接加算回路5に入力
した場合の濃度差nL-Hは、 nL-H=(naL−naH)+(nbL−nbH) ……(5) となるが、このnL-Hに比較してn′L-Hは、次の(6)
式で示されるΔnだけ増加する。
このことは、軟部組織の場合には(1)式が成立するた
め、a>bとすることで、最大(a=2,b=0のと
き)、 (naL−naH)−(nbL−nbH) のコントラストの増大が望めることを証明している。
次に、これとは反対に、胸部、腹部、大腿部等のよう
に厚い部分や、骨、臓器等の高密度な部分が含まれてい
る場合には、通常、比較的高い管電圧(60KV以上)にて
撮影を行う必要がある。このような場合、比較的高いエ
ネルギのX線が発生し、コンプトン効果の影響を無視で
きなくなってくる。散乱を受けたX線はそのエネルギの
一部を物質中の電子に渡すため、最初に持っていたエネ
ルギよりも低いエネルギを持って検出素子S‥‥Sに入
射する。しかし、あまりエネルギが低くなりすぎたもの
は、物質内部で吸収されて検出素子S‥‥Sには到達し
ないため、そのスペクトルは見かけ上第5図に示すよう
になる。
このような部分を観察する場合には、波高弁別回路2a
の弁別レベルを第5図に示すAからB、波高弁別回路2b
の弁別レベルを同じくBからC、更に波高弁別回路2cの
弁別レベルをC以上に設定に設定して撮影する。ここ
で、Aはノイズレベルよりもやや大きい値、Bはコンプ
トン散乱の影響が現われてくるエネルギ付近、Cは照射
するX線のスペクトルのピーク値近傍の値である。
これにより、パルス計数回路3a,3bおよび3cはそれぞ
れ第5図に示すようにNa,NbおよびNcをカウントするこ
とになる。
そして画像表示に当っては、減弱の差の大きいAから
Bの領域の計数値Naに、軟部組織の場合と同様、最も大
きい重みを付け、また、散乱の影響が最も大きいBから
Cの領域の計数値Nbには最も小さな重みを付ける。これ
により加算回路5からは、散乱の影響が低減され、か
つ、組織の密度差に基づく吸収の違いが強調された下記
の(7)式に示す重み付き画素濃度N′が出力される。
このように、高い管電圧の場合でも、散乱線の影響が
少なく、コントラストの良い画像が得られる。
以上の本発明実施例において、重み係数は、各波高弁
別レベルを設定した状態での単純撮影後、得られた画像
を見ながら設定することが可能であり、容易に診断目的
に合致した画像を得ることができる。
なお、本発明は、検出素子の種類や配置方法に関して
は種々の変形が可能である。
すなわち、検出素子としては、エネルギの計測が可能
なものであればよく、例えばシンチレータ,MWPC等に置
換することができる。
また、配置方法としては、第2図に示したような面状
の配置以外の2次元配置として、例えば第6図に示すよ
うに、素子Sと回路部61を基板62上に実装したもの相互
にずらせて集合させ、全体として素子S‥‥Sを段階状
に配置する方法を採用することができる。あるいは、第
7図に示すように、素子S‥‥Sを直線または弧状に配
置していわゆる1次元アレイ71を形成し、この1次元ア
レイ71を、X線管72と被写体73の間に介在させたスリッ
ト74と連動させて、素子S‥‥Sの配列方向と直向する
方向に一定間隔ずつ動かし、その都度一定時間づつ測定
・データ伝送を繰り返すことにより、2次元画像を得る
方法をも採用することができる。
更に、本発明の受像装置の思想は、X線CT等にも応用
し得ることは勿論であるし、あるいはX線以外のγ線等
に対しても有効であることは言うまでもない。
<発明の効果> 以上説明したように、本発明によれば、透過放射線の
空間分布に、エネルギ情報を任意の重みを付けて重畳さ
せた画像を得ることができ、最適な撮影条件でない条件
下で単純撮影した後に、注目組織部分のコントラスト強
調や散乱線の除去等、必要に応じて任意に修正すること
ができ、放射線画像による診断の飛躍的な向上をはかる
ことができる。また、このことは同時に、被検体の被曝
線量の低減にもつながり、この点の効果も大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の信号処理回路の構成を1個の放
射線検出素子Sについて示すブロック図、 第2図はその全体構成を示す概念図である。 第3図は放射X線スペクトルの例を示すグラフ、 第4図は軟部組織における密度の相違による透過スペク
トルの差を示すグラフ、 第5図はコンプトン効果の影響がある場合の透過スペク
トルを示すグラフである。 第6図および第7図はそれぞれ本発明の他の実施例の説
明図である。 1……パルス増幅回路 2a,2b……波高弁別回路 3a,3b……パルス計数回路 4a,4b……重み付け回路 5……加算回路 6……弁別レベル設定器 7……重み係数設定器 10……X線管 13……被写体 14……回路部 15……表示部 A……X線検出素子アレイ S……X線検出素子

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入射放射線のエネルギ計測が可能な放射線
    検出素子を複数個1次元もしくは2次元状に配列してな
    る検出素子アレイに、線源からの被写体の透過情報を含
    んだ放射線束を入射させて、被写体の放射線像を得る装
    置において、上記放射線検出素子のそれぞれに対し、1
    個のパルス増幅器と、そのパルス増幅器の出力パルスを
    それぞれ入力して、そのパルス波高値が任意に設定し得
    る複数の波高範囲のいずれにあるかを弁別するための複
    数の波高弁別回路と、その各波高弁別回路の出力をそれ
    ぞれ計数する複数の計数回路と、その各計数回路の出力
    にそれぞれ任意に設定し得る重みを付ける複数の重み付
    け回路と、その各重み付け回路の出力を足し合わせる加
    算回路を設け、上記各放射線検出素子に対応する各加算
    回路の出力をそれぞれ画素濃淡信号として、用いるよう
    構成されていることを特徴とする、放射線像受像装置。
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