JP6195495B2 - Ｘ線検出器において３ｄゴーストアーチファクトを低減させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線検出器において、３Ｄゴーストアーチファクトを低減させる方法に関し、必ずしも排他的ではないが、特に例えばＣアーム、及びボリュームＣＴ（コンピュータ断層撮影）システムで柔らかい組織を画像化する間に使用することに適する。

図面の図１を参照すると、通常のＸ線システムは、ロボットアーム３により、患者台２に近接して支持されるスイングアーム（Ｃアーク又はＧアーク）１を有する。スイングアーム１内にハウジングされてＸ線管４が設けられ、Ｘ線検出器５が患者（図示略）を通過したＸ線を受けるとともに該Ｘ線の強度分布を表す電気信号を生成するように配置及び構成され、該電気信号から患者の照射された領域の３Ｄ画像が再構成され得る。スイングアーム１を移動させることにより、Ｘ線管４及び検出器５は、患者台２の上に横たわる患者に対して所望のいかなる位置及び方向でも位置され得る。患者の照射された領域の３Ｄ再構成画像は、ディスプレイスクリーン６上に表示される。

Ｘ線検出器５は、Ｘ線放射線を光放射に変換するタリウムをドープされたヨウ化セシウム（ＣｓＩ：Ｔｌ）を含む変換層と、該光放射から電子信号を得る複数の感光素子とを有する典型的なフラット検出器（ＦＤ）である。このようなＸ線検出器は、論文'Amorphous silicon pixel layers with Caesium Iodide converter for medical radiography', by T. Jing et al. in IEEE Transactions in nuclear science 41(1994)903-909から知られる。既知のＸ線検出器の変換層は、厚さ６５乃至２２０μｍの範囲のＣｓＩ：Ｔｌ層として形成される。アモルファスシリコンｐｉｎダイオードは、ＣｓＩ：Ｔｌ層に入射するＸ線放射線により生成されるシンチレーション光を検出する感光素子として使用される。Ｔｌドープレベルは、０．１乃至０．２モル％に維持される。

既知のＸ線検出器の変換層が高い変換効率を有するが、かなりの残光（アフターグロー）を被る。アフターグローは、Ｘ線の入射の際、変換層又はシンチレータにおいて、いわゆる「トラッピング」効果により生じ、変換層において発生される光放射が、Ｘ線が入射しなくなった後のいくらかの（短い）期間続く現象である。国際特許公開公報ＷＯ０３／１００４６０は、ＣｓＩ：Ｔｌが超高純度であり、Ｔｌドープレベルが０．２５乃至１．００ａｔ％の範囲内の範囲内にあるＣｓＩ：Ｔｌ変換層を有するＸ線検出器を記載する。結果として、Ｘ線の入射後に生成され続ける光放射のレベルが低下され、それゆえ、アフターグローがそれにしたがって減少される。

ブライトバーン又は「ゴースト」は、シンチレータ内のゲイン効果により生じる「トラッピング」により生じる他の（より長期間の）現象であり、通常表示される画像に円形のアーチファクトを生成する、３Ｄ再構成が非常に影響を受けやすい長期間続くゴーストを生じさせる。

本発明の目的は、Ｘ線検出器のゴーストにより生じる３Ｄ再構成画像のアーチファクトの出現を更に低減させる改善された方法を提供することである。

本発明によると、被験体に照射するＸ線源と、該被験体を通過したＸ線放射線を受け、該Ｘ線の強度分布を示す電気信号を生成するＸ線検出器とを有するＸ線システムを使用して、被験体に関して得られるＸ線画像の差分ゴーストを低減させる方法が提供され、該Ｘ線検出器は、自身に入射するＸ線放射線を受け、該Ｘ線放射線を光放射に変換するシンチレータを有し、前記方法は、前記Ｘ線源とＸ線検出器との間に被験体がいないときに、前記Ｘ線源にＸ線放射線ビームを生成させ、前記検出器に対して前記Ｘ線放射線を受けさせるとともに、前記検出器において、入射する前記Ｘ線により生じる均一なゴーストを表す電気信号を生成させることにより、ゴースト除去（デゴースト）スキャンを周期的に得るステップを有する。

したがって、各々の後続のスキャンの間に、更なる著しいゴーストが生成され得ないように、ゴースト除去スキャンが、シンチレータ（通常ＣｓＩ：Ｔｌシンチレータ）内に高い度合いの「トラッピング」を生じさせるので、ゴースト除去スキャンの獲得に続いて得られるスキャンにおける差分ゴーストの発生は、かなり低減される。

好ましくは、ゴースト除去スキャンは、少なくとも１日１回、場合によりＸ線システムがスイッチオンにされるとき自動的に実行される。有益なことに、ゴースト除去スキャンは、比較的高いＸ線放射線検出器線量で、通常それぞれの被験体に関する後続のスキャンを得るために使用されるものと実質的に同じオーダーの線量で実行される。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施例から明らかになり、該実施例を参照して明らかにされるであろう。本発明の実施例は、単に例として、添付の図を参照して記載されるであろう。

図１は、本発明の例示的な実施例によるＸ線検出器を使用するＸ線システムの概略的な側面図である。 図２は、複数の検出器素子を有するＣＭＯＳチップの展開図である。 図３は、例示的なＸ線システムのＸ線検出器に組み込まれるセンサマトリクスの回路図を示す。 図４は、本発明の例示的な実施例による方法における主要なステップを図示する概略的なフロー図である。

図面の図１を参照して記載され、図示されるようなシステムに使用される平面Ｘ線検出器は、通常複数の行に配置される複数の検出器素子から構成される。図２は、このような検出器を形成するとともに、複数の検出器素子を有するＣＭＳ基板の展開図を示す。複数のフォトダイオード８及び関連付けられる増幅器素子（図示略）は、同じ基板上に集積化csemiconductor技術で実現される。したがって、ＣＭＯＳチップ９は、検出器素子１０（画像素子又はピクセルとも呼ばれる）が、マトリクスの形態で配置され、例えばこの場合、前記素子は、縦方向に６行、横方向に９列配置されて実現される。完全な検出器アレイ３は、通常、複数の連続して配置されるチップ９からなる。

各々のＣＭＯＳチップ９の上に、ＣＭＯＳチップ９と同程度の大きさのシンチレータ１１により形成される変換層が配置される。シンチレータ１１は、ＴｌをドープしたＣｓＩにより形成され、光学接着剤１３の薄い層により、前記ＣＭＯＳチップに対して正確に位置されるようにＣＭＯＳチップに接続される。吸収層１４は、シンチレータの個々の結晶１２の間に設けられる。

ＣＭＯＳチップ９は、接着層１６によりプリント回路ボード又はＰＣＢ１５に取り付けられる。ＣＭＯＳチップ９からＰＣＢ１５への電気接続は、ボンドパッド１７へのリードにより形成される。

Ｘ線放射線が検出器に入射する場合、Ｘ線量（γ）は、シンチレータ１１に吸収され、可視光に変換される。図面の図３を参照すると、Ｘ線画像における各々のピクセルに対して、フォトセンサ素子２２、収集キャパシタ２３、及びスイッチング素子４０を有するセンサ素子２１が設けられる。電荷は、入射Ｘ線からフォトセンサ素子２２により得られ、該電荷は、収集キャパシタ２３により収集される。収集電極３は、それぞれの収集キャパシタ２３の部分を形成する。センサ素子の各々の列に対してそれぞれ読取線１９が設けられ、各々の収集キャパシタンス２３は、自身のスイッチング素子４０を経由してそれぞれの読取線１９に結合される。フォトセンサ素子は基板６０に設けられ、例として図３は、３×３センサ素子のみを示すが、実用的な実施例において、より多くのセンサ素子、例えば２０００×２０００が使用される。

収集された電荷を読み出すため、収集キャパシタンスからの電荷をそれぞれの読み出し線に伝えるように、関連するスイッチング素子４０が閉じられる。別個の読取線１９は、出力信号が多重化回路２５に供給されるそれぞれの高感度出力増幅器２４に結合される。電子画像信号は、多重化回路２５により出力信号から構成される。スイッチング画像信号４０は、アドレス線２７により各々の行に対してスイッチング素子に結合される行駆動回路２６により制御される。多重化回路は、電子画像信号を例えばモニタ６に供給し、該モニタに、Ｘ線画像の画像情報が表示されるか、又は電子画像信号が、更なる処理のために画像プロセッサ２９に供給され得る。

したがって、図面の図１に戻って参照すると、既知のＸ線システムにおいて、検査されるべき患者は、患者台２の上に位置され、それから、Ｘ線管４により放出されるＸ線ビームで照射される。患者のＸ線吸収の局部的な差異により、Ｘ線影画像がＸ線検出器に検出される。Ｘ線検出器５に組み込まれるセンサマトリクスにより、Ｘ線画像は、電子画像信号に変換される。電子画像信号は、Ｘ線画像の画像情報が表示されるモニタ６に供給される。

上で説明されるように、平面検出器に使用されるＣｓＩ：Ｔｌシンチレータは、（通常）円形のアーチファクトを内部に生じさせるという点で、３Ｄ再構成画像の品質に不都合な影響を与える長時間続くゴーストが生じるという欠点を被る。このようなゴースト画像は、シンチレータ内の差分ゲイン効果により生じられ、シンチレータ内のトラッピング効果と組み合わせて、不均一放射線を通じて生成される。ゴーストがゲイン効果であるので、該ゴーストは、（理論的に）ゲイン補正を適用することを通じて補正され得る。ゲイン補正は、「空気」の画像（すなわち、Ｘ線管とＸ線検出器との間にいかなる物体もなく（コリメーションもなく）得られる画像）に基づき、ゴーストは、ゲイン補正が適用される場合、物体の画像と「分けられる」。しかしながら、シンチレータ内にアフターグローが生成される前に、ゲインスキャンが実行される（すなわち空気の画像が得られる）場合、このようなゲイン補正は役立たないであろう。言い換えると、ゴーストは、各々のスキャンとともに変化する傾向にあり、（従来の方法における）ゲインスキャンは、一日に１回のみ得ることができ、上述のゲイン補正方法は、それゆえ変化するゴーストに対処することができない。

この問題は、本発明の例示的な実施例にしたがって、非常に高い（蓄積された）検出器線量（約４０ｍＧｙ）で「ゴースト除去」スキャン（「空気」スキャン）を（好ましくは各々の日の開始の際に）得ることにより克服される。この結果、（シンチレータトラップのほとんどが満たされるので）強いが均一なゴーストとなり、これにより、強い差分ゴーストの更なる生成を回避する。したがって、第１の例において、内在する強いゴーストが生成され、その結果、全てのその後に得られるスキャンに同じ内在するゴーストが存在し、補正されることを必要とする更なる差分（変化）ゴーストは生成されない。したがって、不均一ゴーストは、初期の「ゴースト除去」スキャンの間、強いが均一のゴーストの生成により抑制される。ゴーストは、通常一日の時間スケールにおいて減衰し、したがってゴースト除去スキャンは、好ましくは１日に１回繰り返されるべきである。それゆえ、２，３日使用されていないシステムは、「ゴースト除去」スキャンが最初に実行されない限り、差分ゴーストに対して非常に影響を受けやすい。

したがって、図面の図４を参照して要約すれば、本発明による方法は、比較的高い検出器線量において「空気」の画像を得ることによりゴースト除去スキャンを実行するステップ１００と、それぞれの被験体に関して続いてスキャンを実行するステップ１０２と、いつ最後のゴースト除去スキャンが実行されてから所定の期間が経過するかを決定するステップ１０４と、ゴースト除去スキャンを繰り返すステップとを有する。

上述の実施例は、本発明を制限するのではなく説明し、当業者らは、請求項により規定される本発明の範囲から逸脱することなく多くの代替の実施例を設計することができるであろうということは、留意されるべきである。請求項において、括弧に挟まれた参照符号は、請求項を制限するとして解釈されるべきではない。「有する」等の言葉は、全体として請求項又は明細書に列挙された以外の要素又はステップの存在を排除しない。要素に対する単数の表記は、このような要素の複数を指すことを排除せず、逆も同様である。本発明は、いくつかの別個の要素を有するハードウェア、及び適切にプログラムされたコンピュータにより実施され得る。いくつかの手段を列挙する装置の請求項において、これらの手段のいくつかは、ハードウェアの同一のアイテムにより実現され得る。異なる従属請求項に共通してある手段が繰り返されるという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示さない。

１：アーム
２：患者台
３：検出器アレイ
４：Ｘ線管
５：Ｘ線検出器
６：モニタ
８：フォトダイオード
９：ＣＭＯＳチップ
１０：検出器素子
１１：シンチレータ
１３：光学接着剤
１４：吸収層
１５：ＰＣＢ
１６：接着層
１７：ボンドパッド
１９：読取線
２１：センサ素子
２２：フォトセンサ素子
２３：収集キャパシタ
２４：出力増幅器
２５：多重化回路
２６：駆動回路
２７：アドレス線
２９：画像プロセッサ
４０：スイッチング素子
６０：基板
１００：ゴースト除去スキャンを実行するステップ
１０２：スキャンを実行するステップ
１０４：いつ最後のゴースト除去スキャンが実行されてから所定の期間が経過するかを決定するステップ

Claims (4)

1. 被験体に照射するＸ線源と、該被験体を通過したＸ線放射線を受け、該Ｘ線放射線の強度分布を表す電気信号を生成するＸ線検出器とを有するＸ線システムを使用して、前記被験体について得られるＸ線画像におけるアフターグローによるゴーストを低減させる方法であって、前記Ｘ線検出器が、該Ｘ線検出器に入射するＸ線放射線を受け、前記Ｘ線放射線を光学放射に変換するシンチレータを有し、前記方法は、前記Ｘ線源と前記Ｘ線検出器との間に被験体が存在しないとき、前記Ｘ線源にＸ線放射線ビームを生成させ、前記検出器に該Ｘ線放射線を受けさせ、前記検出器に入射する前記Ｘ線放射線により、前記検出器において生じる均一なゴーストを表す電気信号を生成させることにより、ゴースト除去スキャンを定期的に得るステップを有し、前記ゴースト除去スキャンに用いられる線量は、シンチレータトラップが実質的に満たされるような線量であり、それぞれの被験体についてのその後のスキャンを得るために使用される線量と実質的に同じオーダーの検出器線量である、方法。
2. 前記ゴースト除去スキャンが少なくとも１日１回実行される、請求項１に記載の方法。
3. 前記Ｘ線システムがスイッチオンされるとき、自動的に前記ゴースト除去スキャンが実行される、請求項１に記載の方法。
4. 前記ゴースト除去スキャンが、４０ｍＧｙのＸ線放射線検出器線量で実行される、請求項１に記載の方法。

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