【発明の詳細な説明】
Ｘ線検出器
本発明は入射Ｘ線を低エネルギー放射に変換する変換層からなるＸ線検出器に
関する。本発明は特にＸ線ビームを電子ビームに変換する入射区域と、光陰極と
、入射Ｘ線を光陰極が感応する低エネルギー放射に変換する変換層とからなるＸ
線画像増倍管に関する。
この種のＸ線検出器はヨーロッパ特許出願ＥＰ０５３６８３０から知られてい
る。
知られているＸ線検出器は好ましくはＸ線検査装置で用いられるＸ線画像増倍
管である。対象のＸ線画像はＸ線源から出射されるＸ線ビームにより例えば放射
線的に検査される患者のような対象を照射することにより形成される。Ｘ線画像
増倍管はＸ線画像から光学画像を得、この光学画像は画像ピックアップ装置によ
り電子画像信号へ変換される。Ｘ線の入射の方向で観察されたときに入射区域は
連続的に、支持層と、変換層と、光陰極とからなる。入射区域に入射したＸ線は
変換層で例えば青い光又は紫外線放射のような低エネルギー放射に変換される。
低エネルギー放射は光陰極から電子のビームを開放する。電子−光学システムは
出射窓上の蛍光層上に光陰極を画像化する。蛍光層上に入射した電子は出射窓上
の光学画像を形成する。光学画像は可視光により形成されるが、また赤外又は紫
外放射によっても形成される。
知られたＸ線画像増倍器の入射区域はまた支持層とナトリウムをドープされた
沃化セシウム（ＣｓＩ：Ｎａ）の変換層との間に配置されるカルシウムタングス
テン層からなり、それは入射Ｘ線により変換層で発生したいわゆるＫ放射と称さ
れる低エネルギーＸ線に対して高吸収率を有する。カルシウムタングステン層は
Ｋ放射を光陰極が感応する青い光又は紫外放射に変換する。結果としてＣｓＩ
Ｎａ変換層で概略３５ｋｅＶのＫ放射に変換される入射Ｘ線は画像化に対して失
われない。
患者のＸ線画像がＸ線が患者を通して長い距離を辿るような方向から照射によ
り形成されるときに及び／又は患者の容積がかなり大きいときに画像増倍管に到
達するＸ線強度が適切な信号対ノイズ比を有するＸ線画像の形成に不充分である
という問題にしばしば遭遇する。この問題は６０から８０ｋｅＶの平均エネルギ
ー密度を有するＸ線を用いて肥満した患者の心臓血管系の放射線検査をなす場合
に特に発生する。Ｘ線画像増倍管に到達するＸ線強度は例えば１００ｋｅＶから
１２０ｋｅＶであるＸ線の平均エネルギーの増加により増加される。Ｘ線の平均
エネルギー、又は短く言えば入射Ｘ線の平均エネルギーが６０から１００ｋｅＶ
の値から１００から１２０ｋｅＶに増加した場合に光学画像の強度はＸ線エネル
ギーが制限値に達するまで増加する。Ｘ線のエネルギーが更に増加する場合には
光学画像の強度は再び減少することが知られている。従来技術のＸ線増倍器から
なるＸ線検査装置ではこの現象は１００ｋｅＶを越えるＸ線エネルギーに対して
発生し、即ち制限値は概略１００ｋｅＶである。光学画像の強度が患者内の過剰
なＸ線吸収のために非常に低い場合には放射線科医は制限値を越えてＸ線のエネ
ルギーを増加する傾向にあるが、これは光学画像の強度がより更に減少するとい
う逆効果を生ずる。故に上記の環境では知られたＸ線画像増倍管はＸ線画像から
高い信号対ノイズ比を有する電子画像信号の抽出に貢献できない。
本発明の目的は知られているＸ線検出器よりＸ線エネルギーがより高い制限値
を有するＸ線画像増倍管のようなＸ線検出器を提供することにある。
この目的を達成するために本発明によるＸ線検出器はＸ線検出器は変換層を閾
値より低いエネルギーのＸ線から遮蔽するＸ線フィルターからなることを特徴と
する。
変換層はＸ線を入射Ｘ線の波長より長い波長の放射、即ち入射Ｘ線のエネルギ
ーより低いエネルギーの放射に変換する。本発明の以下の説明では変換層による
その様な放射は低エネルギー放射と称される。Ｘ線検出器は例えば複数の光電性
要素を含むセンサーマトリックスからなる。該光電性要素は低エネルギー放射を
電荷に変換する。電荷はそれに基づいて電子画像信号を形成するよう読み出され
る。Ｘ線検出器はまたＸ線画像増倍管であり、それは入射区域からなり、それは
変換層と光陰極を含む。Ｘ線から変換層は光陰極が感応する低エネルギー放射を
得る。低エネルギー放射は光陰極から電子ビームを形成し、そのビームは電子−
光学システムにより出射窓上に設けられた蛍光層上に画像化される。蛍光層では
電子ビームは光−光学画像を発生し、それはテレビジョンカメラによりピックア
ップされる。
Ｘ線フィルターは概略１００ｋｅＶの閾値以下のエネルギーのＸ線を吸収する
が、これらのＸ線をそれにより電子が光陰極から放射される低エネルギー放射に
変換しない。閾値より高いエネルギーを有するＸ線は主にＸ線フィルターを通過
し、変換層に到達し、そこでそれらは主に低エネルギー放射に変換される。
Ｘ線検出器がＸ線画像増倍管である場合には低エネルギー放射は光陰極が感応
する例えば青い光又は紫外放射である。Ｘ線検出器がセンサーマトリックスであ
る場合には低エネルギー放射は光電性要素が感応する例えば緑色光である。
変換層に到達したＸ線のエネルギースペクトルが閾値以下のエネルギーを有す
るＸ線の強度を多くても非常にわずかしか含まない故に光学画像の強度はエネル
ギースペクトルの最高のエネルギーが閾値レベルを超えたエネルギー範囲に増加
する。変換層のＸ線から発生された低エネルギー放射の変換層による吸収は閾値
を越えたエネルギーのＸ線のエネルギー範囲内で変換層のＸ線の貫通深さを増加
することにより増加する程度に主要であり、それにより低エネル
ギー放射の収率は増加する。これは制限値が、変換層に到達するＸ線のエネルギ
ースペクトルがより少ない低エネルギーの成分を含む故に、より高いことを意味
する。低エネルギー放射の品質が増加する故に電子ビーム及び出射窓上の光学画
像の強度は平均Ｘ線エネルギーの関数としてまた増加する。
例えば対象内の電子のコンプトン散乱により対象内で生じた散乱放射は比較的
低いエネルギーを有し、Ｘ線フィルターにより実質的な程度に遮られる；結果と
して、本発明によるＸ線検出管は散乱放射により感応しない。斯くしてＸ線フィ
ルターは散乱放射による光学画像のぼけを防止する。
閾値以下のエネルギーのＸ線の使用でＸ線フィルターでのエネルギーの吸収は
Ｘ線検出器の変換効率の減少を引き起こし、減少された変換効率は例えばＸ線源
での陽極電流の増加により、及び／又は光学画像をピックアップする画像ピック
アップ装置の絞りの開口を増加することにより画像ピックアップ装置による光ピ
ックアップされた光の量を増加することにより補正される。変換効率の減少はま
た画像ピックアップ装置により供給される画像信号の振幅を増加することにより
補正されうる。かなり低いエネルギーのＸ線に対する本発明によるＸ線検出器の
効率は斯くして維持される。
本発明によるＸ線画像増倍管は入射区域は変換層を閾値より低いエネルギーの
Ｘ線から遮蔽するフィルター層からなり、変換層は光陰極とフィルター層との間
に配置されることを特徴とする。
変換層に関してフィルター層は高エネルギー伝達曲線を有するＸ線フィルター
として動作する。
本発明によるＸ線画像増倍管の好ましい実施例はフィルター層は３０μｍから
１００μｍの間の厚さを有する薄いドープされていないＣｓＩ層からなることを
特徴とする。
概略１００ｋｅＶから２００ｋｅＶのエネルギーを有するＸ線はその様な組成
を有するフィルター層によりほとんど吸収されないが、
主に変換層で低エネルギー放射に変換される。フィルター層の厚さはそうでなけ
ればどんな吸収も生じない故に３０μｍ以上でなければならない。フィルター層
は１００μｍ以上であってはならない。何故ならばそうでなければ比較的低エネ
ルギーを有するＸ線の使用は出射窓に充分な輝度の光学画像を形成するために現
実的でない高い値にまでＸ線源の陽極電流を増加する必要があるからである。最
良の結果はフィルター層が５０μｍから１００μｍの間の厚さを有するときに得
られる。
本発明によるＸ線画像増倍管の更に好ましい実施例は変換層とフィルター層と
の間に設けられた反射層からなり、Ｘ線の吸収により変換層で発生した放射を反
射する入射区域を特徴とする。
反射層は入射Ｘ線により変換層で発生した放射を反射する。故に光陰極が感応
するが、光陰極から離れた方向に出射される放射は失われないが、反射層により
光陰極に反射される。従って変換層で発生した放射の大部分は光陰極の電子に変
換されるために利用可能であり、それにより入射Ｘ線に対するＸ線画像増倍管の
感度は増強される。これは患者が適切な診断品質のＸ線画像を形成するために曝
されなければならないＸ線線量が減少するという利点を提供する。フィルター層
と変換層との間の反射層の使用はフィルター層に対するドープされた沃化セシウ
ム層の使用を可能にする；好ましくは変換層に対して用いられるのと同じ材料が
また用いられる。フィルター層で発生された青い光又は紫外放射は主に反射層に
より反射され、光陰極には到達しない。結果として光陰極には入射Ｘ線の高エネ
ルギー成分により変換層で発生される低エネルギー放射が主に到達する。
本発明によるＸ線画像増倍管の更に好ましい実施例は反射層はＸ線の吸収によ
り変換層で発生された放射に対して実質的に全反射する薄いアルミニウム層であ
ることを特徴とする。
アルミニウム層はフィルター層のシンチレーション材料上の連続
した金属層として堆積するために適切である。更にまた金属アルミニウム層は光
陰極が感応する入射Ｘ線により変換層に発生された低エネルギー放射に対する適
切な反射体である。
本発明によるＸ線画像増倍管の更に好ましい実施例は変換層とフィルター層と
はドープされた沃化セシウム層であることを特徴とする。
この実施例は簡単であり、故に安価に製造される。何故ならば同じ材料組成が
フィルター層及び変換層に対して用いられるからである。
本発明のこれらの及び他の特徴を以下に記載される実施例を参照して明確にな
るよう説明する。
図１は本発明によるＸ線画像増倍管の概略を表す。
図２は図１に示されるＸ線画像増倍管の実施例の入射区域の詳細を表す。
図３は図１に示されるＸ線画像増倍管の更なる実施例の入射区域の詳細を表す
。
図４は入射スクリーン上の入射Ｘ線のエネルギースペクトルの簡単化された例
を示す。
図５はシンチレーション材料の層でＸ線の吸収により発生された低エネルギー
放射の強度の簡単された例を示す。
図１は本発明によるＸ線画像増倍管の概略を表す。真空密封管２０内に入射区
域２と、電子光学システム（４、１６、１７、１８）と、蛍光層１８とが設けら
れる。入射区域２は変換層５からなり、それはフィルター層６と共に例えばアル
ミニウム薄膜である支持層１５上に設けられる。フィルター層５は支持層１５と
変換層６との間に配置される。支持層１５から離れている変換層６の側に光陰極
４が設けられる。変換層６は入射区域に入射したＸ線を例えば青の
光又は紫外放射のような光陰極が感応する放射に変換する。電子−光学システム
は光陰極４と、中空陽極１６と、電極１７とからなり、電子光学的画像は出射窓
１９上に設けられた蛍光層１８上の光陰極４に形成される。蛍光層１８上に入射
した電子ビームは例えば緑の光の光学画像を形成し、それは例えばビデオカメラ
のような画像ピックアップ手段により出射窓からピックアップされる。
図２は図１に示されるＸ線画像増倍管の実施例の入射区域の詳細を示す。支持
層１５上には例えば３０μｍより厚く、好ましくは５０μｍから１００μｍの厚
さを有する沃化セシウム（ＣｓＩ）のようなドープされないシンチレーション材
料のフィルター層５を連続的に設けられ、その上に例えば３００μｍから１００
０μｍの間の厚さのナトリウムでドープされた沃化セシウム（Ｃｓｉ：Ｎａ）の
ようなドープされたシンチレーション材料を設けられる。変換層６上にたとえば
アルカリ金属で飽和されたアンチモンを含む光陰極４を設けられる。フィルター
層５のドープされないＣｓＩは主に比較的低エネルギー、即ち概略１００ｋｅＶ
の閾値以下の６０ｋｅＶから８０ｋｅＶの間の入射Ｘ線を吸収する。１００ｋｅ
Ｖの閾値以上、例えば１００ｋｅＶから１２０ｋｅＶの高エネルギーのＸ線はＣ
ｓＩ：Ｎａ変換層６に到達する。変換層６は高エネルギーのＸ線を主に光陰極が
感応する青い光又は紫外放射のような低エネルギー放射に変換する。閾値以下の
エネルギーを有するＸ線はフィルター層５で吸収され、低エネルギー放射を発生
せず、制限値は平均Ｘ線エネルギーがなお概略１００ｋｅＶから１２０ｋｅＶの
間のエネルギー範囲の制限値より下にあるように増加される。このエネルギー範
囲でＸ線の貫通深さはＸ線のエネルギーが増加するにつれて増加し、発生した低
エネルギー放射の量は変換層６での二次放射の吸収よりも増加する。結果として
本発明によるＸ線画像増倍管では光学画像の強度はＸ線エネルギーが１００ｋｅ
Ｖから１２０ｋｅＶの範囲のエネルギー範囲内で増加するときに増加する。
図３は図１に示されるＸ線画像増倍管の更なる実施例の入射区域の詳細を表す
。図３に示される入射区域２ではアルミニウム反射層７は変換層６とフィルター
層５との間に設けられる。この反射層は変換層６上に入射したＸ線により発生し
た青い光又は紫外放射を反射する。結果として変換層内で発生したが、光陰極に
向かって出射しない少なくとも青い光又は紫外放射の一部分は失われず、光陰極
内で電子を解離するためになお利用可能である。故に反射層はＸ線画像増倍管の
感度を増加する。図３に示した実施例ではフィルター層は好ましくはドープされ
た沃化セシウム層で形成される。その様なフィルター層で発生した青い光及び／
又は紫外線放射はそれが光陰極に到達しないように反射層により反射される。
高域通過エネルギーフィルターとしてフィルター層５の利点を非常に簡単化さ
れた例に基づいて説明する。図４は例により概略７０ｋｅＶの平均値〈Ｅ1〉の
周辺のエネルギーバンドでのエネルギーの低エネルギー成分を有するＸ線及び概
略１１０ｋｅＶの平均値＜Ｅh〉の周辺のエネルギーバンドでのエネルギーの高
エネルギー成分を有するＸ線のエネルギースペクトルを示す。エネルギースペク
トルはＸ線エネルギーＥxの間数として放射強度Ｉxで示される。
図５はシンチレーション材料の層でのＸ線の吸収により発生され、それにより
出射された低エネルギー放射の強度の簡単な例を示す。破線の曲線は平均Ｘ線エ
ネルギー〈Ｅ〉の関数としてＸ線の低エネルギーにより発生され、シンチレーシ
ョン材料の層により出射された低エネルギー放射の強度を表したものである。低
Ｘ線エネルギーの場合にはＸ線の貫通深さは小さく、Ｘ線のわずかな量のみがエ
ネルギー放射を発生するよう吸収される。低エネルギー放射は主にＸ線が入射す
る側の表面の薄い層で発生する；その主な部分はそれが層を離れる前にシンチレ
ーション材料で再吸収される。Ｘ線エネルギーが増加するにつれて貫通深さは増
加し、より低エネルギー放射が発生し、この低エネルギー放射は層を離れるため
にシンチレー
ション材料を通過するより短い経路を進む；結果として層により出射された低エ
ネルギー放射の強度は低エネルギー成分の平均Ｘ線エネルギーが増加するにつれ
て最大値がＥth1に達するまで増加する。Ｘ線エネルギーが更に増加するとシン
チレーション材料での吸収はもはや貫通深さの増加により補償されないが、Ｘ線
は徐々に吸収されずにシンチレーション材料を通過する。Ｘ線の平均エネルギー
の更なる増加はシンチレーション材料の層により出射される低エネルギー放射の
強度を減少する。低エネルギー放射の強度の減少はＸ線エネルギーが閾値Ｅth1
を越えて増加するときに画像増倍器ピックアップチェーンで光学画像の強度を減
少させる。
Ｘ線の高エネルギー成分の吸収によるシンチレーション材料の層により出射さ
れた低エネルギー放射の強度は一点鎖線により表される。貫通深さの増加により
最大値がＥth2で達成されるまで低エネルギー放射の強度は最初に減衰し；より
高いＸ線エネルギーに対してでさえ、増加する貫通深さはシンチレーション材料
内の低エネルギー放射の吸収により影響される。
Ｘ線が高エネルギーを有し、低エネルギー成分がシンチレーション材料の層に
入射されるときにシンチレーション材料の層により出射された低エネルギー放射
の強度は図５の実線に従う平均Ｘ線エネルギーに依存する。実線は一点鎖線に従
う高エネルギーと低エネルギー成分の強度により重みづけられた高エネルギーと
低エネルギー成分の寄与の和を表す。実線はそれを越えてＸ線エネルギーの増加
が低エネルギー放射の強度増加をもはや生じさせないＸ線エネルギーに対する閾
値が概略Ｅth2に達することを明確に示す。Ｘ線の高エネルギー成分のみがシン
チレーション材料に入射する場合には出射された低エネルギー放射の強度は一点
鎖線に従う平均Ｘ線エネルギーに依存し、制限値は概略Ｅth2に達する。例えば
フィルター層により低エネルギー成分をＸ線エネルギーからフィルターすること
により、制限値はＥth1（概略８０ｋｅＶ）からＥth2（概略１
２０ｋｅＶ）へ増加することが達成される。