JP2004325183A - Radiation detection method, radiation detector, and radiation imaging system with this detector loaded thereon - Google Patents

Radiation detection method, radiation detector, and radiation imaging system with this detector loaded thereon Download PDF

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JP2004325183A JP2003118693A JP2003118693A JP2004325183A JP 2004325183 A JP2004325183 A JP 2004325183A JP 2003118693 A JP2003118693 A JP 2003118693A JP 2003118693 A JP2003118693 A JP 2003118693A JP 2004325183 A JP2004325183 A JP 2004325183A
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Tsutomu Yamakawa
勉 山河
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M & C Kk
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M & C Kk
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiation detector of quantum counting type which can attain high contrast, high detection sensitivity and small-sizing. <P>SOLUTION: The radiation detector 1 is provided with a sensor part S and a processing circuit C for every collection pixel. The sensor part S has an incident window of a size which the occurrence of superposition phenomenon between pulse signals responding to each introduction when radiation particles continuously come in a plurality of times at the same position or the vicinity, can be practically negligible. Responding to each of the radiation particles introducing in the incident window, electric signal is generated. The processing circuit C is provided with a charge amplifier 41 individually detecting electric signal from each of a plurality of pixels, a waveform shaping circuit 42 individually adjusting gain of the electric signal and offset detected by the charge amplifier 41, circuits 43, 44 splitting energy of radiation particles that electric signal output from the waveform shaping circuit 42 indicates, and a counter 45 for counting each number of the split radiation particles. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、X線などの放射線を検出する放射線検出方法、放射線検出器、及び、この検出器を搭載した放射線撮像システムに係り、とくに、入射する放射線を粒子とみなしてその粒子数をカウントする量子計数型の回路を備え、検出感度、検出信号の処理などに関して従来に無い画期的な検出性能を発揮する放射線検出方法、放射線検出器、及び、この検出器を搭載した放射線撮像システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、医療画像診断や構造物の非破壊検査などに見られるように、放射線の一種であるX線を用いて人体や物体の内部を撮像することの重要性は益々高まっている。この要求に応えるために、少ないX線量、高いS/N、及び広い視野で対象物を撮像することが求められており、このための研究も盛んである。
【0003】
これをX線CTスキャナに搭載するX線検出器で説明する。従来のX線検出器は、Xeガスの電離現象を応用したものに始まり、最近では、GOSやCsI、CWOなどの2次元固体検出器(シンチレータとフォトダイオードの組み合わせによる検出器)を用いたタイプも用いられるようになっている。同時に、近年では、体軸方向に視野の拡大が要求され、X線検出器も心臓や肺野のボリュームスキャンが可能な広い視野に対応できるように大開口化の開発が進んでいる。
【0004】
このように体軸方向に視野が拡大されていくにつれて、人体からの散乱線の影響が大きくなると同時に検出器系の感度が悪いことや、再構成に寄与しないX線被曝線量が増えることから、被検者の被曝線量が増加するほか、X線管球に流す電流を増大させてX線強度を上げることで、感度不足を補うことが行われていた。一般的にX線管球に流す電流を増やせば、X線管球の寿命は短くなり、故障の原因にもなり易かった。
【0005】
また、X線検出器のセンサ部分はシンチレータで構成されているので、画素間の信号のクロストークを避けるには、画素分離のための加工が必要である。この加工には膨大な工数がかかる。さらに、検出信号をデジタル値に変換するまでに、シンチレータ、フォトダイオード、プリアンプ、A/D変換器などの多種類の回路要素が必要である。このため、X線検出器全体の製造コストが高くならざるを得ないという現状にあった。とくに、X線検出器に広い視野を与えるための大形化を期した場合、当然にX線CTスキャナの販売価格にも跳ね返ることから、X線CTスキャナの普及の阻害要因にもなりかねない。
【0006】
上述したシンチレータ、フォトダイオード、プリアンプ、及びA/D変換器を画素毎に備えるX線CTスキャナは、その検出原理としては、例えば特許文献1及び非特許文献1に見られるように、積分モードで動作する装置である。すなわち、入射X線を光に変換した後、この光信号を電気信号に変換し、この電気信号を所定時間積分することで検出器信号として出力させる。
【0007】
しかし、積分モードで動作するX線検出器の場合、散乱線の影響が出易いことから、様々な収集条件の変更に伴う検出器から見た外部環境の違いにより、再構成された断層像にもアーチファクトが出易い問題がある。また、散乱線が含まれている条件下で再構成が行なわれるため、実際の断層像よりも画像のコントラストが劣るという問題もある。さらに、シンチレータを使用していることから、画素の高精細化は難しく、現状での画素サイズは最小でも1mm前後である。このため、IVR−CT(Interventional CT)で代表される、CT画像とX線画像の両方の画像を一台の検出器で賄うことはできない。したがって、従来では、IVR−CTは、それぞれ専用のX線CT装置とX線装置とを2台組み合わせて実施せざるを得ない現状にある。
【0008】
その一方で、特許文献2や非特許文献2に示すように、テルル化カドミウム半導体(以下、CdTe半導体と呼ぶ)を用いてパルス計測モードで入射X線を検出する量子計数型のX線装置も知られている。
【0009】
【特許文献1】
特開2000−131440号公報
【0010】
【特許文献2】
特開2000−69369号公報
【0011】
【非特許文献1】
「「常温半導体放射線検出器の現状と将来」、日本原子力学会秋の大会部会企画セッション、 発表日:平成11年9月12日、 発表者:通商産業省 工業技術院 機械技術研究所 三澤雅樹氏」
【0012】
【非特許文献2】
「神戸大学医学部 科学研究費成果報告 「胸部画像診断における量子計数方X線撮影法の画像処理法に関する研究」、 発表日:平成11年3月、 研究代表者:糸氏英一郎氏、 請求記号:科研27.−MID:000094541」
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の量子計数型のX線装置の場合、各画素サイズはX線の入射特性に鑑みると大きいことから、1つの画素に入射するX線量も大きい。
【0014】
一般に、パルス計測モードの場合、入力カウント数に対する出力カウント数の特性はリニアであることが望ましいが、かかる量子計数型のX線装置の場合、入射した放射線粒子の検出に伴う検出パルスの重畳現象が原因となって、入力カウント数が大きくなるほど、出力カウント数が飽和又は低下する、いわゆる数え落とし特性が酷くなり、到底、実用化にはほど遠い装置であった。とくに、X線CTスキャナは、検出器入力線量に対する出力値の十分な直線性が要求されるから、かかる数え落とし特性の存在は、上述した量子計数型のX線装置をX線CTスキャナで使用することは困難であることを意味していた。
【0015】
本発明は、上述した従来の積分型及び量子計数型のX線検出器が有する問題を一挙に解決することができるもので、医療用から産業用まで広範囲の分野にわたって応用可能であって、散乱線の影響を大幅に減らして高コントラストを確保し、且つ、暗電流の影響を排して極めて高いS/Nを確保することで非常に高い検出感度を有するとともに(したがって、放射線の被曝量を減らすことができるともに)、センサ部により検出された信号を処理する回路の回路規模を積分モードで動作するX線検出器に比べて大幅に減らして小形化を図ることができる、量子計数型の放射線検出器及びこの検出器を搭載した放射線撮像システムを提供することを、その第1の目的とする。
【0016】
また、本発明は、上述した第1の目的に加えて、従来のように単純に、入射した放射線に応じた電気信号を出力するのみでなく、放射線の種別(エネルギ)に応じた検出を行うことができるなど、1台の装置で多様な種類の放射線の検出に対応可能な量子計数型の放射線検出器及びこの検出器を搭載した放射線撮像システムを提供することを、その第2の目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成させるため、本発明に係る放射線検出器は、放射線を粒子とみなして入射させて当該放射線の粒子数を検出するようにした放射線検出器であり、前記放射線粒子が同一位置又はその近傍に複数個連続して入射したときの各入射に応答したパルス信号間の重畳現象の発生を実質的に無視可能なサイズの入射ウィンドウを有し且つこの入射ウィンドウに入射した前記放射線粒子のそれぞれに応答して電気信号を発生させるセンサ部と、このセンサ部が発生した電気信号を感知して前記入射ウィンドウに入射した前記放射線粒子それぞれのエネルギ値を検出するエネルギ検出手段とを備えたことを主要な特徴とする。
【0018】
前記放射線は、例えば、連続スペクトラムのエネルギを有する放射線である。
【0019】
また、好適には、前記エネルギ値検出手段により検出されたエネルギ値を所望のエネルギ領域に弁別するエネルギ弁別手段と、このエネルギ弁別手段により弁別された前記エネルギ領域に放射線粒子の入射数をカウントして当該カウント値を表す信号を前記検出信号として出力する粒子カウント手段とを備える。
【0020】
一例として、前記入射ウィンドウは、それぞれが前記重畳現象の発生を実質的に無視し得るサイズに形成した画素の複数の集合から成る。例えば、この複数の画素は、夫々、200μm×200μm以下の画素サイズ、又は、前記放射線粒子を0.1%以下の精度で検出可能な画素サイズである。また、この複数の画素は、1次元、2次元、又は3次元のアレイ状に配置される。
【0021】
また、好適には、前記エネルギ値検出手段により検出されるエネルギ値と前記所定値との相対的な大小関係を基準エネルギ値に基づいてキャリブレーションするキャリブレーション手段を備えたことを特徴とする。例えば、前記キャリブレーション手段は、前記基準エネルギ値としてガンマ線源のエネルギ値を用いて前記キャリブレーションを行うように構成される。ガンマ線源は少なくとも2種類のエネルギ値が異なる線源から成り、例えば、エネルギ値が59.5KeVの 41Am及びエネルギ値が122KeVの57Coを含むことを特徴とする。
【0022】
さらに、好適には、前記センサ部は、前記放射線を直接に電気信号に変換する半導体層を備える。この半導体層は、好適には、化合物半導体から成る。一例として、前記半導体層は、テルル化カドミウム半導体(CdTe半導体)、カドミュームジンクテルライド半導体(CdZnTe半導体)などから成る。また、半導体層はシリコン半導体(Si半導体)で形成されていてもよい。
【0023】
好適には、このセンサ部は、前記半導体層の放射線入射面を電圧印加用の荷電電極(入射ウィンドウに相当)で覆うとともに、当該半導体層の放射線入射面に反対側の面を集電電極で覆うモノリシック構造を有する。前記集電電極は、前記背面で前記放射線を粒子毎に検出するための複数の画素に分割した構造を有する。さらに、前記センサ部は、前記放射線粒子の入射に応答して前記半導体層に発生した電気信号を検出するチャージアンプを含む処理回路を、前記半導体層の前記集電電極の面にASICで一体に層状配置することが望ましい。
【0024】
一方、本発明に係る放射線撮像システムによれば、上述した放射線検出器を用いて放射線を検出する放射線検出手段と、この放射線検出手段により検出された放射線の信号を用いて画像を生成する画像生成手段とを備えたことを特徴とする。
【0025】
さらに、本発明に係る放射線検出方法によれば、連続スペクトラムのエネルギを有する放射線を粒子とみなして入射させて当該放射線の粒子数を検出する方法であり、前記放射線粒子が同一位置又はその近傍に複数個連続して入射したときの各入射に応答したパルス信号間の重畳現象の発生を実質的に無視可能なサイズの入射ウィンドウを有し且つこの入射ウィンドウに入射した前記放射線粒子のそれぞれに応答して電気信号を発生させるセンサ部を配し、このセンサ部が発生した電気信号を感知して前記入射ウィンドウに入射した前記放射線粒子それぞれのエネルギ値を検出し、この検出されたエネルギ値を弁別し、この弁別されたエネルギ値を呈する放射線粒子の入射数をカウントして当該カウント値を表す前記検出信号を出力することを特徴とする。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る放射線撮像システムの実施形態を説明する。この放射線撮像システムにおいて、本発明に係る放射線検出器としてのX線検出器も併せて実施されている。なお、X線検出器のみを単独で実施することもできることは勿論である。
【0027】
(第1の実施形態)
図1〜図11を参照して、本発明に係る放射線撮像システムの第1の実施形態としてのX線CTスキャナを説明する。
【0028】
図1には、このX線CTスキャナの概略構成を示す。
【0029】
図1に示すように、X線CTスキャナ1は、ガントリ2、高電圧発生装置3、寝台4、及びコンソール5を備える。ガントリ2の内部には、図示しないX線源(放射線源)としてのX線管11及びX線検出器(放射線検出器)12が円筒状の開口部OPを介して対向配置され、且つ、このX線管11及びX線検出器12の対がガントリ2内で開口部OPの周りで回転可能に配置されている。
【0030】
X線管11には高電圧発生装置3から高電圧が供給され、これにより、例えばパルス状にX線が開口部OPに向けて曝射されるようになっている。この開口部OPには、寝台4の天板4Pが進退自在に挿入される。天板4P上には被検体Pが載置されるので、X線管11から曝射されたX線は被検体Pを透過して、その開口部OPの反対側に向かう。
【0031】
被検体Pを透過したX線は、ガントリ2の内部に設けられた2次元のX線検出器12によりX線粒子(すなわちX線光子)として画素毎に計数され、デジタル量の検出信号として出力されるようになっている。つまり、X線検出器12により検出された信号はX線粒子のカウント値に対応している。このX検出器12は本願発明の主要な特徴の一部を成すもので、再度、項を分けて詳述する。
【0032】
X線検出器12から出力された画素毎のデジタル量の検出信号は、一般に生データと呼ばれる画像再構成の原データである。この生データは、図示しないスリップリング又は非接触タイプの通信接続部を介して固定部に送られ、この固定部から通信ラインを介してコンソール5に送信される。コンソール5は、本X線CTスキャナ1の構成要素の全体を統括するコントローラ20に加えて、インターフェース21、記憶ユニット22、再構成ユニット17、表示器18、及び入力器19を備える。
【0033】
X線検出器12から画素毎に送信されてきたデジタル量の生データは記憶ユニット15に一旦記憶される。この記憶ユニット15に記憶されたデータは、適宜なタイミングで読み出されて再構成ユニット17に送られる。再構成ユニット17は、かかるデータに所望の再構成アルゴリズムを適用してCT画像に再構成する。このCT画像は例えば表示器18に表示される。なお、このコンソール5に、後処理用の後処理プロセッサを設けて、X線検出器12から画素毎に送信されてきたデジタル量の生データに補正処理などの適宜な後処理を施し、この後処理されたデータを再構成に用いるようにしてもよい。
【0034】
(X線検出器)
次いで、上述したX線検出器12について説明する。
【0035】
本実施形態のX線CTスキャナ1に搭載されているX線検出器12は、図2に示すように、通常、被検体Pの体軸方向に相当するスライス方向と、このスライス方向に直交するチャンネル方向とを有し、この2次元面に沿って複数の膨大な画素が2次元アレイ状に配置された2次元検出器になっている。しかも、このX線検出器12のチャンネル方向は特に、X線管11からのX線ビームの広がり角度を考慮して湾曲を持たせている。なお、X線検出器12の全体の形状は、用途によって決まり、平板状であってもよい。
【0036】
このX線検出器12は、かかる2次元面を複数の面に分割するように複数の検出器ブロック12〜12(Jは2以上の正の整数:以下、12Jで代表させる)に分割され、且つ、その検出器ブロック同士を着脱自在に結合可能になっている。また、検出器ブロック12JのX線入射側の前面には、モリブデン製あるいはタングステン製の図示しないコリメータがスライス方向に配置された状態で、X線管11からのX線透過像が得られるようになっている。
【0037】
各検出器ブロック12Jは、化合物半導体から成り且つ所定サイズ(例えば数センチ×数センチ)の層状の半導体セルSと、この半導体セルSの放射線入射面を電圧印加用の荷電電極E1で覆うとともに、この半導体セルSの放射線入射面に反対側の面を2次元アレイ状に分割した複数の集電電極E2で覆うモノリシック構造を有する。この半導体セルSの材料としては、テルル化カドミウム半導体(CdTe半導体)、カドミュームジンクテルライド半導体(CdZnTe半導体)、シリコン半導体(Si半導体)などが用いられる。荷電電極E1には例えば数10V〜数100V程度の比較的高い電圧が印加される。これにより、半導体セルSに入射したX線光子に因り、その内部に電子と正孔の対が発生し、このうちの電子が相対的に正電位の集電電極E2に集められ、この電子による電荷がパルス状の信号として検知される。つまり、放射線入射面に入射したX線は電気量のパルス信号に直接、変換される。
【0038】
集電電極E2は碁盤目状に分割され、複数の電極E2〜E2(Lは2以上の正の整数)から成る。この集電電極E2〜E2のサイズにより、X線に対する収集画素のサイズが決まる。これにより、検出器ブロック12J毎にL個の収集画素チャンネルが形成され、X線検出器12全体ではN個の収集画素チャンネルが形成されるようになっている。
【0039】
集電電極E2〜E2それぞれの大きさは、本実施形態では、X線をその粒子として検出するのに十分なサイズに加工されている。本実施形態において、X線をその粒子として検出可能なサイズとは、「放射線(例えばX線)粒子が同一位置又はその近傍に複数個連続して入射したときの各入射に応答したパルス信号間の重畳現象の発生を実質的に無視可能なサイズ」であると定義される。この重畳現象が発生すると、X線粒子の入射に対するカウント数(入力カウント数)、対、実際のカウント数(出力カウント数)の特性にX線粒子の数え落とし特性が発生する。このため、X線検出器12に形成する収集画素のサイズは、この数え落とし特性が発生しない又は実質的に発生しないとみなせる大きさに設定されている。
【0040】
図3に、上述した数え落とし特性を示す。1つの収集画素にX線粒子が時間的に近接して入射すると、その連続的な入射に伴って検出されるパルス信号は、2つのパルス信号が重畳して双峰状の波形なる。このため、この双峰状のパルス信号を閾値THで弁別すると、2つのパルス信号は1つのパルス信号としてカウントされ、誤検出となってしまう。一般に、従来では、図3に示すように、入力カウント数が高くなるほど、上述した検出パルス信号の重畳現象に因って、出力カウント数が飽和又は低下する(つまり、数え落とし特性の発生)。このため、数え落とし特性が無いカウント領域を使用するには、X線強度を弱める、各収集画素を小さく形成してX線入射数を少なくする、などの対策が採られる。通常、X線CTスキャナなどのX線検出器であって、収集画素サイズが2〜3mmの場合、約500〜1000kcps程度までカウントレートがリニアに上昇(つまり、数え落とし特性が発生しない。図3の点線の直線参照)ことが要求される。この場合、X線検出器の収集画素は100〜200μm程度の値になる。つまり、かかるX線CTスキャナの場合、収集画素を200μm以下にすることが要求される。
【0041】
このように、X線検出器12に要求される画素サイズは、装置条件などによって相対的に変わるが、一例としては、上述のように200μm以下の値、又は、放射線粒子を0.1%以下の精度で検出可能な画素サイズに形成される。
【0042】
さらに、このX線検出器12の各検出器ブロック12Jには、L個の収集画素チャンネそれぞれに対応して、半導体セルSで感知された各X線粒子に対するパルス信号を処理するための各種の回路から成る処理回路CがASIC(特定用途向け集積回路)により形成され、ASIC層:ASとして設けられている。具体的には、この処理回路Cには、動作は後述するが、収集画素毎に配置された、チャージアンプ41、波形整形回路42、多段の比較器43〜43(nは2以上の正の整数)エネルギ領域振分け回路44、及び多段のカウンタ45〜45(図4参照)が含まれる。これらの回路41〜45は、前述したX線検出器12の収集画素毎(すなわち、全体でN個(=「L個の集電電極E2〜E2」×「J個の検出器ブロック12J」)の収集画素チャンネルの夫々に対して)に設けられる(Nは4以上の正の整数)。つまり、各検出器ブロック12Jの全収集画素に対するチャージアンプ41、波形整形回路42、多段の比較器43〜43、エネルギ領域振分け回路44、及び多段のカウンタ45〜45がASICにより形成され、半導体セルSの集電電極E2〜E2の面に積層して一体に設けられる。
【0043】
このとき、検出器ブロック12J毎に、ASIC層ACが半導体セルSの端面からはみ出さないように製造される。これにより、複数の検出器ブロック12Jを縦横に相互に隙間無く結合させて広い入射ウィンドウを有するX線検出器12を容易に構成することができる。
【0044】
図4には、このX線CTスキャナ1のX線検出器12を中心とした電気的なブロック図を示す。また、図5には、マトリクス状に配置された収集画素を模式的に表すX線検出器12とその収集画素毎にASICで形成されている処理回路の概要とを示す。
【0045】
図4に示すように、X線検出器12は、その収集画素チャンネル毎に、半導体セル(センサ部)Sに設けられたASIC層ASから成る複数の処理回路Cとを備える。
【0046】
各処理回路Cは、前述したように、チャージアンプ41、波形整形回路42、多段の比較器43〜43、エネルギ領域振分け回路44、及び多段のカウンタ45〜45を備える。チャージアンプ41は、半導体セルSの集電電極E2〜E2のそれぞれに接続され、X線粒子の入射に応答して集電される電荷をチャージアップして電気量のパルス信号として出力する。
【0047】
このチャージアンプ41の出力端は、ゲイン及びオフセットが調整可能な波形整形回路42に接続されており、検知したパルス信号の波形を、予め調整されているゲイン及びオフセットで処理して波形整形する。この波形整形回路42のゲイン及びオフセットは、半導体セルSの収集画素毎の電荷チャージアップ特性に対する不均一性を考慮した調整パラメータである。収集画素チャンネル毎の波形整形回路42のゲイン及びオフセットを後述するキャリブレーション作業にて事前に調整しておくことにより、かかる不均一性を排除した波形整形を行うことができる。この結果、各収集チャンネルの波形整形回路42から出力された、波形整形されたパルス信号は実質的に入射X線粒子のエネルギ量を反映した特性を有することになり、収集画素チャンネル間のかかるばらつきは殆ど解消される。
【0048】
この波形整形回路42の出力端は、複数の比較器43〜43の比較入力端にそれぞれ接続されている。この複数の比較器43〜43の各基準入力端には、それぞれ値が異なる基準値TH1(〜THn)が印加されている。このように、1つのパルス信号を異なる基準TH1(〜THn)と比較する理由は、入射したX線粒子のエネルギ量が、事前に複数に分けて設定したエネルギ領域のうちのどの領域に入るのか、その情報をするためである。図6(a)に例示するように、パルス信号の波高値(つまり、各入射X線粒子のエネルギ量を表す)が基準値TH1〜TH3(n=3のとき)のどの値を超えているかにより、弁別されるエネルギ領域が異なる。かかる波高値が基準値TH1とTH2との間にある場合、現在計測中のX線粒子のエネルギ量はエネルギ領域1に入るものと弁別され、基準値TH2とTH3との間にある場合、現在計測中のX線粒子のエネルギ量はエネルギ領域2に入るものと弁別され、さらに、基準値TH3以上の場合、現在計測中のX線粒子のエネルギ量はエネルギ領域3に入るものと弁別される。なお、最も低い基準値TH1は、外乱や半導体セルSやチャージアンプ41からのホワイトノイズを検出させない閾値として設定される。また、基準値の数、すなわち比較器の数は、必ずしも3個(弁別可能なエネルギ領域数=3)に限定されず、2個又は4個であってもよいし、場合によっては、1個であってもよい。1個の場合には、X線粒子が入射したか否かの情報が得られる。
【0049】
図7に、この基準値TH1〜THnの設定例を示す。同図に示す波形は、通常に使用されているX線管球から曝射されるX線のエネルギスペクトラムを示す。なお、縦軸のカウント強度はX線管電流に依存する量であり、横軸のエネルギスペクトラムはX線管の管電圧に依存する量である。このスペクトラムに対して、第1の基準値TH1を、X線粒子数をカウント不能領域と低目のエネルギ領域1と弁別可能な値に設定し、第2の基準値TH2を低目のエネルギ領域1と中程度のエネルギ領域2とを互いに弁別可能な値に設定し、更に第3の基準値TH3を中程度のエネルギ領域2とそれ以上のエネルギ領域3とを弁別可能な値にそれぞれ設定している。本実施形態では、例えば、このように3つの基準値TH1〜TH3を設定することで、入射したX線は粒子とみなされて検出された後、エネルギ領域1〜3にそれぞれ分類される。なお、この基準値TH1〜THnの設定数や設定値は任意である。
【0050】
複数の比較器43〜43の出力端は、図4に示すように、エネルギ領域振分け回路44に接続されている。このエネルギ領域振分け回路44は、複数の比較器43〜43の出力のうち、どの比較結果がオン(オフ)になっているかを読み取り、現在計測中のX線粒子のエネルギがどの領域に入るかという振分けを行う機能を有する。具体的には、この回路44は論理回路の組み合わせで成る。例えば図6(a)に示すパルス信号の場合、その波高値(エネルギ量)はエネルギ領域2を示しているので、図6(b)に示すように比較器43、43の出力がオンとなり、且つ、比較器43の出力がオフとなる。このため、エネルギ領域振分け回路44は、このオンオフ情報を読み取って解読し、エネルギ振分け信号をその出力端から出力する。一例として、図6(b)の場合、このエネルギ振分け信号は「エネルギ領域2」を示す信号のみをオンに立ち上げたものとなる。これにより、現在計測しているX線粒子のエネルギは「エネルギ領域2」に入るとの振分け情報が得られる。
【0051】
このエネルギ領域振分け回路44の複数の出力端は、複数のカウンタ45〜45に各別に接続されており、そのエネルギ振分け信号が各別に複数のカウンタ45〜45それぞれに与えられる。このため、カウンタ45〜45は、それぞれ、入力したエネルギ振分け信号がオンのときにのみカウント値をインクリメント(カウントアップ)して、各担当するエネルギ領域に入るX線粒子数を一定時間に渡って計測することができる。一例として、図6(c)、(d)に示す状況にあっては、X線粒子のエネルギはエネルギ領域2に入るので、このエネルギ領域2の計測するカウンタ45のカウント値がインクリメントされる。
【0052】
このようにして、リセットされるまでの一定時間の間に、複数のカウンタ45〜45により、X線検出器12に入射したX線の粒子数が、収集画素毎に且つエネルギ領域毎に計測される。このカウント値、すなわち、X線粒子数のカウント値は、複数のカウンタ45〜45からデジタル量の検出データ(生データ)として読み出される。このデータ読出しは、図5に示すように、ASIC層AS内に収集画素毎にカウンタ45〜45に一体に形成されているシフトレジスタ46を介して読み出される。このシフトレジスタ46は、ASIC層AS内で回路的にはマトリクス状に配列されており、その検出器チャンネル方向それぞれの複数のシフトレジスタ46に接続された制御線CLに、N′(N×n)系列のカウントデータ(粒子数の計測データ;すなわち、生データ))1〜N′(K11〜KNn)をシリアルに読み出すための読出しパルスが外部から与えられる。これにより、スライス方向(体軸方向)に並んだ読出し線RDから各収集画素のカウントデータ1〜N′(K11〜KNn)がシリアルに読み出される。
【0053】
この各収集画素のカウントデータ1〜N′(K11〜KNn)はコンソール5に送られ、そのインターフェース21を介して記憶ユニット22に一旦保管される。スキャンは、所定のスキャン方式に応じて、寝台の天板を移動させながら、或いは、天板の位置を固定した状態で、X線管11とX線検出器12との対を被検体の周りに回転させ、その回転途中における所定角度ずつ移動した各回転位置でX線を曝射させて、被検体に対するX線スキャンが実行される。これにより、各回転位置における各収集画素に入射したX線の粒子数のカウントデータ(生データ)がビューデータとして検出され、記憶ユニット22に順次格納される。そこで、再構成ユニット17は、適宜なタイミングで、記憶ユニット22から画像再構成に必要な各ビューのデータを読み出し、このデータを所望の再構成アルゴリズムで再構成して、X線粒子数に基づくCT画像を得る。
【0054】
(キャリブレーション)
ここで、前述したキャリブレーションについて説明する。
【0055】
各エネルギ領域のX線粒子数を精度良くカウントするには、各基準値THを0.25keV程度の精度で設定できることが望ましい。このため、各基準値THは、0〜150keVのエネルギ範囲を10ビットのデジタル値に割り当てて演算し、各モジュール単位で内蔵するD/A変換器でアナログ電圧に変換して、比較器43〜43の基準入力端子にそれぞれ印加させる。しかしながら、その一方で、当然のことながら、半導体セルSやチャージアンプ41を介して検出されたパルス信号(波高値はエネルギを示す)は、そのゲインとオフセットの点で、収集画素間でばらついている。このばらつきが在ると、各基準値THの上述した高精度な設定は意味を失い、エネルギ領域毎の高精度なX線粒子数のカウントは殆どできなくなる。
【0056】
このため、本実施形態に係るX線CTスキャナ1では、上述したばらつきを補正するために、収集画素毎に各波形整形回路42のオフセットとゲインを外部から調整するキャリブレーション装置が設けられている。このキャリブレーション装置の概要を、1つの収集画素に対する検出器ブロック12Jについて図8に示す。このキャリブレーション装置は、カウンタ45〜45によるカウントを入力する調整器51と事前に計測・設定してある基準値を記憶しているメモリ52とを有し、調整器51が図9のステップS1〜S5に示すキャリブレーションアルゴリズムにしたがって各波形整形回路42のオフセットとゲインを基準値を用いて調整するようになっている。
【0057】
具体的な調整手法としては、異なる基準線源としての241Amと57Coを密封したガンマ線源FをX線検出器12の上に設置する。調整器51は、そのアルゴリズム上で、241Amと57Coのエネルギに相当する59.5keVと122keVのそれぞれを中心に所定範囲のエネルギエネルギ領域1,2を設定する。例えば図10に示すように、一方のキャリブレーション用エネルギ領域1は56.5〜62.5keVの狭い範囲に、また、もう一方のキャリブレーション用エネルギ領域2は119〜125keVの狭い範囲にそれぞれ選択的に設定される。そこで、調整器51は、図9に示す手順で、波形整形回路42のゲインとオフセットとを繰り返して調整し、最終的に各エネルギ領域1,2でカウント値が最大になるように収束させる。一般的には、前述したばらつきに対してオフセットの影響分の方がゲインのそれよりも大きいので、先にオフセット調整を行うと良い。調整器51は、この調整を全収集画素に対して実行させる。なお、このキャリブレーション作業は、例えばX線CTスキャナの据え付け時や定期サービス・メインテナンス時や、起動前の患者に対するスキャン前、など事前に行われる。このキャリブレーションにより、基準値THに拠るエネルギの弁別結果を極めて高い精度に保持することができる。
【0058】
(設計例1)
ここで、上述したX線CTスキャナ1を現状で最も厳しいと思われるX線入射条件での使用を想定したときの、X線検出器12にカウンタの設計例とその検出情報の外部への出力例を例示する。
【0059】
【外1】

Figure 2004325183
【0060】
カウンタ1〜3の総ビット数は4ビット、15countまで計測できれば十分で、少し各カウンタ構成に自由度を持たせ、実際は3ビットで、計9ビットあれば十分である。
【0061】
このため、上述の▲6▼の条件より9ビットのカウント値は、1ビット当り、130nsec/9≒14.5nsecの転送時間でシリアル信号として出力することができる。1収集画素につき、1msecでカウントリセットを繰り返して収集される。この収集において、全カウント値の出力に要する時間は130nsecと短く、この130nsecの期間は、デジタルノイズがチャージアンプなどのアナログ系に飛び込むことを防ぐために、カウント計測を停止したとしても、その影響は無視することができる。
【0062】
また、上述した▲7▼の基準値TH1〜3の情報は同一ラインを使ってデータ収集前にプリセットできる構成にしておけば回路構成は簡素にできる。さらに、X線検出器12は、検出器モジュールを稠密に並べることでCTスキャナ用検出器を構成する場合は、シリアル信号の読出す単位を、各検出器モジュールとする構成にすることができる。
【0063】
(設計例2)
次に、X線粒子の入射に応答した電気パルス信号の数を「正確に」(すなわち、入射粒子間の重畳現象の発生を実質的に無視可能な状態で)計測するための収集画素のサイズの設計例を説明する。
【0064】
【外2】
Figure 2004325183
【0065】
X線CTスキャナにおいて、パルス計測モードによる再構成の事例は報告が無いので、SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography)の場合の収集画素サイズを先に計算する。通常、SPECTでは4mm×4mmを収集画素とした場合、20kcps程度の情報で30分程度収集を行わないと、良好な再構成画像が得られない。このために必要なトータルカウントは、20000×30×60=36Mcountsである。
【0066】
このときの収集画素サイズは16mmなので、X線CTスキャナの1.5mmに換算すると、
【数1】
Figure 2004325183
となり、384Mcountsのカウントが必要になる。
【0067】
また、X線CTスキャナの場合、図11に模式的に示すように、人体を通過しないX線も検出器に入射するため、その部分は100倍程度のX線強度になると仮定できる。この仮定を考慮すると、最低でも38400McountsのカウントがX線粒子が各収集画素に入ってくることを想定する必要がある。
【0068】
いまの条件によれば、収集時間は0.5secなので、X線検出器全体としては、
【数2】
38400×2=76800Mcps
のカウントが必要になる。これを1収集画素に換算すると、
【数3】
Figure 2004325183
となる。このことから、パルス計測を10kcps程度に抑えるためには、
【数4】
Figure 2004325183
の面積に抑える必要がある。したがって、各収集画素のサイズは、
【数5】
Figure 2004325183
となる。ゆえに、約200μmの収集画素サイズに設定しないと、いわゆる「正確な」パルス数の計測は難しいと結論できる。
【0069】
以上の理由により、本発明では、X線の入射条件が最も厳しく、収集画素サイズの大小によってのみ「正確」なパルス計測を行おうとするときの、収集画素サイズの上限は約200μmである。この上限値は、X線の入射条件によって変わるもので、かかる条件がもっと緩やかなときには、収集画素サイズの上限ももっと大きくても構わない。
【0070】
(作用効果)
以上のように、本実施形態に係るX線検出器12によれば、従来の単なるパルス計測モードとは異なり、X線粒子それぞれが有するエネルギ量で考慮したパルス計測モードでX線を検出できる。このパルス計測モードでの検出動作を可能にする主な要因としては、各収集画素に時間的に近接して入射するX線粒子のパルス信号が相互に重畳する現象の発生を無視し得る収集画素サイズを採用していること、X線粒子の入射情報を一度、そのエネルギ量に置き換えて弁別することが挙げられる。
【0071】
したがって、本実施形態に係るX線検出器12及びこれを搭載したX線CTスキャナ1によれば、散乱線の影響が少なくコントラストの明瞭なCT画像を得ることができ、X線検出器12及びその後段のチャージアンプ41から発生する暗電流の影響を回避して、S/Nを大幅に改善した高感度なX線検出を行うことができる。さらに、X線検出感度が高いため、X線管の管電流を下げて同等又はそれ以上の精度の検出を行うことができるため、被検者のX線被曝線量を減らすことができる。また、このようにX線管の管電流を下げて使うことで、X線管の故障も少なくなり、X線CTスキャナの長寿命化を図ることができる。さらに、従来の積分モードで動作させるX線検出器のように大形化及び高コスト化の要因であったA/D変換器が不要になるため、X線検出器12の全体として、その構成が簡素化されるとともに、トータルの製造コストも下げることができる。このため、X線検出器の更なる大形化も可能になる。
【0072】
さらに、本実施形態に係るX線検出器12は、その半導体セル(センサ部)SとしてCdTe半導体を用いているので、これにより高精度な検出能も確保される。この検出能について説明する。
【0073】
現状、X線を粒子とみなし、それを高速に波形整形した上で、暗電流のレベルを考慮し、最低の閾値レベルを10keV前後に設定するには、擬似Schottky型のCdTeが最適である。特に検出器をモノリシック(Monolithic)構造で構成し、CdTeの厚みを0.5mm〜1.0mmで構成すれば従来のCsI、Ge、Si、X線フィルムなどと比較しても、優れたX線の検出感度を得ることができる。また、この厚みの場合、例えばガンマ線源である122Coでのエネルギ分解能は80%以下であり、きわめて良好にエネルギの閾値検出を行うことができる。また、CdTeは直接X線を電荷に変換するため、CsIのようにフォトダイオードで光電変換する必要がないため、変換ロスが少ない。
【0074】
これに対し、従来のようにシンチレータを用いる場合、収集画素を形成するには、シンチレータを画素単位に切り、しかもその収集画素間に反射剤を塗り、シンチレーション光を相互にアイソレーションする必要がある。このため、このアイソレーションを無視することができず、デットスペースができる一方で、フォトダイオードに到達する光に一定のロスが生じて、感度低下する原因になる。
【0075】
これらを総合すると、CdTeは他のX線検出器に比べ、検出感度の優れた素材といえる。しかも、閾値検出により、設定した最低レベル以下のエネルギは検出しないようにできるため、暗電流が混入したり、より低エネルギ側にシフトする散乱線が自動的に混入したりするという事態も殆ど確実に排除でき、したがって、コントラストの極めて高い画質を得ることができる。
【0076】
以下、上述したX線検出器12を採用した各種の装置を別の実施形態として説明する。
【0077】
(第2の実施形態)
次に、本発明の放射線撮像システムに係る第2の実施形態として、本発明に係るX線検出器を採用した別のX線診断装置を、図12、13を参照して説明する。
【0078】
前述したX線検出器12によれば、その収集画素毎に、入射したX線の粒子数のカウント値に応じたデータが、しかもそのエネルギ領域別に検出されるので、このカウントデータをエネルギ領域に応じて選択的に画像化することができる。そこで、この実施形態では、このエネルギ領域に応じた選択的な画像再構成を行う機能を有し、薄い造影剤を静脈から投与した場合でも高感度に血管造影を行うことができるX線診断装置を説明する。
【0079】
周知のように、ヨード糸造影剤を用いた冠状動脈描出は心血管の閉塞を検出するには有効であるとして実施されている。しかし、現状の積分モード型のX線検出の場合、動脈に造影剤を投入して造影剤濃度の濃い状態で、画像化しないと十分なコントラストが得られないという欠点がある。また、患者の動脈からの注入により、非常に侵襲度の高い検査方法であると言われている。
【0080】
この状況を改善するために、単色X線発生装置を利用し、ヨード系造影剤のK吸収端エネルギ(33.17keV:図12参照)近辺に単色X線を絞り、これを患者に照射する撮影法が盛んに研究されている。つまり、この単色X線を用いて、そのK吸収端エネルギよりも大きい及び小さい値のエネルギで画像化し、この画像間でサブトラクションをすることにより、静脈投与で造影剤が薄まった状態でも、鮮明に冠状動脈を描出しようとするものである。しかしながら、この撮影を行うには、単色X線発生装置のような大掛かりな設備が必要であり、この撮影法を広く普及させるには限界がある。
【0081】
そこで、本実施形態に係るX線診断装置1Aでは、図12に示すように、少なくとも33.17KeVのエネルギ位置及びこれを挟んだエネルギ準位の上下2つの位置に3つのエネルギ弁別用の基準値TH1〜TH3を設定し、これにより33.17keVの前後にエネルギ領域1、2を設定する。
【0082】
このエネルギ領域1,2のカウントデータを選択的に収集し、その2種類のカウントデータを互いにサブトラクションする。これにより、単色X線で撮影したときとほぼ等価な生データを得ることができるので、この生データを再構成すればよい。なお、2種類のカウントデータを先に各別に再構成した後で、相互にサブトラクションするようにしてもよい。
【0083】
これを実現するためのX線診断装置の構成例を図13に示す。同図は、前述した図4の構成のうち、異なる部分の概要のみを示す。X線検出器12の各検出器ブロック12Jには、エネルギ領域1,2に入るX線粒子のカウントデータKi1,Ki2(i=1〜N)をそれぞれ出力するカウンタ46,46を設ける。このカウントデータKi1,Ki2は収集画素毎に検出されてコンソール5に送られる。コンソール5に入力したカウントデータKi1,Ki2は、そのインターフェース21を通って画素演算回路31に送られる。この画素演算回路31は、カウントデータKi1,Ki2の相互の差分を演算する差分回路31A、それらを相互に加算する加算回路31B、及び、カウントデータKi1、Ki2それぞれを選択的に通過させる選択回路31C、31Dを備える。また、この画素演算回路31は、コントローラ20から与えられる切換制御信号SCに応答して、この回路31A〜31Dのうちの、1つ又はそれ以上の回路を選択的に作動させることができるようになっている。
【0084】
この画素演算回路31で演算又は選択されたカウントデータ「Ki1−Ki2」、「Ki1+Ki2」、「Ki1」、及び/又は、「Ki2」は図4に示す記憶ユニット22に保管される。再構成ユニット23は、記憶ユニット22に保管されているカウントデータのうち、差分演算に係る「Ki1−Ki2」を読み出して画像再構成する。これにより、エネルギ領域1,2間のサブトラクション画像が得られるので、造影剤の静脈投与による高感度な血管造影を行なうことができる。
【0085】
このように、本発明に係るX線検出器12を用いることで、各収集画素の入射X線粒子のエネルギ領域別の高精度なカウント値を選択的に利用して、冠動脈のみの画像を鮮明に描出することができ、通常の強度のX線源を搭載したX線診断装置であっても、造影剤を静脈から注入して、冠動脈を画像化できる。患者への負担を通常のルーチン検査並みに減らすことができ、冠動脈撮影を高度医療の領域から開放できるという大きな画期的なメリットが得られる。
【0086】
なお、本実施形態に係るX線診断装置1によれば、上述した差分カウントデータ「Ki1−Ki2」に加えて、加算カウントデータ「Ki1+Ki2」、各エネルギ領域別のカウントデータ「Ki1」及び/又は「Ki2」をも選択的に収集できる。このため、加算カウントデータ「Ki1+Ki2」によるデータを再構成することで、一般のX線診断装置に相当するX線画像(すなわち、全スペクトラムを包括的に含むエネルギ量のデータから再構成したX線画像)を得るこができる。さらに、エネルギ領域別に選択したカウントデータ「Ki1」及び/又は「Ki2」を用いた画像再構成を行うことができる。このように、X線粒子が有する特定エネルギ成分の画像を選択的に提供できるので、画像情報を先鋭化させて診断に寄与可能になる。
【0087】
(第3の実施形態)
次に、本発明の放射線撮像システムに係る第3の実施形態として、本発明に係るX線検出器を採用したX線CTスキャナを、図14、15を参照して説明する。
【0088】
このX線CTスキャナは、IVR−CTと呼ばれている複合装置を、1台のX線CTスキャナで担おうとするものである。
【0089】
近年、IVR(Interventional Radiology)技術の急速な進歩により、血管造影アプリケーションも多様化している。このため、血管造影装置と高性能X線CTスキャナとを組み合わせることにより、従来の患者移送により施行していたCTアンギオ検査を一つの撮影室で施行できる、いわゆるIVR−CTが盛んに使用されるようになってきている。しかしながら、この従来のIVR−CTには、血管造影装置とX線CTスキャナという2種類の装置が必要であるため、全体の装置が非常に大掛かりになり、装置の操作が複雑である、広い設置スペースが必要である、設置コストや運用コストが高いなどの問題があった。
【0090】
そこで、本実施形態に係るX線CTスキャナ1は、図14に示すように、図13の構成を採用するとともに、コンソール5の画素データ演算回路31の出力側に、画素束ね回路32と切換回路33とを備える。画素束ね回路32はN個のデータ(ここでは、収集画素毎のカウントデータ「Ki1−Ki2」、「Ki1+Ki2」、「Ki1」、及び/又は、「Ki2」)を所定数ずつ相互に加算してj個のデータを作成する。
【0091】
この加算により、図15に示すように、X線検出器12における全収集画素が所定数(領域)の画素群毎に束ねられて1つの画素になったことと同等になる。これを詳述すると、本実施形態に係るX線検出器12の収集画素は、前述したように、従来のCTスキャナ用X線検出器のそれに比べて非常に精細に形成されており、例えば200μm×200μmのサイズになっている。このため、通常のX線平面画像を得るときには、かかる精細な画素をそのまま用いて高精細な画像を得るようにする。一方で、CT画像を得るときには、この画素サイズは再構成に時間が掛かりすぎる。つまり、画素が精細過ぎるので、幾つかの隣接する画素同士を束ねて1つのデータを出力できるようにする(図のクロスハッチングの部分を参照)。図15の例では、5×5の収集画素を信号加算により束ねて1つの画素とみなす。これにより、1mm×1mmの大きさの画素を見かけ上、形成できる。
【0092】
図14に戻って、この画素束ね回路32には、これを迂回する出力ラインOLが設けられており、この出力ラインOLと画素束ね回路32の出力ラインとを、切換回路32により、そのうちの何れか一方を選択して記憶ユニット22にデータ保管できるようになっている。なお、画素データ演算回路31及び切換回路32は、コントローラ20から与えられる切換制御信号SC1,SC2により、それぞれのモード(CT撮影モード、通常X撮影モード)に応じて回路切換又はスイッチ切換がなされる。
【0093】
すなわち、血管描出をCT撮影モードで行うときには、画素データ演算回路31が差分回路31Aに切り換えられ、切換回路32が画素束ね回路32の出力ライン側に切り換えられる。一方、通常X線撮影モードのときには、画素データ演算回路31が差分回路31Aに切り換えられ、切換回路32が迂回出力ラインOL側に切り換えられる。画素データ演算回路31の加算回路31B又は選択回路31C,31Dへの切換は、オペレータが所望するときにコントローラ20を介して指令される。
【0094】
このため、本実施形態に係るIVR−CT用のX線CTスキャナ1によれば、被検体にヨード糸造影剤を静脈に注入し、通常のX線撮影を行って平面画像による血管描出を行うことができる。この血管描出は通常X線撮影モードで実行されるため、収集画素サイズが例えば200μm×200μmであり、非常に高精細な画像になる。この段階で、画素データ演算回路31の回路を差分回路31Aに切り換えることで、エネルギ領域を考慮したサブトラクション画像も得ることができる。
【0095】
これらの適宜に且つ多様な観点から収集した高精細な画像を観察して血管の閉塞状況を把握の後、ターゲットとする血管に対して寝台4を位置決めをした後、すぐにその場でCT撮影モードに切り換えてCT撮影を行うことができる。このCT撮影のデータ収集により、前述したエネルギ領域1、2に分離した再構成画像をサブトラクションしたCT画像を得ることができる。
【0096】
このように本実施形態に係るX線CTスキャナ1によれば、一台の装置で、従来の血管造影装置と高性能X線CTスキャナの機能を十分に賄うことができる。このため、従来よりも格段に高画質の平面画像を位置決めなどに用いることができるので、位置決め精度が高くなり、その場でCT撮影に移行できるので、患者及び術者双方の負担も著しく軽減される。加えて、設置スペースが少なくてすみ、また設置や運用のためのコストも少なくなるので、病院の設備投資の面でも有利になる。さらに、このX線CTスキャナによれば、必要に応じて、通常のX線平面画像の収集機能を省くことができ、その代わりに、サブトラクションCT画像により血管のみを精密に3次元表示するようにしてもよい。
【0097】
(第4の実施形態)
次に、本発明の放射線撮像システムに係る第4の実施形態として、本発明に係るX線検出器を採用した別のX線CTスキャナを、図16を参照して説明する。
【0098】
このX線CTスキャナは、肺がんの早期発見を目的とする集団検診に適したX線CTスキャナに関する。
【0099】
図16に、このX線CTスキャ1ナの構成例を示す。X線検出器12は、その各収集画素に対応して3個のカウンタ47〜47を備える。このカウンタ47〜47は、それぞれ、X線エネルギのスペクトラム上に設定した所定の4個の異なるエネルギ閾値TH1〜TH4(図示せず)で分割されるエネルギ領域1〜3のX線粒子入射数をカウントし、カウントデータKi1、Ki2,Ki3(i=1〜3)して出力する。これに対して、コンソール5には、インターフェース48、束ね回路網49、及びN個の収集画素チャンネルに対応した3個の画素束ね回路50〜50を備える。
【0100】
各収集画素チャンネルからのカウントデータKi1、Ki2,Ki3はインターフェースを介して束ね回路網49に入力する。束ね回路網49は、各画素収集チャンネルの3つのカウント出力経路それぞれを3個の画素束ね回路50〜50にそれぞれ振り分けて入力させるようになっている。
【0101】
画素束ね回路50〜50は、コントローラ20から与えられる切換制御信号SC3に応答してN個の入力信号を、所望数の相互に隣接する画素群毎に加算する。これにより、収集画素を所望画素数毎に束ねることができる。このとき、画素束ね回路50〜50は、それぞれ、切換制御信号S3の指令内容に応じて、束ねる画素数(画素群)を複数種にわたって変更できるようになっている。例えば、基本の収集画素を200μmとした場合、束ねない状態で出力する200μmのほか、束ねることによる400μm、800μm、および1600μmのうちの4種類のうちの所望の値に変更できる。この束ね法はオペレータが選択して指令することができる。
【0102】
この画素束ね回路50〜50は、エネルギ領域1〜3に対する画素束ねを担っている。このため、各画素束ね回路50(〜50)は、切換制御信号SC3を介して、例えば4種類の収集画素サイズ200μm、400μm、800μm、および1600μmの中から所望サイズのカウントデータを出力できることになる。
【0103】
そこで、所望のエネルギ領域別に且つ所望の収集画素サイズ別にカウントデータ蓄積して画像再構成することで、肺がんの特徴描出に適したエネルギ範囲と分解能でCT画像を得ることができる。
【0104】
このため、現状の再構成画像の分解能0.5mm程度が一般的であるが、再構成時間の短縮により、分解能0.1mm以下の描出も可能となる。また、関心エネルギーウインドウに入るX線を使って画像再構成を行うことができるので、肺がんに絞った描出を行うことができ、肺がんに対する検出能が飛躍的に高まる。したがって、真に初期段階の肺ガンの検診が短時間に可能となる。このようなX線CTスキャナが普及することで、肺がんの早期発見を目指して集団検診を行うことができる。
【0105】
(第5の実施形態)
次に、本発明の放射線撮像システムに係る第5の実施形態として、本発明に係るX線検出器を採用したマンモグラフィ装置(乳房用X線撮影装置)を、図17,18を参照して説明する。
【0106】
X線を用いて乳ガンを検出する場合、ガンの初期段階で発見したとする観点から、石灰化した微小組織の検出が重要である。石灰化した組織は20keV前後のエネルギのX線に対し、他の正常組織との際立った吸収係数の差を呈するが、ガン化(石灰化)してしまった組織は正常組織との吸収差が少ない。この微小石灰化は、比較的エネルギの低いX線に検出感度を有するので、低エネルギのみに絞った平面画像を高いコントラストで撮影する必要がある。
【0107】
本実施形態では、図17に示すように、フィルターを用いた線質を低エネルギ側にシフトさせ、患者被曝線量を、20KeVを中心とするエネルギ領域1と、その低エネルギ側のエネルギ領域2に分けた状態でカウントデータをエネルギ領域別に収集するようにする。
【0108】
具体的なマンモグラフィ装置の構成は、血管造影のシステムと同じである。エネルギ閾値は例えば、
【外3】
Figure 2004325183
に設定する。
【0109】
前述した血管造影撮影のときと同様に、エネルギ領域1及び2それぞれから収集したカウントデータを相互にサブトラクションすることで、早期の石灰化した組織のみの高コントラストのX線画像を得ることができる。これにより、乳がんも早期に発見可能となる。
【0110】
このX線画像の場合、1収集画素あたりのX線粒子のカウント数をX線CTスキャナの場合よりも多くする必要がある。これについては、各収集画素に内蔵するカウンタがオーバーフローする時間を線量強度に応じて算定し、それよりも短い時間でカウンタを定期的にリセットしながら、収集カウントをX線爆射時間の間、積分すれば、高カウント値のマンモグラフィ画像を得ることができる。
【0111】
従来のマンモグラフィの場合、石灰化した組織を検出するためには、収集画素を細かくし、検出能を上げてやる必要があったが、本実施形態によれば、検出感度が高いので、200μm程度の収集画素サイズでも十分、微小石灰化を描出できる。
【0112】
また、本実施形態では、X線検出器12をCdTe半導体で構成しているので、その検出面(X線入射面)を検出器端面ぎりぎり(例えば5mm以内)まで形成することができる。このため、図18に模式的に示すように、圧迫板60を用いることにより、極めて広い乳房領域を一度に撮影できる。また、本実施形態の事例の場合、10keV以下の散乱成分は検出しないため、散乱成分が極めて少なく、コントラストの良いX線画像になる。
【0113】
(第6の実施形態)
次に、本発明の放射線撮像システムに係る第6の実施形態として、本発明に係るX線検出器を採用した手荷物検査装置を、図19を参照して説明する。
【0114】
現在、空港などでは、手荷物検査のために、産業用X線CTスキャナが導入されているが、低感度であるため、X線強度を上げてやる必要がある。その結果、通常の未現像の写真フィルムが感光してしまうなどの不都合がある。加えて、現状のX線CTスキャナは空港の大勢の人の手荷物全部の検査を賄うだけの高速動作はできないので、手荷物検査に時間がかかり過ぎるという問題がある。このため、手荷物の全数を一旦、通常のエックス線で検査し、疑わしい手荷物だけをX線CTスキャナで精密に検査しているという状況にあり、手間と時間がかかっている。
【0115】
そこで、本実施形態に係る手荷物検査装置70は、図19に示すように、架台71にX線管11と本発明に係るX線検出器12との対を回転可能に設置し、架台70を貫通する開口部OPをベルトコンベア72が通過できるようにする。ベルトコンベア72により一定速度で運搬されてきた手荷物は架台71の開口部OPを通過するので、X線管11とX線検出器72とが開口部OPの周りを回転することで、X線CTのヘリカルスキャンが可能になる。このスキャンを介して、X線検出器12により前述の如く検出されたX線粒子数に応じたカウントデータ(エネルギ領域別のカウントデータを含む)が検出される。
【0116】
このカウントデータは再構成装置72に送られる。再構成装置72は、荷物がガントリ71を通過し終わる時点までには、そのCT画像データを生成する。このCT画像はモニタ73に表示され、監視員に提示される。
【0117】
また、CT画像のデータは危険物自動認識装置74に送られる。これにより、危険物自動認識装置74は、予め設定した危険物(例えば金属、麻薬)にエネルギ領域を絞ったカウントデータに基づくCT画像のデータを受ける。そこで、危険物自動認識装置74は、このCT画像に危険物自動認識処理(特徴抽出プログラム)を施して、該当する危険物の有無を自動的に判断し、その結果を異常情報検出提示装置75に送る。
【0118】
本実施形態によれば、かかるX線CTスキャナの機能によりリアルタイムに且つ連続的に複数の手荷物を検査することができる。つまり、エネルギ領域別にカウントデータを検出可能なX線検出器12を用いているので、高感度さが要求される危険物検出に適する高エネルギに絞った画像再構成から麻薬などの低エネルギに絞った画像再構成まで幅広く対応可能である。このため、全ての手荷物をCTスキャンに連続的にかけることができる。さらに、効率よく且つ無人化して危険物を検出することができる。さらに、現場におけるリアルタイムなCT画像の取得に加え、危険物描出が容易な関心エネルギのみのCT画像を事後に編集することが可能である。これにより、より確度の高い検査を短時間に行なうことができ、目視検査を併用した半自動化の手荷物検査又は完全自動化した手荷物検査が可能にもなる。勿論、検出感度が優れるため、X線強度をその分下げることができ、未現像の写真フィルムに対する感光の問題も解消される。
【0119】
(第7の実施形態)
次に、本発明の放射線撮像システムに係る第7の実施形態として、本発明に係るX線検出器を採用したパイプライン検査システム79を、図20を参照して説明する。
【0120】
通常アラスカ、サハリンなど寒冷地に設置された石油パイプラインの亀裂などの検査は困難を極める。この石油パイプラインに沿ってX線非破壊検査装置を自動走行させてX線非破壊検査が行なえれば一番良いが、しかし、このパイプラインの敷設された環境下でX線を発生させることは現実的でない。
【0121】
そこで、図20に模式的に示すように、本実施形態に係るパイプライン検査システム79は、密封型のガンマ線源を用いる。これは、本発明に係る放射線検出器がエネルギ領域での画像描出が可能なことに拠る。
【0122】
具体的には、前述してきたX線検出器12をガンマ線検出に用いるもので、このライン状のガンマ線検出器12とライン状の密封型ガンマ線源80とをパイプライン81を介して対向配置させる。ガンマ線源としては、125Co,75Se,137Csなどが用いられる。ガンマ線源80のガンマ線出射側には、ガンマ線を平行に導くコリメータ82が一体に設けられている。このガンマ線検出器12及びガンマ線源80(コリメータ82)の組を、パイプライン81の周りに適宜に回転させながら、その長手方向に沿って移動させる走行機構(図示せず)が設けられている。
【0123】
これにより、ガンマ線源80からコリメータ82を通して平行に照射されたガンマ線がパイプを透過し、トランスミッション像としてガンマ線検出器12に検出される。この結果、ガンマ線検出器12からガンマ線の粒子数に応じたカウントデータが得られる。このとき、前述のように、ガンマ線のスペクトラムに対してエネルギ領域を弁別する閾値(例えば2つの閾値TH1,TH2とし、そのエネルギ範囲は密封型ガンマ線エネルギの±10%に設定)が設定される。このため、カウントデータもその閾値で設定されるエネルギ領域に対応したデータになる。
【0124】
ガンマ線検出器12で検出されたカウントデータはメモリ83を介して電波送信機84に送られ、位置信号器85からの位置信号とともに別の場所のアンテナ86に電波で送信される。アンテナ86で受けた電波は受信機87で処理され、この処理された受信データがパイプライン異常検出装置88に送られる。この異常検出装置88により、受信データに基づいてCT画像を再構成するなど、適宜な処理を行って、パイプラインの損傷や内部歪などの異常の有無及び内容情報を提供する。
【0125】
この結果、パイプに入った亀裂などの画像データを遠隔地で得ることができ、厳しい自然環境の中に設置されたパイプランであっても、それを無人で自動的に検査することができる。
【0126】
なお、このような検査は、外部からのガンマ線に対する遮断構造がとれるならば、工場のパイプラインの自動検査にも用いることができる。
【0127】
また、本発明に係るX線又はガンマ線による検出器を採用したCTスキャナを用いて内部構造を検査する例は、パイプラインに限られず、
【外4】
Figure 2004325183
に対しても適用可能である。
【0128】
例えば、現状のリチュームイオン検査では、電極部の不良検査をX線の透視撮影で行なっているが、製品を流すためのピッチタイムが短いため、現状のX線撮影時間では長すぎる。そこで、同じX線非破壊検査装置を3台併設し、検査工程のみ3つの工程に平行分離して行なっていたが、本願発明に係る放射線検出器を用いることにより、1台の非破壊検査装置で検査をこなせるようになる。加えて、より検査に適したエネルギのみに基づいてコントラストの高い画像を得るから、不良品を高精度に抽出することができる。従って、検査にかけるコストを大幅に削減することが可能となる。
【0129】
また、金属製品の内部構造をCTで分析する場合、X線のエネルギが高くないとX線は金属を通過できないので、従来では、非常にコントラストの低いX線画像しか得られず、CTをかかる分析に使用することはあまり行われていなかった。しかし、本発明の放射線検出器によれば、関心エネルギを峻別できるので、例えば高エネルギ成分だけの再構成画像を得ることができ、X線CTであっても、内部構造をより鮮明に描出できる。
【0130】
さらに、切り出した木材を、前述した手荷物検査システムと同様の構成のシステムで検査することで、木材の内部の空洞の有無を知ることができる。これにより、木材内部の構造を確実に知ることができ、木材加工の能率アップや材木製品の品質安定に寄与する。
【0131】
このように、本発明に係るX線検出器は、あらゆるX線非破壊検査の分野において、著しく高感度であること、及び、エネルギ領域の峻別が可能であることによって、その優れた有用性を発揮することができる。
【0132】
(第8の実施形態)
次に、本発明の放射線撮像システムに係る第8の実施形態として、本発明に係るX線検出器を採用したX線天文学用の2次元画像システムを、図21を参照して説明する。
【0133】
最近のX線天文学の進歩の中で、エネルギに分けたX線画像の撮影が宇宙の構造解析(成分分析)には不可欠である。
【0134】
そこで、図21に示すように、宇宙空間の静止軌道上に打ち上げられた人工衛星により、2次元画像システム90のセンサ装置91を宇宙空間に滞在させる。このセンサ装置91は、本発明に係るX線検出器12を用いる。このX線検出器12は、0.5mm厚の擬似SchottkyCdTeピクセル検出器で成り、これを−20℃まで冷却して使用するようになっている。これにより、このX線検出器12は、X線感度が高いことに加え、現状では検出感度は低いがエネルギ分解能としては最も優れているGe検出器並みのエネルギ分解能を有する。したがって、X線天文学のような厳密性を要する検出器としても前例のない特性を示すことができる。
【0135】
このX線検出器12のX線入射面にはコリメータ92が設置される。また、この検出器12に設ける処理回路では、少なくとも特性X線を捕捉することができるように、エネルギ領域をM段(Mは、2以上の正の整数)に設定している。
【0136】
そこで、X線検出器12からのカウントデータは特性X線検出回路93に送られ、この検出回路93により、そのカウントデータがエネルギ領域別に検出されて、M個のエネルギ別用のメモリ94〜94に分けて記憶される。この記憶データは切換器95により、シリアル信号に変換され、送信機97を介して地球アンテナ98に向けて送信される。なお、CPU99は、処理回路の各回路の動作を制御する。
【0137】
地球アンテナ98に送られたデータは、受信機100及びメモリ101を経て処理・表示装置102に送られ、特性X線を観測するための所定の処理に付される。
【0138】
このようなシステム構成にすることにより、常時観測したい方向にX線検出器12を向け、その天台付近から発する特性X線を関心エネルギ毎に同時に画像化して捕えることができる。このため、時々刻々と変化する天台の様子を時系列に捕えるような観測を地球上で行うことができる。つまり、このX線検出器12は、一度に、複数のエネルギのX線画像を同時に捉えることができるので、瞬時のバースト現象を捉える必要があるX線天文学用の2次元センサとしても好適に機能する。
【0139】
(作用効果のまとめ)
以上のように、本発明に係るX線検出器は、CdTe半導体を用いて、200μm前後の画素をMonolithic構造で構成し、これに検出器の背面にはみ出さずにチャージアンプを含む処理回路をASIC化して設けて成る。この検出器により、X線を粒子とみなし、各X線粒子が入射毎に発生するイオナイズされた電気信号をチャージアンプで検出させる。この検出信号をパルス整形回路に送り、そのピーク値がエネルギに比例する信号を発生させ、これを複数の比較器に入力させる。これらの比較器で、複数のエネルギ閾値(DC電圧)との比較を行わせ、入射粒子のエネルギが所定エネルギを超えたかどうかについてエネルギ領域毎に判定させる。各エネルギ領域に入ったエネルギの粒子数をそれぞれカウントさせる。したがって、A/D変換器を設けずに、各エネルギ領域での出力をデジタル値で得ることができる。
【0140】
このようなパルス数を計測する方法によれば、エネルギ閾値は暗電流より高いレベルに設定されるため、積分型に比べてS/Nの極めて良い画像が得られる。また各画素の大きさは200μmと小さいため、各画素に入射するX線粒子数の数え落とし特性の現れる1(Kcount/sec)よりはるかに下回るため、数え落としもなく、計測することができる。
【0141】
通常、CT画像を得るために必要な画素サイズは1mm前後であるから、収集画素をその検出単位にするには、例えば200μmの画素サイズの検出器出力を25個束ねれば(加算すれば)、等価的に数え落としなく出力を得ることができる。
【0142】
また、もともとの画素が200μmの場合、その出力をそのまま束ねずに出力することにより、X線の平面画像を得ることもできる。これはIVR−CTで代表される医療用X線CTスキャナと通常のX線診断装置を1台のCTスキャナでこなせることを意味しており、大幅な設置スペースや装置コストなどの削減を実現することができる。
【0143】
同じく手荷物検査用の非破壊検査機器では、まずは通常のX線透過画像で疑わしき手荷物を見つけ、これをCTスキャナで精密に判定するような手順を踏んでいるが、本発明によれば、1台のCTスキャナで最初からX線透視画像が得られるので、コスト、設置スペース、スループットなど面で極めて有利である。
【0144】
また、そのあるエネルギを超えたX線粒子のみを計測しているため、人体などで散乱して検出器に入るX線がX線管より発せられるX線よりエネルギが小さくなっており、散乱線の混入割合の低い画像を得ることができる。
【0145】
複数のエネルギ閾値を設けてやることにより、スキャン後に、再構成データを編集することにより、例えば高エネルギ画像、低エネルギ画像、あるいは、ある範囲のエネルギのみの画像を任意に選択的に再構成することもできる。
【0146】
X線検出器はCdTe半導体を用いているので、現状のGOSやCsIのフォトダイオードを含めた検出器系と比べて、その検出感度に優れている。このため、X線管のX線強度を落としても、それまでと同程度の感度の画像が得られる、被検者の被曝も抑えることができる。
【0147】
空港の手荷物検査などで使用されるX線CTスキャナでは、写真のフィルムを手荷物内に入れていると感光してしまうため、手荷物内には未現像のフィルムを入れることは禁止されているが、X線の量を減らせれば、感光のリスクも低減させることができる。
【0148】
CdTe半導体を用いたX線検出器は、放射線を直接電気信号に変換し、かつカウント値としてデジタル信号を出力するため、従来存在していたフォトダイオードとA/D変換器が不要になり、かつ、その後段の回路構成が簡素化される。また、このX線検出器はMonolithic構造を採用しているため、電極の形成がすなわち画素の形成となり、シンチレータによる画素の形成に比べて工数が少なくて済む。このため、トータルとして製造コストを大幅に低減できる。
【0149】
なお、パルスカウントをベースにシステムを構築する場合、各収集画素に対する波形整形回路からのパルス(エネルギ値に比例)のゲイン、オフセットのばらつきとエネルギ閾値(DC電圧)の相対的な関係が極めて重要で、これが精度良く設定されていななければ、CT画像のアーチファクトの大きな原因となり、実用化は難しくなる。そこで本発明では、実際のX線源のエネルギ領域に近い密封型のガンマ線源である241Am(59.5KeV)と122Co(122KeV)をリファレンスとして用い、検出器の出力調整の段階で各画素の回路系のゲイン及びオフセットを計測し、それに見合った精度の良いエネルギ閾値の設定をプログラム化して対処する。このプログラムを装置据え付け時などの適宜なタイミングでキャリブレーションとして実行することで、かかるばらつきを確実に抑制して、アーチファクトを抑制した高品質のCT画像を確保できる。
【0150】
なお、本発明に放射線検出器及び放射線撮像システムは、上述した実施形態に記載の構成及びその変形例の構成に限定されるものではなく、当業者においては、特許請求の範囲に記載の要旨を逸脱しない範囲で適宜に変更、変形可能なものである。例えば、X線検出器は、前述したように集電電極により収集画素の位置及びサイズが決まるモノシリック構造において、前述した各実施形態のように、収集画素が2次元配列(図2参照)になるものみに限定されず、例えば図22(a),(b)に示すように、収集画素を1次元配列の検出器、又は、2次元配列の検出器を積層してなる3次元配列の検出器であってもよい。さらに、同図(c)に示すように、所望のサイズを有する1個の画素(入射ウィンドウ)であっても、放射線粒子がこの入射ウィンドウに複数個連続して入射したときの各入射に応答したパルス信号間の重畳現象の発生を実質的に無視可能であれば、使用可能である。
【0151】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る射線検出方法、放射線検出器、及び、放射線撮像システムによれば、医療用から産業用まで広範囲の分野にわたって応用可能であって、散乱線の影響を大幅に減らして高コントラストを確保し、且つ、暗電流の影響を排して極めて高いS/Nを確保することで非常に高い検出感度を有するとともに(放射線の被曝量も減)、センサ部により検出された信号を処理する回路の回路規模を積分モードで動作するX線検出器に比べて大幅に減らして小形化図ることができる。
【0152】
また、放射線のエネルギに応じた検出を行うことができるなど、1台の装置で多様な種類の放射線の検出に対応可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の放射線撮像システムとしてのX線CTスキャナの一実施形態の概略を示す説明図。
【図2】X線CTスキャナに搭載したX線検出器の概略を示す斜視図。
【図3】数え落とし特性を説明する入力カウント数、対、出力カウント数のグラフ。
【図4】X線検出器を中心としたX線CTスキャナの電気的な概略構成を示すブロック図。
【図5】収集画素単位で形成するX線検出の処理回路を説明する図。
【図6】入射X線粒子のエネルギ弁別から、そのカウント動作までを説明するタイミングチャート。
【図7】通常のX線管球から曝射されるX線のエネルギスペクトラムと閾値との関係を示すグラフ。
【図8】収集画素毎に実施するキャリブレーションを説明するブロック図。
【図9】キャリブレーションの処理の手順の一例を説明する概略フローチャート。
【図10】キャリブレーションのリファレンス設定を説明する図。
【図11】X線管から曝射されたX線の典型的な経路を説明する図。
【図12】血管造影のための閾値設定を説明する図。
【図13】本発明に係る放射線撮像システムの第2の実施形態としての、血管造影を行うX線診断装置の部分ブロック図。
【図14】本発明に係る放射線撮像システムの第3の実施形態としての、IVR−CTを行うX線CTスキャナの部分ブロック図。
【図15】複数の収集画素の束ねを説明する図。
【図16】本発明に係る放射線撮像システムの第4の実施形態に係る、肺がんの集団検診が可能なX線CTスキャナの部分ブロック図。
【図17】本発明に係る放射線撮像システムの第5の実施形態としてのX線撮影装置で実行されるマンモグラフィのためのX線スペクトラムと閾値設定との関係を説明する図。
【図18】圧迫板を用いたマンモグラフィの様子を説明する図。
【図19】本発明に係る放射線撮像システムの第6の実施形態としての手荷物検査システムを示す概略ブロック図。
【図20】本発明に係る放射線撮像システムの第7の実施形態としてのパイプライン検査システムを示す概略ブロック図。
【図21】本発明に係る放射線撮像システムの第8の実施形態としてのX線天文学用の2次元画像システムを示す概略ブロック図。
【図22】X線検出器の収集画素配列の別の例を説明する図。
【符号の説明】
1 X線CTスキャナ(放射線撮像システム)
1A X線診断装置(放射線撮像システム)
11 X線管(放射線源)
5 コンソール
12 X線検出器(放射線検出器)
12J 検出器ブロック
20 コントローラ
22 記憶ユニット
23 再構成ユニット
31 画素データ演算回路
32 画素束ね回路
33 切換回路
41 チャージアンプ
42 波形整形回路
43 比較器
44 エネルギ領域振分回路
45 カウンタ
46 カウンタ
47 カウンタ
49 束ね回路網
50 画素束ね回路
51 調整器
52 メモリ
70 手荷物検査システム
79 パイプライン検査システム
90 X線天文学用の2次元画像システム
S 半導体セル
AS ASIC層
E1 荷電電極
E2 集電電極
C 処理回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a radiation detection method for detecting radiation such as X-rays, a radiation detector, and a radiation imaging system equipped with the detector. In particular, the present invention regards incident radiation as particles and counts the number of particles. The present invention relates to a radiation detection method, a radiation detector, and a radiation imaging system equipped with this detector, which are provided with a quantum counting type circuit and exhibit epoch-making detection performance which has not been achieved in the past with respect to detection sensitivity, detection signal processing, and the like.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as seen in medical image diagnosis, nondestructive inspection of structures, and the like, the importance of imaging the inside of a human body or an object using X-rays, which is a kind of radiation, has been increasing. In order to meet this demand, it is required to image a target object with a small X-ray dose, a high S / N, and a wide field of view, and research for this purpose is being actively pursued.
[0003]
This will be described with reference to an X-ray detector mounted on an X-ray CT scanner. Conventional X-ray detectors begin with the application of the ionization phenomenon of Xe gas, and recently use a two-dimensional solid-state detector such as GOS, CsI, or CWO (a detector using a combination of a scintillator and a photodiode). Is also being used. At the same time, in recent years, the field of view has been required to be expanded in the body axis direction, and the development of a large aperture has been progressing so that the X-ray detector can cope with a wide field of view capable of performing a volume scan of the heart and lung fields.
[0004]
As the field of view is expanded in the body axis direction in this way, the influence of scattered radiation from the human body increases, and at the same time, the sensitivity of the detector system is poor, and the X-ray exposure dose that does not contribute to reconstruction increases, In addition to increasing the exposure dose of the subject, the lack of sensitivity has been compensated by increasing the X-ray intensity by increasing the current flowing through the X-ray tube. Generally, if the current flowing through the X-ray tube is increased, the life of the X-ray tube is shortened, and it is easy to cause a failure.
[0005]
Further, since the sensor portion of the X-ray detector is formed of a scintillator, processing for pixel separation is necessary to avoid crosstalk of signals between pixels. This process requires enormous man-hours. Further, before converting the detection signal into a digital value, various types of circuit elements such as a scintillator, a photodiode, a preamplifier, and an A / D converter are required. For this reason, the present situation has been that the manufacturing cost of the entire X-ray detector must be increased. In particular, when the size of the X-ray detector is increased to provide a wide field of view, the price of the X-ray CT scanner naturally rebounds, which may be a hindrance to the spread of the X-ray CT scanner. .
[0006]
The X-ray CT scanner including the above-described scintillator, photodiode, preamplifier, and A / D converter for each pixel has a detection principle of an integration mode as disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, for example. A working device. That is, after converting the incident X-rays into light, this optical signal is converted into an electric signal, and the electric signal is integrated for a predetermined period of time to be output as a detector signal.
[0007]
However, in the case of an X-ray detector that operates in the integration mode, the influence of scattered radiation is likely to occur. However, there is a problem that artifacts are likely to appear. In addition, since reconstruction is performed under the condition including scattered radiation, there is a problem that the image contrast is inferior to an actual tomographic image. Furthermore, since a scintillator is used, it is difficult to increase the definition of pixels, and the current pixel size is at least about 1 mm. For this reason, it is not possible to cover both a CT image and an X-ray image represented by IVR-CT (International CT) with one detector. Therefore, conventionally, IVR-CT has to be implemented by combining two dedicated X-ray CT apparatuses and two X-ray apparatuses.
[0008]
On the other hand, as shown in Patent Literature 2 and Non-Patent Literature 2, a quantum counting type X-ray device that detects an incident X-ray in a pulse measurement mode using a cadmium telluride semiconductor (hereinafter, referred to as a CdTe semiconductor) is also available. Are known.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-131440
[0010]
[Patent Document 2]
JP 2000-69369 A
[0011]
[Non-patent document 1]
"Present and Future of Room Temperature Semiconductor Radiation Detectors," Atomic Energy Society of Japan Autumn Meeting Planning Session, Presentation Date: September 12, 1999, Presenter: Masaki Misawa, Mechanical Engineering Laboratory, Industrial Technology Institute, Ministry of International Trade and Industry "
[0012]
[Non-patent document 2]
"Report on the results of scientific research at Kobe University School of Medicine" "Study on Image Processing Method of Quantitative Counting X-Ray Imaging in Chest Imaging", Publication date: March 1999, Research representative: Eiichiro Itoi, Call number: Kaken 27. -MID: 000094541 "
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of the above-described conventional quantum counting type X-ray apparatus, since the size of each pixel is large in view of the X-ray incidence characteristics, the amount of X-ray incident on one pixel is also large.
[0014]
In general, in the pulse measurement mode, it is desirable that the characteristic of the output count number with respect to the input count number be linear. However, in the case of such a quantum counting type X-ray apparatus, the superposition phenomenon of the detection pulse accompanying the detection of the incident radiation particles. For this reason, as the input count number increases, the output count number saturates or decreases, that is, the so-called count-down characteristic becomes severe, and the device is far from practical use. In particular, since the X-ray CT scanner is required to have sufficient linearity of the output value with respect to the detector input dose, the existence of such a count-down characteristic requires the use of the quantum counting type X-ray apparatus described above in the X-ray CT scanner. It meant that it was difficult.
[0015]
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can solve the above-mentioned problems of the conventional integral type and quantum counting type X-ray detectors at once, and can be applied to a wide range of fields from medical use to industrial use. The effect of the line is greatly reduced to ensure high contrast, and the effect of dark current is eliminated to ensure an extremely high S / N. Thus, a very high detection sensitivity can be obtained. A quantum counting type, which can greatly reduce the circuit scale of a circuit for processing a signal detected by the sensor unit as compared with an X-ray detector operating in an integration mode, can be reduced. It is a first object of the present invention to provide a radiation detector and a radiation imaging system equipped with the detector.
[0016]
Further, in addition to the first object described above, the present invention not only simply outputs an electric signal according to the incident radiation but also performs detection according to the type (energy) of the radiation as in the related art. A second object of the present invention is to provide a quantum counting type radiation detector capable of responding to detection of various types of radiation with one device and a radiation imaging system equipped with the detector. I do.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to achieve the above object, the radiation detector according to the present invention is a radiation detector configured to detect the number of particles of the radiation by assuming the radiation as particles and the radiation particles are An incident window having a size that can substantially ignore the occurrence of a superposition phenomenon between pulse signals in response to each incident when a plurality of incident light are continuously incident on the same position or in the vicinity thereof, and the incident window is incident on the incident window. A sensor unit that generates an electric signal in response to each of the radiation particles; and an energy detection unit that detects an electric signal generated by the sensor unit and detects an energy value of each of the radiation particles incident on the incident window. The main feature is to have.
[0018]
The radiation is, for example, radiation having a continuous spectrum of energy.
[0019]
Preferably, energy discriminating means for discriminating an energy value detected by the energy value detecting means into a desired energy area, and counting the number of radiation particles incident on the energy area discriminated by the energy discriminating means. Means for outputting a signal representing the count value as the detection signal.
[0020]
As an example, the incident window includes a plurality of sets of pixels each formed to have a size that can substantially ignore the occurrence of the superimposition phenomenon. For example, each of the plurality of pixels has a pixel size of 200 μm × 200 μm or less, or a pixel size capable of detecting the radiation particles with an accuracy of 0.1% or less. The plurality of pixels are arranged in a one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional array.
[0021]
Preferably, a calibration means is provided for calibrating a relative magnitude relationship between the energy value detected by the energy value detection means and the predetermined value based on a reference energy value. For example, the calibration unit is configured to perform the calibration using an energy value of a gamma ray source as the reference energy value. The gamma ray source is composed of at least two types of sources having different energy values, for example, having an energy value of 59.5 KeV.2 41Am and energy value of 122 KeV57It is characterized by containing Co.
[0022]
Further preferably, the sensor unit includes a semiconductor layer that directly converts the radiation into an electric signal. This semiconductor layer is preferably made of a compound semiconductor. As an example, the semiconductor layer is made of a cadmium telluride semiconductor (CdTe semiconductor), a cadmium zinc telluride semiconductor (CdZnTe semiconductor), or the like. Further, the semiconductor layer may be formed of a silicon semiconductor (Si semiconductor).
[0023]
Preferably, the sensor section covers the radiation incident surface of the semiconductor layer with a charging electrode for voltage application (corresponding to an incident window), and a current collector electrode on a surface opposite to the radiation incident surface of the semiconductor layer. Has a covering monolithic structure. The current collecting electrode has a structure in which the radiation is divided into a plurality of pixels on the back surface for detecting the radiation for each particle. Further, the sensor unit integrally includes a processing circuit including a charge amplifier for detecting an electric signal generated in the semiconductor layer in response to the incidence of the radiation particles, on a surface of the current collecting electrode of the semiconductor layer using an ASIC. It is desirable to arrange them in layers.
[0024]
On the other hand, according to the radiation imaging system according to the present invention, a radiation detection unit that detects radiation using the above-described radiation detector, and an image generation unit that generates an image using a signal of the radiation detected by the radiation detection unit Means.
[0025]
Further, according to the radiation detection method according to the present invention, a method of detecting the number of particles of the radiation by irradiating the radiation having the energy of the continuous spectrum as particles, the radiation particles at the same position or in the vicinity thereof A plurality of successively incident light, having an incident window of a size that can substantially neglect the occurrence of superposition between pulse signals in response to each incident, and responding to each of the radiation particles incident on the incident window; A sensor unit for generating an electric signal, detecting the electric signal generated by the sensor unit, detecting the energy value of each of the radiation particles incident on the incident window, and discriminating the detected energy value. Counting the number of incident radiation particles exhibiting the discriminated energy value and outputting the detection signal representing the count value. And it features.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a radiation imaging system according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this radiation imaging system, an X-ray detector as a radiation detector according to the present invention is also implemented. In addition, it goes without saying that only the X-ray detector can be implemented alone.
[0027]
(1st Embodiment)
An X-ray CT scanner as a first embodiment of a radiation imaging system according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0028]
FIG. 1 shows a schematic configuration of the X-ray CT scanner.
[0029]
As shown in FIG. 1, the X-ray CT scanner 1 includes a gantry 2, a high-voltage generator 3, a bed 4, and a console 5. Inside the gantry 2, an X-ray tube 11 and an X-ray detector (radiation detector) 12 as an X-ray source (radiation source) (not shown) are arranged to face each other via a cylindrical opening OP. A pair of the X-ray tube 11 and the X-ray detector 12 is rotatably arranged in the gantry 2 around the opening OP.
[0030]
The X-ray tube 11 is supplied with a high voltage from the high-voltage generator 3, whereby the X-rays are emitted toward the opening OP, for example, in a pulsed manner. The top plate 4P of the bed 4 is inserted into the opening OP so as to freely advance and retreat. Since the subject P is placed on the top plate 4P, the X-rays emitted from the X-ray tube 11 pass through the subject P and travel toward the opposite side of the opening OP.
[0031]
X-rays transmitted through the subject P are counted for each pixel as X-ray particles (ie, X-ray photons) by a two-dimensional X-ray detector 12 provided inside the gantry 2 and output as a digital amount detection signal. It is supposed to be. That is, the signal detected by the X-ray detector 12 corresponds to the count value of the X-ray particles. The X detector 12 forms a part of the main feature of the present invention, and will be described in detail again in different sections.
[0032]
The detection signal of the digital amount for each pixel output from the X-ray detector 12 is original data of image reconstruction generally called raw data. The raw data is sent to a fixed unit via a slip ring or a non-contact type communication connection unit (not shown), and is transmitted from the fixed unit to the console 5 via a communication line. The console 5 includes an interface 21, a storage unit 22, a reconstruction unit 17, a display 18, and an input device 19, in addition to a controller 20 that controls all the components of the X-ray CT scanner 1.
[0033]
The digital raw data transmitted from the X-ray detector 12 for each pixel is temporarily stored in the storage unit 15. The data stored in the storage unit 15 is read out at an appropriate timing and sent to the reconstruction unit 17. The reconstruction unit 17 applies a desired reconstruction algorithm to the data to reconstruct a CT image. This CT image is displayed on the display 18, for example. The console 5 is provided with a post-processing processor for post-processing, and performs appropriate post-processing such as correction processing on raw digital data transmitted from the X-ray detector 12 for each pixel. The processed data may be used for reconstruction.
[0034]
(X-ray detector)
Next, the above-described X-ray detector 12 will be described.
[0035]
As shown in FIG. 2, the X-ray detector 12 mounted on the X-ray CT scanner 1 of the present embodiment is generally perpendicular to the slice direction corresponding to the body axis direction of the subject P and the slice direction. A two-dimensional detector having a channel direction and a plurality of huge pixels arranged in a two-dimensional array along this two-dimensional plane. In addition, the channel direction of the X-ray detector 12 is curved in particular in consideration of the spread angle of the X-ray beam from the X-ray tube 11. The overall shape of the X-ray detector 12 depends on the application, and may be a flat plate.
[0036]
The X-ray detector 12 includes a plurality of detector blocks 12 that divide the two-dimensional surface into a plurality of surfaces.1~ 12J(J is a positive integer of 2 or more; hereinafter, represented by 12J), and the detector blocks can be detachably connected to each other. On the front surface of the detector block 12J on the X-ray incident side, an X-ray transmission image from the X-ray tube 11 is obtained with a collimator (not shown) made of molybdenum or tungsten arranged in the slice direction. Has become.
[0037]
Each detector block 12J is made of a compound semiconductor and has a layered semiconductor cell S of a predetermined size (for example, several centimeters × several centimeters), and a radiation incident surface of the semiconductor cell S is covered with a charging electrode E1 for voltage application. The semiconductor cell S has a monolithic structure in which the surface opposite to the radiation incident surface is covered with a plurality of current collecting electrodes E2 divided into a two-dimensional array. As a material of the semiconductor cell S, a cadmium telluride semiconductor (CdTe semiconductor), a cadmium zinc telluride semiconductor (CdZnTe semiconductor), a silicon semiconductor (Si semiconductor), or the like is used. A relatively high voltage of, for example, several tens of volts to several hundred volts is applied to the charging electrode E1. As a result, a pair of an electron and a hole is generated therein due to the X-ray photon incident on the semiconductor cell S, and the electron is collected by the current collecting electrode E2 having a relatively positive potential. The charge is detected as a pulse signal. That is, the X-rays incident on the radiation incident surface are directly converted into pulse signals of electric quantity.
[0038]
The collecting electrode E2 is divided in a grid pattern, and a plurality of electrodes E21~ E2L(L is a positive integer of 2 or more). This collecting electrode E21~ E2LDetermines the size of the collected pixels for X-rays. As a result, L collection pixel channels are formed for each detector block 12J, and N collection pixel channels are formed for the entire X-ray detector 12.
[0039]
Current collecting electrode E21~ E2LIn this embodiment, each size is processed to a size sufficient to detect X-rays as its particles. In the present embodiment, the size at which X-rays can be detected as particles is defined as “between pulse signals responding to each incidence when a plurality of radiation (eg, X-ray) particles are continuously incident at the same position or in the vicinity thereof. Is a size that can substantially ignore the occurrence of the superimposition phenomenon of When this superimposition phenomenon occurs, the characteristic of the count number (input count number) with respect to the incidence of X-ray particles and the characteristic of the actual count number (output count number) with respect to the characteristics of the X-ray particles are reduced. For this reason, the size of the collected pixels formed in the X-ray detector 12 is set to a size that can be regarded as not generating or substantially not generating the counting-down characteristic.
[0040]
FIG. 3 shows the above-described counting-down characteristics. When an X-ray particle is incident on one collection pixel in a temporally close manner, a pulse signal detected with the continuous incidence has a two-modal waveform by superimposition of two pulse signals. For this reason, if this bimodal pulse signal is discriminated by the threshold value TH, the two pulse signals are counted as one pulse signal, resulting in erroneous detection. Generally, in the related art, as shown in FIG. 3, as the input count number increases, the output count number saturates or decreases due to the above-described superimposition of the detection pulse signal (that is, the count-down characteristic occurs). For this reason, in order to use a count region having no count-down characteristics, measures such as weakening the X-ray intensity and reducing the number of X-rays incident by forming each collection pixel small are taken. Usually, an X-ray detector such as an X-ray CT scanner having a collection pixel size of 2 to 3 mm2In the case of (1), it is required that the count rate increase linearly to about 500 to 1000 kcps (that is, the counting characteristic does not occur; see the dotted straight line in FIG. 3). In this case, the collected pixels of the X-ray detector have a value of about 100 to 200 μm. That is, in the case of such an X-ray CT scanner, it is required that the collection pixels be 200 μm or less.
[0041]
As described above, the pixel size required for the X-ray detector 12 relatively changes depending on the apparatus conditions and the like. For example, as described above, the value of 200 μm or less, or 0.1% or less of the radiation particles is used as described above. Pixel size that can be detected with the precision of
[0042]
Further, each detector block 12J of the X-ray detector 12 has various kinds of processing for processing pulse signals for each X-ray particle detected by the semiconductor cell S corresponding to each of the L collected pixel channels. A processing circuit C composed of a circuit is formed by an ASIC (application-specific integrated circuit), and is provided as an ASIC layer: AS. More specifically, the operation of the processing circuit C will be described later, but the charge amplifier 41, the waveform shaping circuit 42, and the multi-stage comparator 43 are arranged for each collection pixel.1~ 43n(N is a positive integer of 2 or more) Energy region distribution circuit 44 and multi-stage counter 451~ 45n(See FIG. 4). These circuits 41 to 45 are provided for each collection pixel of the X-ray detector 12 described above (that is, for a total of N (= “L current collection electrodes E2”).1~ E2L) × “J detector blocks 12J”) for each of the collection pixel channels (N is a positive integer greater than or equal to 4). That is, the charge amplifier 41, the waveform shaping circuit 42, and the multi-stage comparator 43 for all the collected pixels of each detector block 12J.1~ 43n, Energy region distribution circuit 44, and multi-stage counter 451~ 45nIs formed by the ASIC, and the collecting electrode E2 of the semiconductor cell S1~ E2LAre laminated and provided integrally.
[0043]
At this time, the ASIC layer AC is manufactured so as not to protrude from the end face of the semiconductor cell S for each detector block 12J. This makes it possible to easily configure the X-ray detector 12 having a wide incidence window by connecting the plurality of detector blocks 12J vertically and horizontally without any gap.
[0044]
FIG. 4 is an electrical block diagram mainly showing the X-ray detector 12 of the X-ray CT scanner 1. FIG. 5 shows an X-ray detector 12 schematically representing collected pixels arranged in a matrix and an outline of a processing circuit formed by an ASIC for each collected pixel.
[0045]
As shown in FIG. 4, the X-ray detector 12 includes a plurality of processing circuits C including an ASIC layer AS provided in a semiconductor cell (sensor unit) S for each collection pixel channel.
[0046]
As described above, each processing circuit C includes a charge amplifier 41, a waveform shaping circuit 42, and a multi-stage comparator 43.1~ 43n, Energy region distribution circuit 44, and multi-stage counter 451~ 45nIs provided. The charge amplifier 41 is connected to the current collecting electrode E2 of the semiconductor cell S.1~ E2LAnd charges up the electric charge collected in response to the incidence of the X-ray particles, and outputs the electric charge as a pulse signal.
[0047]
The output terminal of the charge amplifier 41 is connected to a waveform shaping circuit 42 capable of adjusting a gain and an offset, and shapes the detected pulse signal by processing the waveform of the detected pulse signal with a gain and an offset that have been adjusted in advance. The gain and offset of the waveform shaping circuit 42 are adjustment parameters in consideration of non-uniformity with respect to the charge-up characteristics of each collection pixel of the semiconductor cell S. By adjusting the gain and offset of the waveform shaping circuit 42 for each collection pixel channel in advance by a calibration operation described later, it is possible to shape the waveform without such non-uniformity. As a result, the waveform-shaped pulse signal output from the waveform shaping circuit 42 of each acquisition channel has a characteristic substantially reflecting the energy amount of the incident X-ray particles, and this variation between the acquisition pixel channels. Is almost completely eliminated.
[0048]
The output terminal of the waveform shaping circuit 42 is connected to a plurality of comparators 43.1~ 43nAre respectively connected to the comparison input terminals. The plurality of comparators 431~ 43nAre applied with reference values TH1 (nTHn) having different values. As described above, the reason why one pulse signal is compared with the different reference TH1 (、 THn) is that the energy amount of the incident X-ray particle falls into any one of the energy regions divided and set in advance. To do that information. As illustrated in FIG. 6A, which of the reference values TH1 to TH3 (when n = 3) exceeds the peak value of the pulse signal (that is, the energy amount of each incident X-ray particle). , The energy region to be discriminated is different. When such a peak value is between the reference values TH1 and TH2, the energy amount of the X-ray particle currently being measured is discriminated from those falling in the energy region 1, and when it is between the reference values TH2 and TH3, The energy amount of the X-ray particles being measured is discriminated from those falling into the energy region 2, and if the X-ray particles are equal to or more than the reference value TH3, the energy amount of the X-ray particles being currently measured is discriminated from those falling into the energy region 3. . Note that the lowest reference value TH1 is set as a threshold value that does not detect disturbance, white noise from the semiconductor cell S or the charge amplifier 41. Further, the number of reference values, that is, the number of comparators is not necessarily limited to three (the number of discriminable energy regions = 3), and may be two or four, and in some cases, one. It may be. In the case of one, information as to whether or not X-ray particles have entered can be obtained.
[0049]
FIG. 7 shows a setting example of the reference values TH1 to THn. The waveform shown in the figure shows the energy spectrum of X-rays emitted from a normally used X-ray tube. The count intensity on the vertical axis is an amount dependent on the X-ray tube current, and the energy spectrum on the horizontal axis is an amount dependent on the tube voltage of the X-ray tube. For this spectrum, the first reference value TH1 is set to a value that allows the number of X-ray particles to be discriminated from the uncountable region and the lower energy region 1, and the second reference value TH2 is set to the lower energy region. 1 and the medium energy region 2 are set to values that can be distinguished from each other, and the third reference value TH3 is set to a value that allows the medium energy region 2 and the higher energy region 3 to be distinguished from each other. ing. In the present embodiment, for example, by setting the three reference values TH1 to TH3 as described above, the incident X-rays are detected as being regarded as particles, and then classified into the energy regions 1 to 3, respectively. The set number and set values of the reference values TH1 to THn are arbitrary.
[0050]
Multiple comparators 431~ 43nIs connected to an energy region distribution circuit 44 as shown in FIG. The energy area distribution circuit 44 includes a plurality of comparators 431~ 43nHas a function of reading which comparison result is turned on (off) from among the outputs, and allocating to which region the energy of the X-ray particles currently being measured falls. Specifically, the circuit 44 is formed by a combination of logic circuits. For example, in the case of the pulse signal shown in FIG. 6A, the peak value (energy amount) of the pulse signal indicates the energy region 2, and therefore, as shown in FIG.1, 432Is turned on, and the comparator 43nIs turned off. Therefore, the energy area distribution circuit 44 reads and decodes the on / off information, and outputs an energy distribution signal from its output terminal. As an example, in the case of FIG. 6B, this energy distribution signal is a signal in which only the signal indicating “energy region 2” is turned on. As a result, distribution information that the energy of the X-ray particle currently measured enters the “energy region 2” is obtained.
[0051]
A plurality of output terminals of the energy area distribution circuit 44 are connected to a plurality of counters 45.1~ 45nAre connected to each other, and the energy distribution signal is separately supplied to a plurality of counters 45.1~ 45nGiven to each. Therefore, the counter 451~ 45nCan increment (count up) the count value only when the input energy distribution signal is ON, and can measure the number of X-ray particles entering each assigned energy region over a certain period of time. As an example, in the situations shown in FIGS. 6C and 6D, the energy of the X-ray particles enters the energy region 2, and therefore, the counter 45 that measures the energy region 2 is used.2Is incremented.
[0052]
In this manner, the plurality of counters 45 during a certain time until resetting are performed.1~ 45nThus, the number of X-ray particles incident on the X-ray detector 12 is measured for each collection pixel and for each energy region. This count value, that is, the count value of the number of X-ray particles,1~ 45nIs read out as digital amount detection data (raw data). This data reading is performed, as shown in FIG. 5, by a counter 45 for each collection pixel in the ASIC layer AS.1~ 45nAre read out via a shift register 46 integrally formed with the data. The shift registers 46 are arranged in a matrix in a circuit in the ASIC layer AS, and N ′ (N × n) are connected to control lines CL connected to the plurality of shift registers 46 in the respective detector channel directions. ) Series count data (particle number measurement data; that is, raw data)) 1 to N ′ (K11~ KNn) Is externally given a read pulse for serially reading). As a result, the count data 1 to N ′ (K) of each collected pixel are read from the read lines RD arranged in the slice direction (body axis direction).11~ KNn) Is read out serially.
[0053]
The count data 1 to N ′ (K11~ KNn) Is sent to the console 5 and temporarily stored in the storage unit 22 via the interface 21. According to a predetermined scanning method, the scanning is performed by moving the top of the bed or by fixing the position of the top to the pair of the X-ray tube 11 and the X-ray detector 12 around the subject. Then, X-rays are emitted at each rotation position moved by a predetermined angle during the rotation, and an X-ray scan is performed on the subject. As a result, count data (raw data) of the number of X-ray particles incident on each collection pixel at each rotation position is detected as view data and sequentially stored in the storage unit 22. Therefore, the reconstruction unit 17 reads the data of each view necessary for image reconstruction from the storage unit 22 at an appropriate timing, reconstructs this data by a desired reconstruction algorithm, and performs the reconstruction based on the number of X-ray particles. Obtain a CT image.
[0054]
(Calibration)
Here, the above-described calibration will be described.
[0055]
In order to accurately count the number of X-ray particles in each energy region, it is desirable that each reference value TH can be set with an accuracy of about 0.25 keV. For this reason, each reference value TH is calculated by allocating an energy range of 0 to 150 keV to a 10-bit digital value, converting the reference value TH into an analog voltage by a D / A converter built in each module, and1~ 43nRespectively. However, on the other hand, naturally, the pulse signal (the peak value indicates energy) detected via the semiconductor cell S or the charge amplifier 41 varies among the collected pixels in terms of the gain and the offset. I have. If there is this variation, the above-described highly accurate setting of each reference value TH loses its meaning, and it becomes almost impossible to count the number of X-ray particles with high accuracy for each energy region.
[0056]
For this reason, the X-ray CT scanner 1 according to the present embodiment is provided with a calibration device that externally adjusts the offset and gain of each waveform shaping circuit 42 for each collected pixel in order to correct the above-described variation. . FIG. 8 shows an outline of this calibration device for the detector block 12J for one collected pixel. This calibration device includes a counter 451~ 45n9 and a memory 52 for storing a reference value measured and set in advance, and the adjuster 51 operates according to the calibration algorithm shown in steps S1 to S5 in FIG. The offset and gain of the waveform shaping circuit 42 are adjusted using the reference value.
[0057]
As a specific adjustment method, as a different reference source,241Am and57A gamma ray source F sealed with Co is placed on the X-ray detector 12. The adjuster 51 sets a predetermined range of energy energy regions 1 and 2 around 59.5 keV and 122 keV corresponding to the energy of 241 Am and 57 Co, respectively, on the algorithm. For example, as shown in FIG. 10, one calibration energy region 1 is selected in a narrow range of 56.5 to 62.5 keV, and the other calibration energy region 2 is selected in a narrow range of 119 to 125 keV. Is set. Therefore, the adjuster 51 repeatedly adjusts the gain and the offset of the waveform shaping circuit 42 in the procedure shown in FIG. 9 and finally converges so that the count value becomes maximum in each of the energy regions 1 and 2. In general, the influence of the offset with respect to the above-described variation is larger than that of the gain, so it is preferable to perform the offset adjustment first. The adjuster 51 causes this adjustment to be performed for all collected pixels. Note that this calibration work is performed in advance, for example, at the time of installation of the X-ray CT scanner, at the time of regular service / maintenance, or before scanning a patient before activation. By this calibration, the energy discrimination result based on the reference value TH can be held with extremely high accuracy.
[0058]
(Design example 1)
Here, when the above-described X-ray CT scanner 1 is assumed to be used under the most severe X-ray incidence conditions at present, a design example of a counter in the X-ray detector 12 and output of the detection information to the outside are described. An example will be described.
[0059]
[Outside 1]
Figure 2004325183
[0060]
It is sufficient if the total number of bits of the counters 1 to 3 can be measured up to 4 bits and up to 15 counts. Each counter configuration has a certain degree of freedom. Actually, 3 bits are required, and a total of 9 bits is sufficient.
[0061]
Therefore, the 9-bit count value can be output as a serial signal with a transfer time of 130 nsec / 9 ≒ 14.5 nsec per bit based on the above condition (6). Each pixel is collected by repeating count reset at 1 msec. In this collection, the time required to output all count values is as short as 130 nsec. During this 130 nsec period, even if the count measurement is stopped in order to prevent digital noise from jumping into an analog system such as a charge amplifier, the effect is not affected. Can be ignored.
[0062]
Also, if the information of the reference values TH1 to TH3 described in (7) is configured to be preset before data collection using the same line, the circuit configuration can be simplified. Further, in the case where the X-ray detector 12 configures a detector for a CT scanner by densely arranging the detector modules, a unit for reading out a serial signal can be configured as each detector module.
[0063]
(Design example 2)
Next, the size of the collection pixels for measuring the number of electrical pulse signals in response to the incidence of the X-ray particles “accurately” (ie, with substantially negligible occurrence of superposition between the incident particles) A design example will be described.
[0064]
[Outside 2]
Figure 2004325183
[0065]
In the X-ray CT scanner, since there is no report of a case of reconstruction in the pulse measurement mode, the collection pixel size in the case of SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) is calculated first. Normally, in SPECT, when 4 mm × 4 mm is set as a collection pixel, a good reconstructed image cannot be obtained unless information of about 20 kcps is collected for about 30 minutes. The total count required for this is 20,000 × 30 × 60 = 36 Mcounts.
[0066]
The collection pixel size at this time is 16 mm2So, 1.5mm of X-ray CT scanner2When converted to
(Equation 1)
Figure 2004325183
384 Mcounts is required.
[0067]
In the case of an X-ray CT scanner, as schematically shown in FIG. 11, X-rays that do not pass through the human body also enter the detector, so that it can be assumed that the X-ray intensity is about 100 times as high. With this assumption in mind, a minimum of 38400 Mcounts counts must be assumed to allow X-ray particles to enter each acquisition pixel.
[0068]
According to the current conditions, the acquisition time is 0.5 sec, so that the X-ray detector as a whole is:
(Equation 2)
38400 × 2 = 76800 Mcps
Count is required. Converting this to one collection pixel,
(Equation 3)
Figure 2004325183
Becomes From this, in order to suppress pulse measurement to about 10 kcps,
(Equation 4)
Figure 2004325183
Area. Therefore, the size of each collection pixel is
(Equation 5)
Figure 2004325183
Becomes Therefore, it can be concluded that unless an acquisition pixel size of about 200 μm is set, it is difficult to measure the so-called “accurate” pulse number.
[0069]
For the above reasons, in the present invention, the X-ray incidence condition is the strictest, and the upper limit of the collection pixel size is about 200 μm when performing “accurate” pulse measurement only depending on the size of the collection pixel size. This upper limit varies depending on the X-ray incidence conditions. When such conditions are more moderate, the upper limit of the collection pixel size may be larger.
[0070]
(Effect)
As described above, according to the X-ray detector 12 according to the present embodiment, unlike the conventional simple pulse measurement mode, X-rays can be detected in the pulse measurement mode that takes into account the energy amount of each X-ray particle. The main factor that enables the detection operation in this pulse measurement mode is a collection pixel that can ignore the occurrence of a phenomenon in which pulse signals of X-ray particles incident on each collection pixel in a temporally close proximity are mutually superimposed. The size is adopted, and the incident information of the X-ray particles is once replaced with the energy amount for discrimination.
[0071]
Therefore, according to the X-ray detector 12 and the X-ray CT scanner 1 equipped with the same according to the present embodiment, it is possible to obtain a CT image with less influence of scattered radiation and a clear contrast. By avoiding the influence of the dark current generated from the charge amplifier 41 in the subsequent stage, high-sensitivity X-ray detection with greatly improved S / N can be performed. Further, since the X-ray detection sensitivity is high, the tube current of the X-ray tube can be reduced to perform detection with the same or higher accuracy, so that the X-ray exposure dose to the subject can be reduced. Further, by using the tube current of the X-ray tube at a low level, the failure of the X-ray tube is reduced, and the life of the X-ray CT scanner can be extended. Further, since an A / D converter, which is a factor of increasing the size and increasing the cost as in the conventional X-ray detector operated in the integration mode, is not required, the configuration of the X-ray detector 12 as a whole is Can be simplified, and the total manufacturing cost can be reduced. Therefore, the size of the X-ray detector can be further increased.
[0072]
Furthermore, since the X-ray detector 12 according to the present embodiment uses a CdTe semiconductor as its semiconductor cell (sensor unit) S, a highly accurate detection capability is also ensured. This detection ability will be described.
[0073]
At present, a pseudo-Schottky type CdTe is optimal for considering X-rays as particles, shaping the waveforms at high speed, and setting the minimum threshold level at about 10 keV in consideration of the dark current level. In particular, if the detector is constituted by a monolithic (Monolithic) structure and the thickness of CdTe is constituted by 0.5 mm to 1.0 mm, excellent X-rays can be obtained as compared with conventional CsI, Ge, Si, X-ray films and the like. Can be obtained. In addition, in the case of this thickness, the energy resolution of, for example, 122Co, which is a gamma ray source, is 80% or less, and the threshold value of energy can be detected extremely well. In addition, since CdTe directly converts X-rays into electric charges, there is no need to perform photoelectric conversion using a photodiode unlike CsI, so that conversion loss is small.
[0074]
On the other hand, when a scintillator is used as in the prior art, in order to form a collection pixel, it is necessary to cut the scintillator into pixel units, apply a reflective agent between the collection pixels, and isolate the scintillation light from each other. . For this reason, this isolation cannot be neglected and a dead space is created, but a certain loss occurs in light reaching the photodiode, which causes a decrease in sensitivity.
[0075]
Taken together, it can be said that CdTe is a material with excellent detection sensitivity compared to other X-ray detectors. In addition, since the energy below the set minimum level can be prevented from being detected by the threshold value detection, it is almost certain that a dark current is mixed in or a scattered ray that shifts to a lower energy side is automatically mixed in. Therefore, an image with extremely high contrast can be obtained.
[0076]
Hereinafter, various devices employing the above-described X-ray detector 12 will be described as another embodiment.
[0077]
(Second embodiment)
Next, as a second embodiment of the radiation imaging system of the present invention, another X-ray diagnostic apparatus employing the X-ray detector according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0078]
According to the X-ray detector 12 described above, data corresponding to the count value of the number of incident X-ray particles is detected for each of the collected pixels and for each energy region. An image can be selectively formed in response to the request. Therefore, in this embodiment, an X-ray diagnostic apparatus having a function of performing selective image reconstruction in accordance with the energy region and capable of performing angiography with high sensitivity even when a thin contrast agent is administered from a vein Will be described.
[0079]
As is well known, coronary artery imaging using an iodine thread contrast agent has been practiced as being effective for detecting cardiovascular occlusion. However, in the case of the current integration mode type X-ray detection, there is a disadvantage that a sufficient contrast cannot be obtained unless a contrast agent is injected into an artery and an image is formed in a state where the concentration of the contrast agent is high. In addition, it is said to be an extremely invasive examination method by injection from a patient's artery.
[0080]
In order to improve this situation, a monochromatic X-ray generator is used to focus monochromatic X-rays near the K-absorption edge energy (33.17 keV: see FIG. 12) of the iodine-based contrast agent, and irradiate the patient with the monochromatic X-rays. The law is being actively studied. In other words, by using this monochromatic X-ray, an image is formed with an energy having a value larger or smaller than the K absorption edge energy, and subtraction is performed between the images. It is intended to depict a coronary artery. However, large-scale equipment such as a monochromatic X-ray generator is required to perform this imaging, and there is a limit to widespread use of this imaging method.
[0081]
Therefore, in the X-ray diagnostic apparatus 1A according to the present embodiment, as shown in FIG. 12, three energy discrimination reference values are set at an energy position of at least 33.17 KeV and two positions above and below the energy level sandwiching the energy position. TH1 to TH3 are set, whereby the energy regions 1 and 2 are set around 33.17 keV.
[0082]
The count data of the energy regions 1 and 2 are selectively collected, and the two types of count data are subtracted from each other. As a result, it is possible to obtain raw data that is substantially equivalent to that obtained when imaging with monochromatic X-rays, and it is sufficient to reconstruct this raw data. The two types of count data may be reconstructed separately and then subtracted from each other.
[0083]
FIG. 13 shows a configuration example of an X-ray diagnostic apparatus for realizing this. This figure shows only an outline of a different part of the configuration of FIG. 4 described above. Each detector block 12J of the X-ray detector 12 has count data K of X-ray particles entering the energy regions 1 and 2.i1, Ki2(I = 1 to N) counter 461, 462Is provided. This count data Ki1, Ki2Are detected for each collected pixel and sent to the console 5. Count data K input to console 5i1, Ki2Is sent to the pixel operation circuit 31 through the interface 21. This pixel operation circuit 31 calculates the count data Ki1, Ki2, A difference circuit 31A for calculating the difference between them, an addition circuit 31B for adding them to each other, and count data Ki1, Ki2Selection circuits 31C and 31D for selectively passing each of them are provided. In addition, the pixel operation circuit 31 can selectively operate one or more of the circuits 31A to 31D in response to a switching control signal SC provided from the controller 20. Has become.
[0084]
The count data “K” calculated or selected by the pixel calculation circuit 31i1-Ki2”,“ Ki1+ Ki2”,“ Ki1And / or "Ki2Are stored in the storage unit 22 shown in FIG. The reconstructing unit 23 outputs “K” related to the difference operation among the count data stored in the storage unit 22.i1-Ki2Is read out and the image is reconstructed. As a result, a subtraction image between the energy regions 1 and 2 is obtained, so that highly sensitive angiography by intravenous administration of a contrast agent can be performed.
[0085]
As described above, by using the X-ray detector 12 according to the present invention, an image of only the coronary artery is sharpened by selectively using a high-accuracy count value for each energy region of incident X-ray particles of each collected pixel. Even in an X-ray diagnostic apparatus equipped with an X-ray source of normal intensity, a contrast agent can be injected from a vein to image a coronary artery. The burden on the patient can be reduced to the level of a normal routine examination, and a great breakthrough advantage can be obtained in that coronary angiography can be released from the field of advanced medical care.
[0086]
According to the X-ray diagnostic apparatus 1 of the present embodiment, the difference count data “Ki1-Ki2”And the additional count data“ Ki1+ Ki2”, The count data“ Ki1And / or "Ki2"Can also be collected selectively. Therefore, the addition count data “Ki1+ Ki2, It is possible to obtain an X-ray image corresponding to a general X-ray diagnostic apparatus (that is, an X-ray image reconstructed from data of an energy amount comprehensively including the entire spectrum). Furthermore, the count data “Ki1And / or "Ki2Can be used for image reconstruction. As described above, since the image of the specific energy component of the X-ray particle can be selectively provided, it is possible to sharpen the image information and contribute to the diagnosis.
[0087]
(Third embodiment)
Next, as a third embodiment according to the radiation imaging system of the present invention, an X-ray CT scanner employing the X-ray detector according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0088]
In this X-ray CT scanner, a composite device called IVR-CT is intended to be carried by one X-ray CT scanner.
[0089]
2. Description of the Related Art In recent years, angiographic applications have been diversified with the rapid progress of IVR (International Radiology) technology. For this reason, by combining an angiography apparatus and a high-performance X-ray CT scanner, a so-called IVR-CT, which can perform a CT angiography performed by a conventional patient transfer in a single imaging room, is widely used. It is becoming. However, since this conventional IVR-CT requires two types of devices, an angiography device and an X-ray CT scanner, the entire device becomes very large and the operation of the device is complicated, and the wide installation is required. There were problems such as the need for space and the high installation and operation costs.
[0090]
Therefore, the X-ray CT scanner 1 according to the present embodiment adopts the configuration shown in FIG. 13 as shown in FIG. 14 and also includes a pixel bundling circuit 32 and a switching circuit on the output side of the pixel data operation circuit 31 of the console 5. 33. The pixel bundling circuit 32 has N pieces of data (here, the count data “Ki1-Ki2”,“ Ki1+ Ki2”,“ Ki1And / or "Ki2)) Are added to each other by a predetermined number to create j data.
[0091]
By this addition, as shown in FIG. 15, it is equivalent to a case where all the collected pixels in the X-ray detector 12 are bundled into a predetermined number (region) of pixel groups to form one pixel. More specifically, as described above, the collection pixels of the X-ray detector 12 according to the present embodiment are formed much more finely than those of the conventional X-ray detector for a CT scanner. It has a size of × 200 μm. Therefore, when obtaining a normal X-ray plane image, a high-definition image is obtained by using such fine pixels as they are. On the other hand, when obtaining a CT image, this pixel size takes too much time for reconstruction. In other words, since the pixels are too fine, some adjacent pixels are bundled together to output one data (see the cross-hatched portion in the figure). In the example of FIG. 15, 5 × 5 collected pixels are bundled by signal addition and regarded as one pixel. Thereby, a pixel having a size of 1 mm × 1 mm can be apparently formed.
[0092]
Returning to FIG. 14, the pixel bundling circuit 32 is provided with an output line OL that bypasses the pixel bundling circuit 32. The output line OL and the output line of the pixel bundling circuit 32 are connected to each other by the switching circuit 32. Either one can be selected to store data in the storage unit 22. The pixel data arithmetic circuit 31 and the switching circuit 32 are switched or switched according to the respective modes (CT imaging mode, normal X imaging mode) by the switching control signals SC1 and SC2 given from the controller 20. .
[0093]
That is, when performing the blood vessel rendering in the CT imaging mode, the pixel data calculation circuit 31 is switched to the difference circuit 31A, and the switching circuit 32 is switched to the output line side of the pixel bundling circuit 32. On the other hand, in the normal X-ray imaging mode, the pixel data calculation circuit 31 is switched to the difference circuit 31A, and the switching circuit 32 is switched to the bypass output line OL. Switching of the pixel data operation circuit 31 to the addition circuit 31B or the selection circuits 31C and 31D is instructed via the controller 20 when the operator desires.
[0094]
For this reason, according to the X-ray CT scanner 1 for IVR-CT according to the present embodiment, an iodine thread contrast agent is injected into a subject into a vein, normal X-ray imaging is performed, and a blood vessel is drawn by a planar image. be able to. Since this blood vessel delineation is usually performed in the X-ray imaging mode, the acquired pixel size is, for example, 200 μm × 200 μm, and an extremely high-definition image is obtained. At this stage, by switching the circuit of the pixel data operation circuit 31 to the difference circuit 31A, it is possible to obtain a subtraction image in consideration of the energy region.
[0095]
After observing the occlusion state of the blood vessel by observing the high-definition images collected from these appropriate and various viewpoints, the couch 4 is positioned with respect to the target blood vessel, and immediately thereafter, CT imaging is performed on the spot. The mode can be switched to CT imaging. By collecting the data of the CT imaging, it is possible to obtain a CT image obtained by subtracting the reconstructed image separated into the energy regions 1 and 2 described above.
[0096]
As described above, according to the X-ray CT scanner 1 according to the present embodiment, the functions of the conventional angiography apparatus and the high-performance X-ray CT scanner can be sufficiently covered by one apparatus. For this reason, a much higher-quality planar image can be used for positioning and the like than before, so that the positioning accuracy is increased and CT imaging can be performed on the spot, so that the burden on both the patient and the operator is significantly reduced. You. In addition, less installation space is required, and installation and operation costs are also reduced, which is advantageous in terms of hospital equipment investment. Furthermore, according to this X-ray CT scanner, the function of collecting a normal X-ray plane image can be omitted if necessary, and instead, only a blood vessel can be precisely displayed three-dimensionally by a subtraction CT image. May be.
[0097]
(Fourth embodiment)
Next, as a fourth embodiment of the radiation imaging system of the present invention, another X-ray CT scanner employing the X-ray detector according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0098]
This X-ray CT scanner relates to an X-ray CT scanner suitable for mass screening for early detection of lung cancer.
[0099]
FIG. 16 shows a configuration example of the X-ray CT scanner. The X-ray detector 12 has three counters 47 corresponding to each collected pixel.1~ 473Is provided. This counter 471~ 473Respectively counts the number of incident X-ray particles in energy regions 1 to 3 divided by predetermined four different energy thresholds TH1 to TH4 (not shown) set on the spectrum of X-ray energy, and count data Ki1, Ki2, Ki3(I = 1 to 3) and output. In contrast, the console 5 includes an interface 48, a bundling network 49, and three pixel bundling circuits 50 corresponding to the N collected pixel channels.1~ 503Is provided.
[0100]
Count data K from each collection pixel channeli1, Ki2, Ki3Are input to the bundle network 49 via the interface. A bundling network 49 connects each of the three count output paths of each pixel collection channel to three pixel bundling circuits 50.1~ 503To be input separately.
[0101]
Pixel bundling circuit 501~ 503Adds N input signals for each of a desired number of mutually adjacent pixel groups in response to a switching control signal SC3 provided from the controller 20. Thus, the collected pixels can be bundled for each desired number of pixels. At this time, the pixel bundling circuit 501~ 503Are configured to be able to change the number of pixels to be bundled (pixel group) over a plurality of types according to the instruction content of the switching control signal S3. For example, if the basic collection pixel is 200 μm, the value can be changed to a desired value among four types of 400 μm, 800 μm, and 1600 μm by bundling, in addition to 200 μm which is output in an unbundled state. This binding method can be selected and commanded by the operator.
[0102]
This pixel bundling circuit 501~ 503Is responsible for bundling pixels for the energy regions 1 to 3. Therefore, each pixel bundling circuit 501(~ 503) Can output count data of a desired size from, for example, four types of collected pixel sizes of 200 μm, 400 μm, 800 μm, and 1600 μm via the switching control signal SC3.
[0103]
Therefore, by accumulating count data for each desired energy region and for each desired collection pixel size and reconstructing the image, a CT image can be obtained with an energy range and resolution suitable for delineating the characteristics of lung cancer.
[0104]
For this reason, the resolution of the current reconstructed image is generally about 0.5 mm, but by reducing the reconstructing time, it is possible to depict a resolution of 0.1 mm or less. In addition, since the image can be reconstructed using X-rays falling within the energy window of interest, it is possible to perform a depiction focused on lung cancer, and the detection capability for lung cancer is dramatically increased. Therefore, screening for lung cancer in a truly early stage can be performed in a short time. With the widespread use of such X-ray CT scanners, it is possible to perform mass screening for early detection of lung cancer.
[0105]
(Fifth embodiment)
Next, as a fifth embodiment according to the radiation imaging system of the present invention, a mammography apparatus (breast X-ray imaging apparatus) employing the X-ray detector according to the present invention will be described with reference to FIGS. I do.
[0106]
When a breast cancer is detected using X-rays, it is important to detect calcified micro-tissue from the viewpoint that the cancer is discovered at an early stage of the cancer. The calcified tissue exhibits a remarkable difference in absorption coefficient from other normal tissues to X-rays having an energy of about 20 keV, but the cancerous (calcified) tissue has a difference in absorption from normal tissues. Few. Since the microcalcification has a detection sensitivity to X-rays having relatively low energy, it is necessary to photograph a planar image focused only on low energy with high contrast.
[0107]
In the present embodiment, as shown in FIG. 17, the beam quality using the filter is shifted to the low energy side, and the patient exposure dose is reduced to the energy region 1 centered on 20 KeV and the energy region 2 on the low energy side. Count data is collected for each energy region in a divided state.
[0108]
The specific configuration of the mammography apparatus is the same as that of the angiography system. The energy threshold is, for example,
[Outside 3]
Figure 2004325183
Set to.
[0109]
As in the case of the above-described angiography, by subtracting the count data collected from each of the energy regions 1 and 2 from each other, a high-contrast X-ray image of only the calcified tissue at an early stage can be obtained. This allows early detection of breast cancer.
[0110]
In the case of this X-ray image, the number of counts of X-ray particles per collected pixel needs to be larger than in the case of an X-ray CT scanner. In this regard, the time at which the counter built into each collection pixel overflows is calculated according to the dose intensity, and the counter is periodically reset in a shorter time, while the collection count is set during the X-ray exposure time. By integration, a mammography image with a high count value can be obtained.
[0111]
In the case of conventional mammography, in order to detect a calcified tissue, it was necessary to make the collected pixels finer and increase the detection performance. However, according to the present embodiment, since the detection sensitivity is high, about 200 μm Even with the collection pixel size of, microcalcification can be drawn.
[0112]
Further, in the present embodiment, since the X-ray detector 12 is made of a CdTe semiconductor, the detection surface (X-ray incidence surface) can be formed to the very end of the detector end surface (for example, within 5 mm). For this reason, as shown schematically in FIG. 18, by using the compression plate 60, an extremely large breast region can be imaged at a time. Further, in the case of the present embodiment, since a scattered component of 10 keV or less is not detected, an X-ray image with very small scattered component and good contrast is obtained.
[0113]
(Sixth embodiment)
Next, as a sixth embodiment according to the radiation imaging system of the present invention, a baggage inspection apparatus employing the X-ray detector according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0114]
At present, at airports and the like, industrial X-ray CT scanners have been introduced for baggage inspection. However, due to low sensitivity, it is necessary to increase the X-ray intensity. As a result, there is a disadvantage that a normal undeveloped photographic film is exposed. In addition, the current X-ray CT scanner cannot operate at a high speed enough to cover all of the baggage of a large number of people at the airport. For this reason, the entire number of baggage is once inspected by ordinary X-rays, and only suspicious baggage is precisely inspected by an X-ray CT scanner, which is troublesome and time-consuming.
[0115]
Therefore, the baggage inspection device 70 according to the present embodiment, as shown in FIG. 19, mounts a pair of the X-ray tube 11 and the X-ray detector 12 according to the present invention on a gantry 71 so as to be rotatable. The belt conveyor 72 is allowed to pass through the opening OP penetrating therethrough. Since the baggage carried at a constant speed by the belt conveyor 72 passes through the opening OP of the gantry 71, the X-ray tube 11 and the X-ray detector 72 rotate around the opening OP, so that the X-ray CT Helical scan is possible. Through this scan, count data (including count data for each energy region) corresponding to the number of X-ray particles detected by the X-ray detector 12 as described above is detected.
[0116]
This count data is sent to the reconstruction device 72. The reconstructing device 72 generates the CT image data by the time the luggage finishes passing through the gantry 71. This CT image is displayed on the monitor 73 and is presented to the observer.
[0117]
In addition, the data of the CT image is sent to the automatic dangerous goods recognition device 74. As a result, the dangerous substance automatic recognition device 74 receives CT image data based on count data in which the energy area is narrowed down to a preset dangerous substance (for example, metal or drug). Therefore, the automatic dangerous substance recognition device 74 performs an automatic dangerous substance recognition process (feature extraction program) on the CT image, automatically determines the presence or absence of the corresponding dangerous substance, and uses the result as an abnormal information detection and presentation device 75. Send to
[0118]
According to the present embodiment, a plurality of pieces of baggage can be inspected in real time and continuously by the function of the X-ray CT scanner. That is, since the X-ray detector 12 capable of detecting the count data for each energy region is used, the image reconstruction is focused on high energy suitable for detecting dangerous substances requiring high sensitivity, and is reduced to low energy such as drugs. A wide range of image reconstruction is possible. For this reason, all the baggage can be continuously applied to the CT scan. Further, it is possible to detect dangerous substances efficiently and unmannedly. Further, in addition to real-time CT image acquisition at the site, it is possible to post-edit a CT image of only the energy of interest, which makes it easy to depict dangerous substances. As a result, a more accurate inspection can be performed in a short time, and a semi-automated baggage inspection or a fully automated baggage inspection using a visual inspection can be performed. Of course, since the detection sensitivity is excellent, the X-ray intensity can be reduced correspondingly, and the problem of exposure to an undeveloped photographic film can be solved.
[0119]
(Seventh embodiment)
Next, as a seventh embodiment according to the radiation imaging system of the present invention, a pipeline inspection system 79 employing an X-ray detector according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0120]
Inspection of cracks in oil pipelines usually installed in cold regions such as Alaska and Sakhalin is extremely difficult. It would be best if the X-ray non-destructive inspection equipment could be operated automatically along this oil pipeline to perform X-ray non-destructive inspection, but it is necessary to generate X-rays in the environment where this pipeline is laid. Is not realistic.
[0121]
Therefore, as schematically shown in FIG. 20, the pipeline inspection system 79 according to the present embodiment uses a sealed gamma ray source. This is because the radiation detector according to the present invention can render an image in an energy region.
[0122]
Specifically, the above-mentioned X-ray detector 12 is used for gamma ray detection, and the linear gamma ray detector 12 and the linear sealed gamma ray source 80 are arranged to face each other via a pipeline 81. As a gamma ray source,125Co,75Se,137Cs or the like is used. On the gamma ray emission side of the gamma ray source 80, a collimator 82 for guiding gamma rays in parallel is provided integrally. A traveling mechanism (not shown) is provided for moving the set of the gamma ray detector 12 and the gamma ray source 80 (collimator 82) along the longitudinal direction thereof while appropriately rotating the pipeline around the pipeline 81.
[0123]
Thereby, gamma rays emitted in parallel from the gamma ray source 80 through the collimator 82 pass through the pipe and are detected by the gamma ray detector 12 as a transmission image. As a result, count data corresponding to the number of gamma ray particles is obtained from the gamma ray detector 12. At this time, as described above, a threshold (for example, two thresholds TH1 and TH2, and the energy range is set to ± 10% of the sealed gamma ray energy) is set for discriminating the energy region from the spectrum of the gamma ray. Therefore, the count data also becomes data corresponding to the energy region set by the threshold value.
[0124]
The count data detected by the gamma ray detector 12 is sent to a radio transmitter 84 via a memory 83, and is transmitted by radio to an antenna 86 at another location together with a position signal from a position signal 85. The radio wave received by the antenna 86 is processed by the receiver 87, and the processed received data is sent to the pipeline abnormality detection device 88. The abnormality detection device 88 performs appropriate processing such as reconstructing a CT image based on the received data, and provides information on the presence or absence of abnormality such as damage to the pipeline and internal distortion and content information.
[0125]
As a result, image data such as cracks in a pipe can be obtained at a remote location, and even a pipe run installed in a severe natural environment can be automatically and automatically inspected.
[0126]
In addition, such an inspection can be used for an automatic inspection of a factory pipeline as long as a structure capable of blocking gamma rays from the outside can be taken.
[0127]
Further, an example of inspecting an internal structure using a CT scanner employing a detector by X-rays or gamma rays according to the present invention is not limited to a pipeline,
[Outside 4]
Figure 2004325183
It is also applicable to
[0128]
For example, in the current lithium ion inspection, the defect inspection of the electrode portion is performed by X-ray fluoroscopy, but the current X-ray imaging time is too long because the pitch time for flowing the product is short. Therefore, the same X-ray non-destructive inspection apparatus was provided in parallel, and only the inspection process was performed in parallel with the three steps. However, by using the radiation detector according to the present invention, one non-destructive inspection apparatus was used. In order to be able to do the inspection. In addition, since a high-contrast image is obtained based only on energy more suitable for inspection, defective products can be extracted with high accuracy. Therefore, it is possible to significantly reduce the cost for the inspection.
[0129]
Also, when analyzing the internal structure of a metal product by CT, X-rays cannot pass through the metal unless the energy of the X-rays is high, so that conventionally, only an X-ray image with very low contrast is obtained, and CT is applied. Less commonly used for analysis. However, according to the radiation detector of the present invention, since the energy of interest can be distinguished sharply, a reconstructed image of, for example, only a high energy component can be obtained, and even in the case of X-ray CT, the internal structure can be more clearly depicted. .
[0130]
Furthermore, by inspecting the cut wood with a system having the same configuration as the above-described baggage inspection system, it is possible to know the presence or absence of a hollow inside the wood. As a result, the internal structure of the timber can be surely known, which contributes to improving the efficiency of wood processing and stabilizing the quality of timber products.
[0131]
As described above, the X-ray detector according to the present invention has extremely high sensitivity in all fields of non-destructive X-ray inspection, and has an excellent usefulness due to its ability to distinguish energy regions. Can be demonstrated.
[0132]
(Eighth embodiment)
Next, as an eighth embodiment according to the radiation imaging system of the present invention, a two-dimensional image system for X-ray astronomy employing the X-ray detector according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0133]
With recent advances in X-ray astronomy, taking X-ray images separated by energy is indispensable for structural analysis (component analysis) of the universe.
[0134]
Therefore, as shown in FIG. 21, the sensor device 91 of the two-dimensional image system 90 is caused to stay in outer space by an artificial satellite launched into a geosynchronous orbit in outer space. This sensor device 91 uses the X-ray detector 12 according to the present invention. The X-ray detector 12 is a 0.5 mm thick pseudo-Schottky CdTe pixel detector, which is cooled to -20 ° C. for use. Thus, in addition to the high X-ray sensitivity, the X-ray detector 12 has the same energy resolution as the Ge detector, which currently has low detection sensitivity but has the highest energy resolution. Therefore, a detector that requires rigor such as X-ray astronomy can exhibit unprecedented characteristics.
[0135]
A collimator 92 is provided on the X-ray incidence surface of the X-ray detector 12. In the processing circuit provided in the detector 12, the energy region is set to M stages (M is a positive integer of 2 or more) so that at least characteristic X-rays can be captured.
[0136]
Therefore, the count data from the X-ray detector 12 is sent to the characteristic X-ray detection circuit 93, and the count data is detected for each energy region by the detection circuit 93, and M memories 94 for energy use are detected.1~ 94MIs stored separately. The stored data is converted into a serial signal by the switch 95 and transmitted to the earth antenna 98 via the transmitter 97. Note that the CPU 99 controls the operation of each circuit of the processing circuit.
[0137]
The data sent to the earth antenna 98 is sent to the processing / display device 102 via the receiver 100 and the memory 101, and is subjected to predetermined processing for observing characteristic X-rays.
[0138]
With such a system configuration, the X-ray detector 12 can be directed in the direction in which observation is always desired, and characteristic X-rays emitted from the vicinity of the table can be simultaneously imaged and captured for each energy of interest. For this reason, it is possible to perform observations on the earth that capture the time-varying state of the platform in chronological order. That is, since the X-ray detector 12 can simultaneously capture X-ray images of a plurality of energies at a time, the X-ray detector 12 suitably functions as a two-dimensional sensor for X-ray astronomy that needs to capture instantaneous burst phenomena. I do.
[0139]
(Summary of effects)
As described above, the X-ray detector according to the present invention uses a CdTe semiconductor to configure a pixel of about 200 μm in a monolithic structure, and further includes a processing circuit including a charge amplifier without protruding to the back of the detector. It is provided as an ASIC. With this detector, X-rays are regarded as particles, and an ionized electric signal generated each time each X-ray particle is incident is detected by a charge amplifier. This detection signal is sent to a pulse shaping circuit, and a signal whose peak value is proportional to the energy is generated and input to a plurality of comparators. These comparators make comparisons with a plurality of energy thresholds (DC voltages), and determine whether the energy of the incident particle exceeds a predetermined energy for each energy region. The number of particles of energy entering each energy region is counted. Therefore, an output in each energy region can be obtained as a digital value without providing an A / D converter.
[0140]
According to such a method of measuring the number of pulses, since the energy threshold is set to a level higher than the dark current, an image having an extremely high S / N compared to the integral type can be obtained. In addition, since the size of each pixel is as small as 200 μm, the number of X-ray particles incident on each pixel is much lower than 1 (Kcount / sec) at which the counting characteristic appears, so that measurement can be performed without counting.
[0141]
Normally, the pixel size required to obtain a CT image is about 1 mm. Therefore, in order to use collected pixels as a detection unit, for example, 25 detector outputs having a pixel size of 200 μm are bundled (by adding). The output can be equivalently obtained without being counted down.
[0142]
Further, when the original pixel is 200 μm, by outputting the output without bundling it as it is, a plane image of X-ray can be obtained. This means that a medical X-ray CT scanner represented by IVR-CT and a normal X-ray diagnostic apparatus can be performed by a single CT scanner, and a large reduction in installation space and apparatus cost is realized. be able to.
[0143]
Similarly, in a non-destructive inspection device for baggage inspection, a procedure is first performed in which a suspected baggage is first detected with a normal X-ray transmission image, and this is precisely determined by a CT scanner. X-ray fluoroscopic images can be obtained from the beginning with the CT scanner, which is extremely advantageous in terms of cost, installation space, throughput, and the like.
[0144]
Also, since only X-ray particles exceeding a certain energy are measured, the energy of X-rays scattered by the human body and entering the detector is smaller than that of X-rays emitted from the X-ray tube. Can be obtained.
[0145]
By providing a plurality of energy thresholds, by editing reconstruction data after scanning, for example, a high-energy image, a low-energy image, or an image having only a certain range of energy can be arbitrarily and selectively reconstructed. You can also.
[0146]
Since the X-ray detector uses a CdTe semiconductor, the X-ray detector is excellent in detection sensitivity as compared with a current detector system including a GOS or CsI photodiode. For this reason, even if the X-ray intensity of the X-ray tube is reduced, it is possible to obtain an image having the same sensitivity as before, and to suppress the exposure of the subject.
[0147]
X-ray CT scanners used in airport baggage inspections, etc. expose the photo film in baggage, so it is forbidden to put undeveloped film in baggage. If the amount of X-rays can be reduced, the risk of exposure can be reduced.
[0148]
An X-ray detector using a CdTe semiconductor directly converts radiation into an electric signal and outputs a digital signal as a count value, so that a photodiode and an A / D converter, which exist conventionally, become unnecessary, and The circuit configuration at the subsequent stage is simplified. In addition, since the X-ray detector employs a monolithic structure, the formation of electrodes, ie, the formation of pixels, requires less man-hours than the formation of pixels using a scintillator. Therefore, the total manufacturing cost can be significantly reduced.
[0149]
When a system is constructed based on the pulse count, the relative relationship between the variation in gain and offset of the pulse (proportional to the energy value) from the waveform shaping circuit for each collected pixel and the energy threshold (DC voltage) is extremely important. If this is not set with high accuracy, it becomes a major cause of CT image artifacts, and practical application becomes difficult. Therefore, in the present invention, a sealed gamma ray source close to the energy range of an actual X-ray source is used.241Am (59.5 KeV)122Using Co (122 KeV) as a reference, the gain and offset of the circuit system of each pixel are measured at the stage of the output adjustment of the detector, and the setting of the energy threshold with high accuracy corresponding thereto is programmed and dealt with. By executing this program as calibration at an appropriate timing such as at the time of installation of the apparatus, it is possible to reliably suppress such variations and to secure a high-quality CT image in which artifacts are suppressed.
[0150]
Note that the radiation detector and the radiation imaging system according to the present invention are not limited to the configurations described in the above-described embodiments and the configurations of the modifications, and those skilled in the art may describe the gist described in the claims. It can be appropriately changed and modified without departing from the scope. For example, in the X-ray detector, in a monolithic structure in which the position and the size of the collection pixel are determined by the collection electrode as described above, the collection pixels are two-dimensionally arranged (see FIG. 2) as in each of the above-described embodiments. For example, as shown in FIGS. 22A and 22B, detection of a three-dimensional array obtained by stacking detectors of a one-dimensional array or detectors of a two-dimensional array as shown in FIGS. It may be a vessel. Further, as shown in FIG. 3C, even if a single pixel (incident window) having a desired size is used, it responds to each incident when a plurality of radiation particles continuously enter the incident window. If the occurrence of the superposition phenomenon between the pulse signals described above can be substantially ignored, it can be used.
[0151]
【The invention's effect】
As described above, the radiation detection method, the radiation detector, and the radiation imaging system according to the present invention can be applied to a wide range of fields from medical use to industrial use, and greatly reduce the influence of scattered radiation. It has a very high detection sensitivity by reducing the effect of dark current and ensuring an extremely high S / N by reducing the influence of dark current (the amount of radiation exposure is also reduced) and is detected by the sensor unit. The circuit scale of the circuit that processes the generated signal can be greatly reduced as compared with the X-ray detector that operates in the integration mode, and the size can be reduced.
[0152]
In addition, a single apparatus can detect various types of radiation, such as performing detection in accordance with the energy of the radiation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing an embodiment of an X-ray CT scanner as a radiation imaging system of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing an X-ray detector mounted on the X-ray CT scanner.
FIG. 3 is a graph of an input count number versus an output count number for explaining the counting characteristic.
FIG. 4 is a block diagram showing an electrical schematic configuration of an X-ray CT scanner centering on an X-ray detector.
FIG. 5 is a diagram illustrating a processing circuit for X-ray detection formed in units of collection pixels.
FIG. 6 is a timing chart for explaining from energy discrimination of incident X-ray particles to counting operation thereof.
FIG. 7 is a graph showing a relationship between an energy spectrum of X-rays emitted from a normal X-ray tube and a threshold.
FIG. 8 is a block diagram illustrating calibration performed for each collection pixel.
FIG. 9 is a schematic flowchart illustrating an example of a procedure of a calibration process.
FIG. 10 is a view for explaining calibration reference setting.
FIG. 11 is a diagram illustrating a typical path of X-rays emitted from an X-ray tube.
FIG. 12 is a view for explaining threshold setting for angiography.
FIG. 13 is a partial block diagram of an X-ray diagnostic apparatus that performs angiography as a second embodiment of the radiation imaging system according to the present invention.
FIG. 14 is a partial block diagram of an X-ray CT scanner that performs IVR-CT as a third embodiment of the radiation imaging system according to the present invention.
FIG. 15 is a diagram illustrating a bundle of a plurality of collected pixels.
FIG. 16 is a partial block diagram of an X-ray CT scanner capable of performing a mass screening of lung cancer according to a fourth embodiment of the radiation imaging system according to the present invention.
FIG. 17 is a diagram illustrating a relationship between an X-ray spectrum for mammography executed by an X-ray imaging apparatus as a fifth embodiment of the radiation imaging system according to the present invention and threshold setting.
FIG. 18 is a diagram illustrating a state of mammography using a compression plate.
FIG. 19 is a schematic block diagram showing a baggage inspection system as a sixth embodiment of the radiation imaging system according to the present invention.
FIG. 20 is a schematic block diagram showing a pipeline inspection system as a seventh embodiment of the radiation imaging system according to the present invention.
FIG. 21 is a schematic block diagram showing a two-dimensional image system for X-ray astronomy as an eighth embodiment of the radiation imaging system according to the present invention.
FIG. 22 is a view for explaining another example of the collection pixel array of the X-ray detector.
[Explanation of symbols]
1 X-ray CT scanner (radiation imaging system)
1A X-ray diagnostic equipment (radiation imaging system)
11 X-ray tube (radiation source)
5 Console
12 X-ray detector (radiation detector)
12J detector block
20 Controller
22 Storage unit
23 Reconstruction unit
31 Pixel Data Operation Circuit
32 pixel bundling circuit
33 Switching circuit
41 Charge Amplifier
42 Waveform shaping circuit
43 Comparator
44 Energy region distribution circuit
45 counter
46 counter
47 counter
49 Bundling Network
50 pixel bundling circuit
51 Adjuster
52 memory
70 Baggage Inspection System
79 Pipeline Inspection System
90 Two-dimensional imaging system for X-ray astronomy
S semiconductor cell
AS ASIC layer
E1 charging electrode
E2 current collecting electrode
C processing circuit

Claims (28)

放射線を粒子とみなして入射させて当該放射線の粒子数を検出するようにした放射線検出器において、
前記放射線粒子が同一位置又はその近傍に複数個連続して入射したときの各入射に応答したパルス信号間の重畳現象の発生を実質的に無視可能なサイズの入射ウィンドウを有し且つこの入射ウィンドウに入射した前記放射線粒子のそれぞれに応答して電気信号を発生させるセンサ部と、このセンサ部が発生した電気信号を感知して前記入射ウィンドウに入射した前記放射線粒子それぞれのエネルギ値を検出するエネルギ検出手段とを備えたことを特徴とする放射線検出器。
In a radiation detector that detects the number of particles of the radiation by letting the radiation be regarded as particles,
An incident window having a size that can substantially ignore the occurrence of a superposition phenomenon between pulse signals in response to each incident when a plurality of the radiation particles are incident continuously at or near the same position, and A sensor unit for generating an electric signal in response to each of the radiation particles incident on the sensor, and an energy for sensing an electric signal generated by the sensor unit and detecting an energy value of each of the radiation particles incident on the incident window A radiation detector, comprising: a detection unit.
請求項1に記載の放射線検出器において、
前記センサ部は、前記放射線として、連続スペクトラムのエネルギを有する放射線を入射させるセンサ部であることを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 1,
The said sensor part is a sensor part which injects radiation which has energy of a continuous spectrum as the said radiation, The radiation detector characterized by the above-mentioned.
請求項2に記載の放射線検出器において、
前記エネルギ値検出手段により検出されたエネルギ値を所望のエネルギ領域に弁別するエネルギ弁別手段と、このエネルギ弁別手段により弁別された前記エネルギ領域に放射線粒子の入射数をカウントして当該カウント値を表す信号を前記検出信号として出力する粒子カウント手段とを備えたことを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 2,
Energy discriminating means for discriminating the energy value detected by the energy value detecting means into a desired energy region; and counting the number of radiation particles incident on the energy region discriminated by the energy discriminating device to represent the count value. A radiation counting device that outputs a signal as the detection signal.
請求項1〜3の何れか一項に記載の放射線検出器において、
前記入射ウィンドウは、前記重畳現象の発生を実質的に無視し得るサイズに形成された単一領域のウィンドウであることを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to any one of claims 1 to 3,
The radiation detector according to claim 1, wherein the incident window is a single-area window formed in a size that can substantially ignore the occurrence of the superimposition phenomenon.
請求項1〜3の何れか一項に記載の放射線検出器において、
前記入射ウィンドウは、それぞれが前記重畳現象の発生を実質的に無視し得るサイズに形成した画素の複数の集合から成ることを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to any one of claims 1 to 3,
The radiation detector according to claim 1, wherein the incident window includes a plurality of sets of pixels each having a size that can substantially ignore the occurrence of the superimposition phenomenon.
請求項5に記載の放射線検出器において、
前記複数の画素は、夫々、200μm×200μm以下の画素サイズ、又は、前記放射線粒子を0.1%以下の精度で検出可能な画素サイズであることを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 5,
The plurality of pixels each have a pixel size of 200 μm × 200 μm or less, or a pixel size capable of detecting the radiation particles with an accuracy of 0.1% or less.
請求項5又は6に記載の放射線検出器において、
前記入射ウィンドウは、前記画素の集合を1次元、2次元、又は3次元のアレイ状に配置して成ることを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 5 or 6,
The radiation detector according to claim 1, wherein the incident window is formed by arranging the set of pixels in a one-dimensional, two-dimensional, or three-dimensional array.
請求項3〜7の何れか一項に記載の放射線検出器において、
前記エネルギ弁別手段は、複数の閾値を設定する閾値設定手段と、前記エネルギ値検出手段により検出されたエネルギ値を前記複数の閾値それぞれと比較する比較手段とを備え、
前記粒子数カウント手段は、前記比較手段による比較の結果、前記複数の閾値それぞれよりも大きいエネルギ値を呈する放射線粒子の入射数を当該閾値毎にカウントして当該カウント値を複数の前記検出信号として出力するように構成したことを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to any one of claims 3 to 7,
The energy discriminating unit includes a threshold setting unit that sets a plurality of thresholds, and a comparing unit that compares an energy value detected by the energy value detecting unit with each of the plurality of thresholds,
As a result of the comparison by the comparing means, the number-of-particles counting means counts the number of incident radiation particles exhibiting an energy value larger than each of the plurality of thresholds for each of the thresholds, and uses the count value as the plurality of detection signals. A radiation detector, which is configured to output the radiation.
請求項3〜7の何れか一項に記載の放射線検出器において、
前記エネルギ弁別手段は、1つ以上の閾値を設定する閾値設定手段と、前記エネルギ値検出手段により検出されたエネルギ値を前記1つ以上の閾値それぞれと比較する比較手段とを備え、
前記粒子数カウント手段は、前記比較手段による比較の結果、前記1つ以上の閾値によって決まる所望のエネルギ領域に属するエネルギ値を呈する放射線粒子の入射数をカウントする手段を有することを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to any one of claims 3 to 7,
The energy discriminating means includes threshold setting means for setting one or more thresholds, and comparing means for comparing the energy value detected by the energy value detecting means with each of the one or more thresholds,
The particle number counting means includes means for counting the number of incident radiation particles exhibiting an energy value belonging to a desired energy region determined by the one or more threshold values as a result of the comparison by the comparison means. Detector.
請求項1〜9の何れか一項に記載の放射線検出器において、
前記エネルギ値検出手段により検出されるエネルギ値と前記所定値との相対的な大小関係を基準エネルギ値に基づいてキャリブレーションするキャリブレーション手段を備えたことを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to any one of claims 1 to 9,
A radiation detector comprising: a calibration unit configured to calibrate a relative magnitude relationship between an energy value detected by the energy value detection unit and the predetermined value based on a reference energy value.
請求項10に記載の放射線検出器において、
前記キャリブレーション手段は、前記基準エネルギ値としてガンマ線源のエネルギ値を用いて前記キャリブレーションを行うように構成したことを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 10,
The radiation detector according to claim 1, wherein the calibration unit performs the calibration using an energy value of a gamma ray source as the reference energy value.
請求項11に記載の放射線検出器において、
前記ガンマ線源は少なくとも2種類のエネルギ値が異なる線源から成ることを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 11,
The gamma ray source comprises at least two types of radiation sources having different energy values.
請求項11に記載の放射線検出器において、
前記少なくとも2種類のエネルギ値を呈するガンマ線源は、エネルギ値が59.5KeVの241Am及びエネルギ値が122KeVの57Coを含むことを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 11,
The gamma ray source having at least two kinds of energy values includes 241 Am having an energy value of 59.5 KeV and 57 Co having an energy value of 122 KeV.
請求項1〜13の何れか一項に記載の放射線検出器において、
前記センサ部は、前記放射線を直接に電気信号に変換する半導体層を備えたことを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to any one of claims 1 to 13,
The radiation detector according to claim 1, wherein the sensor unit includes a semiconductor layer that directly converts the radiation into an electric signal.
請求項14に記載の放射線検出器において、
前記半導体層は、化合物半導体から成ることを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 14,
The radiation detector, wherein the semiconductor layer is made of a compound semiconductor.
請求項15に記載の放射線検出器において、
前記半導体層は、テルル化カドミウム半導体(CdTe半導体)から成ることを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 15,
The radiation detector according to claim 1, wherein the semiconductor layer is made of a cadmium telluride semiconductor (CdTe semiconductor).
請求項15に記載の放射線検出器において、
前記半導体層は、カドミュームジンクテルライド半導体(CdZnTe半導体)から成ることを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 15,
The radiation detector, wherein the semiconductor layer is made of a cadmium zinc telluride semiconductor (CdZnTe semiconductor).
請求項14に記載の放射線検出器において、
前記半導体層は、シリコン半導体(Si半導体)から成ることを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 14,
The radiation detector, wherein the semiconductor layer is made of a silicon semiconductor (Si semiconductor).
請求項14に記載の放射線検出器において、
前記センサ部は、前記半導体層の放射線入射面を電圧印加用の荷電電極で覆うとともに、当該半導体層の放射線入射面に反対側の面を集電電極で覆うモノリシック構造を有することを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 14,
The sensor unit has a monolithic structure in which a radiation incident surface of the semiconductor layer is covered with a charging electrode for applying a voltage, and a surface opposite to the radiation incident surface of the semiconductor layer is covered with a current collecting electrode. Radiation detector.
請求項19に記載の放射線検出器において、
前記集電電極は、前記背面で前記放射線を粒子毎に検出するための複数の画素に分割した構造を有することを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 19,
The radiation detector has a structure in which the current collecting electrode is divided into a plurality of pixels for detecting the radiation on a particle-by-particle basis on the back surface.
請求項19に記載の放射線検出器において、
前記センサ部は、前記放射線粒子の入射に応答して前記半導体層に発生した電気信号を検出するチャージアンプを含む処理回路を、前記半導体層の前記集電電極の面にASICで一体に層状配置したことを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 19,
The sensor unit includes a processing circuit including a charge amplifier for detecting an electric signal generated in the semiconductor layer in response to the incidence of the radiation particles, and a processing circuit including a charge amplifier integrally disposed on the surface of the current collecting electrode of the semiconductor layer in an ASIC. A radiation detector characterized in that:
請求項21に記載の放射線検出器において、
前記センサ部は、前記ASICを前記集電電極の面内に一体配置するとともに、この半導体層とASICとの一体構造をブロック化して形成し、このブロックを必要数だけ相互に隙間無く当該ブロックの面方向に結合可能な構造にしたことを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to claim 21,
The sensor unit is configured such that the ASIC is disposed integrally in the plane of the current collecting electrode, and the integrated structure of the semiconductor layer and the ASIC is formed as a block. A radiation detector having a structure capable of coupling in a plane direction.
請求項1〜22の何れか一項に記載の放射線検出器において、
前記放射線はX線であることを特徴とする放射線検出器。
The radiation detector according to any one of claims 1 to 22,
The radiation detector is an X-ray.
請求項1〜23の何れか一項に記載の放射線検出器を用いて放射線を検出する放射線検出手段と、この放射線検出手段により検出された放射線の信号を用いて画像を生成する画像生成手段とを備えたことを特徴とする放射線撮像システム。A radiation detection unit that detects radiation using the radiation detector according to any one of claims 1 to 23, and an image generation unit that generates an image using a signal of the radiation detected by the radiation detection unit. A radiation imaging system comprising: 請求項24に記載の放射線撮像システムにおいて、
前記センサ部のアレイ状に配置した画素それぞれから検出された前記検出信号を互いに加算して単一の検出信号に束ねる信号束ね手段を備えたことを特徴とする放射線撮像システム。
The radiation imaging system according to claim 24,
A radiation imaging system, comprising: signal bundling means for adding the detection signals detected from the pixels arranged in an array of the sensor unit to each other and bundling them into a single detection signal.
請求項25に記載の放射線撮像システムにおいて、
前記信号束ね手段は、前記アレイ状に配置された画素のうち、隣接する画素それぞれから検出された前記検出信号を互いに加算して単一の検出信号に束ねる手段であることを特徴とする放射線撮像システム。
The radiation imaging system according to claim 25,
The signal bundling unit is a unit that adds together the detection signals detected from adjacent pixels among the pixels arranged in the array and bundles them into a single detection signal. system.
請求項26に記載の放射線撮像システムにおいて、
前記画像生成手段は、前記粒子カウント手段から出力された前記検出信号を所定処理の演算に処する演算手段と、この演算手段による演算の結果得られた信号から前記画像を生成する手段とを備えたことを特徴とする放射線撮像システム。
The radiation imaging system according to claim 26,
The image generating means includes: calculating means for processing the detection signal output from the particle counting means for calculation of a predetermined process; and means for generating the image from a signal obtained as a result of the calculation by the calculating means. A radiation imaging system, characterized in that:
連続スペクトラムのエネルギを有する放射線を粒子とみなして入射させて当該放射線の粒子数を検出する放射線検出方法において、
前記放射線粒子が同一位置又はその近傍に複数個連続して入射したときの各入射に応答したパルス信号間の重畳現象の発生を実質的に無視可能なサイズの入射ウィンドウを有し且つこの入射ウィンドウに入射した前記放射線粒子のそれぞれに応答して電気信号を発生させるセンサ部を配し、このセンサ部が発生した電気信号を感知して前記入射ウィンドウに入射した前記放射線粒子それぞれのエネルギ値を検出し、この検出されたエネルギ値を弁別し、この弁別されたエネルギ値を呈する放射線粒子の入射数をカウントして当該カウント値を表す前記検出信号を出力することを特徴とする放射線検出方法。
In a radiation detection method for detecting the number of particles of the radiation by letting radiation having energy of continuous spectrum be incident as particles,
An incident window having a size that can substantially ignore the occurrence of a superposition phenomenon between pulse signals in response to each incident when a plurality of the radiation particles are incident continuously at or near the same position, and A sensor unit for generating an electric signal in response to each of the radiation particles incident on the incident window; detecting an electric signal generated by the sensor unit to detect an energy value of each of the radiation particles incident on the incident window; And detecting the detected energy value, counting the number of incident radiation particles exhibiting the determined energy value, and outputting the detection signal representing the count value.
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