JP2006105995A - ディジタルx線撮影装置およびディジタルx線撮影装置におけるx線像の撮影方法 - Google Patents

ディジタルx線撮影装置およびディジタルx線撮影装置におけるx線像の撮影方法 Download PDF

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Abstract

【課題】計数式の平面形画像検出器において大幅にノイズを低減した最大限の画像鮮明度のディジタルX線画像を得る。
【解決手段】X線からのX線像を撮影するためにそのX線のX線量子1によって発生された電荷パルス12;13を測定して計数するマトリックス状に隣接配置されたピクセル読取ユニット9;10を有する計数式平面形画像検出器を備えたディジタルX線撮影装置において、X線像の改善のために、1つのピクセル読取ユニット9の電荷パルス12と少なくとも1つの隣接するピクセル読取ユニット10の電荷パルス13との、定められた時間間隔内に発生するコインシデンスを検出する検出手段と、当該電荷パルス12;13を加算して他の評価のための基礎量としての合計電荷パルス15を形成する加算手段とが設けられている。
【選択図】図4

Description

本発明は、X線からのX線像を撮影するためにそのX線のX線量子によって発生された電荷パルスを測定して計数するマトリックス状に隣接配置されたピクセル読取ユニットを有する計数式平面形画像検出器を備えたディジタルX線撮影装置、および、計数式平面形画像検出器を用いて、X線量子によって発生された電荷パルスを、マトリックス状に隣接配置されたピクセル読取ユニットにより測定して計数するディジタルX線撮影装置におけるX線像の撮影方法に関する。
この種のディジタルX線撮影装置およびディジタルX線撮影装置におけるX線像の撮影方法は知られている(例えば、非特許文献1参照)。
X線画像形成において対象物のディジタルX線像を撮影するためのいわゆる平面形画像検出器は知られている。この公知の平面形画像検出器においては、X線が、直接的または間接的な手段で電荷に変換され、引続いていわゆる能動的な読取マトリックスにより電子的に読取られ、画像作成のために継続処理される。
直接変換の場合、X線のX線量子が、例えばアモルファスセレンからなる直接変換層に衝突した際に高エネルギーの電子を発生し、この電子が直接変換層を通る経路において電荷キャリアを発生する。電荷キャリアは、電界により、ピクセルに区分された電極へ運ばれ、そこに電荷として蓄積される。間接変換の場合、X線のX線量子が、シンチレータ層に衝突した際に高エネルギーの電子を発生し、この電子が再びシンチレータ層を通る経路において光を発生する。シンチレータ層の下側に配置されかつピクセルに区分されたフォトダイオードにおいて、光が電荷に変換されて同様に蓄積される。引続いて、最初のX線量子のエネルギーに依存する相応の電荷パルスが、ピクセル読取ユニットにおける電極ピクセルもしくはフォトダイオードピクセルに付設された能動スイッチ素子により読取られる。
平面形画像検出器は計数式と積分式とに区別されている。計数式検出器の場合、1つのピクセル読取ユニットにおける1つの電荷パルスが個々のX線量子として評価される、これに対して、積分式検出器の場合、1つのピクセル読取ユニットにおける全部の電荷パルスが積分される。計数式検出器においては、実際に存在するX線量子に由来する電荷パルスから背景ノイズを区別することを可能にするために、一般に下側閾値が定められ、その下側閾値よりも上において電荷パルスがX線量子の信号として解釈される。
2004年発行の「der Zeischrift Radiologe 43」の第340〜350頁に掲載されたM.Spahn,V.Heer,R.Freytagの論文「"Flachbilddetectoren in der RoentgendiagNOstik"(X線診断における平面形画像検出器)」
本発明の課題は、計数式の平面形画像検出器において大幅にノイズを低減した最大限の画像鮮明度のディジタルX線画像を得ることにある。
この課題は、本発明によれば、冒頭で述べたディジタルX線撮影装置において、1つのピクセル読取ユニットの電荷パルスと少なくとも1つの隣接するピクセル読取ユニットの電荷パルスとの、定められた時間間隔内に発生するコインシデンスを検出する検出手段と、当該電荷パルスを加算して他の評価のための基礎量としての合計電荷パルスを形成する加算手段とが設けられていることによって解決される。
ディジタルX線撮影装置に関する実施態様は次の通りある。
(1)コインシデンスが存在する場合、1つのX線量子と合計電荷パルスに相当するエネルギーとを有するX線が基礎になっている(請求項2)。
(2)コインシデンスが存在しかつ合計電荷パルスが背景ノイズを規定する下側閾値を下回る場合、X線量子がないことが基礎になっている(請求項3)。
(3)コインシデンスが存在しかつ合計電荷パルスが上側閾値を上回る場合、2つのX線量子を有するX線が基礎になっている(請求項4)。
(4)時間間隔の開始は最初の電荷パルスを記録するピクセル読取ユニット、特に中央のピクセル読取ユニットに依存する(請求項5)。
(6)時間間隔を開始させるピクセル読取ユニットは、その都度の最初のX線量子を測定して計数するために設けられている(請求項6)。
さらに、この課題は、冒頭で述べたディジタルX線撮影装置におけるX線像の撮影方法において、1つのピクセル読取ユニットの電荷パルスと少なくとも1つの隣接するピクセル読取ユニットの電荷パルスとの、定められた時間間隔内に発生するコインシデンスを測定し、当該電荷パルスを加算して合計電荷パルスを形成し、コインシデンス測定および合計電荷パルスを他の評価のための基礎量として用いることによっても解決される。
ディジタルX線撮影装置におけるX線像の撮影方法に関する実施態様は次の通りである。
(11)コインシデンスが存在する場合、X線量子が読取られ、合計電荷パルスに相当するエネルギーと共にX線像のための画像情報として用いられる(請求項8)。
(12)コインシデンスが存在しかつ合計電荷パルスが背景ノイズを規定する下側閾値を下回る場合、X線量子なしが読取られ、X線像のための画像情報として用いられる(請求項9)。
(13)コインシデンスが存在しかつ合計電荷パルスが上側閾値を上回る場合、2つのX線量子が読取られ、X線像のための画像情報として用いられる(請求項10)。
(14)時間間隔は最初の電荷パルスを記録するピクセル読取ユニット、特に中央のピクセル読取ユニットによって開始させられる(請求項11)。
(15)時間間隔を開始させるピクセル読取ユニットによって、その都度の最初のX線量子が測定されて計数される(請求項12)。
隣接するピクセル読取ユニット同士の電荷パルスの、定められた時間間隔内に発生するコインシデンスを検出し、当該電荷パルスを加算して相応の信号高さを持つ合計電荷パルスを形成し、合計電荷パルスを他の評価のための基礎量として利用することによって、計数式平面形画像検出器を備えたディジタルX線撮影装置、および、ディジタルX線撮影装置におけるX線像の撮影方法において、2つ以上のピクセル読取ユニットに分散して発生する電荷を有しそれによりX線像を悪化させる個々のX線量子の多重計数または無視が回避されることにより、明白に誤差を低減されたディジタルX線撮影が可能となる。改善されたX線像は、とりわけX線線量が少ない場合またはX線が垂直に入射しない検出器領域において特に重要である。なぜならば、これらのケースでは画質低下のおそれが特に高いからである。
改善されたX線像の特に簡単な評価において、コインシデンスが存在する場合、1つのX線量子と合計電荷パルスに相当するエネルギーとを有するX線が基礎になっている。それによって、複数のピクセル読取ユニットにわたって分散するX線量子が全く計数されないあるいは重複して計数されることが回避される。一方では、この評価の更なる継続において、複数のピクセル読取ユニットに対して同時に起こるノイズがX線量子の電荷パルスとして計数されることを回避するために、コインシデンスが存在しかつ合計電荷パルスが背景ノイズを規定する下側閾値を下回る場合、X線量子がないことが基礎になっていると有利である。しかしながら、他方では、2つのX線量子の同時発生を、誤って唯一のX線量子として評価することがないようにするためには、コインシデンスが存在しかつ合計電荷パルスが上側閾値を上回る場合、2つのX線量子を有するX線が基礎になっていると有利である。
本発明の実施態様によれば、時間間隔の開始は最初の電荷パルスを記録するピクセル読取ユニット、特に中央のピクセル読取ユニットに依存する。
以下において、図面に概略的に示された実施例に基づいて、本発明並びに従属請求項の特徴事項による他の有利な構成を更に詳細に説明する。本発明はこれらの実施例に限定されない。
図1は従来技術による直接変換器を備えたディジタルX線撮影装置を示し、
図2は中央のピクセル評価ユニットに限られて入射するX線量子および従来技術による閾値を有する図1によるディジタルX線撮影装置を示し、
図3は2つのピクセル評価ユニットに配分されて入射するX線量子および従来技術による閾値を有する図1によるディジタルX線撮影装置を示し、
図4は直接変換器を備え2つのピクセル評価ユニットに配分されたX線量子および2つの閾値を有する本発明によるディジタルX線撮影装置を示し、
図5は隣接する2つのピクセル評価ユニットの電荷パルスのコインシデンスを検査する方法経過を示し、
図6は隣接する2つのピクセル評価ユニットの電荷パルスの閾値条件と共にコインシデンスを検査する他の方法経過を示し、
図7は図6に対する代替としての閾値条件を検査する方法を示し、
図8は図6に対する代替としての閾値条件を検査する他の方法を示す。
図1は、直接変換器2を備えた公知の直接変換方式の計数式平面形画像検出器を示す。直接変換の場合、X線RのX線量子1が直接変換器2に衝突した際に高エネルギーの電子eを発生する。高エネルギーの電子eは直接変換器2を通過する経路上において電荷キャリア7を発生する。電荷キャリア7は、電界により、ピクセルに区分された電極4へ運ばれ、そこに電荷11として蓄積される。引続いてそれぞれのピクセル読取ユニット9から、最初のX線量子1のエネルギーに依存する相応の電荷パルスが、互いに電気的に接続されている能動スイッチ素子6により読取られる。ピクセル読取ユニット9は、例えばCCDチップ、APSチップあるいはCMOSチップの如き半導体デバイスとして作ることができる。本発明は、直接変換器2を備えた直接変換方式の平面形画像検出器と同様に、シンチレータを備えた間接変換方式の通常の平面形画像検出器にも有効である。
図2は図1による平面形画像検出器を示す。ここでは、X線量子1によって発生されて中央のピクセル読取ユニット9から読取可能である電荷パルス12が、背景ノイズを規定する下側閾値S1を上回っている。電荷パルス12は例えばエネルギーEの単位で表示可能である。電荷パルス12はこの場合唯一のX線量子1の信号として解釈される。図3には、X線量子1によって惹き起こされて2つの隣接するピクセル読取ユニット9に分散された電荷11が示されている。電荷11は、中央のピクセル読取ユニット9において第1の電荷パルス12を発生し、隣接するピクセル読取ユニット10において第2の電荷パルス13を発生する。両電荷パルスは下側閾値S1を下回っているために、両電荷パルスは無視され、X線量子1はこの公知のケースでは誤って評価されて計数されない。
図4は、中央のピクセル読取ユニット9の電荷パルス12と隣接するピクセル読取ユニット10の電荷パルス13とのコインシデンスが検出され、電荷パルス12;13が加算されて合計電荷パルス15が形成される本発明による平面形画像検出器を示す。この場合に、合計電荷パルス15は、個々の電荷パルス12;13から生じるエネルギーであると理解すべきである。コインシデンス回路は、例えば次に記載するように実現することができる。中央のピクセル評価ユニット9は電荷パルス12を記録し、それによって時間カウンタを始動させる。この時間カウンタの時間カウントは予め与えられた時間間隔にしたがって経過する。この時間間隔内で隣接するピクセル読取ユニット10において電荷パルス13が記録されると、第1の電荷パルス12と第2の電荷パルス13とはコインシデンス(同時)とみなされる。
最も簡単な場合コインシデンス発生時に合計電荷パルス15がX線量子1の代表として中央のピクセル読取ユニット9に割り当てられる。しかしながら、コインシデンスに加えて更に他の条件、例えばノイズを規定する下側閾値S1を上回ること、あるいは2個のX線量子を規定する上側閾値S2を下回ることが満たされることを設定することもできる。例えば、合計電荷パルス15が背景ノイズを規定する下側閾値S1を上回りかつ第2の上側閾値S2を下回っている場合、合計電荷パルス15は唯一のX線量子1のエネルギーとして評価され、合計電荷パルス15を有するX線量子1は中央のピクセル読取ユニット9の位置に計数される。
図5はコインシデンス回路の方法経過の例をフローチャートとして示す。中央のピクセル読取ユニット9の出力20および隣接するピクセル読取ユニット10の出力21に基づいて、ANDゲート19によって、両者においてそれぞれ1つの信号つまりそれぞれ1つの電荷パルスが記録されたかどうかが検査される。それぞれ1つの電荷パルスが記録されたことが確認されたならば、それに続く第1の分岐22において両ピクセル読取ユニットの電荷パルスが前もって決定された時間間隔内に発生したかどうか、すなわちコインシデンス条件が満たされているかどうかが検査される。この条件が満たされているならば、第1の分岐22の「YES」出力23から第1の加算器25に通知信号が与えられる。そこで、中央のピクセル読取ユニットの電荷パルスと隣接するピクセル読取ユニット10の電荷パルスとの和すなわち合計エネルギーが加算される。第1の加算器25は第1のカウンタ26に導かれ、このカウンタ26において、合計電荷パルスを有するX線量子が合計エネルギーとしてピクセル読取ユニット9;10の一方のために計数される。時間間隔を開始させるピクセル読取ユニット9;10が、その都度の最初のX線量子1を測定して計数するために設けられていると有利である。X線量子1は例えば中央のピクセル読取ユニット9に対して計数される。条件が満たされない場合、第1の分岐22の「NO」出力24から通知信号がバイパス27へ与えられ、電荷パルスが別々に、一方は第2のカウンタ28において、他方は第3のカウンタ29において継続処理される。その場合に中央のピクセル読取ユニット9の電荷パルスは中央のピクセル読取ユニット9の相応のエネルギーを有するX線量子1として計数され、隣接するピクセル読取ユニット10の電荷パルスは隣接するピクセル読取ユニット10の相応のエネルギーを有するX線量子1として計数される。
図6は付加的に閾値条件を備えたコインシデンス回路の方法経過の例をフローチャートとして示す。分岐22においてコインシデンス条件が満たされているかどうかを検査することのほかに、同時に第2の分岐30において、閾値条件、例えば背景ノイズを規定する下側閾値を上回ることが満たされているかどうかが検査される。第3の分岐31においては、両条件すなわちコインシデンス条件と閾値条件とが同時に満たされているかどうかが検査され、その後結果に応じて第3の分岐31の「NO」出力24または「YES」出力23の通報が発信される。
図7は、図6における第2の分岐30に対する代替としての閾値条件の例をフローチャートとして示す。中央のピクセル読取ユニット9の電荷パルスと隣接するピクセル読取ユニット10の電荷パルスとが第2の加算器45において加算される。それにしたがって、合計電荷パルス15すなわち合計エネルギーが、第4の分岐32において、同時に背景ノイズを規定する下側閾値S1を上回りかつ上側閾値S2を下回っているかどうかが検査される。上側閾値S2は、典型的な1つの個別の電荷パルスよりも大きくかつ2つの個別の電荷パルスよりも小さくなるように選ばれると好ましい。閾値条件が満たされている場合、第4の分岐32の「YES」出力38を介する第3の分岐31への接続が、既に図6により説明したように用意されている。閾値条件が満たされていない場合、第4の分岐32の「NO」出力39が、中央のピクセル読取ユニット9の電荷パルスと隣接するピクセル読取ユニット10の電荷パルスとの共通の考察を中断させる。
図8は、図6における第2の分岐30に対する代替としての閾値条件の他の例をフローチャートとして示す。これによれば、中央のピクセル読取ユニット9の電荷パルスは、第5の分岐33において、背景ノイズを規定する下側閾値S1を上回っているどうかを検査される。隣接するピクセル読取ユニット10の電荷パルスは、第6の分岐34において、同じく下側閾値S1を上回っているどうかを検査される。同時に、第2の加算器45において加算された合計電荷パルス15は、下側閾値S1を上回ると同時に上側閾値S2を下回っているかどうか検査される。第7の分岐35においては、3つの全ての閾値条件が同時に満たされているかどうかの検査が行なわれる。3つの全ての閾値条件が同時に満たされている場合、第7の分岐35の「YES」出力53が第3の分岐31に導かれ、分岐31においては、既に図6により説明したように、コインシデンス条件および閾値条件が同時に満たされているかどうかが検査される。3つの閾値条件のうちの1つまたは複数が満たされていない場合、第7の分岐35の「NO」出力54が、中央のピクセル読取ユニット9の電荷パルスと隣接するピクセル読取ユニット10の電荷パルスとの共通の考察を中断させる。
この種の方法順序は各ピクセル読取ユニットおよびそれにそれぞれ隣接するピクセル読取ユニットに適用することができる。「隣接する」とは、側縁により隣接する近隣とみなしてもよいし、角を介して隣接する近隣とみなしてもよい。矩形のピクセル読取ユニットは一般に8個までの隣接するピクセル読取ユニットを持つ。その他の、例えば3角形または8角形のピクセル読取ユニットについては、それぞれ相応の隣接するピクセル読取ユニットが規定可能である。類似の方法が2つよりも多い隣接するピクセル読取ユニットについても適用可能である。
本発明は要約すれば次のとおりである。X線からのX線像を撮影するためにそのX線のX線量子によって発生された電荷パルスを測定して計数するマトリックス状に隣接配置されたピクセル読取ユニットを有する計数式平面形画像検出器を備えたディジタルX線撮影装置において、X線像の改善のために、1つのピクセル読取ユニットの電荷パルスと少なくとも1つの隣接するピクセル読取ユニットの電荷パルスとの、定められた時間間隔内に発生するコインシデンスを検出する検出手段と、当該電荷パルスを加算して他の評価のための基礎量としての合計電荷パルスを形成する加算手段とが設けられている。
従来技術による直接変換器を備えたディジタルX線撮影装置を示す概略図 中央のピクセル評価ユニットに限られて入射するX線量子および従来技術による閾値を有する図1によるディジタルX線撮影装置を示す概略図 2つのピクセル評価ユニットに配分されて入射するX線量子および従来技術による閾値を有する図1によるディジタルX線撮影装置を示す概略図 直接変換器を備え2つのピクセル評価ユニットに配分されたX線量子および2つの閾値を有する本発明によるディジタルX線撮影装置を示す概略図 隣接する2つのピクセル評価ユニットの電荷パルスのコインシデンスを検査する方法経過を示すフローチャート 隣接する2つのピクセル評価ユニットの電荷パルスの閾値条件と共にコインシデンスを検査する他の方法経過を示すフローチャート 図6に対する代替としての閾値条件を検査する方法を示すフローチャート 図6に対する代替としての閾値条件を検査する他の方法を示すフローチャート
符号の説明
1 X線量子
2 直接変換器
4 電極
6 スイッチ素子
7 電荷キャリア
9 中央のピクセル読取ユニット
10 隣接するピクセル読取ユニット
11 電荷
12 中央のピクセル読取ユニットの電荷パルス
13 隣接するピクセル読取ユニットの電荷パルス
15 合計電荷パルス
19 ANDゲート
20 中央のピクセル読取ユニットの出力
21 隣接するピクセル読取ユニットの出力
22 第1の分岐
23 「YES」出力
24 「NO」出力
25 第1の加算器
26 第1のカウンタ
27 バイパス
28 第2のカウンタ
29 第3のカウンタ
30 第2の分岐
31 第3の分岐
32 第4の分岐
33 第5の分岐
34 第6の分岐
35 第7の分岐
38 「YES」出力
39 「NO」出力
45 第2の加算器
53 「YES」出力
54 「NO」出力
R X線
E エネルギー
S1 下側閾値
S2 上側閾値

Claims (12)

  1. X線からのX線像を撮影するためにそのX線のX線量子によって発生された電荷パルスを測定して計数するマトリックス状に隣接配置されたピクセル読取ユニットを有する計数式平面形画像検出器を備えたディジタルX線撮影装置において、
    1つのピクセル読取ユニット(9)の電荷パルス(12)と少なくとも1つの隣接するピクセル読取ユニット(10)の電荷パルス(13)との、定められた時間間隔内に発生するコインシデンスを検出する検出手段と、当該電荷パルス(12;13)を加算して他の評価のための基礎量としての合計電荷パルス(15)を形成する加算手段とが設けられている
    ことを特徴とするディジタルX線撮影装置。
  2. コインシデンスが存在する場合、1つのX線量子(1)と合計電荷パルス(15)に相当するエネルギーとを有するX線(R)が基礎になっていることを特徴とする請求項1記載のX線撮影装置。
  3. コインシデンスが存在しかつ合計電荷パルス(15)が背景ノイズを規定する下側閾値(S1)を下回る場合、X線量子がないことが基礎になっていることを特徴とする請求項2記載のX線撮影装置。
  4. コインシデンスが存在しかつ合計電荷パルス(15)が上側閾値(S2)を上回る場合、2つのX線量子を有するX線(R)が基礎になっていることを特徴とする請求項2又は3記載のX線撮影装置。
  5. 時間間隔の開始は最初の電荷パルス(12)を記録するピクセル読取ユニット(9)に依存することを特徴とする請求項1乃至4の1つに記載のX線撮影装置。
  6. 時間間隔を開始させるピクセル読取ユニット(9)は、その都度の最初のX線量子(1)を測定して計数するために設けられていることを特徴とする請求項5記載のX線撮影装置。
  7. 計数式平面形画像検出器を用いて、X線量子によって発生された電荷パルスを、マトリックス状に隣接配置されたピクセル読取ユニットにより測定して計数するディジタルX線撮影装置におけるX線像の撮影方法において、
    1つのピクセル読取ユニット(9)の電荷パルス(12)と少なくとも1つの隣接するピクセル読取ユニット(10)の電荷パルス(13)との、定められた時間間隔内に発生するコインシデンスを測定し、当該電荷パルス(12;13)を加算して合計電荷パルス(15)を形成し、コインシデンス測定および合計電荷パルス(15)を他の評価のための基礎量として用いる
    ことを特徴とするディジタルX線撮影装置におけるX線像の撮影方法。
  8. コインシデンスが存在する場合、X線量子(1)が読取られ、合計電荷パルス(15)に相当するエネルギーと共にX線像のための画像情報として用いられることを特徴とする請求項7記載の方法。
  9. コインシデンスが存在しかつ合計電荷パルス(15)が背景ノイズを規定する下側閾値(S1)を下回る場合、X線量子なしが読取られ、X線像のための画像情報として用いられることを特徴とする請求項8記載の方法。
  10. コインシデンスが存在しかつ合計電荷パルス(15)が上側閾値(S2)を上回る場合、2つのX線量子が読取られ、X線像のための画像情報として用いられることを特徴とする請求項8又は9記載の方法。
  11. 時間間隔は最初の電荷パルス(12)を記録するピクセル読取ユニット(9)によって開始させられることを特徴とする請求項7乃至10の1つに記載の方法。
  12. 時間間隔を開始させるピクセル読取ユニット(9)によって、その都度の最初のX線量子(1)が測定されて計数されることを特徴とする請求項11記載の方法。
JP2005290666A 2004-10-07 2005-10-04 ディジタルx線撮影装置およびディジタルx線撮影装置におけるx線像の撮影方法 Expired - Fee Related JP4740710B2 (ja)

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