JP2007105068A

JP2007105068A - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP2007105068A
Application number: JP2005295851A
Authority: JP
Inventors: Toru Aoki; 徹青木; Yoshinori Hatanaka; 義式畑中
Original assignee: Shizuoka University NUC
Current assignee: Shizuoka University NUC
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2007-04-26

Abstract

【課題】Ｘ線ＣＴ装置においてＸ線検出素子として高い感度を有する半導体検出素子を用いたかったが、半導体検出素子に存在するギャップの影響を避けることができなかった。
【解決手段】マルチスライスＣＴ用として２列に設けられる半導体検出素子アレイを１／２ピッチずらして配置し、それぞれのギャップ位置をお互いに補完できるように配列する。また、データ処理時に各検出素子からのデータを互いに補完するように並べなおす処理を行う。この処理により、ギャップ位置に対応するデータを他の検出素子アレイのデータで補完可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、感度と直線性の高い半導体検出器を用いるＸ線ＣＴ用半導体放射線検出器の配列構造と信号処理技術に関する。

シンチレータを用いる装置においては、シンチレータ内で光が広がることにより、ボケが生じて検出器ギャップの影響が少なかった。
このため、この種の装置においてはギャップについて考慮する必要がなく、検出素子群をマトリクス状に配置しても問題はなかった(特許文献１参照)。
だが、最近Ｘ線ＣＴ用の検出器として、半導体検出器が用いられるようになってきた。
しかしながら半導体検出器ではボケがなく、ギャップの影響がはっきり生じる。
Ｘ線ＣＴ用半導体放射線検出器に用いられる半導体検出器には、以下のような長所と短所が存在している。
長所：
１）半導体検出器は感度と特性が従来のシンチレータに比べ格段に高い。
２）素子サイズに応じた高い解像度を得ることができる。
短所：
１）画素間に隙間(ギャップ)ができ、情報の欠落が生じる。
特開２００５−１８９０２２号公報

図４にコンピュータ断層(ＣＴ)イメージング装置の全体像を示す。４は測定対象物，１０は制御装置、１１はガントリ，１２はＸ線源，１３はＸ線ビーム，１４は回転中心，１５は検出器アレイ，２０は信号処理装置である。
図５は従来のマルチスライスＣＴ用の検出素子(５，６)を２列配列した検出器アレイ(１５)を示す。検出器アレイ(１５)は、２列の平行する検出素子アレイ(１，２)により構成されている。Ｘ線ビーム(３)の入射方向は紙面に垂直であり、検出素子アレイ(１，２)全体を照射する。１列目の検出素子(５，５’…)と２列目の検出素子(６，６’…)は、それぞれのギャップ位置が同じ角度位置にある構造となっている。測定対象物(４)はデータ取得ごとに下方向に列ピッチ分送られる。

図６は従来のギャップの存在による情報の欠落を示す概念図である。１回目のスキャン(pass1)でデータ(d11)を得るが、ギャップの存在により隣接する位置のデータが欠落し、次の検出素子位置でデータ(d12)を得る。
測定対象物が列ピッチ分移動したときに行われる２回目のスキャン(pass2)においてもギャップ位置は１回目のスキャンと同一の角度位置に存在しており、データ(d21)を得た位置に隣接する位置ではデータが欠落する。
ギャップの存在により、Ｘ線ＣＴ撮像のために測定対象物を回転して投影像(透過像)を撮像する場合、測定対象物が小さい場合、ある角度ではギャップにのみ投影像が入る現象が生じる。
ＣＴ処理の前提条件は、３６０度全周からの情報が得られることであり、ギャップによる情報の欠落は、線状のノイズとして再構成画像に発生し、顕著な問題が生じる。

マルチスライスＣＴ用として、検出素子を２列に配列したアレイにおいて、その画素をずらし１列の素子ピッチ分、測定対象物を移動したときに素子間のギャップを完全に補完するように検出器を千鳥配列し、１列の素子ピッチ分ずつ測定対象物を移動してマルチスライス撮像をする。
または、検出素子を２列に配列したアレイにおいて、その画素をアクチュエータにより１／２ピッチ分ずらして素子間のギャップを完全に補完可能に構成し、２列の素子ピッチ分ずつ測定対象物を移動してマルチスライス撮像をする。マルチスライスを行わないときには１列に配列した素子を用いることができる。
これらの技術的解決方法の細部は異なるが、いずれの構成も測定対象物と検出素子アレイの相対的移動により、ギャップのない位置でＸ線−電荷変換を行わせることでギャップの影響を防いだものである。

Ｘ線検出素子として、ＣｄＴｅを含む光子−電荷直接変換型の半導体検出器を用いることが望ましい。
図１に検出器アレイ(１５)の配列例を示す。
検出器アレイ(１５)は、２列の平行する検出素子アレイ(１，２)により構成される。検出素子(５，６)は２列にわたり千鳥配置される。Ｘ線ビーム(３)の入射方向は紙面に垂直であり、検出素子アレイ(１，２)全体を照射する。１列目の検出素子(５，５’…)と２列目の検出素子(６，６’…)は、それぞれのギャップを補完するために、列ピッチ移動に対し少し重なる構造とする。測定対象物(４)が列ピッチ分移動したときに１列目のギャップで取得できなかったデータを２列目の検出器の取得データで補完できる配置とする。
図２にデータ補完の概念を示す。
１回目のスキャン(pass1)において第１の検出素子アレイ(１)から得られるデータは、ギャップの存在のために、ギャップ位置において欠落したデータとなる。即ちデータ(d11)が得られた検出素子(５)に隣接するギャップにおいてはデータが欠落し、その次の検出素子(５’)位置ではデータ(d12)が得られる。最後のデータ(d1n)を取得した後、測定対象物(４)を列ピッチ分ステップ送りして２回目のスキャンを行う。

２回目のスキャン(pass2)において第２の検出素子アレイ(２)から得られるデータは、１回目のスキャンにおいてデータが欠落した位置におけるデータ(d21,d22...)が得られる。１回目のスキャンで得られたデータ(d11,d12,...d1n)と、２回目のスキャンで得られたデータ(d21,d22,...d2n)とをスキャンの角度(位置)順に並べると欠落のないデータ列(data1)が得られる。
このとき同時に、測定対象物(４)の新しい位置で、第１の検出素子アレイ(１)により３回目のスキャン(pass3)を行い、新しい位置に対するデータ(d31,d32,...d3n)が得られる。これらのデータは、さらに測定対象物(４)を列ピッチ分ステップ送りした後に、第２の検出素子アレイ(２)から得られるデータ(d41,d42,...d4n)により補完される。
以下、同様にくり返すことにより、ギャップがあっても信号処理に影響を与えることがなくなる。
なおＣＴ用デバイスとして各素子の特性をそろえるために、１列目と２列目は同じ大きさであることが望ましい。また、検出素子アレイを３列以上に拡張すれば、データ取得の高速化が期待できる。

ここまで、測定対象物(４)を列ピッチ分ステップ送りした後に、第２の検出素子アレイ(２)から補完データを得るものとして説明したが、測定対象物(４)を列ピッチ分ステップ送りすることなく、検出器アレイ(１５)全体を図示しないアクチュエータにより列ピッチ分ずらして、第２の検出素子アレイ(２)から補完データを得る構成にしてもよい。この場合には、測定対象物(４)を列ピッチ分ステップ送りする前に、またはステップ送りした後に、検出器アレイ(１５)を元の位置に戻す必要が生じる。
さらに検出素子アレイを千鳥状に３列設けて２列同時に並行してデータ処理すれば、測定対象物(４)のステップ送りを２列分とすることができ、処理の高速化が図れる。

ここまで、千鳥配置によりギャップの影響をなくすものとして説明したが、千鳥配置によらないでギャップの影響をなくす構造をさらに提案する。
図３にその例を示す。
１５は検出器アレイである。ここでは検出器アレイ(１５)は２列の検出素子アレイ(１，２)により構成される。ここまでは従来の技術と同じである。
検出器アレイ(１５)は、行方向(図面の横方向)に１／２ピッチだけアクチュエータ(１６)により可動可能なようになっている。１７は固定端である。アクチュエータとしては圧電素子によるものが小型化可能である。その他に、ソレノイド、小型モータ、超音波モータやリニアモータなども利用可能である。

先の実施例と同様に、１回目のスキャンで第１のデータ(d11,d12,...d1n)を第１の検出素子アレイ(１)から得る。同時に第２の検出素子アレイ(２)から第２のデータ(d31,d32,...d3n)を得る。次に、測定対象物(４)を移動させることなく、検出器アレイ(１５)を検出素子(５，５’)の１／２ピッチだけ移動させる。この状態で２回目のスキャンを行う。このとき第１の検出素子アレイ(１)から得られるデータをd21,d22,...d2nとし、第２の検出素子アレイ(２)から得られるデータをd41,d42,...d4nとすると、先の第１のデータ(d11,d12,...d1n)をデータd41,d42,...d4nで補完し、第２のデータ(d31,d32,...d3n)をデータd41,d42,...d4nで補完することができる。
次の測定は、測定対象物(４)を２列ピッチ分ステップ送りした後に行う。
ここでは検出器アレイ(１５)を２列の検出素子アレイ(１，２)により構成するものとしたが、３列以上に拡張することは容易に想到できる。また、マルチスライスを行わないときには、検出素子アレイは１列で十分である。

マルチスライス撮像をしたとき、最初と最後の取得データはギャップが存在するデータとなり使うことができない。マルチスライスとしては、その２回分のデータのみ使用不能となるのであり、多数の層を撮像するときは相対的に無効データの増加は小さく、実用的には問題なくギャップのないデータ取得をすることができる。

感度が高く特性が良好な半導体検出器をＸ線ＣＴ装置に用いる場合に生じるギャップの問題点が解決でき、高い解像度のＣＴ画像を得ることができる

Ｘ線検出器アレイ(１５)の配列例を示す図データ補完の概念を示す図アクチュエータによる検出器アレイの移動を示す図コンピュータ断層(ＣＴ)イメージング装置の全体像を示す図従来のマルチスライスＣＴ用の２列配列したＸ線検出器アレイを示す図従来のギャップの存在による情報の欠落を示す概念図

符号の説明

１，２検出アレイ
３，１３Ｘ線ビーム
４測定対象物
５，６検出素子
１０制御装置
１１ガントリ
１２Ｘ線源
１４回転中心
１５検出器アレイ
１６アクチュエータ
１７固定端
２０信号処理装置

Claims

半導体Ｘ線検出素子(５，６)を２列にわたり千鳥配列をなした検出素子アレイ(１，２)からなる検出器アレイ(１５)と、信号処理装置(２０)とを有し、前記信号処理装置(２０)は検出器アレイ(１５)からのデータを処理するにあたり、第１の検出素子アレイ(１)から得られたデータと、測定対象物を検出素子アレイの列ピッチ分移動させた後に第２の検出素子アレイ(２)から得られるデータとを相互にギャップ位置に対応するデータで補完することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
半導体Ｘ線検出素子(５，６)を２列にわたり千鳥配列をなした検出素子アレイ(１，２)からなる検出器アレイ(１５)と、該検出器アレイ(１５)を列ピッチ分、列方向に移動させるアクチュエータと、信号処理装置(２０)とを有し、前記信号処理装置(２０)は検出器アレイ(１５)からのデータを処理するにあたり、第１の検出素子アレイ(１)から得られた第１のデータと、測定対象物を停止させたまま前記検出器アレイ(１５)全体を検出素子アレイの列ピッチ分移動させた後に第２の検出素子アレイ(２)から得られる第２のデータとを相互にギャップ位置に対応するデータで補完することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
半導体Ｘ線検出素子(５)を１列に配列した検出素子アレイ(１)からなる検出器アレイ(１５)と、該検出器アレイ(１５)を１／２画素ピッチ分、行方向に移動させるアクチュエータ(１６)と、信号処理装置(２０)とを有し、前記信号処理装置(２０)は検出器アレイ(１５)からのデータを処理するにあたり、検出素子アレイ(１)から得られた第１のデータと、測定対象物を停止させたまま検出素子アレイを行方向に１／２画素ピッチ分移動させた後に検出素子アレイ(１)から得られる第２のデータとを相互にギャップ位置に対応するデータで補完することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。