JP2008302068A

JP2008302068A - Ｘ線撮像装置

Info

Publication number: JP2008302068A
Application number: JP2007152792A
Authority: JP
Inventors: Naoki Otomo; 直樹大友; Shigeru Kitagawa; 茂北川; Takashi Hosobe; 孝細部; Masaki Kobayashi; 正樹小林; Fumiaki Yamashita; 文明山下
Original assignee: Aloka Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2008-12-18

Abstract

【課題】比較的高い検出感度のＸ線撮像装置において不安定素子を適切に抽出する。
【解決手段】Ｘ線発生器からＸ線を照射した場合に得られる投影データに基づいて平均値と標準偏差を算出する。例えば、チャンネルｃｈ_ｎに関して、Ｘ線照射時の平均値ＡＶ_ｎと標準偏差ＳＤ_ｎが算出される。次に、Ｘ線発生器からＸ線を照射しない場合に得られる投影データに基づいて標準偏差を算出する。例えば、チャンネルｃｈ_ｎに関して、Ｘ線非照射時の標準偏差ＳＤ_ｎが算出される。そして、各チャンネルごとに、つまり各半導体素子ごとに算出されるＸ線照射時の平均値とＸ線照射時の標準偏差とＸ線非照射時の標準偏差に基づいて、その半導体素子が不安定素子か否かを判断する。例えば、予め定められたリファレンスデータとの比較から半導体素子が不安定素子か否かを判断する。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線撮像装置における不安定素子の抽出に関する。

動物や人間などの被検体にＸ線を照射して透過したＸ線から得られる投影データに基づいて被検体のＸ線画像を形成するＸ線撮像装置が知られている。Ｘ線画像を利用することにより、被検体の体内の様子を視覚的に診断することができるため、例えば人間に対する医療の現場においてＸ線撮像装置は欠かせない存在となっている。また、人間以外の動物に関する治療や実験などにおいてもＸ線撮像装置の利用価値は極めて高い。

一般にＸ線撮像装置は、Ｘ線発生器から被検体に対してＸ線を照射して被検体を透過したＸ線をＸ線検出器で検出し、その検出結果に基づいてＸ線画像を形成する。Ｘ線画像を形成する際には、Ｘ線検出器が備える複数の素子の各々において検出データが得られ、複数の素子から得られる検出データに基づいて画像データが形成される。

ところが、Ｘ線検出器の全ての素子が良好な状態を維持し続けるとは限らず、特にＸ線検出器の素子が多数の場合には、故障等による不安定素子が含まれる場合もある。不安定素子が含まれる場合、その不安定素子から得られるデータをそのまま利用することはデータの信頼性の面において好ましいとはいえない。

そこで、例えば、特許文献１には、故障素子に対して複数の隣接素子の良品データに基づいて二次元補間処理を施す技術が提案されている。

特開平１１−２５３４３８号公報

上記のような不安定素子に対応する技術が提案されている一方、Ｘ線検出に関する技術の進歩に伴い、極めて高い検出感度を備えたＸ線検出器が登場している。例えば、半導体素子により直接的にＸ線を検出する電荷蓄積方式の半導体Ｘ線検出器であれば、Ｘ線を光に変換してＣＣＤなどで光を検出する間接的な検出器に比べ、およそ１０００倍程度の感度の向上が可能になる。

このような背景において、本願発明者らは、電荷蓄積方式の半導体Ｘ線検出器を備えたＸ線撮像装置について研究開発を続けてきた。本発明は、その研究開発の過程において成されたものであり、その目的は、比較的高い検出感度を備えたＸ線撮像装置において不安定素子を適切に抽出する技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の好適な態様のＸ線撮像装置は、被検体に対してＸ線を照射するＸ線発生部と、Ｘ線を検出する複数の半導体素子からなる半導体素子アレイを備えたＸ線検出部と、Ｘ線の検出データに基づいてＸ線画像データを形成する画像形成部と、Ｘ線検出部の半導体素子アレイに含まれる不安定素子を抽出する制御部と、を有し、前記制御部は、Ｘ線発生部からＸ線を照射した場合に各半導体素子ごとに得られる照射時の検出データと、Ｘ線発生部からＸ線を照射しない場合に各半導体素子ごとに得られる非照射時の検出データと、に基づいて各半導体素子ごとに不安定素子か否かを判断することを特徴とする。

上記態様において、Ｘ線検出部は、例えば電荷蓄積方式の半導体Ｘ線検出器などであり、半導体素子により直接的にＸ線を検出するものが望ましい。つまり、シンチレータなどを介してＸ線を光に変換してＣＣＤなどで光を検出する間接的な検出器よりも、Ｘ線の照射によって結晶中に生じる電子などを直接的に検出する検出器が望ましい。例えば電荷蓄積方式の半導体Ｘ線検出器であれば、ＣＣＤなどで光を検出する間接的なタイプに比べて、およそ１０００倍程度の感度の向上が可能になる。

上記態様によれば、Ｘ線を照射しない場合に各半導体素子ごとに得られる非照射時の検出データも利用されるため、Ｘ線を照射した場合に得られる検出データのみを利用する場合に比べ、不安定素子の抽出の精度を高めることが可能になる。

望ましい態様において、前記制御部は、各半導体素子ごとに得られる非照射時の検出データに関する標準偏差を利用して各半導体素子ごとに不安定素子か否かを判断することを特徴とする。

望ましい態様において、前記制御部は、各半導体素子ごとに得られる照射時の検出データに関する平均値と標準偏差を利用して各半導体素子ごとに不安定素子か否かを判断することを特徴とする。

望ましい態様において、前記制御部は、参考時間内において半導体素子アレイの全体に亘って収集される検出データに関する統計データをリファレンスデータとして、各半導体素子ごとに得られる照射時の平均値と照射時の標準偏差と非照射時の標準偏差の各々とリファレンスデータを比較することにより、各半導体素子ごとに不安定素子か否かを判断することを特徴とする。

本発明により、比較的高い検出感度を備えたＸ線撮像装置において不安定素子を適切に抽出することが可能になる。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係るＸ線撮像装置の好適な実施形態が示されており、図１は、Ｘ線撮像装置の一例であるＸ線ＣＴ装置の全体構成を示す機能ブロック図である。このＸ線ＣＴ装置は、例えばマウス、ラット、モルモット、ハムスターなどの小動物の被検体９０に関するＣＴ測定に適している。なお、被検体９０は、これら例示のものに限定されない。

Ｘ線発生器１０は、例えば容器などに収容された被検体９０に対してＸ線を照射する。つまり、Ｘ線発生器１０は、立体的な末広形状のファンビーム１２を照射する。ファンビーム１２は、角錐形状であることが望ましい。但しファンビーム１２が円錐形状などであってもよい。

Ｘ線検出器２０は、被検体９０を挟んでＸ線発生器１０に対向して配置され、被検体９０を透過するファンビーム（Ｘ線）１２を検出する。Ｘ線検出器２０は、電荷蓄積方式の半導体Ｘ線検出器であり、複数の半導体素子からなる半導体素子アレイ２２を備えている。そして、Ｘ線の照射によって各半導体素子の固体中に生じる電子などを計測することによりＸ線が直接的に（Ｘ線を光などに変換することなく）検出される。

半導体素子アレイ２２を構成する複数の半導体素子は二次元的に配列される。例えば、図のＸ軸方向に沿って直線状に２０００個の半導体素子が並べられ、図のＹ軸方向に沿って直線状に６０個の半導体素子が並べられ、合計１２００００個の半導体素子により平板状の検出面を備えた半導体素子アレイ２２が形成される。なお、半導体素子の上記素子数はあくまでも一例であり、本発明はこの素子数に限定されない。また、半導体素子アレイ２２の検出面の大きさは、例えば小動物の被検体９０を対象とする場合には、Ｘ軸方向に沿って３０ｃｍ程度でありＹ軸方向に沿って６ｍｍ程度である。半導体素子アレイ２２の素子数や大きさは、測定対象となる被検体９０の大きさなどに応じて決定されてもよい。

Ｘ線検出器２０によるＸ線の検出データ、つまり被検体９０を透過するファンビーム１２から得られる投影データは、半導体素子アレイ２２の各チャンネルごとに得られる。例えば、各半導体素子を１チャンネルとして、半導体素子アレイ２２の全体で１２００００チャンネルの投影データがＸ線検出器２０から出力される。なお、いくつかの半導体素子により１つのチャンネルを形成してもよい。

また、半導体素子アレイ２２は、ファンビーム１２の底辺の全域を検出できることが望ましい。そのため、半導体素子アレイ２２の検出面とファンビーム１２の底辺は、ほぼ同じ大きさでほぼ同じ形状であることが望ましい。半導体素子アレイ２２の検出面は、例えば平板状に形成されるが、後に説明する回転方向に沿って円弧状に反った形状であってもよい。

Ｘ線発生器１０とＸ線検出器２０は、回転ベース７２に搭載されており、互いの対向配置状態を維持しつつ被検体９０を中心とする円の円周に沿って回転される。回転ベース７２は回転機構７０によって回転される。なお、被検体９０は回転されない。スライド機構８０は、回転ベース７２の回転中心軸方向に沿って、被検体９０をスライド移動させる。例えば被検体９０がテーブルに載せられ、そのテーブルがスライド機構８０により図のＹ軸方向に沿って直線的に移動される。

被検体９０のＸ線ＣＴ画像を形成する際には、まず、スライド機構８０によって被検体９０がＹ軸方向の所定位置に移動され、移動された被検体９０を中心としてＸ線発生器１０とＸ線検出器２０が一回転される。その回転により、Ｘ線発生器１０が、被検体９０に対するファンビーム１２の照射角度を徐々に変化させて複数の照射方向からファンビーム１２を照射し、Ｘ線検出器２０が各照射方向ごとにファンビーム１２を検出する。検出された投影データは、各照射方向ごとに且つ各チャンネルごとにＸ線検出器２０から出力される。

Ｘ線発生器１０とＸ線検出器２０を一回転させることにより得られる投影データに基づいて被検体９０のＸ線断層画像が形成される。半導体素子アレイ２２がＹ軸方向に６０個（６０チャンネル分）の素子を備えていれば、Ｘ線発生器１０とＸ線検出器２０を一回転させることにより６０枚のＸ線断層画像を形成することができる。

Ｘ線発生器１０とＸ線検出器２０が一回転され、Ｘ線断層画像の形成に必要な投影データが収集されると、スライド機構８０によって被検体９０がＹ軸方向に沿って移動され、さらに、その移動された位置においてＸ線発生器１０とＸ線検出器２０が一回転されて投影データが収集される。なお、Ｘ線発生器１０とＸ線検出器２０は、Ｙ軸上のある位置において一方向に３６０°回転されて投影データを収集し、次のＹ軸上の位置において逆方向に３６０°回転されて投影データを収集する。もちろん、Ｘ線発生器１０とＸ線検出器２０が、常に一定の方向に回転される構成でもよい。

こうして、スライド機構８０によって被検体９０をＹ軸方向に沿って移動させてＹ軸上の各位置において投影データを収集することにより、被検体９０の全体に亘って投影データが収集され、被検体９０の全体に関するＸ線断層画像を形成することができる。もちろんＹ軸上の必要な位置におけるＸ線断層画像のみを形成するようにしてもよい。

Ｘ線検出器２０において各照射方向ごとに且つ各チャンネルごとに得られた投影データは、画像形成部４０へ出力される。画像形成部４０は、複数の投影データに基づいてＸ線画像データを形成する。画像形成部４０は、各照射方向ごとに且つ各チャンネルごとに得られた複数の投影データに基づいて、再構成演算処理を行うことによりＣＴ画像データ（断層画像データ）を構成する。再構成演算については公知の各種の手法を利用することが可能である。また、画像形成部４０は、構成された断層画像データを利用して被検体９０に関する診断パラメータなどを算出してもよい。こうして、画像形成部４０において被検体９０の断層画像データが形成されると、その断層画像データに対応した断層画像が表示部５０に表示される。

図１に示すＸ線ＣＴ装置の各構成（各機能ブロック）は、制御部６０によって集中的に制御される。なお、図１に示す構成のうちの一部がコンピュータなどによって実現されてもよい。例えば、制御部６０のうちの一部の機能と画像形成部４０と表示部５０がコンピュータによって実現され、Ｘ線発生器１０とＸ線検出器２０などを備えた測定ユニットとそのコンピュータが接続されて、図１のＸ線ＣＴ装置が実現されてもよい。ちなみに、コンピュータによって制御部６０のうちの一部の機能を実現する場合には、その機能に適したプログラム（例えば図２および図３を利用して説明する不安定素子の抽出処理手順を記述したプログラム）によってコンピュータを動作させ、コンピュータを制御部６０として機能させればよい。

次に、図１のＸ線ＣＴ装置のキャリブレーションにおいて不安定素子（欠陥素子）を抽出する方法について説明する。キャリブレーションは、Ｘ線ＣＴ装置を電気的または機械的に調整する作業であり、Ｘ線ＣＴ装置を利用して撮影などを行う前に、例えば一日に一度だけ実施される。キャリブレーションでは、例えば、Ｘ線を実際に照射検出して実施されるＸ線の強度やＸ線の検出感度に関する調整や、回転機構７０の回転動作に関する機械的な調整や、スライド機構８０のスライド動作に関する機械的な調整などが行われる。

本実施形態では、キャリブレーションにおいて、Ｘ線検出器２０の半導体素子アレイ２２を介して得られた複数の検出データ、つまり複数の投影データに基づいて、以下に説明する不安定素子の抽出処理を実行する。

図２は、本実施形態における不安定素子の抽出処理を説明するための図である。半導体素子アレイ２２は、二次元的に配列された複数の半導体素子によって形成されており、例えば各半導体素子が１チャンネルに対応する。図２において、半導体素子アレイ２２はｃｈ_１からｃｈ_ＮまでのＮチャンネル（Ｎ素子）を有している。

制御部（図１の符号６０）は、Ｘ線発生器やＸ線検出器などを制御することにより、各チャンネルごとに、つまり各半導体素子ごとに投影データ（Ｄ_１，Ｄ₂，Ｄ₃，・・・）を収集する。そして、例えば数秒間から数分間の所定時間内において得られる投影データに基づいて、各半導体素子ごとに、その所定時間内の投影データの平均値と標準偏差を算出する。その際、Ｘ線照射時における平均値と標準偏差が算出され、さらに、Ｘ線非照射時における標準偏差が算出される。

つまり、まず、Ｘ線発生器からＸ線（ファンビーム）を照射した場合に各半導体素子ごとに所定時間内において得られる照射時の投影データに基づいて平均値と標準偏差を算出する。例えば、チャンネルｃｈ_ｎに関して、Ｘ線照射時の平均値ＡＶ_ｎと標準偏差ＳＤ_ｎが算出される。次に、Ｘ線発生器からＸ線を照射しない場合に各半導体素子ごとに所定時間内において得られる非照射時の投影データに基づいて標準偏差を算出する。例えば、チャンネルｃｈ_ｎに関して、Ｘ線非照射時の標準偏差ＳＤ_ｎが算出される。なお、Ｘ線非照射時の平均値ＡＶ_ｎが算出されてもよい。

そして、制御部は、各チャンネルごとに、つまり各半導体素子ごとに算出されるＸ線照射時の平均値とＸ線照射時の標準偏差とＸ線非照射時の標準偏差に基づいて、その半導体素子が不安定素子か否かを判断する。例えば、予め定められたリファレンスデータとの比較から半導体素子が不安定素子か否かを判断する。

例えば、チャンネルｃｈ_ｎに関して、Ｘ線照射時の平均値ＡＶ_ｎとそれに対応するリファレンスデータとの差が一定値以上であり、且つ、Ｘ線照射時の標準偏差ＳＤ_ｎとそれに対応するリファレンスデータとの差が一定値以上であり、且つ、Ｘ線非照射時の標準偏差ＳＤ_ｎとそれに対応するリファレンスデータとの差が一定値以上の場合に、チャンネルｃｈ_ｎに対応した素子が不安定素子であると判断する。なお、Ｘ線非照射時の平均値ＡＶ_ｎが利用されてもよい。また、ここに示す不安定素子の判断条件はあくまでも例示に過ぎない。例えば、Ｘ線照射時の標準偏差ＳＤ_ｎとＸ線非照射時の標準偏差ＳＤ_ｎのみに基づいて不安定素子か否かを判断するなどでもよい。一般に、不安定素子は標準偏差が大きくなる。

こうして、制御部により半導体素子アレイ２２のＮチャンネル（Ｎ素子）の中から不安定素子が抽出される。そして、キャリブレーション後に行われる被検体に関するＸ線画像の撮影において、不安定素子に関する投影データは、その不安定素子に近接する少なくとも一つの良好な半導体素子から得られる投影データに基づいて、補間処理などによって修正される。

以上のように、Ｘ線照射時における平均値などとリファレンスデータとを比較することにより不安定素子が抽出される。不安定素子か否かの判断において基準となるリファレンスデータは、予め絶対的に定められてもよいし、次のようにして算出されてもよい。

図３は、リファレンスデータの算出処理を説明するための図である。半導体素子アレイ２２は、二次元的に配列された複数の半導体素子によって形成されており、例えば各半導体素子が１チャンネルに対応する。図２と同様に図３においても、半導体素子アレイ２２について、ｃｈ_１からｃｈ_ＮまでのＮチャンネル（Ｎ素子）が示されている。

制御部（図１の符号６０）は、Ｘ線発生器やＸ線検出器などを制御することにより、参考時間Ｔ_Ｒ内において投影データを収集する。参考時間Ｔ_Ｒは例えば５分間であり、参考時間Ｔ_Ｒ内において各チャンネルごとにＤ_１〜Ｄ_ｋの投影データが収集される。そして、制御部は、参考時間Ｔ_Ｒ内において半導体素子アレイ２２の全チャンネルに亘って収集される投影データに基づいて統計データを算出する。その際、統計データとして、Ｘ線照射時における平均値と標準偏差が算出され、さらに、Ｘ線非照射時における標準偏差が算出される。

つまり、まず、Ｘ線発生器からＸ線（ファンビーム）を照射した場合に、参考時間Ｔ_Ｒ内において半導体素子アレイ２２の全チャンネルに亘って収集される投影データに基づいて、Ｘ線照射時の平均値ＡＶ_Rと標準偏差ＳＤ_Rが算出される。次に、Ｘ線発生器からＸ線を照射しない場合に、参考時間Ｔ_Ｒ内において半導体素子アレイ２２の全チャンネルに亘って収集される投影データに基づいて、Ｘ線非照射時の標準偏差ＳＤ_Rが算出される。なお、Ｘ線非照射時の平均値ＡＶ_Rが算出されてもよい。

このようにして算出されたＸ線照射時の平均値ＡＶ_Rと標準偏差ＳＤ_R、Ｘ線非照射時の標準偏差ＳＤ_Rが、不安定素子か否かの判断において基準となるリファレンスデータとして利用される。例えば図２に示すチャンネルｃｈ_ｎに関して、Ｘ線照射時の平均値ＡＶ_ｎと図３に示すＸ線照射時の平均値ＡＶ_Rとの差が一定値以上であり、且つ、Ｘ線照射時の標準偏差ＳＤ_ｎと図３に示すＸ線照射時の標準偏差ＳＤ_Rとの差が一定値以上であり、且つ、Ｘ線非照射時の標準偏差ＳＤ_ｎと図３に示すＸ線非照射時の標準偏差ＳＤ_Rとの差が一定値以上の場合に、チャンネルｃｈ_ｎが不安定素子であると判断する。

ちなみに、リファレンスデータを算出する際に、参考時間Ｔ_Ｒ内において宇宙線（ミューオン）などが半導体素子アレイ２２に飛来する可能性もある。例えばミューオンの影響を受けた素子からは、特異的な投影データが得られる。しかし、ミューオンは、例えば数分から数十分に１度程度の頻度で半導体素子アレイ２２に飛来する程度である。つまり、参考時間Ｔ_Ｒ（例えば５分間）内にミューオンが飛来する回数は、例えば０から数回程度である。そのため、全チャンネルの投影データ（Ｄ_１〜Ｄ_ｋ）のデータ数が多ければ、平均値ＡＶ_Ｒと標準偏差ＳＤ_Ｒにおいて、ミューオンの影響を受けた投影データは、もはや支配的ではなくなり、ミューオンによる影響を実質的に無視できる。なお、特異的な投影データを取り除いてからリファレンスデータを算出してもよい。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上述した実施形態は、あらゆる点で単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものではない。本発明は、その本質を逸脱しない範囲で各種の変形形態を包含する。

本発明に係るＸ線ＣＴ装置の全体構成を示す機能ブロック図である。本実施形態における不安定素子の抽出処理を説明するための図である。リファレンスデータの算出処理を説明するための図である。

符号の説明

１０Ｘ線発生器、２０Ｘ線検出器、４０画像形成部、６０制御部。

Claims

被検体に対してＸ線を照射するＸ線発生部と、
Ｘ線を検出する複数の半導体素子からなる半導体素子アレイを備えたＸ線検出部と、
Ｘ線の検出データに基づいてＸ線画像データを形成する画像形成部と、
Ｘ線検出部の半導体素子アレイに含まれる不安定素子を抽出する制御部と、
を有し、
前記制御部は、Ｘ線発生部からＸ線を照射した場合に各半導体素子ごとに得られる照射時の検出データと、Ｘ線発生部からＸ線を照射しない場合に各半導体素子ごとに得られる非照射時の検出データと、に基づいて各半導体素子ごとに不安定素子か否かを判断する、
ことを特徴とするＸ線撮像装置。
請求項１に記載のＸ線撮像装置において、
前記制御部は、各半導体素子ごとに得られる非照射時の検出データに関する標準偏差を利用して各半導体素子ごとに不安定素子か否かを判断する、
ことを特徴とするＸ線撮像装置。
請求項２に記載のＸ線撮像装置において、
前記制御部は、各半導体素子ごとに得られる照射時の検出データに関する平均値と標準偏差を利用して各半導体素子ごとに不安定素子か否かを判断する、
ことを特徴とするＸ線撮像装置。
請求項３に記載のＸ線撮像装置において、
前記制御部は、参考時間内において半導体素子アレイの全体に亘って収集される検出データに関する統計データをリファレンスデータとして、各半導体素子ごとに得られる照射時の平均値と照射時の標準偏差と非照射時の標準偏差の各々とリファレンスデータを比較することにより、各半導体素子ごとに不安定素子か否かを判断する、
ことを特徴とするＸ線撮像装置。