JP2009080053A - X-ray ct apparatus, x-ray detection method using x-ray ct apparatus, x-ray sensor signal processing system, and x-ray sensor signal processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、X線CT装置,X線CT装置のX線検出方法,X線センサ信号処理システム、及びX線センサ信号処理方法に関する。 The present invention relates to an X-ray CT apparatus, an X-ray detection method for an X-ray CT apparatus, an X-ray sensor signal processing system, and an X-ray sensor signal processing method.
産業用X線CT装置は、物体の内部形状を観察,計測するために、非常に有用な非破壊検査装置である。このため、最近では自動車会社を中心に、開発品の形状計測や鋳造品の巣の分布計測などに活用されるようになってきた。大型鋳造品などの断層像を撮影するためには、透過力の高い高エネルギーX線を発生する加速器をX線源に用いたX線CT装置が開発されている。たとえば、非特許文献1には電子線加速器をX線源とし、短冊形のシリコン半導体センサをX線検出器に用いた産業用X線CT装置が示されている。このX線CT装置は被試験体をX線ファンビームに垂直な軸周りに1回転させて断層像を撮影する、いわゆる第3世代方式のX線CT装置である。
The industrial X-ray CT apparatus is a very useful nondestructive inspection apparatus for observing and measuring the internal shape of an object. For this reason, it has recently been used mainly by automobile companies for measuring the shape of developed products and measuring the distribution of casting nests. In order to take a tomographic image of a large cast product or the like, an X-ray CT apparatus using an accelerator that generates high-energy X-rays with high transmission power as an X-ray source has been developed. For example, Non-Patent
また、半導体センサを使用したX線CT装置は、特許文献1(特表平10−512398号公報)などに記載されている。とくに、化合物半導体であるCdTe(テルル化カドミウム)センサを使用し、X線検出の測定感度を向上させるとともに長時間撮影時に問題となるセンサの出力低下現象を防止したX線CT装置は特許文献2(特開2006−010364号公報)に記載されている。
An X-ray CT apparatus using a semiconductor sensor is described in Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 10-512398). In particular, an X-ray CT apparatus that uses a CdTe (cadmium telluride) sensor, which is a compound semiconductor, to improve the measurement sensitivity of X-ray detection and prevent a sensor output decrease phenomenon that becomes a problem during long-time imaging is disclosed in
しかしながら、X線検出の測定感度を向上しつつ、X線CT装置で多数使用される個々の半導体センサにおける出力のばらつき抑制については考慮されていなかった。個々の半導体センサにおいて出力にばらつきが生じると、撮影画像に悪影響を及ぼす。 However, it has not been considered to suppress variations in output in individual semiconductor sensors that are used in many X-ray CT apparatuses while improving measurement sensitivity of X-ray detection. If the output of each semiconductor sensor varies, the captured image is adversely affected.
そこで本発明の目的は、X線検出の測定感度を向上しつつ、X線センサの出力ばらつきを抑えることによりCT画像の品質劣化を防止して、X線CT装置による撮影画像の品質を向上させることにある。 Therefore, an object of the present invention is to improve the quality of a captured image by an X-ray CT apparatus by improving the measurement sensitivity of X-ray detection and suppressing the output variation of the X-ray sensor to prevent the deterioration of the quality of the CT image. There is.
本発明は、X線を被試験体に出射するX線出射手段と、前記被試験体を透過したX線を検出する複数のX線センサと、前記X線センサの出力信号を処理する信号処理装置とを備え、前記信号処理装置が、前記X線センサに順方向のバイアス電流を供給するとともに、それぞれの前記X線センサに等しい大きさのバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段を設けたことを特徴とする。 The present invention provides an X-ray emitting means for emitting X-rays to a device under test, a plurality of X-ray sensors for detecting X-rays transmitted through the device under test, and signal processing for processing an output signal of the X-ray sensor. A bias current supply means for supplying a forward bias current to the X-ray sensors and supplying a bias current having a magnitude equal to each of the X-ray sensors. It is characterized by.
本発明によると、X線検出の測定感度を向上しつつ、X線センサの出力ばらつきを抑えることによりCT画像の品質劣化を防止して、X線CT装置による撮影画像の品質を向上させることができる。 According to the present invention, it is possible to improve the quality of a captured image by an X-ray CT apparatus by improving the measurement sensitivity of the X-ray detection and suppressing the output variation of the X-ray sensor to prevent the quality deterioration of the CT image. it can.
産業用X線CT装置に使用するセンサとして、シリコン半導体センサがある。シリコン半導体センサは、センササイズやX線エネルギーにより異なるが、高エネルギーX線の検出効率が20%程度となる。しかしながら、断層像の密度分解能を向上させるためには、X線センサの検出効率(感度)が高い方が望ましい。そのため、シリコンより密度が2倍ほど大きく、検出効率も約2倍向上できるCdTe半導体センサの使用が考えられている。 As a sensor used for an industrial X-ray CT apparatus, there is a silicon semiconductor sensor. A silicon semiconductor sensor has a high-energy X-ray detection efficiency of about 20%, although it varies depending on the sensor size and X-ray energy. However, in order to improve the density resolution of the tomographic image, it is desirable that the detection efficiency (sensitivity) of the X-ray sensor is high. For this reason, it is considered to use a CdTe semiconductor sensor whose density is twice as high as that of silicon and whose detection efficiency can be improved about twice.
このCdTeセンサの一つに、電極の一方をショットキーダイオード電極としたセンサがある。この電極を用いるとリーク電流も少ないため、X線CT装置への適用が広く検討されている。 One of the CdTe sensors is a sensor in which one of the electrodes is a Schottky diode electrode. When this electrode is used, the leakage current is also small, so that application to an X-ray CT apparatus has been widely studied.
しかし、CdTeセンサでは長時間のバイアス印加による出力低下現象が発生する。この出力低下現象を防止するために、特許文献2ではCdTeセンサにショットキーダイオードで電流が遮断される方向とは逆のバイアス電圧を印加し、出力低下現象を防止する方法を開示する。ここで、ショットキーダイオードで電流が流れる方向をショットキーダイオードの順方向とし、順方向バイアスと定義する。順方向バイアスではCdTeセンサのX線検出感度がSi半導体センサの約2倍に向上するだけでなく、出力電流も逆方向バイアスの約4倍となり、S/Nが良く、ひいてはCT断層画像の画質向上が可能となる。
However, in the CdTe sensor, an output reduction phenomenon occurs due to a long-time bias application. In order to prevent this output reduction phenomenon,
ここで、X線CT装置は1台で多数のセンサ(500から100個)を使用することも考慮する必要がある。つまり、撮影されたCT画像の画質を向上させるためには、各センサのX線検出特性ができるだけ等しいことが望ましい。しかしながら、順方向バイアスでCdTeセンサの出力を測定してみると、出力電流のばらつきが大きく、このままではCT画像の画質に悪影響を及ぼす恐れがあることがわかった。 Here, it is necessary to consider that a single X-ray CT apparatus uses a large number of sensors (500 to 100). That is, in order to improve the image quality of the captured CT image, it is desirable that the X-ray detection characteristics of the sensors are as equal as possible. However, when the output of the CdTe sensor was measured with a forward bias, it was found that there was a large variation in output current, and there was a risk of adversely affecting the image quality of the CT image.
順方向バイアスでCdTeセンサを使用した場合に出力電流がばらつく理由は、一定電圧の順方向バイアスにより発生するリーク電流(バイアス電流)がセンサ素子により大きく異なることに起因する。このため、複数のX線センサ間でリーク電流を一定にすることにより、CdTeセンサがX線を検出する時に、センサから出力する電流のばらつきを低減できる。以下、センサから出力する電流のばらつきを低減する本発明の実施例について説明する。 The reason why the output current varies when the CdTe sensor is used in the forward bias is that the leak current (bias current) generated by the forward bias of a constant voltage varies greatly depending on the sensor element. For this reason, by making the leak current constant among a plurality of X-ray sensors, it is possible to reduce variations in current output from the sensor when the CdTe sensor detects X-rays. Hereinafter, an embodiment of the present invention that reduces variations in current output from the sensor will be described.
図2は実施例1の構成を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the first embodiment.
X線CT装置100は、X線出射手段としてX線ファンビーム2を出力する電子線加速器1と、被試験体14を設置するスキャナ3,被試験体14を透過してきたX線を検出するX線センサ4−1から4−512と、X線センサ4のS/N比を向上させるためにX線センサ4へ入射する散乱X線の量を抑えるコリメータ5,X線センサの出力信号を増幅しデジタル信号に変換する信号処理装置10、および信号処理装置10からのデジタルデータを収集すると共に装置全体を制御する制御装置6,画像の再構成を行う画像再構成装置7,画像再構成により作成された画像やその他の情報を表示する表示装置8,制御装置6からの制御指令により電子線加速器1,スキャナ3、及び信号処理装置10の動作を制御するコントローラ9を備えている。
The
図2のX線CT装置は、被試験体14を回転させて1断面を撮影する第3世代のX線CT装置を示す。スキャナ3は、回転機能のほかに被試験体14の各高さにおける断面撮影を行うために、上下方向に動作する機能を持つ。
The X-ray CT apparatus of FIG. 2 shows a third generation X-ray CT apparatus that rotates the device under test 14 and images one cross section. In addition to the rotation function, the
電子線加速器1は、制御用ケーブル16によりコントローラ9に接続され、コントローラ9によりX線ファンビーム2の発生・停止が制御される。スキャナ3も同様に制御ケーブル15でコントローラ9に接続され、スキャナの回転・上下位置の調整が行われる。
The
X線センサ4は、X線ファンビーム2の発生点を見込むように一列に配置され、本実施例では512個が設置されている。X線センサ4は、センサ数が多いほど撮影解像度を向上させることが出来る。そして、このX線センサ4はスキャナの回転と同期してX線を検出しており、スキャナ3が回転する一定角度ごとに電子線加速器1からX線パルスが出力され、被試験体14を透過してきたX線を検出する。X線センサ4から出力されたX線量に対応する信号は、信号処理装置10で増幅されデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は、信号ケーブル17を通して制御装置6に送信される。その後、制御装置6から画像再構成装置7にデジタル信号を送信し、CT画像の再構成に用いられる。
The
また、加速器を用いたX線CT装置の場合、加速器から出射されるX線は、加速器の特性から周期的に発生するパルス状X線となる。一般的には、5ms周期に5μs幅の強力なX線パルス(X線光子の集まり)が出力される。本実施例では、被試験体が1回転する間にX線パルスが1920回出射され、データを測定する。すなわち、0.1875度ごとにX線量を測定する。本実施例では、512個のX線センサがあるため、1断層を再構成するためのデータは512×1920個のデータ量になる。 In the case of an X-ray CT apparatus using an accelerator, the X-rays emitted from the accelerator are pulsed X-rays that are periodically generated due to the characteristics of the accelerator. In general, a powerful X-ray pulse (collection of X-ray photons) having a width of 5 μs is output in a period of 5 ms. In this embodiment, X-ray pulses are emitted 1920 times during one rotation of the DUT, and data is measured. That is, the X-ray dose is measured every 0.1875 degrees. In this embodiment, since there are 512 X-ray sensors, the data for reconstructing one slice is 512 × 1920 data.
本実施例のX線センサ4−1から4−512は、陽極にIn、陰極にPt電極を用いたCdTe半導体センサ(In/CdTe/Ptセンサ)である。そのバイアスは、各X線センサに等しい大きさのバイアス電流が供給されるように、X線センサ毎に調節した正電圧を、本来陰極であるPt電極に印加することにより、In電極部のダイオード接合が順方向バイアスになる。そのため、本実施例のX線センサは、バイアス電流が大きくなる方向(順方向)で使用する。 The X-ray sensors 4-1 to 4-512 of the present embodiment are CdTe semiconductor sensors (In / CdTe / Pt sensors) using In as an anode and a Pt electrode as a cathode. The bias is applied by applying a positive voltage adjusted for each X-ray sensor to the Pt electrode, which is originally a cathode, so that a bias current having an equal magnitude is supplied to each X-ray sensor. The junction is forward biased. For this reason, the X-ray sensor of this embodiment is used in a direction (forward direction) in which the bias current increases.
以下、図3を用いてX線センサの構造を詳細に説明する。図3は本実施例に使用しているX線センサの構造を示す立面図と平面図である。CdTe結晶200は、細長い直方体の形状をしており、CdTe結晶の大きさは縦3mm×横約40mm×高さ0.5mmである。X線は、CdTe結晶の横方向と並行に入射する。CdTe結晶200の上下面には、Pt電極201とIn電極202が蒸着されてIn/CdTe/Ptセンサを構成している。In/CdTe/Ptセンサは絶縁基板203に接着されている。絶縁基板203側のIn電極202は直接プリント配線端子208に導電性接着剤で接合され、上面のPt電極201はボンディングワイヤー206でプリント配線端子207に接合されている。絶縁基板203にはフレキシブル基板が用いられている。ヘビイメタル基板204はタングステン合金製である。このヘビイメタル基板204は、X線センサの保護と同時に、隣のX線センサで散乱したX線の入射や反跳電子を遮蔽する役割を担う。
Hereinafter, the structure of the X-ray sensor will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 is an elevation view and a plan view showing the structure of the X-ray sensor used in this embodiment. The CdTe crystal 200 has an elongated rectangular parallelepiped shape, and the size of the CdTe crystal is 3 mm long × about 40 mm wide × 0.5 mm high. X-rays are incident in parallel with the lateral direction of the CdTe crystal. A
図4は順方向バイアスにおけるX線センサの電流−電圧特性の一例を示す図である。縦軸にリーク電流値、横軸に電圧値を示す。順方向バイアスのため、低い電圧でリーク電流が流れ始める。電流−電圧特性はX線センサにより異なる。本図に示した2つのX線センサにおいても、バイアス電圧を一定とするとリーク電流は数10%異なることがわかる。なお、逆方向バイアスでは100Vを印加しても1nA程度のリーク電流となる。 FIG. 4 is a diagram showing an example of current-voltage characteristics of the X-ray sensor in the forward bias. The vertical axis represents the leakage current value, and the horizontal axis represents the voltage value. Due to the forward bias, leakage current begins to flow at a low voltage. The current-voltage characteristic varies depending on the X-ray sensor. Also in the two X-ray sensors shown in this figure, it is understood that the leak current differs by several tens of percent when the bias voltage is constant. In the reverse bias, a leak current of about 1 nA occurs even when 100 V is applied.
ここで、CdTeセンサに生じる現象を逆方向バイアス、順方向バイアスに分けて説明する。 Here, the phenomenon that occurs in the CdTe sensor will be described separately for the reverse bias and the forward bias.
逆方向バイアスにおけるCdTeセンサの出力低下現象は、CdTe結晶内部の不純物に起因するエネルギー準位(以下、トラップ準位という)に電子がトラップされて、X線によりセンサ内部に発生した電子・正孔対の収集が不十分になるために起こる。トラップ準位は負の電荷を持つために、トラップ準位の数が増加するとセンサ内部の電場が弱まる。そのため、X線により発生した電子・正孔対がセンサの両電極に収集されにくくなりセンサの出力電流が小さくなると考えられる。 The output decrease phenomenon of the CdTe sensor in the reverse bias is caused by electrons trapped in energy levels (hereinafter referred to as trap levels) caused by impurities in the CdTe crystal, and electrons / holes generated inside the sensor by X-rays. Occurs due to insufficient pair collection. Since the trap level has a negative charge, the electric field inside the sensor becomes weaker as the number of trap levels increases. Therefore, it is considered that electron / hole pairs generated by X-rays are not easily collected by both electrodes of the sensor, and the output current of the sensor is reduced.
トラップ準位の数Nの時間変化dN/dtは(1)式のように生成項と消滅項で表現できる。 The time variation dN / dt of the number N of trap levels can be expressed by a generation term and an annihilation term as shown in equation (1).
dN/dt=C1・(N0−N)−C2・N (1)
ここで、N0は存在するエネルギー準位の数、Nはトラップ準位の数、C1は発生確率、C2は消滅確率である。逆方向バイアスでは生成項>消滅項のため、Nは徐々に増加し出力低下が発生すると考えられる。
dN / dt = C1 · (N0−N) −C2 · N (1)
Here, N0 is the number of existing energy levels, N is the number of trap levels, C1 is the probability of occurrence, and C2 is the probability of disappearance. In the reverse bias, since the generation term> the extinction term, it is considered that N gradually increases and the output decreases.
次に、順方向バイアスではリーク電流が逆方向バイアスよりも多く流れているために、生成項は非常に大きい。そのため、バイアスをかけるとすぐにエネルギー準位に電子がトラップされてしまい、Nは飽和状態になる(N0は有限のため)。このため、図4を見ても分かるように、CdTe内の電場は小さくなる。但し、逆バイアスと違いエネルギー障壁が無いため、電子・正孔は自由に電極からCdTe結晶内に出入りできる。従って、X線により生成した電子・正孔対は再結合する割合が少なく、大部分がセンサ外に出力される。これが、CdTeセンサを順方向バイアスで使用すると逆方向バイアスよりも出力電流が大きくなる理由であると考えられる。 Next, since the leakage current flows more in the forward bias than in the reverse bias, the generation term is very large. Therefore, as soon as a bias is applied, electrons are trapped at the energy level, and N becomes saturated (since N0 is finite). For this reason, as can be seen from FIG. 4, the electric field in CdTe is reduced. However, unlike the reverse bias, there is no energy barrier, so electrons and holes can freely enter and exit the CdTe crystal from the electrodes. Accordingly, the electron-hole pairs generated by X-rays have a low recombination rate, and most of them are output outside the sensor. This is considered to be the reason why the output current becomes larger than the reverse bias when the CdTe sensor is used with the forward bias.
ここで、(1)式でdN/dt=0とするとNは、
N=(1−C2/(C1+C2))N0≒(1−C2/C1))N0 (2)
となり(C1>>C2であるので)、X線センサによるNの値の違いはC2に依存する。トラップ準位の消滅のためには正孔が多く結晶内に存在することが必要である。このため、リーク電流が大きければC2が大きくなり、これによりトラップ準位数Nは小さくなり、X線センサの出力は大きくなる。したがって、順方向バイアスにおけるX線センサ出力のばらつきは、それぞれのX線センサに等しい大きさのバイアス電流(リーク電流)を供給することにより低減できる。
Here, if dN / dt = 0 in equation (1), N is
N = (1-C2 / (C1 + C2)) N0≈ (1-C2 / C1)) N0 (2)
(Since C1 >> C2), the difference in the value of N by the X-ray sensor depends on C2. In order to eliminate the trap level, it is necessary that many holes exist in the crystal. For this reason, if the leak current is large, C2 is increased, whereby the trap level number N is decreased, and the output of the X-ray sensor is increased. Therefore, variations in the X-ray sensor output in the forward bias can be reduced by supplying a bias current (leakage current) having the same magnitude to each X-ray sensor.
ただし、リーク電流があまりに大きいと測定結果にノイズとして現れ、最終的にはCT画像の品質を悪化させる。これを避けるためには、リーク電流は1μA以下程度に抑制する必要がある。例えば、図4に示したX線センサでリーク電流を1μAに制御するためには、センサ1で約0.6V、センサ2では約0.75Vの順方向バイアス電圧を印加する必要がある。そのために、本実施例ではX線センサ毎に一定電流を供給するバイアス電流供給手段を設けた。
However, if the leak current is too large, it appears as noise in the measurement result, and ultimately the quality of the CT image is deteriorated. In order to avoid this, it is necessary to suppress the leakage current to about 1 μA or less. For example, in order to control the leakage current to 1 μA with the X-ray sensor shown in FIG. 4, it is necessary to apply a forward bias voltage of about 0.6 V for
図1は、信号処理装置10の内部構成を示す。プリアンプ21−1から21−512はX線センサ4の出力電流を電圧に変換し増幅する。サンプル・ホールドアンプ(S/Hアンプ)22−1から22−512は、おのおの接続されたプリアンプ21の出力をホールドする。そして、AD変換器23−1から23−512が、サンプル・ホールドアンプ22の出力をデジタル値に変換する。制御回路24はコントローラ9からの信号19により、これらのタイミングを制御する。
FIG. 1 shows an internal configuration of the
バイアス電流供給手段27は、それぞれのX線センサ4に対応して設けられている。バイアス電流指示手段28は、個々のバイアス電流供給手段27−1から27−512がそれぞれのX線センサ4に等しい大きさのバイアス電流を供給するために、対応する指示電圧で供給する。バイアス電流供給手段27−1から27−512は、前記指示電圧に従って一定のバイアス電流をX線センサ4−1から4−512にそれぞれ供給する。各X線センサの測定値(AD変換器23−1から23−512の出力値)はバス25,インターフェース26を介して制御装置6に信号17として出力される。
The bias current supply means 27 is provided corresponding to each
図5は、プリアンプ21とバイアス電流供給手段27の詳細回路図である。プリアンプ21は電流積分と波形整形の2段構成である。X線センサ4に供給するバイアス電流(リーク電流)は直流成分の電流であるため、バイアス電流はコンデンサ31で除去される。一方、X線パルスにより生じたX線センサ4のパルス電流は、コンデンサ31を通過した後、コンデンサ33に蓄積される。抵抗32はOPアンプ36の入力回路保護のための抵抗であり、抵抗34は電流を積分して得られた出力電圧を徐々に放電するための抵抗である。その時定数はコンデンサ31と抵抗34の値の掛け算で決まる。次段は初段の出力波形を整形するための微分回路である。時定数はコンデンサ37と抵抗38の値の積で決まる。
FIG. 5 is a detailed circuit diagram of the preamplifier 21 and the bias current supply means 27. The preamplifier 21 has a two-stage configuration of current integration and waveform shaping. Since the bias current (leakage current) supplied to the
パルス電流がコンデンサ33,抵抗34に流れ込むためには、バイアス電流供給手段27の出力インピーダンス>>抵抗32の値であることが必要である。但し、バイアス電流供給手段27の出力インピーダンスは数MΩ以上あり、抵抗32には100から0Ωが用いられるので問題は無い。また、コンデンサ31には0.1μF、コンデンサ33には10から200pF程度、抵抗34には1から10MΩ程度が用いられる。そして、コンデンサ37,抵抗38はその微分時定数が約200μsになるように調整される。このような定数を用いると、5μs幅のX線パルスがX線センサ4に入射した場合、パルス電流はコンデンサ33に流れこんで積分され、入射X線量(フォトン数)に比例した出力電圧がプリアンプ21の出力端子に出力される。
In order for the pulse current to flow into the capacitor 33 and the resistor 34, it is necessary that the output impedance of the bias current supply means 27 >> the value of the resistor 32. However, there is no problem because the output impedance of the bias current supply means 27 is several MΩ or more and 100 to 0Ω is used for the resistor 32. The
バイアス電流供給手段27は、市販の計装アンプICとOPアンプを組み合わせることで実現できる。計装アンプ43は通常+,−入力,リファレンス入力(図6中のREF)、及び出力端子を有する。計装アンプ43は電圧ゲインを制御するための入力端子もあるが、本実施例ではゲイン1で用いるので省略している。計装アンプ43の+入力にはバイアス電流指示手段28からの指示電圧Vcが入力される。計装アンプ43の出力は抵抗41に接続され、抵抗41の他端はCdTeセンサ4に接続される。
The bias current supply means 27 can be realized by combining a commercially available instrumentation amplifier IC and an OP amplifier. The
OPアンプ42はゲイン1のバッファアンプを構成し、その+入力は抵抗41のCdTeセンサ側端子に、出力は計装アンプ43のREF端子に接続される。このようにバイアス電流供給手段27を構成すると、X線センサ4に供給するリーク電流(バイアス電流)Iは、
I=Vc/R (3)
の一定値に制御される。ここで、Rは抵抗41の抵抗値、Vcはバイアス電流指示手段28からの指示電圧である。1μAのバイアス電流をX線センサに供給するためには、抵抗41のRを100kΩとし、バイアス電流指示手段28からの指示電圧Vcを0.1Vとすればよい。
The
I = Vc / R (3)
Is controlled to a constant value. Here, R is a resistance value of the resistor 41, and Vc is an instruction voltage from the bias current instruction means 28. In order to supply a bias current of 1 μA to the X-ray sensor, it is sufficient to set R of the resistor 41 to 100 kΩ and set the instruction voltage Vc from the bias current instruction means 28 to 0.1V.
それぞれのX線センサに供給されるバイアス電流Iは、CdTeセンサの特性の違いとは無関係に、バイアス電流供給手段27の働きにより一定に保持される。そのため、複数のX線センサから出力される出力電流のばらつきを抑制し、X線CT装置による撮影画像の品質を向上させることが可能である。バイアス電流Iを変更するためには、バイアス電流指示手段28からの指示電圧Vcを変更するだけでよい。 The bias current I supplied to each X-ray sensor is held constant by the action of the bias current supply means 27 regardless of the difference in characteristics of the CdTe sensor. For this reason, it is possible to suppress variations in output currents output from a plurality of X-ray sensors, and to improve the quality of images taken by the X-ray CT apparatus. In order to change the bias current I, it is only necessary to change the instruction voltage Vc from the bias current instruction means 28.
図6は、X線センサに入射するX線パルスとセンサの出力電流,プリアンプ出力電圧、および次段のS/Hアンプ出力電圧の時間変化を示した図である。縦軸にX線パルス、出力電流等のパラメータ、横軸に時間経過を示す。 FIG. 6 is a diagram showing a time change of the X-ray pulse incident on the X-ray sensor, the output current of the sensor, the preamplifier output voltage, and the S / H amplifier output voltage of the next stage. The vertical axis shows parameters such as X-ray pulse and output current, and the horizontal axis shows time.
前述のようにX線パルス幅Tp(=t1−t0)は5μSである。また、X線パルスの発生間隔(t3−t0)はコントローラ9に制御されて一定であり、本実施例では5msである。X線センサ4の出力電流はX線パルスの有無に関わらず、それぞれのX線センサにおいて等しい大きさのリーク電流が流れており、X線センサ4にX線が入射する間だけX線に起因するパルス電流が増加する。プリアンプ21では、X線によるパルス電流のみがコンデンサ33に積分され、プリアンプ出力電圧となる。
As described above, the X-ray pulse width Tp (= t1-t0) is 5 μS. Further, the generation interval (t3-t0) of the X-ray pulse is controlled by the controller 9 and is constant, and is 5 ms in this embodiment. Regardless of the presence or absence of X-ray pulses, the
したがって、In/CdTe/Ptセンサを順方向のバイアス電圧で用いて、CdTeセンサの特性の違いとは無関係に一定のバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段27を用いると、CdTeセンサの高感度によるプリアンプ出力の増加が得られるだけでなく、分極効果による感度の低下がなく、且つセンサ間の出力ばらつきが大きいという欠点を除去できる。 Therefore, when the In / CdTe / Pt sensor is used with a forward bias voltage and the bias current supply means 27 that supplies a constant bias current regardless of the difference in the characteristics of the CdTe sensor, the high sensitivity of the CdTe sensor is used. Not only can the output of the preamplifier be increased, but also the disadvantages that there is no decrease in sensitivity due to the polarization effect and the output variation between sensors is large can be eliminated.
プリアンプ出力電圧は、X線パルス発生前は0V、X線パルスがX線センサに入射している間(時刻t0からt1)は電流を積分するため増加(反転回路なのでマイナス方向に)し、X線発生がなくなるとプリアンプの電流積分段と波形整形段による一定の時定数で減衰し、0にもどる。S/Hアンプはタイミングコントローラの制御により時刻t1で出力をホールドするため、ホールド期間(時刻t1からt2)の間にADコンバータでデジタル値に変換することができる。 The preamplifier output voltage is 0 V before the generation of the X-ray pulse, and increases (in the negative direction because it is an inverting circuit) while the X-ray pulse is incident on the X-ray sensor (from time t0 to t1) to integrate the current. When the generation of the line disappears, it attenuates with a constant time constant by the current integration stage and the waveform shaping stage of the preamplifier and returns to zero. Since the S / H amplifier holds the output at time t1 under the control of the timing controller, it can be converted into a digital value by the AD converter during the hold period (from time t1 to t2).
なお、以上に述べた実施例のコンデンサや抵抗などの値は無論、この値に限定されるわけではない。また、本実施例ではIn電極側を接地し、Pt電極側にバイアス供給手段とプリアンプを接続する構成としている。しかし、本実施例とは逆に、Pt電極側を接地し、In電極側にバイアス供給手段とプリアンプを接続する構成とすることもできる。 Of course, the values of the capacitors and resistors in the above-described embodiments are not limited to these values. In this embodiment, the In electrode side is grounded, and the bias supply means and the preamplifier are connected to the Pt electrode side. However, contrary to the present embodiment, the Pt electrode side can be grounded, and the bias supply means and the preamplifier can be connected to the In electrode side.
さらに、X線出射手段はパルス状のX線を発生するX線源であれば加速器に限らないのはいうまでもない。さらに、上述の実施例ではX線センサと交流結合されたプリアンプでパルス電流を電圧に変換しかつ積分している。しかし、プリアンプでは電流電圧変換のみを行い、後段回路に積分機能をもたせても良い。さらに、測定信号の信号対ノイズ比を向上させるために、積分回路の後に帯域フィルターなどで波形を整形することも可能である。 Furthermore, it goes without saying that the X-ray emitting means is not limited to an accelerator as long as it is an X-ray source that generates pulsed X-rays. Furthermore, in the above-described embodiment, the pulse current is converted into a voltage and integrated by a preamplifier that is AC-coupled with the X-ray sensor. However, the preamplifier may perform only current-voltage conversion, and the post-stage circuit may have an integration function. Furthermore, in order to improve the signal-to-noise ratio of the measurement signal, it is possible to shape the waveform with a bandpass filter after the integrating circuit.
以上述べたように、本実施例によれば、X線CT装置のX線センサに、In電極とPt電極をそれぞれ用いたCdTe化合物半導体センサを用い、該X線センサのIn電極部のダイオード接合が順方向バイアスになるように一定のバイアス電流を供給する手段を設け、X線センサからの出力電流を検出するために交流結合電流積分回路を設けて、バイアス電流(リーク電流)を除去することにより、高感度なCdTeセンサによるプリアンプ出力の増加が得られるだけでなく、分極効果による出力変化を避けることができる。さらにセンサ間出力の大きさのばらつきを低減でき、CT再構成画像の品質を向上した産業用X線CT装置を提供できる。 As described above, according to this embodiment, a CdTe compound semiconductor sensor using an In electrode and a Pt electrode is used as the X-ray sensor of the X-ray CT apparatus, and the diode junction of the In electrode portion of the X-ray sensor is used. A means for supplying a constant bias current is provided so as to be a forward bias, and an AC coupling current integration circuit is provided to detect the output current from the X-ray sensor, thereby removing the bias current (leakage current). Thus, not only an increase in preamplifier output by a highly sensitive CdTe sensor can be obtained, but also an output change due to a polarization effect can be avoided. Furthermore, it is possible to provide an industrial X-ray CT apparatus that can reduce variations in the magnitude of the output between sensors and improve the quality of CT reconstructed images.
また、X線センサの半導体材料は本実施例で述べたCdTeに限ることはなく、分極効果を有する半導体であって、特許文献1に述べられているII−VI族のもの(CdTe:Cl,CdI−XZnXTe,CdTeI−XSeX,CdI−XZnXTe:Cl,GaAs,HgIn)や、TlBr(臭化タリウム)などを使用し、ダイオード接合が順バイアスになるようにバイアス電圧をかけても、同様の効果が期待できる。 Further, the semiconductor material of the X-ray sensor is not limited to CdTe described in this embodiment, and is a semiconductor having a polarization effect, which is a II-VI group described in Patent Document 1 (CdTe: Cl, Even if a bias voltage is applied so that the diode junction is forward biased using CdI-XZnXTe, CdTeI-XSeX, CdI-XZnXTe: Cl, GaAs, HgIn) or TlBr (thallium bromide). Can be expected.
X線CT装置に使用するX線センサの感度向上と出力ばらつきの低減が図れ、その結果CT画像品質の向上が図れる。 The sensitivity of the X-ray sensor used in the X-ray CT apparatus can be improved and the output variation can be reduced. As a result, the CT image quality can be improved.
1 電子線加速器
3 スキャナ
4 X線センサ
5 コリメータ
6 制御装置
7 画像再構成装置
8 表示装置
9 コントローラ
10 信号処理装置
21 プリアンプ
22 S/Hアンプ
23 AD変換器
24 制御回路
25 バス
26 インターフェース
27 バイアス電流供給手段
28 バイアス電流指示手段
200 CdTe結晶
201 Pt電極
202 In電極
203 絶縁基板
204 ヘビイメタル基板
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記信号処理装置が、前記X線センサに順方向のバイアス電流を供給するとともに、それぞれの前記X線センサに等しい大きさのバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段を設けたことを特徴とするX線CT装置。 X-ray emitting means for emitting X-rays to a device under test, a plurality of X-ray sensors for detecting X-rays transmitted through the device under test, and a signal processing device for processing an output signal of the X-ray sensor ,
The signal processing device includes a bias current supply unit that supplies a forward bias current to the X-ray sensors and supplies a bias current having a magnitude equal to each X-ray sensor. Line CT device.
前記X線センサに順方向のバイアス電流を供給するとともに、それぞれの前記X線センサに等しい大きさのバイアス電流を供給することを特徴とするX線CT装置のX線検出方法。 X-ray emitting means for emitting X-rays to a device under test, a plurality of X-ray sensors for detecting X-rays transmitted through the device under test, and a signal processing device for processing an output signal of the X-ray sensor An X-ray detection method for an X-ray CT apparatus,
An X-ray detection method for an X-ray CT apparatus, wherein a forward bias current is supplied to the X-ray sensors, and a bias current having an equal magnitude is supplied to each X-ray sensor.
前記被試験体を透過したX線によるパルス電流とともに前記バイアス電流を前記X線センサに発生させ、
前記バイアス電流を除去し、前記パルス電流を検出することを特徴とするX線CT装置によるX線検出方法。 The X-ray detection method of the X-ray CT apparatus according to claim 5,
Causing the X-ray sensor to generate the bias current together with a pulse current caused by X-rays transmitted through the device under test;
An X-ray detection method using an X-ray CT apparatus, wherein the bias current is removed and the pulse current is detected.
前記信号処理装置が、前記X線センサに順方向のバイアス電流を供給するとともに、それぞれの前記X線センサに等しい大きさのバイアス電流を供給するバイアス電流供給手段を設けたことを特徴とするX線センサ信号処理システム。 X-ray emitting means for emitting X-rays to a device under test, a plurality of X-ray sensors for detecting X-rays transmitted through the device under test, and a signal processing device for processing an output signal of the X-ray sensor ,
The signal processing device includes a bias current supply unit that supplies a forward bias current to the X-ray sensors and supplies a bias current having a magnitude equal to each X-ray sensor. Line sensor signal processing system.
前記X線センサに順方向であって、それぞれの前記X線センサに供給された等しい大きさのバイアス電流と、前記被試験体を透過したX線によるパルス電流のうち、
前記バイアス電流を除去し、前記パルス電流を検出することを特徴とするX線センサ信号処理方法。 X-ray emitting means for emitting X-rays to a device under test, a plurality of X-ray sensors for detecting X-rays transmitted through the device under test, and a signal processing device for processing an output signal of the X-ray sensor An X-ray sensor signal processing method for an X-ray CT apparatus,
A forward current to the X-ray sensor, and a bias current of the same magnitude supplied to each X-ray sensor and a pulse current due to the X-ray transmitted through the device under test,
An X-ray sensor signal processing method, wherein the bias current is removed and the pulse current is detected.
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JP2007250393A JP2009080053A (en) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | X-ray ct apparatus, x-ray detection method using x-ray ct apparatus, x-ray sensor signal processing system, and x-ray sensor signal processing method |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN109564175A (en) * | 2016-08-19 | 2019-04-02 | 株式会社石田 | X ray checking device |
-
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- 2007-09-27 JP JP2007250393A patent/JP2009080053A/en active Pending
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