JP2011055909A - X-ray detector for x-ray computer tomography device and x-ray computer tomography device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は入射X線エネルギーを弁別できるX線検出器および入射X線エネルギーを弁別できるX線検出器を有するX線コンピュータ断層撮影装置に関する。 The present invention relates to an X-ray detector capable of discriminating incident X-ray energy and an X-ray computed tomography apparatus having an X-ray detector capable of discriminating incident X-ray energy.
X線コンピュータ断層撮影装置(Computed Tomography以下CT)において、X線発生部から放射されるX線は被検体を透過する。X線検出器は、透過した被検体内の物質のX線減弱係数に応じて減衰したX線強度を検出する。この被検体内の物質のX線減弱係数は、透過するX線のエネルギーに応じて変化する。X線のエネルギーが低い場合にはX線減弱係数は大きく、逆にX線のエネルギーが高い場合にはX線減弱係数は小さくなる。このことは、再構成画像上で近いCT値を示し物質の違いが弁別出来ない場合について、検出するX線のエネルギーを弁別して再構成画像を得ることで、異なるCT値を示し物質の違いを弁別できることを意味している。 In an X-ray computed tomography apparatus (hereinafter referred to as CT), X-rays emitted from an X-ray generator pass through a subject. The X-ray detector detects the X-ray intensity attenuated according to the X-ray attenuation coefficient of the substance in the transmitted object. The X-ray attenuation coefficient of the substance in the subject changes according to the energy of the transmitted X-ray. When the X-ray energy is low, the X-ray attenuation coefficient is large. Conversely, when the X-ray energy is high, the X-ray attenuation coefficient is small. This is because, when the reconstructed image shows a close CT value and the difference in the substance cannot be discriminated, the reconstructed image is obtained by discriminating the energy of the detected X-ray, thereby showing the different CT value. It means that it can be discriminated.
被検体を透過するX線のエネルギーを弁別してCT画像を得るために、従来の技術ではX線発生部のX線管球への印加電圧を変えてスキャンする方法が考案もしくは製品化されている。 In order to obtain a CT image by discriminating the energy of X-rays transmitted through the subject, a conventional method has been devised or commercialized by changing the applied voltage to the X-ray tube of the X-ray generation unit. .
X線管球への印加電圧を変えてスキャンする方法には、サンプリングポイントごとに印加電圧を変動させる方法と、回転ごとに印加電圧を変動させる方法がある。前者は、高電圧・大電流を高速に変化させる技術と、これと同一タイミングで全データをサンプリングする技術とが必要となり、機器コストが高くなるという問題がある。後者は、X線エネルギーの異なるデータのサンプリング期間が同じではないため、異なるエネルギーで撮影した画像を比較することが困難という問題がある。 There are two methods for scanning by changing the applied voltage to the X-ray tube: a method of changing the applied voltage for each sampling point, and a method of changing the applied voltage for each rotation. The former requires a technique for changing a high voltage and a large current at a high speed and a technique for sampling all data at the same timing as this, and there is a problem that the equipment cost increases. The latter has a problem that it is difficult to compare images taken with different energies because the sampling periods of data with different X-ray energies are not the same.
本発明の目的は、X線コンピュータ断層撮影装置用X線検出器およびX線コンピュータ断層撮影装置において、簡単な構造で被検体を透過したX線をエネルギーごとに弁別することにある。 An object of the present invention is to discriminate, for each energy, X-rays transmitted through a subject with a simple structure in an X-ray detector for an X-ray computed tomography apparatus and an X-ray computed tomography apparatus.
本発明は、上記目的を達成するため、次のような手段を講じている。 In order to achieve the above object, the present invention takes the following measures.
本発明の第1局面によるX線検出器は、第1の方向に沿って配列された複数のX線検出素子を有し、X線検出素子各々は、第1の方向に垂直な第2の方向に沿って積層され、入射するX線のエネルギーに対する感度ピークを示す波長が異なる複数のシンチレータ部分と、シンチレータ部分の背面に第1の方向に沿って配列され、入射光に対する感度ピークを示す波長が異なる複数の受光部分とを有する。 An X-ray detector according to a first aspect of the present invention has a plurality of X-ray detection elements arranged along a first direction, and each X-ray detection element is a second perpendicular to the first direction. A plurality of scintillator portions that are stacked along the direction and have different wavelengths indicating sensitivity peaks with respect to the energy of incident X-rays, and wavelengths that are arranged along the first direction on the back surface of the scintillator portions and indicate sensitivity peaks with respect to incident light And a plurality of light receiving portions different from each other.
本発明の第2局面によるX線コンピュータ断層撮影装置は、X線を発生するX線発生部と、X線発生部から発生され、被検体を透過したX線を検出し、第1の方向に沿って配列された複数のX線検出素子を有するX線検出器と、X線検出器からの出力に基づいて、少なくとも一つの画像を再構成する再構成処理部とを具備し、X線検出素子各々は、第1の方向に垂直な第2の方向に沿って積層され、入射するX線のエネルギーに対する感度ピークを示す波長が異なる複数のシンチレータ部分と、シンチレータ部分の背面に第1の方向に沿って配列され、入射光に対する感度ピークを示す波長が異なる複数の受光部分とを有する。 An X-ray computed tomography apparatus according to a second aspect of the present invention detects an X-ray generated from an X-ray generator and an X-ray generator that generates X-rays and transmitted through the subject in a first direction. An X-ray detector comprising: an X-ray detector having a plurality of X-ray detection elements arranged along; and a reconstruction processing unit for reconstructing at least one image based on an output from the X-ray detector Each element is stacked along a second direction perpendicular to the first direction, and includes a plurality of scintillator portions having different wavelengths indicating sensitivity peaks with respect to energy of incident X-rays, and a first direction on the back surface of the scintillator portion. And a plurality of light receiving portions having different wavelengths indicating sensitivity peaks with respect to incident light.
本発明によれば、簡単な構造で被検体を透過したX線をエネルギーごとに弁別することができる。 According to the present invention, X-rays transmitted through a subject with a simple structure can be discriminated for each energy.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1は本実施形態に係るX線検出器において、1チャンネル分のX線検出素子10における構成の一例の断面を示す図である。
第1の方向とは、X線検出素子10が配列されている方向であり、第2の方向とは、第1の方向に垂直な方向である。第1の方向および第2の方向については、一例として、X線コンピュータ断層撮影装置のガントリ200の断面図である図2に従って説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a cross section of an example of the configuration of the X-ray detector 10 for one channel in the X-ray detector according to the present embodiment.
The first direction is a direction in which the X-ray detection elements 10 are arranged, and the second direction is a direction perpendicular to the first direction. As an example, the first direction and the second direction will be described with reference to FIG. 2 which is a cross-sectional view of the
ガントリ200には、回転支持機構が収容される。回転支持機構は、回転リング102と、回転軸Zを中心として回転自在に回転リング102を支持するリング支持機構とリングの回転を駆動する駆動部107(電動機)からなる。X軸は、回転軸Zと直交し、放射されるX線の焦点100を通る直線である。Y軸は、X軸および回転軸Zと直交する直線である。なお、説明の便宜上このXYZ座標系は、回転軸Zを中心として回転する回転座標系として説明する。
The
X線発生部101において、放射されるX線の焦点100から放射されたX線は、X線発生部101のX線放射窓に取り付けられたコリメーターユニット118により、例えばコーンビーム形(角錐形)に整形される。X線の放射範囲は、点線で示されている。
In the
回転リング102には、X線発生部101とX線検出器203が搭載されている。X線検出器203は、回転軸Zを挟んでX線発生部101に対峙する位置およびアングルで取り付けられる。
An
X線検出器203は、複数のX線検出素子を有している。ここでは、単一のX線検出素子が単一のチャンネルを構成しているものとして説明する。複数のチャンネルは、回転軸Zに直交し、かつ放射されるX線の焦点100を中心として、この中心から1チャンネル分のX線検出素子10の受光部中心までの距離を半径とする円弧方向(チャンネル方向)に関して1次元状に配列される。このチャンネル方向が、第1の方向である。第1の方向と回転軸Zに平行な方向(スライス方向)とに垂直な方向が第2の方向である。すなわち、第2の方向は、各X線検出素子の受光部中心とX線の焦点100とを通る方向であり、X線の焦点100を中心とした円のほぼ半径方向である。また、X線検出器203は、複数のX線検出素子を1列に配列した複数のモジュールで構成されてもよい。モジュール各々は、上記チャンネル方向に沿って略円弧方向に1次元状に配列される。このとき第1の方向は、複数のモジュールを1列に配列した方向であり、上記第1の方向とほぼ等価である。また、第2の方向は、X線の焦点100と各モジュール中心とを通る方向であり、第1の方向および回転軸Zに直交する。
The
また複数のX線検出素子は、チャンネル方向とスライス方向との2方向に関して2次元状に配列させてもよい。すなわち、2次元状の配列は、上記チャンネル方向に沿って一次元状に配列された複数のチャンネルを、スライス方向に関して複数列並べて構成される。このような2次元状のX線検出素子配列を有するエリア検出器は、略円弧方向に1次元状に配列される複数の上記モジュールをスライス方向に関して複数列並べて構成してもよい。 The plurality of X-ray detection elements may be two-dimensionally arranged in two directions, that is, a channel direction and a slice direction. That is, the two-dimensional arrangement is configured by arranging a plurality of channels arranged in a one-dimensional manner along the channel direction in a plurality of rows in the slice direction. An area detector having such a two-dimensional X-ray detection element array may be configured by arranging a plurality of the above-described modules arranged in a one-dimensional shape in a substantially arc direction in a plurality of rows in the slice direction.
また、エリア検出器は、複数のモジュールから構成してもよい。各モジュールは、M×Nのマトリクス状に配列された複数のX線検出素子を有する。複数のモジュールは、チャンネル方向とスライス方向の2次元状に配列される。 The area detector may be composed of a plurality of modules. Each module has a plurality of X-ray detection elements arranged in an M × N matrix. The plurality of modules are arranged two-dimensionally in the channel direction and the slice direction.
図1に戻って、1チャンネル分のX線検出素子10の構成について説明する。なお、前面とは、X線発生部101に近い側の面である。背面とはX線発生部101から遠い側の面である。X線検出素子10は、シンチレータ11と受光部12とからなる。受光部12の前面にシンチレータ11が配置される。シンチレータ11は、第1のエネルギーe1と第2のエネルギーe2(e1<e2)とに対して感度ピークを有する。シンチレータ11は、第1のシンチレータ部分41と第2のシンチレータ部分42とからなる。第1のシンチレータ部分41は、第1のエネルギーe1に対して感度ピークを有する。第2のシンチレータ部分42は、第2のエネルギーe2に対して感度ピークを有する。第1のシンチレータ部分41は、第2のシンチレータ部分42の前面に重ねられる。
Returning to FIG. 1, the configuration of the X-ray detection element 10 for one channel will be described. The front surface is a surface closer to the
受光部12は、第1の受光部分31と第2の受光部分32とからなる。第1の受光部分31は、第1の波長に対して感度ピークを有する。第1の波長は、第1のシンチレータ部分41で第1のエネルギーe1のX線成分に対応する蛍光の波長に等価である。第2の受光部分32は、第2の波長に対して感度ピークを有する。第2の波長は、第2のシンチレータ部分42で第2のエネルギーe2のX線成分に対応する蛍光の波長に等価である。第1の受光部分31と第2の受光部分32は、第2のシンチレータ部分42の背面に並設される。
The
続いて、第1の受光部分31と第2の受光部分32の構成について説明する。図1では、シンチレータ部分41、42から発せられた蛍光を検出するものとして、一例としてフォトダイオードが用いられている。第1の受光部分31は、第1のフォトダイオード21と第1の光フィルタ24からなる。第1の光フィルタ24は、第1のフォトダイオード21の前面に配置される。第1のフォトダイオード21は、第1の波長に対して感度ピークを有する。第1の光フィルタ24は、特定の波長域の光の透過率(減衰率)が他の波長域の透過率(減衰率)より高い(低い)特性を有する。特定の波長域とは、第1の波長を略中心とする所定の幅を有する波長域である。例えばこの幅は、第1の波長から第2の波長を引いた値の絶対値に設計される。 Then, the structure of the 1st light-receiving part 31 and the 2nd light-receiving part 32 is demonstrated. In FIG. 1, a photodiode is used as an example to detect fluorescence emitted from the scintillator portions 41 and 42. The first light receiving portion 31 includes a first photodiode 21 and a first optical filter 24. The first optical filter 24 is disposed on the front surface of the first photodiode 21. The first photodiode 21 has a sensitivity peak with respect to the first wavelength. The first optical filter 24 has a characteristic that the transmittance (attenuation rate) of light in a specific wavelength region is higher (lower) than the transmittance (attenuation rate) in other wavelength regions. The specific wavelength region is a wavelength region having a predetermined width with the first wavelength being substantially the center. For example, the width is designed to be an absolute value obtained by subtracting the second wavelength from the first wavelength.
なお、第1の光フィルタ24は、特定の波長以上の光の透過率(減衰率)がこの特定の波長未満の透過率(減衰率)より高い(低い)特性を有するフィルタでもよい。特定の波長とは、例えば、第1の波長と第2の波長との平均の波長である。この場合、エネルギー弁別性を得るために、第2の光フィルタ25は、特定の波長未満の光の透過率(減衰率)がこの特定の波長以上の透過率(減衰率)より高い(低い)特性を有するフィルタが採用される。 The first optical filter 24 may be a filter having a characteristic that the transmittance (attenuation rate) of light of a specific wavelength or higher is higher (lower) than the transmittance (attenuation rate) of less than the specific wavelength. The specific wavelength is, for example, an average wavelength of the first wavelength and the second wavelength. In this case, in order to obtain energy discrimination, the second optical filter 25 has a transmittance (attenuation rate) of light less than a specific wavelength higher (lower) than a transmittance (attenuation rate) of the specific wavelength or more. A filter having characteristics is employed.
第2の受光部分32は、第2のフォトダイオード22と第2の光フィルタ25からなる。第2の光フィルタ25は、第2のフォトダイオード22の前面に配置される。第2のフォトダイオード22は、第2の波長に対して感度ピークを有する。第2の光フィルタ25は、特定の波長域の光の透過率(減衰率)が他の波長域の透過率(減衰率)より高い(低い)特性を有する。特定の波長域とは、第2の波長を略中心とする所定の幅を有する波長域である。例えばこの幅は、第1の波長から第2の波長を引いた値の絶対値に設計される。 The second light receiving portion 32 includes a second photodiode 22 and a second optical filter 25. The second optical filter 25 is disposed on the front surface of the second photodiode 22. The second photodiode 22 has a sensitivity peak with respect to the second wavelength. The second optical filter 25 has a characteristic that the transmittance (attenuation rate) of light in a specific wavelength region is higher (lower) than the transmittance (attenuation rate) in other wavelength regions. The specific wavelength region is a wavelength region having a predetermined width that is substantially centered on the second wavelength. For example, the width is designed to be an absolute value obtained by subtracting the second wavelength from the first wavelength.
上記各受光部分31、32の構成において、フォトダイオードに光フィルタを組み合わせて、シンチレータ部分41、42から発せられるエネルギーのX線成分に対応する蛍光の波長すなわち第1の波長と第2の波長を光フィルタで弁別することにより、フォトダイオード21、22単独で弁別するよりも、X線をエネルギーで弁別する弁別性を向上させることができる。 In the configuration of each of the light receiving portions 31 and 32, the wavelength of the fluorescence corresponding to the X-ray component of the energy emitted from the scintillator portions 41 and 42, that is, the first wavelength and the second wavelength is obtained by combining an optical filter with a photodiode. By discriminating with an optical filter, it is possible to improve the discriminability of discriminating X-rays by energy rather than discriminating by photodiodes 21 and 22 alone.
図3は、上記シンチレータ部分41、42の発光特性の一例を示す。なお、ピーク波長とは、X線から光への変換効率が最も高い値を示すいわゆる感度ピークを示すX線のエネルギー成分により発する光の波長λのことをいう。X線のエネルギーに対するシンチレータ部分41、42それぞれの感度ピークに対応して、シンチレータ部分41、42から発せられる蛍光のピーク波長が示されている。例えば、第1のシンチレータ部分41は、第1のエネルギーe1のX線に対して感度ピークを有する。このときのピーク波長(第1の波長)はλ1である。第2のシンチレータ部分42は、第2のエネルギーe2のX線に対して感度ピークを有する。このときのピーク波長(第2の波長)はλ2である。ピーク波長λ1は、ピーク波長λ2より長く、第2のエネルギーe2は第1のエネルギーe1より高い。また、一例として、ピーク波長λ1としては、512nmの波長の光を発する黄色透明のシンチレータが知られている。ピーク波長λ2としては、480nmの波長の光を発する無色透明のシンチレータが知られている。加えて、これらシンチレータの色から第2のシンチレータ42は、第1のシンチレータ41より可視光に対する透明度が高い。 FIG. 3 shows an example of the light emission characteristics of the scintillator portions 41 and 42. The peak wavelength means a wavelength λ of light emitted by an energy component of X-rays showing a so-called sensitivity peak showing the highest value of conversion efficiency from X-rays to light. Corresponding to the sensitivity peaks of the scintillator portions 41 and 42 with respect to X-ray energy, the peak wavelengths of the fluorescence emitted from the scintillator portions 41 and 42 are shown. For example, the first scintillator portion 41 has a sensitivity peak with respect to X-rays of the first energy e 1 . Peak wavelength at this time (the first wavelength) is lambda 1. Second scintillator portion 42 has a peak sensitivity to the second X-ray energy e 2. Peak wavelength at this time (the second wavelength) is lambda 2. The peak wavelength λ 1 is longer than the peak wavelength λ 2 and the second energy e 2 is higher than the first energy e 1 . As an example, a yellow transparent scintillator that emits light having a wavelength of 512 nm is known as the peak wavelength λ 1 . The peak wavelength lambda 2, the scintillator colorless transparent are known to emit light having a wavelength of 480 nm. In addition, due to the colors of these scintillators, the second scintillator 42 is more transparent to visible light than the first scintillator 41.
このように、X線のエネルギーに対する感度ピークに応じて、蛍光のピーク波長が異なるシンチレータ部分41、42を上記受光部12と組み合わせることにより、X線をエネルギーごとに高い弁別性でもって弁別することができる。
In this manner, by combining the scintillator portions 41 and 42 having different fluorescence peak wavelengths with the
次に、上記シンチレータ11における第1のシンチレータ部分41が第2のシンチレータ部分42の前面に配置されることにより、以下の効果を奏する。シンチレータ11において、高エネルギーe2に対して感度ピークを有する第2のシンチレータ部分42を受光部12の前面に、低エネルギーe1に対して感度ピークを有する第1のシンチレータ部分41を第2のシンチレータ部分42の前面に配置することによって、その逆順で配置する場合よりもX線のエネルギーの損失を抑えられる。このために、感度ピークを示すエネルギーの高い順に、シンチレータ部分41、42が受光部12の直前からX線の焦点100へ向かって重ねられる。
Next, the first scintillator portion 41 in the scintillator 11 is arranged on the front surface of the second scintillator portion 42, thereby providing the following effects. In the scintillator 11, the second having a sensitivity peak for the high-energy e 2 scintillator portion 42 in front of the
なお、第1のシンチレータ部分41が第2のシンチレータ部分の前面に配置されることにより、以下の効果もある。第1のシンチレータ部分41から発せられる蛍光が受光部12に達するまでに、第2のシンチレータ部分42を透過する際、透過する第2のシンチレータ部分42における可視光に対する透明度が低いと、蛍光の一部が吸収されて蛍光の検出効率が低下するが、第2のシンチレータ部分42(無色透明)は第1のシンチレータ部分41(黄色透明)より可視光に対する透明度が高いため、第1のシンチレータ部分41を第2のシンチレータ部分42の前面に配置することにより、その逆順で配置する場合よりも蛍光の検出効率を向上できる。
In addition, the following effects are also obtained by arranging the first scintillator portion 41 on the front surface of the second scintillator portion. When the fluorescence emitted from the first scintillator portion 41 passes through the second scintillator portion 42 before reaching the
なお、図1における本実施形態では、受光部12の前面にシンチレータ11が配置されているが、図3に示す第1のシンチレータ部分41および第2のシンチレータ部分42のように発光特性が異なるシンチレータを混合させたものを、受光部12の前面に配置させてもよい。
In the present embodiment in FIG. 1, the scintillator 11 is disposed on the front surface of the
図4は、フォトダイオードの信号変換特性の一例として、第1のフォトダイオード21と第2のフォトダイオード22とについて、フォトダイオードへ入射した蛍光の波長(受光波長)に対する電気信号による出力を示している。第1のフォトダイオード21は、受光波長λ1に対して出力のピーク値を有する。なお、受光波長λ1は、第1のシンチレータ部分41におけるピーク波長でもある。第2のフォトダイオード22は、受光波長λ2に対して出力のピーク値を有する。なお、受光波長λ2は、第2のシンチレータ部分42のピーク波長でもある。 FIG. 4 shows, as an example of the signal conversion characteristics of the photodiode, the output of the first photodiode 21 and the second photodiode 22 by the electrical signal with respect to the wavelength of the fluorescence incident on the photodiode (light receiving wavelength). Yes. The first photodiode 21 has an output peak value with respect to the light receiving wavelength λ 1 . The light receiving wavelength λ 1 is also a peak wavelength in the first scintillator portion 41. The second photodiode 22 has a peak value of the output to the light-receiving wavelength lambda 2. The light receiving wavelength λ 2 is also the peak wavelength of the second scintillator portion 42.
このように、第1のフォトダイオード21や第2のフォトダイオード22へ入射する蛍光を、受光波長ごとに弁別することができる。さらに、フォトダイオード21、22からの出力を別配線とし、出力のピークに対する受光波長が異なるフォトダイオード21、22を上記シンチレータ部分41、42と組み合わせることにより、X線をエネルギーごとに別配線の出力として弁別することができる
上記解説は受光部12における光検出素子としてフォトダイオードを用いたが、その他の光検出素子を用いてもよい。
Thus, the fluorescence incident on the first photodiode 21 and the second photodiode 22 can be distinguished for each received wavelength. Further, by combining the outputs from the photodiodes 21 and 22 with separate wirings and combining the photodiodes 21 and 22 having different light receiving wavelengths with respect to the output peaks with the scintillator portions 41 and 42, the X-rays are output on separate wirings for each energy. In the above description, a photodiode is used as the light detection element in the
(機能)
以下図1を参照して、本実施形態のX線検出器において、1チャンネル分のX線検出素子10へ入射するX線をエネルギーごとに、シンチレータ11から発せられる蛍光のピーク波長に基づいて弁別する機能について説明する。
(function)
Hereinafter, with reference to FIG. 1, in the X-ray detector of the present embodiment, X-rays incident on the X-ray detection element 10 for one channel are discriminated based on the peak wavelength of fluorescence emitted from the scintillator 11 for each energy. The function to perform will be described.
あるエネルギースペクトラムを有するX線が、1チャンネルのX線検出素子10における第1のシンチレータ部分41へ入射する。第1のシンチレータ部分41は、図3に示す発光特性に応じて、入射したX線のエネルギーe1に対応してピーク波長λ1を有する蛍光を発する。図1において、入射したX線によって蛍光を発した場所は、1で示されている。ピーク波長λ1を有する蛍光は、ピーク波長λ1を略中心とした│λ1−λ2│の幅を有する波長域の透過率が他の波長域の透過率より高い特性を有する第1の光フィルタ24を透過し、第1のフォトダイオード21へ入射する。第1のフォトダイオード21は、入射したピーク波長λ1を有する蛍光を、図4に示す信号変換特性に応じて、電気信号へ変換する。なお、ピーク波長λ1を有する蛍光は、ピーク波長λ2を略中心とする│λ2−λ1│の幅を有する波長域の透過率が他の波長域の透過率より高い特性を有する第2の光フィルタ25によって遮断されるため、第2のフォトダイオード22へは入射しない。 X-rays having a certain energy spectrum are incident on the first scintillator portion 41 of the one-channel X-ray detection element 10. The first scintillator portion 41 emits fluorescence having a peak wavelength λ 1 corresponding to incident X-ray energy e 1 in accordance with the emission characteristics shown in FIG. In FIG. 1, a place where fluorescence is emitted by incident X-rays is indicated by 1. The fluorescence having the peak wavelength λ 1 has a characteristic in which the transmittance in the wavelength region having a width of | λ 1 −λ 2 | with the peak wavelength λ 1 substantially in the center is higher than the transmittance in other wavelength regions. The light passes through the optical filter 24 and enters the first photodiode 21. The first photodiode 21 converts the incident fluorescent light having the peak wavelength λ 1 into an electrical signal according to the signal conversion characteristics shown in FIG. The fluorescence having the peak wavelength λ 1 has a characteristic that the transmittance in the wavelength region having a width of | λ 2 −λ 1 | with the peak wavelength λ 2 as the center is higher than the transmittance in the other wavelength regions. Since it is blocked by the second optical filter 25, it does not enter the second photodiode 22.
第1のシンチレータ部分41で蛍光に変換されなかったエネルギースペクトラムを有するX線は、第2のシンチレータ部分42へ入射する。第2のシンチレータ部分42は、図3に示す発光特性に応じて、入射したX線のエネルギーe2に対応して、ピーク波長λ2を有する蛍光を発する。図1において、入射したX線によって蛍光を発した場所は、2で示されている。ピーク波長λ2を有する蛍光は、上記第2の光フィルタ25を透過し、第2のフォトダイオード22へ入射する。第2のフォトダイオード22は、入射したピーク波長λ2を有する蛍光を、図4に示す信号変換特性に応じて、電気信号へ変換する。なお、ピーク波長λ2を有する蛍光は、上記第1の光フィルタ24によって遮断されるため、第1のフォトダイオード21へは入射しない。 X-rays having an energy spectrum that has not been converted into fluorescence by the first scintillator portion 41 enter the second scintillator portion 42. The second scintillator portion 42 emits fluorescence having a peak wavelength λ 2 corresponding to the incident energy e 2 of the X-ray in accordance with the light emission characteristics shown in FIG. In FIG. 1, a place where fluorescence is emitted by incident X-rays is indicated by 2. The fluorescence having the peak wavelength λ 2 passes through the second optical filter 25 and enters the second photodiode 22. The second photodiode 22 converts the incident fluorescence having the peak wavelength λ 2 into an electrical signal according to the signal conversion characteristics shown in FIG. Note that the fluorescence having the peak wavelength λ 2 is blocked by the first optical filter 24 and therefore does not enter the first photodiode 21.
以上1チャンネルのX線検出素子10へ入射するX線において、X線をエネルギーごとに弁別する機能について説明してきた。入射するX線に対して、低エネルギーX線による電気信号の出力と高エネルギーX線による電気信号の出力との2種類の出力が得られる。図1に示す配線は、1チャンネル分のX線検出素子10において、別配線で受光部分31、32からこれら2種類の出力を抽出する構成となっている。この配線により、X線検出器に入射するX線をエネルギーごとに弁別できる。なお、これら2種類の出力を統合した配線が図5に示す配線である。この配線により、X線をエネルギーごとに弁別して得られた出力を統合することができる。 The function of discriminating X-rays for each energy in the X-rays incident on the one-channel X-ray detection element 10 has been described above. For incident X-rays, two types of output are obtained: an electrical signal output by low energy X-rays and an electrical signal output by high energy X-rays. The wiring shown in FIG. 1 is configured to extract these two types of outputs from the light receiving portions 31 and 32 by separate wiring in the X-ray detection element 10 for one channel. With this wiring, the X-rays incident on the X-ray detector can be distinguished for each energy. Note that the wiring obtained by integrating these two types of outputs is the wiring shown in FIG. With this wiring, the output obtained by discriminating X-rays for each energy can be integrated.
以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。 According to the configuration described above, the following effects can be obtained.
本X線検出器における各チャンネルのX線検出素子10によれば、X線のエネルギーに対する感度ピークに応じて蛍光のピーク波長が異なるシンチレータ部分41、42を用いることにより、蛍光のピーク波長の違いとして、X線をエネルギーごとに弁別することができる。続いて、蛍光のピーク波長に基づいて電気信号を出力するフォトダイオード21、22により、入射した蛍光のピーク波長を弁別することができる。これらのことから、各チャンネルのX線検出素子に入射するX線をエネルギーごとに弁別することができる。また、フォトダイオード21、22に光フィルタ24、25を組み合わせることで、シンチレータ部分41、42から発せられるエネルギーのX線成分に対応する蛍光の波長すなわち第1の波長と第2の波長を光フィルタ24、25で弁別することにより、フォトダイオード21、22単独で弁別するよりも、X線をエネルギーで弁別する弁別性を向上させることができる。 According to the X-ray detection element 10 of each channel in the present X-ray detector, the difference in the fluorescence peak wavelength is obtained by using the scintillator portions 41 and 42 having different fluorescence peak wavelengths according to the sensitivity peak to the X-ray energy. X-rays can be discriminated for each energy. Subsequently, the incident fluorescence peak wavelength can be distinguished by the photodiodes 21 and 22 that output electrical signals based on the fluorescence peak wavelength. From these facts, X-rays incident on the X-ray detection elements of the respective channels can be distinguished for each energy. Further, by combining the photodiodes 21 and 22 with the optical filters 24 and 25, the optical wavelength of the fluorescence corresponding to the X-ray component of the energy emitted from the scintillator portions 41 and 42, that is, the first wavelength and the second wavelength can be changed. By discriminating with 24 and 25, it is possible to improve the discriminability of discriminating X-rays with energy, rather than with the photodiodes 21 and 22 alone.
(第2の実施形態)
次に本発明の第2の実施形態ついて説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
以下に述べる第2の実施形態において、第1の実施形態と同じ構成要素については、説明の重複を避けるため同じ構成部分には同符号を付して、その詳細な説明は省略し、異なる構成要素についてのみ説明する。 In the second embodiment described below, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals in order to avoid duplication of description, and detailed description thereof is omitted, and different configurations are provided. Only the elements are described.
図6は本実施形態に係るX線コンピュータ断層撮影装置の構成を示す図である。なお、X線コンピュータ断層撮影装置には、X線発生部101とX線検出器203とが一体として被検体の周囲を回転するROTATE/ROTATE-TYPE、リング状にアレイされた多数の検出素子が固定され、X線発生部101のみが被検体の周囲を回転するSTATIONARY/ROTATE-TYPE等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本実施形態へ適用可能である。ここでは、ROTATE/ROTATE-TYPEとして説明する。また、画像を再構成するには被検体の周囲一周、360°分の投影データが、またハーフスキャン法でも180°+ファン角分の投影データが必要とされる。いずれの再構成方式に対しても本実施形態へ適用可能である。ここでは、360°法を例に説明する。また、近年では、X線発生部101とX線検出器203との複数のペアを回転リングに搭載したいわゆる多管球型のX線コンピュータ断層撮影装置の製品化が進み、その周辺技術の開発が進んでいる。本実施形態においては、従来からの一管球型であっても、多管球型であってもいずれも適用可能である。ここでは、一管球型として説明する。
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the X-ray computed tomography apparatus according to this embodiment. The X-ray computed tomography apparatus includes a ROTATE / ROTATE-TYPE in which the
X線発生部101は、高電圧発生装置109からスリップリング108を経由して電圧の印加および電流の供給を受けて、焦点100からX線を放射する。回転リング102には、X線発生部101とX線検出器203が搭載されている。
The
X線検出器203における1チャンネルのX線検出素子10は、第1の実施形態における図1に示したものを用いる。なお、X線検出器203における1チャンネルのX線検出素子10として、第1の実施形態における図5に示したものを用いてもよい。また、本実施形態におけるX線検出器203は、2次元のエリア検出器とする。なお、X線検出素子を1次元状に配列させたX線検出器を用いてもよい。
As the one-channel X-ray detection element 10 in the
撮影又はスキャンに際しては、X線発生部101とX線検出器203との間の円筒形の撮影領域111内に、被検体が天板120に載置され挿入される。
During imaging or scanning, a subject is placed on the top 120 and inserted into a
X線検出器203の出力には、DAS(Data Acquisition System)と呼ばれるデータ収集回路204が接続されている。データ収集回路204は、図1に示すように、1チャンネルのX線検出素子10へ入射するX線のエネルギーに基づいて、第1の受光部分31からの出力と、第2の受光部分32からの出力とに応じて、それぞれ別配線でチャンネルごとに接続される。なお、図5に示すように、それぞれの受光部分31、32からの出力を1つの配線としてチャンネルごとにデータ収集回路204へ接続してもよい。
A
1チャンネル分のX線検出素子10における受光部分31、32とデータ収集回路204が別配線でチャンネルごとに接続されることにより、X線検出器203へ入射したX線をエネルギーごとに弁別することができる。その後の処理は、投影データ処理部210での処理と画像処理部214での処理とを除き、弁別されたX線のエネルギーごとに行われる。
The X-rays incident on the
なお、1チャンネル分のX線検出素子10における受光部分31、32からの出力を1つの配線としてチャンネルごとにデータ収集回路204へ接続することにより、X線検出器203へ入射したX線がエネルギーごとに弁別されて出力される電気信号は、チャンネルごとに統合されてデータ収集回路204へ出力されるようにしてもよい。この電気信号の統合は、X線のエネルギーごとの出力に基づいているため、従来のX線検出素子に比べて、入射したX線の感度を向上させることができる。
In addition, by connecting the outputs from the light receiving portions 31 and 32 in the X-ray detection element 10 for one channel as one wiring to the
データ収集回路204には、X線検出器203の各チャンネルの電流信号を電圧に変換するI−V変換器と、この電圧信号をX線の曝射周期に同期して周期的に積分する積分器と、この積分器の出力信号を増幅するアンプと、このアンプの出力信号をディジタル信号変換するアナログ・ディジタル・コンバータとが、チャンネルごとに取り付けられている。データ収集回路204から出力されるデータ(純生データ(pure raw data))は、磁気送受信又は光送受信を用いた非接触データ伝送部105を経由して、前処理部106に伝送される。
The
前処理部106は、データ収集回路204から出力される純生データに対して前処理を施す。前処理には、例えばチャンネル間の感度不均一補正処理、X線強吸収体、主に金属部による極端な信号強度の低下または、信号脱落を補正する処理等が含まれる。前処理部106から出力される再構成処理直前のデータ(生データ(raw data)または、投影データと称される、ここでは投影データという)は、データ収集したときにビューアングルを表すデータおよびシンチレータ部分41、42における感度ピークを示すX線のエネルギーと関連付けられて、磁気ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリを備えた投影データ記憶部112に記憶される。
The
なお、投影データとは、被検体を透過したX線の強度に応じたデータ値の集合である。ここでは説明の便宜上、シンチレータ部分41、42における感度ピークを示すX線のエネルギーについて、ワンショットで略同時に収集したビューアングルが同一である全チャンネルにわたる一揃いの投影データを、投影データセットと称する。また、ビューアングルは、X線発生部101が回転軸Zを中心として周回する円軌道の各位置を、回転軸Zから鉛直上向きにおける円軌道の最上部を0°として360°の範囲の角度で表したものである。なお、投影データセットの各チャンネルに対する投影データは、ビューアングル、コーン角、チャンネル番号、シンチレータ部分41、42における最大感度を示すX線のエネルギーによって識別される。
The projection data is a set of data values corresponding to the intensity of X-rays that have passed through the subject. Here, for convenience of explanation, a set of projection data over all channels having the same view angle collected at the same time in one shot for the energy of X-rays indicating sensitivity peaks in the scintillator portions 41 and 42 is referred to as a projection data set. . In addition, the view angle is an angle in a range of 360 ° with each position of the circular orbit around which the
再構成処理部114は、弁別されたX線のエネルギーそれぞれにおいて、ビューアングルが360°又は180°+ファン角の範囲内の投影データセットに基づいて、フェルドガンプ法またはコーンビーム再構成法により、略円柱形の3次元画像を再構成する機能を有する。さらに再構成処理部114は、例えばファンビーム再構成法(ファンビーム・コンボリューション・バックプロジェクション法ともいう)またはフィルタード・バックプロジェクション法により2次元画像(断層画像)を再構成する機能を有する。フェルドガンプ法は、コーンビームのように再構成面に対して投影レイが交差する場合の再構成法であり、コーン角が小さいことを前提として畳み込みの際にはファン投影ビームとみなして処理し、逆投影はスキャンの際のレイに沿って処理する近似的画像再構成法である。コーンビーム再構成法は、フェルドガンプ法よりもコーン角のエラーが抑えられる方法として、再構成面に対するレイの角度に応じて投影データを補正する再構成法である。
The
再構成される3次元画像や2次元画像は、弁別されたX線のエネルギーごとに対応する画像である。なお、図5に示すX線検出素子10をX線検出器203へ適用することによって、X線検出器203からの出力に基づいて、ひとつの3次元画像およびひとつの2次元画像が再構成される。
The reconstructed three-dimensional image or two-dimensional image is an image corresponding to each discriminated X-ray energy. Note that by applying the X-ray detection element 10 shown in FIG. 5 to the
X線検出器203へ入射したX線のエネルギーごとに弁別された投影データセットに基づいて、画像を再構成することにより、それぞれ臨床的意義を異にする再構成画像を得ることができる。例えば、X線の低エネルギー成分の出力に基づく投影データセットは、脂肪を多く含む画像を再構成するのに適する。X線の高エネルギー成分の出力に基づく投影データセットは、骨密度に関する画像を再構成するのに適する。
By reconstructing an image based on the projection data set discriminated for each X-ray energy incident on the
投影データ処理部210は、入力部115を介したオペレータからの入力や所定の規則に従って、X線のエネルギーごとに弁別された投影データセットを用いて、投影データセット間の差分、合成などの演算処理を行う。例えば、ビューアングル、コーン角、チャンネル番号で識別され、入射したX線のエネルギーが異なるチャンネルごとの投影データについて、差分、合成などの演算処理を行い、再構成処理部114へ出力する。投影データ処理部210での処理は、この処理の後に得られる再構成画像において、CT値のコントラストを高めることや画質の向上に寄与する。投影データセットを用いて上記チャンネルごとで演算を行うことにより、以下で説明する再構成された画像を用いる画像処理部214での処理と比較して、演算処理の回数が少なくなるため、丸め誤差の影響を少なくできる。ここで、所定の規則とは、例えば、本実施形態の図示していない記憶部にあらかじめ記憶された上記演算処理の規則である。オペレータからの入力なしに、ホストコントローラ110が、投影データ処理部210を制御し、上記演算処理を行う。
The projection
画像処理部214は、入力部115を介したオペレータからの入力によって、X線のエネルギーごとに再構成処理部114で再構成された画像を用いて、差分、合成などの画像処理を行う。この処理は、例えば、表示部116で表示されたX線のエネルギーに応じた再構成画像(例えば、低エネルギーX線からの出力による再構成画像と高エネルギーX線からの出力による再構成画像)に基づいて、入力部115を介したオペレータからの入力により行われる。再構成画像のコントラストを向上させるときやS/N比を向上させるときに有用である。
The
表示部116は、再構成処理部114もしくは画像処理部214で処理された画像を表示する。このとき表示部116は、弁別されたX線のエネルギーそれぞれに対応した画像を1画面上に表示することも可能である。
The
以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。 According to the configuration described above, the following effects can be obtained.
本X線コンピュータ断層撮影装置によれば、被検体を透過したX線をエネルギーごとに弁別することができる。また、弁別されたX線のエネルギーに対応した画像を再構成することができる。加えて、再構成処理前の投影データセットや再構成画像を用いて差分、合成などの処理を行うこともできる。これらのことから、再構成画像上で近いCT値を示し物質の違いが弁別出来ない場合について、再構成画像のコントラスト分解能が向上し物質の違いを弁別できる。 According to the X-ray computed tomography apparatus, X-rays transmitted through the subject can be distinguished for each energy. In addition, an image corresponding to the discriminated X-ray energy can be reconstructed. In addition, processing such as difference and composition can be performed using a projection data set and a reconstructed image before reconstruction processing. From these facts, the contrast resolution of the reconstructed image is improved and the difference in the substance can be discriminated in the case where the close CT value is shown on the reconstructed image and the difference in the substance cannot be discriminated.
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1…入射した低エネルギーX線によって蛍光を発した場所、2…入射した高エネルギーX線によって蛍光を発した場所、5…第1のシンチレータ部分41から発せられた蛍光、6…第2のシンチレータ部分42から発せられた蛍光、10…1チャンネル分のX線検出素子、11…シンチレータ、12…受光部、21…第1のフォトダイオード、22…第2のフォトダイオード、24…第1の光フィルタ、25…第2の光フィルタ、31…第1の受光部分、32…第2の受光部分、41…第1のシンチレータ部分、42…第2のシンチレータ部分、100…放射されるX線の焦点、101…X線発生部、102…回転リング、105…非接触データ伝送部、106…前処理部、107…駆動部、108…スリップリング、109…高電圧発生装置、110…ホストコントローラ、111…撮影領域、112…投影データ記憶部、114…再構成処理部、115…入力部、116…表示部、118…コリメーターユニット、120…天板、200…ガントリ、203…X線検出器、204…データ収集回路(DAS)、210…投影データ処理部、214…画像処理部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... The place which emitted fluorescence by the incident low energy X-ray, 2 ... The place which emitted fluorescence by the incident high energy X-ray, 5 ... The fluorescence emitted from the 1st scintillator part 41, 6 ... 2nd scintillator Fluorescence emitted from the portion 42, 10 ... X-ray detection elements for one channel, 11 ... scintillator, 12 ... light receiving part, 21 ... first photodiode, 22 ... second photodiode, 24 ... first light Filter, 25 ... second optical filter, 31 ... first light receiving portion, 32 ... second light receiving portion, 41 ... first scintillator portion, 42 ... second scintillator portion, 100 ... radiation of X-rays Focus: 101 ... X-ray generator, 102 ... Rotating ring, 105 ... Non-contact data transmission unit, 106 ... Pre-processing unit, 107 ... Drive unit, 108 ... Slip ring, 109 ... High voltage generator 110: Host controller, 111: Imaging region, 112: Projection data storage unit, 114 ... Reconstruction processing unit, 115 ... Input unit, 116 ... Display unit, 118 ... Collimator unit, 120 ... Top plate, 200 ... Gantry, 203 ... X-ray detector, 204 ... Data acquisition circuit (DAS), 210 ... Projection data processing unit, 214 ... Image processing unit
Claims (11)
前記X線検出素子各々は、
前記第1の方向に垂直な第2の方向に沿って積層され、入射するX線のエネルギーに対する感度ピークを示す波長が異なる複数のシンチレータ部分と、
前記シンチレータ部分の背面に前記第1の方向に沿って配列され、入射光に対する感度ピークを示す波長が異なる複数の受光部分とを有することを特徴とするX線検出器。 In an X-ray detector having a plurality of X-ray detection elements arranged along a first direction,
Each of the X-ray detection elements is
A plurality of scintillator portions stacked along a second direction perpendicular to the first direction and having different wavelengths indicating sensitivity peaks with respect to energy of incident X-rays;
An X-ray detector comprising: a plurality of light receiving portions arranged along the first direction on the back surface of the scintillator portion and having different wavelengths indicating sensitivity peaks with respect to incident light.
前記X線発生部から発生され、被検体を透過したX線を検出し、第1の方向に沿って配列された複数のX線検出素子を有する前記X線検出器と、
前記X線検出器からの出力に基づいて、少なくとも一つの画像を再構成する再構成処理部とを具備し、
前記X線検出素子各々は、
前記第1の方向に垂直な第2の方向に沿って積層され、入射するX線のエネルギーに対する感度ピークを示す波長が異なる複数のシンチレータ部分と、
前記シンチレータ部分の背面に前記第1の方向に沿って配列され、入射光に対する感度ピークを示す波長が異なる複数の受光部分とを有することを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置。 An X-ray generator for generating X-rays;
The X-ray detector that detects X-rays generated from the X-ray generation unit and transmitted through the subject, and has a plurality of X-ray detection elements arranged along a first direction;
A reconstruction processing unit configured to reconstruct at least one image based on an output from the X-ray detector;
Each of the X-ray detection elements is
A plurality of scintillator portions stacked along a second direction perpendicular to the first direction and having different wavelengths indicating sensitivity peaks with respect to energy of incident X-rays;
An X-ray computed tomography apparatus comprising: a plurality of light receiving portions arranged on the back surface of the scintillator portion along the first direction and having different wavelengths indicating sensitivity peaks with respect to incident light.
前記X線発生部から発生され、被検体を透過したX線を検出し、第1の方向に沿って配列された複数のX線検出素子を有する前記X線検出器と、
前記X線検出器からの出力に基づいて、少なくとも一つの画像を再構成する再構成処理部とを具備し、
前記X線検出素子各々は、
前記第1の方向に垂直な第2の方向に沿って積層され、入射するX線のエネルギーに対する感度ピークを示す波長が異なる複数のシンチレータ部分と、
前記シンチレータ部分の背面に前記第1の方向に沿って配列され、入射光に対する感度ピークを示す波長が異なる複数の受光部分とを具備し、
前記受光部分各々は、フィルタとフォトダイオードとから構成され、
前記複数のシンチレータ部分のうち最も高いX線のエネルギーに感度ピークを有するシンチレータ部分が前記受光部分の直前に配置されることを特徴とするX線コンピュータ断層撮影装置。 An X-ray generator for generating X-rays;
The X-ray detector that detects X-rays generated from the X-ray generation unit and transmitted through the subject, and has a plurality of X-ray detection elements arranged along a first direction;
A reconstruction processing unit configured to reconstruct at least one image based on an output from the X-ray detector;
Each of the X-ray detection elements is
A plurality of scintillator portions stacked along a second direction perpendicular to the first direction and having different wavelengths indicating sensitivity peaks with respect to energy of incident X-rays;
A plurality of light receiving portions arranged along the first direction on the back surface of the scintillator portion and having different wavelengths indicating sensitivity peaks with respect to incident light;
Each of the light receiving parts is composed of a filter and a photodiode,
An X-ray computed tomography apparatus characterized in that a scintillator portion having a sensitivity peak at the highest X-ray energy among the plurality of scintillator portions is disposed immediately before the light receiving portion.
前記複数のシンチレータ部分のうち最も高い透明度を有するシンチレータ部分が前記受光部分の直前に配置されるX線検出器を有することを特徴とする請求項2記載のX線コンピュータ断層撮影装置。 Each of the light receiving parts is composed of a filter and a photodiode,
3. The X-ray computed tomography apparatus according to claim 2, further comprising: an X-ray detector in which a scintillator portion having the highest transparency among the plurality of scintillator portions is disposed immediately before the light receiving portion.
前記再構成処理部は、前記X線検出器における複数の前記第1の受光部分からの出力に基づいて第1の画像を再構成し、前記X線検出器における複数の前記第2の受光部分からの出力に基づいて第2の画像を再構成することを特徴とする請求項2記載のX線コンピュータ断層撮影装置。 Each of the X-ray detection elements has a first light receiving portion and a second light receiving portion,
The reconstruction processing unit reconstructs a first image based on outputs from the plurality of first light receiving portions in the X-ray detector, and a plurality of the second light receiving portions in the X-ray detector. The X-ray computed tomography apparatus according to claim 2, wherein the second image is reconstructed based on an output from the computer.
前記再構成処理部は、前記X線検出素子それぞれからの出力に基づいて、一つの画像を再構成することを特徴とする請求項2記載のX線コンピュータ断層撮影装置。 Each of the X-ray detection elements has a first light receiving portion and a second light receiving portion, and the output from the first light receiving portion and the output from the second light receiving portion are integrated as one output. And
The X-ray computed tomography apparatus according to claim 2, wherein the reconstruction processing unit reconstructs one image based on an output from each of the X-ray detection elements.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20121204 |