JP2016200410A - 放射線検出器およびそれを備えた放射線撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線を電子雲に変換する変換層を備えた直接変換型のＸ線検出器において、１つの電子雲を複数の検出素子により検出されてしまうことに起因する画像のボケを防止して微細なＸ線のイメージングを確実に行う。
【解決手段】本発明のＸ線検出器の検出面４ｓの画素対応素子４ｐに挟まれる位置にＸ線画像上に反映されない緩衝領域を設けている。そして、本発明の構成では、緩衝領域にも電子雲を検出する検出素子（参照素子４ｒ）を配置し、電子雲が検出面４ｓの参照素子４ｒ側に入力した場合は、電子雲は画素対応素子４ｐの間の緩衝領域に入力されたという判断がなされ、電子雲が検出された扱いとはしないようにしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射線検出器およびそれを備えた放射線撮影装置に関する。

放射線を検出する放射線検出器は、産業分野や医用分野などに広く利用されている。このような放射線検出器の中には、放射線を電荷に変換して、電荷を検出することで放射線の検出を行う直接変換型と呼ばれるタイプがある。放射線検出器としては、他には、放射線を蛍光に変換してこれを検出する間接変換型の放射線検出器がある。直接変換型と間接変換型とは放射線を検出する原理が互いに異なるので区別される（例えば特許文献１参照）。

図２９は、直接変換型の放射線検出器の構造を説明している。放射線検出器６０は、放射線を電子とホールのキャリア対に変換する変換層５３と、変換層５３で生じた電子を検出する検出素子５４ａが縦横に配列されて構成される検出素子マトリックスとを有している。

図３０は、直接変換型の放射線検出器が放射線を検出する様子を示している。変換層５３に入射した放射線は、変換層５３の中を進む間に電子とホールのキャリア対を多数発生する。この変換層５３で発生した多数のキャリアは、検出素子マトリックスの検出素子５４ａのいずれかで検出される。キャリアを検出した検出素子５４ａを特定すれば、放射線が変換されて生じたキャリアが変換層５３のどこに存在していたかが分かる。放射線検出器は、このような原理に基づいて放射線の２次元的な分布をイメージングすることができる。

ところで、変換層５３内で生じた多数のキャリアは、図３０において円の点線で示すように広い空間に広がって存在している。この例では、キャリアのうち電子に注目し、広がった電子を電子雲と呼ぶことにする。

検出素子５４ａは、電子を検出することができる素子である。この検出素子５４ａは、電子雲を検出することで動作する。

特開２０１３−２５０２０２

しかしながら、従来構成の放射線検出器は次のような問題点がある。
すなわち、従来構成では、検出素子５４ａの微細化に限界がある。

検出素子５４ａがある程度大きい場合は、電子雲が検出素子５４ａに対して十分に小さくなるため不具合は特にない。しかし、図３１に示すように検出素子５４ａが微細化されることにより、検出素子５４ａの大きさが電子雲の大きさに近づいてくると、新たな問題が生じる。

すなわち、図３１に示すように電子雲が互いに隣り合う検出素子５４ａに跨がってしまうのである。このような事態となると、電子雲が２つの検出素子５４ａで検出されてしまう。２つの検出素子５４ａのどちらで電子雲を検出したのかを区別することはできない。このような１つの放射線から生じたキャリアを複数の検出素子５４ａで検出する現象をチャージシェアリングと呼ぶ。

放射線検出器の空間分解能は、検出素子５４ａの大きさで決まる。検出素子５４ａが小さいほどそれだけ微細なイメージングをすることができるようになる。したがって、検出素子５４ａを微細にするのは放射線検出器の空間分解能を高める目的がある。

ところが、検出素子５４ａを小さくすればするほどチャージシェアリング現象が頻発するようになる。チャージシェアリング現象が起こると、放射線検出器の空間分解能期待される分解能の半分しか得られないことになる。放射線を２つの検出素子５４ａで検出することになるからである。また、電子雲を２つの検出素子５４ａで例えば半分ずつ検出したとすると、検出素子５４ａ１個あたりからは電子雲半分に相当する検出信号しか出力されない。したがって、チャージシェアリング現象は画像のボケに繋がる。

本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、放射線を電荷に変換する変換層を備えた直接変換型の放射線検出器において、チャージシェアリング現象により１つの放射線を複数の検出素子により検出されてしまうことに起因する画像のボケを防止して微細な放射線のイメージングを確実に行うことにある。

本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る放射線検出器は、放射線を電荷に変換する変換層と、変換層で生じた電荷を検出する検出素子が縦横に配列している検出面を有する検出基板を備え、検出基板の検出面を構成する検出素子には放射線画像を構成する各画素に対応している画素対応素子と画素対応素子の隣に位置する放射線画像上には反映されない参照素子とがあり、画素対応素子が電荷を検出した際、画素対応素子および当該画素対応素子の隣の参照素子から出力される検出信号を比較して、放射線が検出面の画素対応素子側に入力したのかそれとも参照素子側に入力したのかを判定する判定部と、判定部の比較結果に基づいて、検出面の画素対応素子側に入力した放射線についてのみカウントするカウント部を備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］本発明によれば、放射線を電荷に変換する変換層を備えた直接変換型の放射線検出器において、１つの放射線を複数の検出素子により検出されてしまうことに起因する画像のボケを防止して微細な放射線のイメージングを確実に行うことができる。すなわち、本発明の放射線検出器の検出面には、放射線画像を構成する各画素に対応している画素対応素子に挟まれる位置に放射線画像上に反映されない緩衝領域を設けている。画素対応素子同士は、この緩衝領域に阻まれることになる。
しかし、これだけでは、画像のボケを阻止することはできない。変換層で発生した電荷が画素対応素子に挟まれた緩衝領域そのものに入力した場合、緩衝領域の右隣と左隣の画素対応素子のいずれもがこの電荷を検出してしまう可能性があるからである。つまり、単に緩衝領域を設けただけでは、緩衝領域の右隣と左隣の画素対応素子が１つの電荷を同時に検出されてしまうことが起こりえる。
そこで、本発明の構成では、緩衝領域にも電荷を検出する検出素子（参照素子）を配置し、変換層で発生した電荷と緩衝領域との位置関係を検出するようにしている。すなわち、本発明によれば、画素対応素子が電荷を検出した際、放射線が検出面の画素対応素子側に入力したのかそれとも参照素子側に入力したのかを判定する。放射線が検出面の画素対応素子側に入力した場合は、放射線の検出があったものとしてカウントを行う。一方、放射線が検出面の緩衝領域側に入力した場合は、放射線は画素対応素子の間の緩衝領域に入力されたという判断がなされ、放射線が検出された扱いとはしないようにしている。
本発明によれば、緩衝領域に入力された１つの放射線に対して緩衝領域の右隣と左隣の画素対応素子が反応してしまった場合は、電荷が検出面の画素対応素子側に入力しているから、いずれの画素対応素子も電荷が検出された扱いにならない。本発明はこのような原理に基づいて１つの電荷を複数の検出素子により検出されてしまうことで生じる画質の劣化現象を抑制している。

また、上述の放射線検出器において、判定部は、画素対応素子由来の検出信号の強度が参照素子由来の検出信号の強度よりも大きい場合、放射線が検出面の画素対応素子側に入力したものと判定し、画素対応素子由来の検出信号の強度が参照素子由来の検出信号の強度よりも小さい場合、放射線が検出面の参照素子側に入力したものと判定すればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は本発明の具体例を示している。すなわち、画素対応素子由来の検出信号の強度が参照素子由来の検出信号の強度よりも大きい場合、放射線が検出面の画素対応素子側に入力したものと判定し、画素対応素子由来の検出信号の強度が参照素子由来の検出信号の強度よりも小さい場合、放射線が検出面の参照素子側に入力したものと判定すれば、より確実に放射線の入力位置を判定することができる。

また、上述の放射線検出器において、２つの参照素子が左右から１つの画素対応素子に隣接していればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は本発明の具体例を示している。２つの参照素子が左右から１つの画素対応素子に隣接していれば、画素対応素子の左右両隣に他の画素対応素子が存在せず、１つの放射線を複数の画素対応素子が重複して検出してしまうことがない。

また、上述の放射線検出器において、４つの参照素子が上下左右から１つの画素対応素子に隣接していればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は本発明の具体例を示している。２つの参照素子が左右から１つの画素対応素子に隣接し、２つの参照素子が上下から１つの画素対応素子に隣接していれば、画素対応素子の上下左右について他の画素対応素子が存在せず、１つの放射線を複数の画素対応素子が重複して検出してしまうことがない。

また、上述の放射線検出器において、参照素子が画素対応素子に隣接する方向である隣接方向についての参照素子の幅は、隣接方向についての画素対応素子の幅よりも狭くなっていればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は本発明の具体例を示している。参照素子が画素対応素子に隣接する方向である隣接方向についての参照素子の幅は、隣接方向についての画素対応素子の幅よりも狭くなっていれば、放射線画像を生成するときに放射線の不感領域の扱いとされる参照素子の面積を極力小さくすることができる。

また、上述の放射線検出器において、画素対応素子の間には複数の参照素子が配置されていればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は本発明の具体例を示している。本発明は、使用の目的に合わせて画素対応素子の間に複数の参照素子を設けるようにすることもできる。

また、上述の放射線検出器において、検出面の画素対応素子を参照素子に切り替え、参照素子を画素対応素子に切り替える切り替え部を備えればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は本発明の具体例を示している。参照素子は、放射線画像を生成するときに放射線の不感領域の扱いとされてしまうので、放射線検出器は、この部分についてのイメージングをすることができない。検出面の画素対応素子を参照素子に切り替え、参照素子を画素対応素子に切り替えることができるようにすれば、素子の切り替え前後で２回の撮影を行って、このときの撮影結果を１枚の放射線画像に合成すれば、検出面の全域についてのイメージングが可能となる。

本発明によれば、放射線を電荷に変換する変換層を備えた直接変換型の放射線検出器において、１つの放射線を複数の検出素子により検出されてしまうことに起因する画像のボケを防止して微細な放射線のイメージングを確実に行うことができる。すなわち、本発明の放射線検出器の検出面の画素対応素子に挟まれる位置に放射線画像上に反映されない緩衝領域を設けている。そして、本発明の構成では、緩衝領域にも電荷を検出する検出素子（参照素子）を配置し、放射線が検出面の緩衝領域側に入力した場合は、電荷は画素対応素子の間の緩衝領域に入力されたという判断がなされ、放射線が検出された扱いとはしないようにしている。

実施例１に係るＸ線検出器の全体構成を説明する機能ブロック図である。 実施例１に係る検出面を説明する平面図である。 実施例１に係る電子雲の検出について説明する模式図である。 実施例１に係る電子雲の検出について説明する模式図である。 実施例１に係る電子雲の検出について説明する模式図である。 実施例１に係る検出素子の切り替えを説明する模式図である。 実施例１に係る検出素子の切り替えを利用した撮影方法について説明する模式図である。 実施例１に係る検出素子の切り替えを利用した撮影方法について説明する模式図である。 実施例１に係る検出素子の切り替えを利用した撮影方法について説明する模式図である。 実施例１に係る検出面の一例を説明する平面図である。 実施例１に係るＸ線検出器を備えたＸ線撮影装置の全体構成を説明する機能ブロック図である。 実施例１に係るＸ線検出器の効果を説明する模式図である。 実施例１に係るＸ線検出器の効果を説明する模式図である。 実施例２に係るＸ線検出器の撮影原理を説明する模式図である。 実施例２に係るＸ線検出器の撮影原理を説明する模式図である。 実施例２に係るＸ線検出器を備えたＸ線撮影装置を説明する模式図である。 実施例２に係るマルチスリットを説明する模式図である。 実施例２に係る検出面の構成を説明する平面図である。 実施例２に係る検出素子の切り替えを利用した撮影方法について説明する模式図である。 実施例２に係る検出素子の切り替えを利用した撮影方法について説明する模式図である。 実施例２に係る検出素子の切り替えを利用した撮影方法について説明する模式図である。 実施例２に係るマルチスリットの影と検出素子の位置関係とを説明する模式図である。 実施例２に係る散乱Ｘ線の撮影原理を説明する模式図である。 実施例２に係る散乱Ｘ線の撮影原理を説明する模式図である。 実施例２に係る散乱Ｘ線の撮影原理を説明する模式図である。 実施例２に係る散乱Ｘ線の撮影原理を説明する模式図である。 実施例２に係る散乱Ｘ線の撮影原理を説明する模式図である。 本発明の１変形例について説明する模式図である。 従来構成の放射線撮影装置を説明する模式図である。 従来構成の放射線撮影装置を説明する模式図である。 従来構成の問題点を説明する模式図である。

本発明は、Ｘ線を検出するＸ線検出器に関するものである。Ｘ線は、本発明の放射線に相当する。

＜Ｘ線検出器の全体構成＞
図１は、本発明に係るＸ線検出器１０の全体構成を示す機能ブロック図である。Ｘ線検出器は、Ｘ線をキャリア対（電子とホールの対）に変換する変換層３と、変換層３で生じた電子を検出する検出基板４とを備えている。変換層３は、例えばＳｉ，アモルファスセレン、ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅなどの素材で構成される。検出基板４は、変換層３で生じた電子を検出する検出素子４ａが縦横に配列している検出面４ｓを有している。

＜本発明の最も特徴的な構成＞
図２は、検出面４ｓの構成を説明したものとなっている。本発明の最も特徴的な構成は、検出面４ｓに配列されている検出素子４ａには２つのタイプがあることである。この点について説明する。Ｘ線検出器１０にＸ線を照射すると、Ｘ線の検出結果を示すＸ線検出データがＸ線検出器１０から出力される。このＸ線検出データは、検出素子４ａのいずれかがＸ線を検出した結果を表している。この点は本発明のＸ線検出器１０も従来の構成と共通している。本発明のＸ線検出器１０が特徴的なのは、検出素子４ａの中には、Ｘ線を検出してもＸ線検出器１０が検出データを出力しないものがあるということである。

Ｘ線検出データは、検出素子ごとに検出したＸ線量を表したものとなっており、検出されたＸ線量の２次元分布を表している。したがって、Ｘ線検出データは、Ｘ線画像を生成する元のローデータである。Ｘ線検出データに基づいてＸ線画像を生成すると、Ｘ線画像を構成する画素の各々は、異なる検出素子で検出されたＸ線量を表している。したがって、検出素子とＸ線画像を構成する画素の各々には対応関係があるのが普通である。ある検出素子のＸ線の検出結果はＸ線画像上の画素のどれかに反映されているはずである。

しかし、本発明の構成においては、Ｘ線画像上の画素のどれにも反映されない検出素子が検出面４ｓ上に設けられている。図２における画素対応素子４ｐは、Ｘ線画像を構成する各画素に対応している検出素子であり、参照素子４ｒは、Ｘ線画像上には反映されない検出素子となっている。しかしながら、画素対応素子４ｐ，参照素子４ｒは、いずれも検出素子４ａであり、変換層３で生じた電子を検出する能力を有している。検出面４ｓにおいては、２つの参照素子４ｒが左右から１つの画素対応素子４ｐに隣接している。

検出面４ｓ上において画素対応素子４ｐは、縦一列に配列されてアレイを構成し、参照素子４ｒも縦一列に配列されてアレイを構成している。画素対応素子４ｐのアレイと参照素子４ｒのアレイとは交互に出現するように横方向に配列される。その結果、検出面４ｓには、検出素子４ａが縦横に配列される構成となっている。

＜画素対応素子４ｐがＸ線を検出する原理＞
続いて、画素対応素子４ｐが電子雲を検出する原理について説明する。１つの画素対応素子４ｐが電子雲を検出する過程には、画素対応素子４ｐとその両隣に位置する２つの参照素子４ｒが関係している。この横方向に並んでいる３つの画素を素子グループＧと呼ぶことにする。

図３は、図２で説明した素子グループＧを抜き出して表している。素子グループＧに属する３つの検出素子の出力端子は、シェイパｓを通じて素子グループＧに対応する判定部１１Ｇに接続されている。シェイパｓは、出力端子から出力される電気信号の波形を整形する構成となっている。判定部１１Ｇの出力端子は、素子グループＧに対応するカウント部１２Ｇに接続されている。

図４は、素子グループＧが電子雲を検出する様子を表している。図４の場合、電子雲は、素子グループＧの画素対応素子４ｐとその左隣の参照素子４ｒとに跨がっており、両素子４ｐ，４ｒで検出される。

図４の場合、電子雲は、画素対応素子４ｐ側に位置している。従って、画素対応素子４ｐから出力される検出信号は、左隣の参照素子４ｒから出力される検出信号よりも大きくなる。判定部１１Ｇは、画素対応素子４ｐ，参照素子４ｒより出力された検出信号を比較して、どちらの検出信号が大きかったかを示す判定結果をカウント部１２Ｇに送出する。このように、判定部１１Ｇは、画素対応素子４ｐが電子雲を検出した際、画素対応素子４ｐおよび当該画素対応素子４ｐの隣の参照素子４ｒから出力される検出信号を比較して、電子雲が検出面４ｓの画素対応素子４ｐ側に入力したのかそれとも参照素子４ｒ側に入力したのかを判定する。判定部１１は、画素対応素子４ｐ由来の検出信号の強度が参照素子４ｒ由来の検出信号の強度よりも大きい場合、電子雲が検出面４ｓの画素対応素子４ｐ側に入力したものと判定する。

カウント部１２Ｇは、画素対応素子４ｐ由来の検出信号が参照素子４ｒ由来の検出信号よりも大きかった場合、画素対応素子４ｐが電子雲を検出したものと認定して、電子雲の検出をカウントする。カウント部１２Ｇはこの動作を繰り返すことにより、画素対応素子４ｐが何個の電子雲を検出したのかカウントし続ける。

図５も、電子雲が素子グループＧの画素対応素子４ｐとその左隣の参照素子４ｒとに跨がっており、両素子４ｐ，４ｒで検出される様子を示している。図５の場合、電子雲は、参照素子４ｒ側に位置している。従って、参照素子４ｒから出力される検出信号は、画素対応素子４ｐから出力される検出信号よりも大きくなる。判定部１１Ｇは、右隣の画素対応素子４ｐ，参照素子４ｒより出力された検出信号を比較して、どちらの検出信号が大きかったかを示す判定結果をカウント部１２Ｇに送出する。判定部１１は、画素対応素子４ｐ由来の検出信号の強度が参照素子４ｒ由来の検出信号の強度よりも小さい場合、電子雲が検出面４ｓの参照素子４ｒ側に入力したものと判定する。なお、判定部１１は、画素対応素子４ｐ由来の検出信号の強度と参照素子４ｒ由来の検出信号の強度とが同じ場合、電子雲が検出面４ｓの画素対応素子４ｐ側に入力したものと判定する構成としてもよいし、電子雲が検出面４ｓの参照素子４ｒ側に入力したものと判定する構成としてもよい。

カウント部１２Ｇは、参照素子４ｒ由来の検出信号が画素対応素子４ｐ由来の検出信号よりも大きかった場合、画素対応素子４ｐが電子を検出しなかったものと認定して、電子雲の検出をカウントしない。このように、カウント部１２は、判定部１１の比較結果に基づいて、検出面４ｓの画素対応素子４ｐ側に入力した電子雲についてのみカウントする。

カウント部１２Ｇはこのような動作をＸ線の検出時間中に続行し、Ｘ線の検出の終了時に蓄積していたカウント数を示す信号を出力する。このカウント数は、Ｘ線の検出時間中に何個のＸ線を画素対応素子４ｐが検出したのかを示したものであり、参照素子４ｒが検出したＸ線の個数を反映するものではない。

図４，図５は、画素対応素子４ｐとその左隣の参照素子４ｒとに電子雲が跨がっている場合を想定して説明しているが、判定部１１Ｇおよびカウント部１２Ｇは、画素対応素子４ｐとその右隣の参照素子４ｒについても同様の動作を行う。

なお、図３，図４，図５は、検出面４ｓ上のある画素対応素子４ｐについての素子グループＧについてのものである。検出面４ｓには、素子グループＧに係るもの以外にも画素対応素子４ｐが存在している。これら検出面４ｓに存在する他の画素対応素子４ｐについても対応する素子グループＧ１，Ｇ２，Ｇ３，…の概念がある。ある参照素子４ｒは、左隣の画素対応素子４ｐ対応する素子グループＧｎの一員でもあるし、右隣の画素対応素子４ｐ対応する素子グループＧｎ＋１の一員でもある。

本発明のＸ線検出器１０は、素子グループＧ１，Ｇ２，Ｇ３，…の各々に対応する判定部１１Ｇ１，１１Ｇ２，１１Ｇ３，…とカウント部１２Ｇ１，１２Ｇ２，１２Ｇ３，…とが備えられている。検出面４ｓに存在する全ての画素対応素子４ｐが検出したＸ線の検出回数は、対応するカウント部１２Ｇ１，１２Ｇ２，１２Ｇ３，…によってカウントされる。

図１における判定部１１は、各画素対応素子４ｐに対応する判定部１１Ｇ１，１１Ｇ２，１１Ｇ３，…をまとめて表現したものであり、カウント部１２は、各画素対応素子４ｐに対応するカウント部１２Ｇ１，１２Ｇ２，１２Ｇ３，…をまとめて表現したものとなっている。

検出面４ｓ上のある素子グループＧｎに注目する。素子グループＧｎを構成する参照画素４ｒには、その隣の素子グループＧｎ＋１の一員ともなっているものがある。この参照画素４ｒは、１つの出力端子を備えており、その出力端子は、判定部１１Ｇｎの入力と判定部１１Ｇｎ＋１の入力とに接続されている。このようにすることでＸ線検出器１０を構成する配線数を削減することができる。この構成は、検出面４ｓ上の全ての素子グループＧで共通している。また、後述する素子グループＨも同様の構成となっている。

本発明のような参照素子４ｒを備えるような構成にすれば、互いに隣接する素子の間で生じるチャージシェアリングの問題を解決することができる。チャージシェアリングとは、互いに隣接する２つの素子で１つの電子雲を検出してしまう現象であり、Ｘ線画像の画質の悪化の原因となっている。本発明によれば、互いに隣接する２つの素子で電子雲を検出したとしても、電子雲が画素対応素子４ｐと参照素子４ｒとのどちら側で検出されたのかを区別することができる。そして、電子雲が画素対応素子４ｐの側で検出された場合は、画素対応素子４ｐがＸ線を検出したと考えることができ、逆に電子雲が参照素子４ｒの側で検出された場合は、画素対応素子４ｐがＸ線を検出しなかった考えることができる。したがって、本発明のＸ線検出器１０によれば、電子雲を検出した検出素子４ａがいったいどれなのかが特定された場合に限って検出イベントのカウントを行うようにしているので、出力される検出データにチャージシェアリングの影響が現れない。検出データに基づいて生成されるＸ線画像にはボケが生じない。

＜参照素子４ｒを設けたことによる欠点を解決する構成＞
このように、参照素子４ｒを設けたことによりチャージシェアリングの問題は解決することができる。しかし、参照素子４ｒを設けたことにより、Ｘ線を検出できる検出素子４ａの個数が事実上半分になってしまうという問題がある。図２で示した参照素子４ｒは、Ｘ線検出器１０全体で見れば、Ｘ線の検出データを送出しない不感領域となってしまっている。Ｘ線検出器１０は、飛び飛びの位置でしかＸ線を検出できないのである。

本発明は、このような理由で生じるＸ線検出器１０の不感領域を抑制する目的で切り替え部１３を備えている（図１参照）。切り替え部１３は、図６に示すように、検出面４ｓ上の画素対応素子４ｐを参照素子４ｒに切り替え、参照素子４ｒを画素対応素子４ｐに切り替える構成となっている。画素対応素子４ｐと参照素子４ｒとの並びが図２と同じ状態を状態１とよび、並びが逆になっている状態を状態２と呼ぶことにする。

このような素子の切り替えは、判定部１１およびカウント部１２の設定を変更することで実現される。すなわち、Ｘ線検出器１０には、図２に示す参照素子４ｒから切り替わった画素対応素子４ｐに対しても上述の素子グループＨ１，Ｈ２，Ｈ３，…の概念がある。図２に示す画素対応素子４ｐから切り替わった参照素子４ｒは、左隣の画素対応素子４ｐ対応する素子グループＨｎの一員でもあるし、右隣の画素対応素子４ｐ対応する素子グループＨｎ＋１の一員でもある。

本発明のＸ線検出器１０は、素子グループＨ１，Ｈ２，Ｈ３，…の各々に対応する判定部１１Ｈ１，１１Ｈ２，１１Ｈ３，…とカウント部１２Ｈ１，１２Ｈ２，１２Ｈ３，…とが備えられている。図２に示す参照素子４ｒから切り替わった画素対応素子４ｐが検出した電子の検出回数は、対応するカウント部１２Ｈ１，１２Ｈ２，１２Ｈ３，…によってカウントされる。

図１における判定部１１は、図２に示す参照素子４ｒから切り替わった画素対応素子４ｐに対応する判定部１１Ｈ１，１１Ｈ２，１１Ｈ３，…をもまとめて表現している。同様に、カウント部１２は、図２に示す参照素子４ｒから切り替わった画素対応素子４ｐに対応するカウント部１２Ｈ１，１２Ｈ２，１２Ｈ３，…をまとめて表現したものとなっている。

本発明のＸ線検出器１０でＸ線画像を撮影するときには、まず、検出面４ｓを状態１にしてＸ線検出を行い、続いて検出面４ｓを状態２にしてＸ線検出を行う。図７は、検出面４ｓを状態１にしてＸ線検出を行った場合を説明している。状態１の検出面４ｓでは、参照素子４ｒに係る部分がストライプ状の不感領域を有しているので、このときのＸ線検出で得られる検出データを用いてＸ線画像Ｐ１を生成したとすると、不感領域がそのまま残ったような画像となる。

図８は、検出面４ｓを状態２にしてＸ線検出を行った場合を説明している。状態２の検出面４ｓも参照素子４ｒに係る部分がストライプ状の不感領域を有しているので、このときのＸ線検出で得られる検出データを用いてＸ線画像Ｐ２を生成したとすると、やはり不感領域がそのまま残ったような画像となる。

Ｘ線画像Ｐ１に現れている不感領域は、検出面４ｓが状態１となっているときの参照素子４ｒに相当する部分である。この参照素子４ｒは、検出面４ｓが状態２となったときの画素対応素子４ｐに相当する。Ｘ線画像Ｐ２は、この画素対応素子４ｐを用いて生成された画像である。ということは、Ｘ線画像Ｐ２は、Ｘ線画像Ｐ１の不感領域に相当する画像となっているということになる。また、逆にＸ線画像Ｐ２にとっては、Ｘ線画像Ｐ１は、自身の不感領域に相当する画像となっている。このように、Ｘ線画像Ｐ１およびＸ線画像Ｐ２は、互いの死角を補い合う相補的な関係を有している。

従って、図９に示すようにＸ線画像Ｐ１とＸ線画像Ｐ２とを合成することにより、互いの不感領域を消去すれば、不感領域が画像上に現れていないＸ線画像Ｐ０を得ることができる。

検出面４ｓにおいて参照素子４ｒは、Ｘ線画像を生成するときにＸ線の不感領域の扱いとされてしまうので、Ｘ線検出器は、この部分についてのイメージングをすることができない。検出面４ｓの画素対応素子４ｐを参照素子４ｒに切り替え、参照素子４ｒを画素対応素子４ｐに切り替えることができるようにすれば、素子の切り替え前後で２回の撮影を行って、このときの撮影結果を１枚のＸ線画像に合成すれば、検出面４ｓの全域についてのイメージングが可能となる。

また、参照素子４ｒを設けたことによって死角が発生してしまうという課題を解決する方法としては、図１０に示すように、参照素子４ｒを画素対応素子４ｐに対して小さくしてもよい。このようにすると、検出面４ｓ上の不感領域を極力小さくすることができる。この構成は、図６，図７，図８，図９で説明した素子を切り替えてＸ線検出を２回行う構成と比べて、Ｘ線検出を１回にすることができるというメリットがある。参照素子４ｒが画素対応素子４ｐに隣接する方向である隣接方向（横方向）についての参照素子４ｒの幅は、隣接方向についての画素対応素子４ｐの幅よりも狭くなっていれば、Ｘ線画像を生成するときにＸ線の不感領域の扱いとされる参照素子４ｒの面積を極力小さくすることができる。

図１１は、本発明のＸ線検出器１０を搭載したＸ線撮影装置を表している。撮影装置１１は、図１１に示すように被写体Ｍを載置する載置台１２と、載置台１２の上側に設けられるとともに角錐形状に広がるＸ線ビームを照射するＸ線源１３と、Ｘ線源１３から生じ、載置台２上の被写体Ｍを透過してきたＸ線を検出するＸ線検出器１０を備えている。

Ｘ線源制御部１６は、Ｘ線源１３を制御する目的で設けられている。撮影中、Ｘ線源制御部１６は、パルス状にＸ線ビームを繰り返し出力するようにＸ線源１３を制御する。画像生成部３１は、Ｘ線検出器１０から出力されるＸ線検出データに基づいて図７，図８で説明したＸ線画像Ｐ１，Ｐ２を生成する。画像処理部３２は、画像生成部３１が出力したＸ線画像Ｐ１，Ｐ２を合成して図９で説明したＸ線画像Ｐ０を生成する。

主制御部２１は、各部１６，３１，３２を統括的に制御する目的で設けられている。この主制御部２１は、ＣＰＵによって構成され、各種のプログラムを実行することにより各部を実現している。また、これら各部は、これらを担当する演算装置に分割して実行されてもよい。各部は必要に応じて記憶部２７にアクセスすることができる。操作卓２５は、操作者の指示を入力する目的で設けられている。また、表示部２６は、透視像を表示する目的で設けられている。

以上のように、本発明によれば、Ｘ線を電子雲に変換する変換層３を備えた直接変換型のＸ線検出器において、１つの電子雲を複数の検出素子により検出されてしまうことに起因する画像のボケを防止して微細なＸ線のイメージングを確実に行うことができる。すなわち、本発明のＸ線検出器の検出面４ｓには、Ｘ線画像を構成する各画素に対応している画素対応素子４ｐに挟まれる位置にＸ線画像上に反映されない緩衝領域を設けている（図１２左側参照）。画素対応素子４ｐ同士は、この緩衝領域に阻まれることになる。

しかし、これだけでは、画像のボケを阻止することはできない。変換層３で発生した電子雲が画素対応素子４ｐに挟まれた緩衝領域そのものに入力した場合、緩衝領域の右隣と左隣の画素対応素子４ｐのいずれもがこの電子雲を検出してしまう可能性があるからである（図１２右側参照）。つまり、単に緩衝領域を設けただけでは、緩衝領域の右隣と左隣の画素対応素子４ｐが１つの電子雲を同時に検出されてしまうことが起こりえる。

そこで、本発明の構成では、図１３左側に示すように緩衝領域にも電子雲を検出する検出素子（参照素子４ｒ）を配置し、変換層３で発生した電子雲と緩衝領域との位置関係を検出するようにしている。すなわち、本発明によれば、画素対応素子４ｐが電子雲を検出した際、電子雲が検出面４ｓの画素対応素子４ｐ側に入力したのかそれとも参照素子４ｒ側に入力したのかを判定する。電子雲が検出面４ｓの画素対応素子４ｐ側に入力した場合は、電子雲の検出があったものとしてカウントを行う。一方、電子雲が検出面４ｓの参照素子４ｒ側に入力した場合は、電子雲は画素対応素子４ｐの間の緩衝領域に入力されたという判断がなされ、電子雲が検出された扱いとはしないようにしている。

本発明によれば、緩衝領域に入力された１つの電子雲に対して緩衝領域の右隣と左隣の画素対応素子４ｐが反応してしまった場合は、電子雲が検出面４ｓの参照素子４ｒ側に入力しているから、図１３右側に示すように、いずれの画素対応素子４ｐも電子雲が検出された扱いにならない。本発明はこのような原理に基づいて１つの電子雲を複数の検出素子により検出されてしまうことで生じる画質の劣化現象を抑制している。

続いて実施例２に係るＸ線検出器１０およびそれを備えたＸ線撮影装置について説明する。実施例２に係るＸ線撮影装置は、散乱Ｘ線をイメージングする装置となっている。

図１４は、散乱Ｘ線イメージングについて説明している。図１４左側に示すように物体のごく一部にＸ線を照射したとする。Ｘ線は物体を透過してＸ線検出器で検出されることになる。ここで、図１４右側に示すように物体の内部にＸ線を散乱させるような散乱源があったとする。物体の内部におけるＸ線の通り道にこのような散乱源があると、Ｘ線の一部は散乱源により散乱されて進行方向が変わる。すると、Ｘ線検出器上でＸ線が届く範囲が変化する。この変化はＸ線検出器１０で検出可能である。

実施例２に係るＸ線撮影装置は、このような原理に基づいて物体の内部構造のイメージングを行う。つまり、Ｘ線撮影装置は、Ｘ線検出器１０によりＸ線が届く範囲を検出することで物体内部の散乱源の存在を認識し、物体内部の散乱源の分布をイメージングする。

図１４の例では、散乱源のイメージングを物体の一部についてしか行うことができない。そこで、図１５に示すように実施例２に係るＸ線撮影装置は、物体の複数箇所にＸ線を当てることで、物体全体についての散乱源の分布をイメージングできるようにしている。

図１６は、実施例２に係るＸ線撮影装置の構成を説明している。実施例２に係るＸ線撮影装置は、実施例１の装置と同様の装置構成となっている。大きく異なる点は、Ｘ線源１３と載置台１２との間にマスク１５が設けられていることにある。このマスク１５が図１５で説明したストライプ状のＸ線ビームを生成する構成となっている。

図１７は、マスク１５の構成を説明している。マスク１５は、縦方向に伸びた吸収線１５ａが横方向に配列した構成となっている。この吸収線１５ａは、Ｘ線を吸収する。したがって、マスク１５は、通過するＸ線ビームからしてみれば縦方向に伸びたスリットが横方向に配列していることになる。

＜Ｘ線検出器１０の検出面４ｓの構成＞
実施例２のＸ線検出器１０の検出面４ｓは特徴的であるのでこれについて説明する。検出面４ｓには、図１８に示すように、正方形の形状をした検出素子４ａと縦長の長方形の形状をした検出素子４ａとが設けられている。長方形の検出素子４ａの横方向の幅は、正方形の検出素子４ａの横方向の幅の半分となっている。長方形の検出素子４ａの右隣または左には対をなすもう１つの長方形の検出素子４ａが位置している。対をなす２つの検出素子４ａを検出素子ペア４ｄと呼ぶことにする。検出素子ペア４ｄは、検出面４ｓ上において、縦１列に配列されている。この検出素子ペア４ｄの配列をペアアレイＰｅと呼ぶことにする。一方、正方形の検出素子４ａは、検出面４ｓ上において、縦１列に配列されている。この検出素子４ａのアレイをソロアレイＳｏと呼ぶことにする。

検出面４ｓには、ソロアレイＳｏとペアアレイＰｅとが交互に出現するように横方向に配列されている。このうちソロアレイＳｏに属する正方形の検出素子４ａは、画素対応素子４ｐとなっている。ペアアレイＰｅに属する長方形の検出素子４ａは、画素対応素子４ｐと参照素子４ｒとの間で切り替えることができる。この切り替えは、図１で説明した切り替え部１３が実行する。

図１９左側は、ペアアレイＰｅに属する検出素子４ａの全てが参照素子４ｒに切り替えられている状態を示している。この検出面４ｓの状態を状態１と呼ぶことにする。この状態１は、図１９右側に示すように互いのソロアレイＳｏの間に位置するペアアレイ１幅分の領域が不感領域となっている。この場合、画素対応素子４ｐの間には複数の参照素子４ｒが配置されていることになる。

図２０左側は、ペアアレイＰｅに属する検出素子４ａのうち右側の素子が参照素子４ｒに切り替えられ、左側の素子が画素対応素子４ｐに切り替えられている状態を示している。この検出面４ｓの状態を状態２と呼ぶことにする。この状態２は、図２０右側に示すようにソロアレイ１．５個分の幅に対しペアアレイＰｅ半分幅分の不感領域が現れるようなパターンを有している。

図２１左側は、ペアアレイＰｅに属する検出素子４ａのうち左側の素子が参照素子４ｒに切り替えられ、右側の素子が画素対応素子４ｐに切り替えられている状態を示している。この検出面４ｓの状態を状態３と呼ぶことにする。ソロアレイ１．５個分の幅に対しペアアレイＰｅ半分幅分の不感領域が現れるようなパターンを有している点は、状態３とは、状態２との間で共通している。ただし、図２１右側に示すように検出面４ｓ上で不感領域の現れる位置が状態２と状態３との間で互いに異なっている。

切り替え部１３は、状態１，２，３の間で検出面４ｓの状態を切り替えることができる。

図１９の左側において太枠で囲まれた３つの検出素子は、図２で説明した素子グループを意味している。また、図２０の左側における素子グループは、太枠で囲まれた２つの検出素子である。したがって、図２０の左側には２つの素子グループがそれぞれ太枠で囲まれていることになる。このような事情は図２１についても同様である。実施例２においても、図３，図４，図５で説明した動作が実行され、画素対応素子４ｐ側で検出された電子雲のみをカウントするようにしている。

図２２は、マスク１５がＸ線検出器１０に投影される様子の一例を示している。マルチスリット１５が有する吸収線１５ａが伸びる縦方向と、Ｘ線検出器１０の縦方向は一致している。したがって、吸収線１５ａがＸ線検出器１０上に投影されてできる影は、ソロアレイＳｏおよびペアアレイＰｅの伸びる方向に伸びている。しかも、吸収線１５ａの影は、ペアアレイＰｅに位置している。マルチスリット１５がＸ線検出器１０に投影される様式は、図２２が示す様式に限られるものではない。

図２３は、マルチスリット１５を通過したＸ線が検出面４ｓのソロアレイＳｏに入射する様子を示している。この場合、マルチスリット１５を通過したＸ線は、ペアアレイＰｅ側にはみ出すことなくソロアレイＳｏに入射している。

図２４は、マルチスリット１５とＸ線検出器１０の間に物体が置かれた状態を示している。この場合、マルチスリット１５を通過したＸ線は、物体を透過してＸ線検出器１０に入射する。物体内部に図１４で説明した散乱源があると、ソロアレイＳｏに入射するはずだったＸ線が散乱されてペアアレイＰｅに入射するようになる。図２４では、ソロアレイＳｏを構成する検出素子４ａの左側にはみ出した散乱Ｘ線がその検出素子４ａの左隣の検出素子に入射する様子と、ソロアレイＳｏを構成する検出素子４ａの右側にはみ出した散乱Ｘ線がその検出素子４ａの右隣の検出素子に入射する様子を示している。ソロアレイＳｏの隣はペアアレイＰｅであることからすると、散乱Ｘ線はペアアレイＰｅまで届くということになる。

実施例２の構成によれば、検出面４ｓの状態が互いに異なる撮影を行う。検出面４ｓの状態は３つあるのでＸ線画像も３枚できることになる。検出面４ｓが状態１のときに得られるＸ線画像をＸ線画像Ｐ１とし、検出面４ｓが状態２のときに得られるＸ線画像をＸ線画像Ｐ２とする。検出面４ｓが状態３のときに得られるＸ線画像をＸ線画像Ｐ３とする。

図２５は、検出面４ｓを状態１にしてＸ線画像Ｐ１を撮影している様子を示している。このとき、検出面４ｓ上で画素対応素子４ｐとなっているのは、図中の正方形で示す正方形の検出素子のみである。正方形の検出素子の間ではチャージシェアリングは生じない。検出素子同士は参照素子４ｒとなっている２つの長方形の検出素子に阻まれているからである。検出面４ｓを状態１にした撮影によれば、マルチスリット１５の投影が物体を透過してできる縞模様のパターンが検出できる。この縞模様は、物体がＸ線の一部を吸収することで作られたものなので、実測しないと得られないものである。Ｘ線画像Ｐ１はこの縞模様が写り込んでいる。

図２６は、検出面４ｓを状態２にしてＸ線画像Ｐ２を撮影している様子を示している。このとき、検出面４ｓ上で画素対応素子４ｐとなっているのは、図中の正方形で示す正方形の検出素子（例えば検出素子ａ）とその右隣の長方形の検出素子（例えば検出素子ｂ）である。検出素子ｂと、その右側にある正方形の検出素子ｃとの間ではチャージシェアリングは生じない。検出素子ｂ，ｃ同士は参照素子４ｒとなっている２つの長方形の検出素子に阻まれているからである。したがって、検出面４ｓを状態２にした撮影によれば、マルチスリット１５の投影が物体の散乱作用によってどのように乱れるかを確実に検出できる。もっとも、このとき検出できるのは、Ｘ線が正方形の検出素子の右側にはみ出して広がる乱れである。

図２７は、検出面４ｓを状態３にしてＸ線画像Ｐ３を撮影している様子を示している。このとき、検出面４ｓ上で画素対応素子４ｐとなっているのは、図中の正方形で示す正方形の検出素子（例えば検出素子ｆ）とその左隣の長方形の検出素子（例えば検出素子ｅ）である。検出素子ｅと、その左側にある正方形の検出素子ｄとの間ではチャージシェアリングは生じない。検出素子ｄ，ｅ同士は参照素子４ｒとなっている２つの長方形の検出素子に阻まれているからである。したがって、検出面４ｓを状態３にした撮影によれば、マルチスリット１５の投影が物体の散乱作用によってどのように乱れるかを確実に検出できる。もっとも、このとき検出できるのは、Ｘ線が正方形の検出素子の左側にはみ出して広がる乱れである。

こうして撮影されたＸ線画像Ｐ２，Ｐ３は、物体の散乱作用を示した画像となっている。しかし、Ｘ線画像Ｐ２，Ｐ３に目立って写り込んでいるのは、マルチスリット１５の投影の縞模様である。Ｘ線画像Ｐ２，Ｐ３における物体の散乱作用は、縞模様がわずかに乱れていることで表現されているに過ぎない。そこで、撮影装置は、Ｘ線画像Ｐ２からＸ線画像Ｐ１を、Ｘ線画像Ｐ３からＸ線画像Ｐ１をそれぞれ減算する構成となっている。Ｘ線画像Ｐ１は、Ｘ線の散乱がなかったときに得られるマルチスリット１５の投影の縞模様を意味している。したがって、Ｘ線画像Ｐ２からＸ線画像Ｐ１を減算すれば、Ｘ線画像Ｐ２に含まれるマルチスリット１５の投影の縞模様を消去して、散乱Ｘ線に関する成分を取り出すことができる。また、Ｘ線画像Ｐ３の減算について同様の効果がある。

減算処理後のＸ線画像Ｐ２，Ｐ３を画像処理すれば、物体内の散乱源の分布がイメージングされたＸ線画像Ｐ０を生成することができる。このとき画像処理としては、具体的には、Ｘ線画像Ｐ２，Ｐ３を加算する処理が考えられる。

Ｘ線画像Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、図１１で説明した画像生成部３１が生成し、Ｘ線画像同士の減算処理および、加算処理は画像処理部３２が実行する。

以上のように、本発明に係るＸ線検出器は、使用目的に合わせて種々の構成とすることができる。

本発明は上述の構成に限られず下記のように変形実施することができる。

（１）実施例１，２は、画素対応素子４ｐの右隣、左隣が参照素子４ｒとなっていたが、本発明はこの構成に限られない。図２８に示すように、画素対応素子４ｐの上下左右に参照素子４ｒを備えるような構成としてもよい。本変形例によれば、画素対応素子４ｐと参照素子４ｒとが検出面４ｓにおいて市松模様のように配列されている。図２８における太枠は、画素対応素子４ｐに対応する画素グループを意味している。本変形例の画素グループは、１つの画素対応素子４ｐとそれに上下左右から隣接する４つの参照素子４ｒから構成される。実施例２においても、図３，図４，図５で説明した動作が実行され、画素対応素子４ｐ側で検出された電子雲のみをカウントするようにしている。

図２８に示すように２つの参照素子４ｒが左右から１つの画素対応素子４ｐに隣接し、２つの参照素子４ｒが上下から１つの画素対応素子４ｐに隣接していれば、画素対応素子４ｐの上下左右について他の画素対応素子４ｐが存在せず、１つの電子雲を複数の画素対応素子４ｐが重複して検出してしまうことがない。

（２）図３，図４，図５で説明したカウント部１２Ｇは、画素対応素子４ｐ由来の検出信号が参照素子４ｒ由来の検出信号よりも大きかった場合、画素対応素子４ｐが電子を検出したものと認定して、電子の検出をカウントする構成となっていたが、本発明はこの構成に限られない。画素対応素子４ｐ由来の検出信号を参照素子４ｒ由来の検出信号で除算した値が１とは異なる閾値より大きいかどうかで電子の検出をカウントする稼働かを決めるようにしてもよい。

（３）実施例１では、Ｘ線画像の撮影を行い、その後、画素対応素子４ｐと参照素子４ｒとを互いに切り替えてもう一度Ｘ線画像の撮影を行うことにより、検出面４ｓ上の不感領域を補填するようにしていたが（図６，図７，図８参照），本発明はこの構成に限られない。Ｘ線画像の撮影を行い、その後、Ｘ線検出器１０を横方向に検出素子１個分だけ移動させてもう一度Ｘ線画像の撮影を行うことにより、検出面４ｓ上の不感領域を補填するようにしてもよい。

３ 変換層
４ 検出基板
４ｐ 画素対応素子
４ｒ 参照素子
４ｓ 検出面
１１ 判定部
１２ カウント部
１３ 切り替え部

Claims (8)

1. 放射線を電荷に変換する変換層と、
   前記変換層で生じた電荷を検出する検出素子が縦横に配列している検出面を有する検出基板を備え、
   前記検出基板の前記検出面を構成する検出素子には放射線画像を構成する各画素に対応している画素対応素子と前記画素対応素子の隣に位置する放射線画像上には反映されない参照素子とがあり、
   前記画素対応素子が電荷を検出した際、前記画素対応素子および当該画素対応素子の隣の参照素子から出力される検出信号を比較して、放射線が前記検出面の画素対応素子側に入力したのかそれとも参照素子側に入力したのかを判定する判定部と、
   前記判定部の比較結果に基づいて、前記検出面の画素対応素子側に入力した放射線についてのみカウントするカウント部を備えることを特徴とする放射線検出器。
2. 請求項１に記載の放射線検出器において、
   前記判定部は、画素対応素子由来の検出信号の強度が参照素子由来の検出信号の強度よりも大きい場合、放射線が前記検出面の画素対応素子側に入力したものと判定し、画素対応素子由来の検出信号の強度が参照素子由来の検出信号の強度よりも小さい場合、放射線が前記検出面の参照素子側に入力したものと判定することを特徴とする放射線検出器。
3. 請求項１または請求項２に記載の放射線検出器において、
   ２つの前記参照素子が左右から１つの前記画素対応素子に隣接していることを特徴とする放射線検出器。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放射線検出器において、
   ４つの前記参照素子が上下左右から１つの前記画素対応素子に隣接していることを特徴とする放射線検出器。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の放射線検出器において、
   前記参照素子が前記画素対応素子に隣接する方向である隣接方向についての前記参照素子の幅は、前記隣接方向についての前記画素対応素子の幅よりも狭くなっていることを特徴とする放射線検出器。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の放射線検出器において、
   前記画素対応素子の間には複数の参照素子が配置されていることを特徴とする放射線検出器。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の放射線検出器において、
   前記検出面の前記画素対応素子を前記参照素子に切り替え、前記参照素子を前記画素対応素子に切り替える切り替え部を備えることを特徴とする放射線検出器。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の放射線検出器を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
   

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