JP2016217875A - Radiation imaging system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放射線撮像システムに関する。 The present invention relates to a radiation imaging system.
医療現場などで用いられている放射線検出器では、被写体を通過した放射線をシンチレータで可視光に変換し、その発光を平面状に2方向に配列した受光素子の二次元アレイで検出し、放射線画像を取得している。このような放射線検出器を放射線源と組み合せて放射線画像を取得すると、放射線源と放射線検出器との位置関係から、放射線検出器の周辺部では放射線の入射角が垂直からずれてしまう。そのため、撮像範囲の中心付近に対して周辺部の解像度が低下するという問題があった。 In radiation detectors used at medical sites, radiation that has passed through a subject is converted into visible light by a scintillator, and the emitted light is detected by a two-dimensional array of light receiving elements arranged in two directions in a plane, and a radiation image is obtained. Is getting. When such a radiation detector is combined with a radiation source to acquire a radiation image, the incident angle of radiation shifts from the vertical at the periphery of the radiation detector due to the positional relationship between the radiation source and the radiation detector. For this reason, there is a problem that the resolution of the peripheral portion is lowered with respect to the vicinity of the center of the imaging range.
特許文献1には、シンチレータとして機能するCsI針状結晶が放射線の入射方向に向くように、CsI針状結晶を傾斜成長することで周辺部における解像度を改善した例の記載がある。 Patent Document 1 describes an example in which the resolution in the peripheral portion is improved by tilting the CsI needle crystal so that the CsI needle crystal functioning as a scintillator faces the incident direction of radiation.
特許文献1に記載のシンチレータのように、シンチレータを放射線の入射方向に傾けて形成する手法は、放射線源と放射線検出器との位置関係が予め設定された位置関係にある場合には周辺部の解像度が改善される。しかしながら、その位置関係を予め設定された位置関係から動かすと、解像度を改善することが難しいといった課題がある。 As in the scintillator described in Patent Document 1, the method of forming the scintillator by tilting in the radiation incident direction is performed when the positional relationship between the radiation source and the radiation detector is a preset positional relationship. Resolution is improved. However, when the positional relationship is moved from a preset positional relationship, there is a problem that it is difficult to improve the resolution.
そこで本発明は、放射線源と放射線検出器との位置関係を任意の位置に設定した場合であっても、放射線が斜めに入射することによる周辺部の解像度低下を軽減することができる放射線撮像システムを提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a radiation imaging system capable of reducing a reduction in resolution of the peripheral portion due to oblique incidence of radiation even when the positional relationship between the radiation source and the radiation detector is set at an arbitrary position. The purpose is to provide.
本発明の一側面によれば、放射線撮像システムは、複数のシンチレータ層を有する積層シンチレータと、前記積層シンチレータからの光を検出する受光素子が2方向に配列された受光素子アレイと、前記受光素子アレイによる検出結果を用いて放射線画像の情報を取得する画像処理手段と、を有し、前記複数のシンチレータ層は、前記受光素子アレイの受光面の法線方向において積層され、前記複数のシンチレータ層は互いに発するシンチレーション光の波長が異なり、前記受光素子アレイは、前記積層シンチレータからの前記シンチレーション光を波長で弁別して検出可能であり、前記画像処理手段は、前記受光素子アレイによって弁別された検出結果同士を、放射線の入射角度に応じた補正を行って重畳することで前記放射線画像の情報を取得することを特徴とする。 According to one aspect of the present invention, a radiation imaging system includes a stacked scintillator having a plurality of scintillator layers, a light receiving element array in which light receiving elements for detecting light from the stacked scintillator are arranged in two directions, and the light receiving element. Image processing means for acquiring radiation image information using detection results from the array, wherein the plurality of scintillator layers are stacked in the normal direction of the light receiving surface of the light receiving element array, and the plurality of scintillator layers Have different wavelengths of scintillation light emitted from each other, the light receiving element array can detect the scintillation light from the laminated scintillator by wavelength, and the image processing means can detect the detection result discriminated by the light receiving element array. The information of the radiation image is obtained by superimposing each other with correction according to the incident angle of the radiation. And acquiring.
本発明のその他の側面に関しては発明を実施するための形態で説明をする。 Other aspects of the present invention will be described in a mode for carrying out the invention.
本発明によれば、放射線源と放射線検出器との位置関係を任意の位置に設定した場合であっても、放射線が斜めに入射することによる周辺部の解像度低下を軽減することができる放射線撮像システムを提供することができる。 According to the present invention, even when the positional relationship between the radiation source and the radiation detector is set at an arbitrary position, radiation imaging that can reduce the resolution reduction in the peripheral portion due to the oblique incidence of radiation. A system can be provided.
本実施形態の放射線撮像システムは、放射線検出器と画像処理手段とを有する。放射線検出器は、シンチレーション光の波長が異なる複数のシンチレータ層が積層した積層シンチレータと、各シンチレータ層のシンチレーション光を弁別可能な受光素子の2次元アレイとを有し、放射線検出素子の強度分布を各シンチレータ層毎に検出する。画像処理手段は放射線検出器と接続され、放射線検出器による各シンチレータ層毎の検出結果を用い、放射線の入射角度に応じて各シンチレータ層の検出結果間の位置ずれを補正してから各検出結果同士を重畳する。これにより、放射線源と放射線撮像システムとの位置によらず、周辺部における解像度の低下を軽減することができる。 The radiation imaging system of this embodiment includes a radiation detector and image processing means. The radiation detector has a laminated scintillator in which a plurality of scintillator layers having different scintillation light wavelengths are laminated, and a two-dimensional array of light receiving elements capable of discriminating the scintillation light of each scintillator layer. Detect for each scintillator layer. The image processing means is connected to the radiation detector, uses the detection result of each scintillator layer by the radiation detector, corrects the positional deviation between the detection results of each scintillator layer according to the incident angle of radiation, and then detects each detection result. Superimpose each other. Thereby, the fall of the resolution in a peripheral part can be reduced irrespective of the position of a radiation source and a radiation imaging system.
以下、図面などを用いて本発明を実施するための形態をより具体的に説明する。図1に本実施形態の放射線検出器101の模式図を示す。放射線検出器101は、積層シンチレータ102と受光素子アレイ103から構成される。積層シンチレータ102は、発光波長の異なる複数のシンチレータ層104、105、106を有し、これらのシンチレータ層は、受光素子アレイ103の受光面の法線方向において積層している。受光素子アレイ103は、基板112と、基板上で交差する2方向に配列された受光素子122(所謂エリアセンサ)を有する。受光素子122のそれぞれは、積層シンチレータ102からの光を波長で弁別して検出することができるように、カラーフィルタ層107及び光電変換素子111を有する。このように、放射線検出器101が構成されることで、積層シンチレータ102のどの層で、どの程度シンチレーション光が発生したかを検出することができる。詳細は後程詳細に説明するが、放射線が積層シンチレータ102に対して斜めに入射すると、放射線の下流側(受光素子側)のシンチレータ層ほど放射線が垂直に入射する位置から遠い位置に放射線が入射する。但し、放射線が垂直に入射する位置とは、放射線源と検出器との間に何も配置されていないときに放射線が垂直に入射する位置のことを指し、一般的には撮像範囲の中心である。本発明及び本明細書では、この位置のことを単にシンチレータ層の中心と呼ぶことがある。よって、放射線検出器101によりシンチレータ層毎にシンチレーション光を検出し、画像処理手段(不図示)が入射角度に応じた補正を行うことで、シンチレータ層が1層の放射線検出器を用いた場合よりも解像度を向上させることができる。画像処理手段による入射角度に応じた補正は、放射線の下流側のシンチレータ層による放射線画像(そのシンチレータ層で発生したシンチレーション光の検出結果)を上流側のシンチレータ層による放射線画像よりも相対的に縮小することにより行うことができる。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic diagram of a
図1では、積層シンチレータ102が第1のシンチレータ層104、第2のシンチレータ層105、及び第3のシンチレータ層106の3層から成る場合を示しているが、シンチレータ層は2層以上あれば良い。各々のシンチレータ層は放射線113が入射すると、発光点114(114a〜fをまとめて114とする)で波長の異なる第1のシンチレーション光115、第2のシンチレーション光116、及び第3のシンチレーション光117を発生する。第1〜第3のシンチレーション光115、116、117は受光素子アレイ103に入射し、カラーフィルタ層107を透過したシンチレーション光が光電変換素子111に入射する。尚、本発明及び本明細書では、積層シンチレータの放射線入射面124を有するシンチレータ層、つまり、放射線に対して最も上流側のシンチレータ層を第1のシンチレータ層104とする。そして、第1のシンチレータ層と隣り合うシンチレータ層を第2のシンチレータ層105とし、以下、下流側(つまり受光素子アレイ側)のシンチレータ層を順番に第3のシンチレータ層106、第4のシンチレータ層・・・とする。つまり、第1のシンチレータの1つ受光素子側に配置されたシンチレータ層を第2のシンチレータ層、2つ受光素子側に配置されたシンチレータ層を第3のシンチレータ層、(n−1)つ受光素子側に配置されたシンチレータ層を第nのシンチレータ層とする。各シンチレータ層間にシンチレータ層以外の部材(例えば基板など)が配置されていても良い。
Although FIG. 1 shows a case where the laminated
積層シンチレータ102は、複数のシンチレータ層を有する。各シンチレータ層は、放射線が各シンチレータ層に入射するように、受光素子アレイの受光面の法線方向(図1中の縦方向)において積層されている。各シンチレータ層の側面がずれて積層されていても、法線方向において積層されており、放射線を入射させたときに各シンチレータ層に放射線が入射すればよい。
The laminated
第1〜第3のシンチレータ層は、互いに異なるシンチレーション光を発生させるものであれば特に問わない。波長が互いに異なるシンチレーション光を発生させるためには、シンチレータ層を構成するシンチレータの母材の材料を変えても良いし、母材に添加する発光中心の種類、濃度、を変えても良い。 The first to third scintillator layers are not particularly limited as long as they generate different scintillation lights. In order to generate scintillation light having different wavelengths, the material of the base material of the scintillator constituting the scintillator layer may be changed, and the type and concentration of the emission center added to the base material may be changed.
積層シンチレータ102が有する各々のシンチレータ層は、シンチレーション光を導波する機能を有することが好ましい。各々のシンチレータ層がシンチレーション光を導波することで、第1〜第3のシンチレーション光115、116、117はそれぞれ、平面状に配列された受光素子アレイ103に略垂直に入射する。よって、シンチレーション光の多くが、受光素子のうち、受光素子アレイの受光面の法線方向から発光点を投影した位置に配置されている受光素子に入射するため、解像度を向上させることができる。
Each scintillator layer included in the
カラーフィルタ層は、第1〜第3のカラーフィルタ108a、108b、108cが配列されて構成される。第1〜第3のカラーフィルタ108a、108b、108cのそれぞれは、第1〜第3のシンチレーション光115、116、117に対応する特定の波長範囲のみ(他のシンチレーション光を含まなければよい)を透過するように設けられている。これにより、受光素子アレイ103は、第1〜第3のシンチレーション光を弁別して検出することができる。
The color filter layer is configured by arranging first to
光電変換素子111は、カラーフィルタ層107を透過した光を電気信号に変換することができるものを用いれば良い。例えば、CCD、CMOSなどの光センサーを用いることができる。図1では、1つの光電変換素子と1つのカラーフィルタ(第1〜第3のいずれか)が1:1で対応して受光素子112を構成している。
As the
受光素子アレイ103がこのような構成を有することにより、それぞれのシンチレータ層(104、105、106)で発生したシンチレーション光を弁別して検出することができる。しかしながら、受光素子アレイ103は、各シンチレータ層によるシンチレーション光を弁別して検出できれば、このような構成に限らず用いることができる。例えば、素子の厚み方向(光が入射する方向)に異なる波長の情報を分離できるような受光素子を用いることも可能である。
Since the light receiving
このように、放射線検出器は、波長の異なるシンチレーション光を発生する複数のシンチレータ層と、異なるシンチレータ層で発生したシンチレーション光を弁別して検出可能な受光素子アレイとを備える。これにより、放射線検出器は、シンチレータの厚み毎に放射線の検出結果を取得することができる。 As described above, the radiation detector includes a plurality of scintillator layers that generate scintillation light having different wavelengths, and a light receiving element array that can discriminate and detect scintillation light generated in different scintillator layers. Thereby, the radiation detector can acquire the detection result of a radiation for every thickness of a scintillator.
上述のように、積層シンチレータを構成するシンチレータ層の各々は、シンチレーション光を導波する機能を有することが好ましい。図2に、シンチレーション光を導波する機能を有するシンチレータ層の具体例の模式図を示す。この模式図は、積層シンチレータ102を構成する一層のシンチレータ層を示す。シンチレータ層201は複数の第1の相202と、第1の相の側面を覆う第2の相203を有する、相分離構造をとる。第1の相202と第2の相203は異なる屈折率を有している。シンチレーション光が全反射により第1の相202又は第2の相203内を導波するように、相対的に屈折率の高い相がシンチレータとして機能することが好ましい。相対的に屈折率の低い相は、シンチレータとして機能しても良いし、機能しなくても良い。以下、第1の相202が相対的に屈折率が高い場合を例に挙げて説明する。第1の相の屈折率が、第2の相の屈折率に対して高い場合、光ファイバーのように、シンチレーション光は第1の相の中に閉じ込められながら導波する。第1の相202は、円柱の形状を有し、シンチレータとして機能する。第1の相202で発生したシンチレーション光のうち、第1の相202と第2の相203の境界面に臨界角度以上で入射するシンチレーション光206は、全反射を繰り返しながら第1の相202中を導波方向209に伝搬し、光取り出し面208から出射される。ここで、発光の導波方向209は第1の相202の長手方向であり、円柱の中心軸と略平行である。導波する発光の波長よりも第1の相の直径が小さい場合は、シンチレーション光が反射せずに透過してしまう成分が多くなってしまう。よって、第1の相の周期204と第1の相の直径205はシンチレーション光の波長よりも大きいことが望ましい。本実施形態では、300nmからの紫外域に発光を有するようなシンチレータを用いることもある為、第1の相の直径205は300nm以上であることが望ましい。一方、第1の相の直径205がシンチレータ層の厚さ207と同等以上のサイズになると光を閉じ込める効果が低下してしまう為、第1の相の直径205はシンチレータ層の厚さ207よりも小さいことが望ましい。上述の光ファイバーのような導波機能を有するシンチレータは、その厚みが1mmであっても、10μm程度の解像度(空間分解能)が可能であり、受光素子のピクセルピッチもそれに合わせて10μm程度のサイズに設定することができる。よって、ファイバーの直径が10μmより大きくなると、隣接するピクセルに光が漏れてしまう為、第1の相の直径は、10μm以下であることが望ましい。
As described above, each of the scintillator layers constituting the laminated scintillator preferably has a function of guiding scintillation light. FIG. 2 shows a schematic diagram of a specific example of a scintillator layer having a function of guiding scintillation light. This schematic diagram shows one scintillator layer constituting the
以上より、第1の相の直径205は、300nm以上10μm以下の範囲であることが好ましい。また、第1の相202の形状は円柱以外にも多角柱であってもよい。第1の相202は、直線的に連続していることが好ましいが、途中で途切れたり、枝分かれしたり、複数の結晶相が一体化したり、結晶相の直径が変化したり、直線的でなく非直線部分が含まれたりしても良い。
From the above, the
このような相分離構造を有するシンチレータ層は、発光を導波する機能を有しており、放射線の入射により発生したシンチレーション光は拡散が抑えられながらシンチレータ層内を進行し、光取り出し面208に到達する。第n層のシンチレータ層の光取り出し面に到達したシンチレーション光は、下流側に隣接する第n+1層のシンチレータ層に入射し、その光取り出し面まで導波される。この工程を繰り返すことで、各々のシンチレータ層で発生したシンチレーション光は各々のシンチレータ層が導波性を有さない場合よりも拡散せず、即ち位置情報を失うことなく、受光素子アレイ103まで伝搬される。つまり、相分離構造を有するシンチレータを用いると、高い解像度を実現する放射線検出器を得ることができる。一方、X線が斜めに入射することによる解像度の低下は、高い解像度を有する放射線検出器のほうが顕著に表れる。
The scintillator layer having such a phase separation structure has a function of guiding light emission, and the scintillation light generated by the incidence of radiation travels in the scintillator layer while being prevented from diffusing, and enters the
一般的な針状膜のシンチレータを用いた場合、針状結晶表面の乱れなどにより光散乱が生じ、その厚みが増すと分解能の劣化が生じる。よって、厚みが1mmになると、その空間分解能の限界は100μm程度である。よって、受光素子のピクセルピッチは、100μm程度のサイズに設定される。この場合、前述の通り、X線が斜めに入射することによる位置ずれは、1mm厚のシンチレータでθ=3°で入射する場合であっても50μm程度であり、これは二次元受光素子のピクセルピッチよりも相対的に小さい為、解像度に与える影響は比較的小さい。一方、相分離構造を有するシンチレータは、その厚みが1mmであっても、10μm程度の解像度(空間分解能)が可能であり、受光素子のピクセルピッチもそれに合わせて10μm程度のサイズに設定することができる。しかしながら、このようにピクセルピッチを小さく設定すると、X線が斜めに入射することによる位置ずれがピクセルピッチよりも大きくなる。よって、中心部と周辺部との解像度のムラが、位置ずれがピクセルピッチよりも小さい場合よりも大きくなる。つまり、本実施形態は、高解像度を実現できるシンチレータ層に適用したほうが効果が大きい。 When a general acicular scintillator is used, light scattering occurs due to disturbance of the surface of the acicular crystal and the resolution increases as the thickness increases. Therefore, when the thickness is 1 mm, the limit of the spatial resolution is about 100 μm. Therefore, the pixel pitch of the light receiving element is set to a size of about 100 μm. In this case, as described above, the positional shift caused by the oblique incidence of X-rays is about 50 μm even when incident at θ = 3 ° with a 1 mm thick scintillator, which is a pixel of the two-dimensional light receiving element. Since it is relatively smaller than the pitch, the influence on the resolution is relatively small. On the other hand, a scintillator having a phase separation structure can have a resolution (spatial resolution) of about 10 μm even if its thickness is 1 mm, and the pixel pitch of the light receiving element can be set to a size of about 10 μm accordingly. it can. However, when the pixel pitch is set to be small as described above, the positional shift caused by the oblique incidence of X-rays becomes larger than the pixel pitch. Therefore, the unevenness in resolution between the central portion and the peripheral portion becomes larger than when the positional deviation is smaller than the pixel pitch. That is, this embodiment is more effective when applied to a scintillator layer capable of realizing high resolution.
図2に示したようなシンチレータ層として、例えば、共晶相分離構造を有するシンチレータを用いることができる。共晶相分離構造とは、図2に示したような相分離構造体の内、第1の相と第2の相とが共晶体を構成しているもののことを指す。共晶相分離構造体の材料系の一例として、Gdを含有するペロブスカイト型酸化物材料(GdAlO3)と、アルミナ(Al2O3)との共晶相分離構造体が挙げられる。この材料系の共晶相分離構造体は、第1の相(GdAlO3:屈折率2.05)の方が第2の相(Al2O3:屈折率1.79)よりも屈折率が高く、且つ、第1の相がシンチレータとして機能する。そのため、共晶相分離構造体の中でも特に導波性が高い。第1の結晶相と、第1の結晶相の側面を覆う第2の結晶相との2相を有する共晶相分離構造を形成する上で重要になるのは、第1の結晶相を構成する材料と第2の結晶相を構成する材料との組成比である。図2に示す模式図のような良好な相分離構造を有するシンチレータ結晶体を得るためには、一般的に、第1の相の材料と第2の相の材料とが共晶組成比(GdAlO3:Al2O3=46:54(mol%))であることが必要である。ただし、第1の相の材料と第2の相の材料との組成比は共晶組成から外れてはならないものではなく、この組成比に対して共晶組成±5mol%の範囲は許容範囲とすることができる。また、第1の相の材料と第2の相の材料との組成比が、共晶組成±3mol%の範囲内であることがより好ましい。第1の相の材料と第2の相の材料とが共晶組成比近傍(±5mol%)で混合された融液を用いて、一方向凝固を行うことで、図2のような良質な相分離構造を有する結晶体を得ることができる。第1の相の材料と第2の相の材料との組成比が共晶組成±5mol%の範囲を逸脱している場合は、一方の結晶相が先に析出するため、相分離構造形成の観点から、シンチレータ結晶体の良好な相分離構造を乱す要因となる。ただし、第1の相の材料と第2の相の材料との組成比が共晶組成±5mol%の範囲を逸脱している場合であっても、共晶組成±10mol%の範囲であれば、部分的には良好な相分離構造を有するシンチレータ結晶体が得られる場合がある。よって、第1の相と第2の相の材料の組成比が共晶組成比±5mol%の範囲外であっても、第1の相と第2の相とが共晶体を構成し、相分離構造体を構成していれば、その構造体は共晶相分離構造体であるとみなす。 As the scintillator layer as shown in FIG. 2, for example, a scintillator having a eutectic phase separation structure can be used. The eutectic phase separation structure refers to a phase separation structure as shown in FIG. 2 in which the first phase and the second phase constitute a eutectic. As an example of the material system of the eutectic phase separation structure, there is a eutectic phase separation structure of a perovskite oxide material (GdAlO 3 ) containing Gd and alumina (Al 2 O 3 ). In the eutectic phase separation structure of this material system, the refractive index of the first phase (GdAlO 3 : refractive index 2.05) is higher than that of the second phase (Al 2 O 3 : refractive index 1.79). High and the first phase functions as a scintillator. Therefore, the waveguide property is particularly high among the eutectic phase separation structures. What is important in forming a eutectic phase separation structure having two phases of the first crystal phase and the second crystal phase covering the side surface of the first crystal phase is the first crystal phase. The composition ratio of the material to be formed and the material constituting the second crystal phase. In order to obtain a scintillator crystal having a good phase separation structure as shown in the schematic diagram of FIG. 2, generally, the first phase material and the second phase material have a eutectic composition ratio (GdAlO 3 : Al 2 O 3 = 46: 54 (mol%)). However, the composition ratio between the material of the first phase and the material of the second phase should not deviate from the eutectic composition, and the range of the eutectic composition ± 5 mol% with respect to this composition ratio is an allowable range. can do. More preferably, the composition ratio between the first phase material and the second phase material is in the range of eutectic composition ± 3 mol%. By performing unidirectional solidification using a melt in which the material of the first phase and the material of the second phase are mixed in the vicinity of the eutectic composition ratio (± 5 mol%), a high quality as shown in FIG. A crystal having a phase separation structure can be obtained. When the composition ratio of the material of the first phase and the material of the second phase is out of the range of the eutectic composition ± 5 mol%, one of the crystal phases is precipitated first. From the viewpoint, it becomes a factor that disturbs the favorable phase separation structure of the scintillator crystal. However, even if the composition ratio of the first phase material and the second phase material deviates from the range of the eutectic composition ± 5 mol%, the composition ratio is within the range of the eutectic composition ± 10 mol%. In some cases, a scintillator crystal having a good phase separation structure may be obtained. Therefore, even if the composition ratio of the material of the first phase and the second phase is outside the range of the eutectic composition ratio ± 5 mol%, the first phase and the second phase constitute a eutectic, If a separated structure is formed, the structure is regarded as a eutectic phase separated structure.
また、導波性を有するシンチレータ層の別の例として、多孔質シンチレータが挙げられる。多孔質シンチレータは、複数の柱状の孔が形成されているシンチレータであり、図2に示した共晶相分離体のうち、第1の相202を孔で置き換えた構造を有する。このような多孔質シンチレータは、例えば、共晶相分離構造体を形成した後で第1の相を選択的に除去することにより形成することができる。その他、導波性を有するシンチレータ層として、ヨウ化セシウムの柱状結晶(針状結晶ともいう)が基板上に複数配置されているシンチレータを用いることもできる。ヨウ化セシウムの柱状結晶の場合、柱状結晶の長手方向が導波方向であり、基板上に配置されている柱状結晶の導波方向が概ね揃っていることでシンチレータ層が導波性を有する。
Another example of the scintillator layer having waveguide properties is a porous scintillator. The porous scintillator is a scintillator in which a plurality of columnar holes are formed, and has a structure in which the
上述のように、積層シンチレータが備える各々のシンチレータ層は発光波長が異なる。発光波長は、シンチレータの母材の材料、添加する発光中心の種類、発光中心の濃度によって異なることが知られているため、これを利用して各々のシンチレータ層の発光波長を設定する。各々のシンチレータ層の発光波長は、発光波長のスペクトル同士の重なりが小さい又はなく、それぞれの波長の強度分布を独立して検出できるように選択する。 As described above, each scintillator layer included in the laminated scintillator has a different emission wavelength. Since it is known that the emission wavelength varies depending on the material of the base material of the scintillator, the kind of the emission center to be added, and the concentration of the emission center, the emission wavelength of each scintillator layer is set using this. The emission wavelength of each scintillator layer is selected so that the spectrum of the emission wavelength overlaps little or not, and the intensity distribution of each wavelength can be detected independently.
上述したGdAlO3の場合、発光中心の種類によって発光波長が変化する。具体的には、発光中心として、希土類元素であるTb3+、Eu3+、Pr3+、Ce3+を用いることができる。また、シンチレータとして有効に機能するように、これらの発光中心を0.001mol%以上含有している。複数種類の発光中心が添加される場合は、発光中心の総量が0.001mol%以上であればよい。発光中心となる添加元素は第1の相であるGdAlO3のGdサイトを置換するように添加され、添加元素を一般式REで表わすと、Gd1−xRExAlO3とAl2O3の組成比が46:54(mol%)となる。 In the case of GdAlO 3 described above, the emission wavelength varies depending on the type of emission center. Specifically, rare earth elements Tb 3+ , Eu 3+ , Pr 3+ , and Ce 3+ can be used as the emission center. Moreover, these luminescent centers are contained 0.001 mol% or more so that it may function effectively as a scintillator. When a plurality of types of emission centers are added, the total amount of emission centers may be 0.001 mol% or more. The additive element serving as the emission center is added so as to replace the Gd site of GdAlO 3 which is the first phase. When the additive element is represented by the general formula RE, Gd 1-x RE x AlO 3 and Al 2 O 3 The composition ratio is 46:54 (mol%).
図4に示すように、発光中心としてTb3+を用いた場合、545nm付近に緑色発光ピークを示す。また、Eu3+を用いた場合615nm付近に赤色発光ピークを示す。また、Pr3+を用いた場合、500nm付近に赤色発光ピークを示す。また、Ce3+を用いた場合、360nm付近にブロードな紫外発光を示す。このように、添加元素を適切に選択することで、様々な発光波長のシンチレータを得ることができる。また、添加元素として、他の希土類元素(Nd、Pm、Sm、Dy、Ho、Er、Tm、Yb)を選択することもできる。 As shown in FIG. 4, when Tb 3+ is used as the emission center, a green emission peak is shown in the vicinity of 545 nm. Further, when Eu 3+ is used, a red light emission peak is shown in the vicinity of 615 nm. Further, when Pr 3+ is used, a red emission peak is shown in the vicinity of 500 nm. In addition, when Ce 3+ is used, broad ultraviolet light emission is observed in the vicinity of 360 nm. Thus, scintillators with various emission wavelengths can be obtained by appropriately selecting the additive elements. Also, other rare earth elements (Nd, Pm, Sm, Dy, Ho, Er, Tm, Yb) can be selected as the additive element.
このように、各々のシンチレータ層による発光波長が異なる複合シンチレータと、発光波長ごとに弁別して強度分布を取得する受光素子とを組み合わせることにより、各シンチレータ層による発光強度分布を独立して取得することができる。 In this way, by combining a composite scintillator with different emission wavelengths by each scintillator layer and a light receiving element that discriminates for each emission wavelength and acquires an intensity distribution, the emission intensity distribution by each scintillator layer can be acquired independently. Can do.
画像処理手段は、放射線検出器による各シンチレータ層毎の検出結果を用い、放射線の入射角度に応じて各シンチレータ層の検出結果間の位置ずれを補正してから各検出結果同士を重畳する。 The image processing means uses the detection result of each scintillator layer by the radiation detector, corrects the positional deviation between the detection results of each scintillator layer according to the incident angle of the radiation, and then superimposes the detection results.
図1、及び図3を用いて、放射線が複合シンチレータに対して斜めに入射した際に生じる解像度の低下を補正する方法について説明をする。 A method for correcting a decrease in resolution that occurs when radiation is incident on the composite scintillator obliquely will be described with reference to FIGS. 1 and 3.
まず、放射線が複合シンチレータに対して斜めに入射することによって解像度が低下する理由について説明をする。 First, the reason why the resolution is lowered by the oblique incidence of radiation on the composite scintillator will be described.
図1に示すように放射線113bが積層シンチレータの中心で、積層シンチレータに対して垂直に積層シンチレータ102に入射する(つまり、積層シンチレータ表面の法線方向と放射線の入射方向とが平行である)場合を考える。
As shown in FIG. 1, when radiation 113b is incident on the
このとき、第1のシンチレータ層104、第2のシンチレータ層105、及び第3のシンチレータ層106のそれぞれにおける発光点114d〜fを受光素子アレイ103に投影すると、その投影像は空間的に同じ位置に形成される。よって、各シンチレータ層が理想的な光導波特性を有し、シンチレータ光が積層シンチレータの厚さ方向(図中の縦方向)と略平行に進行する場合には、中心部で得られる放射線画像118は、積層シンチレータ表面に実際に入射した放射線の像と略一致する。よって図1のように1本のビーム状の放射線113bが積層シンチレータに略垂直に入射する場合は、その放射線113bの断面(図1中だと円形)を反映した一点として放射線強度を検出することができる。
At this time, when the
一方、周辺部に入射した放射線113aは、積層シンチレータ102に入射角度θで斜めに入射する。よって、第1のシンチレータ層104、第2のシンチレータ層105、及び第3のシンチレータ層106における各々の発光点114a〜cを受光素子アレイ103に投影すると、その投影像は空間的にずれた位置に形成される。すなわち、より下層(受光素子アレイに近い層)のシンチレータ層ほど発光点がシンチレータ層の中心から離れた位置になる。よって、シンチレータ光が積層シンチレータの厚さ方向と略平行に進行する場合には、各々のシンチレータ層による放射線画像119、120、121は空間的にずれて形成される。尚、図1のカラーフィルタ108(108a〜c)、及び光電変換素子111のサイズは模式的に表わしたものであり、実際は位置ずれ量に対して十分小さく、そのずれ量を定量的に識別できるサイズのものを用いる。
On the other hand, the radiation 113a incident on the peripheral portion is incident obliquely on the
ここで、まず本実施形態の比較例を図5(a)、(b)を用いて説明する。図5(a)は一層構造のシンチレータ311に放射線が入射する様子を説明する模式図である。図5(b)は、図5(a)に示したようにシンチレータ311に放射線が入射したときに、シンチレータ311の下部に配置されている受光素子アレイ(不図示)で検出される強度分布を示す。厚さT0=900μmの一層のみで構成されているようなシンチレータ311を考える。周辺部での位置ずれ量d0は、d0=T0×tanθとなり、入射角度がθ=1°でd0=16μm、θ=3°でd0=47μmとなる。ここでのシンチレータは、理想的な光導波特性を有するものとする。まず、図5(a)に示すように、放射線源301から、一層のシンチレータ311の中心部と周辺部の計9点に、ビーム状の放射線302が均等に入射した場合について述べる。放射線のビームのそれぞれの断面は円とする。中心部では放射線302がシンチレータ311に垂直に入射することから、各シンチレータ層による放射線画像312aには位置ずれが生じない(図5(b))。一方、周辺部では、放射線が斜めに入射する為、中心部からの距離が離れるに従って外側に広がった放射線画像312bとなる。このような像ボケは、放射線が垂直に入射しないことに起因して生じるものであり、シンチレータが理想的な光導波特性を有していたとしても、解消できるものではない。本実施形態では、厚さ方向に発光点を分割して取得し、画像処理手段による補正をすることで、この位置ずれを改善することができる。
Here, first, a comparative example of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5A is a schematic diagram for explaining how radiation enters a
図3(a)は一層構造のシンチレータ311に放射線が入射する様子を説明する模式図である。図3(b)は、図3(a)に示したように積層シンチレータ102に放射線が入射したときに、積層シンチレータ102の下部に配置されている受光素子アレイ(不図示)で検出される強度分布を示す。また、図3(c)は図3(b)を用いて画像処理手段により補正を行うことで位置ずれを軽減した強度分布を示す。
FIG. 3A is a schematic diagram for explaining a state in which radiation enters a
ここで、積層シンチレータ102の第1〜第3のシンチレータ層104、105、106の厚さを、それぞれT1、T2、及びT3とする。そして、各層の発光点の分布(放射線の光路)を受光素子アレイ103に投影した空間的な拡がりを位置ずれ量として、d1、d2、d3で表わすとすると、d1=T1×tanθ、d2=T2×tanθ、d3=T3×tanθとなる。例えば、T1=300μm、T2=300μm、T3=300μmとする。この場合、各層内で生じる位置ずれ量は入射角度がθ=1°でd1=d2=d3=5μm、θ=3°でd1=d2=d3=16μmとなり、一層のみで構成されている場合に比べて1/3に改善される(図3(b))。しかしながら、各層で生じた位置ずれ量の合計は、シンチレータが一層のみで構成されている場合と同じである。そこで、画像処理手段により、これらの複数の放射線画像間の位置ずれを補正して一枚の放射線画像を生成する画像処理を行う。
Here, the thicknesses of the first to third scintillator layers 104, 105, and 106 of the
画像処理手段が行う位置ずれ補正について説明をする。ここでは、図3(a)に示すように、放射線源301から、積層シンチレータ102の中心部と周辺部の計9点に、点状の放射線302が均等に入射した場合について述べる。図3(b)は、第1のシンチレータ層104による放射線画像119、第2のシンチレータ層105による放射線画像120、第3のシンチレータ層106による放射線画像121とを一枚の検出結果として出力したものである。図3(b)をみると、受光素子アレイの近くに配置されたシンチレータ層ほど、放射線画像が外側に拡大されているのがわかる。よって、放射線の入射面を有するシンチレータ層の放射線画像119に対して、その直下に配置されたシンチレータ層の放射線画像120を、撮像範囲の中心(放射線が垂直に入射する位置)に対応する位置を中心として縮小してから2つの放射線画像を重畳する。シンチレータ層が2層以上ある場合は、シンチレータ層の放射線画像のそれぞれをそのシンチレータ層の位置に応じて相対的に縮小してから重畳すればよい。相対的に縮小とは、入射面を有するシンチレータ層の下に配置されているシンチレータ層の放射線画像を縮小するだけでなく、入射面を有するシンチレータ層の放射線画像を拡大してすることを含む。シンチレータ層が2層の場合、一方のシンチレータ層で検出した検出結果のみに補正を行っても良いし、両方のシンチレータ層で検出した検出結果に補正を行っても良い。つまり、画像処理手段による放射線の入射角度に応じた位置ずれ補正は、少なくとも1つの検出結果に対して行えばよい。よって、弁別された検出結果同士を、放射線の入射角度に応じた補正を行って重畳するとは、少なくとも1つの検出結果に対して補正を行ってから検出結果同士を重畳することを意味する。より具体的な補正方法について説明する。
The positional deviation correction performed by the image processing unit will be described. Here, as shown in FIG. 3A, a case will be described in which dotted
各層の発光点が概ね各層の厚さの中間位置で形成されると仮定する。第2のシンチレータ層による放射線画像120と第1のシンチレータ層による放射線画像119の位置ずれを補正するための補正量をH1,2とする。H1,2=[(T1+T2)/2]×tanθだけ放射線画像120の各点の位置が中心に向かって移動するように、放射線画像120を縮小してから放射線画像119と重畳する必要がある。一方、第3のシンチレータ層による放射線画像121と第1のシンチレータ層による放射線画像307の位置ずれを補正するための補正量をH1,3とする。H1,3=[(T1+T3)/2+T2]×tanθだけ放射線画像121の各点が中心に向かって移動するように放射線画像を縮小してから放射線画像119、縮小した放射線画像120と重畳する。積層シンチレータがシンチレータ層を3層以上有する場合、シンチレータ層の数をn層とすると、補正量の一般式は下記式で表される。
It is assumed that the light emitting points of each layer are formed approximately at the middle position of the thickness of each layer. The correction amounts for correcting the positional deviation between the
但し、Tmは第mのシンチレータ層の厚み。放射線画像の画素値が、上記式で示されるH1,n分中心に近づくように、各シンチレータ層の放射線画像を補正(縮小)してから補正後の放射線画像を重畳する。これにより、図3(c)に示すように各層の放射線画像119、120、121の中心位置が一致し、且つ、位置ずれが補正された放射線画像310を得ることができる。尚、tanθは、放射線画像(119、120、121)のそれぞれにおける中心からの距離Dと、放射線源と積層シンチレータ層の放射線入射面124との距離をLとしてtanθ=D/Lとすることもできる。
Tm is the thickness of the mth scintillator layer. The corrected radiographic image is superimposed after correcting (reducing) the radiographic image of each scintillator layer so that the pixel value of the radiographic image approaches the center of H1 , n indicated by the above formula. Thereby, as shown in FIG. 3C, the
また、放射線入射面124に基準となる放射線遮蔽部材を設け、各シンチレータ層の放射線画像における放射線遮蔽部材の位置から、各層の補正量を取得しておいても良い。各放射線画像における放射線遮蔽部材の位置ずれ量Hc1,2、Hc1,3、Hc1,nと、放射線遮蔽部材と中心との距離D0と、を用いれば適切な縮小率を求めることができる。また、放射線画像における、中心と位置ずれを補正したい点との距離をDとすると、H1,2=D/Dc×Hc1,2、H1,3=D/Dc×Hc1,3、となる。このように、放射線遮蔽部材を用いれば、Lもθも用いずに画像を補正することができる。放射線遮蔽部材としては、点状、線状、あるいは同心円状のパターンを有する鉛やタングステンなどから成る放射線遮蔽部材を用いることができる。
Further, a radiation shielding member serving as a reference may be provided on the
画像処理手段は、CPU(中央演算処理装置)、RAM(ランダムアクセスメモリ)、補助記憶装置などのハードウェア資源を備えた汎用のコンピュータにより構成できる。上述の画像処理方法は、補助記憶装置に格納されたプログラムをCPUが読み込み実行することで実現されても良い。なお、画像処理手段の機能のうちの一部又は全部をASIC(Application Specific Integrated Circuit)のような回路で構成することもできる。また、画像処理手段は放射線検出器と一体に構成されていても良い。例えば、いわゆるフラットパネルディテクタの受光素子の裏側(シンチレータが配置されている面を表とする)に配置されていても良い。このように、放射線検出器と画像処理手段とが一体になっているか否かにかかわらず、シンチレータ、受光素子アレイ、画像処理手段を備えるものを本発明及び本明細書では放射線撮像システムと呼ぶ。 The image processing means can be constituted by a general-purpose computer having hardware resources such as a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and an auxiliary storage device. The above-described image processing method may be realized by the CPU reading and executing a program stored in the auxiliary storage device. Note that some or all of the functions of the image processing means can be configured by a circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit). The image processing means may be integrated with the radiation detector. For example, it may be arranged on the back side of the light receiving element of a so-called flat panel detector (the surface on which the scintillator is arranged is the front). As described above, regardless of whether or not the radiation detector and the image processing unit are integrated, a unit including the scintillator, the light receiving element array, and the image processing unit is referred to as a radiation imaging system in the present invention and the present specification.
以上、本実施形態について説明したが、T1、T2、及びT3は任意の値に設定することができる。相対的に上層に位置するシンチレータ層では低エネルギーの放射線が吸収され、下層では高エネルギーの放射線が吸収されることから、下層になるほど厚くなっていてもよい。ただし、厚い層ほど層内で生じるずれ量が大きくなる。また、層数についても2層以上であれば効果があり、4種類以上の異なる発光波長で発光を呈するシンチレータ層と、その発光波長に対応したカラーフィルターを用いれば、4層以上の多層にして、位置ずれ量をさらに低減することも可能である。また、図1ではシンチレータ層の下方(放射線の入射方向に対向する側)にカラーフィルタと二次元受光素子を配置して発光を弁別している。しかしながら、シンチレータ層の上方(放射線が入射する面側)にカラーフィルタと二次元受光素子を配置して発光を弁別しても良い。また、第1のシンチレーション光が第2のシンチレータ層に入射せず、第2のシンチレーション光が第1のシンチレータ層に入射しないように、第1のシンチレータ層と第2のシンチレータ層との間に反射膜層の光を分断する層を設け、第1のシンチレータ層の上方と第2のシンチレータ層の下方とに二次元受光素子を配置すると、波長を弁別することなく第1のシンチレーション光と第2のシンチレーション光を弁別することができる。このとき、第1のシンチレーション光と第2のシンチレーション光との波長が異なる必要はない。 Although the present embodiment has been described above, T 1 , T 2 , and T 3 can be set to arbitrary values. Since the scintillator layer relatively positioned in the upper layer absorbs low energy radiation and the lower layer absorbs high energy radiation, the lower layer may be thicker. However, the thicker the layer, the larger the amount of deviation that occurs in the layer. In addition, if the number of layers is two or more, it is effective, and if a scintillator layer that emits light at four or more different emission wavelengths and a color filter corresponding to the emission wavelength are used, the number of layers is four or more. It is also possible to further reduce the amount of positional deviation. In FIG. 1, a color filter and a two-dimensional light receiving element are arranged below the scintillator layer (on the side facing the incident direction of radiation) to discriminate light emission. However, light emission may be discriminated by arranging a color filter and a two-dimensional light receiving element above the scintillator layer (on the side on which radiation is incident). In addition, the first scintillation layer does not enter the second scintillator layer, and the second scintillation light does not enter the first scintillator layer, so that the first scintillation layer does not enter the first scintillator layer. When a layer for separating the light of the reflective film layer is provided, and the two-dimensional light receiving element is disposed above the first scintillator layer and below the second scintillator layer, the first scintillation light and the first scintillation light are separated from each other without discriminating wavelengths. Two scintillation lights can be discriminated. At this time, it is not necessary for the wavelengths of the first scintillation light and the second scintillation light to be different.
以下、本実施形態の具体的な例を挙げて説明をする。 Hereinafter, a specific example of this embodiment will be described.
本実施例は、三層のシンチレータ層を有する積層シンチレータを用いた放射線撮像システムに関するものである。 The present embodiment relates to a radiation imaging system using a laminated scintillator having three scintillator layers.
各々のシンチレータ層は複数の第1の相の材料としてGdAlO3を、第2の相の材料としてAl2O3を有する共晶相分離シンチレータであり、第1〜第3のシンチレータ層は、それぞれTb3+、Eu3+、Ce3+を発光中心として含有する。 Each scintillator layer GdAlO 3 as a material of the plurality of first phase is a eutectic phase separation scintillator with Al 2 O 3 as a material of the second phase, the first to third scintillator layer, respectively Tb 3+ , Eu 3+ and Ce 3+ are contained as the emission center.
まず、GdAlO3に対してTb3+を8mol%添加した材料とAl2O3との組成比が46:54(mol%)になるように、Gd2O3、Tb4O7、Al2O3、を評量して充分に混合した材料粉末を準備した。同様に、Eu3+をGdAlO3に対して6mol%添加した原料粉末、及びCe3+をGdAlO3に対して0.1mol%添加した原料粉末を準備した。原料は、Eu3+としては、Eu2O3を、Ce3+としては、CeO2を用いた。 First, Gd 2 O 3 , Tb 4 O 7 , Al 2 O so that the composition ratio of the material in which 8 mol% of Tb 3+ is added to GdAlO 3 and Al 2 O 3 is 46:54 (mol%). 3 were weighed and prepared as a well-mixed material powder. Similarly, were prepared raw material powder added 6 mol% relative to the GdAlO 3 and Eu 3+, and a raw material powder added 0.1 mol% relative to the GdAlO 3 and Ce 3+. As raw materials, Eu 2 O 3 was used as Eu 3+ , and CeO 2 was used as Ce 3+ .
これらの原料粉末をそれぞれIrるつぼに入れて、誘導加熱によりるつぼを1700℃まで加熱し、試料全体が溶解した後30分保持してから、54mm/hの速度で一方向凝固を行うことで試料を育成した。このようにして作製した3種類の試料を5mm×5mm×厚さ300μmで切り出し、両面を研磨して試料とした。試料を走査型電子顕微鏡で観察したところ、Al2O3相中に直径約680nmのGdAlO3柱状構造体が埋め込まれたような相分離構造体となっていることが確認された。 Each of these raw material powders is put into an Ir crucible, and the crucible is heated to 1700 ° C. by induction heating, held for 30 minutes after the entire sample is dissolved, and then subjected to unidirectional solidification at a speed of 54 mm / h. Nurtured. Three types of samples thus prepared were cut out at 5 mm × 5 mm × thickness of 300 μm, and both surfaces were polished to prepare samples. When the sample was observed with a scanning electron microscope, it was confirmed that it was a phase separation structure in which a GdAlO 3 columnar structure having a diameter of about 680 nm was embedded in the Al 2 O 3 phase.
X線照射により、発光中心としてTb3+を添加した試料は、545nm付近に緑色発光ピークを示した。また、Eu3+を用いた場合615nm付近に赤色発光ピークを、Ce3+を用いた場合、360nm付近にブロードな紫外発光を示した。これらの作製した3つの試料の一面を光取り出し面として互いに接着し、5mm×5mm×厚さ900μmの積層シンチレータを作製した。この積層シンチレータを、5×5列に二次元状に配列して25mm×25mmのサイズとした多層シンチレータを、それぞれの波長に対応したカラーフィルターを有する二次元の受光素子アレイに対向するように配置し、放射線検出器とした。放射線入射側から順に、第1、第2、及び第3のシンチレータ層をそれぞれTb3+、Eu3+、Ce3+を発光中心として含有したシンチレータ層とした。受光素子アレイは、ピクセルピッチが2μmのものを用いた。 A sample to which Tb 3+ was added as the emission center by X-ray irradiation showed a green emission peak in the vicinity of 545 nm. Further, when Eu 3+ was used, a red emission peak was observed around 615 nm, and when Ce 3+ was used, broad ultraviolet emission was observed near 360 nm. One surface of these three prepared samples was bonded to each other as a light extraction surface, and a 5 mm × 5 mm × 900 μm thick laminated scintillator was manufactured. This multi-layer scintillator having a size of 25 mm × 25 mm arranged in a two-dimensional manner in 5 × 5 rows is arranged so as to face a two-dimensional light receiving element array having a color filter corresponding to each wavelength. The radiation detector was used. In order from the radiation incident side, the first, second, and third scintillator layers were scintillator layers containing Tb 3+ , Eu 3+ , and Ce 3+ as emission centers, respectively. A light receiving element array having a pixel pitch of 2 μm was used.
放射線源としては、タングステン管球のX線源を用い、X線源と放射線検出器との距離は50cmとし、60kV、1mA、Alフィルター無しの条件で得られるX線を撮像に用いた。そして、このX線を、2mm厚のタングステン板に設けた直径φ50μmの開口を通して撮像範囲の中心と周辺部に対しX線ビームを照射し、それぞれの撮像領域でX線スポット像を撮像した。この時、開口をX線が通過するように、周辺部ではタングステン板の角度を傾斜して撮像を行った。光電変換素子は、カラーフィルターを透過した光を検出し、第1〜第3のシンチレータ層の各々でX線画像を取得した。その結果、図3(b)に示した放射線画像と同様に、中心では、各層の直径φ50μmのX線スポット像が重なっていた。一方、中心から20mm離れた周辺部では、第1のシンチレータ層のX線スポット像が、長軸の長さが約62μm、短軸の長さが約50μmであり、直径φ50μmのX線スポット像が放射状に約12μm伸びた楕円形となっていた。これはX線が斜めに入射することによるものであるが、本実施例のように多層化して一層の厚さを薄くすることで、その影響を低減することができた。周辺部において、第2のシンチレータ層のX線スポット像の中心位置は、第1のシンチレータ層のX線スポット像に対して外側に約12μmずれた位置にあり、同様に約12μm伸びた楕円形となっていた。第3のシンチレータ層のX線スポット像の中心位置は、第1のシンチレータ層のX線スポット像に対して外側に約24μmずれた位置にあり、同様に約12μm伸びた楕円形となっていた。各層のX線スポット像の位置ずれは、第2のシンチレータ層のX線スポット画像を中心に約12μm近づくように補正し、第3のシンチレータ層のX線スポット画像を中心に約24μm近づくように補正することで補正できる。この撮像結果から、Hc1,2=約12μm、Hc1,3=約24μm、であることが分かり、中心から20mm離れた位置における検出値(画素値)が各々の距離近づくように第1、第2の放射線画像を縮小して重畳すると、位置ずれが補正できる。また、中心部からの任意の距離をD(mm)としたとき、その位置における検出値が、第2層は補正量H1,2=D/20×12(μm)、第3層は補正量H1,3=D/20×24(μm)だけ中心に近づくように補正して重畳してもよい。この補正値を用いることで、どのような被写体に対しても、位置ずれが補正されたX線画像を得ることができる。このように、任意の配置のX線源と放射線検出器であっても、初めに各層のX線画像のずれ量を取得しておくことで、中心部からの距離D(mm)を用いれば、位置ずれが補正されたX線画像を取得することができる。 As the radiation source, a tungsten tube X-ray source was used, the distance between the X-ray source and the radiation detector was 50 cm, and X-rays obtained under conditions of 60 kV, 1 mA, and no Al filter were used for imaging. Then, the X-ray was irradiated to the center and the peripheral part of the imaging range through an opening having a diameter of 50 μm provided on a 2 mm thick tungsten plate, and an X-ray spot image was captured in each imaging region. At this time, imaging was performed by tilting the angle of the tungsten plate in the peripheral portion so that the X-rays pass through the opening. The photoelectric conversion element detected the light which permeate | transmitted the color filter, and acquired the X-ray image in each of the 1st-3rd scintillator layer. As a result, similar to the radiographic image shown in FIG. 3B, X-ray spot images with a diameter of 50 μm of each layer overlapped at the center. On the other hand, in the peripheral part 20 mm away from the center, the X-ray spot image of the first scintillator layer is an X-ray spot image having a major axis length of about 62 μm, a minor axis length of about 50 μm, and a diameter of 50 μm. Was an ellipse extending radially about 12 μm. This is due to the oblique incidence of X-rays, but the influence could be reduced by reducing the thickness of one layer by multilayering as in this embodiment. In the peripheral portion, the center position of the X-ray spot image of the second scintillator layer is located at a position shifted about 12 μm outward from the X-ray spot image of the first scintillator layer, and is similarly an elliptical shape extending about 12 μm. It was. The center position of the X-ray spot image of the third scintillator layer was shifted to the outside by about 24 μm from the X-ray spot image of the first scintillator layer, and was similarly an ellipse extending about 12 μm. . The positional deviation of the X-ray spot image of each layer is corrected so as to approach about 12 μm centering on the X-ray spot image of the second scintillator layer, and so as to approach about 24 μm centering on the X-ray spot image of the third scintillator layer. It can be corrected by correcting. From this imaging result, it can be seen that Hc 1,2 = about 12 μm and Hc 1,3 = about 24 μm, and the first and second detection values (pixel values) at positions 20 mm away from the center approach the respective distances. When the second radiation image is reduced and superimposed, the positional deviation can be corrected. Further, when an arbitrary distance from the center is D (mm), the detection value at that position is the correction amount H 1,2 = D / 20 × 12 (μm) for the second layer, and the correction value for the third layer. The amount H 1,3 = D / 20 × 24 (μm) may be corrected and superimposed so as to approach the center. By using this correction value, it is possible to obtain an X-ray image in which the positional deviation is corrected for any subject. As described above, even if the X-ray source and the radiation detector are arbitrarily arranged, the distance D (mm) from the center portion can be used by first acquiring the amount of deviation of the X-ray image of each layer. An X-ray image in which the positional deviation is corrected can be acquired.
以上のX線画像の再構成プロセスを用いて、50μm厚の鉛の10(ラインペア/mm)のラインパターンの撮像を行った。撮像範囲の中心、周辺部共に10(ラインペア/mm)のパターンを明瞭に解像できていた。また、ライン撮像領域の明部(Imax)と暗部(Imin)としてContrast Transfer Function(CTF)=(Imax−Imin)/(Imax+Imin)として定義すると、中心部でCTF=0.60、周辺部でCTF=0.55となった。このように、周辺部においても解像度の低下の少ない高コントラストのX線画像を得ることができた。 Using the above X-ray image reconstruction process, a 10 μm (line pair / mm) line pattern of 50 μm thick lead was imaged. A pattern of 10 (line pairs / mm) could be clearly resolved at both the center and the periphery of the imaging range. Further, if defined as Contrast Transfer Function (CTF) = (I max −I min ) / (I max + I min ) as the bright part (I max ) and dark part (I min ) of the line imaging region, CTF = 0 in the central part .60, CTF = 0.55 at the periphery. Thus, a high-contrast X-ray image with little decrease in resolution could be obtained even in the peripheral part.
尚、このような積層シンチレータを備えた放射線検出器を用いると、上層のシンチレータ層では低エネルギーのX線に対応した画像が得られ、下層では高エネルギーのX線に対応した画像が得られる。よって、画像処理手段は、取得した各層ごとのX線画像間で重み付け演算を行い、その差分を算出することでエネルギー弁別画像を再構成しても良い。 If a radiation detector having such a laminated scintillator is used, an image corresponding to low energy X-rays can be obtained in the upper scintillator layer, and an image corresponding to high energy X-rays can be obtained in the lower layer. Therefore, the image processing means may reconstruct the energy discrimination image by performing a weighting operation between the acquired X-ray images for each layer and calculating the difference.
以上から、放射線の進入厚さ方向の放射線画像を分割取得し、それらの位置ずれを補正して重畳することで、解像度が向上することを実証することができた。 From the above, it was proved that the resolution was improved by dividing and acquiring the radiation images in the radiation penetration thickness direction and correcting and superimposing those positional deviations.
〔比較例〕
本実施例は、従来の一層からなるシンチレータに関し、実施例に対応する比較例である。
[Comparative Example]
The present embodiment relates to a conventional scintillator having a single layer and is a comparative example corresponding to the embodiment.
シンチレータ層は一方向性を有する複数の第1の相としてGdを含有するペロブスカイト型酸化物材料と、第2の相としてアルミナ(Al2O3)とから成り、Tb3+を発光中心として含有したものを用いた例である。 The scintillator layer is composed of a perovskite-type oxide material containing Gd as a plurality of unidirectional first phases, and alumina (Al 2 O 3 ) as a second phase, and contains Tb 3+ as an emission center. It is an example using things.
まず、実施例1と同様にしてTb3+を8mol%添加した試料を作製し、5mm×5mm×厚さ900μmで切り出し、両面を研磨して試料とした。このシンチレータを、5×5列に二次元状に配列して25mm×25mmのサイズとした積層シンチレータを二次元受光素子に対向するように配置し、放射線検出器とした。 First, a sample to which 8 mol% of Tb 3+ was added was prepared in the same manner as in Example 1, cut out at 5 mm × 5 mm × thickness 900 μm, and polished on both sides to prepare a sample. This scintillator was arranged in a two-dimensional manner in 5 × 5 rows and a laminated scintillator having a size of 25 mm × 25 mm was arranged so as to face the two-dimensional light receiving element, thereby forming a radiation detector.
実施例1と同様に、2mm厚のタングステン板にある直径φ50μmの開口を通して中心部と周辺部に対してX線スポット像を取得したところ、中心部では、直径φ50μmのX線スポット像がぼけることなく得られた。一方、中心部から20mm離れた周辺部では、X線スポット像が、長軸の長さが約86μm、短軸の長さが約50μmであり、中心部から直径φ50μmのX線スポット像が放射状に36μm伸びた楕円形となっていた。これはX線が斜めに入射することによる行路長の拡がりによって生じるものである。一層のみで構成されている場合は、実施例1の三層で分割取得する場合に比べて3倍の像ボケを生じてしまう。 As in Example 1, when an X-ray spot image was acquired for the center and the periphery through an opening with a diameter of 50 μm in a 2 mm thick tungsten plate, an X-ray spot image with a diameter of 50 μm was blurred in the center. It was obtained without. On the other hand, in the peripheral part 20 mm away from the central part, the X-ray spot image has a major axis length of about 86 μm and a minor axis length of about 50 μm, and an X-ray spot image having a diameter of 50 μm from the central part is radial. It was an ellipse extending 36 μm. This is caused by the extension of the path length due to the oblique incidence of X-rays. In the case of being configured with only one layer, the image blur is three times as compared with the case of dividing and acquiring three layers in the first embodiment.
以上のX線画像の再構成プロセスを用いて、50μm厚の鉛の10(ラインペア/mm)のラインパターンの撮像を行った。中心部は10(ラインペア/mm)のパターンを明瞭に解像できており、CTF=0.60であった。一方、周辺部はコントラストの低下が生じ、CTF=0.40であった。 Using the above X-ray image reconstruction process, a 10 μm (line pair / mm) line pattern of 50 μm thick lead was imaged. The center portion was able to clearly resolve a pattern of 10 (line pair / mm), and CTF = 0.60. On the other hand, a decrease in contrast occurred in the peripheral portion, and CTF = 0.40.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
101 放射線検出器
102 積層シンチレータ
103 受光素子アレイ
104 第1のシンチレータ層
105 第2のシンチレータ層
106 第3のシンチレータ層
107 カラーフィルタ層
108a 第1のカラーフィルタ
108b 第2のカラーフィルタ
108c 第3のカラーフィルタ
111 光電変換素子
112 基板
113 放射線
114 発光点
115 第1のシンチレーション光
116 第2のシンチレーション光
117 第3のシンチレーション光
118 中心部で得られる放射線画像
119 周辺部で得られる第1のシンチレータ層による放射線画像
120 周辺部で得られる第2のシンチレータ層による放射線画像
121 周辺部で得られる第3のシンチレータ層による放射線画像
H1,2 第1のシンチレータ層と第2シンチレータ層との位置ずれ補正量
H1,3 第1のシンチレータ層と第3シンチレータ層との位置ずれ補正量
201 シンチレータ層
202 第1の相
203 第2の相
204 第1の相の周期
205 第1の相の直径
206 シンチレーション光
207 シンチレータ層の厚さ
208 光取り出し面
209 導波方向
301 放射線源
302 放射線
307 第1シンチレータ層による放射線画像
310 位置ずれが補正された放射線画像
311 シンチレータ
312a 中心部で得られる放射線画像
312b 周辺部で得られる放射線画像
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記積層シンチレータからの光を検出する受光素子が2方向に配列された受光素子アレイと、
前記受光素子アレイによる検出結果を用いて放射線画像の情報を取得する画像処理手段と、を有し、
前記複数のシンチレータ層は、前記受光素子アレイの受光面の法線方向において積層され、
前記複数のシンチレータ層は互いに発するシンチレーション光の波長が異なり、
前記受光素子アレイは、前記積層シンチレータからの前記シンチレーション光を波長で弁別して検出可能であり、
前記画像処理手段は、前記受光素子アレイによって弁別された検出結果同士を、放射線の入射角度に応じた補正を行って重畳することで前記放射線画像の情報を取得することを特徴とする放射線撮像システム。 A laminated scintillator having a plurality of scintillator layers;
A light receiving element array in which light receiving elements for detecting light from the laminated scintillator are arranged in two directions;
Image processing means for obtaining information of a radiographic image using a detection result by the light receiving element array,
The plurality of scintillator layers are stacked in the normal direction of the light receiving surface of the light receiving element array,
The plurality of scintillator layers have different wavelengths of scintillation light emitted from each other,
The light receiving element array is capable of detecting the scintillation light from the stacked scintillator by discriminating by wavelength,
The image processing means acquires the information of the radiological image by superimposing the detection results discriminated by the light receiving element array by performing correction according to the incident angle of the radiation. .
前記積層シンチレータへの放射線入射面を有するシンチレータ層を第1のシンチレータ層、
前記第1のシンチレータ層よりも放射線の下流に配置されたシンチレータ層を第2のシンチレータ層とするとき、
前記画像処理手段による前記入射角度に応じた補正は、
前記第1のシンチレータ層で発生した第1のシンチレーション光の検出結果に対して、
前記第2のシンチレータ層で発生した第2のシンチレーション光の検出結果を相対的に縮小することであることを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像システム。 Of the scintillator layers,
A scintillator layer having a radiation incident surface to the laminated scintillator is a first scintillator layer,
When the scintillator layer disposed downstream of the radiation from the first scintillator layer is a second scintillator layer,
Correction according to the incident angle by the image processing means,
For the detection result of the first scintillation light generated in the first scintillator layer,
The radiation imaging system according to claim 1, wherein the detection result of the second scintillation light generated in the second scintillator layer is relatively reduced.
前記積層シンチレータにおける放射線入射面を有するシンチレータ層を第1のシンチレータ層、
放射線が前記積層シンチレータに対して垂直に入射する位置を撮像範囲の中心とするとき、
前記画像処理手段は、
前記第1のシンチレータ層の(n−1)つ受光素子側に配置された第nのシンチレータ層が発する第nのシンチレーション光の検出結果に対して、
下記式で表されるH1,n分、シンチレータの中心に近い位置で検出されたものとして補正を行い、
前記第1のシンチレーション光の検出結果と補正をされた第nの検出結果とを
重畳させることを特徴とする請求項1又は2に記載の放射線撮像システム。
但し、Tmは第mのシンチレータ層の厚み、θは前記放射線入射面に対する放射線の入射角度。 The laminated scintillator has three or more scintillator layers,
A scintillator layer having a radiation incident surface in the laminated scintillator is a first scintillator layer,
When the position where the radiation is perpendicularly incident on the laminated scintillator is the center of the imaging range,
The image processing means includes
For the detection result of the nth scintillation light emitted by the nth scintillator layer disposed on the (n−1) light receiving element side of the first scintillator layer,
The correction is performed on the assumption that the detected position is close to the center of the scintillator by H1 , n minutes represented by the following formula,
The radiation imaging system according to claim 1, wherein the detection result of the first scintillation light and the corrected n-th detection result are superimposed.
Where Tm is the thickness of the mth scintillator layer, and θ is the incident angle of the radiation with respect to the radiation incident surface.
異なる前記シンチレータ層には異なる発光中心が含まれていることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の放射線撮像システム。 In the laminated scintillator,
The radiation imaging system according to claim 1, wherein different scintillator layers include different emission centers.
前記積層シンチレータの放射線入射面を有するシンチレータ層を第1のシンチレータ層、
前記受光素子アレイ側のシンチレータ層を受光素子側のシンチレータ層、とするとき、
前記第1のシンチレータ層の厚さは、前記受光素子側のシンチレータ層よりも薄いことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の放射線撮像システム。 Among the scintillator layers provided in the laminated scintillator,
A scintillator layer having a radiation incident surface of the laminated scintillator is a first scintillator layer,
When the scintillator layer on the light receiving element array side is the scintillator layer on the light receiving element side,
The radiation imaging system according to claim 1, wherein a thickness of the first scintillator layer is thinner than a scintillator layer on the light receiving element side.
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