JP3361542B2 - 放射線検出器と放射線ct装置 - Google Patents

放射線検出器と放射線ct装置

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JP3361542B2 JP00663492A JP663492A JP3361542B2 JP 3361542 B2 JP3361542 B2 JP 3361542B2 JP 00663492 A JP00663492 A JP 00663492A JP 663492 A JP663492 A JP 663492A JP 3361542 B2 JP3361542 B2 JP 3361542B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はX線,γ線,電子線等の
放射線を利用したコンピュ−ティッドトモグラフィ(以
下単にCTと言う。)装置とその放射線検出器に係り、
特に、エネルギ強度がほぼ一定の放射線を検出する放射
線検出器とこれを用いた放射線CT装置に関する。
【0002】
【従来の技術】放射線にはX線,γ線,電子線等がある
が、X線CTが一般的なのでX線を用いて説明する。X
線CT装置は、X線源から出力され、被検体を透過して
くるX線をX線検出器で計測し、計測信号を信号処理装
置で処理し、信号処理装置のデ−タから被検体の断層像
を像再構成装置で再構成する。X線CT装置は、X線を
被検体のあらゆる方向から照射し、被検体を透過するX
線の強度を計測し、その計測データから各種演算により
断層像を作成する。このようなCT装置における従来の
X線検出器は、特開昭63−309886号公報記載の
ように、シンチレ−タと光電気変換素子から成ってい
る。この従来の検出器では、X線がシンチレータに入射
すると、シンチレータ内で蛍光を発生し、この蛍光を光
電気変換素子で電気信号に変換し、これを信号処理回路
で処理して、被検体の断層像を作成する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】X線CT装置のX線源
として、電子銃で発生した電子ビ−ム、あるいはその電
子ビ−ムを加速器により加速した高エネルギ電子ビ−ム
をタ−ゲットに衝突させ、衝突点で発生する制動X線を
利用するのが一般的である。発生されたX線は、電子ビ
−ムのエネルギを最大エネルギとし低エネルギほど強い
強度を持つ(図6の左図のグラフ参照)ような連続スペ
クトルになる。このX線を被検体の物質に透過させると
き、物質の線吸収係数がX線のエネルギによって異な
り、低エネルギのX線ほどその減衰が大きく、高エネル
ギのX線ほどその減衰が小さい。このため、物質を透過
したX線のスペクトルは透過した物質の厚さによって違
ってくる。例えば、図6の左図に示す様な連続スペクト
ルを有するX線を物質に透過させると、低エネルギのX
線の減衰量が大きく、高エネルギのX線ほど透過するた
め、透過後のX線のスペクトルを調べると、図6の右図
に示す様になってしまう。つまり、平均エネルギでこの
図6の両グラフを見ると、透過後の平均エネルギが透過
前の平均エネルギより高くなってしまう。これをビ−ム
ハ−ドニングといい、CT画像には密度の歪を発生させ
るため問題となっている。
【0004】この問題は、発生するX線を単色化できれ
ば解決する。しかし、X線は分光が難しいので単色化を
図ることは困難である。また、高エネルギで且つ単色の
X線源というものもない。特に、産業用CTに用いる様
な数MeVの高エネルギ帯で有効にX線を単色化するフ
ィルタは存在しない。
【0005】また、高エネルギX線CT装置において、
従来のシンチレ−タを使ったX線検出器は薄形化が難し
く、CT装置の多チャンネル化を困難にしていたという
問題もある。
【0006】本発明の第1の目的は、数MeVにカット
エネルギを持つハイパスフィルタ機能を有する放射線検
出器を提供することにある。
【0007】本発明の第2の目的は、検出器の多チャン
ネル化を容易にする薄形の放射線検出器を提供すること
にある。
【0008】本発明の第3の目的は、ビームハードニン
グによる画像歪みの少ない放射線CT装置を提供するこ
とにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的は、コリメータ
と、光子を荷電粒子に変換する変換物質と、コリメータ
のスリットを通過し変換物質内に侵入した放射線により
発生する散乱電子のうち変換物質内にて吸収されずに該
変換物質外に出る散乱電子のエネルギを検出する荷電粒
子検出器とにより、放射線検出器を構成し、且つ入射放
射線に対して少なくとも1MeV以下の放射線を除去す
るフィルタ特性を、コリメータのスリット幅と、該スリ
ット直後に置かれ前記スリット幅より広い変換物質の幅
との差異により持たせたことで、達成される。
【0010】
【作用】光子を荷電粒子へ変換する物質は、コリメ−タ
のスリット幅とカットエネルギから決まるある厚さを持
った金属板で構成され、光子から荷電粒子へ変換する物
質をコリメ−タのスリットの直後にその中心軸と平行に
なるように配置し、変換物質の両側または片側の側面に
荷電粒子検出器を設置する。この放射線検出器のフィル
タ特性は、変換物質の材質と厚さを変えることにより自
由に設定できる。コリメ−タは、X線を変換物質の板に
細い幅で平行に入射させ、コリメ−タを通り変換物質へ
入射したX線は、変換物質と相互作用をして散乱電子を
発生させる。この散乱電子は変換物質中を進行中にその
進行方向を変えてゆく。散乱電子の内でエネルギの高い
電子はやがて変換物質から飛び出し、変換物質の側面に
設置した荷電粒子検出器に検出される。散乱電子が変換
物質を飛び出すか飛び出さないかは、散乱電子のエネル
ギと変換物質の厚さ(幅)で決まる。散乱電子のエネル
ギは入射X線のエネルギで決まり、1MeV以上のX線
においてはそのエネルギにほぼ比例する。この厚さを任
意に選ぶことにより、検出器出力をカットするX線のエ
ネルギを任意に設定することができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図1は、本発明の一実施例に係る放射線検出器
の構成図である。コリメ−タ1には1本または複数本の
スリット1aが開けられている。スリット1aの寸法
は、高さは任意とし、幅Wsは300μm以下とする。
X線はコリメ−タ1に当たりコリメ−タ1のスリットの
幅Wsに絞られたビ−ムになる。幅Wsに絞られたX線
ビ−ムは、光子/荷電粒子変換物質2に入射する。変換
物質2は、幅tがコリメ−タ1のスリット1aの幅Ws
よりも広く、コリメ−タ1のスリット1aの延長線上に
設置してある。
【0012】変換物質2内に入射したX線は、光子/荷
電粒子変換物質2中に侵入し、構成原子と衝突するなど
して散乱電子を発生させる。この散乱電子は、光子/荷
電粒子変換物質2の側壁側に曲って進み、側壁(両側ま
たは片側)に密着して設けられた荷電粒子検出器3に入
射する。ここで、エネルギの低いX線により発生した散
乱電子のエネルギも低く、この散乱電子は、荷電粒子検
出器3に到達する前に、そのエネルギーが減少し、変換
物質2に吸収されてしまう。従って、荷電粒子検出器3
に到達する散乱電子はある程度のエネルギを持った散乱
電子だけとなる。つまり、ある程度高いエネルギのX線
のみが検出される。
【0013】荷電粒子検出器3としては、例えばフォト
ダイオ−ド等の半導体素子が通常使用され、入射した荷
電粒子に基づいた電流を出力する。この電流は信号処理
回路4に送られ増幅される。
【0014】下記の表1は、X線を透過させる物質の厚
さと透過X線の平均エネルギを示したものである。
【0015】
【表1】
【0016】これに対し、次の表2は、上述した検出器
を用いて透過X線の平均エネルギを検出したものであ
り、この表からも判るとおり、低エネルギのX線は検出
器内で減衰され、平均エネルギは透過する物質の厚さに
依存する率が低下するのが判る。
【0017】
【表2】
【0018】この効果を、図2及び図3のグラフを用い
て更に説明する。図2は、図1に示す実施例の効果を示
すシミュレ−ション結果である。変換物質2の材質をタ
ングステンとし、その幅をtとして、tを
【0019】
【数1】t=2×L+Ws とする場合、Lが変化したときの検出効率の変化を、X
線のエネルギと関連して示したものである。図2におい
て、Lが0.05mmの場合、1MeVのX線の検出効
率は12MeVのX線の検出効率の約30%であるが、
Lを0.2mmにすると、1MeVのX線の検出効率は
12MeVのX線の検出効率の約2%に変化する。この
ように変換物質2の厚さつまりLを変えることにより、
検出器のX線のエネルギに対する感度を変化させること
ができる。なお、この場合、変換物質2の材質を選択す
ることによっても、本検出器のX線のエネルギに対する
感度特性を変化させることができ、タングステンのほか
にも金,鉛,銅,鉄などの全ての金属,合金及び焼結体
が使用可能である。
【0020】図3は、本検出器を、最大エネルギ12M
eVのX線を発生する加速器から出力されるX線の検出
に適用した場合の、X線のエネルギと各エネルギ毎の検
出強度を示したグラフである。破線は検出器に入射する
X線のスペクトルを示し、低エネルギになるほどX線の
強度が強くかつ最大X線エネルギまで連続のスペクトル
をもつ。このX線のスペクトルに、図2で求めたシミュ
レ−ション結果を乗ずることにより、実際の検出器出力
を求めることができる。図3より、Lが0.05mmの
場合の検出器の出力は、低エネルギX線に対して大きい
ため、検出器の出力は入射X線のスペクトルに沿った形
となり、検出強度のピ−クは低エネルギ側の2MeV付
近となる。ところが、Lが0.2mmの場合は、検出器
の出力は高エネルギ側に感度が高くなり、5MeV付近
に検出強度のピ−クが生じる。また検出器の出力は3〜
10MeVの範囲のX線の強度に対応した成分がほぼ9
0%を占める。このエネルギ範囲では、物質のX線に対
する吸収係数はほとんどX線のエネルギに依存しないの
で、X線が透過する試料の厚みに応じてX線の減衰率が
変化するビ−ムハ−ドニング現象が生じない効果があ
る。
【0021】更に、本検出器は極めて細い形状になるた
め、複数個を密に配置することが可能となり、CT装置
においてはデ−タ収集時間の短縮化をはかれる。また、
検出器間のクロスト−クを減少させるために各検出器間
に挿入するスペ−サの厚みを十分に確保することが可能
となり、信頼性の高いデ−タ−の収集が可能となる。そ
してコリメ−タのスリット幅を極めて細くすることがで
きるので、CT装置においては高分解能化ができる。
【0022】本発明の他の実施例を図4に示す。コリメ
−タ1には直径Dsが300μm以下のスリット1aが
開いている。コリメ−タ1の直後には円柱形状の光子/
荷電粒子変換物質2を設ける。変換物質2の直径dは
【0023】
【数2】d=2×L+Ds とする。変換物質2の外周囲には荷電粒子検出器3を設
ける。この実施例で、Lが変化したときの検出効率の変
化は第1実施例と同様であり、高エネルギのX線を選択
的に検出するフィルタ効果をもつ。これにより、X線が
透過する試料の厚みに応じてX線の減衰率が変化するビ
−ムハ−ドニング現象が生じない効果がある。
【0024】図5は、上述した実施例に係る検出器を適
用したCT装置の構成図である。被検体15は被検体操
作手段16によりその姿勢等が制御され、被検体操作手
段16は、制御装置17からの指令により被検体15の
姿勢等の制御を行う。X線源14から出力されたX線
は、被検体15を透過し、コリメータ10の複数のスリ
ットを通過してスリット対応に設けられている上述した
構成のX線検出器12により検出される。各X線検出器
12により検出されたX線強度は、信号処理回路13に
て処理され、被検体15の断面像が像再構成処理装置1
8により生成される。制御装置17とX線源14はこの
断面像に応じて制御される。このCT装置のX線検出器
12は、略一定エネルギレベルのX線を検出する構成の
為、ビームハードニングがなく、また、スリット幅を極
めて細くできるので高分解能の画像が得られるという効
果がある。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、従来問題となっていた
ビ−ムハ−ドニング現象の影響を1/10以下(0.2
ミリメ−トルのタングステンの板を変換物質に使った場
合)にできる。更に、本検出器は極めて細い形状になる
ため、複数個を密に配置することが可能となり、CT装
置においてはデ−タ収集時間の短縮化をはかれる。また
検出器間のクロスト−クを減少させるために各検出器間
に挿入するスペ−サの厚みを十分に確保することが可能
となり、信頼性の高いデ−タの収集が可能となる。そし
て、コリメ−タのスリット幅を極めて細くすることがで
きるので、CT装置においては高分解能化がはかれる効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る放射線検出器の構成図
である。
【図2】本発明の検出器の特性を求めたシミュレ−ショ
ン結果を示すグラフである。
【図3】本発明の検出器の効果を求めたグラフである。
【図4】本発明の他の実施例に係る放射線検出器の平面
図および側面図である。
【図5】本発明の一実施例に係るCT装置の構成図であ
る。
【図6】ビームハードニングの説明図である。
【符号の説明】
1,10…コリメ−タ、2…光子/荷電粒子変換物質、
3…荷電粒子検出器、4…増幅器、12…放射線検出
器、13信号処理回路、14…X線源、15…被検体、
16…被検体操作手段、17…制御装置、18…像再構
成処理装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蒲田 省司 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所 エネルギー研究所内 (72)発明者 佐藤 克利 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社 日立製作所 エネルギー研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−225984(JP,A) 特開 平3−109053(JP,A) 特開 昭61−233958(JP,A) 特開 昭62−80579(JP,A) 特開 昭58−118163(JP,A) 特開 昭60−236080(JP,A) 特開 昭61−34492(JP,A) 特開 平5−72150(JP,A) 特開 平4−32800(JP,A) 特開 昭61−221689(JP,A) 特開 平4−359184(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01T 1/16 A61B 6/00 300 G01T 1/28

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コリメータと、光子を荷電粒子に変換す
    る変換物質と、コリメータのスリットを通過し変換物質
    内に侵入した放射線により発生する散乱電子のうち変換
    物質内にて吸収されずに該変換物質外に出る散乱電子の
    エネルギを検出する荷電粒子検出器とを備え、 入射放射線に対して、少なくとも、1MeV以下の放射
    線を除去するフィルタ特性を、コリメータのスリット幅
    と、該スリット直後に置かれ前記スリット幅より広い変
    換物質の幅との差異により持たせたことを特徴とする放
    射線検出器。
  2. 【請求項2】 請求項1において、荷電粒子検出器の荷
    電粒子入射面に光子を荷電粒子に変換する変換物質を取
    り付けたことを特徴とする放射線検出器。
  3. 【請求項3】 請求項1において、フィルタ特性のカッ
    トオフエネルギが変換物質の材質と形状およびコリメー
    タに開けられたスリットとの相対的な大きさにより決定
    されることを特徴とする放射線検出器。
  4. 【請求項4】 請求項1において、光子を荷電粒子に変
    換する変換物質として金属または合金または焼結体を使
    用したことを特徴とする放射線検出器。
  5. 【請求項5】 請求項1において、変換物質で発生した
    荷電粒子を検出する荷電粒子検出器が変換物質を挾むよ
    うに配置されたことを特徴とする放射線検出器。
  6. 【請求項6】 請求項1において、変換物質で発生した
    荷電粒子を検出する荷電粒子検出器が変換物質を取り囲
    むように配置されたことを特徴とする放射線検出器。
  7. 【請求項7】 被検体に放射線を照射する放射線源と、
    被検体を透過した放射線を検出する請求項1乃至請求項
    6のいずれかに記載の放射線検出器と、該放射線検出器
    の検出信号を処理して被検体の断面画像を生成する信号
    処理手段とを備えることを特徴とする放射線CT装置。
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