JP4357612B2

JP4357612B2 - 放射線撮像装置

Info

Publication number: JP4357612B2
Application number: JP28027398A
Authority: JP
Inventors: 一生森
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-10-01
Filing date: 1998-10-01
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2018-10-01
Also published as: JP2000107163A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＸ線等の放射線を利用して画像撮影を行うＸ線ＣＴ装置或いは平板検出器を用いたＸ線撮像装置等の放射線一般を使用して被検体内の放射線特性分布を画像化する放射線撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被検体に対してＸ線を曝射し、該被検体を透過或いは被検体で散乱したＸ線をＸ線検出器で検出し、このＸ線検出出力（Ｘ線のフォトン数）に基づいて被検体の透視画像、断層像或いは三次元画像を撮像するＸ線ＣＴ装置が知られている。
【０００３】
かかるＸ線ＣＴ装置として、コーンビームＣＴ装置が開発されている。通常のＸ線ＣＴ装置では、Ｘ線ビームはＺ方向に薄く切り出されており、ファンビームと呼ばれるが、コーンビームＣＴでは、Ｚ方向にも広がったＸ線ビームを用い、このＸ線ビームはコーンビームと呼ばれる。
【０００４】
図７は、従来のＸ線ＣＴ装置を模式的に示すものである。図７（ａ）は、Ｘ線ＣＴ装置１００を側面から見た図であり、同図（ｂ）はＸ線ＣＴ装置１００をｚ方向から見た図である。同図（ａ）において、Ｘ線ＣＴ装置１００は、回転軸ｚを中心に回転して被検体２に略円錐状の放射線を曝射するＸ線源３と、被検体２を挟んでＸ線源３と対向配置される検出器４とを有する。
【０００５】
この従来のＸ線ＣＴ装置１００における検出器４は、多数の検出素子を格子状に配置して構成されるものであり、これらの各検出素子は、Ｘ線源３から放射され、到達したＸ線を検出し、Ｘ線量に対応する電気信号として出力するものである。なお、このようなＸ線ＣＴ装置１００においてＸ線は、Ｘ線減弱体であるウェッジ５及びフィルタ６により線量分布や線質を調節された後、Ｘ線遮蔽体７に開口されたスリット８によりコーンビームの広がりを調節されたうえで曝射される。
【０００６】
このようなＸ線ＣＴ装置１００によれば、検出素子をｚ方向（row方向）及びｃｈ方向の２方向に格子状に配置して検出器４を構成するとともに、放射線をｚ方向にも厚みをもたせて円錐（コーン）状に曝射することによって、複数列分の投影データを一括して得ることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のＸ線ＣＴ装置１００では、散乱線の影響により雑音統計が悪化し、撮像される画像が劣化する惧れがあるという問題があった。
【０００８】
詳述すると、図８に示すように、曝射されたＸ線は被検体２内で多くはコンプトン散乱過程に遭遇し、一部は光電効果で吸収される。このコンプトン散乱を受けたＸ線はランダムな方向に進路を変えられ、例えば図中イ〜ハのようにｃｈ軸方向に進路を曲げられた状態で、検出器４に到達する。この進路を曲げられたＸ線は、散乱過程の影響を受けなかった正規の直接線と混ざり合って検出素子に検出されるため、これによって画像が劣化する惧れがあった。
【０００９】
そこで、本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、放射線撮像装置における散乱線を適切に補正し、より正確な放射線撮像を可能とすることのできる放射線撮像装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する達成するために、本発明に係る放射線撮像装置は、被検体の周囲を回転しつつ該被検体に放射線を曝射する放射線発生源と、前記放射線発生源からの放射線を検出する検出素子を格子状に配置して形成され、該被検体を挟んで前記放射線発生源と対向配置される検出器と、前記放射線を遮蔽することによって、前記検出器に対する放射線の曝射範囲を、前記回転方向に変動させる遮蔽手段とを有し、前記遮蔽手段によって放射線発生源からの放射線が直接照射されなくなった前記検出素子のうち前記曝射範囲の近傍の検出素子を、散乱線を検出するための散乱線検出素子として前記曝射範囲の変動に応じて選択して用い、前記検出素子のうち、前記遮蔽手段に設けられた窓に対応する部分を、放射線の減弱を検出することによって被検体が視野範囲からはみ出したことを検出する放射線減弱検出素子として用いることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（全体構成）
以下、本発明の実施形態に係る放射線撮像装置について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態に係る放射線撮像装置の全体構成は、図７に示した従来のものと同様である。
【００１３】
すなわち、本実施形態に係る放射線撮像装置は、図７に示すように、被検体２に放射線を曝射する線源３と、この線源３からの放射線を検出する多数の検出素子を格子状に配列して形成される検出器４とから概略構成されるものである。
【００１４】
また、本実施形態に係る放射線撮像装置においても、線源３から曝射されるＸ線ビームとしてコーンビームを用いる。すなわち、Ｘ線は、ｘｙ平面内に広がりをもつ扇状のファンビームをｚ方向にも広がりを持たせ、全体として円錐若しくは角錐状をなす。
【００１５】
さらに、本実施形態における放射線撮像装置は、いわゆる第３世代型ＣＴ装置を前提として説明する。すなわち、線源３と検出器４とは、被検体２を挟んで対向配置されるとともに、ペアとなって被検体２の周囲を回動してスキャンを行う。しかし、本実施形態における放射線撮像装置は、いわゆる第４世代すなわち検出器は被検体周囲に配置され回動しない構成のＣＴ装置にも適用できるものである。検出器自体は回動しなくても、線源に対向してデータ収集範囲を電気的制御で回動させれば、同様な結果を得ることができるからである。
【００１６】
そして、特に本実施形態に係る放射線撮像装置では、放射線を遮蔽することによって検出器４に対する放射線の曝射範囲を変動させるウェッジ１０を有し、検出器４を構成する検出素子のうち放射線が直接照射されなくなったものを、散乱線を検出するための散乱線検出素子として用いることを特徴とする。
【００１７】
（ウェッジの構成）
ウェッジ１０は、図１に示すような構成を備えている。なお、図１（ａ）は、ウェッジ１０をｚ方向から見た正面図であり、（ｂ）は、ウェッジ１０の底部（被検体２側端面）側から見た下面図である。
【００１８】
このウェッジ１０は、線源３と被検体２との間に設けられるものであり、本実施形態では、図１（ａ）に示すように、線源３側に略Ｕ字形の凹部が設けられている。同図には形状の違う二つのウェッジ１０ａと１０ｂとが描かれている。１０ａは図の手前側、１０ｂは図の奥側に配置されている。なお、図１（ａ）において奥側又は手前側とはｚ方向の位置に対応する。１０ａは大視野の撮像のときに用いられるものであり、１０ｂは小視野のときに用いられるものである。場合に応じてどちらかが線源３と被検体２との間に位置して使用され、他方はそれより奥或いは手前に来て使用対象とはならない。また、ウェッジ１０の被検体２側の端面（底面）には、ウェッジを通過した放射線の一部を遮蔽するための遮蔽体１１が設けられている。
【００１９】
遮蔽体１１は、ウェッジ１０の下に２枚一対として設けられるものであり、本実施形態では図１（ｂ）に示すように、大視野用と小視野用との二種がrow方向に連続して設けられている。すなわち、ウェッジ１０ａの下に幅（ｃｈ方向）の狭い大視野用の遮蔽体１１ａが取り付けられ、他方のウェッジ１０ｂの下に小視野用の幅の広い遮蔽体１１ｂが取り付けられている。
【００２０】
そして、ウェッジ１０は、線源３に対しrow方向に相対移動可能に設けられており、必要に応じて前後方向にスライド移動させて、ウェッジ１０ａと１０ｂとを使い分けるとともに、同時に遮蔽体１１ａと１１ｂとを使い分ける。すなわち、線源３の曝射範囲に遮蔽体１１ａ若しくは１１ｂを選択的に挿入することにより、遮蔽体１１ａ、１１ｂによる直接線のカット領域をｃｈ方向に可変させて、曝射範囲をｃｈ方向に縮小又は拡張させることができる。その結果、曝射範囲をウェッジ選択即ち視野範囲の選択と自動的に連動させることができる。
【００２１】
（検出器の構成）
上述したように、本実施形態に係る放射線撮像装置では、ウェッジ１０を用いることによって、図２に示すように、ｚ方向視野対応領域Ｗz及びｘｙ面視野対応領域Ｗxyを縮小或いは拡張することにより、検出器４に対する曝射範囲（視野領域A10）を変動させる。
【００２２】
さらに、本実施形態に係る放射線撮像装置では、検出器４を構成する検出素子のうち放射線が照射されなくなったものを散乱線検出用の素子として用いる。ここでは、視野領域A10の周囲を取り囲むように散乱線検出用として使用する領域A2を設ける。
【００２３】
この散乱線検出器として用いられる領域A2は、row方向に配列される検出素子を任意に選択して形成されるものであり、曝射範囲の可変に応じて、ｃｈ方向に移動可能に設けられている。そして、この散乱線検出用領域A2では、曝射範囲の外において、被検体によって散乱されて放射線を検出し、これに基づいて視野領域A10で得られた投影データは補正される。
【００２４】
なお、本実施形態においては、視野領域A10と散乱線検出用として用いる領域A2との境界部分及び、その他の不要部分に検出素子を使用しない、いわば捨てる領域A3を設ける。すなわち、かかる境界部では、Ｘ線の焦点が充分小さくすることができない等の理由によって、検出されるＸ線の値が中途半端な状態になるので、ここの検出素子を使用しないか、或いはデータ収集の対象としない。
【００２５】
また、本実施形態では、検出器４の端部（ｃｈ方向前端及び後端）に位置する検出素子を校正用検出器として使用する領域A1を設けている。この校正用検出器とは、Ｘ線の強度の変動や、主検出器の物理的変動を補正するための検出器である。
【００２６】
このような本実施形態に係る放射線撮像装置によれば、遮蔽体によって放射線をカットし、曝射範囲A10を可変させることができるため、被検体２の大きさに応じて視野範囲を調節することができ、効率のよい撮像を行うことができる。
【００２７】
また、放射線が直接照射されなくなった検出素子を散乱線検出素子として用い、曝射範囲A10の近傍において散乱線を検出し、これを用いて投影データを補正することができる。この場合において、散乱線検出素子の位置を曝射範囲の可変に応じてｃｈ方向に移動させて、散乱線検出素子を常に曝射範囲に近接させることができ、散乱線の検出をより正確に行うことができる。
【００２８】
（変更例１）
なお、本実施形態では、遮蔽体をウェッジ１０の下面に２種類取り付け、これを切り替えるような構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、たとえば、遮蔽体１１ａ若しくは１１ｂと同様の形状をした遮蔽体を別途挿入するようにしてもよい。要するに、線源３と被検体２との間においてコーンビームの一部を遮蔽可能な位置に遮蔽体を設けることによって同様の効果を得ることができる。
【００２９】
さらに、遮蔽体を可動絞りの位置制御でこの機能を代替することもできる。すなわち、図３に示すウェッジ１２のように、ｃｈ方向に開閉するようにスライド移動可能な遮蔽体１３ａ及び１３ｂを設け、被検体２の大きさに応じて、これらを開閉して、コーンビームの曝射範囲を調節するようにする。
【００３０】
詳述すると、大視野撮影時は、同図（ａ）に示すように、遮蔽体１３ａ及び１３ｂを開放し、視野範囲を拡大する。一方、小視野撮影時は、同図（ｂ）に示すように、遮蔽体１３ａ及び１３ｂの間隔を狭めて、視野範囲を縮小する。なお、このとき、検出器４の左右端（ｃｈ方向前端及び後端）に配置された校正用検出器へのパスは直接線カットとならぬように設定する。
【００３１】
（変更例２）
上記実施形態では、被検体２は視野領域A10からはみ出さないということを前提に説明した。実際には、被検体が視野領域A10からはみ出す大きさとなることもある。このような場合は、かかるはみ出し領域についてもある程度のＸ線減弱状況を視野内と同様に観測する必要がある。
【００３２】
本変更例では、図４に示すように、検出器４の中央部に視野領域A10が位置するように、ｚ方向及びｘｙ面視野対応領域Ｗz及びＷxyを調節するとともに、視野領域A10外に散乱検出器として利用する領域A5とともにはみ出し検出用領域A7を設ける。
【００３３】
これら散乱検出用領域A5とはみ出し検出用領域A7は、視野領域A10に対してｃｈ方向に隣接するように配置されているとともに、本変更例においては、row方向に交互に配置されている。なお、これらの散乱検出用領域A5とはみ出し検出用領域A7は、視野領域A10の変動に応じて、ｃｈ方向に移動させることができる。
【００３４】
この場合におけるウェッジは図５に示すような構成とする。同図に示すウェッジ１５も、前述したウェッジ１０と同様に、図５（ａ）に示すように、形状の違う二つのウェッジ１０ａと１０ｂとから構成され、視野の大小に応じて使い分けられる。
【００３５】
また、遮蔽体１６も、図５（ｂ）に示すように、ウェッジ１５ａの下面に幅の狭い大視野用の遮蔽体１６ａが取り付けられ、他方のウェッジ１５ｂに小視野用の幅の広い遮蔽体１６ｂが取り付けられているとともに、ウェッジ１５は、線源３に対しrow方向に相対移動可能に設けられており、必要に応じて前後方向にスライド移動させて、ウェッジ１５ａ、１５ｂとともに遮蔽体１６ａと１６ｂとを使い分ける。
【００３６】
そして、この変更例に係る遮蔽体１６ａ及び１６ｂには、はみ出し検出用の窓部１７ａ及び１７ｂが設けられている。この窓部１７ａ及び１７ｂは、遮蔽体１６ａ及び１６ｂに開口され、これを介して放射線を透過させるもので、前述したはみ出し検出用領域A7に対応するように配置されている。すなわち、窓部１７ａ及び１７ｂを介して透過した放射線は、本来の視野領域A10の外方に設けられたはみ出し検出用領域A7に到達するようになっている。
【００３７】
このようなはみ出し検出用領域A7及び窓部１７ａ及び１７ｂによれば、被検体２が視野領域A10内に収まっている場合には、線源３が曝射した放射線がはみ出し検出用領域A7に直接線として到達し、被検体２が視野領域A10からはみ出した場合には、放射線が被検体２によって減弱されて検出用領域A7に到達し、これを検出することによって、被検体２が視野領域A7からはみ出したことを検知することができる。
【００３８】
なお、この変更例に係る遮蔽体１６ａ及び１６ｂのさらなる変更例として図６に示すものがある。すなわち、前述したウェッジ１２のように、遮蔽体に可動絞りの機能を持たすことができる。すなわち、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、ｃｈ方向に開閉するようにスライド移動可能な遮蔽体１９ａ及び１９ｂを設け、被検体２の大きさに応じて、これらを開閉して、コーンビームの曝射範囲を調節するようにする。
【００３９】
そして、このような可動絞りの遮蔽体１９ａ及び１９ｂにもはみ出し検出用の窓部２０を設ける。これにより、被検体２の大きさに合わせて視野領域A10の大きさを可変させることができるとともに、散乱線の検出及びはみ出し検出の位置を視野領域A10の近傍で行うことができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る放射線撮像装置によれば、放射線の曝射範囲すなわち視野範囲を被検体の大きさに合わせて変更することができるとともに、散乱線検出用の検出素子を常に視野領域の近傍に配置することができるため、放射線撮像装置における散乱線を適切に補正し、より正確な放射線撮像を可能とすることができる。
【００４１】
また、視野領域の変動に合わせてはみ出し検出用の検出素子の位置も移動することができるので、より確実に被検体が視野領域からはみ出したのを検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放射線撮像装置を適用した実施形態に係る放射線撮像装置で用いるウェッジの説明図であり、（ａ）はｚ方向から見た正面図であり、（ｂ）はウェッジの底面から見た下面図である。
【図２】上記実施形態に係る放射線撮像装置で用いられる検出器の上面図である。
【図３】遮蔽体の変更例１を示す説明図である。
【図４】検出器の変更例１を示す説明図である。
【図５】上記実施形態の変更例２で用いられるウェッジの説明図であり、（ａ）はｚ方向から見た正面図であり、（ｂ）はウェッジの底面から見た下面図である。
【図６】上記変更例２における遮蔽体のさらなる変更例を示す説明図である。
【図７】従来のＸ線撮像装置の説明図であり、（ａ）はその側面図であり、（ｂ）はｚ方向から見た正面図である。
【図８】従来のＸ線撮像装置における散乱線の説明図である。
【符号の説明】
１０…ウェッジ、１０ａ…凹部、１０ｂ…端面、１１…遮蔽体、１１ａ…大視野用遮蔽体、１１ｂ…小視野用遮蔽体

Claims

被検体の周囲を回転しつつ該被検体に放射線を曝射する放射線発生源と、
前記放射線発生源からの放射線を検出する検出素子を格子状に配置して形成され、該被検体を挟んで前記放射線発生源と対向配置される検出器と、
前記放射線を遮蔽することによって、前記検出器に対する放射線の曝射範囲を、前記回転方向に変動させる遮蔽手段とを有し、
前記遮蔽手段によって放射線発生源からの放射線が直接照射されなくなった前記検出素子のうち前記曝射範囲の近傍の検出素子を、散乱線を検出するための散乱線検出素子として前記曝射範囲の変動に応じて選択して用い、
前記検出素子のうち、前記遮蔽手段に設けられた窓に対応する部分を、放射線の減弱を検出することによって被検体が視野範囲からはみ出したことを検出する放射線減弱検出素子として用いることを特徴とする放射線撮像装置。
前記散乱線検出素子は、前記回転方向に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の放射線撮像装置。
前記曝射範囲の変動は、前記遮蔽手段を保持するウェッジの選択と連動す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装置。