JP4404766B2 - コンピュータ断層撮影機器 - Google Patents

Description

本発明は、検査されるべき対象を横切った放射線（即ち、直接透過した放射線）による、並びに、検査されるべき対象によって散乱された放射線による撮像用のコンピュータ断層撮影機器（ＣＴ機器）に関連する。

この種類のＣＴ機器は、例えば特許文献１から公知である。これは、本質的には、検査されるべき対象を横切るファン（扇形）ビームを発生する放射線源と、ファンビームの断面の長さ及び幅に従って行及び列に夫々配置される複数の個々の検出器素子から構成される２次元検出器配列とを有する。列の数は、概して行の数よりもかなり多く、検出器配列の縦寸法はファンビームの断面の幅の方向の寸法よりもかなり大きい。

ファンビームの開口角は、その幅方向では（即ちファン平面に対して垂直方向では）、絞り装置によって変更されうる。検査されるべき対象を横切った放射線（透過放射線）が検出されるべきであり、また、対象によって散乱された放射線が検出されるべきであるとき、比較的狭い幅のファンビームが得られるような絞り装置が選択される。その場合、直接透過された放射線は、本質的には検出器配列の中央の行によって検出され、一方、ファンビームの平面から両側に遠ざかるように向いた散乱放射線は検出器配列の外側の行に入射する。

パルス運動量伝達スペクトル（pulse momentum transfer spectrum）を最適化するために、更に、検査されるべき対象と検出器配列の間に複数の薄板を有するコリメータ装置が配置され、薄板は、ファンビームを複数のセグメントへと分割し、１つの列上にある検出器素子に、検査されるべき対象の同じセグメントからの透過された及び散乱された放射線が当たるようにする。

しかしながら、中央の一本の行（複数の行）に隣接する特定の検出器行により、散乱放射線の検出は、所与の検査されるべき対象に対してはかなり強い透過放射線の入射によるクロストークによって妨害されることがわかっている。この問題は、いくつかの公知のＣＴ装置に含まれるような比較的小さい幅を有する検出器配列が利用されるときは特により深刻なものとなる。

更に、単一行の検出器配列が用いられる場合、一般的には、散乱放射線の検出は、かかるＣＴ機器によっては不可能となる。
欧州特許公開第１１２７５４６号明細書 米国特許第６，１７５，１１７号明細書

従って、本発明は、上述の種類のＣＴ機器であって、検査されるべき対象によって散乱された放射線が、検査されるべき対象を横切った放射線によって少なくとも実質的には影響を受けることなく検査されうるＣＴ機器を提供することを目的とする。

また、本発明は、検査されるべき対象によって散乱された放射線が、少なくとも実質的には検査されるべき対象を横切った放射線（即ち透過放射線）によって影響を受けることなく、即ち、一本の検出器行のみ又は数本のみの検出器行を有する検出器配列を用いた場合であっても、検出されうるＣＴ機器を提供することを目的とする。

最後に、本発明は、多数行の検出器配列を用いたときに、散乱放射線の測定が透過放射線からのクロストークによりかなり影響を受けることなく、透過された及び散乱された放射線（ＣＴ及びＣＳＣＴモード）が同時に検出されうるＣＴ装置を提供することを目的とする。

請求項１によれば、上述の目的は、放射線源と、検出器配列と、検査ゾーンを横切った（透過）放射線を、検出器配列に入射する検査ゾーンを横切った放射線の強度が、少なくとも検査ゾーンで散乱され検出器配列に入射する強度をかなり超えない程度に阻止しうる装置とを含む、コンピュータ断層撮影機器によって達成される。

所望の阻止の程度は、本質的には、検出器配列の質に依存し、特にそのクロストーク減衰並びに所望の画質に依存することがわかっている。隣接する検出器素子間又は検出器行間のクロストークが少なければ少ないほど、また、画質に課せられる要件が低ければ低いほど、当該の阻止の調整された程度は低くなる。

この解決策の格別な利点は、透過放射線及び散乱放射線の同時検出が、クロストーク性質に関する厳しい要件を満たさない検出器配列により実行されえ、更なる費用が節約されうることである。

尚、特許文献２は、胸部の物質の解析用のビーム形成装置、並びに、胸部によって透過された及び散乱された放射線の検出用の検出器、放射線を通す多数の領域を有しフィルタの前方に置かれた放射線を吸収するフィルタを有する組織解析装置を開示する。この装置がコンピュータ断層撮影機器でないということ以外は、このフィルタ構造は、本発明により解決されるべき課題を解決できない比較的大きい表面積を有する検出器配列を与えるものであり、従って特許文献２は本発明に関連のあるものとは考えられない。

従属項は、本発明の有利な更なる実施例に関連するものである。

請求項２及び７に記載の実施例は、透過放射線及び散乱放射線がまた、検出器が適切に釣り合わされたときは同時に検出されうるという利点を与える。

請求項３に記載の実施例は、特に経済的な解決策を示す。

請求項４及び６に記載の実施例は、後の段階で、既存のコンピュータ断層撮影機器において限られた手段を用いているときにも実施されうる。

請求項５及び９に記載の実施例は、検査されるべき対象に対して様々な角度で散乱された放射線の測定を可能とする。

本発明の更なる詳細、特徴、及び利点は、図面を参照して与えられる望ましい実施例の以下の説明から明らかとなろう。図１は、本発明によるＣＴ機器の本質的な構成要素を表わす図である。機器は、第１のモータ２によって回転軸１４回りに回転されうるガントリ１を含む。ガントリ１の円周上には、例えばＸ線源といった放射線源Ｓが取り付けられ、放射線源Ｓは第１のコリメータ３１を含み、これにより放射線ビーム４１（一次放射線）が発生されうる。当該の放射線ビーム４１は、検査されるべき対象１３が配置された検査ゾーンを横切った後及び／又はその中で散乱された後、第２のコリメータ３２及び検出器配列１６に入射する。

検出器配列１６は、少なくとも１つの行及び複数の列を含むマトリックス形状に配置される複数の検出器要素から構成される。検出器の行は、ガントリ１の円周方向に延び、列はそれに対して垂直に延びる。検出器配列１６及び第２のコリメータ３２もまた、ガントリ１に取り付けられる。

検査されるべき対象１３は、第２のモータ５によりガントリの回転軸１４の方向上で変位されうる。

第１の駆動ユニット３１ａを用いて、第１のコリメータ３１又は放射線源Ｓは、ガントリ１の平面に対して垂直方向に変位されうる。或いは、又は追加的に、駆動ユニット３２ａが設けられ、それにより第２のコリメータ３２及び検出器配列１６もガントリ１の平面に対して垂直な方向に変位されうる。

制御ユニット７は、モータ２、５及び駆動ユニット３１ａ，３２ａを制御するよう設けられ、制御ユニット自体は画像処理コンピュータ１０に接続されている。検出器配列１６はまた、検出器信号を処理しモニタ１１上で検査されるべき対象１３の画像を形成するコンピュータ１０に接続されている。

やはり図１に示すように、放射線源Ｓ及び第１のコリメータ３１はファン状（扇形）放射線ビーム４１（ファンビーム）を生成する。ガントリ１の平面上のファンビームの開口角及びガントリ１の円周上の方向上の検出器配列１６の長さは、検出器配列１６の全長が露出されうるよう互いに合わされることが望ましい。しかしながら、開口角によって決まるファン平面に対して垂直な方向上のファンビームの幅はかなり小さく、望ましくは、検出器配列１６の一行の検出器のみ、又は数行の検出器のみを網羅するようにされる。

或いは、放射線源Ｓ及びコリメータ３１は、円錐放射線ビームが生成されるように釣り合わされてもよい。

パルス運動量伝達スペクトルを最適化するため、特許文献１に記載のように、コリメータ装置を、検査されるべき対象１３と検出器配列１６間の複数の薄板（lamella）の形とし、薄板が放射線ビーム４１を複数のセグメントへと分割し、検査されるべき対象１３の同じセグメントからの透過し散乱された放射線が１つの列にある検出器素子に当たるようにすることが可能である。従って、特許文献１は、ここに参照として組み入れられる。

図２乃至図４は、ガントリ１の平面に対して平行な方向に見た側面図である（即ち、本質的にはファンビーム４１の平面に対しても平行である）。これらの図面は、放射線源Ｓ、第１のコリメータ３１、検査されるべき対象１３、第２のコリメータ３２、並びに、検出器配列１６を概略的に示す。

図２に示すように、本発明の第１の実施例では、検査されるべき対象１３を横切った（透過）放射線４１ａは、もはや検出器配列１６には入射しないよう、第２のコリメータ３２の中央領域３２１によって完全に阻止される。しかしながら、検査されるべき対象１３によって散乱された放射線４１ｂは、妨害されることなく、即ち、中央領域３２１に対して横向きに配置された第２のコリメータ３２中の開口を通って、検出器配列１６に到達しうる。

図３に示す第２の実施例では、この目的は、検出器配列１６及び第２のコリメータ３２が（必要であるかぎり）、透過放射線４１ａが検出器配列１６を迂回するよう、及び／又は、第２のコリメータ３２のこの放射線を通さない領域に当たるような範囲でシフトされるよう、図２に示す（中央）位置に対して横方向に、即ち、ガントリ１の平面、従って、ファンビーム４１の平面に対して垂直方向にシフトされていることにより達成される。検査されるべき対象１３から出る散乱放射線４１ｂは、第２のコリメータ３２の適当な開口を通って検出器配列１６に入射する。第２のコリメータ３２と検出器配列１６のシフトは、様々な散乱角度での散乱放射線４１ｂを検出し評価するために、制御ユニット７及び第２の駆動ユニット３２ａにより段階的に実現されうる。

しかしながら、図４に示す実施例では、第１のコリメータ３１は、図２及び図３に示す（中央）位置に対して、ガントリ１の平面に対して垂直な方向に移動しており、一方、第２のコリメータ３２及び検出器配列１６は図２に示す位置のままであるため、透過放射線４１ａは、ガントリ１の平面に対して角度を付けて検査されるべき対象１３を横切り、従って、検出器配列１６に向かわない。しかしながら、散乱放射線４１ｂは、やはり第２のコリメータ３２の適当な開口を通じて検出器配列１６に入射する。様々な散乱角度での散乱放射線４１ｂを検出し評価するため、第１のコリメータ３１は、やはり制御ユニット７及び第１の駆動ユニット３１ａにより段階的に当該の方向に変位されうる。或いは、第１のコリメータ３１を変位させる代わりに、放射線源Ｓが反対の方向に変位されてもよい。

上述の３つの実施例は、単一行の検出器配列によって、並びに、多数行の検出器配列１６によって、散乱放射線４１ｂの妨害されていない検出及び評価を可能とする。

図２乃至図４に示す原理は、透過放射線４１ａが阻止され、散乱放射線４１ｂのみが検出器配列１６に向かうものであるが、これは、必要であれば逆にされてもよく、即ち、散乱放射線４１ｂが少なくとも実質的に阻止され、透過放射線４１ａが配列１６上に入射するようにすることも可能である。

しかしながら、透過放射線と散乱放射線が同時に検出されるべき場合、図２に示す第１の実施例は、図５又は図６に従って変更されることが望ましい。

図５及び図６は、ファンビーム４１の平面に対して平行な方向に延びる複数の検出器行を有する検出器配列１６の一部の、図２に対して拡大された側面図である。

図２に示す第１の実施例とは対照的に、図５及び図６に示す第４及び第５の実施例では、第２のコリメータ３２の中央領域３２１は、透過放射線４１ａを完全には阻止しないが、この放射線を部分的に通するものであり、従ってその強度は、散乱放射線４１ｂの検出が近傍の検出器行の透過放射線４１からのクロストークによって影響又は妨害を受けない程度に高いだけのものである。

このために、第２のコリメータ３２の中央領域３２１は、図５に示すような第４の実施例では、放射線を吸収する適当な厚さの材料を含む。

図６に示す第５の実施例では、第２のコリメータ３２の中央領域３２１は、放射線の一部が通りうる狭い隙間又はスリットの形の開口を有する。

中央領域３２１の吸収率又はこの領域３２１中の開口の幅と長さの釣り合いのため、対象の密度に依存して、透過放射線４１ａの強度は散乱放射線４１ｂの強度よりも１０乃至１０００倍高いものでありうることが考慮されねばならない。望ましくは、透過放射線の強度の減衰もまた、透過放射線４１ａ及び散乱放射線４１ｂが略同じ強度で検出器配列１６に入射するよう、この大きさのオーダであるべきである。

必要であれば、もちろん、何らかの理由で散乱放射線４１ｂを透過放射線４１ａに対して減衰させるために、中央領域３２１が散乱放射線の経路上にあるときはこの原理を逆にすることもできる。

本発明の格別な利点は、対象の検査中に、透過放射線に基づく撮像及び評価（ＣＴモード）と、コヒーレントな散乱放射線に基づく撮像及び評価（ＣＳＣＴモード）の間での切換えを可能とすることである。従って、かなり良い検査結果が達成されうる。このことは、医用分野における診断並びに材料の検査についていえる。

本発明によるＣＴ装置の本質的な構成要素を概略的に示す図である。 本発明の第１の実施例を示す図である。 本発明の第２の実施例を示す図である。 本発明の第３の実施例を示す図である。 本発明の第４の実施例を示す図である。 本発明の第５の実施例を示す図である。

Claims (9)

1. 検査ゾーンのまわりを長手軸を中心として回転する、前記検査ゾーンを横切る放射線を放出する放射線源と、
   前記検査ゾーンを横切った放射線を検出する検出器配列であって、前記放射線源に対して前記長手軸に沿って変位するよう構成された検出器配列と、
   前記検査ゾーンを横切った実質的に全部の透過放射線が前記検出器配列を迂回し、前記検査ゾーンを横切った散乱放射線が前記検出器配列を照射するよう、前記検出器配列を前記長手軸に沿って変位させるよう構成された第一の駆動ユニットとを含む、透過放射線に基づく撮像及び評価のためのＣＴモード及びコヒーレントな散乱放射線に基づく撮像及び評価のためのＣＳＣＴモードで動作可能なコンピュータ断層撮影装置。
2. 前記放射線源は略扇形の放射線ビームを形成するよう構成され、前記検出器配列は、検出器平面上の前記放射線ビームの断面の長さ及び幅に従って行及び列に夫々配置された複数の検出器素子を有する、請求項１記載のコンピュータ断層撮影装置。
3. 前記検出器配列は、行に配置された複数の検出器素子を含む、請求項１記載のコンピュータ断層撮影装置。
4. 前記装置は源コリメータを含み、前記源コリメータは、前記検査ゾーンを横切った透過放射線が前記検出器配列を実質的に迂回するよう、前記放射線ビームの伝搬方向に対して垂直な方向に前記放射線源からずらされるように前記放射線源に対して配置される、請求項１記載のコンピュータ断層撮影装置。
5. 前記源コリメータが前記放射線ビームの伝搬方向に対して垂直な方向に変位するよう構成されており、前記装置はさらに、前記検査ゾーンを横切った透過放射線が前記検出器配列を実質的に迂回するよう、前記放射線源に対して前記源コリメータを選択的に変位させる第二の駆動ユニットを含む、請求項４記載のコンピュータ断層撮影装置。
6. 前記装置は、前記検査ゾーンと前記検出器配列の間に配置され、前記検出器配列を照射する前記透過放射線の強度が前記検出器配列を照射する散乱放射線の強度と実質的に等しくなるよう前記透過放射線を減衰させる部分領域を含む検出器コリメータをさらに含む、請求項１記載のコンピュータ断層撮影装置。
7. 前記部分領域は開口を有し、前記開口を通る透過放射線は実質的に減衰されることなく前記検出器配列を照射する、請求項６記載のコンピュータ断層撮影装置。
8. 前記放射線源は前記長手軸に沿って変位するよう構成されており、前記装置はさらに、前記検査ゾーンを横切った透過放射線が前記検出器配列を実質的に迂回するよう、当該コンピュータ断層撮影装置が備える源コリメータに対して前記放射線源を長手軸に沿って変位させる第二の駆動ユニットを含む、請求項１記載のコンピュータ断層撮影装置。
9. 散乱された放射線のみが前記検出器配列を照射する、請求項１記載のコンピュータ断層撮影装置。

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