JP4794528B2 - 放射線検出器 - Google Patents

Description

本発明は、放射線断層撮影方法および装置、放射線検出器並びにＸ線管に関し、特に、扇状の放射線ビームを用いる放射線断層撮影方法および装置、幅と厚みを持つ放射線ビーム用の放射線検出器、並びに、幅と厚みを持つ放射線ビームを発生するのに用いるＸ線管に関する。

放射線断層撮影装置の一例として、例えば、Ｘ線ＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置がある。Ｘ線ＣＴ装置においては、放射線としてはＸ線が利用される。Ｘ線発生にはＸ線管が使用される。

Ｘ線管を含むＸ線照射装置は、撮影範囲を包含する幅を持ちそれに垂直な方向に所定の厚みを持つＸ線ビーム（ｂｅａｍ）を照射する。Ｘ線ビームの厚みはコリメータ（ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）のＸ線通過開口（アパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ））の開度を調節することにより変更できるようになっており、これによって撮影のスライス（ｓｌｉｃｅ）厚を調節できるようになっている。

Ｘ線検出装置は、Ｘ線ビームの幅の方向に多数（例えば１０００個程度）のＸ線検出素子をアレイ（ａｒｒａｙ）状に配列した多チャンネル（ｃｈａｎｎｅｌ）のＸ線検出器を有しそれによってＸ線を検出するようになっている。

Ｘ線照射・検出系を被検体の周りで回転（スキャン：ｓｃａｎ）させて、被検体の周囲の複数のビュー（ｖｉｅｗ）方向でそれぞれＸ線による被検体の投影データ（ｄａｔａ）を測定し、それら投影データに基づいて断層像を生成（再構成）するようになっている。

再構成画像の空間分解能は、検出素子アレイのチャンネルピッチ（ｃｈａｎｎｅｌ ｐｉｔｃｈ）によって決まるが、チャンネルピッチの２倍の細かさの空間分解能を実現するために、いわゆるクォーターオフセット（ｑｕａｔｅｒ
ｏｆｆｓｅｔ）の手法が用いられる。

これは、図ｐ１に模式的に示すように焦点１００を持つ扇状のＸ線ビーム１０２と検出素子アレイ１０４の幾何学的関係（ジオメトリ：ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を、検出素子アレイ１０４の中央チャンネル１０６のチャンネル中心１０８と焦点１００を結ぶ直線１１０が、Ｘ線照射・検出系の回転中心（アイソセンタ：ｉｓｏｃｅｎｔｅｒ）１１２から離れた（オフセットした）ところを通るようにしたものである。

オフセットの距離は、回転中心１１０での値に換算した中央チャンネル１０６のチャンネル幅をｐとしたとき、その１／４（クォーターオフセット）となるようにしてある。換算チャンネル幅ｐは、中央チャンネル１０６のチャンネル幅をＸ線ビームの経路に沿って回転中心１１０の位置に逆投影したものに相当する。

このようなジオメトリでは、Ｘ線照射・検出系を１８０度回転させると、破線および２点鎖線で示すように、焦点１００’と中央チャンネル１０６のチャンネル中心１０８’を結ぶ直線１１０’は、回転中心１１２から直線１１０とは反対側にｐ／４離れた平行線となる。

直線１１０，１１０’はいずれも中央チャンネル１０６に入射するＸ線の経路を代表するから、このとき、同一の中央チャンネル１０６によってＸ線の経路がチャンネル幅の方向にｐ／２異なるＸ線透過信号がそれぞれ得られる。

他のチャンネルについてもＸ線の方向が互いに反対な関係（対向ビュー）のもの同士で同様な関係が成立する。そこで、対向ビュー同士でＸ線検出信号をチャンネルごとにインターリーブ（ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅ）することにより、チャンネルピッチが２倍細かい検出素子アレイで得られるものに相当する投影データを形成し、そのような投影データに基づいて画像再構成を行うようにしている。

多チャンネルのＸ線検出器の１種として、検出素子アレイをＸ線ビームの厚みの方向に複数個併設し、複数列の検出素子アレイでＸ線ビームを同時受光するようにしたものがある。このようなＸ線検出器では、１回のスキャンで複数スライス分のＸ線検出信号を一挙に得られるので、マルチスライススキャン（ｍｕｌｔｉ−ｓｌｉｃｅ
ｓｃａｎ）を能率良く行うためのＸ線検出器として用いられる。このような検出素子アレイについてもクォーターオフセットの手法を適用し再構成画像の空間分解能を高めることが行われる。

複数列の検出素子アレイは、また、検出素子アレイの列の配置と同じピッチ（ｐｉｔｃｈ）でスライス位置を順次変更することにより、各検出素子アレイが同一スライスを順次スキャンするようにし、各検出素子列で得た同一スライスのＸ線検出信号を全加算してＳ／Ｎ（ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−ｎｏｉｓｅ
ｒａｔｉｏ）の良いＸ線検出信号を得る目的にも用いられる。

上記のように、複数列の検出素子アレイを用いた場合、検出素子アレイに入射するＸ線の経路は複数の列を通じてチャンネルごとに同一なので、複数列のＸ線検出信号を全加算あるいはインターリーブしてみても再構成画像の空間分解能は改善されないという問題があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、複数の検出素子列を用いて空間分解能が高い撮影を行う放射線断層撮影方法および装置、空間分解能が高い撮影を行うのに好適な放射線検出器、並びに、空間分解能が高い撮影を行うのに好適なＸ線管を実現することである。

（１）第１の発明は、照射方向に垂直でかつ互いに垂直な２つの方向の一方および他方においてそれぞれ幅および厚みを持つ扇状の放射線ビームを照射する放射線照射手段と、入射面を前記放射線ビームが入射する方向に向けて複数の放射線検出素子を前記放射線ビームの幅の方向に配列した検出素子列を前記放射線ビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイと、前記放射線照射手段および前記検出素子アレイを含む放射線照射・検出系を前記放射線ビームの扇面に垂直な回転軸を中心に回転させ複数ビューの放射線検出信号を収集する信号収集手段と、前記信号収集手段で収集した前記放射線検出信号に基づき前記放射線ビームが通過したスライスについての断層像を生成する断層像生成手段と、を有する放射線断層撮影装置であって、前記放射線照射手段は、前記複数の検出素子列に対応する複数の焦点と前記複数の検出素子列におけるそれぞれの中央の放射線検出素子の中心とをそれぞれ結ぶ直線ｉが前記回転軸から前記放射線ビームの幅の方向に沿って下記の距離ｄだけ離れたところを通過する幾何学的関係で、前記複数の焦点から前記複数の検出素子列にそれぞれ前記放射線ビームを照射するものであり、前記信号収集手段は、前記複数の検出素子列で同一スライスに関する放射線検出信号をそれぞれ収集するものであり、前記断層像生成手段は、前記複数の検出素子列による放射線検出信号を全て組み合わせて得られる放射線検出信号に基づいて断層像を生成するものである、
ことを特徴とする放射線断層撮影装置である。
記
ｄ＜ｐ／２の範囲で
前記回転軸に関する一方の側では、
ｄ＝（４ｉ−１）ｐ／４ｎ
前記回転軸に関する他方の側では、
ｄ＝（４ｉ−３）ｐ／４ｎ
ただし、
ｐ：前記回転軸の位置に前記放射線ビームの経路に沿って逆投影した、前記互
いに垂直な２つの方向の一方における前記中央の放射線検出素子の前記入
射面の長さ
ｎ：前記複数の検出素子列の数
ｉ：１〜ｉｎｔ｛（ｎ＋１）／２｝
第１の発明において、前記放射線検出信号の組み合わせは、対向ビューデータのインターリーブを含むことが、再構成画像の空間分解能をさらに良くする点で好ましい。

（２）第２の発明は、照射方向に垂直でかつ互いに垂直な２つの方向の一方および他方においてそれぞれ幅および厚みを持つ扇状の放射線ビームを照射する放射線照射手段と、入射面を前記放射線ビームが入射する方向に向けて複数の放射線検出素子を前記放射線ビームの幅の方向に配列した検出素子列を前記放射線ビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイと、前記放射線照射手段および前記検出素子アレイを含む放射線照射・検出系を前記放射線ビームの扇面に垂直な回転軸を中心に回転させ複数ビューの放射線検出信号を収集する信号収集手段と、前記信号収集手段で収集した前記放射線検出信号に基づき前記放射線ビームが通過したスライスについての断層像を生成する断層像生成手段と、を有する放射線断層撮影装置であって、前記放射線照射手段は、前記複数の検出素子列に対応する複数の焦点と前記複数の検出素子列におけるそれぞれの中央の放射線検出素子の中心とをそれぞれ結ぶ直線ｉが前記回転軸から前記放射線ビームの幅の方向に沿って下記の距離ｄだけ離れたところを通過する幾何学的関係で、前記複数の焦点から前記複数の検出素子列にそれぞれ前記放射線ビームを照射するものであり、前記信号収集手段は、前記複数の検出素子列で同一スライスに関する放射線検出信号をそれぞれ収集するものであり、前記断層像生成手段は、前記複数の検出素子列による放射線検出信号を全て組み合わせて得られる放射線検出信号に基づいて断層像を生成するものである、ことを特徴とする放射線断層撮影装置である。
記
ｎが奇数のとき前記回転軸に関し両側に対称的に、
ｄ＝４ｉｐ／４ｎ ｉ：０〜ｉｎｔ（ｎ／２）
ｎが偶数のとき前記回転軸に関し両側に対称的に、
ｄ＝（４ｉ＋２）ｐ／４ｎ ｉ：０〜ｉｎｔ（ｎ／２−１）
ただし、
ｐ：前記回転軸の位置に前記放射線ビームの経路に沿って逆投影した、前記互
いに垂直な２つの方向の一方における前記中央の放射線検出素子の前記入
射面の長さ
ｎ：前記複数の検出素子列の数

第１の発明および第２の発明のいずれか１つにおいて、前記同一スライスに関する放射線検出信号の検出は、ピッチが１のヘリカルスキャンによって行うことが、スキャンの能率向上の点で好ましい。

（３）第３の発明は、照射方向に垂直でかつ互いに垂直な２つの方向の一方および他方においてそれぞれ幅および厚みを持つ放射線ビームを、入射面を前記放射線ビームが入射する方向に向けて複数の放射線検出素子を前記放射線ビームの幅の方向に配列した検出素子列を前記放射線ビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイで検出する放射線検出器であって、前記各放射線検出素子は互いに同一な平行四辺形の入射面を有し、前記放射線ビームの厚みの方向に隣接する放射線検出素子同士で全体として平行四辺形の入射面を形成し、この合成の平行四辺形にあっては、検出素子列の配設方向に見たときの上辺および下辺と垂直な対角線を有していて、この対角線を境とする２つの合同な直角三角形の組み合わせで構成されており、前記合成の平行四辺形における複数の検出素子列で、同一スライスに関する放射線の検出を行うことを特徴とする放射線検出器である。

（４）第４の発明は、電子線を照射するカソードと前記照射された電子線に基づくＸ線ビームを発生する回転アノードを有しており、入射面を前記Ｘ線ビームが入射する方向に向けて複数のＸ線検出素子を前記Ｘ線ビームの幅の方向に配列した検出素子列を前記Ｘ線ビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイとともに、照射方向に垂直でかつ互いに垂直な２つの方向の一方および他方においてそれぞれ幅および厚みを持つ扇状の前記Ｘ線ビームの扇面に垂直な回転軸を中心に回転するようになっているＸ線管であって、前記回転アノードは、前記カソードと対向する電子線照射面が斜面になっており、前記複数の検出素子列に対応する複数の焦点と前記複数の検出素子列におけるそれぞれの中央のＸ線検出素子の中心とをそれぞれ結ぶ直線ｉが、前記回転軸から前記Ｘ線ビームの幅の方向に沿って下記の距離ｄだけ離れたところを通過する幾何学的関係で、前記複数の焦点から前記複数の検出素子列にそれぞれＸ線ビームが照射されるように、前記カソードは、前記回転アノードの電子線照射面において長軸方向が前記回転アノードの回転半径の方向と交差する矩形領域に前記電子線を照射するものであることを特徴とするＸ線管である。
記
ｄ＜ｐ／２の範囲で
前記回転軸に関する一方の側では、
ｄ＝（４ｉ−１）ｐ／４ｎ
前記回転軸に関する他方の側では、
ｄ＝（４ｉ−３）ｐ／４ｎ
ただし、
ｐ：前記回転軸の位置に前記放射線ビームの経路に沿って逆投影した、前記互
いに垂直な２つの方向の一方における前記中央の放射線検出素子の前記入
射面の長さ
ｎ：前記複数の検出素子列の数
ｉ：１〜ｉｎｔ｛（ｎ＋１）／２｝

（５）第５の発明は、電子線を照射するカソードと前記照射された電子線に基づくＸ線ビームを発生する回転アノードを有しており、入射面を前記Ｘ線ビームが入射する方向に向けて複数のＸ線検出素子を前記Ｘ線ビームの幅の方向に配列した検出素子列を前記Ｘ線ビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイとともに、照射方向に垂直でかつ互いに垂直な２つの方向の一方および他方においてそれぞれ幅および厚みを持つ扇状の前記Ｘ線ビームの扇面に垂直な回転軸を中心に回転するようになっているＸ線管であって、前記回転アノードは、前記カソードと対向する電子線照射面が斜面になっており、前記複数の検出素子列に対応する複数の焦点と前記複数の検出素子列におけるそれぞれの中央のＸ線検出素子の中心とをそれぞれ結ぶ直線ｉが、前記回転軸から前記Ｘ線ビームの幅の方向に沿って下記の距離ｄだけ離れたところを通過する幾何学的関係で、前記複数の焦点から前記複数の検出素子列にそれぞれＸ線ビームが照射されるように、前記カソードは、前記回転アノードの電子線照射面において長軸方向が前記回転アノードの回転半径の方向と交差する矩形領域に前記電子線を照射するものであることを特徴とするＸ線管である。
記
ｎが奇数のとき前記回転軸に関し両側に対称的に、
ｄ＝４ｉｐ／４ｎ ｉ：０〜ｉｎｔ（ｎ／２）
ｎが偶数のとき前記回転軸に関し両側に対称的に、
ｄ＝（４ｉ＋２）ｐ／４ｎ ｉ：０〜ｉｎｔ（ｎ／２−１）
ただし、
ｐ：前記回転軸の位置に前記放射線ビームの経路に沿って逆投影した、前記互
いに垂直な２つの方向の一方における前記中央の放射線検出素子の前記入
射面の長さ
ｎ：前記複数の検出素子列の数

（作用）
第１の発明および第２の発明では、扇状の放射線ビームと複数の検出素子列のジオメトリおよび全検出素子列の検出信号の組み合わせにより、再構成画像の空間分解能が検出素子列の数に比例して高まる。

第３の発明では、複数の検出素子列における放射線検出素子の入射面の形状により、隣り合う検出素子列間で放射線の経路がチャンネル幅の検出素子列数分の１ずつチャンネル幅方向にずれる。

第４，５の発明では、回転アノードにおける電子線照射領域の形状により、Ｘ線管は、複数の検出素子列のおのおのにチャンネル幅方向における位置が異なる複数の焦点からＸ線を照射するものとなる。具体的には、前記回転アノードの電子線照射領域が矩形状であり、かつ、その長軸方向が前記回転アノードの回転半径の方向と交差するようにすることで、前記回転アノードの回転半径の方向およびそれに垂直な方向において互いに位置が異なる複数のＸ線焦点を形成することができる。半径方向での位置の相違は前記回転アノードが斜面になっていることにより、前記検出素子列の配設方向での位置の相違になり、半径方向に垂直な方向での位置の相違は前記検出器アレイにおけるチャンネルの配列方向の位置の相違になる。そして、このような位置の相違がある複数の焦点からのＸ線の照射方向は、前記複数の検出素子列に対応する複数の焦点と前記複数の検出素子列におけるそれぞれの中央のＸ線検出素子の中心とをそれぞれ結ぶ直線ｉが、前記回転軸から前記Ｘ線ビームの幅の方向に沿って所定の距離ｄだけ離れたところを通過する幾何学的関係となるような方向となっている。

本発明によれば、複数の検出素子列を用いて空間分解能が高い撮影を行う放射線断層撮影方法および装置、空間分解能が高い撮影を行うのに好適な放射線検出器、並びに、空間分解能が高い撮影を行うのに好適なＸ線管を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。図１にＸ線ＣＴ装置のブロック（ｂｌｏｃｋ）図を示す。本装置は本発明の放射線断層撮影装置の実施の形態の一例である。本装置の構成によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する実施の形態の一例が示される。

図１に示すように、本装置は、走査ガントリ（ｇａｎｔｒｙ）２と、撮影テーブル（ｔａｂｌｅ）４と、操作コンソール（ｃｏｎｓｏｌｅ）６を備えている。走査ガントリ２は、放射線源としてのＸ線管２０を有する。Ｘ線管２０から放射された図示しないＸ線は、コリメータ２２により例えば扇状のＸ線ビームすなわちファンビーム（ｆａｎ
ｂｅａｍ）となるように成形され、検出器アレイ２４に照射されるようになっている。

Ｘ線ビームは本発明における放射線ビームの実施の形態の一例である。Ｘ線管２０とコリメータ２２からなる部分は、本発明における放射線照射手段の実施の形態の一例である。Ｘ線管２０は、本発明のＸ線管の実施の形態の一例である。Ｘ線管の詳細な構成については、後にあらためて説明する。

検出器アレイ２４は、扇状のＸ線ビームの幅の方向にアレイ状に配列された複数のＸ線検出素子を有する。検出器アレイ２４は、本発明の検出素子アレイの実施の形態の一例である。検出器アレイ２４の構成については後にあらためて説明する。

Ｘ線管２０、コリメータ２２および検出器アレイ２４は、Ｘ線照射・検出装置を構成する。Ｘ線照射・検出装置は、本発明における放射線照射・検出系の実施の形態の一例である。Ｘ線照射・検出装置の構成およびそのジオメトリについては、後にあらためて説明する。

検出器アレイ２４にはデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６は検出器アレイ２４の個々のＸ線検出素子の検出データを収集するようになっている。

Ｘ線管２０からのＸ線の照射は、Ｘ線コントローラ（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２８によって制御されるようになっている。なお、Ｘ線管２０とＸ線コントローラ２８との接続関係については図示を省略する。コリメータ２２は、コリメータコントローラ３０によって制御されるようになっている。なお、コリメータ２２とコリメータコントローラ３０との接続関係については図示を省略する。

以上のＸ線管２０乃至コリメータコントローラ３０が、走査ガントリ２の回転部３２に搭載されている。回転部３２の回転は、回転コントローラ３４によって制御されるようになっている。なお、回転部３２と回転コントローラ３４との接続関係については図示を省略する。

撮影テーブル４は、図示しない被検体を走査ガントリ２のＸ線照射空間に搬入および搬出するようになっている。被検体とＸ線照射空間との関係については後にあらためて説明する。

操作コンソール６は、中央処理装置６０を有している。中央処理装置６０は、本発明における断層像生成手段の実施の形態の一例である。中央処理装置６０は、例えばコンピュータ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等によって構成される。

中央処理装置６０には、制御インタフェース（ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）６２が接続されている。制御インタフェース６２には、走査ガントリ２と撮影テーブル４が接続されている。

中央処理装置６０は制御インタフェース６２を通じて走査ガントリ２および撮影テーブル４を制御するようになっている。走査ガントリ２内のデータ収集部２６、Ｘ線コントローラ２８、コリメータコントローラ３０および回転コントローラ３４が制御インタフェース６２を通じて制御される。なお、それら各部と制御インタフェース６２との個別の接続については図示を省略する。走査ガントリ２および制御インタフェース６２は、本発明における信号収集手段の実施の形態の一例である。

中央処理装置６０には、また、データ収集バッファ６４が接続されている。データ収集バッファ６４には、走査ガントリ２のデータ収集部２６が接続されている。データ収集部２６で収集されたデータがデータ収集バッファ６４に入力される。データ収集バッファ６４は、入力データを一時的に記憶する。

中央処理装置６０は、データ収集バッファ６４を通じて収集した複数ビューのデータに基づいて画像再構成を行う。中央処理装置６０は、本発明における断層像生成手段の実施の形態の一例である。画像再構成には、例えばフィルタード・バックプロジェクション（ｆｉｌｔｅｒｅｄ
ｂａｃｋ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法等が用いられる。中央処理装置６０には、また、記憶装置６６が接続されている。記憶装置６６は、各種のデータや再構成画像およびプログラム（ｐｒｏｇｒａｍ）等を記憶する。

中央処理装置６０には、また、表示装置６８と操作装置７０がそれぞれ接続されている。表示装置６８は、中央処理装置６０から出力される再構成画像やその他の情報を表示するようになっている。操作装置７０は、操作者によって操作され、各種の指示や情報等を中央処理装置６０に入力するようになっている。

図２に、検出器アレイ２４の模式的構成を示す。検出器アレイ２４は、多数のＸ線検出素子２４（ｉｋ）を配列した、多チャンネルの２列のＸ線検出器となっている。多数のＸ線検出素子２４（ｉｋ）は、全体として、円筒凹面状に湾曲したＸ線入射面を形成する。ｉはチャンネル番号であり例えばｉ＝１〜１０００である。ｋは列番号であり例えばｋ＝１，２である。

Ｘ線検出素子２４（ｉｋ）は、例えばシンチレータ（ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）とフォトダイオード（ｐｈｏｔｏ
ｄｉｏｄｅ）の組み合わせによって構成される。なお、これに限るものではなく、例えばカドミウム・テルル（ＣｄＴｅ）等を利用した半導体Ｘ線検出素子、あるいは、キセノン（Ｘｅ）ガスを利用した電離箱型のＸ線検出素子であって良い。Ｘ線検出素子２４（ｉｋ）は、本発明における放射線検出素子の実施の形態の一例である。

Ｘ線検出素子２４（ｉｋ）は、列番号ｋが同一なもの同士でそれぞれ検出素子列を構成する。検出素子列は、本発明における検出素子列の実施の形態の一例である。複数の検出素子列は、隣接して互いに平行に配設されている。

図３に、Ｘ線照射・検出装置におけるＸ線管２０とコリメータ２２と検出器アレイ２４の相互関係を示す。なお、図３の（ａ）は正面から見た状態を示す図、（ｂ）は側面から見た状態を示す図である。同図に示すように、Ｘ線管２０から放射されたＸ線は、コリメータ２２により扇状のＸ線ビーム４０となるように成形され、検出器アレイ２４に照射されるようになっている。

図３の（ａ）では、扇状のＸ線ビーム４０の広がりすなわちＸ線ビーム４０の幅を示す。Ｘ線ビーム４０の幅方向は、検出器アレイ２４におけるチャンネルの配列方向（ｉ方向）に一致する。（ｂ）では、Ｘ線ビーム４０の厚みを示す。Ｘ線ビーム４０の厚み方向は、検出器アレイ２４における検出素子列の配設方向（ｋ方向）に一致する。

このようなＸ線ビーム４０の扇面に体軸を交叉させて、例えば図４に示すように、撮影テーブル４に載置された被検体８がＸ線照射空間に搬入される。Ｘ線ビーム４０によってスライスされた被検体８の投影像が検出器アレイ２４に投影される。被検体８に照射するＸ線ビーム４０の厚みは、コリメータ２２のアパーチャの開度調節により設定される。

図５および図６に、Ｘ線照射・検出装置のジオメトリの一例の模式図を示す。図５は正面図、図６は側面図である。両図に示すように、検出器アレイ２４における２つの検出素子列２５０，２７０に、２つの焦点４５０，４７０から２系統のＸ線ビーム４５２，４７２をそれぞれ照射するようになっている。

焦点４５０、Ｘ線ビーム４５２および検出素子列２５０からなるＸ線照射・検出系（Ａ系統）では、検出素子列２５０の中央チャンネル２５２のチャンネル中心２５２Ｃと焦点４５０を結ぶ直線４５４が、Ｘ線照射・検出系の回転中心（アイソセンタ）３２０からオフセットしたところを通るようにしてある。Ｘ線照射・検出系の回転中心３２０は、本発明における回転軸の実施の形態の一例である。

オフセットの距離は、回転中心３２０での値に換算した中央チャンネル２５２のチャンネル幅をｐとしたとき、その１／８となるようにしてある。換算チャンネル幅ｐは、中央チャンネル２５２のチャンネル幅をＸ線ビームの経路に沿って回転中心３２０の位置に逆投影したものに相当する。

焦点４７０、Ｘ線ビーム４７２および検出素子列２７０からなるＸ線照射・検出系（Ｂ系統）では、検出素子列２７０の中央チャンネル２７２のチャンネル中心２７２Ｃと焦点４７０を結ぶ直線４７４が、Ｘ線照射・検出系の回転中心３２０から直線４５４とは反対側にオフセットしたところを通るようにしてある。オフセット距離は、回転中心３２０での値に換算した中央チャンネル２７２のチャンネル幅ｐの３／８となるようにしてある。

このようなジオメトリにおいて、Ｘ線照射・検出系を１８０度回転させると、破線および２点鎖線で示すようなジオメトリになる。この状態では、Ａ系統では、焦点４５０’と検出素子列２５０の中央チャンネル２５２のチャンネル中心２５２Ｃ’を結ぶ直線４５４’が、回転中心３２０から直線４５４とは対称的にｐ／８オフセットしたところを通り、Ｂ系統では、焦点４７０’と検出素子列２７０の中央チャンネル２７２のチャンネル中心２７２Ｃ’を結ぶ直線４７４’が、回転中心３２０から直線４７４とは対称的に３ｐ／８オフセットしたところを通る。

直線４５４，４５４’はいずれも検出素子列２５０の中央チャンネル２５２に入射するＸ線束の中心線でありＸ線束を代表するから、このとき、同一の中央チャンネル２５２により、Ｘ線の経路がチャンネル幅の方向に２ｐ／８異なるＸ線透過信号がそれぞれ得られる。また、直線４７４，４７４’はいずれも検出素子列２７０の中央チャンネル２７２に入射するＸ線束の中心線でありそれらＸ線を代表するから、このとき、同一の中央チャンネル２７２によってＸ線の経路がチャンネル幅の方向に６ｐ／８異なるＸ線透過信号がそれぞれ得られる。

このような、中央チャンネル２５２に入射するＸ線束の中心線４５４，４５４’および中央チャンネル２７２に入射するＸ線の中心線４７４，４７４’の位置関係を図７に示す。同図は、回転中心３２０の近傍における４つのＸ線の中心線４５４，４５４’，４７４，４７４’の位置関係を、Ｘ線ビーム４５２，４５７の照射方向に沿って見た場合の拡大図である。入射Ｘ線の中心線４５４〜４７４’を以下フォーカスセンタ（ｆｏｃｕｓ
ｃｅｎｔｅｒ）という。

同図に示すように、チャンネル幅がｐでスライス厚が２ｔの撮影範囲に、それぞれ位置が異なる４つのフォーカスセンタ存在することになる。これら４つのフォーカスセンタは、ｉ方向にｐ／４のピッチで並ぶ。配列は回転中心３２０に関して対称的になる。また、フォーカスセンタ４５４，４５４’と４７４，４７４’とはｋ方向にスライス厚ｔに相当する距離だけ離れている。

これと同様な関係が、検出素子列２５０，２７０における他のチャンネルについても、Ｘ線の通過方向が互いに逆になるいわゆる対向ビュー同士で成立する。そこで、Ａ系統およびＢ系統それぞれにつき、対向ビュー同士でＸ線検出信号をチャンネルごとにインターリーブすることにより、図８に模式的に示すような配列のビューデータをそれぞれ得ることができる。

同図に示すように、Ａ系統のビューデータとＢ系統のビューデータは、データ収集位置がｋ方向にスライス厚ｔだけ異なるものの、ｉ方向にはｐ／４のピッチで等間隔に並ぶものとなる。

したがって、アキシャルスキャン（ａｘｉａｌ ｓｃａｎ）すなわち被検体８の位置を固定してスキャンする場合は、Ａ系統でスキャンした同じスライスを、被検体８を距離ｔだけ移動させて次にＢ系統でスキャンし（その逆でも良い）、それぞれ対向ビューデータをインターリーブした収集データを、両系統の同じビュー同士でデータの並びの順序で組み合わせる（マージ：ｍｅｒｇｅ）ことにより、図９に模式的に示すように、スライス厚ｔにつきｐ／４のピッチで収集したものに相当するビューデータを得ることができる。

これによって、チャンネルピッチｐの４倍の空間分解能を持つビューデータを得ることができ、このビューデータを用いて画像再構成を行うことにより、空間分解能がチャンネルピッチの４倍に向上した断層像を得ることができる。

なお、Ｘ線照射・検出系を連続的に回転させながら被検体８の移動を連続的に行う、いわゆるヘリカルスキャン（ｈｅｌｉｃａｌ ｓｃａｎ）を行う場合は、ピッチが１のヘリカルスキャンを行う、すなわち、Ｘ線照射・検出系の１回転当たりの被検体８の移動量を１スライス厚相当とすることにより、１つの検出素子列がたどった螺旋状の軌跡を次の検出素子列も１回転遅れでたどるようにすることができ、能率の良いスキャンを行うことができる。そして、このようにして得た両系統のデータをマージすることにより、上記と同様に空間分解能が高いビューデータを得ることができ、それに基づいて空間分解能の高い画像を再構成することができる。

図１０および図１１に、Ｘ線照射・検出装置のジオメトリの他の例の模式図を示す。図１０は正面図、図１１は側面図である。両図に示すように、検出器アレイ２４における２つの検出素子列２５０，２７０に、２つの焦点５５０，５７０から２系統のＸ線ビーム５５２，５７２をそれぞれ照射するようになっている。

焦点５５０、Ｘ線ビーム５５２および検出素子列２５０からなるＸ線照射・検出系（Ａ系統）では、検出素子列２５０の中央チャンネル２５２のチャンネル中心２５２Ｃと焦点５５０を結ぶ直線５５４が、Ｘ線照射・検出系の回転中心３２０から距離ｐ／４だけオフセットしたところを通るようにしてある。Ｘ線照射・検出系の回転中心３２０は、本発明における回転軸の実施の形態の一例である。

焦点５７０、Ｘ線ビーム５７２および検出素子列２７０からなるＸ線照射・検出系（Ｂ系統）では、検出素子列２７０の中央チャンネル２７２のチャンネル中心２７２Ｃと焦点５７０を結ぶ直線５７４が、Ｘ線照射・検出系の回転中心３２０から直線５５４とは反対側に距離ｐ／４だけオフセットしたところを通るようにしてある。

図１２に、中央チャンネル２５２に入射するＸ線束のフォーカスセンタ５５４および中央チャンネル２７２に入射するＸ線束のフォーカスセンタ５７４の、回転中心３２０の近傍における位置関係を示す。

同図に示すように、チャンネル幅がｐでスライス厚が２ｔの撮影範囲に、それぞれ位置が異なる２つのフォーカスセンタ存在する。これら２つのフォーカスセンタは、ｉ方向にｐ／２のピッチで並ぶ。配列は回転中心３２０に関して対称的になる。これらフォーカスセンタ５５４，５７４とはｋ方向にスライス厚ｔに相当する距離だけ離れている。

これと同様な関係が、検出素子列２５０，２７０における他のチャンネルについても成立し、図１３に模式的に示すような配列のビューデータをそれぞれ得ることができる。

同図に示すように、Ａ系統のビューデータとＢ系統のビューデータは、データ収集位置がｋ方向にスライス厚ｔだけ異なるものの、ｉ方向にはｐ／２のピッチで等間隔に並ぶものとなる。

したがって、アキシャルスキャンの場合は、Ａ系統でスキャンした同じスライスを、被検体８を距離ｔだけ移動させて次にＢ系統でスキャンし（その逆でも良い）、それぞれの収集データを、両系統の同じビュー同士でデータの並びの順序でマージすることにより、図１４に模式的に示すように、スライス厚ｔにつきｐ／２のピッチで収集したものに相当するビューデータを得ることができる。

これによって、チャンネルピッチｐの２倍の空間分解能を持つビューデータを得ることができ、このビューデータを用いて画像再構成を行うことにより、空間分解能がチャンネルピッチの２倍に向上した断層像を得ることができる。また、ピッチが１のヘリカルスキャンを行う場合も同様である。

Ｘ線照射・検出系は２系統に限るものではなく、３系統以上の複数系統としても良い。図１５に、Ｘ線照射・検出系を３系統とした場合について、回転中心の近傍におけるフォーカスセンタの配置の一例を模式的に示す。同図に示すように、Ａ系統では、Ｘ線ビーム７５２が中央チャンネルを照射するフォーカスセンタ７５４を、回転中心３２０から３ｐ／１２だけ図における右側にオフセットさせている。これにより、対向ビューのフォーカスセンタ７５４’が回転中心３２０の左側に３ｐ／１２だけオフセットするようになる。

Ｂ系統では、Ｘ線ビーム７７２が中央チャンネルを照射するフォーカスセンタ７７４を、回転中心３２０からｐ／１２だけ図における左側にオフセットさせている。これにより、対向ビューのフォーカスセンタ７７４’が回転中心３２０の右側にｐ／１２だけオフセットするようになる。

Ｃ系統では、Ｘ線ビーム７９２が中央チャンネルを照射するフォーカスセンタ７９４を、回転中心３２０から５ｐ／１２だけ図における左側にオフセットさせている。これにより、対向ビューのフォーカスセンタ７９４’が回転中心３２０の右側に５ｐ／１２だけオフセットするようになる。

これと同様な関係が、他のチャンネルについても、Ｘ線の通過方向が互いに逆になるいわゆる対向ビュー同士で成立する。そこで、Ａ〜Ｃ系統それぞれにつき、対向ビュー同士でＸ線検出信号をチャンネルごとにインターリーブすることにより、図１６に模式的に示すような配列のビューデータをそれぞれ得ることができる。

同図に示すように、Ａ〜Ｃ系統のビューデータは、データ収集位置がｋ方向にスライス厚ｔだけ異なるものの、ｉ方向にはｐ／６のピッチで等間隔に並ぶものとなる。

したがって、アキシャルスキャンの場合は、Ａ系統でスキャンした同じスライスを、被検体８を距離ｔずつ移動させて順次にＢ，Ｃ系統でスキャンし（逆の順序でも良い）、それぞれ対向ビューデータをインターリーブした収集データを、全系統の同じビュー同士でデータの並びの順序でマージすることにより、図１７に模式的に示すように、スライス厚ｔにつきｐ／６のピッチで収集したものに相当するビューデータを得ることができる。

これによって、チャンネルピッチｐの６倍の空間分解能を持つビューデータを得ることができ、このビューデータを用いて画像再構成を行うことにより、空間分解能がチャンネルピッチの６倍に向上した断層像を得ることができる。また、ピッチが１のヘリカルスキャンを行う場合も同様である。

図１８に、Ｘ線照射・検出系を３系統とした場合について、回転中心の近傍におけるフォーカスセンタの配置の他の例を模式的に示す。同図に示すように、Ａ系統では、Ｘ線ビーム９５２が中央チャンネルを照射するフォーカスセンタ９５４を、回転中心３２０からｐ／３だけ図における右側にオフセットさせている。Ｂ系統では、Ｘ線ビーム９７２が中央チャンネルを照射するフォーカスセンタ９７４を、回転中心３２０に一致させている。Ｃ系統では、Ｘ線ビーム９９２が中央チャンネルを照射するフォーカスセンタ９９４を、回転中心３２０からｐ／３だけ図における左側にオフセットさせている。

これと同様な関係が、他のチャンネルについても成立するから、Ａ〜Ｃ系統により、図１９に模式的に示すような配列のビューデータをそれぞれ得ることができる。同図に示すように、Ａ〜Ｃ系統のビューデータは、データ収集位置がｋ方向にスライス厚ｔだけ異なるものの、ｉ方向にはｐ／３のピッチで等間隔に並ぶものとなる。

したがって、アキシャルスキャンの場合は、Ａ系統でスキャンした同じスライスを、被検体８を距離ｔずつ移動させて順次にＢ，Ｃ系統でスキャンし（逆の順序でも良い）、収集データを全系統の同じビュー同士でデータの並びの順序でマージすることにより、図２０に模式的に示すように、スライス厚ｔにつきｐ／３のピッチで収集したものに相当するビューデータを得ることができる。

これによって、チャンネルピッチｐの３倍の空間分解能を持つビューデータを得ることができ、このビューデータを用いて画像再構成を行うことにより、空間分解能がチャンネルピッチの３倍に向上した断層像を得ることができる。また、ピッチが１のヘリカルスキャンを行う場合も同様である。

以上は、Ｘ線照射・検出系が２系統および３系統の例であるが、一般的には、ｎを２以上の正の整数としたとき、ｎ系統のＸ線照射・検出系において各系統のフォーカスセンタのオフセット量ｄを、ｐ／２を越えない範囲で、
回転軸に関する一方の側では、
ｄ＝（４ｉ−１）ｐ／４ｎ （１）
回転軸に関する他方の側では、
ｄ＝（４ｉ−３）ｐ／４ｎ
（２）
ただし、
ｉ：１〜ｉｎｔ｛（ｎ＋１）／２｝
とするか、
または、
ｎが奇数のとき回転軸に関し両側に対称的に、
ｄ＝４ｉｐ／４ｎ ｉ：０〜ｉｎｔ（ｎ／２） （３）
ｎが偶数のとき回転軸に関し両側に対称的に、
ｄ＝（４ｉ＋２）ｐ／４ｎ ｉ：０〜ｉｎｔ（ｎ／２−１） （４）
とする。

上記の（１）式および（２）式はチャンネルピッチｐの２ｎ倍の空間分解能を得るときのオフセット量を表すもので、図７および図１５にそれぞれ示した例が該当する。（３）式および（４）式は、チャンネルピッチｐのｎ倍の空間分解能を得るときのオフセット量を表すもので、図１２および図１８にそれぞれ示した例が該当する。

図２１に、上記のようなフォーカスセンタのオフセットを可能にするＸ線管２０の一例の要部の模式的構成を示す。図２１の（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。同図に示すように、回転アノード（ａｎｏｄｅ）２００とカソード（ｃａｔｈｏｄｅ）２０２が、図示しない真空の管内に互いに対向して設けられている。回転アノード２００とカソード２０２の間には所定の高電圧が印加される。回転アノード２００は図示しない駆動部で駆動されて高速に回転するようになっている。回転アノード２００はカソードと対向する面が斜面になっており、その斜面にカソード２０２から高電圧で加速された電子ビームが照射され、電子ビームの衝突エネルギー（ｅｎｅｒｇｙ）によってＸ線ビーム４０を発生するようになっている。

ここで、回転アノード２００の表面での電子ビームの照射領域２０４は略長方形の形状を持ち、かつ、その長軸方向が回転アノード２００の半径方向と交差するようになっている。このようなは、例えばカソード２０２の形状および位置を適宜に定めることによって形成することができる。

電子ビームの照射領域２０４の形状および配置をこのようにすることにより、回転アノード２００の半径方向およびそれに垂直な方向において互いに位置が異なる複数のＸ線焦点を形成することができる。半径方向での位置の相違は、回転アノード２００の表面が斜面になっていることにより、ｋ方向での位置の相違になり、それに垂直な方向での位置の相違はｉ方向の位置の相違になる。

したがって、例えば図７または図１２に示した条件を満足する２つの焦点４５０（５５０），４７０（５７０）を形成することができる。また、それに限らず、例えば図１５または図１８に示した条件を満足する３つの焦点を形成することができ、さらには、（１）〜（４）式の条件を満足するｎ個の焦点を形成することができる。なお、ｎ個の焦点は、適宜のコリメータによりｋ方向において個々に分離するのが良い。

複数のＸ線照射・検出系が共通の１つのＸ線焦点を持つ場合でも、複数の検出素子列の構成を工夫することにより、チャンネルピッチの数倍の空間分解能を持つデータを得ることが可能である。次にそれを説明する。

図２２に、検出素子列が２列である場合のチャンネルのＸ線入射面の構成を示す。なお、図２２では検出素子列の一部分について示すが、他の部分も同様になっている。

同図に示すように、互いに平行に配設された２つの検出素子列２５０’，２７０’の各チャンネルはいずれも平行四辺形状のＸ線入射面を持つように構成されている。チャンネルピッチはｐである。これらＸ線入射面は、ｋ方向に隣接するもの同士で、破線で示すような平行四辺形１３０を形成する。

ここで、平行四辺形１３０は、図における上辺の左端から下辺に向けて下ろした垂線１３２が、下辺の右端に接するような形状を持つようにしている。このため、ｋ方向に隣接するもの同士では、それぞれのＸ線入射面の中心がｉ方向にｐ／２ずれる。それぞれの検出素子列内ではチャンネル中心はｉ方向にピッチｐで並ぶので、２つの検出素子列の各チャンネルの中心はｉ方向にｐ／２のピッチで並ぶことになる。

各チャンネルに入射するＸ線束の経路は、チャンネルの中心に入射するＸ線の経路で代表されるので、２つの検出素子列は、ｉ方向にｐ／２ずれたＸ線経路の信号を検出することになる。したがって、前述の場合と同様に２つの検出素子列で同一のスライスを順次にスキャンし、収集したデータをマージすることにより、ｐ／２ピッチで収集したものに相当するビューデータを得ることができる。

検出素子列を３列にした場合を図２３に示す。この場合は、３つの検出素子列２５０’，２７０’，２９０’の各チャンネルの平行四辺形のＸ線入射面はｋ歩行に隣接するもの同士で平行四辺形１５０を形成するようになっている。平行四辺形１５０は、上記の平行四辺形１３０と同様に、上辺の左端から下辺に向けて下ろした垂線が下辺の右端に接するような形状となるようにしてある。

このようにすることにより、ｋ方向に隣接するチャンネル同士では中心位置がｉ方向にｐ／３ずつずれる。したがって、これら検出素子列によってそれぞれ得た同一スライスのビューデータをマージすることによりｐ／３ピッチで収集したものに相当するビューデータを得ることができる。

一般的には、図２４に示すようにｎ個の検出素子列２４１〜２４ｎを併設したとき、各チャンネルのＸ線入射面を形状および寸法が同一な平行四辺形とし、かつ、それらが列の配設方向に隣接して形成する四辺形が、列の配設方向に見たときの上辺の一端と下辺の他端が垂線で結ばれる関係になるようにすれば良い。あるいは、同じことを表現を変えて言えば、合成の平行四辺形が上辺と下辺に垂直な対角線を有し、それを境にして２つの合同な直角三角形に２分されるようなものであれば良い。

本装置の動作を説明する。操作者は操作装置を通じて所望の撮影条件を設定する。次いで、中央処理装置６０による制御の下で、Ｘ線照射・検出系により被検体８をスキャンする。アキシャルスキャンの場合は、１スキャンごとに１スライス厚相当分ずつ被検体８を体軸方向にステップ送りし、同一のスライスを複数の検出素子列全部により順次にスキャンする。ヘリカルスキャンの場合は、ピッチが１のヘリカルスキャンを行う。

これによって、各検出素子列ごとに例えば１０００ビューの投影データをデータ収集バッファ６４に収集する。これによって、被検体８の投影データが収集される。

投影データは、データ収集部２６により、検出素子列ごとの投影データとして収集される。そのような収集データについて、中央処理装置６０は、前述のようなデータのマージを行う。その際、投影データが対向ビューデータとインターリーブ可能な場合はインターリーブをも行う。

このような処理をした投影データについて、例えばフィルタード・バックプロジェクション（ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｂａｃｋ ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）法等により画像再構成を行い、断層像を生成する。これによって、検出器アレイのチャンネルピッチの数倍の空間分解能を持つ断層像を得ることができる。

以上、放射線としてＸ線を用いた例について説明したが、放射線はＸ線に限るものではなく、例えばγ線等の他の種類の放射線であっても良い。ただし、現時点では、Ｘ線がその発生、検出および制御等に関し実用的な手段が最も充実している点で好ましい。

本発明の実施の形態の一例の装置のブロック図である。 本発明の実施の形態の一例の装置における検出器アレイの模式的構成図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線照射・検出系の模式的構成図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線照射・検出系の模式的構成図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線照射・検出系検出器のジオメトリの模式図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線照射・検出系検出器のジオメトリの模式図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線ビームのフォーカスセンタの配置の模式図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるビューデータのフォーカスセンタの配列の模式図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるビューデータのフォーカスセンタの配列の模式図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線照射・検出系検出器のジオメトリの模式図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線照射・検出系検出器のジオメトリの模式図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線ビームのフォーカスセンタの配置の模式図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるビューデータのフォーカスセンタの配列の模式図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるビューデータのフォーカスセンタの配列の模式図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線ビームのフォーカスセンタの配置の模式図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるビューデータのフォーカスセンタの配列の模式図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるビューデータのフォーカスセンタの配列の模式図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線ビームのフォーカスセンタの配置の模式図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるビューデータのフォーカスセンタの配列の模式図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるビューデータのフォーカスセンタの配列の模式図である。 本発明の実施の形態の一例の装置におけるＸ線管の要部の模式的構成図である。 本発明の実施の形態の一例の装置における検出器アレイの入射面の模式的構成図である。 本発明の実施の形態の一例の装置における検出器アレイの入射面の模式的構成図である。 本発明の実施の形態の一例の装置における検出器アレイの入射面の模式的構成図である。 従来装置におけるＸ線照射・検出系のジオメトリの模式図である。

符号の説明

２ 走査ガントリ
２０ Ｘ線管
２２ コリメータ
２４ 検出器アレイ
２６ データ収集部
２８ Ｘ線コントローラ
３０ コリメータコントローラ
３２ 回転部
３４ 回転コントローラ
４ 撮影テーブル
６ 操作コンソール
６０ 中央処理装置
６２ 制御インタフェース
６４ データ収集バッファ
４０ Ｘ線ビーム
８ 被検体
２４（ｉｋ） Ｘ線検出素子
２５０，２７０ 検出素子列
４５０，４７０ Ｘ線焦点
２５２，２７２ 中央チャンネル
４５４，４５４’，４７４，４７４’ フォーカスセンタ

Claims (1)

1. 照射方向に垂直でかつ互いに垂直な２つの方向の一方および他方においてそれぞれ幅および厚みを持つ放射線ビームを、入射面を前記放射線ビームが入射する方向に向けて複数の放射線検出素子を前記放射線ビームの幅の方向に配列した検出素子列を前記放射線ビームの厚みの方向に複数個配設してなる検出素子アレイで検出する放射線検出器であって、
   前記各放射線検出素子は互いに同一な平行四辺形の入射面を有し、前記放射線ビームの厚みの方向に隣接する放射線検出素子同士で全体として平行四辺形の入射面を形成し、この合成の平行四辺形にあっては、検出素子列の配設方向に見たときの上辺および下辺と垂直な対角線を有していて、この対角線を境とする２つの合同な直角三角形の組み合わせで構成されており、前記合成の平行四辺形における複数の検出素子列で同一スライスに関する、前記放射線ビームの幅の方向において等間隔ピッチの投影データを収集するための放射線の検出を、各検出素子アレイにより行う
   ことを特徴とする放射線検出器。

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