JP5513900B2 - X-ray CT detector and X-ray CT apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、X線CT用検出器及びこのX線CT用検出器を用いたX線CT装置に関する。 The present invention relates to an X-ray CT detector and an X-ray CT apparatus using the X-ray CT detector.
X線CT(Computed Tomography:コンピュータ断層撮影)装置は、被検体を載置する寝台、X線管、X線CT用検出器、X線管とX線CT用検出器とを寝台の回りに回転させる回転機構などにより構成されている。 An X-ray CT (Computed Tomography) apparatus rotates a bed on which a subject is placed, an X-ray tube, an X-ray CT detector, an X-ray tube and an X-ray CT detector around the bed It is comprised by the rotating mechanism etc. to be made.
X線管は、寝台上に載置された被検体に対し、様々な方向からX線を照射する。 An X-ray tube irradiates a subject placed on a bed with X-rays from various directions.
X線CT用検出器は、寝台上の被検体を挟んでX線管に対向する位置に配置されており、X線管から照射された後に被検体を透過したX線を検出する。なお、X線CT用検出器は、寝台上の被検体の体軸方向(スライス方向)と略直交するチャンネル方向に配列された複数の検出素子を備えている。各検出素子は、X線を吸収して発光するシンチレータと、シンチレータで発光した光を受光して電気信号に変換して出力するフォトダイオードとを備えている。フォトダイオードから出力される電気信号は、X線が被検体のどの部分を透過したかにより変化するX線のエネルギー強度を反映するものであり、出力された電気信号に基づいて断層画像が再構成され、表示装置に表示される。 The X-ray CT detector is disposed at a position facing the X-ray tube across the subject on the bed, and detects X-rays transmitted through the subject after being irradiated from the X-ray tube. The X-ray CT detector includes a plurality of detection elements arranged in a channel direction substantially orthogonal to the body axis direction (slice direction) of the subject on the bed. Each detection element includes a scintillator that absorbs X-rays and emits light, and a photodiode that receives light emitted from the scintillator, converts it into an electrical signal, and outputs the electrical signal. The electrical signal output from the photodiode reflects the energy intensity of the X-ray that changes depending on which part of the subject the X-ray has transmitted, and the tomographic image is reconstructed based on the output electrical signal. And displayed on the display device.
このようなX線CT用検出器の検出素子30は、図6に示すように、X線が入射された場合に発光するシンチレータ31と、シンチレータ31におけるX線が入射される入射面32と反対側の面33に接合されたフォトダイオード34とを備えている。シンチレータ31は、入射面32から反対側の面33までの寸法がシンチレータ31の全域において略均一に形成されている。
As shown in FIG. 6, the
シンチレータ31に入射されたX線が有するエネルギーは、そのX線が被検体のどの部分を透過したかにより異なる。シンチレータ31に入射されたX線は、そのX線が有するエネルギーによりシンチレータ31での発光位置が異なり、図6に示すように、高いエネルギーを有するX線はシンチレータ31の深い位置まで入り込んで発光し、X線の有するエネルギーが低くなるにつれてシンチレータ31でのX線の発光位置が浅くなる。そして、これらのエネルギーの異なるX線に応じて発光した光は、一つのフォトダイオード34で受光され、受光された光が電気信号に変換されてフォトダイオード34から出力される。なお、シンチレータ31で発光した各X線の光は、発光位置からフォトダイオード34に到達するまでの間に次第に減衰するので、フォトダイオード34の浅い位置で発光したX線の光は、フォトダイオード34の深い位置で発光したX線の光に比べて減衰量が大きくなる。
The energy of the X-rays incident on the
図7は、被検体の組織Aと組織Bとを透過したX線のエネルギー分布を表わすグラフである。また、このグラフは、組織Aと組織Bとを透過したX線のエネルギー分布が異なっていても、発光後に一つのフォトダイオード34で受光された光の総量が等しいため、フォトダイオード34から出力される電気信号が同じになることを表わしている。
FIG. 7 is a graph showing the energy distribution of X-rays transmitted through the tissue A and tissue B of the subject. This graph is output from the
図8は、フォトダイオード34から出力された電気信号に基づいて再構成された組織Aと組織Bとの断層画像を表わしたものである。組織Aと組織Bとを透過したX線のエネルギー分布が図7に示すように異なる場合であっても、フォトダイオード34から出力された電気信号が同じであるため、組織Aと組織BとはCT値が同じものとして表示される。
FIG. 8 shows a tomographic image of the tissue A and the tissue B reconstructed based on the electrical signal output from the
異なるエネルギーのX線を弁別して収集しようとするX線CT装置の一例としては、例えば、下記特許文献1に開示されたものが知られている。特許文献1に開示されたX線CT装置には、異なるエネルギー強度を有するX線を検出するために、シンチレータの厚み寸法が異なる複数の検出素子を配列した2つのX線CT用検出器が用いられている。
As an example of an X-ray CT apparatus that attempts to discriminate and collect X-rays of different energies, for example, the one disclosed in
しかし、特許文献1などに開示されたX線CT用検出器では、被検体を透過したX線のエネルギー分布を2段階でしか検出ことができない。これに加え、高エネルギー用のシンチレータと低エネルギー用のシンチレータとを別個の検出器単位として製造しなければならず、製造コストが高騰するという問題があった。また、マルチスライスのX線検出器には対応しておらず、仮にマルチスライスのX線検出器で交互に2種類のシンチレータを配したとしても、2列分の検出器で1スライス分のX線検出を行うこととなり、列方向の分解能が1/2となってしまうという問題があった。
However, the X-ray CT detector disclosed in
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は、被検体を透過したX線のエネルギー分布を正確に検出することである。 The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to accurately detect the energy distribution of X-rays transmitted through the subject.
請求項1記載の発明の特徴は、X線を吸収して発光するシンチレータと、前記シンチレータで発光した光を受光して電気信号に変換するフォトダイオードとを有するX線CT用検出器において、前記シンチレータには、X線が入射される入射面の反対側に位置して前記入射面からの寸法が次第に変化する向きに傾斜した傾斜面が形成され、前記フォトダイオードは、前記シンチレータの前記傾斜面の傾斜方向に沿って複数設けられている、ことである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an X-ray CT detector comprising: a scintillator that absorbs X-rays and emits light; and a photodiode that receives light emitted from the scintillators and converts the light into electric signals. The scintillator is formed with an inclined surface that is located on the opposite side of the incident surface on which X-rays are incident and is inclined in a direction in which a dimension from the incident surface gradually changes, and the photodiode includes the inclined surface of the scintillator It is that it is provided with two or more along the inclination direction.
請求項2記載の発明の特徴は、X線CT装置において、X線を照射するX線管と、前記X線管から照射されて被検体を透過したX線を吸収して発光し、X線が入射される入射面の反対側に位置して前記入射面からの寸法が次第に変化する向きに傾斜した傾斜面が形成されたシンチレータと、前記シンチレータの前記傾斜面の傾斜方向に沿って複数設けられ、前記シンチレータで発光した光を受光して電気信号に変換するフォトダイオードと、前記フォトダイオードで変換された電気信号に基づく透過X線データを再構成して断層画像を生成する再構成処理部と、を備えることである。 According to a second aspect of the present invention, in the X-ray CT apparatus, an X-ray tube that irradiates X-rays, and X-rays that are irradiated from the X-ray tube and transmitted through the subject absorb and emit light. A scintillator having an inclined surface formed on an opposite side of the incident surface where the light is incident and inclined in a direction in which the dimension from the incident surface gradually changes, and a plurality of scintillators provided along the inclination direction of the inclined surface of the scintillator A photodiode that receives light emitted from the scintillator and converts it into an electrical signal, and a reconstruction processing unit that reconstructs transmitted X-ray data based on the electrical signal converted by the photodiode and generates a tomographic image And providing.
本発明によれば、被検体を透過したX線のエネルギー分布を正確に検出することができる。 According to the present invention, the energy distribution of X-rays that have passed through the subject can be accurately detected.
本発明の一実施の形態のX線CT装置について、図1ないし図5に基づいて説明する。図1は、X線CT装置の概略構成を示すブロック図であり、このX線CT装置は、架台1と寝台2と操作コンソール3とを備えている。
An X-ray CT apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an X-ray CT apparatus. The X-ray CT apparatus includes a
架台1は、被検体Pに対してX線を照射するとともに被検体Pを透過したX線を検出し、被検体Pの断層画像を撮影する部分である。この架台1は、架台制御部4と、高電圧発生部5と、回転駆動部6と、チルト駆動部7と、X線管8と、X線CT用検出器9と、データ収集部10とを備えている。
The
寝台2は、被検体Pが載置され、載置された被検体PをX線が照射される撮影位置へ送り込む部分である。この寝台2は、被検体Pが載置される寝台天板11と、寝台天板11を支持する寝台基部12と、寝台天板11の上下移動及び水平移動を行なわせる寝台駆動部13とを備えている。
The
操作コンソール3は、X線CT装置の入出力を制御する部分である。この操作コンソール3は、コンソール制御部14と、入力操作部15と、前処理部16と、X線投影データ記憶部17と、再構成処理部18と、画像データ記憶部19と、画像処理部20と、画像表示部21とを備えている。
The
架台制御部4は、操作コンソール3の入力操作部15からの入力に応じ、架台1内の各部を制御する。
The
高電圧発生部5は、X線管8からX線を照射するために必要な高電圧を、架台制御部4から送信された制御信号に応じてX線管8に供給する。
The
X線管8は、高電圧発生部5から供給された高電圧によってX線を照射する。X線管8から照射されるX線は、ファン状又はコーン状に成形されている。
The X-ray tube 8 emits X-rays with a high voltage supplied from the
X線CT用検出器9は、X線管8から照射されて寝台天板11上に載置されている被検体Pを透過したX線を検出する。シングルスライスCT装置の場合、X線CT用検出器9は、ファン状又は直線状に例えば1000チャンネルのX線検出素子を1列に並べて構成されている。なお、X線CT用検出器9については、後から詳しく説明する。 The X-ray CT detector 9 detects X-rays that have been irradiated from the X-ray tube 8 and have passed through the subject P placed on the bedtop 11. In the case of a single slice CT apparatus, the X-ray CT detector 9 is configured by arranging, for example, 1000 channels of X-ray detection elements in a row in a fan shape or a linear shape. The X-ray CT detector 9 will be described in detail later.
データ収集部10は、X線CT用検出器9の各X線検出素子と同様にアレイ状に配列された複数のデータ収集素子を有し、X線CT用検出器9により検出されたX線(実際にはX線の検出信号)を、架台制御部4から出力されたデータ収集制御信号に応じて収集する。この収集されたデータがX線投影データとなる。
The data acquisition unit 10 has a plurality of data acquisition elements arranged in an array like the X-ray detection elements of the X-ray CT detector 9, and the X-rays detected by the X-ray CT detector 9 (Actually, an X-ray detection signal) is collected according to the data collection control signal output from the
回転駆動部6は、架台制御部4から出力された制御信号により図示しないモータを駆動し、X線管8とX線CT用検出器9とを対峙して保持した円環状の回転体(図示せず)を、その中心線回りに回転駆動させる。
The rotation driving unit 6 drives a motor (not shown) by a control signal output from the
チルト駆動部7は、架台制御部4から出力された制御信号によりチルトシリンダ(図示せず)を伸縮させ、架台1を前傾状態又は後傾状態に任意の角度にチルトさせる。
The tilt drive unit 7 expands and contracts a tilt cylinder (not shown) according to a control signal output from the
寝台駆動部13は、操作コンソール3の入力操作部15からの入力に応じ、寝台天板11を上下方向と長手方向(矢印X方向)とに移動させる。X線を照射されて断層画像を撮影される被検体Pは、被検体Pの体軸方向と寝台天板11の移動方向(矢印X方向)とが一致する向きに寝台天板11上に載置されている。
The
入力操作部15は、キーボート、タッチパネル、マウス等からなり、X線CT装置を駆動させるための各種の入力操作が行われる。 The input operation unit 15 includes a keyboard, a touch panel, a mouse, and the like, and performs various input operations for driving the X-ray CT apparatus.
コンソール制御部14は、入力操作部15からの入力に応じた制御信号を発生させ、この制御信号を、架台制御部4や寝台駆動部13、及び、操作コンソール3内の各部に送信する。
The
前処理部16は、データ収集部10から出力されたX線投影データに対して感度補正やX線強度補正等の前処理を施す。
The preprocessing
X線投影データ記憶部17は、前処理部16にて感度補正等の前処理が施されたX線投影データを記憶する。
The X-ray projection
再構成処理部18は、X線投影データ記憶部17に記憶されたX線投影データを逆投影処理することにより断層画像のデータを形成する。
The
画像データ記憶部19は、再構成処理部18で形成された断層画像のデータを記憶し、記憶した断層画像のデータを、入力操作部15からの入力に応じて画像処理部20に送信する。
The image
画像処理部20は、画像データ記憶部19から送信された断層画像のデータに対し、入力操作部15からの入力に応じた様々な処理、例えば、任意断面位置の断層像、任意方向からの投影像、又はレンダリング処理による3次元画像等の画像データに変換する処理を行ない、変換処理した画像データを画像表示部21に送信する。また、画像処理部20では、後述するシンチレータ23の傾斜面26の傾斜方向に沿って設けられたフォトダイオード24が検出するエネルギーの異なるX線に基づいた断層画像の合成が行なわれる。
The
画像表示部21は、画像処理部20から送信された画像データに応じた画像を表示する。
The
X線CT用検出器9は、上述したようにX線管8から照射されて寝台天板11上の被検体Pを透過したX線を検出する機器であり、被検体Pの体軸方向(スライス方向)と略直交するチャンネル方向に配列された複数の検出素子22を備えており、各検出素子22は、X線を吸収して発光するシンチレータ23と、シンチレータ23で発光した光を受光して電気信号に変換する複数のフォトダイオード24とを備えている。なお、X線CT用検出器9としては、検出素子22がチャンネル方向及びスライス方向の2次元上に配置されたマルチスライス検出器であってもよい。
The X-ray CT detector 9 is a device that detects X-rays irradiated from the X-ray tube 8 and transmitted through the subject P on the couch top 11 as described above. A plurality of
シンチレータ23は、例えば、ヨウ化セシウム(CsI)などの高輝度蛍光物質を用いて形成されている。また、このシンチレータ23は、寝台天板11上の被検体Pを挟んでX線管8に対向する面がX線の入射面25とされ、シンチレータ23における入射面25の反対側には、入射面25からの寸法が次第に変化する向きに傾斜した傾斜面26が形成されている。
The
フォトダイオード24はプリント配線基板27上に設けられており、フォトダイオード24及びプリント配線基板27は、光を透過する性質を有する光学接着剤28を用いてシンチレータ23の傾斜面26に接着されている。なお、プリント配線基板27上には複数のフォトダイオード24が設けられており、これらのフォトダイオード24は、シンチレータ23の傾斜面26の傾斜方向に沿って配列されている。
The
さらに、プリント配線基板27上には、各フォトダイオード24に接続されて各フォトダイオード24からの電気信号(例えば、信号1,信号2,信号3,信号4)をデータ収集部10へ伝達する複数の電極(図示せず)が設けられている。
Further, a plurality of electrical signals (for example,
このような構成において、X線CT装置による撮影時には、X線管8から寝台天板11上の被検体Pに向けてX線が照射され、被検体を透過したX線がシンチレータ23に入射面25から入射される。
In such a configuration, at the time of imaging by the X-ray CT apparatus, X-rays are irradiated from the X-ray tube 8 toward the subject P on the couch top 11 and the X-rays transmitted through the subject are incident on the
シンチレータ23に入射されたX線が有するエネルギーは、そのX線が被検体Pのどの部分を透過したかによる異なる。シンチレータ23に入射されたX線は、そのX線が有するエネルギーによりシンチレータ23内での発光位置が異なり、図2に示すように、高いエネルギーを有するX線はシンチレータ23内の深い位置まで入り込んで発光し、X線の有するエネルギーが低くなるにつれてシンチレータ23内でのX線の発光位置が浅くなる。
The energy of the X-rays incident on the
ここで、シンチレータ23には傾斜面26が形成され、この傾斜面26に傾斜方向に沿って複数のフォトダイオード24が接着されている。このため、シンチレータ23内の異なる深さ位置で発光したX線の光は、その発光位置の近くに位置するフォトダイオード24で受光され、電気信号(例えば、信号1,信号2,信号3,信号4)に変換され、その電気信号がデータ収集部10で収集され、データ収集部10で収集された電気信号に基づいて断層画像の再構成が行われる。
Here, an
なお、シンチレータ23に傾斜面26が形成され、この傾斜面26の傾斜方向に沿って複数のフォトダイオード24が設けられているため、有するエネルギーが異なる各X線において、発光位置からその光が受光される各フォトダイオード24までの距離の差が少なくなり、発光してから各フォトダイオード24で受光されるまでの間の光の減衰量のばらつきが少なくなる。
In addition, since the
図3は、被検体Pの組織Aと組織Bとを透過したX線のエネルギー分布を表わすグラフである。このグラフは、組織Aと組織Bとを透過したX線のエネルギー分布が異なっており、エネルギー分布が異なるX線に対応した電気信号(例えば、信号1,信号2,信号3,信号4)が複数のフォトダイオード24から出力されることを表わしている。
FIG. 3 is a graph showing the energy distribution of X-rays transmitted through the tissue A and the tissue B of the subject P. In this graph, energy distributions of X-rays transmitted through the tissue A and the tissue B are different, and electrical signals (for example,
図4は、信号1(低いエネルギーのX線による電気信号)に基づいて再構成された組織Aと組織Bとの断層画像を表わしたものである。また、図5は、信号4(高いエネルギーのX線による電気信号)に基づいて再構成された組織Aと組織Bとの断層画像を表わしたものである。このような異なるエネルギーのX線による信号に基づいて画像を再構成することができ、及び、再構成された画像を合成することにより特定の組織を強調した画像を生成することができる。例えば、カルシウムは、他の組織とは大きく異なるX線吸収特性を示すため、骨や石灰化部分を抜き出したような画像を生成する。 FIG. 4 shows a tomographic image of the tissue A and the tissue B reconstructed based on the signal 1 (electric signal by low energy X-rays). FIG. 5 shows a tomographic image of the tissue A and the tissue B reconstructed based on the signal 4 (electric signal by high energy X-rays). An image can be reconstructed based on such signals of X-rays having different energies, and an image in which a specific tissue is emphasized can be generated by combining the reconstructed images. For example, since calcium exhibits X-ray absorption characteristics that are significantly different from other tissues, an image in which bones and calcified portions are extracted is generated.
このように、被検体の組織Aと組織Bとを透過したX線のエネルギーに応じた断層画像を合成することにより、CT値の差が僅かであったために従来は区別ができなかった組織を区別することができるようになる。これにより、被検体の各部(例えば、組織A、組織B)を透過したX線のエネルギー分布を正確に検出することができる。 Thus, by synthesizing tomographic images corresponding to the energy of the X-rays transmitted through the tissue A and the tissue B of the subject, a tissue that could not be conventionally distinguished because the difference in CT value was slight. It becomes possible to distinguish. This makes it possible to accurately detect the energy distribution of X-rays that have passed through each part of the subject (for example, tissue A and tissue B).
また、複数のエネルギーを有するX線を一種類のシンチレータ23を介して弁別して検出できるので、複数種類のシンチレータを必要とする場合と比べ、製造コストを低減することができる。さらに、一列に配列したシンチレータ23を用いて複数のエネルギーを検出できるので、通常のエネルギー弁別を行わないX線CT装置と比してスライス方向の画質分解能が低減されない。
Further, since X-rays having a plurality of energies can be discriminated and detected via one kind of
なお、本実施の形態では、シンチレータ23の傾斜面26の傾斜方向に沿って4つのフォトダイオード24を配列した場合を例に挙げて説明したが、傾斜面26の傾斜方向に沿って配列するフォトダイオード24の数は4つに限定されるものではなく、この数を多くすればするほどX線のエネルギー分布を正確に検出することができる。
In the present embodiment, the case where four
8 X線管
9 X線CT用検出器
18 再構成処理部
20 画像処理部
23 シンチレータ
24 フォトダイオード
25 入射面
26 傾斜面
8 X-ray tube 9
Claims (3)
前記シンチレータには、X線が入射される入射面の反対側に位置して前記入射面からの寸法が次第に変化する向きに傾斜した傾斜面が形成され、
前記フォトダイオードは、前記シンチレータの前記傾斜面の傾斜方向に沿って複数設けられている、
ことを特徴とするX線CT用検出器。 In an X-ray CT detector having a scintillator that emits light by absorbing X-rays, and a photodiode that receives light emitted from the scintillator and converts it into an electrical signal,
The scintillator is formed with an inclined surface that is located on the opposite side of the incident surface on which X-rays are incident and is inclined in a direction in which a dimension from the incident surface gradually changes,
A plurality of the photodiodes are provided along the inclination direction of the inclined surface of the scintillator,
A detector for X-ray CT.
前記X線管から照射されて被検体を透過したX線を吸収して発光し、X線が入射される入射面の反対側に位置して前記入射面からの寸法が次第に変化する向きに傾斜した傾斜面が形成されたシンチレータと、
前記シンチレータの前記傾斜面の傾斜方向に沿って複数設けられ、前記シンチレータで発光した光を受光して電気信号に変換するフォトダイオードと、
前記フォトダイオードで変換された電気信号に基づく透過X線データを再構成して断層画像を生成する再構成処理部と、
を備えることを特徴とするX線CT装置。 An X-ray tube that emits X-rays;
Absorbs X-rays emitted from the X-ray tube and passes through the subject, emits light, and is positioned on the opposite side of the incident surface where the X-rays are incident and tilted in a direction in which the dimensions from the incident surface gradually change. A scintillator with an inclined surface formed,
A plurality of photodiodes provided along the inclination direction of the inclined surface of the scintillator, and receiving light emitted from the scintillator and converting it into an electrical signal; and
A reconstruction processing unit that reconstructs transmission X-ray data based on the electrical signal converted by the photodiode to generate a tomographic image;
An X-ray CT apparatus comprising:
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