JP6176823B2 - 放射線撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、放射線撮像に関し、具体的には、放射線焦点の位置のばらつきによる再構成画像の品質の劣化を抑える技術に関する。
放射線を用いて撮像を行なう放射線撮像装置の代表例としてX線CT(計算機式断層写真法)装置が公知である。X線CT装置のデータ取得システムは主に、X線源とX線検出部とで構成されている。X線検出部はさらに、X線検出器とコリメータとで構成されている。コリメータは、検出面側でX線検出器を構成しているX線検出素子を分離又は区分するように設けられた複数のコリメータ・プレートで構成されている(例えば、特許文献1、図16等参照)。
特開2010−005015
コリメータは、散乱放射線を除去することにより、散乱放射線による各々のX線検出素子の出力の劣化を防いで明瞭な再構成画像を得るのに必須の部材である。コリメータ・プレートによって分離されている区画(セグメント)の全てが正しくX線源の方を向いていないと、寧ろ再構成画像の劣化の原因となる。従って、コリメータ・プレートは、極めて高い設置精度を要求される部材である。
コリメータ・プレートが完全に理想的な状態で区画を形成していれば問題はない。しかしながら、X線CT装置に用いられるコリメータは例えば約1000枚のコリメータ・プレートによって構成されているため、実際には幾分かの小さいばらつきが生ずる。
X線を放出するX線源は理想的には点線源であるが、実際には幾分かの幅を有し、位置は環境に依存して僅かに変化する。X線源が例えばX線管によるものであるときには、X線管のターゲットが温度変化に依存して僅かに変形するため、X線焦点の位置及び大きさが変化する。
コリメータ・プレートによって形成される区画のばらつき及びX線源のX線焦点の位置のばらつき(焦点移動)のため、X線検出素子の区画毎のばらつきが、X線検出器のX線受光能力を有する領域に対するX線が実際に入射する領域の比率で生ずる。これらのばらつきは、直接的な雑音として寄与し、この雑音がX線検出器に混入することにより再構成画像の品質を劣化させる。コリメータが完全に管理された環境下で製造されたとしても、要求される精度は遥かに高いので、X線CT装置のばらつきは再構成画像に要求される精度を満たさないほど大きくなる。
かかる事情に鑑みて、放射線焦点の位置の僅かなばらつきの放射線投影データに対する影響を補正する技術に対する要求が存在している。
第一の観点の発明は、
放射線焦点に対応する第一の焦点から撮像対象に放射線を放出する放射線源と、
放射線源に対向して配設されており、チャネル方向に配列された複数の放射線検出素子と、
放射線検出素子をそれぞれチャネル方向に分離するように、チャネル方向に沿って放射線検出素子の検出面側に設けられている複数のコリメータ・プレートであって、複数のコリメータ・プレートの一方の端部側に位置する少なくとも1枚の第一のコリメータ・プレートの表面、及び複数のコリメータ・プレートの他方の端部側に位置する少なくとも一枚の第二のコリメータ・プレートの表面に、第一及び第二のコリメータ・プレートの放射線遮蔽効果が、第一及び第二のコリメータ・プレートの表面が第一の焦点とは異なる第二の焦点から半径方向に沿って設けられている場合と実質的に等価になるような態様で放射線吸収部材を設けた複数のコリメータ・プレートと、
放射線検出素子から画像再構成のための放射線投影データを取得するデータ取得部と
を含む放射線撮像装置を提供する。
第二の観点の発明は、第一の観点による放射線撮像装置であって、
放射線吸収部材は、放射線検出素子のチャネル方向の一方の端部側の第一の放射線検出素子を分離するための1対の第一のコリメータ・プレートの互いに対向するプレート表面に、また放射線検出素子のチャネル方向の他方の端部側の第二の放射線検出素子を分離するための1対の第二のコリメータ・プレートの互いに対向するプレート表面にそれぞれ設けられ、
1対の第一のコリメータ・プレートに設けられた放射線吸収部材は、1対の第一のコリメータ・プレートの一方の第一のコリメータ・プレートの放射線源に近い側の端部と、一方の第一のコリメータ・プレートに設けられた放射線吸収部材とに接する方向、及び1対の第一のコリメータ・プレートの他方の第一のコリメータ・プレートの放射線源から遠い側の端部と、他方の第一のコリメータ・プレートに設けられた放射線吸収部材とに接する方向が、第一の焦点よりも放射線検出素子に近接した第二の焦点から半径方向に沿って延在しているような態様で形成されて配設されており、
1対の第二のコリメータ・プレートに設けられた放射線吸収部材は、1対のコリメータ・プレートの一方の第二のコリメータ・プレートの放射線源に近い側の端部と、一方の第二のコリメータ・プレートに設けられた放射線吸収部材とに接する方向、及び1対のコリメータ・プレートの他方の第二のコリメータ・プレートの放射線源から遠い側の端部と、他方の第二のコリメータ・プレートに設けられた放射線吸収部材とに接する方向が、第二の焦点から半径方向に沿って延在しているような態様で形成されて配設されている、
放射線撮像装置を提供する。
第三の観点の発明は、第二の観点による放射線撮像装置であって、第一及び第二の放射線検出素子の出力に基づいて放射線投影データに対する第一の焦点の移動の影響を補正する補正部をさらに含んでいる放射線撮像装置を提供する。
第四の観点の発明は、第三の観点による放射線撮像装置であって、補正部は、第一及び第二の放射線検出素子の出力の間の均衡に基づいて放射線投影データを補正する、放射線撮像装置を提供する。
第五の観点の発明は、第四の観点による放射線撮像装置であって、補正部は、第一及び第二の放射線検出素子の出力の間の比に基づいて放射線投影データを補正する、放射線撮像装置を提供する。
第六の観点の発明は、第五の観点による放射線撮像装置であって、補正部は、第一及び第二の放射線検出素子の出力の比とそれぞれの放射線検出素子の感度との間の関係、並びに実際に得られた出力比に基づいて放射線投影データを補正する、放射線撮像装置を提供する。
第七の観点の発明は、第六の観点による放射線撮像装置であって、第一の焦点を互いと異なる複数の位置に移動させて、第一の焦点から放出された放射線を位置毎に放射線検出素子によって検出することにより上述の関係を示す情報を取得する取得部をさらに含んでいる放射線撮像装置を提供する。
第八の観点の発明は、第二の観点から第七の観点の何れか一つによる放射線撮像装置であって、第一及び第二の放射線検出素子は、放射線検出素子のチャネル方向に沿った一方の端部及び他方の端部にそれぞれ位置している、放射線撮像装置を提供する。
第九の観点の発明は、第二の観点から第八の観点の何れか一つによる放射線撮像装置であって、
放射線検出素子はチャネル方向及びスライス方向に配列されており、
第一及び第二の放射線検出素子はそれぞれ、スライス方向に位置が異なる2以上の放射線検出素子を含んでいる、
放射線撮像装置を提供する。
第十の観点の発明は、第一の観点から第九の観点の何れか一つによる放射線撮像装置であって、放射線吸収部材の各々は、スライス方向を軸方向とした柱状部材である、放射線撮像装置を提供する。
第十一の観点の発明は、第十の観点による放射線撮像装置であって、放射線吸収部材は、当該放射線吸収部材の柱の軸断面が円形又は長円形になるような態様で形成されている、放射線撮像装置を提供する。
第十二の観点の発明は、第十の観点による放射線撮像装置であって、放射線吸収部材は、当該放射線吸収部材の柱の軸断面が第二の焦点から半径方向に沿って厚みが変化する図形になるような態様で形成されている、放射線撮像装置を提供する。
第十三の観点の発明は、
放射線焦点に対応する第一の焦点から撮像対象に放射線を放出する放射線源に対向して配設されており、少なくともチャネル方向に配列された複数の放射線検出素子と、
放射線検出素子をそれぞれチャネル方向に分離するように、チャネル方向に沿って放射線検出素子の検出面側に設けられている複数のコリメータ・プレートであって、複数のコリメータ・プレートの一方の端部側に位置する少なくとも1枚の第一のコリメータ・プレートの表面、及び複数のコリメータ・プレートの他方の端部側に位置する少なくとも一枚の第二のコリメータ・プレートの表面に、第一及び第二のコリメータ・プレートの放射線遮蔽効果が、第一及び第二のコリメータ・プレートの表面が第一の焦点とは異なる第二の焦点から半径方向に沿って設けられている場合と実質的に等価になるような態様で放射線吸収部材を設けた複数のコリメータ・プレートと
を含む放射線検出装置を提供する。
第十四の観点の発明は、第十三の観点による放射線検出装置であって、
放射線吸収部材は、放射線検出素子のチャネル方向の一方の端部側の第一の放射線検出素子を分離するための1対の第一のコリメータ・プレートの互いに対向するプレート表面に、また放射線検出素子のチャネル方向の他方の端部側の第二の放射線検出素子を分離するための1対の第二のコリメータ・プレートの互いに対向するプレート表面にそれぞれ設けられ、
1対の第一のコリメータ・プレートに設けられた放射線吸収部材は、1対の第一のコリメータ・プレートの一方の第一のコリメータ・プレートの放射線源に近い側の端部と、一方の第一のコリメータ・プレートに設けられた放射線吸収部材とに接する方向、及び1対の第一のコリメータ・プレートの他方の第一のコリメータ・プレートの放射線源から遠い側の端部と、他方の第一のコリメータ・プレートに設けられた放射線吸収部材とに接する方向が、第一の焦点よりも放射線検出素子に近接した第二の焦点から半径方向に沿って延在しているような態様で形成されて配設されており、
1対の第二のコリメータ・プレートに設けられた放射線吸収部材は、1対のコリメータ・プレートの一方の第二のコリメータ・プレートの放射線源に近い側の端部と、一方の第二のコリメータ・プレートに設けられた放射線吸収部材とに接する方向、及び1対のコリメータ・プレートの他方の第二のコリメータ・プレートの放射線源から遠い側の端部と、他方の第二のコリメータ・プレートに設けられた放射線吸収部材とに接する方向が、第二の焦点から半径方向に沿って延在しているような態様で形成されて配設されている、
放射線検出装置を提供する。
第十五の観点の発明は、第十四の観点による放射線検出装置であって、第一及び第二の放射線検出素子は、放射線検出素子のチャネル方向に沿った一方の端部及び他方の端部にそれぞれ位置している、放射線検出装置を提供する。
第十六の観点の発明は、第十四の観点による放射線検出装置であって、
放射線検出素子はチャネル方向及びスライス方向に配列されており、
第一及び第二の放射線検出素子はそれぞれ、スライス方向に位置が異なる2以上の放射線検出素子を含んでいる、
放射線検出装置を提供する。
第十七の観点の発明は、第十三の観点から第十六の観点の何れか一つによる放射線検出装置であって、放射線吸収部材の各々は、スライス方向を軸方向とした柱状部材である、放射線検出装置を提供する。
第十八の観点の発明は、第十七の観点による放射線検出装置であって、放射線吸収部材は、当該放射線吸収部材の柱の軸断面が円形又は長円形になるような態様で形成されている、放射線検出装置を提供する。
第十九の観点の発明は、第十七の観点による放射線検出装置であって、放射線吸収部材は、当該放射線吸収部材の柱の軸断面が所定の位置から半径方向に沿って厚みが変化する図形になるような態様で形成されている、放射線検出装置を提供する。
第二十の観点の発明は、放射線焦点移動検出方法であって、
放射線焦点に対応する第一の焦点から撮像対象に放射線を放出する放射線源を設けるステップと、
放射線源に対向して配設されており、チャネル方向に配列された複数の放射線検出素子を設けるステップと、
放射線検出素子をそれぞれチャネル方向に分離するように、チャネル方向に沿って放射線検出素子の検出面側に複数のコリメータ・プレートを設けるステップと、
複数のコリメータ・プレートの一方の端部側に位置する少なくとも1枚の第一のコリメータ・プレートの表面、及び複数のコリメータ・プレートの他方の端部側に位置する少なくとも一枚の第二のコリメータ・プレートの表面に、第一及び第二のコリメータ・プレートの放射線遮蔽効果が、第一及び第二のコリメータ・プレートの表面が第一の焦点とは異なる第二の焦点から半径方向に沿って設けられている場合と実質的に等価になるような態様で放射線吸収部材を設けるステップと、
第一のコリメータ・プレートによって分離された放射線検出素子の各々及び第二のコリメータ・プレートによって分離された放射線検出素子の各々の出力に基づいて第一の焦点の移動を検出するステップと
を含んでいる方法を提供する。
以上の各観点の発明によれば、チャネル方向の一方の端部側及び他方の端部側に位置する所定の放射線検出素子が、上述のように、プレート表面に放射線吸収部材を設けたコリメータ・プレートによってチャネル方向に分離される。従って、チャネル方向の一方の端部側に位置する所定の放射線検出素子では、放射線の照射野の大きさは、放射線焦点がチャネル方向に見て他方の端部側に位置しているときに最大になるが、チャネル方向に見て他方の端部側に位置する所定の放射線検出素子では、放射線の照射野の大きさは、放射線焦点がチャネル方向に見て一方の端部側に位置しているときに最大になる。結果として、放射線焦点の位置を、一方の端部側及び他方の端部側の所定の放射線検出素子の出力に基づいて高分解能で決定することができるため、放射線焦点の位置の小さいばらつきのX線投影データに対する影響を補正することができる。
本実施形態に係るX線CT装置の構成を概略的に示す図である。 X線CT装置での撮像工程に関わる要部の概念図である。 X線検出部の構成例を示す図である。 第一及び第二のX線検出素子の周辺の側面拡大図である。 第一及び第二のX線検出素子の周辺の前面拡大図である。 X線焦点が参照位置から見て−CH方向側に位置する場合のX線とX線検出部との間の関係を示す図である。 X線焦点が参照位置から見て−CH方向側に位置する場合の第一及び第二のX線検出素子の周辺の側面拡大図である。 X線焦点が参照位置に位置する場合のX線とX線検出部との間の関係を示す図である。 X線焦点が参照位置に位置する場合の第一及び第二のX線検出素子の周辺の側面拡大図である。 X線焦点が参照位置から見て+CH方向側に位置する場合のX線とX線検出部との間の関係を示す図である。 X線焦点が参照位置から見て+CH方向側に位置する場合の第一及び第二のX線検出素子の周辺の側面拡大図である。 X線焦点の位置と、第一及び第二のX線検出素子において受光されるX線量との間の関係を示すグラフである。 X線焦点の位置と、第一及び第二のX線検出素子において受光されるX線量の間の比との間の関係を示すグラフである。 本実施形態に係るX線CT装置での撮像工程のフローを示す流れ図である。 軸断面が台形のX線吸収部材がそれぞれコリメータ・プレートの表面に設けられている例を示す図である。 第一及び第二のX線検出素子がそれぞれスライス方向に配列された複数のX線検出素子として構成されている例を示す図である。 第一及び第二のX線検出素子がそれぞれチャネル方向及びスライス方向に配列された複数のX線検出素子として構成されている一例を示す図である。
以下、本発明の一実施形態について説明する。尚、本発明は本実施形態に限定されず、また本実施形態によって限定されない。
図1は、本実施形態に係るX線CT装置の構成を概略的に示す図である。
このX線CT装置100は、操作コンソール1と、撮影テーブル10と、走査ガントリ20とを具備している。
操作コンソール1は、操作者の入力を受け付ける入力装置2と、被検体の撮像、及び画像を形成するためのデータ処理等を行なうそれぞれの部分の制御を実行する中央処理ユニット3と、走査ガントリ20によって取得したデータを取得又は収集するデータ収集バッファ5と、各々の画像を表示するモニタ6と、プログラムやデータ等を記憶する記憶装置7とを具備している。
撮影テーブル10は、被検体40を乗せて走査ガントリ20の空洞部Bに被検体40を搬送するクレードル12を具備している。クレードル12は、撮影テーブル10に内蔵するモータで昇降及び水平に直線移動される。尚、本実施形態では、被検体40の体軸の方向すなわちクレードル12の水平直線移動方向をz方向とし、上下方向をy方向とし、z方向及びy方向に直交する水平方向をx方向とする。
走査ガントリ20は、回転部15と、回転部15を回転自在に支持する本体部20aとを有する。回転部15には、X線管21と、X線管21を制御するX線制御器22と、X線管21から発生されるX線81をファン・ビーム又はコーン・ビームに成形するアパーチャ23と、被検体40を透過したX線81を検出するX線検出部28と、X線検出部28の出力をX線投影データへ変換すると共にこれらの出力を取得し又は収集するDAS(データ取得システム)(データ取得装置とも呼ぶ)25と、X線制御器22、アパーチャ23及びDAS25を制御する回転部制御器26とが設けられている。本体部20aは、制御信号等を操作コンソール1や撮影テーブル10とやり取りする制御コントローラ29を具備している。回転部15及び本体部20aは、スリップ・リング30を介して互いに電気的に結合されている。
X線管21及びX線検出部28は、被検体40が載置されている撮像空間すなわち走査ガントリ20の空洞部Bを間に挟んで互いに対向して配設されている。回転部15が回転すると、X線管21及びX線検出部28は位置関係を保ったまま被検体40の周りを回転する。ファン・ビーム又はコーン・ビームの形態で図示されているX線81は、X線管21から発してアパーチャ23によって成形されて、被検体40を透過し、X線検出部28の検出面に入射する。ファン・ビーム又はコーン・ビームの形態で図示されているX線18のxy平面での広がりの方向をチャネル(CH)方向と呼び、z方向での広がりの方向又はz方向自体をスライス(SL)方向と呼ぶ。
図2は、X線CT装置100での撮像工程に関わる要部の概念図を示す。X線検出部28の構成例を図3に示す。図3(a)はz方向から見た図(側面図)であり、図3(b)はX線管21側から見た図(前面図)である。
図2に示すように、X線CT装置100でのX線投影データ補正工程に関わる要部は、X線検出部28と、X線投影データ取得部51と、X線投影データ補正部52と、補正情報取得部53と、画像再構成部54とを具備している。X線検出部28は、X線検出器24と、散乱したX線を除去するコリメータ27とを有する。
X線検出器24は、X線検出素子241をチャネル方向及びスライス方向に行列形態で配列した構成を有する。それぞれのX線検出素子241は、各素子の検出面がX線管21でのX線焦点21fの参照位置f0に対面するような態様で勾配付き曲面に沿って配置されている。ここでは、参照位置f0はX線焦点の設計時の理想的な位置に対応している。X線検出器24では、X線検出素子241は、例えば1000列(チャネル方向)×150行(スライス方向)で配列される。各々のX線検出素子241の検出面は、幅が約1.025mmの近似的に方形となっている。尚、図2では、簡便のためX線検出素子241の数は実際に利用可能な数よりも少なく描かれている。
コリメータ27は、X線検出器24の検出面側に設けられている。コリメータ27は、複数のチャネル方向コリメータ・プレート271と、複数のスライス方向コリメータ・プレート272とで構成されている。チャネル方向コリメータ・プレート271は、X線検出素子241がチャネル方向に1個ずつ分割又は分離されるような態様で、X線検出素子241同士の間のチャネル方向の境界と、X線検出器24のチャネル方向に沿って延在する両端とに設けられている。スライス方向コリメータ・プレート272は、X線検出素子241がスライス方向に沿って1個ずつ分離されるような態様で、X線検出素子241同士の間のスライス方向の境界と、X線検出器24のスライス方向に沿って延在する両端とに設けられている。チャネル方向コリメータ・プレート271及びスライス方向コリメータ・プレート272は、各プレートのプレート表面が参照位置f0から半径方向に沿って延在しているような態様で直立して設けられている。チャネル方向コリメータ・プレート271及びスライス方向コリメータ・プレート272はそれぞれ、タングステン、モリブデン、又は鉛等のようなX線吸収材料で構成される。
図3に示すように、X線検出器24は、主領域Mと、第一及び第二の参照領域R1及びR2とを含んでいる。第一及び第二の参照領域R1及びR2は、X線検出器24のチャネル方向での両端に設けられた領域であって、被検体40を透過しないX線で照射される。ここでは、−CH方向側の参照領域を第一の参照領域R1とし、+CH方向側の参照領域を第二の参照領域R2とする。
主領域Mは、これら参照領域以外の領域である。主領域Mに位置するX線検出素子241によって得られる検出データは画像再構成に用いられる。第一及び第二の参照領域R1及びR2のX線検出素子241によって検出されるデータは主領域Mの検出データの補正に用いられる。この補正は、X線強度のばらつきの影響を相殺する補正、及びX線焦点21fの位置のばらつきの影響を相殺する補正等を含んでいる。
第一の参照領域R1の所定の第一のX線検出素子241a、及び第二の参照領域R2の所定の第二のX線検出素子241bは、参照位置f0から見てX線焦点21fのチャネル方向の位置変位を検出するためのX線検出素子である。ここの例では、第一及び第二のX線検出素子241a及び241bはそれぞれ単一のX線検出素子であり、スライス方向の位置としては同等にある両端に位置しており、チャネル方向に沿って整列している。
第一及び第二のX線検出素子241a及び241bの周辺の拡大図を図4及び図5に示す。図4はz方向から見た図(側面図)であり、図5はX線管21側から見た図(前面図)である。尚、X線焦点に伸びる方向を本書ではI方向とする。
さて、第一のX線検出素子241aの−CH方向側の末端位置に位置するチャネル方向コリメータ・プレートを第一の外側チャネル方向コリメータ・プレート271aoと呼ぶ。また、第一のX線検出素子241aの+CH方向側の末端位置に位置するチャネル方向コリメータ・プレートを第一の内側チャネル方向コリメータ・プレート271aiと呼ぶ。
図4及び図5に示すように、第一の外側X線吸収部材50aoが、第一の外側コリメータ・プレート271aoの+CH方向側表面に設けられている。さらに、第一の内側X線吸収部材50aiが、第一の内側コリメータ・プレート271aiの−CH方向側表面に設けられている。
第一の外側及び内側X線吸収部材50ao及び50aiは、例えば軸方向をz方向とした柱状部材である。ここの例では、第一の外側及び内側X線吸収部材50ao及び50aiは柱の軸断面が近似的に円形になるように形成されており、すなわちワイヤ形状とされている。第一の外側及び内側X線吸収部材50ao及び50aiのz方向長さは、第一及び第二のX線検出素子241a及び241bのスライス方向幅と近似的に同等である。
第一の外側X線吸収部材50aoは、第一の外側コリメータ・プレート271aの表面に関してX線管21側に設けられている。第一の内側X線吸収部材50aiは、第一の内側コリメータ・プレート271aiの表面に関して第一のX線検出素子241a側に設けられている。
第一の外側X線吸収部材50aoは、当該第一の外側X線吸収部材50ao及び第一の外側コリメータ・プレート271aoの第一のX線検出素子241a側の端部に接する方向Laoが、参照位置f0から見てX線検出器24に近い仮想位置f1から半径方向に沿って延在しているような態様で配設される。また、第一の内側X線吸収部材50aiは、当該第一の内側X線吸収部材50ai及び第一の内側コリメータ・プレート271aiのX線管21側の端部に接する方向Laiが、仮想位置f1から半径方向に沿って延在しているような態様で配設される。
かかる構成によって、第一の外側及び内側X線吸収部材50ao及び50aiは第一のX線検出素子241aに入射するX線81の一部を遮蔽してこの素子へのX線入射可能な経路を限定する。結果として、これらのX線吸収部材は、これらの経路を画定するときに、第一の外側コリメータ・プレート271aoの表面及び第一の内側コリメータ・プレート271aiの表面が、参照位置f0から見てX線検出器24に近い仮想位置f1から半径方向に沿って形成される場合と実質的に近似的に同じ位置に達するように作用する。
同様に、z方向を軸方向としたワイヤ状の第二の外側X線吸収部材50boが、第二の外側コリメータ・プレート271boの表面においてX線管21側に設けられている。また、z方向を軸方向としたワイヤ状の第二の内側X線吸収部材50biが、第二の内側コリメータ・プレート271biの表面において第二のX線検出素子241b側に設けられている。第二の外側X線吸収部材50boは、当該第二の外側X線吸収部材50bo及び第二の外側コリメータ・プレート271boの第二のX線検出素子241b側の端部に接する方向Lboが、仮想位置f1から半径方向に沿って延在しているような態様で配設される。また、第二の内側X線吸収部材50biは、当該第二の内側X線吸収部材50bi及び第二の内側コリメータ・プレート271biのX線管21側の端部に接する方向Lbiが、仮想位置f1から半径方向に沿って延在しているような態様で配設される。
第一の内側X線吸収部材50ai、第一の外側X線吸収部材50ao、第二の内側X線吸収部材50bi、及び第二の外側X線吸収部材50boはそれぞれ、タングステン、モリブデン、又は鉛等のようなX線吸収材料で、コリメータ・プレートと同様の態様で構成される。
このように、本実施形態では、第一及び第二のX線検出素子241a及び241bをチャネル方向に分割するチャネル方向コリメータ・プレートの仮想表面の方向が、仮想位置f1から半径方向に沿って延在している。従って、これらのX線検出素子の検出面において発生されるX線照射野の影は、チャネル方向に見て一方の端部側の第一のX線検出素子241a及び他方の端部側の第二のX線検出素子241bではX線焦点21fの実際の位置fxに応じて異なるように変化する。すなわち、第一のX線検出素子241aでは、X線の照射野の大きさは、X線焦点21fがチャネル方向に見て他方の端部側に位置するときに最大となるが、第二のX線検出素子241bでは、X線の照射野の大きさは、X線焦点21fがチャネル方向に見て一方の端部側に位置するときに最大となる。結果として、X線焦点21fのチャネル方向の位置は、第一及び第二のX線検出素子241a及び241bの検出面での照射野の大きさに反映され得る。X線焦点21fのチャネル方向位置は、第一及び第二のX線検出素子241a及び241bの出力から高分解能で検出され得る。
次に、X線焦点の位置を検出してX線投影データを補正する方法について説明する。
図6〜図13は、X線焦点の位置を検出する原理の説明図である。
ここで、X線がX線焦点21fのチャネル方向位置を変化させながら第一及び第二のX線検出素子241a及び241bの検出面に入射する場合を考える。
最初に、図6に示すように、X線焦点21fが参照位置f0から見て−CH方向側に位置する位置f2に位置するとする。ここでは、位置f2は、仮想位置f1と第二のX線検出素子241bとを実質的に結ぶ直線上の位置である。
この場合には、図7に示すように、X線81は第二の外側X線吸収部材50bo及び第二の内側X線吸収部材50biによって遮蔽されることは殆どない状態で、第二のX線検出素子241bの検出面がX線81を経験又は受光し得る。すなわち、第二のX線検出素子241bの検出面でのX線照射野Wbは最大になる。しかしながら、第一のX線検出素子241aの検出面では、X線81は第一の外側コリメータ・プレート271ao及び第一の内側コリメータ・プレート271aiのみならず第一の外側X線吸収部材50ao及び第一の内側X線吸収部材50aiによっても遮断される。従って、第一のX線検出素子241aの検出面でのX線照射野Waは極く小さくなる。
次に、図8に示すように、X線焦点21fが位置f2から参照位置f0まで次第に移動するとする。
この場合には、X線81が第二の外側X線吸収部材50bo及び第二の内側X線吸収部材50biによって遮断される範囲が第二のX線検出素子241bの検出面において拡大する。すなわち、第二のX線検出素子241bの検出面でのX線照射野Wbは次第に縮小する。一方、X線が第一の外側X線吸収部材50ao及び第一の内側X線吸収部材50aiによって遮断される範囲は第一のX線検出素子241aの検出面では縮小する。すなわち、第一のX線検出素子241aの検出面でのX線照射野Waは次第に拡大する。X線焦点21fが参照位置f0に位置するときには、第一及び第二のX線検出素子241a及び241bの検出面でのX線照射野Wa及びWbは両方とも図9に示すように同程度の大きさとなる。
次に、図10に示すように、X線焦点21fが+CH方向にさらに移動して、参照位置f0から見て+CH方向側に位置する位置f3に位置するとする。ここでは、位置f3は、仮想位置f1と第一のX線検出素子241aとを実質的に結ぶ直線上の位置である。
X線焦点21fが参照位置f0から+CH方向に移動すると、第一のX線検出素子241aの検出面でのX線照射野Waはさらに縮小し、第二のX線検出素子241bの検出面でのX線照射野Wbはさらに拡大する。図11に示すように、X線焦点21fが位置f3に位置するときには、X線81は第一の外側X線吸収部材50ao及び第一の内側X線吸収部材50aiによって遮断されることは殆どない状態で、第一のX線検出素子241aの検出面がX線81を受光し得る。すなわち、第一のX線検出素子241aの検出面でのX線照射野Waは最大になる。一方、第二のX線検出素子241bの検出面では、X線81は、第二の外側コリメータ・プレート271bo及び第一の内側コリメータ・プレート271biのみならず第二の外側X線吸収部材50bo及び第二の内側X線吸収部材50biによっても遮断される。従って、第二のX線検出素子241bの検出面でのX線照射野Wbは極く小さくなる。
第一及び第二のX線検出素子241a及び241bの検出面において受光されるX線量Qa及びQbをX線焦点21fの位置fx毎にプロットすると図12に示すようなグラフが得られる。これらのグラフから分かるように、X線焦点21fの位置のばらつきが第一及び第二のX線検出素子241a及び241bの検出面において受光されるX線量Qa及びQbに反映されている。このように、第一及び第二のX線検出素子241a及び241bの検出面において受光されるX線量Qa及びQbの均衡、例えば第一のX線検出素子241aによって受光されるX線量Qaの第二のX線検出素子241bによって受光されるX線量Qbに対する比rは、図13に示すように略単調増加型の関数となる。X線量比r及びX線焦点位置fxは互いに一対一対応している。
図13に示す関係はX線検出器24全体の関数テーブルT1として予め取得され、また同時に、X線焦点位置fxに対する出力応答が、X線検出器24の個々のX線検出素子241に関する固有テーブルT2iとして決定される。このようにすると、X線焦点21fの位置が撮像時に変化しても、X線焦点の位置すなわちX線焦点位置fxを、第一及び第二のX線検出素子241a及び241bの出力及び関数テーブルT1を用いて決定することができる。決定されたX線焦点位置fxをテーブルT2iに適用すると、全てのX線検出素子241についての補正係数を個々に且つ実時間で提供することが可能になる。
この計算は、X線焦点21fの位置のばらつきに対して各々のX線検出素子241の感度による影響を受けない。従って、X線検出器24が、X線焦点21fの位置のばらつきを最も蒙り易いようなX線管21に対面して位置する位置に設置されたとしても、安定した出力を得ることができる。
ここの例では、補正情報取得部53は、それぞれの部分を制御することによりX線焦点21fのチャネル方向位置を変化させつつ第一及び第二のX線検出素子241a及び241b、並びに主領域MのそれぞれのX線検出素子241iにおいて検出データを取得する。上述の関数テーブルT1は、X線焦点21fのチャネル方向位置fxが変化したときの第一及び第二のX線検出素子241a及び241bでの検出データの変化から決定されて、補正情報取得部53に記憶される。X線焦点位置fxのばらつきによる検出データの影響を相殺するための補正係数kiが、X線焦点21fのチャネル方向位置fxが変化したときの主領域MのX線検出素子241i毎の検出データの変化からX線焦点位置fxの関数ki(fx)として決定される。このように決定されたkiは補正情報取得部53に記憶される。尚、X線焦点21fの移動に対する制御は、例えばX線管21のターゲットに対する電子ビームの軌道を電磁的に変化させることにより達成され得る。
X線投影データ取得部51は、それぞれの部分を制御することにより、それぞれのビューのX線投影データPvを取得するように被検体40を走査する。
X線投影データ補正部52は、ビューvの取得X線投影データPv毎に第一及び第二のX線検出素子241a及び241bの出力からX線量比rvを決定し、関数テーブルT1に適用することにより各々のビューvに対応するX線焦点21fの位置fxvを決定する。各々のX線検出素子241iによって検出され、処理しようとする各々のビューvのX線投影データPvを構成するデータpviは、補正係数ki(fxv)を用いて補正される。
画像再構成部54は、補正されたX線投影データを用いて逆投影処理等によって画像再構成を実行する。
次いで、本実施形態に係るX線CT装置での処理のフローについて説明する。
図14は、本実施形態に係るX線CT装置での撮像処理のフローを示す流れ図である。
ステップS1では、X線投影データ取得部51が、被検体を走査して複数のビューvのX線投影データPvを取得する。
ステップS2では、X線投影データ補正部52が、処理しようとするX線投影データのビューvaを選択する。
ステップS3では、X線投影データ補正部52は、X線検出素子の感度を考慮して、ビューvaの選択されたX線投影データPvaにおいて両方の第一及び第二のX線検出素子241a及び241bの検出信号値の比からX線量比rvaを決定する。
ステップS4では、X線投影データ補正部52は、補正情報取得部53によって予め決定された関数テーブルT1にX線量比rvaを適用することにより、ビューvaに対応するX線焦点位置fx(va)を決定する。
ステップS5では、X線投影データ補正部52は、処理しようとする検出データについてチャネル位置icを選択する。
ステップS6では、X線投影データ補正部52は、補正情報取得部53によって予め決定された補正係数(ic,fx(va))を用いて、選択されたビューva及びチャネル位置icの検出データp(va,ic)を補正する。
ステップS7では、X線投影データ補正部52は、次に選択すべきチャネル位置が存在するか否かを決定する。Yesの場合には、撮像工程はステップS4へ戻り、新たなチャネル位置を選択する。Noの場合には、撮像工程は次のステップS8へ進む。
ステップS8では、X線投影データ補正部52は、次に選択すべきビューが存在するか否かを決定する。Yesの場合には、撮像工程はステップS2へ戻り、新たなビューを選択する。Noの場合には、撮像工程はステップS9へ進む。
ステップS9では、画像再構成部54は、複数のビューの補正されたX線投影データに基づいて画像再構成を実行する。
このように、本実施形態によれば、第一及び第二のX線検出素子241a及び241bは、上述のように表面にX線吸収部材を設けたチャネル方向コリメータ・プレートによってチャネル方向に分離される。従って、第一のX線検出素子241aでは、X線照射野の大きさは、X線焦点21fがチャネル方向の他方の端部側に位置しているときに最大になる一方、第二のX線検出素子241bでは、X線照射野の大きさは、X線焦点21fがチャネル方向に一方の端部側に位置しているときに最大になる。結果として、X線焦点21fの位置を第一及び第二のX線検出素子241a及び241bの出力に基づいて高分解能で決定することができるので、X線投影データに対するX線焦点21fの位置の小さいばらつきの影響を補正することが可能になる。この補正は、再構成画像の画質の劣化の抑制を可能にする。
本実施形態によれば、主領域Mでのコリメータ・プレートの表面はそれぞれX線焦点21fの参照位置f0から半径方向に沿って延在したままなので、主領域Mでの各々のX線検出素子のX線利用効率は低下しない。
また、本実施形態によれば、従来例に比較して機材として追加される部品が単純であり、部品費用の増大も殆どない。
さらに、本実施形態によれば、上述のような補正アルゴリズムの追加によって、コリメータ・プレートの設置精度のばらつきの影響の抑制が可能になる。従って、コリメータ・プレートの設置精度に関わる仕様を緩和することが可能である。所謂スクラップ・コスト(廃棄費用)の削減も期待することができる。
尚、本発明は本実施形態に限定されず、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
例えば、コリメータ・プレートに設けられているX線吸収部材の各々は本実施形態に記載されたようなワイヤ状の部材に限らず、軸方向をz方向とした柱状部材として構成されてもよい。この場合には、X線吸収部材を、柱の軸断面が長円形又は仮想位置f1から半径方向に沿って厚みが変化する図形(例えば三角形若しくは台形等)となるような態様で形成することができる。軸断面が台形のX線吸収部材28′ao及び28′aiを例として図15に示す。
例えば、X線吸収部材が設けられたコリメータ・プレートによって分離された第一及び第二のX線検出素子は、チャネル方向にX線検出器24の一方の端部側及び他方の端部側にそれぞれ配置されてもよいし、両端以外の位置に位置していてもよい。
例えば、かかる第一及び第二のX線検出素子は、それぞれ複数のX線検出素子で構成され得る。例えば図16に示すように、第一及び第二のX線検出素子241a及び241bは、それぞれスライス方向に配列された複数のX線検出素子として構成され得る。また、例えば図17に示すように、第一及び第二のX線検出素子241a及び241bは、それぞれチャネル方向及びスライス方向に配列された複数のX線検出素子として構成されてもよい。
この場合には、第一のX線検出素子に対応する複数のX線検出素子の検出信号値の平均値、及び第二のX線検出素子に対応する複数のX線検出素子の検出信号値の平均値が決定される。次に、X線量比rが、第一のX線検出素子の検出信号値の平均値と第二のX線検出素子の検出信号値の平均値との間の比から決定される。次いで、チャネル方向でのX線焦点21fの位置が、X線量比rとX線焦点位置fxとの間の対応関係を示す関数テーブルT1を参照して決定される。このように実行されると、X線検出素子の検出データに含まれる雑音成分を減少させると共に、コリメータ・プレートの設置精度のばらつきの影響を小さくすることが可能である。
本実施形態では、例えばX線量比rとX線焦点位置fxとの間の対応関係を示す関数テーブルT1は、特定の構造的部分での第一及び第二のX線検出素子に関連して決定されている。X線量比rは、実測された検出信号値比から決定され、X線焦点位置fxは関数テーブルT1を参照して決定される。しかしながら、他の方法として、例えば第一及び第二のX線検出素子の検出信号値の均衡を示す何らかの特性量から直接的に又は間接的にX線焦点位置fxを決定する方法もある。
また、本実施形態では、例えばチャネル方向コリメータ・プレート271はチャネル方向に配列されている。X線焦点21fのチャネル方向での移動は、チャネル方向の両端に位置する第一及び第二のX線検出素子241a及び241bの検出信号値に基づいて決定され、これによりチャネル方向での焦点移動によるX線投影データのゆらぎが補正される。しかしながら、同様の構成をスライス方向に適用して、スライス方向でのX線焦点21fの移動を検出することによりスライス方向での焦点移動によるX線投影データのゆらぎを補正することもできる。代替的には、以上の構成をチャネル方向及びスライス方向の両方に同時に適用してもよい。
さらに、本実施形態では、例えば第一及び第二のX線検出素子241a及び241bの検出データは、被検体の実際の走査によって取得されたX線投影データから得られ、X線焦点の移動はX線投影データを用いて検出されている。しかしながら、実際の走査とは異なる走査、例えば実際の走査に先立つ空気較正のための走査を行なうときに、第一及び第二のX線検出素子241a及び241bの検出データを取得し、これらのデータを用いてX線焦点21fの移動を検出してもよい。X線焦点21fは一般的には時間的に緩やかに移動する場合が多いので、第一及び第二のX線検出素子241a及び241bの補正に用いられる検出データを取得するために提供されるタイミングと、画像再構成に用いられるX線投影データを取得するために提供されるタイミングとが互いに対して僅かにシフトしても、X線投影データを補正することが十分に可能である。空気較正のための走査も、被検体40が撮像空間に載置されていないため検出データに対する散乱放射線の影響を防ぐことができる点で利点を生じ得る。
例えば、本実施形態はX線CT装置についてのものであるが、本発明は、X線CT装置とPET又はSPECTとを組み合わせたPET−CT装置又はSPECT−CT装置等にも適用され得る。
1:操作コンソール
2:入力装置
3:中央処理ユニット
5:データ取得バッファ
6:モニタ
7:記憶装置
10:撮影テーブル
12:クレードル
15:回転部
18:X線
20:走査ガントリ
21:X線管
22:X線制御器
23:アパーチャ
24:X線検出器
25:DAS(データ取得装置)
26:回転部制御器
27:コリメータ
28:X線検出部
29:制御コントローラ
30:スリップ・リング
40:被検体
50:放射線吸収部材
51:投影データ取得部
52:投影データ補正部
53:補正情報取得部
54:画像再構成部
81:X線
100:X線CT装置
241:X線検出素子
271:チャネル方向コリメータ・プレート
272:スライス方向コリメータ・プレート

Claims (10)

  1. 放射線焦点に対応する第一の焦点から撮像対象に放射線を放出するように構成されている放射線源(21)と、
    該放射線源に対向して配設されており、チャネル方向に配列された複数の放射線検出素子(241)と、
    該放射線検出素子を前記チャネル方向に分離するように、前記チャネル方向に沿って前記放射線検出素子の検出面側に設けられている複数のコリメータ・プレート(271)であって、当該複数のコリメータ・プレートの第一の端部側に位置する少なくとも1枚の第一のコリメータ・プレートの表面、及び当該複数のコリメータ・プレートの第二の端部側に位置する少なくとも1枚の第二のコリメータ・プレートの表面に、前記第一及び第二のコリメータ・プレートの放射線遮蔽効果が該第一及び第二のコリメータ・プレートの前記表面が前記第一の焦点とは異なる第二の焦点から半径方向に沿って位置しているときと実質的に等価になるように放射線吸収部材(50)を含んでいるコリメータ・プレート(271)と、
    前記放射線検出素子から画像再構成のための放射線投影データを取得するように構成されているデータ取得部(25)と
    を備えた放射線撮像(100)装置。
  2. 前記放射線吸収部材(50)は、前記第一の端部側の第一の放射線検出素子に隣接する1対の第一のコリメータ・プレートの相対向するプレート表面に位置すると共に、前記第二の端部側の第二の放射線検出素子に隣接する1対の第二のコリメータ・プレートの相対向するプレート表面に位置し、
    前記1対の第一のコリメータ・プレートに設けられた前記放射線吸収部材は、前記1対の第一のコリメータ・プレートの第一の対向プレートの前記放射線源(21)に近い側の端部に接すると共に前記第一の対向プレートに設けられた前記放射線吸収部材に接する第一の線と、前記1対の第一のコリメータ・プレートの第二の対向プレートの前記放射線源から遠い側の端部に接すると共に前記第二の対向プレートに設けられた前記放射線吸収部材に接する第二の線とが各々、前記第二の焦点から前記半径方向に沿って延在するように配置されており、前記第二の焦点は前記第一の焦点よりも前記放射線検出素子に近接しており、
    前記1対の第二のコリメータ・プレートに設けられた前記放射線吸収部材は、前記1対の第二のコリメータ・プレートの第三の対向プレートの前記放射線源に近い側の端部に接すると共に前記第三の対向プレートに設けられた前記放射線吸収部材に接する第三の線と、前記1対の第二のコリメータ・プレートの第四の対向プレートの前記放射線源から遠い側の端部に接すると共に前記第四の対向プレートに設けられた前記放射線吸収部材に接する第四の線とが各々、前記第二の焦点から前記半径方向に沿って延在するように配置されている、
    請求項1に記載の放射線撮像装置(100)。
  3. 前記第一の焦点の移動の放射線投影データに対する影響を補正するように構成されている補正部(53)をさらに含んでおり、前記放射線投影データは前記第一及び第二の放射線検出素子(241)の出力に基づいて補正される、請求項2に記載の放射線撮像装置(100)。
  4. 前記補正部(52)は、前記第一及び第二の放射線検出素子(241)の前記出力の間の均衡に基づいて前記放射線投影データを補正するように構成されている、請求項3に記載の放射線撮像装置(100)。
  5. 前記補正部(52)は、前記第一及び第二の放射線検出素子(241)の前記出力の間の比に基づいて前記放射線投影データを補正するように構成されている、請求項4に記載の放射線撮像装置(100)。
  6. 前記補正部(52)は、前記第一及び第二の放射線検出素子(241)の前記出力の前記比と、前記それぞれの放射線検出素子の感度との間の関係、及び実測された前記出力比に基づいて前記放射線投影データを補正するように構成されている、請求項5に記載の放射線撮像装置(100)。
  7. 前記第一の焦点を互いと異なる複数の位置に移動させ、
    各々の位置において、前記第一の焦点から放出される放射線を前記放射線検出素子(241)を用いて検出する
    ことにより前記関係を示す情報を取得するように構成されている取得部(53)をさらに含んでいる請求項6に記載の放射線撮像装置(100)。
  8. 前記第一の放射線検出素子は前記放射線検出素子(241)の前記チャネル方向に沿った第一の端部に位置し、前記第二の放射線検出素子は前記放射線検出素子の前記チャネル方向に沿った第二の端部に位置している、請求項2に記載の放射線撮像装置(100)。
  9. 前記放射線検出素子(241)は前記チャネル方向及びスライス方向に配列され、
    前記第一及び第二の放射線検出素子は各々、前記スライス方向に異なる位置を有する2以上の放射線検出素子を含んでいる、
    請求項2に記載の放射線撮像装置(100)。
  10. 前記放射線吸収部材(50)の各々が、スライス方向を軸方向とした柱状部材である、請求項1に記載の放射線撮像装置(100)。
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