JPH03109053A

JPH03109053A - Ｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JPH03109053A
Application number: JP1245120A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Miyazaki; 靖宮崎; Tomotsune Yoshioka; 智恒吉岡
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1989-09-22
Filing date: 1989-09-22
Publication date: 1991-05-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、Ｘ線エネルギの多色性に起因するアーチファ
クトを除去したＸ線ＣＴ装置に関するものである。

〔従来の技術〕

ｘ＃ｆＡｃｒ装置で用いられるＸ線は多色エネルギ（エ
ネルギスペクトルが一定の幅をもつ）で、入射フォトン
のエネルギが低いほど減弱が大きい。

その結果、被検体内で低エネルギ成分がより多く吸収さ
れるため、透過Ｘ線の平均エネルギは高くなる。これは
、一般にビームハードニング（Ｂｅａｍｔ＋ａｒｄｅｎ
ｉｎｇ）と呼ばれている。具体的には、Ｘ線ビームの通
過長（Ｂｅａｍ　Ｐａｔｈ　Ｌｅｎｇｔｈ）が長いほど
見掛は上の減弱が少なくなり、ＣＴ画像上では周辺はど
ＣＴ値が高くなるカッピング（Ｃｕｐｐｉｎｇ）　、高
吸収体の間の領域でＣＴ値が低くなる帯状アーチファク
ト、被検体の大きさや視野内の位置によって本来一定で
あるべきＣＴ値の変動などの現象が現れる。

Ｘ線のエネルギ特性はターゲットの材質（タングステン
など）、管電圧などにより決まるが、線源と被検体の間
に挿入する付加フィルタ（ＡＱなどからなる）などによ
っても変わり、これによりビームハードニングを低減す
ることも可能である。

Ｘ線検出器は、入射してきたＸ線をその強度に応じた光
に変換するシンチレータと、その光を受けて電気信号に
変換する光電変換素子とを組み合わせることにより構成
することができる。このようなＸ線検出器を半導体検出
器といい、第５図に一般的な半導体検出器の断面図を示
す。図示するように、所定の寸法に加工されたシンチレ
ータ５０１に受光面が接するように光電変換素子５０２
を組み合わせ、所定間隔で隔壁板５０３で区切ることに
よって、この種のＸ線検出器の１素子５００が構成され
ている。

ここで、シンチレータ５０１としては、シンチレーショ
ン効率（入射したＸ線をどれだけ光出力として利用でき
るかを表す値）、発光した光の透過率、残光特性（入射
Ｘ線が消滅した後にシンチレータでの発光が消滅するま
での時間や減少のしかた）などを考慮して選択する必要
があり、通常Ｎ　ａ　Ｉ　、　Ｂ　Ｇ　Ｏ、ＣＷＯなど
の材料が使用されている。また光電変換素子５０２とし
ては、例えばシリコンフォトダイオード（ＳＰＤ）など
を使用する。この場合、使用するＳＰＤは、シンチレー
タ５０１での発光波長に対しての感度が高いものを使用
することが高性能のＸ線検出器を実現するために必要で
ある。シンチレータ５０１と光電変換素子５０２との間
は、密着させ、又は透明な接着剤で固定し、あるいは透
明なグリスを使用して光結合を高めることにより、シン
チレータ５０１での発光を効率よく光電変換素子５０２
に伝える構造となっている。

また各素子５００は、前述したように隔壁板５０３によ
って分離されている。この隔壁板５０３は、各素子５０
０のシンチレータ５０１に入射したＸ線によって発生す
る二次螢光Ｘ、１１７１が隣接する素子５００（隣チャ
ンネル）に漏れ込むことによるクロストークを低減し、
シンチレータ５０１での発光を効率よく光電変換素子５
０２に導くために使用されている。この隔壁板５０３と
しては、Ｘ線吸収係数の高い材料であるタングステンあ
るいはモリブテン板の表面を研磨し、更にＡ、　Ｑ蒸着
などを行って光反射率を高めたものを使用する。

このようにして構成されたＸ線検出素子体を所定のチャ
ンネル数だけ、例えば円弧状に配置することにより多素
子Ｘ線検出器を実現することができる。

ところで、このようなＸ線検出器のＸ線エネルギに対す
る感度特性を考えてみると、シンチレータ５０１に入射
したＸ線による発光の中心位置は入射するＸ線のエネル
ギによって異なる。エネルギの低いＸ線の場合は、シン
チレータ５０１の表面近くで吸収されるために、発光の
中心位置は光電変換素子５０２から離れた位置となる。

このため、シンチレータ５０１が薄いほど出力信号の中
での低エネルギの寄与する割合が高いものが得られる。

逆に、エネルギの高いＸ線が入射したときには、発光の
中心位置は光電変換素子５０２に近い位置となる。この
ため、シンチレータ５０１が厚いほど出力信号の中での
高エネルギの寄与する割合が高いものが得られる。すな
わち、シンチレータ５０１の厚さが異なると入射するＸ
線のエネルギに関しての感度特性が異ったものが得られ
る。

通常、シンチレータ５０１の厚さは各素子５００につき
均一で、所望のエネルギ感度特性、すなわち高い検出効
率が得られるように決定されている。

このため、各素子ではビームハードニングの影響を一様
に受ける。

これらの影響を除去する手法は、従来、いくつか提案さ
れている。基本的には、同じビーム経路を異なるエネル
ギ感度特性で計測し、計測した複数の投影データからに
１ａｉｎ　−Ｎ１５ｈｉｎａの式などを用いて光電効果
とコンプトン効果による吸収係数の和として単色エネル
ギにおける吸収係数を推定する。前記ビームハードニン
グは、Ｘ線エネルギの多色性に起因するものであるから
、求めた単色Ｘ線による投影データから再構成した画像
は、前述ビームハードニングによる影響を除去された診
断能の高いものとなる。

同じＸ線ビーム経路を異なるエネルギ感度特性で計測す
る方法としては、　ＲｕｔｔとＦｅｎ５ｔｅｒは、ｒｓ
ｐｌｉｔ　Ｆｉｌｔｅｒ　Ｃｏｍｐｕｔｅｄ　Ｔｏｍｏ
−ｇｒａｐｈｙＪ　　（ＪＣｏ＋＊ｐｕｔ　Ａｓ５ｉｓ
ｔ　Ｔｏｍｏｇｙ　Ｖｏ１２．４．Ｎｎ４，１９８０ｒ
ｐｐ、５０１〜５ｏ９）で線源と被検体の間にファンビ
ームの半分だけフィルタを挿入し、１８０゜対面するビ
ームが、異なるエネルギ特性のＸ線照射となるようにし
た。またＦｅｎ５ｔｅｒは、「Ｓρ１ｉｔＸｅｎｏｎ　
Ｄｅｔｅｃｔｏｒ　ｆｏｒ　Ｔｏｍｏｃｈｅｍｉｓｔｒ
ｙ　ｉｎ　ＣｏｍｐｕｔｅｄＴｏｍｏｇｒａｐｈｙＪ　
（Ｊ　Ｃｏｍｐｕｔ　Ａｓ５ｉｓｔ　Ｔｏｍｏｇｒ　２
　、　ｐ　ｐ　。

２４３〜２５３．Ｊｕ１．１９７８）で、Ｘｅｎｏｎ検
出器の電極板をＸ、ｉｌｌ入射方向に分割する方法を提
案している。更に、管電圧を変えて２度スキャンして異
なるエネルギ特性のＸ線によるデータを計測する一般的
な手法がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、ＲｕｔｔとＦｅｎ５ｔｅｒの方法はフィルタの
端部でアーチファクトが発生する可能性が大きく、Ｆｅ
ｎ５ｔｅｒの方法は構造上実現が難しい。また管電圧を
変える手法は、複数回スキャンするので被検体の体動の
問題や被曝線量が多くなるなどの問題があり、実用的で
はないなどの問題点があった。

本発明の目的は、ビームハードニングによる影響が除去
され、アーチファクトの除去された診断能の高い断層像
が得られるＸＩＩＣＴ装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、各素子（又は所定数の素子を１組としてな
る素子体、以下同じ）毎にＸ線エネルギに対する感度特
性が調整されたＸ線検出器、特にエネルギ特性の同じ素
子を等間隔に配置したＸ線検出器を設けることにより達
成される。

（作用〕エネルギ特性の異なる素子を備えたＸ線検出器により透
過Ｘ線を検出することにより、１回のスキャンで複数の
エネルギ特性のデータが計測可能となる。これにより、
簡便に、かつ被曝線量を増すことなくデュアル・エネル
ギ・スキャンを実施できる。そして、計測した投影デー
タからは、Ｘ線の多色性に起因するビームハードニング
による影響が除去され、アーチファクトの除去された診
断能の高い断層像が得られることになる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第１図
は１本発明によるＸ、Ｉ＆ＣＴ装置、ここでは第３世代
（Ｒｏｔａｔｅ−Ｒｏｔａｔｅ　ｔｙｐｅ）　ｘ、ｌｃ
　Ｔ装置の一実施例を示すブロック図で、図中１０１は
Ｘ線管である。このＸ線管１０１に対向して多素子Ｘ線
検出器１０２が撮影領域１０３を被う範囲に配置され、
これらＸ線管１０１及び多素子Ｘ線検出器１０２は、相
対的な位置関係を保ったまま被検体１０４の周りを高速
に回転する。回転中にＸ線管１０１からは一定間隔に（
又は連続的に）パルス状の多色エネルギのＸ線が照射さ
れる。Ｘ線は被検体１０４のビーム経路１１１に沿った
吸収係数に応じた減弱を受け、透過Ｘ線が多素子Ｘ線検
出器１０２に入射される。

透過Ｘ線は、前述したようにビームハードニングにより
Ｘ線エネルギのうち低い成分がより大きく減弱し、照射
Ｘ線に比べ平均エネルギが高くなっている。

上記多素子Ｘ線検出器１０２は、ここでは第２図に示す
ように、厚いシンチレータ１０２ａ及びシリコンフォト
ダイオード（以下、ＳＰＤと略記する）１０２ｂにより
構成された高エネルギ型の素子１０２ｃと、薄いシンチ
レータ１０２ｄと５ＰＤ１０２ｂにより構成された低エ
ネルギ型の素子１０２ｅとが交互に配置され、それらの
素子１．０Ｏｆ（ＬＯ２ｃ、１０２ｅ）間が隔壁板１０
２ｇによって仕切られて構成されている。なお、上記高
エネルギ型とは入射Ｘ線の高いエネルギに対する感度特
性が相対的に高いことをいい、低エネルギ型とはそれが
相対的に低いことをいう。

各素子１００ｆ　（１０２ｃ、１０２ｅ）は、その索子
１００ｆ（１０２ｃ、１０２ｅ）の有するエネルギ感度
特性で、入射したＸ線の強度に応じた電気信号を出力す
る。高エネルギ型素子１０２Ｃめ検出信号は、主にコン
プトン効果における相互作用による高エネルギの光子か
らなり、低エネルギ型素子１０２ｅの検出信号は、主に
光電効果における相互作用による低エネルギの光子から
なる。

このような多素子Ｘ線検出器１０２からの信号はデータ
計測袋［１０５でディジタルデータに変換され、投影デ
ータとして計測される。計測された投影データは、高エ
ネルギ型、低エネルギ型の２組の投影データとして各々
オフセット補正、Ｘ線の強度補正、Ｘ線検出器の感度ば
らつき補正。

線質補正、ログ変換などのうち必要な前処理をそれぞれ
専用の前処理装［１０６，１０７で行った後、画像処理
装置１０８に入力される。画像処理装置１０８では公知
のフィルタ・バック・プロジェクション法（Ｆｉｌｔｅ
ｒｅｄ　Ｂａｃｋ　Ｐｒｏ、ｊｅｃｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈ
ｏｄ）などによる画像再構成演算が実行され、再構成さ
れた２枚のエネルギ特性の異なる同一断面の断層像が演
算終了後、直ちに表示装置１０９，１１０に各別に表示
される。

第３図は、本発明装置の他の実施例を示すブロック図で
５図中３０１はデータ拡張装置である６その他、第１図
と同一符号は同−又は相当部分を示す。この例では、第
１図に示す本発明装置における前処理装置１０６，１０
７と画像処理装に１、０８との間にデータ拡張装置３０
１を挿入したものである。すなわちここでは、前処理を
施された２組の投影データはデータ拡張装置３０１に入
力される。これにより、各投影データは、実際の測定位
置相互間に補間値が内挿され、サンプル点数が倍になる
。

第４図は、横軸に測定位置をとって、測定値（白丸及び
黒丸で表す）と補間値（白玉角又は黒三角で表す）の関
係を示す。同図から、同じ測定位置く実際の測定位置及
び補間による測定位置）に、相互にエネルギ特性の異な
る投影データが必ず存在することが分かる。すなわち、
同じＸ線ビーム経路１１１を異なるエネルギ特性のＸ線
で計測したのと等価になる。

このようなデータ拡張装＠３０１によってデータ拡張さ
れた２組の投影データは画像処理装置１０８に入力され
、例えば前述のＦｅｎ５ｔｅｒのｒｓｐｌｉｔ　Ｆｉｌ
ｔｅｒ　Ｃｏｍｐｕｔｅｄ　ＴｏｍｏｇｒａｐｈｙＪで
示されるような公知の手法によって、いくつかの再構成
画像を得ることが考えられる。

まず、その１つとして次のような画像が得られる。Ｘ線
路（Ｘ線ビーム経路１１１）の線積分として計測した吸
収係数μは、光電効果とコンプトン効果による項から、ｆｐμ（ｘ＊ｙ　：　Ｅ）ｄＱ＝Ａｔｆｒ（Ｅ）＋Ａｃ
ｆｃ（Ｅ）・・・（１）と表される。ここで、Ａ４．Ａｃは物質に依存する光電
効果及びコンプトン効果のＸ線路Ｐに沿った線積分値、
ｆｆ（Ｅ）、ｆｃ（Ｅ）は光電効果及びコンプトン効果
のエネルギ特性の関数であり、既知の値である。すなわ
ち、主にコンプトン効果による吸収係数の分布を表す画
像と、主に光電効果による吸収係数の分布を表す画像と
して各々再構成され、表示装置１ｔ１０９，２１０に表
示することができる。

また、前記ｒｓｐｌｉｔ　Ｆｉｌｔｅｒ　Ｃｏｍｐｕｔ
ｅｄ　ＴｏｍｏｇｒａｐｈｙＪに記載の方法で、Ａ□、
Ａｃを求め、単色エネルギ（実際には疑似的な単色エネ
ルギ）の吸収係数ＭＭ＝Ａτｆ□（ＥＸ）　＋　ＡＣｆ
　ｃ（ＥＭ）　　　　　・・・（２）を使用することに
より、ビームハードニングによるアーチファクトの除去
された診断能の高い単色エネルギの画像を得ることも可
能である。

なお上述実施例においては、シンチレータの厚さを変え
ることにより素子（又は素子体）毎に入射Ｘ線に対する
エネルギ感度特性の異なる多素子Ｘ線検出器を実現した
。しかし、異なったシンチレータ材質を使うことによっ
て、あるいはシンチレータのＸ線入射面にＸ線フィルタ
を設置することなどによって、素子（又は素子体）毎に
入射Ｘ線に対するエネルギ感度特性の異なった多素子Ｘ
線検出素子を得ることもできる。

また上述実施例においては、２種類のエネルギ感度特性
の素子を有するＸ線検出器の例について述べたが、更に
多くの種類のエネルギ感度特性の素子を用いてＸ線検出
器を構成してもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、１回のスキャンで同じＸ線ビーム経路
の透過Ｘ線を異なるエネルギ特性で計測できるため、Ｗ
Ｉ便に、かつ被曝線量を増すことなくデュアル・エネル
ギ・スキャンを実施できる。

そして、計測した投影データからは、ｘｇの多色性に起
因するビームハードニングによる影響が除去され、アー
チファクトの除去された診断能の高い断層像が得られる
などの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示すブロック図、第２
図は第１図中の多素子Ｘ線検出器の構成例を示す斜視図
、第３図は本発明装置の他の実施例を示すブロック図、
第４図は第３図中のデータ拡張装置の動作を説明するた
めのグラフ、第５図は従来装置に用いられていたＸ線検
出器の断面図である。１０１　・Ｘ線管、ｌ　Ｏ２−Ｘ線検出器、１０２ａ・
・・厚いシンチレータ、１０２ｂ・・・ＳＰＤ、１０２
Ｃ・・・高エネルギ型素子、１０２ｄ・・・薄いシンチ
レータ、１０２ｅ・・・低エネルギ型素子、１０２ｆ。５００・・・Ｘ線検出素子、１０２ｇ、５０３・・・隔
壁板、１０３・・・撮影領域、１０４・・・被検体、１
０５・・・データ計測装置、１０６，１０７・・・前処
理装置、１０８・・・画像処理装置、１０９，１１０・
・・表示装置、１１１・・・Ｘ線ビーム経路、３０１・
・・データ拡張装置、５０１・・・シンチレータ、５０
２・・・光電変換素子。Ｉσ１１１σ２番第３ω 、Ｉ４１２７＄５刀５ｏ３−Ｊ）璧液

Claims

【特許請求の範囲】１、各素子（又は所定数の素子を１組としてなる素子体
、以下同じ）毎にＸ線エネルギに対する感度特性が調整
されたＸ線検出器を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ
装置。２、前記Ｘ線検出器は、Ｘ線エネルギに対する感度特性
の異なる複数の素子によつて構成され、前記Ｘ線エネル
ギに対する感度特性の異なる素子のうち同じＸ線エネル
ギに対する感度特性を有する素子は等間隔に配置されて
いる請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。３、前記Ｘ線検出器はシンチレータを用いてなり、その
各素子のＸ線エネルギに対する感度特性の調整はシンチ
レータの厚さを変えることによりなされた請求項１に記
載のＸ線ＣＴ装置。４、前記Ｘ線検出器はシンチレータを用いてなり、その
各素子のＸ線エネルギに対する感度特性の調整はシンチ
レータの材質を変えることによりなされた請求項１に記
載のＸ線ＣＴ装置。５、前記Ｘ線検出器の各素子のＸ線エネルギに対する感
度特性の調整はフィルタを素子の線源寄りに挿入するこ
とによりなされた請求項１に記載のＸ線ＣＴ装置。６、同じＸ線ビーム経路の透過Ｘ線をＸ線エネルギに対
する感度特性の異なる複数の素子で計測する手、段を有
する請求項１又は２に記載のＸ線ＣＴ装置。７、前記同じＸ線ビーム経路の透過Ｘ線をＸ線エネルギ
に対する感度特性の異なる複数の素子で計測する手段は
、Ｘ線エネルギに対する第１の感度特性の素子で計測し
たのと同じＸ線ビーム経路の計測データを、近傍のＸ線
エネルギに対する第２の感度特性の素子で計測したデー
タから補間によつて求める請求項６に記載のＸ線ＣＴ装
置。８、前記Ｘ線検出器を用い、複数のエネルギ特性で計測
した投影データから単色エネルギの画像を再構成する請
求項１〜７に記載のＸ線ＣＴ装置。