JPH0564311B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はＸ線あるいはガンマ線（以後代表し
てＸ線と呼ぶ）の入射透過放射線を光に変換する
ためのＸ線検出器アレイに関する。更に詳しくは
ステイン等の米国特許第3780291号（1973年12月
18日発行、及び1975年９月２日RE28544として再
発行）に開示されている飛点Ｘ線装置あるいは医
療診断用のＸ線装置等で使用されるＸ線検出器の
改良に関する。

〔従来の技術〕

前述のステイン等の米国特許に示される装置は
出力が固定スリツトによりコリメートされるＸ線
源と複数のスリツトを有する回転デイスクを有
し、被試験体を横切る直線方向に走査するＸ線ペ
ンシルビームを作る。前記被試験体を通過するＸ
線は走査方向に配置された細長い検出器によつて
検出され、走査線に沿つて被試験体のＸ線に対す
る不透明度を表わす信号を出力する。Ｘ線源と検
出器の組及び／又は被試験体を相対的に走査方向
を横断する方向に並進することによつて多数の走
査線を発生させ、それによつて発生した信号のグ
ループを処理して被試験体のＸ線に対する不透明
度の２次元像を得ることができる。

このような従来のＸ線装置におけるＸ線検出器
としてはＸ線ビームの掃引方向に一致させて細長
いシンチレータ板を配置し、そのシンチレータ板
に入射したＸ線を吸収して発生する光フオトンを
例えばフオトマルチプライア（光電子増倍管）の
ような光検出器により検出している。シンチレー
タ材料としてはＸ線に対し吸収効率がよく、残光
性の小さいものであり、及び／又は特定なエネル
ギのＸ線に対し個有の吸収特性を有するものであ
るが、可視光に対しては吸収が大きく、及び／又
は従来のＸ線増強スクリーン（Ｘ線インテンシフ
アイヤスクリーン）のように粉末材料で作られて
いるので可視光に対する透過性が悪い。シンチレ
ータ板はＸ線を効率よく吸収できる程度に充分厚
く、かつその表面はＸ線入射方向に対し直角とさ
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

シンチレータ板は従つてＸ線を効率よく吸収し
て光フオトンを発生することができるが発生した
光フオトンに対しシンチレータ板は大きな吸収係
数を持つているので、シンチレータ板の深い所で
発生された光フオトンの多くは板内で吸収されて
しまい光検出器で検出できる光フオトンのほとん
どはシンチレータ板の浅い所で発生したものであ
る。発生する光フオトンを多くするためＸ線強度
を増してもＸ線の到達深さは増えるがシンチレー
タ板の表面から浅い所での光フオトンの発生量の
増加はあまり大きくない。浅い所での光フオトン
の発生を多くするためＸ線ビームの走査線幅を増
せば分解能が小さくなる。従つて充分な分解能を
持たせた場合実際に検出される光フオトンの量に
ついてみればＸ線輻射エネルギの収集効率はかな
り悪いものであつた。

更に、一本の掃引で同時に複数の走査線を得る
ため従来の細長いＸ線検出器を複数掃引方向と平
行に配列することが考えられるが、充分な分解能
を得るには各シンチレータ板の幅は少くともその
分解能程度まで小さくしなければならず、そのよ
うな物理空間的大きさの線状のＸ線検出器を作る
ことは非常に難しく、仮りに可能であつたとして
も各光検出器との結合を互いに分離して実現する
ことは困難である。

この発明の目的はＸ線源から受けるエネルギを
配列した検出器対の数と等しい倍数だけ増加し、
それによつてエネルギの収集効率を上げ、かつ空
間的な分解能を上げ、従つて各検出器からより小
さい絵素を得ることができるＸ線検出器を提供す
ることである。この発明の他の目的はエネルギの
収集効率を上げた分だけＸ線露光を増加すること
によりより高い濃度分解能を可能とするＸ線検出
器を提供することである。

この発明の他の目的はエネルギの収集効率増加
により被試験体に対するＸ線照射量を減少させる
ことができるＸ線検出器を提供することである。

この発明の他の目的はアレイの各検出器がそれ
ぞれ被試験体の全体を観察するので検出器をそれ
ぞれ互いに整合する必要がないＸ線検出器を提供
することである。即ち不連続な小さい検出器の列
を使つた従来の装置とは異なり、この発明では最
終的な像に縞ができるのを避けるため各検出器を
その信号の大きさで規格化（即ち応答の整合）す
る必要がない。

アレイ中の検出器はそれぞれが被試験体の全体
を表わす出力信号を作るので、これらの検出器か
らの信号を任意に組合せ被試験体のＸ線に対する
不透明度に関する各種の情報を得ることができ
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の検出器は被試験体を通るあらかじめ
決められた直線走査方向に掃引される透過輻射ビ
ームを作る輻射エネルギ線源と共に用いられる。
ビームの断面はほゞ長方形でありその長軸方向は
ビームの直線走査方向を横断する方向とされてい
る。

この発明によれば、検出器は検出器アレイとさ
れ、この検出器アレイは前記ビームの入射方向に
対し擦過角をなすよう傾いた面に配置されたシン
チレータ材料のシートを含み、前記シートの一方
の面の一部を一つの面とする細長い中空部材の複
数が互いに平行に隣接して前記輻射エネルギ線源
から遠ざかる方向に配列され、前記シートの他方
の面の一部を一つの面とする細長い中空部材の複
数が互いに平行に隣接して前記輻射エネルギ線源
から遠ざかる方向に配列され、前記中空部材の長
さ方向の軸は前記直線走査方向にほぼ平行に向い
ており、各前記中空部材の前記シートを除く部分
は前記ビームに対し透明な材料でできており、か
つ前記ビームがその中空部材の一面をなす前記シ
ートの一部に入射し透過した時、そのシートの一
部によつて出射される光フオトンを反射する内側
表面を有し、前記出射され反射された光フオトン
に応答して出力信号を作るための独立した光応答
素子が前記複数の中空部材に各別に結合されてい
る。

この発明の他の構成においては、前記検出器ア
レイは前記物体を通過してきた前記ビームを受け
るように配置され、この検出器アレイはシンチレ
ータ材料の少なくとも１つの連続したシートと前
記ビームに対し透明な複数の細長い中空部材とを
含み、前記複数の中空部材は前記輻射エネルギ線
源から遠ざかる方向に一列に配列され、それによ
つて前記ビームは前記列の中空部材を順次透過す
るようにされ、各中空部材は入射された前記ビー
ムに応答してその各中空部材に光フオトンを出射
するための前記シートの一部を含み、前記シート
の一部はそれを含む前記中空部材への前記ビーム
の入射方向に対し擦過角で前記ビームを受けるよ
う傾いた膜面を有し、前記複数の中空部材の互い
の位置と前記輻射エネルギ線源に対する位置及び
前記ビームの掃引方向と直角方向における前記膜
面の寸法は各前記中空部材の有する前記膜面が前
記ビームの異なる部分をそれぞれ受けるよう選ば
れており、前記シートの一部によつて出射される
光フオトンに応答して出力信号を作るための独立
した光応答素子が前記複数の中空部材に各別に結
合されている。

〔実施例〕

第１図を参照すると、この発明の検出器アレイ
を使用したＸ線装置は通常Ｘ線のコニカル（円
錐）ビーム１１を作るＸ線源１０を有し、そのコ
ニカルビームをＸ線に不透明な材料で出来た複数
のスリツト１４（回転スリツトと呼ぶ）を有する
回転デイスク１３と固定スリツト１６を有するＸ
線に不透明な板１５の組合せによつて断面が長方
形の走行Ｘ線ビーム１２にコリメートする。

前述のステイン等の米国特許RE28544号には飛
点Ｘ線ビームを作るのに使われる一般的な構成と
その動作が述べられている。しかしながらこの発
明においては回転スリツト１４の幅と固定スリツ
ト１６の高さはそこから出てくるＸ線ビーム１２
が長方形断面を有するように選ばれており、その
長方形の長軸寸法Ｐがビームの直線走査方向を横
切る方向に向いている。またスリツト１６は台形
となるよう対向する端部が斜めになつており、そ
れによつてデイスク１３が回転中各回転スリツト
１４が固定スリツト１６の一端から他端へ通過す
るあいだビーム１２の断面形状をほゞ一定に保つ
ている。

各スリツト１４が固定スリツト１６の一端から
他端へ通過する間にＸ線ビーム１２は被試験体１
８を通つて矢印１７で示される直線方向に走査さ
れる。物体１８が矢印１７の方向に繰返し走査さ
れている間、その物体１８（又はＸ線源、コリメ
ータ、検出器アレイ）を走査方向１７とは直角方
向に並進させることにより物体１８の二次元ラス
タ走査を得る。走査ビームは検出器アレイ１９に
入射する。検出器アレイ１９はそのアレイ中の幾
つかの検出器の出力点２０に出力信号を与える。
アレイ中の各検出器はそれぞれ出力を有し、それ
らはそれぞれ結合され及び／又は以下に述べるよ
うに処理されて被試験体１８のＸ線不透明度を表
わす可視像を作る。

第１乃至６図を参照すると、検出器アレイ１９
は複数の検出器，，，等を有し、それぞ
れは長方形断面を持ちかつ走査方向１７と平行に
延びる細長い形状をしている。検出器の寸法は重
要な問題ではないが、説明のため述べると各検出
器は深さ２cm（Ｘ線ビーム１２の入射方向）、高
さ４cmの及び走査方向の長さ1.5mである（第５
図，６図参照）。各検出器は例えばアルミ箔で作
られた内部反射面を有する中空部材２１を含み、
その中空部材の１つの側面は例えば厚さ0.1mmの
シンチレータ材料で出来た平面膜（シート）２２
によつて構成されている（第６図参照）。複数の
検出器，，……はＸ線源１０から遠ざかる方
向に互いに面と面が並べられて配置され、検出器
列を構成し、従つてＸ線ビーム１２が１７の方向
に走査されるとき検出器アレイ１９に入射するＸ
線ビームは検出器，，，…を次々と通過
し、そのとき各検出器と関連したシンチレータス
クリーン２２の部分を照射する。照射されたシン
チレータスクリーンは光フオトンを発射し、その
フオトンは中空部材の内面によつて反射され、細
長い検出器の一方又は両方の端部におかれたある
いは他の適当な位置で検出器に結合された１つ又
はそれ以上のフオトマルチプライア２３（第３図
参照）に与えられる。

この発明の好ましい実施例においては、アレイ
１９は同様の構造の第２の検出器列′，′，
′，…を有し、第１の検出器列，，，…
…に重ねられており、また、同様なシンチレータ
スクリーン材料２２ａ（第４図参照）が設けられ
ている。シンチレータスクリーン２２ａと２２は
光学的に不透明な基板２２ｂによつて互いに分離
されておりかつそれらを支持している。このよう
な重ねられた検出器列を使う場合、検出器列，
，，……と検出器列′，′，′……は互
いにずらされている（第２図参照）。

検出器アレイ１９の全体はＸ線ビーム１２が各
検出器のシンチレータスクリーンの部分に例えば
2゜（第６図参照）の擦過角（グレーンジングアン
グル）φ（第２図参照）で入射するようＸ線ビー
ム１２の入射方向に対し傾むいている。その結果
Ｘ線のシンチレータを通過する経路長はシンチレ
ータの厚さより長くなる。第６図を参照して更に
詳しく説明すると、厚さ0.1mmのシンチレータス
クリーン２２にＸ線ビームが入射した場合実際に
スクリーン２２を透過する経路長は1.5mmとなる。

アレイ中の各検出器の断面寸法とその検出器に
関連するシンチレータスクリーンの傾斜のため、
各検出器における傾斜したシンチレータスクリー
ンの部分をＸ線入射方向から投影したビームの長
軸(P)方向（Ｘ線走査方向を横切る方向）の長さは
ビーム１２の断面長軸寸法Ｐを分割した一部にす
ぎない。しかしながらシート２２全体をＸ線入射
方向から投影した長さは少くともＰと等しいかそ
れより大となるよう１つの列の検出器の数が選ば
れており、従つて複数の検出器のシンチレータス
クリーン部分によつてＸ線ビームのすべての部分
が受けられるようにされている（第１図参照）。
例えば上述のような検出器が各列に20個配列され
ており、各検出器でＸ線ビームの長軸の長さＰの
うち0.7mmを受けるようにすると（第６図参照）、
20個の検出器全体では14mmの断面長軸Ｐを持つＸ
線ビームの全体を受けることができる（第５図参
照）。

例えば第１，２及び５図に示すように複数列の
検出器を使う場合は、Ｘ線ビームと平行でかつ検
出器，，，…等の各側面とシンチレータ２
２の交叉部を通る直線が検出器′，′，′，
…の側面とシンチレータ２２ａとの交叉部を通る
よう検出器をビーム１２に対して配置する。特
に、第６図の寸法について前述したように、各検
出器でＸ線ビームの長軸の長さＰのうち0.7mmを
受けるようにした場合は検出器アレイにおける各
検出器の空間分解能は検出器列を横切る方向に約
0.7mmである。例えば検出器′の上部エツジの近
くに入射するＸ線フオトン（第２図参照）は検出
器が検出器のいずれかで検出され得るという
事実からクロストークの効果が生じる。この効果
はより薄いシンチレータスクリーンを使うことに
よつて小さくすることができる。シンチレータス
クリーンの厚さが0.1mmの場合、検出器をＸ線
が貫通する長さは1.5mmである。従つて平行な検
出器の対，′を使うことによつて全貫通距離
は３mmとなる。エツジ効果すなわちクロストーク
は従つて７mm中約１mmとなりそれ程大きなもので
はない。

Ｘ線フオトンの収集効率を増すためアレイに使
う検出器の数はできるだけ多くすべきである。そ
のため例えば前述のように検出器をアレイの各列
に20個使い、従つて20個の検出器対−′，
−′，…を使う。これによつて第５図に示す寸
法の検出器アレイとなる。このような20対の検出
器を使つたアレイによつて結果的に20本の線を同
時に測定することになる。被試験体１８と検出器
アレイ１９の相対位置は掃引ごとに走査方向１７
を横切る方向に各検出器の高さと等しい距離ずつ
ずらされるので、Ｘ線源から収集されるエネルギ
は検出器の数に関連した係数で増加し、あるいは
余分なエネルギは照射量を増加することによるよ
り高い濃度分解能を得るために使うことができ、
あるいは収集効率の改善により被試験体への照射
時間を減らすことができる。例えば後者の場合、
20個の検出器がアレイに用いられていると照射時
間を係数20で減らすことができ、従つてＸ線の照
射量の数を10分の１秒程度にすることができる。

被試験体１８とＸ線検出器アレイの相対位置を
ビーム掃引毎に検出器アレイの分解能（例えば第
６図の0.7mm）ずつずらして行く場合、各検出器
は全体像を記録するのに使われるので、これらの
利点を達成するには幾つかの検出器からの信号を
加算するだけでよい。例えば取込まれるデータの
系列を考えると、ビームの最初の掃引の間に検出
器によつて一本のデータ（線データ）を得るこ
とができる。２番目のビーム掃引では検出器に
よつてもう一本のデータを取込むが、検出器に
よつても一本のデータが得られ、これは前回の検
出器による線データと被試験体において同じ高
さなので、これら２本の線データは加算される。
３番目のビーム掃引の間では被試験体は検出器ア
レイに対して更に移動しているので、検出器に
よる２番目の線データ及び検出器による１番目
の線データが得られた被試験体における場所と同
じ所から検出器によつて最初の線データが得ら
れ、これらの線データはすべて加算される。以下
同様である。このような線データの加算は適当な
コンピユータプログラムか又は専用回路によつて
行われ（第１図参照）、前に述べた利点を達成す
ることができる。

アレイ中のいろいろな検出器によつて得られた
信号（線データ）を組合せる場合、短い時間間隔
の遅れで各検出器が次々と被試験体の同じ領域を
観測するので、その時間遅れを考慮しなければな
らない。また信号を組合せる場合、回転デイスク
１３のスリツトの回転中心から遠い方の部分に対
応する走査Ｘ線ビームの部分に沿つた一連の検出
器はより速い掃引を受けるので、適当な位相補正
を行うことが必要である。像の中心、又はほゞ中
心では即ち作用しているスリツト１４が検出器ア
レイ１９の長さ方向に直角の所では位相補正は必
要でない。しかしながら像の端部に向うにつれ、
任意の瞬間（即ち任意のサンプリング期間）での
それぞれの検出器が受けるＸ線はアレイの中心線
から順次離れた位置での被試験体を透過した投影
に対応している。従つて最終的な像を形成するた
め一連の線データを加算する前に、組合せた各デ
ータサンプルが中心線から等距離のそれぞれの位
置（被試験体中の位置）に対応するものとなるよ
う一連の線データに対し位相差を与える必要があ
る。この位相差は各検出器において電気的に補正
するか、あるいは未補正測定データを適当なソフ
トウエアによる内挿で補正してもよい。

線データ信号を加算するかわりに、検出器′
＋′＋′＋…によつて得た信号から検出器＋
＋＋…によつて得た信号を引算することによ
つて幾くかの信号のエネルギ減算を行つてもよ
い。検出器＋＋＋…は低い方のエネルギＸ
線を測定し、検出器′＋′＋′＋…は高い方
のエネルギＸ線を測定する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、一列
の各中空部材のそれぞれ一面をなすシンチレータ
材料のシートの異なる部分が輻射エネルギのビー
ムの異なる部分をそれぞれ同時に受けることによ
り、各別に検出器を構成する複数の中空部材によ
つてビームの１回の掃引で複数の走査線を同時に
得ることができ、かつその複数の走査線は１枚の
連続したシートにより得られるため、不連続点が
なく、つまり各中空部材により検出を整合する必
要はなく、さらに各中空部材の一面をなすシート
のビーム入射方向の投影寸法はその小さな擦過角
により極めて小さいため、１本の走査線の幅は小
さなものとなり、即ち高い分解能を得ることがで
きる。

さらに、シンチレータ材料シートの両面にそれ
ぞれ複数の中空部材を配列することにより、これ
ら２つの列の異なる中空部材にそれぞれビームの
同じ部分を検出させることができ、それら出力信
号の重畳や演算を行うこともできる。また、各中
空部材のそれぞれ一面をなすシンチレータ材料シ
ートの異なる部分でビームの異なる全ての部分を
受けるようにすれば、ビームの掃引毎に被試験体
と検出器アレイとの相対高さを各中空部材の一面
をなすシートのビーム入射方向の投影寸法ずつず
らしていくことにより、被試験体の同一部分の出
力信号を繰り返し、つまり配列した中空部材の数
だけ得ることができ、これらを重畳すればエネル
ギの増加により良好な濃度分解能を得ることがで
き、これにより走査線幅を狭くしても充分なエネ
ルギが得られ、さらに分解能を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による検出器アレイを有する
Ｘ線装置の斜視図、第２図は第１図における検出
器アレイの断面図、第３図は第２図の線Ａ−Ａで
の断面図、第４図は第２図の線Ｂ−Ｂでの断面
図、第５図はこの発明の実施例に適用できる代表
的な寸法を示す検出器アレイの斜視図、第６図は
各検出器の擦過角での動作に関係した寸法を示す
ための１つの検出器の断面図である。 １０…Ｘ線源、１３…回転デイスク、１４…回
転スリツト、１６…固定スリツト、１８…被試験
物体、１９…検出器アレイ、２１…中空部材、２
２…シンチレータスクリーン、２２ａ…シンチレ
ータスクリーン、２２ｂ…不透明板、２３…フオ
トマルチプライア。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試験される物体を通つてあらかじめ決められ
   た直線走査方向に掃引される輻射エネルギのビー
   ムを作る輻射エネルギ線源と共に使用する検出器
   アレイであつて、 前記検出器アレイは前記ビームの入射方向に対
   し擦過角をなすよう傾いた面に配置されたシンチ
   レータ材料のシートを含み、 前記シートの一方の面の一部を一つの面とする
   細長い中空部材の複数が互いに平行に隣接して前
   記輻射エネルギ線源から遠ざかる方向に配列さ
   れ、 前記シートの他方の面の一部を一つの面とする
   細長い中空部材の複数が互いに平行に隣接して前
   記輻射エネルギ線源から遠ざかる方向に配列さ
   れ、 前記各中空部材の長さ方向の軸は前記直線走査
   方向にほぼ平行に向いており、 前記各中空部材の前記シートを除く部分は前記
   ビームに対し透明な材料でできており、かつ前記
   ビームがその中空部材の一面をなす前記シートの
   一部に入射し透過した時、そのシートの一部によ
   つて出射される光フオトンを反射する内側表面を
   有し、 前記出射され反射された光フオトンに応答して
   出力信号を作るための独立した光応答素子が前記
   複数の中空部材に各別に結合されているＸ線検出
   器。 ２ ほぼ長方形の断面を有する透過輻射ビームを
   作るようにされた輻射エネルギ線源及び試験され
   る物体を通つてその長方形断面の長軸に直交する
   方向に前記ビームを掃引する走査手段を有するよ
   うな装置に使われる検出器アレイであつて、 前記検出器アレイは前記物体を通過してきた前
   記ビームを受けるように配置され、前記検出器ア
   レイはシンチレータ材料の少なくとも１つの連続
   したシートと前記ビームに対し透明な複数の細長
   い中空部材とを含み、 前記複数の中空部材は前記輻射エネルギ線源か
   ら遠ざかる方向に一列に配列され、それによつて
   前記ビームは前記列の中空部材を順次透過するよ
   うにされ、 各前記中空部材は入射された前記ビームに応答
   してその各中空部材に光フオトンを出射するため
   の前記シートの一部を含み、 前記シートの一部はそれを含む前記中空部材へ
   の前記ビームの入射方向に対し擦過角で前記ビー
   ムを受けるよう傾いた膜面を有し、 前記複数の中空部材の互いの位置と前記輻射エ
   ネルギ線源に対する位置及び前記ビームの掃引方
   向と直角方向における前記膜面の寸法は各前記中
   空部材の有する前記膜面が前記ビームの異なる部
   分をそれぞれ受けるよう選ばれており、 前記シートの一部によつて出射される光フオト
   ンに応答して出力信号を作るための独立した光応
   答素子が前記複数の中空部材に各別に結合されて
   いるＸ線検出器。 ３ 前記中空部材は互いに重ねられた一対の前記
   列に配列され、前記ビームは異なる前記列の異な
   る前記中空部材にほぼ同時に入射するようにされ
   た特許請求の範囲第２項記載のＸ線検出器。