JPH09108207A

JPH09108207A - Ｘ線検出方法

Info

Publication number: JPH09108207A
Application number: JP27228995A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kanamori; 隆裕金森
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 1997-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｘ線の被検査体からの散乱線の影響や、ビーム
ハードニングの影響などを減少させる事で鮮明な被検査
体の透過像や断層像を得るためのＸ線検出方法及び検出
器を提供する。【解決手段】検出器１４は、Ｘ線光子一つ一つを単独に
計数できる高速のマイクロフォーカスＸ線管１２と、そ
のＸ線側に配置したピンホールコリメータ１５より構成
される検出器１４を含む。さらに信号処理部に計数器１
８及び低エネルギＸ線を除去するためのディスクリミネ
ータ１７あるいはマルチチャンネル波高分析器３０を備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は連続エネルギスペク
トルを有するＸ線を使用したラジオグラフィ、或いは断
層像撮影装置（以下ＣＴ装置）などのＸ線検出方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】周知の様に、Ｘ線は外部より加速された
熱電子がターゲットに当たり発生する制動放射線であ
り、加速電圧を最大値とする連続エネルギスペクトルを
示す。更にこのスペクトル上にはターゲットの材質に起
因する特性Ｘ線が重畳し、スペクトルは複雑な形状を示
す。Ｘ線エネルギスペクトルの一例を図５に示す。この
ような連続エネルギスペクトルを有するＸ線をラジオグ
ラフィ或いはＣＴ装置の線源に使う場合、ビームハード
ニング効果や散乱線の影響により撮影された被検査体の
映像は不鮮明となる。

【０００３】ビームハードニング効果を示す図を図６に
示す。Ｘ線１１がＡの経路（比較的、被検査体の透過長
が短い経路）を通過するときはＸ線エネルギスペクトル
はそれほど影響を受けないが、Ｂの経路（比較的、被検
査体の透過長が長い経路）を通過する場合には、エネル
ギの低いＸ線が相対的に減弱の影響を強く受けそのエネ
ルギスペクトルは相対的に高エネルギが強調された形状
となる。従って被検査体の中央部のＸ線の減衰は理論値
よりも少なくなる。このような状態でＣＴを実施すると
被検査体の中央のＣＴ値（密度に対応）は相対的に他の
部分(周囲部分)よりも低く測定されてしまう。

【０００４】次に、散乱線の効果を図７に基づき説明す
る。Ｘ線がＣの経路を通り被検査体１３に入射したとす
る。経路上のある点ではコンプトン効果によりＸ線エネ
ルギが弱められ同時に散乱角θの方向に偏向され、Ｘ線
検出器１４に入射する事になる。以上の効果により相対
的に直達するＸ線（経路Ｄ）に比べ低エネルギの成分の
多いＸ線エネルギスペクトルに変化する。従ってビーム
ハードニング効果とはスペクトル変形の仕方が異なる
が、この散乱線の影響も画像を不鮮明にする要因とな
る。

【０００５】さて、従来このような連続Ｘ線を検出する
方法としてラジオグラフィでは、例えば、フィルム，Ｃ
Ｔでは気体電離箱などが用いられてきている。その理由
はＸ線自体高線量率(１０⁸〜１０¹²フォトン・ｓ^-1程
度）で、撮影時間を短縮したいという要望があるからで
ある。このためにＸ線の測定方式はフォトン検出の時定
数を故意に長くする（ｍｓオーダ）方法が取られＸ線を
グロスにとらえる検出方法が取られていた。従って、ビ
ームハードニングや散乱線の影響などの画質を悪化させ
る要因は取り除く事ができなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来より簡便にＸ線エ
ネルギスペクトルの変形を抑えるためにＸ線管の近くに
付加フィルタを設ける手法が取られているが低エネルギ
成分のみならず高エネルギ成分にも影響を与える事と、
フィルタの設計が難しいといった問題点がある。さらに
はこのフィルタによりＸ線の線量率が低下するととも
に、付加フィルタによるＸ線の散乱効果も加わりＸ線の
焦点寸法が見かけ上大きくなり、画質が悪くなるといっ
た問題点も発生する。本発明の目的は、連続Ｘ線が有す
るこれらの問題点を解決し、ビームハードニングや散乱
Ｘ線の影響が少ないＸ線検出方法を確立する事にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、フィルタを用いる事無くこれらビームハー
ドニングや散乱Ｘ線を物理的及び電気的に減少させる事
にある。以下その原理を述べる。

【０００８】本発明の基本原理はフォトン計数法と波高
弁別法にある。前者により高ＳＮ（信号対ノイズ）比を
確保し、後者により散乱線を積極的に除去する。

【０００９】従来の技術の項でも述べたように、通常Ｘ
線の線量率は１０⁸〜１０¹²フォトン・ｓ^-1程度ありフ
ォトン計数法は適用できない。そこで検出器の直前に線
量率を絞り込む目的のためのピンホールコリメータを設
置する。このことにより線量率を１０⁴〜１０⁵フォトン
・ｓ^-1程度に落とす。更に時間応答性の良い検出器をＸ
線検出器として利用する。このことで光子１個１個が計
数できるようになる。次に波高情報はＸ線のエネルギ情
報を有する事から波高に対して下限しきい値を設け低エ
ネルギＸ線（すなわち散乱線）を除去する。この際同時
に上限しきい値を設ける事によりＸ線の単一エネルギ成
分のみを計測しても良いが、計数値が低下するためＳＮ
比は悪化する。

【００１０】本発明は物理的なピンホールコリメータと
電気的な処理により効果的に散乱線を除去する事ができ
るがその効果を高めるにはＸ線源としてマイクロフォー
カスＸ線が最適である。その理由は、マイクロフォーカ
スＸ線は加速電圧が低い事（１００ｋＶ以下）、及びタ
ーゲットの熱負荷の点から低線量率であるからである。
加速電圧が低い事はＸ線のエネルギが低い事に対応し、
ピンホールコリメータでのＸ線の漏洩やビルドアップ現
象を阻止する事ができる。さらにもともとマイクロフォ
ーカスＸ線は画像の高空間分解能化を狙っている訳なの
で検出器の前にピンホールコリメータが設置されている
事は見かけ上検出器が小型化された事になり更に分解能
が上がる。以下、詳細は実施例にて説明するが実施例で
は上記の理由からマイクロフォーカスＸ線を線源とした
システムに付いて記述する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図１から
図４を用いて詳細に説明する。図１はラジオグラフィ装
置に本発明を適用した一実施例を示すもので、Ｘ線１１
はマイクロフォーカスＸ線管１２より放射される。この
Ｘ線１１は被検査体１３を透過し、その透過像を検出器
１４の位置に結像する。検出器１４の前面にはピンホー
ルコリメータ１５が設置されＸ線光子の量を制限させ
る。ピンホールコリメータ１５の開口面積Ｓは、

【００１２】

【数１】Ｓ≦Ｎ／Φ（cm²） …（数１）となるように設計する。

【００１３】ここで、Φは検出器位置における光子フル
エンス率(フォトン・ｓ^-1・cm^-2)、Ｎはフォトン計数法
の適用可能な最大のフォトン計数率である。Ｓの一例を
以下に示す。一般にマイクロフォーカスＸ線管１２から
の光子フルエンスはＸ線１１の実効エネルギを約２０ｋ
ｅＶ，検出器位置をマイクロフォーカスＸ線管１２から
１ｍと仮定すると、Φは約１０⁸(フォトン・ｓ^-1・c
m^-2）である。Ｎは１０⁵（フォトン・ｓ^-1)程度である
事から、数１によりＳは１０^-3(cm²)以下であれば良
い。このピンホールコリメータ１５によりフォトン計数
が可能なレベルまで計数率を下げる事ができる。このピ
ンホールコリメータ１５の製作は実現可能なレベルにあ
る。次に検出器１４であるがフォトン計数法が可能なよ
うにスピードの速いシンチレーション検出器を使用す
る。具体的な用例としてここではプラスティックシンチ
レータとする。プラスティックシンチレータの減光時定
数は１００ｎｓ程度であるから１０⁵ｓ^-1の計数率の検
出器は最適である。この他にもこの条件を示す高速のシ
ンチレータの適用も可能である。検出器１４で受信され
た信号はパルス状の電流出力信号であって、これを電圧
信号に変換、及びインピーダンス変換を目的とした前置
増幅器１６に導く。前置増幅器１６の出力は例えば図２
（ａ）に示すとおりである。パルス列の中には直流成分
としての暗電流やコンプトン散乱されてエネルギが低下
した光子に対応するパルスが含まれる。これらの暗電流
及び散乱線を除去するために図１に示すディスクリミネ
ータ１７を用いる。しきい値レベルは散乱線レベルなら
びに暗電流レベル以上とする。具体的には図２（ａ）の
レベルとする。（ｂ）はディスクリミネータ１７通過後
のパルス列２１であってこれを計数器１８により計数
し、インターフェイス１９により計算機１２０に取り込
む。計算機１２０は検出器１４の位置情報とともにこれ
を表示装置１２１上に表示する。

【００１４】本実施例によるとパルス計数法とディスク
リミネータ１７により直流成分として存在する検出器１
４の暗電流成分を除去する事ができ高ＳＮ比を確保する
事ができる。さらにしきい値レベル以下のパルス（散乱
線或いはパルス状ノイズ）も除去する事ができるので本
発明の主旨を完全に満足する事ができる。

【００１５】図３は他の実施例を示す図で図１の実施例
と異なるのはパルス列２１を発生させるディスクリミネ
ータ１７の替わりにマルチチャンネル波高分析器３０を
用いている点である。マルチチャンネル波高分析器３０
を用いる事で上限及び下限のしきい値が設定できるため
図４に示すようにエネルギの高いＸ線も同時に除去する
事ができる。この実施例によれば上、下限に挟まれたエ
ネルギのＸ線のみを計測できるため、更に散乱線の影響
やノイズの影響を減少させる事ができる。又被検査体の
Ｘ線に対する線吸収係数はＸ線エネルギの関数であるた
め、特に被検査体１３の密度分布を測定するＣＴスキャ
ナでは特定のエネルギを測定できる本実施例は最適な手
法である。しかし図１の実施例に比べ計数値が低下する
ため、統計的なノイズ量が多くなるといった問題点も発
生する。

【００１６】図１，図３はいずれもラジオグラフィに適
用した例を示したが、これはそのままＣＴ装置の検出器
及び方法にも適用できる。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、線源にフィルタを使用
しなくてもビームハードニングや被検査体１３からの散
乱線の影響を減少させる事ができ、検出器１４の暗電流
成分やノイズの影響を除去する事ができるため、ラジオ
グラフィやＣＴなどの映像を鮮明にする事ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例のブロック図。

【図２】図１の信号処理課程のタイムチャート。

【図３】本発明の第二の実施例のブロック図。

【図４】図３の信号処理課程のタイムチャート。

【図５】一般的なＸ線エネルギスペクトル特性図。

【図６】ビームハードニングの説明図。

【図７】Ｘ線の散乱効果の説明図。

【符号の説明】

１２…マイクロフォーカスＸ線管、１４…検出器、１５
…ピンホールコリメータ、１７…ディスクリミネータ、
１８…計数器、３０…マルチチャンネル波高分析器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｘ線などそのエネルギが連続である電磁波
を発生する放射線源と、これを検出する単数あるいは複
数の検出器とを用い被検査体の透過像を得るラジオグラ
フィ法、あるいは断層像撮影法において、前記検出器の
前面にピンホールコリメータを配置すると共に光子を単
独に計測できるシンチレータを設け、前記光子を計数器
により計数する事を特徴とするＸ線検出方法。
【請求項２】請求項１において、前記計数器の前段にパ
ルス弁別のためのディスクリミネータあるいはマルチチ
ャンネル波高分析器を配置し、低エネルギ散乱線及びノ
イズを除去するＸ線検出方法。