JPS6214044A - 放射線断層測定装置 - Google Patents

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】 【発明の技術分野］ 本発明はパルスＸ線を用いた放射線断層測定装置（ＣＴ
スキャナンにかかわり、特に放射線検出器としてキセノ
ン検出器を用いた装置における該キセノン検出器のパル
ス応答性に基づく誤差分を補正できて高速撮影を可能に
した放射線断層測定装置に関するものである。

［発明の技術的背景とその問題点］ 被検体の内部を被破壊、無侵襲でしかも精度良く測定で
きる測定装置としてコンピュータ・トモグラフィ・スキ
ャナ（以下、ＣＴスキャナと称する）と呼ばれる放射線
断ＷＡ測定ｉ装がある。この装置は例えば、第４図に示
す如きもので放射線源として、偏平な扇状に広がるファ
ンビームＸ線Ｆ×を曝射するＸ線管１と、被検体２を介
してこのＸＩ管１に対峙して配され、前記ファンビーム
Ｘ線ＦＸの広がり方向に複数の１１ｉ射線検出素子を配
した検出器３とを用い、被検体２を中心にこのＸ線管１
と検出器３を同方向に例えば１度刻みに１８０〜３６０
度にわたって順次回転走査しながら、被検体断腸面の多
方向からのＸ線吸収データを収集した後、コンピュータ
により画像再構成処理を施し、Ｘ線吸収値に基づく断Ｆ
ｍ像を再構成するようにしたもので、断層面多位置につ
いて２０００段階以上にも亙る階調度で画像を再構成出
来るので、断−面の状態を詳しく知ることが出来る。

このようなＣＴスキャナはいわゆる第３世代と呼ばれる
もので、この他、ペンシル・ビームＸ線を曝射するＸ線
管と、このＸ線管に対峙して検出器を設け、このＸ線管
と検出器とを被検体の断面に沿って、トラバース・スキ
ャンさせ、１トラバース・スキャン終了毎に所定角度回
転させて再びトラバース・スキャンを行う、いわゆる第
１世代、ペンシル・ビームＸ線を幅狭のファイン・ビー
ムＸ線とし、検出素子を複数素子持たせた検出器を用い
てこれらを上記トラバース・スキャン及び回転走査させ
るようにした第１世代の改良形とも言うべきいわゆる第
２世代、被検体の周囲全周に亙って検出素子を配した検
出器と幅広のファン・ビームＸ線を用い、ｘｍ＊のみ回
転走査させるいわゆる第４世代など種々のものがある。

ところで、このようなＣＴスキャナにおいて、一般的に
は上記検出器３としてＸｅ（キセノン）ガスを容器に封
入し、この容器内には複数の電極板を所定間隔で配設し
てなるキセノン検出器を用いる。そして、このキセノン
検出器の上記電極板のうち、対向する一対の電極板を組
として一方を高圧電極ＨＰとし、他方を信号電ｔｉｓＰ
とするとともに、各組において高圧電極ＨＰ側が正とな
るようにして信号電極ＳＰとの間に直流高電圧を印加す
る。そして、入射Ｘ線エネルギによりキセノンガスを電
離させ、発生された電荷を電極ＨＰ、ＳＰ間の発生電界
により信号電極ＳＰに導いて電流として取出す。

上記キセノン検出器における複数の電極板はＸ線の到来
方向に板面が平行になるように配置され、上記各組毎に
一つの検出セル（検出素子）を構成する。

各検出セルの出力する信号電荷は各々データ収集部に送
る。そして、ここで、所定時間各別に積分し、該積分値
対応の随を以てＸ線吸収データとして収集する。即ち、
このＸ線吸収データの収集に当っては、各検出セルとＸ
線管１とを結ぶ線上（これをＸ線バスと言う）を透過し
て来たＸ線のエネルギをこのエネルギ対応の電＃ＩＮ荷
として検出し、この電離電荷対応の電流として抽出する
とともに、これを所定時間積分し、その積分値を所定の
時定数の放電回路にて放電して、その放電時間値を以て
Ｘ線吸収データとするものである。

一つの方向からのＸＩ！バスに対するデータ収集が終る
と次の方向に対するＸ線パスのデータ収集に移って行く
が、この間に前回のＸｗＡパルスにおける発生電離電荷
や積分値の放電等が完全に消滅、終了していなければ次
のデータ収集に誤差となって表われてくる。

すなわち、Ｘ線ビームの曝射繰返し周期は、一般に放射
線検出器のこれら回復時間〈応答性）により影響を受け
ることになる。これは断層面一枚当りのデータ収集時間
＜ｉｌｌ！影時間）に大きな影響を及ぼす要因であり、
撮影中の被検体の動きに起因するアーチファクトを蛙減
して良質の再構成画像を得るべく、撮影時間の短縮が求
められる今日、出来る限り、これを短縮しなければなら
ない。

このようにパルスＸａを用いたＣＴスキャナにおいて、
パルス・レートの高いシステム＜ｘｍパルスの間隔の短
いシステム）を実現しようとした場合、キセノン検出器
のパルス応答性が問題になってくる。

高速撮影を行うためにはＸａの投影数を少なくすること
も一方法ではあるが、再構成された像の画質の問題もあ
るので投影数は今まで通りの数を維持する必要がある。

そこで、高速撮影を実現する手段としてはＸ線パルスの
レートを上げるしか無いことになる。しかし、高いＸｗ
Ａパルス・レート（短いパルス間隔）に対して十分追従
できるだけの応答性をキセノン検出器に持たせるのは困
難であり、Ｘ線のパルス・レートを高くした場合、どう
しても前回のＸ線曝射により発生した１！ＩＩ’！？ｉ
＋ｊが残って、Ｘ線吸収データに誤差として含まれてし
まうこととなって、画像上、アーチファクトを生じてし
まう。

このような問題を解決するため、従来、キセノン検出器
からの検出信号を得てＸｗＡ吸収データに変換するデー
タ収集部に残留１ｍ１１！ｆ荷による電流分補正用の補
正回路を持たせ、データを補正するオート・ゼロ積分と
呼ばれる手法が提案されている。

これはキセノン検出器からの信号（電流）を積分する期
間と、その積分によって得られた電荷を放電させるｍ間
と、更にキセノン検出器から流入する誤差電流分を補正
する期間とからなる三つの動作を順に行うようにしたも
ので、三つの動作のうちの最後の補正動作期間において
、キセノン検出器から流入する誤差Ｎ流、すなわら、キ
セノン検出器の応答性の時定数のために、次のｘＩ！パ
ルス発生までに定常状態に戻れずに流れ込む電流を回路
的に検出し、次のＸ線パルス発生までの期間中、先に検
出した誤差電流を打ち消す方向にＮ流加算を行って、補
正しようとするものである。

しかし、このようなオート・ゼロ積分ではデータ収集部
において、次のＸ線パルスの発生までの間に上記補正の
動作を要し、このような補正の動作のための期間をパル
ス・レートの高いシステムにおいて十分確保することは
極めて困難である。

そして、このような補正のための回路を応答性良く構成
してその動作期間を短くすると言うことは補正回路の帯
域を広げることを意味し、これはノイズ量の増大を招い
て補正精度を悪化させることにつながる。従って、この
手法はパルス・レートの高いシステムに適用することは
出来ない。また、パルス・レートの低いシステムであっ
ても、一般に多数のチャネルを持ったキセノン検出器に
対して舶述のオート・ゼロ積分器を各チャネル毎に持た
せることはコスト高を招き、収納スペースも要すること
から実装上も問題がある。

し発明の目的］ 本発明は上記の事情に鑑みて成されたちのあり、その目
的とするところはＣＴスキャナの発生するＸＩＩパルス
のパルス・レートを高（でき、しかも、このパルス・レ
ートを高くしたことによって生じるキセノン検出器の応
答性に基づくＸ線吸収データ中の誤差分を確実に補正出
来るとともに、コストやスペース等のハードウェア上の
問題も解消できる放射線断層測定装置を提供することに
ある。

〔発明の概要コ すなわち、上記目的を達成するため本発明は、所定レー
トのパルス放射線を曝射する放射線源と、入射放射線に
よる電離現象を利用し、被検体を介して与えられる前記
放射線源からの放射線を電離電荷として検出するキセノ
ン検出器と、このキセノン検出器の検出出力を次の放射
１１曝用までの間に受けて透過放射Ｉｎ対応のデータと
して得るデータ収集手段と、前記被検体の測定対象断面
について放射線源とキセノン検出器により多方向からの
放射線吸収データをそれぞれ収集すべく前記被検体に対
する前記放射線源およびキセノン検出器の相対的移動走
査をする走査手段と、前記被検体の多方向からの収集デ
ータを基に画像再構成演算を行い前記被検体の放射線透
過開面における放射線透過量に対応する断層像を得る再
構成手段とを備えたＣＴスキャナにおいて、校正モード
時に−放ＩＩＩパルス曝射により残るキセノン検出器の
電離電荷の経時変化特性を求めて放射線ｔＩＡ射のパル
ス・レートに対応した残存量の割合いを求め、これより
放射線パルス１１射毎の真の信号量の割合いを求めて補
正係数とし得る手段と、通常モード時に前記データ収集
手段により収集された透過放射線量対応のデータに対し
、前記補正係数を乗じて補正する補正手段とを具備して
構成し、校正モード時に一放射線パルス曝射により残る
キセノン検出器の電離電荷の経時変化特性を求めて放ａ
Ａ線曝射のパルス・レートに対応した残存渋の割合いを
求め、これより放射線パルス曝射毎の真の信号量の割合
いを求めて補正係数とし得、前記データ収集手段により
収集された透過放射線間対応のデータに対し、前記補正
係数を乗じて補正した後、この補正済みのデータを用い
て再構成処理を実施するようにしたものである。これに
より、収集データの誤差分補正をデータ収集時に行わず
に済むようにし、パルス的に繰返しＸ線を１ｌＩＱ１シ
た場合におけるキセノン検出器の残留電離電荷が問題に
なるような時でも、後でこの残留電離電荷弁、すなわち
、誤差分は除去することが出来るから、キセノン検出器
の出力信号にはこのような誤差成分が含まれていても回
答差支えが無くなり、従って、曝射Ｘ線のパルス・レー
トは早くすることが出来るようになり、動きのある被検
体に対してもアーチファクトの無い再構成画像を得るこ
とができる他、キセノン検出器の応答性に基づくデータ
の誤差に起因したアーチファクト発生を阻止することが
出来、また、キセノン検出器を用いた断ＨＩ測定装置に
おいて、キセノン検出器の回復時間の問題により従来の
データ収集部に持たせる必要のあるオート・ゼロ積分補
正回路を不要とし、その分、低価格で小形のシステムと
することができる他、補正回路での補正処理に必要なＸ
線パルス間での補正期間も不要として、パルス・レート
の向上すなわら、高速スキャン（高速撮影）を可能とす
るものである。

［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説
明する。

第１図は本装置の構成を示すブロック図である。

図中、１１はファン・ビームＸＩＦＩＩＩＩ射するＸ線
管、１２は被検体、１３はこの被検体１２を介して前記
ＸｊＩ管１１に対峙して配されるキセノン検出器である
。キセノン検出器１３は第４図で説明した従来のものと
同じ構成であり、キセノン・ガスが充填された容器内に
ファン・ビームＸ線ＦＢの広がり方向に沿って高圧電極
板ＨＰと信号Ｎ極板ＳＰを所定ピッチで交互に配設して
構成されている。また、１４はデータ収集部であり、デ
ータ収集部１４は対向する高圧電極板）−ＩＰと信号電
極板ＳＰを組として構成される各検出セルの出力する電
ａｍ荷による信号電流を積分し、その積分電荷を所定の
時定数の放電回路で放電して得た時間値対応の値をＸ線
吸収データとして得るものである。また、上記コンピュ
ータ１５は上記データ収集部１４の１５ｊ集した各投影
方向毎のＸ線吸収データを受けてこれを所定の補正係数
で補正して誤差分を除去したＸ￥ａ吸収データに変換し
、これを基にコンボリューション演算して、投影データ
を求めるとともに、この投影データをＸ線吸収データ収
集時の投影方向対応の方向からフレームメモリ上に逆投
影して重ね合わせてゆき、これによって画像を再構成す
る機能を有する。また、画像表示器１６はこのコンピュ
ータ１５により再構成された画像を表示するためのもの
である。

このような構成において、Ｘ線管１１から曝射されたパ
ルス状のＸ線は、被検体１２を透過化、キセノン検出器
１３に入射する。キセノン検出器１３では入射Ｘ線によ
り電離イオンが発生し、信号電荷となってデータ収集部
１４に入力される。データ収集部１４ではこの信号電荷
を積分し、放電することによってその放電時間対応のデ
ィジタル屋に変換し、これをＸ線吸収データとしてコン
ピュータ１５に送る。このディジタル変換されたＸ線吸
収データはキセノン検出器１３の回復時間に基づく誤差
分が含まれている。コンピュータ１５ではこのような誤
差分が含まれているｘｍ吸収データについて後述する補
正係数を乗じて補正を加え、誤差分の無いＸ線吸収デー
タに変換した後、この補正済みＸＩＩ吸収データを用い
て再構成を行い、断ａｍを画像表示器１６に表示させる
。

次に上記補正係数について説明する。

ＣＴスキャナにおいてはファン・ビームＸ線の各バスに
おけるＸｊＩの強度、および各Ｘ線パス装置における検
出セルの検出特性にバラつきがあるので、これらの校正
のため基準物質を用いたテスト・ファントムを撮影して
再構成処理をし、この再構成処理画像のデータを基にし
て補正データを得、補正する。

一般のＣＴスキャナでは基準物質である水を充填したフ
ァントムを用いて撮影を行い、水が所定のＣＴ値（再構
成された画像データの示す物質相のＸ線吸収率に基づ＜
ｉ＞どなるようにＸ線吸収データの補正を行うべく校正
作業を実施する。

そこで本発明ではこの校正時における校正データ収集時
に、キセノン検出器１３の応答性のデータを求めるよう
に構成する。これは次のようにする。

先ず初めにキセノン検出器１３の応答性を求めるべく、
一つのＸ線パルスを受けた後の応答を何点かサンプリン
グする。

その様子を第２図に示す。

第２図は時刻下０におけるＸＳパルスの応答を時刻Ｔｏ
以降、一定の時間間隔を刻みでの時刻Ｔ１．Ｔ２　、Ｔ
３の三点でサンプリングすることを示している。この図
は時間間隔を毎にｘｓｓｕｍ射を繰返した場合に前回分
の影響としてＱ（Ｔ１）、前々回分の影響としてＱ（Ｔ
２）、そして、前々前回分の影響としてＱ　（Ｔ３　）
相当の電荷が誤差分として重畳されることを意味してい
る。そして、Ｑ（Ｔｒ　）、Ｑ（Ｔ２　）、Ｑ（Ｔ３　
）を加えた電荷Ｑｏが誤差分の総量であり、信号弁Ｑ、
にこの誤差分の総１１１ｔＱｒｒを加えたものが実際の
出力として得られることになる。

ここでキセノン検出器１３の応答性を次式でおく。

Ｑ　（Ｔ）　−Ｑａ　Ｅ−ｒ　　　　　　−（１）（１
）式において、Ｑ（Ｔ）はサンプリング時刻Ｔにおける
残留電荷を、また、εは自然対数の底を、また、τはキ
セノン検出器の応答性を決める時定数を示す。ここで、
Ｔ−０におけるＱａが信号電荷Ｑ、に加わる誤差電荷で
あり、これは直前のＴ　−Ｔ−１のｘ１１パルスにより
残留した誤差電荷である。この残留Ｎ荷の応答分はその
時刻でＸＩ曝射した場合に、このｘａｍｔＪ４に対する
応答分に重畳されて現われる。　そこで、Ｑ（１）、Ｑ
＜２）、Ｑ　（３）より０口を求める。

（１）式より ｕｎＱ（Ｔ）＝ＮｎＱｏ−（Ｔ／ｒ）　　＝（２）であ
るから（但し２ｎは自然対数）、上記三点のサンプリン
グ・データより外挿計算によりＱａを求める。これを図
示すると第３図のようになる。

一方、Ｔ−０でのデータＱ（０）は Ｑ　（０）＝Ｑｓ　＋ＱＯ＝　（３） で既知であるから Ｑｓ　＝Ｑ　（０）　＋Ｑｏ　　　　　−（４）より求
める補正係数を に−Ｑ（０）／Ｑｏ　　　　・・・（５）とすれば に＝Ｑｏ　　／　（Ｑ　（０）−Ｑｏ　　）　　　　・
・・（６）となって求められる。

このｋなる補正係数は信号電荷として収集されたデータ
に含まれる誤差電荷の割合いを示す。従って、収集され
たデータに含まれる誤差電荷力を除いた真のＸ線吸収デ
ータに関与する電荷力の割合いは に′−１−ｋ　　　　　山（７） と表わすことが出来、画像再構成において、収集された
データに対して上記補正係数に′を乗じて補正すれば信
号電荷が求められ、誤差電荷を補正することが出来る。

上述の補正係数取得作業は校正モード時に行うようコン
ピュータ１５にプログラムしておき、−Ｘ線パルス１１
１３１を指令するとともに時間ｔなる間隔でキセノン検
出器１３の出力をデータ収集部１４により収集して、こ
の収集データを基に上記の手順に従って求める。そして
コンピュータ１５は通常モード（通常の測定モード）時
にこの求めた補正係数を用いて、前記データ収集手段に
より収集された透過放射線量対応のデータに対し補正演
算し、誤差分を補正した後にこの補正済みデータを用い
て再構成演算させるようにする。

このように、誤差電荷の補正は校正時に得た補正係数に
−を用いて画像再構成時に補正計算により行うようにし
たので、パルス的に繰返しＸ線を曝射した場合における
キセノン検出器の残留電離電荷が問題になるような時で
も、後でこの残留層ｆ／１′Ｒ荷分、すなわち、誤差分
は計算により除去することが出来るから、キセノン検出
器の出力信号にはこのような誤差成分が含まれていても
何等差支えが無い。従って、曝射Ｘｌ！のパルス・レー
トは早くすることが出来るようになり、動きのある被検
体に対してもアーチファクトの無い再構成画像を得るこ
とができる他、キセノン検出器の応答性に基づくデータ
の誤差に起因したアーチファクト発生を阻止することが
出来る。また、キセノン検出器を用いたＣＴスキャナに
おいて、キセノン検出器の回ｔ！！時間の問題により従
来のデータ収集部に持たせる必要のあるオート・ゼロ積
分補正回路が不要となり、その分、低価格で小形のＣＴ
スキャナを得ることができる他、補正回路での補正処理
に必要なＸ線パルス間での補正期間も不要となり、パル
ス・レートの向上すなわち、高速スキャン（高速撮影）
が可能になる。

尚、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定するこ
となくその要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施
し得るものであり、例えば上記実施例は第３世代のＣＴ
スキャナを例に説明したがこれに限定されるものではな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図及
び第３図は本発明装置の作用を説明するための図、第４
図はＣＴスキャナを説明するための図である。 １１・・・Ｘ線管、１２・・・被検体、１３・・・キセ
ノン検出器、１４・・・データ収集部、１５・・・コン
ピュータ、１６・・・山陰表示器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 所定レートのパルス放射線を曝射する放射線源と、入射
   放射線による電離現象を利用し、被検体を介して与えら
   れる前記放射線源からの放射線を電離電荷として検出す
   るキセノン検出器と、このキセノン検出器の検出出力を
   次の放射線曝射までの間に受けて透過放射線量対応のデ
   ータとして得るデータ収集手段と、前記被検体の測定対
   象断面について放射線源とキセノン検出器により多方向
   からの放射線吸収データをそれぞれ収集すべく前記被検
   体に対する前記放射線源およびキセノン検出器の相対的
   移動走査をする走査手段と、前記被検体の多方向からの
   収集データを基に画像再構成演算を行い前記被検体の放
   射線透過断面における放射線透過量に対応する断層像を
   得る再構成手段とを備えた放射線断層測定装置において
   、校正モード時に一放射線パルス曝射により残るキセノ
   ン検出器の電離電荷の経時変化特性を求めて放射線曝射
   のパルス・レートに対応した残存量の割合いを求め、こ
   れより放射線パルス曝射毎の真の信号量の割合いを求め
   て補正係数とし得る手段と、通常モード時に前記データ
   収集手段により収集された透過放射線量対応のデータに
   対し、前記補正係数を乗じて補正する補正手段とを具備
   したことを特徴とする放射線断層測定装置。