JPS62191787A - 放射線受像装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は被検体に放射線を照射して、被検体を透過した
放射線を検出して画像を得る放射線受像装置に関するも
のである。

従来の技術 Ｘ線透過像を見る従来の技術の典型としてＸ線写真法が
ある。

近年、このＸ線写真法に代わってＸ線に感応する固体素
子のアレイを用いる方法や輝尽性螢光体を用いる非銀塩
法が開発されている。

前者の例として、Ｘ線（感応する半導体放射線感応素子
を一次元に配置し、被検体に沿って走査を行い、二次元
画像を得る方法が提案されている。

また、後者の例として輝尽性螢光板に被検体のＸ線潜像
を作シ、レーザーにより画像信号を得る方法が提案され
ており、両者ともに長所、短所を併せ持っている。

半導体放射線感応素子の一例としてＣｄＴｅ　（テルル
化カドミウム）が知られている。この半導体放射線感応
素子の特徴は、半導体放射線感応素子に入射、吸収され
た光子に対応してパルス状の信号が得られることである
。即ち半導体放射線感応素子に吸収された光子の数と同
数のパルスが得られ、またパルスの大きさく高さ）は光
子の持つエネルギーに比例する。

第３図を用いてＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）半導体
放射線感応素子の動作を説明する。第３図において、３
１はＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）結晶、３２．３３
は白金による電極であり、この電極は無電解メッキ法に
より形成している、４は電圧源、５は抵抗、６は出力端
子である。ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）結晶３１、
電極３２．３３、電圧源３４、抵抗３５は直列に接続さ
れ電気回路を構成している。電極２３には電極、３３に
比べて正電圧が印加されている。

前記の半導体放射線感応素子に放射線３７が照射される
とその光子はＣｄＴｅ（テルルカドミウム）結晶３１内
で光電変化を誘起し、高いエネルギーを持った二次電子
３８を発生させる。この二次電子力ＣｄＴｅ　（テルル
化カドミウム）結晶３１内を走行すると、その二次電子
が走行した近傍に電子。

正孔対を発生させる。

このようにして発生した電子、正孔対は電極３２．３３
間に生じた電界によｐ各々電極３２゜３３の方向へ移動
し、電流としてＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）結晶３
１から取り出される。この電流を抵抗３５により電圧に
変換して信号出力端子３６からパルス状の信号として得
る。

ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）半導体放射線感応素子
結晶内に発生する信号電荷Ｑは次式で与えられる。

Ｑ　＝　（ＥＫｑ）　／Ｗ　　（クーロン）Ｅ；放射線
の光子の持つエネルギー （電子ボルト） Ｋ；二次電子のエネルギー吸収率 ｑ；素電子量　（クーロン） Ｗ；電子、正孔対を作るに必要なエネルギー　（電子ボ
ルト） この電荷をもとに、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）結
晶３１の厚さ、電圧、電子正孔対の移動度、二次電子の
走行距離を与えて計算すれば、半導体放射線感応素子か
ら得られる信号電流を計算する事ができる。

次ぎに、第３図の構成の半導体放射線感応素子から得ら
れた信号からＸ線透過画像を得る方法を第４図を用いて
説明する。

１は第３図で説明した半導体放射線感応素子群（電極、
電圧源を含む）、８はプリアンプ群、９はコンパレータ
群、１０はコンパレータ基準電圧源、１１はカウンタ回
路群、１２はメモリー回路、１３はＤ／Ａ変換器、１４
は計算機、１６はモニターＴＶである。

半導体放射線感応素子１に入射したＸ線の光子により光
電変換されて得られた半導体放射線感応素子出力信号は
、プリアンプ８で増幅された後、コンパレータ９に供給
して基準電圧１ｏと比較して２値化する。コンパレータ
９の出力信号をカウンタ回路１１に供給して半導体放射
線感応素子１に入射したＸ線の光子の数をパルス数とし
て検出する。このパルスの数に変換された信号をメモリ
１２に記憶させ、計算機１４により任意の信号処理（画
像処理）を行うことによｐＸ線透過画像を得る。

上記の構成の半導体放射線感応素子を計算機１４の制御
のもとに二次元方向に走査（副走査）する事により被検
体の二次元Ｘ線透過画像を得る事が出来る。

ＣｄＴｓ　（テルル化カドミウム）半導体放射線感応素
子の信号出力機構は、１００ＭＱの抵抗、０．５ＰＦコ
ンデンサの並列回路に対して電流源が並列に接続された
ものとして等価回路で表す事が出来る。

その為、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）半導体放射線
感応素子の出力信号の増幅には入力インピーダンスが低
く、広帯域で高利得の増幅回路が必要である。

実際には、前記プリアンプの信号帯域は１０是程度必要
である。

第５図にプリアンプと半導体放射線感応素子の主要部を
示す。

第５図において３１〜３４は第３図において説明したも
のと同一である。

１６はＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、２２はＦＥＴ
のドレイン抵抗、２３は増幅度Ａ倍の増幅器、２４は増
幅器の出力端子である。増幅器２３には電源が接続され
ている。ＦＥＴ１６のゲートには半導体放射線感応素子
の電極３２、抵抗３６が接続されており、ソースは接地
されており、ドレインは抵抗２２を介して電源に接続さ
れると共に、増幅器２３の入力端子に接続されている。

増幅器２３の出力端子には抵抗３６が接続されている。

このように構成されたプリアンプは、低入力インピーダ
ンス、低出力インピーダンスとなる。

第５図に示した放射線感応素子、抵抗、ＦＥＴを一次元
に配置した状態を第６図に示す。第６図に於いて、１ａ
〜１ｄは半導体放射線感応素子、１６ａ〜１６ｄはＦＥ
Ｔ　（電界効果トランジスタ）、５　ａ　−ｓ　ｄは抵
抗、２ａ　〜２ｄ　、３ａ　〜３ｄは電極、１７ａ−１
７ｄ、１８．１９ａ　〜１９ｄ。

２０　ａ　−２０ｄ、２１ａ　〜２１ｄは銅箔であり、
これらは同一の基板上に配置されている。

電極３　ａ　〜３　ｄ　、　Ｆ　Ｅ　Ｔ　１６　ａ　〜
１６　ｄのゲート、抵抗５ａ〜６ｄは銅箔１了により共
通に接続されている。ＦＥＴ１６ａ〜１６ｄのソースは
銅箔２０ａ〜２０ｄに、ＦＥＴ１６のドレインは１同’
Ｍ１９ａ〜１９ｄに各々接続されている。電極２ａ〜２
ｄは銅箔１８に共通に接続されている。

第６図に示しだ各構成要素は、同一基板上に配置されて
腔る。

第６図に示した各プリアンプ及び半導体放射線感応素子
の等価回路を第７図に示す。第７図において、１ａＲ，
１ａＣ等の対で示したものは半導体放射線感応素子の等
値出力回路、Ｃｉａ、Ｃｉｂ。

Ｃｉ　ｃ　、　Ｃｉ　ｄで示したものは各ＦＥＴ１６ａ
、１６ｂ。

１６Ｃ，１６ｄの入力容量、ＣＩ、Ｃ２，Ｃ３゜Ｃ４で
示したものは第６図に示した銅箔１７ａ。

１７ｂ、１７Ｃ９１７ｄ間及び、半導体放射線感応素子
１ａ、１ｂ、１ｃ　、１ａ間の結合容量である。Ｘ線受
像装置は診断に必要なだけの解像度が要求されるため、
半導体放射線感応素子の一次元方向の配列ピッチは１賜
当り数個程度は必要である。そのため半導体放射線感応
素子間の距離は短く、まだＦＥＴ間の距離も短くなる、
従って隣接する２つの間の容量Ｃ１，Ｃ２、Ｃ３，Ｃ４
はＦＥＴの入力容量に比べて無視できない大きさとなる
。

隣接間容量Ｃ１・・・・・が存在するとプリアンプの入
力インピーダンスが異なってし壕う。つま９、−次元に
配置された半導体放射線感応素子の信号を増幅するプリ
アンプの増幅度が等価的に異なった事になる。隣接間容
量は全て同一と仮定すると、−次元の周辺部と中央部で
は周辺部の方が容量は相対的に小さい。そのためプリア
ンプ出力信号は周辺部の方が中央部よりも大きい信号振
幅となる。

発明が解決しようとする問題点 Ｘ線管からのＸ線エネルギー強度とその分布確率の一例
を第８図に示す。Ｘ線は、第８図に示すように低いエネ
ルギーから高いエネルギーまで分布している。

半導体放射線受像装置は、前述のように半導体放射線感
応素子出力信号を増幅して得られた信号をコンパレータ
により基準電圧と比較して二値化し、パルスとして計数
し、半導体放射線感応素子に入射したＸ線の画像を得る
ものである。従って、−次元に配列されたプリアンプの
増幅度が中央部と周辺部で異なるということは、全ての
半導体放射線感応素子に同一の量のＸ線が照射されても
、出力として得られるパルス数は周辺部の方が多くなる
。これは、全面が同一のＸ線吸収率の被検体をＸ線撮影
しても周辺部と中央部とでは画像の明るさが異なること
を意味している。従ってこのような一次元の受像素子を
二次元方向に走査すれば縦縞の擬似信号が表れ、画質を
著しく損ねてしまう。

これをシェーディング現象と呼んでいる。

又、プリアンプの出力信号のレベルが異なってしまう為
、周辺部と中央部とではその再生画像の持つ意味が異な
ってし壕う。つまり同一のコンパレータを用いて同一の
基準電圧により二値化した場合、周辺部は出力信号が大
きく得られる。これは等価的に高いエネルギーのＸ線が
入射したことになる。

これをそのまま、画像診断の手法であるエネルギーサブ
トラク７ヨンに応用した場合中央部と周辺部とでは異な
った意味を持つ画像となり不都合である。

問題点を解決するだめの手段 本発明は上述の問題点に鑑み、−次元に配置された半導
体放射線感応素子、信号電極及びＦＥＴ相互間に存在す
る隣接間容量により、−次元に配列されたプリアンプの
周辺部と中央部とで増幅度が異なる事を要因として、発
生するシェーディング現象を電気回路を用いて除去し、
均一な放射線画像を得るものである。

リア／プの増幅度を中央部のプリアンプの増幅度に比べ
て低下させている。

また、本発明では周辺部に対応するプリアンプ出力信号
を二値化するコンパレータの基準電圧を、中央部に対応
するプリアンプ出力信号を二値化するコンパレータの基
準電圧に比べて相対的に高く設定して、シェーディング
の無い良好な放射線画像を得るものである。

作　　　用 本発明の作用は一次元に配置された半導体放射線感応素
子に対応してその近傍にプリアンプの構成要素であるＦ
ＥＴ、帰還用抵抗を配置した一次元半導体放射線感応素
子の出力信号を増幅するプリアンプの増幅度を、前記−
次元半導体放射線感応素子の中央部に対応するプリアン
プの増幅度よりも周辺部に対応するプリアンプの増幅度
を相対的に低下させる事により各プリアンプからの出力
信号の大きさを等しくしてシェーディングの無い放射線
画像を得る。

また、−次元に配置された半導体放射線感応素子に対応
してその近傍にプリアンプの構成要素であるＦＥＴ、帰
還用抵抗を配置した一次元半導体放射線感応素子の出力
信号を二値化するコンパレータの基準電圧を、前記−次
元半導体放射線感応素子の周辺部に対応するコンパレー
タの基準電圧を、中央部に対応するコンパレータの基準
電圧よりも相対的に高くする事により各コンパレータか
らの出力パルス数を等しくしてシェーディングの無い放
射線画像を得る。

実施例 第１図は本発明による放射線受像装置の主要溝。

酸部を示す図である。

１は第６図に示しだ半導体放射線感応素子を一次元に配
列し、その近傍にＦＥＴ、帰還抵抗を配置したものであ
る。８は第５図２３に示したプリアンプ群、２６は信号
振幅調整回路群、９はコンパレータ群、１１はカウンタ
群、１２はメモリ、１３はＤ／Ａ変換器、１６はモニタ
ーテレビ、１４は計算機、１Ｑは基準電圧源である。１
のなかに含まれるＦＥＴ、帰還抵抗はプリアンプの構成
要素であるが説明の便宜上、別のプロツタとしている。

次に信号の流れを説明する。放射線の光子が、半導体放
射線感応素子に入射すると、半導体放射線感応素子は光
電変換作用により光電流を発生する、この−次元半導体
放射線感応素子１の出力信号をプリアンプ８に供給し、
任意のレベルに増幅する。増幅された信号を信号振幅調
整回路２５に供給し、振幅調整を行う。その信号をコン
パレータ９に供給し基準電圧源１０から供給される電圧
と比較して前記の信号を二値化する、二値化した信号を
カウンタ１１に供給し、ある計測時間内に照射される放
射線の光子の数を計量する。カウンタ１１により計量さ
れた光子数を表すデータば１ラインの走査が終了する毎
に、計算機１４かもの命令によりメモリ１２に書きこま
れる、メモリ１２に格納されたデータは計算機１４によ
り任意の画像処理が加えられ、Ｄ／Ａ変換器１３に供給
され映像信号に変換され、モニターテレビ１５に映出さ
れ画像として診断に供される。

信号振幅調整回路２６は第１図では端部の３個の半導体
放射線感応素子に対応するものについて設けているが、
全ての半導体放射線感応素子に対応させて設けてもよい
。

上記の構成の放射線受像装置の、半導体放射線感応素子
に均一な量の放射線が照射された場合、各コンパレータ
への入力信号のレベルが等しくなるように、信号振幅調
整回路２６のゲインを各々調整する。このようにすれば
各カウンタ出力のカウント数は全て等しくなる。但し、
ボアノン分布による統計誤差は除く。

信号振幅調整回路２５の構成は抵抗により構成されたア
ッテネータ、あるいは増幅回路でも良い。

増幅回路で構成する場合は、各半導体放射線感応素子に
対応させて増幅回路を設ける。

第２図に本発明による第２の実施例を示す。第２図は本
発明による放射線受像装置の主要構成部を示す図である
。

１は第６図に示した半導体放射線感応素子を一次元に配
列し、その近傍にＦＥＴ１帰還抵抗を配置したものであ
る。８は第５図２３に示したプリアンプ群、２６は基準
電圧源群、９はコンパレータ群、１１はカウンタ群、１
２はメモリ、１３はＤ／Ａ変換器、１５はモニターテレ
ビ、１４は計算機である。１のなかに含まれるＦＥＴ、
帰還抵抗はプリアンプの構成要素であるが説明の便宜上
、別のブロックとしている。

次に信号の流れを説明する。放射線の光子が、半導体放
射線感応素子に入射すると、半導体放射線感応素子は光
電変換作用により光電流を発生する、この−次元半導体
放射線感応素子１の出力信号をプリアンプ８に供給し、
任意のレベルに増幅する、増幅された信号をコンパレー
タ９に供給し基準電圧源群２６から供給される電圧と比
較して前記の信号を二値化する、二値化した信号をカウ
ンタ１１に供給し、ある計測時間内に照射される放射線
の光子の数を計量する、カウンタ１１により計量された
光子数を表すデータは１ラインの走査が終了する毎に、
計算機１４からの命令によりメモリ１２に書きこまれる
、メモリ１２に格納されたデータは計算機１４により任
意の画像処理が加えられ、Ｄ／Ａ変換器１３に供給され
映像信号に変換され、モニターテレビ１５に映出され画
像として診断に供される。

基準電圧源群２６は第１図では全ての半導体放射線感応
素子に対応するものについて設けているが、端部の数個
の放射線感応素子に対応させて独立させて設け、中央部
の半導体放射線感応素子については共通の基準電圧源か
ら基準電圧を供給してもよい。

上記の構成の放射線受像装置の、半導体放射線感応素子
に均一な量の放射線が照射された場合、各コンパレータ
への入力信号のレベルは端部で変化するが、端部の半導
体放射線感応素子に対応する各コンパレータの基準電圧
を調整し、コンパレータ出力信号がひとしくなるように
する。このようにすれば各カウンタ出力のカウント数は
全て等しくなる。但し、ボアノン分布による統計誤差は
除く。基準電圧源群２６の構成は抵抗により構成された
分圧器でもよい。

発明の効果 以上、本発明によれば、−次元に配列された半・！Ｉ体
放射線感応素子の隣接チャンネル間の容量の存在を要因
として発生する一次元半導体放射線感応素子の感度バラ
ツキによるシェーディングを除去することが出来るため
、良好な放射線画像を得る事ができる。また本発明を積
極的に応用すれば、半導体放射線感応素子の加工精度か
ら生じる感度バラツキも補正する事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による放射線受像装置の主要構成部を示
すブロック図、第２図は本発明による第２の実施例によ
る　　　　　　　　　放射線受像装置の主要構成部を示
すブロック図、第３図はＣｄＴｅ（テルル化カドミウム
、）の動作原理を示す図第４図は従来の放射線受像装置
の主要構成部を示すブロック図、第５図は半導体放射線
感応素子とプリアンプを示す回路図、第６図は一次元半
導体放射線感応素子、ＦＥＴ、帰還抵抗の配置を示す図
、第７図は第６図の等価回路図、第８図はＸ線のエネル
ギー特性を示す図である。 １・・・−次元半導体放射線感応素子群、８・・・−プ
リアンプ群、２５・・・信号振幅調整回路群、９−・・
・・・コンパレータＲ，，１１・・・・カウンタ群、１
２・・・メモリ群、２６・・・・・・基準電圧源群、１
０・・・・基準電圧源、１４　・・・・計算機、１３　
・・Ｄ／Ａ変換器、１５・・・・・モニターテレビ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 第３図 、３７ 第４図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数個の半導体放射線感応素子を一次元に配置し
   、各半導体放射線感応素子に対応させて一次元の端部の
   数個が一次元の中央部に比べて相対的に増幅度の小さい
   信号増幅回路を配置し、各半導体放射線感応素子に入射
   する放射線の光子数を計数することを特徴とする放射線
   受像装置。
2. （２）複数個の半導体放射線感応素子を一次元に配置し
   、各半導体放射線感応素子に対応させて一次元の端部の
   数個が一次元の中央部に比べて相対的に低い閾値電圧で
   二値化されてなり、各半導体放射線感応素子に入射する
   放射線の光子数を計数することを特徴とする放射線受像
   装置。