KR20220075315A - 방사선 검출기 및 이를 포함한 방사선 촬상 장치 - Google Patents

방사선 검출기 및 이를 포함한 방사선 촬상 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20220075315A
KR20220075315A KR1020227008795A KR20227008795A KR20220075315A KR 20220075315 A KR20220075315 A KR 20220075315A KR 1020227008795 A KR1020227008795 A KR 1020227008795A KR 20227008795 A KR20227008795 A KR 20227008795A KR 20220075315 A KR20220075315 A KR 20220075315A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
image
radiation
intensity
radiation detector
energy
Prior art date
Application number
KR1020227008795A
Other languages
English (en)
Inventor
토루 아오키
카츠유키 타카기
코스케 키무라
아키후미 코이케
Original Assignee
고쿠리츠 다이가꾸 호우진 시즈오까 다이가꾸
안씬 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고쿠리츠 다이가꾸 호우진 시즈오까 다이가꾸, 안씬 가부시키가이샤 filed Critical 고쿠리츠 다이가꾸 호우진 시즈오까 다이가꾸
Publication of KR20220075315A publication Critical patent/KR20220075315A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/36—Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry
    • G01T1/365—Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry with ionisation detectors, e.g. proportional counter
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2985—In depth localisation, e.g. using positron emitters; Tomographic imaging (longitudinal and transverse section imaging; apparatus for radiation diagnosis sequentially in different planes, steroscopic radiation diagnosis)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • G01T1/247—Detector read-out circuitry
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computed tomography [CT]
    • A61B6/032—Transmission computed tomography [CT]
    • A61B6/035—Mechanical aspects of CT
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/17—Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • G01T1/241—Electrode arrangements, e.g. continuous or parallel strips or the like
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/36—Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T11/00—2D [Two Dimensional] image generation
    • G06T11/003—Reconstruction from projections, e.g. tomography
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/90—Determination of colour characteristics
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/42—Arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4208—Arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis characterised by using a particular type of detector
    • A61B6/4241—Arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis characterised by using a particular type of detector using energy resolving detectors, e.g. photon counting
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/48—Diagnostic techniques
    • A61B6/482—Diagnostic techniques involving multiple energy imaging

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Abstract

처리 부하 및 소비 전력을 낮게 하면서 강도 정보 및 에너지 정보를 제공하는 것을 목적으로 한다. 방사선 검출기(100)는, 피사체를 투과한 X선의 에너지에 대응하는 전하를 생성하는 복수의 화소(7d)가 2차원적으로 배열된 방사선 검출 소자(1), 및 복수의 화소(7d)의 각각에 의해 생성되는 전하에 근거한 투과 X선의 강도 신호를 출력하는 복수의 독출 회로(8a, 8b)가, 서로 적층되어 구성되어 있고, 복수의 독출 회로(8a, 8b) 중에서 솎아내진 일부의 독출 회로(8a)는, 전하에 근거해 투과 X선의 스펙트럼에 관한 스펙트럼 신호를 생성하고, 스펙트럼 신호를 출력한다.

Description

방사선 검출기 및 이를 포함한 방사선 촬상 장치
본 개시는, 방사선 검출기 및 이를 포함한 방사선 촬상 장치를 설명한다.
종래의 X선을 이용한 촬상 장치로서, 하기 특허문헌 1에 기재된 것처럼, X선 CT(Computed Tomography: 컴퓨터 단층촬영) 장치가 알려져 있다. 이 X선 CT 장치는, 2개 이상의 에너지 레벨로 피사체를 투과한 X선의 검출을 실시함으로써 물질 변별이 가능한 CT 화상을 재구성하는 기능(이하, 스펙트럴 CT(spectral CT)라고 칭한다)을 가진다. 스펙트럴 CT에 의하면, 선감약계수(線減弱係數)의 분포인 CT 화상 뿐만 아니라, 실효원자번호 등의 물성(物性) 데이터의 분포를 얻을 수 있다.
[특허문헌 1] 일본 특허공개 2020-99667호 공보
상기의 스펙트럴 CT 기능을 가지는 촬상 장치는, 통상의 CT 화상에 대해 물성 데이터의 분포를 색(色)에 매핑하여 중첩한 단면(斷面) 화상을 생성하는 것이 가능하다. 이러한 촬상 장치에서, 복수의 화소를 가지는 방사선 검출기를 갖추는 구성을 채용한 경우, 전체 화소로부터, CT 화상의 재구성에 이용되는 강도 정보와 2 이상의 에너지 레벨의 강도 정보(이하, 에너지 정보라고도 한다.)를 취득할 필요가 있다. 그 결과, 종래의 촬상 장치에서는, 처리 부하 및 소비 전력이 증대하는 경향이 있었다.
본 개시는, 처리 부하 및 소비 전력을 낮게 하면서 강도 정보 및 에너지 정보를 제공하는 것이 가능한 방사선 검출기 및 이를 포함한 방사선 촬상 장치를 설명한다.
본 개시의 일 형태인 방사선 검출기는, 피사체를 투과한 방사선의 에너지 혹은 입자의 수에 대응하는 전하를 생성하는 복수의 전하 생성 영역이 2차원적으로 배열된 전하 생성부, 및 복수의 전하 생성 영역의 각각에 의해 생성되는 전하에 근거한 방사선의 강도 신호를 출력하는 복수의 독출 회로가, 서로 적층되어 구성되어 있고, 복수의 독출 회로 중에서 솎아내진(thining) 일부의 독출 회로는, 전하에 근거해 방사선의 스펙트럼에 관한 스펙트럼 신호를 생성해, 스펙트럼 신호를 출력한다.
이 방사선 검출기에서, 전하 생성부의 복수의 전하 생성 영역에서 입사한 방사선의 에너지 혹은 입자의 수에 대응하는 전하가 생성되어, 각각의 전하 생성 영역에 대응하는 독출 회로에서, 전하에 근거한 방사선의 강도 정보가 출력된다. 이와 함께, 복수의 독출 회로 중에서 솎아내진 일부의 독출 회로에서, 전하에 근거한 방사선의 스펙트럼에 관한 스펙트럼 신호가 생성 및 출력된다. 이에 따라, 피사체의 상(像)의 강도 정보의 해상도를 유지하면서, 방사선 검출기가 출력하는 전하 생성 영역 마다의 에너지 정보를 삭감할 수 있다. 그 결과, 출력하는 피사체의 화상의 해상도를 유지하면서, 처리 부하 및 소비 전력을 저감할 수 있다.
일 형태에서, 일부의 독출 회로는, 해당 독출 회로에 대응하여 배치된 전하 생성 영역에서 생성된 전하에 근거해 스펙트럼 신호를 생성해도 무방하다. 이 경우, 복수의 전하 생성 영역 중에서 솎아내진 일부의 전하 생성 영역에서 생성된 전하에 근거하여, 각각의 전하 생성 영역에 입사하는 방사선의 스펙트럼에 관한 스펙트럼 신호가 생성 및 출력된다. 이에 따라, 처리 부하 및 소비 전력을 저감시키면서 강도 정보 및 에너지 정보를 출력할 수 있다.
일 형태에서, 일부의 독출 회로는, 해당 독출 회로에 대응하여 배치된 전하 생성 영역에서 생성된 전하와, 해당 전하 생성 영역의 소정 범위 내의 전하 생성 영역에서 생성된 전하에 근거하여, 스펙트럼 신호를 생성해도 무방하다. 이 경우, 복수의 전하 생성 영역 중 소정 범위 내에 포함되는 복수의 전하 생성 영역에서 생성된 전하에 근거하여, 소정 범위 내의 각각의 전하 생성 영역에 입사하는 방사선의 스펙트럼이 합쳐진 스펙트럼 신호가 생성 및 출력된다. 이에 따라, 처리 부하 및 소비 전력을 저감시키면서 강도 정보 및 에너지 정보를 출력할 수 있다.
일 형태에서, 일부의 독출 회로는, 스펙트럼 신호로서, 방사선의 에너지와 에너지에 대응하는 강도값과의 복수의 조합을 나타내는 데이터를 생성해도 무방하다. 이 구성에 의하면, 솎아내진 일부의 독출 회로 만으로부터 물성 데이터의 분포를 얻기 위한 에너지 정보를 효율적으로 출력할 수 있다. 그 결과, 처리 부하 및 소비 전력을 저감시키면서 강도 정보 및 에너지 정보를 출력할 수 있다.
본 개시의 다른 형태인 방사선 촬상 장치는, 상술한 방사선 검출기와, 방사선 검출기로부터 출력된 강도 신호 및 스펙트럼 신호를 기초로, 화상을 생성하는 프로세서를 갖춘다. 이 방사선 촬상 장치에 의하면, 처리 부하 및 소비 전력을 저감시키면서 강도 정보 및 에너지 정보를 기초로 한 화상 생성을 실현할 수 있다.
다른 형태에서, 프로세서는, 복수의 독출 회로로부터 출력된 강도 신호를 기초로 피사체의 상(像)을 나타내는 정보를 고해상도의 휘도 정보로서 생성하고, 일부의 독출 회로로부터 출력된 스펙트럼 신호를 기초로 피사체의 물성의 분포를 나타내는 정보를 저해상도의 색 정보로서 생성하고, 휘도 정보와 색 정보를 조합함으로써, 피사체의 컬러(color) 화상을 생성해도 무방하다. 이 구성에 의하면, 피사체의 섬세한 화상을, 물성 분포를 시인(視認) 가능한 상태로 효율적으로 생성할 수 있다.
다른 형태에서, 프로세서는, 방사선 검출기로부터 출력된 강도 신호 및 스펙트럼 신호를 기초로 CT 화상을 재구성하는 기능을 가지는 것이어도 무방하다. 이러한 구성에서는, 처리 부하 및 소비 전력이 저감된 스펙트럴 CT를 실현할 수 있다.
본 개시의 방사선 검출기 및 방사선 촬상 장치는, 처리 부하 및 소비 전력을 낮게 하면서 강도 정보 및 에너지 정보를 제공할 수 있다.
[도 1] 도 1은, 실시 형태에 따른 방사선 검출기(100)를 나타내는 사시도이다.
[도 2] 도 2는, 도 1의 방사선 검출 소자(1)의 단면도이다.
[도 3] 도 3은, 실시 형태에 따른 방사선 촬상 장치(200)의 구성을 도시한 블록도이다.
[도 4] 도 4는, 도 3의 프로세서(9)의 기능 구성의 일례를 도시한 블록도이다.
[도 5] 도 5는, 프로세서(9)에 의해 처리된 화상의 일례를 도시한 도면이다.
[도 6] 도 6은, 프로세서(9)에 의해 처리된 화상의 일례를 도시한 도면이다.
[도 7] 도 7은, 변형 예에서의 방사선 검출 소자(1)의 단면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 개시의 방사선 검출기 및 방사선 촬상 장치를 상세히 설명한다. 도면의 설명에서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
도 1에 도시한 실시 형태에 따른 방사선 검출기(100)는, 피사체를 투과해 도달하는 방사선에 근거한 단면 화상을 얻기 위한 장치이다. 방사선은, 예를 들면, 감마선, X선, 알파선, 베타선 등일 수 있지만, 본 실시 형태에서는 X선이다. 방사선 검출기(100)는, 방사선 검출 소자(1)와, 처리부(2)와, 제어부(3)를 가진다.
방사선 검출 소자(1)는, 구형(矩形) 판상의 독출 회로 기판(8)과, 그 독출 회로 기판(8) 상에 적층된 구형 판상의 검출 소자 기판(전하 생성부)(7)을 가지고 있다. 검출 소자 기판(7)은, 피사체를 투과해 입사한 X선의 에너지에 대응하는 전하를 생성하는 재료로 이루어진 기판이다. 단, 검출 소자 기판(7)은, 방사선으로서 입자선을 검출 대상으로 하는 경우에는, 방사선의 입자의 수에 대응하는 전하를 생성하는 재료로 이루어진다. 검출 소자 기판(7)은, 복수의 화소를 가지고, 화소마다 입사한 X선에 의해 전자정공쌍(Electron Hole Pair)(전하쌍)을 생성한다. 이 검출 소자 기판(7)으로는, 예를 들면, Cd(Zn)Te전하 생성기, Si전하 생성기, Ge전하 생성기, GaAs전하 생성기, GaN전하 생성기, TlBr전하 생성기 등을 이용해도 무방하다. 또, 검출 소자 기판(7)으로서, 화소마다, 신틸레이터와 광 검출기를 갖춘 장치를 이용해도 무방하다. 신틸레이터는, X선을 광으로 변환한다. 광 검출기는, 신틸레이터가 생성한 광을 전하로 변환한다. 독출 회로 기판(8)은, 검출 소자 기판(7)에 의해 각 화소마다 생성되는 전하에 근거한 신호를 생성 및 출력하는 회로군(回路群)을 내장하는 기판이다.
도 2는, 방사선 검출 소자(1)의 단면도이다. 이와 같이, 검출 소자 기판(7)은, 구형 평판상의 CdTe 등의 화합물 반도체로 이루어진 검출 소자(7a)와, 표면전극(7b), 및 복수의 범프전극(7c)을 포함한다. 검출 소자(7a)의 방사선 입사측의 표면 전체에 표면전극(7b)이 형성되어 있다. 검출 소자(7a)의 이면(裏面)에는, 2차원적으로 배열된 돌기상의 전극인 범프전극(7c)이 형성되어 있다. 이러한 구조의 검출 소자 기판(7)에서는, 범프전극(7c)에 대향하는 검출 소자(7a)의 복수의 영역의 각각이 화소(전하 생성 영역)(7d)를 형성한다. 방사선 검출기(100)의 사용시에는, 외부로부터 표면전극(7b)에 정(正)의 바이어스 전압이 인가된다. 이에 따라, 검출 소자(7a)의 각 화소(7d)에서 입사한 X선의 에너지에 대응한 전하가 전류 신호로서 생성되고, 각각에 대응하는 범프전극(7c)으로부터 독출 회로 기판(8)에 전류 신호가 꺼내진다. 예를 들면, 범프전극(7c)은 검출 소자(7a)의 이면에 96개×96개로 2차원적으로 배열된다. 이러한 구성에서는, 방사선 검출 소자(1)는 96개×96개로 2차원적으로 배열된 화소(7d)를 가지게 된다.
독출 회로 기판(8)은, 검출 소자 기판(7)의 이면측에서 범프전극(7c)에 접합된 상태로 배치되어 있다. 이 독출 회로 기판(8)에는, 검출 소자 기판(7)의 복수의 화소(7d)에 대향하는 위치에 배치된 복수의 독출 회로(8a, 8b)가 내장되어 있다. 복수의 독출 회로(8a, 8b)의 각각은, 검출 소자 기판(7)의 복수의 화소(7d)에 대해서 범프전극(7c)을 통해 전기적으로 접속되어 있다. 이들 복수의 독출 회로(8a, 8b)는, 복수의 화소(7d)에 대향하는 위치에 설치되고, 독출 회로(8a)는, 복수의 화소(7d) 중에서 2차원의 각각의 배열 방향에 있어서 3개 간격으로 솎아내진 화소(7d)에 대향하는 위치에 설치되고, 독출 회로(8b)는, 상기 솎아내진 화소(7d) 이외의 화소(7d)에 대향하는 위치에 설치된다. 즉, 독출 회로(8a)는, 검출 소자 기판(7)의 전체 화소(7d)에 대향하는 복수의 독출 회로(8a, 8b) 중에서 솎아내진 일부의 독출 회로를 의미하고 있다. 덧붙여, 본 실시 형태에서는, 3개 간격으로 솎아내진 화소(7d)마다 독출 회로(8a)가 설치되고 있지만, 이 솎아낸 정도는, 8개 간격, 16개 간격, 32개 간격 등으로 적절히 변경되어도 무방하다.
독출 회로(8b)는, 검출 소자 기판(7)의 각 화소(7d)가 생성한 전하를 처리한다. 상세하게는, 독출 회로(8b)는, 그 독출 회로(8b)에 대향하는 화소(7d)가 출력하는 전류 신호를 기초로, 전류 신호를 어느 일정 기간 축적해 X선의 강도 신호를 생성한다. 그리고, 독출 회로(8b)는, 화소(7d)마다의 강도 신호를 후술하는 처리부(2)에 출력한다. 독출 회로(8b)가 출력하는 화소(7d)마다의 강도 신호는, 각 화소(7d)에 입사한 X선의 강도를 나타내는 신호이다.
독출 회로(8a)는, 검출 소자 기판(7)의 전체 화소(7d)로부터 솎아내진 화소(7d)가 생성한 전하를 처리한다. 즉, 독출 회로(8a)는, 다중 파고 분석기(Multi Channel　Analyzer: MCA)를 포함하고, 그 독출 회로(8a)에 대응하는 화소(7d)가 출력하는 전류 신호를 펄스 신호로서 계수하고, 그 펄스 신호의 높이를 X선 광자의 에너지로서 검출하여, 에너지 마다의 계수치(강도값)를 기록한다. 그리고, 독출 회로(8a)는, X선 광자의 에너지의 값과 그 에너지의 계수치(강도값)와의 복수의 조합을 나타내는 데이터를, 입사한 X선의 스펙트럼을 나타내는 스펙트럼 신호로서 생성한다. 그리고, 독출 회로(8a)는, 화소(7d)마다의 스펙트럼 신호를 후술하는 처리부(2)에 출력한다. 여기서, 독출 회로(8a)는, 대응하는 화소(7d)마다의 스펙트럼 신호에 더하여, 독출 회로(8b)와 마찬가지로 화소(7d)마다의 강도 신호를 생성 및 출력하는 기능을 가지고 있어도 무방하다. 덧붙여, 독출 회로(8a)는, 스펙트럼 신호를 생성하는 기능을 가지기 때문에, 독출 회로(8b)와 비교해 독출 회로 기판(8) 내에 점유하는 회로 규모가 크게 되어 있다.
도 1로 돌아와서, 처리부(2)는, 배선부(4)를 통해 독출 회로 기판(8)의 각각의 독출 회로(8a, 8b)에 접속되어 있다. 처리부(2)는, 각각의 독출 회로(8a, 8b)로부터, 화소마다의 강도 신호 및 스펙트럼 신호를 수취한다. 예를 들면, 처리부(2)는, 독출 회로(8b)로부터 화소마다의 강도 신호를 순차적으로 수취하고, 독출 회로(8a)로부터 솎아내진 화소마다의 스펙트럼 신호를 수취하고, 수취한 화소마다의 강도 신호 및 스펙트럼 신호를 외부에 출력한다.
제어부(3)는, 배선부(6)를 통해 독출 회로 기판(8)의 각각의 독출 회로(8a, 8b)에 접속되어 있다. 제어부(3)는, 복수의 독출 회로(8a, 8b)에서의, 전하의 검출 타이밍, 강도 신호와 스펙트럼 신호의 생성 타이밍, 및 이들의 출력 타이밍을 제어하는 제어 신호를, 복수의 독출 회로(8a, 8b)에 제공한다. 예를 들면, 제어부(3)는, 외부에서의 X선의 조사(照射) 타이밍에 동기시켜 전하의 검출 타이밍을 설정하도록 제어 신호를 제공하고, 그 후, 검출 소자 기판(7)의 각 화소(7d)로부터 순차적으로 강도 신호 및 스펙트럼 신호를 출력하도록 제어 신호를 제공한다.
도 3은, 실시 형태에 따른 방사선 촬상 장치(200)의 구성을 도시한 블록도이다. 방사선 촬상 장치(200)는, 상술한 방사선 검출기(100)와, 프로세서(9)를 갖춘다. 프로세서(9)는, 방사선 검출기(100)로부터 출력된 각 화소의 강도 신호 및 각 화소의 스펙트럼 신호를 처리해 피사체의 단면 화상을 생성 및 출력한다. 프로세서(9)는, 유선 통신 혹은 무선 통신에 의한 네트워크를 통해 방사선 검출기(100)의 처리부(2)로부터, 강도 신호 및 스펙트럼 신호를 수신한다.
프로세서(9)는, 오퍼레이팅 시스템, 어플리케이션·프로그램 등을 실행하는 CPU(Central　Processing　Unit)와, ROM 및 RAM으로 구성되는 주기억장치와, 하드디스크, 플래쉬 메모리 등으로 구성되는 보조기억장치와, 네트워크 카드 또는 무선 통신 모듈로 구성되는 통신 제어 장치와, 키보드, 마우스, 터치 패널 등의 입력 장치와, 모니터, 터치패널 디스플레이 등의 출력 장치를 갖춘다. 프로세서(9)의 각 기능 요소는, CPU 또는 주기억장치 상에 미리 정해진 프로그램을 읽어들이게 해서 CPU에 그 프로그램을 실행시키는 것으로 실현된다. CPU는 그 프로그램에 따라, 통신 제어 장치, 입력 장치, 또는 출력 장치를 동작시켜, 주기억장치 또는 보조기억장치에서의 데이터의 독출(Read-out) 및 기입(write-in)을 실시한다. 처리에 필요한 데이터 또는 데이터베이스는 주기억장치 또는 보조기억장치 내에 저장된다.
도 4는, 프로세서(9)의 기능 구성의 일례를 도시한 블록도이다. 프로세서(9)는, 기능 요소로서, 강도 화상 생성부(11), 에너지 화상 생성부(12), CT 화상 생성부(13) 및 화상 중첩부(14)를 갖춘다.
강도 화상 생성부(11)는, 방사선 검출기(100)로부터 출력된 각 화소의 강도 신호 및 각 화소의 스펙트럼 신호를 이용하여, 피사체에서의 X선의 투과상(透過像)의 강도 분포를 나타내는 고해상도의 강도 화상을 생성한다. 즉, 강도 화상 생성부(11)는, 각 화상의 강도 신호 및 스펙트럼 신호를, 강도 화상의 각 화소의 화소값으로 변환한다. 여기서, 강도 화상 생성부(11)는, 독출 회로(8a)에 대응하는 화소에 대해 스펙트럼 신호 만을 취득하는 경우에는, 그 스펙트럼 신호를 기초로, 복수의 에너지 마다의 강도값을 모든 에너지에 걸쳐 적분함으로써, 대응하는 화소의 강도값으로 변환한다.
에너지 화상 생성부(12)는, 방사선 검출기(100)로부터 출력된 솎아내진 각 화소의 스펙트럼 신호를 이용하여, 피사체에서의 소정의 에너지 대역의 X선의 투과상(透過像)의 강도 분포를 나타내는 저해상도의 에너지 화상을, 복수의 에너지 대역에 대해 생성한다. 본 실시 형태에서는, CT 화상 생성부(13)가 듀얼에너지CT(Dual Energy　Computed　Tomography: DECT) 방식에 의해 2 종류의 에너지 정보를 취득하기 때문에, 2 종류의 에너지 대역(예를 들면, 25keV와 65keV의 에너지 대역)의 에너지 화상을 생성한다. 여기서, 에너지 화상 생성부(12)는, 독출 회로(8a)에 대응하는 화소의 스펙트럼 신호를 기초로, 2개의 에너지 대역의 각각에 대해, 강도값을 적분함으로써, 에너지 화상의 화소의 강도값으로 변환한다.
CT 화상 생성부(13)는, 강도 화상 생성부(11)에 의해 생성된 고해상도의 강도 화상을, 피사체에 대한 X선의 다양한 조사 방향에 대해서 취득해, 다양한 조사 방향에서의 강도 화상을 해석하는 것으로, 피사체의 소정 단층면에서의 고해상도의 선감약계수의 분포를 나타내는 CT 화상을 생성한다. 이때, CT 화상 생성부(13)는, CT 화상의 생성시에 이용하는 화상 재구성의 방식으로서, 2차원 푸리에 변환법, 필터 보정 역투영법, 연차 근사법 등을 채용할 수 있다.
또, CT 화상 생성부(13)는, 에너지 화상 생성부(12)에 의해 생성된 복수 종류의 에너지 대역의 저해상도의 에너지 화상을, 다양한 조사 방향에 대해 취득해, 이들 저해상도의 에너지 화상을 해석하는 것으로, 피사체의 소정 단층면에서의 복수 종류의 에너지 대역의 저해상도의 CT 화상을 생성한다. 이때, CT 화상 생성부(13)는, CT 화상의 생성시에 이용하는 화상 재구성의 방식으로서, 상술한 방식을 채용할 수 있다.
또, CT 화상 생성부(13)는, 복수 종류의 에너지 대역의 저해상도의 CT 화상을 기초로, 피사체의 단층면에서의 물성의 분포를 나타내는 물성 분포 화상을 생성한다. 예를 들면, CT 화상 생성부(13)는, 듀얼에너지CT 방식이 채용되는 경우에는, 선감약계수(μ), 에너지값(E), 전자밀도(ρ), 원자번호(Z), 광전흡수 감약계수(F), 및 산란 감약계수(G)의 관계를 나타내는 하기 식；
μ = ρ[Z4F(E, Z)+G(E, Z)]
의 관계를 이용하여, 2개의 에너지 대역의 CT 화상이 나타내는 선감약계수를 기초로, 실효원자번호(Z) 및 전자밀도(ρ)를, 각 화소마다 산출한다. 여기서, 광전흡수 감약계수(F) 및 산란 감약계수(G)는, 에너지값(E) 및 원자번호(Z)를 인수로 한 기지(旣知)의 함수(예를 들면, 매핑 테이블)이며, 미리 프로세서(9) 내에 기억된다. 그리고, CT 화상 생성부(13)는, 산출한 각 화소마다의 실효원자번호(Z) 혹은 전자밀도(ρ)를 할당함으로써, 저해상도의 실효원자번호(Z) 혹은 전자밀도(ρ)의 분포를 나타내는 물성 분포 화상을 생성한다.
화상 중첩부(14)는, CT 화상 생성부(13)에 의해 생성된 고해상도의 CT 화상의 각 화소값을 출력 화상의 휘도 정보로 설정하고, CT 화상 생성부(13)에 의해 생성된 저해상도의 물성 분포 화상의 각 화소값을 출력 화상의 색 정보로 설정하고, 각 화소마다 휘도 정보와 색 정보를 조합함으로써, 컬러 화상인 출력 화상을 생성한다. 이에 따라, 화상 중첩부(14)는, 피사체의 소정 단층면에서의 선감약계수의 분포와, 소정 단층면에서의 물성치의 분포를, 동시에 시인 가능하게 출력할 수 있다. 이러한 출력 화상에서, 고해상도의 흑백 화상에 저해상도의 컬러의 그리드(선 혹은 점)를 겹침으로써, 시인자에 대해서 눈의 착각에 의해, 고해상도의 컬러 화상으로 인식시킬 수 있다.
도 5 및 도 6에는, 뼈와 혈관을 본뜬 모델을 피사체로 하여 프로세서(9)에 의해 처리된 화상의 일례를 나타낸다. 도 5에서, 화상(G1)은 25keV 에너지 대역의 저해상도의 CT 화상을 나타내고, 화상(G2)은 65keV 에너지 대역의 저해상도의 CT 화상을 나타내고, 화상(G3)은 화상(G1) 및 화상(G2)을 기초로 생성된 실효원자번호의 물성 분포 화상을 나타내고, 화상(G4)은 화상(G1) 및 화상(G2)을 기초로 생성된 전자밀도의 물성 분포 화상을 나타낸다. 도 6에서, 화상(G5)은 스펙트럼 신호가 화소 8개 간격으로 솎아내진 경우에서의 전자밀도의 물성 분포 화상을 나타내고, 화상(G6)은 화상(G5)이 중첩된 출력 화상을 나타내고, 화상(G7)은 스펙트럼 신호가 화소 16개 간격으로 솎아내진 경우에서의 전자밀도의 물성 분포 화상을 나타내고, 화상(G8)은 화상(G7)이 중첩된 출력 화상을 나타내고, 화상(G9)은 스펙트럼 신호가 화소 32개 간격으로 솎아내진 경우에서의 전자밀도의 물성 분포 화상을 나타내고, 화상(G10)은 화상(G9)이 중첩된 출력 화상을 나타낸다. 이러한 결과로부터, 솎아낸 정도가 8개 간격 및 16개 간격인 경우에는 전자밀도의 분포가 출력 화상에 명확하게 나타나고 있어, 물성 분포를 시인 가능하게 표시할 수 있다는 것을 알 수 있다.
이상 설명한 방사선 검출기(100)에 있어서, 검출 소자 기판(7)의 복수의 화소(7d)에서 입사한 X선의 에너지에 대응하는 전하가 생성되고, 각각의 화소(7d)에 대응하는 독출 회로(8a, 8b)에서, 전하에 근거한 투과 X선의 강도 분포를 나타내는 강도 신호가 출력된다. 이와 함께, 복수의 독출 회로(8a, 8b) 중에서 솎아내진 일부의 독출 회로(8a)에서, 전하에 근거한 투과 X선의 스펙트럼에 관한 스펙트럼 신호가 생성 및 출력된다. 이에 따라, 피사체의 투과 X선 상(像)의 강도 정보의 해상도를 유지하면서, 방사선 검출기(100)가 출력하는 화소(7d)마다의 에너지 정보를 삭감할 수 있다. 그 결과, 출력하는 피사체의 화상의 해상도를 유지하면서, 처리 부하 및 소비 전력을 저감할 수 있다.
본 실시 형태에서, 일부의 독출 회로(8a)는, 해당 독출 회로(8a)에 대응하여 배치된 화소(7d)에서 생성된 전하에 근거해 스펙트럼 신호를 생성하고 있다. 이 경우, 복수의 화소(7d) 중에서 솎아내진 일부의 화소(7d)에서 생성된 전하에 근거하여, 각각의 화소(7d)에 입사하는 투과 X선의 스펙트럼에 관한 스펙트럼 신호가 생성 및 출력된다. 이에 따라, 처리 부하 및 소비 전력을 저감시키면서 강도 정보 및 에너지 정보를 출력할 수 있다.
본 실시 형태에서, 일부의 독출 회로(8a)는, 스펙트럼 신호로서, 투과 X선의 에너지와 에너지에 대응하는 강도값과의 복수의 조합을 나타내는 데이터를 생성한다. 이 구성에 의하면, 솎아내진 일부의 독출 회로(8a) 만으로부터 물성 데이터의 분포를 얻기 위한 에너지 정보를 효율적으로 출력할 수 있다. 그 결과, 처리 부하 및 소비 전력을 저감시키면서 강도 정보 및 에너지 정보를 출력할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 방사선 촬상 장치(200)에 의하면, 상술한 방사선 검출기(100)가 갖춰져 있으므로, 처리 부하 및 소비 전력을 저감시키면서 강도 정보 및 에너지 정보를 기초로 한 화상 생성을 실현할 수 있다.
특히, 방사선 촬상 장치(200)에 갖춰진 프로세서(9)는, 복수의 독출 회로(8a, 8b)로부터 출력된 강도 신호를 기초로 피사체의 X선 투과상(透過像)을 나타내는 정보를 고해상도의 휘도 정보로서 생성하고, 일부의 독출 회로(8a)로부터 출력된 스펙트럼 신호를 기초로 피사체의 물성의 분포를 나타내는 정보를 저해상도의 색 정보로서 생성하고, 휘도 정보와 색 정보를 조합함으로써, 피사체의 컬러 화상을 생성하고 있다. 이 구성에 의하면, 피사체의 섬세한 CT 화상을, 물성 분포를 동시에 시인 가능한 상태로 효율적으로 생성할 수 있다.
또, 본 실시 형태에서, 프로세서(9)는, 방사선 검출기(100)로부터 출력된 강도 신호 및 스펙트럼 신호를 기초로 CT 화상을 재구성하는 기능을 가지는 것이어도 무방하다. 이러한 구성에서는, 처리 부하 및 소비 전력이 저감된 스펙트럴 CT를 실현할 수 있다.
본 개시의 방사선 검출기는, 전술한 실시 형태로 한정되지 않는다. 본 개시의 방사선 검출기는, 청구항의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.
상술한 실시 형태에서의 방사선 검출기(100)에서의 화소 수 혹은 솎아낸 정도는 일례이며, 다양하게 변경되어도 무방하다.
또, 방사선 검출기(100)가 출력하는 데이터는, 방사선의 에너지에 대응하는 전하를 기초로 한 강도 신호 및 스펙트럼 신호로 한정되지는 않으며, 방사선 검출기(100)의 각 화소에 입사하는 방사선 입자의 수에 대응하는 전하를 기초로 한 신호여도 무방하다.
상술한 실시 형태에서의 방사선 검출기(100)의 독출 회로 기판(8)의 구성은, 도 7에 도시한 구성으로 변경되어도 무방하다. 도 7에 도시한 변형 예에서는, 독출 회로 기판(8) 내에 2차원 방향으로 인접하는 소정 범위 내의 독출 회로(8a)에 접속되는 복수의 독출 회로(8c)가 더 설치된다. 독출 회로(8c)는, 1개의 독출 회로(8a)에 대향해서 설치된 화소(7d)에 의해 생성된 전하에 근거한 스펙트럼 신호와, 그 화소(7d)의 소정의 범위 내의 화소(7d)에 대향하는 1 이상의 독출 회로(8a)에 의해 생성된 스펙트럼 신호를 합쳐서, 1개의 스펙트럼 신호를 생성 및 출력한다(비닝(binning) 처리를 실시한다). 예를 들면, 독출 회로(8c)는, 복수의 스펙트럼 신호를 1개의 신호로 합칠 때, 에너지 마다의 강도값을 합산하거나 혹은 평균화함으로써 실시한다.
본 변형 예에 의하면, 복수의 화소(7d) 중 소정 범위 내에 포함되는 복수의 화소(7d)에서 생성된 전하에 근거하여, 소정 범위 내의 각각의 화소(7d)에 입사하는 투과 X선의 스펙트럼이 합쳐진 스펙트럼 신호가, 생성 및 출력된다. 이에 따라, 처리 부하 및 소비 전력을 저감시키면서 강도 정보 및 에너지 정보를 출력할 수 있다.
또, 상기 변형 예에서는, 방사선 검출 소자(1)의 화소(7d)에 대향하는 모든 독출 회로가 스펙트럼 신호를 생성하는 기능을 가지고, 복수의 독출 회로(8c)가 소정 범위 내의 독출 회로로부터 출력된 스펙트럼 신호를 대상으로 비닝 처리를 실시해도 무방하다.
100 … 방사선 검출기,
200 … 방사선 촬상 장치,
7 … 검출 소자 기판(전하 생성부),
7d … 화소(전하 생성 영역),
8 … 독출 회로 기판,
8a, 8b, 8c … 독출 회로,
9 … 프로세서.

Claims (7)

  1. 피사체를 투과한 방사선의 에너지 혹은 입자의 수에 대응하는 전하를 생성하는 복수의 전하 생성 영역이 2차원적으로 배열된 전하 생성부, 및 상기 복수의 전하 생성 영역의 각각에 의해 생성되는 상기 전하에 근거한 상기 방사선의 강도 신호를 출력하는 복수의 독출 회로가, 서로 적층되어 구성되어 있고,
    상기 복수의 독출 회로 중에서 솎아내진 일부의 독출 회로는, 상기 전하에 근거해 상기 방사선의 스펙트럼에 관한 스펙트럼 신호를 생성하고, 상기 스펙트럼 신호를 출력하는,
    방사선 검출기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 일부의 독출 회로는, 해당 독출 회로에 대응하여 배치된 상기 전하 생성 영역에서 생성된 상기 전하에 근거해 상기 스펙트럼 신호를 생성하는,
    방사선 검출기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 일부의 독출 회로는, 해당 독출 회로에 대응하여 배치된 상기 전하 생성 영역에서 생성된 상기 전하와, 해당 전하 생성 영역의 소정 범위 내의 상기 전하 생성 영역에서 생성된 상기 전하에 근거하여, 상기 스펙트럼 신호를 생성하는,
    방사선 검출기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 일부의 독출 회로는, 상기 스펙트럼 신호로서, 상기 방사선의 에너지와 상기 에너지에 대응하는 강도값과의 복수의 조합을 나타내는 데이터를 생성하는,
    방사선 검출기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 방사선 검출기와,
    상기 방사선 검출기로부터 출력된 상기 강도 신호 및 상기 스펙트럼 신호를 기초로, 화상을 생성하는 프로세서
    를 갖추는 방사선 촬상 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 복수의 독출 회로로부터 출력된 상기 강도 신호를 기초로 상기 피사체의 상(像)을 나타내는 정보를 고해상도의 휘도 정보로서 생성하고,
    상기 일부의 독출 회로로부터 출력된 상기 스펙트럼 신호를 기초로 상기 피사체의 물성의 분포를 나타내는 정보를 저해상도의 색 정보로서 생성하고,
    상기 휘도 정보와 상기 색 정보를 조합함으로써, 상기 피사체의 컬러 화상을 생성하는,
    방사선 촬상 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 방사선 검출기로부터 출력된 상기 강도 신호 및 상기 스펙트럼 신호를 기초로 CT 화상을 재구성하는 기능을 가지는,
    방사선 촬상 장치.
KR1020227008795A 2020-11-24 2020-11-24 방사선 검출기 및 이를 포함한 방사선 촬상 장치 KR20220075315A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/043669 WO2022113170A1 (ja) 2020-11-24 2020-11-24 放射線検出器及びそれを含む放射線撮像装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220075315A true KR20220075315A (ko) 2022-06-08

Family

ID=81754109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227008795A KR20220075315A (ko) 2020-11-24 2020-11-24 방사선 검출기 및 이를 포함한 방사선 촬상 장치

Country Status (7)

Country Link
US (1) US12111431B2 (ko)
EP (1) EP4071519A4 (ko)
JP (1) JP7201195B2 (ko)
KR (1) KR20220075315A (ko)
CN (1) CN114868042A (ko)
TW (1) TWI806202B (ko)
WO (1) WO2022113170A1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020099667A (ja) 2018-12-21 2020-07-02 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 Ｘ線ｃｔシステム及び方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11128214A (ja) * 1997-10-30 1999-05-18 Shimadzu Corp Ｘ線診断装置
US7829860B2 (en) * 2006-10-31 2010-11-09 Dxray, Inc. Photon counting imaging detector system
KR101871361B1 (ko) * 2011-11-01 2018-08-03 삼성전자주식회사 고해상도 및 고대조도 영상을 동시에 생성하기 위한 광자 계수 검출 장치 및 방법
JP5981273B2 (ja) * 2012-08-30 2016-08-31 東芝メディカルシステムズ株式会社 Ｘ線コンピュータ断層撮影装置
US9724056B2 (en) * 2013-11-28 2017-08-08 Toshiba Medical Systems Corporation Method and system for spectral computed tomography (CT) with inner ring geometry
JP6204992B2 (ja) 2013-11-19 2017-09-27 富士フイルム株式会社 放射線画像撮影装置、放射線画像撮影方法、及び放射線画像撮影プログラム
CN105361900B (zh) 2014-08-26 2019-01-22 北京纳米维景科技有限公司 静态实时ct成像系统及其成像控制方法
KR20190085740A (ko) * 2018-01-11 2019-07-19 삼성전자주식회사 단층 촬영 장치, 그 제어 방법, 및 컴퓨터 프로그램 제품
WO2020047839A1 (en) 2018-09-07 2020-03-12 Shenzhen Xpectvision Technology Co., Ltd. A radiation detector

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020099667A (ja) 2018-12-21 2020-07-02 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 Ｘ線ｃｔシステム及び方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW202225731A (zh) 2022-07-01
EP4071519A4 (en) 2023-09-20
JPWO2022113170A1 (ko) 2022-06-02
WO2022113170A1 (ja) 2022-06-02
TWI806202B (zh) 2023-06-21
EP4071519A1 (en) 2022-10-12
US12111431B2 (en) 2024-10-08
JP7201195B2 (ja) 2023-01-10
US20230341571A1 (en) 2023-10-26
CN114868042A (zh) 2022-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20140084912A (ko) 엑스선 영상 생성 모듈, 엑스선 촬영 장치 및 엑스선 영상 생성 방법
Hunt et al. Evaluation of the imaging properties of an amorphous selenium‐based flat panel detector for digital fluoroscopy
US11826186B2 (en) Image processing apparatus, image processing method, and program
US20140321603A1 (en) X-ray ct apparatus, image processing apparatus, and image processing method
US10236091B2 (en) Backscatter shields and methods of shielding
US20170238887A1 (en) System and method for a x-ray detector
US20120074329A1 (en) Digital x-ray detector with increased dynamic range
US6332015B1 (en) Radiographic diagnosis apparatus, radiographic diagnosis method, plate member, and position detecting method
US20200211238A1 (en) Image processing apparatus, image processing method, and program
US10713784B2 (en) Radiation imaging system, information processing apparatus for irradiation image, image processing method for radiation image, and program
US11350894B2 (en) Radiation imaging system for estimating thickness and mixing ratio of substances based on average pixel value and average radiation quantum energy value
US6912266B2 (en) X-ray diagnostic facility having a digital X-ray detector and a stray radiation grid
CN219810870U (zh) 多层x射线探测器
KR20220075315A (ko) 방사선 검출기 및 이를 포함한 방사선 촬상 장치
US10359520B2 (en) Radiation imaging system, signal processing apparatus, and signal processing method for radiographic image
CN116148288A (zh) 多层x射线探测器
US11756176B2 (en) Image processing apparatus and control method for same
Barber et al. Optimizing CdTe detectors and ASIC readouts for high-flux x-ray imaging
US12076178B2 (en) Device to correct backscatter in X-ray images
EP4307015A1 (en) Photon counting detector (pcd) apparatus and overlapping micro-pixel summing method
US20240016459A1 (en) Overlapping pixel summing scheme in the full size photon counting computed tomography (ct)
KR20200012119A (ko) 샌드위치 구조의 광계수 검출기를 이용한 골밀도 검사 센서
CN114488253A (zh) 放射线检测器及其使用方法和放射线检查装置
KR20140061175A (ko) 에너지 분할 직교센서 및 그의 x-선 영상검출장치
WO2011065079A1 (ja) 放射線画像撮影システムおよび放射線画像撮影装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal