JP2004008460A - Ｘ線エネルギー分析イメージング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｘ線を照射して得られる測定出力からＸ線吸収特性の異なるいくつかの目的物のＸ線像を抽出して表示するＸ線エネルギー分析イメージング装置、特に冠状動脈造影など医療用検査に有効なＸ線エネルギー分析イメージング装置を提供する。
【解決手段】Ｘ線に対してエネルギー分解能を有するピクセルが配列され空間分解能を有するＸ線検出器１とＸ線発生装置４と記憶装置と演算処理装置２を備え、被写体５にＸ線を照射して撮影を行い、Ｘ線検出器１のピクセルごとの出力信号について所望のＸ線エネルギーにおける出力信号を選択してＸ線像化し表示装置３に表示する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新しい型式のＸ線撮影装置に関し、特に医療用検査装置として用いると効果があるＸ線撮影装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、医療用検査に用いられる普通のＸ線撮影装置は、Ｘ線に感度を有するピクセルを配設したＸ線検出器を備えて、白色Ｘ線を被写体に照射し、被写体を透過して各ピクセルに到達するＸ線の総量に対応するカウントの積算数を用いて、画像化するように構成されている。
このようなＸ線撮影装置では、身体組織ごとの吸収特性にかかわらず白色Ｘ線全体の透過量を検知するため、目的とする臓器などを明瞭に表示するようにしたコントラストの高いＸ線像を得ることが難しい。
【０００３】
そこで、白色Ｘ線を分光器で分光して、単色化したＸ線を用いて撮影することによりコントラストのあるＸ線像を取得することが考えられる。
しかし、簡便のため管球Ｘ線を用いる場合はＸ線が放射状に放出されるため、分光面を球面上に形成した分光器が必要となり、高度な製作技術と大きな費用のため、実用化が困難である。
また、放射光を用いてＸ線光源を平行光とすることもできるが、光源装置が非常に大型化するため装置全体が大規模化して実用的でない。
【０００４】
さらに、ヨウ素を造影剤として利用した冠状動脈造影など、造影剤Ｘ線吸収率がある波長を境に急激に変化することを利用し異なる波長の単色Ｘ線を用いて得られたＸ線像の差分から目的とする部分を際だたせて表示する方法を用いる場合は、波長を変えるたびに撮影するため時間がかかる上、Ｘ線エネルギーを変えて分光するようにするため分光器調整を行うため構造が複雑になる問題がある。
特に冠状動脈撮影の場合は、心臓が鼓動しているため異なる時刻に撮影したＸ線像の差分を取ると、位置がずれてしまい明瞭な動脈像を生成することができない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、Ｘ線を照射して得られる測定出力からＸ線吸収特性の異なるいくつかの目的物のＸ線像を抽出して表示するＸ線撮影装置、すなわちＸ線エネルギー分析イメージング装置、特に冠状動脈造影など医療用検査に有効なＸ線エネルギー分析イメージング装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のＸ線エネルギー分析イメージング装置は、Ｘ線に対してエネルギー分解能を有するピクセルが配列され空間分解能を有するＸ線検出器とＸ線発生装置と記憶装置と演算処理装置を備え、被写体にＸ線を照射して撮影を行い、Ｘ線検出器のピクセルごとの出力信号について所望のＸ線エネルギーにおける出力信号を選択してＸ線像化することを特徴とする。
本発明のイメージング装置によれば、一旦取得したＸ線潜像情報をＸ線エネルギーごとに分離して利用することができるため、全エネルギー成分に対するカウント数情報から特定エネルギーのＸ線に対するカウント数のみを抽出して画像化することにより、そのエネルギーのＸ線に対する吸収率が高いあるいは低い対象物が明瞭に浮き出してくる。
【０００７】
また、Ｘ線の単色化はデータ処理で行うため、管球からの白色Ｘ線を使用する場合でも複雑で高価な分光装置を必要とせず、実用性の高い装置を得ることができる。
本発明のイメージング装置は、いわゆるレントゲン撮影装置として内蔵組織を選択表示するために利用することができる。また、物質に特有な高吸収Ｘ線を利用することにより、荷物や人体内に隠匿した麻薬、あるいは爆薬や象牙などの禁制品の有無を検査することができる。
【０００８】
エネルギー分解能を有するＸ線検出素子は、たとえば素子にＸ線が入射するとＸ線のエネルギーに対応する電流を発生するものであってもよい。このような素子では、所定期間に観察される電流発生回数を電流の大きさに従って分類して積算することにより、透過Ｘ線のエネルギースペクトルを得ることができる。
上記のような特性を有する素子として、ゲルマニウムＧｅ、ヨウ化セシウムＣｓＩ、またアモルファスａ−Ｓｉシンチグラフィなどがある。さらに、テルル化カドミウムＣｄＴｅをショットキー電極として用いるＣｄＴｅダイオードは、高いバイアス電圧を印加できるため電荷収集時間を短縮することができ、また質量数が大きいためＸ線やガンマ線の吸収率が高いことなどから、高速応答性と高検出効率を有する優れた素子としてＸ線検出検出器に利用することができる。
【０００９】
Ｘ線検出器の出力を増幅器で増幅し、電流値で分類して頻度をカウントする。各検出素子ごとのカウント結果はＸ線エネルギーごとの入射頻度を表し、スペクトル化したデジタル情報として蓄積することができる。デジタル化した情報は演算処理装置の高速処理を経て、指定したＸ線エネルギーにおける各素子ごとのＸ線検出量を算定し、ピクセル配置に対応して平面展開することにより指定Ｘ線エネルギーにおけるＸ線透過状態を濃淡画像として表示することができる。
【００１０】
また、異なるＸ線エネルギー領域における出力信号の差分に基づいて画像化するようにしてもよい。
たとえばヨウ素造影剤を用いた冠状動脈造影では、ヨウ素のＫ吸収端の上と下の２個のエネルギーにおけるＸ線検出カウント数の差を算出すると、造影剤がない部分ではカウント数が余り変わらないので相殺されて値がゼロに近くなり、造影剤の存在する血管の部分は差が生じて値が大きくなる。したがって、Ｋ吸収端の上下におけるカウント数差に基づいて画像を生成すると、血管部分だけが表われた画像となり、診断に便利である。
通常の冠動脈造影でエネルギー差分を行おうとすると、異なる２波長の単色Ｘ線を照射する必要があるが、本発明の装置を用いると、白色Ｘ線を照射して得られた測定値から２つのエネルギーを選択して差分処理し画像を得るので、撮影は１度で済み、さらに同じときに形成されたＸ線像を用いるため鼓動に影響されずいつでも明瞭なＸ線像を生成することができる。
【００１１】
なお、エネルギー基準出力信号について検出器のＸ線エネルギーごとの感度に基づいて補正するようにしてもよい。
検出器はエネルギー検出特性に偏りがある。このような検出器の偏りは観察対象についての画面情報を乱すので、予め調べた検出器特性に基づいて出力信号を補正することにより実際の状態をより正確に表すことが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の１実施例に係るＸ線エネルギー分析イメージング装置のシステム図、図２は信号処理ブロック図、図３は物質の質量吸収係数のフォトンエネルギー依存性を表示したグラフである。
【００１３】
本実施例のＸ線エネルギー分析イメージング装置は、図１に示すように、Ｘ線検出器１と画像処理装置２と表示装置３から構成され、Ｘ線発生器４とＸ線検出器１の間に被写体５を置いて、Ｘ線を照射してＸ線検出器１で取得するＸ線潜像を画像処理装置２により画像処理して目的のＸ線像を生成して表示装置５に表示する。
Ｘ線発生器４は白色Ｘ線を発生する管球Ｘ線源を使用することができる。
Ｘ線検出器１は、エネルギー分解能を有するＸ線検出素子を面上に配列して形成したＸ線検出部１１を備える。
【００１４】
Ｘ線検出部１１は、たとえばテルル化カドミウムＣｄＴｅをピクセルとしてセラミック基板上にアレイ状に形成し、白金とインジウムの電極を用いてバイアス電圧を印加できるようにしたショットキー型の電流電圧特性を有するようにしたテルル化カドミウム半導体検出器を利用することができる。
たとえば、５０μｍ平方程度の大きさのテルル化カドミウム素子を縦横数１０ｍｍの基板上にアレイ状に形成することができる。このようにピクセルをアレイ配置したＸ線検出部１１は空間分解能を有する。なお、Ｘ線検出部１１に１次元のリニアアレイを用いて１次元走査して測定することもできる。
【００１５】
このような検出器では、半導体ピクセルにバイアス電圧を掛けて発生する電子正孔対のそれぞれを陽極陰極に引きつけ空乏層を形成しておいて、この空乏層にＸ線を吸収させるとＸ線のエネルギーに対応する数の電子正孔対が発生して電極間に電流が流れるので、電流の大きさから入射したＸ線のエネルギーを知ることができる。
電子正孔対の発生により生成する微細電流を増幅して電流値で分類して所定時間における電流値ごとの検出回数を計数すると、ピクセルごとに入射Ｘ線のエネルギースペクトラムを得ることができる。
【００１６】
Ｘ線発生器４からの白色Ｘ線を測定対象５に照射すると測定対象５を構成する部分ごとにエネルギー吸収率が異なるため、透過Ｘ線は強度がエネルギーごとに変成された状態になる。Ｘ線検出器１には、Ｘ線検出部１１のＸ線検出素子が感度を有するＸ線エネルギー領域にわたり受光Ｘ線の透過状態が潜像として形成され、エネルギー成分を指定して抽出することにより、そのエネルギー成分について透過Ｘ線強度にしたがったＸ線像を得ることができる。したがって、１回のＸ線撮影により得られた情報からＸ線吸収条件が異なる骨の画像と臓器の画像を別々に取り出すことができる。また、麻薬が吸収するＸ線エネルギー領域を切り出して画像に合成することにより、胃の中に隠した麻薬袋を像として検出することなども可能である。
なお、テルル化カドミウムは、高いバイアス電圧を印加でき、また質量数が大きくＸ線の吸収率が高いことなどから高速応答性と高検出効率を有し、Ｘ線検出検出器に有利に利用することができる。
【００１７】
検出信号を処理するため、図２に表示したように、Ｘ線検出器１には、Ｘ線検出部１１に加えて、各Ｘ線検出素子ごとに設けたプリアンプ１２とプリアンプの出力をさらに増幅する増幅器１３と増幅器の出力をデジタル化するＡ／Ｄ変換器１４とＡ／Ｄ変換器１４の出力を大きさごとに分類してその検出回数を計数する弁別計数器１５と、所定の期間受光したＸ線の弁別結果を積算して素子ごとのエネルギースペクトルを記憶する２次元メモリ１６を備える。
このようにして、２次元メモリ１６に蓄えられたピクセルごとのエネルギースペクトル情報は、画像処理装置２で処理して画像化される。
【００１８】
画像処理装置２は、波形整形器２１と３次元メモリ２２とエネルギー選択器２３と画像合成器２４と画像メモリ２５から構成される。
波形整形器２１は、２次元メモリ１６のエネルギースペクトル情報を取り込んで信号波形中のノイズやクロストーク成分を除去し、画像処理装置２内の３次元メモリ２２にピクセルごとに準備されたスペクトラム記憶領域に格納する。
エネルギー選択器２３は、３次元メモリ２２からピクセルごとのスペクトラム情報を引き出し、分析目的に従って決定されるエネルギーγに基づいて、ピクセルごとに対象位置におけるＸ線強度を切り出す。
【００１９】
画像合成器２４は、各ピクセルにおける指定のエネルギー成分の強度を濃淡度合いに変換して、ピクセルの空間的配置に対応する点の濃淡として表すことにより、濃淡画像を生成する。この濃淡画像は、そのエネルギー成分のＸ線のみを分光器や放射光などで選択して照射した場合に得られるＸ線透過像と同じものである。この方法は、単色Ｘ線部分のみを使用するものであるから、エネルギーに幅のあるＸ線を用いたときのＸ線像のように、目的とする画像が背景ノイズに埋もれて不鮮明になることがない。
このようにして生成した濃淡画像は画像メモリ２５を介して表示装置３に表示することができる。なお、必要に応じて印刷装置で印刷したり、他のコンピュータに転送して利用することもできる。
【００２０】
また、本実施例のＸ線エネルギー分析イメージング装置では、一旦取り込んだＸ線透過像の潜像を処理して、任意のエネルギーにおけるＸ線の透過像を生成するから、特に感度のよいエネルギー領域を選択して目的部位の像を鮮明化する場合や、アンジオグラフィーなどで異なる波長における画像を用いた演算により画像を形成する場合にも有効に使用することができる。
図３に示すように、骨や軟部組織のＸ線吸収率はＸ線エネルギーの変化に対してほぼ単純に減少するのに対して、たとえばヨウ素は３３．１７ｋｅＶの位置にいわゆるＫ吸収端を有し、Ｋ吸収端でＸ線の質量吸収係数が急激に増加する。
そこで、血管に造影剤としてヨウ素を注入し、ヨウ素のＫ吸収端より僅かに高い３４ｋｅＶから３５ｋｅＶのＸ線だけをカウントして画像化すると、周囲の組織と比較して血液のある部分がＸ線を強く吸収するので、血管を濃い影として検出することができる。
【００２１】
また、周囲の組織におけるＸ線吸収量はＫ吸収端の上下で余り変化がないため、Ｋ吸収端の上のたとえば３４ｋｅＶから３５ｋｅＶとＫ吸収端の下のたとえば３２ｋｅＶから３３ｋｅＶの２個の部分についてそれぞれピクセルへの入射Ｘ線量をカウントしカウント値の差分を取ると、軟部組織や骨に吸収されたＸ線が相殺され血管部分のみに差が現れて冠状動脈のコントラストの大きな鮮明な映像を得ることができる。この画像は、同じ時に取得されたエネルギーの異なるＸ線像から合成されたものであるから、心臓と一緒に激しく動いている冠状動脈を静止状態で検出するものである。
【００２２】
この装置は、また、金錯体光感受性物質を用いたガン診断などにそのまま応用することもできる。
本実施例の装置は、実質的に単色Ｘ線で測定した場合と同じＸ線透過像を得るので対象物の検出能力が向上する。さらに、Ｘ線単色化のために特殊な装置を使用しないためシステムを小型化することができ、また、エネルギーを変えて検査するきにも１度の撮影で済むので検査時間が短縮する利点がある。
【００２３】
なお、本実施例の装置において、Ｘ線検出器におけるＸ線エネルギーに応じた感度特性が変化する場合がある。また、Ｘ線発生器もエネルギー特性を有する。
本装置では、エネルギーにより感度の異なるＸ線像を潜像として一度に取得して、その潜像から異なるエネルギーにおけるＸ線像を抽出するため、抽出したＸ線像に実際の状態をより正確に表わさせるようにするためには、検出器や発生器のエネルギー特性にしたがって検出結果を補正することが好ましい。
なお、上記説明では、各部品をそれぞれＸ線検出器１と画像処理装置２に分配しているが、分配先は上記説明に限ったものではなく、また独立した部品として使用しても良いことはいうまでもない。さらにそれぞれの機能をパソコンなど汎用的な演算処理装置により統合して実行してもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明のＸ線エネルギー分析イメージング装置を用いることにより、１回の撮影で得られる測定出力からＸ線吸収特性の異なるいくつかの目的物のＸ線像を抽出して鮮明に表示することができる。本発明の装置は、麻薬や火薬の検査などに用いることができ、特に冠状動脈造影など医療用検査に有効に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に係るＸ線エネルギー分析イメージング装置のシステム図である。
【図２】本実施例における信号処理ブロック図である。
【図３】物質の質量吸収係数のフォトンエネルギー依存性を表示したグラフである。
【符号の説明】
１　Ｘ線検出器
２　画像処理装置
３　表示装置
４　Ｘ線発生器
５　被写体
１１　Ｘ線検出部
１２　プリアンプ
１３　増幅器
１４　Ａ／Ｄ変換器
１５　弁別計数器
１６　２次元メモリ
２１　波形整形器
２２　３次元メモリ
２３　エネルギー選択器
２４　画像合成器
２５　画像メモリ

Claims (6)

1. Ｘ線に対してエネルギー分解能を有するピクセルが配列され空間分解能を有するＸ線検出器とＸ線発生装置と記憶装置と演算処理装置を備え、該Ｘ線検出器の前に置いた被写体にＸ線を照射して撮影を行い、該Ｘ線検出器のピクセルごとのエネルギー基準出力信号を前記記憶装置に蓄積し、前記演算処理装置が該エネルギー基準出力信号について所望のＸ線エネルギーにおける出力信号を選択してＸ線像化することを特徴とするＸ線エネルギー分析イメージング装置。
2. 前記Ｘ線検出器は、透過するＸ線のエネルギーに対応する電流を発生する検出素子を用いて電流値ごとに発生頻度を算定することによりエネルギー分解を行うものであることを特徴とする請求項１記載のＸ線エネルギー分析イメージング装置。
3. 前記検出素子は、テルル化カドミウムダイオードを用いたものであることを特徴とする請求項２記載のＸ線エネルギー分析イメージング装置。
4. 前記出力信号はデジタル化して記憶され、前記演算処理装置はデジタル演算を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＸ線エネルギー分析イメージング装置。
5. 前記演算処理装置は、異なるエネルギー領域における出力信号の差分に基づいて画像化することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＸ線エネルギー分析イメージング装置。
6. 前記エネルギー基準出力信号について検出器のＸ線エネルギーごとの感度に基づいて補正することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のＸ線エネルギー分析イメージング装置。

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