[go: up one dir, main page]

JP4114717B2 - CT equipment - Google Patents

CT equipment Download PDF

Info

Publication number
JP4114717B2
JP4114717B2 JP2002233565A JP2002233565A JP4114717B2 JP 4114717 B2 JP4114717 B2 JP 4114717B2 JP 2002233565 A JP2002233565 A JP 2002233565A JP 2002233565 A JP2002233565 A JP 2002233565A JP 4114717 B2 JP4114717 B2 JP 4114717B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
energy
radiation
predetermined
counting
semiconductor elements
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP2002233565A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2004077132A (en
Inventor
雅樹 三澤
康弘 富田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hamamatsu Photonics KK
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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 Hamamatsu Photonics KK, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical Hamamatsu Photonics KK
Priority to JP2002233565A priority Critical patent/JP4114717B2/en
Publication of JP2004077132A publication Critical patent/JP2004077132A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4114717B2 publication Critical patent/JP4114717B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/42Arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis
    • A61B6/4208Arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis characterised by using a particular type of detector
    • A61B6/4241Arrangements for detecting radiation specially adapted for radiation diagnosis characterised by using a particular type of detector using energy resolving detectors, e.g. photon counting

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工業用非破壊検査、医療用検査に用いられるCT装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
このような分野の技術として、従来のCT(Computed Tomography)装置は、線源と、この線源から照射されて、被検体を透過するフォトンが入射することによって、そのフォトンの数とエネルギーの蓄積に応じた電荷を生成する半導体またはシンチレータと半導体の組み合わせを有する検出器を備えていた。そして、この検出器に蓄積された電荷の積分値に対応する信号を投影データとして用い、被検体の断層画像を再構成していた。このような方式は、電荷積分方式と呼ばれている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述の電荷積分方式によるCT装置では、すべてのエネルギー帯のフォトンによって半導体素子内に励起された電荷に基づく信号の積分値として投影データが生成される。したがって、電荷積分方式の検出器では、一旦積分された信号は、もとの入射エネルギー毎に分離することはできないので、フォトンエネルギーを利用した分析や可視化はできなかった。
【0004】
また、この投影データの中には、有用な情報となるプライマリフォトンによる成分の他に、低エネルギーの多重散乱フォトンとによる成分も含まれる。この低エネルギーの多重散乱フォトンは減衰が大きく、フォトンの透過距離が長くなると、被検体内部の密度分布が均一でも、減衰が大きく見えるビームハードニングといわれる現象が生じる。このように、ビームハードニングが生じた場合に生成される断層像にはアーチファクト(偽像)が発生するという問題点があった。
【0005】
このような問題点を解決するために、従来は、物理的にアルミや鉄のフィルタを検出器の前面に設置して、低エネルギーの多重散乱フォトンを除去する方法が採られてきた。しかし、このような物理フィルタは、有用な情報となるプライマリフォトン数も減少させてしまうという問題点があった。
【0006】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、検出器側に入射フォトンのエネルギーを識別できる機能を持たせ、入射フォトンのエネルギーを識別することによって生まれる新しい分析方法と可視化技術を有するCT装置を提供するとともに、物理的なフィルタを用いず、ビームハードニングによるアーチファクトがない被検体内部の画像を再構成できるCT装置を提供する。
【0007】
【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CT装置は、放射線を照射する放射線照射手段と、計測空間を挟んで上記放射線照射手段と対向して配置されると共に、上記計測空間を貫く所定の中心軸の軸方向と上記所定の中心軸を通過する放射線の照射方向とに垂直な方向に配列された複数の半導体素子と、上記複数の半導体素子それぞれに上記放射線に含まれるフォトンが入射する度に、当該入射するフォトンのエネルギーに応じた信号を出力する信号生成手段と、複数の所定の閾値に基づいて設定される範囲の波高をもつ上記信号の数を上記複数の半導体素子ごとに計数する計数手段とを有する検出手段と、上記計測空間におかれた被検体と、上記検出手段及び上記放射線照射手段との相対的な角度を、上記所定の中心軸を中心として所定角度ごとに変化させる回転手段と、上記計数手段によって計数される計数値に基づいて、上記被検体の断層画像の再構成を行う演算手段とを備え、放射線照射手段は、上記放射線として、連続したスペクトルを有するX線または各々異なるエネルギーを有する複数の単色エネルギー放射線を照射し、上記被検体は、密度及び元素の少なくとも一方が異なる第1及び第2の物質を少なくとも含んでおり、計数手段は、複数の所定の閾値のうち、上記放射線に含まれる第1のエネルギーのフォトンを選択的に検出するように予め定められた2つの所定の閾値の間に波高をもつ信号の数と、複数の所定の閾値のうち、上記2つの所定の閾値とは異なっており、上記放射線に含まれる第2のエネルギーのフォトンを選択的に検出するように予め定められた2つの所定の閾値の間に波高をもつ信号の数とを複数の半導体素子ごとに少なくとも計数し、第1及び第2のエネルギーは異なっている。
【0008】
この発明によるCT装置によれば、放射線を照射する放射線照射手段と、計測空間を挟んでこの放射線照射手段と対向して検出手段が設けられている。この検出手段は、計測空間を貫く所定の中心軸の軸方向とこの所定の中心軸を通過する放射線照射方向とに垂直な方向に配列された複数の半導体素子を有する。これらの半導体素子は、上記の放射線に含まれるフォトンが入射する度に、このフォトンのエネルギーに応じた電荷を生成する。そして、検出手段の有する信号生成手段が、それぞれの半導体素子ごとに、上記の電荷に基づく信号を出力する。そして、検出手段に備える計数手段が、信号生成手段から出力される信号のうち、複数の所定の閾値によって設定される範囲の波高を有する信号の数を計数する。ここで、計数手段によって計数される計数値は、設定される閾値に対応する特定のエネルギー帯のフォトンの個数が計数されたものとなる。このようにして得られる半導体素子ごとの計数値を投影データとし、回転手段によって、被検体と、放射線照射手段及び検出手段との相対的な角度を所定角度ごとに変化させつつ、上記の投影データを他方向から収集する。そして、演算手段が収集された投影データを用いて、被検体内部の断層像の再構成を行う。以上のように、特定のエネルギー帯のフォトンの個数に基づく投影データを用いるので、物理的なフィルタを用いずに、低エネルギーの多重散乱フォトンを除いた投影データが得られる。その結果、ビームハードニングによる影響を除去できるので、アーチファクトのない断層像を再構成できる。
【0009】
また、上記課題を解決するため、本発明のCT装置は、放射線を照射する放射線照射手段と、計測空間を挟んで上記放射線照射手段と対向して配置されると共に、上記計測空間を貫く所定の中心軸の軸方向と平行な方向に配列された複数の半導体素子と、上記複数の半導体素子それぞれに上記放射線に含まれるフォトンが入射する度に、当該入射するフォトンのエネルギーに応じた信号を出力する信号生成手段と、複数の所定の閾値に基づいて設定される範囲の波高をもつ上記信号の数を上記複数の半導体素子ごとに計数する計数手段とを有する検出手段と、上記計測空間におかれた被検体と、上記検出手段及び上記放射線照射手段との相対的な角度を、上記所定の中心軸を中心として所定角度ごとに変化させる回転手段と、上記回転手段によって、上記被検体と、上記検出手段及び上記放射線照射手段との相対的な角度が変化するごとに、上記所定の中心軸を中心とする上記検出手段の配置された位置を含む円周上の上記検出手段の位置における接線方向へ、上記検出手段を走査する走査手段と、上記計数手段によって計数される計数値に基づいて、上記被検体の三次元画像の再構成を行う演算手段とを備え、放射線照射手段は、上記放射線として、連続したスペクトルを有するX線または各々異なるエネルギーを有する複数の単色エネルギー放射線を照射し、上記被検体は、密度及び元素の少なくとも一方が異なる第1及び第2の物質を少なくとも含んでおり、計数手段は、複数の所定の閾値のうち、上記放射線に含まれる第1のエネルギーのフォトンを選択的に検出するように予め定められた2つの所定の閾値の間に波高をもつ信号の数と、複数の所定の閾値のうち、上記2つの所定の閾値とは異なっており、上記放射線に含まれる第2のエネルギーのフォトンを選択的に検出するように予め定められた2つの所定の閾値の間に波高をもつ信号の数とを複数の半導体素子ごとに少なくとも計数し、第1及び第2のエネルギーは互いに異なっている。

【0010】
この発明によるCT装置によれば、上述した検出手段を、これに備える複数の半導体素子が、計測空間を貫く所定の中心軸の軸方向に平行に配列されるように配置する。そして、回転手段によって被検体と、放射線照射手段及び検出手段との相対的な角度を上述の所定の中心軸を中心として、所定角度づつ変化させる。また、回転手段によって上記の角度が変化するごとに、走査手段が、上記の所定の中心軸を中心として検出手段の配置された位置を含む円周上の検出手段の位置における接線方向へ、この検出手段を走査する。検出手段を走査して一つの半導体素子が得るデータを投影データとし、回転手段によって角度を変えてこの一つの半導体素子が多方向から取得する投影データによって、一つの断層画像が再構成できる。そして、各々の半導体素子によって取得される投影データに関しても、このように断層像を各々生成すると、被検体の三次元画像を再構成することができる。また、上述したように、このCT装置では、検出手段によって特定のエネルギー帯のフォトンの個数を計数することができる結果、ビームハードニングによる影響を除去できるので、アーチファクトのない画像を再構成することができる。
【0017】
また、本発明のCT装置においては、上記放射線照射手段、各々異なるエネルギーを有する複数の単色エネルギー放射線を照射する場合、上記計数手段は、上記信号生成手段によって出力される上記信号のうち、上記複数の単色エネルギー放射線のエネルギーに応じて2つづつ設定される上記所定の閾値間に波高をもつ上記信号の数を、各々の上記閾値間ごとに計数し、上記演算手段は、上記計数手段によって計数される上記各々の閾値間ごとの計数値に基づく複数の画像を再構成することを特徴とすることが好適である。
【0018】
この発明によれば、検出手段が二つの閾値間に波高をもつ信号の数を検出することによって、特定のエネルギー帯のフォトンの個数を計数できるので、放射線照射手段から、異なるエネルギーの複数の単色エネルギー放射線を照射して、それぞれのエネルギーに応じて二つづつ閾値を設定することで、異なるエネルギーのフォトンの個数を独立に計数できる。したがって、高密度の物質と低密度の物質が分布する被検体であっても、高密度の物質をコントラスト良く映像化するのに適した高エネルギーの単色エネルギー放射線と、低密度の物質をコントラストよく映像化するのに適した低エネルギーの単色エネルギー放射線を用いて、両者の分布を同時にコントラスト良く映像化できる。
【0019】
また、本発明のCT装置においては、上記半導体素子は、CdTe、CdZnTe、HgI2、PbI2、またはGaAsを含むものであることを特徴とすることが好適である。
【0020】
CdTe、CdZnTe、HgI2、PbI2、またはGaAsからなる半導体素子は、GeやSiなどからなる半導体素子に比べて、フォトンの収集効率が高く、素子の小型化が図れる。特に、CdTeはバンドギャップが大きく、冷却装置を必要としないので、素子をより小型にすることができる。したがって、これらの発明によれば、複数の半導体素子を狭い間隔で配列できるので、空間分解能を高めることができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態にかかるCT装置について説明する。なお、以下の実施形態に関する説明においては、説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を附し、重複する説明は省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【0022】
(第1実施形態)まず、本発明の第1実施形態にかかるCT装置1について添付の図面を参照して説明する。図1は、第1実施形態にかかるCT装置1の斜視図である。図1に示すように、CT装置1は、ステージ2上に、線源(放射線照射手段)3と、回転台(回転手段)5と、検出器(検出手段)10とを備え、検出器10はUSB(Universal Serial Bus)ケーブル30を介してコンピュータ(演算手段)30に接続されている。
【0023】
図1に示すように、線源3は、回転台5上に設置された被検体7に向けて、X線を照射する。また、回転台5は、その上方が計測空間となり、上面に置かれた被検体7を、この回転台5を貫く中心軸6を中心として、所定角度づつ回転させる。
【0024】
次に、検出器10は、図1に示すように、回転台5の上方の計測空間を挟んで、線源3と対向して配置される。そして、線源3から照射されるX線を検出する。図2は、検出器10の構成を説明するための斜視図である。図2に示すように、検出器10は、CdTe(テルル化カドミニウム)からなる角柱形状の半導体素子12を複数備える。この複数の半導体素子12は、図1に示した中心軸6の軸方向と、線源3によって照射され中心軸6を通過するX線の照射方向とに垂直な方向に配列されている。
【0025】
図2に戻り、半導体素子12はそれぞれ、その上面を陽極13、下面を陰極14として、バイアス電圧が加えられる。そして、線源3から照射されるX線が入射し、それぞれの半導体素子12には、入射したX線のフォトンのエネルギーに応じた電荷が生成される。そして、各々の半導体素子12に生成された電荷に基づく電流信号が、パルス計数型IC16に出力される。
【0026】
図3は、パルス計数型IC16の構成を示すブロック図である。図3に示すように、パルス計数型IC16は、半導体素子12から出力される電流信号をプリアンプ21によって電圧信号に変換すると共に増幅し、メインアンプ22によってこの電圧信号を更に増幅する。そしてメインアンプ22によって出力される電圧信号を波形整形器23によって整形する。そして、波形整形器23によって整形された電圧信号が、比較器24に出力される。比較器24は、入力する電圧信号を二つの基準電圧それぞれと比較し、電圧信号の波高がそれぞれの基準電圧と比較して大きい場合に、一定のパルス電圧信号をA/D変換器25に出力する。すなわち上述した二つの基準電圧と、電圧信号の波高との比較結果を二系統のパルス電圧信号として、A/D変換器25に出力する。この二つの基準電圧は、特定のエネルギー帯のフォトンを検出するため予め定められた電圧値である。そして、A/D変換器25は、出力された上述の二系統のパルス電圧信号それぞれをデジタル信号に変換し、スケーラ26に出力する。スケーラ26は、A/D変換器25から出力されたそれぞれのデジタル信号に含まれる、パルスの個数を各々計数する。
【0027】
図4(a)は、半導体素子12から出力されて、波形整形器23によって整形された信号100の時間変動を示すグラフである。また、図4(b)及び図4(c)はスケーラ26が各々のデジタル信号に含まれるパルスをの計数するタイミングを表わす。図4(a)に示すように波形整形器23から出力される信号100は、比較器24において、基準電圧101及び102とそれぞれ比較され、それぞれの基準電圧より大きい波高をもつ場合に、パルス電圧信号が比較器24から出力される。すなわち、基準電圧101及び102のそれぞれとの比較に基づくパルス電圧信号が2系統出力され、それぞれのパルス信号がA/D変換器25で、デジタル信号とされた後、スケーラ26によって図4(b)及び(c)に示すタイミングで、各々のパルス数が計数される。
【0028】
図1に戻って、検出器10は、ケーブル30を介して、複数の半導体素子12に入射したフォトンに基づく、上述した2つのパルス数の計数値をコンピュータ31に出力する。
【0029】
コンピュータ31は、これら2つの計数値の差分を複数の半導体素子12それぞれについて求めて、一方向の投影データとする。このようにして得られる投影データ、すなわち2つの計数値の差分値は、半導体素子12に入射した特定のエネルギー帯のフォトンの個数を示すものとなる。そして、回転台5が所定角度づつ回転するごとに、この投影データを収集することによって、多方向の投影データを収集し、収集された投影データを用いて、公知のCTにおける再構成演算を行って被検体7の断層像を生成する。なお、コンピュータ31は、このケーブル30を介して、半導体素子12に与えるバイアス電圧や、比較器24に適用する閾値、波形整形器23に与えるシェーピングタイムや、露光時間などをコントロールする。
【0030】
このように、本実施形態にかかるCT装置1は、スペクトルに幅のあるX線を線源3に用いても、特定のエネルギー帯のフォトンの個数を計数して、被検体7の断層像を再構成できるので、単色エネルギーのγ線を照射した場合と同様の断層像を得ることができる。また、特定のエネルギー帯のフォトンの個数を計数できるので、低エネルギーの多重散乱フォトンによる影響を除去できる。したがって、ビームハードニングによる影響がなくなるので、アーチファクトのない断層像を得ることができる。更に、特定のエネルギー帯のフォトンの個数のみを計数できるので、ノイズの無い信号を長時間に渡って収集できるため、S/N比を向上できる。
【0031】
また、X線やγ線のフォトン検出効率は、一般に原子番号とともに増加する傾向があるが、半導体素子12を構成するCdTeは原子番号48のCdと52のTeの化合物半導体であり、シリコン(原子番号14)に、比べて遙かに高いフォトンの検出効率をもつ。更に、CdTeはバンドギャップが大きいので、冷却装置を必要とせずに常温で使用できるため、半導体素子12の小型化が可能である。したがって、半導体素子12を狭い間隔で配列できるので、空間分解能を高めることができる。なお、この半導体素子12には、CdTeに代えて、CdZnTe、HgI2、PbI2、GaAsなどの検出効率の高い半導体も適用可能である。
【0032】
(第2実施形態)次に、本発明の第2の実施形態にかかるCT装置1について説明する。図5は、第2実施形態にかかるCT装置1の斜視図である。図5に示すように、CT装置1は、ステージ2上に線源3と走査機構(走査手段)4と、回転台5と、検出器10と走査機構(走査手段)11を備える。そして、検出器10で計測されるデータが信号ケーブル30を介してコンピュータ31に出力される。
【0033】
線源3は、第1実施形態で説明した線源3と同様の線源である。また、検出器10は、回転台5の上方の計測空間を貫く中心軸6の軸方向と平行に複数の半導体素子12が配列されるが、その機能は第1実施形態で説明した検出器10と同様である。また、回転台5も第1実施形態で説明した回転台5と同様の機能をもつ。
【0034】
走査機構4と、走査機構11は、回転台5によって被検体7が中心軸6を中心として所定角度づつ回転するごとに、線源3と検出器10を、それぞれ同期させて走査する。この走査方向は、中心軸6を中心とした検出器10の配置された位置を含む円周上において、検出器10の位置の接線方向である。
【0035】
コンピュータ31は、一つの半導体素子12が出力する電流信号に基いて、第1実施形態で説明したようにスケーラ26によって計数される計数値を、走査機構11によって走査された位置ごとに収集して投影データとする。そして、回転台5によって被検体7が回転するごとに、一つの半導体素子12が走査されることによって得られる上記の投影データを用いて、被検体7の断層像を再構成する。このような断層像を、複数の半導体素子12それぞれが走査されることによって得られる各々の投影データに基いて複数生成する。コンピュータ31は、このように複数生成される断層像から3次元画像を生成する。
【0036】
このように、第2実施形態によれば、被検体7の内部の三次元画像を再構成できる。また、第1実施形態で説明したように、スペクトルに幅のあるX線を線源3に用いても、単色エネルギーのγ線を照射した場合と同様の断層像を得ることができる。また、多重散乱フォトンによる影響を除去できる結果、ビームハードニングによる影響がなくし、アーチファクトのない断層像を得ることができる。
【0037】
また、小型化可能なCdTeからなる半導体素子12を用いているので、半導体素子12を狭い間隔で配列して、空間分解能を高めることができる。なお、この半導体素子12には、CdTeに代えて、CdZnTe、HgI2、PbI2、GaAsなどの検出効率の高い半導体も適用可能である。
【0038】
以上、第1及び第2の実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した比較器24には低エネルギーの多重散乱フォトンの影響を除去するために、一つの基準電圧を与えるだけでも良い。この場合でも、スケーラ26から出力される計数値は、低エネルギーの多重散乱フォトンを除いたフォトンの計数値となるので、上述したビームハードニングによる影響がなくなる。
【0039】
また、本発明の概念によれば、検出器10は所定のエネルギー帯のフォトンの個数を独立に計数できるので、以下のような変形も可能となる。例えば、線源3から異なるエネルギーをもつ複数の単色エネルギーγ線を照射し、検出器10では、この複数の単色エネルギーγ線それぞれのエネルギーに応じて二つづつ基準電圧を比較器24に与えることで、上記の異なるエネルギーのフォトンの個数を独立に計数できる。この変形例によれば、人体の骨や歯の周囲、コンクリート中の鉄筋などのように、被検体7の内部に高密度の物質と低密度の物質が分布していても、高密度の物質と低密度の物質の両者の分布をコントラスト良く、それらの境界を鮮明に映像化できる。すなわち、高密度の物質をコントラスト良く映像化するのに適した高エネルギーの単色エネルギー放射線と、低密度の物質をコントラストよく映像化するのに適した低エネルギーの単色エネルギー放射線を線源3から照射することによって、両者の分布を同時にコントラスト良く映像化できる。なお、線源3には、被検体7の構成成分それぞれをコントラスト良く映像化するのに適した輝線スペクトルをもち、また、検出器10のエネルギー分解能以上離れたスペクトルを発生させるRIを選択する必要がある。例として、イッテルビウム169、ユーロピウム152、バリウム133などを線源に用いることができる。また、RIとしては、長時間安定した計測を可能とするために、半減期の長い核種を選択し、計測時間を短縮するために、放射率の高いピークを選択することも重要である。
【0040】
また、エネルギーの異なる複数の単色エネルギーのγ線に代えて、連続したスペクトルをもつX線を線源3から照射しても良い。この場合には、高密度の物質の分布を映像化するのに適したエネルギー帯のフォトンを検出するように二つの基準電圧を比較器24に与え、波形整形器23から出力される電圧信号のうち、これらの基準電圧間に波高をもつ信号の個数を計数して、投影データとすることによって高密度の物質の分布を映像化する。更に、低密度の物質の分布を映像化するのに適したエネルギー帯のフォトンを検出するように二つの基準電圧を比較器24に与え、波形整形器23から出力される電圧信号のうち、これらの基準電圧間に波高をもつ信号の個数を計数して、投影データとすることによって低密度の物質の分布を映像化する。これにより、高密度の物質と低密度の物質が分布する被検体7についても、両者の分布をコントラスト良く、同時に得ることができる。
【0041】
また、被検体7に含まれる特定の元素の分布を映像化するため、この元素のK吸収端を以下のように利用できる。図6は、元素のK吸収端エネルギーについて説明するためのグラフである。図6では、横軸にフォトンのエネルギーをとり、縦軸に吸収係数をとって、3つの元素A、B、Cそれぞれのフォトンエネルギーに対する吸収係数の変化の特性を示している。ここで元素Bの特性201において、吸収係数が不連続となる点がこの元素BのK吸収端であり、元素A、Cそれぞれの特性200及び202はそれぞれ、このK吸収端エネルギーの近傍のエネルギーで吸収係数に変化はない。したがって、このK吸収端エネルギーより高いエネルギー204に応じた基準電圧と、K吸収端エネルギーより低いエネルギー203に応じた基準電圧とを、比較器24に与え、波形整形器23から出力される電圧信号と、各々の基準電圧と比較されて比較器24によって出力されるニ系統のパルス電圧信号に含まれるパルス数をスケーラ26で各々計数する。そして、これらの計数値の差分値を投影データとして、コンピュータ31によって画像の再構成を行えば、上記の元素Bについての分布を映像化できる。すなわち、上記のように差分をとると、元素A、Cについては、このK吸収端エネルギーの前後のエネルギー間で吸収係数に変化が少ないため、計数値が相殺されるので、この差分値は主として元素Bが寄与したものとなる。したがって、この差分値を投影データとして再構成した画像は、元素Bの分布を表わしたものとなる。例えば、電子部品に含まれる金(Au)の分布を映像化する場合に、金(Au)のK吸収端エネルギーは80.7[keV]であるので、この前後の70[keV]と90[keV]のエネルギー以上のフォトンを検出するよう、比較器24に二つの基準電圧を与えると、スケーラ26から、各々のエネルギー以上のフォトンの計数値が出力され、これらの計数値の差分値を投影データとして再構成を行うことで、上記した電子部品に含まれる金(Au)の分布を映像化することができる。
【0042】
また、このように差分値をとる代わりに、上記したK吸収端エネルギーより低いエネルギー以上のフォトンの計数値を投影データとして再構成する画像と、このK吸収エネルギーより高いエネルギー以上のフォトンの計数値を投影データとして再構成する画像との、差分画像を生成することによっても、このK吸収端エネルギーをもつ被検体7に含まれる特定の元素の分布を映像化することもできる。
【0043】
なお、上述のようにK吸収端を利用して被検体7内の特定の元素の分布を映像化する場合、線源3にはX線源を用いても良いが、X線源に比べて他の波長や散乱線の寄与が少ないRIを用いることが好ましい。例えば、金(Au)の分布を映像化するために、金(Au)のK吸収端エネルギー80.7[keV]の前後のエネルギー79.6[keV]と81.0[keV]にピークをもつバリウム133や、63.1[keV]と93.6[keV]にピークをもつイッテルビウム169を線源として用いることができる。この場合、各々のエネルギーのフォトンを計数するように比較器24に上記の基準電圧を設定し、スケーラ26で計数される各々の基準電圧間の計数値を用いて、上述したように金(Au)の分布を映像化することができる。
【0044】
【発明の効果】
本発明によれば、検出器側でフォトンエネルギーを識別することで、構成成分分析やその分布を可視化する新しい機能を有するCT装置を構築できる。また、物理的なフィルタを用いずに、半導体素子内に生成される電荷に基づく信号から、低エネルギーの多重散乱フォトンを除外したフォトンの個数を計数できる。その結果、ビームハードニングが生じず、アーチファクトのない画像を再構成することができる。また、同様にして生成される画像から被検体内部の構成成分毎の三次元画像も生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態にかかるCT装置の斜視図である。
【図2】検出器について説明するための斜視図である。
【図3】パルス計数ICの構成を示すブロックである。
【図4】検出器における信号の処理について説明する図である。
【図5】第2実施形態にかかるCT装置の斜視図である。
【図6】K吸収端について説明する図である。
【符号の説明】
1…CT装置、3…線源、5…回転台、10…検出器、12…半導体素子、16…パルス計数IC、31…コンピュータ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a CT apparatus used for industrial nondestructive inspection and medical inspection.
[0002]
[Prior art]
As a technology in such a field, a conventional CT (Computed Tomography) apparatus is configured to accumulate the number of photons and energy by the incidence of a radiation source and a photon irradiated from the radiation source and passing through a subject. And a detector having a semiconductor or a combination of a scintillator and a semiconductor that generates electric charges according to the above. Then, a tomographic image of the subject is reconstructed using a signal corresponding to the integrated value of the charges accumulated in the detector as projection data. Such a method is called a charge integration method.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described CT device using the charge integration method, projection data is generated as an integral value of a signal based on charges excited in the semiconductor element by photons in all energy bands. Therefore, in the charge integration type detector, since the signal once integrated cannot be separated for each original incident energy, analysis and visualization using photon energy cannot be performed.
[0004]
The projection data includes components due to low energy multiple scattered photons in addition to components due to primary photons that are useful information. This low-energy multi-scattered photon has a large attenuation, and when the transmission distance of the photon becomes long, a phenomenon called beam hardening that causes a large attenuation occurs even if the density distribution inside the subject is uniform. As described above, there is a problem that an artifact (false image) is generated in a tomographic image generated when beam hardening occurs.
[0005]
In order to solve such problems, conventionally, a method has been adopted in which a low-energy multiple scattered photon is removed by physically installing an aluminum or iron filter in front of the detector. However, such a physical filter has a problem of reducing the number of primary photons that are useful information.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has a function of identifying the energy of incident photons on the detector side, and has a new analysis method and visualization technique born by identifying the energy of incident photons. In addition to providing a CT apparatus, a CT apparatus capable of reconstructing an image inside a subject free from artifacts due to beam hardening without using a physical filter.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-mentioned problems, a CT apparatus according to the present invention is arranged so as to face radiation irradiation means for irradiating radiation and the radiation irradiation means across a measurement space, and has a predetermined central axis penetrating the measurement space. Each time a photon included in the radiation is incident on each of the plurality of semiconductor elements and the plurality of semiconductor elements arranged in a direction perpendicular to the irradiation direction of the radiation passing through the predetermined central axis. Signal generating means for outputting a signal corresponding to the energy of the incident photon;Multiple predetermined thresholdsA detection means having a counting means for counting the number of the signals having a wave height in a range set based on each of the plurality of semiconductor elements, an object placed in the measurement space, the detection means, and the Based on the rotating unit that changes the relative angle with the radiation irradiating unit for each predetermined angle around the predetermined central axis, and the count value counted by the counting unit, the tomographic image of the subject is reproduced. An arithmetic means for performing the configuration,The radiation irradiating means emits X-rays having a continuous spectrum or a plurality of monochromatic energy radiations each having different energy as the radiation, and the subject has first and second different in at least one of density and element. The counting means includes at least a substance, and the counting means is between two predetermined thresholds predetermined to selectively detect photons of the first energy contained in the radiation among a plurality of predetermined thresholds. Of the plurality of predetermined thresholds, the number of signals having a wave height is different from the two predetermined thresholds, and is determined in advance to selectively detect photons of the second energy contained in the radiation. The number of signals having a wave height between two predetermined threshold values is counted at least for each of the plurality of semiconductor elements, and the first and second energies are different.
[0008]
  According to the CT apparatus of the present invention, the radiation irradiating means for irradiating radiation and the detecting means are provided facing the radiation irradiating means across the measurement space. This detection means has a plurality of semiconductor elements arranged in a direction perpendicular to the axial direction of a predetermined central axis passing through the measurement space and the radiation irradiation direction passing through the predetermined central axis. These semiconductor elements generate charges corresponding to the energy of the photons each time the photons contained in the radiation are incident. And the signal generation means which a detection means has outputs the signal based on said electric charge for every semiconductor element. And the counting means with which the detection means is provided, among the signals output from the signal generation means,Multiple predetermined thresholdsCount the number of signals having a wave height in the range set by. Here, the count value counted by the counting means is obtained by counting the number of photons in a specific energy band corresponding to the set threshold value. The count value for each semiconductor element obtained in this way is used as projection data, and the projection data is obtained by changing the relative angle between the subject, the radiation irradiation means, and the detection means for each predetermined angle by the rotating means. From the other direction. Then, the tomographic image inside the subject is reconstructed using the projection data collected by the calculation means. As described above, since projection data based on the number of photons in a specific energy band is used, projection data excluding low-energy multiple scattered photons can be obtained without using a physical filter. As a result, since the influence of beam hardening can be removed, a tomographic image free from artifacts can be reconstructed.
[0009]
  In order to solve the above-described problem, a CT apparatus according to the present invention is disposed opposite to the radiation irradiating means for irradiating radiation and the radiation irradiating means across the measurement space, and has a predetermined penetration through the measurement space. Each time a photon included in the radiation is incident on each of the plurality of semiconductor elements arranged in a direction parallel to the axial direction of the central axis, a signal corresponding to the energy of the incident photon is output. Signal generating means forMultiple predetermined thresholdsA detection means having a counting means for counting the number of the signals having a wave height in a range set based on each of the plurality of semiconductor elements, an object placed in the measurement space, the detection means, and the Rotating means that changes the relative angle with the radiation irradiating means for each predetermined angle with the predetermined central axis as a center, and relative to the subject, the detecting means, and the radiation irradiating means by the rotating means. Scanning means for scanning the detection means in a tangential direction at the position of the detection means on the circumference including the position where the detection means is arranged around the predetermined central axis each time a specific angle changes And calculation means for reconstructing the three-dimensional image of the subject based on the count value counted by the counting means,The radiation irradiating means emits X-rays having a continuous spectrum or a plurality of monochromatic energy radiations each having different energy as the radiation, and the subject has first and second different in at least one of density and element. The counting means includes at least a substance, and the counting means is between two predetermined thresholds predetermined to selectively detect photons of the first energy contained in the radiation among a plurality of predetermined thresholds. Of the plurality of predetermined thresholds, the number of signals having a wave height is different from the two predetermined thresholds, and is determined in advance to selectively detect photons of the second energy contained in the radiation. The number of signals having a wave height between two predetermined thresholds is counted at least for each of the plurality of semiconductor elements, and the first and second energies are different from each other.

[0010]
According to the CT apparatus according to the present invention, the detection means described above is arranged such that a plurality of semiconductor elements provided therein are arranged in parallel to the axial direction of a predetermined central axis that penetrates the measurement space. Then, the relative angle between the subject, the radiation irradiation unit, and the detection unit is changed by the rotation unit by a predetermined angle about the predetermined center axis. Further, each time the angle is changed by the rotating means, the scanning means moves in the tangential direction at the position of the detecting means on the circumference including the position where the detecting means is arranged around the predetermined central axis. Scan the detection means. Data obtained by one semiconductor element by scanning the detection means is used as projection data, and one tomographic image can be reconstructed by projection data acquired from multiple directions by this one semiconductor element by changing the angle by the rotation means. And also about the projection data acquired by each semiconductor element, if each tomogram is generated in this way, a three-dimensional image of the subject can be reconstructed. In addition, as described above, in this CT apparatus, the number of photons in a specific energy band can be counted by the detection means, so that the influence of beam hardening can be removed, so that an image free from artifacts can be reconstructed. Can do.
[0017]
  In the CT apparatus of the present invention,the aboveRadiation irradiation meansButIrradiate multiple monochromatic energy radiation, each with different energyWhen toThe counting means calculates the number of the signals having a wave height between the predetermined threshold values set in accordance with the energy of the plurality of monochromatic energy radiations among the signals output by the signal generating means. It is preferable that counting is performed for each of the threshold values, and the calculation unit reconstructs a plurality of images based on the count values for the respective threshold values counted by the counting unit. is there.
[0018]
According to the present invention, the number of photons in a specific energy band can be counted by detecting the number of signals having a wave height between two threshold values by the detection means. The number of photons having different energies can be counted independently by irradiating energy radiation and setting two thresholds according to each energy. Therefore, even in a specimen in which high-density substances and low-density substances are distributed, high-energy monochromatic energy radiation suitable for imaging high-density substances with good contrast and low-density substances with good contrast Using low energy monochromatic energy radiation suitable for imaging, both distributions can be imaged simultaneously with good contrast.
[0019]
In the CT apparatus of the present invention, the semiconductor element includes CdTe, CdZnTe, HgI.2, PbI2Or GaAs.
[0020]
CdTe, CdZnTe, HgI2, PbI2A semiconductor element made of GaAs or GaAs has higher photon collection efficiency than a semiconductor element made of Ge, Si, or the like, and can be downsized. In particular, since CdTe has a large band gap and does not require a cooling device, the element can be made smaller. Therefore, according to these inventions, since a plurality of semiconductor elements can be arranged at a narrow interval, the spatial resolution can be improved.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a CT apparatus according to an embodiment of the present invention will be described. In the following description of the embodiments, for ease of understanding of the description, the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible in each drawing, and redundant description is omitted. Further, the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match those described.
[0022]
(First Embodiment) First, a CT apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view of a CT apparatus 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the CT apparatus 1 includes a radiation source (radiation irradiation means) 3, a rotary table (rotation means) 5, and a detector (detection means) 10 on a stage 2. Is connected to a computer (arithmetic unit) 30 via a USB (Universal Serial Bus) cable 30.
[0023]
As shown in FIG. 1, the radiation source 3 emits X-rays toward the subject 7 installed on the turntable 5. In addition, the turntable 5 is a measurement space above, and the subject 7 placed on the upper surface is rotated by a predetermined angle about the central axis 6 penetrating the turntable 5.
[0024]
Next, as shown in FIG. 1, the detector 10 is arranged to face the radiation source 3 with the measurement space above the turntable 5 interposed therebetween. Then, X-rays emitted from the radiation source 3 are detected. FIG. 2 is a perspective view for explaining the configuration of the detector 10. As shown in FIG. 2, the detector 10 includes a plurality of prismatic semiconductor elements 12 made of CdTe (cadmium telluride). The plurality of semiconductor elements 12 are arranged in a direction perpendicular to the axial direction of the central axis 6 shown in FIG. 1 and the irradiation direction of X-rays irradiated by the radiation source 3 and passing through the central axis 6.
[0025]
Returning to FIG. 2, a bias voltage is applied to each of the semiconductor elements 12 with the upper surface serving as the anode 13 and the lower surface serving as the cathode 14. Then, X-rays irradiated from the radiation source 3 are incident, and charges corresponding to the energy of incident photons of the X-rays are generated in the respective semiconductor elements 12. A current signal based on the charge generated in each semiconductor element 12 is output to the pulse counting IC 16.
[0026]
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the pulse counting IC 16. As shown in FIG. 3, the pulse counting IC 16 converts the current signal output from the semiconductor element 12 into a voltage signal by the preamplifier 21 and amplifies it, and further amplifies this voltage signal by the main amplifier 22. The voltage signal output from the main amplifier 22 is shaped by the waveform shaper 23. Then, the voltage signal shaped by the waveform shaper 23 is output to the comparator 24. The comparator 24 compares the input voltage signal with each of the two reference voltages, and outputs a constant pulse voltage signal to the A / D converter 25 when the wave height of the voltage signal is larger than the respective reference voltages. To do. That is, the comparison result between the above-described two reference voltages and the wave height of the voltage signal is output to the A / D converter 25 as two systems of pulse voltage signals. These two reference voltages are predetermined voltage values for detecting photons in a specific energy band. Then, the A / D converter 25 converts each of the two pulse voltage signals thus output into a digital signal and outputs the digital signal to the scaler 26. The scaler 26 counts the number of pulses included in each digital signal output from the A / D converter 25.
[0027]
FIG. 4A is a graph showing the time variation of the signal 100 output from the semiconductor element 12 and shaped by the waveform shaper 23. 4 (b) and 4 (c) show the timing at which the scaler 26 counts the pulses included in each digital signal. As shown in FIG. 4A, the signal 100 output from the waveform shaper 23 is compared with the reference voltages 101 and 102 in the comparator 24, respectively, and has a pulse voltage higher than the reference voltage. A signal is output from the comparator 24. That is, two pulse voltage signals based on comparison with each of the reference voltages 101 and 102 are output, and each pulse signal is converted into a digital signal by the A / D converter 25, and then the scaler 26 performs FIG. ) And (c), the number of each pulse is counted.
[0028]
Returning to FIG. 1, the detector 10 outputs the count values of the above-described two pulses based on the photons incident on the plurality of semiconductor elements 12 to the computer 31 via the cable 30.
[0029]
The computer 31 obtains the difference between these two count values for each of the plurality of semiconductor elements 12 and sets it as projection data in one direction. The projection data thus obtained, that is, the difference value between the two count values, indicates the number of photons in a specific energy band incident on the semiconductor element 12. Then, every time the turntable 5 rotates by a predetermined angle, this projection data is collected to collect multi-directional projection data, and a reconstruction operation in known CT is performed using the collected projection data. Thus, a tomographic image of the subject 7 is generated. The computer 31 controls the bias voltage applied to the semiconductor element 12, the threshold applied to the comparator 24, the shaping time applied to the waveform shaper 23, the exposure time, and the like via this cable 30.
[0030]
As described above, the CT apparatus 1 according to the present embodiment counts the number of photons in a specific energy band and uses the tomogram of the subject 7 even if X-rays having a spectrum width are used as the radiation source 3. Since it can be reconstructed, a tomographic image similar to that when irradiating monochromatic energy γ rays can be obtained. In addition, since the number of photons in a specific energy band can be counted, the influence of low energy multiple scattered photons can be eliminated. Therefore, since there is no influence by beam hardening, a tomographic image free from artifacts can be obtained. Furthermore, since only the number of photons in a specific energy band can be counted, signals without noise can be collected over a long period of time, so that the S / N ratio can be improved.
[0031]
Although the photon detection efficiency of X-rays and γ-rays generally tends to increase with the atomic number, CdTe constituting the semiconductor element 12 is a compound semiconductor of Cd of atomic number 48 and Te of 52, and silicon (atom The photon detection efficiency is much higher than that of No. 14). Furthermore, since CdTe has a large band gap, it can be used at room temperature without the need for a cooling device, so that the semiconductor element 12 can be miniaturized. Therefore, since the semiconductor elements 12 can be arranged at a narrow interval, the spatial resolution can be increased. The semiconductor element 12 includes CdZnTe, HgI instead of CdTe.2, PbI2Semiconductors with high detection efficiency such as GaAs can also be applied.
[0032]
(Second Embodiment) Next, a CT apparatus 1 according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a perspective view of the CT apparatus 1 according to the second embodiment. As shown in FIG. 5, the CT apparatus 1 includes a radiation source 3, a scanning mechanism (scanning means) 4, a rotating table 5, a detector 10, and a scanning mechanism (scanning means) 11 on a stage 2. Data measured by the detector 10 is output to the computer 31 via the signal cable 30.
[0033]
The radiation source 3 is a radiation source similar to the radiation source 3 described in the first embodiment. The detector 10 has a plurality of semiconductor elements 12 arranged in parallel to the axial direction of the central axis 6 that penetrates the measurement space above the turntable 5, and the function thereof is the detector 10 described in the first embodiment. It is the same. The turntable 5 also has the same function as the turntable 5 described in the first embodiment.
[0034]
The scanning mechanism 4 and the scanning mechanism 11 scan the radiation source 3 and the detector 10 in synchronization each time the subject 7 is rotated about the central axis 6 by a predetermined angle by the turntable 5. This scanning direction is a tangential direction of the position of the detector 10 on the circumference including the position where the detector 10 is arranged around the central axis 6.
[0035]
The computer 31 collects the count value counted by the scaler 26 for each position scanned by the scanning mechanism 11 as described in the first embodiment, based on the current signal output by one semiconductor element 12. Let it be projection data. Each time the subject 7 is rotated by the turntable 5, a tomographic image of the subject 7 is reconstructed using the projection data obtained by scanning one semiconductor element 12. A plurality of such tomographic images are generated based on each projection data obtained by scanning each of the plurality of semiconductor elements 12. The computer 31 generates a three-dimensional image from the tomographic images generated in this manner.
[0036]
Thus, according to the second embodiment, a three-dimensional image inside the subject 7 can be reconstructed. Further, as described in the first embodiment, a tomographic image similar to the case of irradiating monochromatic energy γ-rays can be obtained even if X-rays having a wide spectrum are used for the radiation source 3. In addition, as a result of removing the influence of multiple scattered photons, the influence of beam hardening is eliminated and a tomographic image free from artifacts can be obtained.
[0037]
Moreover, since the semiconductor element 12 made of CdTe that can be reduced in size is used, the semiconductor elements 12 can be arranged at a narrow interval to increase the spatial resolution. The semiconductor element 12 includes CdZnTe, HgI instead of CdTe.2, PbI2Semiconductors with high detection efficiency such as GaAs can also be applied.
[0038]
Although the first and second embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, only one reference voltage may be given to the above-described comparator 24 in order to eliminate the influence of low-energy multiple scattered photons. Even in this case, the count value output from the scaler 26 is the photon count value excluding the low-energy multiple scattered photons, and thus the influence of the beam hardening described above is eliminated.
[0039]
Further, according to the concept of the present invention, the detector 10 can independently count the number of photons in a predetermined energy band, and the following modifications are possible. For example, a plurality of monochromatic energy γ rays having different energies are emitted from the radiation source 3, and the detector 10 applies two reference voltages to the comparator 24 according to the energy of each of the monochromatic energy γ rays. Thus, the number of photons having different energy can be counted independently. According to this modification, even if a high-density substance and a low-density substance are distributed inside the subject 7 such as the bones and teeth around the human body and the reinforcing steel in the concrete, the high-density substance The distribution of both low-density materials and low-density substances can be visualized with a good contrast and their boundaries can be visualized clearly. That is, a high-energy monochromatic energy radiation suitable for imaging a high-density material with good contrast and a low-energy monochromatic energy radiation suitable for imaging a low-density material with high contrast are irradiated from the radiation source 3. By doing so, both distributions can be imaged simultaneously with good contrast. Note that the radiation source 3 has an emission line spectrum suitable for imaging each component of the subject 7 with good contrast, and it is necessary to select an RI that generates a spectrum separated by more than the energy resolution of the detector 10. There is. As an example, ytterbium 169, europium 152, barium 133, or the like can be used as a radiation source. In addition, as RI, it is also important to select a nuclide with a long half-life in order to enable stable measurement for a long time, and to select a peak with high emissivity in order to shorten the measurement time.
[0040]
Further, instead of a plurality of monochromatic energy γ rays having different energies, X-rays having a continuous spectrum may be irradiated from the radiation source 3. In this case, two reference voltages are applied to the comparator 24 so as to detect photons in an energy band suitable for imaging the distribution of the high-density substance, and the voltage signal output from the waveform shaper 23 is supplied. Of these, the number of signals having a wave height between these reference voltages is counted and used as projection data, thereby visualizing the distribution of the high-density substance. Further, two reference voltages are given to the comparator 24 so as to detect photons in an energy band suitable for imaging the distribution of the low density substance, and among the voltage signals output from the waveform shaper 23, The number of signals having a wave height between the reference voltages is counted and used as projection data, thereby visualizing the distribution of the low-density substance. Thereby, also about the subject 7 in which a high-density substance and a low-density substance are distributed, both distributions can be obtained simultaneously with good contrast.
[0041]
Further, in order to visualize the distribution of a specific element contained in the subject 7, the K absorption edge of this element can be used as follows. FIG. 6 is a graph for explaining the K absorption edge energy of an element. In FIG. 6, the horizontal axis indicates the photon energy, and the vertical axis indicates the absorption coefficient. The characteristics of the change of the absorption coefficient with respect to the photon energy of each of the three elements A, B, and C are shown. Here, in the characteristic 201 of the element B, the point at which the absorption coefficient is discontinuous is the K absorption edge of the element B, and the characteristics 200 and 202 of the elements A and C are energy in the vicinity of the K absorption edge energy, respectively. There is no change in the absorption coefficient. Therefore, the reference voltage corresponding to the energy 204 higher than the K absorption edge energy and the reference voltage corresponding to the energy 203 lower than the K absorption edge energy are supplied to the comparator 24, and the voltage signal output from the waveform shaper 23. The scaler 26 counts the number of pulses included in the two-system pulse voltage signals that are compared with the respective reference voltages and output by the comparator 24. Then, if the difference value of these count values is used as projection data and the image is reconstructed by the computer 31, the distribution of the element B can be visualized. That is, when the difference is taken as described above, since the change in the absorption coefficient between the energy before and after the K absorption edge energy is small for the elements A and C, the count value is canceled out. The element B contributes. Therefore, an image obtained by reconstructing the difference value as projection data represents the distribution of the element B. For example, when imaging the distribution of gold (Au) contained in an electronic component, the K absorption edge energy of gold (Au) is 80.7 [keV]. When two reference voltages are applied to the comparator 24 so as to detect photons with energy equal to or higher than keV], the scaler 26 outputs count values of photons with energy higher than each energy, and projects the difference between these count values. By performing reconstruction as data, it is possible to visualize the distribution of gold (Au) contained in the electronic component described above.
[0042]
In addition, instead of taking the difference value in this way, an image in which a count value of photons with energy lower than the above K absorption edge energy is reconstructed as projection data, and a count value of photons with energy higher than this K absorption energy It is also possible to visualize the distribution of a specific element contained in the subject 7 having this K absorption edge energy by generating a difference image with an image reconstructed as projection data.
[0043]
In addition, when imaging the distribution of a specific element in the subject 7 using the K absorption edge as described above, an X-ray source may be used as the radiation source 3, but compared with an X-ray source. It is preferable to use RI with little contribution of other wavelengths and scattered rays. For example, in order to visualize the distribution of gold (Au), peaks are observed at energies 79.6 [keV] and 81.0 [keV] before and after the K absorption edge energy 80.7 [keV] of gold (Au). Barium 133 and ytterbium 169 having peaks at 63.1 [keV] and 93.6 [keV] can be used as the radiation source. In this case, the reference voltage is set in the comparator 24 so as to count photons of each energy, and gold (Au) is used as described above by using the count value between the reference voltages counted by the scaler 26. ) Distribution can be visualized.
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, by identifying photon energy on the detector side, it is possible to construct a CT apparatus having a new function of visualizing component analysis and distribution thereof. Further, the number of photons excluding low-energy multiple scattered photons can be counted from a signal based on the charge generated in the semiconductor element without using a physical filter. As a result, beam hardening does not occur and an image free from artifacts can be reconstructed. In addition, a three-dimensional image for each component inside the subject can also be generated from the image generated in the same manner.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a CT apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view for explaining a detector.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a pulse counting IC.
FIG. 4 is a diagram for explaining signal processing in a detector;
FIG. 5 is a perspective view of a CT apparatus according to a second embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating a K absorption end.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... CT apparatus, 3 ... Radiation source, 5 ... Turntable, 10 ... Detector, 12 ... Semiconductor element, 16 ... Pulse counting IC, 31 ... Computer

Claims (4)

放射線を照射する放射線照射手段と、
計測空間を挟んで前記放射線照射手段と対向して配置されると共に、前記計測空間を貫く所定の中心軸の軸方向と前記所定の中心軸を通過する放射線の照射方向とに垂直な方向に配列された複数の半導体素子と、前記複数の半導体素子それぞれに前記放射線に含まれるフォトンが入射する度に、当該入射するフォトンのエネルギーに応じた信号を出力する信号生成手段と、複数の所定の閾値に基づいて設定される範囲の波高をもつ前記信号の数を前記複数の半導体素子ごとに計数する計数手段とを有する検出手段と、
前記計測空間におかれた被検体と、前記検出手段及び前記放射線照射手段との相対的な角度を、前記所定の中心軸を中心として所定角度ごとに変化させる回転手段と、
前記計数手段によって計数される計数値に基づいて、前記被検体の断層画像の再構成を行う演算手段と
を備え、
前記放射線照射手段は、前記放射線として、連続したスペクトルを有するX線または各々異なるエネルギーを有する複数の単色エネルギー放射線を照射し、
前記被検体は、密度及び元素の少なくとも一方が異なる第1及び第2の物質を少なくとも含んでおり、
前記計数手段は、前記複数の所定の閾値のうち、前記放射線に含まれる第1のエネルギーのフォトンを選択的に検出するように予め定められた2つの前記所定の閾値の間に波高をもつ前記信号の数と、前記複数の所定の閾値のうち、前記2つの所定の閾値と異なっており、前記放射線に含まれる第2のエネルギーのフォトンを選択的に検出するように予め定められた2つの前記所定の閾値の間に波高をもつ前記信号の数とを前記複数の半導体素子ごとに少なくとも計数し、
前記第1及び前記第2のエネルギーは互いに異なっていることを特徴とするCT装置。
Radiation irradiating means for irradiating radiation;
Arranged in a direction perpendicular to the axial direction of the predetermined central axis passing through the measurement space and the irradiation direction of the radiation passing through the predetermined central axis while being arranged to face the radiation irradiating means across the measurement space A plurality of semiconductor elements, a signal generating means for outputting a signal corresponding to the energy of the incident photons each time a photon included in the radiation enters each of the plurality of semiconductor elements, and a plurality of predetermined threshold values Detecting means having counting means for counting the number of the signals having a wave height in a range set based on each of the plurality of semiconductor elements;
A rotation unit that changes a relative angle between the subject placed in the measurement space, the detection unit, and the radiation irradiation unit at a predetermined angle about the predetermined central axis;
Computation means for reconstructing a tomographic image of the subject based on the count value counted by the counting means,
The radiation irradiating means irradiates, as the radiation, X-rays having a continuous spectrum or a plurality of monochromatic energy radiations each having different energy,
The analyte includes at least first and second substances having different densities and / or elements,
The counting means has a wave height between two predetermined thresholds that are predetermined to selectively detect photons of the first energy included in the radiation among the plurality of predetermined thresholds. The number of signals is different from the two predetermined threshold values among the plurality of predetermined threshold values, and two predetermined energy photons are detected so as to be selectively detected. At least counting the number of the signals having a wave height between the predetermined threshold values for each of the plurality of semiconductor elements;
The CT apparatus, wherein the first energy and the second energy are different from each other.
放射線を照射する放射線照射手段と、
計測空間を挟んで前記放射線照射手段と対向して配置されると共に、前記計測空間を貫く所定の中心軸の軸方向と平行な方向に配列された複数の半導体素子と、前記複数の半導体素子それぞれに前記放射線に含まれるフォトンが入射する度に、当該入射するフォトンのエネルギーに応じた信号を出力する信号生成手段と、複数の所定の閾値に基づいて設定される範囲の波高をもつ前記信号の数を前記複数の半導体素子ごとに計数する計数手段とを有する検出手段と、
前記計測空間におかれた被検体と、前記検出手段及び前記放射線照射手段との相対的な角度を、前記所定の中心軸を中心として所定角度ごとに変化させる回転手段と、
前記回転手段によって、前記被検体と、前記検出手段及び前記放射線照射手段との相対的な角度が変化するごとに、前記所定の中心軸を中心とする前記検出手段の配置された位置を含む円周上の前記検出手段の位置における接線方向へ、前記検出手段を走査する走査手段と、
前記計数手段によって計数される計数値に基づいて、前記被検体の三次元画像の再構成を行う演算手段と
を備え、
前記放射線照射手段は、前記放射線として、連続したスペクトルを有するX線または各々異なるエネルギーを有する複数の単色エネルギー放射線を照射し、
前記被検体は、密度及び元素の少なくとも一方が異なる第1及び第2の物質を少なくとも含んでおり、
前記計数手段は、前記複数の所定の閾値のうち、前記放射線に含まれる第1のエネルギーのフォトンを選択的に検出するように予め定められた2つの前記所定の閾値の間に波高をもつ前記信号の数と、前記複数の所定の閾値のうち、前記2つの所定の閾値と異なっており、前記放射線に含まれる第2のエネルギーのフォトンを選択的に検出するように予め定められた2つの前記所定の閾値の間に波高をもつ前記信号の数とを前記複数の半導体素子ごとに少なくとも計数し、
前記第1及び前記第2のエネルギーは互いに異なっていることを特徴とするCT装置。
Radiation irradiating means for irradiating radiation;
A plurality of semiconductor elements arranged opposite to the radiation irradiating means across a measurement space and arranged in a direction parallel to an axial direction of a predetermined central axis penetrating the measurement space, and each of the plurality of semiconductor elements Each time a photon contained in the radiation is incident, a signal generating means for outputting a signal corresponding to the energy of the incident photon, and a signal having a wave height in a range set based on a plurality of predetermined thresholds . Detecting means having counting means for counting the number for each of the plurality of semiconductor elements;
A rotation unit that changes a relative angle between the subject placed in the measurement space, the detection unit, and the radiation irradiation unit at a predetermined angle about the predetermined central axis;
A circle including the position where the detection means is arranged around the predetermined central axis each time the relative angle between the subject, the detection means and the radiation irradiation means changes by the rotation means. Scanning means for scanning the detection means in a tangential direction at the position of the detection means on the circumference;
Computation means for reconstructing a three-dimensional image of the subject based on the count value counted by the counting means,
The radiation irradiating means irradiates, as the radiation, X-rays having a continuous spectrum or a plurality of monochromatic energy radiations each having different energy,
The analyte includes at least first and second substances having different densities and / or elements,
The counting means has a wave height between two predetermined thresholds that are predetermined to selectively detect photons of the first energy included in the radiation among the plurality of predetermined thresholds. The number of signals is different from the two predetermined threshold values among the plurality of predetermined threshold values, and two predetermined energy photons are detected so as to be selectively detected. At least counting the number of the signals having a wave height between the predetermined threshold values for each of the plurality of semiconductor elements;
The CT apparatus, wherein the first energy and the second energy are different from each other.
前記放射線照射手段が、前記各々異なるエネルギーを有する複数の単色エネルギー放射線を照射する場合、
前記計数手段は、前記信号生成手段によって出力される前記信号のうち、前記複数の単色エネルギー放射線のエネルギーに応じて2つづつ設定される前記所定の閾値間に波高をもつ前記信号の数を、各々の前記閾値間毎に計数し、
前記演算手段は、前記計数手段によって計数される前記各々の閾値間ごとの計数値に基づく複数の画像を再構成する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のCT装置。
When the radiation irradiating means irradiates a plurality of monochromatic energy radiation having different energy,
The counting means calculates the number of signals having a wave height between the predetermined threshold values set in accordance with the energy of the plurality of monochromatic energy radiations among the signals output by the signal generating means, Counting between each said threshold,
The CT apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit reconstructs a plurality of images based on a count value for each of the threshold values counted by the counting unit.
前記半導体素子は、CdTe、CdZnTe、HgI2、PbI2、またはGaAsを含むものであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のCT装置。The CT apparatus according to claim 1, wherein the semiconductor element includes CdTe, CdZnTe, HgI 2 , PbI 2 , or GaAs.
JP2002233565A 2002-08-09 2002-08-09 CT equipment Expired - Lifetime JP4114717B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002233565A JP4114717B2 (en) 2002-08-09 2002-08-09 CT equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002233565A JP4114717B2 (en) 2002-08-09 2002-08-09 CT equipment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2004077132A JP2004077132A (en) 2004-03-11
JP4114717B2 true JP4114717B2 (en) 2008-07-09

Family

ID=32018666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2002233565A Expired - Lifetime JP4114717B2 (en) 2002-08-09 2002-08-09 CT equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4114717B2 (en)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2567839C (en) 2004-05-24 2011-06-28 Isis Pharmaceuticals, Inc. Mass spectrometry with selective ion filtration by digital thresholding
CN101218501A (en) * 2005-07-07 2008-07-09 皇家飞利浦电子股份有限公司 Multiple scatter correction
RU2414724C2 (en) * 2005-10-28 2011-03-20 Конинклейке Филипс Электроникс, Н.В. Method and apparatus for spectral computer tomography
US7372934B2 (en) * 2005-12-22 2008-05-13 General Electric Company Method for performing image reconstruction using hybrid computed tomography detectors
JP5485692B2 (en) * 2006-07-10 2014-05-07 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ Energy spectrum reconstruction
ATE484042T1 (en) * 2006-08-15 2010-10-15 Koninkl Philips Electronics Nv MOVEMENT COMPENSATION IN ENERGY SENSITIVE COMPUTER TOMOGRAPHY
FR2916117B1 (en) * 2007-05-10 2011-03-18 Centre Nat Rech Scient X-RAY IMAGING DEVICE WITH POLY-CHROMATIC SOURCE
US20090129539A1 (en) * 2007-11-21 2009-05-21 General Electric Company Computed tomography method and system
US8218837B2 (en) * 2008-06-06 2012-07-10 General Electric Company Material composition detection from effective atomic number computation
GB0817487D0 (en) * 2008-09-24 2008-10-29 Durham Scient Crystals Ltd Radiographic data interpretation
JP2011128007A (en) * 2009-12-17 2011-06-30 Ihi Corp Fluoroscopic apparatus and fluoroscopic method
JP2013156172A (en) * 2012-01-31 2013-08-15 X-Ray Precision Inc X-ray inspection apparatus
EP2840777A1 (en) 2012-04-20 2015-02-25 Sony Corporation Semiconductor photodetection device and radiation detection apparatus
JP6096499B2 (en) * 2012-12-19 2017-03-15 東芝メディカルシステムズ株式会社 X-ray CT apparatus, image processing apparatus, and image processing program
JP2015039404A (en) * 2013-08-20 2015-03-02 学校法人 岩手医科大学 X-ray direct conversion imaging system
JP6087780B2 (en) 2013-10-10 2017-03-01 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Image sensor, radiation detection apparatus, and image sensor control method
JP6665158B2 (en) * 2015-03-19 2020-03-13 株式会社日立製作所 X-ray CT system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004077132A (en) 2004-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4114717B2 (en) CT equipment
US9579075B2 (en) Detector array comprising energy integrating and photon counting cells
Siewerdsen et al. Optimization of x‐ray imaging geometry (with specific application to flat‐panel cone‐beam computed tomography)
Shikhaliev et al. Photon counting computed tomography: concept and initial results
EP3593170B1 (en) X-ray detector system based on photon counting
US8315352B2 (en) System and method of spectral calibration and basis material decomposition for X-ray CT systems
US10827992B2 (en) Energy-discriminating photon-counting detector and the use thereof
US10162066B2 (en) Coincidence-enabling photon-counting detector
US20090304149A1 (en) X-ray detector imaging with polychromatic spectra
US9459358B2 (en) Reference calibration in photon counting based spectral CT
JP2006101926A (en) Radiation detector, radiation image diagnostic device and generation method of radiation image
Kappler et al. Multi-energy performance of a research prototype CT scanner with small-pixel counting detector
RU2515338C2 (en) Generation of spectrum images
JP2004325183A (en) Radiation detection method, radiation detector, and radiation imaging system with this detector loaded thereon
JP2003190135A (en) Radiation inspection equipment
JP6258094B2 (en) Radiation measurement apparatus and input / output calibration program
JP6890943B2 (en) Radiation diagnostic equipment and method
Cho et al. Characteristic performance evaluation of a photon counting Si strip detector for low dose spectral breast CT imaging
JPH0640077B2 (en) Radiation image receiving method
US12111433B2 (en) Counting response and beam hardening calibration method for a full size photon-counting CT system
US5742660A (en) Dual energy scanning beam laminographic x-radiography
US10107766B2 (en) Photon counting imaging modes
Barber et al. Optimizing CdTe detectors and ASIC readouts for high-flux x-ray imaging
Zeller et al. Charge sharing between pixels in the spectral Medipix2 x-ray detector
Abbaspour et al. A SIMIND Monte Carlo Simulation Study on CdTe and NaI (Tl) Thickness as Detectors of a Small Animal SPECT System

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050704

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070518

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070522

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070723

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20071030

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071112

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080401

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080408

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110425

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4114717

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110425

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120425

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130425

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130425

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140425

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

EXPY Cancellation because of completion of term