JPH01135331A - X線断層診断装置 - Google Patents

X線断層診断装置

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JPH01135331A
JPH01135331A JP62291990A JP29199087A JPH01135331A JP H01135331 A JPH01135331 A JP H01135331A JP 62291990 A JP62291990 A JP 62291990A JP 29199087 A JP29199087 A JP 29199087A JP H01135331 A JPH01135331 A JP H01135331A
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JP
Japan
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ray
pulse
semiconductor
detector
ray detector
Prior art date
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Pending
Application number
JP62291990A
Other languages
English (en)
Inventor
Tadaoki Yamashita
山下 忠興
Matsuki Baba
末喜 馬場
Hiroshi Tsutsui
博司 筒井
Yasuichi Oomori
大森 康以知
Tetsuo Ootsuchi
大土 哲郎
Masanori Watanabe
正則 渡辺
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は1人体その他のX線断層撮影を行なうコンピュ
ータートモグラフィー(以下、CTと略す)装置のX線
検出方法に関するもので、高精細度断層画像を提供する
ものである。
(従来の技術) X11iACT装置は、従来のX線写真法と異なって、
人体等の被写体の横断面の画像を得るもので、英国EM
I社のG、N、 )lounsfieldらによって開
発されたものである〔文献1 ) : G、 N、 H
ounsfield :Br1tish J、 of 
Radiology、 vol、46. pp、101
6〜1022、1973年〕。当初は、1本のペンシル
ビームとこれに対向したX線測定器とを用い、これらを
対として機械的に移動させ、Xi測定器により測定した
X線の強弱で画面を構成した。このため。
1枚の画面を作るのに数分〜数10秒という長時間を必
要とした。
このため、複数個の測定器を円周上または円弧上に並べ
たものと扇状のX線ビームとを用い、並列測定によって
スピードを向上するものが開発された。これが現在のC
Tの標準型となっている。
これらのX線測定器には、シンチレーションカウンタに
よるものと、キセノン電離箱アレイとが用いられている
〔例えば、文献2):岩井喜典編:CTスキャナ、コロ
ナ社刊〕、シンチレーションカウンタによるものの感応
部は、シンチレータ−と光電子増倍管を組み合わせたも
ので、この多数個が1列に並べられる。xii子1個が
シンチレータ−に入射・吸収されると、蛍光パルスを発
し、これが光電子増倍管で増幅されて1個の電気パルス
に変換される。このように、シンチレーションカウンタ
は、原理的にはX線量子のパルス計数ができるが、実際
のCTでは、このパルス計数は行なわれないで、多くの
蛍光パルスに基づいた積算光電流を直流的に測定してい
る〔例えば、文献2〕。
P、122)、一般に、シンチレータ−には多少の残光
があり、発光パルス幅が狭いものでも1〜0.1μsで
ある。これをパルス計数しようとした場合、短時間に多
くのX線量子を取り入れるとパルスが重なってしまうし
、重ならないようにゆっくり取り入れると、1枚のCT
画面を作るのに長時間を要してしまう。それゆえ、実際
のCTではパルス計数は行なわないで、光電流の直流測
定が行なわれてきた。
また、キセノン電離箱アレイでは、もちろん直流測定法
によっていた。
(発明が解決しようとする問題点) 従来のCT装置の画面の面解像度はさほど大きくなく、
普通(250X 250)画素/画面程度であり。
高級機で(soo x 5oo)画素/画面程度である
。この理由は、前述したシンチレーションカウンタアレ
イやキセノン電離箱アレイが、 1)構造上小さくならないという点と。
2)各測定素子の測定精度が不十分であるという点と にある。以下、これらについて詳述する。
まず、上記1)の点について述べると、シンチレーショ
ンカウンタの放射線感応部は、シンチレータ−と光電子
増倍管より構成されており、光電子増倍管はCT用とし
て特別に小さいものが作られているが、それでも直径5
〜10閤である。また、キセノン電離箱は、X線の吸収
効率を高めるために奥行きが約30■もあり、従って、
太さも数I以下にはできない、このように、構造上の寸
法が制約されるという問題があった。
次に、前述2)の点について述べる。第2図は、CTに
おける被検体測定の原理図である。X線1は人体2を透
過するが、その過程で減衰されながら進み、測定器3で
測定される。そして、コンピューターによる演算により
、そのX線の径路に沿った各画素の減衰係数μ8.μ2
.・・・・・・、μ。を康めることになる。もしここで
1画素数nを大きくとろうとすれば、測定器3における
測定精度を上げることが必要となる。すなわち、各μ、
における変化Δμ、は、nが大きくなると測定器での和
するためには、より高い精度が必要となるからである。
ところが、一般に言われるように、直流測定法は安定性
の点で問題があり、高精度が得られない(例えば、文献
2)、 p、122)−直流測定法では、雑音要因や不
安定要因が大きいのである。
半導体X線検出器は、CTスキャナーに用いられたこと
もなく、また、用いられようともしなかった。前述のシ
ンチレーションカウンタやキセノン電離箱は、それぞれ
X線検出素子として自己増倍作用を有している。前者は
、二次電子増倍管がlOS〜106倍の増倍効果を有し
、キセノン電離箱もガス増倍作用を有している。
従って、X線量子による出力電流は大きい、しかし、半
導体X線検出器は、素子自体に増倍作用を有していない
ため、出力電流は小さい、X@量子による出力電流を直
流増幅しようとしても、SZN比の点で全く不可能であ
り、従来、検討から除外されていた。
本発明は、短時間で測定ができ、小形でかつ効率のよい
半導体X線断層診断装置を提供することを目的とするも
のである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は、上記問題点を解決するため、多数個のX線測
定器を線状に並べたアレイを有し、X線管より発したフ
ァン状ビームを被写体を介して上記測定器アレイに照射
してそのX線量を測定し、この照射測定を一定角度方向
毎に繰り返してそれら測定値から被写体の横断面の画像
を得るX線断層診断装置において、X線測定器として半
導体X線検出器アレイを用い、この検出器の各素子毎に
パルス増幅器とパルスカウンタとを配し、これらの組を
円弧状または円周状に並べ、上記検出器で検知したX線
量子のパルス信号を並列に同時係数し、各素子およびそ
の回路系によって得た係数パルス数に基づいて被写体の
断層画像を構成するものである。
(作 用) 半導体X線検出器は、吸収した1個のX線量子を1個の
電気信号パルスに変換するので、理論的に最高のX線感
度を有している。また、パルス計数法は、直流法に比し
て高い精度を有しており、前述のr’、、’jM点の解
決が可能になった。
(実施例) 第1図は1本発明のX線断層診断装置の主要部の構成を
示す図である。XM管球4より発生したX線は、スリッ
トによって扇状のビーム1として成形される。被写体を
透過した後、半導体X線検出器の各索子3に吸収される
。この素子材料としては、テルル化カドミウム(CdT
e)またはガリウム砒素(GaAs)が用いられる。こ
れらの単結晶を0.1〜0.5wo立方の小さな立方体
に切断し、対向した面に電極を付け、これに高電界が印
加される。この結晶にX線量子1個が入射すると、光電
効果によって高速二次電子1個を放射し、そのxis量
子は吸収される。高速二次電子は結晶中を走り、その飛
程沿いに多くの電子・正孔対を励起し、数10μm走っ
た後に止まる。結晶中には高電界が印加されており、励
起された電子は陽極に、また正孔は陰極に向けて走る。
これら電子正孔の走行によって、外部回路には1個の電
気信号パルスが生じる。
このように、半導体X線検出器の各素子に1個のX線量
子が吸収されて1個の電気信号パルスを得る。
この電気信号パルスは不規則的に生じる。なぜなら、X
線量子の入射吸収は確率的であり、規則的には生じない
からである。この際のX線強度は。
検出信号パルス数として認識される。第3図は、このよ
うな検出信号パルスの観測実施例である。
パルス間隔、波高ともに不規則に生じている。−般に、
電子工学においてはデジタルコード信号が用いられ、あ
る一定の物理量に対して1個のパルスが与えられる。逆
に、パルス1個というのは明確に有意な量である。とこ
ろが、上述のxi量子に対応した1個のパルス信号は、
1に対応したX線の量が確率的に存在するという意味が
あるのみであって、電子工学的なデジタル量としての1
とは異なる。CT装置においては、その画像構成に際し
て、デジタル量としてのパルス信号を扱い。
演算処理することが必要となるので、上述の確率的なパ
ルス信号を電子工学的なデジタル量に変換することが必
要になる。
言うまでもなく、X線の強度が大きくなればパルス数が
増大するわけであるが、その確からしさは向上する。す
なわち、nなる観測を行なったときに、その確からしさ
はnfv”irの範囲に存在する6例えば、n=100
の場合、その点のX11Aikは100+vTQT、す
なわち90から110の間に存在する。
これは10%の誤差であるので、この100カウントは
一応信頼できるX線の最小の単位量としてこれを1デジ
ツト、すなわち100カウントを1デジツトとするので
ある。もちろん、1000カウントを1デジツトとして
もよく、1デジツトの約束(信頼度)を決めて変換する
のである。このように変換された新しい量をもって1画
像演算を行なうことになる。
画素約1000 X 1000のX線CT装置の設計実
施例を述べる。CT装置は、1画面の撮影時間として、
できるだけ短いものが望まれ、1〜10s/画面で設計
することが必要である。第2図において、X線検出器の
各素子3および回路系5として1000チヤンネルとす
ると、従来のものより高解像力を有する画面となる。回
転曝射もxoooiテップとする。
このような設計条件を設定すると、1回の曝射時間は1
〜10肥となる。高精度の測定データを得るためには、
前述したように、1回の曝射測定で10’〜10′カウ
ントを取り込むことが必要になるが、このためには、3
X10’〜10’cpsのパルス計数率が必要となる。
この値は非常に大きいものであるが、本発明にかかるC
dTeおよびGaAsを用いた半導体X線検出器では実
現できた。この場合、パルス幅は100〜0.3nsで
あることが必要である。第4図は、パルス幅とパルスの
重なりの関係を説明する図である。同図(イ)のパルス
は重畳はないが、パルス幅の長くなった同図(ロ)では
パルスの重なりを生じている。X@量子が2個入射吸収
されても、パルスは1個しか発生することができないた
め、誤差を生じることになる。パルス計数率が3×10
’ 〜10’cpsの場合、パルス幅は100〜0.3
nsであれば重なる率は少ない。
第5図は、このような特性を可能ならしめた半導体結晶
6と、初段パルス増幅器としての電界効果トランジスタ
8を含むアレイの構造図である。
細長い単結晶6の上下に電極7を取り付けた例である。
周波数特性を高域まで延ばすために、単結晶6の電極間
隔、すなわち結晶の厚さは小さい方がよい。CdTeで
は0.5mm以下、GaAsでは2mm以下をとる。こ
れにより、電子・正孔対の走行時間は短くなる。また、
浮遊容量を小さくするため、単結晶6と初段増幅器8と
の配線の長さは、できるだけ短くすることが必要である
。すなわち、結晶と初段増幅器とは極力接近させて配置
し、細いリード線で結線する。これらの構造により、パ
ルス幅の狭い出力パルスを得ることができる。
第6図は、 CdTe半導体X線検出器によ′る24”
Amの60 k eVγ線の測定実施例である。様々な
波高のパルスが不規則に観測される。この中に波高値の
低いものが眼にとまる。これは、60 k eVγ線が
物体や素子自体で散乱されて生じた散乱線のパルスであ
る。実際の画像測定では、この低波高のパルスは画像デ
ータを含んでいないので、除去する方がよい。これは、
ディスクリミネータ−回路により波高弁別し、ディスク
リミネイトレベルより波高値の大きいもののみ選ぶよう
にすることで実現できる。
(発明の効果) 以上述べてきたように1本発明によれば、半導体Xi検
出器を用いたので、従来よりも画素数が多くて面解像度
の良好なX線CT装置を実現することができた。
また1本発明によれば、半導体X線検出器を用いたので
、測定時間が短時間で、しかも小形のX線CT装置を実
現することができた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のX線断層診断装置を示す図
、第2図はX線CTの原理を説明する図、第3図は半導
体X線検出器におけるX線パルスの観測例を示す図、第
4図は時間分解能の優れたパルスとそうでないパルスの
例を示す図、第5図は半導体X線検出器アレイの構造の
一実施例を示す図、第6図は半導体X線検出器でIil
!測されるX線による多くのパルスの観測例を示す図で
ある。 1・・・X線ビーム、 2・・・人体、 3・・・半導
体X線検出器の各素子、 4・・・X線管球、5・・・
パルス増幅・計数回路系。 第1図 1 °X牒ビ°−ム      3°°°牛隼(参X嶽
積弘鳥り各章J4・・・X 後管ブ手      5°
°゛パyし人増暢・↓ヤ朕U路禾501  ”°゛ λ
71期ハシレ入)−幅Lシ502 ・・・ パル又櫓@
J屯 503・・・ ン\゛しス計&旧隆 第2図 第3図 □時閉 第4図 時閉 第5図 第6図 □叫閾

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)多数個のX線測定器を線状に並べたアレイを有し
    、X線管より発したファン状ビームを被写体を介して上
    記測定器アレイに照射してそのX線量を測定し、この照
    射測定を一定角度方向毎に繰り返してそれら測定値から
    被写体の横断面の画像を得るX線断層診断装置において
    、X線測定器として半導体X線検出器アレイを用い、こ
    の検出器の各素子毎にパルス増幅器とパルスカウンタと
    を配し、これらの組を円弧状または円周状に並べ、上記
    検出器で検知したX線量子のパルス信号を並列に同時係
    数し、各素子およびその回路系によって得た係数パルス
    数に基づいて被写体の断層画像を構成することを特徴と
    するX線断層診断装置。
  2. (2)上記半導体X線検出器の各素子とその回路系で計
    数したX線量子数がある一定値に達した場合に、これを
    1ビットのバイナリーデジタルコードデータに変換し、
    これら一連のコードデータの演算によって断層像を得る
    ことを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のX線
    断層診断装置。
  3. (3)半導体X線検出器の各素子の出力パルスを、波高
    弁別器を通じて一定値以下の低波高パルスを除去するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のX線断
    層診断装置。
  4. (4)半導体X線検出器の各素子の出力パルスのパルス
    幅が0.3nsから100nsの範囲で、その計数率が
    最大で3メガcpsから1000メガcpsの範囲であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のX
    線断層診断装置。
  5. (5)半導体X線検出器の各素子の材料が、テルル化カ
    ドミウム(CdTe)、ガリウム砒素(GaAs)であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載のX
    線断層診断装置。
JP62291990A 1987-11-20 1987-11-20 X線断層診断装置 Pending JPH01135331A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001318155A (ja) * 2000-02-28 2001-11-16 Toshiba Corp 放射線検出器、およびx線ct装置
JP2008268235A (ja) * 2008-08-11 2008-11-06 Ulvac Japan Ltd 二次電子増倍素子を使用した測定方法及び二次電子増倍素子を使用した装置
JP2020111044A (ja) * 2019-01-09 2020-07-27 ザ・ボーイング・カンパニーThe Boeing Company リアルタイム付加製造プロセス検査
JP2022013739A (ja) * 2020-07-02 2022-01-18 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 X線ct装置及び方法

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