(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｘ線透過の検査において、検査物体の密度分解能の向上を図る。【解決手段】Ｘ線の透過度、吸収度の異なるＸ線検出部（シンチレーターとフォトダイオードとの組合せ等）をＸ線の進行方向にそって重ねて多層配置し、必要に応じ金属板等を用いたＸ線用フィルターを各層の間に入れて、各層検出部ごとに感度中心のエネルギーを変えて検出する。各層検出データーの相互演算によって密度分解能の向上を図る。特にＸ線ＣＴ装置での使用が有為である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出するＸ線の進行方向にそう様に複数個の検出器を重なる様に多層配置し、必要に応じ金属板等を用いたＸ線用のフィルターを各層の間に入れ検査物体を透過したＸ線の強度を異なる複数のエネルギー帯で検出する複合型検出器。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本案は、Ｘ線検査分野全般にわたり透過Ｘ線の検出能力向上に寄与するものである。その効果は特に医療分野において効果大である。
医療分野の中でもＸ線ＣＴ装置での使用が最も有為な利用法と思われるので、本案の説明においては、Ｘ線ＣＴ装置での利用を中心に説明する。
【背景技術】
【０００２】  今までのＸ線ＣＴ装置の検出部は、Ｘ線フィルム等に比べて高い強度（線量）分解能が得られるという事で、その発達は検出するＸ線の進行方向に対して直角となる方向に検出器を多数配列するという方法で発達してきた。
第二世代、第三世代と言う様な、スキャンの回転方向への多数化と、マルチスライス化の様に、スキャン回転方向に対して直角の方向（回転軸方向）への多数化に分かれるが、いずれも検出するＸ線の当たる面に多数の検出器を配するという考え方である。
Ｘ線の強度検出においては、シンチレーターの改善やフォトダイオードの高感度化、プリアンプの低雑音化、また検出器を細かくして複数の検出器の信号を足し合わせて１つの信号とする一種の量子化ノイズ対策的な物も含め、さまざまな改善はされてきているが、Ｘ線のエネルギーに関係なく全体の線量を検出するという方法は、今までのいずれの装置も変わってはいない。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  Ｘ線ＣＴの技術は従来のＸ線撮影に比べて多くの成果をもたらしたが、軟部組織や脳組織内病変に対する密度分解能などにおいて不足な部分もある。
これを補うべく存在しているのがＭＲＩ（ＮＭＲ−ＣＴ）であることは周知の事実である。
また比較的高いＸ線管電圧を用いるとはいえ、診断領域のＸ線は、光電効果領域に多くのエネルギーが分布しており、各元素のＸ線の吸収端の影響が大きく（それゆえに診断像が得られるのだが）骨などのＸ線高吸収物によるアーチファクトは払拭できていない。
この辺りの欠点は、マルチスライス化がいくら進んでも改善されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本案は、検出するＸ線の進行方向にそう型で、重なる様にシンチレーター等のＸ線を検出し光等に変換する素子と、フォトダイオード等の光電変換素子とを多層配置する。Ｘ線を検出する素子は、検出するＸ線の進行方向にそって重なっていなくてはならないが、発光等を電荷量（電気信号）等に変換する素子は必ずしも重なっている必要はなく、Ｘ線の発光等を光ファイバーなどで導き異なる所で光電変換してもよい。
重なったシンチレーター等のＸ線検出素子の間には、必要に応じて金属板等を用いたＸ線用フィルターを入れていき、重なった各層のＸ線検出素子が検出素子自体によるフィルター効果も含め、検出するＸ線のエネルギー帯が異なる様にしていく。当然Ｘ線の発生側（多層の検出部の表面側）はエネルギーの低い軟線を多く検出し、Ｘ線の発生元から遠い側（多層の検出部の表面からみて深い層）はエネルギーの高い硬いＸ線を多く検出することとなる。
軟線は表面近くで減っていくが、表面のＸ線検出層はエネルギーの高い硬いＸ線も検出する。
したがって表面のＸ線検出層は厚さを薄くしたり、材質をくふうし、表面（表面近く）の検出層ではなるべく軟線成分のみを減衰させ検出する配慮が必要となる。また表面層にかぎらず各層が検出するＸ線のエネルギー帯はなるべく分離していることが望ましい。
各層のＸ線検出の感度の条件は従来の物より厳しくなるので、シンチレーターの高効率化、光電変換の高感度化、増幅のローノイズ化だけでなく、それぞれのＸ線検出素子の配置デザインや、各素子間のＸ線シールドのありかたも重要となる。
ただ近年半導体技術は、小信号領域における高速化という方向に大きく進歩しており、本案を実用化しうる技術環境はあると思われる。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
【発明の効果】
【０００６】  本案の効果は実施例により異なるので、実施例ごとに効果を説明する。
始めに、現在のＣＴ装置で、使い方次第で本案の効果の一部と近い効果を得るものがあるので、そのことにふれておく。
現在のＣＴ装置で、Ｘ線管と検出器を二組持ち、高電圧と通常電圧の撮影を同時に行えるものがある。それぞれの画像は、機械的には同一の位置を撮影しているので、二種類の画像を使いアーチファクトの低減処理等が行われている。
上記の装置と本案の違いは、上記の二種類の画像は同時に同じスライス位置を撮影したというだけで、それぞれは厳密には重ならない。
本案は、各層の検出器が同一の透過Ｘ線を検出しているといってよく、（各層の検出器は同一のＸ線を、感度を得るエネルギーの中心を異ならせて検出しているだけ）各層の検出器ごとに構成された像は、完全に重ねることができる。
また、各層のデーターを混合した画像構成を行っても、構成画像に位置的不合理が発生することはない。
上記の違いが元となり、本案でなければ得られない効果が多く存在するので、以下にそれを述べる。
例１  軟線撮影相当の画像構成
通常Ｘ線ＣＴ装置では、軟線撮影はできない。軟線では体全体をＸ線が透過しないからである。
本案の検出器を用いて撮影したデーターを使い、体表近くの画像構成を軟線検出層の検出器のデーターに重きをおいて画像構成演算を行えば、体表近くの組織において軟線撮影相当の画像の生成が可能となる。
これは、マンモグラフィーなどの軟線撮影相当の撮影がＣＴ装置で行える事をいみする。
例２  Ｘ線高吸収物体によるアーチファクトの低減
上記例１の軟線撮影相当の画像生成に対して、エネルギー的に逆の利用例である。
Ｘ線ＣＴは、比較的高い管電圧で撮影されるが、骨や金属でみると、光電効果吸収の影響が大きく高吸収物体によるアーチファクトはさけられない。
高吸収物体がある場合、本案の検出器を用い高エネルギー帯検出層の検出データーに重きをおいて、高吸収物体によるＸ線吸収量の数値が過大にならない様にしたうえで、画像構成演算を行えばアーチファクトの少ない画像を生成できる。
この様な手法は、現在複数のＸ線管と検出器を持つＣＴ装置でも行われているが、本案は同一のＸ線を検出するので、より完成度の高い画像が得られる。
例３  造影剤の増感ができる。
Ｘ線検査に用いられる造影剤は、成分中元素固有のＸ線吸収端を持ち、特定のエネルギー以下のＸ線を吸収し大きく減衰させる。
本案を用い、造影剤により減衰するエネルギー帯を敏感に検出する検出器層を設け、その層のデーターに重きをおいて画像構成演算を行えば、造影剤の効果が増強された画像を得ることができる。
かつて、放射光Ｘ線を用い、静脈注射の造影で、動脈カテーテルを使った造影相当の画像を得ようとする試みが行われたが、本案を用いれば、通常のＸ線管のＸ線を使って放射光Ｘ線撮影相当の画像が得られることが期待できる。
例４  超高電圧撮影による、高精度電子密度測定
Ｘ線はもちろんのこと、陽子、重イオン等の放射線を用いた放射線治療において、Ｘ線ＣＴのＣＴ値から、人体の電子密度分布を算出することは、治療計画上重要な作業である。
しかし今のＸ線ＣＴ装置では、比較的高いＸ線管電圧を使うとはいえ、光電吸収領域の影響は大きく、ＣＴ値からの電子密度換算は理想から程遠いものといえる。
かといって陽子線等を用いたＣＴは、現状研究、実験的なものであり、実用性は今の所みえていない。
本案はこれに対して、リニアック等の治療域の超高圧Ｘ線を用いたＣＴ装置を提案する。
しかしそのまま超高圧Ｘ線を用いるだけだと、リニアックグラフィーの様にまともな診療用画像とならない。そこで、Ｘ線のフィルターは通常のＣＴ装置並みにして、本案の検出器に超高エネルギー帯検出用の検出層を設けて実用化すれば、超高エネルギー帯検出層のデーターから電子密度算出用のＣＴ像を構成し、診療域エネルギー帯検出層のデーターから診断用のＣＴ像を構成できる。
この２種類の画像は完全に重なるので、治療計画の入力は診断像で行い、線量分布計算は、電子密度算出用ＣＴ像のＣＴ値から換算された電子密度を用い計算し、計算結果を診断像上に表示させればよい。
注意として、この超高圧撮影の目的は、電子密度算出に適したコンプトン領域で撮影することにある。したがってＸ線のエネルギーは高ければ良いというわけではない。エネルギーが高いと電子対生成も起こるからである。
光電領域における各原子固有のＸ線の吸収端の影響が十分回避できるエネルギーなら良いということである。
ここで、Ｘ線の振る舞いと本案の原理的な考え方に触れておく。
Ｘ線は可視光の様にプリズム等でスペクトル分離できるものではない。しかもエネルギーごとに回折、光電効果、コンプトン散乱、電子対生成と大きく振る舞いが異なる現象がその領域をだぶらせて存在するため、各エネルギー領域を完全に分離して検出できたとしても、透過Ｘ線の情報から、透過物体を完全に分析するのは困難である。
またＸ線の発生においても、病院の装置のサイズで診療画像撮影が可能な単色のＸ線（放射光）を得ることも極めて困難である。
それならば、不可能を無理に求めるのではなく、連続Ｘ線の透過像を検出するＸ線の感度のエネルギー中心（どのエネルギー帯のＸ線を最も高感度で検出するのかという意味）を変えて多数のエネルギー帯で検出しようとするのが本案である。
各エネルギー帯ごとの検出強度をどう濃淡に変換するかを変えたり。（ガンマ値の変更）特定のエネルギー帯を増減させてからたし合わせて像を作ったりすることで、今までのＸ線検査ではできなかった多様な特殊画像を作ることができるようになる。
これは、単なる高圧撮影、低圧撮影の組み合わせでは不可能であり、同時、同位置で複数のエネルギー中心でＸ線強度を独立検出できる本案だからできることである。
例  ５  フラットパネル型Ｘ線検出器の多層化
例  １−４の実施例は、フラットパネル型Ｘ線検出器を多スペクトル型に多層化しても同様に応用できる。
過去にイメージングプレートに金属板をはさみ撮影したという本案と同一の原理の実験例があり本案はそれをセンサー化しただけに見えるかもしれないが、センサー化しなければＣＴ装置への利用は不可能であり、上記例の画像処理も事実上不可能であることを考えれば、本案によって新たな進歩が生じているのはまちがいない。
例  ６  巨大物体の非破壊検査
超高圧Ｘ線を利用した大型構造物用のＸ線ＣＴ装置はすでに存在するが、本案の検出器を利用することでより大型の物をよりくわしく検査できることが期待できる。
それを実現するためには、シンチレーター部の散乱線対策と、光電変換部の感度レンジの拡大が必要である。
本案はＸ線検出の条件がきびしいのでこれは共通の問題である。
感度レンジの拡大は、１つのシンチレーターに感度の異なる複数の光電変換部を付けるというような対策が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本案の原理的構造図である。
【図２】  従来型センサーの原理的構造図である。
【符号の説明】  １  Ｘ線管焦点      ２  Ｘ線      ３  光電変換素子
４  Ｘ線フィルター用金属板層      ５  低エネルギー用シンチレーター
６  中エネルギー用シンチレーター      ７  高エネルギー用シンチレーター
８  全エネルギー用シンチレーター
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年10月19日(2009.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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