(57)【要約】【課題】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装置を提供する。また、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。【解決手段】ＣＴ装置１が有する検出器１０は複数の半導体素子１２を備え、半導体素子１２が出力する信号の波高を弁別する機能をもつので、各々の半導体素子１２に入射する特定のエネルギーのフォトンの個数を計数することができる。そして、この計数値に基づいてコンピュータ３１が画像を再構成する。したがって、適当なフォトンエネルギー成分を抽出することで、構成成分分析や構成成分の三次元的な分布の可視化が可能となる。また、低エネルギーの多重散乱フォトンによるビームハードニングの影響をなくして、アーチファクトのない画像を再構成できる。【選択図】　図１
2004077132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、少なくとも一つ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
を備えるＣＴ装置。
【請求項２】
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、少なくとも一つ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
を備えるＣＴ装置。
【請求項３】
前記計数手段は、前記信号生成手段によって前記信号のうち、特定のエネルギーのフォトンを検出するよう予め定められた二つの前記所定の閾値の間に、波高をもつ前記信号の数を計数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。
【請求項４】
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、前記被検体に含まれる特定の元素が有するＫ吸収端エネルギーより高い所定のエネルギーに応じて予め設定された第１の前記所定の閾値以上の波高をもつ前記信号の数を計数すると共に、前記Ｋ吸収端エネルギーより低い所定のエネルギーに応じて予め設定された第２の前記所定の閾値以上の波高をもつ前記信号の数を計数し、
前記演算手段は、前記計数手段によって計数される前記第１の所定の閾値以上の波高をもつ前記信号の計数値と、前記第２の所定の閾値以上の波高をもつ前記信号の計数値との差分値に基づいて、前記画像の再構成を行う
ことを特徴とする請求項１または２に記載のＣＴ装置。
【請求項５】
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、前記被検体に含まれる特定の元素が有するＫ吸収端エネルギーより高い所定のエネルギーに応じて予め設定された第１の前記所定の閾値以上の波高をもつ前記信号の数を計数すると共に、前記Ｋ吸収端エネルギーより低い所定のエネルギーに応じて予め設定された第２の前記所定の閾値以上の波高をもつ前記信号の数を計数し、
前記演算手段は、前記計数手段によって計数される前記第１の所定の閾値以上の波高をもつ前記信号の計数値に基づいて第１の前記画像を再構成し、前記計数手段によって計数される前記第２の所定の閾値以上の波高をもつ前記信号の計数値に基づいて第２の前記画像を再構成し、前記第１の画像と前記第２の画像の差分画像を生成する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のＣＴ装置。
【請求項６】
前記放射線照射手段は、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、各々の前記閾値間ごとに計数し、
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
【請求項７】
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１〜６のいずれか１項に記載のＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【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、少なくとも一つ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、少なくとも一つ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、少なくとも一つ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。
【００１１】
また、本発明のＣＴ装置においては、上記計数手段は、上記信号生成手段によって上記信号のうち、特定のエネルギーのフォトンを検出するよう予め定められた二つの上記所定の閾値の間に、波高をもつ上記信号の数を計数することを特徴とすることが好適である。
【００１２】
この発明によれば、信号生成手段によって出力される信号のうち、特定のエネルギーのフォトンを検出するよう予め定められた二つの所定の閾値の間に波高をもつ信号波の数を計数する。このように計数される計数値は、特定のエネルギー帯のフォトンの数を計数したものとなるので、単色エネルギー放射線を照射した場合と同様の計数値を得ることができる。
【００１３】
また、本発明のＣＴ装置においては、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、上記被検体に含まれる特定の元素が有するＫ吸収端エネルギーより高い所定のエネルギーに応じて予め設定された第１の上記所定の閾値以上の波高をもつ上記信号の数を計数すると共に、上記Ｋ吸収端エネルギーより低い所定のエネルギーに応じて予め設定された第２の上記所定の閾値以上の波高をもつ上記信号の数を計数し、上記演算手段は、上記計数手段によって計数される上記第１の所定の閾値以上の波高をもつ上記信号の計数値と、上記第２の所定の閾値以上の波高をもつ上記信号の計数値との差分値に基づいて、上記画像の再構成を行うことを特徴とすることが好適である。
【００１４】
特定のエネルギーを境界にフォトンの吸収係数が不連続となるＫ吸収端は、元素ごとに異なる。この発明によれば、計数手段が、被検体に含まれる特定の元素が有するＫ吸収端エネルギーより高い所定のエネルギーに応じて予め設定された第１の所定の閾値以上の波高をもつ信号の数を計数すると共に、このＫ吸収端エネルギーより低い所定のエネルギーに応じて予め設定された第２の所定の閾値以上の波高をもつ信号の数を計数する。計数手段によって計数されるこれらの計数値の差分をとると、上記した特定の元素以外の元素においては、上述したＫ吸収端エネルギーの高低両側の所定のエネルギー間で、吸収係数の変化が少ないため、計数値の差分が相殺される。したがって、この差分値は、主として上記した特定の元素が寄与したものとなる。その結果、演算手段が、この差分値を投影データとして、画像再構成を行うと、被検体に含まれる特定の元素の分布を映像化できる。
【００１５】
また、本発明のＣＴ装置においては、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、上記被検体に含まれる特定の元素が有するＫ吸収端エネルギーより高い所定のエネルギーに応じて予め設定された第１の上記所定の閾値以上の波高をもつ上記信号の数を計数すると共に、上記Ｋ吸収端エネルギーより低い所定のエネルギーに応じて予め設定された第２の上記所定の閾値以上の波高をもつ上記信号の数を計数し、上記演算手段は、上記計数手段によって計数される上記第１の所定の閾値以上の波高をもつ上記信号の計数値に基づいて第１の上記画像を再構成し、上記計数手段によって計数される上記第２の所定の閾値以上の波高をもつ上記信号の計数値に基づいて第２の上記画像を再構成し、上記第１の画像と上記第２の画像の差分画像を生成することを特徴とすることが好適である。
【００１６】
この発明によれば、上述した第１の所定の閾値以上の波高をもつ信号の計数値と、第２の所定の閾値以上の波高をもつ信号の計数値との、差分値を投影データとして画像を再構成する方式に代えて、第１の所定の閾値以上の波高をもつ信号波の計数値を投影データとして再構成する第１の画像と、第２の所定の閾値以上の波高をもつ信号の計数値を投影データとして再構成する第２の画像との差分画像を、演算手段が生成する。この第１の画像は、Ｋ吸収端エネルギーより高い所定のエネルギー以上のエネルギーをもつフォトンに対す被検体の吸収係数の分布を表わし、第２の画像はＫ吸収端エネルギーより低い所定のエネルギー以上のエネルギーをもつフォトンに対する被検体の吸収係数の分布を表わす。したがって、この第１の画像と第２の画像との差分画像において、上記のＫ吸収端エネルギーの前後で吸収係数の変化が小さい上記の特定の元素以外の元素による寄与は相殺される。その結果、第１の画像と第２の画像との差分画像を生成することによって、上記の特定の元素の分布を映像化できる。
【００１７】
また、本発明のＣＴ装置においては、記放射線照射手段は、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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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