(57)【要約】本発明に係る医療用画像処理装置および機器（４）は、複数の半導体画素検知器（１２）により形成されるＸ線検知器（１０）を備え、それぞれの半導体画素検知器（１２）は、関連する電気回路（１５）および計数器（６８；図５参照）を有する。使用中、被写体は、Ｘ線発生装置（２；図１参照）およびＸ線検知器（１０）の間に配置され、照射され、そして、画素検知器（１２）に入射したＸ線は、関連する電気信号に直接変換され、該信号は電気回路（１５）によりデジタル化され、計数器（６８）により計数される。これらのデジタル化された電気信号は、吸収されたＸ線のエネルギーと入射位置とを示し、操作されることにより、Ｘ線が照射された被写体を表示する画像を付与する。該画像により視覚分析がリアルタイムで実行される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用中に、半導体検知素子上へ入射したＸ線が、対応する電気信号へと直接変換される、複数の半導体検知素子を有するＸ線検知器を備える医療用画像処理装置。
【請求項２】
前記半導体検知素子が画素検知器である請求項１に記載の医療用画像処理装置。
【請求項３】
各画素検知器からの電気信号が、該信号がデジタル化される少なくとも１つの電気回路へ送られる請求項２に記載の医療用画像処理装置。
【請求項４】
選択されたエネルギー域内で各画素検知器によって吸収されたＸ線の量が、各画素に埋め込まれた計数器によって記録される請求項１〜３のいずれかに記載の医療用画像処理装置。
【請求項５】
１ｋｅＶを超えるエネルギーを有するＸ線を検知するのに効果的な請求項１〜４のいずれかに記載の医療用画像処理装置。
【請求項６】
１ｋｅＶ〜２００ｋｅＶの範囲内で、特に５０ｋｅＶを超えるエネルギーを有するＸ線を検知するのに効果的な請求項１〜５のいずれかに記載の医療用画像処理装置。
【請求項７】
前記電気信号が、前記吸収されたＸ線のエネルギーおよび入射位置を示す請求項１〜６のいずれかに記載の医療用画像処理装置。
【請求項８】
前記半導体画素検知器が、電子回路チップ上に、互いにタイル状に配置された、複数の半導体ウェハチップからなる請求項１〜７のいずれかに記載の医療用画像処理装置。
【請求項９】
電気接触が各半導体ウェハーの裏面でなされ、整流接触が各半導体画素に埋め込まれた電極によりなされる請求項８に記載の医療用画像処理装置。
【請求項１０】
各画素電極が対応する電気信号デジタル化回路に接続される請求項９に記載の医療用画像処理装置。
【請求項１１】
各電気回路が単一読出し集積回路（ＲＯＩＣ）である請求項１０に記載の医療用画像処理装置。
【請求項１２】
画素検知器がIII〜Ｖ属半導体材料である化合物半導体材料から作製される請求項１〜１１のいずれかに記載の医療用画像処理装置。
【請求項１３】
半導体材料がガリウム砒素を基とする材料からなる請求項１〜１２のいずれかに記載の医療用画像処理装置。
【請求項１４】
半導体が、エピタキシャル成長したガリウム砒素またはガリウム砒素基板上に形成されたそれらの合金から形成する請求項１〜１３のいずれかに記載の医療用画像処理装置。
【請求項１５】
読出し集積回路（ＲＯＩＣ）の各画素の電気信号処理においてパルス高さ解析を組み込むことで、エネルギー選択を経て、吸収されたＸ線の最適なエネルギーのみを計数することにより、画像品質を最適化して、画像品質を向上する請求項１４に記載の医療用画像処理装置。
【請求項１６】
各画素検知器がモノリシック半導体画素検知器であり、入射したＸ線が、対応する電気信号へと直接変換される請求項２に記載の医療用画像処理装置。
【請求項１７】
前記電気信号が、モノリシック半導体画素検知器内に埋め込まれた電極においてデジタル化され、処理される請求項１６に記載の医療用画像処理装置。
【請求項１８】
半導体検知素子が、半導体基板を有し、該半導体基板の一方の表面に、細片の形に形成される複数の電極を配置し、他方の表面に、細片の形に形成され、前記一方の表面に形成された電極と直交して配置された複数の逆バイアスのｐｎ接合電極を配置し、前記検知器に入射した各Ｘ線光子が、前記両表面における電極の交点において、その位置および光子のエネルギーを示す電気信号を生成する請求項１に記載の医療用画像処理装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の医療用画像処理装置を含む医療用画像処理機器。
【請求項２０】
Ｘ線発生装置が、半導体検知手段に入射するＸ線を生成する請求項１９に記載の医療用画像処理機器。
【請求項２１】
被写体が前記Ｘ線発生装置と半導体画素手段の間に配置され、半導体検知手段の中で生成される電気信号が照射された被写体を表す請求項２０に記載の医療用画像処理機器。
【請求項２２】
被写体の少なくとも一部をＸ線発生装置と検知手段の間に配置するステップ、Ｘ線発生装置により生成されたＸ線により当該被写体の少なくとも一部を照射するステップ、前記検知手段により受信されたＸ線を、検知器の半導体画素により、電荷に直接変換するステップからなる、被写体のＸ線画像処理方法。
【請求項２３】
電界により、読出し集積回路（ＲＯＩＣ）の各画素に埋め込まれた電極に対して、吸収されたＸ線エネルギーにより生成された電荷を送るステップ、該電荷を電気信号に変換するステップをさらに含む請求項２２に記載の被写体のＸ線画像処理方法。
【請求項２４】
画素からの電荷を収集するステップ、該電荷をデジタル化するステップ、読出し集積回路（ＲＯＩＣ）の画素内のバッファにデジタル化された電荷をデータとして保存するステップ、保存されたデータを操作することにより、Ｘ線照射された被写体を表す画像を付与するステップをさらに含む請求項２３に記載の被写体のＸ線画像処理方法。
【請求項２５】
各列の画素内の各電極において電気信号を収集するステップ、電気回路を介して、前記各列の端部にある読出しセルに前記電気信号を送るステップをさらに含む請求項２４に記載のＸ線画像処理方法。
【請求項２６】
前記各列の読出しセルからの画素データを同時に収集し、該収集されたデータをバッファに送るステップをさらに含む請求項２５に記載のＸ線画像処理方法。
【請求項２７】
Ｘ線画像処理システムからの前記デジタル化された信号を、視覚分析用の映像および記録システムへ送るステップをさらに含む請求項２６に記載のＸ線画像処理方法。
【請求項２８】
リアルタイムに視覚分析を実行するステップをさらに含む請求項２７に記載のＸ線画像処理方法。
【請求項２９】
複数の半導体素子および少なくとも１つの電気回路を備えるＸ線画像処理装置において、被写体に照射されたＸ線束を半導体素子上に入射させ、対応する電気信号に変換させることからなる、被写体のＸ線画像処理を実行するための医療用画像処理装置の使用方法。
【請求項３０】
前記電気信号がそれぞれの光子の数およびエネルギーを示す請求項２９に記載の医療用画像処理装置の使用方法。
【請求項３１】
前記電気信号が少なくとも１つの電気回路に送られ、該電気回路において前記電気信号がデジタル化される請求項３０に記載の医療用画像処理装置の使用方法。
【請求項３２】
少なくとも１つの電気回路により、電気信号から、被写体の画像が再生される請求項３１に記載の医療用画像処理装置の使用方法。
【請求項３３】
被写体の画像を得るために、要求される被写体への照射が１回だけである請求項２９に記載の医療用画像処理装置の使用方法。
【請求項３４】
前記装置が人間および動物に対する血管造影法を実行するために使用される請求項２９〜３３のいずれかに記載の医療用画像処理装置の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療用画像処理装置およびその関連システムと方法に関し、特に、デジタル血管造影法に用いる画像処理システムに関するが、これに限られない。
【背景技術】
【０００２】
医療用Ｘ線撮影において、伝統的なＸ線画像処理システムは、従来のフィルム板を使用し、照射された被写体の画像を得ている。最近では、デジタルＸ線撮影を行うために、デジタル画像処理システムが使用されている。一部の現行システムは、トランジスタ画素を有する半導体を使用し、変換プレートを通過した後、半導体に入射した放射線によって発生する電荷を収集する。変換プレートには、典型的には、Ｘ線を増倍してトランジスタ画素による検知に適した波長に変換するシンチレーション材料が使用される。シンチレーションプレートを通過した後で放射線を吸収する材料としては、通常アモルファスシリコンが使用される。他の公知の直接検知システムは、アモルファスセレンを用いて放射線を吸収する。これらのシステムは、放射線の各線量を照射する間に回復時間が要求されるという欠点を有する。
【０００３】
さらに、血管造影法に用いる場合、これらのシステムはしばしば、デジタル減算血管造影法として知られる技術に依存しており、ここでは、造影剤を注射する前に第１照射画像が撮影される。通常はヨウ素をベースとした造影剤が関連領域に注射され、第２照射画像が撮影される。次いで、第１画像が第２画像から減算され、増強されたコントラストが最終的に表示装置に表示される。しかし、この技術は、照射線量を少なくとも２回照射することが要求され、さらに、患者がヨウ素などの造影剤にアレルギーを有する場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の少なくとも１態様は、直接検知光子を計数する画素検知器を用いることによって、上記の問題の少なくとも１つを回避または緩和することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１態様では、
使用中に、半導体検知素子上へ入射したＸ線が、対応する電気信号へと直接変換される、複数の半導体検知素子を有するＸ線検知器を備える医療用画像処理装置が提供される。
【０００６】
各画素検知器からの電気信号は、少なくとも１つの電気回路へ送られ、電気回路で信号がデジタル化されることが好ましい。
【０００７】
選択されたエネルギー域内で各画素検知器によって吸収されたＸ線の量が、各画素に埋め込まれたバイナリカウンタまたはスカラカウンタによって記録されることが好ましい。
【０００８】
検知器の構成は、１ｋｅＶを超えるエネルギー、好ましくは１〜２００ｋｅＶの範囲内で、一実施形態では５０ｋｅＶを超えるエネルギーを有するＸ線を検知するのに効果的であることが好ましい。
【０００９】
前記電気信号が、前記吸収されたＸ線のエネルギーおよび入射位置を示すことが好ましい。
【００１０】
前記半導体画素検知器は、電子回路チップ上に、好ましくは互いにタイル状に配置された、複数の半導体ウェハチップからなることが好ましい。
【００１１】
各半導体ウェハは複数の画素を含むことが好ましい。
【００１２】
各画素検知器はＸ線光子計数器であり、各画素検知素子が、吸収された入射光子のエネルギーに対応する電荷パルスを生成することが好ましく、また、吸収された光子数も計数することが好ましい。
【００１３】
電気接触が半導体ウェハの裏面でなされ、整流接触が半導体画素に埋め込まれた電極によりなされることが好ましい。
【００１４】
各画素電極が対応する電気信号デジタル化回路に接続されることが好ましい。
【００１５】
電気回路は、各々が半導体ウェハの画素に対応する複数の画素信号デジタル化回路から形成されることが好ましい。
【００１６】
各電気回路が単一読出し集積回路（ＲＯＩＣ）であることが好ましい。
【００１７】
半導体画素検知器は、化合物半導体材料、たとえば、III〜Ｖ族半導体材料から作成することが好ましい。
【００１８】
一実施形態では、半導体はガリウム砒素を基とする材料を含む。
【００１９】
このような実施形態では、半導体は、エピタキシャル成長したガリウム砒素、またはガリウム砒素基板上に形成されたそれらの合金から形成することができる。
【００２０】
代替的に、半導体はシリコンまたはテルル化カドミウムまたはそれらの合金から形成することができる。
【００２１】
読出し集積回路（ＲＯＩＣ）の各画素の電気信号処理においてパルス高さ解析を組み込むことで、エネルギー選択を経て、吸収されたＸ線の最適なエネルギーのみを計数することにより、画像品質を最適化して、画像品質を高めることが好ましい。
【００２２】
医療用画像処理装置のＸ線検知器は、代替的に、複数のモノリシック半導体画素検知器を備え、モノリシック半導体画素に入射したＸ線は対応する電気信号に直接変換される。前記電気信号は、モノリシック半導体画素検知器内に埋め込まれた電極においてデジタル化され、処理されることが好ましい。
【００２３】
代替的に、医療用画像処理装置のＸ線検知器は、半導体基板からなり、該半導体基板の一方の表面に、細片の形に形成される複数の電極を配置し、他方の表面に、細片の形に形成され、前記一方の表面に形成された電極と直交して配置し、当該Ｘ線検知器に入射した各Ｘ線光子は、前記両表面上の電極の交点において、その位置および好ましくは光子のエネルギーを表す電気信号を生成する。
【００２４】
本発明の第２態様では、医療用画像処理装置を含む医療用画像処理機器が提供され、該装置が少なくとも１つの電気回路に作動可能に接続された複数の半導体画素検知器を備えており、使用中に、検知器に入射したＸ線が対応する電気信号に変換されることを特徴とする。
【００２５】
Ｘ線発生装置が、検知器に入射するＸ線を生成することが好ましい。
【００２６】
画像処理機器は、被写体をＸ線発生装置と半導体画素検知器との間に配置できるように構成し、Ｘ線によって発生する電気信号は、照射された被写体を表すことが好ましい。
【００２７】
発生するＸ線は、１ｋｅＶ〜２００ｋｅＶの範囲の放射線エネルギーを持つことが好ましい。
【００２８】
放射線エネルギーは、１ｋｅＶ〜２００ｋｅＶの範囲内の２つ以上の値を持つことが好ましい。
【００２９】
医療用画像処理装置の半導体画素検知器は、互いにタイル上に配置された、複数の半導体ウェハチップからなる。
【００３０】
各半導体ウェハは複数の画素を含むことが好ましい。
【００３１】
各画素は光子計数器であり、各画素検知素子が入射光子の数を計数し、その対応するエネルギーを測定することが好ましい。
【００３２】
本発明の第３態様では、被写体のＸ線画像処理方法であって、
必要な身体部分をＸ線発生装置と検知器との間に配置するステップ、
Ｘ線発生装置により生成されたＸ線を身体部分に照射するステップ、
検知器が受信したＸ線を、検知器の半導体画素により、電荷に直接変換するステップ、
を含む方法を提供する。
【００３３】
該方法は、読出し集積回路（ＲＯＩＣ）の各画素に埋め込まれた電極に対して、吸収されたＸ線エネルギーにより生成された電荷を送る追加ステップと、電荷を電気信号に変換する追加ステップとを含むことが好ましい。
【００３４】
好ましくは、該方法は、
画素から電荷を収集する追加ステップ、
該電荷をデジタル化する追加ステップ、
デジタル化された電荷をデータとして読出し集積回路（ＲＯＩＣ）の画素内のバッファに保存する追加ステップと、
保存されたデータを操作することにより、Ｘ線照射された被写体を表す画像を付与する追加ステップと
を含むことが好ましい。
【００３５】
該方法は、また、各列の画素内の各電極において電気信号を収集するステップと、電気回路を介して、前記各列の端部にある読出しセルに前記電気信号を送るステップをさらに含むことが好ましい。
【００３６】
該方法は、前記各列の読出しセルから画素データを同時に収集し、該収集されたデータをバッファに送るステップをさらに含むことが好ましい。
【００３７】
該方法はまた、Ｘ線画像処理システムからの前記デジタル化された信号を、視覚分析用の映像および記録システムへ送るステップをさらに含むことが好ましい。
【００３８】
該方法は、また、リアルタイムに視覚分析を実行するステップを含むことが好ましい。
【００３９】
該方法は、画像の間隔が１秒未満である、リアルタイムに画像を生成するステップを含むことが好ましい。
【００４０】
該方法は、１ｍｍあたり少なくとも３線対の解像度を有する画像を生成するステップを含むことが好ましい。
【００４１】
該方法は、被写体の画像を得るために、被写体に１回だけ照射するステップを含むことが好ましい。
【００４２】
１実施例において、該方法は、被写体に照射するときに造影剤を使用し、末梢動脈への注射によって造影剤を被写体に導入することができる。
【００４３】
代替的かつ好適な実施例では、造影剤を使用する必要はない。
【００４４】
本発明の第４態様では、複数の半導体画素検知器および少なくとも１つの電気回路を備えており、被写体に照射されたＸ線束を半導体画素に入射して、対応する電気信号に変換されるように構成された被写体をＸ線画像処理する医療用画像処理装置の使用方法を提供する。
【００４５】
Ｘ線束は予め定められた割合、たとえば１ＭＨｚを超えないことが好ましい。
【００４６】
電気信号は、それぞれの光子の数およびエネルギーを示すことが好ましい。
【００４７】
電気信号は少なくとも１つの電気回路に送られ、そこで信号がデジタル化されることが好ましい。
【００４８】
少なくとも１つの電気回路により、電気信号から被写体の画像が再生されることが好ましい。
【００４９】
被写体の画像を得るために、必要な被写体の照射は１回だけであることが好ましい。
【００５０】
被写体は患者の身体部分であることが好ましい。
【００５１】
本発明の少なくとも１つの実施形態は、被写体の明瞭な画像を得るために、要求されるＸ線放射線の線量が、公知のシステムで使用される線量より少なくとも５０％に減る点で有利である。
【００５２】
本発明の少なくとも１つの実施形態は、キャリアの流体内への造影剤の投与量が、公知のシステムを使用して照射する場合に使用される量の少なくとも１０分の１に減る点で有利である。
【００５３】
この医療用画像処理システムは、特に人間、場合によっては動物に対して血液造影法を実行するための使用に適している。
【００５４】
場合によっては、該医療用画像処理システムは、たとえば、人間または動物の生体内脈管および導管の画像化および診断用に適合する。
【００５５】
上記の装置、機器および方法は、特に、血液造影法への使用に適合する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
本発明の実施態様およびその他の態様は、添付の図面を参照することにより、以下の説明により明らかにされる。
【００５７】
図１は、Ｘ線検知器プレート（１０）と１ｋｅＶ〜２００ｋｅＶの範囲の複数の放射線値のＸ線を発生するＸ線発生装置（２）とを備える、医療用画像処理システム（４）を示す。照射される被写体または身体部分は、発生装置（２）と検知器（１０）との間の空間に配置される。
【００５８】
図２は、Ｘ線検知器プレート（１０）を示す。検知器プレート（１０）は、１層の半導体画素検知器（１２）を備え、該半導体画素検知器（１２）は、制御トラック（１７）によって制御およびデータ収集回路（１６）に接続された複数の画素読出し集積回路（ＲＯＩＣ；１５）から形成される整合層（１４）に１層のはんだバンプ（１８）を介して接続される。
【００５９】
図３Ａは、はんだバンプ（１８）によって互いに接続された、半導体画素検知器の層（１２）、複数の読出し集積チップ（ＲＯＩＣ；１３）からなる回路の層（１４）を示す概略図である。図３Ｂから理解されるように、半導体画素検知器（１２）は、互いにタイル状に並べられた複数の半導体ウェハチップ（２０）を備え、各半導体ウェハチップ（２０）は各々がＸ線光子計数器となる複数の画素を含む。ウェハチップ（２０）は互いにタイル状に並べられ、画素読出しセル（１３）の上側に配置され、はんだバンプ（１８）によって接続される。画像読出しセル（１３）は、超音波接合（１９）によってデータ収集および制御回路（１６）に接続される。半導体画素検知器のチップ（２０）は、高品質エピタキシャル半導体材料から形成され、優れた信号対雑音比およびエネルギー分解能を有しており、特に、業界標準の半導体材料に見られる結晶欠陥および不純物によって発生する画素センサの暗電流雑音を低減している。
【００６０】
図４は、単一半導体画素検知器セルの断面構造を示す。画素検知器セル（２２）は、オーム接点として機能する、厚さ約１μｍで、入射Ｘ線に対して実質的に透明な金属層（２４）の層と、半導体画素検知器の材料である高抵抗率半導体、たとえばＳｉまたはＧａＡｓの層（２３）とからなる。電極（２５）は、画素検知器セル（２２）に埋め込まれた整流電気接点であり、１つの画素読出し回路（１４）に、はんだバンプ（１８）によって接続される。読出し集積回路（ＲＯＩＣ）内には、複数の画素読出し回路があり、画素読出し回路（１４）はその１要素を形成する、画素ＲＯＩＣ（１４）は、制御およびデータ収集回路（１６）に超音波接合される。回路（２６）によって、画素検知器セル（２２）に電界が印加される。各画素検知器セル（２２）の画素読出し回路（１４）は、制御および収集回路（１６）に接続された制御線によって接続される。
【００６１】
Ｘ線が半導体検知器の画素（１２）に入射すると、各Ｘ線光子が画素（２２）によって検知される。Ｘ線光子吸収により、半導体の電子とホール対が生成される。生成される対の数はＸ線のエネルギーを表す。回路（２６）によって発生する電界における各画素（２２）の電子とホールの運動により、電極（２５）の電気信号は、はんだバンプを介して、読出し回路に伝達される。電子とホールの対の数に比例し、ゆえに吸収されたＸ線エネルギーにも比例する、電気信号の大きさを解析することによって、読出し回路は、吸収されたＸ線光子のＸ線エネルギーおよび位置を表示できる。各読出し回路は、データバッファを有し、該データバッファは、照射された被写体の密度を表す、所定のエネルギー要件を具備する吸収Ｘ線の数を記録する。各画素の読出しセル（１４）からの画素データの収集は、パルス信号によって同時に実行され、収集されたデータは制御線に沿ってバッファ（１６）に伝達され、バッファからデータを検索し再生して、画像を形成することができる。上述のように、電子信号パルス高さ解析のＸ線エネルギー分別により、得られる画像品質が向上する。
【００６２】
図５Ａおよび５Ｂは、各画素を識別するために、行および列アドレス指定を用いて、画素配列検知器の体系的な読出しを達成するための構成例を示す。画素（５０）はＸ線の吸収を検知し、電子信号を発生して処理し、該信号はその位置を通過する行バス（５１）および列バス（５２）に付与される。
【００６３】
チップ内の電子信号の処理は、図５Ｂに示す画素電子部品によって実行される。該画素電子部品は、一般的には、１秒につき１画素あたり１００万を超えないＸ線束を処理することができる。入力（６０）は、Ｘ線光子の吸収によって半導体画素検知器で発生する電気信号を受信する。入力信号は、プリアンプ（６２）を通過して、処理に適したレベルに増幅され、次に、増幅された信号はラッチ比較器（６４）に送信される。増幅された信号のエネルギーレベルが、ラッチ比較器（６４）の指定する閾値より低い場合、バイナリ信号０が回路を通して送信される。バイナリ信号１は、信号エネルギーレベルが指定する閾値より上であることを示す。次に、バイナリ信号は、バイナリカウンターとして機能するシフトレジスタ（６８）に保存される。シフトレジスタの示す読み値は、他の画素のシフトレジスタからのものと共に順次取り込まれ、次いでこの情報は画像を生成するために使用される。照射される被写体を示す正確な画像を得るために、各々が異なる閾値を有する複数のラッチ比較器（６４）を、並列に接続するとよい。これにより、各々の範囲のエネルギーインターバルに吸収されたＸ線の量が同時に記録され、最適なエネルギー範囲を画像処理により決定する際に考慮されることにより、照射される被写体の最適な画像が得られる。画像のコントラストは、様々な組織の相対的な吸収力に依存しており、組織の相対的な吸収力は、Ｘ線エネルギーに依存することから、エネルギーの選択により所定の組織のコントラストを最適化することができる。エネルギー選択システムの概略図を図６に示す。
【００６４】
エネルギー選択原理を使用することにより、最も鮮明な画像を得るために、より低いスペクトルエネルギーが必要なのか、それともより高いスペクトルエネルギーかを識別することができる。画像形成に使用されるエネルギー範囲の変更による結果を、異なるエネルギーで得られる異なるコントラストの例として、図７Ａおよび図７Ｂに示す。図７Ａの被写体は２個のサクランボであったが、その画像は、２５〜６０ｋｅＶのエネルギー範囲のＸ線を用いてサクランボを画像化することによって得られ、図７Ｂのサクランボの画像は、２５〜３５ｋｅＶのエネルギー範囲を用いて画像化することによって得られた。これらの画像から、エネルギー選択の結果、軟組織から硬組織のコントラストが変化し、この場合、低い方のエネルギースペクトルが最適であることが分かる。
【００６５】
また、本発明は、本発明のＸ線検知器プレートを使用することにより、画像を得るために要求される被写体への照射が１回だけでよく、そのためＸ線処理が高速化されるという効果を有する。さらに、明瞭な画像を得るために要求される線量を低下しうる効果も有する。単一線量Ｘ線、ＧａＡｓなどの化合物半導体の使用、およびエネルギー選択原理の組合せは、線量が公知のＸ線検知器で使用される線量の一般的に２０分の１になることを意味する。たとえば、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、本発明を使用するば、子供の歯の画像（図８Ａ）を得るために、−３５μｇｙの線量が必要である。図８Ｂは、市販のシンチレータ被覆ＣＣＤシステム（Sens-A-Ray）を使用して、−９８０μｇｙの線量を用いて得られたものである。的確な要求線量は、エネルギー選択原理を使用して、コントラストを最適化することができるように、各エネルギー範囲に該当するＸ線の量を識別することによって見出される。
【００６６】
さらに、造影剤を使用する必要性が完全に排除されないとしても、低減される点で有利である。典型的な現行Ｘ線処理では、３００〜４００ｍｇ／ｍｌの造影剤が必要であるが、検知器プレート（１０）を使用することにより、造影剤を使用する必要性が除去される。適切なエネルギー選択を行うだけで、ほとんどの場合において、効率的なコントラストが得られる。
【００６７】
本発明のＸ線検知器を使用することによって、被写体をリアルタイムで視覚分析しうる画像システムが提供される。これは、パルスＸ線発生装置を用いて、または被写体を連続的に照射することにより、達成される。心臓病専門医の視覚分析のための要件を満たすために、検知器の読出しは１秒未満の画像間隔を達成する必要があり、解像度は少なくとも３１ｐ／ｍｍでなければならない。
【００６８】
図９は、該構成において画素検知器として使用しうるモノリシック画素構造の概略的構造を示す。光子によって発生した電気信号が、検知器に埋め込まれた電極、この場合ｐ型集電極に向かって移動することが分かる。次に、発生した電気信号は電子部品内で処理され、Ｘ線のエネルギー選択情報を付与する。このシステムは、電気信号の処理が画素検知器内で実行されるという効果を有する。現在、この構成は半導体画素検知器としてシリコンを使用した場合のみ可能であるが、同様の原理をガリウム砒素にも適用することが見込まれる。
【００６９】
図１０に、画素検知器構成の別の構成を示す。検知器構成（６０）は、半導体基板（６４）の上側面に細片の形で形成された複数のアルミニウム電極（６２）を有する。半導体基板の底面には、複数の逆バイアスｐｎ接合電極（６６）が細片の形で形成され、上側面に形成されたものに対して直交方向に配置される。Ｘ線光子が検知器に入射すると、上側電極（６２）で検知され、かつ、下側電極（６６）でも検知される。上側電極と下側電極の交点で電気信号が形成され、これは入射光子の位置を示す。上述したように、光子のエネルギーも検知される。これらの信号から、照射された被写体の画像を再生することができる。
【００７０】
この画像処理システムは、人間または動物に血管造影法を実行するのに適している。その理由は、選択可能なＸ線エネルギーの制限範囲内において、同時に複数の画像をデジタルＸ線撮影することを可能とする光子計数検知器を使用するためである。このようなエネルギー選択により、あらゆる種類の組織のコントラスト分解能の向上が可能となり、かつ、これによりデジタル減算技術における二重の放射線線量を回避し、ほとんどの場合において、造影剤の必要性も排除する。該画像システムは、５０ｋｅＶを超えるエネルギー範囲で効率的に作動し、さらに要求される放射線量を低減することができるので、血管造影法に特に適している。公知のシステムはこのエネルギー範囲では効率が低い。
【００７１】
本発明の範囲から逸脱することなく、種々の改変を施すことができる。たとえば、電気回路（１４）は、代替的に既存の大規模集積チップまたはカスタムＡＳＩＣとすることができる。半導体検知器の材料をシリコンとすることができ、あるいは、ＧａＡｓなどのIII〜Ｖ族の半導体材料とすることもでき、さらにはテルル化カドミウム、ＣｄＺｎＴｅなどとすることもできる。ＣＯ2に基づくものなど、現在開発中の攻撃性の低い造影剤を使用することができる。現行システムにおける解像度が、ヨウ素をベースとする造影剤より低いために、現在、あまり使用されていないこれらの低毒性の造影剤は、本システムでより効果的に使用される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施例に係る医療用画像処理システムを示す。
【図２】本発明の実施例に係る医療用画像処理システムのＸ線検知器の部分断面図である。
【図３Ａ】本発明の実施例に係る医療用画像処理システムの検知チップおよび読出しチップの構成を示す概略図である。
【図３Ｂ】本発明の実施例に係るＸ線検知器を示す概略図である。
【図４】図２のＸ線検知器の単一画素検知器を示す概略断面図である。
【図５Ａ】本発明の実施例に係る画素配列を有する読出し回路の構成を示す概略図である。
【図５Ｂ】本発明の実施例に係る画素検知電子機器の回路図である。
【図６】本発明の実施例に係るエネルギー選択プロセスを示す概略図である。
【図７Ａ】本発明に係る所定のエネルギー選択レベルで達成された画像を示す。
【図７Ｂ】本発明に係る図７Ａとは別のエネルギー選択レベルで達成された画像を示す。
【図８Ａ】公知の医療用画像処理システムを用いて得られた画像を示す。
【図８Ｂ】公知の医療用画像処理システムを用いて得られた画像を示す。
【図９】本発明の別の実施例に係る画素検知器を示す概略断面図である。
【図１０】本発明に係るさらに別の実施例に係る交差マイクロストリップ検知器を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
２  Ｘ線発生装置
４  医療用画像処理システム
１０  Ｘ線検知器プレート
１２  半導体画素検知器
１３  画素読出しセル
１４  整合層
１５  画素読出し集積回路（ＲＯＩＣ）
１６  制御およびデータ収集回路
１７  制御トラック
１８  はんだバンプ
２０  半導体ウェハチップ
２２  画素
２３  ＳｉまたはＧａＡｓ層
２５  電極
５０  画素
５１  行バス
５２  列バス
６２  プリアンプ
６４  ラッチ比較器
６８  シフトレジスタ
【図２】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年3月4日(2003.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用中に、半導体検知素子上へ入射したＸ線が、対応する電気信号へと直接変換される、複数の半導体検知素子を有するＸ線検知器を備える、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項２】
前記半導体検知素子が画素検知器である、請求項１に記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項３】
各画素検知器からの電気信号が、該信号がデジタル化される少なくとも１つの電気回路へ送られる、請求項２に記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項４】
選択されたエネルギー域内で各画素検知器によって吸収されたＸ線の量が、各画素に埋め込まれた計数器によって記録される、請求項１〜３のいずれかに記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項５】
１ｋｅＶを超えるエネルギーを有するＸ線を検知するのに効果的な、請求項１〜４のいずれかに記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項６】
１ｋｅＶ〜２００ｋｅＶの範囲内で、特に５０ｋｅＶを超えるエネルギーを有するＸ線を検知するのに効果的な、請求項１〜５のいずれかに記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項７】
前記電気信号が、前記吸収されたＸ線のエネルギーおよび入射位置を示す、請求項１〜６のいずれかに記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項８】
前記半導体画素検知器が、電子回路チップ上に、互いにタイル状に配置された、複数の半導体ウェハチップからなる、請求項１〜７のいずれかに記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項９】
電気接触が各半導体ウェハーの裏面でなされ、整流接触が各半導体画素に埋め込まれた電極によりなされる、請求項８に記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項１０】
各画素電極が対応する電気信号デジタル化回路に接続される、請求項９に記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項１１】
各電気回路が単一読出し集積回路（ＲＯＩＣ）である、請求項１０に記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項１２】
画素検知器がIII〜Ｖ属半導体材料である化合物半導体材料から作製される、請求項１〜１１のいずれかに記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項１３】
半導体材料がガリウム砒素を基とする材料からなる、請求項１〜１２のいずれかに記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項１４】
半導体が、エピタキシャル成長したガリウム砒素またはガリウム砒素基板上に形成されたそれらの合金から形成する、請求項１〜１３のいずれかに記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項１５】
読出し集積回路（ＲＯＩＣ）の各画素の電気信号処理においてパルス高さ解析を組み込むことで、エネルギー選択を経て、吸収されたＸ線の最適なエネルギーのみを計数することにより、画像品質を最適化して、画像品質を向上する、請求項１４に記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項１６】
各画素検知器がモノリシック半導体画素検知器であり、入射したＸ線が、対応する電気信号へと直接変換される、請求項２に記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項１７】
前記電気信号が、モノリシック半導体画素検知器内に埋め込まれた電極においてデジタル化され、処理される、請求項１６に記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項１８】
半導体検知素子が、半導体基板を有し、該半導体基板の一方の表面に、細片の形に形成される複数の電極を配置し、他方の表面に、細片の形に形成され、前記一方の表面に形成された電極と直交して配置された複数の逆バイアスのｐｎ接合電極を配置し、前記検知器に入射した各Ｘ線光子が、前記両表面における電極の交点において、その位置および光子のエネルギーを示す電気信号を生成する、請求項１に記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれかに記載の医療用画像処理装置を含む、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理機器。
【請求項２０】
Ｘ線発生装置が、半導体検知手段に入射するＸ線を生成する、請求項１９に記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理機器。
【請求項２１】
被写体が前記Ｘ線発生装置と半導体画素手段の間に配置され、半導体検知手段の中で生成される電気信号が照射された被写体を表す、請求項２０に記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理機器。
【請求項２２】
被写体の少なくとも一部をＸ線発生装置と検知手段の間に配置するステップ、Ｘ線発生装置により生成されたＸ線により当該被写体の少なくとも一部を照射するステップ、前記検知手段により受信されたＸ線を、検知器の半導体画素により、電荷に直接変換するステップからなる、被写体のＸ線画像処理により人間または動物に対する血管造影法を実行する方法。
【請求項２３】
電界により、読出し集積回路（ＲＯＩＣ）の各画素に埋め込まれた電極に対して、吸収されたＸ線エネルギーにより生成された電荷を送るステップ、該電荷を電気信号に変換するステップをさらに含む、請求項２２に記載のＸ線画像処理により人間または動物に対する血管造影法を実行する方法。
【請求項２４】
画素からの電荷を収集するステップ、該電荷をデジタル化するステップ、読出し集積回路（ＲＯＩＣ）の画素内のバッファにデジタル化された電荷をデータとして保存するステップ、保存されたデータを操作することにより、Ｘ線照射された被写体を表す画像を付与するステップをさらに含む、請求項２３に記載のＸ線画像処理により人間または動物に対する血管造影法を実行する方法。
【請求項２５】
各列の画素内の各電極において電気信号を収集するステップ、電気回路を介して、前記各列の端部にある読出しセルに前記電気信号を送るステップをさらに含む、請求項２４に記載のＸ線画像処理により人間または動物に対する血管造影法を実行する方法。
【請求項２６】
前記各列の読出しセルからの画素データを同時に収集し、該収集されたデータをバッファに送るステップをさらに含む、請求項２５に記載のＸ線画像処理により人間または動物に対する血管造影法を実行する方法。
【請求項２７】
Ｘ線画像処理システムからの前記デジタル化された信号を、視覚分析用の映像および記録システムへ送るステップをさらに含む、請求項２６に記載のＸ線画像処理により人間または動物に対する血管造影法を実行する方法。
【請求項２８】
リアルタイムに視覚分析を実行するステップをさらに含む、請求項２７に記載のＸ線画像処理により人間または動物に対する血管造影法を実行する方法。
【請求項２９】
複数の半導体素子および少なくとも１つの電気回路を備えるＸ線画像処理装置において、被写体に照射されたＸ線束を半導体素子上に入射させ、対応する電気信号に変換させることからなる、被写体のＸ線画像処理により人間または動物に対する血管造影法を実行するための医療用画像処理装置の使用方法。
【請求項３０】
前記電気信号がそれぞれの光子の数およびエネルギーを示す、請求項２９に記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するための医療用画像処理装置の使用方法。
【請求項３１】
前記電気信号が少なくとも１つの電気回路に送られ、該電気回路において前記電気信号がデジタル化される、請求項３０に記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するための医療用画像処理装置の使用方法。
【請求項３２】
少なくとも１つの電気回路により、電気信号から、被写体の画像が再生される、請求項３１に記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するための医療用画像処理装置の使用方法。
【請求項３３】
被写体の画像を得るために、要求される被写体への照射が１回だけである、請求項２９に記載の人間または動物に対する血管造影法を実行するための医療用画像処理装置の使用方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル血管造影法用に用いる、医療用画像診断装置およびその関連システムと方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用Ｘ線撮影において、伝統的なＸ線画像処理システムは、従来のフィルム板を使用し、照射された被写体の画像を得ている。最近では、デジタルＸ線撮影を行うために、デジタル画像処理システムが使用されている。一部の現行システムは、トランジスタ画素を有する半導体を使用し、変換プレートを通過した後、半導体に入射した放射線によって発生する電荷を収集する。変換プレートには、典型的には、Ｘ線を増倍してトランジスタ画素による検知に適した波長に変換するシンチレーション材料が使用される。シンチレーションプレートを通過した後で放射線を吸収する材料としては、通常アモルファスシリコンが使用される。他の公知の直接検知システムは、アモルファスセレンを用いて放射線を吸収する。これらのシステムは、放射線の各線量を照射する間に回復時間が要求されるという欠点を有する。
【０００３】
さらに、血管造影法に用いる場合、これらのシステムはしばしば、デジタル減算血管造影法として知られる技術に依存しており、ここでは、造影剤を注射する前に第１照射画像が撮影される。通常はヨウ素をベースとした造影剤が関連領域に注射され、第２照射画像が撮影される。次いで、第１画像が第２画像から減算され、増強されたコントラストが最終的に表示装置に表示される。しかし、この技術は、照射線量を少なくとも２回照射することが要求され、さらに、患者がヨウ素などの造影剤にアレルギーを有する場合がある。
【０００４】
CERN RD19 およびグラスゴー大学物理天文学部の C Da Via による、1997年９月の博士論文には、「Semiconductor Pixel Detectors for Imaging Applications（半導体画素検知器の画像診断への適用）」が開示されている。
CERN およびオーストリアのウィーン大学のBettina Mikulecによる、2000年６月の博士論文には、「Single Photon Detection with Semiconductor Pixel Arrays for Medical Imaging Applications（半導体画素配列を使用した単一光子検知の医療用画像診断への適用）」が開示されている。
【非特許文献１】
C Da Via 、1997年９月、「Semiconductor Pixel Detectors for Imaging Applications」
【非特許文献２】
Bettina Mikulec、2000年６月、「Single Photon Detection with Semiconductor Pixel Arrays for Medical Imaging Applications」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の少なくとも１態様は、直接検知光子を計数する画素検知器を用いることによって、上記の問題の少なくとも１つを回避または緩和することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様では、
使用中に、半導体検知器上へ入射したＸ線が、対応する電気信号へと直接変換される、複数の半導体検知器を有するＸ線検出器を備える人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像診断装置が提供される。
【０００７】
各画素検知器からの電気信号は、少なくとも１つの電気回路へ送られ、電気回路で信号がデジタル化されることが好ましい。
【０００８】
選択されたエネルギー域内で各画素検知器によって吸収されたＸ線の量が、各画素に埋め込まれたバイナリカウンタまたはスカラカウンタによって記録されることが好ましい。
【０００９】
検知器の構成は、１ｋｅＶを超えるエネルギー、好ましくは１〜２００ｋｅＶの範囲内で、一実施形態では５０ｋｅＶを超えるエネルギーを有するＸ線を検知するのに効果的であることが好ましい。
【００１０】
前記電気信号が、前記吸収されたＸ線のエネルギーおよび入射位置を示すことが好ましい。
【００１１】
前記半導体画素検知器は、電子回路チップ上に、好ましくは互いにタイル状に配置された、複数の半導体ウェハチップからなることが好ましい。
【００１２】
各半導体ウェハは複数の画素を含むことが好ましい。
【００１３】
各画素検知器はＸ線光子計数器であり、各画素検知素子が、吸収された入射光子のエネルギーに対応する電荷パルスを生成することが好ましく、また、吸収された光子数も計数することが好ましい。
【００１４】
電気接触が半導体ウェハの裏面でなされ、整流接触が半導体画素に埋め込まれた電極によりなされることが好ましい。
【００１５】
各画素電極が対応する電気信号デジタル化回路に接続されることが好ましい。
【００１６】
電気回路は、各々が半導体ウェハの画素に対応する複数の画素信号デジタル化回路から形成されることが好ましい。
【００１７】
各電気回路が単一読出し集積回路（ＲＯＩＣ）であることが好ましい。
【００１８】
半導体画素検知器は、化合物半導体材料、たとえば、III〜Ｖ族半導体材料から作成することが好ましい。
【００１９】
一実施形態では、半導体はガリウム砒素を基とする材料を含む。
【００２０】
このような実施形態では、半導体は、エピタキシャル成長したガリウム砒素、またはガリウム砒素基板上に形成されたそれらの合金から形成することができる。
【００２１】
代替的に、半導体はシリコンまたはテルル化カドミウムまたはそれらの合金から形成することができる。
【００２２】
読出し集積回路（ＲＯＩＣ）の各画素の電気信号処理においてパルス高さ解析を組み込むことで、エネルギー選択を経て、吸収されたＸ線の最適なエネルギーのみを計数することにより、画像品質を最適化して、画像品質を高めることが好ましい。
【００２３】
人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置のＸ線検知器は、代替的に、複数のモノリシック半導体画素検知器を備え、モノリシック半導体画素に入射したＸ線は対応する電気信号に直接変換される。
【００２４】
前記電気信号は、モノリシック半導体画素検知器内に埋め込まれた電極においてデジタル化され、処理されることが好ましい。
【００２５】
代替的に、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置のＸ線検知器は、半導体基板からなり、該半導体基板の一方の表面に、細片の形に形成される複数の電極を配置し、他方の表面に、細片の形に形成され、前記一方の表面に形成された電極と直交して配置し、当該Ｘ線検知器に入射した各Ｘ線光子は、前記両表面上の電極の交点において、その位置および好ましくは光子のエネルギーを表す電気信号を生成する。
【００２６】
本発明の第２態様では、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置を含む医療用画像処理機器が提供され、該装置が少なくとも１つの電気回路に作動可能に接続された複数の半導体画素検知器を備えており、使用中に、検知器に入射したＸ線が対応する電気信号に変換されることを特徴とする。
【００２７】
Ｘ線発生装置が、検知器に入射するＸ線を生成することが好ましい。
【００２８】
画像処理機器は、被写体をＸ線発生装置と半導体画素検知器との間に配置できるように構成し、Ｘ線によって発生する電気信号は、照射された被写体を表すことが好ましい。
【００２９】
発生するＸ線は、１ｋｅＶ〜２００ｋｅＶの範囲の放射線エネルギーを持つことが好ましい。
【００３０】
放射線エネルギーは、１ｋｅＶ〜２００ｋｅＶの範囲内の２つ以上の値を持つことが好ましい。
【００３１】
前記半導体画素検知器は、互いにタイル上に配置された、複数の半導体ウェハチップからなる。
【００３２】
各半導体ウェハは複数の画素を含むことが好ましい。
【００３３】
各画素は光子計数器であり、各画素検知素子が入射光子の数を計数し、その対応するエネルギーを測定することが好ましい。
【００３４】
本発明の第３態様では、被写体をＸ線画像処理する人間または動物に対する血管造影法を実行する方法であって、
必要な身体部分をＸ線発生装置と検知器との間に配置するステップ、
Ｘ線発生装置により生成されたＸ線を身体部分に照射するステップ、
検知器が受信したＸ線を、検知器の半導体画素により、電荷に直接変換するステップ、
を含む方法を提供する。
【００３５】
該方法は、読出し集積回路（ＲＯＩＣ）の各画素に埋め込まれた電極に対して、吸収されたＸ線エネルギーにより生成された電荷を送る追加ステップと、電荷を電気信号に変換する追加ステップとを含むことが好ましい。
【００３６】
好ましくは、該方法は、
画素から電荷を収集する追加ステップ、
該電荷をデジタル化する追加ステップ、
デジタル化された電荷をデータとして読出し集積回路（ＲＯＩＣ）の画素内のバッファに保存する追加ステップと、
保存されたデータを操作することにより、Ｘ線照射された被写体を表す画像を付与する追加ステップと
を含むことが好ましい。
【００３７】
該方法は、また、各列の画素内の各電極において電気信号を収集するステップと、電気回路を介して、前記各列の端部にある読出しセルに前記電気信号を送るステップをさらに含むことが好ましい。
【００３８】
該方法は、前記各列の読出しセルから画素データを同時に収集し、該収集されたデータをバッファに送るステップをさらに含むことが好ましい。
【００３９】
該方法はまた、Ｘ線画像処理システムからの前記デジタル化された信号を、視覚分析用の映像および記録システムへ送るステップをさらに含むことが好ましい。
【００４０】
該方法は、また、リアルタイムに視覚分析を実行するステップを含むことが好ましい。
【００４１】
該方法は、画像の間隔が１秒未満である、リアルタイムに画像を生成するステップを含むことが好ましい。
【００４２】
該方法は、１ｍｍあたり少なくとも３線対の解像度を有する画像を生成するステップを含むことが好ましい。
【００４３】
該方法は、被写体の画像を得るために、被写体に１回だけ照射するステップを含むことが好ましい。
【００４４】
１実施例において、該方法は、被写体に照射するときに造影剤を使用し、末梢動脈への注射によって造影剤を被写体に導入することができる。
【００４５】
代替的かつ好適な実施例では、造影剤を使用する必要はない。
【００４６】
本発明の第４態様では、複数の半導体画素検知器および少なくとも１つの電気回路を備えており、被写体に照射されたＸ線束を半導体画素に入射して、対応する電気信号に変換されるように構成された被写体をＸ線画像処理する、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理装置の使用方法を提供する。
【００４７】
Ｘ線束は予め定められた割合、たとえば１ＭＨｚを超えないことが好ましい。
【００４８】
電気信号は、それぞれの光子の数およびエネルギーを示すことが好ましい。
【００４９】
電気信号は少なくとも１つの電気回路に送られ、そこで信号がデジタル化されることが好ましい。
【００５０】
少なくとも１つの電気回路により、電気信号から被写体の画像が再生されることが好ましい。
【００５１】
被写体の画像を得るために、必要な被写体の照射は１回だけであることが好ましい。
【００５２】
被写体は患者の身体部分であることが好ましい。
【００５３】
本発明の少なくとも１つの実施形態は、被写体の明瞭な画像を得るために、要求されるＸ線放射線の線量が、公知のシステムで使用される線量より少なくとも５０％に減る点で有利である。
【００５４】
本発明の少なくとも１つの実施形態は、キャリアの流体内への造影剤の投与量が、公知のシステムを使用して照射する場合に使用される量の少なくとも１０分の１に減る点で有利である。
【００５５】
場合によっては、該医療用画像処理システムは、たとえば、人間または動物の生体内脈管および導管の画像化および診断用に適合する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
本発明の実施態様およびその他の態様は、添付の図面を参照することにより、以下の説明により明らかにされる。
【００５７】
図１は、Ｘ線検知器プレート（１０）と１ｋｅＶ〜２００ｋｅＶの範囲の複数の放射線値のＸ線を発生するＸ線発生装置（２）とを備える、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理システム（４）を示す。照射される被写体は、発生装置（２）と検知器（１０）との間の空間に配置される。
【００５８】
図２は、Ｘ線検知器プレート（１０）を示す。検知器プレート（１０）は、１層の半導体画素検知器（１２）を備え、該半導体画素検知器（１２）は、制御トラック（１７）によって制御およびデータ収集回路（１６）に接続された複数の画素読出し集積回路（ＲＯＩＣ；１５）から形成される整合層（１４）に１層のはんだバンプ（１８）を介して接続される。
【００５９】
図３Ａは、はんだバンプ（１８）によって互いに接続された、半導体画素検知器の層（１２）、複数の読出し集積チップ（ＲＯＩＣ；１３）からなる回路の層（１４）を示す概略図である。図３Ｂから理解されるように、半導体画素検知器（１２）は、互いにタイル状に並べられた複数の半導体ウェハチップ（２０）を備え、各半導体ウェハチップ（２０）は各々がＸ線光子計数器となる複数の画素を含む。ウェハチップ（２０）は互いにタイル状に並べられ、画素読出しセル（１３）の上側に配置され、はんだバンプ（１８）によって接続される。画像読出しセル（１３）は、超音波接合（１９）によってデータ収集および制御回路（１６）に接続される。半導体画素検知器のチップ（２０）は、高品質エピタキシャル半導体材料から形成され、優れた信号対雑音比およびエネルギー分解能を有しており、特に、業界標準の半導体材料に見られる結晶欠陥および不純物によって発生する画素センサの暗電流雑音を低減している。
【００６０】
図４は、単一半導体画素検知器セルの断面構造を示す。画素検知器セル（２２）は、オーム接点として機能する、厚さ約１μｍで、入射Ｘ線に対して実質的に透明な金属層（２４）の層と、半導体画素検知器の材料である高抵抗率半導体、たとえばＳｉまたはＧａＡｓの層（２３）とからなる。電極（２５）は、画素検知器セル（２２）に埋め込まれた整流電気接点であり、１つの画素読出し回路（１４）に、はんだバンプ（１８）によって接続される。読出し集積回路（ＲＯＩＣ）内には、複数の画素読出し回路があり、画素読出し回路（１４）はその１要素を形成する、画素ＲＯＩＣ（１４）は、制御およびデータ収集回路（１６）に超音波接合される。回路（２６）によって、画素検知器セル（２２）に電界が印加される。各画素検知器セル（２２）の画素読出し回路（１４）は、制御および収集回路（１６）に接続された制御線によって接続される。
【００６１】
Ｘ線が半導体検知器の画素（１２）に入射すると、各Ｘ線光子が画素（２２）によって検知される。Ｘ線光子吸収により、半導体の電子とホール対が生成される。生成される対の数はＸ線のエネルギーを表す。回路（２６）によって発生する電界における各画素（２２）の電子とホールの運動により、電極（２５）の電気信号は、はんだバンプを介して、読出し回路に伝達される。電子とホールの対の数に比例し、ゆえに吸収されたＸ線エネルギーにも比例する、電気信号の大きさを解析することによって、読出し回路は、吸収されたＸ線光子のＸ線エネルギーおよび位置を表示できる。各読出し回路は、データバッファを有し、該データバッファは、照射された被写体の密度を表す、所定のエネルギー要件を具備する吸収Ｘ線の数を記録する。各画素の読出しセル（１４）からの画素データの収集は、パルス信号によって同時に実行され、収集されたデータは制御線に沿ってバッファ（１６）に伝達され、バッファからデータを検索し再生して、画像を形成することができる。上述のように、電子信号パルス高さ解析のＸ線エネルギー分別により、得られる画像品質が向上する。
【００６２】
図５Ａおよび５Ｂは、各画素を識別するために、行および列アドレス指定を用いて、画素配列検知器の体系的な読出しを達成するための構成例を示す。画素（５０）はＸ線の吸収を検知し、電子信号を発生して処理し、該信号はその位置を通過する行バス（５１）および列バス（５２）に付与される。
【００６３】
チップ内の電子信号の処理は、図５Ｂに示す画素電子部品によって実行される。該画素電子部品は、一般的には、１秒につき１画素あたり１００万を超えないＸ線束を処理することができる。入力（６０）は、Ｘ線光子の吸収によって半導体画素検知器で発生する電気信号を受信する。入力信号は、プリアンプ（６２）を通過して、処理に適したレベルに増幅され、次に、増幅された信号はラッチ比較器（６４）に送信される。増幅された信号のエネルギーレベルが、ラッチ比較器（６４）の指定する閾値より低い場合、バイナリ信号０が回路を通して送信される。バイナリ信号１は、信号エネルギーレベルが指定する閾値より上であることを示す。次に、バイナリ信号は、バイナリカウンターとして機能するシフトレジスタ（６８）に保存される。シフトレジスタの示す読み値は、他の画素のシフトレジスタからのものと共に順次取り込まれ、次いでこの情報は画像を生成するために使用される。照射される被写体を示す正確な画像を得るために、各々が異なる閾値を有する複数のラッチ比較器（６４）を、並列に接続するとよい。これにより、各々の範囲のエネルギーインターバルに吸収されたＸ線の量が同時に記録され、最適なエネルギー範囲を画像処理により決定する際に考慮されることにより、照射される被写体の最適な画像が得られる。画像のコントラストは、様々な組織の相対的な吸収力に依存しており、組織の相対的な吸収力は、Ｘ線エネルギーに依存することから、エネルギーの選択により所定の組織のコントラストを最適化することができる。エネルギー選択システムの概略図を図６に示す。
【００６４】
エネルギー選択原理を使用することにより、最も鮮明な画像を得るために、より低いスペクトルエネルギーが必要なのか、それともより高いスペクトルエネルギーかを識別することができる。画像形成に使用されるエネルギー範囲の変更による結果を、異なるエネルギーで得られる異なるコントラストの例として、図７Ａおよび図７Ｂに示す。図７Ａの被写体は２個のサクランボであったが、その画像は、２５〜６０ｋｅＶのエネルギー範囲のＸ線を用いてサクランボを画像化することによって得られ、図７Ｂのサクランボの画像は、２５〜３５ｋｅＶのエネルギー範囲を用いて画像化することによって得られた。これらの画像から、エネルギー選択の結果、軟組織から硬組織のコントラストが変化し、この場合、低い方のエネルギースペクトルが最適であることが分かる。
【００６５】
また、本発明は、画像を得るために要求される被写体への照射が１回だけでよく、そのためＸ線処理が高速化されるという効果を有する。さらに、明瞭な画像を得るために要求される線量を低下しうる効果も有する。単一線量Ｘ線、ＧａＡｓなどの化合物半導体の使用、およびエネルギー選択原理の組合せは、線量が公知のＸ線検知器で使用される線量の一般的に２０分の１になることを意味する。たとえば、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、本発明を使用するば、子供の歯の画像（図８Ａ）を得るために、−３５μｇｙの線量が必要である。図８Ｂは、市販のシンチレータ被覆ＣＣＤシステム（Sens-A-Ray）を使用して、−９８０μｇｙの線量を用いて得られたものである。的確な要求線量は、エネルギー選択原理を使用して、コントラストを最適化することができるように、各エネルギー範囲に該当するＸ線の量を識別することによって見出される。
【００６６】
さらに、造影剤を使用する必要性が完全に排除されないとしても、低減される点で有利である。典型的な現行Ｘ線処理では、３００〜４００ｍｇ／ｍｌの造影剤が必要であるが、検知器プレート（１０）を使用することにより、造影剤を使用する必要性が除去される。適切なエネルギー選択を行うだけで、ほとんどの場合において、効率的なコントラストが得られる。
【００６７】
Ｘ線検知器を使用することによって、被写体をリアルタイムで視覚分析しうる画像システムが提供される。これは、パルスＸ線発生装置を用いて、または被写体を連続的に照射することにより、達成される。心臓病専門医の視覚分析のための要件を満たすために、検知器の読出しは１秒未満の画像間隔を達成する必要があり、解像度は少なくとも３１ｐ／ｍｍでなければならない。
【００６８】
図９は、該構成において画素検知器として使用しうるモノリシック画素構造の概略的構造を示す。光子によって発生した電気信号が、検知器に埋め込まれた電極、この場合ｐ型集電極に向かって移動することが分かる。次に、発生した電気信号は電子部品内で処理され、Ｘ線のエネルギー選択情報を付与する。このシステムは、電気信号の処理が画素検知器内で実行されるという効果を有する。現在、この構成は半導体画素検知器としてシリコンを使用した場合のみ可能であるが、同様の原理をガリウム砒素にも適用することが見込まれる。
【００６９】
図１０に、画素検知器構成の別の構成を示す。検知器構成（６０）は、半導体基板（６４）の上側面に細片の形で形成された複数のアルミニウム電極（６２）を有する。半導体基板の底面には、複数の逆バイアスｐｎ接合電極（６６）が細片の形で形成され、上側面に形成されたものに対して直交方向に配置される。Ｘ線光子が検知器に入射すると、上側電極（６２）で検知され、かつ、下側電極（６６）でも検知される。上側電極と下側電極の交点で電気信号が形成され、これは入射光子の位置を示す。上述したように、光子のエネルギーも検知される。これらの信号から、照射された被写体の画像を再生することができる。
【００７０】
この医療用画像処理システムは、人間または動物に血管造影法を実行するのに適している。その理由は、選択可能なＸ線エネルギーの制限範囲内において、同時に複数の画像をデジタルＸ線撮影することを可能とする光子計数検知器を使用するためである。このようなエネルギー選択により、あらゆる種類の組織のコントラスト分解能の向上が可能となり、かつ、これによりデジタル減算技術における二重の放射線線量を回避し、ほとんどの場合において、造影剤の必要性も排除する。該画像システムは、５０ｋｅＶを超えるエネルギー範囲で効率的に作動し、さらに要求される放射線量を低減することができるので、血管造影法に特に適している。公知のシステムはこのエネルギー範囲では効率が低い。
【００７１】
本発明の範囲から逸脱することなく、種々の改変を施すことができる。たとえば、電気回路（１４）は、代替的に既存の大規模集積チップまたはカスタムＡＳＩＣとすることができる。半導体検知器の材料をシリコンとすることができ、あるいは、ＧａＡｓなどのIII〜Ｖ族の半導体材料とすることもでき、さらにはテルル化カドミウム、ＣｄＺｎＴｅなどとすることもできる。ＣＯ2に基づくものなど、現在開発中の攻撃性の低い造影剤を使用することができる。現行システムにおける解像度が、ヨウ素をベースとする造影剤より低いために、現在、あまり使用されていないこれらの低毒性の造影剤は、本システムでより効果的に使用される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施例に係る、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理システムを示す。
【図２】図１に示した、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理システムのＸ線検知器の部分断面図である。
【図３Ａ】図１に示した、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理システムの検知チップおよび読出しチップの構成を示す概略図である。
【図３Ｂ】図２に示したＸ線検知器を示す概略図である。
【図４】図２のＸ線検知器の単一画素検知器を示す概略断面図である。
【図５Ａ】図１に示した、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理システムに使用する、画素配列を有する読出し回路の構成を示す概略図である。
【図５Ｂ】図１に示した、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理システムに使用する、画素検知電子機器の回路図である。
【図６】図１に示した、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理システムにおいて実行される、エネルギー選択プロセスを示す概略図である。
【図７Ａ】図１に示した、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理システムを用いた、所定のエネルギー選択レベルで達成された画像を示す。
【図７Ｂ】図１に示した、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理システムを用いた、図７Ａとは別のエネルギー選択レベルで達成された画像を示す。
【図８Ａ】図１に示した、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した医療用画像処理システムを用いて得られた画像を示す。
【図８Ｂ】公知の医療用画像処理システムを用いて得られた画像を示す。
【図９】本発明に係る、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した、別の医療用画像処理システムに係る画素検知器を示す概略断面図である。
【図１０】本発明に係る、人間または動物に対する血管造影法を実行するために使用するのに適合した、さらに別の実施例に係る交差マイクロストリップ検知器を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
２  Ｘ線発生装置
４  医療用画像処理システム
１０  Ｘ線検知器プレート
１２  半導体画素検知器
１３  画素読出しセル
１４  整合層
１５  画素読出し集積回路（ＲＯＩＣ）
１６  制御およびデータ収集回路
１７  制御トラック
１８  はんだバンプ
２０  半導体ウェハチップ
２２  画素
２３  ＳｉまたはＧａＡｓ層
２５  電極
５０  画素
５１  行バス
５２  列バス
６２  プリアンプ
６４  ラッチ比較器
６８  シフトレジスタ




【国際調査報告】
2004530864.tif 000044
2004530864.tif 000045
2004530864.tif 000046