放射线检测器以及包含放射线检测器的放射线拍摄装置的制作方法

1.本发明对放射线检测器以及包含放射线检测器的放射线拍摄装置进行说明。


背景技术：

2.作为现有的使用x射线的拍摄装置，如下述专利文献1所记载的那样，已知有x射线ct(computed tomography：计算机断层摄影)装置。该x射线ct装置具有通过以两个以上的能级进行透过了被摄体的x射线的检测来重建能够进行物质辨别的ct图像的功能(以下，称为频谱ct)。根据频谱ct，不仅能够得到线衰减系数的分布即ct图像，还能够得到有效原子序数等的物性数据的分布。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2020-99667号公报


技术实现要素：

6.发明要解决的问题
7.具有上述的频谱ct的功能的拍摄装置能够生成将物性数据的分布映射成颜色并重叠在通常的ct图像上的剖面图像。在这样的拍摄装置中，在采用具备具有多个像素的放射线检测器的结构的情况下，需要从全部像素中获取用于ct图像的重建的强度信息和二个以上的能级的强度信息(以下，也称为能量信息。)。其结果，在现有的拍摄装置中，存在处理负荷以及消耗功率增大的趋势。
8.本发明说明能够降低处理负荷和消耗功率，并且能够提供强度信息和能量信息的放射线检测器以及包括放射线检测器的放射线拍摄装置。
9.用于解决问题的手段
10.本发明的一个方式的放射线检测器，通过将电荷生成部和多个读出电路相互层叠而构成，所述电荷生成部二维地排列有生成与透过了被摄体的放射线的能量或粒子的数量对应的电荷的多个电荷生成区域，所述多个读出电路输出基于由多个所述电荷生成区域中的每一个生成的所述电荷的放射线的强度信号，多个读出电路中的隔开配置的一部分的读出电路基于电荷生成与放射线的频谱有关的频谱信号，并输出频谱信号。
11.在该放射线检测器中，在电荷生成部的多个电荷生成区域中生成与入射的放射线的能量或者粒子的数量对应的电荷，并且在与各个电荷生成区域对应的读出电路中，输出基于电荷的放射线的强度信息。与此同时，在多个读出电路中的隔开配置的一部分的读出电路中，生成并输出与基于电荷的放射线的频谱有关的频谱信号。由此，能够保持被摄体的图像的强度信息的分辨率，并且能够削减放射线检测器输出的每个电荷生成区域的能量信息，其结果，能够维持输出的被摄体的图像的分辨率，并且能够降低处理负荷及消耗功率。
12.在一个方式中，一部分的读出电路也可以基于在与该读出电路对应地配置的电荷生成区域中生成的电荷来生成频谱信号。在该情况下，基于在多个电荷生成区域中的隔开
配置的一部分的电荷生成区域中生成的电荷，生成并输出与入射到各个电荷生成区域中的放射线的频谱有关的频谱信号。由此，能够降低处理负荷和消耗功率，并且能够输出强度信息以及能量信息。
13.在一个方式中，一部分的读出电路也可以基于在与该读出电路对应地配置的电荷生成区域中生成的电荷和在该电荷生成区域的规定范围内的电荷生成区域中生成的电荷，生成频谱信号。在该情况下，基于在多个电荷生成区域中的规定范围内所包括的多个电荷生成区域中生成的电荷，生成并输出汇总了入射到规定范围内的各个电荷生成区域中的放射线的频谱的频谱信号。由此，能够降低处理负荷和消耗功率，并且能够输出强度信息以及能量信息。
14.在一个方式中，一部分的读出电路也可以生成表示放射线的能量和与能量对应的强度值的多个组合的数据作为频谱信号。根据该结构，能够仅从隔开配置的一部分的读出电路中有效地输出用于获得物性数据的分布的能量信息。其结果，能够降低处理负荷和消耗功率，并且能够输出强度信息以及能量信息。
15.本发明的其他方式的放射线拍摄装置具有：上述的放射线检测器；以及处理器，基于从放射线检测器输出的强度信号和频谱信号，生成图像。根据该放射线拍摄装置，能够降低处理负荷和消耗功率，并且能够实现基于强度信息及能量信息的图像的生成。
16.在其他方式中，处理器也可以基于从多个读出电路输出的强度信号，生成表示被摄体的图像的信息作为高分辨率的亮度信息，基于从一部分的读出电路输出的频谱信号，生成表示被摄体的物性的分布的信息作为低分辨率的颜色信息，并通过组合亮度信息和颜色信息，来生成被摄体的彩色图像。根据该结构，能够以可视觉辨认物性分布的状态有效地生成被摄体的精细图像。
17.在其他方式中，处理器也可以具有基于从放射线检测器输出的强度信号和频谱信号来重建ct图像的功能。在这样的结构中，能够实现降低了处理负荷和消耗功率的频谱ct。
18.发明效果
19.本发明的放射线检测器和放射线拍摄装置能够降低处理负荷和消耗功率，并且能够提供强度信息和能量信息。
附图说明
20.图1是表示实施方式的放射线检测器100的立体图。
21.图2是图1的放射线检测元件1的剖视图。
22.图3是表示实施方式的放射线拍摄装置200的结构的框图。
23.图4是表示图3的处理器9的功能结构的一例的框图。
24.图5是表示由处理器9处理后的图像的一例的图。
25.图6是表示由处理器9处理后的图像的一例的图。
26.图7是变形例的放射线检测元件1的剖视图。
具体实施方式
27.在下文中，将参考附图详细说明本发明的放射线检测器和放射线拍摄装置。在附图的说明中，对相同的要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
28.图1所示的实施方式的放射线检测器100是用于得到基于透过被摄体而到达的放射线的剖面图像的装置。放射线可以是例如γ射线、x射线、α射线、β射线等，但在本实施方式中为x射线。放射线检测器100具有放射线检测元件1、处理部2和控制部3。
29.放射线检测元件1具有矩形板状的读出电路基板8和层叠在该读出电路基板8上的矩形板状的检测元件基板(电荷生成部)7。检测元件基板7是由生成与透过被摄体而入射的x射线的能量对应的电荷的材料构成的基板。但是，在将粒子束作为放射线被检测时，检测元件基板7由生成与放射线的粒子的数量对应的电荷的材料构成。检测元件基板7具有多个像素，通过入射至每个像素的x射线生成电子空穴对(电荷对)。作为该检测元件基板7，例如，也可以利用cd(zn)te电荷生成器、si电荷生成器、ge电荷生成器、gaas电荷生成器、gan电荷生成器、tlbr电荷生成器等。另外，作为检测元件基板7，也可以使用每个像素具有闪烁器和光检测器的装置。闪烁器将x射线变换为光。光检测器将闪烁器生成的光变换为电荷。读出电路基板8是内置有电路组的基板，该电路组生成并输出基于由检测元件基板7在每个像素生成的电荷的信号。
30.图2是放射线检测元件1的剖视图。如图所示，检测元件基板7包括：由矩形平板状的cdte等化合物半导体构成的检测元件7a；表面电极7b以及多个凸块电极7c。在检测元件7a的放射线入射侧的整个表面形成有表面电极7b。在检测元件7a的背面形成有二维地排列的突起状的电极即凸块电极7c。在这种结构的检测元件基板7中，在检测元件7a的与凸块电极7c相对的多个区域中的每个区域中分别形成像素(电荷生成区域)7d。在使用放射线检测器100时，从外部向表面电极7b施加正的偏置电压。由此，生成与入射到检测元件7a的各像素7d中的x射线的能量对应的电荷作为电流信号，并从与该检测元件7a的各像素7d分别对应的凸块电极7c取出电流信号到读出电路基板8。例如，凸块电极7c在检测元件7a的背面以96个
×
96个的方式二维排列。在这种结构中，放射线检测元件1具有以96个
×
96个方式二维排列的像素7d。
31.读出电路基板8以与凸块电极7c接合的状态配置在检测元件基板7的背面侧。在该读出电路基板8中，内置有配置在与检测元件基板7的多个像素7d相对的位置的多个读出电路8a、8b。多个读出电路8a、8b中的每一个经由凸块电极7c与检测元件基板7的多个像素7d电连接。这些多个读出电路8a、8b被设置在与多个像素7d相对的位置，读出电路8a被设置在与多个像素7d中的在各个像素7d的二维的排列方向上以每隔3个间隔的方式隔开配置的像素7d相对的位置，读出电路8b被设置在与上述隔开配置的像素7d以外的像素7d相对的位置。即，读出电路8a是指与检测元件基板7的全部像素7d相对的多个读出电路8a、8b中的隔开配置的一部分的读出电路。此外，在本实施方式中，对以每隔3个间隔的方式隔开配置的每个像素7d设置了读出电路8a，但该隔开配置的程度可以适当变更为每隔8个间隔、每隔16个间隔、每隔32个间隔等。
32.读出电路8b处理检测元件基板7的各像素7d生成的电荷。详细来说，读出电路8b基于与该读出电路8b相对的像素7d所输出的电流信号，在某恒定期间蓄积电流信号来生成x射线的强度信号。然后，读出电路8b将每个像素7d的强度信号输出到后述的处理部2。读出电路8b输出的每个像素7d的强度信号是表示入射到各像素7d的x射线的强度的信号
33.读出电路8a对检测元件基板7的全部像素7d中的隔开配置的像素7d所生成的电荷进行处理。即，读出电路8a包含多道脉冲幅度分析器(multi channel analyzer：mca)，将与
computed tomography：dect)方式来获取两种能量信息，因此生成两种能量带(例如，25kev和65kev的能量带)的能量图像。其中，能量图像生成部12基于与读出电路8a对应的像素的频谱信号，对两个能量带中的每个能量带的强度值进行积分，变换为能量图像的像素的强度值。
41.ct图像生成部13针对x射线相对于被摄体的各种照射方向，获取由强度图像生成部11生成的高分辨率的强度图像，并对各种照射方向上的强度图像进行解析，生成表示被摄体的规定断层面中的高分辨率的线衰减系数的分布的ct图像。此时，ct图像生成部13能够采用二维傅立叶变换法、滤波补正逆投影法、迭代重建法等，作为在ct图像的生成时使用的图像重建的方式。
42.另外，ct图像生成部13针对各种照射方向获取由能量图像生成部12生成的多种能量带的低分辨率的能量图像，并对这些低分辨率的能量图像进行解析，生成被摄体的规定断层面中的多种能量带的低分辨率的ct图像。此时，ct图像生成部13能够采用上述的方式作为在ct图像的生成时使用的图像重建的方式。
43.另外，ct图像生成部13基于多种能量带的低分辨率的ct图像，生成表示被摄体的断层面中的物性的分布的物性分布图像。例如，ct图像生成部13在采用双能量ct方式的情况下，使用表示线衰减系数μ、能量值e、电子密度ρ、原子序数z、光电吸收衰减系数f及散射衰减系数g的关系的下述式子；使用μ＝ρ[z4f(e，z)+g(e，z)]的关系，基于表示两个能量带的ct图像的线衰减系数，针对每个像素计算有效原子序数z以及电子密度ρ。其中，光电吸收衰减系数f及散射衰减系数g是以能量值e以及原子序数z为自变量的已知函数(例如，映射表)，预先存储在处理器9内。然后，ct图像生成部13通过分配计算出的每个像素的有效原子序数z或者电子密度ρ，生成表示低分辨率的有效原子序数z或者电子密度ρ的分布的物性分布图像。
[0044]
图像重叠部14将由ct图像生成部13生成的高分辨率的ct图像的各像素值设定为输出图像的亮度信息，将由ct图像生成部13生成的低分辨率的物性分布图像的各像素值设定为输出图像的颜色信息，通过针对每个像素将亮度信息和颜色信息组合，生成彩色图像即输出图像。由此，图像重叠部14能够同时可视觉辨认地输出被摄体的规定断面层中的线衰减系数的分布和规定断面层中的物性值的分布。在这样的输出图像中，通过在高分辨率的黑白图像上重叠低分辨率的彩色的栅格(线或点)，能够使观察者通过眼睛的错觉识别为高分辨率的彩色图像。
[0045]
在图5及图6中示出了将模拟骨骼和血管的模型作为被摄体而由处理器9处理后的图像的一例。在图5中，图像g1表示25kev的能量带的低分辨率的ct图像，图像g2表示65kev的能量带的低分辨率的ct图像，图像g3表示基于图像g1和图像g2而生成的有效原子序数的物性分布图像，图像g4表示基于图像g1和图像g2而生成的电子密度的物性分布图像。在图6中，图像g5表示频谱信号以每隔8个像素的方式隔开配置的情况下的电子密度的物性分布图像，图像g6表示重叠了图像g5的输出图像，图像g7表示频谱信号以每隔16个像素的方式隔开配置的情况下的电子密度的物性分布图像，图像g8表示重叠了图像g7的输出图像，图像g9表示频谱信号以每隔32个像素的方式隔开配置的情况下的电子密度的物性分布图像，图像g10表示重叠了图像g9的输出图像。根据这些结果可知，当隔开配置的程度为每隔8个像素及每隔16个像素时，电子密度的分布在输出图像中明确地显现，从而能够使物性分布
以可视觉辨认的方式显示。
[0046]
在以上说明的放射线检测器100中，在检测元件基板7的多个像素7d中生成与入射的x射线的能量对应的电荷，在与各个像素7d对应的读出电路8a、8b中，输出表示基于电荷的透过x射线的强度分布的强度信号。与此同时，在多个读出电路8a、8b中的隔开配置的一部分的读出电路8a中，生成并输出与基于电荷的透过x射线的频谱有关的频谱信号。由此，能够保持被摄体的透过x射线图像的强度信息的分辨率，并且能够削减放射线检测器100所输出的每个像素7d的能量信息，其结果，能够维持输出的被摄体的图像的分辨率，并且能够降低处理负荷和消耗功率。
[0047]
在本实施方式中，一部分的读出电路8a基于在与该读出电路8a对应地配置的像素7d中生成的电荷，生成频谱信号。在该情况下，基于在多个像素7d中的隔开配置的一部分像素7d中生成的电荷，生成并输出与入射到各个像素7d的透过x射线的频谱有关的频谱信号。由此，能够降低处理负荷和消耗功率，并且能够输出强度信息和能量信息。
[0048]
在本实施方式中，一部分的读出电路8a生成表示将透过x射线的能量和与能量对应的强度值的多个组合的数据作为频谱信号。根据该结构，由于能够仅从隔开配置的一部分的读出电路8a有效地输出用于得到物性数据的分布的能量信息。其结果，能够降低处理负荷和消耗功率，并且能够输出强度信息和能量信息。
[0049]
根据本实施方式的放射线拍摄装置200，由于具备上述的放射线检测器100，因此，能够降低处理负荷和消耗功率，并且能够实现基于强度信息及能量信息的图像的生成。
[0050]
尤其是，放射线拍摄装置200所具有的处理器9基于从多个读出电路8a、8b中输出的强度信号，生成表示被摄体的x射线透过图像的信息作为高分辨率的亮度信息，基于从一部分的读出电路8a输出的频谱信号，生成表示被摄体的物性的分布的信息作为低分辨率的颜色信息，并且通过组合亮度信息和颜色信息，来生成被摄体的彩色图像。根据该结构，能够以同时可视觉辨认物性分布的状态有效地生成被摄体的精细的ct图像。
[0051]
另外，在本实施方式中，处理器9也可以具有基于从放射线检测器100输出的强度信号和频谱信号来重建ct图像的功能。在这样的结构中，能够实现减低了处理负荷和消耗功率的频谱ct。
[0052]
本发明的放射线检测器并不限定于上述的实施方式。本发明的放射线检测器可以在不脱离权利要求的范围内进行各种变形。
[0053]
上述的实施方式中的放射线检测器100中的像素数量或隔开配置的程度是一例，可以进行各种变更。
[0054]
另外，放射线检测器100输出的数据不限于基于与放射线的能量对应的电荷的强度信号和频谱信号，也可以是基于与入射到放射线检测器100的各像素的放射线粒子的数量对应的电荷的信号。
[0055]
上述的实施方式的放射线检测器100的读出电路基板8的结构也可以变更为图7所示那样的结构。在图7所示的变形例中，在读出电路基板8内还设置有在二维方向上与相邻的规定范围内的读出电路8a连接的多个读出电路8c。读出电路8c将基于由与一个读出电路8a相对地设置的像素7d生成的电荷的频谱信号和由与该像素7d的规定的范围内的像素7d相对的一个以上的读出电路8a生成的频谱信号进行汇总而生成并输出一个频谱信号(进行合并处理)。例如，读出电路8c在将多个频谱信号汇总为一个信号时，采用合计或平均化每
个能量的强度值的方法进行。
[0056]
根据本变形例，基于在多个像素7d中的规定范围内所包含的多个像素7d中生成的电荷，生成并输出将入射到规定范围内的各个像素7d的透过x射线的频谱汇总后的频谱信号。由此，能够降低处理负荷和消耗功率，并且能够输出强度信息和能量信息。
[0057]
另外，在上述变形例中，与放射线检测元件1的像素7d相对的全部读出电路可以具有生成频谱信号的功能，并且多个读出电路8c可以将从规定范围内的读出电路输出的频谱信号作为对象进行合并处理。
[0058]
附图标记的说明：
[0059]
100：放射线检测器
[0060]
200：放射线拍摄装置
[0061]
7：检测元件基板(电荷生成部)
[0062]
7d：像素(电荷生成区域)
[0063]
8：读出电路基板
[0064]
8a、8b、8c：读出电路
[0065]
9：处理器