JP2004028815A - シンチレータブロックとその製造方法ならびにx線検出器およびx線ct装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】シンチレータブロック5a〜5fを形成している隔壁板9を、一方の方向について傾斜して形成する。
【選択図】 図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元CT像を収集するための、シンチレータブロックとその製造方法、およびそれを用いたX線検出器とX線CT装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
X線CT装置では、被検体(患者)の体軸の周りにX線発生源と多チャンネルのX線検出器を対向した状態で回転させて、被検体の注目部位の断面に関するX線の減衰データを収集し、その減衰データを画像処理して、断面の画像(スライス画像)再構成している。通常、減衰データの収集は被検体の体軸方向の複数断面にわたって行われ、一度に複数断面のスライス画像が再構成される。それらのX線CT装置では、患者の三次元CT像を動画で収集することは大きな目標であり、大量のボリュウムデータを同時に収集することのできるX線検出器が求められている。
【0003】
X線検出器は、図10に斜視図を示すように、X線検出器51は、シンチレータブロック52がフォトダイオードアレイ53にマウントされ、シンチレータブロック52のX線ビームの入射面には白色の反射層54が設けられて形成されている。
【0004】
シンチレータブロック52は、シンチレータ部材からなる複数の検出素子55が碁盤目状に配置され、各検出素子55は縦横に設けられた、例えばPET等の白色プラスチック等によるリフレクタ機能を具えた隔壁板56により区画分離されている。それらの隔壁板56は検出素子55の受光面に対して垂直方向に形成されている。
【0005】
また、X線CT装置では複数のX線検出器51がX線発生源(不図示)に対向して縦横(縦方向は、被検体の体軸方向でスライス方向、横方向はスライス方向と直交方向でチャンネル方向)にアレイ状に配列されている。そのため、図11に示すように、X線検出器51へのX線の入射に関しては、X線発生源(不図示)と水平位置に配置されたX線検出器51では、X線が略水平方向から入射するが(ただし、X線検出器51も面積があるので、中央部と端部では少し異なる)、図12における縦方向(スライス方向)に離間して配置されたX線検出器51にはX線が斜め方向から入射することになる。
【0006】
X線が斜め方向から入射したX線検出器51は、このX線検出器51の内部でも、各検出素子55の受光面に対しても斜めに入射することになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、患者の三次元CT像を動画で収集しようとすると、大量のボリュウムデータを同時に収集する必要があり、必然的にスライス方向に大寸法の2次元のX線検出器が必要になる。このとき、スライス方向の両端に使用されるX線検出器、特にシンチレータブロックの隔壁板が従来構造のような“垂直な隔壁板”構成であった場合、図11に示したように、検出素子55に斜めに入射したX線は、斜めに入射した検出素子55の内部でX線が完全に減衰し切らず、隔壁板56を介して隣の検出素子55に再入射するために、隣接する検出素子55の間でクロストークが発生してしまう。
【0008】
本発明はこれらの事情にもとづいてなされたもので、患者の三次元CT像を動画で収集するに際して、クロストークを防止したシンチレータブロックとその製造方法、および、それを用いたX線検出器とX線CT装置を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明による手段によれば、X線を受光するためのシンチレータ部材を隔壁板をはさんでスライス方向とチャンネル方向にアレイ状に配置したシンチレータブロックにおいて、
前記スライス方向を区画する隔壁板はスライス方向に傾斜して形成されていることを特徴とするシンチレータブロックである。
【0010】
また請求項2の発明による手段によれば、前記隔壁板の傾斜角度は、同一角度であることを特徴とするシンチレータブロックである。
【0011】
また請求項3の発明による手段によれば、板状のシンチレータピースとこのシンチレータピースと板面面積がほぼ等しい板状の第1の隔壁部材を交互に積層して第1の積層体を形成する第1の積層体形成工程と、
前記第一の積層体の積層方向に対して直角方向にスライスしてスライス体を形成するスライス工程と、
前記スライス体と板面面積がほぼ等しい板状の第2の隔壁部材を所定量ずらしながら交互に階段状に積層して第2の積層体を形成する第2の積層体形成工程と、
この第2の積層体の両面を研磨する研磨工程とを有することを特徴とするシンチレータブロックの製造方法である。
【0012】
また請求項4の発明による手段によれば、2次元のシンチレータブロックにフォトダイオードが接合されて形成されているX線検出器において、
前記シンチレータブロックは、上記のいずれかに記載のシンチレータブロックを用いていることを特徴とするX線検出器である。
【0013】
また請求項5の発明による手段によれば、X線源と、このX線源に対向してスライス方向およびチャンネル方向に複数のX線検出器を配置し、この複数のX線検出器を前記被検体の回りで回転移動させることによりスキャンしてデータを得るX線CT装置において、
前記X線検出器を構成している各シンチレータブロックは、コーン角度が大きいほど隔壁板の傾斜角度が大きく形成されていることを特徴とするX線CT装置である。
【0014】
また請求項6の発明による手段によれば、前記X線検出器のシンチレータブロックは、スライス方向に隣接するシンチレータブロック間で端部の隔壁板が干渉しないように傾斜角度が設定されていることを特徴とするX線CT装置である。
【0015】
また請求項7の発明による手段によれば、X線を受光するためのシンチレータ部材を隔壁板をはさんでスライス方向とチャンネル方向にアレイ状に配置したシンチレータブロックを有するX線検出器を複数個アレイ状に配列したX線CT装置において、
前記シンチレータブロックは、上記のシンチレータブロックの製造方法により製造されていることを特徴とするX線CT装置である。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0017】
図1(a)および(b)は、X線CT装置の実施の形態におけるX線発生源、被検体および複数のX線検出器で構成された検出器ユニットの位置関係の模式説明図で、図1(a)は正面図を、図1(b)はその側面図を示している。
【0018】
X線CT装置の検出部は、X線を放射する焦点スポットが設けられたX線発生源1と、このX線発生源1と被検体(患者)2を挟んで対向する位置に、X線の進む方向に従って、順次、それぞれ矢印Aで示したチャンネル方向にコリメータ3と検出器ユニット4が一体化して配置されている。
【0019】
図2(a)に配列状態を示したように、検出器ユニット4は、X線検出器6を例えば、チャンネル方向(矢印Aで示した方向)に38ブロック、このチャンネル方向と垂直に交差する方向、つまり、図2(b)において矢印Bで示したスライス方向に6ブロックの合計228個をアレイ状に配列している。
【0020】
X線検出器6は、それぞれが図2(b)に正面図を、図3に斜視図を示したように、患者2の動画の三次元CT像を収集するために、大面積の2次元のシンチレータブロックにフォトダイオード7が接合されて形成されている。シンチレータブロックはシンチレータ部材(無機結晶で、Nal(Tl)、Csl(Tl)、BGO(Bi6Ge3O16)、CdWO6等が用いられることが多く、最近は、GOS(Gd2O2SiPr)が搭載されている)が白色プラスチック材等による隔壁板9により分離区画されて複数の検出素子8を形成している。検出素子8は、例えば、64×24のマトリックス状に配列されている。また、シンチレータブロック5a〜5fのX線ビームの入射面には白色の反射層12が形成されている。
【0021】
従って、検出器ユニット4全体での検出素子8の数は、スライス方向が6×64素子=384素子で、チャンネル方向が38×24素子=912素子となり、それらを掛け合わせた全体では、384×912=350,208素子となる。
【0022】
図1(b)に示したように、X線検出器6と、そのX線検出器6を形成しているシンチレータブロック5a〜5fの配列構成の全体は、X線発生源1から見たとき、コーン角度(それぞれのシンチレータブロック5a〜5fのスライス方向の中心位置とX線発生源1(焦点)を結んだときに決まる角度)は、例えば、片側で約6.5度であり、両側ではトータル13度のボリュウムデータの収集が可能となる。
【0023】
図4は、スライス方向のシンチレータブロック5a〜5fの配列構成とその形状の説明図で、例えば、シンチレータブロック5a〜5fの6個のスライス方向の配置は、コーン角が0度のセンターを中心に、対称に配置されている。
【0024】
また、シンチレータブロック5a〜5fの相互のスライス方向に隣接する面(端面)は、コーン角と略同平行の角度(以下、傾斜角という)に形成されている。したがって、この傾斜角は、シンチレータブロック5a〜5fの配列構成が、コーン角が0度のセンターを中心に対称の位置で対称の傾斜角に形成されており、中心位置から外側に行くに従って大きく形成されている。
【0025】
また、図5に示すように、検出素子8を分離している各隔壁板9も、各シンチレータブロック5a〜5f毎に、端面と平行に端面の傾斜角と同一の角度(傾斜角)で傾斜して配置されている。
【0026】
なお、上述の場合は、スライス方向のシンチレータブロック5a〜5fを偶数(6個)のシンチレータブロック5a〜5fで構成したが、奇数のシンチレータブロック5で構成することもできる。その場合は、中央のシンチレータブロック5はコーン角が0度上に位置するので、中央のシンチレータブロック5のみ、隔壁板9を垂直に配置し、他のシンチレータブロック5については、中心位置から外側に行くに従って隔壁板9の傾斜角を大きく形成すればよい。
【0027】
また、それぞれ傾斜角の異なるシンチレータブロックをスライス方向に隣接させた場合、そのままでは図6(a)に部分拡大図を示すようにシンチレータブロック5d、5eの端部同士が干渉してしまう恐れがある。そこで、図6(b)に部分拡大図を示すように、シンチレータブロック5dの隔壁板9の傾斜角が小さい方(図面で水平に近い方)のシンチレータブロック5dの隣接端面を、あらかじめ、隣接するシンチレータブロック5eの傾斜角度と同等程度に斜めに形成してくことで、配置的な干渉を回避している。もちろん、シンチレータブロック5e側をシンチレータブロック5d側に沿わせて、干渉を回避することも可能である。
【0028】
図4に模式図を示すように、シンチレータブロック5a〜5fは、それが配置される場所に応じて決まるコーン角度に対応して、隔壁板9を所定角度を傾斜させて設けたので、シンチレータブロック5a〜5fに斜めにX線が入射しても、X線はシンチレータブロック5a〜5fの所定の検出素子8に入射し、個々の検出素子8内でのクロストークは回避できる。これにより、X線は所定の検出素子8の内部でほぼ完全に減衰してシンチレーション光を発し、複数のフォトダイオード7から構成されているフォトダイオード7のアレイによって電荷量(電流)に変換される。この変換された検出データの信号出力は、フォトダイオード7に接続されたスイッチ素子で素子選択され、不図示の集積回路からなるデータ収集素子であるDAS(Data Acquisition System)により収集処理されている。その結果、理論通りのデータ収集が可能となる。
【0029】
次に、本発明のスライス方向の隔壁板9(隔壁部材9a、9b)を傾斜させたシンチレータブロック5a〜5fの製造方法について、図7(a)から(d)に示す製造方法の工程の部分拡大した模式図を参照しながら説明する。
【0030】
まず、図7(a)に示すように、無機結晶で、Nal(Tl)、Csl(Tl)、BGO(Bi6Ge3O16)、CdWO6等の部材からなるシンチレータピース15と、このシンチレータピース15と板面面積がほぼ等しいPET等による、シンチレーション光に対して反射と遮光の機能を備えた、例えば、PET等の白色プラスチック板からなる隔壁板(第1の隔壁部材)9aとを交互に積層して第1の積層体21を形成する。(第1の積層体形成工程)
次に、図7(b)に示すように、前記第一の積層体21の積層方向に対して直角方向に、スライサ(不図示、切断装置)により切り込んで、シンチレータピース15と隔壁板9とが交互に接着されているスライス体21aを複数個作製する。(スライス工程)
次に、図7(c)に示したような、スライス体21aと板面面積がほぼ等しい板状の隔壁板(第2の隔壁部材)9bを所定量ずらしながら載置面が一定角度で傾斜した治具16a、16bの載置面上に階段状に整列し、矢印A1および矢印A2でしめした左右方向から押圧して接着固定し、第2の積層体23を形成する。この場合、スライス体21aと第2の隔壁部材9bは、下面(治具16a、16bへ載置した面)が治具16a、16bの載置面に沿って階段状で、端面は何れもほぼ垂直方向に立位状態に配置される。(第2の積層体形成工程)
なお、図8(a)および(b)に示した治具16aは、図8(a)の場合は、傾斜した載置面18aの稜線が直線で形成されているが、図8(b)に示した治具16bの場合は、載置面18bに第2の隔壁部材9bを挿入する凹部19を設けている。また、各治具16a、16bの傾斜は、図4で示したように、シンチレータブロック5a〜5fが配置される位置に応じてそれぞれ設定されており、あらかじめ治具16a、16bの傾斜角度を幾つか準備しておくことで、後述するスライス工程でのスライス方向の隔壁板9(隔壁部材9a、9b)の傾斜角度は、必要に応じていかようにも制御することができる。
【0031】
次に、図7(d)に示すように、第2の隔壁部材22の表面と裏面、すなわち、X線入射面とフォトダイオード7への接着面の両面を、研磨機により同時に研磨加工する。この研磨加工により、両面が研磨されたシンチレータブロック5a〜5fが形成される。(研磨工程)
次に、図9に模式図を示すように、シンチレータブロック5a〜5fをフォトダイオード7のアレイに位置合せしてマウントする。なお、フォトダイオード7にシンチレータブロック5a〜5fをマウントする際は、シンチレータブロック5a〜5fの各検出素子8と隔壁板9が形成するパターンを観察しながらマウントすると、容易に位置合せのアライメントをおこなうことができる。
【0032】
以上に説明したように、本発明によれば、患者の三次元CT像を動画で収集するための大量のボリュウムデータを同時に収集する際に、X線検出器6において、各検出素子に入射したX線は、他の素子に影響を与えることなく、当該セグメント内でほぼ完全に減衰するため、X線のコーン角に起因するクロストークを生じさせない。
【0033】
それにより、X線検出器を搭載したこのX線CT装置は、各検出素子は、理論通りの分解能の高い精密なデータを収集することができる。
【0034】
【発明の効果】
本発明によれば、クロストークを防止したX線検出器が実現できる。また、それにより、患者の三次元CT像を動画で収集できるX線CT装置が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
(a)は、X線CT装置のX線発生源、被検体およびX線検出器ユニットの位置関係の模式平面図、(b)はその側面図。
【図2】
(a)は、検出器ユニットでのX線検出器の配列状態の説明図、(b)は、X線検出器での検出素子の配列状態の説明図。
【図3】
本発明のX線検出器の斜視図。
【図4】
本発明のX線検出器でのスライス方向での6個のシンチレータブロックの配置図。
【図5】
本発明の隔壁板を傾斜させたシンチレータブロックの説明図。
【図6】
(a)および(b)は、シンチレータブロック同士の干渉の説明図。
【図7】
(a)から(d)は、本発明のシンチレータブロックの製造方法の工程を示す模式図。
【図8】(a)および(b)は、治具の説明図。
【図9】シンチレータブロックとフォトダイオードとの位置合せの説明図。
【図10】従来のX線検出器の一部断面斜視図。
【図11】X線検出器へのX線の斜め入射とクロストークの説明図。
【符号の説明】
1…X線発生源、2…被検体(患者)、4…検出器ユニット、5a〜5f…シンチレータブロック、6…X線検出器、7…フォトダイオード、8…検出素子、9…隔壁板、15…シンチレータピース、16a、16b…治具
Claims (7)
- X線を受光するためのシンチレータ部材を隔壁板をはさんでスライス方向とチャンネル方向にアレイ状に配置したシンチレータブロックにおいて、
前記スライス方向を区画する隔壁板はスライス方向に傾斜して形成されていることを特徴とするシンチレータブロック。 - 前記隔壁板の傾斜角度は、同一角度であることを特徴とする請求項1記載のシンチレータブロック。
- 板状のシンチレータピースとこのシンチレータピースと板面面積がほぼ等しい板状の第1の隔壁部材を交互に積層して第1の積層体を形成する第1の積層体形成工程と、
前記第一の積層体の積層方向に対して直角方向にスライスしてスライス体を形成するスライス工程と、
前記スライス体と板面面積がほぼ等しい板状の第2の隔壁部材を所定量ずらしながら交互に階段状に積層して第2の積層体を形成する第2の積層体形成工程と、
この第2の積層体の両面を研磨する研磨工程とを有することを特徴とするシンチレータブロックの製造方法。 - 2次元のシンチレータブロックにフォトダイオードが接合されて形成されているX線検出器において、
前記シンチレータブロックは、請求項1或いは請求項2のいずれかに記載のシンチレータブロックを用いていることを特徴とするX線検出器。 - X線源と、このX線源に対向してスライス方向およびチャンネル方向に複数のX線検出器を配置し、この複数のX線検出器を前記被検体の回りで回転移動させることによりスキャンしてデータを得るX線CT装置において、
前記X線検出器を構成している各シンチレータブロックは、コーン角度が大きいほど隔壁板の傾斜角度が大きく形成されていることを特徴とするX線CT装置。 - 前記X線検出器のシンチレータブロックは、スライス方向に隣接するシンチレータブロック間で端部の隔壁板が干渉しないように傾斜角度が設定されていることを特徴とする請求項5記載のX線CT装置。
- X線を受光するためのシンチレータ部材を隔壁板をはさんでスライス方向とチャンネル方向にアレイ状に配置したシンチレータブロックを有するX線検出器を複数個アレイ状に配列したX線CT装置において、
前記シンチレータブロックは、請求項3記載のシンチレータブロックの製造方法により製造されていることを特徴とするX線CT装置。
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