JP2010223836A - コリメータ、放射線検出器、x線ct装置及びコリメータの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】角錐台形状を有する複数の区画部を備え、前記複数の区画部の側面部は、前記側面部を含む平面内に放射線源の焦点が存在するように設けられていること、を特徴とするコリメータが提供される。
【選択図】図1
Description
放射線検出器は、基板上に区画されて設けられた複数の光電変換素子と、この上に積層されたシンチレータとを備えており、シンチレータは光電変換素子の各検出区画毎に光反射部により分離、区画されている。また、個々のシンチレータに入射するX線を制御するとともに散乱X線を吸収して、散乱X線によるクロストークを低減させるためにコリメータが配設されている。
しかしながら、チャンネル方向における散乱X線を除去するためのコリメータと、スライス方向における散乱X線を除去するためのコリメータとを2段に重ねるようにすれば、スペース効率が悪化することになる。また、コリメータの高コスト化や製造工程の複雑化などを招くことにもなる。
特許文献2に開示がされた技術によれば、3次元格子構造のコリメータを安価に製造することができる。
しかしながら、縦ワイヤ線と横ワイヤ線とを交互に張ることで3次元格子構造のコリメータを形成するようにすれば、ワイヤ線間に隙間が生じてクロストークが増加するおそれがある。そして、この様な構成のコリメータを備えた放射線検出器をX線CT装置に用いるものとすれば、X線CT画像の画質を低下させてしまうおそれがある。
また、本実施の形態に係る放射線検出器は、X線のほかにもγ線などの各種放射線にも適用させることができるが、放射線の中の代表的なものとしてX線の場合を例にとり説明する。したがって、以下の実施形態において他の放射線に適用させる場合には、「X線」を「放射線」に置き換えるようにすればよい。
図2は、図1におけるA−A断面を表すための模式断面図である。
図3は、図2におけるB部の模式拡大図である。
なお、図中の矢印はX線の入射方向を表している。
図1〜図3に示すように、放射線検出器1は、検出部2、コリメータ10を備えている。また、検出部2に設けられた基部7とコリメータ10とを保持する保持手段6が設けられている。
検出部2には、シンチレータ4、光反射部17、接着層3、光電変換手段12、回路基板18、基部7が設けられている。
光電変換素子12a毎にシンチレータ4を区画する光反射部17は、各シンチレータ4の区画間における光学的分離と反射とを行わせることで、各区画間における光学的クロストークを抑制する役割を果たしている。なお、光反射部17は、例示をした白色の板状体17aを挿入、接着したものからなるものに限定されるわけではない。例えば、白色の接着剤からなるものであってもよいし、白色の顔料を含むものを充填、固化させたものであってもよい。また、白色のものに限定されるわけではなく、シンチレータ4の発光波長付近の波長の光を反射する機能を有するものであればよい。また、光反射部17は、各シンチレータ4同士を接合して一体化させる役割を有していてもよい。
なお、光電変換手段12と回路基板18とは、必ずしも接合されている必要はなく、分離して設けるようにすることもできる。また、図示しない増幅器やAD変換器等も別途設けるようにすることができる。
また、一対の保持手段6の外周側(円弧形状の凸側)には検出部2に設けられた基部7が保持されている。また、基部7は、保持手段6の外周側形状(円弧の凸側形状)に適応できるように外周面に沿って複数設けられている。
コリメータ10は、例えば、W(タングステン)、Mo(モリブデン)、Ta(タンタル)、Pb(鉛)または、少なくともこれらの重金属の1つを含む合金などからなるものとすることができる。ただし、これらに限定されるわけではなくX線の遮蔽特性に優れた材料を適宜選択することができる。
例えば、放射線検出器の格子サイズを従来のままとし、放射線検出器の大きさをスライス方向に長くして多列化を図り、1回で撮影することができる撮影範囲を広くするようになってきている。そのようにすれば、同じ範囲を撮影するときの放射線照射量(例えば、X線照射量など)を減らすことができるので、被ばく量を低減させることができる。
また、放射線検出器の大きさを従来のままとし、放射線検出器の格子サイズを小さくして列数を増やし多列化を図るようになってきている。そのようにすれば、分解能を高めることができるので、より細かい撮影対象を撮影可能となる。
この様に、加工性が悪く、また、多列化が図られるようになってきているコリメータ10は、生産性が低く、また、生産コストも高額なものとなる。そして、このことが放射線検出器1の生産性向上や価格低減などの妨げとなっている。
図4は、区画部を例示するための模式斜視図である。
区画部10aとしては、例えば、角柱形状を有するものとすることができる。ただし、区画部10aを互いに隙間なく複数並べる(空間を充填している)ことでコリメータ10を形成した場合に、各区画部10aのX線を遮蔽する部分(側面部)がX線源(X線管球101)の焦点方向を向くように角錐台形状を有するものとすることが好ましい。例えば、図2に例示をしたように各区画部10aの側面部がX線源(X線管球101)の焦点方向を向くような角錐台形状とすることが好ましい。すなわち、角錐台形状を有する区画部10aと、を複数備え、角錐台形状を有する区画部10aの側面部は、側面部を含む平面内に放射線源の焦点が存在するように傾斜させて設けられていることが好ましい。
中実の柱状体としては、例えば、X線が透過することができる材料で形成された柱状部と、柱状部の側面部に設けられX線を遮蔽することができる材料で形成された遮蔽部からなるものとすることができる。そして、X線源(X線管球101)から曝射されたX線が一方の端面側から入射し、重金属により画された柱状部の内部を伝播して、他方の端面側からシンチレータ4に向けて出射するようになっている。X線が透過することができる材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ樹脂、カーボンファイバー樹脂などを例示することができる。また、X線を遮蔽することができる材料としては、前述したW(タングステン)、Mo(モリブデン)、Ta(タンタル)、Pb(鉛)または、少なくともこれらの重金属の1つを含む合金などからなるものを例示することができる。ただし、これらの材料に限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
X線源であるX線管球101から曝射されたX線は、コリメータ10に設けられた区画部10aの一方の端面側からその内部に入射し、内部を伝播して、他方の端面側からシンチレータ4に向けて出射する。この際、区画部10aの中心軸方向とは異なる方向から入射してくるX線(散乱X線)の大部分は、区画部10aに吸収されることになる。
光電変換手段12に入射した光は、光電変換され、光の強度に比例した強度の電気信号として出力される。
図5は、第2の実施形態に係るコリメータの製造方法を例示するための模式工程図である。
まず、図5(a)に示すように、X線の遮蔽特性に優れた材料から形成された管状部材21を所定の数だけ接合する。
X線の遮蔽特性に優れた材料としては、例えば、W(タングステン)、Mo(モリブデン)、Ta(タンタル)、Pb(鉛)または、少なくともこれらの重金属の1つを含む合金などからなるものとすることができる。ただし、これらに限定されるわけではなくX線の遮蔽特性に優れた材料を適宜選択することができる。
管状部材21の形状としては、製造や入手の容易性などを考慮して円管とすることができる。ただし、これに限定されるわけではなく、後述する塑性加工性などを考慮して角管とすることもできる。
管状部材21同士の接合方法としては、例えば、接着剤を用いた接着とすることができる。ただし、管状部材21同士の接合方法はこれに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
次に、図5(c)に示すように、成形型22を挿入した状態で管状部材21を加圧し、成形型22の外形形状に倣わせるように塑性加工する。なお、管状部材21の加圧方法としては、図示しない成形型(外型)を用いて区画部20aを加圧するものなどを例示することができる。ただし、管状部材21の加圧方法はこれに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
成形型22を離型させ必要に応じてバリ取りなどを行うことで、図5(e)に示すように、区画部20aの集合体を形成させる。
その後、必要に応じて区画部20aの集合体を複数接合することでコリメータ20を形成する。なお、区画部20aの集合体を構成する区画部20aの数は、塑性加工の条件などを考慮して適宜決定することができる。
すなわち、本実施の形態に係るコリメータの製造方法は、管状部材を所定の数だけ接合する工程と、管状部材の内部に、区画部20aの形状を有する成形型22を挿入する工程と、成形型22が挿入された管状部材を加圧し、成形型22の形状に倣わせるように塑性加工することで管状部材を区画部20aの形状に成形する工程と、を備えている。
なお、前述したものと同様にして1つの区画部20aを形成し、これを複数接合することでコリメータ20を形成するようにすることもできる。ただし、前述した区画部20aの集合体を形成するようにした方が、生産性の観点からは好ましい。
図6(a)は、X線の遮蔽特性に優れた材料から形成された平板状部材31を例示するための模式斜視図である。
X線の遮蔽特性に優れた材料としては、例えば、W(タングステン)、Mo(モリブデン)、Ta(タンタル)、Pb(鉛)または、少なくともこれらの重金属の1つを含む合金などからなるものとすることができる。ただし、これらに限定されるわけではなくX線の遮蔽特性に優れた材料を適宜選択することができる。
まず、図6(b)に示すように、平板状部材31の主面に所定のピッチ寸法で突起部31aを設ける。
突起部31aの形成方法としては、例えば、エッチング法などの化学的除去方法、切削などの物理的除去方法、プレス加工法などの塑性加工法などを例示することができる。ただし、これらに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
平板状部材31や平板材31bの接合方法としては、例えば、接着剤を用いた接着とすることができる。ただし、接合方法はこれに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
図7は、突起部が設けられた平板状部材を例示するための模式部分拡大図である。
なお、図7(a)は模式平面図、図7(b)は図7(a)におけるC−C断面を表すための模式断面図である。
図7(a)に示すように、平板状部材31には複数の突起部31aが設けられている。また、隣接する突起部31aの側面同士の間の寸法が漸減または漸増するようになっている。また、図7(b)に示すように、突起部31aの底部と頂部との間の寸法が漸減または漸増するようになっている。
そして、突起部31aが設けられた平板状部材31を積層するように接合した際に、X線を遮蔽する部分(突起部31a、平板状部材31の主面)が図示しないX線源の焦点方向を向くようになっている。すなわち、平板状部材31を積層するように接合した際に、X線を遮蔽する部分により画される空間が角錐台形状となるようになっている。この場合、角錐台の側面部となる部分(X線を遮蔽する部分)の角度は、シンチレータ4の区画寸法、区画数、図示しないX線源の焦点までの距離などに応じて適宜決定することができる。この様にすれば、図示しないX線源からの直接線を対応するシンチレータ4に効率よく入射させることができるようになる。
また、図6や図7において例示をしたものの場合には、突起部、および平板状部材の主面により画される部分が区画部30aとなる。
まず、図8(a)に示すように平板状部材41の主面に所定のピッチ寸法で突起部41aを設ける。そして、突起部41aの頂部同士を接合することで、一対の平板状部材41を接合する。
なお、平板状部材41の材料、突起部41aの形成方法、接合方法は、図6において例示をしたものと同様とすることができるので、その説明は省略する。
次に、図8(b)に示すように、突起部41a同士の間に形成された空間に成形型42を挿入する。成形型42は、製造されるコリメータ40の区画部40aの形状を有するものとされている。そして、成形型42を挿入することで突起部41a同士の間が塑性変形されて、成形型42の形状、すなわち区画部40aの形状に成形される。
次に、図8(c)に示すように、成形型42を引き抜くようにして離型させる。
成形型42を離型させ必要に応じてバリ取りなどを行うことで、区画部40aの集合体を形成させる。
なお、区画部40aの集合体を構成する区画部40aの数は、塑性加工の条件などを考慮して適宜決定することができる。
その後必要に応じて、図8(d)に示すように、区画部40aの集合体を複数接合することでコリメータ40を形成する。
まず、図9(a)に示すように、四角錐台形状を有する柱状部51を形成する。柱状部51は、X線が透過することができる材料で形成されている。X線が透過することができる材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、エポキシ樹脂、カーボンファイバー樹脂などを例示することができる。ただし、これらの材料に限定されるわけではなく、適宜変更することができる。
柱状部51の形成方法としては、例えば、射出成型法や切削加工法などを例示することができる。ただし、柱状部51の形成方法はこれらに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
まず、図10(a)に示すように、X線を遮蔽することができる材料からなる主原料粉61と、後述する焼結時に粒同士を結合させるフラックス(溶剤)の役割を果たす副原料粉62とを所定の比率で配合することで原料粉を生成する。なお、X線を遮蔽することができる材料は前述したものと同様とすることができる。
次に、図10(b)に示すように、生成された原料粉を混合する。
次に、X線を遮蔽する材料を含む原料粉を用いて、格子構造のコリメータの形状を有する成形品を形成する。
次に、成形品を焼結させてコリメータを形成する。
すなわち、X線を遮蔽する材料を用いて、区画部の一方向の側面部を形成する工程と、この側面部と交差する方向に設けられる側面部を焼結法により形成する工程と、を備えるようにすることもできる。
また、X線を遮蔽することができる材料からなる主原料粉61と、副原料粉である特定の波長の光によって重合、硬化する樹脂(光硬化樹脂)と、を所定の比率で配合することで原料粉を生成し、これを用いて前述したものと同様に成形品の形成などを行うようにすることもできる。この場合、特定の波長の光を照射して重合、硬化を行う光硬化法によりコリメータ全体や側面部などを形成するようにすればよい。
図11は、X線CT装置の概略構成を例示するための模式ブロック図である。
図11に示すように、X線CT装置100は、撮影手段100aと処理・表示手段100bとを備えている。
なお、X線管球101と被検体との間には、X線管球101から曝射されるX線ビームの形状をコーン状(四角錐状)またはファンビーム状に整形する図示しないX線管球側コリメータが設けられている。
データ収集回路(DAS)104は、DASチップが配列された複数のデータ収集素子列を有し、2次元検出器部103で検出されたデータ(以下、生データという)が入力される。そして、入力された生データを増幅処理、A/D変換処理等した後、データ伝送装置105を介して処理・表示手段100bに備えられた前処理装置106に伝送する。
架台駆動部107は、診断用開口内に挿入された被検体の体軸方向に平行な中心軸のまわりに、X線管球101と2次元検出器部103とを一体的に回転させる等の駆動とその制御を行う。
ホストコントローラ110は、撮影処理、データ処理、画像処理等の各種処理に関する統括的な制御を行う。
再構成装置114は、所定の再構成パラメータ(再構成領域サイズ、再構成マトリクスサイズ、関心部位を抽出するための閾値等)に基づいて、投影データを再構成処理することで所定のスライス分の再構成画像データを作成する。一般に、再構成処理には、コーンビーム再構成(Feldkamp法、ASSR法など)とファンビーム再構成とがあるが、いずれの方法でも実行することができる。
入力装置115には、キーボードや各種スイッチ、マウス等が設けられており、オペレータによりスライス厚やスライス数等の各種スキャン条件が入力できるようになっている。
データ/制御バス300は、各装置間を接続し、各種データ、制御信号、アドレス情報等を送受信するための信号線である。
診断用開口内に挿入された被検体を撮影して、所望の画像を得るにあたり、まず、入力装置115からスライス厚やスライス数等の各種スキャン条件が入力される。
X線CT装置100の運転開始とともに回転リング102が回転を開始し、同時にX線管球101より被検体に向けてX線が曝射される。
被検体を透過したX線は、被検体を挟んでX線管球101と対向するように設けられた2次元検出器部103の放射線検出器1に到達する。
放射線検出器1には、コリメータ10が設けられており、X線管球101の焦点方向以外から入射してくる散乱X線が除去される。そのため、放射線検出器1の光電変換手段12(光電変換素子12a)には、X線管球101の焦点方向からのX線に基づく光が入射されることになる。この場合、コリメータ10に設けられた各区画部10aの側面部がX線源(X線管球101)の焦点方向を向くようになっている。そのため、X線源(X線管球101)からの直接線を対応するシンチレータ4に効率よく入射させることができる。
また、格子構造のコリメータであってもその製造コストの低減を図ることができる。そのため、X線CT装置100の生産性の向上や価格の低減をも図ることができる。
前述の実施の形態に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。
例えば、コリメータ10、コリメータ20、コリメータ30、コリメータ40、コリメータ50、放射線検出器1、X線CT装置100が備える各要素の形状、寸法、材料、配置、数などは、例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
Claims (11)
- 角錐台形状を有する複数の区画部を備え、
前記複数の区画部の側面部は、前記側面部を含む平面内に放射線源の焦点が存在するように設けられていること、を特徴とするコリメータ。 - 前記複数の区画部は、互いに隙間なく並べられて空間を充填していることを特徴とする請求項1記載のコリメータ。
- 前記角錐台形状の高さ方向に対して略直交する方向における前記区画部の断面形状は、四角形であることを特徴とする請求項1または2に記載のコリメータ。
- 請求項1〜3のいずれか1つに記載のコリメータと、
前記コリメータと対向して設けられ放射線を受けて蛍光を発するシンチレータと、
前記蛍光を受けて電気信号に変換する光電変換素子を有する光電変換手段と、
を備えたことを特徴とする放射線検出器。 - 前記放射線としてのX線を放出するX線源と、
前記X線源から放出されたX線を検出する請求項4記載の放射線検出器と、
前記X線源と前記放射線検出器とを支持し、被検体の周りを回転する回転リングと、
前記放射線検出器により検出されたX線の強度に基づいて前記被検体の断層像を画像再構成する再構成装置と、
を備えたことを特徴とするX線CT装置。 - 管状部材を所定の数だけ接合する工程と、
前記管状部材の内部に、区画部の形状を有する第1の成形型を挿入する工程と、
前記第1の成形型が挿入された前記管状部材を加圧し、前記第1の成形型の形状に倣わせるように塑性加工することで前記管状部材を前記区画部の形状に成形する工程と、
を備えたことを特徴とするコリメータの製造方法。 - 平板状部材の主面に所定のピッチ寸法で複数の突起部を形成する工程と、
前記突起部が設けられた平板状部材を積層するように接合することで、前記突起部と前記主面とにより区画部の形状を形成する工程と、
を備えたことを特徴とするコリメータの製造方法。 - 平板状部材の主面に所定のピッチ寸法で複数の突起部を形成する工程と、
前記突起部の頂部同士を接合することで、一対の前記平板状部材を接合する工程と、
前記突起部同士の間に形成された空間に、区画部の形状を有する第2の成形型を挿入して前記第2の成形型の形状に倣わせるように塑性加工することで、前記平板状部材を前記区画部の形状に成形する工程と、
を備えたことを特徴とするコリメータの製造方法。 - X線を透過させる材料を用いて、角錐台形状を有する柱状部を形成する工程と、
X線を遮蔽する材料を用いて、前記柱状部の側面部に遮蔽部を設けることで区画部を形成する工程と、
複数の前記区画部を集合させる工程と、
を備えたことを特徴とするコリメータの製造方法。 - X線を遮蔽する材料を含む原料粉を用いて、格子構造のコリメータの形状を有する成形品を形成する工程と、
前記成形品を焼結、または光硬化させる工程と、
を備えたことを特徴とするコリメータの製造方法。 - X線を遮蔽する材料を用いて、区画部の一方向の側面部を形成する工程と、
前記側面部と交差する方向に設けられる側面部を焼結法、または、光硬化法により形成する工程と、
を備えたことを特徴とするコリメータの製造方法。
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