JP5289116B2 - X-ray detector - Google Patents
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Description
本発明は、X線検出器に関し、特に高い時間分解能と空間分解能とが要求される医用X線コンピュータトモグラフィー(X線CT)等に好適に用いることのできるX線検出器に関する。 The present invention relates to an X-ray detector, and more particularly to an X-ray detector that can be suitably used for medical X-ray computed tomography (X-ray CT) and the like that require high time resolution and spatial resolution.
近年、X線コンピュータートモグラフィー(X線CT)が、心臓の様に動きの激しい臓器の診断にも用いられるようになってきている。動きの激しい臓器を高精細に撮影するには、高い時間分解能と空間分解能とを両立して有する検出器が必要である。 In recent years, X-ray computed tomography (X-ray CT) has come to be used for diagnosis of organs that move rapidly, such as the heart. In order to capture a highly moving organ with high definition, a detector having both high temporal resolution and spatial resolution is required.
現在のCT用X線検出器としては、シンチレーターにより一旦、X線を可視光に変換し、その可視光をSi基板に作り込まれたフォトダイオードで電気信号に変換する間接変換方式が主流であり、近年、マルチスライスCTと呼ばれる、体軸方向に複数の画素を有し、一度に広い幅の診断が可能なCTが普及してきている。 The current mainstream X-ray detector for CT is an indirect conversion method in which X-rays are once converted into visible light by a scintillator, and the visible light is converted into an electrical signal by a photodiode built in a Si substrate. In recent years, a CT called a multi-slice CT, which has a plurality of pixels in the body axis direction and can diagnose a wide width at a time, has become widespread.
この様なマルチスライスCT用のX線検出器において、時間分解能が高いデータ収集方式として、フォトダイオード1画素毎に、信号線を有する同時収集方式がある。 In such an X-ray detector for multi-slice CT, as a data acquisition method with high time resolution, there is a simultaneous acquisition method in which a signal line is provided for each pixel of the photodiode.
ところが、従来の同時収集方式のX線検出器では、フォトダイオードの隙間にスライス数分の信号線を形成しなければならない。したがって、従来においては、前記信号線の形成領域を確保すべく、前記フォトダイオードの大きさを低減する必要が生じていた。この結果、X線の空間分解能が低下してしまうという問題があった(非特許文献1)。 However, in the conventional simultaneous acquisition type X-ray detector, signal lines corresponding to the number of slices must be formed in the gaps between the photodiodes. Therefore, conventionally, it has been necessary to reduce the size of the photodiode in order to ensure the formation region of the signal line. As a result, there is a problem that the spatial resolution of X-rays is reduced (Non-Patent Document 1).
本発明は、同時収集方式のマルチスライスCT用のX線検出器において、その空間分解能を向上させることを目的とする。 An object of the present invention is to improve the spatial resolution of an X-ray detector for multi-slice CT of a simultaneous acquisition method.
上記目的を達成すべく、本発明の一態様は、互いに隣接してマトリックス状に配置されてなる、X線を可視光線に変換する複数のシンチレーターと、前記複数のシンチレーターの側面に設けられ、前記複数のシンチレーターそれぞれを離隔する複数のリフレクターと、前記複数のシンチレーターの、前記X線の入射面と相対向する側において、前記複数のシンチレーターそれぞれに対して設けられてなる、前記可視光線を電気信号に変換する複数の光電変換素子とを備え、各シンチレーターに対して設けられた前記光電変換素子からの前記電気信号は、前記各シンチレーターの前記側面に設けられた前記複数のリフレクターの少なくとも一つを介して外部に取り出すことを特徴とする、X線検出器に関する。 In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention is provided on a side surface of a plurality of scintillators that convert X-rays into visible light, arranged in a matrix adjacent to each other, and the plurality of scintillators, A plurality of reflectors separating each of the plurality of scintillators, and the visible light provided to each of the plurality of scintillators on the side of the plurality of scintillators opposite to the X-ray incident surface, The electrical signal from the photoelectric conversion element provided for each scintillator includes at least one of the plurality of reflectors provided on the side surface of each scintillator. The present invention relates to an X-ray detector characterized by being taken out through the outside.
本発明によれば、同時収集方式のマルチスライスCT用のX線検出器において、その空間分解能を向上させることができる。 According to the present invention, the spatial resolution of an X-ray detector for multi-slice CT of the simultaneous acquisition method can be improved.
以下、本発明の具体的な実施形態について説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described.
(第1の実施形態)
図1及び2は、第1の実施形態におけるX線検出器の概略構成図である。図1は、本実施形態におけるX線検出器の平面図であり、図2は、図1に示すX線検出器をA−A線に沿って切った場合の断面図である。なお、図1及び2は、本実施形態におけるX線検出器の特徴を明確にすべく、上記X線検出器の一部に着目し、かかる部分を拡大して描いている。
(First embodiment)
1 and 2 are schematic configuration diagrams of the X-ray detector according to the first embodiment. FIG. 1 is a plan view of the X-ray detector in the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the X-ray detector shown in FIG. 1 taken along the line AA. In FIGS. 1 and 2, in order to clarify the characteristics of the X-ray detector in the present embodiment, attention is paid to a part of the X-ray detector, and this part is drawn in an enlarged manner.
図1及び2に示すように、本実施形態のX線検出器10は、互いに隣接してマトリックス状に配置されてなる複数のシンチレーター11と、これらシンチレーターの側面11Aに設けられ、複数のシンチレーター11それぞれを離隔する複数のリフレクター12及び13とを有している。また、複数のシンチレーター11の、X線の入射面10Aと相対向する側においては、複数のシンチレーター11それぞれに対応して設けられた複数の半導体フォトダイオード15が設けられている。したがって、本実施形態におけるX線検出器10は、同時収集方式のマルチスライスCT用X線検出器を構成する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
なお、リフレクター12は、シンチレーター11の側面11Aの全体に亘って形成されているが、リフレクター13は、シンチレーター11の側面11Aの端部には形成されず、リフレクター13と接触しないようになっている。
The
シンチレーター11は、X線検出器において汎用されている、例えばGOS(Gd2O2S)やCsIから構成することができる。また、リフレクター12及び13は反射率の高い金属材料、例えばAl,Ag等や、反射率の高い無機材料を分散した樹脂膜等から構成することができる。
The
半導体フォトダイオード15は、X線検出器10と同等の大きさの一様な、例えばn型Siからなる半導体基板151の、各シンチレーター11の対応箇所において、P層152を形成することによって得ることができる。この場合、半導体基板151、すなわち半導体フォトダイオード15には逆バイアスを印加しておき、P層152の周辺に空乏層を形成しておく。
The
また、各半導体フォトダイオード15上には透明電極17が形成されており、リフレクター13は、バンプ16を介して透明電極17と電気的に接続されている。さらに、複数のシンチレーターの11のX線の入射面10A上には、リフレクター13と電気的に接続され、信号読出回路19に電気的に接続された信号線18が形成されている。したがって、リフレクター13は、以下に説明するリフレクターとしての本来的な機能の他に、半導体フォトダイオード15からの電気信号を外部に取り出すための導体としても機能する。
A
なお、透明電極17は、汎用の透明電極材料、例えばITO等の透明電極材料から構成することができる。
In addition, the
本実施形態のX線検出器10において、そのX線の入射面10Aに対してX線が入射すると、前記X線はシンチレーター11を透過する際に可視光線に変換され、この可視光線はシンチレーター11を透過した後、半導体フォトダイオード15に入射する。半導体フォトダイオード15では、前記可視光線は電気信号(すなわち電流)に変換される。得られた電気信号はリフレクター13を介してX線検出器10の入射面10A側に伝送され、信号線18を介して、信号読出回路19に送られる。
In the
各シンチレーター11に入射したX線の強度と、相当する半導体フォトダイオード15で生成する電気信号(電流)の大きさとは互いに比例するので、信号読出回路19において、半導体フォトダイオード15からリフレクター13及び信号線18を介して伝送された前記電気信号(電流)の大きさを検知することによって、該当するシンチレーター11に入射したX線の強度を知ることができる。
Since the intensity of the X-rays incident on each
なお、各シンチレーター11に入射したX線によって生成された可視光線は、各シンチレーター11の側面11Aに設けられたリフレクター12及び13によって反射されるようになるので、前記可視光線が隣接したシンチレーター11において生成された可視光線と干渉することがない。したがって、該当するシンチレーター11に入射したX線の強度を正確に知ることができる。
In addition, since the visible light generated by the X-rays incident on each
また、リフレクター13は、電気信号伝送用導体としても機能するので、上述したように、リフレクター12と電気的に接触しないことが要求される。もし、リフレクター13がリフレクター12と電気的に接触してしまうと、互いに隣接する半導体フォトダイオード15で得られた電気信号同士が干渉してしまい、該当するシンチレーター11に入射したX線の強度を検知することができなくなってしまう。
Moreover, since the
本実施形態のX線検出器10によれば、X線入射によって生成した電気信号を、リフレクター13を介してX線入射面10Aから取り出すようにしているので、信号線18を、従来のように半導体フォトダイオード15の隙間にスライス数分、すなわちシンチレーターの数に応じた数の信号線を形成する必要がなくなる。したがって、信号線18の形成領域を確保すべく、半導体フォトダイオード15の大きさを低減する必要がないので、X線の空間分解能の低下という問題を回避することができる。
According to the
(第2の実施形態)
図3及び4は、第2の実施形態におけるX線検出器の概略構成図である。
図3は、本実施形態におけるX線検出器の平面図であり、図4は、図3に示すX線検出器を、同じくA−A線に沿って切った場合の断面図である。なお、第1の実施形態に係わる図1及び2と同一あるいは類似の構成要素に関しては、
同一の参照数字を用いて表している。
(Second Embodiment)
3 and 4 are schematic configuration diagrams of the X-ray detector according to the second embodiment.
FIG. 3 is a plan view of the X-ray detector in the present embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view of the X-ray detector shown in FIG. 3 taken along the line AA. Regarding the same or similar components as in FIGS. 1 and 2 according to the first embodiment,
The same reference numerals are used.
本実施形態では、図3から明らかなように、リフレクター12が各シンチレーター11の対向する側面11A上に形成されるとともに、電気信号伝送用導体としても機能するシンチレーター13が各シンチレーター11の側面11Aと隣接し、互いに対向する側面11B上に形成され、隣接するシンチレーター11のリフレクター13同士が接触しないようにして、電気的に絶縁性の遮光膜21で分断されている。なお、遮光膜21は、透明電極間の光のクロストークを低減する効果がある。
In this embodiment, as apparent from FIG. 3, the
また、第1の実施形態と同様に、リフレクター12は、シンチレーター11の側面11Aの全体に亘って形成されているが、リフレクター13は、シンチレーター11の側面11Aの端部には形成されず、リフレクター13と接触しないようになっている。
Further, similarly to the first embodiment, the
なお、その他の構成については、上記第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。 Since other configurations are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
本実施形態では、隣接するシンチレーター11のリフレクター13が遮光膜21で分断されており、隣接するリフレクター12と接触していないので、互いに隣接する半導体フォトダイオード15で得られた電気信号同士が干渉してしまい、該当するシンチレーター11に入射したX線の強度を検知できないという問題を回避することができる(第1の作用効果)。
In the present embodiment, the
また、リフレクター13は、該当するシンチレーター11の側面11Bの端部には形成されていないので、入射したX線が変換されることによって生成された可視光線が、部分的に前記端部から外部に漏れてしまう。しかしながら、本実施形態では、隣接するシンチレーター11同士が遮光膜21で分断されているので、前記端部から漏れ出た前記可視光線は、遮光膜21で遮光され、隣接するシンチレーター11内に混入してしまうことがない。したがって、該当するシンチレーター11に入射したX線強度の検知精度を高いままに保持することができる(第2の作用効果)。
In addition, since the
なお、その他のX線検出の工程は、上記第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。 Since the other X-ray detection steps are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
また、遮光膜21は、黒色レジスト及び絶縁層で皮膜した金属板等の電気的に絶縁性を有し、可視光域の光の透過率が低い材料から構成することができる。
The light-shielding
なお、遮光膜21に代えて、単なる電気的絶縁性の膜を用いることもできる。かかる場合は、原則的には上記第1の作用効果しか得ることができないが、実際には、隣接するシンチレーター11間を分断するようにして二次的な介在物である前記膜が存在することにより、前記可視光線はある程度遮光され、また散乱されるようになる。したがって、この場合においても、上述した第の2の作用効果を多少なりとも奏することができる。
Note that a simple electrically insulating film can be used instead of the
本実施形態によれば、上記第1の実施形態の構成に加えて、上述したような構成の遮光膜21を設けているので、X線検出器20におけるX線の空間分解能を、従来の同時収集方式のマルチスライスCT用X線検出器と比して、格段に向上させることができる。
According to the present embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, since the
(第3の実施形態)
図5及び6は、第3の実施形態におけるX線検出器の概略構成図である。図5は、本実施形態におけるX線検出器の平面図であり、図6は、図5に示すX線検出器を、B−B線に沿って切った場合の断面図である。なお、第1の実施形態に係わる図1及び2と同一あるいは類似の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。
(Third embodiment)
5 and 6 are schematic configuration diagrams of the X-ray detector in the third embodiment. FIG. 5 is a plan view of the X-ray detector in the present embodiment, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the X-ray detector shown in FIG. 5 taken along line BB. Components that are the same as or similar to those in FIGS. 1 and 2 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
本実施形態では、図5及び6から明らかなように、複数のシンチレーター11のX線の入射面10A上における複数のシンチレーター11間において、コリメータ31を有している。また、信号線18は、入射面10A上に形成される代わりに、上方に延在してコリメータ31の表面(本実施形態では側面)に形成されている。
In this embodiment, as is apparent from FIGS. 5 and 6, the
なお、図5では、コリメータ31は、X線の入射面10A、すなわちシンチレーター11から離隔して配置されているように描いているが、実際にはほぼ接触するような状態で配置している。
In FIG. 5, the
また、その他の構成及びX線の検出工程については、上記第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。 Other configurations and the X-ray detection process are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
本実施形態においては、シンチレーター11へのX線入射によって生成した電気信号を、リフレクター13を介してX線入射面10Aから取り出すとともに、リフレクター13と電気的に接続してなる信号線18を、コリメータ31の表面31Aに形成するようにしている。したがって、上記第1の実施形態と同様に、従来のように半導体フォトダイオード15の隙間にスライス数分、すなわちシンチレーターの数に応じた数の信号線を形成する必要がなくなる。したがって、信号線18の形成領域を確保すべく、半導体フォトダイオード15の大きさを低減する必要がないので、X線の空間分解能の低下という問題を回避することができる。
In the present embodiment, an electric signal generated by X-ray incidence on the
また、信号線18をX線の入射面10A上に形成しないので、信号線18によってシンチレーター11に対するX線の入射が妨害されないとともに、信号線18自身もX線照射による劣化から保護することができる。
Further, since the
なお、コリメータ31が絶縁性の物質から構成される場合、信号線18はコリメータ31の表面31A上において直接電極パターンとして形成することができるが、コリメータ31が導電性の物質、例えば金属板から構成されるような場合は、前記金属板をアクリル樹脂等で被覆した後、このアクリル樹脂等の上に電極パターンとして形成することができる。
When the
また、信号線18(すなわち電極パターン)とリフレクター13との電気的接続を確実なものとするために、前記電極パターンの下部又はリフレクター13の上部に半田ボールや導電性樹脂を形成することもできる。
Further, in order to ensure electrical connection between the signal line 18 (that is, the electrode pattern) and the
(第4の実施形態)
図7及び8は、第4の実施形態におけるX線検出器の概略構成図である。図7は、本実施形態におけるX線検出器の平面図であり、図8は、図7に示すX線検出器を、C−C線に沿って切った場合の断面図である。なお、第1の実施形態に係わる図1及び2と同一あるいは類似の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。
(Fourth embodiment)
7 and 8 are schematic configuration diagrams of the X-ray detector according to the fourth embodiment. FIG. 7 is a plan view of the X-ray detector in the present embodiment, and FIG. 8 is a cross-sectional view of the X-ray detector shown in FIG. 7 cut along the line CC. Components that are the same as or similar to those in FIGS. 1 and 2 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals.
本実施形態では、図8から明らかなように、半導体フォトダイオード15とリフレクター13との間にスイッチング素子41を設けている。したがって、スイッチング素子41をオンさせることによって、半導体フォトダイオード15及びリフレクター13が電気的に連通した部分のシンチレーター11からのX線強度のみを逐次に読出すことが可能となる。したがって、図7においては、シンチレーター毎に信号線18を設けているものの、その数を適宜低減することができる。
In the present embodiment, as apparent from FIG. 8, the switching
以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記態様に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変更や変形が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail based on the said specific example, this invention is not limited to the said aspect, All the changes and deformation | transformation are possible unless it deviates from the category of this invention.
10,20,30 X線検出器
11 シンチレーター
12,13 リフレクター
15 半導体フォトダイオード
16 バンプ
17 透明電極
18 信号線
19 信号読出回路
21 遮光膜
31 コリメータ
41 スイッチング素子
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記複数のシンチレーターの側面に設けられ、前記複数のシンチレーターそれぞれを離隔する複数のリフレクターと、
前記複数のシンチレーターの、前記X線の入射面と相対向する側において、前記複数のシンチレーターそれぞれに対して設けられてなる、前記可視光線を電気信号に変換する複数の光電変換素子とを備え、
各シンチレーターに対して設けられた前記光電変換素子からの前記電気信号は、前記各シンチレーターの前記側面に設けられた前記複数のリフレクターの少なくとも一つを介して外部に取り出すことを特徴とする、X線検出器。 A plurality of scintillators for converting X-rays into visible light, arranged in a matrix adjacent to each other;
A plurality of reflectors provided on a side surface of the plurality of scintillators, each separating the plurality of scintillators;
Wherein the plurality of scintillators, the incident surface and the opposing sides of the X-ray becomes provided for each of the plurality of scintillators, and a plurality of photoelectric conversion elements for converting an electrical signal to the visible light,
The electrical signal from the photoelectric conversion element provided for each scintillator is extracted outside through at least one of the plurality of reflectors provided on the side surface of each scintillator, X Line detector.
主面上に形成された透明電極を介して電気的に接触していることを特徴とする、請求項2に記載のX線検出器。 3. The X of claim 2, wherein the at least one reflector is in electrical contact via a transparent electrode formed on a main surface on which the visible light of the semiconductor photodiode is incident. Line detector.
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