JP5315525B2 - Ｘ線検出器 - Google Patents

Description

本発明は、同時に複数のスライス画像が得られるマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置に使用するＸ線検出器に関する。

従来、被検体のスライス画像を得るＸ線ＣＴ装置においては、スループットを向上させるために検査時間を短縮する必要があり、このため１次元的に配列されていたＸ線検出素子を、被検体の体軸方向（スライス方向）に複数列配列することにより、１回のスキャン動作で複数のスライス画像が得られるようにしたマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置が実用化されている。

マルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置は、被検体を中心に回転する回転体に、被検体を挟んで対向するよう設置されたＸ線管とＸ線検出器を有しており、Ｘ線検出器には、直接型と間接型がある。
直接型Ｘ線検出器は、Ｘ線を直接電気信号に変換する検出素子を２次元的に配列した検出素子アレイと、検出素子アレイが搭載された基板とから構成されている。
間接型Ｘ線検出器は、検出素子がＸ線を光に変換するシンチレータと、光を電流に変換する光電変換素子とが光学的に結合されて構成されている。
また被検体を透過したＸ線がＸ線検出器へ入射する際、Ｘ線検出面に垂直に入射するＸ線以外のＸ線（以下散乱Ｘ線という）がＸ線入射面に直接入射すると、Ｘ線検出器の出力が大きくなって計測パス上の被検体のＸ線減衰量が実際より小さくなるように計測され、その結果散乱Ｘ線を含んだデータにより再構成されたＣＴ画像は画質が劣化する。
このためＸ線検出器を構成する検出素子アレイの上面には、チャンネル方向にほぼ等間隔に設けられ、かつスライス方向に平行するよう複数枚のコリメータ板が設けられていて、これらコリメータ板により散乱Ｘ線がＸ線入射面に直接入射するのを防止している。

一方散乱Ｘ線を除去するコリメータ板を採用したＸ線検出器が、例えば特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載されたＸ線CT用固体検出器は、シンチレータアレイと光電変換アレイが基板に搭載された検出器ブロックと、複数のコリメータ板が支持体に固着されたコリメータ装置より構成されている。
そして検出器ブロックの基板の中心線に、シンチレータアレイと光電変換アレイの中心線を合わせ基板上に両者を固着し、その中心線上にコリメータ板の片面と位置決めブロックの基準面が当接するよう基板上位置決めブロックを基板上に固着している。
これによって位置決めブロックとコリメータ板の間に隙間が生じないようにコリメータ板と検出器ブロックを配設できるので、隙間によるバラツキ誤差を発生させず、ＣＴ画像上に悪影響を与えない等の効果を有している。
特開平１１−３０４９２９号公報

一度に多くのスライス画像を短時間で取り込むことができるマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置には、近年例えば６４列のように多数列の検出素子アレイをスライス方向へ配列したＸ線検出器が使用されている。
検出素子がスライス方向へ多数配列されると、検出素子アレイのスライス方向の長さが長くなるため、各検出素子の間に配置されたコリメータ板の長さもスライス方向の長さに比例して長くなり、前記特許文献１に記載されたコリメータ装置のように、各コリメータ板の両端を支持体により支持した構造では、次のような問題が生じる。
すなわち、Ｘ線ＣＴ装置に使用するＸ線検出器は、被検体を挟んで対向するよう回転板に設置されていて、回転体の回転とともに被検体を中心に高速で回転されるが、両端部のみが支持体により支持された引用文献１に記載のコリメータ装置では、コリメータ板の長さが長くなると、Ｘ線検出器に作用する遠心力等によりコリメータ板が変形し、その結果計測誤差が発生してＣＴ画像上にアーチファクトとして現れ、Ｘ線ＣＴ装置の診断能を著しく低下させる問題が発生する。
本発明は、かかる問題を改善するためになされたもので、遠心力等によりコリメータ板が変形するのを防止したＸ線検出器を提供することを目的とするものである。

本発明のＸ線検出器は、被検体を透過したＸ線を電気信号に変換する検出素子がスライス方向及びチャンネル方向に複数配列された検出素子アレイと、検出素子アレイが搭載された基板とにより積層構造のＸ線検出器本体を構成すると共に、Ｘ線検出器本体のＸ線入射面側に、散乱Ｘ線の入射を防止する複数枚のコリメータ板を、スライス方向と平行するように設けたＸ線検出器であって、コリメータ板の両端部と、少なくともほぼ中間部を支持するコリメータ板支持手段を備えたものである。

本発明のＸ線検出器は、Ｘ線検出器本体を、スライス方向に複数分割されたＸ線検出モジュールにより形成し、Ｘ線検出モジュールの間に中間支持部材を介在させると共に、中間支持部材にコリメータ板のほぼ中間部を支持したものである。

本発明のＸ線検出器のコリメータ板支持手段は、コリメータ板の両端を支持する両端支持部材と、コリメータ板のほぼ中間部を支持する中間支持部材とから構成され、かつ両端部支持部材及び中間支持部材に、被検体にＸ線を照射するＸ線管の焦点を中心とする放射方向に複数のスリットを形成すると共に、各スリットにコリメータ板の両端部とほぼ中間部を嵌着することにより、コリメータ板支持手段によりコリメータ板を支持したものである。

本発明のＸ線検出器によれば、被検体を中心にＸ線検出器本体が高速回転される際にコリメータ板に大きな遠心力が作用しても、コリメート板が撓んだり、変形することがなく、これによって計測誤差を軽減することができる。
その結果アーチファクト等に影響されることのない鮮明なＸ線スライス画像が容易に得られるようになり、Ｘ線ＣＴ装置の診断能を向上させることができる。

図１はマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置の概略構成図、図２はＸ線検出器の拡大図、図３は同分解斜視図，図４はコリメータ板支持手段の拡大断面図、図５は補間によりピッチずれを補正する際の説明図である。
図１に示すマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置のガントリ１は、中央部に円形の開口部１ａを備え、この開口部１ａの中心部に、被検体２を寝かせる寝台１ｂが水平に設置されている。
ガントリ１内には、被検体２を中心に回転する円板状の回転体５が設けられていて、この回転体５に、被検体２を挟んで対向するようＸ線管３とＸ線検出器本体４が配置されている。
そして回転体５の回転とともに、Ｘ線管３より被検体２へほぼ扇状にＸ線６が照射され、被検体２を透過したＸ線６は、Ｘ線検出器本体４により受光される。

Ｘ線検出器本体４は、図２に示すようにＸ線管３の焦点Ｏを中心に円弧状に湾曲され、被検体２を透過したＸ線６を光に変換するシンチレータアレイ７と、光を電気信号に変換する光電変換素子アレイ８及び基板９の３層構造となっている。
シンチレータアレイ７は、被検体２のスライス方向と直交するチャンネル方向に多数のシンチレータ素子７ａが配列されたシンチレータ素子列を、スライス方向に例えば６４列設けることにより構成されている。
光電変換素子アレイ８も同様に、チャンネル方向に多数の光電変換素子８ａが配列された光電変換素子列を、チャンネル方向に例えば６４列設けた構成となっていて、シンチレータアレイ７の各シンチレータ素子７ａと光電変換素子アレイ８の各光電変換素子８ａを積層することにより、互いに光学的に結合された状態で基板９に搭載されている。

一方回転体５に設置するＸ線検出器本体４は、スライス方向へシンチレータ素子列及び光電変換素子列を例えば６４列することから、Ｘ線を検出する検出面の面積が大きくなる。
このため構成部品の歩留まりや組み立ての容易化を考慮して、Ｘ線検出器本体４を予め複数のＸ線検出モジュール１０に分割して製造し、これらＸ線検出モジュール１０を精度よく接合して、一体構造のＸ線検出器本体４を製作してもよい。
各Ｘ線検出モジュールの間に、コリメータ板支持手段１２の中間支持部材１２ａを図３に示すようにチャンネル方向に介在させて、各Ｘ線検出モジュール１０の間が接着剤により接合されている。
なお接着剤としては、Ｘ線６の減衰が少ない例えば透明エポキシ樹脂系のものを使用している。
コリメータ支持手段１２の中間支持部材１２ａには、Ｘ線による劣化が少なく、かつＸ線吸収量が少ない、例えば厚さが最大でも数１００ミクロン程度のエポキシ樹脂系フィルムが使用されている。

また中間支持部材１２ａは、図２に示すようにＸ線検出器本体４の湾曲と一致するよう形成されており、上端側よりＸ線管３の焦点Ｏを中心とする放射方向に複数のスリット１２ｂが形成されている。
各スリット１２ｂは、シンチレータアレイ７の各シンチレータ素子７ａ間に位置するようダイサー加工等の手段により精度よく形成されていて、これらスリット１２ｂに上方からコリメータ板１４のほぼ中間部が嵌入されている。
コリメータ板１４のほぼ中間部とスリット１２ｂの間は、例えば透明エポキシ樹脂系接着剤により接着されていて、Ｘ線ＣＴ装置の稼動中に遠心力が作用しても、スリット１２ｂより各コリメータ板１４の中間部が抜け出さないようになっている。

コリメータ板１４は、散乱Ｘ線がＸ線検出器本体４のＸ線入射面に入射するのを防止するもので、Ｘ線吸収係数の大きい例えばモリブデン系の金属薄板よりなる。
コリメータ板１４の高さは、中間支持部材１２ａの高さよりやや高く、かつ長さはＸ線検出器本体４のスライス方向の長さとほぼ同じに形成されていて、各コリメータ板１４の両端部は、コリメータ支持手段１２の端部支持部材１２ｃにより支持されている。
端部支持部材１２ｃは、図４に示すように基板９の両端側上面に固着されていて、中間支持部材１２ａの側面とほぼ同形状の側面を有している。
端部支持部材１２ｃの互いに対向する側面に、中間支持部材１２ａに形成されたスリット１２ｂと同配列となるようスリット１２ｄが、ダイサー加工等の手段により精度よく形成されていて、これらスリット１２ｄに各コリメータ板１４の両端部が上方より嵌合されている。
各コリメータ板１４の両端部とスリット１２ｄの間は、例えば透明エポキシ樹脂系接着剤により接着されていて、Ｘ線ＣＴ装置の稼動中に遠心力が作用してもスリット１２ｄより各コリメータ板１４の両端部が抜け出さないようになっている。

次に前記構成されたＸ線検出器の作用を説明する。
Ｘ線検出器本体４は、前述したように複数のＸ線検出モジュール１０に分割された状態で製作された後、各Ｘ線検出モジュール１０を接着剤で接合して一体構造のＸ線検出器本体４とされる。
複数のＸ線検出モジュール１０をスライス方向へ接合する際、スライス方向のほぼ中間位置にコリメータ板支持手段１２の中間支持部材１２ａを介在させた状態で、各Ｘ線検出モジュール１０を接合し、スライス方向の両端側には、コリメータ板支持手段１２の両端支持部材１２ｃを基板９上に固着する。

次に各コリメータ板１４の両端部を両端支持部材１２ｃのスリット１２ｄに、そしてほぼ中間部を中間支持部材１２ａのスリット１２ｂに上方から嵌挿して、シンチレータ７の各シンチレータ素子７ａ間に各コリメータ板１４を位置させ、この状態で各コリメータ板１４を接着剤により両端支持部材１２ｃと中間支持部材１２ａに固着する。
コリメータ板支持手段１２の中間支持部材１２ａ及び両端支持部材１２ｃには、ダイサー加工等の手段によりＸ線管４の焦点Ｏを中心とする放射方向にスリット１２ｄ，１２ｂが精度よく形成されているため、コリメータ板１４を各スリット１２ｄ，１２ｂへ嵌挿することにより、Ｘ線検出器本体４に対しコリメータ板１４を精度よく組み立てることができる。

一方前記のようにして組み立てられたＸ線検出器本体４は、マルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置の回転体５に取り付けられて、次のように使用に供せられる。
回転体５の中心に位置させた被検体２をマルチスライスして、Ｘ線スライス画像を得るに当り、まず図示しない操作手段よりスライス幅を設定し、Ｘ線ＣＴ装置の運転を開始する。
Ｘ線ＣＴ装置の運転開始とともに回転体５が回転を開始し、同時にＸ線管３より被検体２に向けてＸ線６が照射される。
被検体２には図１に示すように、Ｘ線が照射されて、被検体２がＸ線６によりスライスされると共に、被検体２を透過したＸ線６は、被検体２を挟んでＸ線管３と対向するように設けられたＸ線検出器本体４に達する。

Ｘ線検出器本体４には、コリメータ板１４が設けられていて、Ｘ線管３の焦点Ｏ方向以外から入射される散乱Ｘ線が除去されるため、Ｘ線検出器本体４のシンチレータアレイ７には、Ｘ線管３の焦点Ｏ方向からのＸ線６のみが受光されるようになる。
シンチレータアレイ７の各シンチレータ素子７ａに受光されたＸ線６は、光に変換された後、シンチレータアレイ７と光学的に結合された光電変換アレイ８の各光電変換素子８ａによりＸ線強度に比例した電気信号に変換されて図示しない画像処理手段へと出力され、画像処理手段により画像が再構成されて、マルチスライスされた被検体２のＸ線スライス画像が得られるようになる。

一方回転体５が高速回転するのに伴い、回転体５に設置されたＸ線検出器本体４も被検体２を中心に高速回転されるため、Ｘ線検出器本体４に設けられたコリメータ板１４に大きな遠心力が作用する。
特にマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置に設置されたＸ線検出器本体４は、スライス方向の長さが長く、これに合わせて製作されたコリメータ板１４の長さも長いため、コリメータ板１４に遠心力が作用すると、金属薄板により形成されたコリメータ板１４は、遠心力により変形しようとする。
しかしコリメータ板１４のほぼ中間部がコリメータ板支持手段１２の中間支持部材１２ａにより、そして両端部が両端支持部材１２ｃにより強固に支持されているため、コリメータ板１４に大きな遠心力が作用してもコリメータ板１４が撓んだり、変形することがない。
これによって計測誤差が発生してＣＴ画像上にアーチファクトとして現れ、Ｘ線ＣＴ装置の診断能を著しく低下させるという従来の問題を解消することができる。

なお前記実施の形態において、Ｘ線検出モジュール１０の間にコリメータ板支持手段１２の中間支持部材１２ａを介在させると、中間支持部材１２ａの板厚によりＸ線検出モジュール１０の端部間ピッチがＸ線検出モジュール１０の内部センサ（図示せず）ピッチと異なることがあり、その結果画像処理手段が画像を再構築する際問題が発生することがある。
これを防止するため、ソフトにより補正する方法を、図５を参照して説明する。
いまＸ線検出モジュール１０の内部センサピッチをＡｍｍ、Ｘ線検出モジュール１０の端部間センサピッチを（Ａ＋ｄ）ｍｍ、Ｘ線検出モジュール１０のスライス方向のセンサ列数をＮ列とする。
そして画像処理手段により画像を再構成する際に、Ｘ線検出モジュール１０内のセンサピッチを［Ａ＋ｄ／（Ｎ−１）］ｍｍと補間することにより、スライス方向のセンサピッチが全て等間隔となるデータに補正されるため、画像の再構築が問題なく行えるようになる。
なお前記実施の形態では、Ｘ線検出モジュール１０の間に中間支持部材１２ａを１個所設けた場合について説明したが、Ｘ線検出モジュール１０をスライス方向へ接合する際、複数個所に中間支持部材１２ａを設けるようにしてもよい。

一方マルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置に使用するＸ線検出器本体４は、スライス方向に複数のＸ線検出モジュール１０を接合してＸ線検出器本体４を形成しているが、表層部に設けられたシンチレータアレイ７の表面積が中間層に設けられた光電変換アレイ８や下層に設けられた基板９の表面積より小さい場合でも、シンチレータアレイ７と光電変換アレイ８を光学的に結合して基板９に搭載する必要がある。
またシンチレータアレイ７と光電変換アレイ８を光学的に結合する方法としては、透明エポキシ樹脂系の接着剤を使用して接合する方法を採用するが、シンチレータアレイ７の表面積が光電変換アレイ８の表面積より小さい場合、シンチレータアレイ７の接合部に接着剤の一部がはみ出すことがある。

本変形例では、このはみ出した接着剤を利用してコリメータ板１４のほぼ中間部を支持し、Ｘ線検出器本体４に遠心力が作用しても、コリメータ板１４が撓んだり変形するのを防止している。
すなわちＸ線検出モジュール１０をスライス方向へ結合する際、シンチレータアレイ７の間にはみ出した接着剤を除去せずに、そのまま硬化させる。
そして接着剤が硬化したところで各シンチレータ素子７ａ間にダイサー加工等の手段でスリットを形成し、これらスリットにコリメータ板１４のほぼ中間部を挿入して、別の接着剤により固着する。

もしくは、Ｘ線検出モジュール１０をスライス方向へ結合する際、シンチレータアレイ７の間にはみ出した接着剤が硬化する前に、各シンチレータ素子７ａ間に設けたコリメータ板１４のほぼ中間部を接着剤に押し込んだ状態で接着剤を硬化させ、接着剤にコリメータ板１４のほぼ中間部を固定する。
何れの方法でも前記実施の形態と同様に、Ｘ線検出器本体４に遠心力が作用しても、コリメータ板１４が撓んだり変形するのを防止することができる。
また何れの変形例の場合も、シンチレータアレイ７の間にはみ出した接着剤１３の厚みによりＸ線検出モジュール１０の端部間ピッチがＸ線検出モジュールの内部センサピッチと異なることがあるが、前記実施の形態と同様な方法で補正することにより、画像処理手段が画像を再構築する際発生する問題を解消することができる。

さらに別の変形例としては、シンチレータアレイ７のシンチレータ素子７ａ間に、ダイサー加工等の手段でスリットを形成し、このスリットにコリメータ板１４の下端縁を嵌合して接着剤で固定してもよく、シンチレータアレイ７の表面全体に透明エポキシ樹脂系接着剤を塗布し、接着剤が硬化する前にコリメータ板１４の下端縁を接着剤で固定してもよい。
また別の変形例として、前記実施の形態及び各変形例によりＸ線検出器本体４にコリメータ板１４を組み込んだ後、各コリメータ板１４の間に、Ｘ線の減衰が少ない例えば透明エポキシ樹脂系接着剤を流し込んで、Ｘ線検出器本体４と一体となるようコリメータ板１４全体をモールドするようにしてもよい。
さらに前記実施の形態では、間接型Ｘ線検出器の例について説明したが、直接型Ｘ線検出器に対して適用可能であることはいうまでもない。

本発明の実施の形態になるＸ線検出器を使用したマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置の概略構成図である。 本発明の実施の形態になるＸ線検出器の拡大図である。 本発明の実施の形態になるＸ線検出器の拡大図である。 本発明の実施の形態になるＸ線検出器に設けられたコリメータ板支持手段の拡大断面図である。 本発明の実施の形態になるＸ線検出器の補間によりピッチずれを補正する際の説明図である。

符号の説明

１ マルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置
２ 被検体
３ Ｘ線管
４ Ｘ線検出器本体
５ 回転体
６ Ｘ線
７ シンチレータアレイ
７ａ シンチレータ素子
８ 光電変換アレイ
８ａ 光電変換素子
９ 基板
１０ Ｘ線検出モジュール
１２ コリメータ板支持手段
１２ａ 中間支持部材
１２ｃ 両端支持部材

Claims (3)

1. 被検体を透過したＸ線を電気信号に変換する検出素子がスライス方向及び前記スライス方向に直交するチャンネル方向に複数配列された検出素子アレイと、前記検出素子アレイが搭載された基板とにより積層構造のＸ線検出器本体を構成すると共に、前記Ｘ線検出器本体のＸ線入射面側に、散乱Ｘ線の入射を防止する複数枚のコリメータ板を、前記スライス方向と平行するように設けたＸ線検出器であって、
   前記コリメータ板の両端部と、少なくともほぼ中間部を支持するコリメータ板支持手段を備え、
   前記コリメータ板支持手段は、前記コリメータ板の両端を支持する両端支持部材と、前記コリメータ板のほぼ中間部を支持すべく、Ｘ線吸収量が前記コリメータ板よりも少ない材質からなる中間支持部材とから構成され、かつ前記両端部支持部材及び前記中間支持部材に複数のスリットを形成すると共に、前記各スリットに前記コリメータ板の両端部とほぼ中間部を嵌着することにより、前記コリメータ板支持手段により前記コリメータ板を支持してなることを特徴とするＸ線検出器。
2. 前記Ｘ線検出器本体を、スライス方向に複数分割されたＸ線検出モジュールにより形成し、前記Ｘ線検出モジュールの間に前記中間支持部材を介在させて前記コリメータ板のほぼ中間部を支持してなる請求項１に記載のＸ線検出器。
3. 前記中間支持部材はエポキシ樹脂系フィルムからなると共に、前記スリットは前記被検体にＸ線を照射するＸ線管の焦点を中心とする放射方向に形成されている請求項１または２に記載のＸ線検出器。

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