JP5674424B2 - 放射線検出器とそれを備えたｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Description

本発明は、X線、γ線などを検出する放射線検出器及びそれを備えたX線CT装置に関する。

医用画像診断装置の一つであるX線CT(Computed Tomography)装置とは、被検体にX線を照射するX線管装置と、被検体を透過したX線量を投影データとして検出するX線検出器と、を被検体の周囲で回転させることにより得られる複数角度からの投影データを用いて被検体の断層画像を再構成し、再構成された断層画像を表示するものである。X線CT装置で表示される画像は、被検体の中の臓器の形状を描写するものであり、画像診断に使用される。

X線CT装置で使用されるX線検出器に代表される放射線検出器には、セラミックシンチレータなどの蛍光体素子と、フォトダイオードなどの光検出素子を組み合わせた検出素子を備えた間接変換型検出器が主に用いられている。また半導体素子を検出素子として備えた直接変換型検出器も用いられつつある。いずれの型の放射線検出器でも、X線焦点を中心とした円弧上に検出素子を複数個並べた構造が多く採用されている。これら検出素子は、非常に高精度に位置合わせされて組み立てられている。また検出素子の前段に配置され、被検体からの散乱線を除去するコリメータも、各々がX線焦点を向くように、高精度に位置合わせされて組み立てられている。組立精度の低下は、断層画像にアーチファクトの発生を招く。

高精度な位置合せ精度を維持するために、例えば特許文献1では、放射線検出器の構成部品の寸法精度を高精度に保ちながら、各構成部品を組み上げる際の組立精度を高精度に維持するようにしている。

米国特許第7560702号公報

しかしながら、特許文献1では各部品をX線の入射方向へ順次積み上げて組み立てていくため、各構成部品の寸法誤差および各構成部品を組み上げる際の組立誤差が積み重なり、最終的に検出器として組み上がった際には、位置精度の低下が起こりやすい。また各構成部品の寸法精度を高精度に加工することは容易ではない。

そこで本発明の目的は、構成部品の寸法精度及び組立精度を緩和しながらも最終的な組立精度を確保できる放射線検出器を提供すること、またそのような放射線検出器を搭載したX線CT装置を提供することである。

上記目的を達成するために本発明は、放射線検出器の検出面と平行な面を、放射線発生点を中心とする円弧状の面、若しくは前記円弧の接線で形成される多角形面と一致するように、複数の検出素子を有する検出器モジュールを配置したことを特徴とするものである。

具体的には、本発明は、放射線源から発生される放射線を検出する複数の検出素子を有する検出素子アレイと、前記検出素子アレイを保持する検出素子保持基板と、を備えた放射線検出器であって、前記検出素子アレイの検出面と平行な面を、放射線発生点からの距離に基づいて定められる基準面に一致させるように前記検出素子アレイと前記検出素子保持基板とを保持する保持基材をさらに備えたことを特徴とする。

本発明によれば、構成部品の寸法精度及び組立精度を緩和しながらも最終的な組立精度を確保できる放射線検出器を提供することができ、またそのような放射線検出器を搭載したX線CT装置を提供することができる。

本発明の医用画像診断装置の一例であるX線CT装置1の全体構成を示すブロック図 X線焦点201と検出素子モジュール203との位置関係を説明する図 第一の実施形態の検出素子モジュール203の構成を示す図であり、図2のA-A断面図 保持基材15の斜視図と、検出素子モジュール203の要部の斜視図 シンチレータ素子アレイ13の上面13aと保持基材15の上面15aとの位置合せ方法の第一の例を説明する図 シンチレータ素子アレイ13の上面13aと保持基材15の上面15aとの位置合せ方法の第二の例を説明する図 シンチレータ素子アレイ13の上面13aと保持基材15の上面15aとの位置合せ方法の第三の例を説明する図 シンチレータ素子アレイ13の上面13aと保持基材15の上面15aとの位置合せ方法の第四の例を説明する図 シンチレータ素子アレイ13の上面13aと保持基材15の上面15aとの位置合せ方法の第五の例を説明する図 第二の実施形態の検出素子モジュール203の構成を示す図 第三の実施形態の検出素子モジュール203の構成を示す図 第四の実施形態の検出素子モジュール203の構成を示す図

以下、添付図面に従って本発明に係る医用画像診断装置の好ましい実施形態について説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。

(第一の実施形態)
まず、図1を用いて本実施形態の医用画像診断装置の一例であるX線CT装置の全体構成を説明する。図1は、X線CT装置1の全体構成を示すブロック図である。図1に示すようにX線CT装置1は、スキャンガントリ部100と操作ユニット120とを備える。

スキャンガントリ部100は、X線管装置101と、回転円盤102と、コリメータ103と、X線検出器106と、データ収集装置107と、寝台装置105と、ガントリ制御装置108と、寝台制御装置109と、X線制御装置110と、を備えている。X線管装置101は寝台装置105上に載置された被検体2にX線を照射する装置である。コリメータ103はX線管装置101から照射されるX線の放射範囲を制限する装置である。回転円盤102は、寝台装置105上に載置された被検体2が入る開口部104を備えるとともに、X線管装置101とX線検出器106を搭載し、被検体2の周囲を回転するものである。X線検出器106は、X線管装置101と対向配置され被検体2を透過したX線を検出することにより透過X線の空間的な分布を計測する装置であり、多数のX線検出素子を回転円盤102の回転方向に配列したもの、若しくは回転円盤102の回転方向と回転軸方向との2次元に配列したものである。なお、X線検出器106の詳細については後述する。

データ収集装置107は、X線検出器106で検出されたX線量をデジタルデータとして収集する装置である。ガントリ制御装置108は回転円盤102の回転を制御する装置である。寝台制御装置109は、寝台装置105の上下前後動を制御する装置である。X線制御装置110はX線管装置101に入力される電力を制御する装置である。寝台装置105については後で詳細に説明する。

操作卓120は、入力装置121と、画像演算装置122と、表示装置125と、記憶装置123と、システム制御装置124とを備えている。入力装置121は、被検体氏名、検査日時、撮影条件などを入力するための装置であり、具体的にはキーボードやポインティングデバイスである。画像演算装置122は、データ収集装置107から送出される計測データを演算処理してCT画像再構成を行う装置である。表示装置125は、画像演算装置122で作成されたCT画像を表示する装置であり、具体的にはCRT(Cathode-Ray Tube)や液晶ディスプレイ等である。記憶装置123は、データ収集装置107で収集したデータ及び画像演算装置122で作成されたCT画像の画像データを記憶する装置であり、具体的にはHDD(Hard Disk Drive)等である。システム制御装置124は、これらの装置及びガントリ制御装置108と寝台制御装置109とX線制御装置110を制御する装置である。

入力装置121から入力された撮影条件、特にX線管電圧やX線管電流などに基づきX線制御装置110がX線管装置101に入力される電力を制御することにより、X線管装置101は撮影条件に応じたX線を被検体2に照射する。X線検出器106は、X線管装置101から照射され被検体2を透過したX線を多数のX線検出素子で検出し、透過X線の分布を計測する。回転円盤102はガントリ制御装置108により制御され、入力装置121から入力された撮影条件、特に回転速度などに基づいて回転する。寝台装置105は寝台制御装置109によって制御され、入力装置121から入力された撮影条件、特にらせんピッチなどに基づいて動作する。

X線管装置101からのX線照射とX線検出器106による透過X線分布の計測が回転円盤102の回転とともに繰り返されることにより、様々な角度からの投影データが取得される。取得された様々な角度からの投影データは画像演算装置122に送信される。画像演算装置122は送信された様々な角度からの投影データを逆投影処理することによりCT画像を再構成する。再構成して得られたCT画像は表示装置125に表示される。

図2を用いてX線検出器106について説明する。X線検出器106は多角形フレーム202と検出素子モジュール203とを備えている。

多角形フレーム202は放射線発生点であるX線焦点201を中心とする円弧形状をしている。なお、多角形フレーム202のX線焦点201側の面の裏面は検出器モジュール203を精度良く取り付けられるように、円弧の接線で形成される多角形状をしていることが好ましい。この多角形状の多角形面が基準面となる。検出器モジュール203は、多角形フレーム202の円弧方向に密に取り付けられる。なお、図2では図面を簡略化するために検出器モジュール203を7つしか描いていないが、検出器モジュール203の取り付け数は7つに限定されるものでない。

図3を用いて検出素子モジュール203について説明する。図3は図2中のA-A断面図であり、左右方向が回転円盤102の回転軸方向である。検出素子モジュール203は、光検出素子保持基板11と、光検出素子アレイ12と、シンチレータ素子アレイ13と、信号取り出し手段16と、保持基材15とを備えている。

光検出素子保持基板11は光検出素子アレイ12を保持する基板であり、ガラスエポキシ等で構成される。

光検出素子アレイ12は、光検出素子保持基板11の上面に設置され、シンチレータ素子アレイ13の発光を検出する光検出素子が二次元状に並んだものである。光検出素子には、例えばフォトダイオードが用いられる。

シンチレータ素子アレイ13は、光検出素子アレイ12の上面に設置され、X線を受光することでX線量に応じた可視光を発光するシンチレータ素子が光検出素子アレイ12と同様に二次元状に並んだものである。

信号取り出し手段16は、光検出素子保持基板11の下面に設置され、光検出素子アレイ12の出力信号を取り出すものである。

保持基材15は、図4(a)に示すような深さｄを有する凹形状をしている。保持基材15には、図4(b)に示すような、光検出素子保持基板11と、光検出素子アレイ12と、シンチレータ素子アレイ13と、信号取り出し手段16とからなり、厚さｔを有する構成物が保持される。なお、保持基材15が有する深さdはｔより大きい値である。保持基材15の上面である保持基材上面15aが多角形フレーム202に取り付けられる。その結果、保持基材上面15aが基準面である多角形面と一致する。各実施形態では、基準面に一致する保持基材上面15aに所望の面を一致させる。

保持基材上面15aには、コリメータ支持支柱18A、18Bからなる対により支持されるコリメータ板17が、被検体等で発生する散乱X線を除去するために、設置されてもよい。

次に、本発明の検出素子モジュール203の動作について説明する。図3の上方より入射したX線は、散乱X線を除去するコリメータ板17を通過してシンチレータ素子アレイ13に吸収され、可視光に変換される。この可視光の発光は、光検出素子アレイ12にて発光強度に応じたアナログ電気信号を発生させる。発生したアナログ電気信号は、光検出素子保持基板11、信号取り出し手段16を介してデータ収集装置107へ伝送される。

本実施例では、シンチレータ素子アレイ上面13aと保持基材上面15aが一致するように組み立てられており、シンチレータ素子アレイ上面13aと保持基材上面15aの距離hがゼロである。このため、検出素子モジュール203を多角形フレーム202に取り付けた際のX線焦点201からシンチレータ素子アレイ上面13aまでの距離の精度は、多角形フレームの寸法精度、シンチレータ素子アレイ上面13aと保持基材上面15aとの位置合わせ組み立て精度、および保持基材15と多角形フレーム202の取り付け組み立て精度のみによって決まる。言い換えると、信号取り出し手段16からシンチレータ素子アレイ13までの各部品の寸法精度、およびその組み立て精度を緩和しても、最終的なシンチレータ素子アレイ上面13aの位置精度には影響を与えない。すなわち、CT画像に影響を与える位置精度を確保することができる。

シンチレータ素子アレイ上面13aと保持基材上面15aとの具体的な位置合わせ方法に関して説明する。位置合わせ方法の第一の例について図5を用いて説明する。図5では、位置決め治具等によってシンチレータ素子アレイ上面13aと保持基材上面15aとを位置合わせした状態で、光検出素子保持基板11と保持基材15とを接着剤21を用いて固定している。

位置合わせ方法の第二の例について図6を用いて説明する。図6では、位置決め治具等によってシンチレータ素子アレイ上面13aと保持基材上面15aとを位置合わせした状態で、光検出素子保持基板11と保持基材15との間の隙間を調整するスペーサ22を介在させながら接着剤等により固定している。第二の例では第一の例に比べて接着剤の量が少なくてすむので、経時的な接着剤の変形による位置ずれ等を抑制することができ、信頼性を向上させる効果がある。

位置合わせ方法の第三の例について図7を用いて説明する。図7では、位置決め治具等によってシンチレータ素子アレイ上面13aと保持基材上面15aとを位置合わせした状態で、光検出素子保持基板11と保持基材15とをねじ23により固定する。第三の例では、第一、第二の例の接着剤による固定と比べて、細かな位置調整が可能となる。

位置合わせ方法の第四の例について図8を用いて説明する。図8では、保持基材上面15aに設置した基準面部材24を介して、保持基材上面15aとシンチレータ素子アレイ上面13aとを位置合わせしている。第四の例では、基準面部材24がX線入射面を覆うことになるので、基準面部材24にはX線吸収係数の小さいポリカーボネート等の樹脂材料を用いることが望ましい。この構造においても、保持基材上面15aとシンチレータ素子アレイ上面13aとを精度よく位置合わせすることができ、かつ基準面部材24によってその位置精度の経時的な信頼性を向上させることができる。

位置合わせ方法の第五の例について図9を用いて説明する。図9では、位置決め治具等によってシンチレータ素子アレイ上面13aと保持基材上面15a、基準面部材24A、24Bとを位置合わせしつつ、固定部材25A、25Bにて基準面部材24A、24Bと光検出素子保持基板11とを固定している。固定部材25A、25Bには、接着剤、スペーサと接着剤の併用、ねじ等を用いることができる。第五の例では第四の例に比べて、基準面部材24A、24BがX線入射面を覆わずに済むので、基準面部材24によってX線が吸収されることを防ぎながら、保持基材15とシンチレータ素子アレイ13とを精度よく位置合わせすることができる。

以上説明したように、保持基材上面15aとシンチレータ素子アレイ上面13aとを位置合わせして組み立てることにより、構成部品の寸法精度及び組立精度を緩和しながらも最終的な組立精度を確保できる。

(第二の実施形態)
図10を用いて第二の実施形態の検出素子モジュール203について説明する。第一の実施形態と異なる点は、保持基材上面15aと光検出素子アレイ上面12aとを一致させる点である。本実施形態では、シンチレータ素子アレイ上面13aと保持基材上面15aとの距離hの寸法精度は、シンチレータ素子アレイ13の厚さ寸法精度と、シンチレータ素子アレイ13と光検出素子アレイ12との組み立て精度で決まる。放射線検出器の放射線利用効率は、シンチレータ素子アレイ13の厚さによって決まるため、多くの放射線検出器ではシンチレータ素子アレイ13の厚さ寸法は高精度に管理されている。

光検出素子アレイ上面12aと保持基材上面15aとの位置合わせは、第一の実施形態と同様にして実現する。本実施形態においては、光検出素子アレイ12から信号取り出し手段16までの各部品の寸法精度、およびそれらの組み立て精度を緩和しても、最終的なシンチレータ素子アレイ上面13aの位置精度には影響を与えない。

(第三の実施形態)
図11を用いて第三の実施形態の検出素子モジュール203について説明する。第一の実施形態と異なる点は、保持基材上面15aと光検出素子保持基板上面11aとを一致させる点である。本実施形態では、シンチレータ素子アレイ上面13aと保持基材上面15aとの距離hの寸法精度は、光検出素子アレイ12の厚さ寸法精度と、シンチレータ素子アレイ13の厚さ寸法精度と、シンチレータ素子アレイ13と光検出素子アレイ12との組み立て精度と、光検出素子アレイ12と光検出素子保持基板11との組み立て精度で決まる。

光検出素子保持基板上面11aと保持基材上面15aとの位置合わせは、第一の実施形態と同様にして実現する。本実施形態においては、光検出素子保持基板11から信号取り出し手段16までの各部品の寸法精度、およびそれらの組み立て精度を緩和しても、最終的なシンチレータ素子アレイ上面13aの位置精度には影響を与えない。

(第四の実施形態)
図12を用いて第四の実施形態の検出素子モジュール203について説明する。第一の実施形態と異なる点は、保持基材上面15aと光検出素子保持基板下面11bとを一致させる点である。本実施形態では、シンチレータ素子アレイ上面13aと保持基材上面15aとの距離hの寸法精度は、光検出素子保持基板11からシンチレータ素子アレイ13までの各部品の厚さ寸法精度およびそれらの組み立て位置精度で決まる。

光検出素子保持基板下面11bと保持基材上面15aとの位置合わせは、第一の実施形態と同様にして実現する。本実施形態においては、信号取り出し手段16の寸法精度、および光検出素子保持基板11と信号取り出し手段16との組み立て精度を緩和しても、最終的なシンチレータ素子アレイ上面13aの位置精度には影響を与えない。

なお、上述した実施形態は本発明の構造を限定するためのものではなく、具体的な実施の形態を示す例であり、同一の効果を有する他の形態であっても本発明を実現することは可能である。例えば、上述した実施形態では間接変換型検出器について説明したが、シンチレータ素子アレイ13と光検出素子アレイ12とを組み合わせた検出素子を半導体素子に置き換えれば直接変換型検出器においても本発明は実現可能である。

また、基準面は多角形面でなくても良く、X線焦点201から実質的に等距離となる面であれば良い。

また、放射線源の例としてX線管装置について説明したが、同位体元素を用いたγ線発生源を用いても良い。

1 X線CT装置、100 スキャンガントリ部、101 X線管装置、102 回転円盤、103 コリメータ、104 開口部、105 寝台装置、106 X線検出器、107 データ収集装置、108 ガントリ制御装置、109 寝台制御装置、110 X線制御装置、120 操作卓、121 入力装置、122 画像演算装置、123 記憶装置、124 システム制御装置、125 表示装置、201 X線焦点、202、202A、202B 多角形フレーム、203検出素子モジュール、11 光検出素子保持基板、11a 光検出素子保持基板上面、11b 光検出素子保持基板下面、12 光検出素子アレイ、12a 光検出素子アレイ上面、13 シンチレータ素子アレイ、13a シンチレータ素子アレイ上面、15 保持基材、15a 保持基材上面、16 信号取り出し手段、17 コリメータ板、18A、18B コリメータ支持支柱、21 接着剤、22 スペーサ、
23A、23B ねじ、24、24A、24B 基準面部材、25A、25B 固定部材

Claims (5)

1. 放射線源から発生される放射線を検出する複数の検出素子を有する検出素子アレイと、
   前記検出素子アレイを保持する検出素子保持基板と、
   前記検出素子アレイの出力信号を取り出す信号取り出し部と、を備えた放射線検出器であって、
   前記検出素子アレイの検出面を、放射線発生点からの距離に基づいて定められる基準面に一致させるように前記検出素子アレイと前記検出素子保持基板とを保持する保持基材をさらに備え、
   前記基準面は、前記放射線発生点を中心とする円弧の接線で形成される多角形面であって、前記保持基材の上面が一致させられ、
   前記保持基材は、前記検出素子アレイと前記検出素子保持基板と前記信号取り出し部との構成物の厚さよりも大きい値の深さを有する凹形状であることを特徴とする放射線検出器。
2. 請求項１に記載の放射線検出器において、
   前記構成物は、前記保持基材の凹形状の底部に固定されることを特徴とする放射線検出器。
3. 請求項２に記載の放射線検出器において、
   前記構成物と前記保持基材の凹形状の底部との間には、隙間調整用のスペーサが介在させられることを特徴とする放射線検出器。
4. 請求項１に記載の放射線検出器において、
   前記構成物は、前記保持基材の上面に設置される基準面部材を介して前記保持基材に固定されることを特徴とする放射線検出器。
5. 前記放射線源と、前記放射線源に対向配置され被検体を透過した放射線を検出する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の放射線検出器と、前記放射線源と前記放射線検出器を搭載し前記被検体の周囲を回転する回転円盤と、前記放射線検出器により検出された複数角度からの透過放射線量に基づき前記被検体の断層画像を再構成する画像再構成装置と、前記画像再構成装置により再構成された断層画像を表示する画像表示装置と、を備えたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。

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