JP6692237B2 - 放射線検出器 - Google Patents
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Description
本発明の一態様は、放射線の光子を受けて電荷を発生する半導体層と、該半導体層の一方の面に形成され前記半導体層にバイアス電圧を印加する共通電極と、前記半導体層の他方の面に形成された画素電極とを有する検出素子が二次元配列されてなる複数の検出素子モジュールと、該検出素子モジュールに含まれる各検出素子の共通電極の表面に等間隔に配列された給電用の複数のリード線と、該リード線の配置に対応させて設けられた散乱線除去部材とを備えた放射線検出器を提供する。
本発明に係る放射線撮像装置は、X線を照射するX線源と、前記X線を検出する複数の検出素子からなるピクセルを二次元配列した検出部と、検出素子による検出信号に基づいて前記X線の強度に応じた出力信号を生成する信号処理部と、信号加算部と、画像生成部とを備える。
信号加算部は、ピクセルに属する前記検出素子の出力信号を加算することにより前記ピクセル毎のX線計数信号を生成する。画像生成部は、X線計数信号に基づいて、画像を生成する。このとき、処理対象ピクセルのX線計数信号と、処理対象ピクセルの近傍に位置するピクセルのX線計数信号とに基づいて、処理対象ピクセルのX線入射分布の非一様性を推定する非一様性推定部を備える。
<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態に係る放射線検出器として、例えばX線CT装置に適用される放射線検出器の例について図面を参照して説明する。
図2に示すように、検出部104は、複数の検出素子20を二次元配列した検出モジュール10をスライス方向及びチャンネル方向に所定数配列して構成されている。検出素子モジュールは、チャネル方向をガントリー回転部101の回転方向と、スライス方向をガントリー回転部111の回転軸方向と夫々一致させて配置されている。
また、図3(A)及び図3(B)では、各検出素子20に対して2本ずつリード線24を配置しているが、1本のリード線24を複数の検出素子20に対して配線しても良い。
検出部104のX線入射面に散乱線除去部材28を配置することにより、検出部104のX線入射面のうち散乱線除去部材28の下部に位置する領域にはX線フォトンが殆ど入射しなくなる。よって、実質的には、散乱線除去部材28が配置されていないX線検出部104の上面領域がX線入射面の有効面積となる。
図4に示すように、散乱線除去部材28の板状部材のチャンネル方向の開口幅を所定の値PE、X線の焦点Fと散乱線除去部材28の下面28aとの距離をDASG、リード線24A〜24Dと散乱線除去部材28との検出素子の積層方向の距離をSY、リード線24A〜24Dと散乱線除去部材28とのチャンネル方向のマージンをSXとする。
PE/2/DASG<SX/SY ・・・(1)
PE/H<SX/SY ・・・(2)
これは、より一般的に、半導体層21の抵抗値RD、ベタ配線の抵抗値RBを用いて、下記の(3)式により確認することができる。
RB/RD<<1 ・・・式(3)
半導体層21はフォトンの計数率を向上させるため、画素(ピクセル)Pを更に小さい複数のサブピクセルSPに分割し、各サブピクセルに対して光子数の計数を行う構成とすることがある。例として、図5(A)に、ピクセルが2×2のサブピクセルからなる場合、図5(B)にピクセルが3×3のサブピクセルからなる場合を示した。
また、1本のリード線24が1つの半導体層21に給電を行う構成としているが、1本のリード線から複数の半導体層に対して給電を行う構成とすることもできる。
上述した実施形態においては、散乱線除去部材28を1次元の構成としたが、散乱線除去部材28は1次元に限られず、図6に示すように、板状部材が格子状に配置された2次元の矩形コリメータを適用することもできる。この場合も、X線検出部104の一単位として入射したX線フォトンを検出するピクセルと、2次元の矩形コリメータのピッチ及び形状が一致するようにすることが好ましい。2次元の矩形コリメータのピッチ及び形状をピクセルに一致させることで、ピクセルが複数のサブピクセルに分割されている場合であっても、一つのピクセルに含まれるサブピクセル間の感度ムラを抑制することができる。
上述した第1の実施形態及びその変形例は、検出素子モジュールの共通電極に対するリード線の配置に合致させて散乱線除去部材を配置する例について説明した。本実施形態は、散乱線除去部材28をリード線と同様に給電部材の一部として用いることにより共通電極にバイアス電圧印加のための電力を供給する点で、上述した実施形態及びその変形例と異なる。以下の説明において、上述した実施形態と同一の構成には同符号を付し、その説明を省略する。
本実施形態は、検出素子モジュールの共通電極に対するバイアス電圧の給電のために、検出素子モジュールの長手方向の一端から他端に亘る長さを有する短冊形状の導電性材料を複数配置したリード配線部を備えている点で上述した第1及び第2の実施形態と異なる。以下の説明において、上述した実施形態と同一の構成には同符号を付し、その説明を省略する。
リード配線部31は、検出素子モジュールの長手方向の一端から他端に亘る長さを有する短冊形状の導電性材料からなる板状配線30A,30B,30C,30Dを、チャンネル方向に等間隔に複数本配置して構成されている。板状配線30Aは検出素子20Aへ、板状配線30Bは検出素子20Bへ、板状配線30Cは検出素子20Cへ、板状配線30Dは検出素子20Dへそれぞれバイアス電圧を給電する。
なお、本実施形態においては、リード配線部31及び導体シート33は取扱いの容易性や保護を目的として、樹脂等の絶縁体25Aでコーティングが施されている。さらに、導体シート33とリード配線部31を別部品として層構造になっている。
本変形例は、図9に示すように、上述した第3の実施形態における、リード配線部31の板状配線30同士の間隙に設けた導体シートに代えて、リード配線部の表面に検出素子モジュールの共通電極全体を一様に覆う導体層34を設けている。
導体層34は、リード配線部31と同材料で構成することが望ましいが、同等のX線減弱特性が得られる他の材料で構成されていてもよい。また、導電層は取扱いの容易性の向上や保護を目的として樹脂等の絶縁体25Bによりコーティングを施してもよい。さらに、リード配線部31を別の絶縁体25Aでコーティングし別部品とすることで、検出素子モジュール10の作成歩留まりを改善する効果があるのは第3の実施形態と同様である。
このように、検出部104のX線入射面において、リード配線部に起因して生じるX線の検出感度のむらを大きく抑制することができる。
本実施形態は、上述した第3の実施形態における放射線検出器と同様に、検出素子モジュールの共通電極に対するバイアス電圧の給電のために、検出素子モジュールの長手方向の一端から他端に亘る長さを有する短冊形状の導電性材料を複数配置したリード配線部を備えている。図10に示すように、本実施形態では、リード配線部の板状配線がメッシュであり、メッシュの網目模様が検出素子の配列方向に対して傾斜している点で上述した第3の実施形態と異なる。以下の説明において、上述した実施形態と同一の構成には同符号を付し、その説明を省略する。
リード配線部41は、いずれも検出素子モジュール10の長手方向の一端から他端に亘る長さを有する短冊形状の導電性材料からなる板状配線42A,42B,42C,42Dを、チャンネル方向に等間隔に複数本配置して構成されている。図10に示すように、本実施形態においては、4本の板状配線42A〜42Dを配置しており、板状配線42Aは検出素子20Aへ、板状配線42Bは検出素子20Bへ、板状配線42Cは検出素子20Cへ、板状配線42Dは検出素子20Dへそれぞれバイアス電圧を給電する。板状配線42A,42B,42C,42Dは樹脂等の絶縁体25で覆われ、コンタクト26において共通電極22と接触する。コンタクト26は各半導体層21に対してそれぞれ複数個所設けておくと、均一に電圧を印加することができる。
W1/PX1+W1/PY1<R% 且つ、 W1<DP ・・・(4)
を満たすように板状配線のメッシュを規定する定数を設定することで、リード配線部の有無による検出感度の変化量をR%程度に抑制することができる。なお、式(4)においては簡単のため、開口率の変化量で検出感度の変化量を近似し、さらに、メッシュ部の重なり部分の影響を無視している。
本実施形態は、上述した第4の実施形態における放射線検出器と同様に、検出素子モジュールの共通電極に対するバイアス電圧の給電のために、検出素子モジュールの長手方向の一端から他端に亘る長さを有し、メッシュ状の板状配線を複数配置したリード配線部を備えている。図11に示すように、本実施形態では、リード配線部の板状配線が計8本配置されている。以下の説明において、上述した実施形態と同一の構成には同符号を付し、その説明を省略する。
W2/PX2+W2/PY2<R% 且つ、 W2<DP ・・・式(5)
なお、式(5)においても、簡単のため、開口率の変化量で検出感度の変化量を近似し、さらに、メッシュ部の重なり部分の影響を無視している。
本変形例は、リード配線部41の板状配線42が、メッシュであり、該メッシュの網目模様が検出素子の配列方向に合致する格子状である点で上述した第4の実施形態及びその変形例1と異なる。以下の説明において、上述した他の実施形態と同一の構成には同符号を付し、その説明を省略する。
W3/PX3+W3/PY3<R% 且つ、 W3<DP ・・・式(6)
なお、式(6)においても、簡単のため、開口率の変化量で検出感度の変化量を近似し、さらに、メッシュ部の重なり部分の影響を無視している。
このように、本変形例によれば、X線入射面においてリード配線部に起因して生じるX線の検出感度の変化量を抑制することができ、板状配線の配線パターン作成コストを低減する効果がある。
本実施形態は、検出素子モジュールの共通電極に対するバイアス電圧の給電のために、検出素子モジュールの表面に一様に配置されたリード配線部を備えている。本実施形態では、図13に示すように、リード配線部が、いずれも長手方向の一端から他端に亘る長さを有する複数のリード線を備えおり、各リード線が共通電極の表面において等間隔に配列されている。以下の説明において、上述した実施形態と同一の構成には同符号を付し、その説明を省略する。
W4/PX4<R% 且つ、 W4<DP・・・(7)
なお、式(7)においても、簡単のため、開口率の変化量で検出感度の変化量を近似している。
また、図13では、1本のリード配線(HVL)夫々が一つの検出素子に電力供給を行う構成であるが、1本のリード配線(HVL)から複数の半導体素子(D)に対して電力供給を行うように配線することもできる。本実施例ではリード配線を斜め配線とすることで、配線パターン作成コストを低減する効果がある。
本変形例は、図14に示すように、上述した第5の実施形態と同様に、リード配線部が、長手方向の一端から他端に亘る長さを有する複数のリード線を備えおり、各リード線が共通電極の表面において等間隔に配列されている。本実施形態では、各リード線が傾斜しておらず、検出素子の配列方向と平行に配線されている。
例えば、縦方向ピッチPX5、配線幅W5、画素ピッチ(DP)、検出感度の変化量をR%との関係は下記の通りとなる。
なお、式(8)においても、簡単のため、開口率の変化量で検出感度の変化量を近似している。
このように、本変形例では、リード線をすだれ状に配線することで、配線パターンの作成コストを低減することができる。
図15に示すように、半導体層21、共通電極22、画素電極23によって検出素子が構成され、共通電極22に対してリード線24を用いて電圧VHVが印加される。電圧VHVには安定化のための容量CVHが並列接続されている。
Claims (16)
- 被検体を透過した放射線の光子を受けて電荷を発生する半導体層と、該半導体層の前記被検体側の面に形成され前記半導体層にバイアス電圧を印加する共通電極と、前記半導体層の前記被検体側の面とは逆側の面に形成された画素電極とを有する検出素子が二次元配列されてなる複数の検出素子モジュールと、
該検出素子モジュールに含まれる各検出素子の前記共通電極の表面に所定の間隔に配列された給電用の複数のリード線と、
前記リード線よりも前記被検体側に配置され、前記被検体で散乱された放射線を遮断する散乱線除去部材とを有し、
前記散乱線除去部材は、所定間隔で立設された複数の板状部材を含み、前記板状部材はそれぞれ、該リード線の配置に対応する位置に配置され、該リード線の上部に立設されていることを特徴とする放射線検出器。 - 前記散乱線除去部材が、前記リード線の配列に対応させて立設された複数の板状部材を有する一次元コリメータである請求項1記載の放射線検出器。
- 前記散乱線除去部材が、前記リード線の配列に対応させて格子状に配置された板状部材を有する二次元コリメータである請求項1記載の放射線検出器。
- 前記板状部材のピッチが前記検出素子モジュールのピクセルのピッチと一致している請求項2又は請求項3記載の放射線検出器。
- 前記散乱線除去部材が、前記リード線の配列に対応させて配列された複数のチャンネル方向の板材及び該チャンネル方向の板材と直交するスライス方向の板材によりグリッドを成している請求項1記載の放射線検出器。
- 被検体を透過した放射線の光子を受けて電荷を発生する半導体層と、該半導体層の前記被検体側の面に形成され前記半導体層にバイアス電圧を印加する共通電極と、前記半導体層の前記被検体側の面とは逆側の面に形成された画素電極とを有する検出素子が二次元配列されてなる複数の検出素子モジュールと、
該検出素子の前記被検体側の表面に配置され、前記被検体で散乱された放射線を遮断する散乱線除去部材と
該散乱線除去部材と前記共通電極とを接続する配線と、を備え、
前記散乱線除去部材は、所定間隔で立設された複数の板状部材を含み、
前記散乱線除去部材及び前記配線を介して前記共通電極に給電を行う放射線検出器。 - 放射線源と所定の回転軸を挟んで配置され、前記放射線源とともに前記回転軸を中心に回転する放射線検出器であって、
放射線の光子を受けて電荷を発生する半導体層と、該半導体層の一方の面に形成され前記半導体層にバイアス電圧を印加する共通電極と、前記半導体層の他方の面に形成された画素電極とを有する検出素子が二次元配列されてなる複数の検出素子モジュールと、
該検出素子モジュールに含まれる前記各検出素子の前記共通電極の表面に配置された給電用のリード配線部と、を備え、
該リード配線部が、短冊形状の板状配線を前記回転の方向であるチャンネル方向に所定の間隔に複数本配置して構成されている放射線検出器。 - 前記リード配線部の各板状配線がメッシュであり、該メッシュの網目模様が検出素子の配列方向に対して傾斜している請求項7に記載の放射線検出器。
- 前記リード配線部の各板状配線がメッシュであり、該メッシュの網目模様が検出素子の配列方向に合致する格子状である請求項7に記載の放射線検出器。
- 前記リード配線部の各導電性材料が、前記前記検出素子の画素ピッチよりも小さい配線幅のリード線を編んだメッシュ状である請求項7から請求項9の何れかに記載の放射線検出器。
- 前記リード配線部における各導電性材料同士の間隙に、該導電性材料とX線減弱特性が略等しい材料からなる導体シートを設けた請求項7記載の放射線検出器。
- 前記リード配線部の表面に、前記共通電極全体を覆う導体層を設けた請求項7記載の放射線検出器。
- 前記リード配線部と前記共通電極がそれぞれ別の絶縁体で保護された請求項11又は請求項12記載の放射線検出器。
- 放射線源と所定の回転軸を挟んで配置され、前記放射線源とともに前記回転軸を中心に回転する放射線検出器であって、
放射線の光子を受けて電荷を発生する半導体層と、該半導体層の一方の面に形成され前記半導体層にバイアス電圧を印加する共通電極と、前記半導体層の他方の面に形成された画素電極とを有する複数の検出素子が二次元配列されてなる複数の検出素子モジュールと、
該検出素子モジュールに含まれる前記各検出素子の前記共通電極の表面に配置された給電用の複数のリード線と、を備え、
複数の前記リード線は、前記検出素子モジュールの前記回転軸方向であるスライス方向の一端から他端に亘るように配置され、
前記共通電極の表面において、前記リード線の配線幅(W)は、前記回転の方向であるチャネル方向の前記画素電極のピッチ(PX)よりも小さく、かつ、前記両者の比W/PXが所定の値よりも小さくなるように配置されている放射線検出器。 - 複数の前記リード線が、前記検出素子の配列方向に対して傾斜して配列されている請求項14記載の放射線検出器。
- 複数の前記リード線が、前記検出素子の配列方向に平行に配列されている請求項14記載の放射線検出器。
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