JP2001042044A - Ｘ線検出器及びこれを用いたｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 散乱線によるクロストークの低減とＸ線検出
素子間の検出特性の均一化が可能なＸ線検出器及び再構
成されたＣＴ画像にリングアーチファクトなどが発生し
ない、高画質の断層画像が得られるX線ＣＴ装置を提供
する。 【解決手段】 個々の光電変換素子に対応して複数に分
割されたシンチレータ６を配置する。シンチレータは隔
離板７で分離し、シンチレータの長手方向の両端部に光
反射部材兼遮光部材８を設けて多素子検出器を構成す
る。複数のシンチレータに対応してこれらのシンチレー
タに入射する放射線量を制御する複数のコリメータ板
と、これらのコリメータ板間を分離する隔離壁板２とに
よりＸ線検出器を構成する。光反射部材兼遮光部材に隔
離板を挿入する溝と同一ピッチの溝を、隔離壁板の両端
部に突起部２ａを設け、この突起部を溝に挿入してコリ
メータ板と多素子検出器とを位置合わせする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明はシンチレータを用い
たＸ線検出器に関し、特に散乱線クロストークを低減す
るためのコリメータ板と多素子検出器（複数のシンチレ
ータと光電変換素子等で構成）の位置合わせを高精度な
ものとして、Ｘ線を検出する素子の配列方向に均一な検
出感度を有するＸ線検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、Ｘ線ＣＴ装置に使用されるＸ線検
出器として、Ｘ線検出点数を多くして空間分解能を上げ
るために、従来のキセノンガスによる電離箱方式のもの
に対し、特開昭62-112092号に開示されているシンチレ
ータを用いた固体検出器が広く用いられるようになっ
た。この固体検出器は、放射線の照射によって光を発生
するシンチレータと、このシンチレータが発生する光を
電流に変換する光電変換素子とを組み合わせて基板上に
搭載したＸ線検出素子を略円弧状のポリゴンに配置して
成る。

【０００３】個々のＸ線検出素子は、基板に配列された
多数チャンネルの光電変換素子と、この上に積層された
シンチレータと、前記光電変換素子を検出回路等へ接続
するコネクタ部とからなり、前記シンチレータは光電変
換素子の複数チャンネルに対応して、シンチレータ溝に
より分離されている。また、シンチレータの表面および
シンチレータ溝の側面には、対応する光電変換素子以外
への光の流出を防ぐ光反射部材が設けられている。

【０００４】さらに分割されたシンチレータの隣接する
同士間には、個々のシンチレータに入射されるＸ線量を
制御するとともに散乱線を吸収してこの散乱線によるク
ロストークを低減するためのコリメータ板が配置され
る。このようなコリメータ板は、通常コリメータブロッ
クと呼ばれる支持部材にシンチレータの配列ピッチと同
ピッチで形成された溝に配列されている。コリメータブ
ロックは、コリメータ板が隣接するシンチレータの間に
位置するように位置合わせして、部材によりポリゴンに
固定される。このような構成のＸ線検出器をチャンネル
方向叉は／及びスライス方向に複数列配置されて構成さ
れる。

【０００５】そして、このようなＸ線検出器を被検体の
周りを回転する回転円板にＸ線源と対向して設け、Ｘ線
源から照射され被検体を透過した放射線状のＸ線を上記
Ｘ線検出器の個々のＸ線検出素子で検出し、該Ｘ線検出
器で検出されたＸ線量を電気量に変換した信号を演算す
ることにより断層画像を得る。

【０００６】このように、Ｘ線ＣＴ装置における画像は
個々のＸ線検出素子で検出されるＸ線量によって決定さ
れるので、各Ｘ線検出素子の特性が均質であることが要
求される。Ｘ線検出素子間で性能にばらつきが存在する
と、再構成されたＣＴ画像にリングアーチファクトなど
が発生し、画質を悪化させることになる。

【０００７】しかしながら、Ｘ線検出器とコリメータと
はそれぞれ別個に加工されるため、Ｘ線検出器とコリメ
ータとの位置関係がずれる可能性があり、この場合、た
とえ各Ｘ線検出素子の特性が均質であっても、シンチレ
ータに入射されるＸ線量が不安定となり、Ｘ線検出感度
および感度パターンの特性値に影響を与え、画質の低下
をもたらす可能性がある。

【０００８】このため、Ｘ線検出器とコリメータとの位
置合わせを高精度にする必要があり、組み立て作業に多
くの時間を必要とする。また、シンチレータ溝およびコ
リメータブロック溝の加工精度にも高精度が要求され
る。

【０００９】以上のことから、Ｘ線検出器とコリメータ
との位置合わせの問題は非常に重要であり、この位置合
わせのためのコリメータ板の支持方法として特開平9-12
7248号に開示されているものがある。この特開平9-1272
48号に開示されているＸ線検出器は、シンチレータとフ
ォトダイオードの組から成るＸ線検出素子がアレイ状に
並列したＸ線検出器で、個々のシンチレータの境界部分
にコリメータ板を差し込むための溝を形成し、コリメー
タ板に合わせて溝を差し込むだけでコリメータとの位置
合わせを行うものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開平9-
127248号に開示されている方法は、各シンチレータ間の
隣接境界部分にコリメータ板を差し込むための溝を設
け、この溝にコリメータ板を差し込む方法であるので、
コリメータ板挿入時にシンチレータに傷をつけたり、破
損させる等が懸念される。シンチレータへの傷、シンチ
レータの破損は検出器出力に直接影響を与え、検出器特
性のばらつきの幅を拡大させ、検出器特性の劣化を招く
ので好ましくない。

【００１１】そこで本発明は、Ｘ線検出器とコリメータ
板の位置合わせを所定の精度とするためのコリメータ板
の支持構造を提供することを目的とし、これによって散
乱線によるクロストークを低減し、Ｘ線検出素子間の検
出特性を均一にして、再構成されたＣＴ画像にリングア
ーチファクトなどが発生しない、高画質の断層画像が得
られるＸ線検出器およびそれを用いたX線ＣＴ装置を提
供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的は以下の手段に
よって達成される。

【００１３】（1）基板上に配列した複数の光電変換素
子と、前記光電変換素子の上に配置され、個々の光電変
換素子に対応して複数に分割されたシンチレータと、該
シンチレータ間を分離する隔離板と、該シンチレータの
長手方向の両端部に設けた光反射部材兼遮光部材とで多
素子検出器を構成し、この多素子検出器と、該多素子検
出器の複数のシンチレータに対応してこれらのシンチレ
ータに入射する放射線量を制御する複数のコリメータ板
と、これらのコリメータ板間を分離する隔離壁板とを備
えたＸ線検出器において、前記光反射部材兼遮光部材に
前記隔離板を挿入する溝と同一ピッチの溝及び前記隔離
壁板の両端部に突起部を設け、この突起部を前記溝に挿
入して前記コリメータ板と前記多素子検出器とを位置合
わせする。

【００１４】（2）前記シンチレ−タは、前記光電変換
素子と接する面と前記隔離板と接する面とを除き光反射
膜で覆われている。

【００１５】（3）前記光反射膜がビスフェノールＡ型
エポキシ樹脂とシランカップリング剤と変性脂肪族アミ
ンと白色顔料とを含む混合物である。

【００１６】（4）前記白色顔料がルチル型ＴｉＯ₂，Ａ
ｌ₂Ｏ₃，ＭｇＯ₂，ＳｉＯ₂のいずれかである。

【００１７】（5）Ｘ線源と、このＸ線源と対向して配
置されたＸ線検出器と、これらＸ線源及びＸ線検出器を
保持し、被検体の周りを回転駆動される回転円板と、前
記Ｘ線検出器で検出されたＸ線の強度に基づき前記被検
体の断層像を画像再構成する画像再構成手段とを備えた
Ｘ線ＣＴ装置において、前記Ｘ線検出器として上記
（1）〜（4）のＸ線検出器を用いる。

【００１８】上記のように構成することにより、コリメ
ータと多素子検出器（複数のシンチレータと光電変換素
子、以下に説明する実施例ではシリコンフォトダイオー
ド等で構成）とを別々に製作し、この後に前記コリメー
タと多素子検出器とを組合せて使用する場合でも、それ
ぞれの製作精度が同等程度であれば、コリメータのチャ
ンネル間に設けられた板状の隔離壁板と多素子検出器の
該シンチレータのチャンネル間に設けた溝内に挿入する
隔離板とのピッチの累積誤差が減少し、組合せ位置精度
の向上が図れ、検出器の感度上のばらつきの発生は著し
く抑止される。そして、検出器特性のばらつきによるリ
ングアーチファクトが減少し、高画質のＸ線ＣＴ画像を
得ることができる。

【００１９】また、上記の構造とすることにより、シン
チレータアレイブロックの組立て作業は、精度を低下さ
せることなく簡単となり、生産性の向上も図ることがで
きる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例をＸ線ＣＴ
装置のＸ線検出器について図１、図２、図３を参照して
説明する。図１は本発明の実施例によるＸ線検出器の内
部構成を説明するための斜視図、図２は本発明の実施例
によるＸ線検出器全体の構成を説明するための斜視図、
図３は図２のＸ線検出器のグリッドコリメータの配置構
造を示す断面図である。

【００２１】図１において、１は入射するＸ線の散乱線
を遮る目的で設けたグリッドコリメータの隔離壁板２を
所定の間隔で保持する隔離壁板保持枠体、６は前記グリ
ッドコリメータにより散乱Ｘ線を遮り入射Ｘ線９を光に
変換するシンチレ−タ、７は隣接するＸ線検出素子間を
隔離する隔離板、５はシンチレ−タ６により変換された
光を電気信号に変換するＳｉフォトダイオ−ドで、この
Ｓｉフォトダイオ−ドの上面に前記シンチレ−タ６を接
着して隔離板７と共に回路基板４上に所定のピッチで平
行に配列してＸ線検出素子アレイを構成している。 上
記構造において、入射するＸ線の散乱線を遮る目的で設
けたグリッドコリメータを通過した入射Ｘ線９は、シン
チレ−タ６によりＸ線９の強度に比例した強度の可視光
に変換され、変換された光は隔離板７の表面や、シンチ
レ−タ６の界面若しくは表面等で反射が繰り返されなが
らＳｉフォトダイオ−ド５に導かれ、光電変換され、光
の強度に比例した強度の電気信号（光電流）として検出
されるようになっている。

【００２２】このような構造のＸ線検出器の性能の良否
は、主としてＳ（信号）／Ｎ（ノイズ）および空間分解
能により左右され、Ｓ／Ｎは入射Ｘ線９の出力信号への
変換効率、すなわちＸ線利用効率により決まる。そし
て、このＸ線利用効率を向上させるためには、シンチレ
−タ６の光変換効率、Ｓｉフォトダイオ−ド５の光電変
換効率、検出器の空間的なＸ線の利用効率である空間利
用効率、検出器内の光の伝達効率を高めることが必要と
なる。

【００２３】上記各効率のうち、空間利用効率は、前記
隔離板２，７が占める空間のような入射Ｘ線９の検出に
寄与しない領域、すなわちシンチレータ６以外の領域を
できるだけ減少することにより向上し、また、光の伝達
効率は、シンチレータ６からの発光を効率よくＳｉフォ
トダイオ−ド５に導くことができるように、シンチレー
タ６における光の自己吸収と隔離板７の表面における光
の吸収とを減少させることにより向上させることが可能
である。

【００２４】一方、Ｘ線ＣＴ装置の再生画像における空
間分解能は、隣接する隔離板７間の距離、すなわち検出
器の各素子の開口幅により左右され、最近では開口幅が
１ｍｍ以下のものが多くなっている。このように開口幅
が狭くなると、各検出素子への入射Ｘ線９の量が減少し
て検出素子の出力信号を低下させ、結果としてＳ／Ｎを
低下させるほか、シンチレータ６からの発光が、該シン
チレータ６内での自己吸収や、シンチレータ６および隔
離板７の表面、シンチレータ６の長手方向両端部等にお
いて様々な方向への反射の繰り返しにより、直接Ｓｉフ
ォトダイオ−ド５に到達する割合を減少させ、前記光の
伝達効率を低下させる。 また、Ｘ線が被検体を透過し
た際に散乱Ｘ線が発生するが、この散乱Ｘ線がシンチレ
ータ６に入射すると空間分解能の低下を招く。このため
Ｘ線検出器のＸ線入射側には散乱Ｘ線の入射を遮る目的
で上記のグリッドコリメータを設けている。

【００２５】このグリッドコリメータは、機械加工が容
易な板状のマシナブルセラミックスあるいはプラスチッ
ク等の板状素材で、ダイシングソー等を用いて、所定の
ピッチで所定の幅、所定の深さの溝を形成させ、溝つき
の枠体とするか、プラスチックの場合には金型を用い加
圧成形もしくは注型等により同様に所定のピッチで所定
の幅、所定の深さの溝を形成させ、溝つきの枠体とす
る。

【００２６】現行のＸ線ＣＴ装置のＸ線検出器において
は、溝間ピッチは１〜２ｍｍ，溝深さは１〜４ｍｍ，溝
の幅は０．５〜１．５ｍｍとなっている。溝のピッチは
検出器のシンチレータのピッチと同一寸法に精密加工さ
れ、この溝には隔離壁板２が挿入される。

【００２７】Ｘ線ＣＴ装置のスライス厚さ１〜１０ｍｍ
を得るための隔離壁板２の高さ（検出器スライス厚方向
開口）は２５ｍｍ〜３５ｍｍとし、空間利用効率を考慮
に入れると隔離壁板２の板厚は０．１ｍｍ〜０．１５ｍ
ｍ程度と薄くする必要がある。この板厚の隔離壁板２を
前記隔離壁板保持枠体１の溝部に挿入して接着、固定す
ることにより、前記コリメータ板を、反り、曲がりが無
く所定のピッチで配列することが可能となる。

【００２８】そして、前記隔離壁板２の両端部には検出
器との位置合わせ用の小さな突起部２ａを設ける。隔離
壁板２はＭｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｕ，Ｆｅ，ステンレス、鉄
ニッケル合金、真鍮、燐青銅などの剛性の高い金属で作
り、その表面にはめっき、コーティング保護膜などの表
面処理を施す。

【００２９】一方、多素子検出器は、上記したように基
板４上に所定のピッチで配列された多チャンネルのフォ
トダイオード５と該フォトダイオードのチャンネル毎に
対応して接着された入射Ｘ線９を光に変換する複数個の
シンチレータ６と、該シンチレータ６のチャンネル間を
光学的に隔離する目的で挿入する隔離板７とから構成す
る。

【００３０】該シンチレータ６のＸ線が入射する面に
は、図３に示すような上面光反射膜３を、また該シンチ
レータ６の長手方向の両端部には、図１、図２に示すよ
うな光反射部材兼遮光部材８を設ける。この光反射部材
兼遮光部材８に隣接する該シンチレータ間に、隔離板７
を挿入する目的で設けた溝と同一ピッチの溝を設ける。
上面光反射膜３および該光反射部材兼遮光部材８はエポ
キシ樹脂などの密着性の良い樹脂に光反射率の高い物
質、例えばＴｉＯ₂（ＴｉＯ₂の場合には触媒効果による
樹脂劣化の少ないルチル型を用いる）ＣａＣＯ₃，、Ｍ
ｇＯ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＳｉＯ₂等の微粉末を樹脂に対する重
量比で３０％〜５０％の割合で混合したものを用いる。
これらの素材にはＸ線の吸収の大きな重元素を含まない
ものを用いる必要がある。

【００３１】ただし、上面光反射膜３は若干光反射率が
低くはなるが、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ等のＰＶＤ膜やＡｌ，
Ａｇ，Ａｕ等と酸化膜との組合せによＰＶＤ膜、ＣＶＤ
膜等の光学薄膜を施すことでも可能である。通常、蒸着
膜の膜厚は３００〜１０００Å、樹脂製塗膜の膜厚は
０．１〜０．５ｍｍである。

【００３２】ここで、シンチレータ１は、ＮａＩ，Ｃｓ
Ｉ，ＣｄＷＯ₄，ＺｎＷＯ₄，ＢＧＯ等の単結晶シンチレ
ータ、もしくは、Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｐｒ，Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅ
ｕ，Ｇｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｙ，（Ｙ，Ｇｄ）₂Ｏ₃：Ｅｕ，等の多
結晶シンチレータが使用される。そして、シンチレータ
１の厚さ寸法は、使用する材料のＸ線阻止能により異な
るが、通常１ｍｍ〜４ｍｍである。該シンチレータ６の
チャンネル間を光学的に隔離する目的で挿入する隔離板
７は、Ｍｏ，Ｔａ，Ｗ，Ｃｕ，Ｆｅ，ステンレス、鉄ニ
ッケル合金、真鍮、燐青銅などの剛性の高い金属で作
り、その表面にはめっき、コーティング膜などの表面処
理を施し金属表面の凹凸を減少して鏡面とする。鏡面と
する理由は、検出素子のピッチが通常１ｍｍ〜２ｍｍと
狭いため隔離板７の表面が拡散面であると光の反射があ
らゆる方向に広がるため、素子内での光反射回数が増加
してシンチレータ６から発する光の減衰を防止すること
にある。

【００３３】また、隔離板７の鏡面表面にはＡｌとＳｉ
Ｏ₂とから成るＰＶＤ膜もしくはＡｌとＴｉＯ₂，ＭｇＦ
₂とから成るＰＶＤ膜等の光増反射膜を設け、光を有効
に反射させ、より光の減衰を防止する。

【００３４】隔離板７には図１、図２に示すように長手
方向の両端部、すなわち該シンチレータ６の長手方向の
両端部の光反射部材兼遮光部材８に接する部位には、上
記グリッドコリメータの隔離壁板２の両端部に設けた検
出器との位置合わせ用の小さな突起部２ａが入るだけの
切り欠き部２ｂ（図１，図２に図示）を設ける。

【００３５】この隔離板７は、上記のように該光反射部
材兼遮光部材８と該シンチレータ間とに設けた同一ピッ
チの溝の中に挿入し、該光反射部材兼遮光部材８と同様
の材料で両端部を接着固定する。

【００３６】以上述べたような実施例によれば、図３に
示すように該Ｘ線検出素子アレイの該シンチレータの長
手方向の両端部に設けられた光反射部材兼遮光部材８に
隣接する該シンチレータ間に隔離板７を挿入する目的で
設けられた溝と同一ピッチの溝に、該グリッドコリメー
タのチャンネル間に設けられた板状の隔離壁板２の両端
部の位置合わせ用の突起部２ａを挿入する。これによっ
て、グリッドコリメータと多素子検出器とを別々に製作
し、後で組合せて使用する場合でもそれぞれの製作精度
が同等程度であれば、グリッドコリメータと多素子検出
器の組合せ位置精度の向上が図れ、累積誤差が減少し、
検出器の感度ばらつきは著しく抑止される。特に、多素
子検出器は１０〜３０個の素子単位のアレイとしたもの
を多数配列して１台の検出器を形成する場合が多いが、
この場合には素子アレイ間のピッチも該グリッドコリメ
ータのチャンネル間に設けられた板状の隔離壁板２の両
端部の位置合わせ用の突起部２ａを挿入することにより
位置精度の向上を図ることができる。

【００３７】また、上記の構造とすることにより、シン
チレータアレイブロックの組立て作業は、精度を低下さ
せることなく簡単になり、生産性の向上が可能となる。

【００３８】上記の本発明のＸ線検出素子は、Ｘ線ＣＴ
装置用のＸ線検出器に好適に用いられる。Ｘ線ＣＴ装置
としては、Ｘ線検出器として多数のＸ線検出素子を配列
したものを用いるものであれば、シングルスライス型Ｘ
線ＣＴ装置でもマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置でもその
方式や世代は問わず、例えばＸ線源はＸ線管であっても
ビーム方式であってもよい。

【００３９】このような構成のＸ線検出素子によるＸ線
検出器を用いたＸ線ＣＴ装置では、シンチレータとコリ
メータ板との間にわずかでもずれがあると、画像上にリ
ング状の偽像（リングアーチファクト）が生じるが、本
発明によるＸ線検出器を採用することにより、シンチレ
ータとコリメータ板とのずれに起因するリングアーチフ
ァクトを防止することができる。従って、Ｘ線ＣＴ装置
による診断精度を上げることができる。

【００４０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、コリメ
ータ板とシンチレータとのずれが生じない高精度のＸ線
検出器を提供することができ、これによりこのＸ線検出
器を搭載したＸ線ＣＴ装置の画質を向上させ、診断精度
の向上を図ることができる。

【００４１】また、上記の構造とすることにより、シン
チレータアレイブロックの組立て作業は、精度を低下さ
せることなく簡単になるため、生産性の向上を図ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例によるＸ線検出器の内部構成を
示す斜視図。

【図２】本発明の実施例によるＸ線検出器全体の構成を
示す斜視図。

【図３】図２のＸ線検出器のグリッドコリメータの配置
構造を示す断面図。

【符号の説明】

１…隔離壁板保持枠 ２…隔離壁板 ２ａ…隔離壁板位置合わせ用突起部 ２ｂ…切り欠き部 ３…上面光反射膜 ４…回路基板 ５…Ｓｉフォトダイオ−ドアレイ ６…シンチレ−タ ７…隔離板 ８…端部光反射膜 ９…入射Ｘ線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に配列した複数の光電変換素子
   と、前記光電変換素子の上に配置され、個々の光電変換
   素子に対応して複数に分割されたシンチレータと、該シ
   ンチレータ間を分離する隔離板と、該シンチレータの長
   手方向の両端部に設けた光反射部材兼遮光部材とで多素
   子検出器を構成し、この多素子検出器と、該多素子検出
   器の複数のシンチレータに対応してこれらのシンチレー
   タに入射する放射線量を制御する複数のコリメータ板
   と、これらのコリメータ板間を分離する隔離壁板とを備
   えたＸ線検出器において、前記光反射部材兼遮光部材に
   前記隔離板を挿入する溝と同一ピッチの溝及び前記隔離
   壁板の両端部に突起部を設け、この突起部を前記溝に挿
   入して前記コリメータ板と前記多素子検出器とを位置合
   わせする位置合わせ手段を備えて成るＸ線検出器。
2. 【請求項２】 Ｘ線源と、このＸ線源と対向して配置さ
   れたＸ線検出器と、これらＸ線源及びＸ線検出器を保持
   し、被検体の周りを回転駆動される回転円板と、前記Ｘ
   線検出器で検出されたＸ線の強度に基づき前記被検体の
   断層像を画像再構成する画像再構成手段とを備えたＸ線
   ＣＴ装置において、前記Ｘ線検出器として請求項１記載
   のＸ線検出器を用いたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。