JP2001046364A - 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】 スライス厚方向コリメータ板端部とＸ線検出
素子ブロック分離層のスライス厚方向との位置ずれの誤
差を最小にして、Ｘ線利用効率の向上と各Ｘ線検出素子
間の検出特性の均質化が図れるＸ線検出器及びそれを使
用したＸ線ＣＴ装置を提供する。 【解決手段】 チャンネル方向コリメータ４とスライス
厚方向コリメータ５とから成るコリメータ構造体と、被
検体３を透過したＸ線が入射して発光するシンチレータ
７１とシンチレータが検知したＸ線量に対応して出力信
号を発生する光電変換素子とから成る複数のＸ線検出素
子列とをＸ線管１焦点を中心とした円弧上にチャンネル
方向及びスライス厚方向それぞれに複数列配列する。こ
のＸ線検出器のスライス厚方向のＸ線検出素子列を分離
する分離帯の幅をスライス厚方向コリメータのコリメー
タ板の幅よりも小さくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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線検出器及びこれを用いるＸ線ＣＴ装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｘ線ＣＴ装置では、装置のスループット
向上のため、1枚のＣＴ画像を得るのに要する時間の短
縮化が望まれている。この時間の短縮の方法として以下
の2つがあげられる。 （1）スキャナ1回転あたりに要する時間の短縮化 （2）スキャナ1回転あたりに撮影できる断層画像の増加 （1）に関しては、Ｘ線発生装置であるＸ線管の軽量化
等により、スキャナの回転速度の向上が図られている。
他方、（2）に関しては、Ｘ線検出器において、これま
でチャンネル方向に1次元的に配列されていたＸ線検出
素子の列を、スライス厚方向（チャンネル方向に直交す
る方向）に2列もしくはそれ以上の複数列配置すること
により達成される。

【０００３】このようなＸ線検出器はマルチスライス型
Ｘ線検出器と呼ばれ、これを用いたＸ線ＣＴ装置はマル
チスライス型Ｘ線ＣＴ装置と呼ばれる。このマルチスラ
イス型Ｘ線ＣＴ装置に使用されるＸ線検出器には、従来
のキセノンガスによる電離箱方式に代わって空間分解能
が格段に向上するシンチレータを用いた固体検出器が用
いられている。

【０００４】この固体検出器は入射Ｘ線を光に変換する
シンチレータと、このシンチレータで変換された光を検
出して電気信号として出力するシリコンフォトダイオー
ドなどの光電変換素子から成るＸ線検出素子を、Ｘ線源
を中心として円弧状に多数のチャンネルを配列して構成
される。

【０００５】このように複数のスライス列に配置した検
出器は、従来の一列に配列した検出器（これをシングル
スライス型Ｘ線検出器と呼び、この検出器を用いたＸ線
ＣＴ装置をシングルスライス型Ｘ線ＣＴ装置と呼ぶ）に
比較するとＸ線管から放射されるＸ線の利用効率が高い
という利点がある。

【０００６】しかし、マルチスライス型Ｘ線検出器にお
いて、スライス厚方向に複数列の検出素子を配列する場
合、スライス厚方向の素子の配列位置を精度良く並べな
ければならない。

【０００７】チャンネルごとあるいはＸ線検出素子ブロ
ック（所定数のチャンネルに対応したＸ線検出素子を一
つにまとめたもの）ごとにスライス厚方向の位置精度が
ずれてしまうとＸ線検出素子間で被検体の異なるスライ
ス位置の透過データを計測することになり、画像再構成
時にデータの食い違いが生じアーチファクトが発生して
しまう。複数スライス対応の検出器ではスライス厚方向
の位置合わせを高精度で行うことが重要となる。さら
に、Ｘ線検出素子と同様に、散乱Ｘ線を除去するための
コリメータ板とＸ線検出素子との位置合わせも高精度で
行う必要がある。特に、シンチレータ端部にＸ線が入射
すると特性ばらつきが生じやすくアーチファクト発生の
原因となる。また、スライス厚方向のコリメータ板は構
造上一枚当りの形状が大きく、該コリメータ板の平坦度
の確保が困難となる。このためスライス厚方向のコリメ
ータ板とスライス厚方向の分離帯の関係については特に
留意する必要がある。

【０００８】そこで、これらに関する従来の技術につい
て図２、図３、図４でさらに詳しく説明する。

【０００９】図２にＸ線管と、被検体と、Ｘ線検出器と
の相互関係を示す。Ｘ線管１から扇状のＸ線ビーム２が
放射され、このＸ線ビーム２は被検体３を透過してＸ線
検出器８においてＸ線強度に応じた電流信号に変換され
る。また、Ｘ線ビーム２が被検体３を透過する際に散乱
線９が発生する。この散乱線９はノイズ成分であり濃度
分解能低下の原因になるため、除去する必要がある。Ｘ
線検出器８に入射したＸ線ビーム２はスライス厚方向コ
リメータ４、チャネル方向コリメータ５を経てＸ線検出
素子ブロック７に到達する。一方、散乱線９はスライス
厚方向コリメータ４およびチャネル方向コリメータ５に
より除去される。

【００１０】Ｘ線検出素子ブロック７に入射したＸ線ビ
ーム２は該Ｘ線ビーム強度に応じた電流信号に変換され
る。このＸ線検出素子ブロック７はＸ線を蛍光に変換す
る複数のシンチレータ７１、各シンチレータに対応して
配置され蛍光を電流に変換する複数のフォトダイオード
７２および一連のフォトダイオードを搭載し信号電流を
外部に取りだすための基板７４、素子間を分離しまた蛍
光を効率よくフォトダイオードに導くための複数の分離
層７３から構成される。シンチレータ７１は透明接着剤
によりフォトダイオード７２に固着されている。このＸ
線検出素子ブロック７を多角形状に枠体６に収納し、そ
の前面にチャネル方向コリメータ５、スライス厚方向コ
リメータ４を配置してＸ線検出器８を構成する。

【００１１】あるいはＸ線検出素子ブロック７を直接チ
ャネル方向コリメータ支持体に固定する場合もある。ま
た、スライス厚方向コリメータ板１１は構造上チャネル
方向コリメータ板５１よりも大きな形状になり、製作方
法、実装方法が異なる。図２に例示した装置構成におい
て特にスライス厚方向コリメータ板１１とＸ線検出素子
ブロック７のスライス厚方向の各部品との従来の相互関
係の例を図３，図４に示す。

【００１２】図３において、分離層７３により各スライ
スに分離された複数のシンチレータ７１がフォトダイオ
ード７２上に固着されている。分離層７３の上部に該分
離層７３と同じ厚さのスライス厚方向コリメータ板１１
が設置される。このように分離層７３とスライス厚方向
コリメータ板１１の厚さが同じということは無駄な領域
が無くＸ線利用効率の観点からは最も理想的な構造であ
る。シンチレータ端部１０へのＸ線入射の有無を考慮し
なければこのような設計になるであろう。しかしなが
ら、この構造では実際にはコリメータ板幅のばらつき、
コリメータ板の反り量のばらつき、分離層幅のばらつき
によりシンチレータ端部１０にＸ線が入射するチャネル
と入射しないチャネルが生じる。シンチレータ端部１０
は加工時の欠けや加工時の熱による特性劣化層が存在し
やすく、この部分にＸ線が入射するとＸ線検出素子間の
特性ばらつきが大きくなりリングアーチファクトの原因
となる。

【００１３】このように、図３の構造では素子によりシ
ンチレータ端部１０へのＸ線入射の有無が異なり、大き
な特性ばらつきを引き起こすということが考えられる。

【００１４】図４は、別の従来例でコリメータ幅Ｗ１よ
りスライス厚方向分離層の幅Ｗ２が大きい場合を示す。
このような場合、通常分離層７６としては光反射性を有
する白色顔料を混入した樹脂を用いることが多い。そし
て樹脂を用いれば反射率確保およびクロストーク低減の
ため幅Ｗ２が必然的に大きくなってしまいＸ線利用効率
が低下する。また、シンチレータ端部１０へ必ずＸ線が
入射するため、図３の構造のような端部１０へのＸ線入
射の有無がある場合よりは特性ばらつきは大きくない
が、シンチレータ成形加工時のチッピング等に注意を払
う必要があった。このように、図４の構造ではＸ線利用
効率が低下し、またシンチレータ端部へＸ線が入射する
ことによる特性ばらつきが生じるということが考えられ
る。

【００１５】なお、図３、図４では説明をわかりやすく
するため、スライス厚方向のコリメータ板１１が素子ブ
ロック７の直ぐ上にあるように図示したが、必ずしもそ
うではなく、例えば図２に示すようにスライス厚方向コ
リメータ板１１とＸ線検出素子ブロック７の間にチャネ
ル方向コリメータ板が介在することの方が多い。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】Ｘ線検出素子は入射Ｘ
線を受けてその強度に応じて発光するシンチレータと、
そのシンチレータでの発光を受けて電気信号に変換する
フォトダイオードなどの光電変換素子を組み合わせて作
られている。Ｘ線検出素子をアレイ状に製作するには所
定面積のシンチレータと複数チャンネルのフォトダイオ
ードアレイなどを組み合わせることになる。

【００１７】さらに、被検体による散乱線を除去するた
めにシンチレータ上面にコリメータ板が設置される。こ
のコリメータ板は、チャネル並び方向およびスライス厚
方向の２種類がある。

【００１８】従来のように、素子配列が１列のみのシン
グルスライス型Ｘ線検出器の場合には、スライス厚方向
のコリメータ板は不要であるが、スライス厚方向にも複
数のＸ線検出素子配列を有するマルチスライス型Ｘ線Ｃ
Ｔ装置の場合には、スライス厚方向コリメータ板が必要
となる。このマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置において
は、スライス厚方向コリメータ板とスライス厚方向Ｘ線
検出素子分離帯との位置合わせはなかなか困難なもので
ある。

【００１９】何故ならば、Ｘ線検出素子ブロック同士の
位置合わせと、Ｘ線検出素子ブロックとコリメータ板と
の位置合わせの２通りの位置合わせが必要となるためで
ある。さらに、位置合わせでは無いがコリメータ板自体
の平坦度も結果として位置関係に影響する。これらによ
り、結果としてスライス厚方向コリメータ板端部（図４
の３０）とＸ線検出素子ブロック分離層のスライス厚方
向との位置ずれは，０．０２〜０．０５ｍｍ程度以上の
誤差を持つと考えられる。このような誤差がある場合に
も画像に影響が出ないようにする必要がある。

【００２０】本発明の目的は、このような位置ずれ量が
ある場合でもＸ線利用効率の低下を最小限に抑えつつ画
像に影響の出ない構造のＸ線検出器及びこれを用いたＸ
線ＣＴ装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、被検体によ
る散乱Ｘ線を除去するチャンネル方向コリメータとスラ
イス厚方向コリメータとから成るコリメータ構造体と、
前記被検体を透過したＸ線が入射して発光するシンチレ
ータと該シンチレータでの発光を受光することにより前
記シンチレータが検知したＸ線量に対応して出力信号を
発生する光電変換素子とから成る複数のＸ線検出素子列
とをＸ線管焦点を中心とした円弧上にチャンネル方向及
びスライス厚方向それぞれに複数列配列して成るＸ線検
出器において、前記スライス厚方向のＸ線検出素子列を
分離する分離帯の幅を前記スライス厚方向コリメータの
コリメータ板の幅よりも小さくすることによって達成さ
れる。

【００２２】より詳しくは、コリメータ板と素子ブロッ
クのスライス厚方向の位置ずれ量は構造、組み立て方法
により異なるが０．０２〜０．０５ｍｍ以上になると推
定される。このような位置ずれがある場合にもコリメー
タ板の影響が出ないようにするため、位置ずれを見込ん
でコリメータ板の厚さをスライス厚方向分離帯の幅より
大きくする。更にスライス厚方向分離帯の幅を小さくす
るため、スライス厚方向分離帯を金属板と接着剤により
構成する。

【００２３】スライス厚方向分離帯として、例えば白色
樹脂を用いた場合と金属板を使用した場合のクロストー
クを比較すると、用いる樹脂にもよるが同じ厚さの場
合、樹脂の方が２倍から３倍以上のクロストーク量にな
る。スライス厚分離帯の幅が大きいと必然的にスライス
厚方向コリメータ板の厚さも厚くなりＸ線利用効率が低
下する。金属板を用いるとクロストークが増大すること
無しに薄いスライス厚方向帯が得られる。この構造を実
現するためにはシンチレータ・金属板・接着樹脂を共に
切削加工する技術が必要となるが、加工用刃物種類・送
り速度・回転速度・冷却方法を最適化することにより実
現可能となる。

【００２４】スライス厚方向コリメータ板の幅Ｗ３と分
離帯の幅Ｗ２は次の関係を満足するように設定する。 Ｗ３＞Ｗ２＋Δ１＋Δ２＋Δ３＋Δ４ ………… （１） ここに Δ１：コリメータ板の平坦度 Δ２：素子ブロックのスライス厚方向位置ずれ Δ３：素子ブロックのスライス厚方向分離帯の幅のばら
つき Δ４：素子ブロックとスライス厚方向コリメータ板の位
置合わせ誤差 また、Ｗ２は隣接するスライス間のクロストークおよ
び、製造技術を考慮して決定する必要がある。逆にスラ
イス厚方向コリメータ板の厚さＷ３には上限がある。そ
れはシンチレータ上でのスライス厚方向コリメータ板の
影幅ＫＧに関する制限値から規定される。 Ｗ３＜ＫＧ ………… （２）

【００２５】影幅ＫＧの上限はＸ線利用効率および影幅
がばらつくことによる素子間の特性ばらつきから決ま
る。上記（１）（２）の関係を満足するようにＷ２およ
びＷ３の値を設定することにより上記の本発明の目的を
達成することができる。

【００２６】また、上記目的は、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線量に基づき
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
上記のＸ線検出器を用いることによって達成される。上
記の（１）、（２）の関係を満足するＸ線検出器にする
ことによって、スライス厚方向コリメータ板端部とＸ線
検出素子ブロック分離層のスライス厚方向との位置ずれ
を最小限にすることができるので、Ｘ線利用効率の低下
を最小限に抑えつつ各Ｘ線検出素子に均質な検出特性を
得て一回のスキャンで複数スライスの高画質のＸ線ＣＴ
装置を提供することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図１、図５を用いて詳細に説明する。

【００２８】（第１の実施形態）図１に本発明の第１の
実施形態によるスライス厚方向コリメータ板１０１と素
子ブロックのスライス厚方向分離帯１０２の相対的な位
置関係を示す。Ｍｏ，Ｗ，燐青銅等の材料からなる厚さ
０．１〜０．３ｍｍのスライス厚方向コリメータ板１０
１がスライス厚方向分離帯１０２の上部に分離帯を覆う
ように設置されている。このためシンチレータ７１の端
部１０へのＸ線入射を防止できる。スライス厚方向分離
帯１０２は金属板１０３、接着樹脂１０４から構成され
る。金属板１０３の表面には光反射率を確保するためア
ルミニウムを蒸着した上に更に弗化マグネシウム等の増
反射層を形成している。金属板１０３は透明の接着樹脂
１０４により固定される。金属板１０３は光および散乱
Ｘ線のクロストークを防止すると共にシンチレータ内で
発生した光を効率よく反射させてフォトダイオード７２
に導く。また、図示はしていないがシンチレータ７１の
上部に白色樹脂からなる光反射層を形成する場合もあ
る。図１において、例えば金属板の厚さを０．０５〜
０．１ｍｍ，接着樹脂の厚さを０．０２ｍｍ、素子ブロ
ック位置合わせ誤差を０．０５ｍｍ、スライス厚方向コ
リメータ板平坦度を０．０３ｍｍ，素子ブロックとスラ
イス厚方向コリメータ板の位置合わせ誤差を０．０５ｍ
ｍとすると、スライス厚方向コリメータ板の厚さは０．
２〜０．２５ｍｍとなる。Ｘ線利用効率は、例えばスラ
イス厚方向の素子ピッチを２〜４ｍｍとすると、低下率
は５％（コリメータ板厚0.2ｍｍ、ピッチ4ｍｍ時）〜１
２．５％（コリメータ板厚0.25ｍｍ、ピッチ2ｍｍ時）
に抑制できる。 もしも、素子ブロックのスライス厚方
向分離帯として白色樹脂を採用して金属板と同等のクロ
ストーク低減を図ろうとすると、スライス厚方向の分離
帯の幅Ｗ2は０．２〜０．３ｍｍ以上でスライス厚方向
コリメータ板の厚さが０．３５〜０．４５ｍｍとなり、
Ｘ線利用効率の低下は８．８％（コリメータ板厚0.35ｍ
ｍ、ピッチ4ｍｍ時）〜２２．５％（コリメータ板厚0.4
5ｍｍ、ピッチ2ｍｍ時）にもなる。このように、スライ
ス厚方向分離帯として金属板を使用し、スライス厚方向
分離帯より厚いスライス厚方向コリメータを使用するこ
とにより、素子ブロックの特性ばらつきが少なく、かつ
Ｘ線利用効率の高いＸ線検出器を得ることができる。

【００２９】（第２の実施形態）図５に本発明の第２の
実施形態によるスライス厚方向コリメータ板５０３と素
子ブロックのスライス厚方向分離帯５００の相対的な位
置関係を示す。

【００３０】本発明の第２の実施形態はスライス厚方向
分離帯に金属箔を用いた例である。

【００３１】第１の実施形態は、スライス厚方向の分離
帯として金属板１０３を透明接着樹脂１０４で固定した
が、これに対して図５の第２の実施形態では金属箔５０
１を白色樹脂５０２の中に埋め込んだ構造である。白色
樹脂を用いた理由は、金属箔の光反射率を例えばアルミ
ニューム蒸着層＋ＭｇＦ２等の増反射層並みに確保する
のは困難なために、金属箔の反射率が直接感度に影響す
る透明樹脂の使用を避けるためである。スライス厚方向
のクロストークの多くは光のクロストークであり、金属
箔を用いることにより光クロストークをほぼゼロにでき
る。また、金属板では無く金属箔を用いることによりス
ライス厚方向の分離帯の幅を図１の場合よりもさらに小
さくでき、対応するスライス厚方向コリメータ板の厚さ
も小さくできるので、Ｘ線利用効率の低下を３．８％〜
５％に抑制できる。

【００３２】以上に述べた構造のＸ線検出器は、Ｘ線Ｃ
Ｔ装置に搭載してＸ線管から放射され被検体を透過した
Ｘ線を検出するもので、アレイ状のＸ線検出素子ブロッ
クを複数個用い、これらのＸ線検出素子ブロックをＸ線
管の焦点を見込む円弧上にポリゴン状に配列するととも
に、コリメータ板を複数枚放射状かつ等角度ピッチで配
列して構成されたチャンネル方向コリメータ及びスライ
ス厚方向コリメータをＸ線管の焦点を見込み前記検出素
子ブロックのＸ線入射側前面に配置することによって構
成する。

【００３３】このような構造のＸ線検出器は、スライス
厚方向コリメータ板端部とＸ線検出素子ブロック分離層
のスライス厚方向との位置ずれを最小限にすることがで
きるので、Ｘ線利用効率の低下も最小限に抑えつつ画像
に影響の出ないＸ線ＣＴ装置とすることがてきる。

【００３４】

【発明の効果】スライス厚方向コリメータ板とＸ線検出
素子ブロック分離層との位置合わせ誤差を最小にできる
ので、Ｘ線利用効率の向上と各Ｘ線検出素子間の検出特
性の均質化が図れるＸ線検出器及びこのＸ線検出器を用
いて一回のスキャンで複数の断層画像が得られるマルチ
スライスＸ線ＣＴ装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態によるスライス厚方向
コリメータ板と素子ブロックのスライス厚方向分離帯の
相対的な位置関係を示した図。

【図２】Ｘ線ＣＴ装置のＸ線管、コリメータ、素子列の
関係した示す図。

【図３】従来のスライス厚方向の素子ブロック構造とコ
リメータ板の位置関係を示した図。

【図４】従来の別の方法によるスライス厚方向の素子ブ
ロック構造とコリメータ板の位置関係を示した図。

【図５】本発明の第２の実施形態によるスライス厚方向
コリメータ板と素子ブロックのスライス厚方向分離帯の
相対的な位置関係を示した図。

【符号の説明】

１・・・Ｘ線管 ２・・・Ｘ線 ３・・・被検体 ４・・・スライス厚方向コリメータ ５・・・チャネル方向コリメータ ６・・・Ｘ線検出素子ブロックを配列するための枠体 ７・・・Ｘ線検出素子ブロック ８・・・Ｘ線検出器 ９・・・散乱Ｘ線 １０・・・シンチレータ端部 １１・・・従来のスライス厚方向コリメータ板 ３０・・・スライス厚方向コリメータ板端 ５１・・・チャネル方向コリメータ板 ７１・・・シンチレータ ７２・・・フォトダイオード ７３・・・スライス厚方向分離層 ７４・・・フィトダイオード基板 ７３・・・従来のスライス厚方向分離帯 ７６・・・従来のスライス厚方向分離帯 １０１・・・本発明によるスライス厚方向コリメータ板 １０２・・・本発明による素子ブロックのスライス厚方向
分離帯 １０３・・・本発明による素子ブロックのスライス厚方向
分離帯の金属板 １０４・・・本発明による素子ブロックのスライス厚方向
分離帯の透明樹脂 ５００・・・本発明によるスライス厚方向分離帯 ５０１・・・本発明による金属箔 ５０２・・・本発明による白色樹脂

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体による散乱Ｘ線を除去するチャン
   ネル方向コリメータとスライス厚方向コリメータとから
   成るコリメータ構造体と、前記被検体を透過したＸ線が
   入射して発光するシンチレータと該シンチレータでの発
   光を受光することにより前記シンチレータが検知したＸ
   線量に対応して出力信号を発生する光電変換素子とから
   成る複数のＸ線検出素子列とをＸ線管焦点を中心とした
   円弧上にチャンネル方向及びスライス厚方向それぞれに
   複数列配列して成るＸ線検出器において、前記スライス
   厚方向のＸ線検出素子列を分離する分離帯の幅を前記ス
   ライス厚方向コリメータのコリメータ板の幅よりも小さ
   くしたことを特徴とする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線量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に記載の
   Ｘ線検出器を用いたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。