JP2001051064A - マルチスライスｘ線検出器及びこれを用いたｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外側のスライスの出力を低下させることな
く、各検出素子の特性を均一にすることができるマルチ
スライス型Ｘ線検出器に好適なＸ線検出器及びこれを用
いて高画質画像を得ることができるＸ線ＣＴ装置を提供
する。 【解決手段】 シンチレータと光検出素子アレイとを組
合せてＸ線検出素子を構成し、チャンネル方向およびス
ライス厚方向それぞれにＸ線管焦点を中心とした略円弧
上に略等角度ピッチで配列された前記Ｘ線検出素子を複
数列配列してマルチスライスＸ線検出器を構成する。こ
のマルチスライスＸ線検出器の 前記光検出素子アレイ
の内部受光領域の信号出力を端接続部に導くための配線
部分の表面に光反射層を設ける。この光反射層で前記光
検出素子の信号線布線領域へ入射する光を反射させて再
度シンチレータ内に戻して、他の反射面で反射を繰り返
した後に光検出素子の受光部で採光することによって、
受光面積減少による出力低下を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明はＸ線ＣＴ装置に使用
されるＸ線検出器に係り、特に同時に複数スライスのＸ
線透過データを検出するのに好適な高空間分解能、高Ｓ
（信号）／Ｎ（ノイズ）のマルチスライスＸ線検出器及
びこれを用いたＸ線ＣＴ装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、Ｘ線ＣＴ装置では、装置のスルー
プット向上のためにスライス厚方向に複数列のＸ線検出
素子アレイを配列（すなわち、２次元配列）し、一回の
Ｘ線曝射によって２次元のＸ線データを収集し、複数の
ＣＴ画像が得られるマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置が注
目されている（以下、このマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装
置に用いるＸ線検出器をマルチスライス型Ｘ線検出器と
呼ぶことにする）。このようなマルチスライス型Ｘ線Ｃ
Ｔ装置は、上記検査時間の短縮以外に、従来の一列に配
列した検出器（以下、シングルスライス型Ｘ線検出器と
呼び、これを用いたＸ線ＣＴ装置をシングルスライス型
Ｘ線ＣＴ装置と呼ぶことにする）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もある。 【０００３】上記のマルチスライス型Ｘ線検出器には、
従来のキセノンガスによる電離箱方式の検出器に代わっ
て、高空間分解能及び高Ｓ／Ｎが得られる、シンチレー
タを用いた固体検出器が用いられている。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検出素子とか
ら成るＸ線検出素子を、Ｘ線源を中心としてチャンネル
方向及び該チャンネル方法と直交するスライス厚方向に
円弧状に多数配列して構成される。 【０００４】このように、マルチスライス型Ｘ線検出器
は、チャンネル方向とスライス厚方向に多数のＸ線検出
素子が配列されるので、これらのＸ線検出素子の出力信
号は従来のシングルスライス型Ｘ線検出器に比べて非常
に多くなり、これらの出力信号を限られた実装スペース
の中でいかに効率良く取り出すかが大きな課題となる。 【０００５】上記のように、Ｘ線ＣＴ用検出器では多素
子配列が要求されることから、シンチレータの出力光を
電気信号に変換する光検出素子は単チャンネルチップを
並べることは行わず、一つのチップ上に複数のチャンネ
ルを形成した光検出素子アレイを多く用いる。 【０００６】光検出素子アレイとしては、限られた実装
スペースの中で高密度に素子を配列しなければならない
ので、一般にはシリコンフォトダイオードなどの半導体
デバイスを用いている。しかしながら、従来のシングル
スライス型Ｘ線検出器の光検出素子アレイは、受光部お
よび出力信号の取出しが単一のチャンネル方向にのみ分
離された一次元配列であるが、マルチスライス型Ｘ線検
出器の光検出素子アレイは、受光部をチャンネル方向お
よびそれに直交するスライス厚方向に分離した二次元配
列にする必要がある。 【０００７】二次元配列された光検出素子アレイからの
出力信号の取出し方法については、特開平7-333348号に
光検出素子の裏面から取出す方法が開示されているが、
光検出素子アレイ及びその出力の取り出し端子の実装
は、半導体生産プロセスのみで半導体を実装するものと
は異なって、機械加工も必要とするので実用的な方法で
あるとはいえない。 【０００８】すなわち、Ｘ線入射側（シンチレータ搭載
面）を共通電極とし、裏面を分離電極とするためには、
シリコンウェハの裏面を電気的に分離する必要がある。
このため、素子毎に溝を入れて分離する構造にしなけれ
ばならないので機械加工を必要とする。この機械加工で
は、フォトダイオードパターンを形成したシリコンウェ
ハチップの裏側から表面ぎりぎりまで溝を入れて素子毎
に分離する。このため、表側のフォトダイオードパター
ンを基準にして溝加工をしなければならないので、該溝
加工の位置精度を確保することは非常に困難である。ま
た、素子毎に縦横に裏側から表面ぎりぎりまで溝を入れ
るために、素子アレイチップは割れやすい。この割れや
すいチップの裏側に素子毎にハンダパッドで信号線を接
続することや、表面にシンチレータを貼り合わせること
は容易な作業とは言えず、膨大な工数がかかるともに歩
留まりも期待できない。 【０００９】通常、光検出素子アレイの信号の取出し
は、素子アレイチップの端部エッジ部分でワイヤボンデ
ィング等により素子アレイチップを搭載したプリント配
線基板の配線パターンに接続し、さらにその配線パター
ンによりプリント配線基板上に搭載したコネクタ端子に
接続して、コネクタを介して外部回路に光検出素子の出
力信号を取り出すようになっている。Ｘ線ＣＴ装置用Ｘ
線検出器は、チャンネル方向にはＸ線検出素子を等ピッ
チで略円弧状に配列する必要があるため、Ｘ線検出素子
アレイはチャンネル方向については隣り合うアレイ間に
隙間を生じないようにＸ線検出素子アレイ同士を接する
ようにして全体をポリゴン状に配列する必要がある。こ
のため、光検出素子アレイのチャンネル方向の端部には
信号取出し部を設けるスペースが無く、信号取出しはす
べてスライス厚方向の端部で行う必要がある。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】このように、マルチス
ライス型Ｘ線検出器に使用する光検出素子アレイは、内
部スライスの受光部の信号をスライス厚方向端部にまで
引き出してプリント配線基板への接続を行う必要があ
る。内部スライスからチップ端部まで信号を導く信号ラ
インは、外側のスライスの受光部外を通さなければなら
ない。したがって、１チャンネルあたりの分割数が増え
るために、それに伴い信号線数も増え、外側のスライス
ではその信号線配線領域が増える。これによって、受光
部面積が削られるため、内側のスライスに比較すると外
側のスライスほど出力は低下する。このように、外側の
スライスの出力が低下すると、相対的にノイズが増加す
ることになり、最終的には画像の劣化となって現れるこ
とになる。 【００１１】そこで、本発明は、外側のスライスの出力
を低下させることなく、各検出素子の特性を均一にする
ことができる、マルチスライス型Ｘ線検出器に好適なＸ
線検出器及びこれを用いて高画質画像を得ることができ
るＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。 【００１２】 【課題を解決するための手段】上記目的は、入射する放
射線を検知することにより発光するシンチレータと、チ
ャンネル方向およびスライス厚方向に分離された受光領
域を持つ光検出素子アレイとを組合せ、前記シンチレー
タでの発光を受光することにより該シンチレータが検知
した放射線の線量に対応する信号を出力するＸ線検出素
子がチャンネル方向およびスライス厚方向それぞれにＸ
線管焦点を中心とした略円弧上に略等角度ピッチで配列
されたＸ線検出素子列を複数列有するマルチスライスＸ
線検出器において、 前記光検出素子アレイの内部受光
領域の信号出力を端接続部に導くための配線部分の表面
に光反射層を設けることによって達成される。入射Ｘ線
によるシンチレータ内部での発光のうち、光検出素子の
信号線布線領域へ入射する光はその部分で吸収されてし
まうと全く出力信号に寄与しなくなり損失となる。 【００１３】上記の手段はこの問題を解決するもので、
前記信号線配線領域の表面部分に光反射層を設けること
により、光は反射されて再度シンチレータ内に戻され、
他の反射面で反射を繰り返した後に光検出素子の受光部
に達して出力信号に寄与する。このように信号線配線領
域の表面に光反射層を設けることにより受光面積減少に
よる出力低下を防止することが可能となる。 【００１４】上記チャンルネル間を分離する分離溝が光
検出素子アレイに達しない構造の場合は、該溝直下の境
界部分には光反射層を設けない方が良い。これは、前記
分離部に残ったシンチレータの境界部分を通してのチャ
ンネル間の光のクロストークが発生するのを防止するた
めである。また、光検出素子アレイの各スライスの受光
部幅をできるだけ大きくする場合は、上記Ｘ線検出素子
列の外側にいくほど光反射層の幅を広げた階段形状とな
るような光反射層とすることもできる。 【００１５】これは、内部スライスの信号を端部まで取
り出すための配線領域は、内部スライスでは少なく、端
スライスほど大きくなる。このため、受光部幅は内部ス
ライスでは広く、端スライスほど狭くせざるを得ないの
で（チャンネル幅一定の中では緯線領域と受光領域とに
分離するため）、上記光反射層の幅を広げた階段形状の
光反射層とすることにより、受光部幅を大きくすること
ができるので信号出力感度の向上が可能となる。 【００１６】上記の構造のＸ線検出器を検出素子数が非
常に多くなるマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置に用いるこ
とによって、高画質の複数スライスの断層像を一度に得
ることができるようになる。 【００１７】 【発明の実施の形態】 本発明の実施例を図１〜図８を
用いて詳細に説明する。 【００１８】（第１の実施例）図１はＸ線検出素子アレ
イ５の外観を示したものである。Ｘ線検出素子アレイ５
は、プリント基板１の上に搭載されているフォトダイオ
ードアレイ（図示せず）の入射面にシンチレータ２を接
着固定されている構造となっている。フォトダイオード
アレイおよびシンチレータ２はチャンネル方向およびス
ライス厚方向にそれぞれ分割され各々の部分の出力が取
出せるようになっていて、その出力はスイッチアレイ３
を通り、コネクタ４に配線されて外部回路へ接続できる
ようになっている。 【００１９】スイッチアレイ３は各検出素子の出力の組
み合わせを変えることで所望のスライス厚さの計測を行
うためのものである。プリント基板１には取付け穴６が
設けてあり、これは完成したＸ線検出素子アレイ５をネ
ジ等によって検出器容器内部に配列固定するためのもの
である。 【００２０】次に、図１に示したＸ線検出素子アレイ５
の製造方法について図２を用いて説明する。 【００２１】図２（a）にシンチレータ２の板を、図２
（b)にフォトダイオードアレイ７の基板を示す。シンチ
レータ板２はフォトダイオードアレイ７の受光部を覆お
う大きさの一枚の板であり、透明接着剤を使用してフォ
トダイオードアレイチップ７の受光部に接着固定する
（図２（ｃ））。その後、シンチレータ板２の端部より
わずかに露出しているフォトダイオードアレイチップ７
のチャンネル分離パターンを位置基準としてスライス厚
方向の分離位置に合わせてシンチレータ７に溝を入れる
（図２（ｄ））。この溝に金属薄板あるいは樹脂フィル
ムの表面に光反射処理を行った隔壁板８を挿入し透明接
着剤で溝内部に固定する（図２（ｅ）、（ｆ））。さら
に、チャンネル方向にもシンチレータ２を溝加工により
分離し、やはりその溝にも隔壁板８を挿入固定すること
により、スライス厚方向およびチャンネル方向に各々分
離されたＸ線検出素子アレイ５が完成する（図２
（ｇ））。 【００２２】シンチレータ２の分離は搭載するフォトダ
イオードアレイチップ７のパターンを基準にして溝加工
により分離されるため、最終形状としてシンチレータ２
はフォトダイオードアレイチップ７に対してスライス厚
方向、チャンネル方向ともに高精度に位置決めすること
が可能となる。前記溝の中に隔壁板８を挿入する方法で
はなく、白色顔料などを混ぜ表面光反射率を高めた樹脂
等を直接溝の中に入れて固定する方法によっても同様に
スライス厚方向及びチャンネル方向の分離を行うことが
可能である。この場合の手順としては、フォトダイオー
ドアレイチップ７に接着したシンチレータ板２をスライ
ス厚方向、チャンネル方向に溝入れを行った後に両方の
溝に樹脂等を充填することになる。 【００２３】また、シンチレータ２を隔壁板８あるいは
光反射樹脂によってチャンネル方向およびスライス厚方
向にあらかじめ分離・一体化したシンチレータアレイを
先に組み立てておいたものをフォトダイオードアレイ７
の受光部に合わせて接着するという方法によってもＸ線
検出素子アレイ５を組み立てることができるが、この際
はあらかじめ組み立てたシンチレータアレイとフォトダ
イオードアレイ７の受光部とを正確に位置合わせをする
工夫（位置決め治具等）が必要となる。 【００２４】図３にフォトダイオードアレイチップ７の
表面パターンを示す。受光部１０はチャンネル方向およ
びスライス厚方向にそれぞれ分離され、それぞれの出力
がフォトダイオードアレイ端部のボンディングパッド１
２からプリント基板１（図１に図示）側に取出せるよう
になっている。ここで、フォトダイオードアレイ７（図
２に図示）のチャンネル境界部には光反射層９が設けら
れている。 【００２５】チップ端部のボンディングパッド１２から
は細い金線やアルミ線などの配線ワイヤ１３を通してボ
ンディングパッド１２に対応する位置にあるプリント基
板１上の配線パッド１４へと接続されている。配線ワイ
ヤ１３のボンディングパッド１２あるいは配線パッド１
４への接続には通常は超音波ボンディング等の手法が用
いられる。配線パッド１４にはプリント基板１上の配線
ライン１５がつながり、後段のスイッチアレイ３（図１
に図示）へ各素子からの信号を接続している。フォトダ
イオードアレイチップ７はプリント基板１の上に搭載さ
れるため、チップ上のボンディングパッド１２とプリン
ト基板上の配線パッド１４の間にはフォトダイオードア
レイチップ７の厚さ分の段差があり、配線ワイヤ１３は
二つのパッド間に空間的に配線されることになる。後工
程での取り扱いなどにより空中に配線された配線ワイヤ
１３が切断されたり各パッドから引き剥がされたりする
ことを防ぐためにボンディングパッド１２、配線ワイヤ
１３、配線パッド１４は保護樹脂によってモールドし
（図示省略）、外部から直接配線ワイヤ１３に力がかか
り破断しないように保護する。図３に示す構造のフォト
ダイオードアレイチップ７において、光反射層９を除い
た表面パターンを図４に示す。内部スライスチャンネル
の出力は受光部１０から配線パターン１１により端部の
ボンディングパッド１２に接続される。 【００２６】端部スライス側の受光部幅は配線パターン
１１を通すために内部スライス側の受光部幅よりも狭く
なっている。この配線パターン１１を通す領域を覆うよ
うに光反射層９が形成されているわけである。図５に本
発明のフォトダイオードアレイ７とシンチレータ２を組
合せてできるＸ線検出素子のチャンネル方向の断面を示
す。配線パターン１１の表面は絶縁層１２で覆われ、さ
らにその上に光反射層９が形成されている。 【００２７】この光反射層９は、光反射率の高いアルミ
ニューム等を蒸着などの手法により表面に薄膜の光反射
層を形成する。配線パターンの表面に電気的絶縁層を形
成してからその上にアルミニュームの蒸着層を形成する
ことで、蒸着層による信号配線間の電気的短絡を防ぐこ
とができる。さらに、最終的には、アルミニューム蒸着
層の表面をパッシベーション膜で覆うことで、光反射層
の表面が長時間放置などによる酸化等により表面光反射
率が低下するのを防ぐことができる。 【００２８】フォトダイオードアレイ７とシンチレータ
２は透明接着剤１３により接着されている。チャンネル
間はフォトダイオードアレイ７にまで達する溝で分離さ
れ、その溝の中には隔壁板８が挿入固定されている。シ
ンチレータ２内部での発光のうち、配線パターン１１部
分に入射する光は表面の反射層９によりシンチレータ２
側に返され、隔壁板８あるいは上面の反射板２４で反射
した後に受光部１０に入射されて出力電流となる。 【００２９】（第２の実施例）チャンネル分離溝がフォ
トダイオードアレイチップにまで達する場合は境界部分
を含むように反射層を形成すればよいが、チャンネル分
離溝がフォトダイオードアレイチップにまでは達しない
場合は、図６に示すように、分離部に残ったシンチレー
タ２の境界部分（図６の２ａの部分）を通してのチャン
ネル間の光のクロストークが発生する。この２ａ部分で
のクロストークを低減させるために溝直下の境界部分に
は光反射層を形成しないほうがよい。 【００３０】（第３の実施例）図３に示した第１の実施
例は、内部スライスから端部スライスまでフォトダイオ
ードアレイ７の受光幅をすべて同じにするように反射層
９を設けているが、フォトダイオードアレイ７の各スラ
イスの受光部幅をできるだけ大きくする場合は、図７に
示すように外側にいくほど光反射層の幅を広げた階段形
状となるような光反射層９とすることもできる。 【００３１】以上のマルチスライス型Ｘ線検出器をＸ線
ＣＴ装置に搭載した例を図８に示す。回転板１８上には
Ｘ線管１９と対向させてＸ線検出器容器２０が搭載され
ている。 【００３２】Ｘ線検出器容器２０の内部には本発明のＸ
線検出素子アレイ５がＸ線管１９の焦点を中心としたポ
リゴン状に配列されている。Ｘ線検出器容器２０の外側
には検出素子からの信号を増幅するための増幅回路ユニ
ット２１が配置されている。回転板１８の中央には開口
部２２があり、この開口部２２内に置かれた被検体２３
を中心として回転板１８が回転することにより被検体２
３の全周方向からのＸ線透過量の計測が行えるようにな
っている。 【００３３】本発明によるマルチスライス型Ｘ線検出器
は、シリコンフォトダイオードからの出力電流を外部に
取り出すための配線領域を光反射膜で覆うようにしたの
で、外側のスライスの出力を低下させることなく、各検
出素子の特性を均一にすることができる。したがって、
このＸ線検出器を用いたＸ線ＣＴ装置は、リングアーチ
ファクトのない高画質の複数のスライスの断層像を一度
に得ることができる。 【００３４】 【発明の効果】以上、本発明によれば、シンチレータ内
部での発光のうち不感帯となってしまう配線パターン部
分に入射した光を光反射層で反射させるので、この反射
させた光を受光部へ導いて出力に加えるようにした。こ
れによって、外側のスライスでの出力の低下を防止して
各検出素子の特性を均一にすることができる。したがっ
て、このＸ線検出器を用いたＸ線ＣＴ装置は、高画質の
複数のスライスの断層像を一度に得ることができる。

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明による第１の実施例のＸ線検出素子アレ
イの外観図。 【図２】本発明による第１の実施例のＸ線検出素子アレ
イの製造過程を示した図。 【図３】本発明による第１の実施例のフォトダイオード
アレイチップの表面パターン図。 【図４】図３に示す表面パターン図から光反射層を除去
した状態の受光部、配線パターンを示した図。 【図５】本発明による第１の実施例のＸ線検出素子のチ
ャンネル方向の断面を示した図。 【図６】本発明による第２の実施例のＸ線検出素子のチ
ャンネル方向の断面を示した図。 【図７】本発明による第３の実施例のフォトダイオード
アレイチップの表面パターン図。 【図８】本発明によるＸ線検出器をＸ線ＣＴ装置に用い
たＸ線ＣＴ装置のガントリ構成図。 【符号の説明】 １・・・プリント基板 ２・・・シンチレータ ３・・・スイッチアレイ ４・・・コネクタ ５・・・Ｘ線検出素子アレイ ７・・・フォトダイオードアレイ ８・・・隔壁板 ９・・・光反射層 １０・・・受光部 １１・・・配線パターン（フォトダイオードアレイ上） １２・・・ボンディングパッド １３・・・配線ワイヤー １４・・・配線パッド １５・・・配線ライン（プリント基板上） １９・・・Ｘ線管 ２０・・・検出器容器 ２４・・・反射板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【 請求項１】 入射する放射線を検知することにより発
   光するシンチレータと、チャンネル方向およびスライス
   厚方向に分離された受光領域を持つ光検出素子アレイと
   を組合せ、前記シンチレータでの発光を受光することに
   より該シンチレータが検知した放射線の線量に対応する
   信号を出力するＸ線検出素子がチャンネル方向およびス
   ライス厚方向それぞれにＸ線管焦点を中心とした略円弧
   上に略等角度ピッチで配列されたＸ線検出素子列を複数
   列有するマルチスライスＸ線検出器において、前記光検
   出素子アレイの内部受光領域の信号出力を端接続部に導
   くための配線部分の表面に光反射層を設けたことを特徴
   とするマルチスライスＸ線検出器。 【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。