JP2001057974A

JP2001057974A - 放射線検出器及びｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP2001057974A
Application number: JP2000174060A
Authority: JP
Inventors: Tomiya Sasaki; 富也佐々木; Sakae Kimijima; 栄君島
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2001-03-06

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、比較的簡単な構造で内部温度
をより均一化することのできる放射線検出器及びＸ線Ｃ
Ｔ装置を提供することにある。【解決手段】本発明は、回転ベース１１と、回転ベース
１１にマウントされるＸ線管１３と、Ｘ線管１３に対し
て撮影領域を挟んで対向するように回転ベース１１にマ
ウントされる放射線検出器１５と、放射線検出器１５の
出力に基づいて画像を発生するプロセッサとを有するＸ
線ＣＴ装置において、放射線検出器１５は、放射線入射
窓１６から入射した放射線を検出するための検出素子が
アレイされている検出パネル２５と、検出パネル２５を
収納すると共に回転ベース１１に取り付けられる収納ケ
ース１７と、検出パネル２５と収納ケース１７とにより
形成された流体の循環経路３９とを有することを特徴と
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、多方向の投影デー
タの収集及びそれに基づく断層像の再構成機能を有する
Ｘ線ＣＴ（コンピュータトモグラフィ）装置に装備され
る放射線検出器及びＸ線ＣＴ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、Ｘ線ＣＴ用放射線検出器として、
シンチレータを使用した固体検出素子又はＸ線検出素子
を使ったものが開発されている。その検出原理は、周知
の通り、ダイオードの整流接合に逆バイアスを印加して
できる空乏層内でＸ線が電離作用により失ったエネルギ
ーを電流として取り出すというものであり、Ｘ線から電
荷へのエネルギー変換が直接的で効率がよいためエネル
ギー分解能が著しく高く、しかも空間分解能も良くなる
ため今後の普及が見込まれている。この固体検出素子を
１次元又は２次元にアレイしてものを光学的に密閉され
たケースに納めた状態でガントリの回転ベースに実装す
るのが一般的である。

【０００３】そして、この固体検出素子は一般に温度依
存性を有しており、最も効率的な変換効率を示す温度環
境をヒートパネル加熱で作り出すようにしている。つま
り、ケース外側にヒートパネルを装着し、アルミ等のケ
ースの高い熱伝導性を利用して全体的に暖めているので
ある。

【０００４】ここで、Ｘ線ＣＴの放射線検出器には、一
般的に数千チャンネル程度用意されている。１チャンネ
ルを１個の固体検出素子で構成するとしても、数千個の
固体検出素子が必要になる。このとき問題になるのが、
温度の不均一である。つまり、いくら固体検出素子間で
温度依存性を均一に揃えても、各素子の環境温度にバラ
ツキがあっては、出力信号に誤差が生じて、アーチファ
クト（偽像）を発生させてしまう。この温度の不均一の
問題は、近年のスキャン時間短縮のためのガントリの高
速回転に伴う高い空冷効果によって無視できなくなって
いる。

【０００５】これについて具体的に説明すると、光学的
に密閉された鋳物製のケース内に固体検出素子アレイと
コリメータとを実装し、ケース外面に貼り付けたヒート
パネルとその温度コントロールとでケース内を一定温度
に保つようにしている。熱の流れを見るとヒートパネル
から出た熱は、ケース全体とベースに伝わり放射線検出
器全体を包み込むように広がるようになる。しかし、ガ
ントリが回転している状態では、空冷効果によってケー
スの特に先頭部分の温度が極端に低下してしまう。その
一方で、先頭部分の冷却を抑えようとして、ヒートパネ
ルの発熱量を増やすと、先頭以外の部分では過熱状態に
陥ってしまう。このような問題を解決するために、現在
では、ケースの素材選択及び形状設計の段階で試行錯誤
を繰り返しているが、良好な結果は得られていないのが
現状である。また、この方法だと、ケース設計の自由度
が少なく、このため大きさや重量、コストなどの変化に
対しても柔軟に対応できいものであった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、比較
的簡単な構造で内部温度をより均一化することのできる
放射線検出器及びＸ線ＣＴ装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転ベース
と、前記回転ベースにマウントされるＸ線管と、前記Ｘ
線管に対して撮影領域を挟んで対向するように前記回転
ベースにマウントされる放射線検出器と、前記放射線検
出器の出力に基づいて画像を発生するプロセッサとを有
するＸ線ＣＴ装置において、前記放射線検出器は、放射
線入射窓から入射した放射線を検出するための検出素子
がアレイされている検出パネルと、前記検出パネルを収
納すると共に前記回転ベースに取り付けられる収納ケー
スと、前記検出パネルと前記収納ケースとによって形成
された流体の循環経路とを有することを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
よる放射線検出器を好ましい実施形態により詳細に説明
する。なお、ここでは、放射線検出器を実装したＸ線コ
ンピューテッドトモグラフィ装置（Ｘ線ＣＴ）を仮定す
る。しかし、本発明の放射線検出器は、Ｘ線ＣＴ以外の
放射線を検出する機能を持つすべての装置に実装可能で
ある。周知の通り、Ｘ線ＣＴ装置は、架台と、コンピュ
ータシステムとを有する。架台は、リング形状の回転ベ
ースと、回転ベースにマウントされるＸ線管と、回転ベ
ースにマウントされる放射線検出器とを有している。コ
ンピュータシステムは、放射線検出器の出力に基づいて
画像（断層像）を発生するプロセッサを有している。

【０００９】（第１実施形態）図１に示すように、リン
グ形状の回転ベース１１には、Ｘ線（放射線）を扇状に
発生するためのＸ線管１３がマウントされている。ま
た、回転ベース１１には、放射線検出器１５がマウント
されている。放射線検出器１５のＸ線入射窓１６はＸ線
管１３に対向している。これにより放射線検出器１５
は、撮影領域１０に配置された被検体を透過したＸ線を
検出することができる。Ｘ線管１３から発生され、被検
体を透過し、そしてコリメータでコリメートされたＸ線
は、Ｘ線入射窓１６から放射線検出器１５の内部に入射
する。

【００１０】放射線検出器１５は、入射Ｘ線の強度に応
じた波高値を持つ信号電流を発生する。その信号電流
は、図示しない回路ボックス内で増幅され、さらにディ
ジタル信号に変換され、チャンネルコード及び角度コー
ドに関連付けられてメモリに保持される。このような動
作が回転ベース１１の回転期間中に繰り返されることに
より揃えられた１周分（３６０゜）又は１８０度＋α
（αはファン角）の投影データに基づいてコンピュータ
で断層像データが再構成される。

【００１１】図２には、図１のｃ−ｃ縦断面図が示さ
れ、また図３（ａ）には図２のａ−ａ横断面図、さらに
図３（ｂ）は図２のｂ−ｂ横断面図が示されている。板
状のベース２３と、断面略Ｃ字形のケース１７とによ
り、光学的に密閉された円弧状の内部空間が提供されて
いる。この中に、基板上に形成された固体検出素子アレ
イ２５が収容される。固体検出素子アレイ２５は、Ｘ線
を直接的に信号電流に変換する複数の固体検出素子から
なる。複数の固体検出素子は、Ｘ線の広がり方向に一列
に配列されている。複数の固体検出素子は、マトリクス
上に配列されているかもしれない。

【００１２】ケース１７は、熱伝導性の高い金属、例え
ば鉄製の筐体１９と、その外面を覆う断熱材２１とから
構成されていて、内部においては従来と同様な高い熱伝
導性によって内部温度の均一化に貢献しており、さらに
外界に対しては高い断熱効果及び高い保温効果を実現し
ている。なお、熱伝導性を考慮すると、筐体１９の厚さ
は、１ｍｍ以上が好ましいといえる。

【００１３】固体検出素子アレイ２５は、図３（ａ）及
び図３（ｂ）に示すように、内部空間のほぼ中段の位置
に、ベース２３の表面とケース１７の内面との間を架橋
する状態で配置されている。これにより内部空間は、固
体検出素子アレイ２５によって、回転方向Ｒに沿って細
長い表面側のスペース３５と、同様に回転方向Ｒに沿っ
て細長い裏面側のスペース３７とに仕切られている。さ
らに、固体検出素子アレイ２５の両端とケース１７の両
端の内面との間には、隙間が開けられており、これらの
隙間において表面側のスペース３５と、裏面側のスペー
ス３７とが結合されている。これにより、内部空間には
回転方向Ｒに沿って長い内部空気の循環流路３９が形成
されている。

【００１４】この循環流路３９の中のＸ線検出に影響の
少ない裏面側のスペース３７には、アルミプレートに貼
り付けられた内部空気を加熱するためのメインヒートパ
ネル２７が、ベース２３からの片持ち支持の状態で、設
置されている。更に言うと、メインヒートパネル２７
は、上の固体検出素子アレイ２５と、下のケース１７底
面との両方からそれぞれ若干離れて、上下にそれぞれ若
干のスペースを開けるように、スペース３７の内部に浮
いた状態で裏面側のスペース３７のほぼ中段に配置され
ている。さらに、このメインヒートパネル２７を補助す
るためのサブヒートパネル２９が、やはりＸ線検出に影
響の少ない裏面側のスペース３７であって、ケース１７
の筐体１９の表面に貼り付けられている。

【００１５】さらに循環流路３９の中であって、Ｘ線検
出に影響の少ない裏面側に、内部空気を強制的に循環す
るための小型のファン３１が設けられている。このよう
に内部空気をファン３１で循環するので、内部温度の均
一化を向上することができる。

【００１６】このファン３１のより効果的な取り付け位
置としては、放射線検出器１５の回転による冷却効果を
最も受けるケース１７の先頭部分Ａに、加熱された空気
が、直接あたるように、ヒートパネル２７，２９の位置
がデザインされている。このようなファン３１の配置に
より、Ｘ線ＣＴ用放射線検出器１５の回転による冷却効
果を最も受けるケース１７の先頭部分Ａにおいて加熱効
果が最も高くなり、従って内部温度が効果的に均一化さ
れ得る。

【００１７】また、循環流路３９の中のＸ線検出に影響
の少ない裏面側であって、比較的内部温度の平均値を測
定しやすいほぼ中央位置には、温度センサ３３が取り付
けられている。この温度センサ３３の出力に応じてヒー
トパネル２７，２９各々の発熱量及びファン３１の風量
がコントローラ（図示せず）により制御され、内部温度
を略一定に保つようになっている。

【００１８】以上のように構成された本実施形態の放射
線検出器１５の熱の流れを見ると、ヒートパネル２７で
発生した熱は内部空気と共にファン３１によって循環流
路３９に沿って強制的に循環させられる。放射線検出器
１５全体は断熱材２１で覆われているため、放射線検出
器１５の外へ逃げにくくなっているし、外からの冷却効
果を防いでいる。また、サブヒートパネル２９により熱
はケース１７の金属製筐体１９を伝わって放射線検出器
１５全体を包むようになるためこの効果によっても放射
線検出器１５の温度の均一化は進む。

【００１９】さらに、回転ベース１１が回転した場合、
回転方向Ｒに関して放射線検出器１５の先頭部分Ａが特
に冷却されるようになるが、本実施形態のように、ファ
ン３１で放射線検出器１５内部の空気を強制的に循環さ
せることにより放射線検出器１５が一定の温度になる。
さらに、この部分Ａに、ヒートパネル２７，２９で加熱
された直後の最も温度の高い状態の内部空気をファン３
１で直接的に吹き付けるようにしたので、この温度均一
効果は更に向上するものである。またベース２３はガン
トリ本体に取り付くためここからも熱伝導で逃げやすく
なる（これは従来も同じ）。しかし上記同様暖かい空気
が循環することにより、従来の熱伝導だけでコントロー
ルするより最小限の温度変化で対応できる。

【００２０】このように本実施形態によれば、ケース内
の循環流路に沿って内部空気がファンにより強制的に循
環されるので、内部温度の均一化は向上する。しかも、
ケースの熱伝導だけに依存しなくて済むので、ケース設
計が楽になり、それと同時にケースの軽量化及びコスト
低減といった効果も期待できる。

【００２１】（第２実施形態）異なった金属を接合し、
その接合面に電流を流すことで熱の発生又は吸収が起こ
る。流す電流を調整することで、発生又は吸収される熱
量を調整することができる。また、電流の向きを変える
ことで、熱の発生と、吸収とを切り換えることができ
る。この現象は、ペルチェ効果として知られている。

【００２２】本実施形態では、ヒートパネル２７の代わ
りに、ペルチェ効果を持つパネル形状に加工したペルチ
ェ素子５１をケース１７の内部に収容している。そし
て、ペルチェ素子５１からリード線で２つの電極５２，
５３をケース１７の外部に引き出している。

【００２３】電極５２，５３に流す電流及びその向きを
コントロールすることで、加熱又は冷却の強度、及び加
熱と冷却との切り換えを行うことができる。

【００２４】本実施形態によれば、第１実施形態による
効果に加えて、加熱だけでなく冷却の可能であり、内部
温度を微妙に制御することができる。

【００２５】（第３実施形態）本実施形態では、第２実
施形態のペルチェ素子５１の代わりに、パネル形状の熱
交換器４２をケース１７の内部に配置し、熱交換システ
ムにより加熱又は吸熱を実現する。この熱交換器４２
と、ベース２３にマウントされている他方の熱交換器４
１との間は、配管４３により接合され、任意の種類の冷
媒の循環経路が形成されている。なお、熱交換器４１
は、固体検出器アレイ２５の近傍に限らず、Ｘ線管の近
傍等、回転ベース１１にマウントされるならば、どこで
もよい。この循環経路途中に、図示しないが、圧縮機
と、四方弁とが設けられている。四方弁により、冷媒の
流れを逆転することにより、熱交換器４２の機能を発熱
と吸収とで切り換えることができる。また、圧縮機の圧
縮率を調整することで、加熱又は冷却の強度を制御する
ことができる。本実施形態によれば、第２実施形態と同
様に、内部温度を微妙に制御することができる。

【００２６】本発明は、上述した実施形態に限定される
ものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲
で種々変形して実施することが可能である。さらに、上
記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される
複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の
発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構
成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明のＸ線ＣＴ装置では、検出器が、
回転ベースに取り付けられた断熱ケースと、断熱ケース
に形成された放射線入射窓と、放射線入射窓から入射し
た放射線を検出するための検出素子がアレイされている
検出パネルとからなる。この検出パネルの配置が工夫さ
れ、これにより断熱ケース内には流体の循環経路が形成
されている。さらに循環経路内には、その流体を循環す
るための循環器が配置されている。循環経路及び循環器
による流体の循環は、検出パネルの温度を比較的均一に
することを実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るＸ線ＣＴ用放射線
検出器の実装状態を示す斜視図。

【図２】図１のｃ−ｃ縦断面図。

【図３】（ａ）は図２のａ−ａ横断面図、（ｂ）は図２
のｂ−ｂ横断面図。

【図４】本発明の第２実施形態に係るＸ線ＣＴ用放射線
検出器の縦断面図。

【図５】本発明の第３実施形態に係るＸ線ＣＴ用放射線
検出器の縦断面図。

【符号の説明】

１１…回転ベース、１３…Ｘ線管、１５…放射線検出器、１６…Ｘ線入射窓、１７…ケース、１９…筐体、２１…断熱材、２３…板状ベース、２５…固体検出素子アレイ、２７…ヒートパネル、２９…ヒートパネル、３１…ファン、３５…表面側スペース、３７…裏面側スペース、３９…循環流路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転ベースと、前記回転ベースにマウントされるＸ線管と、前記Ｘ線管に対して撮影領域を挟んで対向するように前
記回転ベースにマウントされる放射線検出器と、前記放射線検出器の出力に基づいて画像を発生するプロ
セッサとを有するＸ線ＣＴ装置において、前記放射線検出器は、放射線入射窓から入射した放射線を検出するための検出
素子がアレイされている検出パネルと、前記検出パネルを収納すると共に前記回転ベースに取り
付けられる収納ケースと、前記検出パネルと前記収納ケースとによって形成された
流体の循環経路とを有することを特徴とするＸ線ＣＴ装
置。
【請求項２】前記放射線検出器は、前記循環経路中に
前記流体を循環させるための循環器をさらに有すること
を特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項３】前記収納ケースは、板ベースと、断面が
Ｃ字形のケースとから構成されることを特徴とする請求
項１記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項４】前記収納ケースは、断熱ケースであるこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載のＸ
線ＣＴ装置。
【請求項５】前記放射線検出器は、前記循環経路中に
配置された少なくとも１枚のヒータをさらに有すること
を特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項６】前記放射線検出器は、前記循環経路中に
配置された少なくとも１枚のサブヒータをさらに有する
ことを特徴とする請求項５記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項７】前記放射線検出器は、前記循環経路中に
配置されたペルチェ効果をもつ少なくとも１枚の発熱／
吸熱パネルをさらに有することを特徴とする請求項１記
載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項８】前記放射線検出器は、前記循環経路中に
配置された少なくとも１つの熱交換器をさらに有するこ
とを特徴とする請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項９】前記収納ケース内部は、前記検出パネル
により、前記放射線入射窓の側の細長いスペースと、前
記放射線入射窓とは反対側の細長いスペースとに分けら
れ、これら２つのスペースが両端で接合されていて、こ
れにより前記循環経路が形成されていることを特徴とす
る請求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１０】前記循環器は、ファンであることを特
徴とする請求項２記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１１】前記循環器は、前記回転ベースの回転
において、前記収納ケースの回転方向の先頭の近傍に配
置されることを特徴とする請求項２記載のＸ線ＣＴ装
置。
【請求項１２】前記循環器は、前記検出パネルの一端
の近傍に配置されることを特徴とする請求項２記載のＸ
線ＣＴ装置。
【請求項１３】前記収納ケースは、熱伝導性の比較的
高い金属ケースと、前記金属ケースの外面を被う断熱材
とを有することを特徴とする請求項３記載のＸ線ＣＴ装
置。
【請求項１４】前記金属ケースの内面には、少なくも
１つのヒータパネル、ペルチェ効果をもつ少なくとも１
枚の発熱／吸熱パネル、又は少なくとも１つの熱交換器
が前記板ベースに接触した状態で配置されることを特徴
とする請求項１３記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１５】前記放射線検出器は、複数の熱交換器
をさらに有する、前記複数の熱交換器の中の少なくとも
１つの熱交換器は、前記金属ケースの内面に接触した状
態で配置されることを特徴とする請求項１３記載のＸ線
ＣＴ装置。
【請求項１６】前記循環経路中に配置された少なくと
も１つの温度センサをさらに有することを特徴とする請
求項１記載のＸ線ＣＴ装置。
【請求項１７】回転ベースと、前記回転ベースにマウントされるＸ線管と、前記Ｘ線管に対して撮影領域を挟んで対向するように前
記回転ベースにマウントされる放射線検出器と、前記放射線検出器の出力に基づいて画像を発生するプロ
セッサとを有するＸ線ＣＴ装置において、前記放射線検出器は、放射線入射窓から入射した放射線を検出するための検出
素子がアレイされている検出パネルと、前記検出パネルを収納すると共に前記回転ベースに取り
付けられる収納ケースと、前記収納ケース内に収容され、ペルチェ効果をもつ少な
くとも１枚の発熱／吸熱パネル又は少なくとも１台の熱
交換器とを有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項１８】収納ケースと、前記収納ケースに形成された放射線入射窓と、前記放射線入射窓から入射した放射線を検出するための
検出素子がアレイされている検出パネルと、前記検出パネルにより前記収納ケース内に形成された流
体の循環経路と、前記循環経路内の流体を循環するための循環器とを有す
ることを特徴とする放射線検出器。
【請求項１９】収納ケースと、前記収納ケースに形成された放射線入射窓と、前記放射線入射窓から入射した放射線を検出するための
検出素子がアレイされている検出パネルと、前記収納ケース内に形成された流体の循環経路とを有す
ることを特徴とする放射線検出器。