JP2008145335A - シンチレータアレイ製造方法、シンチレータアレイ、x線検出器およびx線ct装置 - Google Patents

シンチレータアレイ製造方法、シンチレータアレイ、x線検出器およびx線ct装置 Download PDF

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Abstract

【課題】隔壁の厚みが薄いシンチレータアレイを製造する方法、隔壁の厚みが薄いシンチレータアレイ、そのようなシンチレータアレイを有するX線検出器、および、そのようなX線検出器を有するX線CT装置を実現する。
【解決手段】複数のシンチレータ素子の隣り合うもの同士が接着層を介して接合されたシンチレータアレイを形成し(801)、前記接着層をエッチングし(802)、前記エッチングによって生じる隙間に隔壁材を充填する(803)ことによってシンチレータアレイを製造する。
【選択図】図9

Description

本発明は、シンチレータアレイ(scintillator array)製造方法、シンチレータアレイ、X線検出器およびX線CT(Computed Tomography)装置に関し、特に、複数のシンチレータ素子の隣り合うもの同士が隔壁で仕切られたシンチレータアレイを製造する方法、そのような構造のシンチレータアレイ、そのようなシンチレータアレイを有するX線検出器、および、そのようなX線検出器を有するX線CT装置に関する。
X線CT装置では、互いに対向するX線源とX線検出器で被検体をスキャン(scan)して投影データを収集し、投影データに基づいて画像を再構成する。X線検出器としては、シンチレータと光検出器からなるものが用いられる。マルチスライス(multi-slice)型のX線CT装置では、シンチレータと光検出器は2次元アレイ型のものが用いられる。2次元アレイを構成する複数のシンチレータ素子は、隣り合うもの同士が遮光性の隔壁で仕切られ、隣に光が漏れないようになっている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−202373号公報
シンチレータアレイを高精細化してX線検出の空間分解能を高めようとすると、X線の受光効率を維持するために隔壁の厚みも薄くしなければならないが、隔壁材を充填する溝の微細加工の限界や隔壁材の薄膜化の限界等により、10μmより薄くすることは困難である。このため、X線受光効率の良い高精細化シンチレータアレイを得るのは困難である。
そこで、本発明の課題は、隔壁の厚みが薄いシンチレータアレイを製造する方法、隔壁の厚みが薄いシンチレータアレイ、そのようなシンチレータアレイを有するX線検出器、および、そのようなX線検出器を有するX線CT装置を実現することである。
前記課題を解決するためのひとつの観点での発明は、複数のシンチレータ素子の隣り合うもの同士が接着層を介して接合されたシンチレータアレイを形成し、前記接着層をエッチングし、前記エッチングによって生じる隙間に隔壁材を充填することを特徴とするシンチレータアレイ製造方法である。
前記接着層は中間層を有し、前記エッチングはこの中間層について行われることが、中間層によって隔壁の厚みを規定する点で好ましい。
前記隔壁材は酸化チタンを含有することが、遮光性と反射性に優れる点で好ましい。
前記シンチレータアレイは2次元アレイであることが、放射線の2次元分布に適合する点で好ましい。
前記課題を解決するための他の観点での発明は、複数のシンチレータ素子の隣り合うもの同士が隔壁で仕切られたシンチレータアレイであって、前記シンチレータアレイは、上記製造方法によって製造されることを特徴とするシンチレータアレイである。
前記課題を解決するための他の観点での発明は、シンチレータアレイでX線を光に変換しその光を光検出素子のアレイで検出するX線検出器であって、前記シンチレータアレイは、上記製造方法によって製造されることを特徴とするX線検出器である。
前記光検出素子はフォトダイオードであることが、アレイ化が容易な点で好ましい。
前記課題を解決するための他の観点での発明は、互いに対向するX線源とX線検出器で被検体をスキャンして投影データを収集しこの投影データに基づいて画像を再構成するX線CT装置であって、前記X線検出器は、シンチレータアレイでX線を光に変換しその光を光検出素子のアレイで検出するX線検出器であり、前記シンチレータアレイは、上記製造方法によって製造されることを特徴とするX線CT装置である。
本発明では、複数のシンチレータ素子の隣り合うもの同士が接着層を介して接合されたシンチレータアレイを形成し、前記接着層をエッチングし、前記エッチングによって生じる隙間に隔壁材を充填することによってシンチレータアレイを製造するので、隔壁の厚みが薄いシンチレータアレイを製造する方法、隔壁の厚みが薄いシンチレータアレイ、そのようなシンチレータアレイを有するX線検出器、および、そのようなX線検出器を有するX線CT装置を実現することができる。
以下、図面を参照して発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、本発明は、発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図1にX線CT装置の模式的構成を示す。本装置は発明を実施するための最良の形態の一例である。本装置の構成によって、X線CT装置に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
図1に示すように、本装置は、ガントリ(gantry)100、テーブル(table)200およびオペレータコンソール(operator console)300を有する。ガントリ100は、テーブル200によって搬入される被検体10を、X線照射・検出装置110でスキャンして複数ビュー(view)の投影データを収集し、オペレータコンソール300に入力する。
オペレータコンソール300は、ガントリ100から入力された投影データに基づいて画像再構成を行い、再構成画像をディスプレイ(display)302に表示する。画像再構成は、オペレータ300内の専用のコンピュータ(computer)によって行われる。
オペレータコンソール300は、また、ガントリ100とテーブル200の動作を制御する。制御はオペレータ300内の専用のコンピュータによって行われる。オペレータコンソール300による制御の下で、ガントリ100は所定のスキャン条件でスキャンを行い、テーブル200は所定の部位がスキャンされるように、被検体10の位置決めを行う。位置決めは、内蔵の位置調節機構により、天板202の高さおよび天板上のクレードル(cradle)204の水平移動距離を調節することによって行われる。
クレードル204を停止させた状態でスキャンすることにより、アキシャルスキャン(axial scan)を行うことができる。クレードル204を連続的に移動させながら複数回のスキャンを連続的に行うことにより、ヘリカルスキャン(helical scan)を行うことができる。クレードル204を間欠的に移動させながら停止位置ごとにスキャンすることによりクラスタスキャン(cluster scan)を行うことができる。
天板202の高さ調節は、支柱206をベース(base)208への取付部を中心としてスイング(swing)させることによって行われる。支柱206のスイングによって、天板202は垂直方向および水平方向に変位する。クレードル204は天板202上で水平方向に移動して天板202の水平方向の変位を相殺する。スキャン条件によっては、ガントリ100をチルト(tilt)させた状態でスキャンが行われる。ガントリ100のチルトは、内蔵のチルト機構によって行われる。
なお、テーブル200は、図2に示すように、天板202がベース208に対して垂直に昇降する方式のものであってよい。天板202の昇降は内蔵の昇降機構によって行われる。このテーブル200においては、昇降に伴う天板202の水平移動は生じない。
図3に、X線照射・検出装置110の構成を模式的に示す。X線照射・検出装置110は、X線管130の焦点132から放射されたX線134をX線検出器150で検出するようになっている。
X線検出器150は、発明を実施するための最良の形態の一例である。X線検出器150の構成によって、X線検出器に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
X線134は、図示しないコリメータ(collimator)で成形されてコーンビーム(cone beam)またはファンビーム(fan beam)のX線となる。X線検出器150は、X線の広がりに対応して2次元的に広がるX線入射面152を有する。X線入射面152は円筒の一部を構成するように湾曲している。円筒の中心軸は焦点132を通る。
X線照射・検出装置110は、撮影中心すなわちアイソセンタ(isocenter)Oを通る中心軸の周りを回転する。中心軸は、X線検出器150が形成する部分円筒の中心軸に平行である。
回転の中心軸の方向をz方向とし、アイソセンタOと焦点132を結ぶ方向をy方向とし、z方向およびy方向に垂直な方向をx方向とする。これらx,y,z軸はz軸を中心軸とする回転座標系の3軸となる。
図4に、X線検出器150のX線入射面152の平面図を模式的に示す。X線入射面152は検出セル(cell)154がx方向とz方向に2次元的に配置されたものとなっている。すなわち、X線入射面152は検出セル154の2次元アレイとなっている。なお、ファンビームX線を用いる場合は、X線入射面152は検出セル154の1次元アレイとしてよい。
個々の検出セル154はX線検出器150の検出チャンネル(channel)を構成する。これによって、X線検出器150は多チャンネルX線検出器となる。検出セル154は、シンチレータ素子と光検出素子の組合せによって構成される。光検出素子としては例えばフォトダイオード(photo diode)等が用いられる。
図5に、X線検出器150の部分的構成を示す。図5に示すように、X線検出器150は、支持板502の上に光検出アレイ504とシンチレータアレイ506を積層し、入射X線をシンチレータアレイ506で光に変換して光検出アレイ504で検出するようになっている。
図6に、光検出アレイ504の部分的構成を示す。光検出アレイ504は、本発明における光検出素子のアレイの一例である。図6に示すように、光検出アレイ504は、例えば、N型半導体基板540にP層542を複数個形成したものとなっている。N型半導体としては例えばシリコン(Si)が用いられる。P層542は例えばボロン(B)の選択拡散によって形成される。以下、N型半導体基板540を単に基板540ともいう。
複数のP層542は、基板540においてそれぞれPN接合を形成する。各PN接合はフォトダイオード(photo diode)を構成し、P層側から入射した光を電気信号に変換する光検出素子となる。P層542の表面は光検出素子の受光面となる。各光検出素子の光検出信号は基板540をコモン(common)としてP層542側から個々に出力される。
以下、P層542によって光検出素子を代表する。また、P層542を光検出素子542またはフォトダイオード542ともいう。光検出素子542またはフォトダイオード542は本発明における光検出素子の一例である。
P層側から入射する光を検出するように構成されたフォトダイオードは、フロントリット(frontlit)・フォトダイオードと呼ばれる。これに対して、図7に示すようにP層側とは反対から入射する光を検出するように構成されたフォトダイオードは、バックリット(backlit)・フォトダイオードと呼ばれる。光検出アレイ504におけるフォトダイオードはどちらのタイプ(type)であってもよいが、バックリット・フォトダイオードの方が出力信号の取り出しが容易である。
図8に、シンチレータアレイ506の部分的構成を示す。シンチレータアレイ506は、発明を実施するための最良の形態の一例である。シンチレータアレイ506の構成によって、シンチレータアレイに関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
図8に示すように、シンチレータアレイ506は、複数のシンチレータ素子560で構成される。複数のシンチレータ素子560は、隣り合うもの同士が隔壁562で仕切られている。隔壁562は遮光性および光反射性を有する。そのような隔壁は例えば酸化チタン(TiO2)等によって構成される。
シンチレータアレイ506の製造方法について説明する。図9に、シンチレータアレイの製造工程を示す。本工程は、発明を実施するための最良の形態の一例である。本工程によって、シンチレータアレイ製造方法に関する発明を実施するための最良の形態の一例が示される。
図9に示すように、工程801で、複数のシンチレータ素子の隣り合うもの同士が接着層を介して接合されたシンチレータアレイを形成する。工程801の詳細な過程を図10−図13に示す。
図10に示すように、複数のシンチレータ板600を積層する。複数のシンチレータ板600は全て同一寸法のものである。積層は接着剤を介して行われる。これによって、直方体のシンチレータブロック(block)1000が得られる。シンチレータブロック1000では、高さ方向にシンチレータ板600と接着層700が交互に存在する。以下、シンチレータブロック1000の縦、横、高さの方向を、それぞれA,B,C方向とする。
シンチレータブロック1000を、図11に示すように、AC面に平行に切断する。これによって、複数のブロック1001,1002,…,100nが得られる。次に、これらのブロック1001,1002,…,100nをB方向に積層する。積層は接着剤を介して行われる。これによって、図12に示すように、直方体のシンチレータブロック1000’が得られる。シンチレータブロック1000’では、シンチレータと接着層がBC両方向において交互に存在する。
シンチレータブロック1000’を、図13に示すように、BC面に平行に切断する。これによって、複数のブロック1011,1012,…,101nが得られる。これらのブロック1011,1012,…,101nは、いずれも、複数のシンチレータ素子の隣り合うもの同士が接着層を介して接合された2次元のシンチレータアレイとなる。
すなわち、図14に示すように、複数のシンチレータ素子560の隣り合うもの同士が接着層700を介して接合されたシンチレータアレイが得られる。これらのシンチレータアレイは2次元アレイであるが、図13の加工を図11に示した複数のブロック1001,1002,…,100nについて個々に行うことにより、1次元のシンチレータアレイを形成することができる。
このように形成されたシンチレータアレイについて、工程802で、接着層のエッチング(etching)を行う。エッチングによって、図15に示すように、接着層700が除去されて、隣り合うシンチレータ素子560の間に隙間が生じる。
エッチングは接着層700の一部が残存するように行う。これによって、シンチレータ素子560がばらばらになることが防止される。なお、適当な治具によってシンチレータ素子560の位置が固定されているときは、接着層700を全部除去しても良い。
次に、工程803で、エッチングによって生じた隙間に隔壁材を充填する。充填する隔壁材は酸化チタン粉末である。酸化チタン粉末には、予め接着剤が配合されている。これによって、図16に示すように、複数のシンチレータ素子560の隣り合うもの同士が隔壁562を介して接合されたシンチレータアレイ506が得られる。
残存する接着層700は、背面からの研磨等によりシンチレータ素子560の一部とともに除去する。これによって、図8に示したような、複数のシンチレータ素子560の隣り合うもの同士が隔壁562で仕切られたシンチレータアレイ506が得られる。なお、接着層700が残存しても不都合がないときは、あえて除去する必要はない。また、接着層700が残存しない場合は研磨加工等は不要である。
このようなシンチレータアレイ506において、隔壁562の厚みは接着層700の厚みで決まる。接着層700の厚みを1μm程度とすることは容易である。したがって、上記のように、接着層700をエッチングで除去し、それによってできた隙間に隔壁材を充填することにより、厚みが1μm程度の隔壁562を持つシンチレータアレイ506を得ることができる。
すなわち、隔壁の厚みが薄いシンチレータアレイを実現することができる。隔壁の厚みが薄いので、シンチレータアレイ506は、高精細化した場合でもX線受光効率が良いものとなる。
なお、シンチレータアレイはX線用に限るものではなく、それ以外の放射線例えばγ線用のシンチレータアレイとしてもよい。そのようなシンチレータアレイを光検出アレイと組み合わせることにより、例えばγ線用の放射線検出器を構成することができる。
接着層700は、図17に示すように、中間層702を有するものとしても良い。中間層702はエッチングし易い材料で構成される。この中間層702をエッチングで除去し、その跡に隔壁材を充填することにより、図18に示すように、複数のシンチレータ素子560の隣り合うもの同士が隔壁562と接着層700で仕切られたシンチレータアレイ506’が得られる。このようなシンチレータアレイ506’では、中間層702の厚みを調節することにより、隔壁562の厚みをさまざまに調節することができる。
発明を実施するための最良の形態の一例のX線CT装置の構成を示す図である。 発明を実施するための最良の形態の一例のX線CT装置の構成を示す図である。 X線照射・検出装置の構成を示す図である。 X線検出器のX線入射面の構成を示す図である。 X線検出装置の部分的構成を示す図である。 光検出器の断面を示す図である。 光検出器の断面を示す図である。 シンチレータアレイの部分的構成を示す図である。 シンチレータアレイの製造工程を示す図である。 工程801の詳細な過程を示すである。 工程801の詳細な過程を示すである。 工程801の詳細な過程を示すである。 工程801の詳細な過程を示すである。 製造過程におけるシンチレータアレイの部分的構成を示す図である。 製造過程におけるシンチレータアレイの部分的構成を示す図である。 製造過程におけるシンチレータアレイの部分的構成を示す図である。 製造過程におけるシンチレータアレイの部分的構成を示す図である。 シンチレータアレイの部分的構成を示す図である。
符号の説明
10 : 被検体
100 : ガントリ
110 :X線照射・検出装置
130 : X線管
132 : 焦点
134 : X線
150 : X線検出器
152 : X線入射面
154 : 検出セル
200 : テーブル
202 : 天板
204 : クレードル
206 : 支柱
208 : ベース
300 : オペレータコンソール
502 : 支持板
504 : 光検出アレイ
506 : シンチレータアレイ
542 : フォトダイオード
560 : シンチレータ素子
562 : 隔壁
600 : シンチレータ板
700 : 接着層
702 : 中間層

Claims (8)

  1. 複数のシンチレータ素子の隣り合うもの同士が接着層を介して接合されたシンチレータアレイを形成し、
    前記接着層をエッチングし、
    前記エッチングによって生じる隙間に隔壁材を充填する
    ことを特徴とするシンチレータアレイ製造方法。
  2. 前記接着層は中間層を有し、前記エッチングはこの中間層について行われる
    ことを特徴とする請求項1記載のシンチレータアレイ製造方法。
  3. 前記隔壁材は酸化チタンを含有する
    ことを特徴とする請求項1に記載のシンチレータアレイ製造方法。
  4. 前記シンチレータアレイは2次元アレイである
    ことを特徴とする請求項1に記載のシンチレータアレイ製造方法。
  5. 複数のシンチレータ素子の隣り合うもの同士が隔壁で仕切られたシンチレータアレイであって、
    前記シンチレータアレイは、請求項1ないし請求項4のうちのいずれかに記載の方法によって製造される
    ことを特徴とするシンチレータアレイ。
  6. シンチレータアレイでX線を光に変換しその光を光検出素子のアレイで検出するX線検出器であって、
    前記シンチレータアレイは、請求項1ないし請求項4のうちのいずれかに記載の方法によって製造される
    ことを特徴とするX線検出器。
  7. 前記光検出素子はフォトダイオードである
    ことを特徴とする請求項6に記載のX線検出器。
  8. 互いに対向するX線源とX線検出器で被検体をスキャンして投影データを収集しこの投影データに基づいて画像を再構成するX線CT装置であって、
    前記X線検出器は、シンチレータアレイでX線を光に変換しその光を光検出素子のアレイで検出するX線検出器であり、
    前記シンチレータアレイは、請求項1ないし請求項4のうちのいずれかに記載の方法によって製造される
    ことを特徴とするX線CT装置。
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