JP2009118943A - 放射線検出器及びこれを用いたx線ct装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数のシンチレータ素子11から成るシンチレータアレイ13と複数のフォトダイオード14から成るフォトダイオードアレイ14及び反射層12とで構成されたm行×n列のマトリクス状の放射線検出素子アレイを複数個隙間Gを設けて配列し、m×nマトリクスよりも大きいサイズのM>m、N>nの少なくともいずれか一方を満たすM行×N列のマトリクス状の放射線検出素子アレイモジュールを構成する。このモジュールをチャンネル方向に複数個配列して二次元放射線検出器を構成する。この二次元放射線検出器をマルチスライス型X線CT装置のX線検出器とする。
【選択図】図1
Description
フォトダイオードアレイの面積が大きくなるために、一枚のフォトダイオードアレイの中に不良のフォトダイオードセルが含まれる確率が高くなる。
すなわち、通常、一枚のシリコンウェハには複数のフォトダイオードセルが形成され、このシリコンウェハを所定のセル数毎に切断して複数のフォトダイオードアレイを製造する。
このため、大面積のフォトダイオードアレイを製造する場合、歩留りが低下してコストアップの要因となる。
スライス数が多くなると、検出した信号を取り出すための配線数も非常に多くなるので、該配線数の点から前記スライス数は制限される。
これは、あるMスライス×Nチャンネルの放射線検出素子アレイモジュール(例えば、64×24アレイ)を製造する際、M×Nより小さいm×nサイズの放射線検出素子アレイ(例えば、32×24アレイ)を複数個配線基板上に並べて前記M×Nの放射線検出素子アレイモジュールを構成する方式である。
しかし、このタイリング方式においてもスライス数の増加によって、さらなる新たな問題が懸念される。
この場合、前記接続にはワイヤボンディング技術を用いるのが一般的であるが、前記フォトダイオードアレイのスライス方向端部には、前記ワイヤボンディングのためのスペースが必要であるので、複数のフォトダイオードアレイを並列させるためには、前記スペースが二次元センサアレイとしてはデッドスペースとなってしまい、被検体を透過したX線を計測することができなくなる。
また、ワイヤボンディングのように、ワイヤが素子表面より突出することもないため、フォトダイオードアレイの上にシンチレータアレイを搭載する時の妨げにもならない。
(1)放射線により発光する複数の蛍光体素子と、前記蛍光体素子と接着剤で接着されて前記発光を検出する複数の光電変換素子と、前記蛍光体素子からの発光を導くとともに隣接する蛍光体素子からのクロストークを防止する反射層とを有する放射線検出素子アレイを複数個基板上に配列してなる放射線検出素子アレイモジュールを備えた放射線検出器において、前記放射線検出素子アレイ間に第1の隙間を設けたものである。
(3)前記第1の隙間及び第2の隙間は50μm〜500μmである。
(4)前記放射線検出素子アレイ内の素子間ピッチと前記放射線検出素子アレイ間の素子間ピッチを均一にした場合は、
1)前記第1の隙間を光反射材で充填する。
2)前記第1の隙間に隣接する放射線検出素子アレイ内の端部シンチレータ素子で検出したデータをデータ補正手段で補正する。
そして、前記放射線検出器をチャンネル方向とスライス方向に配列して構成された二次元放射線検出器を用いたX線CT装置も製造コストが低減され、さらなる多スライス化に対応が可能なものとなる。
なお、本発明の実施形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符合を付け、その繰り返しの説明は省略する。
本発明の放射線検出器は、蛍光体素子と光電変換素子による放射線検出素子を複数用いて構成される放射線検出素子アレイを基板上に複数配列してなる放射線検出素子アレイモジュールにより構成されるものである。該放射線検出素子アレイ間には隙間が設けられる。
前記蛍光体素子はシンチレータ素子であり、前記光電変換素子はフォトダイオードである。
この放射線検出素子アレイモジュールは、図1(a)に示すように、シンチレータアレイ13とフォトダイオードアレイ14とを各々2個ずつ、隙間G(第1の隙間)を設けて配線基板15の上にスライス方向Aに沿って並べて配列したものである。
前記シンチレータアレイ13は、該シンチレータアレイ13の並びと同じ並びを持った受光セルを複数個備えたフォトダイオードアレイ14と透明接着剤で接着されており、該フォトダイオードアレイ14は配線基板15に接続されて搭載されている。
(1)先ず、配線基板15の上にフォトダイオードアレイ14aと14bの間に隙間G(第1の隙間)を設けて該フォトダイオードアレイ14aと14bを搭載する。
(2)フォトダイオードアレイ14a及び14bは、出力信号をX線入射面とは反対の背面から取り出すようになっており、配線基板15とは、例えば、BGA(ball grid array)によるハンダ付けにて接続される。
このように、BGAによるハンダ付けにてフォトダイオードアレイ14a及び14bを配線基板15に実装することにより、占有面積が少なくて済むので高密度の実装が可能となる。
(3)次に、シンチレータアレイ13aをフォトダイオードアレイ14aと透明接着剤にて接着する。このとき、透明接着剤は横方向からはみ出すが、はみ出した接着剤はガーゼ等で拭き取る。
このとき、シンチレータアレイ13a、13b及びフォトダイオードアレイ14a、14bの間にそれぞれ隙間G(第1の隙間)を設けたので、シンチレータアレイ13aを接着したときにはみ出した接着剤が残っていても、シンチレータアレイ13bを所定の位置に精度良く位置合わせして接着することができる。
また、シンチレータアレイの寸法精度を緩和しても、各素子位置をバランス良く位置合わせしてフォトダイオードアレイと接着できるため、前記位置合わせが容易となり、該位置合わせ工数が低減されて製造コストを低減することが可能となる。
そこで、それぞれの場合について図を用いて説明する。
あるいは、十分に大きい隙間Gを確保するためには、端部反射層幅Reを小さくするだけでは足りず、端部シンチレータ素子幅Seをアレイ内部のシンチレータ素子幅Siよりも小さくする必要がある。
その結果、端部反射層幅Reが不十分となり、端部シンチレータのシンチレーション光が端部反射層を透過して隣接アレイの端部シンチレータ素子に入射したり、又は同一アレイの隣接端部シンチレータ素子に入射するなどのクロストークを起す原因となることが考えられる。
なお、端部シンチレータ素子が小さくなるということは、フォトダイオードアレイにおいても端部素子の受光面積が小さくなるという前記端部シンチレータ素子と同様の状況を招くので、上記と同様の適切な補正処理を施せば良い。
なお、図3のシンチレータアレイは、説明を簡単にするためにシンチレータ素子が3個の場合であるが、位置情報は3個以上でも前記3個と同様に補正すれば良い。
Xn=(n-1)P (式1)
となる。
ここで、Pは素子ピッチであって、アレイ内素子ピッチとアレイ間素子ピッチは全て均一である。このように、全ての素子ピッチが均一であるために、透過X線データの取得間隔が等間隔Pとなる。
X'n=(n-1)Pi (1≦n≦3)
=(n-1)Pi+ P0 (4≦n≦6) (式2)
と表すことができる。
ここで、Piはアレイ内の素子ピッチ、P0はアレイ間における素子ピッチの増加分であり、アレイ内の素子ピッチPiとアレイ間の素子ピッチPeの関係は、Pe=Pi+P0である。
図4(a)は、不均一素子ピッチのX線検出素子アレイモジュールを用いた時の透過X線データと、素子ピッチ補正を行わないで作成したCT画像である。
透過X線データには、素子ピッチが不均一になる部分でデータの不連続が生じており(矢印↓の部分)、本実施例のようにスライス方向に素子ピッチ不均一がある場合には、これに対応する位置でCT画像の不連続が生じる。また、チャンネル方向に素子ピッチの不均一がある場合にはデータ不連続位置に対応して、リングアーチファクトが生じる。
図5は、本発明の第2の実施形態による放射線検出器の放射線検出素子アレイモジュールの断面を示す図である。
この放射線検出素子アレイモジュールは、前記第1の実施形態と同様、シンチレータアレイ23と、フォトダイオードアレイ24とを各々2個ずつ、隙間Gを設けて配線基板25の上にスライス方向Aに沿って並べて配列してある。
前記シンチレータアレイ23は、該シンチレータアレイ23の並びと同じ並びを持った受光セルを複数個備えたフォトダイオードアレイ24と透明接着剤で接着されており、該フォトダイオードアレイ24はワイヤボンディング26によって配線基板25と接続されて該配線基板25に搭載されている。
もちろん、第1の実施形態と同様に、接着剤のはみ出し領域を確保する役目も担っている。
図6は、本発明による放射線検出器が適用されるX線CT装置の全体構成を示す図である。なお、X線CT装置では放射線としてX線が用いられるので、以下の説明では、前記放射線検出器をX線検出器と記す。
図6に示すX線CT装置は、被検体にX線を照射して前記被検体の透過X線データを収集し、この収集したX線データを再構成演算して断層像を得るもので、被検体にX線を照射して前記被検体を透過したX線データを収集するスキャナガントリィ310と、前記被検体を載置する移動可能な図示省略の天板を備えた寝台と、各種動作設定を行うと共に収集したX線データを用いて再構成演算処理してCT画像再構成を行う画像再構成装置(画像再構成手段)320と、この画像再構成装置320で再構成されたCT画像等の表示及びX線CT装置を操作する操作部を備えた表示装置330と、前記操作部からの操作信号によりシステム全体を制御するシステムコントローラ340とを備えて構成される。
Claims (8)
- 放射線により発光する複数の蛍光体素子と、
前記蛍光体素子と接着剤で接着されて前記発光を検出する複数の光電変換素子と、
前記蛍光体素子からの発光を導くとともに隣接する蛍光体素子からのクロストークを防止する反射層と、
を有する放射線検出素子アレイを複数個基板上に配列してなる放射線検出素子アレイモジュールを備えた放射線検出器において、
前記放射線検出素子アレイ間に第1の隙間を設けたことを特徴とする放射線検出器。 - 前記基板を複数に分割し、この分割された基板間に第2の隙間を設けたことを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
- 前記第1の隙間及び第2の隙間は50μm〜500μmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の放射線検出器。
- 前記放射線検出素子アレイ内の素子間ピッチと前記放射線検出素子アレイ間の素子間ピッチを均一にし、かつ前記第1の隙間を光反射材で充填することを特徴とする請求項1、2又は3に記載の放射線検出器。
- 前記放射線検出素子アレイ内の素子間ピッチと前記放射線検出素子アレイ間の素子間ピッチを均一にし、かつ前記第1の隙間に隣接する放射線検出素子アレイ内の端部シンチレータ素子で検出したデータを補正するデータ補正手段を備えたことを特徴とする請求項1、2又は3に記載の放射線検出器。
- 前記放射線検出素子アレイ内の素子間ピッチよりも前記放射線検出素子アレイ間の素子間ピッチを大きくし、かつ前記素子間ピッチを大きくした分だけ前記放射線検出素子アレイ間の素子ピッチの位置情報を補正する位置情報補正手段を備えたことを特徴とする請求項1、2又は3に記載の放射線検出器。
- 複数の前記蛍光体素子及び前記光電変換素子を用いてm行×n列のマトリクス状の放射線検出素子アレイを構成し、この放射線検出素子アレイよりも大きいサイズのM>m、N>nの少なくともいずれか一方を満たすM行×N列のマトリクスとなるように複数の前記放射線検出素子アレイを基板上に配列して放射線検出素子アレイモジュールを構成し、これを複数個配列して二次元放射線検出器を構成することを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の放射線検出器。
- 放射線源と、この放射線源に対向して配置された放射線検出器と、前記放射線源及び放射線検出器を保持して被検体の周りで回転駆動される回転円板と、前記放射線検出器で検出された放射線の強度に基づいて前記被検体の断層像を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、前記放射線検出器は、M行×N列のマトリクス状に複数の前記放射線検出素子を配列した放射線検出素子アレイモジュールを前記放射線源に対向した前記回転円板の位置に円弧状に複数配列して構成されたチャンネル方向とスライス方向の二次元の放射線データを検出する請求項7に記載の二次元放射線検出器であることを特徴とするX線CT装置。
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