JP2010216893A - Ｘ線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】同時収集方式のマルチスライスＣＴ用のＸ線検出器において、その空間分解能を向上させる。
【解決手段】互いに隣接してマトリックス状に配置されてなる、Ｘ線を可視光線に変換する複数のシンチレーターと、前記複数のシンチレーターの側面に設けられ、前記複数のシンチレーターそれぞれを離隔する複数のリフレクターと、前記複数のシンチレーターの、前記Ｘ線の入射面と相対向する側において、前記複数のシンチレーターそれぞれに対して設けられてなる、前記可視光線を電気信号に変換する複数の光電変換素子とを具え、各シンチレーターに対して設けられた前記光電変換素子からの前記電気信号を、前記各シンチレーターの前記側面に設けられた前記複数のリフレクターの少なくとも一つを介して外部に取り出すようにして、Ｘ線検出器を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、Ｘ線検出器に関し、特に高い時間分解能と空間分解能とが要求される医用Ｘ線コンピュータトモグラフィー（Ｘ線ＣＴ）等に好適に用いることのできるＸ線検出器に関する。

近年、Ｘ線コンピュータートモグラフィー（Ｘ線ＣＴ）が、心臓の様に動きの激しい臓器の診断にも用いられるようになってきている。動きの激しい臓器を高精細に撮影するには、高い時間分解能と空間分解能とを両立して有する検出器が必要である。

現在のＣＴ用Ｘ線検出器としては、シンチレーターにより一旦、Ｘ線を可視光に変換し、その可視光をＳｉ基板に作り込まれたフォトダイオードで電気信号に変換する間接変換方式が主流であり、近年、マルチスライスＣＴと呼ばれる、体軸方向に複数の画素を有し、一度に広い幅の診断が可能なＣＴが普及してきている。

この様なマルチスライスＣＴ用のＸ線検出器において、時間分解能が高いデータ収集方式として、フォトダイオード1画素毎に、信号線を有する同時収集方式がある。

ところが、従来の同時収集方式のＸ線検出器では、フォトダイオードの隙間にスライス数分の信号線を形成しなければならない。したがって、従来においては、前記信号線の形成領域を確保すべく、前記フォトダイオードの大きさを低減する必要が生じていた。この結果、Ｘ線の空間分解能が低下してしまうという問題があった（非特許文献１）。

八幡ら, "高分解マルチスライスCTの開発", Medical Imaging Technology, Vol. 24, No. 24, pp. 306-312, 2006.

本発明は、同時収集方式のマルチスライスＣＴ用のＸ線検出器において、その空間分解能を向上させることを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明の一態様は、互いに隣接してマトリックス状に配置されてなる、Ｘ線を可視光線に変換する複数のシンチレーターと、前記複数のシンチレーターの側面に設けられ、前記複数のシンチレーターそれぞれを離隔する複数のリフレクターと、前記複数のシンチレーターの、前記Ｘ線の入射面と相対向する側において、前記複数のシンチレーターそれぞれに対して設けられてなる、前記可視光線を電気信号に変換する複数の光電変換素子とを具え、各シンチレーターに対して設けられた前記光電変換素子からの前記電気信号は、前記各シンチレーターの前記側面に設けられた前記複数のリフレクターの少なくとも一つを介して外部に取り出すことを特徴とする、Ｘ線検出器に関する。

本発明によれば、同時収集方式のマルチスライスＣＴ用のＸ線検出器において、その空間分解能を向上させることができる。

第１の実施形態におけるＸ線検出器の平面図である。 図１に示すＸ線検出器をＡ−Ａ線に沿って切った場合の断面図である。 第２の実施形態におけるＸ線検出器の平面図である。 図３に示すＸ線検出器をＡ−Ａ線に沿って切った場合の断面図である。 第３の実施形態におけるＸ線検出器の平面図である。 図５に示すＸ線検出器をB−B線に沿って切った場合の断面図である。 第４の実施形態におけるＸ線検出器の平面図である。 図７に示すＸ線検出器をＣ−Ｃ線に沿って切った場合の断面図である。

以下、本発明の具体的な実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１及び２は、第１の実施形態におけるＸ線検出器の概略構成図である。図１は、本実施形態におけるＸ線検出器の平面図であり、図２は、図１に示すＸ線検出器をＡ−Ａ線に沿って切った場合の断面図である。なお、図１及び２は、本実施形態におけるＸ線検出器の特徴を明確にすべく、上記Ｘ線検出器の一部に着目し、かかる部分を拡大して描いている。

図１及び２に示すように、本実施形態のＸ線検出器１０は、互いに隣接してマトリックス状に配置されてなる複数のシンチレーター１１と、これらシンチレーターの側面１１Ａに設けられ、複数のシンチレーター１１それぞれを離隔する複数のリフレクター１２及び１３とを有している。また、複数のシンチレーター１１の、Ｘ線の入射面１０Ａと相対向する側においては、複数のシンチレーター１１それぞれに対応して設けられた複数の半導体フォトダイオード１５が設けられている。したがって、本実施形態におけるＸ線検出器１０は、同時収集方式のマルチスライスＣＴ用Ｘ線検出器を構成する。

なお、リフレクター１２は、シンチレーター１１の側面１１Ａの全体に亘って形成されているが、リフレクター１３は、シンチレーター１１の側面１１Ａの端部には形成されず、リフレクター１３と接触しないようになっている。

シンチレーター１１は、Ｘ線検出器において汎用されている、例えばＧＯＳ（Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ）やＣｓＩから構成することができる。また、リフレクター１２及び１３は反射率の高い金属材料、例えばＡｌ，Ａｇ等や、反射率の高い無機材料を分散した樹脂膜等から構成することができる。

半導体フォトダイオード１５は、Ｘ線検出器１０と同等の大きさの一様な、例えばｎ型Ｓｉからなる半導体基板１５１の、各シンチレーター１１の対応箇所において、Ｐ層１５２を形成することによって得ることができる。この場合、半導体基板１５１、すなわち半導体フォトダイオード１５には逆バイアスを印加しておき、Ｐ層１５２の周辺に空乏層を形成しておく。

また、各半導体フォトダイオード１５上には透明電極１７が形成されており、リフレクター１３は、バンプ１６を介して透明電極１７と電気的に接続されている。さらに、複数のシンチレーターの１１のＸ線の入射面１０Ａ上には、リフレクター１３と電気的に接続され、信号読出回路１９に電気的に接続された信号線１８が形成されている。したがって、リフレクター１３は、以下に説明するリフレクターとしての本来的な機能の他に、半導体フォトダイオード１５からの電気信号を外部に取り出すための導体としても機能する。

なお、透明電極１７は、汎用の透明電極材料、例えばＩＴＯ等の透明電極材料から構成することができる。

本実施形態のＸ線検出器１０において、そのＸ線の入射面１０Ａに対してＸ線が入射すると、前記Ｘ線はシンチレーター１１を透過する際に可視光線に変換され、この可視光線はシンチレーター１１を透過した後、半導体フォトダイオード１５に入射する。半導体フォトダイオード１５では、前記可視光線は電気信号（すなわち電流）に変換される。得られた電気信号はリフレクター１３を介してＸ線検出器１０の入射面１０Ａ側に伝送され、信号線１８を介して、信号読出回路１９に送られる。

各シンチレーター１１に入射したＸ線の強度と、相当する半導体フォトダイオード１５で生成する電気信号（電流）の大きさとは互いに比例するので、信号読出回路１９において、半導体フォトダイオード１５からリフレクター１３及び信号線１８を介して伝送された前記電気信号（電流）の大きさを検知することによって、該当するシンチレーター１１に入射したＸ線の強度を知ることができる。

なお、各シンチレーター１１に入射したＸ線によって生成された可視光線は、各シンチレーター１１の側面１１Ａに設けられたリフレクター１２及び１３によって反射されるようになるので、前記可視光線が隣接したシンチレーター１１において生成された可視光線と干渉することがない。したがって、該当するシンチレーター１１に入射したＸ線の強度を正確に知ることができる。

また、リフレクター１３は、電気信号伝送用導体としても機能するので、上述したように、リフレクター１２と電気的に接触しないことが要求される。もし、リフレクター１３がリフレクター１２と電気的に接触してしまうと、互いに隣接する半導体フォトダイオード１５で得られた電気信号同士が干渉してしまい、該当するシンチレーター１１に入射したＸ線の強度を検知することができなくなってしまう。

本実施形態のＸ線検出器１０によれば、Ｘ線入射によって生成した電気信号を、リフレクター１３を介してＸ線入射面１０Ａから取り出すようにしているので、信号線１８を、従来のように半導体フォトダイオード１５の隙間にスライス数分、すなわちシンチレーターの数に応じた数の信号線を形成する必要がなくなる。したがって、信号線１８の形成領域を確保すべく、半導体フォトダイオード１５の大きさを低減する必要がないので、Ｘ線の空間分解能の低下という問題を回避することができる。

（第２の実施形態）
図３及び４は、第２の実施形態におけるＸ線検出器の概略構成図である。
図３は、本実施形態におけるＸ線検出器の平面図であり、図４は、図３に示すＸ線検出器を、同じくＡ−Ａ線に沿って切った場合の断面図である。なお、第１の実施形態に係わる図１及び２と同一あるいは類似の構成要素に関しては、
同一の参照数字を用いて表している。

本実施形態では、図３から明らかなように、リフレクター１２が各シンチレーター１１の対向する側面１１Ａ上に形成されるとともに、電気信号伝送用導体としても機能するシンチレーター１３が各シンチレーター１１の側面１１Ａと隣接し、互いに対向する側面１１Ｂ上に形成され、隣接するシンチレーター１１のリフレクター１３同士が接触しないようにして、電気的に絶縁性の遮光膜２１で分断されている。なお、遮光膜２１は、透明電極間の光のクロストークを低減する効果がある。

また、第１の実施形態と同様に、リフレクター１２は、シンチレーター１１の側面１１Ａの全体に亘って形成されているが、リフレクター１３は、シンチレーター１１の側面１１Ａの端部には形成されず、リフレクター１３と接触しないようになっている。

なお、その他の構成については、上記第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

本実施形態では、隣接するシンチレーター１１のリフレクター１３が遮光膜２１で分断されており、隣接するリフレクター１２と接触していないので、互いに隣接する半導体フォトダイオード１５で得られた電気信号同士が干渉してしまい、該当するシンチレーター１１に入射したＸ線の強度を検知できないという問題を回避することができる（第１の作用効果）。

また、リフレクター１３は、該当するシンチレーター１１の側面１１Ｂの端部には形成されていないので、入射したＸ線が変換されることによって生成された可視光線が、部分的に前記端部から外部に漏れてしまう。しかしながら、本実施形態では、隣接するシンチレーター１１同士が遮光膜２１で分断されているので、前記端部から漏れ出た前記可視光線は、遮光膜２１で遮光され、隣接するシンチレーター１１内に混入してしまうことがない。したがって、該当するシンチレーター１１に入射したＸ線強度の検知精度を高いままに保持することができる（第２の作用効果）。

なお、その他のＸ線検出の工程は、上記第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

また、遮光膜２１は、黒色レジスト及び絶縁層で皮膜した金属板等の電気的に絶縁性を有し、可視光域の光の透過率が低い材料から構成することができる。

なお、遮光膜２１に代えて、単なる電気的絶縁性の膜を用いることもできる。かかる場合は、原則的には上記第１の作用効果しか得ることができないが、実際には、隣接するシンチレーター１１間を分断するようにして二次的な介在物である前記膜が存在することにより、前記可視光線はある程度遮光され、また散乱されるようになる。したがって、この場合においても、上述した第の２の作用効果を多少なりとも奏することができる。

本実施形態によれば、上記第１の実施形態の構成に加えて、上述したような構成の遮光膜２１を設けているので、Ｘ線検出器２０におけるＸ線の空間分解能を、従来の同時収集方式のマルチスライスＣＴ用Ｘ線検出器と比して、格段に向上させることができる。

（第３の実施形態）
図５及び６は、第３の実施形態におけるＸ線検出器の概略構成図である。図５は、本実施形態におけるＸ線検出器の平面図であり、図６は、図５に示すＸ線検出器を、B−B線に沿って切った場合の断面図である。なお、第１の実施形態に係わる図１及び２と同一あるいは類似の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。

本実施形態では、図５及び６から明らかなように、複数のシンチレーター１１のＸ線の入射面１０Ａ上における複数のシンチレーター１１間において、コリメータ３１を有している。また、信号線１８は、入射面１０Ａ上に形成される代わりに、上方に延在してコリメータ３１の表面（本実施形態では側面）に形成されている。

なお、図５では、コリメータ３１は、Ｘ線の入射面１０Ａ、すなわちシンチレーター１１から離隔して配置されているように描いているが、実際にはほぼ接触するような状態で配置している。

また、その他の構成及びＸ線の検出工程については、上記第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

本実施形態においては、シンチレーター１１へのＸ線入射によって生成した電気信号を、リフレクター１３を介してＸ線入射面１０Ａから取り出すとともに、リフレクター１３と電気的に接続してなる信号線１８を、コリメータ３１の表面３１Ａに形成するようにしている。したがって、上記第１の実施形態と同様に、従来のように半導体フォトダイオード１５の隙間にスライス数分、すなわちシンチレーターの数に応じた数の信号線を形成する必要がなくなる。したがって、信号線１８の形成領域を確保すべく、半導体フォトダイオード１５の大きさを低減する必要がないので、Ｘ線の空間分解能の低下という問題を回避することができる。

また、信号線１８をＸ線の入射面１０Ａ上に形成しないので、信号線１８によってシンチレーター１１に対するＸ線の入射が妨害されないとともに、信号線１８自身もＸ線照射による劣化から保護することができる。

なお、コリメータ３１が絶縁性の物質から構成される場合、信号線１８はコリメータ３１の表面３１Ａ上において直接電極パターンとして形成することができるが、コリメータ３１が導電性の物質、例えば金属板から構成されるような場合は、前記金属板をアクリル樹脂等で被覆した後、このアクリル樹脂等の上に電極パターンとして形成することができる。

また、信号線１８（すなわち電極パターン）とリフレクター１３との電気的接続を確実なものとするために、前記電極パターンの下部又はリフレクター１３の上部に半田ボールや導電性樹脂を形成することもできる。

（第４の実施形態）
図７及び８は、第４の実施形態におけるＸ線検出器の概略構成図である。図７は、本実施形態におけるＸ線検出器の平面図であり、図８は、図７に示すＸ線検出器を、Ｃ−Ｃ線に沿って切った場合の断面図である。なお、第１の実施形態に係わる図１及び２と同一あるいは類似の構成要素に関しては、同一の参照数字を用いて表している。

本実施形態では、図８から明らかなように、半導体フォトダイオード１５とリフレクター１３との間にスイッチング素子４１を設けている。したがって、スイッチング素子４１をオンさせることによって、半導体フォトダイオード１５及びリフレクター１３が電気的に連通した部分のシンチレーター１１からのＸ線強度のみを逐次に読出すことが可能となる。したがって、図７においては、シンチレーター毎に信号線１８を設けているものの、その数を適宜低減することができる。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記態様に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変更や変形が可能である。

１０，２０，３０ Ｘ線検出器
１１ シンチレーター
１２，１３ リフレクター
１５ 半導体フォトダイオード
１６ バンプ
１７ 透明電極
１８ 信号線
１９ 信号読出回路
２１ 遮光膜
３１ コリメータ
４１ スイッチング素子

Claims (10)

1. 互いに隣接してマトリックス状に配置されてなる、Ｘ線を可視光線に変換する複数のシンチレーターと、
   前記複数のシンチレーターの側面に設けられ、前記複数のシンチレーターそれぞれを離隔する複数のリフレクターと、
   前記複数のシンチレーターの、前記Ｘ線の入射面と相対向する側において、前記複数のシンチレーターそれぞれに対して設けられてなる、前記可視光線を電気信号に変換する複数の光電変換素子と、
   各シンチレーターに対して設けられた前記光電変換素子からの前記電気信号は、前記各シンチレーターの前記側面に設けられた前記複数のリフレクターの少なくとも一つを介して外部に取り出すことを特徴とする、Ｘ線検出器。
2. 前記光電変換素子は半導体フォトダイオードであって、前記少なくとも一つのリフレクターは、前記半導体フォトダイオードの主面に対して電気的に接触しており、前記複数のリフレクターの、前記少なくとも一つのリフレクターを除く他のリフレクターとは電気的に接触していないことを特徴とする、請求項１に記載のＸ線検出器。
3. 前記少なくとも一つのリフレクターは、前記半導体フォトダイオードの前記主面上に形成された透明電極を介して電気的に接触していることを特徴とする、請求項２に記載のＸ線検出器。
4. 前記少なくとも一つのリフレクターは、前記他のリフレクターと電気的絶縁性を有する膜によって離隔されていることを特徴とする、請求項２又は３に記載のＸ線検出器。
5. 前記膜は、遮光膜として機能することを特徴とする、請求項４に記載のＸ線検出器。
6. 前記複数のシンチレーターの前記Ｘ線の入射面上において形成された、前記少なくとも一つのリフレクターと電気的に接続されてなる信号線を具えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載のＸ線検出器。
7. 複数のシンチレーターの前記Ｘ線の入射面上における前記複数のシンチレーター間において、コリメータを具えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一に記載のＸ線検出器。
8. 複数のシンチレーターの前記Ｘ線の入射面上における前記複数のシンチレーター間において、コリメータを具えることを特徴とする、請求項６に記載のＸ線検出器。
9. 前記コリメータは、その表面上において前記少なくとも一つのリフレクターと電気的に接続されてなる信号線を具えることを特徴とする、請求項７に記載のＸ線検出器。
10. 前記光電変換素子と、前記複数のリフレクターの少なくとも一つとの間にスイッチング素子を具えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一に記載のＸ線検出器。

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