JP2011133395A

JP2011133395A - 放射線検出器および放射線撮影装置

Info

Publication number: JP2011133395A
Application number: JP2009294093A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Nishide; 明彦西出
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2011-07-07

Abstract

【課題】フォトダイオードアレイの受光面側にシンチレータアレイが積層されており、各シンチレータ間に各リフレクタが挟まれている放射線検出器において、検出素子（シンチレータおよびフォトダイオード）の大きさを小さくしても幾何学的放射線利用効率を高く維持できるようにする。
【解決手段】シンチレータ５２１の間のリフレクタ５３２を、シンチレータ５２１とその配列方向（ｘ）に近接または当接する面の少なくもと一部が放射線透過方向ＸＤに対して傾きを持つように配置または形成する。これにより、リフレクタ５３２を通り、かつシンチレータ５２１を通らずにフォトダイオード５１１側に抜ける放射線７の経路の幅、すなわち幾何学的放射線利用効率に貢献しない領域を狭めるまたは無くすことができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、放射線検出器とそれを用いた放射線撮影装置に関する。

従来、Ｘ線ＣＴ装置等の放射線撮影装置に用いる放射線検出器の一つとして、図１４に示すように、フォトダイオードアレイ（photodiode array）の受光面側に、シンチレータアレイ（scintillator
array）が積層されており、このシンチレータアレイを構成する各シンチレータ間にリフレクタ（reflector）が挟まれている放射線検出器がある（例えば特許文献１等参照）。

特開２００４−０２８８１５号公報

この種の放射線検出器では、通常、図１４に示すように、リフレクタが放射線透過方向に対して平行に設けられている。そのため、放射線検出器に到来した放射線のうちリフレクタを通過する放射線は、シンチレータで光に変換されることなくフォトダイオード側に抜けてしまい、検出することができない。したがって、リフレクタの厚さをａ、シンチレータの幅をｂとすると、放射線検出器における放射線透過方向から見た幾何学的放射線利用効率ηは下式のようになる。

近年、放射線検出器に対しては高空間分解能化が進んでおり、シンチレータの幅ｂは益々小さくなる方向になる。シンチレータの幅ｂが小さくなったとき、幾何学的放射線利用効率ηの低下を抑えるには、リフレクタの厚さａをさらに薄くする必要があるが、この薄くすることにも限界がある。そのため、例えば、シンチレータの幅ｂが０．３〔ｍｍ〕まで小さくなったときに、リフレクタの厚さａを０．１〔ｍｍ〕以下まで薄くできないと、幾何学的放射線利用効率ηは６０％を下回り、悪化する。

このような事情により、検出素子の大きさを小さくしても、幾何学的放射線利用効率を高く維持できる放射線検出器およびそれを用いた放射線撮影装置が望まれている。

第１の観点の発明は、フォトダイオードアレイの受光面側に、シンチレータアレイが積層されており、該シンチレータアレイを構成するシンチレータの間に、光を反射し放射線を透過するリフレクタが設けられている放射線検出器であって、前記リフレクタは、該リフレクタを挟むシンチレータと近接または当接する面の少なくとも一部が放射線透過方向に対して傾きを持つように配置または形成されている放射線検出器を提供する。

第２の観点の発明は、前記リフレクタが、該リフレクタを挟むシンチレータの前記放射線透過方向の投影像同士が接するように、配置または形成されている上記第１の観点の放射線検出器を提供する。

第３の観点の発明は、前記リフレクタが、平板状であり、前記放射線透過方向に対して傾いている上記第１の観点または第２の観点の放射線検出器を提供する。

第４の観点の発明は、前記リフレクタが、前記シンチレータの配列方向と前記放射線透過方向とを含む面による断面が、円弧状、波状、くの字状、または三角波状となるように形成されている上記第１の観点または第２の観点の放射線検出器を提供する。

第５の観点の発明は、前記シンチレータが、互いに異なる二方向に配列されており、前記配列方向が、該二方向の少なくとも一方である上記第１の観点から第４の観点のいずれか一つの観点の放射線検出器を提供する。

なお、この二方向としては、例えば、放射線検出器がＸ線ＣＴ装置用であれば、チャネル（channel）方向とスライス（slice）方向を考えることができる。

第６の観点の発明は、前記リフレクタが、プラスチック（plastic）、樹脂、または発砲スチロール（foam polystyrene）で構成されている上記第１の観点から第５の観点のいずれか一つの観点の放射線検出器を提供する。

第７の観点の発明は、前記リフレクタが、多孔質である上記第１の観点から第６の観点のいずれか一つの観点の放射線検出器を提供する。

第８の観点の発明は、上記第１の観点から第７の観点のいずれか一つの観点の放射線検出器を備えている放射線撮影装置を提供する。

上記観点の放射線検出器によれば、リフレクタを通り、かつシンチレータを通らない放射線の経路の幅を狭めるまたは無くすことができ、検出素子（フォトダイオードおよびシンチレータ）の大きさを小さくしても幾何学的Ｘ線利用効率を高く維持できる。

第一実施形態によるＸ線ＣＴ装置の外観を示す図である。第一実施形態によるＸ線管およびＸ線検出器の斜視図である。第一実施形態によるＸ線検出器の全体構成を概略的に示す図である。第一実施形態によるＸ線検出器の一部拡大構成図である。第一実施形態によるＸ線検出器の一部拡大断面図である。リフレクタを多孔質とした場合のＸ線検出器の一部拡大断面図である。リフレクタの傾斜角度を大きくした場合のＸ線検出器の一部拡大断面図である。リフレクタの傾斜角度を小さくした場合のＸ線検出器の一部拡大断面図である。第二実施形態の第一例によるＸ線検出器の一部拡大断面図である。第二実施形態の第二例によるＸ線検出器の一部拡大断面図である。第二実施形態の第三例によるＸ線検出器の一部拡大断面図である。第二実施形態の第四例によるＸ線検出器の一部拡大断面図である。二層に重ねたＸ線検出器の一部拡大断面図である。従来の放射線検出器を示す図である。

以下、発明の実施形態について説明する。なお、これにより発明が限定されるものではない。

（第一実施形態）
図１は、第一実施形態によるＸ線ＣＴ装置の外観を示す図である。図１に示すように、Ｘ線ＣＴ装置１は、撮影対象をスキャン（scan）して投影データ（data）を収集する走査ガントリ（gantry）２と、撮影対象を載置して撮影空間である走査ガントリの開口部に搬送する撮影テーブル（table）３と、本装置の操作を受け付けたり、収集された投影データを基に画像再構成したりする操作コンソール（console）４とを具備している。走査ガントリ２は、撮影対象をスキャンするためのＸ線管およびＸ線検出器を有している。Ｘ線ＣＴ装置は、発明における「放射線診断装置」の一例である。また、Ｘ線検出器は、発明における「放射線検出器」の一例である。

なおここでは、説明の便宜上、図１に示すように、撮影テーブル３による撮影対象の搬送方向をｚ方向、鉛直方向をｙ方向、ｙ方向およびｚ方向に直交する水平方向をｘ方向とする。

図２は、第一実施形態によるＸ線管およびＸ線検出器の斜視図である。

Ｘ線検出器５およびＸ線管６は、走査ガントリ２の開口部を挟んで互いに対向するように設けられており、Ｘ線管６のＸ線焦点６ｆから照射されたＸ線７が、Ｘ線検出器５で検出されるようになっている。本例のＸ線検出器５の検出面は、Ｘ線７のファンビーム（fan beam）の厚さ方向であるｚ方向に平行であり、そのファンビームの広がり方向であるチャネル方向（以下、ｃｈ方向という）に沿うよう湾曲している。なお、一般的に、Ｘ線検出器５に対し、Ｘ線管６が設けられた側には、散乱線防止用のコリメータユニットが設けられるが、ここでは図示を省略している。

Ｘ線検出器５の構造について詳細に説明する。

図３は、第一実施形態によるＸ線検出器の全体構成を概略的に示す図である。また、図４は、第一実施形態によるＸ線検出器の一部拡大構成図である。

Ｘ線検出器５は、図３および図４に示すように、フォトダイオードアレイ５１の受光面（上面）側に、シンチレータアレイ５２が積層された構造を有している。また、シンチレータアレイ５２を構成する各シンチレータ５２１間にはリフレクタ５３が挟まれている。フォトダイオードアレイ５１は、フォトダイオード５１１がその受光面を上にしてｃｈ方向およびｚ方向に２次元に配列されたマトリクス構造を有している。シンチレータアレイ５２は、略直方形状であるシンチレータ５２１が、フォトダイオード５１１とそれぞれ対応するように、ｃｈ方向およびｚ方向に２次元に配列されたマトリクス（matrix）構造を有している。リフレクタ５３は、格子状に形成されており、ｚ方向を略厚さ方向とし、ｃｈ方向を長手方向とするｃｈ方向リフレクタ５３１と、ｃｈ方向を略厚さ方向とし、ｚ方向を長手方向とするｚ方向リフレクタ５３２とを、それぞれ所定の間隔を置いて組み合わされた構造を有している。リフレクタ５３は、光反射性を有するとともにＸ線透過性を有している。Ｘ線検出器５は、このような構造により、ｃｈ方向およびｚ方向に展開するマトリクス空間の検出素子毎に、入射してきたＸ線をシンチレータ５２１で受けて光に変換し、その光を直接またはリフレクタ５３を介してフォトダイオード５１１で受光して電気信号に変換する。

リフレクタ５３の構造について詳しく説明する。

第一実施形態では、ｃｈ方向に配列されたシンチレータ５２１を分離する各ｚ方向リフレクタ５３２は、その少なくとも一部がＸ線透過方向ＸＤに対して傾きを持つように配置されている。

図５は、第一実施形態によるＸ線検出器の一部拡大断面図であり、ｘｙ平面による断面図を表している。例えば、図５に示すように、各ｚ方向リフレクタ５３２は、平板状であり、Ｘ線透過方向ＸＤに対して、所定の傾斜角度θで傾いている。ここでは、傾斜角度θは、ｚ方向リフレクタ５３２のｃｈ方向の幅（近似的には厚さ）をａとし、ｙ方向の高さをｈとしたときに、下式で与えられる角度θ0とする。

つまり、ｚ方向リフレクタ５３２は、このリフレクタをｃｈ方向に挟むシンチレータ５２１のＸ線透過方向ＸＤの投影像同士が接するように傾けられている。別の言い方をすれば、ｚ方向リフレクタ５３２のｃｈ方向の両側面におけるｃｈ方向に互いに最も近接する点、すなわちｚ方向リフレクタ５３２の一方の側面の上端部と反対側の側面の下端部とがＸ線透過方向ＸＤに一直線上に並ぶように傾けられている。

このような構成であれば、Ｘ線透過方向ＸＤ上のｚ方向リフレクタ５３２の前方または後方（図５の上方または下方）において、シンチレータ５２１を配置でき、Ｘ線７のいずれの経路であってもシンチレータ５２１を通ることとなり、Ｘ線７が光７Ｌに変換され検出される。例えば、図５を用いて説明すると、ｚ方向リフレクタ５３２のｃｈ方向における中心から右側部分を通るＸ線７の経路においては、深度の深い部分、すなわちフォトダイオード５１１に近い部分で、そのｚ方向リフレクタ５３２の右側に位置するシンチレータ５２１を通る。同様に、ｚ方向リフレクタ５３２のｃｈ方向における中心から左側部分を通るＸ線７の経路においては、深度の浅い部分、すなわちフォトダイオード５１１から遠い部分で、そのｚ方向リフレクタ５３２の左側に位置するシンチレータ５２１を通る。つまり、ｚ方向リフレクタ５３２の一部とシンチレータ５２１とが重なる領域は、幾何学的Ｘ線利用効率に貢献することができ、ｃｈ方向における幾何学的Ｘ線利用効率ηは理論上１００％になる。

また、ｚ方向リフレクタ５３２若しくはリフレクタ５３全体は、光反射性が高く、Ｘ線吸収係数の小さい部材で構成されることが好ましい。このような部材であれば、ｚ方向リフレクタ５３２による光反射時の光の減弱を抑えることができ、また、前方にｚ方向リフレクタ５３２の一部があり、後方にシンチレータ５２１の一部がある領域でも、ｚ方向リフレクタ５３２よるＸ線７の減弱を抑えることができ、Ｘ線７の検出効率を上げることができるからである。このような部材としては、例えば白色のプラスチックや樹脂などを考えることができる。そして、ｚ方向リフレクタ５３２のＸ線吸収係数をさらに小さくするために、ｚ方向リフレクタ５３２を構成する部材を、図６に示すように、多孔質とすることも考えられる。多孔質の孔５３３の内部は部材がなく、空気やガスなどの気体で満たされたり真空になったりするので、その孔の部分でのＸ線吸収量が減少し、Ｘ線吸収係数がその分小さくなる。

ｚ方向リフレクタ５３２若しくはリフレクタユニット５３の製法について説明する。例えば、酸化チタン等の白色の物質を粉状にして粘性の低い接着剤などと混合し、シンチレータ５２１のチャネル間に入れて固める。このとき、粘性の低い接着剤に細かい気泡を入れる。あるいは、Ｘ線吸収係数の小さい発泡スチロールのような発泡できるプラスチックをシンチレータのチャネル間に入れて固めてもよい。

なお、上記の傾斜角度θは、数式２で与えられる角度θ0に限定されるわけではない。

例えば、図７に示すように、ｚ方向リフレクタを、傾斜角度θが角度θ0より大きい角度θ1であるｚ方向リフレクタ５３２ａとしてもよい。この場合も、傾斜角度θが角度θ0である場合と同様に、ｚ方向リフレクタ５３２ａを通るＸ線７の経路においては、いずれの経路であってもシンチレータ５２１を通ることとなり、幾何学的Ｘ線利用効率ηはｃｈ方向において１００％になる。ただし、この場合には、隣接するチャネル間でいわゆるクロストーク（crosstalk）ができるだけ発生しないようにする必要がある。例えば、図７を用いて説明すると、ｚ方向リフレクタ５３２ａのｃｈ方向における中心付近を通るＸ線７の経路において、深度の浅い部分では同ｚ方向リフレクタ５３２ａの左側に位置するシンチレータ５２１を通り、深度の深い部分では同ｚ方向リフレクタ５３２ａの右側に位置するシンチレータ５２１を通ることになる。そのため、同じ経路のＸ線７であっても、ｚ方向リフレクタ５３２ａを挟んで隣接する２つのシンチレータ５２１のいずれにおいても光に変換される可能性があり、クロストークが発生する。しかし、傾斜角度θを角度θ0とした場合より、ｚ方向リフレクタ５３２ａのｃｈ方向における中心を通るＸ線７の経路において、シンチレータ５２１を確実に通るので、幾何学的Ｘ線利用効率ηの１００％確保を重視する場合には有効である。

また例えば、図８に示すように、ｚ方向リフレクタを、傾斜角度θが角度θ0より小さい角度θ2であるｚ方向リフレクタ５３２ｂとしてもよい。この場合、例えば図８を用いて説明すると、ｚ方向リフレクタ５３２ｂのｃｈ方向における両端側を通るＸ線７の経路であれば、シンチレータ５２１を通るが、中心部分５３２Ｒを通るＸ線７の経路においては、シンチレータ５２１を全く通らない。そのため、幾何学的Ｘ線利用効率ηはｃｈ方向において１００％にはならない。しかし、傾斜角度θを角度θ0より大きい角度θ1とする場合とは逆に、クロストークが全く発生しないので、クロストークの抑制を重視する場合には有効である。

以上、このような第一実施形態によれば、ｚ方向リフレクタをｃｈ方向に所定の傾斜角度θで傾けるので、ｚ方向リフレクタを通り、かつシンチレータ５２１を通らないＸ線７の経路の幅、すなわち幾何学的Ｘ線利用効率に貢献しない領域を狭めるまたは無くすことができ、シンチレータ５２１の幅やｚ方向リフレクタ５３２の厚さに依らず、ｃｈ方向における幾何学的Ｘ線利用効率ηを上げることができる。これにより、検出素子の大きさを小さくしても、幾何学的Ｘ線利用効率を高く維持できる。

また、第一実施形態では、ｚ方向リフレクタの傾斜角度θを上記の角度θ0としている。すなわち、ｚ方向リフレクタ５３２をｃｈ方向に挟むシンチレータ５２１のＸ線透過方向ＸＤの投影像同士が接するように傾けている。別の言い方をすれば、ｚ方向リフレクタのｃｈ方向の両側面におけるｃｈ方向に互いに最も近接する点が、Ｘ線透過方向ＸＤに一直線上に並ぶように配置されている。この場合には、ｃｈ方向における幾何学的Ｘ線利用効率ηを１００％としつつ、クロストークのないＸ線検出器を実現できる。

（第二実施形態）
第二実施形態では、ｃｈ方向に配列されたシンチレータ５２１を分離する各ｚ方向リフレクタは、そのｚ方向リフレクタの少なくとも一部がＸ線透過方向ＸＤに対して傾きを持つように形成されている。つまり、ｚ方向リフレクタを傾けるのではなく、ｃｈ方向とＸ線透過方向ＸＤとを含む面によるｚ方向リフレクタの断面が曲線を描くように形成されている。

図９は、第二実施形態の第一例によるＸ線検出器の一部拡大断面図である。この第一例のｚ方向リフレクタ５３２ｃは、その断面がＸ線透過方向ＸＤに対して円弧を描くように形成されている。

図１０は、第二実施形態の第二例によるＸ線検出器の一部拡大断面図である。この第二例のｚ方向リフレクタ５３２ｄは、その断面がＸ線透過方向ＸＤに対してくの字状となるように形成されている。

図１１は、第二実施形態の第三例によるＸ線検出器の一部拡大断面図である。この第三例のｚ方向リフレクタ５３２ｅは、その断面がＸ線透過方向ＸＤに対して波（Ｓ字）状となるように形成されている。

図１２は、第二実施形態の第四例によるＸ線検出器の一部拡大断面図である。この第四例のｚ方向リフレクタ５３２ｆは、その断面がＸ線透過方向ＸＤに対して三角波状となるように形成されている。

以上、このような第二実施形態によれば、ｚ方向リフレクタを、Ｘ線透過方向ＸＤに対して曲線を描くように変形させた形状とするので、第一実施形態と同様に、ｚ方向リフレクタを通り、かつシンチレータ５２１を通らないＸ線７の経路の幅、すなわち幾何学的Ｘ線利用効率に貢献しない領域を狭めるまたは無くすことができ、シンチレータ５２１の幅やｚ方向リフレクタ５３２の厚さに依らず、ｃｈ方向における幾何学的Ｘ線利用効率ηを上げることができる。これにより、検出素子の大きさを小さくしても、幾何学的Ｘ線利用効率を高く維持できる。

また、第二実施形態において、ｚ方向リフレクタは、このリフレクタをｃｈ方向に挟むシンチレータ５２１のＸ線透過方向ＸＤの投影像同士が接するように形成されている。別の言い方をすれば、ｚ方向リフレクタのｃｈ方向の両側面におけるｃｈ方向に互いに最も近接する点が、Ｘ線透過方向ＸＤに一直線上に並ぶように形成されている。この場合には、ｃｈ方向における幾何学的Ｘ線利用効率ηを１００％としつつ、クロストークのないＸ線検出器を実現できる。

なお、上記の各実施形態では、説明を簡単にするため、ｚ方向リフレクタの向きや形状のみを変えて、ｃｈ方向における幾何学的Ｘ線利用効率ηを上げる例を説明している。しかしながら、もちろん同様の手法により、ｃｈ方向リフレクタの向きや形状を変えて、ｚ方向における幾何学的Ｘ線利用効率ηを上げることもできるし、両方向のリフレクタの向きや形状を変えて、全体での総合的な幾何学的Ｘ線利用効率ηを上げることもできる。

また、上記の各実施形態では、Ｘ線検出器５は、フォトダイオード５１１およびシンチレータ５２１がｃｈ方向およびｚ方向に２次元に配列された構成であるが、フォトダイオード５１１およびシンチレータ５２１がｃｈ方向にのみ配列された構成であってもよい。

また、上記の各実施形態では、Ｘ線ＣＴ装置を例に説明しているが、Ｘ線ＣＴ装置以外の放射線診断装置、例えば、胸部撮影用のＸ線撮影装置、ＰＥＴ−ＣＴ装置、ＳＰＥＣＴ−ＣＴ装置などの例も実施形態に含まれる。また、γ線検出器やこれを用いた撮影装置も実施形態に含まれる。

なお、別の手段になるが、図１３に示すように、フォトダイオードアレイ５１の受光面に、Ｘ線透過方向に平行なリフレクタ５３２ｓを含むシンチレータアレイ５２を積層してなるＸ線検出器を、Ｘ線透過方向に二層に重ね合せ、各層のＸ線検出器におけるリフレクタ５３２ｓの位置がｃｈ方向やｚ方向において互いに重ならないようにずらして配置するようにしてもよい。この際、一層目のＸ線検出器におけるフォトダイオードアレイ５１と二層目のＸ線検出器におけるシンチレータアレイ５２とが当接するように重ねてもよいし、一層目のＸ線検出器におけるシンチレータアレイ５２と二層目のＸ線検出器におけるシンチレータアレイ５２とが当接するように重ねてもよい。このようにすれば、一層目のＸ線検出器においてリフレクタ５３２ｓによりＸ線を検出できないＸ線の経路を、二層目のＸ線検出器にてカバー（cover）することができ、幾何学的Ｘ線利用効率を実質的に略１００％とすることができる。

１Ｘ線ＣＴ装置
２走査ガントリ
３撮影テーブル
４操作コンソール
５Ｘ線検出器
５１フォトダイオードアレイ
５１１フォトダイオード
５２シンチレータアレイ
５２１シンチレータ
５３リフレクタ
５３１ｃｈ方向リフレクタ
５３２，５３２ａ〜５３２ｆｚ方向リフレクタ
５３３孔
６Ｘ線管
６ｆ焦点

Claims

フォトダイオードアレイの受光面側に、シンチレータアレイが積層されており、該シンチレータアレイを構成するシンチレータの間に、光を反射し放射線を透過するリフレクタが設けられている放射線検出器であって、
前記リフレクタは、該リフレクタを挟むシンチレータと近接または当接する面の少なくとも一部が放射線透過方向に対して傾きを持つように配置または形成されている放射線検出器。
前記リフレクタは、該リフレクタを挟むシンチレータの前記放射線透過方向の投影像同士が接するように、配置または形成されている請求項１に記載の放射線検出器。
前記リフレクタは、平板状であり、前記放射線透過方向に対して傾いている請求項１または請求項２に記載の放射線検出器。
前記リフレクタは、前記シンチレータの配列方向と前記放射線透過方向とを含む面による断面が、円弧状、波状、くの字状、または三角波状となるように形成されている請求項１または請求項２に記載の放射線検出器。
前記シンチレータは、互いに異なる二方向に配列されており、
前記配列方向は、該二方向の少なくとも一方である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の放射線検出器。
前記リフレクタは、プラスチック、樹脂、または発砲スチロールで構成されている請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の放射線検出器。
前記リフレクタは、多孔質である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の放射線検出器。
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の放射線検出器を備えている放射線撮影装置。