JP2013170922A - 放射線検出装置および放射線撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線検出器を低コストで正確に温度制御することを可能にする。
【解決手段】複数の検出器モジュール２４ｍにより構成される放射線検出器であって、それぞれの検出器モジュールが、複数の放射線検出素子２４２と、複数の放射線検出素子２４２からの検出信号を処理する信号処理回路２４３と、信号処理回路２４３に所定の出力電圧で電力を供給する電源２４４と、温度センサ２４５とを有する放射線検出器２４と、温度センサ２４５で検知された温度に基づいて、電源２４４の入力電圧を制御することにより電源２４４の発熱を制御して、放射線検出素子２４２の温度を制御する制御手段２５２，２５３と、を備える構成とする。電源２４４は、例えばリニア電源である。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射線検出器の温度制御が行われる放射線検出装置および放射線撮影装置に関する。

Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置や一般撮影装置等に代表される放射線撮影装置は、撮影対象を透過した放射線を検出するための放射線検出器を備えている。そして、この放射線検出器は、その特性が温度に敏感であることから、安定した特性を得るために、温度を一定に保つよう温度制御が行われることが多い。一般的には、放射線検出器やその近傍にヒータ（heater）や冷却ファン（fan）を設置し、これらを駆動することで放射線検出器全体の温度を制御する（例えば、特許文献１の要約参照）。

特開２００４−５７８３４号公報

しかし、このようにヒータ等で放射線検出器全体の温度制御を行う方法では、放射線検出器を構成する放射線検出素子とヒータ等との距離が場所によって大きく違うこともあり、制御のきめ細やかさや正確性に自ずと限界が生じる。理想的には、放射線検出素子や区分けしたグループ（group）ごとに個別に温度制御することが望ましいが、この場合、ヒータや制御回路等も個別に設置する必要があり、コスト（cost）が増大する。

このような事情により、放射線検出器を低コストで正確に温度制御することが可能な技術が望まれている。

第１の観点の発明は、
複数の検出器モジュール（module）により構成される放射線検出器であって、それぞれの検出器モジュールが、複数の放射線検出素子と、前記複数の放射線検出素子からの検出信号を処理する信号処理回路と、前記信号処理回路に所定の出力電圧で電力を供給する電源と、温度センサ（sensor）とを有する放射線検出器と、
前記温度センサで検知された温度に基づいて、前記電源の入力電圧を制御することにより前記電源の発熱を制御して、前記放射線検出素子の温度を制御する制御手段と、を備えた放射線検出装置を提供する。

第２の観点の発明は、前記電源が、リニア（linear）電源である上記第１の観点の放射線検出装置を提供する。

第３の観点の発明は、
前記制御手段が、前記放射線検出素子の温度を前記検出器モジュールごとに独立して制御する上記第１の観点または第２の観点の放射線検出装置を提供する。

第４の観点の発明は、
前記検出器モジュールが、基板を有しており、前記基板の一方の面に前記複数の放射線検出素子が配列されており、前記基板の他方の面に前記電源、前記信号処理回路および前記温度センサが配置されている上記第１の観点から第３の観点のいずれか一つの観点の放射線検出装置を提供する。

第５の観点の発明は、
前記複数の放射線検出素子が、放射線を受けて蛍光を発する発光素子アレイ（array）と、前記蛍光を電気信号に変換する受光素子アレイとが、前記基板の一方の面に積層されて成る上記第４の観点の放射線検出装置を提供する。

第６の観点の発明は、
前記電源の熱源部が、前記基板の一方の面の一部に固着されている上記第４の観点または第５の観点の放射線検出装置を提供する。

第７の観点の発明は、
前記基板の一方の面の一部が、前記信号処理回路のグラウンド（ground）に接続されたパターンである上記第６の観点の放射線検出装置を提供する。

第８の観点の発明は、
前記信号処理回路が、前記放射線検出素子からの検出信号であるアナログ（analog）信号をデジタル（digital）信号に変換する回路を含む上記第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装置を提供する。

第９の観点の発明は、
前記制御手段が、プログラマブル（programmable）集積回路により構成されている上記第１の観点から第８の観点のいずれか一つの観点の放射線検出装置を提供する。

第１０の観点の発明は、
上記第１の観点から第９の観点のいずれか一つの観点の放射線検出装置を備えた放射線撮影装置を提供する。

第１１の観点の発明は、
対象の断層撮影を行う上記第１０の観点の放射線撮影装置を提供する。

上記観点の発明によれば、放射線検出器を構成するそれぞれの検出器モジュールについて、温度センサで検知された温度を基に電源の入力電圧を変化させることにより、電源の消費電力を変化させて、電源の発熱量を制御することができる。すなわち、信号処理回路の電源として設けられた電源自身を発熱量可変の熱源として利用し、その発熱量を検知された温度に応じて制御することができる。これにより、検出器モジュールにおける放射線検出素子の温度を制御することができ、放射線検出器を低コストで正確に温度制御することが可能となる。

本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を概略的に示す図である。 検出器モジュールおよび検出器コントローラの構成を概略的に示す図である。

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

図１は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を概略的に示す図である。

Ｘ線ＣＴ装置１００は、操作コンソール（console）１と、撮影テーブル（table）１０と、走査ガントリ（gantry）２０とを具備している。

操作コンソール１は、操作者からの入力を受け付ける入力装置２と、被検体の撮影を行うための各部の制御や画像を生成するためのデータ処理などを行う中央処理装置３と、走査ガントリ２０で取得したデータを収集するデータ収集バッファ（buffer）５と、画像を表示するモニタ（monitor）６と、プログラム（program）やデータなどを記憶する記憶装置７とを具備している。

撮影テーブル１０は、被検体４０を載せて走査ガントリ２０の空洞部Ｂに搬送するクレードル（cradle）１２を具備している。クレードル１２は、撮影テーブル１０に内蔵するモータ（motor）で昇降および水平直線移動される。なお、ここでは、被検体４０の体軸方向すなわちクレードル１２の水平直線移動方向をｚ方向、鉛直方向をｙ方向、ｚ方向およびｙ方向に垂直な水平方向をｘ方向とする。

走査ガントリ２０は、回転部１５と、回転部１５を回転可能に支持する本体部２０ａとを有する。回転部１５には、Ｘ線管２１と、Ｘ線管２１を制御するＸ線コントローラ（controller）２２と、Ｘ線管２１から発生したＸ線８１をファンビーム（fan
beam）或いはコーンビーム（cone beam）に整形するアパーチャ（aperture）２３と、被検体４０を透過したＸ線８１を検出するＸ線検出装置２８と、Ｘ線コントローラ２２，アパーチャ２３の制御を行う回転部コントローラ２６とが搭載されている。本体部２０ａは、制御信号などを操作コンソール１や撮影テーブル１０と通信する制御コントローラ２９を具備する。回転部１５と本体部２０ａとは、スリップリング（slip ring）３０を介して電気的に接続されている。

Ｘ線管２１およびＸ線検出装置２８は、被検体４０が載置される撮影空間、すなわち走査ガントリ２０の空洞部Ｂを挟んで互いに対向して配置されている。回転部１５が回転すると、Ｘ線管２１およびＸ線検出装置２８は、その位置関係を維持したまま、被検体４０の周りを回転する。Ｘ線管２１から放射されアパーチャ２３で整形されたファンビーム或いはコーンビームのＸ線８１は、被検体４０を透過し、Ｘ線検出装置２８の検出面に照射される。

なおここでは、このファンビーム或いはコーンビームのＸ線８１のｘｙ平面における広がり方向をチャネル（channel）方向ＣＨ、ｚ方向における広がり方向もしくはｚ方向そのものをスライス（slice）方向ＳＬ、ｘｙ平面において回転部１５の回転中心に向かう方向をアイソセンタ（iso-center）方向Ｉで表すことにする。

Ｘ線検出装置２８は、Ｘ線検出器２４と、検出器コントローラ２５とから構成されている。Ｘ線検出器２４は、被検体４０の透過Ｘ線を検出してＸ線投影データを生成し、検出器コントローラ２５を介してデータ収集バッファ５に出力する。

Ｘ線検出器２４は、チャネル方向に配設された複数の検出器モジュール２４ｍにより構成されている。なお、実際のＸ線ＣＴ装置用のＸ線検出器は、例えば５０〜６０個程度の検出器モジュールにより構成されるが、図１では、便宜上、検出器モジュールの数を実際より少なくして描いてある。

図２に、検出器モジュールおよび検出器コントローラの構成を概略的に示す。図２（ａ），（ｂ）は、それぞれ、検出器モジュール２４ｍをＸ線入射側から見たときの図（正面図）と、チャネル方向に見たときの図（側面図）である。また、図２（ｃ）は、検出器モジュール２４ｍをＸ線出射側から見たときの図（背面図）および検出器コントローラ２５の機能ブロック（block）図である。

図２に示すように、検出器モジュール２４ｍは、基板２４１と、Ｘ線検出素子アレイ２４２と、信号処理回路２４３と、リニア電源２４４と、温度センサ２４５とを有している。また、検出器コントローラ２５は、データ転送回路２５１と、可変電圧電源２５２と、温度コントローラ２５３とを有している。なお、可変電圧電源２５２および温度コントローラ２５３は、検出モジュール２４ｍごとに１組ずつ用意されている。

基板２４１は、例えば、矩形状に形成されたセラミック基板である。

Ｘ線検出素子アレイ２４２は、基板２４１のＸ線入射面側に配置されている。Ｘ線検出素子アレイ２４２は、シンチレータ（scintillator）素子アレイ２４２ｃとフォトダイオード（photodiode）素子アレイ２４２ｐとが積層されて形成されている。

シンチレータ素子アレイ２４２ｃは、シンチレータ素子がマトリクス（matrix）状に配列されて形成されている。それぞれのシンチレータ素子は、被検体４０の透過Ｘ線を受けて蛍光を発する。

フォトダイオード素子アレイ２４２ｐは、フォトダイオード素子がマトリクス状に配列されて形成されている。それぞれのフォトダイオード素子は、位置的に対応するシンチレータ素子からの蛍光を受光して電気信号に変換する。

信号処理回路２４３、リニア電源２４４、および温度センサ２４５は、基板２４１のＸ線出斜面側に配置されている。

信号処理回路２４３は、アナログフロントエンド（analog front end）ＩＣおよびＡＤコンバータ（analog-digital convertor）ＩＣを含んでおり、フォトダイオード素子アレイ２４２ｐで出力されるアナログの検出信号をデジタル信号に変換して、データ転送回路２５１に出力する。信号処理回路２４３は、例えばＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などで構成されている。

リニア電源２４４は、この信号処理回路２４３に電力を供給する電源であり、出力電圧は、所定の電圧、例えば２．５Ｖで一定である。リニア電源２４４は、例えばリニア電源ＩＣ（集積回路）で構成されている。

一般的に、この信号処理回路２４３のように小さいレベル（level）のアナログ信号を扱う回路は、電圧ノイズ（noise）や輻射ノイズなどの電気ノイズに敏感であり、電気ノイズは誤動作や精度劣化の要因となる。そこで、このような信号処理回路２４３の近傍に配置する電源には、電気ノイズの多いスイッチング（switching）電源ではなく、電気ノイズの少ないリニア電源を使用する。

なお、リニア電源２４４は、後述するように、Ｘ線検出素子アレイ２４２へ熱を伝達するための熱源として用いる。そのため、ここでは、リニア電源２４４の熱源部、例えばモールド（mold）底面や放熱フィン（fin）等は、その熱が基板２４１を介してＸ線検出素子アレイ２４２に伝達されるよう、基板２４１の表面に密着して固定される。また、この熱を広範囲かつ均一に分散させるため、リニア電源２８の熱源部は、基板２４１上のパターン（pattern）のうち面積が最も広いものに接続するのがよい。一般的には、基板上のグラウンドのパターンは、電気ノイズ対策等のために最も面積が大きく広範囲にわたることが多い。そのため、リニア電源２８の熱源部を、例えば、信号処理回路２４３のグラウンドのパターンに接続するようにしてもよい。

温度センサ２４５は、検出器モジュール２４ｍにおけるＸ線検出素子アレイ２４２の温度を検知するためのものであり、例えばサーミスタ（thermistor）や温度検出用ＩＣ等で構成されている。

なお、リニア電源２４４および温度センサ２４５は、検出器モジュール２４ｍ全体におけるＸ線検出素子の平均的な温度を測定し、また熱伝達のむらを抑えるため、できるだけ基板２４１の板面中央寄りに配置されることが望ましい。

データ転送回路２５１は、受け取ったデータをデータ収集バッファ５に送る。

可変電圧電源２５２は、出力電圧可変の電源であり、リニア電源２４４に電力を供給する。可変電圧電源２５２の出力電圧は、温度コントローラ２５３によって制御され、例えば３Ｖ〜５Ｖの間で変化する。可変電圧電源２５２は、例えばスイッチング電源ＩＣにより構成されている。

温度コントローラ２５３は、温度センサ２４５の出力、すなわち検知された温度に基づいて、その温度が所定の設定温度、例えば４２℃〜４５℃程度の温度で維持されるよう、可変電圧電源２５２の出力電圧すなわちリニア電源２４４の入力電圧を制御する。

リニア電源２４４の消費電力は、リニア電源２４４の入力−出力電圧差と出力電流との積で決まる。リニア電源２４４の出力電圧は一定であるが、入力電圧を変化させることで、リニア電源２４４の消費電力を変化させることができる。この消費電力はほぼ熱に変換され、その熱は基板２４１を介してＸ線検出素子アレイ２４２に伝達される。温度センサ２４５とＸ線検出素子アレイ２４２とは、基板２４１を介して近距離で配置されるので、温度センサ２４５で検知される温度は、Ｘ線検出素子アレイ２４２の温度と極めて近くなる。ここで、温度コントローラ２５３は、具体的には、温度センサ２４５で検知された温度が設定温度より高い場合には、可変電圧電源２５２の出力電圧を下げる制御を行い、逆に検知された温度が設定温度より低い場合には、可変電圧電源２５２の出力電圧を上げる制御を行う。このような構成および制御により、リニア電源２４４を熱源として、Ｘ線検出素子アレイ２４２の温度を所定の温度で一定に保つことができる。ただし、リニア電源２４４から基板２４１、Ｘ線検出素子アレイ２４２への熱伝達のレスポンス（response）は速くないので、温度センサ２４５の出力の一定時間平均を用いて温度を求めるなど、当該制御は緩やかに行われるようにするのが良い。

なお、データ転送回路２５１、可変電圧電源２５２、および温度コントローラ２５３は、それぞれ別個のＩＣで構成してもよいが、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのプログラマブルＩＣによって一体的に構成することもできる。この場合、設計や実装が容易になり、省スペース化も可能になる。

このように、本実施形態によれば、Ｘ線検出器２４を構成するそれぞれの検出器モジュール２４ｍについて、温度センサ２４５で検知された温度を基にリニア電源２４４の入力電圧を変化させることにより、リニア電源２４４の消費電力を変化させて、リニア電源２４４の発熱量を制御することができる。すなわち、信号処理回路２４３の電源として設けられたリニア電源２４４自身を発熱量可変の熱源として利用し、その発熱量を検知された温度に応じて制御することができる。これにより、検出器モジュール２４ｍにおけるＸ線検出素子アレイ２４２の温度を制御することができ、Ｘ線検出器２４を低コストで正確に温度制御することが可能となる。

また、本実施形態では、ヒータを用いる必要がないので、ヒータから発せられる電気ノイズを心配する必要もない。

さらに、本実施形態では、特殊な部品を別途必要としないので、省スペース（space）化が可能であり、Ｘ線検出装置の小型化が実現できる。

なお、本実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更・追加等が可能である。

例えば、温度制御は、検出器モジュール２４ｍごとに独立して行うことを想定しているが、複数の検出器モジュールごと、あるいは全ての検出器モジュール２４ｍについて、一括して行うようにしてもよい。

また例えば、温度センサ２４５およびリニア電源２４４は、検出器モジュール２４ｍごとに、いずれか一方または両方を複数設けるようにしてもよい。温度センサ２４５が複数あり、リニア電源２４４が１つの場合には、例えば、複数の温度センサ２４５の出力から平均的な温度を求め、この温度に基づいてリニア電源２４４の入力電圧を制御することができる。温度センサ２４５が１つで、リニア電源２４４が複数の場合には、例えば、温度センサ２４５の出力から求めた温度に基づいて、その温度センサ２４５の位置と、複数のリニア電源２４４のそれぞれの位置とを考慮して、それぞれのリニア電源２４４の入力電圧を一括してまたは個別に制御することができる。温度センサ２４５およびリニア電源２４４が共に複数ある場合には、例えば、それぞれの温度センサ２４５の出力に基づいて、それぞれの温度センサ２４５の位置と、それぞれのリニア電源２４４の位置とを考慮して、それぞれのリニア電源２４４の入力電圧を一括してまたは個別に制御することができる。

また例えば、信号処理回路２４３に電力を供給する電源としては、リニア電源２４４は一例であり、入出力電圧差によって発熱量が変化するタイプの電源であれば、いかなるものであってもよく、発生する電気ノイズが少なければ、なおよい。

また例えば、本実施形態は、Ｘ線ＣＴ装置であるが、発明は、Ｘ線ＣＴ装置とＰＥＴまたはＳＰＥＣＴとを組み合わせたＰＥＴ−ＣＴ装置やＳＰＥＣＴ−ＣＴ装置、一般撮影装置などにも適用可能である。

１ 操作コンソール
２ 入力装置
３ 中央処理装置
５ データ収集バッファ
６ モニタ
７ 記憶装置
１０ 撮影テーブル
１２ クレードル
１５ 回転部
２０ 走査ガントリ
２１ Ｘ線管
２２ Ｘ線コントローラ
２３ アパーチャ
２４ Ｘ線検出器
２４ｍ 検出器モジュール
２５ 検出器コントローラ
２５１ データ転送回路
２５２ 可変電圧電源
２５３ 温度コントローラ
２６ 回転部コントローラ
２８ Ｘ線検出装置
２４１ 基板
２４２ Ｘ線検出素子アレイ
２４２ｃ シンチレータ素子アレイ
２４２ｐ フォトダイオード素子アレイ
２４３ 信号処理回路
２４４ リニア電源
２４５ 温度センサ
２９ 制御コントローラ
３０ スリップリング
４０ 被検体
８１ Ｘ線
１００ Ｘ線ＣＴ装置

Claims (11)

1. 複数の検出器モジュールにより構成される放射線検出器であって、それぞれの検出器モジュールが、複数の放射線検出素子と、前記複数の放射線検出素子からの検出信号を処理する信号処理回路と、前記信号処理回路に所定の出力電圧で電力を供給する電源と、温度センサとを有する放射線検出器と、
   前記温度センサで検知された温度に基づいて、前記電源の入力電圧を制御することにより前記電源の発熱を制御して、前記放射線検出素子の温度を制御する制御手段と、を備えた放射線検出装置。
2. 前記電源は、リニア電源である請求項１に記載の放射線検出装置。
3. 前記制御手段は、前記放射線検出素子の温度を前記検出器モジュールごとに独立して制御する請求項１または請求項２に記載の放射線検出装置。
4. 前記検出器モジュールは、基板を有しており、前記基板の一方の面に前記複数の放射線検出素子が配列されており、前記基板の他方の面に前記電源、前記信号処理回路および前記温度センサが配置されている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
5. 前記複数の放射線検出素子は、放射線を受けて蛍光を発する発光素子アレイと、前記蛍光を電気信号に変換する受光素子アレイとが、前記基板の一方の面に積層されて成る請求項４に記載の放射線検出装置。
6. 前記電源の熱源部は、前記基板の一方の面の一部に固着されている請求項４または請求項５に記載の放射線検出装置。
7. 前記基板の一方の面の一部は、前記信号処理回路のグラウンドに接続されたパターンである請求項６に記載の放射線検出装置。
8. 前記信号処理回路は、前記放射線検出素子からの検出信号であるアナログ信号をデジタル信号に変換する回路を含む請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
9. 前記制御手段は、プログラマブル集積回路により構成されている請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の放射線検出装置。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の放射線検出装置を備えた放射線撮影装置。
11. 対象の断層撮影を行う請求項１０に記載の放射線撮影装置。

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