JP2015000290A - 放射線検出モジュール及び放射線検出ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】放熱性能を向上できる放射線検出モジュール及び放射線検出ユニットを提供する。
【解決手段】放射線を検出するＣＴ装置用の放射線検出モジュール２は、放射線を検出する検出部５と、検出部５からの信号を処理する処理部７と、処理部７と熱的に結合され、処理部７からの熱を放散する放熱部材８と、を備える。放熱部材８は、複数のフィン８１を有している。複数のフィン８１は、ＣＴ装置のスライス方向Ｓに沿う第１方向Ｄ１において、互いに離間している。複数のフィン８１のそれぞれは、第１方向Ｄ１と交差するように拡がる板状を呈している。
【選択図】図３

Description

本発明は、放射線検出モジュール及び放射線検出ユニットに関する。

従来、Ｘ線等の放射線を検出する放射線検出モジュール、及び、放射線検出モジュールを複数備えた放射線検出ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、Ｘ線を検出する検知器モジュールが記載されている。この検知器モジュールは、複数の半導体検知器と、複数の半導体検知器が取り付けられた金属ブロックと、を備えている。各半導体検知器は、シンチレーション結晶と、フォトダイオードと、を有している。

また、特許文献１には、上記の検知器モジュールを複数備えた検知器アセンブリが記載されている。この検知器アセンブリは、上記の複数の検知器モジュールと、チャンネル方向に沿った円弧状の基準支持背骨と、を備えている。複数の検知器モジュールは、チャンネル方向に沿って基準支持背骨に取り付けられている。

特表平９−５０８３０５号公報

上記のような放射線検出モジュール及び放射線検出ユニットにおいては、使用中に、放射線を検出する検出部からの信号を処理する処理部等が発熱する。発熱により放射線検出モジュールの温度が変動すると、放射線の検出精度が低下するおそれがある。したがって、放射線検出モジュール及び放射線検出ユニットにおいては、放熱性能を向上することが望まれている。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、放熱性能を向上できる放射線検出モジュール及び放射線検出ユニットを提供することを目的とする。

本発明の一側面の放射線検出モジュールは、放射線を検出するＣＴ装置用の放射線検出モジュールであって、放射線を検出する検出部と、検出部からの信号を処理する処理部と、処理部と熱的に結合され、処理部からの熱を放散する放熱部材と、を備え、放熱部材は、複数のフィンを有しており、複数のフィンは、ＣＴ装置のスライス方向に沿う第１方向において、互いに離間しており、複数のフィンのそれぞれは、第１方向と交差するように拡がる板状を呈している。

この放射線検出モジュールでは、放熱部材に設けられた複数のフィンが、ＣＴ装置のスライス方向（すなわち、ＣＴ装置のガントリの回転方向と直交する方向）に沿う第１方向において互いに離間している。このため、ガントリを回転させた際に、隣接するフィン同士の間に空気の流路が発生するため、放熱性能を向上できる。また、複数のフィンのそれぞれが、スライス方向に沿う第１方向と交差するように拡がる板状（すなわち、ガントリの回転方向と直交しないように拡がる板状）を呈しているため、空気の流路が発生すると共に、例えば複数のフィンのそれぞれがガントリの回転方向と直交するように拡がる板状である場合に比して、ガントリを回転させた際の空気抵抗を低減できる。したがって、ガントリを回転させるために必要な動力を低減できる。

処理部と放熱部材との間には、処理部と放熱部材とを熱的に結合する高熱伝導性樹脂が配置されていてもよい。この場合、処理部で発生した熱は、高熱伝導性樹脂により好適に放熱部材に伝えられる。したがって、放熱性能をさらに向上できる。

放射線検出モジュールは、検出部及び処理部を支持する基板を更に備え、放熱部材は、高熱伝導性樹脂を介して処理部と熱的に結合された結合部と、基板に固定された固定部と、を有しており、固定部は、結合部に対して基板側に突出しており、固定部により形成された基板と結合部との間の隙間に、処理部と高熱伝導性樹脂とが配置されていてもよい。この場合、熱的な結合と、機械的な固定とを、簡易な構造により実現できる。

検出部は、入射した放射線に応じてシンチレーション光を発するシンチレータと、シンチレータからのシンチレーション光を検出する検出素子と、を有していてもよい。シンチレータの発光量は、シンチレータの温度に依存して変化してしまう。上記構成によれば、処理部で発生した熱がシンチレータに伝わることを抑制でき、シンチレータの温度変化を抑制できる。

本発明の一側面の放射線検出ユニットは、上記の放射線検出モジュールを複数備えたＣＴ装置用の放射線検出ユニットであって、第１方向に沿って延在し、複数の放熱部材が第１方向に沿って取り付けられたフレームを備え、放熱部材のそれぞれは、フレームと離間するように、棒状部材を介してフレームに取り付けられている。

この放射線検出ユニットでは、上記のように、放熱性能を向上できると共に、ガントリを回転させるために必要な動力を低減できる。また、この放射線検出ユニットでは、各放射線検出モジュールの放熱部材は、フレームと離間するように、支持部材を介してフレームに取り付けられている。このため、複数の放射線検出モジュールの間において、入射面の位置を揃えつつ、各要素の寸法誤差及び組立誤差を、放熱部材とフレームとの間の隙間で吸収することができる。したがって、複数の放射線検出モジュールの間において、入射面の位置を揃えることが可能となり、位置精度を向上できる。

本発明によれば、放熱性能を向上できる放射線検出モジュール及び放射線検出ユニットを提供することが可能となる。

実施形態に係る放射線検出ユニットを複数備えたＣＴ装置を示す概略図である。 図１中の放射線検出ユニットを示す斜視図である。 図２中の放射線検出モジュールを示す側面図である。 図３中のIV-IV矢視図である。 図４中のヒートシンクを示す斜視図である。

以下、実施形態に係る放射線検出モジュール及び放射線検出ユニットついて図面を参照しながら説明する。同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［ＣＴ装置］
図１は、実施形態に係る放射線検出ユニットを複数備えたＣＴ装置を示す概略図である。図１に示されるように、ＣＴ装置１は、被検体Ｈに対して、不図示の放射線源から放射線（例えば、Ｘ線、γ線等）を照射し、被検体Ｈを透過した放射線を複数の検出モジュール（放射線検出モジュール）２により検出する。複数の検出モジュール２は、不図示の回転機構（ガントリ）に固定されており、ガントリの回転方向（チャンネル方向）Ｃに沿って回転し、スライス方向（体軸方向）Ｓに沿って直線運動する。

検出モジュール２は、チャンネル方向Ｃ及びスライス方向Ｓのそれぞれに沿って複数配置されている。検出ユニット（放射線検出ユニット）３は、スライス方向Ｓに沿って配置された複数の検出モジュール２を備えている。

［放射線検出ユニット］
図２は、図１中の放射線検出ユニットを示す斜視図である。ここで、スライス方向Ｓに沿う方向は第１方向Ｄ１であり、チャンネル方向Ｃの接線に沿う方向（第１方向Ｄ１に直交する方向）は第２方向Ｄ２であり、検出モジュール２の入射面５１ａ（後述）の法線に沿う方向は第３方向Ｄ３である。

図２に示されるように、検出ユニット３は、上記の複数の検出モジュール２と、フレーム４と、を備えている。フレーム４は、第１方向Ｄ１に沿って延在している。具体的には、フレーム４は、第１方向Ｄ１に沿って延在した支持部４１と、第１方向Ｄ１における支持部４１の両端部にそれぞれ位置したフレーム側突当部４２，４２と、を有している。

支持部４１は、長板状を呈している。フレーム側突当部４２は、直方体状を呈しており、支持部４１の一方の面から突出している。フレーム側突当部４２には、貫通孔４３が設けられている。複数の検出モジュール２は、第１方向Ｄ１に沿って支持部４１に取り付けられている。検出モジュール２は、支持部４１の一方の面に対して、離間して取り付けられている（図３，４参照、詳しくは後述）。

［放射線検出モジュール］
図３は、図２中の放射線検出モジュールを示す側面図、図４は、図３中のIV-IV矢視図である。図３及び図４に示されるように、検出モジュール２は、検出部５、支持基板６、処理部７、及び、放熱部材８を有している。

検出部５は、シンチレータ５１及びフォトダイオードアレイ（検出素子）５２を含んでいる。シンチレータ５１は、矩形板状（詳しくは、長方形板状）を呈している（図２参照）。シンチレータ５１は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に沿って拡がっている。シンチレータ５１は、放射線を入射させる入射面５１ａと、入射面５１ａと反対側に位置し、入射した放射線に応じてシンチレーション光を出射させる出射面５１ｂと、を含んでいる。入射面５１ａ及び出射面５１ｂのそれぞれは、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に沿って拡がっている。シンチレータ５１は、例えば、ＴｌをドープしたＣｓＩ等である。ＣｓＩは、多数の針状結晶（柱状結晶）が林立した構造を有している。

フォトダイオードアレイ５２は、シンチレータ５１からのシンチレーション光を検出する。フォトダイオードアレイ５２は、複数のフォトダイオードと、複数のフォトダイオードを含む半導体基板５３と、を有している。半導体基板５３は、第３方向Ｄ３から見た場合にシンチレータ５１と実質的に同じ形又はシンチレータ５１よりも若干大きい形の矩形板状を呈している。半導体基板５３は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に沿って拡がっている。複数のフォトダイオードは、半導体基板５３おいて、２次元状に並んでいる。半導体基板５３は、シンチレータ５１からのシンチレーション光を入射させる第１の面５３ａと、第１の面５３ａと反対側に位置する第２の面５３ｂと、を含んでいる。第１の面５３ａ及び第２の面５３ｂのそれぞれは、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に沿って拡がっている。第１の面５３ａ上に、シンチレータ５１が位置している。

半導体基板５３は、例えばシリコン等により形成されている。フォトダイオードアレイ５２は、例えば、裏面入射型であり、その光感応領域が第２の面５３ｂ側に位置している。なお、フォトダイオードアレイ５２は、表面入射型であってもよく、その光感応領域が第１の面５３ａ側に位置していてもよい。フォトダイオードアレイ５２が表面入射型である場合、フォトダイオードアレイ５２と支持基板６のランド電極（後述）とは、半導体基板５３の内部に形成された貫通電極を介して接続されてもよく、ワイヤボンディングにより接続されてもよい。

フォトダイオードアレイ５２は、シンチレータ５１からのシンチレーション光に対して光学的に透明な光学カップリング剤を介して、シンチレータ５１の出射面５１ｂに結合されている。フォトダイオードアレイ５２は、例えば紫外域〜近赤外域に感度を有している。以上のような検出部５において、第３方向に直交する第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に露出した部分（第３方向Ｄ３に沿っている部分）は、側部５ａである。

支持基板６は、検出部５及び処理部７を支持している。支持基板６は、第３方向Ｄ３から見た場合に半導体基板５３と実質的に同じ形の矩形板状を呈している。支持基板６は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に沿って拡がっている。支持基板６は、検出部５を支持する第１の面６ａと、第１の面６ａと反対側に位置し、処理部７を支持する第２の面６ｂと、を有している。第１の面６ａ及び第２の面６ｂのそれぞれは、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に沿って拡がっている。支持基板６において、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に露出した部分（第３方向Ｄ３に沿っている部分）は、側部６ｃである。支持基板６と半導体基板５３とは、一体化されている。

支持基板６の第１の面６ａ及び第２の面６ｂのそれぞれには、ランド電極が形成されている。第１の面６ａのランド電極には、バンプ電極を介して、半導体基板５３のフォトダイオードが接続されている。第２の面６ｂのランド電極には、バンプ電極を介して、処理部７が接続されている。支持基板６の内部には、第１の面６ａ及び第２の面６ｂのランド電極を互いに接続する導体パターン６１が形成されている。

支持基板６は、例えば、セラミックを含むグリーンシートを複数枚積層し、この積層体を焼成することにより形成されている。なお、支持基板６は、有機材料（例えば、ガラスエポキシ等）により形成されていてもよい。

処理部７は、フォトダイオードアレイ５２からの信号を処理する。図４に示されるように、処理部７は、ここでは、複数設けられている。処理部７は、第３方向Ｄ３から見た場合に支持基板６よりも小さい矩形板状（詳しくは、長方形板状）を呈している。複数の処理部７，７は、第１方向Ｄ１において互いに離間している。処理部７は、例えばＡＳＩＣ（Application specific integrated circuit）等である。

放熱部材８は、処理部７，７と熱的に結合されており、処理部７，７で発生した熱を放散する。図５は、図４中の放熱部材を示す斜視図である。図４及び図５に示されるように、放熱部材８は、複数のフィン８１を含んでいる。具体的には、第１方向Ｄ１及び第３方向Ｄ３に沿った放熱部材８の断面は、略櫛状を呈している（図４参照）。複数の櫛歯を連結している部分は、基部８２であり、櫛歯の部分は、上記のフィン８１である。放熱部材８は、第３方向から見た場合に、支持基板６よりも小さく、略コの字状を呈している（図５参照）。放熱部材８を形成する材料としては、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、真鍮等を使用することができる。

基部８２は、略板状を呈している。基部８２は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２に沿って拡がっている。基部８２には、処理部７，７が熱的に結合されている。具体的には、基部８２において、第１方向Ｄ１における中央側の部分は、両端側の部分に対して処理部７側に突出しており、突出した部分が処理部７，７が結合される結合部８３となっている。図３に示されるように、結合部８３からは、一対の固定部８４，８４が支持基板６側に突出している。

固定部８４は、略直方体状を呈しており、第１方向Ｄ１に沿って延在している。一対の固定部８４，８４は、第２方向Ｄ２において互いに離間しており、第２方向Ｄ２において結合部８３の両端部に位置している。固定部８４の突起高さは、処理部７の厚みよりも大きい。固定部８４は、樹脂（第１の樹脂）Ｒ１により、支持基板６の第２の面６ｂに固定されている。樹脂Ｒ１としては、例えば、エポキシ樹脂系の接着剤等を用いることができる。固定部８４，８４により形成された支持基板６と結合部８３との間の隙間に、上記の処理部７，７が配置されている。

図４に示されるように、結合部８３には、処理部７の数に対応して、複数の貫通孔８５，８５が設けられている。貫通孔８５，８５は、第１方向Ｄ３において、互いに離間している。貫通孔８５は、第１方向Ｄ１において、対向する一対のフィン８１，８１の間に設けられている。貫通孔８５は、第３方向Ｄ３から見た場合に、処理部７と互いに重なっている。

処理部７と結合部８３との間には、樹脂（第２の樹脂）Ｒ２が挟まれている。樹脂Ｒ２としては、高熱伝導性樹脂（例えば、シリコーン樹脂等）を用いることができ、例えば、樹脂Ｒ１よりも高い熱伝導率を有する高熱伝導性樹脂を用いることができる。樹脂Ｒ２は、例えば、以下のようにして配置できる。まず、支持基板６と固定部８４とを、樹脂Ｒ１により接着する。続いて、上記の貫通孔８５，８５から、樹脂Ｒ２を処理部７と結合部８３との間に挿入する。

フィン８１は、基部８２から第３方向Ｄ３に沿って処理部７側と反対側に突出している。フィン８１は、第１方向Ｄ１と交差するように拡がる板状を呈している。より詳細には、フィン８１は、第１方向Ｄ１と実質的に直交するように拡がる板状を呈している。言い換えると、フィン８１は、第２方向Ｄ２及び第３方向Ｄ３に沿って拡がる板状を呈している。対向する一対のフィン８１，８１の間の隙間のうち、一部の隙間には、対向する一対のフィン８１，８１を連結する連結部８６が設けられている（図５参照）。

連結部８６は、第１方向Ｄ１に沿って複数（詳しくは、２個）設けられている。連結部８６は、第３方向Ｄ３から見た場合に、処理部７と重複する位置の隙間に設けられている。連結部８６，８６は、第１方向Ｄ１において、検出モジュール２の中心部に対して対称に配置されている。連結部８６，８６は、第１方向Ｄ１において、上記の樹脂Ｒ２の挿入用の貫通孔８５，８５よりも外側に設けられている。

連結部８６の先端部（図３，４において下端部）は、フィン８１の先端部よりも突出している。連結部８６の先端部は、検出モジュール２において入射面５１ａと反対側に位置しており、取付部８６ａとして機能する。

連結部８６には、第３方向Ｄ３に沿って貫通孔８７が設けられている。貫通孔８７において、基部８２側の部分は、取付部８６ａ側の部分よりも大径になっている。貫通孔８７において取付部８６ａ側の部分には、雌ねじが形成されている。検出モジュール２には、信号を外部に取り出すためのＦＦＣ（Flexible Flat Cable）が取り付けられている（不図示）。

以上のような検出モジュール２と、上記のフレーム４とは、棒状の支持ピン（棒状部材）ＦＰを介して取り付けられている。具体的には、フレーム４の支持部４１において、放熱部材８の貫通孔８７と対応する位置には、貫通孔４４が設けられている。支持ピンＦＰには、雄ネジが形成されている。支持ピンＦＰは、支持部４１の貫通孔４４を通され、放熱部材８の貫通孔８７に螺合されている。支持部４１と連結部８６との間には、隙間ｇが存在している。

検出モジュール２とフレーム４との固定には、接着剤が使用されている。接着剤としては、例えば、上記の樹脂Ｒ１を使用できる。具体的には、貫通孔８７には、樹脂Ｒ１が挿入されている。なお、樹脂Ｒ１と樹脂Ｒ２との間には、空隙が形成されていてもよい。連結部８６の先端部と支持部４１との間には、支持ピンＦＰを覆うように、樹脂Ｒ１が付着している。支持ピンＦＰにおいて支持部４１から突き出た部分（頭部）は、樹脂Ｒ１により覆われている。

以上、本実施形態に係る検出モジュール２では、放熱部材８に設けられた複数のフィン８１が、ＣＴ装置１のスライス方向Ｓ（すなわち、ＣＴ装置のガントリの回転方向Ｃと直交する方向）に沿う第１方向Ｄ１において互いに離間している。このため、ガントリを回転させた際に、隣接するフィン８１，８１同士の間に空気の流路が発生するため、放熱性能を向上できる。

検出モジュール２では、複数のフィン８１のそれぞれが、スライス方向Ｓに沿う第１方向Ｄ１と交差するように拡がる板状（すなわち、ガントリの回転方向Ｃと直交しないように拡がる板状）を呈しているため、空気の流路が発生すると共に、例えば複数のフィン８１のそれぞれがガントリの回転方向Ｃと直交するように拡がる板状である場合に比して、ガントリを回転させた際の空気抵抗を低減できる。したがって、ガントリを回転させるために必要な動力を低減できる。

検出モジュール２では、処理部７と放熱部材８との間には、処理部７と放熱部材８とを熱的に結合する高熱伝導性樹脂である樹脂Ｒ２が配置されている。このため、処理部７で発生した熱は、樹脂Ｒ２により好適に放熱部材８に伝えられる。したがって、放熱性能をさらに向上できる。

検出モジュール２は、検出部５及び処理部７を支持する支持基板６を備え、放熱部材８は、樹脂Ｒ２を介して処理部７と熱的に結合された結合部８３と、支持基板６に固定された固定部８４と、を有しており、固定部８４は、結合部８３に対して支持基板６側に突出しており、固定部８４により形成された支持基板６と結合部８３との間の隙間に、処理部７と樹脂Ｒ２とが配置されている。このため、熱的な結合と、機械的な固定とを、簡易な構造により実現できる。

検出部５は、入射した放射線に応じてシンチレーション光を発するシンチレータ５１と、シンチレータ５１からのシンチレーション光を検出するフォトダイオードと、を有している。シンチレータ５１の発光量は、シンチレータ５１の温度に依存して変化してしまう。上記構成によれば、処理部７で発生した熱がシンチレータ５１に伝わることを抑制でき、シンチレータ５１の温度変化を抑制できる。

本実施形態の検出ユニット３は、上記の検出モジュール２を複数備えたＣＴ装置用の検出ユニット３であって、第１方向Ｄ１に沿って延在し、複数の放熱部材８が第１方向Ｄ１に沿って取り付けられたフレーム４を備え、放熱部材８のそれぞれは、フレームと離間するように、支持ピンＦＰを介してフレーム４に取り付けられている。

検出ユニット３では、上記のように、放熱性能を向上できると共に、ガントリを回転させるために必要な動力を低減できる。また、検出ユニット３では、各検出モジュール２の放熱部材８は、フレーム４と離間するように、支持ピンＦＰを介してフレーム４に取り付けられている。このため、複数の検出モジュール２の間において、入射面５１ａの位置を揃えつつ、各要素の寸法誤差及び組立誤差を、放熱部材８とフレーム４との間の隙間ｇで吸収することができる。したがって、複数の検出モジュール２の間において、入射面５１ａの位置を揃えることが可能となり、位置精度を向上できる。

検出モジュール２では、第１方向Ｄ１において、検出モジュール２の中心部に対して対称に一対の貫通孔８７，８７が設けられており、一対の貫通孔８７，８７に挿入された一対の支持ピンＦＰ，ＦＰを介して、検出モジュール２がフレーム４に固定されている。このため、ガントリの回転時の遠心力による位置ずれを抑制できる。

以上、実施形態に係る放射線検出モジュール及び放射線検出ユニットについて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、検出部５はシンチレータ５１及びフォトダイオードアレイ５２を含む構成のものであるが、検出部５として放射線を直接検出する直接検出型検出素子（例えば、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ等の結晶を用いたもの）が用いられてもよい。各要素の構成、個数及び材質等は、上記実施形態における構成、個数及び材質等に限られず、適宜変更可能である。

１…ＣＴ装置、２…検出モジュール（放射線検出モジュール）、３…検出ユニット（放射線検出ユニット）、４…フレーム、５…検出部、６…支持基板、７…処理部、８…放熱部材、５１…シンチレータ、５２…フォトダイオードアレイ（検出素子）、８１…フィン、ＦＰ…支持ピン（棒状部材）、Ｒ１…樹脂（第１の樹脂）、Ｒ２…樹脂（第２の樹脂）、Ｓ…スライス方向、Ｄ１…第１方向、Ｄ２…第２方向。

Claims (5)

1. 放射線を検出するＣＴ装置用の放射線検出モジュールであって、
   放射線を検出する検出部と、
   前記検出部からの信号を処理する処理部と、
   前記処理部と熱的に結合され、前記処理部からの熱を放散する放熱部材と、を備え、
   前記放熱部材は、複数のフィンを有しており、
   前記複数のフィンは、前記ＣＴ装置のスライス方向に沿う第１方向において、互いに離間しており、
   前記複数のフィンのそれぞれは、前記第１方向と交差するように拡がる板状を呈している、
   放射線検出モジュール。
2. 前記処理部と前記放熱部材との間には、前記処理部と前記放熱部材とを熱的に結合する高熱伝導性樹脂が配置されている、
   請求項１記載の放射線検出モジュール。
3. 前記検出部及び前記処理部を支持する基板を更に備え、
   前記放熱部材は、
   前記高熱伝導性樹脂を介して前記処理部と熱的に結合された結合部と、
   前記基板に固定された固定部と、を有しており、
   前記固定部は、前記結合部に対して前記基板側に突出しており、
   前記固定部により形成された前記基板と前記結合部との間の隙間に、前記処理部と前記高熱伝導性樹脂とが配置されている、
   請求項２記載の放射線検出モジュール。
4. 前記検出部は、
   入射した放射線に応じてシンチレーション光を発するシンチレータと、
   前記シンチレータからのシンチレーション光を検出する検出素子と、を有している、
   請求項１又は２記載の放射線検出モジュール。
5. 請求項１〜４のいずれか一項記載の放射線検出モジュールを複数備えたＣＴ装置用の放射線検出ユニットであって、
   前記第１方向に沿って延在し、前記複数の放熱部材が前記第１方向に沿って取り付けられたフレームを備え、
   前記放熱部材のそれぞれは、前記フレームと離間するように、棒状部材を介して前記フレームに取り付けられている、
   放射線検出ユニット。

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