JP3836208B2 - 医療用小型ｘ線画像検出装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用のＸ線画像検出装置、特に、口腔内に挿入されて歯牙のＸ線撮影に使用される小型のＸ線画像検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯科治療において、口腔内、特に歯牙部分のＸ線画像を得るために、ＣＣＤなどの固体撮像素子を利用した口腔内Ｘ線画像撮影システムが広く用いられている。
【０００３】
こうした口腔内Ｘ線画像撮影システムの従来例として、特開平７−２８０９４４号公報等に開示された技術が挙げられる。図５は、この装置のシステム全体を示す図であり、図６は、Ｘ線画像検出装置の断面構成図である。
【０００４】
図５に示されるように、Ｘ線を照射するＸ線源２０とＸ線画像を撮影するＸ線画像検出装置２２が、Ｘ線撮影の被写体となる歯牙２１を挟んで、対向して配置されている。Ｘ線画像検出装置２２は信号伝送と駆動電力供給を行うケーブル２３により、システム全体を制御する制御装置２４に接続されている。制御装置２４には、さらに、Ｘ線画像を表示するモニター２５と、表示画像を印刷するプリンター２６が接続されている。
【０００５】
続いて、図６を参照して、Ｘ線画像検出装置２２の内部構造について説明する。ここで、図６(a)は、入射面方向から見たＸ線画像検出装置の水平断面図であり、同図(b)は、そのケーブル部分を含む垂直断面図であり、それぞれ他方に記載されているＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線断面図に相当する。同図(c)は、ケーブル２３をＸ線入射面の反対の面から取り出す場合のＢ−Ｂ線断面図である。
【０００６】
Ｘ線画像検出装置２２は、Ｘ線の入射面側からＸ線を可視光に変換するＸ線蛍光体１と、変換された可視光画像を伝送する光ファイバプレート２と、伝送された可視光画像を電気信号に変換するＣＣＤ素子３と、ＣＣＤ素子３等を支持する固定用基板５と、Ｘ線を吸収して入射面の裏面からＸ線が通過していくのを防止する鉛などを用いたＸ線遮蔽材４が積層されて、絶縁性で遮光性の合成樹脂性の容器１４内に封入された構造となっている。ＣＣＤ素子３の出力電気信号を取り出し、駆動電源を供給するケーブル２３は、ＣＣＤ素子３に電気的に接続され、同図(b)あるいは(c)に示されるように、容器１４の側面あるいは、背面から容器外部へ引き出されている。
【０００７】
次に、図５、図６を参照してこの従来装置の動作を説明する。図５に示されるように、Ｘ線源２０から出射されたＸ線は、一部が歯牙２１を透過してＸ線画像検出装置２２に入射する。図６に示されるＸ線画像検出装置２２では、入射したＸ線は、容器１４を透過して、Ｘ線蛍光体１に入射して吸収され、強度に応じた可視光領域の蛍光を発する。つまり、Ｘ線画像に対応した可視光画像が得られる。この可視光画像は、光ファイバプレート２を介してＣＣＤ素子３に導かれる。ＣＣＤ素子３には２次元に画素が配列されており、この画素ごとに入射した光を電気信号に変換する。Ｘ線蛍光体１で吸収されなかったＸ線のうち、光ファイバプレート２、ＣＣＤ素子３、固定用基板５を透過したＸ線はＸ線遮蔽材４に達して大部分が吸収されるため、容器１４の背面から出射するＸ線の量が抑えられ、患者のＸ線被爆量が少なくてすむ。また、装置の背面まで透過したＸ線が、他の機材等により反射されて、背面から再入射することによる画像劣化も防ぐことができる。
【０００８】
ＣＣＤ素子３の出力電気信号は、ケーブル２３を介して、図５に示されるように制御装置２４に送られて処理され、モニター２５上に表示される。また、必要な画像をプリンター２６を用いて出力することもできる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような口腔内に挿入して使用するＸ線画像検出装置は、使用時に患者が苦痛を感じないですむように、できるだけ小型化する必要がある。しかし、図６(b)に示されるようなケーブル２３が一方の側面から引き出されている従来の装置では、図７(a)に示されるように、装置が口腔内にケーブル２３の引出方向に平行に挿入されている場合には、問題とならないが、図７(b)に示されるように、装置が口腔内にケーブル２３の引出方向に直交する方向に挿入されている場合は、ケーブル２３の取り出し部が患者の上顎や下顎部にあたって、患者が苦痛を感じる場合がある。
【００１０】
これを解決する方法として、図６(c)に示されるように、装置の背面からケーブル２３を取り出す装置がある。しかし、装置の厚さが同図(b)の装置に比べてケーブルの厚み分増加してしまうため、奥歯の画像を撮影するために装置を口腔内の奥まで挿入する場合には、患者が苦痛を感じる場合がある。
【００１１】
また、ＣＣＤ素子３の撮像領域を有効に用いるためには、光ファイバプレート２は、ＣＣＤ素子３の撮像領域より大きくなければならない。従来は、ＣＣＤ素子３に光ファイバプレート２を固定する際に、ＣＣＤ素子３がマウントされた固定用基板５を専用の治具にセットし、治具に設けられた枠に沿って光ファイバプレート２をセットして固定していた。治具に固定用基板５をセットする際の位置の精度を上げることは難しく、このため、光ファイバプレート２とＣＣＤ素子３の位置精度を向上させることは困難だった。このため、光ファイバプレート２は設置時の位置ずれを見込んで大きくする必要があり、装置全体の小型化には限界があった。
【００１２】
さらに、Ｘ線蛍光体１を透過したＸ線がＣＣＤ素子３に入射すると、ノイズの原因となるため、光ファイバプレート２はこの透過Ｘ線を吸収できるだけの厚みを有する必要がある。このため、従来は光ファイバプレート２の薄型化に限界があり、装置全体を薄くすることができなかった。
【００１３】
一方、特開平２−１０９７３号公報には、光ファイバプレートを用いず、固体撮像素子上に蛍光体を直接形成する技術が開示されている。この技術では、図８に示されるように、装置２２に入射したＸ線は入射窓３１を透過して、蛍光体１で吸収され、この蛍光をＣＣＤ素子３で直接電気信号に変換することができるため、光ファイバプレートが不要で装置が小型化できる。入射窓３１を除く入射面側には、厚さ１mmのポリイミド樹脂製のＸ線遮蔽材４が形成されている。しかし、この装置では、蛍光体１を透過したＸ線が直接ＣＣＤ素子３に入射してノイズが発生すること、ＣＣＤ素子３の背面にＸ線遮蔽材４がないため透過したＸ線が直接患者を被爆させること、ポリイミド樹脂製のＸ線遮蔽材４で効果的にＸ線を吸収するためには鉛等に比べて十分な厚みが必要であり、装置全体が厚くなることなどの問題点がある。
【００１４】
本発明は、口腔内に挿入して使用する際の患者の負担が少ない薄型で高感度の医療用小型Ｘ線撮像装置を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
口腔内に挿入されて歯牙撮影に用いられる医療用小型Ｘ線画像検出装置において、（１）入射面から入射したＸ線を可視光に変換して入射面と反対の面から出力する矩形板状のＸ線蛍光体と、（２）Ｘ線蛍光体の入射面と反対の面に設けられ、Ｘ線蛍光体から出力された可視光を積層方向に伝送する光ファイバプレートと、（３）光ファイバプレートの可視光の出射面に設けられ、光ファイバプレートによって伝送された可視光による画像を２次元に配列された画素により画像に対応した電気信号に変換する固体撮像素子と、（４）固体撮像素子の入射面の背面に設けられるＸ線を吸収して遮蔽するＸ線遮蔽材と、（５）Ｘ線遮蔽材が固定された一方の面上の３辺に沿って各辺のそれぞれに１又は２以上のＸ線の入射面方向に突出する積層体からなる突起部が設けられ、突起部の光ファイバプレートに対向する側面の一部が積層体を構成する一部の層の突出により光ファイバプレートの側面方向に突出し、光ファイバプレートの側面に接触又は近接しており、一方の面の他の１辺に沿って固体撮像素子の駆動電源端子及び電気信号の出力端子に電気的に接続された電極取り出し端子が設けられ、他方の面の略中央部に電極取り出し端子と電気的に接続された出力電極端子が設けられている固定用基板と、（６）一端が出力電極端子に電気的に接続され、他端が外部の駆動電源及び画像表示装置に接続されている折り曲げ自在のケーブルと、（７）固定用基板及びこれに積層されたＸ線蛍光体、光ファイバプレート、固体撮像素子、Ｘ線遮蔽材からなるＸ線画像検出素子が内部に封入されており、ケーブルの外部への引き出し部を有する容器と、を備えるとともに、この光ファイバプレートは、入射面方向から見て突出部に対向する側壁の少なくとも一辺が、固体撮像素子より外側に突出して配置されていることを特徴とする。
【００１６】
これにより、入射面に入射したＸ線により、Ｘ線蛍光体で可視光の蛍光が発生し、これが光ファイバプレートを介して固体撮像素子に伝えられる。固体撮像素子では、２次元に配列された画素によりこの蛍光が電気信号に変換される。この画像電気信号は入射したＸ線画像に対応している。また、固体撮像素子を透過したＸ線はＸ線遮蔽材に吸収される。さらに、固定用基板上に積層体により設けられた突起に接触又は近接するように光ファイバプレート等がマウントされている。ケーブルは固定用基板裏面の電極端子に接続されて入射面裏面から引き出される。
【００１７】
この突起部側壁の固体撮像素子側壁に対向している部分は、光ファイバプレートの側面に接触または近接している部分より固体撮像素子側壁から離隔していてもよい。これにより、光ファイバプレートと固体撮像素子の接合面を突起部から離隔させることができ、接合時の作業性が向上する。
【００１８】
また、この容器のＸ線入射面の内側の固定用基板の突起部に対応する位置に凸部が形成されていてもよい。これにより、容器の凸部と固定用基板の突起部とを対応させて固体撮像素子、光ファイバプレートを組み付けた固定用基板を容器内に確実に固定することができる。
【００１９】
また、光ファイバプレートと、固体撮像素子の間に接着剤が配置されていてもよい。これにより、光ファイバプレートを固体撮像素子へと固定する場合の作業性が向上する。
【００２０】
さらに、固体撮像素子は、固定基板の電極取り出し端子に対向する一辺に沿って駆動電源端子および画像電気信号出力端子が配置され、駆動電源端子および画像電気信号出力端子と電極取り出し端子とはワイヤボンディングによって電気的に接続されていてもよい。これにより、ワイヤボンディングを行う部位を、光ファイバプレートに接触・近接する突起部の存在しない一辺側に集中して配置する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の１実施形態の構成を示す断面図であり、図２は、その内部構造を示す斜視図である。ここで、図１(a)はＸ線入射面側から見た断面図であり、同図(b)は側面から見た断面図である。
【００２２】
図１、図２に示されるように、入射Ｘ線画像を可視光画像に変換するＸ線蛍光体１の入射面と反対の面に、この可視光画像を伝送する光ファイバプレート２が積層されている。この光ファイバプレート２は、Ｘ線を吸収する鉛粒子を混入させた光ファイバが束ねられて形成されている。
【００２３】
一方、セラミックス製の固定用基板５の入射面側には、この面の３辺に沿ってＸ線入射面方向に突出する突起部６が設けられている。これらの突起部６は、対向する２辺には２つずつ、その他の１辺には１つ設けられている。これらの突起部６は、複数のセラミック板を積層することにより形成されており、図３に示されるように最上段部のセラミック板のみが内側に張り出した構造となっている。
【００２４】
この固定用基板５の入射面の中央部分には、銅タングステン製の薄板状のＸ線遮蔽材４がロウ付けされている。Ｘ線遮蔽材４上にはさらに、導電性樹脂によってＣＣＤ素子３が接着されている。したがって、Ｘ線遮蔽材４の電位は、ＣＣＤ素子３の基板電位と同じになる。
【００２５】
Ｘ線遮蔽材としては、鉛を用いるのが効果的であるが、鉛は比較的柔らかいために高精度で平坦な膜を形成することが困難である。これに対して、銅タングステンは高精度で平坦な膜を形成することができる。また、銅タングステンは、放熱用としてセラミックパッケージなどで広く使われている汎用性の高い部材であり、セラミックとの親和性も良く好ましい。従来品で用いられていた鉛によるＸ線遮蔽材の厚さは０．２５mmであるが、これと同等のＸ線遮蔽効果を銅タングステン板で実現するには、０．４９mmの厚さがひつようであることが、実験で確認された。
【００２６】
このＣＣＤ素子３の上に光ファイバプレート２が接着樹脂によって固定されている。そして、この光ファイバプレート２の側面は、固定用基板５の対向する２辺以外の１辺に設けられた突起部６3と接触し、対向する２辺に設けられた突起部６1、６2、６4、６5と、接触あるいは近接するように配置されている。これらの突起部６と光ファイバプレート２の近接距離は、光ファイバプレート２の固定位置を正確に調整するため、０．３mm以内とすることが好ましい。図３に示されるように突起部６は、積層された最上段部のセラミック層のみが光ファイバプレート２側に突出した構造になっている。このため、複数のセラミック層を積層する際に積層時の位置ずれを考慮することなく、最上段部のセラミック層についてのみ突起部の位置を調整することにより、光ファイバプレート２の固定位置を精度良く調整することが可能である。
【００２７】
ＣＣＤ素子３の画素を有効に使用し、高解像度の画像を得るためには、光ファイバプレート２は、ＣＣＤ素子３の撮像部である画素部分を覆っている必要がある。本実施形態によれば、光ファイバプレート２とＣＣＤ素子３の位置を高精度で調整できるため、光ファイバプレート２の断面積をＣＣＤ素子３の画素部分の面積と同程度まで小型化できる。したがって、装置全体も小型化することができる。
【００２８】
また、固定用基板５の入射面側の突起部６が設けられていない他の１辺には、光ファイバプレート２から離れた位置に電極取り出し端子７が設けられている。この電極取り出し端子７は、ＣＣＤ素子３の電極とワイヤ８によりワイヤボンディングされている。また、電極取り出し端子７部分の突起部６３と対向する位置には突起部６と略同一高さの突起部９が設けられている。この電極取り出し端子７のそれぞれの端子位置には、固定用基板５を入射面から他方の面まで貫通するビアホール１０が設けられている。固定用基板５の入射面と反対の面の略中央部分にはＦＰＣ用コネクタ１１が設置されており、電極取り出し端子７とＦＰＣ（Flexible Printed Circuit：フレキシブル印刷回路）用コネクタ１１はビアホール１０を通して配置された配線１２により電気的に接続されている。配線１２には、タングステン又はモリブデンマンガンにニッケルあるいは金をメッキしたものを用いることが好ましい。
【００２９】
こうして一方の面にＸ線検出素子が固定された固定用基板５はＡＢＳ樹脂などの絶縁性の遮光性樹脂で形成された容器１４に封入されている。この容器１４の入射面側の内面には、突起部６、９と対応する位置に凸部１５が形成されており、これらの凸部１５で突起部６、９を抑えるような形で容器１４Ａと、容器１４Ｂで固定用基板５を挟み込んで、容器１４Ａと容器１４Ｂを接着することにより、容器１４内に固定用基板５及びＸ線検出素子を固定することができる。容器１４のＸ線入射面と反対の面には、ＦＰＣ用コネクタ１１を覆うように凸部１６が形成されている。そして、この凸部１６内で、ＦＰＣ用コネクタ１１にＦＰＣ１３が着脱可能な状態で接続されている。このＦＰＣ１３はケーブル２３にハンダづけされ、ケーブル２３は、凸部１６から外部に引き出されている。このため、ケーブル引出部分を除いて容器全体の厚みを薄くすることができる。また、ＦＰＣ１３とＦＰＣ用コネクタ１１は着脱自在なため、ＦＰＣ１３及びケーブル２３の取り替えが容易である。
【００３０】
次に、本装置を図５に示されるＸ線画像撮影システムに利用した場合を例に本装置の動作を説明する。本装置を除くＸ線画像撮影システムの構成は従来例に記載した通りである。Ｘ線源２０から射出したＸ線は患者の歯牙２１で一部が透過する。このＸ線透過画像を装置２２により検出する。
【００３１】
続いて図１を参照して装置２２の内部動作を説明する。入射したＸ線により、Ｘ線蛍光体１は透過Ｘ線画像に対応する可視光画像を入射面と反対の面から射出する。この可視光画像は光ファイバプレート２により、ＣＣＤ素子３に伝送される。一方、Ｘ線蛍光体１で吸収されずに透過したＸ線の大部分は、光ファイバプレート２に混入された鉛によって吸収されるため、ＣＣＤ素子３には到達せず、ＣＣＤ素子３では、Ｘ線によるノイズのない鮮明な画像を検出することができる。鉛を混入しない場合は、Ｘ線によるノイズを抑制するために光ファイバプレート２の厚さを十分に厚くする必要があるが、本実施形態では、光ファイバプレート２のＸ線透過率を低下させているので、薄い光ファイバプレート２で透過あるいは散乱したＸ線を吸収することができ、高感度化と薄型化を両立させることができる。
【００３２】
ＣＣＤ素子３は、光ファイバプレート２により伝送されてきた可視光画像を２次元に配列された画素により画像に対応した電気信号に変換する。このＣＣＤ素子３の駆動電源は、外部の駆動電源から、ケーブル２３、ＦＰＣ１３、ＦＰＣ用コネクタ１１、配線１２、電極取り出し端子７、ワイヤ８を介して供給されている（図１参照）。一方、画像電気信号は、ＣＣＤ素子３から別のワイヤ８、電極取り出し端子７、配線１２、ＦＰＣ用コネクタ１１、ＦＰＣ１３、ケーブル２３を介して図５に示される外部の制御装置２４に送られ、ここで処理されてモニターに歯牙２１のＸ線透過画像が表示される。
【００３３】
ＣＣＤ素子３を透過したＸ線は、Ｘ線遮蔽材４に吸収されるため、Ｘ線検出装置２２の入射面と反対の面から透過する量が削減でき、患者のＸ線被爆を抑えることができる。また、散乱などによる入射面と反対の面からのＣＣＤ素子３へのＸ線入射を抑制でき、ノイズを低減できる。
【００３４】
本実施形態では、ケーブル２３は入射面の背面中央に設けられた凸部１６から取り出され、この凸部１６を除くと装置２２全体が薄型になっている。このため、口腔内にどの向きで挿入する際にもケーブル２３が上顎や下顎にあたることがなく、また、比較的厚い凸部１６のケーブル取り出し部は、奥歯の撮影の際にも口腔の奥には達しないため、使用の際に患者が痛みを感じることがなくなる。
【００３５】
また、突起部６を光ファイバプレート２を固定する際の位置調整用に使用することで、従来使用していた固定用治具が不要となり、位置調整の精度を高めることができる。さらに、光ファイバプレート２をＣＣＤ素子３上に固定する際に、光ファイバプレート２と接触する突起部６3側が低くなるように固定用基板５を傾ければ、光ファイバプレート２の位置調整はさらに容易になる。
【００３６】
これらの突起部６は、それぞれの突起部６が連続していないことが好ましい。突起部が一体となった枠状になっていると、光ファイバプレート２積層時に余分な接着剤が枠上に這いあがって、固定用基板５を容器１４に収容する際に不具合が生じるからである。
【００３７】
容器１４の突起部６、９に対応する部分には凸部１５を設けなくともよい（図４(a)参照）。この場合は、固定用基板５は容器１４に接着剤１７等によって固定することが好ましい。また、図１に示す電極取り出し端子７とＦＰＣ用コネクタ１１との電気的に接続する配線１２は、ビアホール１０を貫通せず、固定用基板５の外周に沿って配線させても良い（図４(c)参照）。あるいは、ＦＰＣ用コネクタ１１を使用せず、入射面と反対の面の略中央部に設けた出力電極端子を介して配線１２とケーブル２３を直接接続しても良い（同図(b)参照）。
【００３８】
本実施例では、固体撮像素子としてＣＣＤ素子を利用した例について示したが、固体撮像素子には、ＢＢＤなどの他の撮像素子を利用しても良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、ケーブルをＸ線入射面の背面から垂直方向に取り出すことにより、装置全体を小型化することができる。また、固定用基板上に光ファイバプレートをマウントする際の位置を調整する積層体で形成された突起部が設けられているために、光ファイバプレートを高精度で設置することができる。このため、光ファイバプレートの固定が容易になるほか、固定時の精度誤差を見越して光ファイバプレートを大きくしなくてもすみ、装置全体が小型化できる。
【００４０】
さらに、突起部側壁の固体撮像素子側壁に対向している部分を、光ファイバプレートの側面に接触または近接している部分より固体撮像素子側壁から離隔させることで、接合時の作業性が向上する。特に、接着剤によって両者を接合する場合には、接着剤が突起部と光ファイバプレートとの間に広がって生ずる接着不良を確実に防止することができる。
【００４１】
あるいは、容器のＸ線入射面の内側の固定用基板の突起部に対応する位置に形成した凸部と固定用基板の突起部を対応させることで、容器内における装置を確実に固定する。
【００４３】
さらに、ワイヤボンディングを行う部位を、光ファイバプレートに接触・近接する突起部の存在しない一辺側に集中して配置することで、装置をさらに小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態の断面構成図である。
【図２】図１に係る実施形態の構造斜視図である。
【図３】図１に係る実施形態の断面構成図である。
【図４】本発明の他の実施形態の断面構成図である。
【図５】口腔内Ｘ線画像撮影システムの構成を示す図である。
【図６】従来例の断面構成図である。
【図７】本発明に係る装置の使用状況を示す図である。
【図８】他の従来例の構成図である。
【符号の説明】
１…Ｘ線蛍光体、２…光ファイバプレート、３…ＣＣＤ素子、４…Ｘ線遮蔽材、５…固定用基板、６…突起部、７…電極取り出し端子、８…ワイヤ、９…突起部、１０…ビアホール、１１…ＦＰＣ用コネクタ、１２…配線、１３…ＦＰＣ、１４…容器、１５…凸部、１６…突出部、１７…接着剤、２０…Ｘ線源、２１…歯牙、２２…Ｘ線画像検出装置、２３…ケーブル、２４…制御装置、２５…モニター、２６…プリンター、３１…入射窓。
【発明の属する技術分野】
本発明は、医療用のＸ線画像検出装置、特に、口腔内に挿入されて歯牙のＸ線撮影に使用される小型のＸ線画像検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
歯科治療において、口腔内、特に歯牙部分のＸ線画像を得るために、ＣＣＤなどの固体撮像素子を利用した口腔内Ｘ線画像撮影システムが広く用いられている。
【０００３】
こうした口腔内Ｘ線画像撮影システムの従来例として、特開平７−２８０９４４号公報等に開示された技術が挙げられる。図５は、この装置のシステム全体を示す図であり、図６は、Ｘ線画像検出装置の断面構成図である。
【０００４】
図５に示されるように、Ｘ線を照射するＸ線源２０とＸ線画像を撮影するＸ線画像検出装置２２が、Ｘ線撮影の被写体となる歯牙２１を挟んで、対向して配置されている。Ｘ線画像検出装置２２は信号伝送と駆動電力供給を行うケーブル２３により、システム全体を制御する制御装置２４に接続されている。制御装置２４には、さらに、Ｘ線画像を表示するモニター２５と、表示画像を印刷するプリンター２６が接続されている。
【０００５】
続いて、図６を参照して、Ｘ線画像検出装置２２の内部構造について説明する。ここで、図６(a)は、入射面方向から見たＸ線画像検出装置の水平断面図であり、同図(b)は、そのケーブル部分を含む垂直断面図であり、それぞれ他方に記載されているＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線断面図に相当する。同図(c)は、ケーブル２３をＸ線入射面の反対の面から取り出す場合のＢ−Ｂ線断面図である。
【０００６】
Ｘ線画像検出装置２２は、Ｘ線の入射面側からＸ線を可視光に変換するＸ線蛍光体１と、変換された可視光画像を伝送する光ファイバプレート２と、伝送された可視光画像を電気信号に変換するＣＣＤ素子３と、ＣＣＤ素子３等を支持する固定用基板５と、Ｘ線を吸収して入射面の裏面からＸ線が通過していくのを防止する鉛などを用いたＸ線遮蔽材４が積層されて、絶縁性で遮光性の合成樹脂性の容器１４内に封入された構造となっている。ＣＣＤ素子３の出力電気信号を取り出し、駆動電源を供給するケーブル２３は、ＣＣＤ素子３に電気的に接続され、同図(b)あるいは(c)に示されるように、容器１４の側面あるいは、背面から容器外部へ引き出されている。
【０００７】
次に、図５、図６を参照してこの従来装置の動作を説明する。図５に示されるように、Ｘ線源２０から出射されたＸ線は、一部が歯牙２１を透過してＸ線画像検出装置２２に入射する。図６に示されるＸ線画像検出装置２２では、入射したＸ線は、容器１４を透過して、Ｘ線蛍光体１に入射して吸収され、強度に応じた可視光領域の蛍光を発する。つまり、Ｘ線画像に対応した可視光画像が得られる。この可視光画像は、光ファイバプレート２を介してＣＣＤ素子３に導かれる。ＣＣＤ素子３には２次元に画素が配列されており、この画素ごとに入射した光を電気信号に変換する。Ｘ線蛍光体１で吸収されなかったＸ線のうち、光ファイバプレート２、ＣＣＤ素子３、固定用基板５を透過したＸ線はＸ線遮蔽材４に達して大部分が吸収されるため、容器１４の背面から出射するＸ線の量が抑えられ、患者のＸ線被爆量が少なくてすむ。また、装置の背面まで透過したＸ線が、他の機材等により反射されて、背面から再入射することによる画像劣化も防ぐことができる。
【０００８】
ＣＣＤ素子３の出力電気信号は、ケーブル２３を介して、図５に示されるように制御装置２４に送られて処理され、モニター２５上に表示される。また、必要な画像をプリンター２６を用いて出力することもできる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このような口腔内に挿入して使用するＸ線画像検出装置は、使用時に患者が苦痛を感じないですむように、できるだけ小型化する必要がある。しかし、図６(b)に示されるようなケーブル２３が一方の側面から引き出されている従来の装置では、図７(a)に示されるように、装置が口腔内にケーブル２３の引出方向に平行に挿入されている場合には、問題とならないが、図７(b)に示されるように、装置が口腔内にケーブル２３の引出方向に直交する方向に挿入されている場合は、ケーブル２３の取り出し部が患者の上顎や下顎部にあたって、患者が苦痛を感じる場合がある。
【００１０】
これを解決する方法として、図６(c)に示されるように、装置の背面からケーブル２３を取り出す装置がある。しかし、装置の厚さが同図(b)の装置に比べてケーブルの厚み分増加してしまうため、奥歯の画像を撮影するために装置を口腔内の奥まで挿入する場合には、患者が苦痛を感じる場合がある。
【００１１】
また、ＣＣＤ素子３の撮像領域を有効に用いるためには、光ファイバプレート２は、ＣＣＤ素子３の撮像領域より大きくなければならない。従来は、ＣＣＤ素子３に光ファイバプレート２を固定する際に、ＣＣＤ素子３がマウントされた固定用基板５を専用の治具にセットし、治具に設けられた枠に沿って光ファイバプレート２をセットして固定していた。治具に固定用基板５をセットする際の位置の精度を上げることは難しく、このため、光ファイバプレート２とＣＣＤ素子３の位置精度を向上させることは困難だった。このため、光ファイバプレート２は設置時の位置ずれを見込んで大きくする必要があり、装置全体の小型化には限界があった。
【００１２】
さらに、Ｘ線蛍光体１を透過したＸ線がＣＣＤ素子３に入射すると、ノイズの原因となるため、光ファイバプレート２はこの透過Ｘ線を吸収できるだけの厚みを有する必要がある。このため、従来は光ファイバプレート２の薄型化に限界があり、装置全体を薄くすることができなかった。
【００１３】
一方、特開平２−１０９７３号公報には、光ファイバプレートを用いず、固体撮像素子上に蛍光体を直接形成する技術が開示されている。この技術では、図８に示されるように、装置２２に入射したＸ線は入射窓３１を透過して、蛍光体１で吸収され、この蛍光をＣＣＤ素子３で直接電気信号に変換することができるため、光ファイバプレートが不要で装置が小型化できる。入射窓３１を除く入射面側には、厚さ１mmのポリイミド樹脂製のＸ線遮蔽材４が形成されている。しかし、この装置では、蛍光体１を透過したＸ線が直接ＣＣＤ素子３に入射してノイズが発生すること、ＣＣＤ素子３の背面にＸ線遮蔽材４がないため透過したＸ線が直接患者を被爆させること、ポリイミド樹脂製のＸ線遮蔽材４で効果的にＸ線を吸収するためには鉛等に比べて十分な厚みが必要であり、装置全体が厚くなることなどの問題点がある。
【００１４】
本発明は、口腔内に挿入して使用する際の患者の負担が少ない薄型で高感度の医療用小型Ｘ線撮像装置を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
口腔内に挿入されて歯牙撮影に用いられる医療用小型Ｘ線画像検出装置において、（１）入射面から入射したＸ線を可視光に変換して入射面と反対の面から出力する矩形板状のＸ線蛍光体と、（２）Ｘ線蛍光体の入射面と反対の面に設けられ、Ｘ線蛍光体から出力された可視光を積層方向に伝送する光ファイバプレートと、（３）光ファイバプレートの可視光の出射面に設けられ、光ファイバプレートによって伝送された可視光による画像を２次元に配列された画素により画像に対応した電気信号に変換する固体撮像素子と、（４）固体撮像素子の入射面の背面に設けられるＸ線を吸収して遮蔽するＸ線遮蔽材と、（５）Ｘ線遮蔽材が固定された一方の面上の３辺に沿って各辺のそれぞれに１又は２以上のＸ線の入射面方向に突出する積層体からなる突起部が設けられ、突起部の光ファイバプレートに対向する側面の一部が積層体を構成する一部の層の突出により光ファイバプレートの側面方向に突出し、光ファイバプレートの側面に接触又は近接しており、一方の面の他の１辺に沿って固体撮像素子の駆動電源端子及び電気信号の出力端子に電気的に接続された電極取り出し端子が設けられ、他方の面の略中央部に電極取り出し端子と電気的に接続された出力電極端子が設けられている固定用基板と、（６）一端が出力電極端子に電気的に接続され、他端が外部の駆動電源及び画像表示装置に接続されている折り曲げ自在のケーブルと、（７）固定用基板及びこれに積層されたＸ線蛍光体、光ファイバプレート、固体撮像素子、Ｘ線遮蔽材からなるＸ線画像検出素子が内部に封入されており、ケーブルの外部への引き出し部を有する容器と、を備えるとともに、この光ファイバプレートは、入射面方向から見て突出部に対向する側壁の少なくとも一辺が、固体撮像素子より外側に突出して配置されていることを特徴とする。
【００１６】
これにより、入射面に入射したＸ線により、Ｘ線蛍光体で可視光の蛍光が発生し、これが光ファイバプレートを介して固体撮像素子に伝えられる。固体撮像素子では、２次元に配列された画素によりこの蛍光が電気信号に変換される。この画像電気信号は入射したＸ線画像に対応している。また、固体撮像素子を透過したＸ線はＸ線遮蔽材に吸収される。さらに、固定用基板上に積層体により設けられた突起に接触又は近接するように光ファイバプレート等がマウントされている。ケーブルは固定用基板裏面の電極端子に接続されて入射面裏面から引き出される。
【００１７】
この突起部側壁の固体撮像素子側壁に対向している部分は、光ファイバプレートの側面に接触または近接している部分より固体撮像素子側壁から離隔していてもよい。これにより、光ファイバプレートと固体撮像素子の接合面を突起部から離隔させることができ、接合時の作業性が向上する。
【００１８】
また、この容器のＸ線入射面の内側の固定用基板の突起部に対応する位置に凸部が形成されていてもよい。これにより、容器の凸部と固定用基板の突起部とを対応させて固体撮像素子、光ファイバプレートを組み付けた固定用基板を容器内に確実に固定することができる。
【００１９】
また、光ファイバプレートと、固体撮像素子の間に接着剤が配置されていてもよい。これにより、光ファイバプレートを固体撮像素子へと固定する場合の作業性が向上する。
【００２０】
さらに、固体撮像素子は、固定基板の電極取り出し端子に対向する一辺に沿って駆動電源端子および画像電気信号出力端子が配置され、駆動電源端子および画像電気信号出力端子と電極取り出し端子とはワイヤボンディングによって電気的に接続されていてもよい。これにより、ワイヤボンディングを行う部位を、光ファイバプレートに接触・近接する突起部の存在しない一辺側に集中して配置する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の１実施形態の構成を示す断面図であり、図２は、その内部構造を示す斜視図である。ここで、図１(a)はＸ線入射面側から見た断面図であり、同図(b)は側面から見た断面図である。
【００２２】
図１、図２に示されるように、入射Ｘ線画像を可視光画像に変換するＸ線蛍光体１の入射面と反対の面に、この可視光画像を伝送する光ファイバプレート２が積層されている。この光ファイバプレート２は、Ｘ線を吸収する鉛粒子を混入させた光ファイバが束ねられて形成されている。
【００２３】
一方、セラミックス製の固定用基板５の入射面側には、この面の３辺に沿ってＸ線入射面方向に突出する突起部６が設けられている。これらの突起部６は、対向する２辺には２つずつ、その他の１辺には１つ設けられている。これらの突起部６は、複数のセラミック板を積層することにより形成されており、図３に示されるように最上段部のセラミック板のみが内側に張り出した構造となっている。
【００２４】
この固定用基板５の入射面の中央部分には、銅タングステン製の薄板状のＸ線遮蔽材４がロウ付けされている。Ｘ線遮蔽材４上にはさらに、導電性樹脂によってＣＣＤ素子３が接着されている。したがって、Ｘ線遮蔽材４の電位は、ＣＣＤ素子３の基板電位と同じになる。
【００２５】
Ｘ線遮蔽材としては、鉛を用いるのが効果的であるが、鉛は比較的柔らかいために高精度で平坦な膜を形成することが困難である。これに対して、銅タングステンは高精度で平坦な膜を形成することができる。また、銅タングステンは、放熱用としてセラミックパッケージなどで広く使われている汎用性の高い部材であり、セラミックとの親和性も良く好ましい。従来品で用いられていた鉛によるＸ線遮蔽材の厚さは０．２５mmであるが、これと同等のＸ線遮蔽効果を銅タングステン板で実現するには、０．４９mmの厚さがひつようであることが、実験で確認された。
【００２６】
このＣＣＤ素子３の上に光ファイバプレート２が接着樹脂によって固定されている。そして、この光ファイバプレート２の側面は、固定用基板５の対向する２辺以外の１辺に設けられた突起部６3と接触し、対向する２辺に設けられた突起部６1、６2、６4、６5と、接触あるいは近接するように配置されている。これらの突起部６と光ファイバプレート２の近接距離は、光ファイバプレート２の固定位置を正確に調整するため、０．３mm以内とすることが好ましい。図３に示されるように突起部６は、積層された最上段部のセラミック層のみが光ファイバプレート２側に突出した構造になっている。このため、複数のセラミック層を積層する際に積層時の位置ずれを考慮することなく、最上段部のセラミック層についてのみ突起部の位置を調整することにより、光ファイバプレート２の固定位置を精度良く調整することが可能である。
【００２７】
ＣＣＤ素子３の画素を有効に使用し、高解像度の画像を得るためには、光ファイバプレート２は、ＣＣＤ素子３の撮像部である画素部分を覆っている必要がある。本実施形態によれば、光ファイバプレート２とＣＣＤ素子３の位置を高精度で調整できるため、光ファイバプレート２の断面積をＣＣＤ素子３の画素部分の面積と同程度まで小型化できる。したがって、装置全体も小型化することができる。
【００２８】
また、固定用基板５の入射面側の突起部６が設けられていない他の１辺には、光ファイバプレート２から離れた位置に電極取り出し端子７が設けられている。この電極取り出し端子７は、ＣＣＤ素子３の電極とワイヤ８によりワイヤボンディングされている。また、電極取り出し端子７部分の突起部６３と対向する位置には突起部６と略同一高さの突起部９が設けられている。この電極取り出し端子７のそれぞれの端子位置には、固定用基板５を入射面から他方の面まで貫通するビアホール１０が設けられている。固定用基板５の入射面と反対の面の略中央部分にはＦＰＣ用コネクタ１１が設置されており、電極取り出し端子７とＦＰＣ（Flexible Printed Circuit：フレキシブル印刷回路）用コネクタ１１はビアホール１０を通して配置された配線１２により電気的に接続されている。配線１２には、タングステン又はモリブデンマンガンにニッケルあるいは金をメッキしたものを用いることが好ましい。
【００２９】
こうして一方の面にＸ線検出素子が固定された固定用基板５はＡＢＳ樹脂などの絶縁性の遮光性樹脂で形成された容器１４に封入されている。この容器１４の入射面側の内面には、突起部６、９と対応する位置に凸部１５が形成されており、これらの凸部１５で突起部６、９を抑えるような形で容器１４Ａと、容器１４Ｂで固定用基板５を挟み込んで、容器１４Ａと容器１４Ｂを接着することにより、容器１４内に固定用基板５及びＸ線検出素子を固定することができる。容器１４のＸ線入射面と反対の面には、ＦＰＣ用コネクタ１１を覆うように凸部１６が形成されている。そして、この凸部１６内で、ＦＰＣ用コネクタ１１にＦＰＣ１３が着脱可能な状態で接続されている。このＦＰＣ１３はケーブル２３にハンダづけされ、ケーブル２３は、凸部１６から外部に引き出されている。このため、ケーブル引出部分を除いて容器全体の厚みを薄くすることができる。また、ＦＰＣ１３とＦＰＣ用コネクタ１１は着脱自在なため、ＦＰＣ１３及びケーブル２３の取り替えが容易である。
【００３０】
次に、本装置を図５に示されるＸ線画像撮影システムに利用した場合を例に本装置の動作を説明する。本装置を除くＸ線画像撮影システムの構成は従来例に記載した通りである。Ｘ線源２０から射出したＸ線は患者の歯牙２１で一部が透過する。このＸ線透過画像を装置２２により検出する。
【００３１】
続いて図１を参照して装置２２の内部動作を説明する。入射したＸ線により、Ｘ線蛍光体１は透過Ｘ線画像に対応する可視光画像を入射面と反対の面から射出する。この可視光画像は光ファイバプレート２により、ＣＣＤ素子３に伝送される。一方、Ｘ線蛍光体１で吸収されずに透過したＸ線の大部分は、光ファイバプレート２に混入された鉛によって吸収されるため、ＣＣＤ素子３には到達せず、ＣＣＤ素子３では、Ｘ線によるノイズのない鮮明な画像を検出することができる。鉛を混入しない場合は、Ｘ線によるノイズを抑制するために光ファイバプレート２の厚さを十分に厚くする必要があるが、本実施形態では、光ファイバプレート２のＸ線透過率を低下させているので、薄い光ファイバプレート２で透過あるいは散乱したＸ線を吸収することができ、高感度化と薄型化を両立させることができる。
【００３２】
ＣＣＤ素子３は、光ファイバプレート２により伝送されてきた可視光画像を２次元に配列された画素により画像に対応した電気信号に変換する。このＣＣＤ素子３の駆動電源は、外部の駆動電源から、ケーブル２３、ＦＰＣ１３、ＦＰＣ用コネクタ１１、配線１２、電極取り出し端子７、ワイヤ８を介して供給されている（図１参照）。一方、画像電気信号は、ＣＣＤ素子３から別のワイヤ８、電極取り出し端子７、配線１２、ＦＰＣ用コネクタ１１、ＦＰＣ１３、ケーブル２３を介して図５に示される外部の制御装置２４に送られ、ここで処理されてモニターに歯牙２１のＸ線透過画像が表示される。
【００３３】
ＣＣＤ素子３を透過したＸ線は、Ｘ線遮蔽材４に吸収されるため、Ｘ線検出装置２２の入射面と反対の面から透過する量が削減でき、患者のＸ線被爆を抑えることができる。また、散乱などによる入射面と反対の面からのＣＣＤ素子３へのＸ線入射を抑制でき、ノイズを低減できる。
【００３４】
本実施形態では、ケーブル２３は入射面の背面中央に設けられた凸部１６から取り出され、この凸部１６を除くと装置２２全体が薄型になっている。このため、口腔内にどの向きで挿入する際にもケーブル２３が上顎や下顎にあたることがなく、また、比較的厚い凸部１６のケーブル取り出し部は、奥歯の撮影の際にも口腔の奥には達しないため、使用の際に患者が痛みを感じることがなくなる。
【００３５】
また、突起部６を光ファイバプレート２を固定する際の位置調整用に使用することで、従来使用していた固定用治具が不要となり、位置調整の精度を高めることができる。さらに、光ファイバプレート２をＣＣＤ素子３上に固定する際に、光ファイバプレート２と接触する突起部６3側が低くなるように固定用基板５を傾ければ、光ファイバプレート２の位置調整はさらに容易になる。
【００３６】
これらの突起部６は、それぞれの突起部６が連続していないことが好ましい。突起部が一体となった枠状になっていると、光ファイバプレート２積層時に余分な接着剤が枠上に這いあがって、固定用基板５を容器１４に収容する際に不具合が生じるからである。
【００３７】
容器１４の突起部６、９に対応する部分には凸部１５を設けなくともよい（図４(a)参照）。この場合は、固定用基板５は容器１４に接着剤１７等によって固定することが好ましい。また、図１に示す電極取り出し端子７とＦＰＣ用コネクタ１１との電気的に接続する配線１２は、ビアホール１０を貫通せず、固定用基板５の外周に沿って配線させても良い（図４(c)参照）。あるいは、ＦＰＣ用コネクタ１１を使用せず、入射面と反対の面の略中央部に設けた出力電極端子を介して配線１２とケーブル２３を直接接続しても良い（同図(b)参照）。
【００３８】
本実施例では、固体撮像素子としてＣＣＤ素子を利用した例について示したが、固体撮像素子には、ＢＢＤなどの他の撮像素子を利用しても良い。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、ケーブルをＸ線入射面の背面から垂直方向に取り出すことにより、装置全体を小型化することができる。また、固定用基板上に光ファイバプレートをマウントする際の位置を調整する積層体で形成された突起部が設けられているために、光ファイバプレートを高精度で設置することができる。このため、光ファイバプレートの固定が容易になるほか、固定時の精度誤差を見越して光ファイバプレートを大きくしなくてもすみ、装置全体が小型化できる。
【００４０】
さらに、突起部側壁の固体撮像素子側壁に対向している部分を、光ファイバプレートの側面に接触または近接している部分より固体撮像素子側壁から離隔させることで、接合時の作業性が向上する。特に、接着剤によって両者を接合する場合には、接着剤が突起部と光ファイバプレートとの間に広がって生ずる接着不良を確実に防止することができる。
【００４１】
あるいは、容器のＸ線入射面の内側の固定用基板の突起部に対応する位置に形成した凸部と固定用基板の突起部を対応させることで、容器内における装置を確実に固定する。
【００４３】
さらに、ワイヤボンディングを行う部位を、光ファイバプレートに接触・近接する突起部の存在しない一辺側に集中して配置することで、装置をさらに小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態の断面構成図である。
【図２】図１に係る実施形態の構造斜視図である。
【図３】図１に係る実施形態の断面構成図である。
【図４】本発明の他の実施形態の断面構成図である。
【図５】口腔内Ｘ線画像撮影システムの構成を示す図である。
【図６】従来例の断面構成図である。
【図７】本発明に係る装置の使用状況を示す図である。
【図８】他の従来例の構成図である。
【符号の説明】
１…Ｘ線蛍光体、２…光ファイバプレート、３…ＣＣＤ素子、４…Ｘ線遮蔽材、５…固定用基板、６…突起部、７…電極取り出し端子、８…ワイヤ、９…突起部、１０…ビアホール、１１…ＦＰＣ用コネクタ、１２…配線、１３…ＦＰＣ、１４…容器、１５…凸部、１６…突出部、１７…接着剤、２０…Ｘ線源、２１…歯牙、２２…Ｘ線画像検出装置、２３…ケーブル、２４…制御装置、２５…モニター、２６…プリンター、３１…入射窓。
Claims (5)
- 口腔内に挿入されて歯牙撮影に用いられる医療用小型Ｘ線画像検出装置において、
入射面から入射したＸ線を可視光に変換して前記入射面と反対の面から出力する矩形板状のＸ線蛍光体と、
前記Ｘ線蛍光体の入射面と反対の面に設けられ、前記Ｘ線蛍光体から出力された可視光を積層方向に伝送する光ファイバプレートと、
前記光ファイバプレートの可視光の出射面に設けられ、前記光ファイバプレートによって伝送された可視光による画像を２次元に配列された画素により画像に対応した電気信号に変換する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の入射面の背面に設けられるＸ線を吸収して遮蔽するＸ線遮蔽材と、
前記Ｘ線遮蔽材が固定された一方の面上の３辺に沿って各辺のそれぞれに１又は２以上のＸ線の入射面方向に突出する積層体からなる突起部が設けられ、前記突起部の前記光ファイバプレートに対向する側面の一部が前記積層体を構成する一部の層の突出により前記光ファイバプレートの側面方向に突出し、前記光ファイバプレートの側面に接触又は近接しており、前記一方の面の他の１辺に沿って前記固体撮像素子の駆動電源端子及び前記電気信号の出力端子に電気的に接続された電極取り出し端子が設けられ、他方の面の略中央部に前記電極取り出し端子と電気的に接続された出力電極端子が設けられている固定用基板と、
一端が前記出力電極端子に電気的に接続され、他端が外部の駆動電源及び画像表示装置に接続されている折り曲げ自在のケーブルと、
前記固定用基板及び前記固定用基板上に積層された前記Ｘ線蛍光体等からなるＸ線画像検出素子が内部に封入されており、前記ケーブルの外部への引き出し部を有する容器と、
を備えることを特徴とする医療用小型Ｘ線画像検出装置。 - 前記突起部側壁の前記固体撮像素子側壁に対向している部分は、前記光ファイバプレートの側面に接触または近接している部分より前記固体撮像素子側壁から離隔していることを特徴とする請求項１記載の医療用小型Ｘ線画像検出装置。
- 前記容器のＸ線入射面の内側の前記固定用基板の突起部に対応する位置に凸部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の医療用小型Ｘ線画像検出装置。
- 前記光ファイバプレートと、前記固体撮像素子の間に接着剤が配置されていることを特徴とする請求項１記載の医療用小型Ｘ線画像検出装置。
- 前記固体撮像素子は、前記固定基板の前記電極取り出し端子に対向する一辺に沿って前記駆動電源端子および画像電気信号出力端子が配置され、前記駆動電源端子および画像電気信号出力端子と前記電極取り出し端子とはワイヤボンディングによって電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の医療用小型Ｘ線画像検出装置。
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