JP4067197B2 - X線ct装置用固体検出器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はX線を光に変換するシンチレータ部を有したX線CT装置用固体検出器に係り、特にシンチレータ部の製造歩留まりを改善したX線CT装置用固体検出器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のX線CT装置用の固体検出器の素子モジュールの代表的な構造を図3に示す。
【0003】
検出器素子基板1の片面に複数チャンネル分の受光素子を有したフォトセンサが配置され、そのフォトセンサ上面にシンチレータが接着材等で張り付けられている。これらフォトセンサとシンチレータは各チャンネル毎に分離されフォトセンサ面以外の個々のチャンネルでのシンチレータ面には、シンチレータ内で発光した光がシンチレータ外部に放出しないようにある特殊な光反射層6やチャンネル間のX線クロストークと光クロストーク防止を兼ねたセパレータと呼ばれる各種光反射材により覆われている。これら各チャンネルのフォトセンサでの検出電流は検出器素子基板1上に配置された導伝性パターンを通じてコネクタ8に導かれ、固体検出素子9外部に検出電流値が送られる構造を有している。図5には第三世代型CT装置用固体検出器15の例を示している。図5(a)に示す様に固体検出器素子9は複数個円弧状に配列され、そのX線入射面側には散乱線等の混入を防ぐX線遮蔽体からなるグリッド14がX線管球16の焦点方向を向くように配置されている。
【0004】
また、図5(b)に示すようにX線ビーム18はX線遮蔽金属等からなるコリメータ17によりスライス方向で制限を受け薄いX線ビームとなって固体検出器素子9のシンチレータ部に当たるように固体検出器素子9が配置されている。この位置関係の詳細を図6により説明する。図6には固体検出器素子ブロックのあるチャンネル部でのスライス方向断面図を示している。フォトセンサ受光部3の上にシンチレータ4が接着され、この接着面以外は光反射層6に覆われている。端面部光反射層7は本図には示していないが各シンチレータチャンネル間の間にチャンネル間のX線クロストークを低減しかつ光反射層6と同じくシンチレータ間の光クロストークを低減する特別な光反射層処理をされた金属板セパレータを固定する目的で配置され基本的には反射層6と同様な材質で構成されている。X線ビーム18は点線に示す様に、固体検出器素子9のシンチレータ4のスライス方向幅より十分狭くなるように設定されている。この理由について図7のスライス方向検出器出力感度分布特性で説明する。
【0005】
この感度分布特性は非常に薄いX線ビームを固体検出器素子9のシンチレータ4端面側から時順次位置をずらして照射して、個々の位置で検出器素子の出力を測定して得られる。つまりX線ビームがシンチレータ位置から完全にずれると出力が出なくなり、中心部に行く程X線ビームが当たった位置でのシンチレータの発光を検出するだけでなく、この周辺のシンチレータからの拡散光による発光も検出するため固体検出器の感度が端部領域に比べて高くなる傾向を示す。
【0006】
また、シンチレータ自身の感度特性も中止に部に比べ周辺部が劣化するために、より感度特性端部の肩落ちが顕著になる事が知られている。このようなシンチレータ公有の特性の他にさらにシンチレータ4とフォトセンサ3の接着工程での張り付け位置精度を確保するのが困難なため、図6のようにスライス方向端部位置のシンチレータとフォトセンサ領域の接着後位置ズレさらには端部光反射層7の盛り付け作業バラツキ等で光反射効果差が大きくなり、より固体検出器素子9のチャンネル間スライス方向光感度特性バラツキを顕著にしていた。
【0007】
よって、CT装置用の固体検出器の場合はこのスライス方向感度バラツキの特性差により個々のチャンネルでの感度差が大きくなり、画質的には各種アーチファクトとして画像に現れる事から、一般には感度分布が均一な中心部のみX線ビーム18を当てる様に、固体検出器素子9でのシンチレータ6及びフォトセンサ3のスライス方向距離を充分確保するような設計をしていた。
【0008】
【発明が解決しようとしている課題】
しかしながら、シンチレータやフォトセンサの大型化は、部品材料総量が増加するだけでなく、フォトセンサにおいては特定ウエハからの切断分割製品歩留まりの低下やシンチレータでは感度分布の均一性ならびに各種特性バラツキ差が少ないといった要求がある。
【0009】
この要求に対して、これらのシンチレータおよびフォトセンサといった部品単体の製造技術の決めてとなるものがなく、それぞれの部品の歩留まりがなかなか向上せず、部品単価がコスト高になってしまうという問題があった。
【0010】
本発明では、上記要求に応えると共に上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、シンチレータの感度分布の均一性を向上可能なX線CT装置用固体検出器を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、X線を光に変換する第1のシンチレータ部と、この第1のシンチレータ部と接合され前記第1のシンチレータ部によって変換された光を電気信号に変換する光電変換部とを有した固体検出素子をチャンネル方向に複数配列し、前記固体検出素子間に前記光を反射する第 1 の反射部を備えたX線CT装置用固体検出器において、前記第1の反射部の一部は前記光電変換部の不感体部内に配置され、前記チャンネル方向に配列された各々の第1のシンチレータ部のスライス方向の両端部であって前記光電変換部の光受光部から外れた位置に設けられた第2のシンチレータ部と、複数の前記第2のシンチレータ部と複数の前記第1のシンチレータ部との間にわたって設けられた共通溝の中に形成され前記光及び外光を反射し前記第 1 の反射部により前記チャンネル方向に分離された第2の反射部とを配設したことを特徴とするX線CT装置用固体検出器によって達成される。
【0012】
また、フォトセンサ上面にX線や紫外線により発光するシンチレータを張り付けた構成からなり、チャンネル方向に複数のセンサを有した固体検出器素子において、シンチレータスライス方向端面部に独立したダミーシンチレータ部を設け、このダミーシンチレータとX線検出用シンチレータ間にX線検出用領域のシンチレータ面を覆う反射層と同じ材質の反射材を充填して分離する構造を持ち本ダミーシンチレータはフォトセンサの電流出力に寄与しないことを特徴とするX線CT装置用固体検出器によって達成される。
【0013】
また、フォトセンサ上面にX線や紫外線により発光するシンチレータを張り付けた構成からなり、チャンネル方向とスライス方向の両方向に複数に分割されているマルチスライス対応の固体検出器素子において、このシンチレータスライス方向端面部に独立したダミーシンチレータを設け、このダミーシンチレータとX線検出用シンチレータ間にX線検出用領域のシンチレータ面を覆う反射層と同じ材質の反射材を充填して分離する構造を持ち本ダミーシンチレータはフォトセンサの電流出力に寄与しないことを特徴とするX線CT装置用固体検出器によって達成される。
【0014】
また、上記固体検出器素子を複数個配列したことを特徴とするX線CT装置用固体検出器によって達成される。
【0015】
具体的には、固体検出器素子のシンチレータスライス方向端面部に、シンチレータ張り付け工程後機械的分離加工処理により、フォトセンサの電流出力に寄与しない独立したダミーシンチレータ領域を設け、このダミーシンチレータとX線検出用シンチレータ間にはX線検出用シンチレータ面を覆う反射層と同じ材質の反射材を充填して分離する構造を有する固体検出器素子構成手段を備えることにある。
【0016】
これにより、スライス方向端面部がシンチレータ張り付け工程後機械的分離加工処理により、従来0.5〜1.0mm程度の張り合わせ精度から0.01mm以下の精度でX線検出用シンチレータ端面位置が確定され配置精度が格段に向上する。そして切断分離された端部外側のシンチレータはX線計測時ダミーシンチレータとして独自に発光するが本シンチレータはフォトセンサ面に接触しておらずそのためX線検出用シンチレータの出力には関与しない。さらにこのダミーシンチレータとX線検出用シンチレータ間にはX線検出用シンチレータ面を覆う反射層と同じ材質の反射材を充填して分離する反射層が高精度で形成されるために、シンチレータとフォトセンサの接着位置ずれや端面部反射層厚さに起因するバラツキがなくスライス方向感度特性が均一化する。よってこの特性感度の向上により従来大きめのシンチレータ並びにフォトセンサを配置することなく、X線ビーム幅ぎりぎりに部品幅を小さく設定でき、固体検出器の主要原価構成部品であるシンチレータとフォトセンサ部品コストが下がり安価で高性能な固体検出器を提供できる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図3にX線CT装置用固体検出器素子の構造例を示す。
検出器素子基板1上に複数チャンネル分の受光素子を有したフォトセンサが配置され、そのフォトセンサ上に蛍光材料であるBGO,CdWO4等のシンチレータが透明な接着材等で張り付けられている。これらフォトセンサとシンチレータは1〜2mm程度の間隔の各チャンネル毎に分離され、フォトセンサ面以外の個々のチャンネルでのシンチレータ面には、特願平9−333838号に記載のようにシンチレータ内で発光した光がシンチレータ外部に放出しないように二酸化チタンや酸化バリウム等の白色剤をエポキシ樹脂に混合した光反射材として均一に塗布し硬化させて形成された光反射層6により覆われている。これら各チャンネルのフォトセンサでの検出電流は検出器素子基板1上に配置された導伝性パターンを通じてコネクタ8に導かれ、固体検出素子9外部に検出電流値が送られる構造を有している。図5には第三世代型CT装置用固体検出器15の例を示している。図5(a)に示す様に固体検出器素子9は複数個円弧状に配列され、そのX線入射面側には散乱線等の混入を防ぐX線遮蔽体からなるグリッド14がX線管球16の焦点方向を向くように配置されている。
【0018】
また、図5(b)に示すようにX線ビーム18はX線遮蔽金属等からなるコリメータ17によりスライス方向で制限を受け薄いX線ビームとなって固体検出器素子9のシンチレータ部に当たるように固体検出器素子9が配置されている。
【0019】
このような構成による固体検出器15において本発明の特長であるスライス方向ダミーシンチレータの構造について、図1を用い単一スライス計測用固体検出素子9の実施形態1を説明する。この図1は図3のシンチレータ&フォトセンサ部の特定チャンネル部中央のスライス方向A−A’視野断面図を示してある。検出器素子基板1の上には光受光素子であるフォトセンサ3と前記フォトセンサの出力端子叉は出力用パターンが設けられたフォトセンサ光不感体部2が設けられている。このセンサ受光部3のスライス方向長さは図5(b)に示す最大スライス方向X線ビーム18の幅より僅かに長い長さに設定されている。そしてこのフォトセンサ3の上にはフォトセンサ長より僅かに長いシンチレータ4が接着されており、このシンチレータ4のスライス方向端部でかつ光不感体部2の上にシンチレータ4と同じ材質であるダミーシンチレータ5が接着され設けられている。これらシンチレータ間およびセンサ接着面以外の表面は光反射層6により覆われており、特にシンチレータ4とダミーシンチレータ5間の隙間の光反射層6は光不感体部2の一部内部にまで達している。ダミーシンチレータ5の端面部に関しては本光反射層6以外に、後で説明するチャンネル間光&X線クロストーク防止用セパレータを固定する目的で前記光反射層6とほぼ同じ特性をもつ端部光反射層7で覆われている。よってこのような構造で構成されたダミーシンチレータ5はX線ビーム18より僅かに外側の箇所で、かつフォトセンサ3から離れた位置に設置されているため直接には固体検出器各チャンネルの出力には関与しない構造になっている。
【0020】
次に各チャンネルスライス方向で光受光部が複数に分割されているマルチスライス固体検出器での実施形態2を図2に示す。
この例では四分割されたマルチスライス検出器を例として説明する。
【0021】
検出器素子基板1の上には同様に光受光素子であるフォトセンサ群31,32,33,34と前記フォトセンサ群の出力端子叉は出力用パターンが設けられたフォトセンサ光不感体部2が設けられている。このフォトセンサ群の間には光不感体部21,22,23により分割され、個々のフォトセンサ群は独立して信号が取り出される様になっている。そしてこのフォトセンサ群の各センサの上にはこれらセンサ幅より僅かに大きい幅のシンチレータ群41,42,43,44が接着材により固定されており、さらに図1の単一スライス計測用固体検出素子と同様に最大スライス方向X線ビーム18の外側でかつこれらシンチレータ群のスライス方向端部側でかつ光不感体部2の上にシンチレータ群と同じ材質であるダミーシンチレータ5が接着され設けられている。これらシンチレータ群間およびセンサ群接着面以外の表面は光反射層6により覆われており、各シンチレータ群並びにシンチレータ群とダミーシンチレータ5間の隙間の光反射層6は光不感体部2,2−1,2−2,2−3の一部内部にまで達している。ダミーシンチレータ5の端面部に関しては本光反射層6以外に後で説明するチャンネル間光&X線クロストーク防止用セパレータを固定する目的で前記光反射層6とほぼ同じ特性をもつ端部光反射層7で覆われている。よってこのような構造で構成されたダミーシンチレータ5はX線ビーム18より僅かに外側の箇所で、かつフォトセンサ3から離れた位置に設置されているため直接的には固体検出器各チャンネルの出力には関与しない構造になっている。
【0022】
次に図4を用いてこれら固体検出素子3の製造工程を説明する。
工程では単一スライス計測型及びマルチスライス計測型固体検出素子どちらも同じため、本例ではマルチスライス計測型固体検出器素子例で説明する。
【0023】
(a)まず最初に検出器素子基板1上にチャンネル方向とスライス方向の両方で光不感体部2によって分割され複数のチャンネル並びにスライス方向に光受光素子を設けたマルチスライス用フォトセンサを用意する。
【0024】
(b)このマルチスライス用フォトセンサの光受光部に光受光部より若干大きい寸法のシンチレータ4を透明で光透過率の良い接着材により接着固定する。
【0025】
(c)次にシンチレータにフォトセンサ部スライス方向に分割している光不感体部2−1,2−2,2−3の中心位置で、かつこの光不感体部幅より狭くなるスライス方向溝10をダイヤモンドカッター等で切り込み分割する。同様に前記スライス方向溝とフォトセンサ光受光部間距離と同じになるように、スライス方向両端部にもダミーシンチレータを分離するダミー溝11を合わせて作成する。この時溝深さは光不感体部に一部達する様にカッター深さを制御する。
【0026】
(d)このスライス方向に分割溝加工されたシンチレータ表面に、二酸化チタンや酸化バリウム等の白色剤をエポキシ樹脂に混合した光反射材を、均一に塗布し硬化させて光反射層6を形成する。
【0027】
(e)次は光反射層6が成型されたシンチレータにフォトセンサ部チャンネル方向に分割している光不感体部の中心位置で、かつこの光不感体部幅より狭くなるチャンネル方向溝12をダイヤモンドカッター等で切り込み分割する。この時溝深さも光不感体部に一部達する様にカッター深さを制御する。またこの時に一緒にシンチレータのチャンネルピッチ間隔が同じになるようにシンチレータチャンネル方向両端部もカットして余分なシンチレータを除去しておく。
【0028】
(f)次にこのチャンネル方向溝12およびチャンネル方向両端部に溝幅より狭い厚さで、モリブデンやステンレス等のX線遮蔽効果のあるX線遮蔽板の表面にアルミ蒸着等の処理を施し鏡面処理をしてあるセパレータ13(アルミ蒸着処理の代わりに、反射層6と同様な光反射素材を塗布していても良い)を配置する。
【0029】
(g)このセパレータ13のスライス方向端面部に前記光反射層6とほぼ同じ特性をもつ端部光反射層7を盛り付けセパレータ13を固定する。
最後に検出器素子基板1にコネクタ8を取付け固体検出器素子9が完成する。
【0030】
本実施形態では工程(f)でセパレータ13を挿入したが、チャンネル方向X線クロストーク量が若干悪化し反射層形成時溝内への光反射材の充填が困難になるが(c)工程の直後に(e)工程を実施、その後(d)工程の反射層作成工程を施しスライス方向とチャンネル方向の溝間光反射層形成を同時に行い、最後にチャンネル方向端面部の研磨処理で余分な光反射層を削り取りチャンネル方向シンチレータ表面反射層幅を調整する方法や(e)工程後に再度(d)工程の反射層形成処理を行い最後にチャンネル方向端面部の研磨処理で余分な光反射層を削り取りチャンネル方向シンチレータ表面反射層幅を調整しても、セパレータ13をなくする構造をとっても良い。
【0031】
また、光不感体部に電気信号を配線するパターン等が配置され、図1,図2にような深溝加工が不可能な場合には、図8のように、わずかにシンチレータを残して溝加工する構造をとっても良いし、図9のように、シンチレータ不感体面まで或いはシンチレータ不感体面の位置付近まで溝加工して光反射層を形成する構造も可能である。
【0032】
また、今まで被写体19の無効被曝線量をなくす目的でX線ビーム18の幅の外側にダミーシンチレータ5が配置される構造を説明したが、本構造によりスライス方向のチャンネル間感度バラツキが均一となり特性も大幅に改善できる事からX線ビーム18の幅の内側に本ダミーシンチレータ5をいれてより固体検出器の小型化を行っても良い。
【0033】
本実施形態ではX線検出用シンチレータ端面位置精度が格段に向上することによりスライス感度特性の端部感度落ちが軽減し、チャンネル個々のスライス方向感度バラツキが大幅に低下する。よってこの特性感度の向上により従来大きめのシンチレータ並びにフォトセンサを配置することなく、X線ビーム幅ぎりぎりに部品幅を小さく設定でき、固体検出器の主要原価構成部品であるシンチレータとフォトセンサ部品コストが下がり安価で高性能な固体検出器を提供できる。
【0034】
【発明の効果】
本発明は、シンチレータの感度分布の均一性を向上可能なX線CT装置用固体検出器を提供するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】単一スライス計測用固体検出器素子での実施の一形態。
【図2】マルチスライス計測用固体検出器素子での実施の一形態。
【図3】固体検出器素子の外観図。
【図4】固体検出器素子の作成工程図。
【図5】X線CT装置第3世代方式固体検出器での実施の一形態。
【図6】従来型固体検出器素子の説明図。
【図7】スライス方向検出器素子出力感度特性の説明図。
【図8】図2の他の実施形態。
【図9】図8の他の実施形態。
【符号の説明】
3 フォトセンサ
4 シンチレータ
5 ダミーシンチレータ
13 セパレータ
Claims (1)
- X線を光に変換する第1のシンチレータ部と、この第1のシンチレータ部と接合され前記第1のシンチレータ部によって変換された光を電気信号に変換する光電変換部とを有した固体検出素子をチャンネル方向に複数配列し、前記固体検出素子間に前記光を反射する第1の反射部を備えたX線CT装置用固体検出器において、
前記第1の反射部の一部は前記光電変換部の不感体部内に配置され、
前記チャンネル方向に配列された各々の第1のシンチレータ部のスライス方向の両端部であって前記光電変換部の光受光部から外れた位置に設けられた第2のシンチレータ部と、複数の前記第2のシンチレータ部と複数の前記第1のシンチレータ部との間にわたって設けられた共通溝の中に形成され前記光及び外光を反射し前記第 1 の反射部により前記チャンネル方向に分離された第2の反射部とを配設したことを特徴とするX線CT装置用固体検出器。
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