JP4691074B2 - Radiation detection system - Google Patents

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Description

本発明は、放射線検出器、放射線検出システムまたはその放射線検出器を備えたX線コンピュータトモグラフィ装置(以下、X線CT装置)に関する。   The present invention relates to a radiation detector, a radiation detection system, or an X-ray computer tomography apparatus (hereinafter referred to as an X-ray CT apparatus) including the radiation detector.

X線CT装置は、X線管と放射線検出器とを有する。X線管で発生されたX線は、被検体を透過して、放射線検出器に入射する。検出器は、X線を電気信号として検出する複数の検出素子を備えている。検出素子は、X線を光に変換するシンチレータ等の蛍光体と、その光を電荷(電気信号)に変換するフォトダイオード等の光電変換素子とを有する。最近では、X線を電荷に直接的に変換する半導体素子を、検出素子に採用することも検討されている。   The X-ray CT apparatus has an X-ray tube and a radiation detector. X-rays generated by the X-ray tube pass through the subject and enter the radiation detector. The detector includes a plurality of detection elements that detect X-rays as electrical signals. The detection element includes a phosphor such as a scintillator that converts X-rays into light, and a photoelectric conversion element such as a photodiode that converts the light into electric charges (electric signals). Recently, it has been studied to employ a semiconductor element that directly converts X-rays into electric charges as a detection element.

近年、マルチスライス型の放射線検出器が登場している。マルチスライス型の放射線検出器は、スライス方向に沿って並列された複数の検出素子列を備えている。検出素子列各々は、スライス方向に略直交するチャンネル方向に一列に配列された複数の検出素子を有する。   In recent years, multi-slice radiation detectors have appeared. The multi-slice radiation detector includes a plurality of detector element arrays arranged in parallel along the slice direction. Each of the detection element arrays has a plurality of detection elements arranged in a line in the channel direction substantially orthogonal to the slice direction.

このマルチスライス型の放射線検出器は、列数の増加を要求されている。しかし、従来の放射線検出器では列数に制限があった。   This multi-slice type radiation detector is required to increase the number of rows. However, the conventional radiation detector has a limited number of rows.

放射線検出器の列数の増加を妨げる最大の要因は、配線構造と接続構造とにある。なおここでは説明の便宜上、フォトダイオードは、n×m(チャンネル方向×スライス方向)のマトリクスで配列されているものとする。つまり、フォトダイオードは、チャンネル方向に関してn個配列され、そのフォトダイオード列が、スライス方向にm個並列されている。   The biggest factor that hinders the increase in the number of rows of radiation detectors is the wiring structure and the connection structure. Here, for convenience of explanation, it is assumed that the photodiodes are arranged in a matrix of n × m (channel direction × slice direction). That is, n photodiodes are arranged in the channel direction, and m photodiode arrays are arranged in parallel in the slice direction.

複数のフォトダイオードと複数のスイッチング素子との間は、複数の信号引出し線を介して接続される。スライス方向に並んでいるm個のフォトダイオードのm本の信号引出し線は、チャンネル方向に関して隣のフォトダイオードとの間のギャップに形成されている。   The plurality of photodiodes and the plurality of switching elements are connected via a plurality of signal lead lines. M signal lead lines of m photodiodes arranged in the slice direction are formed in a gap between adjacent photodiodes in the channel direction.

従って、フォトダイオードの列数は、チャンネル方向に関して隣り合うフォトダイオードのギャップに形成可能な信号引き出し線の本数に依存して決まってしまう。またギャップを拡大すれば、信号引き出し線の本数を増加することは可能であるが、その場合、ギャップの拡大に反比例してフォトダイオードの有感域の面積が縮小されるので、感度が低下してしまう。   Therefore, the number of photodiode columns is determined depending on the number of signal lead lines that can be formed in the gap between adjacent photodiodes in the channel direction. If the gap is enlarged, the number of signal lead lines can be increased.However, in this case, the area of the photodiode sensitive area is reduced in inverse proportion to the gap enlargement, so the sensitivity decreases. End up.

本発明の目的は、列数を増やすことのできる放射線検出器、放射線検出システム及びX線CT装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a radiation detector, a radiation detection system, and an X-ray CT apparatus that can increase the number of rows.

本発明のある局面は、表面側から入射するX線を光に変換するシンチレータと、前記変換された光を電気信号に変換する複数のフォトダイオードを備えた少なくとも1つのフォトダイオードチップと、前記複数のフォトダイオードから複数の信号を読み出す複数のスイッチング素子を備えた少なくとも1つのスイッチングチップと、前記読み出された複数の信号を増幅し、ディジタル化する複数のデータ収集部を備えた少なくとも1つのデータ収集チップと、前記フォトダイオードチップと、前記スイッチングチップと、前記データ収集チップとを共通に実装するリジッド多層配線板とを具備し、前記多層配線板の表面に前記スイッチングチップの背面が結合され、前記スイッチングチップの表面に前記フォトダイオードチップの背面が結合され、前記多層配線板の裏面に前記データ収集チップが結合されることを特徴とする。 An aspect of the present invention includes a scintillator that converts X-rays incident from the surface side into light, at least one photodiode chip that includes a plurality of photodiodes that convert the converted light into electrical signals, and the plurality of the plurality of photodiodes. And at least one switching chip having a plurality of switching elements for reading a plurality of signals from the photodiode, and at least one data having a plurality of data collecting sections for amplifying and digitizing the read signals. A rigid multilayer wiring board that commonly mounts the collection chip, the photodiode chip, the switching chip, and the data collection chip, and the back surface of the switching chip is coupled to the surface of the multilayer wiring board; The back surface of the photodiode chip is coupled to the surface of the switching chip. Is, the data acquisition chips on the back surface of the multilayer wiring board is characterized in that it is coupled.

本発明によれば、容易に列数を増やすことができる。   According to the present invention, the number of columns can be easily increased.

以下では、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態は、2次元アレイ型の放射線検出器、およびその放射線検出器を装備したX線CT装置(X線コンピューテッドトモグラフィ装置)に関する。X線CT装置には、X線管と放射線検出器とが1体として被検体の周囲を回転する回転/回転(ROTATE/ROTATE)タイプと、リング状に多数の検出素子がアレイされ、X線管のみが被検体の周囲を回転する固定/回転(STATIONARY/ROTATE)タイプ等様々なタイプがあり、いずれのタイプでも本発明を適用可能である。ここでは、現在、主流を占めている回転/回転タイプとして説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present embodiment relates to a two-dimensional array type radiation detector and an X-ray CT apparatus (X-ray computed tomography apparatus) equipped with the radiation detector. In the X-ray CT apparatus, a rotation / rotation (ROTATE / ROTATE) type in which an X-ray tube and a radiation detector are rotated as one body, and a number of detection elements are arrayed in a ring shape. There are various types such as a fixed / rotation (STATIONARY / ROTATE) type in which only the tube rotates around the subject, and the present invention can be applied to any type. Here, the rotation / rotation type that currently occupies the mainstream will be described.

また、1ボリュームの(=1つのボリュームデータを構成する)ボクセルデータ(又は1枚の断層像)(いずれも後述)を再構成するには、被検体の周囲1周、約360°分の投影データが、またハーフスキャン法でも210〜240°程度分の投影データが必要とされる。いずれの方式にも本発明を適用可能である。ここでは、一般的な前者の約360°分の投影データから1ボリュームのボクセルデータ(又は1枚の断層像)を再構成するものとして説明する。   In addition, in order to reconstruct one volume of voxel data (which constitutes one volume data) (or one tomographic image) (both will be described later), a projection of about 360 ° around the subject is performed. The projection data corresponding to about 210 to 240 ° is also required for the data even in the half scan method. The present invention can be applied to any method. Here, a description will be given assuming that one volume of voxel data (or one tomographic image) is reconstructed from the projection data of about 360 ° of the general former.

また、入射X線を電荷に変換するメカニズムは、シンチレータ等の蛍光体でX線を光に変換し更にその光をフォトダイオード等の光電変換素子で電荷に変換する間接変換形と、特定の半導体のX線により半導体内の電子正孔対の生成及びその電極への移動すなわち光導電現象を利用した直接変換形とが主流である。X線検出素子としては、それらのいずれの方式を採用してもよいが、ここでは、前者の間接変換形として説明する。   In addition, the mechanism for converting incident X-rays into electric charge includes an indirect conversion type in which X-rays are converted into light by a phosphor such as a scintillator and the light is converted into electric charge by a photoelectric conversion element such as a photodiode, and a specific semiconductor The mainstream is the generation of electron-hole pairs in semiconductors by the X-rays and the transfer to the electrodes, that is, the direct conversion type utilizing the photoconductive phenomenon. Any of these methods may be employed as the X-ray detection element, but here, the former indirect conversion type will be described.

また、以下でフォトダイオードの有感域の幅は、X線管の回転中心軸上での換算値として定義する。つまり、「1mmの有感域幅を有するフォトダイオード」とは、「X線管の回転中心軸上で1mmに相当する有感域幅を有するフォトダイオード」を意味し、X線が放射状に拡散することを考慮すると、フォトダイオードの実際の有感域の幅は、X線焦点と回転中心軸との距離に対するX線焦点とフォトダイオードの有感域との実際の距離の比率に従って、1mmより若干広くなる。   In the following, the width of the sensitive area of the photodiode is defined as a converted value on the rotation center axis of the X-ray tube. That is, “a photodiode having a sensitive area width of 1 mm” means “a photodiode having a sensitive area width corresponding to 1 mm on the rotation center axis of the X-ray tube”, and X-rays diffuse radially. The width of the actual sensitive area of the photodiode is less than 1 mm according to the ratio of the actual distance between the X-ray focal point and the photosensitive area of the photodiode with respect to the distance between the X-ray focal point and the rotation center axis. Slightly wider.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る放射線検出器の斜視図に示している。放射線検出器は、スライス方向に沿って略円弧状に配列される複数の検出器モジュール1から構成される。図2(a)は、1つの検出器モジュール1の構成を概略的に示している。図2(b)は、1つの検出器モジュール1の断面部を示している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a perspective view of the radiation detector according to the first embodiment. The radiation detector is composed of a plurality of detector modules 1 arranged in a substantially arc shape along the slice direction. FIG. 2A schematically shows the configuration of one detector module 1. FIG. 2B shows a cross section of one detector module 1.

各検出器モジュール1は、入射放射線(ここではX線)を光に変換するシンチレータ9と、変換された光を電気信号に変換する少なくとも1つのフォトダイオードチップ2と、フォトダイオードチップ2から電気信号を読出す少なくとも1つのスイッチングチップ4と、読み出された電気信号を増幅し、ディジタル化する少なくとも1つのDASチップ(データ収集システムチップ)8とが、セラミック製のリジッドな1枚のプリント配線板10に共通に実装されてなる。リジッドプリント配線板10はスライス方向に長く、フォトダイオードチップ2と、スイッチングチップ4と、DASチップ8とは、リジッドプリント配線板10上でスライス方向に沿って配置される。   Each detector module 1 includes a scintillator 9 that converts incident radiation (here, X-rays) into light, at least one photodiode chip 2 that converts the converted light into an electrical signal, and an electrical signal from the photodiode chip 2. At least one switching chip 4 for reading out and at least one DAS chip (data acquisition system chip) 8 for amplifying and digitizing the read-out electric signal, a single rigid printed wiring board made of ceramic 10 in common. The rigid printed wiring board 10 is long in the slicing direction, and the photodiode chip 2, the switching chip 4, and the DAS chip 8 are arranged on the rigid printed wiring board 10 along the slicing direction.

フォトダイオードチップ2は、シリコン基板の表面に複数のフォトダイオード3と、複数のAl配線14とが形成されてなる。N個のフォトダイオード3が、スライス方向に関して、一定のギャップを隔てて配列される。チャンネル方向に関しては、M個のフォトダイオード3が、同じ一定のギャップを隔てて配列される。なお、スライス方向は、被検体の体軸方向に略平行である。チャンネル方向は、被検体の体軸方向に略直交する。   The photodiode chip 2 includes a plurality of photodiodes 3 and a plurality of Al wirings 14 formed on the surface of a silicon substrate. N photodiodes 3 are arranged with a certain gap in the slice direction. With respect to the channel direction, M photodiodes 3 are arranged with the same constant gap. Note that the slice direction is substantially parallel to the body axis direction of the subject. The channel direction is substantially orthogonal to the body axis direction of the subject.

複数のAl配線14は、複数のフォトダイオード3にそれぞれ接続される。スライス方向に関してフォトダイオードチップ2の右側の半分のエリアに配置されている(N/2)×M個のフォトダイオード3は、スライス方向と略平行にギャップに形成された(N/2)×M本のAl配線14を介して右外側に引き出される。同じスライス列の(N/2)個のフォトダイオード3に対応する(N/2)本のAl配線14は、隣のスライス列との間のギャップに高密度に形成されている。   The plurality of Al wirings 14 are respectively connected to the plurality of photodiodes 3. The (N / 2) × M photodiodes 3 arranged in the right half area of the photodiode chip 2 with respect to the slice direction are formed in a gap substantially parallel to the slice direction (N / 2) × M. It is pulled out to the right outside through the Al wiring 14. (N / 2) Al wirings 14 corresponding to (N / 2) photodiodes 3 in the same slice row are formed in a high density in a gap between adjacent slice rows.

スライス方向に関してフォトダイオードチップ2の左側の半分のエリアに配列されている(N/2)×M個のフォトダイオード3は、スライス方向と略平行にギャップに形成された(N/2)×M本のAl配線14を介して左外側に引き出される。同じスライス列の(N/2)個のフォトダイオード3に対応する(N/2)本のAl配線14は、隣のスライス列との間のギャップに高密度に形成されている。   The (N / 2) × M photodiodes 3 arranged in the left half area of the photodiode chip 2 with respect to the slice direction are (N / 2) × M formed in a gap substantially parallel to the slice direction. It is pulled out to the left outside through the Al wiring 14. (N / 2) Al wirings 14 corresponding to (N / 2) photodiodes 3 in the same slice row are formed in a high density in a gap between adjacent slice rows.

左右に引き出されたAl配線14は、それぞれトランジスタ5を介して、(N/2)本ずつ信号読出し線7に共通接続される。   The Al wirings 14 drawn to the left and right are connected in common to the signal readout lines 7 by (N / 2) lines through the transistors 5 respectively.

ギャップの幅と、配線14の太さ、配線14の間隔とにより、ギャップに形成できる配線14の本数が決まる。それによりスライス方向のフォトダイオード3の配列個数(スライス列数)が決まる。本実施形態では、配線14を左右に分けて引き出したので、スライス方向のフォトダイオード3の配列個数は、ギャップに形成できる配線14の本数の2倍で与えられる。   The number of wirings 14 that can be formed in the gap is determined by the width of the gap, the thickness of the wirings 14, and the spacing between the wirings 14. Thus, the number of photodiodes 3 arranged in the slice direction (the number of slice columns) is determined. In the present embodiment, since the wirings 14 are drawn out to the left and right, the number of photodiodes 3 arranged in the slice direction is given by twice the number of wirings 14 that can be formed in the gap.

スイッチングチップ4各々は、シリコン基板上に、CMOS型の複数のトランジスタ5がスイッチング素子として形成されてなる。複数のトランジスタ5は、複数のフォトダイオード3にそれぞれ接続される。同じ側の同じスライス列上に配置されたN/2個のフォトダイオード3は、N/2本の配線14、N/2個のトランジスタ5を介して、信号読出し線7に共通に接続される。信号読出し線7にはDASチップ8が接続される。   Each switching chip 4 includes a plurality of CMOS transistors 5 formed as switching elements on a silicon substrate. The plurality of transistors 5 are connected to the plurality of photodiodes 3, respectively. N / 2 photodiodes 3 arranged on the same slice column on the same side are commonly connected to the signal readout line 7 via N / 2 wirings 14 and N / 2 transistors 5. . A DAS chip 8 is connected to the signal readout line 7.

トランジスタ5のオンによりフォトダイオード3に蓄積された電荷が電流信号として信号読み出し線7に読み出される。トランジスタ5のオン/オフ(ゲート電圧)は、読み出し制御回路6により制御される。上述したようにスライス方向に並んでいるN/2本の配線14が信号読出し線7に共通に接続されているので、対応するN/2個のトランジスタ5を個々に順番にオンすることにより、N/2個のフォトダイオード3の信号を個々に順番に読み出すことができる。また、各信号読出し線7にDASチップ8が個々に接続されているので、N/2個のフォトダイオード3をシリアルに読み出すために要する時間で、モジュール内の全てのフォトダイオード3の信号読み出しを完了することができる。   When the transistor 5 is turned on, the electric charge accumulated in the photodiode 3 is read out to the signal readout line 7 as a current signal. On / off (gate voltage) of the transistor 5 is controlled by the read control circuit 6. As described above, since N / 2 wirings 14 arranged in the slice direction are commonly connected to the signal readout line 7, by turning on the corresponding N / 2 transistors 5 individually in order, The signals of N / 2 photodiodes 3 can be read out in order. In addition, since the DAS chip 8 is individually connected to each signal readout line 7, the signal readout of all the photodiodes 3 in the module can be performed in the time required to read out N / 2 photodiodes 3 serially. Can be completed.

また、隣り合う複数個のフォトダイオード3に対応する複数個のトランジスタ5を同時にオンすると、当該複数個のフォトダイオード3からの信号はアナログ的に加算され得る。この場合、当該複数個のフォトダイオード3は、1つのチャンネルを構成することとなる。このような配線構造及び電子的な読出し制御により、スライス厚を任意に変更することができる。   When a plurality of transistors 5 corresponding to a plurality of adjacent photodiodes 3 are simultaneously turned on, signals from the plurality of photodiodes 3 can be added in an analog manner. In this case, the plurality of photodiodes 3 constitute one channel. With such a wiring structure and electronic readout control, the slice thickness can be arbitrarily changed.

複数のフォトダイオード3に接続された複数のAl配線14は、ワイヤボンディングテクニックにより、複数の金属ワイヤ11を介して、リジッドプリント配線板10の複数の接点に接続される。スイッチングチップ4の表面に形成された複数のバンプ12は、リップチップテクニックにより、リジッドプリント配線板10の表面に形成された対応する複数のバンプに半田で接続される。同様に、DASチップ8の表面に形成された複数のバンプ13は、プリップチップテクニックにより、リジッドプリント配線板10の表面に形成された対応する複数のバンプに半田で接続される。 The plurality of Al wirings 14 connected to the plurality of photodiodes 3 are connected to the plurality of contacts of the rigid printed wiring board 10 via the plurality of metal wires 11 by wire bonding technique. A plurality of bumps 12 formed on the surface of the switching chip 4, the flip chip technique, is connected by soldering to a plurality of bumps corresponding formed on the surface of the rigid printed wiring board 10. Similarly, the plurality of bumps 13 formed on the surface of the DAS chip 8 are connected by soldering to the corresponding plurality of bumps formed on the surface of the rigid printed wiring board 10 by the plip chip technique.

上述したように、Al配線14を左右に引き出したことで、スライス方向に関して形成可能なフォトダイオード3の個数を、Al配線14を一方向だけに引き出す場合の2倍に増加させることができる。また、Al配線14を左右に引き出したことで、リジッドプリント配線板10とフォトダイオードチップ2との間のワイヤボンディングエリアを拡大することができるので、フォトダイオード3の個数の増加に対応することができる。   As described above, by pulling out the Al wiring 14 to the left and right, the number of photodiodes 3 that can be formed in the slicing direction can be doubled as compared with the case where the Al wiring 14 is pulled out only in one direction. Further, by pulling out the Al wiring 14 to the left and right, the wire bonding area between the rigid printed wiring board 10 and the photodiode chip 2 can be expanded, so that the increase in the number of photodiodes 3 can be accommodated. it can.

また、共通の1枚のリジッドプリント配線板10に、フォトダイオードチップ2を、スイッチングチップ4、DASチップ8を実装したことにより、これら3者間の接続が容易になり、フォトダイオード3の個数の増加に対応することができる。   Further, by mounting the photodiode chip 2, the switching chip 4, and the DAS chip 8 on one common rigid printed wiring board 10, the connection between these three members is facilitated, and the number of photodiodes 3 is increased. Can handle the increase.

また、N/2本の配線14を信号読出し線7に共通接続したことにより、スイッチングチップ4とDASチップ8との間の信号読出し線の本数を減らすことができる。また、N/2本の配線14を信号読出し線7に共通接続した簡単な構成により、トランジスタ5の電子的な制御で、スライス厚を簡単に変更することができる。   In addition, since the N / 2 wirings 14 are commonly connected to the signal readout line 7, the number of signal readout lines between the switching chip 4 and the DAS chip 8 can be reduced. Further, the slice thickness can be easily changed by electronic control of the transistor 5 with a simple configuration in which N / 2 wirings 14 are commonly connected to the signal readout line 7.

(第2実施形態)
上記第1実施形態では、シリコン基板表面に形成した複数のAl配線により複数のフォトダイオードを電気的に引き出している。そのためAl配線の本数、つまりスライス方向に配列するフォトダイオードの個数(列数)が、Al配線を形成するフォトダイオードのギャップの幅の制約を受けている。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, a plurality of photodiodes are electrically drawn out by a plurality of Al wirings formed on the silicon substrate surface. Therefore, the number of Al wirings, that is, the number (number of columns) of photodiodes arranged in the slice direction is restricted by the gap width of the photodiodes forming the Al wiring.

第2実施形態では、複数のフォトダイオードを、シリコン基板を表面から背面にかけて貫通する貫通配線により背面に電気的に引き出すことにより、上記制約を緩和するものである。   In the second embodiment, the above restrictions are alleviated by electrically pulling out a plurality of photodiodes to the back surface by through wirings penetrating the silicon substrate from the front surface to the back surface.

図3には第2実施形態による放射線検出器を構成する検出器モジュールの断面図を示し、図4に図3の貫通配線構造を詳細に示す断面図である。セラミック製のリジッドなプリント配線板22上に、少なくとも1つのフォトダイオードチップ20と、少なくとも1つのスイッチングチップ4と、少なくとも1つのDASチップ8とが、共通に実装される。   FIG. 3 is a cross-sectional view of a detector module constituting the radiation detector according to the second embodiment, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing in detail the through wiring structure of FIG. On the ceramic rigid printed wiring board 22, at least one photodiode chip 20, at least one switching chip 4, and at least one DAS chip 8 are mounted in common.

スイッチングチップ4の表面に形成された複数のバンプ12は、プリップチップテクニックにより、リジッドプリント配線板20の表面に形成された複数のバンプに半田で接続される。同様に、DASチップ8の表面に形成された複数のバンプ13は、プリップチップテクニックにより、リジッドプリント配線板10の表面に形成された複数のバンプに半田で接続される。   The plurality of bumps 12 formed on the surface of the switching chip 4 are connected to the plurality of bumps formed on the surface of the rigid printed wiring board 20 by soldering by a plip chip technique. Similarly, the plurality of bumps 13 formed on the surface of the DAS chip 8 are connected to the plurality of bumps formed on the surface of the rigid printed wiring board 10 by soldering by the plip chip technique.

複数のフォトダイオード5は、シリコン基板24の表面にマトリクス状に形成される。複数のフォトダイオード5は、シリコン基板24の表面に形成された複数のAl配線22にそれぞれ接続される。複数のAl配線22は、シリコン基板24の表面から裏面にかけて貫通する複数の貫通配線23にそれぞれ接続される。複数の貫通配線23の側面は例えば酸化シリコンにより絶縁されている。複数の貫通配線23の後端には、シリコン基板24の裏面において、複数のバンプ21が形成されている。このように複数のフォトダイオード5は、複数の貫通配線23を介して、裏面に電気的に引き出されている。   The plurality of photodiodes 5 are formed in a matrix on the surface of the silicon substrate 24. The plurality of photodiodes 5 are respectively connected to the plurality of Al wirings 22 formed on the surface of the silicon substrate 24. The plurality of Al wirings 22 are respectively connected to the plurality of through wirings 23 penetrating from the front surface to the back surface of the silicon substrate 24. The side surfaces of the plurality of through wirings 23 are insulated by, for example, silicon oxide. A plurality of bumps 21 are formed on the rear surface of the silicon substrate 24 at the rear ends of the plurality of through wirings 23. Thus, the plurality of photodiodes 5 are electrically drawn out to the back surface via the plurality of through wirings 23.

シリコン基板24の裏面に形成された複数のバンプ21は、リジッドプリント配線板22の表面に形成された対応する複数のバンプに半田で接続される。   The plurality of bumps 21 formed on the back surface of the silicon substrate 24 are connected to the corresponding plurality of bumps formed on the surface of the rigid printed wiring board 22 by soldering.

このように複数のフォトダイオード5を、複数の貫通配線23により、基板裏面に引き出すようにしたので、スライス方向に配列するフォトダイオード5の個数(列数)を上記制約から解放して、増加させることが可能となる。   Thus, since the plurality of photodiodes 5 are drawn out to the back surface of the substrate by the plurality of through wires 23, the number (number of columns) of the photodiodes 5 arranged in the slicing direction is released from the above restriction and increased. It becomes possible.

(第3実施形態)
放射線検出器は、X線CT装置のガントリハウジング内に収容される。検出器モジュールのスライス方向に関する幅は、ガントリハウジングの内部空間の大きさにより制限を受ける。上述したように、リジッドなプリント配線板の表面に、フォトダイオードチップと、スイッチングチップと、DASチップとを共通に実装する場合、フォトダイオードチップの実装面積が、スイッチングチップと、DASチップとに圧迫される。従って、スライス方向に配列するフォトダイオード5の個数(列数)は、フォトダイオードチップの実装面積によって制約を受ける。
(Third embodiment)
The radiation detector is housed in a gantry housing of the X-ray CT apparatus. The width of the detector module in the slice direction is limited by the size of the internal space of the gantry housing. As described above, when a photodiode chip, a switching chip, and a DAS chip are mounted in common on the surface of a rigid printed wiring board, the mounting area of the photodiode chip is pressed against the switching chip and the DAS chip. Is done. Therefore, the number (number of columns) of photodiodes 5 arranged in the slice direction is restricted by the mounting area of the photodiode chip.

第3実施形態は、この制約を軽減する。
図5には第3実施形態による放射線検出器を構成する検出器モジュールの断面図を示している。リジッドな多層配線板30の表面に、少なくとも1つのフォトダイオードチップ20と、少なくとも1つのスイッチングチップ4とが実装される。リジッドな多層配線板30の裏面には、少なくとも1つのDASチップ8が実装される。DASチップ8を裏面に配置したことで、検出器モジュールのスライス方向に関する幅を拡大して、スライス方向に配列するフォトダイオード5の個数(列数)を増加させることができる。
The third embodiment reduces this restriction.
FIG. 5 shows a cross-sectional view of a detector module constituting the radiation detector according to the third embodiment. At least one photodiode chip 20 and at least one switching chip 4 are mounted on the surface of the rigid multilayer wiring board 30. At least one DAS chip 8 is mounted on the back surface of the rigid multilayer wiring board 30. By disposing the DAS chip 8 on the back surface, the width of the detector module in the slice direction can be expanded, and the number of photodiodes 5 (number of columns) arranged in the slice direction can be increased.

フォトダイオードチップ20の複数のフォトダイオードは、シリコン基板を表面から裏面にかけて貫通する複数の貫通配線を介して、多層配線板30の表面に形成されたプリント配線の複数の端子に接続され、さらに表面プリント配線を介してスイッチングチップ4の複数のトランジスタに接続される。   The plurality of photodiodes of the photodiode chip 20 are connected to a plurality of terminals of a printed wiring formed on the surface of the multilayer wiring board 30 via a plurality of through wirings penetrating the silicon substrate from the front surface to the back surface. It is connected to a plurality of transistors of the switching chip 4 through printed wiring.

スイッチングチップ4の表面に形成された複数のバンプ12は、プリップチップテクニックにより、リジッド多層配線板30の表面に形成された対応する複数のバンプに半田35で接続される。   The plurality of bumps 12 formed on the surface of the switching chip 4 are connected to the corresponding plurality of bumps formed on the surface of the rigid multilayer wiring board 30 by solder 35 by the plip chip technique.

DASチップ8の表面に形成された複数のバンプ13は、プリップチップテクニックにより、リジッド多層配線板30の裏面に形成された対応する複数のバンプに半田で接続される。   The plurality of bumps 13 formed on the surface of the DAS chip 8 are connected to the corresponding plurality of bumps formed on the back surface of the rigid multilayer wiring board 30 by soldering by a plip chip technique.

図6には、多層配線板30の断面構造を示している。多層配線板30は、積層される複数枚の薄い配線基板31〜34から構成される。複数の配線基板31〜34の相互間は、複数のビアホールにより接続される。   FIG. 6 shows a cross-sectional structure of the multilayer wiring board 30. The multilayer wiring board 30 includes a plurality of thin wiring substrates 31 to 34 that are stacked. The plurality of wiring boards 31 to 34 are connected to each other by a plurality of via holes.

各配線基板31〜34の配線の引き回し、および複数の配線基板31〜34間での配線の接続は、スイッチングチップ4の複数のバンプ12と、それに対応するDASチップ8のバンプ13とを接続するために、設計されている。   The wiring of each wiring board 31 to 34 and the wiring connection between the plurality of wiring boards 31 to 34 connect the plurality of bumps 12 of the switching chip 4 and the corresponding bump 13 of the DAS chip 8. Designed for.

このように多層配線板30により、DASチップ8を裏面に配置することが可能となる。それによりDASチップ8により圧迫されていたフォトダイオードチップの実装面積を拡大して、スライス方向に配列するフォトダイオード5の個数(列数)を増加させることが可能となる。   Thus, the multilayer wiring board 30 makes it possible to arrange the DAS chip 8 on the back surface. As a result, the mounting area of the photodiode chip pressed by the DAS chip 8 can be expanded, and the number (number of columns) of photodiodes 5 arranged in the slice direction can be increased.

(第4実施形態)
図7は、第4実施形態による検出器モジュールの断面図である。
第3実施形態では、多層配線板の表面にフォトダイオードチップと、スイッチングチップとを実装し、多層配線板の裏面に、DASチップを実装することにより、フォトダイオードチップの実装面積を拡大する。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view of a detector module according to the fourth embodiment.
In the third embodiment, a photodiode chip and a switching chip are mounted on the surface of the multilayer wiring board, and a DAS chip is mounted on the back surface of the multilayer wiring board, thereby expanding the mounting area of the photodiode chip.

それに対して、第4実施形態は、多層配線板40の表面にフォトダイオードチップ20だけを実装し、多層配線板40の裏面に、DASチップ8とともに、スイッチングチップ4をも実装することにより、フォトダイオードチップ20の実装面積をさらに拡大する。   On the other hand, in the fourth embodiment, only the photodiode chip 20 is mounted on the front surface of the multilayer wiring board 40, and the switching chip 4 is mounted on the back surface of the multilayer wiring board 40 together with the DAS chip 8. The mounting area of the diode chip 20 is further expanded.

フォトダイオードチップ20の複数のフォトダイオードは、シリコン基板を表面から裏面にかけて貫通する複数の貫通配線を介して、多層配線板40の表面に形成された複数の端子に接続される。   The plurality of photodiodes of the photodiode chip 20 are connected to a plurality of terminals formed on the surface of the multilayer wiring board 40 via a plurality of through wirings penetrating the silicon substrate from the front surface to the back surface.

スイッチングチップ4の表面に形成された複数のバンプ12は、プリップチップテクニックにより、リジッド多層配線板40の裏面に形成された対応する複数のバンプに半田で接続される。   The plurality of bumps 12 formed on the surface of the switching chip 4 are connected to the corresponding plurality of bumps formed on the back surface of the rigid multilayer wiring board 40 by soldering by the plip chip technique.

DASチップ8の表面に形成された複数のバンプ13は、プリップチップテクニックにより、リジッド多層配線板40の裏面に形成された対応する複数のバンプに半田で接続される。   The plurality of bumps 13 formed on the surface of the DAS chip 8 are connected to the corresponding plurality of bumps formed on the back surface of the rigid multilayer wiring board 40 by soldering by the plip chip technique.

多層配線板40を構成する複数の配線基板それぞれの配線の引き回し、および複数の配線基板間での配線の接続は、フォトダイオードチップ20の複数のフォトダイオードを、それぞれ対応するスイッチングチップ4の複数のトランジスタに接続するために、設計されている。   The wiring of each of the plurality of wiring boards constituting the multilayer wiring board 40 and the wiring connection between the plurality of wiring boards are performed by connecting the plurality of photodiodes of the photodiode chip 20 to the plurality of corresponding switching chips 4. Designed to connect to transistors.

このように、多層配線板40の表面にフォトダイオードチップ20だけを実装し、多層配線板40の裏面に、スイッチングチップ4とDASチップ8とを実装することにより、フォトダイオードチップ20の実装面積をさらに拡大して、スライス方向に配列するフォトダイオード5の個数(列数)の増加を促進することが可能となる。   Thus, by mounting only the photodiode chip 20 on the front surface of the multilayer wiring board 40 and mounting the switching chip 4 and the DAS chip 8 on the back surface of the multilayer wiring board 40, the mounting area of the photodiode chip 20 is reduced. Further enlargement can facilitate the increase in the number (number of columns) of photodiodes 5 arranged in the slice direction.

(第5実施形態)
図8には第5実施形態による放射線検出器を構成する検出器モジュールの断面図を示している。セラミック製のリジッドなプリント配線板52上に、スイッチングチップ50と、DASチップ8とが実装され、スイッチングチップ50の表面上にフォトダイオードチップ20が実装されている。
(Fifth embodiment)
FIG. 8 shows a cross-sectional view of a detector module constituting the radiation detector according to the fifth embodiment. The switching chip 50 and the DAS chip 8 are mounted on a ceramic rigid printed wiring board 52, and the photodiode chip 20 is mounted on the surface of the switching chip 50.

スイッチングチップ50の表面には複数のバンプが形成され、フォトダイオードチップ20の裏面の複数のバンプに半田で接続される。スイッチングチップ50の裏面にも複数のバンプ51が形成され、貫通配線を介して表面の複数のトランジスタに接続される。スイッチングチップ50の裏面の複数のバンプ51は、リジッドプリント配線板52の表面に形成された対応する複数のバンプに半田で接続される。同様に、DASチップ8の表面に形成された複数のバンプ13は、プリップチップテクニックにより、リジッドプリント配線板52の表面に形成された複数のバンプに半田で接続される。   A plurality of bumps are formed on the front surface of the switching chip 50 and connected to the plurality of bumps on the back surface of the photodiode chip 20 by soldering. A plurality of bumps 51 are also formed on the back surface of the switching chip 50, and are connected to a plurality of transistors on the surface via through wirings. The plurality of bumps 51 on the back surface of the switching chip 50 are connected to the corresponding plurality of bumps formed on the surface of the rigid printed wiring board 52 by solder. Similarly, the plurality of bumps 13 formed on the surface of the DAS chip 8 are connected to the plurality of bumps formed on the surface of the rigid printed wiring board 52 by soldering by the plip chip technique.

このようにスイッチングチップ50の表面上にフォトダイオードチップ20を実装するようにしても、第3実施形態と同様の効果を奏することができる。   Thus, even if the photodiode chip 20 is mounted on the surface of the switching chip 50, the same effect as that of the third embodiment can be obtained.

(第6実施形態)
図9には第6実施形態による放射線検出器を構成する検出器モジュールの断面図を示している。リジッドな多層配線板60の表面上に、スイッチングチップ50が実装され、リジッドな多層配線板60の裏面上にDASチップ8が実装され、スイッチングチップ50の表面上にフォトダイオードチップ20が実装されている。
(Sixth embodiment)
FIG. 9 shows a cross-sectional view of a detector module constituting the radiation detector according to the sixth embodiment. The switching chip 50 is mounted on the surface of the rigid multilayer wiring board 60, the DAS chip 8 is mounted on the back surface of the rigid multilayer wiring board 60, and the photodiode chip 20 is mounted on the surface of the switching chip 50. Yes.

スイッチングチップ50の表面には複数のバンプが形成され、フォトダイオードチップ20の裏面の複数のバンプに半田で接続される。スイッチングチップ50の裏面にも複数のバンプ51が形成され、貫通配線を介して表面の複数のトランジスタに接続される。スイッチングチップ50の裏面の複数のバンプ51は、多層配線板60の表面に形成された対応する複数のバンプに半田で接続される。DASチップ8の表面に形成された複数のバンプ13は、プリップチップテクニックにより、多層配線板60の裏面に形成された複数のバンプに半田で接続される。   A plurality of bumps are formed on the front surface of the switching chip 50 and connected to the plurality of bumps on the back surface of the photodiode chip 20 by soldering. A plurality of bumps 51 are also formed on the back surface of the switching chip 50, and are connected to a plurality of transistors on the surface via through wirings. The plurality of bumps 51 on the back surface of the switching chip 50 are connected to the corresponding plurality of bumps formed on the surface of the multilayer wiring board 60 by solder. The plurality of bumps 13 formed on the surface of the DAS chip 8 are connected to the plurality of bumps formed on the back surface of the multilayer wiring board 60 by soldering using a plip chip technique.

多層配線板60を構成する複数の配線基板それぞれの配線の引き回し、および複数の配線基板間での配線の接続は、スイッチングチップ4の複数のトランジスタを、それぞれ対応するDASチップ8の複数のバンプに接続するために、設計されている。   The wiring of each of the plurality of wiring boards constituting the multilayer wiring board 60 and the connection of the wiring between the plurality of wiring boards are performed by connecting the plurality of transistors of the switching chip 4 to the plurality of bumps of the corresponding DAS chip 8 respectively. Designed to connect.

このようにスイッチングチップ50の表面上にフォトダイオードチップ20を実装し、また多層配線板60の裏面にDASチップ8を実装するようにしても、第4実施形態と同様の効果を奏することができる。   Thus, even when the photodiode chip 20 is mounted on the front surface of the switching chip 50 and the DAS chip 8 is mounted on the back surface of the multilayer wiring board 60, the same effects as in the fourth embodiment can be obtained. .

以上のように第1〜第6の実施形態は、以下に説明する様々な応用に発展され、また具体的で有意な構成を実現することができる。   As described above, the first to sixth embodiments can be developed to various applications described below, and can realize specific and significant configurations.

(第7実施形態)
図10には、第7実施形態に係るX線CT装置の構成を示している。回転リング102は、架台駆動部107により1回転あたり1秒以下という高速回転で駆動される。この回転リング102には、有効視野領域FOV内に載置された被検体Pに対してコーンビーム(四角錐)状、又はファンビーム状のX線を発生するためのX線管101が取り付けられている。X線管101には、X線の曝射に必要な電力が高電圧発生装置109からスリップリング108を介して供給される。これによりX線管101は、被検体の体軸方向に直交するチャンネル方向Cと、それに直交するスライス方向A(=回転軸に平行な方向)との2方向に広がる、いわゆるコーンビームX線又はファンビームX線を発生する。
(Seventh embodiment)
FIG. 10 shows a configuration of an X-ray CT apparatus according to the seventh embodiment. The rotating ring 102 is driven by the gantry driving unit 107 at a high speed rotation of 1 second or less per rotation. An X-ray tube 101 for generating cone beam (quadrangular pyramid) or fan beam-like X-rays with respect to the subject P placed in the effective visual field region FOV is attached to the rotating ring 102. ing. The X-ray tube 101 is supplied with power necessary for X-ray exposure from the high voltage generator 109 via the slip ring 108. Thereby, the X-ray tube 101 is a so-called cone beam X-ray that spreads in two directions, ie, a channel direction C orthogonal to the body axis direction of the subject and a slice direction A (= direction parallel to the rotation axis) orthogonal thereto. Fan beam X-rays are generated.

また、回転リング102には、被検体Pを透過したX線を検出するための放射線検出器103がX線管101に対向する向きで取り付けられている。放射線検出器103は、複数(例えば38個)の検出器モジュールから構成されている。図11には1つの検出器モジュールの展開図を示している。検出器モジュール1030は、シンチレータと、フォトダイオード1031、1032からなる複数の検出素子を有するフォトダイオードチップとを有している。複数の検出素子1031、1032は、チャンネル方向Cとスライス方向Sとの2方向に関してマトリクス状に配列される。なお、本実施形態におけるX線CT装置では、複数の検出器モジュール1030は、平面的ではなく、X線管101の焦点を中心とした円弧に沿って配列される。   Further, a radiation detector 103 for detecting X-rays transmitted through the subject P is attached to the rotating ring 102 in a direction facing the X-ray tube 101. The radiation detector 103 includes a plurality of (for example, 38) detector modules. FIG. 11 shows a development view of one detector module. The detector module 1030 includes a scintillator and a photodiode chip having a plurality of detection elements including photodiodes 1031 and 1032. The plurality of detection elements 1031 and 1032 are arranged in a matrix in the two directions of the channel direction C and the slice direction S. In the X-ray CT apparatus according to the present embodiment, the plurality of detector modules 1030 are not planar but are arranged along an arc centered on the focal point of the X-ray tube 101.

検出器モジュール1030は、上述したように複数の検出素子1031、1032を有するフォトダイオードチップとともに、スイッチングチップ、DASチップを有している。これらフォトダイオードチップ、スイッチングチップ、DASチップは、単一のリジッドなプリント配線板上に実装される。   The detector module 1030 includes a switching chip and a DAS chip together with the photodiode chip having the plurality of detection elements 1031 and 1032 as described above. These photodiode chip, switching chip, and DAS chip are mounted on a single rigid printed wiring board.

一方の検出素子1031は、スライス方向に関する幅が0.5mmで、チャンネル方向に関する幅が1mmの有感域を備えている。他方の検出素子1032は、スライス方向に関する幅が1mmで、チャンネル方向に関する幅が1mmの有感域を備えている。   One detection element 1031 has a sensitive area with a width of 0.5 mm in the slice direction and a width of 1 mm in the channel direction. The other detection element 1032 has a sensitive area with a width of 1 mm in the slice direction and a width of 1 mm in the channel direction.

0.5mm幅の検出素子1031は、スライス方向Cに例えば16個並べられる。なお、スライス方向Cに並べられた16個の検出素子1031を、第1の検出素子列群1033と称する。また、1mm幅の検出素子1032は、スライス方向Sに関し、第1の検出素子列1033の両側それぞれに、検出素子1031の配列個数よりも少ない複数個、例えば12個ずつ並べられる。スライス方向Cに並べられた12個の検出素子1032を、第2の検出素子列群1034と称する。   For example, 16 detection elements 1031 having a width of 0.5 mm are arranged in the slice direction C. The 16 detection elements 1031 arranged in the slice direction C are referred to as a first detection element array group 1033. In addition, with respect to the slice direction S, the detection elements 1032 having a width of 1 mm are arranged on each side of the first detection element array 1033 in a plurality, for example, twelve, which is smaller than the number of detection elements 1031 arranged. The twelve detection elements 1032 arranged in the slice direction C are referred to as a second detection element array group 1034.

本実施形態では、スライス方向Cに並べられた検出素子1031の個数(例えば16個)は、その両側それぞれに配置された検出素子1032の個数(例えば12個)よりも多く、そのトータル個数(例えば24個)よりも少なく成るように設計されている。   In the present embodiment, the number (for example, 16) of the detection elements 1031 arranged in the slice direction C is larger than the number (for example, 12) of the detection elements 1032 arranged on both sides thereof, and the total number (for example, It is designed to be less than 24).

このような放射線検出器103で検出されたM×N(上記の例でいえば、M=24行×38個=912であり、N=40(=16列+2×12列)である。)の全チャンネルに関する膨大なデータ(1ビェーあたりのM×Nチャンネル分のデータを以下「2次元投影データ」という。)は、チップ化されているデータ収集回路(DAS)104に一旦集められ、そして、一括して光通信を応用した非接触データ伝送装置105を介して後述のデータ処理ユニットに伝送される。   M × N detected by such a radiation detector 103 (M = 24 rows × 38 = 912 in the above example, N = 40 (= 16 columns + 2 × 12 columns)) A huge amount of data relating to all channels (data for M × N channels per behaviour is hereinafter referred to as “two-dimensional projection data”) is once collected in a chip data acquisition circuit (DAS) 104, and The data is transmitted to a data processing unit to be described later via a contactless data transmission device 105 that applies optical communication.

なお、放射線検出器103による検出動作は、1回転(約1秒)の間に、例えば1000回程度繰り返され、それによりM×Nチャンネル分の膨大な2次元投影データが1秒(1回転)あたり1000回発生し、このような膨大でしかも高速に発生する2次元投影データを時間遅れなく伝送するために、データ収集回路104及び非接触データ伝送装置105は超高速処理化が図られている。   It should be noted that the detection operation by the radiation detector 103 is repeated, for example, about 1000 times during one rotation (about 1 second), so that an enormous amount of 2D projection data for M × N channels is obtained for 1 second (1 rotation). The data collection circuit 104 and the non-contact data transmission device 105 are designed to be ultra-high-speed processing in order to transmit such enormous and high-speed generated 2D projection data without time delay. .

データ処理ユニットは、ホストコントローラ110を中心として、データ補正等の前処理を行う前処理装置106、記憶装置111、補助記憶装置112、データ処理装置113、再構成装置114、入力装置115及び表示装置116が、データ/制御バス300を介して相互接続されている。さらに、このバス300を介して、補助記憶装置201、データ処理装置202、再構成装置203、入力装置204及び表示装置205からなる外部の画像処理装置200が接続されている。   The data processing unit is centered on the host controller 110, and includes a preprocessing device 106 that performs preprocessing such as data correction, a storage device 111, an auxiliary storage device 112, a data processing device 113, a reconstruction device 114, an input device 115, and a display device. 116 are interconnected via a data / control bus 300. Further, an external image processing device 200 including an auxiliary storage device 201, a data processing device 202, a reconstruction device 203, an input device 204, and a display device 205 is connected via the bus 300.

以下では、上記構成例となるX線CT装置についての作用効果について説明する。なお、以下では、上記放射線検出器103により検出された被検体透過X線データに基づいて、複数のボクセルデータから構成されるボリュームデータを再構成し、ここから任意断面の断層像、任意方向からの投影像及び三次元表面表示像等の各種像を再構成する場合(作用)について説明する。   Below, the effect about the X-ray CT apparatus used as the said structural example is demonstrated. In the following, volume data composed of a plurality of voxel data is reconstructed based on the subject transmission X-ray data detected by the radiation detector 103, and from this, a tomographic image of an arbitrary cross section is generated from an arbitrary direction. A case (operation) of reconstructing various images such as a projected image and a three-dimensional surface display image will be described.

図12に、本実施形態のX線CT装置におけるデータの処理及びその流れを示している。被検体を透過したX線は、放射線検出器103においてアナログ電気信号の2次元投影データに変換され、さらにデータ収集回路104でディジタル電気信号の2次元投影データに変換された後、非接触データ伝送装置105を介して、各種補正を行う前処理装置106に送られ、感度補正等を受ける。   FIG. 12 shows data processing and its flow in the X-ray CT apparatus of this embodiment. The X-ray transmitted through the subject is converted into two-dimensional projection data of an analog electrical signal by the radiation detector 103, and further converted into two-dimensional projection data of a digital electrical signal by the data acquisition circuit 104, and then contactless data transmission. Via the device 105, it is sent to a preprocessing device 106 that performs various corrections, and receives sensitivity correction and the like.

なお、以下でフォトダイオードの有感域の幅は、X線管の回転中心軸上での換算値として定義する。つまり、「1mmの有感域幅を有するフォトダイオード」とは、「X線管の回転中心軸上で1mmに相当する有感域幅を有するフォトダイオード」を意味し、X線が放射状に拡散することを考慮すると、フォトダイオードの実際の有感域の幅は、X線焦点と回転中心軸との距離に対するX線焦点とフォトダイオードの有感域との実際の距離の比率に従って、1mmより若干広くなる。   In the following, the width of the sensitive area of the photodiode is defined as a converted value on the rotation center axis of the X-ray tube. That is, “a photodiode having a sensitive area width of 1 mm” means “a photodiode having a sensitive area width corresponding to 1 mm on the rotation center axis of the X-ray tube”, and X-rays diffuse radially. The width of the actual sensitive area of the photodiode is less than 1 mm according to the ratio of the actual distance between the X-ray focal point and the photosensitive area of the photodiode with respect to the distance between the X-ray focal point and the rotation center axis. Slightly wider.

ここで、放射線検出器103におけるアナログ電気信号への変換作用は、スライス方向A中央付近で検出されたX線については、幅0.5mmの検出素子1031aから構成された第1の検出素子列1033により行われ、残りの部分については、より幅の大きい幅1mmの検出素子1032から構成された第2の検出素子列1034により行われることになる。つまり、第1の検出素子列1033によれば、残りの部分と比較して、より高い分解能を保持したまま、2次元投影データの収集及びアナログ電気信号への変換作用が達成されることになる。   Here, the conversion action to the analog electric signal in the radiation detector 103 is the first detection element row 1033 including the detection elements 1031a having a width of 0.5 mm for the X-rays detected in the vicinity of the center in the slice direction A. The remaining portion is performed by the second detection element array 1034 configured by the detection element 1032 having a larger width of 1 mm. In other words, according to the first detection element array 1033, the two-dimensional projection data collection and the conversion to an analog electric signal are achieved while maintaining a higher resolution than the remaining portion. .

また、本実施形態のX線CT装置におけるX線管101は、上述したように、コーンビーム状、又はファンビーム状のX線を発生させる。そして、このようなX線管101においては、該X線管101近傍に適当な構成となるコリメータを設置すること等により、該コリメータの開口度を変化させることで、コーンビーム状、又はファンビーム状のX線のビーム厚を変更すること、つまり被検体に対する「スライス幅(=複数の均等な「スライス厚」を束ねた大きさ)」を変更することが可能である。   Further, as described above, the X-ray tube 101 in the X-ray CT apparatus of the present embodiment generates cone beam-shaped or fan beam-shaped X-rays. In such an X-ray tube 101, a collimator having an appropriate configuration is installed in the vicinity of the X-ray tube 101, and the like. It is possible to change the X-ray beam thickness, that is, the “slice width (= size obtained by bundling a plurality of uniform“ slice thicknesses ”)” with respect to the subject.

図13には、0.5mm厚のスライスを16枚撮影する場合に用いられる検出素子を斜線で示している。図14には、1mm厚のスライスを16枚撮影する場合に用いられる検出素子を斜線で示している。また、図15には、1mm厚のスライスを32枚撮影する場合に用いられる検出素子を斜線で示している。   In FIG. 13, the detection elements used when photographing 16 slices having a thickness of 0.5 mm are indicated by hatching. In FIG. 14, the detection elements used when 16 slices having a thickness of 1 mm are photographed are indicated by hatching. Further, in FIG. 15, detection elements used when 32 slices having a thickness of 1 mm are photographed are indicated by hatching.

0.5mm厚のスライスを16枚撮影する場合、0.5mm幅の検出素子1031の電気信号を個別に読み出すことにより、0.5mm厚の16枚の断層像を再構成可能なデータを収集することができる。   When 16 slices having a thickness of 0.5 mm are photographed, data capable of reconstructing 16 tomographic images having a thickness of 0.5 mm are collected by individually reading electrical signals from the detection element 1031 having a width of 0.5 mm. be able to.

また、1mm厚のスライスを16枚撮影する場合、隣り合うペアの0.5mm幅の検出素子1031の電気信号を同時に読み出すことにより、隣り合うペアの0.5mm幅の検出素子1031を単一素子の如く取り扱って、また中心に近い両側それぞれで4個ずつ、合計8個の1mm幅の検出素子1032の電気信号を個別に読み出すことにより、1mm厚の16枚の断層像を再構成可能なデータを収集することができる。   In addition, when 16 slices having a thickness of 1 mm are photographed, an electric signal of the detection element 1031 having a width of 0.5 mm between adjacent pairs is read out simultaneously, so that the detection element 1031 of the adjacent pair having a width of 0.5 mm is a single element. Data that can reconstruct 16 tomographic images of 1 mm thickness by individually reading out the electrical signals of a total of 8 1 mm-wide detection elements 1032, 4 on each side near the center. Can be collected.

また、1mm厚のスライスを32枚撮影する場合、隣り合うペアの0.5mm幅の検出素子1031の電気信号を同時に読み出すことにより、隣り合うペアの0.5mm幅の検出素子1031を単一素子の如く取り扱って、また1mm幅の検出素子1032の電気信号を個別に読み出すことにより、1mm厚の32枚の断層像を再構成可能なデータを収集することができる。   When 32 slices having a thickness of 1 mm are photographed, the electric signals of the detection elements 1031 having a width of 0.5 mm between adjacent pairs are read out simultaneously, so that the detection elements 1031 of the adjacent pairs having a width of 0.5 mm can be obtained as a single element. In addition, data that can reconstruct 32 tomograms having a thickness of 1 mm can be collected by individually reading the electrical signals of the detection element 1032 having a width of 1 mm.

もちろん、信号読出し方法を変えることにより、スライス厚を2mm、3mm、等様々に変更させることが可能である。また、そのスライス数も、1枚から40枚まで任意に変更可能である。さらに、複数種類のスライス厚のデータを同時に収集することも可能である。さらに、0.5mm,1mm,2mm,3mm,4mmのいずれか任意のスライス厚で8枚のスライスを収集することも可能である。   Of course, by changing the signal reading method, the slice thickness can be changed variously, such as 2 mm and 3 mm. The number of slices can be arbitrarily changed from 1 to 40. Furthermore, it is also possible to collect data of a plurality of types of slice thicknesses simultaneously. Furthermore, it is possible to collect 8 slices at any slice thickness of 0.5 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, and 4 mm.

このような信号の読出し制御は、第1実施形態で説明したように、同じスライス列上の複数のフォトダイオードを複数のトランジスタを介して単一の共通信号線に接続することにより、トランジスタのオン/オフ制御により実現され得る。   As described in the first embodiment, such signal read control is performed by connecting a plurality of photodiodes on the same slice column to a single common signal line via a plurality of transistors. / Off control can be realized.

なお、上記では0.5mmスライス時において、第1の検出素子列1033をを使用する形態について述べたが、これに代え、0.5mmスライス時において、上記第1の検出素子列1033の「8列」のみを使用するような形態としてもよい。その他、各スライス時においても種々のケースを考えることができるが、いずれにしても、16列でない「8列」や、場合により「4列」等を使用するモードとしてもよい。   In the above description, the first detection element array 1033 is used at the time of 0.5 mm slice, but instead of this, “8” of the first detection element array 1033 at the 0.5 mm slice is used. It may be configured to use only the “column”. In addition, various cases can be considered at the time of each slice. In any case, a mode using “8 columns” other than 16 columns or “4 columns” in some cases may be used.

さて、前処理装置106で感度補正やX線強度補正等を受けた360゜分、つまり1000セットの2次元投影データは、直接、あるいは記憶装置111に一旦記憶される。その後、この2次元投影データは再構成装置114に送られ、ここで、Feldkamp法と呼ばれる再構成アルゴリズムにより、該データに基づく再構成が行われる。   Now, the 360 ° two-dimensional projection data subjected to sensitivity correction, X-ray intensity correction, and the like in the preprocessing device 106, that is, 1000 sets of two-dimensional projection data, are temporarily stored in the storage device 111 directly. Thereafter, the two-dimensional projection data is sent to the reconstruction device 114, where reconstruction based on the data is performed by a reconstruction algorithm called the Feldkamp method.

Feldkamp再構成法は、スライス方向Aに広い対象領域を複数のボクセルの集合体として扱って、X線吸収係数の3次元的分布データ(以下「ボリュームデータ(複数のボクセルデータが立体的(3次元的)に集合したもの)」という。)を発生するために、ファンビーム・コンボリューション・バックプロジェクション法をもとに改良された近似的再構成法である。つまり、Feldkamp再構成法は、データをファン投影データとみなして畳み込み、そしてバックプロジェクションは、回転中心軸に対して実際のコーン角に応じた斜めのレイに沿って行うものである。なお、改良されていないファンビーム・コンボリューション・バックプロジェクション法は、バックプロジェクションで、レイを回転中心軸に対して直交するものと仮定するので、アーチファクトが強く現れる。   The Feldkamp reconstruction method treats a wide target region in the slice direction A as an aggregate of a plurality of voxels, and uses three-dimensional distribution data (hereinafter referred to as “volume data (a plurality of voxel data is three-dimensional (three-dimensional) This is an approximate reconstruction method that is improved based on the fan beam convolution back projection method. That is, in the Feldkamp reconstruction method, the data is considered as fan projection data and convolved, and the back projection is performed along an oblique ray corresponding to the actual cone angle with respect to the rotation center axis. Note that the fan beam convolution back projection method that has not been improved assumes that the ray is orthogonal to the rotation center axis in back projection, and thus artifacts appear strongly.

従って、Feldkamp再構成法を採用することにより、スライス方向に広い検出器を有効に活用することができる。   Therefore, by adopting the Feldkamp reconstruction method, a detector wide in the slice direction can be used effectively.

再構成されたボリュームデータは、直接、あるいは記憶装置111に一旦記憶された後、データ処理装置113に送られて、オペレータの指示に基づき、既に広く用いられている、任意断面の断層像、任意方向からの投影像、レンダリング処理による特定臓器の3次元表面画像等のいわゆる疑似3次元画像データに変換されて、表示装置116に表示される。   The reconstructed volume data is directly or once stored in the storage device 111 and then sent to the data processing device 113. Based on the instructions of the operator, the tomographic image of an arbitrary cross section, which is already widely used It is converted into so-called pseudo three-dimensional image data such as a projected image from a direction and a three-dimensional surface image of a specific organ by rendering processing, and is displayed on the display device 116.

オペレータは、検査・診断の目的に応じて、上記任意断面の断層像、任意方向からの投影像及び3次元表面画像等の中から任意の表示形態を選択し、設定することが可能である。この場合つまり、一つのボリュームデータから、異なる形態での画像を生成し、表示することになる。また、表示の際には、1種類の画像だけでなく、複数種類の画像を同時に表示するモードも備え、目的に応じて一つの画像を表示するモードとの切り替えが可能であるようになっている。   The operator can select and set an arbitrary display form from the tomographic image of an arbitrary cross section, a projection image from an arbitrary direction, a three-dimensional surface image, and the like according to the purpose of inspection / diagnosis. In this case, an image in a different form is generated from one volume data and displayed. In addition, when displaying, not only one type of image but also a mode in which a plurality of types of images are displayed at the same time can be switched to a mode in which one image is displayed according to the purpose. Yes.

ちなみに、上記にいう「任意断面の断層像」とは、図16に示すように、従来のX線CT装置で得られる体軸に直交した断面(アキシャル断面)AXだけではなく、サジタル断面SA、コロナル断面COといった、アキシャル断面AXに直交する断面、さらには、これらの断面AX、SA及びCOに対して傾いたオブリーク断面OBについての断層像のこと等をいう。これらは、上記ボリュームデータから、指定された断面について、やはり指定された厚さのボクセルデータを抽出し、束ねて表示する。   Incidentally, the above-mentioned “tomographic image of arbitrary cross section” means not only a cross section (axial cross section) AX orthogonal to the body axis obtained by a conventional X-ray CT apparatus, but also a sagittal cross section SA, as shown in FIG. It refers to a tomographic image of a cross section orthogonal to the axial cross section AX, such as a coronal cross section CO, and an oblique cross section OB inclined with respect to these cross sections AX, SA, and CO. These extract voxel data of the designated thickness from the volume data, and display them in a bundle.

また、「任意方向からの投影像」とは、ボリュームデータに対して、当該任意方向として設定された方向に並んだボクセルデータについて、例えば、最大値をピックアップし、また該並んだボクセルデータの積算値をとる等して、これを2次元画像として表示するものである。さらに、「3次元表面画像」とは、例えば、設定されたしきい値による表面を抽出し、設定された光源による陰影により、表面を3次元的に表示する方法である。この場合、しきい値を変化させながら観察することで、内部の構造も把握できる。   The “projected image from an arbitrary direction” refers to, for example, picking up the maximum value of voxel data arranged in the direction set as the arbitrary direction with respect to the volume data, and integrating the arranged voxel data. By taking a value or the like, this is displayed as a two-dimensional image. Furthermore, the “three-dimensional surface image” is a method of, for example, extracting a surface based on a set threshold value and displaying the surface three-dimensionally by shading with a set light source. In this case, the internal structure can be grasped by observing while changing the threshold value.

このように本実施形態におけるX線CT装置では、一つのボリュームデータを通じて各種の画像を取得することができるが、上記放射線検出器103を採用することによれば、以上説明したことに基づき、以下に記す効果を享受することが可能となる。すなわち、上記ボリュームデータを構成するボクセルデータのサイズは、システムのジオメトリ、及びデータ収集速度等によって変化するとともに、上記放射線検出器103を構成する検出素子1031、1032のサイズにも大きく依存する。この点、本実施形態における放射線検出器103によれば、幅の小さな検出素子1031を多列(上記例では16列)備えていることにより、ボクセルデータ一つにつき、例えば最小で、0.5mm×0.5mm×0.5mm程度を達成しつつ比較的広範囲な撮影を実施することが可能である。つまり、広範囲かつ高分解能が維持される。   As described above, in the X-ray CT apparatus according to the present embodiment, various images can be acquired through a single volume data. By adopting the radiation detector 103, the following is based on the above description. It is possible to enjoy the effects described in 1. That is, the size of the voxel data constituting the volume data varies depending on the system geometry, the data collection speed, and the like, and also greatly depends on the size of the detection elements 1031 and 1032 constituting the radiation detector 103. In this regard, according to the radiation detector 103 in the present embodiment, the detection elements 1031 having small widths are provided in multiple rows (16 rows in the above example), so that for each voxel data, for example, a minimum of 0.5 mm. It is possible to carry out a relatively wide range of imaging while achieving about × 0.5 mm × 0.5 mm. That is, a wide range and high resolution are maintained.

また一方で、本実施形態の放射線検出器103は、検出素子1031、1032の多列化構造を有しているから、1回転で大きなボリュームデータを得ることができるので、「広範囲」で、かつ等方位性(isotropic)のボクセルデータを収集することができる。従って、任意断面の断層像の分解能を略等しくすることができ、臨床上有用な画像を取得することができる。すなわち、X軸、Y軸及びZ軸すべてに関し、等方位性ボクセルでデータを収集することが可能となるため、アキシャル断面AX、サジタル断面SA及びコロナル断面COそれぞれの断層像につき、同じ分解能で表現された画像に基づく診断を行うことができる。臨床的には、頭部0.5mm、腹部1mmスライスを基本として、いわゆるisotropicを実現できる。   On the other hand, since the radiation detector 103 of the present embodiment has a multi-row structure of the detection elements 1031 and 1032, large volume data can be obtained by one rotation. Isotropic voxel data can be collected. Therefore, the resolution of the tomographic image of an arbitrary cross section can be made substantially equal, and a clinically useful image can be acquired. In other words, since data can be collected with isotropic voxels for all of the X-axis, Y-axis, and Z-axis, the tomographic images of the axial section AX, sagittal section SA, and coronal section CO are expressed with the same resolution. Diagnosis based on the obtained image can be performed. Clinically, so-called isotropic can be realized based on a slice of 0.5 mm head and 1 mm abdomen.

なお、「広範囲」な撮影が可能であるこということは、「迅速」な撮影が可能であること、つまり被検体に対するトータル的な被爆量を低減すること等が可能であることを示唆するものであるが、そのこととは別に、本実施形態における放射線検出器103によれば、幅の小さい検出素子31aの配設数(ないし列数)が、幅の大きい検出素子31のそれよりも小さくされているから、例えば従来の技術で述べたような特表平8−509896号が開示する2次元アレイ型検出器で検出素子の小型化を図る場合のように、取り扱わなければならないデータ数が膨大になるということがなく、この点からも、「迅速」な処理が可能である点を指摘することができる。むろん、当該公報に関し問題指摘した「クロストーク」の問題も、本実施形態においては大きな問題とならないことが明白である。   The fact that “wide range” imaging is possible implies that “rapid” imaging is possible, that is, it is possible to reduce the total amount of exposure to the subject. However, apart from that, according to the radiation detector 103 in the present embodiment, the number (or the number of columns) of the detection elements 31a having a small width is made smaller than that of the detection elements 31 having a large width. Therefore, for example, the number of data that must be handled is enormous as in the case of miniaturization of the detection element in the two-dimensional array type detector disclosed in JP-T-8-509896 as described in the prior art. From this point, it can be pointed out that “rapid” processing is possible. Of course, it is obvious that the “crosstalk” problem pointed out with respect to the publication is not a big problem in this embodiment.

なおまた、本実施形態における放射線検出器103によれば、X線管101及び放射線検出器103を連続回転させる撮影につき、特有の効果を奏する。   In addition, according to the radiation detector 103 in the present embodiment, there is a specific effect for imaging in which the X-ray tube 101 and the radiation detector 103 are continuously rotated.

まず、1回転のスキャンによれば、上記データ処理を行うことにより、既に述べたように、1回転だけで得られた多方向からの2次元投影データから、スライス方向Aに広い対象領域について、スライス方向Aに時間差のない、一つのボリュームデータを求めることができる。そして、アキシャル断面AX以外でも、ある時刻(同一時刻)における断層像を観察することが可能となる。この場合の表示画像の形態は、上述したように、任意断面の断層像、任意方向の投影像及び三次元表面画像等から選択・設定することが可能である。   First, according to the scan of one rotation, by performing the above data processing, as described above, from the two-dimensional projection data from multiple directions obtained by only one rotation, an object region wide in the slice direction A is obtained. One volume data having no time difference in the slice direction A can be obtained. In addition to the axial cross section AX, it is possible to observe a tomographic image at a certain time (same time). As described above, the form of the display image in this case can be selected and set from a tomographic image having an arbitrary cross section, a projection image in an arbitrary direction, a three-dimensional surface image, and the like.

そして、連続回転スキャンによれば、複数回転で得られた多方向からの2次元投影データに対して、1回転の場合と同様の処理を繰り返して行う場合には、得られるボリュームデータが一つではなく複数となる。1回転毎に再構成する場合でも回転数と同じ数のセットが得られるし、再構成に使用するデータの範囲(システムの回転角度の範囲)を少しずつズラしていくことにより、時間的に少しずつ異なる、より多くのボリュームデータが得られる。   According to continuous rotation scanning, when the same processing as in the case of one rotation is repeatedly performed on two-dimensional projection data from multiple directions obtained by a plurality of rotations, one volume data is obtained. Rather than multiple. Even when reconfiguration is performed for each rotation, the same number of sets as the number of rotations can be obtained, and the range of data used for reconstruction (range of the rotation angle of the system) is gradually shifted, so that More volume data that is slightly different can be obtained.

なお、この連続回転スキャンの場合における表示画像の形態については、1回転の場合と同様、オペレータの設定に応じて、任意断面の断層像、任意方向からの投影像、3次元表面画像等の中から選択可能である。   As for the form of the display image in the case of this continuous rotation scan, as in the case of one rotation, depending on the setting of the operator, a tomographic image of an arbitrary cross section, a projection image from an arbitrary direction, a three-dimensional surface image, etc. It is possible to select from.

また、上記時間的に少しずつ異なるボリュームデータから、設定された表示形態での時間的に少しずつ異なる画像を生成し、これを順番に表示することによれば、オペレータは、当該画像を、図17に示すように、動画としてリアルタイムに観察することが可能となる。つまり、連続スキャンと並行して画像を動画として表示することが可能となる。   Further, by generating slightly different images in time in the set display form from the volume data slightly different in time, and displaying the images in order, the operator can display the images. As shown in FIG. 17, it becomes possible to observe a moving image in real time. That is, it is possible to display an image as a moving image in parallel with continuous scanning.

なお以下では、この連続回転スキャンの場合におけるデータ処理につき、少々説明を加えておく。ただし、以下では、1つの3次元画像データを再構成するのに必要な投影データの角度範囲を、360°として説明するが、既に述べたように、該角度範囲を、360°ではない角度、例えば180°+ビュー角としてもよい。   In the following, data processing in the case of this continuous rotation scan will be described a little. However, in the following description, the angle range of projection data necessary to reconstruct one three-dimensional image data will be described as 360 °. As already described, the angle range is an angle other than 360 °, For example, it may be 180 ° + view angle.

まず、被検体の周囲をX線管101が、放射線検出器103と共に高速に連続回転する。1回転あたりに要する時間は、t0(上記例では、1秒)である。次々と収集される投影データはほぼ実時間で前処理を受ける。そして、再構成装置114では、前処理された360°分の投影データに基づいて、ボリュームデータ“I”を再構成する。そして、再構成されたボリュームデータIに基づいて、データ処理装置113で、任意断面の断層像、任意方向からの投影像、3次元表面画像等の画像データ“DI”が生成される。この画像データ“DI”は、表示装置116に表示される。   First, the X-ray tube 101 continuously rotates at a high speed around the subject together with the radiation detector 103. The time required for one rotation is t0 (1 second in the above example). The projection data collected one after another is preprocessed in almost real time. Then, the reconstruction device 114 reconstructs the volume data “I” based on the pre-processed 360 ° projection data. Then, based on the reconstructed volume data I, the data processing device 113 generates image data “DI” such as a tomographic image of an arbitrary cross section, a projection image from an arbitrary direction, and a three-dimensional surface image. The image data “DI” is displayed on the display device 116.

上記したような動画表示をする場合には、1回目のスキャンからn回目のスキャンまでのそれぞれのスキャンについて、該スキャンから画像表示までの一連の処理を並行して行い(例えば、1回目のスキャンに基づく再構成処理に並行して、2回目のスキャンを実施等。)、これにより連続して得られる2次元投影データに基づき画像を次々と再構成し、それを次々と表示することになる。   When displaying a moving image as described above, for each scan from the first scan to the n-th scan, a series of processing from the scan to the image display is performed in parallel (for example, the first scan In parallel with the reconstruction processing based on the image, the second scan is performed, etc.), and the images are reconstructed one after another based on the two-dimensional projection data obtained in succession, and displayed one after another. .

このため再構成装置114は、2次元投影データの収集オペレーション(スキャン)と並行して、所定角度範囲(ここでは360°)分の投影データを収集するのに要する時間t0より短時間で、ボリュームデータIを再構成するために必要な処理能力を備えている。また、データ処理装置113は、ボリュームデータIの再構成時間よりも短時間で、ボリュームデータIから画像データDIを発生するために必要な処理能力を備えている。さらに、表示装置116は、画像データDIを、その画像データDIの起源の投影データの収集オペレーションの期間の起点Ts又は終点Teから、一定時間後に表示開始するために必要なカウンタ及びメモリ等を装備している。   For this reason, the reconstruction device 114 has a volume shorter than the time t0 required to collect projection data for a predetermined angle range (here, 360 °) in parallel with the two-dimensional projection data collection operation (scan). The processing capability necessary to reconstruct the data I is provided. Further, the data processing device 113 has a processing capability necessary for generating the image data DI from the volume data I in a shorter time than the reconstruction time of the volume data I. Further, the display device 116 is equipped with a counter, a memory, and the like necessary for starting display of the image data DI from a starting point Ts or an ending point Te during the period of the operation of collecting projection data originating from the image data DI after a predetermined time. is doing.

ところで、いま述べた点に関しては、放射線検出器103周りの信号処理能力も、当然に高いことが要求されることになる。この点、本実施形態における放射線検出器103によれば、既に述べたように、「迅速」な信号処理が可能であるから、上記したような動画表示を円滑に実行することに大きく貢献する。しかも、それは広範囲で高分解能を維持しつつ達成することが可能なのである。   By the way, regarding the point just described, it is naturally required that the signal processing capability around the radiation detector 103 is also high. In this regard, according to the radiation detector 103 in the present embodiment, as described above, since “rapid” signal processing is possible, it greatly contributes to smooth execution of the moving image display as described above. Moreover, it can be achieved while maintaining a high resolution over a wide range.

なお、上記実施形態においては、再構成、断面変換などのデータ処理及び表示オペレーションは、X線CT装置100内で行われるとしたが(そのような形態が一般的である)、本発明においてはこれに代え、これらデータ処理等を、図1に外部の画像処理装置200において実行するようにしてもよい。また、このような外部の画像処理装置200を使用する場合、X線CT装置100から、画像処理装置200に送られるデータは、再構成前でも、再構成後でも、データ処理後の表示直前でも、いずれの状態でも上記した実施形態の効果を妨げるものではない。   In the above embodiment, data processing and display operations such as reconstruction and cross-section conversion are performed in the X-ray CT apparatus 100 (such a form is common), but in the present invention. Instead, these data processing and the like may be executed in the external image processing apparatus 200 in FIG. When such an external image processing apparatus 200 is used, the data sent from the X-ray CT apparatus 100 to the image processing apparatus 200 may be before reconstruction, after reconstruction, or immediately before display after data processing. In any state, the effect of the above-described embodiment is not disturbed.

また、上記では、任意断面の断層像、任意方向の投影像及び3次元表面画像等の表示が可能としていたが、本発明はこれに加え、これらメインの各種画像表示と一緒に、ROIのCT値や心電図など、時間的に変化する情報を、グラフで表示し、グラフ上に表示中のメイン画像の時刻も表示する構成としてもよい。   Further, in the above description, it is possible to display a tomographic image of an arbitrary cross section, a projection image in an arbitrary direction, a three-dimensional surface image, and the like. It is good also as a structure which displays the time change information, such as a value and an electrocardiogram, with a graph, and also displays the time of the main image currently displayed on the graph.

さらに本実施形態は種々変形して実施することが可能である。例えば、上述した実施形態をX線管101が被検体の周囲を螺旋状の軌跡を描くように架台及び寝台の少なくとも一方をスキャン中に移動させるヘリカルスキャンに適用しても良い。この時、データ収集に用いる検出素子列、ヘリカルピッチ、スキャン範囲、スキャン時間、管電流の少なくともいずれかを含む撮影条件を最適値に設定すれば、等方位性のボクセルデータから成るボリュームデータを得ることができる。尚、このisotoropicを実現するにあたっては、検出幅の狭い第1の検出素子列だけを使用してデータ収集を行うことが、高分解能という観点から望ましい。例えば、撮影条件は、撮影領域頭部18cmφ、0.5mm検出素子列×4列、ヘリカルピッチ3、スキャン範囲60mm、スキャン時間20秒、150mAs、再構成ピッチ0.3mmのように設定する。   Furthermore, this embodiment can be implemented with various modifications. For example, the above-described embodiment may be applied to a helical scan in which at least one of the gantry and the bed is moved during scanning so that the X-ray tube 101 draws a spiral trajectory around the subject. At this time, if the imaging condition including at least one of the detection element array, helical pitch, scan range, scan time, and tube current used for data collection is set to an optimum value, volume data consisting of isotropic voxel data is obtained. be able to. In realizing this isotropic, it is desirable from the viewpoint of high resolution to collect data using only the first detection element array having a narrow detection width. For example, the imaging conditions are set such that the imaging area head 18 cmφ, 0.5 mm detection element array × 4 arrays, helical pitch 3, scan range 60 mm, scan time 20 seconds, 150 mAs, and reconstruction pitch 0.3 mm.

なお、検出素子の配列及び検出器の構造は、第1〜第6実施形態のいずれか又は任意に組み合わせたものである。   In addition, the arrangement | sequence of a detection element and the structure of a detector are either or any combination of 1st-6th embodiment.

(第8実施形態)
図18は、第8実施形態に係るX線CT装置の概略構成を示している。図18において、X線CT装置2010は、被検体の投影データの収集を行うガントリー2011と、収集された投影データに基づいて画像再構成処理や再構成画像表示などを行うデータ処理システム部とから構成されている。
(Eighth embodiment)
FIG. 18 shows a schematic configuration of an X-ray CT apparatus according to the eighth embodiment. In FIG. 18, an X-ray CT apparatus 2010 includes a gantry 2011 that collects projection data of a subject, and a data processing system unit that performs image reconstruction processing, reconstruction image display, and the like based on the collected projection data. It is configured.

ガントリー2011は、X線管球2014、スリット2016、被検体載置用の寝台2018、被検体を挿入して診断を行うための診断用開口部、ガントリー駆動部2038、放射線検出システム2020を有している。   The gantry 2011 includes an X-ray tube 2014, a slit 2016, a bed for placing a subject 2018, a diagnostic opening for inserting a subject to make a diagnosis, a gantry driving unit 2038, and a radiation detection system 2020. ing.

X線管球2014は、X線を発生する真空管であり、後述する高電圧発生装置2012で発生された高電圧により電子を加速させ、ターゲットに衝突させることでX線を発生させる。   The X-ray tube 2014 is a vacuum tube that generates X-rays. The X-ray tube 2014 generates X-rays by accelerating electrons by a high voltage generated by a high-voltage generator 2012 described later and colliding with a target.

スリット2016は、ガントリー2012内のX線管球2014と被検体の間に設けられ、X線管球2014のX線焦点から曝射されたコーン状のX線ビームを整形し、所要の立体角のX線ビームを形成する。   The slit 2016 is provided between the X-ray tube 2014 in the gantry 2012 and the subject, shapes the cone-shaped X-ray beam exposed from the X-ray focal point of the X-ray tube 2014, and has a required solid angle. The X-ray beam is formed.

寝台2018は、寝台駆動部の駆動により被検体の体軸方向に沿ってスライス可能になっている。   The bed 2018 can be sliced along the body axis direction of the subject by driving the bed driving unit.

ガントリー駆動部2038は、診断用開口内に挿入された被検体の体軸方向に平行な中心軸のまわりに、X線管球2014と放射線検出システム2020とを一体で回転させる等の駆動制御を行う。   The gantry drive unit 2038 performs drive control such as rotating the X-ray tube 2014 and the radiation detection system 2020 integrally around a central axis parallel to the body axis direction of the subject inserted into the diagnostic aperture. Do.

放射線検出システム2020は、放射線検出器2025とデータ収集装置(以下、DAS)2030とから成るシステムである。放射線検出器2025は、配列された複数個の検出器モジュールから構成される。なお、本実施形態に係る放射線検出システム2020は、従来の検出器チャンネル方向解像度が約0.5〜1mmであることより、スライス軸方向に関してもチャンネル方向と同等の解像度を有すれば十分とし、0.5mmスライスを最小撮影スライス厚として説明する。また、DAS2030は、複数のDASチップから構成され、放射線検出器2025から送られたX線透過データに対して増幅処理、A/D変換処理、所定のスライス厚に束ねるための制御を行い、データ処理装置2032に送り出す。なお、DASチップは、DAM−ASSYと呼ばれることもある。   The radiation detection system 2020 is a system including a radiation detector 2025 and a data collection device (hereinafter referred to as DAS) 2030. The radiation detector 2025 includes a plurality of detector modules arranged. The radiation detection system 2020 according to the present embodiment is sufficient if the conventional detector channel direction resolution is about 0.5 to 1 mm, so that the slice axis direction also has a resolution equivalent to the channel direction. A 0.5 mm slice is described as the minimum imaging slice thickness. The DAS 2030 is composed of a plurality of DAS chips, and performs control for bundling the X-ray transmission data sent from the radiation detector 2025 into an amplification process, an A / D conversion process, and a predetermined slice thickness. Send to processing unit 2032. The DAS chip is sometimes called DAM-ASSY.

さらに、本実施形態に係る放射線検出システム2020は、ノイズを大幅に低減させるために、後述する特徴を有している。   Furthermore, the radiation detection system 2020 according to the present embodiment has the characteristics described later in order to significantly reduce noise.

データ処理システム部は、高電圧発生装置2012、データ処理装置2032、記憶装置2034、ホストコントローラ2036、入力装置2040、再構成装置2042、表示装置2044、を有している。   The data processing system unit includes a high voltage generation device 2012, a data processing device 2032, a storage device 2034, a host controller 2036, an input device 2040, a reconstruction device 2042, and a display device 2044.

高電圧発生装置2012は、X線管球2014に高電圧を供給する装置であり、高電圧変圧器、フィラメント加熱変換器、整流器、高電圧切替器等から成る。この高電圧発生装置2012によるX線管球2014への高電圧供給は、例えば、接触式のスリップリング機構により行われる。   The high voltage generator 2012 is a device that supplies a high voltage to the X-ray tube 2014, and includes a high voltage transformer, a filament heating converter, a rectifier, a high voltage switch, and the like. High voltage supply to the X-ray tube 2014 by the high voltage generator 2012 is performed by, for example, a contact-type slip ring mechanism.

ホストコントローラ2036は、CPUを有するコンピュータ回路を搭載しており、高電圧発生装置2012に接続されるとともに、バスを介してガントリー2011内の図示しない寝台駆動部、ガントリー駆動部2038、放射線検出システム2020にそれぞれ接続されている。また、ホストコントローラ2036、データ処理装置2032、記憶装置2034、再構成装置2042、表示装置2044、及び入力装置2040は、それぞれバスを介して相互接続され、当該バスを通じて互いに高速に画像データや制御データ等の受け渡しを行なうことができるように構成されている。   The host controller 2036 is equipped with a computer circuit having a CPU, is connected to the high voltage generator 2012, and has a bed driving unit, a gantry driving unit 2038, a radiation detection system 2020 (not shown) in the gantry 2011 via a bus. Are connected to each. In addition, the host controller 2036, the data processing device 2032, the storage device 2034, the reconstruction device 2042, the display device 2044, and the input device 2040 are interconnected via a bus, and image data and control data are mutually connected at high speed via the bus. Etc. can be delivered.

ホストコントローラ2036は、例えば以下に述べるような制御を実行して、X線透過データ(投影データ)の収集処理を行う。すなわち、ホストコントローラ2036は、オペレータから入力装置2040を介して入力されたスライス厚等のスキャン条件を内部メモリに格納し、この格納されたスキャン条件(あるいは、マニュアルモードにおいてオペレータから直接設定されたスキャン条件)に基づいて高電圧発生装置2012、寝台駆動部、ガントリー駆動部2038、及び寝台2018の体軸方向への送り量、送り速度、ガントリー2011(X線管球2014及び放射線検出システム2020)の回転速度、回転ピッチ、及びX線の曝射タイミング等を制御しながら、当該高電圧発生装置2012、寝台駆動部、ガントリー駆動部2038を駆動させる。すると、被検体の所望の撮影領域に対して多方向からコーン状のX線ビームが照射され、被検体の撮影領域を透過した透過X線を、放射線検出システム2020の各検出素子を介してX線透過データとして検出することができる。   For example, the host controller 2036 performs control as described below to perform X-ray transmission data (projection data) collection processing. That is, the host controller 2036 stores the scan conditions such as slice thickness input from the operator via the input device 2040 in the internal memory, and the stored scan conditions (or scans directly set by the operator in the manual mode). Of the high voltage generator 2012, the bed driving unit, the gantry driving unit 2038, and the bed 2018 in the body axis direction, the feeding speed, the gantry 2011 (the X-ray tube 2014 and the radiation detection system 2020). The high voltage generator 2012, the bed driving unit, and the gantry driving unit 2038 are driven while controlling the rotation speed, the rotation pitch, the X-ray exposure timing, and the like. Then, a cone-shaped X-ray beam is irradiated from a plurality of directions to a desired imaging region of the subject, and transmitted X-rays transmitted through the imaging region of the subject are transmitted through each detection element of the radiation detection system 2020 as X. It can be detected as line transmission data.

同時に、ホストコントローラ2036は、内部メモリに記憶されたスキャン条件(あるいは、マニュアルモードのスキャン条件)に基づいて、放射線検出システム2020のスイッチイング素子のオン/オフを制御する。ホストコントローラ2036は、放射線検出システム2020が有する各検出素子(フォトダイオード)とDASとの接続状態を切り換え、各検出素子で検出されたX線透過データを所定の単位で束ねる。そして、スキャン条件に対応した複数スライスのX線透過データとしてDASに送り出し、所定の処理を実行する。   At the same time, the host controller 2036 controls on / off of the switching element of the radiation detection system 2020 based on the scan condition (or the manual mode scan condition) stored in the internal memory. The host controller 2036 switches the connection state between each detection element (photodiode) included in the radiation detection system 2020 and the DAS, and bundles X-ray transmission data detected by each detection element in a predetermined unit. Then, it is sent to the DAS as X-ray transmission data of a plurality of slices corresponding to the scan condition, and a predetermined process is executed.

データ処理装置2032は、例えばCPUなどを有するコンピュータ回路を搭載しており、放射線検出システム2020の各DASチップにより収集された、例えば16スライス分の投影データを保持する。そして、データ処理装置2032は、上述したガントリー2011の回転による多方向から得られた同一スライスのすべての投影データを加算する処理や、その加算処理により得られた多方向データに対して必要に応じて補間処理、補正処理などを施すようになっている。   The data processing device 2032 includes a computer circuit having, for example, a CPU, and holds projection data for, for example, 16 slices collected by each DAS chip of the radiation detection system 2020. The data processing device 2032 adds the projection data of the same slice obtained from the multi-directions by the rotation of the gantry 2011 described above or the multi-directional data obtained by the addition processing as necessary. Interpolation processing, correction processing, etc. are performed.

記憶装置2034は、データ処理装置2032におけるデータ処理に必要なデータ等を記憶する。   The storage device 2034 stores data necessary for data processing in the data processing device 2032.

再構成装置2042は、データ処理装置2032によりデータ処理されて得られた投影データをフェルドカンプ再構成法に従って再構成処理して、16スライス分の再構成画像データを生成する。   The reconstruction device 2042 reconstructs projection data obtained by data processing by the data processing device 2032 according to the Feldkamp reconstruction method, and generates reconstructed image data for 16 slices.

表示装置2044は再構成装置2036により生成された再構成画像データを表示する。   The display device 2044 displays the reconstructed image data generated by the reconstruction device 2036.

入力装置2040は、キーボードや各種スイッチ、マウス等を備え、オペレータを介してスライス厚やスライス数等の各種スキャン条件を入力可能な装置である。   The input device 2040 includes a keyboard, various switches, a mouse, and the like, and can input various scan conditions such as slice thickness and the number of slices through an operator.

再構成装置2042は、生成した再構成画像データを記憶可能な大容量の補助記憶装置を有している。   The reconstruction device 2042 has a large-capacity auxiliary storage device capable of storing the generated reconstructed image data.

次に、本実施形態に係る放射線検出システム2020について詳しく説明する。   Next, the radiation detection system 2020 according to the present embodiment will be described in detail.

放射線検出システム2020の検出器モジュール各々は、1つの検出器ブロックと1つのDASブロックとから構成される。すなわち、一の検出器ブロックと一のDASブロックとで検出器モジュールを構成し、当該検出器モジュールをチャンネル方向に配列することで、放射線検出器1020が構成されている。以下、各構成要素の順に説明する。   Each detector module of the radiation detection system 2020 includes one detector block and one DAS block. That is, the radiation detector 1020 is configured by configuring a detector module with one detector block and one DAS block and arranging the detector modules in the channel direction. Hereinafter, each component will be described in order.

(検出器モジュール及び放射線検出器)
図20(a)は、検出器ブロック2200の上面図を示している。検出器ブロック2200は、シンチレータによってX線から変換された光を複数のフォトダイオードによって電気信号に変換して出力するフォトダイオードチップ2201、収集されたX線透過データを所定の単位で束ねてDASチップに送り出すCMOS(Complementary MOS)の群からなるスイッチングチップ2202とが、リジッドな多層配線板2220上に実装されてなる。多層配線板2220の裏面には、スイッチングチップ2202に電気的に接続されたコネクタが取り付けられている。
(Detector module and radiation detector)
FIG. 20A shows a top view of the detector block 2200. FIG. The detector block 2200 includes a photodiode chip 2201 that outputs light converted from X-rays by a scintillator into electrical signals by a plurality of photodiodes, and a DAS chip by bundling collected X-ray transmission data in predetermined units. A switching chip 2202 made up of a group of CMOS (Complementary MOS) is mounted on a rigid multilayer wiring board 2220. A connector electrically connected to the switching chip 2202 is attached to the back surface of the multilayer wiring board 2220.

図19は、フォトダイオードチップ2201の展開図を示している。同図に示すようにフォトダイオードチップ2201は、複数のフォトダイオード2001,2002を有している。一方のフォトダイオード2002は、チャンネル方向に関して1mm、スライス方向に関して1mmの略正方形の有感域を有している。他方のフォトダイオード2001は、チャンネル方向に関してはフォトダイオード2002のそれと同じ1mm、スライス方向に関してはフォトダイオード2002のそれの1/2の0.5mmの有感域を有している。   FIG. 19 shows a development view of the photodiode chip 2201. As shown in the figure, the photodiode chip 2201 has a plurality of photodiodes 2001 and 2002. One photodiode 2002 has a substantially square sensitive area of 1 mm in the channel direction and 1 mm in the slice direction. The other photodiode 2001 has a sensitive area of 0.5 mm, which is the same 1 mm as that of the photodiode 2002 in the channel direction, and ½ that of the photodiode 2002 in the slice direction.

0.5mm幅のフォトダイオード2001は、スライス方向に関して、16個配列される。チャンネル方向に関しては、48個配列される。1mm幅のフォトダイオード2002は、スライス方向に関して、0.5mm幅のフォトダイオード2001の両側それぞれに12個ずつ配列される。チャンネル方向に関しては、同様に、48個配列される。   Sixteen photodiodes 2001 having a width of 0.5 mm are arranged in the slice direction. For the channel direction, 48 are arranged. Twelve 1 mm wide photodiodes 2002 are arranged on each side of the 0.5 mm wide photodiode 2001 in the slice direction. Similarly, 48 channels are arranged in the channel direction.

(DASブロック及びデータ収集装置)
図20(b)は、DASブロック2300の上面図を示している。DASブロック2300は、リジッドなプリント配線板2301を有する。プリント配線板2301の表面には、検出器ブロック2200の裏面に形成されたコネクタと着脱可能なコネクタ2302が形成される。また、プリント配線板2301には、複数のDASチップ2303が実装される。
(DAS block and data collection device)
FIG. 20B shows a top view of the DAS block 2300. The DAS block 2300 has a rigid printed wiring board 2301. On the front surface of the printed wiring board 2301, a connector 2302 that can be attached to and detached from the connector formed on the back surface of the detector block 2200 is formed. A plurality of DAS chips 2303 are mounted on the printed wiring board 2301.

(検出器モジュール及び放射線検出器)
次に、検出器モジュール2022について、説明する。
(Detector module and radiation detector)
Next, the detector module 2022 will be described.

図20(c)は、検出器モジュール2022の上面図を示している。図20(c)に示すように、検出器モジュール2022は、一の検出器ブロック2200と一のDASブロック2300とから構成されている。検出器ブロック2200とDASブロック2300間の固定・電気的接続は、コネクタ2302によってなされる。DASブロック2300は、コネクタ2302接続された検出器ブロック2200によって検出されるX線画像データの収集処理を行う。従って、検出器モジュール2022一つで、独立したデータ検出・データ収集を行うシステムとなっている。放射線検出システム2020は、図20(c)に示す検出器モジュール2022をチャンネル方向に沿って複数配列することにより構成される。   FIG. 20 (c) shows a top view of the detector module 2022. As shown in FIG. 20 (c), the detector module 2022 includes one detector block 2200 and one DAS block 2300. A fixed and electrical connection between the detector block 2200 and the DAS block 2300 is made by a connector 2302. The DAS block 2300 performs processing for collecting X-ray image data detected by the detector block 2200 connected to the connector 2302. Therefore, a single detector module 2022 is a system that performs independent data detection and data collection. The radiation detection system 2020 is configured by arranging a plurality of detector modules 2022 shown in FIG. 20C along the channel direction.

連結した検出器ブロック2200とDASブロック2300との一方が故障した場合、両者を分離して、正常なブロックに差し替えることができる。   If one of the connected detector block 2200 and DAS block 2300 fails, they can be separated and replaced with a normal block.

図21(a)には、検出器モジュール2022の断面図を示している。検出器モジュール2022は、検出器ブロック2200とDASブロック2300との間を、リジッドなプリント配線板2210で中継する。中継基板2210の表面に検出器ブロック2200がコネクタ2214を介して実装され、裏面のX線照射領域外にDASブロック2300がコネクタ2302を介して実装される。また、図21(b)に示すように、DASブロック2300は、中継基板2210の表面のX線照射領域外に実装されてもよい。   FIG. 21A shows a cross-sectional view of the detector module 2022. The detector module 2022 relays between the detector block 2200 and the DAS block 2300 with a rigid printed wiring board 2210. The detector block 2200 is mounted on the surface of the relay substrate 2210 via the connector 2214, and the DAS block 2300 is mounted outside the X-ray irradiation area on the back surface via the connector 2302. Further, as shown in FIG. 21B, the DAS block 2300 may be mounted outside the X-ray irradiation area on the surface of the relay substrate 2210.

この様に、DASブロック2300をX線通過領域外に配置することで、X線の電離効果によるDAS誤動作を防ぐことができる。   In this manner, by disposing the DAS block 2300 outside the X-ray passage region, it is possible to prevent a DAS malfunction due to the ionization effect of X-rays.

図22は、DASブロック2300を中継基板2210の両面に設けた検出器モジュール2022の断面図を示している。なお、図22に示した検出器モジュール2022は、ブロック間のアライメントや安定性のために、複数の検出器ブロック2200を配列するためのサポート2212、DASチップ2303からの熱を放熱するための放熱フィン/ピン2320、当該放熱フィン/ピン2320とDASチップ2303とを接続するための熱伝導性ゴム2322、データ収集装置2030を冷却するためのファン2324を有している。 FIG. 22 shows a cross-sectional view of the detector module 2022 in which the DAS block 2300 is provided on both surfaces of the relay substrate 2210. Note that the detector module 2022 shown in FIG. 22 has a support 2212 for arranging a plurality of detector blocks 2200 and heat dissipation for dissipating heat from the DAS chip 2303 for alignment and stability between the blocks. It has a fin / pin 2320, a heat conductive rubber 2322 for connecting the radiating fin / pin 2320 and the DAS chip 2303, and a fan 2324 for cooling the data collection device 2030.

図23(a)、図23(b)は検出器モジュール2022の横断面図である。検出器モジュール2022は、検出器ブロック200、DASブロック2300、セラミック又はガラエポ樹脂(ガラスエポキシ樹脂)製のリジッドな中継基板2210を積層してなる。さらに、検出器ブロック2200は、シンチレータ2201、フォトダイオードチップ2204、スイッチングチップ2202を積層してなる。なお、DASブロック2300は、所定数のDASチップ2303を樹脂で封止したものである。また、シンチレータ2201と、フォトダイオードチップ2204とは、樹脂2206にて封止されている。 FIG. 23A and FIG. 23B are cross-sectional views of the detector module 2022. The detector module 2022 is formed by laminating a detector block 200, a DAS block 2300, and a rigid relay substrate 2210 made of ceramic or glass epoxy resin (glass epoxy resin) . Further, the detector block 2200 is formed by laminating a scintillator 2201, a photodiode chip 2204, and a switching chip 2202. The DAS block 2300 is obtained by sealing a predetermined number of DAS chips 2303 with resin. The scintillator 2201 and the photodiode chip 2204 are sealed with a resin 2206.

この検出器モジュール2022によれば、DASブロック2300、中継基板2210、検出器ブロック2200を積層した構成であるから、装置の小型化を図ることが可能である。なお、当該例においては、DASブロック2300はX線通過領域に存在する構成となる。従って、各DASチップ2303のX線入射側に鉛を設けると、なお好ましい。   According to this detector module 2022, since the DAS block 2300, the relay board 2210, and the detector block 2200 are stacked, it is possible to reduce the size of the apparatus. In this example, the DAS block 2300 is configured to exist in the X-ray passing area. Therefore, it is more preferable to provide lead on the X-ray incident side of each DAS chip 2303.

また、検出器モジュール2022は、DASブロック2300をX線照射領域外に配置しているので、X線の電離効果により誤動作を防止することが可能である。   In addition, since the detector module 2022 has the DAS block 2300 arranged outside the X-ray irradiation region, it is possible to prevent malfunction due to the ionization effect of X-rays.

当然ながら、検出器ブロック2200とDASブロック2300との想定位置に限定はない。例えば、図24(a)に示すように、検出器ブロック2200を中継基板2210の中央部に配置し、図24(b)に示すようにDASブロック2300を中継基板2210の辺縁に配置する構成であってもよい。   Of course, the assumed positions of the detector block 2200 and the DAS block 2300 are not limited. For example, as shown in FIG. 24A, the detector block 2200 is arranged at the center of the relay board 2210, and the DAS block 2300 is arranged at the edge of the relay board 2210 as shown in FIG. It may be.

本実施形態では以下の効果が奏される。   In this embodiment, the following effects are produced.

第1に、リジッドな基板に、検出器ブロック2200とDASブロック2300とを共通に実装したので、スキャン時の回転によるフレキシブルPC板の振動やコネクタの外れ、フレキシブルPC板のアンテナ効果等を原因とするノイズの発生を防止することができる。また、フレキシブルPC板を使用しないから、ノイズ低減のためのシールドを設置しやすい。その結果、従来と比して大幅なノイズ低減を実現することができる。   First, because the detector block 2200 and the DAS block 2300 are mounted on a rigid board in common, the flexible PC board is vibrated due to rotation during scanning, disconnection of the connector, the antenna effect of the flexible PC board, etc. Generation of noise can be prevented. Moreover, since a flexible PC board is not used, it is easy to install a shield for noise reduction. As a result, it is possible to achieve a significant noise reduction compared to the conventional case.

第2に、コネクタ接続によって検出器ブロックとDASブロックとが接続されているから、装置間の接続に必要な空間が小さくて済み装置を小型化することができる。また、コネクタ接続によれば装置の接続、取り外しが容易であるから、バンプ接続と比較して装置の交換等を簡易に行うことが可能である。   Second, since the detector block and the DAS block are connected by connector connection, the space required for connection between the devices is small, and the device can be downsized. In addition, since the connection and removal of the device are easy by the connector connection, it is possible to easily replace the device and the like compared to the bump connection.

第3に、検出器モジュールとDASブロックとを1対1に対応させた構成であるから、例えば一部のみの装置交換等を容易に行うことが可能である。従って、データ収集装置全体の交換を必要とせず、ランニングコストを低くすることが可能である。   Third, since the detector module and the DAS block are in a one-to-one correspondence, for example, only a part of the devices can be easily replaced. Therefore, it is not necessary to replace the entire data collection device, and the running cost can be reduced.

(第9実施形態)
図25は、第9実施形態に係るX線CT装置の構成を示している。X線CT装置3010は、被検体の投影データの収集を行うガントリー3012と、収集された投影データに基づいて画像再構成処理や再構成画像表示などを行うシステム部3014とから構成されている。
(Ninth embodiment)
FIG. 25 shows a configuration of an X-ray CT apparatus according to the ninth embodiment. The X-ray CT apparatus 3010 includes a gantry 3012 that collects projection data of a subject, and a system unit 3014 that performs image reconstruction processing, reconstruction image display, and the like based on the collected projection data.

ガントリー3012は、X線管球3020、スリット3022、被検体載置用の寝台3024、被検体を挿入して診断を行うための診断用開口部、ガントリー駆動部3026、放射線検出器3028を有している。   The gantry 3012 includes an X-ray tube 3020, a slit 3022, a bed 3024 for placing a subject, a diagnostic opening for inserting a subject to make a diagnosis, a gantry driving unit 3026, and a radiation detector 3028. ing.

X線管球3020は、X線を発生する真空管であり、後述する高電圧発生装置3030で発生された高電圧により電子を加速させ、ターゲットに衝突させることでX線を発生させる。   The X-ray tube 3020 is a vacuum tube that generates X-rays. The X-ray tube 3020 generates X-rays by accelerating electrons by a high voltage generated by a high-voltage generator 3030 described later and colliding with a target.

スリット3022は、ガントリー3012内のX線管球3020と被検体の間に設けられ、X線管球3020のX線焦点から曝射されたコーン状のX線ビームを整形し、所要の立体角のX線ビームを形成する。   The slit 3022 is provided between the X-ray tube 3020 in the gantry 3012 and the subject, shapes the cone-shaped X-ray beam exposed from the X-ray focal point of the X-ray tube 3020, and has a required solid angle. The X-ray beam is formed.

寝台3024は、図示しない寝台駆動部の駆動により被検体の体軸方向に沿ってスライス可能になっている。   The bed 3024 can be sliced along the body axis direction of the subject by driving a bed driving unit (not shown).

ガントリー駆動部3026は、図示しない診断用開口内に挿入された被検体の体軸方向に平行な中心軸のまわりに、X線管球3020と放射線検出器3028とを一体で回転させる等の駆動制御を行う。   The gantry drive unit 3026 is a drive that rotates the X-ray tube 3020 and the radiation detector 3028 together around a central axis parallel to the body axis direction of a subject inserted in a diagnostic aperture (not shown). Take control.

放射線検出器3028は、検出器モジュールを複数個チャンネル方向に配列してなる。   The radiation detector 3028 is formed by arranging a plurality of detector modules in the channel direction.

システム部3014は、高電圧発生装置3030、ホストコントローラ3031、データ処理装置3032、記憶装置3034、再構成装置3036、表示装置3038、入力装置3040、補助記憶装置3042を有している。   The system unit 3014 includes a high voltage generation device 3030, a host controller 3031, a data processing device 3032, a storage device 3034, a reconstruction device 3036, a display device 3038, an input device 3040, and an auxiliary storage device 3042.

高電圧発生装置3030は、X線管球3020に高電圧を供給する装置であり、高電圧変圧器、フィラメント加熱変換器、整流器、高電圧切替器等から成る。この高電圧発生装置3030によるX線管球3020への高電圧印加は、例えば、接触式のスリップリング機構により行われる。   The high voltage generator 3030 is a device that supplies a high voltage to the X-ray tube 3020, and includes a high voltage transformer, a filament heating converter, a rectifier, a high voltage switch, and the like. Application of a high voltage to the X-ray tube 3020 by the high voltage generator 3030 is performed by, for example, a contact-type slip ring mechanism.

ホストコントローラ3031は、CPUを有するコンピュータ回路を搭載しており、高電圧発生装置3030に接続されるとともに、バスBを介してガントリー3012内の図示しない寝台駆動部、ガントリー駆動部3026、放射線検出器3028にそれぞれ接続されている。また、ホストコントローラ3031、データ処理装置3032、記憶装置3034、再構成装置3036、表示装置3038、入力装置3040、及び補助記憶装置3042は、それぞれバスBを介して相互接続され、当該バスBを通じて互いに高速に画像データや制御データ等の受け渡しを行なうことができるように構成されている。   The host controller 3031 is equipped with a computer circuit having a CPU, is connected to the high voltage generator 3030, and has a bed driving unit, a gantry driving unit 3026 (not shown) in the gantry 3012 via the bus B, a radiation detector. 3028, respectively. In addition, the host controller 3031, the data processing device 3032, the storage device 3034, the reconstruction device 3036, the display device 3038, the input device 3040, and the auxiliary storage device 3042 are interconnected via the bus B, and are mutually connected through the bus B. It is configured so that image data, control data, etc. can be transferred at high speed.

このホストコントローラ3031は、例えば以下に述べるような制御を実行して、X線透過データ(投影データ)の収集処理を行う。すなわち、ホストコントローラ3031は、オペレータ3000から入力装置3040を介して入力されたスライス厚等のスキャン条件を内部メモリに格納し、この格納されたスキャン条件(あるいは、マニュアルモードにおいてオペレータ3000から直接設定されたスキャン条件)に基づいて高電圧発生装置3030、図示しない寝台駆動部、ガントリー駆動部3026、及び寝台3024の体軸方向への送り量、送り速度、ガントリー3012(X線管球3020及び放射線検出器3028)の回転速度、回転ピッチ、及びX線の曝射タイミング等を制御しながら、当該高電圧発生装置3030、図示しない寝台駆動部、ガントリー駆動部3026を駆動させる。すると、被検体Pの所望の撮影領域に対して多方向からコーン状のX線ビームが照射され、被検体の撮影領域を透過した透過X線を、放射線検出器3028の各検出素子を介してX線透過データとして検出することができる。   For example, the host controller 3031 executes control as described below to perform X-ray transmission data (projection data) collection processing. That is, the host controller 3031 stores the scan conditions such as slice thickness input from the operator 3000 via the input device 3040 in the internal memory, and the stored scan conditions (or is set directly from the operator 3000 in the manual mode). Based on the scanning conditions), the feeding amount in the body axis direction of the high voltage generator 3030, the bed driving unit, the gantry driving unit 3026, and the bed 3024 (not shown), the feeding speed, the gantry 3012 (the X-ray tube 3020 and the radiation detection) The high-voltage generator 3030, the bed driving unit (not shown), and the gantry driving unit 3026 are driven while controlling the rotation speed, rotation pitch, X-ray exposure timing, and the like. Then, a cone-shaped X-ray beam is irradiated from a plurality of directions onto a desired imaging region of the subject P, and transmitted X-rays transmitted through the imaging region of the subject are passed through each detection element of the radiation detector 3028. It can be detected as X-ray transmission data.

同時に、ホストコントローラ3025は、内部メモリに記憶されたスキャン条件(あるいは、マニュアルモードのスキャン条件)に基づいて、放射線検出器3028のスイッチ群の各スイッチ切り換え制御を行う。ホストコントローラ3025は、放射線検出器3028が有する各検出素子(フォトダイオード)とDASとの接続状態を切り換え、各検出素子で検出されたX線透過データを所定の単位で束ねる。そして、スキャン条件に対応した複数スライスのX線透過データとしてデータ収集素子に送り出し、所定の処理を実行する。   At the same time, the host controller 3025 performs switching control of each switch group of the radiation detector 3028 based on the scan conditions (or manual mode scan conditions) stored in the internal memory. The host controller 3025 switches the connection state between each detection element (photodiode) included in the radiation detector 3028 and the DAS, and bundles X-ray transmission data detected by each detection element in a predetermined unit. Then, a plurality of slices of X-ray transmission data corresponding to the scanning conditions are sent to the data acquisition element, and predetermined processing is executed.

データ処理装置3032は、例えばCPUなどを有するコンピュータ回路を搭載しており、放射線検出器3028の各データ収集素子により収集された32スライス分の投影データを保持する。そして、データ処理装置3032は、上述したガントリー3012の回転による多方向から得られた同一スライスのすべての投影データを加算する処理や、その加算処理により得られた多方向データに対して必要に応じて補間処理、補正処理などを施すようになっている。   The data processing device 3032 includes a computer circuit having, for example, a CPU, and holds projection data for 32 slices collected by each data collection element of the radiation detector 3028. Then, the data processing device 3032 performs processing for adding all the projection data of the same slice obtained from multiple directions by rotation of the gantry 3012 described above, and multidirectional data obtained by the addition processing as necessary. Interpolation processing, correction processing, etc. are performed.

記憶装置3034は、データ処理装置3032におけるデータ処理に必要なデータ等を記憶する。   The storage device 3034 stores data necessary for data processing in the data processing device 3032.

再構成装置3036は、データ処理装置3032によりデータ処理されて得られた投影データをフェルドカンプ再構成法に従って再構成処理して、8スライス分の再構成画像データを生成する。   The reconstruction device 3036 reconstructs projection data obtained by data processing by the data processing device 3032 according to the Feldkamp reconstruction method, and generates reconstructed image data for 8 slices.

表示装置3038は再構成装置3036により生成された再構成画像データを表示する。   The display device 3038 displays the reconstructed image data generated by the reconstruction device 3036.

入力装置40は、キーボードや各種スイッチ、マウス等を備え、オペレータを介してスライス厚やスライス数等の各種スキャン条件を入力可能な装置である。   The input device 40 includes a keyboard, various switches, a mouse, and the like, and can input various scanning conditions such as a slice thickness and the number of slices through an operator.

補助記憶装置3042は、再構成装置3036により生成された再構成画像データを記憶可能な大容量の記憶領域を有する装置である。   The auxiliary storage device 3042 is a device having a large-capacity storage area that can store the reconstructed image data generated by the reconstruction device 3036.

図26(a)は、検出器モジュール3280の断面図である。シンチレータ3281の裏面に、フォトダイオードチップ3283が配置され、接着剤3282により貼り付けられる。フォトダイオードチップ3283の裏面に、スイッチングチップ3285がバンプ接続される。スイッチングチップ3285は、リジッドな多層配線板3287の表面に実装される。スイッチングチップ3285と、リジッドな多層配線板3287との間は、ハンダバンプにより電気的に接続される。フォトダイオードチップ3283、スイッチングチップ3285、多層配線板3287の積層構造は、樹脂3284により封止されている。   FIG. 26A is a cross-sectional view of the detector module 3280. A photodiode chip 3283 is disposed on the back surface of the scintillator 3281 and is attached with an adhesive 3282. The switching chip 3285 is bump-connected to the back surface of the photodiode chip 3283. The switching chip 3285 is mounted on the surface of a rigid multilayer wiring board 3287. The switching chip 3285 and the rigid multilayer wiring board 3287 are electrically connected by solder bumps. The laminated structure of the photodiode chip 3283, the switching chip 3285, and the multilayer wiring board 3287 is sealed with a resin 3284.

リジッドな多層配線板3287の裏面には、DASチップ3289が実装される。多層配線板3287と、DASチップ3289との間は、プリップチップにより電気的に接続される。   A DAS chip 3289 is mounted on the back surface of the rigid multilayer wiring board 3287. The multilayer wiring board 3287 and the DAS chip 3289 are electrically connected by a plip chip.

図27は、フォトダイオードチップ3283の展開図である。フォトダイオードチップ3283は、複数のフォトダイオード3001,3002を有している。一方のフォトダイオード3002は、チャンネル方向に関して1mm、スライス方向に関して1mmの略正方形の有感域を有している。他方のフォトダイオード3001は、チャンネル方向に関してはフォトダイオード3002のそれと同じ1mm、スライス方向に関してはフォトダイオード3002のそれの1/2の0.5mmの有感域を有している。   FIG. 27 is a development view of the photodiode chip 3283. The photodiode chip 3283 has a plurality of photodiodes 3001 and 3002. One photodiode 3002 has a substantially square sensitive area of 1 mm in the channel direction and 1 mm in the slice direction. The other photodiode 3001 has a sensitive area of 0.5 mm, which is the same 1 mm as that of the photodiode 3002 in the channel direction, and ½ that of the photodiode 3002 in the slice direction.

0.5mm幅のフォトダイオード3001は、スライス方向に関して、32個配列される。チャンネル方向に関しては、48個配列される。1mm幅のフォトダイオード3002は、スライス方向に関して、0.5mm幅のフォトダイオード3001の両側それぞれに8個ずつ配列される。チャンネル方向に関しては、同様に、48個配列される。   Thirty-two photodiodes 3001 having a width of 0.5 mm are arranged in the slice direction. For the channel direction, 48 are arranged. Eight photodiodes 3002 having a width of 1 mm are arranged on both sides of the photodiode 3001 having a width of 0.5 mm in the slice direction. Similarly, 48 channels are arranged in the channel direction.

シンチレータ3281は、フォトダイオード3001、3002の配列と同じパターンで配列された0.5mm幅のシンチレータ素子と1mm幅のシンチレータ素子とからなる。隣り合うシンチレータ素子の間には、クロストーク防止のために鉛製セパレータがはめ込まれている。   The scintillator 3281 includes a 0.5 mm wide scintillator element and a 1 mm wide scintillator element arranged in the same pattern as the photodiodes 3001 and 3002. A lead separator is fitted between adjacent scintillator elements to prevent crosstalk.

また、各シンチレータ素子は箱型(6面体)であり、そのX線入射面、スライス厚方向端面には図示しない光反射剤が層状に設けられている。そして、各シンチレータ素子の蛍光出力面(X線入射面と対向する面)側には、フォトダイオードが、例えば接着剤3282などの接合部材を介して蛍光を受光するように接合されている。   Each scintillator element is box-shaped (hexahedral), and a light reflecting agent (not shown) is provided in layers on the X-ray incident surface and the slice thickness direction end surface. A photodiode is bonded to the scintillator element on the side of the fluorescence output surface (the surface facing the X-ray incident surface) so as to receive fluorescence through a bonding member such as an adhesive 3282, for example.

図26(a)に戻る。フォトダイオードチップ3283は、シンチレータ素子と同数のフォトダイオードから構成されている。各フォトダイオードと各シンチレータ素子とは光学的に1体1に対応するように接続されている。フォトダイオードは、アクティブエリア(有感域)を有し、当該アクティブエリアで受光した光を電気信号に変換する。   Returning to FIG. The photodiode chip 3283 is composed of the same number of photodiodes as the scintillator elements. Each photodiode and each scintillator element are optically connected to correspond to one body 1. The photodiode has an active area (sensitive area), and converts light received in the active area into an electric signal.

スイッチングチップ3285は、複数のCMOS(Complementary MOS)型のトランジスタを有する。複数のトランジスタは、複数のフォトダイオードに接続される。フォトダイオードで発生した電気信号は、それぞれ対応するトランジスタを介してDASチップ3289に供給される。   The switching chip 3285 includes a plurality of CMOS (Complementary MOS) transistors. The plurality of transistors are connected to the plurality of photodiodes. The electrical signal generated by the photodiode is supplied to the DAS chip 3289 via the corresponding transistor.

多層配線板3287は、ビアホールを備えた複数の薄膜プリント配線からなる。薄膜プリント配線の少なくとも1枚は、X線シールド機能を備えている。   The multilayer wiring board 3287 is composed of a plurality of thin film printed wirings provided with via holes. At least one of the thin film printed wirings has an X-ray shielding function.

DASチップ3289は、スイッチングチップ3285を経由して送られた電気信号に対して、増幅処理、A/D変換処理を行う。   The DAS chip 3289 performs amplification processing and A / D conversion processing on the electrical signal sent via the switching chip 3285.

多層配線板3287を構成する複数の薄膜プリント配線の少なくとも1枚に、X線シールド機能を与える代わりに、図26(b)に示すように、DASチップ3289を、X線照射領域の外側、つまり多層配線板3287の辺縁に配置するようにしてもよい。さらに、DASチップ3289の上方には、鉛製の遮蔽板3271が配置されている。鉛板3271は、検出器モジュール3280をシールドハウジング内に固定するためのサポート3270に取り付けられている。   Instead of providing an X-ray shielding function to at least one of the plurality of thin film printed wirings constituting the multilayer wiring board 3287, as shown in FIG. 26 (b), the DAS chip 3289 is placed outside the X-ray irradiation region, that is, You may make it arrange | position to the edge of the multilayer wiring board 3287. FIG. Further, a lead shielding plate 3271 is disposed above the DAS chip 3289. The lead plate 3271 is attached to a support 3270 for securing the detector module 3280 in the shield housing.

また、遮蔽板3271は、図26(c)に示すように、多層配線板3287とDASチップ3289との間に配置しても良い。この場合には、多層配線板3287とDASチップ3289との間の電気的な接続は、プアリップチップ接続ではなく、ワイヤボンディングにより行われる。   Further, the shielding plate 3271 may be disposed between the multilayer wiring board 3287 and the DAS chip 3289 as shown in FIG. In this case, the electrical connection between the multilayer wiring board 3287 and the DAS chip 3289 is performed by wire bonding, not by the pull-chip connection.

また、図26(d)に示すように、隣り合うシンチレータ素子の間に鉛、モリブデンなどから成るセパレータ3273をはめ込んでいる場合には、X線はシンチレータ3281をほとんど透過しないので、DASチップ3289は、X線照射領域の内側に配置しても良いかもしれない。   As shown in FIG. 26 (d), when a separator 3273 made of lead, molybdenum or the like is inserted between adjacent scintillator elements, X-rays hardly pass through the scintillator 3281, so that the DAS chip 3289 It may be arranged inside the X-ray irradiation area.

この様な構成によれば、DASチップ3289へのX線入射を防止することができ、耐X線性が良くない部品への影響を防ぐことができる。特に、図26(c),26(d)に示したように、多層配線板3287とDASチップ3289とで鉛を挟む構造や、非X線透過型のセパレータを採用する構成にすれば、DASチップ3289の配置の制約がなくなるため容易に放射線検出器を製造することができる。   According to such a configuration, X-ray incidence on the DAS chip 3289 can be prevented, and the influence on components having poor X-ray resistance can be prevented. In particular, as shown in FIGS. 26 (c) and 26 (d), if a structure in which lead is sandwiched between the multilayer wiring board 3287 and the DAS chip 3289, or a non-X-ray transmission type separator is adopted, the DAS Since there is no restriction on the arrangement of the chip 3289, the radiation detector can be easily manufactured.

なお、検出器モジュール3280の製造に際しては,多層配線板3287にDASチップ3289、スイッチングチップ3285を半田リフローにより250℃で接続する。その後の工程で、スイッチングチップ3285上にフォトダイオードチップ3283を比較的低い温度の120乃至150℃で接続する。この手順により、フォトダイオードチップ3283の表面がはんだ雰囲気にさらされてしまい、汚れてしまう不具合を回避できる。   In manufacturing the detector module 3280, the DAS chip 3289 and the switching chip 3285 are connected to the multilayer wiring board 3287 at 250 ° C. by solder reflow. In the subsequent process, the photodiode chip 3283 is connected to the switching chip 3285 at a relatively low temperature of 120 to 150 ° C. By this procedure, it is possible to avoid the problem that the surface of the photodiode chip 3283 is exposed to the solder atmosphere and becomes dirty.

上述した接続工程においては、スイッチングチップ3285及びDASチップ3289で発生する動作熱を用いてもよい。この発熱量は、放射線検出器3028全体で約100乃至200W程度になり、該接続に必要な熱量を十分確保できるからである。従って、従来のようにヒータを用いる必要がなく、接続の為に大がかりな設備を必要としない。   In the connection process described above, operating heat generated in the switching chip 3285 and the DAS chip 3289 may be used. This is because the amount of heat generated is about 100 to 200 W for the radiation detector 3028 as a whole, and a sufficient amount of heat for the connection can be secured. Therefore, it is not necessary to use a heater as in the prior art, and no large-scale equipment is required for connection.

次に、スライス厚を変更するためのスイッチングチップ3285のトランジスタのオン/オフ制御について説明する。   Next, on / off control of the transistors of the switching chip 3285 for changing the slice thickness will be described.

図28に示すように、0.5mm厚のスライスを32枚得るためには、中央に配列された32個の0.5mm幅のフォトダイオード3001に接続された32個のトランジスタをシリアルにオンする。これにより32個のフォトダイオード3001で検出した電気信号は、個別にDASチップ3289に供給される。他のフォトダイオード3002で発生した電荷は、グランドにリークされる。   As shown in FIG. 28, in order to obtain 32 slices of 0.5 mm thickness, 32 transistors connected to 32 0.5 mm wide photodiodes 3001 arranged in the center are serially turned on. . As a result, the electrical signals detected by the 32 photodiodes 3001 are individually supplied to the DAS chip 3289. Charges generated in other photodiodes 3002 are leaked to the ground.

また、図29に示すように、1mm厚のスライスを32枚得るためには、隣り合うペアのフォトダイオード3001に対応する2個のトランジスタを同時にオンすることにより、実現され得る。つまり、1mm幅のフォトダイオード3002に接続された16個のトランジスタと、ペアのフォトダイオード3001に接続された16組のトランジスタとをシリアルにオンする。   In addition, as shown in FIG. 29, to obtain 32 1 mm-thick slices can be realized by simultaneously turning on two transistors corresponding to adjacent pairs of photodiodes 3001. That is, 16 transistors connected to the 1 mm wide photodiode 3002 and 16 sets of transistors connected to the pair of photodiodes 3001 are turned on serially.

図30(a)に示すように、フォトダイオードチップ3283のシリコン基板3285の表面に形成されたフォトダイオード3294に、同じく表面に形成されたAl配線3292を接続し、このAl配線3292を、シリコン基板3285を貫通する貫通配線3299を介して裏面に引き出し、その先端にバンプ3230を形成する。貫通配線3299を使うことで、フォトダイオードチップ3283の裏面に配線を引き出すことが可能となる。   As shown in FIG. 30A, an Al wiring 3292 formed on the surface is connected to a photodiode 3294 formed on the surface of the silicon substrate 3285 of the photodiode chip 3283, and this Al wiring 3292 is connected to the silicon substrate. A back surface of the wiring 3299 penetrating through 3285 is led out to the back surface, and a bump 3230 is formed at the tip. By using the through wiring 3299, the wiring can be drawn out to the back surface of the photodiode chip 3283.

図30(b)に示すように、フォトダイオード3284の直下に貫通配線3299を形成するようにしても良い。また、図30(c)に示すように、フォトダイオードチップ3283とスイッチングチップ3285とを埋め込み配線により、マイクロバンプ接続するようにしてもよい。   As shown in FIG. 30B, a through wiring 3299 may be formed immediately below the photodiode 3284. In addition, as shown in FIG. 30C, the photodiode chip 3283 and the switching chip 3285 may be micro-bump connected by embedded wiring.

なお、フォトダイオードチップ3283とスイッチングチップ3285とを多層配線板により接続しても良い。   Note that the photodiode chip 3283 and the switching chip 3285 may be connected by a multilayer wiring board.

次に、上記のように構成した検出器モジュール3280の作用を説明する。   Next, the operation of the detector module 3280 configured as described above will be described.

従来では、検出器とデータ収集装置とは別体であるから、フォトダイオードからの出力信号をデータ収集装置3085までフレキシブルPC板によってアナログ信号を伝達していた。この構造は、長いフレキシブルPC板を必要とする。従って、スキャン時の回転による振動に弱く、コネクタがフレキシブルPC板にひっぱられて外れたり、ノイズが大きくなる等の原因になっている。検出素子の増設は、フレキシブルPC板の増設を招くことになり、さらなるノイズ発生を招くことになる。   Conventionally, since the detector and the data collection device are separate, an analog signal is transmitted from the photodiode to the data collection device 3085 by a flexible PC board. This structure requires a long flexible PC board. Therefore, it is weak against vibration due to rotation at the time of scanning, causing the connector to be pulled out by the flexible PC board and increasing noise. An increase in the number of detection elements leads to an increase in the number of flexible PC boards and further noise generation.

これに対し、検出器モジュール3280は、シンチレータ3281、フォトダイオードチップ3283、スイッチングチップ3285、DASチップ3289とをリジッドな多層配線板3287に共通して実装している。従って、コネクタ、長いフレキシブルPC板による信号取り出しを必要としていない。   In contrast, the detector module 3280 has a scintillator 3281, a photodiode chip 3283, a switching chip 3285, and a DAS chip 3289 mounted in common on a rigid multilayer wiring board 3287. Therefore, it is not necessary to take out a signal by a connector or a long flexible PC board.

また、検出器モジュール3280から取り出され、システム部3014に送り出される信号は、デジタル信号となっている。従って、スキャン時の回転による振動やフレキシブルPC板のアンテナ効果によるノイズ発生、コネクタの外れ等の不具合は発生しない。その結果、ノイズ発生等を防止することができ、画像の質を向上させることができる。   Further, a signal taken out from the detector module 3280 and sent to the system unit 3014 is a digital signal. Therefore, problems such as vibration due to rotation during scanning, noise generation due to the antenna effect of the flexible PC board, and disconnection of the connector do not occur. As a result, noise generation and the like can be prevented, and the image quality can be improved.

また、素子の多数配置に伴って、検出器からの信号取り出し配線は多くなる。従来の検出器に使用されているコネクタ及びフレキシブルPC板による信号とり出しでは、装置がかなり大型なものとなってしまう。また、従来の検出器に使用されているスイッチチップは、フォトダイオードと同一面内に設置されている。従って、スイッチチップへ入力する信号の密度が高くなってしまい、フォトダイオードのアクティブエリアが狭くなってしまう。その結果、被写体を通過したX線に対する感度は低くなってしまい、得られる画像はノイジーなものとなってしまう。このノイズ発生は、検出素子が増えた場合、さらに顕著である。   Moreover, the signal extraction wiring from a detector increases with many arrangement | positioning of an element. In the signal extraction by the connector and the flexible PC board used in the conventional detector, the apparatus becomes quite large. In addition, the switch chip used in the conventional detector is installed in the same plane as the photodiode. Therefore, the density of signals input to the switch chip is increased, and the active area of the photodiode is reduced. As a result, the sensitivity to X-rays that have passed through the subject is low, and the resulting image is noisy. This noise generation becomes more remarkable when the number of detection elements increases.

これに対し、検出器モジュール3280は、シンチレータ3281、フォトダイオードチップ3283、スイッチングチップ3285、多層配線板3287、DASチップ3289を積層して一体化した構成となっているから、省スペース化を図ることができる。また、フォトダイオードチップ3283のフォトダイオードと、スイッチングチップ3285のトランジスタとは、バンプ接続により電気的に接続されている。従って、積層構造において省スペースな電気配線を実現している。さらに、この積層とバンプ接続を有する構成は、フォトダイオードと同一面内に設置されたトランジスタへ多数の信号配線を入力させる従来の検出器と比して、信号密度を低くでき、フォトダイオードのアクティブエリアを広く確保できるものである。   On the other hand, the detector module 3280 has a configuration in which a scintillator 3281, a photodiode chip 3283, a switching chip 3285, a multilayer wiring board 3287, and a DAS chip 3289 are stacked and integrated, so that space can be saved. Can do. The photodiode of the photodiode chip 3283 and the transistor of the switching chip 3285 are electrically connected by bump connection. Therefore, a space-saving electrical wiring is realized in the laminated structure. In addition, this configuration with stacked layers and bump connections can reduce the signal density compared to a conventional detector that inputs a large number of signal wires to a transistor installed in the same plane as the photodiode. A wide area can be secured.

以上の構成によれば、次のような効果を得ることができる。   According to the above configuration, the following effects can be obtained.

(1)装置を大型化せずに、単位時間により高精細(高解像度)かつ広範囲に画像を撮影可能とすることができる。また、X線に対する感度を向上させることができ、得られる画像の質を向上させることができる。 (1) High-definition (high-resolution) images can be taken over a wide range by unit time without increasing the size of the apparatus. In addition, the sensitivity to X-rays can be improved, and the quality of the obtained image can be improved.

(2)従来の検出器のように、フレキシブルPC板や、バックプレーン基板が不要になる。その結果、検出器ユニットとしての外形を小さくすることができる。さらに、DASシャーシも不要となり、CT装置内部における省スペース化を実現できる。 (2) A flexible PC board and a backplane substrate are not required as in a conventional detector. As a result, the outer shape of the detector unit can be reduced. Furthermore, a DAS chassis is not required, and space saving in the CT apparatus can be realized.

(3)従来の検出器には存在したフロントカバーの突き出しをなくすことができる。従って、ドーム開口が従来よりも広く感じられ、患者に対する威圧感を低減させることができる。また、操作者や医師の患者へのアクセス性を向上させることができる。 (3) The protrusion of the front cover that has existed in the conventional detector can be eliminated. Therefore, the dome opening can be felt wider than before, and the intimidation of the patient can be reduced. In addition, the accessibility of the operator or doctor to the patient can be improved.

(3)架台と寝台との干渉が少なくなり、チルト角度が深くとれるようになる。従って、患者が楽な姿勢のまま撮影を行うことができる。 (3) The interference between the gantry and the bed is reduced, and the tilt angle can be deepened. Therefore, it is possible to perform imaging while the patient is in a comfortable posture.

(4)本発明に係る検出器システムを従来の装置に適用した場合、従来より広いスライス厚の断層画像を得ることができる。 (4) When the detector system according to the present invention is applied to a conventional apparatus, a tomographic image having a slice thickness wider than that of the conventional one can be obtained.

(5)検出器ユニットの奥に実装されたユニットへのアクセス性を向上させることができる。 (5) The accessibility to the unit mounted in the back of the detector unit can be improved.

(6)検出器ユニットの重量を軽くすることができる。その結果、撮影において当該検出器ユニットを回転させた場合、従来と比較して当該回転による架台のぶれ等の影響を少なくする事ができる。 (6) The weight of the detector unit can be reduced. As a result, when the detector unit is rotated during imaging, the influence of shaking of the gantry due to the rotation can be reduced compared to the conventional case.

(7)従来の検出器と比較して使用される部品が少なくてすみ、コストを低下させることができる。 (7) The number of parts used is smaller than that of the conventional detector, and the cost can be reduced.

(変形例)
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されてもよい。
(Modification)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation. Furthermore, the above embodiment includes various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, some constituent requirements may be deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment.

本発明の第1実施形態による放射線検出器の斜視図。The perspective view of the radiation detector by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態による放射線検出器の一列分の構成図。The lineblock diagram for the line of the radiation detector by a 1st embodiment of the present invention. 第2実施形態による放射線検出器の断面図。Sectional drawing of the radiation detector by 2nd Embodiment. 図3のフォトダイオードチップとリジッドプリント配線板との接続を示す断面図。Sectional drawing which shows the connection of the photodiode chip | tip of FIG. 3, and a rigid printed wiring board. 第3実施形態による放射線検出器の断面図。Sectional drawing of the radiation detector by 3rd Embodiment. 図5の多層配線板の断面図。Sectional drawing of the multilayer wiring board of FIG. 第4実施形態による放射線検出器の断面図。Sectional drawing of the radiation detector by 4th Embodiment. 第5実施形態による放射線検出器の断面図。Sectional drawing of the radiation detector by 5th Embodiment. 第6実施形態による放射線検出器の断面図。Sectional drawing of the radiation detector by 6th Embodiment. 第7実施形態によるX線CT装置の構成図。The block diagram of the X-ray CT apparatus by 7th Embodiment. 図10の1つの検出器モジュールの平面図。FIG. 11 is a plan view of one detector module of FIG. 10. 図9に示すX線CT装置におけるデータ処理の流れを示す図。The figure which shows the flow of the data processing in the X-ray CT apparatus shown in FIG. 第7実施形態において、スライス厚0.5mm×16スライスという条件にしたがって選択される複数のフォトダイオードを示す図。The figure which shows the some photodiode selected in accordance with the conditions of slice thickness 0.5mmx16 slice in 7th Embodiment. 第7実施形態において、スライス厚1mm×16スライスという条件にしたがって選択される複数のフォトダイオードを示す図。The figure which shows the some photodiode selected according to the conditions of slice thickness 1mm * 16 slice in 7th Embodiment. 第7実施形態において、スライス厚1mm×32スライスという条件にしたがって選択される複数のフォトダイオードを示す図。The figure which shows the some photodiode selected according to the conditions of slice thickness 1mm * 32 slice in 7th Embodiment. 第7実施形態において、アキシャル断層像、サジタル断層像、コロナル断層像の表示例を示す図。The figure which shows the example of a display of an axial tomogram, a sagittal tomogram, and a coronal tomogram in 7th Embodiment. 第7実施形態において、動画の表示例を示す図。The figure which shows the example of a display of a moving image in 7th Embodiment. 第8実施形態によるX線CT装置の構成図。The block diagram of the X-ray CT apparatus by 8th Embodiment. 図18の放射線検出器を構成する複数の検出器モジュールそれぞれの平面図。The top view of each of the several detector module which comprises the radiation detector of FIG. (a)は、図19の1つの検出器モジュールを構成する検出器ブロックの斜視図、(b)は、図19の1つの検出器モジュールを構成するDASブロックの斜視図、(c)は、図19の検出器モジュールの斜視図。(A) is a perspective view of a detector block constituting one detector module of FIG. 19, (b) is a perspective view of a DAS block constituting one detector module of FIG. 19, and (c) is FIG. 20 is a perspective view of the detector module of FIG. 19. (a)は、第8実施形態の検出器モジュールの断面図、(b)は、第8実施形態の他の検出器モジュールの断面図。(A) is sectional drawing of the detector module of 8th Embodiment, (b) is sectional drawing of the other detector module of 8th Embodiment. 図21(a)のDASブロックの断面図。Sectional drawing of the DAS block of Fig.21 (a). (a)は、第8実施形態の検出器モジュールの断面図、(b)は、第8実施形態の他の検出器モジュールの断面図。(A) is sectional drawing of the detector module of 8th Embodiment, (b) is sectional drawing of the other detector module of 8th Embodiment. (a)は、第8実施形態の検出器モジュールの表面図、(b)Bは、第8実施形態の検出器モジュールの背面図。(A) is a surface view of the detector module of 8th Embodiment, (b) B is a rear view of the detector module of 8th Embodiment. 第9実施形態のX線CT装置の構成図。The block diagram of the X-ray CT apparatus of 9th Embodiment. (a)は、第9実施形態のX線検出器モジュールの断面図、(b)は、第9実施形態の他のX線検出器モジュールの断面図、(c)は、第9実施形態のさらに他のX線検出器モジュールの断面図、(d)Dは、第9実施形態のさらに他のX線検出器モジュールの断面図。(A) is sectional drawing of the X-ray detector module of 9th Embodiment, (b) is sectional drawing of the other X-ray detector module of 9th Embodiment, (c) is 9th Embodiment. Sectional drawing of other X-ray detector module, (d) D is sectional drawing of the further another X-ray detector module of 9th Embodiment. 第9実施形態のX線検出器モジュールの平面図。The top view of the X-ray detector module of 9th Embodiment. 第9実施形態において、スライス厚0.5mm×32スライスという条件に対応する信号読出し制御を示す図。The figure which shows signal read-out control corresponding to the conditions of slice thickness of 0.5 mm x 32 slices in 9th Embodiment. 第9実施形態において、スライス厚1mm×32スライスという条件に対応する信号読出し制御を示す図。The figure which shows signal read-out control corresponding to the conditions of slice thickness 1mm * 32 slice in 9th Embodiment. (a)は、第9実施形態において、スイッチングチップの概略断面図、(b)は、第9実施形態において、他のスイッチングチップの概略断面図、(c)は、第9実施形態において、さらに他のスイッチングチップの概略断面図。(A) is schematic sectional drawing of a switching chip in 9th Embodiment, (b) is schematic sectional drawing of another switching chip in 9th Embodiment, (c) is further in 9th Embodiment, The schematic sectional drawing of another switching chip.

符号の説明Explanation of symbols

1…検出器モジュール、2…フォトダイオードチップ、3…フォトダイオード3、4…スイッチングチップ、5…トランジスタ、7…信号読出し線、8…DASチップ、9…シンチレータ9、10…リジッドプリント配線板、14…Al配線。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Detector module, 2 ... Photodiode chip, 3 ... Photodiode 3, 4 ... Switching chip, 5 ... Transistor, 7 ... Signal read-out line, 8 ... DAS chip, 9 ... Scintillator 9, 10 ... Rigid printed wiring board, 14: Al wiring.

Claims (6)

表面側から入射するX線を光に変換するシンチレータと、
前記変換された光を電気信号に変換する複数のフォトダイオードを備えた少なくとも1つのフォトダイオードチップと、
前記複数のフォトダイオードから複数の信号を読み出す複数のスイッチング素子を備えた少なくとも1つのスイッチングチップと、
前記読み出された複数の信号を増幅し、ディジタル化する複数のデータ収集部を備えた少なくとも1つのデータ収集チップと、
前記フォトダイオードチップと、前記スイッチングチップと、前記データ収集チップとを共通に実装するリジッド多層配線板とを具備し、
前記多層配線板の表面に前記スイッチングチップの背面が結合され、前記スイッチングチップの表面に前記フォトダイオードチップの背面が結合され、前記多層配線板の裏面に前記データ収集チップが結合されることを特徴とする放射線検出システム。
A scintillator that converts X-rays incident from the surface side into light;
At least one photodiode chip comprising a plurality of photodiodes for converting the converted light into an electrical signal;
At least one switching chip comprising a plurality of switching elements for reading a plurality of signals from the plurality of photodiodes;
At least one data collection chip comprising a plurality of data collection units for amplifying and digitizing the plurality of read signals;
A rigid multilayer wiring board that mounts the photodiode chip, the switching chip, and the data collection chip in common;
The back surface of the switching chip is coupled to the surface of the multilayer wiring board, the back surface of the photodiode chip is coupled to the surface of the switching chip, and the data collection chip is coupled to the back surface of the multilayer wiring board. Radiation detection system.
前記複数のフォトダイオードは、表面から裏面に渡ってフォトダイオード基板を貫通する複数の第1貫通配線を介して、前記複数のスイッチング素子に接続され、
前記複数のスイッチング素子は、表面から裏面に渡ってスイッチング素子基板を貫通する複数の第2貫通配線を介して、前記多層配線板の複数の表面配線に接続され、
前記データ収集チップは、前記多層配線板の複数の裏面配線にフリップチップ接続されることを特徴とする請求項記載の放射線検出システム。
The plurality of photodiodes are connected to the plurality of switching elements via a plurality of first through wirings penetrating the photodiode substrate from the front surface to the back surface.
The plurality of switching elements are connected to a plurality of surface wirings of the multilayer wiring board via a plurality of second through wirings penetrating the switching element substrate from the front surface to the back surface,
Wherein the data acquisition chip, the radiation detection system according to claim 1, characterized in that flip-chip connected to a plurality of backside interconnect of the multilayer wiring board.
前記データ収集チップは、前記多層配線板の辺縁に配置されることを特徴とする請求項記載の放射線検出システム。 Wherein the data acquisition chip, the radiation detection system according to claim 1, characterized in that it is disposed at the periphery of the multilayer wiring board. 前記データ収集チップの上方に配置された複数のX線遮蔽板をさらに備えることを特徴とする請求項記載の放射線検出システム。 The radiation detection system according to claim 3 , further comprising a plurality of X-ray shielding plates disposed above the data collection chip. 表面側から入射するX線を光に変換するシンチレータと、
前記変換された光を電気信号に変換する複数のフォトダイオードを備えた少なくとも1つのフォトダイオードチップと、
前記複数のフォトダイオードから複数の信号を読み出す複数のスイッチング素子を備えた少なくとも1つのスイッチングチップと、
前記読み出された複数の信号を増幅し、ディジタル化する複数のデータ収集部を備えた少なくとも1つのデータ収集チップと、
前記フォトダイオードチップと、前記スイッチングチップとを実装する第1リジッドプリント配線板と、
前記データ収集チップを実装する第2リジッドプリント配線板と、
前記第1リジッドプリント配線板と前記第2リジッドプリント配線板とを着脱自在に接続するコネクタとを具備することを特徴とする放射線検出システム。
A scintillator that converts X-rays incident from the surface side into light;
At least one photodiode chip comprising a plurality of photodiodes for converting the converted light into an electrical signal;
At least one switching chip comprising a plurality of switching elements for reading a plurality of signals from the plurality of photodiodes;
At least one data collection chip comprising a plurality of data collection units for amplifying and digitizing the plurality of read signals;
A first rigid printed wiring board for mounting the photodiode chip and the switching chip;
A second rigid printed wiring board on which the data collection chip is mounted;
A radiation detection system comprising: a connector for detachably connecting the first rigid printed wiring board and the second rigid printed wiring board.
前記フォトダイオードチップは、前記複数のフォトダイオードに接続された、表面から裏面に渡って半導体基板を貫通する複数の貫通配線を介して、前記第1リジッドプリント配線板の表面配線にバンプ接続されることを特徴とする請求項記載の放射線検出システム。 The photodiode chip is bump-connected to the surface wiring of the first rigid printed wiring board via a plurality of through wirings that penetrate the semiconductor substrate from the front surface to the back surface and are connected to the plurality of photodiodes. The radiation detection system according to claim 5 .
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