JP4900390B2

JP4900390B2 - 中空グリッドおよびその製造方法

Info

Publication number: JP4900390B2
Application number: JP2008530784A
Authority: JP
Inventors: 寛道戸波
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2026-08-25
Also published as: CN101427156B; CN101427156A; WO2008023430A1; US20100006781A1; JPWO2008023430A1

Description

この発明は、二次元放射線検出器の前面に配置して、放射線撮影などを行う、散乱線除去用の中空グリッド及びその製造方法に関する。

近年フラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）と呼ばれる二次元放射線検出器が注目を浴びている。この方法はＸ線エネルギーを直接電荷に変換し、この電荷をＴＦＴ等読み出し素子によって電気信号として読み出す直接方式ＦＰＤと、Ｘ線エネルギーをシンチレータ等で光に変換し、この変換された光を光電変換素子で電荷に変換し、この電荷をＴＦＴ等読み出し素子によって電気信号として読み出す間接方式ＦＰＤが知られている。何れの方式も、ディテクタ面上に集光された被写体情報は読み出し素子のピッチ（以後ディテクタピッチと呼ぶ）に従って空間的にサンプリングされた情報として読み出される。

図９に示すように被写体１１０にＸ線１１１を曝射した場合、一部のＸ線は被写体１１０に吸収されるが、残りのＸ線は透過Ｘ線１１２として被写体１１０に吸収されることなくディテクタ１０２ヘ到達する。一方、被写体１１０を透過する透過Ｘ線１１２の他に散乱線１１３とよばれるノイズ成分が被写体１１０より放出される。散乱線１１３は、透過Ｘ線１１２により形成されるべき被写体１１０の画像情報のＳＮ比やコントラストを低下させるため通常の場合、グリッド１０１を使用することによって散乱線成分をできるだけ除去する方法が取られている。

グリッド１０１は、Ｘ線遮蔽材１０３を中間物質１０４を挟んでストライプ状に一定間隔で並べた構造をしている。散乱線１１３はＸ線遮蔽材１０３に吸収されてしまうためディテクタ１０２まで到達することはない。そのため画像情報のＳＮ比とコントラストを向上させることができる。但し中間物質における２次的な散乱線１１６が発生した場合は完全には取り除くことができない。

一般にグリッドの散乱線除去能力をあらわす値として、グリッド比やグリッド密度があるが、これらはＸ線遮蔽材の厚さＣ及び高さＡ、中間物質の厚さＢによって決まるものであり、その模式図を図１０に示す。グリッド比ｒ＝Ａ／Ｂ、グリッド密度Ｎ＝１／（Ｂ＋Ｃ）[ｌｉｎｅ/cm]で決められ、これらの値はディテクタの種類、使用用途によって選ばれる。グリッドには、移動グリッドと固定グリッドの２種類がある。移動グリッドとは、Ｘ線の曝射に同期させてグリッドをグリッド縞の方向と垂直方向に移動させることにより画像中にグリッドの固定パターンを結像させないようにする方法である。固定グリッドとは、ディテクタに対してグリッドを固定した形で撮影を行なう方法であって、グリッドを用いた撮影方法において固定グリッドを使用した場合、ディテクタへ到達する被写体情報の中にグリッド縞の固定パターンが含まれることになる。

移動グリッドを用いた場合には、グリッド縞の固定パターンは含まれないが、移動時にＸ線遮蔽材によるカットオフが起こりＸ線量が不足し画質が低下するという問題がある。また、機械的にグリッドを移動させるという機構が必要なため、装置が大型化しかつコスト的に不利である。さらに移動時の振動や移動に要するモーターなどの電気的ノイズにより画像に多大な悪影響を及ぼすという問題がある。

一方、固定グリッドを用いた場合には、グリッド縞の固定パターンを含んだ画像をデジタル化する際、二次元放射線検出器の画素ピッチで定まるサンプリング周波数とグリッド周波数の関係に応じてモアレ縞と呼ばれる実存しない縞模様となって現れることがある。モアレ縞は被写体の画像情報に対するノイズとなり医師の診断を著しく妨げる。モアレ縞を避けるためにはサンプリング周波数の整数倍の周波数を持つグリッドを使用することが考えられる（例えば特許文献１参照）。
しかし従来の技術では製造誤差が必ず生じてしまい、これがモアレ縞の原因となっていた。
特開2002-257939号公報

しかしながら、このように、Ｘ線遮蔽材１がサンプリング周波数（二次元放射線検出器の画素ピッチ）の整数倍の周波数間隔で正確に設けられ、しかも各々がＸ線源の方向に傾くように精密に配置されたグリッドを作製することは製造上大変困難であった。本願発明は、こうしたグリッドを簡易に且つ精度よく製造することができる方法を提供するものである。

請求項１に記載の中空グリッドは、夫々の延長面が一つの直線に収束するように傾斜して列方向に配列された複数の放射線遮蔽材と、前記複数の放射線遮蔽材の放射線入射側に行方向に配列され、接着固定された複数の上部被覆材と、前記複数の放射線遮蔽材の放射線入射側とは反対側に行方向に配列され、接着固定された複数の下部被覆材とから構成され、前記上部被覆材のつなぎ目と前記下部被覆材のつなぎ目とが、前記放射線遮蔽材の長手方向において一致しないように、前記上部被覆材及び前記下部被覆材とが、互いに位相をずらした位置に配列されていることを特徴とする。

更に請求項２に記載の中空グリッドの製造方法は、（A)夫々の延長面が一つの直線に収束するように傾斜して配置されるように、所定の複数の溝が形成された溝プレートからなる組立治具の前記複数の溝の夫々に、放射線遮蔽材を挿入する工程と、（B)前記Ｘ線遮蔽材の放射線入射側もしくはその反対側のいずれか一方に被覆材を接着、硬化させる工程と、（C)前記組立治具をスライドさせて、前記Ｘ線遮蔽材の他方に被覆材を接着、硬化させる工程と、（D)前記工程（B)及び前記工程（C)を、前記工程（B）で形成される被覆材のつなぎ目と前記工程（C）で形成される被覆材のつなぎ目とが、前記放射線遮蔽材の長手方向において一致しないように互いに位相をずらしながら、全てのＸ線遮蔽材の放射線入射側及びその反対側を複数の被覆材により接着するまで繰り返す工程とを有することを特徴とする。

本発明の中空グリッドは、Ｘ線を透過する中間物質は存在せず、Ｘ線遮蔽材が二次元放射線検出器の画素ピッチの整数倍の間隔となるように配置構成さており、二次元放射線検出器で検出された画像信号に対して感度補正を施すことにより、モアレを容易に除去することができる。さらに、中間物質が存在しないため非常に高感度な２次元放射線検出器を達成することができる。

本発明の中空グリッドは上記のように組立治具を用いて組み立てているので、Ｘ線遮蔽材の間隔を精度良く簡易に作製することができ、モアレ縞の発生を良好に抑制できる検出器とすることができる。また、組立治具を用いて組み立てているので、完成品としての品質ばらつきが少なく、製品として精度の高いものになる。

本発明の実施例に係る２次元放射線検出器の中空グリッドの外観図を示す図である。本発明の実施例に係る２次元放射線検出器の断面を示す図である。中空グリッドの製造過程の一例を示す図である。図３を正面から見た図である。中空グリッドの製造過程の一例を示す図である。中空グリッドの製造過程の一例を示す図である。中空グリッドの製造過程の一例を示す図である。中空グリッドの製造過程の一例を示す図である。従来の２次元放射線検出器の中空グリッドの外観図を示す図である。中空グリッドの原理の説明を示す図である。

符号の説明

１…中空グリッド
２…二次元放射線検出器
３…Ｘ線遮蔽材３
６…スペーサ
７…スペーサ
８…側面支持材
１０…被写体
１１…入射Ｘ線
１２…透過Ｘ線
１４…上部被覆材
１５…下部被覆材
２１…溝プレート
２２…溝
２３…腕部
２４…定盤
２５…定盤
１０１…グリッド
１０２…ディテクタ
１０３…Ｘ線遮蔽材
１０４…中間物質
１１０…被写体
１１１…Ｘ線
１１２…透過Ｘ線
１１３…散乱線
１１６…２次的な散乱線

図１は、本発明の実施例に係る中空グリッド１の外観図である。Ｘ線遮蔽材３はＸ線管の焦点Ｆをにらんでおりかつ、二次元放射線検出器２面上の各画素の配列の整数倍に一致するピッチで配置されている。図１の実施例の場合、Ｘ線遮蔽材３は二次元放射線検出器２面上の各画素の配列に対して３倍のピッチで配置されている。ここで二次元放射線検出器２の断面は実際には図に示すような仕切りは存在しないが、画素ピッチはＴＦＴ素子のピッチで決定されており、わかりやすいように便宜上示してある。Ｘ線遮蔽材３は放射線入射面（以下上端面という）及びその反対側の面（以下下端面という）を複数の上部被覆材１４及び被覆材下部被覆材１５で支えられている。中空グリッド１の辺縁部においては、上部被覆材１４及び被覆材下部被覆材１５の間はスペーサ６及びスペーサ７で支えられている。

図２は中空グリッド１と二次元放射線検出器２と被写体１０の断面を示す図である。焦点Ｆから放射された入射Ｘ線１１が被写体１０を透過した透過Ｘ線１２が中空グリッド１のＸ線遮蔽材３の間を通り抜け二次元放射線検出器２に到達している様子を示している。一方、被写体１０内で散乱した散乱線１３がＸ線遮蔽材３により遮蔽されている様子も示している。このとき、Ｘ線遮蔽材３の間に相当する中間物質は存在しないため、透過Ｘ線１２は減衰することなく二次元放射線検出器２に到達しているので高感度な２次元放射線検出器を達成することができている。また中間物質における２次的な散乱線１６も発生しないので、良好な画質を保持することができる。さらにＸ線遮蔽材３は二次元放射線検出器２面上の各画素の配列に対して整数倍のピッチで配置されているので、感度補正を施すことによりモアレが発生しにくい構造になっている。

次に、本発明の中空グリッドの製造方法を説明する。
図３は組立の際の一過程を示しており、組立治具である溝プレート２１と複数のＸ線遮蔽材３（想像線）との位置関係を示す。Ｘ線遮蔽材３は溝プレート２１が有している溝２２に対して精度よく嵌合された状態で位置決めされている。溝２２はＸ線管の焦点Ｆ（図示していない）をにらんでおりかつ、二次元放射線検出器２（図示していない）面上の各画素の配列の整数倍に一致するピッチで形成されている。図３の例では溝プレート２１が有している溝２２及びＸ線遮蔽材３は８本しか示せていないが、実際には側面に対して垂直方向に連続的に中空グリッド全体を形成するだけの数を有している。Ｘ線遮蔽材３の幅Ｗは溝プレート２１の腕部２３の高さＨに対して若干短い形状になっており、溝プレート２１の腕部２３の長さLは、反りなど伸直度に影響を及ぼさない範囲で長さが決定される。図４は図３を正面から見た図を示している。

図５は中空グリッド１の組立の過程の図３の側面から見た透視図である。ここで、定盤２４上で固定された溝プレート２１があり、その溝プレート２１が有している複数の溝２２に対して最終的な中空グリッドを形成するための数のＸ線遮蔽材３が嵌合された状態で位置決めされている。この状態においてＸ線遮蔽材３の側面と側面支持材８を接着する。さらに上部被覆材１４ＡをＸ線遮蔽材３及び側面支持材８に接着し硬化させる。尚側面支持材８は紙面に垂直方向に一体的に伸びており、複数のＸ線遮蔽材３全体をカバーする長さをもっている。これら接着の際、接着材が腕部２３や定盤２４に付着しないようにする。

次に図６に示すように定盤２４を溝プレート２１及びＸ線遮蔽材３に対してスライドさせ、下部被覆材１５ＡをＸ線遮蔽材３に接着し硬化させる。このとき、接着材が腕部２３や定盤２４に付着しないようにする。

次に図７に示すように定盤２４及び溝プレート２１をＸ線遮蔽材３に対してスライドさせ、さらに定盤２５により中空グリッド下部を固定した上で、下部被覆材１５ＢをＸ線遮蔽材３に接着し硬化させる。このとき、接着材が腕部２３や定盤２４及び定盤２５に付着しないようにする。

次に図８に示すように溝プレート２１をＸ線遮蔽材３及び定盤２４に対してスライドさせ、さらに定盤２５により中空グリッド下部を適宜固定した上で、上部被覆材１４ＢをＸ線遮蔽材３に接着し硬化させる。このとき、接着材が腕部２３や定盤２４及び定盤２５に付着しないようにする。このように、順に溝プレート２１、定盤２４及び定盤２５をスライドさせながら上部被覆材１４及び被覆材下部被覆材１５をＸ線遮蔽材３に接着し硬化させてゆき、最終図１に示した中空グリッド１のようになり、溝プレート２１はスライドさせて端部から除去されることになる。

中空グリッド１の辺縁部では、上部被覆材１４及び下部被覆材１５の間はスペーサ６及びスペーサ７を挿入、接着させる。これにより中空グリッド１の強度を高めることができる。尚側面支持材８は図１の中空グリッド１では省略されている。このように仕上がった実施例の中空グリッドの製造方法では上部被覆材１４と下部被覆材１５のつなぎ目は、Ｘ線遮蔽材３の長手方向において一致しないように互いに位相をずらした位置に設定している。このようにすると、つなぎ目が分散され、さらに強度的に有利なものとなる。

尚、Ｘ線遮蔽材３はモリブデン、タングステン、鉛、タンタル、モリブデンを主成分とする合金、タングステンを主成分とする合金、鉛を主成分とする合金等、原子番号が大きくＸ線吸収の大きい材料を選択する必要がある。一方、上部被覆材１４及び下部被覆材１５はＸ線吸収が小さく、かつ寸法精度を保つために温度変化に対して安定で熱膨張係数が小さく、強度の優れた材料を選択する必要がある。これらの条件を満足するために、上部被覆材１４及び下部被覆材１５にはいわゆるＣＦＲＰ（ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｌａｓｔｉｃｓ）等を選択するのが望ましい。

また組立治具である溝プレート２１は溝２２を形成するために精密に加工される必要があるが、作製方法としてはワイヤ放電加工機、ダイシングマシンなどによる方法がある。

ここで、本発明の中空グリッドの代表的な形状寸法を述べると、二次元放射線検出器２の画素ピッチ：０．１５ｍｍ、Ｘ線遮蔽材３の厚さ：０．０３ｍｍ、Ｘ線遮蔽材３の高さ：５．７ｍｍ、上部被覆材１４及び下部被覆材１５の厚さ：０．１５ｍｍ、中空グリッド１のエリアサイズ：４５０ｍｍ×４５０ｍｍ、焦点Ｆ―中空グリッド上面距離：１２００ｍｍとなる。

Claims

夫々の延長面が一つの直線に収束するように傾斜して列方向に配列された複数の放射線遮蔽材と、
前記複数の放射線遮蔽材の放射線入射側に行方向に配列され、接着固定された複数の上部被覆材と、
前記複数の放射線遮蔽材の放射線入射側とは反対側に行方向に配列され、接着固定された複数の下部被覆材とから構成され、
前記上部被覆材のつなぎ目と前記下部被覆材のつなぎ目とが、前記放射線遮蔽材の長手方向において一致しないように、前記上部被覆材及び前記下部被覆材とが、互いに位相をずらした位置に配列されていることを特徴とする中空グリッド。
（A)夫々の延長面が一つの直線に収束するように傾斜して配置されるように、所定の複数の溝が形成された溝プレートからなる組立治具の前記複数の溝の夫々に、放射線遮蔽材を挿入する工程と、
（B)前記Ｘ線遮蔽材の放射線入射側もしくはその反対側のいずれか一方に被覆材を接着、硬化させる工程と、
（C)前記組立治具をスライドさせて、前記Ｘ線遮蔽材の他方に被覆材を接着、硬化させる工程と、
（D)前記工程（B)及び前記工程（C)を、前記工程（B）で形成される被覆材のつなぎ目と前記工程（C）で形成される被覆材のつなぎ目とが、前記放射線遮蔽材の長手方向において一致しないように互いに位相をずらしながら、全てのＸ線遮蔽材の放射線入射側及びその反対側を複数の被覆材により接着するまで繰り返す工程とを有することを特徴とする中空グリッドの製造方法。