JP5037757B2

JP5037757B2 - Ｘ線検出器およびこれを用いたｘ線ｃｔ装置

Info

Publication number: JP5037757B2
Application number: JP2001100451A
Authority: JP
Inventors: 智恒吉岡
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002296353A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同時に複数スライスのＸ線透過データを検出するＸ線検出器及びこれを用いたＸ線ＣＴ装置に係り、特にＸ線検出器とこの検出器の出力を増幅する前置増幅器との間の配線数を低減し、かつ上記スライス数を変更するためのスイッチ切替信号からＸ線検出出力信号へのノイズの漏れ込みを抑制して高精度のＸ線計測が可能なＸ線検出器及びこの検出器を用いて高画質の画像を得るＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、Ｘ線ＣＴ装置では、装置のスループット向上のためにスライス方向に複数列のＸ線検出素子アレイを配列（すなわち、２次元配列）し、一回のＸ線曝射によって２次元のＸ線データを収集し、複数のＣＴ画像が得られるマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置が注目されている（以下、このマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置に用いるＸ線検出器をマルチスライス型Ｘ線検出器と呼ぶことにする）。このようなマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置は、上記検査時間の短縮の外に、従来の一列に配列した検出器（以下、シングルスライス型Ｘ線検出器と呼び、これを用いたＸ線ＣＴ装置をシングルスライス型Ｘ線ＣＴ装置と呼ぶことにする）に比較するとＸ線管から放射されるＸ線の利用効率が高いという利点もある。
【０００３】
しかし、マルチスライス型Ｘ線検出器とすることで発生する問題もある。その一つに、光検出素子の出力の取出し方法がある。従来のシングルスライス型Ｘ線検出器用の光検出素子アレイは、受光部および信号取出しが単一のチャンネル方向にのみ分離されていた一次元配列であるが、マルチスライス型Ｘ線検出器用の光検出素子アレイでは、受光部をチャンネル方向及びそれに直交するスライス方向に分離した二次元配列にする必要がある。したがって、１チャンネル当たりの素子出力信号数はスライス方向分割数に対応して増加する。さらに、マルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置では、計測スライス幅の変更は入射するＸ線ビーム幅の変更だけでなく、Ｘ線検出素子のスライス方向の素子幅も変更する必要がある。何種類かのスライス幅での計測に対応するためには、Ｘ線検出素子はスライス方向に複数のフォトダイオード（光検出素子）セルに分割されていて、その分割されたフォトダイオードセルの出力の組み合わせを変えることで計測スライス幅の変更を行なうように構成される。
【０００４】
このように、マルチスライス型Ｘ線検出器では、入射Ｘ線に対応した検出信号数が大幅に増加する外に、上記フォトダイオードセルの出力の組み合わせを変えるスイッチアレイの切替状態を指定するための入力信号も外部回路と接続する必要がある。
【０００５】
通常、このスイッチアレイ切替のための信号も検出器出力信号を受ける前置増幅器から受け取るように構成され、この信号も前記Ｘ線検出器と前置増幅器との間の配線ケーブルに伝送される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
マルチスライス型Ｘ線ＣＴ用Ｘ線検出器では、複数のスライスデータを取り込むために、従来のシングルスライス型Ｘ線ＣＴ用Ｘ線検出器に比較すると、１チャンネル当たりの信号線数が４〜８倍あるいはそれ以上になる。さらに、スライス幅切替用のスイッチアレイの信号も必要となる。このため、Ｘ線検出器と前置増幅器との間の信号数が増大することになる。Ｘ線検出素子からの出力信号は、場合によっては数10pA（ピコアンペア）といったオーダーの微小のアナログ信号である。スライス幅切替用のスイッチアレイへの信号に混入するノイズなどが、計測した微小なアナログ信号へ影響を与えないようにするために、専用の低ノイズ電源を用意したり、Ｘ線検出素子からのアナログ信号線との間に上記ノイズが混入しない距離を設ける、あるいはＸ線検出素子からのアナログ信号との間にアース（接地）ラインを設ける等の実装上の工夫が必要となる。このように、マルチスライス型にすることによる信号数の大幅な増加によって、Ｘ線検出器と前置増幅器との間を接続する配線の密度が高く、構造が複雑になってしまうという問題が発生する。
【０００７】
また、前置増幅器側に関しても、スライス幅切替用スイッチアレイへの信号線の追加による配線密度の高密度化や構造の複雑化は避けられない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、マルチスライス型Ｘ線検出器と前置増幅器ユニット間の信号線数を低減して配線ケーブルの低価格化を図り、かつスライス幅変更用スイッチ切替信号からＸ線検出器の検出信号に混入するノイズの漏れ込みをなくして高精度のＸ線計測ができるＸ線検出器及びこの検出器を用いて高画質のマルチスライス画像を得ることができＸ線ＣＴ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、入射する放射線を検知することにより発光するシンチレータと、チャンネル方向およびスライス方向に分離された受光領域を持つ光検出素子アレイと、前記スライス方向に分離された受光領域の複数の出力を切り替えて外部回路に導くスイッチ素子アレイとを含むＸ線検出素子群を基板に搭載し、前記Ｘ線検出素子群をＸ線管焦点を中心とした略円弧上に略等角度ピッチでポリゴン状に複数個配列して成るＸ線検出器において、前記光検出素子アレイの出力信号群を中継する光検出素子アレイ中継器と前記スイッチ素子アレイの切替信号群を中継するスイッチ素子アレイ中継器とを前記基板に搭載し、前記外部回路から出力される前記スイッチアレイの切替信号を伝送する伝送線を前記スイッチ素子アレイ中継器に横断的に並列に接続（デージーチェーン接続）することによって達成される。前記光検出素子アレイ中継器とスイッチ素子アレイ中継器には、それぞれ別々のコネクタを用いてこれらを同一の基板に搭載し、前記スイッチ素子アレイ用のコネクタは前記基板の長手方向に配置すれば、配線の容易さ、設置スペースの点でより効果的である。このように構成することによって、スライス幅を変更するためのスイッチアレイ切替信号をまとめてＸ線検出器から取出すことができるので、Ｘ線検出器と前置増幅器ユニット間の総信号線数が低減され、これにより配線密度が低下して作業性が向上すると共に配線ケーブルの低価格化が可能となる。
【００１０】
また、上記目的は、Ｘ線源と、このＸ線源と対向して配置されたＸ線検出器と、これらＸ線源及びＸ線検出器を保持し、被検体の周りを回転駆動される回転円板と、前記Ｘ線検出器で検出されたＸ線の強度に基づき前記被検体の断層像を画像再構成する画像再構成手段とを備えたＸ線ＣＴ装置において、前記Ｘ線検出器として上記のＸ線検出器を用いることによって達成される。上記のＸ線検出器を用いたＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線検出信号とスイッチ切替信号とが分離されるので、スイッチ切替信号からＸ線検出信号へのノイズの漏れ込みがなくなってＸ線計測精度が向上し、高画質の断層画像のＸ線ＣＴ装置を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１〜図９を用いて詳細に説明する。
【００１２】
マルチスライス型Ｘ線検出器には、従来のキセノンガスによる電離箱方式の検出器に代わって、高空間分解能及び高Ｓ（信号）／Ｎ（ノイズ）が得られる、シンチレータを用いた固体検出器が用いられている。この固体検出器は、入射Ｘ線を光に変換するシンチレータと、このシンチレータで変換された光を検出して電気信号として出力するシリコンフォトダイオードなどの光検出素子とから成るＸ線検出素子を、Ｘ線源を中心としてチャンネル方向及び該チャンネル方向と直交するスライス方向に円弧状に多数配列して構成される。このようなマルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置の原理を図1を用いて説明する。
【００１３】
図１において、Ｘ線管21から放射されたファン状のＸ線ビーム30を受けるＸ線検出器16は、複数のＸ線検出素子列40によって構成されている。図示の場合、Ｘ線検出器16は被検体23のスライス方向に配列された4個のＸ線検出素子列40−1〜40−4から成る。
【００１４】
Ｘ線ビーム30は被検体23を透過した後にX線検出器16で検出されるが、各Ｘ線検出素子列40−1〜40−4ではそれぞれ被検体23の対応するスライス42−1〜42−4におけるＸ線減衰量を計測することになる。
このような原理のマルチスライス計測において、Ｘ線検出器16は、入射Ｘ線を光に変換するシンチレータと、このシンチレータで変換された光を検出して電気信号として出力するシリコンフォトダイオードなどの光検出素子とから成るＸ線検出素子を多数組み合わせてアレイ状にしてＸ線検出素子アレイを構成し、このＸ線検出素子アレイをＸ線源を中心としてチャンネル方向及び該チャンネル方向と直交するスライス方向に円弧状に多数配列して構成する。
【００１５】
このように、マルチスライス型Ｘ線検出器は、チャンネル方向とスライス方向に多数のＸ線検出素子が配列されるので、これらのＸ線検出素子の出力信号は従来のシングルスライス型Ｘ線検出器に比べて非常に多くなる。上記のように、Ｘ線ＣＴ用検出器では多素子配列が要求されることから、シンチレータの出力光を電気信号に変換する光検出素子は単チャンネルチップを並べることは行わず、一つのチップ上に複数のチャンネルを形成した光検出素子アレイを多く用いる。
【００１６】
光検出素子アレイは、限られた実装スペースの中で高密度に素子を配列しなければならないので、一般にはシリコンフォトダイオードなどの半導体デバイスを用いている。
【００１７】
マルチスライスＣＴ装置では、計測スライス幅の変更は入射するＸ線ビーム幅の変更だけでなく、Ｘ線検出素子のスライス方向の素子幅も変更する必要がある。何種類かのスライス幅での計測に対応するためにはＸ線検出素子はスライス方向に複数のフォトダイオードセルに分割されていて、その分割されたフォトダイオードセルの出力の組み合わせを変えることで計測スライス幅の変更を行なうことになる。この計測スライス幅の変更例について図２を用いて説明する。
【００１８】
図２は任意のスライス厚を組み合わせて４スライスを同時に計測する例で、4はスイッチアレイ、50はシンチレータとフォトダイオードアレイからなるＸ線検出素子アレイである。
【００１９】
同図（ａ）は中央部の４スライスを個別に取出すことにより、検出素子のスライス方向基本分割ピッチに対応した「スライス厚１」の４スライス同時計測を行なう場合、同図（ｂ）はスイッチアレイによって２スライスずつの出力を合わせて取出すことにより「スライス厚２」の４スライス同時計測を行なう場合、同様に同図（ｃ）は「スライス厚３」、同図（ｄ）は「スライス厚４」の計測を行なう場合である。
【００２０】
このように、マルチスライス用Ｘ線検出素子に使用される光検出素子アレイはスライス方向に多分割されているとともに、その各出力を所望の組合せで外部回路に導けるようにスイッチアレイを組合せておく必要がある。通常、このスイッチアレイは光検出素子アレイの近傍に配置され、基板上に設けられたコネクタから外部回路に信号を取出すようにしている。
【００２１】
図３はＸ線検出素子アレイの外観を示したものである。Ｘ線検出素子アレイはプリント基板１の上に搭載されているフォトダイオードアレイ２の入射面にシンチレータ３が搭載されている構造となっている。フォトダイオードアレイ２およびシンチレータ３はチャンネル方向およびスライス方向にそれぞれ分割され各々の部分の出力が取出せるようになっていて、その出力信号はフォトダイオードアレイ３の両端から取出され、近傍に置かれたスイッチアレイ４を通り出力信号用コネクタ５に配線され外部回路へ接続できるようになっている。また、スイッチアレイ３のスイッチ切替用入力信号および動作用電源線として切替信号用コネクタ６からの信号線が配線されていて、コネクタ６に接続される信号ケーブルの信号によってスイッチアレイ３での各検出素子の出力の組み合わせを変えることにより所望のスライス厚さでの計測を行うことができるように構成される。プリント基板１には取付け穴７が設けてあり、これはＸ線検出素子アレイをネジ等によって検出器容器内部に配列固定するためのものである。
【００２２】
図４はＸ線検出素子アレイを検出器容器の取付枠８に配列固定する様子を示したものである。取付枠８−１，８−２は円弧状の部材であり、その外側の面はポリゴン状（多角形状）になっていて、それぞれの面に前記Ｘ線検出素子アレイをネジによって固定する。
【００２３】
Ｘ線検出素子アレイは全体としてポリゴン状に配置され、Ｘ線検出を行なうシンチレータ部はスライス方向には直線状に、チャンネル方向には略円弧状に並ぶことになる。
【００２４】
図５はＸ線検出素子アレイを配列した検出器容器の断面図を示したもので、Ｘ線は上方から下方へ向かって検出器に入射する。Ｘ線を検出するシンチレータ３の入射部前方にはコリメータ支持部材10で支持されたコリメータ板９が配置されている。コリメータ板９はＸ線管からの主Ｘ線に対しては低損失でありそのほとんどを通過させ、斜め方向から入ってくる被写体からの散乱Ｘ線に対しては大部分を遮蔽してシンチレータ３へ入射することを防いでいる。このことにより、最終画像のコントラストの低下等の悪影響を除去することができる。図７は入射Ｘ線、コリメータ板、Ｘ線検出素子アレイとの空間的な位置関係である。検出器容器は側板11や裏板12等によってＸ線検出素子アレイを囲むようになっていて、外部から光が内部に入ることを遮断している。これは、外部からの光が内部に入り込むと入射Ｘ線によるシンチレータ３での発光以外の光がフォトダイオードアレイ２に入射されることになり、計測精度を大幅に低下させることを防ぐためである。検出器容器のＸ線入射部は光は遮蔽するものの、Ｘ線に対しての損失は低いアルミニウム等のＸ線減弱係数が小さい材料の薄板を使用した入射窓材13が取り付けられている。検出素子からの信号はコネクタ５に接続される出力信号ケーブル14によって後続の前置増幅回路に導かれる。
【００２５】
図６はＸ線検出器と前置増幅器との信号接続の状態を示した図である。前置増幅器ユニット17は、円弧状の検出器からの信号を短い距離で受けるために、左側のケース17−1と右側のケース17−2の二つのケースに分けてＸ線検出器16の下側に配置されている。
【００２６】
各ケースの中には前置増幅回路基板18が納められている。検出器容器内のＸ線検出素子アレイと対応する前置増幅回路基板18とは各々が出力信号接続用ケーブル14によって接続されている。さらに、Ｘ線検出素子アレイのプリント基板上にある切替信号用コネクタ６には各Ｘ線検出素子アレイ間を横断的に並列に接続（デージーチェーン接続）する切替信号ケーブル15によって相互に接続され、さらにその一端は前置増幅器ケースに設けられている切替信号発生基板19に接続されている。このような接続により、全てのＸ線検出素子アレイのスイッチアレイ４の切替信号は切替信号発生基板19の信号出力に接続されることになり、切替信号発生基板19の切替信号によって全チャンネルについて同じ計測スライス幅に設定することができる。この切替信号用コネクタ６の搭載方向をプリント基板１の長手方向とすると、各Ｘ線検出素子アレイ間を接続する切替信号ケーブル15に平行配線のフラットリボン型ケーブル材を使用することができる。このフラットリボン型ケーブル材を使用するとにより、一本のケーブル材に複数の接続用コネクタを簡単な圧着工程で取り付けることにより、上記並列接続用信号ケーブルを簡単に配線することができる。
【００２７】
各Ｘ線検出素子アレイからの出力信号を増幅回路に導く出力信号ケーブルの接続、および各Ｘ線検出素子アレイ間のスイッチアレイ設定用の切替信号ケーブルの接続の様子を図8に示す。
【００２８】
図９はＸ線ＣＴ装置の回転板20上への検出器容器16、前置増幅器ユニット17およびＸ線管21の搭載の様子を示したものである。回転板19上にはＸ線管21と対向させて検出器容器16が搭載されている。検出器容器16の内部には前述の説明に従って加工組立されたＸ線検出素子アレイがＸ線管21の焦点を中心とした略円弧となるポリゴン状に配列されている。また、Ｘ線検出素子アレイのＸ線入射部にはＸ線管21の焦点以外の方向から入射してくる散乱線を除去するためのコリメータ板群が置かれている。検出器容器16の外側には検出素子からの信号を増幅するための17-1と17-2とからなる増幅回路ユニット17が置かれていて、各Ｘ線検出素子アレイからの出力信号を受け取るとともに、指定されたスライス幅で計測を行なうためのスイッチアレイ切替のための切替信号を発生し、その信号をＸ線検出器に供給している。回転板20の中央には開口部22があり、この開口部22内に置かれた被検体23を中心として回転板20が回転することにより被検体23の全周方向からのＸ線透過量の計測が行えるようになっている。この計測された被検体の全周方向からのＸ線透過量データを用いて画像の再構成処理を行って被検体の断層画像を得る。
【００２９】
本発明は上記実施例に限定するねのではなく、例えば出力信号取り出し用コネクタおよびスライス幅設定のための切替信号用コネクタの搭載位置、方向を変更する等の変形が可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上、本発明を実施することにより、以下の効果が得られるＸ線検出器及びこれを用いたＸ線ＣＴ装置を提供することができる。
【００３１】
（1）スライス幅を変更するためのスイッチアレイ切替信号をまとめてＸ線検出器から取出すことによりＸ線検出器と前置増幅器ユニット間の総信号数を低減し、これにより配線密度が低下して作業性が向上すると共に配線ケーブルの低価格化に寄与する。
【００３２】
（2）Ｘ線検出信号とスイッチ切替信号を分離するようにしたので、スイッチ切替信号からＸ線検出信号へのノイズの漏れ込みがなくなってＸ線計測精度が向上し、高画質の断層画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マルチスライス型Ｘ線ＣＴ装置の原理説明図。
【図２】計測スライス幅の変更例の説明図。
【図３】本発明によるＸ線検出素子アレイの外観図。
【図４】本発明によるＸ線検出素子アレイを配列する様子を示した外観図。
【図５】本発明による検出器容器の断面図。
【図６】本発明による検出器と前置増幅器ユニットとの信号の接続の様子を示す図。
【図７】本発明による入射Ｘ線とコリメータ板とＸ線検出素子アレイとの位置関係を示す図。
【図８】本発明によるＸ線検出素子アレイの出力信号の取出し及びスイッチ切替用信号入力のための信号ケーブルの接続の様子を示した外観図。
【図９】検出器等のユニットの回転板上への配置を示した図。
【符号の説明】
１・・・プリント基板、２・・・フォトダイオードアレイ、３・・・シンチレータ、４・・・スイッチアレイ、５・・・出力信号用コネクタ、６・・・スイッチ切替信号用コネクタ、７・・・取付け穴、８・・・Ｘ線検出素子アレイ取付枠、９・・・コリメータ板、１０・・・コリメータ板支持部材、１１・・・検出器容器側板、１２・・・検出器容器裏板、１３・・・検出器容器入射窓部材、１４・・・出力信号用ケーブル、１５・・・切替信号接続ケーブル、１６・・・Ｘ線検出器、１７・・・前置増幅器ユニット、１８・・・前置増幅回路基板、１９・・・切替信号発生器、２０・・・回転板、２１・・・Ｘ線管、２２・・・開口部、２３・・・被検体、３０・・・ファンビーム、４０・・・Ｘ線検出素子列、４２・・・スライス列

Claims

入射する放射線を検知することにより発光するシンチレータと、チャンネル方向およびスライス方向に分離された受光領域を持つ光検出素子アレイと、前記スライス方向に分離された受光領域の複数の出力を切り替えて外部回路に導くスイッチ素子アレイとを含むＸ線検出素子群を基板に搭載し、前記Ｘ線検出素子群をＸ線管焦点を中心とした略円弧上に略等角度ピッチでポリゴン状に複数個配列して成り、前記光検出素子アレイの出力信号群を外部へ中継する光検出素子アレイ中継器と前記スイッチ素子アレイの切替信号群を外部から中継するスイッチ素子アレイ中継器とを前記基板に搭載したＸ線検出器において、
前記スイッチ素子アレイ中継器に接続される切替信号ケーブルは前記チャンネル方向に配線され前記基板間を接続するものであり、
前記光検出素子アレイ中継器に接続される出力信号ケーブルは前記基板の下側に配置された前置増幅器に最短距離で接続されることを特徴とするＸ線検出器。
請求項１のＸ線検出器において、前記スイッチ素子アレイ中継器は前記スライス方向に接続端子が一列に並べられたことを特徴とするＸ線検出器。
Ｘ線源と、このＸ線源と対向して配置されたＸ線検出器と、これらＸ線源及びＸ線検出器を保持し、被検体の周りを回転駆動される回転円板と、前記Ｘ線検出器で検出されたＸ線の強度に基づき前記被検体の断層像を画像再構成する画像再構成手段とを備えたＸ線ＣＴ装置において、前記Ｘ線検出器として請求項１または請求項２に記載のＸ線検出器を用いたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。