JP5091505B2 - 放射線検出器及びx線ct装置 - Google Patents

放射線検出器及びx線ct装置 Download PDF

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Description

本発明は、放射線検出器及びそれを用いたX線CT装置(X線コンピュータトモグラフィ装置)に関するものである。
従来、X線CT装置は、X線管と放射線検出器を有し、X線管で発生したX線を被検体に照射し、被検体を透過したX線を放射線検出器に入射するようにしている。
放射線検出器は、体軸方向と直交するチャンネル方向に略円弧状に配列した複数の検出器モジュールから構成され、1つの検出器モジュールは、入射した放射線(X線)を光に変換するシンチレータアレイと、変換された光を電気信号に変換するフォトダイオードアレイを有している。それぞれの検出器モジュールからの電気信号は、増幅器で増幅され、DAS(Data Acquisition System)ユニットでデジタル信号に変換される。
また、それぞれの検出器モジュールからの電気信号は、フレキシブルケーブルによって増幅器基板(以下、アンプ基板と称す)に導かれて増幅され、アンプ基板からDASユニットに供給されてデジタル信号に変換される。またフレキシブルケーブルとアンプ基板はコネクタによって接続するようにしている。
特許文献1には、放射線検出器の一例が記載されている。
一方、最近では放射線検出器を大型化したものもある。放射線検出器を大型化する場合、検出器モジュールを体軸方向(スライス方向)に2列設け、それをチャンネル方向に複数個配置するようにしている。
ところで、放射線検出器はX線CT装置の架台内に配置されるが、検出器モジュールをスライス方向に2列設けた場合、放射線検出器の奥行き寸法が増加することになる。このため、製造時やメンテナンス時には筐体の奥側にある検出器モジュールのコネクタの挿抜がしにくくなり、コネクタの接触不良を招いたり、コネクタの挿抜作業に時間がかかるという欠点がある。特に検出器モジュール及びアンプ基板の個数が多いと、より一層作業性が悪くなる。
特開2005−283441号公報
従来の放射線検出器では、検出器モジュールをスライス方向に2列設けた場合、放射線検出器の奥行き寸法が増加するため、製造時やメンテナンス時に筐体の奥側にある検出器モジュールのコネクタの挿抜がしにくく、コネクタの接触不良を招いたり、コネクタの挿抜作業に時間がかかるという欠点があった。
本発明は、上記事情に鑑みて成されたもので、検出器モジュールとアンプ基板の接続を容易にし、製造時やメンテナンス時の作業効率を向上した放射線検出器及びそれを用いたX線CT装置を提供することを目的とする。
請求項1記載の本発明の放射線検出器は、複数の放射線検出器モジュールをチャンネル方向及びスライス方向に沿って複数配置した検出器ブロックと、前記検出器ブロックの各放射線検出器モジュールからの信号を取り出すため、前記スライス方向に沿って設けられた複数のケーブルと、前記複数のケーブルに対応して前記スライス方向の離間した位置にそれぞれ設けられた複数のコネクタと、前記検出器ブロックの各放射線検出器モジュールからの信号を前記離間した複数のコネクタを介して受信するため、前記スライス方向に延び前記各放射線検出器モジュールの検出面に対して垂直に配置し、かつ前記チャンネル方向に配列した複数の回路基板と、前記回路基板を前記スライス方向に沿って出し入れ可能に支持すると共に、前記回路基板を前記検出器ブロックに対して垂直方向に近接・離間させるガイド手段と、を備えたことを特徴とする。
また、請求項記載の本発明は、放射線源からの放射線を検知して電気信号を生成する放射線検出器であって、複数の放射線検出素子アレイを含む検出器モジュールを、チャンネル方向に複数個、スライス方向に2列に並べて収納部に配置した多列モジュールと、前記各検出器モジュールからの電気信号を処理するため、前記スライス方向に延び前記多列モジュールのスライス方向に隣接する一対の検出器モジュールの検出面に対してそれぞれ1枚ずつ垂直に配置し、かつ前記チャンネル方向に配列した複数の回路基板と、前記スライス方向に隣接する一対の検出器モジュールとそれに対応する前記回路基板間にそれぞれ設けられ、前記スライス方向の奥側に位置する検出器モジュールと前記回路基板間を前記検出器モジュールの検出面に直交する第1の方向から電気的に結合する第1のコネクタ群と、前記スライス方向の手前側に位置する検出器モジュールと前記回路基板間を電気的に結合する第2のコネクタ群とを含む結合装置と、前記回路基板にそれぞれ一体的に取り付けられたスライダーを含み、前記スライダーを前記収納部の手前側から奥側に挿入することにより前記回路基板を前記第1の方向に沿って前記検出器モジュール側へ移動させ、前記第1のコネクタ群と前記回路基板を結合する治具と、を備えたことを特徴とする。
さらに、請求項12記載の本発明のX線CT装置は、被検体にX線ビームを照射するX線管と、前記被検体を透過したX線を検出して電気信号に変換する放射線検出器とを含むX線CT装置であって、前記放射線検出器として請求項1に記載の放射線検出器を前記X線管と対向して円弧状に配置したことを特徴とする。
また、請求項13記載の本発明のX線CT装置は、被検体にX線ビームを照射するX線管と、前記被検体を透過したX線を検出して電気信号に変換する放射線検出器とを含むX線CT装置であって、前記放射線検出器として請求項に記載の放射線検出器を前記X線管と対向して円弧状に配置したことを特徴とする。
本発明によれば、2つの検出器モジュールに対して1つのアンプ基板を共有化し、2つの検出器モジュールのコネクタの接続を簡略化し、接触不良を低減することができる。
以下、この発明の一実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明のX線CT装置の一実施形態を示す全体構成図である。図1において、10は医用診断に用いるX線CT装置を示している。X線CT装置10は、架台(ガントリ)11を有し、この架台11内には回転リング12が設けられ、図示しない回転機構によって回転する。回転リング12内には、有効視野領域内に載置された被検体Pに対してX線を発生するX線管13が取り付けられている。
また、X線管13に対向して放射線検出器14が配置されており、回転リング12の中心部分は開口して、そこに寝台の天板15に載置された被検体Pが挿入される。被検体Pを透過したX線は放射線検出器14で検出されて電気信号に変換され、データ収集部(以下DASと称す)16で増幅され、デジタルデータに変換される。
放射線検出器14は、複数の検出器モジュールから構成されている。検出器モジュールは、それぞれシンチレータアレイ、フォトダイオードアレイから成る複数の検出素子アレイを含み、複数の検出器モジュールは、チャンネル方向Cとスライス方向Sの2方向にマトリクス状に配列されている。尚、複数の検出器モジュールは、X線管13の焦点を中心とした円弧に沿って配列される(詳しくは後述する)。
DAS16からのデジタルデータ(投影データ)は、非接触データ伝送装置17を介してコンピュータシステム20に伝送される。また、架台11には、架台駆動部18及びスリップリング19が設けられている。
コンピュータシステム20はコンソールに設けられ、非接触データ伝送装置17からの投影データは、前処理部21に供給される。前処理部21では投影データに対してデータ補正等の前処理を行いバスライン201上に出力する。
バスライン201には、システム制御部22、入力部23、データ記憶部24、再構成処理部25、画像データ処理部26、表示部27等が接続されている。
システム制御部22はホストコントローラとして機能し、コンピュータシステム20の各部の動作や、架台駆動部18及び高電圧発生部28を制御する。データ記憶部24は断層画像等のデータを記憶するものであり、再構成処理部25は投影データから3D画像データを再構成する。画像データ処理部26はデータ記憶部24に保存されたデータ、または再構成したあとの画像データを処理する。表示部27は画像データ処理によって得られた画像等を表示する。
入力部23はキーボード、マウス等を有し、ユーザ(医師、オペレータ等)によって操作され、データ処理する上で各種の設定を行う。また、患者の状態や検査方法等の各種情報を入力するものである。
高電圧発生部28は、スリップリング19を介してX線管13に電力を供給し、X線の曝射に必要な電力(管電圧、管電流)を与えるものである。X線管13は、被検体Pの体軸方向に平行なスライス方向Sと、それに直交するチャンネル方向Cの2方向に広がるビームX線を発生する。
図2は、本発明のX線CT装置10の外観を示す図であり、細い線は架台11を示し、太線はX線管13と放射線検出器14を示している。
架台11は開口部111を有し、X線管13と放射線検出器14は、開口部111を挟むようにして架台11内に対向して配置されている。放射線検出器14は、スライス方向Sに2列、チャンネル方向Cに複数(n個)の検出器モジュールを配置して成り、架台11の筐体前面部112から見たとき、円弧状をなしている。開口部111には、寝台29の天板15を出し入れ可能である。
放射線検出器14は、チャンネル方向Cに複数個(n個)、スライス方向Sに2列の検出器モジュールからなる多列モジュール(検出器ブロック)で構成され、前面部112から見て手前側の検出器モジュールには符号aを付し、奥側の検出器モジュールには符号bを付す。
図3は、放射線検出器14の全体的な構造を示したものであり、スライス方向Sに隣り合う2つの検出器モジュール141a,141bに対して1枚のアンプ基板31が直交配置されており、チャンネル方向C全体で見るとn枚のアンプ基板31が配置されている。
複数の検出器モジュール141〜14nとアンプ基板31…は箱形の収納部30に収納され、X線管13と対向する収納部30の上段部に検出器モジュール141〜14nを取り付け、収納部30の下段部にアンプ基板31…をそれぞれ取り付け、アンプ基板31は、架台11の前面部112の筐体を外した状態で、収納部30の奥行き方向にスライドして挿入することができる。
図4は、一対の検出器モジュール141a,141bと1枚のアンプ基板31を代表にして、それらの接続関係を概略的に説明する図である。
検出器モジュール141a,141bのそれぞれの大きさは、チャンネル方向に例えば24mm、スライス方向に例えば60〜120mm程度である。検出器モジュール141a,141bからの電気信号はフレキシブルフラットケーブル32a,32b(以下、単にケーブルと称す)を介してそれぞれコネクタ33a,33bに導かれ、コネクタ33a,33bはアンプ基板31に設けたコネクタ34a,34bに結合可能である。(図3ではコネクタ33b,34bのみを示し、コネクタ33a,34aは省略している。)
尚、実際には検出器モジュール141a,141bとアンプ基板31はチャンネル方向Cにn個あるので、コネクタ33a,33bからなるn個のコネクタ群と、コネクタ34a,34bからなるn個のコネクタ群が存在することになる。またケーブル32a,32b、コネクタ33a,33b及びコネクタ34a,34bは、検出器モジュール141a,141bとアンプ基板31とを電気的に結合する結合装置を構成する。
手前側の検出器モジュール141aとアンプ基板31は、コネクタ33aと34aによって接続され、奥側の検出器モジュール141bとアンプ基板31は、コネクタ33bと34bによって接続される。
奥側のコネクタ34bはアンプ基板31の上部に設けられ、アンプ基板31を上下方向に移動することでコネクタ33aとコネクタ34bは挿抜可能である。また、手前側のコネクタ33aはアンプ基板31の基板面に設けたコネクタ34aに挿抜可能である。
図4のX方向はアンプ基板31を上下する方向を示し、Y方向はアンプ基板31のスライド方向を示し、Z方向はコネクタ33aの挿抜方向を示している。図4から分かるように、コネクタ33aとコネクタ34bの挿抜方向と、コネクタ33aとコネクタ34aの挿抜方向は直交している。
検出器モジュール141a,141b及びアンプ基板31を収納部30に取り付ける場合、図5で示すように上プレート35と下プレート36等が用いられる。
図5において、検出器モジュール141a,141bはX線の検出面が上を向くように上プレート35に取り付けられ、検出器モジュール141a,141bからはケーブル32a,32bが下方向に延出している。
手前側のケーブル32aは下プレート36を通して下方向に延び、コネクタ33aに接続している。奥側のケーブル32bは下プレート36を通って下プレートの底面に取り付けたコネクタ33b(図4参照)に接続している。上プレート35及び下プレート36は、図3の収納部30の上段部に固定されており、収納部30の下段部にアンプ基板31をスライドして挿入するようにしている。
また、本発明の放射線検出器14では、奥側のコネクタ33bと34bを結合する際の助長手段として、アンプ基板31のスライドと昇降を行う治具40(ガイド手段)を備えている。
図6は、治具40の構成、及びアンプ基板31を収納部30に挿入し奥側のコネクタ33bと34bを接続する際の動作を示す説明図である。図6(a)は、挿入方向Yから見た正面図であり、(b),(c)は側面図である。
アンプ基板31はその下端に取付基板41が取り付けられ、取付基板41にはアンプ基板31の挿入方向(Y)に対して傾斜したガイド溝42が形成されている。ガイド溝42は挿入方向(Y)の奥に行くほど下方向に傾斜しており、このガイド溝42には複数のピン部材43が挿入されている。
ピン部材43はガイド溝42を貫通してスライダー44に固定されており、ピン部材43は、ガイド溝42から抜け落ちるのを防止するため、先端頭部がガイド溝42の溝幅よりも大きくなっている。
スライダー44には、操作レバー45が取り付けられており、この操作レバー45を持ってスライダー44をY方向にスライドすることができる。スライダー44の下端は、収納部30の下段部に形成したガイドレール37,38に沿ってY方向にスライド可能である。取付基板41、スライダー44、操作レバー45は治具40を構成する。
尚、アンプ基板31には、検出器モジュール141a,141bからの電気信号を増幅するための回路が形成されているが、増幅した電気信号はDASユニット16にケーブル(図示せず)等を介して供給される。或いはアンプ基板31には、電気信号の増幅回路のほかに、増幅回路の出力をデジタル信号に変換するA/D変換器を備えるようにしても良い。
また、アンプ基板31の奥側の上端部にはコネクタ34bが取り付けられ、このコネクタ34bと対向する下プレート36にはコネクタ33bが取り付けられている。また下プレート36には、ガイドピン361が突出して設けられている。
このガイドピン361はストッパとして機能するもので、アンプ基板31をY方向にスライドさせて挿入したとき、コネクタ34bにガイドピン361が突き当たるようになっている。
アンプ基板31は、ネジ46によって取付基板41に取り付けられ、取付基板41はピン部材43によってスライダー44に取り付けられ、スライダー44には操作レバー45が取り付けられ、アンプ基板31、取付基板41、スライダー44、操作レバー45は一体化した構造となっている。また操作レバー45をY方向に押すことにより、この一体化構造部がガイドレール37,38に沿ってスライド可能になっている。
図6(a),(b)に示すように、スライダー44の下端をガイドレール37,38間に挿入し、操作レバー45をY方向に押すと、アンプ基板31、取付基板41、スライダー44は奥方向にスライドする。そのまま操作レバー45を押すと、コネクタ34bはガイドピン361に突き当たる。
コネクタ34bがガイドピン361に突き当たった状態でさらに操作レバー45を押すと、図6(c)に示すように、スライダー44はさらに奥方向に移動する。このときアンプ基板31及び取付基板41は、ガイドピン361に当たってそれ以上は奥に移動できなくなるが、ピン部材43が傾斜したガイド溝42に沿って奥方向に移動することで取付基板41及びアンプ基板31はガイドピン361に沿って上方向(X)に上昇し、コネクタ34bと33bが結合する。
このときコネクタ34bと33bはガイドピン361によって正確に位置決めされるため、確実に結合し接触不良を防止することができる。一方、アンプ基板31の手前側に位置するコネクタ33aとコネクタ34aは操作者によって結合される。手前側は手が入りやすいため操作は容易である。
こうして、収納部30の奥側にあるコネクタ33bと34bは治具40によって簡単かつ正確に結合することが可能となり、収納部30の手前側にあるコネクタ33aとコネクタ34aは操作者によって容易に結合することが可能となる。
尚、アンプ基板31を収納部30から取出すときは、最初にコネクタ34aとコネクタ34bの結合を外した上で操作レバー45を手前に引き出せば良い。スライダー44は、図6(c)とは逆方向に引き出され、アンプ基板31及び取付基板41はガイドピン361に沿って下降し、コネクタ33bと34bの結合が外れ、そのまま引き出すことができる。
こうして本発明では、2つの検出器モジュールに対して1枚のアンプ基板を共有することができる。また、アンプ基板の奥側に配置されているコネクタの挿抜を正確かつ容易に行なうことができ、製造時やメンテナンス時の作業効率を向上することができる。またアンプ基板31を縦置きにすることができるため、冷却効率を上げることができる。
また、検出器モジュールからアンプ基板までの経路長が長くなると静電容量が増え回路ノイズを増大するが、本発明ではアンプ基板を円弧上に配置し、かつ検出器モジュールとアンプ基板をフレキジブルフラットケーブルによってできる限り短い距離で結合しているため、静電容量が小さく回路ノイズを抑えることができる。
尚、本発明は、医用のX線CT装置だけでなく、機器類を検査する産業用のX線CT装置や、空港等での手荷物検査用のX線CT装置にも適用することができる。また特許請求の範囲を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
本発明に係るX線CT装置の一実施の形態を示すブロック図。 本発明に係るX線CT装置及び放射線検出器の概略的構成を示す斜視図。 本発明に係る放射線検出器の全体的な構成を示す正面図。 本発明に係る放射線検出器の要部の構成を概略的に示す斜視図。 本発明に係る放射線検出器の要部の具体的な構成を示す斜視図。 本発明に係る放射線検出器の取付け時の動作を説明する正面図及び側面図。
符号の説明
10…X線CT装置
11…架台
111…開口部
112…前面部(手前側)
13…X線管
14…放射線検出器
16…DAS(データ収集部)
141a,141b…検出器モジュール
30…収納部
31…アンプ基板
32a,32b…フレキジブルフラットケーブル
33a,34a…コネクタ
33b,34b…コネクタ
35,36…上下プレート
361…ガイドピン
37,38…ガイドレール
40…治具(ガイド手段)
41…取付基板
42…傾斜ガイド溝
43…ピン部材
44…スライダー
45…操作レバー

Claims (13)

  1. 複数の放射線検出器モジュールをチャンネル方向及びスライス方向に沿って複数配置した検出器ブロックと、
    前記検出器ブロックの各放射線検出器モジュールからの信号を取り出すため、前記スライス方向に沿って設けられた複数のケーブルと、
    前記複数のケーブルに対応して前記スライス方向の離間した位置にそれぞれ設けられた複数のコネクタと、
    前記検出器ブロックの各放射線検出器モジュールからの信号を前記離間した複数のコネクタを介して受信するため、前記スライス方向に延び前記各放射線検出器モジュールの検出面に対して垂直に配置し、かつ前記チャンネル方向に配列した複数の回路基板と、
    前記回路基板を前記スライス方向に沿って出し入れ可能に支持すると共に、前記回路基板を前記検出器ブロックに対して垂直方向に近接・離間させるガイド手段と、
    を備えたことを特徴とする放射線検出器。
  2. 前記検出器ブロックは、前記スライス方向に少なくとも2列に並べて配置した複数の放射線検出器モジュールを含み、
    前記複数のコネクタは、前記スライス方向の離間した位置にそれぞれ設けられた2つのコネクタを有することを特徴とする請求項1記載の放射線検出器。
  3. 前記複数のコネクタのいずれか1つは、前記スライス方向における前記回路基板の挿入方向奥側に設けられ、且つ、前記回路基板を前記検出器ブロックに対して垂直方向に近接・離間させることにより着脱する向きに取り付けられていることを特徴とする請求項2記載の放射線検出器。
  4. 放射線源からの放射線を検知して電気信号を生成する放射線検出器であって、
    複数の放射線検出素子アレイを含む検出器モジュールを、チャンネル方向に複数個、スライス方向に2列に並べて収納部に配置した多列モジュールと、
    前記各検出器モジュールからの電気信号を処理するため、前記スライス方向に延び前記多列モジュールのスライス方向に隣接する一対の検出器モジュールの検出面に対してそれぞれ1枚ずつ垂直に配置し、かつ前記チャンネル方向に配列した複数の回路基板と、
    前記スライス方向に隣接する一対の検出器モジュールとそれに対応する前記回路基板間にそれぞれ設けられ、前記スライス方向の奥側に位置する検出器モジュールと前記回路基板間を前記検出器モジュールの検出面に直交する第1の方向から電気的に結合する第1のコネクタ群と、前記スライス方向の手前側に位置する検出器モジュールと前記回路基板間を電気的に結合する第2のコネクタ群とを含む結合装置と、
    前記回路基板にそれぞれ一体的に取り付けられたスライダーを含み、前記スライダーを前記収納部の手前側から奥側に挿入することにより前記回路基板を前記第1の方向に沿って前記検出器モジュール側へ移動させ、前記第1のコネクタ群と前記回路基板を結合する治具と、
    を具備したことを特徴とする放射線検出器。
  5. 前記第1のコネクタ群は、前記奥側に位置する検出器モジュールから延出したフレキシブルフラットケーブルに結合した第1のコネクタと、前記回路基板の前記検出器モジュール側の端縁に設けた第2のコネクタでなることを特徴とする請求項記載の放射線検出器。
  6. 前記第2のコネクタ群は、前記手前側に位置する検出器モジュールから延出したフレキシブルフラットケーブルに結合した第3のコネクタと、前記回路基板の基板面に設けられた第4のコネクタでなり、前記第3のコネクタを前記第1の方向と異なる第2の方向から前記第4のコネクタに結合することを特徴とする請求項記載の放射線検出器。
  7. 前記複数の回路基板は、前記スライス方向に隣接する一対の検出器モジュールからの電気信号をそれぞれ増幅処理するアンプ基板であることを特徴とする請求項記載の放射線検出器。
  8. 前記治具は、操作レバーによってスライド可能な前記スライダーと、
    前記回路基板と前記スライダー間に設けられ、前記スライダーを前記手前側から前記奥側に所定の距離挿入したときに、前記回路基板の動きを前記挿入方向から前記第1の方向への動きに変換する取付基板と、を備えてなることを特徴とする請求項記載の放射線検出器。
  9. 前記回路基板の動きを前記挿入方向から前記第1の方向に変換するため、前記取付基板に前記スライド方向に対して傾斜したガイド溝を形成し、前記スライダーに前記ガイド溝に嵌合するピン部材を設けたことを特徴とする請求項記載の放射線検出器。
  10. 前記スライダーを前記手前側から前記奥側に所定の距離挿入たしたときに、それ以上の挿入を停止させるストッパを前記収納部内に設けたことを特徴とする請求項記載の放射線検出器。
  11. 前記ストッパは、前記第1の方向に延びたガイドピンでなることを特徴とする請求項10記載の放射線検出器。
  12. 被検体にX線ビームを照射するX線管と、前記被検体を透過したX線を検出して電気信号に変換する放射線検出器とを含むX線CT装置であって、
    前記放射線検出器として請求項1乃至のいずれかに記載の放射線検出器を前記X線管と対向して円弧状に配置したことを特徴とするX線CT装置。
  13. 被検体にX線ビームを照射するX線管と、前記被検体を透過したX線を検出して電気信号に変換する放射線検出器とを含むX線CT装置であって、
    前記放射線検出器として請求項乃至11のいずれかに記載の放射線検出器を前記X線管と対向して円弧状に配置したことを特徴とするX線CT装置。
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