JP6177663B2

JP6177663B2 - Ｘ線透過像撮像装置

Info

Publication number: JP6177663B2
Application number: JP2013224871A
Authority: JP
Inventors: 定岡　紀行; 紀行定岡; 名雲　靖; 靖名雲; 横井　一磨; 一磨横井; 克利佐藤; 上村　博; 博上村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2017-08-09
Anticipated expiration: 2033-10-30
Also published as: JP2015087195A

Description

本発明は、Ｘ線透過像撮像装置に関する。

Ｘ線による透過撮像は、古くから医療分野で広く活用されてきたが、産業分野においても対象機器内部の欠陥を非破壊で検出する事ができるため、プラント配管の健全性評価や各種重要機器の内部検査に使用されてきた。これらの透過撮像においては、被検体を透過した後のＸ線検出デバイスとして、通常、Ｘ線感光フィルムが用いられてきた。一方、近年、Ｘ線検出デバイスとして、イメージングプレート(IP)、フラットパネルデテクタ(FPD)、半導体検出器など被検体を透過した後の透過Ｘ線量をデジタル値として計測可能なデバイスが開発され普及してきている。

イメージングプレート(IP)は、輝尽性蛍光体(BaFBr:Eu2+)の微結晶を塗布したフィルムである。Ｘ線によりフィルム表面にレーザー光を照射すると、Ｘ線の露光量に応じて発光するので、この発光量をデジタル値で計測する事によりＸ線照射に比例したＸ線透過像を得る事ができる。

フラットパネルデテクタ(FPD)は、入射Ｘ線により薄膜のシンチレータ(CsI)を発光させ、この発光量をフォトダイードで電荷に変換する事で、電荷を計測しＸ線透過像が得られる。

半導体検出器は、Si、CdTe等が実用化されている。医療用と異なり工業用途のＸ線透過像装置では、対象物が金属物の場合が多く、人体に比較して透過能力の強いＸ線エネルギーが必要となる。半導体検出器は、高エネルギーＸ線に対する感度が高い。産業用の透過像撮像において、対象被検体が金属の大型構造物の場合は、ＩＰやＦＰＤより有効であり、より高画質な透過像が得られる。また,Ｓｉ半導体検出器は、産業用高エネルギーＸ線ＣＴ装置において、高エネルギーＸ線に対する感度が高いという有効性を有する。特開2012-83277に示された例では、半導体からなるＸ線受光部は、単体検出器毎に分離され、FPC基板も含め隣接チャンネルとは独立した構造を持つ。また、各検出器は、１方向に一定間隔で配列され１次元ラインセンサを構成している。

特開2012-83277号公報

産業分野でのX線透過像撮像では、撮像対象物（被検体）が車両構造物や蒸気タービンなど大型の金属構造物となる場合がある。従来、これらの大型の金属構造物に対する透過像撮像では、部分領域の撮像を繰り返すか、または対象物を分解または切断してサイズを小さくして撮像していた。一方、大型被検体の変形状態を逐次、透過像として撮像する場合には、部分領域の撮像では全体像が捉えられないため、大型被検体全体を１度に撮像する必要がある。これらの要求を解決するには、大型被検体全体を撮像視野に納める事ができる大画面の検出器が必要になる。

前述のイメージングプレート(IP)およびフラットパネルデテクタ(FPD) の検出器画面サイズは、検出素子の製造・製作上の制約から、ともに最大約400mm×400mm程度であり、同サイズ以上の大型化は難しい。また、大型の金属構造物の透過像撮像では、透過能力の高い高エネルギーX線源を用いる必要があるが、イメージングプレート(IP)およびフラットパネルデイテクタ(FPD)は、ともに、Ｘ線源のエネルギーレベルとしては〜200kVが有意な感度を持つ適用範囲である。これは、検出素子のX線エネルギーに対する感度が200kVを超えると急激に低下するためである。工業用の厚い金属物を透過するためにＭＶ領域のＸ線エネルギーレベルが得られる線形加速器を用いた場合、イメージングプレート(IP)およびフラットパネルデイテクタ(FPD)では、ＭＶ領域の高エネルギーX線に対する感度が非常に低いため十分な画像が得られない。

また、前述の高エネルギー領域のX線に対しても感度の高い半導体検出器では、１列のみのラインセンサでの活用が主であり、二次元平面として検出面を構成する例は僅かしかない。実用化されているＣｄＴｅ検出器では検出面サイズが最大50mm×50mm程度であり、FPDと同様に検出素子の製造・製作上の制約から現状の構造で大型化することは困難である。

また、産業用高エネルギーＸ線ＣＴ装置で用いられているＳｉ半導体検出器による１次元ラインセンサを用いて透過像を得るには、１次元ラインセンサをセンサの配列方向に垂直な方向にスキャンして撮像する必要がある。そのため、被検体が大型になると被検体全体の透過像を撮像するためにスキャンに要する時間がかかり、短時間で連続的に透過像を取得する事は困難である。

そのため、本発明の目的は、上記のような事情を背景になされたものであり、産業用高エネルギーＸ線源を用いたＸ線透過像撮像装置において、撮像被検体が大型の金属構造物である場合においても、１回の撮像で、迅速に被検体全体の透過像を撮像する事が可能なＸ線透過像撮像装置を提供することにある。

本発明の検出器は、ＦＰＣ基板及び正極と負極で生成された複数のＸ線受光部が照射された前記Ｘ線の入射方向と交差する方向に積層されて構成された半導体放射線検出素子ユニットと、前記半導体放射線検出素子ユニットが、前記Ｘ線の入射方向および前記半導体放射線検出素子ユニットが積層される方向のいずれとも交差する方向に複数枚積層されて構成するされた半導体放射線検出器モジュールと、前記半導体放射線検出器モジュールが格子状のフレームで複数個保持されていることを特徴とすることを特徴とする。

本発明によれば、産業用高エネルギーＸ線源を用いたＸ線透過像撮像装置において、撮像被検体が大型の金属構造物である場合においても、１回の撮像で、迅速に被検体全体の透過像を撮像する事が可能なＸ線透過像撮像装置を提供できる。

本発明の一実施例である大画面半導体検出器構成の一例を表した図である。本発明の一実施例である大画面半導体検出器のＸ線受光部表面の一部分を表した図である。本発明の一実施例である大画面半導体検出器を構成する検出器モジュールのＸ線受光部表面部の一例を表した図である。本発明の一実施例である大画面半導体検出器を構成する検出器モジュール１個の鳥瞰図を表した図である。本発明の一実施例である大画面半導体検出器を構成する検出器モジュールの中の１枚の検出素子ユニットを表した図である。本発明の一実施例である大画面半導体検出器を用いたＸ線透過像撮像装置の構成機器配置を表した図である。本発明の一実施例である大画面半導体検出器を構成する検出器モジュールのＸ線受光部表面部の一例を表した図である。本発明の一実施例である大画面半導体検出器を構成する検出器モジュールの中の１枚の検出素子ユニットを表した図である。本発明の一実施例である大画面半導体検出器を構成する検出器モジュールのＸ線受光部表面部の一例を表した図である。本発明の一実施例である大画面半導体検出器を構成する検出器モジュールのＸ線受光部表面部の一例を表した図である。

本発明は、Ｘ線を用いて、対象とする被検体を透過するＸ線の透過量を計測する事により、非破壊で被検体の外部形状および内部形状を計測するために必要となる検出器の技術に関する。以下、本発明の実施例を、検出器の構成図を用いて説明する。

産業用高エネルギーＸ線源を用いたＸ線透過像撮像装置における大画面半導体検出器の構成を、図１(a)(b)(c)および図２(a)(b)、図３〜図５に示す。また、図６には本実施例の大画面検出器を用いたＸ線透過像撮像装置の構成を示した。

図１(a)および図２(a)に示したように、本実施例の大画面検出器１は、微細な半導体検出素子からなる検出器モジュール２を一定配列で複数個配置し一体化する。複数の検出器モジュール２は、大画面を構成するために格子状のフレーム６で保持される。また、各検出器モジュール２のＸ線受光面がＸ線源の中心を捉えるように、大画面半導体検出器１のＸ線入射面は、すり鉢状の球面形状を持つ（図１(b)(c)および図２(a)）。また、図1(a)(b)(c)に示したように、本実施例の大画面半導体検出器１は、複数の検出器モジュール２からなる大画面全体を後方で支える構成要素３、および支持部４、台座５から構成される。

図３は、検出器モジュール２のＸ線受光面を拡大図で示した。図３に示したように、検出器モジュール２は、Ｘ線受光部７、Ｘ線不感領域部８、ＦＰＣ基板９から構成される。図４(a)(b)には、１個の検出器モジュール２の鳥瞰図と、これを構成する１枚の検出素子ユニット１０を示した。検出器モジュール２は、検出素子ユニット１０を複数枚積層する事により構成される。

図５（ａ）（ｂ）（ｃ）には、１枚の検出素子ユニット１０の拡大図を示した。１枚の検出素子ユニット１０は、Ｘ線受光部７、Ｘ線不感領域部８およびＦＰＣ基板９から構成される。Ｘ線受光部７には正極、負極が生成され、入射したＸ線により発生した電荷を信号として検出する。Ｘ線不感領域部８には、電極を設けないためこの領域での電荷は収集されない。このＸ線受光部７とＸ線不感領域部８は、一枚の半導体基板に設けられており、Ｘ線受光部７とＸ線不感領域部８は一定間隔で繰り返し設けられる。

この図１から図５の構成からなる大画面半導体検出器を用いたＸ線透過像撮像装置の構成例を図６に示した。同システムでは、撮像対象となる被検体領域１２を挟んで、本実施例による大画面半導体検出器１と高エネルギーＸ線源１１が相対する。高エネルギーＸ線源１１はＸ線を照射し、大画面半導体検出器１が被検体を透過したＸ線を検出する。Ｘ線源と検出器の間には、撮像対象被検体を保持する機構が設けられている。透過能力の高い高エネルギーＸ線源１１と受光面積の大きい大画面半導体検出器１の組み合わせにより、撮像被検体が大型の金属構造物である場合においても、被検体全体を１回の撮像で迅速に透過像を撮像する事が可能となる。大画面半導体検出器１で計測された各素子のＸ線透過量は、信号処理回路１５に伝送され数値化（デジタル化）される。その後、画像演算装置１６においてデジタル画像化され保存される。

このように、本実施例の検出器は、ＦＰＣ基板及び正極と負極で生成された複数のＸ線受光部で構成された検出素子ユニットと、検出素子ユニットが複数枚積層されて構成する検出器モジュールと、検出器モジュールが格子状のフレームで複数個保持されていることにより、撮像被検体が大型の金属構造物である場合においても、１回の撮像で、迅速に被検体全体の透過像を撮像する事が可能なＸ線透過像撮像装置を提供できる。

図７は、産業用高エネルギーＸ線源を用いたＸ線透過像撮像装置における、大画面半導体検出器を構成する検出器モジュールの検出素子ユニットに関する別実施例である。本実施例では、１枚の検出素子ユニットを、Ｘ線受光部７とＸ線不感領域部８を一定間隔で交互に持つ半導体基板と、ＦＰＣ基板９と遮蔽板１４で構成する。これらの検出素子ユニットを複数枚積層し、図４に示した検出器モジュール２を構成する。さらに、複数の検出器モジュール２を配列して大画面半導体検出器１を構成する。Ｘ線透過像撮像装置としては実施例１と同じ構成で透過像を取得できる。

図８、９は、産業用高エネルギーＸ線源を用いたＸ線透過像撮像装置における、大画面半導体検出器を構成する検出器モジュールの検出素子ユニットに関する別実施例である。本実施例において、１枚の検出素子ユニットは、Ｘ線受光部７が一定間隔でそれぞれ独立しており、隣接するＸ線受光部７の間に空間を持たせた半導体基板とＦＰＣ基板９で構成する。図９において、隣接するＸ線受光部７の間の空間部分は斜線で示す。これらの検出素子ユニットを複数枚積層し図４に示した検出器モジュール２を構成する。さらに、複数の検出器モジュール２を配列して大画面半導体検出器１を構成する。Ｘ線透過像撮像装置としては実施例１と同じ構成で透過像を取得できる。

図１０は、産業用高エネルギーＸ線源を用いたＸ線透過像撮像装置における、大画面半導体検出器を構成する検出器モジュールの検出素子ユニットに関する別実施例である。本実施例において、１枚の検出素子ユニットは、Ｘ線受光部７が一定間隔でそれぞれ独立しており、隣接するＸ線受光部７の間に空間を持たせた半導体基板とＦＰＣ基板９、及び遮蔽板で構成する。図１０において、空間部分は斜線で示す。これらの検出素子ユニットを複数枚積層し図４に示した検出器モジュール２を構成する。さらに、複数の検出器モジュール２を配列して大画面半導体検出器１を構成する。Ｘ線透過像撮像装置としては実施例１と同じ構成で透過像を取得できる。

本発明の大画面半導体検出器を用いることで、産業用高エネルギーＸ線源を用いた透過像撮像システムにおいて、撮像被検体が大型の金属構造物である場合においても、被検体全体を１回の撮像で迅速に透過像を撮像する事が可能となる。

１大画面半導体検出器
２検出器モジュール
３大画面支持構成要素
４支持部
５台座
６フレーム
７Ｘ線受光部
８Ｘ線不感領域部
９ＦＰＣ基板
１０検出素子ユニット
１１高エネルギーＸ線源
１２被検体設置領域
１３被検体設置台座
１４遮蔽板
１５信号処理回路
１６演算装置

Claims

X線を照射するＸ線源と、撮像対象被検体を透過したＸ線を検出する検出器と、Ｘ線源と
検出器の間に配置された撮像対象被検体を保持する機構と、検出器で計測されたＸ線透過
量を数値化する信号処理回路とこれらの信号を元に画像を再構成する画像演算装置からな
るＸ線透過像撮像装置において、
前記検出器は、ＦＰＣ基板及び正極と負極で生成された複数のＸ線受光部が照射された前記Ｘ線の入射方向と交差する方向に積層されて構成された半導体放射線検出素子ユニットと、前記半導体放射線検出素子ユニットが、前記Ｘ線の入射方向および前記半導体放射線検出素子ユニットが積層される方向のいずれとも交差する方向に複数枚積層されて構成された半導体放射線検出器モジュールと、前記半導体放射線検出器モジュールが格子状のフレームで複数個保持されていることを特徴とするＸ線透過像撮像装置。
請求項１記載のＸ線透過像撮像装置であって、前記検出器のＸ線入射面は、すり鉢状の球
面形状を有することを特徴とするＸ線透過像撮像装置。
X線を照射するＸ線源と、撮像対象被検体を透過したＸ線を検出する検出器と、Ｘ線源と
検出器の間に配置された撮像対象被検体を保持する機構と、検出器で計測されたＸ線透過
量を数値化する信号処理回路とこれらの信号を元に画像を再構成する画像演算装置からな
るＸ線透過像撮像装置において、
前記検出器は、ＦＰＣ基板、遮蔽板及び正極と負極で生成された複数のＸ線受光部が照射された前記Ｘ線の入射方向と交差する方向に積層されて構成された半導体放射線検出素子ユニットと、前記半導体放射線検出素子ユニットが、前記Ｘ線の入射方向および前記半導体放射線検出素子ユニットが積層される方向のいずれとも交差する方向に複数枚積層されて構成された半導体放射線検出器モジュールと、前記半導体放射線検出器モジュールが格子状のフレームで複数個保持されていることを特徴とするＸ線透過像撮像装置。