JP6786330B2

JP6786330B2 - Ｘ線検出器及びｘ線ｃｔ装置

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Publication number: JP6786330B2
Application number: JP2016189429A
Authority: JP
Inventors: 輝西島; 修也南部; 博明宮崎; 中山　道人; 道人中山; 邦夫太田
Original assignee: Canon Medical Systems Corp
Current assignee: Canon Medical Systems Corp
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2020-11-18
Anticipated expiration: 2036-09-28
Also published as: JP2018050896A

Description

本発明の実施形態は、温度上昇を抑制する機能を有するＸ線検出器及びＸ線ＣＴ装置に関する。

Ｘ線ＣＴ装置は、被検体へのＸ線照射により、被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出器を備えている。Ｘ線検出器は、Ｘ線を検出して電気信号に変換するＸ線変換素子を有する検出器モジュールと、Ｘ線変換素子で変換された電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤＣ（ＡｎａｌｏｇｔｏＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）を有するボードとを備えている。そして、検出器モジュールは、ＦＰＣ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＰｒｉｎｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔｓ）を介してボードと電気的に接続されている。

Ｘ線変換素子には、Ｘ線を光に変換するシンチレータと光を電気信号に変換するフォトダイオードにより構成されているものがある。最近では、半導体プロセス技術や実装技術の向上により、フォトダイオードが実装された基板上のフォトダイオードの近傍にＡＤＣが実装されるようになってきた。これにより、Ｘ線変換素子は温度依存性があるにもかかわらず、ＡＤＣ等の電子回路が発熱して温度上昇するため、冷却する必要がある。

しかしながら、外部からのフォトダイオードへの光の侵入を防ぐために、フォトダイオード及びＡＤＣが配置された検出モジュールは密閉構造を取る必要がある。このため、検出器モジュールを直接冷却することは困難である。

特開２０１０−６８９７９号公報

本発明が解決しようとする課題は、密閉構造を有する検出器モジュールにおいて、温度上昇を防ぐことができるＸ線検出器及びＸ線ＣＴ装置を提供することである。

上記課題を達成するために、実施形態のＸ線検出器は、Ｘ線を電気信号に変換するＸ線変換素子と、前記電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤＣと、前記Ｘ線変換素子及び前記ＡＤＣが実装された基板とを有し、前記デジタル信号への変換によりデータを生成する検出モジュールと、前記検出モジュールを包囲して配置され、外部からの光を遮蔽する遮蔽部材と、前記検出モジュールに電気的に接続された一端部側が前記遮蔽部材内に配置され、他端部側が前記遮蔽部材外に配置され、前記検出モジュールで生成されたデータを伝送するケーブルと、前記ケーブルに密着して配置され、前記検出モジュールに接触して配置された一端部側が前記遮蔽部材内に配置され、他端部側が前記遮蔽部材外に配置され、前記検出モジュールを含む前記遮蔽部材内で発生した熱を当該一端部側から当該他端部側に伝達する放熱部材と、を備える。

実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示す図。実施形態に係るＸ線検出器の構成を示す斜視図。実施形態に係る検出ユニットの構成の一例を示す図。実施形態に係る検出ユニットにおける各検出モジュールの配置の一例を示す図。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

図１は、実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成を示したブロック図である。このＸ線ＣＴ装置１００は、装置本体１０とコンソール装置３０とを備える。

装置本体１０は、被検体Ｐが載置される天板１１と、この天板１１を水平移動及び上下移動する天板駆動装置１２とを備える。また、天板１１上に載置された被検体ＰをＸ線でスキャンして投影データを生成する架台２０を備える。また、架台２０にＸ線を発生させる電圧を供給する高電圧発生装置１３を備える。

天板駆動装置１２は、天板１１を水平移動するためのモータ及び水平移動機構と、このモータ及び水平移動機構を上下移動するためのモータ及び上下移動機構とを備える。そして、天板駆動装置１２は、被検体Ｐが載置された天板１１を架台２０のＸ線照射が可能な位置へ移動する。天板駆動装置１２は、天板駆動部の一例である。

架台２０は、回転フレーム２３と、回転駆動装置２４と、Ｘ線照射装置２１と、Ｘ線検出器２２と、データ受信装置２５とを備える。

回転フレーム２３は、Ｘ線照射装置２１と、Ｘ線照射装置２１に対して被検体Ｐを挟んで対向配置されるＸ線検出器２２とを回転可能に支持する円環状の筐体である。

回転駆動装置２４は、モータ及び回転機構を備え、回転フレーム２３を矢印で示したＲ方向に回転駆動する。回転駆動装置２４は、回転駆動部の一例である。

Ｘ線照射装置２１は、Ｘ線を発生するＸ線管と、このＸ線管からのＸ線の照射範囲を調整する絞りとを備える。そして、Ｘ線照射装置２１は、天板１１上に載置された被検体Ｐの周囲を回転しながら、Ｘ線検出器２２に向けて中心角をファン角θとする扇状の範囲にＸ線を照射する。Ｘ線照射装置２１は、Ｘ線照射部の一例である。

Ｘ線検出器２２は、Ｘ線を電気信号に変換するＸ線変換素子と、電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤＣ（ＡｎａｌｏｇｔｏＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）と、デジタル信号に変換された投影データをデータ受信装置２５に送信する送信回路とを備える。そして、Ｘ線検出器２２は、Ｘ線照射装置２１からのＸ線照射により、被検体Ｐを透過したＸ線を検出して投影データを生成し、生成した投影データをデータ受信装置２５に送信する。Ｘ線検出器２２は、Ｘ線検出部の一例である。

データ受信装置２５は、Ｘ線検出器２２から送信された投影データを受信する受信回路を備える。そして、データ受信装置２５は、Ｘ線検出器２２から受信した投影データをコンソール装置３０に出力する。データ受信装置２５は、データ受信部の一例である。

高電圧発生装置１３は、高電圧を発生する電圧発生回路を備える。そして、高電圧発生装置１３は、Ｘ線照射装置２１のＸ線管に高電圧を供給してＸ線を発生させる。高電圧発生装置１３は、高電圧発生部の一例である。

コンソール装置３０は、記憶回路３１と、表示装置３２と、入力装置３３と、処理回路３４とを備える。そして、コンソール装置３０は、装置本体１０の架台２０で生成された投影データに基づいて断層画像データやボリュームデータ等の画像データを生成する。コンソール装置３０は、コンソール部の一例である。

記憶回路３１は、例えば、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等を備える。そして、記憶回路３１は、投影データ、画像データ等を記憶する。記憶回路３１は、記憶部の一例である。

表示装置３２は、ＬＣＤやＣＲＴディスプレイ等の表示デバイスを備える。そして、表示装置３２は、画像データを表示する。表示装置３２は、表示部の一例である。

入力装置３３は、例えばキーボード、マウス、トラックボール、ジョイスティック等を備える。そして、入力装置３３は、天板１１の位置を設定する入力、管電流や管電圧等のスキャン条件を設定する入力、画像データを表示させる入力等の各種入力を行う。入力装置３３は、入力部の一例である。

処理回路３４は、システム制御機能３５と、前処理機能３６と、再構成処理機能３７と、スキャン制御機能３８と、天板制御機能３９とを有する。処理回路３４は、処理部の一例である。

システム制御機能３５は、装置本体１０及びコンソール装置３０の動作を制御して、Ｘ線ＣＴ装置１００の全体を制御する。システム制御機能３５は、システム制御部の一例である。

前処理機能３６は、Ｘ線検出器２２で生成された投影データに対して、オフセット補正、対数変換、感度補正等の前処理を行う。前処理機能３６は、前処理部の一例である。

再構成処理機能３７は、前処理機能３６により前処理された投影データに基づいて、断層画像データやボリュームデータ等の画像データを生成する。再構成処理機能３７は、再構成処理部の一例である。

スキャン制御機能３８は、高電圧発生装置１３に高電圧を供給させて、Ｘ線照射装置２１にＸ線を照射させるなど、Ｘ線スキャンに関する各種動作を制御する。スキャン制御機能３８は、スキャン制御部の一例である。

天板制御機能３９は、天板駆動装置１２に天板１１を水平移動及び上下移動させる制御を行う。天板制御機能３９は、天板制御部の一例である。

処理回路３４にて行われるシステム制御機能３５、前処理機能３６、再構成処理機能３７、スキャン制御機能３８及び天板制御機能３９の各処理機能は、コンピュータによって実現可能なプログラムの形態で記憶回路３１に記録されている。そして、処理回路３４は、各プログラムを記憶回路３１から読み出し、実行することで各プログラムに対応する処理機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路３４は、図１の処理回路３４内に示された各処理機能を有することとなる。なお、図１においては、システム制御機能３５、前処理機能３６、再構成処理機能３７、スキャン制御機能３８及び天板制御機能３９の各処理機能は、単一の処理回路３４にて実現されるものとして説明したが、複数のプロセッサが各プログラムを実現することにより各処理機能を実現するものとしても構わない。

以下、図１乃至図４を参照して、架台２０におけるＸ線検出器２２の構成の一例を説明する。

図２は、Ｘ線検出器２２の構成を示した斜視図である。このＸ線検出器２２は、複数の検出ユニット２６及び各検出ユニット２６を冷却する冷却装置２７を備える。そして、各検出ユニット２６は、矢印で示したチャンネル方向Ｃに並べて配置される。また、冷却装置２７は、各検出ユニット２６のチャンネル方向Ｃに対して垂直な矢印で示した列方向Ｓにおける一端部側に配置される。

図３は、検出ユニット２６の構成の一例を示した図である。この検出ユニット２６は、複数の検出モジュール７０と、ケーブル８０と、放熱部材８１と、遮蔽部材８５と、データ処理モジュール９０と、支持部材９５とを備える。

以下では、図４に示すように、検出モジュール７０がチャンネル方向Ｃに４チャンネルとなる４個配置され、列方向Ｓに４列となる４個配置された１６個からなる例について説明する。

各検出モジュール７０は、基板７１、Ｘ線変換素子７２、ＡＤＣ７３を含む電子回路、コネクタ７４及び保持部材７５を備える。

基板７１は、高熱伝導性及び高絶縁体性を有する例えばセラミックにより構成される。そして、基板７１には、Ｘ線が入射する表面側の面上にＸ線変換素子７２とこのＸ線変換素子７２の近傍に配置されたＡＤＣ７３等の電子回路とが実装されている。また、基板７１には、裏面側の面上にコネクタ７４及び保持部材７５が配置されている。

Ｘ線変換素子７２は、Ｘ線を光に変換するシンチレータ及びこのシンチレータにより変換された光を電気信号に変換するフォトダイオードにより構成される。そして、Ｘ線変換素子７２は、Ｘ線照射装置２１から照射され、被検体Ｐを透過したＸ線を検出して電気信号に変換する。

ＡＤＣ７３等の電子回路は、Ｘ線変換素子７２により変換された電気信号を電圧信号に変換して増幅し、増幅した電圧信号をデジタル信号に変換して投影データを生成する。

コネクタ７４は、ＡＤＣ７３等の電子回路でデジタル信号への変換により生成された投影データをケーブル８０に出力する。

保持部材７５は、剛性及び高熱伝導性を有する例えばアルミニウム等の材料により構成される。そして、保持部材７５は、一端部側が基板７１に配置され、他端部が放熱部材８１を介してケーブル８０を保持する。

ケーブル８０は、各検出モジュール７０から出力された投影データをデータ処理モジュール９０に出力するケーブルであり、一端部側に配置された４個のコネクタ８０１と、薄くて柔軟性を有する例えばＦＰＣ等のフレキシブル配線板８０２とにより構成される。

各コネクタ８０１は、フレキシブル配線板８０２の一端部側に配置され、列方向Ｓにおける各検出モジュール７０のコネクタ７４に係合して当該検出モジュール７０と電気的に接続される。

フレキシブル配線板８０２は、放熱部材８１を介して各検出モジュール７０の保持部材７５に保持され、データ処理モジュール９０とこのデータ処理モジュール９０に最も近い検出モジュール７０との間では屈曲して配置される。そして、フレキシブル配線板８０２は、各検出モジュール７０からコネクタ８０１に出力された投影データを他端部側に伝送する。

放熱部材８１は、柔軟性を有し、且つ、面方向に高い熱伝導性を有する例えばグラファイトシートにより構成される。そして、放熱部材８１は、フレキシブル配線板８０２の両面の表面全域に亘って密着して配置され、一端部側の各検出モジュール７０の基板７１近傍では保持部材７５に接触して配置される。

なお、放熱部材８１をフレキシブル配線板８０２の片側表面に配置して実施するようにしてもよい。

遮蔽部材８５は、各検出モジュール７０と、ケーブル８０の４個のコネクタ８０１を含む各検出モジュール７０近傍に配置された一端部側と、放熱部材８１の各検出モジュール７０近傍に配置された一端部側とを包囲して配置される。また、遮蔽部材８５は、貫通配置されたケーブル８０及び放熱部材８１により封止される開口部８６を有する。そして、遮蔽部材８５は、Ｘ線照射装置２１から照射されたＸ線が入射する面がＸ線を透過し外部からの光を遮蔽する材料により構成され、それ以外の面が外部からの光や不要なＸ線を遮蔽する例えばアルミ鋳物により構成される。

なお、遮蔽部材８５内に配置した放熱部材８１の一端部側を開口部８６まではケーブル８０に密着して配置し、遮蔽部材８５外に配置した放熱部材８１の他端部側をケーブル８０から離して配置するように実施してもよい。

このように、各検出モジュール７０を遮蔽部材８５で包囲して密閉することにより、外部からＸ線変換素子７２のフォトダイオードへの光の侵入を防ぐことができる。また、Ｘ線検出器２２に電力が供給されると各検出モジュール７０のＡＤＣ７３等の電子回路の発熱により遮蔽部材８５内の温度が遮蔽部材８５外の温度よりも高くなるため、放熱部材８１の一端部側を保持部材７５と接触させて遮蔽部材８５内に配置し、放熱部材８１の他端部側を遮蔽部材８５外に配置することにより、ＡＤＣ７３等の電子回路から発生した熱を、基板７１及び保持部材７５を経由して放熱部材８１の一端部側から他端部側に伝達させ、放熱部材８１の他端部側から放熱させることができる。また、ＡＤＣ７３等の電子回路から発生した熱を、コネクタ７４，８０１及びフレキシブル配線板８０２を経由して放熱部材８１の一端部側から他端部側に伝達させ、放熱部材８１の他端部側から放熱させることができる。これにより、検出モジュール７０の温度を下げることができる。

データ処理モジュール９０は、各検出モジュール７０で生成された投影データを例えば光通信によりデータ受信装置２５に送信処理する送信回路、電源等が高密度に実装された基板を備える。

支持部材９５は、第１乃至第３の開口部９６，９７，９８を有する箱状をなし、内部に配置されたデータ処理モジュール９０を支持する。そして、支持部材９５内には、第１の開口部９６を貫通してケーブル８０及び放熱部材８１の他端部側が配置される。また、支持部材９５の第３の開口部９８には、冷却装置２７が配置される。

冷却装置２７は、支持部材９５の第３の開口部９８に配置された例えばファンを備えている。そして、冷却装置２７は、矢印で示すように、外部の空気を第２の開口部９７から支持部材９５内へ流入させ、流入した空気をデータ処理モジュール９０及び放熱部材８１近傍を流動させてから、第３の開口部９８より支持部材９５外へ流出させることにより、データ処理モジュール９０及び放熱部材８１の他端部側を冷却する。冷却装置２７は、冷却部の一例である。

このように、各検出モジュール７０で発生して放熱部材８１の一端部側から他端部側に伝達される熱を冷却装置２７で強制的に放熱させることにより、より効果的に各検出モジュール７０の温度上昇を防ぐことができる。

なお、支持部材９５内にヒートシンクを設け、ヒートシンクに放熱部材８１の他端部側を接触させて、放熱部材８１により伝達された熱をヒートシンクからも放熱させるように実施してもよい。また、支持部材９５内にペルチェ素子を設け、ペルチェ素子の冷却側の面に放熱部材８１の他端部側を接触させて、放熱部材８１の他端部側に伝達された熱をペルチェ素子に吸収させて放熱させるように実施してもよい。

以上述べた実施形態によれば、Ｘ線検出器２２に電力が供給されると、遮蔽部材８５で包囲された各検出モジュール７０の発熱により、遮蔽部材８５内の温度が遮蔽部材８５外の温度よりも高くなるため、遮蔽部材８５内においては放熱部材８１の一端部側を各検出モジュール７０と接触配置させ、放熱部材８１の他端部側を遮蔽部材８５外に配置することにより、各検出モジュール７０で発生した熱を放熱部材８１の一端部側から他端部側に伝達させ、放熱部材８１の他端部側から放熱させることができる。また、各検出モジュール７０で発生した熱をコネクタ８０１及びフレキシブル配線板８０２を経由して放熱部材８１の一端部側から他端部側に伝達させ、放熱部材８１の他端部側から放熱させることができる。これにより、検出モジュール７０の温度上昇を防ぐことができる。

また、放熱部材８１の他端部側を冷却装置２７の近傍に配置し、各検出モジュール７０で発生して放熱部材８１の一端部側から他端部側に伝達される熱を冷却装置２７により強制的に放熱させることにより、より効果的に各検出モジュール７０の温度上昇を防ぐことができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２１…Ｘ線照射装置、２２…Ｘ線検出器、７１…基板、７２…Ｘ線変換素子、７３…ＡＤＣ、２６…検出ユニット、２７…冷却装置、７０…検出モジュール、８０…ケーブル、８１…放熱部材、８５…遮蔽部材、９０…データ処理モジュール。

Claims

Ｘ線を電気信号に変換するＸ線変換素子と、前記電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤＣと、前記Ｘ線変換素子及び前記ＡＤＣが実装された基板とを有し、前記デジタル信号への変換によりデータを生成する検出モジュールと、
前記検出モジュールを包囲して配置され、外部からの光を遮蔽する遮蔽部材と、
前記検出モジュールに電気的に接続された一端部側が前記遮蔽部材内に配置され、他端部側が前記遮蔽部材外に配置され、前記検出モジュールで生成されたデータを伝送するケーブルと、
前記ケーブルに密着して配置され、前記検出モジュールに接触して配置された一端部側が前記遮蔽部材内に配置され、他端部側が前記遮蔽部材外に配置され、前記検出モジュールを含む前記遮蔽部材内で発生した熱を当該一端部側から当該他端部側に伝達する放熱部材と、
を備えるＸ線検出器。
前記検出モジュールは、前記基板において、前記Ｘ線変換素子及び前記ＡＤＣが実装された一方の面とは反対側の面上に一端部が配置され、他端部で前記ケーブルを保持する保持部材を有し、前記放熱部材は、前記一端部側が前記保持部材に接触して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
前記放熱部材は、少なくとも前記遮蔽部材内の前記ケーブルに密着して配置される請求項１又は２に記載のＸ線検出器。
前記遮蔽部材は、貫通配置された前記ケーブル及び前記放熱部材により封止される開口部を有し、
前記放熱部材は、前記遮蔽部材内に配置された一端部側が前記開口部までは前記ケーブルに密着して配置され、他端部側に伝達される熱を当該他端部側から放熱することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のＸ線検出器。
前記ケーブルの他端部側と電気的に接続され、前記検出モジュールで生成されたデータを送信するデータ処理モジュールと、
前記データ処理モジュールを冷却する冷却部とを有し、
前記放熱部材は、他端部側が前記冷却部の近傍に配置され、前記冷却部により強制的に放熱されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のＸ線検出器。
前記遮蔽部材外に配置されたヒートシンクを有し、
前記放熱部材の他端部側は、前記ヒートシンクと接触して配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のＸ線検出器。
前記遮蔽部材外に配置されたペルチェ素子を有し、
前記放熱部材の他端部側は、前記ペルチェ素子の冷却側の面に接触して配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のＸ線検出器。
前記ケーブルは、フレキシブル配線板により構成され、
前記放熱部材は、グラファイトシートにより構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のＸ線検出器。
被検体にＸ線を照射するＸ線照射部と、
前記Ｘ線照射部から照射され、前記被検体を透過したＸ線を検出するＸ線検出部と、
を備え、
前記Ｘ線検出部は、
前記被検体を透過したＸ線を電気信号に変換するＸ線変換素子と、前記電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤＣと、前記Ｘ線変換素子及び前記ＡＤＣが実装された基板とを有し、前記デジタル信号への変換によりデータを生成する検出モジュールと、
前記検出モジュールを包囲して配置され、外部からの光を遮蔽する遮蔽部材と、
前記検出モジュールに電気的に接続された一端部側が前記遮蔽部材内に配置され、他端部側が前記遮蔽部材外に配置され、前記検出モジュールで生成されたデータを伝送するケーブルと、
前記ケーブルに密着して配置され、前記検出モジュールに接触して配置された一端部側が前記遮蔽部材内に配置され、他端部側が前記遮蔽部材外に配置され、前記検出モジュールを含む前記遮蔽部材内で発生した熱を当該一端部側から当該他端部側に伝達する放熱部材と、
を有するＸ線ＣＴ装置。