JPH0332032B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的に検出装置、更に具体的に云え
ば、Ｘ線及びガンマ線の様な電離性放射線検出器
に関する。本発明は計算機を用いたＸ線軸方向断
層撮影装置に役立つ装置について説明する。

Ｘ線等の様な放射線を検出する周知の方法は、
放射線の透過通路内に加圧ガスを充填した室を設
けることである。このガス室内に複数個の相隔た
る電極を設ける。これらの電極はその両端がセラ
ミツクの絶縁部材によつて支持され、これらのセ
ラミツク部材が金属の支持構造に固定される。相
隔たる電極が交互のバイアス電極板及び集電電極
板を含み、バイアス電極板は電圧源に接続し、集
電電極板は計測手段に接続して、個々の集電電極
板の電流を測定する。動作について説明すると、
放射線が電極の間のガスで充填されたすき間に入
り、ガスを電離して、光電子及び／又はイオンを
作り出す。これらがバイアス電極板によつてバイ
アスされて集電電極板に収集され、こうしてガス
で充填された夫々のすき間に於けるガスの電離度
に対応する電気信号を発生する。この様にして、
各々のすき間に於ける放射線の度合が決定され
る。この様な装置が米国特許第4119853号に記載
されている。

一般的に放射線検出器、特に計算機を用いた軸
方向断層撮影法に使われる検出器は、Ｘ線のプロ
トンを効率よく且つ高い解像度をもつて検出しな
ければならない。良好な空間的な解像度を得る為
には、検出器の全長にわたつて電極板が密な間隔
で一様に配置されていることが望ましい。１対の
隣合つた電極板によつて限定される各々のセル
（隣室）が、同一で安定した検出特性を持つこと
も重要である。更に問題になるのは、この様な装
置で望ましくないマイクロホニツク雑音が起る惧
れがあることである。薄い金属電極板が、これら
の電極板の間に比較的高い電圧をかけた状態で密
に接近して動作しなければならないこの様な構造
では、電極板に機械的な振動が伝わると、電極板
の間の距離が著しく変化し、こうしてマイクロホ
ニツク形の電流変化を持ち込み、これがＸ線強度
測定に誤差を招く原因となることがある。この様
な敏感な構造条件の為、所望の性能特性を持つ検
出器構造を得るには、どの特定の製造方式を使う
かが極めて重要であつた。

従来の検出器の組立て方法では、１対の絶縁部
材を使い、これらのそれぞれが対応する支持部材
の略長さ全体にわたつて伸びることを必要とす
る。各々の絶縁部材の片側には、電極を受入れる
複数個の溝が形成される。次に絶縁部材がその長
さに沿つて対応する金属支持部材に結合される。
支持部材の両端が相互接続され、電極が夫々の溝
に取付けられて結合される。最後に、導線が電極
板に取付けられ、交互の導線が電圧源と電流測定
器に接続される。

構造的な安定性と絶縁特性の為に、セラミツク
材料を絶縁部材として使うのに好ましいことが判
つた。然し、この材料は非常に脆く、応力集中が
起ると破損する惧れがある。この為、セラミツク
部材を金属の支持構造に接着によつて取付ける結
合方法が、最も効果的であることが判つた。然
し、この方法は比較的永久的なものであり、この
後で構造を分解して組立て直すことが出来ない。
云い換えれば、組立てを完了した後、欠陥のある
部分がみつかつた場合、この方法では、電極板を
取付ける前に絶縁部材が割合永久的に支持構造に
組込まれることを必要とするので、検出器組立体
の全体を廃棄しなければならない。

計算機断層撮影装置に使われる検出器は固有の
動作特性を持つており、それがスクラツプ及び取
替え経費を増やす原因になる。その動作上の性格
からして、典型的な検出器回転式計算機断層撮影
装置で使われる多数の検出素子を配列した環状検
出器は、この検出器の円周方向中心区域にある部
分が最も頼りにされる。この検出器の中心区域が
身体の再構成区域の大部分を見ており、中心のセ
ルは身体の再構成区域全体を見ている。中心のセ
ルから左でも右でも外向きに進むにつれて、セル
が見る身体の再構成区域は全体の内の次第に少な
い部分になり、従つて、身体全体について持つ情
報が少なくなる。この為、Ｘ線検出器の性能の仕
様は、検出器の内、円周方向の中心区域にある部
分に対しては、性能の基準が一層高くなる様に設
定するのが一般的である。云い換えれば、この仕
様は一般的に環状検出器の円周方向の両端に向つ
て性能特性が低下してもよい様にするが、その中
心部分には非常に高い性能レベルを要求する。従
つて、検出器全体を組立てなければ性能試験を行
うことが出来ないので、この仕様に合わない場
合、組立体全体をスクラツプにしなければならな
いことが理解されよう。勿論、スクラツプにする
最も大きな原因は、検出器の中心部分が仕様にい
合わない為である。スクラツプにされる検出器の
中心以外の部分が、最も厳しい性能基準に合つて
いても、そうなる。

本発明は、Ｘ線検出器の組立体を製造する場合
のスクラツプの量を減少することにより、この問
題を解決する。

本発明による放射線検出器は、中心以外の部分
よりも中心部分に一層よい性能特性を持つ組立体
で構成される。

本発明のその他の特徴並びに利点は、以下図面
について説明する所から、容易に明らかになろ
う。

簡単に云うと、本発明の１面では、環状放射線
検出器を、１対の相隔たる金属の支持部材の間に
円周方向に相隔てゝ個別に取付けた複数個のモジ
ユールで構成する。治具を使うことにより、個々
のモジユールは、その相隔たるセラミツクの絶縁
部材と該絶縁部材を相互接続する相対的に離れた
電極板とで組立てられる。次に、各々のモジユー
ルを単位装置として試験し、その性能特性を測定
する。この試験結果に基づいて、個別のモジユー
ルを支持部材の中の選ばれた円周方向の位置に配
置し、高い性能特性を持つモジユールが検出器組
立体の中心部分に近い所に配置される様にする。
この後、モジユールを結合手段によつて支持構造
内に固定する。

本発明によれば、セラミツク部材を金属の支持
部材に固定し易くする為、最初、セラミツク部材
の夫々の外側に複数個の空所を形成する。内ねじ
を持つ金属の挿着体を夫々の空所に１つずつ固着
し、挿着体がセラミツク材料に殆んど応力が生じ
ない様な形で締付け部材を受入れる様にする。次
に、ねじつき締付け部材を金属の支持部材に形成
された孔に通し、個々の挿着体の中へ入れること
により、モジユールを金属の支持構造内の所望の
円周方向の位置に選択的に配置し、その中に解放
自在に固定する。こうして安定な高性能の構造が
得られる。

第１図には、従来周知の様に、電離し得るガス
で充填された圧力容器又は室（図に示してない）
の中に配置する検出器組立体１１の一部分を構成
するものとして、本発明に従つて組立てられた構
造が全体的に１０で示されている。その中に検出
器組立体を収めた高圧室は、被検体から来るＸ線
等の様な放射線に露出され、封入ガスを電離し
て、検出器組立体に電流の流れを生ずる。この流
れが、放射の特定の場所並びに強度を表わす。

検出器組立体１１はステンレス鋼の様な金属で
作られた上側及び下側支持部材１２，１３を持
ち、これらの支持部材が隔てて平行に配置され、
その間に部分的に空所１４を構成する。支持部材
１２，１３の両端がスペーサ１６，１７により、
ボルト等の様な締付け部材１８，１９を用いて両
端で相互接続され、空所１４を更によく限定する
と共に、検出器組立体の能動素子を支持しながら
受入れる頑丈な枠２１を形成する。

枠２１の中には、上側及び下側支持部材１２，
１３の間に密にはめ合わされた複数個の検出器モ
ジユール２２，２３，２４，２６，２７が配置さ
れており、これらは枠２１の彎曲した長さに沿つ
て円周方向に相隔たつている。これらのモジユー
ルは構造が略同一であるが、後で更に詳しく説明
する様に、性能特性が異なることが好ましい。任
意の１つの検出器組立体の中にあるモジユールの
数は重要ではなく、図に示した５個から増減して
も、本発明の範囲を逸脱しない。然し、理由は後
で説明するが、奇数個のモジユールを使い、１個
の検出器モジユールを組立体の円周方向の中点の
近くに配置することが好ましい。この中点は、第
１図の実施例では、24と記したモジユールが占め
る位置である。

モジユールの構成並びにそれを枠２１内に取付
けるやり方の細部は、第２図、第３図及び第４図
を見れば更によく判る。これらの図では、検出器
組立体１１の１端で、上側及び下側支持部材１
２，１３の間の取付け位置にあるモジユール２７
を示してある。モジユール２７はマコール
（Macor）の様なセラミツク材料で作つた上側及
び下側絶縁部材２８，２９で構成される。マコー
ルは、この商品名で市場で入手し得る。このよう
なセラミツク材料はその非導電性並びに耐熱性の
点で、優れた誘電体である。然し、セラミツクは
本質的に脆く、その為、枠２１に取付ける点で問
題がある。絶縁部材２８，２９が上側及び下側支
持部材１２，１３に夫々しつかりと締付けられて
いない時に起る傾向のある望ましくないマイクロ
ホニツク雑音を考えれば、この取付けは尚更重要
である。

本発明では、個別のモジユールを複数個のねじ
つき締付け部材３１によつて枠２１内に固定す
る。締付け部材３１は、上側及び下側支持部材１
２，１３に形成された貫通孔３２（第３図）を通
つて、絶縁部材２８，２９に形成された空所３３
に挿入される。この円柱形の空所３３は、標準的
なドリル作業により、上側及び下側絶縁部材２
８，２９の外面に形成される。次に適当な接着剤
３０を空所３３の壁及び底部に適用し、空所３３
より若干小さい外径を持つ予め成形した挿着体３
４を空所に挿入する。セラミツクの絶縁部材と、
ステンレス鋼の様な材料で作られる挿着体との間
に結着部を形成するのに適した接着材は、エポキ
シの名前で市場で入手し得る接着材である。挿着
体３４には、締付け部材３１とねじ係合する内ね
じを持つ孔３６が形成されている。こうして、締
付け部材３１をねじ孔３６にねじ込むことによ
り、下側絶縁部材２９を下側支持部材１３としつ
かり係合させても、絶縁部材２９に著しい応力集
中を生ぜずに済む。これが可能なのは、支持部材
１３からの力が締付け部材３１、挿着体３４、接
着材３０及び空所３３の実質的な表面積を介して
伝わるからである。図示の様に、支持部材１３に
皿孔３７を形成して、ねじつき締付け部材３１の
頭を受入れることが出来る。図から判る様に、典
型的なモジユールの取付けには、４つのねじつき
締付け部材をそれに関連した挿着体と共に使う。
修理又は取替えの為にモジユールを解放して取出
すのは、単にねじつき締付け部材のねじを弛め、
モジユールを上側及び下側支持部材の間から滑り
出させることによつて行うことが出来る。

モジユールは、上側及び下側絶縁部材２８，２
９の他に全体を３８で示した複数個の電極板を有
する。これらの電極板が上側及び下側絶縁部材２
８，２９の間に配置され且つそれらを相互接続す
る。電極板の上端及び下端３９，４１が、上側及
び下側絶縁部材２８，２９に夫々形成した溝４
２，４３にはめられる。溝４２，４３は製造過程
の早い段階で、絶縁部材に形成される。これらは
略平行であるが、彎曲した検出器組立体の凸面側
に向つて幾分発散する形にし、電極板３８が半径
方向に整合出来る様にする。溝４２，４３に電極
板３８を固定するには、1978年12月20日出願の米
国特許出願通し番号971201号に記載される手順に
より、接着材を適用して行う。この米国特許出願
に記載されている様に、電極板３８は交互に配置
されたバイアス電極板４４及び信号電極板４６で
構成され、各対がその間にセル４７を構成する。
各々のセル４７は、放射に露出した時、電離する
傾向を持つ電離性ガスで充填され、こうして信号
電極４６に電流の流れを生ずる。バイアス電極４
４が共通の導線４８に電気接続され、この導線が
導線４９を介して約500ボルトの電圧源（図に示
してない）に接続される。組立てる時、末端のモ
ジユール２７からの共通導線を電源に通ずる導線
４９に点溶接する。モジユール２６からの共通の
導線４８も、図示のモジユール２７からの共通の
導線４８の他端に同じく点溶接する。高圧のバイ
アス電極４４の作用は、電離性放射によつて作り
出された光電子及び／又はイオンの流れを信号電
極板すなわち集電電極板４６に向けてバイアスす
ることである。

信号電極板４６からの電気信号を伝達し易くす
る為、上側絶縁部材２８の縁に適当な接着材によ
つて溝孔つき条片５１（第４図）を取付ける。図
から判る様に、条片５１の断面は全体的にＬ字形
である。細い導線５２が各々の信号電極板４６か
ら溝孔つき条片５１の溝孔（図に示していない）
を通つて印刷配線基板５３に達する。この為、詳
しくは米国特許第4119853号に記載されているが、
個々の信号電極板が外部の信号処理装置に電気接
続される。

以上説明したモジユール形の利点を更によく理
解される様にする為、計算機を用いたＸ線軸方向
断層撮影装置に取付けた典型的な検出器組立体の
固有の動作特性並びに性能条件を検討するのがよ
いと思われる。前に述べた様に、検出器組立体の
内、検出器の円周方向の略中心にある部分は、検
出器組立体の円周方向両端の近くにあるものより
も、一層重要で性能条件が厳しい。性能の高いモ
ジユールが集成体の中心部分の近くあることも望
ましい。

好ましくは、最終的な画像に翼形のアーテイフ
アクトが生じない様にする為に、検出器の各セル
は、時間、Ｘ線強度及びスペクトル成分の変化に
伴つて、隣接するセルと略同様に応答すべきであ
る。こういう特性を決定する普通の試験は、
KVp直線性の試験である。この試験では、Ｘ線
管の電圧を２つの電圧レベルの間で変えて、隣接
したセルが同様に応答するかどうかを決定する。
こういう性能条件が第５図に最もよく例示されて
いる。第５図は、KVp（キロボルト単位）性能試
験に於ける多重エネルギＸ線スペクトルの非直線
的な軌跡（トラツキング）を表わす。この試験
は、放射検出器を２種類の異なる電圧レベルにか
け、複数個の基準セルから得られた基準応答と各
セルの応答とを比較して、誤差の数字を求めるも
のである。誤差がKVpカウントで計算され、第
５図のグラフの縦軸に示してある。横軸の目盛は
セルの円周方向の配列に対する個別のセルの位置
を表わす。セルは中心位置の左側又は右側にある
ものとして示してある。グラフの中心部分にある
区域は本発明の典型的なモジユールのセルの幅を
表わす。中心のモジユールは配列にとつて最も重
要であり、従つて他のものよりも一層高い性能条
件を持つことを念頭におかれたい。

第５図に示したかもめの翼状のグラフは、計算
機断層撮影装置に使われる検出器の典型的な性能
条件である。図から判る様に、左側の文字Ａで表
わしたセルと右側の文字Ｂで表わしたセルとの間
にある中心モジユールの中心部分では、性能条件
が最も厳しい。即ち、トラツキング誤差が、文字
Ｍで表わした比較的低いKVpカウントを越えて
はならない。円周方向外向きに、この中心部分か
ら左及び右へ進むと、性能条件の優秀度が段々低
下し、中心モジユールの円周方向の縁では、文字
Ｎで表わすKVpカウントまでのトラツキング誤
差を許容し得る。更に外側に進んで、他のモジユ
ールの区域に入ると、セルに一層大きな誤差が許
容出来ることが判る。この為、以上の説明から、
中心モジユールが、全体として見た配列の性能を
主に決定することは明瞭である。

従来の検出器では、絶縁部材が単一の部材であ
つて、実質的に解放出来ない様に支持部材に直接
的に取付けられていて、その後検出器の配列全体
の電極板が取付けられているが、組立体全体を作
るまでは、検出器の配列の性能を分類することが
出来なかつた。作つた後で、中心セルが第５図の
グラフによつて示される様な厳しい条件を充たさ
ないことが判ると、組立体全体が必然的にスクラ
ツプにされた。これは、中心部分の外側の他のセ
ルが厳しい性能条件を充たしても、そうなつた。

本発明の装置は個別のモジユールの予備試験を
行うことが出来、高い性能特性、即ち低いトラツ
キング誤差を持つことが判つたモジユールは配列
の中心部分に配置し、一層低い性能特性を持つも
のは配列の両端の近くに配置することが出来る。

モジユールを製造して試験し、検出器組立体の
支持枠の中に配置する動作の考えられる順序が、
第６Ａ図乃至第６Ｆ図に示されている。最初の工
程は、各々の絶縁部材２８，２９の外側に空所３
３を形成することである。これは簡単なドリル作
業によつて行われる。勿論、各々の絶縁部材の内
側に溝を形成するが、これは空所３３のドリル加
工の前又は後に行うことが出来る。次に、各々の
空所３３に接着材３０を適用し、第６Ｂ図に示す
様に、空所の中に挿着体３４を配置して乾かす。
次に溝孔つき条片５１をエポキシ樹脂等の様な適
当な接着材を使つて、第６Ｃ図に示す様に、上側
絶縁部材の後側の縁に結合する。次に、個別のモ
ジユールを作り易くする為、上側及び下側絶縁部
材２８，２９を組立て治具５４の中に配置する。
この為、最初に、挿着体３４にねじつき締付け部
材を用いることにより、各々の絶縁部材を治具５
４に取付ける。次にタングステンの電極板３８を
絶縁部材の溝孔に挿入し、前に述べた様に結合す
る。その後、バイアス電極板を共通の導線４８に
電気接続して、後で電圧源に接続し、信号電極板
４６を、溝孔に通した導線５２及び溝孔つき条片
５１により、印刷配線基板５３に電気接続する。
ねじつき締付け部材を外すことにより、こうして
仕上げられたモジユールを解放し、試験の為に組
立て治具５４から取外す。次に複数個のモジユー
ルを第６Ｅ図に示す様に試験治具５６の中に配置
し、各々の回路条片を適当な形式の電気読出試験
装置に接続する。そこでモジユールを前述のkvp
性能試験にかけて、個別のセルの性能を決定す
る。この性能試験に基づいて、試験した各々のモ
ジユールを評価し、それらが第５図のグラフに示
す条件を充たすかどうかを決定することが出来
る。条件を充たすモジユールは、第６Ｆ図のモジ
ユール２４で示す様に、中心位置に配置すること
が出来、それ程望ましくない特性を持つモジユー
ルは、この図のモジユール２２，２７で示す様
に、モジユール配列の両端の近くに配置すること
が出来る。この様な選択的に配置し且つ製造する
方法により、検出器組立体の配列は所望の条件に
合わせることが出来、組立体全体をスクラツプに
することが避けられる。実際、第６Ｄ図に示す製
造過程によつて、かなりの数の高性能のモジユー
ルが得られゝば、１つの個別のモジユールをもス
クラツプにすることは必要ではない。

以上の説明では、本発明を同じ長さを持つモジ
ユールに用いた場合を述べた。然し、検出器組立
体の寸法条件、モジユールの組立て及び試験の際
のいろいろな考慮、及びその後支持枠での取付け
や、１つ又は更に多くのモジユールを取替える為
の条件等の様な種々の因子により、各々のモジユ
ールの円周方向の長さは一様な長さ又は一様でな
い長さに変えることが出来る。第７図は、中心の
モジユール５７の円周方向の長さが短い別の実施
例を示す。その両側のモジユール５８は長さが一
層長く、両端にあるモジユール５９は再び長さが
短くなつている。問題の装置の特定の条件に合せ
て種々の長さ及び形の任意の組合せを使うことが
出来ることは云う迄もない。

本発明を好ましい実施例について詳しく説明し
たが、この発明は例であつて、本発明がこの特定
の実施例に制約されるものではない。この発明の
思想は、本発明の要旨及び範囲内にある限り、
種々の形で実施することが出来ることを承知され
たい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従つて作つた検出器組立体の
一部分を断面で示した側面図、第２図は検出器組
立体の部分的な断面図で、その１つのモジユール
を示す。第３図はモジユールの一部分の拡大断面
図で、本発明の締付け部材による取付け方を示
す。第４図は第１図の線３−３で切つた取付けた
位置にあるモジユールの断面図、第５図は検出器
のモジユールの典型的な性能条件を示すグラフ、
第６Ａ図乃至第６Ｆ図は本発明の好ましい実施例
による一連の作業を示す略図、第７図は本発明の
別の実施例の図である。 主な符号の説明、１０：検出器組立体、１２，
１３：支持部材、２８，２９：絶縁部材、３０：
接着材、３１：ねじつき締付け部材、３２：貫通
孔、３３：円柱形の空所、３４：挿着体、３８：
電極板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １対の相隔たる絶縁部材の間に複数個の電極
   を相隔てて堅固に固定し且つ該１対の絶縁部材を
   １対の相隔たる支持部材にそれぞれ隣接して配置
   する工程を含む、放射線検出器の組立て方法に於
   て、(a)前記１対の支持部材にそれぞれ隣接する側
   で、前記１対の絶縁部材にそれぞれ複数個の空所
   を形成し、(b)各々の前記空所の中に挿着体を取付
   け、(c)各々の前記支持部材を通して複数個の締付
   け部材を取付けて、この各々の締付け部材を対応
   する１つの前記挿着体の中に入り込ませることに
   より、前記１対の絶縁部材を前記１対の支持部材
   にそれぞれ堅固に固定する各工程を含むことを特
   徴とする放射線検出器の組立て方法。 ２ 予備工程として、前記締付け部材を通す為の
   複数個の孔を前記支持部材に形成することを含む
   特許請求の範囲第１項記載の放射線検出器の組立
   て方法。 ３ 前記締付け部材の一部分を受入れる様に、
   各々の前記孔に皿孔を形成する工程を含む特許請
   求の範囲第２項記載の放射線検出器の組立て方
   法。 ４ 前記挿着体を前記絶縁部材の空所の中に固着
   する中間工程を含む特許請求の範囲第１項記載の
   放射線検出器の組立て方法。 ５ 前記絶縁部材が金属材料で作られている特許
   請求の範囲第１項記載の放射線検出器の組立て方
   法。 ６ 前記締付け部材がねじつき部材で構成されて
   いる特許請求の範囲第１項記載の放射線検出器の
   組立て方法。 ７ 前記挿着体が鉄材料で作られている特許請求
   の範囲第１項記載の放射線検出器の組立て方法。 ８ 前記１対の絶縁部材と前記複数個の電極とで
   １つのモジユールを構成し、該モジユールの性能
   を試験し、この性能に基づいて、前記１対の支持
   部材の中で、前記モジユールを配置すべき円周方
   向の位置を選択する中間工程を含む特許請求の範
   囲第１項記載の放射線検出器の組立て方法。 ９ 前記モジユールは、同様な他のモジユールよ
   りも性能がよいときに全体的に前記支持部材の円
   周方向中心の近くに配置される特許請求の範囲第
   ８項記載の放射線検出器の組立て方法。 １０ 前記モジユールは、予定のレベルより高い
   性能特性を持つときに前記支持部材の円周方向中
   心位置に配置される特許請求の範囲第８項記載の
   放射線検出器の組立て方法。