KR20220137712A - Radiation detection apparatus and radiation inspection system equipped with the apparatus - Google Patents
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Abstract
방사선 검출 장치(22)는, 예를 들면, X선 등의 방사선을 검지하는 화소를 서로 직교하는 제1 방향(Y) 및 제2 방향(Z)의 2차원으로 배열시킨 화소 배열을 가지는 모듈을 복수, 제1 방향으로, 상호 소정 폭의 공극을 통해 인접해 배치시킨 모듈 종렬체(132M)를 가지는 세장 검출기(31)를 갖춘다. 세장 검출기에서는, 모듈 종렬체는 제1 방향(Y)에 따른 장변 및 제2 방향(Z)에 따른 단변을 가지고 또한 장변이 단변 보다 길고, 또한, 세장(細長)의 구형상(矩形狀)으로 형성되어 있다. 이 세장 검출기는, 제2 방향을 스캔 방향(SD)에 향하고 또한 제1 방향을 그 상기 스캔 방향에 직교하는 방향에 향하는 자세로 지지되고, 스캔 방향에 대해서 소정 각도(θ)를 이루는 경사 방향(MD)으로 이동 가능하게 지지된다. 세장 검출기는, 예를 들면, 스캔 방향으로 디스크리트하게 배치한 복수의 세장 검출기인 것이 바람직하다. 방사선이 조사되는 데이터 검출 시에는, 스캔 명령에 따라서, 세장 검출기가 경사 방향으로 이동된다.The radiation detection device 22 includes, for example, a module having a pixel array in which pixels for detecting radiation such as X-rays are arranged in two dimensions in a first direction (Y) and a second direction (Z) that are orthogonal to each other. A plurality of elongated detectors 31 having module columns 132M disposed adjacent to each other through gaps having a predetermined width are provided in a first direction. In the elongated detector, the module column has a long side along the first direction (Y) and a short side along the second direction (Z), and the long side is longer than the short side, and has an elongated spherical shape. is formed The elongated detector is supported in a posture in which the second direction is directed to the scan direction SD and the first direction is directed to a direction orthogonal to the scan direction, and the oblique direction (θ) is formed with respect to the scan direction. MD) to be movably supported. The elongation detector is preferably a plurality of elongate detectors arranged discretely in the scan direction, for example. Upon detection of data irradiated with radiation, the elongate detector is moved in an oblique direction according to a scan command.
Description
본 발명은, X선 등의 방사선을 전기 신호로서 검출하는 방사선 검출 장치, 및 그 장치를 탑재한 방사선 검사 시스템에 관한 것으로, 특히 방사선을 검출하는 복수의 화소를 가진 모듈을 복수, 1개의 방향으로 인접해 배치한, 평면시(平面視)에서 세장(細長) 형상을 가지는 방사선 검출기를 스캔시키면서 상기 방사선을 검출하는 방사선 검출 장치, 및 그 장치를 탑재한 방사선 검사 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a radiation detection apparatus for detecting radiation such as X-rays as an electrical signal, and a radiation inspection system equipped with the apparatus, in particular, a module having a plurality of pixels for detecting radiation in a plurality of directions in one direction. The present invention relates to a radiation detection apparatus for detecting the radiation while scanning radiation detectors arranged adjacent to each other and having an elongated shape in plan view, and to a radiation inspection system equipped with the apparatus.
종래, X선이나 감마선을 검출하는 방사선 검출기에는 다양한 검출 방식의 것이 알려져 있다.BACKGROUND ART Conventionally, various detection systems are known for radiation detectors that detect X-rays or gamma rays.
이 검출기를 형상으로 분류하면, 방사선의 검출 소자를 2차원으로 배치하는지, 1차원으로 배치하는지에 따라서 2차원 검출기나 라인 검출기가 있다. 검출 소자를 1차원으로 배치한다고 해도, 실제로는, 검출 화소를 1개씩 1차원으로 배치하는 것은 아니고, 검출 화소를 종횡(縱橫)의 2차원에 배치하고, 일방의 축에 따라 배치하는 화소의 수를 타방의 축에 따라 배치하는 화소(적어도 1화소)의 수를 작게 한다. 이 때문에, 검출기를 평면시했을 때 세장(細長)의 구형상(矩形狀)이 되어, 라인상(line shape) 또는 리니어(linear)한 형상이 되기 때문에, 그러한 세장의 검출기는 총칭적으로 라인 검출기, 리니어 검출기 등으로 부르고 있다.When this detector is classified by shape, there are two-dimensional detectors and line detectors depending on whether the radiation detection elements are arranged in two dimensions or in one dimension. Even if the detection elements are arranged one-dimensionally, in reality, the detection pixels are not arranged one-dimensionally one by one, but the detection pixels are arranged in two dimensions vertically and horizontally, and the number of pixels arranged along one axis The number of pixels (at least one pixel) arranged along the other axis is reduced. For this reason, when the detector is viewed in a planar view, it becomes a elongated spherical shape and becomes a line shape or a linear shape. , a linear detector, etc.
이 라인 검출기의 일례로서, 특허문헌 1에 기재된 구조가 알려져 있다. 이 특허문헌 1에 기재된 검출 장치는, 컴퓨터 단층법을 실시하는 장치(CT장치)의 일례이며, 방사선원으로부터 방사상의 조사되는 방사선 패스를 향하여 개구(開口)한, 복수의 라인 검출기를 장비한 방사선 검출기를 갖추고 있다.As an example of this line detector, the structure described in
한편, 근래에, 의료용 모달리티나 비파괴 X선 검사 장치에 사용되는 라인 검출기에 있어서, 방사선(X선 등)을 직접 전기 신호로 변환하는, 소위, 직접 변환형 검출기나, 방사선을 일단 광 신호로 변환하고, 그 광 신호를 전기 신호로 변환하는, 소위, 간접 변환형 검출기의 진보 개선이 진행되고 있다.On the other hand, in recent years, in line detectors used in medical modality and non-destructive X-ray inspection apparatuses, so-called direct conversion detectors that directly convert radiation (X-rays, etc.) into electrical signals, or once converted radiation into optical signals And, a so-called indirect conversion type detector that converts the optical signal into an electrical signal is progressing and improving.
이 직접 변환형 및 간접 변환형의 어느 것에서도, X선 또는 광을 감지하는 회로로서, 검출 화소를 실리콘 등의 반도체층에 만들어 넣는 구조를 채용하는 경우, 그 반도체층은, 결정 잉곳(ingot)을 성장ㆍ성형ㆍ가공할 필요가 있다. 이 때문에, 큰 검출 영역, 즉, 복수의 검출 화소를 2차원으로 매핑한, 소위, 2차원 검출기를 형성하는 것은 제품 수율이나 코스트면에서 곤란하다.In either of these direct conversion types and indirect conversion types, when a structure in which a detection pixel is formed in a semiconductor layer such as silicon is employed as a circuit for sensing X-rays or light, the semiconductor layer is formed of a crystal ingot. needs to be grown, molded, and processed. For this reason, it is difficult in terms of product yield and cost to form a large detection area, ie, a so-called two-dimensional detector in which a plurality of detection pixels are two-dimensionally mapped.
이 때문에, 통상적인 제품 레벨의 제조에서는, 예를 들면, 40×40개의 검출 화소(X선이나 광을 감지하는 단위 화소)를 2차원으로 배치한 구형상(矩形狀)의 어레이 구조(예를 들면, 8mm×8mm의 사이즈)의 모듈을 작성한다. 이 모듈을 복수 개 준비해, 그것들을 종횡 2차원으로 상호 조밀하게 인접시켜 2차원 검출기를 구성하여, 일방향에서 상호 조밀하게 인접시켜 1차원 검출기라고도 할 수 있는 라인 검출기를 구성한다.For this reason, in normal product-level manufacturing, for example, a spherical array structure (eg, a spherical array structure in which 40×40 detection pixels (unit pixels for sensing X-rays or light) are arranged two-dimensionally) For example, a module with a size of 8 mm x 8 mm) is created. A plurality of these modules are prepared, and they are closely adjacent to each other in two dimensions vertically and horizontally to constitute a two-dimensional detector, and densely adjacent to each other in one direction to constitute a line detector, which can also be referred to as a one-dimensional detector.
이와 같이 복수의 모듈을 조밀하게 인접시키는 경우, 조립 정밀도의 향상이나 배선 스페이스 등을 확보하기 위한, 모듈 간에 일정 폭의 갭(간극(間隙), 공극(空隙))을 마련할 필요가 있다. 이 갭의 폭은 통상, 1 검출 화소의 0.5배~2배 정도로 설정하는 경우가 많다.When a plurality of modules are densely adjoined in this way, it is necessary to provide gaps (gaps and voids) of a certain width between modules in order to improve assembly precision, secure wiring space, and the like. The width of this gap is usually set to about 0.5 to 2 times the width of one detection pixel in many cases.
물론, 이 갭을 마련하는 것은, 갭 부분에는 검출 화소가 없는 것이며, 재구성 화상의 아티팩트(artifact)도 된다. 이 때문에, 모듈형의 2차원 검출기나 라인 검출기에 의해 수집된 X선 투과 데이터(프레임 데이터)를 재구성하는 경우, 이러한 갭 부분에 검출 화소가 존재하지 않는 것으로 인한 수집 데이터의 부족을 보충하는 보정을 실시할 필요가 있다.Of course, providing this gap means that there is no detection pixel in the gap portion, and may also be an artifact of the reconstructed image. For this reason, when reconstructing X-ray transmission data (frame data) collected by a modular two-dimensional detector or a line detector, correction to compensate for the lack of collected data due to the absence of detection pixels in these gaps is performed. need to be carried out
라인 검출기를 이용하는 경우에는 특히, 그러한 보정은 필수이다. 라인 검출기, 즉, 적어도 검출 영역이 평면시에서 세장의 구형상을 이루는 검출기를 이용해 스캔하여 방사선 데이터를 수집하는 경우, 그 검출기의 긴 방향(長手)에 직교하는 스캔 방향으로, 그 직교 자세를 유지한 채로, 검출기를 이동(스캔)시키는 것이 일반적이기 때문이다. 이 경우, 모듈 간의 간극의 길이 방향(폭방향에 직교하는 방향)은, 스캔 방향에 평행해지므로, 라인 검출기의 이동에 의해, 방사선을 검출하지 않는 갭 부분도 그대로 스캔 방향으로 이동할 뿐이다.Especially when using a line detector, such a correction is essential. When radiation data is collected by scanning using a line detector, that is, a detector in which at least the detection area has an elongated spherical shape in plan view, the orthogonal posture is maintained in the scanning direction orthogonal to the longitudinal direction of the detector. This is because it is common to move (scan) the detector while it remains. In this case, since the longitudinal direction (direction orthogonal to the width direction) of the gap between modules is parallel to the scan direction, the movement of the line detector only moves the gap portion that does not detect radiation as it is in the scan direction.
그 때문에, 갭의 존재에 따른 단점(不都合)을 해소하기 위해, 특허문헌 2, 3, 및 4에 기재된 대책이 알려져 있다. 이들 특허문헌 중, 특허문헌 2에 의하면,Therefore, in order to eliminate the disadvantage accompanying presence of a gap, the countermeasure described in patent documents 2, 3, and 4 is known. Among these patent documents, according to patent document 2,
ⅰ)라인 검출기 전체를 그대로 스캔 방향(예를 들면, 직교 좌표에서의 횡방향(橫方向)으로 설정)에 직교하는 종방향(縱方向)에 대해서, 소정 각도로 비스듬하게 배치하는, 소위, 「검출기 경사 배치」의 예, 및i) A so-called " an example of 'detector tilt arrangement', and
ⅱ)라인 검출기 자체는 종방향으로 배치하지만, 각 검출 모듈을 그 종방향을 이루는 직교축으로부터 소정 각도로 비스듬하게 인접 배치하는, 소위, 「모듈 경사 배치」의 예가 나타나 있다.ii) The line detector itself is arranged in the longitudinal direction, but an example of so-called "module inclined arrangement" is shown in which each detection module is arranged obliquely at a predetermined angle from an orthogonal axis constituting the longitudinal direction.
또한, 특허문헌 3에 의하면, 라인 검출기 및 2차원 검출기의 쌍방에서,Moreover, according to patent document 3, in both a line detector and a two-dimensional detector,
ⅲ)파노라마 촬영 시에서의 상기 ⅱ)의 구성, 및iii) the configuration of ii) in the case of panoramic shooting, and
ⅳ)모듈 그 자체를 마름모형으로 형성하고, 그 2차원 배열의 검출 화소의 좌표계를 상기 직교축에 대해서 소정 각도로 비스듬하게 한 변형예가 나타나 있다.iv) A modified example in which the module itself is formed in a rhombus shape and the coordinate system of the detection pixels of the two-dimensional array is inclined at a predetermined angle with respect to the orthogonal axis is shown.
게다가, 특허문헌 4는,In addition, Patent Document 4,
ⅴ)상기 ⅰ)에 따른 라인 검출기의 배치예를 나타내고 있다.v) An example of arrangement of the line detector according to i) is shown.
이와 같이 어느 특허문헌 2, 3, 및 4에서도, 검출기 혹은 각 검출 모듈의 경사 배치에 의해서, 스캔 중에 갭, 즉, 방사선을 검출할 수 없는 띠상(帶狀)의 불감(不感) 영역이 스캔 방향에 계속 남는 상태를 회피하고, 이러한 불감 영역의 불검출을 후처리(예를 들면, 주변화소와의 서브픽셀법)에 의해 보상할 수 있도록 하고 있다.As described above, in any of Patent Documents 2, 3, and 4, a gap, that is, a band-like insensitive region in which no radiation can be detected, is formed during scanning due to the inclined arrangement of the detector or each detection module in the scanning direction. In order to avoid the state remaining in the , the non-detection of such a dead area can be compensated for by post-processing (eg, sub-pixel method with neighboring pixels).
본 발명은, 상술한 종래의 「검출기 경사 배치」 및 「모듈 경사 배치」의 구성을 수반하는 방사선 검출기가 안고 있는 단점을 감안해 이루어진 것으로, 특히, 검출용 모듈 간의 갭에 화소가 존재하지 않아 불감 영역이 되는 것의 영향을 보상하여, 경사 스캔에 의한 고 해상도 화상의 재구성을 가능하게 하면서, 피폭선량의 보다 한층의 저감화, 및 보다 넓은 촬영 영역을 보다 단시간에 데이터 수집할 수 있고, 나아가서는, 제조 코스트도 억제할 수 있는, 검사 현장에 의해 도입하기 쉬운 방사선 검출 장치 및 그 장치를 탑재한 방사선 검사 시스템을 제공하는 것을 그 주 목적으로 한다.The present invention was made in consideration of the disadvantages of the radiation detector accompanying the conventional "detector inclined arrangement" and "module inclined arrangement" configurations described above. Compensating for the effect of this, while enabling reconstruction of a high-resolution image by oblique scan, further reduction in exposure dose, data collection over a wider imaging area in a shorter time, and consequently manufacturing cost Its main object is to provide a radiation detection apparatus which can be easily introduced by an examination site, and a radiation examination system equipped with the apparatus.
또한, 상기 목적을 달성시키는 것과 함께, 게다가, 데이터 수집의 시상차를 실용에 견딜 수 있을 정도로 적게 억제할 수 있는 방사선 검출 장치 및 그 장치를 탑재한 방사선 검사 시스템을 제공하는 것도 바람직하다.In addition to achieving the above object, it is also desirable to provide a radiation detection apparatus capable of suppressing the lag in data collection to a level tolerable for practical use, and a radiation inspection system equipped with the apparatus.
그래서, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 방사선 검출 장치 및 방사선 검사 시스템의 주요한 특징은 이하와 같다.Then, in order to achieve the above object, the main features of the radiation detection apparatus and radiation inspection system according to the present invention are as follows.
그 하나의 설명적인 예는, 이하와 같다. 방사선을 검지하는 화소를 서로 직교하는 제1 방향 및 제2 방향의 2차원으로 배열시킨 화소 배열을 가지는 모듈을 복수, 상기 제1 방향으로, 상호 소정 폭의 공극을 통해 인접해 배치시킨 모듈 종렬체(縱列體)를 가지고, 상기 모듈 종렬체는 상기 제1 방향에 따른 장변 및 제2 방향에 따른 단변을 가지고 또한 상기 장변이 상기 단변 보다 길고, 또한, 평면시에서 세장(細長)의 구형상(矩形狀)으로 형성된 세장 검출기와,One explanatory example is as follows. A module column body in which a plurality of modules having a pixel arrangement in which pixels for detecting radiation are arranged two-dimensionally in a first direction and a second direction orthogonal to each other are arranged adjacent to each other in the first direction through a gap of a predetermined width (縱列体), wherein the module column has a long side along the first direction and a short side along the second direction, the long side is longer than the short side, and has an elongated spherical shape in plan view. A thin field detector formed of
상기 세장 검출기를, 상기 제2 방향을 스캔 방향에 향하고 또한 상기 제1 방향을 상기 스캔 방향에 직교하는 방향에 향한 자세로 지지하는 것과 함께, 상기 스캔 방향에 대해서 소정 각도를 이루는 경사 방향으로 이동 가능하게 지지하는 검출기 지지부와,The elongated detector is supported in a posture in which the second direction is directed to the scanning direction and the first direction is directed to a direction orthogonal to the scanning direction, and is movable in an oblique direction forming a predetermined angle with respect to the scanning direction. a detector support for supporting the
상기 방사선이 조사되는 촬상 시에, 스캔 명령에 따라서, 상기 세장 검출기를 상기 경사 방향으로 이동시키는 이동 수단을 갖춘 것을 특징으로 한다.and moving means for moving the elongated detector in the oblique direction in response to a scan command during imaging to which the radiation is irradiated.
바람직하게는, 상기 화소 배열은, 상기 제1 및 제2 방향으로 이루어진 2차원 평면에서 상기 제2 방향에 따른 행(行)과 상기 제1 방향에 따른 열(列)에 따른 화소 배열이고,Preferably, the pixel arrangement is a pixel arrangement along rows and columns along the first direction in a two-dimensional plane formed in the first and second directions,
상기 세장 검출기는, 상기 제2 방향에서 상호 이간해 배치되고, 또한, 각각이 상기 검출기 지지부에 의해 상기 스캔 방향으로 이동 가능하게 지지되는 복수의 세장 검출기로 구성되고,The elongation detector includes a plurality of elongation detectors arranged apart from each other in the second direction, and each of which is supported movably in the scan direction by the detector support portion;
상기 복수의 세장 검출기의 각각은, 상기 스캔 명령에 응답하여, 상기 스캔 방향에서의 인접하는 다른 세장 검출기의 이동 개시 위치까지의 스캔 범위를 분담하도록 배치된다.Each of the plurality of elongated detectors is arranged to share a scan range up to a movement start position of another adjacent elongate detector in the scan direction in response to the scan command.
바람직한 일례에 의하면,According to a preferred example,
상기 화소 배열은, 상기 제1 및 제2 방향으로 이루어진 2차원 평면에서 상기 제2 방향에 따른 행과 상기 제1 방향에 따른 열에 따른 화소 배열이고,The pixel arrangement is a pixel arrangement along rows and columns in the first direction on a two-dimensional plane formed in the first and second directions,
상기 세장 검출기는, 상기 제2 방향에서 서로 이간해 배치되고, 또한, 각각이 상기 검출기 지지부에 의해 상기 스캔 방향으로 이동 가능하게 지지되는 복수의 세장 검출기로 구성되고,The elongation detector includes a plurality of elongation detectors arranged apart from each other in the second direction and each supported so as to be movable in the scan direction by the detector support unit,
상기 복수의 세장 검출기의 각각은, 상기 스캔 명령에 응답하여, 상기 스캔 방향에서의 인접하는 다른 세장 검출기의 이동 개시 위치까지의 스캔 범위를 분담하도록 배치된다.Each of the plurality of elongated detectors is arranged to share a scan range up to a movement start position of another adjacent elongate detector in the scan direction in response to the scan command.
게다가, 바람직하게는,Furthermore, preferably,
상기 검출기 지지부는,The detector support portion,
상기 복수의 세장 검출기의 각각을, 상기 스캔 방향에서 서로 동일한 거리만큼 이간해서 배치되고, 상기 스캔 명령에 수반하는 상기 스캔 방향의 이동 거리가 서로 동일해지도록 구성된다. 이 경우, 상기 복수의 세장 검출기는 2개이다. 또한, 상기 복수의 세장 검출기는 3개여도 무방하다.Each of the plurality of elongated detectors is arranged to be spaced apart from each other by the same distance in the scan direction, and a movement distance in the scan direction accompanying the scan command is configured to be equal to each other. In this case, the plurality of elongated detectors are two. In addition, the number of the plurality of elongation detectors may be three.
또한, 상술한 다양한 형태의 방사선 검출 장치와, 상기 방사선을 조사하는 방사선 발생 장치를 갖춘 방사선 검사 시스템도 제공된다.In addition, there is provided a radiation inspection system having the above-described various types of radiation detection apparatus and a radiation generating apparatus for irradiating the radiation.
여기서, 방사선은 X선이나 감마선을 포함하고, 의료용 및 비파괴 검사 외에, 우주에서 날아오는 각종 방사선도 포함한다. 화소란, 세장 검출기에 입사하는 방사선을 받는 물리적인 검출 화소의 최소 단위이다. 게다가, 세장 검출기의 「세장(細長)」이란, 배경 기술의 항에서 설명한 것처럼, 평면시(平面視)(즉, 방사선이 입사하는 면(방사선 입사창을 포함함)을 방사선측에서 본 시선(視線) 방향에 따라서 본 시야를 지시한다)에서, 모듈 종렬체의 상면(上面)의 형상이 가늘고 길다는 것이다. 이 때문에, 세장(細長)의 구형(矩形)(즉, 모듈 종렬체)은, 복수의 모듈이 인접해 종렬 배치(단, 모듈 상호 간의 간극을 포함함)된 방향(제1 방향)으로 신장하는 장변과, 그 장변에 직교하는 방향(제2 방향)으로 신장하는 단변(길이가 장변 보다 짧다)을 가진다. 이 단변에 따른 방향, 즉, 제2 방향은 방사선 촬영을 위한 스캔 방향에 합치(合致)하고 있다. 덧붙여, 세장 검출기(모듈 종렬체)는, 그 장변의 방향이 제1 방향에 합치된 자세를 유지한 채로, 상기 스캔 방향에서 소정 각도만큼 경사진 방향으로 이동된다.Here, the radiation includes X-rays or gamma rays, and in addition to medical and non-destructive testing, various radiations flying from space are also included. A pixel is the smallest unit of a physical detection pixel that receives radiation incident on the elongated detector. In addition, as described in the section of the background art, the "long length" of the elongated detector is a line of sight (in other words, a plane view (that is, a plane on which radiation is incident (including a radiation incident window)) viewed from the radiation side. (direction indicates the view along the arrow), the shape of the upper surface of the module column is long and slender. For this reason, the elongated spherical shape (that is, the module column body) extends in a direction (first direction) in which a plurality of modules are adjacently arranged in a column (however, including the gap between the modules). It has a long side and a short side (length shorter than the long side) extending in a direction (second direction) orthogonal to the long side. The direction along this short side, ie, the 2nd direction, coincides with the scanning direction for radiographic imaging. In addition, the elongation detector (module column) is moved in a direction inclined by a predetermined angle in the scan direction while maintaining the posture in which the direction of the long side coincides with the first direction.
이때, 모듈 상호 간에 설치되는 공극(간극, 갭)은, 평면시에서, 제1 방향(장변의 방향)으로는 소정의 폭을 가지고, 제2 방향(단변의 방향, 스캔 방향)에 따라서 평행한 장방형(長方形)을 이룬다.At this time, the gaps (gap, gap) provided between the modules have a predetermined width in the first direction (long side direction) in plan view, and are parallel along the second direction (short side direction, scan direction). form a rectangle.
덧붙여, 본 개시에서, 「세장(細長)하다」라는 용어는, 전술한 라인과 같은 단책(短冊) 형상을 의미하고, 또한, 스트립상, 라인상, 리니어 등이라고도 칭해도 무방한 형상을 지시한다.Incidentally, in the present disclosure, the term "elongate" means a strip shape such as the above-mentioned line, and also indicates a shape that may be called a strip shape, a line shape, a linear shape, etc. .
이 방사선 검출 장치 및 그것을 탑재한 방사선 검사 시스템에 있어서, 특히 바람직하게 채용되는 복수의 세장 검출기에 의해 일정 면적의 촬영 영역이 각각 분담해 스캔된다. 즉, 복수의 세장 검출기가 병행해서, 스캔 방향인 제2 방향 또는 그 경사 방향(실질적으로 제2 방향, 즉, 스캔 방향이라고 간주할 수 있다)으로 이동된다. 이에 따라, 복수의 세장 검출기 각각은 병행해서, 대상물을 투과해온 방사선을 검출한다. 이 때문에, 종래처럼 1개의 세장 검출기를 스캔시켜서 촬영 영역을 커버시키는 구성에 비해, 스캔 시간이 큰 폭으로 단축된다.In this radiation detection apparatus and a radiation inspection system equipped with the same, an imaging area of a certain area is divided and scanned by a plurality of particularly preferably employed elongated detectors. That is, the plurality of elongated detectors are moved in parallel in the second direction, which is the scan direction, or the oblique direction thereof (substantially the second direction, that is, it can be regarded as the scan direction). Accordingly, each of the plurality of elongated detectors detects the radiation that has passed through the object in parallel. For this reason, compared with the conventional structure which scans one elongate detector and covers an imaging area, a scan time is shortened significantly.
예를 들면, 복수의 세장 검출기를 스캔 방향인 제2 방향으로 상호 이간시키고 또한 스캔 분담 범위가 등분이 되도록 배치하고 있는 경우, 전체의 스캔 시간은 개략적으로 「1/검출기 수」로 단축된다.For example, when a plurality of elongated detectors are spaced apart from each other in the second direction, which is the scan direction, and the scan sharing range is arranged so that they are equal, the total scan time is roughly shortened to "1/number of detectors".
따라서, 화질 조건이 동일한 경우, 산란선의 혼입(混入)이 적어지는 것과 함께, 촬영 시간의 단축을 도모할 수 있다. 동시에, 피폭선량의 저감도 기대할 수 있다. 이러한 시점은 특히 의료 분야의 진단 장치에서는 극히 중요하다. 게다가, 복수의 세장 검출기는, 전체의 촬영 영역 중 각각이 할당된 스캔 방향의 분담 범위 만의 데이터 수집에 종사하면 무방하다. 즉, 복수의 세장 검출기가 분담해 1개의 촬영 영역을 스캔하면 무방하다. 이에 따라, 피폭선량 및 스캔 시간의 밸런스를 도모하면서, 보다 넓은 촬영 영역을 확보하기 쉬워진다.Accordingly, when the image quality conditions are the same, mixing of scattered rays is reduced and the imaging time can be shortened. At the same time, a reduction in exposure dose can also be expected. This point of time is extremely important, especially for diagnostic devices in the medical field. In addition, the plurality of elongated detectors may be engaged in data collection of only the shared range in the scan direction to which each of the entire imaging area is assigned. That is, it is okay if a plurality of thin detectors share and scan one imaging area. This makes it easier to secure a wider imaging area while balancing the exposure dose and the scan time.
게다가, 검출 모듈을 일면(一面)에 늘어놓은 2차원 검출기를 채용하는 경우에 비해, 일반적으로 고가인 후술의 광자 계수형이나 고 감도의 적분형(積分型) 검출 모듈의 사용 수가 적게 들고, 또한, 검출 회로 채널 수도 적게 든다. 따라서, 검출 모듈의 부품 비용 증가에 수반하는 제조 코스트의 증가를 억제할 수 있어, 보다 검사 현장에 도입시키기 쉽다.In addition, compared to the case of employing two-dimensional detectors in which the detection modules are arranged on one surface, the number of use of the later-described photon counting type or high-sensitivity integration type detection module, which is generally expensive, is small, and , the number of detection circuit channels is also small. Therefore, it is possible to suppress an increase in the manufacturing cost accompanying an increase in the component cost of the detection module, and it is easier to introduce it into the inspection site.
덧붙여, 경사 이동 방향은, 스캔 방향(제2 방향, 단변 방향)에 대해서 비스듬하게 향하고 있지만, 기하학적으로는, 반대로, 직교 방향(제1 방향, 장변 방향)에 대해서 비스듬하다고 해도 물론 무방하다. 경사 이동 방향의 소정 각도는, 화소 사이즈 및 모듈 종렬체의 제2 방향에 따른 폭(화소 수에 따른 가로폭)에 근거해, 수 도(度)∼20도 정도로 설계하는 것이 현실이다. 이 때문에, 그 경사 이동 방향을 스캔 방향이라고 정의해도 무방하지만, 본래, 스캔하려는 방향은 제2 방향(횡방향)이므로, 스캔을 위한 이동 방향이 스캔 방향에 대해서 비스듬하다, 고 하는 정의가 자연스럽다.Incidentally, although the oblique movement direction is obliquely oriented with respect to the scan direction (second direction, short side direction), geometrically, of course, it may be slanted with respect to the orthogonal direction (first direction, long side direction) to the contrary. In reality, the predetermined angle in the inclination movement direction is designed to be about several to 20 degrees based on the pixel size and the width (width according to the number of pixels) along the second direction of the module column. For this reason, although the inclined movement direction may be defined as the scan direction, the original scan direction is the second direction (lateral direction), so it is natural to define that the movement direction for scanning is oblique to the scan direction. .
덧붙여, 본 개시에서는, 원래는, 제2 방향=스캔 방향으로서 설정하고 있으므로, 이 스캔 방향, 즉, 모듈 종렬체의 짧은 방향(短手)에 따른 제2 방향에 대해서 소정 각도만큼 비스듬하게 향한 방향도 실질적으로 스캔 방향이라고 간주할 수 있다.Incidentally, in the present disclosure, since the second direction is originally set as the scanning direction, the direction directed obliquely by a predetermined angle with respect to this scanning direction, that is, the second direction along the transverse direction of the module column body. can also be considered as a scan direction in practice.
덧붙여, 본 개시에 따른 방사선 검출 장치는, 복수의 세장 검출기를, 각각, 방사선의 광자(photon)의 수를 계측해, 해당 포톤의 수를 상기 방사선의 양으로서 검출하는 광자 계수형 처리 회로를 갖춘 검출기로 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 이러한 스캔형 검출 및 광자 계수 처리에 의해서, 촬영 영역 전체를 검출 화소로 내장한 회로 구성이나 방사선으로부터 전기 신호로 직접 변환하는 직접 변환형 검출기 회로 구성에 비해, 회로 구성의 억제, 발열량의 억제, 및 부품 코스트에 따른 제조 코스트의 저감화 외에, 광자 계수에 의한 검출 감도의 향상 등 검출 성능 면에서의 우위성은 물론, 그 검출 데이터에 근거한 처리에 의해 에너지 식별에 의한 고 정밀도의 물질 동정(同定)도 가능하게 하는 등의 이점을 얻을 수 있다.In addition, the radiation detection apparatus according to the present disclosure includes a photon counting type processing circuit for measuring the number of photons of the radiation, respectively, and detecting the number of photons as the amount of the radiation in the plurality of elongated detectors It is preferable to configure it as a detector. That is, by such scan-type detection and photon counting processing, the circuit configuration is suppressed and the amount of heat generated is suppressed, compared to a circuit configuration in which the entire imaging region is built as a detection pixel or a direct conversion detector circuit configuration that directly converts radiation into an electrical signal. In addition to reduction of manufacturing cost due to , and component cost, superiority in detection performance such as improvement of detection sensitivity by photon counting, as well as high-precision substance identification by energy identification by processing based on the detection data It can also have advantages such as enabling
또한, 다른 설명적인 예에 따른 방사선 검출 장치에서는, 상기 복수의 세장 검출기는, 상기 모듈 종렬체의 길이가 서로 다른, 복수의 제1 세장 검출기 및 복수의 제2 세장 검출기를 갖추고,In addition, in the radiation detection apparatus according to another illustrative example, the plurality of elongated detectors include a plurality of first elongated detectors and a plurality of second elongated detectors having different lengths of the module columns,
상기 복수의 제1 세장 검출기와 상기 복수의 제2 세장 검출기를 일체(一體)로 지지하는 검출기 지지부와,a detector support for integrally supporting the plurality of first elongation detectors and the plurality of second elongation detectors;
상기 방사선에 의한 스캔 시에 상기 검출기 지지부를 상기 경사 방향으로 일정 속도로 이동시키는 이동 수단Moving means for moving the detector support in the inclined direction at a constant speed when scanning by the radiation
을 갖추고,equipped with,
상기 검출기 지지부는,The detector support part,
상기 복수의 제1 세장 검출기를 상기 제2 방향에서 제1 이간 거리로 상호 디스크리트(Discrete)하게 지지하는 것과 함께, 상기 복수의 제1 세장 검출기가 스캔하는 것에 의해 커버하는 상기 방사선에 의한 촬영 영역의 일부의 영역에서, 상기 복수의 제1 세장 검출기 중 일부의 제1 세장 검출기의 상기 제2 방향의 일부와 함께, 상기 제2 방향에서 상기 제1 이간 거리 보다 짧은 제2 이간 거리로, 상기 복수의 제2 세장 검출기를 상호 디스크리트하게 지지하도록 구성된 것을 특징으로 한다.While supporting the plurality of first elongated detectors discretely from each other by a first separation distance in the second direction, the area of the imaging area covered by the plurality of first elongated detectors is scanned by the radiation. In a portion of the region, a second separation distance shorter than the first separation distance in the second direction together with a portion of the second direction of some of the first thin detectors of the plurality of first elongate detectors, the plurality of and configured to support the second elongated detectors mutually discretely.
또한, 상술한 다양한 형태의 방사선 검출 장치와, 상기 방사선을 조사하는 방사선 발생 장치를 갖춘 방사선 검사 시스템도 제공된다.In addition, there is provided a radiation inspection system having the above-described various types of radiation detection apparatus and a radiation generating apparatus for irradiating the radiation.
이 방사선 검출 장치 및 그것을 탑재한 방사선 검사 시스템에 있어서, 검출기 지지부에 의해, 복수 개의 제1 세장 검출기 및 복수 개의 제2 세장 검출기는, 모두 일체로, 그 자세가 제1 방향(장변 방향에 직교하는 방향)을 향해서 지지되는 것과 함께, 스캔을 위한 소정 방향으로 이동 가능하게 지지되고 있다. 이 소정 방향은, 일례로서, 제2 방향(각 세장 검출기의 가로폭에 따른 방향)에서 소정 각도로 설정된 경사 방향인 것이 바람직하다. 이동 수단은, 이 검출기 지지부를, 예를 들면, 프론트엔드 프로세서(front-end processor) 등에서 나오는 스캔 명령에 따라 이동시킨다. 이에 따라, 방사선의 스캔 촬영이 행해진다. 이 때문에, 촬영 시에는, 복수 개의 제1 세장 검출기 및 복수 개의 제2 세장 검출기가 검출기 지지부에 의해, 제1 방향으로 늘어선 자세를 유지하면서도, 스캔 방향으로 이동된다.In this radiation detection apparatus and the radiation inspection system mounted therewith, the plurality of first thin detectors and the plurality of second thin detectors are all integrally formed by the detector support unit, and their postures are arranged in a first direction (orthogonal to the long side direction). direction) while being supported movably in a predetermined direction for scanning. The predetermined direction is preferably, as an example, an inclined direction set at a predetermined angle in the second direction (direction along the width of each elongated detector). The moving means moves the detector support according to a scan command from, for example, a front-end processor or the like. Thereby, scanning imaging of radiation is performed. For this reason, at the time of imaging, the plurality of first thin detectors and the plurality of second thin detectors are moved in the scanning direction while maintaining the postures aligned in the first direction by the detector support portion.
방사선원으로부터 조사된 방사선(X선 등)의 선속(線束)은 대상물을 투과해, 제1 및 제2 세장 검출기의 방사선 입사창으로부터 입사되고, 각 모듈에 의해, 예를 들면, 그 선속의 포톤 수가 입사 방사선량으로서 계측된다.A beam of radiation (such as X-rays) irradiated from a radiation source passes through an object and is incident from the radiation incident windows of the first and second elongated detectors, and the number of photons of the beam is, for example, by each module. It is measured as the incident radiation dose.
이 방사선 검출기의 스캔 동작에 의하면, 제1 및 제2 세장 검출기(라인 검출기, 리니어 검출기 등으로 칭해도 무방하다)는 평면시에서 종방향(제1 방향)에 따라서 정렬한 채로, 제2 방향에 경사진 방향으로 이동된다.According to the scanning operation of this radiation detector, the first and second elongated detectors (which may be referred to as line detectors, linear detectors, etc.) are aligned along the longitudinal direction (first direction) in plan view, and in the second direction. moving in a slanted direction.
이 다른 예의 방사선 검출 장치에 의하면, 전술한 양태에 따른 다양한 작용 효과를 향수할 수 있는 것 외에, 이하와 같은 작용 효과도 얻을 수 있다.According to the radiation detection apparatus of this other example, in addition to being able to enjoy various effects according to the above-described aspect, the following effects can also be obtained.
즉, 복수의 제1 세장 검출기에 더하여, 복수의 제2 세장 검출기가, 상기 복수의 제1 세장 검출기의 촬영 영역의 국소적인 일부를, 시상차의 면에서 보다 세밀하게 검출할 수 있도록 배치되어 있다. 게다가, 양방의 제1 및 제2 세장 검출기는 모두 일체로, 스캔을 위해서, 예를 들면, 상술한 경사 방향으로 이동된다. 이 때문에, 제2 세장 검출기도 상술한 작용 효과를 향수하면서, 제1 세장 검출기보다 데이터 수집의 스캔 위치의 상이로 인한 시상차를 줄일 수 있다. 예를 들면, 어느 스캔 조건 하에서, 복수의 제1 세장 검출기 각각의 스캔 개시와 스캔 종료 사이의 시간차를 0.15초로 한다. 이때, 제2 방향(횡방향)에서의 복수의 제2 세장 검출기의 실장(實裝) 밀도를 복수의 제1 세장 검출기의 그것보다, 예를 들면, 3배로 하고, 또한, 전체 촬영 영역의 필요한 국소적인 영역을 커버하도록 제2 세장 검출기를 배치할 수 있다. 이에 따라, 복수의 제2 세장 검출기 각각의 스캔 개시와 스캔 종료 사이의 시간차를 0.05초로 단축할 수 있다. 이는, 예를 들면, 사람의 흉부 X선 촬영에 있어서 임상의 장소에서 요구되는 니즈에 합치된다.That is, in addition to the plurality of first thin detectors, a plurality of second thin detectors are arranged so that a local part of the imaging region of the plurality of first thin detectors can be detected more precisely in terms of sagittal difference. . Moreover, both the first and second elongation detectors are integrally moved for scanning, for example in the above-described oblique direction. For this reason, it is possible to reduce the lag difference due to the difference in the scan positions of data collection compared to the first thin detector, while the second thin detector also enjoys the above-described operational effects. For example, under a certain scan condition, the time difference between the scan start and the scan end of each of the plurality of first elongated detectors is 0.15 second. At this time, the mounting density of the plurality of second elongated detectors in the second direction (lateral direction) is, for example, three times that of the plurality of first elongated detectors, and the required A second elongate detector may be positioned to cover a localized area. Accordingly, the time difference between the scan start and the scan end of each of the plurality of second elongated detectors can be shortened to 0.05 seconds. This is in accordance with the needs required in the clinical setting, for example in human chest X-ray imaging.
게다가, 복수의 제2 세장 검출기는, 제1 방향에서, 모두 길이가 같은 복수의 제1 세장 검출기 보다 짧기 때문에, 이 제2 세장 검출기를 전체 촬영 영역의 어느 부분을 커버시킬지에 대한 배치의 자유도는 높다.In addition, since the plurality of second elongated detectors are shorter than the plurality of first elongated detectors all of the same length in the first direction, the degree of freedom in the arrangement of which part of the entire imaging area the second elongate detector is covered is high.
게다가, 복수의 제1 세장 검출기의 일부는, 그 제1 방향에서, 제2 세장 검출기를 겸용하는 구성도 채용할 수 있다. 이에 따라, 제1, 제2 세장 검출기의 수를 필요 최소한으로 억제할 수 있어, 구조의 복잡화도 억제할 수 있는 것과 함께, 부품 코스트의 불필요한 증가도 회피할 수 있다.In addition, a configuration in which a portion of the plurality of first thin detectors also serves as the second thin detector in the first direction may be adopted. Thereby, the number of the 1st and 2nd thin detectors can be suppressed to a necessary minimum, the complexity of a structure can also be suppressed, and an unnecessary increase in component cost can also be avoided.
첨부 도면에서,
[도 1] 본 개시의 제1 실시 형태에 따른, X선 검출 장치를 갖춘 X선 검사 시스템이며, 세장 검출기의 제1 배치예를 상기 X선 검출 장치에 구비한 구성을 설명하는 개략 사시도.
[도 2] X선 검출 장치를 설명하는 일부 파단(破斷)한 평면도.
[도 3] X선 검출 장치를 그 평면에서 보았을 때의, 2개의 세장 검출기(X선 검출기)의 배치 및 경사 이동을 설명하는 도면.
[도 4] 세장 검출기의 다른 배치예인 제2 배치예를 설명하는 평면도.
[도 5] 세장 검출기의 다른 배치예인 제3 배치예를 설명하는 평면도.
[도 6] 세장 검출기의 다른 배치예인 제4 배치예를 설명하는 평면도.
[도 7] 세장 검출기의 다른 배치예인 제5 배치예를 설명하는 평면도.
[도 8] 세장 검출기의 다른 배치예인 제6 배치예를 설명하는 평면도.
[도 9] 세장 검출기의 다른 배치예인 제7 배치예를 설명하는 평면도.
[도 10] 세장 검출기의 다른 배치예인 제8 배치예를 설명하는 평면도.
[도 11] 세장 검출기의 일례를 설명하는 사시도.
[도 12] 세장 검출기에 탑재한 X선 검출의 모듈을 설명하는 측면도.
[도 13] 모듈의 평면도.
[도 14] 모듈의 신틸레이터 블록을 중심으로 한 개략 구성을 설명하는 사시도.
[도 15] 신틸레이터의 발광 동작을 설명하는 도면.
[도 16] 신틸레이터의 하면측에 배치된 SiPM의 배치를 예시적으로 설명하는 도면.
[도 17] SiPM의 각 화소분의 마이크로셀의 배치와 배선을 개략적으로 설명하는 도면.
[도 18] SiPM의 출력 신호를 에너지 변별해 광자 계수하는 처리 회로를 예시하는 블록도.
[도 19] X선 검사 시스템의 프론트엔드 프로세서를 중심으로 실행되는 스캔 동작을 예시하는 개략 플로우차트.
[도 20] 상기 스캔 동작을 2개의 세장 검출기로 실시했을 때의 스캔 분담 범위와 그 스캔 제어를 위한 속도 제어 프로파일을 설명하는 도면.
[도 21] 상기 스캔 분담 범위를 촬영 영역 및 화상 영역의 위치 관계에서 설명하는 설명도.
[도 22] 스캔 동작에서 수집된 광자량에 따른 데이터의 처리를 설명하는 도면.
[도 23] 데이터 처리의 일 공정인, 세장 검출기의 경사 이동에 수반하는 수집 프레임 데이터를 재구성 공간에 첩부(貼部)하는 상태를 모식적으로 설명하는 도면.
[도 24] 세장 검출기의 다른 배치예인, 3면 버터블을 설명한 제9 배치예를 설명하는 평면도.
[도 25] 본 개시의 제2 실시 형태에 따른, X선 검출 장치를 갖춘 X선 검사 시스템이며, 세장 검출기의 제3 배치예를 상기 X선 검출 장치에 구비한 구성을 설명하는 개략 사시도.
[도 26] 제2 실시 형태에 따른 X선 검출 장치를 그 평면에서 보았을 때의 세장 검출기(X선 검출기)의 배치를 설명하는 도면.
[도 27] 제2 실시 형태에 따른 X선 검출 장치를 그 평면에서 보았을 때의 세장 검출기의 경사 이동을 설명하는 도면.In the attached drawing,
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is an X-ray inspection system provided with the X-ray detection apparatus which concerns on 1st Embodiment of this indication, Comprising: A schematic perspective view explaining the structure provided with the 1st arrangement example of an elongate detector in the said X-ray detection apparatus.
[ Fig. 2 ] A partially broken plan view illustrating the X-ray detection device.
Fig. 3 is a diagram for explaining the arrangement and inclination movement of two elongated detectors (X-ray detectors) when the X-ray detection device is viewed in a plan view.
Fig. 4 is a plan view for explaining a second arrangement example that is another arrangement example of the elongated detector.
Fig. 5 is a plan view for explaining a third arrangement example that is another arrangement example of the elongated detector.
Fig. 6 is a plan view for explaining a fourth arrangement example that is another arrangement example of the elongated detector.
Fig. 7 is a plan view for explaining a fifth arrangement example that is another arrangement example of the elongated detector.
Fig. 8 is a plan view for explaining a sixth arrangement example that is another arrangement example of the elongated detector.
Fig. 9 is a plan view for explaining a seventh arrangement example that is another arrangement example of the elongated detector.
[ Fig. 10] A plan view for explaining an eighth arrangement example that is another arrangement example of the elongated detector.
Fig. 11 is a perspective view for explaining an example of a slender detector.
[ Fig. 12] A side view for explaining an X-ray detection module mounted on the elongated detector.
[Fig. 13] A plan view of the module.
[Fig. 14] A perspective view for explaining a schematic configuration centering on a scintillator block of a module.
[Fig. 15] A diagram for explaining the light emission operation of the scintillator.
[FIG. 16] A diagram exemplarily explaining the arrangement of SiPMs disposed on the lower surface side of the scintillator.
[Fig. 17] A diagram schematically explaining the arrangement and wiring of microcells for each pixel of the SiPM.
[Fig. 18] A block diagram illustrating a processing circuit for photon counting by energy discrimination of an output signal of SiPM.
[FIG. 19] A schematic flowchart illustrating a scan operation executed centering on a front-end processor of an X-ray inspection system.
[Fig. 20] Fig. 20 is a view for explaining a scan sharing range and a speed control profile for controlling the scan when the scan operation is performed with two thin detectors.
[FIG. 21] An explanatory diagram for explaining the scan sharing range in terms of the positional relationship between the imaging area and the image area.
[Fig. 22] A diagram for explaining the processing of data according to the amount of photons collected in the scan operation.
Fig. 23 is a diagram schematically explaining a state in which the collection frame data accompanying the inclination movement of the elongated detector, which is one step of data processing, is pasted to the reconstruction space;
[Fig. 24] A plan view for explaining a ninth arrangement example explaining a three-sided bubble, which is another arrangement example of the elongated detector.
25] A schematic perspective view illustrating a configuration in which an X-ray inspection system with an X-ray detection apparatus according to a second embodiment of the present disclosure is provided, wherein the X-ray detection apparatus is provided with a third arrangement example of the elongate detector.
26] A diagram for explaining the arrangement of the elongated detector (X-ray detector) when the X-ray detection device according to the second embodiment is viewed in a plan view.
Fig. 27 is a view for explaining inclination movement of the elongated detector when the X-ray detection device according to the second embodiment is viewed in a plan view;
이하, 본 발명에 따른 방사선 검출 장치, 및 그 방사선 검출 장치를 탑재한 방사선 검사 시스템의 실시 형태를 설명한다.Hereinafter, embodiments of a radiation detection apparatus according to the present invention and a radiation inspection system in which the radiation detection apparatus is mounted will be described.
덧붙여, 이 방사선 검출 장치는, 입사하는 방사선을 일단 광으로 변환해 그 선량을 방사선 광자 수로서 전기적으로 계측하는, 소위, 간접 변환형 검출 장치이다. 이 방사선 검출 장치에서 검출 대상으로 하는 광은, 광량이 예를 들어 수십pW~서브fW 정도로 낮기 때문에, 광자 계수(포톤카운팅)에 의해 검출하는 것이 바람직한, 소위, 미약광(微弱光)으로 분류되는 광이다. 본 실시 형태에서는, 이 미약광은, 방사선(X선 등)을 광 신호로 변환한 광으로서 얻어지는 것과 함께, 그 방사선은, 예를 들어 의료용 혹은 비파괴 검사에서 사용되는 전자파의 일종이다.Incidentally, this radiation detection device is a so-called indirect conversion type detection device that once converts incident radiation into light and electrically measures the dose as the number of radiation photons. In this radiation detection device, since the amount of light to be detected is as low as, for example, several tens of pW to sub-fW, it is preferable to detect by photon counting (photon counting), so-called weak light. it is light In the present embodiment, this weak light is obtained as light obtained by converting radiation (X-rays, etc.) into an optical signal, and the radiation is, for example, a kind of electromagnetic wave used in medical or non-destructive testing.
이 때문에, 이하의 실시 형태에서는, 방사선으로서의 X선을 취급하므로, 그 방사선 검출 장치는 X선 검출 장치로서 실시되고, 방사선 검사 시스템은 의료용, 비파괴 검사 등에 바람직한 X선 검사 시스템으로서 실시된다.For this reason, since X-rays as radiation are handled in the following embodiments, the radiation detection apparatus is implemented as an X-ray detection apparatus, and the radiation examination system is implemented as an X-ray examination system suitable for medical use, non-destructive examination, and the like.
[제1 실시 형태][First embodiment]
<기본적인 구성><Basic configuration>
본 개시에 따른 X선 검출 장치, 및 그 X선 검출 장치를 탑재한 X선 검사 시스템의 기본적인 구성을 도 1~도 3에 나타낸다.The basic structure of the X-ray detection apparatus which concerns on this indication, and the X-ray inspection system in which the X-ray detection apparatus is mounted is shown in FIGS.
도 1에 도시한 것처럼, X선 검사 시스템(11)은, X선 발생 장치(21) 및 X선 검출 장치(22)를 각각 대치해 갖추는 것과 함께, 그것들의 구동을 제어하는 구동ㆍ제어계의 시스템을 갖춘다. 이 구동ㆍ제어계의 시스템으로서는, X선 발생 장치(21)를 구동시키는 구동 장치(23), 및 X선 발생 장치(21)에 탑재한 콜리메이터(collimator)(33)의 이동을 제어하는 구동 장치(24)를 포함한다. 게다가, 이 구동ㆍ제어계의 시스템에는, X선 검출 장치(22)에 내장시킨 구동 장치(25)가 포함되는 한편, 그것들의 구동 장치(23, 24, 25)의 구동을 제어하는 것과 함께 X선 검출 장치(22)로부터의 데이터 수집을 제어하는 프론트엔드 프로세서(26), 및 그 수집한 데이터를 처리하는 유저 PC(컴퓨터)(27)도 포함된다.As shown in FIG. 1 , the
X선 검출 장치(22)는, 다음에 상술하지만, 도 1 및 도 2에 도시한 것처럼, X선을 입사시키는 최소 단위인 화소(물리적인 검출 화소)를 2차원으로 배치한 화소 어레이(PXay)를 가지고, 평면시에서 구형상(矩形狀)을 이루는, 통상, 모듈(132)이라고 불리는, 반도체칩 상에 광학계 및 전기계의 회로를 형성한 단위 소자를 복수, 탑재하고 있다. 구체적으로는, 이 모듈(132)을 복수 개, 동일 마더 기판 상에 하나의 방향에 따라서, 소정 폭의 갭(SP2)으로 서로 인접해 종렬 배치하여 모듈 종렬체(132M)를 구성하고 있다(도 3 참조).Although the
이와 같이, 갭(SP2)을 수반하면서, 평면시에서 세장의 형상(단책상, 라인상, 또는 리니어한 형상)의 X선 검출기(31)(이하, 이 X선 검출기를 세장 검출기 또는 단지 검출기라고 부른다)를 구성하고 있다. 덧붙여, 평면시란, 이 X선 검출기, 즉, 세장 검출기(31)에 X선을 입사시키는 X선 입사창(31W)을 상방(上方)에서 본 상태를 말한다. 세장 검출기는, 물론 그 배치 방향에 따라 종장(縱長) 검출기라고도 횡장(橫長) 검출기라고도 할 수 있다.In this way, the X-ray detector 31 (hereinafter, this X-ray detector is referred to as a elongate detector or just a detector) has an elongated shape (strip, line, or linear shape) in plan view while accompanying the gap SP 2 . is called) is composed. Incidentally, the planar view refers to a state in which the
모듈 종렬체(132M)는, 그 평면시에서 세장의 구형상이므로, 그 장변(31L)(제1 방향)과 그에 직교하는 단변(31S)(제2 방향)을 가진다. 이 때문에, 도시한 것처럼, 높이 방향, 긴 방향, 및 짧은 방향, 및 높이 방향을 직교축(X, Y, Z)으로 하는 직교 좌표계를 가상적으로 설정할 수 있다.Since the
덧붙여, 갭(SP2)은, 모듈 종렬체(132M)의 장변(31L)에 따른 제1 방향(Y축방향)에서, 예를 들면, 검출 화소의 0.5화소분~2화소분의 길이로 설정한 일정 폭을 가진다. 이 때문에, 통상, 장변(31L)에 따른 방향의 사이즈보다 단변(31S)에 따른 방향의 사이즈가 길어지는, 평면시에서 구형상(矩形狀)의 갭이 된다. 이 갭(SP2)의 부분에는 검출 화소가 존재하지 않아, X선에 대해서 불감 영역이 되고, 이 불감 영역이, 인접하는 모듈(132) 간에 위치한다.In addition, the gap SP 2 is set, for example, to a length of 0.5 to 2 pixels of the detection pixel in the first direction (Y-axis direction) along the
본 실시 형태에서는, 세장 검출기(31)(형상적으로는, 모듈 종렬체(132M)라고 바꿔말해도 무방하다)는, 그 장변(31L)이 제1 방향 Y(Y축방향)에 따라서 위치된 자세를 유지하면서, 그에 직교하는 제2 방향 Z(Z축방향)에 이동하면서 X선 스캔을 실시한다. 즉, 단변(31S)이 따르는 제2 방향(Z)이 스캔 방향(SD)으로 설정되어 있다.In the present embodiment, the
다만, 본 실시 형태에서는, 실제로는 X선 검출기(31)를, 제2 방향, 즉, 스캔 방향(SD)에 대해서 소정 각도θ(통상, 수 도~20도 정도가 화상 처리의 점에서 바람직함)만큼 비스듬하게 향한 방향(MD)(경사 방향)으로 이동시키면서, 그 이동 중에 일정한 프레임레이트(frame rate)로 X선 스캔을 실시하게 되어 있다.However, in this embodiment, the
덧붙여, 세장 검출기(31)를 이동시키는 방향은, 스캔 방향(SD)(제2 방향(Z)) 그 자체에 일치하고 있어도 무방하고, 그 경사 방향(MD)에 일치시켜도 무방하다. 도 1~3에는, 후자를 예시하고 있다.In addition, the direction in which the
이 세장 검출기(31)를 스캔 방향(SD)(경사 방향(MD)도 포함한다)으로 스캔시키는 것으로, 일정한 2차원 에리어인 촬영 영역(22W)의 X선 검출을 실시하는, 소위, 스캔형의 구성을 이루고 있다.The so-called scan type which performs X-ray detection of the
검사 대상(OB)과의 위치 관계에서, 스캔 방향(SD)을 어느 방향으로 설정할 것인가, 즉, X선 발생 장치(21)와 X선 검출 장치(22)를 오브젝트 공간을 통해 대치시킬 때 스캔 방향(SD)을 어느 방향으로 설정할 것인가 라는 것은, 특히, 의료용 검사 시스템에 있어서 중요하다. 이 점, 예를 들면, 사람의 흉부를 진단하는 경우에는, 흉부의 좌우 방향이 스캔 방향(SD)이 되도록 결정하거나, 흉부의 상하 방향이 스캔 방향(SD)이 되도록 결정한다고 하는 양태가 고려된다. 그 경우, 사람은 침대에 누운 상태로 촬영하거나, 입위(立位)로 촬영하는 양태도 고려된다.In the positional relationship with the inspection object OB, which direction to set the scan direction SD, that is, the scan direction when the
이에 더하여, 1개의 X선 검출 장치(22)에 탑재하는 세장 검출기(31)(X선 검출기)의 수도, 스캔 시간 등을 고려해 미리 정해져 있다. 도 1~3의 예에서는, 일정한 촬영 영역(22W)을 스캔 방향(SD)(제2 방향(Z))에서, 서로 등(等)거리씩 또는 부등(不等)거리씩 분담해 스캔 담당할 수 있도록, 같은 길이 및 같은 폭의 복수 개의 세장 검출기(31)가 디스크리트하게 탑재된다. 즉, 스캔 방향(SD)에 2개, 3개, 4개, …로 서로 등거리 또는 부등거리 만큼 사이를 두고 병치한 구성을 채용한다. 도 1~3에 나타내는 예의 경우, 세장 검출기(31)는 2개(311, 312)이며, 등거리의 스캔 분담 범위(R1, R2)(R1=R2)를 분담하도록 디스크리트하게 배치되어 있다. 스캔 분담 범위(R1, R2)는, 각각의 세장 검출기(31)가 담당하는 스캔의 담당 구간이라고도 할 수 있다.In addition, the number of the elongate detectors 31 (X-ray detectors) mounted on one
복수의 세장 검출기(31)의 각각은, X선 발생 장치(21)로부터의 X선 조사 상태에서, 서로 동기해 경사 방향(MD)으로 이동하면서, 도 3에 도시하는 것처럼, 자신이 분담하는 스캔 분담 범위(R1(R2))를 스캔한다. 물론, 그러한 세장 검출기(31)를 스캔 방향(SD)으로 이동시키는 스캔이어도 무방하다.As shown in FIG. 3 , each of the plurality of
등거리의 경우에는, 복수의 세장 검출기(31)의 스캔 개시 타이밍과 스캔 종료 타이밍은 동일하다는 것이 스캔 제어의 간단화 관점에서 바람직하다. 또한, 부등거리의 경우에는, 그러한 개시 및 종료의 타이밍은 상이해도 무방하고, 스캔 속도 조정에 따라서는 동일하게 해도 무방하다. 복수의 세장 검출기(31)의 스캔시키는 방식에는 다양한 양태가 있고, 그것은 이하의 다양한 실시 형태나 변형예에 의해 설명된다.In the case of equidistant, it is preferable from the viewpoint of simplification of scan control that the scan start timing and scan end timing of the plurality of
복수의 세장 검출기(31)를 마련해 상술한 것처럼, 서로 등거리의 스캔 분담 범위(R1, R2)(R1=R2)를 갖게 하는 경우, 세장 검출기를 1개 마련해 전체 스캔 범위(R1+R2)를 스캔시키는 구성에 비해, 스캔 시간을 개략적으로, 「1/검출기의 수」로 감소시킬 수 있다.When a plurality of
<X선 검출기의 배치예><Example of arrangement of X-ray detector>
다음에, X선 검출 장치(22)에 탑재 가능한 1개 또는 복수 개의 X선 검출기의 다양한 배치예를 중심으로 장치 구성을 설명한다.Next, the device configuration will be described focusing on various arrangement examples of one or a plurality of X-ray detectors that can be mounted on the
<제1 배치예><First arrangement example>
도 1~도 3을 재차 참조해, 제1 배치예에 따른, X선 검출 장치(22)에서의 세장 검출기(31)를 상술한다.1 to 3 again, the
도 1에 나타내는 X선 검출 장치(22)는, 예를 들면, X선 검사 시스템으로서 의료용 모달리티에 탑재된다. 물론, 의료용 용도에 한정되지 않고, 비파괴 X선 검사의 장치에도 바람직하게 탑재된다.The
의료용 모달리티로서는, X선 투과 촬영을 스캔형으로 실시하는 X선촬영 장치가 바람직한 예이다. 그 장치의 형상으로서는, 입위(立位)의 환자의 전후(前後)에 X선 검출기 및 X선 발생 장치를 위치시키는 시스템이나, 환자가 누운 침대를 상하(上下)에 사이에 두도록, X선 발생 장치와 X선 검출 장치를 C형 암의 양 선단에 각각 지지시키는 시스템을 예로 들 수 있다.As a medical modality, an X-ray imaging apparatus which performs X-ray transmission imaging in a scan type is a preferable example. As the shape of the device, it is a system in which an X-ray detector and an X-ray generating device are positioned before and after the patient in an oral position, or X-ray generation so that the bed on which the patient lies is placed between the top and bottom. An example is a system in which the device and the X-ray detection device are respectively supported at both ends of the C-shaped arm.
이 X선 검출 장치(22)의 외관 형상은 일례로서, 도 1~3에 도시하는 것처럼, 일정한 두께 및 상하면 사이즈를 가지는 대략, 박스상(box shape)으로 형성된 케이싱(41)을 가진다. 이 케이싱(41)은, X선 검사 시스템(11)의, 예를 들면, 탈부착 자재의 카세트로서 검출기 장전부(11D)에 장전된다. 이 검출기 장전부(11D)에 대치하도록, X선관(21X)(점상(点狀)의 X선 초점(F)), 이를 구동하는 고전압 발생기를 갖춘 구동 장치(23), 및 콜리메이터(33)를 갖춘 X선 발생 장치(21)가 배치된다.The external shape of the
이 때문에, 도 3에 도시하는 것처럼, 이러한 대치 방향을 높이 방향으로서 X축방향에 할당했을 때에, 세장 검출기(31), 즉, 모듈 종렬체(132M)의 장변(31L)에 따른 긴 방향(長手)(종방향: 제1 방향)을 Y축으로 하고, 또한, 그 단변(31S)에 따른 짧은 방향(短手)(폭방향: 제2 방향)을 Z축으로 한 직교 좌표계(XYZ)가 설정된다. 본 실시 형태에서는, 전술한 것처럼, 그 Z축방향(짧은 방향, 폭방향)을 스캔 방향(SD)으로 하고, 이 스캔 방향(SD)에 대해서 소정 각도θ만큼 경사진 경사 방향(MD)에 2개의 세장 검출기(31(311, 312)) 각각을 동기해 이동시키는 점이 특징의 하나이다.For this reason, as shown in FIG. 3, when such an opposition direction is assigned to the X-axis direction as a height direction, the longitudinal direction along the
물론, 후술하지만, Z축방향=스캔 방향(SD)=검출기 이동 방향, 즉, 소정 각도θ=0으로 설정하여 서로 동기해 스캔시킬 수도 있다.Of course, as will be described later, the Z-axis direction = the scanning direction SD = the detector movement direction, that is, the predetermined angle θ = 0 may be set to perform scanning in synchronization with each other.
이러한 2개의 세장 검출기(31(311, 312))의 이동을 위해, 도 3에 도시한 것처럼, 경사 방향(MD)을 향한 가이드 레일(42) 및 구동 장치(43)를 갖춘다. 2개의 세장 검출기(31(311, 312))는 각각 마더 기판(44)에 재치되어, 이 마더 기판(44)이 케이스를 통해 또는 그대로, コ자상(字狀)의 하나의 지지 프레임(45)(지지체) 위에 재치되어 있다. 이 지지 프레임(45)의 양 암부분에, 2개의 세장 검출기(31(311, 312))가 각각 고정설치되어 있다.For the movement of these two elongation detectors 31 ( 31 1 , 31 2 ), as shown in FIG. 3 , a
구동 장치(43)는, 예를 들어 전기 모터를 구동원으로 하는 리니어 액추에이터에 의해 구성되고, 그 구동과 함께 지지 프레임(45)을 이동시킨다. 지지 프레임(45)의 이면(裏面)은 가이드 레일(42)에 계지(係止)되어 있다. 가이드 레일(42)은, 스캔 방향(SD)(제2 방향)에 대해서 소정 각도θ로 비스듬하게, 즉, 경사 방향(MD)으로 배치되어 있다. 이 때문에, 구동 장치(43)가 구동하면, 지지 프레임(45)이 가이드 레일(42)에 의해 리니어하게 안내되면서 이동한다. 따라서, 2개의 세장 검출기(31(311, 312))가 경사 방향(MD)으로 이동된다.The
물론, 2개의 세장 검출기(31)를 바로 옆(眞橫)으로, 즉, 그 단변(31S)에 따른 짧은 방향(Z)(제2 방향)으로 이동시키는 경우, 가이드 레일(42)은 그 짧은 방향(Z)에 평행하게 마련하면 무방하다.Of course, when the two
가이드 레일(42)은, 경사 방향(MD) 또는 짧은 방향(Z)(=스캔 방향)에 따라서 평행하게 2개 이상 설치해도 무방하다. 또한, 구동 장치(43) 및 가이드 레일(42)의 다른 예로서, 가이드 레일의 안내 기능도 겸하여 1축 액추에이터라고 불리는 「구동원+안내 레일」을 일체화한 디바이스를 지지 프레임(45)의 이면측에 배설(配設)해도 무방하다.Two or
어느 구성이어도, 구동 장치(43)의 구동원은, 프론트엔드 프로세서(26)의 제어 하에 놓여져, 이동 센서(도시하지 않음)를 이용한 피드백 제어 또는 이를 이용하지 않는 오픈 제어에 의해서, 게의 옆 걸음과 같이, 단지 소정의 스피드로, 세장 검출기(31)의 횡방향(스캔 방향(SD) 또는 경사 방향(MD))으로 직선적으로 위치 제어(이동 제어)된다.In either configuration, the driving source of the driving
상술한 콜리메이터(33)에는, 세장(細長)의 구형상(矩形狀)의 2개의 슬릿(33A, 33B)이 형성되어 있다. 콜리메이터(33)는, X선 발생 장치(21)의 내부에서, 세장 검출기(31)의 이동에 동기해 마찬가지로, 경사 방향(MD) 또는 스캔 방향(SD)으로 이동하도록 제어된다. 이 제어는, 프론트엔드 프로세서(26)의 제어 하에 놓여지는, 콜리메이터 구동 장치(24)에 의해 실행된다. 이 콜리메이터 구동 장치(24)는, 예를 들면, 전동(電動)의 펄스 모터를 갖추어 구성된다.In the above-described
이 2개의 슬릿(33A, 33B) 각각의 면적은, 높이 방향(X)에서의 X선 초점(F)과 동(同) 슬릿과의 사이의 거리, 및 X선 초점(F)과 세장 검출기(31)(보다 자세하게는, 그 X선 입사창(31W))와의 사이의 거리의 비(比)에 따른 분(分) 보다, 스캔 주행의 정밀도 등에 따른 X선 조사 시야의 결락이 생기지 않도록 소정의 마진을 설정한 분 만큼 조금 넓게 설정된다.The area of each of these two
게다가, 콜리메이터(33)의 직선적인 이동 속도는, 상기 비(比)의 분 만큼 상이하지만, 그 하방에 위치하는 2개의 세장 검출기(31(311, 312))의 스캔 속도에 동기해, 경사 방향(MD) 또는 스캔 방향(SD)으로 이동된다. 이 때문에, X선에 의한 스캔 동작 중, 콜리메이트된 2개의 X선 팬빔(XB)은 항상 2개의 세장 검출기(31)의 X선 입사창(31W)을 각각 포착하면서 경사 방향(MD) 또는 스캔 방향(SD)에 직선적으로 이동하도록 구성되어 있다.In addition, although the linear moving speed of the
이 때문에, X선 발생 장치(21)로부터 출사된 X선속은, 2개의 팬빔 형상의 X선:(XB)으로 형성되어, 검사 대상(OB)을 투과해 X선 검출 장치(22)의 2개의 세장 검출기(31(311, 312)) 각각의 X선 입사창(31W)에 입사하여, 후술하는 검출 화소에 의해 검출된다.For this reason, the X-ray flux emitted from the
또한, 본 실시 형태 및 본 배치예에서, 2개의 세장 검출기(31(311, 312))에서 검출된 데이터에 근거해 화상이 재구성된다. 이 재구성의 연산에서는, 재구성 공간에 데이터가 매핑되지만, 그 재구성 공간에서의 모듈 간의 갭(SP2), 즉, 불감 영역에 상당하는 복수의 화소 각각은, 검출기 자체의 기계적인 경사 이동에 의해서, 그 이동에 관련된 주변화소 각각으로부터 수 분의 1씩 제공되는 부분화소가 제공된다. 이 때문에, 그 수 분의 1씩의 화소치와 면적비를 이용한 서브픽셀법에 의해, 불감 영역의 화소가 보완된다. 이 보완법은, 단지 주변화소로부터 외부삽입(外揷)(추정)하는 수법에 비해, 부분화소의 제공을 받는 만큼, 그 보간 정밀도가 높다.In addition, in this embodiment and this arrangement example, an image is reconstructed based on the data detected by the two elongate detectors 31 ( 31 1 , 31 2 ). In this reconstruction operation, data is mapped to the reconstruction space, but the gap SP 2 between modules in the reconstruction space, that is, each of a plurality of pixels corresponding to the dead region, is caused by the mechanical tilt movement of the detector itself, Partial pixels provided by a fraction of each of the neighboring pixels involved in the movement are provided. For this reason, the pixels in the insensitive area are supplemented by the sub-pixel method using the pixel values and area ratios of fractions of the pixel values. In this complementary method, the interpolation precision is higher as the partial pixels are provided, compared to the method of externally inserting (estimating) only from neighboring pixels.
이상과 같이, 본 제1 배치예에 의하면, 도 2에 알기 쉽게 도시한 것처럼, 2개의 세장 검출기(31(311, 312))는, 그 장변(31L)에 따른 긴 방향(Y)을 향한 자세를 유지하면서, 또한, 스캔 방향(SD)에서 상호 등거리 떨어뜨려 디스크리트 배치된다. 이에 따라, 각각의 세장 검출기(31)가 스캔 방향(SD)에서 동일한 거리의 스캔 분담 범위(R1=R2)의 X선 스캔을 담당하고 있다. 2개의 동일한 스캔 거리의 스캔 분담 범위(R1, R2)의 합계에 의해 소망한 일정 면적의 촬영 영역(22W)이 정해진다. 덧붙여, 이 X선 검출 장치(22)는 스캔형이므로, 각 세장 검출기(31)가 초기 위치(P1st(P2st))로부터 정속(定速) 이동에 이르기까지의 가속 기간 및 정속 이동으로부터 정지 위치(P1FIN(P2FIN))까지의 감속 구간을 고려해 스캔 분담 범위(R1, R2)에 오버랩 구간(OV)을 갖게 하고 있다(도 2 참조).As described above, according to the first arrangement example, the two elongated detectors 31 ( 31 1 , 31 2 ) have a longitudinal direction Y along the
여기서, 각 세장 검출기(31)를 경사 방향(MD)으로 움직여 스캔하는 경우의 소정 각도θ의 설정법에 대해 설명한다.Here, a method of setting the predetermined angle θ in the case of scanning each
소정 각도θ는, 도 3에 도시한 것처럼, 각 세장 검출기(31)의 각 모듈(132)에 배치되는 화소 어레이(PXay) 중, 짧은 방향(Z)(제2 방향)에 따라서 늘어선 복수의 검출 화소(Pin)가 나타내는 거리:(A1)와, 긴 방향(Y)(제1 방향)에서의 공극(SP2)의 폭:(A2)과의 비에 근거해 설정되어 있다. 구체적으로는, 이 소정 각도:(θ)는, 거리:(A1), 폭:(A2), 및 공극(SP2)에 화소가 배치된다고 가정했을 때의 긴 방향(Y)에 늘어선 상기 화소의 수(n)(n은, 0을 제외한 정(正)의 실수)에 근거해,The predetermined angle θ is, as shown in FIG. 3 , a plurality of detections arranged in a line along the transverse direction Z (second direction) among the pixel arrays PXay arranged in each
θ≥tan-1nㆍ(A2/A1)θ≥tan -1 n·(A2/A1)
에 의해 설정되어 있다. 특히, 화소 수(n)는, 정(正)의 정수여도 무방하다.is set by In particular, the number of pixels n may be a positive integer.
게다가, 검출 화소(Pin)가 긴 방향(Y)(제1 방향)의 길이를 b로 했을 때, 폭:(A2)은, b=(1/2)b∼2b의 값을 채용하는 것이 바람직하다.In addition, when the length of the detection pixel Pin in the longitudinal direction Y (first direction) is b, the width: (A2) is preferably a value of b = (1/2)b to 2b. do.
덧붙여, 검출 화소(Pin) 및 화소 어레이(PXay)의 상세한 구성 예는 상술한다.Incidentally, detailed configuration examples of the detection pixel Pin and the pixel array PXay will be described above.
<제2 배치예><Second arrangement example>
제2 배치예를 도 4에 나타낸다. 이 배치예에 따른 X선 검출 장치(22A)의 경우, 2개의 세장 검출기(31)를 각각 스캔 방향(SD), 즉, 단변(31S)에 따른 짧은 방향(Z)으로 등간격에 디스크리트 배치하고 있다.A second arrangement example is shown in FIG. 4 . In the case of the
이 경우, 2개의 세장 검출기(31)는 경사 방향(MD)으로는 이동하지 않기 때문에, 다음에 상술하는 바와 같이, 화상 재구성에서, 모듈 간의 갭(SP2)에 의한 불감 영역분의 화소에 대해서는 외부삽입 처리에 의해 화소치를 보간한다.In this case, since the two
<제3 배치예><Third arrangement example>
제3 배치예를 도 5에 나타낸다. 이 배치예에 따른 X선 검출 장치(22B)에서는, 3개의 세장 검출기(31(311, 312, 313))를 각각 스캔 방향(SD)에 대해서 소정 각도θ를 가지는 경사 방향(MD)으로 이동하도록 구성되어 있다. 제1 배치예와 마찬가지로, 3개의 세장 검출기(31(311, 312, 313))는, 스캔 방향(SD)에서 서로 등거리 떨어뜨려 배치되고, 각각의 스캔 분담 범위(R1, R2, R3)도 동일하게 설정되어 있다. 이 때문에, 3개의 세장 검출기(31(311, 312, 313))는 스캔 방향(SD)에 대해서 경사 방향(MD)으로 이동하고, 3개의 세장 검출기(31)에서 3등분씩의 분담 스캔을 실시한다. 이 스캔 시에, 서로 인접하는 모듈(132) 간에 갭(SP2)에 의한 불감 영역이라도, 3개의 세장 검출기(31)가 비스듬하게 이동해 기계적인 경사 스캔을 실행하기 때문에, 화상 재구성 시에는, 불감 영역에서 유래하는 재구성 화소에도 주변의 관계된 화소로부터 수 분의 1씩의 화소치가 주어진다. 이에 따라, 각 재구성 화소에서는, 그러한 수 분의 1씩의 화소치를 예컨대 면적비로 합성하는 서브픽셀법에 의해서 화소치가 보간된다.A 3rd arrangement example is shown in FIG. In the
<제4 배치예><Fourth arrangement example>
제4 배치예를 도 6에 나타낸다. 이 배치예에 따른 X선 검출 장치(22C)는, 상술한 제3 배치예를, 전술한 제2 배치예에 따라서, 3개의 세장 검출기(31(311, 312, 313))를 각각 스캔 방향(SD), 즉, 단변(31S)에 따른 짧은 방향(Z)으로 등간격에 디스크리트 배치하고 있다.A fourth arrangement example is shown in FIG. 6 . The
이 경우, 3개의 세장 검출기(31)는 경사 방향(MD)으로는 이동하지 않기 때문에, 화상 재구성에서, 모듈(132) 간의 갭(SP2)에 의한 불감 영역분의 화소에 대해서는 외부삽입 처리에 의해 화소치를 보간하게 된다.In this case, since the three
<제5 배치예><Fifth arrangement example>
제5 배치예를 도 7에 나타낸다. 이 배치예에 따른 X선 검출 장치(22D)는, 도 7에 도시한 것처럼, 스캔 방향(SD)이 중력 방향 또는 오블리크(oblique)의 방향이 되도록 장치에 편입한 상태를 나타내고 있다. 이는 예를 들면, 환자가 입위(立位)로 흉부의 X선 사진을 촬영하는 경우를 상정하고 있다. 예를 들면, 2개의 세장 검출기(31(311, 312))는, 흉부에 대해서 상하 방향에 상당하는 짧은 방향(Z)에 대해서, 소정 각도θ만큼 경사진 방향(MD)으로 이동하면서, 분담 스캔을 실시할 수 있다.A fifth arrangement example is shown in FIG. 7 . As shown in FIG. 7, the
이 경우도, 물론, 3개 이상의 세장 검출기(31(311, 312, 313))를 스캔 방향(SD)에서 디스크리트하게 형성해도 무방하다. 또한, 각 검출기의 이동 방향을 스캔 방향(SD) 그 자체에 일치되도록 구성해도 무방하다.Also in this case, of course, three or more elongation detectors 31 ( 31 1 , 31 2 , 31 3 ) may be formed discretely in the scan direction SD. In addition, the moving direction of each detector may be configured to coincide with the scan direction SD itself.
<제6 배치예><Sixth arrangement example>
제6 배치예를 도 8에 나타낸다. 이 배치예에 따른 X선 검출 장치(22E)는, 1개의 세장 검출기(31)를 채용하고, 이 세장 검출기(31)가 스캔 방향(SD)에 대해서 소정 각도θ만큼 경사진 방향(MD)으로 이동시키는 구성을 채용한다. 구동 장치(43)의 구동에 의한 가속(슬로우 스타트) 기간, 정속 기간, 및 감속(슬로우 스톱) 기간에 이르는 위치 제어(이동 제어)에 의해(후술하는 도 19를 참조), 이 1개의 세장 검출기(31)가 스타트 위치(PST)로부터 종점 위치(PFIN)까지 가이드 레일(42)에 따라서 경사 방향(MD)으로 이동한다. 이에 따라, 전체의 촬영 영역(22W)을 커버하고 있다.A sixth arrangement example is shown in FIG. 8 . The
물론, 이 제6 배치예에서, 소정 각도θ의 경사 방향을 설정하지 않고, Y축방향(제1 방향(Y))에 따라서 직립시킨 1개의 세장 검출기(31)를, 그 Z축방향(제2 방향(Z)), 즉, 스캔 방향(SD)을 향해 이동시키도록 해도 무방하다. 즉, 이동 방향=스캔 방향(SD)이라고 하는 구성을 채용해도 무방하다.Of course, in this sixth arrangement example, without setting the inclination direction of the predetermined angle θ, one
<제7 배치예><Seventh arrangement example>
제7 배치예를 도 9에 나타낸다. 이 배치예에 따른 X선 검출 장치(22F)는, 도 2~도 3에서 설명한 2개의 세장 검출기(31) 각각이 분담하는 스캔 분담 범위(R1, R2)를, 스캔 방향(SD)에 있어서 R1≠R2로 설정한 구성을 채용하고 있다. 이 예의 경우, R1>R2로 설정되어 있다. 2개의 세장 검출기(31(311, 312))의 스캔 시간은 서로 상이하고(이동 속도가 동일한 경우), 양 검출기(31(311, 312))의 검출 데이터 각각을 동일한 재구성 공간에서 적당하게 매핑함으로써 화상 재구성이 가능하게 된다.A seventh arrangement example is shown in FIG. 9 . The
이와 같이 복수의 세장 검출기(31) 각각에 부등거리씩의 스캔 범위를 담당하게 하는 경우, 가능한 동일 대상물 혹은 동일 부위를 하나의 검출기로 커버해 버리려고 할 때에 유효하다.In this way, when each of the plurality of
<제8 배치예><Eighth arrangement example>
제8 배치예를 도 10에 나타낸다. 이 배치예에 따른 X선 검출 장치(22G)는, 복수의 세장 검출기의 이동 개시 위치 및 그 이동 방향의 다른 설정을 설명하고 있다.An eighth arrangement example is shown in FIG. 10 . In the
도 10의 경우, 복수의 세장 검출기 각각에 균등 또는 불균등하게 할당한 각각의 스캔 범위의 일방의 단에서 타방의 단으로 이동하는 것이 아니라, 촬영 영역(22W)의 스캔 방향(SD)의 거의 중앙부에 서로 인접하도록 초기 위치 설정한 2개의 세장 검출기(31(311, 312))가 스캔 개시 후, 상호 이반(離反)하는 방향으로 이동함으로써, 이러한 스캔 분담 범위(R1, R2)가 촬영 영역(22W)을 커버하도록 구성되어 있다.In the case of FIG. 10 , it does not move from one end to the other end of each scan range equally or unevenly allocated to each of the plurality of elongated detectors, but rather in the center of the scan direction SD of the
더 설명하면, 2개의 세장 검출기(31(311, 312))는 예를 들어 도 10의 -Z축방향으로 일단, 도시된 왕로(往路)의 반주(伴走) 기간(RB)만 이동한다. 반주 방향의 선두의 세장 검출기(311)는, 그 반주 기간(RB)의 일부인 조주(助走) 구간(가속 구간)(RJ1)으로서 사용하고, 그 조주 구간(RJ1)이 끝나면 그대로 정속 주행으로 이행하여, -Z축방향으로 소정 각도θ로 경사진 경사 방향(MD)으로 이동한다.More specifically, the two elongated detectors 31 ( 31 1 , 31 2 ) move only the accompaniment period RB of the illustrated outbound route, for example, in the -Z axis direction of FIG. 10 . . The
이에 대해서, 또 일방의 세장 검출기(312)는, 왕로의 반주 기간(RB)의 종점까지, -Z축방향으로 소정 각도θ로 경사진 경사 방향(MD)으로 이동하지만, 그 반주 기간(RB)의 종점(PK)에서 그 이동 방향을, +Z축방향으로 소정 각도θ로 경사 방향(MD)으로 반전시킨다(도 10의 우측 방향). 이 때문에, 또 일방의 세장 검출기(312)는 그 이동 반전 뒤에, 상기 조주 구간(RJ2)을 조주한 후, 정속 주행으로 옮겨, 경사진 경사 방향(MD)으로 이동한다.On the other hand, one of the
이러한 이동은, 도시되지 않지만, 각각의 검출기에 별개로 장착한 구동 기구에 의해 제어된다. 가이드 레일은, 도시되지 않지만, 각각의 검출기에 공통적으로 있어도 무방하고, 상호 독립적으로 있어도 무방하다.Although not shown, this movement is controlled by a drive mechanism separately mounted to each detector. Although the guide rail is not shown in figure, it may exist in common to each detector, and may exist mutually independently.
이에 따라, 일방의 세장 검출기(311)의 조주 구간(RJ1)이기 때문에 검출 데이터가 안정되기 어려운 초기 영역(R1N)은, 또 일방의 세장 검출기(312)의 정속 주행에 의해 스캔된다. 이 때문에, 스캔 방향(SD)의 전역이 양 검출기(31)의 정속 주행 구간에 의해 커버된다. 이 때문에, 가감속 주행이지만 검출 데이터가 불안정해지는 구간은 적어지고, 감속 구간의 검출 데이터만 적당히 처리하면 되게 된다.Accordingly, the initial region R1 N in which the detection data is difficult to be stable because it is the running section RJ 1 of the one of the
덧붙여, 상술한 X선 검출 장치(22, 22A~22G)에 있어서, 세장 검출기를 제1~제8 배치예 중 어느 것에 의해 배치해도 무방하다.In addition, in the
<세장 검출기의 상세 구성><Detailed configuration of the slender detector>
다음으로, 도 11~도 17을 참조하여, 상술의 각 세장 검출기(X선 검출기)(31)의 구성 및 동작을 설명한다. 여기서, 상술한 구성요소와 동일 또는 동등의 기능을 가지는 구성요소에는 동일 부호를 할당하고, 그 설명을 생략 또는 간단화한다.Next, with reference to FIGS. 11-17, the structure and operation|movement of each of the above-mentioned elongate detectors (X-ray detector) 31 are demonstrated. Here, the same reference numerals are assigned to components having the same or equivalent functions as the above-described components, and descriptions thereof are omitted or simplified.
이 세장 검출기(31)의 외관을 도 11에 예시한다. 이 세장 검출기(31)는, 그 전체적으로 세장(細長)의 직방체상(直方體狀)의 케이스(131)를 갖추고, 그 케이스(131)가 구동 장치(43)에 의해 스캔 방향(SD) 또는 그 스캔 방향(SD)에 소정 각도θ를 가진 경사 방향(MD)으로 이동하는 지지 프레임(45) 상에 고정ㆍ재치되어 있다.The external appearance of this
<X선 검출 모듈의 배치 구성의 개요><Outline of layout configuration of X-ray detection module>
다음에, 각각의 세장 검출기(31)가 갖추는 복수의 X선 검출 모듈(132)(이하, 단지 '검출 모듈' 또는 '모듈'이라고도 부른다) 각각의 구성을 상술한다.Next, the configuration of each of the plurality of X-ray detection modules 132 (hereinafter, simply referred to as 'detection module' or 'module') equipped with each
도 11에, 케이스(131)의 상면(천장 부분)을 일부 파단해 화살표(XB)(입사 X선)의 방향에서 평면시(平面視)했을 때에 보이는, 세장 검출기(31)의 평면도를 나타내고, 도 12에, 검출 모듈(132)의 종방향(Y축방향)의 일측면을 본 측면도를 나타낸다.Fig. 11 shows a plan view of the
도 12에 도시한 것처럼, 각 검출 모듈(132)은, 케이스(131)에 수용되는 마더 기판(44)(도 5 참조)과, 그 마더 기판(44) 상에 재치된, 예를 들어 1개의 반도체칩(142)을 갖춘다. 게다가, 이 각 검출 모듈(132)은, 반도체칩(142)의 횡방향(Z축방향)의 편측의 일정 범위에 치우치고 또한 상기 반도체칩(142)에 재치한 신틸레이터 블록(143)과, 그 반도체칩(142)의 횡방향의 또 일방의 편측의 일정 범위를 점유하고, 또한, 신틸레이터 블록(143)으로부터 이간해 상기 반도체칩(142)에 실장된 ASIC(주문형 집적회로) 블록(144)을 갖춘다.As shown in FIG. 12 , each
덧붙여, 케이스(131)를 사용하지 않고, 마더 기판(44)을 직접, 지지 프레임(45)에 실장하도록 해도 무방하다.In addition, the
본 구성에서, 검출 모듈(132)은, 1개의 반도체칩(142)의 면 상에 신틸레이터 블록(143)과 ASIC 블록(144)이 이웃해서, 상호 이간해 병치되어 있는 점이 큰 특징의 하나이다. 신틸레이터 블록(143)은 후술하는 바와 같이, 입사하는 X선빔(XB)의 광자(포톤)를 광 펄스로서 검출하는 소자이다.In this configuration, one of the major characteristics of the
게다가, 신틸레이터 블록(143)의 하측에서, 반도체칩(142)의 면 상에 실리콘 포토멀티플라이어(SiPM)의 층이 형성된다. 이 SiPM는 후술하는 것처럼, 입사하는 X선빔(XB)의 광자 각각에 따른 광 펄스를 전기 펄스 신호로 변환하는 소자이다. 이 때문에, SiPM으로부터 출력된 전기 펄스가 반도체칩(142)의 면 상에 형성된 배선 패턴을 통해 인접하는 ASIC 블록(144)에 전송된다. 이 레이아웃 구조도 큰 특징의 하나이다. ASIC 블록(144)은, 그 전기 펄스를 복수 레벨의 역치로 변별 처리함으로써, X선 광자 각각이 가지는 에너지를, 복수의 에너지Bin(범위)에 배분 가능한 광자 계수형의 변별 처리를 실시해, 그 변별 결과에 따른 디지털 신호를 출력한다.In addition, under the
특히, X선빔(XB)은, 신틸레이터 블록(143)의 높이 방향(X축방향)의 상면에 형성되는 검출 화소에 조사되고, 그 하면의 각 검출 화소에 대응한 출사면으로부터 형광(螢光)으로서 발(發)해진다. 즉, 높이 방향에 따라서 조사된 X선:(XB)이 형광으로 변환됨에 따라 검출되는 전기 펄스 신호는, 횡방향(Z축방향)으로 전송되어 ASIC 블록(144)에 도달한다. 이 때문에, 도 12에 모식적으로 도시하는 것처럼, Y축방향에서 보았을 경우, L자상의 신호 전달 경로(L)가 구성된다.In particular, the X-ray beam XB is irradiated to the detection pixels formed on the upper surface of the
이 L자상의 신호 전달 경로(L)의 채용에 의해서, 도 13에 도시하는 것처럼, 각 검출 모듈(132)의 평면시일 때의 4측면 중, 종방향(Y축방향)의 상하측면(US, LS) 및 횡방향(Z축방향)의 좌측면(LFS)은 비어 있다. 따라서, 이 비어 있는 측면(US, LS, LFS)에 대향해서 다른 검출 모듈(132)을 배치할 수 있다. 즉, 복수의 검출 모듈(132)을 1차원 또는 2차원으로 인접 배치하여, X선의 검출 면적을 넓힐 수 있다. 본 실시 형태에서는, 1개의 검출 모듈(132)의 상하측면(US, LS) 각각에 1개 또는 복수의 다른 검출 모듈(132)을 배치하는 것을 「2면 버터블(buttable)의 구조를 채용한다」고 칭하고 있다.By the adoption of this L-shaped signal transmission path L, as shown in FIG. 13, among the four sides of each
덧붙여, 1개의 검출 모듈(132)의 상하측면(US, LS) 및 좌측면(LFS) 각각에 1개 또는 복수의 다른 검출 모듈을 배치하는 것을 「3면 버터블의 구조를 채용한다」라고 칭하고 있다. 단, 3면 버터블의 구조를 채용하는 경우, 상하측면(US, LS)에 인접시키는 다른 검출 모듈은 1개 또는 복수 개이지만, 좌측면(LFS)에 인접시키는 검출 모듈은 1개로 한정되는 것과 함께, 종방향(Y축방향)의 건부(建付, fitting)를 역으로 하는 것이 바람직하다.In addition, arranging one or a plurality of other detection modules on each of the upper and lower side surfaces US and LS and the left side surface LFS of one
본 실시 형태에 따른 세장 검출기(31)는, 이러한 「2면 버터블의 구조」를 채용하고 있다. 즉, 복수의 검출 모듈(132)이, 전술한 것처럼, 종방향(Y축방향)에 미소(微小)한 일정 폭의 갭(간극)(SP2)으로 종렬(縱列)로(도 3 및 도 11을 참조), 마더 기판(44) 상에 실장된다. 이 갭(SP2)은 예를 들면, 1개 또는 복수의 검출 화소분과 동일한 폭으로 설정된다. 예를 들면, 검출 화소(Pin)가 250×250㎛이면, 그 정수배의 250㎛, 500㎛ 등이다. 물론, 반드시 정수배가 아니어도, 예를 들면, 0.5배, 1.5배의 갭(SP2)을 설정해도 무방하다.The
이에 따라, 전술한 것처럼, 복수 개의 검출 모듈(132)로 이루어진 종방향으로 늘어나는 세장(細長)의 모듈 종렬체(132M)가 형성된다. 케이스(131)는, 모듈 종렬체(132M)를 탑재한 마더 기판(44)을 내포하도록 형성된다.Accordingly, as described above, an elongated module
덧붙여, 케이스(131)의 상면의, 상기 모듈 종렬체(132M)에 대향한 면에는, X선을 투과하는 재료로 형성되거나, 또는, 개방된 구형상(矩形狀)의 X선 입사창(31W)이 형성되어 있다. 특히, 이 X선 입사창(31W)은, 후술하는 바와 같이, 종렬 배치되는 신틸레이터 블록(143)에만 대향하고 있는 것이 바람직하고, 후술하는 ASIC 블록(144)의 부분은 연판(鉛板)(Ppb)으로 덮여 있는 것이 바람직하다(도 11 참조).Incidentally, on the surface of the upper surface of the
또한, 후술의 도 20에 모식적으로 도시한 것처럼, 이 X선 검출 장치(22)의 전면(前面), 즉, X선 입사측에는, 검사 대상(OB)으로부터의 X선의 산란선을 저감하는 그리드(GR)를, 해당 장치(22)와 일체로 또는 별체로 설치해도 무방하다. 이 그리드(GR)는, X선 흡수가 큰 복수의 흡수박(吸收箔)을 예를 들어 스캔 방향(SD)에 따라서, 각 세장 검출기(31)의 스캔 분담 범위(R1(R2))마다 X선 초점(F)을 향해 비스듬하게 집속(集束)하는 집속형 그리드를 이루도록 형성되어 있다. 이에 따라, 산란선을 효과적으로 제거해 X선 상(像)의 콘트라스트 향상에 기여하게 하고 있다. 특히 광자 계수형 검출기의 경우, 에너지 정보의 식별에 의해 물질 변별이 가능하기 때문에, 산란선의 혼입이 검출되는 것은, 물질 변별의 정밀도의 열화를 초래하므로, 그리드에 의한 산란선의 제거는 중요하다.In addition, as schematically shown in FIG. 20 to be described later, on the front surface of this
<X선 검출 모듈의 상세 구조><Detailed structure of X-ray detection module>
[신틸레이터 블록][Scintillator Block]
다음으로, 각 검출 모듈(132)의 상세한 구조를 설명한다. 도 14 및 도 15에 도시한 것처럼, 신틸레이터 블록(143)은, 복수의 주상(柱狀)의 신틸레이터(143A)(주상체(柱狀體))를 그 길이 방향의 상하단을 정렬하여 또한 평면방향에서 서로 소정의 간극을 두고 조밀하게 1개의 블록을 이루도록 묶여 있다. 각 신틸레이터(143A)는, X선의 입사에 응답해 형광을 발하는 무기 결정으로 이루어진 발광 물질이며, 상기 발광 물질로는, GAGG, GFAG, BGO, LYSO, LuAG, CsI, 또는, SrI2(Eu) 등을 예로 들 수 있고, 물론, 그 외의 형광 물질이어도 무방하다. 각 신틸레이터(143A)는, 일례로서, 길이가 수 밀리이고, 상면 및 하면의 사이즈가 예를 들면, 250㎛×250㎛의 구형상이다.Next, a detailed structure of each
이 때문에, 복수의 신틸레이터(143A)를 묶는 것으로, 그것들의 길이 방향, 즉, 검출 모듈(132)의 높이 방향(X)에서, 그 복수의 신틸레이터(143A) 각각의 상하면에 의해 블록 상면(143U) 및 블록 하면(143L)(도 12 참조)이 구성된다. 이 블록 상면(143U)에서, 각 신틸레이터(143A)의 상면이, 본 검출 모듈(132), 즉, 검출기(31)의 검출 화소(Pin)를 이룬다. 각 검출 화소(Pin)의 사이즈는, 각 신틸레이터(143A)의 상면의 사이즈와 같고, 예를 들면, 250㎛×250㎛이다. 이 조밀한 묶음 구조에 의해서, 블록 상면(143U)은, 검출 화소(Pin)가 2차원상으로 배치된 X선 입사면으로서 기능한다. 검출 화소(Pin)의 수는 배치하는 신틸레이터(143A)의 수에 따라 정해진다. 각 신틸레이터(143A)의 상하면의 사이즈를 변경함으로써, 검출 화소의 사이즈를 적당히 변경할 수 있다.For this reason, by bundling the plurality of
마찬가지로, 블록 하면(143L)(도 15의 (A) 참조)에서, 각 신틸레이터(143A)의 하면(저면)은, 상술의 예로 설명하면, 검출 화소 사이즈:250㎛×250㎛와 같은 사이즈를 가지는 X선의 출사면(Bout)으로서 기능한다. 이 출사면(Bout)의 복수의 2차원 배치에 의해, 신틸레이터 블록(143)의 블록 하면(143L)은 형광 출사면으로서 기능한다. 이 형광 출사면은, 반도체칩(142)에 광감지층(후술한다)의 표면에 직접 또는 간접적(예를 들면, 광학 인터페이스를 통해)으로 대향해서 배치된다.Similarly, in the block
게다가, 복수의 신틸레이터(143A) 각각의, 인접하는 신틸레이터와의 주위 면은, 그 높이 방향(X)의 적어도 일부가 차광재로 덮여 있다. 이는, 각 검출 화소(Pin)에 입사한 X선의 광자가 인접하는 신틸레이터(143A)에 누설되지 않도록 하거나 또는 그 누설을 노이즈 저감 등의 관점에서 문제가 없을 정도로 저감시키기 위함이다. 이상적으로는, 각 신틸레이터(43A)의 하면(출사면(Bout))을 제외한 측면, 및 경우에 따라서는 상면(검출 화소(Pin)를 이루는 면)을 차광재로 덮어도 무방하다. 이 경우, 상면을 덮는 차광재는 X선을 투과하는 부재인 것이 필요하다.In addition, at least a part of the peripheral surface of each of the plurality of
덧붙여, 신틸레이터 블록(143)의 상술한 조밀한 묶음 구조(束構造)란, 제조 후에 묶여 있는 구조를 의미하고, 각 신틸레이터(143A)를 잘라낸 후에 묶을 수도 있고, 신틸레이터재의 뭉치를 레이저 커터로 홈(groove)을 파는 등, 상술의 묶었다는 것과 마찬가지의 구조를 가지도록 가공할 수도 있다.Incidentally, the above-described dense bundle structure of the
이와 같이, 복수의 신틸레이터(143A) 각각의 주위를 차광재로 덮어 조밀한 묶음 구조로 하기 때문에, 2차원 배열의 검출 화소(Pin)를 포함한 화소 구획의 각각의 사이즈는, 실제로는, 예를 들어 250㎛×250㎛(200㎛×200㎛)의 사이즈의 신틸레이터의 주위를 25㎛의 두께의 차광재가 둘러싸고, 검출 화소(Pin=250㎛×250㎛) 등, 차광재의 두께 만큼 커진다. 따라서, 실제로 유효한 검출 기능 가지는 검출 화소(Pin)는, 그 평면시에서, 상호 디스크리트하게 2차원 배열된 구조가 되어 있다.In this way, since the periphery of each of the plurality of
각 신틸레이터(143A)에 X선의 광자(포톤)가 입사되면, 그 광자가 신틸레이터(143A)의 내부를 전반(傳搬)하는 경우에, 확률 현상으로서 형광을 여기(勵起)시키는 신틸레이션을 일으킨다. 이와 같이 생긴 형광은, 신틸레이터(143A)의 내부를 반사하면서 또는 직선적으로 전반하여, 각 출사면(Bout)으로부터 형광으로서 출사된다. 이 형광의 양은 미약광으로서 정의되는 범주의 것이다.When a photon (photon) of X-rays is incident on each
[반도체칩][Semiconductor Chip]
도 13은, 도 12에 나타내는 화살표(Ⅷ-Ⅷ)선에 따른 반도체칩(142)의 높이 X방향에서의 칩 상면(US)을 모식적으로 나타낸다. 이 칩 상면(US)은, 전술한 신틸레이터 블록(143)의 블록 하면(143L)에 도시되지 않은 광학 인터페이스(예를 들면, 투광성을 가지는 수지로 이루어진 접착층)를 통해 대향하고 있다.FIG. 13 schematically shows the chip upper surface US in the height X direction of the
반도체칩(142)은, 예를 들면, 실리콘 웨이퍼의 면에, 세정, 패턴 프린팅(燒付), 에칭, 세정, 전극 형성, 웨이퍼 검사, 다이싱 등의 공정을 거쳐, 광전(光電) 변환을 위한 회로 패턴 및 그 회로를 후단의 ASIC 블록(144)에 배선하는 배선 패턴이 형성되어 있다. 이 반도체칩(142)은 마더 기판(44)에 마운트되고(도 12, 14, 15의 (A) 참조), 이 마더 기판(44)과, 반도체칩(142) 및 ASIC 블록(144)과의 전기적 접속(본 실시 형태에서는, 본딩 접속)은, 그 마운트 후에 행해진다.The
이 실리콘제 반도체칩(142)에서, 종방향(Y) 및 횡방향(Z)의 크기(YL, ZL)는, 일례로서, YL<ZL로 설정하고, 도 13의 예에 따른 평면시에서 설명하면, 횡장(橫長)의 장방형상으로 형성되어 있다. 이 때문에, 칩 상면(US)의 영역도 이와 동일하게 횡장의 장방형상이 되고 있다.In this
이 칩 상면(US)의 영역은, 도 13의 예로 설명하면, 좌측부터 순서대로, 일방의 세장(細長)의 전원용 패드 영역(Rpad1), 좌측으로 치우쳐 형성되어 셀영역으로서 기능하는 실리콘 포토멀티플라이어(SiPM)의 영역(RSiPM), 냉각 목적이나 전자기적(電磁的) 상호 간섭 방지 등을 위해 마련한 간극 영역(Rspace), ASIC 블록(144)을 마운트하는 ASIC 영역(RASIC), 및 타방의 세장(細長)의 입출력용 패드 영역(Rpad2)에 의해 점유되어 있다.The region of this chip top surface US is described with the example of FIG. 13 , in order from the left, one elongated power supply pad region R pad1 , is formed biased to the left and functions as a cell region. Area (R SiPM ) of the pliers (SiPM), a gap area (R space ) provided for cooling purposes or electromagnetic mutual interference prevention, etc., ASIC area (R ASIC ) for mounting the
ㆍ광전 변환 회로(실리콘 포토멀티플라이어(SiPM))ㆍPhotoelectric conversion circuit (silicon photomultiplier (SiPM))
이 중, 도 16의 (A)에 도시한 것처럼, SiPM 영역(RSiPM)은 그 전체가 광감지층으로서 형성되고, 전술한 복수의 신틸레이터(143A)의 블록 하면(143L)을 이루는, 상기 복수의 출사면(Bout)(즉, 검출 화소(Pin)의 출력면)에 대향하고 있다. 이 SiPM 영역(RSiPM)에는, 상술한 포토리소그래피(photolithography)에 의한 패턴 작성을 통해, 광전 변환 회로로서 기능하는 실리콘 포토멀티플라이어(SiPM)(151)로서 만들어지고 있다.Of these, as shown in FIG. 16A , the SiPM region R SiPM is entirely formed as a photo-sensing layer, and forms the block
구체적으로는, 도 16의 (A), (B)에 도시한 것처럼, 이 SiPM:(151)는, 그 SiPM 영역(RSiPM)에서 2차원적으로 화성(畵成, forming)되고 또한 전술한 복수의 형광의 출사면(Bout)(즉, 검출 화소(Pin)의 출력면)의 각각에 대향한, 복수의 수광 화소(Popt)가 형성되어 있다. 이 복수의 수광 화소(Popt)의 각각에는, 각각이 광검지 소자를 가지는 미소 영역으로서 복수의 마이크로셀(MS)이 광전 변환 소자 어레이로서 형성되어 있다.Specifically, as shown in FIGS. 16A and 16B , this SiPM: (151) is two-dimensionally formed in the SiPM region (R SiPM ), and further described above. A plurality of light-receiving pixels P opt opposing each of the plurality of emission surfaces Bout (ie, the output surfaces of the detection pixels P in ) are formed. In each of the plurality of light-receiving pixels P opt , a plurality of microcells MS are formed as a photoelectric conversion element array as a micro region each having a photodetector element.
또한, 도 17로부터 알 수 있듯이, SiPM 영역(RSiPM)에는, 각 마이크로셀(MS)에 전원 및 어스(earth)를 접속하는 배선 패턴(WPpg)과, 그 각 마이크로셀(MS)로부터 인출(引出)되는 출력용 배선 패턴(WPout)의 일부가 형성된다. 이 출력용 배선 패턴(WPout)의 나머지 부분은, 그 옆의 간극 영역(Rspace)을 지나서 ASIC 영역(RASIc)의 소정의 범프 본딩(Bump Bonding) 위치까지 한 번에 도달하고 있다. 즉, 이 출력용 배선 패턴(WPout)은, 1개의 반도체칩(실리콘칩)(142)의 칩 상면(US)에 따라서, 후술하는 바와 같이 횡방향(Z)으로 배선되고 있는 점이 특징의 하나로 되어 있다.In addition, as can be seen from FIG. 17 , in the SiPM region R SiPM , a wiring pattern WPpg for connecting power and earth to each microcell MS, and a wiring pattern WPpg connected to each microcell MS are drawn out ( A part of the output wiring pattern WPout is formed. The remaining portion of the output wiring pattern WPout passes through the adjacent gap region R space and reaches a predetermined bump bonding position of the ASIC region R ASIc at once. That is, one of the features of this output wiring pattern WPout is that it is wired in the lateral direction Z along the chip top surface US of one semiconductor chip (silicon chip) 142 as will be described later. .
각 마이크로셀(MS)에는, 도 16의 (C), (D)에 도시한 것처럼, 예를 들면, 가이거 모드(Geiger Mode)로 구동하도록, 광전 변환 소자인 애벌랜치 포토다이오드(APD: Avalanche Photo-Diode) 및 ??치 저항(Quench resistance)(R)이 만들어 넣어지고, 이 ??치 저항(R)과 셀 회로 고유의 정전 용량 성분(C)에 의해 전기 펄스 발생 시의 시정수(時定數)가 정해지게 되어 있다.Each microcell MS has an avalanche photodiode (APD: Avalanche Photo-) which is a photoelectric conversion element so as to be driven in, for example, Geiger mode, as shown in FIGS. 16C and 16D . Diode) and quench resistance (R) are built in, and the time constant at the time of electric pulse generation by this quench resistance (R) and the capacitance component (C) inherent to the cell circuit (time constant)數) is to be determined.
도 16은, 셀 영역으로서 기능하는 SiPM 영역(RSiPM)을 중심으로 나타내고(동 도면의 (A)), 게다가, 이 영역(RSiPM)을 2차원적으로 화성하는 복수의 검출 화소(Pin)(각 신틸레이터(143A)의 횡방향 단면적에 상당하는 사이즈를 가진다)(동 도면의 (A)~(C))와, 각 검출 화소(Pin)의 내측에 각각 1개 형성되는 수광 화소(Popt)(동 도면의 (C))와, 이 수광 화소(Popt) 각각에 형성되는 광전 변환 소자 어레이를 이루는 복수의 마이크로셀(MS)(동 도면의 (D))을 모식적으로 나타낸다. 16 shows the SiPM region R SiPM functioning as the cell region as a center ((A) of the same figure), and further, a plurality of detection pixels P in that form the region R SiPM two-dimensionally. ) (having a size corresponding to the cross-sectional area in the transverse direction of each
또한, 본 실시 형태에서는, 각 검출 화소(Pin) 및 각 수광 화소(Popt)는 모두, 평면시에서 정방형을 이루고, 또한 양자(兩者)의 중심위치(O)는 평면시에서 일치시키고 있다. 즉, 신틸레이터(143A)가 제공하는 각 검출 화소(Pin)로부터의 집광 효율 및 서로 인접하는 수광 화소(Popt) 간의 광 분리를 고려하면, 그와 같이 센터링(centering)하는 것이 바람직하다.In addition, in this embodiment, each detection pixel P in and each light receiving pixel P opt both form a square in plan view, and the center position O of both is made to coincide in plan view. have. That is, in consideration of light collection efficiency from each detection pixel P in provided by the
게다가, 상술한 일례에서 알 수 있듯이, 칩 상면(US)의 각 검출 화소(Pin)에 대향하는 영역에는, 마이크로셀(MS)로 이루어진 광전 변환 소자 어레이, 즉, 수광 화소(Popt) 자체가 차지하는 광감지 영역(Ract)이 형성되어 있다. 이 광감지 영역(Ract)의 면적은, 각 검출 화소(Pin)의 그것보다 작기 때문에, 상기 대향 영역에는, 애벌랜치 포토다이오드(APD)가 배치되지 않는 영역이 남아 있다. 이 남은 영역을 광불감(光不感) 영역(Rdead)이라고 칭하는 것으로 하면, 광불감 영역(Rdead)은 수광 화소(Popt)의 주위 4변에 걸쳐 존재한다.In addition, as can be seen from the above example, in the region opposite to each detection pixel P in on the chip upper surface US, a photoelectric conversion element array made of microcells MS, that is, the light receiving pixel P opt itself A light sensing region R act occupied by is formed. Since the area of the light sensing region R act is smaller than that of each detection pixel P in , a region in which the avalanche photodiode APD is not disposed remains in the opposite region. Assuming that this remaining area is referred to as a light-insensitive area R dead , the light-dead area R dead exists over four peripheral sides of the light-receiving pixel P opt .
이와 같이, 본 실시 형태의 화소 구성에 의하면, 사이즈 관계에 대해서, 「수광 화소(Popt)<검출 화소(Pin)」로 설정해, 광불감 영역(Rdead)을 남기는 것이 특징이다.As described above, according to the pixel configuration of the present embodiment, it is characterized in that the size relation is set to "light-receiving pixel P opt < detection pixel P in ", leaving light-sensitive region R dead .
구체적으로는, 검출 화소(Pin)의 종방향(Y) 및 횡방향(Z)의 사이즈를 각각 WL, WH로 하면(WL=WH), 수광 화소(Popt)의 그것들(WL1, WH1)은, WL(=WH) 보다 종횡 각각 5~45% 사이의 선택치 만큼 작고, 또한, WL1<WH1로 설정되어 있다. 즉 일례로서, 종방향(Y)에서 WL=WL1+2W1(W1:광불감 영역(Rdead)의 폭)로 하고, 횡방향(Z)에서 WH=WH1+2W2(W2:광불감 영역(Rdead)의 폭)로 하면, 종방향(Y)의 광불감 영역(Rdead)의 폭(W1)으로서, 그 전체의 폭(WL)의 25%를 확보하고, 또한, 횡방향(Z)의 광불감 영역(Rdead)의 폭(W2)으로서, 그 전체의 폭(WH)의 5%분 만큼 남기도록 설정된다.Specifically, if the size of the detection pixel P in in the vertical direction (Y) and in the horizontal direction (Z) is W L , W H , respectively (W L =W H ), those of the light-receiving pixel P opt ( W L1 , W H1 ) is smaller than W L (=W H ) by a selected value between 5 and 45% in length and width, respectively, and W L1 < W H1 is set. That is, as an example, in the longitudinal direction (Y), W L =W L1 +2W 1 (W 1 : width of the light-insensitive region (R dead )), and in the lateral direction (Z), W H =W H1 +2W 2 ( If W 2 : width of light-insensitive region (R dead )), 25% of the total width (W L ) is secured as width (W 1 ) of light-insensitive region (R dead ) in the longitudinal direction (Y) In addition, as the width W 2 of the light-insensitive region R dead in the lateral direction Z, it is set so as to leave only 5% of the total width W H .
물론, 광불감 영역(Rdead)의 폭(W1, W2)은, 5~45%의 사이에서, 요구되는 광검출 특성에 따라 적당하게 변경해도 무방하다. 예를 들면, 상술의 조건에서, 폭(W1)이 차지하는 비율은 10%이며, 폭(W2)이 차지하는 비율은 20%여도 무방하다.Of course, the widths W 1 , W 2 of the light-sensitive region R dead may be appropriately changed in the range of 5 to 45% depending on the required photodetection characteristics. For example, under the above conditions, the ratio of the width W 1 is 10%, and the ratio of the width W 2 , may be 20%.
이 수광 화소(Popt)를 상기 5~45%의 임의의 선택치 만큼 작게 하는 이유는, 도 15, 하단의 (B)의 모식도에서 정성적(定性的)으로 설명된다. 수치 그 자체는 설계 조건에 의해 변경된다.The reason why this light-receiving pixel P opt is made small by the said 5-45% arbitrary selection value is demonstrated qualitatively with the schematic diagram of FIG. 15 and (B) at the bottom. The numerical value itself is changed by design conditions.
도 15, 하단의 (B)는, 종방향(Y) 및 횡방향(Z)에서 상호 인접하는 복수의 수광 화소(Popt) 각각의 광감지 영역(Ract)(즉, 복수의 마이크로셀(MS)), 및 SiPM:(51)의 하면(143L)에서 종방향(Y) 및 횡방향(Z)에 있어서 상호 인접하는 복수의 형광의 출사면(Bout)(즉, 검출 화소(Pin)의 출력면)을, 종방향(Y)에서 모식적으로 본 상태를 나타내고 있다. 이 도면에는, 게다가 횡축방향(Z)에서 각 출사면(Pout)으로부터 출사되는 형광(Lscin)의 분포를 나타낸다. 이 출사되는 형광(Lscin)은, 각 신틸레이터(143A)(주상체)의 내부로부터 직접, 또는 벽면(壁面)에서 반사하면서 간접적으로 출사면(Bout)으로부터 광학 인터페이스(152)를 통해 대향하는 각 광감지 영역(Ract)에 입사한다. 이 때문에, 형광(Lscin)의 분포는, 통계적으로, 각 광감지 영역(Ract)의 횡방향(Z)의 중심부에서 제일 높은 광량을 나타내는 산형(山形)의 곡선을 나타낸다. 이 때문에, 형광(Lscin)의 분포 곡선은, 서로 인접하는 광감지 영역(Ract)의 사이에 중첩되는 부분(OVC)이 존재한다.15, (B) at the bottom is a photo-sensing area (R act ) of each of a plurality of light-receiving pixels (P opt ) adjacent to each other in the longitudinal direction (Y) and the lateral direction (Z) (that is, a plurality of microcells ( MS)), and a plurality of fluorescence emission surfaces Bout adjacent to each other in the longitudinal direction (Y) and the lateral direction (Z) on the
이 형광(Lscin)이 중첩되는 곡선 부분(OVC)의 성분은, 서로, 인접하는 광감지 영역(Ract)으로의 광의 크로스토크(crosstalk) 성분이 된다. 이 때문에, 이 중첩되는 곡선 부분(OVC)에서의 광량을 충분히 낮추면, 인접하는 광감지 영역(Ract)으로 크로스토크 성분도 줄일 수 있게 되므로, 각 수광 화소(Popt)가 차지하는 광감지 영역(Ract)이 차지하는 면적의 비율을 작게 하고 있다. 특히, 종방향(Y) 및 횡방향(Z)에서 검출 화소(Pin)끼리의 경계 위치에서, 상기 중첩되는 곡선 부분(OVC)의 광량 레벨이 충분히 작아지도록 수광 화소(Popt)와 광감지 영역(Ract)의 면적 비율을 결정함으로써(수광 화소(Popt)>광감지 영역(Ract)), 이러한 크로스토크를 충분히 억제할 수 있다. 또한, 제조 시에 수광 화소(Popt)와 광감지 영역(Ract)의 종방향(Y) 및 횡방향의 위치차가 있었다고 해도, 이를 흡수해, 상기 대소 관계를 유지할 수도 있다.Components of the curved portion OVC where the fluorescence L scin overlaps each other becomes a crosstalk component of light to the adjacent light sensing region R act . For this reason, if the amount of light in the overlapping curved portion OVC is sufficiently lowered, the crosstalk component to the adjacent light sensing region R act can also be reduced, so that the light sensing region R occupied by each light receiving pixel P opt . act ) makes the ratio of the area occupied by it small. In particular, at the boundary position between the detection pixels P in in the vertical direction (Y) and the horizontal direction (Z), the light-receiving pixel (P opt ) and the light-sensing pixel so that the light amount level of the overlapping curved portion (OVC) is sufficiently small By determining the area ratio of the region R act (light receiving pixel P opt > light sensing region R act ), such crosstalk can be sufficiently suppressed. Also, even if there is a position difference between the light-receiving pixel P opt and the light-sensing region R act in the longitudinal direction (Y) and the lateral direction during manufacture, it can be absorbed and the above-mentioned magnitude relationship can be maintained.
한편, 도 17에 설명한 것처럼, 수광 화소(Popt)에는 복수의 작은 마이크로셀(MS)이 2차원 어레이상으로 형성된다. 이 마이크로셀(MS) 각각의 면적은 작을수록 광감지 감도가 좋지만, 화소 전체적으로는, 마이크로셀(MS)의 수를 극력 많게 해서 수광량(受光量)을 늘리려고 한다. 마이크로셀(MS) 각각의 출력 배선을 인출하기 위한 면적도 필요하게 된다. 이러한 요구를 밸런싱하기 위해, 본 실시 형태에서는, 도 17에 나타낸 것처럼, 횡방향(Z)(행방향)에 늘어선 마이크로셀(MS)의 수를, 종방향(Y)(열방향)에 늘어선 그것보다 많게 하고 있다. 즉, 장방형상의 광감지 영역(Ract)을 형성하고 있다. 이에 따라, 각 수광 화소(Popt)에서 종방향(Y)의 양 사이드에 형성되는 광불감 영역(Rdead)을 출력 배선 패턴(WPout)의 영역으로서 확보하는 것과 함께, 마이크로셀(MS)의 수를 증가시켜, 수광 감도를 유지하면서 수광량을 많게 할 수 있고, 내(耐)노이즈성을 향상시키고 있다.On the other hand, as described in FIG. 17 , a plurality of small microcells MS are formed in a two-dimensional array in the light-receiving pixel P opt . The smaller the area of each of the microcells MS, the better the light-sensing sensitivity, but as a whole, the number of microcells MS is increased as much as possible to increase the amount of light received. An area for drawing out the output wiring of each microcell MS is also required. In order to balance these demands, in the present embodiment, as shown in Fig. 17, the number of microcells MS arranged in the lateral direction Z (row direction) is increased in the longitudinal direction Y (column direction). doing more That is, a rectangular light sensing region R act is formed. Accordingly, while securing the photosensitive region R dead formed on both sides of the longitudinal direction Y in each light receiving pixel P opt as the region of the output wiring pattern WPout , the microcell MS By increasing the number, the light reception amount can be increased while maintaining the light reception sensitivity, and the noise resistance is improved.
[배선 영역][Wiring Area]
이 때문에, 광불감 영역(Rdead)으로는, 도 17의 경우, 수광 화소(Popt)가 차지하는 광감지 영역의 종방향(Y)의 상하 각각에 폭(W1)의 광불감 영역이, 또한 횡방향(Z)의 좌우 각각에 폭(W2)의 광불감 영역이 부분적으로 형성되어, 이 광불감 영역이 형성된다. 이 폭(W1, W2)의 상하좌우의 광불감 영역에 의해 광불감 영역(Rdead)(마이크로셀을 두지 않고 배선 영역으로서 기능시킨다)이 형성된다. 신틸레이터 블록(143)을 평면시 했을 경우, 그 블록 하면(143L)에서는, 수광 화소(Popt)의 광감지 영역은, 횡방향(Z)으로 연장되어, 횡장(橫長)의 장방형을 이루고 있다. 이 장방형으로 형성하는 만큼, 그 내측에 배치하는 마이크로셀(MS)의 수는, 동일 간격으로의 배치의 경우, 보다 많은 양의 광을 감지할 수 있다. 어느 정도의 횡방향 연장을 할 것인지 여부는, 검지하려는 광량과 광 분리(노이즈)의 정도에 따라 변경된다.For this reason, as the light-sensitive area R dead , in the case of FIG. 17 , the light-sensitive area of the width W 1 is located above and below the vertical direction Y of the light-sensing area occupied by the light-receiving pixel P opt , In addition, a light-insensitive region having a width W 2 is partially formed on each of the left and right in the lateral direction Z, thereby forming the photo-insensitive region. A light-insensitive region R dead (which functions as a wiring region without a microcell) is formed by the upper, lower, left, and right photo-insensitive regions of this width W 1 , W 2 . When the
도 17의 화소 구성에서, 도 15에 도시한 것처럼, 각 검출 화소(Pin)에 대해서 광학 인터페이스(152)를 통해, 각각의 수광 화소(Popt)가 대향하고 있다. 덧붙여, 광학 인터페이스(152)는, 실제로는, 예를 들면, 10㎛ 정도의 얇은 두께의 광학적 투과층으로서 형성되는 것이 바람직하다.In the pixel configuration of FIG. 17 , as shown in FIG. 15 , each light receiving pixel P opt faces each detection pixel P in through the
이 때문에, 신틸레이터 블록(143)의 각 신틸레이터(143A)에서 X선 광자에 여기된 형광(펄스상의 미약광)은, 그것들 각 신틸레이터(143A)의 하면(즉, 각 검출 화소(Pin))으로부터 신틸레이터 블록(143)의 내부에 사방팔방을 향해 출사된다. 각 신틸레이터(143A)의 측면의 많은 부분이 얇은 차광재로 덮여 있으므로, 형광의 출사 방향은 하면으로부터의 출사로 한정된다. 출사된 형광 펄스의 일부는, 각 수광 화소(Popt)의 복수의 마이크로셀(MS) 각각의 애벌랜치 포토다이오드(APD)에 입사된다. 입사된 형광 펄스는, 그 애벌랜치 포토다이오드(APD)의 광전 변환 기능과 ??치 저항(R)에 의해 전기 펄스 신호로 변환된다. 변환된 전기 펄스 신호는, 마이크로셀(MS)의 정전 용량 성분(C)을 통해, 각 마이크로셀(MS)로부터 출력된다. 복수의 마이크로셀(MS)은 셀의 외측에서 배선 패턴에 의해 서로 와이어드 오어(Wired-OR) 접속되어 있으므로(도 17, 18 참조), 그 오어 접속에 의해, 복수의 마이크로셀(MS)로부터의 전기 펄스 신호가 1개의 전기 펄스 신호로서, 적어도 1개의 마이크로셀(MS)이 응답할 때마다 취출(取出)된다.For this reason, the fluorescence (pulsed faint light) excited by the X-ray photons in each
이 출력 신호를 처리하는 회로는, 본 실시 형태에서는, 후술하는 도 18에 도시하는 것처럼, 광자 계수형 검출 기능을 가지게 한 처리 회로(148)에 의해 구성되어 있다. 이 처리 회로(148)는, 본 실시 형태에서는, ASIC 블록(144)에 실장되어 있다. 이 처리 회로(148)는, X선 광자 각각이 상이한 에너지를 가지는 것에 착안해, 미리 정한 복수의 에너지 영역에 근거한 에너지 변별을 실시해 에너지 영역마다 X선 광자를 계수하고, 그 계수치에 근거해, 대상물(P)에 포함되는 물질의 적어도 종류 및 성상(性狀)을 분류 가능한, 소위, 물질 동정도 실시할 수 있도록 구성되어 있다. 물론, 에너지 영역마다의 계수치에 근거한, 소위, 단순 투과 상(像)을 얻을 수도 있다.In the present embodiment, the circuit for processing the output signal is constituted by a
이 처리 회로(148)의 에너지 변별 기능 부분의 구성은, 예를 들면, 국제특허공개공보 WO2013/047788A1 등에 공지되어 있다.The configuration of the energy discrimination function portion of the
[배선 패터닝][Wiring Patterning]
본 실시 형태에서는, 그 처리 회로(148)에서의 입력 회로 부분 및 입력 단자에 이르는, 전술한 SiPM 영역(RSiPM)으로부터 간극 영역(Rspace)을 통해 ASIC 영역(RASIC)에 이르는 배선 접속, 및 상기 ASIC 영역(RASIC)과 ASIC 블록(144)과의 전기적 접속, 게다가, ASIC 영역(RASIC)으로부터 마더 기판(44)으로의 출력 신호의 인출 구성의 특징을 가진다. 이에 더하여, 전술한 마더 기판(44)과 SiPM 영역(RSiPM)에 존재하는 복수의 마이크로셀(MS)과의 사이의 전원 공급선 및 어스선의 채용 방식도 특징의 하나이다.In the present embodiment, a wiring connection from the aforementioned SiPM region R SiPM to an input circuit portion and an input terminal in the
도 17에 도시한 것처럼, 각 수광 화소(Popt)에서의 복수의 마이크로셀(MS)의 출력 라인은, 종방향(Y)에서 종렬(縱列)하는 것끼리 일단 와이어드 오어 접속하여 상측의 빈 영역(empty region), 즉, 광불감 영역(Rdead)의 상측 영역으로 인출하고, 그 인출한 각 종렬의 인출선을 재차, 이번에는 횡방향(Z)으로 인출하면서 와이어드 오어 접속해, 수광 화소(Popt)마다의 출력단(Tpixel)에 모으고 있다. 즉, 수광 화소(Popt)마다, 그 화소 내의 마이크로셀(MS)로부터 출력된 전기 펄스 신호는, 이 출력단(Tpixel)으로부터 취출된다.As shown in FIG. 17 , the output lines of the plurality of microcells MS in each light receiving pixel P opt are once wired or connected to each other in the vertical direction Y to form an upper vacant line. It is drawn out to the region above the empty region, that is, the photosensitive region R dead , and the drawn out leader lines of each column are again drawn out in the lateral direction (Z) this time and wired or connected, and the light-receiving pixel is drawn out. It is collected at the output terminal (Tpixel) of each (P opt ). That is, for each light-receiving pixel P opt , the electric pulse signal output from the microcell MS in the pixel is taken out from this output terminal Tpixel.
이 출력단(Tpixel)에 모아진 1개 또는 복수의 전기 펄스 신호는, 광불감 영역(Rdead)의 상측 영역을 횡방향(Z)으로 주행하는 1개의 출력 배선 패턴(라인)(Wpout)을 통해 ASIC 영역(RASIC)에 화소마다 형성한 패드(PD)(도 12 참조)에 도달한다. 물론, 마이크로셀(MS) 자신의 회로 요소를 포함하여, 이 출력 라인으로부터 상기 패드까지 일관(一貫)해서, 칩 상면(US)에 포토리소그래피에 의해 형성된다.One or a plurality of electric pulse signals collected at this output terminal (Tpixel) are transmitted through one output wiring pattern (line) (Wpout) running in the lateral direction (Z) in the upper region of the photosensitive region (R dead ) through the ASIC The pad PD (refer to FIG. 12) formed for each pixel in the region R ASIC is reached. Of course, it is formed by photolithography on the top surface US of the chip, including the circuit elements of the microcell MS itself, from this output line to the pad.
도 17에 도시한 것처럼, 상술한 수광 화소(Popt)를 Popt1로 표기하면, 그 횡방향(Z)에서 인접한 수광 화소(Popt2)에 대해서도 마찬가지로, 와이어드 오어 접속에 의해 그 인접 수광 화소(Popt2)로부터의 1개의 출력 배선 패턴(WPout)이 횡방향(Z)에 따라서 주행하여, ASIC 영역(RASIC)에 형성한 대응하는 패드(PDout)에 전기적으로 접속되어 있다. 이하, 이것에 횡방향(Z)에서 인접한 수광 화소(Popt)에 대해서도 마찬가지이다.As shown in Fig. 17, if the above-described light-receiving pixel (P opt ) is denoted as P opt1 , the adjacent light-receiving pixel (P opt2 ) in the lateral direction (Z) is similarly connected to the adjacent light-receiving pixel ( One output wiring pattern WPout from P opt2 runs along the lateral direction Z and is electrically connected to a corresponding pad PDout formed in the ASIC region R ASIC . Hereinafter, the same applies to the light-receiving pixel P opt adjacent thereto in the lateral direction Z.
게다가, 도 17에 도시한 것처럼, 2단째의 횡방향(Z)에서 서로 인접하는 복수의 수광 화소(Popt)에 대해서도 1단째와 마찬가지로, 종방향(Y)에서의 광불감 영역(Rdead)의 상측의 빈 영역을 사용해 횡방향(Z)으로, 개개의 패드(PDout)까지 출력 배선 패턴(WPout)을 통해서 인출되고 있다. 이하, 도 17에는 도시하고 있지 않지만, 제3단째 이후의 횡방향(Z)에서 서로 인접하는 복수의 수광 화소(Popt)에 대해서도 마찬가지이다.In addition, as shown in FIG. 17 , also for a plurality of light-receiving pixels (P opt ) adjacent to each other in the lateral direction (Z) of the second stage, as in the first stage, the light-sensitive region (R dead ) in the longitudinal direction (Y) It is drawn out through the output wiring pattern WPout up to the individual pads PDout in the lateral direction Z using the empty area above the . Hereinafter, although not illustrated in FIG. 17 , the same applies to a plurality of light-receiving pixels P opt adjacent to each other in the lateral direction Z after the third step.
덧붙여, 도 17에서 알 수 있듯이, 상기 출력 배선 패턴(WPout)을 패터닝하는 경우에, 횡방향(Z)으로 인접한 출력 배선 패턴(WPout)과, 그 하측, 즉, 종방향(Y)에 인접한, 횡방향 인접의 출력 배선 패턴(WPout)과의 사이에, 광불감 영역(Rdead)의 일부 영역(W1의 영역)을 패터닝하지 않고 남기고 있다. 이에 따라, 수광 화소(Popt)의 상호 간의 전자파 간섭을 저감할 수 있어, 서로의 전자기적 고립을 취하기 쉬워진다.In addition, as can be seen from FIG. 17 , in the case of patterning the output wiring pattern WPout, the output wiring pattern WPout adjacent to the lateral direction Z, and the lower side thereof, that is, adjacent to the vertical direction Y, Between the horizontally adjacent output wiring patterns WPout, a partial region (region W 1 ) of the photosensitive region R dead is left without patterning. Thereby, mutual electromagnetic interference of the light-receiving pixels P opt can be reduced, and it becomes easy to take mutual electromagnetic isolation.
물론, 이는 배선 폭, 배선 수, 배선 밀도 등을 고려해서 정해진다. 상기 일부 영역(W1의 영역)을 남기지 않고 배선 패턴에 사용해도 무방하다.Of course, this is determined in consideration of the wiring width, the number of wirings, the wiring density, and the like. The partial region (region of W 1 ) may be used for the wiring pattern without leaving it.
이와 같이, 각 수광 화소(Popt)로부터 횡방향(Z)의 편측으로 출력 배선 패턴(WPout)을 취출하는 이유는, 그 횡방향(Z)의 편측에 ASIC 블록(144)을 칩 상면(US)에 병치하고 있기 때문이다.As described above, the reason for taking out the output wiring pattern WPout from each light receiving pixel P opt to one side in the lateral direction Z is that the
[ASIC 영역과 패드 배치][ASIC area and pad placement]
ASIC 영역(RASIC)에는, 각 수광 화소(Popt)의 수 만큼의 패드(도시하지 않음)가 2차원 배열되어 있다. 그것들 복수의 패드는 다양한 양태로 배열하면 무방하고, 이것도 포토리소그래피에 의해 형성된다.In the ASIC region R ASIC , pads (not shown) corresponding to the number of each light-receiving pixel P opt are two-dimensionally arranged. The plurality of pads may be arranged in various ways, and this is also formed by photolithography.
상기 패드(PD)는, 실장하는 ASIC 블록(144)의 바로 밑(眞下)에 위치하고, ASIC 블록(144)에 마련하는 채널 분의 입력 단자(Tin)(도 18 참조)에 위치맞춤 되어 있다. 이 복수 채널은, 복수의 수광 화소(Popt)의 화소마다의 채널(1481~148n)의 수(프리앰프(Preamplifier)로부터 변별 회로에 이르는 회로부의 수)에 상당하고 있다.The pad PD is located just below the ASIC block 144 to be mounted, and is aligned with the input terminal T in (see FIG. 18 ) for a channel provided in the
이러한 패드는, 범프 본딩용이며, 범프 본딩에 의해 ASIC 블록(144)의 복수 채널(1481~148n)의 입력 단자(Tin)에 전기적으로 접속된다(도 12의 확대 부분 참조).These pads are for bump bonding, and are electrically connected to the input terminals T in of the plurality of
[ASIC 블록][ASIC block]
ASIC 블록(144)은, 도 18에 나타내는 복수 채널(1481~148n) 분의 처리부(즉, 처리 회로(148))를 IC화한 디바이스이며, 그 외형은 반도체칩(142)의 종방향(Y)의 길이와 동일한 길이로 설정되고, 횡방향(Z)으로는 소정의 폭(도 12 참조). 이는, 반도체칩(142), 즉, 검출 모듈(132)을 종방향(Y)에 종렬 상태로 인접 배치하기 위해서, 그러한 치수 설정이 되어 있다.The
이 ASIC 블록(144)의 내부의 집적화된 처리 회로(148)로서는, 각 입력 단자(Tin)에 전기적으로 연결되는 채널(1481(~148n))마다, 도 18에 도시한 것처럼, 파형 정형 회로(Signal Shaping Circuit)(161), X선 에너지 스펙트럼에 복수 n개의 에너지BIN(범위)을 설정하기 위한 복수「n+1」개(n은, 2 이상의 정의 정수)의 비교기(1621, 11622, 623, 1624), 및 이러한 비교기(1621, 1622, 1623, 1624)에 개별 접속되어, 각 에너지BIN에 들어가는 에너지를 가지는 X선 광자의 수를 계수하는 카운터(1631, 1632, 1633, 1634)를 갖추고 있다.As the
각 파형 정형 회로(161)는, 각 수광 화소(Popt)의 복수의 마이크로셀(MS)로부터 동시에 또는 일정한 타이밍 차로 출력되고, 와이어드 오어 가산되어, 출력 배선 패턴(WPout) 및 범프 본딩 BD를 통해 입력되는 1개 또는 복수의 전기 펄스 신호에 일정 시간마다 미적분 처리를 실시하는 회로에 의해 구성된다. 이에 따라, 이 미적분 처리에 의해 1개 또는 복수의 펄스 신호가 1개의 펄스 신호로 합성되고, 이 합성된 펄스 신호가 일정 시간마다 출력된다. 본 실시 형태에서는, SiPM(151)는 복수의 작은 마이크로셀(MS)을 갖추고, 그것들 마이크로셀(MS)의 광전 변환 소자는, 적당한 바이어스 전압의 인가 하에, 가이거 모드로 동작하는 APD(애벌랜치 포토다이오드)를 탑재하고, 애벌랜치 효과에 의한 106 정도의 높은 게인으로 신호가 발생해, ??치 저항으로 방전하는 것으로, 40~50ns의 펄스가 된다. 픽셀의 출력은, 신틸레이터 재료가 GFAG의 경우, 신틸레이션의 지연시간 특성에 따라, 각 마이크로셀 합성 출력으로서, 상승(立上)에서 하강(立下)까지의 시간이 200ns 전후라고 하는 고속으로 응답시킬 수 있다.Each
비교기(1621, 1622, 1623, 1624)에는, X선 에너지BIN의 역치에 상당하는 기준전압(역치)(TH1, TH2, TH3, TH4)이 인가되고 있다. 이 기준전압(TH1, TH2, TH3, TH4)은, 예를 들면, X선 에너지가 18keV, 25keV, 38keV, 및 50keV(관전압(管電壓)에 상당)에 상당하는 전압값이다. 이에 따라, X선 에너지 스펙트럼이 18~25keV, 25~38keV, 및 38~50keV의 3개의 에너지BIN이 연산상 설정된다. 덧붙여, 0~18keV의 에너지 범위에 들어가는 X선 광자는 노이즈인 것으로서 광자 계수로부터 제외된다.The
이 때문에, 비교기(1621, 1622, 1623, 1624)는, 각각, 그 입력단에 기준전압(TH1, TH2, TH3, TH4)을 넘었을 때의 파고치(波高値)의 전기 펄스 신호(광감지 소자마다 합성된 전기 펄스 신호)가 도래했을 때에, 그 출력「1」을 나타내는 논리 신호를 출력한다. 이 때문에, 카운터(1631(1632, 1633, 1634))는 그 출력에 응답해 계수치를 인크리먼트(increment)함으로써, X선 광자의 수를 계수한다.For this reason, the
게다가, ASIC 블록(144)의 내부의 집적회로에는, 각 카운터(1631, 1632, 1633, 1634)의 후단에 접속된 계수치 기록 회로(Count Value Register)(164) 및 계수치 독출 회로(Count Value Read OUT Circuit)(165)를 갖춘다. 계수치 기록 회로(164)는, 각 카운터(1631, 1632, 1633, 1634)로부터 계수치를 받아들이고, 그것들 계수치의 상호 차분에 의해 에너지BIN마다의 광자 계수치를 연산하고, 일단 내부 메모리에 기록한다. 이 광자 계수치는, 계수치 독출 회로(165)에 의해 수광 화소마다(즉, 검출 화소마다) 또한 에너지BIN마다 일정한 타이밍에 독출되는 것과 함께, 소정 비트 수의 디지털 신호로서 복수의 출력단(Tout)으로부터 시계열로 순차 출력된다.In addition, in the integrated circuit inside the
이 ASIC 블록(144)의 복수의 출력단(Tout)은, 다른 범프 본딩을 경유해, 반도체칩(142)의 ASIC 영역(RASIC)에 돌아가고, 입출력용 패드 영역(Rpad2)에 형성된 입출력 패드(PDia)에 접속되고 있다. 이 입출력 패드(PDia)는 반도체칩(142)의 배선 패턴에 의해 칩 상면(US)에 의해 형성되고 있다.A plurality of output terminals T out of this ASIC block 144 are returned to the ASIC region R ASIC of the
이 입출력 패드(PDia)는, 도 12에 모식적으로 도시한 것처럼, 와이어 본딩(WB)에 의해 마더 기판(44)의 소정 단자에 전기적으로 접속되어 있다. 이 소정 단자를 통해, X선 검출 장치(22)의 광자 계수치를 나타내는 디지털 데이터가 프론트엔드 프로세서(26)를 통해 유저 PC:(27)에 보내진다.This input/output pad PDia is electrically connected to the predetermined terminal of the
유저 PC:(27)는, 이러한 디지털 데이터에 근거해, 물질 동정 및/또는 화상 생성을 실행해, 그 결과를 X선 비파괴 검사나 의료용 X선 검사에 제공한다.The user PC: 27 performs substance identification and/or image generation based on such digital data, and provides the result to an X-ray non-destructive examination or a medical X-ray examination.
<스캔 동작><Scan operation>
다음에, 도 19에 근거해 X선 검사 시스템(11)의 스캔 동작 및 그 작용 효과를 설명한다.Next, based on FIG. 19, the scanning operation|movement of the
도 19에 도시하는 플로우차트는, 프론트엔드 프로세서(26) 및 유저 PC가 협동해 실시하는 각 요소의 구동 및 제어, 및 화상 처리를 설명하고 있다.The flowchart shown in FIG. 19 explains the driving and control of each element, and image processing performed by the front-
동 도면에 도시한 것처럼, 유저 PC는, 유저와의 사이에 인터렉티브하게 촬영 조건을 설정하고(스텝(S11)), 프론트엔드 프로세서(26)에 X선 검출 장치(22)에 대한 조정을 지시한다(스텝(S12)).As shown in the figure, the user PC interactively sets shooting conditions with the user (step S11), and instructs the front-
이에 따라, 프론트엔드 프로세서(26)는, 구동 장치(24, 43)에 지령을 부여해, 콜리메이터(33) 및 2개의 세장 검출기(311, 312)를 그것들의 초기 위치로 위치시킨다(스텝(S13)). 이에 따라, 도 20 및 도 21에 도시한 것처럼, 2개의 세장 검출기(311, 312)가 그것들의 소정의 초기 위치(ST1, ST2)로 디스크리트하게 정렬한다. 덧붙여, 초기 위치(ST1, ST2)는, 그것들 검출기(311, 312) 각각의 좌단 위치가 최좌단 위치가 되는 상태로 결정하는 것으로 한다.Accordingly, the front-
이때, 콜리메이터(33)도 마찬가지로, 스캔 방향(SD)(실제로는, 그 경사 방향(MD))의 초기 위치에 위치된다. 따라서, X선 발생 장치(21)로부터 조사된 X선은 콜리메이터(33)의 개구(33A, 33B)에 의해 콜리메이트되어, 2개의 팬빔 X선으로 성형되고, 초기 위치(ST1, ST2)에 있는 검출기(311, 312)의 X선 입사창(31W1, 31W2)에만, 또는, 그것보다 전술의 소정 마진을 가지게 한 에리어에만 조사된다.At this time, the
다음으로, 프론트엔드 프로세서(26)는, 구동 장치(24, 43)에 소정의 속도 제어 프로파일('속도 패턴'이라고도 한다)에 따른 스캔 명령을 부여해, 콜리메이터(33) 및 2개의 세장 검출기(311, 312)를 경사 방향(MD)으로 이동 개시시킨다(스텝(S14)). 즉, 콜리메이터(33)(개구(33A, 33B)) 및 검출기(311, 312)는 서로 동기해 경사 방향(MD)으로 이동된다. 이때, 가이드 레일(42)이 스캔 방향(SD)에 대해서 소정 각도θ만큼 비스듬하게 되어 있으므로, 그것들 콜리메이터(33) 및 검출기(311, 312)는 서로 동기 상태로 스캔 방향(SD)에 대해서 각도θ만큼 경사진 방향(MD)으로 인상(引上)되면서, 스캔 방향(SD)에 따라서 이동한다.Next, the front-
이 스캔 동작은, 구동 장치(24, 43)의 예를 들면, 서보 제어에 의한 정지 위치의 지령 또는 정지 센서가 정지 위치 정보를 낼 때까지, 초기 위치(ST1, ST2)로부터 가속 구간(조주 구간), 정속 구간, 및 감속 구간으로 이루어진 사다리꼴 형상의 속도 제어 프로파일에 의해 계속된다(스텝(S14, S15): 도 20 및 도 21 참조). 즉, 이들 도면에 나타내는 예의 경우, 일방의 검출기(311)는, 그 초기 위치(ST1)로부터 일정 속도에 달하는 위치(A1)까지의 사이를 가속 구간으로 하고, 그 위치(A1)로부터 감속 개시하는 위치(B1)까지의 구간을 정속 구간으로 하고, 감속 개시 위치(B1)로부터 정지하는 위치(SP1)까지의 구간을 감속 구간으로 하고 있다. 가속 구간(ST1~A1)은 슬로우 스타트라고도 칭하고, 반대로, 감속 구간(B1~SP1)을 슬로우 스톱이라고도 칭하고 있다. 마찬가지로, 타방의 검출기(312)에 대해서도, 가속 구간(ST2~A2), 정속 구간(A2~B2), 및 감속 구간(B2~SP2)이 설정되어 있다.This scan operation is performed from the initial positions ST1 and ST2 to the acceleration section (steering section) from the initial positions ST1 and ST2 until a stop position command by, for example, servo control of the driving
이 때문에, 일방의 검출기(311)에 대해서는, 위치(ST1~SP1)까지가 스캔 담당 범위(R1)이며, 타방의 검출기(312)에 대해서는, 위치(ST2~SP2)까지가 스캔 담당 범위(R2)이며, 양 스캔 담당 범위(R1, R2)는 도중에 오버랩 구간(OV)을 마련하고 있다. 이 오버랩 구간(OV)에서의 X선 검출 데이터에 근거해, 양 범위(R1, R2)의 X선 검출 데이터를 연결하여, 촬영 영역(22W)에 대한 X선 검출 데이터를 디지털화한, 일정 레이트 마다의 프레임 데이터를 작성할 수 있다.For this reason, about one
상기 스캔 동작이 종료하면(스텝(S16)), 프론트엔드 프로세서(26)는 구동 장치(24, 43)에 정지 명령 및 초기 위치로의 리턴 명령을 내린다(스텝(S16, S17)). 다음으로, 다음의 스캔 동작이 지령되었는지 여부를 판단하면서, 종료까지 마찬가지의 스캔 동작을 반복한다(스텝(S18, S19)).Upon completion of the scan operation (step S16), the front-
<데이터 수집, 프레임 데이터 생성, 및 작용 효과><Data collection, frame data generation, and action effects>
프론트엔드 프로세서(26)는, 미리 정한 절차에 따라서, 상술한 스캔 동작과 병행한 리얼타임 또는 일정한 지연 시간을 두고, 또는 포스트 프로세스로서, 도 19의 우측란에 나타내는 데이터 수집 및 프레임 데이터 생성 처리를 실시한다.The front-
이 수집 및 생성의 처리는, X선 검출 장치(22)에 탑재한 처리 회로(148)의 계수치 독출 회로(165)에서 출력되는 검출기(311, 312) 각각의, 소정 프레임레이트(예를 들면, 16000fts)마다의 프레임 데이터(FRINI)를 독입(讀入)하여, 순차적으로, 그 내부 메모리(22M)(도 22 참조)에 일시 보존한다(스텝(S31, S32)).This collection and generation process is performed at a predetermined frame rate (eg, each of the
이 독입 및 일시 보존에 의해, 내부 메모리(22M)에는, 검출기 마다, 각각 종렬(縱列)한 복수의 모듈(132) 각각의 화소 어레이(Pay)로부터의 디지털량의 X선 포톤의 계수치(즉, 화소(Pin)마다의 X선량을 나타내는 화소치)가 보존된다. 이때, 모듈(132)의 상호 간에는 갭인, 소정 폭의 간극(SP2)이 있기 때문에, 내부 메모리(22M)에서의 검출기 프레임 데이터(FRINI)의 대응 위치에는 화소치는 존재하고 있지 않다(도 22 참조).By this reading and temporary storage, the digital amount of X-ray photons counted from the pixel array Pay of each of the plurality of
그래서, 프론트엔드 프로세서(26)는, 예를 들면, 공지의 외부삽입 처리에 의해서, 예를 들어 간극(SP2)을 분할하는 화소(Pines) 각각의 화소치를 그 주변의 화소의 기존 화소치에 근거해 추정한다(스텝(S33): 도 22 참조). 이 때문에, 간극(SP2)의 긴 방향(Y)의 길이는, 즉, 갭의 폭은 화소(Pin)의 사이즈(예를 들면, 200, 250, 300㎛ 등)에 맞춰 설정하는 것으로, 외부삽입 연산이 보다 간단화 된다. 이와 같이 간극(SP2)의 화소의 값이 충족된 검출기 프레임 데이터(FRDEC)는 다음 처리까지 메모리(22M)에 보존된다.Therefore, the front-
덧붙여, 이 외부삽입 처리는 생략해도 무방하다.Incidentally, this external insertion process may be omitted.
다음으로, 프론트엔드 프로세서(26)는, 내부 메모리(22M)에 보존되어 있는 외부삽입 완료된 검출기 프레임 데이터(FRDEC)를, 마찬가지로 내부 메모리(22M)에 구축된 재구성 공간(Srec)(화소(Prec))에 매핑하는 것과 함께, 양 검출기(311, 312)로부터 각각 수집된 소정 프레임레이트 분의 매핑 화소를 시프트&애드법(shift-and-add法)으로 합성하면서 서브픽셀법을 실시하여, 촬영 영역(22W) 분의 프레임 데이터를 생성한다(스텝(S34): 도 22 참조). 이에 따라 생성된 프레임 데이터는, 내부 메모리(22M)에 보존된다(스텝(S35)). 이 보존된 프레임 데이터는, 데이터 수집이 종료하면, 유저 PC(27)에 출력되어 화상 재구성, 그 화상에 근거한 물질 종류의 동정 등에 제공된다(스텝(S36, S37)).Next, the front-
여기서, 본원에 따른 검출기(31)의 경사 방향의 이동을 수반하는 경사 스캔이라고도 할 수 있는, 스텝(S34)에서 실시되는 시프트&애드법 및 서브픽셀법에 근거한 프레임 데이터의 생성을, 도 23을 이용해 상술한다.Here, the generation of frame data based on the shift & add method and the subpixel method performed in step S34, which can also be referred to as an oblique scan accompanying the movement in the oblique direction of the
도 23은, 소정 사이즈의 화소(Prec)를 가지는 재구성 공간(Srec)에, 예를 들어 프레임레이트 16000fps로 수집되는 프레임 데이터 중, 시각 t=t1, t2, t3, t4로 순차 수집되고 또한 간극(SP2)에 화소치가 보충된 프레임 데이터를 순차 첩부한 상태를 나타내고 있다. 물리 화소인 화소(Pin) 및 재구성 화소(Prec)의 사이즈는 모두, 예를 들어 전술한 250×250㎛와 같고, 검출기(31)의 짧은 방향(Z)(스캔 방향(SD))의 화소 수는 4개로 간략화해 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 소정 각도θ는, 검출기(31)가 스캔 방향(SD)으로 화소(Pin)의 4개분 이동했을 때에, 긴 방향(Y)으로 화소(Pin)의 1개분 이동하는 값으로 모식적으로 그리고 있다.23 shows that, among frame data collected at, for example, a frame rate of 16000 fps, in a reconstruction space Srec having a pixel Prec of a predetermined size, sequentially collected at times t=t1, t2, t3, t4, and a gap ( The state in which the frame data supplemented with the pixel value was pasted one by one to SP2) is shown . The sizes of the pixel Pin and the reconstruction pixel Prec, which are physical pixels, are, for example, the same as the above-mentioned 250×250 μm, and the number of pixels in the transverse direction Z (scan direction SD) of the
덧붙여, 화소(Pin) 및 재구성 화소(Prec)의 사이즈는 서로 달라도 무방하다.In addition, the sizes of the pixel Pin and the reconstruction pixel Prec may be different from each other.
또한, 검출기(31)는, 소정 각도θ의 경사 방향(MD)으로 일정 속도(정속 구간)로 이동하고 있는 상태를 상정하고 있으므로, 스캔 방향(SD) 및 경사 방향(MD)으로의 각 시각(t)의 프레임 데이터의 이동량은 일정한다. 즉, 도 20에 나타내는 속도 제어 프로파일 중, 정속 구간(A1~B1, A2~B2)의 구간에서의 속도에 동기한 이동량에 따라, 프레임 데이터의 매핑(첨부)을 나타내고 있다.In addition, since it is assumed that the
이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 이 때문에, 검출기(31)의 간극(SP2) 부분의 화소치가 외부삽입에 의해 보충된, 모듈 종렬체(132M)의 전체 검출 데이터 분의 프레임 데이터가 재구성 공간(Srec)에서 소정 각도θ의 경사 방향으로 순차 매핑된다. 이때, 화소치가 보충되고는 있지만 직접적인 검출 데이터가 아닌 간극(SP2) 부분도, 소정 각도θ로 경사 이동(시프트)해 간다.As described above, according to the present embodiment, for this reason, the frame data for the entire detection data of the
그래서, 프론트엔드 프로세서(26)는, 재구성 공간(Prec)의 재구성 화소(Prec)마다, 각 프레임의 화소(Pin)가 기여하는 화소치와 그 면적에 근거해, 소위 서브픽셀법에 근거해, 재구성 화소(Prec)의 화소치를 연산한다. 예를 들면, 도 23의 중앙 부근의 화소(Prec-n)에 주목하면, 그 재구성 화소(Prec)는, 화소 부분(Pa)(간극(SP2) 부분의 화소의 일부로서, 외부삽입된 화소치를 가진다), 화소 부분(Pb)(시각 t=t4의 화소의 일부), 화소 부분(Pc)(시각 t=t3의 화소의 일부), 및 화소 부분(Pd)(시각 t=t2의 화소의 일부)으로 구성된다. 이 때문에, 그러한 화소 부분의 면적(여기에서는 화소 전체면적의 1/4씩의 면적)에 따라 가산되어 재구성 화소(Prec-n)의 화소치가 연산된다.Therefore, the front-
덧붙여, 전술한 외부삽입 처리를 생략했을 경우, 화소 부분(Pa)은 존재하지 않는 것으로 하고, 화소 부분(Pb, Pc, Pd)의 화소치 및 면적으로부터 화소(Prec-n)의 화소치를 정해도 무방하다.Incidentally, when the above-described external insertion processing is omitted, the pixel portion Pa does not exist, and even if the pixel values of the pixels Prec-n are determined from the pixel values and areas of the pixel portions Pb, Pc, and Pd. free of charge
그 외의 재구성 화소(Prec)도 마찬가지이다. 특히, 2개의 검출기(31)가 분담하는 스캔 범위(R1, R2)의 오버랩 구간(OV)에서도 화소치가 마찬가지로 연산된다. 단, 이 오버랩 구간(OV)에서, 양 검출기(31)가 모두 검출하는 화소가 있는 경우, 그 양 화소치는 평균되어 서브픽셀법으로 제공된다. 이 평균화 연산을 줄이는 관점에서, 도 20에서의 속도 제어 프로파일에 있어서, B1=A2, 즉, 일방의 검출기(311)의 정속 구간의 종료점과 타방의 검출기(312)의 정속 구간의 개시점을 일치시키는 것이 바람직하다.The other reconstruction pixels Prec are also the same. In particular, the pixel values are similarly calculated in the overlap section OV of the scan ranges R1 and R2 shared by the two
게다가, 프론트엔드 프로세서(26)는, 상술한 바와 같이 프레임 데이터를 매핑해 서브픽셀법을 실행하는 도중에, 또는, 그 실행 후에, 일방의 검출기(311)의 가속 구간(ST1~A1), 타방의 검출기(312)의 감속 구간(B2~AP2), 일방의 검출기(311)의 긴 방향(Y)의 상하단에서의 삼각형을 이루는 검출기 경사 이동 부분(DP1, DP3), 및 타방의 검출기(312)의 긴 방향(Y)의 상하단에서의 검출기 경사 이동 부분(DP3, DP4)의 화소 데이터를 파기한다.In addition, the front-
이에 따라, 도 21에 도시한 것처럼, 양 검출기(31)의 스캔 동작에 근거한 구형상(矩形狀)의 화상 영역(IMarea)이 촬영 영역(22W)의 내측에 제공된다. 이 화상 영역(IMarea)의 프레임 데이터는, 스캔 방향(SD)의 양단의 가속 구간 및 감속 구간의 데이터, 및 검출기(31)의 경사 이동에 수반하는 상하단의 데이터 부족으로 인해 불안정한 삼각형 부분의 데이터가 배제된, 안정적이고 신뢰성이 높은 데이터가 된다. 이 프레임 데이터가 유저 PC(27)에 보내진다.Accordingly, as shown in FIG. 21 , a spherical image area IMarea based on the scanning operation of both
<제9 배치예><Ninth arrangement example>
여기서, 도 24를 이용하여, 전술한 세장 검출기의 3면 버터블의 배치예를 제9 배치예로서 설명한다.Here, the arrangement example of the three-sided bubble of the above-mentioned elongate detector is demonstrated as a 9th arrangement example using FIG.
이 배치예에 따른 X선 검출 장치(22H)는, 도 24에 도시한 것처럼, 이 검출 장치는 2개의 세장 검출기(311, 312)를 탑재하고, 또한, 그것들 2개의 세장 검출기(311, 312)의 초기 위치가 촬영 영역(22W)의 스캔 방향(SD)에서의 좌단에서 서로 등을 맞대고 인접 배치되어 있다. 즉, 일방의 세장 검출기(311)가 스캔 방향(SD)의 진행 방향의 선두측에 배치되는 것과 함께, 타방의 세장 검출기(312)가 스캔 방향(SD)의 진행 방향의 뒤측에 배치되어, 양 검출기(311, 312)의 양 구형상(矩形狀)의 X선 입사창(31W1, 31W2)은 긴 방향(Y)(제1 방향)에 따라서 또한 서로 인접하도록 배치되어 있다. 즉, 타방의 세장 검출기(312)의 또 일방의 검출기(311)에 대한 긴 방향(Y)의 방향을 반대로 하고 있다.As shown in FIG. 24 , the
양방의 X선 입사창(31W1, 31W2) 사이의 간극은, 가능한 0으로 하는 것이 바람직하지만, 제조상, 예를 들어 일정한 간극(SP3)(예를 들면, 1화소분 전후에 상당하는 간극)만큼 비우는 것도 무방하다.The gap between the two
게다가, 특징적인 배치 구조로서, 양 검출기(311, 312)는 그러한 긴 방향(Y)에서 소정 거리(D)만큼 서로 상이하게 하고 있다. 이 소정 거리(D)는, D= 0.5+N(N은, 1 이상의 정의 정수)의 화소분에 상당하는 길이이다. 이 때문에, D= 1.5화소, 2.5화소, …가 되어, 화소의 사이즈에 대해서 처리하기 쉬운 길이로 설정되어 있다. 물론, 이 소정 거리(D)는 0.5화소분의 길이여도 무방하다.Moreover, as a characteristic arrangement structure, both
이와 같이 2개의 세장 검출기(311, 312)를 3면 버터블의 배치로 함으로써, 그것들의 X선 입사창(31W1, 31W2)은 서로 적어도 일정한 간극(SP3)을 두고 인접시킬 수 있다. 즉, 1개의 세장 검출기에 비해, 스캔 방향(SD)의 X선 입사창의 길이, 즉, X선을 받는 개구 길이를 넓힐 수 있어, 보다 2차원의 면 검출기의 검출 기능에 근접시킬 수 있다.By setting the two
이 2개의 세장 검출기(311, 312)를, 긴 방향(Y)의 소정 거리(D)의 차를 유지(保持)한 상태로 스캔 방향(SD)에 대해서 소정 각도θ만큼 경사진 방향(MD)으로 함께 이동시키는 것에 의해, 보다 넓은 X선 입사창(31W1+31W2)으로 스캔시킬 수 있다. 이에 따라, 전술한 것처럼 비스듬하게 이동시키는 것에 의해서, 초해상 효과를 보다 효과적으로 얻을 수 있다.The two
덧붙여, 스캔 방향(SD)의 일정한 간극(SP3)에 화소가 존재하지 않는 것에 대해도, 전술한 긴 방향(Y)의 간극(SP2)에 대한 보정과 마찬가지로 보정 처리된다.In addition, a correction process is performed similarly to the correction| amendment with respect to the gap SP2 of the longitudinal direction Y mentioned above also about the case where a pixel does not exist in the fixed gap|interval SP 3 in the scan direction SD.
<효과><Effect>
이상과 같이 본 실시 형태에 따른 X선 검사 시스템(11) 및 이것에 탑재되는 스캔형 X선 검출 장치(22)를 다양한 검출기 배치예와 함께 설명하였다. 이 실시 형태에 의하면, 특히, 세장 검출기를 긴 방향(Y)에 따라서 디스크리트하게 복수 배치하는, 본 발명자들이 「다열(多列) 배치」라고 칭하고 있는 구성에 의한 작용 효과와, 1개 또는 복수의 세장 검출기를 스캔 방향(SD)으로부터 소정 각도θ만큼 비스듬하게 이동시키는(인상하는, 인하하는), 본 발명자들이 「기계식 경사 스캔」에 의한 작용 효과로 크게 나눌 수 있다. 물론, 상술한 것처럼, 다열 배치와 기계식 경사 스캔을 조합해 실시함으로써, 그것들 양자의 작용 효과를 얻을 수 있다.As mentioned above, the
<다열 배치><Multi-row arrangement>
다열 배치를 채용했을 경우, 먼저, 1개의 촬영 영역(22W)을 예를 들어 2개의 세장 검출기(311, 312)로 분담해 스캔할 수 있다. 이에 따라 1개의 검출기를 스캔시키는 경우에 비해, 스캔 시간, 즉, 데이터 수집에 필요로 하는 촬영 시간을 1/복수분 만큼 단축시킬 수 있다.When multi-row arrangement|positioning is employ|adopted, first, one imaging|photography area|
또한, 도 21에서 설명한, 프레임 데이터 생성 시에 파기하는 부분 영역(DP1~DP4)의 면적은, 다열 배치로 하는 것에 의해서, 1개의 세장 검출기로 종래의 경사 스캔을 실시하는 경우에 비해, 적다. 이 때문에, 수집한 데이터를 극력, 낭비 없게 사용할 수 있다.In addition, the area of the partial regions DP1 to DP4 to be discarded at the time of frame data generation described with reference to FIG. 21 is smaller than that in the case of performing the conventional oblique scan with one elongate detector by setting the multi-row arrangement. For this reason, the collected data can be used as much as possible without waste.
<기계식 경사 스캔><Mechanical tilt scan>
또한, 기계식 경사 스캔의 경우, 각 세장 검출기(31)가 그 상호 인접하는 모듈(132) 간에 간극(SP2)이 있어서 물리적인 검출 화소가 없는 경우에도, 그 간극(SP2)에 상당하는 화소치가 외부삽입에 의해 보간된 다음, 재구성 공간(Prec)에 비스듬하게 첩부되어 간다(도 23 참조). 이 때문에, 간극(SP2)에 검출 화소가 없는 것에 의한 영향은 없고, 재구성 공간(Prec)과의 상대적인 경사 방향으로의 매핑에 의해서, 간극(SP2)이 존재하고 있어도, 고 해상도로 화소의 변화가 매끄러운 디지털 같지 않은 화소(Prec)로 이루어진 프레임 데이터를 재구성할 수 있다. 또한, 비스듬하게 스캔하면, 통계 노이즈가 감소하기 때문에, 재구성 화소 사이즈에 비해서는 통계 노이즈가 감소한다. 즉, 피폭선량이 줄어든다.In addition, in the case of the mechanical oblique scan, each
이러한 우위성이 서로 유기적으로 연계해 작용함으로써, 유저 PC에서 촬영 가능한 대상물 내의 물질의 종류나 성상(性狀)을 분류하는, 소위, 물질 동정이 보다 고 정밀도로 신뢰성 높은 것이 된다.By organically linking these superiorities with each other, so-called substance identification, which classifies types and properties of substances in objects that can be photographed by the user PC, becomes more accurate and reliable.
이와 같이, 기지(旣知)인 일정 간격의 간극(SP2)의 존재가 허용된 상태에서 모듈 종렬체(132M), 즉, 세장 검출기(31)를 제조할 수 있다. 즉, 복수의 모듈(132)이 간극없이 인접해야 한다는 제약이 완화 또는 없어지므로, 그 만큼 조립 작업이 용이화되고, 조립 코스트도 저감된다.In this way, the
게다가, 화상 영역(IMarea)의 화상 데이터를 생성하는 과정에서, 재구성 공간에 검출기의 프레임 데이터를 첩부하므로, 검출 화소보다 작은 화소를 가지는 해상도의 복원도 가능하게 된다. 또한, 면 검출기에 비해 피사체(대상물)로부터의 산란선의 혼입을 경감할 수 있다.In addition, since the frame data of the detector is pasted in the reconstruction space in the process of generating the image data of the image area IMarea, it is also possible to restore the resolution having a pixel smaller than the detection pixel. In addition, it is possible to reduce mixing of scattered rays from a subject (object) compared to a surface detector.
<다열 배치, 기계식 스캔><Multi-row batch, mechanical scan>
또한, 이 다열 배치를 전제로 하여 기계식 경사 스캔의 경우, 도 21에서 설명한 것처럼, 스캔 분담 영역(R1, R2)의 합계인 촬영 영역(22W) 내, 실제로는, 검출 데이터가 스캔 속도의 변화(가속, 감속)나, 화소치의 불안정한 부분 영역을 배제해 화상 영역(IMarea)의 데이터를 얻고 있다. 이 때문에, 보다 안정적으로 분해능이 높은 영역의 데이터 만을 얻을 수 있어, 재구성 화상의 고 품질화도 도모할 수 있다.In addition, in the case of a mechanical oblique scan on the premise of this multi-row arrangement, as described in FIG. 21 , in the
게다가, 본 실시 형태에서는, 다열 배치 및 기계식 스캔 모두, 콜리메이터(33)에 형성하는 개구(33A, 33B)(또는, 그 중의 하나)의 길이 및 폭을, 보다 작게 할 수 있다. 즉, 도 21에 도시한 것처럼, 최종적으로 요구하는 수집 영역은, 도시한 화상 영역(IMarea)이다. 각 검출기(31)는 X선 입사창(31W)을 가지고 있기 때문에, 그 입사창(31W)의 폭(Wc)은 정해지지만, 긴 방향(Y)의 길이(Hc)는 화상 영역(IMarea)의 종방향의 길이를 만족하면 된다. 이 때문에, 개구(33A, 33B)의 종횡의 폭은, 화상 영역(IMarea) 일부분인 길이(Hc)×폭(Wc)의 구형상(矩形狀)에, 또는, 그보다 전술의 소정의 마진을 가진 구형상에, X선을 콜리메이트할 수 있으면 된다. 이 길이(Hc)×폭(Wc)이라는 사이즈로 콜리메이트하는 경우, 종래의 검출기 자체를 비스듬하게 배치하는 동등 사이즈의 경사 스캔(예를 들면, 전술한 WO2017/170408A1에 기재된 스캔 구조)에 비해 작게 할 수 있고, 따라서, 대상에 대한 X선 피폭의 경감에도 공헌한다.In addition, in the present embodiment, the length and width of the
<광자 계수형이며 스캔형의 검출기인 것의 작용 효과><Operational Effects of Photon Counting Type and Scanning Type Detector>
상기 실시 형태에 따른 세장 검출기(31)는, X선의 양으로서, 그 광자 수를 계수하는 광자 계수형의 검출기이며, 또한, 대상을 스캔하면서 면 검출기로서 동작시키는 스캔형의 검출기이다.The
이에 따라, 종래의 적분형의 X선 검출기에 비해, 검출기를 이산적으로 배치하는 것에 의한, 환자로부터의 산란 성분의 혼입의 경감은 원래보다, 신틸레이터의 광 확산에 상당하는 보케(bokeh)가 적기 때문에 해상도가 우수한 것, 전기 노이즈의 혼입을 저감할 수 있으므로 콘트라스트 분해능이 높은 것, 또한 이에 더하여 선량과 출력이 리니어(linear)가 되므로, 다이나믹이 보다 넓은 것을 들 수 있다. 게다가, 검출기 감도가 높은 것도 있다. 더욱이, X선의 펄스 신호 처리까지의 과정을 고속화할 수 있으므로, 고속 응답도 가능하다. 또한, 광자 계수형이므로, 투과 X선의 에너지 정보를 고 정밀도로 변별ㆍ처리할 수 있기 때문에, 이른바 물질 동정 등의 에너지 변별에 의존한 처리에 적합하다. 나아가, 의료용 진단 장치에서 요즈음 문제가 되고 있는 환자 뿐만 아니라, 의사에 대한 X선 피폭선량을 큰 폭으로 경감시킬 수 있다. 이는, 검출 감도가 높고 또한 전기 노이즈가 적은 것에 따른다.Accordingly, compared to the conventional integral type X-ray detector, the reduction of mixing of the scattering component from the patient by discretely disposing the detector is reduced, compared to the original, the bokeh corresponding to the light diffusion of the scintillator is reduced. Since it is small, the resolution is excellent; the contrast resolution is high because the mixing of electric noise can be reduced; In addition, some have high detector sensitivity. Moreover, since the process up to the X-ray pulse signal processing can be accelerated, a high-speed response is also possible. In addition, since it is a photon counting type, energy information of transmitted X-rays can be discriminated and processed with high precision, so it is suitable for processing dependent on energy discrimination, such as so-called substance identification. Furthermore, it is possible to significantly reduce the X-ray exposure dose to the doctor as well as the patient, which is a problem these days in the medical diagnostic apparatus. This is due to high detection sensitivity and low electrical noise.
한편, CdTe 등의 반도체를 이용한 직접 변환형의 X선 검출기에 비하면, 본원의 세장 검출기(31)는 검출할 수 있는 에너지 범위(keV)가 넓은 것, 검출 감도를 높게 할 수 있는 것, 게다가 화소 간의 크로스토크(차지 쉐어링에 상당)가 적기 때문에, 에너지 묘출능(描出能)이 높고, 결과적으로 계수율 특성(1% count loss/1mm2)이 우수하다. 이에 따라, 이 검출기의 응용 범위가 보다 넓은 점을 들 수 있다. 이에 더하여, 폴라리제이션 등의 불안정 요인이 보다 적기 때문에, 의료용CT나 식품 이물 검사 등에서 요구되는 검출 능력에도 대응 가능하다. 나아가, CdTe 반도체의 동작에 필요한 높은 바이어스 전압의 공급이 불필요하고, 검출기의 회로 설계를 용이화할 수 있어, 의료 안전 규격에 대한 대응도 보다 용이하게 된다. 물론, 제조 코스트도 보다 낮게 억제하는 것이 가능하다.On the other hand, compared to a direct conversion type X-ray detector using a semiconductor such as CdTe, the
또한, 스캔형으로 함으로써, 대상물로부터의 산란선 혼입이 극히 적어지고, 화질(콘트라스트 분해능)이 향상되어, 광자 계수형의 검출 구성을 채용한 경우에는 물질 동정의 정밀도 향상에도 기여한다. 특히, 콜리메이터(33)와의 동기 연동을 병용하고 있으므로, X선의 조사야(照射野)는, 이동하는 세장 검출기(31)에 필요한 X선 입사창(31W)의 폭으로 콜리메이트되는 것과 함께, 긴 방향(Y)의 길이는 본 실시 형태에서는 도 21에 나타내는 길이(Hc) 또는 그것에 일정한 마진을 더한 길이로 콜리메이트된다. 이에 따라, X선 피폭선량이 보다 한층 저감된다. 이 조사야의 긴 방향(Y)에서의 길이(Hc)로의 콜리메이트는, 본 실시 형태에 따른 기계식 스캔 만이 가능한 것이며, 종래처럼 검출기 자체를 비스듬하게 기울여 스캔하는 타입에 대해서 우위인 점의 하나이다.In addition, by using the scan type, mixing of scattered rays from the object is extremely reduced, the image quality (contrast resolution) is improved, and when the detection configuration of the photon counting type is adopted, it also contributes to the improvement of the accuracy of material identification. In particular, since synchronous interlocking with the
[제2 실시 형태][Second embodiment]
다음으로, 제2 실시 형태에 따른 X선 검사 시스템(11A)을 도 25~도 27에 근거해 설명한다.Next, 11 A of X-ray inspection systems which concern on 2nd Embodiment are demonstrated based on FIGS.
덧붙여, 본 실시 형태에서도, 상술한 실시예 및 각종 배치예에서 설명한 요소와 동일 또는 동등의 기능을 발휘하는 요소에는, 동일 부호를 붙이고, 그 설명을 생략 또는 간략화 한다.In addition, also in this embodiment, the same code|symbol is attached|subjected to the element which exhibits the same or equivalent function as the element demonstrated by the above-mentioned Example and various arrangement example, and the description is abbreviate|omitted or simplified.
이 X선 검사 시스템(11A)은, 전술한 제3 배치예(도 5 참조) 또는 제4 배치예에 따른 3개의 세장 검출기(31(311, 312, 313))를 더욱 전개한 검출기 구조를 가진다. 물론, 세장 검출기(31)의 수는, 검사 대상(OB)의 사이즈나 구조에도 따르지만, 4개 또는 5개 이상이어도 무방하다.This
바람직한 일례로 설명하면, 도 5에 나타내는 제3 배치예에 따른 3개의 세장 검출기(311, 312, 313)를 기초로, 이 검출기 배치 구조를 의료용 검사 시스템, 특히 공적으로는, 피검사자의 흉부 촬영용의 스캔형 의료용 검사 시스템에 응용된다. 이 의료용 검사 시스템은, 기존의 실용화되어 있는 제품군으로 말하면, 플랫 패널 디텍터(FPD)이다. 본 실시 형태에서는, 물론, 상술한 광자 계수 및 독특한 스캔 방식의 특징을 그대로 답습할 수 있는 X선 검사 시스템으로서 구성되어 있다.Described as a preferred example, based on the three
본 실시 형태에서는, 이러한 특징에 더하여, 복수의 세장 검출기(2개 이상의 세장 검출기가 바람직하다)가, 각각 스캔 방향으로 분담 스캔하면서, 그 전체적으로 커버하는 촬영 영역(22W)(도 2 참조) 중에, 스캔의 개시 및 종료 동안의 시상차(데이터 수집의 검출 위치에 의존한 시간차의 최대치)로서, 국소적으로 보다 작은 시상차가 요구되는 부위가 포함되는 촬영에 적합하다는 것을 들 수 있다. 물론, 복수의 세장 검출기를 보다 고속으로 이동시켜, 국소 부위의 촬영에 필요한 최소한의 시상차를 확보할 수 있다면, 이하에 설명하는 스캔 구조는 채용할 필요는 없다. 그렇지만, 촬영 영역(22W)의 전체를 스캔하는 가운데, 그러한 국소적으로 보다 짧은 시상차가 요구되는 대상물이나 촬영 대상이 존재한다.In the present embodiment, in addition to these characteristics, a plurality of elongated detectors (preferably two or more elongated detectors) perform a shared scan in each scan direction, and in the
그 일례로서, 예를 들면 의료용 검사에서의 흉부 진단이 있다. 흉부를 검사하는 경우, 폐나 심장은 움직임이 있으므로, 스캔의 개시 및 종료 시상차가 보다 적은 편이 좋다. 특히, 심장의 고동은, 통상, 폐의 그것보다 작은 주기로 움직인다. 이 때문에, 흉부 촬영에서, 심장 영역은, 그와 같이 국소적으로, 보다 짧은 시상차가 요구되는 촬영 대상 부위이다.As an example, there is a chest diagnosis in a medical examination, for example. When examining the chest, since the lungs and heart are in motion, it is preferable that the sagittal difference between the start and end of the scan be smaller. In particular, the heartbeat usually moves with a smaller cycle than that of the lungs. For this reason, in chest imaging, the cardiac region is an imaging target site that requires a shorter sagittal difference locally as such.
이 때문에, 본 실시 형태에 따른 X선 검사 시스템(11A)은, 심장의 고동이 다른 부위(폐 등)보다 빠르게 움직이는 상태를 고려한 흉부 촬영을 실시 가능한 의료용 진단 장치에 탑재할 수 있도록 구성되어 있다.For this reason, the
도 25에, 흉부 촬영이 가능한 X선 검사 시스템(11A)의 개요를 나타낸다. 이 X선 검사 시스템(11A)은, 이러한 심장의 고동을 고려한 X선 검출 장치(22H)를 갖추고 있다. 이 X선 검출 장치(22H)는, 도 5에 나타내는 제3 배치예에 따른 3개의 세장 검출기(31(311, 312, 313))를 채용하고, 또한, 상술한 심장의 움직임(국소적인 부위의, 다른 부위보다 빠른 움직임을 하는 부위)에 데이터 수집의 시상차의 관점에서 추종 가능하도록 구성한 추가적인 세장 검출기를 부가한 구성을 가진다.The outline of the
이외의 구성은, 콜리메이터(133)를 제외하고, 제3 배치예에 따른 제1 실시 형태의 구성과 동일 또는 동등하다. 콜리메이터(133)에 대해서는, 제조 코스트 및 X선 피폭의 저감의 관점에서, 본 실시 형태에서는, 후술하는 바와 같이, 타협적인 구성을 채용하고 있다.Other configurations are the same as or equivalent to those of the first embodiment according to the third arrangement example except for the
도 26에, X선 검출 장치(22H)의 세장 검출기의 배치 구조를 설명한다. 이 X선 검출 장치(22H)는, 일례로서의, 14 인치×17 인치의 흉부 촬영용 X선 플랫 패널 검출기(FPD)를 모식화해 나타낸다.The arrangement structure of the elongate detector of the
도 26에 도시한 것처럼, 이 X선 검출 장치(22H)는, 3개의 제1 세장 검출기(31(311, 312, 313))와, 이 세장 검출기(31)의 조체(組體)와 일체로 이동 동작 가능하게 구성된 3개의 제2 세장 검출기(231(2311, 2312, 2313))를 갖춘다. 3개의 제1 세장 검출기(31(311, 312, 313))는, 모두, 동일한 길이 및 동일한 폭을 가지고, 전술한 제3 배치예에 따른 것과 동등의 구성을 가진다. 한편, 3개의 제2 세장 검출기(231(2311, 2312, 2313))는, 각각, 배치된 상태에서, 긴 방향(Y)의 길이가 제1 세장 검출기(31)의 그것보다 짧게 형성되어 있다. 이 짧음은, 전체의 촬영 영역(22W)이 흉부를 커버한다고 했을 때에, 대략, 흉부 시야의 하측 중앙부에 위치하는 표준 사이즈의 심장 영역(HT)의 높이 방향의 범위를 커버할 수 있는 길이로 설정되어 있다. 덧붙여, 제2 세장 검출기(231(2311, 2312, 2313))는, 본 실시 형태에서는 모두, 동일한 길이 및 동일한 폭을 가지고 있지만, 서로 다르게 하는 것도 가능하다.As shown in FIG. 26 , this
더 상술하면, 본 실시 형태에서는, 도 27에 도시한 것처럼, 3개의 제1 세장 검출기(31(311, 312, 313))는, 전술한 사이즈 및 구조와 같다. 이에 대해서, 3개의 제2 세장 검출기(231(2311, 2312, 2313))는, 제1 세장 검출기(31(311, 312, 313))와 협동하여, 흉부 전체의 촬영 영역(22W) 중, 심장을 촬영하는 영역(심장 영역(HT))을 포함한 국소적 영역을 커버하도록 배치되어 있다. 제1 및 제2 세장 검출기(31, 231)는 각각 독립된 마더 기판(441)에 실장되고, 이것들 6개의 마더 기판(441)이 공통의 지지체(451)의 상면에 배치되어 있다. 이 지지체(451)는, 스캔 방향(SD)에 대해서 소정 각도θ만큼 비스듬하게 배치된 가이드 레일(421)에 따라서 구동 장치(431)에서 구동시키고, 이에 따라, 전술한 것과 마찬가지의 경사 스캔을 실시할 수 있도록 구성되어 있다. 이 구성은, 2개의 세장 검출기로 경사 스캔을 실시할 수 있는, 전술한 도 3에 기재의 구성과 마찬가지이다.More specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 27 , the three first thin detectors 31 ( 31 1 , 31 2 , 31 3 ) have the same size and structure as described above. In contrast, the three second thin detectors 231 ( 231 1 , 231 2 , 231 3 ) cooperate with the first thin detectors 31 ( 31 1 , 31 2 , 31 3 ) to capture the entire chest area. Among 22W, it is arrange|positioned so that it may cover the local area|region including the area|region (heart area|region HT) which image|photographs a heart. The first and
보다 상세하게는, 일례로서, 제1 세장 검출기(31(311, 312, 313))는, X선 검출 장치(22H)(즉, FPD)의 촬영 영역(22W)(예를 들면, 종:428.75mm×횡:354.60mm)에서 횡방향(Z축방향)으로 소정 간격(Z1)(예를 들면, 118.2mm)을 두고 디스크리트하게 배치되어 있다. 제1 세장 검출기(31(311, 312, 313))는 각각, 종방향(Y축방향)으로 소정 길이(Y1)(예를 들면, 428.75mm)를 가지고, 전술한 모듈(132)(종횡 사이즈의 일례는 6.25mm×4mm)이 예를 들어 66개, 종렬로 인접하게 또한 일정한 갭(SP2)(예를 들면, 0.25mm)을 두고 배치되어 있다.More specifically, as an example, the first thin detector 31 ( 31 1 , 31 2 , 31 3 ) is configured to include an
이에 대해서, 제2 세장 검출기(231(2311, 2312, 2313))는, 모두 동일 길이에 동일 폭으로 형성되어, 횡방향(Z축방향)으로 소정 간격(Z2)(예를 들면, 39.4mm)을 두고 디스크리트하게 배치되어 있다. 다만, 본 실시 형태에서는, 도 26의 우측, 2개의 제1 세장 검출기(31(312, 313)) 각각의, 하측의 소정 길이(Y2)(예를 들면, 214.38mm)를 커버하는 검출기 부분(3122, 3132)(도 26의 사선 부분을 참조)은, 제1 세장 검출기 부분 뿐만 아니라, 제2 세장 검출기를 겸하고 있다. 소정 길이(Y2)는, Y2<Y1로 설정되어 있다.In contrast, the second elongation detectors 231 ( 231 1 , 231 2 , 231 3 ) are all formed with the same length and the same width, and are formed at a predetermined interval Z2 in the lateral direction (Z-axis direction) (for example, 39.4mm) and placed discreetly. However, in the present embodiment, on the right side of FIG. 26 , the detectors covering the lower predetermined length Y2 (eg, 214.38 mm) of each of the two first elongated detectors 31 ( 31 2 , 31 3 ) The
이 때문에, 본 실시 형태의 경우, 제2 세장 검출기의 수는 상기 겸용 부분(3122, 3132)을 포함해 5개가 소정 간격(Z2)(예를 들면, 39.4mm)으로 배치되어 있다. 즉, 일부의 유용 부분도 포함해 5개의 제2 세장 검출기(2311, 3122, 2312, 3132, 2313)가 제1 세장 검출기(311, 312, 313)보다 횡방향(Z축방향)으로, 보다 조밀하게 배치되어 있다.For this reason, in the case of this embodiment, the number of the 2nd thin detectors 5 including the said combined
이 X선 검사 시스템(11A)은, 예를 들면, X선 흉부 촬영 장치를 작동시킨다. 이 경우, 즉, X선 검출 장치(22H)는 스캔형의 FPD로서 기능할 수 있다. 이 X선 검출 장치(22H)의 촬영 영역(22W)은, 피검사자의 흉부 전체를 커버한다. 이 때문에, X선 검사 시스템(11A)의 구동 장치(431)를 구동시켜 X선 검출 장치(22H)를 경사 스캔시키면, 3개의 제1 세장 검출기(31(311, 312, 313))는, 전술한 3등분씩의 분담 스캔 또한 경사 스캔에 의해 흉부 전체를 커버하는 촬영 영역(22W)을 속도(V1)(예를 들면, 0.15sec)로 촬영한다. 물론, 이 속도(V1)는 구동 조건에 따라 변경된다.This
이 경사 스캔과 시상적으로 완전히 병행해서, 상술한 기능적인 검출기 부분을 포함한 5개의 제2 세장 검출기(2311, 3122, 2312, 3132, 2313)도 5등분씩의 분담 스캔(도 26, 27의 부호(B1~B5) 참조) 또한 경사 스캔(도 27의 화살표(MD) 참조)에 의해서, 흉부 전체의 촬영 영역(22W) 중 국소 부분인 심장 영역을 촬영한다. 이때의 스캔 속도는, 검출기의 횡방향(Z)으로의 실장 밀도가 3배이기 때문에, 제2 세장 검출기(2311, 3122, 2312, 3132, 2313) 각각의 스캔 분담 범위가 1/3이 되는, 속도(V2)(예를 들면, 0.05sec)로 스캔된다. 즉, 심장 영역은 나머지 영역에 비해 1/3의 스캔 속도로 촬영된다.In complete sagittal parallel to this oblique scan, the five second
덧붙여, 콜리메이터(133)는, 프론트엔드 프로세서(26)에 의해, X선 검출 장치(22H)의 제1 및 제2 세장 검출기(즉, 마더 기판(441))와 연동하여, 전술한 경사 이동 방향(MD)에 따라서 이동된다. 이 콜리메이터(133)에는, 3개의 제1 세장 검출기(31(311, 312, 313:일부, 제2 세장 검출기를 겸한다)) 및 3개의 제2 세장 검출기(231(2311, 2312, 2313))에 대응한 제1~제6 슬릿(133A~133F)이, 서로 평행하며 디스크리트하게 형성되어 있다.Incidentally, the
이에 따라, 상술한 기능적인 검출기 부분을 포함한 제2 세장 검출기(2311, 3122, 2312, 3132, 2313)의 지분(持分)인 분담 범위(B1~B5)에 입사하는 X선은, 적어도 콜리메이트 되어, X선 피폭이 저감된다.Accordingly, the X-rays incident on the share range B1 to B5 that is the share of the second
본 실시 형태에서, 스캔 촬영에 의해 수집된 전체 검출 모듈(132)의 출력 데이터는 전술한 것과 마찬가지로, 일단, 유저 PC(27)의 메모리 상의 재구성 공간에 매핑해 예를 들어 서브픽셀법에 따라 재구성되어, 흉부 화상으로서 제공된다. 덧붙여, 이 데이터 수집을 할 때에, 상술한 기능적인 검출기 부분을 포함한 제2 세장 검출기(2311, 3122, 2312, 3132, 2313)에 대해서는, 처리 회로에 의해, 그것들의 분담 범위(B1~B5)의 데이터 만이 채용되도록 구성되어 있다. 즉, 각 검출기에 대해서, 각 분담 범위(B1(~B5)) 이외의 범위에서 수집된 데이터는 무시되도록 구성되어 있다.In the present embodiment, the output data of the
전술한 것처럼, 흉부 촬영의 경우, 폐야(肺野)의 움직임보다 심장의 움직임의 데이터 수집의 시상에 대한 영향은 크기 때문에, 스캔형의 FPD의 경우, 심장 영역을 스캔할 때의 개시부터 종료까지의 시상차는 0.05초 정도로 억제하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에 의하면, 이 요구에 응할 수 있다.As described above, in the case of chest imaging, since the effect of data collection of heart movement on the thalamus is greater than that of the lung field, in the case of scan-type FPD, from the start to the end of scanning the heart region. It is preferable to suppress the sagittal difference to about 0.05 seconds. According to this embodiment, this request|requirement can be met.
덧붙여, 상기 제1 실시 형태나 각종 검출기 배치예에서 설명한 구성, 예를 들면, 검출기의 구성이나 경사 스캔의 소정 각도θ 등은, 본 제2 실시 형태에서도 마찬가지로 채용 가능하다.In addition, the structure demonstrated in the said 1st Embodiment and various detector arrangement examples, for example, the structure of a detector, predetermined angle (theta) of an oblique scan, etc. can be employ|adopted similarly also in this 2nd Embodiment.
이 때문에, 본 실시 형태의 특징을 요약하면 이하와 같이 된다.For this reason, when the characteristic of this embodiment is summarized, it becomes as follows.
복수의 제1 세장 검출기(31)에 더하여, 복수의 제2 세장 검출기(231)가, 상기 복수의 제1 세장 검출기(31)의 촬영 영역(22W)의 국소적인 일부를, 시상차의 면에서 보다 세밀하게 검출할 수 있도록 배치되어 있다. 게다가, 양방의 제1 및 제2 세장 검출기(31, 231)는 모두 일체로, 스캔을 위해서, 예를 들면, 상술한 경사 방향(MD)으로 이동된다. 이 때문에, 제2 세장 검출기(231)도 상술한 작용 효과를 향수하면서, 제1 세장 검출기(31)보다 데이터 수집의 스캔 위치의 상이로 인한 시상차를 줄일 수 있다. 예를 들면, 어느 스캔 조건 하에서, 복수의 제1 세장 검출기 각각의 스캔 개시와 스캔 종료 간의 시간차를 0.15초로 한다. 이때, 제2 방향(횡방향)에서의 복수의 제2 세장 검출기(231)(단, 기능적으로, 제1 세장 검출기(31)의 일부(3122, 3132)를 포함한다)의 실장 밀도를 복수의 제1 세장 검출기(31)의 그것보다, 예를 들면 3배로 하고, 또한, 전체의 촬영 영역(22W)의 필요한 국소적인 영역을 커버하도록 제2 세장 검출기(231)를 배치할 수 있다. 이에 따라, 복수의 제2 세장 검출기 각각의 스캔 개시와 스캔 종료 간의 시간차를 상술의 예시와 같이 단축할 수 있다. 이는, 예를 들어 사람의 흉부 X선 촬영에서 임상의 장소에서 요구되는 니즈에 응할 수 있다.In addition to the plurality of
게다가, 복수의 제2 세장 검출기(231)는, 제1 방향에서, 모두 길이가 동일한 복수의 제1 세장 검출기(31)보다 짧기 때문에, 이 제2 세장 검출기(231)를 전체의 촬영 영역(22W)의 어느 부분을 커버시킬지에 대한 배치의 자유도는 높다. 예를 들면, 그러한 검출기 실시 밀도가 높은 부분 영역을, 전체의 촬영 영역(22W)의 상측 일부나 중앙 부분 등, 촬영 대상의 특성(내부의 국소적 부위가 움직이거나, 그 부위가 전체보다 빠르게 움직이거나 하는 것 등)에 따라서, 적당하게 변경 가능하다.In addition, since the plurality of second
게다가, 복수의 제1 세장 검출기(31)의 일부는, 그 제1 방향에서, 제2 세장 검출기(231)를 겸용하는 구성도 채용하고 있다. 이에 따라, 제1, 제2 세장 검출기의 수를 필요 최소한으로 억제할 수 있어, 구조의 복잡화도 억제할 수 있는 것과 함께, 부품 코스트의 불필요한 증가도 회피할 수 있다.In addition, a portion of the plurality of
또한, 이 제2 실시 형태에 따른 특징은, 특정 영역만 선택적으로 촬영 시간을 짧게 할 수 있는 검출기라고도 할 수 있다. 또한 특정 영역만, 시간을 길게 한 화상과, 그 몇 분의 1인가의 시간으로 촬영한 화상과의 양방을 취득할 수 있다고도 할 수 있다. 이는, 취득한 데이터를 버리지 않고 전부 사용하면, 촬영 부위가 촬영 중 움직였는지 여부의 검증에도 사용할 수 있다. 이러한 관점에서, 복수의 제2 세장 검출기는 스캔과 직교하는 방향으로 수동 혹은 자동으로 이동 가능하게 배치할 수 있고, 선택적인 특정 영역의 촬영 위치를 변경할 수 있도록 해도 무방하다.In addition, the feature according to the second embodiment can be said to be a detector capable of selectively shortening the photographing time of only a specific area. In addition, it can be said that both an image in which time is lengthened only in a specific area and an image photographed in a fraction of the time can be acquired. This can also be used to verify whether the photographed part has moved while photographing, if all the acquired data is used without discarding it. From this point of view, the plurality of second thin detectors may be arranged to be movable manually or automatically in a direction orthogonal to the scan, and the photographing position of a selective specific area may be changed.
덧붙여, 제2 실시 형태의 경우, 제1, 제2 세장 검출기의 배치예를 제3 배치예(도 5)를 채용했지만, 이를 대신해서, 제4 배치예(도 6)를 채용해도 무방하다. 이 제4 배치예의 경우, 제1 및 제2 세장 검출기(31, 231)는 모두 일체로, 또한, 제1 방향(긴 방향)에 따라서 정렬한 자세를 유지하면서, 제2 방향(짧은 방향, 폭방향, 횡방향)으로 스캔시킨다. 이 양태의 경우, 모듈 간의 갭(SP2)으로 인한 화소 신호 결락을, 예를 들면, 그 근방 주변의 화소 신호를 사용해 평균화한 값을 채용하는 등의 처리가 필요하게 된다. 이것도 전술한 대로이다.In addition, in the case of 2nd Embodiment, although the 3rd arrangement example (FIG. 5) was employ|adopted as the arrangement example of the 1st, 2nd elongate detector, you may employ|adopt the 4th arrangement example (FIG. 6) instead of this. In the case of this fourth arrangement example, both the first and
또한, 제1 세장 검출기의 수는 1 이상이지만, 바람직하게는 2개 이상의 세장 검출기를 스캔시키는 양태인 것이 바람직하다. 제2 세장 검출기의 수는, 제1 세장 검출기의 스캔 방향의 실장 밀도를 올릴 수 있으면 된다. 그러한 수는, 촬영 대상의 성질에 의해 정할 수 있다.Further, the number of the first thin detectors is one or more, but it is preferred that it is an aspect in which two or more thin detectors are preferably scanned. The number of the second thin detectors may increase the mounting density of the first thin detectors in the scan direction. Such a number can be determined according to the nature of the object to be photographed.
그런데, 제2 실시 형태에서는, 전체의 촬영 영역(22W)(흉부 영역을 커버)의 하측 중앙 부분에 국소적으로 검출기 실장 밀도가 높은 부분(심장 영역을 커버)을 설정하므로, 제1 세장 검출기의 일부(3122, 3132)를 포함한 것도 제2 세장 검출기를 겸하는 것으로서 구성했다. 즉, 이러한 실장 밀도가 높은 부분은, 길이가 짧은 5개의 제2 세장 검출기(2311, 3122, 2312, 3132, 2313)를 분담 스캔시켜, 구형상의 제2 국소 영역을 화성(畵成)시켰다. 그러나, 복수의 제1 세장 검출기는 그대로 취급해, 그 복수의 제1 세장 검출기의 검출기 사이에 짧은 제2 세장 검출기를 보완적으로 배치하여, 예를 들면, 심장 영역 등의 국소 영역을 양자가 공동으로 화성한다고 생각할 수도 있다. 즉, 제1 세장 검출기의 일부에 제2 세장 검출기를 겸한다고 고려하지 않아도 무방하다.By the way, in the second embodiment, a portion having a high detector mounting density (covering the heart region) is locally set in the lower central portion of the
덧붙여, 본 발명은 전술한 실시 형태의 구성으로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 한, 더욱 다양한 구성을 조합해 실시해도 무방하다.In addition, this invention is not limited to the structure of the above-mentioned embodiment, As long as it does not deviate from the summary of this invention, you may implement combining further various structures.
11, 11A: X선 검사 시스템(방사선 검사 시스템)
21: X선 발생 장치
22, 22A~22G, 22H: X선 검출 장치(방사선 검출 장치)
22W: 촬영 영역
23, 24: 구동 장치(이동 수단)
25: 구동 장치(이동 수단)
26: 프론트엔드 프로세서(이동 수단)
27: 유저 PC
31: 제1 세장 검출기(X선 검출기)
231: 제2 세장 검출기
3122, 3132: 제1 세장 검출기의 일부이며, 제2 세장 검출기로서 유용(流用)되는 검출기 부분
31W: X선 입사창
31L: 장변(제1 방향을 제공)
31S: 단변(제2 방향을 제공)
33, 133: 콜리메이터
33A, 33B: 제1, 제2 슬릿
133A~133F: 제1~제6 슬릿
42, 421: 가이드 레일(이동 수단)
43, 431: 구동 장치(이동 수단)
44, 441: 마더 기판(검출기 지지부)
45, 451: 지지 프레임(지지체, 검출기 지지부)
132M: 모듈 종렬체
PXay: 화소 어레이
131: 케이스
132: 모듈
SP2: 공극(간극, 갭)
Y: 긴 방향
Z: 짧은 방향
θ: 소정 각도
MD: 경사 방향
IMarea: 화상 영역
OB: 검사 대상
R1, R2, R3: 제1 세장 검출기에 의한 스캔 범위(스캔 분담 범위)
B1, B2, B3, B4, B5: 제2 세장 검출기에 의한 스캔 범위(스캔 분담 범위)
XB: X선 팬빔(X선, 방사선)11, 11A: X-ray inspection system (radiation inspection system)
21: X-ray generator
22, 22A to 22G, 22H: X-ray detection device (radiation detection device)
22W: shooting area
23, 24: drive device (mobile means)
25: drive device (mobile means)
26: Front-end processor (vehicle)
27: User PC
31: first slender detector (X-ray detector)
231: second thin field detector
31 22 , 31 32 : a part of the first thin detector and a part of the detector useful as the second thin detector
31W: X-ray incident window
31L: Long side (providing first direction)
31S: Short side (provides a second direction)
33, 133: collimator
33A, 33B: first and second slits
133A to 133F: first to sixth slits
42, 421: guide rail (mobile means)
43, 431: drive device (moving means)
44, 441: mother board (detector support)
45, 451: support frame (support, detector support)
132M: module column
PXay: Pixel Array
131: case
132: module
SP 2 : Gap (gap, gap)
Y: Long direction
Z: short direction
θ: predetermined angle
MD: oblique direction
IMarea: image area
OB: Inspection object
R1, R2, R3: scan range by the first thin detector (scan share range)
B1, B2, B3, B4, B5: Scan range by the second thin detector (scan share range)
XB: X-ray fan beam (X-ray, radiation)
Claims (26)
상기 세장 검출기를, 상기 제2 방향을 스캔 방향에 향하고, 또한 상기 제1 방향을 상기 스캔 방향에 직교하는 방향에 향한 자세로 지지하는 것과 함께, 상기 스캔 방향에 대해서 소정 각도를 이루는 경사 방향으로 이동 가능하게 지지하는 검출기 지지부와,
상기 방사선이 조사되는 촬상 시에, 스캔 명령에 따라서, 상기 세장 검출기를 상기 경사 방향으로 이동시키는 이동 수단
을 갖춘 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.A module column body in which a plurality of modules having a pixel arrangement in which pixels for detecting radiation are arranged two-dimensionally in a first direction and a second direction orthogonal to each other are arranged adjacent to each other in the first direction through a gap of a predetermined width , wherein the module column has a long side along the first direction and a short side along the second direction, and the long side is longer than the short side, and has an elongated spherical shape in plan view. A thin field detector formed of
The elongated detector is supported in a posture in which the second direction is directed to the scanning direction and the first direction is directed to a direction orthogonal to the scanning direction, and is moved in an oblique direction forming a predetermined angle with respect to the scanning direction. a detector support capable of supporting;
Moving means for moving the elongated detector in the oblique direction according to a scan command during imaging to which the radiation is irradiated
A radiation detection device comprising a.
상기 화소 배열은, 상기 제1 및 제2 방향으로 이루어진 2차원 평면에서 상기 제2 방향에 따른 행과 상기 제1 방향에 따른 열에 따른 화소 배열이고,
상기 세장 검출기는, 상기 제2 방향에서 상호 이간해 배치되고, 또한, 각각이 상기 검출기 지지부에 의해 상기 스캔 방향으로 이동 가능하게 지지되는 복수의 세장 검출기로 구성되고,
상기 복수의 세장 검출기의 각각은, 상기 스캔 명령에 응답하여, 상기 스캔 방향에서의 인접하는 다른 세장 검출기의 이동 개시 위치까지의 스캔 범위를 분담하도록 배치된 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.According to claim 1,
The pixel arrangement is a pixel arrangement along rows and columns in the first direction on a two-dimensional plane formed in the first and second directions,
The elongation detector includes a plurality of elongation detectors arranged apart from each other in the second direction, and each of which is supported movably in the scan direction by the detector support portion;
and each of the plurality of elongated detectors is arranged to share a scan range up to a movement start position of another adjacent elongate detector in the scan direction in response to the scan command.
상기 검출기 지지부는,
상기 복수의 세장 검출기의 각각을, 상기 스캔 방향에서 서로 동일한 거리만큼 이간해서 배치되고, 상기 스캔 명령에 수반하는 상기 스캔 방향의 이동 거리가 서로 동일해지도록 구성된 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.3. The method of claim 2,
The detector support part,
Each of the plurality of elongated detectors is arranged to be spaced apart from each other by the same distance in the scan direction, and a movement distance in the scan direction accompanying the scan command is configured to be equal to each other.
상기 복수의 세장 검출기는, 2개인 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.4. The method of claim 2 or 3,
The plurality of elongated detectors are two, A radiation detection apparatus characterized in that.
상기 복수의 세장 검출기는, 3개인 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.4. The method of claim 2 or 3,
The plurality of elongated detectors are three, the radiation detection apparatus.
상기 이동 수단은,
상기 방사선이 조사되는 촬상 시에, 상기 스캔 명령에 따라서, 상기 복수의 세장 검출기를 서로 동기해, 상기 경사 방향으로 이동시키는 이동 수단
을 갖춘 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The means of movement is
Moving means for moving the plurality of elongated detectors in synchronization with each other in the oblique direction in accordance with the scan command at the time of imaging to which the radiation is irradiated
A radiation detection device comprising a.
상기 검출기 지지부는,
상기 복수의 세장 검출기를 일체로 지지하는 베이스체를 갖추고,
상기 이동 수단은,
상기 베이스체를 상기 스캔 명령에 응답해 상기 경사 방향으로 이동 가능한 구동 기구와,
상기 구동 기구의 구동을 제어하여, 적어도, 상기 복수의 세장 검출기 각각이 상기 제2 방향에서 담당하는 스캔 분담 범위를 커버하는 거리만큼 상기 베이스체를 상기 경사 방향으로 이동시키는 이동 제어 수단
을 갖추는 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.7. The method according to any one of claims 2 to 6,
The detector support part,
and a base body for integrally supporting the plurality of elongated detectors;
The means of movement is
a driving mechanism capable of moving the base body in the oblique direction in response to the scan command;
Movement control means for controlling the driving of the drive mechanism to move the base body in the oblique direction by at least a distance covering the scan sharing range covered by each of the plurality of elongated detectors in the second direction
A radiation detection device comprising a.
상기 복수의 세장 검출기 각각이 담당하는 상기 스캔 분담 범위는,
상기 제2 방향에서 서로 동일한 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.8. The method of claim 7,
The scan sharing range covered by each of the plurality of elongated detectors is,
The radiation detection device, characterized in that they are identical to each other in the second direction.
상기 이동 제어 수단은,
상기 복수의 세장 검출기 각각을, 적어도, 해당 검출기 각각의 상기 스캔 분담 범위에 상당하는, 상기 제2 방향의 상기 거리를 등속(等速)으로 이동시키도록 구성되어 있는, 방사선 검출 장치.9. The method according to claim 7 or 8,
The movement control means,
The radiation detection apparatus of claim 1, wherein each of the plurality of elongated detectors is configured to move at a constant velocity the distance in the second direction corresponding to at least the scan sharing range of each of the detectors.
상기 복수의 세장 검출기 각각의 상기 이동의 속도 제어 프로파일로서, 상기 각각의 검출기의 이동 개시 위치로부터 상기 등속 이동으로 이행할 때까지의 가속 범위, 상기 등속 이동을 실시하는 등속 이동 범위, 및 상기 등속 이동 범위로부터 이동 정지 위치까지의 감속 범위를 가지고,
상기 이동 제어 수단은,
상기 속도 제어 프로파일에 따라서, 상기 검출기 지지부를 상기 경사 방향으로 이동시키도록 구성되어 있는, 방사선 검출 장치.10. The method of claim 9,
As a speed control profile of the movement of each of the plurality of elongated detectors, an acceleration range from the movement start position of each of the detectors to transition to the constant velocity movement, a constant velocity movement range in which the constant velocity movement is performed, and the constant velocity movement With a deceleration range from the range to the stop position,
The movement control means,
and move the detector support in the oblique direction according to the speed control profile.
상기 속도 제어 프로파일은,
상기 복수의 세장 검출기 중, 상기 스캔 방향에서의 2번째 및 그 이후의 세장 검출기의 상기 감속 범위와, 3번째 및 그 이후의 세장 검출기의 상기 가속 범위를 상기 속도 제어 프로파일 상에서 각각 오버랩 하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.11. The method of claim 10,
The speed control profile is
of the plurality of elongated detectors, the deceleration ranges of the second and subsequent elongated detectors in the scan direction and the acceleration ranges of the third and subsequent elongated detectors in the scan direction are set to overlap each other on the speed control profile A radiation detection device, characterized in that.
상기 복수의 세장 검출기 중, 상기 스캔 방향에 상당하는 상기 스캔 방향에서의 1번째의 상기 세장 검출기의 상기 가속 범위 및 최종번째의 상기 세장 검출기의 상기 감속 범위를 제외한, 상기 복수의 세장 검출기가 상기 제2 방향으로 이동해 화성(畵成)하는, 상기 제1 및 제2 방향을 직교축으로 하는 2차원 범위를 상기 방사선의 스캔에 의한 촬영 영역으로서 설정하도록 구성된, 방사선 검출 장치.11. The method of claim 10,
of the plurality of elongation detectors, the plurality of elongation detectors excluding the acceleration range of the first elongation detector and the deceleration range of the last elongation detector in the scan direction corresponding to the scan direction, A radiation detection apparatus configured to set a two-dimensional range in which the first and second directions are orthogonal axes that move in two directions and form as an imaging area by scanning the radiation.
상기 복수의 세장 검출기는, 상기 모듈 종렬체의 길이가 서로 다른, 복수의 제1 세장 검출기 및 복수의 제2 세장 검출기를 갖추고,
상기 복수의 제1 세장 검출기와 상기 복수의 제2 세장 검출기를 일체로 지지하는 검출기 지지부와,
상기 방사선에 의한 스캔 시에 상기 검출기 지지부를 상기 경사 방향으로 일정 속도로 이동시키는 이동 수단
을 갖추고,
상기 검출기 지지부는,
상기 복수의 제1 세장 검출기를 상기 제2 방향에서 제1 이간 거리로 상호 디스크리트하게 지지하는 것과 함께, 상기 복수의 제1 세장 검출기가 스캔하는 것에 의해 커버하는 상기 방사선에 의한 촬영 영역의 일부의 범위에서, 상기 복수의 제1 세장 검출기 중 일부의 제1 세장 검출기의 상기 제2 방향의 일부와 함께, 상기 제2 방향에서 상기 제1 이간 거리 보다 짧은 제2 이간 거리로, 상기 복수의 제2 세장 검출기를 상호 디스크리트하게 지지하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.3. The method of claim 2,
The plurality of elongation detectors includes a plurality of first elongation detectors and a plurality of second elongation detectors having different lengths of the module columns,
a detector support for integrally supporting the plurality of first elongation detectors and the plurality of second elongation detectors;
Moving means for moving the detector support in the inclined direction at a constant speed when scanning by the radiation
equipped with,
The detector support part,
The range of a part of the imaging area by the radiation covered by the plurality of first elongated detectors being scanned by the plurality of first elongated detectors while supporting each other discretely at a first separation distance in the second direction. a second separation distance shorter than the first separation distance in the second direction together with a portion of the second direction of some of the first thin detectors of the plurality of first elongation detectors, the plurality of second elongation A radiation detection device, characterized in that configured to support the detectors mutually discretely.
상기 복수의 제2 세장 검출기의 수는, 상기 제1 세장 검출기의 수 보다 많고, 또한, 상기 복수의 제2 세장 검출기는, 상기 제2 방향에서의 배치 위치가 동일한 세장 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.14. The method of claim 13,
The number of the plurality of second elongated detectors is greater than the number of the first elongated detectors, and the plurality of second elongated detectors includes elongated detectors having the same arrangement position in the second direction. which is a radiation detection device.
상기 화소 배열은, 상기 제1 및 제2 방향으로 이루어진 2차원 평면에서 상기 제2 방향에 따른 행과 상기 제1 방향에 따른 열에 따른 화소 배열이고,
상기 검출기 지지부는,
상기 복수의 제1 세장 검출기의 각각을, 상기 스캔의 명령에 응답하여, 상기 스캔의 방향에서의 인접하는 상기 제1 세장 검출기의 이동 개시 위치까지 이동 가능하게 지지하는 것과 함께,
상기 복수의 제2 세장 검출기의 각각을, 상기 스캔의 명령에 응답하여, 상기 스캔의 방향에서의 인접하는 상기 제1 또는 제2 세장 검출기의 이동 개시 위치까지 이동 가능하게 지지하도록 구성한 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.15. The method of claim 13 or 14,
The pixel arrangement is a pixel arrangement along rows and columns in the first direction on a two-dimensional plane formed in the first and second directions,
The detector support part,
movably supporting each of the plurality of first elongated detectors to a movement start position of an adjacent first elongated detector in the scan direction in response to the scan command;
Each of the plurality of second elongation detectors is configured to movably support a movement start position of an adjacent first or second elongate detector in the scan direction in response to the scan command. , radiation detection device.
상기 복수의 제1 세장 검출기는 3개이고,
상기 복수의 제2 세장 검출기는, 상기 촬영 영역의 상기 일부의 영역의 상기 스캔을 담당하도록 배치된 5개이고,
상기 촬영 영역의 상기 일부의 영역은,
상기 촬영 영역에서의 상기 일부의 영역 이외의 나머지 영역 보다, 상기 스캔에 의한 데이터 수집의 시상차(時相差)가 작은 것이 요구되는 대상 부위를 스캔 가능한 크기 및 위치로 설정되어 있는,
것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.16. The method according to any one of claims 13 to 15,
the plurality of first elongated detectors are three;
the plurality of second elongation detectors are five arranged to take charge of the scanning of the partial area of the imaging area;
The partial area of the photographing area,
In the imaging area, the scan size and position of the target site for which a lag in data collection by the scan is required to be smaller than that of the remaining areas other than the partial area are set to be scannable,
A radiation detection device, characterized in that.
상기 소정 각도는,
상기 세장 검출기의 상기 각 모듈에 배치되는 복수의 상기 화소 중, 상기 제2 방향에 따라서 늘어선 복수의 화소가 나타내는 거리:(A1)와 상기 제1 방향에서의 상기 공극의 폭:(A2)과의 비에 근거해 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.17. The method according to any one of claims 1 to 16,
The predetermined angle is
Among the plurality of pixels arranged in the respective modules of the elongated detector, the distance indicated by the plurality of pixels arranged in the second direction: (A1) and the width of the gap in the first direction: (A2) It is set based on rain, The radiation detection apparatus characterized by the above-mentioned.
상기 소정 각도:(θ)는,
상기 거리:(A1), 상기 폭:(A2), 및 상기 공극에 상기 화소가 배치된다고 가정했을 때의 상기 화소의 수(n)(n은, 0을 제외한 정의 정수)에 근거해,
θ≥tan-1nㆍ(A2/A1)
에 의해 설정되어 있는 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.18. The method of claim 17,
The predetermined angle: (θ) is,
Based on the distance: (A1), the width: (A2), and the number (n) of the pixels (where n is a positive integer excluding 0) assuming that the pixels are arranged in the gap,
θ≥tan -1 n·(A2/A1)
A radiation detection device, characterized in that it is set by.
상기 각 화소의 상기 제1 방향에서의 길이를 b로 했을 때,
상기 폭:(A2)은, b=(1/2)b∼2b의 값을 채용하는 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.19. The method of claim 17 or 18,
When the length of each pixel in the first direction is b,
wherein the width: (A2) adopts a value of b=(1/2)b to 2b.
상기 방사선은 X선인 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.20. The method according to any one of claims 1 to 19,
The radiation detection device, characterized in that the X-ray.
상기 복수의 세장 검출기는, 각각, 상기 방사선의 광자의 수를 계측하고, 상기 광자의 수를 상기 방사선의 양으로서 검출하는 광자 계수형의 처리 회로를 갖춘 검출기인 것을 특징으로 하는, 방사선 검출 장치.20. The method according to any one of claims 1 to 19,
The plurality of elongated detectors are each a detector provided with a photon counting type processing circuit that counts the number of photons of the radiation and detects the number of photons as the amount of the radiation.
제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 기재된 방사선을 조사하는 방사선 발생 장치와,
상기 방사선 발생 장치가 발생한 방사선을, 상기 세장 검출기의 방사선 입사창에만 방사선이 조사되도록 상기 방사선의 조사야(照射野)를 좁히는 슬릿을 가진 콜리메이터와,
상기 세장 검출기의 상기 경사 방향으로의 이동에 동기해, 상기 콜리메이터를 상기 경사 방향으로 이동시키는 콜리메이터 이동 수단
을 갖춘 것을 특징으로 하는, 방사선 검사 시스템.The radiation detection device according to any one of claims 1 to 21;
A radiation generating device for irradiating the radiation according to any one of claims 1 to 21;
a collimator having a slit for narrowing an irradiation field of the radiation so that the radiation generated by the radiation generating device is irradiated only to the radiation incident window of the elongated detector;
Collimator moving means for moving the collimator in the inclination direction in synchronization with the movement in the inclination direction of the elongation detector
A radiographic inspection system, characterized in that it is equipped with.
상기 방사선 검출 장치의 상기 방사선의 입사측에 배치되어, 상기 방사선의 산란선을 차단 또는 저감시키는 그리드를, 상기 방사선 검출 장치의 일부로서 또는 상기 방사선 검출 장치와는 별체로 갖춘 것을 특징으로 하는, 방사선 검사 시스템.23. The method of claim 22,
A grid arranged on the incident side of the radiation detection device to block or reduce scattered rays of the radiation is provided as a part of the radiation detection device or separately from the radiation detection device. inspection system.
상기 방사선 검출 장치는,
상기 세장 검출기가 스캔에 수반해 상기 경사 방향으로 이동할 때의, 상기 이동 전의 상기 세장 검출기의 상기 제1 방향의 일방의 단(端)을 상기 제2 방향에 따라서 늘렸을 때의 일방의 선분과, 상기 이동 완료 후의 상기 세장 검출기의 상기 제1 방향의 타방의 단을 상기 제2 방향으로 늘렸을 때의 타방의 선분을, 서로 평행한 가장자리(緣)로 하는 2차원 영역을, 상기 방사선에 의한 촬영 영역으로서 가지고,
상기 콜리메이터의 상기 슬릿은, 상기 방사선 입사창 중, 상기 촬영 영역에 상당하는, 상기 제1 방향에 따른 일부의 길이와, 상기 방사선 입사창의 상기 제2 방향의 폭으로 둘러싸인 구형상(矩形狀)의 영역에 상기 방사선을 좁히도록 형성된 구형상의 개구로서 형성된 것을 특징으로 하는, 방사선 검사 시스템.24. The method of claim 22 or 23,
The radiation detection device,
one line segment when one end of the elongate detector before the movement in the first direction is extended along the second direction when the elongate detector moves in the oblique direction with scanning; When the other end of the elongate detector in the first direction is extended in the second direction after the movement has been completed, a two-dimensional region is taken as an edge parallel to each other by the radiation. have as an area,
The slit of the collimator has a spherical shape surrounded by a length of a part of the radiation incident window in the first direction corresponding to the imaging region and a width of the radiation incident window in the second direction. A radiation inspection system, characterized in that formed as a spherical opening formed to narrow the radiation to an area.
상기 방사선 검출 장치는,
상기 세장 검출기가 수평인 면 또는 오블리크(oblique)인 면을 따라서 이동되도록 구성된 스캔형 방사선 검출 장치이고,
환자가 침대에 누운 상태에서 진단되는 방사선 진단 장치, 또는, 대상물이 가로놓기(橫置)로 놓여지는 비파괴 방사선 검사 장치에 편입되는 것을 특징으로 하는, 방사선 검사 시스템.25. The method according to any one of claims 22 to 24,
The radiation detection device,
a scanning type radiation detection device configured to move the elongated detector along a horizontal plane or an oblique plane,
A radiological examination system, characterized in that it is incorporated into a radiological diagnosis apparatus diagnosed while a patient is lying in bed, or a non-destructive radiographic examination apparatus in which an object is placed in a horizontal position.
상기 방사선 검출 장치는,
상기 세장 검출기가 수직인 면을 따라서 이동되도록 구성된 스캔형 방사선 검출 장치이고,
환자가 입위(立位)의 상태에서 진단되는 방사선 진단 장치, 또는, 대상물이 세로놓기(縱置)로 놓여지는 비파괴 방사선 검사 장치에 편입되는 것을 특징으로 하는, 방사선 검사 시스템.25. The method according to any one of claims 22 to 24,
The radiation detection device,
a scanning type radiation detection device configured to move the elongated detector along a vertical plane,
A radiological examination system, characterized in that it is incorporated into a radiological diagnosis apparatus in which a patient is diagnosed in a standing position, or a non-destructive radiographic examination apparatus in which an object is placed in a vertical position.
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Non-Patent Citations (10)
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게다가, 「검출기 경사 배치」 및 「모듈 경사 배치」의 쌍방 모두, 필요 사이즈의 촬영 영역 전체를 커버하려는 것으로서, 검출기를 스캔시키는, 소위, 스캔형 촬영 장치도 제안되어 있다. 그러나, 단지 1개의 라인 검출기를 스캔시키는 것만으로는, 스캔 시간, 즉, 촬영 시간이 길어져, 스루풋(throughput)은 저하한다. 또한 움직이는 것을 포함한 대상에는 시상(時相)의 차이가 현저해져, 사용에 견딜 수 있는 장치가 되지 않는다고 하는 실정이 있다. 이 일례로서, 의료용 분야에서 폐야(肺野) 등을 촬영 영역으로 하는 경우, 면적 자체가 넓은 것에 더하여, 박동하는 심장을 포함하기 때문에, 상기 문제가 현재화(顯在化)한다. 이 경우, ECG 등을 사용해 심장 박동의 동일 시상으로 촬영하는 것도 상정되지만, 촬영 시간이 보다 길어져, 환자 스루풋이 저하하는 것과 함께, 의사의 조작 부담이 증가하는 등의 불편이 쉽게 상정된다. |
게다가, 라인 검출기를 스캔시켜 소망한 촬영 영역을 촬영하는 경우로서, 촬영 대상의 내부에 스캔 속도에 의한 시상차를 무시할 수 없는 부분이 포함되어 있는 것이 있다. 예를 들면, 사람의 흉부를 2차원적으로 촬영하는 경우가 그렇다. 폐야의 움직임은, 피검사자의 예컨대 수 초 간의 숨멈춤으로, 이러한 시상차를 무시할 수도 있지만, 심장의 고동에 의한 심근의 움직임은 무시할 수 없는 것이 많다. |
게다가, 상술한 「검출기 경사 배치」 및 「모듈 경사 배치」로 모듈을 2차원으로 배치한 구성을 가지는 2차원의 검출 장치를 구성하면, 스캔은 불필요하게 된다. 그렇지만, 예를 들면, 흉부 촬영과 같이 넓은 촬영 영역을 대상으로 하는 경우, 배선을 모듈의 옆측으로 낼 필요성이 있으므로, 이 문제를 클리어해 2차원화하는 것은 곤란하다. 또한, 만일 어떠한 배선 구조를 구사해 2차원화가 되었다고 해도, 그 실용성은 극히 부족하다. 즉, 검출 소자의 부품 코스트가 고가인 것에 더하여, 배선 구조 자체가 복잡화하여 검출기, 나아가서는, 그것을 탑재한 응용 장치의 제조 코스트가 높아진다. 게다가, 배선 구조의 복잡화에 의해서, 검출기 자체의 대형화도 어쩔 수 없이 하게 되고, 열적(熱的)인 문제도 있다. |
그러한 경우에서도, 데이터 수집의 시상차가 실제 응용에 견딜 수 있을 정도로 작게 하는 것이 요망되고 있다. 현상(現狀), 임상(臨牀)의 장소에서는, 실용에 견딜 수 있을 정도의 시상차는, 일례로서, 폐야로 0.15초이며, 심장 촬영으로 0.05초인 것으로 인식되고 있다. |
그렇지만, 상기 특허문헌 2~4 중 어느 것의, 소위, 경사 스캔으로 해도, 촬영 영역의 충분한 확보 및 후처리로서의 재구성 처리에 필요한 연산량의 저감화라는 점에서, 현실적인 제품 레벨을 고려하면 과제가 있다고 할 수 있다. |
또한, 이 「검출기 경사 배치」의 검출기를 스캔시키는 촬영 장치의 경우, 피폭선량의 저감의 관점을 고려하면, 방사선원측에 배치하는 슬릿의 개구는, 항상, 경사진 구형상(矩形狀)(마름모형)의 방사선 입사창의 전역을 향한 크기 및 자세를 채용할 필요가 있다. 이 점에서, 오브젝트 공간을 통해 서로 대치하는 촬영계로서, 피폭선량의 저감화의 점에서 불리했다. |
이 중, 「검출기 경사 배치」의 경우, 검출기로부터 출력되는 프레임 데이터의 좌표계 그 자체가 스캔 방향(혹은, 그에 직교하는 종축 방향)에 대해서 소정 각도만큼 비스듬하게 되어 있다. 이 때문에, 화상 재구성 도중에, 예를 들면, 서브픽셀법으로 일단, 실제의 촬영계(撮影系)(오브젝트 공간)가 가지는, 스캔 방향=검출기 횡축으로 하는 직교 좌표계로 고쳐놓는 처리를 넣을 필요가 있어, 이것이 연산량 증대의 한 요인이 되고 있었다. |
전술한 검출기(또는, 모듈)의 경사 배치의 구성은, 크게 나누면, 상기 「검출기 경사 배치」와 「모듈 경사 배치」로 분류된다. |
특히, 직접 변환형의 반도체 검출기의 경우, 화질면에서는 우위이지만, 차지 쉐어링(charge sharing), 폴라리제이션(Polarization) 등의 성능의 불안정성에 직면한다. 또한, 직접 변환형의 반도체 검출기의 제조 코스트도 비교적 비싸서, 의료나 비파괴 검사의 현장에 넓게 보급하기 어려운 측면이 있었다. 이 때문에, 현장에서는, 가격 및 검출 성능의 양면에서 밸런스가 채용된 장치의 제공이 기다려지고 있다. |
한편, 「모듈 경사 배치」의 경우, 이 경사 모듈의 각 화소로부터 출력되는 검출 신호 중, 검출기의 촬영 영역으로서 기여하는 촬영 영역은, 모듈 전체 영역의 모서리부(角部)에 내접하는 구형상(矩形狀)의 부분이다. 이 때문에, 검출 신호의 취득에 유효한 화소 영역이 줄어들게 되어, 촬영 영역이 감소한다고 하는 문제가 있었다. |
Also Published As
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