| 【発明の名称】 |
２次元アレイ型放射線検出器 |
| 【発明者】 |
【氏名】戸波 寛道
【氏名】大井 淳一
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| 【要約】 |
【課題】コーンビームＸ線ＣＴ装置に要求されているような２次元アレイ型の大きな検出面を有する２次元アレイ型放射線検出器を提供する。
【解決手段】制御部１０で制御されるゲートドライバ部８から、走査パルスをＦＥＴ２のゲート３に送るゲートバスライン６と、光電変換素子１の電荷信号をソース５からドレイン４にゲートされ、データ収集部９に読出すデータバスライン７とが、不感部列１５の垂直方向に平行して各一本づつ配線されて、検出器パネルの１辺に取り出され、制御部１０、ゲートドライバ部８、データ収集部９が下方の１辺に配置されている。このモジュールを複数個繋ぎ並べて大きな検出面を有する２次元アレイ型放射線検出器を形成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】放射線に感応し入射線量に対応した電荷信号を出力する変換層と、その直下に行列状に配置され接続されたスイッチング素子と、信号読み出し時にゲートバスラインを介して各スイッチング素子を順次ＯＮするゲートドライバ部と、各画素に蓄積された電荷信号をデータバスラインを介して読出すデータ収集部と、前記両部を制御する制御部とから構成される２次元アレイ型放射線検出器において、前記ゲートバスラインと前記データバスラインが互いに平行に各画素列の間に配線されることを特徴とする２次元アレイ型放射線検出器。
【請求項２】ゲートバスラインとデータバスラインが各画素列の間に各一本づつ配線されることを特徴とする請求項１記載の２次元アレイ型放射線検出器。
【請求項３】請求項１記載の２次元アレイ型放射線検出器を一モジュールとし、複数のモジュールをゲートバスラインとデータバスラインの出力されない端面で接続したことを特徴とする２次元アレイ型放射線検出器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パネル型Ｘ線固体検出器に係わり、特に、マルチスライスＸ線ＣＴ装置、コーンビームＸ線ＣＴ装置に用いられる２次元アレイ型放射線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線管からＸ線を放射し、放射口のコリメータによって扇状のＸ線ビームに絞られ、被検体を中心にして、Ｘ線管とこれに対向して配置された円弧状のコリメータと検出器が回転して、被検体を透過したＸ線情報を検出器が捉え、その信号をコンピュータで処理して被検体のＸ線断層画像を得るものである。そして、前記の検出器はＸ線を光に変換するシンチレータ素子と、このシンチレータ素子で変換された光を検出し、電気信号として出力するフォトダイオードとからなるＸ線検出素子を、Ｘ線管を中心として円弧状に約５００〜１０００チャンネル程度配列した構成を有する。
【０００３】製作する上で機械的な配列から、シンチレータとフォトダイオードを光学接着して組合わせたものを、基板上に８〜３０個並べたものが１モジュールとされ、このような検出器モジュールを円周上に連続して略円弧状に配置して、コリメータと組合わせられて、ＣＴ用固体検出器を構成している。従来の放射線検出器は以上のように構成されているが、チャンネル方向（被検体の体軸と直角の方向）に一次元的に配列された検出器では、断層像は１スライスしか得られないので、多層の断層像を得るためには何回もスキャニングを行なわなければならない。一度に多くのスライスデータを得るためには、Ｘ線検出素子をチャンネル方向だけでなく、それに直交するスライス方向（被検体の体軸方向）にも配列した２次元アレイ型放射線検出器が考えられており、コーンビームＸ線管と併用されて微小なスライスピッチのマルチスライスデータを短時間のうちに収集する検出器が期待されている。
【０００４】この２次元アレイ型放射線検出器は、通常Ｘ線を光に変換するＸ線変換膜と、その直下に行列状に配置されたフォトダイオードアレイと、各フオトダイオードアレイに接続されたスイッチング素子によって構成され、Ｘ線照射後、各スイッチング素子を順次ＯＮすることで、各画素に蓄積された信号電荷を読み出してＸ線画像を形成するタイプのものと、放射線に感応し入射線量に対応した電荷信号を直接出力する変換膜からなる放射線センサーアレイを有し、その直下に行列状に配置された電極にスイッチング素子が接続され、照射時に各スイッチング素子を順次ＯＮするすることで、各画素に蓄積された信号電荷を読み出し、Ｘ線画像を形成するタイプの２種類のものがある。ここでは前者のタイプのものについて説明する。
【０００５】図４に前者のタイプの２次元アレイ型放射線検出器の検出回路を示す。この検出器は、Ｘ線を光に変換するシンチレータ１１が前面に一様に形成され、その裏側に光を電気信号に変換する光電変換素子１、例えば、フォトダイオードが規則正しく縦横にアレイ配置されている。そして、この光電変換素子１と対にスイッチング素子、例えば、ＦＥＴ２が形成され、各々ＦＥＴ２のソース５の端子が光電変換素子１に接続されている。そして、各々のＦＥＴ２のゲート３端子が水平方向のゲートバスライン６に接続され、各々のＦＥＴ２のドレイン４端子が垂直方向のデータバスライン７に接続されている。ゲートドライバ部８とデータ収集部９が制御部１０によって制御され、ゲートドライバ部８からのパルス信号を、水平方向に形成されたゲートバスライン６を介して、上方から下方に順次出し、ＦＥＴ２のゲート３に与え、光電変換素子１に蓄積している映像電荷信号を、ソース５からドレイン４に読出し、そして、垂直方向に形成されたデータバスライン７からデータ収集部９に取り込む。そして、データ収集部９から、取り込んだ映像データ信号を外部に出力する。
【０００６】図５に、２次元アレイ型放射線検出器の断面構造を示す。この検出器は、基板１３上に、シンチレータ１１と光電変換素子１（ａ−Ｓｉ：Ｈ ＰＤＡなど）とスイッチング素子（ａ−Ｓｉ：Ｈ ＦＥＴ２など）を形成したものを示す。基板１３の上に、ゲートバスライン６が形成され、そのゲートバスライン６にＦＥＴ２のゲート３の電極が重ね合わされて形成され、そして、スイッチング素子であるＦＥＴ２が規則正しく行列して形成される。また、ＦＥＴ２のドレイン４の電極に絶縁物１６上のデータバスライン７が重ね合わされて形成される。そして、下層に配線されたゲートバスライン６と上層に配線されたデータバスライン７とは、絶縁物を挟んで空間的に直交している。次に、ＦＥＴ２のソース５の電極上に光電変換素子１が規則正しく行列して形成される。そして、その上部全面にシンチレータ１１が形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の２次元アレイ型放射線検出器は、以上のように構成されているが、この２次元アレイ型放射線検出器をコーンビームＸ線ＣＴ装置に応用しようとしたとき、検出器のマトリックスサイズは５１２×５１２〜２０４８×２０４８で、その外形寸法は、１辺が２００ｍｍ〜３００ｍｍ程度の正方形であり、コーンビームＸ線ＣＴ装置に要求されている寸法、例えば、１０００ｍｍ×２００ｍｍ程度に対応出来ない。また、３００ｍｍ×３００ｍｍのものを４個つなぎ合わせて、１２００ｍｍ×３００ｍｍの大きさにしても、ゲートバスライン６とデータバスアイン７は直交しており、水平走査のゲートドライバ部８とデータ読取りのデータ収集部９が各々１辺づつを占めているため、また、場合によっては４辺全てを占めているため、横方向に並べようとしても、つなぎ合わせの部分に走査回路等の電子部品が搭載されているので、大きなデッドスペースが出来てしまい、実現不可能となってしまうという問題がある。
【０００８】本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、コーンビームＸ線ＣＴ装置に要求されているような２次元アレイ型の大きな検出面を有する２次元アレイ型放射線検出器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するため、本発明の２次元アレイ型放射線検出器は、放射線に感応し入射線量に対応した電荷信号を出力する変換層と、その直下に行列状に配置され接続されたスイッチング素子と、信号読み出し時にゲートバスラインを介して各スイッチング素子を順次ＯＮするゲートドライバ部と、各画素に蓄積された電荷信号をデータバスラインを介して読出すデータ収集部と、前記両部を制御する制御部とから構成される２次元アレイ型放射線検出器において、前記ゲートバスラインと前記データバスラインが互いに平行に各画素列の間に配線されるものである。
【００１０】また、本発明の２次元アレイ型放射線検出器は、ゲートバスラインとデータバスラインが各画素列の間に各一本づつ配線されるものである。
【００１１】また、本発明の２次元アレイ型放射線検出器は、２次元アレイ型放射線検出器を一モジュールとし、複数のモジュールをゲートバスラインとデータバスラインの出力されない端面で接続したものである。
【００１２】本発明の２次元アレイ型放射線検出器は上記のように構成されており、検出器パネルの配線をゲートバスラインとデータバスラインが互いに平行に各画素列の間の不感部に配線され、しかも、ゲートバスラインとデータバスラインが各画素列の間に各一本づつ配線され、走査回路及び信号取り出し部を検出器パネルの４辺の１辺のみを占める構造にするので、モジュール単位で製作した検出器パネルを複数個並べることにより、検出器全体を構成することで、コーンビームＸ線ＣＴ装置用等の大きい２次元アレイ型放射線検出器を製作することが出来る。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の２次元アレイ型放射線検出器の一実施例を図１を参照しながら説明する。図１は本発明の２次元アレイ型放射線検出器の検出回路を示す。本２次元アレイ型放射線検出器は、従来の検出器と部品の構成は同じであるが、検出器パネル上の走査回路のゲートバスライン６と読取回路のデータバスライン７の配線方法と、電子回路部であるゲートドライバ部８、データ収集部９、および、制御部１０の配置が異なる。
【００１４】本検出器は、Ｘ線を光に変換するシンチレータ１１が前面に一様に形成され、その裏側に光を電気信号に変換する光電変換素子１、例えば、フォトダイオードが規則正しく縦横にアレイ配置されている。そして、その光電変換素子１と対にスイッチング素子、例えば、ＦＥＴ２が形成され、各々ＦＥＴ２のソース５の端子が光電変換素子１に接続されている。そして、各々のＦＥＴ２のゲート３端子が垂直方向のゲートバスライン６に接続され、各々のＦＥＴ２のドレイン４端子が垂直方向のデータバスライン７に接続されている。
【００１５】ゲートドライバ部８とデータ収集部９が制御部１０によって制御され、ゲートドライバ部８からのパルス信号を、垂直方向に形成されたゲートバスライン６を介して、上方から下方に、図に示すＡ点、Ｂ点、Ｃ点………と順次走査して、各ＦＥＴ２のゲート３に与え、光電変換素子１に蓄積している映像電荷信号を、ソース５からドレイン４に読出し、そして、垂直方向に形成されたデータバスライン７からデータ収集部９に取り込む。そして、データ収集部９から取り込んだ映像データ信号を外部に出力する。
【００１６】この構造では、ゲートバスライン６とデータバスライン７が平行して配線されており、水平走査のゲートドライバ部８と読取りのデータ収集部９が検出器パネルの１辺のみを占めている。この場合、ゲートバスライン６とデータバスライン７が近接しているため、データバスライン７にノイズがのりやすく、構造上、一列の不感部列１５には、ゲートバスライン６とデータバスライン７が各々一本づつ配線されるようにする。
【００１７】従来の検出器パネルと比較してゲートバスライン６同士が重なりあうところがあるが、製造工程で、図５に示すようにガラス基板１３上に、まず、縦方向のゲートバスライン６を形成する。そして、次に形成する横方向のゲートバスライン６との接続点（Ａ点、Ｂ点、Ｃ点……）は、接続を良くするためにパッド状に形成しておく。次に、ゲートバスライン６どうしが重なり合うところに、ＳｉＮｘなどの絶縁膜を形成する。そして、横方向のゲートバスライン６を接続しつつ形成する。その後の工程は従来の検出器パネルと同様である。
【００１８】次に、サイズの大きい、コーンビームＸ線ＣＴ装置用の２次元アレイ型放射線検出器の一実施例について、図２を参照しながら説明する。検出器パネルは、図１に示すように画素１２がマトリックス構造に形成された一モジュール１４として製造される。このモジュール１４は、一つの基板１３上に６４ｃｈ×１２８ｃｈを形成したものである。縦の１２８ｃｈを２等分し、上方に６４ｃｈ、下方に６４ｃｈを形成している。ゲートバスライン６とデータバスライン７が並んで上下に平行に配線されており、水平走査のゲートドライバ部８ａ、８ｂ、及び、データ収集部９ａ、９ｂが上下に設置されている。マトリックスサイズは１２８ｃｈ×６４ｃｈで、１画素の大きさを１．５ｍｍ四角とすると、１９２ｍｍ×９６ｍｍのモジュール寸法になる。
【００１９】これを図３に示すように、１０個繋ぎ合わせるとマトリックスサイズ６４０ｃｈ×１２８ｃｈ、モジュール寸法９６０ｍｍ×１９２ｍｍのコーンビームＸ線ＣＴ装置用の２次元アレイ型放射線検出器となる。このようなモジュールを繋ぎ並べる構造では、図３に示すように、モジュール面をＸ線管の焦点方向へ向かせることが可能である。
【００２０】
【発明の効果】本発明の２次元アレイ型放射線検出器は上記のように構成されており、ゲートバスラインとデータバスラインが、各画素列の間の不感部に互いに平行に、各一本づつ配線されて、走査回路のゲートドライバ部及び信号読取りのデータ収集部が検出器パネルの１辺のみを占める構造に形成されているので、モジュール単位で製作した検出器パネルを、デッドスペースなく複数個繋ぎ並べて、大きな２次元アレイ型放射線検出器を製作することが出来る。そして、モジュール単位で構成されているため、製造する上で歩留まりが良く、万が一故障しても、故障したモジュールのみを取りかえることで対応することが出来る。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１９９３
【氏名又は名称】株式会社島津製作所
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| 【出願日】 |
平成１２年１月７日（２０００．１．７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７８９２
【弁理士】
【氏名又は名称】西岡 義明
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１９４４６１（Ｐ２００１−１９４４６１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月１９日（２００１．７．１９） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−５９５１（Ｐ２０００−５９５１） |
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