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【発明の名称】 Ｘ線検出器およびそれを用いたＸ線ＣＴ装置
【発明者】 【氏名】渡辺 史人
【要約】 【課題】スキャナ回転による振動や遠心加速度によるコリメータ板の変形を抑え、計測値に振動ノイズの混入やオフセット誤差が発生せず、各チャンネルに均質な高精度のＸ線検出特性を有するＸ線検出器を提供する。

【構成】複数のＸ線検出素子を複数配列したＸ線検出素子アレイ１０と、Ｘ線検出素子のＸ線入射側に配置され、各Ｘ線検出素子に入射されるＸ線を制限するコリメータ板２１を複数配列したコリメータブロック２０と、Ｘ線検出素子アレイとコリメータブロックとを両者間に一定の隙間を設けて固定する検出器容器３０とを備えたＸ線検出器において、Ｘ線検出器アレイとコリメータブロックとの間の隙間に、Ｘ線透過性材料からなるシート４０を介装する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＸ線検出素子を複数配列したＸ線検出素子アレイと、前記Ｘ線検出素子のＸ線入射側に配置され、各Ｘ線検出素子に入射されるＸ線を制限するコリメータ板を複数配列したコリメータブロックと、前記Ｘ線検出素子アレイと前記コリメータブロックとを両者間に一定の隙間を設けて固定する検出器容器とを備えたＸ線検出器において、
前記Ｘ線検出器アレイと前記コリメータブロックとの間の前記隙間に、Ｘ線透過性材料からなるシートを介装したことを特徴とするＸ線検出器。
【請求項２】
請求項１記載のＸ線検出器において、
前記シートの厚さは、前記隙間の間隔より大きいことを特徴とするＸ線検出器。
【請求項３】
請求項１記載のＸ線検出器において、
前記シートは、プラスチックからなるシートまたは不織布を含む弾性材料からなることを特徴とするＸ線検出器。
【請求項４】
Ｘ線源と、このＸ線源と対向して配置されたＸ線検出器と、これらＸ線源およびＸ線検出器を保持し、被検体の周りを回転駆動される回転盤と、前記Ｘ線検出器で検出されたＸ線の強度に基づき前記被検体の断層像を画像再構成する画像再構成手段とを備えたＸ線ＣＴ装置において、
前記Ｘ線検出器として請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＸ線検出器を用いたことを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線ＣＴ装置等に適用されるＸ線検出器に関し、特にＸ線検出器内のコリメータ板の支持構造の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線ＣＴ装置に使用されるＸ線検出器として、放射線の照射によって光を発生するシンチレータと、このシンチレータが発生する光を電流に変換する光電変換素子とを組み合わせて検出素子アレイ基板上に搭載したＸ線検出素子アレイを略円弧状のポリゴンに配置して成る検出器が用いられている。
【０００３】
シンチレータは、光電変換素子のチャンネルに対応して複数に分割されており、分割されたシンチレータのＸ線入射口側には、図６に示すように、個々のシンチレータ１１に入射されるＸ線量を制御するとともに散乱線によるクロストークを低減するためのコリメータ板２１が配置されている。
【０００４】
このコリメータ板２１は、図１４および図１５に示すように、所定枚数をポリゴンの円弧に合わせて放射状に配列しＸ線ＣＴ装置のスライス厚さ方向（図中、矢印で示す方向）の両端をコリメータ板支持体１４２、１４２’に固定して成るコリメータブロック１４０としてモジュール化されている。このコリメータブロック１４０をブロック支持体１４４に複数並べて固定したものが、検出器容器１４５に配置される。隣接するコリメータブロックの、隣接する端部のコリメータ板の間にひとつのチャンネル（以下、継ぎ目チャンネルという）が形成される。
【０００５】
このような構造のコリメータブロックは、外力に対する剛性を構造的に確保しにくく、特に図１６に示すように、向かい合った二つのコリメータ板支持体１４２、１４２’をチャンネル方向にずらせる変形に対して弱い上、それ以外の方向からの外力に対しても、コリメータ板が容易に変形する。したがって、コリメータ板支持体のみをブロック支持体上に固定した状態では、各々のコリメータブロックがチャンネル方向に変形してしまう。コリメータユニットの変形によって、計測値に振動ノイズの混入やオフセット誤差が発生して所望の検出精度が得られない。これを避けるため、上側のコリメータ板支持体を隣接コリメータブロック間で連結板を使って連結する方法が用いられる。
【０００６】
一方、Ｘ線ＣＴ装置では、装置のスループット向上のため、１枚のＣＴ画像を得るのに要する時間の短縮化が望まれている。このような要請に答えるために、スキャナ回転の高速化およびマルチスライス化が図られている。マルチスライス化は、従来チャンネル方向に1次元的に配列されていたＸ線検出素子の列を、スライス方向に２列以上に複数列配置するマルチスライス型Ｘ線検出器を用いることにより、スキャナ1回転あたりに撮影できる断層画像を増加する。
【０００７】
このようなスキャナ回転の高速化、マルチスライス化にともなう検出器開口幅の増大は、検出器全体がスキャン中に受ける振動や遠心加速度、重力方向の変化の増大につながり、コリメータブロックの変形及びこの変形にともなう個々のコリメータ板の変形を引き起こす原因となっている。そして、このような変形は、連結板によるコリメータブロック間の連結によってある程度は緩和されるものの、コリメータブロックが片持ちで支持されている方法では本質的に避けられない。
【０００８】
特許文献１には、スキャン中のコリメータ板の変形を防ぐために、片持ち構造となっているコリメータブロックの上側を検出器容器に固定すること（両持ち構造）が提案されている。
【特許文献１】特開２００１−４２０４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、両持ち構造では検出器容器の変形がコリメータ板支持体に直接に伝わり、その加重によって継ぎ目チャンネルを形成している端コリメータ板をわずかに変形させてしまうことになるため、高精度な位置あわせが必要となる。
【００１０】
そこで、本発明は、コリメータ板が変形しないコリメータ板の支持構造を有し、スキャナ回転の高速化とマルチスライス化に対応したＸ線検出器を提供すること、この検出器を用いて高画質で診断能の高い画像が得られるＸ線ＣＴ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明のＸ線検出器は、複数のＸ線検出素子を複数配列したＸ線検出素子アレイと、Ｘ線検出素子のＸ線入射側に配置され、各Ｘ線検出素子に入射されるＸ線を制限するコリメータ板を複数配列したコリメータブロックと、Ｘ線検出素子アレイとコリメータブロックとを両者間に一定の隙間を設けて固定する検出器容器とを備え、Ｘ線検出器アレイとコリメータブロックとの間の隙間に、Ｘ線透過性材料からなるシートを介装したことを特徴とする。
【００１２】
本発明のＸ線検出器において、好適には、シートの厚さは、隙間の間隔より大きい。シートは、例えば、弾性材料からなり、プラスチックからなるシートまたは不織布を用いることができる。
【００１３】
また本発明のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線源と、このＸ線源と対向して配置されたＸ線検出器と、これらＸ線源およびＸ線検出器を保持し、被検体の周りを回転駆動される回転盤と、Ｘ線検出器で検出されたＸ線の強度に基づき被検体の断層像を画像再構成する画像再構成手段とを備え、Ｘ線検出器として上述した本発明のＸ線検出器を用いたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
Ｘ線検出器アレイとコリメータブロックとの間の隙間に、Ｘ線透過性材料からなるシートを挟み込んだことにより、Ｘ線検出器アレイとシートとの間およびコリメータブロックとシートとの間に摩擦を発生させて、コリメータ板の動きを拘束する。これにより、スキャナ回転による振動や遠心加速度によるコリメータ板の変形を抑え、計測値に振動ノイズの混入やオフセット誤差が発生せず、各チャンネルに均質な高精度のＸ線検出特性を有するＸ線検出器を提供できる。
【００１５】
また、このＸ線検出器をＸ線ＣＴ装置に搭載することによって、スキャナ回転の高速化による撮影時間の短縮や一度のスキャンで複数の断層画像が取得できるマルチスライス化に対応して高画質で診断能の高いＸ線ＣＴ装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明のＸ線検出器の実施の形態を説明する。
図１は本発明のＸ線検出器の一実施の形態の全体構成を示す図、図２はＡ−Ａ線の側断面図である。図示するＸ線検出器は、複数のＸ線素子１１が配列したＸ線素子アレイ１０と、複数のコリメータ板２１が配列したコリメータブロック２０と、複数（図では５個）のＸ線素子アレイ１０と複数（図では３個）のコリメータブロック２０とを固定する検出器容器３０と、Ｘ線素子１１とコリメータ板２１との間に設けられるシート４０とを備えている。
【００１７】
Ｘ線素子アレイ１０の詳細を図３および図４に示す。図３はＸ線素子アレイ１０の正面図および側面図、図４は図３のＢ−Ｂ線断面図（拡大図）である。Ｘ線素子１１は、図４に示すように、放射線の照射によって光を発生するシンチレータ１２と、シンチレータ１２が発生する光を電流に変換する光電変換素子１３とからなる。光電変換素子１３は、複数のチャンネルが所定のピッチで配列するようにＸ線検出素子アレイ基板１５上に実装されており、シンチレータ１２はこの光電変換素子１３の複数チャンネルに対応して複数に分割されて、光電変換素子１３上に固定されている。これら複数チャンネルからなる光電変換素子１３と分割されたシンチレータ１２とでＸ線素子アレイ１０が構成される。分割された各シンチレータ材料は、Ｘ線を透過し且つシンチレータ１１が発する光を反射する材料からなる光反射部材１４により囲まれている。Ｘ線検出素子アレイ基板１５は、検出器容器３０に取り付けるための穴１６と光電変換素子の出力信号を取り出すコネクタ１７を有している。
【００１８】
コリメータ板２１は、Ｘ線検出素子１１の各シンチレータに入射されるＸ線量を制御するとともに散乱線を吸収してこの散乱線によるクロストークを低減させるためのものであり、Ｘ線の利用効率を低下させないために可能な限り薄くする必要があり、0.2mm前後の厚さの金属板から形成されている。このようなコリメータ板２１は、複数のコリメータ板２１の配置と固定を容易にするために、複数個のチャンネルを一つのブロックにまとめてコリメータブロック２０として検出器容器３０に固定される。コリメータブロック２０は、図５に示すように、複数のコリメータ板２１の両端を一対のコリメータ板支持体２２、２２’で支持した構造を有し、各コリメータ板２１の間隔が、Ｘ線素子アレイ１０のＸ線素子１１の間隔と一致するように配置されている。
【００１９】
Ｘ線素子アレイ１０とコリメータブロック２０とは、コリメータ板２１の端部とＸ線検出素子１１との間に一定の隙間を形成し且つコリメータ板２１がそれぞれ隣接するシンチレータ１２とシンチレータ１２との間に位置するように検出器容器３０に固定される。コリメータ板２１とＸ線検出素子１１との位置関係を図６に示す。通常、コリメータ板２１とＸ線検出素子１１との隙間は、干渉を避けるために数百μｍ程度である。
【００２０】
コリメータブロック２０は、図１に示すように予め複数個を連結したものを検出器容器３０に固定する。具体的には、図７に示すように、コリメータ板２１の一方の端部を支持するコリメータ板支持体２２を連結板２３で連結するとともに、コリメータ板２１の他方の端部を支持するコリメータ板支持体２２’を、ブロック支持体２４を介して検出器容器３０に固定する。この際、コリメータブロック２０の端部のコリメータ板２１’と、隣接するコリメータブロック２０の端部のコリメータ板２１’との間は、１チャンネルのチャンネル方向コリメータを形成するために、その間隔を高精度に管理する必要がある。通常、光学式測定器を用いてコリメータ板の相対間隔をモニターしながらコリメータブロック２０の配列位置を微調整し、ブロック支持体２４上に固定する方法が用いられる。
【００２１】
このＸ線検出器では、コリメータ板２１の一方の端部（コリメータ板支持体２２’）だけを検出器容器３０に固定する構造（片持ち構造）とするにより、振動による検出器容器３０の変形がコリメータ板支持体２２に直接伝わり、コリメータブロック２０の端部のコリメータ板２１’が変形するのを防止することができる。
【００２２】
一方、コリメータブロック２０を片持ち構造とすることによって、両持ち構造に比べ、コリメータ板２１の動きは不安定となるが、本実施の形態では、コリメータ板２１の端部とＸ線検出素子１１との間に設けられた隙間に、その隙間の間隔よりも厚くＸ線透過率の高いシート４０を挟み込み、コリメータ板２１の動きを拘束する。シート４０の材料としては、Ｘ線透過率の高い材料であれば特に限定されないが、放射線劣化しない材料であることが好ましく、また厚さ方向に弾力性を持つ材料が好適である。具体的には、ポリエステルやポリプロピレンなどプラスチック、エラストマー、コルク、不織布などを用いることができる。シート４０の厚さの上限は、材料によっても異なるが、コリメータ板２１とＸ線検出素子１１との隙間（数百μｍ程度）の１．１〜３倍程度が好ましい。シート４０は、厚さがコリメータ板２１とＸ線検出素子１１との隙間より厚いことから、コリメータ板２１およびＸ線検出素子１１に圧接し、その反力によってシート４０とコリメータ板２１、シート４０とＸ線検出素子１１に、それぞれの摩擦を発生させる。これによって片持ち構造で不安定なコリメータ板２１の動きを拘束する。
【００２３】
本実施の形態のＸ線検出器は、スキャナの略円弧状のポリゴンに複数を配置してＸ線ＣＴ装置のＸ線検出器を構成する。
【００２４】
本実施の形態によれば、コリメータブロックの検出器容器への固定構造が、片持ち構造であるＸ線検出器において、コリメータ板とＸ線検出素子との間に、両者の隙間よりも厚さの大きいシートを挟み込むことにより、不安定なコリメータ板の動きを拘束することができる。これにより、このＸ線検出器を搭載したスキャナの回転による振動や遠心加速度によるコリメータ板の変形を抑え、計測値に振動ノイズの混入やオフセット誤差が発生するのを防止することができ、各チャンネルに均質な高精度のＸ線検出特性が得られる。
【００２５】
なお図１に示す実施の形態では、シート４０は、配列した複数のコリメータブロックのほぼ全長に亘る長さのものを用いたが、シート４０はコリメータブロックの配列方向あるいはそれと交差する方向（シートの幅方向）に分割されていてもよい。図８にシート４０の変更例を示す。図８（ａ）は、幅方向の長さが図１のシート４０より短いシート４１を用いた実施の形態、（ｂ）は、幅方向の長さが短いシート４１、４１’を複数用いた実施の形態、（ｃ）は、特に変形しやすい端部コリメータ板の部分にシートを用いた実施の形態である。
【００２６】
また以上の実施の形態では、Ｘ線検出素子の列を、スライス方向（チャンネル方向に直交する方向）に１列配列したシングルスライス型Ｘ線検出器を図示して説明したが、Ｘ線検出素子の列をスライス方向に２列以上に配置したマルチスライス型Ｘ線検出器であっても同様に適用することができる。
【００２７】
次に本発明のＸ線ＣＴ装置について説明する。
本発明が適用されるＸ線ＣＴ装置の構成を図９および図１０に示す。図９は、スキャナユニットを被検体の頭部側から見た図、図１０は被検体の側部から見た図である。このＸ線ＣＴ装置１００は、スキャナユニットカバー１０１の内部の中央には、中心に開口部を設けた回転盤１０２が備えられており、この回転盤１０２に、Ｘ線を発生するＸ線管装置１０３、Ｘ線管装置１０３と送油ホース１０４でつながれたＸ線管冷却装置１０５、Ｘ線管装置１０４のＸ線焦点１０６からファン状に放射されるＸ線ビーム１０７をファンの中心から周辺部に向かって減少させる補償フィルタ１０８、およびそれらを固定するフィルタケース１０９、Ｘ線ビームを所望する幅に絞り込むＸ線コリメータ１１０、Ｘ線管装置１０３からＸ線コリメータ１１０を通って放射されてきたＸ線を受け電気信号に変換するＸ線検出器１１１、Ｘ線検出器１１１の出力の電気信号を増幅しディジタルデータに変換する増幅回路装置１１２、Ｘ線管装置１０３に高電圧を供給するための変圧器１１３、および回転盤１０２上の各装置を動作させるための電源装置１１４などが配置されている。
【００２８】
Ｘ線検出器１１１は、前述した本発明のＸ線検出器からなり、例えば、図１に示したように、複数のＸ線素子１１が配列したＸ線素子アレイ１０と、複数のコリメータ板２１が配列したコリメータブロック２０と、これらＸ線素子アレイ１０１とコリメータブロック２０とを固定する検出器容器３０とを備え、Ｘ線素子１１とコリメータ板２１との間にコリメータ板２１の変形を防止するためのシート４０が設けられている。本実施の形態のＸ線ＣＴ装置のＸ線検出器１１１は、このような構造のＸ線検出器を複数、スキャナの略円弧状のポリゴンに配置したものである。なお図１に示すＸ線検出器は、シングルスライス型Ｘ線検出器であるが、Ｘ線検出素子の列をスライス方向に２列以上に配置したマルチスライス型Ｘ線検出器であってもよい。
【００２９】
回転盤１０２は、ベルト１１５により駆動用モーター１１６に連結されており、駆動用モーター１１６を回転させることにより上記各装置を搭載した状態で回転できるようになっている。また、スキャナユニット内の各装置を適正に動作させるための信号を発生するスキャナ制御装置１１７があり、スキャナユニット内の各装置と接続されている。回転盤１０２上の装置とスキャナ制御装置１１７の間はスリップリング等でつながり、回転盤１０２の回転中での電力の供給や信号のやりとりが行えるようになっている。回転盤１０２の開口部の中心には天板１１８の上に載せられた被検体１２０が配置されるようになっている。
【００３０】
天板１１８は、図１０に示すように、テーブル機構部１１９によって、横方向および上下方向に移動させることができ、被検体１２０の検査対象位置をスキャナユニットの回転中心に位置合わせすることができるようになっている。
【００３１】
スキャナユニットとテーブル機構部１１９は図示しない操作卓ユニットと信号ケーブルで接続されており、操作卓ユニットからの命令に従ってスキャナユニットおよびテーブル機構部は動作し被検体を透過するＸ線の強度分布の計測を行い、その計測データを操作卓ユニットに信号ケーブルを介して送り、操作卓ユニット内部の画像処理装置で画像化して操作者に表示する。
【００３２】
このようなＸ線ＣＴ装置では、スキャナ回転を高速するとともにマルチスライス化することにより、１枚のＣＴ画像を得るのに要する時間を短縮でき、スループットが向上する。本発明のＸ線ＣＴ装置では、高速のスキャナ回転においても、コリメータ板が変形しないコリメータ板支持構造を有するＸ線検出器１１１を採用しているので、高速スキャナ回転のもとでも、アーチファクトのない高画質で診断能の高い画像を得ることができる。
【実施例】
【００３３】
＜実施例＞
シート材として、ポリエステル不織布（厚さ０．２mm）を用い、図１の構造のＸ線検出器を組み立て、チャンネル数８９６のＸ線ＣＴ装置のスキャナに搭載し、Ｘ線検出器位置による出力の変動を計測した。出力の変動は、検出器の中央の検出素子がスキャナの上下方向の最上部に位置していて荷重がかからないときの出力を基準として、中央の検出素子が最下部、右側（＋９０°の位置）および左側（−９０°の位置）に移動し検出器（コリメータブロック）に荷重がかかったときの出力の比として求めた。結果を図１１に示す。比較例として、シート材を用いなかった場合の結果を併せて図１２に示す。さらに実施例および比較例について、左右の出力の比を求めた結果を図１３に示す。図１１〜図１３において、横軸はチャンネル、縦軸は出力比を表している。
【００３４】
荷重によるコリメータ板の変動がない場合には、最上部を基準にした場合の出力比は１となるが、コリメータ板の変動が生じた場合には、出力比は１から離れる。また荷重によるコリメータ板の変動がない場合には、左右の出力比は１となる。
【００３５】
図１１および図１２に示す結果からもわかるように、実施例でも比較例でも、検出器の位置が右側でも左側でも同じ傾向の出力比の変化が見られたが、これは左右が同じ傾向であることから、コリメータ板の変動以外の原因、例えばＸ線管球の焦点ずれ等による変動と考えられる。一方、図１３に示す左右の出力比のグラフでは、実施例では極めて変動が少ないのに対し、比較例では大きい変動が観察された。これはシートがないため、コリメータ板の位置が不安定となることが原因と考えられる。特にチャンネル＃８２４のところで左右の出力比が逆転しており、コリメータ板の変動の影響が大きいことが観察された。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のＸ線検出器の一実施の形態の全体構成を示す図
【図２】図１のＸ線検出器のＡ−Ａ線の側断面図
【図３】Ｘ線素子アレイの正面図および側面図
【図４】図４のＸ線素子アレイのＢ−Ｂ線断面図（拡大図）
【図５】コリメータブロックの全体斜視図
【図６】コリメータ板と検出素子との位置関係を示す図
【図７】コリメータブロックをブロック支持板に固定した状態を示す図
【図８】本発明のＸ線検出器の他の実施の形態を示す図
【図９】本発明のＸ線ＣＴ装置の全体構成を示す図
【図１０】図９のＸ線ＣＴ装置を側面側から見た図
【図１１】実施例のＸ線検出器による位置による出力変動を示すグラフ
【図１２】比較例のＸ線検出器による位置による出力変動を示すグラフ
【図１３】実施例および比較例の左配置時および右配置時の出力比を示すグラフ
【図１４】従来のＸ線検出器を示す図
【図１５】図１４の断面図
【図１６】従来のＸ線検出器のコリメータの変形を説明する図
【符号の説明】
【００３７】
１０・・・Ｘ線検出素子アレイ、１１・・・Ｘ線検出素子、１２・・・シンチレンータ、１３・・・光電変換素子、２０・・・コリメータブロック、２１・・・コリメータ板、２２、２２’・・・コリメータ板支持体、２４・・・ブロック支持体、３０・・・検出器容器、４０・・・シート、１０１・・・スキャナユニットカバー、１０２・・・回転盤、１０３・・・Ｘ線管装置、１０７・・・Ｘ線ビーム、１１１・・・Ｘ線検出器、１１８・・・天板、１１９・・・テーブル機構部、１２０・・・被検体。
【出願人】 【識別番号】０００１５３４９８
【氏名又は名称】株式会社日立メディコ
【出願日】 平成１８年７月２８日（２００６．７．２８）
【代理人】 【識別番号】１０００９９８５２
【弁理士】
【氏名又は名称】多田 公子

【識別番号】１０００９９７６０
【弁理士】
【氏名又は名称】宮川 佳三
【公開番号】 特開２００８−２９５５２（Ｐ２００８−２９５５２Ａ）
【公開日】 平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【出願番号】 特願２００６−２０５６４５（Ｐ２００６−２０５６４５）