Ｘ線検出器及びＸ線ＣＴ装置
【課題】Ｘ線検出器の出力の低下を抑え、また、光電変換素子を劣化させたり、異常出力を発生させる要因をなくし、さらに、アーチファクトの発生を防止することが可能なＸ線検出器及びＸ線ＣＴ装置を提供する。
【解決手段】実施形態のＸ線ＣＴ装置用のＸ線検出器は、シンチレータアレイ、コリメータ及びマスクを有する。シンチレータアレイは、体軸回りの方向に沿って配列されたシンチレータ素子、及び隣り合うシンチレータ素子同士を仕切る隔壁を有する。コリメータは、隔壁に対応して設けられたコリメータ複数の板を有し、隔壁に各コリメータ板の一端部が近接され、隔壁からＸ線源へ向かう高さ方向に各コリメータ板の他端部が延設され、シンチレータ素子に入射されるＸ線の入射方向を規制する。マスクは、隔壁とコリメータ板の一端部との間にＸ線の入射方向から少なくとも隔壁を覆うように配置され、Ｘ線を吸収する。
【解決手段】実施形態のＸ線ＣＴ装置用のＸ線検出器は、シンチレータアレイ、コリメータ及びマスクを有する。シンチレータアレイは、体軸回りの方向に沿って配列されたシンチレータ素子、及び隣り合うシンチレータ素子同士を仕切る隔壁を有する。コリメータは、隔壁に対応して設けられたコリメータ複数の板を有し、隔壁に各コリメータ板の一端部が近接され、隔壁からＸ線源へ向かう高さ方向に各コリメータ板の他端部が延設され、シンチレータ素子に入射されるＸ線の入射方向を規制する。マスクは、隔壁とコリメータ板の一端部との間にＸ線の入射方向から少なくとも隔壁を覆うように配置され、Ｘ線を吸収する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、Ｘ線検出器及びＸ線ＣＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線源及びＸ線検出器を有している。Ｘ線源とＸ線検出器とは被検体の体軸を中心にして対向配置され、体軸回りの方向に回転される。Ｘ線源は、熱電子をターゲット（陽極）上の焦点に衝突させることによりＸ線を発生させる。
【０００３】
Ｘ線検出器は、Ｘ線入射方向及び体軸方向（スライス方向）に直交する方向であるチャンネル方向に配列されたＸ線検出素子と、Ｘ線検出素子に対応して配列され、Ｘ線を光に変換するシンチレータ素子と、複数のコリメータ板とを有している。隣り合うシンチレータ素子の間には不感帯である隔壁が設けられている。各コリメータ板は、隔壁に対応する位置に配設されている。Ｘ線は、Ｘ線源から放射され、被検体を透過して、コリメータ板によりその方向が規制され、シンチレータ素子に入射される。
【０００４】
Ｘ線によるコリメータ板の陰がシンチレータ素子にかかると、アーチファクトを生じさせる要因となる。そのため、隔壁をコリメータ板より厚くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１９３７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、隔壁が厚くなる分だけ、Ｘ線が入射されるシンチレータ素子の有効領域を小さく設定する必要があり、幾何学的効率が低下する。ここで、幾何学的効率とは、面積比で表される。例えば、有効領域の面積がＡ０からＡ１に変化したとき、幾何学的効率はＡ１／Ａ０となる。なお、幾何学的効率は、有効領域の面積が小さくならないとき（Ａ１≧Ａ０）でも、１（＝１００％）以下の値で表される。
【０００７】
また、組み立ての際に生じる、シンチレータ素子と光電変換素子との相対的な位置ずれを考慮して、シンチレータ素子の有効領域に対して光電変換素子の有効領域を小さく設定する必要がある。例えば、光電変換素子の有効領域の面積をＡ２とすると、シンチレータ素子の有効領域の面積はＡ１だから、幾何学的効率はＡ２／Ａ１となる。すなわち、光電変換素子の有効領域がシンチレータ素子の有効領域よりも小さく設定されるタイプのＸ線検出器においては、幾何学的効率がＡ２／Ａ０（＝Ａ１／Ａ０＊Ａ２／Ａ１）の二段階で低下し、Ｘ線検出器の出力が幾何学的効率に比例するため、二段階で下がることとなる。
【０００８】
さらに、ターゲットの移動により、ターゲット上の焦点がチャンネル方向に沿って移動調整されるＸ線ＣＴ装置では、焦点の移動により、シンチレータ素子に対するＸ線入射方向の角度が変化し、この角度が大きくなるに応じて、Ｘ線によるコリメータ板の陰が隔壁側からシンチレータ素子の方に移動するようになる。陰がシンチレータ素子にかからないよう、焦点の移動量に応じて隔壁を厚くする必要がある。それにより、Ｘ線検出器の出力がさらに低下するという問題点があった。
【０００９】
さらに、隔壁を厚くすると、隔壁にもＸ線が入射され、隔壁を通過し、散乱したＸ線により光電変換素子を劣化させたり、異常出力を発生させる要因になるという問題点があった。
【００１０】
さらに、シンチレータ素子の端面（隔壁に接する面）は加工面であって、Ｘ線の感度が低下する部分である。そのため、シンチレータ素子の端面を有効領域に含めると、アーチファクトが生じるという問題点もある。
【００１１】
この実施形態は、上記の問題を解決するものであり、Ｘ線検出器の出力の低下を抑え、また、光電変換素子を劣化させたり、異常出力を発生させる要因をなくし、さらに、アーチファクトの発生を防止することが可能なＸ線検出器及び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】
【００１２】
上記課題を解決するために、実施形態のＸ線ＣＴ装置用のＸ線検出器は、Ｘ線を発生させるＸ線源に対して被検体の体軸を中心にして対向配置され、体軸回りの方向に回転してＸ線を検出し、シンチレータアレイ、コリメータ及びマスクを有する。シンチレータアレイは、体軸回りの方向に沿って配列されたシンチレータ素子、及び隣り合うシンチレータ素子同士を仕切る隔壁を有する。コリメータは、隔壁に対応して設けられた複数のコリメータ板を有し、隔壁に各コリメータ板の一端部が近接され、隔壁からＸ線源へ向かう高さ方向に各コリメータ板の他端部が延設され、シンチレータ素子に入射されるＸ線の入射方向を規制する。マスクは、隔壁とコリメータ板の一端部との間にＸ線の入射方向から少なくとも隔壁を覆うように配置され、Ｘ線を吸収する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の模式図。
【図２】Ｘ線検出器の模式図。
【図３】Ｘ線検出器の部分斜視図。
【図４】Ｘ線検出器の部分断面図。
【図５】Ｙ方向から見たときのＸ線検出器の一部に、Ｘ線入射方向の角度θを表した図。
【図６】比較例に係るＸ線検出器の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
このＸ線ＣＴ装置の実施形態について各図を参照して説明する。
【００１５】
図１はＸ線ＣＴ装置のガントリ内の内部構造の模式図である。ガントリには回転リング１が回転可能に設けられている。この回転リング１には、Ｘ線源２と２次元アレイ型のＸ線検出器３とが被検体Ｐを中心にして対向配置されている。Ｘ線源２の焦点４からファン状に放射されたＸ線５は、被検体Ｐを透過して、Ｘ線検出器３で検出される。Ｘ線検出器３で検出された投影データはデータ収集部（図示省略）に記憶され、コンピュータ６は、投影データに基づいて少なくとも１つのスライスに関する断層像データを再構成する。再構成された断層像データがデータ記憶部（図示省略）に記憶される。ディスプレイユニット７は、断層像データに従って断層像を表示する。
【００１６】
〔Ｘ線源〕
Ｘ線源２は、焦点の位置をチャンネル方向及び体軸方向（スライス方向）に沿ってそれぞれ移動させる焦点移動手段（図示省略）を有している。なお、チャンネル方向及び体軸方向（スライス方向）をＸ方向及びＺ方向という場合がある。また、以下に、焦点をチャンネル方向（Ｘ方向）に沿って移動させる場合について説明するが、焦点を体軸方向（Ｚ方向）に沿って移動させる場合も同様にこの実施形態の構成を適用することが可能である。
【００１７】
〔Ｘ線検出器〕
図２はＸ線検出器の模式図である。なお、図２では、Ｚ方向から見たときのＸ線検出器を示す。
【００１８】
図２に示すように、Ｘ線検出器３は、シンチレータアレイ３１、光電変換素子アレイ（ＰＤＡ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ Ａｒｒａｙ）３２、コリメータ３３、及びマスク８有している。
【００１９】
（シンチレータアレイ）
図３はＸ線検出器の部分斜視図である。図３では、Ｘ−Ｚ平面を斜め上方から見たときのＸ線検出器を部分を示す。
図２及び図３に示すように、シンチレータアレイ３１は、Ｘ方向及びＺ方向の２次元に配列されたシンチレータ素子３４と、隣接するシンチレータ素子３４同士を仕切る隔壁３５とを有する。シンチレータ素子３４としては、例えば、希土類酸硫化物の焼結体からなるセラミックシンチレータを用いることができる。ただし、これに限定されるわけではない。
【００２０】
図３に示すように、Ｍ個のシンチレータ素子３４をＺ方向に沿って一列に配列されたモジュールをＸ方向に沿って円弧状にＮ個配列している。シンチレータ素子３４はＸ線を受けて蛍光を出力する。図３では、６個のシンチレータ素子３４を一列に配されたモジュールの４つをＸ方向に沿って配列したものを実線で示し、その他のモジュールを二点鎖線で示す。なお、Ｚ方向に配列された隔壁３５の数は、シンチレータ素子３４より１つ多いＭ＋１個である。また、Ｘ方向に配列された隔壁３５の数は、シンチレータ素子３４より１つ多いＮ＋１個である。
【００２１】
（光電変換素子アレイ）
図２及び図３に示すように、光電変換素子アレイ３２は、シンチレータ素子３４に対応して配置された光電変換素子３６を有する。光電変換素子３６は、シンチレータ素子３４から出力された蛍光を受けて電気信号に出力する。光電変換素子３６としては、例えば、ＰＤ（フォトダイオード）を用いることができる。ただし、これに限定されない。図３では、４個の光電変換素子３６のみを示したが、実際には、シンチレータ素子３４と同様にＸ方向及びＸ方向の２二次元に配されている。
【００２２】
（コリメータ）
図２及び図３に示すように、コリメータ３３は、複数のコリメータ板３７を有している。各コリメータ板３７は隔壁３５に対応して配置されている。コリメータ板３７は、シンチレータ素子３４に入射されるＸ線の入射方向を規制する。コリメータ板３７としては、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｂ（鉛）または、これらの重金属の一つを含む合金などから形成される。
【００２３】
隔壁３５は、Ｘ方向及びＺ方向を縦横とした格子状に形成されている。すなわち、Ｚ方向に配列されたコリメータ板３７の数はＭ＋１個である。また、Ｘ方向に配列されたコリメータ板３７の数はＮ＋１個である。
【００２４】
図４はＸ線検出器３の部分拡大断面図である。図４では、Ｚ方向から見たときのＸ線検出器３の一部を示し、シンチレータ素子３４に対するＸ線入射方向をＲ１、その方向と反対の方向をＲ２で示す。図４に示すように、コリメータ板３７の一端部３７ａが隔壁３５に近接され、コリメータ板３７の他端部３７ｂが隔壁３５からＸ線入射方向Ｒ１とは反対の方向Ｒ２に延設されている。なお、図４に示すＲ１は、シンチレータ素子３４に対するＸ線入射方向の角度が９０°のときのＸ線入射方向である。
【００２５】
（マスク）
図４に示すように、マスク８は、コリメータ板３７の一端部３７ａと隔壁３５との間にＸ線入射方向Ｒ１から隔壁３５を覆うように配置され、シンチレータ素子３４を臨む開口８１を有している。マスク８に用いられるＸ線吸収材料（Ｘ線を全くまたはほとんど透過しない材料）としては、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｂ（鉛）または、これらの重金属の一つを含む合金などが用いられる。
【００２６】
マスク８は隔壁３５に対応して格子状に形成され、格子に囲まれた部分が開口８１となっている。
【００２７】
マスク８は、隔壁３５に接するシンチレータ素子３４の端面３８の位置からシンチレータ素子３４の中央部３９の位置の方へ張り出す張出部８２を有している。張出部８２の先端８３同士は、開口８１を介して互いに対向している。
【００２８】
張出部８２は、Ｘ方向及びＸ線入射方向におけるコリメータ板３７の他端部３７ｂの位置、並びにＸ線入射方向の角度に応じて設けられている。なお、前述したように、焦点がＸ方向に沿って移動することにより、Ｘ線入射方向の角度が変化するため、張出部８２は、Ｘ線入射方向の角度の変化を考慮したものとなる。
【００２９】
次に、張出部８２の位置、コリメータ板３７の他端部３７ｂの位置、及び、シンチレータ素子３４に入射されるＸ線入射方向の角度の相互関係について図５を参照して説明する。
【００３０】
図５ではＺ方向から見たときのＸ線検出器の一部を示し、Ｘ線入射方向をＲ、その角度をθで示す。
【００３１】
また、図５では、Ｘ方向におけるコリメータ板３７の他端部３７ｂの位置から張出部８２の先端８３の位置までの長さをＬ、高さ方向におけるコリメータ板３７の他端部３７ｂの位置から張出部８２の位置（マスク８の位置）までの長さをＨ、コリメータ板３７により規制されたＸ線入射方向Ｒの角度をθで示す。このように表されたＬ、Ｈ、θは次式に示す関係を有する。
Ｌ＝Ｈ／ｔａｎθ （１）
ここで、高さ方向とは、θ＝９０°のときの入射方向をいう。なお、図５に高さ方向をＹで示す。
【００３２】
焦点のＸ方向に沿った移動により、Ｘ線入射方向の角度θが変更される。焦点がＸ方向に沿って移動したとき、Ｘ線入射方向の角度が−θ１〜θ１（θ１＞０）の範囲で変化する場合、θ＝θ１のときのＬ１が張出部８２の最大長となる。これを次式で表す。
Ｌ１＝Ｈ／ｔａｎθ１ （２）
【００３３】
張出部８２の最大長をＬ１とすることにより、焦点がＸ方向に沿ってどのように移動しても、Ｘ線によるコリメータ板３７の陰がシンチレータ素子３４にかからず、アーチファクトの発生を防止することが可能となる。なお、この張出部８２と開口８１を介して対向する張出部８２の最大長は、θ＝−θ１のときのＬ１となる。最大長のＬ１となった張出部８２を図４に示す。
【００３４】
また、焦点がＸ方向に沿ってどのように移動しても、Ｘ線がマスク８の張出部８２のみにかかるので、Ｘ線５が隔壁３５に入射せず、隔壁３５を通過し、散乱したＸ線により光電変換素子３６を劣化させたり、異常出力を発生させる要因になることもない。
【００３５】
次に、隔壁３５の厚さ及びコリメータ板３７の厚さの関係について図４を参照して説明する。図４に、隔壁３５の厚さ及びコリメータ板の厚さをＴ１及びＴ２で示す。
【００３６】
図４に示すように、隔壁３５の厚さＴ１は、コリメータ板３７の厚さＴ２にほぼ等しくなっている（Ｔ１≒Ｔ２）。なお、隔壁３５の厚さＴ１をコリメータ板３７の厚さＴ２以下にすることも可能となる（Ｔ１≦Ｔ２）。
【００３７】
このように、隔壁３５を薄くできた理由は、焦点がＸ方向に沿ってどのように移動しても、Ｘ線によるコリメータ板３７の陰がシンチレータ素子３４にかからず、アーチファクトの発生を防止するようにマスク８の張出部８２が設けられているからである。
【００３８】
次に、シンチレータ素子３４の有効領域及び光電変換素子３６の有効領域について図４を参照して説明する。図４では、光電変換素子３６の有効領域、開口８１及びシンチレータ素子３４のＸ方向における幅をＷ１、Ｗ２及びＷ３で示す。なお、開口８１の幅が、シンチレータ素子３４の有効領域の幅に相当する。
【００３９】
シンチレータ素子３４の一部は張出部８２に覆われているため、開口８１の幅Ｗ２はシンチレータ素子３４の幅Ｗ３より狭くなっている（Ｗ２＜Ｗ３）。それにより、シンチレータ素子３４の有効領域が小さくなり、幾何学的効率が低下する。すなわち、小さくなる前後の有効領域の面積をＡ０、Ａ１とすると、幾何学的効率はＡ１／Ａ０となる。
しかし、光電変換素子３６の有効領域の幅Ｗ１は、シンチレータ素子３４の幅Ｗ３以下であって開口８１の幅Ｗ２以上になっている（Ｗ２≦Ｗ１≦Ｗ３）。
【００４０】
したがって、光電変換素子３６の有効領域（その幅を図４にＷ１で示す）を、シンチレータ素子３４の有効領域（開口８１：その幅を図４にＷ２で示す）よりも小さくする必要がないため、幾何学的効率の低下がない。すなわち、幾何学的効率は１となる。
【００４１】
それにより、全体での幾何学的効率はＡ１／Ａ０（＝Ａ１／Ａ０＊１）となり、二段階で低下することがなく、Ｘ線検出器３の出力が二段階で低下するのを防止することが可能となる。
【００４２】
（比較例）
次に、比較例に係るＸ線検出器３について説明する。
【００４３】
図６は比較例に係るＸ線検出器３の部分拡大断面図である。比較例が実施形態の構成と異なる点は、マスク８が除かれていることにある。
【００４４】
すなわち、図６に示すように、Ｘ線検出器３は、チャンネル方向（Ｘ方向）に配列された光電変換素子３６と、光電変換素子３６に対応して配列されたシンチレータ素子３４と、コリメータ板３７とを有している。隣り合うシンチレータ素子３４の間には不感帯である隔壁３５が設けられている。
【００４５】
比較例において、入射方向の角度θが所定角度θ１のときにおいても、シンチレータ素子３４にＸ線５によるコリメータ板３７の影が映らないように、隔壁３５の厚さＴ１が、コリメータ板３７の厚さＴ２より大きくなっている（Ｔ１＞Ｔ２）。そのため、比較例の技術においては、焦点がＸ方向に沿ってどのように移動しても、Ｘ線によるコリメータ板３７の陰がシンチレータ素子３４にかからず、アーチファクトの発生を防止するという利点を有している。
【００４６】
しかしながら、比較例の技術では、隔壁３５の厚さＴ１をコリメータ板３７の厚さＴ２より大きくすると、その分だけのシンチレータ素子３４の有効領域が小さくなり、それに比例して幾何学的効率が低下し、さらに、シンチレータ素子３４の有効領域（その幅を図６にＷ２で示す）より光電変換素子３６の有効領域（その幅を図６にＷ１で示す）を小さくする必要があることから、幾何学的効率が二段階で低下し、Ｘ線検出器３の出力が二段階で低下するという従来の技術と同じ問題点が生じる。
【００４７】
さらに、隔壁３５を通過して散乱するＸ線５により光電変換素子３６を劣化させたり、異常出力を発生させる要因になるという従来の問題点もある。図６に、隔壁３５を通過したＸ線５が散乱して、光電変換素子３６に入射するＸ線５の一部を破線で示す。
【００４８】
シンチレータ素子３４の端面３８（隔壁３５に接する面）は加工面であって、Ｘ線の感度が低下することから、端面３８をシンチレータ素子３４の有効領域に含めるとアーチファクトが生じるが、この実施形態では、シンチレータ素子３４の端面３８はマスク８の張出部８２により覆われ、シンチレータ素子３４の有効領域として用いられないため、アーチファクトの発生を防止することが可能となる。
【００４９】
なお、実施形態において、マスク８は、隔壁３５と別個に設けられたが、隔壁３５と一体的に形成されていてもよい。このとき、隔壁３５は、マスク８と同じ材料で形成されてもよい。また、マスク８は、コリメータ板３７の一端部３７ａと一体的に形成されていてもよい。
【００５０】
また、実施形態では、焦点をチャンネル方向（Ｘ方向）に沿って移動させるとき、シンチレータ素子３４にＸ線によるコリメータ板３７の陰がかからないように、マスク８を設けた構成について説明したが、焦点を体軸方向（Ｚ方向）に沿って移動させるときも、同様にこの実施形態の構成を適用することが可能である。
【００５１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるととともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 回転リング
２ Ｘ線源
３ Ｘ線検出器
３１ シンチレータアレイ
３２ 光電変換素子アレイ
３３ コリメータ
３４ シンチレータ素子
３５ 隔壁
３６ 光電変換素子
３７ コリメータ板
３７ａ 一端部
３７ｂ 他端部
３８ シンチレータ素子の端面
３９ シンチレータ素子の中央部
４ 焦点
５ Ｘ線
６ コンピュータ
７ ディスプレイユニット
８ マスク
８１ 開口
８２ 張出部
８３ 先端
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、Ｘ線検出器及びＸ線ＣＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線源及びＸ線検出器を有している。Ｘ線源とＸ線検出器とは被検体の体軸を中心にして対向配置され、体軸回りの方向に回転される。Ｘ線源は、熱電子をターゲット（陽極）上の焦点に衝突させることによりＸ線を発生させる。
【０００３】
Ｘ線検出器は、Ｘ線入射方向及び体軸方向（スライス方向）に直交する方向であるチャンネル方向に配列されたＸ線検出素子と、Ｘ線検出素子に対応して配列され、Ｘ線を光に変換するシンチレータ素子と、複数のコリメータ板とを有している。隣り合うシンチレータ素子の間には不感帯である隔壁が設けられている。各コリメータ板は、隔壁に対応する位置に配設されている。Ｘ線は、Ｘ線源から放射され、被検体を透過して、コリメータ板によりその方向が規制され、シンチレータ素子に入射される。
【０００４】
Ｘ線によるコリメータ板の陰がシンチレータ素子にかかると、アーチファクトを生じさせる要因となる。そのため、隔壁をコリメータ板より厚くしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１９３７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、隔壁が厚くなる分だけ、Ｘ線が入射されるシンチレータ素子の有効領域を小さく設定する必要があり、幾何学的効率が低下する。ここで、幾何学的効率とは、面積比で表される。例えば、有効領域の面積がＡ０からＡ１に変化したとき、幾何学的効率はＡ１／Ａ０となる。なお、幾何学的効率は、有効領域の面積が小さくならないとき（Ａ１≧Ａ０）でも、１（＝１００％）以下の値で表される。
【０００７】
また、組み立ての際に生じる、シンチレータ素子と光電変換素子との相対的な位置ずれを考慮して、シンチレータ素子の有効領域に対して光電変換素子の有効領域を小さく設定する必要がある。例えば、光電変換素子の有効領域の面積をＡ２とすると、シンチレータ素子の有効領域の面積はＡ１だから、幾何学的効率はＡ２／Ａ１となる。すなわち、光電変換素子の有効領域がシンチレータ素子の有効領域よりも小さく設定されるタイプのＸ線検出器においては、幾何学的効率がＡ２／Ａ０（＝Ａ１／Ａ０＊Ａ２／Ａ１）の二段階で低下し、Ｘ線検出器の出力が幾何学的効率に比例するため、二段階で下がることとなる。
【０００８】
さらに、ターゲットの移動により、ターゲット上の焦点がチャンネル方向に沿って移動調整されるＸ線ＣＴ装置では、焦点の移動により、シンチレータ素子に対するＸ線入射方向の角度が変化し、この角度が大きくなるに応じて、Ｘ線によるコリメータ板の陰が隔壁側からシンチレータ素子の方に移動するようになる。陰がシンチレータ素子にかからないよう、焦点の移動量に応じて隔壁を厚くする必要がある。それにより、Ｘ線検出器の出力がさらに低下するという問題点があった。
【０００９】
さらに、隔壁を厚くすると、隔壁にもＸ線が入射され、隔壁を通過し、散乱したＸ線により光電変換素子を劣化させたり、異常出力を発生させる要因になるという問題点があった。
【００１０】
さらに、シンチレータ素子の端面（隔壁に接する面）は加工面であって、Ｘ線の感度が低下する部分である。そのため、シンチレータ素子の端面を有効領域に含めると、アーチファクトが生じるという問題点もある。
【００１１】
この実施形態は、上記の問題を解決するものであり、Ｘ線検出器の出力の低下を抑え、また、光電変換素子を劣化させたり、異常出力を発生させる要因をなくし、さらに、アーチファクトの発生を防止することが可能なＸ線検出器及び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】
【００１２】
上記課題を解決するために、実施形態のＸ線ＣＴ装置用のＸ線検出器は、Ｘ線を発生させるＸ線源に対して被検体の体軸を中心にして対向配置され、体軸回りの方向に回転してＸ線を検出し、シンチレータアレイ、コリメータ及びマスクを有する。シンチレータアレイは、体軸回りの方向に沿って配列されたシンチレータ素子、及び隣り合うシンチレータ素子同士を仕切る隔壁を有する。コリメータは、隔壁に対応して設けられた複数のコリメータ板を有し、隔壁に各コリメータ板の一端部が近接され、隔壁からＸ線源へ向かう高さ方向に各コリメータ板の他端部が延設され、シンチレータ素子に入射されるＸ線の入射方向を規制する。マスクは、隔壁とコリメータ板の一端部との間にＸ線の入射方向から少なくとも隔壁を覆うように配置され、Ｘ線を吸収する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の模式図。
【図２】Ｘ線検出器の模式図。
【図３】Ｘ線検出器の部分斜視図。
【図４】Ｘ線検出器の部分断面図。
【図５】Ｙ方向から見たときのＸ線検出器の一部に、Ｘ線入射方向の角度θを表した図。
【図６】比較例に係るＸ線検出器の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
このＸ線ＣＴ装置の実施形態について各図を参照して説明する。
【００１５】
図１はＸ線ＣＴ装置のガントリ内の内部構造の模式図である。ガントリには回転リング１が回転可能に設けられている。この回転リング１には、Ｘ線源２と２次元アレイ型のＸ線検出器３とが被検体Ｐを中心にして対向配置されている。Ｘ線源２の焦点４からファン状に放射されたＸ線５は、被検体Ｐを透過して、Ｘ線検出器３で検出される。Ｘ線検出器３で検出された投影データはデータ収集部（図示省略）に記憶され、コンピュータ６は、投影データに基づいて少なくとも１つのスライスに関する断層像データを再構成する。再構成された断層像データがデータ記憶部（図示省略）に記憶される。ディスプレイユニット７は、断層像データに従って断層像を表示する。
【００１６】
〔Ｘ線源〕
Ｘ線源２は、焦点の位置をチャンネル方向及び体軸方向（スライス方向）に沿ってそれぞれ移動させる焦点移動手段（図示省略）を有している。なお、チャンネル方向及び体軸方向（スライス方向）をＸ方向及びＺ方向という場合がある。また、以下に、焦点をチャンネル方向（Ｘ方向）に沿って移動させる場合について説明するが、焦点を体軸方向（Ｚ方向）に沿って移動させる場合も同様にこの実施形態の構成を適用することが可能である。
【００１７】
〔Ｘ線検出器〕
図２はＸ線検出器の模式図である。なお、図２では、Ｚ方向から見たときのＸ線検出器を示す。
【００１８】
図２に示すように、Ｘ線検出器３は、シンチレータアレイ３１、光電変換素子アレイ（ＰＤＡ：Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ Ａｒｒａｙ）３２、コリメータ３３、及びマスク８有している。
【００１９】
（シンチレータアレイ）
図３はＸ線検出器の部分斜視図である。図３では、Ｘ−Ｚ平面を斜め上方から見たときのＸ線検出器を部分を示す。
図２及び図３に示すように、シンチレータアレイ３１は、Ｘ方向及びＺ方向の２次元に配列されたシンチレータ素子３４と、隣接するシンチレータ素子３４同士を仕切る隔壁３５とを有する。シンチレータ素子３４としては、例えば、希土類酸硫化物の焼結体からなるセラミックシンチレータを用いることができる。ただし、これに限定されるわけではない。
【００２０】
図３に示すように、Ｍ個のシンチレータ素子３４をＺ方向に沿って一列に配列されたモジュールをＸ方向に沿って円弧状にＮ個配列している。シンチレータ素子３４はＸ線を受けて蛍光を出力する。図３では、６個のシンチレータ素子３４を一列に配されたモジュールの４つをＸ方向に沿って配列したものを実線で示し、その他のモジュールを二点鎖線で示す。なお、Ｚ方向に配列された隔壁３５の数は、シンチレータ素子３４より１つ多いＭ＋１個である。また、Ｘ方向に配列された隔壁３５の数は、シンチレータ素子３４より１つ多いＮ＋１個である。
【００２１】
（光電変換素子アレイ）
図２及び図３に示すように、光電変換素子アレイ３２は、シンチレータ素子３４に対応して配置された光電変換素子３６を有する。光電変換素子３６は、シンチレータ素子３４から出力された蛍光を受けて電気信号に出力する。光電変換素子３６としては、例えば、ＰＤ（フォトダイオード）を用いることができる。ただし、これに限定されない。図３では、４個の光電変換素子３６のみを示したが、実際には、シンチレータ素子３４と同様にＸ方向及びＸ方向の２二次元に配されている。
【００２２】
（コリメータ）
図２及び図３に示すように、コリメータ３３は、複数のコリメータ板３７を有している。各コリメータ板３７は隔壁３５に対応して配置されている。コリメータ板３７は、シンチレータ素子３４に入射されるＸ線の入射方向を規制する。コリメータ板３７としては、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｂ（鉛）または、これらの重金属の一つを含む合金などから形成される。
【００２３】
隔壁３５は、Ｘ方向及びＺ方向を縦横とした格子状に形成されている。すなわち、Ｚ方向に配列されたコリメータ板３７の数はＭ＋１個である。また、Ｘ方向に配列されたコリメータ板３７の数はＮ＋１個である。
【００２４】
図４はＸ線検出器３の部分拡大断面図である。図４では、Ｚ方向から見たときのＸ線検出器３の一部を示し、シンチレータ素子３４に対するＸ線入射方向をＲ１、その方向と反対の方向をＲ２で示す。図４に示すように、コリメータ板３７の一端部３７ａが隔壁３５に近接され、コリメータ板３７の他端部３７ｂが隔壁３５からＸ線入射方向Ｒ１とは反対の方向Ｒ２に延設されている。なお、図４に示すＲ１は、シンチレータ素子３４に対するＸ線入射方向の角度が９０°のときのＸ線入射方向である。
【００２５】
（マスク）
図４に示すように、マスク８は、コリメータ板３７の一端部３７ａと隔壁３５との間にＸ線入射方向Ｒ１から隔壁３５を覆うように配置され、シンチレータ素子３４を臨む開口８１を有している。マスク８に用いられるＸ線吸収材料（Ｘ線を全くまたはほとんど透過しない材料）としては、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、Ｐｂ（鉛）または、これらの重金属の一つを含む合金などが用いられる。
【００２６】
マスク８は隔壁３５に対応して格子状に形成され、格子に囲まれた部分が開口８１となっている。
【００２７】
マスク８は、隔壁３５に接するシンチレータ素子３４の端面３８の位置からシンチレータ素子３４の中央部３９の位置の方へ張り出す張出部８２を有している。張出部８２の先端８３同士は、開口８１を介して互いに対向している。
【００２８】
張出部８２は、Ｘ方向及びＸ線入射方向におけるコリメータ板３７の他端部３７ｂの位置、並びにＸ線入射方向の角度に応じて設けられている。なお、前述したように、焦点がＸ方向に沿って移動することにより、Ｘ線入射方向の角度が変化するため、張出部８２は、Ｘ線入射方向の角度の変化を考慮したものとなる。
【００２９】
次に、張出部８２の位置、コリメータ板３７の他端部３７ｂの位置、及び、シンチレータ素子３４に入射されるＸ線入射方向の角度の相互関係について図５を参照して説明する。
【００３０】
図５ではＺ方向から見たときのＸ線検出器の一部を示し、Ｘ線入射方向をＲ、その角度をθで示す。
【００３１】
また、図５では、Ｘ方向におけるコリメータ板３７の他端部３７ｂの位置から張出部８２の先端８３の位置までの長さをＬ、高さ方向におけるコリメータ板３７の他端部３７ｂの位置から張出部８２の位置（マスク８の位置）までの長さをＨ、コリメータ板３７により規制されたＸ線入射方向Ｒの角度をθで示す。このように表されたＬ、Ｈ、θは次式に示す関係を有する。
Ｌ＝Ｈ／ｔａｎθ （１）
ここで、高さ方向とは、θ＝９０°のときの入射方向をいう。なお、図５に高さ方向をＹで示す。
【００３２】
焦点のＸ方向に沿った移動により、Ｘ線入射方向の角度θが変更される。焦点がＸ方向に沿って移動したとき、Ｘ線入射方向の角度が−θ１〜θ１（θ１＞０）の範囲で変化する場合、θ＝θ１のときのＬ１が張出部８２の最大長となる。これを次式で表す。
Ｌ１＝Ｈ／ｔａｎθ１ （２）
【００３３】
張出部８２の最大長をＬ１とすることにより、焦点がＸ方向に沿ってどのように移動しても、Ｘ線によるコリメータ板３７の陰がシンチレータ素子３４にかからず、アーチファクトの発生を防止することが可能となる。なお、この張出部８２と開口８１を介して対向する張出部８２の最大長は、θ＝−θ１のときのＬ１となる。最大長のＬ１となった張出部８２を図４に示す。
【００３４】
また、焦点がＸ方向に沿ってどのように移動しても、Ｘ線がマスク８の張出部８２のみにかかるので、Ｘ線５が隔壁３５に入射せず、隔壁３５を通過し、散乱したＸ線により光電変換素子３６を劣化させたり、異常出力を発生させる要因になることもない。
【００３５】
次に、隔壁３５の厚さ及びコリメータ板３７の厚さの関係について図４を参照して説明する。図４に、隔壁３５の厚さ及びコリメータ板の厚さをＴ１及びＴ２で示す。
【００３６】
図４に示すように、隔壁３５の厚さＴ１は、コリメータ板３７の厚さＴ２にほぼ等しくなっている（Ｔ１≒Ｔ２）。なお、隔壁３５の厚さＴ１をコリメータ板３７の厚さＴ２以下にすることも可能となる（Ｔ１≦Ｔ２）。
【００３７】
このように、隔壁３５を薄くできた理由は、焦点がＸ方向に沿ってどのように移動しても、Ｘ線によるコリメータ板３７の陰がシンチレータ素子３４にかからず、アーチファクトの発生を防止するようにマスク８の張出部８２が設けられているからである。
【００３８】
次に、シンチレータ素子３４の有効領域及び光電変換素子３６の有効領域について図４を参照して説明する。図４では、光電変換素子３６の有効領域、開口８１及びシンチレータ素子３４のＸ方向における幅をＷ１、Ｗ２及びＷ３で示す。なお、開口８１の幅が、シンチレータ素子３４の有効領域の幅に相当する。
【００３９】
シンチレータ素子３４の一部は張出部８２に覆われているため、開口８１の幅Ｗ２はシンチレータ素子３４の幅Ｗ３より狭くなっている（Ｗ２＜Ｗ３）。それにより、シンチレータ素子３４の有効領域が小さくなり、幾何学的効率が低下する。すなわち、小さくなる前後の有効領域の面積をＡ０、Ａ１とすると、幾何学的効率はＡ１／Ａ０となる。
しかし、光電変換素子３６の有効領域の幅Ｗ１は、シンチレータ素子３４の幅Ｗ３以下であって開口８１の幅Ｗ２以上になっている（Ｗ２≦Ｗ１≦Ｗ３）。
【００４０】
したがって、光電変換素子３６の有効領域（その幅を図４にＷ１で示す）を、シンチレータ素子３４の有効領域（開口８１：その幅を図４にＷ２で示す）よりも小さくする必要がないため、幾何学的効率の低下がない。すなわち、幾何学的効率は１となる。
【００４１】
それにより、全体での幾何学的効率はＡ１／Ａ０（＝Ａ１／Ａ０＊１）となり、二段階で低下することがなく、Ｘ線検出器３の出力が二段階で低下するのを防止することが可能となる。
【００４２】
（比較例）
次に、比較例に係るＸ線検出器３について説明する。
【００４３】
図６は比較例に係るＸ線検出器３の部分拡大断面図である。比較例が実施形態の構成と異なる点は、マスク８が除かれていることにある。
【００４４】
すなわち、図６に示すように、Ｘ線検出器３は、チャンネル方向（Ｘ方向）に配列された光電変換素子３６と、光電変換素子３６に対応して配列されたシンチレータ素子３４と、コリメータ板３７とを有している。隣り合うシンチレータ素子３４の間には不感帯である隔壁３５が設けられている。
【００４５】
比較例において、入射方向の角度θが所定角度θ１のときにおいても、シンチレータ素子３４にＸ線５によるコリメータ板３７の影が映らないように、隔壁３５の厚さＴ１が、コリメータ板３７の厚さＴ２より大きくなっている（Ｔ１＞Ｔ２）。そのため、比較例の技術においては、焦点がＸ方向に沿ってどのように移動しても、Ｘ線によるコリメータ板３７の陰がシンチレータ素子３４にかからず、アーチファクトの発生を防止するという利点を有している。
【００４６】
しかしながら、比較例の技術では、隔壁３５の厚さＴ１をコリメータ板３７の厚さＴ２より大きくすると、その分だけのシンチレータ素子３４の有効領域が小さくなり、それに比例して幾何学的効率が低下し、さらに、シンチレータ素子３４の有効領域（その幅を図６にＷ２で示す）より光電変換素子３６の有効領域（その幅を図６にＷ１で示す）を小さくする必要があることから、幾何学的効率が二段階で低下し、Ｘ線検出器３の出力が二段階で低下するという従来の技術と同じ問題点が生じる。
【００４７】
さらに、隔壁３５を通過して散乱するＸ線５により光電変換素子３６を劣化させたり、異常出力を発生させる要因になるという従来の問題点もある。図６に、隔壁３５を通過したＸ線５が散乱して、光電変換素子３６に入射するＸ線５の一部を破線で示す。
【００４８】
シンチレータ素子３４の端面３８（隔壁３５に接する面）は加工面であって、Ｘ線の感度が低下することから、端面３８をシンチレータ素子３４の有効領域に含めるとアーチファクトが生じるが、この実施形態では、シンチレータ素子３４の端面３８はマスク８の張出部８２により覆われ、シンチレータ素子３４の有効領域として用いられないため、アーチファクトの発生を防止することが可能となる。
【００４９】
なお、実施形態において、マスク８は、隔壁３５と別個に設けられたが、隔壁３５と一体的に形成されていてもよい。このとき、隔壁３５は、マスク８と同じ材料で形成されてもよい。また、マスク８は、コリメータ板３７の一端部３７ａと一体的に形成されていてもよい。
【００５０】
また、実施形態では、焦点をチャンネル方向（Ｘ方向）に沿って移動させるとき、シンチレータ素子３４にＸ線によるコリメータ板３７の陰がかからないように、マスク８を設けた構成について説明したが、焦点を体軸方向（Ｚ方向）に沿って移動させるときも、同様にこの実施形態の構成を適用することが可能である。
【００５１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、書き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるととともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
１ 回転リング
２ Ｘ線源
３ Ｘ線検出器
３１ シンチレータアレイ
３２ 光電変換素子アレイ
３３ コリメータ
３４ シンチレータ素子
３５ 隔壁
３６ 光電変換素子
３７ コリメータ板
３７ａ 一端部
３７ｂ 他端部
３８ シンチレータ素子の端面
３９ シンチレータ素子の中央部
４ 焦点
５ Ｘ線
６ コンピュータ
７ ディスプレイユニット
８ マスク
８１ 開口
８２ 張出部
８３ 先端
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を発生させるＸ線源に対して被検体の体軸を中心にして対向配置され、前記体軸回りの方向に回転してＸ線を検出するＸ線検出器において、
前記体軸回りの方向に沿って配列されたシンチレータ素子、及び隣り合う前記シンチレータ素子同士を仕切る隔壁を有するシンチレータアレイと、
前記隔壁に対応して設けられた複数のコリメータ板を有し、前記隔壁に前記各コリメータ板の一端部が近接され、前記隔壁から前記Ｘ線源へ向かう高さ方向に前記各コリメータ板の他端部が延設され、前記シンチレータ素子に入射されるＸ線の入射方向を規制するコリメータと、
前記隔壁と前記コリメータ板の一端部との間に前記Ｘ線の入射方向から少なくとも前記隔壁を覆うように配置され、前記Ｘ線を吸収するマスクと、
を有することを特徴とするＸ線検出器。
【請求項２】
前記マスクは、前記シンチレータの前記隔壁と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
【請求項３】
前記マスクは、前記コリメータ板の一端部と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
【請求項４】
前記マスクは、前記隔壁に接する前記シンチレータ素子の端面の位置から前記シンチレータ素子の中央部の位置の方へ張り出す張出部を有することを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
【請求項５】
前記張出部は、前記配列方向及び前記高さ方向における前記コリメータ板の他端部の位置、並びに前記入射方向に応じて設けられることを特徴とする請求項４に記載のＸ線検出器。
【請求項６】
前記配列方向における前記コリメータ板の前記他端部の位置から前記張出部の先端の位置までの長さをＬ１とし、前記高さ方向における前記コリメータ板の前記他端部の位置から前記張出部の位置までの長さをＨとし、前記入射方向の角度の変化範囲内における最大角をθ１としたとき、次の関係を有する
Ｌ１＝Ｈ／ｔａｎθ１
ことを特徴とする請求項５に記載のＸ線検出器。
【請求項７】
前記隔壁は、前記体軸方向及び前記体軸回りの方向を縦横とした格子状に形成され、
前記マスクは、前記隔壁に対応して格子状に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載のＸ線検出器を有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【請求項１】
Ｘ線を発生させるＸ線源に対して被検体の体軸を中心にして対向配置され、前記体軸回りの方向に回転してＸ線を検出するＸ線検出器において、
前記体軸回りの方向に沿って配列されたシンチレータ素子、及び隣り合う前記シンチレータ素子同士を仕切る隔壁を有するシンチレータアレイと、
前記隔壁に対応して設けられた複数のコリメータ板を有し、前記隔壁に前記各コリメータ板の一端部が近接され、前記隔壁から前記Ｘ線源へ向かう高さ方向に前記各コリメータ板の他端部が延設され、前記シンチレータ素子に入射されるＸ線の入射方向を規制するコリメータと、
前記隔壁と前記コリメータ板の一端部との間に前記Ｘ線の入射方向から少なくとも前記隔壁を覆うように配置され、前記Ｘ線を吸収するマスクと、
を有することを特徴とするＸ線検出器。
【請求項２】
前記マスクは、前記シンチレータの前記隔壁と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
【請求項３】
前記マスクは、前記コリメータ板の一端部と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
【請求項４】
前記マスクは、前記隔壁に接する前記シンチレータ素子の端面の位置から前記シンチレータ素子の中央部の位置の方へ張り出す張出部を有することを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
【請求項５】
前記張出部は、前記配列方向及び前記高さ方向における前記コリメータ板の他端部の位置、並びに前記入射方向に応じて設けられることを特徴とする請求項４に記載のＸ線検出器。
【請求項６】
前記配列方向における前記コリメータ板の前記他端部の位置から前記張出部の先端の位置までの長さをＬ１とし、前記高さ方向における前記コリメータ板の前記他端部の位置から前記張出部の位置までの長さをＨとし、前記入射方向の角度の変化範囲内における最大角をθ１としたとき、次の関係を有する
Ｌ１＝Ｈ／ｔａｎθ１
ことを特徴とする請求項５に記載のＸ線検出器。
【請求項７】
前記隔壁は、前記体軸方向及び前記体軸回りの方向を縦横とした格子状に形成され、
前記マスクは、前記隔壁に対応して格子状に形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載のＸ線検出器。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載のＸ線検出器を有することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−４０８５９（Ｐ２０１３−４０８５９Ａ）
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７８３２７（Ｐ２０１１−１７８３２７）
【出願日】平成２３年８月１７日（２０１１．８．１７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１７日（２０１１．８．１７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（５９４１６４５４２）東芝メディカルシステムズ株式会社 (4,066)
【Ｆターム（参考）】
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