JPH0565833B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はＸ線検出器（入射するＸ線光子を測
定可能な電気信号に変換する装置）、更に具体的
に言えば、「固体」形として知られる様になつた
Ｘ線検出器に関する。

この種の検出器はCT走査器に重要な用途があ
る。１つだけ又はごく少数（約30個）の検出器を
用いた初期の走査器と対照的に、今日の走査器は
何百個もの検出セルを持ち、空間的な分解能を高
める為にそれらを出来るだけ密に詰込もうとし、
コントラストの分解能を高める為にそれらを出来
るだけ効率よくしようとしている。

これまで成功を収めたCT検出器が米国特許第
4031396号、同第4119853号及び同第4161655号に
記載されている。こういう種類の検出器は、高圧
のキセノン・ガスを使い、Ｘ線がキセノン・ガス
を比例的に電離することによつて、このＸ線を検
出するという原理に基づいて動作する。キセノ
ン・ガス中の電離による電荷が、相隔たる平行な
ダングステン板によつて設定された電界によつて
収集され、収集された電荷はガス中に吸収された
Ｘ線の数に比例する。

こういう種類の高圧キセノン検出器はかなりの
成功を収めたが、これを更に改善すればCT技術
にとつて更に有利であろう。典型的には約35％で
ある量子検出効率を改善すれば、コントラストの
分解能が高くなるか線量が減少するか、或いはそ
の両方が可能になる。キセノン検出器内には高圧
の電界がある為、マイクロホニツク雑音（板の移
動によつて誘発される効果）が問題になる惧れが
あり、頑丈な構造並びに振動を隔離することが必
要になる。直線性、即ち、セルどおしの応答の釣
合いをとる為、部品は非常に注意深く一括検査す
る必要がある。装置はガスを装填するまでは、Ｘ
線検出器として作用しないから、セルが完全に組
立てられるまで、一様性が最終的に決まらない。
使様外れの状態になれば、完全に分解して作業の
仕直しをすることが必要になる。

上に述べた問題は実用的なキセノン検出器を製
造する上で克服し難いものではないが、固体方式
を採用すれば、この内の多くの難点が避けられ
る。

従来提案された固体検出器の中に、米国特許第
4187427号に記載された反射空洞形セルがある。
シンチレーシヨン結晶からセルの端に配置された
光検出ダイオードへの光の透過の際の光損失を最
小限に抑える為に、各セルの内部は高度の反射性
を持つ様にされる。この米国特許では、感知用ダ
イオードをセルの外部に取付けること（それらを
入射する放射から保護する為）を提案している
が、セルの間で光の漏洩が起る惧れが生じ、これ
が漏話の原因になる。更に組立て作業の間、ダイ
オードは関連したセルと注意深く整合させなけれ
ばならないが、これは組立て作業者に高度の慎重
さを要求する。最後に、感知用ダイオード並びに
そのシンチレーシヨン結晶は、組立て作業の時に
初めて組合されるが、これらの素子の全部ではな
く、１つを取替え又は位置換えすることによつ
て、分離することが出来る。以上に述べた様な観
点から、この発明の全般的な目的は、セルの漏話
の可能性を極力抑えると同時に、組立て作業を容
易にする様な改良された反射空洞形セルを提供す
ることである。

従つて、この発明の目的は、検出セルを最終的
に反射空洞形配列に組立てる際に注意を払わなけ
ればならない臨界的な許容公差を小さくすること
である。

別の目的は、組立て前に、複数個のセルの特性
を予め釣合せることが出来る様に、組立て前に予
備試験を行うことの出来る一体のセルを提供する
ことである。

その他の目的並びに利点は、以下図面について
詳しく説明する所から明らかになろう。

この発明を好ましい実施例について説明する
が、この発明をこの実施例に制約するつもりはな
いことを承知されたい。むしろ特許請求の範囲に
よつて限定されたこの発明の範囲内に含まれる全
ての変更、修正並びに均等物がこの発明に属する
と考えられる。

第１図には回転−回転形CT走査器に使うのに
特に適した形式の検出器集成体が示されている。
この検出器が弓形のハウジング２０を持ち、これ
は１対の端部材２１，２２、後壁２３及び前側窓
２４を持ち、複数個の検出セルを収容する容積を
囲む。CT走査器内に配置された時、検出器配列
２０はＸ線源と向い合つて取付けられ、源の焦点
は弓形検出器の中心に来る様にする。Ｘ線源及び
検出器は、源から発生される或る幅の扇形ビーム
の放射が検出器の窓２４に入射して、検出器集成
体内にある各々のセルから１つずつの複数個の電
気信号を発生する様に、相互に固定される。源と
検出器から成る集成体が患者開口の周りに回転し
て多数のＸ線の読取値を発生し、それらを再生計
算機に送ると、この計算機がCT像を計算する。

第２図に一番よく示されている様に、ハウジン
グ２０の各々の端部材２１，２２は複合体であつ
て、後で説明する単位セル集成体を受入れる複数
個の溝孔２６を持つている。単位セルが所定位置
にある時、弓形の検出器にわたつて、小さな増分
ずつ、入射する放射を測定する複数個の検出セル
が出来る様に、溝孔はＸ線源と整合している。便
宜上、並びにCT走査器内にタングステン板を正
確に取付ける上での実証された信頼性の点で、向
い合つた一体のセル取付け用溝孔を設ける為に、
（米国特許第4119853号に記載されている様な）前
述のキセノン検出器の商業用の実例に使われる精
密級の寸法安定性を持つ加工したセラミツク基板
を使うことが好ましい。この目的の為、精密加工
が可能な硝子セラミツク部分３０，３１、好まし
くはマツコール（加工可能な硝子セラミツクにつ
いてコーニング・グラス・ワークス社がつけた商
品名）に、セルの位置を定めると共に、検出器配
列内の各セルに対する間隔を定める複数個の溝孔
２６を精密加工する。便宜上、マツコール部分
は、端を突合せて組立てる様に、６吋又は７吋の
長さのモジユールにすることが出来る。各部分は
好ましくはチタン又は430ステンレス鋼の取付け
基板３２，３３に結合する。この基板はマツコー
ルとよく合う熱膨張係数を持つている。希望によ
つては、この他の両立し得る材料を使うことが出
来る。こうして結合した集成体を次に、好ましく
はアルミニウムで構成された弓形の部材３４，３
５から成る検出器本体の中に位置ぎめする。これ
らの部材は端部材３６，３７（第１図）により予
定の距離をおいて結合する。次にこの集成体が、
後側カバー２３を固定することによつて更に頑強
にされる。アルミニウム部材はマツコールーステ
ンレス鋼から成る集成体と実質的に異なる熱膨張
係数を持つているから、複合の端部材２１，２２
は、これらの素子の間の相対的な動きが出来る様
にする手段を用いて、一緒にする。更に具体的に
言うと、キヤツプねじ４０，４１が皿形座金４
２，４３を介してステンレス鋼の基板に設けられ
たねじ孔４４，４５に係合することにより、結合
されたマツコール板と共に基板をアルミニウムの
溝形部分に対して引張る傾向がある。第４図に詳
しく示されている様に、温度変化によつて起り得
る若干の相対的な移動が出来る様に、キヤツプね
じ４０，４１の軸部とアルミニウムの本体３４，
３５の間には十分なすき間がある。

この発明では、これまで説明した精密取付け方
式と組合せて、入射するＸ線束を測定可能な電気
信号に変換するのに必要な全ての素子を１つの基
板上に持つ一体の検出セルが提供される。この発
明の特別の特徴として、この単位セルは、検出器
配列内のどのセル位置にも容易に位置ぎめするこ
とが出来、所定位置に固定して、電気的に接続す
るだけで、その所期の作用をする。従つて、こう
して出来た検出器配列は、必要に応じて、変換又
は取替えが容易な複数個のセルで構成される。

第３図にこれまで説明したこの発明の考えを実
施した一体の検出セル５０が示されている。セル
はタングステンの様な密度の大きい材料から成る
基板５１上に形成され、この基板が夫々のセルに
対するコリメータとして作用する。基板５１の面
５２にシンチレータ本体５４が固定され、この本
体は長軸を基板５１の前縁と平行になる様に取付
けられている。セルに入射するＸ線がシンチレー
タ本体によつて吸収され、この本体が吸収された
Ｘ線の量に比例して光を発生する。現在好ましい
シンチレータ材料はタングステン酸カドミウムで
あり、これはヒステリシスが非常に小さく、残光
が非常に小さく、Ｚ軸方向の一様性が高い。然
し、タリウムで活性化した沃化センシウムの様な
他のシンタレータ材料も使うことが出来る。

セル内の光収集効率を最大にする為、タングス
テン板５１は最初に研磨し、その後両面５２，５
３に反射性の強い材料を被覆する。現在では、蒸
着又はスパツタリング被覆方法によつて、薄い銀
層を適用し、その後弗化マグネシウムの保護被覆
を適用することが好ましい。そのままではセルの
後側から逃出すかも知れない様な光を再び捕捉す
る為に、基板に反射棒体５５を固定する。この棒
体は全体的にシンチレータ並びに基板の後縁と平
行に位置ぎめされる。棒体は金属であつてよい
が、熱膨張係数がタングステンとよく似ている点
で、硼珪酸硝子を使い、面５６の上に反射性のア
ルミニウ面を沈積することが好ましい。

この発明を実施する時、シンチレータ５４並び
に関連した反射性素子に対して光応答手段が付設
されている。この光応答手段が、図では１対の
PINフオトダイオード集成体６０，６１として示
されており、これらは他の素子に対して精密に位
置ぎめされ、Ｘ線束を受取つたことに応答してシ
ンチレータ５４によつて発生された光を測定可能
な電気信号に変換する様に、板５１に結合されて
いる。ダイオードは光起電力形で動作することが
好ましく、それによつて発生された電流が、入射
したＸ線束の目安として感知される。ダイオード
の能動的な感知面６２が、関連した反射性セルの
端部全体を実質的に覆う。この能動ダイオード素
子が導電性エポキシによつて基板６３に結合され
る。この基板は、関連したタングステン板５１に
ごく近い熱膨張係数を持つセラミツク材料である
ことが好ましい。セラミツク基板は比較的密な許
容公差になるまで成形並びに／又は加工して、ダ
イオードをその取付け板の上に正確に位置ぎめす
る為の平坦な取付け面を設けることが出来る。１
対の導線６４が能動ダイオード素子を印刷配線導
体６５に接続する。この導体はワイヤを取付ける
為の取付けパツド６６を持つていて、単位セルを
CT走査器の他の電子回路に接属する。

信号レベルを最大にする為、PINダイオード６
０，６１は、反射性の室の各々両端に１つずつ、
対にして使う。ダイオードを光起電力様式で動作
させると、ワイヤ導体を使つて、ダイオードを並
列接続するだけのことにより、信号を加算するこ
とが出来、この為、２つのダイオードによつて発
生された電流の和が走査器の感知電子回路に印加
される。第４図に一番よく示されている様に、共
通の信号線６７がダイオード６０，６１の信号通
路６５を一緒にして、それをデータ収集装置の入
力にある印刷配線板６９ａに接続する。共通の帰
路線６８が各々のダイオードの導電箔６９に接続
され、これが前述の導電性エポキシを通じてダイ
オードの基板と電気的に接続している。

ここで注意すべきことは、ダイオード集成体６
０，６１が、タングステン板上でその上側及び下
側の縁から或る距離の所に配置されていることで
ある。これにより、何よりも、ダイオードがコリ
メータ板の上方でセルの外側に配置された場合
に、セルの間に起り得る漏話が実質的に減少し又
はなくなるという利点がある。別の利点は、板を
前述の精密な溝孔を持つた構造と両立し得る様に
することにより、セルの正確な位置ぎめが達成さ
れることである。

ここで第５図について簡単に説明すると、第１
図の配列の一部分に、複数個の単位セル５０を横
に並べて配置した状態が示されている。平坦なコ
リメータ板５１が溝孔をつけた複合端部材２１，
２２の向い合つた溝孔２６にぴつたりはまること
が判る。ダイオード６０，６１がセル内にあつて
板５１が溝孔２６にぴつたりはまることにより、
セルの間で光の漏洩が起らない様に遮蔽されてい
る。反射性の後側棒体５５が、セルの後側に照明
が実質的に失われるのを防止している。これから
説明する前側の封じと組合せて、セルは十分に光
密であつて、この為大形の配列内での漏話が問題
にならない。

動作について説明すると、第５図の配列に入射
するＸ線束（紙面に入る向き）がシンチレータ５
４に入射する。シンチレータがＸ線光子を吸収し
たことにより、シンチレータ内の原子が一層高い
エネルギ状態になり、それがその後一層低いエネ
ルギ状態に減衰すると共に、特性的な波長帯の光
を放出する。この光は向い合つたダイオード６
０，６１の感知面６２に直接的に入射するか、或
いは関連した検出器の面５２、隣接した検出器の
面５３、端部材５５の反射面５６又はその或る組
合せによつて、感知面６２に反射され、ダイオー
ドが電気信号を発生する様にする。この電気信号
がCT走査器の収集電子回路に結合され、この特
定のセルに対する読取値を発生する。

第５図に示す様に、各々のセルは事実上それだ
けで完成していることに注意する必要がある。
（これから説明する前側の窓を別として）セルを
完成する為に付け加える必要のある唯一の素子
は、隣りのセルが持つ反射壁である。この面はセ
ル毎にかなり安定しているから、ここで説明した
単位セルを治具内で試験して、製造後、配列に組
立てる前に、その特性を予め決定するのは容易で
ある。従つて、この発明では、測定された実際の
特性に従つてセルを等級に分け、後で接近して取
付ける為に、同様な特性を持つセルを群毎に分け
ることが可能である。最後に、人間工学的な誤り
をなくすと共に、セル部分を相互に正確に且つ反
復性をもつて位置ぎめする為に、この単位セルを
拾い上げて配置する精密級の機械によつて組立て
ることが出来ることが理解されよう。

似た様な特性を持つセルを求めて予め一括検査
したり、或いは配列の性能に応じて、配列中のセ
ルを取替えることが出来ることは特に重要であ
る。これは、各々のセルが隣りと同じ様な応答を
持つ様にしたいこと、但し或るセルは他のセルよ
りも再生像にとつて一層重要であることを考えれ
ば理解されよう。更に詳しく言うと、配列全体の
中で最も重要なセルは中心にあるセルである。こ
れは、これが被検体の正確な中心を通るＸ線を感
知し、従つてことごとくの画素の再生に関与して
いるからである。重要性が一番小さいのは、被検
体の縁部分しか通過しなかつたＸ線を感知する、
配列の両方の縁にあるセルである。直線性並びに
性能について、中心の約50個のセルを最適にする
ことが最も重要であること、並びにそれより外側
にある残りのセルは、重要ではあるが、中心の50
個程の注意を払う必要はないことが判つた。この
為、以上説明した単位セルは、特性がぴつたりと
合う様にセルを予め一括検査すること（又は配列
を組立て、それを試験し、その後セルを交換する
こと）が出来るので、中心の50個を出来る限り釣
合せれば、一層精度の高い再生が得られる。単位
セルは、前に述べたキセノン検出器で使われるエ
ポキシによる接着とか、又は他の種々の機械的な
手段等により、いろいろな方法で検出器配列に取
付けることが出来るが、この発明ではこの出願と
同日に出願された係属中の米国特許出願通し番号
第236804号に記載された弾性取付け方式を利用す
ることが好ましい。この米国特許出願には、光が
セルに入るのを防止し、前側の窓で吸収される放
射を最小限に抑え、セルの間にある板の前縁に沿
つて漏話が起るのを防止し、且つ１実施例では、
セルの反射能力を高めるという作用を行う検出器
の窓が記載されている。こういう性格を持つ前側
の窓に弾性手段が付設されていて、複数個の板を
前側のストツパに対して押付けて、前側の窓と接
触させ、板をしつかりと且つ弾力的に所定位置に
固定し、前側の縁の光封じを構成する。

第２図及び第４図について更に詳しく説明する
と、１対の前側ストツパ部材７０，７１が端部材
２１，２２の溝孔つき部分に付設されている。ス
トツパ部材は弓形であり、溝孔つき支持体と熱的
に釣合う様にする為、基板３２，３３と同じく、
チタン又は430ステンレス鋼で作ることが出来る。
部材７０，７１はマツコール要素３０，３１に結
合して、集成体の中で各々の板に対する弓形の板
基準位置を限定することが好ましい。

配列を外部の光が入らない様に密封すると同時
に、Ｘ線束の吸収を最小限にする為、前側の窓２
４は黒鉛の窓要素７３によつて密閉されている。
この窓は、３層又は更に多くの層の黒鉛繊維で構
成された非金属基部で形成される。各々の層はク
ロスに織つて、エポキシを用いて互いに接着す
る。エポキシ組成物は、セル内のタングステン及
びマツコール素子と熱的によく合う様に最適に選
ぶ。ガスケツト条片７４，７５をアルミニウムの
端部材のリブ７６，７７と黒鉛の窓の間に配置す
るこが好ましい。リブ７６，７７は鉛遮蔽体７
８，７９を取付ける為の便利な面にもなる。これ
らの遮蔽体が窓２４を構成し、PINフオトダイオ
ード６０，６１がＸ線を直接的に受取らない様に
保護する。

黒鉛の窓７３について更に説明すると、その内
面には細長い弾性条片８０が固定されている。こ
の弾性条片は、ストツパ部材７０，７１の間には
まる様な寸法であつて、圧縮されていない状態で
は、ストツパによつて定められた板基準位置を越
えて若干セル内に突出する。この為、板を関連し
た溝孔に挿入し、板をストツパに当るまで前向き
に押すと、弾性条片８０が若干圧縮され、こうし
て隣接したセルの間に光封じが得られることが理
解されよう。弾性材料８０の内面８１に、光をセ
ル内へ反射して戻す手段を設けることが好まし
く、こうして光収集効率を更に高める。この為、
反射性マイラの条片８２を弾性材料８０の面８１
に固定し、反射面がセルの内側を向く様にする。

前掲係属中の米国特許出願に記載されている様
に、上に述べた窓要素と共に、複数個の一体のセ
ルを前側の窓の中に押込んで、各々のセルを正確
に位置ぎめすると共に所望の光封じを作る弾性手
段が協働して作用する。この目的の為、好ましく
はジユロメータ値が約50のネオプレン・ゴムで構
成された１対の弾性弛み止め部材９０，９１が設
けられる。これらのゴム要素は長さが１乃至２吋
程度であつて、限られた数のセルと関連している
ことが好ましい。各々の要素は、マツコールの溝
孔つき要素３０，３１と係合する大きい脚部９２
と、板５０の角に同時に係合する小さな脚部９３
とを持つている。弾性部材９０と同じ長さを持つ
板９５の様な非弾力性部材が、アルミニウムのハ
ウジングの後側内面にねじ９６によつて固定さ
れ、こうして大きい脚部９２をマツコールの基部
と係合させると共に、板の縁と接触することによ
り、小さい脚部９３を若干変型させ、板の前縁が
ストツパ７０，７１に接続する板の基準位置へ、
確実に板を押付けると共に、それをこの位置に保
持し、且つ前縁全体を反射性のマイラの中に密接
させ、有効な光封じを作る。

製造作業（又は必要に応じて、現場での取替え
作業）の際、セルを挿入又は交換する時、作業員
が注意しなければならない臨界的な許容公差はな
い。更に具体的に言えば、臨界的な許容公差は、
ダイオード、シンチレータ及びその他の要素が板
上に位置ぎめされる時、工場で治具によつて達成
される。板を挿入する時、それを溝孔に滑り込ま
せ、所定位置に固定しさえすればよい。好ましい
弾性取付け部材を用いた時、それが問題の板並び
にその隣りにある板を基準位置へ押込み、それと
同時に光封じを作る。現場で１つのセルを取替え
たい時、修理作業員は問題のセルに対する板９５
を取外し、問題のセルに対する弾性取付け部材９
０を持上げて外し、問題のセルに対するDAS接
続板６９ａから２本の線のハンダを外し、その後
セルをその取付け部材から摺動させて取外せばよ
い。新しいセルに交換するには、単にこの作業を
逆に行えばよく、この間、修理作業員は臨界的な
許容公差に何等注意を払う必要はない。これは、
セルが所定位置に再び固定された時、自動的に達
成されるからである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の検出器集成体の斜視図、第
２図は第１図の線２−２で切つて一部分を断面で
示す斜視図、第３図は１個の一体のセルを示す斜
視図、第４図は第１図の線４−４で切つた断面
図、第５図は第４図の線５−５で切つた断面図
で、検出器集成体の中にある複数個の一体のセル
を示している。 主な符号の説明、２１，２２：検出端部材、２
６：溝孔、５１：コリメータ板、５２，５３：反
射面、５４：シンチレータ本体、６０：６１：フ
オトダイオード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 向い合う端部材２１，２２内に複数個の溝孔
   ２６を持つ形式のCT走査器用多重チヤンネル・
   シンチレーシヨン検出器に用いる単位セルに於
   て、前記端部材の向い合う溝孔に摺動自在にぴつ
   たりはまる寸法のコリメータ板５１と、前記コリ
   メータ板に固定されていて、該コリメータ板が端
   部材内にある時に放射線を遮る様に配置されたシ
   ンチレータ本体５４と、該シンチレータが遮つた
   放射線を電気信号に変換する少なくとも１つの光
   応答半導体構成６０〜６９を設けた単位セルであ
   つて、前記シンチレータ本体５４と光応答半導体
   構成６０，６１はセル幅より薄手の幅であり、か
   つ単位セル内に前記コリメータ板に直接固定され
   て配置され、前記光応答半導体構成は該コリメー
   タ板の対向する縁から離れていて、前記シンチレ
   ータ本体が前記コリメータ板の対向する縁から離
   れていて、かつ前記光応答半導体構成が前記シン
   チレータ本体から離れていることを特徴とする単
   位セル。 ２ 特許請求の範囲１項に記載した単位セルに於
   て、コリメータ板に１対の光応答半導体構成６
   ０，６１が取付けられ、前記シンチレータ本体が
   ２つの光応答半導体構成の間にそれから離れて配
   置されている単位セル。 ３ 特許請求の範囲２項に記載した単位セルに於
   て、前記応答半導体構成が単一の基板６３上に形
   成されている単位セル。 ４ 特許請求の範囲１乃至３のいずれか一項に記
   載した単位セルに於て、光応答半導体構成が、コ
   リメータ板に係合する為の平坦な取付け面を形成
   する様に成形されたセラミツク基板と、PINフオ
   トダイオードと、該フオトダイオードをシンチレ
   ータ本体に対して正確に位置ぎめされる様にセラ
   ミツク基板に結合する手段とで構成されている単
   位セル。 ５ 特許請求の範囲１乃至４のいずれか一項に記
   載した単位セルに於て、各々のコリメータ板に１
   対の光応答半導体構成が取付けられ、各対の光応
   答半導体構成を並列に接続して、それが発生する
   電流を加算する手段を設けた単位セル。 ６ 特許請求の範囲１乃至５のいずれか一項に記
   載した単位セルに於て、光応答半導体構成を放射
   線源から遮蔽する手段を設けた単位セル。 ７ 特許請求の範囲１乃至６のいずれか一項に記
   載した単位セルに於て、各々のコリメータ板が蒸
   着した銀層、並びに該銀層の上の保護被覆を持つ
   ている単位セル。 ８ 特許請求の範囲１乃至７のいずれか一項に記
   載した単位セルに於て、各々のコリメータ板がシ
   ンチレータ本体と整合し且つそれと向き合う反射
   棒体を持ち、該棒体がコリメータに固定されてい
   て、光が逃出さない様にしている単位セル。