特開 2022-36612 放射線検出器モジュール、放射線検出器、及び放射線撮像装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022036612

(43)【公開日】2022-03-08

(54)【発明の名称】放射線検出器モジュール、放射線検出器、及び放射線撮像装置

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/20 20060101AFI20220301BHJP

   A61B 6/00 20060101ALI20220301BHJP

【ＦＩ】

G01T1/20 L

G01T1/20 E

A61B6/00 300S

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020140912

(22)【出願日】2020-08-24

(71)【出願人】

【識別番号】320011683

【氏名又は名称】富士フイルムヘルスケア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】林 達彦

(72)【発明者】

【氏名】石津 崇章

(72)【発明者】

【氏名】小野内 雅文

【テーマコード（参考）】

2G188

4C093

【Ｆターム（参考）】

2G188AA03

2G188BB02

2G188CC22

2G188DD13

2G188DD16

2G188DD30

2G188DD35

2G188DD42

2G188DD45

4C093AA22

4C093CA32

4C093EB12

4C093EB16

4C093EB30

(57)【要約】

【課題】体軸方向の長さ抑制しながら、列数の増加を図ることを可能とする放射線検出器、及び放射線撮像装置を提供する。
【解決手段】シンチレータ１０８とフォトダイオード１０９およびＡＤ変換チップ２００を搭載する検出器基板２０１と、検出器基板への電源供給および検出器基板のＡＤ変換部（ＡＦＥ）の制御を行う制御基板２０２を備え、２つの基板をスタッキングコネクタ２０３により２段構造となるように接続することで、体軸方向の長さを抑制する放射線検出器を構成する。
【選択図】図３Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面側から入射するＸ線を光に変換するシンチレータと、変換された前記光をアナログ信号に変換するフォトダイオードと、前記アナログ信号を増幅し、デジタル信号へと変換するＡＤ変換チップを搭載する検出器基板と、
前記検出器基板への電源供給、および前記ＡＤ変換チップのＡＤ変換部（ＡＦＥ）の制御を行う制御基板と、を備え、
２つの基板をスタッキングコネクタにより２段構造となるように接続し、基板間に支持構造物を備える、
ことを特徴とする放射線検出器モジュール。

【請求項2】

請求項１記載の放射線検出器モジュールであって、
前記ＡＤ変換チップと前記スタッキングコネクタは体軸方向に分割して配置されている、
ことを特徴とする放射線検出器モジュール。

【請求項3】

請求項２記載の放射線検出器モジュールであって、
前記検出器基板と、前記制御基板を接続する前記スタッキングコネクタにフローティングコネクタを使用する、
ことを特徴とする放射線検出器モジュール。

【請求項4】

請求項３記載の放射線検出器モジュールであって、
前記支持構造物に前記検出器基板と前記制御基板を接続するスタッキングコネクタを通す貫通穴を有する、
ことを特徴とする放射線検出器モジュール。

【請求項5】

請求項４記載の放射線検出器モジュールであって、
前記シンチレータと前記フォトダイオードをＸ線照射野内に配置し、前記ＡＤ変換チップおよび前記スタッキングコネクタは、Ｘ線照射野外に配置される、
ことを特徴とする放射線検出器モジュール。

【請求項6】

請求項５記載の放射線検出器モジュールであって、
前記フォトダイオードと前記ＡＤ変換チップの間にＸ線遮蔽物を配置し、当該Ｘ線遮蔽物が散乱線除去用コリメータ板を取付ける役割を備える、
ことを特徴とする放射線検出器モジュール。

【請求項7】

請求項６記載の放射線検出器モジュールであって、
前記検出器基板と前記支持構造物の取付面積を縮小し、前記検出器基板と前記支持構造物の平坦度の違いによる前記検出器基板の割れを防ぐ、
ことを特徴とする放射線検出器モジュール。

【請求項8】

請求項７記載の放射線検出器モジュールであって、
前記検出器基板と前記支持構造物の固定位置と前記検出器基板と前記Ｘ線遮蔽物の固定位置が体軸方向で同一である、
ことを特徴とする放射線検出器モジュール。

【請求項9】

請求項８記載の放射線検出器モジュールであって、
前記検出器基板と前記支持構造物の固定ねじとの干渉を避けるための前記Ｘ線遮蔽物のザグリ穴に、硬化型のＸ線遮蔽物を埋め込む、
ことを特徴とする放射線検出器モジュール。

【請求項10】

請求項９記載の放射線検出器モジュールであって、
前記ＡＤ変換チップが熱伝導材を介して前記支持構造物と結合する、
ことを特徴とする放射線検出器モジュール。

【請求項11】

請求項１０記載の放射線検出器モジュールであって、
前記支持構造物に、ヒートシンクが結合される、
ことを特徴とする放射線検出器モジュール。

【請求項12】

前記支持構造物が、複数の請求項１１記載の放射線検出器モジュールを取り付ける為の放射線検出器筐体部に熱結合した、
ことを特徴とする放射線検出器。

【請求項13】

請求項１２記載の放射線検出器であって、
前記ＡＤ変換チップが熱伝導材を介して前記放射線検出器筐体部に結合される、
ことを特徴とする放射線検出器。

【請求項14】

内部に請求項１３記載の放射線検出器を備えるスキャナと、
前記放射線検出器の出力信号を処理する信号処理部と、
前記信号処理部で処理された前記出力信号から画像信号を生成する画像生成部と、
ことを特徴とする放射線撮像装置。

【請求項15】

請求項１４記載の放射線撮像装置であって、
前記信号処理部は、前記スキャナの制御を行う、
ことを特徴とする放射線撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射線検出技術に係り、放射線検出器モジュール、放射線検出器、放射線検出器システムまたはその放射線検出器を備えた放射線撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、短時間で広範囲の撮影が可能であるマルチスライス型の放射線検出器が主流となっている。このマルチライス型の放射線検出器において、列数の増加が要求されているが、一方で、列数が増えるにつれてフォトダイオードからのアナログ信号の取り出しが困難となる問題があるため、特許文献１には、シンチレータ、フォトダイオードおよびＡＤ変換チップを同一基板上に搭載し、フォトダイオードからＡＤ変換部であるＡＦＥ(Analog Front End)へのアナログ信号線の接続を容易にすることで、列数の増加を実現する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開2003－66149号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

病院施設おいて、放射線撮像装置であるＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置のサイズが大きくなると、ＣＴ室への設置が問題となる場合がある。放射線検出器モジュールにおいて、シンチレータ、フォトダイオードおよびＡＦＥを同一基板上に搭載し、さらにＡＦＥへの電源供給とＡＦＥ制御機能も同一基板内に追加すると、基板が大型化し、結果として、放射線検出器の体軸方向の長さが問題となる。短時間で広範囲の撮影が可能であるマルチスライス型放射線検出器のさらなる列数増加が求められる一方で、放射線検出器の体軸方向の長さ抑制が課題となっている。

【0005】

本発明の目的は、上記の課題を解決し、体軸方向の長さ抑制しながら、列数の増加を図ることを可能とする放射線検出器モジュール、放射線検出器、及び放射線撮像装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するため、本発明においては、表面側から入射するＸ線を光に変換するシンチレータと、変換された光をアナログ信号に変換するフォトダイオードと、アナログ信号を増幅し、デジタル信号へと変換するＡＤ変換チップを搭載する検出器基板と、検出器基板への電源供給、およびＡＤ変換チップのＡＤ変換部（ＡＦＥ）の制御を行う制御基板と、を備え、
２つの基板をスタッキングコネクタにより２段構造となるように接続し、基板間に支持構造物を備える放射線検出器モジュール、放射線検出器、及び放射線撮像装置を提供する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、放射線検出器の列数を増やしつつ、体軸方向の長さを抑制することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】放射線撮影装置のガントリを示す図である。

【図2A】実施例１にかかる放射線検出器モジュールの構成を示す図である。

【図2B】実施例１にかかる放射線検出器モジュールの構成を示す図である。

【図2C】実施例１にかかる放射線検出器モジュールの構成を示す図である。

【図2D】実施例１にかかる放射線検出器モジュールの構成を示す図である。

【図2E】実施例１にかかる放射線検出器モジュールの構成を示す図である。

【図3A】実施例１の別な変形例にかかる放射線検出器モジュールの構成を示す図である。

【図3B】実施例１の別な変形例にかかる放射線検出器モジュールの構成を示す図である。

【図4A】実施例１の別な変形例にかかる放射線検出器モジュールの構成を示す図である。

【図4B】実施例１の別な変形例にかかる放射線検出器モジュールの構成を示す図である。

【図4C】実施例１の別な変形例にかかる放射線検出器モジュールの構成を示す図である。

【図5A】実施例１の別な変形例にかかる放射線検出器モジュールの構成を示す図である。

【図5B】実施例１の別な変形例にかかる放射線検出器モジュールの構成を示す図である。

【図5C】実施例１の別な変形例にかかる放射線検出器モジュールの構成を示す図である。

【図5D】実施例１の別な変形例にかかる放射線検出器モジュールの構成を示す図である。

【図6A】実施例２にかかる放射線検出器モジュールの構成を示す図、検出器基板上のスタッキングコネクタの位置公差を示す図である。

【図6B】実施例２にかかる制御基板上のスタッキングコネクタの位置公差を示す図である。

【図6C】実施例２にかかる支持構造物の高さ交差を示す図である。

【図7】実施例３にかかるＸ線照射野外にＡＤ変換チップとスタッキングコネクタを配置する例を示す図である。

【図8A】実施例３にかかるＸ線遮蔽物がコリメータ板を支持する例を示す図である。

【図8B】実施例３にかかるＸ線遮蔽物にコリメータ板を支持するための溝がある例を示す図である。

【図9】検出器基板と制御基板の間にＸ線遮蔽物を配置する例を示す図である。

【図10A】実施例４にかかる検出器基板と支持構造物を固定する例を示す図である。

【図10B】実施例４にかかる検出器基板と支持構造物を固定する例を示す図である。

【図11A】実施例４にかかる検出器基板とＸ線遮蔽物を固定する例を示す図である。

【図11B】実施例４にかかる検出器基板とＸ線遮蔽物を固定する例を示す図である。

【図11C】実施例４にかかる検出器基板とＸ線遮蔽物を固定する例を示す図である。

【図11D】実施例４にかかる検出器基板とＸ線遮蔽物を固定する例を示す図である。

【図11E】実施例４にかかる検出器基板とＸ線遮蔽物を固定する例を示す図である。

【図12】実施例４にかかるＸ線遮蔽物のザグリ穴に硬化型のＸ線遮蔽物を埋め込む例を示す図である。

【図13】実施例５にかかる支持構造物とＡＤ変換チップを熱伝導材を介して結合する例を示す図である。

【図14】実施例５にかかるヒートシンクが支持構造物に結合される例を示す図である。

【図15A】実施例５にかかる射放線検出器モジュールと検出器筐体部と冷却用ファンの構成例を示す図である。

【図15B】実施例５にかかる検出器筐体部と支持構造物が固定されている例を示す図である。

【図15C】実施例５にかかる検出器筐体部と支持構造物が固定されている例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して順次説明する。
本発明に関わる放射線撮像装置は、図１に示すように、Ｘ線を照射するＸ線源１００と照射されたＸ線を検出する放射線検出器１０１と、放射線検出器１０１で検出された出力信号に対して補正等の処理を行うととともに、スキャナなどの装置の制御を行う信号処理部１０２と、補正後の信号を用いて被写体１０６の画像を生成する画像生成部１０３とを備える。Ｘ線源１００と放射線検出器１０１は互いに対向するように回転盤１０４に固定され、寝台１０５上の被写体１０６の周りを回転するように構成される。また、Ｘ線源１００、放射線検出器１０１および回転盤１０４を含めスキャナ１１１ともいう。

【0010】

放射線検出器１０１は複数の放射線検出器モジュール１０７を搭載し、それぞれの放射線検出器モジュール１０７は、それぞれが焦点方向（Ｙ方向）を向くように取り付けられている。放射線検出器モジュール１０７はＸ線を光に変換するシンチレータ１０８、光をアナログ電気信号に変換するフォトダイオード１０９およびアナログ電気信号を増幅し、デジタル信号に変換するＡＤ変換部であるＡＦＥ１１０で構成される。

【実施例0011】

次に、実施例１に係る放射線検出器について、図２Ａ～図２Ｅを用いて説明する。
本実施例の放射線検出器によると、Ｘ線を光に変換するシンチレータ１０８、光をアナログ電気信号に変換するフォトダイオード１０９およびアナログ電気信号を増幅し、デジタル信号に変換する役割を担うＡＤ変換チップ２００が複数搭載される検出器基板２０１とＡＦＥへの電源供給および制御を行う制御基板２０２と２つの基板を接続するスタッキングコネクタ２０３および検出器基板２０１と制御基板２０２の基板間に両基板を固定する為の支持構造物２０４によって放射線検出器モジュール１０７は構成される。

【0012】

放射線検出器モジュール１０７を検出器基板２０１と制御基板２０２に分割し、その２つの基板をＹ軸方向の２段構造にすることで、体軸方向（Ｚ方向）の長さを抑制することが可能となる。また、両基板を固定する支持構造物２０４には、例えばアルムニウムなどの弾性係数の大きい金属が使用されることで、検出器基板２０１と制御基板２０２の剛性を高めることが出来る。更に、支持構造物２０４は、検出器基板から発生する熱を吸収し、外部へ放出する。

【0013】

ここで、フォトダイオード１０９から出力されたアナログ信号は、ＡＤ変換チップ２００にてデジタル信号へ変換され、そのデジタル信号はスタッキングコネクタ２０３を通して制御基板２０２へ転送されるため、検出器基板２０１上では、フォトダイオード１０９とスタッキングコネクタ２０３の間にＡＤ変換チップ２００が配置され、検出器基板の固定ねじ２０５は、フォトダイオードの外側であれば良い。

【0014】

例えば，図２Ａ、図２Ｂで示すように，Ｚ軸方向へ固定ねじ２０５－ＡＤ変換チップ２００－フォトダイオード１０９－ＡＤ変換チップ２００－固定ねじ２０５の順で配置しても良いし，ＡＤ変換チップ２００－固定ねじ２０５－フォトダイオード１０９－固定ねじ２０５－ＡＤ変換チップ２００と配置しても良い。前者の配置では，ネジ穴によってアナログ配線領域が阻害されない効果がある。後者の配置では，検出器のＺ軸寸法を短くできる効果がある。また、制御基板２０２は、ねじ２０６によって支持構造物２０４に固定される。

【0015】

さらに、図２Ｂに示すように、フォトダイオード１０９からのアナログ信号２０７を体軸方向（Ｚ方向）の両側から取り出す場合、検出器基板２０１上のＡＤ変換チップ２００および検出器基板２０１と制御基板２０２を接続するスタッキングコネクタ２０３は体軸方向（Ｚ方向）に分割して配置される。

【0016】

但し、図２Ｄ、図２Ｅに示すように、フォトダイオードからのアナログ信号２０７を体軸方向（Ｚ方向）の片側から取り出す場合、検出器基板上のＡＤ変換チップ２００および検出器基板２０１と制御基板２０２を接続するスタッキングコネクタ２０３は体軸方向（Ｚ方向）に分割されず、片側に配置される。

【0017】

図３Ａに、ＡＤ変換チップ２００が検出器基板２０１の裏面に搭載される例を示す。なお、本図の構成にあっては、検出器基板２０１の表面はフォトダイオード１０９が搭載される面となる。この場合、フォトダイオード１０９から出力されたアナログ電気信号は、検出器基板２０１の裏面に引き出され、ＡＤ変換チップ２００へ接続される。

【0018】

また、図３Ｂに示すように、ＡＤ変換チップ２００を検出器基板２０１の表面と裏面の両側に配置しても良い。検出器基板２０１の表面および裏面にＡＤ変換チップ２００を搭載することで、列数の増加等によるフォトダイオード１０９のチャンネル数の増大に対応することが可能となる。この場合も同様に、Ｚ軸方向の配置順は固定ねじ２０５－ＡＤ変換チップ２００－フォトダイオード１０９－ＡＤ変換チップ２００－固定ねじ２０５であっても良いし，ＡＤ変換チップ２００－固定ねじ２０５－フォトダイオード１０９－固定ねじ２０５－ＡＤ変換チップ２００であっても良い。

【0019】

また、スタッキングコネクタ２０３の向きを変更しても良い。図４Ａ，図４Ｂ、図４Ｃに、スタッキングコネクタ２０３の向きを変更した例を示す。スタッキングコネクタ２０３の向きを変更に伴い、支持構造物２０４の形状も変更される。この場合も同様に、Ｚ軸方向の配置順は固定ねじ２０５－ＡＤ変換チップ２００－フォトダイオード１０９－ＡＤ変換チップ２００－固定ねじ２０５であっても良いし，ＡＤ変換チップ２００－固定ねじ２０５－フォトダイオード１０９－固定ねじ２０５－ＡＤ変換チップ２００であっても良い。

【0020】

また、図５Ａ～図５Ｄに示すように、支持構造物２０４がスタッキングコネクタ２０３を通すための貫通穴５００を保持することも可能である。スタッキングコネクタ２０３を貫通穴５００に通すことで、検出器基板２０１および制御基板２０３と支持構造物２０４の接触面積が増え、両基板の剛性をさらに高めることが可能となる。この場合も同様に、Ｚ軸方向の配置順は固定ねじ２０５－ＡＤ変換チップ２００－フォトダイオード１０９－ＡＤ変換チップ２００－固定ねじ２０５であっても良いし，ＡＤ変換チップ２００－固定ねじ２０５－フォトダイオード１０９－固定ねじ２０５－ＡＤ変換チップ２００であっても良い。

【実施例0021】

実施例２の放射線検出器では、実施例１における検出器基板２０１と制御基板２０２を接続するスタッキングコネクタ２０３にフローティングコネクタを使用する。制御基板２０２には樹脂基板が用いられるが、検出器基板２０１は、列数の増加に伴う配線の高密度化とフォトダイオード搭載面の平坦度が求められる為、セラミック製の基板が用いられるが、セラミック製の基板は公差が大きく、その吸収が課題となる。

【0022】

図６Ａ～図６Ｃを用いて、本実施例の放射線検出器について説明する。検出器基板２０１は、列数の増加に伴い、配線が高密度となる為、セラミックス製の基板が用いられるが、セラミックス製の基板は交差が大きく、その吸収が課題となる。

【0023】

図６Ａおよび図６Ｂに示すように、検出器基板２０１に実装されるコネクタの位置公差（ΔX1、ΔZ1）および(ΔX2、ΔZ2）、及び制御基板２０２に実装されるコネクタの位置公差（ΔX3、ΔZ3）および(ΔX4、ΔZ4）が発生する。

【0024】

また図６Ｃに示すように、支持構造物２０４の高さ公差（ΔY）が発生し、累積公差は（ΔX1＋ΔX3,ΔY,ΔZ1＋ΔZ3）および（ΔX2＋ΔX4,ΔY,ΔZ2＋ΔZ4）となり、この値が大きくなると、コネクタの接触不良を起こす可能性がある。ここで、本実施例では、検出器基板と制御基板を接続するスタッキングコネクタにフローティングコネクタを使用することにより、この累積公差を吸収し、コネクタ嵌合時のストレスを軽減させることが可能となる。