特許 7439027 放射線撮像装置及び放射線検出器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-16

(45)【発行日】2024-02-27

(54)【発明の名称】放射線撮像装置及び放射線検出器

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/24 20060101AFI20240219BHJP

【ＦＩ】

G01T1/24

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021146032

(22)【出願日】2021-09-08

(65)【公開番号】P2023039071

(43)【公開日】2023-03-20

【審査請求日】2023-10-05

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【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】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】小野内 雅文

(72)【発明者】

【氏名】石津 崇章

【審査官】後藤 慎平

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１９－５０４２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０２５１４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０３８１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２０２６１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０１３１７７６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００２－０４０１４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｔ １／００－１／１６

Ｇ０１Ｔ １／１６７－７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線を被写体に照射する放射線源と、
前記放射線の光子のエネルギーに応じて電荷を生成する半導体層と、前記電荷を画素毎に計数する光子計数回路とを有する複数の検出素子モジュールと、前記放射線源と前記半導体層との間に配置され、前記放射線が通過する複数の通過孔を形成する複数の壁を有するコリメータと、を備える放射線撮像装置であって、
前記半導体層に複数のサブ画素が形成され、
前記コリメータの壁によって区切られた１つ以上のサブ画素がマクロ画素としてグループ化される際に、
前記検出素子モジュールの端部から複数のマクロ画素のサイズが、前記検出素子モジュールの端部から複数のマクロ画素以外のマクロ画素のサイズよりも小さく、
前記検出素子モジュールの端部から並ぶマクロ画素のサイズは均一であることを特徴とする放射線撮像装置。

【請求項2】

請求項１に記載の放射線撮像装置であって、
前記検出素子モジュールの端部から並ぶマクロ画素のサイズＥは、サイズの小さいマクロ画素の数がｎ、前記検出素子モジュールの間の隙間がＷ、サイズがＥであるマクロ画素以外のマクロ画素のサイズがＸであるとき、Ｅ＝（Ｘ－Ｗ／２）／ｎとして算出されることを特徴とする放射線撮像装置。

【請求項3】

放射線を被写体に照射する放射線源と、
前記放射線の光子のエネルギーに応じて電荷を生成する半導体層と、前記電荷を画素毎に計数する光子計数回路とを有する複数の検出素子モジュールと、前記放射線源と前記半導体層との間に配置され、前記放射線が通過する複数の通過孔を形成する複数の壁を有するコリメータと、を備える放射線撮像装置であって、
前記半導体層に複数のサブ画素が形成され、
前記コリメータの壁によって区切られた１つ以上のサブ画素がマクロ画素としてグループ化される際に、
前記検出素子モジュールの端部から複数のマクロ画素のサイズが、前記検出素子モジュールの端部から複数のマクロ画素以外のマクロ画素のサイズよりも小さく、
前記検出素子モジュールの内部の隙間である内部隙間が有る場合、前記内部隙間に隣接するマクロ画素のサイズは、その隣のマクロ画素のサイズよりも小さいことを特徴とする放射線撮像装置。

【請求項4】

放射線を被写体に照射する放射線源と、
前記放射線の光子のエネルギーに応じて電荷を生成する半導体層と、前記電荷を画素毎に計数する光子計数回路とを有する複数の検出素子モジュールと、前記放射線源と前記半導体層との間に配置され、前記放射線が通過する複数の通過孔を形成する複数の壁を有するコリメータと、を備える放射線撮像装置であって、
前記半導体層に複数のサブ画素が形成され、
前記コリメータの壁によって区切られた１つ以上のサブ画素がマクロ画素としてグループ化される際に、
前記検出素子モジュールの端部から複数のマクロ画素のサイズが、前記検出素子モジュールの端部から複数のマクロ画素以外のマクロ画素のサイズよりも小さく、
前記検出素子モジュールの端部に配置されるサイズの小さい複数のマクロ画素を構成するサブ画素のサイズが均一であることを特徴とする放射線撮像装置。

【請求項5】

放射線源から被写体に照射された放射線の光子のエネルギーに応じて電荷を生成する半導体層と、前記電荷を画素毎に計数する光子計数回路とを有する複数の検出素子モジュールと、前記放射線源と前記半導体層との間に配置され、前記放射線が通過する複数の通過孔を形成する複数の壁を有するコリメータと、を備える放射線検出器であって、
前記半導体層に複数のサブ画素が形成され、
前記コリメータの壁によって区切られた１つ以上のサブ画素がマクロ画素としてグループ化される際に、
前記検出素子モジュールの端部から複数のマクロ画素のサイズが、前記検出素子モジュールの端部から複数のマクロ画素以外のマクロ画素のサイズよりも小さく、
前記検出素子モジュールの端部から並ぶマクロ画素のサイズは均一であることを特徴とする放射線検出器。

【請求項6】

請求項５に記載の放射線検出器であって、
前記検出素子モジュールの端部から並ぶマクロ画素のサイズＥは、サイズの小さいマクロ画素の数がｎ、前記検出素子モジュールの間の隙間がＷ、サイズがＥであるマクロ画素以外のマクロ画素のサイズがＸであるとき、Ｅ＝（Ｘ－Ｗ／２）／ｎとして算出されることを特徴とする放射線検出器。

【請求項7】

放射線源から被写体に照射された放射線の光子のエネルギーに応じて電荷を生成する半導体層と、前記電荷を画素毎に計数する光子計数回路とを有する複数の検出素子モジュールと、前記放射線源と前記半導体層との間に配置され、前記放射線が通過する複数の通過孔を形成する複数の壁を有するコリメータと、を備える放射線検出器であって、
前記半導体層に複数のサブ画素が形成され、
前記コリメータの壁によって区切られた１つ以上のサブ画素がマクロ画素としてグループ化される際に、
前記検出素子モジュールの端部から複数のマクロ画素のサイズが、前記検出素子モジュールの端部から複数のマクロ画素以外のマクロ画素のサイズよりも小さく、
前記検出素子モジュールの内部の隙間である内部隙間が有る場合、前記内部隙間に隣接するマクロ画素のサイズは、その隣のマクロ画素のサイズよりも小さいことを特徴とする放射線検出器。

【請求項8】

放射線源から被写体に照射された放射線の光子のエネルギーに応じて電荷を生成する半導体層と、前記電荷を画素毎に計数する光子計数回路とを有する複数の検出素子モジュールと、前記放射線源と前記半導体層との間に配置され、前記放射線が通過する複数の通過孔を形成する複数の壁を有するコリメータと、を備える放射線検出器であって、
前記半導体層に複数のサブ画素が形成され、
前記コリメータの壁によって区切られた１つ以上のサブ画素がマクロ画素としてグループ化される際に、
前記検出素子モジュールの端部から複数のマクロ画素のサイズが、前記検出素子モジュールの端部から複数のマクロ画素以外のマクロ画素のサイズよりも小さく、
前記検出素子モジュールの端部に配置されるサイズの小さい複数のマクロ画素を構成するサブ画素のサイズが均一であることを特徴とする放射線検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は光子計数型検出器を搭載した放射線撮像装置に係り、光子計数型検出器の画素間の感度の差異を低減することに関する。

【背景技術】

【0002】

光子計数型検出器は、入射する放射線の光子を個々に計数するととともに、各光子のエネルギーを計測する。そのため、光子計数型検出器を搭載したフォトンカウンティングＣＴ（Computed Tomography）装置は、従来の電荷積分型の検出器を搭載したＣＴ装置に比べてより多くの情報を得ることができる。

【0003】

光子計数型検出器は、入射する光子のエネルギーに応じて電荷を生成する半導体層と、生成された電荷を画素毎に計数する光子計数回路とが積層された複数のモジュールが、放射線の入射方向と直交する面内に配置されて構成される。モジュール内の画素は一定のピッチであるのに対し、同一面内に配置されるモジュール間には隙間が生じるため、隣接するモジュールの境界部において画素のピッチがずれる。

【0004】

特許文献１には、モジュールの境界部においても画素ピッチの連続性を維持するために、境界部における画素サイズを境界部以外の画素サイズよりも小さく形成することと、境界部の画素の出力信号を画素サイズ×開口率に応じて補正することが開示される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００２－３１１１４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら特許文献１では、画素サイズが異なることによって生じる画素間の感度の差異に対する配慮が不十分である。光子計数回路には、１個の光子を計数してから次の光子を計数できるようになるまでの時間である不感時間があるため、単位時間に入射する光子数である光子入射レートが高くなると感度が低下し、画素サイズの比に応じた出力信号の補正では不十分である。また、別の対処法として、モジュール間の隙間を減らし、境界部における画素サイズの削減量を抑制することも考えられるが、公差設計の観点からモジュール間の隙間を減らすことは現実的ではない。このような公差設計を行ってしまうと、モジュール同士が干渉し配列が不可能となってしまう。

【0007】

そこで本発明は、光子入射レートが高い場合であっても、画素間の感度の差異を十分に低減可能な放射線撮像装置及び放射線検出器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】

【0008】

上記目的を達成するために本発明は、放射線を被写体に照射する放射線源と、前記放射線の光子のエネルギーに応じて電荷を生成する半導体層と、前記電荷を画素毎に計数する光子計数回路とを有する複数の検出素子モジュールと、前記放射線源と前記半導体層との間に配置され、前記放射線が通過する複数の通過孔を形成する複数の壁を有するコリメータと、を備える放射線撮像装置であって、前記半導体層に複数のサブ画素が形成され、前記コリメータの壁によって区切られた1つ以上のサブ画素がマクロ画素としてグループ化される際に、前記検出素子モジュールの端部から複数のマクロ画素のサイズが、前記検出素子モジュールの端部から複数のマクロ画素以外のマクロ画素のサイズよりも小さいことを特徴とする。

【0009】

また本発明は、放射線源から被写体に照射された放射線の光子のエネルギーに応じて電荷を生成する半導体層と、前記電荷を画素毎に計数する光子計数回路とを有する複数の検出素子モジュールと、前記放射線源と前記半導体層との間に配置され、前記放射線が通過する複数の通過孔を形成する複数の壁を有するコリメータと、を備える放射線検出器であって、前記半導体層に複数のサブ画素が形成され、前記コリメータの壁によって区切られた1つ以上のサブ画素がマクロ画素としてグループ化される際に、前記検出素子モジュールの端部から複数のマクロ画素のサイズが、前記検出素子モジュールの端部から複数のマクロ画素以外のマクロ画素のサイズよりも小さいことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、光子入射レートが高い場合であっても、画素間の感度の差異を十分に低減可能な放射線撮像装置及び放射線検出器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明が適用されるＸ線ＣＴ装置の全体構成を示す図である。

【図2】光子計数回路の入出力特性の一例を示す図である。

【図3】従来の光子計数型検出器の画素サイズと隣接する画素間の面積比について説明する図である。

【図4】第一実施形態の光子計数型検出器の画素サイズと隣接する画素間の面積比について説明する図である。

【図5】第一実施形態の光子計数型検出器の画素サイズと隣接する画素間の面積比について説明する図である。

【図6】第二実施形態の光子計数型検出器の画素サイズと隣接する画素間の面積比について説明する図である。

【図7】第二実施形態の光子計数型検出器の画素サイズと隣接する画素間の面積比について説明する図である。

【図8】第三実施形態の光子計数型検出器の画素サイズと隣接する画素間の面積比について説明する図である。

【図9】第四実施形態の光子計数型検出器の画素サイズと隣接する画素間の面積比について説明する図である。

【図10】第五実施形態の光子計数型検出器の画素サイズと隣接する画素間の面積比について説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお本発明の放射線撮像装置は、放射線源と、光子計数型検出器を備える装置に適用される。以降の説明では、放射線がＸ線であり、放射線撮像装置がＸ線ＣＴ装置である例について述べる。

【0013】

＜第一実施形態＞
第一実施形態のＸ線ＣＴ装置は、図１に示すように、Ｘ線を被写体７に照射するＸ線源１と、Ｘ線の光子を検出する複数の検出素子が二次元に配列されるＸ線検出器２と、信号処理部３と、画像生成部４とを備える。なお検出素子中には、光子計数単位としての画素が２次元に構成されている。信号処理部３は、検出素子から出力される検出信号に対し補正等の処理を行うとともに、Ｘ線ＣＴ装置の各部を制御する。画像生成部４は、信号処理部３で補正等の処理がなされた信号を用いて被写体７の画像を生成する。Ｘ線源１とＸ線検出器２は互いに対向する位置で回転板５に支持され、寝台６に横たわる被写体７の周りを、被写体７に対して相対的に回転するように構成される。

【0014】

Ｘ線検出器２は、複数の検出素子モジュール３００がＸ線源１を中心とする円弧状に配列されて構成される。検出素子モジュール３００は光子計数型検出器であり、コリメータ３０１、高電圧配線３０２、半導体層３０３、光子計数回路３０４を有する。なお図１において、Ｚ軸は回転板５の回転軸の方向であり、Ｙ軸はＸ線が照射される方向、Ｘ軸はＹＺ面に直交する方向である。つまり円弧状に配列される検出素子モジュール３００のそれぞれは、異なるＹ軸とＸ軸を有する。

【0015】

半導体層３０３は、例えばテルル化亜鉛カドミウム（ＣＺＴ）やテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ)等で構成され、入射する光子のエネルギーに相当する電荷を生成する。光子計数回路３０４は、複数の画素電極３０６を介して半導体層３０３に接続され、半導体層３０３で生成される電荷を画素毎に計数し、計数した結果を計数信号として出力する。コリメータ３０１は、タングステンやモリブデンのような重金属で形成されるスリットまたはグリッドであり、半導体層３０３に入射する散乱線を抑制する。高電圧配線３０２は、半導体層３０３に高電圧を供給し、画素電極３０６との間に電界を形成させる。半導体層３０３で生成される電荷は、形成された電界によって、最も近い画素電極３０６を介して光子計数回路３０４へ移動する。すなわち、画素電極３０６へ移動する電荷が生成される領域が画素に相当する。

【0016】

対向配置されたＸ線源１とＸ線検出器２が被写体７の周りを回転する間に、Ｘ線源１からのＸ線照射と、被写体７を透過したＸ線のＸ線検出器２での検出とが繰り返される。Ｘ線検出器２の光子計数回路３０４が出力する計数信号は、信号処理部３において補正等の処理を施された後、画像生成部４に送信される。画像生成部４では送信された信号に基づいて被写体７の断層画像、いわゆるＣＴ像が生成される。ＣＴ画像の画質を担保するには、光子計数回路３０４の感度が均一であることが要求される。

【0017】

図２を用いて光子計数回路３０４の入出力特性の一例について説明する。なお図２のグラフは、横軸が単位時間に半導体層３０３へ入射する光子数である光子入射レートＩＣＲであり、縦軸が単位時間に光子計数回路３０４によってカウントされる光子数であるカウントレートＯＣＲである。光子計数回路３０４の理想的な入出力特性は、光子入射レートＩＣＲとカウントレートＯＣＲの比ＯＣＲ／ＩＣＲである感度が一定の線形応答である。しかし光子計数回路３０４には、１個の光子を計数してから次の光子を計数できるようになるまでの時間である不感時間τがあるため、光子入射レートが高くなるに連れて感度が低下するような非線形応答となる。入出力特性が非線形応答であると、単位面積あたりの光子入射レートが同一であっても画素サイズが異なることにより感度の差異が生じ、画素サイズの比に応じた出力信号の補正では不十分である。

【0018】

図３を用いて従来の光子計数型検出器の画素サイズと隣接する画素間の面積比について説明する。なお図３の（ａ）は検出素子モジュール３００の正面図、（ｂ）は平面図である。検出素子モジュール３００は、例えばＸ方向に８画素、Ｚ方向に１６画素が配列され、検出素子モジュール３００の間に隙間Ｗ３３を有する。半導体層３０３には画素が２次元に構成されるが、それらの画素とコリメータ３０１の開口部３０５とは１対１、あるいは、Ｎ対１で対応する。表現を替えると、コリメータ３０１の壁によって半導体層に形成される複数の画素は1つ以上の画素を含むようにグループ化される。図３は１対１対応の例であり、図９は４対１対応の例である。このように、半導体層３０３上に構成される画素と、開口部３０５としての画素の２種類が存在する。そこで、それらを明確に区別する為に、半導体層３０３上に構成される画素をサブ画素、開口部３０５によって定まる画素をマクロ画素と呼ぶこともある。また、マクロ画素を単に画素と表現することもある。なお、前述の１対１対応の場合は、サブ画素＝マクロ画素である。コリメータ３０１は、検出素子モジュール３００の端部の壁厚がＷ３２、端部以外の壁厚がＷ３１である。また、壁の間の開口部３０５の幅、すなわち画素のサイズが検出素子モジュール３００の端部でＥ３、端部以外でＸ３である。なお、端部の画素のサイズＥ３は端部以外の画素のサイズＸ３よりも小さく、Ｅ３＜Ｘ３であり、Ｅ３＝Ｘ３－Ｗ３３／２である。

【0019】

図３の（ｃ）に、Ｗ３１＝０．２ｍｍ、Ｗ３２＝０．１ｍｍ、Ｗ３３＝０．１ｍｍ、Ｅ３＝０．７５ｍｍ、Ｘ３＝０．８ｍｍ、Ｘ方向の画素ピッチを１ｍｍ、Ｚ方向の画素サイズを同一としたときの検出素子モジュール３００の端部近傍の画素の面積比を示す。端部の画素の面積は端部以外の画素の面積に対して０．９３８である。また図３の（ｄ）に示される隣接画素間の面積比差分は、絶対値が０．０６以上である。画素の面積の差異は、光子計数型検出器の感度の差異に相当するので、従来の光子計数型検出器では隣接する画素の間で６％以上の感度の差異が生じることになり、画質の担保が困難となる。

【0020】

図４を用いて第一実施形態の光子計数型検出器の画素サイズと隣接する画素間の面積比について説明する。なお図４の（ａ）は検出素子モジュール４００の正面図、（ｂ）は平面図である。検出素子モジュール４００は、例えばＸ方向に８画素、Ｚ方向に１６画素が配列され、検出素子モジュール４００の間に隙間Ｗ４３を有する。コリメータ４０１は、検出素子モジュール４００の端部の壁厚がＷ４２、端部以外の壁厚がＷ４１である。また、壁の間の開口部４０５の幅、すなわち画素のサイズが検出素子モジュール４００の端部でＥ４１、端部の隣でＥ４２、それら以外でＸ４である。なお、端部の画素と端部の隣接画素のサイズＥ４１とＥ４２はそれら以外の画素のサイズＸ４よりも小さく、Ｅ４１＜Ｅ４２＜Ｘ４であり、Ｅ４１、Ｅ４２、Ｘ４は等差数列である。

【0021】

図４の（ｃ）に、Ｗ４１＝０．２ｍｍ、Ｗ４２＝０．１ｍｍ、Ｗ４３＝０．１ｍｍ、Ｅ４１＝０．７６７ｍｍ、Ｅ４２＝０．７８３ｍｍ、Ｘ４＝０．８ｍｍとしたときの検出素子モジュール４００の端部近傍の画素の面積比を示す。なおＸ方向の画素ピッチは１ｍｍであり、Ｚ方向の画素サイズは同一である。端部の画素の面積と端部の隣接画素の面積はそれら以外の画素の面積に対して、それぞれ０．９５８と０．９７９である。またＥ４１、Ｅ４２、Ｘ４が等差数列であるため、図４の（ｄ）に示される隣接画素間の面積比差分は、絶対値が約０．０２以下となり、従来の約１／３に抑制できる。

【0022】

以上説明したように、図４に例示される検出素子モジュール４００では、端部から２個の画素のサイズがそれら以外の画素のサイズよりも小さいので、画素間の感度の差異を従来よりも小さくできる。また端部から並ぶ画素のサイズが等差数列であるので、隣接画素間の面積比差分が小さく、隣接する画素間の感度の差異を十分に低減できる。なおサイズを小さくする画素の数は２個に限定されない。

【0023】

図５を用いて、端部から３個の画素のサイズがそれら以外の画素サイズよりも小さい光子計数型検出器について説明する。なお図５の（ａ）は検出素子モジュール５００の正面図、（ｂ）は平面図である。検出素子モジュール５００は、例えばＸ方向に８画素、Ｚ方向に１６画素が配列され、検出素子モジュール５００の間に隙間Ｗ５３を有する。コリメータ５０１は、検出素子モジュール５００の端部の壁厚がＷ５２、端部以外の壁厚がＷ５１である。また、壁の間の開口部５０５の幅、すなわち画素のサイズが検出素子モジュール５００の端部でＥ５１、端部の隣でＥ５２、さらに隣でＥ５３、それら以外でＸ５である。なお、端部から３個の画素のサイズＥ５１、Ｅ５２、Ｅ５３はそれら以外の画素のサイズＸ５よりも小さく、Ｅ５１＜Ｅ５２＜Ｅ５３＜Ｘ５であり、Ｅ５１、Ｅ５２、Ｅ５３、Ｘ５は等差数列である。

【0024】

図５の（ｃ）に、Ｗ５１＝０．２ｍｍ、Ｗ５２＝０．１ｍｍ、Ｗ５３＝０．１ｍｍ、Ｅ５１＝０．７７５ｍｍ、Ｅ５２＝０．７８３ｍｍ、Ｅ５３＝０．７９２ｍｍ、Ｘ５＝０．８ｍｍとしたときの検出素子モジュール５００の端部近傍の画素の面積比を示す。なおＸ方向の画素ピッチは１ｍｍであり、Ｚ方向の画素サイズは同一である。端部から３個の画素の面積はそれら以外の画素の面積に対して、それぞれ０．９６９、０．９７９、０．９９０である。またＥ５１、Ｅ５２、Ｅ５３、Ｘ５が等差数列であるため、図５の（ｄ）に示される隣接画素間の面積比差分は、絶対値が約０．０１以下となり、従来の約１／６に抑制できる。

【0025】

以上説明したように、図５に例示される検出素子モジュール５００では、端部から３個の画素のサイズがそれら以外の画素のサイズよりも小さいので、画素間の感度の差異を従来よりも小さくできる。また端部から並ぶ画素のサイズが等差数列であるので、隣接画素間の面積比差分が小さく、隣接する画素間の感度の差異を十分に低減できる。

【0026】

なお端部からｎ個の画素のサイズがそれら以外の画素のサイズよりも小さく、端部から並ぶ画素のサイズが等差数列であるとき、等差数列の差Δは次式から算出されても良い。

【0027】

Δ＝Ｗ／（ｎ・(ｎ＋１)） …（式１）
ここで、Ｗは検出素子モジュールの隙間であり、ｎ≧２である。

【0028】

＜第二実施形態＞
第一実施形態では、検出素子モジュールの端部から複数の画素のサイズを、それら以外の画素のサイズよりも小さくし、端部から並ぶ画素のサイズを等差数列にすることについて説明した。第二実施形態では、検出素子モジュールの端部から複数の画素のサイズを、それら以外の画素のサイズよりも小さくするとともに、端部から複数の画素のサイズを均一にすることについて説明する。なお第二実施形態には、第一実施形態で説明した構成や機能の一部を適用できるので、同様の構成、機能については同じ符号を用いて説明を省略する。

【0029】

図６を用いて第二実施形態の光子計数型検出器の画素サイズと隣接する画素間の面積比について説明する。なお図６の（ａ）は検出素子モジュール６００の正面図、（ｂ）は平面図である。検出素子モジュール６００は、例えばＸ方向に８画素、Ｚ方向に１６画素が配列され、検出素子モジュール６００の間に隙間Ｗ６３を有する。コリメータ６０１は、検出素子モジュール６００の端部の壁厚がＷ６２、端部以外の壁厚がＷ６１である。また、壁の間の開口部６０５の幅、すなわち画素のサイズが検出素子モジュール４００の端部と端部の隣で等しくＥ６であり、それら以外でＸ６である。なお、端部の画素及び端部の隣接画素のサイズＥ６はそれら以外の画素のサイズＸ６よりも小さい。すなわちＥ６＜Ｘ６である。

【0030】

図６の（ｃ）に、Ｗ６１＝０．２ｍｍ、Ｗ６２＝０．１ｍｍ、Ｗ６３＝０．１ｍｍ、Ｅ６＝０．７７５ｍｍ、Ｘ６＝０．８ｍｍとしたときの検出素子モジュール６００の端部近傍の画素の面積比を示す。なおＸ方向の画素ピッチは１ｍｍであり、Ｚ方向の画素サイズは同一である。端部の画素の面積と端部の隣接画素の面積はそれら以外の画素の面積に対して、いずれも０．９６９である。また図６の（ｄ）に示される隣接画素間の面積比差分は、絶対値が約０．０３以下となり、従来の約１／２に抑制できる。

【0031】

以上説明したように、図６に例示される検出素子モジュール６００では、端部から２個の画素のサイズがそれら以外の画素のサイズよりも小さいので、画素間の感度の差異を従来よりも小さくできる。また端部の画素のサイズと端部の隣の画素のサイズが等しいので製造が容易になる。なおサイズを小さくする画素の数は２個に限定されない。

【0032】

図７を用いて、端部から３個の画素のサイズがそれら以外の画素サイズよりも小さい光子計数型検出器について説明する。なお図７の（ａ）は検出素子モジュール７００の正面図、（ｂ）は平面図である。検出素子モジュール７００は、例えばＸ方向に８画素、Ｚ方向に１６画素が配列され、検出素子モジュール７００の間に隙間Ｗ７３を有する。コリメータ７０１は、検出素子モジュール７００の端部の壁厚がＷ７２、端部以外の壁厚がＷ７１である。また、壁の間の開口部７０５の幅、すなわち画素のサイズが検出素子モジュール７００の端部から３個までが等しくＥ７であり、それら以外でＸ７である。なお、端部から３個の画素のサイズＥ７はそれら以外の画素のサイズＸ７よりも小さい。すなわちＥ７＜Ｘ７である。

【0033】

図７の（ｃ）に、Ｗ７１＝０．２ｍｍ、Ｗ７２＝０．１ｍｍ、Ｗ７３＝０．１ｍｍ、Ｅ７＝０．７８３ｍｍ、Ｘ７＝０．８ｍｍとしたときの検出素子モジュール７００の端部近傍の画素の面積比を示す。なおＸ方向の画素ピッチは１ｍｍであり、Ｚ方向の画素サイズは同一である。端部から３個の画素の面積はそれら以外の画素の面積に対して、いずれも０．９７９である。また図７の（ｄ）に示される隣接画素間の面積比差分は、絶対値が約０．０２以下となり、従来の約１／３に抑制できる。

【0034】

以上説明したように、図７に例示される検出素子モジュール７００では、端部から３個の画素のサイズがそれら以外の画素のサイズよりも小さいので、画素間の感度の差異を従来よりも小さくできる。また端部から並ぶ３個の画素のサイズが均一であるので、製造が容易になる。

【0035】

なお端部からｎ個の画素のサイズがそれら以外の画素のサイズよりも小さく、均一であるとき、そのサイズＥは次式から算出されても良い。

【0036】

Ｅ＝（Ｘ－Ｗ／２）／ｎ …（式２）
ここで、Ｘは端部からｎ個の画素以外の画素のサイズ、Ｗは検出素子モジュールの隙間であり、ｎ≧２である。

【0037】

＜第三実施形態＞
第一実施形態では、検出素子モジュールの間にのみ隙間がある場合について説明した。検出素子モジュールに用いられる半導体層は、面積が大きくなるほど歩留まりが低下するので、より面積の小さい半導体層を用いることで製造原価を低減できる。第三実施形態では、より面積の小さい半導体層が用いるために、検出素子モジュールの内部にも隙間がある場合について説明する。なお第三実施形態には、第一実施形態で説明した構成や機能の一部を適用できるので、同様の構成、機能については同じ符号を用いて説明を省略する。

【0038】

図８を用いて第三実施形態の光子計数型検出器の画素サイズと隣接する画素間の面積比について説明する。なお図８の（ａ）は検出素子モジュール８００の正面図、（ｂ）は平面図である。検出素子モジュール８００は、例えばＸ方向に８画素、Ｚ方向に８画素が配列され、検出素子モジュール８００の間に隙間Ｗ８３を有するとともに、内部にも隙間Ｗ８４を有する。すなわち、検出素子モジュール８００の内部において、高電圧配線８０２と半導体層８０３と光子計数回路８０４がＸ方向において２つに分割される。コリメータ８０１は、検出素子モジュール８００の端部の壁厚がＷ８２、端部以外の壁厚がＷ８１である。また、壁の間の開口部８０５の幅、すなわち画素のサイズは、Ｘ軸方向の並び順でＥ８１、Ｅ８２、Ｅ８３、Ｅ８４、Ｅ８４、Ｅ８３、Ｅ８２、Ｅ８１である。なお、端部から２個の画素のサイズＥ８１とＥ８２は、その隣の画素のサイズＥ８３より小さく、Ｅ８１＜Ｅ８２＜Ｅ８３であり、Ｅ８１、Ｅ８２、Ｅ８３は等差数列である。さらに検出素子モジュール８００の内部の隙間Ｗ８４に隣接する画素のサイズＥ８４は、その隣の画素のサイズＥ８３より小さい。

【0039】

図８の（ｃ）に、Ｗ８１＝０．２ｍｍ、Ｗ８２＝０．１ｍｍ、Ｗ８３＝０．１ｍｍ、Ｗ８４＝０．０５０ｍｍ、Ｅ８１＝０．７６７ｍｍ、Ｅ８２＝０．７８３ｍｍ、Ｅ８３＝０．７９２ｍｍ、Ｅ８４＝０．７８３ｍｍとしたときの端部近傍の画素の面積比を示す。なおＸ方向の画素ピッチは１ｍｍであり、Ｚ方向の画素サイズは同一である。各画素の面積は、最大面積を有する画素であるサイズがＥ８３の画素の面積に対して、それぞれ０．９６８、０．９８９、１．０００、０．９８９、０．９８９、１．０００、０．９８９、０．９６８である。またＥ８１、Ｅ８２、Ｅ８３が等差数列であるため、図８の（ｄ）に示される隣接画素間の面積比差分は、絶対値が約０．０２以下となり、従来の約１／３に抑制できる。

【0040】

以上説明したように、図８に例示される検出素子モジュール８００では、端部から２個の画素のサイズがそれら以外の画素のサイズよりも小さいので、画素間の感度の差異を従来よりも小さくできる。また端部から２個の画素のサイズが等差数列であるので、隣接画素間の面積比差分が小さく、隣接する画素間の感度の差異を十分に低減できる。さらに検出素子モジュール８００の内部隙間に隣接する画素のサイズを、その隣の画素のサイズよりも小さくすることにより、画素のピッチが維持され、より面積の小さい半導体層が用いられるので製造原価を低減できる。

【0041】

＜第四実施形態＞
第一実施形態では、サブ画素とマクロ画素が１対１対応する場合について説明した。第四実施形態では、サブ画素とマクロ画素が４対１対応する場合について説明する。各画素が複数のサブ画素に分割されることにより、計数性能が向上する。なお第四実施形態には、第一実施形態で説明した構成や機能の一部を適用できるので、同様の構成、機能については同じ符号を用いて説明を省略する。

【0042】

図９を用いて第四実施形態の光子計数型検出器の画素サイズと隣接する画素間の面積比について説明する。なお図９の（ａ）は検出素子モジュール９００の正面図、（ｂ）は平面図である。検出素子モジュール９００は、例えばＸ方向に８画素、Ｚ方向に１６画素が配列され、検出素子モジュール９００の間に隙間Ｗ９３を有する。さらに各画素は２×２のサブ画素に分割される。コリメータ９０１は、検出素子モジュール９００の端部の壁厚がＷ９２、端部以外の壁厚がＷ９１である。また、壁の間の開口部９０５の幅、すなわち画素のサイズが検出素子モジュール９００の端部でＥ９１、端部の隣でＥ９２、それら以外でＸ９である。さらにサブ画素のサイズは、サイズがＥ９１の画素ではＥ９１１とＥ９１２であり、サイズがＥ９２の画素ではＥ９２１とＥ９２２である。なお、端部の画素と端部の隣接画素のサイズＥ９１とＥ９２はそれら以外の画素のサイズＸ９よりも小さく、Ｅ９１＜Ｅ９２＜Ｘ９であり、Ｅ９１１、Ｅ９１２、Ｅ９２１、Ｅ９２２、Ｘ９／２は等差数列である。

【0043】

図９の（ｃ）に、Ｗ９１＝０．２ｍｍ、Ｗ９２＝０．１ｍｍ、Ｗ９３＝０．１ｍｍ、Ｘ９＝０．８００ｍｍ、Ｅ９１１＝０．３８０ｍｍ、Ｅ９１２＝０．３８５ｍｍ、Ｅ９２１＝０．３９０ｍｍ、Ｅ９２２＝０．３９５ｍｍとしたときの端部近傍のサブ画素の面積比を示す。なおＸ方向の画素ピッチは１ｍｍであり、Ｚ方向の画素サイズは同一である。端部の画素と端部の隣接画素のサブ画素の面積はそれら以外の画素のサブ画素の面積に対して、それぞれ０．９５０、０．９６３、０．９７５、０．９８８である。またＥ９１１、Ｅ９１２、Ｅ９２１、Ｅ９２２、Ｘ９／２が等差数列であるため、図９の（ｄ）に示される隣接サブ画素間の面積比差分は、絶対値が約０．０１３以下となり、従来の約１／５に抑制できる。図９に例示されるように画素が複数のサブ画素に分割される場合、サブ画素毎に画素電極が設けられるので、画素電極の配置精度がより厳しくなる。従って、従来の光子計数型検出器のように、検出素子モジュール端部の画素のサイズのみではなく、端部から複数の画素のサイズを小さくし、１画素当たりのサイズ削減量を抑制することが必然となる。

【0044】

以上説明したように、図９に例示される検出素子モジュール９００では、端部から２個の画素のサブ画素のサイズがそれら以外の画素のサブ画素のサイズよりも小さいので、画素間の感度の差異を従来よりも小さくできる。また端部から２個の画素のサブ画素のサイズが等差数列であるので、隣接サブ画素間の面積比差分が小さく、隣接するサブ画素間の感度の差異を十分に低減できる。さらに検出素子モジュール９００の各画素がサブ画素に分割されるので計数性能を向上できる。

【0045】

＜第五実施形態＞
第四実施形態では、サブ画素とマクロ画素が４対１対応する場合であって、さらに端部のサブ画素の面積が等差数列で設定される場合について説明した。第五の実施形態では、サブ画素の面積が等差数列ではなく、略同一に設定される場合について説明する。サブ画素の面積が略同一に設定されることにより、設計、検証が容易になるだけでなく、製造工程が安定する効果がある。なお第五実施形態には、第一実施形態で説明した構成や機能の一部を適用できるので、同様の構成、機能については同じ符号を用いて説明を省略する。

【0046】

図１０を用いて第五実施形態の光子計数型検出器の画素サイズと隣接する画素間の面積比について説明する。なお図１０の（ａ）は検出素子モジュール１０００の正面図、（ｂ）は平面図である。検出素子モジュール１０００は、例えばＸ方向に８画素、Ｚ方向に１６画素が配列され、検出素子モジュール１０００の間に隙間Ｗ１０３を有する。さらに各画素は２×２のサブ画素に分割される。コリメータ１００１は、検出素子モジュール１０００の端部の壁厚がＷ１０２、端部以外の壁厚がＷ１０１である。また、壁の間の開口部１００５の幅、すなわち画素のサイズが検出素子モジュール１０００の端部と端部の隣でＥ１０１、それら以外でＸ１０である。さらにサブ画素のサイズは、サイズがＥ１０１の画素ではＥ１０１１である。なお、端部の画素と端部の隣接画素のサイズＥ１０１はそれら以外の画素のサイズＸ１０よりも小さい。

【0047】

図１０の（ｃ）に、Ｗ１０１＝０．２ｍｍ、Ｗ１０２＝０．１ｍｍ、Ｗ１０３＝０．１ｍｍ、Ｘ１０＝０．８００ｍｍ、Ｅ１０１１＝０．３７７５ｍｍとしたときの端部近傍のサブ画素の面積比を示す。なおＸ方向の画素ピッチは１ｍｍであり、Ｚ方向の画素サイズは同一である。端部の画素と端部の隣接画素のサブ画素の面積はそれら以外の画素のサブ画素の面積に対して、いずれも０．９６９である。また、図１０の（ｄ）に示される隣接サブ画素間の面積比差分は、絶対値が約０．０３以下となり、従来の約１／２に抑制できる。図１０で示した画素が複数のサブ画素に分割される場合においては、画素電極をサブ画素毎に設ける必要がある為、画素電極配置の為の画素寸法制約がより厳しくなる。従って、従来技術のようにモジュール端部画素の寸法のみではなく、モジュール端部から複数画素の寸法を小さくし、1画素当たりの寸法削減量を抑制することが必然となる。

【0048】

以上説明したように、図１０に例示される検出素子モジュール１０００では、端部から２個の画素のサブ画素のサイズがそれら以外の画素のサブ画素のサイズよりも小さいので、画素間の感度の差異を従来よりも小さくできる。また端部から２個の画素のサブ画素のサイズが等しいので製造が容易になる。なおサイズを小さくする画素は２個に限定されない。

【0049】

以上、本発明の放射線撮像装置について複数の実施形態を説明した。本発明の放射線撮像装置は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、Ｘ方向の画素ピッチは必ずしも同一としなくても良く、端部から複数の画素のサイズを維持したまま、検出素子モジュールの隙間を広げても良い。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、上記実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。

【符号の説明】

【0050】

１：Ｘ線源、２：Ｘ線検出器、３：信号処理部、４：画像生成部、５：回転板、６：寝台、７：被写体、３００：検出素子モジュール、３０１：コリメータ、３０２：高電圧配線、３０３：半導体層、３０４：光子計数回路、３０５：開口部、３０６：画素電極、４００：検出素子モジュール、４０１：コリメータ、４０２：高電圧配線、４０３：半導体層、４０４：光子計数回路、４０５：開口部、５００：検出素子モジュール、５０１：コリメータ、５０２：高電圧配線、５０３：半導体層、５０４：光子計数回路、５０５：開口部、６００：検出素子モジュール、６０１：コリメータ、６０２：高電圧配線、６０３：半導体層、６０４：光子計数回路、６０５：開口部、７００：検出素子モジュール、７０１：コリメータ、７０２：高電圧配線、７０３：半導体層、７０４：光子計数回路、７０５：開口部、８００：検出素子モジュール、８０１：コリメータ、８０２：高電圧配線、８０３：半導体層、８０４：光子計数回路、８０５：開口部、９００：検出素子モジュール、９０１：コリメータ、９０２：高電圧配線、９０３：半導体層、９０４：光子計数回路、９０５：開口部、１０００：検出素子モジュール、１００１：コリメータ、１００２：高電圧配線、１００３：半導体層、１００４：光子計数回路、１００５：開口部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】