特許 7505899 放射線検出器及び放射線診断装置

(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】2024-06-17

(45)【発行日】2024-06-25

(54)【発明の名称】放射線検出器及び放射線診断装置

(51)【国際特許分類】

   G01T 7/00 20060101AFI20240618BHJP

   A61B 6/42 20240101ALI20240618BHJP

   G01T 1/20 20060101ALI20240618BHJP

【ＦＩ】

G01T7/00 A

A61B6/42 530S

A61B6/42 530R

A61B6/42 530W

G01T1/20 G

G01T1/20 E

G01T1/20 L

G01T7/00 B

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020045856

(22)【出願日】2020-03-16

(65)【公開番号】P2021148468

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2023-01-26

(73)【特許権者】

【識別番号】594164542

【氏名又は名称】キヤノンメディカルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001771

【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】西島 輝

【審査官】小林 幹

(56)【参考文献】

【文献】特表２００５－５２４８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２４２２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２６３１９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１７９０４０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｔ １／００－１／１６

Ｇ０１Ｔ １／１６７－７／１２

Ａ６１Ｂ ６／００－６／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二次元方向に複数のフォトダイオードが配列され、前記フォトダイオードが配列される平面と同一平面上の一部に放射線からの防護が必要な素子が設けられたチップと、
前記複数のフォトダイオードの放射線入射側に配置され、前記二次元方向に複数のシンチレータが配列されたシンチレータアレイと、
前記素子の放射線入射側に設けられた放射線防護シールドと
を備え、
前記放射線防護シールドは、前記シンチレータアレイにおける前記素子の放射線入射側に配置されるシンチレータの一部を切削した部分に配置された遮蔽材、又は、前記シンチレータアレイにおける前記素子の放射線入射側に配置されるシンチレータの放射線入射側の表面に配置された遮蔽材によって構成される、
放射線検出器。

【請求項2】

二次元方向に複数のフォトダイオードが配列され、前記フォトダイオードが配列される平面と同一平面上の一部に放射線からの防護が必要な素子が設けられたチップと、
前記複数のフォトダイオードの放射線入射側に配置され、前記二次元方向に複数のシンチレータが配列されたシンチレータアレイと、
前記素子の放射線入射側に設けられた放射線防護シールドと
を備え、
前記シンチレータアレイは、前記シンチレータ間の光のクロストークを防ぐための隔壁を介して並べられた複数のシンチレータと、前記隔壁を介さずに並べられた複数のシンチレータとを含み、
前記放射線防護シールドは、前記隔壁を介さずに並べられた複数のシンチレータによって構成される、
放射線検出器。

【請求項3】

二次元方向に複数のフォトダイオードが配列され、前記フォトダイオードが配列される平面と同一平面上の一部に放射線からの防護が必要な素子が設けられたチップと、
前記二次元方向に沿って格子状に配列された複数の放射線遮蔽板を有し、前記チップへの散乱放射線の入射を防護するコリメータと、
前記素子の放射線入射側に設けられた放射線防護シールドと
を備え、
前記放射線防護シールドは、前記コリメータの一部に設けられた遮蔽材によって構成される、
放射線検出器。

【請求項4】

前記複数のフォトダイオードの放射線入射側に配置され、前記二次元方向に複数のシンチレータが配列されたシンチレータアレイをさらに備え、
前記シンチレータアレイは、前記シンチレータ間の光のクロストークを防ぐための隔壁を介して並べられた複数のシンチレータを含む、
請求項３に記載の放射線検出器。

【請求項5】

前記素子は、前記シンチレータアレイに含まれる前記隔壁の配置間隔より大きい、
請求項２又は４に記載の放射線検出器。

【請求項6】

前記二次元方向に沿って格子状に配列された複数の放射線遮蔽板を有し、前記チップへの散乱放射線の入射を防護するコリメータをさらに備える、
請求項１又は２に記載の放射線検出器。

【請求項7】

前記素子は、前記コリメータに含まれる前記放射線遮蔽板の厚さより大きい、
請求項３又は６に記載の放射線検出器。

【請求項8】

前記素子は、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）、ＡＦＥ（Analog Front End）、増幅回路、又は、積分回路である、
請求項１～７のいずれか一つに記載の放射線検出器。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか一つに記載の放射線検出器と、
前記素子が配列された位置に対応するデータを生成する生成部と
を備える、放射線診断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書及び図面に開示の実施形態は、放射線検出器及び放射線診断装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）装置やＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置等の放射線診断装置は、放射線を検出するための放射線検出器を備える。これらの放射線診断装置には、面検出器と呼ばれる検出器のように、広カバレッジの放射線検出器を備えるものもある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－２５１８７号公報

【文献】特開２００９－１１８９４３号公報

【文献】特表２０１９－５０２２８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、広カバレッジの放射線検出器を低コストで実現することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置付けることもできる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係る放射線検出器は、チップと、放射線防護シールドとを備える。チップは、二次元方向に複数のフォトダイオードが配列され、前記フォトダイオードが配列される平面と同一平面上の一部に放射線からの防護が必要な素子が設けられている。放射線防護シールドは、前記素子の放射線入射側に設けられている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成例を示す図である。

【図2】図２は、本実施形態に係るＸ線検出器の構成例を示す図である。

【図3】図３は、本実施形態に係るＸ線検出器モジュールの構成例を示す図である。

【図4】図４は、本実施形態に係る比較例である４ｓｉｄｅタイラブル検出器及び３ｓｉｄｅタイラブル検出器をチップとして用いる場合の例を示す図である。

【図5】図５は、本実施形態に係る比較例である４ｓｉｄｅタイラブル検出器及び３ｓｉｄｅタイラブル検出器をチップとして用いる場合の例を示す図である。

【図6】図６は、本実施形態に係る比較例である４ｓｉｄｅタイラブル検出器及び３ｓｉｄｅタイラブル検出器をチップとして用いる場合の例を示す図である。

【図7】図７は、本実施形態に係る比較例である４ｓｉｄｅタイラブル検出器及び３ｓｉｄｅタイラブル検出器をチップとして用いる場合の例を示す図である。

【図8】図８は、本実施形態に係るＸ線検出器モジュールに含まれるシンチレータアレイ及びフォトダイオードアレイの一例を示す図である。

【図9】図９は、本実施形態に係るＸ線防護シールドの一例を説明するための図である。

【図10】図１０は、本実施形態に係るＸ線防護シールドの一例を説明するための図である。

【図11】図１１は、本実施形態の変形例に係るＸ線防護シールドの一例を説明するための図である。

【図12】図１２は、本実施形態の変形例に係るＸ線防護シールドの一例を説明するための図である。

【図13】図１３は、本実施形態の変形例に係る素子の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

（実施形態）
以下、図面を参照しながら、本願が開示する放射線検出器及び放射線診断装置の実施形態について説明する。ここで、各図面に示される構成は模式的なものであり、図示されている各構成要素の寸法や構成要素間の寸法の比率は実物と異なる場合がある。また、図面相互の間でも、同じ構成要素の寸法や構成要素間の寸法の比率が異なって示されている場合がある。

【0008】

なお、以下に示す実施形態では、本願が開示する放射線検出器及び放射線診断装置の構成をＸ線検出器及びＸ線ＣＴ装置に適用した場合の例を説明する。

【0009】

図１は、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置の構成例を示す図である。

【0010】

例えば、図１に示すように、本実施形態に係るＸ線ＣＴ装置１は、架台装置１０と、寝台装置３０と、コンソール装置４０とを有する。なお、図１では説明の便宜上、架台装置１０を複数示している。

【0011】

なお、本実施形態では、非チルト状態での回転フレーム１３の回転軸又は寝台装置３０の天板３３の長手方向を「Ｚ軸方向」と定義する。また、Ｚ軸方向に直交し、床面に対し水平である軸方向を「Ｘ軸方向」と定義する。また、Ｚ軸方向に直交し、床面に対し垂直である軸方向を「Ｙ軸方向」と定義する。

【0012】

架台装置１０は、被検体Ｐ（患者等）にＸ線を照射し、被検体Ｐを透過したＸ線を検出して、コンソール装置４０に出力する装置である。架台装置１０は、Ｘ線管１１と、Ｘ線検出器１２と、回転フレーム１３と、制御装置１５と、ウェッジ１６と、Ｘ線絞り１７と、Ｘ線高電圧装置１４とを有する。

【0013】

Ｘ線管１１は、Ｘ線高電圧装置１４からの高電圧の印加により、陰極（フィラメント）から陽極（ターゲット）に向けて熱電子を照射することでＸ線を発生する真空管である。例えば、Ｘ線管１１は、回転する陽極に熱電子を照射することでＸ線を発生させる回転陽極型のＸ線管である。

【0014】

ウェッジ１６は、Ｘ線管１１から照射されたＸ線量を調節するためのフィルタである。具体的には、ウェッジ１６は、Ｘ線管１１から被検体Ｐへ照射されるＸ線が、予め定められた分布になるように、Ｘ線管１１から照射されたＸ線を透過して減衰するフィルタである。例えば、ウェッジ１６は、所定のターゲット角度や所定の厚みとなるようにアルミニウムを加工したフィルタである。なお、ウェッジ１６は、ウェッジフィルタ（wedge filter）や、ボウタイフィルタ（bow-tie filter）とも呼ばれる。

【0015】

Ｘ線絞り１７は、ウェッジ１６を透過したＸ線の照射範囲を絞り込むための鉛板等を含み、複数の鉛板等を組み合わせることによってスリットを形成している。

【0016】

Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１から照射され、被検体Ｐを通過したＸ線を検出する。具体的には、Ｘ線検出器１２は、Ｘ線管１１の焦点を中心として一つの円弧に沿ってチャネル方向に複数の検出素子が配列された複数の検出素子列を有する。例えば、Ｘ線検出器１２は、チャネル方向に複数の検出素子が配列された検出素子列が列方向（スライス方向、ｒｏｗ方向とも呼ばれる）に複数配列された構造を有する。

【0017】

また、Ｘ線検出器１２は、各検出素子から出力される電気信号を処理するＤＡＳ（Data Acquisition System）を有する。ＤＡＳは、Ｘ線検出器１２の各検出素子から出力される電気信号に基づいて、検出データを生成する。ＤＡＳが生成した検出データは、コンソール装置４０へと転送される。

【0018】

Ｘ線高電圧装置１４は、変圧器（トランス）及び整流器等の電気回路を有し、Ｘ線管１１に印加する高電圧を発生する機能を有する高電圧発生装置と、Ｘ線管１１が照射するＸ線出力に応じた出力電圧の制御を行うＸ線制御装置とを有する。高電圧発生装置は、変圧器方式であってもよいし、インバータ方式であっても構わない。なお、Ｘ線高電圧装置１４は、後述する回転フレーム１３に設けられてもよいし、架台装置１０において回転フレーム１３を回転可能に支持する支持フレーム（図示は省略）に設けられてもよい。

【0019】

回転フレーム１３は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２とを対向支持し、後述する制御装置１５によってＸ線管１１とＸ線検出器１２とを回転させる円環状のフレームである。なお、回転フレーム１３は、Ｘ線管１１とＸ線検出器１２に加えて、Ｘ線高電圧装置１４を更に備えて支持する。ここで、Ｘ線検出器１２が有するＤＡＳが生成した検出データは、回転フレーム１３に設けられた発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）を有する送信機から光通信によって架台装置１０の非回転部分（例えば、支持フレーム等）に設けられたフォトダイオードを有する受信機に送信され、コンソール装置４０へ転送される。なお、回転フレーム１３から架台装置１０の非回転部分への検出データの送信方法は、前述の光通信に限らず、非接触型のデータ伝送であれば如何なる方式を採用しても構わない。

【0020】

制御装置１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を有する処理回路と、モータ及びアクチュエータ等の駆動機構とを有する。制御装置１５は、コンソール装置４０若しくは架台装置１０に取り付けられた入力インターフェース４３からの入力信号を受けて、架台装置１０及び寝台装置３０の動作制御を行う機能を有する。例えば、制御装置１５は、入力信号を受けて回転フレーム１３を回転させる制御や、架台装置１０をチルトさせる制御、及び寝台装置３０及び天板３３を動作させる制御を行う。なお、架台装置１０をチルトさせる制御は、架台装置１０に取り付けられた入力インターフェース４３によって入力される傾斜角度（チルト角度）情報により、制御装置１５がＸ軸方向に平行な軸を中心に回転フレーム１３を回転させることによって実現される。なお、制御装置１５は、架台装置１０に設けられてもよいし、コンソール装置４０に設けられても構わない。

【0021】

寝台装置３０は、スキャン対象である被検体Ｐを載置、移動させる装置であり、基台３１と、寝台駆動装置３２と、天板３３と、支持フレーム３４とを有する。基台３１は、支持フレーム３４を鉛直方向に移動可能に支持する筐体である。寝台駆動装置３２は、被検体Ｐが載置された天板３３を天板３３の長軸方向に移動するモータあるいはアクチュエータである。支持フレーム３４の上面に設けられた天板３３は、被検体Ｐが載置される板である。なお、寝台駆動装置３２は、天板３３に加え、支持フレーム３４を天板３３の長軸方向に移動してもよい。

【0022】

コンソール装置４０は、操作者によるＸ線ＣＴ装置１の操作を受け付けるとともに、架台装置１０によって収集された検出データを用いてＣＴ画像データを再構成する装置である。コンソール装置４０は、メモリ４１と、ディスプレイ４２と、入力インターフェース４３と、処理回路４４とを有する。なお、ここでは、コンソール装置４０と架台装置１０とが別体である場合の例を説明するが、架台装置１０にコンソール装置４０又はコンソール装置４０の構成要素の一部が含まれていてもよい。

【0023】

メモリ４１は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。メモリ４１は、例えば、投影データやＣＴ画像データを記憶する。

【0024】

ディスプレイ４２は、各種の情報を表示する。例えば、ディスプレイ４２は、処理回路４４によって生成された医用画像（ＣＴ画像）や、操作者からの各種操作を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）等を出力する。例えば、ディスプレイ４２は、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイである。なお、例えば、ディスプレイ４２は、架台装置１０に設けられていてもよい。また、例えば、ディスプレイ４２は、デスクトップ型でもよいし、コンソール装置４０本体と無線通信可能なタブレット端末等で構成されていてもよい。

【0025】

入力インターフェース４３は、操作者からの各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路４４に出力する。例えば、入力インターフェース４３は、投影データを収集する際の収集条件や、ＣＴ画像データを再構成する際の再構成条件、ＣＴ画像から後処理画像を生成する際の画像処理条件等を操作者から受け付ける。例えば、入力インターフェース４３は、マウスやキーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック等により実現される。なお、例えば、入力インターフェース４３は、架台装置１０に設けられていてもよい。また、例えば、入力インターフェース４３は、コンソール装置４０本体と無線通信可能なタブレット端末等で構成されていてもよい。

【0026】

処理回路４４は、Ｘ線ＣＴ装置１全体の動作を制御する。例えば、処理回路４４は、システム制御機能４４１、前処理機能４４２、再構成処理機能４４３、及び画像処理機能４４４を実行する。

【0027】

システム制御機能４４１は、入力インターフェース４３を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、処理回路４４の各種機能を制御する。例えば、システム制御機能４４１は、Ｘ線ＣＴ装置１において実行されるＣＴスキャンを制御する。また、システム制御機能４４１は、前処理機能４４２、再構成処理機能４４３、及び画像処理機能４４４を制御することで、コンソール装置４０におけるＣＴ画像データの生成や表示を制御する。

【0028】

前処理機能４４２は、Ｘ線検出器１２のＤＡＳから出力された検出データに対して対数変換処理やオフセット補正処理、チャネル間の感度補正処理、ビームハードニング補正等の前処理を施した投影データを生成する。なお、前処理前のデータ（検出データ）及び前処理後のデータを総称して投影データと称する場合もある。

【0029】

再構成処理機能４４３は、前処理機能４４２にて生成された投影データに対して、フィルタ補正逆投影法や逐次近似再構成法等を用いた再構成処理を行ってＣＴ画像データ（再構成画像データ）を生成する。

【0030】

画像処理機能４４４は、入力インターフェース４３を介して操作者から受け付けた入力操作に基づいて、再構成処理機能４４３によって生成されたＣＴ画像データを公知の方法により、任意断面の断層像データや３次元画像データに変換する。なお、３次元画像データの生成は再構成処理機能４４３が直接行っても構わない。

【0031】

ここで、例えば、処理回路４４は、プロセッサにより実現される。この場合に、処理回路４４が有する各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態でメモリ４１に記憶される。そして、処理回路４４は、メモリ４１から各プログラムを読み出して実行することで、各プログラムに対応する機能を実現する。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路４４は、図１の処理回路４４内に示された各処理機能を有することとなる。

【0032】

なお、ここでは、単一の処理回路４４によって、上述した各処理機能が実現されるものとして説明したが、例えば、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路４４を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより各処理機能を実現するものとしても構わない。また、処理回路４４が有する各処理機能は、単一又は複数の処理回路に適宜に分散又は統合されて実現されてもよい。また、処理回路４４が有する各処理機能は、回路等のハードウェアとソフトウェアとの混合によって実現されても構わない。また、ここでは、単一のメモリ４１が各処理機能に対応するプログラムを記憶する場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、複数の記憶回路が分散して配置され、処理回路４４が、個別の記憶回路から対応するプログラムを読み出して実行する構成としても構わない。

【0033】

図２は、本実施形態に係るＸ線検出器１２の構成例を示す図である。

【0034】

例えば、図２に示すように、Ｘ線検出器１２は、全体として略円弧状に形成されており、当該円弧の中心がＸ線管１１の位置と一致するように、前述した回転フレーム１３に固定されている。

【0035】

ここで、Ｘ線検出器１２における円弧の周方向は、チャネル方向に一致している。また、Ｘ線検出器１２における円弧の軸方向は、列方向に一致している。また、Ｘ線検出器１２における円弧の径方向は、Ｘ線の照射方向に一致している。なお、以下の説明で参照する各図面では、チャネル方向を矢印Ｃで示し、列方向を矢印Ｒで示し、Ｘ線の照射方向を矢印Ｉで示している。

【0036】

例えば、Ｘ線検出器１２は、複数のＸ線検出器モジュール１２１と、コリメータ１２２と、第１の固定フレーム１２３と、第２の固定フレーム１２４と、第１の支持フレーム１２５と、第２の支持フレーム１２６と、遮光板１２７とを有する。

【0037】

Ｘ線検出器モジュール１２１は、それぞれ、Ｘ線検出アレイ１２１１と、支持部材１２１２と、ＤＡＳ１２１３とを有する。

【0038】

Ｘ線検出アレイ１２１１は、シンチレータアレイと、フォトダイオードアレイとを有する。シンチレータアレイは、チャネル方向及び列方向に配列された複数のシンチレータを有し、各シンチレータが、入射Ｘ線量に応じた光子量の光を出力するシンチレータ結晶を有する。フォトダイオードアレイは、チャネル方向及び列方向に配列された複数のフォトダイオードを検出素子として有する。ここで、フォトダイオードアレイに含まれるフォトダイオードは、それぞれ、シンチレータアレイに含まれるシンチレータと１対１で対応するように配置されており、対応するシンチレータから出力される光量に応じた電気信号をＤＡＳ１２１３に出力する。

【0039】

支持部材１２１２は、略直方体状に形成されており、Ｘ線管１１と対向して配置される面上にＸ線検出アレイ１２１１が固定され、当該Ｘ線検出アレイ１２１１を支持する。

【0040】

ＤＡＳ１２１３は、支持部材１２１２におけるＸ線検出アレイ１２１１とは反対側の面に、Ｘ線の照射方向に沿って延在するように取り付けられており、Ｘ線検出アレイ１２１１の各フォトダイオードから出力される電気信号に基づいて、検出データを生成する。

【0041】

コリメータ１２２は、チャネル方向及び列方向に沿って格子状に配列された複数のＸ線遮蔽板を有し、当該Ｘ線遮蔽板によって各Ｘ線検出器モジュール１２１のＸ線検出アレイ１２１１への散乱Ｘ線の入射を防護する。具体的には、コリメータ１２２は、チャネル方向に沿った略円弧状に形成され、各Ｘ線検出器モジュール１２１を覆うように配置されており、各Ｘ線遮蔽板が、各Ｘ線検出器モジュール１２１のＸ線検出アレイ１２１１に入射するＸ線から散乱線を除去する。

【0042】

ここで、本実施形態では、コリメータ１２２は、格子状に配列されたＸ線遮蔽板によって形成される複数のスリット（矩形状の貫通孔）のそれぞれが、一つのＸ線検出アレイ１２１１に含まれるシンチレータ及びフォトダイオードのチャネル方向に沿った一列ごとに配置されるように構成されている。

【0043】

第１の固定フレーム１２３及び第２の固定フレーム１２４は、コリメータ１２２の列方向における両端に固定されており、Ｘ線が入射する側とは反対側に、複数のＸ線検出器モジュール１２１がチャネル方向に並べて取り付けられる。ここで、第１の固定フレーム１２３及び第２の固定フレーム１２４は、各Ｘ線検出器モジュール１２１が単独で着脱可能となるように構成されている。

【0044】

第１の支持フレーム１２５及び第２の支持フレーム１２６は、コリメータ１２２及び固定フレームを支持する。具体的には、第１の支持フレーム１２５及び第２の支持フレーム１２６は、列方向に両側から第１の固定フレーム１２３、第２の固定フレーム１２４及びコリメータ１２２挟み込むように支持し、その状態で、架台装置１０の支持フレーム（図示は省略）に固定されている。

【0045】

遮光板１２７は、各Ｘ線検出器モジュール１２１のＸ線検出アレイ１２１１に入射する光を抑制する。例えば、遮光板１２７は、光を抑制することが可能な材料を用いて薄い板状に形成された部材であり、コリメータ１２２の全体を覆うように、第１の支持フレーム１２５及び第２の支持フレーム１２６に取り付けられている。

【0046】

図３は、本実施形態に係るＸ線検出器モジュール１２１の構成例を示す図である。

【0047】

例えば、図３に示すように、Ｘ線検出器モジュール１２１に含まれるＸ線検出アレイ１２１１は、シンチレータアレイ１２１１１と、フォトダイオードアレイ１２１１２とを有する。

【0048】

シンチレータアレイ１２１１１は、フォトダイオードアレイ１２１１２に含まれる複数のフォトダイオードのＸ線入射側に配置され、チャネル方向及び列方向に配列された複数のシンチレータを有する。ここで、シンチレータアレイ１２１１１は、シンチレータ間の光のクロストークを防ぐための隔壁を介して並べられた複数のシンチレータを含む。

【0049】

フォトダイオードアレイ１２１１２は、チャネル方向及び列方向に配列された複数のフォトダイオードを検出素子として有する。ここで、前述したように、フォトダイオードアレイ１２１１２に含まれるフォトダイオードは、それぞれ、シンチレータアレイに含まれるシンチレータと１対１で対応するように配置されている。

【0050】

以上、Ｘ線ＣＴ装置１及びＸ線検出器１２の構成について説明した。このような構成のもと、本実施形態では、広カバレッジのＸ線検出器１２を実現するために、各Ｘ線検出器モジュール１２１のフォトダイオードアレイ１２１１２が、複数のフォトダイオードを有するチップ５０を列方向に複数並べて配列することによって構成されている。

【0051】

ここで、チップ５０は、二次元方向に配列された複数のフォトダイオードと、各フォトダイオードから出力される電気信号をデジタル信号に変換するＡＤＣ（Analog to Digital Converter）を有する。

【0052】

このように、複数のフォトダイオードを有するチップを複数並べて配列することによってフォトダイオードアレイを構成する技術として、例えば、４ｓｉｄｅタイラブル検出器や３ｓｉｄｅタイラブル検出器をチップとして用いる方法がある。

【0053】

図４～７は、本実施形態に係る比較例である４ｓｉｄｅタイラブル検出器及び３ｓｉｄｅタイラブル検出器をチップとして用いる場合の例を示す図である。

【0054】

例えば、図４に示すように、４ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ａは、Ｘ線が入射する入射面の全体にわたって二次元方向に複数のフォトダイオード５１ａが配列され、フォトダイオードが配列された基板の裏側にＡＤＣ（図示は省略）が設けられた構成を有する。

【0055】

そして、例えば、図５の左側に示すように、４ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ａを用いる場合には、複数の４ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ａを列方向に並べて配列することによって、Ｘ線検出器のフォトダイオードアレイが実現される。この場合には、例えば、図５の右側に示すように、フォトダイオードアレイ上に配置される範囲の全体にわたって複数のシンチレータが隔壁（太い実線で示す）を介して並べられたシンチレータアレイ６０ａが用いられる。

【0056】

ここで、４ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ａは、入射面の全体にわたってフォトダイオード５１ａが配列されているため、複数の４ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ａを連続して並べることによって、フォトダイオード５１ａを広い範囲に切れ目なく配置することができる。このため、４ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ａは、広カバレッジのＸ線検出器１２を実現するために有効である。

【0057】

しかしながら、４ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ａを用いる場合には、一般的に、Ｘ線検出器１２のコストが高くなる。例えば、４ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ａでは、フォトダイオード５１ａが配列された基板の裏側にＡＤＣが設けられるため、ＴＳＶ（Through Silicon Via）等を介してフォトダイオード５１ａとＡＤＣとを垂直方向に接続する必要があり、製造にかかるコストが高くなる。また、セラミック基板をインターポーザーとして裏面にＡＤＣを接続する方法もあるが、アナログ配線が長くなるため性能が悪くなることや、フォトダイオード５１ａをＢＩＰ（Backside Illuminated Photodiode）接続する必要がある制約等から実装が難しく、製造にかかるコストが高くなる。

【0058】

一方、例えば、図６に示すように、３ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ｂは、二次元方向に複数のフォトダイオード５１ｂが配列され、当該複数のフォトダイオード５１ｂが配列された基板と同内平面上の一辺にＡＤＣ５２ｂが設けられた構成を有する。これにより、３ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ｂは、矩形状の四つの辺のうちの三辺に複数のフォトダイオード５１ｂが配置され、一辺にＡＤＣ５２ｂが配置された構成となっている。

【0059】

そして、例えば、図７の左側に示すように、３ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ｂを用いる場合には、二つの３ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ｂを列方向に並べて配列することによって、Ｘ線検出器のフォトダイオードアレイが実現される。この場合には、例えば、図７の右側に示すように、フォトダイオードアレイ上に配置される範囲のみに複数のシンチレータが隔壁（太い実線で示す）を介して並べられたシンチレータアレイ６０ｂが用いられる。

【0060】

ここで、３ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ｂは、フォトダイオード５１ｂとＡＤＣ５２ｂとをＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）プロセスによって同一シリコン面内で形成することができるため、４ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ａを用いる場合と比べて、性能が良いＸ線検出器を低コストで実現することができる。

【0061】

しかしながら、３ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ｂは、フォトダイオード５１ｂとＡＤＣ５２ｂとが同一平面上に配置されているため、フォトダイオード５１ｂを切れ目なく配置するためには、ＡＤＣ５２ｂが設けられている辺の対辺同士が隣接するように並べられることになる。そのため、３ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ｂを用いる場合には、二つの３ｓｉｄｅタイラブル検出器５０ｂだけでＸ線検出器のフォトダイオードアレイを実現することになり、広カバレッジのＸ線検出器１２を実現することが難しい。

【0062】

このようなことから、本実施形態では、広カバレッジのＸ線検出器１２を低コストで実現することができるようにしている。

【0063】

具体的には、本実施形態では、Ｘ線検出器１２は、二次元方向に複数のフォトダイオードが配列され、当該フォトダイオードが配列される平面と同一平面上の一部にＡＤＣが設けられたチップ５０を備える。

【0064】

ここで、本実施形態では、チップ５０として、二次元方向に複数のフォトダイオードが配列され、フォトダイオードが配列された基板と同一平面上の一辺にＡＤＣが設けられた３ｓｉｄｅタイラブル検出器が用いられる。

【0065】

図８は、本実施形態に係るＸ線検出器モジュール１２１に含まれるシンチレータアレイ１２１１１及びフォトダイオードアレイ１２１１２の一例を示す図である。

【0066】

例えば、図８の左側に示すように、本実施形態では、Ｘ線検出器モジュール１２１に含まれるフォトダイオードアレイ１２１１２が、３ｓｉｄｅタイラブル検出器であるチップ５０を列方向に複数配列することによって構成されている。具体的には、チップ５０は、二次元方向に複数のフォトダイオード５１が配列され、当該複数のフォトダイオード５１が配列された基板と同内平面上の一辺にＡＤＣ５２が設けられた構成を有する。

【0067】

例えば、列方向に四つのチップ５０が配列されることによって、フォトダイオードアレイ１２１１２が構成される。ここで、列方向における内側に配置される二つのチップ５０は、ＡＤＣ５２が設けられている辺の対辺同士が隣接するように並べて配置される。また、列方向における外側に配置される二つのチップ５０は、それぞれ、ＡＤＣ５２が設けられている辺の対辺と、内側に配置されたチップ５０におけるＡＤＣ５２が設けられている辺とが隣接するように並べて配置される。

【0068】

このように、３ｓｉｄｅタイラブル検出器であるチップ５０を列方向に複数配列した場合には、複数のフォトダイオード５１とＡＤＣ５２とが列方向に交互に配置されることになる。この結果、Ｘ線検出器１２は、感度領域と不感領域とが周期的に出現するような面検出器の構造となる。

【0069】

ここで、ＡＤＣ５２は、Ｘ線が入射すると劣化が懸念されるため、Ｘ線からの防護が必要な素子である。そこで、本実施形態では、Ｘ線検出器１２が、ＡＤＣ５２のＸ線入射側に設けられたＸ線防護シールドを備える。

【0070】

例えば、図８の右側に示すように、Ｘ線検出器モジュール１２１に含まれるシンチレータアレイ１２１１１が、隔壁を介さずに並べられた複数のシンチレータをさらに含み、当該複数のシンチレータによって、Ｘ線防護シールド７０が構成される。

【0071】

図９及び１０は、本実施形態に係るＸ線防護シールド７０の一例を説明するための図である。

【0072】

ここで、本実施形態では、ＡＤＣ５２は、シンチレータアレイ１２１１１に含まれる隔壁の配置間隔より大きく、コリメータ１２２に含まれるＸ線遮蔽板の厚さより大きいこととする。また、前述したように、本実施形態では、コリメータ１２２は、格子状に配列されたＸ線遮蔽板によって形成される複数のスリットのそれぞれが、一つのＸ線検出アレイ１２１１に含まれるシンチレータ及びフォトダイオードのチャネル方向に沿った一列ごとに配置されるように構成されている。

【0073】

このような場合に、例えば、図９に示すように、仮に、ＡＤＣ５２のＸ線入射側に配置された複数のシンチレータが隔壁（太い実線で示す）を介して並べられていたとすると、コリメータ１２２のスリットを通り抜けたＸ線（矢印線で示す）が、シンチレータ間の隔壁を通って、基板５３上に配置されたＡＤＣ５２に入射することになる。

【0074】

これに対し、例えば、図１０に示すように、本実施形態では、ＡＤＣ５２のＸ線入射側に、隔壁を介さずに並べられた複数のシンチレータが配置され、当該複数のシンチレータによってＸ線防護シールド７０が構成される。すなわち、本実施形態では、ＡＤＣ５２のＸ線入射側に、互いに密着して並べられた複数のシンチレータが配置される。これにより、コリメータ１２２のスリットを通り抜けたＸ線（矢印線で示す）は、ＡＤＣ５２のＸ線入射側に配置された複数のシンチレータによって減衰し、ＡＤＣ５２に入射しないようになる。

【0075】

さらに、本実施形態では、前処理機能４４２が、ＡＤＣ５２が配列された位置に対応するデータを生成する。ここで、前処理機能４４２は、生成部の一例である。

【0076】

例えば、前処理機能４４２は、各Ｘ線検出器モジュール１２１のＤＡＳ１２１３から出力された検出データに基づいて、線形補間や重み付け補間等の補間処理によって、ＡＤＣ５２が配列された位置に対応するデータを生成することで、ＡＤＣ５２が配列された位置に対応するデータが補間された投影データを生成する。

【0077】

または、例えば、前処理機能４４２は、ディープラーニング等の機械学習によって作成された学習済みモデルを用いて、ＡＤＣ５２が配列された位置に対応するデータが補間された投影データを生成してもよい。この場合に、例えば、学習済みモデルは、予め、本実施形態に係るＸ線検出器１２を用いて被検体から収集された検出データと、複数のフォトダイオードが切れ目なく配置されたＸ線検出器を用いて同じ被検体から収集された投影データと学習用データとした機械学習によって作成されて、メモリ４１に記憶される。ここで、例えば、学習済みモデルは、各Ｘ線検出器モジュール１２１のＤＡＳ１２１３から出力された検出データを入力して、ＡＤＣ５２が配列された位置に対応するデータが補間された投影データを出力するモデルとなる。

【0078】

上述したように、本実施形態では、Ｘ線検出器１２が、二次元方向に複数のフォトダイオードが配列され、当該フォトダイオードが配列される平面と同一平面上の一部にＸ線からの防護が必要なＡＤＣ５２が設けられたチップ５０を備える。また、Ｘ線検出器１２は、ＡＤＣ５２のＸ線入射側に設けられたＸ線防護シールド７０を備える。また、Ｘ線ＣＴ装置１は、ＡＤＣ５２が配列された位置に対応するデータを生成する前処理機能４４２を備える。

【0079】

このような構成によれば、３ｓｉｄｅタイラブル検出器のようなコストが安い検出器をチップ５０として用いて、Ｘ線検出器１２を構成することができる。したがって、本実施形態によれば、広カバレッジのＸ線検出器１２を低コストで実現することができる。

【0080】

（変形例）
なお、上述した実施形態は、適宜に変形して実施することも可能である。

【0081】

例えば、上述した実施形態では、チップ５０として、３ｓｉｄｅタイラブル検出器が用いられる場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、フォトダイオードが配列された基板と同一平面上であって、フォトダイオードの間にＡＤＣが設けられた検出器が用いられてもよい。

【0082】

すなわち、二次元方向に複数のフォトダイオードが配列され、当該フォトダイオードが配列される平面と同一平面上の一部にＡＤＣが設けられた検出器であれば、各種の検出器をチップ５０として用いることができる。このような検出器は、フォトダイオードとＡＤＣとをＣＭＯＳプロセスによって同一シリコン面内で形成することができるため、４ｓｉｄｅタイラブル検出器のようにフォトダイオードが配列された基板の裏側にＡＤＣが設けられる検出器と比べて、性能が良いＸ線検出器を低コストで実現することができる。

【0083】

また、上述した実施形態では、複数のチップ５０を列方向に複数並べて配列することによってＸ線検出器モジュール１２１のフォトダイオードアレイ１２１１２が構成される場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、列方向に並べられたチップ５０の列がさらにチャネル方向に複数並べられてもよい。これにより、Ｘ線検出器１２のカバレッジを列方向に広げるだけでなく、チャネル方向にも広げることができる。

【0084】

また、上述した実施形態では、複数のフォトダイオード５１とＡＤＣ５２とが列方向に交互に配置されるように複数のチップ５０が並べられる場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、ＡＤＣ５２がチャネル方向の一端側でチャネル方向に連続して一列に並ぶように、複数のチップ５０が並べられてもよい。または、例えば、チャネル方向に沿って配置されたＡＤＣ５２と、列方向に沿って配置されたＡＤＣ５２とが交互に並ぶように、複数のチップ５０が並べられてもよい。

【0085】

また、例えば、上述した実施形態では、隔壁を介さずに並べられた複数のシンチレータによってＸ線防護シールド７０が構成される場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。

【0086】

例えば、Ｘ線防護シールド７０は、シンチレータアレイ１２１１１の一部に設けられた遮蔽材によって構成されてもよい。

【0087】

図１１は、本実施形態の変形例に係るＸ線防護シールド７０の一例を説明するための図である。

【0088】

例えば、図１１に示すように、シンチレータアレイ１２１１１において、ＡＤＣ５２のＸ線入射側に配置されるシンチレータの一部を切削し、その部分に鉛等の遮蔽材を配置することによって、Ｘ線防護シールド７０が構成される。

【0089】

または、例えば、ＡＤＣ５２のＸ線入射側に配置されるシンチレータの一部を切削するのではなく、当該シンチレータを全て取り除き、その位置に遮蔽材を配置することによって、Ｘ線防護シールド７０が構成されてもよい。

【0090】

または、例えば、ＡＤＣ５２のＸ線入射側に配置されるシンチレータは残したまま、当該シンチレータのＸ線入射側の表面、又は、当該シンチレータとＡＤＣ５２との間に遮蔽材を配置することによって、Ｘ線防護シールド７０が構成されてもよい。

【0091】

また、例えば、Ｘ線防護シールド７０は、コリメータ１２２の一部に設けられた遮蔽材によって構成されてもよい。

【0092】

図１２は、本実施形態の変形例に係るＸ線防護シールド７０の一例を説明するための図である。

【0093】

例えば、図１２に示すように、コリメータ１２２において、ＡＤＣ５２のＸ線入射側に位置するスリット内に鉛等の遮蔽材を配置することによって、Ｘ線防護シールド７０が構成される。

【0094】

また、上述した実施形態では、チップ５０に設けられる素子がＡＤＣ５２である場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、チップ５０に設けられる素子は、ＡＦＥ（Analog Front End）、増幅回路、積分回路、スイッチアレイチップ等であってもよい。

【0095】

さらに、例えば、チップ５０に設けられる素子は、ボンディングパッドでもよい。

【0096】

図１３は、本実施形態の変形例に係る素子の一例を示す図である。

【0097】

例えば、図１３に示すように、チップ５０において、複数のフォトダイオード５１が配列される平面と同一平面上にボンディングパッド５４が設けられる。この場合には、例えば、ＡＤＣ５２は、チップ５０の基板５３の裏側に設けられ、ボンディングパッド５４を介して、ワイヤボンディングによってフォトダイオード５１と接続される。または、ＡＤＣ５２は、ＤＡＳ１２１３に設けられ、チップ５０の基板５３とＤＡＳ１２１３との間に設けられたコネクタ及びボンディングパッド５４を介して、フォトダイオード５１と接続されてもよい。

【0098】

なお、チップ５０に設けられる素子がボンディングパッドである場合、これらの素子はＸ線からの防護は不要であるため、Ｘ線防護シールド７０は設けられなくてもよい。

【0099】

また、上述した実施形態では、前処理機能４４２が、ＡＤＣ５２が配列された位置に対応するデータを生成する場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、架台装置１０に含まれる制御装置１５や、コンソール装置４０に含まれる処理回路４４の再構成処理機能４４３が、ＡＤＣ５２が配列された位置に対応するデータを生成してもよい。この場合に、制御装置１５又は再構成処理機能４４３は、生成部の一例である。

【0100】

また、上述した実施形態では、前処理機能４４２が、機械学習によって作成された学習済みモデルを用いて、ＡＤＣ５２が配列された位置に対応するデータが補間された投影データを生成する場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、再構成処理機能４４３が、ＡＤＣ５２が配列された位置に対応するデータを生成する場合には、機械学習によって作成された学習済みモデルを用いて、ＡＤＣ５２が配列された位置に対応するデータが補間されたＣＴ画像データを生成してもよい。この場合に、例えば、学習済みモデルは、予め、本実施形態に係るＸ線検出器１２を用いて収集されたＣＴ画像データと、複数のフォトダイオードが切れ目なく配置されたＸ線検出器を用いて同じ被検体から収集されたＣＴ画像データと学習用データとした機械学習によって作成されて、メモリ４１に記憶される。ここで、例えば、学習済みモデルは、本実施形態に係るＸ線検出器１２を用いて収集された投影データから再構成されたＣＴ画像を入力して、ＡＤＣ５２が配列された位置に対応するデータが補間されたＣＴ画像データを出力するモデルとなる。

【0101】

また、上述した実施形態では、本願が開示する放射線検出器及び放射線診断装置の構成をＸ線検出器及びＸ線ＣＴ装置に適用した場合の例を説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、本願が開示する放射線検出器及び放射線診断装置の構成は、γ線検出器及びＰＥＴ装置等のように、他の放射線検出器及び放射線診断装置にも同様に適用することが可能である。

【0102】

なお、上述した説明で用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、或いは、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、及びフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサが例えばＣＰＵである場合、プロセッサは、記憶回路に保存されたプログラムを読み出して実行することで、機能を実現する。一方、プロセッサが例えばＡＳＩＣである場合、記憶回路にプログラムを保存する代わりに、当該機能がプロセッサの回路内に論理回路として直接組まれる。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて一つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。さらに、図１における複数の構成要素を一つのプロセッサへ統合してその機能を実現するようにしてもよい。

【0103】

また、上述した実施形態及び変形例において、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散又は統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散又は統合して構成することができる。更に、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、ＣＰＵ及び当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。

【0104】

また、上述した実施形態及び変形例において説明した各処理のうち、自動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を手動的に行なうこともでき、或いは、手動的に行なわれるものとして説明した処理の全部又は一部を公知の方法で自動的に行なうこともできる。この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。

【0105】

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、広カバレッジの放射線検出器を低コストで実現することができる。

【0106】

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、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせ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同様に、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ものである。

【符号の説明】

【0107】

１ Ｘ線ＣＴ装置
１２ Ｘ線検出器
１２１１１ シンチレータアレイ
１２２ コリメータ
４４ 処理回路
４４２ 前処理機能
５０ チップ
５１ フォトダイオード
５２ ＡＤＣ
７０ Ｘ線防護シールド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】