(57)【要約】【課題】ＣＴ装置について、冷却装置を簡易なものとしても、周囲温度変化にかかわらず高画質な断層像を長時間にわたって得ることを可能とする。【解決手段】被検体を透過した放射線を検出する検出装置を備えるとともに、検出装置への入射放射線を制限するコリメータを備えたＣＴ装置について、ポストコリメータ６の検出装置側の端面６ｆと検出装置７における検出器ホルダ２２のコリメータ側の端面２２ｆの間に、ポストコリメータと検出装置を熱伝導的に分離する分離空隙３１を設け、かつその分離空隙を密閉状態にしている。【選択図】図３
2006343172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を透過した放射線を検出する検出装置を備えるとともに、前記検出装置への入射放射線を制限するコリメータを備えたコンピュータ断層撮影装置において、
前記コリメータの前記検出装置側の端面と前記検出装置の前記コリメータ側の端面の間に、前記コリメータと前記検出装置を熱伝導的に分離する分離空隙が設けられ、かつ前記分離空隙が密閉状態にされていることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項２】
前記分離空隙に向き合う前記検出装置の端面が断熱性被覆で覆われている請求項１に記載のコンピュータ断層撮影装置。
【請求項３】
被検体を透過した放射線を検出する検出装置を備えるとともに、前記検出装置への入射放射線を制限するコリメータを備えたコンピュータ断層撮影装置において、
前記検出装置を断熱性被覆で覆うことにより、前記検出装置の周囲に冷却用空隙が形成されていることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【請求項４】
被検体を透過した放射線を検出する検出装置を備えるとともに、前記検出装置への入射放射線を制限するコリメータを備えたコンピュータ断層撮影装置において、
前記コリメータの前記検出装置側の端面と前記検出装置の前記コリメータ側の端面の間に、前記コリメータと前記検出装置を熱伝導的に分離する分離空隙が設けられ、かつ前記分離空隙が密閉状態にされており、また前記検出装置を断熱性被覆で覆うことにより、前記検出装置の周囲に冷却用空隙が形成されていることを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンピュータ断層撮影装置に係り、特に産業用として高エネルギな放射線が用いられる場合に好適なコンピュータ断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にコンピュータ断層撮影装置（ＣＴ装置）では、Ｘ線管や線形加速器などの放射線源（線源）から照射して被検体を透過させた放射線を、線状または面状に配列された複数の検出器で検出し、各検出器の出力データから画像再構成により被検体の断層像を得るようになっている。こうしたＣＴ装置には、線源から直線的に被検体を透過する放射線以外に、被検体で散乱された散乱線などとして様々な方向から放射線が検出器に入射するという現象が起こる。
【０００３】
不特定方向放射線の入射現象があると得られる断層像の画質が低下する。そこでＣＴ装置では、検出器に入射する放射線を制限するためのコリメータを設けるのが一般的である。コリメータには、プリコリメータとポストコリメータがある。プリコリメータは、線源の近傍に設けられ、線源から放射状に発生する放射線の照射範囲を所望の範囲に制限することで、ＣＴ装置外への漏洩放射線を減少させるのに機能する。一方、ポストコリメータは、検出器の直前に設けられ、検出器から線源を見込む立体角を小さくすることにより、被検体などによる散乱放射線が検出器に入射するのを防止したり、線源の真の焦点以外の部分から出る放射線を遮蔽したりして検出器への入射放射線を制限するのに機能する。すなわち、不特定方向放射線の入射を防止して画質を向上させることについては、ポストコリメータが主に働いている。
【０００４】
こうしたポストコリメータは、例えば長さ数十ｃｍ、幅１ｍｍ以下といった微細なサイズで貫通状態にして形成されたスリットが各検出器へ向けての放射線通過用として検出器の配列に対応させた配列で複数設けられた構造とされている。このためポストコリメータは、検出器、より具体的には複数の検出器を所定の配列状態にして保持している検出器ホルダに対して０．１ｍｍオーダーの精度で正確に位置合わせをする必要がある。こうしたことから、ポストコリメータを検出器ホルダと一体化させるか、あるいは何らかの手段でポストコリメータと検出器ホルダを互いに押し付ける状態に接続させるのが一般的である。
【０００５】
以上のようにＣＴ装置では、断層像の画質にコリメータが関与しているが、断層像の画質については検出器の漏洩電流の問題もある。例えばＸ線ＣＴ装置では、検出器としてシンチレータとフォトダイオードを組み合わせた検出器やフォトダイオード単体による検出器を用いるのが一般的である。シンチレータとフォトダイオードを組み合わせた検出器では、シンチレータによりＸ線を可視光ないしそれに近い波長の光に変換し、その光をフォトダイオードで電荷に変換して信号として取り出す。一方、フォトダイオード単体による検出器では、フォトダイオードに入射したＸ線を直接電荷に変換して信号として取り出す。フォトダイオードとしては、シリコンフォトダイオードを用いるのが一般的であるが、シリコンフォトダイオード以外が用いられることもある。ただ、シリコンフォトダイオード以外のフォトダイオード単体による検出器でもシリコンフォトダイオードの場合と同様に入射したＸ線を直接電荷に変換して信号として取り出す。
【０００６】
こうした検出器は、無バイアスか数十ボルトの逆バイアスを印加して用いるのが通常で、いずれの場合でもＸ線が全く入射していない状態においても理想的に電流がゼロとはなっておらず、数ｐＡから数ｎＡの漏洩電流が流れる。漏洩電流は電子のポアソン統計に基づく時間的揺らぎを持っており、これが画質の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）を悪化させる要因の一つとなる。また漏洩電流は、フォトダイオードに印加するバイアスやフォトダイオードの温度状態に依存して変化し、この変化も画質を悪化させる一因となっている。このため漏洩電流をできるだけ小さくすることが望まれる。
【０００７】
漏洩電流に起因する画質悪化の代表的な例として、第３世代方式で撮影したＸ線ＣＴ画像におけるリングアーチファクト（同心円状の虚像）がある。Ｘ線ＣＴ画像の撮影方法には、歴史的な開発経緯から第１世代、第２世代および第３世代の各方式があり、産業用Ｘ線ＣＴ装置で用いられているのは主に第２世代方式と第３世代方式である。第３世代方式は、被検体を１回転させている間に１断層分の透過データを取得する方式で、各方式の内で撮像時間が最も短くて済むという利点がある一方で、各検出器のＸ線感度の個体差に起因してリングアーチファクトが画像に現れやすいという欠点がある。このリングアーチファクトについては、各検出器の個体差を補正する係数を実験的に求めてリングアーチファクトが現れないように調整するという手法で対処するのが通常である。しかしこの対処法であると、時間の経過にともなって検出器の温度が変化し、それにより漏洩電流が変化して補正の効果が薄れた場合にリングアーチファクトが現れやすくなるという問題を避け難い。
【０００８】
こうした検出器の温度変化によるリングアーチファクト問題を解決するためによく用いられるのは、検出器の温度を温度調整機構により一定に保つ方法である。漏洩電流の絶対値とその変化量は温度が低いほど小さくなることが理論的に知られているため、検出器の温度を室温よりも低めで一定に保つようにすることでリングアーチファクト問題を効果的に避けることができる。なおこの場合、検出器ホルダごと冷却して検出器を一定の低い温度に保つのが一般的である。
【０００９】
以上のようなＣＴ装置については、例えば特許文献１〜特許文献５に開示の例が知られている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−１３０８１９号公報
【特許文献２】特開平１１−３０４９２９号公報
【特許文献３】特開２００２−３４９６８号公報
【特許文献４】特開平１１−２７１４５６号公報
【特許文献５】特開２００１−１５３９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、ＣＴ装置には検出器における温度状態に依存した漏洩電流に起因するリングアーチファクト問題があり、温度調整機構により検出器の温度を一定に保つ方法でそれに対処するようにしている。
【００１２】
ここで、従来のＣＴ装置では、上述のように、ポストコリメータを検出器ホルダと一体化さたり、あるいは何らかの手段でポストコリメータと検出器ホルダを互いに押し付ける状態に接続させたりしている。このため、熱容量の大きなポストコリメータからの熱伝導による検出器への熱の流入が大きく、検出器を冷却して一定の低い温度に保つには冷却能力の大きな冷却装置が必要となる。例えばＸ線ＣＴ装置の場合、その外部に設置した冷却機で冷却した冷却水を検出器ホルダ内に循環させるなどの冷却構造とする必要があって冷却装置が大型化してその設置に大きな面積を必要とし、また冷却装置が高価になり、さらに冷却装置の定期的な保守点検を必要とするなど様々な問題をもたらす。
【００１３】
こうした問題は、産業用のＸ線ＣＴ装置で特に大きくなる。すなわち産業用のＸ線ＣＴ装置では放射線のエネルギが大きく、それにともなってポストコリメータも大きくなる。その結果、ポストコリメータの熱容量も大きくなってポストコリメータから検出器への熱の流入量も大きくなり、冷却装置がさらに大型化することになる。また高エネルギの放射線を発生する線源は直流駆動となり、それにともなって漏洩電流が大きくなり、漏洩電流の影響を受けやすくなる。さらに産業用のＸ線ＣＴ装置では、非常に高い画質の断層像を要求される場合も少なくなく、そのような要求に応えるにも冷却装置の大型化が避けられない。
【００１４】
以上のような事情からＣＴ装置、特に産業用のＣＴ装置については、簡易な冷却装置でも検出器を一定の低い温度に保つことを可能とする構造が強く望まれている。本発明は、このような要求に応えるためになされたものであり、冷却装置を簡易なものとしても、周囲温度変化にかかわらず高画質な断層像を長時間にわたって得ることを可能とするＣＴ装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的のために本発明では、被検体を透過した放射線を検出する検出装置を備えるとともに、前記検出装置への入射放射線を制限するコリメータを備えたコンピュータ断層撮影装置において、前記コリメータの前記検出装置側の端面と前記検出装置の前記コリメータ側の端面の間に、前記コリメータと前記検出装置を熱伝導的に分離する分離空隙が設けられ、かつ前記分離空隙が密閉状態にされていることを特徴としている。
【００１６】
また本発明では、上記のようなコンピュータ断層撮影装置について、前記分離空隙に向き合う前記検出装置の端面を断熱性被覆で覆うようにしている。
【００１７】
また本発明では上記目的のために、被検体を透過した放射線を検出する検出装置を備えるとともに、前記検出装置への入射放射線を制限するコリメータを備えたコンピュータ断層撮影装置において、前記検出装置を断熱性被覆で覆うことにより、前記検出装置の周囲に冷却用空隙が形成されていることを特徴としている。
【００１８】
また本発明では上記目的のために、被検体を透過した放射線を検出する検出装置を備えるとともに、前記検出装置への入射放射線を制限するコリメータを備えたコンピュータ断層撮影装置において、前記コリメータの前記検出装置側の端面と前記検出装置の前記コリメータ側の端面の間に、前記コリメータと前記検出装置を熱伝導的に分離する分離空隙が設けられ、かつ前記分離空隙が密閉状態にされており、また前記検出装置を断熱性被覆で覆うことにより、前記検出装置の周囲に冷却用空隙が形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では、コリメータと検出装置の間に、両者を熱伝導的に分離する分離空隙を設け、かつこの分離空隙を密閉状態にするようにしている。このため本発明によれば、熱容量の大きなコリメータによる熱的影響が検出装置に及ぶのを効果的に防ぐことができ、その結果、検出装置の温度を保つのが容易となり、冷却装置として簡易なものを用いても検出装置を高い精度で一定温度に保つことが可能となり、周囲温度変化にかかわらず高画質な断層像を長時間にわたって得ることを可能となる。
【００２０】
また本発明では、検出装置を断熱性被覆で覆うことにより、検出装置の周囲に冷却用空隙を形成するようにしている。その冷却用空隙は、冷却装置による検出装置の冷却をより効率的かつ均一的に行うのに機能する。このため本発明によれば、検出装置の冷却をより効率的かつ均一的に行うことができ、冷却装置として簡易なものを用いても検出装置を高い精度で一定温度に保つことが可能となり、周囲温度変化にかかわらず高画質な断層像を長時間にわたって得ることを可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１〜図４に一実施形態によるＣＴ装置であるＸ線ＣＴ装置の構成を模式化して示す。図１は、平面方向から見た構成を示し、図２は正面方向から見た構成を示している。図３と図４は、Ｘ線ＣＴ装置の主要部を拡大して示しており、図３は、主要部を縦方向の断面にして示しており、図４は、図３中の一点鎖線に沿った断面を示している。これらの図に見られるように、本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、Ｘ線源１を有するＸ線源装置２、プリコリメータ３、回転テーブル４、並進装置５、ポストコリメータ６、検出装置７、回転テーブル上下装置８、Ｘ線源制御装置９、駆動機構制御装置１０、検出回路１１、計算機１２、入力装置１３、および表示装置１４を備えている。
【００２２】
Ｘ線源装置２は、そのＸ線源１でＸ線を発生させて放射する。Ｘ線源装置２におけるＸ線の放射とその停止はＸ線源制御装置９により制御される。Ｘ線源装置２のＸ線源１としては例えばＸ線管や電子線形加速器などが用いられる。
【００２３】
プリコリメータ３は、Ｘ線源装置２の直後に設けられており、Ｘ線源１から放射状に発生するＸ線の照射範囲を所望の範囲、この例ではファンビーム状（扇形状）に制限する機能を負っている。そのためにプリコリメータ３は、鉛やタングステンなどのＸ線の遮蔽能力の高い材質の材料で作られており、Ｘ線をファンビーム状にするための窓を有している。
【００２４】
検出装置７は、一列に配列した状態の複数の検出器２１を検出器ホルダ２２に保持させ、さらに検出器ホルダ２２を保護ケース２３（図３）で支持した構成とされている。この検出装置７は、その周囲を断熱性被覆２４で覆われ、また冷却装置２５で冷却することで検出器２１を一定の低い温度に保てるようにされている。各検出器２１は、図１に示すように、Ｘ線源１に対して所定の角度ピッチで配列されている。検出器２１としては、シンチレータとフォトダイオードを組み合わせた検出器、あるいはＳｉ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＨｇＩ２、ＧａＡｓなどによる半導体検出器が用いられる。検出器ホルダ２２は、加工の容易さから銅、真ちゅう、ステンレスなどの金属で作られることが多いが、プラスチックやセラミックなどの非金属材で作られることもある。保護ケース２３は、検出器ホルダ２２のポストコリメータ６側の端面（放射線が検出器２１に入射する面）２２ｆ（図２、図３）だけを露出させる状態で検出器ホルダ２２を支持する構造に形成されている。断熱性被覆２４は、検出器ホルダ２２や保護ケース２３を形成する金属材に比べて熱伝導率が格段に小さな材料、例えば硬質樹脂材などで形成されており、検出装置７との間、より具体的には検出器ホルダ２２や保護ケース２３との間で適切な幅の冷却用空隙２６を形成する状態で検出装置７を覆うような構造とされている。
【００２５】
このようにして検出装置７の周囲に冷却用空隙２６を形成する構成は本発明の特徴の一つで、その冷却用空隙２６は、検出器ホルダ２２に保持されている複数の検出器２１の冷却装置２５による冷却をより効率的かつ均一的に行うのに機能する。すなわち冷却装置２５により冷却されて一定の温度に保たれている冷却用空隙２６の空気が保護ケース２３や検出器ホルダ２２通じて複数の検出器２１を均一に冷却し、これにより冷却をより効率的かつ均一的に行うことができる。このため、例えばペルチェ効果を利用した電子冷却装置や空冷装置などのような簡易なものを冷却装置２５に用いても検出器２１を高い精度で一定温度に保つことが可能となり、周囲温度変化にかかわらずリングアーチファクトのない高画質な断層像を長時間にわたって得ることを可能となる。このことは、後述する検出装置７とポストコリメータ６の分離構造と相まつことで、より効果的になる。
【００２６】
ここで、図３に示すように、検出器２１には信号用などのケーブルＣが接続されることになる。このため保護ケース２３や断熱性被覆２４には適宜にケーブル導出用孔を形成し、そのケーブル導出用孔を介してケーブルＣを外部に取り出すようにする。
【００２７】
ポストコリメータ６は、検出装置７に近接して設けられており、回転テーブル４上の被検体Ｍなどによる散乱放射線が検出器２１に入射するのを防止したり、Ｘ線源１の焦点以外の部分から出るＸ線を遮蔽したりする機能を負っている。そのためポストコリメータ６は、鉛やタングステンなどのＸ線の遮蔽能力の高い材質の材料で作られており、検出装置７における検出器２１の配列に対応させた配列で検出器２１の数だけ放射線通過用のスリット２７が設けられている。各スリット２７は、長さ数十ｃｍ、幅１ｍｍ以下の微細なものとして形成され、それぞれがＸ線源１の方向を向くようにされることで検出器２１に入射するＸ線の方向を決定するようにされている。
【００２８】
回転テーブル４は、これに載せた被検体Ｍの撮影中に必要な回転動を被検体Ｍに行わせる機能を負っており、並進装置５により並進動も行い、また回転テーブル上下装置８により並進装置５を上下動させるのを通じて上下動も行うようにされている。回転テーブル上下装置８は、上下方向に延びて並進装置５のテーブルと噛み合うようにされた４本の回転ネジ２８を有しており、これらの回転ネジ２８をモータで回転させることで並進装置５に上下動を行わせるようにされている。
【００２９】
これら回転テーブル４、並進装置５および回転テーブル上下装置８の各駆動機構は、駆動機構制御装置１０から出力される制御信号によって駆動が制御される。駆動機構制御装置１０は、回転テーブル４が回転すると、予め設定の回転角毎にパルスを発生する。このパルスは、Ｘ線発生のトリガー信号となり、また検出回路１１が各検出器２１からの検出信号を取り込むためのゲート信号となる。Ｘ線発生のトリガー信号となるパルスは、駆動機構制御装置１０からＸ線源制御装置９に伝えられる。各検出器２１からの検出信号を取り込むためのゲート信号となるパルスは、駆動機構制御装置１０から検出回路１１に伝えられる。
【００３０】
検出回路１１は、各検出器２１から出力されるアナログの検出信号を増幅した後、デジタル信号に変換し、そのデジタル信号を計算機１２に出力する。計算機１２は、入力した検出信号に基づいて、所定の処理により断層像を再構成する。得られた断層像は、表示装置１４に表示され、適宜、プリンタ(図示せず)によりプリントすることができる。
【００３１】
以下では、本発明のもう一つの特徴であるポストコリメータ６と検出装置７の分離構造について説明する。図３と図４に見られるように、ポストコリメータ６の検出装置７側の端面（スリット２７を通過した放射線が出射する面）６ｆと検出器ホルダ２２の端面２２ｆとの間に適切な幅の分離空隙３１を設けるようにしている。すなわちポストコリメータ６と検出装置７は、分離空隙３１を挟んで向かい合う状態とされ、直接接触することのない関係、つまり分離空隙３１により熱伝導的に分離される関係にされている。また分離空隙３１は、その周囲を塞ぐことで密閉構造とされている。具体的には、検出装置７を覆う断熱性被覆２４を延長し、その延長部分で分離空隙３１の周囲を塞ぐことで分離空隙３１を密閉状態にしている。さらに本実施形態では、分離空隙３１に向き合う検出器ホルダ２２の端面２２ｆを、断熱性被覆２４と同様に熱伝導率が小さな硬質樹脂材などで形成する断熱性被覆３２で覆うようにしている。分離空隙３１の幅は、数ｍｍ程度とするのが好ましい。図の例では４ｍｍとし、断熱性被覆３２には３ｍｍ厚のものを用いている。
【００３２】
このようにポストコリメータ６と検出装置７の間に密閉状の分離空隙３１を設ける分離構造とすることにより、ポストコリメータ６から検出器ホルダ２２への熱流入をきわめ少ないものとすることができる。具体的にいうと、本分離構造の場合、ポストコリメータ６から検出器ホルダ２２への熱流入は、分離空隙３１における空気を介した熱伝導による成分と支持台３３を介した熱伝導による成分のみである。そして分離空隙３１における空気を介しての熱流入は、分離空隙３１を密閉状態とすることで分離空隙３１における空気の対流による対流伝導を極力抑えることができ、しかも分離空隙３１に臨む検出器ホルダ２２の端面２２ｆを断熱性被覆３２で覆ってあることから、きわめて少ないものとすることができる。また支持台３３を介しての熱流入も、支持台３３とポストコリメータ６の間および支持台３３と検出装置７の間に、断熱性被覆２４や断熱性被覆３２と同様な断熱性プレート３４を介在させることで、やはりきわめて少ないものとすることができる。このため、熱容量の大きなポストコリメータ６による熱的影響が検出器２１に及ぶのを効果的に防ぐことができ、その結果、検出器２１の温度を保つのが容易となり、冷却装置２５として簡易なものを用いても検出器２１を高い精度で一定温度に保つことが可能となり、周囲温度変化にかかわらずリングアーチファクトのない高画質な断層像を長時間にわたって得ることを可能となる。
【００３３】
以上のようにポストコリメータ６と検出装置７を分離構造とするについては、ポストコリメータ６と検出装置７の位置合わせを考慮する必要がある。これについては、位置合わせ兼空隙設定用スペーサ３５を用いて分離空隙３１を設定しながらポストコリメータ６と検出装置７の位置合わせを行うようにするのが有効である。位置合わせ兼空隙設定用スペーサ３５は、断熱性被覆２４や断熱性被覆３２と同様な材料を用いて形成する。また位置合わせ兼空隙設定用スペーサ３５は、図５に拡大して示すように、空隙設定用スペーサ部３６に位置合わせ用当接部３７を直交する状態で組み合わせた構造とし、できるだけ小さなサイズで形成する。こうした位置合わせ兼空隙設定用スペーサ３５によるポストコリメータ６と検出装置７の位置合わせは、ポストコリメータ６の端面６ｆと断熱性被覆３２で覆った検出器ホルダ２２の端面２２ｆで空隙設定用スペーサ部３６を挟む状態とするとともに、ポストコリメータ６の側面を位置合わせ用当接部３７の当接面３７ａに、検出装置７の側面（図の例では検出装置７を覆う断熱性被覆２４の側面）を位置合わせ用当接部３７の当接面３７ｂにそれぞれ当接させた状態としてポストコリメータ６と検出装置７の位置関係を固定することで行う。こうすることにより、ポストコリメータ６と検出装置７を分離構造としても高精度な位置合わせを行える。なお、位置合わせ兼空隙設定用スペーサ３５は、位置あわせを終えた後に取り外すようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、ＣＴ装置について、冷却装置を簡易なものとしても、周囲温度変化にかかわらず高画質な断層像を長時間にわたって得ることを可能とするものであり、Ｘ線ＣＴ装置などの分野で広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】一実施形態によるＸ線ＣＴ装置の平面方向から見た構成を模式化して示す図である。
【図２】図１のＸ線ＣＴ装置を正面方向から見た構成を示す図である。
【図３】図１のＸ線ＣＴ装置の主要部を縦方向の断面にして示す図である。
【図４】図３中の一点鎖線に沿った断面を示す図である。
【図５】位置合わせ兼空隙設定用スペーサの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
６    ポストコリメータ（コリメータ）
６ｆ    コリメータの端面
７    検出装置
２２ｆ    検出器ホルダの端面（検出装置の端面）
２４    断熱性被覆
２６    冷却用空隙
３１    分離空隙
３２    断熱性被覆
Ｍ    被検体
【図１】
2006343172.tif 000003
【図２】
2006343172.tif 000004
【図３】
2006343172.tif 000005
【図４】
2006343172.tif 000006
【図５】
2006343172.tif 000007