(57)【要約】【課題】  実装の困難性と、微弱なＸ線検出信号の劣化を解決してＸ線検出精度の高いＸ線データ取得装置を提供すること。【解決手段】  アナログ信号用出力端子を備えたＸ線検出部を基板表面側に搭載したディテクター基板と、このディテクター基板の裏面側に搭載したアナログ信号用入力端子を備えたＸ線のデータ収集素子（ＤＡＳ）と、ディテクター基板の表裏を貫通して上記アナログ信号用出力端子と上記アナログ信号用入力端子とを直接接続するアナログ信号用導電体とを備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ信号用出力端子を備えたＸ線検出部を基板表面側に搭載したディテクター基板と、前記ディテクター基板の裏面側に搭載したアナログ信号用入力端子を備えた前記Ｘ線のデータ収集素子（ＤＡＳ）と、前記ディテクター基板の表裏を貫通して前記アナログ信号用出力端子と前記アナログ信号用入力端子とを直接接続するアナログ信号用導電体とを備えることを特徴とするＸ線データ取得装置。
【請求項２】
前記Ｘ線検出部はＸ線を光に変換するシンチレータと、前記光を前記アナログ信号に変換して前記アナログ信号用出力端子へ出力するフォトダイオードとを構成要素として含み、信号用出力端子前記ＤＡＳは前記アナログ信号用入力端子に入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器を構成要素の一つとして含み、さらに前記ディテクター基板の裏面側近傍には前記ＤＡＳから出力されるデジタル信号を上位システムへ接続するデジタル信号用多層配線構造を備えることを特徴とする請求項１に記載のＸ線データ取得装置。
【請求項３】
前記アナログ信号用出力端子の配列パターンが前記アナログ信号用入力端子の配列パターンと一致し、全ての前記アナログ信号用導電体が同じ長さであることを特徴とする請求項２に記載のＸ線データ取得装置。
【請求項４】
前記導電体は、前記ディテクター基板の主面に直交する方向に延在していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＸ線データ取得装置。
【請求項５】
前記アナログ信号用導電体は前記デジタル信号用多層配線と接触しないように前記ディテクター基板を貫通していることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載のＸ線データ取得装置。
【請求項６】
前記ＤＡＳは前記デジタル信号を時分割多重する回路を構成要素として含むことを特徴とする請求項１に記載のＸ線データ取得装置。
【請求項７】
前記ディテクター基板の裏面側には、システム動作をコントロールする制御回路がさらに搭載されていることを特徴とする請求項６に記載のＸ線データ取得装置。
【請求項８】
前記ディテクター基板の基板材質はセラミックス材であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のＸ線データ取得装置。
【請求項９】
前記ディテクター基板の裏面には前記ＤＡＳから出力されるデジタル信号を上位システムへ転送する転送回路が備えられ、前記転送回路は、Ｘ線データ取得装置が設置される環境に応じて、電気通信、光通信、無線通信等の通信手段を選択できることを特徴とする請求項２に記載のＸ線データ取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線データ取得装置に関し、とくにＸ線コンピュータ断層撮影（ＣＴ）装置におけるＸ線検出部としてのディテクターとデータ収集素子との一体化構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のＸ線ＣＴ装置では、互いに対向するＸ線源とＸ線検出部で被検体をスキャンしてＸ線透過データを収集し、そのデータに基づいてＸ線透過画像を再構成する。Ｘ線検出部としては、シンチレータとフォトダイオードのセルが二次元アレイ状に配列されている。Ｘ線検出部の検出信号は、データ収集素子（以下、ＤＡＳと呼ぶ）によって、二次元アレイのセルごとに、増幅、アナログ−デジタル（ＡＤ）変換等が行われ、ディジタルデータとして画像再構成システムへ転送される。
【０００３】
特許文献１に開示されたＸ線ＣＴ用二次元検出器では多層配線基板の表面側にＸ線検出部を搭載し、その多層配線基板の裏面側にＤＡＳを搭載した構成が開示されている。Ｘ線検出部のフォトダイオード群から出力されたアナログ信号は、多層配線基板の表面側端部に設けられた電気信号を束ねるスイッチング素子に入力され、多層配線基板を経由して裏面側のＤＡＳに入力されている。
【０００４】
このようなＸ線検出器では、アナログ信号がスイッチング素子を介してＤＡＳへ入力されるのでアナログ信号用の配線長が長くなり、Ｘ線の検出精度が劣化する。すなわち、フォトダイオードから出力されるアナログ信号のレベルは微弱なので、アナログ信号配線長が長くなるとアナログ信号が劣化するためである。
【０００５】
アナログ信号用の配線長を短くする手段として、特許文献２や特許文献３には、同一基板上にＤＡＳとＸ線検出部を積層して一体形成する技術が開示されている。すなわち、同一基板の上に複数のＤＡＳを搭載し、さらにその上にフォトダイオード群を備えたＸ線検出部を積層搭載する構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２１５２８１    （図４、段落番号４２−５３）
【特許文献２】特開２００８−７３５２２    （図６（Ａ）および（Ｂ）、段落番号３０−３１）
【特許文献３】特開２００８−１４５２４５    （図１０および図１１、段落番号３５−４５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２および３ではフォトダイオードとＤＡＳを最短接続することを目的とし、ＤＡＳ上にフォトダイオード群を実装するしくみにしているため、スタッキング実装が必要となる。フォトダイオード群とＤＡＳを確実に接続して接続信頼性を高めるためには、全てのＤＡＳ上面の平面度が出ている必要があるが、これには極めて高度な実装技術を必要とする。
【０００８】
本発明の目的は、上記実装の難易度を下げるとともに接続信頼性を高める構造で微弱なＸ線検出信号の劣化を抑制したＸ線検出精度の高いＸ線データ取得装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のＸ線データ取得装置は、アナログ信号用出力端子を備えたＸ線検出部を基板表面側に搭載したディテクター基板と、このディテクター基板の裏面側に搭載したアナログ信号用入力端子を備えたＸ線のデータ収集素子（ＤＡＳ）と、ディテクター基板の表裏を貫通して上記アナログ信号用出力端子と上記アナログ信号用入力端子とを直接接続するアナログ信号用導電体とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のＸ線データ取得装置によれば、特殊なスタッキング技術を用いることなく安価で高精度のＸ線検出を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態のＸ線データ取得装置の構成を示す概略正面図。
【図２】本発明の第２の実施形態のＸ線データ取得装置の構成を示す概略斜視図。
【図３】（ａ）  図２に一点鎖線で示す仮想平面Ｉに沿った本発明の第２の実施形態によるディテクター基板のアナログ信号配線を示す概略断面図。
【００１２】
（ｂ）  図２に一点鎖線で示す仮想平面ＩＩに沿った本発明の第２の実施形態によるディテクター基板のデジタル信号配線を示す概略断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態による電磁波遮蔽構造を備えたＸ線データ取得装置の構成を示す概略正面図。
【図５】本発明の第４の実施形態によるディテクター基板表層の電磁波遮蔽構造を示す概略平面図。
【図６】本発明の第１の実施形態のＸ線データ取得装置の動作を説明するためのブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明の第１の実施形態としてのＸ線データ取得装置の概略正面図が示されている。このＸ線データ取得装置は、Ｘ線を光に変換するシンチレータ２と、光を電気に変換するフォトダイオード３と、フォトダイオード３から出力されるアナログ検出信号を各データ収集素子（ＤＡＳ）１２に伝えるディテクター基板１３と、入力されたアナログ信号を増幅しデジタル化する複数のＤＡＳ１２と、各ＤＡＳ１２から出力されるデジタル検出信号を画像再構成システムなどの上位システムに出力する転送回路９と、Ｘ線データ取得装置と上位システム間を結ぶデータ通信路１０と、Ｘ線データ取得装置をコントロールする制御回路１１から構成される。シンチレータ２とフォトダイオード３は二次元アレイとして配列されており、以下では単にシンチレータ２とフォトダイオード３と呼ぶ。
【００１４】
フォトダイオード３とＤＡＳ１２は、ディテクター基板１３を挟んで向い合う位置に配置する。フォトダイオード３のアナログ信号用出力端子とＤＡＳ１２のアナログ信号用入力端子は、ディテクター基板１３の表裏を貫通して導通するスルーホールなどの導電体を介して最短で直接接続するように構成される。
【００１５】
フォトダイオード３とＤＡＳ１２の端子を、ディテクター基板１３を介して向い合う位置に配置配線することによってアナログ信号経路を最短化でき、Ｘ線検出精度を高めることができる。
【００１６】
次に図６に示すＸ線データ取得装置のブロック図を用いてＸ線データ取得装置の動作について説明する。ブロック図としてみると、特許文献３に開示されたブロック図と基本的な違いはほとんど無い。
【００１７】
図６において、Ｘ線検出部としてのディテクター２０は複数のシンチレータ２と複数のフォトダイオード３から構成されており、データ取得部２１は複数のＤＡＳ１２と転送回路９と制御回路１１を備えている。複数個配置されたシンチレータ２のアレイは、それぞれＸ線１を受けるとそのＸ線を光に変換し対となる複数のフォトダイオード３にそれぞれ与える。その光量は、Ｘ線の強さによって変化する。
【００１８】
フォトダイオード３はその受光した光をアナログ信号４に変換しＤＡＳ１２に伝える。このときフォトダイオード３から出力されるアナログ信号４は微弱なため、外部からの影響を受けやすくこのアナログ信号４の品質維持が重要である。
【００１９】
特許文献１ではスイッチング素子を介在させていたため、アナログ信号４の配線長は長くなっていたが、本発明では、フォトダイオード３のアナログ信号用出力端子とＤＡＳ１２のアナログ信号用入力端子とを同一基板の表裏に対向して実装し、基板を貫通するアナログ信号用導電体で端子同士を直結することで短くすることができるため外部からの影響を受けにくい構造になっている。
【００２０】
アナログ信号４を受信したＤＡＳ１２は、増幅器（Ａ）５でアナログ信号４を増幅した後、ＡＤ変換器（ＡＤ）６でデジタル信号へ変換する。
【００２１】
近年は半導体技術が進展し、１チップで数百チャネルの処理ができるものもあり、ＤＡＳ内部のマルチプレクサ（ＭＸ）７によって検出した情報を時分割のデジタル信号８として外部出力するしくみとすることができる。
【００２２】
ＤＡＳ１２も微弱信号を扱うため、外部ノイズの影響を受けやすいデバイスである。それにも関わらず、ディテクター２０と一体化する構造にすることはＸ線管との距離が近づきＸ線の影響を強く受けるようになる。そのためＸ線からＤＡＳ１２を遮蔽する必要があり特許文献２ではタングステンなどの遮蔽材を追加して用いていた。
【００２３】
本発明では、ディテクター基板１３の材質やＤＡＳ１２の実装位置を工夫することによって、新たに遮蔽材を追加しなくてもＸ線遮蔽ができるようにしている。
【００２４】
具体的には、ディテクター基板１３の材料としてセラミックス材を使用し基板としての役割の他に遮蔽材としての役割を持たせ、かつＸ線の照射方向から見てＤＡＳ１２はディテクター基板の裏側に配置することによって実現している。
【００２５】
転送回路（ＴＸ）９は、各ＤＡＳ１２よりデジタル信号８を受取り上位の画像再構成システムへデータ通信路１０を介して転送する役割を果たす。デジタル信号８を受取る順番や上位システムへのデータ転送タイミングなどは、制御回路（ＣＮＴ）１１の指示による。転送回路９は、通信形態に応じて電気通信、無線通信、光通信などの選択肢がある。特にＸ線データ取得装置が回転体の中に設置させるようなシステムでは、電気的に配線する必要がない無線通信や光通信が優位である。
【００２６】
またディテクター基板１３の裏面側にＤＡＳ１２を実装することによりアナログ信号をデジタル信号に変換しかつ時分割多重できるため、外部システムとのインターコネクトはアナログ信号からデジタル信号に切り替わり、外部システムとのインターコネクト数を大幅に削減できる。
【００２７】
更にディテクターのチャネル数が増えることを想定し、外部システムへの転送速度を可変できるしくみを転送回路９に設けることによって、物理的なインターコネクト数を増やすことなくチャネル数変更ができるシステムとすることができる。
【００２８】
転送回路９に無線通信もしくは光通信機能を持たせれば、物理的なデータ通信路１０もなくすことが出来る。これによりＸ線データ取得装置と上位システムである画像再構成システム間の物理的接続はなくなるため、システム配置自由度が向上する。また接続に関する物理的な制約がなくなることにより、Ｘ線データ取得装置の増設が容易になりＸ線ＣＴ装置の設置運用開始後にもセンサーチャネル数の増設が可能となる。
【００２９】
また、ディテクター基板１３の表面上および裏面上にフォトダイオード３およびＤＡＳ１２をそれぞれ直接実装する構造のため、特殊なスタッキング技術を用いることなく安価で信頼性の高い実装を可能としている。
【００３０】
更にフォトダイオード３とＤＡＳ１２の端子配列の不一致は、ディテクター基板１３での多層配線構造の工夫により調整できるため、市販のフォトダイオード３やＤＡＳ１２を組合せてもＸ線データ取得装置を構築することができる。
【００３１】
図２は本発明の第２の実施形態によるＸ線データ取得装置において、フォトダイオード３のアナログ信号用出力端子４１の配列パターンとＤＡＳ１２のアナログ信号用入力端子４２の配列パターンが一対一に対応して一致している場合を示す概略斜視図である。
【００３２】
図３（ａ）および（ｂ）を参照すると、図２に示すディテクター基板の内部における多層配線の詳細が示されている。図３（ａ）は図２を仮想平面Ｉに沿って切断した断面図を示す。すなわち、フォトダイオード３のアナログ信号用出力端子４１とＤＡＳ１２のアナログ信号用入力端子４２とを共通に含む横断面に沿ったディテクター基板の断面を示し、説明のために基板厚みを拡大して示している。図３（ｂ）は、図２を仮想平面ＩＩに沿って切断した断面図を示す。すなわち、ＤＡＳ１２のデジタル信号用端子８１を含む横断面に沿ったディテクター基板１３の断面を示している。
【００３３】
図３（ａ）において、ディテクター基板１３の多層構成は、フォトダイオード３を実装している側でアナログ信号用導電体４０のみが配線されているアナログ信号配線領域４００と、ＤＡＳ１２を実装している側でデジタル信号用配線８０が主に配線されているデジタル信号配線領域８００とを備えている。デジタル信号配線領域８００にはデジタル信号を伝えるデジタル信号用配線８０を主に収容するが、アナログ信号用導電体４０もデジタル信号配線領域８００を通過させる必要があるので、デジタル信号用配線８０と接触しないようにアナログ信号用導電体４０を配線する。すなわち、ＤＡＳ１２のアナログ信号用入力端子４２に対してアナログ信号用導電体４０が垂直方向（基板の主面に直交する方向）に延在するように配線されている。
【００３４】
フォトダイオード３のアナログ信号用出力端子４１の配列パターンとＤＡＳ１２のアナログ信号用入力端子４２の配列パターンが一対一に対応して一致していれば全てのアナログ信号用導電体４０を同じ長さでかつ最短距離で配線できる。なお、市販のＤＡＳ１２を使用する場合などは図１に示すように端子配列パターンが異なることのほうが一般的なので、その場合の差分はアナログ信号配線領域４００内で適宜、アナログ信号用導電体４０の配線パターンを変更して調整することで対応できる。
【００３５】
ディテクター基板１３の多層基板層構成において、フォトダイオード３側をアナログ信号配線領域４００、ＤＡＳ１２側をデジタル信号配線領域８００というように配置分けすることによって、アナログ信号とデジタル信号間のクロストークを抑制することができ、安定した品質のＸ線検出を実現することができる。
【００３６】
図３（ｂ）は、ＤＡＳ１２のデジタル信号用端子８１を含む横断面に沿ったディテクター基板１３の断面を示しているので、図３（ａ）に示されているアナログ信号用導電体４０が断面に露出せず、その結果、アナログ信号用導電体４０が描かれていないことが分かる。なお、同図も説明のために基板厚みを拡大して示している。図３（ｂ）においては、デジタル信号用のデジタル信号用配線８０がデジタル信号配線領域８００内にのみ配線された場合を示している。デジタル信号用配線８０の配置については、ディテクター基板１３の下層側での配置（低層化）を図ることによりアナログ信号用導電体４０とのクロストークを避けるように配置することが望ましい。
【００３７】
図４および図５を参照すると、図１に示すＸ線データ取得装置が電磁波の影響を受ける場合の電磁波遮蔽手法が示されている。
【００３８】
図４は本発明の第３の実施形態によるＸ線データ取得装置において、ＤＡＳ１２を電磁波から遮蔽する手法を示す。電磁波遮蔽は、ＤＡＳ１２の周囲をディテクター基板１３と電磁波遮蔽シート１６で被うことにより実現することができる。
【００３９】
ディテクター基板１３と電磁波遮蔽シート１６は、電気的に互いに結合する。この電気的な結合は、ディテクター基板１３の表層面で行う。表層面であれば、フォトダイオード３の実装面でもＤＡＳ１２の実装面でも可である。電磁波遮蔽シート１６には、導電材料の銅や鉄を使用することができる。
【００４０】
なお、図４において、データ通信路１０は、電磁波遮蔽シート１６と交錯しないようにディテクター基板１３の長手方向と直交する方向から取り出すことができる。
【００４１】
図５に本発明の第４の実施形態によるＸ線データ取得装置において、ディテクター基板１３の表層面（基板表面および裏面）の構造を示す。ディテクター基板１３の表面および裏面の表層を、ディテクター基板１３の表層面に露出しているアナログ信号やデジタル信号用の導電体４０または８０と接触しないように、接地層１５で被うことにより、基板内部配線に対して電磁波遮蔽の役割を持たせることができる。アナログ信号やデジタル信号用の配線が施されていない箇所は、全て接地層１５で被いかつ表面側の接地層と裏面側の接地層とを、基板に形成したスルーホール等で導通させる。
【００４２】
本発明では、基板表面のフォトダイオードと基板裏面のＤＡＳを直接接続しているので、専用のＤＡＳもしくはフォトダイオードを設計すれば、図３（ａ）に示すようにアナログ信号を基板表面から基板裏面へ直線で接続することができ、アナログ信号の長さは、基板の厚み分だけになる。さらに、全てのアナログ信号の長さは、均一になり、かつ等間隔の距離で配線できることとなる。さらにはデジタル信号との分離も容易となる。仮に汎用のフォトダイオードとＤＡＳを使用したとしても、双方のデバイスが同一基板を中心に向い合う位置に配置されるようにすることによって、限りなく図３に示す配線に近づけることができる。これにより全てのフォトダイオードセルにおいて均一な特性を得られるＸ線データ取得装置を作ることができ、微弱なＸ線検出信号の劣化を抑えることができるＸ線検出器が高度な実装技術を要せずに得られる。
【００４３】
アナログ信号を最短にかつ均一にするという思想は、特許文献２および３にも開示されているが、特許文献２および３では、全てのＤＡＳ上面の平面度が均一に出ている特殊な専用のＤＡＳを必ず作る必要があるため、開発費用を含め非常に高価な装置とならざるを得なくなる。それに対して本発明では必ずしもそのような専用のＤＡＳを作る必要がないので、開発費用はかからない。
【００４４】
更には、組立難易度と接続信頼性においても違いがある。特許文献２および３に示されるように、基板の上に複数のＤＡＳを載せ更にその上に１つのフォトダイオードモジュールを載せる構造を採用する場合は、フォトダイオードとＤＡＳを確実に接続するために、全てのＤＡＳ上面の平面度が出ている必要があるが、そのような平面度を出すのは極めて困難である。また遠心力が働く中にＸ線検出器を設置することを考えると、このようなスタック構造ではフォトダイオードとＤＡＳの接続部へストレスがかかりやすく、接続信頼性を維持するのは困難になる。これに対して本発明の一実施形態例によれば、全ての部品を平坦度が出ている基板上に搭載できるため、搭載の難易度も接続信頼性の維持も容易となる利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の活用例として、Ｘ線ＣＴ装置がある。
【符号の説明】
【００４６】
１    Ｘ線
２    シンチレータ
３    フォトダイオード
４    アナログ信号
５    増幅器
６    ＡＤ変換器
７    マルチプレクサ
８    デジタル信号
９    転送回路
１０    データ通信路
１１    制御回路
１２    データ収集素子（ＤＡＳ）
１３    ディテクター基板
１５    接地層
１６    電磁波遮蔽シート
２０    ディテクター
２１    データ取得部
４０    アナログ信号用導電体
４１    アナログ信号用出力端子
４２    アナログ信号用入力端子
８０    デジタル信号用配線
８１    デジタル信号用端子
４００    アナログ信号配線領域
８００    デジタル信号配線領域
【図１】
2011226902.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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