(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を所定波長の光に変換するシンチレータブロックと、このシンチレータブロックに光学的に接続されたフォトダイオードアレイと、このフォトダイオードアレイと電気的に接続されたスイッチ素子と、前記フォトダイオードアレイからの電気信号を受けるデータ収集素子が基板上に実装された複数個のＸ線検出器を円弧状に配置した検出部を具備したＸ線ＣＴ装置において、
前記検出部を構成する前記基板に低熱抵抗で所定間隔で複数の高熱伝導材料が接合され、かつ、該高熱伝導材料には連通するヒートパイプが設置されていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人体等の被検体をスキャンしてリアルタイムで立体あるいは任意の断面を表示するＸ線ＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線ＣＴ装置は、へリカルスキャン方式やマルチスライス方式の出現と、Ｘ線発生器やＸ線検出器の高速回転化により、撮影時間の短縮、高精細な断層画像を実現している。特に、撮影時間の短縮は検査時における患者（被検体）の苦痛を少なくできるため、今後さらなる高速化が期待されている。
【０００３】
また、上記した各方式による撮像で、撮影画像の高精細化が進み、これまでのＸ線ＣＴ装置では見ることができなかった腫瘍の発見や、静止状態と同等の臓器画像を撮影することが可能となっている。
【０００４】
マルチスライス方式は、例えば、特開平１０−１２７６１７号公報に示されているように、フォトダイオードからなる検出素子が被写体（被検体）の体軸方向（スライス方向）に沿って複数列形成された構造を基本としている。通常、被検体の体軸方向に直交する方向（チャネル方向）に沿っても複数列の検出素子を持ち、チャンネル方向とスライス方向に素子を２次元的に有するフォトダイォードアレイでＸ線の検出が行われている。フォトダイオードアレイからの信号出力は、スイッチ装置で素子選択され、増幅機能やＡ／Ｄ変換機能を有するデータ収集装置に送られる。これらの素子や装置は、例えば、特開平１０−７３６６６号公報や特開平１１−２２１２０７号公報に示されているように、基板上に実装され、モジュール化した後に所望のチャンネル数、例えば１０００チャンネルが得られる数のモジュールを円弧状にならべて検出部が形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、マルチスライス方式のＸ線ＣＴ装置で、さらなる高速化と高精細化のためにスライス数が増加すると、処理する信号数も増加するため、Ｘ線検出器に実装されるデータ収集装置も増加する。このデータ収集装置を構成しているチップは一般に発熱が大きいため、デ−タ収集装置の誤動作や破損防止と、フォトダイオードアレイの温度を一定に保つため、冷却と温度コントロールが必要である。
【０００６】
Ｘ線検出器の温度を一定に保つ方法としては、例えば、特開平１０−２３４７２２号公報に示されているように、スキャナ内部の温度を温度センサで常時監視し、冷却ファンにより一定温度を保つ方法が開示されている。しかし、この方法ではＸ線検出器の微妙な温度変化に対処できず、そのためフォトダイオード特性が変動してしまう。
【０００７】
また、Ｘ線検出器の冷却に関しては、例えば特開平１０一１４６３３２号公報に示されているものでは、Ｘ線検出器で発生した熱をヒートポンプと伝熱板を用いてスキャナ部に導き、スキャナ部から外気に放熱する方法が提案されている。
しかしながら、この方法では発熱量の増加に対処できず、また発熱量が大きい場合は、スキャナ部の温度が非常に上昇してしまう。
【０００８】
本発明は、これらの事情にもとづいてなされたもので、マルチスライス方式のＸ線ＣＴ装置で、スライス数が増えてＸ線検出器の発熱量が増加しても、十分な冷却が可能で、さらにＸ線検出器を一定温度にコントロールできる冷却構造を有するＸ線ＣＴ装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による手段によれば、Ｘ線を所定波長の光に変換するシンチレータブロックと、このシンチレータブロックに光学的に接続されたフォトダイオードアレイと、このフォトダイオードアレイと電気的に接続されたスイッチ素子と、前記フォトダイオードアレイからの電気信号を受けるデータ収集素子が基板上に実装された複数個のＸ線検出器を円弧状に配置した検出部を具備したＸ線ＣＴ装置において、
前記検出部を構成する前記基板に低熱抵抗で所定間隔で複数の高熱伝導材料が接合され、かつ、該高熱伝導材料には連通するヒートパイプが設置されていることを特徴とするＸ線ＣＴ装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
Ｘ線ＣＴ装置の構成の一例を、図１（ａ）および（ｂ）にもとづいて説明する。
図１（ａ）はＸ線ＣＴ装置の検出部の斜視図で、図１（ｂ）はそれの構成要素であるシンチレータブロックの斜視図である。
【００１５】
医用のＸ線ＣＴ装置（不図示）は、放射線であるＸ線源と被検体（不図示）の体軸方向およびＸ線入射方向に対して垂直な方向（チャンネル方向）に１列に並ぶ複数のＸ線検出器１を構成するシンチレータブロック１ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎとを架台と共に被検体の体軸を軸として回転変位させることにより、Ｘ線ビームが被検体と交差する角度を定常的に変化させながらスキャンしてデータを得ている。
【００１６】
Ｘ線検出器１のシンチレータブロック１ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎは、チャンネル方向に１列に並んで複数列、すなわち、８列以上で例えば１０列が設けられ、Ｘ線源から放射されるＸ線ファンビーム（Ｘ線ビーム）のＸ線減衰測定値である投影データを検出している。
【００１７】
つまり、シンチレータブロック１ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎは、被検体を透過したＸ線線量を忠実に電荷量に変換するもので、それに用いられている各シンチレータセグメント２ａ、２ｂ、２ｃ…２ｎを構成している各シンチレータ部材３ａ、３ｂ、３ｃ…３ｎがＸ線を受けて蛍光を発し、フォトダイオード４ａ、４ｂ、４ｃ…４ｎから構成されたフォトダイオードアレイ４によって電荷量（電流）に変換している。
【００１８】
ＣＴ装置に用いられるシンチレータ部材３ａ、３ｂ、３ｃ…３ｎの材料としては、無機結晶で、Ｎａｌ（Ｔｌ）、Ｃｓｌ（Ｔｌ）、ＢＧＯ（Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１４）、ＣｄＷＯ４等が用いられることが多く、最近は、ＧＯＳ（Ｇｄ２Ｏ２ＳｉＰｒ）が搭載されている。
【００１９】
すなわち、Ｘ線ＣＴ装置のＸ線検出器１は、Ｘ線を照射すると発光するシンチレータ部材３ａ、３ｂ、３ｃ…３ｎを２次元に配列したシンチレータブロック（マルチスライス検出器）１ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎと、シンチレータ部材３ａ、３ｂ、３ｃ…３ｎによって発光した光を受光し、信号電流を発生するフォトダイオード４ａ、４ｂ、４ｃ…４ｎ、図示しないシンチレータブロックのチャンネルに沿った方向の配列上の位置ずれを隠すライン状のＸ線遮蔽体で構成するストライプブロック、そしてこのＸ線遮蔽体に垂直にＸ線源側に配置したコリメータ５、そして、それらを一体に構成するための支持材６によって構成される。
【００２０】
これらの製造方法は、フォトダイオードアレイ４の上にシンチレータ部材３ａ、３ｂ、３ｃ…３ｎを位置決め接着して配線基板７に固定し、順次各シンチレータセグメント２ａ、２ｂ、２ｃ…２ｎを形成し、シンチレータブロック１ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎを構成する。所定のピッチに組み込まれたコリメータ５にフォトダイオードアレイ４を接着したシンチレータブロック１ａ、１ｂ、１ｃ…１ｎを合せて支持材６に固定している。
【００２１】
なお、図２に示すように、Ｘ線検出器１を構成している配線基板７は多層配線基板で形成され、表面に所定の配線パターン（不図示）が設けられている。この配線基板７上にはフォトダイオードアレイ４とスイッチ素子８が実装され、フォトダイオードアレイ４とスイッチ素子８とは電気的に接続されている。また、スイッチ素子８は電気的に配線基板７の配線パターン（不図示）に接続され、この配線パターンは配線基板７に形成された貫通配線（不図示）を介して配線基板７の裏面のデータ収集素子１０に接続されている。
したがって、Ｘ線検出器１で検出された検出データの信号出力は、スイッチ素子８で素子選択され、集積回路からなるデータ収集素子１０で構成されているＤＡＳ（Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）により収集処理されている。
【００２２】
図３はＤＡＳのブロック図である。すなわち、Ｘ線がＸ線検出器で検出された後の信号の処理順序にしたがって、Ｘ線検出器１から順次アンプ１１、サンプルホールド１２、マルチプレクサ１３、Ａ−Ｄ変換機１４、インターフェース１５及びコンピュータ１６が接続されている。
【００２３】
図４はＤＡＳ回路の一例で、パルスＸ線によるＸ線ＣＴ装置において最も一般的に用いられているオートゼロ方式と呼ばれている回路である。積分器１７の出力側に演算回路１８およびＡＤＣ（Ａ−Ｄ変換器）１９が順次接続されている。
また、積分回路のオフセット成分はオートゼロ補償される。演算回路１８とＡＤＣ（Ａ−Ｄ変換器）１９は、高速なものが使われ、複数の検出信号を処理するように構成されている。
【００２４】
また、例えば、４スライスを同時に収集可能とするマルチスラィスＣＴ装置用のＤＡＳは、従来の４倍の回路数が必要となるが、Ｘ線検出器１への実装スぺースは従来と同等に抑える必要があり、１回路当たりでは、従来比１／４の実装スぺースという高密度実装が要求されることがある。さらに、０．５秒回転に対応した高速化、従来と同等の消費電力、また、厚さの異なるスライスを用いた場合には、ＳＳＭＤ検出器（ＳＳＭＤ；Ｓｌｅｃｔａｂｌｅ  Ｓｌｉｃｅ−ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  Ｍｕｌｔｉ−ｒｏｗ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒの略で、スライスの厚さが可変な二次元検出器を示す）のスイッチ制御に応じたゲインの切換えなどが必要になる場合がある。
【００２５】
これらの事情から、一般に、Ｘ線検出器１に搭載されたＩＣの中で、データ収集素子１０が最も発熱量が大きい。
【００２６】
また、Ｘ線ＣＴ装置では、ウォーミングアップによりＸ線検出器１の温度が一定になった時点で、フォトダイオード特性を測定し、キャリブレーションを行っている。しかし、従来の強制空冷による冷却法ではＸ線検出器１の全体の発熱量が大きくなると、Ｘ線検出器１の温度を一定に保つことが困難になり、キャリブレーションにより補正した特性値からずれて画質が劣化してしまう。
【００２７】
そのため、以下に実施例を説明する本発明の冷却装置は、十分な冷却能力を持ち、かつ、Ｘ線検出器の冷却と温度コントロールを行うことができる。
【００２８】
次に、本発明のＸ線ＣＴ装置の検出部の冷却装置の実施例について以下に説明する。
（実施例１）
図５は、本発明のＸ線ＣＴ装置の検出部の冷却装置の第１の実施例を示す模式図である。
【００２９】
Ｘ線ＣＴ装置の検出部は、図２で示したＸ線検出器１が、例えば１０００チヤンネル分が円弧状に配置されている。本実施例では、配線長を短くしてノイズの混入を抑えるため、データ収集素子１０をフォトダイオードアレイ４に近いＸ線検出器１の裏面に実装している。
【００３０】
一方、データ収集素子１０が搭載されたＸ線検出器１が円弧状に並んだ構造体（検出部）の上部に、熱伝導シート（図示せず）を介してＣｕあるいはＡｌなどの高熱伝導材からなる金属カバー２２が取り付けられている。金属カバー２２には、ぺルチェ素子を用いた冷却装置２３が装着されている。冷却装置２３は、Ｘ線検出器１の発熱量を十分に冷却できる個数が設置されている。
【００３１】
例えば、Ｘ線検出器１の１個の発熱量が３Ｗとし、３０個のＸ線検出器１が並んでいる場合は、全体の発熱量は９０Ｗとなる。この発熱量を、例えば、２５Ｗの冷却能力を持つ冷却装置２３（例えば、日本ブロワー株式会社製の「サーモクーラー」（商品名）ＳＬ−５Ｆ）を用いて冷却すると、冷却装置２３は４個設置すればよいことになる。さらに、金属カバー２２を接地電位などの定電位に接続すれば、Ｘ線検出器１から放射される不要電磁波を低減することができ、電磁シールドの機能も合わせて持つことができる。
【００３２】
この実施例による冷却装置２３は、十分な冷却能力を持ち、かつ、温度コントロールが可能なぺルチェ素子を用いた冷却装置であるので、Ｘ線検出器１の冷却と温度コントロールを行うことができる。
（実施例２）
図６は、本発明のＸ線ＣＴ装置の検出部の冷却装置の第２の実施例を示す模式図である。なお、図６ではＸ線検出部１の配置や構成は、実施例１を示した図５と同様であるので省略してある。
【００３３】
この実施例では、放熱に作動液を輸送するヒートパイプ２５を用いている。ヒートパイプ２５は熱輸送能力が高く応答も速い。このため、Ｘ線検出器１の一部が一時的に高温になったとしても、瞬時にＸ線検出器１の全体で平均化してしまい、Ｘ線検出器１の個々の間の温度差が生じにくい。このヒートパイプ２５は、金属カバー２２ａに低熱抵抗で接合されている。
【００３４】
また、ヒートパイプ２５の先端には作動液の凝縮用フィン２６ａ、２６ｂが形成されている。また、どの角度でＸ線検出器１が停止しても効果的な放熱ができるように、ヒートパイプ２２は２本以上設置することが望ましい。
【００３５】
さらに、この実施例の変形例として、図７に示すように、実施例１で示したぺルチェ素子を用いた冷却装置２３と、ヒートパイプ２５および凝縮用フィン２６ａ、２６ｂとを組合わせて金属カバー２２ｂに用いると、さらに大きな冷却効果が得られる。
（実施例３）
図８は、本発明のＸ線ＣＴ装置の検出部の冷却装置の第３の実施例を示すＸ線検出器群の一部を拡大し模式図である。
【００３６】
この実施例では、Ｘ線検出器１´の裏面の端部に溝２７が形成され、溝２７にＣｕ、Ａｌなどからなる熱伝導体２８が低熱抵抗で接着されている。これらの熱伝導体２８にはヒートパイプ２５ａが取り付けられている。なお、図８では、熱伝導体２８の片側のみにヒートパイプ２５ａを設置しているが、熱伝導体２８の両端にヒートパイプを設けるとさらに効果が上がる。
【００３７】
この実施例は、Ｘ線ＣＴ装置の検出部の筐体の構造上の制約から、前記した実施例１または実施例２ような金属カバー構造が形成できない場合にも適用できる。
【００３８】
以上述べたように本発明は、Ｘ線検出器を複数個円弧状に配置したＸ線検出器の裏面と側面を覆うように円弧の外周に高熱伝導を有するカバーを設け、かつ、このカバーに、ぺルチェ素子からなる冷却装置や、ヒートパイプを熱的に接続した冷却装置を設置した。
【００３９】
また、カバーを設けずに、Ｘ線検出器の基板に低熱抵抗で所定間隔で複数の高熱伝導材料を接合して、この高熱伝導材料には連通するヒートパイプを設けた冷却装置を設置した。
【００４０】
それらにより、Ｘ線ＣＴ装置のＸ線画像の画質やＩＣの信頼性に影響を与えるＸ線検出器の冷却と温度コントロールを容易に実現できる。
【００４１】
特に、Ｘ線検出器の発熱量が大きくなる１６列以上のマルチスライスＸ線ＣＴ装置に対しても、有効な冷却効果が得られ良好な画像が得られる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｘ線ＣＴ装置において、Ｘ線検出器の冷却と温度コントロール性能が大幅に向上することで、Ｘ線画像の画質の向上、使用しているＩＣの信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）Ｘ線ＣＴ装置の検出部の斜視図、（ｂ）それの構成要素であるＸ線検出器（シンチレータブロック）の斜視図。
【図２】本発明のＸ線検出器の斜視図。
【図３】ＤＡＳのブロック図。
【図４】ＤＡＳ回路の回路図。
【図５】本発明のＸ線ＣＴ装置の検出部の冷却装置の第１の実施例を示す模式図。
【図６】本発明のＸ線ＣＴ装置の検出部の冷却装置の第２の実施例を示す模式図。
【図７】本発明のＸ線ＣＴ装置の検出部の冷却装置の第２の実施例の変形例を示す模式図。
【図８】本発明のＸ線ＣＴ装置の検出部の冷却装置の第３の実施例を示す模式図。
【符号の説明】
１）…Ｘ線検出器、１ａ、１ｂ、１ｃ〜１ｎ…シンチレータブロック、４…フォトダイオード、４ａ、４ｂ、４ｃ〜４ｎ…フォトダイオードアレイ、７…配線基板、８…スイッチ素子、１０…データ収集子、１０ａ…データ収集子ＩＣ、２２、２２ａ、２２ｂ…金属カバー、２３…冷却装置、２５、２５ａ…ヒートパイプ、２８…熱伝導体、
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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