专利名称：X射线ct装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备X射线检测器和数据收集装置(DAS :data acquisition system)、对构成X射线检测器的PDA (photodiode array 光电二极管阵列)的温度进行控制的X射线CT装置。
背景技术：
X射线CT装置具备隔着被检体而对置配置的X射线源和X射线检测器。X射线检测器沿着与体轴方向即顶板的长度方向正交的方向(通道方向)具备多道(M道)检测元件。X射线检测器能够使用多种类型，而X射线CT装置中通常使用能够实现小型化的闪烁检测器。闪烁检测器的各检测元件具备闪烁器和PDA等光传感器。闪烁器吸收在前级被准直后的X射线，通过该吸收产生荧光。PDA通过光传感器将荧光变换为电信号并输出给数据收集装置(DAS :data acquisition system) 0即，根据X射线CT装置，能够从X射线源对被检体的某个截面(以下称为切片面)以扇状照射X射线束，而按照X射线检测器的每个检测元件将从被检体的某个切片面透射的X射线束变换为电信号来收集透射数据。此外，与上述单层面X射线CT装置相比，多层面X射线CT装置在X射线检测器中除M道检测元件之外，还沿着被检体的体轴方向具备多列(N列)检测元件。多层面X射线 CT装置的X射线检测器构成为整体上具有M道XN列的检测元件的X射线CT用二维检测
ο图11是表示以往的X射线CT装置中的X射线检测器和DAS周边的结构的概略的侧视图。图11示出了以往的X射线CT装置中的X射线检测器(闪烁检测器)61、DAS62、配置于X射线检测器61与DAS62之间的热屏蔽体63和加热器64、以及配置于X射线检测器 61和DAS62的周边的冷却扇65a、65b。如图11所示，X射线检测器61具备准直仪(与N 列相对应的N个准直仪)71，对透射被检体的X射线进行准直；以及检测元件(与N列相对应的N个检测元件)72，在准直仪71的后级基于X射线产生电信号。检测元件72具有闪烁器(N个闪烁器)81和PDA (N个PDA) 82。DAS62配置于PDA82的后级，将PDA82的电信号变换为电压信号并放大。构成X射线检测器61的准直仪71和检测元件72构成为一体，为了将检测元件72 的PDA82的温度保持为恒定，而将准直仪71和检测元件72隔着热屏蔽体63与温度变化较剧烈的DAS62热屏蔽。或者，准直仪71和检测元件72构成为一体，为了将PDA82的温度保持为恒定，而将准直仪71和检测元件72收容于作为热屏蔽体63的壳体中。而且，通过约 100 约150W的加热器64对不受DAS62的温度变化影响的PDA82进行加热，并且通过冷却扇6 对PDA82进行冷却，从而进行PDA82的温度控制。通过加热器64和冷却扇65a，例如在比室温高的40士 1°C的范围内对PDA82进行温度控制。通过对PDA82进行温度控制，能够维持CT图像的画质。另一方面，有时DAS62因发热而基板温度达到约60 约90°C，从而导致DAS62的误动作。为防止DAS62过度升温，在DAS62的基板上安装用于冷却DAS62的冷却扇65b。这样，成为DAS62不过度升温的构造。如上所述，为了对X射线检测器61进行温度控制，一边使用热屏蔽体63来屏蔽 DAS62的排热一边在PDA82侧具备进行加热的设备，而另一方面，在DAS62侧具备进行冷却的设备。 根据以往的X射线CT装置，为了对X射线检测器的PDA进行温度控制，一边使用热屏蔽体将PDA从DAS的排热屏蔽开一边进行加热，而另一方面在进行冷却，这产生了电力的浪费。此外，近年来，随着DAS高集成化而小型化，从提高性能的观点出发需要使X射线检测器和DAS接近地设置。极端地能够想到使X射线检测器和DAS —体化的情况。但是， 在以往的X射线CT装置中若不设置热屏蔽体，则DAS的排热会直接影响PDA的温度，难以实现PDA的恒温化。因此，在以往的X射线CT装置中由于需要设置热屏蔽体，所以难以实现X射线检测器和DAS的一体化。此外，在以往的X射线CT装置中若不设置加热器，则无法期望PDA的高温化。因此，由于在以往的X射线CT装置中需要设置加热器，所以难以实现X射线检测器和DAS的一体化。除此之外，若在X射线检测器附近设置加热器，也会存在加热器成为噪声源这一弊病。

发明内容
本实施方式的X射线CT装置为解决上述问题，具备X射线源，产生X射线；闪烁器，基于上述X射线发出荧光；基板，形成有多个将上述荧光变换为电信号的光电二极管的受光元件；温度传感器，形成于上述基板表面；热源元件，形成于上述基板表面；以及控制部，基于上述温度传感器检测出的温度来调整上述热源元件的电流，由此控制上述光电二极管的温度。


在附图中图1是表示本实施方式的X射线CT装置的硬件结构图；图2是表示本实施方式的X射线CT装置中的X射线检测器和DAS周边的结构的概略的侧视图；图3是用于说明本实施方式的X射线CT装置中的PDA的温度传感器和热源元件的图；图4是表示本实施方式的X射线CT装置中的PDA的结构的第一例的PDA的俯视图；图5是表示本实施方式的X射线CT装置中的PDA的结构的第二例的PDA的俯视图；图6是表示本实施方式的X射线CT装置中的沟道的结构的俯视图；图7是沿着图6的A-A线的放大剖视图；图8是用于说明本实施方式的X射线CT装置中的沟道的制造方法的一例的图；图9是表示用于说明本实施方式的X射线CT装置的动作的时序图的一例的图；图10是表示本实施方式的X射线CT装置的动作的流程图；图11是表示以往的X射线CT装置中的X射线检测器和DAS周边的结构的概略的侧视图。
具体实施例方式参照

本实施方式的X射线CT装置。本实施方式的X射线CT装置有旋转/旋转(ROTATE/ROTATE)类型、固定/旋转 (STATIONARY/ROTATE)类型等多种类型，任何类型都可以适用于本发明，所述旋转/旋转类型是X射线管和X射线检测器作为一体在被检体的周围旋转的类型，所述固定/旋转类型是大量检测元件以环状阵列排列，只有X射线管在被检体的周围旋转的类型。在此，说明目前占主流的旋转/旋转类型。此外，将入射X射线变换为电荷的机构以间接变换型和直接变换型为主流，间接变换型通过闪烁器等荧光体将X射线变换为光，进而通过光电二极管等光电变换元件将该光变换为电荷；直接变换型利用了由X射线引起的半导体内的电子空穴对的生成及该电子空穴对向电极的移动，即利用了光导电现象。另外，近年来，将多对X射线管和X射线检测器搭载于旋转环的所谓多管球型X射线CT装置的产品化在不断推进，其周边技术的开发也在进步。本实施方式的X射线CT装置，无论是以往的单管球型X射线CT装置还是多管球型X射线CT装置都能够适用。在此， 作为单管球型X射线CT装置进行说明。图1是表示本实施方式的X射线CT装置的硬件结构图。图1示出了本实施方式的X射线CT装置1。X射线CT装置1大体包括扫描器装置 11和图像处理装置12。X射线CT装置1的扫描器装置11通常设置于检查室内，构成为用于生成与被检体(人体)0的摄像部位相关的X射线的透射数据。另一方面，图像处理装置 12通常设置于与检查室相邻的控制室内，构成为用于基于透射数据生成投影数据并进行重构图像的生成和显示。X射线CT装置1的扫描器装置11设置有作为X射线源的X射线管21、X射线检测器(闪烁检测器)22、光圈23、DAS (data acquisition system) M、旋转部25、控制器沈、高压电源27、光圈驱动装置观、旋转驱动装置四、顶板30、及顶板驱动装置(诊视床装置)31。X射线管21与从高压电源27供给的管电压相对应地朝向X射线检测器22照射X 射线。通过从X射线管21照射的X射线，形成冷却扇形束X射线或锥形束X射线。X射线检测器22是一维阵列型X射线检测器，在与体轴方向即顶板的长度方向正交的方向(通道方向)上具有多(M)道检测元件，在切片方向(列方向)上具有1列检测元件。或者是，X射线检测器22是二维阵列型X射线检测器22 (也称为多层面型检测器)，具有矩阵状即M道、切片方向上的多(N)列的检测元件。X射线检测器22检测从X射线管 21照射并透射被检体0的X射线。光圈23通过光圈驱动装置28来调整从X射线管21照射的X射线在切片方向上的照射范围。即，通过光圈驱动装置观调整光圈23的开口，从而能够变更切片方向的X射线照射范围。DAS24将X射线检测器22的各检测元件检测到的透射数据的电信号变换为电压信号并放大，进而变换为数字信号。DASM的输出数据经由控制器沈供给到图像处理装置 12。旋转部25收容于扫描器装置11的架台(未图示)，将X射线管21、X射线检测器 22、光圈23及DASM保持为一体。旋转部25构成为在X射线管21和X射线检测器22对置的状态下，使X射线管21、X射线检测器22、光圈23及DASM作为一体绕着被检体0旋转。控制器洸具有CPU (central processing unit)和存储器。控制器洸基于被从图像处理装置12输入的控制信号，进行X射线检测器22、DAS24、高压电源27、光圈驱动装置观、旋转驱动装置29、以及顶板驱动装置31等的控制，执行扫描。高压电源27通过控制器沈的控制，对X射线管21供给X射线的照射所需的电力。光圈驱动装置28通过控制器沈的控制，调整光圈23的X射线在切片方向上的照射范围。旋转驱动装置四通过控制器沈的控制，使旋转部25以旋转部25在维持其位置关系的状态下绕着空洞部旋转的方式进行旋转。顶板30能够载置被检体0。顶板驱动装置31通过控制器沈的控制，使顶板30沿着ζ轴方向移动。旋转部25 的中央部分具有开口，供载置于该开口部的顶板30的被检体0插入。X射线CT装置1的图像处理装置12以计算机为基础而构成，能够与医院中心的 LANdocal area network 局域网)等网络N进行相互通信。图像处理装置12虽未图示， 具有CPU、存储器、HDD (hard disc drive 硬盘驱动器)、输入装置、以及显示装置等基本硬件。图像处理装置12对从扫描器装置11的DASM输入的原始数据进行对数变换处理或灵敏度校正等校正处理(前处理)，从而生成投影数据。此外，图像处理装置12对进行了前处理的投影数据进行散射线的除去处理。图像处理装置12用于基于X射线照射范围内的投影数据的值进行散射线的除去，将根据成为进行散射线校正的对象的投影数据或者其相邻投影数据的值的大小推测出的散射线，从成为对象的投影数据中减去，从而进行散射线校正。图像处理装置12基于校正后的投影数据生成重构图像。图2是表示本实施方式的X射线CT装置中的X射线检测器22和DASM周边的结构的概略的侧视图。图2示出了 X射线检测器22、DAS24、以及配置于X射线检测器22和DAS24的周边的冷却扇35。X射线检测器22具备准直仪(与N列相对应的N个准直仪)41，对透射被检体0的X射线进行准直；以及检测元件(与N列相对应的N个检测元件)42，在准直仪 41的后级基于X射线产生电信号。检测元件42具有基于X射线发出荧光的闪烁器(N个闪烁器)51和将荧光变换为电信号的PDA (N个PDA) 52。另外，图2示出了例如与8 (N = 8) 列相对应的8个准直仪41、与8列相对应的8个闪烁器51、与8列相对应的8个PDA52。在PDA52的后级，DAS24以X射线检测器22的输入面与DAS24的输入面对置的方式与X射线检测器22 —体配置。另外，虽然未图示，也可以将DASM配置在X射线检测器 22的附近。DASM将来自PDA52的电信号变换为电压信号并放大，进而变换为数字信号。冷却扇35安装在DASM的基板(未图示)上，以对DAS24(及X射线检测器22) 进行冷却。图3是用于说明本实施方式的X射线CT装置1中的PDA52的温度传感器和热源元件的图。如图3所示，PDA52在基板上具备受光元件(N个受光元件)52a、温度传感器52b、 以及热源元件(N个热源元件)52c。以半导体工艺制造的温度传感器52b埋设于PDA52。例如，温度传感器 52b 是以 CMOS (complementary metal oxide semiconductor :互补型金属氧化物半导体)工艺制造的CMOS温度传感器电路。此外，以半导体工艺制造的热源元件52c 埋设于PDA52。控制器沈反复接收从PDA52的温度传感器52b发送来的温度信息信号。然后，控制器沈基于接收到的温度信息信号，调整PDA52的热源元件52c的电流，从而控制PDA52 的温度。此外，控制器沈经由DASM接收来自PDA52的受光元件52a的透射数据。在此，控制器沈通过反馈控制，进行PDA52的温度控制。控制器沈在要使PDA52 的温度上升的情况下，调整流过热源元件52c的电流。另一方面，控制器沈在要使PDA52 的温度下降的情况下，调整流过热源元件52c的电流和冷却扇35的风量之中的至少一个。 这样，通过流过热源元件52c的电流的调整和冷却扇35的风量调整，例如在比室温高的约 40士 1°C的范围内对检测元件42的PDA52进行温度控制。通过对PDA52进行温度控制，能够维持由图像处理装置12生成的CT图像的画质。图4是表示本实施方式的X射线CT装置1中的PDA52的结构的第一例的PDA52 的俯视图。如图4所示，以N列XM道排列的PDA52具备与以N列XM道排列的受光元件52a、 温度传感器52b、以及与N列XM道的受光元件5 分别对应的数量的热源元件52c。在图4示出的例子中，PDA52的热源元件52c是电阻元件R。另外，在图4中，图示了具备与 N列XM道的受光元件5 相对应的数量的电阻元件R，但是电阻元件R的数量不限定于N 歹丨J XM道。由此，在图4所示的PDA52的结构中，控制器沈通过调整流过作为热源元件52c 的NXM个电阻元件R的电流，能够调整电阻元件R的发热量。图5是表示本实施方式的X射线CT装置1中的PDA52的结构的第二例的PDA52 的俯视图。如图5所示，以N列XM道排列的PDA52具备与以N列XM道排列的受光元件52a、 温度传感器52b、以及与N列XM道的受光元件5 分别对应的数量的热源元件52c。在图 5所示的例中，PDA52的热源元件52c是单极型晶体管例如MOSFET(metal-oxide-semicon ductor field-effect transistor 金属-氧化物-半导体场效应晶体管)。另外，在图5 中，图示了具备与N列XM道的受光元件5 相对应的数量的MOSFET，但是MOSFET的数量不限定于N列XM道。MOSFET是由电位(正电源)Vdd的漏极(D)、电位(负电源)Vss的源极⑶以及栅极(G)构成的3端子器件。MOSFET有时由成为双栅极的4电极构成。另外，热源元件52c 不限定于单极型，也可以是未图示的双极型。双极型晶体管是由基极(B)、发射极(E)和集电极(C)构成的3端子器件。双极型晶体管通过在基极和发射极之间流过电流，能够控制集电极和发射极之间的电流。在图5所示的PDA52的结构中，通过对MOSFET的栅极施加电压，能够控制源极和漏极之间的电流。由此，在如图5所示的PDA52的结构中，控制器沈通过调整对作为热源元件52c的NXM个MOSFET的栅极施加的电压，能够调整MOSFET的发热量。图6是表示本实施方式的X射线CT装置1中的沟道53的结构的俯视图，图7是沿着图6的A-A线的放大剖视图。在本实施方式的X射线装置中，也可以在受光元件5 和热源元件52c之间设置沟道(trench) 53。沟道53例如由氧化硅(SiO2)形成。图8是用于说明本实施方式的X射线CT装置1中的沟道53的制造方法的一例的图。本实施方式的沟道53例如可以通过以下的方法形成。首先，在氧化炉中以约1000°C对硅基板进行加热，使该硅基板和氧气(O2)发生反应。由此，在基板上形成氧化膜(SiO2)。然后，通过CVD (Chemical Vapor D印osition 化学汽相淀积)法在氧化膜(SiO2)上形成氮化膜(SiN)(步骤ST I)。接着，通过光刻工艺(Photolithography Process)除去沟道53形成区域(α )和元件形成区域(β)的氧化膜和氮化膜(步骤ST II)。接着，通过干刻法(dry etching)在硅基板上的沟道53形成区域(α)上形成浅沟道 53 (shallow trench)(步骤 STIII)。然后，通过CVD法在硅基板上成膜出氧化膜(SiO2)(步骤STIV)。最后，通过CMP(Chemical Mechanical Polishing 化学机械抛光)来对表面进行研磨，从而除去氧化膜和氮化膜，获得作为元件分离区域的沟道53和元件形成区域(β ) (步骤ST V)。另外，在形成有沟道53的情况下，能够将受光元件5 和热源元件52c形成在通过上述方法得到的元件形成区域(β)。 通过设置该沟道53，能够对受光元件5 和热源元件52c进行元件分离，所以能够防止在热源元件52c产生的热噪声(Johnson noise)对来自受光元件5 的图像用信号产生影响。图9是表示用于说明本实施方式的X射线CT装置的动作的时序图的一例的图。如图9所示，X射线CT装置1在开始向顶板30载置被检体01之后进行2次扫描 (例如常规扫描(conventional scan)),结束被检体01的载置。接着，X射线CT装置1在开始向顶板30载置被检体02之后进行1次扫描(例如螺旋扫描(helical scan))，结束被检体02的载置。X射线CT装置1在被检体02的扫描后，结束动作。在图9所示的温度非控制期间t，控制器沈不控制PDA52的温度，也不执行扫描， 所以X射线CT装置1所在的房间的室温成为主要的外部干扰，PDA52的温度变为室温。除了温度非控制期间t之外是温度控制期间T。在温度控制期间T即扫描以外的期间(扫描待机期间)T1，X射线CT装置1所在的房间的室温成为主要的外部干扰，PDA52 的温度变为室温。因而，在扫描以外的期间Tl，控制器的合理温度为目标值，以 PDA52的热源元件52c的电流为操作变量，由此对温度传感器52b反复检测出的作为控制对象的PDA52的温度进行反馈控制。例如，控制器沈对PDA52的温度进行PID (比例-积分-微分)控制。另一方面，在温度控制期间T即扫描期间T2，DAS24的排热成为主要的外部干扰， PDA52的温度上升。在扫描期间T2，控制器沈以PDA52的合理温度为目标值，以PDA52的热源元件52c的电流和冷却扇35的风量之中的至少一个为操作变量，由此对温度传感器52b 反复检测出的作为控制对象的PDA52的温度进行反馈控制。例如，控制器沈对PDA52的温度进行PID控制。接着，使用图10所示的流程图说明本实施方式的X射线CT装置1的动作。首先，X射线CT装置1的控制器沈将检测元件42的PDA52的合理温度设定为目标值(步骤STl)。若操作者经由图像处理装置12的输入装置(未图示)输入例如40士 1°C 的范围，则控制器沈将40士 1°C的范围设定为目标值。接着，通过操作者经由图像处理装置12的输入装置(未图示)的输入，控制器沈开始PDA52的温度的控制(步骤ST2)。若通过步骤ST2开始PDA52的温度控制，则X射线 CT装置1成为扫描的待机状态。即，若使用图9来说明，则X射线CT装置1从温度非控制期间t迁移到温度控制期间T的扫描以外的期间Tl。在扫描以外的期间Tl，控制器沈将通过步骤STl设定的合理温度作为目标值，基于由温度传感器5 反复检测出的PDA52的温度，调整PDA52的热源元件52c的电流、即热源元件52c的发热量，由此控制PDA52的温度(步骤SB)。例如，在步骤ST3中，将热源元件52c的电流作为操作变量，对PDA52的温度进行PID控制。接着，若接收到扫描开始的指示，则控制器沈判断由温度传感器52b检测出的 PDA52的温度是否为通过步骤STl设定的目标值(步骤ST4)。在步骤ST4的判断中，在判断为“是”、即判断为由温度传感器52b检测出的PDA52的温度是通过步骤STl设定的目标值的情况下，控制器26执行扫描(步骤ST5)。即，若使用图9来说明，则X射线CT装置1 从扫描外期间Tl迁移到扫描期间T2。在扫描期间T2，控制器沈将通过步骤STl设定的合理温度作为目标值，基于由温度传感器52b反复检测出的PDA52的温度，调整热源元件52c的电流和冷却扇35的风量之中的至少一个，由此控制PDA52的温度(步骤ST6)。例如，在步骤ST6中，将热源元件52c 的电流和冷却扇35风量之中的至少一个作为操作变量，来对PDA52的温度进行PID控制。另一方面，在步骤ST4的判断中，在判断为“否”，即判断为由温度传感器52b检测出的PDA52的温度不是通过步骤STl设定的目标值的情况下，控制器沈控制PDA52的温度， 直至PDA52的温度到达通过步骤STl设定的目标值为止(步骤ST3)。控制器沈判断是否结束PDA52的温度控制(步骤ST7)。在步骤ST7的判断中，在判断为“是”、即判断为结束检测元件42的PDA52的温度控制的情况下，控制器沈结束动作 (步骤ST8)。即，若使用图9来说明，则X射线CT装置1从扫描期间T2迁移到温度非控制期间t。例如，在结束了该日应进行的全部扫描的情况下，若操作者经由图像处理装置12的输入装置(未图示)输入结束指示，则控制器沈判断为结束PDA52的温度控制。
另一方面，在步骤ST7的判断中，在判断为“否”、即判断为不结束检测元件42的 PDA52的温度控制的情况下，即在判断为继续进行扫描的情况下，控制器沈控制PDA52的温度(步骤ST3)。即，若使用图9来说明，则X射线CT装置1从扫描期间T2迁移到扫描以外的期间Tl。根据本实施方式的X射线CT装置1，能够通过简单的结构容易地进行PDA52的温度控制，从而提高CT图像的画质，特别在X射线检测器22和DASM接近或一体化的情况下也能够进行温度控制。以上说明了本发明的几个实施方式，这些实施方式只是作为例子进行提示，并不意欲限定发明的范围。这些新颖的实施方式也能够采用其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围和主旨内，并且也包含在权利要求书中记载的发明及其等同的范围内。
权利要求
1.一种X射线CT装置，其特征在于，具备 X射线源，产生X射线；闪烁器，基于上述X射线发出荧光；基板，形成有多个将上述荧光变换为电信号的光电二极管的受光元件； 温度传感器，形成于上述基板表面； 热源元件，形成于上述基板表面；以及控制部，基于上述温度传感器检测出的温度来调整上述热源元件的电流，由此控制上述光电二极管的温度。
2.如权利要求1所述的X射线CT装置，其特征在于， 上述基板具备沟道。
3.如权利要求2所述的X射线CT装置，其特征在于， 上述沟道形成于上述温度传感器与上述热源元件之间。
4.如权利要求1 3中任一项所述的X射线CT装置，其特征在于， 还具备冷却扇，上述控制部在扫描时，通过调整上述冷却扇的风量来控制上述光电二极管的温度。
5.如权利要求1 4中任一项所述的X射线CT装置，其特征在于，上述控制部设定上述光电二极管的温度的目标值，在非扫描时，控制上述光电二极管的温度，以使上述光电二极管的温度成为上述目标值。
6.如权利要求1 5中任一项所述的X射线CT装置，其特征在于，上述温度传感器和上述热源元件以半导体工艺制造，埋设于上述光电二极管中。
7.如权利要求6所述的X射线CT装置，其特征在于， 将上述热源元件设为电阻元件。
8.如权利要求6所述的X射线CT装置，其特征在于， 将上述热源元件设为单极型晶体管。
9.如权利要求8所述的X射线CT装置，其特征在于，将上述热源元件设为金属-氧化物-半导体场效应晶体管即M0SFET。
10.如权利要求6所述的X射线CT装置，其特征在于， 将上述热源元件设为双极型晶体管。
全文摘要
本发明提供一种X射线CT装置，能够通过简单的结构容易地进行PDA的温度控制，从而提高CT图像的画质，尤其是在X射线检测器和DAS接近或一体化的情况下也能够进行温度控制。该X射线CT装置具备X射线源，产生X射线；闪烁器，基于上述X射线发出荧光；基板，形成有多个将上述荧光变换为电信号的光电二极管的受光元件；温度传感器，形成于上述基板表面；热源元件，形成于上述基板表面；以及控制部，基于上述温度传感器检测出的温度来调整上述热源元件的电流，由此控制上述光电二极管的温度。
文档编号A61B6/03GK102283668SQ20111016749
公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月21日 优先权日2010年6月21日
发明者中山道人, 佐乡朋英, 宫城武史, 山崎敬之, 桥本笃 申请人:东芝医疗系统株式会社, 株式会社东芝