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JP2011226902A - X-ray data acquisition device - Google Patents

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JP2011226902A
JP2011226902A JP2010096654A JP2010096654A JP2011226902A JP 2011226902 A JP2011226902 A JP 2011226902A JP 2010096654 A JP2010096654 A JP 2010096654A JP 2010096654 A JP2010096654 A JP 2010096654A JP 2011226902 A JP2011226902 A JP 2011226902A
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JP
Japan
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analog signal
data acquisition
ray
das
detector
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Application number
JP2010096654A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Murakami
明 村上
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NEC Tohoku Corp
Original Assignee
NEC Tohoku Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an X-ray data acquisition device excellent in X-ray detection accuracy by overcoming difficulties in packaging and a problem of degradation of a feeble X-ray detection signal.SOLUTION: An X-ray data acquisition device includes: a detector substrate on a front surface of which an X-ray detection unit with an analogue-signal output terminal is mounted; an X-ray data acquisition element (DAS: data acquisition system) which is provided with an analogue-signal input terminal disposed on a back surface of the detector substrate; and an analogue-signal conductor which penetrates through the detector substrate to directly connect the analogue-signal output terminal and the analogue-signal input terminal.

Description

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。   The present invention relates to an X-ray data acquisition apparatus, and more particularly, to an integrated configuration of a detector as an X-ray detection unit and a data acquisition element in an X-ray computed tomography (CT) apparatus.

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。   In a known X-ray CT apparatus, an X-ray transmission data is collected by scanning a subject with an X-ray source and an X-ray detection unit facing each other, and an X-ray transmission image is reconstructed based on the data. As the X-ray detector, scintillator and photodiode cells are arranged in a two-dimensional array. The detection signal of the X-ray detection unit is amplified, analog-digital (AD) conversion, etc. for each cell of the two-dimensional array by a data acquisition element (hereinafter referred to as DAS), and is converted into digital data as an image reconstruction system. Forwarded to

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。   The X-ray CT two-dimensional detector disclosed in Patent Document 1 discloses a configuration in which an X-ray detector is mounted on the front surface side of a multilayer wiring board and a DAS is mounted on the back surface side of the multilayer wiring board. The analog signal output from the photodiode group of the X-ray detection unit is input to a switching element that bundles electric signals provided on the front surface side end of the multilayer wiring board, and passes through the multilayer wiring board to the DAS on the back surface side. Have been entered.

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。   In such an X-ray detector, an analog signal is input to the DAS via the switching element, so that the wiring length for the analog signal becomes long and the X-ray detection accuracy deteriorates. That is, since the level of the analog signal output from the photodiode is weak, the analog signal deteriorates as the analog signal wiring length increases.

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。   As means for shortening the wiring length for analog signals, Patent Documents 2 and 3 disclose a technique in which a DAS and an X-ray detection unit are stacked and integrally formed on the same substrate. That is, a plurality of DAS are mounted on the same substrate, and an X-ray detection unit including a photodiode group is stacked and mounted thereon.

特開2001−215281 (図4、段落番号42−53)JP2001-215281 (FIG. 4, paragraph numbers 42-53) 特開2008−73522 (図6(A)および(B)、段落番号30−31)JP-A-2008-73522 (FIGS. 6A and 6B, paragraph numbers 30-31) 特開2008−145245 (図10および図11、段落番号35−45)JP2008-145245 (FIGS. 10 and 11, paragraph numbers 35-45)

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。   In Patent Documents 2 and 3, the objective is to make the shortest connection between the photodiode and the DAS, and the photodiode group is mounted on the DAS. Therefore, stacking mounting is required. In order to reliably connect the photodiode group and the DAS and improve the connection reliability, it is necessary that all the DAS upper surfaces have flatness, but this requires an extremely advanced mounting technique.

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。   An object of the present invention is to provide an X-ray data acquisition apparatus with high X-ray detection accuracy that suppresses the deterioration of weak X-ray detection signals with a structure that reduces the difficulty of mounting and increases connection reliability.

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。   The X-ray data acquisition apparatus of the present invention includes a detector board on which an X-ray detector having an analog signal output terminal is mounted on the front side of the board, and an analog signal input terminal mounted on the back side of the detector board. An X-ray data acquisition element (DAS) and an analog signal conductor that penetrates through the front and back of the detector substrate and directly connects the analog signal output terminal and the analog signal input terminal are provided.

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。   According to the X-ray data acquisition apparatus of the present invention, low-cost and high-precision X-ray detection can be realized without using a special stacking technique.

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。1 is a schematic front view showing a configuration of an X-ray data acquisition apparatus according to a first embodiment of the present invention. 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。The schematic perspective view which shows the structure of the X-ray data acquisition apparatus of the 2nd Embodiment of this invention. (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。(A) The schematic sectional drawing which shows the analog signal wiring of the detector board | substrate by the 2nd Embodiment of this invention along the virtual plane I shown with a dashed-dotted line in FIG.

(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。
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。 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。 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。
(B) The schematic sectional drawing which shows the digital signal wiring of the detector board | substrate by the 2nd Embodiment of this invention along the virtual plane II shown with a dashed-dotted line in FIG.
The schematic front view which shows the structure of the X-ray data acquisition apparatus provided with the electromagnetic wave shielding structure by the 3rd Embodiment of this invention. The schematic plan view which shows the electromagnetic wave shielding structure of the detector substrate surface layer by the 4th Embodiment of this invention. The block diagram for demonstrating operation | movement of the X-ray data acquisition apparatus of the 1st Embodiment of this invention.

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。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Referring to FIG. 1, there is shown a schematic front view of an X-ray data acquisition apparatus as a first embodiment of the present invention. This X-ray data acquisition apparatus includes a scintillator 2 that converts X-rays into light, a photodiode 3 that converts light into electricity, and an analog detection signal output from the photodiode 3 to each data collection element (DAS) 12. A detector board 13 for transmission, a plurality of DASs 12 for amplifying and digitizing an inputted analog signal, a transfer circuit 9 for outputting a digital detection signal outputted from each DAS 12 to a host system such as an image reconstruction system, and an X-ray The data communication path 10 connects the data acquisition device and the host system, and the control circuit 11 controls the X-ray data acquisition device. The scintillator 2 and the photodiode 3 are arranged as a two-dimensional array, and will be simply referred to as the scintillator 2 and the photodiode 3 below.

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。   The photodiode 3 and the DAS 12 are arranged at positions facing each other with the detector substrate 13 in between. The analog signal output terminal of the photodiode 3 and the analog signal input terminal of the DAS 12 are configured to be directly connected in the shortest manner through a conductor such as a through hole that penetrates and is conducted through the front and back of the detector substrate 13.

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。   By arranging and wiring the terminals of the photodiode 3 and the DAS 12 at positions facing each other through the detector substrate 13, the analog signal path can be shortened, and the X-ray detection accuracy can be improved.

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。   Next, the operation of the X-ray data acquisition apparatus will be described using the block diagram of the X-ray data acquisition apparatus shown in FIG. As a block diagram, there is almost no fundamental difference from the block diagram disclosed in Patent Document 3.

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。   In FIG. 6, a detector 20 as an X-ray detection unit includes a plurality of scintillators 2 and a plurality of photodiodes 3, and a data acquisition unit 21 includes a plurality of DASs 12, a transfer circuit 9, and a control circuit 11. When the plurality of scintillator arrays 2 receive X-rays 1 respectively, the X-rays are converted into light and applied to a plurality of pairs of photodiodes 3. The amount of light changes depending on the intensity of the X-ray.

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。   The photodiode 3 converts the received light into an analog signal 4 and transmits it to the DAS 12. At this time, since the analog signal 4 output from the photodiode 3 is weak, it is easily affected by the outside, and it is important to maintain the quality of the analog signal 4.

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。   In Patent Document 1, since the switching element is interposed, the wiring length of the analog signal 4 is long. However, in the present invention, the analog signal output terminal of the photodiode 3 and the analog signal input terminal of the DAS 12 are formed on the same substrate. Since the terminals can be shortened by directly connecting the terminals with an analog signal conductor penetrating the board, the structure is less susceptible to the influence from the outside.

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。   The DAS 12 that has received the analog signal 4 amplifies the analog signal 4 with the amplifier (A) 5, and then converts the analog signal 4 into a digital signal with the AD converter (AD) 6.

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。   In recent years, semiconductor technology has progressed, and some chips can process several hundred channels, and the information detected by the multiplexer (MX) 7 in the DAS is output as a time-division digital signal 8 to the outside. it can.

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。   Since DAS 12 also handles weak signals, it is a device that is easily affected by external noise. Nevertheless, the structure integrated with the detector 20 becomes closer to the X-ray tube and is strongly influenced by X-rays. Therefore, it is necessary to shield DAS 12 from X-rays, and in Patent Document 2, a shielding material such as tungsten is additionally used.

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。   In the present invention, the material of the detector substrate 13 and the mounting position of the DAS 12 are devised so that X-ray shielding can be performed without newly adding a shielding material.

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。   Specifically, a ceramic material is used as the material of the detector substrate 13 to serve as a shielding material in addition to the role as a substrate, and the DAS 12 is disposed on the back side of the detector substrate as viewed from the X-ray irradiation direction. Has been realized.

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。   The transfer circuit (TX) 9 plays a role of receiving the digital signal 8 from each DAS 12 and transferring the digital signal 8 to a higher-level image reconstruction system via the data communication path 10. The order in which the digital signal 8 is received, the timing of data transfer to the host system, and the like depend on instructions from the control circuit (CNT) 11. The transfer circuit 9 has options such as electrical communication, wireless communication, and optical communication according to the communication form. In particular, in a system in which an X-ray data acquisition apparatus is installed in a rotating body, wireless communication and optical communication that do not require electrical wiring are superior.

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。   In addition, by mounting DAS 12 on the back side of detector board 13, analog signals can be converted to digital signals and time-division multiplexed, so the interconnect with external systems is switched from analog signals to digital signals, and the number of interconnects with external systems is reduced. It can be greatly reduced.

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。   Further, assuming that the number of detector channels is increased, a system capable of changing the transfer rate to the external system is provided in the transfer circuit 9, thereby making it possible to change the number of channels without increasing the number of physical interconnects. it can.

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。   If the transfer circuit 9 has a wireless communication or optical communication function, the physical data communication path 10 can be eliminated. As a result, there is no physical connection between the X-ray data acquisition apparatus and the image reconstruction system that is the host system, so that the degree of freedom in system arrangement is improved. Further, since there are no physical restrictions on the connection, it is easy to increase the number of X-ray data acquisition apparatuses, and the number of sensor channels can be increased even after the installation and operation of the X-ray CT apparatus is started.

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。   Further, since the photodiode 3 and the DAS 12 are directly mounted on the front surface and the back surface of the detector substrate 13, respectively, low-cost and highly reliable mounting is possible without using a special stacking technique.

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。   Furthermore, since the mismatch in the terminal arrangement between the photodiode 3 and the DAS 12 can be adjusted by devising a multilayer wiring structure on the detector substrate 13, an X-ray data acquisition apparatus can be constructed even by combining a commercially available photodiode 3 or DAS 12. .

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。   FIG. 2 shows an X-ray data acquisition apparatus according to the second embodiment of the present invention, in which the array pattern of the analog signal output terminals 41 of the photodiode 3 and the array pattern of the analog signal input terminals 42 of the DAS 12 correspond one-to-one. It is a schematic perspective view which shows the case where it corresponds.

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。   3A and 3B, details of the multilayer wiring inside the detector substrate shown in FIG. 2 are shown. FIG. 3A shows a cross-sectional view of FIG. 2 cut along the virtual plane I. FIG. That is, a cross section of the detector substrate along a cross section including the analog signal output terminal 41 of the photodiode 3 and the analog signal input terminal 42 of the DAS 12 in common is shown, and the substrate thickness is enlarged for the sake of explanation. Yes. FIG. 3B shows a cross-sectional view of FIG. 2 cut along the virtual plane II. That is, the cross section of the detector substrate 13 along the cross section including the digital signal terminal 81 of the DAS 12 is shown.

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。   In FIG. 3A, the multilayer structure of the detector substrate 13 has the analog signal wiring region 400 in which only the analog signal conductor 40 is wired on the side where the photodiode 3 is mounted, and the DAS 12 mounted. And a digital signal wiring region 800 in which the digital signal wiring 80 is mainly wired. The digital signal wiring area 800 mainly accommodates a digital signal wiring 80 for transmitting a digital signal. However, since the analog signal conductor 40 also needs to pass through the digital signal wiring area 800, it is in contact with the digital signal wiring 80. The analog signal conductor 40 is wired so as not to occur. That is, the analog signal conductor 40 is wired so as to extend in the vertical direction (direction orthogonal to the main surface of the substrate) with respect to the analog signal input terminal 42 of the DAS 12.

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。   If the arrangement pattern of the analog signal output terminal 41 of the photodiode 3 and the arrangement pattern of the analog signal input terminal 42 of the DAS 12 are in one-to-one correspondence, all the analog signal conductors 40 have the same length. And it can be wired at the shortest distance. When a commercially available DAS 12 is used, the terminal arrangement pattern is generally different as shown in FIG. 1, and the difference in that case is appropriately determined in the analog signal wiring region 400 in the analog signal conductor 40. This can be done by changing and adjusting the wiring pattern.

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。   In the multilayer substrate layer configuration of the detector substrate 13, the cross-talk between the analog signal and the digital signal is suppressed by arranging the photodiode 3 side as an analog signal wiring region 400 and the DAS 12 side as a digital signal wiring region 800. And stable X-ray detection can be realized.

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。   FIG. 3B shows a cross section of the detector substrate 13 along the cross section including the digital signal terminal 81 of the DAS 12, so that the analog signal conductor 40 shown in FIG. As a result, the analog signal conductor 40 is not drawn. For the sake of explanation, the figure also shows an enlarged substrate thickness. FIG. 3B shows a case where the digital signal wiring 80 for digital signals is wired only in the digital signal wiring region 800. Regarding the arrangement of the digital signal wiring 80, it is desirable to arrange the digital signal wiring 80 so as to avoid crosstalk with the analog signal conductor 40 by arranging (lowering the layer) on the lower layer side of the detector substrate 13.

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。   Referring to FIGS. 4 and 5, there is shown an electromagnetic wave shielding method when the X-ray data acquisition apparatus shown in FIG. 1 is affected by electromagnetic waves.

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。   FIG. 4 shows a method of shielding the DAS 12 from electromagnetic waves in the X-ray data acquisition apparatus according to the third embodiment of the present invention. The electromagnetic shielding can be realized by covering the periphery of the DAS 12 with the detector substrate 13 and the electromagnetic shielding sheet 16.

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。   The detector substrate 13 and the electromagnetic wave shielding sheet 16 are electrically coupled to each other. This electrical coupling is performed on the surface of the detector substrate 13. As long as the surface is a surface, the mounting surface of the photodiode 3 or the mounting surface of the DAS 12 can be used. For the electromagnetic wave shielding sheet 16, copper or iron of a conductive material can be used.

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。   In FIG. 4, the data communication path 10 can be taken out from the direction orthogonal to the longitudinal direction of the detector substrate 13 so as not to cross the electromagnetic wave shielding sheet 16.

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。   FIG. 5 shows the structure of the surface layer (substrate surface and back surface) of the detector substrate 13 in the X-ray data acquisition apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. By covering the surface layers of the front and back surfaces of the detector substrate 13 with the ground layer 15 so as not to contact the analog signal or digital signal conductors 40 or 80 exposed on the surface surface of the detector substrate 13, The internal wiring can have a role of shielding electromagnetic waves. All portions where wiring for analog signals and digital signals is not provided are covered with the ground layer 15 and the ground layer on the front surface side and the ground layer on the back surface side are made conductive by a through hole or the like formed in the substrate.

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。   In the present invention, the photodiode on the substrate surface and the DAS on the substrate back surface are directly connected. Therefore, if a dedicated DAS or photodiode is designed, an analog signal is transmitted from the substrate surface to the substrate back surface as shown in FIG. The length of the analog signal is only the thickness of the substrate. Furthermore, the lengths of all analog signals are uniform and can be wired at equal distances. Furthermore, separation from a digital signal becomes easy. Even if a general-purpose photodiode and DAS are used, the wiring shown in FIG. 3 can be made as close as possible by arranging both devices at positions facing the center of the same substrate. This makes it possible to create an X-ray data acquisition device that can obtain uniform characteristics in all photodiode cells, and an X-ray detector that can suppress the degradation of weak X-ray detection signals requires advanced mounting technology. Without getting.

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。   The idea of making analog signals the shortest and uniform is also disclosed in Patent Documents 2 and 3, but in Patent Documents 2 and 3, there is a special dedicated in which the flatness of all DAS upper surfaces is uniform. Since it is necessary to make DAS without fail, it is unavoidable that it is a very expensive device including development costs. On the other hand, in the present invention, it is not always necessary to create such a dedicated DAS, so that development costs are not incurred.

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。   Furthermore, there are also differences in assembly difficulty and connection reliability. As shown in Patent Documents 2 and 3, when adopting a structure in which a plurality of DAS are mounted on a substrate and one photodiode module is mounted thereon, in order to securely connect the photodiode and the DAS, Although it is necessary that the flatness of all DAS upper surfaces is obtained, it is extremely difficult to obtain such flatness. Considering that the X-ray detector is installed while the centrifugal force is working, in such a stack structure, the connection between the photodiode and the DAS is likely to be stressed, and it becomes difficult to maintain the connection reliability. On the other hand, according to the embodiment of the present invention, all the components can be mounted on a substrate having a flatness, so that there is an advantage that it is easy to mount and maintain connection reliability.

本発明の活用例として、X線CT装置がある。   An application example of the present invention is an X-ray CT apparatus.

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 X-ray 2 Scintillator 3 Photodiode 4 Analog signal 5 Amplifier 6 AD converter 7 Multiplexer 8 Digital signal 9 Transfer circuit 10 Data communication path 11 Control circuit 12 Data acquisition element (DAS)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Detector board | substrate 15 Grounding layer 16 Electromagnetic wave shielding sheet 20 Detector 21 Data acquisition part 40 Analog signal conductor 41 Analog signal output terminal 42 Analog signal input terminal 80 Digital signal wiring 81 Digital signal terminal 400 Analog signal wiring area 800 Digital signal wiring area

Claims (9)

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。   A detector board having an X-ray detector having an analog signal output terminal mounted on the front side of the board, and an X-ray data acquisition element (DAS) having an analog signal input terminal mounted on the back side of the detector board. And an analog signal conductor that directly connects the analog signal output terminal and the analog signal input terminal through the front and back of the detector substrate. 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。   The X-ray detection unit includes, as components, a scintillator that converts X-rays into light, and a photodiode that converts the light into the analog signal and outputs the analog signal to the analog signal output terminal. Includes an analog-to-digital converter that converts an analog signal input to the analog signal input terminal into a digital signal, and a digital signal output from the DAS near the back side of the detector board. The X-ray data acquisition apparatus according to claim 1, further comprising a multi-layer wiring structure for digital signals for connecting a signal to a host system. 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。   3. The X-ray according to claim 2, wherein an array pattern of the analog signal output terminals matches an array pattern of the analog signal input terminals, and all the analog signal conductors have the same length. Data acquisition device. 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。   4. The X-ray data acquisition apparatus according to claim 1, wherein the conductor extends in a direction orthogonal to a main surface of the detector substrate. 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。   5. The X-ray data acquisition apparatus according to claim 2, wherein the analog signal conductor penetrates the detector substrate so as not to contact the digital signal multilayer wiring. 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。   2. The X-ray data acquisition apparatus according to claim 1, wherein the DAS includes a circuit for time-division multiplexing the digital signal as a component. 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。   The X-ray data acquisition apparatus according to claim 6, further comprising a control circuit that controls system operation on a back side of the detector substrate. 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。   The X-ray data acquisition apparatus according to claim 1, wherein a substrate material of the detector substrate is a ceramic material. 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。   A transfer circuit for transferring a digital signal output from the DAS to a host system is provided on the back surface of the detector substrate, and the transfer circuit is configured to perform telecommunication, optical communication according to the environment in which the X-ray data acquisition device is installed. The X-ray data acquisition apparatus according to claim 2, wherein communication means such as communication and wireless communication can be selected.
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