JP2006150079A - 検出器ユニット、検出器およびコンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】個別モジュールの精確な整列が同時に確実な電気的接続のもとで簡単に保証されているように、検出器ユニットを構成する。
【解決手段】複数の個別モジュール（５）と、個別モジュール（５）の機械的保持を行なうためのモジュール担持体（３）と、モジュール担持体（３）から分離して構成され個別モジュール（５）の電気的接続を行なうための導体板（４）とを備え、導体板（４）が検出器ユニット（２）のＸ線とは反対側に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、検出器ユニット、複数の検出器ユニットからなる検出器に関する。更に、本発明はこのような検出器を備えたコンピュータ断層撮影装置に関する。

検出器に付設された構成要素担持体と直接的に機械的にも電気的にも接続されている多数の個別モジュールとからなる断層撮影装置用の検出器は公知である（例えば、特許文献１参照）。各個別モジュールはアレイに配置された検出器要素を有する。検出器は、各個別モジュールが破壊なしに交換可能であるように構成されている。しかしながら、個別モジュールと構成要素担持体との電気的接続および機械的接続の同時形成は、特に個別モジュール同士の相対的な整列（位置合わせ）が必要な場合には一連の欠点につながる。

個別モジュールの電気的接続は、個別モジュールが整列（位置合わせ）にともなってずらされた場合にも電気的接続が確実に形成されたまま保たれるように実施されなければならない。しかし、構成要素担持体との、ずれに対して敏感でない電気的接続は、相応の接触要素（接触突起および接触面）の設計時の多大な費用および高コストの製造プロセスにつながる。

更に、構成要素担持体と個別モジュールとの確実な電気的接続は、公知の事例では、何らかの力を用いて接触要素を一体的に保持させる場合にのみ可能である。しかしながら、それにともなう機械的な相互作用は個別モジュールの軽微な精確な整列を困難にする。
欧州特許第０８４７５９６号明細書

本発明の課題は、個別モジュールの精確な整列が同時に確実な電気的接続のもとで簡単に保証されているように、検出器ユニット、検出器およびコンピュータ断層撮影装置を構成することにある。

この課題は請求項１の特徴事項による検出器ユニットによって、請求項１９の特徴事項による検出器によって、請求項２０の特徴事項によるコンピュータ断層撮影装置によって解決される。検出器ユニットの有利な実施態様はそれぞれ従属請求項２乃至１８に記載されている。

本発明によれば、検出器ユニットは、複数の個別モジュールの機械的保持を行なうためのモジュール担持体と、モジュール担持体から分離して構成され個別モジュールの電気的接続を行なうための導体板とを備え、導体板がモジュール担持体の個別モジュールとは反対側に配置されている。

従って、個別モジュールの機械的保持および電気的接続は、公知の事例と違って、本発明においては構造的に互いに分離されて実施されている。個別モジュールは、機械的機能と電気的機能との分離に基づいて、個別モジュールの確実な電気的接続と同時に、簡単に精確に整列させることができる。公知の事例において個別モジュールの電気的接続によって発生する障害となる機械的相互作用が回避される。

本発明の有利な実施態様において、電気導体路による電気的接続部が設けられているので、電気導体路の相応の長さおよび相応の可撓性（フレキシビリティ）により、同時に形成された電気的接続のもとで個別モジュールの妨げのないずれが特に簡単に可能である。電気導体路は例えばいわゆるフレキシブルケーブルである。

電気的接続は、とりわけ個別モジュールの給電のためと、信号および制御指令の伝達のためとに用いられるので、個別モジュールの相互間の付加的なデータ線または給電線は必要でない。

モジュール担持体とそれぞれの個別モジュールとの間の機械的保持は着脱可能つまり取外し可能に実施されていると好ましく、それによって個別モジュールを破壊なしに簡単に交換または相互に整列させることができる。個別モジュールの整列（位置合わせ）は、特に個別モジュールの電気的接続が構成された後でも行なうことができる。

簡単化の理由から、以下においては、Ｘ線に向けられているモジュール担持体面は前面と呼ばれ、Ｘ線とは反対側のモジュール担持体面は裏面と呼ばれる。

モジュール担持体で個別モジュールの機械的保持を行うために、特に簡単に形成可能であるねじ接続が用いられている。すなわち、例えば、モジュール担持体がそれぞれ孔の形の切欠きを有し、個別モジュールがそれぞれ孔に合わされたねじ穴を有することにより、モジュール担持体の裏面から出発してモジュール担持体の孔を通して個別モジュールのねじ穴に案内されるねじによって両構成要素を接続することが考えられ得る。

ねじ接続の代わりに挟み付け装置を設けてもよく、この挟み付け装置により、個別モジュールとモジュール担持体とを簡単な差込みによって相互に接続することができる。

本発明の有利な実施態様において、モジュール担持体は個別モジュールの電気的接続を行なうための手段を有するので、それぞれの個別モジュールと導体板との間の簡単なケーブル案内が可能である。最も簡単な場合、個別モジュールの電気的接続のために、例えばフライス盤、ボール盤、パンチプレス機によって作製された切欠きがモジュール担持体に設けられている。

モジュール担持体は、本発明の有利な実施態様において、検出器枠に検出器ユニットを簡単かつ確実に機械的に固定するために用いられる固定手段を備えている。

個別モジュールは検出器ユニットのモジュール担持体上に１次元で配置されるとよい。しかし、個別モジュールをモジュール担持体上に２次元の形で配置することができる検出器ユニット構造も考えられ得る。個別モジュールの両配置のどれが選ばれるかは、例えば検出器の使用様式および所要検出器面に依存する。

各個別モジュールは、信号増幅、電圧処理または障害信号の減結合のための電子デバイスを有することよい。各個別モジュールは、例えばセラミックスである基板上に保持されている検出器要素のアレイを含むと好ましい。

モジュール担持体上に設けられた組立て手段は、検出器ユニットの組立ての際に、モジュール担持体上への個別モジュールの位置決めを容易化する。特に簡単な実施態様では、組立て手段は、隣接する個別モジュールの境界線をそれぞれ表示する目印線であるとよい。目印線の代わりに、個別モジュールが組立時に嵌め込まれる突出部をモジュール担持体に設けてもよい。

本発明の有利な実施態様において、各検出器要素は直接変換型半導体である。これに対する代替として、各検出器要素はシンチレータおよびフォトダイオードを含むことも同様に考えられ得る。入射するＸ線をコリメートするために、各個別モジュールにコリメータが付設されていると望ましい。

本発明の実施例並びに従属請求項による本発明の他の有利な実施態様を次の概略図に示す。
図１は、コンピュータ断層装置を一部は斜視図で一部はブロック図で示す。
図２は本発明による検出器ユニットを分解斜視図で示す。
図３は図２の検出器ユニットであるが、しかし差込み接続の形の機械的接続部とシンチレータおよびフォトダイオードを有する検出器要素とを備えた検出器ユニットの側面図を示す。
図４は検出器枠に取付けられた多数の検出器ユニットを備えた本発明による検出器の部分平面図を示す。

図１はコンピュータ断層撮影装置を一部は斜視図で一部はブロック図で示す。コンピュータ断層撮影装置はＸ線放射器３６および検出器１を備えた撮影システムを含み、検出器１は多数の検出器ユニット２からなり、各検出器ユニット２は図１に示されている座標系のｚ方向に配置された多数の個別モジュール５を有する。更に、コンピュータ断層装置は、検出器１によって作成された検出器出力信号を処理するための計算手段１９および結果画像を表示するための表示ユニット２０を有する。

Ｘ線放射器３６および検出器１は、図示されていない回転可能な検出器枠に、コンピュータ断層装置の作動時にＸ線放射器３６の焦点２２から出射し縁部ビーム１７によって仕切られたＸ線ビームが検出器１に入射するように、互いに対向配置されている。

検出器枠は、図示されていない駆動装置により、回転軸線２３の周りに図示のφ方向に回転させられる。回転軸線２３は図示の直交座標系のｚ軸に対して平行に延びている。寝台テーブル１８上に横たわっている対象、例えば患者の撮影範囲に関して、このようにして、多数のスライス画像の再構成のために異なる投影方向もしくは回転角位置からのＸ線撮影が行なわれる。この場合に、撮影範囲は、ｚ軸方向への寝台テーブル１８の連続的な送りと、これと同時の被検査範囲の周りにおける撮影システム３６，１の回転とによってスパイラル走査２１の形で走査することもできる。

各Ｘ線撮影は検出器１によって作成された検出器出力信号を含む。検出器出力信号は撮影範囲を通過するＸ線の減弱の尺度である。検出器出力信号は計算手段１９に導かれ、そこで検出器出力信号は、コンピュータ断層撮影装置の作動様式に応じて、公知の再構成方法に従って計算されてスライス画像またはボリューム画像に変換される。

図２には、例えば図１に示されたコンピュータ断層撮影装置の検出器１を構成するために使用可能である本発明による検出器ユニット２が分解斜視図で示されている。検出器ユニット２は多数の個別モジュール５から形成されているが、図２では図の見易さの理由から個別モジュール５の１つのみが示されている。このような個別モジュール５の図示のｚ方向およびφ方向の典型的な寸法は１ｃｍ×１ｃｍ〜１０ｃｍ×１０ｃｍにある。個別モジュール５の深さは模範的には１ｍｍ〜１５ｃｍの広がりを有する。個別モジュール５は、細長い長方形状に形成された共通なモジュール担持体３上に１次元に並べて配置されてモジュール担持体３に機械的に保持され、モジュール担持体３から構造的に分離されて構成された導体板４に電気的に接続されている。導体板４は同様に細長い長方形状に形成されている。

各個別モジュール５は、例えばセラミックスである基板７上に保持された検出器要素６のアレイを有する。検出器要素６は、例えばＸ線管である図１におけるＸ線放射器３６から出射して撮影範囲を通過するＸ線の吸収尺度である検出器出力信号の作成に用いられる。検出器要素６に入射したＸ線の検出器出力信号への変換は、図示の例では、直接変換型半導体３２によって行なわれる。しかし、Ｘ線は、それぞれの検出器要素６に付設された図３に示すシンチレータ２４と、このシンチレータ２４に光学的に結合されているフォトダイオード２５とによって変換することもできる。各個別モジュール５には、定められた空間角度のＸ線が検出器要素６によってそれぞれ検出されるように、コリメータ８が付設されていると望ましい。

基板７のＸ線とは反対の、以下において裏面と呼ぶ側には、この例では電圧処理用、信号増幅用および静電容量による障害信号の減結合用の電子デバイス２８，２９，３０が設けられている。しかし、電子デバイス２８，２９，３０は、必ずしも基板７つまり個別モジュール５に付設されている必要がない。電子デバイス２８，２９，３０の少なくとも一部は導体板４上に、または検出器枠に付設された電子装置上に配置することも考えられ得る。

個別モジュール５とモジュール担持体３とをねじ接続により機械的に接続するために、個別モジュール５には少なくとも１つのねじ穴１４が設けられている。ねじ穴１４は、望ましくは、基板７に組込まれた構成部分である小さいアルミニウムブロック３４内に形成されているとよい。それぞれの個別モジュール５の裏面には、更に個別モジュール５と導体板４との電気的接続を形成するための接続ケーブル１１、例えばフレキシブルケーブルが取付けられている。接続ケーブル１１は、個別モジュール５と、これに設けられた電子デバイス２８，２９，３０とにしっかりはんだ付けされている。もちろん、接続ケーブル１１を差込み接続の形で個別モジュール５に着脱可能に取付けることも考えられ得る。

モジュール担持体３上には、それぞれ個別モジュール５のねじ穴１４に対応する切欠き１５が設けられているので、個別モジュール５は機械的接続の形成のためにモジュール担持体３にねじ止め可能である。このために、ねじ１６をモジュール担持体３の裏面から切欠き１５を通して個別モジュール５のねじ穴１４にねじ込むことができる。ねじ接続は、特に、相互の整列のために又は個別モジュール５の交換のために容易に再分離可能であるという利点を有する。しかしながら、機械的接続の形成のためには、ねじ接続のみならず、図３に示されているように、例えばいわゆる「さねはぎ」の如き差込み接続部２６，２７も適している。

モジュール担持体３は、例えばモジュール担持体３の表面に付けた目印線の形の取付け手段３５を有するので、モジュール担持体３への個別モジュール５の位置正しい取付けが可能である。更に、モジュール担持体３には、電気的接続を実施するための手段つまり個別モジュール５の接続ケーブル１１を貫通させるための手段１３が設けられている。図示の実施例において、この手段１３は、それぞれ個別モジュール５から出ている接続ケーブル１１の貫通に用いられる縦方向に向けられた切欠きを含む。

モジュール担持体３には、更に、検出器枠へのモジュール担持体３つまり検出器ユニット２の固定を可能にする固定手段１０が配置されている。図２の例では、モジュール担持体３はねじ接続を形成するために用いられる孔の形の固定手段１０を備えている。しかし、他の様式の固定手段１０、例えば差込み接続も使用することができる。

モジュール担持体３は金属から作られると好ましい。しかし、原理的には任意の他の材料を使用することができる。重要なことは、個別モジュール５が、コンピュータ断層撮影装置の作動中の撮影システムの回転時に高い加速度力によりモジュール担持体３上で位置ずれを起こさないように或る程度の剛性を有していることである。

導体板４は、モジュール担持体３から構造的に分離され、モジュール担持体３には必ずしも機械的に接続されている必要がない。導体板４は個別モジュール５とフレキシブルに電気的に接続され、そのために設けられている端子９を介して、例えば検出器枠に付設されている電子装置に差込み可能である。接続ケーブル１１と導体板４との電気的接続は、例えば差込み接続部１２の形で着脱可能に実施されている。

個別モジュール５の機械的保持と電気的接続とを互いに分離して行なっているので、個別モジュール５の電気的接続を形成した状態において個別モジュール５を互いに対して相対的に整列させる際に、冒頭に述べた検出器構造の場合にそうであったように個別モジュール同士の障害となる機械的相互作用が発生することがない。個別モジュール５の整列（位置合わせ）はむしろ電気的接続とは関係なく実施することができる。すなわち、例えば、それぞれの検出器ユニット２を組立てるための第１の取付け作業ステップにおいて電気的接続を解いた状態で個別モジュール５の正確な整列（位置合わせ）を行ない、第２の取付け作業ステップにおいて個別モジュール５の電気的接続が導体板４上に設けられた差込み接続部１２への接続ケーブル１１の差込みによって形成されることが考えられ得る。

接続ケーブル１１を介して、個別モジュール５への給電と、信号、特に検出器出力信号および制御指令の伝達とが行なわれる。接続ケーブル１１は導体板４における電気端子９に接続されている。電気端子９は図示されていない検出器枠に付設された電子装置との接続を形成する。

図３には、図２の本発明による検出器ユニット２の側面図が示されている。しかし、図２と違って、各検出器要素６は、直接変換型半導体ではなく、シンチレータ２４およびこれと光学的に結合されたフォトダイオード２５を有する。更に、それぞれの個別モジュール５とモジュール担持体３との機械的接続は、ねじ接続部１４，１５，１６によらないで、差込み接続部２６，２７によって実現されている。差込み接続部２６，２７は個別モジュール側の嵌め込みピン２６およびモジュール担持体側の嵌め込み穴２７からなっている。

図４は、検出器枠３１に保持された多数の検出器ユニット２を有する本発明による検出器１の部分図を示す。各検出器ユニット２は、この場合には、通常のように湾曲した円筒外被面の一部分を形成する。従って、隣り合わせに配置された多数の検出器ユニット２が検査に合わせられた広がりを有する円筒形状の検出器面を定める。各検出器ユニット２は多数の個別モジュール５からなり、個別モジュール５は図示されていないモジュール担持体３上に２次元で配置されている。モジュール担持体３から構造的に分離して構成された、導体板４と個別モジュール５との電気的接続は、同様に図示されていない。図の見易さのために、検出器ユニット２の１つの構成要素にのみ符号が付されている。個別モジュール５は、検出器ユニット２の側方に配置された検出器枠ねじ３３によって検出器枠３１にねじ止めされている。

ｚ方向における検出器ユニットの図４に示された整列のほかに、検出器ユニットをφ方向に整列させることも同様に考えられ得る。検出器は必ずしも多数の検出器ユニットから構成されている必要がない。検出器が唯一の検出器ユニットだけから構成される場合にも十分に利点がある。この場合には検出器ユニット同士の相対的な整列はなくなる。

コンピュータ断層装置を示す部分的にブロック図を含む斜視図 本発明による検出器ユニットを示す分解斜視図 図２の検出器ユニットであるが部分的に変更を加えた検出器ユニットを示す側面図 本発明による検出器を示す部分平面図

符号の説明

１ 検出器
２ 検出器ユニット
３ モジュール担持体
４ 導体板
５ 個別モジュール
６ 検出器要素
７ 基板
８ コリメータ
９ 電気端子
１０ 固定手段
１１ 接続ケーブル
１２ 差込み接続部
１３ 貫通手段
１４ ねじ穴
１５ 切欠き
１６ ねじ
１７ 縁部ビーム
１８ 寝台テーブル
１９ 計算手段
２０ 表示ユニット
２１ スパイラル走査
２２ 焦点
２３ 回転軸線
２４ シインチレータ
２５ フォトダイオード
２６ 嵌め込みピン
２７ 嵌め込み穴
２８ 電子デバイス
２９ 電子デバイス
３０ 電子デバイス
３１ 検出器枠
３２ 直接変換型半導体
３３ 検出器枠ねじ
３４ アルミニウムブロック
３５ 取付け手段
３６ Ｘ線放射器

Claims (20)

1. 複数の個別モジュール（５）と、個別モジュール（５）の機械的保持を行なうためのモジュール担持体（３）と、モジュール担持体（３）から分離して構成され個別モジュール（５）の電気的接続を行なうための導体板（４）とを備え、導体板（４）が検出器ユニット（２）のＸ線とは反対側に配置されていることを特徴とする検出器ユニット。
2. 個別モジュール（５）の電気的接続は電気導体路（１１）により行なわれることを特徴とする請求項１記載の検出器ユニット。
3. 電気的接続は、個別モジュール（５）の給電のためと、信号および制御指令の伝達のためとに用いられることを特徴とする請求項１又は２記載の検出器ユニット。
4. モジュール担持体（３）とそれぞれの個別モジュール（５）との間の機械的保持は着脱可能に実施されていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の検出器ユニット。
5. モジュール担持体（３）とそれぞれの個別モジュール（５）との間の機械的保持のために、ねじ接続部（１４，１５，１６）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の検出器ユニット。
6. モジュール担持体（３）とそれぞれの個別モジュール（５）との間の機械的保持のために、挟み付け装置（２６，２７）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の検出器ユニット。
7. モジュール担持体（３）は個別モジュール（５）の電気的接続を行なうための手段（１３）を有することを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の検出器ユニット。
8. 個別モジュール（５）の電気的接続を行なうための手段（１３）はモジュール担持体（３）における切欠きであることを特徴とする請求項７記載の検出器ユニット。
9. モジュール担持体（３）は、検出器枠（３１）に検出器ユニット（２）を機械的に固定するための固定手段（１０）を有することを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の検出器ユニット。
10. モジュール担持体（３）は組立て手段（３５）を有することを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の検出器ユニット。
11. 組立て手段（３５）は目印線であることを特徴とする請求項１０記載の検出器ユニット。
12. 個別モジュール（５）はモジュール担持体（３）上に１次元で配置されていることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の検出器ユニット。
13. 個別モジュール（５）はモジュール担持体（３）上に２次元で配置されていることを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の検出器ユニット。
14. 各個別モジュール（５）は、信号増幅、電圧処理または障害信号の減結合のための電子デバイス（２８，２９，３０）を有することを特徴とする請求項１乃至１３の１つに記載の検出器ユニット
15. 各個別モジュール（５）は基板（７）上に保持されている検出器要素（６）のアレイを有することを特徴とする請求項１乃至１４の１つに記載の検出器ユニット。
16. 各検出器要素（６）は直接変換型半導体（３２）を有することを特徴とする請求項１５記載の検出器ユニット。
17. 各検出器要素（６）はシンチレータ（２４）およびフォトダイオード（２５）を有することを特徴とする請求項１５記載の検出器ユニット。
18. 各個別モジュール（５）はコリメータ（８）を有することを特徴とする請求項１乃至１７の１つに記載の検出器ユニット。
19. 検出器枠（３１）に保持された請求項１乃至１８の１つに記載の検出器ユニット（２）を少なくとも１つ備えていることを特徴とする検出器。
20. 請求項１９に記載の検出器（１）を有することを特徴とするコンピュータ断層撮影装置。

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