JP2006276016A - 検出器モジュール、検出器およびコンピュータ断層撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】平面型検出器の構成が可能でありかつ信号処理用電子回路装置を配置するための十分な空間が検出面の近くに存在する検出器モジュールを提供する。
【解決手段】検出素子のアレイ１０およびプリント回路基板１１を有する検出器モジュール８において、プリント回路基板１１は、検出素子のアレイ１０を収容するための第１の範囲１４と、第１の範囲１４に対して相対的に曲げられた少なくとも１つの第２の範囲１２，１３とを含むＵ字形もしくはＬ字形にされ、検出器モジュール８は垂直構成にされる。この構成によって、隣接して配置された多数の検出器モジュール８に基づく平面型検出器が実現される。
【選択図】図２

Description

本発明は、検出素子のアレイおよびプリント回路基板を有する検出器モジュールに関する。更に、本発明は、この種の検出器モジュールを有する検出器およびコンピュータ断層撮影装置に関する。

Ｘ線源およびＸ線検出器を備えたＸ線システムを有するＸ線装置、例えばコンピュータ断層撮影装置による画像化においては、例えば患者の周りにおけるＸ線システムの１回転で患者の心臓のような器官の全体を走査できるようにするために、画像取得に利用されるＸ線検出器の検出面をできるだけ大きく構成しようと努力されている。平面型検出器とも呼ばれるこの種のＸ線検出器は、一般に、互いに２次元に並べられた多数の検出器モジュールから構成される。各検出器モジュールは例えばシンチレータアレイおよびフォトダイオードアレイを有し、両アレイは互いに位置合わせされ、検出器モジュールの検出素子群を構成している。シンチレータアレイのシンチレータ素子は入射するＸ線を可視光に変換し、可視光が後に接続されているフォトダイオードアレイのフォトダイオードによって電気信号に変換される。平面型検出器を構成する際の問題点は検出器モジュールのフォトダイオードの電気的接続にあることが分かった。個々の検出器モジュールが順番に円弧上に配置される通常の如く構成されたＸ線検出器の場合、信号処理用電子回路装置を横に配置してもよいし、もしくは信号処理用電子回路装置を有するプリント回路基板の横方向にモジュールのフォトダイオードの電気的接続に用いるケーブルを引き出してもよいのに対して（例えば、特許文献１参照）、平面型検出器の場合にこの構成は不可能である。なぜならば、検出器モジュールの２次元配置によって横方向には自由空間が存在しないからである。検出器モジュールの検出素子から供給された測定信号を信号処理する電子回路装置は、測定技術上の理由からできるだけ検出素子の近くに配置すべきであり、検出器モジュール自体の検出面より２〜４倍大きい所要面積を有することを顧慮すべきである。この理由から信号処理用電子回路装置を有する検出器モジュールを垂直に構成することが必要であると思われる。

それぞれ所謂素子ブロックを含む多数の互いに接して並べられた検出器モジュールを有する平面型検出器の構造は公知である（例えば、特許文献２参照）。検出器の素子ブロックは垂直構造を有し、すなわちシンチレータと、フォトダイオードと、信号処理用電子回路装置を有する基板と、モジュール基板とを含む素子ブロックの構成要素が互いに垂直方向に配置されている。

検出器モジュールのこの種の垂直構造の場合、更に良好な排熱が考慮されなければならない。なぜならば、さもなければ信号処理用電子回路装置の動作中における少なからぬ熱発生が電子回路装置の損傷を惹き起こすからである。
米国特許出願公開第２００５／００２９４６３号明細書 米国特許第６３９６８９８号明細書

本発明の課題は、平面型検出器の構成が可能でありかつ信号処理用電子回路装置を配置するための十分な空間が検出面の近くに存在する冒頭に述べた検出器モジュールを提供することにある。本発明の他の課題は、このような検出器モジュールにより構成された検出器およびかかる検出器を有するコンピュータ断層撮影装置を提供することにある。

検出器モジュールに関する課題は、本発明によれば、検出素子のアレイおよびプリント回路基板を有する検出器モジュールにおいて、プリント回路基板が、検出素子のアレイを収容するための第１の範囲と、第１の範囲に対して相対的に曲げられた少なくとも１つの第２の範囲とを含むことを特徴とする検出器モジュールによって解決される。本発明の実施態様によれば、検出素子のアレイに付設された電子デバイスまたは電子技術デバイスの形の信号処理用電子回路装置が、プリント回路基板の第１の範囲に対して相対的に曲げられた第２の範囲に配置されている。プリント回路基板の第１の範囲と第２の範囲との間の角度は９０°またはそれより僅かに小さい。このようにして、検出素子のアレイと、その下においてプリント回路基板の曲げられた第２の範囲に配置された信号処理用電子回路装置との垂直配置が達成される。検出素子のアレイおよびプリント回路基板は、検出器モジュールを上から見た場合に信号処理用電子回路装置を備えたプリント回路基板が好ましくは直方体状または矩形の検出器モジュールの横に突出しないような寸法を有すると好ましい。従って、このように構成された検出器モジュールは、検出器モジュール間の僅かな間隙のもとで問題なく平面型検出器を構成するために２次元に互いに相対的に配置することができる。

本発明の実施態様によれば、プリント回路基板はほぼＬ字形またはＵ字形に構成されている。プリント回路基板のＬ字形構成の場合、既に上記したように、検出素子のアレイがＬ字形のプリント回路基板の一方の脚に配置され、信号処理用電子回路装置がＬ字形のプリント回路基板の他方の脚に配置されている。プリント回路基板のＵ字形構成の場合、検出素子のアレイがＵ字形のプリント回路基板の両脚を接続する部分に配置され、一方Ｕ字形のプリント回路基板の両脚が信号処理用電子回路装置を配置するための面を提供する。

本発明の実施態様によれば、プリント回路基板は、少なくとも１つの差込みコネクタまたはケーブルを介して電気的に接続可能である。差込みコネクタもしくはケーブル端子は、Ｌ字形またはＵ字形のプリント回路基板の、信号処理用電子回路装置を担持する脚の端部に存在すると好ましい。従って、例えばケーブルが検出器モジュールの垂直構造の延長部分において垂直にもしくは下向きに検出器モジュールから引き出されるならば、信号処理用電子回路により処理され検出器モジュールの検出素子に由来する測定信号を、爾後の信号処理のためにコンピュータに導くことができる。

本発明の他の実施態様によれば、プリント回路基板は一部品で構成されている。市場で入手可能な少なくとも部分的にフレキシブルであるプリント回路基板を、問題なく、例えば所望のＬ字形またはＵ字形にすることができる。

本発明の特に有利な実施態様によれば、検出器モジュールはプリント回路基板のためのホルダを有する。プリント回路基板がホルダの形状に合わされるか、もしくはホルダがプリント回路基板の形状に合わされるとよい。ホルダはプリント回路基板の固定および安定化に役立つ。更に、ホルダは、電磁的妨害に関して好ましい結果もたらし、検出素子のアレイを通り抜け信号処理用電子回路装置にとって有害であるＸ線成分を少なくとも部分的に吸収する。

本発明の実施態様によれば、ホルダは熱良導材料、好ましくは金属、セラミックス、またはガラス繊維強化プラスチックから構成されている。例えばネジ接続または接着によりプリント回路基板をホルダに平面的に固定すると、ホルダは有利に信号処理用電子回路装置の動作中に発生した熱の排出にも役立ち、それにより電子回路装置の過熱および損傷が防止される。

本発明の実施態様によれば、検出素子のアレイは、Ｘ線を直接変換する検出素子のアレイである。しかし、検出素子のアレイは、相互に相対的に位置合わせされたシンチレータアレイおよびフォトダイオードアレイを含んでいてもよい。

更に、本発明の実施態様によれば、検出素子のアレイの上にコリメータが配置されているので、検出器モジュールの検出素子によって特定の空間角度のＸ線のみが検出される。

検出器に関する課題は、２次元に並んで配置された複数の上述の検出器モジュールを有するＸ線検出器によって解決される。検出器をコンピュータ断層撮影装置に設ける場合、平面型検出器を構成するように検出器モジュールを円筒部分面に配置すると好ましい。

本発明の実施例が添付の概略図に示されている。
図１はコンピュータ断層撮影装置を部分的にブロック図を含む概略図で示し、
図２は本発明による検出器モジュールを分解斜視図で示し、
図３は図２の検出器モジュールを側面図で示し、
図４は図３の検出器モジュールを平面図で示し、
図５は本発明による他の検出器モジュールの側面図を示す。

図１にはコンピュータ断層撮影装置１が部分的にブロック図を含む概略図で示されている。コンピュータ断層撮影装置１はＸ線源２を含み、Ｘ線源２の焦点ＦからＸ線ビーム３が出射する。Ｘ線ビーム３は図１に示されていない公知の絞りにより例えばファン状またはピラミッド状に成形される。Ｘ線ビーム３は、検査すべき検査対象４を透過し、Ｘ線検出器５に入射する。Ｘ線源２およびＸ線検出器５は、図１に示されていないが互いに向かい合わせでコンピュータ断層撮影装置１の回転枠に配置されている。回転枠はコンピュータ断層撮影装置１のシステム軸線Ｚを中心にφ方向に回転可能である。コンピュータ断層撮影装置１の作動中、回転枠に配置されているＸ線源２およびＸ線検出器５が検査対象４の周りを回転し、種々の投影方向から検査対象４のＸ線撮影が行われる。投影ごとに検査対象４を通過して検査対象４の通過時に減弱されたＸ線がＸ線検出器５に入射し、Ｘ線検出器５は入射したＸ線の強さに対応する信号を発生する。引続いて、Ｘ線検出器５により検出された信号から公知の方法で、画像コンピュータ６が検査対象４の１つ又は複数の２次元または３次元の画像を算出し、画像はディスプレイ装置７で表示可能である。

Ｘ線検出器５は本実施例の場合多数の検出器モジュール８を有し、検出器モジュール８はφ方向およびＺ方向に並べて円筒部分面に配置され、平面型Ｘ線検出器５を構成している。

Ｘ線検出器５の検出器モジュール８は図２に分解図で示されている。検出器モジュール８は垂直構造を有し、シンチレータアレイ９がフォトダイオードアレイ１０の上に配置されている。シンチレータアレイ９は構造化され、従って詳しくは図示されていない多数のシンチレータ素子を含み、これらのシンチレータ素子はそれぞれ、多数のフォトダイオードを含むフォトダイオードアレイ１０の１つのフォトダイオードに付設されている。シンチレータアレイ９およびフォトダイオードアレイ１０は互いに相対的に位置合わせされて互いに接着されている。シンチレータアレイ９およびフォトダイオードアレイ１０はＸ線に対する１つの検出素子アレイを構成し、１つの検出素子は１つのシンチレータ素子および１つのフォトダイオードを有する。フォトダイオードアレイ１０は、本実施例の場合、Ｕ字形に形成されたプリント回路基板１１上に配置されている。プリント回路基板１１は、図２には詳しく示されていない方法で組み込まれたエネルギー供給および信号案内用の導体路を有する。フォトダイオードアレイ１０は、Ｕ字形のプリント回路基板１１の両脚１２，１３を接続する部分１４に着脱可能に、すなわち交換可能にはめ込まれ、プリント回路基板１１の導体路に電気的に接続され、場合によっては付加的に、Ｘ線検出器５がシステム軸線Ｚの周りを高速回転するコンピュータ断層撮影装置１の作動時にプリント回路基板１１からのフォトダイオードアレイの願わしくない離脱が起きないように保証されている。この保証は例えば図２に示されているように止めネジ１５により行なわれる。しかしながら、保持金具、クリップ等の他の保証手段を設けてもよい。代替として、プリント回路基板１１の導体路にフォトダイオードアレイ１０が接触するように、フォトダイオードアレイ１０を部分１４にロウ付けしてもよい。

プリント回路基板１１上には、検出素子のアレイにより得られた測定信号を信号処理するために、電子デバイス１６，１７，１８が配置されている。これらは、例えば、電圧準備用、ノイズ信号防止用、前置増幅用、アナログ・ディジタル変換用の電子デバイスもしくは回路である。更に、信号処理用の１つ又は複数のＡＳＩＣを設けることができる。とりわけ一部品から成るプリント回路基板１１は、脚１２の端部に配置された差込みコネクタ１９を介して、あるいは脚１３の端部にロウ付けされた接続ケーブル２０を介して電気的に接続することができる。従って、プリント回路基板１１は、差込みコネクタ１９に接続可能であるケーブルを介しておよび／またはケーブル２０を介して供給電圧および供給電流を供給される。更に、差込みコネクタ１９および／またはケーブル２０を介して、好ましくはディジタル化された測定信号がプリント回路基板１１から取り出される。測定信号は、コンピュータ断層撮影装置１の回転する部分とコンピュータ断層撮影装置１の固定配置された部分との間の図示されていない例えばスリップリングであるインタフェースを介して画像コンピュータ６に導かれる。

更に図２から分かるように、プリント回路基板１１にホルダ２１が付設されている。プリント回路基板１１は、本実施例の場合、プリント回路基板１１がほぼホルダ２１の周りに折り曲げられていることによってホルダ２１の形状に合わされている。Ｕ字形もしくはクリップ状に形成されたプリント回路基板１１はホルダ２１とのできるだけ大きな接触面を有し、これは例えば詳しくは図示されていないネジ接続による面圧接によって実現される。好ましくは金属、セラミックス、あるいはガラス繊維強化プラスチックから形成されたホルダ２１は、プリント回路基板１１の安定化および固定に役立つだけでなく、検出器モジュールの動作時にプリント回路基板１１上に配置された電子デバイス１６〜１８によって発生された熱の排出にも配慮する。この理由から、ホルダ２１は熱良導材料から形成されている。更に、ホルダ２１は、シンチレータアレイ９およびフォトダイオードアレイ１０を願わしくなく通過しプリント回路基板１１上に配置された電子回路装置にとって有害であるＸ線を、少なくとも部分的に吸収するという点で有利であることが判明した。

更に図２から分かるように、検出器モジュール８は、さらに、定められたようにシンチレータアレイ９の上に配置されているコリメータ２２を有する。このようにしてシンチレータアレイ９には特定の空間角度のＸ線のみが入射し、これは図４に詳しく示されているコリメータ２２のコリメータ薄板２３によって達成される。

図３には、検出器モジュール８がもう一度、組み立てられた状態にて側面図で示されている。特に図３の検出器モジュール８の上面を示す図４から分かるように、検出器モジュール８は、検出器モジュール８の構成要素、特に電子回路装置を備えたプリント回路基板１１が、検出器モジュール８の上から見て横に突出しないように構成されている。従って、本発明による構成により、図１に概略的に示されているようにＺ方向およびφ方向に２次元に検出器モジュール８を隣接させて配置し、それにより大面積の検出器がＸ線検出器５の形で構成されるようにすることが可能である。しかも、円筒部分面が検出器モジュール８を装備している。

更に、検出器モジュール８の本発明による垂直構造によって検出器の安定な動作も可能にされ、しかも有利なことに、安定したホルダ２１が電子部品から発生した熱をプリント回路基板１１から運び出す。ホルダ２１はこのために更に図示されていないが他の伝達要素または熱排出装置に接続されるとよい。

従って、コンピュータ断層撮影装置１の作動中に検査対象４を通過して減弱したＸ線がコリメータ２２を通してシンチレータアレイ９に入射すると、シンチレータアレイ９の個々のシンチレータ素子がＸ線を可視光に変換し、可視光がフォトダイオードアレイ１０のフォトダイオードによって電気信号に変換される。電気信号は、プリント回路基板１１上にある電子デバイスによって処理され、爾後の信号処理のために画像コンピュータ６に達する。既に述べたように、画像コンピュータ６により種々の投影角のもとで行われたＸ線撮影から、検査対象４の画像を再構成することができる。

図５には本発明による検出器モジュール２８の代替構成が示されている。構成に関しておよび機能において検出器モジュール８の構成要素にほぼ対応する検出器モジュール２８の構成要素は同じ符号を付されている。

図５に示された検出器モジュール２８は、図３に示された検出器モジュール８とは、主として、検出素子のアレイがＸ線を直接変換する検出素子のアレイ３０である点で相違する。これは、入射Ｘ線を直接に電気信号に変換することのできる公知の半導体材料からなる検出素子のアレイである。図３の検出器モジュール８に対する他の相違はプリント回路基板３１のＬ字形の構成にある。Ｌ字形のプリント回路基板３１は、Ｘ線を直接変換する検出素子のアレイ３０が配置されている脚３２と、電子デバイス３４〜３６が配置されかつ差込みコネクタ１９を備えた脚３３とを有する。電子デバイス３４〜３６および差込みコネクタ１９は図３に示された構成要素と機能的に異なる。更に、プリント回路基板３１は、好ましくは金属、セラミックス、またはガラス繊維強化プラスチックから形成されたホルダ２１に配置されている。ホルダ２１は安定化、固定のために、そして作動時に電子デバイス３４〜３６から発生した熱の排出に役立つ。従って、図５に示された検出器モジュールを使用して、大面積のＸ線検出器を構成することができる。

本発明の範囲内において図３および図５に示された検出器モジュールの種々の構成要素の組み合わせが任意の形で可能であることは明らかである。

上記においてプリント回路基板がＵ字形またはＬ字形に形成されていることを説明したが、これは、プリント回路基板が正確にＬ字形またはＵ字形を有しなければならないことを意味していない。むしろ、特に図３および図５から分かるように、プリント回路基板の形状はほぼＬ字形またはＵ字形であるにすぎず、しかし機能的には形状を維持しながら場合によっては、プリント回路基板上に電子デバイスを配置する際に検出器モジュールからの横方向への電子デバイスの突出が防止されるように、プリント回路基板の脚が僅かに引っ込められるように変更されもよい。これは、とりわけ、特別に信号処理のために設計された回路を除いて、市場で入手可能な電子技術の標準デバイスを使用することができる利点を有する。

更に、電子デバイスは、ホルダに面するプリント回路基板内面にも配置することができる。この場合にホルダは１つ又は複数の相応の、場合によってはそれぞれの構成要素に合わされた切欠きを有する。

更に、プリント回路基板は必ずしもＬ字形またはＵ字形でなければならないわけではなく、むしろ本発明の範囲内において直方体形状や他の形状に形成されていてもよい。重要なことは、検出器モジュールの垂直構造を可能にするために、プリント回路基板が第１の範囲に対して相対的に曲げられた少なくとも１つの第２の範囲を含むことである。

コンピュータ断層撮影装置を示すブロック図を含む概略図 本発明による検出器モジュールの分解斜視図 図２からの検出器モジュールの側面図 図３からの検出器モジュールの側面図 本発明による他の検出器モジュールの側面図

符号の説明

１ コンピュータ断層撮影装置
２ Ｘ線源
３ Ｘ線ビーム
４ 検査対象
５ Ｘ線検出器
６ 画像コンピュータ
７ ディスプレイ装置
８ 検出器モジュール
９ シンチレータアレイ
１０ フォトダイオードアレイ
１１ プリント回路基板
１２ 脚
１３ 脚
１４ 接続部分
１５ 止めネジ
１６ 電子デバイス
１７ 電子デバイス
１８ 電子デバイス
１９ 差込みコネクタ
２０ ケーブル
２１ ホルダ
２２ コリメータ
２３ コリメータ薄板
２８ 検出器モジュール
３０ 検出素子のアレイ
３１ プリント回路基板
３２ 脚
３３ 脚
３４ 電子デバイス
３５ 電子デバイス
３６ 電子デバイス

Claims (17)

1. 検出素子のアレイおよびプリント回路基板（１１，３１）を有する検出器モジュールにおいて、プリント回路基板（１１，３１）が、検出素子のアレイを収容するための第１の範囲（１４，３２）と、第１の範囲（１４，３２）に対して相対的に曲げられた少なくとも１つの第２の範囲（１２，１３，３３）とを含むことを特徴とする検出器モジュール。
2. プリント回路基板（１１，３１）の第２の範囲（１２，１３，３３）に、信号処理を行なうための少なくとも１つの電子デバイス（１６〜１８，３４〜３６）が配置されていることを特徴とする請求項１記載の検出器モジュール。
3. プリント回路基板（１１，３１）はほぼＬ字形（３１）またはＵ字形（１１）に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の検出器モジュール。
4. 検出素子のアレイはＬ字形のプリント回路基板（３１）の１つの脚（３２）に配置されていることを特徴とする請求項３記載の検出器モジュール。
5. 検出素子のアレイはＵ字形のプリント回路基板（１１）の両脚（１２，１３）を接続する部分（１４）に配置されていることを特徴とする請求項３記載の検出器モジュール。
6. プリント回路基板（１１，３１）は少なくとも１つの差込みコネクタ（１９）またはケーブル（２０）を介して電気的に接続可能であることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の検出器モジュール。
7. プリント回路基板（１１，３１）は一部品で構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の検出器モジュール。
8. プリント回路基板（１１，３１）のためのホルダ（２１）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の検出器モジュール。
9. ホルダ（２１）は熱良導材料から構成されていることを特徴とする請求項８記載の検出器モジュール。
10. ホルダ（２１）は、金属、セラミックス、またはガラス繊維強化プラスチックからなることを特徴とする請求項８又は９記載の検出器モジュール。
11. 検出素子のアレイは、Ｘ線を直接変換する検出素子のアレイ（３０）であることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の検出器モジュール。
12. 検出素子のアレイは、シンチレータアレイ（９）およびフォトダイオードアレイ（１０）を有することを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の検出器モジュール。
13. 検出素子のアレイの上に配置されたコリメータ（２２）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の検出器モジュール。
14. 請求項１乃至１３の１つに記載の複数の検出器モジュール（８，２８）を有することを特徴とする検出器。
15. 検出器モジュール（８，２８）は２次元に配置されていることを特徴とする請求項１４記載の検出器。
16. 検出器モジュール（８，２８）は円筒部分面に配置されていることを特徴とする請求項１４又は１５記載の検出器。
17. 請求項１４乃至１６の１つに記載の検出器（５）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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