JP2006501009A - 対称マルチスライス・コンピュータ断層撮影データ測定システム - Google Patents

対称マルチスライス・コンピュータ断層撮影データ測定システム Download PDF

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Abstract

コンピュータ断層撮影(CT)スキャナ用のデータ測定システム(DMS)は、複数のコネクタ式の検出器サブアレイ・モジュールを含む。各検出器サブアレイ・モジュールは、X線による照射に応じてシンチレーション・イベントを生成するシンチレータと、シンチレーションを検出するよう配置された光検出器アレイと、光検出器信号を送信する2つの対称に配置された信号コネクタとを含む。対称に取り付けられたパイプライン・カードは、光検出器信号を受容するよう検出器サブアレイ・モジュールの群の各側の信号コネクタと結合する。パイプライン・カードと通信するプロセッサは、パイプライン・カードから光検出器信号を受信し、光検出器信号からDMS出力を作る。

Description

本発明は、画像診断技術に関連する。本発明は、特に、体積撮像データの高速取得を可能とする2次元検出器アレイを用いたコンピュータ断層撮影に関連し、これについて特に参照して説明する。しかしながら、本発明は、X線、可視光線、又は他の種類の放射線を用いた様々な撮像用途のための他の種類の放射線検出器にも用途がある。本発明はさらに、放射線適用等のための撮像用でない放射線検出器にも用途がある。
コンピュータ断層撮影(CT)撮像は、一般的には、検査領域を横切るX線のファンビーム又はコーンビームを発生するX線源を使用する。検査領域内に配置された対象は、横切る放射線の一部と相互作用し、放射線の一部を吸収する。鋳造された枠体の組立体の中に2次元検出器アレイを含むCTデータ測定システム(DMS)は、透過されたX線の強度を検出し測定するようX線と反対側に配置される。一般的には、対象の投射ビューの角度範囲を得るためにガントリが回転されるよう、X線源及びDMSは回転ガントリの対向する側に取り付けられる。
ヘリカルCT撮像法では、対象回りのX線の螺旋状の軌道周回を行わせるよう、患者はガントリ回転平面に対して垂直方向に検査領域を通って直線的に進められる。螺旋状の軌道周回中に得られたX線吸収データは、対象又はその選択された部分の3次元画像表現を発生するよう、フィルタ補正逆投影法又は他の再構成法を用いて再構成される。
DMSの2次元検出器アレイは、典型的には、シンチレータへのX線の衝突に応じて、シンチレーション・イベントと称される光のバーストを生じさせるシンチレータ・クリスタル又はシンチレータのアレイを含む。光ダイオード又は光電子増倍管の2次元アレイは、シンチレータを見るよう配置され、シンチレーション・イベントに対応するアナログ電気信号を生成する。望ましくは、散乱防止モジュールは、測定ノイズに寄与する散乱されたX線を阻止するようシンチレータの前面に正確に整列され取り付けられる。
アナログ電気信号は、電気配線を介して、アナログ信号をディジタル化する遠隔アナログ・ディジタル変換器へルーティングされる。ディジタル化された信号は、より少ない数の伝送路上へ多重化され、伝送路は、多重化されたディジタル化された信号を、スリップリング配置により回転ガントリインタフェースを通じて通信する。
従来のCT撮像用のDMSモジュールは、かさばること、過剰な質量、複雑且つ非標準的な電気配線、寄生ノイズ・カップリング、複雑且つ困難な光学的整列、及び、全体的なシステムの複雑性に関する多数の欠陥を有していた。
散乱防止モジュール及び光検出器アレイは、互いに対して、また、CTガントリに対して近接して整列されねばならない。要求される公差を達成するために、従来のDMSでは、散乱防止モジュール、シンチレータ、及び光ダイオードアレイは、DMSの他の構成要素から機械的に隔離され、取り外し可能でない係留組立体として機械的に相互接続される。光検出器アレイへの電気的結合は、正確に整列された光学系を他のDMS構成要素から機械的に切断する可撓性電気ケーブルによって得られる。
必要とされる電気ケーブルの量は、かなりのものである。32列の検出器(32のスライスに対応)を有し、1列当たり672個の検出器を有する典型的なDMSは、21504個の検出器を含み、各検出器はそれ自身の電気配線を有し、電気配線は光検出器アレイから遠隔に配置された電気信号処理モジュールにおいて一緒にされる。
更に、電気ケーブルの配置には多くの制約条件がある。回転ガントリ上及び回転ガントリの近くの空間的な制限に対して、電気ケーブルは、電気的な経路の長さの要件によって更に制約される。様々な検出器出力を送信するための信号の経路の長さの差は、異なった長さの経路に沿った差動信号送信時間による、信号位相差、データ誤り、異なった量の伝送ノイズ、及び信号遅延を生じさせる。アナログ信号はまた、ケーブルが、DMS電子機器及びX線源を含む電気的に活性の構成要素の近くを通るときは、寄生ノイズのピックアップの影響も受けやすい。
これらの要因は、一般的には、特定のCTスキャナに対して固有の電気ルーティングを生じさせる。ケーブルによるDMSのかさばりを減少させるため、一般的には電気的なルーティングはDMSの片側にのみ与えられる。この非対称の配置は、信号の経路の長さの差を生じさせる。非対称の配置はまた、検出器冷却についての非対称性を生じさせ、これは光検出器アレイに亘って熱を分布させるよう専用ヒータ及びファンを用いて補正される。
従来のDMSモジュールのモジュール性のなさは、不必要な構成要素の再配置を行わせうる。例えば、係留散乱防止モジュール及びシンチレータは、検出器アレイのみが誤動作していたとしても、一般的には、関連する検出器アレイとともに交換される。
従来のDMSは、一般的には、重く、かさばるものであり、なぜならば、光検出器用の別々の基板(一般的にはセラミック)及び遠隔電子信号処理回路(通常はプリント回路基板上に配置される)を支持する鋳造アルミニウム枠体と、検出器アレイと信号処理回路の間の大量のケーブルと、温度制御用の専用ヒータ及びファンと、延長電気ケーブルへ結合する寄生ノイズ・カップリングを減少させる電磁遮蔽とを含むためである。
DMSの重量があり断片的な構造はまた、達成可能なガントリの回転速度に対して、及び、データのスループットに対して制限を与え、これは全体のスキャン速度及び一回転当たりのビューの数に制限を与える。従来のDMSモジュールの複雑さは、信頼性に影響を与え、しばしば、検出器アレイ素子の交換及び再整列等の日常的な整備作業のための熟練した作業員によるフィールド・サービスが必要である。
本発明は、上述の限界及び他の限界を克服した改善された装置及び方法を考えたものである。
本発明の1つの面によれば、コンピュータ断層撮影スキャナ用のデータ測定システムが開示される。複数の検出器サブアレイ・モジュールが設けられる。各モジュールは、放射線を受信し、対応する検出器信号を発生する。パイプライン・カードは、検出器信号を受信するよう検出器サブアレイ・モジュールと通信する。プロセッサは、パイプライン・カードから光検出器信号を受信するようパイプライン・カードと通信する。プロセッサは光検出器信号からデータ測定システム出力を作成する。
本発明の1つの面によれば、対象を撮像するコンピュータ断層撮影方法が提供される。X線は、対象を通じてX線を透過される。透過されたX線は2次元空間サーフェスに亘ってアナログ電気信号へ変換される。アナログ電気信号はディジタル信号へディジタル化される。ディジタル信号は、2次元空間サーフェスに対して対称に配置された対を成す通信路を介して中央位置へ通信される。中央位置へ到達するディジタル信号は格納される。上述の操作は、2次元空間サーフェスの複数の向きに対して繰り返される。格納されたディジタル信号は、対象の画像表現を発生するよう再構成される。
本発明の1つの面によれば、データ測定システムを組み立てる方法が提供される。検出器サブアレイはプリント回路板へ固定される。各プリント回路板は、検出器サブアレイ・モジュールを定めるよう固定された検出器サブアレイを相互接続するプリント回路を含む。少なくとも1つのパイプライン・プリント回路板は、弓状の機械的な枠体へ固定される。各固定された検出器サブアレイ・モジュールは、パイプライン・プリント回路板と電気的に通信する。プロセッサは、弓形の機械的な枠体に固定される。固定されたプロセッサはパイプライン・プリント回路板のプリント回路を介して検出器サブアレイ・モジュールと電気的に通信する。
本発明の1つの利点は、寄生ノイズを低減させ、よりコンパクトなDMSを与える対称DMS形態である。
本発明の他の利点は、高価な、かさばる、質量の多い配線をプリント回路板信号伝送で置き換えたことにある。
本発明の他の利点は、高価な冷却及び資本設備を無くしたことにある。
本発明の他の利点は、改善された熱管理にある。
本発明の他の利点は、質量が低減したことにある。
本発明の他の利点は、DMS内の及びCTスキャナに対するDMS構成要素の整列の簡単化にある。
本発明の更なる他の利点は、信号を早い段階でディジタル化することにより寄生ノイズを低減させ、伝送路の数を減少させるよう信号を多重化させることを可能とすることにある。
本発明の多く更なる利点及び利益は、望ましい実施例の以下の詳細な説明を読むことにより、当業者により明らかとなろう。
本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配置、並びに、様々な段階及び段階の配置の形をとりうる。図面は、望ましい実施例を例示するためだけのものであって、本発明を制限するものと解釈されるべきではない。
図1を参照するに、コンピュータ断層撮影(CT)撮像装置10は、CTスキャナ12を含み、CTスキャナ12は、対象支持体20上に配置された患者等の対象(図示せず)が入っている検査領域18の中へ向けられるファン(扇形)形、コーン(円錐)形、くさび形、又は他の形状のX線ビームを生成するよう協働するX線源14及びコリメータ16を含む。患者支持体20は、Z方向に線形に可動であり、一方でX線源14は回転ガントリ22上で回転可能である。
典型的なヘリカル撮像モードでは、ガントリ22は、検査領域18の回りでX線源14及びコリメータ16の螺旋状の軌道周回を行わせるよう対象支持体20の線形の進行と同時に回転される。しかしながら、例えば、1以上のアキシアル画像を取得するためにX線源14の円形の軌道周回を行わせるよう、対象支持体20が固定のままである間にガントリ22が回転するシングルスライス又はマルチスライスの撮像モード等も使用されうる。アキシアルスキャンが完了した後、対象支持体は、任意にZ方向に所定の距離だけ進み、Z方向に沿って体積データを取得するよう円形の軌道周回が繰り返される。
データ測定システム(DMS)30は、ガントリ22上にX線源14とは反対側に配置される。典型的なCTスキャナ12では、DMS30は選択された角度範囲に亘って延び、複数の画像スライスを同時に取得するよういくつかの検出器列を含む。DMS30は、ガントリ22上にX線源14とは反対側に配置され、X線源と共に回転し、それによりDMSは、ガントリ22が回転するにつれて検査領域14を横切るX線を受信する。
図1に示す配置の代わりに、DMSを回転ガントリから外れて回転するガントリを囲む固定ガントリ上の円周上の配置(図示せず)に配置し、X線源14が回転するにつれてX線がDMSのいくらかの部分に連続的に当たるようにすることも考えられる。
引き続き図1を参照するに、また、図2、図3A、及び図3Bを参照するに、DMS30は、協働するX線源14及びコリメータ16によって生成されるX線ビームの断面積に略広がるDMS検出器アレイを集合的に形成するように配置された複数のコネクタ式2次元検出器サブアレイ・モジュール32を含む。各コネクタ式検出器サブアレイ・モジュール32は、回路板34に略中心をおいて配置された2次元X線検出器サブアレイ36を支持するプリント回路板34を含む。2次元X線検出器36は、シンチレータ・クリスタル40と、プリント回路板34上に取り付けられ、シンチレータ・クリスタル40を視野にいれた、例えばシリコン・フォトダイオード等の光検出器42の2次元アレイとを含む。シンチレータ・クリスタル40は、X線源14によって生成されるX線に曝される。X線の衝突は、光検出器アレイ42によって検出されるシンチレーション・イベント、即ち閃光を生じさせる。
図2を参照するに、望ましくは、散乱防止板モジュール44は、X線検出器サブアレイ36の前方に配置される。従来技術で知られているように、散乱防止板モジュール44は、大きい角度で検出器サブアレイ・モジュール32に到達する散乱されたX線がシンチレータ・クリスタル40に衝突することをかなり阻止する。散乱防止板モジュール44は、散乱防止板モジュール44と光検出器アレイ42の間に都合のよい整列を与えるよう、例えば散乱防止板モジュール44内の凹部46を用いて、シンチレータ・クリスタル40と適切に交互とされる。ピン又はネジ山のついた留め具47は、散乱防止板モジュール44と検出器サブアレイ・モジュール32とを更に整列させ任意に固定する。望ましくは、各散乱防止板モジュール44はまた、散乱防止板モジュール44をDMS30内に整列させるための整列突起又はピン48を含む。
引き続き図1乃至図3Bを参照し、更に図4を参照するに、X線検出器サブアレイ36の光検出器42は、プリント回路板34上の導体トレース(図示せず)によって、プリント回路板34の前面及び背面に配置された特定用途向け集積回路(ASIC)50に接続される。ASIC50は、光ダイオードの電気出力信号を受信し、適当な信号調整を与える。望ましい実施例では、ASIC50は、光検出器信号のアナログ・ディジタル(A/D)変換を行う。
ASIC50は、2次元X線検出器36の周りに対称に物理的に配置される。コネクタ式の検出器サブアレイ・モジュール32の前面即ち検出器側を示す図3Aを参照するに、前面に8つのASIC50が配置され、検出器サブアレイ36の各側に4つの検出器がある。同様に、検出器サブアレイ・モジュール32の背面を示す図3Bを参照するに、8つのASIC50が背面に配置され、前面上の対応するASIC50の位置と略整列される。この対称的な配置は、信号の経路の長さの差及び寄生ノイズ・カップリングを最小限とする。
図4は、スライス方向即ちZ方向に32の検出器列を含み、各列に、即ちここではZ方向として示されるガントリ回転の円周方向に16個の検出器を含む、フォトダイオード42の16×32個の素子のアレイを有する2次元X線検出器36を有する典型的なコネクタ式の検出器サブアレイ・モジュール32を示す。16個のASIC50は、夫々が4つのASIC50を含む4つの対称グループへ物理的及び電気的に配置される。各ASIC50は、32個のフォトダイオード信号をディジタル化し、各列のASICはディジタル化された信号を直列化又はディジタル式に多重するようディジタルに通信する。4つのASIC50の各グループは、単一の直列出力路を生成する。直列出力は、コネクタ対541、542のうちの1つへ通信される。
図4に示す電気的な構成は、例示的なものにすぎない。当業者は、異なる数の直列出力路を生じさせるフォトダイオード出力をディジタル化する他の配置を選択しうる。
更に、信号伝送の流れのうちの早い段階で、即ち検出器サブアレイ・モジュール32上でフォトダイオード出力をディジタル化及びディジタル多重化することは、ノイズのカップリングを受けやすい長いアナログ経路をなくすこと、及び、コネクタ式の2次元検出器サブアレイ・モジュール32から出るチャンネルの数の低減という、多くの利点がある。
例えば、信号がアナログ形式でモジュール32から出ると、512個の光検出器チャンネルが必要である。対照的に、図4に示すように直列とされたデータを早期にディジタル化及び多重化すると、X線検出器サブアレイ36に対して対照的なモジュール32の前面及び背面に配置された4つの直列出力チャンネルが使用されうる。コネクタ式の検出器サブアレイ・モジュール32の対称性はまた、信頼性の高いアナログ及びディジタルのルーティング経路を与え、これはコネクタ対54への信頼性の高い高速ディジタルデータ転送を伴う高いダイナミックレンジのデータ変換処理をもたらす。
特に図2及び図3Aを参照するに、各コネクタ式の2次元検出器サブアレイ・モジュール32は、プリント回路板34の前面に、光検出器アレイ36の両側に且つプリント回路板34の前面に対称には位置された2つのコネクタ541、542を含む。対の各コネクタ54は、ASIC50によって生成された4つの直列化されたチャンネルのうちの2つを受信及び送信する。
引き続き図1を参照し、更に図5を参照するに、DMS30は、複数のコネクタ式の2次元検出器サブアレイ・モジュール32、例えば典型的な実施例では42個のモジュール32を含み、そのうち図5には最も端にある2つのモジュール32のみを示す。各サブアレイ・モジュール32は、電気コネクタ54を用いて、対を成す集信器/パイプライン・カード60、即ち2つの対称なパイプライン・カード601、602と接続する。特に、第1のカード601はサブアレイ・モジュール32の第1のコネクタ541と接続し、第2のカード60は第2のコネクタ542と接続する。
集信器/パイプライン・カード対60は、コネクタ54を介して複数のコネクタ式の検出器サブアレイ・モジュール32から直列化されたディジタル光検出器出力を収集する。集信器/パイプライン・カード60は、望ましくは、限られた信号処理を行うようその上に配置された適当なディジタル電子機器を有するプリント回路板である。集信器/パイプライン・カード60は、処理されたディジタル光検出器出力をDMSプロセッサ64へ送信する電気トレースを更に含む。マイクロプロセッサ、コンピュータ、又は他の集積回路として適切に具現化されたDMSプロセッサ64は、光検出器信号に対応する選択されたDMS出力を作成し、ガントリ22を横切った伝送のためにDMS出力をスリップリング68へ送信する。
典型的な実施例では、検出器サブアレイ・モジュール32は、2次元X線検出器36を衝突するX線に対して略垂直に、即ちX線源14に面するよう配置される。各集信器/パイプライン・カード601、602は、略平坦であり、図5に良く示されているように、サブアレイ・モジュール32のプリント回路板34に対して直交する。DMSプロセッサ64は、近傍のサブアレイ・モジュール32のプリント回路板34に対して略平行に、且つ、X線源14に対してモジュール32の背後に配置される。
図5に概略的に示すように、DMS30の配置は非常に対称的である。特に、集信器/パイプライン・カード対60、サブアレイ・モジュール32のコネクタ対54、及びDMS30全体に概して適用される2軸対称面72が定義される。
望ましくは、DMS30はまた、第1の対称面72に対して垂直に配置された第2の対称面74を有する。集信器/パイプライン・カード対60は、2対の集信器/パイプライン・カード60を含み、2つの対が第2の対称面74に対して対称に配置されている。2つの集信器/パイプライン・カード対60は、ディジタル光検出器信号を第2の対称面74に向かって内向きに送信し、DMSプロセッサ64は第1の対称面72と第2の対称面74の交点に略中心をおいて配置される。
引き続き図1乃至図5を参照するに、2つのDMSパワー・モジュール78は、X線源14に対してサブアレイ・モジュール32の背後に、第2の対称面74に対して略対称に配置される。DMSパワー・モジュール78は、集信器/パイプライン・カード60に接続し、これに電力を供給する。集信器/パイプライン・カード60上の電力伝導トレース(図示せず)は、供給された電力を検出器サブアレイ・モジュール32及びDMSプロセッサ64へ更に分配する。
望ましくは、2つのDMSパワー・モジュール78は夫々、対称的な電力分配配置のうちの半分のサブアレイ・モジュール32へ電力を供給する。図5中、第2の対称面74の左側のDMSパワー・モジュール78は、第2の対称面74の左側の要素へ電力を供給し、第2の対称面74の右側のDMSパワー・モジュール78は、第2の対称面74の右側の要素へ電力を供給する。
図1及び図5を参照するに、DMS出力は、スリップリング68を介して回転ガントリ22を横切り、記憶のためにディジタルデータメモリ90へ通信される。ガントリ22及び対象支持体20は、例えば対象に対してX線源14の螺旋状の経路を用いて、対象の選択された投影ビューを得るよう協働する。X線源14の経路は、望ましくは、画像アーチファクトを最小限とするよう各画像スライスに対してかなりの角度的なカバレッジを与える。
再構成プロセッサ92は、画像メモリ94へ格納される対象又はその選択された部分の3次元画像表現を発生するよう、フィルタ補正逆投影法又は他の再構成方法を用いて、取得された投影データを再構成する。画像表現は、ビデオプロセッサ96によって描出され又は他の方法で操作され、操作者が見るために、グラフィック・ユーザ・インタフェース(GUI)98又は他の表示装置、印刷装置等上に表示される、人間により可視の画像を生成する。任意に、GUI98はまた、操作者がCT撮像セッションを初期化し、実行し、制御することを可能とするよう操作者とCTスキャナ12の間のインタフェースとなるようプログラムされる。
適当な典型的な実施例では、DMS30は、夫々が16×32個のフォトダイオードのアレイ42(32のスライス列で、各列に16個の検出器)を有する42個の検出器サブアレイ・モジュール32を含む。これは、スライス列当たり16×42=672画素、又は、投影ビュー当たり672×32=21504画素に対応する。120rpmのガントリ回転率(即ち、1秒当たり2回転)及び一回転当たり2320投影ビューでは、この配置は、
Figure 2006501009
のビットレートを出力し、1画素当たり2バイト(即ち16ビット)のディジタル化が用いられる。散乱検出器100の出力(図5参照)等の符号化について考慮すると、DMS30によって約2ギガビット/秒のビットレートが生成される。
DMS30の約半分を図式的に示す図6を参照すると(即ち、第2の対称面74の片側)、高速データ取得に適した電気的な構成では、サブアレイ・モジュール32は夫々、上述のように4つの直列化されたディジタルチャンネルを出力する。ASIC50は、望ましくは、コネクタ対54を介して集信器/パイプライン・カード60へ約24MHzで直列データを出力する。集信器/パイプライン・カード60は、DMSプロセッサ64への途中でディジタルデータの選択された操作を行う。
図6に示す典型的な実施例では、集信器/パイプライン・カード60は、個々のフォトダイオード信号をディジタル化された形式で復元するよう各サブアレイ・モジュール32によって出力される4つの直列化されたチャンネルの直列から並列へのデータ変換を行う。フォトダイオード信号は次に、信号処理ブロック12により対数減衰フォーマットへ変換される。この処理は、望ましくは約40MHzで行われる。
引き続き図6を参照し、更に図7を参照するに、集信器/パイプライン・カード60は、コネクタ式の検出器サブアレイ・モジュール32へタイミング信号を通信するデータシーケンサ/制御器120を含む。タイミング信号は、アナログ・ディジタル変換と、サブアレイ・モジュール32の直列とされた出力チャンネルを介したディジタル化された光検出器信号の伝送を調整する。ディジタル化された光検出器信号は、集信器122により、例えば直列・並列変換により、個々のフォトダイオード信号を関連する取得タイミング情報と共に復元するよう処理する。復元されたデータは、マルチプレクサ126、128を用いてSRAM124内に含まれる情報でオフセットについて補正される。オフセットについて補正されたカウント値は、ディジタル信号処理ブロック130において、時間値によって割り算され、検出器電流に比例する周波数値が生成され、対数又は「Mu」値へ変換される。Mu値は、DMSプロセッサ64へ送信される。
上述の集信器/パイプライン・カード60に対する信号処理は、例示のためだけのものである。当業者は、同じ又は異なったデータ操作を行うために容易に異なるディジタル信号処理構成要素で置き換えうる。しかしながら、集信器/パイプライン・カード60に対して拡張的な信号処理を行うことは、集信器/パイプライン・カード対60の及びDMS30全体のデータスループットに影響を与えうることが認識されるべきである。
引き続き図6を参照し、更に図8を参照するに、DMSプロセッサ64は、画像データ取得中にCTスキャナに対するマスタコントローラとして動作する任意の共通プロセッサモジュール(CPM)140を含む。CPM140は、GUIインタフェース98と直接(図1参照)、又は、スリップリングCANバス又は他の高速ポートを介して他のガントリ上にない部品と通信し、DMSプロセッサ64上でのスキャン取得のためのパラメータを設定する。特に、高速制御リンク142は、リアルタイムのガントリ22の角度的な位置及び患者支持体20の位置データをCPM140へ送信し、CPM140は次に、コネクタ式の検出器サブアレイ・モジュール32及び集信器/パイプライン・カード対60を設定することによってスキャン取得を調整する。CPM140はまた、周辺制御モジュール144を介して他の周辺機器を設定及び制御する。
典型的な実施例では、DMSプロセッサ64は、CPM140を介してCTスキャナ12に対するマスタ制御を組み込むが、CTスキャナの全体動作を制御するためのCTスキャナのマスタコントローラは、任意に、CMSから遠隔に配置されてもよく、その場合、遠隔マスタコントローラは、DMSを制御するためにDMSプロセッサへ制御信号を送信する。
撮像中、マルチプレクサ148は、4つの集信器/パイプライン・カード60(即ち、夫々が2つの対称的なカード601、602を含む2つのカード対60)からの4つの16ビットの並列の40MHzデータストリームを、1つの32ビットの並列の80MHzのデータストリームへ多重化し、これはデータリンク制御152を介して、並列データを1つ以上の大容量並列データストリームへ変換する送受信器モジュール156へ送信する。1つの適切な送受信器モジュール実施例では、4重HOTLINK(登録商標)送受信器(Cypress Semiconductor Corporation社より市販)は、32ビットの並列データを夫々が500MHzの4つの直列ストリームへ変換する。これらの信号は、PECLレベル差動信号としてスリップリング・インタフェースへ送信され、スリップリング・インタフェースはこれらをスキャナの固定部へ光学的にスリップリング68を通じて伝送し、次に他のインタフェースがこれらを光学的に4本の光ファイバケーブルを通じてディジタル・データ・メモリ90へ再送信する。
スリップリング68を通じた光ファイバリンクについて説明したが、他のデータポート配置が使用されうる。データは、ディジタル化された電気的な形でスリップリングを通じて伝送されうる。また、スリップリングを用いずに、任意にデータメモリ90へ直接、ガントリ22からデータを送信するために回転ガントリ22上の短距離無線周波数送信器を用いることが考えられる。
任意に、DMS30の保守及び較正を容易とするよう、PECLGageIFC等の較正及び/又は診断電子機器160がDMSプロセッサ64に組み入れられる。図示のDMSプロセッサ64は例示的なものであって、当業者は特定のDMSモジュールに対して特定の制御及びデータ処理タスクを行うために他の制御及びディジタル信号処理コンポーネントを構築しうる。
図9及び図10を参照して、DMS30を機械的に構築するのに適した方法について説明する。機械的なDMS枠体は、第1の対称面72に対して対称に配置された一対の略平坦な交換可能な内側クレードル支持要素180と、内側クレードル支持要素対180の外側に第1の対称面72に対して対称に配置された略平坦な交換可能な外側クレードル支持要素182とを含む。
略平坦な対の整列板184は、対を成す内側クレードル支持要素180の内面に固定される。内側スペーサ要素186は、対を成す内側クレードル支持要素/整列板対180、184の間に配置され、第1の対称面72に対して内側クレードルの要素の間に選択された間隔を定める。
内側スペーサ要素186によって定められる選択された間隔は、第1の対称面72に対して対称に配置された隙間を画成し、この隙間は散乱防止板モジュール44を受容する。整列板184は、散乱防止板モジュール44を内側クレードル支持要素対180の中に整列するよう散乱防止板モジュール44(図2参照)の突起又はピン48を受容する対を成す整列開口を含む。
散乱防止板モジュール44を含む内側クレードル部分が組み付けられると、散乱検出器組立体は、内側クレードル組立体に対して任意に配置される。対を成す散乱検出器組立体190は、対を成す略平坦な外側クレードル支持要素182に取り付けられる。図9の配置では、散乱検出器組立体190は、4重要素として配置され、即ち、集信器/パイプライン・カード60の配置(図5参照)と同様に、4つの散乱検出器要素190が第1及び第2の対称面72、74に対して対称に配置される。外側クレードル支持要素182は、ネジ山付きのピン・スペーサ192及びネジ山付きのスペーサ194を用いて内側クレードル支持要素180に取り付けられる。
2つの集信器/パイプライン・カード対60、即ち4つの集信器/パイプライン・カード601、602は、外側クレードル支持要素182に取り付けられる。コネクタ式の検出器サブアレイ・モジュール32は、コネクタ541、542を介して集信器/パイプライン・カード対60へ差し込まれる(図2参照)。図9に図示の実施例では、検出器サブアレイ・モジュール32は、信号コネクタ54を集信器/パイプライン・カード対60へ接続することにより機械的に固定され、シンチレータ・クリスタル40を、散乱防止板モジュールの凹部46と交互に配置し、整列ピン47により、散乱防止板モジュール44と整列される(図2参照)。任意に、各検出器サブアレイ・モジュール32は、整列ピン47用のネジ山付き留め具によって、又はネジ又は他の補助的な機械的な支持部によって、DMS30に更に固定される。
横断支持棒200、例えば図9の6つの支持棒200は、集信器/パイプライン・カード対要素601、602の間に取り付けられる。DMSプロセッサ64及び2つのパワーモジュール78は、集信器/パイプライン・カード対要素601、602に差し込まれ、例えばネジ等に固定されることにより支持棒200によって機械的に固定される。任意に、DMS30の機械的な枠体は、更なる機械的な支持を与えるよう内側及び/又は外側クレードル支持要素180、182の間に配置される更なる横断支持要素(202)を更に含む(図10参照)。
当業者は、特に図2、図9及び図10を参照して説明したDMS組立体は、他の公知のDMSモジュールに典型的な拡張的な信号ケーブルを含まないため有利であることを認識するであろう。更に、DMS30は、DMS20の最小限の分解(例えば、目標サブアレイ・モジュール32へのアクセスを阻止するコネクタ化されたDMSプロセッサ64又はパワーモジュール78の除去、及び、モジュール32の除去)と置き換えるよう都合良く配置され、対応する散乱防止板モジュール44の置き換えを必要としない、コネクタ化された検出器サブアレイ・モジュール32を有する。
機械的な枠体要素、例えば内側及び外側クレードル支持要素180、182は、板状アルミニウムから適切に製造され、一方で、スペーサ要素186、192、194及び横断要素200、202は、ストック押出し成形物から適切に製造される。ストック押出し成形物の使用は、枠体が一般的には鋳造金属から形成される従来のDMSモジュールに対してかなり有利である。
また、DMS30から従来の専用ヒータ要素をなくすことも考えられる。熱的なシミュレーションは、DMS30の対称的な設計が温度の不均一性をかなり減少させることを示した。これらのシミュレーションは、検出器サブアレイ・モジュール32、DMSプロセッサ64、及びDMSパワーモジュール78によって発生された熱を分布するファン空気循環が、DMS30中に略均一な温度分布を与えるのに十分であることを示す。検出器サブアレイ・モジュール32、集信器/パイプライン・カード60、DMSプロセッサ64、及びDMSパワーモジュール78は夫々、任意に、効率的な均一な熱分布のためにDMS30によって発生される熱の有効な熱伝達を与える銅又は他の熱的に伝導性の材料のプリント回路板グランド平面を含む。
上述の実施例は、多数の構造的且つ電気的な対称性を含む。DMS30全体は、第1の対称面72に対する構造的且つ電気的な左右対称と、第2の対称面74に対する後続的且つ電気的な左右対称を含む。更に、各検出器サブアレイ・モジュール32は、中央に配置されたX線検出器36に対して構造的な対称性を含み、ASIC50及びコネクタ541、542は、検出器36に対して対称に分布されている。各検出器サブアレイ・モジュール32は更に、電気信号は、信号の半分がコネクタ541へ向かい、信号の他の半分がコネクタ542へ向かうよう対称に送信される意味で、電気的な対称性を更に含む。
これらの様々な対称性は夫々利益を与え、当業者は、典型的なDMS30又はそのコンポーネントの1以上の対称性を容易に緩和させ、一方で残る対称性のかなりの利点を維持しうる。例えば、X線検出器モジュール36は、第1及び第2の対称面72、74に対するDMS30の全体的な構造的及び電気的対称性を維持しつつ、また、検出器サブアレイ・モジュール32の電気的対称性をかなり維持しつつ、いくつかの非対称撮像用途に対してはサブアレイ・モジュール32に対してZ方向上に中心をずらして配置されうる。かかるX線検出器モジュール36の中心をずらした配置は、X線コーンの不均一性について補正するよう使用されうる。
更に、かかる検出器の位置決めの変化は、検出器サブアレイ・モジュール32のみを変更することによって容易に製造される。DMS30のコネクタ式の構造は、変更されたサブアレイ・モジュールが、更なる構造的又は電気的変更なしに、DMS30の既存の枠組みに組み込まれることを可能とする。
本発明の1つの実施例による典型的なコンピュータ断層撮像装置を概略的に示す図である。 コネクタ式とされた検出器サブアレイ・モジュールの側断面図である。 コネクタ式とされた検出器サブアレイ・モジュールの検出器側又は前面側を示す図である。 コネクタ式とされた検出器サブアレイ・モジュールの背面側を示す図である。 図2、図3A、図3Bのコネクタ式とされた検出器サブアレイ・モジュールの電気的な形態を示す図である。 データ測定システム(DMS)の基本要素間の相互接続及びデータの流れを概略的に示す図である。 検出器サブアレイ・モジュール、集信器/パイプライン・カード対、及びDMSプロセッサの間のデータの流れを概略的に示す図である。 集信器/パイプライン・カードの電気的な形態を概略的に示す図である。 DMSプロセッサの電気的な形態を概略的に示す図である。 データ管理システム・モジュールを、散乱防止板モジュール及びコネクタ式とされた検出器サブアレイ・モジュールを取り除いた状態で示す、分解斜視図である。 3つの典型的な散乱防止モジュール/検出器サブアレイ・モジュール組立体を含む、データ管理システム・モジュールの斜視図である。

Claims (45)

  1. コンピュータ断層撮影スキャナ用のデータ測定システムであって、
    夫々が放射線を受信し対応する検出器信号を発生する複数の検出器サブアレイ・モジュールと、
    前記検出器信号を受信するよう前記検出器サブアレイ・モジュールと通信するパイプライン・カードと、
    前記パイプライン・カードから前記検出器信号を受信するよう前記パイプライン・カードと通信するプロセッサとを有し、前記プロセッサは前記検出器信号からデータ測定システム出力を作成する、データ測定システム。
  2. 各検出器サブアレイ・モジュールは、
    X線による照射に応じてシンチレーション・イベントを生じさせるシンチレータと、
    前記シンチレーションを検出し前記検出器信号を生成するようにされた光検出器アレイとを含む、請求項1記載のデータ測定システム。
  3. 各検出器サブアレイ・モジュールは、
    前記検出器信号をディジタル化された検出器信号へ変換するアナログ・ディジタル変換要素を含み、前記ディジタル化された検出器信号を前記信号コネクタへ通信する、少なくとも1つの信号変換器と、
    前記パイプライン・カードと結合し、前記ディジタル化された検出器信号を受信し、前記ディジタル化された検出器信号を前記パイプライン・カードへ通信する、信号コネクタとを更に含む、請求項2記載のデータ測定システム。
  4. 前記信号変換器は、前記ディジタル化された検出器信号を直列に配置し、前記直列に配置された検出器信号を前記信号コネクタへ通信する、直列化要素を更に含む、請求項3記載のデータ測定システム。
  5. 前記パイプライン・カードは、前記直列に配置された検出器信号を前記光検出器に対応する並列な信号チャネルへ変換する直列・並列変換器を含む、請求項4記載のデータ測定システム。
  6. 前記プロセッサは、
    夫々が複数の多重化された検出器信号を含む1以上の多重化された信号を含むデータ測定システム出力を作成するよう前記検出器信号を組み合わせるマルチプレクサを更に含む、請求項1乃至5のうちいずれか一項記載のデータ測定システム。
  7. 前記複数の検出器サブアレイ・モジュールに対応する複数の散乱防止モジュールを更に含み、各散乱防止モジュールは、散乱されたX線によるノイズをかなり減少させるよう、前記コンピュータ断層撮影スキャナの検査領域と前記対応する検出器サブアレイ・モジュールとの間に配置される、請求項1乃至6のうちいずれか一項記載のデータ測定システム。
  8. 各散乱防止モジュールを前記対応する検出器サブアレイ・モジュールと整列させる整列ピンを更に含む、請求項7記載のデータ測定システム。
  9. 前記検出器サブアレイ・モジュールは、
    前記散乱防止モジュールと交互配置とされるシンチレータを更に含む、請求項7又は8記載のデータ測定システム。
  10. 各検出器サブアレイ・モジュールは信号コネクタ対を含み、前記検出器信号は前記信号コネクタ対の間で対称に分割され前記信号コネクタ対に通信され、
    前記パイプライン・カードは、前記検出器信号を受信するよう前記検出器サブアレイ・モジュール信号コネクタ対と接続するパイプライン・カード対を含み、前記パイプライン・カード対は、前記検出器信号を搬送するよう2つのパイプライン・カード間で対称に分割される複数の信号伝送路を含む、請求項1乃至9のうちいずれか一項記載のデータ測定システム。
  11. 各検出器サブアレイ・モジュールは、
    検出器信号を前記信号コネクタ対へ通信する電気トレースを含むプリント回路板を更に含む、請求項10記載のデータ測定システム。
  12. 各検出器サブアレイ・モジュールの検出器アレイは、前記プリント回路板上に略中心をおき、前記信号コネクタ対の前記コネクタは、前記検出器の両側に、前記プリント回路板の略外周に配置される、請求項11記載のデータ測定システム。
  13. 各検出器サブアレイ・モジュールは更に、
    前記プリント回路板上の前記検出器アレイの周りに対称に配置された偶数個のアナログ・ディジタル変換器を含み、前記アナログ・ディジタル変換器の半数からの信号は前記信号コネクタ対の一方のコネクタへ送信され、前記アナログ・ディジタル変換器の残り半数からの信号は前記信号コネクタ対の他方のコネクタへ送信される、請求項12記載のデータ測定システム。
  14. 前記アナログ・ディジタル変換器の数は少なくとも4つであり、前記アナログ・ディジタル変換器は、前記アナログ・ディジタル変換器の半数が前記プリント回路板の前面に、前記アナログ・ディジタル変換器の残り半数が前記プリント回路板の背面に置かれるよう、対称に配置される、請求項13記載のデータ測定システム。
  15. 各検出器サブアレイ・モジュールは更に、
    前記検出器信号をディジタル化する前記回路板上に配置された少なくとも1つの集積回路を更に含み、ディジタル化された検出器信号は前記信号コネクタ対へ通信される、請求項11記載のデータ測定システム。
  16. 前記検出器アレイは、前記プリント回路板上にZ方向に沿って中心を外して配置され、前記信号コネクタ対の前記コネクタは前記検出器アレイの両側に前記プリント回路板の略外周に配置される、請求項11記載のデータ測定システム。
  17. 前記対称パイプライン対の各カードは、
    前記複数の信号伝送路が電気トレースとして配置されたプリント回路板を更に含む、請求項10乃至16のうちいずれか一項記載のデータ測定システム。
  18. 前記各検出器サブアレイ・モジュールの信号コネクタ対及び前記対称パイプライン・カード対を前記対称面に対して対称に配置させて、対称面に対して左右対称な単一のデータ測定システムを定める、検出器サブアレイ・モジュールと、前記対称パイプライン・カード対と、前記プロセッサとを支持する機械的枠体を更に含む、請求項10乃至17のうちいずれか一項記載のデータ測定システム。
  19. 前記各検出器サブアレイ・モジュールの信号コネクタ対及び前記対称パイプライン・カード対は、前記対称面に対して対称に配置される、請求項18記載のデータ測定システム。
  20. 前記検出器信号路は、前記対称面に対して左右対称に配置される、請求項18又は19記載のデータ測定システム。
  21. 前記対称パイプライン・カード対は、前記機械的枠体によって支持された2つの対称パイプライン・カード対を含み、前記対称面に沿って第2の対称面を有する前記データ測定装置は4つの検出器象限を定め、各象限は1つのパイプライン・カードを含む、請求項18乃至20のうちいずれか一項記載のデータ測定システム。
  22. 前記検出器サブアレイ・モジュールと、前記パイプライン・カード対と、前記プロセッサとに電力を供給する前記機械的枠体によって支持される偶数個の電力モジュールを更に含み、前記電力モジュールのうちの半数は前記第2の対称面の左側に電力を分配し、前記電力モジュールの残り半数は前記第2の対称面の右側に電力を分配する、
    請求項21記載のデータ測定システム。
  23. 前記機械的枠体は、前記検出器サブアレイ・モジュールが、前記コンピュータ断層撮影スキャナのX線源によって生成されるX線と、前記X線源に中心を置いた略ラジアル表面に沿って相互作用するよう、湾曲した形状を有する、請求項18乃至22のうちいずれか一項記載のデータ測定システム。
  24. 前記機械的枠体によって支持され、前記検出器サブアレイ・モジュールと、前記パイプライン・カード対と、前記プロセッサとに電力を供給する電力モジュールを更に含む、請求項18乃至23のうちいずれか一項記載のデータ測定システム。
  25. 前記パイプライン・カード対は前記機械的枠体によって支持され、各検出器サブアレイ・モジュールは、前記パイプライン・カード対への接続によって支持される、請求項18乃至24のうちいずれか一項記載のデータ測定システム。
  26. 前記機械的枠体によって支持された少なくとも1つの散乱検出器対を更に含み、前記散乱検出器対の検出器は前記対称面に対して対称に配置される、請求項18乃至25のうちいずれか一項記載のデータ測定システム。
  27. 前記機械的枠体は、
    前記対称面に対して対称に配置される少なくとも一対の略平坦な支持要素と、
    前記略平坦な支持要素対の前記要素間に延びる横断要素とを含む、請求項18乃至26のうちいずれか一項記載のデータ測定システム。
  28. 前記略平坦な支持要素は板状の金属ストックから作成される、請求項27記載のデータ測定システム。
  29. 前記検出器サブアレイ・モジュールは前記略平坦な支持要素対の間に延びる、請求項27又は28記載のデータ測定システム。
  30. 前記プロセッサは、前記パイプライン・カード対から前記検出器信号を受信するよう前記パイプライン・カード対と結合する、請求項10乃至29のうちいずれか一項記載のデータ測定システム。
  31. 第1及び第2の対称面によって画成される4つの対称的な象限を有する機械的枠体を更に含み、各検出器サブアレイ・モジュールは前記第1の対称面に対して対称に配置され、前記サブアレイ・モジュールは前記機械的枠体に亘って前記第2の対称面に対して対称に分布され、前記パイプライン・カードは、前記4つの対称な象限内に対称に配置され、各検出器サブアレイ・モジュールは2つのパイプライン・カードと電気的に通信し、前記プロセッサは、前記第1及び第2の対称面の交差部に配置される、請求項1記載のデータ測定システム。
  32. 各検出器サブアレイ・モジュールは前記第1の対称面に対して対称に配置された2つの電気コネクタを含み、各電気コネクタは前記パイプライン・カードのうちの1つに差し込まれる、請求項31記載のデータ測定システム。
  33. 前記機械的枠体は、
    前記第1の対称面に対して平行なクレードル支持要素と、
    前記第2の対称面に対して平行であり、前記クレードル支持要素を接続する横断要素とを含む、請求項31又は32記載のデータ測定システム。
  34. 前記クレードル支持要素は、板状金属から作られ、前記横断要素はストック押出し成形物から作られる、請求項33記載のデータ測定システム。
  35. 前記パイプライン・カード及び前記検出器サブアレイ・モジュールは、前記データ測定システム中で熱を伝導し、前記データ測定システムを通じて略均一な温度を維持するよう協働する導電性のグランド面を有するプリント回路板を含む、請求項1乃至34のうちいずれか一項記載のデータ測定システム。
  36. 前記データ測定システムが前記コンピュータ断層撮影スキャナの固定部に取り付けられた回転ガントリから前記データ測定システム出力を光学的に送信する光学スリップリング・インタフェースを更に含む、請求項1乃至35のうちいずれか一項記載のデータ測定システム。
  37. 対象を撮像するコンピュータ断層撮影方法であって、
    (a)前記対象を通じてX線を透過させる段階と、
    (b)透過されたX線を2次元空間サーフェスに亘ってアナログ電気信号へ変換する段階と、
    (c)前記アナログ電気信号をディジタル信号へディジタル化する段階と、
    (d)前記2次元空間サーフェスに対して対称に配置された対を成す通信路を介して前記ディジタル信号を中央位置へ通信する段階と、
    (e)前記中央位置へ到達する前記ディジタル信号を格納する段階と、
    (f)前記2次元空間サーフェスの複数の向きに対して前記段階(a)乃至(e)を繰り返す段階と、
    (g)前記対象の画像表現を発生するよう前記格納されたディジタル信号を再構成する段階とを有する、コンピュータ断層撮影方法。
  38. 前記ディジタル化する段階(c)は、前記2次元空間サーフェスと略一致する空間領域に亘って生ずる、請求項37記載のコンピュータ断層撮影方法。
  39. 前記変換する段階(b)は、
    局所アナログ信号を生成するよう空間的に局所化された変換を実行することを含み、前記空間的に局所化された変換の空間的な分布は前記2次元空間サーフェスを定義する、請求項37又は38記載のコンピュータ断層撮影方法。
  40. 前記ディジタル化する段階(c)は、
    各空間的に局所化された変換について、前記空間的に局所化された変換の近傍で前記対応する局所化されたアナログ信号をディジタル化することを含む、請求項39記載のコンピュータ断層撮影方法。
  41. 前記ディジタル化する段階(c)は、
    前記ディジタル化された信号を、前記対を成す通信路を介した通信用に、対の直列ディジタル信号へと多重化することを含む、請求項37乃至40のうちいずれか一項記載のコンピュータ断層撮影方法。
  42. 前記変換する段階、前記ディジタル化する段階、及び前記通信する段階は、一対の弓状の枠体要素にかかる対称的な象限内に支持される回路板上で実行される、請求項37乃至41のうちいずれか一項記載のコンピュータ断層撮影方法。
  43. データ測定システムを組み立てる方法であって、
    検出器サブアレイをプリント回路板へ固定し、各プリント回路板は、検出器サブアレイ・モジュールを定めるよう前記固定された検出器サブアレイを相互接続するプリント回路を含む、段階と、
    少なくとも1つのパイプライン・プリント回路板を弓状の機械的な枠体へ固定する段階と、
    前記検出器サブアレイ・モジュールを前記弓状の機械的な枠体に固定し、各固定された検出器サブアレイ・モジュールは、前記パイプライン・プリント回路板と電気的に通信する段階と、
    前記弓形の機械的な枠体をプロセッサに固定し、前記固定されたプロセッサは前記パイプライン・プリント回路板のプリント回路を介して前記検出器サブアレイ・モジュールと電気的に通信する、段階とを含む、方法。
  44. 少なくとも1つの電気信号処理装置を各検出器サブアレイ・モジュールの前記プリント回路板に固定し、前記電気信号処理装置は、前記検出器サブアレイからの信号をディジタル信号へ変換する、段階と、
    少なくとも1つの電気コネクタを各検出器サブアレイ・モジュールのプリント回路板に固定し、前記ディジタル信号は前記プリント回路によって前記少なくとも1つの電気コネクタへ通信される、請求項43記載の組み立て方法。
  45. 前記検出器サブアレイ・モジュールを前記弓状の枠体に固定する段階は、
    各検出器サブアレイ・モジュールの前記少なくとも1つの電気コネクタを前記パイプライン・プリント回路板の対応するコネクタに結合することを含む、請求項44記載の組み立て方法。
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