JP2007144184A

JP2007144184A - マルチ・スライス計算機式断層写真法検出器モジュールのための相互接続及びパッケージの方法

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Publication number: JP2007144184A
Application number: JP2006318053A
Authority: JP
Inventors: Oded Meirav; オデッド・メイラヴ; David M Hoffman; デイビッド・マイケル・ホフマン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-11-28
Filing date: 2006-11-27
Publication date: 2007-06-14
Also published as: US20070121781A1; US7560702B2

Abstract

【課題】計算機式断層写真法（ＣＴ）検出器において、直接変換（ＤＣ）及びシンチレーション型の両形式の放射線検出器の間に互換性を提供する。
【解決手段】本書に開示するのは、コリメータ・レールと結合する計算機式断層写真法（ＣＴ）検出器モジュール（２００）である。このＣＴ検出器モジュール（２００）は、ＣＴ検出器パック（２０５）、プリント回路基板（２１５）、電気導体（２３１）、及び基材（２１０）を含んでいる。電気導体（２３１）は、ＣＴ検出器パック（２０５）とプリント回路基板（２１５）との間に介設されて、これらＣＴ検出器パック（２０５）及びプリント回路基板（２１５）と電気的に連絡している。基材（２１０）は、スロット（２２５）を有し、電気導体（２３１）がスロット（２２５）に通されるようにＣＴ検出器パック（２０５）と回路基板（２１５）との間に介設されている。
【選択図】図４

Description

本出願は一般的には、計算機式断層写真法（ＣＴ）システムに関する。具体的には、本発明は、マルチ・スライスＣＴ検出器モジュールのための相互接続及びパッケージの方法に関する。

ＣＴシステムは、試験対象の非侵襲的断面画像、特に医学的分析及び治療のための人体組織の体内画像を得るために用いられている。計算機式断層写真法（ＣＴ）システムでは、Ｘ線源がファン形状（扇形）のビームを投射し、ビームは「撮像平面」と呼ばれるデカルト座標系のＸＹ平面内に位置するようにコリメートされる。Ｘ線ビームは患者のような撮像対象を透過して、多重横列多重縦列を成す検出器アレイに入射する。検出器アレイは複数の検出器素子を含んでいる。検出器システムは、様々な強度の入射Ｘ線を電子的な信号へ変換する。ＣＴシステム検出器の電子回路は、ＣＴシステム走査時に電子的な信号を処理する集積回路基板を用いる。
米国特許第６８０７２４８号

ＣＴシステムには、シンチレーション検出器及び直接変換検出器の二つの形式の放射線検出器が用いられている。新型のピクセル型直接変換（ＤＣ）ＣＴ検出器モジュールは、ＣＴスキャナのコリメータ格子アセンブリに適正に設置されるようにするための厳密なパッケージング、相互接続及び装着の解決策を必要とする。

全ての所要の共通な設計仕様（例えば、独立したモジュール着脱能力、既存の二重位置揃え用ピンを用いたコリメータ・アセンブリに対する高精度位置揃え、ピン・イン・パック（pin-in-pack）方法、熱伝達性能、及び機械的な堅牢性等）を満たしつつ新型のＤＣモジュールが公称のコリメータに直接装着され得るように両形式の放射線検出器の間に互換性があることが望ましい。

また、ＣＴ検出器モジュール及び構成要素をアップグレードする能力も提供せねばならず、具体的には、２０ｍｍ／３２スライス及び４０ｍｍ／６４スライスの両方の検出器パックでの２Ｄタイル構成能力を支援する構成が必要とされている。

本書に開示するのは、コリメータ・レールと結合する計算機式断層写真法（ＣＴ）検出器モジュールである。このＣＴ検出器モジュールは、ＣＴ検出器パック、プリント回路基板、電気導体、及び基材を含んでいる。電気導体は、ＣＴ検出器パックとプリント回路基板との間に介設されて、これらＣＴ検出器パック及びプリント回路基板と電気的に連絡している。基材はスロットを有し、電気導体がスロットに通されるようにＣＴ検出器パックと回路基板との間に介設されている。

さらに、本書に開示するのは、計算機式断層写真法（ＣＴ）検出器アレイである。このＣＴ検出器アレイは、第一及び第二のコリメータ・レール、複数のＣＴ検出器モジュール、並びにエラストマー伝導性接点を含んでいる。第二のコリメータ・レールは高電圧ストリップを有し、第一のコリメータ・レールに隣接して隔設されている。ＣＴ検出器モジュールの各々が、ＣＴ検出器パック、プリント回路基板、電気導体、及び基材を有している。電気導体は、ＣＴ検出器パックとプリント回路基板との間に介設されて、これらＣＴ検出器パック及びプリント回路基板と電気的に連絡している。基材は、スロットを有し、電気導体がスロットに通されるようにＣＴ検出器パックと回路基板との間に介設され、第一のコリメータ・レール及び第二のコリメータ・レールに装着されている。エラストマー伝導性接点は、基材の内部に配設されており、エラストマー伝導性接点及び高電圧ストリップが電気的に接続されるようにＣＴパックと電気的に連絡している。

さらに、本書に開示するのは、計算機式断層写真法（ＣＴ）モジュールをＣＴシステムに電気的に接続する方法である。ＣＴ検出器パックが、スロットを有する基材に取り付けられる。電気導体が、ＣＴ検出器パックから基材スロットを通ってプリント回路基板まで通される。基材は、基材がコリメータ・レールに装着されたときに電気的接続が形成されるように、複数のコリメータ・レールに装着される。

例示的な図面を参照して本発明を説明する。図面では、類似の要素には類似した番号が付されている。

図１及び図２は、例示的なＣＴイメージング・システム１００が、Ｘ線源１１０、放射線検出器アレイ１１５、患者支持構造１２０及び患者空洞部１２５を有するガントリ１０５を含んでいるのを示しており、Ｘ線源１１０及び放射線検出器アレイ１１５は、患者空洞部１２５を挟んで離隔されるように対向配設されている。実施形態の一例では、患者１３０が患者支持構造１２０に載置され、次いで、支持構造１２０が患者空洞部１２５の内部に配設される。Ｘ線源１１０は、Ｘ線ビーム１３５が患者１３０を透過するようにＸ線ビーム１３５を放射線検出器アレイ１１５に向かって投射する。実施形態の一例では、Ｘ線ビーム１３５は、「撮像平面」と呼ばれるデカルト座標系のＸＹ平面内に位置するようにコリメータ（図示されていない）によってコリメートされる。患者１３０を透過して患者１３０によって減弱された後に、減弱したＸ線ビーム１４０は放射線検出器アレイ１１５によって受光される。放射線検出器アレイ１１５は減弱したＸ線ビーム１４０を受光して、減弱したＸ線ビーム１４０の強度に応じた電気信号を発生する。

加えて、Ｘ線源１１０及び放射線検出器アレイ１１５は、患者支持構造１２０が患者空洞部１２５内に配設されたときにＸ線源１１０及び放射線検出器アレイ１１５が患者支持構造１２０の周りを回転するのを可能にするように、ガントリ１０５及び患者支持構造１２０に対して回転方式で配設される。走査時には、Ｘ線源１１０及び放射線検出器アレイ１１５を患者１３０の周りに回転させることによりＸ線投影データが得られる。Ｘ線源１１０及び放射線検出器アレイ１１５は、ＣＴイメージング・システム１００に付設されている制御機構１５０と連絡している。制御機構１５０はＸ線源１１０及び放射線検出器アレイ１１５の回転及び動作を制御する。

実施形態の一例では、制御機構１５０は、Ｘ線源１１０と連絡しているＸ線制御器１５５、ガントリ・モータ制御器１６０、及び放射線検出器アレイ１１５と連絡しているデータ取得システム（ＤＡＳ）１６５を含んでいる。Ｘ線制御器１５５はＸ線源１１０に電力信号及びタイミング信号を供給し、ガントリ・モータ制御器１６０はＸ線源１１０の回転速度及び角度位置を制御し、放射線検出器アレイ１１５及びＤＡＳ１６５は電気信号データを受け取って後続の処理に供する。実施形態の一例では、ＣＴイメージング・システム１００はまた、画像再構成装置１７０、データ記憶装置１７５及び処理装置１８０を含んでおり、処理装置１８０は画像再構成装置１７０、ガントリ・モータ制御器１６０、Ｘ線制御器１５５、データ記憶装置１７５、入力装置１８５及び出力装置１９０と連絡している。ＣＴイメージング・システム１００はまた、患者空洞部１２５に対して患者支持構造１２０の位置を制御するように、処理装置１８０及び患者支持構造１２０と連絡しているテーブル制御器１９６を含み得る。

実施形態の一例によれば、患者１３０が患者支持構造１２０に配設され、次いで、支持構造１２０が、患者空洞部１２５の内部に配設されるように処理装置１８０を介して操作者によって配置される。ガントリ・モータ制御器１６０は、Ｘ線源１１０及び放射線検出器アレイ１１５を患者１３０に対して回転させるように、処理装置１８０を介して運転される。Ｘ線制御器１５５は、放射線検出器アレイ１１５従って患者１３０に向かってコリメート後のＸ線ビーム１３５を放出して投射することをＸ線源１１０に行なわせるように、処理装置１８０を介して運転される。Ｘ線ビーム１３５は、減弱したＸ線ビーム１４０を生成するように患者１３０を透過し、減弱したＸ線ビーム１４０は放射線検出器アレイ１１５によって受光される。

放射線検出器アレイ１１５は減弱したＸ線ビーム１４０を受光して、減弱したＸ線ビーム１４０の強度に応じた電気信号データを発生し、この電気信号データをＤＡＳ１６５へ連絡する。次いで、ＤＡＳ１６５はこの電気信号データをディジタル信号へ変換し、ディジタル信号及び電気信号データの両方を画像再構成装置１７０へ連絡すると、画像再構成装置１７０は高速画像再構成を実行する。次いで、この情報を処理装置１８０へ連絡すると、処理装置１８０はデータ記憶装置１７５に画像を記憶させて、ディジタル信号を画像として出力装置１９０を介して表示する。実施形態の一例によれば、出力装置１９０は、複数の離散的なピクセル要素１９２を有する表示スクリーン１９４を含んでいる。

図３は、ＣＴ検出器アレイとも呼ばれる例示的な放射線検出器アレイ１１５をさらに詳細に示しており、検出器アレイ１１５は、コリメータ・レール１１８及びＣＴ検出器モジュール２００を有している。図面を見易くするために図３には１個のＣＴ検出器モジュール２００しか示していないが、放射線検出器アレイ１１５は、コリメータ・レール１１８の外周に沿って配設された複数のＣＴ検出器モジュール２００を含んでいる。

ＣＴ検出器モジュール２００の実施形態の例は、例えばDxRay, Inc.のような会社によって製造され得る新型のピクセル型直接変換（ＤＣ）ＣＴ検出器モジュール例えばテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）モジュール又はテルル化亜鉛カドミウム（ＣＺＴ）モジュールと、例えばGeneral Electric Companyから販売されている例えば容積ＣＴ（ＶＣＴ）Ｌｕｍｅｘ（商標）モジュールのようなシンチレーションＣＴ検出器モジュールとの間の密接な互換性を可能にする幾つかの特徴を含んでいる。これらの特徴は、多くの既存のＶＣＴデータ取得システム（ＤＡＳ）の解決策及び技術の共有を可能にして、将来のＣｄＴｅ型ＶＣＴスキャナ及びＣＺＴ型ＶＣＴスキャナのために大幅な経費節減を実現する。

図４は、ＣＴ検出器モジュール２００の実施形態の一例をさらに詳細に示す。ＣＴ検出器モジュール２００は、セラミック製又は金属製のいずれであってもよくフィード・スルー・スロット２２５を有する基材２１０と、散乱防止コリメータ・プレート２４５と、コリメータ・レール１１８への適正係合のための位置揃え用ピン２４０及び装着パッド２３０と、例えばＣｄＴｅパック又はＣＺＴパックのようなＣＴ検出器パック２０５とを含んでおり、ＣＴ検出器パック２０５は、絶縁性で伝導性のカソード２５０と、ピッチ・アダプタ２６０及びボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）２３５との間に介設されている。

フィード・スルー・スロット２２５（図５にさらに見易く示す）は、例えば軟質ケーブルのような複数の可撓性の導体２２０が基材を通り抜けてＢＧＡ２３５とプリント回路基板（ＰＣＢ）２１５との間に電気的接続を設けることを可能にしている。

装着パッド２３０及び位置揃え用ピン２４０は、基材２１０の端部に取り付けられていてもよいし基材２１０の端部と一体化されていてもよく、このことを図６〜図９にさらに詳細に示す。図６及び図７は設置前のＣＴ検出器モジュール２００を示し、図８及び図９はコリメータ・レール１１８に設置されたＣＴ検出器モジュール２００を示す。パッド２３０の高さを図９に寸法「ｈ」として示しており、この高さが、図９の間隙「ｇ」として示されているコリメータ・プレート２４５からの検出器カソード２５０の適正な離隔を確保している。装着パッド２３０はさらに、パッド２３０の各々に精密加工されている孔２８５を含んでおり、孔２８５は位置揃え用ピン２４０と共に、二重位置揃え特徴、並びにコリメータ・レール１１８及びＣＴシステム１００への適正係合を提供する。モジュールのコリメータ・レール１１８への取り付けは共通のインタフェイスのままとされ、ボルトをコリメータ・レール１１８に挿入し、装着パッド２３０及び基材２１０に通して、基材の下方に配設されているねじ溝付きブロック２７５に固定し、このようにしてＤＣ検出器モジュールとシンチレーション・モジュールとの間の互換性を実現する。

ＣＴ検出器モジュール２００はさらに、図８及び図９に示すように、高電圧（ＨＶ）ストリップ２７０を含んでいる。適当な隔設された接点を有する共通の高電圧ストリップ２７０がコリメータ・レール１１８の一方に固定される。各々の検出器モジュール２００側には、中央伝導性接点を有するエラストマー２６５が装着パッド２３０に嵌め込まれる。各々の検出器モジュール２００において、ＨＶ線２５５を用いて、ＣｄＴｅ又はＣＺＴカソード２５０と及びエラストマー伝導性接点２６５との間を接続する。ＨＶエラストマー２６５及びＨＶ線２５５の所載の構成は、コリメータ・レール１１８に装着されて圧迫された（圧嵌め式電気的接続を形成した）ときに高電圧アノード信号を各々の検出器モジュール２００に供給することを可能にする。

信号接続特徴はさらに、図４に示すような２本の対向する可撓性の導体２２０を基材２１０の点２２２に固定して具現化される。様々な形式の検出器パック（例えばＣｄＴｅ、ＣＺＴ、又はＶＣＴＬｕｍｅｘ（商標））に設けられたＢＧＡ２３５の接点が、位置揃え用ピン２４０に対して精密配置されて可撓性の導体２２０に固着され、導体２２０が電気信号をプリント回路基板２１５に伝達するように接続される。

図１０は、ＣＴ検出器モジュール２００′の代替的な実施形態を示しており（見易くするためにプリント回路基板２１５は示していない）、可撓性の導体２２０を、以下でインタフェイス・アダプタ・ボード（ＩＡＢ）２２１とも呼ばれるプリント回路基板及び電気コネクタ２３１（図１１及び図１２に示す）によって置き換えており、電気コネクタ２３１は例えば１２０ピンの０．８ｍｍピッチのコネクタであってよい。インタフェイス・アダプタ・ボード２２１及び電気コネクタ２３１は、図１０に示すように（基材２１５は示していない）、フィード・スルー・スロット２２５を通してＢＧＡ２３５とプリント回路基板２１５との間に電気的接続を提供する。インタフェイス・アダプタ・ボード２２１は、複数のＩＡＢ締結具位置２２３において基材２１０に固定される。インタフェイス・アダプタ・ボード２２１はまた、基材２１０に取り付けられた一対のＩＡＢ位置揃え用ピン２２４と係合する一対の孔２２７を含んでおり、電気コネクタ２３１の適正位置揃えを可能にしている。インタフェイス・アダプタ・ボード２２１はさらに、配向相マーク２２６を含んでおり（図１０及び図１２に示す）、電気コネクタ２３１の適正配向を可能にしている。マーク２２６は例えば面取りコーナであってもよい。

ＣＴ検出器モジュール２００及び２００′の各実施形態の例は、一般的な検出器パック（ＣｄＴｅ又はＣＺＴ等）を、多くの構成要素及びインタフェイスを共有した現行のプラットフォーム（例えばＶＣＴＬｕｍｅｘ（商標））に係合させる革新的な解決策を提供する。本発明の幾つかの実施形態は、次の利点の幾つかを含み得る。（１）フィード・スルー・スロット２２５が、プリント回路基板２１５への短距離の経路を保ちつつ、入手可能なモジュール基材２１０の部材片の利用を可能にする。（２）一体形成された高電圧エラストマー２６５のフィード・スルーがカソード２５０への単純なバイアス電圧接続を提供し、カソード２５０は、ＣＴ検出器モジュール２００がコリメータ・レール１１８に圧嵌めされたときに自動的に接続する。そして（３）高電圧カソード接続の高精度配置を提供する。

好適実施形態（１又は複数）を参照して本発明を説明したが、当業者は、本発明の範囲から逸脱せずに、様々な変形を施すことができ、また本発明の諸要素に代えて均等構成を置換し得ることを理解されよう。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱せずに、特定の状況又は材料を本発明の教示に合わせて適応構成する多くの改変を施すことができる。従って、本発明は、本発明を実施するのに想到される最良の態様として開示された特定の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に属する全ての実施形態を包含するものとする。

実施形態の一例に従って撮像のために配設されたＣＴイメージング・システム及び患者の遠近図である。実施形態の一例に従って用いられる図１のＣＴイメージング・システムのブロック模式図である。本発明の一実施形態に従って用いられる例示的な放射線検出器アレイの遠近図である。本発明の一実施形態に従って用いられる例示的なＣＴ検出器モジュール及びプリント回路基板の遠近図である。本発明の一実施形態に従って用いられる例示的な基材の遠近図である。本発明に従って用いられる例示的なＣＴ検出器モジュールの上面図である。本発明の一実施形態に従って用いられる例示的なＣＴ検出器モジュールの側面図である。本発明の一実施形態に従って用いられるコリメータ・レールに装着された例示的なＣＴ検出器モジュールの上面図である。本発明の一実施形態に従って用いられるコリメータ・レールに装着された例示的なＣＴ検出器モジュールの側面図である。本発明の一実施形態に従って用いられる例示的なＣＴ検出器モジュールの遠近図である。本発明の一実施形態に従って用いられる例示的なＣＴ検出器モジュール及びプリント回路基板の遠近図である。本発明の一実施形態に従って用いられる例示的なＣＴ検出器モジュールの部分図である。

符号の説明

１００ＣＴイメージング・システム
１０５ガントリ
１１０Ｘ線源
１１５放射線検出器アレイ
１２０患者支持構造
１２５患者空洞部
１３０患者
１３５Ｘ線ビーム
１４０Ｘ線ビーム
１５０制御機構
１５５Ｘ線制御器
１６０ガントリ・モータ制御器
１６５データ取得
１７０画像再構成装置
１７５データ記憶装置
１８０処理装置
１８５入力装置
１９０出力装置
１９２離散的なピクセル要素
１９４表示スクリーン
１９６テーブル制御器
２００ＣＴ検出器モジュール
２００′ ＣＴ検出器モジュール
２０５ＣＴ検出器パック
２１０基材
２１５プリント回路基板
２２０可撓性の導体
２２１インタフェイス・アダプタ・ボード
２２２点
２２３締結配置具
２２４位置揃え用ピン
２２５フィード・スルー・スロット
２２６相マーク
２２７孔
２３０装着パッド
２３１電気コネクタ
２３５ボール・グリッド・アレイ
２４０位置揃え用ピン
２４５コリメータ・プレート
２５０検出器カソード
２５５高電圧線
２６０ピッチ・アダプタ
２６５エラストマー
２７０高電圧ストリップ
２７５ねじ溝付きブロック
２８５孔

Claims

コリメータ・レールと結合する計算機式断層写真法（ＣＴ）検出器モジュール（２００）であって、
計算機式断層写真法検出器パック（２０５）と、
プリント回路基板と、
前記計算機式断層写真法検出器パック（２０５）と前記プリント回路基板との間に介設されて、前記計算機式断層写真法検出器パック（２０５）及び前記プリント回路基板と電気的に連絡している電気導体と、
スロットを有し、前記計算機式断層写真法検出器パック（２０５）と前記回路基板（２１５）との間に介設されている基材（２１０）と、
を備えており、
前記電気導体は前記スロットに通される、
計算機式断層写真法検出器モジュール（２００）。
前記基材（２１０）はセラミック製又は金属製の基材（２１０）である、請求項１に記載の計算機式断層写真法検出器モジュール（２００）。
前記基材（２１０）は複数の装着パッド（２３０）をさらに含んでおり、該装着パッド（２３０）は、前記計算機式断層写真法検出器パック（２０５）と前記コリメータ・レールとの間にクリアランスを設ける、請求項１に記載の計算機式断層写真法検出器モジュール（２００）。
前記計算機式断層写真法検出器パック（２０５）はテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）検出器パック又はテルル化亜鉛カドミウム（ＣＺＴ）検出器パックである、請求項１に記載の計算機式断層写真法検出器モジュール（２００）。
第一のコリメータ・レールと、
高電圧ストリップ（２７０）を有し、前記第一のコリメータ・レールに隣接して隔設されている第二のコリメータ・レールと、
計算機式断層写真法（ＣＴ）検出器パック（２０５）、プリント回路基板（２１５）、前記計算機式断層写真法検出器パック（２０５）と前記プリント回路基板（２１５）との間に介設されて前記計算機式断層写真法検出器パック（２０５）及び前記プリント回路基板（２１５）と電気的に連絡している電気導体、並びにスロットを有し前記計算機式断層写真法検出器パック（２０５）と前記回路基板（２１５）との間に介設されている基材（２１０）を各々含んでいる複数の計算機式断層写真法（ＣＴ）検出器モジュールであって、前記電気導体は前記スロットに通され、前記基材（２１０）は前記第一のコリメータ・レール及び前記第二のコリメータ・レールに装着される、複数の計算機式断層写真法（ＣＴ）検出器モジュールと、
前記基材（２１０）の内部に配設されて前記計算機式断層写真法パックと電気的に連絡しているエラストマー（２６５）伝導性接点であって、該エラストマー（２６５）伝導性接点及び前記高電圧ストリップ（２７０）は電気的に接続される、エラストマー（２６５）伝導性接点と、
を備えた計算機式断層写真法（ＣＴ）検出器アレイ。
前記基材（２１０）は、該基材（２１０）と前記コリメータ・レールとの間に位置揃えされた係合を提供する複数の位置揃え用ピン（２４０）をさらに含んでいる、請求項５に記載の計算機式断層写真法検出器アレイ。
前記第一のコリメータ・レールと前記第二のコリメータ・レールとの間に介設された複数のコリメータ・プレート（２４５）をさらに含んでいる請求項５に記載の計算機式断層写真法検出器アレイ。
前記基材（２１０）は、前記計算機式断層写真法検出器パック（２０５）と前記コリメータ・プレート（２４５）との間にクリアランスを設ける装着パッド（２３０）をさらに含んでいる、請求項５に記載の計算機式断層写真法検出器アレイ。
スロットを有する基材（２１０）に計算機式断層写真法（ＣＴ）検出器パック（２０５）を取り付けるステップと、
電気導体を、前記計算機式断層写真法検出器パック（２０５）からプリント回路基板（２１５）まで前記基材（２１０）のスロットに通すステップと、
複数のコリメータ・レールに前記基材（２１０）を装着するステップと、
を備えた計算機式断層写真法（ＣＴ）モジュールを計算機式断層写真法システムに電気的に接続する方法であって、
電気的接続が、前記コリメータ・レールへの前記基材（２１０）の前記装着に応答して形成される、
方法。
前記コリメータ・レールへの前記基材（２１０）の前記装着は、圧嵌め式電気的接続を生ずる、請求項９に記載の方法。