JP2009254816A - コンピュータ断層システム - Google Patents

Abstract

【課題】検出器アセンブリからの熱を除去するための冷却剤を移送するように適応させたコンピュータ断層システムを提供すること。
【解決手段】本明細書はコンピュータ断層システムについて記載している。本コンピュータ断層システムは、検出器モジュール（３０）と、該検出器モジュール（３０）と伝導性に結合されており冷却剤（４４）を移送するように適応させた通路（４０、４２）と、を含む。別の実施形態におけるコンピュータ断層システムは、検出器モジュールと該検出器モジュールに取り付けられたレールと、該レールに取り付けられており冷却剤を移送するように適応させた通路を少なくとも部分的に画定する部材とを含む。
【選択図】図２

Description

本明細書に開示した主題はコンピュータ断層システムに関するものである。本コンピュータ断層システムは検出器アセンブリからの熱を除去するための冷却剤を移送するように適応させている。

典型的にコンピュータ断層（ＣＴ）システムでは、支持体上に位置決めされた患者や手荷物などの被験体または対象物に向けてＸ線源がＸ線ビームを放出する。このＸ線ビームは、対象物により減衰を受けた後、検出器アセンブリ上に入射する。検出器アセンブリの位置で受け取られる減衰したＸ線ビームの強度は典型的には、対象物によるＸ線ビームの減衰に依存する。

周知の第３世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源と検出器アセンブリは、Ｘ線ビームが撮像対象と交差するガントリ角度が一定に変化するようにして回転自在なガントリ部分に従って撮像対象の周りで回転している。この検出器アセンブリは典型的には複数の検出器モジュールを含む。各検出器モジュールは典型的には、サブストレート、シンチレータ、フォトダイオード層及び複数の電子部品を備える。さらに、検出器モジュールは典型的には複数の検出器素子に分割されている。検出器素子の各々の位置で受け取ったＸ線ビーム強度を表すデータが、あるガントリ角度レンジにわたって収集される。これらのデータは最終的に画像を形成するための処理を受ける。

電子部品は熱を発生させており、これによって複数の機構を通じて画質の劣化を生じることがあり得る。例えばフォトダイオード層の利得は温度依存性が高く、また検出器モジュールを動作させる温度が高くなりすぎるとスポット状やリング状などの画像アーチファクトにつながることがある。さらにフォトダイオード同士の画素間リークの量も温度と共に増加する。画素間リークが高水準であると、検出器モジュール内の信号対雑音比に悪影響を及ぼすと共に、画質の低下を生じさせる。さらに検出器モジュールの温度の上昇によって検出器アセンブリとコリメータの機械的な整列に関する問題を生じることがある。第３世代のＣＴ撮像システムは、散乱Ｘ線を有効に阻止するために正確に整列させたコリメータに依拠している。しかし温度が最適な動作範囲を外れて上昇すると、検出器アセンブリとコリメータの機械的整列が変化することがあり得る。コリメータが検出器アセンブリと適正に整列していないと、結果として画像アーチファクトが付加されることがある。

問題は、検出器アセンブリ内部の過剰な熱によって複数の発生源から画像アーチファクトが生じ、品質が低下した画像になることである。

本明細書では、上述の短所、欠点及び問題に対処したものであり、これについては明細書の以下を読んで理解することによって了解できよう。

一実施形態では、コンピュータ断層システムは、検出器モジュールと該検出器モジュールと接触させたレールとを含んでおり、該レールは冷却剤を移送するように適応させた通路を少なくとも部分的に画定している。

別の実施形態では、コンピュータ断層システムは、検出器モジュールと該検出器モジュールに取り付けられたレールとを含む。本コンピュータ断層システムはさらに、該レールに取り付けられており冷却剤を移送するように適応させた通路を少なくとも部分的に画定する部材を含む。

別の実施形態では、コンピュータ断層システムは、電子部品を含んだ検出器モジュールを含む。本コンピュータ断層システムは該電子部品と直に接触させた冷却剤を含む。本コンピュータ断層システムはさらに、電子部品を少なくとも部分的に囲繞しており冷却剤を移送するように適応させたハウジングを含む。

本発明に関する別の様々な特徴、目的及び利点は、添付の図面及びその詳細な説明から当業者にとって明らかとなろう。

一実施形態に従ったＣＴシステムを表した外観図である。 一実施形態による１対のレール及び熱交換器に取り付けられた検出器アセンブリの一部分を表した概要図である。 別の実施形態による１対のレール及び熱交換器に取り付けられた検出器アセンブリの一部分を表した概要図である。 別の実施形態による１対のレールに取り付けられた検出器アセンブリの断面を表した概要図である。

以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成すると共に、実施可能な特定の実施形態を一例として図示している添付の図面を参照することにする。これらの実施形態は、当業者が実施形態を実現できるように十分に詳細に記載しており、さらにこれら実施形態の趣旨を逸脱することなく別の実施形態も利用できること並びに論理的、機械的、電気的その他の変更を実施できることを理解すべきである。以下の詳細な説明はしたがって、本発明の範囲を限定したものと取るべきではない。

図１を参照すると、一実施形態によるコンピュータ断層（ＣＴ）システム１０の概要図を示している。ＣＴシステム１０は、ガントリ１２、回転自在なガントリ部分１４及び支持体１６を含む。回転自在なガントリ部分１４は、Ｘ線源１８及び検出器アセンブリ２０を保持するように適応させている。Ｘ線源１８は検出器アセンブリ２０に向けてＸ線ビーム２２を放出するように構成されている。支持体１６はスキャン対象２４を支持するように構成されている。本明細書の以下において、「被験体（ｓｕｂｊｅｃｔ）」と「対象物（ｏｂｊｅｃｔ）」という用語は撮像を受けることが可能な任意のものを含むものとする。支持体１６は、座標軸２６で示したようにガントリ１２を基準としてｚ方向に沿って被験体２４を平行移動させることが可能である。

図２を参照すると、一実施形態に従った１対のレール２８及び熱交換器２９に取り付けられた検出器アセンブリ２０の一部分の概要図を示している。検出器アセンブリ２０は複数の検出器モジュール３０からなる。図２では４つの検出器モジュール３０の概要を表している。各検出器モジュール３０は、１つのシンチレータ３２、１つのフォトダイオード層３４、１つのサブストレート３６及び１つまたは複数の電子部品３８を含む。シンチレータ３２は受け取ったＸ線を可視光に変換する。フォトダイオード層３４は、シンチレータ３２の半径方向で外方に装着されており、シンチレータ３２からの可視光を電気信号に変換する。サブストレート３６は、シンチレータ３２、フォトダイオード層３４及び電子部品３８に対する概して剛性の装着面を提供する。シンチレータ３２及びフォトダイオード層３４は、サブストレート３６に対して半径方向で内側に装着されている。電子部品３８は、フォトダイオードからのアナログ電気信号をディジタル信号に変換するためのアナログ対ディジタル変換器（図示せず）、現場プログラム可能なゲートアレイ（図示せず）、電源（図示せず）及び電圧調節器（図示せず）からなる非限定のリストからの部品を含むことができる。アナログ対ディジタル変換器、現場プログラム可能なゲートアレイ及び電源はすべて当業者によく知られたものである。電子部品３８は、各検出器モジュール３０ごとにサブストレート３６の半径方向外方に装着されている。

各検出器モジュールのサブストレート３６はレール２８に取り付けられている。図２は、各レール２８が、冷却剤４４をその内部に通過させることができる内側通路４０及び外側通路４２を画定している一実施形態の概要を表している。この実施形態はレール２８のそれぞれによって画定された内側通路４０と外側通路４２を示しているが、実施形態によってはレール２８のうちの１つによって画定された１つの通路４０、４２を含むことがあり、また実施形態によってはさらにレール２８のそれぞれによってよって画定された３つ以上の通路４０、４２を含むことがあることを理解されたい。通路４０、４２は、検出器モジュール３０と伝導性に結合されている。本開示の目的において、「伝導性に結合された（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ）」という用語は熱を伝導させる材料によって接続された２つの部品を含むものと規定される。図２に示した内側通路４０及び外側通路４２は断面が円形でありかつレール２８と概して平行であるが、通路４０、４２は任意の形状とすることが可能であることを理解すべきである。通路４０、４２の形状に関する非限定のリストには、レール２８と概して平行な形状、概して直線的な形状、Ｓ字曲線形状、及びレール２８の長さ全体にわたって断面が変動する形状が含まれる。さらに、内側通路４０はサイズや形状を外側通路４２と同じにする必要はないことを理解すべきである。

レール２８により画定される通路４０、４２は熱交換器２９と流体連通している。ポンプ（図示せず）などの機械的デバイスによって冷却剤４４を循環させている。例えば一実施形態では、電子部品３８で発生する熱はサブストレート３６を通ってレール２８内に伝導性に移動する。電子部品３８からの熱は、レール２８に到達した後、外側通路４２を通って循環する冷却剤４４によって吸収される。冷却剤４４は熱を吸収した後、ホース（図示せず）の接続用片を通って外側通路４２から内側通路４０まで流れる。冷却剤４４は次いで、冷却剤４４が外側通路４２内を流れていたのと概して反対方向で内側通路４０内を流れる。内側通路４０内を流れている間に、冷却剤４４は電子部品３８からの追加的な熱を吸収する。冷却剤４４は次いで、回転自在なガントリ部分１４（図１参照）に装着された熱交換器２９まで流れる。当業者によく知られるように、熱交換器２９は、熱伝達を容易にするような大きな表面積を有する構造を包含する。冷却剤４４の温度は熱交換器２９を通過する間に低下する。冷却剤４４を冷却させた後、これを外側通路４２を通って送り出しており、この外側通路４２の内部で検出器モジュール３０からより多くの熱を吸収することが可能である。

図２に示した実施形態はレール２８により画定される内側通路４０及び外側通路４２を図示しているが、レール２８が通路４０、４２を部分的にだけ画定するような実施形態も企図することができる。レール２８が通路４０、４２を部分的にだけ画定するような一実施形態の一例は、通路４０、４２がレール２８に装着されたプレートまたはカバー（図示せず）により画定される場合である。さらに、レール２８を通過させて冷却剤４４をどの様に循環させるかに関して、実施形態によって異なるレイアウトが使用されることがあることを理解すべきである。１つまたは複数の通路４０、４２の正確な設計を決定する際には、予測される検出器モジュール３０の温度、コスト、並びに製造の容易性などの検討事項を考慮に入れることがある。

図３を参照すると、一実施形態に従った１対のレール４５及び熱交換器２９に取り付けられた検出器アセンブリ２０の一部分の概要図を示している。図２の部品と概して同一の部品を特定するためには共通の参照番号を用いている。

図３は、検出器アセンブリ２０の１区画を４つの検出器モジュール３０の概要図と共に表している。１対の概して平行なレール４５がサブストレート３６に取り付けられている。各レール４５の外側には部材４６が取り付けられる。部材４６は、冷却剤４４を移送するように適応させた通路４８を画定するように構成されている。各部材４６は、接合や溶接などの処理法によりレール４５に対して恒久的に取り付けられることや、あるいはボルト、留め具、または検出器アセンブリ２０に対するサービスを容易にするために取外し可能な別のタイプの装着機構（図示せず）によって部材４６が取り外し可能に取り付けられることがある。通路４８は、検出器モジュール３０と伝導性に結合されている。図３に概要を示す実施形態に図示した通路４８は断面が概して長円形でありかつレール４５と概して平行となっているが、通路４８は任意の形状とすることが可能であることを理解すべきである。通路４８の形状に関する非限定のリストには、レール４５と概して平行な形状、概して直線的な形状、Ｓ字曲線形状、及び部材４６の長さ方向での断面が様々な形状が含まれる。

図３に示した実施形態は部材４６の各々によって１つの通路４８が画定されるように表しているが、実施形態が部材４６のうちの１つだけにより画定される１つの通路４８を含むこと、あるいは実施形態がまた部材４６の各々により画定される複数の通路４８を含むことのいずれとすることも可能であることは、当業者であれば理解されよう。図３の部材４６により画定される通路４８は熱交換器２９と流体連通している。ポンプ（図示せず）などの機械的デバイスによって冷却剤４４を循環させている。例えば一実施形態では、電子部品３８で発生する熱はサブストレート３６を通って伝導性に移動する。サブストレート３６内に入ると、熱は部材４６に直に移動するか、さもなければ熱はレール４５を通って移動した後に部材４６内に入るかのいずれかとなる。電子部品３８からの熱は、部材４６に到達した後、通路４８を通って循環する冷却剤４４によって吸収され、これによって電子部品３８の温度を低下させる。冷却剤４４は熱を吸収した後、ホース４７を通って熱交換器２９まで流れる。当業者によく知られるように、熱交換器２９は、熱伝達を容易にするような大きな表面積を有する構造を包含する。冷却剤４４の温度は熱交換器２９を通過した後に低下する。冷却剤４４を冷却させた後、これをホース４９を通って送り出し次いで部材４６により画定される通路４８まで戻しており、この通路４８内で電子部品３８から熱をより多く吸収することが可能である。ホース４９と通路４８の間の接続については図３には図示していない。熱交換器は回転自在なガントリ部分１４（図１参照）に装着されている。実施形態によっては図３に示したのと別の方式で冷却剤を循環させることがあることを理解すべきである。

図４を参照すると、一実施形態に従った１対のレール３１に取り付けられた検出器モジュール３０の断面の概要図を示している。図４に示した実施形態は例示を目的とした非限定の例示的な実施形態とするように意図したものである。図２及び図３の部品と概して同一の部品を特定するためには共通の参照番号を用いている。

図４に示した実施形態は、サブストレート３６に取り付けられると共に電子部品３８を部分的に囲繞するハウジング５０を含む。ハウジング５０は、冷却剤４４を移送するように適応させた通路５２がハウジング５０とサブストレート３６によって形成されるような形状としている。さらに、電子部品３８はサブストレート３６に直接は装着されないことがあることを理解すべきである。例えば一実施形態では、電子部品３８はサブストレート３６ではなくハウジング５０に装着されることがある。

図４に示した実施形態はさらに、１対のレール３１に取り付けられた第１の部材５４及び第２の部材５６を含む。第１の部材５４は流入通路５８を画定し、また第２の部材５６は流出通路６０を画定する。流入通路５８及び流出通路６０は第１のホース６２及び第２のホース６３を介して通路５２と流体連通している。冷却剤４４は流入通路５８に供給される。冷却剤４４は流入通路５８から第１のホース６２を通って通路５２内に流れ込む。通路５２内にあると、冷却剤４４は電子部品３８からの熱を吸収する。冷却剤４４は熱を吸収した後、第２のホース６３を通って流れ、第２の部材５６により画定される流出通路６０内に流入する。図４に示した実施形態では、ハウジング５０は検出器モジュール３０のそれぞれを覆う１つの単独の通路５２を画定している。しかしハウジング５０は、複数の検出器モジュール３０からの電子部品３８が一実施形態による単一の通路５２の内部に納まるような形状とすることがあることを理解されたい。別の実施形態ではさらに、冷却剤４４がハウジング５０により画定される通路５２内に直接入ることがある。さらにその冷却剤４４は、レール３１により画定される通路（図示せず）を通過させることがある。冷却剤４４が電子部品３８からの熱を吸収し第２の部材５６により画定される流出通路６０内に流入した後、冷却剤４４を熱交換器（図示せず）まで流し、ここで冷却剤４４を冷却してから部材５４により画定される流入通路５８に流し戻している。水圧回路のうち流出通路６０を熱交換器に接続しかつ熱交換器を流入通路５８に接続する部分は、当業者によく知られているので図示していない。さらに実施形態によっては、図４に示したのと別の方式でハウジング５０により画定される通路５２を通して冷却剤４４を循環させることがあることを理解すべきである。

ここで図２、３及び４を参照すると、冷却剤４４はよく知られた多くの冷却剤のうちの任意の１つからなることがある。よく知られた冷却剤に関する非限定のリストには、水グリコール、鉱油、並びに誘電オイルや過フルオロカーボン流体などの誘電性流体が含まれる。別の冷却剤も同様に利用することができる。具体的に選択される冷却剤４４は、その用途の詳細に依存することがある。例えば、レール２８、４５、３１、サブストレート３６、あるいは部材４６、５４、５６に使用される動作温度範囲及び材料も、冷却剤４４の選択に影響を及ぼすことがある。さらに図４に示した場合のように冷却剤４４が電子部品３８と直に接触している実施形態では、短絡回路を防止するために誘電特性を有する冷却剤４４を選択することが好ましいことがある。さらに、冷却剤４４及び熱交換器２９を用いることによって検出器モジュール３０及びレール２８、４５、３１の温度をより有効に管理し、これによりレール２８、４５、３１を構築するのにより安価な材料の使用を可能にすることができる。例えばＣＴシステム１０（図１参照）の動作温度がより厳密に制御されれば、より熱膨張率が高いレール材料の使用が可能となり得る。例えば従来のＣＴシステムは典型的には鋼鉄製のレールを使用している。実施形態によってはアルミニウム合金やアルミニウム炭化ケイ素などの材料を用いることが可能となる。これらのレール材料のうちの幾つかは、鋼鉄と比べて剛重比（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ−ｔｏ−ｗｅｉｇｈｔ ｒａｔｉｏ）をより大きくし回転自在なガントリ部分１４（図１参照）をより軽量にできることによって追加的な利点を提供し得る。

この記載では、本発明（最適の形態を含む）を開示するため、並びに当業者による任意のデバイスやシステムの製作と使用及び組み込んだ任意の方法の実行を含む本発明の実施を可能にするために例を使用している。本発明の特許性のある範囲は本特許請求の範囲によって規定していると共に、当業者により行われる別の例を含むことができる。こうした別の例は、本特許請求の範囲の文字表記と異ならない構造要素を有する場合や、本特許請求の範囲の文字表記と実質的に差がない等価的な構造要素を有する場合があるが、本特許請求の範囲の域内にあるように意図したものである。

１０ ＣＴシステム
１２ ガントリ
１４ 回転自在なガントリ部分
１６ 支持体
１８ Ｘ線源
２０ 検出器アセンブリ
２２ Ｘ線ビーム
２４ 被験体／対象物
２６ 座標軸
２８ レール
２９ 熱交換器
３０ 検出器モジュール
３１ レール
３２ シンチレータ
３４ フォトダイオード層
３６ サブストレート
３８ 電子部品
４０ 内側通路
４２ 外側通路
４４ 冷却剤
４５ レール
４６ 部材
４７ ホース
４８ 通路
４９ ホース
５０ ハウジング
５２ 通路
５４ 第１の部材
５６ 第２の部材
５８ 流入通路
６０ 流出通路
６２ 第１のホース
６３ 第２のホース

Claims (10)

1. 検出器モジュール（３０）と、
   前記検出器モジュール（３０）と伝導性に結合されており冷却剤（４４）を移送するように適応させた通路（４０、４２、４８、５２）と、
   を備えるコンピュータ断層システム（１０）。
2. 前記冷却剤（４４）は水グリコール、鉱油、誘電オイル及び過フルオロカーボン流体からなる群より選択される、請求項１に記載のコンピュータ断層システム（１０）。
3. 前記検出器モジュール（３０）に取り付けられた前記通路（４０、４２、４８、５２）を少なくとも部分的に画定するレール（２８）をさらに備える請求項１に記載のコンピュータ断層システム（１０）。
4. 前記レール（２８）は通路（４０、４２、４８、５２）を完全に画定する、請求項３に記載のコンピュータ断層システム（１０）。
5. 前記レール（２８）はアルミニウム合金またはアルミニウム炭化ケイ素を含む、請求項３に記載のコンピュータ断層システム（１０）。
6. 前記検出器モジュール（３０）に取り付けられたレール（４５）と該レール（４５）に取り付けられた部材（４６）をさらに備えており、該部材（４６）は前記通路（４０、４２、４８、５２）を少なくとも部分的に画定している、請求項１に記載のコンピュータ断層システム（１０）。
7. 前記レール（４５）は通路（４０、４２、４８、５２）を部分的に画定する、請求項６に記載のコンピュータ断層システム（１０）。
8. 前記レール（４５）はアルミニウム合金またはアルミニウム炭化ケイ素を含む、請求項６に記載のコンピュータ断層システム（１０）。
9. 前記検出器モジュール（３０）は前記通路（４０、４２、４８、５２）内部に少なくとも部分的に配置させた電子部品（３８）を備えており、該電気部品（３８）は冷却剤（４４）と直に接触させている、請求項１に記載のコンピュータ断層システム（１０）。
10. 前記冷却剤（４４）は誘電オイルまたは過フルオロカーボン流体を含む、請求項９に記載のコンピュータ断層システム（１０）。

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