JP2009268900A - 計算機式断層写真法検出器装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像アーティファクトを招き画質の低下した画像を生ずる原因となる検出器アセンブリの内部の過度の熱を防ぐ計算機式断層写真法検出器装置を提供する。
【解決手段】計算機式断層写真法検出器装置が、凹部域（５２）を画定している基材（３０）を含んでいる。この計算機式断層写真法検出器装置はまた、凹部域（５２）の内部に少なくとも部分的に配設された伝熱管（４４）を含んでいる。この計算機式断層写真法検出器装置はまた、基材（３０）に取り付けられている電子部品（３６）を含んでいる。
【選択図】図２

Description

本書に開示する主題は、伝熱管（ヒート・パイプ）を含む計算機式断層写真法（ＣＴ）検出器装置に関する。

典型的には、ＣＴシステムでは、支持部に配置された患者又は手荷物のような被検体又は対象に向かってＸ線源がＸ線ビームを放出する。Ｘ線ビームは対象によって減弱された後に、検出器アセンブリに入射する。検出器アセンブリにおいて受光される減弱後のＸ線ビームの強度は典型的には、対象によるＸ線ビームの減弱に依存する。

公知の第三世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器アセンブリは、Ｘ線ビームが対象と交差するときのガントリ角度が定常的に変化するように、撮像対象を中心として回転式ガントリ部分において回転する。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んでいる。各々の検出器モジュールが典型的には複数の検出器素子に分割されている。検出器素子の各々において受光されるＸ線ビームの強度を表わすデータが、一定範囲のガントリ角度にわたって収集される。データは最終的に処理されて画像を形成する。

米国特許第７０６５１７３号明細書

電子部品は熱を発生し、これにより多数の機構を介して画質の劣化が生じ得る。例えば、検出器モジュールの内部のフォトダイオード層の利得は温度依存性が高く、過度に高い温度でフォトダイオード層を動作させるとスポット状又は環状等の画像アーティファクトが発生し得る。また、フォトダイオード同士の間でのピクセル間漏れの量も温度と共に増大する。ピクセル間漏れが高レベルであると信号対雑音比に悪影響が及び、画質の低下が生じ得る。また、検出器モジュールの温度上昇によって、検出器アセンブリとコリメータとの機械的整列性（アラインメント）に問題が生じ得る。第三世代ＣＴイメージング・システムは、正確に整列されたコリメータが散乱Ｘ線を実効的に遮断することに頼っている。しかしながら、検出器アセンブリとコリメータとの機械的整列性は、温度が最適動作範囲を超えて上昇すると共に変化し得る。コリメータが検出器アセンブリと正しく整列していない場合には、結果としてさらなる画像アーティファクトを招き得る。

問題は、検出器アセンブリの内部の過度の熱が多数の原因から画像アーティファクトを招き、画質の低下した画像を生じ得ることである。

本書では以上に述べた短所、欠点及び問題について述べ、これらのことについては以下の明細書を精読することにより理解されよう。

一実施形態では、計算機式断層写真法検出器装置が、凹部域を画定している基材を含んでいる。この装置は、凹部域の内部に少なくとも部分的に配設された伝熱管を含んでおり、また基材に取り付けられた電子部品を含んでいる。

もう一つの実施形態では、計算機式断層写真法検出器装置が、レールと、レールに取り付けられた凹部域を画定している基材とを含んでいる。この装置は、基材に取り付けられた電子部品を含んでいる。この装置はまた、放熱材料（thermal interface material）を介して基材に固定されており凹部域の内部に少なくとも部分的に配設された伝熱管を含んでいる。

もう一つの実施形態では、計算機式断層写真法検出器の温度を調節する装置が、伝熱管と、該伝熱管と熱的に連通している基材とを含んでいる。基材は、電子部品を支持するように構成されている。この装置はまた、基材に取り付けられたレールと、該レールと熱的に連通している液体冷却材とを含んでいる。

本発明のその他様々な特徴、目的及び利点は、添付図面及び図面の詳細な説明から当業者には明らかとなろう。

一実施形態による計算機式断層写真法システムを示す模式図である。 一実施形態による一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示す模式図である。 一実施形態による検出器アセンブリの断面を示す模式図である。

以下の詳細な説明では、説明の一部を成しており実施され得る特定の実施形態を例として示す添付図面を参照する。これらの実施形態は当業者が当該実施形態を実施することを可能にするように十分に詳細に説明されており、他の実施形態を利用し得ること、並びに実施形態の範囲から逸脱することなく論理的変形、機械的変形、電気的変形及び他の変形を施し得ることを理解されたい。従って、以下の詳細な説明は、発明の範囲を限定する意味で解釈すべきでない。

図１には、一実施形態による計算機式断層写真法（ＣＴ）システム１０の模式図が示されている。ＣＴシステム１０は、ガントリ１２、回転式ガントリ部分１４、及び支持部１６を含んでいる。回転式ガントリ部分１４は、Ｘ線源１８及び検出器アセンブリ２０を保持するように構成されている。Ｘ線源１８は、検出器アセンブリ２０に向かってＸ線ビーム２２を放出するように構成されている。検出器アセンブリ２０は複数の検出器モジュール（図示されていない）で構成されている。支持部１６は、走査されている被検体２４を支持するように構成されている。以下では、「被検体」及び「対象」「物体」等の用語は、画像化されることが可能な任意の物体を包含するものとする。支持部１６は、ガントリ１２に関して座標軸２６によって示すようなｚ方向に沿って被検体２４を平行移動させることが可能である。

図２には、一実施形態による一対のレール２８に取り付けられた検出器アセンブリ２０の断面の模式図を示す。本開示の目的のために、検出器アセンブリ２０の半径方向内向き方向が図２の上方を向いている。検出器アセンブリ２０は、基材３０、シンチレータ３２、フォトダイオード層３４、複数の電子部品３６、及び可撓性回路（フレックス回路）３８を含んでいる。基材３０は、アルミナのようなセラミック、又は他の適当に剛性である材料を含んでいてよい。シンチレータ３２、フォトダイオード層３４、複数の電子部品３６、及び可撓性回路３８は基材３０に装着されている。シンチレータ３２は受光したＸ線を可視光へ変換する。フォトダイオード層３４は、シンチレータ３２から半径方向外向きに装着され、シンチレータ３２からの可視光を電気信号へ変換する。複数の電子部品３６は、以下の非限定的一覧からの１又は複数の構成要素を含み得る。すなわち、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へ変換するアナログ−ディジタル変換器（図示されていない）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（図示されていない）、及び電力調整器（図示されていない）等である。アナログ−ディジタル変換器、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、及び電力調整器は全て当業者には周知である。図２に示すように、これら複数の電子部品３６は、基材３０の半径方向内側面４０及び半径方向外側面４２の両方に装着され得る。可撓性回路３８はアナログ−ディジタル変換器、電力調整器、及びフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイのような電子部品３６を接続している。

図２の断面の基材の内部に伝熱管４４が示されている。一実施形態によれば、伝熱管４４は、動作流体を保持するように構成されている密封中空管と芯とを含んでいる。動作流体は一般的には、液相成分及び気相成分を含んでいる。伝熱管４４は、伝熱管４４の高温部分から伝熱管４４の低温部分へ熱を伝達する。液相成分にあるときの動作流体は、伝熱管４４の高温部分からの熱を吸収して相転移を生じ、動作流体の気相成分となる。動作流体の気相成分は伝熱管４４の低温部分へ移動し、凝縮して液相成分へ戻り、このようにして熱を放出する。動作流体の液相成分は毛管作用によって芯を上昇することにより伝熱管４４の高温部分へ戻る。伝熱管は当業者には周知であり、図２及び図３に図示した以外の形状を含んでいてもよい。

図２に示す実施形態によれば、伝熱管４４はレール２８の双方の間に渡されている。伝熱管４４は電子部品３６から発生された熱をレール２８の双方に輸送する。尚、代替的な実施形態では、各々の伝熱管４４が単一の方向にのみ熱を伝達するような多数の伝熱管４４を用いてもよいことを認められたい。

図２は断面であるので１本の伝熱管４４しか見えない。しかしながら、各実施形態は、検出器アセンブリ２０の冷却を補助するために２本以上の伝熱管４４を含み得る。検出器アセンブリ２０は回転式ガントリ部分１４（図１に示す）に装着されており、ＣＴシステム１０（図１に示す）が走査しているときに遠心荷重を受けるので、伝熱管４４の高温部分及び伝熱管４４の低温部分の両方が回転式ガントリ部分１４の回転軸から略同じ半径方向距離に位置するように伝熱管４４を配置すると有利であろう。

一実施形態によれば、伝熱管４４は選択随意で、套管（ブッシング）４６又は他の形態の電気導体によってレール２８に電気的に接続されていてもよい。套管４６は伝熱管４４を電気的に接地させるためのものである。一実施形態が套管４６を含んでいない場合には、伝熱管４４がアンテナとして作用しないように他の態様で伝熱管４４を電気的に接地させるこことが依然重要であろう。

一実施形態によれば、ＣＴシステム１０（図１に示す）は、レール２８から熱を除去するために液体冷却材４８を用いることができる。例えば、各々のレール２８が選択随意で、液体冷却材４８を保持する通路５０を画定し得る。液体冷却材４８は、通路５０を通過してレール２８からの熱を吸収する。図２には示していないが、通路５０は液冷回路の一部を成している。レール２８から熱を吸収した後に、液体冷却材４８は熱交換器（図示されていない）へ向かう。液体冷却材４８は熱交換器に熱を放出した後にレールによって画定されている通路５０に戻って循環する。尚、冷却回路はさらに他の実施形態では異なるように構成されてもよいことを理解されたい。加えて、他の実施形態は液冷回路を用いなくてもよい。代替的に、当業者には周知のように強制空冷のような他の機構によって各々のレール２８から熱を除去してもよい。

図３には、図２の線Ａ−Ａに沿って見た一実施形態による断面模式図が示されている。図２と図３との間で共通の構成要素には共通の参照番号が振られている。

シンチレータ３２及びフォトダイオード層３４は、基材３０の半径方向内側面４０に設けられているフレックス回路３８に装着されている。一実施形態によれば、図３に示すように、基材３０は断面が全体的にＩ字形である。基材３０は走査時のシンチレータ３２及びフォトダイオード層３４の移動を最小限に抑えるために剛性であるものとする。加えて、基材３０は、回転式ガントリ部分１４（図１に示す）の回転によって生ずる大きいｇ荷重のため軽量であるものとする。全体的にＩ字形断面を有する基材３０を設計することにより、これらの目標を両方とも達成することを助ける。但し、図３に示すものとは異なる全体的にＩ字形の断面を有し又は全く異なる形状の断面を有しながら、剛性規準及び重量規準を満たす基材３０を設計することも可能であることを理解されたい。

図３に示す実施形態では、基材は伝熱管４４の各々を固定する凹部域５２を画定している。伝熱管４４は基材３０によって画定されている凹部域５２の内部に完全に嵌合し、放熱材料５４と共に所定位置に保持される。放熱材料５４は、伝熱管４４を基材３０に固定すると共に、基材３０から伝熱管４４へ熱を伝導する。一実施形態によれば、放熱材料５４はエポキシ又ははんだであってよい。尚、本発明の全ての実施形態が放熱材料５４を有しなくてもよいことを理解することは重要である。例えば、凹部域４６は、接着剤品質を備えた放熱材料５４を必要とせずに伝熱管４４を保持する形状を有し得る。この構成の一例は、圧力嵌めによって伝熱管４４を保持するように構成されている円筒形凹部域を有する基材を含んでいる。さらに他の実施形態では、伝熱管４４を基材３０に溶接すること又はロウ付けすることを含み得る。本開示の目的のためには、凹部域との用語はまた、伝熱管４４の全周を包囲することが可能な基材３０の中空の区域を包含する。

図３は、フレックス回路３８が一実施形態に従って基材３０の外辺部を全体的に包囲している方法を模式的に示している。フレックス回路３８は、基材３０の半径方向内側面４０に設けられている電子部品３６を基材３０の半径方向外側面４２に設けられている電子部品３６に接続する。一実施形態によれば、フレックス回路３８は、基材３０によって画定されている凹部域５２の内部に部分的に嵌合する。図３に示す実施形態によれば、フレックス回路３８は放熱材料５４に付着している。他の実施形態によれば、フレックス回路３８は伝熱管４４に直に付着していてもよい。基材３０によって画定される凹部域５２は、検出器モジュールの製造時に利点を与えることができる。例えば、フレックス回路３８が基材３０の半径方向内側面４０及び基材３０の半径方向外側面４２の両方に先ず取り付けられる場合に、凹部域５２はフレックス回路３８に残ったあらゆる弛みを収容する。フレックス回路３８の弛みを吸収することにより、凹部域５２は基材３０及びフレックス回路３８の両方に必要とされる公差を緩和する。他の実施形態によれば、フレックス回路３８は、伝熱管４４を電気的に接地させるために伝熱管４４に電気的に接続されていてもよいし放熱材料５４に電気的に接続されていてもよい。

この書面の記載は、最適な態様を含めて発明を開示し、また当業者が任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び盛り込まれた任意の方法を実行することを含めて本発明を実施することを可能にするように実例を用いている。本発明の特許付与可能な範囲は特許請求の範囲によって画定され、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。

１０ 計算機式断層写真法（ＣＴ）システム
１２ ガントリ
１４ 回転式ガントリ部分
１６ 支持部
１８ Ｘ線源
２０ 検出器アセンブリ
２２ Ｘ線ビーム
２４ 被検体
２６ 座標軸
２８ レール
３０ 基材
３２ シンチレータ
３４ フォトダイオード層
３６ 複数の電子部品
３８ 可撓性回路（フレックス回路）
４０ 半径方向内側面
４２ 半径方向外側面
４４ 伝熱管
４６ 套管
４８ 液体冷却材
５０ 通路
５２ 凹部域
５４ 放熱材料

Claims (10)

1. 凹部域（５２）を画定している基材（３０）と、
   前記凹部域（５２）の内部に少なくとも部分的に配設されている伝熱管（４４）と、
   前記基材（３０）に取り付けられている電子部品（３６）と
   を備えた計算機式断層写真法検出器装置。
2. 前記基材（３０）は、前記伝熱管（４４）を保持するように構成されている全体的に円筒形の凹部域（５２）を画定している、請求項１に記載の装置。
3. 前記基材（３０）は第二の凹部域（５２）を画定しており、該第二の凹部域（５２）の内部に少なくとも部分的に配設されている第二の伝熱管（４４）をさらに含んでいる請求項１に記載の装置。
4. 前記基材（３０）は全体的にＩ字形断面を画定している、請求項３に記載の装置。
5. 前記基材（３０）はセラミックを含んでいる、請求項１に記載の装置。
6. 前記凹部域（５２）の内部で前記伝熱管（４４）を前記基材（３０）に固定する放熱材料（５４）をさらに含んでいる請求項１に記載の装置。
7. 前記放熱材料（５４）はエポキシ又ははんだを含んでいる、請求項６に記載の装置。
8. 前記電子部品（３６）に取り付けられており、前記基材（３０）の第一の側面から前記基材（３０）の第二の側面まで包囲している可撓性回路をさらに含んでいる請求項１に記載の装置。
9. 前記可撓性回路は前記放熱材料（５４）に電子的に接続されている、請求項１に記載の装置。
10. 前記伝熱管（４４）と熱的に連通している液体冷却材（４８）をさらに含んでいる請求項１に記載の装置。

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