JP2015507742A - Ｐｅｔ検出器用可撓性コネクタ - Google Patents

Abstract

ＰＥＴ又はＳＰＥＣＴ放射線検出器モジュール（５０）は検出器（５４、５８）の配列を含み、それらに関連する処理回路は、取り外し可能なコネクタを有する可撓性ケーブルによって接続される。取り付け及び取り外し方法は、診断用スキャンにおける支持構造に放射線検出器配列を取り付けること、可撓性コネクタの一端を検出器配列に接続すること、及び、可撓性コネクタの他端を関連する回路に接続することを含む。

Description

本願は、画像診断システム及び方法に関する。それは、二次的な画像診断技術（モダリティ）を有する陽電子放出型断層撮影（ＰＥＴ）システムに具体的に応用される。モダリティの例としては、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴（ＭＲ）イメージング、又は、単光子放出型コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）を含む。また、下記の事項は、スタンドアロン型ＰＥＴ／ＳＰＥＣＴスキャナにも応用される。

固体（solid state）ＰＥＴ検出器は、通常、プリント基板（ＰＣＢ）上の検出器ダイオードの配列に結合されるシンチレータ結晶で作られる。そして、このＰＣＢは、検出器スタックを構成するために同じ寸法の他のＰＣＢに差し込まれる。そして、タイルとも称されるこの検出器スタックは、複数のスタックを保持するより大型のＰＣＢに差し込まれる。このより大型のＰＣＢとそれに付随するスタック／タイルは検出器モジュールを構成する。現在のところ、それら検出器スタックは、剛性コネクタを用いてより大型のＰＣＢに差し込まれ、いくつかの設計課題をもたらす。

個々のＰＣＢの接続、及び、検出器スタックの大型ＰＣＢへの接続は剛性的であるため、それらコネクタの公差は累積してＰＥＴ検出器の位置に影響を与え得る。また、複数のスタックのその関連のＰＣＢへのこの剛性的な取り付けは、検出器の取り外しを困難にし得る。それら検出器はしばしば、検出器の全ての側がアクセス可能とはならない構成である、２×２のタイルよりも大きな隣接構成（例えば、２×３又は４×３）で取り付けられるためである。４×３の構成では、アクセス可能な側を有しない２つのタイルが存在する。露出した側を１つだけ有する検出器を取り外す場合、その検出器は、１つの側にだけ力を掛けることによってトルクが加えられ、回路／検出器結晶の湾曲及び潜在的損傷を引き起こし得る。

また、剛性的な取り付けは、剛性コネクタによって創出される狭い隙間を通じて冷却経路を決めるのが困難である点、及び、より大きな容積に乾燥空気を循環させなければならない点の双方で冷却を困難にする。乾燥空気は、検出器が室温以下に冷却される場合の凝結を防止するために、検出器を収容する容積で用いられる。検出器ほどには冷却されない（おそらく室温以上で動作する）回路の残りの部分は、狭い隙間で剛性的に取り付けられ、それ故に、検出器と同じ容積内に入れられる。乾燥空気でその容積全体を冷却することは、冷却された乾燥空気の供給量を増大させる。

また、より小さいボアのＰＥＴスキャナに関しては、剛性的な取り付けは、相互作用深さ（ＤＯＩ）の問題を大きくする。同じ平面に取り付けられる検出器モジュールの列が多いるほど、概してそのボアの中心近くから放射するガンマ線の経路に垂直に面しない検出器の数が増える。

また、剛性的な取り付けは、振動を導き得る。例えば磁気共鳴画像装置等の二次的な画像化システムと共にＰＥＴ検出器が使用される場合、導電性プレートで誘起される渦電流が、その剛性的な取り付けを介して検出器に機械的に伝達される振動を引き起こす場合がある。

本願は、可撓的な取り付け又は接続によってこれらの問題に取り組むことを提案する。一実施例によると、固体タイルスタックを取り付けるために可撓性コネクタが用いられる。別の実施例では、可撓性検出器に接続された固体ＰＥＴ検出器が、機械的支持を提供するキャップに取り付けられる。

一態様によると、放射線事象を受けたことに応じて信号を生成する放射線検出器の配列を含む放射線検出器モジュールが開示される。関連の処理回路はこれらの信号を処理する。可撓性コネクタは、放射線検出器をそれら関連の処理回路のいくつかに接続する。可撓性コネクタは、コネクタと放射線検出器の配列及び／又は関連の処理回路との間に取り外し可能なコネクタを有していてもよい。放射線検出器モジュールは、場合によっては冷却路を有するプレートである支持構造を有していてもよい。そして、その支持構造は、検出器の配列を支持し、且つ、コネクタが通過できる開口を有する。そのモジュールは、凝結を防止するために放射線検出器の上で乾燥空気を循環させるための通路を定めるハウジング内にあってもよい。支持構造は、検出器要素を検査領域に向けて方向付けるために検出器の側部をかみ合わせるための機械的要素を有する。それら機械的要素は、放射線検出器を受け入れるくぼみを定めてもよい。また、モジュールは、検出器の配列を診断用スキャナに取り付けるための支持部材を有し、各放射線検出器がその支持部材に対して可動となるようにし、且つ、可撓性コネクタが、放射線検出器の配列における各放射線検出器と支持部材に取り付けられる電子機器との間に延びるようにする。

放射線検出器は、シリコン光電子倍増管及び／又は固体放射線検出器に光学的に接続されるシンチレーション結晶であってもよい。それら検出器モジュールは、環状支持構造を有するＰＥＴスキャナの一部であってもよい。

別の実施例によると、放射線検出器の取り付け方法が開示される。本方法は、関連する処理回路を支持する支持構造を診断用スキャナに取り付けること、可撓性コネクタの第１端を検出器配列に接続すること、及び、可撓性コネクタの第２端をその関連する回路に接続することを含む。また、本方法は、検出器配列を位置決めするために可撓性コネクタを曲げることを含んでいてもよい。また、本方法は、スキャナの方向に放射線検出器を固定する機械的構造に放射線検出器を取り付けることを含んでいてもよい。機械的構造は、検出器配列における放射線検出器毎に個別のくぼみを定めてもよい。また、機械的構造は取り外されてもよく、可撓性コネクタは放射線検出器へのアクセスを改善するために曲げられてもよく、且つ、可撓性コネクタは、放射線検出器を取り外すために放射線検出器から取り外されてもよい。放射線検出器が取り外された後、代わりの放射線検出器が可撓性コネクタに接続され且つ機械的構造に取り付けられてもよい。

また、関連の回路は、その関連の回路から可撓性コネクタを取り外し、その回路を取り替え、且つ、その代わりの関連の回路を可撓性コネクタに再接続することによって置き換えられてもよい。

本方法は、放射線検出器を冷却すること、及び、凝結を防止するためにそれら検出器の上に乾燥空気を送ることをさらに含んでいてもよい。

別の実施例では、それぞれが電子機器及び放射線検出器の配列を有する複数のモジュール、画像化領域の周りの環状構造、並びに、その環状構造に取り付けられる複数の検出器モジュールを含む核診断撮像装置が開示される。各検出器モジュールは、放射線事象を受けたことに応じて信号を生成する放射線検出器の配列、それら信号を処理する関連の処理回路、及び、それら放射線検出器と少なくともいくつかの関連の処理回路との間の可撓性コネクタを有する。

有利なことに、可撓的な取り付け又は接続は、回路基板がより低い精度で取り付けられるようにしながらも、それら検出器がより高い精度（より正確な位置合わせ）で位置付けられるのを可能にし、（例えば半田付け等に起因する）コネクタにおけるばらつきを意味のないものとする。

本発明のさらに別の有利点は、以下の詳細な説明を読んで理解することで、当業者に十分に理解されるであろう。

本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配置、並びに、様々なステップ及びステップの順番で形を成し得る。図面は、望ましい実施例の説明を目的とするのみであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。

磁気共鳴（ＭＲ）スキャナ及び陽電子放出型断層（ＰＥＴ）スキャナを有するハイブリッドシステムの斜視図を概略的に示す。 ハイブリッドシステムのＰＥＴ検出器リングを示す。 個々のＰＥＴ検出器モジュールを示す。図３に示す幾何学的配置では、“下”は、画像スキャニングシステムのボアの中心を示す。 検出器スタックが可撓性コネクタを用いて接続される実施例の側面図である。 可撓性コネクタの斜視図である。 検出器結晶が剛性的に取り付けられる場合の相互作用深さの問題を示す。 可撓性コネクタと検出器配列を機械的に位置決めするための機械的構造とを用いて取り付けられる検出器結晶及びタイルを示す側面図である。 結晶及びその関連の電子機器を組み込む方法である。

図１を参照すると、ハイブリッドＰＥＴ／ＭＲスキャナ３０は、ＭＲスキャナの勾配磁場コイル及びＲＦコイルにおけるギャップ又は溝に配置される全体的に環状のＰＥＴ検出システム４０を有する。全体的に環状のＰＥＴ検出システム４０及びＭＲスキャナは、共通の画像化領域３６を画像化するよう構成される。ＰＥＴ検出システム４０は、磁石ハウジング３４内で且つＭＲコンポーネント間にある開口４６を通過する取り付け部材４４によって独立的に支持される。

ＰＥＴスキャニングでは、陽電子消滅事象によって検査領域３６内で一対のガンマ線が生成され、それぞれ反対の方向に進む。ガンマ線が検出器に衝突すると、衝突された検出器要素の位置と衝突時刻が記録される。シングル処理ユニットは、時間的に近い事象と対を成していない単一のガンマ線事象のために、記録されたガンマ線事象を観測する。時間的に近い事象の対は、ＰＥＴ画像に再構成される応答線（ＬＯＲ）を定める。

対象サポート３８は、対を成す光子を検出した検出器による対応する位置情報に関連する事象を含むリストモードＰＥＴデータセットを生成するために、ＰＥＴガントリ４０に関して継続的に或いは段階的に動かされる。これは、スキャン中に長手方向における複数の空間的位置を有する連続体を各検出器がカバーできるようにし、長手（ｚ）方向にサンプリングするＰＥＴ収集でより高い品質をもたらす。例えば長手方向の検出器の間隔より小さい長手方向の短い増分のステップも考えられる。また、検出器は、継続的に或いは同様の小さいステップで円周方向に動かされてもよい。

図２は、複合型ＰＥＴ／ＭＲスキャナ又はＰＥＴ単独スキャナからのＰＥＴ検出システム４０を示す。図示されたリングは、環状サポート構造５１を構成する一対の環状リングの外面に取り付けられる１８モジュール（そのうちの３つが５０ａ、５０ｂ、及び５０ｃでラベリングされている。）を含む。当然ながら、リング及び画像化領域３６の直径に応じてより多くの或いはより少ないモジュールが提供されてもよい。

図３及び図４を参照して、検出器モジュール５０を示す。検出器モジュール５０のそれぞれは、冷却管５３によって冷却される冷却・サポートプレートアセンブリ５２を含む。図４は、検出器モジュールの断面図であり、冷却・サポートプレートアセンブリ５２の下に支持される複数の光検出器配列５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、及び５４ｅを示す。複数のシンチレータ結晶配列５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄ、及び５８ｅは、冷却・サポートプレートアセンブリ５２によってサポートされる複数のスタック又はタイルを定めるために光検出器配列に光学的に結合される。冷却管５３及び冷却・サポートプレートアセンブリ５２は検出器配列及びシンチレーション結晶をほぼ一定の冷却温度で保持する。

可撓性コネクタ６２ａ−６２ｅは、シングル処理ユニット（ＳＰＵ）、アナログ・デジタル変換器、増幅器、及び他の関連の電子機器６５等の、回路基板６４上に支持される下流の処理用電子機器に検出器スタック又はタイルを接続する。より具体的には、可撓性コネクタ及び検出器配列はそれぞれ、プラグ配列（図５においてそのうちの１つが６６としてラベリングされている。）及びソケット配列６８等の取り外し可能な電気コネクタデバイスを含む。回路基板６４及び可撓性コネクタは、ピンコネクタ（図５においてそのうちの１つが７０としてラベリングされている。）及びソケットコネクタ７２等の取り外し可能なコネクションデバイスの第２のセットを含む。コネクタが取り外された状態で、光検出器配列及びシンチレータは、回路基板６４上の電子機器とは無関係に組み込まれ、修理され、置き換えられ、且つ位置合わせされ得る。可撓性コネクタ６２の一端が検出器配列５４に接続され（取り付けられ）、且つ、可撓性コネクタ６２の他端が回路基板６４に取り付けられた状態で、正確に制御された冷却を必要としない回路基板６４及び他の関連の電子機器は、冷却プレート５２から離れて取り付けられる。

冷却プレート５２、検出器配列５４、及び結晶５８は、光密で且つ気密の容積７６をもたらすハウジング７４によって他のコンポーネントから密封される。そのハウジングは、検出器結晶に入る放射事象を著しくブロックすることのない薄いアルミニウム又は他のいくつかの材料で作られてもよい。検出器配列及びシンチレータ結晶配列ほどには温度に敏感ではなく且つ正確に冷却される必要もない回路基板６４上の電子機器は冷却される容積７６の外側に位置付けられるため、システムの熱負荷は低減される。検出器を含む密封容積７６内の空間のみが正確に室温以下に冷却される。乾燥空気は、凝結を防止するため、ハウジング７４を通じて循環させられる。

図５は、コネクタ６６及び７０を有する可撓性のプリント回路基板を示す。有利なことに、図示された可撓性ＰＣＢは両端にコネクタを有するが、可撓性ＰＣＢがその一端又は両端における切り離し可能なコネクタなしで作られることも考えられる。可撓性ＰＣＢは、全方向への移動を可能にし、回路の残りの部分に力を及ぼすことなく結晶が所定位置に押し込まれるようにし、画像解像度を向上させるためにできるだけ正確に検出器結晶の位置決めが行われるのを可能にする。可撓性ＰＣＢは、検出器スタックの位置決めが回路基板６４の位置決めとは無関係となるようにする。

可撓性コネクタ６２は、関連する電子機器５５とは無関係に検出器結晶５８及び光検出器５４が組み込まれ且つ位置決めされるのを可能にする。スタックが組み込まれると、可撓性コネクタ６２は、冷却容積内に取り付けられ、そしてハウジング７４を出てハウジング７４の外側に位置付けられる関連する電子機器６５に接続される。そして、検出器がより正確に並べられるのを可能にし、且つ熱負荷を低減させる。

ＰＥＴ再構成アルゴリズムは、ＬＯＲに基づいて画像を再構成する。ＬＯＲは、複数の端点によって定められる。それらの端点が不明確或いは不明瞭であれば、再構成の正確性が悪影響を受ける。図６は、ＬＯＲの端点に不確かさをもたらし得る相互作用深さ（depth of interaction）の問題を表す。ガンマ線８２が、第２の結晶５８ｂに入り、さらには第３の結晶５８ｃに入るほどのかなりの角度で１つの結晶５８ａに入ると、そのガンマ線は、それらの結晶及びシンチレータの何れとも相互に作用し得る。各結晶は、ＬＯＲのための別々の端点を与える。画像化領域３６の中心８４からの放射線にほぼ垂直な角度で結晶面に結晶が取り付けられると、ＤＯＩ問題は緩和される。

図７を参照すると、別の実施例では、可撓性コネクタ（６２ｆ、６２ｇ）は、画像化領域の中心に向けて結晶５８が傾けられるのを可能にし、ＰＥＴマシンのボアの半径に垂直に結晶面を方向付け、相互作用深さの影響を低減させる。この実施例では、各タイル（又は、１タイルの幅のタイル列）は、それに関連するモジュールから切り離して個別に方向付けられる。有利なことに、検出器スタック間には僅かな隙間９０があり、スタックの両側がアクセス可能であるためそれらスタックの取り外しを容易にし、モジュールにアクセスする工具又は手のためのスペースを提供する。コネクタが可撓性であるため、スタックは、取り外される検出器の周りで隙間９０を大きくするために一時的に移動させられ得る。これは、研究環境での適用等、スタックが頻繁に取り外される適用において特に有効である。より小さいボアのマシンでは、冷却はスペースほどには重要ではなく、冷却容積内にモジュールＰＣＢ８６又は他の電子機器８８を配置することは許容され得る。

一実施例では、機械的支持構造９２が結晶を支持し且つ位置を調整する。図７に示す実施例では、その支持構造は、結晶のためのサポートを提供し且つそれら結晶の位置をそれらに関連する電子機器及びモジュール８６とは無関係に調整するキャップである。そのキャップは、製氷皿に似た外観である、それら結晶のための個別のくぼみを提供し得る。そのキャップ内に結晶を保持するための力は、バネ（図示せず。）によって提供され得る。そのバネは、例えば、検出器のための冷却プレート又は他の支持構造に取り付けられ得る。電子機器８８は、それでもやはり検出器に剛性的に取り付けられてもよい。例えば、検出器配列５４は、望ましくは、結晶５８に取り付けられる。また、モジュールＰＣＢ８６は、診断用スキャナに取り付けられる支持構造９４によって支持される。

可撓性ＰＣＢに加え、他のタイプの可撓性ケーブルも考えられる。非限定的な例としては、リボンケーブルが使用され得る。シンチレーション結晶と一体となったシリコン光電子倍増管（ＳｉＰＭ）検出器に加え、他のタイプの検出器も考えられる。テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）又は他の固体検出器も考えられる。また、光電子倍増管と一体となったシンチレーション結晶配列も考えられる。検出器又は結晶は画素化されてもよい。アンガーロジックが用いられてもよい。

検出器結晶の取り付け方法は、図８に示すステップを含む。ステップ１０１では、画像化スキャナに検出器配列が位置付けられ且つ取り付けられる。その位置合わせは重要である。検出器配列の位置が正確に分かっているほど画像化スキャナの解像度が高くなるためである。例えば、図７の機械的支持構造９２におけるくぼみにスタックが取り付けられ且つ位置付けられる場合、その位置は、スタックが剛性コネクタのみによって位置付けられる場合よりも正確である。ステップ１０２では、可撓性コネクタの一端が検出器配列に取り付けられる。ステップ１０３では、可撓性コネクタの第２端が検出器配列に関連する電子機器に接続される。それら関連の電子機器は検出器とは別の容積内にあってもよく、それら関連の電子機器からの高い熱負荷を受けることなく、検出器のある容積が乾燥空気で冷却されるのを可能にする。ステップ１０４では、それら関連の電子機器が位置付けられ且つ取り付けられる。それら関連の電子機器の位置決めは、概して、検出器配列の位置決めほどには敏感でない。これらのステップは、他の順番で行われてもよい。それら関連の電子機器が修理を必要とする場合には、ステップ１０５において可撓性コネクタが取り外され、そして、それら関連の電子機器が取り外される。検出器スタック又はタイルが取り替えられる場合には、ステップ１０６において検出器が取り外され、そして、可撓性コネクタが取り外される。

本発明は、望ましい実施例を参照して説明された。当然ながら、上述の詳細な説明を読んで理解することで他者は改良及び修正を思いつくであろう。添付の請求の範囲又はそれらの均等の範囲内に入る限りにおいて、全てのそのような改良及び修正を本発明が含むものと解釈されることを意図する。

Claims (20)

1. 放射線事象を受けたことに応じて信号を生成する放射線検出器の配列、
   前記信号を処理する関連処理回路、及び
   前記放射線検出器と少なくとも複数の前記関連処理回路との間に接続される可撓性コネクタ、を含む放射線検出器モジュール。
2. 前記可撓性コネクタと前記放射線検出器の配列及び前記関連処理回路のうちの少なくとも１つとの間に取り外し可能なコネクタをさらに含む、
   請求項１のモジュール。
3. 前記放射線検出器の配列を支持する支持構造をさらに含む、
   請求項１又は２のモジュール。
4. 前記支持構造は、冷却液の流路を有するプレートを含み、
   前記可撓性コネクタ及び前記取り外し可能なコネクタのうちの少なくとも１つは前記プレートにある開口を通って延びる、
   請求項３のモジュール。
5. 凝結を防止するために少なくとも前記放射線検出器の上で乾燥空気を循環させる通路を定めるハウジングをさらに含む、
   請求項１乃至４の何れかのモジュール。
6. 前記支持構造は、検出器要素の配列の側部とかみ合い、該検出器要素を検査領域に向ける機械的要素を含む、
   請求項３乃至５の何れかのモジュール。
7. 前記支持構造は、前記検出器の配列を診断用スキャナに取り付けるための支持部材をさらに含み、
   前記可撓性コネクタは、前記支持部材に関して前記放射線検出器の配列における各放射線検出器が可動となるように、各放射線検出器と前記支持部材に取り付けられる電子機器との間に延びる、
   請求項３乃至５の何れかのモジュール。
8. 前記支持構造は、検出器要素の配列の側部とかみ合い、該検出器要素を検査領域に向ける機械的要素をさらに含む、
   請求項７のモジュール。
9. 前記機械的要素は、前記放射線検出器を受け入れるくぼみを定める、
   請求項６及び８の何れかのモジュール。
10. 前記放射線検出器は、シリコン光電子倍増管に光学的に接続されるシンチレーション結晶、及び、固体放射線検出器のうちの１つを含む、
    請求項１乃至９の何れかのモジュール。
11. 環状支持構造、及び
    請求項１乃至１０の何れかの複数の放射線検出器モジュール、
    を含むＰＥＴスキャナ。
12. 関連処理回路を支持する支持構造を診断用スキャナに取り付けること、
    可撓性コネクタの第１端を検出器配列に接続すること、
    前記可撓性コネクタの第２端を前記関連回路に接続すること、
    を有する放射線検出器配列の取り付け方法。
13. 前記検出器配列を位置付けるために前記可撓性コネクタを曲げることをさらに含む、
    請求項１２の方法。
14. 選択された配置で前記放射線検出器を前記診断用スキャナに固定する機械的構造に前記放射線検出器を取り付けることをさらに含む、
    請求項１３の方法。
15. 前記機械的構造を取り外すこと、
    アクセスを改善するために、取り外される放射線検出器の前記可撓性コネクタを曲げること、
    前記取り外される放射線検出器から前記可撓性コネクタを取り外すこと、
    をさらに含む、
    請求項１４の方法。
16. 代わりの放射線検出器に前記可撓性コネクタを接続すること、
    前記機械的構造に前記放射線検出器を取り付けること、
    をさらに含む、
    請求項１５の方法。
17. 前記機械的構造は、前記検出器配列の各放射線検出器のための個々のくぼみを定める、
    請求項１２乃至１６の何れかの方法。
18. 前記可撓性コネクタを前記関連回路から取り外すこと、
    前記関連回路を置き換えること、及び、
    前記可撓性コネクタを前記関連回路に再接続すること、
    をさらに含む、
    請求項１２乃至１６の何れかの方法。
19. 前記放射線検出器を冷却すること、及び、
    凝結を防止するために前記検出器の上で乾燥空気を送ること、
    をさらに含む、
    請求項１２乃至１８の何れかの方法。
20. それぞれが電子機器と放射線検出器の配列とを含む複数のモジュール、
    画像化領域の周りの環状構造、及び
    前記環状構造に取り付けられる複数の検出器モジュール、
    を有し、
    各モジュールは、
    放射線事象を受けたことに応じて信号を生成する放射線検出器の配列であり、前記放射線検出器の配列の周りに冷却容積を形成するハウジング内に収容される放射線検出器の配列、
    前記信号を処理する関連処理回路であり、前記冷却容積の外側に位置付けられる関連処理回路、及び
    前記放射線検出器と少なくとも複数の前記関連処理回路との間で前記ハウジングにある開口を通る可撓性コネクタ、
    を含む、
    核診断撮像装置。

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