JP4340537B2

JP4340537B2 - 処理回路の為の放射シールドを有するｃｔ検出器モジュール

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Publication number: JP4340537B2
Application number: JP2003546138A
Authority: JP
Inventors: エルガリ・アブナー
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2009-10-07
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Description

本発明はコンピュータ断層撮影（ＣＴ）Ｘ線画像化に関し、さらに詳細には、ＣＴイメージャ内のＸ線検出器により生成される信号を処理する為に用いられる電子回路をシールドする方法に関する。

患者のＸ線画像化において、Ｘ線は、患者身体の部位の内部構造および特徴を画像化するために用いられる。画像化は、以下、“ＣＴスキャナ”と呼ぶ、複数の連続的な比較的薄い平面スライスの身体部位の内部構造および特徴を、Ｘ線を用いて画像化するＣＴ画像化システムによって行われる。

ＣＴスキャナは、一般に、平面の扇形Ｘ線ビームを提供するＸ線源と、Ｘビームと実質的に同一平面上にありＸ線源と向かい合っている、隣接配置されたＸ線検出器のアレイとを備える。ＣＴスキャナにより画像化されている、一般には診察台に横になっている患者がガントリ内でＸ線源と検出器アレイの間に位置できるように、Ｘ線源と検出器アレイはガントリ内に取り付けられる。ガントリと診察台とは、Ｘ線源と検出器アレイが患者身体に沿って軸方向で所望の位置に位置付けできるよう、互いに相対的に移動可能である。

ガントリは、ステータといわれる固定の構造物と、ロータといわれる回転する要素とを備える。ロータは、軸方向周りで回転可能となるようにステータに取り付けられる。第３世代ＣＴスキャナにおいては、Ｘ線源および検出器はロータに取り付けられる。第４世代ＣＴスキャナにおいては、検出器はステータに取り付けられ、回転しない円形のアレイを構成する。軸方向周りでのロータの角度位置は、Ｘ線源が、“ビューアングル（view angle）”と呼ばれる、患者身体周りにおける所望の角度に位置付けできるように制御可能である。

患者身体の部位内のスライスを画像化する為に、Ｘ線源はスライスの軸方向位置に位置付けられ、そして、Ｘ線源はそのスライスを複数の異なるビューアングルからＸ線を用いて照射する為に、スライスの周りを回転させられる。それぞれのビューアングルにおいて、検出器アレイ中の検出器は、スライスを透過した、Ｘ線源からのＸ線の輝度に応じた信号を生成する。この信号は、Ｘ線がスライスを通過しながらＸ線源から検出器まで横断するスライスを通しての様々な経路長上で、Ｘ線源からのＸ線が減衰する量を決定するために処理される。Ｘ線が減衰した量は、スライス内の物質の吸収係数をスライス中での位置の関数として決定する為に用いられる。吸収係数は、スライスの画像を形成する為、およびスライス内の組織の組成および密度を識別する為に用いられる。

ＣＴスキャナの検出器アレイに備えられているＸ線検出器は、一般には、以下“ＣＴ検出器モジュール”と呼ぶ、それぞれが複数のＸ線検出器を備える複数のモジュールにパッケージ化される。ごく最近のＣＴスキャナは、患者の複数のスライスを同時に画像化するよう設計されているマルチスライスＣＴスキャナである。マルチスライススキャナのそれぞれのＣＴ検出器モジュール内のＸ線検出器は、長方形の行列状に配列される。ＣＴスキャナ内のすべての２つのＣＴ検出器モジュールのＸ線検出器マトリクスは、実質的に同一であり、同一の行数の検出器と同一の列数の検出器とを備える。モジュールは、密接して詰め込まれた配列の状態で、互いに隣接しかつ連続して配置され、検出器列は、Ｘ線検出器が複数の長いＸ線検出器列を形成できるように端から端まで並べられる。それぞれ検出器列内のＸ線検出器は、ＣＴスキャナのＸ線源の焦点に実質的にその中心が配置された円の円弧上に置かれている。

マルチスライススキャナは、患者の多数のスライスを、理論的には、検出器列の数と等しい最大スライス数まで同時に画像化するよう動作することができる。しかしながら、通常、マルチスライススキャナ内の検出器からの信号は、検出器列の数よりは少ない複数のスライスを同時に画像化するために、当技術分野で知られた様々なアルゴリズムのいずれかに従って合成される。ＣＴ検出器モジュールからの信号の合成方法については、その開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許5,241,576および5,430,784、およびPCT公開WO98/05980に記載されている。

従来のマルチスライスＣＴスキャナは、一例として、それぞれが８行１６列のＸ線検出器を備える４２個のＣＴ検出器モジュールを備える。マルチスライスＣＴスキャナは、さらに８列の６７２個のＸ線検出器を備えることができる。作動中には、通常、２つの隣接する検出器列のＸ線検出器からの信号は、ＣＴスキャナが、通常、患者の４つのスライスを同時に画像化できるよう合成されるであろう。

検出器モジュール内のＸ線検出器からの信号を処理する為に用いられる電子部品は、一般に放射線に損傷を受けやすく、検出器によって測定される強度でＸ線にさらされると、直ちに機能できなくなる程にまで損傷を受ける。その結果、ＣＴ検出器モジュール内のＸ線検出器からの信号を処理する為の電子部品は、通常、検出器モジュールから離れた位置に配置され、それによりＸ線源からのＸ線の強度は比較的低くなる。また、電子部品は、適切な放射線シールドで遮蔽される。検出器モジュール内のそれぞれの検出器は、検出器からの信号が処理電子回路に伝送されるケーブルを介して、モジュールの電子処理部品に接続される。

ＣＴスキャナ内のＣＴ検出器モジュールがいっそう多くのＸ線検出器を備え、検出器のサイズが減少する程度にまでは、スキャナの解像度は増加させることができ、また、異なる画像化の要求の為にＣＴスキャンナを構成する際の柔軟性は改善される。しかしながら、ＣＴ検出器モジュール内のＸ線検出器の数が増加するにつれ、検出器を処理電子回路に接続するケーブル内の導体の要求数は増加する。増加した数の導体を収容する為に、ケーブルのサイズ、および特に、ケーブルをＣＴ検出器モジュールおよび処理ユニットに連結するコネクタのサイズは増加する。しかしながら、ＣＴ検出器モジュールのためにＣＴスキャナ内で利用できるスペースは限られており、ＣＴスキャナ内でのそれぞれのＣＴモジュールのすぐ近傍は混み合っている。その結果、従来のＣＴ検出器モジュール内に通常に備えられている多数のＸ線検出器よりも実質的に数が多いＸ線検出器を備えるＸ線検出器モジュールの為に、従来のケーブルを用いて要求されるデータ伝送容量を提供することは実現不可能に思われる。

Ｘ線検出器の信号をケーブルを介して処理電子回路に伝送することに対する可能性のある代替案は、電子回路を検出器の近傍に配置し、既知の微細加工技術を用いて検出器を電子回路に接続することである。処理電子回路は、例えば検出器と同じ基板上に配置され、および／または当技術分野で知られたマイクロコネクタを用いて検出器基板に接続された別の基板上に配置されるであろう。既知の微細加工材料および技術は、ケーブルによって提供し得るよりも実質的に多い数のＸ線検出器の為の、マルチスライスＣＴスキャナ内の限定された利用可能スペース内での、ＣＴスキャナ内における処理回路とＸ線検出器の間の接続性を提供することができる。

しかしながら、ＣＴ検出器モジュールの処理回路をモジュールのＸ線検出器に隣接して配置することは実現不可能であろうと思われている。Ｘ線検出器モジュール内のＸ線検出器は、密に詰め込まれており、比較的大きな散乱防止コリメータに密接して連結されている。また上述のように、ＣＴスキャナ内のＣＴ検出器モジュールは、互いに密接して詰め込まれており、検出器モジュールの近傍は混み合っている。その結果、従来は、検出器に密接して配置された、放射線に損傷を受けやすい電子部品を保護するのに十分な放射線シールドを取り付けるのに利用できる、ＣＴ検出器モジュールのＸ線検出器の近傍のスペースは十分ではないであろうと思われてきた。

本発明のいくつかの実施形態の側面は、検出器の近傍に取り付けられ、モジュールの検出器により生成された信号を処理する為の電子部品を備え、電子部品を保護する為の十分な放射線シールドを有するＣＴ検出器モジュールを提供することに関連する。

本発明のいくつかの実施形態の側面は、従来のＣＴ検出器モジュールに一般に備えられている多数のＸ線検出器よりも実質的に大きな数のＸ線検出器を備えるＣＴ検出器モジュールを提供することに関連する。

本発明の実施形態によれば、ＣＴ検出器モジュールに備えられるＸ線検出器の為の少なくともいくつかの処理電子回路は、Ｘ線検出器の近傍に取り付けられ、選択的には、検出器と同一の基板に取り付けられても良い。本発明のいくつかの実施形態によれば、Ｘ線検出器は第１の基板に配置され、そして検出器の為の少なくともいくつかの信号処理電子回路は選択的には第２の基板に配置されても良い。２つの基板は、互いに近傍にあり、第１の基板上の処理電子回路および／またはＸ線検出器と、第２の基板上の処理電子回路との間の信号伝送の為に、１以上の様々なマイクロコネクタを用いて、または信号伝送の為の他の好適な接続を用いて互いに接続される。

本発明のいくつかの実施形態の側面によれば、ＣＴ検出器モジュールのＸ線検出器の近傍に取り付けられた電子回路の為のシールドが、従来からモジュール内に備えられているモジュール内の部品を好適に高いＸ線吸収係数を有する材料から構成することによって提供される。一般にＣＴ検出器モジュールの部品は高精度で機械加工されなければならない。発明者は、精密な部品を構成するのに好適な材料は、その材料から作られるＣＴ検出器モジュールの部品がモジュールの検出器の近傍に取り付けられている処理電子回路を保護する為の効果的な放射線シールドを提供できるよう、十分に高いＸ線吸収係数を持つものもあることを突き止めた。本発明の実施形態によれば、ＣＴ検出器モジュールの部品を好適な放射線吸収シールド材料から作ることによって、電子処理部品を保護する為の十分な放射線シールドを、ＣＴ検出器モジュールの限られたスペース内に詰め込むことができる。本発明のいくつかの実施形態において、ＣＴ検出器モジュール内の、シールド材料から作られた、以下“シールド部材”と呼ぶ部品は、Ｘ線検出器に接続された、モジュール内に備えられた散乱防止コリメータの要素からなる。

本発明のいくつかの実施形態において、モジュールのシールド部材によって提供されるシールドに対する追加である、以下“補助的シールド部材”と呼ばれる追加の構造部材が、電子回路の放射線シールドを提供する為にＣＴ検出器モジュールに取り付けられる。発明者は、補助的シールド部材はＣＴ検出器モジュールに利用できる限定されたスペースに収容できるように設計できることを見出した。

本発明の実施形態によれば、Ｘ線検出器と処理電子回路との間の接続は、微細加工技術を用いて構成されたコネクタによって提供される。

ＣＴ検出器モジュールの為の処理電子回路をモジュール内で、Ｘ線検出器が配置されるのと同じ基板上で、またはＸ線検出器の基板の近傍の基板上で、Ｘ線検出器の近傍に配置することによって、Ｘ線検出器を電子回路に接続する為のコネクタは、微細加工技術を用いて都合よく製造することができる。ＣＴ検出器モジュール内における、およびＣＴスキャナ内に備えられたＣＴ検出器モジュールの近傍における、利用可能な限られたスペース内において、従来技術におけるようなケーブルを用いて処理回路に接続できるよりも実質的に多くの数のＸ線検出器を、微細加工された導体を用いて処理電子回路に接続することができる。その結果、本発明の実施形態によるＣＴ検出器モジュールは、従来のＣＴ検出器モジュールに通常備えられるよりも実質的に多くのおよび小さいＸ線検出器を備えることができる。したがって、本発明の実施形態によるＣＴ検出器モジュールを備えるＣＴスキャナは、従来のＣＴスキャナにより通常、提供されるよりも高い解像度の画像を提供することができる。

したがって本発明の実施形態によって提供されるのは、Ｘ線を検出する為のＣＴ検出器モジュールであって、それぞれが入射するフォトンに応じた信号を生成するフォトセンサマトリクスと、前記マトリクスの上部に取り付けられたシンチレータであって：該シンチレータに入射するＸ線を前記フォトセンサが検知できるフォトンに変換するシンチレータと、前記シンチレータの上部に取り付けられた散乱防止コリメータと、前記フォトセンサにより生成された信号を処理するために、前記フォトセンサのそれぞれが接続される、前記フォトセンサの近傍に配置される電子回路と、を備え；前記モジュールの部品は、高いＸ線吸収係数を有する吸収材料から構成され、放射線から前記回路を遮蔽する。

選択的には、前記吸収材料は、約３５ｃｍ^−１より大きなＸ線吸収係数を有する。選択的には、前記吸収材料は、約４０ｃｍ^−１より大きなＸ線吸収係数を有する。選択的には、前記吸収材料は、約４３ｃｍ^−１より大きなＸ線吸収係数を有する。

本発明のいくつかの実施形態において、前記マトリクスは、第１の平面基板上に形成されている。

本発明のいくつかの実施形態において、前記コリメータは、前記基板に実質的に垂直で、前記吸収材料から構成された２つの脚部により支持される、平行な散乱防止コリメータのアレイを備える。

本発明のいくつかの実施形態において、前記脚部の少なくとも一つの一部分が前記処理回路の少なくとも一部を遮蔽する。

本発明のいくつかの実施形態において、前記脚部のそれぞれは、前記基板と垂直な垂直部と、前記基板と実質的に平行で前記基板に隣接する領域を有する足とを有する。選択的には、前記足の領域の厚さは、約１．７５ｍｍよりも大きい。選択的には、前記足の領域の厚さは、約２ｍｍである。

本発明のいくつかの実施形態において、前記回路は前記第１の基板上に配置された回路を備え、前記脚部の少なくとも一つの前記足の領域の、前記基板への正投影は、前記回路が配置される前記第１の基板の領域を覆う。選択的には、前記それぞれの脚部の前記足の領域の前記第１の基板上への正投影は、前記第１の基板上の前記回路が配置されるのとは異なる、前記基板上の領域を覆う。選択的には、脚部の前記足の領域の正投影により覆われる、前記第１の基板の領域上の回路は、前記足の領域と前記基板との間に配置される。

本発明のいくつかの実施形態において、前記回路は、前記第１の基板の近傍に位置する第２の平面基板上に配置される回路を備える。選択的には、前記第１および第２の基板は平行であり、前記第１の基板は、前記第２の基板と前記シンチレータとの間に配置される。

本発明のいくつかの実施形態において、前記脚部の少なくとも一つの前記足の領域の前記第２の基板への正投影は、前記第２の基板上の回路が配置されている前記第２の基板の領域に落下する。選択的には、前記脚部のそれぞれの前記足の領域の前記第２の基板への正投影は、前記第２の基板上の回路が配置されているのとは異なる前記基板の領域を覆う。

本発明のいくつかの実施形態において、ＣＴ検出器モジュールは、少なくとも一つのシールド体であって、シールド体の一部の前記第２の基板への正投影が前記第２の基板上の回路が配置された前記第２の基板の領域上に落下するように、前記第１の基板と前記第２の基板との間に取り付けられ、かつ高いＸ線吸収係数を有する吸収材料から構成された少なくとも一つのシールド体を備える。選択的には、前記少なくとも一つのシールド体は２つのシールド体を備え、それぞれの前記シールド体の一部の前記第２の基板への投影は、前記第２の基板上の回路が配置されるのとは異なる前記第２の基板の領域に落下する。

本発明のいくつかの実施形態において、前記少なくとも一つのシールド体の一部の前記第２の基板への前記投影、および前記脚部の一つの前記足の領域の部分の投影は、前記第２の基板上の回路が配置される前記第２の基板の同じ領域に落下する。

選択的には、前記第２の基板上に投影される前記シールド体の前記一部は、前記投影の方向に沿っての厚みが約１ｍｍよりも大きい。選択的には、前記第２の基板上に投影される前記シールド体の前記一部は、前記投影の方向に沿っての厚みが約１．５ｍｍよりも大きい。

本発明のいくつかの実施形態において、前記第１の基板上の前記回路は、複数の入力ポートのそれぞれで信号を受信し、受信した信号を複数の出力ポートの異なるものに経路を通す少なくとも一つのスイッチングネットワークを備え、それぞれのフォトセンサは、前記少なくとも一つのスイッチングネットワークの一つのスイッチングネットワークの入力に接続される。

本発明のいくつかの実施形態において、前記第２の基板上の回路は、前記マトリクス内に備えられたフォトセンサにより生成される信号を処理する為の少なくとも一つのプロセッサを備え、スイッチングネットワークの出力のそれぞれは、前記少なくとも一つのプロセッサの少なくとも一つのプロセッサに電気的に接続される。

選択的には、前記少なくとも一つのプロセッサは、受信するフォトセンサ信号を増幅する。追加としてまたは代替として、前記少なくとも一つのプロセッサは、受信する信号をデジタル化する。本発明のいくつかの実施形態において、前記少なくとも一つのプロセッサは、前記プロセッサが前記フォトセンサから受信する信号に応じて、前記ＣＴ検出器モジュールを備えるＣＴスキャナ内のＸ線源からフォトセンサに到達するＸ線の減衰の対数を決定する。

本発明のいくつかの実施形態において、前記マトリクスは、少なくとも２５６個のフォトセンサを備える。選択的には、前記マトリクスは、１６行１２列のフォトセンサを備える。

本発明のいくつかの実施形態において、前記マトリクスは、少なくとも５１２個のフォトセンサを備える。選択的には、前記マトリクスは、１６行２４列のフォトセンサを備える。

本発明のいくつかの実施形態において、前記マトリクスの前記行に平行する寸法は、約２．５ｃｍよりも小さい。

本発明のいくつかの実施形態において、吸収材料から構成された前記モジュールの部品は、前記吸収材料を射出成形することによって構成される。

更に、本発明の実施形態による検出器モジュールを備えるＣＴスキャナが提供される。

図１は、従来技術による第３世代ＣＴスキャナ２０を模式的に示している。図１には、目下の議論と密接に関連するＣＴスキャナ２０の特徴および構成部品についてのみ示されている。

ＣＴスキャナ２０は、破線２６で模式的に示されたＸ線ファンビーム２４を提供するよう制御できるＸ線源２２と、Ｘ線源と向かい合わせに配置されたＣＴ検出器モジュール３０のアレイ２８とを備える。それぞれのＣＴ検出器モジュール３０は、ファンビーム２４内のＸ線の強度を検知する為の複数のＸ線検出器（図２Ａに模式的に示されているが図１には示されていない）を備える。検出器に入射したＸ線に応じて検出器モジュール３０内のＸ線検出器により生成される信号は、ケーブル３２を介して、信号を処理する為の電子部品（不図示）を備える処理ユニット３４に伝送される。

Ｘ線源２２とＣＴ検出器モジュール３０はロータ４０に取り付けられ、次にロータは、ロータが軸４４周りで回転できるようにステータ４２に回転可能に取り付けられる。処理ユニット３４もまた、一般にはアレイ２８と平行なアレイ３６の状態でロータ４０に取り付けられ、アレイ２８に対してＸ線源２２から遠くの側に配置される。アレイ２８とアレイ３６の間に配置された、鉛などのシールド部材のシート３８は、処理ユニット３０内の電子部品を、ダメージを与える放射線から保護する。ステータ４２とロータ４０は、ＣＴスキャナ２０のガントリ４６の構成部品である。

ＣＴスキャナ２０により画像化すべき患者は、診察台４８上で支持される。診察台４８は、好適な台（不図示）の上に取り付けられ、ＣＴスキャナ２０によって画像化すべき患者身体の部位を、ガントリ４６の内側、つまりＸ線源２２とアレイ２８の間に位置付ける為、軸４４上で軸方向に平行移動するよう制御可能である。画像化すべき部位がガントリ４６の内側に正しく位置付けられたとき、ロータ４０は、複数のビューアングルからＸ線で部位を照射する為に軸４４周りでＸ線源２２を回転させるよう制御される。それぞれのビューアングルで、部位を通過したＸ線源２２からのＸ線に応じた、ＣＴ検出器モジュール３０内のＸ線検出器により生成されたアナログ信号は、ケーブル３２を介して処理ユニット３４に伝送される。処理ユニット３４において、信号は、通常、受信するデジタル信号を部位の画像を生成する為に処理する好適なコンピュータ（不図示）への送信の為に、増幅され、デジタル化され、およびフォーマットされる。

ＣＴ検出器モジュール３０内のそれぞれのＸ線検出器は、ＣＴ検出器モジュールを処理ユニットに接続するケーブル３２内の異なる導体（不図示）によって、処理ユニット３４内の処理電子回路に接続される。ケーブルをＣＴ検出器モジュール３０および処理ユニット３４に接続する為に用いられるケーブル３２およびコネクタ（不図示）の可能な最大サイズは、一般にＣＴスキャナ２０内の空間的な制約によって決定される。その結果、ケーブル３２内の導体の数は、ケーブル３２および／またはその関連のコネクタの最大サイズによって決定される最大数に制限される。ＣＴスキャナ２０や類似の従来のＣＴスキャナのように、モジュール内の全てのＸ線検出器により生成される信号がケーブル３２を介して処理ユニット３４に送信されるのならば、導体の最大数は、ＣＴ検出器モジュール３０内に備えることのできるＸ線検出器の数に対する上限を設定する。

図２Ａおよび２Ｂは、それぞれ、従来技術による、ＣＴスキャナ２０内に備えられたＣＴ検出器モジュール３０の分解、透視図、および組み立てられたＣＴ検出器モジュールの透視図である。図２Ａに示されたＣＴ検出器モジュール３０のいくつかの特徴および構成部品は、通常は見えないので、図２Ｂに示された組み立てられたモジュールの透視図には示されていない。

ＣＴモジュール３０は、適切な基板５８に取り付けられた、フォトダイオードのような、行５２および列５４のフォトセンサ５６の長方形のマトリクス５０を備える。以下、“シンチレータ６０”と呼ぶ、Ｘ線をフォトセンサが検知できるフォトンに変換するための適切なシンチレーション材料から構成されたプレート６０は、フォトセンサマトリクス５０と散乱防止コリメータ６２の間に挟まれる。

マトリクス５０内に示されたフォトセンサの行５２およびフォトセンサの列５４の数は、表現の都合で選択されており、特定の従来のＣＴスキャナに備えられている行の数と列の数に必ずしも等しくはない。

また、フォトセンサマトリクス５０中のフォトセンサ５６は、正方形であり、かつ形状およびサイズが同じであるように示されているけれども、いくつかのＣＴ検出器モジュールでは、異なるマトリクス５０の行５２内のフォトセンサが異なるサイズを有している。フォトセンサはまた、必ずしも正方形である必要は無く、フォトセンサは長方形であっても良く、また、同じＣＴ検出器モジュールが長方形であるフォトセンサに加えて正方形のフォトセンサをも備えていても良い。通常の従来のＣＴ検出器モジュールは８つの行５２と１６の列５４のフォトセンサ５６を備える。ＣＴ検出器モジュール３０は、図１に示されるＣＴスキャナ２０のアレイ２８内に、それぞれのフォトセンサの行５２が端から端まで並べられ、かつそれぞれのコリメータ６２がＸ線源２２と向かい合う状態で、互いに隣接して連続的に配置される。

基板５８上のそれぞれのフォトセンサ５６は、導体部材（不図示）により基板５８内部でまたは基板５８上で、基板の端部に配置されたコネクタ６４に接続される。コネクタ６４は、ＣＴ検出器モジュール３０を、図１に示されず図２Ａに詳しく示される、ＣＴ検出器モジュールを対応の処理ユニット３４に接続するケーブル３２に接続される。ケーブル３２は、基板５８上のコネクタ６４に連結するコネクタ６６を有する。

コリメータ６２は、フォトンに対する大きな吸収断面を有する重金属から形成された複数の散乱防止プレート７０を支持する一組の脚部７１を備える。プレート７０は、高い精度で、フォトセンサの列５４の幅と等しい距離で互いに隔てられている。コリメータ６２内のプレート７０の数は、フォトセンサマトリクス５６内の列５４の数より１大きい。コリメータ６２は、プレート７０がフォトセンサ列５４と平行となり、それぞれのプレート７０が列５４のエッジと位置合わせされる状態で、基板５８に取り付けられる。

コリメータ６２および基板５８には、通常、ボルトおよび／またはピンがコリメータ６２を基板５８に取り付ける為に挿入される好適な整合孔７２の組が形成されている。シンチレータ６０は、基板５８およびマトリクス５０に光学接着剤を用いて接着される。

患者の領域を画像化するためのＣＴスキャナ２０の動作中、ＣＴ検出器モジュール３０に入射するＸ線源２２（図１）からのＸ線は、シンチレータ６０内でフォトンに変換され、フォトセンサ５６によって検知される。それぞれのフォトセンサ５６は、それに入射するフォトンの強度に応じたアナログ電流信号を生成する。信号は、処理ユニット３４（図１）内で増幅され、デジタル化され、処理ユニットは次に、デジタル化された信号を好適なコンピュータに送信する。いくつかのケースでは、処理ユニット３４内の回路は、フォトセンサ５６のサイズ、およびＸ線源２２のＸ線開口に対するその位置で決定される立体角でＣＴ検出器モジュール３０に到達するＸ線の減衰の対数を決定する為に信号を用いる。これらのケースでは、決定された減衰の対数はコンピュータに送信される。コンピュータは、領域の画像を生成するために、コンピュータが受信する信号を処理する。

図３および４は、それぞれ、本発明の実施形態による、ＣＴ検出器モジュール８０の分解および透視図、およびＣＴ検出器モジュールの非分解の断面図を示している。

ＣＴ検出器モジュール８０は、コリメータ８２と、シンチレータ８４と、基板９０の上面８９に取り付けられたフォトセンサ８８の長方形マトリクス８６とを備える。コリメータ８２は、複数の散乱防止プレート８３を支持する一組の脚部８１を備える。それぞれの脚部８１は、垂直部９２、および取付け孔９６が形成された足９４を有する。それぞれのフォトセンサ８８は、選択的には微細加工技術を用いて基板９０内部または基板９０上に形成された導体（不図示）によって、基板の上面８９に取り付けられた２つのスイッチングネットワーク９８の内の１つに接続される。それぞれのスイッチングネットワーク９８は、基板９０内のバスライン（不図示）により、選択的には基板９０の底面９１に配置されたマイクロコネクタ１００に接続される。それぞれのスイッチングネットワーク９８は、それが接続されているフォトセンサ８８から受信したアナログ信号を、スイッチングネットワークをマイクロコネクタに接続するバスラインを介してマイクロコネクト１００に接続される。

基板９０は、基板１０２の上面１０１に取り付けられ、基板９０上のマイクロコネクタ１００と整合するマイクロコネクタ１０４によって基板１０２に接続される。整合コネクタ１０４は、基板上または基板内に形成された導体（不図示）を介して、選択的に基板１０２の面１０１に取り付けられているプロセッサ１０６、および選択的に基板の底面１０３に取り付けられているプロセッサ１０８に接続される。一例として、マイクロコネクタ１０４は、上面１０１上に配置された４つのプロセッサ１０６、および基板の底面１０３に取り付けられた４つのプロセッサ１０８に接続される。それぞれのプロセッサ１０８は、底面１０３上で、面１０１に配置されたプロセッサ１０６の直下に配置される。２つのプロセサ１０８が、図４に示されたＣＴ検出器モジュール８０の断面図内に示されている。

スイッチングネットワーク９８によってマイクロコネクタ１００に経路を通される、基板９０上のフォトセンサ８８からの信号は、基板１０２上の整合コネクタ１０４に伝送される。整合コネクタ１０４に伝送されたそれぞれの信号は、コネクタをプロセッサ１０６および１０８の少なくとも１つに接続する、１つの導体または複数の導体（不図示）により、整合コネクタからプロセッサ１０６および１０８の少なくとも一つに転送される。プロセッサ１０６および１０８は、選択的には受信する信号を増幅しおよびデジタル化して、更に、要求されるであろうよう信号を処理する。プロセッサ１６および１０８で処理された信号は、処理の後、選択的に基板１０２の底面１０３に取り付けられたマイクロコネクタ１１０に伝送される。マイクロコネクタ１１０からは、処理された信号が、受信した信号から画像を生成する好適なコンピュータにケーブルによって伝送される。

なお、プロセッサ１０６および１０８によって送信されるデータの量は、フォトセンサ８８によって生成され送信されるデータの量よりも少ない。また、プロセッサ１０６および１０８により送信されるデータはデジタルデータであり、それは、一般に、フォトセンサ８８により生成されるアナログ信号よりも、実質的にノイズによる破損を受けにくい。したがって、プロセッサ１０６および１０８により送信されたデータを転送する為に用いられるケーブルおよびコネクタは、一般には、アナログデータを転送する為に用いられるケーブルおよびコネクタが必要とするほどのシールドは必要としない。その結果、マイクロコネクタ１１０およびその関連のケーブルは、従来技術のようにフォトセンサがケーブルを介して処理回路に接続されているような処理回路に、フォトセンサ８８からデータを送信するのに要求されるであろうマイクロコネクタおよびその関連のケーブルよりも、一般には、実質的に小さくできるであろう。

スイッチングネットワーク９８およびプロセッサ１０６および１０８は、フォトセンサ８８の近傍に取り付けられているので、ＣＴ検出器モジュール８０がＣＴスキャナ内で用いられているときには、強いＸ線放射は、実質的にブロック矢印１２０で示された方向にスイッチングネットワークおよびプロセッサに向って導かれる。スイッチングネットワーク９８およびプロセッサ１０６およびプロセッサ１０８に放射シールドを提供する為に、本発明の実施形態によれば、コリメータ８２の脚部８１は、その材料が高精度の部品を構成する為に用いることができるように、Ｘ線に対する高い吸収係数と十分な構造的な安定性を有する構造部材から構成される。

本発明の実施形態によれば、基板９０上のそれぞれのスイッチングネットワーク９８は、足の一部および垂直部９２がスイッチングネットワークの上部にあるように、脚部８１の足９６の下に配置される。脚部８１の足９４および垂直部９２の、その上に脚部が配置されるスイチイングネットワーク９８に対する位置は、図４に示されるＣＴ検出器モジュール８０の断面図内に最もよく見られる。この断面図において垂直部９２および足９４は陰影を付けて示されている。したがって、それぞれの脚部８１の部分は、スイッチングネットワーク９８に対する放射線シールドを提供する。

選択的には、足８１を形成する材料は、約３５ｃｍ^−１より大きな吸収係数を持っていても良い。選択的には、その材料は、約４０ｃｍ^−１より大きな吸収係数を持っていても良い。選択的には、足９４のスイッチングネットワーク９８を覆う部分の厚みは、約１．７５ｍｍより大きいものでも良い。発明者は、日本のカネボウ株式会社から商品名“NYLON MC102K13”で販売されているタングステンナイロン合成物が脚部８１を構成するのに好適であることを発見した。その材料は、約１２ｇ／ｃｍ^３の密度、および約60keVのＸ線エネルギーに対して約４３ｃｍ^−１のＸ線吸収係数を有する。この材料はまた機械加工可能であり、脚部８１はその材料を機械加工することによっても形成することができる。脚部７１を構成する為にNYLON MC102K13を用いることによって、発明者は、スイッチングネットワーク９８を覆う足９４の部分の厚みは、有利なことに約２ｍｍであることを発見した。この厚みは、十分に９９．９％を超えてＸ線を減衰させる。４３ｃｍ^−１以外のＸ線吸収係数を有する材料が本発明の実施において用いられてもよく、また、このような材料、およびこのような材用から作られるスイッチングネットワーク９８を覆う足９４の部分の、対応する有利な厚さを当業者は想起するであろう。

また、本発明の実施形態によれば、基板１０２に配置されているプロセッサ１０６および１０８は、それぞれのプロセッサもまた脚部８１の足９４の一部および垂直部９２により遮蔽されるように、基板上で位置付けられる。更には、追加の放射線シールドが、２つの補助的シールド部材１１２によってプロセッサ１０６および１０８に対して提供されても良い。それぞれの補助的シールド部材１１２は、シールド部材の一部がプロセッサ１０６の組、およびプロセッサ１０６の直下にあるプロセッサ１０８の組の上部に位置するように基板９０および基板１０２の間に位置付けられる。プロセッサ１０６および１０８に対するそれぞれのシールド部材１１２の位置は、図４に最もよく見られる。図４において補助的シールド部材は陰影を付けて示されている。選択的には、補助的シールド部材１１２は、脚部８１を形成する為に用いられるのと同一の材料から構成されても良い。NYLON MC102K13から形成された補助的シールド部材１１２については、プロセッサ１０６を覆う部材１１２の部分の厚さは、有利にも約１．５ｍｍである。

補助的シールド部材１１２および基板９０および１０２は、コリメータ８１の足９４のマウント孔９６と整合するマウント孔１１４を形成されるのが好ましい。選択的には、ボルトおよび／またはピン（不図示）は、コリメータ８２を組み立て、またコリメータ８１、基板９０および１０２、および補助的シールド部材１１２を位置合わせするために、マウント孔９６および１１４を通して挿入される。

発明者は、本発明の実施形態にしたがって、コリメータ８２の脚部８１を構成しＣＴ検出器モジュール３０に補助的シールド部材１１２を提供することによって、効果的な放射線シールドがスイッチングネットワーク９８およびプロセッサ１０６および１０８に提供されることを突き止めた。

選択的にはスイッチングネットワーク９８およびプロセッサ１０６および１０８のようなフォトセンサ８８の為の処理電子回路を、フォトセンサ近傍に配置することによって、本発明の実施形態によれば、フォトセンサとプロセッサ間の接続性を、既知の微細加工技術を用いて作られた導体によって容易に提供することができる。その結果、フォトセンサが従来技術のようなケーブルを用いて処理電子回路に接続されるならば一般に可能であろう数よりも、実質的に大きな数のフォトセンサ８８を処理電子回路に接続することができる。したがって本発明の実施形態によれば、ＣＴ検出器モジュール８０は、従来技術により提供されるよりも実質的に多い数のフォトセンサを備えることができる。また、ＣＴ検出器モジュール内における“微細加工接続性”は、本発明に実施形態によれば、フォトセンサ８８のサイズを削減することおよび製造コストを低減することを容易にする。

図３に示されるフォトセンサ８８の数およびサイズは、一例であり表現の都合で選ばれているけれども、それらの数は図２Ａに示されたフォトセンサ５６の数よりも多く、また、そのサイズはフォトセンサ５６よりも小さい。フォトセンサ８８の数およびサイズは、本発明の実施形態によって提供されるＣＴ検出器モジュールが、従来のＣＴ検出器モジュールに一般に備えられるフォトセンサよりも多くのかつ小さなフォトセンサを備えることができることを示す為に選ばれている。例えば、発明者は、２４行１６列のフォトセンサを有するフォトセンサのマトリクスを備えるＣＴ検出器モジュール８０と類似の、本発明の実施形態によるＣＴ検出器モジュールを製造した。このマトリクスはおよそ幅２．２ｃｍ、長さ５ｃｍである。このマトリクスは上記の従来のマトリクスの例と同じ数の列を持っているけれども、このマトリクスは、従来のマトリクス（８行のフォトセンサしか持っていない）の３倍の行を有している。したがって、本発明の実施形態によるＣＴ検出器モジュールを備えるＣＴスキャナは、従来のＣＴスキャナよりも高い解像度の画像を提供し、また、特定の画像化の要求に向けて容易に構成できるであろう。

本発明の明細書および特許請求の範囲において、それぞれの動詞、“備える”、“含む”、および“有する”およびその同一語源の語は、その動詞の目的語が、その動詞の主語の、部材、構成部品、要素、または部品の必ずしも完全な列挙ではないことを示す為に用いられている。

本発明は、例証として提供され発明の範囲を限定することを意図するものではない、その実施形態の詳細な記載を用いて記載されてきた。記載された実施形態は、本発明の全ての実施形態でその全てが要求されるわけではない、異なる特徴を備えている。本発明のいくつかの実施形態は、いくつかの特徴のみ、または特徴の可能な組み合わせを利用する。記載された本発明の変形、および記載された実施形態に明記された特徴の異なる組み合わせを備える本発明の実施形態を、当業者は想起するであろう。本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ限定される。

図１は、従来技術に従う、従来のＣＴスキャナを模式的に示す。図２Ａおよび２Ｂはそれぞれ、従来技術による、ＣＴ検出器モジュールの透視の分解図、およびＣＴ検出器モジュールの非分解の断面図を示す。図２Ａおよび２Ｂはそれぞれ、従来技術による、ＣＴ検出器モジュールの透視の分解図、およびＣＴ検出器モジュールの非分解の断面図を示す。本発明の実施形態による、ＣＴ検出器モジュールの透視の分解図を示す。本発明の実施形態による、図３に示すＣＴ検出器モジュールの非分解の断面図を示す。

符号の説明

８０ＣＴ検出器モジュール
８１脚部
８２コリメータ
８４シンチレータ
８６マトリクス
８８フォトセンサ
９０基板
９２垂直部
９４足
１１２補助的シールド部材

Claims

Ｘ線を検出する為のＣＴ検出器モジュール（８０）であって、
第１の平面基板（９０）上に形成され、それぞれが入射するフォトンに応じた信号を生成するフォトセンサ（８８）のマトリクス（８６）と、
前記マトリクス（８６）の上部に取り付けられたシンチレータ（８４）であって、該シンチレータに入射するＸ線を前記フォトセンサ（８８）が検知できるフォトンに変換するシンチレータ（８４）と、
前記シンチレータ（８４）の上部に取り付けられた散乱防止コリメータ（８２）と、
前記フォトセンサ（８８）により生成された信号を処理するために、前記フォトセンサ（８８）の各々が接続され、前記フォトセンサ（８８）の近傍に配置される第１の回路（９８）と、前記第１の平面基板（９０）の近傍に配置される第２の平面基板（１０２）上に設けられた第２の回路（１０６，１０８）とを含む電子コンポーネントと、を備え、
前記第１の回路（９８）は、複数の入力ポートで信号を受信すると共に、複数の出力ポートまでの経路を規定し、受信した信号を前記複数の出力ポートのそれぞれに送る、少なくとも一つのスイッチングネットワークを備え、前記フォトセンサ（８８）は、前記少なくとも一つのスイッチングネットワークの前記複数の入力ポートにそれぞれ電気的に接続され、
前記第２の回路（１０６、１０８）は、前記フォトセンサ（８８）により生成される信号をデジタル化する為の少なくとも一つのプロセッサを備え、前記スイッチングネットワークの前記複数の出力ポートは、前記少なくとも一つのプロセッサに電気的に接続され、
前記コリメータ（８２）は、前記第１の平面基板（９０）に対し垂直で、平行に配置された散乱防止板（８３）のアレイを備え、前記散乱防止板（８３）は、高いＸ線吸収係数を有する吸収材料から構成される２つの脚部（８１）の間に配設されており、
前記脚部（８１）の各々は、前記第１の平面基板（９０）に対し垂直な立設部（９２）と、前記第１の平面基板（９０）に対し実質的に平行で前記第１の平面基板（９０）に隣接する領域を有する足（９４）とを有し、
前記電子コンポーネントを放射線から遮蔽するために、
前記脚部（８１）の少なくとも一つの前記足（９４）の、前記第１の平面基板（９０）への正投影は、前記第１の回路（９８）が配置される前記第１の平面基板（９０）上の領域をカバーし、
前記脚部（８１）の少なくとも一つの前記足（９４）の、前記第２の平面基板（１０２）への正投影は、前記第２の回路（１０６、１０８）が設けられる前記第２の平面基板（１０２）上の領域に投影される、ＣＴ検出器モジュール。
少なくとも一つのシールド体（１１２）を備え、該シールド体は高いＸ線吸収係数を有
する吸収材料から構成され、該シールド体の一部の前記第２の平面基板への正投影が、前記第２の回路（１０６、１０８）が配置された、前記第２の平面基板の領域上に投影されるように、該シールド体が前記第１の平面基板（９０）と前記第２の平面基板（１０２）との間に取り付けられたことを特徴とする、請求項１に記載のＣＴ検出器モジュール。
前記脚部（８１）は、前記吸収材料を射出成形することによって形成される、請求項１または請求項２に記載のＣＴ検出器モジュール。
前記シールド体（１１２）は、前記吸収材料を射出成形することによって形成される、請求項２に記載のＣＴ検出器モジュール。