JP4429723B2 - 高密度電子装置の冷却方法 - Google Patents

Description

【０００１】
（発明の背景）
本発明は画像診断技術に関するものである。本発明は、特に核カメラに使用する電子装置に関連する応用が見られ、特にこれを参照して説明する。しかし、本発明は、冷却を必要とする電子装置を有する他の装置にも応用され、上述した応用に限定されないことは明らかである。
【０００２】
核撮像は、被験者の解剖組織を撮像するために、放射線源を採用する。通常、放射性薬剤を患者に注射する。この医用放射線は、予測可能な速度で崩壊する原子を含む。原子が崩壊する際に毎回、γ線を放出する。これらのγ線を検出して、その検出位置及びエネルギーのような情報から、被験者の内部の表現を再構成する。
【０００３】
通常、核カメラは１個、２個、または３個の検出器ヘッドを有する。各ヘッドは、ドーピングした沃化ナトリウムのような大型のシンチレータシートを有し、このシンチレータシートが入射する放射を閃光に変換する。シンチレータの背後で光増倍（フォトマルチプライヤー）管を使用して、閃光を監視する。光増倍管及び関連する回路の出力が、沃化ナトリウム結晶上の各シンチレーションの座標及びエネルギーを示す。不都合なことに、大型のシンチレータ結晶及び光増倍管のアレイを使用する際には、多くの不均一性及び不正確さが存在する。
【０００４】
他者は、単一の、大型のシンチレータ及び光増倍管を使用するよりもむしろ、各シンチレータが、個々のシンチレーション結晶中のシンチレーションを検出するフォトダイオードまたは他の光電子デバイスに関連する小型のシンチレータのアレイを使用することを提案している。他の種類の、個別の固体検出器も提案されている。
【０００５】
ミリメートルのオーダーの解像度のために、各シンチレータ／フォトダイオードまたは他の検出素子は通常、平方ミリメートルのオーダーである。検出素子の各々は給電を必要とし、そしてその出力電気信号を処理する必要がある。通常、給電、及び処理の少なくとも一部を行う回路を、個々の検出器に関連する近傍に装着する。このことは、電気的構成部品の高密度をもたらし、これらの多くは大量の熱を発生する。電子装置の冷却が大きな問題となる。
【０００６】
本発明は、上述した問題及び他の問題を克服する、新規の、改善した方法及び装置を提供するものである。
【０００７】
（発明の概要）
本発明の１つの要点によれば、核撮像装置が提供される。検出器のアレイがγ線を検出して、このγ線についての情報を電子装置によって処理して、冷却系がこの電子装置を冷却して、再構成プロセッサがこのγ線情報を画像表現に変換する。
【０００８】
本発明の他の要点によれば、核撮像の方法が提供される。γ線を放出する放射性薬剤を被験者に注射する。このγ線を電子装置によって検出して、画像表現に再構成する。これらの電子装置は冷却が促進されるように構成して、これらの電子装置を冷却する。
【０００９】
本発明の他の要点によれば、核撮像の方法が提供される。γ線を検出器のアレイによって検出する。このアレイを、熱を発生する回路上に装着して、これ沿って空気を通過させて、この回路を冷却する。この検出器アレイからの信号を処理して、画像表現に変換する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の１つの利点は、電気的構成部品を安全な温度レベルに保つことができるということである。
【００１１】
本発明の他の利点は、小さい領域内に非常に多くの検出器を設けることを可能にするということである。
【００１２】
本発明の他の利点は、高感度、及び精細な空間的サンプリングの解像度にある。
【００１３】
本発明のさらに他の利点は、液体冷媒または低温学的な冷却の使用を回避することにある。
【００１４】
本発明の、これ以上のさらなる他の利益及び利点は、以下の好適な実施例の説明により、当業者にとって明らかになる。
【００１５】
本発明は、種々の構成部品及び構成部品の配置、及び種々のステップ及びステップの構成の形態を取り得るものである。以下の図面は好適な実施例を例示する目的のものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
【００１６】
（好適な実施例の詳細な説明）
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
図１に示すように、被験者１０が撮像領域１２を規定する。好適例では、放射性同位体１４を被験者の撮像すべき領域付近に注射する。例えば、医師が大動脈の閉塞（遮断阻害）を視認したい場合には、前記同位体を閉塞より上流の血流中に注射する。他の例として、放射性薬剤を循環系に注射して、着目する組織によるこの薬剤の吸収を監視する。
【００１７】
量子物理学で予測されるように、放射性同位体の原子核は時間と共に崩壊する。崩壊の時点で、エネルギーが光子の形で放出されて、より詳細には、特徴的なエネルギーのγ線が放出される。
【００１８】
撮像処理中に生成される放射線の多くは、無用な方向に伝播して失われる。しかし一部のγ線は、コリメータ１６、及び好適な実施例では薄形のタングステンのベーン（羽根）を通過して、検出器アレイ１８に当たる。好適な実施例では、図２に示すように、検出器アレイ１８は、各々が４×８個の個別の電極２２を有する、カドミウムテルル化亜鉛（ＣＺＴ）の結晶アレイ２０の、４×２４のアレイを含む。好適なＣＺＴの具体例では、高電圧電源２４によって給電される高電圧フィルタ回路によって、−６００Ｖの電位差を検出器アレイに印加する。
【００１９】
好適な実施例では、検出器アレイ１８及びコリメータ１６を、検出器アレイを移動させる駆動機構３０上に装着する。種々の軌跡が考えられるが、前記アレイが、横断面を回転する成分の動きで移動することが好ましい。一部の応用では、検出器アレイを、対象領域の周囲に向いた可動のガントリー内に固着する。
【００２０】
好適な実施例では、被験者１０の周囲を十分に囲む回転可能なガントリー３２上に支持体を装着する。モータ制御装置３４は、回転可能なガントリー内で検出器アレイ１８の動きがあれば、その範囲を選択し、そして画像領域の周囲のガントリー３２の回転が段階的か連続的かを選択する。
【００２１】
ＳＰＥＣＴ撮像では、コリメータ１６が検出器アレイ１８への接近を、例えば検出器アレイ１８の平面に垂直な軌跡のように、所定の径路または軌跡に追随する放射に限定する。このようにして、各放射事象が軌跡を規定して、この軌跡に沿って放射性同位体が崩壊する。可動のガントリー３２を静止したままにする場合には、検出器が、対象領域内の同位体の分布の投射像を規定する。事象分析器４２が、各放射事象が検出器アレイに当たる位置、即ち、どの検出器が放射事象を受けたか、及び放射事象のエネルギーの量を特定する。検出器アレイの各静止位置において収集した放射事象を、アーカイブ（書庫）４４に記憶する。回転可能なガントリー３２を、被験者を回るように異なる位置角まで回転させると、異なる角度方向からの複数の投射像が収集される。再構成プロセッサ４６は、アーカイブメモリ４４からのデータを背面投射するか、さもなければ立体画像メモリ４８に記憶するための立体画像表現に再構成する。操作者の制御下にあるビデオプロセッサ５０が、立体画像表現の一部を選択的に引き出して、これらを、ビデオモニタまたは人間が読み取り可能なモニタ５２に表示するのに適した形態に変換する。
【００２２】
図３に示すように、そして引き続き図１及び図２を参照すれば、受けたγ線を検出して、そのエネルギーを、検出器アレイ１８に取り付けた電子装置によって測定する。４個のＰ−ＡＳＩＣ６０を、前記検出器アレイのうちの４つを支持する回路ボードまたは背中合わせの回路ボード６２の各側に装着する。好適な実施例では、より詳細には、各ＡＳＩＣが、アレイ２０の１つの半分の前段増幅を行う。
【００２３】
γ線が検出器のうちの１個に当たる際に毎回、アバランシェ（なだれ）効果によって電子が放出されて、電気的な出力パルスを発生する。電圧レギュレータ（調整器）６６によって給電される関連のＰ−ＡＳＩＣ６０が、検出器からのパルスを増幅して調整する。これに続く電子構成部品６４が、対象の信号を選択し多重化して、事象分析器４２の遠隔的に設けた部分への一連の出力をディジタル化して蓄積する回路に送る。
【００２４】
図４に示すように、好適な実施例では、回路６４または事象分析器４２の遠隔部分は通常は休止状態であり（ステップ７０）、電気信号を待機する。事象分析器４２が電気信号を受け取ると、この信号をしきい値と比較する（ステップ７２）。この信号がしきい値未満であれば、これを雑音として無視し、分析器４２は休止状態に戻る。信号がしきい値以上であれば、分析器はこの信号を事象として分類して（ステップ７４）、この信号のエネルギー、及びこの信号を送出した検出器２２の位置を記録する（ステップ７６）。そして分析器４２が、この情報を事象アーカイブ４４に送信して、この情報は将来使用するためにアーカイブ４４に記憶される（ステップ７８）。この送信の後に、分析器４２は休止状態に戻って次の事象を待機する。好適な実施例では、一旦分析器４２が休止状態を脱すると、次のクロックサイクル（好適には２０ｎｓ以内）中には、分析器４２が休止状態に戻るまで他の事象を受け付けない。事象が真の場合には、このプロセスを完了して、分析器は２μｓ以内に休止状態に戻る。事象が偽の場合には、分析器４２は、事象の真偽性を特定するために一定量だけの時間を許可するタイムアウト（時間切れ）特性を具える。雑音の場合には、分析器はしきい値に達したか否かを判定すべく待機するが、雑音を検出すると２μｓ以内に休止状態に戻る。回路６４は複数の並列チャンネルを具え、好適な実施例ではアレイ２０の半分毎にチャンネルを具える。（互いに２０ｎｓ以内の）２つ以上の放射事象が、同じ検出器アレイの半分に同時に入射するという起こりにくい事例では、両方の事象を、分離困難なものとして廃棄する。
【００２５】
好適な実施例では、４つの検出器結晶アレイ２０からの信号を前段増幅する、８個の低雑音Ｐ−ＡＳＩＣ集積回路６０及び少なくとも１個の低雑音リニアパワーレギュレータ（電力調整器）６６を、両面の回路ボードまたは回路ボード対の各々によって支持する。これらの素子は、動作時には、まとまって大量の熱を発生する。Ｐ−ＡＳＩＣは通常、各々が約３００〜５００ｍＷを発生し、電圧レギュレータが約３００〜５００ｍＷを発生する。回路ボード上に配置したすべての構成部品が検出器に平行に並べば、構成部品を加熱して、これらを損傷または破壊し得る。好適な実施例では、コネクタのパターンを交互に配置して、回路ボード６２が検出器アレイ１８に垂直に配置されるようにする。回路ボードどうしの間に空気の通路またはダクト８０が規定されるように回路ボードを分離して、熱を消散させる。
【００２６】
図３に示すように、回路ボード６２は縦方向のソケット８２を有する。より詳細には、検出器アレイ２０の各々が、下方から伸びる２行のピンを有する。背中合わせのボード対または両面の回路ボード６２の各々が、一方の端に向けて装着した４個のソケット８２を具えている。これらのソケットを回路ボードの互いに逆の側に配置することによって、アレイ毎の適切な機械的装着、並びに高信頼性の電気的相互接続が提供される。
【００２７】
好適な実施例では、図５に示すように、一組のファン８４が、通路８０を通して回路ボード６２上に外気を導入して、回路上に配置した構成部品を冷却する。より詳細には、これらのファンを、空気取り入れ口８６の反対側の、筐体の１つの壁面内の開口部に装着する。筐体の上部及び底部を閉じると、空気流が、ボードに沿って構成部品上を流れるように制限される。
【００２８】
随意的に、冷媒または低温学的な液体、追加的なファン、等を筐体内に内蔵して、冷却を増強することができる。
【００２９】
代案の実施例では、放射源を、被験者の、検出器アレイとは逆の側に固着する。このようにして、点または線のいずれかの放射性材料源、あるいは低出力のＸ線管から被験者の外に出るγ線が、被験者を通過する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による核撮像装置を図式的に示す図である。
【図２】 検出器アレイ及び関連する回路ボードの透視図である。
【図３】 回路ボードの及び検出器アレイのうちの１つの透視図である。
【図４】 本発明による事象分析器の動作を示すフローチャートである。
【図５】 検出器アレイ、回路ボード、及び冷却ファンの透視図である。

Claims (9)

1. 撮像領域からのγ線を検出する固体検出器アレイの２次元アレイと；
   各回路ボードが複数の検出器アレイを前記回路ボードの一端に沿うように支持する複数の回路ボードと；
   空気通路を通じて空気を通過させ前記回路ボードから熱を除去する冷却系と；
   γ線情報を処理して画像表現にする再構成プロセッサとを具え、
   前記回路ボードを背中合わせの対にして前記検出器アレイに垂直に配置して、前記各対が前記空気通路によって隣接対から分離され、前記回路ボードは前記検出器アレイからの前記γ線情報を処理する、核撮像装置。
2. 前記検出器アレイがカドミウムテルル化亜鉛のアレイを含むことを特徴とする請求項１に記載の核撮像装置。
3. さらに、互いに対して平行に配置され、かつ前記検出器アレイから前記撮像領域に向かって伸び、前記γ線を一方向にコリメートする、放射に対して不透明なベーンを具えていることを特徴とする請求項１に記載の核撮像装置。
4. 前記冷却系が、
   前記回路ボードを配置する冷却領域；
   前記冷却領域に近接して配置され、前記回路ボードの近傍から熱を除去する第１ファン；を具えていることを特徴とする請求項１、２、及び３のいずれかに記載の核撮像装置。
5. 前記冷却系がさらに、前記回路ボードを横切る共通の方向に空気を導入する複数のファンを具えていることを特徴とする請求項４に記載の核撮像装置。
6. 前記回路ボードが、事象情報を特定する複数の事象分析器を具えて、前記事象情報が、
   受けた事象の論理的な真理値と；
   前記事象を受けた時点における、この事象に対応する個別の検出器の位置と；
   前記受けた事象のエネルギーと
   を含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の核撮像装置。
7. さらに、前記事象情報を受け取ってこれを記憶する事象アーカイブを具えていることを特徴とする請求項６に記載の核撮像装置。
8. さらに、前記回路ボードが取り付けられた筐体に装着され、前記空気通路に沿って空気を導入して前記回路ボードを冷却するファンを具えていることを特徴とする請求項１に記載の核撮像装置。
9. さらに、前記アレイに高電圧バイアスを印加して；
   前記アレイの周りでファラデー遮蔽を行う；高電圧フィルタ回路を具えていることを特徴とする請求項１及び８に記載の核撮像装置。

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