JP4502422B2 - 検出器及びマルチスライス型コンピュータ断層撮影システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的にコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングに関し、更に具体的に云えば、マルチスライス型ＣＴシステムにおいてスペクトル・アーティファクトを低減することに関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
公知の少なくとも１つの形式のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システムでは、Ｘ線源が、一般に「イメージング平面」と呼ばれる直交座標系のＸ−Ｙ平面内に位置するようにコリメートされた扇形Ｘ線ビームを投射する。Ｘ線ビームは患者のような撮影対象の物体を通過する。Ｘ線ビームは、物体によって減衰させられた後、放射線検出器アレイに入射する。検出器アレイが受け取ったＸ線ビームの強度は、物体によるＸ線ビームの減衰量に関係する。検出器アレイを構成する各々の検出器素子が、その検出器の場所におけるビーム減衰量の測定値である別々の電気信号を発生する。全ての検出器からの減衰量測定値が別々に取得されて、透過プロフィールが作成される。
【０００３】
公知の第３世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器アレイが、イメージング平面内で撮影対象の物体の周りをガントリによって回転させられ、これによりＸ線ビームが撮影対象の物体と交差する角度が絶えず変化する。Ｘ線源は、典型的には、Ｘ線管を含んでおり、Ｘ線管は焦点でＸ線ビームを放出する。Ｘ線検出器は、典型的には、検出器で受け取るＸ線ビームをコリメートするためのコリメータを含んでいる。シンチレータがコリメータに隣接して配置され、フォトダイオードがシンチレータに隣接して配置されている。
【０００４】
１回の走査で増大した数のスライスについてのデータを得るためにマルチスライスＣＴシステムが使用されている。公知のマルチスライスＣＴシステムは、典型的には、２Ｄ検出器として一般に知られている検出器を含む。このような２Ｄ検出器では、複数の検出器素子が行及び列に配列された別々のチャネルを形成する。各々の１行の検出器はそれぞれ１つのスライスを形成する。例えば、２スライス検出器は２行の検出器素子を有し、また４スライス検出器は４行の検出器素子を有する。マルチスライス走査の際、複数行の検出器素子に同時にＸ線ビームが入射し、従って複数のスライスについてのデータが得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
マルチスライス検出器は、典型的には、Ｘ軸及びＺ軸において直列の個別のシンチレータ・セルに分割される。これらのシンチレータ・セルは、隣り合うセル間に僅か数ミクロンの狭い間隙を設けて相互から離間させることが出来る。間隙は光反射材料で充填される。検出器素子は、軸のずれたＸ線ビーム又は散乱されたＸ線ビームを受ける可能性があり、これはコントラスト分解能を低下させ且つ画像アーティファクトを増大させる。
【０００６】
従って、Ｘ線ビームを個々の検出器素子へ向かうようにコリメートし分離して、散乱及びスペクトル・アーティファクトを低減するような、検出器アレイを提供することが望ましい。更に、素子間の間隙をＸ線ビームから保護して、光反射材料の放射線損傷、ビーム硬化、突き抜け雑音及びスペクトル効果が最小になるようにする検出器アレイ・コリメータを提供することも望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
これらの及び他の目的を達成するために、本発明による検出器アレイは、一態様では、散乱及びスペクトル・アーティファクト並びにＸ線損傷を低減するコリメータを含む。検出器アレイは、検出器ハウジング、複数の検出器モジュール及び複数のコリメータ板を含む。各々の検出器モジュールは、検出器ハウジングに取り付けられていて、シンチレータ・アレイに光学的に結合されたフォトダイオード・アレイを含んでいる。コリメータ板は、シンチレータ・アレイへ向かうＸ線ビーム信号を通過させ且つシンチレータ・アレイの間隙へ向かうＸ線ビーム信号を阻止するように構成されている。
【０００８】
一態様においては、検出器アレイは、各々のコリメータ板を検出器ハウジングに対して間隔をあけて固定して、Ｘ線ビームの陰がシンチレータ・アレイの間隙に中心合わせされてそれを覆うように作られる。更に詳しく述べると、各々のコリメータ板は、コリメータ板の中心線がシンチレータ・アレイの間隙の中心線から変位するように、すなわち間隙の中心線と同一直線上にないように位置決めされる。一態様では、１本のワイヤが、コリメータ板の長さ方向軸線に対して実質的に垂直なコリメータの長さにわたって延在し、複数の区画を形成する。区画の数は、フォトダイオード・アレイのサイズに対応し、これによりＸ線ビームが検出器素子の数に対応するように分離される。
【０００９】
上記の検出器アレイは、Ｘ線ビームを分離させて、Ｘ線ビームがシンチレータ・アレイにのみ入射するようにし、その結果、散乱及びスペクトル・アーティファクトを低減させる。更に、コリメータにより、Ｘ線ビームがシンチレータ・アレイの間隙に入射するのを防止する。その結果、シンチレータの間隙に対する放射線損傷が低減される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１及び２には、「第３世代」ＣＴスキャナを表すガントリ１２を含むコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム１０が示されている。ガントリ１２がＸ線源１４を持ち、これがＸ線ビーム１６を、ガントリ１２の反対側にある検出器アレイ１８に向けて投射する。検出器アレイ１８は複数の検出器モジュール２０によって形成されていて、それらのモジュールは一緒になって、投射されて医療患者２２を通過したＸ線を検知する。各々の検出器モジュール２０は、入射するＸ線ビームの強度、したがって患者２２を通過した時のＸ線ビームの減衰量を表す電気信号を発生する。Ｘ線投影データを取得する走査の間、ガントリ１２及びその上に取り付けられた部品が回転中心２４の周りを回転する。
【００１１】
ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作が、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御される。制御機構２６は、Ｘ線源１４に電力及びタイミング信号を供給するＸ線制御装置２８と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御装置３０を含む。制御機構２６にあるデータ取得装置（ＤＡＳ）３２が、検出器モジュール２０からのアナログ・データをサンプリングして、その後の処理の為に、該データをディジタル信号に変換する。画像再構成装置３４が、ＤＡＳ３２からサンプリングされてディジタル化されたＸ線データを受け取って、高速の画像再構成を実施する。再構成された画像が計算機３６に入力として印加され、この計算機は大容量記憶装置３８に画像を記憶させる。
【００１２】
計算機３６はまた、キーボードを持つコンソール４０を介して、オペレータからの指令及び走査パラメータを受け取る。関連した陰極線管表示装置４２が、再構成された画像並びに計算機３６からのその他のデータをオペレータが観察できるようにする。計算機３６はオペレータから供給された指令及びパラメータを使って、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２８及びガントリ・モータ制御装置３０に対する制御信号及び情報を供給する。更に、計算機３６は、ガントリ１２内で患者２２を位置決めする為に電動テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御装置４４を作動する。具体的に述べると、テーブル４６は、ガントリ開口４８の中へ患者２２の一部を移動させる。
【００１３】
図３及び図４に示されているように、検出器アレイ１８は、弓形の検出器ハウジング５０に固定されている複数の検出器モジュール２０を含んでいる。各々の検出器モジュール２０は、多次元のフォトダイオード・アレイ５２と、フォトダイオード・アレイ５２の前にそれに隣接して配置された多次元のシンチレータ・アレイ５６を含んでいる。使用可能なフォトダイオード・アレイの一例が、ここで参考として引用する米国特許出願第０８／９７８８０５号に記載されている。また、使用可能なシンチレータ・アレイの一例が、ここで参考として引用する米国特許出願第０８／９７７４３９号に記載されている。
【００１４】
シンチレータ・アレイ５６は、相互間の狭い間隙（図示していない）によって分離された複数の要素又はセル（図示ていない）を含んでいる。シンチレータ・アレイ５６はＸ軸間隙及びＺ軸間隙を含む。これらの間隙は光反射性材料で充填されている。フォトダイオード・アレイ５２が、シンチレータ・アレイ５６に光学的に結合された複数のフォトダイオード５８を含んでいる。フォトダイオード５８は、シンチレータ・アレイ５６の各シンチレータによって出力される光を表す電気出力信号６０を発生する。
【００１５】
検出器アレイ１８はまた、シンチレータ・アレイ５６の前にそれに隣接して配置されたコリメータ６２を含み、コリメータ６２はＸ線ビーム１６がシンチレータ・アレイ５６に入射する前に該Ｘ線ビームをコリメートする。図５を参照して説明すると、コリメータ６２は、複数のコリメータ板６４及び少なくとも１本んワイヤ６６を含む。複数のコリメータ板６４は、各々のコリメータ板６４の長さ方向軸線がそれに隣接する各々のコリメータ板６４の長さ方向軸線と実質的に平行になるように、間隔をあけて設けられて一緒に固定されている。コリメータ板６４は、検出器ハウジング５０に設けられた溝孔（図示していない）に挿入され、且つコリメータ板６４の上端及び下端で固着されている。コリメータ板６４及びワイヤ６６は、一実施態様では、タングステンで作られる。ワイヤ６６は、コリメータ板６４の長さ方向軸線に対して実質的に垂直なコリメータ６２の長さにわたって延在し、コリメータ板６４に設けられた水平な溝孔（図示していない）に挿入されて固着されている。
【００１６】
図６を参照して説明すると、検出器アレイ１８は、各々のコリメータ板６４の中心線がシンチレータ・アレイの各々のＸ軸間隙７０の中心線から変位するように、すなわちＸ軸間隙７０の中心線と同一直線上にないように、コリメータ板６４をシンチレータ・アレイのＸ軸間隙７０の上に位置決めすることによって作られる。更に詳しく述べると、シンチレータ・アレイ５６が平坦であり且つＸ線ビーム１６の放射が半径方向であることの結果として、Ｘ線の陰が各々のシンチレータの各々のＸ軸間隙７０を覆うようにコリメータ板６４が位置決めされる。一実施態様では、シンチレータ・アレイのＸ軸間隙７０は幅が１００ミクロンであり、各々のコリメータ板６４は幅が２００ミクロンである。
【００１７】
一実施態様では、検出器モジュール２０は検出器ハウジング５０に固定される。コリメータ板６４の配置により、全ての検出器セル（図示していない）についての有効コリメーション開口がＸ軸焦点移動の結果として同様に信号レベルを増大又は減少させる。詳しく述べると、隣接の検出器モジュール・セルの信号レベルがＸ軸焦点移動の結果として同じ方向に変化する。その結果、Ｘ軸焦点移動によって引き起こされる差別的な誤差が低減される。
【００１８】
コリメータ板６４及びワイヤ６６は複数の区画（図示していない）を形成する。各々の区画は、活性領域及び不活性領域（図示していない）を有する。活性領域は、Ｘ線ビーム１６がコリメータ６２を通過してシンチレータ・アレイ５６に達することができるように、Ｘ線を分離する。Ｘ線ビーム１６は、コリメータ６２の陰によって形成される不活性領域により、シンチレータ・アレイの間隙７０に入射することが防止されると共に、シンチレータ素子の縁部を通るように投射されることが防止される。更に詳しく述べると、Ｘ線ビーム１６は、シンチレータ・アレイ５６の短縮されたパス長さを通るように投射されることが防止され、これによってスペクトル誤差を低減する。例えば、コリメータ板６４の中心線を間隙７０の中心線から距離Ｄだけ変位させて、Ｘ線ビームがシンチレータ・アレイ５６の一部分を通るように投射されることが防止され且つＸ線ビーム１６が光反射性材料に入射しないようにすることが出来る。
【００１９】
区画の数は、シンチレータ・アレイ５６及びフォトダイオード・アレイ５２のサイズに依存する。ワイヤ６６の直ぐ下にあるシンチレータ・アレイ５６の領域は、Ｘ線ビーム１６が入射しないように保護される。例えば、ワイヤ６６をシンチレータ・アレイの各々のＺ軸間隙（図示ていない）の上に配置して、反射性材料を放射線損傷から保護し、Ｘ線ビーム１６のフォトダイオード・アレイ５２への通過を低減することが出来る。一実施態様では、コリメータのワイヤ６６の数は、各々の間隙を保護するように、シンチレータ・アレイ５６内の行の数よりも１つだけ多くする。
【００２０】
例えば、１６スライスの動作モードでは、検出器アレイ１８は５７個の検出器モジュール２０を含む。各々の検出器モジュール２０はフォトダイオード・アレイ５２及びシンチレータ・アレイ５６を含み、その各々は１６×１６のアレイ・サイズを持ち、これにより、検出器アレイ１８は１６行及び９１２列（１６×５７モジュール）を有する。その結果、コリメータ６２は１７個のワイヤ６６及び９１３個のコリメータ板６４を含み、ガントリイ１２の１回転毎に１６スライスのデータを同時に収集することが可能である。別の例として、３個のワイヤ６６を含む２スライスの動作モード、及び５個のワイヤ６６を含む４スライスの動作モードが挙げられる。これら以外の動作モードも可能である。
【００２１】
動作について説明すると、Ｘ線ビーム１６が検出器アレイ１８へ向けて投射されると、コリメータ６２によりＸ線ビーム１６の一部が検出器モジュール２０に入射する。詳しく述べると、Ｘ線ビーム１６がＸ線管１４の焦点から半径方向に放射されたとき、Ｘ線の一部はシンチレータ・アレイ５６に入射する。シンチレータ・アレイの間隙へ向かったＸ線ビームはコリメータ板６４及びワイヤ６６によって阻止される。その結果、放射線損傷及びアーティファクトが低減される。更に、シンチレータ・アレイの間隙を覆うようにコリメータの陰を中心合わせすることによって、Ｘ線管の焦点の移動によって引き起こされるスペクトル誤差が低減される。
【００２２】
上述した検出器アレイは、個別の検出器素子へ向かうＸ線ビームをコリメートすることにより画像アーティファクトを低減する。更に、上述した検出器のコリメータは、Ｘ線ビームが短縮されたパス長さに沿ってシンチレータ・アレイの素子を通るように投射されることを防止することによって、スペクトル・アーティファクトを低減する。その上、上述した検出器のコリメータは、シンチレータ・アレイの素子間の間隙をＸ線から保護することによって、光反射性材料に対する放射線損傷を最小にする。
【００２３】
本発明の様々な実施態様に関する以上の説明から、発明の目的が達せられたことは明らかである。本発明を詳細に説明し例示したが、これらは説明及び例示のみを意図したものであり、限定のためのものであると解釈してはならないことを明瞭に理解されたい。従って、本発明の要旨及び範囲は特許請求の範囲によって限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴイメージング・システムの絵画的斜視図である。
【図２】図１に示すシステムの簡略ブロック図である。
【図３】本発明によるＣＴシステム検出器アレイの斜視図である。
【図４】図３に示された検出器モジュールの斜視図である。
【図５】本発明によるコリメータの平面図である。
【図６】図４に示された検出器モジュールの一部分の側面図である。
【符号の説明】
１０ コンピュータ断層撮影システム
１８ 検出器アレイ
２０ 検出器モジュール
５０ 検出器ハウジング
５２ フォトダイオード・アレイ５２
５６ シンチレータ・アレイ
６２ コリメータ
６４ コリメータ板
６６ ワイヤ
７０ Ｘ軸間隙

Claims (7)

1. 焦点からＸ線ビーム（１６）を放出するＸ線源（１４）を備え、物体の画像を作成するコンピュータ断層撮影システム用の検出器（１８）において、
   少なくとも第１および第２のセルを持ち、これらの間に間隙が形成されているシンチレータ・アレイ（５６）と、
   前記シンチレータ・アレイ（５６）の前に配置されたコリメータ（６２）であって、該コリメータ（６２）が少なくとも１つのコリメータ板（６４）を含み、該コリメータ板が前記シンチレータ・アレイの間隙の頂部と前記焦点を結ぶ線から所定の角度だけ変位して配置され、Ｘ線の陰が前記検出器の間隙を覆うように、前記シンチレータ・アレイ（５６）に対して位置づけられているコリメータ（６２）と、を有しており、
   前記コリメータ板の幅が前記シンチレータ・アレイ（５６）の隣接した前記第１および第２のセルの間の前記間隙の幅よりも大きいことを特徴とする検出器。
2. 前記シンチレータ・アレイが少なくとも第１の方向に１つのＸ軸間隙（７０）及び前記第１の方向と垂直な方向に少なくとも１つのＺ軸間隙を含んでいる請求項１記載の検出器。
3. 前記シンチレータ・アレイ（５６）が平坦なシンチレータ・アレイ（５６）であり、前記コリメータ板の中心線が前記第１の方向で前記Ｘ軸間隙（７０）の中心線から所定の距離（Ｄ）だけ平行に変位している請求項２記載の検出器。
4. 前記コリメータ板の幅が前記第１の方向で前記Ｘ軸間隙の幅よりも大きい請求項３記載の検出器。
5. 物体の画像を作成するためのマルチスライス型コンピュータ断層撮影システムにおいて、
   焦点からＸ線ビーム（１６）を放出するＸ線源（１４）と、
   請求項１乃至４のいずれかに記載の検出器（１８）と、
   を備え、
   前記検出器（１８）が
   弓形の検出器ハウジング（５０）と、
   前記検出器ハウジング（５０）の円弧に沿って固定され、各々が前記シンチレータ・アレイ（５６）を備える複数の検出器モジュール（２０）とを有し、
   前記コリメータ（６２）が前記複数の検出器モジュール（２０）の前に配置され、前記検出器ハウジング（５０）の円弧に沿って固定され、
   前記コリメータ（６２）が複数のコリメータ板（６４）と、前記複数のコリメータ板（６４）の長さ方向軸線に対して垂直な方向に延在し、前記複数のコリメータ板（６４）の各々に設けられた水平な溝孔に挿入されて固着されるワイヤ（６６）を備えるコンピュータ断層撮影システム。
6. 焦点からＸ線ビーム（１６）を放出するＸ線源（１４）と、少なくとも第１および第２のセルを持ち、これらの間に間隙が形成されている平坦なシンチレータ・アレイ（５６）と、前記シンチレータ・アレイ（５６）の前に配置され少なくとも１つのコリメータ板（６４）を含むコリメータ（６２）とを備えるマルチスライス型ＣＴシステムにおいてスペクトル・アーティファクトを低減する方法であって、
   前記シンチレータ・アレイ（５６）の上にコリメータ（６２）配置する工程であって、前記コリメータ板が前記シンチレータ・アレイの間隙の頂部と前記焦点を結ぶ線から所定の角度だけ変位して配置され、前記Ｘ線ビーム（１６）が前記Ｘ線源から放出されたときにＸ線の陰が前記検出器の間隙を覆うように、前記シンチレータ・アレイ（５６）に対して位置づけられる、前記配置する工程を含み、
   前記コリメータ板の幅が前記シンチレータ・アレイ（５６）の隣接した前記第１および第２のセルの間の前記間隙の幅よりも大きいことを特徴とする方法。
7. 前記シンチレータ・アレイ（５６）が平坦なシンチレータ・アレイ（５６）であり、前記コリメータ板の中心線が前記第１の方向で前記Ｘ軸間隙（７０）の中心線から所定の距離（Ｄ）だけ平行に変位している請求項６記載の方法。

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