JP4512851B2 - Ｘ線ビーム検出器モジュール、可撓電気ケーブル及び取付ブラケットおよびそれを製造する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にコンピュータ断層撮影画像形成に関し、かつ特に、Ｘ線ビーム検出器モジュールからの電気信号をデータ収集システムに結合することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
少なくともいくつかのコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像形成システム構成においては、Ｘ線源が投射する扇形ビームがデカルト座標系の一般に「画像形成プレーン」と称されるＸ−Ｙ面内に位置するようにコリメートされる。Ｘ線ビームは患者など画像形成化中の対象を透過する。ビームは対象物によって減衰された後、放射線検出器のアレイに入射する。検出器アレイで受けた減衰ビーム放射の強さは対象によるＸ線ビームの減衰に依存する。検出器アレイの検出器要素はそれぞれに検出器の位置におけるビーム減衰の測定結果を表す個別の電気的信号を出す。すべての検出器からの減衰測定結果は別々に収集されて伝送プロファイルが生成される。
【０００３】
周知の第三世代ＣＴシステムにおいては、Ｘ線源および検出器アレイはガントリとともに画像形成プレーン内で画像形成化される対象の周囲を回転し、それによってＸ線ビームが対象を横断する角度が絶えず変化する。Ｘ線源はＸ線管を通常含み、これがＸ線ビームを焦点に放射する。Ｘ線検出器は検出器で受けたＸ線ビームをコリメートするためのコリメータを通常含む。シンチレータがコリメータに隣接して置かれ、フォトダイオードがシンチレータに隣接して置かれる。
【０００４】
マルチスライスＣＴシステムは走査中により多くのスライスに対するデータを得るために使用される。周知のマルチスライス・システムは一般に３−Ｄ検出器として知られる検出器を通常含む。この３−Ｄ検出器では、複数の検出器要素個別のチャネルを形成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
３−Ｄ検出器アレイの各検出器モジュールの出力信号は既知の１−Ｄ検出器より数倍多い。それらの信号をＣＴシステムに電気的に結合するには、ピン・コネクタまたは印刷配線板を検出器モジュールに機械的に接続する必要がある。しかしながら、信号数が多くなればピン・コネクタのサイズも大きくなる。大型のピン・コネクタを挿入するのに力を要する結果、コネクタをモジュールに結合する際に検出器モジュールが損傷を被ることもある。
【０００６】
したがって、ピン・コネクタまたは印刷配線板を検出器モジュールに機械的に結合する必要のない検出器モジュールを提供することが望ましい。かつまた、高密度の信号を可撓ケーブルに電気的に結合することが可能な検出器モジュールを提供することが望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
それらのおよび他の目的は、複数の検出器素子を有する検出器モジュールによって達成することができる。各検出器素子は可撓ケーブルに電気的に結合されたフォトダイオードを含む。一実施態様においては、各フォトダイオード出力線は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）アレイの入力線に電気的に接続され、かつＦＥＴアレイの各出力および制御線は可撓ケーブルのワイヤに電気的に接続されている。
【０００８】
検出器モジュールはフォトダイオード・アレイおよびＦＥＴアレイを基板に取り付け、または形成することによって製造される。可撓ケーブル第１端はＦＥＴアレイに隣接して置かれかつ基板に結合され、それによってケーブル・ワイヤがＦＥＴアレイ出力ラインに隣接する。次いでＦＥＴアレイ入力線および出力線がフォトダイオード出力線および可撓ケーブルに電気的に接続される。特に、ＦＥＴアレイ入力線はフォトダイオード出力線にワイヤ・ボンディングされ、それによって各フォトダイオード出力および各ＦＥＴアレイ入力間に電気的接続が形成される。次いでＦＥＴアレイ出力および制御線が可撓ケーブル・ワイヤにワイヤ・ボンディングされ、それによって各ＦＥＴ出力とワイヤおよび各ＦＥＴ制御とワイヤ間に電気的接続が形成される。電気的接続は、たとえばアルミニウム・ワイヤ・ウェッジ・ボンディング、ゴールド・ワイヤ・ボール・ボンディング等の各種のワイヤ・ボンディング技術を用いて完成される。
【０００９】
上述の検出器モジュールによって、多数の高密度フォトダイオード出力線を可撓ケーブルに電気的に接続することが可能になる。さらには、上述の検出器モジュールによってピン・コネクタをフォトダイオード出力線に機械的に結合する必要が無くなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、「第３世代」ＣＴスキャナに特有のガントリ１２を含むコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像形成システム１０を示す。ガントリ１２はＸ線源１４を有し、このＸ線源からガントリ１２の相対する側にある検出器アレイ１８に向かってＸ線のビーム１６が投射される。検出器アレイ１８はいくつかの検出器モジュール２０によって形成され、患者２２を透過する投射Ｘ線をそれらのモジュールが共々感知する。各検出器モジュール２０は入射するＸ線ビームの強さおよび患者２２を透過したビームの減衰を表す電気信号を出す。Ｘ線投射データを収集する走査の間、ガントリ１２とそれに搭載された構成部品が回転の中心２４を中心にして回転する。
【００１１】
ガントリ１２の回転およびＸ線源１４の作動はＣＴシステム１０の制御機構２６により支配される。制御機構２６はＸ線源１４に電力とタイミング信号を供給するＸ線コントローラ２８およびガントリ１２の回転速度と位置を制御するガントリ・モータ・コントローラ３０を含む。制御機構２６のデータ収集システム（ＤＡＳ）３２は検出器モジュール２０からのアナログ・データをサンプリングし、かつデータを次の処理のためにディジタル信号に変換する。画像再構成器３４はサンプリングおよびディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け、高速画像再構成を行う。再構成された画像は画像を大容量記憶装置３８に記憶するコンピュータ３６に入力として加えられる。
【００１２】
コンピュータ３６はまた、オペレータからのコマンドと走査パラメータをキーボード付きのコンソール４０を介して受け取る。結合されたＣＲＴディスプレイ４２によりオペレータはコンピュータ３６からの再構成された画像および他のデータを見ることができる。オペレータ供給のコマンドとパラメータはコンピュータ３６によって制御信号と情報をＤＡＳ３２、Ｘ線コントローラ２８およびガントリ・モータ・コントローラ３０に供給するために使われる。さらに、コンピュータ３６は、モータ駆動テーブル４６を制御して患者２２をガントリ１２内の位置に着けるテーブル・モータ・コントローラ４４を操作する。特に、テーブル４６はガントリ開口部４８を通して患者２２を部分的に移動させる。
【００１３】
図３および図４に示すように、検出器アレイ１８は複数の検出器モジュール２０を含む。各検出器モジュールは検出器素子２６のアレイを含む。特に、各Ｘ線検出器モジュール２０は複数のフォトダイオード６６、半導体デバイス６８、および少なくとも１つの可撓電気ケーブル７０を含む。シンチレータ７４が、当技術分野で周知の様に、フォトダイオード６６の上部にかつ隣接して置かれている。フォトダイオード６６は個々のフォトダイオードでも、あるいは多次元フォトダイオード・アレイでもよい。フォトダイオード６６は、シンチレータ７４に光学的に結合され、かつシンチレータ７４による光出力を表す電気的出力を生じさせる。各フォトダイオード６６は、特定の素子２６についてビーム減衰の測定結果である個々の電気的出力を生じる。フォトダイオード出力線８２は、たとえば、モジュール２０の１つの側部か、またはモジュール２０の複数の側部に物理的に置くことができる。図４に示すように、フォトダイオード出力８２はフォトダイオード・アレイの上下端に置かれる。
【００１４】
半導体デバイス６８は、一実施形態においては、２つの半導体スイッチ８４および８６を含む。スイッチ８４および８６は多次元アレイとして配置された複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（図示せず）をそれぞれ含む。各ＦＥＴはフォトダイオード出力８２に電気的に接続された入力線と、出力線と、制御線（図示せず）とを有する。ＦＥＴ出力線および制御線は可撓ケーブル７０に電気的に接続されている。特に、フォトダイオード出力線８２の半分はスイッチ８４の各ＦＥＴ入力線に電気的に接続され、フォトダイオード出力線８２の残る半分はスイッチ８６のＦＥＴ入力線に電気的に接続されている。
【００１５】
可撓電気ケーブル７０は第１端（図示せず）と、第２端（図示せず）と、その間を通る複数の電線９０とを含む。ケーブル７０は、たとえば、多重第１端９４および９６を有する単一ケーブルでもよし、あるいは代替の実施形態においては、それぞれに第１端（図示せず）を有する多重ケーブル（図示せず）であってもよい。第１端９４を表す図５に示すように、ＦＥＴ出力線および制御線はケーブル７０に電気的に接続されている。特に、ＦＥＴ出力線と制御線はそれぞれケーブル第１端９４および９６のワイヤ９０にワイヤ・ボンディングされている。ＦＥＴ出力線および制御線はフォトダイオード出力８２がＦＥＴ入力線にワイヤ・ボンディングされているのと同様にワイヤ９０にワイヤ・ボンディングされている。ケーブル第１端９４および９６は検出器モジュール２０に取付ブラケット９８Ａおよび９８Ｂを使用して固定されている。
【００１６】
図５、図６、および図７に示す一実施形態において、検出器モジュール２０に関して、フォトダイオード６６およびスイッチ８４、８６は、基板１００にフォトダイオード６６がスイッチ８４、８６に隣接しかつその間に位置するように取り付けられまたは形成されている。ついでＦＥＴ入力線はフォトダイオード出力８２に電気的に接続される。特に、フォトダイオード出力８２のおよそ半分はスイッチ８４の入力線にワイヤ・ボンディングされ、かつフォトダイオード出力８２のおよそ半分はスイッチ８６の入力線にワイヤ・ボンディングされ、それによって電気的パスが各出力８２および各ＦＥＴ入力線との間に形成される。スイッチ入力線は、フォトダイオード出力８２に、たとえば当技術分野で周知のアルミニウム・ワイヤ・ウェッジ・ボンディングおよびゴールド・ワイヤ・ボール・ボンディング等の各種ワイヤ・ボンディング技術を使ってワイヤ・ボンディングすることができる。図５に関し、ワイヤボンドは総じてボンド３００として識別され、かつパッド３０２および３０４の間に延びている。パッド３０２はＦＥＴ出力線および制御線に電気的に接続されている。パッド３０４はワイヤ９０に電気的に接続されている。
【００１７】
出力８２を接続の後、ケーブル第１端９４および９６はそれぞれスイッチ８４および８６にそれぞれ隣接して置かれ、かつ基板１００に、たとえば、接着剤（図示せず）を使用して結合される。次いでＦＥＴ出力線がワイヤ９０にワイヤ・ボンディングされ、それによって各ＦＥＴ出力線とワイヤ９０との間に電気的パスが形成される。同様に、ＦＥＴ制御線がワイヤ９０にワイヤ・ボンディングされ、それによって各ＦＥＴ制御線とワイヤ９０との間に電気的パスが形成される。次いでケーブル第１端９４および９６が取付ブラケット９８Ａおよび９８Ｂを使用して固定される。
【００１８】
検出器モジュール２０を検出器アレイ１８内に取り付けた後、ケーブル第２端がＤＡＳ３２に結合され、それによって電気的パスがフォトダイオード出力８２とＤＡＳ３２との間に形成され、かつ半導体デバイスＦＥＴをエネーブルするためにＦＥＴ制御線がＤＡＳ３２に電気的に接続される。
【００１９】
以上に説明した検出器モジュールによって多数の高密度フォトダイオード出力信号を可撓ケーブルに電気的に接続することが可能になる。さらには、ワイヤを半導体デバイス出力線にワイヤ・ボンディングすることによって、ピン・コネクタを検出器モジュールに接続する必要がなくなる。さらには、ピン・コネクタを接続する必要がないため、検出器モジュールがピン・コネクタを挿入する力を受けることがなく、またそのような接続による損傷を被るおそれが回避される。
【００２０】
本発明の様々な実施形態に関するこれまでの説明から、本発明の目的が達成されることは明らかである。以上に本発明を詳細に説明したが、それは例示にすぎず本発明はそれに制限されるものではない。したがって、本発明の精神および範囲は添付の請求の範囲の用語によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＣＴ画像形成システムの絵画図である。
【図２】 図１に示すシステムの概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に示す検出器モジュールの斜視図である。
【図５】 本発明の検出器モジュール／ケーブル相互接続の拡大図である。
【図６】 図４に示す検出器モジュールの上面図である。
【図７】 図６に示す検出器モジュールの側面図である。
【符号の説明】
２０ 検出器モジュール
２６ 検出器素子
６６ フォトダイオード
６８ 半導体デバイス
７０ 可撓電気ケーブル
７４ シンチレータ
８２ 出力線
８４ スイッチ
８６ スイッチ
９０ ワイヤ
９４ ケーブル第１端
９６ ケーブル第１端
９８Ａ 取付ブラケット
９８Ｂ 取付ブラケット

Claims (12)

1. コンピュータ断層撮影装置用のＸ線ビーム検出器モジュール、可撓電気ケーブル及び取付ブラケットであって、
   シンチレータと、
   基板と、
   前記シンチレータに光学的に結合され、前記基板上に配置されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードの出力に一端を電気的に接続した可撓電気ケーブルと、
   前記基板上に配置され、前記フォトダイオードの出力と前記可撓電気ケーブルとの間に電気的に結合されたスイッチと、
   前記可撓電気ケーブルの端部を前記検出器モジュールに固定する取付ブラケットと、
   を備え、
   前記スイッチが前記可撓電気ケーブルにワイヤ・ボンディングされ、前記可撓電気ケーブルは前記基板に接着により結合されることを特徴とするＸ線ビーム検出器モジュール、可撓電気ケーブル及び取付ブラケット。
2. 前記可撓電気ケーブルが前記基板の一面に接着され、前記フォトダイオード及び前記スイッチが前記一面に配置されることを特徴とする請求項１に記載のＸ線ビーム検出器モジュール、可撓電気ケーブル及び取付ブラケット。
3. 前記スイッチが前記基板に配置された一対のスイッチの第１のスイッチであり、前記可撓電気ケーブルが前記基板に接着された一対の可撓電気ケーブルの第１の可撓電気ケーブルであり、各可撓電気ケーブルは前記一対のスイッチの１つとワイヤ・ボンディングされ、前記フォトダイオードが前記一対のスイッチの間に隣接して配置され、前記フォトダイオードが前記一対のスイッチの両方に電気的に接続されることを特徴とする請求項２に記載のＸ線ビーム検出器モジュール、可撓電気ケーブル及び取付ブラケット。
4. 前記スイッチが複数の電界効果トランジスタを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のＸ線ビーム検出器モジュール、可撓電気ケーブル及び取付ブラケット。
5. 前記可撓電気ケーブルが複数の電線を備え、前記電界効果トランジスタがそれぞれ前記電線の１つに接続されることを特徴とする請求項４に記載のＸ線ビーム検出器モジュール、可撓電気ケーブル及び取付ブラケット。
6. 前記フォトダイオードが多次元フォトダイオード・アレイを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のＸ線ビーム検出器モジュール、可撓電気ケーブル及び取付ブラケット。
7. コンピュータ断層撮影装置用のＸ線ビーム検出器モジュール、可撓電気ケーブル及び取付ブラケットを製造する方法であって、モジュールが、シンチレータと、シンチレータに光学的に結合されたフォトダイオードと、そのフォトダイオードの出力に電気的に結合されたスイッチとを含み、
   基板上に前記フォトダイオードおよび前記スイッチを形成するステップと、
   可撓電気ケーブルの一端を前記スイッチの出力に隣接して置くステップと、
   前記ケーブルを前記スイッチにワイヤ・ボンディングするステップと、
   前記可撓電気ケーブルを前記基板に接着するステップと、
   前記可撓電気ケーブルの端部を取付ブラケットを用いて前記検出器モジュールに固定するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
8. フォトダイオードが多次元フォトダイオード・アレイを備え、スイッチが複数の電界効果トランジスタを含み、可撓ケーブルが複数のワイヤを含み、可撓ケーブルの一端をスイッチの出力に隣接して置くステップが、各電界効果トランジスタの１つに隣接して各ワイヤの一端を位置決めするステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. ケーブルをスイッチにワイヤ・ボンディングするステップが、ケーブルをスイッチにアルミニウム・ワイヤ・ウェッジ・ボンディング又はゴールド・ワイヤ・ボール・ボンディングするステップを含むことを特徴とする請求項７または８に記載の方法。
10. 前記可撓電気ケーブルが前記スイッチが配置される基板に接着されることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の方法。
11. 前記基板上に前記フォトダイオードおよび前記スイッチを形成する前記ステップが前記フォトダイオードに隣接して第１のスイッチを配置するステップを含み、
    前記ケーブルを前記スイッチにワイヤ・ボンディングする前記ステップが、第１の可撓電気ケーブルを前記第１のスイッチに結合するステップを含み、
    更に、
    前記フォトダイオードが前記第１のスイッチと第２のスイッチとの間に隣接して配置されるように、前記第２のスイッチを前記フォトダイオードに隣接して配置するステップと、
    第２の可撓電気ケーブルを前記第２のスイッチにワイヤ・ボンディングするステップと、
    前記第２の可撓電気ケーブルを前記基板に接着するステップと、
    前記第１及び第２のスイッチの両方を前記フォトダイオードに電気的に接続するステップとを含むことを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記スイッチを前記フォトダイオードの出力にワイヤ・ボンディングするステップを含む請求項７に記載の方法。

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