JP4777975B2 - 放射線の検出及び／又は送出のためのモジュラー装置 - Google Patents

Description

本発明は、支持体及びモジュールのセットを備える放射線の検出及び／又は送出のためのモジュラー装置、このような装置のための支持体、このような装置のためのモジュール、及びこのような装置を備える撮像装置に関する。

米国特許第５９９１３５７号明細書には、環状の支持体及びこの支持体に一直線に配置される検出器モジュールのセットを有するＣＴ（コンピュータトモグラフィ）システムのためのＸ線検出器が記載されている。検出器モジュールは、ピン又はボルトによって支持体に対してこれらの検出器モジュールを固定させるための２つの孔をもつハウジングを有している。検出器モジュールのより大きいアレイ、特に、二次元アレイの構造は、意図されておらず、この米国特許明細書に記載されたシステムでは不可能である。

この状況に基づいて、本発明の目的は、多種多様なディメンジョン及び／又は形状において簡単に組み立てられることができるモジュラー装置、例えば、放射線検出器を提供することにある。

この目的は、請求項１に記載のモジュラー装置、請求項１３に記載の支持体、請求項１４に記載のモジュール及び請求項１５に記載の撮像装置によって達成される。好ましい実施形態が従属請求項に開示される。

本発明によるモジュラー装置は、電磁放射線、特に、Ｘ線及び（超）音波を含むいかなる種類の放射線のための検出器又はトランスミッタであってもよい。以下では、放射線用の検出器がこの装置のための一実施例として概ね考慮されるが、本発明はこのようなアプリケーションに限定されるものではない。このモジュラー装置は、以下の構成要素、即ち、取り付け面及び第１の連結要素のセットを備える支持体と、入射放射線を検出するため又は放射線を送出するためのモジュールのセットにおいて、これらのモジュールの各々が、ジョイント部（即ち、連結要素の間において制限される相対的な動きを可能にする結合部）を形成するために、第１の連結要素の１つに結合されることができる第２の連結要素を有するモジュールのセットと、を有している。

このモジュラー装置は、モジュールのアレイが、モジュールを支持体の取り付け面の対応する第１の連結要素に結合させることによって、容易に組み立てられることができるという利点をもつ。取り付け面の形状は、例えば、放射線検出器の感知領域の所望の形状がもたらされるように選択されることができる。更に、個別のモジュールは、ジョイント部によって支持体に結合されているので、所望の方向に心合わせ（align，位置合わせ）されること、例えば、ＣＴシステムでのＸ線管の焦点合わせが簡単にできる。

接触要素によって形成されるジョイント部は、好ましくは、旋回（swivel，スイベル）ジョイント部、即ち、少なくとも１つの軸における回転及び／又はポイント部（point，先端部）の周りにおける回転運動を可能にするジョイント部である。代替例として、ジョイント部は、連結要素の間で線形の相対的な動きを可能にする線形ジョイント部であってもよい。

モジュラー装置の好ましい実施形態によれば、モジュールは、支持体に取り付けられる場合、互いに接触することができる。この接触のためにモジュールは互いに力を及ぼし、ここで、全ての力の和（即ち、より正確には、ポテンシャルエネルギー）が、支持体に対する可撓性結合により可能にされる検出器モジュールの対応する変位によって最小化される。このように、放射線検出器の検出器モジュールは自動調心式（セルフアライニング）になる。但し、最終段階においては、（あらゆる許容誤差が保たれる場合）理想的には、接触はないがモジュール間には小さな間隙がある。

好ましい実施形態によれば、モジュールは、このモジュールの他の部分より直径が大きい機械的にロバストな基底部を有する。従って、モジュール間の接触は基底部を介して行なわれ、それにより、モジュールの感知部を保護する。

支持体及びモジュールの第１及び第２の連結要素は、それぞれ、原則的には、多くの異なるやり方で実現されることができる。第１の実施形態によれば、第２の連結要素はボール又はシリンダであり、これらは、対応する軸受部（bearing，ベアリング）に結合される場合、それぞれ、ポイント部又は軸の周りでの回転の動きを可能にする。

第２の実施形態によれば、第１の連結要素は、特に、取り付け面の円形又は矩形の孔から構成され、第２の連結要素は、固定要素（例えば、ねじ又はナット）で、孔の中に若しくは孔を通って嵌められるか、又は孔に固定されることができる。この実施形態の利点は、これらの孔が、例えば、或る形状をもつ金属シートであり得る支持体の穿孔によって容易に生成され得ることである。第１及び第２の実施形態は、とりわけ、組み合わされ得る。それゆえ、第２の連結要素としてのボール／シリンダは、例えば、円形／矩形の孔に嵌められるか、又はその孔を通って噛み合わされてもよい。スナップメカニズムを可能にするために、ボール／シリンダの直径は、孔への入り口の直径よりも僅かに大きく、支持体の材料及び／又はボール／シリンダの材料は、やや弾性をもつべきである。このような場合、第１及び第２の連結要素は、それぞれ、ボール及びソケットから成るジョイント部又はヒンジを形成し、これらは、簡単に組み立てられ分解されることができる。ボール／シリンダは、検出器の実質的に隙間のない感知領域を構成するために、モジュール自体が互いに接近して設けられることができるように、通常、モジュールの下側に置かれる。

上記に説明された第２の実施形態の他の発展事例において、第２の連結要素（例えば、ボール又はシリンダ）は、支持体の孔に固定される場合、この支持体の背面から突き出る。それゆえ、第２の連結要素は、支持体の背面から簡単にアクセス可能である。支持体からモジュールを取り外すために、第２の連結要素がこの背面から押し戻されてもよい。従って、モジュールの分解は、いかなる特別な工具なしでも実施されることができる。

第３の実施形態によれば、第２の連結要素は、可撓性ロッド、例えば、きつく巻かれたらせん体であってもよい。このようなロッドは、支持体におけるロッドの固定ポイント部の周りの（ほぼ）球状の面でのモジュールの動きを可能にする。

取り付け面は、所与のアプリケーションに必要とされるいかなる形状であってもよい。特に、取り付け面は、平面、円筒又は球面の一部であり得る。円筒又は球面の場合、モジュールは、それぞれ、円筒の軸又は球面の中心に対して心合わせされるようになる。このような配列は、例えば、Ｘ線管が球面の中央にあるＸ線装置において必要である。

検出器モジュールは、原則的に、いかなる形状及びディメンジョンであってもよい。好ましくは、モジュールは、平面を間隙なしで満たすことを可能にする形状を具備する。特に、これらのモジュールは、中間に隙間をもたずに或る領域を覆うために規則的なグリッドで配されることができるように、矩形の断面をもつプリズムのように（即ち、ブロック又は立方形である）、又は六角形の断面をもつプリズムのように形成されてもよい。

本発明の好ましい実施形態によれば、モジュールは、入射放射線の検出用の感知ユニット及びこのユニットに配置される散乱防止グリッドを有する。散乱防止グリッドは、例えば、射出成形によりポリマーのような成形可能な材料から、又は鋳造（casting，キャスティング）により金属から作製されることができる。その目的は、感知ユニットに散乱放射線が到達することを防止するためであり、それにより、信号対雑音比が改善される。更に、このようなモジュールは、Ｘ線を光フォトンに変換するためのシンチレータを有してもよい。

殆どの場合、例えば、動作電圧を供給して、モジュールを制御し又はモジュールからの信号を読み取るために、モジュールに電気的に接触することが必要である。これらの電気接続部の少なくとも幾つかを供給するために、第１及び第２の連結要素は、一緒に結合される場合、好ましくは、少なくとも１つの電気接点を設ける。最も好ましくは、これらの連結要素は、支持体を介して動作電圧を供給するために、２つの接点を設ける。

本発明は、更に、上記に説明された種類のモジュラー装置のための支持体及びモジュールを有する。これらの構成要素は、モジュラー装置全体に関して上述されたあらゆる特徴を具えてもよい。

更に、本発明は、上記に説明された種類のＸ線感知モジュラー装置を内蔵する撮像装置も有する。この撮像装置は、特に、ＣＴシステムまたはＰＥＴ（Positron Emission Tomography：陽電子放射断層撮影法、ポジトロンエミッショントモグラフィ）スキャナであり得る。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に説明される（複数の）実施形態から明らかとなり、これらの実施形態を参照することにより明瞭に説明される。

以下、本発明は、添付の図面を用いて例証によって説明される。

各図に示される実施例は、ＣＴシステムのようなＸ線装置のための検出器に関するが、本発明はこのアプリケーションに限定されるものではない。Ｘ線装置に関して、原則として、患者の長手方向（Ｚ方向）に恣意的に延在されることができる検出器が必要である。この要件は、以下に説明される放射線検出器によって満たされ得る。

図１によれば、放射線検出器１は、支持体１０及び規則的なパターンで支持体１０に配される検出器モジュールのセット２０を有している。支持体即ちバット１０は、球面からの矩形部分の形状をもち、金属シートでできていてもよい。更に、支持体１０は、矩形グリッドに配される孔（through hole，スルーホール）１１のアレイをもつ。これらの孔１１の軸は、支持体１０の形状を表わす球面の中心に向かって位置合わせされる。放射線検出器１の使用時、Ｘ線ビームのフォーカスは、球面の中心で位置決めされる。

図１では、放射線装置１が、部分的に組み立てられた状態、即ち、幾つかの孔１１がセンサモジュール２０を備えていない状態、及び幾つかのセンサモジュール２０が散乱防止グリッドを担持しない状態で示されている。センサモジュール２０の構造は、ここで、図２及び図３を参照してより詳細に説明される。

各々のセンサモジュール２０は、主に、３つの構成要素、即ち、
好ましくは、機械的にロバストな基底部２２であり、例えば、固体材料から作製され、モジュールの感知部と互いに接触しないように保護するために、モジュールの残余部より大きい直径をもつ基底部２２であって、更に、電子部品の収容のため及び／又はケーブルが敷設され得るチャネルの形成（establishment，構築）のための空きスペースを有する基底部２２と、
入射するＸ放射線を検出し、この放射線を電気信号に変換し、この電気信号が電気コネクタ２３を介して外側から読み出されることができるように構成される感知（センサ）ユニット２４であって、通常、Ｘ線を光フォトンに変換するシンチレータ及びこれらのフォトンを記録する光センサのアレイを有するセンサユニット２４と、
センサユニット２４の上方にある散乱防止グリッド２５と
を有している。

散乱防止グリッド２５は、単一のチャネルシールディンググリッドであり、これは、例えば、Ｘ線吸収材料が埋め込まれる成形可能な材料を使用して射出成形によって生成され得る。代替例として、散乱防止グリッド２５は、Ｘ線吸収合金の鋳造によって生成されてもよい。

図３は、組み立てられた状態での検出器ユニット２０を示す。取り付けプロセスにおいて、散乱防止グリッド２５とセンサユニット２４のシンチレータとの間の心合わせは、グリッド２５をシンチレータ２４の上に重ねながら実施される。その後、散乱防止グリッド２５及びセンサユニット２４は、基底部２２に付着される。モジュール全体は、基本的には、ブロック又は立方形の形状であり、ここで、感知ユニット２４及び散乱防止グリッド２５は、（上述された基底部２２の僅かなオーバーサイズは別として）ボディの辺縁まで全方向に延在する。このように、センサモジュール２０は、それぞれの間に隙間なく、実質的に、互いに隣接して置かれることができ、それにより、継続的な感知検出器領域を作り出す。

基底部２２は、その下側に小さいネックに載ったボール２１を具備している。このボール２１のディメンジョンは、上記に説明された支持体１０の孔１１に嵌合するように作られる。従って、センサモジュール２０は、支持体１０の取り付け面１２に固定されることができ、孔１１及びボール２１は、或る間隔内でセンサモジュール２０の回転の動きを可能にするボール及びソケットから成るジョイント部を一緒に形成する。ボール２１は、スナップメカニズムによって又は単に取り付け部品（fitting，フィッティング）によっても孔１１に固定されることができる。更に、これらのボールは、他の固定要素によって、例えば、支持体１０の背面からねじによって、又はボールを支持体１０に対して押し付けるナット及びねじ込みブッシングによって固定されてもよい。もちろん、他の幾何学的形態をもつ連結要素、例えば、オープンボール、シリンダ、（可撓性）ロッドなどが、ボール２１の代わりに使用されることも可能である。

全てのセンサモジュール２０がそれぞれの孔１１に取り付けられる場合、それらの相互接触は、全てのモジュールの自動調心につながる。それゆえ、規則的な幾何学的構造体が、自動構成（self-organization，自動整合）によって、面倒な心合わせプロセスの必要性なく生ずる。特に、放射線検出器１がＣＴシステムに使用される場合、このＣＴシステムは、通常、高速で回転し、遠心力によりモジュール２０を所定位置に保持し、そのため、検出器モジュール２０の更なる固定は必要ではない。

説明された設計の他の利点は、ボール２１が孔１１を通って延在し、支持体１０の背面からやや突き出ていることである。従って、ユーザは、例えば、新たなモジュールと取り替えるために、そのモジュールが取り外されることになる場合、いかなる工具も使わずにその孔１１からモジュールを簡単に押し出すことができる。

制御目的及び信号読み出しのためにセンサモジュール２０を接触させることは、種々の異なるやり方でもたらされることができる。図２及び図３の実施形態では、ボール２１は、可撓性電気ケーブル２３又は光ファイバが支持体１０の背面に伸びることができる孔２６を含む。ケーブル又はファイバは、更に、基底部２２の凹所及び／又は孔で形成されるチャネルを通されてもよい。更に、モジュール２０の側面は、光信号によるデータの交換のための光トランスミッタ及びレシーバ（図示略）を含んでもよい。

図２に見られるように、ボール２１（又は任意の他の接触要素）は、アイソレータ２１ａによって分離される２つ以上の接触ゾーン２１ｃと、好ましくは、更に、中間分離ゾーン２１ｂとにサブ分割されることができる。支持体１０に取り付けられるとき、接触ゾーン２１ｃは、支持体の対応する接触ゾーンに触れる。その場合、これらの接触部は、動作電圧をモジュール２０に供給するために使用されてもよい。

検出器モジュール１の設計原理は、モジュールの大きい領域が組み立てられるどんな状況においても使用されることができる。これは、特に、ＣＴシステム又はＰＥＴスキャナに関連する事例に当てはまる。

最後に、本願明細書において、動詞「有する(comprising)」は他の構成要素又はステップを除外するものではなく、冠詞「a」又は「an」は複数の存在を除外するものではなく、単一のプロセッサ又は他のユニットは複数の手段の機能を満たすことができることが指摘される。更に、請求項の参照符号は、ここでの請求範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。

本発明による部分的に組み立てられた放射線検出器の斜視図である。 本発明による検出器モジュールの分解組立図である。 図２の組み立てられたモジュールの斜視図である。

Claims (10)

1. 取り付け面及び第１の連結要素のセットを備える支持体と、
   放射線の検出及び／又は送出のためのモジュールのセットであって、前記モジュールの各々が、ジョイント部を形成するために前記第１の連結要素の１つに結合されることができる第２の連結要素を有する当該モジュールのセットと、
   を有し、
   前記第２の連結要素がボールであり、前記ジョイント部が形成されたときに少なくとも当該ボールの中心の周りでの前記モジュールの回転を可能にすることを特徴とする、
   放射線の検出及び／又は送出のためのモジュラー装置。
2. 前記第１の連結要素が、前記取り付け面の円形又は矩形の孔により構成され、前記第２の連結要素が、固定要素によって、前記孔の中に若しくは前記孔を通って嵌められるか、又は前記孔に固定され得ることを特徴とする、請求項１に記載のモジュラー装置。
3. 前記第２の連結要素が、前記孔に固定される場合、前記支持体の背面から突き出ることを特徴とする、請求項２に記載のモジュラー装置。
4. 前記取り付け面が、平面、円筒又は球面の一部であることを特徴とする、請求項１に記載のモジュラー装置。
5. 前記モジュールが、矩形又は六角形の断面をもつプリズムの形状を具備することを特徴とする、請求項１に記載のモジュラー装置。
6. 前記モジュールは、散乱防止グリッドが取り付けられる感知ユニットを有することを特徴とする、請求項１に記載のモジュラー装置。
7. 前記第１の連結要素及び前記第２の連結要素が、一緒に結合される場合、少なくとも１つの電気接点を生成することを特徴とする、請求項１に記載のモジュラー装置。
8. 取り付け面と、
   ジョイント部を形成するためにモジュールの第２の連結要素と結合されることができる第１の連結要素のセットと、
   を有し、
   前記第２の連結要素がボールであり、前記ジョイント部が形成されたときに少なくとも当該ボールの中心の周りでの前記モジュールの回転が可能であることを特徴とする、
   放射線の検出及び／又は送出のためのモジュラー装置の支持体。
9. 放射線の検出及び／又は送出のためのモジュラー装置のモジュールであって、ジョイント部を形成するために支持体の第１の連結要素に結合されることができる第２の連結要素を有し、
   前記第２の連結要素がボールであり、前記ジョイント部が形成されたときに少なくとも当該ボールの中心の周りでの前記モジュールの回転を可能にすることを特徴とする、
   放射線の検出及び／又は送出のためのモジュラー装置のモジュール。
10. 請求項１に記載のモジュラー装置を有するX線撮像装置。

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