JP4856299B2

JP4856299B2 - コンピュータ断層像撮影システム用の検出器モジュール

Info

Publication number: JP4856299B2
Application number: JP32046398A
Authority: JP
Inventors: デイヴィッド・マイケル・ホフマン; フランソワ・コタン; ブライアン・ドナルド・ジョンストン; ヒュー・デイヴィッド・ヘ
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1998-11-11
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2018-11-11
Also published as: IL127007A; IL127007A0; DE19839786A1; JPH11221207A; US6173031B1

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像撮影（ＣＴ）に関し、かつ特にＣＴシステムに接続して使用される検出器モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
少なくともいくつかのコンピュータ断層像撮影（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「画像平面」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平面内で画像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数に関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、複数の検出器要素が縦列と横列に配置された個別のチャネルを形成する。検出器の各横列は別々のスライスを形成する。たとえば、２スライス検出器は２つの横列の検出器要素を有し、４スライス検出器は４つの横列の検出器要素を有する。マルチスライス走査中は、多重横列の検出セルにＸ線ビームが同時に入射し、したがって数スライスに関するデータが得られる。
【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単一スライス検出器よりはるかに多いデータを生成する。しかしながら、このような多くのデータ生成能力が常に要求または所望されるとは限らない。たとえば、ＣＴシステムによって行われる検査には大量スライスまたは高スライス分解能を必要としないものが様々ある。また、そのように大量のデータが収集されると、走査に必要な時間が増し、コストの高騰とスループットの低下を招来する。
【０００６】
したがって、検査の個別のニーズを受け入れるため、スライスの数を変えてデータ伝送が可能な検出器モジュールを提供することが望ましい。さらには、スライス分解能を変えることができる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】
これらおよび他の目的は、スライスの量およびスライス分解能、またはスライス厚さの変更が可能な検出器モジュールによって達成されるであろう。検出器モジュールはシンチレータ・アレイに光学的に結合されたフォトダイオード・アレイを含む。フォトダイオード・アレイは横列および縦列に配置された複数のフォトダイオードを含む。Ｘ線ビームをコリメートするためのコリメータ・アレイがシンチレータ・アレイに整合されかつ隣接して置かれる。
【０００８】
検出器モジュールはさらに、スイッチ装置およびデコーダを含む。スイッチ装置は、フォトダイオード出力線とＣＴシステム・データ収集システム（ＤＡＳ）との間に電気的に結合される。スイッチ装置は、一実施態様においては、ＦＥＴのアレイであり、かつ各フォトダイオード出力線をエネーブル、ディスエーブル、または他のフォトダイオード出力線との組み合わせを可能にすることによってスライスの数および各スライスの厚さを変更する。
【０００９】
より具体的には、オペレータが所望のスライス数およびスライス厚さを決定した後、適切なスイッチ装置構成がＣＴシステム・コンピュータからデコーダに可撓ケーブルを介するなどで電気的に伝送される。次いで適切なデコーダ出力線がスイッチ装置制御線に接続され、それによってデータが選択された構成のフォトダイオード出力線から送られる。
【００１０】
一実施態様においては、検出器モジュールはフォトダイオード・アレイ、スイッチ装置、およびデコーダを基板に載せて製造される。各フォトダイオード出力線はスイッチ装置入力に電気的に接続され、次いで各スイッチ装置出力および各デコーダ制御線が可撓ケーブルの第一端に電気的に結合される。検出器モジュールを検出器アレイ内に実装した後、可撓ケーブルの第二端がＣＴシステム・データ収集システム（ＤＡＳ）に電気的に接続される。
【００１１】
以上に説明の検出器モジュールによって、ＣＴシステムの回転毎に電気的に伝送するべきデータのスライス数を選択することが可能になる。さらに、検出器モジュールにより、スライスの厚さを選択して様々なスライス分解能を出すことができる。その結果、検出器モジュールの構成を変更することにより検査の個別のニーズと要件に対処することができる。
【００１２】
【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像撮影（ＣＴ）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。
【００１３】
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に入力として印可される。
【００１４】
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およびパラメータは、コンピュータ３６が制御信号と情報を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用される。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内の所定の位置に置くテーブル・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を部分的に移動する。
【００１５】
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２０は、多次元フォトダイオード・アレイ５２と、その上部にかつ隣接して置かれた多次元シンチレータ・アレイ５６とを含む。Ｘ線ビーム１６がシンチレータ・アレイ５６に入射する前にＸ線ビームをコリメートするためのコリメータ（図示せず）がシンチレータ・アレイ５６の上部にかつ隣接して置かれる。フォトダイオード・アレイ５２は、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６０を含み、かつフォトダイオード６０はシンチレータ・アレイ５６の各シンチレータによる光出力を表す電気的出力信号６４を生成する。
【００１６】
一実施形態においては、図３に示すように、検出器アレイ１８は５７個の検出器モジュール２０を含む。各検出器モジュール２０はフォトダイオード・アレイ５２とシンチレータ・アレイ５６とを含み、それぞれのアレイ・サイズが１６×１６である。その結果、アレイ１８には１６の横列と９１２の縦列（１６×５７モジュール）があり、それによってガントリ１２が一回転する毎に１６同時スライスのデータを収集することができる。
【００１７】
検出器モジュール２０はまた、デコーダ７２に電気的に結合されたスイッチ装置６８をも含む。スイッチ装置６８はフォトダイオード・アレイ５２と同様のサイズの多次元半導体スイッチ・アレイである。一実施形態においては、スイッチ装置６８は電界効果トランジスタのアレイ（図示せず）である。各電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は入力線、出力線、および制御線（図示せず）を有する。スイッチ装置６８はフォトダイオード・アレイ５２とＤＡＳ３２との間に結合されている。特に、各スイッチ装置ＦＥＴ入力はフォトダイオード・アレイ出力６４に電気的に結合され、かつ各スイッチ装置ＦＥＴ出力はＤＡＳ３２に、たとえば、可撓電気ケーブル７４および７６を用いて電気的に接続されている。ケーブル７４および７６は検出器モジュール２０に取付ブロック８０Ａおよび８０Ｂにより固定されている。
【００１８】
デコーダ７２によりスイッチ装置６８の作動が制御され、所望のスライス数および各スライスのスライス分解能にしたがってフォトダイオード出力６４がエネーブル、ディスエーブル、または組み合わされる。デコーダ７２は、一実施形態においては、当業界で周知のデコーダ・チップまたはＦＥＴコントローラである。デコーダ７２はスイッチ装置およびコンピュータ３６に結合された複数の出力線および制御線を含む。特に、デコーダ出力はスイッチ装置制御線に電気的に接続され、それによってスイッチ装置６８は適切なデータをスイッチ装置入力からスイッチ装置出力に送ることが可能になる。デコーダ出力線はスイッチ装置制御線に電気的に接続されており、かつどのデコーダ出力がエネーブルされるかを決定する。デコーダ７２の使用によって、スイッチ装置６８内の特定のＦＥＴがエネーブル、ディスエーブル、または組み合わされ、それによって特定のフォトダイオード出力６４がＣＴシステムＤＡＳ３２に電気的に接続される。１６スライス・モードとして定義された一実施形態においては、デコーダ７２はスイッチ装置６８をエネーブルし、それによってフォトダイオード・アレイ５２のすべての横列がＤＡＳ３２に接続され、その結果データの１６個の同時スライスがＤＡＳ３２に電気的に接続される。もちろん、さらに多数のスライス組み合わせも可能である。
【００１９】
たとえば、デコーダ７２は１、２、および４スライス・モードを始めとして他の多重スライス・モードから選択することができる。図５に示すように、適切なデコーダ出力線に送ることによってスイッチ装置６８は４スライス・モードに構成することができ、それによってフォトダイオード・アレイ５２の１つまたはそれ以上の横列の４スライスからデータが収集される。デコーダ出力によって定義されるスイッチ装置６８の特定の構成により、フォトダイオード出力６４の様々なコンビネーションがエネーブル、ディスエーブル、または組み合わされ、それによってスライス厚さを１．２５ｍｍ、２．５ｍｍ、３．７５ｍｍ、あるいは５ｍｍとすることができる。さらなる例としては、スライス厚さ１．２５ｍｍから２０ｍｍにわたる１つのスライスを含む単一スライス・モード、およびスライス厚さ１．２５ｍｍから１０ｍｍにわたる２つのスライスを含む２スライス・モードがある。さらにこれらの他のモードも可能である。
【００２０】
一実施形態および図６に関して、スイッチ装置６８およびデコーダ７２はＦＥＴアレイ１０４に組み合わされている。ＦＥＴアレイ１０４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）を含む。一実施形態においては、２つの半導体デバイス１０６および１０８が使用され、それによってフォトダイオード出力線６４の半分がデバイス１０６に接続され、かつフォトダイオード出力線６４の半分がデバイス１０８に接続される。ＦＥＴアレイ１０６および１０８は、それぞれに入力線１１０および１１２、出力線１１４および１１６、ならびに制御線（図示せず）を含む。デバイス１０６内では、入力線１１０がスイッチ装置入力線に電気的に接続され、出力線１１４がスイッチ装置出力線に電気的に接続され、かつデコーダ出力線がＦＥＴ制御線に電気的に接続されている。スイッチ１０８はスイッチ１０６と同様に内部構成されている。
【００２１】
検出器モジュール２０の製造においては、シンチレータ・アレイ５６およびＦＥＴアレイ１０６および１０８を含むフォトダイオード・アレイ５２が当分野で周知の方法によりフォトダイオード出力６４がアレイ１０６および１０８に隣接するように基板２００に載せられまたは形成される。次いでフォトダイオード出力６４がＦＥＴアレイ１０６および１０８それぞれの入力１１０および１１２に接続される。特に、フォトダイオード出力６４の半分はＦＥＴアレイ入力１１０にワイヤ・ボンディングされ、かつフォトダイオード出力６４の半分は各ＦＥＴアレイ入力１１２にワイヤ・ボンディングされ、それによって各出力６４がＦＥＴ入力線に電気的に接続される。フォトダイオード出力は、たとえば当分野で公知のアルミニウム・ワイヤ・ウエッジ・ボンディングやゴールド・ワイヤ・ボール・ボンディング等の各種のワイヤ・ボンディング技術によりＦＥＴ入力線にワイヤ・ボンディングされる。次いで可撓電気ケーブル７４および７６の第一の端部がＦＥＴアレイ１０６および１０８に電気的に接続されかつ固定される。ＦＥＴアレイ出力および制御線はケーブル７４および７６に電気的に接続される。特に、ＦＥＴアレイ出力線１１４および１１６はそれぞれケーブル７４および７６のワイヤにワイヤ・ボンディングされる。検出器モジュール２０はケーブル７４および７６の第一の端部を取付ブロック８０Ａおよび８０Ｂにより固定することにより完成される。
【００２２】
検出器モジュール２０を上記に説明のように製造した後、検出器モジュール２０はアレイ１８内に機械的に取り付けられる。次いで各検出器モジュール２０のケーブル７４および７６の第二の端部がＣＴシステムＤＡＳ３２に電気的に接続される。次いでコリメータがシンチレータ・アレイ５６に整合され隣接して固定される。
【００２３】
操作に際しては、オペレータがスライス数および各スライスの厚さを決定する。適切な構成情報がアレイ制御線に送られ、スイッチ装置６８がデコーダ７２を使用して構成される。Ｘ線ビーム１６が検出器モジュール２０に入射すると、選択された構成のデータがＤＡＳ３２に送られる。
【００２４】
以上に説明の検出器モジュールによって、ＣＴシステムの回転毎に電気的に伝送するべきデータのスライス数を選択することが可能になる。さらに、検出器モジュールにより、スライスの厚さを選択して様々なスライス分解能を出すことができる。その結果、検出器モジュールの構成を変更することにより検査の個別のニーズと要件に対応することができる。
【００２５】
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システムの絵画的図である。
【図２】図１に示すシステムの概略ブロック図である。
【図３】本発明実施形態による検出器アレイの斜視図である。
【図４】本発明実施形態による検出器モジュールの斜視図である。
【図５】図４の検出器モジュールの様々な構成を４スライス・モードにより示す図である。
【図６】図４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
５２フォトダイオード・アレイ
５６シンチレータ・アレイ
６０フォトダイオード
６４フォトダイオード・アレイ出力
６８スイッチ装置
７２デコーダ
７４ケーブル
８０Ａ取付ブロック
８０Ｂ取付ブロック

Claims

コンピュータ断層像撮影装置の検出器アレイを形成する検出器モジュールであって、
シンチレータ・アレイと、
前記シンチレータ・アレイに光学的に結合されたフォトダイオード・アレイと、
前記フォトダイオード・アレイに電気的に結合され、スイッチ・アレイを備えるスイッチ装置と、
データ信号が予め選択された所望のスライス数および予め選択された所望のスライス厚さにしたがって組み合わされるように前記スイッチ装置の作動を制御するデコーダと、
を備え、
前記デコーダは、コンピュータから伝送されたスイッチ装置構成に従って前記スイッチ装置の作動を制御し、
前記デコーダは、前記スイッチ装置に結合された複数の出力線および前記コンピュータに結合された制御線を含む、
検出器モジュール。
コンピュータ断層像撮影装置の検出器アレイを形成する検出器モジュールであって、
シンチレータ・アレイと、
前記シンチレータ・アレイに光学的に結合されたフォトダイオード・アレイと、
前記フォトダイオード・アレイに電気的に結合され、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のアレイを備えるスイッチ装置と、
データ信号が予め選択された所望のスライス数および予め選択された所望のスライス厚さにしたがって組み合わされるように前記スイッチ装置の作動を制御するデコーダと、
を備え、
前記デコーダは、コンピュータから伝送されたスイッチ装置構成に従って前記スイッチ装置の作動を制御し、
前記デコーダは、前記スイッチ装置に結合された複数の出力線および前記コンピュータに結合された制御線を含む、
検出器モジュール。
シンチレータ・アレイおよびフォトダイオード・アレイがそれぞれに１６×１６アレイであることを特徴とする請求項１又は２に記載の検出器モジュール。
前記スイッチ装置は、前記フォトダイオード・アレイと同じサイズを持つ多次元のＦＥＴのアレイであり、前記デコーダは、前記ＦＥＴのアレイの作動を制御するＦＥＴコントローラであ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検出器モジュール。
請求項１乃至４のいずれかに記載の検出器モジュールを複数備える検出器アレイと、
前記検出器アレイに向かってＸ線のビームを投射するＸ線源と、
前記検出器アレイと前記Ｘ線源とを有する回転するガントリと、
前記検出器アレイからのアナログ・データをサンプリングし、ディジタル信号に変換するデータ収集システム（ＤＡＳ）と、
前記ＤＡＳを有し、前記ガントリの回転および前記Ｘ線源の作動を制御する制御機構と、
オペレータによる所望のスライス数および所望のスライス厚さの情報を受け、所望のスライス数および所望のスライス厚さに対応する適切なスイッチ装置構成を前記デコーダに伝送するコンピュータと、
を備えるコンピュータ断層像撮影（ＣＴ）システム。
前記検出器アレイと前記コンピュータ断層像撮影装置のデータ収集システム（ＤＡＳ）とを接続する可撓電気ケーブルを更に備え、前記可撓電気ケーブルの第一の端部が前記スイッチ装置と前記デコーダに電気的に接続される請求項５に記載のＣＴシステム。
前記検出器モジュールの各々が前記検出器アレイ内に機械的に取り付けられ、前記可撓電気ケーブルは取付ブロックにより前記検出器モジュールに固定される請求項６に記載のＣＴシステム。
コンピュータ断層像撮影装置における、シンチレータ・アレイと、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・アレイと、フォトダイオード・アレイに電気的に結合されたスイッチ装置とを含み、検出器アレイを形成する請求項１乃至４のいずれかに記載の検出器モジュールの作動を制御する方法であって、
前記検出器モジュール内でデータ信号を組み合わせるための所望のスライス数にしたがってスイッチ装置を構成するステップと、
前記検出器モジュール内で各スライス毎に所望のスライス厚さを与えるためにデータ信号を組み合わせるようにスイッチ装置を構成するステップと、
前記検出器モジュール内で検出中に前記所望のスライス厚さを与えるデータ信号を伝送するようにスイッチ装置を構成するステップと、
を備える方法。
所望のスライス数にしたがってスイッチ装置を構成するステップが、複数のモードのうち少なくとも１つを選択するステップであり、
４スライス・モードに関して、選択されたスライス厚さが少なくとも１つの横列として選択することができ、
オペレータが所望のスライス数および所望のスライス厚さを決定した後、所望のスライス数および所望のスライス厚さに対応する適切なスイッチ装置構成がＣＴシステム・コンピュータから前記デコーダに電気的に伝送されることを特徴とする請求項８に記載の方法。