JP5172068B2 - Ｚ−拡張可能なｃｔ検出器用の支持構造体及びそれを作る方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的にＺ−拡張可能なコンピュータ断層撮影（ＣＴ）検出器用の支持構造体及びその組み立て方法に関する。より具体的には、本発明は、ピン基準の支持構造体モジュール及びそれを作る方法に関し、該ピン基準の支持構造体モジュールにおいては、それに基づいてＣＴ検出器の他の全ての部品が整合されて、該ＣＴ検出器の全ての部品を容易にかつ精密に配置することができるようする基準点に、ピンがなっている。

ＣＴイメージングシステムは、Ｘ−Ｙ平面、すなわちイメージング平面内に位置するようにコリメートされた扇状のＸ線ビームを使用する。Ｘ線ビームは、撮像される対象物（すなわち、ＣＴスキャンを行われる患者）により減弱され、その後Ｘ線は、放射線検出器アレーにより検出される。一般的に、この放射線検出器アレーは、複数の個々の検出器モジュールを備え、各検出器モジュールは、平坦な検出器表面を形成する。検出器モジュールは一般的に、本質的にＸ線源を中心とする円弧を形成するように互いに並べて配置される。マルチスライス式イメージングシステムにおいては、これらの検出器モジュールの平行な横列は、それぞれの単一のアレー横列に対応するデータを使用して患者を通る単一の薄いスライス画像を生成することができるように配列されることができる。

平坦な検出器表面の背後に、各検出器モジュールは、それぞれＸ座標及びＹ座標に整合された検出器素子の横列及び縦列を備える。更に、各検出器モジュールは一般的に、検出器素子により生成されたＸ線強度信号を収集し、次いでこれらの強度信号をＣＴ値（すなわち、ハウンスフィールド単位）に変換するデータ収集回路を備えており、該ＣＴ値は、逆投影又はその類似の方法によるその後のイメージ再構成のために格納される。患者投影後（ｐｏｓｔ−ｐａｔｉｅｎｔ）コリメータ、シンチレータパック、フォトダイオード、及び電子フレクスコネクタ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｆｌｅｘ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ）のような種々の他の部品もまた、これらの検出器モジュールに取り付けることができる。そのような付属部品は全て、互いに精密に位置決めされなければならず、このことが現在のＣＴイメージングシステムの製造を極めて困難なものにしている。従って、多くの場合、許容できる品質のＣＴイメージングシステムを顧客に出荷することが可能となる前に、種々の部品の広範囲にわたる試験、再加工及び再調整が必要となる。
米国特許出願公開第2002/0064252号

現在ＣＴ検出器の部品を容易にかつ正確に組み立てることを可能にするような好適なシステム及び方法がないため、そのような部品を現在可能であるよりも容易に組み立てることができるシステム及び方法を得ることは望ましいことと思われる。また、そのような部品を精密にかつ正確に組み立てることを可能にするシステム及び方法に対する必要性もある。また、それに基づいて他の全ての検出器部品が整合されることができる基準点としてピンを利用するシステム及び方法に対する必要性もある。更に、全ての検出器部品を単一の組立体モジュールに組み立て、その後ＣＴイメージングシステム内に容易に位置決めしかつ整合させることができるシステム及び方法に対する必要性もある。更に、現在の組み立てシステム及び組み立て方法よりも安価なシステム及び方法に対する必要性もある。以下に説明する残りの開示内容を通じてより明らかになるように、他の多くの必要性もまた、本発明により満たされる。

従って、既存のシステム及び方法の上記に述べた欠点は、本発明の実施形態により克服され、本発明は、ＣＴ検出器部品を現在可能であるよりも容易に組み立てることを可能にし、検出器部品を精密にかつ正確にモジュールに組み立て、その後ＣＴイメージングシステム内に容易に位置決めしかつ整合させることができるシステム及び方法に関する。これらのシステム及び方法は、それに基づいて他の全ての検出器部品が整合されることができる基準点としてピンを利用する。本発明の多くの実施形態は、ＣＴ検出器部品を組み立てる現在のシステム及び方法よりも安価である。

本発明の実施形態は、精密に整合されたＣＴ検出器モジュールを含む。これらの検出器モジュールは、支持構造体と、少なくとも1つのスペーサと、少なくとも1つのスペーサ及び支持構造体に作動的に連結されて、支持構造体サブアセンブリを形成する少なくとも1つの整合ピンと、支持構造体サブアセンブリに作動的に連結された検出器部品とを含み、少なくとも1つの整合ピンは、それに対して支持構造体、少なくとも1つのスペーサ、及び検出器部品が精密に整合される局所基準点として利用されることができる。

本発明の別の実施形態は、精密に整合されたＣＴ検出器モジュールを容易にかつ正確に組み立てる方法を含む。これらの方法は、支持構造体と、少なくとも１つのスペーサと、少なくとも１つの整合ピンとを互いに整合させる段階と、該支持構造体と、該少なくとも１つのスペーサと、該少なくとも１つの整合ピンとを互いに作動的に連結して、支持構造体サブアセンブリを形成する段階と、検出器部品を少なくとも１つの整合ピンに対して整合させる段階と、該検出器部品を支持構造体サブアセンブリに作動的に連結する段階とを含み、少なくとも１つの整合ピンは、それに対して支持構造体、少なくとも１つのスペーサ、及び検出器部品が精密に整合される局所基準点として利用されることができる。組立体固定治具を用いて、検出器モジュールを整合させて組み立てることができる。各実施形態は更に、コリメータ組立体を検出器モジュールに作動的に連結する段階、及び／又は、検出器モジュールをＣＴイメージングシステム内の検出器組立体の基準フレームに対して、また全体基準フレームに対して作動的に連結する段階を含むことができる。

本発明の更に別の実施形態は、精密に整合された検出器モジュールを容易にかつ正確に組み立てるためのシステムを含む。これらのシステムは、支持構造体と、少なくとも１つのスペーサと、少なくとも１つの整合ピンとを互いに整合させるための手段と、該支持構造体と、該少なくとも１つのスペーサと、該少なくとも１つの整合ピンとを互いに作動的に連結して、支持構造体サブアセンブリを形成するための手段と、検出器部品を少なくとも１つの整合ピンに対して整合させるための手段と、該検出器部品を支持構造体サブアセンブリに作動的に連結するための手段とを含み、少なくとも１つの整合ピンは、それに対して支持構造体、少なくとも１つのスペーサ、及び検出器部品が精密に整合される局所基準点として利用されることができる。組立体固定治具を用いて、検出器モジュールを整合させて組み立てることができる。システムは更に、コリメータ組立体を検出器モジュールに作動的に連結するための手段、及び／又は、検出器モジュールをＣＴイメージングシステムに作動的に連結するための手段を含むことができる。

多くの実施形態において、検出器部品は、特に電子フレクスコネクタと、少なくとも1つのダイオードと、少なくとも1つのシンチレータパックとを含み、電子フレクスコネクタは、少なくとも1つのダイオード及びデータ収集システムに作動的に連結され、また少なくとも1つのシンチレータパックは、少なくとも1つのダイオードに作動的に連結されることができる。検出器モジュールはまた、該検出器モジュールに作動的に連結されたコリメータ組立体を含むことができる。電子フレクスコネクタ、少なくとも1つのダイオード、少なくとも1つのシンチレータパック、及び／又はコリメータ組立体は全て、少なくとも1つの整合ピンに対して精密に整合されているのが好ましい。これらの検出器モジュールは、ＣＴイメージングシステムに作動的に連結され、該ＣＴイメージングシステムもまた、少なくとも1つの整合ピンに対して精密に整合されることができるのが好ましい。スペーサの上面及びスペーサの底面は、それぞれ所定の平面度要件を満たすのが好ましく、またそれらは更に、互いに対する共面性要件を満たすのが好ましい。少なくとも1つの整合ピンは、所定の直径要件を満たすのが好ましく、また少なくとも1つの整合ピンが少なくとも1つのスペーサの開口部内に挿入されたとき、該少なくとも1つの整合ピンは、スペーサの上面及びスペーサの底面との間の所定の垂直度要件を満たすのが好ましい。

本発明の更なる特徴、態様及び利点は、本発明の幾つかの好ましい形態を例示し、図面全体を通して同じ参照符号は同じ部品を示す添付の図面を参照してなされる以下の説明の過程において、当業者にはより容易に明らかになるであろう。

本発明のシステム及び方法を、種々の図を参照して本明細書において以下に説明する。

本発明の理解を促進する目的で、ここで、図１乃至図４に示す本発明の幾つかの好ましい実施形態を参照し、特定の用語を使用してそれらを説明する。本明細書において使用する専門用語は、限定ではなく、説明するためのものである。本明細書に開示する特定の構造的及び機能的詳細は、限定するものとしてではなく、単に本発明を様々に採用しようとする当業者に教示するための代表的な根拠となるような特許請求の範囲の根拠として解釈すべきである。記述した支持構造体及びそれを作る方法における修正又は変更、並びに通常当業者の脳裏に浮かぶような本明細書に例示する本発明の原理の更なる応用は、本発明の技術思想の範囲内にあると考えられる。

図１は、例示的なＣＴイメージングシステム１０を示す。このようなシステムは一般的に、ガントリ１２と、ガントリ開口部４８と、患者２２が上に横たわることができる台４６とを含む。ガントリ１２は、検出器素子アレー１８に向けてＸ線１６ビームを投射するＸ線源１４を備える。一般的に、検出器素子アレー１８は、本質的にＸ線源１４を中心とする円弧の形態で並べて配列された複数の個々の検出器素子を含む。マルチスライス式イメージングシステムにおいては、検出器素子アレー１８の平行な横列は、検出器の各横列を使用してＸ−Ｙ平面内で患者２２を通る単一の薄いスライス画像を生成することができるように配列されることができる。検出器素子アレー１８内の各検出器素子は、患者２２のような対象物を通過するＸ線１６を感知し検出する。

本発明における検出器素子の各横列／アレー１８は、複数の検出器モジュール５０を含み、各検出器モジュール５０は、単一の予め組み立てられた組立体内に全ての関連する検出器部品（すなわち、ダイオード、シンチレータパック、コリメータ等）を含み、該予め組み立てられた組立体はその後、ＣＴイメージングシステム１０内に容易に位置決めされることができる。本発明は、これらのＣＴ放射線検出器モジュールを極めて正確にかつ容易に組み立てることを可能にするシステム及び方法を含む。これらの検出器モジュール５０は、支持構造体５２とスペーサ５６とを備え、該支持構造体５２とスペーサ５６とは、全ての検出器部品を互いに単一の組立体内に組み立てることを可能にし、該単一の組立体はその後、ＣＴイメージングシステム１０内に容易に整合させて挿入されることができる。本発明は、それに基づいて他の全ての検出器モジュール部品（すなわち、ダイオード、シンチレータパック、コリメータ等）が整合される基準点として、スペーサ５６内のピン５５を用い（すなわち、ピン／スペーサ組立体）、それにより全ての検出器部品の容易かつ精密な配置を可能にしている。このピンを基準とした構造体は、多くの利点、すなわち、（１）ピンが、検出器モジュール部品をその上に取り付けるための平行な表面を提供する、（２）ピンが、検出器モジュールをＣＴイメージングシステム内に精密に位置決めしかつ整合させることを可能にする、（３）検出器モジュールを組み立てる際に、ピンが、ダイオード及びシンチレータパックを位置決めするための視覚的及び機械的な基準特徴形状部となる、（４）ピンが、患者投影後コリメータを取り付けることができる精密な機械的位置となる、及び（５）ピンが、検出器モジュールを最終ＣＴイメージングシステムに機械的に整合させて取り付けること（すなわち、現在の幾つかのＣＴイメージングシステムにおける支持レール内の細長いスロットを介して）を可能にするという利点を有する。

本発明の１つの実施形態で組み立てられた検出器モジュール５０の側面図を図２に示す。この特定の実施形態において、検出器モジュール５０は、以下の部品、すなわち、支持構造体５２と、電子フレクスコネクタ５４と、２つのピン５５と、２つのスペーサ５６と、ダイオード５７と、２つのシンチレータパック５８と、コリメータ組立体５９とを含む。

各実施形態において、検出器モジュール５０用の支持構造体５２は、例えば圧縮成形された炭素繊維のような任意の好適な高剛性材料で作ることができる。図３に示すように、支持構造体５２は、その中心部分に細長いスロット６１と、各端部近傍に開口部６０とを有する長方形の部材片を含むのが好ましい。図４に示すように、最終的な支持構造体はまた、２つのスペーサ５６を含む。各スペーサ５６は、任意の好適な材料で作ることができ、１つの端部近傍に開口部６２を備え、該開口部６２にピン５５を挿入することができるのが好ましい。スペーサ／ピン組立体上のピン５５は、組み立てる際に、それに対して検出器モジュール５０の他の全ての部品が整合される基準点となる。従って、各スペーサ５６の上面７０及び底面７１は、厳密な平面度要件及び共面性要件を有するのが好ましい。更に、ピン５５は、厳密な直径要件を有するのが好ましく、スペーサ５６内に圧入されたときに、スペーサ５６の上面７０及び底面７１に対する厳密な垂直度要件を有するのが好ましい。

検出器モジュール５０は、検出器部品を互いに精密にかつ正確に組み立てて取り付けることができるように、組立体固定治具内で組み立てられるのが好ましい。例えば、ピン５５は、スペーサ５６から支持構造体５２を貫通して組立体固定治具の精密に位置を定められた開口部内に延びることができる。

各実施形態において、支持構造体５２は、組立体固定治具内に挿入されることができる。次いで、ピン５５をスペーサ５６の開口部６２内に挿入することができ、これは、該スペーサ５６の僅かに小さい開口部６２内にピン５５を圧入する段階を含むことができる。スペーサ／ピン組立体は次ぎに、任意の好適な方法で支持構造体５２に固着されるか又は他の方法で取り付けられることができる。いったんスペーサ５６、ピン５５、及び支持構造体５２が組み立てられると、好ましくはその他端がダイオード５７の裏面に固着されるか又は他の方法で取り付けられている電子フレクスコネクタ５４の自由端を次ぎに、支持構造体５２内の細長いスロット６１を通して送り込むことができる。ダイオード５７は、検出器モジュール５０の作動部分である。電子フレクスコネクタ５４の自由端は、当業界で周知の方法で、電気信号をダイオード５７からデータ収集システム内の読み出しチップへ伝送する。ダイオード５７（すなわち、この実施形態における裏面固着したダイオード）は、該ダイオード５７上の特徴形状部をピン５５に視覚的又は機械的に整合させる方法のような任意の好適な方法で組立体固定治具及び支持構造体５２に対して整合されることができ、次ぎにフレクスコネクタ／ダイオード組立体は、任意の好適な方法で支持構造体５２に取り付けられることができる。シンチレータパック５８が次ぎに、該シンチレータパック５８上の特徴形状部をピン５５に視覚的又は機械的に整合させる方法のような任意の好適な方法で組立体固定治具及び支持構造体５２に対して整合されることができ、その後シンチレータパック５８は、固着又は接着のような任意の好適な方法でダイオード５７に光学的に結合されることができる。シンチレータパック５８はＸ線を検出し、次いでＸ線をダイオード５７により検出可能なフォトン（すなわち、可視光線）に変換する。その後、各実施形態において、ピン５５から離れて整合するように特別に設計されたコリメータ組立体５９が、該コリメータ組立体内に正確に位置を定められた開口部をピン５５の上に配置する方法のような任意の好適な方法で検出器モジュール５０と整合されかつ該検出器モジュール５０に作動的に連結されることができる。コリメータ組立体５９は、焦点を外れたアラインメントにより生じる散乱放射線を減少させるように、検出されたＸ線を検出器の焦点に合わせる。ギャップ５１が、スペーサ５６と検出器モジュール５０の作動部分（すなわち、検出器モジュールの作動部分は電子フレクスコネクタ５４と、ダイオード５７と、シンチレータパック５８とを含む）との間に設けられることができる。

完成した検出器モジュール組立体５０は、好ましくはピン５５を挿入することができるＣＴイメージングシステム１０の支持レール上の精密に位置を定められたスロットを介して該検出器モジュール５０をＣＴイメージングシステム１０内に直接組み立てることができるように、コリメータ組立体５９の表面を越えて突出するピン５５を有するのが好ましい。各ピン５５の直径は支持レール上の１つ又は複数のスロットよりも好ましくは僅か数ミクロンだけ小さいため、この方法においては、検出器モジュール５０の支持レールとの整合を調節する必要がないはずである。ピン５５の他端が支持構造体５２の表面を越えて延びた状態で示されているが、このことは、検出器モジュール５０を取り付けることになる特定のＣＴイメージングシステムに応じて、必要である場合も、必要でない場合もある。

上述したように、本発明のシステム及び方法は、ＣＴイメージングシステム内の検出器素子を正確にかつ現在可能であるよりも容易に組み立てることを可能にする。好都合なことに、これらの支持構造体のピンを基準としたモジュラー方式の設計は、検出器モジュール全体に対する局所基準点として利用される１つ又は複数の同一のピンに対して全ての関連部品（すなわち、ダイオード、シンチレータパック、コリメータ等）を簡単に整合させることを可能にする。更に、この設計は、Ｚ方向に容易にかつ連続的に拡張可能であり、検出器モジュールの付加的な横列を追加してＺ方向の受像可能範囲を長くすることができるようにする。本発明は、Ｚ方向の受像可能範囲におけるギャップが回避されるように、検出器モジュールの連続する各横列を互いに十分に近接して配置することを可能にする。今日、医療産業は、ガントリの各回転で患者をより広く包含することができ、それにより１回のＣＴスキャン臓器全体のイメージングを可能にするように、より長いＺ方向の受像可能範囲を有することを望んでいるため、本発明は特に有益である。

本発明が満たす様々な要求の実現の観点から本発明の種々の実施形態を説明してきた。これらの実施形態は、単に本発明の種々の実施形態の原理を例示するものであることを理解されたい。本発明の技術思想及び技術的範囲を逸脱しない状態で、本発明の多くの変更及び修正が、当業者には明らかであろう。従って、本発明は、特許請求の範囲及びその均等物の範囲内に入る全ての好適な修正及び変更を保護することを意図している。

ＣＴイメージングシステムの斜視図。 本発明の実施形態に用いられる検出器モジュールの主要部品を示す側面図。 本発明の実施形態に用いられる支持構造体の平面図。 本発明の実施形態に用いられるスペーサの平面図。

符号の説明

１６ Ｘ線
５０ 検出器モジュール
５１ ギャップ
５２ 支持構造体
５４ 電子フレクスコネクタ
５５ 整合ピン
５６ スペーサ
５７ ダイオード
５８ シンチレータパック
５９ コリメータ組立体

Claims (2)

1. 精密に整合されたＣＴ検出器モジュール（５０）を容易にかつ正確に組み立て、該ＣＴ検出器モジュール（５０）をＣＴイメージングシステム（１０）の動作時に回転する支持レールに連結する方法であって、
   少なくとも２つの平行な面を有する支持構造体（５２）と、前記支持構造体（５２）とコリメータ組立体（５９）との間に配置される一対のスペーサ（５６）と、一対の整合ピン（５５）とを互いに整合させて、支持構造体サブアセンブリを形成する段階であって、前記支持構造体（５２）が中心部分に細長い貫通したスロット（６１）を有し、両端部の各々に第１の開口（６０）を有する長方形の部材片であり、前記一対のスペーサ（５６）の各々が第２の開口（６２）を備える端部を有し、前記一対の整合ピン（５５）が前記支持構造体（５２）の前記第１の開口（６０）と、前記一対のスペーサ（５６）の前記第２の開口（６２）を貫通する、前記段階と、
   少なくとも１つのダイオード（５７）と電子コネクタ（５４）とを含む複数の検出器部品を前記一対のスペーサ（５６）の間であって前記スロット（６１）の位置において前記支持構造体サブアセンブリに連結する段階と、
   前記コリメータ組立体（５９）の開口部を、前記支持構造体サブアセンブリの前記一対の整合ピン（５５）に対して精密に整合させて、前記ＣＴ検出器モジュール（５０）を形成する段階であって、前記一対の整合ピン（５５）が前記支持構造体（５２）の表面を越えて突出する、前記段階と、
   次いで、複数の前記検出器モジュールを、ＣＴイメージングシステム（１０）に連結する段階を更に含み、前記ＣＴイメージングシステム（１０）が、該ＣＴイメージングシステム（１０）の前記支持レール内のスロットを介して、前記支持構造体（５２）の表面を越えて突出する前記一対の整合ピン（５５）に対して精密に整合されることを特徴とする方法。
2. 前記複数の検出器部品が、さらに、少なくとも１つのシンチレータパック（５８）を含み、前記電子コネクタ（５４）が、前記少なくとも１つのダイオード（５７）及びデータ収集システムに連結され、前記少なくとも１つのシンチレータパック（５８）が、前記少なくとも１つのダイオード（５７）に連結されており、
   前記電子コネクタ（５４）の自由端が、前記細長いスロット（６１）を通り、前記電子コネクタ（５４）の前記自由端が、電気信号を前記ダイオード（５７）からデータ収集システムへ伝送する、
   請求項１に記載の方法。
   

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