JP5665857B2 - プリフォーカシングされた散乱線除去グリッドを備えた検出器アレイ - Google Patents

Description

以下の事項は概して、散乱線除去グリッドを備えた検出器アレイに関し、特にコンピュータ断層撮影（ＣＴ）に適用される。しかしながら、以下の事項は、その他の医用撮像及び非医用撮像にも適用され得る。

一般的に、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナはｘ線管及び検出器アレイを含んでいる。ｘ線管は焦点から放射線を発し、発せられた放射線が検査領域を横断する。検出器アレイは、検査領域の反対側でｘ線管の真向かいに配置され、検査領域を横断した放射線を検出する。検出器アレイは、検出した放射線を、それを表す信号に変換する。再構成部が、該信号を再構成して、そのボリューム（体積）画像データを生成する。画像生成部が、ボリューム画像データに基づいて、スキャンされた被検体又は対象物の１つ以上の画像を生成する。

１つのＣＴシステムで、検出器アレイは、複数の光センサブロックを各々が有する複数の検出器モジュールを含んでいる。各光センサブロックは、散乱線除去グリッド（anti-scatter grid；ＡＳＧ）、シンチレータアレイ、光センサアレイ、処理エレクトロニクス（電子装置）及びベース（基部）で構成されるスタック（積み重ね）構造である。先ず、光センサブロックが組み立てられ、その後、検出器モジュールを装着するために該光センサブロックが使用される。各光センサブロックのベースは、ネジ山を付けられた凹部を含んでおり、各光センサブロックは、光センサブロックのネジ山付き凹部を、モジュールバックボーン（骨格）に機械加工された穴とアライメント（位置合わせ）し、該穴を介して該凹部までネジを挿入し、且つ該ネジをネジ山付き凹部と嵌合させることによって、検出器モジュールに組み込まれる。

残念ながら、光センサブロックのＡＳＧの、焦点とのアライメントは、モジュールバックボーンにおける穴の機械加工の精度に依存するとともに、各光センサブロックの個々の部品の積み重ねにより積み重ね誤差が導入、伝搬且つ／或いは拡大されるので、各スタック光センサブロックの組み立ての精度に依存する。以上のことにより、検出器モジュール内での、ひいては焦点との、ＡＳＧのアライメントにおいて、無視できない誤差がもたらされ得る。ＡＳＧと焦点との劣悪なアライメントは、検出器のシャドーイング（影形成）を生じさせ、ひいては、ＣＴ画像に例えばリングなどのアーチファクトを生じさせ得る。

本出願に係る態様は、これらの問題及びその他の問題を解決するものである。

一態様によれば、放射線感知検出器アレイは、撮像システムに対してｚ軸方向に沿って延在し且つｘ軸方向に沿ってアライメントされた、複数の検出器モジュールを含む。検出器モジュールのうちの少なくとも１つは、モジュールバックボーン及び少なくとも１つの検出器タイルを含む。該少なくとも１つの検出器タイルは、ネジ山付きでない固定部材を介してモジュールバックボーンに結合される。該少なくとも１つの検出器タイルは、２次元検出器と、撮像システムの焦点にフォーカシングされた２次元散乱線除去グリッドとを含む。

他の一態様によれば、焦点を有する撮像システムの検出器アレイは、撮像システムに対して横方向に沿ってアライメントされた複数の検出器モジュールを含む。検出器モジュールのうちの少なくとも１つは検出器タイルを含む。検出器タイルは、該少なくとも１つの検出器モジュールを撮像システムに組み込む前に撮像システムの焦点に対してフォーカシングされた２次元散乱線除去グリッドを含む。

他の一態様によれば、検出器タイルの散乱線除去グリッドを撮像装置に組み込むのに先立って、散乱線除去グリッドを撮像システムの焦点にアライメントする方法が提供される。この方法は、少なくとも１つの２次元散乱線除去グリッドをアライメント装置のガイド領域に挿入することを含む。ガイド領域は、該少なくとも１つの２次元散乱線除去グリッドを当該ガイド領域内で誘導する１つ以上のフィデューシャルを含む。ガイド領域は、焦点に予めアライメントされており、該少なくとも１つの２次元散乱線除去グリッドをガイド領域内で誘導することにより、該少なくとも１つの２次元散乱線除去グリッドが焦点にフォーカシングされる。

他の一態様によれば、撮像システムの外部で散乱線除去グリッドを撮像システムの焦点にフォーカシングするアライメント装置が提供される。このアライメント装置は、散乱線除去グリッドを受け入れ且つ該散乱線除去グリッドを焦点に対してフォーカシングするように構成された、少なくとも１つのガイド領域を含む。

本発明は、様々な構成要素及びその配置、並びに様々なステップ及びその編成の形態を取り得る。図面は、単に好適実施形態を例示するためのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
撮像システムの一例を示す図である。 １つのタイルの２Ｄ散乱線除去グリッドの一例を示す図である。 アライメント装置の一例を示す図である。 一例に係る方法を示す図である。 図４の方法のステップを示す図である。 図４の方法のステップを示す図である。 図４の方法のステップを示す図である。 図４の方法のステップを示す図である。 検出器タイルアライメント装置の他の一例を示す図である。 検出器タイルを検出器モジュールのバックボーンに取り付ける手法の一例を示す図である。 検出器タイルを検出器モジュールのバックボーンに取り付ける手法の他の一例を示す図である。 装着された散乱線除去グリッド及び／又はタイル群のアライメントをアライメント装置内で検査する一手法を例示する図である。

図１は、例えばコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナなどの撮像システム１００を例示している。撮像システム１００は、静止ガントリー１０２と、静止ガントリー１０２によって回転可能に支持された回転ガントリー１０４とを含んでいる。回転ガントリー１０４は、検査領域１０６の周りを、長手方向軸すなわちｚ軸１０８を中心にして回転する。

例えばｘ線管などの放射線源１１０が、回転ガントリー１０４によって支持され、回転ガントリー１０４とともに検査領域１０６の周りを回転する。放射線源１１０は、焦点１１２から放射線を放射する。コリメータ１１４が、放射された放射線をコリメータし、検査領域１０６を横断する概して扇（ファン）状、くさび（ウェッジ）状又はコーン（円錐）状の放射線ビームを作り出す。

放射線感知検出器アレイ１１６が、検査領域１０６を横断した放射線を検出し、それを表す信号を生成する。放射線感知検出器アレイ１１６は、横軸方向（ｘ／ｙ方向）に並列に整列され且つモジュールのクレードル（受け台）１２０に担持された、複数の検出器モジュール１１８を含んでいる。各検出器モジュール１１８は、ｚ軸１０８方向に並列にして検出器モジュールのバックボーン（骨格）１２４に沿って整列された、１つ以上の検出器モザイク面すなわちタイル１２２を含んでいる。

タイル１２２は、２次元の検出器１２６及び２次元の散乱線除去グリッド（ＡＳＧ）１２８を含んでいる。図示した検出器１２６は、シンチレータアレイ１３０と、光センサアレイ１３２（例えばフォトダイオード又はその他の光学センサなどの光検知画素の２次元配置を有する）と、基板１３４と、処理エレクトロニクス（電子装置）１３６と、ベース（基部）１３８とを含んでいる。図２に示すように、ＡＳＧ１２８は、横方向及び縦方向に延在する複数の交差する壁２０４及び２０６によって画成された複数のチャネル（導路）２０２を含んでいる。ここでは１次元のＡＳＧも意図される。

図１に戻るに、シンチレータアレイ１３０は光センサアレイ１３２に光学的に結合されており、光センサアレイ１３２は基板１３４上の処理エレクトロニクス１３６に電気的に結合されている。処理エレクトロニクス１３６は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及び／又はその他の集積回路を含んでいる。入力／出力（Ｉ／Ｏ）コンタクト（図示せず）が処理エレクトロニクス１３６と電気的に連通される。ＡＳＧ１２８は、到来する放射線の側でシンチレータアレイ１３０に取り付けられている。

ＡＳＧ１２８は、透過放射線が通り抜けてシンチレータアレイ１３０を照らすことを可能にするとともに、さもなければシンチレータアレイ１３０を照らすことになる散乱放射線のうちのかなりの量を減衰させる。シンチレータアレイ１３０は、ＡＳＧ１２８のチャネルを越えてきた放射線を検出し、それを表す光信号を生成する。光センサアレイ１３２は、該光信号を検出し、検出された放射線を表す電気信号を生成する。処理エレクトロニクス１３６は該電気信号を処理する。処理された信号（及び／又は、処理されていない電気信号）は、上記Ｉ／Ｏコンタクトを介して、タイル検出器１２２外に伝達される。なお、Ｉ／Ｏコンタクトは、タイル検出器１２２に信号を伝達することにも使用される。

モジュールバックボーン１２４は、１つ以上のタイル受入領域１４０を含んでいる。図示した実施形態において、タイル１２２は、例えば熱伝導性エポキシ又はこれに類するもののような接着剤などの固定部材１４２を用いて、受入領域１４０に取り付けられている。他の好適な固定部材には、低融点の金属又は合金が含まれる。タイル１２２をモジュールバックボーン１２４に取り付ける前に、ＡＳＧ１２８が、焦点１１２に対してフォーカシング（すなわち、プリフォーカシング）され、ＡＳＧ１２８同士で互いに対してアライメントされる。更に詳細に後述するように、ＡＳＧ１２８はそのようにフォーカシングされ且つアライメントされ、タイル１２２はアライメント開口を用いてモジュールバックボーン１２４に取り付けられる。

タイルが装着されたモジュール１１８がスキャナ１００に取り付けられる。図示した実施形態において、モジュール１１８は、部材のない領域１４６を備えた締結領域１４４を含んでいる。一例に係る締結具（固定部材）１４８が、部材のない領域１４６を貫通して延在するように示されている。一例において、モジュール１１８は、締結具１４８又はその他の締結具と部材のない領域１４６とを用いてクレードル１２０に取り付けられる。例として、締結具１４８がネジ又はこれに類するものである場合、該ネジがクレードル１２０のネジ山付き凹部（該ネジのネジ山と相補的なネジ山を有する）と嵌合して、モジュール１１８をクレードル１２０に脱着可能に固定する。

上述のように、放射線感知検出器アレイ１１６は放射線を検出し、それを表す信号を生成する。再構成部１５０が該信号を再構成し、それを表すボリューム画像データを生成する。例えばカウチなどの患者支持台１５４が、スキャンのために検査領域１０６内の患者を支持する。汎用コンピュータシステム１５２がオペレータコンソールとして機能する。コンソールに常駐するソフトウェアが、例えばスキャンプロトコルの選択、スキャンの開始及び／又は終了などのシステム１００の動作をオペレータが制御することを可能にする。

図３は、一例に係るアライメント装置３００を示している。装置３００は、１つ以上のモジュールバックボーン搭載領域３０２を含んでいる。モジュールバックボーン搭載領域３０２は、クレードル１２０のモジュール搭載領域と物理的に実質的に同様であるように構成されるとともに、モジュールバックボーン１２４の締結領域１４４（図１）と機械的に結合するように構成されている。

以上のことは、タイル１２２を装置３００に設置してタイル１２２をモジュールバックボーン１２４に取り付けるときに、ＡＳＧ１２８を焦点１１２にフォーカシングすることを可能にする。図示したバックボーン搭載領域３０２は、締結具１４８（図１）と嵌合するように適応された凹部３０６を含んでいる。アライメントフィデューシャル（基準）３０４が、モジュールバックボーン１２４をモジュールバックボーン搭載領域３０２にアライメントすることを容易にする。他の一実施形態においては、アライメントフィデューシャル３０４は省略される。

装置３００は更に、１つ以上のガイド領域３０８を含んでいる。ガイド領域３０８は、１つ以上のアライメント機構３１０とアライメント表面３１２とを含む１つ以上のアライメントフィデューシャルを含んでいる。アライメントフィデューシャル３１０及び３１２は、装置３００内で散乱線除去グリッド１２８の支持及び誘導を行う。アライメント機構３１０は、ＡＳＧ１２８又は対応するタイル１２２が装置３００に挿入されるときに、ＡＳＧ１２８の側壁の外表面を誘導するように構成されている。

なお、機構３１０同士の対の間の破線は、説明のためのものであり、アライメント機構３１０の部分ではない。また、図示したアライメント機構３１０の個数は、例示のためのものであって限定的なものではない。

タイルアライメント表面３１２は、到来放射線の方を向いたＡＳＧ１２８の面と接触するように適応されている。アライメント表面３１２は、モジュールバックボーン搭載領域３０２ひいてはクレードル１２０に対して構成されており、ＡＳＧ１２８を焦点１１２に合わせるようにＡＳＧ１２８をモジュールバックボーン搭載領域３０２に対して正しい方向に置くことを容易にする。結果として、ＡＳＧ１２８を領域３０８に導入することで、ＡＳＧ１２８が焦点１１２に対して予め合わされる（プリフォーカシングされる）。

図４は、一例に係る方法を示している。図５−８は、該方法にて行われることを図示するものである。

先ず図４及び５を参照するに、ステップ４０２にて、アライメント装置３００の複数のガイド領域３０８に複数のタイル１２２が導入される。上述のように、アライメントフィデューシャル３１０及び３１２が、ガイド領域３０８内でタイル１２２を誘導し、タイル１２２のＡＳＧ１２８を互いに対して且つモジュールバックボーン搭載領域３０２に対してアライメントし、それにより、タイル１２２のＡＳＧ１２８を焦点１１２にフォーカシングする。ＡＳＧ１２８のアライメントは、更に詳細に後述するように検査され得る。

図４及び６を参照するに、ステップ４０４にて、固定部材１４２がタイル１２２のベース１３８に設けられる。図示した実施形態において、固定部材１４２は、ネジのない固定部材であり、例えば熱伝導性接着剤又はその他のネジのない固定部材などである。

図４及び７を参照するに、ステップ４０６にて、モジュールバックボーン１２４がアライメント装置３００に搭載される。図示した実施形態において、バックボーン１２４は締結具１４８を用いて搭載される。このようにモジュールバックボーン１２４を搭載することにより、固定部材１４２がバックボーン１２４のタイル固定領域１４０に物理的に接触させられる。

タイル１２２に存在する積み重ね誤差を、固定部材１４２を介して補償することができる。例として、固定部材１４２がタイル固定領域１４０と係合するとき、固定部材１４２は圧縮され、余分な固定部材１４２がタイル１２２とタイル固定領域１４０との間から絞り出される。故に、スタック型タイル１２２の厚さの差は、結果として固定部材１４２の厚さの差となる。さらに、固定部材１４２はまた、タイル１２２をバックボーン１２４に取り付けるためにネジが使用される構成と同様に、モジュールバックボーン１２４における機械加工の不正確さに起因する機械的な誤差を軽減する。従って、検出器のシャドーイング、及びＣＴ画像内の例えばリングなどのアーチファクトを軽減することができる。

図４及び８を参照するに、ステップ４０８にて、組み立てられたモジュール１１８がアライメント装置３００から取り外される。図４を参照するに、ステップ４１０にて、組み立てられたモジュール１１８がスキャナ１００に組み込まれ得る。

変形例及び／又は代替例を説明する。

図示した実施形態において、検出器１２６はシンチレータ／光センサ型の検出器であった。他の一実施形態において、検出器１２６は、例えばテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）やテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）などの直接変換材料を含む。

図９は、非限定的な他の一実施形態に係るアライメント装置３００を示している。この実施形態においては、複数のガイド領域３０８のうちの少なくとも１つが少なくとも１つのアライメント機構９０２を含んでおり、アライメント機構３１０は排除されている。アライメント機構３１０と異なり、少なくとも１つのアライメント機構９０２は、例えばＡＳＧ１２８の壁２０４又は２０６のうちの１つ以上などの、ＡＳＧ１２８の内側の部分と接触するように構成されている。他の一実施形態においては、アライメント機構３１０及び９０２の双方、及び／又はその他のアライメントフィデューシャルが用いられる。更なる他の一実施形態においては、その他のアライメントフィデューシャルが用いられ得る。

図１、３、７及び８に関連して説明したモジュール１１８の実施形態において、タイル１２２は固定部材１４２を介してモジュールバックボーン１２４に恒久的に取り付けられていた。図１０及び１１は、タイル１２２がモジュールバックボーン１２４に脱着可能に取り付けられる代替構成を例示している。

図１０を参照するに、モジュールバックボーン１２４のタイル受入領域１４０は、凹部１００２と、それに続く、部材のない領域１００４とを含んでいる。タイル１２２のベース１３８は、第１及び第２のサブ部分１３８_１及び１３８_２を含んでおり、サブ部分１３８_１及び１３８_２は、互いに対をなして対向する概して平坦な内面１００８及び１０１０を有している。第２のサブ部分１３８_２は、内面１０１０とは反対の面にネジ山付き凹部１００６を含んでいる。

第２のサブ部分１３８_２は、凹部１００２、部材のない領域１００４及びネジ山付き凹部１００６を用いてモジュールバックボーン１２４に固定される。例として、締結具１４８をネジ又はこれに類するものとし、これを用いて、凹部１００２及び部材のない領域１００４を通してネジ山付き凹部１００６に嵌合させることによって、第２のサブ部分１３８_２をモジュールバックボーン１２４に固定することができる。

この実施形態では、第２のサブ部分１３８_２は締結具１４８によってモジュールバックボーン１２４に取り付けられる。その後、第１のサブ部分１３８_１が第２のサブ部分１３８_２に取り付けられ、それにより、タイル１２２がモジュールバックボーン１２４に取り付けられてモジュール１１８が形成される。

図１１は、内面１００８及び１０１０が平坦でなく、より大きい表面積を有することを除いて、図１０と同様である。より大きい表面積は、より大きい熱伝達ひいては接着剤を横切っての温度降下を可能にする。図示した実施形態において、上側及び下側のベース部分１３８_１及び１３８_２に噛み合うフィンを形成することによって表面積が増大されている。ここでは、その他の形状も意図される。

図１０及び１１の双方において、上側及び下側の部分１３８_１及び１３８_２は、例えばアルミニウムなどの金属から、あるいはその他の材料から形成され得る。モジュールの精度は締結具１４８を用いて達成されるので、上側及び下側の部分１３８_１及び１３８_２は高度に正確である必要はない。故に、上側及び下側の部分１３８_１及び１３８_２は、例えば鋳造、射出又はこれらに類するものなどの、より低コストの方法によって製造され得る。

図１２は、アライメント装置３００に装着されたＡＳＧ１２８のアライメントを検査する装置１２００を例示している。この例において、ＡＳＧ１２８は、ここで説明したように、アライメントフィデューシャル３１０、３１２及び／又は９０２を用いてアライメント装置３００に装着されている。検出器１２６をＡＳＧ１２８に取り付ける前に、モジュールバックボーン搭載領域３０２にＡＳＧアライメント検査治具１２００が搭載される。

アライメント検査治具１２００は、移動可能な検出器１２０２を含んでいる。検出器１２０２は、例えば図示した実施形態ではＡＳＧ１２８_１である特定の装着ＡＳＧ１２８に対して選択的に位置付けられることができる。対応するＡＳＧ１２８を介して放射線が検出器１２０２に投射される。検査中に焦点１１２を移動させることができ、検出器１２０２の信号出力に基づいてＡＳＧのシャドーイングを評価することができる。

他の一実施形態において、装置１２００は、アライメント装置３００に装着されたタイル１２２（単にＡＳＧ１２８だけでない）を検査するために使用される。同様に、タイル１２２は、ここで説明したように、アライメントフィデューシャル３１０、３１２及び／又は９０２を用いてアライメント装置３００に装着されている。同様に、対応するタイル１２２を介して放射線が検出器１２０２に投射され、検出器１２０２の信号出力に基づいてＡＳＧのシャドーイングを評価することができる。

他の一実施形態においては、検出器１２０２に加えて、あるいは代えて、フィルム１２０４が使用される。

ＡＳＧ１２８を検出器１２６に取り付ける前にＡＳＧ１２８を予め検査する、且つ／或いはタイル１２２をモジュールバックボーン１２４に取り付ける前にタイル１２２を予め検査することができることにより、タイル１２２及び／又はモジュール１１８が完全に組み立てられる前に不良部品を検出することができるので、コストを低減することが可能である。

装置１２００は、例えばアルミニウムなどの、ｘ線に対して適度に透明な材料で形成され得る。

ここで説明した検出器アレイ１１６は、ＣＴスキャナ及び／又はその他のモダリティのスキャナを含む様々な撮像用途に適用可能である。より具体的には、検出器アレイ１１６の各タイル１２２がそれ自身のＡＳＧ１２８を有し且つモジュールバックボーン１２４に個別に取り付けられる用途に適している。

様々な実施形態を参照しながら本発明を説明した。ここでの説明を読んだ者は改良及び改変に想到し得るであろう。本発明は、添付の請求項の範囲又はその均等範囲に入る限りにおいて、そのような全ての改良及び改変を含むとして解釈されるものである。

Claims (7)

1. 放射線感知検出器アレイであって：
   撮像システムに対して、ｚ軸方向に沿って延在し、且つｘ軸方向に沿ってアライメントされた、複数の検出器モジュールを有し、
   前記検出器モジュールのうちの少なくとも１つは、
   モジュールバックボーン；及び
   ネジ山付きでない固定部材を介して前記モジュールバックボーンに結合された少なくとも１つの検出器タイルであり、２次元検出器と、撮像システムの焦点にフォーカシングされた２次元散乱線除去グリッドとを含む少なくとも１つの検出器タイル；
   を含み、
   前記２次元検出器は少なくともベース層を含み、前記ベース層は第１及び第２の部分部材を含み、前記第１の部分部材は第１の面及び第２の面を有し、前記第１の部分部材は前記第１の面においてネジ山付きの固定部材によって前記モジュールバックボーンに結合され、前記第２の部分部材は前記タイルの一部であり、前記第２の部分部材は、前記ネジ山付きの固定部材によって前記モジュールバックボーンに結合された前記第１の部分部材の上に、該第１の部分部材の前記第２の面と前記ネジ山付きでない固定部材によって結合されることで、取り付けられる、
   検出器アレイ。
2. 前記２次元検出器は：
   前記２次元散乱線除去グリッドに結合されたシンチレータ層；
   前記シンチレータ層に結合された光センサ層；及び
   前記光センサ層に結合された電子装置を備えた基板層；
   を有し、
   前記ベース層は前記基板層に結合されている、
   請求項１に記載の検出器アレイ。
3. 前記ネジ山付きでない固定部材は熱伝導性接着剤である、請求項１又は２に記載の検出器アレイ。
4. 前記ネジ山付きでない固定部材は、前記タイルの前記ベース層を前記モジュールバックボーンに結合している、請求項２又は３に記載の検出器アレイ。
5. 前記ネジ山付きでない固定部材は、前記タイルと前記モジュールバックボーンとの間の所定の距離を充填するように適応可能である、請求項１乃至４の何れかに記載の検出器アレイ。
6. 前記ネジ山付きでない固定部材は、前記モジュールバックボーンにおける前記タイルの所定のアライメントに従って適応する適応可能な厚さを有する、請求項１乃至５の何れかに記載の検出器アレイ。
7. 前記２次元散乱線除去グリッドは、アライメント装置を用いて前記焦点にフォーカシングされる、請求項１乃至６の何れかに記載の検出器アレイ。

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