JP6533017B2 - 超音波対応ｘ線散乱防止グリッド - Google Patents

Description

本発明は、散乱線除去グリッド、検出器モジュール及び撮像装置に関する。

ますます多くの撮像応用が、Ｘ線撮像を超音波（ＵＳ）撮像と組み合わせるようになってきている。米国特許出願公開第２００８／０２４２９７９号に、Ｘ線及び超音波用に別々の検出器を用いるマンモグラフィシステムが報告されている。

しかし、このタイプのマルチモーダル撮像は、応用において面倒であることが分かっている。例えば幾つかの現行のセットアップは、２つの連続手順、即ち、一方がＸ線用の手順及び他方が超音波（ＵＳ）用の手順での撮像を必要とする。更に、このような設定における画質は期待するものではなかった。

したがって、改良されたマルチモーダルＵＳ及びＸ線撮像の必要がある。

本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決される。更なる実施形態は、従属請求項に組み込まれる。

本発明の第１の態様によれば、充填材で満たされるグリッドを含むＸ線撮像用の散乱線除去アセンブリが提供される。充填材は、人間又は動物の組織の音響インピーダンスに相当する音響インピーダンスを有する。

提案される散乱線除去グリッド（ＡＳＧ）は、同時撮像のために、Ｘ線及び超音波複合撮像に使用できる。全体のＵＳ及びＸ線撮像を、２つの撮像手順で連続的にではなく、１回の手順で行うことができる。充填されたＡＳＧを、Ｘ線検出器及び超音波トランスデューサと共に、単一の検出器モジュール内に組み込むことができる。ＡＳＧは、ＵＳ撮像中も変わらぬ位置にあってよい。

従来のＡＳＧはＵＳを通さなかったため、ＵＳ及びＸ線複合イメージャのユーザに、ＡＳＧをなしで済ますようにさせていたが、これにより、Ｘ線画像の品質が標準以下となっていた。その一方で、提案されるＡＳＧは、そのＵＳ透過性によって、Ｘ線及びＵＳ複合撮像における使用を推奨し、したがって、高品質のＸ線及び超音波の同時撮像が確保される。

一実施形態によれば、音響インピーダンスは、１．４ＭＲａｙｌ乃至１．８ＭＲａｙｌの範囲内である。具体的には、一実施形態によれば、音響インピーダンスは、約１．５ＭＲａｙｌである。これらの比音響インピーダンスは、様々な人間又は動物の組織の比音響インピーダンスの優れた近似を提供することが分かっている。構造的には、また、一実施形態によれば、充填材はゲルである。一実施形態によれば、充填材はシリコーンを含む。一実施形態によれば、充填材はポリマーを含む。

一実施形態によれば、グリッドの薄層間の距離は、超音波中心周波数の半波長と整合する。これにより、更に良好なＵＳ透過性が実現される。

一実施形態によれば、グリッドは、セルから形成される２Ｄ構造、具体的にはハニカム構造を有する。セル中心間のピッチは、超音波中心周波数の半波長と整合する。

一実施形態によれば、グリッドのピッチは、超音波中心周波数の波長の１０分の１よりも小さい。

医用超音波トランスデューサは、２つ以上の動作周波数を含む。以下の周波数は、超音波検査に典型的に使用される中心周波数の指針である。
２．５ＭＨｚ：腹部深部、産科及び婦人科撮像
３．５ＭＨｚ：腹部一般、産科及び婦人科撮像
５．０ＭＨｚ：血管、乳房及び骨盤撮像
７．５ＭＨｚ：乳房、甲状腺
１０．０ＭＨｚ：乳房、甲状腺、浅静脈、浅腫瘤、筋骨格撮像
１５．０ＭＨｚ：浅層組織、筋骨格撮像
２０．０〜４５．０ＭＨｚ：血管内超音波検査

一実施形態によれば、アセンブリは、充填材をグリッド内に保持するリテーナコンポーネントを含む。

一実施形態によれば、リテーナコンポーネントは、グリッドの放射線出射面又は放射線入射面に結合される少なくとも１つのカバー部を含む。

一実施形態によれば、アセンブリは、患者の体内への良好な超音波導入を促進する（軟性シリコーンＵＳ整合層といった）結合構造体を含む。この構造体は、身体に接触しているグリッドに（放射線入射側に）設けられる。或いは、結合構造体は、アセンブリの一時的な部分のみを形成する。例えば結合構造体は、患者支持構造体内に挿入される。この場合、アセンブリは、結合構造体を介してアセンブリによって接触されている場合に、患者に結合される。

一実施形態によれば、結合構造体は、使い捨て可能であり、手動又は自動ディスペンサシステムによって提供される。ディスペンサシステムは、アセンブリ、又は、患者台といった患者支持構造体に取り付けられる。一実施形態によれば、グリッドは、間に空間を有する少なくとも２つの薄層を含み、当該空間は充填材で完全に満たされる。

具体的には、グリッドは、空気が封入されることなく満たされる。

更なる態様によれば、超音波トランスデューサと、超音波トランスデューサに結合された、上記アセンブリとを含む検出器モジュールが提供される。

一実施形態によれば、モジュールは更に、Ｘ線検出器を含む。

一実施形態によれば、音波トランスデューサ、散乱線除去アセンブリ及びＸ線検出器は、一直線に配置される。具体的には、超音波は、散乱線除去アセンブリを通り、超音波トランスデューサに到達する。これにより、コンパクトな構成と便利なマルチモーダル撮像動作とが可能になる。

一実施形態によれば、ＡＳＧアセンブリは、超音波伝搬方向において、超音波トランスデューサの前に配置される。

一実施形態によれば、Ｘ線検出器及び超音波トランスデューサは、同一のウェーハの両面に配置される。「ウェーハ」には、「シリコンウェーハ」、「シリコン検出器面」又は「複合固体撮像面」等の何れか１つが含まれる。

一実施形態によれば、Ｘ線検出器及び超音波トランスデューサは、対応するウェーハに配置され、２つのウェーハは、背面を合わせて結合される。

更なる態様によれば、上記実施形態の何れか１つによる検出器モジュールを含むか、又は、上記実施形態の何れか１つによるアセンブリを含むＸ線及び超音波複合撮像システムが提供される。

更なる態様によれば、Ｘ線撮像コンポーネントと、ＵＳ撮像コンポーネントと、Ｘ線撮像コンポーネント用の散乱線除去デバイスとを含む撮像システムが提供される。

一実施形態では、散乱線除去グリッドデバイスは、ＵＳ撮像コンポーネントの動作中に、Ｘ線コンポーネントのＸ線源とＵＳ撮像コンポーネントの超音波トランスデューサとの間に配置可能である。これにより、超音波撮像コンポーネントを使用する前に散乱線除去デバイスが取り外される必要がないため、撮像システムの簡単な操作が可能となる。

散乱線除去デバイスアセンブリの製造方法は、間に空間が画定される少なくとも２つの薄層を有するグリッド構造体を提供するステップと、空間内に充填材を配置するステップとを含む。これは、当該空間を充填材で満たす又は当該空間内に充填材を押し込むことによって実現される。

或いは、散乱線除去デバイスは、薄層材のストリップ及び充填材のストリップを、互いに重ね合わせて又は隣り合わせに交互に堆積することによって作成される。

本明細書において使用される「散乱線除去アセンブリ（デバイス）」との用語は、散乱線除去グリッド（ＡＳＧ）デバイス及びコリメータ、具体的にはグリッド構造を有しＸ線散乱線を低減するのに適しているポストコリメータ及び他のデバイスを含む。

本発明の例示的な実施形態は以下の図面を参照して説明される。

図１は、マルチモーダル撮像システムを示す。 図２は、散乱線除去グリッドアセンブリ全体の様々な実施形態を示す。 図３は、ハイブリッドＵＳ／Ｘ線検出器モジュールの様々な実施形態の横断面を示す。

図１を参照するに、撮像システムＩＭのコンポーネントが示される。

撮像システムＩＭは、異なる原理で動作する２つの撮像コンポーネントを組み合わせるという意味で、マルチモーダルである。つまり、Ｘ線撮像コンポーネントＸＣと、超音波撮像コンポーネントＵＳＣとがある。場合により、非包括的な応用分野には、マンモグラフィ又は心臓血管撮像が含まれる。

各撮像コンポーネントは、別々に且つ互いから独立して動作するようにされてもよい。１つのコンポーネントが第１の画像セットを取得するように使用され、これに続いて、もう１つのコンポーネントが第２の画像セットを取得するように使用される。好適には、両コンポーネント、即ち、超音波及びＸ線は、撮像物体Ｐの同じ時間における画像セットを取得するように同時に動作する。撮像物体は、人間又は動物（特に哺乳動物）患者である。ここでは主に、人間の患者又はその解剖的部位を検討する。したがって、以下、撮像物体を患者Ｐと呼ぶ。一実施形態では、患者Ｐは、撮像中、（カウチ、テーブル等といった）支持構造体Ｃ上に支えられる。

両撮像モダリティ、即ち、超音波ＵＳ及びＸ線は、患者Ｐの内部構造に関する情報について問い合わせることができる。超音波画像及びＸ線画像は、互いから別々に見ることができる。好適には、２つのモダリティからの画像ストリームは、画像処理コンポーネントＩＰによって実施される適切な位置合わせ技術によって、複合画像ストリームに融合される。このコンポーネントは、画像値を適切なカラー値又はグレイ値にマッピングするビジュアライザを含む。次に、これらの値を使用して、ＵＳ画像、Ｘ線画像又は合成画像を表示ユニットＭＴで表示するために適切なビデオ回路が駆動される。例えば複合画像では、２つの画像セットは、重ね合わされ（場合により、異なるカラーコーディングでレンダリングされ）、これにより、視覚的に且つ画像内容に関して互いを補完する。より具体的には、Ｘ線では通常識別不可能である（軟組織といった）画像構造が、ＵＳ画像からの軟組織画像をＸ線画像上に重ね合わせることによって示されることが可能である。別の視覚化オプションには、ＵＳコンポーネントから得られる流量又は速度情報といった機能的情報をＸ線画像上に重ね合わせることが含まれる。ＵＳ情報は通常歪んでいるため、このＸ線＋ＵＳ複合視覚化に幾何補正が含まれることが好適である。

超音波コンポーネントＵＳＣを最初に参照するに、超音波コンポーネントＵＳＣは、超音波トランスデューサＵＳＴを含む。必ずしもそうである必要はないが、超音波トランスデューサＵＳＴは、ＣＭＵＴ（容量型微細加工超音波トランスデューサ）型であることが好適である。超音波撮像の基礎となっているコントラスト原理は、様々な組織構造から超音波が反射される様々な度合いである。超音波トランスデューサＵＳＴは、２つの動作を有する。即ち、超音波トランスデューサＵＳＴは、患者に向かって（Ｘ線方向ｐとは反対の）方向ｄに沿って伝搬する超音波ＵＳＷを生成する。出射波は、次に、様々な組織の種類から様々な度合いの強度で反射される。反射された入射波は、トランスデューサＵＳＴに戻り、そこで検出される。超音波の生成及び検出は、複数のトランスデューサセルＴＣ（図３参照）を介する。トランスデューサセルは、１Ｄアレイとなるように線形に配列されるか、又は、好適には、２Ｄアレイとなるように行及び列で配列される。１Ｄ又は２Ｄでの配列は、特定の「ピッチ」、つまり、特定の空間周波数（トランスデューサセルの数／単位長）に従う。ＣＭＵＴでは、各トランスデューサセルＴＣは、シリコン基板ＳＳに形成される小さい空洞又は凹部の周りに組織化される。各セルＴＣについて１つで、複数の空洞−メンブレン構造体を形成するように、各空洞を覆う対応するメンブレン部分がある。１対の対応する電極が、各空洞−メンブレン構造体を挟むように配置され、対応するセルＴＣが形成される。出射超音波ＵＳＷは、１対の電極の両端間に電圧を印加してメンブレンを振動させることによって生成される。反対に、メンブレンは、入射（反射）音波によって振動させられ、この情報は、電圧変動信号に変換される。電圧信号は、Ａ／Ｄ回路によってデジタル信号に変換され、デジタル信号は、画像プロセッサＩＰによって、超音波（ＵＳ）画像にコンパイルされる。ＵＳ画像は保存されるか、又は、表示ユニットで見るためにレンダリングされるといったように処理される。医用ＵＳ撮像に使用されるＵＳ周波数は、通常、１．５〜３．５ＭＨｚの範囲内であるが、この範囲の変更も特定の（非医用）コンテキストにおいて考えらえる。

次に、Ｘ線コンポーネントＸＣについてより詳細に参照するに、Ｘ線コンポーネントＸＣは、Ｘ線管といったＸ線源ＸＲと、Ｘ線放射感受検出器ＸＤアセンブリとを含む。検出器アセンブリは、間接変換型又は直接変換型のフラットパネル検出器ユニット（ＦＰＤ）である。

間接変換型の検出器アセンブリＸＤは、例えばヨウ化セシウム、酸硫化ガドリニウム又は任意の他の適切な物質から形成されるシンチレーション層を含む。シンチレーション層は、衝突Ｘ線放射線を光に変換するように作用し、光は、シンチレーション層の反対側に配置されるフォトダイオードシステムによって検出される。フォト検出器は、検出された光を電気信号に変換する。フォトダイオードシステムは、行及び列状の２Ｄアレイの検出器ピクセルとして配置される。しかし、本明細書では、ファンビームＣＴにおいて使用されるような検出器ピクセルの１Ｄ構造も除外されない。

直接変換型の検出器アセンブリＸＤは、シンチレーション層がなくて済み、衝突Ｘ線放射線を（層内に形成される電子−正孔対を介して）、電極システムを介して電荷信号に直接変換する物質（例えばアモルファスセレニウム）から形成される。電極は、検出器ピクセルを画成するように行及び／又は列状に配列される。

Ｘ線検出器のタイプに関係なく、また、上記トランスデューサセルのシステムと同様に、検出器ピクセルの対応するシステムは、適切なピッチ（検出器ピクセルの空間周波数）で配列される。更に、検出器ＸＤは、様々な電気信号を収集する適切な読み出し回路を含む。次に、適切なＡ／Ｄ回路が電気信号をデジタル信号に変換する。デジタル信号は、画像処理モジュールＩＰによってスタンドアロン又は融合画像となるように処理される。ＵＳ画像と同様に、Ｘ線画像も保存され、処理され、又は、表示デバイスＭＴ上でＵＳ画像とは別に又は一緒に表示される。

Ｘ線撮像の基礎となっている画像コントラスト付与原理は、物体内の密度の変化である。Ｘ線放射線は、Ｘ線源から患者を通り、Ｘ線検出器ＸＤに向かって主方向ｐに沿って伝搬するＸ線ビームＸＲＢの形で提供される。Ｘ線源から放出されるＸ線放射線は、組織密度に応じて、様々な度合いの減衰を経験する。減衰の様々な度合いが、Ｘ線源に対して遠位側において患者から出る放射線内に符号化される。当該放射線は検出器ＸＤによって検出される。不都合なことに、検出された放射線内に符号化される情報内容は、通常、Ｘ線放射線が物体を通過する際に受ける散乱寄与によって低減する。患者Ｐ内の物質との相互作用におけるＸ線放射線の減衰は、吸収及び散乱による。撮像が望まれるのは、主に吸収成分である。レイリー散乱及びコンプトン散乱からなる散乱寄与は、画像コントラストを減少させるため、しばしば、妨害と見なされる。撮像システムＩＭは、この散乱寄与を低減する（したがって画像コントラストを増加させる）ために、散乱を遮断するように鉛、タングステン又は他の高Ｚ材料から形成される薄層系によって画定されるグリッド構造を含む散乱線除去ブリッドＡＳＧを含む。

画像取得手順中、Ｘ線放射線及び音波が生成され、患者と相互作用する。患者はＸ線源と検出器モジュールＤＭとの間に（場合により、支持構造体Ｃ上に）存在する。一実施形態では、Ｘ線検出器ＸＤ及び超音波トランスデューサＵＳＴだけでなく、ＡＳＧも当該検出器モジュールＤＭ内に組み込むことが想定される。具体的には、３つのコンポーネント、即ち、ＡＳＧ、Ｘ線検出器ＸＤ及び超音波トランスデューサＵＳＴは、Ｘ線源ＸＲに対して一直線に配置される。更に、３つのコンポーネント、即ち、ＡＳＧ、Ｘ線検出器ＸＤ及び超音波トランスデューサＵＳＴは、単一のハウジング又はフレーム内に配置される。この統合された直線配置は、従来のＸ線撮像に使用されるＡＳＧとは異なり、本明細書に提案されるＡＳＧが、超音波を通過させるだけでなく超音波撮像にも対応可能にする構造を有することにより可能である。より具体的には、提案されるＡＳＧは、従来のＡＳＧとは異なり、人間又は動物（特に哺乳動物）の組織の音響インピーダンスと整合する音響インピーダンスを有する充填材で満たされる。この整合によって、ＡＳＧは、ＵＳ撮像中にトランスデューサＵＳＴによって生成される超音波コーンＵＳＷ内に留まることができる。比音響インピーダンスは材料特性である。比音響インピーダンスは、所与の材料内で所与の音圧によって引き起こされる粒子速度の尺度である。本明細書に提案されるＡＳＧ内の充填材は、（トランスデューサＵＳＴから及びトランスデューサＵＳＴ内への）ＵＳ波インピーダンスを期待組織内波動伝搬速度に徐々に適応させるＵＳインピーダンスアダプタコンポーネントとして機能し、これにより、不所望のＵＳ反射が、完全に除去されることはないとしても低減される。これにより、ＵＳ撮像中に超音波がＡＳＧアセンブリを通過しても、良好なＵＳ画質が確保される。従来のＡＳＧは、（具体的には）それらの薄層の音響インピーダンスが不整合により、超音波画質を低下させる許容できない反射パターンを引き起こす。提案されるＡＳＧにおいても、薄層の音響インピーダンスは変わらないが、提案されるＡＳＧでは、薄層は、人間又は動物の組織の音響インピーダンスと整合する正しい音響インピーダンスを有する充填材内に埋め込まれている。結果として、ＡＳＧのフットプリントに亘って取られる平均音響インピーダンスは、当該充填材を有さない従来のＡＳＧと比べて、組織内ＵＳインピーダンスとより整合する。

本明細書において想定される複合検出器モジュールＤＭは、一実施形態において、ＡＳＧが最上層としてＸ線源の近位に配置される層状構造を有する。ＡＳＧは、次に中間層である超音波トランスデューサＵＳＴに結合され、Ｘ線検出器ＸＤによって最下層が形成される。更に、３つのコンポーネント、即ち、ＡＳＧ、ＵＳＴ及びＸＤは、特にＵＳ撮像中、一直線に配置される。ＡＳＧは、上にあるＸ線源の近位であり、ＵＳ超音波トランスデューサＵＳＴ及びＸ線検出器ＸＤは、ＡＳＧの後方にＸ線源から遠位に配置される。当然ながら、必要に応じて、例えばＵＳ撮像コンポーネントＵＳＣのみを使用したい場合は、ＡＳＧをＵＳ／Ｘ線視野から取り外すこともできる。この場合、提案される撮像システムは、ユーザに、どの撮像コンポーネント（Ｘ線又はＵＳ）が使用されていようとも、ＡＳＧを視野内に依然として残す柔軟性を提供する。これにより、撮像装置の複雑さが減少され、また、空間を重視する状況では、コンパクトな構造又は使用が可能にされる。本明細書において使用される空間に関する限定詞「最上層」、「近位」及び「最下層」、「遠位」、「後方」又は「前方」は、Ｘ線源の位置に対して解釈されることは上記から理解されるであろう。つまり、最上層又は近位は、Ｘ線源により近いことを意味し、最下層、下方又は遠位は、Ｘ線源ＸＲからより遠いことを意味する。

イメージャＩＭの複合的な使用において、即ち、Ｘ線及び超音波撮像取得中、検出器モジュールＤＭは、患者の身体と接触させられる。一実施形態では、結合は、適切な音響インピーダンス（１．５Ｍｒａｙｌに近い）を有する結合構造体ＣＯで達成される。結合構造体ＣＯによって、患者とのエアーフリー接触の比較的大きい領域が作成される。好適には、結合構造体は、患者の快適さのために、軟質の又は液体のＵＳ接触ゲルのパッケージ／クッションである。シリコーン層が代わりに使用されてもよい。一実施形態では、結合構造体ＣＯは、グリッドアセンブリＡＳＧの放射線侵入側に永久的に結合される個別の構造体である。しかし、好適には、結合構造体ＣＯは使い捨てでき、したがって、ベルクロ（登録商標）等といった適切な締め具を介してＡＳＧに取り外し可能に結合される。これにより、摩耗や衛生の理由から、結合構造体ＣＯを新しいものに簡単に交換することができる。締め具は、ＵＳ経路の外側、例えばＡＳＧの横に配置される。一実施形態では、（使い捨て）結合構造体ＣＯは、ＡＳＧ又は患者支持体Ｃに取り付けられる自動分配システムによって提供される。好適には、支持構造体Ｃは、全体的に又は患者と検出器モジュールとが接触する指定領域のみにおいてＸ線及びＵＳを通過させる。

例えば支持構造体Ｃは、（図１に示されるように）適切に画定されたクリアランス又は穴を含み、当該クリアランス又は穴を通して、患者と体との接触が結合構造体ＣＯを介して確立される。結合構造体ＣＯは、当該穴の中に、挿入物として固定して配置されていてもよい。或いは、検出器モジュールが患者に上から近づくことができるようにガントリが構成されているならば、支持構造体Ｃにそのようなクリアランスは不要である。この場合、Ｘ線被ばく源は、患者及び支持体Ｃの下に配置される。

撮像中、患者は、片側の検出器モジュールＤＭと、もう片側のＸ線源ＸＲとの間に配置される。Ｘ線源ＸＲは、患者から適切な撮像距離に配置される。次に、Ｘ線画像取得が、超音波画像取得と共に開始し、２つの画像データセットが取得される。画像データセットは、画像処理システムＩＰによって画像となるように処理される。一実施形態では、Ｘ線源及び検出器モジュールは、共通ガントリＧＡ上に配置される。ガントリは、回転可能であるか、又は、人間の生体構造の特定の部分の関連の画像を取得できるように患者Ｐに対してＸ線源ＸＲ及び／又は検出器モジュールＤＭを適切に配置できるように移動可能である。しかし、本明細書では、例えばＣアーム型イメージャＩＭのように、患者が指定領域において実際に室内で立ち、Ｘ線源及び検出器モジュールがそれぞれ室内で適切に取り付けられるが、図１に示されるように互いに物理的に必ずしも結合されない完全に壁取り付け式又は床取り付け式の撮像システムＩＭも想定されるので、ガントリＧＡはオプションである。当然ながら、提案されるＡＳＧは、任意の既存のＵＳ及びＸ線複合イメージャの追加物として使用されてもよい。

次に、図２を参照する。図２は、提案されるＡＳＧの様々な図及び実施形態をより詳細に示す。

図２Ａは、本明細書において想定されるＡＳＧアセンブリの横断側面図を示す。ＡＳＧアセンブリは、１Ｄ（１次元）又は２Ｄ（２次元）であるグリッド構造を含む。グリッドは、小さい壁又はストリップ、即ち、Ｘ線放射線内の不所望の散乱寄与を遮断するように、鉛、タングステン又は他の高Ｚ材料から形成される薄層２０３のシステムによって形成される。２ＤのＡＳＧは、１Ｄよりも機械的剛性が高い。これは、特に薄層に鉛のような軟質材料を使用する場合に有用である。薄層材料としての鉛は、（タングステンよりも）音響インピーダンスが低く、これは斜角におけるＵＳ波伝搬も可能にするので、有利である。

１Ｄ配列では、薄層２０３は、一定距離離れて単一の方向（図２ＡではＺ方向）に沿って延在する平行の単一のセットとして組織化される。２Ｄ構造を有するグリッドの一実施形態では、薄層によって境界付けられるセルによって作られる矩形グリッドを形成するように、互いを交差するように延在する２つの平行薄層２０３のセットがある。しかし、２Ｄ構造は、薄層がハニカム構造として配置され、薄層が円形、多角形（例えば六角形）セル又は他の形状のセルといった非矩形セルを形成する図２Ｃに示されるように、必ずしも矩形グリッドとして実現される必要はない。ハニカムＡＳＧは、５〜１０とアスペクト比が高いこととＵＳ反射壁とにより、超音波導波管のように作動する。しかし、ＵＳの画像分解能は通常２５０μｍを上回るため、これは問題ではない。ＡＳＧが１Ｄ構造として配置されようと又は２Ｄ構造として配置されようと、薄層間には空間が形成される。これらの空間の一部又はすべてが、本明細書において提案されるように、上記されたように人間の組織の音響インピーダンスに相当する音響インピーダンスを有する充填材２０２で満たされる。

グリッド用の薄層は、ＳＰＥＣＴ用の同様のコリメータの製造において使用されるアプローチとよく似ている薄箔のスタンピング及びステージングによって製造される。好適には、２つの薄層間の所与の空間は、充填材２０２で完全に満たされる。より具体的には、充填材は、空間の全長、全幅及び全高に延在する。より具体的には、空間は充填材２０２で満たされた後は、全く又は最小限の空気の封入しかない。好適には充填材はポリマーでできている。例えば充填材は、ある種の接着剤として、特にアクリル接着剤として塗布される。これに代えて又は加えて、ゲル材料が充填材２０２として使用される。一実施形態では、充填材は、超音波プローブとの接触の前に患者の皮膚に塗布される従来の超音波撮像に現在使用されているような従来のＵＳゲルである。別の実施形態では、シリコーン又はシリコーンゲルが充填材２０２として使用される。シリコーンは、機械的剛性を提供し、超音波吸収が比較的低いので、有利である。この点において、ＲＴＶ（室温加硫）シリコーンは、シリコーンが水に近い音響インピーダンス（５％の差しかない）を有し、したがって、様々な人間又は動物の組織を模倣するのに理想的であり、長期間に亘って安定していることが分かっているので特に有利である。特に（透明の）シリコーンシーラントが使用される。

上記充填材実施形態のいずれにおいても、充填材の（比）音響インピーダンスは、好適には、様々な人間又は動物の組織に最適に整合するように選択される。一般に、音響インピーダンスＺは、材料内の音速ｖに、その密度ｐを掛けたもの：Ｚ＝ｖ＊ｐによって与えられる。上記されたように、一実施形態では、充填材は、水と同様の比音響インピーダンスを有する。好適には、音響インピーダンスは、１．４〜１．８ＭＲａｙｌであるべきである。更に１．４〜１．９９ＭＲａｙｌの範囲も許容可能である。本出願人は、これが、人間の組織のインピーダンスに関連する音響インピーダンス区間であり、反射を低減することを可能にすることを見出している。関連の人間の組織（物質）には、水、血液、脂肪、肝臓組織、脳組織、腎臓組織、心臓組織、筋組織、眼組織及び皮膚が含まれる。上記区間から外れるほど、反射は多くなる。好適且つ理想的には、音響インピーダンスが１．５ＭＲａｙｌに近いほど、ＵＳ反射が低減される。具体的には、約１．５３ＭＲａｙｌの音響インピーダンスを有する（透明の）シリコーンシーラントが使用される。他の適切でより具体的な例示実施形態には、１．６又は１．６９ＭＲａｙｌにおけるエチルビニルアセテート（約１８％又は２８％のアセテート）又は１．７３乃至１．７９ＭＲａｙｌにおける（低密度）ポリエチレンが含まれる。

なお、充填材の音響インピーダンスは、特定温度等におけるテスト条件下で確立される。更に、音響インピーダンスは、上に示されるものとは異なる他の量で記述されてもよく、これらはすべて本明細書において想定される音響インピーダンスの同値定義である。

一実施形態では、ＡＳＧアセンブリは更に、充填材がグリッド内に確実に留まるように１つ以上のリテーナコンポーネントを含む。一実施形態では、リテーナコンポーネントは、２つのカバー層２０１、２０４を含み、１つのカバー層２０１は、グリッドの上部（放射線入射面）に配置され、もう１つは、グリッドの底部（放射線出射面）に配置される。この構成は、充填材を適当な位置に維持するだけでなく、グリッド全体を曲げに対して強固にするように作用する。リテーナコンポーネントの材料は、リテーナコンポーネントがより高い剛性を有するべきであるので、充填材自体よりもあまりＵＳを通さないようにされる。一実施形態では、上部カバー２０１及び背部カバー２０４は、機械的剛性を提供するように低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）を含み、超音波トランスデューサＵＳＴ及びＸ線検出器ＸＤとの正確な機械的位置合わせを可能にする。

好適には、少なくとも１つ又は両方のカバー２０１、２０４が、使用される音波の半中心波長の倍数の厚さを有する。これにより、ＵＳ画像におけるアーチファクトが低減される。図示されるような２つのカバー部が好適ではあるが、代替実施形態では、グリッドの出射面に１つのカバー２０４しか使用されなくてもよい。

別の代案として、２つの別個のリテーナ（上部及び底部カバー）を有するのではなく、本明細書では他の解決策も想定される。例えばグリッド全体が、充填材を適当な位置に確実に留めるように、プラスチックフォイルでの収縮包装といったように、適切にカプセル化される。

ＡＳＧの上部カバーは、インピーダンス整合結合構造体ＣＯを介して、患者と直接に結合する検出器カバーとして使用されてもよい。

ＡＳＧの作業能力は、ｉ）薄層の空間周波数と、ｉｉ）（Ｘ線放射線の伝搬方向において測定される）薄層の深度、即ち、高さとの比率によって記述される。この比率は、グリッド比又はアスペクト比と呼ばれることもある。２Ｄグリッドの場合、各方向に１つで２つの比率がある。１：４、１：８又は１：１２のグリッド比が一般的であるが、特定の応用では他の値が適切である場合もある。「グリッドピッチ」、つまり、一連の薄層の空間周波数の逆数は、一般に、Ｘ線検出器ＸＤピクセルのピッチの整数倍数と等しいか、少し低い。例えば空間周波数は、３０〜６０薄層／ｃｍの範囲内である。薄層のピッチが約２５０μｍである場合、グリッド薄層の高さは約１〜２ｍｍである。一実施形態では、グリッドピッチは更に、超音波トランスデューサＵＳＴのトランスデューサセルマトリクスのグリッドピッチに相当する。そのピッチが超音波アレイの検出器ピッチ及びＸ線ピクセルピッチ（又は当該ピッチの倍数）と整合するＡＳＧを使用することにより、モアレ効果が阻止又は減少される。Ｘ線検出器において、グリッドは通常ピクセルマトリクスに完全に位置合わせされているわけではない。したがって、ＵＳトランスデューサアレイのピッチに適合するように、Ｘ線ピクセルピッチとの多少の位置ずれが許容可能である。２００〜５００μｍの薄層距離が、ＵＳ及びＸ線の両方のほとんどのピッチ要件を満たすので、特に有利であることが分かっている。

所要アスペクト比と合致する薄層の空間配置の精度は、その機能のために重要である。更に、薄層が十分な精度で並列に延在することが好適である。特に１Ｄグリッドの場合に、これを確保するために、薄層全体に延在するスペーサ２０５のセットが使用され、安定性が提供される。図２Ｂにこれが示される。より具体的には、図２Ｂは、Ｘ方向（即ち、Ｘ線ビームＸＢの進行方向又は超音波ＵＳＷの伝搬方向と平行な方向）における平面図を示す。２Ｄグリッドは、本質的により安定してるので、このようなスペーサ素子は不要である。実際に、図２Ｂに示されるグリッドは、特にスペーサ２０５が薄層２０３のアスペクト比又はピッチに従う必要がないため、１Ｄグリッドと見なされる。幾つかの実施形態では、薄層は、Ｘ線源の焦点との合焦のために傾斜される。傾斜の度合いは、ＡＳＧの中心から離れた薄層ほど大きい。これにより、放射線がより効率的に使用される。グリッドのより優れたＵＳ適合性を得るために、ＡＳＧピッチは、好適には、超音波中心周波数の１０分の１よりも小さい。

一実施形態では、１ＤのＡＳＧの薄層距離は、超音波中心周波数の半波長と一致する。例えば３ＭＨｚのＵＳ（非常に一般的）は、水中でλ＝５００μｍの波長を有する。したがって、２５０μｍのＡＳＧグリッドはλ／２に等しい。

ＡＳＧが２Ｄである場合、具体的には、ＡＳＧが図２Ｃに示されるような又は同様のハニカム構造を有する場合、セル中心間のピッチが、超音波中心周波数の半波長と一致する。

一実施形態では、ＡＳＧアセンブリは、検出器モジュールＤＭ内に取り外し可能に配置される。例えばユーザによって操作可能である解放機構によって、ユーザが随意にＡＳＧをモジュールブロックＤＭのハウジング内に取り付けたり、ハウジングから取り外したりすることができる。例えば複合モジュールＤＭのハウジングは、ＡＧＳが摺動可能に受容され固定される停止機構（例えばスナップ又はラッチ機構）を有するトラックを含む。或いは、トラックは、超音波トランスデューサＵＳＴの上面のフランジフリンジ部として形成され、ＡＳＧは、必要に応じて超音波トランスデューサＵＳＴ上に滑らせて載せられる。

一実施形態では、ユーザは、異なる音響インピーダンスをそれぞれ有する様々な充填材が満たされた様々なＡＳＧグリッドのセットを自由に使える。これにより、その充填材が目の前の超音波作業の音響インピーダンスに最良適合するＡＳＧを当該セットから「都合よく選び出す」ことができる。別のオプションは、様々な組織の種類の様々な音響インピーダンスに整合するように、その音響インピーダンスを任意に変更することができる充填材で満たされた単一のＡＳＧアセンブリを有することである。様々な音響インピーダンスは、充填材を（好適には可逆的に）より柔らかく又はより硬くして、様々な組織の種類に対して音響インピーダンス調整をもたらすように適切な処置（例えば加熱、化学作用又は別の方法）によって得られる。

一部の実施形態では適切であるように、特定の組織の種類（脂肪、筋肉等）に整合するように充填材を選択するのではなく、様々な（関連）人間組織の音響インピーダンスの平均値（場合により加重平均）を計算し、このように計算された平均音響インピーダンスに整合するように充填材を選ぶこともできる。重みは、撮像したい組織混合体の期待組成を表す。

次に、図３を参照する。図３は、様々な実施形態において、本明細書において想定される検出器モジュールＤＭの横断側面図を示す。図３は主に間接変換型検出器アセンブリＸＤに関するが、以下は、直接変換型検出器アセンブリにも等しく適用される。

図３Ａにおける実施形態を最初に参照するに、図３Ａは、検出器モジュールＤＭ上に配置されるＡＳＧアセンブリを示す。つまり、検出器モジュール内のＡＳＧアセンブリはＸ線源の近位にあり、Ｘ線ビームＸＲＢは方向ｐに伝搬する。超音波は、図示されるように、方向ｄに沿って伝搬する。図３Ａの実施形態では、Ｘ線検出器ＸＤのフォトダイオードＰＤ検出器層３０３が、シリコン基板（又はウェーハ）ＳＳの片側（遠位側）に形成され、トランスデューサＵＳＣは、同じシリコンウェーハＳＳのもう片側（近位側）に配置される。つまり、基板ＳＳは、図３Ａの実施形態を製造する際には両側が処理される。図示される実施形態では、Ｘ線検出器のフォトニック層は、Ｓｉ光子検出器と一体にされたＣＭＯＳのＸ線検出器であるが、他の解決策も想定される。シンチレータ層３０４が、Ｘ線源ＸＲの遠位で、フォトダイオード層３０３の遠位面に下から結合される。

図３Ｂの実施形態は、図３Ａに示される実施形態と同様であるが、今度は、トランスデューサＵＳＴと検出器ＸＤの一部とが別々のシリコンウェーハＳＳａ、ＳＳｂに形成され、これらのウェーハは、図３Ｂに示されるように、背面を合わせて互いに取り付けられる。好適には、超音波トランスデューサＵＳＴ及びＸ線検出器ＸＤは共に、異なるウェーハＳＳａ、ＳＳｂ上にＣＭＯＳ処理で製造される。シリコンウェーハＳＳａ、ＳＳｂは好適には薄化され、背面を合わせて取り付けられる。シンチレータ４０５又は場合によって直接変換材料層は、好適にはＸ線源ＸＲから遠位に置かれる。これは、２つの基板ＳＳａ、ＳＳｂを取り付ける又は接合する際により有利だからである。さもなければ、シンチレータ層４０５又は直接変換材料層を間に挟まなければならないからである。しかし、このようなサンドウィッチ構造の解決策も依然として幾つかの実施形態において想定される。

ＣＭＯＳ検出器層が集積光子検出器ＰＤを含む図３Ａにおける実施形態とは異なり、図３Ｂにおける実施形態は、大面積光検出器層４０４に結合される別箇のＣＭＯＳ検出器層を特徴とする。しかし、これは、必ずしもすべての実施形態でそうある必要はなく、図３Ａにおける集積光検出器が、図３Ｂの実施形態に使用されてもよい。反対に、図３Ａの実施形態が、集積フォトダイオードの代わりに、図３Ｂにおける別箇の大面積光検出器層４０４を含んでもよい。上記の更なる変形例として、超音波トランスデューサＵＳＴ及びＸ線検出器ＸＤは、両者とも同じ材料のウェーハに形成されるのではなく、異なる材料で異なる基板に形成されてもよい。より具体的に且つ一実施形態によれば、ガラス又はフォイルベースのＸ線検出器層が、トランスデューサＵＳＴの背面（つまり遠位側）に結合される。ここでも、有利には、トランスデューサは、ＣＭＵＴタイプであり、したがって、基本的に、Ｘ線検出器層が結合される際の取り扱いが簡単である薄いシリコンウェーハである。検出器ピクセルのマトリクスは、薄膜電子部品、例えばＳｉ有機物質、アモルファス酸化物又はＬＴＰＳ（低温多結晶シリコン）で作られてもよい。

検出器層ＸＤは、トランスデューサＵＳＴ層に逆さまに取り付けられてもよい。即ち、シンチレータ又は直接Ｘ線変換層は、Ｘ線源ＸＲから遠位にある。或いは、シンチレータ層又は直接Ｘ線変換材料層は、Ｘ線源の近位に取り付けられてもよいが、この場合、ＵＳトランスデューサＵＳＴは、Ｘ線変換層又はシンチレータ層の上に取り付けられなければならない。

更なる実施形態として、トランスデューサＵＳＴ及びＸ線検出器は、完全に自律デバイスであり、物理インターフェースは何も共有せず、サーバハウジングにおけるハードドライブモジュールと同様に、スタックに配置されるに過ぎない。好適には、スタック全体が単一のハウジング内に取り付けられる。好適には、同時ＵＳ及びＸ線撮像手順中の位置合わせを確保するように、ＵＳトランスデューサ及びＸ線検出器は依然として少なくとも互いに結合される。ＵＳ透過ＡＳＧは、ＵＳトランスデューサモジュールＵＳＴ上に置かれる。任意選択的に、中間層がＵＳトランスデューサＵＳＴとＸ線検出器ＸＤとの間に配置されてＵＳビームが減衰され、反射からのアーチファクトが更に回避される。

検出器モジュールＤＭの上記実施形態のいずれも、単一のハウジング又はフレーム内に収容される。

上記実施形態の何れか１つにおいて、超音波トランスデューサＵＳＴは、好適にはＣＭＵＴタイプであるが、圧電タイプのＵＳトランスデューサといった他の解決策も本明細書において想定される。好適には、ＣＭＵＴ実施形態では、関連の読み出し回路が同様に基板ＳＳ又はＳＳａ上のＣＭＵＴ構造と一体にされる。検出器モジュールＤＭの上記実施形態の何れか１つにおいて、ＡＳＧアセンブリは、ＵＳトランスデューサＵＳＴの近位面に適切に結合される。これは、（例えばシリコーンを用いて）接着によって実施されるか、又は、ＡＳＧは、ＵＳトランスデューサＵＳＴの近位面に解放可能に結合される。

検出器モジュールＤＭのすべての上記実施形態において見られるように、Ｘ線放射線は、最初にＡＳＧを通過し、次に超音波トランスデューサＵＳＴを通過する。

一般に、Ｘ線検出器（具体的には、そのシンチレータ又はその直接変換層）は、通常、超音波を通さないので、超音波トランスデューサは、Ｘ線検出器の上に配置される。しかし、Ｘ線検出器アセンブリＸＤが超音波を通す材料から製造可能であるならば、本明細書では、Ｘ線検出器を超音波トランスデューサの上に配置し、Ｘ線検出器及び超音波トランスデューサの両方をＡＳＧの下に配置することも想定される。

幾つかの実施形態では、ＡＳＧ、超音波トランスデューサＵＳＴ及びＸ線検出器のフットプリント（表面積）は、形状及び表面積において一致する。しかし、これは、必ずしもすべての実施形態においてそうである必要はなく、少なくとも、超音波トランスデューサＵＳＴのフットプリントが、下にあるＸ線検出器の視野又はフットプリントよりも小さい。

例えば幾つかの実施形態では、超音波トランスデューサＵＳＴは、下にあるＸ線検出器の視野を亘る単なるストリップとして延在してもよい。数値例として、トランスデューサＵＳＴは、下にあるＸ線検出器のフットプリントの約１０ｃｍの全幅に対して、約１ｃｍの幅しか有さないストリップとして構成される。超音波トランスデューサのフットプリントがＸ線検出器ＸＤのフットプリントに一致しない場合、ＡＳＧのすべての薄層が上記提案される充填材で満たされる必要はない。下にあるＵＳＴマトリクスと位置合わせされる薄層間の空間だけが充填材で満たされる。残りの薄層間の空間は、セルロース構造体といったダミー構造体で満たされるか、又は、単に安定化材として作用する。

どのような理由であれ、グリッド内の空間の一部のみを充填材で満たすことを選択しても、フルビューＵＳＴトランスデューサを依然として使用することができるが、これは、満たされた空間と位置合わせされるトランスデューサセルマトリクスの選択された部分のみを作動させることによって動作させられる。ＵＳビームの外乱を最小限に抑えることができる。Ｘ線の可視性を低く維持するために、Ｘ線検出器の残りは、ＵＳトランスデューサと同じ材料スタックの未加工ウェーハによって覆われてもよい。或いは、次善ではあるが、Ｘ線吸収における差は、Ｘ線画像のソフトウェア利得補正によって除去される。当該ＵＳトランスデューサフットプリント外のＡＳＧ領域の充填は、Ｘ線検出器の視野全体の均質なＸ線吸収を実現することができる。これにより、Ｘ線画像における画像アーチファクトが低減される。

図１乃至図３において説明された「充填された」ＡＳＧアセンブリについて様々な製造方法が想定される。一実施形態では、薄層のシステムであるグリッド構造体は、正しい空間位置に保持される中間マトリクス構造体内に設けられる。このマトリクス構造体は、薄層と共に、次に真空チャンバ内に置かれる。より具体的には、マトリクス構造体は、適切に安定化され、真空がこの薄層マトリクス構造体の片側で蓄積される。充填材はもう片側にあり、空間内に押し込まれ、真空によって加えられる吸引力によって、マトリクス材料が動かされる。薄層空間への充填材のこのタイプの真空支援導入は、充填材がゲル又は他の半流体である場合に有利に使用される。しかし、この製造方法は、シリコーンが液体形態で提供され、空間内へと吸引され、凝固するように放置される場合、シリコーンを用いても使用することができる。このように、ウェーハ充填ＡＳＧが作成され、次に、所望の形状にダイシングされる。

シリコーンＲＴＶの使用は、２成分セットアップにおいて準備できるという利点がある。２成分物質は液体に混合され、混合液体は薄層間の空間に塗布され、数分又は数時間以内に硬化する。一時的に繊維状のマトリクス物質を使用して、最初に薄層を適当な位置に保持し、当該材料は、（例えば２成分ＲＴＶシリコーンといった）充填材料がグリッドに塗布されると排出又は分解される。

代替の製造実施形態では、ＡＳＧ構造体は、充填材層と薄層材層とを互いに重なり合わせて交互に堆積することによって作成される。例えば充填材及び薄層材は、ストリップに構成され、ストリップは、フランジ又はストッパブロックが形成されている十分に滑らかな面を有するワークトップに対して隣り合わせに又は互いに重なり合わせて交互に配置される。（シリコーンストリップといった）充填材のストリップが、次に、フランジに対して置かれるように、ワークトップ上に置かれ、充填材ストリップと薄層ストリップとを交互に堆積し続けて、ワークプレートのフットプリントに相当するフットプリントを有するＡＳＧアセンブリが徐々に作成される。この層状構造体（「ＡＳＧウェーハ」）は、所望の形状にダイシングされ、ＡＳＧアセンブリが得られ、使用する状態となる。充填材ストリップ及び薄層ストリップは、この交互堆積処理において貼り合わされる。ワークプレート表面は、接着剤がワークトップに接触しても、ＡＳＧウェーハが簡単に貼り付かないような表面である。したがって、ＡＳＧウェーハは、ダメージをもたらすことなく簡単に取り外される。

なお、本発明の実施形態は、様々な主題を参照して説明されている。具体的には、方法タイプのクレームを参照して説明される実施形態もあれば、デバイスタイプのクレームを参照して説明される実施形態もある。しかし、当業者であれば、上記及び以下の説明から、特に明記されない限り、１つのタイプの主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、様々な主題に関連する特徴の任意の組み合わせも、本願によって開示されていると見なされると理解できるであろう。しかし、すべての特徴は、特徴の単なる足し合わせ以上の相乗効果を提供する限り、組み合わされることが可能である。

本発明は、図面及び上記説明において詳細に例示され、説明されたが、当該例示及び説明は、例示的に見なされるべきであり、限定的に見なされるべきではない。本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示された実施形態の他の変形態様は、図面、開示内容及び従属請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解され、実施される。

請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に引用される幾つかのアイテムの機能を果たしてもよい。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されることだけで、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (15)

1. 充填材で満たされるグリッドを含むＸ線撮像用の散乱線除去アセンブリであって、前記充填材は、人間又は動物の組織の音響インピーダンスに整合する音響インピーダンスを有する、散乱線除去アセンブリ。
2. 前記音響インピーダンスは、１．４ＭＲａｙｌ乃至１．８ＭＲａｙｌの範囲内である、請求項１に記載の散乱線除去アセンブリ。
3. 前記音響インピーダンスは、約１．５ＭＲａｙｌである、請求項１又は２に記載の散乱線除去アセンブリ。
4. 前記充填材はゲルであり、及び／又は、前記充填材はシリコーンを含み、及び／又は、前記充填材はポリマーを含む、請求項１乃至３の何れか一項に記載の散乱線除去アセンブリ。
5. 前記グリッドの薄層間の距離は、超音波中心周波数の半波長と整合する、請求項１乃至４の何れか一項に記載の散乱線除去アセンブリ。
6. 前記グリッドのピッチは、超音波中心周波数の波長の１０分の１よりも小さい、請求項１乃至４の何れか一項に記載の散乱線除去アセンブリ。
7. 前記充填材を前記グリッド内に保持するリテーナコンポーネントを含む、請求項１乃至６の何れか一項に記載の散乱線除去アセンブリ。
8. 人間又は動物の患者の体内に超音波を導入する結合構造体を含む、請求項１乃至７の何れか一項に記載の散乱線除去アセンブリ。
9. 超音波トランスデューサと、
   前記超音波トランスデューサに結合された、請求項１乃至８の何れか一項に記載の散乱線除去アセンブリと、
   を含む、検出器モジュール。
10. Ｘ線検出器を更に含む、請求項９に記載の検出器モジュール。
11. 前記超音波トランスデューサ、前記散乱線除去アセンブリ及び前記Ｘ線検出器は、一直線に配置される、請求項１０に記載の検出器モジュール。
12. 前記散乱線除去アセンブリは、超音波伝搬方向において、前記超音波トランスデューサの前に配置される、請求項１１に記載の検出器モジュール。
13. 請求項９乃至１２の何れか一項に記載の検出器モジュール、又は、請求項１乃至８の何れか一項に記載の散乱線除去アセンブリを含む、Ｘ線及び超音波複合撮像システム。
14. Ｘ線撮像コンポーネントと、
    超音波撮像コンポーネントと、
    前記Ｘ線撮像コンポーネント用の請求項１乃至８の何れか一項に記載の散乱線除去アセンブリと、
    を含む、撮像システム。
15. 前記散乱線除去アセンブリは、前記超音波撮像コンポーネントの動作中に、Ｘ線撮像コンポーネントのＸ線源と前記超音波撮像コンポーネントの超音波トランスデューサとの間に配置可能である、請求項１４に記載の撮像システム。

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