JPH11221208A - コンピュータ断層撮影システム用のコリメータおよびそれを使用した検出器 - Google Patents
コンピュータ断層撮影システム用のコリメータおよびそれを使用した検出器Info
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- JPH11221208A JPH11221208A JP33549698A JP33549698A JPH11221208A JP H11221208 A JPH11221208 A JP H11221208A JP 33549698 A JP33549698 A JP 33549698A JP 33549698 A JP33549698 A JP 33549698A JP H11221208 A JPH11221208 A JP H11221208A
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Abstract
能を生じるマルチスライス検出器アレイを提供する。 【解決手段】 検出器アレイは検出器ハウジングと、複
数の検出器モジュールと、コリメータとを含む。各検出
器モジュールは横列と縦列のアレイに配置された複数の
フォトダイオードと、フォトダイオード出力信号に電気
的に結合されたスイッチ装置と、デコーダとを含む。コ
リメータは焦点X線ビームのみが検出器モジュールに入
射するようにX線ビームを分離するように構成される。
Description
タ断層撮影(CT)画像形成に関し、かつ特にCTシス
テムに接続して使用される検出器に関する。
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
形成プレーン」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中の
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。
X線源と検出器アレイはガントリとともに画像形成プレ
ーン内で画像が形成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。
り多くのスライスに対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。
はX軸およびZ軸方向の多重検出器素子を備えることに
よって空間分解能を向上させることができる。それらの
素子は隣接素子間がわずかに数ミルの狭い間隙で隔てる
ことができる。間隙には光反射材料を充填することがで
きる。検出器素子はコントラスト分解能を劣化させる軸
外れX線ビーム、または散乱X線ビームを受け入れるこ
とができる。
子に向けてコリメートし、かつ分ける検出器アレイを提
供することが望ましい。さらに、反射材料の放射線損傷
を最小化するように素子間の間隙を保護する検出器アレ
イ・コリメータを提供することが望ましい。またX線の
フォトダイオードへの透過を減少する検出器アレイ・コ
リメータを提供することが望ましい。
は、一実施態様において、スライスの量およびスライス
分解能、あるいはスライス厚さの変更が可能な検出器ア
レイによって達成されるであろう。検出器アレイは検出
器ハウジングと、複数の検出器モジュールと、コリメー
タとを含む。各検出器モジュールは検出器ハウジングに
取り付けられ、かつシンチレータ・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・アレイは横列と縦列に配置された複数のフォト
ダイオードを含む。コリメータはシンチレータ・アレイ
に整合されかつ隣接して位置決めされ、かつX線ビーム
を分離し、それによってコリメータを通過するX線ビー
ムがシンチレータ・アレイに対応する。
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(DA
S)との間に電気的に接続される。スイッチ装置は、一
実施態様においては、電界効果トランジスタ(FET)
のアレイであり、かつ各ダイオード出力線をエネーブル
し、ディスエーブルし、または他のフォトダイオード出
力線と組合せることにより、スライス数および各スライ
スの厚さを変更する。
ルはフォトダイオード・アレイ、スイッチ装置、および
デコーダを基板に被着させて製造される。各フォトダイ
オード出力線はスイッチ装置に電気的に接続される。ス
イッチ装置出力および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2端がDA
Sに電気的に接続される。
トの長手方向軸が他のプレートの長手方向軸に平行に延
び、かつ各プレートが焦点に関して整列するように間隔
を置きかつ固定することによって製造される。一実施態
様においては、次いで1本のワイヤがコリメータの長さ
にプレートの長手方向軸に垂直に延ばされ、複数のセク
ションが形成される。セクションの数はフォトダイオー
ド・アレイのサイズに相当し、それによってX線ビーム
がフォトダイオード・アレイ横列および縦列の数に対応
して分離される。
ムの回転毎に電気的に伝送すべきデータのスライス数の
選択が可能になる。さらに、検出器コリメータによっ
て、焦点X線ビームのみがシンチレータ・アレイに伝送
されて走査データの精度がより良くなるようにX線ビー
ムを分離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って検査の個別のニーズと
要件に対処することができる。
CTスキャナに特有のガントリ12を含むコンピュータ
断層撮影(CT)画像形成システム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1
2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。
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とガントリ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(DA
S)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
に入力として加えられる。
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とパラメータはコンピュータ
36によって制御信号と情報をDAS32、X線コント
ローラ28とガントリ・モータ・コントローラ30に供
給するために使われる。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内の位置に着けるテーブル・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を部分的に移動させる。
イ18はアーチ状の検出器ハウジング50に固定された
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
上部にかつこれに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。使用可能なフォトダイオード・
アレイの一例は、「スケーラブルなマルチスライス走査
コンピュータ断層撮影システム用のフォトダイオード・
アレイ」と題し、本件の譲受人に譲渡され参照により全
体を本明細書に組み入れる同時係属の米国特許出願第
(15−CT−4631)号に記載されている。使用可
能なシンチレータ・アレイの一例は、「マルチスライス
・コンピュータ断層撮影システムのためのシンチレー
タ」と題し、本件の譲受人に譲渡され参照により全体を
本明細書に組み入れる同時係属の米国特許出願第(15
−CT−4513)号に記載されている。検出器アレイ
18は、さらにシンチレータ・アレイ56の前部にかつ
これに隣接して置かれ、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54をも含む。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を含む。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62を生成す
る。
レート64と少なくとも1本のワイヤ66を含む。プレ
ート64は各プレート64の長手方向軸が各隣り合うプ
レート64の長手方向軸と実質上平行に延びるように間
隔を置きかつ固定される。プレート64はハウジング5
0にあるスロット(図示せず)に挿入され、かつプレー
ト64の上下端で接合される。プレート64とワイヤ6
6は、一実施形態においては、タングステン製である。
ワイヤ66はコリメータ54の長さにわたりプレート6
4の長手方向軸に対して実質的に垂直に延び、かつプレ
ート64の横向きスロット(図示せず)に挿入され接合
される。
性区域と不活性区域(図示せず)とを有する複数のセク
ション(図示せず)を形成している。活性区域同士はほ
ぼサイズが等しく、X線16を分離して、焦点X線ビー
ムのみがコリメータ54を通過してシンチレータ・アレ
イ56に達することができるようにする。不活性区域は
非焦点X線ビームのシンチレータ・アレイ56とフォト
ダイオード・アレイ52への入射を防止する。セクショ
ンの数はシンチレータ・アレイ56とフォトダイオード
・アレイ52のサイズによって決まる。シンチレータ・
アレイ56のワイヤ66の真下の区域はX線ビーム16
が入射しないように保護される。たとえば、ワイヤ66
は、反射材料が放射線損傷を受けないように保護しかつ
X線ビーム16のフォトダイオード・アレイ52への透
過を減少させるために各シンチレータ・アレイ・ギャッ
プ(図示せず)上部に置かれる。一実施形態において
は、コリメータ・ワイヤ66の数はシンチレータ・アレ
イ56の横列の数より1つ多く、それによって各ギャッ
プが保護される。
合は、検出器アレイ18は57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を含み、それぞ
れ16×16のアレイ・サイズを有し、したがってアレ
イ18には16の横列および912の縦列(16×57
モジュール)がある。その結果、コリメータ54は17
本のワイヤ66と913個のプレート64を含み、ガン
トリ12の一回転毎に16同時スライスのデータを収集
することができる。さらにたとえば、2スライス・モー
ド操作の場合は3本のワイヤ66が含まれ、また4スラ
イス・モード操作の場合は5本のワイヤ66が含まれ
る。さらに上述以外のモードによる場合も可能である。
2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およびは電界効果
トランジスタのアレイ(図示せず)であり、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、76を用いて電気的に接続されてい
る。ケーブル74、76は検出器モジュール20に各取
付ブロック80Aおよび80Bにより固定されている。
動が制御され、所望のスライス数と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
ーブルされ、ディスエーブルされ、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はスイッチ装置とコンピュータ36に
結合された複数の出力線と制御線を含む。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。
デコーダ制御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62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に電気的接続され、
その結果データの16個の同時スライスがDAS32に
送られる。もちろん、さらに多数のスライス・コンビネ
ーションも可能である。
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6に示すように、適
切なデコーダ制御線を活動化す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。デコーダ制御線によって決められるスイッチ装置6
8の特定の構成により、フォトダイオード出力62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、それによって各スライス厚さを1
列、2列、3列あるいは4列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列から16列にわたる
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列から8列にわたる2つのスライスを含む
2スライス・モードがある。さらに上述以外に、フォト
ダイオード・アレイ素子横列またはチャネル当たり画素
の総数がスライスの数またはスライス当たり横列数のF
ET出力倍に等しいモードも可能である。たとえば、ス
ライス当たり4横列を使用する4スライス・モード操作
の場合は、フォトダイオード・アレイとシンチレータ・
アレイ52と56が少なくとも16横列の素子を含み、
かつスイッチ装置68が少なくとも4FET出力を含
む。一実施形態においては、たとえば、各横列の幅は
1.25mmである。
ッチ装置68とデコーダ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(FE
T)(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、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10
6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、
108は、それぞれに入力線110、112、出力線1
14、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。
シンチレータ・アレイ56およびFETアレイ106、
108を含むフォトダイオード・アレイ52がフォトダ
イオード出力62がアレイ106、108に隣接するよ
うに基板200に被着または形成される。次いでフォト
ダイオード出力62がFETアレイ106、108それ
ぞれの入力110、112に接続される。特に、フォト
ダイオード出力62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
62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62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、76の第一の端部がFETアレイ106、
108に電気的に接続されかつ固定される。FETアレ
イの出力線と制御線はケーブル74、76に電気的に接
続される。特に、FETアレイ出力線114、116は
それぞれケーブル74、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、
76の第一の端部を取付ブロック80A、80Bにより
固定することにより完成される。
に製造した後、検出器モジュール20はハウジング50
に機械的に取り付けられ、それによってシンチレータ・
アレイ56がコリメータ54に隣接して置かれ、アレイ
18が形成される。次いで各検出器モジュール20のケ
ーブル74、76の第2端がCTシステムDAS32に
電気的に接続される。
と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が検出器アレイ1
8に向けて投射されると、コリメータ54によって焦点
X線ビームのみが検出器モジュール20に入射すること
ができる。その結果選択された構成のデータがDAS3
2に送られる。
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
器コリメータにより、X線ビームが分離されて焦点X線
ビームのみがシンチレータ・アレイに送られ、その結果
一層正確な走査データが得られる。さらに、検出器モジ
ュールによってスライス厚さの選択が可能になるため、
様々なスライス分解能が生じる。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。
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。
る。
視図である。
る。
る。
ある。
Claims (18)
- 【請求項1】 マルチスライス・コンピュータ断層撮影
装置用のコリメータであって、各プレートの長手方向軸
が前記プレートのうち隣り合うプレートの長手方向軸と
実質上平行に延びる複数のプレートを備え、多重スライ
ス・モード操作で使用するように構成可能なことを特徴
とするコリメータ。 - 【請求項2】 2スライス・モード操作のため、前記コ
リメータが前記プレートの前記長手方向軸と実質上垂直
に延びる1本のワイヤによって2個のセクションに分割
されることを特徴とする請求項1に記載のコリメータ。 - 【請求項3】 前記セクションのうち1つのセクション
の活性区域が前記他のセクションの活性区域にほぼ等し
いことを特徴とする請求項2に記載のコリメータ。 - 【請求項4】 4スライス・モード操作のため、前記コ
リメータが前記プレートの前記長手方向軸と実質上垂直
に延びるn+1本のワイヤによってn個のセクションに
分割され、nがスライスの数に等しいことを特徴とする
請求項1に記載のコリメータ。 - 【請求項5】 前記各セクションの活性区域が前記他の
セクションの活性区域にほぼ等しいことを特徴とする請
求項4に記載のコリメータ。 - 【請求項6】 16スライス・モード操作のため、前記
コリメータが前記プレートの前記長手方向軸と実質上垂
直に延びる17本のワイヤによって16のセクションに
分割されることを特徴とする請求項4に記載のコリメー
タ。 - 【請求項7】 断層撮影装置において使用する検出器装
置であって、複数の検出器モジュールと1つのコリメー
タとを備え、前記各検出器モジュールはシンチレータ・
アレイに結合されたフォトダイオード・アレイを備え、
そのフォトダイオード・アレイは横列と縦列に配置され
た複数の素子を有し、前記シンチレータ・アレイはコリ
メータに隣接し、前記コリメータは複数のプレートを備
え、前記各プレートの長手方向軸が前記プレートのうち
隣り合うプレートの長手方向軸と実質上平行に延びるこ
とを特徴とする検出器装置。 - 【請求項8】 各検出器モジュールがさらに前記フォト
ダイオード・アレイに結合されたスイッチング・アレイ
を含み、前記スイッチング・アレイが複数の電界効果ト
ランジスタを有し、各電界効果トランジスタが入力線、
出力線、および制御線を有することを特徴とする請求項
7に記載の検出器装置。 - 【請求項9】 フォトダイオード・アレイ素子横列また
はチャネル当たり画素の総数がn×mに等しく、nがス
ライス数または電界効果トランジスタ出力に等しくかつ
mがスライス当たり横列の最大数に等しいことを特徴と
する請求項8に記載の検出器装置。 - 【請求項10】 スライス当たり最大限4横列のフォト
ダイオード・アレイを含む4スライス・モード操作のた
めに、前記フォトダイオード・アレイが16の横列また
はチャネル当たり画素を含むことを特徴とする請求項9
に記載の検出器装置。 - 【請求項11】 コンピュータ断層撮影装置用の検出器
アレイであって、検出器ハウジングと、複数の検出器モ
ジュールと、前記ハウジングに固定されたコリメータと
を備え、前記コリメータは複数のプレートを含み、各プ
レートの長手方向軸は前記プレートのうち隣り合うプレ
ートの長手方向軸と実質上平行に延び、前記コリメータ
が多重スライス・モード操作で使用するように構成可能
であることを特徴とする検出器アレイ。 - 【請求項12】 2スライス・モード操作のため、前記
コリメータが前記プレートの前記長手方向軸と実質上垂
直に延びる3本のワイヤによって2つのセクションに分
割されることを特徴とする請求項11に記載の検出器ア
レイ。 - 【請求項13】 前記セクションのうち1つのセクショ
ンの活性区域が前記他のセクションの活性区域にほぼ等
しいことを特徴とする請求項12に記載の検出器アレ
イ。 - 【請求項14】 マルチスライス・モード操作のため、
前記コリメータが前記プレートの長手方向軸と実質上垂
直に延びるn+1本のワイヤによってn個のセクション
に分割されることを特徴とする請求項11に記載の検出
器アレイ。 - 【請求項15】 前記各セクションの活性区域が前記他
のセクションの活性区域にほぼ等しいことを特徴とする
請求項14に記載の検出器アレイ。 - 【請求項16】 前記各検出器モジュールがさらに、前
記コリメータに隣接するシンチレータ・アレイと、その
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・アレイとを含むことを特徴とする請求項11に
記載の検出器アレイ。 - 【請求項17】 前記各シンチレータ・アレイとフォト
ダイオード・アレイが16×16アレイであることを特
徴とする請求項16に記載の検出器アレイ。 - 【請求項18】 前記各検出器モジュールがさらに前記
フォトダイオード・アレイに結合されたスイッチング・
アレイを含むことを特徴とする請求項16に記載の検出
器アレイ。
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