JPH11231062A - スケーラブル・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 - Google Patents
スケーラブル・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Info
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- JPH11231062A JPH11231062A JP10335556A JP33555698A JPH11231062A JP H11231062 A JPH11231062 A JP H11231062A JP 10335556 A JP10335556 A JP 10335556A JP 33555698 A JP33555698 A JP 33555698A JP H11231062 A JPH11231062 A JP H11231062A
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Abstract
タ断層撮影システムのための高密度半導体アレイを提供
する。 【解決手段】 半導体アレイは横列および縦列に配列さ
れた複数のフォトダイオードを含む。シンチレータ・ア
レイが半導体アレイに光学的に結合される。各フォトダ
イオードは各シンチレータの光出力を表す低レベル・ア
ナログ出力信号を生成する。この半導体アレイによっ
て、CTシステムが回転する毎に電気的に伝送されるべ
きデータのスライス数を選択することが可能になる。
Description
断層撮影画像形成に関し、かつ特にコンピュータ断層撮
影システムに接続して使用される高密度半導体アレイに
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化中
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線源および検出器アレイはガントリとともに画像形成
プレーン内で画像形成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備えてい
る。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個別のチャネルを形成す
る。
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、C
T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。
れるためのスライス数を変えてデータ伝送が可能な高密
度半導体アレイを提供することが望ましい。さらには、
スライス分解能が可変である半導体アレイを提供するこ
とが望ましい。
目的は、一実施態様において、予め選択されたスライス
数およびスライス分解能、あるいはスライス厚さに関す
るデータ信号を生じる高密度半導体アレイによって達成
することができる。特に、この半導体アレイは横列およ
び縦列に配列された複数のフォトダイオードを含む。シ
ンチレータ・アレイが半導体アレイに光学的に結合され
る。各フォトダイオードは各シンチレータの光出力を表
す低レベル・アナログ出力信号を生じる。データは、予
め選択されたスライス数およびスライス分解能に対し
て、フォトダイオードの様々な列からの出力信号を選択
的に組み合わせることによって生成される。
トダイオードのアレイを基板に取り付けまたは形成して
製造される。フォトダイオード・アレイからの出力線は
出力信号を次の処理のためにディジタル信号に変換する
データ収集システムに電気的に接続される。
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、半導体ア
レイにより、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、半導体アレイの
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。
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DA
S32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に入力として与えられる。
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および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5
2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。特に、半導
体アレイ52は複数のフォトダイオード60、スイッチ
装置68、およびデコーダ72とを含む。フォトダイオ
ード60は個別のフォトダイオードでも、あるいは多次
元フォトダイオード・アレイでもよい。フォトダイオー
ド60は基板(図示せず)に取り付けまたは形成され
る。シンチレータ・アレイ56は、当技術分野で周知の
通り、フォトダイオード60上部にかつその隣り合わせ
に位置決めされる。フォトダイオード60はシンチレー
タ・アレイ56に光学的に結合されかつシンチレータ・
アレイ56による光出力を表す信号を送るための電気的
出力線76を有する。各フォトダイオード60は、シン
チレータ・アレイ56の特定のシンチレータに関するビ
ーム減衰の測定結果である個々の低レベル・アナログ出
力信号を生じる。フォトダイオードの出力線76は、た
とえば、モジュール20の一側面またはモジュール20
の複数の側面に物理的に置くことができる。図4に示す
ように、フォトダイオードの出力76はフォトダイオー
ド・アレイの相対する側部に置かれる。
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は半導体アレイ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1
6の同時スライスのデータを収集することができる。
様のサイズの多次元半導体スイッチ・アレイである。ス
イッチ装置68は半導体アレイ52とDAS32との間
に結合される。スイッチ装置68は、一実施形態におい
ては、2つの半導体スイッチ80、82を含む。スイッ
チ80、82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)をそれぞれ
含む。各FETは各フォトダイオードの出力線76の入
力に電気的に接続された入力線と、出力線と、制御線
(図示せず)とを備えている。FET出力および制御線
は可撓電気ケーブル84を介してDAS32に電気的に
接続される。特に、フォトダイオードの出力線76の約
半分はスイッチ80の各FET入力線に電気的に接続さ
れ、フォトダイオードの出力線76の他の半分はスイッ
チ82のFET入力線に電気的に接続される。
制御し、それによって各スライスに対して所望のスライ
ス数およびスライス分解能にしたがってフォトダイオー
ドの出力がエネーブルされ、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、当技術分野で周知のデコーダ・チップまたはFE
Tコントローラである。デコーダ72はスイッチ装置6
8とDAS32に結合された複数の出力線と制御線を含
む。特に、デコーダの出力はスイッチ装置68をエネー
ブルするスイッチ装置制御線に電気的に接続され、それ
によって適切なデータがスイッチ装置入力からスイッチ
装置出力に伝送される。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を用
い、スイッチ装置68内の特定のFET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、それに
よって特定のフォトダイオードの出力がCTシステムの
DAS32に電気的に接続される。16スライス・モー
ドと定義される一実施形態においては、デコーダ72が
スイッチ装置68をエネーブルし、それによって半導体
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の同時スライスがDAS32に電気
的に接続される。もちろん、その他の多くの組合せも可
能である。
び4スライス・モードを含む他の多重スライス・モード
から選択することもできる。図5に示すように、適切な
デコーダ制御線に送ることにより、フォトダイオード・
アレイ52の1列または2列以上の4つのスライスから
データが収集されるようにスイッチ装置68を構成する
ことができる。デコーダ制御線により決められるスイッ
チ装置68の特定の構成により、フォトダイオードの出
力64の様々な組合せがエネーブル、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フォ
トダイオード・アレイ素子の1、2、3、または4列構
成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の範囲の1スライスを含
むシングル・スライス・モード、スライス厚さ1.25
mmから10mmの範囲の2スライスを含む2スライス
・モード等がある。さらにそれ以上のモードも可能であ
る。
およびデコーダ72はFETアレイに組み合わされる。
FETアレイは多次元アレイとして配列された複数の電
界効果トランジスタ(FET)(図示せず)を含む。図
6および図7の一実施形態において、2つのFETアレ
イで構成される半導体デバイス94、96を用いること
によってフォトダイオードの出力線64の半分はデバイ
ス94に接続され、フォトダイオードの出力線76の半
分はデバイス96に接続される。FETアレイ94、9
6はそれぞれに入力線100、102と、出力線10
4、106と、制御線(図示せず)とを含む。デバイス
94内部では、入力線100がスイッチ装置入力線に電
気的に接続され、出力線104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る。スイッチ96の内部構成はスイ
ッチ94と同一である。
ず)、第2端(図示せず)およびその間を通る複数の電
線112を含む。ケーブル84は、たとえば、それぞれ
に第1端120、122と第2端124、128とを有
する2つのケーブル116および118でもよし、ある
いは代替実施形態においては、多重第1端(図示せず)
を有する単一のケーブル(図示せず)等であってもよ
い。一実施形態においては、FETアレイ94のFET
出力および制御線はケーブル116のワイヤ112に接
続され、FETアレイ96のFET出力および制御線は
ケーブル118のワイヤ112に接続される。特に、各
FET出力および制御線はケーブル第1端120、12
2それぞれのワイヤ112に電気的に接続される。ケー
ブル第1端120、122はそれぞれに取付ブラケット
126Aおよび126BによってFETとの強固な電気
的接触を保持される。
において、ケーブル116、118は同一である。特に
ケーブル116に関しては、第2端124はパターン状
に配列された複数の接続パッド140を含む。各接続パ
ッド140はケーブル第2端124でワイヤ112に電
気的に接続される。ケーブル第2端124はDASバッ
クプレーン142にエラストマー・コネクタ(図7、図
8および図9には図示せず)を用いて電気的に結合され
る。バックプレーン142は接続パッド140と同一の
パターン状に配列された複数の接続パッド148を含
む。バックプレーン接続パッド148はDAS入力およ
び制御線(図示せず)に電気的に接続される。一実施形
態においては、接続パッド140は2つの平行な列15
2および154を成すパターン状に配列され、接続パッ
ド148は2つの平行な列158および162に同様に
配列され、かつ2つのエラストマー・コネクタ(図示せ
ず)を用いて接続パッド140および148が電気的に
接続される。各エラストマー・コネクタは接続パッドに
整合した複数の導体(図示せず)を含み、したがってエ
ラストマー・コネクタをケーブルの第2端124とバッ
クプレーン142の間に位置決めすることによって接続
パッド140、148が電気的に接続される。特に、第
1のエラストマー・コネクタは接続パッド列152、1
58の間に位置決めされ、第2のエラストマー・コネク
タは接続パッド列154、162の間に位置決めされ
る。ケーブルの第2端124はバックプレーン142に
ハウジング(図示せず)と共に固定される。ケーブル1
18はバックプレーン142に同様にして接続される。
70は、全周を絶縁材178で囲まれた少なくとも1つ
の導体174を含む。エラストマー・コネクタの端部は
導体174のパッド140および148との電気的接続
を構成するため、絶縁材178で被覆しない。一実施形
態においては、エラストマー・コネクタ170は複数の
金めっきされた黄銅製導体174を含む。導体174は
単一の導体174が各接続パッド140および各接続パ
ッド148に電気的に接続されるように間隔を置くこと
ができる。あるいは、導体174は複数の導体174が
各接続パッド140および各接続パッド148に電気的
に接続されるように間隔を置くこともできる。
192は複数のケーブルの第2端に適合し、かつバック
プレーン142に固定される。特に、ハウジング192
はエラストマー・コネクタ170を可撓ケーブルの第2
端124とバックプレーン142との間で圧縮し、それ
によって接続パッド140、148による電気的接続が
エラストマー導体174を介して構成される。その結
果、出力線76がバックプレーン入力線に電気的に結合
され、かつFET制御線がDAS制御線に接続され、検
出器モジュール半導体スイッチ80、82が構成され
る。ハウジング192はバックプレーン142に少なく
とも1つのボルト(図示せず)を用いて固定される。
13に関して、シンチレータ・アレイ56とFETアレ
イ94、96とを含む半導体アレイ52は、フォトダイ
オード60がアレイ94と96に隣接しかつその間に置
かれるように当技術分野で周知の方法により基板200
に取り付けられまたは形成される。次いでフォトダイオ
ードの出力64がFETアレイ94、96それぞれの入
力100および102に接続される。特に、フォトダイ
オードの出力64の半分はFETアレイ入力100にワ
イヤ・ボンディングされ、かつフォトダイオードの出力
64の半分は各FETアレイ入力102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。フォトダイオードの出力は、た
とえば、アルミニウムワイヤ・ウェッジボンディングお
よびゴールド・ワイヤ・ボールボンディング等の当技術
分野で周知の様々なワイヤ・ボンディング技術を用いて
FET入力線にワイヤ・ボンディングされる。
Tアレイ94、96に隣接して置かれ、かつ基板200
に、たとえば、接着剤(図示せず)を用いて結合され
る。次いでFET出力および制御線の一部がケーブル1
16のワイヤ112にワイヤ・ボンディングされ、かつ
FET出力および制御線の一部がケーブル118のワイ
ヤ112にワイヤ・ボンディングされ、それによって各
FET出力線およびワイヤ112と各FET制御線およ
びワイヤ112との間に電気的パスができる。FET出
力および制御線はフォトダイオードの出力線64と同様
にワイヤ・ボンディングされ、ワイヤボンドは一括して
ボンド300として識別される。ケーブル第1端12
0、122は取付ブラケット126Aおよび126Bを
用いて所定の箇所に保持される。
内に取り付けた後、ケーブル第2端124、128がD
AS32に結合され、それによって電気的パスがフォト
ダイオードの出力線76とDAS入力との間に存在し、
かつFET制御線がDAS出力に電気的に接続されてF
ETアレイをエネーブルできる。特に、エラストマー・
コネクタ170の第1端はバックプレーン142に隣接
して置かれ、それによってエラストマー導体174が接
続パッド148に隣接して置かれる。次いで可撓ケーブ
ルの第2端124がエラストマー・コネクタ170の第
2端に隣接して置かれ、それによってエラストマー導体
174が接続パッド140に隣接して置かれる。ハウジ
ング192をケーブルの第2端124上部にかつ隣接し
て位置決めした後、ハウジング192はエラストマー・
コネクタ170が圧縮され、それによってエラストマー
導体174がケーブルの第2端の接続パッド140とバ
ックプレーンの接続パッド148が電気的に接続される
ようにバックプレーン142に固定される。
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7
2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D
AS32に送られる。
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、半導体ア
レイにより、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。
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。
る。
ドにおける様々な構成を示す図である。
る。
ある。
とデータ収集システムとの相互接続の斜視図である。
である。
ある。
り除いた斜視図である。
のハウジングの斜視図である。
である。
Claims (24)
- 【請求項1】 マルチスライス・コンピュータ断層撮影
装置用の高密度半導体アレイであって、 アレイとして構成された複数のフォトダイオードと、 前記フォトダイオード・アレイに光学的に結合されたシ
ンチレータと、を備える高密度半導体アレイ。 - 【請求項2】 前記シンチレータ・アレイおよび前記フ
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1に記載の高密度半導体アレイ。 - 【請求項3】 前記フォトダイオード・アレイ出力に電
気的に結合されたスイッチをさらに含むことを特徴とす
る請求項1に記載の高密度半導体アレイ。 - 【請求項4】 前記スイッチが複数の電界効果トランジ
スタを含むことを特徴とする請求項3に記載の高密度半
導体アレイ。 - 【請求項5】 前記各電界効果トランジスタが前記フォ
トダイオードの出力の1つにワイヤ・ボンディングされ
ることを特徴とする請求項4に記載の高密度半導体アレ
イ。 - 【請求項6】 前記スイッチが電界効果トランジスタの
アレイを含むことを特徴とする請求項3に記載の高密度
半導体アレイ。 - 【請求項7】 前記フォトダイオード・アレイおよび前
記スイッチが基板上にあることを特徴とする請求項3に
記載の高密度半導体アレイ。 - 【請求項8】 前記スイッチに結合されたデコーダをさ
らに含み、前記デコーダにより前記スイッチの作動が制
御されて前記フォトダイオードの出力が予め選択された
スライス数およびスライス厚さにしたがって組み合わさ
れるように構成されることを特徴とする請求項3に記載
の高密度半導体アレイ。 - 【請求項9】 前記デコーダにより前記スイッチが複数
のスライス・モードで選択的に作動するように制御され
ることを特徴とする請求項8に記載の高密度半導体アレ
イ。 - 【請求項10】 コンピュータ・断層撮影装置のための
検出器モジュールであって、 複数のフォトダイオードを含む高密度半導体アレイと、 前記高密度半導体アレイに光学的に結合されたシンチレ
ータ・アレイと、 一端が前記高密度半導体アレイの出力に電気的に接続さ
れた少なくとも1つの可撓ケーブルと、を備える検出器
モジュール。 - 【請求項11】 前記高密度半導体アレイ出力と前記可
撓電気ケーブル間で電気的に結合されたスイッチをさら
に含むことを特徴とする請求項10に記載の検出器モジ
ュール。 - 【請求項12】 前記スイッチが前記高密度半導体アレ
イおよび前記可撓ケーブルにワイヤ・ボンディングされ
ることを特徴とする請求項11に記載の検出器モジュー
ル。 - 【請求項13】 前記スイッチが複数の電界効果トラン
ジスタを含むことを特徴とする請求項11に記載の検出
器モジュール。 - 【請求項14】 前記可撓電気ケーブルが複数の電線を
含み、前記電界効果トランジスタがそれぞれに前記電線
の1つに電気的に接続されることを特徴とする請求項1
3に記載の検出器モジュール。 - 【請求項15】 前記高密度半導体アレイおよび前記シ
ンチレータ・アレイが16×16アレイであることを特
徴とする請求項10に記載の検出器モジュール。 - 【請求項16】 コンピュータ・断層撮影装置用のマル
チスライス検出器であって、 検出器ハウジングと、 前記検出器ハウジングに結合され、予め選択されたスラ
イス数およびスライス厚さにしたがって出力を生じるよ
うに選択的に構成可能な検出器モジュールと、 前記検出器モジュールに隣接するコリメータ・アレイと
を備えるマルチスライス検出器。 - 【請求項17】 前記検出器モジュールの出力に電気的
に接続されたバックプレーンをさらに含むことを特徴と
する請求項16に記載のマルチスライス検出器。 - 【請求項18】 前記各検出器モジュールが少なくとも
1つの可撓電気ケーブルを含み、前記各可撓電気ケーブ
ルが前記検出器モジュールと前記バックプレーンの間で
電気的に結合されることを特徴とする請求項17に記載
のマルチスライス検出器。 - 【請求項19】 前記電気ケーブルの一端を前記バック
プレーンに電気的に接続する少なくとも1つのエラスト
マー・コネクタをさらに含むことを特徴とする請求項1
8に記載のマルチスライス検出器。 - 【請求項20】 前記バックプレーンが複数の入力を含
み、前記各可撓ケーブルの一端および前記バックプレー
ンの各入力が接続パッドを含み、かつ前記接続パッドが
前記エラストマー・コネクタに結合するように構成され
ることを特徴とする請求項19に記載のマルチスライス
検出器。 - 【請求項21】 前記エラストマー・コネクタが複数の
銀含浸シリコン・レイヤを含むことを特徴とする請求項
20に記載のマルチスライス検出器。 - 【請求項22】 前記エラストマー・コネクタが複数の
金めっき黄銅製またはニッケル製導体を含むことを特徴
とする請求項20に記載のマルチスライス検出器。 - 【請求項23】 前記検出器モジュールが複数のスライ
ス・モードで作動することを特徴とする請求項16に記
載のマルチスライス検出器。 - 【請求項24】 前記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つの列を構成する
ことを特徴とする請求項23に記載のマルチスライス検
出器。
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