JPH11511035A - 多重センサ配置方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、検出装置配置の全長に沿って連続して画像データを獲得する多重センサ配置を提供する走査形ディジタル放射線透過写真システムのための方法とセンサ装置の配置を提供することを目的とする。走査方向に対して所定の角度をなし、ダイ切断（４６）に沿ってセンサダイ短端部を切断することにより、検出器配置の長手方向拡設部に沿った任意の位置におけるデータの全損失はもはや存在しなくなる。代わりに、画素（４０）のより少ない損失が、２つの隣接するセンサダイの接合部と一致したときには走査する範囲のある部分にわたって生じることになるが、この範囲では画像は電子回路により容易に、かつ完全に再構成が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 多重センサ配置方法 技術分野 本発明は、Ｘ線結像のためのセンサに係り、特に走査形ディジタル放射線シス テムに供する多重センサの配置に関する。 従来の技術 １９５０年半ば以来、歯科に用いる歯や顎全体にわたるＸ線画像を形成するた めの共通した方法には、いわゆるパノラミックＸ線法がある。図１は通常の従来 技術の構成を示す図である。患者の頭部が直立した位置に向けられているとする と、この方法は移動自在のＸ線源１を用い、ビームは水平方向の狭い幅（３−６ ｍｍ）にコリメートされ、垂直方向には少なくとも１２ｃｍ伸長される。コリメ ーションは、Ｘ線管の焦点から適切な距離に配置されＸ線吸収材料で作られた一 片のシート金属によって形成された狭いスリットを用いて、放射線が患者に達す る前に行われる。Ｘ線源に対して患者の反対側には、扇状ビームに対応する狭い 第二スリットを有する第二の金属板３が配置されている。スリットとコリメータ を有するＸ線源とは互いに固着されている。Ｘ線源からＸ線ビームの方向に更に 離れた第二スリットの背後に、フィルム５が配置されている。普通の３０ｃｍ幅 パノラミッ クＸ線に対して通常では１５−２０秒の露光の間に、Ｘ線源およびスリットの配 置は、結像システムの回転中心７が患者の頭部内に置かれるように制御された方 法によって、患者の頭部を回る３の方向に回転される。同時に、結像システムが その回転中心７の周りを回転している間にフィルムの全てが露光されるまで、患 者の頭部および第二スリットを通過した放射線によって露光されるフィルムの一 つ一つに対して、結像システムは移動される。 対象に対するフィルム速度、Ｘ線ビーム、および露光の間に移動される「仮想 焦点」としての回転中心を持つ投影形状とを制御することによって、対象内の予 め定められた層のみが鋭く撮影されることを示すことが出来る。 この鋭い層を歯列弓と一致させ、垂直および水平寸法の大きさの変動を補償す るために、むしろ複雑な運動シーケンスが要求される。すなわち、その場合には 垂直方向に配向された回転軸線７は患者の頭部内には固定されず、図２に示した ように噛み合い平面にほぼ平行な水平平面内の連続路に沿って移動される。 従来のパノラミック放射線技法のよく知られた技術的説明は、１９８９年Phil adelphiaのLea&Febigerにより刊行された、Oraf Langland,Robert Langlais,Dos s McDavid,Angelo DelBalsoによる「パノラミック放射線技術」の第二版「回転 パノラミック放射線技法の理論」の第二章にわかり易く示されている。 図３および図４に示したように、従来の方法は、各々の露光量が不定に低く、 サイズがスリットに対応している不定数の画像を直接アナログフィルム媒体に付 加すると同時に、上記のようにフィルムをスリットを通して移動させる方法と見 ることが出来る。しかし、この方法は、Ｘ線源／スリットアセンブリー運動およ びフィルムの運動の両者において、多いが有限の数の別々のステップを用いて同 様によく動作する。 上記の方法では、フィルムを例えば半導体検出器を用いるように変形出来るこ とは言うまでもない。これに関連する３つの特許の例が米国特許Ｎｏ.４,８７８ ,２３４,４,８２３,３６９，および５,０１８,１７７に開示されている。 第一の特許書類の米国特許Ｎｏ.４,８７８,２３４では、個別の画素電荷が検 出器のクロックシーケンスによってフィルムの動きをシュミレートするように移 動することができるというＴＤＩ（時間遅延積分Time Delayed Integration）と 名付けられたＣＣＤの初期の発展以来よく知られた方法によって、画像情報を検 出すると共に結像領域でのフィルム運動を直接シュミレートするために、１つま たは幾つかのＣＣＤ（電荷結合素子）を用いる方法と装置が開示されている。こ の方法は、水平倍率を調 整し、鋭い層の位置を決定するのに必要な複雑な運動パターンに関するフィルム 法と同じ制限を有する。明らかな欠点は、この層の位置が、露光前に、予め決定 されなければならないということであった。画像は露光シーケンスの間にディジ タル化され、直後に続いてビデオモニタに供給される。 第二の特許である米国特許Ｎｏ.４,８２３,３６９では、上記のスリットに対 応する大きさを持つ半導体画像検出器を用いて多数の重畳する画像を捉え、互い に隣接する画素を付加して、より少ないコラムの画像データを生成し、データの 量を低減させることにより画像の各々を実時間で後処理する方法と装置とが開示 されている。得られた組み合わせコラムの各々は、上記の米国特許Ｎｏ.４,８７ ８,２３４に記載してある検出器の読出しレジスタ、あるいは分解の低い通常の 画像コラムに対応するものである。後処理後のコラムの組からの画像データは大 きな画像メモリの個々の格納場所に格納される。約１２．５ｘ３０ｃｍに対応す る大きさをもつ１つ、あるいはそれ以上の得られた画像が多数のより小さな画像 の和を用いて全体的に覆われるまで、パノラミック画像の再構成は、メモリに格 納された画像をそれぞれわずかに位置がシフトしている他のメモリに付加するこ とによって、露光の完了後に実施される。 この方法は、空間分解能を減少させるかあるいは、データ低減の間に如何に多 くのグループの画像コラムデータを生成するかに依存している数の制限された所 定の層に、引き続く再構成を束縛する。 上記両開示特許書類では、二次ダイアフラムが独立クレームの全てに必要な要 件として含まれる点が注目されるべきである。しかし、二次ダイアフラムは、検 出領域の境界内に入射する放射線を単に検出するだけの検出器により大きな面積 のフィルムが置き換えられたときには、完全に不要である。 第三の特許書類米国特許Ｎｏ.５,０１８,１７７では、一連の画素検出器から 構成され、単一の垂直方向に配向されたライン検出器を用いて、他の可能な投影 間でパノラミックラジオグラムを生成するための方法と装置が開示されている。 この特許書類では、主として、完全な所定の走査時間を、全走査時間内の経過時 間の関数である一連の時間区間に分割する考え方を与える。放射線により生成さ れた検出器の信号は各時間区間毎に積分される。 各々の時間区間の最後では、検出器からのアナログ信号はディジタルデータに 変換される。データ処理によって、完全な二次元ラジオグラムが検出器からのコ ラムデータの組から生成される。この特許文書はまた、所定の投影形状および所 定の走査時間間隔から上記の時間区間 を計算してパノラミックラジオグラムを得る方法をも開示する。 このようにして、大きな対象を結像させる共通の方法は、線形センサ例えばダ イオードアレイ、あるいは狭い二次元センサ例えばＣＣＤ，あるいは他の任意の 二次元画素アレイのいずれかを用いて、対象を走査することにより実施される。 センサの長さはウエーハの大きさおよび処理能力により約５から８ｃｍに制限さ れるので、単一センサを用いたときの走査幅も制限される。 より広い対象に対する解決方法は、二次元において走査するか、あるいは一連 のセンサを一列に装着することによって走査幅を増加させることで与えられる。 二次元走査は機構を複雑にし、また多くの用途に対して余りに多くの時間を要す る傾向がある。 今日一般に得られるセンサは長方形か正方形に形成される。多重長方形または 正方形センサを一直線に装着するときは、データは常に個別センサの間の境界領 域で失われる。能動領域は、電気的接続バスに余裕が必要であり、切断エッジに 近接する半導体の性質が理想的ではないので（図７）、ダイのエッジの全てにま で拡設することは出来ない。画素の整合にはダイの間に空間が必要である。検出 幅の損失は一般に１００から２００μｍであ る。 従って、センサの間の境界においてデータの損失が最小となるような直線的に 配置された多重センサで構成される長い長方形状センサの形成を容易にすること ができる方法と装置が必要になる。 発明の簡単な説明 本発明の目的は、本発明により設計されたセンサ装置の全長に沿って連続する データ獲得を与える多重センサ配置を提供する走査式ディジタル放射線透過シス テムに供する方法とセンサ装置とを提供することにある。 走査方向に関してある角度でセンサダイ境界エッジを配置することにより、長 い長方形状検出器の長手方向の拡設部に沿った任意の位置において、データの全 体の損失はもはや存在しない。その代わりに、走査幅の或る領域に渡ってデータ の損失が生じる。失われたデータの部分がその位置から収集されたデータの全量 と比較して小さいときは、画像は結像走査システム回路またはソフトウェアによ り容易に再構成することが出来る。本発明の請求項は、独立クレーム１および従 属クレーム２乃至６により与えられ、本発明による一連の異なる実施例が与えら れる。 図面の簡単な説明 本発明は添付した図面を参照して与えられる好適な実施例により説明され、添 付図面において同様の参照番号は同様の部分を示すため全体にわたって用いられ る。図面において、 図１は、従来のパノラマ式狭幅スリット回転放射線透過写真方式をフィルムと共 に示す図である。 図２は露光シーケンス中の回転軸線の運動経路と共に歯列弓を示す図である。 図３は１つの位置から他の位置への露光シーケンスの一部の間の検出器の運動、 そして同時にＸ線焦点が矢印により示される経路に沿って移動し、回転軸線が図 ２の経路に沿って移動される状態を示す図である。 図４は、単一画像により大きな領域を被う付加された放射線写真を形成する垂直 方向に配向され、水平方向にシフトされた狭幅のＸ線画像の構成を示す図である 。 図５は、本発明によるセンサ配置からなる検出器を利用した好適な実施例の平面 図である。 図６は、単一エンサセグメント長さより大きな走査高さ を有する走査システムであって、所望の結像窓が各々のセンサ配置に対して点線 で示した異なる構成を示す図である。 図７は、図６Ａのセンサセグメントジョイントの構成を示し、線状に装着された 長方形状の２つのセンサセグメントの間の境界の詳細な状態を示す図である。 図８は、走査方向に対して或る角度をなして装着された長方形状のセンサを用い たセンサセグメントの間の境界の詳細図としての図６Ｂの近接図である。更に、 図９は、図６Ｃから６Ｅに示した本発明によるセンサセグメント間の境界の詳細 を示す図であり、走査方向に配向された画素を有し、これによりデータの一部だ けが境界で失われる状態を示す図である。 好適な実施例の説明 本発明の図示した実施例は、図５に示したように、Ｘ線源１３を収容し、長辺 が垂直方向に配向された長方形状結像検出器１９と機械的に剛性に接続されたケ ース１５とから構成される。このＸ線源／検出器アセンブリ１８は、水平面１６ 内の任意の位置の間で移動自在であり垂直に配向された軸線１７の周りにおいて 回転自在である。ケース１５のＸ線源１３に近接して、スリットを備 えたコリメータ１４が設けられ、このコリメータ１４は、Ｘ線ビームを検出器に 向けるように用いられると共に、検出器におけるビームの断面積を、本発明によ るセンサ配置からなる検出器１９の能動領域にほぼ整合させるように用いられる 。ビーム面積は、画像の獲得に要求されるものより、多くの患者への放射線を回 避するため検出器面積に整合させる。ビーム面積を制限する第二の理由は、対象 内に誘起される二次放射線量を低減させるためである。過剰な二次放射線は画像 品質を低下させるからである。 図６には、図５による走査歯科ディジタル放射線透過写真システムに対して単 一半導体ダイにより得られるものより大きな細長い検出器面積を得るための一連 の異なる実施例が示してある。 図６Ａは、２つ以上のセンサ要素を接合する現在の技術水準による方法を示す 。図７には、隣接するセンサ要素３０が接合されており、望ましい細長い長方形 状全検出面積を形成している境界周りの面積の拡大図が示してある。これは、必 要により、図６Ａの実施例における２つの要素の接合位置における画像のデータ ギャプをもたらし、それは金属バス４２およびダイ切断部４６自身により占有さ れる表面に起因している別のものの間でもたらされる。 本発明の一般的な方法による概念を利用する基本的な配置が図６Ｂに示され、 これは、個別センサ要素を傾斜させて走査方向に重畳検出領域を得ることによっ て、アレイ状に形成された一連のより小さなセンサ要素３２を利用するものであ る。しかしながら、これは、図６に挿入された理想的な走査窓によって示されて いるように能動領域の無駄を導くものである。図８に示したように、センサ画素 ４０の行および列の配向も画像の最終再構成を複雑にする。いずれにしても、図 ６Ｂは一連の容易に得られる小要素３２によって細長いセンサを配列する実際的 な安価な方法を示すものである。図６Ｃから図６Ｅの実施例と比べると、検出器 面積には無駄があるが、小さな長方形状あるいは正方形状要素が得られるために 、これは経済的になお興味深いものである。要素間の傾斜境界によって、走査中 にデータ点が欠如する垂直方向に沿った点は存在しない。個別要素の間の境界に おいては、小さなデータミス部分のみが存在し、これはハードウェアまたはソフ トウェアにより容易に再構成可能である。ドット線により示される能動的に動作 する長方形状表面は適切なマスクによって容易に画定される。 図６Ｃから図６Ｅによれば、半導体表面を節約するために、個別センサ要素は 図６Ａまたは６Ｂのように一般に短端部の一方または両方において直角に切断さ れるの ではなく、代わりにそれらは図６Ｃ，６Ｄ，および６Ｅの例に示されるように傾 斜した端部辺を有して切断される。そこで、個別隣接センサ要素間の境界領域に おけるわずかなデータの損失は有るが、一連のセンサは線状に装着される。これ は、本発明により、個別に成形されたセンサ要素３４、３６、および３８を示す 図６Ｃから６Ｅの具体化された応用として示してある。 図６Ｃは、図９の拡大図に示されるように、全能動検出器面積が結像窓の内側 に配置され、またセンサ画素４０の列が走査方向に配向された場合を示す。図６ Ｄは対称センサセクション３６を用いた場合を示し、そこではダイ傾斜短端部切 断部は平行であるが、図６Ｅでは反平行な、すなわち各々の個別センサダイの２ つの短端部に対してそれぞれに対して平角ｉをなすダイ傾斜短端部切断部を有す る場合を示している。しかしながら、図６Ｄおよび図６Ｅの実施例においては、 全てのダイ要素の短端部エッジに対して同じ製造プロセスを許容するダイの形状 への寄与として、最終センサ配置の最上部および最下部ではわずかな部分の能動 領域が無駄にされる。 データの損失は、画素の大きさ、能動領域間の距離、センサの幅と切断角度に より制御される。例えば、幅が１０ｍｍ，画素サイズが１００μｍ，能動領域間 の距離が２００μｍ，切断角度が４５度のセンサは境界に沿っ て４％のデータ損失を与える。このような小さなデータ損失の画像は容易に再構 成出来る。２つの隣接するセンサダイの接合に一致する走査幅の範囲にわたって の画素の損失は少ないが、この範囲では画像はパノラミックシステムの電子回路 またはソフトウェアにより容易にかつ完全に再構成可能である。 上記の図および例においては、４５度の切断角度を用いた。しかし、この切断 角度は広い範囲にわたって変えてもよい。最適角度はセンサの寸法、画素の大き さ、および最後の画素からダイのエッジまでの距離にも依存する。ダイの傾斜切 断辺は当業者にはよく知られた標準の半導体技術により対応する金属バス４２ま たは読出しセクシヨン４４を備えている。 当業者には明らかなように、本発明に対して、添付した請求の範囲により規定 されるその精神と範囲から逸脱すること無しに各種の変形および変更が可能であ る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一連の個別センサ要素ダイから構成される走査形ディジタル放射線透過写真 システム装置に供する長方形状Ｘ線検出装置の物理的長さを拡張する方法であっ て、 ２つの隣接する個別センサ要素（３４、３６、３８）の間の境界線を前記放射 線透過写真システムの走査方向に対して所定の角度をなして配置し、これにより 走査方向において多重センサ要素配置の全長に沿った連続したデータ獲得を可能 にする重畳した検出センサ要素領域を生成することを特徴とする方法。 ２．検出センサダイ（３４）の少なくとも１つの短い端部を走査方向に対して所 定角度をなして切断し、これにより２つのこのような検出器ダイを細長い検出器 配置に配列するとき、センサダイ画素（４０）の行および列がそれぞれ走査方向 に対して平行かつ垂直に配向されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．検出センサダイ（３６）の短い端部を走査方向に対して所定の角度をなして 平行に切断し、これにより２つ以上のこのような検出器ダイを細長い検出器配置 に配列するとき、センサダイ画素（４０）の行および列がそれぞれ走査方向に対 して平行および垂直に配向されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ４．検出器センサダイ（３８）の短い端部を走査方向に対する所定角度に反平行 に切断し、これにより２つ以上のこのような検出器ダイを拡設された検出器配置 に配列するとき、センサダイ画素（４０）の列および行はそれぞれ走査方向に平 行および垂直に配向されることを特徴とする請求項１記載の方法。 ５．一連の標準の長方形または正方形検出器要素（３２）を、個別要素が走査方 向に対して傾斜角をなして置かれている細長い列に配置することを特徴とする請 求項１記載の方法。 ６．検出器要素（３２）の配置の上部にマスクを配列して走査方向に垂直な方向 に細長い能動センサ領域を画定することを特徴とする請求項５記載の方法。 ７．先行する請求項１乃至６のいづれか一つに記載の方法を利用する画像センサ 配置であって、前記センサ配置は、走査形放射線透過写真システムに供する細長 い長方形状Ｘ線検出器を形成する個別検出センサダイ（３２、３４、３６、３８ ）の都合のよい組み合わせによって構成され、これにより走査方向における重畳 した検出センサ要素領域によるこのような検出器配置は画像ギャップ無しに多重 センサ配置の全長に沿った連続する画像デー タの獲得を可能にすることを特徴とする画像センサ配置。