KR20230159300A - X-선 검출기용 콜리메이터 어셈블리 - Google Patents

Abstract

X-선 소스, X-선 검출기 및 X-선 소스와 X-선 검출기 사이의 X-선 경로에 있는 콜리메이터 어셈블리를 갖는 X-선 영상 시스템이 제공된다. X-선 검출기는 나란히 배열되고 X-선 소스를 향해 배향되도록 적응된 복수의 검출기 모듈을 포함하며, 검출기 모듈은 입사되는 X-선의 방향에 실질적으로 직교하는 방향을 따라 나란히 배열된다. 콜리메이터 어셈블리(70)는 검출기 모듈의 방향과 일치하는 방향으로 나란히 배열된 복수의 이격된 콜리메이터 플레이트(71)를 기반으로 한다. 콜리메이터 어셈블리(70)는 입사되는 X-선의 방향에 실질적으로 직교하는 방향으로 연장되는 측방향 평면에 배열된 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조(72)를 더 포한다.

Description

X-선 검출기용 콜리메이터 어셈블리{A COLLIMATOR ASSEMBLY FOR AN X-RAY DETECTOR}

제안된 기술은 X-선 기술 및 X-선 영상에 관한 것이다. 특히, 제안된 기술은 컴퓨터 단층촬영T(Computed Tomography; CT) 영상 시스템과 같은 X-선 영상 시스템에 관한 것이다.

컴퓨터 단층촬영(CT) 영상 시스템과 같은 방사선 영상은 의료 진단 및 치료와 같은 의료 응용 분야에서 수년간 사용되어 왔다.

일반적으로, CT 영상 시스템과 같은 X-선 영상 시스템은 X-선 소스와 X-선 강도를 독립적으로 측정하기 위해 하나 이상의 검출기 요소를 포함하는 다수의 검출기 모듈로 구성된 X-선 검출기를 포함한다. X-선 소스는 X-선을 방출하는데, 이는 영상화될 피사체나 객체를 통과한 다음 X-선 검출기에 의해 수신된다. X-선 소스 및 X-선 검출기는 일반적으로 피사체 또는 객체 주위에서 갠트리의 회전 부재에서 회전하도록 배열된다. 방출된 X-선은 피사체 또는 객체가 통과함에 따라 감쇠되고, 그 결과 투과된 X-선은 검출기에 의해 측정된다. 측정된 데이터는 피사체 또는 객체의 이미지를 재구성하는 데 사용될 수 있다.

도 1a를 참조하여 종래 기술에 따른 예시적인 일반 X-선 영상 시스템의 간략한 개요가 유용할 수 있다. 이 예시적인 예에서, X-선 영상 시스템(100)은 X-선 소스(10), X-선 검출기(20) 및 관련 이미지 처리 시스템(30)을 포함한다. 일반적으로, X-선 검출기(20)는 선택적인 X-선 광학 장치 또는 콜리메이터에 의해 선택적으로 초점이 맞춰지고 객체, 피사체 또는 그 일부를 통과하는, X-선 소스(10)로부터의 방사선을 등록하도록 구성된다. X-선 검출기(20)는 이미지 처리 시스템(30)에 의한 이미지 처리 및/또는 이미지 재구성을 가능하게 하기 위해, X-선 검출기(20)에 적어도 부분적으로 통합된 적절한 아날로그 판독 전자 장치를 통해 이미지 처리 시스템(30)에 연결될 수 있다. 선택적으로, 콜리메이터 어셈블리(70)는 X-선 소스(10)와 X-선 검출기(20) 사이의 X-선 경로에 배열될 수 있다.

예를 들어, 종래의 CT 영상 시스템은 적어도 180도를 커버하는 상이한 시야각에서 피사체 또는 객체의 투사 이미지가 획득될 수 있는 방식으로 배열된 X-선 소스 및 X-선 검출기를 포함한다. 이는 가장 일반적으로는 피사체 또는 객체 주위를 회전할 수 있는 지지대(예를 들어, 갠트리의 회전 부재)에 소스 및 검출기를 장착하여 달성된다. 서로 다른 시야각에 대해 서로 다른 검출기 요소에 등록된 투사를 포함하는 이미지를 사이노그램(sinogram)이라고 한다. 이하에서, 서로 다른 시야각에 대해 서로 다른 검출기 요소에 등록된 투사의 집합체는 검출기가 2차원이더라도 사이노그램이라고 하여, 사이노그램을 3차원 이미지로 만든다.

도 1b는 종래 기술에 따른 X-선 영상 시스템 셋업의 일 예를 예시하는 개략도로서, X-선 소스로부터 객체를 통과하여 X-선 검출기로의 투사 라인을 도시한다.

X-선 영상의 추가 개발은 스펙트럼 X-선 영상으로도 알려진 에너지-분해 X-선 영상이며, 여기서 X-선 전송은 여러 서로 다른 에너지 레벨에 대해 측정된다. 이는 소스가 서로 다른 두 방출 스펙트럼 사이에서 빠르게 전환하도록 하거나, 서로 다른 X-선 스펙트럼을 방출하는 두 개 이상의 X-선 소스를 사용하거나, 두 개 이상의 에너지 레벨에서 입사되는 방사선을 측정하는 에너지 판별 검출기를 사용하여 달성될 수 있다. 이러한 검출기의 일 예는 다중 빈 광자 계수 검출기(multi-bin photon-counting detector)이며, 각 등록된 광자는 임계값 세트와 비교되는 전류 펄스를 생성하여, 많은 에너지 빈 각각에 입사하는 광자의 수를 카운팅한다.

많은 X-선 영상 시스템에는 X-선 소스와 X-선 검출기 사이의 X-선 경로에 배열된 환자 후(post-patient) 콜리메이터가 장착되어 있으며, 주로 산란된 X-선 광자를 거부한다. 콜리메이터 어셈블리는 바람직하게는 쉽게 제조되는 동시에 충분한 산란 제거를 제공하고 우수한 검출 효율을 허용해야 한다.

CT 영상 시스템과 같은 X-선 영상 시스템에서 콜리메이터 어셈블리, 특히 환자 후 콜리메이터의 설계 및/또는 구성과 관련하여 개선에 대한 일반적인 요구가 있다.

이 개요는 상세한 설명에서 더 자세히 설명되는 개념을 소개한다.이는 청구된 특허대상의 필수적인 특징들을 확인하거나 청구된 특허대상의 범위를 제한하는 데 사용되어서는 안 된다.

x-선 영상 시스템과 관련하여 개선된 콜리메이터 어셈블리를 제공하는 것이 일반적인 목적이다. 개선된 X-선 영상 시스템을 제공하는 것이 구체적인 목적이다. 이들 및 다른 목적은 청구범위에 의해 정의된 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 의해 충족된다.

제1 양태에 따르면, X-선 소스, X-선 검출기 및 X-선 검출기에 결합된 콜리메이터 어셈블리를 포함하는 X-선 영상 시스템이 제공된다. X-선 검출기는 나란히 배열되고 X-선 소스를 향해 배향된 복수의 검출기 모듈을 포함하며, 검출기 모듈은 입사되는 X-선의 방향에 실질적으로 직교하는 방향을 따라 나란히 배열된다. 콜리메이터 어셈블리는 검출기 모듈의 방향과 일치하는 방향으로 나란히 배열된 복수의 이격된 콜리메이터 플레이트를 포함한다. 콜리메이터 어셈블리는 입사되는 X-선의 방향에 실질적으로 직교하는 방향으로 연장되는 측방향 평면에 배열된 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조를 더 포함한다.

이러한 방식으로, 콜리메이터는 예를 들어 환자 스캔을 수행할 때, X-선 영상 시스템의 동작 동안 발생하는 다양한 힘으로 인한 변형에 덜 민감할 것이다. 또한, 강성에 대한 개선을 통해 입사되는 X-선의 방향으로 상대적으로 높은 콜리메이터 플레이트를 사용할 수 있으며, 이는 다시 충분한 산란 거부를 제공할 수 있다.

예를 들어, X-선 영상 시스템은 회전식 컴퓨터 단층 촬영(CT) 시스템일 수 있다.

제안된 기술은 다양한 예시적인 실시예들의 설명을 참조하여 이해되는 바와 같이, 콜리메이터 어셈블리를 포함하는, X-선 영상 시스템의 다음의 이점 중 하나 이상을 제공한다:

강성 개선;

덜 복잡한 제조;

충분한 산란 거부;

동작 동안 변형 감소;

검출 효율 향상.

추가 목적 및 이점과 함께, 실시예들은 첨부된 도면과 함께 취해진 다음의 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1a 및 1b는 전체 X-선 영상 시스템의 일 예를 예시하는 개략도이다.
도 2는 CT 영상 시스템과 같은 X-선 영상 시스템의 다른 예를 예시하는 개략도이다.
도 3은 X-선 영상 시스템의 예시적인 예로서 CT 영상 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 4는 CT 영상 시스템과 같은 X-선 영상 시스템의 관련 부분의 다른 예를 예시하는 개략도이다.
도 5는 종래 기술에 따른 광자 계수 회로 및/또는 디바이스의 개략도이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 반도체 검출기 모듈의 일 예를 예시하는 개략도이다.
도 7은 다른 예시적인 실시예에 따른 반도체 검출기 모듈의 일 예를 예시하는 개략도이다.
도 8a는 또 다른 예시적인 실시예에 따른 반도체 검출기 모듈의 일 예를 예시하는 개략도이다.
도 8b는 타일형(tiled) 검출기 모듈 세트의 일 예를 예시하는 개략도로서, 각 검출기 모듈은 깊이 세그먼트화 검출기 모듈이며 ASIC(Application Specific Integrated Circuits) 또는 해당 회로부는 입사되는 X-선의 방향에서 볼 때 검출기 요소 아래에 배열된다.
도 9는 CT 영상 시스템의 개략적인 예를 예시하는 개략도이다.
도 10은 X-선 소스-검출기 시스템의 전체 설계의 일 예를 예시하는 개략도이다.
도 11a는 CT 영상 시스템의 회전축 방향으로(z-방향으로도 표시되어, z-전용 콜리메이터를 정의함) 나란히 배열된 복수의 콜리메이터 플레이트로 구성된 1차원 콜리메이터 어셈블리를 갖는 검출기-콜리메이터 어셈블리의 일 예를 예시하는 개략도이다.
도 11b는 CT 영상 시스템의 각도 방향으로(x-방향으로도 표시되어, x-전용 콜리메이터를 정의함) 나란히 배열된 복수의 콜리메이터 플레이트로 구성된 1차원 콜리메이터 어셈블리를 갖는 검출기-콜리메이터 어셈블리의 일 예를 예시하는 개략도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 검출기-콜리메이터 어셈블리의 일 예를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 검출기-콜리메이터 어셈블리의 다른 예를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 검출기-콜리메이터 어셈블리의 또 다른 예를 예시하는 개략적인 단면도이다.
도 15는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 강성을 향상시키기 위해 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조를 갖는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 일 예를 예시하는 개략적인 사시도이다.
도 16은 1차원 콜리메이터 어셈블리의 실제 구현의 일 예를 예시하는 개략적인 사시도이다.
도 17은 콜리메이터 플레이트가 부착되는 고정 플레이트를 갖는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 실제 구현의 특정 예를 예시하는 개략적인 사시도이다.
도 18a는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 강성을 향상시키기 위해 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조를 갖는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 다른 예를 예시하는 개략적인 사시도이다.
도 18b는 도 18a의 콜리메이터 어셈블리의 일부의 단면을 예시하는 개략도이다.
도 19a는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 강성을 향상시키기 위해 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조를 갖는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 또 다른 예를 예시하는 개략적인 사시도이다.
도 19b는 도 19a의 콜리메이터 어셈블리의 일부의 단면을 예시하는 개략도이다.
도 20은 1차원 콜리메이터 어셈블리의 강성을 향상시키기 위해 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조를 갖는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 또 다른 예를 예시하는 개략적인 사시도이다.
도 21은 1차원 콜리메이터 어셈블리의 강성을 향상시키기 위해 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조를 갖는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 추가 예를 예시하는 개략적인 사시도이다.
도 22는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 강성을 향상시키기 위해 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조를 갖는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 다른 추가 예를 예시하는 개략적인 사시도이다.

이제 본 개시의 실시예가 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.

보다 나은 이해를 위해, 본 발명의 개념에 따른 데이터 처리 및 전달이 구현될 수 있는 전체 X-선 영상 시스템의 비제한적 예에 대한 서론 설명을 계속하는 것이 유용할 수 있다.

도 2는 X-선을 방출하는 X-선 소스(10), 객체를 통과한 후 X-선을 방출하는 X-선 검출기를 갖는 X-선 검출기(20), X-선 검출기로부터 원시 전기 신호를 처리하여 이를 디지털화하는 아날로그 처리 회로부(25), 측정된 데이터에 대한 추가 처리 동작을 수행, 예컨대 수정을 적용하거나, 이를 일시적으로 저장하거나, 필터링할 수 있는 디지털 처리 회로부(40), 및 처리된 데이터를 저장하고 추가 처리 후 및/또는 이미지 재구성을 수행할 수 있는 컴퓨터(50)를 포함하는, CT 영상 시스템과 같은 X-선 영상 시스템(100)의 일 예를 예시하는 개략도이다. 예시저인 실시예에 따르면, 아날로그 처리 회로부(25)의 전부 또는 일부는 X-선 검출기(20)에서 구현될 수 있다. X-선 소스 및 X-선 검출기는 CT 영상 시스템(100)의 갠트리(11)의 회전 부재에 결합될 수 있다.

전체 X-선 검출기는 X-선 검출기(20), 또는 관련 아날로그 처리 회로부(25)와 결합된 X-선 검출기(20)로 간주될 수 있다.

디지털 처리 회로부(40) 및/또는 컴퓨터(50)를 포함할 수 있는 이미지 처리 시스템(30)은 아날로그 처리 회로부(25)와 통신하고 이에 전기적으로 결합되며, 이는 X-선 검출기로부터의 이미지 데이터에 기초하여 이미지 재구성을 수행하도록 구성될 수 있다. 따라서, 이미지 처리 시스템(30)은 컴퓨터(50)로서, 또는 대안적으로, 디지털 처리 회로부(40)와 컴퓨터(50)의 조합 시스템으로서, 또는 가능하게는, 디지털 처리 회로부가 이미지 처리 및/또는 재구성에 대해 추가로 특수화되는 경우에 디지털 처리 회로부(40) 자체로서 보일 수 있다.

일반적으로 사용되는 X-선 영상 시스템의 일 예는 X-선의 팬 빔 또는 원추형 빔과 환자 또는 객체를 통해 전송되는 X-선의 일부를 측정하는 X-선 검출기의 대향 배열을 생성하는 X선 소스 또는 X-선 튜브를 포함할 수 있는 CT 영상 시스템이다. X-선 소스 또는 X-선 튜브 및 X-선 검출기는 영상화된 객체 주위를 회전하는 갠트리(11)에 장착된다.

도 3은 X-선 영상 시스템의 예시적인 예로서 CT 영상 시스템(100)을 개략적으로 도시한다. CT 영상 시스템은 디스플레이(62) 및 일부 형태의 작업자 인터페이스(예를 들어, 키보드, 마우스, 조이스틱, 터치 스크린 또는 기타 입력 장치)를 가질 수 있는 작업자 콘솔(60)을 통해 작업자로부터 명령 및 스캐닝 파라미터를 수신하는 컴퓨터(50)를 포함한다. 그런 다음 작업자가 제공한 명령 및 파라미터는 컴퓨터(50)에 의해 사용되어 X-선 컨트롤러(41), 갠트리 컨트롤러(42) 및 테이블 컨트롤러(43)에 제어 신호를 제공한다. 구체적으로, X-선 컨트롤러(41)는 X-선 소스(10)에 전원 및 타이밍 신호를 제공하여 테이블(12)에 누워 있는 객체 또는 환자에 대한 X-선의 방출을 제어한다. 갠트리 컨트롤러(42)는 X-선 소스(10)와 X-선 검출기(20)를 포함하는 갠트리(11)의 회전 속도 및 위치를 제어한다. 예를 들어, X-선 검출기(20)는 광자 계수 X-선 검출기일 수 있다. 테이블 컨트롤러(43)는 환자 테이블(12)의 위치 및 환자의 스캐닝 커버리지를 제어 및 결정한다. X-선 검출기(20)로부터 데이터를 제어 및/또는 수신하도록 구성되는 검출기 컨트롤러(44)도 있다.

일 실시예에서, 컴퓨터(50)는 또한 X-선 검출기(20)로부터 출력된 이미지 데이터의 후처리 및 이미지 재구성을 수행한다. 따라서 컴퓨터(50)는 도 1a 및 2에 도시된 바와 같은 이미지 처리 시스템(30)에 대응한다. 관련 디스플레이(62)는 작업자가 컴퓨터(50)로부터의 재구성된 이미지 및 기타 데이터를 관찰하도록 할 수 있다.

갠트리(11)에 배열된 X-선 소스(10)는 X-선을 방출한다. 광자 계수 X-선 검출기 형태일 수 있는 X-선 검출기(20)는 객체 또는 환자를 통과한 후 X-선을 검출한다. X-선 검출기(20)는 예를 들어 센서 또는 검출기 요소라고도 하는 복수의 픽셀 및 검출기 모듈에 배열된 ASIC(Application Specific Integrated Circuits)와 같은 관련 처리 회로부에 의해 형성될 수 있다. 아날로그 처리 부분의 일부는 픽셀들에서 구현될 수 있는 반면, 임의의 나머지 처리 부분은, 예를 들어, ASIC들에서 구현된다. 실시예에서, 처리 회로부(ASIC들)는 픽셀들로부터의 아날로그 신호들을 디지털화한다. 처리 회로부(ASIC들)는 또한 보정들을 적용하는 것, 그것을 일시적으로 저장하는 것, 및/또는 필터링과 같은, 측정된 데이터에 대한 추가 처리 동작들을 수행할 수 있는 디지털 처리 부분을 포함할 수 있다. X-선 투사 데이터를 획득하기 위한 스캔 동안, 갠트리 및 그 위에 장착된 컴포넌트는 등각점(13)을 중심으로 회전한다.

최신 X-선 검출기는 일반적으로 입사 X-선을 전자로 변환해야 하며, 이는 일반적으로 광전 효과 또는 컴프턴(Compton) 상호 작용을 통해 발생하며, 결과 전자는 일반적으로 에너지가 손실될 때까지 이차 가시광선을 생성하고 이 광은 차례로 감광성 물질에 의해 검출된다. 반도체를 기반으로 하는 검출기도 있으며, 이 경우 X-선에 의해 생성된 전자는 인가된 전기장을 통해 수집되는 전자-정공 쌍의 관점에서 전하를 생성한다.

다수의 X-선으로부터 통합된 신호를 제공한다는 의미에서 에너지 통합 모드에서 동작하는 검출기가 있다. 출력 신호는 검출된 X-선에 의해 증착된 총 에너지에 비례한다.

광자 계수 및 에너지 분해 기능을 갖춘 X-선 검출기는 의료용 X-선 응용 분야에서 보편화되고 있다. 광자 계수 검출기는 원칙적으로 객체의 구성에 대한 추가 정보를 산출하는 각 X-선의 에너지가 측정될 수 있기 때문에 이점이 있다. 이러한 정보는 이미지 품질을 증가시키는 데 그리고/또는 방사선 선량을 감소시키는 데 사용될 수 있다.

일반적으로, 광자 계수 X-선 검출기는 검출기 물질의 광자 상호 작용에 의해 생성된 전기 펄스의 높이를 비교기 전압 세트와 비교하여 광자의 에너지를 결정한다. 이러한 비교기 전압들은 에너지 임계치들로도 또한 지칭된다. 일반적으로, 비교기의 아날로그 전압은 디지털-아날로그 변환기(DAC)에 의해 설정된다. DAC는 컨트롤러에 의해 전송된 디지털 설정을 광자 펄스들의 높이들이 비교될 수 있는 아날로그 전압으로 변환한다.

광자 계수 검출기는 측정 시간 동안 검출기에서 상호작용한 광자들의 수를 카운트한다. 새로운 광자는 일반적으로 전기 펄스의 높이가 적어도 하나의 비교기의 비교기 전압을 초과한다는 사실에 의해 식별된다. 광자가 식별될 때, 이벤트는 채널과 연관된 디지털 카운터를 증가시킴으로써 저장된다.

여러 다른 임계값을 사용하는 경우, 에너지 판별 광자 계수 검출기가 얻어지며, 검출된 광자는 다양한 임계값에 해당하는 에너지 빈으로 분류될 수 있다.때때로, 이러한 유형의 광자 계수 검출기는 다중 빈 검출기로도 또한 지칭된다. 일반적으로, 에너지 정보는 새로운 종류의 이미지들이 생성될 수 있게 하며, 여기서 새로운 정보가 이용 가능하고 종래의 기술에 고유한 이미지 아티팩트들이 제거될 수 있다.즉, 에너지 판별 광자 계수 검출기의 경우, 펄스 높이가 비교기에서 프로그래밍 가능한 임계값(T1-TN)의 수와 비교되고 펄스 높이에 따라 분류되며, 이는 에너지에 비례한다.다시 말해, 하나 이상의 비교기를 포함하는 광자 계수 검출기는 본원에서 다중 빈 광자 계수 검출기라고 한다.다중 빈 광자 계수 검출기의 경우, 광자 카운트는 일반적으로 각 에너지 임계값에 대해 하나씩 카운터 세트에 저장된다.예를 들어, 카운터들은 광자 펄스가 초과한 최고 에너지 임계치에 대응하도록 할당될 수 있다. 다른 예에서, 카운터는 광자 펄스가 각 에너지 임계값을 교차하는 횟수를 추적한다.

일 예로서, 에지-온(edge-on)은 광자 계수 검출기를 위한 특수하고 비제한적인 설계이며, X-선 검출기 요소 또는 픽셀과 같은 X-선 센서는 입사되는 X-선에 대해 에지-온 방향으로 배향된다.

예를 들어, 이러한 광자 계수 검출기는 적어도 두 개의 방향의 픽셀을 가질 수 있으며, 에지-온 광자 계수 검출기의 방향 중 하나는 X-선 방향의 성분을 갖는다. 이러한 에지-온 광자 계수 검출기는 때로는 깊이 세그먼트화 광자 계수 검출기라고 하며, 입사되는 X-선 방향으로 둘 이상의 픽셀 깊이 세그먼트를 갖는다.

대안으로, 픽셀은 입사 X-선의 방향에 실질적으로 직교하는 방향으로 어레이(비-깊이-세그먼트화됨)로 배열될 수 있고, 각각의 픽셀은 입사 X-선에 대해 에지-온 방향으로 배향될 수 있다. 즉, 광자 계수 검출기는 비-깊이-세그먼트화될 수 있는 반면, 여전히 입사되는 X-선에 대해 에지-온 방향으로 배열될 수 있다.

에지-온 광자 계수 검출기를 에지-온으로 배열하여, 흡수 효율을 높일 수 있으며, 이 경우 흡수 깊이는 임의의 길이로 선택할 수 있으며, 에지-온 광자 계수 검출기는 매우 높은 전압으로 가지 않고도 여전히 완전히 고갈될 수 있다.

직접 반도체 검출기를 통해 X-선 광자를 검출하는 기존의 메커니즘은 기본적으로 다음과 같이 작동한다. 검출기 물질에서 X-선 상호 작용의 에너지는 반도체 검출기 내부에서 전자-정공 쌍으로 변환되며, 전자-정공 쌍의 수는 일반적으로 광자 에너지에 비례한다. 전자들 및 전공들은 검출기 전극들 및 후면을 향해 (또는 그 반대로) 드리프트(drift)된다. 이러한 드리프트 동안, 전자들 및 정공들은 전극 내에 전류를 유도하고, 전극의 전류는 측정될 수 있다.

도 4에 예시된 바와 같이, 신호(들)(26)는 X-선 검출기의 검출기 소자(22)로부터 아날로그 처리 회로부(예를 들어, ASIC)(25)의 입력으로 라우팅된다. 용어 주문형 집적회로(ASIC)는 특정 응용을 위해 사용되고 구성된 임의의 일반적인 회로로서 광범위하게 해석되어야 한다는 것을 이해하여야 한다. ASIC은 각각의 X-선에서 생성된 전하를 처리하고 이를 디지털 데이터로 변환하며, 이는 광자 카운트 및/또는 추정된 에너지와 같은 측정 데이터를 얻는 데 사용될 수 있다. ASIC는 디지털 처리 회로부에 연결되도록 구성되어 디지털 데이터가 디지털 처리 회로부(40) 및/또는 하나 이상의 메모리 회로 또는 컴포넌트(45)로 전송될 수 있으며, 최종적으로 데이터는 재구성된 이미지를 생성하기 위해 도 2의 이미지 처리 회로부(30) 또는 컴퓨터(50)에 대한 입력이 될 것이다.

하나의 X-선 이벤트로부터의 전자와 정공의 수가 X-선 광자의 에너지에 비례하므로, 하나의 유도 전류 펄스의 총 전하는 이 에너지에 비례한다. ASIC에서 필터링 단계 후, 펄스 진폭은 현재 펄스의 총 전하에 비례하므로 X-선 에너지에 비례한다. 그런 다음 펄스 진폭은 그 값을 하나 이상의 비교기(COMP)의 하나 이상의 임계값(THR)과 비교하여 측정될 수 있으며, 펄스가 임계값보다 큰 경우의 수가 기록될 수 있는 카운터가 도입된다. 이러한 방식으로, 특정 시간 프레임 내에서 검출된 각각의 임계값(THR)에 해당하는 에너지를 초과하는 에너지를 가진 X-선 광자의 수를 카운트 및/또는 기록할 수 있다.

ASIC는 전형적으로 매 클록 사이클마다 한 번씩 아날로그 광자 펄스를 샘플링하고 비교기들의 출력을 기록한다. 비교기(들)(임계치)는 아날로그 신호가 비교기 전압 초과였는지 미만이었는지에 따라 1 또는 0을 출력한다. 각 샘플에서 사용 가능한 정보는 각 비교기에 대해 예를 들어 비교기가 트리거되는지 또는 되지 않는지 여부(광자 펄스가 임계값보다 높은지 여부)를 나타내는 1 또는 0이다.

광자 계수 검출기에는, 일반적으로 새로운 광자가 등록되었는지를 결정하고 카운터(들)에 광자를 등록하는 광자 계수 로직이 있다. 다중 빈 광자 계수 검출기의 경우, 일반적으로 예를 들어 각 비교기마다 하나씩 여러 카운터가 있으며, 광자 카운트는 광자 에너지의 추정치에 따라 카운터에 등록된다. 로직은 몇몇 상이한 방식들로 구현될 수 있다. 광자 계수 로직의 가장 일반적인 두 가지 카테고리는 마비 불가능(non-paralyzable) 계수 모드와 마비 가능(paralyzable) 계수 모드이다. 다른 광자 계수 로직은 예를 들어, 전압 펄스에서 검출된 로컬 최대값의 펄스 높이를 카운트하고 가능하면 등록도 하는 로컬 최대값 검출을 포함한다.

하기를 포함하지만 이에 제한되지 않는 광자 계수 검출기들의 많은 이점들이 있다: 높은 공간 분해능 전자 소음에 대한 낮은 민감도; 좋은 에너지 해상도; 및 물질 분리 능력(스펙트럼 영상 능력). 그러나, 에너지 통합 검출기는 높은 계수율 공차의 이점을 갖는다. 계수율 공차는 광자의 총 에너지가 측정되기 때문에, 현재 검출기에 의해 등록되고 있는 광자의 양에 관계없이, 하나의 추가 광자를 추가하면 항상 (합리적인 한계 내에서) 출력 신호를 증가시킨다는 사실/인식에서 비롯된다. 이러한 이점은 에너지 통합 검출기가 오늘날 의료용 CT의 표준이 된 주된 이유 중 하나이다.

도 5는 종래 기술에 따른 광자 계수 회로 및/또는 장치의 개략도를 도시한다.

광자가 반도체 재료 내에서 상호작용할 때, 전자-정공 쌍들의 클라우드(cloud)가 생성된다. 검출기 재료에 걸쳐 전기장을 인가함으로써, 전하 캐리어들은 검출기 재료에 부착된 전극들에 의해 수집된다. 신호는 검출기 요소에서 병렬 처리 회로(예를 들어, ASIC)의 입력으로 라우팅된다. 용어 주문형 집적회로(ASIC)는 특정 응용을 위해 사용되고 구성된 임의의 일반적인 회로로서 광범위하게 해석되어야 한다는 것을 이해하여야 한다. ASIC은 각각의 X-선에서 생성된 전하를 처리하고 이를 디지털 데이터로 변환하며, 이는 광자 카운트 및/또는 추정된 에너지와 같은 측정 데이터를 얻는 데 사용될 수 있다. 일례에서, ASIC는 전압 펄스가 검출기 재료 내의 광자에 의해 누적된 에너지의 양에 비례하는 최대 높이로 생성되도록 전하를 프로세싱할 수 있다.

ASIC는 각 비교기(302)가 전압 펄스의 크기를 기준 전압과 비교하는 비교기 세트(302)를 포함할 수 있다. 비교기 출력은 전형적으로, 2개의 비교된 전압들 중 어느 것이 더 높은 것인지에 따라 0 또는 1(0/1)이다. 여기서, 전압 펄스가 기준 전압보다 높은 경우에 비교기 출력이 1이고 기준 전압이 전압 펄스보다 높은 경우에 비교기 출력이 0이라고 가정할 것이다. 디지털-아날로그 변환기(DAC)(301)는 사용자 또는 제어 프로그램에 의해 공급될 수 있는 디지털 설정을 비교기(302)에 의해 사용될 수 있는 기준 전압으로 변환하는 데 사용될 수 있다. 전압 펄스의 높이가 특정 비교기의 기준 전압을 초과하는 경우, 비교기를 트리거된 것으로 지칭할 것이다. 각각의 비교기는 대체적으로, 광자 계수 로직에 따라 비교기 출력에 기초하여 증분되는 디지털 카운터(303)와 연관된다.

앞서 언급된 바와 같이, 각 투사 라인에 대한 결과 추정된 기본 계수 라인 적분()이 이미지 매트릭스로 배열될 때, 그 결과는 각 기본(i)에 대해 기본 이미지라고도 하는 물질별 투사 이미지이다. 이 기본 이미지는 직접 볼 수 있거나(예를 들어, 투사 X-선 영상) 재구성 알고리즘에 대한 입력으로 하여 객체 내부에(예를 들어, CT에서) 기본 계수()의 맵을 형성할 수 있다. 게다가, 기본 분해의 결과는 기저 계수 선적분들 또는 기저 계수들 자체와 같은 하나 이상의 기본 이미지 표현들로서 간주될 수 있다.

본 명세서에 설명된 메커니즘들 및 배열들이 다양한 방식들로 구현되고, 조합되고, 재배열될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

예를 들어, 실시예들은 하드웨어로, 또는 적합한 처리 회로부에 의한 실행을 위해 적어도 부분적으로는 소프트웨어로, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.

본 명세서에 설명된 단계들, 기능들, 절차들 및/또는 블록들은 범용 전자 회로부 및 응용 주문형 회로부 둘 모두를 포함하는 이산 회로 또는 집적 회로 기법과 같은 임의의 종래의 기법을 사용하여 하드웨어로 구현될 수 있다.

대안적으로, 또는 보완으로서, 본 명세서에 설명된 단계들, 기능들, 절차들 및/또는 블록들 중 적어도 일부는 하나 이상의 프로세서들 또는 처리 유닛들과 같은 적합한 처리 회로부에 의한 실행을 위한 컴퓨터 프로그램과 같은 소프트웨어로 구현될 수 있다.

이하에서는, 특정 검출기 모듈 구현의 비제한적 예가 논의될 것이다. 보다 구체적으로, 이러한 예는 에지-온 지향 검출기 모듈 및 깊이-세그먼트화 검출기 모듈을 나타낸다. 다른 유형의 검출기 및 검출기 모듈도 사용될 수 있다.

도 6은 예시적인 실시예에 따른 반도체 검출기 모듈의 일 예를 예시하는 개략도이다. 이는 복수의 검출기 요소 또는 픽셀(22)을 갖는 반도체 센서를 갖는 검출기 모듈(21)의 일 예이며, 각 검출기 요소(또는 픽셀)는 일반적으로 전하 수집 전극을 핵심 구성요소로 갖는 다이오드를 기반으로 한다. X선은 검출기 모듈의 에지를 통해 진입한다.

도 7은 다른 예시적인 실시예에 따른 반도체 검출기 모듈의 일 예를 예시하는 개략도이다. 이 예에서, 반도체 센서를 갖는 검출기 모듈(21)은 또한 깊이 방향으로 복수의 깊이 세그먼트 또는 검출기 요소(22)로 분할되며, 다시 X-선이 검출기 모듈의 에지를 통해 진입한다고 가정한다.

일반적으로, 검출기 요소는 검출기의 개별 X-선 민감 하위 요소이다. 일반적으로, 광자 상호작용은 검출기 요소에서 발생하고 이와 같이 생성된 전하는 검출기 요소의 대응하는 전극에 의해 수집된다.

각 검출기 요소는 일반적으로 일련의 프레임으로 입사 X-선 플럭스를 측정한다. 프레임은 프레임 시간으로 불리는, 지정된 시간 간격 동안의 측정된 데이터이다.

검출기 토폴로지에 따라, 검출기 요소는, 특히 검출기가 평판 검출기일 때, 픽셀에 대응할 수 있다. 깊이-세그먼트화된 검출기는 다수의 검출기 스트립을 갖는 것으로 간주될 수 있으며, 각각의 스트립은 다수의 깊이 세그먼트를 갖는다. 그러한 깊이-세그먼트화된 검출기에 대해, 각각의 깊이 세그먼트는, 특히 깊이 세그먼트들 각각이 그 자신의 개별 전하 수집 전극과 연관되는 경우, 개별 검출기 요소로 간주될 수 있다.

깊이-세그먼트화된 검출기의 검출기 스트립들은 통상적으로 보통의 평판 검출기의 픽셀들에 대응하고, 그에 따라 때때로 픽셀 스트립들로도 지칭된다. 그러나, 깊이-세그먼트화된 검출기를 3차원 픽셀 어레이로 간주하는 것이 또한 가능하며, 여기서 각각의 픽셀(때때로 복셀로 지칭됨)은 개별 깊이 세그먼트/검출기 요소에 대응한다.

반도체 센서는 반도체 센서가 바람직하게는 소위 플립-칩 기술을 통해 부착되는 다수의 ASIC 및 전기 라우팅을 위한 베이스 기판으로서 사용된다는 점에서 소위 멀티-칩 모듈(MCM)로 구현될 수 있다. 라우팅은 각각의 픽셀 또는 검출기 요소로부터 ASIC 입력으로의 신호에 대한 접속뿐만 아니라 ASIC로부터 외부 메모리 및/또는 디지털 데이터 처리로의 접속들을 포함할 것이다. ASIC들로의 전력은 이러한 접속들에서 큰 전류들에 대해 요구되는 단면에 있어서의 증가를 고려하여 유사한 라우팅을 통해 제공될 수 있지만, 전력은 또한 별개의 접속을 통해 제공될 수 있다. ASICS는 활성 센서의 측면에 위치될 수 있으며, 이는 상단에 흡수 커버를 배치할 경우 입사 X-선으로부터 보호될 수 있으며, 이 방향으로 또한 흡수체를 위치시킴으로써 측면으로부터 산란된 X-선으로부터 보호될 수도 있음을 의미한다.

도 8a는 미국 특허 번호 제8,183,535호의 실시예들과 유사한 MCM으로 구현된 검출기 모듈을 예시하는 개략도이다. 이 예에서, 검출기 모듈(21)이 MCM에서 기판의 기능을 가질 수 있는 방법이 예시되어 있다. 신호는 검출기 요소(22)로부터 능동 센서 영역 옆에 위치된 병렬 처리 회로(24)(예를 들어, ASIC)의 입력으로 라우팅 경로(23)에 의해 라우팅된다. ASIC라는 용어는 특정 애플리케이션을 위해 사용되고 구성되는 임의의 일반 집적 회로로 광범위하게 해석되어야 함을 이해해야 한다. ASIC는 각각의 X-선에서 생성된 전하를 처리하고 이를 디지털 데이터로 변환하며, 이는 광자를 검출하고/하거나 광자의 에너지를 추정하는 데 사용될 수 있는 디지털 데이터로 변환한다. ASIC에는 작은 태스크를 위한 자체 디지털 처리 회로부와 메모리가 있을 수 있다. 그리고, ASIC는 디지털 처리 회로부 및/또는 메모리 회로 또는 MCM 외부에 있는 컴포넌트에 연결하도록 구성될 수 있으며, 최종적으로 데이터는 이미지 재구성을 위한 입력으로 사용될 것이다.

그러나, 깊이 세그먼트의 사용은 또한 실리콘 기반 광자 계수 검출기에 두 가지 눈에 띄는 문제가 발생한다. 첫째, 관련 검출기 세그먼트로부터 공급되는 데이터를 처리하기 위해 많은 수의 ASIC 채널을 사용해야 한다. 더 작은 픽셀 크기와 깊이 세분화 둘 모두로 인해 채널 수가 증가한 것 외에도, 다중 에너지 빈은 데이터 크기를 더욱 증가시킨다. 둘째, 주어진 X-선 입력 카운트가 더 작은 픽셀, 세그먼트 및 에너지 빈으로 분할되기 때문에, 각 빈은 훨씬 더 낮은 신호를 가지므로 검출기 교정/보정에는 통계적 불확실성을 최소화하기 위해 수십 배 초과의 더 많은 교정 데이터가 필요하다.

당연히, 데이터 크기가 수십 배 더 커짐에 따라 더 큰 컴퓨팅 리소스, 하드 드라이브, 메모리 및 중앙 처리 장치(CPU)/그래픽 처리 장치(GPU)가 필요할 뿐만 아니라 데이터 처리 및 전처리 속도가 느려진다. 데이터 크기가 10MB가 아닌 10GB인 경우, 예를 들어 데이터 처리 시간인 읽기 및 쓰기 시간이 1000배 더 오래 걸릴 수 있다.

임의의 계수 X-선 광자 검출기의 문제로는 누적 문제가 있다. X-선 광자의 플럭스 속도가 높을 때 두 개의 후속 전하 펄스를 구별하는 데 문제가 있을 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 필터 이후의 펄스 길이는 성형 시간에 의존한다. 이 펄스 길이가 두 X-선 광자 유도 전하 펄스 사이의 시간보다 큰 경우, 펄스가 함께 성장할 것이고, 두 광자는 구별할 수 없으며 하나의 펄스로 카운팅될 수 있다. 이것은 파일-업으로 불린다. 따라서 높은 광자 플럭스에서 축적을 피하는 한 가지 방법은 작은 성형 시간을 사용하거나, 깊이 세그먼트화를 사용하는 것이다.

도 8b는 타일형 검출기 모듈 세트의 일 예를 예시하는 개략도로서, 각 검출기 모듈은 깊이 세그먼트화 검출기 모듈이며 ASIC 또는 해당 회로부(24)는 입사되는 X-선의 방향에서 볼 때 검출기 요소(22) 아래에 배열되며, 검출기 요소들 사이의 공간에서 검출기 요소들(22)로부터 병렬 처리 회로들(24)(예를 들어, ASIC들)로의 라우팅 경로들(23)을 허용한다.

도 9는 CT 영상 시스템의 개략적인 예를 예시하는 개략도이다. 개략적인 예에서, 전체 CT 영상 시스템(100)은 갠트리(111), 환자 스캔 및/또는 보정 스캔 동안 갠트리(111)의 개구부(114)에 삽입될 수 있는 환자 테이블(112)을 포함한다. 영상화된 피사체 또는 환자를 중심으로 하는 갠트리의 회전부의 회전축의 방향을 z-방향으로 표시된다. CT 영상 시스템의 각도 방향을 x-방향으로 표시되고, 입사 X-선의 방향을 y-방향이라고 한다.

도 10은 X-선 소스-검출기 시스템의 전체 설계의 일 예를 예시하는 개략도이다. 이 예에서, 복수의 검출기 모듈 및 X-선을 방출하는 X-선 소스를 포함하는 X-선 검출기의 개략도가 도시되어 있다. 각 검출기 모듈은 해당 픽셀을 정의하는 검출기 요소 세트를 가질 수 있다. 예를 들어, 검출기 모듈은 나란히 배열되고 X-선 소스로 다시 향하도록 에지-온 방향으로 배향된 에지-온 검출기 모듈일 수 있으며, 전체적으로 약간 구부러진 구성으로 배열될 수 있다. 상기에 언급된 바와 같이, 입사 X선의 방향을 y-방향이라고 한다. 갠트리의 회전축 방향(z 방향이라고 함)에 있는 복수의 검출기 픽셀은 다중 슬라이스 이미지 획득을 가능하게 한다. 각도 방향(x-방향이라고 함)에 있는 복수의 검출기 픽셀은 동일한 평면에서 동시에 여러 투사를 측정할 수 있으며 팬/콘-빔(fan/cone-beam) CT에 적용된다. x-방향은 때로는 채널 방향이라고도 한다. 대부분의 검출기에는 슬라이스 (z) 방향과 각도 (x) 방향 모두에 검출기 픽셀이 있다.

산란 방지 또는 객체 콜리메이터 또는 보다 일반적으로는 산란 거부 그리드 또는 산란 방지 그리드라고도 하는 콜리메이터 어셈블리는 예를 들어 이미지 품질을 높이기 위해 객체 산란의 양을 줄이기 위해 최신 CT 영상 시스템에서 일반적으로 사용된다. 이러한 콜리메이터 어셈블리는 일반적으로 X-선 소스와 X-선 검출기 사이의 X-선 경로에 배열된다. 콜리메이터 어셈블리가 영상화될 객체 또는 환자의 "다운스트림"에 정렬될 때, 즉 스캔될 객체와 X-선 검출기 사이에 배치될 때, 콜리메이터 어셈블리는 종종 환자 후 콜리메이터라고 한다.

본 발명은 X-선 소스, X-선 검출기 및 X-선 검출기에 결합된 콜리메이터 어셈블리를 포함하는 X-선 영상 시스템에 관한 것이다. X-선 검출기는 나란히 배열되고 X-선 소스를 향해 배향된 복수의 검출기 모듈을 포함하며, 검출기 모듈은 입사되는 X-선의 방향에 실질적으로 직교하는 방향을 따라 나란히 배열된다. 콜리메이터 어셈블리는 검출기 모듈의 방향과 일치하는 방향으로 나란히 배열된 복수의 이격된 콜리메이터 플레이트를 포함한다. 콜리메이터 어셈블리는 입사되는 X-선의 방향에 실질적으로 직교하는 방향으로 연장되는 측방향 평면에 배열된 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조를 더 포함한다.

예로서, X-선 영상 시스템은 X-선 소스, 에지-온 X-선 검출기 및 X-선 소스와 X-선 검출기 사이의 X-선 경로에 있는 중간 콜리메이터 어셈블리를 포함할 수 있다.

특정 예에서, X-선 검출기는 나란히 배열되고 X-선 소스를 향해 에지-온 방향으로 배향되도록 적응된 복수의 에지-온 검출기 모듈을 포함한다. 검출기 모듈은 입사되는 X-선의 방향에 실질적으로 직교하는 주 연장 방향을 따라 나란히 배열된다.

예를 들어, 콜리메이터 어셈블리는 검출기 모듈의 주 연장 방향과 일치하는 단일 방향으로만 나란히 배열된 복수의 이격된 콜리메이터 플레이트를 기반으로 할 수 있으며, 이로써 콜리메이터 플레이트의 단독 스택으로 구성된 1차원 콜리메이터 어셈블리를 정의한다.

일 예로서, 콜리메이터 어셈블리는 주 연장 방향 및 입사되는 X-선 방향으로 연장되는 측방향 평면에 배열된 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조를 더 포함하며, 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 강성을 향상시키기 위해 적어도 콜리메이터 플레이트의 서브셋의 단변(short side)의 적어도 일부에 부착된다.

콜리메이터는 예를 들어 환자 스캔을 수행할 때, X-선 영상 시스템의 동작 동안 발생하는 다양한 힘으로 인한 변형에 덜 민감할 것이다. 또한, 강성에 대한 개선을 통해 입사되는 X-선의 방향으로 상대적으로 높은 콜리메이터 플레이트를 사용할 수 있으며, 이는 다시 높은 산란 거부를 가능하게 한다. 1차원 콜리메이터 어셈블리를 사용할 수 있기 때문에 더 복잡한 2차원 콜리메이터 어셈블리를 사용하는 것보다 비교적 쉽게 제조할 수 있다.

예를 들어, X-선 영상 시스템은 도 9 및/또는 도 10에 예시된 것과 같이, 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상 시스템일 수 있다.

특정 예에서, 콜리메이터 플레이트는 z-방향으로도 표시되는 CT 영상 시스템의 회전축 방향으로 나란히 배열되어, z-전용 콜리메이터를 정의한다.

대안으로, 콜리메이터 플레이트는 CT 영상 시스템의 각도 방향(x-방향으로도 표시됨)으로 나란히 배열되어, x-전용 콜리메이터를 정의할 수 있다.

특정 예에서, 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조는 측방향 평면에서 연장되고 적어도 콜리메이터 플레이트의 서브셋의 단변의 적어도 일부에 부착되는 다수의 스트립 및/또는 와이어를 포함한다.

다른 예에서 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조는 적어도 콜리메이터 플레이트의 서브셋의 단변의 적어도 일부에 부착된 펜스(fence) 및/또는 그리드로서 형성된다.

또 다른 예에서, 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조는 내부에 복수의 개구부를 가지며 적어도 콜리메이터 플레이트의 서브셋의 단변의 적어도 일부에 부착되는 적어도 하나의 측면 플레이트를 포함한다.

예를 들어, 내부에 복수의 개구부를 갖는 측면 플레이트(들)는 허니콤형(honeycomb-shaped) 플레이트일 수 있다.

또 다른 예에서, 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조는 적어도 콜리메이터 플레이트의 서브셋의 단변의 적어도 일부에 부착된 적어도 하나의 측면 커버 시트를 포함한다.

선택적으로, 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조는 콜리메이터 플레이트의 양쪽에 배열될 수 있다.

예를 들어, 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조는 탄소 섬유 강화 폴리머(CFRP)를 포함하거나 이로 만들어질 수 있다. 사실상, 실험 연구에 따르면 CFRP를 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조의 기본 재료로 사용하면 회전식 CT 영상 시스템에서 동작하는 동안 콜리메이터의 최대 변형을 크게 줄일 수 있다.

특정 예에서, 콜리메이터 어셈블리는 콜리메이터 플레이트가 부착되는 상부 고정 플레이트 및 하부 고정 플레이트를 더 포함한다.

예를 들어, 상부 고정 플레이트 및 하부 고정 플레이트는 탄소 캡일 수 있다.

선택적으로, 콜리메이터 어셈블리는 적어도 콜리메이터 플레이트의 서브셋 사이에 제공되는 경화 발포층을 더 포함한다. 예를 들어, ROHACELL®은 발포층의 코어 물질로 사용될 수 있다.

특정 예에서, 적어도 콜리메이터 플레이트의 서브셋은 인접 검출기 모듈 사이에 정의된 간격 또는 갭을 두고 정렬되도록 배열될 수 있다.

선택적으로, 적어도 검출기 모듈의 서브셋 사이에 X-선 감쇠 어셈블리가 배열될 수 있다. 특정 예에서, 콜리메이터 플레이트 중 적어도 하나는 X-선 감쇠 어셈블리의 연장부로서 제공될 수 있다.

예를 들어, X-선 감쇠 어셈블리는 적어도 하나의 X-선 감쇠 플레이트 또는 시트 또는 산란 방지 호일(foil)을 포함할 수 있다.

특정 예에서, 각 검출기 모듈은 입사되는 X-선의 방향 및 입사되는 X-선의 방향 및 주 연장 방향 모두에 대해 직교하는 방향으로 연장되는 검출기 요소 어레이를 가지며, 각각의 콜리메이터 플레이트는 동일한 방향으로 연장된다.

선택적으로, 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조는 에폭시, 글루 또는 포팅(potting)과 같은 접착제에 의해 적어도 콜리메이터 플레이트의 서브셋의 단변의 적어도 일부에 부착된다.

보다 나은 이해를 위해, 제안된 기술은 이제 도 12 내지 23의 비제한적인 예를 참조하여 더 상세히 설명될 것이다.

도 11a는 CT 영상 시스템의 회전축 방향으로(z-방향으로도 표시되어, z-전용 콜리메이터를 정의함) 나란히 배열된 복수의 콜리메이터 플레이트로 구성된 1차원 콜리메이터 어셈블리를 갖는 검출기-콜리메이터 어셈블리의 일 예를 예시하는 개략도이다.

보이는 바와 같이, 나란히 배열되고 X-선 소스를 향해 에지-온 방향으로 배향되도록 적응된 복수의 에지-온 검출기 모듈(21)이 있다. 검출기 모듈(21)은 입사되는 X-선의 방향(y)에 실질적으로 직교하는 주 연장 방향(z)을 따라 나란히 배열된다.

콜리메이터 어셈블리는 검출기 모듈의 주 연장 방향(z)과 일치하는 단일 방향으로만 나란히 배열된 복수의 이격된 콜리메이터 플레이트(71)를 기반으로 할 수 있으며, 이로써 콜리메이터 플레이트의 단독 스택으로 구성된 1차원 콜리메이터 어셈블리를 정의한다.

이 특정 예에서, 콜리메이터 플레이트는 CT 영상 시스템의 회전축 방향(z)으로 나란히 배열되어, z-전용 콜리메이터를 형성한다.

예를 들어, 콜리메이터 플레이트(71)는 텅스텐과 같은 높은 Z 물질을 포함할 수 있다.

특정 예에서, 적어도 에지-온 검출기 모듈(21)의 서브셋 사이에 X-선 감쇠 어셈블리(81)가 배열될 수 있다. 예를 들어, X-선 감쇠 어셈블리(81)는 적어도 하나의 X-선 감쇠 플레이트 또는 시트 또는 산란 방지 호일을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 적어도 검출기 모듈의 서브셋의 경우, 인접 에지-온 검출기 모듈(21)은 검출기 모듈(21) 사이의 갭에 위치된 선택적인 산란 방지 호일, 시트 또는 플레이트(81)를 가질 수 있다. 이 선택적 기능은 추가 산란 방지 보호 및/또는 검출기 누화 감소를 제공할 수 있다. 산란 방지 호일, 시트 또는 플레이트는 콜리메이터 플레이트와 마찬가지로 특정 실시예에서는 텅스텐과 같은 높은 Z 물질을 포함할 수 있다.

도 11b는 CT 영상 시스템의 각도 방향으로(x-방향으로도 표시되어, x-전용 콜리메이터를 정의함) 나란히 배열된 복수의 콜리메이터 플레이트로 구성된 1차원 콜리메이터 어셈블리를 갖는 검출기-콜리메이터 어셈블리의 일 예를 예시하는 개략도이다.

z-전용 콜리메이터와 x-전용 콜리메이터를 비교할 때, 발명자는 z-전용 콜리메이터가 변형과 관련하여 CT 영상 시스템의 회전력에 덜 민감할 수 있음을 깨달았다.

도 12는 일 실시예에 따른 검출기-콜리메이터 어셈블리의 일 예를 예시하는 개략적인 단면도이다. 이 예에서, 검출기 모듈(21)은 모듈 사이에 정의된 공간/갭과 나란히 배열되며, 공간/갭에는 검출기 모듈(21)에 고정되거나 그렇지 않으면 부착될 수 있는 산란 방지 호일, 시트 또는 플레이트(81)가 제공된다. 여기서, 전체 1차원 콜리메이터 어셈블리(70)를 정의하는 콜리메이터 플레이트(71)는 산란 방지 호일, 시트 또는 플레이트(81)와 정렬된다. 콜리메이터 플레이트를 전체 검출기의 비활성(데드/갭) 영역과 정렬 및/또는 그 상단에 위치시킴으로써, 검출 효율이 향상된다.

도 13은 일 실시예에 따른 검출기-콜리메이터 어셈블리의 다른 예를 예시하는 개략적인 단면도이다. 이 예에서, 인접 검출기 모듈 사이의 모든 공간/갭이 산란 방지 호일, 시트 또는 플레이트(81)를 갖는 것은 아니다.

예를 들어, 이는 검출기 모듈이 쌍별로(예를 들어, 전면에서 전면으로) 배열된 경우일 수 있다. 바람직하게는, 산란 방지 호일, 시트 또는 플레이트(81)는 검출기 모듈의 프론트-엔드 전자 장치가 전면에 있다고 가정하면, 인접한 검출기 모듈(21) 사이의 전면 대 전면(frontside-to-frontside) 공간에 배열될 수 있다. 그러나, 인접 검출기 모듈 사이의 후면 대 후면(backside-to-backside) 공간에 임의의 산란 방지 어셈블리를 제공할 필요가 없을 수 있다. 인접한 검출기 모듈(21) 사이의 후면 대 후면 공간에 스페이서(82)만 제공하는 것만으로 충분할 수 있다. 이러한 스페이서(82)는 3차원(3D) 인쇄될 수 있다.

도 13에서 볼 수 있는 바와 같이, 인접한 검출기 모듈 사이의 각 갭/공간 위에 콜리메이터 플레이트를 제공할 필요도 없다. 예를 들어, 스페이서(82) 위에 콜리메이터 플레이트를 제공하는 것은 단지 선택적이다.

도 14는 일 실시예에 따른 검출기-콜리메이터 어셈블리의 또 다른 예를 예시하는 개략적인 단면도이다.

이 특정 예에서, 콜리메이터 플레이트 중 적어도 하나는 X-선 감쇠 어셈블리의 연장부로서 제공된다. 보다 구체적으로, 실질적인 해결책은 각 콜리메이터 플레이트(71)를 해당 산란 방지 호일, 시트 또는 플레이트(81)와 통합하는 것이다.

즉, 환자 후 콜리메이터(70)는 X-선 검출기에 별도로 부착되거나 X-선 검출기와 통합될 수 있다. 콜리메이터(70)의 목적은 이미지 품질에 해로운 객체 산란을 거부하는 것이다. 그러나, 콜리메이터 플레이트(71)는 1차 x-선의 부분을 차단함으로써, 검출 효율을 감소시킨다. 본 발명의 특정 실시예들은 환자 후 콜리메이터를 검출기의 일체형 부분으로 직접 통합함으로써 이 문제를 완화한다. 본 발명은 특정 유형의 검출기, 예를 들어 개별 검출기 모듈/슬라이스(채널)가 별도의 물리적 유닛인 경우 및/또는 딥 실리콘 기반 에지 조명 검출기 모듈과 같은 에지-온 검출기 모듈에 특히 잘 적용된다.

에지 조명 검출기에는, 주로 내부 산란을 억제하기 위해 검출기 모듈/슬라이스 사이에 일반적으로 내부 플레이트가 있다. 언급된 바와 같이, 특정 실시예에 따르면, 예를 들어 도 14에 예시된 바와 같이, 이러한 내부 플레이트는 환자 후 콜리메이터를 형성하기 위해 더 연장된다. 이 접근 방식에는 몇 가지 이점이 있다: 1) 플레이트의 외부 부분은 검출기 모듈/슬라이스 사이의 기존 공간/갭 위에 직접 위치되므로, 기하학적 효율성을 더 이상 감소시키지 않으며, 2) 플레이트의 외부 부분은 검출기 셀에 자체 정렬된다.

도 15는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 강성을 향상시키기 위해 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조(72)를 갖는 1차원 콜리메이터 어셈블리(70)의 일 예를 예시하는 개략적인 사시도이다.

이 특정 예에서, 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조(72)는 i) 주 연장 방향 및 입사되는 X-선의 방향에 의해 정의된 측방향 평면에서 연장되고, ii) 적어도 콜리메이터 플레이트(71)의 서브셋의 단변의 적어도 일부에 부착된 다수의 스트립 및/또는 와이어를 포함한다. 예를 들어, 스트립 및/또는 와이어는 예를 들어 에폭시, 글루 또는 포팅과 같은 접착제에 의해 각각의 콜리메이터 플레이트(71) 또는 선택된 접점에서 그의 서브셋에 부착되는 탄소 섬유로 제조될 수 있다.

이하에 예시되는 바와 같이, 임의의 다양한 안정화되는 측방향 지지 구조가 채용될 수 있음을 이해해야 한다.

도 16은 1차원 콜리메이터 어셈블리의 실제 구현의 일 예를 예시하는 개략적인 사시도이다.

도 17은 콜리메이터 플레이트(71)가 부착되는 고정 플레이트(73; 74)를 갖는 1차원 콜리메이터 어셈블리(70)의 실제 구현의 특정 예를 예시하는 개략적인 사시도이다.

예를 들어, 이들 고정 플레이트(73; 74)는 패스너(75)로 전체 콜리메이터의 각각의 단부 블록(76)에 고정될 수 있다. 또한, 단부 블록(76)은 고정 플레이트(73; 74)의 포지셔닝 홀(positioning holes)이 정렬될 수 있는 포지셔닝 핀을 가질 수 있다.

예를 들어, 이 특정 설계는 전체 콜리메이터(70)의 상부 및 하부 연결 표면(고정 플레이트(73, 74))으로서 두 개의 탄소 캡을 사용할 수 있다.

발명자들은 콜리메이터의 이러한 실제 구현이 예를 들어 CT 영상 시스템과 같은 X-선 영상 시스템의 동작 중에 발생하는 회전력 및 기타 힘에 의해 야기되는 변형에 여전히 민감할 수 있음을 깨달았다. 예를 들어, 고정 플레이트(73; 74)의 중앙부는 고정되어 있지 않기 때문에, 고속 회전에 의해 발생하는 진동으로 인해 플레이트의 중앙부를 시프트시킬 수 있다.

주 연장 방향 및 입사되는 X-선 방향으로 연장되는 측방향 평면에 배열되고 적어도 콜리메이터 플레이트의 서브셋의 단변의 적어도 일부에 부착된 제안된 안정화되는 측방향 지지 구조는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 강성을 실질적으로 향상시킬 수 있다.

도 18a는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 강성을 향상시키기 위해 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조(72)를 갖는 1차원 콜리메이터 어셈블리(70)의 다른 예를 예시하는 개략적인 사시도이다.

도 18b는 도 18a의 콜리메이터 어셈블리의 일부의 단면을 예시하는 개략도이다.

언급된 바와 같이, 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조(72)는 상기 정의된 측방향 평면에서 연장되고 적어도 콜리메이터 플레이트(71)의 서브셋의 단변의 적어도 일부에 부착되는 다수의 스트립을 포함할 수 있다. 이 특정 예에서, 측방향 지지 구조(72)는 전체 콜리메이터 어셈블리(70)의 하나의 단부 블록에서 다른 단부 블록까지 주 연장 방향(z/x)으로 연장되는 세장형 스트립 또는 시트 세트로 형성된다. 예를 들어, 스트립은 예를 들어 CFRP로 만들어진 탄소 기반 스트립일 수 있다. 일 예로서, 스트립의 두께는 0.1mm 이상, 바람직하게는 0.3mm 이상일 수 있다.

예를 들어, 고정 탄소 섬유 스트립은 바람직하게는 전체 강성을 향상시키기 위해 양쪽 단변에 제공된다.

측방향 지지 구조의 추가 스트립으로 인해 X-선 선량의 작은 부분이 손실될 수 있다.

도 19a는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 강성을 향상시키기 위해 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조(72)를 갖는 1차원 콜리메이터 어셈블리(70)의 또 다른 예를 예시하는 개략적인 사시도이다.

도 19b는 도 19a의 콜리메이터 어셈블리(70)의 일부의 단면을 예시하는 개략도이다.

이 예에서, 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조(72)는 내부에 정의된 복수의 개구부를 갖고 적어도 콜리메이터 플레이트(71)의 서브셋의 단변의 적어도 일부에 부착되는 적어도 하나의 측면 플레이트 또는 측면 캡을 포함한다.

바람직하게는, 측면 플레이트(들)에 정의된 개구부의 크기 및 분포는 강성과 X-선 선량 손실 사이의 밸런스 또는 트레이드-오프를 제공하도록 조정된다. 콜리메이터 플레이트의 단변에 고정된 측면 플레이트의 상대적으로 넓은 영역이 부착될 때 전체 강성이 향상된다. 반면에, 측면 플레이트에 재료가 많을수록 X-선 선량 손실이 커질 것이다. 측면 플레이트에 복수의 개구부를 마련함으로써 강성이 향상되고 X-선 선량의 손실이 감소한다. 바람직하게는, 측면 플레이트(들)는 예를 들어 CFRP를 포함하거나 이로 만들어질 수 있다. 일 예로서, 측면 플레이트 또는 측면 캡의 두께는 0.1mm 이상, 바람직하게는 0.3mm 이상일 수 있다.

예를 들어, 내부에 정의된 개구부를 갖는 측면 플레이트(들)는 예를 들어 도 20에 구체적으로 예시된 바와 같이, 허니콤형 플레이트일 수 있다.

도 21은 1차원 콜리메이터 어셈블리의 강성을 향상시키기 위해 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조를 갖는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 추가 예를 예시하는 개략적인 사시도이다.

이 특정 예에서, 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조(72)는 적어도 콜리메이터 플레이트(71)의 서브셋의 단변의 적어도 일부에 부착되는 펜스 및/또는 그리드로서 형성된다.

도 22는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 강성을 향상시키기 위해 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조를 갖는 1차원 콜리메이터 어셈블리의 다른 추가 예를 예시하는 개략적인 사시도이다.

이 예에서, 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조(72)는 적어도 콜리메이터 플레이트의 서브셋의 단변의 적어도 일부에 부착된 적어도 하나의 측면 커버 시트를 포함한다. 예를 들어, CFRP로 제조되고 예시적인 두께가 0.1mm를 초과하는 두 개의 완전한 측면 캡을 사용하는 경우, 전체 강성 또는 강직도가 매우 양호한 상태를 나타낸다. 그러나, 완전한 측면 캡은 다른 실시예들에 비해 X-선 선량의 더 큰 손실을 의미한다.

도면에 도시되고 위에 설명된 본 개시내용의 실시형태들은 단지 예시적인 실시형태일 뿐이고, 청구범위의 범위 내에 포함되는 임의의 등가물을 포함하여 첨부된 청구범위의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 첨부된 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 범위를 벗어나지 않고 실시예에 대해 다양한 수정, 조합 및 변경이 이루어질 수 있음이 당업자에게 이해될 것이다. 본원에 설명된 상호 배타적이지 않은 특징들의 임의의 조합은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도되어 있다. 즉, 설명된 실시형태의 특징들은 전술한 임의의 적절한 양태와 조합될 수 있고, 임의의 하나의 양태의 선택적 특징들은 임의의 다른 적절한 양태와 조합될 수 있다. 마찬가지로, 종속 청구항에 기재된 특징들은, 특히 종속 청구항들이 동일한 독립 청구항에 종속되는 경우, 다른 종속 청구항의 상호 배타적이지 않은 특징들과 결합될 수 있다. 단일 청구항 인용 관계는 이를 요구하는 일부 관할권에서는 실무적으로 사용되었을 수 있지만, 이를 종속 청구항의 특징들이 상호 배타적이라는 의미로 받아들여서는 안 된다.

달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 발명의 개념은 특징의 모든 가능한 조합에 관한 것임에 추가로 유의한다. 특히, 상이한 실시예들에서의 상이한 부분 해법들이, 기술적으로 가능한 경우, 다른 구성들에서 조합될 수 있다.

Claims (15)

1. X-선 영상 시스템(100)에 있어서,
   X-선 소스(10);
   X-선 검출기(20); 및
   상기 X-선 검출기(20)에 결합된 콜리메이터 어셈블리(70)로서,
   상기 X-선 검출기(20)는 나란히 배열되고 상기 X-선 소스(10)를 향해 배향된 복수의 검출기 모듈(21)을 포함하고, 상기 검출기 모듈(21)은 입사되는 X-선의 방향에 실질적으로 직교하는 방향을 따라 나란히 배열되고,
   상기 콜리메이터 어셈블리(70)는 상기 검출기 모듈의 방향과 일치하는 방향으로 나란히 배열된 복수의 이격된 콜리메이터 플레이트(71)를 포함하고,
   상기 콜리메이터 어셈블리(70)는 상기 입사되는 X-선의 방향에 실질적으로 직교하는 방향으로 연장되는 측방향 평면에 배열된 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조(72)를 더 포함하는, 상기 콜리메이터 어셈블리(70)를 포함하는, X-선 영상 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 X-선 영상 시스템(100)은 컴퓨터 단층 촬영(CT) 영상 시스템인, X-선 영상 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 콜리메이터 플레이트(71)는 z-방향으로도 표시된, 상기 CT 영상 시스템의 회전축 방향으로 나란히 배열되는, X-선 영상 시스템.
4. 제2항에 있어서, 상기 콜리메이터 플레이트(71)는 x-방향으로도 표시된, 상기 CT 영상 시스템의 각도 방향으로 나란히 배열되는, X-선 영상 시스템.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조(72)는 상기 측방향 평면에서 연장되고 적어도 상기 콜리메이터 플레이트(71)의 서브셋의 단변(short side)의 적어도 일부에 부착되는 다수의 스트립 및/또는 와이어를 포함하는, X-선 영상 시스템.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조(72)는 적어도 상기 콜리메이터 플레이트(71)의 서브셋의 단변의 적어도 일부에 부착되는 펜스(fence) 및/또는 그리드(grid)로서 형성되는, X-선 영상 시스템.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조(72)는 내부에 복수의 개구부를 가지며 적어도 상기 콜리메이터 플레이트(71)의 서브셋의 단변의 적어도 일부에 부착되는 적어도 하나의 측면 플레이트를 포함하는, X-선 영상 시스템.
8. 제7항에 있어서, 내부에 상기 복수의 개구부를 갖는 상기 적어도 하나의 측면 플레이트는 허니콤형(honeycomb-shaped) 플레이트인, X-선 영상 시스템.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조(72)는 상기 콜리메이터 플레이트(71)의 양쪽에 배열되는, X-선 영상 시스템.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물리적으로 안정화되는 측방향 지지 구조(72)는 탄소 섬유 강화 폴리머를 포함하거나 이로 만들어진, X-선 영상 시스템.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 콜리메이터 어셈블리(70)는 상기 콜리메이터 플레이트(71)가 부착되는 상부 고정 플레이트(73) 및 하부 고정 플레이트(74)를 더 포함하는, X-선 영상 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 상부 고정 플레이트(73) 및 상기 하부 고정 플레이트(74)는 탄소 캡인, X-선 영상 시스템.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 콜리메이터 플레이트(71)의 서브셋은 인접한 검출기 모듈(21) 사이에 정의된 공간 또는 갭을 두고 정렬되도록 배열되는, X-선 영상 시스템.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, X-선 감쇠 어셈블리(81)는 적어도 상기 검출기 모듈(21)의 서브셋 사이에 배열되는, X-선 영상 시스템.
15. 제14항에 있어서, 상기 콜리메이터 플레이트 중 적어도 하나는 상기 X-선 감쇠 어셈블리(81)의 연장부로서 제공되는, X-선 영상 시스템.