NL1014800C2 - Geïntegreerd zelf-uitlijnend röntgendetectorsamenstel voor een computerröntgentomografiestelsel. - Google Patents

Description

P52612NL00

Titel: Geïntegreerd zelf-uitlijnend röntgendetectorsamenstel voor een computer-röntgentomografiestelsel.

De uitvinding heeft betrekking op computertomografie (CT) scanners.

CT scanners van het type van de derde generatie omvatten een röntgenbron en een röntgendetectorsysteem die respectievelijk op diametraal tegenoverliggende zijden van een ringvormige schijf zijn vastgezet. Deze laatste is 5 roteerbaar op een stellage gemonteerd, zodat gedurende een scan de schijf rond een rotatieas draait, terwijl röntgenstralen uit de bron door een object naar het detectorstelsel passeren, welk object in de opening van de schijf is opgesteld.

Het detectorstelsel omvat typerend een reeksopstelling van detectoren, die over een boog van een cirkel zijn opgesteld met een krommingscentrum in een 10 brandpunt van waaruit straling van de röntgenbron uittreedt. De röntgenstralen, die door een enkele detector op een meetmoment gedurende een scan worden gedetecteerd, worden gedeeltelijk geremd door de massa van alle objecten in hun baan. De detectoren meten deze afremming en genereren afzonderlijk een meting van een intensiteit als functie van de afremming en daarom de dichtheid van de 15 massa in de baan van de röntgenstraal.

Voor een nauwkeurig beeldreconstructie van rÖntgendichtheidgegevens moeten de posities van de stralen en daarom van de detectoren, precies bekend zijn. Aangezien verder een dichte massa de röntgenstralen kan verstrooien, is het belangrijk dat straling die niet een rechte lijn aflegt van de bron naar elke 20 afzonderlijke detector, van metingen door zo'n detector wordt uitgesloten. Om deze verstrooide straling te verwijderen, wordt meestal een aantal zeer dunne anti-verstrooiingsplaten, die röntgenstralen niet doorlaten, tussen de detectoren en het te scannen object geplaatst, waarbij de individuele platen zo zijn uitgelijnd dat ze de röntgenstralen vanuit de röntgenbron collimeren door in hoofdzaak slechts die 25 stralen naar de detectoren te laten passeren die een rechte radiale lijn tussen de bron en elke detector afleggen.

De behoefte aan anti-verstrooiplaten brengt helaas extra moeilijkheden met zich mee, omdat ze, indien ze een röntgen "schaduw" op een detector werpen, met de meting zullen interfereren, tenzij de anti-verstrooiplaten op alle detectoren 30 een uniforme schaduw werpen. De uitvoer van iedere beschaduwde detector zal niet alleen worden verminderd maar ook worden gemoduleerd door elke detecteerbare relatieve beweging van de bron, anti-verstrooiplaten en/of detectoren.

1014800

Het is duidelijk dat het moeilijk is aan deze vereisten te voldoen. Om de resolutie te verschaffen, die van moderne röntgentomografiescanners wordt verwacht, zijn honderden detectoren benodigd, waarbij verscheidene detectoren binnen een enkele booggraad van een röntgenstraal zijn opgesteld. Hierdoor moet 5 de breedte van een typerende detector in de orde van een millimeter zijn. De breedte van een typerende anti-verstrooiplaat is ongeveer 10% var* de breedte van een detector. De afstanden tussen aanliggende detectoren zijn nauwelijks groter dan dat. Er is aldus behoefte aan een extreem nauwkeurige positionering en uitlijning van de detector en de anti-verstrooiplaten. Het probleem wordt 10 verergerd doordat de gehele opstelling meestal met een toerental van ongeveer 60 tot 120 toeren p/min, rond het te scannen object wordt geroteerd, wat behoorlijk variërende krachten oplevert en wat stevige montagetechnieken vereist. Bij de introductie van twee-dimensionale detectorreeksopstellingen treden toleranties in twee dimensies in plaats van in één op en is het zelfs nog belangrijker om een zeer 15 nauwkeurige positionering van de detectoren en anti-verstrooiplaten te verschaffen.

Een moeilijkheid van detector-substelsels met een hoge resolutie is het verkrijgen en onderhouden van de relatief zware uitlijnvereisten van detectoren en verstrooiplaten met de röntgenbundels vanuit de röntgenbron. De toleranties 20 worden verder beperkt door veranderingen van temperatuur en door trillingen bij de relatieve uitlijning van de substelsels.

Men heeft getracht om de nauwkeurige positionering en uitlijning van detectoren en anti-verstrooiplaten in tomografiestelsels gemakkelijker te maken. Het Amerikaanse octrooischrift nr. 5.487.098 van Dobbs et al., op naam van de 25 aanvrager van de uitvinding, beschrijft bijvoorbeeld vooraf samengestelde modules voor de reeksopstelling van de detector en anti-verstrooiplaten. De modulen voor detectoren en anti-verstrooiplaten worden elk op een ondersteunende structuur of steunbalk bevestigd, welke vervolgens op een roterende stellage van het tomografiestelsel wordt vastgemaakt. Elke detectormodule moet in lijn zijn met 30 een overeenkomstige anti-verstrooiplaatmodule en elk paar modulen moet in lijn zijn met betrekking tot het brandpunt, om de hoeveelheid ontvangen straling te maximaliseren.

Het Amerikaanse octrooischrift nr. 4.338.521 van Shaw et al. beschrijft een modulaire detectorreeksopstelling, die twee losneembare samengestelde delen 35 omvat, waarvan er één de detectoren omvat en de ander de anti-verstrooiplaten. De twee delen van de reeksopstelling moeten worden samengesteld om hun 1014300 3 wederzijdse uitlijning te realiseren. De samengestelde module moet vervolgens in lijn worden gebracht met de stralingsbron en dan vast op de tomografie-inrichting worden bevestigd.

Het Amerikaanse octrooischrift nr. 4.429.227 van DiBianca et al.

5 beschrijft een modulaire röntgendetector, die een tweetal dioden in een diodehouderframe omvat, een tweetal scintillatorstaven en een collimatorplaat met een opbouw voor het aangrijpen op een corresponderende opbouw van het diodehouderframe. De collimatorplaat omvat een holte aan elke zijde om een scintillatorstaaf te ontvangen. Elke collimatorplaat/diodepaar is onafhankelijk in 10 sleuven gemonteerd in een tweetal keramische secties die op de respectieve einddelen van een boogvormige behuizing zijn gemonteerd.

De stand van de techniek beschrijft niet het gebruik van een volledig geïntegreerde detector/anti-verstrooiplaatsamenstel waarin de detectoren en anti-verstrooiplaten intrinsiek met elkaar zijn uitgelijnd. Het heeft daarom voordelen 15 om een röntgendetector en anti-verstrooiplaatsamenstel te verschaffen dat volledig is geïntegreerd, zodat alle dioden, scintillatorkristallen en anti-verstrooiplaten automatisch zijn uitgelijnd wanneer ze worden samengesteld.

Overeenkomstig de uitvinding wordt een geïntegreerd zelf-uitlijnend 20 detectorsamenstel verschaft, omvattende: een houder voor het detectorsamenstel; een aantal fotodiodes, die in een voorbepaald reekspatroon op de houder zijn aangebracht; een overeenkomstig aantal elektrische verbindingen tussen de fotodioden 25 en een signaalprocessor voor het verzenden van elektrische signalen van de fotodiodes naar de signaalprocessor; een uitlijnrooster, dat over de fotodiodereeks is aangebracht en dat een reeks van cellen omvat, die overeenkomt met de reeks fotodiodes; een aantal scintillatorkristallen, die in de cellen van het uitlijnrooster 30 zijn aangebracht, zodat elke fotodiode in de fotodiodereeks met een overeenkomstig scintillatorkristal gekoppeld is; en een aantal anti-verstrooiplaten, die tegen een deel van het uitlijnrooster aanliggen, zodat de anti-verstrooiplaten op een voorbepaalde wijze zijn uitgelijnd met betrekking tot de scintillatorkristallen.

35 1014800 4

In een uitvoeringsvorm zijn de fotodioden en scintillatorkristallen in een één-dimensionale reeks ingericht. In een andere uitvoeringsvorm zijn ze ingericht in een twee-dimensionale reeks.

In een voorkeursuitvoeringsvorm omvat het uitlijnrooster uitbreidingen, 5 die zich vanuit weerszijden van het uitlijnrooster uitstrekken. In een uitvoeringsvorm zijn de uitbreidingen in het vlak van het uitlijnrooster. In een andere uitvoeringsvorm zijn de uitbreidingen dwars ten opzichte van het vlak van het uitlijnrooster.

Het samenstel kan verder een uitbreiding omvatten die zich in 10 dwarsrichting vanuit het vlak van het uitlijnrooster uitstrekt tussen de uiteinden van het uitlijnrooster.

In een uitvoeringsvorm zijn de anti-verstrooiplaten in lijn met de scintillatorkristallen. In een andere uitvoeringsvorm zijn ze in lijn met de ruimten tussen de scintillatorkristallen.

15 Deze en andere doelen en voordelen van de uitvinding zullen gedeeltelijk voor de hand liggend zijn en gedeeltelijk hierna worden besproken. De uitvinding omvat overeenkomstig een inrichting die de opbouw omvat, waarbij een combinatie van elementen en de opbouw van delen in een voorbeeld zal worden toegelicht in de volgende detailbeschrijving, waarvan de reikwijdte zal worden bepaald door de 20 conclusies.

Voor een beter begrip van de aard en de doelen van de uitvinding wordt verwezen naar de volgende gedetailleerde beschrijving in samenhang met de tekening, waarbij: fig. 1 een zijaanzicht in uiteengenomen delen is van een 25 röntgendetectorsamenstel overeenkomstig de uitvinding; fig. 2 een bovenaanzicht is van een uitvoeringsvorm van een uitlijnrooster toegepast in de opstelling van de uitvinding; fig. 3 een perspectief-weergave in uiteengenomen delen is van een andere uitvoeringsvorm van een uitlijnrooster waarop een anti-verstrooiplaat is 30 gemonteerd; en fig. 4 is een perspectief weergave in uiteengenomen delen is van nog een andere uitvoeringsvorm van een uitlijnrooster waarop een anti-verstrooiplaat is gemonteerd.

Het detectorsamenstel 10 van de uitvinding is in fig. 1 weergegeven. Een 35 bevestigingsbalk 12 ondersteunt een substraat 14 waarop de fotodiodes 16 en scintillatorkristallen 18 zijn aangebracht, zoals in detail hierna zal worden 1014800 I 5 I besproken. Een elektrisch geleidend verbindingspatroon 20 is op het substraat 14 I geprint en definieert een netwerk van elektrische geleidingen van de fotodiode 16 naar een signaaltransmissiekabel (niet weergegeven). Fotodiodes 16 worden in een I voorbepaalde reeksopstelling ingericht op het substraat, zodat elke fotodiode I 5 elektrisch is verbonden met de signaaltransmissiekabel via draadgeleiders 22, wat I een elektrische verbinding verschaft tussen de fotodiode en het onderliggend I geprinte verbindingsnetwerkpatroon 20.

Het uitlijnrooster 24 is in detail weergegeven in fig. 2. Het rooster 24 I omvat een reeks cellen 26 die door roosterstaven 27 zijn gescheiden. De cellen 26 I 10 hebben bij voorkeur een afmeting om één scintillatorkristal 18 per cel te bevatten.

I Het uitlijnrooster 24 is aangebracht over de fotodiodereeks, zodat iedere I fotodiode onder een cel van het uitlijnrooster ligt. Scintillatorkristallen 18 worden vervolgens over het rooster geplaatst en in lijn gebracht met de respectieve cellen I van het rooster, zodat ieder scintillatorkristal 18 in lijn is met een H 15 overeenkomstige fotodiode 16.

I Zoals het duidelijkst in fig. 2 is weergegeven, omvat het uitlijnrooster 24 I een tweetal uitbreidingen 28, die sleuven 30 omvatten. De sleuven hebben een I nauwkeurige afmeting om een zijkant van een anti-verstrooiplaa132 te ontvangen, I zoals het duidelijkst in fig. 3 en 4 is weergegeven. De zijkanten van de anti- 20 verstrooiplaten 32 passen in de sleuven 30 in de uitbreidingen 28 van het uitlijnrooster 24 om zodanig over de reeks scintillatorkristallen te worden aangebracht dat verstrooide röntgenstralen worden verhinderd om de I scintillatorkristallen te bereiken. Door op deze wijze het uitlijnrooster te gebruiken zijn de anti-verstrooiplaten en scintillatorkristallen nauwkeurig met elkaar in lijn 25 gebracht.

H Het uitlijnrooster 24 is bij voorkeur van een lichtgewichtmateriaal, zoals aluminium, dat nauwkeurig wordt bewerkt of geëtst om de reeks cellen 26 te definiëren. In een voorkeursuitvoeringsvorm is het uitlijnrooster geëtst door foto- of lasertechnieken om de noodzakelijke nauwkeurigheid en precisie te verschaffen 30 in het dimensioneren van de cellen en de uitlijning van de sleuven met de cellen en H de roosterstaven.

H In een uitvoeringsvorm van de uitvinding zijn de sleuven 30 in de H uitbreidingen van het uitlijnrooster in lijn gebracht met de roosterstaven 27 van het uitlijnrooster. Deze uitlijning zorgt ervoor dat de anti-verstrooiplaten 32 zo zijn 35 opgesteld, dat zij een schaduw over de roosterstaven 27 werpen die de afstand tussen aanliggende scintillatorkristallen definiëren, en niet over de kristallen zelf.

I 101480Π 6

In een andere uitvoeringsvorm zijn de sleuven 30 in lijn met de cellen 26 van het rooster. Deze uitlijning zorgt ervoor dat de anti-verstrooiplaten zijn opgesteld, zodat zij een schaduw over de scintillatorkristallen werpen, bij voorkeur op uniforme wijze, om te verhinderen dat het signaal wordt gemoduleerd wegens de 5 aanwezigheid van de anti-verstrooiplaten boven de kristallen.

Het uitlijnrooster kan dienen om de anti-verstrooiplaten automatisch uit te lijnen, zowel bij één-dimensionale kristalroosters, zoals in fig. 4 is weergegeven, als bij twee-dimensionale reeksen, zoals in fig. 3 is weergegeven. De scintillatorkristallen kunnen verschillende afmetingen hebben, zoals door de 10 afmetingen van de cellen in het uitlijnrooster dat in fig. 2 is weergegeven, wordt aangegeven, of zij kunnen een uniforme afmeting, zoals door de uniforme cellen van het rooster in fig. 4 is aangegeven.

De uitbreidingen 28 van het uitlijnrooster kunnen in het vlak van het uitlijnrooster liggen, zoals in fig. 2 en 4 is weergegeven, of dwars op het vlak van 15 het rooster, zoals in fig. 3 is weergegeven. In de uitvoeringsvorm van fig. 4 kunnen de anti-verstrooiplaten 32, benen 34 omvatten of andere uitbreidingen om het passen van de platen in de sleuven in de uitlijnroosteruitbreidingen te vergemakkelijken.

In de uitvoeringsvorm van fig. 3 strekken de uitbreidingen van het 20 uitlijnrooster zich dwars ten opzichte van het vlak van het rooster uit, en kan de anti-verstrooiplaat direct in de sleuven passen.

Men kan inzien dat het uitlijnrooster dat in fig. 3 is weergegeven, tevens één of meerdere uitbreidingen 36 kan omvatten, die aan de buitenranden van het uitlijnrooster zijn aangebracht en die zich dwars ten opzichte van het vlak van het 25 uitlijnrooster uitstrekken, om aanvullende steun en uitlijning te verschaffen voor de anti-verstrooiplaten 32, in het bijzonder bij kristalreeksen die relatief lang ten opzichte van hun breedte zijn.

Aangezien in bovenbeschreven inrichting verschillende veranderingen kunnen worden aangebracht zonder van de reikwijdte van de uitvinding af te 30 wijken, dient alle in de bovenstaande beschrijving besproken materie of die is weergegeven in de begeleidende tekening, als voorbeeld te worden geïnterpreteerd en niet in beperkende zin.

'1014800

Claims (10)

1. Geïntegreerd zelf-uitlijnend röntgendetectorsamenstel, omvattende: een houder voor het detectorsamenstel; een aantal fotodiodes, die in een voorbepaald reekspatroon op de houder zijn aangebracht; 5 een overeenkomstig aantal elektrische verbindingen tussen de fotodioden en een signaalprocessor voor het verzenden van elektrische signalen van de fotodiodes naar de signaalprocessor; een uitlijnrooster, dat over de fotodiodereeks is aangebracht en dat een reeks van cellen omvat, die overeenkomt met de reeks fotodiodes; 10 een aantal scintillatorkristallen, die in de cellen van het uitlijnrooster zijn aangebracht, zodat elke fotodiode in de fotodiodereeks met een overeenkomstig scintillatorkristal gekoppeld is; en een aantal anti-verstrooiplaten, die tegen een deel van het uitlijnrooster aanliggen, zodat de anti-verstrooiplaten op een voorbepaalde wijze zijn uitgelijnd 15 met betrekking tot de scintillatorkristallen.

2. Geïntegreerd zelf-uitlijnend röntgendetectorsamenstel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de fotodiode en scintillatorkristallen in een ééndimensionale reeks zijn opgesteld. 20

3. Geïntegreerd zelf-uitlijnend röntgendetectorsamenstel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de fotodiode en scintillatorkristallen in een tweedimensionale reeks zijn opgesteld. 1014800

4. Geïntegreerd zeif-uitlijnend röntgendetectorsamenstel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het uitlijnrooster uitbreidingen omvat, die zich vanuit weerszijden van het uitlijnrooster uitstrekken.

5. Geïntegreerd zelf-uitlijnend röntgendetectorsamenstel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de uitbreidingen in het vlak van het uitlijnrooster zijn.

6. Geïntegreerd zelf-uitlijnend röntgendetectorsamenstel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de uitbreiding zich in een richting uitstrekken, die dwars is 10 ten opzichte van het vlak van het uitlijnrooster.

7. Geïntegreerd zelf-uitlijnend röntgendetectorsamenstel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de uitbreiding zich dwars vanuit het vlak van het uitlijnrooster uitstrekt, vanuit een locatie tussen de uiteinden van het 15 uitlijnrooster.

8. Geïntegreerd zelf-uitlijnend röntgendetectorsamenstel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat anti-verstrooiplaten in hoofdzaak in lijn zijn met de scintillatorkristallen. 20

9. Geïntegreerd zelf-uitlijnend röntgendetectorsamenstel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de anti-verstrooiplaten in hoofdzaak in lijn zijn met de ruimten tussen de scintillatorkristallen. 25

10. Röntgendetectorsamenstel voor een computer-röntgentomografiesysteem, omvattende een stralingsbron, een röntgendetectorsamenstel voor het detecteren van de straling en voor het verzenden van elektrische signalen, die overeenkomen met de gedetecteerde straling naar een signaalprocessor en een houder voor een te scannen object, dat is opgesteld tussen de bron en het detectorsamenstel, waarbij 30 het röntgendetectorsamenstel omvat: een houder voor het detectorsamenstel; een aantal fotodioden, die zijn aangebracht om de houder in een voorbepaald reekspatroon; een overeenkomstig aantal elektrische verbindingen tussen de fotodioden 35 en een signaalprocessor voor het verzenden van elektrische signalen van de fotodioden naar de signaalprocessor; 1014800 een uitlijnrooster, dat over de reeks fotodioden is aangebracht en dat een reeks cellen omvat, dat overeenkomt met de reeks fotodioden; een aantal scintillatorkristallen, die in de cellen van het uitlijnrooster zijn aangebracht, zodat elke fotodiode in de reeks fotodioden is gekoppeld met een 5 overeenkomstig scintillatorkristal; en een aantal anti-verstrooiplaten, dat tegen een deel van het uitlijnrooster aanligt, zodat de anti-verstrooiplaten een voorbepaaide uitlijning hebben met betrekking tot de scintillatorkristallen. 1014800