NL1026195C2

NL1026195C2 - Collimatorsamenstel voor computertomografiesysteem.

Info

Publication number: NL1026195C2
Application number: NL1026195A
Authority: NL
Inventors: Paul Michael Ratzmann; Mark A Kappel
Original assignee: Ge Med Sys Global Tech Co Llc
Priority date: 2003-05-13
Filing date: 2004-05-13
Publication date: 2007-05-30
Also published as: US20040227092A1; IL161825A0; JP2004337609A; DE102004022039A1; US7655915B2; NL1026195A1

Description

Γ

Collimatorsamenstel voor computertomografiesvsteem TECHNISCH GEBIED

5 De onderhavige uitvinding heeft in het algemeen betrekking op een computertomografiesamenstel, en, meer in het bijzonder, op een collimator- en scintil-latorsamenstel dat verbeterde vervaardigingskosten en nauwkeurigheid kent.

ACHTERGROND VAN DE UITVINDING

10

Computertomografie is aangewend voor een brede verscheidenheid van beeldvor-mingstoepassingen. Een dergelijke categorie van toepassingen omvat medische beeldvorming. Hoewel het bekend is dat computertomografie een brede verscheidenheid van configuraties kan aannemen in de medische industrie, is zij gewoonlijk gebaseerd op 15 het overdragen van stralen van lage energie door een lichaamsstructuur. Deze stralen van lage energie worden vervolgens ontvangen en verwerkt teneinde een beeld te formuleren, veelal driedimensionaal, van de lichaamsstructuur, dat kan worden geanalyseerd door artsen als een diagnostisch hulpmiddel.

De ontvangst van stralen van een lage energie, zoals gammastralen, wordt veelal 20 gerealiseerd door gebruik te maken van een inrichting welke wordt aangeduid als een scintillatorcamera. De scintillatorcamera omvat karakteristiek een veelheid van structuren welke samenwerken teneinde de binnenkomende energiestralen te ontvangen en te verwerken nadat zij door de lichaamsstructuur zijn gegaan. Een collimator is een element dat in een scintillatorcamera frequent aangewend element dat gebruikt wordt voor 25 het begrenzen van de richting van fotonen wanneer zij het scintillatorelement naderen.

De collimator wordt gewoonlijk gebruikt voor het verhogen van de vergroting van het waargenomen object of voor het besturen van de resolutie of van het waarnemingsveld.

Hun primaire doel is echter het besturen van de protonen welke het scintillatorelement treffen.

30 Het scintillatorelement is op zijn beurt gewoonlijk een materiaal dat het vermo gen heeft de protonen te absorberen en hun energie om te zetten in licht. Hierdoor kunnen de stralen van lage energie welke door de scintillatorcamera kan worden ontvangen, worden omgezet in bruikbare informatie. Scintillatorelementen kunnen komen in 1026195 i 2 t een brede verscheidenheid van vormen en kunnen geschikt zijn voor het ontvangen van een brede verscheidenheid van binnenkomende stralen. Het licht dat door het scintilla-torelement wordt geproduceerd, wordt gewoonlijk bewerkt door middel van een inrichting zoals een lichtgevoelige fotodiode welke het licht dat afkomstig is van het scintil-5 latorelement omzet in een versterkt elektronisch signaal. Op deze manier kan de informatie welke afkomstig is van de scintillatorcamera gemakkelijk worden overgedragen, omgezet en verwerkt door middel van elektronische modules teneinde het bekijken en manipuleren daarvan door artsen te vergemakkelijken.

De hedendaagse vervaardigingsmethodologieën voor het maken van 10 scintillatiecamera's en de collimatorcomponenten leiden frequent tot een veelheid van moeilijkheden. De collimatorcomponenten bestaan veelal uit een matrix van wolfraam-platen in de z-richting en draden in de x-richting. Deze elementen moeten worden uitgericht met de scintillator en met de focale vlek van de röntgenstralen. De hoogte van de collimatorelementen in de y-richting is van kritisch belang voor het verwerpen van 15 de verstrooiing. Dit scenario leidt tot de volgende moeilijkheden. Buiging van platen langs de z-richting treedt frequent op. Uitrichting van het pakket ten opzichte van de collimator in zowel de x-richting als de z-richting kan moeilijk zijn. Focale uitrichting van de platen kan moeilijk en duur zijn. Niet-geëigende vervaardiging kan leiden tot onwenselijke gevoeligheid voor beweging van de focale vlek.

20 De plaatdraad-constructie waarbij de voomoemde moeilijkheden optreden, is derhalve aanleiding geweest tot de ontwikkeling van nieuwe vervaardigingstechnolo-gieën. Het gieten van collimatorsamenstellen belooft lage kosten en aanzienlijke giet-elementhoogten. Het gieten verschaft deze voordelen echter veelal ten koste van de dimensionele nauwkeurigheid van boven naar beneden van het gietelement. Stapella-25 minaties kunnen bij wijze van alternatief ook worden gebruikt aangezien dit een gewenste dimensionele nauwkeurigheid kan verschaffen. Stapellaminaties kunnen echter leiden tot onwenselijke kosten, in toevoeging op begrenzingen van de stapelhoogte welke zij kennen. Derhalve kan iedere benadering eigenschappen met zich meebrengen welke het gebruik daarvan bij het vervaardigen van collimatoren kan ondermijnen.

30 Het zou echter in hoge mate wenselijk zijn over een collimatorsamenstel te kun nen beschikken dat gebruik zou maken van de eigenschappen van gegoten collimatoren wat betreft kosten en grootte, zonder onderhevig te zijn aan de problemen van dimensionele nauwkeurigheid. Evenzo zou in hoge mate wenselijk zijn over een collimator-

1 fi 9 fi 1 QZ

« 3 samenstel te kunnen beschikkend dat gebruik zou maken van de dimensionele nauwkeurigheid van stapelcollimatoren zonder onderhevig te zijn aan de begrenzingen wat betreft kosten en hoogte die geassocieerd zijn met het vervaardigen van stapels.

5 SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

Er is voorzien in een detectorsamenstel voor een beeldvormingssysteem dat een veelheid van scintillatorelementen omvat welke gelegen zijn binnen een scintillator-pakket. Het scintillatorpakket vormt een scintillator-bovenoppervlak en een veelheid 10 van scintillatorpakketwanden welke gelegen zijn tussen de veelheid van scintillatorelementen. Een veelheid van collimatorelementen is bevestigd op het scintillatorpak-ket-bovenoppervlak. Ieder van de veelheid van collimatorelementen omvat een stapel-gelamineerde basis welke is bevestigd op het scintillatorpakket-bovenoppervlak en een gegoten bovenwand welke is gevormd op de stapel-gelamineerde basis.

15 Andere eigenschappen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden in het licht in de gedetailleerde beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvorm, gelezen in samenhang met de aangehechte tekeningen en de aangehangen conclusies.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE TEKENINGEN

20

Figuur 1 is een illustratie van een computertomografie-beeldvormingssysteem voor gebruik bij de onderhavige uitvinding;

Figuur 2 is een-blokschema van het computertomografie-beeldvormingssysteem dat is 25 geïllustreerd in figuur 1; en

Figuur 3 is een illustratie van een detectorsamenstel volgens de onderhavige uitvinding.

BESCHRIJVING VAN DE VOORKEURSUITVOERINGSVORM(EN) 30

Thans wordt verwezen naar figuur 1, welke een illustratie is van een computertomografie (CT) beeldvormingssysteem 10 voor gebruik met het detectorsamenstel 18 volgens de onderhavige uitvinding. Hoewel een specifiek CT beeldvor-

λri o OR

4 mingssyteem 10 is geïllustreerd, dient als vanzelfsprekend te worden ingezien dat het detectorsamenstel 18 volgens de onderhavige uitvinding kan worden aangewend in een brede verscheidenheid van beeldvormingssystemen. Het CT beeldvormingssysteem 10 omvat een scannersamenstel 12 dat geïllustreerd is als een rotatiegestelsamenstel. Het 5 scannersamenstel 12 omvat een röntgenstralenbron 14 voor het projecteren van een bundel röntgenstralen 16 naar een detectorsamenstel 18 dat gelegen is tegenover de röntgenstralenbron 14. Het detectorsamenstel 18 omvat een veelheid van detectorele-menten 20 welke combineren teneinde de geprojecteerde röntgenstralen 16 welke door een object zoals een medische patiënt 22 gaan, af te tasten. Ieder van de veelheid van 10 detectorelementen 20 produceert een elektrisch signaal dat de intensiteit van een daarop vallende röntgenstralenbundel, en derhalve de verzwakking van de bundel 16, representeert wanneer deze door het object van patiënt 22 gaat. Gewoonlijk wordt gedurende een scan voor het verwerven van röntgenstralenprojectiedata, het scannersamenstel 12 geroteerd rondom het centrum van rotatie 24. In een uitvoeringsvorm, geïllustreerd in 15 figuur 2, zijn detectorelementen 20 ingericht in één rij zodat projectiedata welke overeenkomen met een enkele beeldplak worden verworven gedurende een scan. In andere uitvoeringsvormen kunnen de detectorelementen 20 zijn ingericht in een veelheid van ! i evenwijdige rijen, zodanig dat de projectiedata welke overeenkomen met een veelheid j ! van evenwijdige plakken gelijktijdig kunnen worden verworven gedurende een scan.

20 De rotatie van het scannersamenstel 12 en het bedrijf van de röntgenstralenbron i 14 worden bij voorkeur geregeld door middel van een besturingsmechanisme 26. Het besturingsmechanisme 26 omvat bij voorkeur een röntgenstralenbesturingsorgaan 29 dat vermogen- en tijdsturingssignalen verschaft aan de röntgenstralenbron 14 en een scannermotorbesturingsorgaan 30 dat de rotatiesnelheid en de positie van het scaimer-25 samenstel 12 bestuurt. Een dataverwervingssysteem (DAS) 32 in besturingsmecha-nisme 26 bemonstert analoge data welke afkomstig zijn van de detectorelementen 20 en zet de data om in digitale signalen, geschikt om daarna te worden verwerkt. Een beeld-reconstrueerorgaan 34 ontvangt gedigitaliseerde röntgenstralendata vanuit DAS 32 en verricht snelle beeldreconstructie. Het gereconstrueerde beeld wordt als een ingangs-30 signaal toegevoerd aan een computer 36 welke het beeld opslaat in een massa-opslagin-richting 38.

De computer 36 kan ook opdrachten en scanningparameters ontvangen van een operator via bedieningseenheid 40 welke een toetsenbord of een soortgelijke invoerin- 1 n p fi 1 a 5 5 richting heeft. Een daarmee geassocieerd weergeeforgaan stelt de operator in staat het I gereconstrueerde beeld, en andere van de computer 36 afkomstige data, waar te nemen.

De door een operator verschafte opdrachten en parameters worden door computer 36 gebruikt voor het verschaffen van besturingssignalen en informatie aan het DAS 32, 5 röntgenstralenbesturingsorgaan 28, en scannermotorbesturingsorgaan 30. Daarnaast bedrijft de computer 36 een tafelmotorbesturingsorgaan 44 dat een gemotoriseerde tafel 46 bestuurt teneinde patiënt 22 te positioneren binnen het scannersamenstel 12. In het bijzonder verplaatst de tafel 46 gedeelten van de patiënt 22 door de scanneropening 48.

Ieder van de detectorelementen 20 van het detectorsamenstel 18 produceert een 10 afzonderlijk elektrisch signaal dat een meetwaarde is van de bundelverzwakking op de detectorlocatie.

Zoals geïllustreerd in figuur 3 omvat het detectorsamenstel 18 een veelheid van scintillatorelementen 50 welke ieder zijn geassocieerd met één van de detectorelementen 20. Scintillatorelementen 50 zijn bekende inrichtingen welke, wanneer zij worden 15 getroffen door röntgenstralen, ten minste een gedeelte van de energie van de röntgenstralen omzetten in licht dat kan worden gedetecteerd door middel van de detectorelementen 20, gewoonlijk fotodetectoren 52. De fotodetectoren 52, zoals fotodioden of fotocellen, zijn gewoonlijk optisch gekoppeld naar de rugzijden van de scintillatorelementen 50 en worden aangewend voor het opwekken van de elektrische signalen die 20 representatief zijn voor het licht dat wordt afgegeven vanuit de scintillatorelementen 50. De verzwakkingsmeetwaarden welke afkomstig zijn van alle detectorelementen 20 in het detectorsamenstel 18 worden afzonderlijk verworven teneinde een transmissie-profiel te produceren. Men dient als vanzelfsprekend in te zien dat figuur 3 een dwarsdoorsnede van-het detectorsamenstel 18 illustreert en naar wordt beoogd representatief 25 is voor zowel lineaire als multidimensionale arrays van detectoren.

De scintillatorelementen 50 zijn bij voorkeur gelegen binnen een scintillatorsamenstel 54 dat een scintillatorpakket 56 omvat. Hoewel het scintillator-pakket 56 geconstrueerd kan zijn op een verscheidenheid van manieren, is een uitvoeringsvorm denkbaar waarbij een gegoten scintillatorpakket dat een mengsel van detec-30 toren bevat wordt gebruikt. Hoewel een verscheidenheid van mengsels van scintillatorpakket 56 denkbaar is, wordt beoogd dat bij één uitvoeringsvorm een gietbaar materiaal wordt gebruikt zoals een epoxy, en een vulmateriaal. Het vulmateriaal kan een reflecterend materiaal bevatten dat voldoende in staat is licht binnen het scintillatorpakket 56 m?R1 Q5 > 6 effectief te verstrooien en te reflecteren. Het reflecterend materiaal wordt gegoten of gevormd teneinde een scintillatorpakket-bovenoppervlak 58 en een veelheid van scin-tillatorpakketwanden 60 op te wekken. Ieder van de scintillatorpakketwanden 60 is gelegen tussen twee van de veelheid van scintillatorelementen 50.

5 De onderhavige uitvinding omvat verder een collimatorsamenstel 62 dat in communicatie is met het scintillatorpakket 56. Het collimatorsamenstel 62 wordt aangewend voor het besturen van de röntgenstralen welke de scintillatorelementen 50 treffen. Het collimatorsamenstel 62 omvat een veelheid van collimatorelementen 64 welke ieder overeenkomen met één van de scintillatorpakketwanden 60. Collimatorelementen 10 volgens de stand van de techniek verschaften ofwel kostenvoordelen of dimensionele nauwkeurigheid. De onderhavige collimatorelementen 64 verschaffen een unieke combinatie van deze eigenschappen doordat zij een stapel-gelamineerde basis 66 en een gegoten bovenwand 68 omvatten. De stapel-gelamineerde basis 66 is bij voorkeur rechtstreeks gehecht aan het scintillatorpakket-bovenoppervlak 56. De stapel-gelami-15 neerde basis 66 waarborgt nauwkeurige uitrichting met de scintillatorpakketwanden 60. De grotere nauwkeurigheid maakt het mogelijk dat de wandoverlapping 70 tussen de rand van de stapel-gelamineerde basis 66 en de rand van het scintillatorelement 72 tot een minimum wordt beperkt. Dit verbetert de bestrijking en verhoogt derhalve het af-gifterendement. Bovendien maakt de stapel-gelamineerde basis 66 een nauwkeurige 20 besturing van de hoogte van het collimatorelement 64 mogelijk, aangezien de hoogte-dimensie van de laminering gemakkelijk kan worden bijgesteld, waardoor verbeterde dimensionele nauwkeurigheid mogelijk is.

De collimatorelementen 64 combineren de dimensionele nauwkeurigheid welke is geassocieerd-met de stapel-gelamineerde basis 66 met de kosteneffectieve eigen-25 schappen welke zijn geassocieerd met de gegoten bovenwand 68. De gegoten bovenwand 68 wordt bij voorkeur rechtstreeks op de stapel-gelamineerde basis 66 gegoten met een gietwanddikte 74 welke kleiner is dan de stapel-laminatiebreedte 76. In een uitvoeringsvorm is het denkbaar dat de gegoten bovenwand 68 kan worden gegoten als een dunne-wandconfiguratie welke een in essentie constante gietbreedte 74 heeft. In 30 een andere uitvoeringsvorm is het denkbaar dat de gegoten bovenwand 68 gegoten wordt met een tapse gietbreedte 76 welke afiieemt in de richting van de gegoten bovenrand 78. Daarnaast kan de tapse gietbreedte 76 worden gevormd met een onregelmatig oppervlak 80, zodanig dat de tapsheid wordt gevarieerd langs de lengte van de gegoten in?filQ5 7 bovenwand 68. De combinatie van de stapel-gelamineerde basis 66 en de gegoten bovenwand 68 leidt tot een collimatorsamenstel 62 dat in mindere mate gevoelig kan zijn voor beweging van de focale vlek, nauwkeurige uitrichting ten opzichte van de scintil-latorelementen 50 kan waarborgen, en de vereiste van focale uitrichting tot een mini-5 mum kan beperken, terwijl gewenste verstrooiing-verwerpingseigenschappen worden gehandhaafd.

Hoewel specifieke uitvoeringsvormen van de uitvinding zijn getoond en beschreven, zullen talrijke variaties en alternatieve uitvoeringsvormen denkbaar zijn voor deskundigen op dit gebied van de techniek. Dienovereenkomstig wordt beoogd dat de uit-10 vinding slechts wordt begrensd door de termen voorwaarden van de aangehangen conclusies.

1026195

Claims

1. Detectorsamenstel (18) voor een beeldvormingssysteem (10), omvattend: 5 een veelheid van scintillatorelementen (50), gelegen binnen een scintillatorpakket (56), waarbij het scintillatorpakket een scintillatorpakket-bovenoppervlak (58) vormt en een veelheid van scintillatorpakketwanden (60) gelegen is tussen de veelheid van scintillatorelementen (50); een veelheid van collimatorelementen (64), bevestigd op het scintillatorpakket-10 bovenoppervlak (58), waarbij ieder van de veelheid van collimatorelementen (64) omvat: een stapel-gelamineerde basis (66) welke is bevestigd op het scintillatorpakket-bovenoppervlak (58); en een gegoten bovenwand (68) welke is gevormd op de stapel-gelamineerde basis 15 (66).

2. Detectorsamenstel (18) voor een beeldvormingssysteem (10) volgens conclusie 1, waarbij de stapel-gelamineerde basis (66) een stapel-laminatiebreedte (76) omvat, waarbij de gegoten bovenwand (68) een gietwanddikte (74) omvat en de gietwanddikte 20 (74) kleiner is dan de stapel-laminatiebreedte (76).

3. Detectorsamenstel (18) voor een beeldvormingssysteem (10) volgens conclusie 1, waarbij de gegoten bovenwand (68) een tapse gietbreedte (76) kan omvatten welke afneemt in de richting van een gegoten bovenrand (78). 25

4. Detectorsamenstel (18) voor een beeldvormingssysteem (10) volgens conclusie 1, waarbij de gegoten bovenwand (68) een dunne band omvat met een in essentie constante gietbreedte (74).

5. Detectorsamenstel (18) voor een beeldvormingssysteem (10) volgens conclusie 1, waarbij de stapel-laminatiebasis (66) een stapel-laminatiebreedte (76) omvat, waarbij de stapel-laminatiebasis (66) zodanig is gelegen dat hij samenvalt met één van de scin-tillatorpakketwanden (60). 0261 95 _ I '

6. Detectorsamenstel (18) voor een beeldvormingssysteem (10) volgens conclusie 5, verder omvattend: 5 een wandoverlapping (70), gedefinieerd tussen een zijde van de stapel-gelami- neerde basis (66) en een zijde van één van de scintillatorelementen (50), waarbij de stapel-laminatiebreedte (76) de wandoverlapping (70) tot een minimum beperkt.

7. Detectorsamenstel (18) voor een beeldvormingssysteem (10), omvattend: een veelheid van scintillatorelementen (50), gelegen in een scintillatorpakket (56), waarbij het scintillatorpakket (56) een scintillatorpakket-bovenoppervlak (58) vormt; 15 een veelheid van collimatorelementen (64), bevestigd op het scintillatorpakket- bovenoppervlak (58), waarbij ieder van de veelheid van collimatorelementen (64) omvat: een stapel-gelamineerde basis (66) welke is bevestigd op het scintillatorpakket-bovenoppervlak (58), waarbij de stapel-gelamineeide basis (66) een stapel-lami-20 natiebreedte (76) omvat; en een gegoten bovenwand (68), gevormd op de stapel-gelamineerde basis (66), waarbij de gegoten bovenwand (68) een gietwanddikte (74) omvat, waarbij de gietwanddikte (74) kleiner is dan de stapel-laminatiebreedte (76).

8. Detectorsamenstel (18) voor een beeldvormingssysteem (10), volgens conclusie 7, waarbij de gegoten bovenwand (68) een onregelmatig oppervlak (80) omvat.

9. Werkwijze voor het genereren van een detectorsamenstel (18) voor een beeldvormingssysteem (10), omvattend: 30 het stapel-lamineren van een collimatorbasis (66) op een scintillator-bovenopper-vlak (58); het gieten van een collimatorbovenwand (68) op de collimatorbasis (66). 1026195 I .

10. Werkwijze voor het genereren van een detectorsamenstel (18) volgens conclusie (9), verder omvattend: 5 het besturen van de hoogte van een collimatorelement (64) door middel van het bijstellen van de hoogte van de collimatorbasis (66). 1026195 ' _