(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断層撮影装置において使用する検出器装置であって、複数の検出器モジュールと１つのコリメータとを備え、前記各検出器モジュールはシンチレータ・アレイに結合されたフォトダイオード・アレイと、前記フォトダイオード・アレイに結合されたスイッチング・アレイとを備え、そのフォトダイオード・アレイは横列と縦列に配置された複数の素子を有し、前記スイッチング・アレイは、前記フォトダイオードの出力を組合せる用に制御され、前記シンチレータ・アレイはコリメータに隣接し、前記コリメータは複数のプレートを備え、前記各プレートの長手方向軸が前記プレートのうち隣り合うプレートの長手方向軸と実質上平行に延び、前記コリメータが前記プレートの前記長手方向軸と実質上垂直に延びる少なくとも１本のワイヤとを備え、前記ワイヤが前記コリメータを複数のセクションに分割することを特徴とする検出器装置。
【請求項２】
２スライス・モード操作のため、前記コリメータが前記プレートの前記長手方向軸と実質上垂直に延びる１本のワイヤによって２個のセクションに分割されることを特徴とする請求項１に記載の検出器装置。
【請求項３】
前記セクションのうち１つのセクションの活性区域の面積が前記他のセクションの活性区域の面積にほぼ等しいことを特徴とする請求項２に記載の検出器装置。
【請求項４】
４スライス・モード操作のため、前記コリメータが前記プレートの前記長手方向軸と実質上垂直に延びるｎ＋１本のワイヤと、前記ワイヤによって分割されたｎ個のセクションを有し、ｎがスライスの数に等しいことを特徴とする請求項１に記載の検出器装置。
【請求項５】
前記各セクションの活性区域の面積が前記他のセクションの活性区域の面積にほぼ等しいことを特徴とする請求項４に記載の検出器装置。
【請求項６】
１６スライス・モード操作のため、前記コリメータが前記プレートの前記長手方向軸と実質上垂直に延びる１７本のワイヤと、前記ワイヤによって分割された１６のセクションを有することを特徴とする請求項４に記載の検出器装置。
【請求項７】
前記スイッチング・アレイが複数の電界効果トランジスタを有し、各電界効果トランジスタが入力線、出力線、および制御線を有することを特徴とする請求項１に記載の検出器装置。
【請求項８】
フォトダイオード・アレイ素子横列またはチャネル当たり画素の総数がｎ×ｍに等しく、ｎがスライス数または電界効果トランジスタ出力に等しくかつｍがスライス当たり横列の最大数に等しいことを特徴とする請求項７に記載の検出器装置。
【請求項９】
スライス当たり最大限４横列のフォトダイオード・アレイを含む４スライス・モード操作のために、前記フォトダイオード・アレイが１６の横列またはチャネル当たり画素を含むことを特徴とする請求項８に記載の検出器装置。
【請求項１０】
前記各シンチレータ・アレイとフォトダイオード・アレイが１６×１６アレイであり、前記各検出器モジュールがさらに前記フォトダイオード・アレイに結合されたスイッチング・アレイを含むことを特徴とする請求項１に記載の検出器装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般にコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像形成に関し、かつ特にＣＴシステムに接続して使用される検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
少なくともいくつかのコンピュータ断層撮影（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。
【０００３】
周知の第三世代ＣＴシステムにおいては、Ｘ線源と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が形成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含む。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。
【０００４】
マルチスライスＣＴシステムは走査中によ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縦列と横列に配置された個別のチャネルを形成する。検出器の各横列は別々のスライスを形成する。たとえば、２スライス検出器は２つの横列の検出器要素を有し、４スライス検出器は４つの横列の検出器要素を有する。マルチスライス走査中は、多重横列の検出セルにＸ線ビームが同時に入射し、したがって数スライスに関するデータが得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
マルチスライス検出器はＸ軸およびＺ軸方向の多重検出器素子を備えることによって空間分解能を向上させることができる。それらの素子は隣接素子間がわずかに数ミルの狭い間隙で隔てることができる。間隙には光反射材料を充填することができる。検出器素子はコントラスト分解能を劣化させる軸外れＸ線ビーム、または散乱Ｘ線ビームを受け入れることができる。
【０００６】
したがって、Ｘ線ビームを個々の検出器素子に向けてコリメートし、かつ分ける検出器アレイを提供することが望ましい。さらに、反射材料の放射線損傷を最小化するように素子間の間隙を保護する検出器アレイ・コリメータを提供することが望ましい。またＸ線のフォトダイオードへの透過を減少する検出器アレイ・コリメータを提供することが望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
これらおよび他の目的は、一実施態様において、スライスの量およびスライス分解能、あるいはスライス厚さの変更が可能な検出器アレイによって達成されるであろう。検出器アレイは検出器ハウジングと、複数の検出器モジュールと、コリメータとを含む。各検出器モジュールは検出器ハウジングに取り付けられ、かつシンチレータ・アレイに光学的に結合されたフォトダイオード・アレイを含む。フォトダイオード・アレイは横列と縦列に配置された複数のフォトダイオードを含む。コリメータはシンチレータ・アレイに整合されかつ隣接して位置決めされ、かつＸ線ビームを分離し、それによってコリメータを通過するＸ線ビームがシンチレータ・アレイに対応する。
【０００８】
各検出器モジュールはさらにスイッチ装置およびデコーダを含む。スイッチ装置はフォトダイオード出力線とＣＴシステム・データ収集システム（ＤＡＳ）との間に電気的に接続される。スイッチ装置は、一実施態様においては、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のアレイであり、かつ各ダイオード出力線をエネーブルし、ディスエーブルし、または他のフォトダイオード出力線と組合せることにより、スライス数および各スライスの厚さを変更する。
【０００９】
一実施態様においては、各検出器モジュールはフォトダイオード・アレイ、スイッチ装置、およびデコーダを基板に被着させて製造される。各フォトダイオード出力線はスイッチ装置に電気的に接続される。スイッチ装置出力およびデコーダ制御線が可撓ケーブルの第一端に電気的に結合される。検出器モジュールを検出器アレイ内に実装した後、可撓ケーブルの第２端がＤＡＳに電気的に接続される。
【００１０】
コリメータは、複数のプレートを各プレートの長手方向軸が他のプレートの長手方向軸に平行に延び、かつ各プレートが焦点に関して整列するように間隔を置きかつ固定することによって製造される。一実施態様においては、次いで１本のワイヤがコリメータの長さにプレートの長手方向軸に垂直に延ばされ、複数のセクションが形成される。セクションの数はフォトダイオード・アレイのサイズに相当し、それによってＸ線ビームがフォトダイオード・アレイ横列および縦列の数に対応して分離される。
【００１１】
上述の検出器アレイによって、ＣＴシステムの回転毎に電気的に伝送すべきデータのスライス数の選択が可能になる。さらに、検出器コリメータによって、焦点Ｘ線ビームのみがシンチレータ・アレイに伝送されて走査データの精度がより良くなるようにＸ線ビームを分離することが可能になる。さらに、検出器モジュールにより、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って検査の個別のニーズと要件に対処することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、「第３世代」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１２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。
【００１３】
ガントリ１２の回転およびＸ線源１４の作動は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とガントリ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ＤＡＳ３２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に入力として加えられる。
【００１４】
コンピュータ３６はまた、オペレータから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と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とガントリ・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。
【００１５】
図３および図４に示すように、検出器アレイ１８はアーチ状の検出器ハウジング５０に固定された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５２と、その上部にかつこれに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。使用可能なフォトダイオード・アレイの一例は、「スケーラブルな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」と題し、本件の譲受人に譲渡され参照により全体を本明細書に組み入れる同時係属の米国特許出願第（１５−ＣＴ−４６３１）号に記載されている。使用可能なシンチレータ・アレイの一例は、「マルチスライス・コンピュータ断層撮影システムのためのシンチレータ」と題し、本件の譲受人に譲渡され参照により全体を本明細書に組み入れる同時係属の米国特許出願第（１５−ＣＴ−４５１３）号に記載されている。検出器アレイ１８は、さらにシンチレータ・アレイ５６の前部にかつこれに隣接して置かれ、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５４をも含む。フォトダイオード・アレイ５２は、シンチレータ・アレイ５６に光学的に結合された複数のフォトダイオード６０を含む。フォトダイオード６０はシンチレータ・アレイ５６の各シンチレータによる光出力を表す電気的出力信号６２を生成する。
【００１６】
図５によれば、コリメータ５４は複数のプレート６４と少なくとも１本のワイヤ６６を含む。プレート６４は各プレート６４の長手方向軸が各隣り合うプレート６４の長手方向軸と実質上平行に延びるように間隔を置きかつ固定される。プレート６４はハウジング５０にあるスロット（図示せず）に挿入され、かつプレート６４の上下端で接合される。プレート６４とワイヤ６６は、一実施形態においては、タングステン製である。ワイヤ６６はコリメータ５４の長さにわたりプレート６４の長手方向軸に対して実質的に垂直に延び、かつプレート６４の横向きスロット（図示せず）に挿入され接合される。
【００１７】
プレート６４とワイヤ６６がそれぞれが活性区域と不活性区域（図示せず）とを有する複数のセクション（図示せず）を形成している。活性区域同士はほぼサイズが等しく、Ｘ線１６を分離して、焦点Ｘ線ビームのみがコリメータ５４を通過してシンチレータ・アレイ５６に達することができるようにする。不活性区域は非焦点Ｘ線ビームのシンチレータ・アレイ５６とフォトダイオード・アレイ５２への入射を防止する。セクションの数はシンチレータ・アレイ５６とフォトダイオード・アレイ５２のサイズによって決まる。シンチレータ・アレイ５６のワイヤ６６の真下の区域はＸ線ビーム１６が入射しないように保護される。たとえば、ワイヤ６６は、反射材料が放射線損傷を受けないように保護しかつＸ線ビーム１６のフォトダイオード・アレイ５２への透過を減少させるために各シンチレータ・アレイ・ギャップ（図示せず）上部に置かれる。一実施形態においては、コリメータ・ワイヤ６６の数はシンチレータ・アレイ５６の横列の数より１つ多く、それによって各ギャップが保護される。
【００１８】
たとえば、１６スライス・モード操作の場合は、検出器アレイ１８は５７の検出器モジュール２０を含む。各検出器モジュール２０はフォトダイオード・アレイ５２とシンチレータ・アレイ５６を含み、それぞれ１６×１６のアレイ・サイズを有し、したがってアレイ１８には１６の横列および９１２の縦列（１６×５７モジュール）がある。その結果、コリメータ５４は１７本のワイヤ６６と９１３個のプレート６４を含み、ガントリ１２の一回転毎に１６同時スライスのデータを収集することができる。さらにたとえば、２スライス・モード操作の場合は３本のワイヤ６６が含まれ、また４スライス・モード操作の場合は５本のワイヤ６６が含まれる。さらに上述以外のモードによる場合も可能である。
【００１９】
検出器モジュール２０はまた、デコーダ７２に電気的に結合されたスイッチ装置６８をも含む。スイッチ装置６８はフォトダイオード・アレイ５２と同様のサイズの多次元半導体スイッチ・アレイである。一実施形態においては、スイッチ装置６８およびは電界効果トランジスタのアレイ（図示せず）であり、各電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）は入力線、出力線、および制御線（図示せず）を有する。スイッチ装置６８はフォトダイオード・アレイ５２とＤＡＳ３２との間に結合されている。特に、各スイッチ装置ＦＥＴ入力はフォトダイオード・アレイ出力６４に電気的に結合され、かつ各スイッチ装置ＦＥＴ出力はＤＡＳ３２に、たとえば、可撓電気ケーブル７４、７６を用いて電気的に接続されている。ケーブル７４、７６は検出器モジュール２０に各取付ブロック８０Ａおよび８０Ｂにより固定されている。
【００２０】
デコーダ７２によりスイッチ装置６８の作動が制御され、所望のスライス数と各スライスのスライス分解能にしたがってフォトダイオード出力６４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、当業界で周知のデコーダ・チップまたはＦＥＴコントローラである。デコーダ７２はスイッチ装置とコンピュータ３６に結合された複数の出力線と制御線を含む。特に、デコーダ出力はスイッチ装置制御線に電気的に接続され、それによってスイッチ装置６８は適切なデータをスイッチ装置入力からスイッチ装置出力に送ることが可能になる。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の使用によって、スイッチ装置６８内の特定のＦＥＴがエネーブル、ディスエーブル、または組み合わされ、それによって特定のフォトダイオード出力６２がＣＴシステムＤＡＳ３２に電気的に接続される。１６スライス・モードとして定義された一実施形態においては、デコーダ７２はスイッチ装置６８をエネーブルし、それによってフォトダイオード・アレイ５２のすべての横列がＤＡＳ３２に電気的接続され、その結果データの１６個の同時スライスがＤＡＳ３２に送られる。もちろん、さらに多数のスライス・コンビネーションも可能である。
【００２１】
たとえば、デコーダ７２は１、２、および４スライス・モードを始めとして他の多重スライス・モードから選択することができる。図６に示すように、適切なデコーダ制御線を活動化することによってスイッチ装置６８は４スライス・モードに構成することができ、それによってフォトダイオード・アレイ５２の１つまたはそれ以上の横列の４スライスからデータが収集される。デコーダ制御線によって決められるスイッチ装置６８の特定の構成により、フォトダイオード出力６２の様々なコンビネーションがエネーブル、ディスエーブル、または組み合わされ、それによって各スライス厚さを１列、２列、３列あるいは４列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列から１６列にわたる１つのスライスを含む単一スライス・モード、およびスライス厚さ１列から８列にわたる２つのスライスを含む２スライス・モードがある。さらに上述以外に、フォトダイオード・アレイ素子横列またはチャネル当たり画素の総数がスライスの数またはスライス当たり横列数のＦＥＴ出力倍に等しいモードも可能である。たとえば、スライス当たり４横列を使用する４スライス・モード操作の場合は、フォトダイオード・アレイとシンチレータ・アレイ５２と５６が少なくとも１６横列の素子を含み、かつスイッチ装置６８が少なくとも４ＦＥＴ出力を含む。一実施形態においては、たとえば、各横列の幅は１．２５ｍｍである。
【００２２】
図７に示される一実施形態によれば、スイッチ装置６８とデコーダ７２はＦＥＴアレイ１０４に組み合わされている。ＦＥＴアレイ１０４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）を含む。一実施形態においては、２つの半導体デバイス１０６、１０８が使用され、それによってフォトダイオード出力線６４の半分がデバイス１０６に接続され、かつフォトダイオード出力線６４の半分がデバイス１０８に接続される。ＦＥＴアレイ１０６、１０８は、それぞれに入力線１１０、１１２、出力線１１４、１１６、ならびに制御線（図示せず）を含む。デバイス１０６内では、入力線１１０がスイッチ装置入力線に電気的に接続され、出力線１１４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ている。スイッチ１０８はスイッチ１０６と同様に内部構成されている。
【００２３】
検出器モジュール２０の製造においては、シンチレータ・アレイ５６およびＦＥＴアレイ１０６、１０８を含むフォトダイオード・アレイ５２がフォトダイオード出力６２がアレイ１０６、１０８に隣接するように基板２００に被着または形成される。次いでフォトダイオード出力６２がＦＥＴアレイ１０６、１０８それぞれの入力１１０、１１２に接続される。特に、フォトダイオード出力６２の半分はＦＥＴアレイ入力１１０にワイヤ・ボンディングされ、かつフォトダイオード出力６２の半分は各ＦＥＴアレイ入力１１２にワイヤ・ボンディングされ、それによって各出力６２がＦＥＴ入力線に電気的に接続される。フォトダイオード出力は、たとえば当分野で公知のアルミニウム・ワイヤ・ウエッジ・ボンディングやゴールド・ワイヤ・ボール・ボンディング等の各種のワイヤ・ボンディング技術によりＦＥＴ入力線にワイヤ・ボンディングされる。次いで可撓電気ケーブル７４、７６の第一の端部がＦＥＴアレイ１０６、１０８に電気的に接続されかつ固定される。ＦＥＴアレイの出力線と制御線はケーブル７４、７６に電気的に接続される。特に、ＦＥＴアレイ出力線１１４、１１６はそれぞれケーブル７４、７６のワイヤにワイヤ・ボンディングされる。検出器モジュール２０はケーブル７４、７６の第一の端部を取付ブロック８０Ａ、８０Ｂにより固定することにより完成される。
【００２４】
検出器モジュール２０を上記に説明のように製造した後、検出器モジュール２０はハウジング５０に機械的に取り付けられ、それによってシンチレータ・アレイ５６がコリメータ５４に隣接して置かれ、アレイ１８が形成される。次いで各検出器モジュール２０のケーブル７４、７６の第２端がＣＴシステムＤＡＳ３２に電気的に接続される。
【００２５】
操作に際しては、オペレータがスライス数と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７２を使用して構成される。Ｘ線ビーム１６が検出器アレイ１８に向けて投射されると、コリメータ５４によって焦点Ｘ線ビームのみが検出器モジュール２０に入射することができる。その結果選択された構成のデータがＤＡＳ３２に送られる。
【００２６】
以上に説明の検出器モジュールによって、ＣＴ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、検出器コリメータにより、Ｘ線ビームが分離されて焦点Ｘ線ビームのみがシンチレータ・アレイに送られ、その結果一層正確な走査データが得られる。さらに、検出器モジュールによってスライス厚さの選択が可能になるため、様々なスライス分解能が生じる。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。
【００２７】
本発明の様々な実施形態に関するこれまでの説明から、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＣＴ画像形成システムの斜視図である。
【図２】  図１に示すシステムの概略ブロック図である。
【図３】  本発明によるＣＴシステム検出器アレイの斜視図である。
【図４】  図３に示す検出器モジュールの斜視図である。
【図５】  本発明によるコリメータの斜視図である。
【図６】  図４に示す検出器モジュールの正面図である。
【図７】  図４に示す検出器モジュールの一部側面図である。
【符号の説明】
１８  検出器アレイ
２０  検出器モジュール
５０  検出器ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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