(57)【要約】【課題】計算機式断層写真法検出器アセンブリにおいて、Ｘ線フォトンを吸収しＸ線が通過し得る箇所に境界を生じて画像アーティファクトを誘発し得るタングステン線材の利用を回避して、コリメーション・プレートを補強する。【解決手段】計算機式断層写真法検出器アセンブリ（３６）を開示する。計算機式断層写真法検出器アセンブリ（３６）は複数のＸ線減弱性コリメーション・プレート（３４）を含んでおり、これら複数のＸ線減弱性コリメーション・プレート（３４）の１又は複数に、全体的にＸ線半透過性である補剛部材（５１）が取り付けられる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ガントリ部分（１４）と、
該回転ガントリ部分（１４）に装着されているＸ線源（１６）と、
前記回転ガントリ部分（１４）に装着されて前記Ｘ線源（１６）からのＸ線ビーム（２０）を受光するように配置されている検出器アセンブリ（１８）と
を備えた計算機式断層写真法システム（１０）であって、前記検出器アセンブリ（１８）は、
複数のＸ線減弱性コリメーション・プレート（３４）と、
該複数のＸ線減弱性コリメーション・プレート（３４）の１又は複数に取り付けられており、全体的にＸ線半透過性である物質を含んでいる補剛部材（５１）と
を含んでいる、
計算機式断層写真法システム（１０）。
【請求項２】
前記補剛部材（５１）はレール（５５）に取り付けられる、請求項１に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
【請求項３】
前記補剛部材（５１）は、前記複数のＸ線減弱性コリメーション・プレート（３４）の３以上に取り付けられる、請求項１に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
【請求項４】
前記補剛部材（５１）は補剛板（５２、５４）を含んでいる、請求項１に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
【請求項５】
前記補剛部材（５１）は、補剛円材（６２、６４）及び補剛線材（７２、７４）から成る群から選択される構造を含んでいる、請求項１に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
【請求項６】
前記補剛部材（５１）は炭素複合材補剛部材（５１）を含んでいる、請求項１に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
【請求項７】
前記炭素複合材補剛部材（５１）は補剛板（５２、５４）を含んでいる、請求項６に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
【請求項８】
前記炭素複合材補剛部材（５１）は、前記複数のＸ線減弱性コリメーション・プレート（３４）の３以上に取り付けられる、請求項６に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
【請求項９】
前記検出器アセンブリ（１８）は、前記複数のＸ線減弱性コリメーション・プレート（３４）の１又は複数に取り付けられた第二の補剛部材（５１）をさらに含んでいる、請求項１に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
【請求項１０】
前記第二の補剛部材（５１）は補剛板（５２、５４）を含んでいる、請求項９に記載の計算機式断層写真法システム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般的には、１又は複数のＸ線減弱性コリメーション・プレートに取り付けられた補剛部材（stiffening member）を含む計算機式断層写真法システム及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的には、計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システムでは、Ｘ線源が、支持体に配置された患者又は手荷物のような被検体又は物体に向かってファン形状（扇形）のＸ線ビームを放出する。ビームは、被検体によって減弱された後に、検出器アセンブリに入射する。検出器アレイにおいて受光される減弱後のＸ線ビームの強度は典型的には、被検体によるＸ線ビームの減弱に依存する。検出器アセンブリの各々の検出器素子が、受光された減弱後のビームを示す別個の電気信号を発生する。
【０００３】
公知の第三世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器アセンブリは、ファン形状Ｘ線ビームが被撮像体と交差するガントリ角度が定常的に変化するように回転ガントリ部分において被撮像体の周りを回転する。検出器素子の各々において受光されたＸ線ビームの強度を表わすデータが、一定範囲のガントリ角度にわたって収集される。これらのデータを最終的に処理して物体の画像を形成する。
【０００４】
Ｘ線ビームの一定百分率のフォトンが被検体又は支持体と相互作用すること、及びこの相互作用が二次Ｘ線フォトンの発生を招くことは広く知られている。集合的にこれらの二次Ｘ線フォトンを一般に散乱Ｘ線フォトンと呼ぶ。散乱Ｘ線フォトンが予測可能でない方向に走行して、画像における雑音の発生源となり得ることは周知である。これらのＸ線フォトンは雑音の発生源であるため、許容可能な信号対雑音比を保つためには検出器素子に達する前にこれらのＸ線フォトンを実効的に管理する必要がある。
【０００５】
公知の第三世代ＣＴスキャナでは、散乱Ｘ線フォトンの影響は患者通過後（ポスト・ペイシェント）コリメータによって管理される。患者通過後コリメータは検出器アセンブリに装着されて、被検体と検出器素子との間の位置に配置される。典型的には、患者通過後コリメータは、タングステン、鉛及びモリブデン等のようなＸ線減弱性の高い物質を含みＸ線源の焦点スポットに整列して集束する複数の薄いコリメーション・プレートを含んでいる。殆どの散乱Ｘ線フォトンは、Ｘ線源の焦点スポットに整列して集束しない経路に沿って走行し、従って、散乱Ｘ線フォトンはコリメーション・プレートのＸ線減弱性の高い物質によって実効的に遮断される。また、焦点外Ｘ線フォトンを制御するためにも患者通過後コリメータを用いる。本開示の目的のためには、焦点外Ｘ線フォトンは、Ｘ線源から発しているが焦点スポットを通過しないＸ線フォトンを包含するものと定義される。患者通過後コリメータは、焦点外Ｘ線フォトン及び散乱Ｘ線フォトンの両方を遮断するように設計されている。
【０００６】
患者通過後コリメータを許容可能な程度に良好に作用させるためには、薄いコリメーション・プレートをＸ線源の焦点スポットに正確に整列した状態に保つことが肝要である。コリメーション・プレートが正確に整列していないと、焦点外Ｘ線フォトン又は散乱Ｘ線フォトンの幾分かが検出器素子に入射することを許す虞がある。焦点外Ｘ線フォトン又は散乱Ｘ線フォトンのいずれかが検出器素子に接触すると信号対雑音比の低下を齎し画質の劣化を招くことは周知である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
公知の第三世代ＣＴシステムでは、画像において高い時間分解能を得るためには高速のガントリ回転速度が必要である。しかしながら、ガントリ回転速度が高まるほど、コリメーション・プレートは著しく高い屈撓力に晒される。回転ガントリ部分は回転しているので、各々のコリメーション・プレートに作用する屈撓力はガントリ回転速度の自乗に比例して高まる。この関係のため、ガントリ回転速度が僅かに高まっただけでも著しく大きい力が作用してコリメーション・プレートの各々を撓曲させる。問題は、ガントリ回転速度が高まるとコリメーション・プレートの著しい撓曲を招き、さらに多くの焦点外Ｘ線フォトン及び散乱フォトンが検出器素子に接触することを許して最終的に画質の劣化を招き得ることである。
【０００８】
公知の解決策は、検出器アセンブリのｘ方向にタングステン線材を設けてコリメーション・プレートを補強するものである。タングステンはＸ線減弱性が高いため、タングステン線材が、検出器素子に達する前に散乱しなかったＸ線フォトンの幾分かを吸収する。タングステン線材を用いてコリメーション・プレートを補強すると、タングステン線材が、所与のＸ線量についてさらに高品質の画像を作成するのに用いられる筈だったＸ線フォトンを遮断するため望ましくない場合がある。Ｘ線フォトンを吸収することに加えて、タングステン線材はまた、Ｘ線が通過し得る箇所に境界を生じて、画像アーティファクトを誘発し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本書では以上に述べた短所、欠点及び問題を扱い、これらの短所、欠点及び問題は、以下の明細書を読解することにより理解されよう。
【００１０】
一実施形態では、計算機式断層写真法システムが、回転ガントリ部分と、回転ガントリ部分に装着されているＸ線源とを含んでいる。計算機式断層写真法システムはまた、回転ガントリ部分に装着されてＸ線源からＸ線ビームを受光するように配置されている検出器アセンブリを含んでいる。検出器アセンブリは複数のＸ線減弱性コリメーション・プレートを含んでおり、これら複数のＸ線減弱性コリメーション・プレートの１又は複数に、補剛部材が取り付けられる。補剛部材は、全体的にＸ線半透過性である物質で製造される。
【００１１】
もう一つの実施形態では、計算機式断層写真法システムが、回転ガントリ部分と、回転ガントリ部分に装着されているＸ線源とを含んでいる。検出器アセンブリが、Ｘ線源に全体的に対向して装着されている。検出器アセンブリは、散乱Ｘ線フォトンを遮断するように構成されている複数のＸ線減弱性コリメーション・プレートを含んでいる。検出器アセンブリはまた、上述の複数のＸ線減弱性コリメーション・プレートの１又は複数に取り付けられた炭素複合材補剛部材を含んでいる。
【００１２】
もう一つの実施形態では、検出器アセンブリが、互いに対して全体的に平行である複数の全体的に円弧形状のレールと、全体的に円弧形状のレール同士の間に配置された複数のＸ線減弱性コリメーション・プレートとを含んでいる。検出器アセンブリはまた、複数のＸ線減弱性コリメーション・プレートの１又は複数及び全体的に円弧形状のレールに取り付けられた補剛部材を含んでいる。補剛部材は、炭素複合材、炭素繊維強化プラスチック、セラミック及びアルミニウムから成る群から選択される。
【００１３】
本発明のその他様々な特徴、課題及び利点は、添付図面及びその詳細な説明から当業者には明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下の詳細な説明では、説明の一部を成しており実施され得る特定の実施形態を例として示す添付図面を参照する。これらの実施形態は当業者が当該実施形態を実施することを可能にするように十分に詳細に説明されており、他の実施形態を利用し得ること、並びに実施形態の範囲から逸脱することなく論理的変形、機械的変形、電気的変形及び他の変形を施し得ることを理解されたい。従って、以下の詳細な説明は、発明の範囲を限定するものとして解釈すべきでない。
【００１５】
図１に、一実施形態による計算機式断層写真法（ＣＴ）システム１０の模式図を示す。ＣＴシステム１０は、ガントリ１２、回転ガントリ部分１４、及び支持体１５を含んでいる。回転ガントリ部分１４は、Ｘ線源１６及び検出器アセンブリ１８を保持するように構成されている。Ｘ線源１６は、検出器アセンブリ１８に向かってＸ線ビーム２０を放出するように構成されている。支持体１５は、走査されている被検体２４を支持するように構成されている。以下では、「被検体」及び「物体」「対象」との用語は、撮像されることが可能な任意の物体を包含するものとする。支持体１５は、座標軸２６によって示すようにガントリ１２に関してｚ方向に沿って被検体２４を平行移動させることが可能である。
【００１６】
図２に、一実施形態による回転ガントリ部分１４のさらに詳細な模式図を示す。Ｘ線源１６及び検出器アセンブリ１８は、回転ガントリ部分１４に配設される。検出器アセンブリ１８は、複数の検出器素子３０及び患者通過後コリメータ３２を含んでいる。
【００１７】
Ｘ線源１６は、焦点スポット３６からファン形状Ｘ線ビーム２０を放出する。Ｘ線ビーム２０は、走査されている被検体２４を通過するように構成されている複数のＸ線フォトン（図示されていない）を含んでいる。被検体２４を通過した後に、Ｘ線ビーム２０は患者通過後コリメータ３２を通過して走行する。患者通過後コリメータ３２は、焦点外Ｘ線フォトン（図示されていない）及び散乱Ｘ線フォトン（図示されていない）に起因する画質劣化を最小限に抑えるように構成されている。本開示の目的のために、「散乱Ｘ線フォトン」との用語は、被検体２４又は支持体１５（図１に示す）から放出されるＸ線フォトンを含むと定義されるものとする。
【００１８】
患者通過後コリメータ３２は、走査されている被検体２４と複数の検出器素子３０との間に配設される。患者通過後コリメータ３２は、タングステン、鉛及びモリブデン等のようなＸ線減弱性の高い物質を含む複数のＸ線減弱性コリメーション・プレート３４を含んでいる。各々のＸ線減弱性コリメーション・プレート３４は薄く、Ｘ線源１６の焦点スポット３６に全体的に整列している。
【００１９】
患者通過後コリメータ３２は、散乱Ｘ線フォトン（図示されていない）及び焦点外Ｘ線フォトン（図示されていない）の影響を最小限に抑えるように構成されている。線分３８を線分４０と組み合わせると１本の直線が形成され、Ｘ線源１６から発するＸ線フォトン（図示されていない）の経路を示す。比較して、線分４２は、線分３８によって表わされる経路に沿って走行してきたＸ線フォトンと被検体との点４４における相互作用から生ずる散乱Ｘ線フォトンの経路を表わす。線分４２によって表わされる散乱フォトンの経路は、点４４において被検体２４と相互作用するフォトンの経路とは角度θだけ異なる。
【００２０】
コリメーション・プレート３４の焦点スポット３６に対する全体的な整列は、全体的に焦点スポット３６から発するＸ線フォトン（図示されていない）が、複数の検出器素子３０によって検出され得るようにコリメーション・プレート３４の間を通過することを許す。全体的に焦点スポット３６から発するＸ線フォトンの経路は、線分３８と線分４０との組み合わせによって模式的に表わされている。線分３８と線分４０との組み合わせによって表わされる経路を有するＸ線フォトンは、点４８において検出器素子３０ａに接触する前に、コリメーション・プレート３４ａとコリメーション・プレート３４ｂとの間を通過する。比較して、線分４２によって表わされる経路を有する散乱Ｘ線フォトン（図示されていない）は、Ｘ線源１６の焦点スポット３６に整列していない経路に沿って患者通過後コリメータ３２に到達する。結果として、散乱Ｘ線フォトンは点５０においてコリメーション・プレート３４ｃに接触する。複数のコリメーション・プレート３４はＸ線減弱性の高い物質で製造されているので、散乱Ｘ線フォトンは、複数の検出器素子３０に達する前にコリメーション・プレート３４ｃによって吸収される。患者通過後コリメータ３２を設けなければ、散乱Ｘ線フォトンは検出器素子３０ｂにおいて検出されて、無用の雑音の発生源となり画質の低下を招いたと考えられる。
【００２１】
回転ガントリ部分１４が回転するときに、回転による力のベクトルが回転中心から外向き半径方向に作用する。コリメーション・プレート３４は、Ｘ線源１６の焦点スポット３６に全体的に整列している。コリメーション・プレート３４は遠心力の方向については整列していないので、遠心力は、画像データの取得時にコリメーション・プレート３４を屈曲させる又は撓曲させるように作用する。
【００２２】
コリメーション・プレート３４が屈曲し又は撓曲すると、多くの問題を生じ得る。撓曲したコリメーション・プレート３４は、焦点外Ｘ線フォトン（図示されていない）及び散乱Ｘ線フォトン（図示されていない）を遮断することについて実効的でなくなる。例えば、線分４２は散乱Ｘ線フォトンの経路を表わす。コリメーション・プレート３４ｃが十分に撓曲すると、散乱Ｘ線フォトンを遮断しなくなり、散乱Ｘ線フォトンが検出器素子３０ｂと接触する。患者通過後コリメータ３２を通過した各々の散乱Ｘ線フォトンは、画質の低下を招き得る。或いは、コリメーション・プレート３４が著しく撓曲すると、全体的に焦点スポット３６から発するＸ線フォトンを拒絶する可能性も高くなる。このこともやはり、画質の低下を招き得る。
【００２３】
コリメーション・プレート３４の撓曲及び屈曲の画質に対する影響を最小限に抑える一つの方法は、コリメーション・プレート３４に補剛部材５１（図３に示す）を取り付けるものである。図３、図４及び図５を用いて、良好な画質を保つためにコリメーション・プレート３４を適正に整列した状態に保つ補剛部材５１を用いた様々な実施形態を模式的に示す。
【００２４】
図３に、一実施形態による検出器アセンブリ３６の詳細展開図の模式的表現を示す。検出器アセンブリ３６は、半径方向外側の補剛板５２、半径方向内側の補剛板５４、及び一対のレール５５を含んでいる。複数のコリメーション・プレート３４及び複数の検出器素子３０は、一対のレール５５に取り付けられる。外側の補剛板５２及び内側の補剛板５４は、複数のコリメーション・プレート３４への取り付け向けに構成されている。外側の補剛板５２は複数の検出器素子３０とコリメーション・プレート３４との間に配設され、内側の補剛板５４は検出器素子３０から見て反対側でコリメーション・プレート３４に取り付けられる。もう一つの実施形態によれば、外側の補剛板５２及び内側の補剛板５４の一方のみを複数のコリメーション・プレート３４に取り付けてもよい。
【００２５】
補剛板５２、５４を補剛部材として組み入れた実施形態の全てについて、補剛板が図３に示すような滑らかで平行な表面を含む必要がある訳ではないことを認められたい。外側の補剛板５２又は内側の補剛板５４のいずれかが溝又は凹みを有して補剛板５２、５４の厚みを変化させるような実施形態も思量される。加えて、補剛板５２、５４を補剛部材５１として含む実施形態について、外側の補剛板５２又は内側の補剛板５４をレール５５に取り付けて剛性をさらに高めてもよいことを理解されたい。選択随意で、レール５５及び外側の補剛板５２、並びに／又はレール５５及び内側の補剛板５４を一つの一体型部品として作製することも可能であり得る。
【００２６】
図４では、もう一つの実施形態に従って、補剛部材５１が１又は複数の補剛円材６２、６４を含み得る。図４の実施形態は、３本の半径方向外側の補剛円材６２及び３本の半径方向内側の補剛円材６４を有するものとして示されているが、任意の数の補剛円材６２、６４をコリメーション・プレート３４と接触させて配設し得ることを認められたい。加えて、補剛円材は任意の断面を有して製造されていてよい。補剛円材６２、６４について許容可能な断面の部分的列挙としては、全体的に矩形、全体的に円形、全体的に楕円形、及び建築に用いられるＩ字梁に典型的に見られるような「Ｉ」の文字のような形状等がある。補剛円材６２、６４は、約５ｍｍよりも大きい又は等しい断面寸法を有し得る。補剛円材６２、６４はまた、補剛円材の長さに沿って変化する断面を有するように構成されてもよい。
【００２７】
図５では、もう一つの実施形態に従って、補剛部材５１は１又は複数の補剛線材７２、７４を含み得る。任意の数の補剛線材７２、７４をコリメーション・プレート３４と接触させて配設し得ることを認められたい。補剛線材７２、７４について許容可能な断面の部分的列挙としては、全体的に矩形、全体的に円形、全体的に楕円形、及び建築に用いられるＩ字梁に典型的に見られるような「Ｉ」の文字のような形状等がある。補剛線材７２、７４は好ましくは、最大断面寸法が約５ｍｍよりも小さい。補剛線材７２、７４はまた、補剛線材７２、７４の長さに沿って変化する断面を有するように構成されてもよい。
【００２８】
前述の実施形態の全てについて、補剛部材５１はコリメーション・プレート３４の全てに取り付けられてもよいし、選択された複数のコリメーション・プレート３４にのみ取り付けられてもよいことを理解されたい。加えて、幾つかの実施形態は、補剛部材をコリメーション・プレート３４に直に接触させ得る。他の実施形態では、補剛部材５１は、ブラケット又は装着部品（図示されていない）を介してコリメーション・プレート３４と機械的に連絡していてよい。
【００２９】
補剛部材５１は、コリメーション・プレート３４の屈曲又は撓曲のし易さを低下させるように構成される。データの取得時に、コリメーション・プレート３４は、回転ガントリ部分１４（図１に示す）の回転に起因する遠心力による大きなｇ荷重に晒される。
【００３０】
補剛を最も実効的に行なうために、コリメーション・プレート３４、補剛部材５１を何らかの規準に合致するものとする。補剛部材５１は、回転ガントリ部分１４（図１に示す）に配設されて大きい遠心力に晒されるため、好ましくは可能な限り軽量とする。補剛部材５１は、検出器アセンブリ１８（図１に示す）の温度が被検体２４（図１に示す）を走査している間に著しく変化し得るので、好ましくは熱膨脹係数の低い物質から製造されるものとする。熱膨脹係数が過度に大きい物質が選択されると、コリメーション・プレート３４の整列（アラインメント）が温度の関数として大幅に変化する。また、補剛部材５１は、相対的にＸ線半透過性であるものとする。「Ｘ線半透過性（x-ray translucent）」との用語は、Ｘ線フォトン（図示されていない）を著しく遮断しない物質を含むと定義されるものとする。また、コリメーション・プレート３４を相対的に静止した状態に保つために、補剛部材５１は好ましくは、全体的に剛性の材料から製造されるものとする。補剛部材５１を形成するのに用いられ得る物質の部分的列挙としては、炭素複合材、プラスチック、炭素繊維強化プラスチック、アルミニウム及びセラミック等がある。
【００３１】
好適実施形態に関して本発明を説明したが、当業者は、本発明の要旨から逸脱せずに各実施形態に対し幾つかの置換、変更及び省略を施し得ることを認められよう。従って、以上の記載は例示のみのためのものとし、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一実施形態による計算機式断層写真法システムを示す模式図である。
【図２】図１の計算機式断層写真法システムの回転ガントリ部分を示す模式図である
【図３】一実施形態による検出器アセンブリの詳細展開図である。
【図４】もう一つの実施形態による検出器アセンブリの詳細展開図である。
【図５】さらにもう一つの実施形態による検出器アセンブリの詳細展開図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  計算機式断層写真法（ＣＴ）システム
１２  ガントリ
１４  回転ガントリ部分
１５  支持体
１６  Ｘ線源
１８  検出器アセンブリ
２０  Ｘ線ビーム
２４  被検体
２６  座標軸
３０  検出器素子（全体）
３０ａ、３０ｂ  検出器素子（個別）
３２  患者通過後コリメータ
３４  コリメーション・プレート（全体）
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ  コリメーション・プレート（個別）
３６  焦点スポット（図２）
３６  検出器アセンブリ（図３）
３８、４０、４２  線分
４４、４８、５０  点
５１  補剛部材
５２  半径方向外側の補剛板
５４  半径方向内側の補剛板
５５  レール
６２  半径方向外側の補剛円材
６４  半径方向内側の補剛円材
７２  半径方向外側の補剛線材
７４  半径方向内側の補剛線材
【図１】
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【図２】
2009066403.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
2009066403000001.pdf