JP4502422B2 - 検出器及びマルチスライス型コンピュータ断層撮影システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的にコンピュータ断層撮影(CT)イメージングに関し、更に具体的に云えば、マルチスライス型CTシステムにおいてスペクトル・アーティファクトを低減することに関するものである。
【0002】
【発明の背景】
公知の少なくとも1つの形式のコンピュータ断層撮影(CT)イメージング・システムでは、X線源が、一般に「イメージング平面」と呼ばれる直交座標系のX−Y平面内に位置するようにコリメートされた扇形X線ビームを投射する。X線ビームは患者のような撮影対象の物体を通過する。X線ビームは、物体によって減衰させられた後、放射線検出器アレイに入射する。検出器アレイが受け取ったX線ビームの強度は、物体によるX線ビームの減衰量に関係する。検出器アレイを構成する各々の検出器素子が、その検出器の場所におけるビーム減衰量の測定値である別々の電気信号を発生する。全ての検出器からの減衰量測定値が別々に取得されて、透過プロフィールが作成される。
【0003】
公知の第3世代CTシステムでは、X線源及び検出器アレイが、イメージング平面内で撮影対象の物体の周りをガントリによって回転させられ、これによりX線ビームが撮影対象の物体と交差する角度が絶えず変化する。X線源は、典型的には、X線管を含んでおり、X線管は焦点でX線ビームを放出する。X線検出器は、典型的には、検出器で受け取るX線ビームをコリメートするためのコリメータを含んでいる。シンチレータがコリメータに隣接して配置され、フォトダイオードがシンチレータに隣接して配置されている。
【0004】
1回の走査で増大した数のスライスについてのデータを得るためにマルチスライスCTシステムが使用されている。公知のマルチスライスCTシステムは、典型的には、2D検出器として一般に知られている検出器を含む。このような2D検出器では、複数の検出器素子が行及び列に配列された別々のチャネルを形成する。各々の1行の検出器はそれぞれ1つのスライスを形成する。例えば、2スライス検出器は2行の検出器素子を有し、また4スライス検出器は4行の検出器素子を有する。マルチスライス走査の際、複数行の検出器素子に同時にX線ビームが入射し、従って複数のスライスについてのデータが得られる。
【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、典型的には、X軸及びZ軸において直列の個別のシンチレータ・セルに分割される。これらのシンチレータ・セルは、隣り合うセル間に僅か数ミクロンの狭い間隙を設けて相互から離間させることが出来る。間隙は光反射材料で充填される。検出器素子は、軸のずれたX線ビーム又は散乱されたX線ビームを受ける可能性があり、これはコントラスト分解能を低下させ且つ画像アーティファクトを増大させる。
【0006】
従って、X線ビームを個々の検出器素子へ向かうようにコリメートし分離して、散乱及びスペクトル・アーティファクトを低減するような、検出器アレイを提供することが望ましい。更に、素子間の間隙をX線ビームから保護して、光反射材料の放射線損傷、ビーム硬化、突き抜け雑音及びスペクトル効果が最小になるようにする検出器アレイ・コリメータを提供することも望ましい。
【0007】
【課題を解決するための手段】
これらの及び他の目的を達成するために、本発明による検出器アレイは、一態様では、散乱及びスペクトル・アーティファクト並びにX線損傷を低減するコリメータを含む。検出器アレイは、検出器ハウジング、複数の検出器モジュール及び複数のコリメータ板を含む。各々の検出器モジュールは、検出器ハウジングに取り付けられていて、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・アレイを含んでいる。コリメータ板は、シンチレータ・アレイへ向かうX線ビーム信号を通過させ且つシンチレータ・アレイの間隙へ向かうX線ビーム信号を阻止するように構成されている。
【0008】
一態様においては、検出器アレイは、各々のコリメータ板を検出器ハウジングに対して間隔をあけて固定して、X線ビームの陰がシンチレータ・アレイの間隙に中心合わせされてそれを覆うように作られる。更に詳しく述べると、各々のコリメータ板は、コリメータ板の中心線がシンチレータ・アレイの間隙の中心線から変位するように、すなわち間隙の中心線と同一直線上にないように位置決めされる。一態様では、1本のワイヤが、コリメータ板の長さ方向軸線に対して実質的に垂直なコリメータの長さにわたって延在し、複数の区画を形成する。区画の数は、フォトダイオード・アレイのサイズに対応し、これによりX線ビームが検出器素子の数に対応するように分離される。
【0009】
上記の検出器アレイは、X線ビームを分離させて、X線ビームがシンチレータ・アレイにのみ入射するようにし、その結果、散乱及びスペクトル・アーティファクトを低減させる。更に、コリメータにより、X線ビームがシンチレータ・アレイの間隙に入射するのを防止する。その結果、シンチレータの間隙に対する放射線損傷が低減される。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1及び2には、「第3世代」CTスキャナを表すガントリ12を含むコンピュータ断層撮影(CT)イメージング・システム10が示されている。ガントリ12がX線源14を持ち、これがX線ビーム16を、ガントリ12の反対側にある検出器アレイ18に向けて投射する。検出器アレイ18は複数の検出器モジュール20によって形成されていて、それらのモジュールは一緒になって、投射されて医療患者22を通過したX線を検知する。各々の検出器モジュール20は、入射するX線ビームの強度、したがって患者22を通過した時のX線ビームの減衰量を表す電気信号を発生する。X線投影データを取得する走査の間、ガントリ12及びその上に取り付けられた部品が回転中心24の周りを回転する。
【0011】
ガントリ12の回転及びX線源14の動作が、CTシステム10の制御機構26によって制御される。制御機構26は、X線源14に電力及びタイミング信号を供給するX線制御装置28と、ガントリ12の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御装置30を含む。制御機構26にあるデータ取得装置(DAS)32が、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て、その後の処理の為に、該データをディジタル信号に変換する。画像再構成装置34が、DAS32からサンプリングされてディジタル化されたX線データを受け取って、高速の画像再構成を実施する。再構成された画像が計算機36に入力として印加され、この計算機は大容量記憶装置38に画像を記憶させる。
【0012】
計算機36はまた、キーボードを持つコンソール40を介して、オペレータからの指令及び走査パラメータを受け取る。関連した陰極線管表示装置42が、再構成された画像並びに計算機36からのその他のデータをオペレータが観察できるようにする。計算機36はオペレータから供給された指令及びパラメータを使って、DAS32、X線制御装置28及びガントリ・モータ制御装置30に対する制御信号及び情報を供給する。更に、計算機36は、ガントリ12内で患者22を位置決めする為に電動テーブル46を制御するテーブル・モータ制御装置44を作動する。具体的に述べると、テーブル46は、ガントリ開口48の中へ患者22の一部を移動させる。
【0013】
図3及び図4に示されているように、検出器アレイ18は、弓形の検出器ハウジング50に固定されている複数の検出器モジュール20を含んでいる。各々の検出器モジュール20は、多次元のフォトダイオード・アレイ52と、フォトダイオード・アレイ52の前にそれに隣接して配置された多次元のシンチレータ・アレイ56を含んでいる。使用可能なフォトダイオード・アレイの一例が、ここで参考として引用する米国特許出願第08/978805号に記載されている。また、使用可能なシンチレータ・アレイの一例が、ここで参考として引用する米国特許出願第08/977439号に記載されている。
【0014】
シンチレータ・アレイ56は、相互間の狭い間隙(図示していない)によって分離された複数の要素又はセル(図示ていない)を含んでいる。シンチレータ・アレイ56はX軸間隙及びZ軸間隙を含む。これらの間隙は光反射性材料で充填されている。フォトダイオード・アレイ52が、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58を含んでいる。フォトダイオード58は、シンチレータ・アレイ56の各シンチレータによって出力される光を表す電気出力信号60を発生する。
【0015】
検出器アレイ18はまた、シンチレータ・アレイ56の前にそれに隣接して配置されたコリメータ62を含み、コリメータ62はX線ビーム16がシンチレータ・アレイ56に入射する前に該X線ビームをコリメートする。図5を参照して説明すると、コリメータ62は、複数のコリメータ板64及び少なくとも1本んワイヤ66を含む。複数のコリメータ板64は、各々のコリメータ板64の長さ方向軸線がそれに隣接する各々のコリメータ板64の長さ方向軸線と実質的に平行になるように、間隔をあけて設けられて一緒に固定されている。コリメータ板64は、検出器ハウジング50に設けられた溝孔(図示していない)に挿入され、且つコリメータ板64の上端及び下端で固着されている。コリメータ板64及びワイヤ66は、一実施態様では、タングステンで作られる。ワイヤ66は、コリメータ板64の長さ方向軸線に対して実質的に垂直なコリメータ62の長さにわたって延在し、コリメータ板64に設けられた水平な溝孔(図示していない)に挿入されて固着されている。
【0016】
図6を参照して説明すると、検出器アレイ18は、各々のコリメータ板64の中心線がシンチレータ・アレイの各々のX軸間隙70の中心線から変位するように、すなわちX軸間隙70の中心線と同一直線上にないように、コリメータ板64をシンチレータ・アレイのX軸間隙70の上に位置決めすることによって作られる。更に詳しく述べると、シンチレータ・アレイ56が平坦であり且つX線ビーム16の放射が半径方向であることの結果として、X線の陰が各々のシンチレータの各々のX軸間隙70を覆うようにコリメータ板64が位置決めされる。一実施態様では、シンチレータ・アレイのX軸間隙70は幅が100ミクロンであり、各々のコリメータ板64は幅が200ミクロンである。
【0017】
一実施態様では、検出器モジュール20は検出器ハウジング50に固定される。コリメータ板64の配置により、全ての検出器セル(図示していない)についての有効コリメーション開口がX軸焦点移動の結果として同様に信号レベルを増大又は減少させる。詳しく述べると、隣接の検出器モジュール・セルの信号レベルがX軸焦点移動の結果として同じ方向に変化する。その結果、X軸焦点移動によって引き起こされる差別的な誤差が低減される。
【0018】
コリメータ板64及びワイヤ66は複数の区画(図示していない)を形成する。各々の区画は、活性領域及び不活性領域(図示していない)を有する。活性領域は、X線ビーム16がコリメータ62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、X線を分離する。X線ビーム16は、コリメータ62の陰によって形成される不活性領域により、シンチレータ・アレイの間隙70に入射することが防止されると共に、シンチレータ素子の縁部を通るように投射されることが防止される。更に詳しく述べると、X線ビーム16は、シンチレータ・アレイ56の短縮されたパス長さを通るように投射されることが防止され、これによってスペクトル誤差を低減する。例えば、コリメータ板64の中心線を間隙70の中心線から距離Dだけ変位させて、X線ビームがシンチレータ・アレイ56の一部分を通るように投射されることが防止され且つX線ビーム16が光反射性材料に入射しないようにすることが出来る。
【0019】
区画の数は、シンチレータ・アレイ56及びフォトダイオード・アレイ52のサイズに依存する。ワイヤ66の直ぐ下にあるシンチレータ・アレイ56の領域は、X線ビーム16が入射しないように保護される。例えば、ワイヤ66をシンチレータ・アレイの各々のZ軸間隙(図示ていない)の上に配置して、反射性材料を放射線損傷から保護し、X線ビーム16のフォトダイオード・アレイ52への通過を低減することが出来る。一実施態様では、コリメータのワイヤ66の数は、各々の間隙を保護するように、シンチレータ・アレイ56内の行の数よりも1つだけ多くする。
【0020】
例えば、16スライスの動作モードでは、検出器アレイ18は57個の検出器モジュール20を含む。各々の検出器モジュール20はフォトダイオード・アレイ52及びシンチレータ・アレイ56を含み、その各々は16×16のアレイ・サイズを持ち、これにより、検出器アレイ18は16行及び912列(16×57モジュール)を有する。その結果、コリメータ62は17個のワイヤ66及び913個のコリメータ板64を含み、ガントリイ12の1回転毎に16スライスのデータを同時に収集することが可能である。別の例として、3個のワイヤ66を含む2スライスの動作モード、及び5個のワイヤ66を含む4スライスの動作モードが挙げられる。これら以外の動作モードも可能である。
【0021】
動作について説明すると、X線ビーム16が検出器アレイ18へ向けて投射されると、コリメータ62によりX線ビーム16の一部が検出器モジュール20に入射する。詳しく述べると、X線ビーム16がX線管14の焦点から半径方向に放射されたとき、X線の一部はシンチレータ・アレイ56に入射する。シンチレータ・アレイの間隙へ向かったX線ビームはコリメータ板64及びワイヤ66によって阻止される。その結果、放射線損傷及びアーティファクトが低減される。更に、シンチレータ・アレイの間隙を覆うようにコリメータの陰を中心合わせすることによって、X線管の焦点の移動によって引き起こされるスペクトル誤差が低減される。
【0022】
上述した検出器アレイは、個別の検出器素子へ向かうX線ビームをコリメートすることにより画像アーティファクトを低減する。更に、上述した検出器のコリメータは、X線ビームが短縮されたパス長さに沿ってシンチレータ・アレイの素子を通るように投射されることを防止することによって、スペクトル・アーティファクトを低減する。その上、上述した検出器のコリメータは、シンチレータ・アレイの素子間の間隙をX線から保護することによって、光反射性材料に対する放射線損傷を最小にする。
【0023】
本発明の様々な実施態様に関する以上の説明から、発明の目的が達せられたことは明らかである。本発明を詳細に説明し例示したが、これらは説明及び例示のみを意図したものであり、限定のためのものであると解釈してはならないことを明瞭に理解されたい。従って、本発明の要旨及び範囲は特許請求の範囲によって限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】CTイメージング・システムの絵画的斜視図である。
【図2】図1に示すシステムの簡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に示された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平面図である。
【図6】図4に示された検出器モジュールの一部分の側面図である。
【符号の説明】
10 コンピュータ断層撮影システム
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
52 フォトダイオード・アレイ52
56 シンチレータ・アレイ
62 コリメータ
64 コリメータ板
66 ワイヤ
70 X軸間隙
Claims (7)
- 焦点からX線ビーム(16)を放出するX線源(14)を備え、物体の画像を作成するコンピュータ断層撮影システム用の検出器(18)において、
少なくとも第1および第2のセルを持ち、これらの間に間隙が形成されているシンチレータ・アレイ(56)と、
前記シンチレータ・アレイ(56)の前に配置されたコリメータ(62)であって、該コリメータ(62)が少なくとも1つのコリメータ板(64)を含み、該コリメータ板が前記シンチレータ・アレイの間隙の頂部と前記焦点を結ぶ線から所定の角度だけ変位して配置され、X線の陰が前記検出器の間隙を覆うように、前記シンチレータ・アレイ(56)に対して位置づけられているコリメータ(62)と、を有しており、
前記コリメータ板の幅が前記シンチレータ・アレイ(56)の隣接した前記第1および第2のセルの間の前記間隙の幅よりも大きいことを特徴とする検出器。 - 前記シンチレータ・アレイが少なくとも第1の方向に1つのX軸間隙(70)及び前記第1の方向と垂直な方向に少なくとも1つのZ軸間隙を含んでいる請求項1記載の検出器。
- 前記シンチレータ・アレイ(56)が平坦なシンチレータ・アレイ(56)であり、前記コリメータ板の中心線が前記第1の方向で前記X軸間隙(70)の中心線から所定の距離(D)だけ平行に変位している請求項2記載の検出器。
- 前記コリメータ板の幅が前記第1の方向で前記X軸間隙の幅よりも大きい請求項3記載の検出器。
- 物体の画像を作成するためのマルチスライス型コンピュータ断層撮影システムにおいて、
焦点からX線ビーム(16)を放出するX線源(14)と、
請求項1乃至4のいずれかに記載の検出器(18)と、
を備え、
前記検出器(18)が
弓形の検出器ハウジング(50)と、
前記検出器ハウジング(50)の円弧に沿って固定され、各々が前記シンチレータ・アレイ(56)を備える複数の検出器モジュール(20)とを有し、
前記コリメータ(62)が前記複数の検出器モジュール(20)の前に配置され、前記検出器ハウジング(50)の円弧に沿って固定され、
前記コリメータ(62)が複数のコリメータ板(64)と、前記複数のコリメータ板(64)の長さ方向軸線に対して垂直な方向に延在し、前記複数のコリメータ板(64)の各々に設けられた水平な溝孔に挿入されて固着されるワイヤ(66)を備えるコンピュータ断層撮影システム。 - 焦点からX線ビーム(16)を放出するX線源(14)と、少なくとも第1および第2のセルを持ち、これらの間に間隙が形成されている平坦なシンチレータ・アレイ(56)と、前記シンチレータ・アレイ(56)の前に配置され少なくとも1つのコリメータ板(64)を含むコリメータ(62)とを備えるマルチスライス型CTシステムにおいてスペクトル・アーティファクトを低減する方法であって、
前記シンチレータ・アレイ(56)の上にコリメータ(62)配置する工程であって、前記コリメータ板が前記シンチレータ・アレイの間隙の頂部と前記焦点を結ぶ線から所定の角度だけ変位して配置され、前記X線ビーム(16)が前記X線源から放出されたときにX線の陰が前記検出器の間隙を覆うように、前記シンチレータ・アレイ(56)に対して位置づけられる、前記配置する工程を含み、
前記コリメータ板の幅が前記シンチレータ・アレイ(56)の隣接した前記第1および第2のセルの間の前記間隙の幅よりも大きいことを特徴とする方法。 - 前記シンチレータ・アレイ(56)が平坦なシンチレータ・アレイ(56)であり、前記コリメータ板の中心線が前記第1の方向で前記X軸間隙(70)の中心線から所定の距離(D)だけ平行に変位している請求項6記載の方法。
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