JP2002243862A - セリウム・ドープのルテチウム・オルトシリケート・シンチレータを使用したコンピュータ断層イメージングのシステム及び方法 - Google Patents
セリウム・ドープのルテチウム・オルトシリケート・シンチレータを使用したコンピュータ断層イメージングのシステム及び方法Info
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Abstract
せているシンチレータを提供する。 【解決手段】 被検体(22)により減衰を受けた高周
波エネルギー(16)は、その内部に複数のセリウム・
ドープのルテチウム・オルトシリケート・シンチレータ
(57)を有しているシンチレータ・アレイ(56)が
受け取り、受け取った減衰エネルギーに基づいて光エネ
ルギーが放出される。シンチレータ・アレイ(56)の
各シンチレータ(57)は、ガラス形成系内でガラス形
成用化合物を化合させることによって高い結晶相を有す
る透明なガラスセラミックになるように形成される。セ
リウム・ドープのルテチウム・オルトシリケートを透明
なガラスセラミックになるように形成させるためにガラ
ス形成用化合物を化合させることもできる。
Description
ュータ断層イメージングに関し、さらに詳細には、コン
ピュータ断層システムで使用するためにX線を光エネル
ギーに変換する装置及び方法に関する。
イメージング・システムでは、X線源は患者などの被検
体に向けて扇形状のビームを放出する。ビームは、この
被検体によって減衰を受けた後、放射線検出器のアレイ
上に入射する。検出器アレイで受け取った減衰したビー
ム状放射線の強度は、典型的には、被検体によるX線ビ
ームの減衰に依存する。この検出器アレイの各検出器素
子は、各検出器位置で受け取る減衰ビームを表している
電気信号を別々に発生させる。この電気信号は解析のた
めにデータ処理装置に伝達され、最終的に画像が形成さ
れる。
リと共に画像作成面内で被検体の周りを回転する。X線
源は典型的には、焦点の位置でX線ビームを放出するX
線管を含んでいる。X線検出器は典型的には、この検出
器の位置で受け取るX線ビームをコリメートするための
コリメータと、このコリメータに隣接しておりX線を光
エネルギーに変換するためのシンチレータと、この光エ
ネルギーを隣接するシンチレータから受け取るためのフ
ォトダイオードと、を含んでいる。
では、検出器アレイの各シンチレータはタリウム・ベー
スのヨウ化セシウム(CsI:Tl)である。タリウム
・ベースのヨウ化セシウムと硫酸ガドリニウム(Gd
(SO3))などその他のシンチレータの調合により大
きな光出力を得ることができる。しかし、タリウム・ド
ープのヨウ化セシウム、硫酸ガドリニウム及びその他周
知のシンチレータの調合では、概ね90%の減衰の達成
に概ね3〜1000マイクロ秒を要する。この減衰の遅
延により、光の放出及び検出が非効率となると共にCT
システムの全体性能を低下させることが多い残留効果が
起こる。
出力を備えながら減衰時間を短縮させているシンチレー
タが得られることが望ましい。
ング・システム用の検出器、並びに上述の欠点を解決し
ている使用方法を提供する。本検出器は高周波電磁エネ
ルギーを受け取って光エネルギーに変換するための集束
性のシンチレータを含む。本検出器はさらに、このシン
チレータに隣接して配置されると共にシンチレータの表
面を出た光を介して放出される光エネルギーを受け取る
ように構成したフォトダイオードを含む。本検出器はま
た、フォトダイオードからデータ処理装置までを接続し
ている電気導線を含む。フォトダイオードの信号出力は
画像再構成を容易にするためにデータ処理装置に伝達さ
れる。本CTシステムには、高周波電磁エネルギーをテ
ーパ付きシンチレータに向けて投射するため出力を有す
るガントリが設けられている。
イを含んだ検出器を提供する。このシンチレータ・アレ
イは、ルテチウム・オルトシリケート(lutetiu
morthosilicate)を含む少なくとも1つ
のシンチレータを含んでいる。このシンチレータは高周
波電磁エネルギーを受け取ると共にこのエネルギーを光
エネルギーに変換している。少なくとも1つのフォトダ
イオードを備えるフォトダイオード・アレイをこのシン
チレータ・アレイと光学的に結合させると共に、シンチ
レータからの光出力を検出させるように構成している。
フォトダイオード・アレイの各フォトダイオードは、複
数の電気相互接続によりデータ収集システムに伝達され
る出力を生成している。
システムを提供する。本システムは、高周波エネルギー
を被検体に向けて投射することができる開口及び高周波
電磁エネルギー投射源を有する回転可能なガントリを含
む。シンチレータ・アレイは、その各々がルテチウム・
オルトシリケートを含む複数のシンチレータを含むと共
に被検体により減衰を受けた高周波電磁エネルギーを受
け取っている。シンチレータ・アレイにはフォトダイオ
ード・アレイを光学的に結合させると共に、シンチレー
タ・アレイから放出される光エネルギーを検出させるよ
うに構成している。このフォトダイオード・アレイは、
複数の電気相互接続によりデータ収集システムに伝達さ
れる出力を生成している。本システムはさらに、データ
処理システムに伝達されたフォトダイオード出力に基づ
いて視覚的表示を生成することができるコンピュータを
含んでいる。
タ断層イメージングの方法を提供する。本方法は、その
各々がルテチウム・オルトシリケートを含む複数のシン
チレータを有するシンチレータ・アレイを提供するステ
ップを含む。本方法はさらに、高周波電磁エネルギーを
シンチレータ・アレイに導くステップと、複数のフォト
ダイオードを有するフォトダイオード・アレイをシンチ
レータ・アレイと結合させるステップと、を含む。本方
法はまた、シンチレータ・アレイからの光エネルギーを
フォトダイオード・アレイに放出するステップと、画像
を構成するためにフォトダイオード出力をデータ処理シ
ステムに伝達するステップと、を含む。本方法はさら
に、画像を構成するためにデータ処理システムに伝達さ
れたフォトダイオード出力に基づいて構成した画像を表
示するステップを含む。
び利点は以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろ
う。
ところ企図されている好ましい実施の一形態を図示して
いる。
コンピュータ断層(CT)システムに関して記載する。
しかし、当業者であれば、本発明は単一スライス構成や
その他のマルチスライス構成で使用するように同様に適
用可能であることを理解されよう。さらに、本発明はX
線の検出及び変換に関して記載することにする。しか
し、当業者であれば、さらに、本発明がその他の高周波
電磁エネルギーの検出、変換及び集束に対しても同様に
適用可能であることを理解されよう。
のCTスキャナに典型的なガントリ12を含むものとし
て、コンピュータ断層(CT)イメージング・システム
10を示している。ガントリ12は、このガントリ12
の対向面上に位置する検出器アレイ18に向けてX線ビ
ーム16を放出するX線源14を有する。検出器アレイ
18は、投射され患者22を透過したX線を一体となっ
て検知する複数の検出器20により形成される。各検出
器20は、入射したX線ビームの強度を表す電気信号、
すなわち患者22を透過したX線ビームの減衰を表す電
気信号を発生させる。X線投影データを収集するための
スキャンの間に、ガントリ12及びガントリ上に装着さ
れたコンポーネントは回転中心24の周りを回転する。
は、CTシステム10の制御機構26により制御され
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3
0とを含む。制御機構26内にはデータ収集システム
(DAS)32があり、これによって検出器20からの
アナログ・データをサンプリングし、このデータを後続
の処理のためにディジタル信号に変換する。画像再構成
装置34は、サンプリングされディジタル化されたX線
データをDAS32から受け取り、高速で再構成を行
う。再構成された画像はコンピュータ36に入力として
渡され、コンピュータにより大容量記憶装置38内にこ
の再構成画像が格納される。
するコンソール40を介して、オペレータからのコマン
ド及びスキャン・パラメータを受け取る。付属の陰極線
管ディスプレイ42により、オペレータはコンピュータ
36からの再構成画像やその他のデータを観察すること
ができる。コンピュータ36は、オペレータの発したコ
マンド及びパラメータを用いて、DAS32、X線制御
装置28及びガントリ・モータ制御装置30に対して制
御信号や制御情報を提供する。さらにコンピュータ36
は、モータ式テーブル46を制御して患者22とガント
リ12の位置決めをするためのテーブル・モータ制御装
置44を操作する。詳細には、テーブル46により患者
22の各部分がガントリ開口48を通過できる。
8は複数の検出器20を含んでいる。各検出器20は、
高密度のフォトダイオード・アレイ52と、このフォト
ダイオード・アレイ52の上側に配置した多次元シンチ
レータ・アレイ56とを含んでいる。X線ビーム16を
シンチレータ・アレイ56上に入射する前にコリメート
するために、シンチレータ・アレイ56の上側にコリメ
ータ(図示せず)が配置されている。フォトダイオード
・アレイ52は、シリコンチップ上に堆積(すなわち、
形成)させた複数のフォトダイオード60を含む。シン
チレータ・アレイ56は、当技術分野で周知のように、
フォトダイオード・アレイ52を覆うように位置させて
いる。フォトダイオード60はシンチレータ・アレイ5
6と光学的に結合しており、シンチレータ・アレイ56
の光出力を表す信号を伝達することができる。各フォト
ダイオード60は、シンチレータ・アレイ56の対応す
るシンチレータ57に入射する減衰ビームの計測値にあ
たる低レベルのアナログ出力信号を別々に発生させる。
フォトダイオード出力線76は、例えば、検出器20の
1つの側面上、あるいは検出器20の複数の側面上に物
理的に配置させることができる。図4で示すように、フ
ォトダイオード出力線76は、フォトダイオード・アレ
イ52の相対する側面に配置させている。
出器アレイ18は、57個の検出器20を含んでいる。
各検出器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を含んでおり、それぞれ16×
16のアレイ・サイズを有する。このため、アレイ52
及び56の各々は、横列16列と縦列912列(16×
57個の検出器)を有し、これによりガントリ12の1
回転あたり16スライス分のデータを同時に収集するこ
とが可能である。シンチレータ・アレイ56は透明な接
着剤(図示せず)の薄膜によりフォトダイオード・アレ
イ52と結合させている。
は、フォトダイオード・アレイ52と同じ幅を有する多
次元半導体アレイである。好ましい実施の一形態では、
スイッチ・アレイ80及び82の各々は複数の電界効果
トランジスタ(FET)を含んでいる。各FETは対応
するフォトダイオード60と電気的に接続させている。
FETアレイは、可撓性のある電気的インタフェース8
4を介して信号を伝達するようにDAS32と電気的に
接続した多数の出力導線を有している。詳細には、フォ
トダイオード出力の約半数がスイッチ・アレイ80に電
気的に伝達され、フォトダイオード出力の残りの半数は
スイッチ・アレイ82に電気的に伝達される。各検出器
20は装着用ブラケット79によって検出器フレーム7
7(図3)に固定されている。
所望のスライスの数及びスライス分解能に従ってフォト
ダイオード出力を制御する、有効にする、無効にする、
あるいは合成するためのデコーダ(図示せず)を含んで
いる。16スライス・モードとして規定される実施の一
形態では、デコーダはスイッチ・アレイ80及び82に
指令してフォトダイオード・アレイ52のすべての横列
を起動させ、DAS32による処理で利用可能な16ス
ライス分のデータが同時に得られる。もちろん、スライ
スはこれ以外に多くの組み合わせが可能である。例え
ば、デコーダによりさらに、1スライス・モード、2ス
ライス・モード、4スライス・モードなど多様なスライ
ス・モードが可能となる。
の伝達によって、スイッチ・アレイ80及び82を4ス
ライス・モードで構成し、これにより1つまたは複数の
横列のフォトダイオード・アレイ52からなる4スライ
スからデータを収集することができる。デコーダが規定
する具体的なスイッチ・アレイ80及び82の構成に応
じて、フォトダイオード・アレイ52のフォトダイオー
ド出力の様々な組み合わせについて、有効にしたり、無
効にしたり、あるいは合成させたりすることができる。
これにより、スライス厚をフォトダイオード・アレイ素
子60の横列1列分、2列分、3列分または4列分の素
子により構成させることができる。追加的な例として
は、1.25mm厚から20mm厚までの範囲にあるス
ライスのうちの1つのスライスからなる単一スライス・
モード、あるいは、1.25mm厚から10mm厚まで
の範囲にあるスライスのうちの2つのスライスを含む2
スライス・モード、などがある。さらに、ここに記載し
た数を超える追加的なモードも企図される。
ンチレータに対する新規の組成を企図している。好まし
い実施の一形態では、各シンチレータはセリウム・ドー
プのルテチウム・オルトシリケート(Lu2SiO5:C
e)を含んでいる。Lu2SiO5:Ceは、概ね420
nmの放出ピークと、タリウム・ドープのヨウ化セシウ
ムなど別の周知のシンチレータ組成の概ね半分の光出力
とを有している。しかし、Lu2SiO5:Ceは極めて
短い減衰時間を有している。好ましい実施の一形態で
は、Lu2SiO5:Ceにより概ね100ナノ秒で90
%の減衰が達成される。減衰時間の値は、シンチレータ
・アレイに向けた高周波電磁エネルギー投射の停止に続
く各シンチレータの残光を表している。本発明による残
光は、周知の実施の一形態では7700ナノ秒の残光時
間を有するようなタリウム・ドープのヨウ化セシウムの
周知の組成と比べて極めて低い。
ータは高い結晶相(high crystalline
phase)有する透明なガラスセラミックになるよ
うに形成させる。高い結晶相を有する透明なガラスセラ
ミックを形成するためには、酸化ケイ素、酸化ルテチウ
ム、酸化セリウム、酸化カリウム及び酸化バリウムを化
合させる。上述の化合物を化合させた生成物がLu2S
iO5:Ceのガラスセラミック・シンチレータであ
る。別法として、酸化ガドリニウムと酸化アルミニウム
のいずれかと上述の化合物を化合させることによって高
い結晶相を有する透明なガラスセラミックを形成させる
こともできる。
iO5:Ceシンチレータは焼結を経てセラミック材料
になるように形成させる。Lu2SiO5:Ce粉末を焼
結させることにより、粒子間の細孔(pore)が除去
され、シンチレータ材料の焼きしまり(densifi
cation)が生じる。Lu2SiO5:Ceは立方結
晶構造ではなく単結晶構造(monocrynic s
tructure)を有しているため、焼結によって透
明ではなく半透明のセラミックが生成される。このた
め、好ましい実施の一形態では、この半透明なセラミッ
クを透明なセラミックに変換し、光の出力及び検出効率
を向上させている。
ンチレータ・アレイ用のセリウム・ドープのルテチウム
・オルトシリケートを含んだシンチレータを特許請求の
範囲とする。好ましい実施の一形態では、そのシンチレ
ータ・アレイは高い結晶相を有する透明なガラスセラミ
ックとして構成されている。代替的な実施の一形態で
は、そのシンチレータ・アレイは、ガラスファイバ束に
なるように形成させたり、焼結を経て半透明なセラミッ
ク材料になるように形成させている。焼結させたセラミ
ック材料は完全には透明でないため、この半透明なセラ
ミックは固体の状態変換を用いて透明になるように変換
する。
トシリケートを含む複数のシンチレータを有するシンチ
レータ・アレイを提供するステップを含むコンピュータ
断層イメージングの方法を特許請求の範囲とする。好ま
しい実施の一形態では、そのルテチウム・オルトシリケ
ートにはセリウムをドープする。高周波電磁エネルギー
は患者などの被検体を透過してシンチレータ・アレイに
向けて導かれ、このシンチレータ・アレイの各シンチレ
ータは光出力を生成させ、この光出力は各シンチレータ
と結合させたフォトダイオード・アレイのフォトダイオ
ードにより検出される。このフォトダイオードは、画像
の構成とこれに続く表示のためにデータ処理システムに
伝達される信号を出力している。このセリウム・ドープ
のルテチウム・オルトシリケートは、酸化ケイ素、酸化
ルテチウム、酸化セリウム、酸化カリウム及び酸化バリ
ウムを化合させることにより透明なガラスシンチレータ
になるように形成することが好ましい。別法として、こ
の透明なガラスシンチレータは、酸化ガドリニウムと酸
化アルミニウムのいずれかを酸化ケイ素、酸化ルテチウ
ム、酸化セリウム、酸化カリウム及び酸化バリウムと化
合させることによって形成することができる。これによ
り、高い結晶相を有する透明なガラスセラミック・シン
チレータが形成される。
チウム・オルトシリケートはセラミックになるように焼
結させている。こうして得られるセラミックは典型的に
は半透明であり、したがって、光の放出を向上させるた
めには、このシンチレータを透明なセラミックに変換す
る必要がある。
てきたが、明示的に記述した以外に、添付の特許請求の
範囲の域内で等価、代替及び修正が可能であることを理
解されたい。
々な構成を表した図である。
ム 12 ガントリ 14 X線源 16 X線ビーム 18 検出器アレイ 20 検出器 22 被検体、患者 24 回転中心 26 制御機構 28 X線制御装置 30 ガントリ・モータ制御装置 32 データ収集システム(DAS) 34 画像再構成装置 36 コンピュータ 38 大容量記憶装置 40 コンソール 42 陰極線管ディスプレイ 44 テーブル・モータ制御装置 46 モータ式テーブル 48 ガントリ開口 52 フォトダイオード・アレイ 56 シンチレータ・アレイ 57 シンチレータ 60 フォトダイオード 76 フォトダイオード出力線 77 検出器フレーム 79 装着用ブラケット 80 スイッチ・アレイ 82 スイッチ・アレイ 84 電気的インタフェース
Claims (23)
- 【請求項1】その内部にLu2SiO5を含む少なくとも
1つのシンチレータ(57)を有するシンチレータ・ア
レイ(56)と、 前記シンチレータ・アレイ(56)と光学的に結合した
フォトダイオード・アレイ(52)を形成している少な
くとも1つのフォトダイオード(60)と、 フォトダイオード(60)の出力をデータ収集システム
(32)に伝達することができる複数の電気相互接続
と、を備える検出器(20)。 - 【請求項2】 前記シンチレータ(57)がさらにセリ
ウムを含んでいる、請求項1に記載の検出器(20)。 - 【請求項3】 前記シンチレータ(57)がセラミック
として構成されている、請求項2に記載の検出器(2
0)。 - 【請求項4】 前記シンチレータ(57)がガラスセラ
ミックとして構成されている、請求項3に記載の検出器
(20)。 - 【請求項5】 前記シンチレータ(57)がSiO2、
Lu2O3、CeO2、K2O及びBaO(SrO)を化合
させた生成物である、請求項2に記載の検出器(2
0)。 - 【請求項6】 前記シンチレータ(57)がSiO2、
Lu2O3、CeO2、K2O、BaO(SrO)及びGd
2O3と、Al2O3のうちの一方とを化合させた生成物で
ある、請求項2に記載の検出器(20)。 - 【請求項7】 前記シンチレータ(57)が高い結晶相
を有している、請求項1に記載の検出器(20)。 - 【請求項8】 前記シンチレータ(57)がガラスファ
イバと透明なガラスのうちの一方として構成されてい
る、請求項1に記載の検出器(20)。 - 【請求項9】開口(48)を有する回転可能なガントリ
(12)と、 被検体(22)に向けて高周波エネルギー(16)を投
射させるための高周波電磁エネルギー投射源(14)
と、 その各々がLu2SiO5を含んでいる、被検体(22)
により減衰した高周波電磁エネルギー(16)を受け取
るための複数のシンチレータ(57)を有するシンチレ
ータ・アレイ(56)と、 複数のフォトダイオード(60)を有するフォトダイオ
ード・アレイ(52)であって、シンチレータ・アレイ
(56)と光学的に結合していると共に該シンチレータ
・アレイから放出される光エネルギーを検出するように
構成されているフォトダイオード・アレイ(52)と、 フォトダイオード(60)の出力をデータ処理システム
(32)に伝達させるように構成した複数の電気相互接
続と、 データ処理システム(32)に伝達されたフォトダイオ
ード(60)の出力に基づいて視覚的表示を作成してい
るコンピュータ(36)と、を備えるコンピュータ断層
システム。 - 【請求項10】 各シンチレータ(57)がさらにセリ
ウムを含む、請求項9に記載のシステム。 - 【請求項11】 各シンチレータ(57)が400nm
〜450nmの間の放出ピークを有している、請求項9
に記載のシステム。 - 【請求項12】 各シンチレータ(57)が概ね420
nmの放出ピークを有している、請求項11に記載のシ
ステム。 - 【請求項13】 各シンチレータ(57)が100ns
後に概ねゼロになるような残光を有している、請求項9
に記載のシステム。 - 【請求項14】 各シンチレータ(57)が単結晶構造
体を有している、請求項9に記載のシステム。 - 【請求項15】Lu2SiO5を含む複数のシンチレータ
(57)を有するシンチレータ・アレイ(56)を提供
するステップと、 高周波電磁エネルギー(16)を前記シンチレータ・ア
レイ(56)に導くステップと、 複数のフォトダイオード(60)を有するフォトダイオ
ード・アレイ(52)をシンチレータ・アレイ(56)
と結合するステップと、 前記シンチレータ・アレイ(56)からの光エネルギー
を前記フォトダイオード・アレイ(52)に送出するス
テップと、 画像を構成させるためにフォトダイオード(60)の出
力をデータ処理システム(32)に伝達するステップ
と、 構成した画像を表示するステップと、を含むCTイメー
ジングの方法。 - 【請求項16】 シンチレータ・アレイ(56)を提供
する前記ステップがさらに、Lu2SiO5にセリウムを
ドープするステップを含む、請求項15に記載の方法。 - 【請求項17】 セリウム・ドープのLu2SiO5を焼
結してセラミックにするステップをさらに含む請求項1
6に記載の方法。 - 【請求項18】 前記セラミックを透明なセラミックに
変換するステップをさらに含む請求項17に記載の方
法。 - 【請求項19】 前記セリウム・ドープのLu2SiO5
をガラス形成するステップをさらに含む請求項16に記
載の方法。 - 【請求項20】 高い結晶相を有するシンチレータ(5
7)を提供するステップをさらに含む請求項19に記載
の方法。 - 【請求項21】 SiO2、Lu2O3、CeO2、K2O
及びBaO(SrO)を化合させるステップをさらに含
む請求項19に記載の方法。 - 【請求項22】 Gd2O3とAl2O3のうちの一方を追
加するステップをさらに含む請求項21に記載の方法。 - 【請求項23】 X線(16)を前記シンチレータ・ア
レイ(56)に導くステップを含む請求項15に記載の
方法。
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US09/681,063 US6498828B2 (en) | 2000-12-15 | 2000-12-15 | System and method of computer tomography imaging using a cerium doped lutetium orthosilicate scintillator |
US09/681063 | 2000-12-15 |
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JP (1) | JP2002243862A (ja) |
DE (1) | DE10161579A1 (ja) |
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