JP2005057281A - フォト・エレクトロン直接変換検出器アレイ用のガードリング - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、イメージングシステムで用いるための装置を提供する。
【解決手段】 本装置は、Ｘ線フォトンを電流に変換するように構成された直接変換検知素子を含む。直接変換検知素子は、カソード面と、複数のアノード側端縁を有するアノード面と、カソード面をアノード面に結合する複数の検出器側面とを含む。複数の検出器側面は各々、検出器深さをもつ。本装置はさらに、アノード面上に配置されたピクセルアレイ組立体を含む。ピクセルアレイ組立体は、複数のピクセル側端縁を有する。複数のピクセル側端縁の各々は、アノード側端縁の１つに近接する。ガードリングが、複数の検出器側面の周りに取付けられる。ガードリングは、上部リング端縁と、下部リング端縁と、ガードリング高さをもつリング外面とを有する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、総括的にはメディカルイメージングで用いるための検知素子に関し、より具体的には、メディカルイメージングで用いるための直接変換検出器アレイに関する。

直接変換検出器及び検出器アレイは、Ｘ線フォトンを電荷に直接変換するためにメディカルイメージングにおいて使用される。直接変換検出器及び検出器アレイは一般的に、電荷コレクタの上に直接成長させたＸ線フォトコンダクタ層及びリードアウト層（例えば常温半導体のような）を含む。検出器は一般に、改善した分解能で大きなイメージサイズを生成できるように多検出器のアレイ（又はタイル）の形態で使用される。

検出器、特に周辺検知素子の性能は、多くのイメージング用途にとって重要なものとなる。周辺検出器にとって、直線性、均一性、安定性及び一貫性は特に重要なものとなる。例えばマンモグラフィ胸壁死腔のような多くの用途の場合、イメージングの要件は、非常に厳しいものとなる。常温半導体で構成したタイル形イメージング検出器の場合、各タイルの端縁は、大きな非均一性すなわち目視可能なアーチファクトを生じる。これは、端縁近くにおける非常に多量の漏洩電流とゆがめられた電界とのために発生することが知られている。タイルの端縁周りのアーチファクトは、非常に望ましくない場合がある。この種アーチファクトは、エッジピクセルの性能の低下によって引き起こされると考えられる。この種アーチファクトは、直線アーチファクトが許されないメディカルイメージング用途においてこの種検出器及び検出器アレイを実施する場合の障害となっている。

ガードリングを使用して周辺ピクセルの特性を改善できることは知られている。公知の構成では、検出器のピクセル化した側の同一面上にガードリングを形成し、その近傍と同一の電位を印加、すなわち接地している。従って、ガードリングの大きさに応じて、エッジピクセルの電界のゆがみは、軽減又は排除される。さらに、側壁漏洩電流は、ガードリングによって収集され、エッジピクセルにはなんら影響を及ぼさない。しかしながら、これらの同一平面ガードリングは、ガードリングの幾何学形状の大きさをもつ不作動空間領域を形成する。このことは、不作動空間に対して非常に限られた許容差しか持つことができないタイル形検出器境界すなわち検出器端縁にとっては望ましくない。従って、現在のガードリング設計はまた、不作動空間による直線アーチファクトを容認できないメディカルイメージング用途にとっては不適切なものとなっている。

従って、改善したエッジピクセル性能を備えた直接変換検出器を得ることは、非常に望ましいと言える。さらに、アーチファクトが減少しかつ不作動空間が減少した特性をもつ直接変換検出器アレイを得ることは、非常に望ましいと言える。

Ｘ線フォトンを電流に変換するように構成された直接変換検知素子を含む、イメージングシステムで用いるための装置を提供する。直接変換検知素子は、カソード面と、複数のアノード側端縁を有するアノード面と、カソード面をアノード面に結合する複数の検出器側面とを含む。複数の検出器側面は各々、検出器深さをもつ。本装置はさらに、アノード面上に配置されたピクセルアレイ組立体を含む。ピクセルアレイ組立体は、複数のピクセル側端縁を有する。複数のピクセル側端縁の各々は、アノード側端縁の１つに近接する。ガードリングが、複数の検出器側面の周りに取付けられる。ガードリングは、上部リング端縁と、下部リング端縁と、ガードリング高さをもつリング外面とを有する。

本発明の他の特徴は、添付の図面及び特許請求の範囲と関連させて、好ましい実施形態の詳細な説明を参照して検討することによって明らかになるであろう。

次ぎに、図１を参照すると、この図は、本発明の検出器組立体１８と共に使用するコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングシステム１０を示す図である。特定のＣＴイメージングシステム１０を示しているが、本発明の検出器組立体１８は、広範な種類のイメージングシステムに利用できることを理解されたい。ＣＴイメージングシステム１０は、ガントリー組立体として示したスキャナ組立体１２を含む。スキャナ組立体１２は、Ｘ線源１４を含み、該Ｘ線源１４は、それと対向して配置された検出器組立体１８に向かってＸ線ビーム１６を投射する。検出器組立体１８は、複数の直接変換検知素子２０（図３参照）を備えた直接変換検出器アレイ１９を含み、該直接変換検知素子２０は、例えば患者などの被検体を透過する投射Ｘ線フォトン１６を感知するように組合されている。複数の直接変換検知素子２０の各々は、衝突するＸ線ビームの強度、つまり患者２２である被検体を透過する時のビーム１６の減弱を表す電気信号を生成する。通常、Ｘ線投射データを収集するための走査の間、回転中心２４の周りでスキャナ組立体１２を回転させる。直接変換検知素子２０は、複数の平行スライスに相当する投射データを走査中に同時に収集することができるように、検出器アレイ１９内に配置されるのが好ましい。

スキャナ組立体１２の回転及びＸ線源１４の作動は、制御機構２６によって制御されるのが好ましい。制御機構２６は、Ｘ線源１４に出力及びタイミング信号を与えるＸ線制御装置２９と、スキャナ組立体１２の回転速度及び位置を制御するスキャナモータ制御装置３０とを含むのが好ましい。制御機構２６内のデータ収集システム（ＤＡＳ）３２が、直接変換検知素子２０からアナログデータをサンプリングして該データを次の処理のためにデジタル信号に変換する。イメージ再構成装置３４は、ＤＡＳ３２からサンプリングされデジタル化されたＸ線データを受けて高速イメージ再構成を実行する。再構成されたイメージは、コンピュータ３６に入力として与えられ、コンピュータ３６は、そのイメージを大容量記憶装置３８に格納する。

コンピュータ３６はさらに、キーボード又は同様の入力装置をもつコンソール４０を介してオペレータからコマンド及び走査パラメータを受ける。関連したディスプレイ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イメージ及び他のデータを観察することができる。コンピュータ３６は、オペレータが与えたコマンド及びパラメータを利用してＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２９及びスキャナモータ制御装置３０に制御信号及び情報を提供する。さらに、コンピュータ３６は、スキャナ組立体１２内に患者２２を位置決めするためのモータ駆動式テーブル４６を制御するテーブルモータ制御装置４４を動作させる。具体的には、テーブル４６は、スキャナ開口部４８を通して患者２２の部位を移動させる。

検出器アレイ１９の直接変換検知素子２０の１つの細部を図４に示す。直接変換検知素子２０は、カソード面５０、アノード面５２及び複数の検出器側面５４を有する半導体材料（例えばＣｄＴｅ／ＣｄＺｎＴｅのような）であるのが好ましい。カソード面５０及びアノード面５２は、金属材料５６でコーティングされて電極として作用する。ピクセルアレイ組立体５８が、アノード面５２上にコーティングされる。電極面５０、５２は、異なる電圧でバイアスされて直接変換検知素子２０を横切る電界を形成する。負の高電圧をカソード面５０に印加しかつアノード面５２上のピクセルアレイ組立体５８を接地又は仮想接地に接続すると、直接変換検知素子２０内部でＸ線フォトンによって生じた電子の移動による電気信号を収集／観察することができる。アノード面５２及びカソード面５０に印加された異なる電界電圧により、ホールを収集／観察することができる。ピクセルアレイ組立体５８は、複数のピクセル側端縁６０を含む。ピクセル側端縁６０は、検出器アレイ１９内のデッドスペースを最小にするように、アノード側端縁６２に近接しているのが好ましい。

本発明はさらに、検出器側面５４上にコーティング／蒸着されたガードリング６４を含む。ガードリング６４は種々の材料で構成することができるが、１つの実施形態では、ガードリング６４を、例えば銅（Ａｕ）又は白金（Ｐｔ）のような電極５０、５２と同一の材料で構成することが企図されている。ガードリング６４は、該ガードリングが重なる検出器側面５４に電気的に接続される。ガードリング６４は、検出器深さ６８よりも小さいガードリング高さ６６をもつ。ガードリング６４は、周辺ピクセル７０の性能を最適化するように検出器深さ６８に沿って様々な位置に配置することがきる。同様に、ガードリング高さ６６も、周辺ピクセル７０の性能を最適化するように調整することができる。ガードリング高さ６６は、上部リング端縁７２と下部リング端縁７４との間で定まる。１つの実施形態では、上部リング端縁７２及び下部リング端縁７４は、カソード面５０よりもアノード面５２に近づけて配置される。実施例として図５は、直接変換検知素子２０の１つの実施形態を示す。直接変換検知素子２０は、０．５×０．５×１ｍｍ^３のピクセル化結晶である。ＣｄＺｎＴｅ結晶は、１００ｕｍのピクセルピッチをもつ５×５ピクセルアレイ５８で作られる。ガードリング６４は、アノード面５２から０．１ｍｍのところに位置し、０．０１ｍｍのガードリング高さをもつ。カソード面５０は、−４００ボルトでバイアスされかつアノード面５２は、接地される（０Ｖ）。模擬電界／電位分布７５が、検出器側面５４上に示されている。

ガードリング６４はさらに、バイアス電圧をガードリング６４に与えることができるように電源７６に接続されることができる。バイアス電圧は、２つの電極５０、５２のバイアスとは異なるものにすることができ、又は電極５０、５２の１つと同一とすることができる。電源７６を使用して、周辺ピクセル７０の性能をさらに最適化するようにバイアス電圧を調整することができる。図６ａ及び図６ｂは、電位の等強線に対してプロットした電位分布を示すグラフである。予測計算では、バイアス電圧をガードリング６４に正確に適合させる利点を示している。図６ａは、ゼロバイアスを示し、一方、図６ｂは、−２０Ｖバイアスを示している。図６ａの高いバイアスは、電界均一性の改善を示しているが、ガードリング６４と周辺ピクセル７０との間の漏洩電圧が増加している。図６ｂの−２０Ｖバイアスの場合、ガードリング６４と周辺ピクセル７０との間の漏洩電流が改善されている。これらの予測結果は、単に例示的なものにすぎず、ガードリング６４のバイアスは、直接変換検知素子２０の幾何学形状及び材料特性に従って最適化する必要があることを理解されたい。

本発明の特定の実施形態を示しかつ説明してきたが、当業者は、多くの変更及び別の実施形態を思いつくであろう。従って、本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されることを意図している。

本発明の１つの実施形態によるメディカルイメージングシステムを示す図。 図１に示すメディカルイメージングシステムを示す図。 本発明による検出器アレイを示す図。 本発明による直接変換検出器アレイを示す詳細図。 検出器の幾何学形状及び電界／電位分布を詳細に示した、図４に示す直接変換検出器アレイの詳細図。 ゼロ電圧バイアスでの模擬電位分布のグラフ。 ２０ボルト電圧バイアスでの模擬電位分布のグラフ。

符号の説明

２０ 直接変換検知素子
５０ カソード面
５２ アノード面
５４ 検出器側面
５８ ピクセルアレイ組立体
６０ ピクセル側端縁
６２ アノード側端縁
６４ ガードリング
６６ ガードリング高さ
６８ 検出器深さ
７０ 周辺ピクセル
７２ 上部リング端縁
７４ 下部リング端縁
７６ 電源

Claims (9)

1. イメージングシステム（１０）で用いるための装置であって、
   Ｘ線フォトン（１６）を電流に変換するように構成された直接変換検知素子（２０）を含み、前記直接変換検知素子（２０）が、
   カソード面（５０）と、
   複数のアノード側端縁（６２）を有するアノード面（５２）と、
   前記カソード面（５０）を前記アノード面（５２）に結合し、その各々が検出器深さ（６８）をもつ複数の検出器側面（５４）と、
   前記アノード面（５２）上に配置され、その各々が前記アノード側端縁（６２）の１つに近接した複数のピクセル側端縁（６０）を有するピクセルアレイ組立体（５８）と、
   前記複数の検出器側面（５４）の周りに取付けられ、上部リング端縁（７２）と、下部リング端縁（７４）と、ガードリング高さ（６６）をもつリング外面とを有するガードリング（６４）と、を含む、
   装置。
2. 前記ガードリング（６４）と通電状態にあり、前記ガードリング（６４）をバイアス電圧でバイアスする電源（７６）をさらに含む、請求項１記載の装置。
3. 前記上部リング端縁（７２）及び下部リング端縁（７４）が、前記カソード面（５０）及びアノード面（５２）から遠く離れて配置されている、請求項１記載の装置。
4. 前記リング外面が、前記ピクセル側端縁（６０）と同一平面になっている、請求項１記載の装置。
5. 前記ガードリング高さ（６６）が、前記検出器深さの５０％又はそれ以下である、請求項１記載の装置。
6. Ｘ線源（１４）と、
   Ｘ線フォトン（１６）を電流に変換するように構成された複数の直接変換検知素子（２０）を含む検出器アレイ（１９）と、
   を含み、前記複数の直接変換検知素子（２０）の各々が、
   カソード面（５０）と、
   複数のアノード側端縁（６２）を有するアノード面（５２）と、
   前記カソード面（５０）を前記アノード面（５２）に結合し、その各々が検出器深さ（６８）をもつ複数の検出器側面（５４）と、
   前記アノード面（５２）上に配置され、複数のピクセル側端縁（６０）を有するピクセルアレイ組立体（５８）と、
   前記複数の検出器側面（５４）の周りに取付けられ、上部リング端縁（７２）と、下部リング端縁（７４）と、ガードリング高さ（６６）をもちかつ前記ピクセル側端縁（６０）と同一平面上に位置するリング外面とを有するガードリング（６４）と、を含む、
   イメージングシステム（１０）。
7. 前記ガードリング（６４）は、該ガードリング（６４）が前記複数の検出器側面（５４）とほぼ同一平面になるように、該複数の検出器側面（５４）上にコーティングされている、請求項６記載のイメージングシステム。
8. カソード面（５０）と複数の検出器側面（５４）とを有する直接変換検知素子（２０）のアノード面（５２）上に配置された周辺ピクセル素子（５８）の性能を改善する方法であって、
   前記複数の検出器側面（５４）の周りに、前記周辺ピクセル素子（７０）と同一平面になるようになったガードリング（６４）を施す段階、
   を含む方法。
9. 前記ガードリング（６４）にバイアス電圧を印加する段階をさらに含む、請求項７記載の方法。

Images