JP2005539232A - 複数の検出器ユニットを有するｘ線検出器 - Google Patents

Abstract

X線検出器は、検知面に設けられた複数の検出器ユニットを有する。個々の検出器ユニットはセンサ素子及び読み出し回路を有する。センサ素子及び読み出し回路は、検知面に対して垂直に空間的に分離される。X線シールド構成体が個々のセンサ素子と個々の読み出し回路間の少なくとも一部に設けられ、X線から読み出し回路を保護する。

Description

本発明は放射線検出器に関するものであり、特に、
検知面に設置された複数の検出器ユニット、並びに
センサ素子及び読み出し回路を有する個々の検出器ユニット、
を有するX線検出器に関する。

そのような放射線検出器は国際出願第WO00/25149号に示されている。

従来の放射線検出器はX線コンピュータ断層撮像検出器である。従来の放射線検出器はシンチレータを含み、このシンチレータはシンチレータ素子のマトリクスとして構成される。従来の放射線検出器の個々の検出器ユニットは、シンチレータ素子及び光センサを有し、光センサはセンサ素子として機能する。シンチレータは、入射放射線を光センサで検出できるよりエネルギーレベルの低い放射線に変換する。シンチレータ素子には、特に単結晶若しくは多結晶のタングステン酸カドミウム又はガドリニウム酸硫化物が用いられる。従来の放射線検出器のセンサ素子は検出器チップであって、このチップはCMOS技術を用いて製作されることが好ましい。検出器ユニットは、検知面を構成する表面に複数の検出器ユニット行を有するマトリクス内に設置される。X線吸収構成体は吸収層として設置され、この吸収層はシンチレータの表面に対して垂直に伸びる。個々の検出器ユニットは個々の増幅素子を備え、この素子は吸収層の直下に設置され、個々の増幅器は入射放射線から保護される。個々の検出器ユニットは各々の読み出し回路を有し、当該検出器ユニットの増幅器が回路の一部を構成する。

増幅素子を吸収層に対して極めて精密に揃えるためには、増幅素子を極めて正確に設置する必要があり、これは従来の放射線検出器の製造プロセスを複雑な工程にする。
国際公開第WO00/25149号パンフレット

本発明の課題は、放射線感受性のある電子回路を保護し、より簡単な方法で製作することの可能なX線検出器を提供することである。

本課題は本発明のX線検出器によって得られ、このX線検出器は、センサ素子及び読み出し回路が検知面に対して垂直に空間的に分離され、X線シールド構成体の少なくとも一部が個々のセンサ素子と個々の読み出し回路間に設置されることを特徴とする。

本発明によると、センサ素子と読み出し回路間は検知面に対して垂直に分離され、その分離部にはX線シールド構成体が設置される。従って読み出し回路のうち少なくとも放射線感受性のある部分がX線から保護される。特にこれらの放射線感受性のある部分は増幅器、サンプルホールド、キャパシタ、スイッチ（トランジスタ）又はデジタル論理部を有する。特に読み出し回路の増幅器は、増幅器を損傷する可能性のあるX線から保護される。特に、X線シールド構成体はX線吸収材料の翼として形成される。一般に、比較的原子数（Z）の高い材料がX線吸収材料には適している。吸収係数はX線エネルギーに依存する。適正なX線吸収材料は、シールド化の場合は鉛又はタングステンであって、散乱X線の遮断の場合はモリブデンが適している。

本発明の別の態様は、従属項に記載の実施例を参照することで明確となろう。

本発明のX線検出器の好適実施例では、個々の検出器ユニットのセンサ素子及び読み出し回路が単一ブロックの一体化回路として構成され、センサ素子と読み出し回路間の分離部を有するように形成される。分離部にはX線シールド構成体が設置される。

本発明のX線検出器の別の好適実施例では、X線シールド構成体において遮断部が開口され、当該検出器ユニットのセンサ素子と読み出し回路間で信号が接続されることを可能にする。信号接続部は、検出器ユニットの単一ブロックの一体化回路の一部として形成しても良い。代わりに検出器ユニットがセンサ素子と読み出し回路を分離状態で有するようにしても良い。信号接続は遮断部を貫通する結線で行われる。例えば、遮断部においてX線吸収シート又は層に開口を設けることで、各検出器ユニットのセンサ素子と読み出し回路間の信号接続を可能にする。

本発明のX線検出器のさらに別の好適実施例では、いくつかの検出器ユニットは共通のX線シールド構成体を共有する。例えばこの共通X線シールド構成体は、センサ素子と読み出し回路間の分離部に設けられたX線吸収シート又は層として構成される。実質上全検出器ユニットに対して、1つの共通X線シールドを提供しても良い。代わりに少数の共通X線シールド構成体を用いても良く、各共通のX線シールド構成体は検出器ユニット群毎に提供される。1または数体の共通X線シールド構成体の使用は、本発明のX線検出器の組み立てをさらに容易にする。数列からなる検出器ユニットを有するCT検出器の場合、各X線シールド構成体は個々の検出器ユニット列に対して提供されることが好ましい。複数の検出器ユニットの行列を有する検出器マトリクスの場合は、各シールド構成体は、例えば検出器マトリクスの四分区間毎に提供される。検出器マトリクスはX線陰影像を得る際に特に適する。

大きな検出器は、電子線に対する共通のシールドを有する多くのモジュールで構成することが好ましい。さらに縦方向、すなわち検知面に対して垂直な配線を有することで、検出器と電子回路間に全ての必要な信号を提供することができる。

検知面に対して垂直に伸びる垂直吸収ユニットを提供できるという利点がある。これらの垂直吸収ユニットは隣接検出器ユニット間に設けられる。従って読み出し回路は散乱X線、及び検知面の法線に対してある角度で伝播する二次X線から保護される。さらにX線ビームが検知面に対して実質上90゜の角度差で入射した際にも、読み出し回路はX線から保護された状態を維持する。また開口角の広い円錐ビームが用いられた際にも、検出器ユニットの読み出し回路の適切な保護が実現される。特に読み出し回路の適切な保護は、扇角が約50゜乃至60゜、及び円錐角が1゜乃至6゜の円錐ビームの場合に得られる。

垂直吸収ユニットは、X線シールド構成体と一体化されることが好ましい。特にこれは、隣接する検出器ユニットの読み出し回路間に、X線シールド構成体から検知面に対して垂直に伸びる突起状の垂直吸収ユニットを設置することで達成できる。共通のシールド構成体には、縦方向に突出した垂直吸収構成体が設けられることが好ましい。この方法では、垂直吸収構成体を有するX線シールド構成体は、多数の検出器ユニット用、あるいは全検出器ユニット用の単一の一体化構成体として製作される。従って本発明のX線検出器では、シールド構成体及び垂直吸収ユニットを提供するための過剰な追加構成体は不要である。

本発明のX線検出器は、X線検査装置への利用に特に適している。この場合X線検出器はX線投影像を受け、この像から電子ビデオ信号のような画像信号を取得する。また本発明のX線検出器は、コンピュータ断層撮像システムへの利用に特に適している。この場合X線検出器は、数方向から検査された被検体を通過した入射X線から減衰プロファイルを形成する。これらの減衰プロファイルから画像データ組が再構成されて、被検体の局部的な濃淡が描写される。画像データ組は、被検体を通る1または数断面と関連付けても良く、あるいは画像データ組は、被検体の再構成空間と関連付けても良い。特にX線検出器がコンピュータ断層撮像システムに利用される場合、2次元の検出器として設置することが好ましい。この場合、同時に被検体の数スライスから減衰プロファイルを得ることができ、あるいは円錐状X線ビームから減衰プロファイルを得ることができる。

図1には、検出器配列として構成されたマルチライン検出器3を備えるコンピュータ断層撮像システムを概略的に示す。X線源2及びこれと対向するマルチライン検出器3は、環状の門形フレーム又はガントリー1に取り付けられる。X線源2から放射された円錐状X線ビーム4は、患者5を透過してマルチライン検出器3に至る。検査される患者5は、回転ガントリー1を貫通するように架台6上に横たわる。

検出器配列3は、X線源2の焦点から距離rの位置に配置される。ガントリー1が完全に1回転する間、X線ビーム4が患者5のガントリー平面に、法線に対して異なる角度φで照射されて各減衰プロファイルが形成され、これはマルチライン検出器によって受信される。患者の照射ゾーン部分の断面像7は、これらの減衰プロファイルを基に再構成される。

検出器配列3は複数の検出器ユニット10で構成され、これらのユニットは複数の行に配置される。これらの行は回転軸方向（z方向）に並行に伸びる。円錐状ビームの形状は扇角及び円錐角により定められる。扇角とは、ガントリー平面におけるX線束間を定めるX線焦点での角度である。通常扇角の値は、約58゜である。円錐角は、ガントリー平面に対して垂直でｚ軸と平行な面におけるX線束間を定めるX線焦点での角度である。20行の検出器ユニットを有する検出器配列の場合、円錐角の通常の値は2゜である。

図2には本発明の放射線検出器の第1の実施例の概略図を示す。特に図2は、複数の検出起素子10を有するX線検出器に関するものであり、この図では例示のため4の検出起素のみが示されている。X線が入射される方向は縦の矢印で示されている。個々の検出素子10はシンチレータ素子21及び例えば光ダイオードのような光センサ22を有する。入射X線は、シンチレータ素子21によって低エネルギー放射線に変換される。この波長は300nmから500nmの範囲にあることが好ましく、例えば光センサ素子22が検知できる緑色光がある。シンチレータ素子に適した材料は、単結晶若しくは多結晶のタングステン酸カドミウム又はガドリニウム酸硫酸塩である。特にタングステン酸カドミウムは良好な変換を提供し、X線を波長約480nmの低エネルギー放射線に変換する。光センサ素子は、緑色光に反応して電荷を形成する。この電荷を読み取るため、個々の検出器素子には読み出し回路20が設けられる。これらの読み出し回路は、特に放射線感度の高い部分23を有する。例えば、検出器ユニットの放射線感受性部分23は増幅器を有する。読み出し回路によって読み取られた電荷は、電気信号の形で信号チャンネル41に提供され、信号チャンネル41は画像信号出力（示されていない）に信号を伝送する。読み出し回路はCMOSチップの形で利用されることが好ましい。

個々の、特に隣接する検出器ユニット間にはX線シールド構成体11が設けられる。個々のX線シールド構成体11はいくつかのセグメントを有する。主セグメント111は隣接光センサ間に設けられ、主として一次入射X線の伝播方向に沿って伸びる。これらの主セグメント111は散乱X線を遮断する。特にX線の散乱は、検査される患者内でのコンプトン散乱によって生じる。これらの散乱X線は有益な画像情報を搬送せず、X線においていわゆるベイリンググレアを生じさせる。検出器素子のセンサ素子及び読み出し回路は、水平方向に分離され（分離部12）、X線シールド構成体の水平方向セグメント112が、水平方向分離部12内に設けられる。X線シールド構成体、特に水平方向セグメント112は、各検出器ユニットの読み出し回路20の放射線感受性部23の上方に設置される。従ってX線シールド構成体の水平方向セグメント112は、X線を遮断又は吸収し、これらのX線が放射線感受性部23に達することを回避する。従って読み出し回路20、特に例えば増幅器を有する放射線感受性部23への放射線損傷が防止できる。

光センサ22に生じる電荷は、遮断部24を通る貫通接続を介して読み出し回路20に供給される。遮断部24はX線シールド構成体11の隣接する水平方向セグメント112間で開口される。光センサから読み出し回路までの電荷の搬送には、例えば単純な結線を用いることができる。読み出し回路は、遮断部24の直下が放射線特にX線に対する感度の低い部分となるように設計される。特に放射線感受性増幅器は遮断部から離し、X線シールド構成体11の水平方向セグメント112の直下となるように設置される。

さらに個々のX線シールド構成体には垂直吸収構成体113が設けられ、この垂直吸収構成体は隣接する読み出し回路を分離する。これらの垂直吸収構成体113はX線、特に二次X線及び散乱X線を吸収する。従って読み出し回路20及び特に回路の放射線感受性部23は、一次X線の入射方向に対してある角度で伝播するこれらの二次及び散乱X線から保護される。

さらに個々のX線シールド構成体には副水平シールド構成体114が設けられ、この構成体は、X線シールド構成体を信号チャンネル41に取り付ける際の床板として機能する。さらに副水平シールド構成体114は付随的に、信号チャンネル41又は検出器の背面基板上のあらゆる電子素子を保護し、あるいは信号チャンネル部分同士を接続する収縮ケーブルの周囲の電子機器を保護する。従って信号チャンネルは多結晶電荷移動装置に用いても良い。

個々のX線シールド構成体は、各セグメントを有する一体化ユニットして製作することができる。このようなX線シールド構成体の構成に適した技術は、例えば接着技術、曲げ加工技術、溶接技術である。

またX線シールド構成体は、シンチレータ素子21で生じた低エネルギーの放射線、例えば緑色光を吸収する。従ってある検出器素子から生じた緑色光が隣接する検出器素子の光センサに到達することを防ぐことができる。

図3には本発明による放射線検出器の第2の実施例の概略図を示す。図3に示す実施例は、図2に示す実施例と酷似している。主な差異は、各検出器ユニットにおいて光センサ、読み出し回路及び貫通接続が半導体の単一ブロックに一体化されていることである。

本発明の放射線検出器がマルチライン検出器3の形で利用され、検出器配列として構成されるコンピュータ断層撮像システムを概略的に示す図である。 本発明による放射線検出器の第1の実施例の概略を示す図である。 本発明による放射線検出器の第2の実施例の概略を示す図である。

Claims (6)

1. 検知面に設置された複数の検出器ユニット、並びに
   センサ素子及び読み出し回路を有する個々の検出器ユニット、
   を有するX線検出器であって、
   前記センサ素子及び前記読み出し回路は前記検知面に対して垂直に空間的に分離され、X線シールド構成体が個々のセンサ素子と個々の読み出し回路間の少なくとも一部に設けられることを特徴とするX線検出器。
2. 前記X線シールド構成体において遮断部が開口され、前記センサ素子から前記読み出し回路への信号接続が前記遮断部を通過することを特徴とする請求項1に記載のX線検出器。
3. 前記X線シールド構成体はいくつかの検出器ユニットに渡って伸展することを特徴とする請求項1又は2に記載のX線検出器。
4. 隣接する読み出し回路同士が垂直吸収ユニットで分離されることを特徴とする請求項1に記載のX線検出器。
5. 前記垂直吸収ユニットは前記X線シールド構成体と一体化されることを特徴とする請求項4に記載のX線検出器。
6. 個々の検出器ユニット内において、前記センサ素子及び前記読み出し回路は前記検知面に対して平行にずれていることを特徴とする請求項1に記載のX線検出器。

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