JP2007105480A - フォトダイオードの配列を有する検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】高分解能絞りを使用することなく高い位置分解能でＸ線撮影を可能にする検出器を提供する。
【解決手段】感光性入力面の大きさに関してそれぞれ１つのピクセルに対応するフォトダイオードの列１０を備え、各フォトダイオード２０は同じように少なくとも２つのサブフォトダイオード２１、２２に細分され、各フォトダイオード２１、２２は少なくとも１つの電気スイッチ２３を有し、フォトダイオード２０のただ１つの又はすべてのサブフォトダイオード２１、２２が評価回路と接続可能である。
【選択図】図４

Description

本発明は、フォトダイオードの配列を有する特にＸ線のための検出器であって、フォトダイオードはその感光性入力面の大きさに関してそれぞれ１つのピクセルに対応する検出器に関する。

Ｘ線源とＸ線検出器とを有するＸ線撮影システムを有するＸ線機器、例えばＸ線コンピュータ断層撮影装置による画像形成においては、例えばＸ線システムを患者を中心に回転させたとき患者の心臓のような器官の全体をスキャニングし得るようにするため、画像を得るのに利用されるＸ線検出器の検出面をできるだけ大きく形成することに努力が払われている。この種の、面検出器ともいわれるＸ線検出器は、通例多数の検出器モジュールから組み立てられ、その検出器モジュールは二次元的に相並べられている。各検出器モジュールは、相対するように整列されたシンチレータ要素の配列とフォトダイオードの配列とを有する。その際１つのシンチレータ要素と１つのフォトダイオードとは検出器モジュールの１つの検出器要素を形成する。１つの検出器要素は検出器の１つのピクセルを表わす。シンチレータ要素はそれに衝突するＸ線を可視光に変換し、この可視光はフォトダイオード・配列の層をなして置かれたフォトダイオードによって電気信号に変換される。

特定の医療診断においては、検出器要素のラスタないしピクセルのラスタによってあらかじめ与えられる使用するＸ線検出器の位置分解能より高められた位置分解能を持った検査対象の画像をＸ線機器によって作成したいという願望がある。この点に関して、密に隣接した絞りスリットを有し、Ｘ線を吸収する材料、通例重金属から形成される高分解能絞りを使用することが知られている（例えば特許文献１）。高分解能絞りは、シンチレータ要素配列の各ピクセルの一部分を暗くし、その結果それぞれシンチレータ要素の一部分のみがＸ線でたたかれ、それによって高い位置分解能が得られる。より高い位置分解能を達成するためには、もちろん患者を貫通したＸ線の一部分のみが画像形成に使用される。

ピクセルのラスタの１つに相応する位置分解能によるＸ線撮影に加えて、より高い位置分解能によるＸ線撮影を達成するために、高分解能絞りは通例作業位置と軸方向にずれた非駆動位置との間をモータで動き得るようになっている。それ故Ｘ線撮影システムにはさらに移動させる構成要素、即ち高分解能絞りが存在し、この構成要素は駆動のために調整されなければならず、また非使用時の場合に高分解能絞りを収容してＸ線撮影システムによるそのほかの画像作成の妨げにならないようにするため、Ｘ線撮影システムに付加の構造空間を用意しなければならない。さらに、高分解能絞りを作業位置及び非駆動位置へ運ぶことは、費用がかかる従って高価な機構を必要とする。
独国特許出願公開第10145997 A1号明細書

本発明の課題はそれ故、冒頭に述べたような検出器において、高分解能絞りを使用しなくても、より高い位置分解能でＸ線撮影を可能にする検出器を提供することにある。

本発明によればこの課題は、感光性入力面の大きさに関してそれぞれピクセルに対応するフォトダイオードの配列を有する検出器であって、各フォトダイオードが同じように少なくとも２つのサブフォトダイオードに細分され、各フォトダイオードは少なくとも１つの電気スイッチを有し、フォトダイオードのただ１つの、又はすべてのサブフォトダイオードが評価回路と接続し得るようになっていることによって解決される。従って、ピクセルに対応する配列の各フォトダイオードの感光性入力面は改めて少なくとも２つのサブフォトダイオードに分割され、フォトダイオードはスイッチを備え、高い位置分解能によるＸ線投影の撮影のためにはただ１つのサブフォトダイオードが能動化され、通常の位置分解能によるＸ線投影の撮影の場合にはすべてのサブフォトダイオードが能動化され、後者は通常の駆動に相応することになる。このやり方で、高められた位置分解能によるＸ線投影を得るためにそれぞれ検出器面の一部を暗くするための特殊な高分解能絞りを使用する必要はなく、高められた位置分解能でＸ線投影を得ることができる。

本発明の変形によれば、スイッチとしてはCMOS技術によるスイッチが用いられ、このスイッチは簡単な方法でフォトダイオードに組み込むことができる。スイッチは評価回路を介して制御駆動されるのが有利であり、その結果検出器の駆動モードに応じて、フォトダイオードの信号発生のためにフォトダイオードのすべてのサブフォトダイオードが寄与するか、又は高められた位置分解能でＸ線投影を得るため、それぞれフォトダイオードの特定のサブフォトダイオードのみが能動化する。

本発明の有利な実施形態に従えば、各フォトダイオードは第１及び第２のサブフォトダイオードに細分され、その際第１のサブフォトダイオードはその感光性入力面に関してほぼ正方形又は長方形に形成される。本発明の変形例に従えば、第２のサブフォトダイオードはその感光性入力面に関してほぼＬ字状に形成される。第１のサブフォトダイオード及び第２のサブフォトダイオードが補い合って、フォトダイオードの配列のほぼ正方形又は長方形のフォトダイオードを形成すると有利である。このやり方で、通常のフォトダイオードをただ２つのサブフォトダイオードに細分することによって、高められた位置分解能でもってＸ線投影の撮影が可能となる。その際高められた位置分解能のために使用される第１のサブフォトダイオードは、通常のフォトダイオード自体も有するように、ほぼ正方形又は長方形の形態を有する。

本発明の１つの実施形態に従えば、フォトダイオードの配列には、フォトダイオードの配列に関連して整列されたシンチレータ要素の配列が所属され、１つのフォトダイオードにそれぞれ１つのシンチレータ要素が所属している。シンチレータ要素はそれぞれ少なくとも２つのサブ要素に分割されている。シンチレータ要素のサブ要素への分割は、フォトダイオードのサブフォトダイオードへの分割と同じように行うことができる。シンチレータ要素の配列の製造をより簡単にする理由から、第１のサブフォトダイオードが正方形又は長方形に形成されること、第２のサブフォトダイオードがＬ字状に形成されることを考慮して、シンチレータ要素は特に４つのサブ要素に分割される。本発明の変形に従えば、その際正確に、１つのシンチレータ要素の１つのサブ要素が第１のサブフォトダイオードに所属し、シンチレータ要素の残りのサブ要素が第２のサブフォトダイオードに所属している。

本発明の実施形態は、シンチレータ要素並びにサブ要素がスリットによって互いに分離され、そのスリットが光を反射する材料で充填され、その際シンチレータ要素間のスリットはサブ要素間のスリットより幅が広いように行われる。このようにして、フォトダイオードの配列に適合したシンチレータ要素の配列の構造化が達成される。

本発明の１つの実施形態に従えば、検出器はそれぞれシンチレータ要素の配列とフォトダイオードの配列とを有する複数の検出器モジュールを備え、その少なくとも１つはフォトダイオードの配列を含み、そのフォトダイオードは同じように少なくとも２つのサブフォトダイオードに細分されている。検出器は必ずしも完全にそのような検出器モジュールを有する必要はなく、部分的には通常の構成の検出器モジュールを含んでもよく、その検出器モジュールはそのフォトダイオード及びシンチレータ要素がそれ以上分割されていないものを意味する。

検出器はＸ線機器、特にＸ線コンピュータ断層撮影装置のために用いられると有利である。

次に本発明を図面に示す実施例について説明する。

図１には、コンピュータ断層撮影装置１が部分的にはブロック回路図で概略的に示されている。コンピュータ断層撮影装置１はＸ線源２を含み、その焦点ＦからＸ線ビーム３が発散し、このＸ線ビームは図１には示されていないがそれ自体既知の絞りにより例えば扇状又は錐体状に形成される。Ｘ線ビーム３は検査すべき対象４を貫通し、Ｘ線検出器５上に衝突する。Ｘ線源２及びＸ線検出器５は図１には示されていない方法で互いに対向するようにコンピュータ断層撮影装置１の回転枠に配置され、その回転枠はコンピュータ断層撮影装置１のシステム軸Ｚの周りにφ方向に回転可能である。コンピュータ断層撮影装置１の駆動時には、回転枠に配置されたＸ線源２及びＸ線検出器５は対象４の周りに回転し、その際種々の投影方向から対象４のＸ線撮像が得られる。その際Ｘ線投影ごとにＸ線検出器５上には、対象４を通り抜け対象４を取り抜けたことにより弱められたＸ線が衝突し、その際Ｘ線検出器５は衝突したＸ線の強度に相応する信号を発生させる。次いでＸ線検出器５によって確定された信号から、画像計算機６がそれ自体既知の方法で対象４の１つ又は複数の二次元又は三次元の画像を算出し、この画像はディスプレイ７上に表示することができる。

Ｘ線検出器５は、この実施例では多数の検出器モジュール８を有し、これらの検出器モジュールは、詳細には示されていないが回転枠に固定された検出器アーチ上にφ方向及びｚ方向に並び合って配置され、この実施例の場合は平面状のＸ線検出器５を形成する。

Ｘ線検出器５の１つの検出器モジュール８の実例が図２に示されている。この検出器モジュール８は垂直構造を有し、その際シンチレータ要素の配列９がフォトダイオードの配列１０の上部に半導体基体上に配置されている。シンチレータ要素の配列９の上方にはコリメータ１２が存在し、その結果特定の空間方向からのＸ線のみがシンチレータ要素の配列９上に達し得る。フォトダイオードの配列１０はこの実施例ではプリント板１１上に配置され、プリント板の反対側には詳細には示されていないが評価回路１３に属する電子構成要素が存在し、この構成要素はフォトダイオードの配列１０のフォトダイオードによって発生された電気信号を前処理する。前処理された信号は次いで詳細は示されていない方法で、例えばスリップリングによって回転枠から計算機６へ伝送され、計算機は対象４の例えば二次元断層画像又は三次元画像を再構成する。

コンピュータ断層撮影装置１によって、ピクセルのラスタによって予め与えられているよりも高い位置分解能で対象４の画像を発生させることができるようにするため、シンチレータ要素の配列９は図３に示されるようなやり方で構造化されている。図３はその際図２のシンチレータ要素の配列９の平面図を示す。図３から認められるように、シンチレータ要素の配列９はφ方向に延びる行及びｚ方向に延びる列によって配置された多数のシンチレータ要素１４を含み、それらの各々はピクセルを表わし、この実施例ではそのＸ線感応性入力面に関してはほぼ正方形に形成されている。シンチレータ要素１４はこの実施例ではさらにそれぞれ４つの同様に正方形に形成されたサブ要素１５、１６、１７、１８に分割されている。シンチレータ要素の配列９はその際板状のシンチレータセラミックの構造化から結果として生じたもので、その際シンチレータ要素１４及びサブ要素１５、１６、１７、１８を形成するため、鋸挽きを用いてスリット３０、３１、３２がシンチレータセラミックス中に設けられたものである。スリットは次いで、一方ではシンチレータ要素１４間、他方ではサブ要素１５、１６、１７、１８間の光学的漏話を十分に防止するため、光を反射する材料で充填された。図３から認められるように、シンチレータ要素の配列９はこの実施例では、シンチレータ要素１４間の反射材料で充填されたスリット３０（隔壁ともいう）がφ方向においてはシンチレータ要素１４間のｚ方向に存在する隔壁３１より大きい幅を有するように構造化されている。シンチレータ要素１４間のφ方向にあるスリット３０が約300μmの値であるのに対し、シンチレータ要素１４間のｚ方向にあるスリット３１は約80μmの幅を有する。シンチレータ要素１４内においては、サブ要素１５、１６、１７、１８間のスリット３２はさらに明らかに小さく、30〜40μmの間にある。

図４にはシンチレータ要素の配列９に関係して整列されたフォトダイオードの配列１０の平面図を示す。フォトダイオードの配列１０はφ方向に延びる行及びｚ方向に延びる列によって配置された多数のフォトダイオード２０を含み、その感光性入力面に関してはほぼ正方形に形成されている。その際フォトダイオード２０の感光性入力面の形状及び大きさはほぼシンチレータ要素１４のＸ線感応性入力面の形状及び大きさに対応する。その際各１つのシンチレータ要素１４及びそれに属するフォトダイオード２０は１つの検出器要素を形成し、この検出器要素はＸ線検出器５のピクセルを具現する。既に述べたように、コンピュータ断層撮影装置１によって高められた位置分解能が得られるようにするため、フォトダイオードの配列１０はこの実施例では、各フォトダイオード２０が同じように少なくとも２つのサブフォトダイオードに細分されるように形成され、このことはフォトダイオードの配列１０の製造のために使用される半導体材料の適合したドーピングによって達成される。第１のサブフォトダイオード２１がその感光性入力面に関してほぼ正方形に形成されるのに対し、第２のサブフォトダイオード２２はその感光性入力面に関してほぼＬ字状の形態を有する。図４から認められるように、両サブフォトダイオード２１及び２２が補い合ってほぼ正方形状に形成された１つのフォトダイオード２０となる。

図４から例示的に２つのフォトダイオード２０によって認められるように、フォトダイオードの配列１０のすべてのフォトダイオード２０はこの実施例ではスイッチ２３を有し、このスイッチは好ましくはCMOS技術により実現される。スイッチ２３は、フォトダイオードの配列１０を２つの駆動モードで駆動するのを可能にする。スイッチが閉じられている第１の駆動モードにおいては、第１のサブフォトダイオード２１も第２のサブフォトダイオード２２も信号発生に寄与する。この場合、Ｘ線検出器５又はとりわけフォトダイオードの配列１０は、あたかもフォトダイオード２０の細分化が存在しないかのように、実際には通常のやり方で駆動される。その際位置分解能はシンチレータ要素１４のラスタ及びフォトダイオード２０の完全に同じラスタによって予め与えられる位置分解能に相当する。これに対し、フォトダイオード２０のスイッチ２３が開かれると、それぞれ第１のサブフォトダイオード２１とサブ要素１８とから形成される第１のサブピクセルのみが信号発生に寄与する。該フォトダイオードに属するシンチレータ要素１４の残りのサブ要素１５、１６、１７が属するＬ字状の第２のサブフォトダイオード２２は信号形成に何の寄与もしない。それに従ってフォトダイオードの配列１０の第２の駆動モードにおいては、対象４から高められた位置分解能で画像を得ることができる。スイッチ２３の開閉は評価回路１３を介して制御されるのが有利であり、そのために詳細には示されていない適合した制御導線が存在する。

本実施例の場合、シンチレータ要素配列９のシンチレータ要素１４は構造化され、フォトダイオード配列１０のフォトダイオード２０は分割され、両配列は相互に関係して整列されて、それぞれ下右のサブ要素１８が第１のサブフォトダイオード２１に、またシンチレータ要素１４の残りのサブ要素１５、１６、１７が第２のサブフォトダイオード２２に属せしめられる。図４に示されているようなフォトダイオード２０の分割、及び図３に示されているようなシンチレータ要素１４の区分は、例示的なものとのみ理解されるべきである。従ってフォトダイオード２０が別様に、図５及び６に例として示されているように、サブフォトダイオードに細分されることも可能である。例えば第１のサブフォトダイオードは長方形状の形態を有し、第２のサブフォトダイオードはＬ字状の形態を有することが可能で、このことは図５から認められる。しかしまた、図６から認められるように、第１のサブフォトダイオードがほぼ正方形又は長方形状に形成され、第２のサブフォトダイオードが枠状に形成され、その際第２のサブフォトダイオードは第１のサブフォトダイオードを取り囲む。フォトダイオードが分割されたこの付加の実施例と並んで、なお別の実施例が、本発明思想を離れることなく可能であり、その際フォトダイオードのサブフォトダイオードへの細分に応じて、必要に応じてシンチレータ要素の構造化が相応して適合されなければならない。

本発明は上述ではＸ線コンピュータ断層撮影装置の例について説明されたが、本発明はＸ線コンピュータ断層撮影装置に限定されるものではない。むしろ他のＸ線機器もこのように構成されたフォトダイオードを持った検出器を有することができる。

さらに本発明は医用技術のほかにも利用することができる。

もし有利であるなら、例えば両サブフォトダイオードを互いに無関係に駆動できるようにするため１つのフォトダイオードが複数のスイッチを備えてもよい。

さらにフォトダイオードは２つより多いサブフォトダイオードに分割することもできる。

本発明の一実施例のコンピュータ断層撮影装置の部分的にブロック回路的に示した概略図である。 図１のコンピュータ断層撮影装置の検出器モジュールの正面図である。 図２の検出器モジュールのシンチレータ要素の配列の一例の平面図である。 図２の検出器モジュールのフォトダイオードの配列の一例の平面図である。 本発明のフォトダイオードの異なる実施例の平面図である。 本発明のフォトダイオードの別の実施例の平面図である。

符号の説明

１ コンピュータ断層撮影装置
２ Ｘ線源
３ Ｘ線ビーム
４ 対象
５ Ｘ線検出器
６ 画像計算機
７ ディスプレイ
８ 検出器モジュール
９ シンチレータ要素の配列
１０ フォトダイオードの配列
１１ プリント板
１２ コリメータ
１３ 評価回路
１４ シンチレータ要素
１５、１６、１７、１８ サブ要素
２０ フォトダイオード
２１、２２ サブフォトダイオード
２３ スイッチ
３０、３１、３２ スリット

Claims (13)

1. 感光性入力面の大きさに関してそれぞれ１つのピクセルに対応するフォトダイオードの配列（１０）を備え、各フォトダイオード（２０）は同じように少なくとも２つのサブフォトダイオード（２１、２２）に細分され、各フォトダイオード（２１、２２）は少なくとも１つの電気スイッチ（２３）を有し、フォトダイオード（２０）のただ１つの又はすべてのサブフォトダイオード（２１、２２）が評価回路（１３）と接続可能であることを特徴とするフォトダイオードの配列を有する検出器。
2. スイッチがCMOS技術のスイッチ（２３）であることを特徴とする請求項１記載の検出器。
3. 各フォトダイオード（２０）が第１のサブフォトダイオード（２１）及び第２のサブフォトダイオード（２２）に細分され、第１のサブフォトダイオード（２１）がその感光性入力面に関してほぼ正方形又は長方形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の検出器。
4. 第２のサブフォトダイオード（２２）がその感光性入力面に関してほぼＬ状に形成されていることを特徴とする請求項３記載の検出器。
5. フォトダイオードの配列（１０）に属しフォトダイオードの配列（１０）に関連して整列されたシンチレータ要素の配列（９）を有し、１つのフォトダイオード（２０）にはそれぞれ１つのシンチレータ要素（１４）が属し、シンチレータ要素（１４）はそれぞれ少なくとも２つのサブ要素（１５、１６、１７、１８）に分割されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の検出器。
6. １つのシンチレータ要素（１４）が４つのサブ要素（１５、１６、１７、１８）に分割されていることを特徴とする請求項５記載の検出器。
7. シンチレータ要素（１４）の１つのサブ要素（１８）が第１のサブフォトダイオード（２１）に属していることを特徴とする請求項５又は６記載の検出器。
8. シンチレータ要素（１４）の残りのサブ要素（１５、１６、１７）が第２のサブフォトダイオード（２２）に属していることを特徴とする請求項７記載の検出器。
9. シンチレータ要素（１４）及びサブ要素（１５、１６、１７、１８）がスリット（３０、３１、３２）によって互いに分離され、そのスリットが光を反射する材料で充填されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１つに記載の検出器。
10. シンチレータ要素（１４）間のスリット（３０、３１）がサブ要素（１５、１６、１７、１８）間のスリット（３２）より幅が広いことを特徴とする請求項９記載の検出器。
11. シンチレータ要素の配列及びフォトダイオードの配列を含む複数の検出器モジュール（８）を有し、その少なくとも１つはフォトダイオードの配列（１０）を有し、そのフォトダイオード（２０）は同じように少なくとも２つのサブフォトダイオード（２１、２２）に細分されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の検出器。
12. Ｘ線機器（１）のために用いられることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１つに記載の検出器。
13. Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（１）のために用いられることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の検出器。

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