JP2008533484A - 画素内処理回路を有するｘ線検出器 - Google Patents

Abstract

本発明は、シンチレーション層（11）、結合層（12）、および感度層（13）で構成された、画素（10）の配列を有するX線検出器に関する。結合層（12）は、光ガイドユニット（17）と、シールドユニット(16)とを有し、このシールドユニット（16）は、X線放射線による障害の影響を受けやすい電子処理回路（15a、15b）の上部に設置される。代替実施例では、結合層は、鉛ガラスのような材料を有し、光に対して透明で、X線放射線を吸収する。結合層（12）に導入された波長シフト材料は、シンチレータ層（11）で生じた光子の波長（λ₁）を、感度層（13）がより高い感度を示す波長（λ₂）にシフトする。

Description

本発明は、X線放射線による障害の影響を受けやすい処理回路を有する検出器素子（画素）の感度層を有するX線検出器に関する。また本発明は、そのようなX線検出器を製作する方法に関する。さらに本発明は、そのような検出器を有する医療用画像化装置に関する。

感度層または検出器素子の配列を有するX線検出器は、例えば、コンピュータ断層撮影式（CT）スキャナに使用されている。いわゆる「間接変換式」のX線検出器では、入射X線を可視光の光子に変換するシンチレーション層は、感度層の上部に提供され、この可視光の光子は、その後、感度層内のセンサユニットにより、電気信号に変換される。多くの現代の検出器では、前記電気信号の事後処理（増幅、フィルタ処理等）は、そのほとんどが「画素内」、すなわち電子回路内で行われ、この電子回路は、各検出器素子（画素）と直に統合される。しかしながら、この方法の問題は、通常の場合、前記処理回路が、X線放射線からの障害の影響を受けやすく、あるいはX線放射線による損傷を受け得る部材を有することである。このため、共通のX線検出器の処理回路は、シールド材（例えば鉛）のストリップの下側に設置され、これらのストリップは、構造化シンチレータ層の単一のシンチレータ結晶同士の間に設置される。

このような背景の下、本発明の課題は、感度が改良された画素内処理回路を有するX線検出器を提供することである。

この課題は、請求項1によるX線検出器、および請求項13による方法により達成される。好適実施例は、従属請求項に記載されている。

本発明のX線検出器は、以下の部材を有する：
（a）検出器素子（画素）を有する感度層であって、前記検出器素子の各々は、（i）入射光子を電気信号に変換する感光性センサユニットと、（ii）前記電気信号を処理する処理回路と、を有する感度層。前記処理回路の少なくとも一部は、X線放射線による影響を受け易い（例えば、妨害、損傷）。通常の場合、検出器素子は、規則的パターンの配列として、感度層内に配置される。
（b）入射X線放射線を、前述のセンサユニットで検出され得る光子に変換するシンチレーション層。シンチレーション層は、通常の場合、感度層と平行に配置され、該感度層の「前方」（X線の電波方向に対して）に配置される。
（c）シンチレーション層と感度層の間に設置された結合層。また、結合層は、シンチレーション層からの光を、前述のセンサユニットの少なくとも一つに誘導するように適合され、前述の処理回路の少なくとも一つを、X線放射線から保護するように適合される。そのような結合層の特定の実施例を、以下、詳細に説明する。

通常、（c）での光の誘導とは、結合層に入射した光の50％を超える光、好ましくは、90％を超える光、さらに好ましくは、95％を超える光が、そこからセンサユニットの方に向かうことを意味する。同様に、通常の場合、「保護」という用語は、結合層により、X線放射線の量が50％以上、好ましくは90％以上、より好ましくは95％以上減少することを意味する。

前述の種類のX線検出器では、感度層内の損傷を受けやすい処理回路は、追加の結合層により、X線放射線から有効に保護され、シンチレーション層に統合されるシールド材は、不要となる。従って、シンチレーション層を、最大限のシンチレーション材料で充填することが可能となり、このため、入射X線放射線の光子への変換が最大となる。シンチレーション層と感度層の間の追加の距離は、光学的に、結合層により架橋され、この結合層は、光子を、シンチレーション層からセンサユニットに誘導する（光ガイドユニットの同様の出願は、例えば、欧州特許出願第EP378896A2号、米国特許出願第US2004／0179645A1号、および国際公開第WO03／096070A1号）。

X線検出器の第1の特定の構造では、結合層は、少なくとも2種類の部材を有し、すなわち、（i）光をシンチレーション層からセンサユニットの方に誘導する光ガイドユニットと、（ii）感度層内の処理回路をX線放射線から保護するシールドユニットとを有する。所望の機能を得るため、光ガイドユニットは、透明材料で構成され、例えば適当な高分子または接着剤で構成される。シールドユニットは、X線放射線に対して高吸収率の材料を有し（最大100％）、例えばPb、W、Mo、Ta、Ti、BaSO₄、BaCO₃、BaO、PbCO₃、PbCl₂、PbSO₄、TiO₂および／またはZnOである。光ガイドユニットおよびシールドユニットは、結合層の底部から上部に延在することが好ましく、相互に隙間なく隣接して配置される。

光ガイドユニットにおいて、シンチレーション層と面し、そこで生じた光子を収集する領域は、光ガイドユニットのセンサユニットと面する側の（反対側の）領域よりも広いことが好ましく、光子は、結合層を出て感度層の方に向かう。従って、光ガイドユニットは、ある種の平行化またはバンドリング効果を有し、より大きな領域で光を収集し、この光をより小さな領域に放出する。光ガイドユニットは、シンチレーション層から入射するほぼ全ての光エネルギー（波長シフトの後可能となる）が、光ガイドユニットから出て、再度センサユニットの方に向かうように構成されることが好ましい。これは、例えば、光ガイドユニットの屈折率を空間的に変化させることにより可能となり、光ガイドユニットの特殊な形状により、および／または光入力／出力領域を除く全ての表面の反射コーティングにより、この光ガイドユニットに集束レンズのような挙動が提供される。

シールドユニットは、感度層からシンチレーション層に向かう方向にテーパ化された断面を有することが好ましく、例えば、三角形状の断面を有する。そのようなシールドユニットは、広い基部を有し傷つきやすい処理回路の上部に配置され、この断面は、シンチレータ層の方に向かって徐々に小さくなる。従ってシールドユニットは、シンチレーション層と面する結合層の側に、微小領域またはゼロ領域を有し、光ガイドユニットの領域が最大面積で残存するため、シンチレータからの光子収集最大化される。また、三角形状またはこれに近い断面を有するシールドユニットは、例えば、押出（成形）処理法により、プリズムとして容易に製作することができる。

これらの機能を得るため、シールドユニットは、感度層の処理回路の上部に設置される必要があり、このため、通常これらの幾何学的配置は、処理回路の分布に対応する。しかしながら、シールドユニットは、さらに処理回路が配置されない（ただし、恐らく他の感度部材は除く）感度層の領域を被覆しても良い；同様に、X線放射線に対して耐性を有する感度層の電子部材が、シールドユニットで保護されていない場所に設置されても良い。好適実施例では、シールドユニットによって、結合層の光ガイドユニットが取り囲まれる。そのような取り囲みには、シールドユニットによって、隣接する光ガイドユニット間のクロストークが抑制されるという利点があり、すなわち、一つの光ガイドユニットから隣接する光ガイドユニットへの光子の移動が抑制される。

光ガイドユニットとシールドユニットの間の界面は、反射材料を有することが好ましく、例えば、二酸化チタンの粒子を有する白色塗料を有することが好ましい。光ガイドユニットからシールドユニットの方向に放出される傾向にある光子は、その後反射し、クロストークは生じず、あるいは測定の際に消失する。

X線検出器の第2の特定のタイプの構成では、結合層は、光に対して透明で、かつX線放射線を有意に吸収する材料を有する。通常の場合、その材料は、0.03cm^-1未満の光（波長400nmから800nm）に対して吸収率を有し（および好ましくは、700nmを超える領域で、0.01cm^-1未満）、X線放射線（波長0.005nm（250keV）から0.1nm（10keV））の減衰率は、250keV未満で3cm^-1を超える（および好ましくは、10keVで500cm^-1より大きい）。そのような材料を用いた場合、感度層全体がX線放射線から保護されるとともに、シンチレーション光のセンサユニットへの通過は、妨害されない。好適実施例では、検出素子の上部の結合層は、1つの材料で完全に構成されることが好ましく、この場合、追加の複雑な構造が不要となる。

前述の第2の構成の材料は、特に、鉛ガラス（すなわち、「通常の」鉛含有ガラス）および／または鉛フッ化物を有しても良い。鉛ガラスは、例えば、重量比で約10％から40％の鉛酸化物が含浸された、ケイ酸カリウムガラスである。

X線検出器の別の開発では、結合層は、少なくとも一つの波長シフト材料を有し、この材料は、その名の通り、第1の波長の光子を吸収し、別の第2の波長で光子を再放射するように適合される。特に、この材料は、POPOPのような蛍光色素を有しても良い。次に、シンチレーション層で生じた光子のスペクトルは、波長シフト材料の特徴により（少なくとも部分的に）変換される。この効果を利用して、再放射光子は、センサユニットが高い感度を示すようなスペクトル範囲とされ、これにより、X線検出器の全体の感度が向上する。必要であれば、結合層は、カスケード内で作動する2または3以上の波長シフト材料を有しても良く、すなわち、一つの材料により第2の波長で放射された光子は、別の材料に吸収され、更にシフトされた第3の波長で再放射され、これが繰り返される。この方法では、センサユニットに到達する光子の波長を、段階的に所望の範囲にシフトさせることができる。

シンチレーション層は、材料の連続シートで構成されても良い。しかしながら、好適実施例では、シンチレーション層は、シンチレーション素子または結晶にサブ分割され、この各々は、感度層内の対応する検出器素子を有する「画素」に相当し、1または2以上の反射界面によって、隣接するシンチレーション素子から分離される。反射界面は、光子をシンチレーション素子の方に逆向きに反射し、これにより、これらの損失およびクロストークが抑制される。また、反射材料は、シンチレーション層の上部（X線の入射側）を被覆しても良い。シンチレーション層を画素構造化することにより、検出器素子で形成される電気信号を、シンチレーション層のある領域に容易に割り当てることができるという利点が得られ、さらには、検出器の空間解像度が向上する。

さらに、本発明は、前述の種類のX線検出器を製造する方法に関する。この方法は（特に）、以下のステップを有する：
（a）光ガイド材料板のシンチレーション材料板への取り付け。両板は、例えば、相互に接着剤で接合される。
（b）得られた光ガイド板とシンチレーション板の組み合わせの、単一画素に対応する単一シンチレーション素子への構造化。

そのような方法の利点は、シンチレーション層および結合層が、相互に単一の素子に構造化され、別個のステップが不要となり、シンチレータ素子と光ガイドユニットの間の不整合の問題が回避されることである。

また、本発明は、医療用画像化装置に関し、この装置には、請求項1に記載の本発明による検出器が使用される。

本発明のこれらのおよび他の態様は、以降に示す実施例を参照することにより明らかとなろう。

以下、添付図面を援用して、本発明の一例を説明する。

最先端のコンピュータ断層撮像法（CT）では、Si光ダイオードの上部、またはCMOS光ダイオードおよび統合放射線感度画素内電子機器の上部、に設置されたシンチレータ画素素子は、X線検出器として使用される。現在、この電子機器は、隣接するシンチレーション素子間の鉛スペーサによりX線から保護されている。この技術は、製作、構造化、および実装の面で高コストであり、最良のDQE（検出量子効率）が得られないという短所を有する。電子機器をシールドする別の一方法は、シンチレータ材料自身を使用することである。この方法では、シンチレータ材料は、十分なX線吸収が得られるように、十分に厚くする必要があるため、光透過性が低下し、光出力、さらには効率に大きな影響が生じる（また、層が厚くなると、コストも上昇する）。十分なシールドのため、シンチレータ材料を十分に厚くすることができない場合、ある程度のX線放射線が、いかなる相互作用もせずに、この材料を通過するため、光ダイオードに放射線損傷が生じ、特に、放射線に対する耐性が低いCMOS電子機器に損傷が生じる。このため、本発明のX線検出器では、少なくとも電子機器用の追加のシールド（例えば鉛またはタングステン）が、電子機器の上部に設置され、−この電子機器は、幾何学的に光ダイオードと同じ高さであり−2つのシールドブロックの間の隙間は、透明材料（例えば、特殊な透明接着剤またはプラスチック層）で充填される。この透明材料は、特殊な形状を有し、シンチレータから出た光子に対して、有効な光誘導挙動が保証される。特に、空間配置、およびシールドと透明材料の間の界面の形状は、極めて重要である。以下図面を参照して、この方法の好適実施例についてより詳しく説明する。

図1および2には、本発明の第1の実施例による画素10を有するX線検出器100の構成を概略的に示す。画素10は、基本的に、以下の3つの層11、12および13で構成され、これらの層は、中間の接着剤19の層により、相互に接着される：
−単一のシンチレーション素子または結晶18で構成されたシンチレーション層11（例えば、CWOまたはGOS）。各シンチレーション素子18は、反射性セパレータ20により、隣接するシンチレータ素子から分離され、このセパレータは、例えば、二酸化チタン（TiO₂）の粒子で構成される。シンチレーション層18に衝突するX線Xは、波長λ₁の光の光子に変換される。反射セパレータ20は、そのような光子が隣接するシンチレーション素子18の方に進行することを抑制し、これにより、信号の損失を生じさせずに、シンチレーション層11でのクロストークを抑制することができる。また、シンチレーション層18の上部表面は、反射性でX線に対して透明な層（図示されていない）で被覆されても良く、これにより、この側での光子の損失が抑制される。
−シールドユニット16および光ガイドユニット17で構成された結合層12。両者は、結合層12に隙間なく充填される。図1および2に示す実施例では、シールドユニット16は、二等辺三角形の断面を有するプリズム状の形状であり、この基部は、結合層12の下側の表面に置かれるが、シールドユニット16の先端は、シンチレーション層11の反射性セパレータ20の下側に設置される。シールドユニット16は、X線放射線に対して高い吸収率を有する材料で構成され、例えば鉛またはタングステンで構成される。シールドユニット16では、そのようなX線量子が吸収され、このX線は、いかなる相互作用も受けずに、シンチレータ材料を通過する（例えば1.5mmの厚さを有するGOSの場合、この数値は、100から120keVにおいて、5％から20％である）。

光ガイドユニット17は、透明光ガイド材料で構成され、例えば、粒子（例えば、ポリメチルメタクリレートPMMA）、透明接着剤もしくはアモルファス材料（例えば鉛ガラス。これは、X線吸収性が高く、従って本質的にシールド効果が得られるという追加の利点を有する）、および／もしくはSU8等のフォトレジストのような材料、または同様の材料で構成される。前述の材料は、400nmを超える光子に対して、100％の透過率を有し、すなわち、これらの透過スペクトルは、通常のシンチレータの光子放射スペクトルとうまく整合する。
−感度層13。通常、この感度層は、シリコン基板上に形成され、各画素10のためのセンサユニット14と、そのユニットに隣接する処理回路15a、15bとを有する。センサユニット14は、光ダイオードによって具現化しても良く、これは、可視光の光子を電気信号に変換するように適合される。その後、前記電気信号は、例えば、CMOS技術によって形成された処理回路15a、15bにより、予備処理される（増幅、フィルタ処理、読み出し配線への分配等）。

処理回路15a、15bは、結合層12のシールドユニット16の下側に配置される。特に、X線放射線に対する障害または損傷をより受けやすい処理回路の部分15bは、十分に有効な厚さを有するシールドユニット16の領域の下に配置され、一方、放射線に対してより耐性のある処理回路の部分15aは、シールドユニット16のより薄い領域の下側に配置される。

X線検出器100の前述の構成では、処理回路15a、15bは、X線放射線Xから確実に保護される。シールドユニット16は、追加層12内に配置されており、シンチレーション層内に配置されていないため、これらのシールドユニットの体積は、シンチレータ材料の体積を低下させず、これにより、シンチレータ材料をシンチレーション層11全体に充填することができ、X線放射線を最大量収集することができる。シンチレーション層11で生じた光の光子は、光ガイドユニット17によって収集され、実質的に損失を生じずに、より小型のセンサユニット14に供給される。この方法では、X線検出器100は、高感度であるとともに、高いロバスト性を有する。この構造では、製造の際に、シールド部の収容のため、耐性のあるシンチレータ材料を構造化する必要がなくなり、シンチレータ材料の損失を回避することができるという利点が得られる。

図1および2の配置では光ガイドユニット17とシールドユニット16の間の、傾斜面は、シンチレータ素子18同士の間のセパレータ20と同様のまたは同一の反射性材料で被覆される。これらの幾何学的表面では、光ガイドユニット16の寸法は、シンチレータとほぼ同様である（例えば、画素サイズ）。厚さ−シールドユニット16の所与のベース幅の傾斜面の勾配をも定める−は、透明光ガイドユニット17（傾斜面の勾配）の最適な光誘導特性、必要なシールドの吸収効率、技術的利用可能性、およびコストを考慮して、適正に選定される。シンチレータのスペクトル範囲において、高い光子透過率を有するプラスチックまたは透明無気泡接着剤で構成された光ガイドユニットが、最も好ましい。

代表的な一例では、シンチレータ層11は、2mmのGOS材料で構成されても良い。結合層12は、最大2mmの厚さとなるように選定される。通常の主要放射線エネルギー流束密度が、焦点まで1mの距離において、2.5・10⁸keV／（mA・s・mm²）であり、140kV、X線管電流400ｍAであるとして、計算が行われた。寿命線量評価のため、1秒ごとに2・10⁶スキャンが行われると仮定した。そのような装置構成におけるシミュレーション計算によって、CT検出器画素（シンチレータ）の前方、および光ダイオード／電子層によって吸収される放射線量のそれぞれの値が、間に使用される材料（鉛、タングステン、PMMA）の厚さと特性の関数として得られた。異なる材料配置のエネルギー線量[Gy]の項についての結果を、以下の表に比較して示す。

配置および処理技術に依存して、CMOS電子機器は、数百Gyのエネルギー線量まで、放射線に対する耐性を有することがわかる。従って、吸収材料として例えば0.5mmの厚さの鉛では、CMOS電子部分の感度をより抑制する、有効なシールド効果が得られる。高感度電子機器の場合、提案された三角形状の鉛シールドユニット16では、1〜2mmの厚さの部分で、十分であると思われる。

光結合効率、さらには光収率は、光透過プロセスに含まれる全ての材料の屈折率の適切なマッチングに大きく依存する（シンチレータ、接着剤、プラスチックもしくは接着剤もしくは鉛ガラス、光ダイオード）。相当する波長範囲での屈折率（光シンチレーション光子の最大値は、約500nm）は、GOSシンチレータの場合2.2であり、現在適用されている接着剤の場合1.5であり、PMMAの場合1.5であり、光ダイオードの場合約1.5である。従って、透明結合層を有さない装置構成の場合、屈折率は、理想的には整合しない。耐放射線接着剤は、最良の適合屈折率（1.5よりも大きい）で利用することができないためである。しかしながら、PMMAと接着剤の屈折率は、似通っており、光透過線内のプラスチック材料（例えばPMMA）の追加層は、CT検出器装置の光結合効率に影響を及ぼさない。

隣接する画素の2つのシールドユニット16間の隙間は、シールドブロックのメッシュの位置合わせの後、例えば、光ガイド17のような透明接着剤で単純に充填される。その後、適当なマッチング−例えば、プラスチックを光ガイドとして使用する場合に必要となる−が、自動的に得られる。これにより、サンドウィッチ構造の接着および固定が、容易かつ安価に行えるようになる。

図1および2のX線検出器100（および図3乃至6の検出器200、300）の感度をさらに高めるため、光ガイドユニット17に波長シフト材料が導入される。そのような材料は、シンチレータ層11内で波長λ₁の光子を吸収し、その後すぐに、それらを第2の波長λ₂で再放射する。この材料は、蛍光色素ドーパントで構成されても良く、これは、通常の場合、ポリビニルトルエンプラスチック、ポリメチルメタクリレート、またはポリスチレンのような、固体有機材料（高分子）により構成されたベース材料に埋設され、これらの材料は、相当するスペクトル領域において、良好な光透過性を有する。市販の波長シフト材には、例えば、以下のような有機蛍光色素を使用することができる：
−Y11、O2、R3（Kuraray社、日本、倉敷市）、EJ280、EJ284（Elijen technology、米国、テキサス州スウィートウォータ）、POPOP（1，4-ビス（5-フェニル-2-オキサゾールイル）ベンゼン）、ビス-MSB（1，4-ビス（2-メチルスチリル）ベンゼン）、または無機蛍光色素等；
−SrGa₂S₄：Eu、ZnS：Cu，Au、またはYaG：Ce。

波長シフト材料の効果は、図7に示されている。図7の上側の図は、シンチレーション層11によって放射された、光強度Iのスペクトル分布を示しており、図において、曲線Sは、第1の波長λ₁の近傍でのピークを示している。図7の中央の図は、光ガイドユニット17に設置された波長シフト材料の、スペクトル吸収特性（曲線A）および放射特性（曲線E）を示している。吸収特性は、シンチレータの放射スペクトルと同じ波長λ₁に、ピークを有することが好ましく、一方、最大再放射は、異なる波長λ₂の位置に存在する。通常の場合、放射波長λ₂は、吸収波長よりも大きく、λ₂＞λ₁である。

図7の下側の曲線は、感度層13内のセンサユニット14として使用される通常の光ダイオードの波長依存感度を示す。この図において、波長λの増加とともに、感度は向上している。従って、シンチレーション層11により放射される波長λ₁が、より大きな波長λ₂にシフトした場合、感度向上Δが得られる。

波長シフト材料の厚さおよびドーパント濃度は、吸収効率、技術的利用可能性およびコストを考慮して、適正に選定される。通常、5mmの厚さのポリビニルトルエン基部上の、標準的なドーパント濃度を有する波長シフト素子によって、シンチレーション光のほぼ完全な吸収が得られる。しかしながら、波長シフト材料によって吸収および再放射されない、そのような全てのシンチレーション光子は、妨害されずに光ダイオードの方に通過することができるため、−ベース材料は、検討下の波長領域において、ほぼ100％の光透過率を有するため−いかなる光収集効率も低下せず、さらに、いかなる場合も、波長シフト機構および光ダイオードの感度スペクトルを介して、光収集効率が得られる。有効な波長シフト素子は、例えば、Y11であり、これは、数nsのオーダー（＜10ns）の蛍光減衰時間を有し、約470nmで最大吸収が得られ、放射スペクトルは、460から600nmの間の範囲である。また、波長シフト材料でドープされたプラスチックブロックは、光透過および波長シフト効率の両方に関して、放射線に対する耐性を有する点で有意である。

また光ガイドユニット17は、2または3以上の異なる波長シフト材料を有しても良く、これらの材料は、シンチレーション層11の波長λ₁を、いくつかのステップにより、センサユニット14の感度に最もマッチングした最終的な波長にまでシフトさせるように選定される。

波長シフト素子の製作は、プラスチックの射出成形法、成形法または押出技術に基づくものであり、そのような材料は、比較的安価である。シンチレータおよび波長シフト素子は、同じ形状で製作することができるため、これらは、板として接合され、その後構造化される。その後、接合構造に反射性コーティングを設置して、シンチレータと波長シフト素子の両方の光収集効率を向上させても良い。

対応する波長範囲での屈折率は、GOSシンチレータの場合2.2であり、現在適用されている接着剤の場合1.5であり、ポリビニルトルエン基部上の波長シフト素子の場合1.6であり、光ダイオードの場合約1.5である。耐放射線接着剤は、最良の屈折率整合には、利用することができない−これは、約1.8である。波長シフト素子基部材料の屈折率は、接着剤よりも大きいため、これは特に、全反射の効果および有効光結合の点では、重要ではない。

図3および4には、Ｘ線検出器200およびその画素30の別の構成を示す。画素30は、原則として、図1の画素10と同じ部材を有し、ここでは、同じ部材には、図1の参照符号に+20だけ増やした参照符号が使用されている。従って、これらの部材の詳細な説明は、省略する。

図1／2および3／4の構成の差異は、シールドユニット16および36のそれぞれの形状にある。図3では、シールドユニット36は、直角三角形の断面を有し、反射性セパレータ40が、シンチレーション層31と結合層32の両方を介して、垂直に延在している。従って、画素30の部材は、全て相互の下側に垂直に配置され、立方体型の画素30が得られ、光ダイオードの方向に、光の伝播が促進される。各画素30は、シンチレータと結合層32とを同じ形状にして製作することができる。従って、これらは、板として接合され−光ガイドとしてプラスチックを使用した場合−、その後構造化される。次に、接合構造に反射性コーティングが設置され、シンチレータと光ガイドの両方の光収集効率が改善される。

図5ならびに6には、X線検出器300およびその画素50の第3の構成を示す。画素50は、原則として、図1の画素10と同じ部材を有し、ここでは、同じ部材には、図1の参照符号に+40だけ増やした参照符号が使用されている。従って、これらの部材の詳細な説明は、省略する。

図5および6の構成と、図1乃至4の構成の間の重要な差異は、結合層52が、別個の「光ガイドユニット」および「シールドユニット」を有さないことである。その代わり、結合層52は、均一なブロック57で構成され、このブロックは、光透過性でX線吸収性の材料であり、そのような各ブロックは、特定の検出器ユニットに対応している（すなわち、センサユニット54および処理回路55）。また、各ブロック57は、反射性セパレータ60によって、隣接するブロックから分離され、このセパレータは、シンチレーション層51および結合層52を直角に横断する。

ブロック57は、X線発生光子λ₁を光ダイオード54の方に誘導するとともに、いかなる相互作用も生じさせずにシンチレータ結晶58を通過するそのようなX線量子Xを吸収する。これは、シンチレータの下側の材料は、光光子の光ガイドとして、およびX線吸収素子として、機能することを意味する。従って、電子機器および光ダイオードは、シンチレータ自身との組み合わせによるこの追加の材料層によって、放射線から保護される。

ブロック57の材料として、鉛ガラス、または鉛フッ化物のような結晶のような、アモルファスガラスを使用することができる。これらの材料は、比較的高いZを有し、X線光子を効果的に吸収し、ブロックの必要な厚さ（最大10mm）において、400nmおよび350nmを超える光子に対して、それぞれほぼ100％の透過率を有する。従って、前述の材料の透過スペクトルは、理想的には、シンチレータの光子放射スペクトルに整合する。

ブロック57は、シンチレータ結晶58と同じ反射層60により、側壁を取り囲まれており、光ダイオードの方向に光の高い伝播が得られるようになる。この幾何学的表面では、各ブロック57の寸法は、対応するシンチレータ結晶58（例えば、画素サイズ）と同様である。ブロック57の厚さは、吸収効率、技術的利用可能性およびコストを考慮して適正に選定される。鉛ガラスは、対応するエネルギー範囲（＜120keV）において、比較的高い吸収係数を有し、シンチレータのスペクトル範囲において高い光子透過率を有するため、最も好ましい。例えば厚さが3mmの標準的な鉛ガラス組成物（例えば、スコット（Schott）SF5、SchotAG、独国、マインズ（Mainz））は、平均99％の効率で、120keV未満のエネルギーを有する光子を吸収する。

典型的な例では、シンチレータ層51が2mmのGOS材料で構成されると仮定した場合、鉛ガラス層52は、それぞれ2および3mmの厚さに選定される。通常の主要放射線エネルギー流束密度が、焦点まで1mの距離において、2.5・10⁸keV／（mA・s・mm²）であり、X線管電流400ｍAであるとして、計算が行われた。寿命線量評価のため、1秒ごとに2・10⁶スキャンが行われると仮定した。そのような装置構成におけるシミュレーション計算によって、CT検出器画素（シンチレータ）の前方、鉛ガラス、および光ダイオード／電子層のそれぞれよって吸収される放射線量の値が得られた。異なる材料配置のエネルギー線量[Gy]の項についての結果を、以下の表に比較して示す（追加データ、表1参照）。

この表は、吸収層として2mmまたは3mmの厚さの鉛ガラスを有する構成では、最も影響を受けやすい（CMOS）電子ブロックにおいても、効果的なシールドが十分可能であることを示している。

屈折率の検討（鉛ガラスSchott SF5の場合、1.7）から、光透過線での鉛ガラスのような材料の追加層は、CT検出器装置の光結合効率に影響を及ぼさないことが示されている。

図5および6に示す実施例の一つの利点は、「シンチレータ／鉛ガラス画素」、および「CMOS光ダイオード／光ダイオード／電子画素」の下での正確な形状のマッチングが不要となることである。これにより、接合および固定が容易となり、装置が安価になる。シンチレータおよび鉛ガラスは、同じ形状で製作することができるため、これは、板として接合してから、その後構造化することができる。その後、接合構造用の反射性コーティングが設置され、シンチレータおよび鉛ガラスの両方の光収集効率が改善される。

最後に、本出願において、「有する」という用語は、他の素子またはステップを排斥するものではなく、「一つの」という用語は、複数のものを排斥するものではなく、また、単一のプロセッサまたは他のユニットが、いくつかの手段の機能を満たしても良いことを指摘しておく。本発明は、それぞれのおよび全ての新しい特徴的構成、ならびにそれぞれのおよび全ての特徴的構成の組み合わせを含む。また、請求構内の参照符号は、それらの範囲を限定するものと解してはならない。

本発明の第1の実施例による一つの画素の斜視図である。 図1による画素を有するX線検出器の概略側面図である。 本発明の第2の実施例による一つの画素の斜視図である。 図3による画素を有するX線検出器の概略側面図である。 光学的に透明なX線吸収結合層を有する、本発明の第3の実施例による一つの画素の斜視図である。 図5による画素を有するX線検出器の概略側面図である。 結合層内の波長シフト材料の効果を示した図である。

Claims (14)

1. （a）感光センサユニットおよびX線放射線による障害の影響を受けやすい処理回路を有する、少なくとも一つの検出器素子を有する感度層と、
   （b）入射X線放射線を光子に変換するシンチレーション層と、
   （c）前記シンチレーション層と前記感度層の間に設置された結合層であって、前記シンチレーション層からの光を、前記センサユニットの方に誘導して、前記処理回路をX線放射線から保護するように適合された結合層と、
   を有するX線検出器。
2. 前記結合層は、前記シンチレーション層からの光を、センサユニットの方に誘導する少なくとも一つの光ガイドユニットと、X線放射線から処理回路を保護する少なくとも一つのシールドユニットとを有することを特徴とする請求項1に記載のX線検出器。
3. 前記光ガイドユニットの前記シンチレーション層と面する面積は、前記光ガイドユニットの前記センサユニットと面する面積よりも広いことを特徴とする請求項2に記載のX線検出器。
4. 前記シールドユニットは、前記シンチレーション層の方向に向かって漸減するテーパ断面を有し、特に三角形状の断面を有することを特徴とする請求項2に記載のX線検出器。
5. 前記シールドユニットは、前記光ガイドユニットを取り囲んでいることを特徴とする請求項2に記載のX線検出器。
6. 前記光ガイドユニットは、特にPMMAのような高分子および／または接着剤および／または鉛ガラスおよび／またはSU8フォトレジストのような材料を有することを特徴とする請求項2に記載のX線検出器。
7. 前記光ガイドユニットと前記シールドユニットの間の界面は、二酸化チタンのような反射性材料を有することを特徴とする請求項2に記載のX線検出器。
8. 前記結合層は、光に対して透明で、X線放射線を有意に吸収する材料を有することを特徴とする請求項1に記載のX線検出器。
9. 前記結合層は、鉛ガラスおよび／または鉛フッ化物を有することを特徴とする請求項8に記載のX線検出器。
10. 前記結合層は、少なくとも一つの波長シフト材料を有し、該波長シフト材料は、第1の波長の光子を吸収して、第2の波長の光子を再放射するように適合されることを特徴とする請求項1に記載のX線検出器。
11. 前記波長シフト材料は、蛍光色素、特に、Y11、O2、R3、EJ280、EJ284、POPOP、ビス-MSB、SrGa₂S₄：Eu、ZnS：Cu，AuまたはYaG：Ceを含むことを特徴とする請求項10に記載のX線検出器。
12. 前記シンチレーション層は、シンチレーション素子にサブ分割され、各シンチレーション素子は、前記感度層内の検出器素子と対応付けられ、反射性界面によって、隣接するシンチレーション素子から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。
13. 請求項1乃至12のいずれか一つに記載のX線検出器を製作する方法であって、
    （a）光ガイド材料の板をシンチレータ板に取り付けるステップと、
    （b）得られた光ガイド材料とシンチレータ板の組み合わせを、シンチレータ素子に構造化するステップと、
    を有する方法。
14. 請求項1乃至12のいずれか一つに記載の検出器を有する医療用画像化装置。

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