JP2009018154A - Photon counting x-ray detector with overrange logic control - Google Patents

Photon counting x-ray detector with overrange logic control Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photon counting X-ray detector with overrange logic control. <P>SOLUTION: A CT detector includes a first detector 252 configured to convert radiographic energy to electrical signals representative of energy sensitive radiographic data and a second detector 254 configured to convert radiographic energy to electrical signals representative of energy sensitive radiographic data and positioned to receive X-rays that pass through the first detector 252. A logic controller 262 is electrically connected to the first detector 252 and the second detector 254 and is configured to receive a logic output signal from the second detector 254 indicative of an amount of a saturation level of the first detector 252, compare the logic output signal to a threshold value, and output, based on the comparison, electrical signals from the first detector 252, the second detector 254, or a combination thereof to an image chain. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、一般に、診断撮像に関し、より詳細には、1対の検出器のデータ使用を選択するための論理制御を有する積層検出器に関する。   The present invention relates generally to diagnostic imaging, and more particularly to a stacked detector with logic control for selecting data usage for a pair of detectors.

一般に、X線およびコンピュータ断層撮影(CT:computed tomography)などのX線撮像システムでは、X線源が、患者または荷物などの被験体または物体に向けてX線を放出する。これ以降、「被験体」および「物体」という用語は、撮像されることが可能な任意のものを表すために、交換可能に使用されることができる。ビームは、被験体によって減衰された後、放射線検出器のアレイに衝突する。検出器アレイで受け取られた減衰ビーム放射の強度は、一般にX線の減衰に依存する。検出器アレイの各検出器要素は、各検出器要素で受け取られた減衰ビームを表す別々の電気信号を生成する。電気信号は、分析用のデータ処理システムに送られ、データ処理システムが、最終的に画像を生成する。   In general, in X-ray imaging systems such as X-ray and computed tomography (CT), an X-ray source emits X-rays toward a subject or object such as a patient or luggage. Hereafter, the terms “subject” and “object” can be used interchangeably to denote anything that can be imaged. After the beam is attenuated by the subject, it strikes the array of radiation detectors. The intensity of the attenuated beam radiation received at the detector array generally depends on the x-ray attenuation. Each detector element of the detector array generates a separate electrical signal that represents the attenuated beam received at each detector element. The electrical signal is sent to a data processing system for analysis, which ultimately generates an image.

その他の典型的なX線撮像システム、陽電子放出断層撮影(PET:positron emission tomography)、または単光子放出コンピュータ断層撮影(SPECT:single photon emission computed tomography)では、被撮像物体内の放射源が、X線を放出し、X線は、光子計数エネルギー感知X線検出器によって捕捉される。CTシステムは、PETまたはSPECTシステムと組み合わされて、解剖学的構造と生理学的に重要な(すなわち機能的)情報の両方を表す画像を提供する融合システム(CT/SPECTまたはCT/PET)を生み出すことができる。そのような組合せシステムは、X線をX線検出器に向けて放出する源と、物体内の放射源から放出されたX線を測定する別個のSPECTまたはPET検出器とを含む。   In other typical X-ray imaging systems, positron emission tomography (PET), or single photon emission computed tomography (SPECT), the radiation source in the imaged object is X Emitting rays, X-rays are captured by a photon counting energy sensitive X-ray detector. The CT system is combined with a PET or SPECT system to create a fusion system (CT / SPECT or CT / PET) that provides images representing both anatomical structures and physiologically important (ie functional) information be able to. Such a combination system includes a source that emits X-rays towards an X-ray detector and a separate SPECT or PET detector that measures the X-rays emitted from a radiation source within the object.

いくつかのCT撮像システムでは、例えば、X線源および検出器アレイは、ガントリ内で被験体の周囲を撮像平面内で回転させられる。そのようなCT撮像システム用のX線源は、X線管を一般に含み、X線管は、焦点から発散するファンビームとしてX線を放出する。そのようなCT撮像システム用のX線検出器は、前記焦点を中心とする円弧内に一般に構成される。加えて、そのような検出器は、前記焦点に焦点を有する検出器で受け取られるX線ビームを平行にするためのコリメータを含む。加えて、そのような検出器は、X線を光エネルギーに変換するためのシンチレータをコリメータに隣接して含み、また隣接するシンチレータから光エネルギーを受け取り、光エネルギーから電気信号を生成するためのフォトダイオードを含む。一般に、シンチレータアレイの各シンチレータは、X線を光エネルギーに変換する。各フォトダイオードは、光エネルギーを検出し、対応するフォトダイオードによって放出される光の関数として、対応する電気信号を発生させる。その後、フォトダイオードの出力は、画像再構成用のデータ処理システムに送られる。   In some CT imaging systems, for example, the x-ray source and detector array are rotated in the imaging plane around the subject in the gantry. X-ray sources for such CT imaging systems typically include an X-ray tube that emits X-rays as a fan beam emanating from the focal point. Such an X-ray detector for a CT imaging system is generally configured within an arc centered on the focal point. In addition, such a detector includes a collimator for collimating the X-ray beam received by the detector having a focal point at the focal point. In addition, such a detector includes a scintillator for converting X-rays to light energy adjacent to the collimator and receives light energy from the adjacent scintillator and generates an electrical signal from the light energy. Including diodes. In general, each scintillator of the scintillator array converts X-rays into light energy. Each photodiode detects light energy and generates a corresponding electrical signal as a function of the light emitted by the corresponding photodiode. The output of the photodiode is then sent to a data processing system for image reconstruction.

いくつかのSPECTおよびPETシステムでは、例えば、1つまたは複数のフラット検出器アレイが、ガントリ内で被験体の周囲を撮像平面内で回転させられる。被撮像物体内のX線放射源は、ランダムな方向に光子を放出する。X線検出器は、撮像平面内に含まれ検出器面に直交する平行光線となるように、焦点を有する検出器で受け取られるX線ビームを平行にするためのコリメータを一般に含む。加えて、そのような検出器は、X線を光エネルギーに変換するためのシンチレータをコリメータに隣接して含み、また隣接するシンチレータから光エネルギーを受け取り、光エネルギーから電気信号を生成するための光電子増倍管を含み、その後、電気信号は、画像再構成用のデータ処理システムに送られる。   In some SPECT and PET systems, for example, one or more flat detector arrays are rotated in the imaging plane around the subject in the gantry. An X-ray radiation source in the imaged object emits photons in random directions. X-ray detectors typically include a collimator for collimating the X-ray beam received by the focused detector so as to be parallel rays contained within the imaging plane and orthogonal to the detector plane. In addition, such a detector includes a scintillator for converting X-rays to light energy adjacent to the collimator and receives light energy from the adjacent scintillator and generates an electrical signal from the light energy. Including the multiplier, the electrical signal is then sent to a data processing system for image reconstruction.

従来のCT撮像システムは、X線撮影エネルギーを、ある期間にわたって積分され、その後測定され、最終的にデジタル化される電流信号に変換する検出器を利用する。しかし、そのような検出器の難点は、検出された光子の数および/またはエネルギーに関するデータまたはフィードバックを提供することができないことである。すなわち、従来のCT検出器は、シンチレータコンポーネントと、フォトダイオードコンポーネントとを有し、シンチレータコンポーネントは、X線撮影エネルギーの受け取り時に発光し、フォトダイオードは、シンチレータコンポーネントの発光を検出し、発光の強度の関数として電気信号を提供する。CT撮像は、従来のCT検出器設計を用いて達成される進歩なしには、実用的な診断撮像ツールとはならないことが一般に認識されているが、これらの検出器の難点は、エネルギー弁別データを提供すること、またはそれとは別に、与えられた検出器要素もしくはピクセルによって実際に受け取られた光子の数をカウントすること、および/もしくはそのエネルギーを測定することができないことである。すなわち、シンチレータによって放出される光は、衝突させられたX線の数およびX線のエネルギーレベルの関数である。電荷積分動作モードの下では、フォトダイオードは、シンチレーションからエネルギーレベルまたは光子数を弁別することが可能ではない。例えば、2つのシンチレータは、等しい強度で発光することができ、そのため、それぞれのフォトダイオードに等しい出力を提供する。それでも、各シンチレータによって受け取られたX線の数およびX線強度は、異なることがあり、しかし、等しい光出力をもたらす。   Conventional CT imaging systems utilize a detector that converts the radiographic energy into a current signal that is integrated over a period of time and then measured and finally digitized. However, the difficulty with such detectors is that they cannot provide data or feedback regarding the number and / or energy of the detected photons. That is, a conventional CT detector has a scintillator component and a photodiode component. The scintillator component emits light when receiving X-ray imaging energy, and the photodiode detects the light emission of the scintillator component, and the intensity of the light emission. Providing an electrical signal as a function of Although it is generally recognized that CT imaging will not be a practical diagnostic imaging tool without the progress achieved using conventional CT detector designs, the difficulty with these detectors is that they are energy discriminating data. Or alternatively, counting the number of photons actually received by a given detector element or pixel and / or being unable to measure its energy. That is, the light emitted by the scintillator is a function of the number of X-rays struck and the energy level of the X-rays. Under the charge integration mode of operation, the photodiode is not capable of discriminating energy levels or photon numbers from scintillation. For example, two scintillators can emit light with equal intensity, thus providing equal output to each photodiode. Nevertheless, the number of x-rays and x-ray intensity received by each scintillator can be different, but result in equal light output.

典型的なPETまたはSPECTシステムは、シンチレータおよび光電子増倍管から構成される光子計数エネルギー弁別検出器を使用する。そのような検出器は、大きな検出器要素を有し、そのため、被撮像物体内の解剖学的詳細を獲得するために高解像度画像を必要とするCT応用例に容易には適合されない。したがって、最近の検出器開発は、高空間解像度を有する、光子計数および/またはエネルギー弁別フィードバックを提供し得るエネルギー弁別直接変換検出器の設計を含む。これに関連して、検出器は、X線計数モード、各X線イベントのエネルギー測定モード、または両方で動作させることができる。   A typical PET or SPECT system uses a photon counting energy discrimination detector comprised of a scintillator and a photomultiplier tube. Such detectors have large detector elements and are therefore not easily adapted to CT applications that require high resolution images to obtain anatomical details in the imaged object. Thus, recent detector developments include the design of energy discriminating direct conversion detectors that can provide photon counting and / or energy discriminating feedback with high spatial resolution. In this regard, the detector can be operated in an X-ray counting mode, an energy measurement mode for each X-ray event, or both.

エネルギー弁別直接変換検出器は、X線計数ばかりでなく、検出された各X線のエネルギーレベルの測定も提供することが可能である。その結果、そのような検出器は、SPECTまたはPET撮像用に使用され得る可能性がある。直接変換エネルギー弁別検出器の構成では、多くの材料が使用されることができるが、テルル化カドミウム亜鉛(CZT)およびテルル化カドミウム(CdTe)などの半導体が、好ましい材料であるとして示されている。   An energy discriminating direct conversion detector can provide not only x-ray counting but also a measurement of the energy level of each detected x-ray. As a result, such a detector could potentially be used for SPECT or PET imaging. Although many materials can be used in the direct conversion energy discrimination detector configuration, semiconductors such as cadmium zinc telluride (CZT) and cadmium telluride (CdTe) have been shown to be preferred materials. .

一般に、直接変換検出器を使用して画像を生成するため、電荷積分または電荷パルス計数電子機器が利用される。電荷積分の場合、電荷は、ピクセル領域全体で積分され、積分電荷は、総X線数および検出された各X線のエネルギーレベルを表すデジタル信号を発生させるために使用される。パルス計数の場合、電流パルスの振幅が、閾値レベルと比較され、光子エネルギーを記録するためにビンカウンタ(bin counter)に保存される。   Generally, charge integration or charge pulse counting electronics are utilized to generate an image using a direct conversion detector. In the case of charge integration, the charge is integrated over the entire pixel area, and the integrated charge is used to generate a digital signal that represents the total number of x-rays and the energy level of each detected x-ray. In the case of pulse counting, the current pulse amplitude is compared to a threshold level and stored in a bin counter to record the photon energy.

しかし、直接変換半導体検出器の難点は、これらのタイプの検出器が、従来のCTシステムで一般に遭遇されるX線光子フラックスレート(flux rate)で、例えば、平方ミリメータ当たり毎秒5〜100百万カウント(Mcps)以上でカウントすることができないことである。5〜100Mcpsを超える非常に高いX線光子フラックスレートは、パイルアップ(pile−up)および分極を引き起こし、それらは最終的に、検出器飽和をもたらす。すなわち、これらの検出器は、相対的に低いX線フラックスレベル閾値で一般に飽和する。これらの閾値より上では、検出器応答は、予測可能ではなく、または悪化した線量利用を有する。SPECTおよびPETの場合、撮像フラックスレベルは、5〜100Mcpsより下であり、SPECTおよびPET用の半導体検出器におけるそのような飽和は、実用上の問題ではない。しかし、CTの場合、飽和は、厚さの薄い被験体が検出器とX線撮影エネルギー源またはX線管の間に置かれた検出器位置で発生することができる。これらの飽和領域は、検出器扇形弧の上に投影される被験体の幅の近辺または外側の、厚さの薄い被験体の経路に対応することが示されている。多くの場合、被験体は、X線フラックスの減衰およびその後の検出器への入射強度に対する影響において、多かれ少なかれ円形または楕円形である。この場合、飽和領域は、扇形弧の末端における2つの切り離された領域に相当する。その他のあまり一般的ではないが稀ではない場合として、飽和は、その他の位置、検出器の3つ以上の切り離された領域で発生する。楕円形の被験体の場合、扇形弧の端における飽和は、被験体とX線源の間にボータイフィルタ(bowtie filter)を配置することによって低減させられる。一般に、フィルタは、フィルタと被験体の総減衰が扇形弧全域にわたって等化されるように、被験体の形状に合わせて構成される。その場合、検出器に入射するフラックスは、扇形弧全域にわたって相対的に一様であり、飽和を引き起こさない。しかし、問題となり得るのは、被験体集団(subject population)がかなり一様でなく、形状が正確に楕円ではない場合に、ボータイフィルタが最適にならないことがあり得ることである。そのような場合、1つまたは複数の切り離された飽和領域が発生すること、または反対にX線フラックスを過剰にフィルタリングして、非常に低いフラックスの領域を生成することが可能である。投影における低いX線フラックスは、最終的に被験体の再構成画像における雑音に寄与する。   However, the drawbacks of direct conversion semiconductor detectors are that these types of detectors are commonly encountered in conventional CT systems at the x-ray photon flux rate, eg, 5-100 million per second per square millimeter. That is, it is impossible to count above the count (Mcps). Very high x-ray photon flux rates above 5-100 Mcps cause pile-up and polarization, which ultimately leads to detector saturation. That is, these detectors typically saturate at relatively low x-ray flux level thresholds. Above these thresholds, the detector response is not predictable or has a worse dose utilization. For SPECT and PET, the imaging flux level is below 5-100 Mcps, and such saturation in semiconductor detectors for SPECT and PET is not a practical problem. However, in the case of CT, saturation can occur at a detector location where a thin subject is placed between the detector and a radiographic energy source or x-ray tube. These saturation regions have been shown to correspond to thin subject paths near or outside the width of the subject projected onto the detector fan arc. In many cases, the subject is more or less circular or elliptical in the effect on attenuation of the X-ray flux and subsequent incident intensity on the detector. In this case, the saturation region corresponds to two separate regions at the end of the sector arc. As another less common, but rare case, saturation occurs at other locations, three or more separate areas of the detector. For elliptical subjects, saturation at the end of the fan arc is reduced by placing a bowtie filter between the subject and the x-ray source. In general, the filter is configured to the shape of the subject such that the total attenuation of the filter and the subject is equalized across the sector arc. In that case, the flux incident on the detector is relatively uniform across the sector arc and does not cause saturation. However, a problem may be that the bowtie filter may not be optimal if the subject population is not quite uniform and the shape is not exactly elliptical. In such cases, one or more isolated saturation regions can occur, or conversely, the x-ray flux can be over-filtered to produce very low flux regions. The low x-ray flux in the projection ultimately contributes to noise in the reconstructed image of the subject.

検出器飽和は、撮像情報の喪失を引き起こし、X線投影およびCT画像においてアーチファクトをもたらす。加えて、ヒステリシスおよびその他の非線形効果が、検出器飽和に近いフラックスレベルおよび検出器飽和を超えるフラックスレベルで発生する。直接変換検出器は、「分極」と呼ばれる現象の影響を受けやすく、分極が生じると、材料内での電荷トラッピング(charge trapping)が、内部電界を変化させ、予想不可能な仕方で検出器カウントおよびエネルギー応答を変更し、応答が前の曝露履歴によって変更されるヒステリシスをもたらす。特に、光子計数直接変換検出器は、各X線光子イベントに関連する固有の電荷収集時間(charge collection time)(すなわち不感時間(dead time))のために飽和する。飽和は、各ピクセルについてのX線光子吸収レートが電荷収集時間の逆数のオーダにある場合、パルスパイルアップのために発生する。電荷収集時間は、電界およびアノード接触部サイズが固定された場合、直接変換層の厚さにほぼ比例し、したがって、直接変換層がより薄い場合、飽和レートの増加が可能である。しかし、ほとんどすべてのX線を停止させるには、十分な厚さが必要とされる。X線の不完全な収集は、低下した画像品質、すなわち雑音の多い画像と、被撮像物体に当てる線量の貧弱な利用とをもたらす。   Detector saturation causes loss of imaging information and results in artifacts in X-ray projections and CT images. In addition, hysteresis and other non-linear effects occur at flux levels near and above detector saturation. Direct conversion detectors are susceptible to a phenomenon called “polarization”, and when polarization occurs, charge trapping within the material changes the internal electric field and counts the detector in an unpredictable way. And alters the energy response, resulting in hysteresis where the response is altered by previous exposure histories. In particular, the photon counting direct conversion detector saturates due to the unique charge collection time (ie, dead time) associated with each x-ray photon event. Saturation occurs due to pulse pileup when the x-ray photon absorption rate for each pixel is on the order of the reciprocal of the charge collection time. The charge collection time is approximately proportional to the thickness of the direct conversion layer when the electric field and anode contact size are fixed, and therefore, the saturation rate can be increased when the direct conversion layer is thinner. However, a sufficient thickness is required to stop almost all X-rays. Incomplete acquisition of X-rays results in degraded image quality, i.e. noisy images, and poor utilization of the dose applied to the object being imaged.

電荷収集時間におけるさらなる要因は、層の厚さ方向に印加される電圧である。より大きな電界(電圧/厚さ)は、反比例してより小さくなる電荷収集時間と、比例してより大きくなる飽和レートとをもたらす。しかし、高電圧信号の転送に対する信頼性問題が存在する。より低い電圧が直接変換層のより小さな厚さに印加される場合に、より高い信頼性が獲得され得る。しかし、やはり、X線の大部分を十分に停止させるには、層の十分な厚さが必要とされる。   A further factor in charge collection time is the voltage applied in the thickness direction of the layer. A larger electric field (voltage / thickness) results in a charge collection time that is inversely smaller and a saturation rate that is proportionally larger. However, there is a reliability problem for the transfer of high voltage signals. Higher reliability can be obtained when a lower voltage is applied to a smaller thickness of the direct conversion layer. However, again, a sufficient thickness of the layer is required to sufficiently stop most of the x-rays.

直接変換検出器に加えて、その他のタイプの検出器も飽和する。一般的な例は、積分前置増幅器(integrating preamplifier)に接続される、シンチレータ−フォトダイオード構成である。各光子から生成される電荷は、前置増幅器に転送される。X線フラックスが増加するにつれて、前置増幅器に流入する電流または積分期間にわたって積分される総電荷は増加する。読み出し電子機器は、増幅器を飽和させる前に、限界電流または電荷能力を有する。増幅器飽和は、非線形応答および信号電荷の喪失に関連する。これは、やはり、貧弱な線量利用および画像アーチファクトをもたらす。   In addition to direct conversion detectors, other types of detectors saturate. A common example is a scintillator-photodiode configuration connected to an integrating preamplifier. The charge generated from each photon is transferred to the preamplifier. As the x-ray flux increases, the current flowing into the preamplifier or the total charge integrated over the integration period increases. The readout electronics have a limiting current or charge capability before saturating the amplifier. Amplifier saturation is associated with a non-linear response and loss of signal charge. This again results in poor dose utilization and image artifacts.

別の検出器構成は、光子計数読み出し電子機器に接続される、フォトダイオード上のシンチレータ(scintillator over photodiode)である。同様の構成は、アバランシェフォトダイオード上のシンチレータ(scintillator over avalanche−photodiode)または光電子増倍管上のシンチレータ(scintillator over photo−multiplier tube)を利用する。これらの光子計数の場合におけるX線フラックスレートの飽和は、次のX線光子の到着前に電荷を消去するための不感時間にも関係する。   Another detector configuration is a scintillator over photodiode connected to photon counting readout electronics. Similar configurations utilize a scintillator over avalanche-photodiode on an avalanche photodiode or a scintillator over photo-multiplier tube on a photomultiplier tube. The saturation of the X-ray flux rate in these photon counting cases is also related to the dead time for erasing the charge before the arrival of the next X-ray photon.

光子計数直接変換検出器の場合、飽和点より上で動作するX線源を使用する撮像システムにおける、X線フラックスレート飽和に対する実用的な解決策は知られていない。これらのシステムの場合、X線吸収層の厚さの合計は、例えば、1.0mmより大きくすることができる。X線のエネルギーが高くなるほど、X線フラックスの大部分を十分に停止させるのに必要とされる厚さは大きくなる。典型的な目標値は、入射X線の90〜99%を停止させることである。X線分光用に使用される2つの可能な直接変換材料である、テルル化カドミウム亜鉛(CZT)またはカドミウム亜鉛(CdTe)の場合、100〜200kVpで源から発生させられるX線の大部分を停止させるための、診断X線透視およびCT撮像用の厚さは、ほぼ3.0〜5.0mmである。CZTまたはCdTeの場合、1.0mmのオーダのピクセルサイズおよび3.0〜5.0mmのオーダの厚さに対して、ほぼ5〜100×10X線/秒/mmの飽和限界が一般に見出される。この限界は、CZTについての電荷収集時間に直接関係する。より高いフラックスレートは、理論的には、より小さいピクセルを使用することで可能である。各ピクセルは、電荷収集時間によって設定される、サイズ独立の計数レート(count rate)限界を有する。飽和フラックスレートは、計数レート限界をピクセル面積で除算することによって定められる。したがって、飽和フラックスレートは、ピクセルサイズが減少するにつれて増加する。より小さなピクセルは、高解像度画像をもたらし得るより高い空間解像度情報をそれらが利用可能にするためにも望ましい。しかし、小さなピクセルサイズは、より高いコストをもたらし、読み出し電子機器に接続される必要があるチャネルが、単位面積当たりより多く存在する。 For photon counting direct conversion detectors, no practical solution to X-ray flux rate saturation is known in an imaging system that uses an X-ray source operating above the saturation point. For these systems, the total thickness of the X-ray absorption layer can be greater than 1.0 mm, for example. The higher the X-ray energy, the greater the thickness required to sufficiently stop most of the X-ray flux. A typical target value is to stop 90-99% of incident x-rays. In the case of two possible direct conversion materials used for X-ray spectroscopy, cadmium zinc telluride (CZT) or cadmium zinc (CdTe), most of the X-rays generated from the source at 100-200 kVp are stopped The thickness for diagnostic X-ray fluoroscopy and CT imaging is approximately 3.0 to 5.0 mm. For CZT or CdTe, for a pixel size on the order of 1.0 mm and a thickness on the order of 3.0-5.0 mm, a saturation limit of approximately 5-100 × 10 6 X-rays / second / mm 2 is generally used. Found. This limit is directly related to the charge collection time for CZT. Higher flux rates are theoretically possible by using smaller pixels. Each pixel has a size-independent count rate limit set by the charge collection time. The saturation flux rate is determined by dividing the count rate limit by the pixel area. Thus, the saturation flux rate increases as the pixel size decreases. Smaller pixels are also desirable because they make available higher spatial resolution information that can result in high resolution images. However, the small pixel size results in higher costs and there are more channels per unit area that need to be connected to readout electronics.

加えて、より小さなピクセルまたは検出器要素は、より大きなクロストークをもたらす、より大きな外周対面積比(perimeter to area ratio)を有する。外周は、2つ以上のピクセル間で電荷が共有される(すなわちクロストークが生じる)領域である。読み出し電子機器は、近隣ピクセルにおける同時信号を組み合わせるように構成されないので、この電荷共有は、不完全なエネルギー情報および/またはX線光子の誤カウントをもたらす。ピクセルサイズを0.1mm未満として、薄い光子計数直接変換シリコン層を用いれば、非常に高いフラックスレートが可能であるが、これらの薄い層には、X線を停止させるための十分な停止力が存在しない。積分検出器の場合、検出器ピクセルのサイズと前置増幅器の設計は、撮像中に予想されるX線フラックスレートに対処するためにバランスが調整される。CTの場合、積分電子機器を備える検出器のフラックスレート能力は、一般に10光子/秒/mmのオーダである。電荷保存積分検出器を用いて動作するX線投影撮像器の場合、フラックスレート能力は、単に同じオーダである。シンチレータとフォトダイオード/APD/光電子増倍管の1つとを使用する光子計数検出器の場合、X線変換層の不感時間は、非常に速く、不感時間は通常、やはり相対的に高くなり得る電子機器読み出しの帯域幅に関係する。これらの検出器に伴う問題は様々である。フォトダイオードの場合、電子機器利得は、電子機器雑音に打ち勝つには十分でない。APDの場合、さらなる利得が存在するが、関連する利得不安定雑音(gain−instability noise)、温度感受性、および信頼性問題を伴う。光電子増倍管の場合、これらのデバイスは、広い領域をカバーする高解像度検出器にとって大きすぎ、またコストが高すぎる。 In addition, smaller pixels or detector elements have a larger perimeter to area ratio that results in greater crosstalk. The outer periphery is a region where charge is shared between two or more pixels (ie, crosstalk occurs). This charge sharing results in incomplete energy information and / or miscounting of X-ray photons, since the readout electronics are not configured to combine simultaneous signals at neighboring pixels. Very thin flux rates are possible with pixel size less than 0.1 mm and using thin photon counting direct conversion silicon layers, but these thin layers have sufficient stopping power to stop X-rays. not exist. In the case of an integral detector, the detector pixel size and preamplifier design are balanced to account for the expected x-ray flux rate during imaging. In the case of CT, the flux rate capability of a detector with integrating electronics is generally on the order of 10 9 photons / second / mm 2 . For an x-ray projection imager operating with a charge-preserving integral detector, the flux rate capability is simply on the same order. In the case of a photon counting detector using a scintillator and one of a photodiode / APD / photomultiplier tube, the dead time of the X-ray conversion layer is very fast and the dead time is usually an electron that can also be relatively high. Related to device readout bandwidth. The problems with these detectors vary. In the case of a photodiode, the electronics gain is not sufficient to overcome the electronics noise. In the case of APD, there is additional gain, but with associated gain-instability noise, temperature sensitivity, and reliability issues. In the case of photomultiplier tubes, these devices are too large and costly for high resolution detectors that cover a large area.

検出器飽和は、画像を再構成するのに使用される光子の数を制限し、画像アーチファクトを導入することによって、画像品質に影響し得る。最低画像品質が、したがって最低フラックスレートが、画像を使用するために必要とされる。これに関連して、検出器の1つの領域において十分なフラックスが受け取られるようにシステムの構成を設定する場合、検出器の別の領域は、おそらくこの領域で検出器を飽和させるほど十分に高い、より高いフラックスを受け取る可能性が高い。これらの他の領域におけるより高いフラックスは、画像品質にとって必要でないが、検出器飽和に起因するデータの喪失は、画像アーチファクトを低減するために、補正アルゴリズムによって対処される必要があり得る。CT撮像の場合、再構成は、喪失または誤りデータに対して耐性がない。例えば、検出器の中央が画像品質目的にとっての最低フラックスで照射され、照射物体がコンパクトである場合、物体の影の外縁における検出器セルおよび外縁の外側における検出器セルは、これらの投影方向における薄い物体の厚さのために飽和させられることがあり得る。これらの未補正の飽和値を用いて設定されたデータの再構成は、画像において深刻なアーチファクトを引き起こす。   Detector saturation can affect image quality by limiting the number of photons used to reconstruct an image and introducing image artifacts. A minimum image quality and therefore a minimum flux rate is required to use the image. In this regard, if the system is configured so that sufficient flux is received in one area of the detector, the other area of the detector is probably high enough to saturate the detector in this area. Likely to receive higher flux. Higher flux in these other regions is not necessary for image quality, but data loss due to detector saturation may need to be addressed by a correction algorithm to reduce image artifacts. In the case of CT imaging, reconstruction is not resistant to lost or erroneous data. For example, if the center of the detector is illuminated with the lowest flux for image quality purposes and the illuminated object is compact, the detector cell at the outer edge of the object's shadow and the detector cell outside the outer edge will be in these projection directions. It can be saturated due to the thickness of the thin object. Reconstruction of data set using these uncorrected saturation values causes severe artifacts in the image.

検出器の任意の部分の飽和に対処するために、多くの撮像技法が開発されている。これらの技法は、例えば、低い管電流またはビューごとに変調される電流を使用することによる、検出器アレイの幅にわたっての低いX線フラックスの維持を含む。しかし、この解決策は、増加させられたスキャン時間をもたらす。すなわち、画像についての獲得時間が、画像品質要件を満たす一定数のX線を獲得するのに必要とされる公称フラックスに比例して増加するという代償が存在する。   Many imaging techniques have been developed to deal with saturation of any part of the detector. These techniques include maintaining low x-ray flux across the width of the detector array, for example by using low tube currents or currents that are modulated per view. However, this solution results in increased scan time. That is, there is a trade-off that the acquisition time for an image increases in proportion to the nominal flux required to acquire a certain number of x-rays that meet the image quality requirements.

CTとSPECTまたはCTとPETの組合せ撮像に関して、高いフラックスレート能力を有するエネルギー弁別検出器の利用可能性が、共用検出器に機会を提供する。SPECTのX線光子エネルギーは、CTにおけるものと同様であり、その結果、半導体層の厚さは、CTおよびSPECTの両方の要件を満たすように設計されることができる。しかし、PETの場合、光子エネルギーは、511eVであり、CTおよびSPECT用に使用されるものより約5倍高い。   For combined CT and SPECT or CT and PET imaging, the availability of energy discriminating detectors with high flux rate capabilities provides an opportunity for shared detectors. The SPECT X-ray photon energy is similar to that in CT, so that the thickness of the semiconductor layer can be designed to meet both CT and SPECT requirements. However, for PET, the photon energy is 511 eV, about 5 times higher than that used for CT and SPECT.

典型的な撮像用途では、X線は、直接変換材料で吸収され、それが、直接変換材料における電荷の生成をもたらす。デジタル画像情報を生成するため、発生させられた電荷は、一般に電荷積分または電荷パルス計数電子機器のいずれかを使用して、分割されたアノードで収集される。   In typical imaging applications, x-rays are absorbed by the direct conversion material, which results in the generation of charge in the direct conversion material. In order to generate digital image information, the generated charge is collected at the divided anode, typically using either charge integration or charge pulse counting electronics.

しかし、直接変換半導体検出器の1つの難点は、アノードの間隙または周囲付近で直接変換材料に吸収されるX線が、そこで発生させられる、少なくとも2つの近隣ピクセルアノードによって共有される電荷をもたらし得ることである。電荷積分電子機器を使用する場合、電荷共有は、近隣ピクセル間のクロストークとして表れることができ、したがって、電子機器が電子雑音増幅の影響を受けやすくし、また画像を空間的に不鮮明にする。パルス計数電子機器を使用する場合、電荷共有は、少なくとも2つのアノード間での電荷の分割をもたらすことがあり得、少なくとも1つのアノードで収集された電荷パルスの振幅が弁別閾値よりも下である場合、喪失カウントをもたらす。加えて、パルス計数の場合、高エネルギーX線は、2つ以上の近隣アノードで収集された2以上のカウントの生成によって、検出量子効率(DQE:detection quantum efficiency)の損失をもたらすことができ、したがって、イベントを誤カウントし、例えば、単一の高エネルギーイベントを2つ以上の低エネルギーイベントとして区分け(bin)する。   However, one difficulty with direct conversion semiconductor detectors can be that X-rays absorbed by the direct conversion material near or near the gap in the anode can result in a charge shared by at least two neighboring pixel anodes generated there. That is. When using charge integration electronics, charge sharing can appear as crosstalk between neighboring pixels, thus making the electronics susceptible to electronic noise amplification and making the image spatially blurred. When using pulse counting electronics, charge sharing can result in charge splitting between at least two anodes, with the amplitude of the charge pulses collected at the at least one anode being below the discrimination threshold. If it does, it results in a loss count. In addition, in the case of pulse counting, high energy x-rays can result in loss of detection quantum efficiency (DQE) by generating two or more counts collected at two or more neighboring anodes, Thus, the event is miscounted, eg, binning a single high energy event as two or more low energy events.

直接変換半導体検出器の別の難点は、直接変換結晶の端および隅における応答が再現可能でないことがあることである。直接変換結晶のそのような箇所は、入射X線フラックスが変化した際に内部電界の変化を引き起こす電荷トラッピングセンタ(charge trapping center)を一般に有する。変化する内部電界は、画像品質問題をもたらし得る貧弱な検出器応答を引き起こし得る。   Another difficulty with direct conversion semiconductor detectors is that the responses at the edges and corners of the direct conversion crystal may not be reproducible. Such locations in the direct conversion crystal generally have a charge trapping center that causes a change in the internal electric field when the incident X-ray flux changes. A changing internal electric field can cause a poor detector response that can lead to image quality problems.

直接変換検出器における電荷共有に対処するために、多くの技法が開発されている。エネルギー弁別検出器は、直接変換材料がその上に電気的に結合されるピクセル化構造を定める、典型的には0.2〜2.0mmの多くの分割されたアノードを一般に含む。アノードは、検出面の領域を分割する撮像ピクセルの応答領域を定める。より小さなピクセルは、より高い解像度の画像をもたらし得るより高い空間解像度情報を利用可能にするので、またフラックスレート能力は、より小さなピクセルを用いると一般に改善されるので、より小さなピクセルが一般に望ましい。しかし、より小さなピクセルは、読み出し電子機器に接続される必要があるチャネルが単位面積当たりより多く存在するので、より高いコストをもたらし得る。加えて、より小さなピクセルまたは検出器要素は、検出器の単位面積当たりより大きなパーセンテージの電荷共有領域をもたらす、より大きな外周対面積比を有する。   Many techniques have been developed to address charge sharing in direct conversion detectors. Energy discriminating detectors typically include a number of segmented anodes, typically 0.2-2.0 mm, that define a pixelated structure onto which the direct conversion material is electrically coupled. The anode defines the response area of the imaging pixel that divides the area of the detection surface. Smaller pixels are generally desirable because smaller pixels make higher spatial resolution information available, which can result in higher resolution images, and flux rate capability is generally improved with smaller pixels. However, smaller pixels can result in higher costs because there are more channels per unit area that need to be connected to readout electronics. In addition, smaller pixels or detector elements have a larger perimeter to area ratio that results in a larger percentage of charge sharing regions per unit area of the detector.

外周は電荷が2つ以上のピクセル間で共有され得る領域であるので、読み出し電子機器が近隣ピクセルにおけるほぼ同時の信号を組み合わせるように構成されないため、不完全なエネルギー情報および/またはX線光子の誤カウントが発生する。読み出し電子機器は、定められた時間窓内で発生するイベントを識別するように構成される時間一致回路を含むことができ、時間窓は、イベントを識別すると、検出イベントがビンカウントを受け取ることを防止する。しかし、そのような電子機器は、コストがかかり、実施するのが困難であり得る。   Since the perimeter is an area where charge can be shared between two or more pixels, the readout electronics are not configured to combine nearly simultaneous signals in neighboring pixels, so that incomplete energy information and / or x-ray photons A false count occurs. The readout electronics can include a time match circuit configured to identify events that occur within a defined time window, and when the time window identifies the event, the detected event receives a bin count. To prevent. However, such electronic devices can be costly and difficult to implement.

直接変換結晶の端および隅における応答の再現可能性に関する問題を解決するため、装置のアノード面または結晶壁の側壁に、ガードリング(guard ring)が一般に配置される。しかし、ガードリングは、半導体内における電荷のトラッピングを防止せず、変化する電界が半導体内において発達することを防止しない。
米国特許第5218624号 米国特許第5225980号 米国特許第5228069号 米国特許第5262871号 米国特許第5376795号 米国特許第5548123号 米国特許第5789737号 米国特許第6198790号 米国特許第6453008号 米国特許第5400378号 米国特許出願第20020085664号 米国特許出願第20020097320号 米国特許出願第20030023163号 米国特許出願第20030113267号 米国特許出願第20030169847号 米国特許出願第20040136491号 米国特許出願第20040202283号 米国特許出願第20040264627号
In order to solve the problem regarding the reproducibility of the response at the edges and corners of the direct conversion crystal, a guard ring is generally placed on the anode face of the device or on the side wall of the crystal wall. However, the guard ring does not prevent charge trapping in the semiconductor and does not prevent a changing electric field from developing in the semiconductor.
US Pat. No. 5,218,624 US Pat. No. 5,225,980 US Pat. No. 5,228,069 US Pat. No. 5,262,871 US Pat. No. 5,376,795 US Pat. No. 5,548,123 US Pat. No. 5,789,737 US Pat. No. 6,1987,790 US Pat. No. 6,453,008 US Pat. No. 5,400,388 US Patent Application No. 20020085664 US Patent Application No. 20020097320 US Patent Application No. 20030023163 US Patent Application No. 20030113267 US Patent Application No. 200301169847 US Patent Application No. 200401413691 US Patent Application No. 20040202283 US Patent Application No. 20040264627

したがって、直接変換検出器内で一般に飽和を引き起こすX線光子フラックスレートより上で画像を生成し得る、直接変換エネルギー弁別CT検出器を設計することが望ましい。さらに、CT検出器アセンブリ全体にわたるX線フラックスの変化に対応し、オーバーレンジまたは飽和した検出器を補償し、直接変換検出器内における電荷共有を排除するX線管理システムを設計することが望ましい。そのような検出器およびフラックス管理システムは、CTおよびSPECT撮像の両方のために同じ検出器を使用することを可能にする。   Therefore, it is desirable to design a direct conversion energy discriminating CT detector that can produce images above the x-ray photon flux rate that typically causes saturation in the direct conversion detector. In addition, it is desirable to design an x-ray management system that accommodates changes in x-ray flux across the CT detector assembly, compensates for overrange or saturated detectors, and eliminates charge sharing within the direct conversion detector. Such a detector and flux management system allows the same detector to be used for both CT and SPECT imaging.

本発明は、上述の難点を克服する非常に高い計数レートで動作する多層CT検出器に関する。   The present invention relates to a multilayer CT detector operating at a very high counting rate that overcomes the above-mentioned difficulties.

エネルギー弁別、エネルギー積分、および直接変換を可能にするCT検出器が開示される。また、CTおよび単光子放出コンピュータ断層撮影(SPECT)検出の両方を可能にするデュアルモダリティ検出器が開示される。検出器は、半導体材料の複数の層を含む。これに関連して、検出器は、計数レート性能を最適化するとともに飽和を回避するために、X線貫通方向において分割されるように構成される。加えて、CT検出器は、接触領域当たり複数の検出器要素またはサブピクセルを有するように、製作されることができる。これに関連して、飽和検出器要素からのデータの使用を禁止するために、個々の検出器要素の出力の動的で柔軟性のある組合せが、実施されることができる。   A CT detector is disclosed that enables energy discrimination, energy integration, and direct conversion. Also disclosed is a dual modality detector that enables both CT and single photon emission computed tomography (SPECT) detection. The detector includes multiple layers of semiconductor material. In this regard, the detector is configured to be split in the X-ray penetration direction to optimize count rate performance and avoid saturation. In addition, CT detectors can be fabricated with multiple detector elements or subpixels per contact area. In this context, a dynamic and flexible combination of the outputs of the individual detector elements can be implemented in order to prohibit the use of data from the saturation detector elements.

CT検出器は、X線光子計数ばかりでなく、エネルギー測定またはタギング(tagging)も同様にサポートする。結果として、本発明は、解剖学的詳細および組織特徴情報の両方の獲得をサポートする。これに関連して、エネルギー弁別情報またはデータが、ビーム硬化(beam hardening)などの効果を低減するために使用されることができる。さらに、これらの検出器は、組織弁別データの獲得をサポートし、したがって、疾病またはその他の病変を表す診断情報を提供する。例えば、ビュー内においてプラーク(plaque)中のカルシウムの検出が可能である。この検出器は、造影剤など被験体に注入され得る物質、および標的薬などその他の専用物質を検出し、測定し、特徴付けるために使用されることもできる。造影物質は、例えば、より良い視覚化のために血流内に注入されるヨウ素を含むことができる。   CT detectors support not only X-ray photon counting, but also energy measurement or tagging as well. As a result, the present invention supports the acquisition of both anatomical details and tissue feature information. In this regard, energy discrimination information or data can be used to reduce effects such as beam hardening. In addition, these detectors support the acquisition of tissue discrimination data and thus provide diagnostic information representative of disease or other lesions. For example, it is possible to detect calcium in plaques in the view. This detector can also be used to detect, measure and characterize substances that can be injected into a subject, such as contrast agents, and other specialized substances such as targeted drugs. The contrast material can include, for example, iodine that is injected into the bloodstream for better visualization.

したがって、本発明の一態様によれば、CT検出器は、X線撮影エネルギーをエネルギー感知X線撮影データを表す電気信号に変換するように構成される第1の検出器と、X線撮影エネルギーをエネルギー感知X線撮影データを表す電気信号に変換するように構成され、第1の検出器を透過したX線を受け取るように配置される第2の検出器とを含む。論理コントローラが、第1の検出器および第2の検出器に電気的に接続され、第1の検出器の飽和レベルの量を表す第2の検出器からの論理出力信号を受け取り、論理出力信号を閾値と比較し、比較に基づいて、第1の検出器、第2の検出器、またはそれらの組合せからの電気信号を画像チェーンに出力するように構成される。   Thus, according to one aspect of the present invention, a CT detector includes a first detector configured to convert X-ray imaging energy into an electrical signal representing energy-sensitive X-ray imaging data; And a second detector arranged to receive X-rays transmitted through the first detector. A logic controller is electrically connected to the first detector and the second detector, receives a logic output signal from the second detector representing the amount of saturation level of the first detector, and outputs a logic output signal Is configured to output an electrical signal from the first detector, the second detector, or a combination thereof to the image chain based on the comparison.

別の態様によれば、X線撮影撮像システムは、X線をスキャンされる被験体に向けて投射するように構成される放射源と、第1の検出器層および第2の検出器層を備える検出器アセンブリであって、第2の層は、第1の検出器層を透過した放射源からのX線を受け取るように配置され、第1および第2の層の各々は、放射源から投射されたX線を受け取り、X線撮影エネルギーをエネルギー感知X線撮影データを表す電気信号に変換するように構成される、検出器アセンブリと、第1および第2の検出器層の少なくとも一方におけるフラックスレートを表すデータを受け取り、受け取られたデータに基づいて画像再構成のために第1の検出器層において電気信号を出力したかどうかを決定し、受け取られたデータに基づいて画像再構成のために第2の検出器層において電気信号を出力したかどうかを決定するように構成される装置とを含む。   According to another aspect, an x-ray imaging system includes a radiation source configured to project x-rays toward a scanned subject, a first detector layer, and a second detector layer. A detector assembly, wherein the second layer is arranged to receive x-rays from a radiation source transmitted through the first detector layer, and each of the first and second layers is from the radiation source. A detector assembly configured to receive projected x-rays and convert x-ray imaging energy into an electrical signal representative of energy sensitive x-ray imaging data; and at least one of the first and second detector layers Receiving data representative of the flux rate, determining whether an electrical signal has been output at the first detector layer for image reconstruction based on the received data, and determining image reconstruction based on the received data For In the second detector layer and a device configured to determine whether the output electric signal.

別の態様によれば、撮像システムを製作する方法は、X線源を提供するステップと、X線源から放出されるX線を受け取るように、第1の検出器を配置するステップと、X線源から放出され、第1の検出器を透過したX線を受け取るように、第2の検出器を配置するステップと、論理装置を第1および第2の検出器に電気的に結合するステップであって、論理装置が、第1および第2の検出器の一方におけるX線フラックスのレベルを表すように構成されるステップとを含む。   According to another aspect, a method of making an imaging system includes providing an X-ray source, positioning a first detector to receive X-rays emitted from the X-ray source, and X Positioning a second detector to receive x-rays emitted from the source and transmitted through the first detector; and electrically coupling the logic device to the first and second detectors And wherein the logic device is configured to represent a level of x-ray flux at one of the first and second detectors.

本発明のその他の様々な特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかになるであろう。   Various other features and advantages of the present invention will be made apparent from the following detailed description and the drawings.

図面は、本発明を実施するために現在企図されている様々な実施形態を示している。   The drawings illustrate various embodiments presently contemplated for carrying out the invention.

本発明の動作環境が、64スライスコンピュータ断層撮影(CT)システムに関して説明される。しかし、当業者であれば、その他のマルチスライス構成での使用に対しても本発明が等しく適用可能であることを、理解されよう。さらに、本発明は、X線の検出および変換に関して説明される。しかし、当業者であればさらに、その他の高周波数電磁エネルギーの検出および変換に対しても本発明が等しく適用可能であることを、理解されよう。本発明は、「第3世代」CTスキャナに関して説明されるが、その他のCTシステムでも等しく適用可能である。   The operating environment of the present invention is described with respect to a 64-slice computed tomography (CT) system. However, one skilled in the art will appreciate that the present invention is equally applicable for use in other multi-slice configurations. Furthermore, the present invention will be described with respect to X-ray detection and conversion. However, those skilled in the art will further appreciate that the present invention is equally applicable to the detection and conversion of other high frequency electromagnetic energy. Although the present invention is described with respect to a “third generation” CT scanner, it is equally applicable to other CT systems.

図1を参照すると、コンピュータ断層撮影(CT)撮像システム10が、「第3世代」CTスキャナを表すガントリ12を含むものとして示されている。ガントリ12は、X線源14を有し、X線源14は、ガントリ12の対向する側にある検出器アセンブリまたはコリメータ18に向けて、X線ビーム16を投射する。ここで図2を参照すると、検出器アセンブリ18は、複数の検出器20と、データ獲得システム(DAS:data acquisition system)32とによって形成される。複数の検出器20は、患者22を透過する投射されたX線を感知し、DAS32は、そのデータを、後の処理のために、デジタル信号に変換する。各検出器20は、衝突するX線ビームの強度を表す、したがって、患者22を透過する際の減衰ビームを表す、アナログ電気信号を生成する。X線投影データを獲得するためのスキャン中、ガントリ12と、それに取り付けられたコンポーネントは、回転の中心24の周りを回転する。   Referring to FIG. 1, a computed tomography (CT) imaging system 10 is shown as including a gantry 12 representing a “third generation” CT scanner. The gantry 12 has an x-ray source 14 that projects an x-ray beam 16 toward a detector assembly or collimator 18 on the opposite side of the gantry 12. Referring now to FIG. 2, the detector assembly 18 is formed by a plurality of detectors 20 and a data acquisition system (DAS) 32. The plurality of detectors 20 sense the projected x-rays that pass through the patient 22, and the DAS 32 converts the data into digital signals for later processing. Each detector 20 generates an analog electrical signal that represents the intensity of the impinging x-ray beam and thus represents the attenuated beam as it passes through the patient 22. During a scan to acquire x-ray projection data, the gantry 12 and its attached components rotate around the center of rotation 24.

ガントリ12の回転と、X線源14の操作は、CTシステム10の制御機構26によって管理される。制御機構26は、X線源14に電力およびタイミング信号を提供するX線コントローラ28と、ガントリ12の回転速度および位置を制御するガントリモータコントローラ30とを含む。画像再構成器34は、DAS32からのX線データをサンプリングおよびデジタル化し、高速再構成を実行する。再構成画像は、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、その画像を大容量記憶装置38に保存する。   The rotation of the gantry 12 and the operation of the X-ray source 14 are managed by the control mechanism 26 of the CT system 10. The control mechanism 26 includes an X-ray controller 28 that provides power and timing signals to the X-ray source 14 and a gantry motor controller 30 that controls the rotational speed and position of the gantry 12. The image reconstructor 34 samples and digitizes the X-ray data from the DAS 32 and performs high speed reconstruction. The reconstructed image is provided as input to the computer 36, which stores the image in the mass storage device 38.

コンピュータ36は、コマンドおよびスキャニングパラメータを操作者からコンソール40を介して受け取り、コンソール40は、キーボード、マウス、音声作動コントローラ、またはその他の任意の適切な入力装置など、何らかの形態の操作者インタフェースを有する。関連するディスプレイ42は、コンピュータ36からの再構成画像およびその他のデータを操作者が観察することを可能にする。操作者供給コマンドおよびパラメータは、制御信号および情報を、DAS32、X線コントローラ28、およびガントリモータコントローラ30に提供するために、コンピュータ36によって使用される。加えて、コンピュータ36は、テーブルモータコントローラ44も操作し、テーブルモータコントローラ44は、患者22とガントリ12の位置決めを行うために、電動式テーブル46を制御する。具体的には、テーブル46は、図1のガントリ開口部48を全身または一部が通り抜けるように患者22を動かす。   Computer 36 receives commands and scanning parameters from an operator via console 40, which has some form of operator interface, such as a keyboard, mouse, voice activated controller, or any other suitable input device. . An associated display 42 allows the operator to view the reconstructed image and other data from the computer 36. Operator supplied commands and parameters are used by computer 36 to provide control signals and information to DAS 32, X-ray controller 28, and gantry motor controller 30. In addition, the computer 36 also operates a table motor controller 44 that controls the motorized table 46 to position the patient 22 and the gantry 12. Specifically, the table 46 moves the patient 22 so that the whole body or a part thereof passes through the gantry opening 48 of FIG.

図3に示されるように、検出器アセンブリ18は、レール17を含み、レール17は、それらの間に、コリメーティングブレードまたはプレート19を有する。プレート19は、X線ビームが、例えば検出器アセンブリ18上に配置された図4の検出器20に衝突する前に、X線16をコリメートするように配置される。一実施形態では、検出器アセンブリ18は、57個の検出器20を含み、各検出器20は、アレイサイズが64×16のピクセル要素50を有する。結果として、検出器アセンブリ18は、64の行と、912の列(16×57個の検出器)とを有し、ガントリ12が回転するたびに、64個の同時スライスデータが収集されることを可能にする。   As shown in FIG. 3, the detector assembly 18 includes rails 17 that have a collimating blade or plate 19 therebetween. The plate 19 is arranged to collimate the x-ray 16 before the x-ray beam impinges on the detector 20 of FIG. 4 located on the detector assembly 18 for example. In one embodiment, detector assembly 18 includes 57 detectors 20, each detector 20 having pixel elements 50 with an array size of 64 × 16. As a result, detector assembly 18 has 64 rows and 912 columns (16 × 57 detectors), so that each time the gantry 12 rotates, 64 simultaneous slice data are collected. Enable.

図4を参照すると、検出器20は、DAS32を含み、各検出器20は、パック51内に配列された多くの検出器要素50を含む。検出器20は、検出器要素50に対してパック51内で位置決めされるピン52を含む。パック51は、複数のダイオード59を有するバックリットダイオードアレイ53上に配置される。そのバックリットダイオードアレイ53は、多層基板54上に配置される。スペーサ55が、多層基板54上に配置される。検出器要素50は、バックリットダイオードアレイ53に光学的に結合され、そのバックリットダイオードアレイ53は、多層基板54に電気的に結合される。フレックス回路56が、多層基板54の面57と、DAS32とに付けられる。検出器20は、ピン52を使用して、検出器アセンブリ18内で位置決めされる。   Referring to FIG. 4, the detector 20 includes a DAS 32, and each detector 20 includes a number of detector elements 50 arranged in a pack 51. The detector 20 includes pins 52 that are positioned within the pack 51 relative to the detector element 50. The pack 51 is disposed on a backlit diode array 53 having a plurality of diodes 59. The backlit diode array 53 is disposed on the multilayer substrate 54. Spacers 55 are disposed on the multilayer substrate 54. The detector element 50 is optically coupled to a backlit diode array 53 that is electrically coupled to a multilayer substrate 54. A flex circuit 56 is attached to the surface 57 of the multilayer substrate 54 and the DAS 32. Detector 20 is positioned within detector assembly 18 using pins 52.

一実施形態の動作において、検出器要素50内で衝突したX線は、光子を発生させ、光子は、パック51を横断し、それによって、アナログ信号を発生させ、アナログ信号は、バックリットダイオードアレイ53内のダイオード上で検出される。発生させられたアナログ信号は、多層基板54、さらにフレックス回路56を通って、DAS32まで伝送され、そこで、アナログ信号は、デジタル信号に変換される。   In operation of one embodiment, X-rays that impinge in the detector element 50 generate photons that traverse the pack 51, thereby generating an analog signal, the analog signal being a backlit diode array. Detected on diode in 53. The generated analog signal is transmitted to the DAS 32 through the multilayer substrate 54 and the flex circuit 56, where the analog signal is converted into a digital signal.

上で説明されたように、各検出器20は、X線撮影エネルギーを、エネルギー弁別データまたは光子カウントデータを含む電気信号に直接変換するように設計される。本発明は、これらの検出器、そのコンポーネント、およびデータが読み出される方式について、多くの構成を企図している。これらの実施形態の各々の間の相違にも関わらず、各検出器は、2つの共通の特徴を共有する。これらの特徴の1つは、半導体膜または層の多層構成である。一実施形態では、各半導体膜は、テルル化カドミウム亜鉛(CZT)から製作される。しかし、当業者であれば、X線撮影エネルギーの直接変換を可能にするその他の材料も使用され得ることを、容易に認識されよう。様々な実施形態の間で共通な他の特徴は、半導体層を分離する侵入または介在メタライズ膜または層の使用である。説明されるように、これらのメタライズ層は、半導体層に電圧を印加するため、および半導体層から電気信号を収集するために使用される。やはり説明されるように、そのような設計を有する検出器は、改善された飽和特性および光子カウント忠実度を有する。   As explained above, each detector 20 is designed to convert radiographic energy directly into an electrical signal containing energy discrimination data or photon count data. The present invention contemplates many configurations for these detectors, their components, and the manner in which data is read. Despite the differences between each of these embodiments, each detector shares two common features. One of these features is a multi-layer configuration of semiconductor films or layers. In one embodiment, each semiconductor film is fabricated from cadmium zinc telluride (CZT). However, one skilled in the art will readily recognize that other materials that allow direct conversion of radiographic energy can also be used. Another feature common between the various embodiments is the use of intrusion or intervening metallized films or layers that separate the semiconductor layers. As will be described, these metallization layers are used to apply a voltage to the semiconductor layer and to collect electrical signals from the semiconductor layer. As will also be described, detectors having such a design have improved saturation characteristics and photon count fidelity.

半導体層の電荷収集時間は、層の最大周期計数レート飽和閾値(MPR:maximum periodic count rate)とは逆関係にあることが、一般によく知られている。より薄い層は、より速い電荷収集と、より高いMPRを有する。しかし、より薄い層は、入射X線のより僅かな部分しか停止させない。電荷収集時間は、検出器の厚さとピクセル接触部サイズのより小さい方である寸法dにほぼ比例するが、X線撮影エネルギー付与効率(radiographic energy deposition efficiency)は、厚さに伴って指数関数的に増加する。CZTの計数レート性能は、 MPR=μE/d によって定義されることができる。 It is generally well known that the charge collection time of a semiconductor layer is inversely related to the maximum period count rate saturation threshold (MPR) of the layer. Thinner layers have faster charge collection and higher MPR. However, the thinner layer stops only a fraction of the incident x-rays. The charge collection time is approximately proportional to the dimension d, which is the smaller of the detector thickness and the pixel contact size, but the radiographic energy deposition efficiency increases exponentially with thickness. To increase. The count rate performance of CZT can be defined by MPR = μ e E / d.

この定義から、接触部サイズと厚さが等しくd=0.3cm、電界Eが1000V/cm、μが約1000cm/(V秒)であると仮定すると、3.0メガカウント/秒の最大周期計数レートが達成されることができる。X線の到着は、周期的ではなく、ランダムであるので、重大な飽和効果は、平均よりも10倍低いレートで発生する。言い換えると、厚さが3.0mmのCZT半導体層の計数レートは、0.3〜3.0メガカウント/秒の範囲内の計数レート性能を有することができる。しかし、説明されるように、単一のより厚い層に相当する累積的厚さを有する複数の層を用いた直接変換半導体検出器の構成は、計数レート性能を改善することができる。 From this definition, assuming that contact size and thickness are equal, d = 0.3 cm, electric field E is 1000 V / cm, and μ e is about 1000 cm 2 / (V seconds), 3.0 megacounts / second A maximum period counting rate can be achieved. Since the arrival of X-rays is random rather than periodic, significant saturation effects occur at a rate 10 times lower than average. In other words, the count rate of a 3.0 mm thick CZT semiconductor layer can have a count rate capability in the range of 0.3 to 3.0 megacounts / second. However, as will be described, the configuration of a direct conversion semiconductor detector using multiple layers having a cumulative thickness corresponding to a single thicker layer can improve count rate performance.

さらに、より薄い変換層は、電荷収集時間の短縮によって計数レート性能を改善するばかりでなく、電荷収集効率の改善も提供して、それによって分極を低減し、また検出器カウントおよびエネルギー応答忠実度の改善も提供する。より薄い変換層は、ピクセル要素間の電荷共有も低減し、それによって、エネルギー弁別性能および空間解像度を改善する。   In addition, the thinner conversion layer not only improves count rate performance by reducing charge collection time, but also provides improved charge collection efficiency, thereby reducing polarization and detector count and energy response fidelity It also provides improvements. A thinner conversion layer also reduces charge sharing between pixel elements, thereby improving energy discrimination performance and spatial resolution.

検出器を複数の薄い層に分割することによるフラックスレート性能の改善は、多くの要因に帰することができる。第1に、複数の層を有することが、総フラックスレートを異なる層の間に分配する。各層は、総フラックスの一部分のみを経験する。例えば、(X線の減衰深度に比べて)薄い第1の層の不完全なX線減衰は、この層の飽和が、すべてのX線を停止させる厚い層の飽和よりも高い計数レートにあることを保証する。   The improvement in flux rate performance by dividing the detector into multiple thin layers can be attributed to many factors. First, having multiple layers distributes the total flux rate between the different layers. Each layer experiences only a portion of the total flux. For example, incomplete x-ray attenuation of a thin first layer (compared to the x-ray attenuation depth), the saturation of this layer is at a higher count rate than the saturation of a thick layer that stops all x-rays Guarantee that.

第2の要因は、1つの層が飽和した場合でも、別の層は飽和しておらず、そのビューに関する有効なデータを与えることを保証するように、層の厚さが構成され得ることである。例えば、層の1つがX線の5%のみを停止させるように構成された場合、X線は、すべてのX線を停止させるように設計された厚い層を20倍のフラックスレートで飽和させる。第3の要因は、層の厚さおよびピクセルサイズが小さくなるにつれて、電荷収集時間も短くなることである。電荷収集時間は、層における移動度と電界によって除算された、厚さまたはピクセル接触部サイズのどちらか、より小さい方とほぼ比例する。より小さな厚さおよび/またはピクセルサイズは、より高いフラックスレート限界をその層に対して与える。   The second factor is that even if one layer is saturated, another layer is not saturated and the layer thickness can be configured to ensure that it provides valid data about that view. is there. For example, if one of the layers is configured to stop only 5% of the x-rays, the x-rays saturate a thick layer designed to stop all x-rays at 20 times the flux rate. The third factor is that the charge collection time decreases as the layer thickness and pixel size decrease. Charge collection time is approximately proportional to the smaller of the thickness or pixel contact size divided by the mobility in the layer and the electric field. A smaller thickness and / or pixel size provides a higher flux rate limit for the layer.

第4の要因は、より薄い層がクロストークの低減ももたらすことである。クロストークに及ぼすピクセルサイズの影響は、総ピクセル面積分の有効周囲面積によって近似的に与えられる。すなわち、クロストークは、4W×aT/Wを係数として増減され、ここで、Wは、ピクセルピッチであり、aTは、層の厚さに比例する電荷拡散長(charge spreading length)である。したがって、クロストークは、層の厚さが減少するにつれて低減される。フラックスレート飽和効果とクロストーク効果の競合は、X線撮像検出器の優秀さの重要な数値である検出量子効率(DQE(f))に及ぼすそれらの影響の検討によって、トレードオフされることができる。DQEは、計数レートの関数として低下し、より薄い層に対してはあまり低下しない。層の数および厚さを最適化するための設計方法は、DQE(f)が何らかの閾値曲線上のいずれかの点よりも低下した後で最大計数レートを取得したときに予測される。 A fourth factor is that thinner layers also provide reduced crosstalk. The effect of pixel size on crosstalk is approximately given by the effective perimeter of the total pixel area. That is, crosstalk is increased or decreased 4W × aT / W 2 as a coefficient, wherein, W is the pixel pitch, aT is the charge diffusion length, which is proportional to the thickness of the layer (charge spreading length). Thus, crosstalk is reduced as the layer thickness decreases. The competition between the flux rate saturation effect and the crosstalk effect can be traded off by examining their impact on the detection quantum efficiency (DQE (f)), an important figure of excellence in X-ray imaging detectors. it can. DQE decreases as a function of counting rate and does not decrease much for thinner layers. A design method for optimizing the number and thickness of layers is predicted when the maximum count rate is obtained after DQE (f) drops below any point on some threshold curve.

第5の要因は、電子および正孔のより効率的な収集に起因する分極の低減である。より薄い層では、電子および正孔は、より小さな距離を移動するだけで収集されることができ、したがって、電子および正孔は、トラッピングをより受けにくくなる。   The fifth factor is the reduction of polarization due to more efficient collection of electrons and holes. In thinner layers, electrons and holes can be collected by traveling a smaller distance, and thus electrons and holes are less susceptible to trapping.

薄い層の使用時に改善される計数レート限界に対するこれら5つの要因に加えて、フラックスレート限界(すなわち単位面積当たりの計数レート)は、クロストークが低減されるために薄い層において好まれるより小さなピクセルサイズを使用することによって改善される。   In addition to these five factors for improved count rate limits when using thin layers, flux rate limits (ie, count rates per unit area) are smaller pixels preferred in thin layers due to reduced crosstalk. Improved by using size.

ここで図5を参照すると、本発明の一実施形態による2層CZTまたは直接変換検出器20aの部分が、斜視図で示されている。検出器20aは、第1の半導体層62と、第2の半導体層64とによって定められる。製作プロセス中、各半導体層62、64は、多くの検出要素または接触部65を定めるために、多くの電子的ピクセル化構造またはピクセルを有するように構成される。この電子的ピクセル化は、電気的接触部65の2D配列67、69を、直接変換材料の層62、64上に与えることによって達成される。さらに、一実施形態では、このピクセル化は、各半導体層62、64の幅方向および長さ方向に2次元的に定められる。   Referring now to FIG. 5, a portion of a two-layer CZT or direct conversion detector 20a according to one embodiment of the invention is shown in perspective view. The detector 20 a is defined by the first semiconductor layer 62 and the second semiconductor layer 64. During the fabrication process, each semiconductor layer 62, 64 is configured to have a number of electronic pixelated structures or pixels to define a number of sensing elements or contacts 65. This electronic pixelation is achieved by providing a 2D array 67, 69 of electrical contacts 65 on the layers 62, 64 of direct conversion material. Further, in one embodiment, this pixelation is defined two-dimensionally in the width direction and length direction of each semiconductor layer 62, 64.

検出器20aは、半導体層62、64にそれぞれ隣接する高電圧電極66、68を含む。各高電圧電極66、68は、電源(図示されず)に接続され、X線またはガンマ線検出プロセス中にそれぞれの半導体層に電力供給するように設計される。当業者であれば、各高電圧接続層が、各接続層のX線吸収特性を低下させるために相対的に薄くあるべきであり、一実施形態では、厚さ数100オングストロームであることを理解されよう。以下でより詳細に説明されるように、これらの高電圧電極は、メタライゼーションプロセスによって半導体層に固着されることができる。   The detector 20a includes high voltage electrodes 66 and 68 adjacent to the semiconductor layers 62 and 64, respectively. Each high voltage electrode 66, 68 is connected to a power source (not shown) and is designed to power the respective semiconductor layer during the x-ray or gamma ray detection process. One skilled in the art understands that each high voltage connection layer should be relatively thin to reduce the x-ray absorption characteristics of each connection layer, and in one embodiment is a few hundred angstroms thick. Let's be done. As described in more detail below, these high voltage electrodes can be secured to the semiconductor layer by a metallization process.

ここで図6を参照すると、図5の線6−6に沿った断面図は、一実施形態における各半導体層62、64の相対的厚さを示している。加えて、この実施形態の場合、ピクセルピッチと接触部サイズは、両方の層で同様であり、より薄い方の厚さにほぼ等しい。高電圧電極66、68と同様に、2D接触部アレイ67、69も、X線撮影エネルギーを最低限吸収すべきである。各アレイまたは信号収集層は、半導体層によって生成された電気信号をデータ獲得システムまたはその他のシステム電子機器に出力するための機構を提供するように設計される。後でより詳細に説明されるように、異なる層内のピクセルについての信号を柔軟に組み合わせるための機構が提供される。当業者であれば、多くの(おそらく数100の)相互接続(図示されず)が、すべての接触部65をCTシステム電子機器に接続するために使用されることを理解されよう。さらに、半導体変換層の累積3.0mmの厚さは、X線の99%が吸収される厚さである。吸収は、医療CT獲得の典型的なX線スペクトルである、20.0cmのフィルタリングが施された120.0kvpスペクトルについての物理学モデルを用いて計算される。   Referring now to FIG. 6, a cross-sectional view along line 6-6 of FIG. 5 illustrates the relative thickness of each semiconductor layer 62, 64 in one embodiment. In addition, for this embodiment, the pixel pitch and contact size are similar for both layers and are approximately equal to the thinner thickness. As with the high voltage electrodes 66, 68, the 2D contact arrays 67, 69 should absorb a minimum of radiographic energy. Each array or signal collection layer is designed to provide a mechanism for outputting an electrical signal generated by the semiconductor layer to a data acquisition system or other system electronics. A mechanism is provided for flexibly combining signals for pixels in different layers, as will be described in more detail later. One skilled in the art will appreciate that many (possibly hundreds) of interconnects (not shown) are used to connect all contacts 65 to the CT system electronics. Furthermore, the cumulative thickness of 3.0 mm of the semiconductor conversion layer is a thickness at which 99% of the X-rays are absorbed. Absorption is calculated using a physics model for a 120.0 kvp spectrum with 20.0 cm filtering, which is a typical X-ray spectrum for medical CT acquisition.

加えて、図6に示されるように、半導体層62、64の厚さは、互いに異なっているが、ピクセルピッチおよび接触部サイズは、同様である。層は、指数関数的な吸収特性を利用するために、X線方向に関して特定の順序で配置される。図6の場合、X線が上方から下側の共通接触部アレイに向かって入射すると、半導体層64におけるよりも半導体層62において、より多くのX線が与えられる。例えば、半導体層62が1ミリメータの厚さを有し、半導体層64が2.0mmの厚さを有すると仮定すると、半導体層62がX線の約92%を吸収することが予想され、一方、第2の半導体層64はX線の約7%を吸収することが予想される。2つの層の組み合わされた総吸収は、3.0mmの層の99%の効率を再現する。厚さ3mmの単一の層と比較された際の、この構成の重要な利点の1つは、これら2つのより薄い層についての分極効果の低減である。この利点自体は、ほとんどの実際の用途において、フラックスレートが10倍増加した動作を可能にする。   In addition, as shown in FIG. 6, the thicknesses of the semiconductor layers 62 and 64 are different from each other, but the pixel pitch and contact size are the same. The layers are arranged in a specific order with respect to the X-ray direction in order to take advantage of the exponential absorption characteristics. In the case of FIG. 6, when X-rays enter from the upper side toward the lower common contact portion array, more X-rays are given in the semiconductor layer 62 than in the semiconductor layer 64. For example, assuming that the semiconductor layer 62 has a thickness of 1 millimeter and the semiconductor layer 64 has a thickness of 2.0 mm, the semiconductor layer 62 is expected to absorb about 92% of the x-rays, The second semiconductor layer 64 is expected to absorb about 7% of the X-rays. The combined total absorption of the two layers reproduces 99% efficiency of the 3.0 mm layer. One important advantage of this configuration when compared to a single layer of 3 mm thickness is the reduction of the polarization effect for these two thinner layers. This advantage itself allows operation with a 10-fold increase in flux rate in most practical applications.

加えて、特定の自己補正アルゴリズムを用いて2つの層からの計数応答を組み合わせることによって、分割された検出器である検出器20aは、厚さ3.0mmの半導体材料の単一の層と比べて10倍増加した計数レート性能を提供するように構成されることができる。例えば、本明細書で説明されるようなCT検出器が、入射X線フラックスの92%を吸収する第1の層と、7%を吸収する第2の層とを有するように構成され得ることを考えられたい。結果として、第2の層は、厚さ3.0mmの層よりも14倍高いフラックスレートで飽和する。入射フラックスレートが増加するにつれて、第2の層は、厚さ3.0mmの層を飽和させるのに必要とされるX線フラックスよりも大きいX線フラックスで飽和またはオーバーレンジする。単一のCT検出器の複数の層の飽和特性におけるこの可変性は、オーバーレンジ層の出力が、非オーバーレンジまたは非飽和層における有効信号によって推定されることを可能にする。これに関連して、与えられた検出器層の飽和状態が検出され、結果として、飽和層または等価の厚さ3.0mmの層についての信号が、検出器内の非飽和層の出力から経験的に推定される。   In addition, by combining the counting responses from the two layers using a specific self-correction algorithm, the split detector, detector 20a, is compared to a single layer of semiconductor material with a thickness of 3.0 mm. Can be configured to provide increased count rate performance. For example, a CT detector as described herein can be configured to have a first layer that absorbs 92% of the incident x-ray flux and a second layer that absorbs 7%. I want to think about. As a result, the second layer saturates at a flux rate 14 times higher than a 3.0 mm thick layer. As the incident flux rate increases, the second layer saturates or overranges with an x-ray flux that is greater than the x-ray flux required to saturate the 3.0 mm thick layer. This variability in the saturation characteristics of multiple layers of a single CT detector allows the overrange layer output to be estimated by the effective signal in the non-overrange or non-saturation layer. In this connection, the saturation state of a given detector layer is detected and, as a result, the signal for the saturated layer or an equivalent 3.0 mm thick layer is experienced from the output of the unsaturated layer in the detector. Estimated.

この自己補正可能性アルゴリズムの一例は、第1の層がそれよりも上で飽和させられる高い計数レートにおいては、分数吸収(fractional absorption)によって加重された第2の層からの計数応答のみが、各ピクセルに対するその投影に割り当てられるものである。低い計数レートにおいては、両方の層からの応答の加重和が、各ピクセルに対する投影に割り当てられる。より精巧なアルゴリズムは、計数レートの増加につれて1つの層の値における統計誤差が大きくなる場合、その値が重みを小さくして組合せ和に追加されるように、2つの層についての信号を、それらのDQEの加重逆数(weighting inverse)と組み合わせることができる。   An example of this self-correctability algorithm is that at high count rates above which the first layer is saturated, only the count response from the second layer weighted by fractional absorption is Assigned to that projection for each pixel. At low count rates, a weighted sum of responses from both layers is assigned to the projection for each pixel. A more sophisticated algorithm is that if the statistical error in a layer value increases as the count rate increases, the signal for the two layers is added to the combined sum so that the value is reduced in weight. Can be combined with a weighted inverse of DQE.

CT検出器アセンブリは、各CT検出器がそのようなオーバーレンジ補正可能性を備えて構成されるように構成され得ることが企図されている。しかし、一般にオーバーレンジングに関連する検出器アセンブリ内の検出器のみが、このオーバーレンジング自己補正可能性を備えて構成されることも企図されている。例えば、検出器アセンブリの周辺検出器は一般に、より中央に配置された検出器よりも高いフラックス状態に遭遇する。これに関連して、周辺検出器は、オーバーレンジング自己補正可能性を備えて構成されることができるが、より中央に配置された検出器は、そのように構成されない。さらに、高計数レート能力を有するが、貧弱な計数レートおよび/またはエネルギー応答特性を有するその他の検出機構および検出器材料を用いる層が、飽和層の計数レートおよびエネルギー応答を推定するために、検出器のある部分で使用されることができる。   It is contemplated that the CT detector assembly may be configured such that each CT detector is configured with such overrange correctability. However, it is also contemplated that only detectors in detector assemblies that are generally associated with overranging are configured with this overranging self-correctability. For example, detector detector peripheral detectors typically encounter higher flux conditions than more centrally located detectors. In this regard, the peripheral detector can be configured with overranging self-correctability, but the more centrally located detector is not so configured. In addition, layers using other detection mechanisms and detector materials that have high count rate capability but have poor count rate and / or energy response characteristics can be detected to estimate the count rate and energy response of the saturated layer. Can be used in certain parts of the vessel.

加えて、与えられたCT検出器が、3つ以上の半導体層をもち得ることも企図されている。これに関連して、2つ以上の非飽和層の有効信号出力が、飽和層の出力を推定するために使用されることができる。例えば、検出器は、35倍の有効応答を有する第1の層と、10倍の有効応答を有する第2の層と、第1の層の有効応答と等価な有効応答を有する第3の層とを備えるように構成されることができる。これに関連して、第1および第3の層は、第2の層よりも高いX線フラックス層で飽和する。したがって、第2の層がオーバーレンジまたは飽和させられた場合、第1および第3の層の出力が、オーバーレンジした第2の層の出力を補償または効果的に決定するために使用されることができる。   In addition, it is contemplated that a given CT detector can have more than two semiconductor layers. In this regard, the effective signal output of two or more unsaturated layers can be used to estimate the output of the saturated layer. For example, the detector may include a first layer having a 35 times effective response, a second layer having a 10 times effective response, and a third layer having an effective response equivalent to the effective response of the first layer. And can be configured to comprise: In this connection, the first and third layers saturate with a higher x-ray flux layer than the second layer. Thus, if the second layer is overranged or saturated, the outputs of the first and third layers are used to compensate or effectively determine the overranged second layer output. Can do.

ここで図7を参照すると、CZTまたは直接変換検出器のために企図された別の設計が示されている。この実施形態では、検出器20bも、1対の半導体層74、76を含む。先に説明された実施形態とは対照的に、検出器20bは、単一の共通信号収集層または2D接触部アレイ78を含む。この単一ではあるが共通のアレイ78は、半導体層74、76の両方から電気信号を収集し、それらの電気信号をDASまたはその他のシステム電子機器に出力するように設計される。加えて、検出器20bは、1対の高電圧電極80、82も含む。各高電圧電極は、カソードとして有効に動作し、2Dアレイ78の接触部は、アノードとして動作する。これに関連して、高電圧接続80、82を介して印加される電圧は、各半導体層を通って信号収集接触部アレイ78に向かう回路を生成する。   Referring now to FIG. 7, another design contemplated for CZT or direct conversion detector is shown. In this embodiment, detector 20b also includes a pair of semiconductor layers 74,76. In contrast to the previously described embodiments, detector 20b includes a single common signal collection layer or 2D contact array 78. This single but common array 78 is designed to collect electrical signals from both semiconductor layers 74, 76 and output them to DAS or other system electronics. In addition, detector 20b also includes a pair of high voltage electrodes 80,82. Each high voltage electrode effectively operates as a cathode, and the contact portion of the 2D array 78 operates as an anode. In this regard, the voltage applied through the high voltage connections 80, 82 creates a circuit that goes through each semiconductor layer to the signal collection contact array 78.

さらに別の企図された実施形態が、図8に示されている。この実施形態に示されるように、検出器20cは、4つの半導体層84、86、88、90を含む。検出器20cはさらに、高電圧電極87、89、91と、収集接触部アレイ93、95とに電気的に接続される、2つの導電性の線または経路92、94を含む。導電性経路92は、接触部アレイ93、95から電気信号を受け取り、移動させる。これに関連して、単一のデータ出力が、CTシステム電子機器に提供される。単一の信号収集リードと同様に、単一の高電圧接続94は、電極87、89、91を介して4つの半導体層84〜90に電力供給するために使用される。検出器20cは、単一の高電圧接続を必要とするのみである。   Yet another contemplated embodiment is shown in FIG. As shown in this embodiment, detector 20c includes four semiconductor layers 84, 86, 88, 90. The detector 20c further includes two conductive lines or paths 92, 94 that are electrically connected to the high voltage electrodes 87, 89, 91 and the collection contact arrays 93, 95. The conductive path 92 receives and moves electrical signals from the contact array 93, 95. In this regard, a single data output is provided to the CT system electronics. Similar to a single signal acquisition lead, a single high voltage connection 94 is used to power the four semiconductor layers 84-90 via electrodes 87, 89, 91. The detector 20c only requires a single high voltage connection.

図9を参照すると、本発明のモノリシック実施形態が示されている。図8の実施形態と同様に、検出器20dは、4つの半導体層96〜102を含む。各半導体層96〜102は、1対の導電性層に接続される。これに関連して、一方の導電性層は、電圧の印加用に使用され、他方の導電性層は、それぞれの半導体層によって発生させられた電気信号の収集用に使用される。導電性層の数を最小化するため、検出器20dは、交替導電性層構造を利用する。すなわち、1つ置きの導電性層が、高電圧接続用に使用され、その他の導電性層は、信号収集用に使用される。これに関連して、導電性層104、106、108は、相対的に高い電圧の印加用に使用され、層110、112は、信号収集用の接触部を含む。そのように、高電圧接続層104、108は、それぞれ半導体層96、102に電圧を印加するために使用される。高電圧接続層106は、半導体層98、100に電圧を印加するために使用される。   Referring to FIG. 9, a monolithic embodiment of the present invention is shown. Similar to the embodiment of FIG. 8, detector 20d includes four semiconductor layers 96-102. Each semiconductor layer 96-102 is connected to a pair of conductive layers. In this connection, one conductive layer is used for applying a voltage and the other conductive layer is used for collecting electrical signals generated by the respective semiconductor layers. In order to minimize the number of conductive layers, the detector 20d utilizes an alternating conductive layer structure. That is, every other conductive layer is used for high voltage connections and the other conductive layers are used for signal collection. In this connection, the conductive layers 104, 106, 108 are used for the application of relatively high voltages, and the layers 110, 112 include contacts for signal collection. As such, the high voltage connection layers 104, 108 are used to apply voltages to the semiconductor layers 96, 102, respectively. The high voltage connection layer 106 is used to apply a voltage to the semiconductor layers 98 and 100.

上で説明されたように、一実施形態では、各半導体層は、CZT材料から構成される。当業者であれば、そのような半導体を構成するのに使用され得る多くの技法が存在することを理解されよう。例えば、分子線エピタキシ(MBE:molecular beam epitaxy)は、CZT材料の各薄層を生成するのに使用され得る1つの方法である。高分子接着剤へのCZT粒子のスクリーン印刷は、フレキシブル配線基板上に層を形成する潜在的に低コストの低温方法である。当業者であれば、半導体層をメタライズして、これまで説明された導電性接続を提供するために、多くの技法が使用され得ることを理解されよう。   As explained above, in one embodiment, each semiconductor layer is composed of a CZT material. One skilled in the art will appreciate that there are many techniques that can be used to construct such semiconductors. For example, molecular beam epitaxy (MBE) is one method that can be used to produce each thin layer of CZT material. Screen printing of CZT particles on a polymeric adhesive is a potentially low cost, low temperature method of forming a layer on a flexible wiring board. One skilled in the art will appreciate that many techniques can be used to metallize the semiconductor layer to provide the conductive connections described above.

さらに、図10に示されるように、収集接触部に信号フィードスルーを提供するために、メタライゼーションも使用されることができる。示されるように、半導体材料114の単一の層は、収集接触部のアレイ116と高電圧電極層118とでサンドイッチされる。収集接触部アレイ116および高電圧電極層118を形成するための半導体層114のメタライゼーションに先立ち、孔120が、半導体114にエッチングされ、またはその他の方法で形成される。その後、それぞれの収集接触部124からの信号フィードパス122を提供するために、孔120は、メタライズされることができる。近くの隣接する高電圧電極層118と接触しないように、信号フィードスルーまたは伝導パス122が、孔120内に構成される。これに関連して、信号路は、検出器のいたる所で、個々の収集接触部124によって発せられた電気信号をCTシステム電子機器まで移動させるように設計されたバス(図示されず)に向かって、垂直またはX線受け取り方向に延びることができる。結果として、X線方向に積層された一連の薄層からなる積層構成が形成される。   Furthermore, metallization can also be used to provide signal feedthrough to the collection contact, as shown in FIG. As shown, a single layer of semiconductor material 114 is sandwiched with an array 116 of collection contacts and a high voltage electrode layer 118. Prior to metallization of the semiconductor layer 114 to form the collection contact array 116 and the high voltage electrode layer 118, holes 120 are etched into the semiconductor 114 or otherwise formed. Thereafter, the holes 120 can be metallized to provide a signal feed path 122 from each collection contact 124. A signal feedthrough or conduction path 122 is configured in the hole 120 so as not to contact the adjacent adjacent high voltage electrode layer 118. In this regard, the signal path is directed to a bus (not shown) designed to move the electrical signals emitted by the individual collection contacts 124 to the CT system electronics throughout the detector. Extending in the vertical or X-ray receiving direction. As a result, a laminated structure is formed that consists of a series of thin layers laminated in the X-ray direction.

これまで、層の厚さは異なるが、ピクセルサイズは同様の寸法となるように設計された多層CT検出器に関して、本発明が説明された。   So far, the present invention has been described with respect to a multilayer CT detector designed with different layer thicknesses but similar pixel sizes.

従来のCTスキャンで一般に遭遇されるXフラックスレートにおいて、エネルギー感知CT検出器が飽和またはオーバーレンジする可能性を低減するために、厚さが様々な直接変換半導体層を含む多層CT検出器に関して、本発明が説明された。しかし、以下で説明されるように、本発明は、CT検出器の飽和特性を改善するために多層CT検出器の電気的接触部における可変性を利用する、エネルギー感知オーバーレンジング耐性CT検出器にも関する。   For multi-layer CT detectors that include direct conversion semiconductor layers of varying thickness to reduce the possibility of saturation or overrange of energy sensitive CT detectors at the X flux rate commonly encountered in conventional CT scans. The invention has been described. However, as described below, the present invention is an energy sensitive overranging tolerant CT detector that utilizes variability in the electrical contacts of a multilayer CT detector to improve the saturation characteristics of the CT detector. Also related.

ここで図11を参照すると、本発明を含むCT検出器の一部の分解側面図が示されている。示されるように、検出器126は、検出器フレーム(図示されず)に留め具(図示されず)によって固定された基板128上に形成される。基板128は、1対の検出器層130、132を支持する。各検出器層130、132は、放射線変換コンポーネントと、信号収集コンポーネントとで構成される。示された実施形態では異なる厚さを有する層130、132は、X線方向134に積層され、フレックス層136によって互いに分離される。CT検出器126は、検出器アセンブリにバイアスをかけるために検出器層130に接続される、高電圧バイアス線138も含む。   Referring now to FIG. 11, an exploded side view of a portion of a CT detector that includes the present invention is shown. As shown, the detector 126 is formed on a substrate 128 that is secured to a detector frame (not shown) by fasteners (not shown). The substrate 128 supports a pair of detector layers 130, 132. Each detector layer 130, 132 is comprised of a radiation conversion component and a signal acquisition component. In the illustrated embodiment, layers 130, 132 having different thicknesses are stacked in the x-ray direction 134 and separated from each other by a flex layer 136. The CT detector 126 also includes a high voltage bias line 138 connected to the detector layer 130 to bias the detector assembly.

上で言及されたように、検出器126は、1対の検出器層130、132を含む。検出器層は、従来のCT検出器と調和する、またはCZTなどの直接変換半導体材料から製作される、シンチレータと、フォトダイオードとを含むことができ、それらは、多くの検出器要素またはピクセルに結合される。図11に示されるように、検出器層130は、検出器層132とは、それぞれの変換コンポーネント140、142の厚さと、それぞれの検出器要素アレイ144、146の数およびサイズが異なる。示されるように、検出器要素アレイ144は、検出器の等しい面積について、検出器要素アレイ146よりも、ピクセルピッチが半分であり、検出器要素148の数が4倍である。加えて、検出器要素148の接触部面積は、検出器要素150の接触部面積の4分の1である。説明されるように、単一のCT検出器内における検出器要素アレイのこの変形は、検出器の飽和特性を大きく高める。   As mentioned above, the detector 126 includes a pair of detector layers 130, 132. The detector layer can include a scintillator and a photodiode that are matched to a conventional CT detector or made from a direct conversion semiconductor material such as CZT, which can be in many detector elements or pixels. Combined. As shown in FIG. 11, the detector layer 130 differs from the detector layer 132 in the thickness of each conversion component 140, 142 and the number and size of each detector element array 144, 146. As shown, detector element array 144 is half the pixel pitch and four times the number of detector elements 148 than detector element array 146 for equal detector area. In addition, the contact area of detector element 148 is a quarter of the contact area of detector element 150. As will be explained, this variation of the detector element array within a single CT detector greatly enhances the saturation characteristics of the detector.

与えられた検出器126内の検出器要素のサイズを変化させることによって、検出器の各層に関連する電荷収集時間が変化させられる。すなわち、当業者であれば、変換層の厚さが小さくなり、また検出器要素のサイズが小さくなるにつれて、電荷収集時間が短くなることを容易に理解されよう。すなわち、検出器層の電荷収集時間は、検出器層における移動度と電界によって除算された、変換層の厚さまたは検出器要素サイズのどちらか、より小さい方とほぼ比例する。計数レート飽和閾値は、ピクセルサイズがより小さいほど、より大きくなる。さらに、面積減少に比例する与えられた計数レート飽和閾値に対して、より小さいピクセル面積は、より高いフラックスレート飽和閾値を暗示する。そのように、変換層の厚さおよび/または検出器要素サイズが減少するにつれて、対応する検出器層についてのフラックスレート限界は増大し、それによって、CT検出器のその層についての飽和特性を改善する。飽和特性におけるこの改善および可変性は、いくつかの層はより高いX線フラックスレベルに持ちこたえ、自己補正可能性アルゴリズムに入力を提供するように、検出器が構成されることを可能にする。   By changing the size of the detector elements within a given detector 126, the charge collection time associated with each layer of the detector is changed. That is, those skilled in the art will readily appreciate that the charge collection time decreases as the conversion layer thickness decreases and the detector element size decreases. That is, the charge collection time of the detector layer is approximately proportional to the smaller of the conversion layer thickness or the detector element size divided by the mobility and electric field in the detector layer. The count rate saturation threshold increases with decreasing pixel size. Furthermore, for a given count rate saturation threshold proportional to area reduction, a smaller pixel area implies a higher flux rate saturation threshold. As such, as the conversion layer thickness and / or detector element size decreases, the flux rate limit for the corresponding detector layer increases, thereby improving the saturation characteristics for that layer of the CT detector. To do. This improvement and variability in saturation characteristics allows the detector to be configured so that some layers can withstand higher x-ray flux levels and provide input to a self-correctability algorithm.

図11に示される実施形態では、電圧バイアス線またはリード138は、基板128から直接変換層130に延びる。しかし、図12に示されるように、高電圧バイアス線138は、フレックス層136に接して配置されることが企図される。フレックス層136は、ルーティング層を構成し、個々の検出器要素148を、CTスキャナ10の読み出し電子機器、すなわち、DASおよび画像再構成器に接続するために使用される。図12に示される実施形態では、電圧バイアス線138は、フレックス層136の面上にメタライズされることができ、検出器要素148は、反対側の面上にメタライズされることができる。   In the embodiment shown in FIG. 11, voltage bias lines or leads 138 extend directly from the substrate 128 to the conversion layer 130. However, as shown in FIG. 12, it is contemplated that the high voltage bias line 138 is disposed in contact with the flex layer 136. The flex layer 136 constitutes the routing layer and is used to connect the individual detector elements 148 to the readout electronics of the CT scanner 10, namely the DAS and the image reconstructor. In the embodiment shown in FIG. 12, the voltage bias line 138 can be metallized on the face of the flex layer 136 and the detector element 148 can be metallized on the opposite face.

図13は、検出器層130、132と、互いに関連するそれぞれのコンポーネントとを別の方向から示している。示されるように、直接変換コンポーネント140、142の間の厚さの相違は、異なる吸収およびフラックスレート特性を達成するために、図11に示された厚さの相違とは変えられることができる。例えば、検出器要素148が0.25mmのピクセルサイズを有し、検出器要素150が1.0mmのピクセルサイズを有すると仮定すると、0.4mmの厚さを有すると仮定された検出器層130は、そこに衝突するX線134の2分の1を停止させ、4.6mmの厚さを有すると仮定された変換層142は、層140によって吸収されなかったX線134の残りの半分を停止させる。吸収は、医療CTシステムの典型的なX線スペクトルである、3.0cmのフィルタリングが施された140kvpスペクトルについての物理学モデルを用いて計算される。厚さ5.0mmの単一の層と比べて、両方の検出器層130、132の各々は、各層それぞれにおける不完全な吸収のために、フラックスレート能力の2倍の改善を有する。さらに、層130は、1.0mmピクセルの1/16の面積を有し、1.0mmピクセルに対して16倍高いフラックスレート飽和閾値をもたらす。さらに、減少された層の厚さと減少された検出器要素サイズの組合せは、1.0mmのピクセルサイズを有する単一の5.0mmの検出器層と比べて、層130について4倍短縮された電荷収集時間をもたらす。これらのメカニズムの各々によるフラックスレート改善は乗法的である。不完全な吸収(2倍)、より小さな面積(16倍)、および短縮された電荷収集時間(4倍)のこの組合せの結果として、検出器層130についての総フラックスレート飽和閾値は、1.0mmの検出器要素ピッチを有する厚さ5.0mmの層と比べて、128倍高くなることができる。さらに、層130は、薄い層における改善された電荷収集時間のため、より僅かな分極しか有さない。   FIG. 13 shows the detector layers 130, 132 and their associated components from different directions. As shown, the thickness difference between the direct conversion components 140, 142 can be varied from the thickness difference shown in FIG. 11 to achieve different absorption and flux rate characteristics. For example, assuming that the detector element 148 has a pixel size of 0.25 mm and the detector element 150 has a pixel size of 1.0 mm, the detector layer 130 assumed to have a thickness of 0.4 mm. Stops one-half of the X-rays 134 impinging there, and the conversion layer 142 assumed to have a thickness of 4.6 mm causes the other half of the X-rays 134 not absorbed by the layer 140 to be absorbed. Stop. Absorption is calculated using a physics model for a 140 kvp spectrum with 3.0 cm filtering, which is a typical X-ray spectrum of a medical CT system. Compared to a single layer with a thickness of 5.0 mm, both detector layers 130, 132 each have a two-fold improvement in flux rate capability due to incomplete absorption in each of the layers. Further, layer 130 has an area that is 1/16 of a 1.0 mm pixel, resulting in a flux rate saturation threshold that is 16 times higher for 1.0 mm pixels. Further, the combination of reduced layer thickness and reduced detector element size was reduced by a factor of 4 for layer 130 compared to a single 5.0 mm detector layer with a 1.0 mm pixel size. Provides charge collection time. The flux rate improvement by each of these mechanisms is multiplicative. As a result of this combination of incomplete absorption (2 ×), smaller area (16 ×), and reduced charge collection time (4 ×), the total flux rate saturation threshold for detector layer 130 is 1. It can be 128 times higher compared to a 5.0 mm thick layer with a detector element pitch of 0 mm. Furthermore, layer 130 has less polarization due to improved charge collection time in the thin layer.

ここで図14を参照すると、図13の実施形態に比べて、層をなす検出器の順序が逆転されている。この逆転は、1.0mmの検出器要素ピッチを有する検出器層132において、99%のX線吸収をもたらす。そのため、0.25mmの検出器要素ピッチを有する検出器層130における吸収のためには、僅か1%のX線しか残されない。したがって、検出器層130についての吸収されるフラックスレート部分は、厚さが5.0mmでピッチが0.25mmの単一層検出器のものよりも100倍小さい。検出器層132は、4倍速い電荷収集時間と1/16のピクセル面積のため、フラックスレート能力の6倍増を達成する。トータルして、多層検出器は、厚さが5.0mmで検出器要素ピッチが1.0mmの単一層検出器と比べて、フラックスレート性能の6400倍の改善を有する。   Referring now to FIG. 14, the order of the layered detectors is reversed compared to the embodiment of FIG. This reversal results in 99% x-ray absorption at detector layer 132 with a detector element pitch of 1.0 mm. Therefore, only 1% of X-rays are left for absorption in detector layer 130 having a detector element pitch of 0.25 mm. Thus, the absorbed flux rate portion for detector layer 130 is 100 times smaller than that of a single layer detector having a thickness of 5.0 mm and a pitch of 0.25 mm. The detector layer 132 achieves a 6-fold increase in flux rate capability due to 4 times faster charge collection time and 1/16 pixel area. In total, the multilayer detector has a 6400 times improvement in flux rate performance compared to a single layer detector with a thickness of 5.0 mm and a detector element pitch of 1.0 mm.

ここで図15を参照すると、検出器126が3つ以上の検出器層を有するように構成され得ることが企図されている。例えば、検出器126は、3つの別個の検出器層130(a)、130(b)、132を有するように設計されることができる。説明の目的で、図15の検出器は、別の検出器層を加えて、図14に示された検出器と同様の方向に向けられている。そのため、図15に示される検出器は、相対的に厚い変換層140と、2つの相対的により薄い変換層142(a)、142(b)とを含む。さらに、検出器層132についての検出器要素ピッチは、検出器層130(a)、130(b)についてのものの4倍である。図15に示される構成を有する検出器は、これまで説明された検出器とは異なる動作を行うことが企図されている。   Referring now to FIG. 15, it is contemplated that the detector 126 may be configured with more than two detector layers. For example, the detector 126 can be designed to have three separate detector layers 130 (a), 130 (b), 132. For illustrative purposes, the detector of FIG. 15 is oriented in the same direction as the detector shown in FIG. 14 with the addition of another detector layer. Therefore, the detector shown in FIG. 15 includes a relatively thick conversion layer 140 and two relatively thinner conversion layers 142 (a), 142 (b). Further, the detector element pitch for detector layer 132 is four times that for detector layers 130 (a), 130 (b). A detector having the configuration shown in FIG. 15 is intended to perform different operations than the detectors described so far.

具体的には、図15の検出器126の場合、より低いX線フラックスレベルでは、どの検出器層も飽和せず、単一の信号を提供するために、より小さな検出器要素148(a)、148(b)からのデータが組み合わされる。すなわち、検出器要素148(a)、148(b)が検出器要素150の4分の1のピッチであると仮定すると、検出器要素148(a)、148(b)についてのカウントデータは、検出器層132の検出器要素150のピッチと等しくなるように、4×4方式で一括(bin)される。中程度のフラックスレベルの場合、検出器層132が飽和し、検出器層130(a)、130(b)からのカウントデータのみが使用される。第3の層は、1.0mmの検出器要素ピッチを有する厚さ5.0mmの単一層検出器アセンブリと比べて、1000倍の飽和閾値を有するように構成されることができる。   Specifically, for the detector 126 of FIG. 15, at lower x-ray flux levels, no detector layer saturates and a smaller detector element 148 (a) to provide a single signal. 148 (b) are combined. That is, assuming that detector elements 148 (a), 148 (b) are a quarter pitch of detector element 150, the count data for detector elements 148 (a), 148 (b) is It is binned in a 4 × 4 manner so as to be equal to the pitch of the detector elements 150 of the detector layer 132. For medium flux levels, the detector layer 132 is saturated and only count data from the detector layers 130 (a), 130 (b) is used. The third layer can be configured to have a 1000 times saturation threshold compared to a 5.0 mm thick single layer detector assembly with a detector element pitch of 1.0 mm.

ここで図16を参照すると、計数レート性能の改善を達成するためにも、CT検出器のコンポーネントの垂直配置が使用され得ることが企図されている。検出器126は、厚さおよびサイズが同一な3つの直接変換層を含む。直接変換層152は、フレックス層154と、検出器要素156の配列とによって、互いから分離される。この構成を用いる場合、変換層の厚さが、1つの方向における検出器要素ピッチを定め、検出器要素間の間隔が、他の方向におけるピッチを定める。さらに、この配置を用いる場合、検出器要素の応答は、特定の変換層上での検出器要素「高さ」の関数である。例えば、0.7mmのサイズを有する要素の行158における検出器要素は、検出器に衝突させられたX線のほぼ1%から電荷を収集し、サイズが4.3mmの行159における検出器要素は、検出器に衝突させられたX線のほぼ99%を吸収する。したがって、要素の行158についてのフラックスレート飽和は、検出器要素ピッチが1.0mmの厚さ5.0mmの単一の検出器のものよりも100倍大きい。   Referring now to FIG. 16, it is contemplated that a vertical arrangement of CT detector components can also be used to achieve improved count rate performance. The detector 126 includes three direct conversion layers that are identical in thickness and size. The direct conversion layers 152 are separated from each other by a flex layer 154 and an array of detector elements 156. When using this configuration, the thickness of the conversion layer defines the detector element pitch in one direction, and the spacing between the detector elements defines the pitch in the other direction. Further, when using this arrangement, the response of the detector element is a function of the detector element “height” over a particular conversion layer. For example, a detector element in row 158 of elements having a size of 0.7 mm collects charge from approximately 1% of the x-rays impinged on the detector, and a detector element in row 159 having a size of 4.3 mm Absorbs almost 99% of the X-rays impinged on the detector. Thus, the flux rate saturation for element row 158 is 100 times greater than that of a single detector having a detector element pitch of 1.0 mm and a thickness of 5.0 mm.

上で言及されたように、本発明は、複数の直接変換層を使用して、CT検出器およびアセンブリの飽和特性の改善を達成することに関する。本発明は、検出器要素サイズの減少を介して、CT検出器の飽和特性の改善を達成することにも関する。CT検出器の各検出器要素は、一般に「ピクセル」と呼ばれ、そのため、一実施形態では、本発明は、ピクセル領域の「サブピクセル化」に関する。   As mentioned above, the present invention relates to achieving improved saturation characteristics of CT detectors and assemblies using multiple direct conversion layers. The present invention also relates to achieving improved saturation characteristics of CT detectors through a reduction in detector element size. Each detector element of a CT detector is commonly referred to as a “pixel” and, therefore, in one embodiment, the present invention relates to “sub-pixelation” of a pixel region.

ここで図17を参照すると、(破線で示された)単一のピクセル領域160が、4つの等しいサイズのサブピクセル162にピクセル化されている。示された例では、各サブピクセル162は、専用読み出しリード164に接続される。ピクセルにおけるフラックスはその面積に比例するので、4つの別個のサブピクセル162の組み合わされたフラックスレート飽和閾値は、4つのサブピクセル162の領域を覆う単一のピクセル160によって達成されるものの4倍である。加えて、各サブピクセル162は、層の厚さに対するサイズの減少ため、より速い電荷収集時間を有する。より速い電荷収集時間は、単に検出器要素サイズの減少によって達成される計数レート性能の改善を上回る、より大きな飽和フラックスレート限界を表す。各サブピクセル162は同様のサイズをもつので、サブピクセルはほぼ同じX線フラックスレベルで飽和することに留意されたい。   Referring now to FIG. 17, a single pixel region 160 (shown in dashed lines) is pixelated into four equally sized subpixels 162. In the example shown, each subpixel 162 is connected to a dedicated read lead 164. Since the flux at a pixel is proportional to its area, the combined flux rate saturation threshold of four separate subpixels 162 is four times that achieved by a single pixel 160 covering the area of four subpixels 162. is there. In addition, each sub-pixel 162 has a faster charge collection time due to its size reduction with respect to the layer thickness. Faster charge collection time represents a greater saturation flux rate limit that simply exceeds the improvement in count rate performance achieved by a reduction in detector element size. Note that since each sub-pixel 162 has a similar size, the sub-pixel saturates at approximately the same x-ray flux level.

他方、図18を参照すると、単一のピクセル160によって達成される領域は、異なるフラックスレート特性を有するサブピクセルにピクセル化されることができる。例えば、図18に示されるように、サブピクセル162(a)は、サブピクセル162(b)よりも著しく大きい。サブピクセルサイズにおけるこの非対称性は、合成ピクセル領域内において異なる飽和閾値を有する合成ピクセル領域をもたらす。具体的には、サブピクセル162(a)がサブピクセル162(b)より20倍大きいと仮定すると、サブピクセル162(a)は、サブピクセル162(b)の20倍のX線フラックス閾値で飽和する。   On the other hand, referring to FIG. 18, the region achieved by a single pixel 160 can be pixelated into sub-pixels having different flux rate characteristics. For example, as shown in FIG. 18, subpixel 162 (a) is significantly larger than subpixel 162 (b). This asymmetry in subpixel size results in a composite pixel region having a different saturation threshold within the composite pixel region. Specifically, assuming that subpixel 162 (a) is 20 times larger than subpixel 162 (b), subpixel 162 (a) is saturated at an x-ray flux threshold that is 20 times that of subpixel 162 (b). To do.

サブピクセル162(a)をサブピクセル162(b)に対して配置するために、任意の数の配置付けが実施され得ることが企図されている。図19に示される配置では、サブピクセル162(b)の中央配置が、サブピクセル間のクロストーク特性を改善すると信じられている。すなわち、示される配置においては、サブピクセル162(b)は、隣接するサブピクセルによって影響される可能性がより小さく、そのため、図18の配置と比較した場合、サブピクセル162(a)からのクロストークからより良く免れることができる。   It is contemplated that any number of placements may be performed to place subpixel 162 (a) relative to subpixel 162 (b). In the arrangement shown in FIG. 19, the central arrangement of subpixels 162 (b) is believed to improve crosstalk characteristics between subpixels. That is, in the arrangement shown, sub-pixel 162 (b) is less likely to be affected by adjacent sub-pixels, so that crossing from sub-pixel 162 (a) when compared to the arrangement of FIG. You can better escape from talk.

フラックスレートがCT検出器のいたる所で同一ではないことが認識されよう。これに関連して、本発明は、適切な補正手段が取られ得るように、CT検出器の与えられた部分の飽和を検出および/または予測するX線フラックス管理システムも含む。例えば、CT検出器アセンブリの末端は、被験体プロフィールおよび被験体前フィルタ減衰プロフィールのため、CT検出器アセンブリの中央部分よりも多くのX線フラックスをしばしば受け取ることがよく知られている。そのため、画像再構成のために非飽和チャネルの出力のみを使用するように、獲得後ロジックが使用され得ることが企図されている。別の実施形態では、CT検出器アセンブリの与えられた部分の飽和が予想され、結果として、飽和しないと予想されるCT検出器の部分がスキャナのDASに電気的に接続され、飽和すると予想される部分は接続されないように、選択方式(binning scheme)が確立される。さらに別の実施形態では、システムDASに対する検出器要素の接続性は、データ獲得中にビューごとに決定される。すなわち、前のビューデータとその他の事前情報が、検出器要素をDASに接続するために使用される。この方式は、データ獲得中に動的であるが検出器要素の柔軟な選択を提供する。別の実施形態では、DASに対する検出器要素の接続性は、リアルタイムに制御される。これに関連して、接続性は、高光子率が検出された場合に接続が開かれるように、与えられたビューについてデータ獲得中に変更されることができる。   It will be appreciated that the flux rate is not the same everywhere in the CT detector. In this context, the present invention also includes an x-ray flux management system that detects and / or predicts saturation of a given portion of the CT detector so that appropriate correction measures can be taken. For example, it is well known that the end of the CT detector assembly often receives more x-ray flux than the central portion of the CT detector assembly due to the subject profile and the pre-subject filter attenuation profile. As such, it is contemplated that post-acquisition logic can be used to use only the output of the non-saturated channel for image reconstruction. In another embodiment, saturation of a given portion of the CT detector assembly is expected, and as a result, the portion of the CT detector that is expected not to be saturated is electrically connected to the scanner's DAS and expected to be saturated. The selection scheme (binning scheme) is established so that the parts are not connected. In yet another embodiment, the connectivity of detector elements to the system DAS is determined for each view during data acquisition. That is, the previous view data and other prior information is used to connect the detector elements to the DAS. This scheme provides dynamic but flexible selection of detector elements during data acquisition. In another embodiment, the detector element connectivity to the DAS is controlled in real time. In this regard, connectivity can be changed during data acquisition for a given view so that the connection is opened if a high photon rate is detected.

各サブピクセル164がそれぞれのデータシステム入力166に電気的に経路付けされた、与えられた層または検出器要素の配列についての検出器要素またはサブピクセル164のループの概略図が図20に示されている。示された例では、グループは、4つのサブピクセル164で構成され、そのため、4つの出力168が、4つのデータシステム入力166に提供される。4×4DASチャネルの4つの出力は、真理表回路170に入力される。真理表回路170の出力172は、真理表回路170への4つの入力174の線形結合であり、入力のいずれかが飽和しているかどうかに依存する。図20に示されるサブピクセルの各々は同じX線フラックスで飽和するように設計されるが、画像が取られる被験体の輪郭および被験体前フィルタリングを与えることで、グループの1つのサブピクセルが近隣サブピクセルの飽和を伴わずに飽和することも可能である。   A schematic diagram of a loop of detector elements or subpixels 164 for a given layer or array of detector elements, with each subpixel 164 electrically routed to a respective data system input 166 is shown in FIG. ing. In the example shown, the group is composed of four subpixels 164, so that four outputs 168 are provided at four data system inputs 166. Four outputs of the 4 × 4 DAS channel are input to the truth table circuit 170. The output 172 of truth table circuit 170 is a linear combination of the four inputs 174 to truth table circuit 170 and depends on whether any of the inputs are saturated. Each of the sub-pixels shown in FIG. 20 is designed to saturate with the same x-ray flux, but one sub-pixel of the group is adjacent by giving the contour of the subject to be imaged and pre-subject filtering. It is also possible to saturate without subpixel saturation.

以下の表は、4つのサブピクセルの出力を組み合わせるための真理表を示している。真理表では、値「1」は、非飽和を表し、値「0」は、飽和を表す。そのため、どのサブピクセルも飽和させられていない場合、各サブピクセルについて、値「1」が真理表回路170に入力される。真理表は、そのような状況においては、すべてのサブピクセルからの出力が、許容可能と見なされ、サブピクセルのそのグループについての単一の出力を提供するために組み合わされることを示す。他方、チャネル「A」またはより正確にはチャネル「A」に関連するサブピクセルが飽和しているが、その他のサブピクセルは飽和していない場合、非飽和チャネルの和が真理表回路によって出力され、飽和チャネルに関連するデータは無視される。例えば、1つのサブピクセルがピクセル領域内の別のサブピクセルよりも高いX線フラックス飽和閾値を有するサブピクセルで構成されるピクセル領域を仮定すると、X線フラックスが低い場合は、両方のサブピクセルが、両方のサブピクセルからのカウントデータで構成される単一の出力を提供するために真理表回路によって合算される有効な出力を提供する。X線フラックスがサブピクセルの一方のみを飽和させるレベルに達した場合、非飽和サブピクセルからのデータのみが、真理表回路によって出力されるデータとなる。   The following table shows a truth table for combining the outputs of the four subpixels. In the truth table, the value “1” represents non-saturation and the value “0” represents saturation. Therefore, if no subpixel is saturated, the value “1” is input to truth table circuit 170 for each subpixel. The truth table indicates that in such a situation, the outputs from all subpixels are considered acceptable and combined to provide a single output for that group of subpixels. On the other hand, if the subpixel associated with channel “A” or more precisely, channel “A” is saturated, but the other subpixels are not saturated, the sum of the unsaturated channels is output by the truth table circuit. The data associated with the saturation channel is ignored. For example, assuming a pixel region comprised of subpixels where one subpixel has a higher x-ray flux saturation threshold than another subpixel in the pixel region, if the x-ray flux is low, both subpixels Provide a valid output that is summed by the truth table circuit to provide a single output composed of count data from both sub-pixels. When the X-ray flux reaches a level at which only one of the sub-pixels is saturated, only the data from the non-saturated sub-pixel becomes the data output by the truth table circuit.

Figure 2009018154
与えられたサブピクセルの飽和を決定するために、多くの技法が使用され得ることが認識されよう。例えば、与えられたサブピクセルについての計数レートデータは、閾値と比較されることができ、サブピクセルによって決定された計数レートが閾値を超える場合、そのサブピクセルについて、「0」の飽和値が真理表回路に入力される。例えば、検出器システムが、飽和閾値を毎秒100万カウントとする直接変換検出器を使用して光子をカウントするように設計される場合、この閾値が、各サブピクセルに課される閾値レベルとなり、またはその何パーセントが、飽和閾値を引き下げるマージンを提供する。
Figure 2009018154
It will be appreciated that many techniques can be used to determine the saturation of a given subpixel. For example, the count rate data for a given subpixel can be compared to a threshold, and if the count rate determined by the subpixel exceeds the threshold, a saturation value of “0” is true for that subpixel. Input to the table circuit. For example, if the detector system is designed to count photons using a direct conversion detector with a saturation threshold of 1 million counts per second, this threshold is the threshold level imposed on each sub-pixel, Or a percentage of that provides a margin to lower the saturation threshold.

上で説明されたような与えられたピクセル領域内でのサブピクセルの柔軟な選択は、検出器のいくつかの部分の飽和にも関わらず、光子カウントデータを出力するよう、検出器の能力をさらに高めるために達成され得ることも企図されている。図20に関して説明されたことは、各サブピクセルについて単一のDASチャネルを利用する信号管理方式であった。しかし、単一のCT検出器内に多くのサブピクセルを与えた場合、サブピクセルごとに1つのDASチャネルは実現可能でないこともある。したがって、本発明は、サブピクセルのグループに対して1つのDASチャネルを利用する信号制御方式も企図している。これに関連して、必要とされるDASチャネルの数は、サブピクセル化を含まないCT検出器について必要とされる数に等しくすることができる。   The flexible selection of subpixels within a given pixel area as described above allows the detector to output photon count data despite the saturation of some parts of the detector. It is also contemplated that it can be achieved for further enhancement. Described with respect to FIG. 20 was a signal management scheme that utilizes a single DAS channel for each subpixel. However, given many subpixels within a single CT detector, one DAS channel per subpixel may not be feasible. Thus, the present invention also contemplates a signal control scheme that utilizes one DAS channel for a group of subpixels. In this regard, the number of DAS channels required can be equal to the number required for CT detectors that do not include sub-pixelation.

ここで図21を参照すると、2つ以上のサブピクセルが動的に制御されてDAS入力チャネルに接続される、スイッチネットワークベースの信号管理システムが示されている。これに関連して、サブピクセルの与えられたグループの各サブピクセル164の出力は、スイッチネットワーク176に入力される。スイッチネットワークは、サブピクセルの飽和状態に基づいて、サブピクセルの出力を再接続するように設計される。スイッチネットワークは、サブピクセル出力の接続性を動的に制御するために、真理表を利用することができる。飽和したサブピクセルについて、スイッチネットワークは、それらを廃棄し、その結果、非飽和データのみが出力180に含まれるようにする。   Referring now to FIG. 21, a switched network based signal management system is shown in which two or more subpixels are dynamically controlled and connected to a DAS input channel. In this regard, the output of each subpixel 164 in a given group of subpixels is input to a switch network 176. The switch network is designed to reconnect the subpixel outputs based on the subpixel saturation. The switch network can utilize a truth table to dynamically control the connectivity of the subpixel output. For saturated subpixels, the switch network discards them so that only unsaturated data is included in the output 180.

例えば、低いX線フラックスでは、どのサブピクセルも飽和しておらず、そのため、すべてのサブピクセル164からの出力168が、DAS182に入力される単一の出力180に組み合わされる。DAS182は、スイッチネットワークの出力から単一の光子イベントを抽出するように構成される信号整形器184を含む。低雑音/高速電荷増幅器(図示されず)が、スイッチネットワークの出力を受け取るように接続され得ることは認識されよう。その後、増幅器の出力は、信号整形器184に入力される。信号整形器184は、エネルギーレベル弁別器186に入力を提供する。エネルギーレベル弁別器186は、信号整形器184に接続され、光子のエネルギーレベルに基づき、1つまたは複数の閾値と比較して、光子をフィルタリングするように設計される。この目的を達成するため、所望範囲外のエネルギーレベルを有する光子は、カウントおよび画像再構成用の処理から除外される。最低限、弁別器186は、システムにおける雑音に対応するエネルギーレベルを有する光子を排除するように設計される。エネルギーレベル範囲を定義するために複数の閾値が使用され得ることが企図されている。計数レジスタ188は、エネルギーレベル弁別器186でのフィルタリングによって排除されなかった光子を受け取り、検出器で受け取られた光子の数をカウントし、対応する出力を提供するように構成される。   For example, at low x-ray flux, none of the subpixels are saturated, so the output 168 from all subpixels 164 is combined into a single output 180 that is input to DAS 182. The DAS 182 includes a signal shaper 184 that is configured to extract a single photon event from the output of the switch network. It will be appreciated that a low noise / fast charge amplifier (not shown) can be connected to receive the output of the switch network. Thereafter, the output of the amplifier is input to the signal shaper 184. Signal shaper 184 provides an input to energy level discriminator 186. The energy level discriminator 186 is connected to the signal shaper 184 and is designed to filter the photons based on the energy level of the photons and compared to one or more thresholds. To achieve this goal, photons with energy levels outside the desired range are excluded from the processing for counting and image reconstruction. At a minimum, the discriminator 186 is designed to eliminate photons having energy levels that correspond to noise in the system. It is contemplated that multiple thresholds can be used to define the energy level range. The counting register 188 is configured to receive photons that have not been rejected by filtering at the energy level discriminator 186, count the number of photons received at the detector, and provide a corresponding output.

DAS182は、与えられたサブピクセル164で構成される与えられたピクセル領域165についての光子の数をカウントする。スイッチネットワークは、与えられたサブピクセルが飽和している場合、そのサブピクセルの出力を接続しないので、DASは、非飽和サブピクセルのみからの光子数を決定する。4つのサブピクセルのみが示されているが、与えられたピクセル領域は、4つより少ないまたは多いサブピクセルにサブピクセル化され得ることが企図されている。   DAS 182 counts the number of photons for a given pixel area 165 composed of given subpixels 164. Since the switch network does not connect the output of a given subpixel if a given subpixel is saturated, DAS determines the number of photons from only unsaturated subpixels. Although only four subpixels are shown, it is contemplated that a given pixel region can be subpixelized into fewer or more than four subpixels.

2つのスイッチ状態が、図22および図23に示されている。図22に示されるように、入力「A」で識別されるサブピクセルが飽和させられておらず、すべての他のサブピクセルが飽和させられている場合、サブピクセル「A」の出力のみが、光子計数のために使用される。図23に示されるように、スイッチネットワークは、サブピクセル「A」および「C」のみが非飽和サブピクセルである場合のサブピクセル「A」および「C」など、サブピクセル出力の任意の組合せを作ることができる。   Two switch states are shown in FIGS. As shown in FIG. 22, if the subpixel identified by input “A” is not saturated and all other subpixels are saturated, then only the output of subpixel “A” is Used for photon counting. As shown in FIG. 23, the switch network allows any combination of subpixel outputs, such as subpixels “A” and “C” where only subpixels “A” and “C” are unsaturated subpixels. Can be made.

本発明の一実施形態では、第1の検出器は、光子計数モードで動作するように構成される。第2の検出器は、第1の検出器を透過したX線を受け取り、X線撮影エネルギーを、エネルギー弁別または光子カウントデータを含む電気信号に直接変換するように構成され、光子計数モードまたはエネルギー統合モードで動作するように構成されることができる。本発明は、これらの検出器、そのコンポーネント、データが読み出される方式について、多くの構成を企図している。一実施形態では、第1の検出器のエネルギー弁別半導体は、テルル化カドミウム亜鉛(CZT)から製作される。当業者であれば、X線撮影エネルギーの直接変換が可能なその他の材料が使用され得ることを容易に認識されよう。第2の検出器は、フォトダイオードアレイ上の従来のシンチレータアレイ、または好ましくはエネルギー積分モードで動作するように構成されるエネルギー弁別半導体を含むことができる。   In one embodiment of the invention, the first detector is configured to operate in a photon counting mode. The second detector is configured to receive X-rays transmitted through the first detector and directly convert the X-ray imaging energy into an electrical signal including energy discrimination or photon count data, wherein the photon counting mode or energy Can be configured to operate in an integrated mode. The present invention contemplates many configurations for these detectors, their components, and the manner in which data is read. In one embodiment, the energy detector semiconductor of the first detector is fabricated from cadmium zinc telluride (CZT). One skilled in the art will readily recognize that other materials capable of direct conversion of radiographic energy can be used. The second detector can include a conventional scintillator array on a photodiode array or preferably an energy discriminating semiconductor configured to operate in an energy integration mode.

図24は、本発明の一実施形態による検出器モジュールの斜視図を示している。検出器モジュール200は、テルル化カドミウム亜鉛(CZT)およびテルル化カドミウム(CdTe)などの半導体材料から一般に作成される直接変換材料206を含む第1の検出器層202を含む。第1の検出器層202は、直接変換材料206の第1の表面210に付けられた複数のピクセル化アノード接触部208も有する。ピクセル化アノード接触部208は、第1のフレキシブル相互接続209に付けられ、電気的に結合される。直接変換材料206は、直接変換材料206の第2の表面213に付けられた高電圧電極212を含む。高電圧電極212は、カソードとして効果的に機能する。当業者であれば、高電圧電極212はX線吸収特性を低減するために相対的に薄くあるべきであることを理解されよう。したがって、高電圧電極212は、好ましくは数100オングストロームの厚さである。高電圧電極212は、蒸着などのメタライゼーションプロセスによって直接変換材料206に固着させられることができ、金、白金、銀、銅、またはアルミニウムなどの金属を一般に含む。高電圧リード215が、高電圧電極212に付けられる。第1の検出器層202は、基板234上に配置されたスペーサ203を含み、スペーサ203は、グリッドの位置合わせに役立つように形成された孔205を有する。   FIG. 24 shows a perspective view of a detector module according to an embodiment of the present invention. The detector module 200 includes a first detector layer 202 that includes a direct conversion material 206 that is typically made from semiconductor materials such as cadmium zinc telluride (CZT) and cadmium telluride (CdTe). The first detector layer 202 also has a plurality of pixelated anode contacts 208 attached to the first surface 210 of the direct conversion material 206. Pixelated anode contact 208 is attached to and electrically coupled to first flexible interconnect 209. The direct conversion material 206 includes a high voltage electrode 212 attached to the second surface 213 of the direct conversion material 206. The high voltage electrode 212 effectively functions as a cathode. One skilled in the art will appreciate that the high voltage electrode 212 should be relatively thin to reduce x-ray absorption characteristics. Therefore, the high voltage electrode 212 is preferably a few hundred angstroms thick. The high voltage electrode 212 can be affixed directly to the conversion material 206 by a metallization process, such as evaporation, and typically includes a metal such as gold, platinum, silver, copper, or aluminum. A high voltage lead 215 is attached to the high voltage electrode 212. The first detector layer 202 includes a spacer 203 disposed on the substrate 234, the spacer 203 having a hole 205 formed to aid in grid alignment.

検出器モジュール200の第2の検出器層204は、フォトダイオードアレイ232に光学的に結合されたシンチレータ230を含む。フォトダイオードアレイ232は、図4に示された複数のダイオード59と同様に、ダイオードの2次元配列を含む。フォトダイオードアレイ232は、第2のフレキシブル相互接続236に付けられ、電気的に結合される。   The second detector layer 204 of the detector module 200 includes a scintillator 230 that is optically coupled to the photodiode array 232. The photodiode array 232 includes a two-dimensional array of diodes, similar to the plurality of diodes 59 shown in FIG. A photodiode array 232 is attached to and electrically coupled to the second flexible interconnect 236.

基板234は、第1および第2のフレキシブル相互接続209、236に、取付け構造および機械的支持を提供する。図24に示される実施形態では、基板234は、好ましくは、それを渡ってまたは通って電気接続を橋絡する必要のない電気的に不活性な基板である。しかし、当業者であれば、基板234は、1つの部位から別の部位へ電気接続を橋絡するために、電気的に活性であることもできることを理解されよう。基板234は、X線減衰グリッドアセンブリ214がそれに付けられ得る1対のスペーサ203にも、取付け構造および機械的支持を提供する。グリッドアセンブリ214は、直接変換材料206の外縁または周囲224に向けて放出されたX線16を阻止または減衰するとともに、直接変換材料206の電荷共有領域226に向けて放出されたX線16を阻止または減衰するように配置される。   The substrate 234 provides mounting structure and mechanical support for the first and second flexible interconnects 209, 236. In the embodiment shown in FIG. 24, the substrate 234 is preferably an electrically inert substrate that does not need to bridge electrical connections across or through it. However, those skilled in the art will appreciate that the substrate 234 can also be electrically active to bridge electrical connections from one site to another. Substrate 234 also provides attachment structure and mechanical support to a pair of spacers 203 to which X-ray attenuation grid assembly 214 can be attached. The grid assembly 214 blocks or attenuates X-rays 16 emitted toward the outer edge or periphery 224 of the direct conversion material 206 and blocks X-rays 16 emitted toward the charge sharing region 226 of the direct conversion material 206. Or arranged to attenuate.

一実施形態では、グリッドアセンブリは、直接変換検出器を形成するアノード間の間隙または電荷共有領域に向けて送られたX線を減衰するために、第1の検出器とX線源の間に配置される。直接変換材料に衝突したX線は、直接変換材料の体積内で電荷を発生させ、電荷は、直接変換材料を通って、電荷を収集するために配置されたアノード構造に移動することが一般によく知られている。撮像用途における検出器の動作は、分割されたアノード上で電荷を収集することによる電荷の測定を必要とする。分割されたアノードは、検出器面の応答領域を定める。X線がアノード間の間隙付近の領域において直接変換材料に衝突する場合、電荷は、少なくとも2つの隣接するアノード間で共有されることがある。そのような電荷共有は、画像アーチファクトまたはその他の画像問題を引き起こすことができ、それらは、X線が電荷共有領域において直接変換材料に衝突することを防止するグリッド構造の使用によって、緩和されることができる。   In one embodiment, the grid assembly is between the first detector and the x-ray source to attenuate x-rays directed toward the gap between anodes or charge sharing regions forming a direct conversion detector. Be placed. X-rays that impinge on the direct conversion material generate a charge within the volume of the direct conversion material, and the charge generally moves through the direct conversion material to an anode structure arranged to collect the charge. Are known. Detector operation in imaging applications requires charge measurement by collecting charge on a segmented anode. The divided anode defines the response area of the detector surface. If x-rays impinge directly on the conversion material in the region near the gap between the anodes, charge may be shared between at least two adjacent anodes. Such charge sharing can cause image artifacts or other image problems that can be mitigated by the use of a grid structure that prevents X-rays from colliding directly with the conversion material in the charge sharing region. Can do.

検出器モジュール200は、X線減衰グリッドアセンブリ214を含む。グリッドアセンブリ214は、外周フレーム220間または沿いに間隔をおいて設けられ、開口222を形成する複数の棒または桟216、218を含む。外周フレーム220は、直接変換材料206の外周224に実質的に沿って配置される。X線減衰グリッドアセンブリ214は、スペーサ203内の孔205の位置と実質的に合致する孔207を含む。したがって、孔207、205は、図1の撮像システム10などの撮像システムに関する検出器モジュール200用の位置決め機構として働く。外周フレーム220は、直接変換材料206の外縁または周囲224に向けて送られた、図1のX線源14などのX線源から放出されたX線を阻止または減衰するように配置される。同様に、桟216、218は、直接変換材料206の電荷共有領域226に向けて、図1のX線源14などのX線源から放出されたX線を阻止または減衰するように配置される。   The detector module 200 includes an x-ray attenuation grid assembly 214. The grid assembly 214 includes a plurality of bars or bars 216, 218 that are spaced between or along the outer perimeter frame 220 and form an opening 222. The outer frame 220 is disposed substantially along the outer periphery 224 of the direct conversion material 206. X-ray attenuation grid assembly 214 includes a hole 207 that substantially matches the position of hole 205 in spacer 203. Accordingly, the holes 207, 205 serve as a positioning mechanism for the detector module 200 for an imaging system such as the imaging system 10 of FIG. The perimeter frame 220 is arranged to block or attenuate x-rays emitted from an x-ray source, such as the x-ray source 14 of FIG. 1, sent towards the outer edge or perimeter 224 of the direct conversion material 206. Similarly, the bars 216, 218 are arranged to block or attenuate X-rays emitted from an X-ray source, such as the X-ray source 14 of FIG. 1, toward the charge sharing region 226 of the direct conversion material 206. .

依然として図24を参照すると、本発明の一実施形態によれば、検出器モジュール200の第2の検出器層204は、フォトダイオードアレイ232に光学的に結合されたシンチレータ230を含む。フォトダイオードアレイ232は、第2のフレキシブル回路236に付けられ、電気的に結合され、第2のフレキシブル回路236は、基板234に取り付けられる。   Still referring to FIG. 24, according to one embodiment of the present invention, the second detector layer 204 of the detector module 200 includes a scintillator 230 optically coupled to the photodiode array 232. The photodiode array 232 is attached to and electrically coupled to the second flexible circuit 236, and the second flexible circuit 236 is attached to the substrate 234.

動作について、図1および図2のX線源14などのX線源から放出されたX線16は、検出器モジュール200に向かって送られる。一般に、低エネルギーX線16は、直接変換材料206と相互作用し、その結果、そこで電荷を発生させ、電荷は、ピクセル化アノード接触部208の少なくとも1つに移動する。検出面の応答領域を定めるピクセル化アノード接触部208は、直接変換材料206を通って移動する電荷を収集し、その電荷は、電荷がデジタル信号に変換されるDAS集積回路(IC)241を有するDAS240内の第1のフレキシブル回路209によって読み出されることができる。一般に、高エネルギーX線16は、第1の検出器層202、基板234、フォトダイオードアレイ232を透過し、第2の検出器層204のシンチレータ230に入る。そこで発生させられた光子は、シンチレータ230を通って進み、フォトダイオードアレイ232に衝突する。フォトダイオードアレイ232内で発生させられた信号は、第2のフレキシブル回路236によって、DAS240およびDAS IC241へと読み出されることができ、そこで、電荷は、デジタル信号に変換され、例えば、コネクタ243を介して論理回路に送られる。   In operation, x-rays 16 emitted from an x-ray source, such as x-ray source 14 of FIGS. In general, the low energy x-rays 16 interact directly with the conversion material 206, which results in the generation of charge therein that is transferred to at least one of the pixelated anode contacts 208. A pixelated anode contact 208 that defines the response area of the sensing surface collects charge that travels directly through the conversion material 206, which has a DAS integrated circuit (IC) 241 where the charge is converted to a digital signal. It can be read by the first flexible circuit 209 in the DAS 240. In general, high energy X-rays 16 are transmitted through the first detector layer 202, the substrate 234, and the photodiode array 232 and enter the scintillator 230 of the second detector layer 204. The photons generated there travel through the scintillator 230 and collide with the photodiode array 232. The signal generated in the photodiode array 232 can be read by the second flexible circuit 236 to the DAS 240 and DAS IC 241 where the charge is converted into a digital signal, eg, via the connector 243. Sent to the logic circuit.

低フラックス動作中、X線16は、第1の検出器層202の直接変換材料206に衝突する。第1の検出器層202は、低フラックス動作中は一般に飽和せず、そこで低計数レートが獲得される場合、第1の検出器層202は、画像を形成するために、一般に光子計数モードで使用されることができる。より高いフラックスレートでは、第1の検出器層202は一般に光子計数モードで動作し、第2の検出器層204はエネルギー積分モードで動作し、第1の検出器層202でより高い計数レートが獲得される場合、両方の層で検出されたX線の組合せが、画像を形成するために使用される。典型的には5〜100Mcpsのオーダの非常に高いフラックスレートでは、第1の検出器層202は飽和し、第2の検出器層204上で検出されたX線16のみが、画像を形成するために使用され、一般にエネルギー積分モードで動作する。   During low flux operation, the x-rays 16 impinge on the direct conversion material 206 of the first detector layer 202. The first detector layer 202 generally does not saturate during low flux operation, and if a low count rate is obtained there, the first detector layer 202 is generally in photon counting mode to form an image. Can be used. At higher flux rates, the first detector layer 202 generally operates in the photon counting mode, the second detector layer 204 operates in the energy integration mode, and the first detector layer 202 has a higher counting rate. If acquired, the combination of x-rays detected in both layers is used to form the image. At very high flux rates, typically on the order of 5-100 Mcps, the first detector layer 202 is saturated and only the X-rays 16 detected on the second detector layer 204 form an image. Is generally used to operate in energy integration mode.

図25は、本発明の一実施形態によるデータ獲得パイプライン250のフロー図を示している。1対の検出器層252、254が、検出されたX線を電荷に変換する。読み出し電子機器256は、第1の検出器層252から電荷を読み、読み出し電子機器258は、第2の検出器層254から電荷を読む。論理コントローラ262は、読み出し電子機器256、258から取り出された総信号レベル論理値260を受け取る。論理スイッチ/コントローラ262は、総信号レベル論理値260を閾値と比較して、画像再構成のためにデータを読み出し電子機器256のみから画像チェーン264に転送するか、読み出し電子機器258のみから転送するか、それとも両方から転送するかを決定する。論理スイッチ/コントローラ262は、別個の電子コンポーネントから構成されることができ、FPGA、DSP、またはASIC回路を用いた実装を含むことができることが企図されている。論理コントローラ262の機能は、当技術分野で一般に理解されているように、コンピュータプロセッサソフトウェア、ファームウェア、またはその他のハードウェアによって実行されることができることも企図されている。論理コントローラ262は、総信号レベル論理値260と閾値との比較に基づいて、データを読み出し電子機器256のみから、読み出し電子機器258のみから、または両方から画像チェーン264に転送する。閾値は、第1の検出器層252が飽和するフラックスレートに対して設定される。最も一般的には、論理信号は、両方の層252、254から取り出されるが、当業者であれば、論理信号が、第1の検出器層252または第2の検出器層254のみから取り出されることができることを認識されよう。   FIG. 25 shows a flow diagram of a data acquisition pipeline 250 according to one embodiment of the invention. A pair of detector layers 252 and 254 convert the detected x-rays into a charge. Read electronics 256 reads the charge from the first detector layer 252 and read electronics 258 reads the charge from the second detector layer 254. The logic controller 262 receives the total signal level logic value 260 retrieved from the readout electronics 256, 258. The logic switch / controller 262 compares the total signal level logic value 260 to a threshold and reads data for image reconstruction and transfers it from only the electronic device 256 to the image chain 264 or transfers it only from the read electronic device 258. Or from both. It is contemplated that the logic switch / controller 262 can be composed of separate electronic components and can include implementation using FPGA, DSP, or ASIC circuitry. It is also contemplated that the functions of logic controller 262 can be performed by computer processor software, firmware, or other hardware, as is commonly understood in the art. The logic controller 262 transfers data to the image chain 264 from the read electronics 256 only, from the read electronics 258 only, or both based on the comparison of the total signal level logic value 260 and the threshold. The threshold is set for the flux rate at which the first detector layer 252 is saturated. Most commonly, logic signals are extracted from both layers 252, 254, but those skilled in the art can extract logic signals from only the first detector layer 252 or the second detector layer 254. Recognize that you can.

低フラックス状態で、低検出レベルが読み出し電子機器258で発生した場合、第1の検出器層252は、一般に飽和しておらず、画像は、読み出し電子機器256を介して取り出されたエネルギー弁別情報から完全かつ単独で形成されることができる。この場合、論理コントローラ262は、好ましくは、第1の検出器層252のみから取り出された情報を画像チェーン264に転送する。より高いフラックス状態で、より高い検出レベルが読み出し電子機器258で発生した場合、いくらかの飽和が第1の検出器層252で発生することができ、画像は、エネルギー弁別の第1の検出器層252およびエネルギー積分モードで動作する第2の検出器層254の両方からの情報を使用して形成されることができる。この場合、論理コントローラ262は、好ましくは、第1の検出器層252および第2の検出器層254の両方から取り出された情報を画像チェーン264に転送する。最も高いフラックス状態で、非常に高い検出レベルが読み出し電子機器258で発生した場合、第1の検出器層252は、一般に完全に飽和しており、画像は、第2の検出器層254から完全に形成されることができる。この場合、論理コントローラ262は、好ましくは、第2の検出器層254のみから取り出された情報を画像チェーン264に転送する。   If a low detection level occurs in the readout electronics 258 in a low flux state, the first detector layer 252 is generally not saturated and the image is energy discrimination information retrieved via the readout electronics 256. Can be formed completely and independently. In this case, the logic controller 262 preferably forwards information extracted from only the first detector layer 252 to the image chain 264. If a higher detection level occurs at readout electronics 258 at higher flux conditions, some saturation can occur at first detector layer 252 and the image is energy-discriminated first detector layer. 252 and information from both the second detector layer 254 operating in energy integration mode can be formed. In this case, the logic controller 262 preferably forwards information retrieved from both the first detector layer 252 and the second detector layer 254 to the image chain 264. In the highest flux state, when a very high detection level occurs in the readout electronics 258, the first detector layer 252 is generally fully saturated and the image is completely from the second detector layer 254. Can be formed. In this case, the logic controller 262 preferably forwards information extracted from only the second detector layer 254 to the image chain 264.

図26は、線26−26に沿った図24の検出器モジュールの断面図である。この実施形態では、上で説明されたように、検出器モジュール200は、ピクセル化アノード接触部208がそこに取り付けられる直接変換材料206を有する第1の検出器層202を含む。高電圧電極212が、直接変換材料206に付けられ、グリッドアセンブリ214が、高電圧電極212に付けられる。ピクセル化アノード接触部208は、第1のフレキシブル回路209に付けられ、電気的に結合され、第1のフレキシブル回路209は、基板234に取り付けられることができる。第2の検出器層204は、フォトダイオードアレイ232に付けられるシンチレータ230を含み、フォトダイオードアレイ232は、第2のフレキシブル回路236に付けられ、電気的に結合される。第2のフレキシブル回路236も、基板234に取り付けられることができる。DAS240は、第1および第2の検出器層202、204をそれぞれ読み出すために、IC241を含む。   26 is a cross-sectional view of the detector module of FIG. 24 taken along line 26-26. In this embodiment, as described above, detector module 200 includes a first detector layer 202 having a direct conversion material 206 to which a pixelated anode contact 208 is attached. A high voltage electrode 212 is attached to the direct conversion material 206 and a grid assembly 214 is attached to the high voltage electrode 212. The pixelated anode contact 208 is attached to and electrically coupled to the first flexible circuit 209, and the first flexible circuit 209 can be attached to the substrate 234. The second detector layer 204 includes a scintillator 230 attached to the photodiode array 232, which is attached to and electrically coupled to the second flexible circuit 236. A second flexible circuit 236 can also be attached to the substrate 234. The DAS 240 includes an IC 241 to read the first and second detector layers 202, 204, respectively.

図27および図28は、本発明による代替検出器モジュール実施形態を示している。検出器モジュール300は、ピクセル化アノード接触部304がそこに取り付けられる直接変換材料302を有する第1の検出器層301を含む。高電圧電極306が、直接変換材料302に付けられ、グリッドアセンブリ308が、高電圧電極306に付けられる。ピクセル化アノード接触部304は、第1のフレキシブル回路310と、DAS320のIC321に電気的に結合される。検出器モジュール300は、フォトダイオードアレイ314に付けられるシンチレータ312を有する第2の検出器層303も含む。図24および図26に示されたものに加えて、検出器モジュール300は、フォトダイオードアレイ314を、第2のフレキシブル回路318と、DAS320のIC322に電気的に結合する多層基板316を含む。多層基板316は、第2の検出器層303から取り出された電気信号を第2のフレキシブル回路318にそれを介して伝送する電気的経路を含む。第1の検出器層301で発生させられた電気信号は、第1のフレキシブル回路310、IC321がそこに取り付けられたDAS320、およびコネクタ325に渡される。   27 and 28 show an alternative detector module embodiment according to the present invention. The detector module 300 includes a first detector layer 301 having a direct conversion material 302 to which a pixelated anode contact 304 is attached. A high voltage electrode 306 is attached to the direct conversion material 302 and a grid assembly 308 is attached to the high voltage electrode 306. The pixelated anode contact 304 is electrically coupled to the first flexible circuit 310 and the IC 321 of the DAS 320. The detector module 300 also includes a second detector layer 303 having a scintillator 312 attached to the photodiode array 314. In addition to those shown in FIGS. 24 and 26, detector module 300 includes a multilayer substrate 316 that electrically couples photodiode array 314 to second flexible circuit 318 and IC 322 of DAS 320. The multilayer substrate 316 includes an electrical path through which the electrical signal extracted from the second detector layer 303 is transmitted to the second flexible circuit 318. The electrical signal generated by the first detector layer 301 is passed to the first flexible circuit 310, the DAS 320 to which the IC 321 is attached, and the connector 325.

図27に示されるように、第1および第2の回路310、318は、第2の検出器層303のそれぞれ反対の側からIC321、322へと延びることができる。代替として、図28に示されるように、第1および第2の回路310、318は、第2の検出器層303の同じ側からIC321、322へと延びることができる。   As shown in FIG. 27, the first and second circuits 310, 318 can extend from the opposite sides of the second detector layer 303 to the ICs 321, 322. Alternatively, as shown in FIG. 28, the first and second circuits 310, 318 can extend from the same side of the second detector layer 303 to the ICs 321, 322.

図29は、本発明による代替検出器モジュール実施形態を示している。検出器モジュール350は、ピクセル化アノード接触部354がそこに取り付けられる直接変換材料352を有する第1の検出器層351を含む。高電圧電極356が、直接変換材料352に付けられ、グリッドアセンブリ358が、高電圧電極356に付けられる。ピクセル化アノード接触部354は、フレキシブル回路360と、DAS320のIC321に付けられ電気的に結合される。検出器モジュール350は、フォトダイオードアレイ364に付けられるシンチレータ362を有する第2の検出器層353も含み、フォトダイオードアレイ364は、多層基板366に付けられ、多層基板366は、フォトダイオードアレイ364を、フレキシブル回路360と、DAS370に電気的に結合する。多層基板366は、第2の検出器層353から取り出された電気信号をフレキシブル回路360にそれを介して伝送する電気的経路を含む。第1の検出器層351で発生させられた電気信号は、フレキシブル回路360、およびDAS370のIC371に渡される。   FIG. 29 illustrates an alternative detector module embodiment according to the present invention. The detector module 350 includes a first detector layer 351 having a direct conversion material 352 to which a pixelated anode contact 354 is attached. A high voltage electrode 356 is attached to the direct conversion material 352 and a grid assembly 358 is attached to the high voltage electrode 356. Pixelated anode contact 354 is attached to and electrically coupled to flexible circuit 360 and IC 321 of DAS 320. The detector module 350 also includes a second detector layer 353 having a scintillator 362 attached to the photodiode array 364, which is attached to the multilayer substrate 366, and the multilayer substrate 366 includes the photodiode array 364. , Electrically coupled to flexible circuit 360 and DAS 370. The multilayer substrate 366 includes an electrical path through which the electrical signal extracted from the second detector layer 353 is transmitted to the flexible circuit 360. The electrical signal generated by the first detector layer 351 is passed to the flexible circuit 360 and the IC 371 of the DAS 370.

図30は、本発明による代替検出器モジュール実施形態を示している。検出器モジュール400は、ピクセル化アノード接触部404がそこに取り付けられる直接変換材料402を有する第1の検出器層401を含む。高電圧電極406が、直接変換材料402に付けられ、グリッドアセンブリ408が、高電圧電極406に付けられる。ピクセル化アノード接触部404は、多層基板410に付けられ、電気的に結合される。多層基板410は、第1の検出器層401から取り出された電気信号をそれを介して伝送する電気的経路を含む。したがって、第1の検出器層401で発生させられた電気信号は、多層基板410を介して、フレキシブル回路410およびDAS420に渡される。検出器モジュール400は、フォトダイオードアレイ414に付けられるシンチレータ412を有する第2の検出器層403も含み、フォトダイオードアレイ414は、フレキシブル回路416に電気的に結合される。第2の検出器層403で発生させられた電気信号は、フレキシブル回路416、IC421がそこに取り付けられたDAS420、およびコネクタ425に渡される。   FIG. 30 illustrates an alternative detector module embodiment according to the present invention. The detector module 400 includes a first detector layer 401 having a direct conversion material 402 to which a pixelated anode contact 404 is attached. A high voltage electrode 406 is attached to the direct conversion material 402 and a grid assembly 408 is attached to the high voltage electrode 406. The pixelated anode contact 404 is attached to and electrically coupled to the multilayer substrate 410. Multilayer substrate 410 includes an electrical path through which electrical signals extracted from first detector layer 401 are transmitted. Therefore, the electrical signal generated by the first detector layer 401 is passed to the flexible circuit 410 and the DAS 420 via the multilayer substrate 410. The detector module 400 also includes a second detector layer 403 having a scintillator 412 attached to the photodiode array 414, which is electrically coupled to the flexible circuit 416. The electrical signal generated by the second detector layer 403 is passed to the flexible circuit 416, the DAS 420 with the IC 421 attached thereto, and the connector 425.

図31は、本発明の一実施形態による検出器モジュールを組み立てるための組み立て手順を示している。一実施形態では、組み立て手順は、図27の検出器モジュール300の組み立てに対応する。この実施形態では、DAS320は、第1のフレキシブル回路310と、そこに取り付けられる第1の検出器層301のコンポーネント309とを有する。DAS320は、第2のフレキシブル回路318と、そこに取り付けられる第2の検出器層303のコンポーネント311とをさらに有する。第1の検出器層301のコンポーネント309は、直接変換材料302と、ピクセル化アノード接触部304と、高電圧電極306と、グリッドアセンブリ308とを含むが、これらに限定されない。第2の検出器層303のコンポーネント311は、多層基板316と、フォトダイオードアレイ314と、シンチレータ312とを含むが、これらに限定されない。検出器モジュール300の組み立て中、DAS320のIC321、322が、フレキシブル回路310、318に取り付けられ、フレキシブル回路310、318は各々、相互接続ボード323に取り付けられる。第1の検出器層301のコンポーネント309は、第1のフレキシブル回路310に付けられ、第2の検出器層303のコンポーネント311は、第2のフレキシブル回路318に付けられる。一実施形態では、第2の検出器層303は、位置330に畳み込まれ、位置332への第1の検出器層301の畳み込みが、それに続く。第1および第2のフレキシブル回路310、318は、第1および第2の検出器層301、303が実質的に重ね合わされたまま留まるように、好ましくは互いに接着される。当業者であれば、例えば、図26および図28〜図30で説明されたその他の検出器アセンブリも、同様の方式で組み立てられ得ることを認識されよう。   FIG. 31 shows an assembly procedure for assembling a detector module according to an embodiment of the present invention. In one embodiment, the assembly procedure corresponds to the assembly of the detector module 300 of FIG. In this embodiment, the DAS 320 has a first flexible circuit 310 and a component 309 of the first detector layer 301 attached thereto. The DAS 320 further includes a second flexible circuit 318 and a component 311 of the second detector layer 303 attached thereto. Components 309 of the first detector layer 301 include, but are not limited to, a direct conversion material 302, a pixelated anode contact 304, a high voltage electrode 306, and a grid assembly 308. Components 311 of the second detector layer 303 include, but are not limited to, a multilayer substrate 316, a photodiode array 314, and a scintillator 312. During assembly of the detector module 300, the DAS 320 ICs 321, 322 are attached to the flexible circuits 310, 318, and the flexible circuits 310, 318 are each attached to the interconnect board 323. The component 309 of the first detector layer 301 is attached to the first flexible circuit 310 and the component 311 of the second detector layer 303 is attached to the second flexible circuit 318. In one embodiment, the second detector layer 303 is convolved at location 330, followed by the convolution of the first detector layer 301 to location 332. The first and second flexible circuits 310, 318 are preferably glued together so that the first and second detector layers 301, 303 remain substantially superimposed. One skilled in the art will recognize that the other detector assemblies described, for example, in FIGS. 26 and 28-30 can be assembled in a similar manner.

図32は、本発明の別の実施形態による代替検出器モジュール実施形態を示している。検出器モジュール500は、ピクセル化アノード接触部504がそこに取り付けられる直接変換材料503を有する第1の検出器層502を含む。高電圧電極506が、直接変換材料503に付けられ、グリッドアセンブリ508が、高電圧電極506に付けられる。ピクセル化アノード接触部504は、第1のフレキシブル回路510に付けられ、電気的に結合される。検出器モジュール500は、フォトダイオードアレイ516に付けられ、電気的に結合されるシンチレータ514を有する第2の検出器層512も含み、フォトダイオードアレイ516は、第2の検出器層512から取り出された電気信号を第2のフレキシブル回路520にそれを介して電気的に結合および伝送する電気的経路を有する多層基板518に付けられる。第1のフレキシブル回路510と第2のフレキシブル回路520も、互いに電気的に結合される。第1のフレキシブル回路510に接続されるIC522は、相互接続ボード525に取り付けられるのではなく、シンチレータ514に隣接して取り付けられる。電気信号は、IC522またはIC524によって処理されることができ、したがって、IC522のいくらかは信号源により近く配置される。したがって、回路全体のキャパシタンスは、IC522と第2の検出器層512の近い近接性のため、低減されることができる。   FIG. 32 illustrates an alternative detector module embodiment according to another embodiment of the present invention. The detector module 500 includes a first detector layer 502 having a direct conversion material 503 to which a pixelated anode contact 504 is attached. A high voltage electrode 506 is attached to the direct conversion material 503 and a grid assembly 508 is attached to the high voltage electrode 506. The pixelated anode contact 504 is attached to and electrically coupled to the first flexible circuit 510. The detector module 500 also includes a second detector layer 512 having a scintillator 514 attached to and electrically coupled to the photodiode array 516, the photodiode array 516 being extracted from the second detector layer 512. The multi-layer substrate 518 has an electrical path through which electrical signals are electrically coupled and transmitted to the second flexible circuit 520. The first flexible circuit 510 and the second flexible circuit 520 are also electrically coupled to each other. The IC 522 connected to the first flexible circuit 510 is not attached to the interconnect board 525 but is attached adjacent to the scintillator 514. The electrical signal can be processed by IC 522 or IC 524, and thus some of IC 522 is located closer to the signal source. Thus, the overall circuit capacitance can be reduced due to the close proximity of the IC 522 and the second detector layer 512.

図33は、本発明の別の実施形態による代替検出器モジュール実施形態を示している。図32の実施形態と同様に、IC562のいくらかは電源により近く配置され、同様に、電気回路の全キャパシタンスを低減する。検出器モジュール550は、ピクセル化アノード接触部556がそこに取り付けられる直接変換材料554を有する第1の検出器層552を含む。高電圧電極558が、直接変換材料554に付けられ、グリッドアセンブリ560が、高電圧電極558に付けられる。ピクセル化アノード接触部556は、IC562をその中に有するチップパッケージ560に付けられ、電気的に結合される。第1の検出器層552で発生させられた電気信号は、チップパッケージ560に渡され、そのチップパッケージ560は、フレキシブル回路572に渡される信号を提供する。したがって、回路全体のキャパシタンスは、低減されることができる。検出器モジュール550は、フォトダイオードアレイ568に付けられ、電気的に結合されるシンチレータ566を有する第2の検出器層564を含む。フォトダイオードアレイ568は、多層基板570に付けられ、多層基板570は、フレキシブル回路572に付けられる。第2の検出器層564で発生させられた電気信号は、多層基板570に渡され、同様に、フレキシブル回路572に渡され、IC576に伝送される。DAS574は、IC562およびIC576を含む。   FIG. 33 illustrates an alternative detector module embodiment according to another embodiment of the present invention. Similar to the embodiment of FIG. 32, some of the ICs 562 are located closer to the power supply and similarly reduce the overall capacitance of the electrical circuit. The detector module 550 includes a first detector layer 552 having a direct conversion material 554 to which a pixelated anode contact 556 is attached. A high voltage electrode 558 is attached to the direct conversion material 554 and a grid assembly 560 is attached to the high voltage electrode 558. Pixelated anode contact 556 is attached to and electrically coupled to chip package 560 having IC 562 therein. The electrical signal generated by the first detector layer 552 is passed to the chip package 560, which provides a signal that is passed to the flexible circuit 572. Thus, the overall circuit capacitance can be reduced. Detector module 550 includes a second detector layer 564 having a scintillator 566 attached to and electrically coupled to photodiode array 568. The photodiode array 568 is attached to the multilayer substrate 570, and the multilayer substrate 570 is attached to the flexible circuit 572. The electrical signal generated by the second detector layer 564 is transferred to the multilayer substrate 570, and is similarly transferred to the flexible circuit 572 and transmitted to the IC 576. DAS 574 includes IC 562 and IC 576.

図34〜図36は、本発明による代替検出器モジュール実施形態を示している。これらの示された実施形態では、多層検出器は、直接変換材料の2つの層を含む。そのため、直接変換材料は、エネルギー弁別またはエネルギー積分モードで動作するように構成されることができる。   34-36 illustrate alternative detector module embodiments according to the present invention. In these illustrated embodiments, the multilayer detector includes two layers of direct conversion material. As such, the direct conversion material can be configured to operate in energy discrimination or energy integration modes.

図34は、本発明の一実施形態による検出器モジュールを示している。検出器モジュール600は、ピクセル化アノード接触部604がそこに取り付けられる直接変換材料602を有する第1の検出器層601を含む。高電圧電極606が、直接変換材料602に付けられ、グリッドアセンブリ608が、高電圧電極606に付けられる。ピクセル化アノード接触部604は、第1のフレキシブル回路610に付けられ、電気的に結合される。第1のフレキシブル回路610は、基板612に取り付けられる。検出器モジュール600は、ピクセル化アノード接触部616がそこに取り付けられる直接変換材料614を有する第2の検出器層603も含む。高電圧電極618が、直接変換材料614に付けられる。ピクセル化アノード接触部616は、第2のフレキシブル回路620に付けられ、第2のフレキシブル回路620は、基板622に付けられる。第1の検出器層で発生させられた電気信号は、DAS626のIC624に伝送され、第2の検出器層603で発生させられた電気信号は、第2のフレキシブル回路620を介してIC628に伝送される。   FIG. 34 illustrates a detector module according to one embodiment of the present invention. The detector module 600 includes a first detector layer 601 having a direct conversion material 602 with a pixelated anode contact 604 attached thereto. A high voltage electrode 606 is attached to the direct conversion material 602 and a grid assembly 608 is attached to the high voltage electrode 606. Pixelated anode contact 604 is attached to and electrically coupled to first flexible circuit 610. The first flexible circuit 610 is attached to the substrate 612. The detector module 600 also includes a second detector layer 603 having a direct conversion material 614 to which the pixelated anode contact 616 is attached. A high voltage electrode 618 is attached to the direct conversion material 614. The pixelated anode contact 616 is attached to the second flexible circuit 620 and the second flexible circuit 620 is attached to the substrate 622. The electrical signal generated in the first detector layer is transmitted to the IC 624 of the DAS 626, and the electrical signal generated in the second detector layer 603 is transmitted to the IC 628 via the second flexible circuit 620. Is done.

図35は、本発明による代替検出器モジュール実施形態を示している。検出器モジュール650は、ピクセル化アノード接触部654がそこに取り付けられる直接変換材料652を有する第1の検出器層651を含む。高電圧電極656が、直接変換材料652に付けられ、グリッドアセンブリ658が、高電圧電極656に付けられる。ピクセル化アノード接触部654は、多層基板655に付けられ、電気的に結合され、多層基板655は、第1のフレキシブル回路656に付けられ、電気的に結合される。検出器モジュール650は、ピクセル化アノード接触部662がそこに取り付けられる直接変換材料660を有する第2の検出器層653も含む。高電圧電極664が、直接変換材料660に付けられる。ピクセル化アノード接触部662は、多層基板666に付けられ、電気的に結合され、その多層基板666は、第2のフレキシブル回路668に付けられ、電気的に結合される。第1の検出器層で発生させられた電気信号は、DAS672のIC670に伝送され、第2の検出器層653で発生させられた電気信号は、第2のフレキシブル回路668を介してDAS672のIC674に伝送される。   FIG. 35 illustrates an alternative detector module embodiment according to the present invention. The detector module 650 includes a first detector layer 651 having a direct conversion material 652 to which the pixelated anode contact 654 is attached. A high voltage electrode 656 is attached to the direct conversion material 652 and a grid assembly 658 is attached to the high voltage electrode 656. The pixelated anode contact 654 is attached to and electrically coupled to the multilayer substrate 655, and the multilayer substrate 655 is attached to and electrically coupled to the first flexible circuit 656. The detector module 650 also includes a second detector layer 653 having a direct conversion material 660 to which the pixelated anode contact 662 is attached. A high voltage electrode 664 is attached to the direct conversion material 660. The pixelated anode contact 662 is attached to and electrically coupled to the multilayer substrate 666, and the multilayer substrate 666 is attached to and electrically coupled to the second flexible circuit 668. The electrical signal generated in the first detector layer is transmitted to the IC 670 of the DAS 672, and the electrical signal generated in the second detector layer 653 is transmitted to the IC 674 of the DAS 672 via the second flexible circuit 668. Is transmitted.

図36は、本発明による代替検出器モジュール実施形態を示している。検出器モジュール700は、ピクセル化アノード接触部704がそこに取り付けられる直接変換材料702を有する第1の検出器層701を含む。高電圧電極706が、直接変換材料702に付けられ、グリッドアセンブリ708が、高電圧電極706に付けられる。ピクセル化アノード接触部704は、第1のフレキシブル回路710に付けられ、電気的に結合される。第1のフレキシブル回路710は、基板712に取り付けられる。検出器モジュール700は、ピクセル化アノード接触部716がそこに取り付けられる直接変換材料714を有する第2の検出器層703も含む。高電圧電極718が、直接変換材料714に付けられる。ピクセル化アノード接触部716は、第2のフレキシブル回路720に付けられ、第2のフレキシブル回路720は、基板712に付けられる。第1の検出器層で発生させられた電気信号は、DAS726のIC724に伝送され、第2の検出器層703で発生させられた電気信号は、第2のフレキシブル回路720を介してIC728に伝送される。   FIG. 36 illustrates an alternative detector module embodiment according to the present invention. The detector module 700 includes a first detector layer 701 having a direct conversion material 702 to which a pixelated anode contact 704 is attached. A high voltage electrode 706 is attached to the direct conversion material 702 and a grid assembly 708 is attached to the high voltage electrode 706. A pixelated anode contact 704 is attached to and electrically coupled to the first flexible circuit 710. The first flexible circuit 710 is attached to the substrate 712. The detector module 700 also includes a second detector layer 703 having a direct conversion material 714 to which the pixelated anode contact 716 is attached. A high voltage electrode 718 is attached to the direct conversion material 714. The pixelated anode contact 716 is attached to the second flexible circuit 720, and the second flexible circuit 720 is attached to the substrate 712. The electrical signal generated in the first detector layer is transmitted to the IC 724 of the DAS 726, and the electrical signal generated in the second detector layer 703 is transmitted to the IC 728 via the second flexible circuit 720. Is done.

ここで図37を参照すると、本明細書で説明されたような検出器を含む小包/手荷物検査システム890が示されている。システム890は、小包または手荷物がその中を通過し得る開口894を有する回転可能ガントリ892を含む。回転可能ガントリ892は、放射源896および検出器アセンブリ898を収容する。コンベヤシステム800も提供され、コンベヤシステム800は、小包または手荷物806を自動的かつ継続的に開口894の中を通して、スキャンされるようにするために、構造804によって支持されるコンベヤベルト802を含む。物体806は、コンベヤベルト802によって開口894の中を通って送られ、その後、撮像データが獲得され、コンベヤベルト802は、制御された継続的なやり方で、小包806を開口894から送り出す。結果として、郵便検査員、手荷物係、およびその他のセキュリティ要員は、爆発物、ナイフ、拳銃、禁輸品などに関して、小包806の内容を非侵襲的に検査することができる。   Referring now to FIG. 37, a parcel / baggage inspection system 890 that includes a detector as described herein is shown. System 890 includes a rotatable gantry 892 having an opening 894 through which a parcel or baggage can pass. A rotatable gantry 892 houses a radiation source 896 and a detector assembly 898. A conveyor system 800 is also provided, which includes a conveyor belt 802 supported by a structure 804 to allow the parcel or baggage 806 to be scanned automatically and continuously through the opening 894. The object 806 is fed through the opening 894 by the conveyor belt 802, after which imaging data is acquired, and the conveyor belt 802 delivers the parcel 806 out of the opening 894 in a controlled and continuous manner. As a result, postal inspectors, baggage handlers, and other security personnel can non-invasively inspect the contents of parcel 806 for explosives, knives, pistols, embargoes, and the like.

本発明の一実施形態によれば、CT検出器は、X線撮影エネルギーをエネルギー感知X線撮影データを表す電気信号に変換するように構成される第1の検出器と、X線撮影エネルギーをエネルギー感知X線撮影データを表す電気信号に変換するように構成され、第1の検出器を透過したX線を受け取るように配置される第2の検出器とを含む。論理コントローラが、第1の検出器および第2の検出器に電気的に接続され、第1の検出器の飽和レベルの量を表す第2の検出器からの論理出力信号を受け取り、論理出力信号を閾値と比較し、比較に基づいて、第1の検出器、第2の検出器、またはそれらの組合せからの電気信号を画像チェーンに出力するように構成される。   According to one embodiment of the present invention, the CT detector includes a first detector configured to convert X-ray imaging energy into an electrical signal representing energy-sensitive X-ray imaging data; And a second detector configured to receive X-rays transmitted through the first detector, wherein the second detector is configured to convert the electrical signal into energy-sensitive radiographic data. A logic controller is electrically connected to the first detector and the second detector, receives a logic output signal from the second detector representing the amount of saturation level of the first detector, and outputs a logic output signal Is configured to output an electrical signal from the first detector, the second detector, or a combination thereof to the image chain based on the comparison.

別の実施形態によれば、X線撮影撮像システムは、X線をスキャンされる被験体に向けて投射するように構成される放射源と、第1の検出器層および第2の検出器層を備える検出器アセンブリであって、第2の層は、第1の検出器層を透過した放射源からのX線を受け取るように配置され、第1および第2の層の各々は、放射源から投射されたX線を受け取り、X線撮影エネルギーをエネルギー感知X線撮影データを表す電気信号に変換するように構成される、検出器アセンブリと、第1および第2の検出器層の少なくとも一方におけるフラックスレートを表すデータを受け取り、受け取られたデータに基づいて画像再構成のために第1の検出器層において電気信号を出力したかどうかを決定し、受け取られたデータに基づいて画像再構成のために第2の検出器層において電気信号を出力したかどうかを決定するように構成される装置とを含む。   According to another embodiment, an x-ray imaging system includes a radiation source configured to project x-rays toward a scanned subject, a first detector layer, and a second detector layer. Wherein the second layer is arranged to receive x-rays from a radiation source transmitted through the first detector layer, each of the first and second layers comprising a radiation source At least one of a detector assembly and first and second detector layers configured to receive the projected x-rays from and convert the radiographic energy into an electrical signal representative of energy sensitive radiographic data Receiving data representing the flux rate at the image, determining whether an electrical signal has been output at the first detector layer for image reconstruction based on the received data, and image reconstruction based on the received data of In the second detector layer in order and a device configured to determine whether the output electric signal.

別の実施形態によれば、撮像システムを製作する方法は、X線源を提供するステップと、X線源から放出されるX線を受け取るように、第1の検出器を配置するステップと、X線源から放出され、第1の検出器を透過したX線を受け取るように、第2の検出器を配置するステップと、論理装置を第1および第2の検出器に電気的に結合するステップであって、論理装置が、第1および第2の検出器の一方におけるX線フラックスのレベルを表すように構成されるステップとを含む。   According to another embodiment, a method of fabricating an imaging system includes providing an x-ray source, positioning a first detector to receive x-rays emitted from the x-ray source, Positioning a second detector to receive X-rays emitted from the X-ray source and transmitted through the first detector, and electrically coupling the logic device to the first and second detectors And a logic device configured to represent a level of x-ray flux at one of the first and second detectors.

本発明が、その様々な実施形態に関して説明されたが、均等物、代替形態、および修正形態が、明白に述べられたものは別として、可能であり、添付の特許請求の範囲内にあることが認識されよう。   Although the invention has been described in terms of various embodiments thereof, equivalents, alternatives, and modifications are possible, apart from those explicitly stated, and are within the scope of the appended claims. Will be recognized.

CT撮像システムの絵図である。It is a pictorial diagram of CT imaging system. 図1に示されたシステムの概略ブロック図である。FIG. 2 is a schematic block diagram of the system shown in FIG. 1. CTシステム検出器アセンブリの一実施形態の斜視図である。1 is a perspective view of one embodiment of a CT system detector assembly. FIG. 本発明を包含するCT検出器の斜視図である。1 is a perspective view of a CT detector that includes the present invention. FIG. 本発明による2層検出器の部分斜視図である。FIG. 3 is a partial perspective view of a two-layer detector according to the present invention. 図5の線6−6に沿った図5の横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of FIG. 5 taken along line 6-6 of FIG. 本発明のさらなる実施形態による直接変換検出器の横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a direct conversion detector according to a further embodiment of the present invention. 本発明のさらなる実施形態による直接変換検出器の横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a direct conversion detector according to a further embodiment of the present invention. 本発明のさらなる実施形態による直接変換検出器の横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a direct conversion detector according to a further embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態において作成される信号フィードスルーを示す横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a signal feedthrough created in another embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態によるCT検出器の概略横断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a CT detector according to another embodiment of the present invention. FIG. 本発明によるCT検出器の部分の一代替実施形態の横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an alternative embodiment of a portion of a CT detector according to the present invention. 本発明のまた別の実施形態によるCT検出器の部分の横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a portion of a CT detector according to yet another embodiment of the present invention. 本発明によるCT検出器のまた別の実施形態の横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of yet another embodiment of a CT detector according to the present invention. 本発明の一代替実施形態を示す、図13〜図14と同様の概略横断面図である。FIG. 15 is a schematic cross-sectional view similar to FIGS. 13-14 showing an alternative embodiment of the present invention. コンポーネントが垂直配置で方向付けられたCT検出器の部分の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a portion of a CT detector with components oriented in a vertical configuration. 本発明による検出器要素領域のサブピクセル化を示す概略上面図である。FIG. 6 is a schematic top view illustrating sub-pixelization of detector element regions according to the present invention. 本発明の別の実施形態による非対称サブピクセル化を示す単一のCT検出器要素領域の上面図である。FIG. 6 is a top view of a single CT detector element region showing asymmetric subpixelation according to another embodiment of the present invention. 本発明の一代替実施形態による単一のCT検出器要素領域についての代替非対称サブピクセル化の上面図である。FIG. 6 is a top view of alternative asymmetric subpixelization for a single CT detector element region according to an alternative embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態による与えられたCT検出器要素領域の各サブピクセル出力の組合せを示す概略ブロック図である。FIG. 4 is a schematic block diagram illustrating a combination of each subpixel output of a given CT detector element region according to another embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態による与えられたCT検出器要素領域のサブピクセル出力の柔軟な選択(binning)を示す概略回路図である。FIG. 5 is a schematic circuit diagram illustrating flexible selection of sub-pixel outputs for a given CT detector element region according to another embodiment of the present invention. 本発明のさらなる実施形態による各サブピクセルの飽和状態に基づいた与えられたCT検出器要素領域のサブピクセル出力の選択を示す概略回路図である。FIG. 6 is a schematic circuit diagram illustrating selection of a sub-pixel output for a given CT detector element region based on the saturation state of each sub-pixel according to a further embodiment of the present invention. 本発明のさらなる実施形態による各サブピクセルの飽和状態に基づいた与えられたCT検出器要素領域のサブピクセル出力の選択を示す概略回路図である。FIG. 6 is a schematic circuit diagram illustrating selection of a sub-pixel output for a given CT detector element region based on the saturation state of each sub-pixel according to a further embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による2層検出器モジュールの斜視図である。1 is a perspective view of a two-layer detector module according to an embodiment of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態によるデータ獲得パイプラインの概略ブロック図である。FIG. 3 is a schematic block diagram of a data acquisition pipeline according to an embodiment of the present invention. 線26−26に沿って取られた図24の検出器モジュールの断面図である。FIG. 26 is a cross-sectional view of the detector module of FIG. 24 taken along line 26-26. 本発明の一実施形態による代替検出器モジュール実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an alternative detector module embodiment according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による代替検出器モジュール実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an alternative detector module embodiment according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による代替検出器モジュール実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an alternative detector module embodiment according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による代替検出器モジュール実施形態の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an alternative detector module embodiment according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による検出器モジュールの組み立て手順を示す概略図である。It is the schematic which shows the assembly procedure of the detector module by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による代替検出器モジュールの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an alternative detector module according to an embodiment of the invention. 本発明の一実施形態による代替検出器モジュールの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an alternative detector module according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態による代替検出器モジュールの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an alternative detector module according to an embodiment of the invention. 本発明の一実施形態による代替検出器モジュールの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an alternative detector module according to an embodiment of the invention. 本発明の一実施形態による代替検出器モジュールの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of an alternative detector module according to an embodiment of the present invention. 非侵襲小包検査システムで使用されるCTシステムの絵図である。It is a pictorial diagram of a CT system used in a non-invasive package inspection system.

符号の説明Explanation of symbols

10 コンピュータ断層撮影(CT)撮像システム
12 ガントリ
14 X線源
16 X線ビーム
17 レール
18 検出器アセンブリまたはコリメータ
19 コリメーティングブレードまたはプレート
20 複数の検出器
20a 直接変換検出器
20b 検出器
20c 検出器
20d 検出器
22 患者
24 回転の中心
26 制御機構
28 X線コントローラ
30 ガントリモータコントローラ
32 データ獲得システム
34 画像再構成器
36 コンピュータ
38 大容量記憶装置
40 コンソール
42 ディスプレイ
44 テーブルモータコントローラ
46 電動式テーブル
48 ガントリ開口部
50 検出器要素
51 パック
52 ピン
53 バックリットダイオードアレイ
54 多層基板
55 スペーサ
56 フレックス回路
57 面
59 複数のダイオード
62 第1の半導体層
64 第2の半導体層
65 検出要素または接触部
66 高電圧電極
67 2D配列
68 高電圧電極
69 2D配列
74 半導体層
76 半導体層
78 単一の共通信号収集層または2D接触部アレイ
80 高電圧電極
82 高電圧電極
84 半導体層
86 半導体層
87 高電圧電極
88 半導体層
89 高電圧電極
90 半導体層
91 高電圧電極
92 導電性の線または経路
93 収集接触部アレイ
94 導電性の線または経路
95 収集接触部アレイ
96 半導体層
98 半導体層
100 半導体層
102 半導体層
104 導電性層
106 導電性層
108 導電性層
110 層
112 層
114 半導体材料
116 収集接触部アレイ
118 高電圧電極層
120 孔
122 信号フィードパス
124 収集接触部
126 検出器
128 基板
130 検出器層
132 検出器層
134 X線方向
136 フレックス層
138 高電圧バイアス線
140 変換コンポーネント
142 変換コンポーネント
144 検出器要素アレイ
146 検出器要素アレイ
148 検出器要素
150 検出器要素
152 直接変換層
154 フレックス層
156 検出器要素
158 行
159 行
160 ピクセル領域
162 サブピクセル
164 専用読み出しリード
165 ピクセル領域
166 データシステム入力
168 出力
170 真理表回路
172 出力
174 入力
176 スイッチネットワーク
180 出力
182 DAS
184 信号整形器
186 エネルギーレベル弁別器
188 計数レジスタ
200 検出器モジュール
202 第1の検出器層
203 スペーサ
204 第2の検出器層
205 孔
206 直接変換材料
207 孔
208 ピクセル化アノード接触部
209 第1のフレキシブル相互接続
210 第1の表面
212 高電圧電極
213 第2の表面
214 X線減衰グリッドアセンブリ
215 高電圧リード
216 棒または桟
218 棒または桟
220 外周フレーム
222 開口
224 外縁または周囲
226 電荷共有領域
230 シンチレータ
232 フォトダイオードアレイ
234 基板
236 第2のフレキシブル相互接続
240 DAS
241 DAS集積回路
243 コネクタ
250 データ獲得パイプライン
252 検出器層
254 検出器層
256 読み出し電子機器
258 読み出し電子機器
260 総信号レベル論理値
262 論理コントローラ
264 画像チェーン
300 検出器モジュール
301 第1の検出器層
302 直接変換材料
303 第2の検出器層
304 ピクセル化アノード接触部
306 高電圧電極
308 グリッドアセンブリ
309 コンポーネント
310 第1のフレキシブル回路
311 コンポーネント
312 シンチレータ
314 フォトダイオードアレイ
316 多層基板
318 第2のフレキシブル回路
320 DAS
321 IC
322 IC
323 相互接続ボード
325 コネクタ
350 検出器モジュール
351 第1の検出器層
352 直接変換材料
353 第2の検出器層
354 ピクセル化アノード接触部
356 高電圧電極
358 グリッドアセンブリ
360 フレキシブル回路
362 シンチレータ
364 フォトダイオードアレイ
366 多層基板
370 DAS
371 IC
400 検出器モジュール
401 第1の検出器層
402 直接変換材料
403 第2の検出器層
404 ピクセル化アノード接触部
406 高電圧電極
408 グリッドアセンブリ
410 多層基板
412 シンチレータ
414 フォトダイオードアレイ
416 フレキシブル回路
420 DAS
421 IC
425 コネクタ
500 検出器モジュール
502 第1の検出器層
503 直接変換材料
504 ピクセル化アノード接触部
506 高電圧電極
508 グリッドアセンブリ
510 第1のフレキシブル回路
512 第2の検出器層
514 シンチレータ
516 フォトダイオードアレイ
518 多層基板
520 第2のフレキシブル回路
522 IC
524 IC
525 相互接続ボード
550 検出器モジュール
552 第1の検出器層
554 直接変換材料
556 ピクセル化アノード接触部
558 高電圧電極
560 グリッドアセンブリ
562 IC
564 第2の検出器層
566 シンチレータ
568 フォトダイオードアレイ
570 多層基板
572 フレキシブル回路
574 DAS
576 IC
600 検出器モジュール
601 第1の検出器層
602 直接変換材料
603 第2の検出器層
604 ピクセル化アノード接触部
606 高電圧電極
608 グリッドアセンブリ
610 第1のフレキシブル回路
612 基板
614 直接変換材料
616 ピクセル化アノード接触部
618 高電圧電極
620 第2のフレキシブル回路
622 基板
624 IC
626 DAS
628 IC
650 検出器モジュール
651 第1の検出器層
652 直接変換材料
653 第2の検出器層
654 ピクセル化アノード接触部
655 多層基板
656 高電圧電極
658 グリッドアセンブリ
660 直接変換材料
662 ピクセル化アノード接触部
664 高電圧電極
666 多層基板
668 第2のフレキシブル回路
670 IC
672 DAS
674 IC
700 検出器モジュール
701 第1の検出器層
702 直接変換材料
703 第2の検出器層
704 ピクセル化アノード接触部
706 高電圧電極
708 グリッドアセンブリ
710 第1のフレキシブル回路
712 基板
714 直接変換材料
716 ピクセル化アノード接触部
718 高電圧電極
720 第2のフレキシブル回路
724 IC
726 DAS
728 IC
800 コンベヤシステム
802 コンベヤベルト
804 構造
806 手荷物
890 検査システム
892 回転可能ガントリ
894 開口
896 放射源
898 検出器アセンブリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Computer tomography (CT) imaging system 12 Gantry 14 X-ray source 16 X-ray beam 17 Rail 18 Detector assembly or collimator 19 Collimating blade or plate 20 Multiple detectors 20a Direct conversion detector 20b Detector 20c Detector 20d detector 22 patient 24 center of rotation 26 control mechanism 28 X-ray controller 30 gantry motor controller 32 data acquisition system 34 image reconstructor 36 computer 38 mass storage device 40 console 42 display 44 table motor controller 46 motorized table 48 gantry Opening 50 Detector element 51 Pack 52 Pin 53 Backlit diode array 54 Multilayer substrate 55 Spacer 56 Flex circuit 57 Surface 59 Multiple diodes 62 First semiconductor layer 64 Second semiconductor layer 65 Sensing element or contact 66 High voltage electrode 67 2D array 68 High voltage electrode 69 2D array 74 Semiconductor layer 76 Semiconductor layer 78 Single common signal collection layer or 2D contact Array 80 high voltage electrode 82 high voltage electrode 84 semiconductor layer 86 semiconductor layer 87 high voltage electrode 88 semiconductor layer 89 high voltage electrode 90 semiconductor layer 91 high voltage electrode 92 conductive line or path 93 collection contact array 94 conductive Line or path 95 Collection contact array 96 Semiconductor layer 98 Semiconductor layer 100 Semiconductor layer 102 Semiconductor layer 104 Conductive layer 106 Conductive layer 108 Conductive layer 110 Layer 112 layer 114 Semiconductor material 116 Collection contact array 118 High voltage electrode layer 120 Hole 122 Signal feed path 124 Collection contact 126 Detection 128 substrate 130 detector layer 132 detector layer 134 X-ray direction 136 flex layer 138 high voltage bias line 140 conversion component 142 conversion component 144 detector element array 146 detector element array 148 detector element 150 detector element 152 direct conversion layer 154 Flex Layer 156 Detector Element 158 Line 159 Line 160 Pixel Area 162 Subpixel 164 Dedicated Read Lead 165 Pixel Area 166 Data System Input 168 Output 170 Truth Table Circuit 172 Output 174 Input 176 Switch Network 180 Output 182 DAS
184 Signal shaper 186 Energy level discriminator 188 Counting register 200 Detector module 202 First detector layer 203 Spacer 204 Second detector layer 205 Hole 206 Direct conversion material 207 Hole 208 Pixelated anode contact 209 First Flexible interconnect 210 First surface 212 High voltage electrode 213 Second surface 214 X-ray attenuation grid assembly 215 High voltage lead 216 Bar or bar 218 Bar or bar 220 Peripheral frame 222 Opening 224 Outer edge or perimeter 226 Charge sharing region 230 Scintillator 232 Photodiode Array 234 Substrate 236 Second Flexible Interconnect 240 DAS
241 DAS integrated circuit 243 Connector 250 Data acquisition pipeline 252 Detector layer 254 Detector layer 256 Read electronics 258 Read electronics 260 Total signal level logic 262 Logic controller 264 Image chain 300 Detector module 301 First detector layer 302 Direct Conversion Material 303 Second Detector Layer 304 Pixelated Anode Contact 306 High Voltage Electrode 308 Grid Assembly 309 Component 310 First Flexible Circuit 311 Component 312 Scintillator 314 Photodiode Array 316 Multilayer Substrate 318 Second Flexible Circuit 320 DAS
321 IC
322 IC
323 interconnect board 325 connector 350 detector module 351 first detector layer 352 direct conversion material 353 second detector layer 354 pixelated anode contact 356 high voltage electrode 358 grid assembly 360 flexible circuit 362 scintillator 364 photodiode array 366 multilayer substrate 370 DAS
371 IC
400 detector module 401 first detector layer 402 direct conversion material 403 second detector layer 404 pixelated anode contact 406 high voltage electrode 408 grid assembly 410 multilayer substrate 412 scintillator 414 photodiode array 416 flexible circuit 420 DAS
421 IC
425 connector 500 detector module 502 first detector layer 503 direct conversion material 504 pixelated anode contact 506 high voltage electrode 508 grid assembly 510 first flexible circuit 512 second detector layer 514 scintillator 516 photodiode array 518 Multilayer substrate 520 Second flexible circuit 522 IC
524 IC
525 Interconnect Board 550 Detector Module 552 First Detector Layer 554 Direct Conversion Material 556 Pixelated Anode Contact 558 High Voltage Electrode 560 Grid Assembly 562 IC
564 Second detector layer 566 Scintillator 568 Photodiode array 570 Multilayer substrate 572 Flexible circuit 574 DAS
576 IC
600 detector module 601 first detector layer 602 direct conversion material 603 second detector layer 604 pixelated anode contact 606 high voltage electrode 608 grid assembly 610 first flexible circuit 612 substrate 614 direct conversion material 616 pixelated Anode contact portion 618 High voltage electrode 620 Second flexible circuit 622 Substrate 624 IC
626 DAS
628 IC
650 Detector module 651 First detector layer 652 Direct conversion material 653 Second detector layer 654 Pixelated anode contact 655 Multilayer substrate 656 High voltage electrode 658 Grid assembly 660 Direct conversion material 662 Pixelated anode contact 664 High Voltage electrode 666 Multi-layer substrate 668 Second flexible circuit 670 IC
672 DAS
674 IC
700 detector module 701 first detector layer 702 direct conversion material 703 second detector layer 704 pixelated anode contact 706 high voltage electrode 708 grid assembly 710 first flexible circuit 712 substrate 714 direct conversion material 716 pixelated Anode contact portion 718 High voltage electrode 720 Second flexible circuit 724 IC
726 DAS
728 IC
800 Conveyor System 802 Conveyor Belt 804 Structure 806 Baggage 890 Inspection System 892 Rotatable Gantry 894 Opening 896 Radiation Source 898 Detector Assembly

Claims (10)

X線撮影エネルギーをエネルギー感知X線撮影データを表す電気信号に変換するように構成される第1の検出器(202、252)と、
X線撮影エネルギーをエネルギー感知X線撮影データを表す電気信号に変換するように構成され、前記第1の検出器(202、252)を透過したX線を受け取るように配置される第2の検出器(204、254)と、
前記第1の検出器(202、252)および前記第2の検出器(204、254)に電気的に接続される論理コントローラ(262)であって、
前記第1の検出器(202、252)の飽和レベルの量を表す前記第2の検出器(204、254)からの論理出力信号(260)を受け取り、
前記論理出力信号(260)を閾値と比較し、
前記比較に基づいて、前記第1の検出器(202、252)、前記第2の検出器(204、254)、またはそれらの組合せからの電気信号を画像チェーンに出力する、ように構成される論理コントローラ(262)と、を備えるコンピュータ断層撮影(CT)検出器(200)。
A first detector (202, 252) configured to convert radiographic energy into an electrical signal representing energy sensitive radiographic data;
A second detection configured to convert radiographic energy into an electrical signal representative of energy sensitive radiographic data and arranged to receive X-rays transmitted through the first detector (202, 252). Vessels (204, 254),
A logic controller (262) electrically connected to the first detector (202, 252) and the second detector (204, 254);
Receiving a logic output signal (260) from the second detector (204, 254) representing the amount of saturation level of the first detector (202, 252);
Comparing the logic output signal (260) to a threshold;
Based on the comparison, configured to output an electrical signal from the first detector (202, 252), the second detector (204, 254), or a combination thereof to an image chain A computed tomography (CT) detector (200) comprising a logic controller (262).
前記論理コントローラ(262)が、FPGA回路、DSP回路、ASIC回路、コンピュータ可読記憶媒体上で実施されるソフトウェア、およびファームウェアの1つである、請求項1記載のCT検出器(200)。 The CT detector (200) of claim 1, wherein the logic controller (262) is one of an FPGA circuit, a DSP circuit, an ASIC circuit, software implemented on a computer readable storage medium, and firmware. 前記第1の検出器(202、252)が、直接変換層を有するエネルギー弁別検出器を備える、請求項1記載のCT検出器(200)。 The CT detector (200) of claim 1, wherein the first detector (202, 252) comprises an energy discrimination detector having a direct conversion layer. 前記直接変換層内に形成される電荷共有領域(226)と端部トラッピング領域(224)の少なくとも一方をさらに備え、電荷共有領域(226)と端部トラッピング領域(224)の前記少なくとも一方に向けて送られるX線を減衰するように配置されるX線減衰材料をさらに備える、請求項3記載のCT検出器(200)。 At least one of a charge sharing region (226) and an end trapping region (224) formed in the direct conversion layer is further provided, toward the at least one of the charge sharing region (226) and the end trapping region (224). The CT detector (200) of claim 3, further comprising an x-ray attenuating material arranged to attenuate x-rays transmitted in the direction. 前記エネルギー弁別検出器が、光子計数モードで動作するように構成される、請求項3記載のCT検出器(200)。 The CT detector (200) of claim 3, wherein the energy discrimination detector is configured to operate in a photon counting mode. 前記第2の検出器が、光子計数モードとエネルギー積分モードの一方で動作するように構成されるエネルギー弁別検出器を備える、請求項1記載のCT検出器(200)。 The CT detector (200) of claim 1, wherein the second detector comprises an energy discrimination detector configured to operate in one of a photon counting mode and an energy integration mode. 前記第2の検出器(204、254)が、フォトダイオードアレイに光学的に結合されるシンチレーティング層を備える、請求項1記載のCT検出器(200)。 The CT detector (200) of claim 1, wherein the second detector (204, 254) comprises a scintillating layer optically coupled to a photodiode array. 前記第1の検出器(202、252)で飽和が発生しなかったことを前記論理出力信号が示している場合、前記論理コントローラ(262)が、前記第1の検出器(202、252)でのみ変換された電気信号を出力するようにさらに構成される、請求項1記載のCT検出器(200)。 If the logic output signal indicates that no saturation has occurred in the first detector (202, 252), the logic controller (262) is in the first detector (202, 252). The CT detector (200) of claim 1, further configured to output only a converted electrical signal. 前記第1の検出器(202、252)が飽和させられていることを前記論理出力信号が示している場合、前記論理コントローラ(262)が、前記第2の検出器(204、254)でのみ変換された電気信号を出力するようにさらに構成される、請求項1記載のCT検出器(200)。 When the logic output signal indicates that the first detector (202, 252) is saturated, the logic controller (262) is only in the second detector (204, 254). The CT detector (200) of claim 1, further configured to output a converted electrical signal. 前記論理出力信号が、前記第1の検出器に入射するフラックスのレートを表す、請求項1記載のCT検出器(200)。 The CT detector (200) of claim 1, wherein the logic output signal represents a rate of flux incident on the first detector.
JP2008120076A 2007-05-04 2008-05-02 Photon counting X-ray detector with overrange logic control Active JP5215722B2 (en)

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