JP2014002145A

JP2014002145A - ガンマ線検出器における信号伝達のための方法およびシステム

Info

Publication number: JP2014002145A
Application number: JP2013124249A
Authority: JP
Inventors: Lyong Kim Chang; チャン・リョン・キム; Leo Mcdaniel David; デイヴィッド・レオ・マクダニエル; Lindgren Malaney James; ジェームズ・リンドグレン・マラニー; William Todd Peterson; ウィリアム・トッド・ピーターソン; V Mcbroom Gary; ゲイリー・ヴィ・マクブルーム
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2014-01-09
Anticipated expiration: 2033-06-13
Also published as: NL2010986C2; US20130334428A1; US8937285B2; JP6257928B2; NL2010986A

Abstract

【課題】ガンマ線検出器における信号伝達のための方法およびシステムを提供する。
【解決手段】１つのガンマ線検出器２４は、複数のシンチレータ結晶、およびシンチレータ結晶に結合され、かつ複数のマイクロセルを有する複数の光センサ３４を有するシンチレータブロック３０を含む。複数の光センサのそれぞれは、マイクロセルに接続された第１のセットの信号トレース、および第１のセットの信号トレースに沿って接続され、かつ加算信号トレースへの信号経路を一緒に形成する第２のセットの信号トレースを有する。複数の光センサのそれぞれはまた、加算信号トレースに接続されたピンアウトを有する。
【選択図】図２

Description

本明細書で開示される主題は、一般に、ガンマ線検出器に関し、より詳細には、ガンマ線検出器において信号を伝達するためのシステムおよび方法に関する。

ガンマ線検出器は、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）システムにおいてなど、様々な用途において使用されることが可能である。ＰＥＴシステムは、体内の機能プロセスの三次元画像または写真を生成する核医学イメージングを実行する。例えば、ＰＥＴシステムは、患者の体内の陽電子放出核種の分布を表す画像を生成する。陽電子が対消滅によって電子と相互作用する場合は、陽電子−電子対の全質量は、２つの５１１ｋｅＶ光子に変換される。光子は、応答線に沿って反対方向に放出される。対消滅光子は、検出器リング上に応答線に沿って配置された検出器によって検出される。これらの光子が同時に検出器素子に到達し検出された場合、これは一致と呼ばれる。次いで、対消滅光子検出情報を含む取得した画像データに基づいて画像が生成される。

シリコン光電子増倍管ベースのＰＥＴ検出器では、ガンマ線を検出するための大きな面積をカバーするために、多数の小面積のシリコン光電子増倍管（例えば３ｘ３ｍｍ²または４ｘ４ｍｍ²の光電子増倍管デバイス）が使用される。多数のこれらの光電子増倍管は、装置の複雑さならびに読出しチャネルの数を増大させる。

チャネルの数、ならびに多くの小さな個々の画素（例えば画素デバイスごとに１つのアノードデバイスまたは１つのアノード）を処理する複雑さを低減するために、より大きい面積を有するモノリシックデバイス（例えば、多くの画素を有するデバイス）が、ＰＥＴ−磁気共鳴（ＰＥＴ−ＭＲ）検出器のためなどに使用されてよい。しかし、これらのモノリシックデバイスは、誘導電気結合および容量電気結合によってクロストークを引き起こすアノード読出しトレースを有する。さらに、より大きい画素は、サイズに起因して伸びたより長いトランジットタイム、ならびに様々な信号加算点の位置を示す。

米国特許出願公開第２０１２／０１３３０５４号明細書

したがって、とりわけソリッドステート光電子増倍管を使用するガンマ線検出器における信号伝達のための知られているアーキテクチャは、十分満足に働かず、複雑な制御を有する可能性がある。

一実施形態では、複数のシンチレータ結晶およびシンチレータ結晶に結合された複数の光センサを有するシンチレータブロックを含むガンマ線検出器が提供される。複数の光センサのそれぞれは複数のマイクロセルを含む。複数の光センサのそれぞれは、マイクロセルに接続された第１のセットの信号トレースおよび第１のセットの信号トレースに沿って接続された第２のセットの信号トレースを含み、加算信号トレースへの信号経路を一緒に形成する。複数の光センサのそれぞれはまた、加算信号トレースに接続されたピンアウトを含む。

他の実施形態では、スキャンデータを取得するように構成された複数のガンマ線検出器素子を含み、検出器素子は複数の光センサを有するシンチレータ結晶を有する、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）システムが提供される。複数の光センサのそれぞれは複数のマイクロセルを含む。複数の光センサのそれぞれは、マイクロセルに接続された第１のセットの信号トレースおよび第１のセットの信号トレースに沿って接続された第２のセットの信号トレースを有し、加算信号トレースへの信号経路を一緒に形成する。複数の光センサのそれぞれはまた、加算信号トレースに接続されたピンアウトを含む。

一実施形態による陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）検出器アセンブリの斜視図である。一実施形態に従って形成された検出器ユニットの斜視図である。一実施形態によるシリコン光電子増倍管（ＳＩＰＭ）の概略ブロック図である。マイクロセルを例示するＳＩＰＭの図である。一実施形態による信号トレース構成を例示する図である。他の実施形態によるシリコン光電子増倍管（ＳＩＰＭ）の概略ブロック図である。他の実施形態による信号トレース構成を例示する図である。他の実施形態によるシリコン光電子増倍管（ＳＩＰＭ）の概略ブロック図である。他の実施形態によるシリコン光電子増倍管（ＳＩＰＭ）の概略ブロック図である。一実施形態によるＰＥＴシステムの図である。

いくつかの実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読まれればよりよく理解されるであろう。図が様々な実施形態の機能モジュールの図を例示する範囲内において、機能ブロックは、必ずしもハードウェア回路間の分割を示すものではない。したがって、例えば、機能ブロック（例えばプロセッサまたはメモリ）の１つまたは複数は、単一のハードウェア（例えば、汎用信号プロセッサもしくはランダムアクセスメモリのブロック、ハードディスク、または同様のもの）に実装されてよい。同様に、プログラムは、スタンドアロンプログラムでもよく、オペレーティングシステムにサブルーチンとして組み込まれていてもよく、インストールされたソフトウェアパッケージおよび同種のものにおける関数であってよい、などである。様々な実施形態は、図面に示されている構成および手段に限定されないことを理解されたい。

本明細書で使用される場合は、単数形で記載され、その前に単語「ａ」または「ａｎ」がつけられた要素またはステップは、そのような除外が明記されていない限り、前記要素またはステップの複数形を除外しないと理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態」に言及することは、やはり記載された特徴が組み込まれている追加の実施形態の存在を排除すると解釈されることを意図するものではない。さらに、それと反対であると明示的に記載されていない限り、特定の特性を有する要素または複数の要素を「含む」または「有する」実施形態は、その特性を有しない追加の要素を含んでよい。

様々な実施形態は、ガンマ線検出器、とりわけシリコン光電子増倍管（ＳＩＰＭ）を有するガンマ線検出器のための信号伝達方式および／またはアーキテクチャを提供する。具体的には、いくつかの実施形態は、ガンマ線検出器からアノード読出しをする様々な信号トレースレイアウトまたは読出し方式を提供する。タイミング最適化（トランジットタイム最適化）、より低いインダクタンスおよび／または増大した充填率を含む様々な実施形態の１つまたは複数の技術的効果が提供されてよい。ガンマ線検出器は、例えば、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）システム、またはＰＥＴ−磁気共鳴イメージング（ＰＥＴ−ＭＲＩ）システムなど他のシステムにおいて使用されてよい。しかし、非医療イメージングシステムまたは非イメージングシステムにおいても様々な実施形態がガンマ線検出器と共に使用されてよい。

図１の斜視図に示されているＰＥＴ検出器アセンブリ２０を有するＰＥＴシステムにおいて様々な実施形態がガンマ線検出器（本明細書ではガンマ検出器とも呼ばれる）と併せて使用されてよい。しかし、ガンマ検出器および様々な実施形態は、様々なタイプのイメージングシステムおよび非イメージングシステムに実装されてよいことを理解されたい。例示されている実施形態では、ＰＥＴ検出器アセンブリ２０は、ＰＥＴ検出器アセンブリ２０からデータまたは信号を受信し、制御信号を提供することもできるコントローラ／プロセッサ５０に結合される。コントローラ／プロセッサ５０は、ＰＥＴ検出器アセンブリ２０に接続された複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）からガンマ線カウントデータ（例えば一致カウントデータ）を受信することができる。したがって、ＰＥＴ検出器リングアセンブリ２０は、コントローラ／プロセッサ５０に信号を提供するために利用されることが可能である。

様々な実施形態では、ＰＥＴ検出器アセンブリ２０は、ＰＥＴ検出器リングアセンブリ２０を形成するようにリング状に構成された複数の検出器モジュール２２を含む。各検出器モジュール２２は、複数の検出器ユニット２４からアセンブルされる。したがって、複数の検出器ユニット２４（検出器ブロックとも呼ばれる）は、単一の検出器モジュール２２を形成するようにアセンブルされ、複数の検出器モジュール２２は、検出器リングアセンブリ２０を形成するようにアセンブルされる。一実施形態では、検出器アセンブリ２０は、検出器アセンブリ２０がリング形状を有するように一緒に結合される２８個の検出器モジュール２２を含む。いくつかの実施形態では、各検出器モジュール２２は、４ｘ５行列で構成された２０個の検出器ユニット２４を含む。検出器アセンブリ２０を形成するために利用される検出器モジュール２２の数量は例示であり、検出器アセンブリ２０は、２８個より多いまたは少ない検出器モジュール２２を有してよいことを理解されたい。さらに、各検出器モジュール２２を形成するために利用される検出器ユニット２４の数量は例示であり、検出器モジュール２２は、２０個より多いまたは少ない検出器ユニット２４を有してよいことを理解されたい。

図２は、ガンマ線によって衝突され、図１に示されている検出器モジュール２２の一部分を形成することができる複数のシンチレーション結晶３２を含む単一の検出器ユニット２４を例示する。様々な実施形態では、検出器ユニット２４は、ｘ軸およびｚ軸に沿って配列された１つまたは複数のシンチレータ結晶３２を有するシンチレータブロック３０を含む。一実施形態では、シンチレータブロック３０は、４ｘ９行列で構成された３６個の結晶３２を有する。しかし、シンチレータブロック３０は、３６個より少ないまたはより多い結晶３２を有してよく、結晶３２は、任意の適切なサイズの行列で構成されてよいことを理解されたい。シンチレータ結晶３２は、とりわけ、ゲルマニウム酸ビスマス（ＢＧＯ）、セリウムドープオルトケイ酸ルテチウムイットリウム（ＬＹＳＯ）、またはオキシオルトケイ酸ガドリニウム（ＧＳＯ）などの任意の適切な材料から形成されてよいことにも留意されたい。

検出器ユニット２４はまた、光または他の電磁エネルギーを検知または検出する任意の適切なフォト検出器でよい複数のフォトセンサとして例示されている複数の光センサ３４を含む。例示されている実施形態では、光センサ３４はシリコン光電子増倍管（ＳＩＰＭ）である。複数の光センサ３４は、検出器表面３８の反対側のシンチレータブロック３０の端部において結合される。光センサ３４に結合されていない結晶ブロック３０の表面は、テフロン（登録商標）、ＴｉＯ２ロードエポキシ、またはスペクトル反射体などの反射層で覆われる。いくつかの実施形態では、反射体または反射材料は、ブロック３０内のいくつかの結晶の間に配置されてよいことに留意されたい。

様々な実施形態では、検出器ユニット２４は、３ｘ６行列で構成されたシンチレータブロック３０の各端面上に１８個の光センサ３４を有する。しかし、検出器ユニット２４は、１８個より少ないまたはより多い光センサ３４を有してよく、光センサ３４は、任意のサイズの行列で構成されてよいことを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態は、それぞれ、３ｘ６行列、６ｘ６行列、９ｘ６行列、または１０ｘ１０行列で構成された対応する光センサ３４を有する１８個、３６個、５４個、または１００個の結晶３２を含む。様々な実施形態では、光センサ３４(例えばフォトセンサ)と結晶３２との間に１対１の結合が提供されることに留意されたい。しかし、他の実施形態では、光センサ３４（例えばフォトセンサ）と結晶３２との間に１対１の結合は提供されず、その結果、光センサ３４と結晶３２との間に１対多の結合が存在する。さらに、光センサ３４は、様々なサイズまたは形状を有してよい。いくつかの実施形態では、光センサ３４は、３ｘ３ｍｍ²より大きい。しかし、他の実施形態では、４ｘ６ｍｍ²の光センサ３４など、より大きいまたはより小さい光センサ３４が使用されてよい。

いくつかの実施形態では、ＳＩＰＭによってカバーされる面積は、光センサ３４によってカバーされる面積より小さいので、ＳＩＰＭ検出器において利用される結晶３２は、光センサ３４の結晶より小さくてよいことに留意されたい。例えば、約４ｘ４ｃｍ²のシンチレーション結晶の面積は、１００までのまたは１００より多いＳＩＰＭを含んでよい。

一実施形態では、光センサ３４は、並列に接続され、ガイガーモードで破壊電圧より上で動作するアバランシェフォトダイオードである。例えば、様々な実施形態では、光センサ３４は、シリコン基板上にアバランシェフォトダイオード配列から形成された単一光子感知装置として構成されたＳＩＰＭでよい。しかし、光センサ３４は任意のタイプのソリッドステート光センサ、例えば任意のタイプのフォトダイオードでよいことに留意されたい。

動作中に、シンチレータ結晶３２は、ガンマ線がシンチレータ結晶３２に衝突することによって堆積されたエネルギーを可視（または近ＵＶ）光光子に変換する。次いで、光子は、光センサ３４によって電気的アナログ信号に変換される。より具体的には、ガンマ線が検出器ユニット２４内のシンチレータ３２のいずれか１つに衝突した場合、ガンマ線を検出したシンチレータは、ガンマ線のエネルギーを、検出器ユニット２４内の光センサ３４によって検出される可視光に変換する。したがって、例示的実施形態では、各検出器ユニット２４は、「ｎ」個のアナログ信号４０を出力するように構成される。

シンチレータ結晶３２は、結晶素子の矩形行列を形成することができる。各シンチレータ結晶３２の形は、コンパクトな配列が形成され得るように矩形または正方形でよい。いくつかのガンマ線は、散乱することなくシンチレータ結晶３２に衝突する、すなわち、ガンマ線はそのエネルギーをすべてシンチレータ結晶３２内に堆積する。他のガンマ線は、シンチレータ結晶３２の中の電子に衝突し、そこにエネルギーの一部分を堆積し、次いで、次に近いシンチレータ結晶３２に衝突する可能性がある。この現象は、コンプトン散乱事象と呼ばれる。後者の場合は、ガンマ線エネルギーは、両方のシンチレータ結晶３２に吸収される。

したがって、図２の検出器ユニット２４内に堆積されたエネルギー（すなわち、シンチレーション結晶２６のＭｘＮ行列のいずれかに入射したエネルギー）は、光センサ３４によって判定され読み出される。光センサ３４内のエネルギーは、総入射エネルギーを判定するために結合されてよい。例えば、入射ガンマ線によって衝突された特定のシンチレーション結晶２６を判定するためにアンガーロジックが使用されてよい。

したがって、検出器のリング（１つまたは複数）、すなわちＰＥＴ検出器アセンブリ２０（図１に示されている）による検出は、時間的にごく近接して（例えば、単一のリングにおいて向かい合って配置された２つの検出器ユニット２４によって、約７ナノ秒（ｎｓ）以内に）検出された２つの光子は２つの検出器を接続する線に沿ったどこかで患者の体内の単一消滅事象から生じた可能性があるという原理に基づく。イメージングセッション中に検出された一致事象はすべて生データとしてＰＥＴスキャナによって記録される。そのような同時検出は、「一致」と呼ばれる。ＰＥＴイメージングにおける一致データは、コントローラ／プロセッサ５０を使用してなど、軸面、矢状面、および／または冠状面における横断面画像を作成するために、コンピュータによって再構成される。

電子−陽電子崩壊は、ほぼ１８０度離れて２つの５１１ｋｅＶガンマ光子の放出を引き起こす。したがって、２つの検出されたガンマ光子を接続する一致の直線（応答線またはＬＯＲとも呼ばれる）に沿ってソースを特定することが可能である。実際には、放出された光子は正確に１８０度離れているわけではないので、ＬＯＲは有限幅を有する。検出器ユニット２４の解像時間（時間窓とも呼ばれる）が約１ｎｓより大きい場合は、ＬＯＲのセグメントに対するガンマ線の発生源の位置を特定することは難しいことに留意されたい。時間解像度が１ｎｓより良い場合は、ＬＯＲのセグメントに対する事象を特定することができる。この位置特定プロセスは、飛行時間（ＴＯＦ）検出と呼ばれ、光子の検出間の時間差を判定するためにＰＥＴシステムによって使用される。したがって、これらのシステムは、対象とするＬＯＲセグメントの長さを低減し、ガンマ線の発生源の位置をより正確に判定する。時間解像度が向上すると、画像の信号対雑音比（ＳＮＲ）も向上し、同じ画像品質を達成するために必要とする事象が少なくなる。

いくつかの実施形態では、ＰＥＴ検出器アセンブリ２０を使用してＰＥＴスキャナが収集した生データは、向かい合って配置された１対の検出器による対消滅光子のほぼ同時の検出を表す一致事象のリストを含む。一致事象から収集した統計値を使用して、多くのＬＯＲに沿った組織の各部分のトータルアクティビティのための１組の連立方程式を解くことができ、組織の部分の位置の関数として、放射能のマップが構成され表示される。結果としてのマップは、分子プローブ、例えば放射性医薬品がその中で濃縮されるようになった組織を示し、核医学医師または放射線科医によって読み取られることが可能である。

次に、信号伝達方式および／またはアーキテクチャの様々な実施形態が説明される。特定の信号トレース構成が説明されるが、修正が企図されていることに留意されたい。図３は、一実施形態によるＳＩＰＭ６２のアレイ６０を例示し（２ｘ３アレイとして例示されている）、図４は、ＳＩＰＭ６２の１つだけを示す。ＳＩＰＭ６２のそれぞれは別個のアノードを含み、ＳＩＰＭ６２のそれぞれはバイアスをかけられる、すなわちバイアス電圧を印加される。図４に見られるように、ＳＩＰＭ６２のそれぞれは（例示を簡単にするために１つが示されている）、複数のマイクロセル６４を含む。様々な実施形態では、各マイクロセル６４の大きさは、約２５マイクロメートル（ｍｉｃｒｏｓ）ｘ２５ミクロンから、約１００ミクロンｘ１００ミクロンまでである。しかし、より大きいまたはより小さいマイクロセル６４が提供されてよい。したがって、各ＳＩＰＭ６２は、それぞれが３５ミクロンｘ３５ミクロンまたは５０ミクロンｘ５０ミクロンの大きさを有する４千個のマイクロセル６４など、数千個のマイクロセル６４を含んでよい。１万個またはそれ以上のマイクロセル６４など、より多くのまたはより少ないマイクロセル６４が提供されてよいことを理解されたい。いくつかの実施形態では、マイクロセル６４は、ＰＮ接合（アバランシェ）構成で並列に接続されてよく、マイクロセル６４を取り囲むガードリング６６を有する。

様々な実施形態では、図５に示されているように、複数の信号トレース６８（第１のセットの信号トレースなど）がマイクロセルへの接続を提供する。信号トレース６８は必ずしもすべて示されているわけではないことに留意されたい。理解されるはずであるように、ＳＩＰＭ６２のアノードによって定義される画素が長くなると、信号トレース６８が（チャネルの数を低減するために）長くなるので、インダクタンスおよび抵抗は増大し、信号の立ち上がり時間は増大する（その結果として、ガンマ線相互作用を測定した時間およびその測定した時間の相違も増大することになる）。

信号トレース６８は任意の適切な材料から形成されてよいことに留意されたい。例えば、一実施形態では、信号トレース６８は、アルミニウムから形成され、約２ミクロンの厚さを有する。

さらに、図５の実施形態では、間隔を置いて離れて配置された複数の信号トレース７２（第２のセットの信号トレースなど）は、信号トレース６８を横切って（例えば垂直に）延在する。５つの信号トレースが例示されているが、より多くのまたはより少ない信号トレース７２が、所望に応じてまたは必要に応じて、例えばＳＩＰＭ６２のサイズに基づいて、提供されてよいことに留意されたい。例えば、信号トレース７２は、いくつかのマイクロセル６４の間になど（Ｘ軸に沿って８個〜１０個のマイクロセル６４ごとになど）周期的に配置されてよい。本明細書で使用される場合は、「周期的に」は、それぞれの間に均一な間隔または不均一な間隔を有することを意味してよい。様々な実施形態では、信号トレース７２は、信号トレース６８より厚い。例えば、例示されている実施形態では、信号トレースは、約８ミクロンの厚さを有する。しかし、信号トレース７２は、１０〜２０ミクロンまたは５０ミクロンなど、より厚くてもより薄くてもよい。本明細書に記載の信号トレースは、任意のタイプの導電性トレースでよいことに留意されたい。

動作中に、信号トレース６８内の信号は、信号トレース７２のそれぞれにおいてｘ方向に結合される。したがって、例えば、信号トレース７２ａと７２ｂとの間のマイクロセル６４からの信号は、信号トレース７２ａおよび７２ｂに進み（信号トレース７２ａおよび７２ｂに進む信号の割合はマイクロセル６４の位置に依存する）、信号トレース７２ｂと７２ｃとの間のマイクロセル６４からの信号は、信号トレース７２ｂおよび７２ｃに進み、信号トレース７２ｃと７２ｄとの間のマイクロセル６４からの信号は、信号トレース７２ｃおよび７２ｄに進み、信号トレース７２ｄと７２ｅとの間のマイクロセル６４からの信号は、信号トレース７２ｄおよび７２ｅに進む。したがって、様々な実施形態では、信号は、トレースからのマイクロセル６４の距離に応じて特定のトレースを通って進む（例えば、信号はより近いトレースに進む）。しかし、信号トレース６８を通る信号の流れは、信号が様々な信号トレース７２に分配され得るように、（ｘ方向など）様々でよいことを理解されたい。したがって、様々な実施形態では、信号トレース７２は、信号トレース７２が信号をマイクロセル６４からＳＩＰＭ６２の端部または縁部に伝達する信号バスを形成するように信号トレース６８に接続される。例えば、マイクロセル６４から受信した信号は、（図５に見られるように）信号トレース６８に沿ってｘ方向に左または右に進み、次いで、ｙ方向に下に進んでよい。

したがって、信号経路は、マイクロセル６４からの信号が信号トレース６８に沿ってｘ方向に進み、次いで信号トレース７２に沿ってｙ方向に進むように提供される。信号トレース７２は、図５においてＳＩＰＭ６２の最下部に例示されている信号トレース７４（例えば加算信号トレース）に接続される。したがって、信号がｘ方向に、すなわち信号トレース６８のそれぞれから結合した後に、信号は、信号トレース７２（例えばアルミニウムトレース）を通って信号トレース７４（例えばアルミニウムトレース）に伝達される。信号トレース７４は、信号トレース７２によって前に結合された信号を結合する。例えば、信号トレース７４は、信号トレース７２から受信した信号のための加算線として構成されてよい。様々な実施形態では、信号トレース７４はまた、信号トレース６８より厚く、信号トレース７２より厚くてよい。例えば、一実施形態では、信号トレース７４の厚さは、１００ミクロンでよい。しかし、信号トレース７４は、より厚くてもより薄くてもよい。様々な実施形態では、信号トレース７３は、図５に見られるように、ＳＩＰＭ６２の最上部に沿って提供されてよく、やはり信号トレース７２より厚くてよいことにも留意されたい。したがって、図５の実施形態は、ＳＩＰＭ８２の最上部に近いマイクロセルからの流れが信号トレース７３におけるアノードの最上部に沿っておよびそれを横切って他のトレース７２に進み、次いで（図５に見られるように）下に信号トレース７４へ進むことができるように、ＳＩＰＭ８２の最上部または最下部に沿って信号トレース７３および／または７４を含んでよい。

信号トレース６８、７２、７４は、任意のやり方で任意の適切な材料を使用して形成されてよいことに留意されたい。例えば、いくつかの実施形態では、信号トレース６８、７２、７４は、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）プロセスを使用してなど、シリコンデバイス（例えばシリコンウェハ）上に金属蒸着法によって形成されたアルミニウムトレースである。いくつかの他の実施形態では、トレースのインピーダンスおよびインダクタンスを低減するために、金（またはより厚いトレース）など他の金属が使用されてよい。さらに、信号トレース６８、７２、７４は、任意の適切なプロセスを使用して相互接続されてよい。

したがって、信号トレース７２は、図５に見られるように、信号をｙ方向に結合することができる。信号トレース６８または７０からの信号の結合は、信号トレースの端部に沿って信号ノードにおいてなど、任意の適切な信号結合技法を使用して提供されてよいことに留意されたい。

信号トレース７２は、（図３および５に示されているように）ピンアウト７６に接続される。ピンアウト７６（例えば、信号収集パッド）は、図３に示されているように、ワイヤボンドを含んでよい。図に見られるように、ＳＩＰＭ６２のピンアウト７６の、それぞれのワイヤボンドの長さは、より短く、同じまたは事実上同じ長さを有する。したがって、各ワイヤボンドを通る信号のトランジットタイムは同じである。したがって、様々な実施形態では、マイクロセル６４からの信号の進行時間を短くするために複数の加算点が提供される。ピンアウト７６は、プリント回路基板（ＰＣＢ）にワイヤボンディングされてよいことに留意されたい。

様々な実施形態による他の構成が図６〜９に示されている。様々な実施形態では、同様の数字は同様の部分を表すことに留意されたい。この実施形態では、複数のＳＩＰＭ８２は、図３〜５に例示されているＳＩＰＭ６２の信号経路と同様の信号経路を形成する信号トレース６８および７２を含む。しかし、図６〜８の実施形態では、ＳＩＰＭ６２の最下部において加算線を形成する信号トレース７４の代わりに、（図７に見られるように）ＳＩＰＭ８２の最上部と最下部との間にある信号トレース８４が提供され、（図７に見られるように）ＳＩＰＭ８２の最下部に信号トレース７２が提供される。信号トレース８４はまた、ピンアウト８６（例えば信号収集パッド）に接続された加算線でよい。しかし、ピンアウト８６は、ＳＩＰＭ８２の最下部に配置される代わりに、ＳＩＰＭ８２の側面に沿って配置される。さらに、信号トレース７２と同じ厚さでよいまたは信号トレース７２より厚くてよい信号トレース７３が提供されてもよい。図６は、一般に、モノリシックデバイスを例示し、アノードはすべて１つのシリコンダイ上にある。モノリシックデバイスの境界は図６には示されていないことに留意されたい。様々な実施形態では、ピンアウト８６（ならびに図３および５に示されているピンアウト７６）を形成するワイヤボンドまたはパッドは、アノードの中にあるか、アノードに隣接しているか、またはアノード領域のわずかに外にあることにも留意されたい。

信号トレース８４は、ＳＩＰＭ８２の（上から下への）ほぼ中間に例示されているが、信号トレース８４は、中央に置かれていないＳＩＰＭ８２に沿った別の点に配置されてもよいことに留意されたい。例えば、信号トレース８４は、信号経路インピーダンス／インダクタンスを最適化するように配置されてよい加算線を形成する。信号トレース８４は、信号トレース６８より厚くてよく、信号トレース７２より厚くてよいことにも留意されたい。

したがって、図６〜９の実施形態では、ピンアウト８６のワイヤボンディングサイトは、マイクロセル６４のそれぞれから最も短い信号経路を提供するために、縁部に沿って配置されてもよく、またはＳＩＰＭ８２の中に配置されてもよい。図６および７の例示されている実施形態では、ピンアウト８６は、矩形の形をしたＳＩＰＭ８２の長いほうの辺上に配置される。

ビアがＳＩＰＭ８２を貫通して提供されるように貫通ビア技術が使用された場合、すべてのマイクロセル６４からの信号の移動距離の差異を低減するために、図８に示されているように、ピンアウト８６がＳＩＰＭ８２の真ん中に提供されてよいことに留意されたい。例えば、ピンアウト８６は、ビアに接続されてよく、ビアはＰＣＢ板にバンプボンディングされてよい。図に見られるように、アノードの真ん中の位置は、（例えば、ＳＩＰＭ８２の真ん中への信号をより速く収集するために）ＳＩＰＭ８２の遠くの隅におけるマイクロセル６４に等しいまたは同じ移動距離を提供する。例えば、様々な実施形態では、信号トレース８４は、真ん中のピンアウト８６に提供され接続されてよい。さらに、例えば、Ａ２のＳＩＰＭ８２において破線で示されているように、追加の水平信号トレース８４が適宜提供されてよいことに留意されたい。様々な実施形態では、これらの追加の信号トレース８４は、マイクロセル６４のすべてにおいて提供されてよく、例示するために単一のマイクロセル６４で示されている。さらに、均一にまたは不均一に間隔を置いて離れて配置されてよい追加のまたはより少ない信号トレース８４が、例示されている信号トレース８４に対して平行などで、提供されてよい。いくつかの実施形態では、本明細書でさらに詳細に説明されているように、信号トレース８４は信号トレース７２より厚いことに留意されたい。

図３〜７に記載の実施形態はまた、ワイヤボンドの代わりに貫通ビアを有してよいことにも留意されたい。図８の実施形態では、ＳＩＰＭ８２の形は、一般に、正方形である。しかし、他の形が提供されてもよい。図３〜７に例示されている実施形態は、代替として、ワイヤボンドの代わりに貫通ビアを含んでよいことに留意されたい。

さらに、ビアがない場合は、図８に示されているように、信号加算は、それでもなおＳＩＰＭ８２の真ん中で実行されてよい。しかし、この実施形態では、信号をアノードの縁部に持って来るために、信号線９０は、図９に示されているように、ＳＩＰＭ８２の真ん中からＳＩＰＭ８２の縁部に提供されてよい。

ＳＩＰＭは、ＳＩＰＭの特定の構成または動作特性に基づいてよい、当技術分野で知られている任意のＳＩＰＭ製造方法を使用して形成されてよいことに留意されたい。

様々な実施形態は、様々なタイプのデバイスと共に使用されてよいことにも留意されたい。例えば、様々な実施形態は、単一のダイオードデバイス（または個別デバイス）と共に実施されてよい。しかし、様々な実施形態はまた、同じダイ上に２つ以上のアノードを有するモノリシックデバイスと共に実施されてもよい。

したがって、様々な実施形態によれば、信号加算は、信号経路がインピーダンス／インダクタンスに関して改善または最適化され得るように配置される。したがって、いくつかの実施形態では、より均一なトランジットタイムおよび信号保全性が提供され得る。さらに、様々な実施形態では、より厚い信号線を使用することにより、充填率を同じに保持しながらまたは増大させながら信号経路の不均一性が低減され得る。

図１０は、本発明の様々な実施形態が実施され得るＰＥＴシステム１００の例示的実施形態のブロック図である。ＰＥＴシステム１００は、画像再構成プロセスを制御するためにＰＥＴスキャナ１０１およびコントローラ１０３を含む。コントローラ１０３は、オペレータワークステーション１０４およびプロセッサ１０５を含む。プロセッサ１０５は、データ取得プロセッサ１０６および画像再構成プロセッサ１０８を含む。ＰＥＴスキャナ１０１、オペレータワークステーション１０４、データ取得プロセッサ１０６、および画像再構成プロセッサ１０８は、通信リンク１１０（例えば、シリアル通信または無線リンク）を介して相互接続される。通常ガントリ（図示せず）を含むＰＥＴスキャナ１０１は、スキャンデータを取得し、そのデータをデータ取得プロセッサ１０６に送信する。ＰＥＴスキャナ１０１の動作は、オペレータワークステーション１０４から制御される。データ取得プロセッサ１０６によって取得されたデータは、画像再構成プロセッサ１０８を使用して再構成される。

ＰＥＴスキャナ１０１は、例えば複数の検出器リングを使用して動作することができる。１つのそのような検出器リング、様々な実施形態に従って形成されたＳＩＰＭを含む検出器リングアセンブリ２０（図１に示されている）として実施されてよい検出器リング１１２が、図１０に例示されている。検出器リング１１２は、例えば、リング１２の中心軸に位置合わせされたモータ付きテーブルを使用して対象物１１４（例えば患者）を置くことができる中央開口部を含む。モータ付きテーブルは、オペレータワークステーション１０４から受信した１つまたは複数のコマンドに応答して対象物１１４をリング１１２の中央開口部の中に移動する。ガントリコントローラとも呼ばれるＰＥＴスキャナコントローラ１１６がＰＥＴスキャナ１０１に提供される（例えば、取り付けられる）。ＰＥＴスキャナコントローラ１１６は、通信リンク１１０を通してオペレータワークステーション１０４から受信したコマンドに応答する。したがって、ＰＥＴスキャナ１０１の動作は、ＰＥＴスキャナコントローラ１１６を介してオペレータワークステーション１０４から制御される。

検出器リング１１２は、対象物１１４のＰＥＴスキャンを実行するための複数の検出器要素を含む。例えば、リングごとに４２０個の結晶があってよく、スキャナに２４個のリングがあってよい。図１０に示されているように、検出器リング１１２は、第１の検出器要素１１７、第２の検出器要素１１９、およびいくつかの他の検出器を含む。検出器要素は、図１０における位置を区別するためだけに、第１の検出器要素および第２の検出器要素と呼ばれることに留意されたい。第１の検出器要素１１７は、他の検出器と同様に、本明細書でより詳細に説明されているように、複数のフォトセンサ（例えば光センサ３４）の前に配置されている行列で構成されたシンチレータ結晶のセットを含む。光子が検出器上で結晶に衝突した場合、光子は、結晶内にシンチレーションを生成する。各フォトセンサは、シンチレーション事象が発生すると、通信線１１８上でアナログ信号を生成する。これらのアナログ信号を受信するためにＰＥＴスキャナ２０１の中に取得回路１２０のセットが提供される。取得回路１２０は、アナログ信号をデジタル化するためのアナログトゥデジタルコンバータ、事象信号を定量化するための処理電子機器、およびシステム内の他の事象に関する事象の時間を判定するための時間測定ユニットを含む。例えば、この情報は、事象が生じた時間、および事象を検出したシンチレーション結晶の識別を示す。取得回路は、事象の位置、時間および総エネルギーを示すデジタルデータを生成する。この事象データは、通信リンク、例えばケーブルを通して一致検出器またはプロセッサ１２６に送信される。

一致検出器１２６は、取得回路１２０から事象データパケットを受信し、検出された事象のうちのいずれか２つが一致しているかどうかを判定する。この文脈では、一致は、いくつかの要因によって判定される。第１に、各事象データパケット内の時間マーカは、相互に予め定められた時間帯、例えば６ｎｓ以内になければならない。第２に、一致事象を検出する２つの検出器を結合する直線によって形成されたＬＯＲは、ＰＥＴスキャナ１０１内の視野を通過するべきである。対にすることができない事象は、廃棄される。一致事象対は、通信リンクを通して画像再構成プロセッサ１０８内のソータ１３０に伝達される一致データパケットとして記録される。

画像再構成プロセッサ１０８は、ソータ１３０、メモリモジュール１３２、画像ＣＰＵ１３４、アレイプロセッサ１３２、およびバックプレーンバス１３８を含む。ソータ１３０は、各投射光線に沿って発生するすべての事象をカウントし、それらを一致データセットに編成する。一実施形態では、このデータセットは、サイノグラムと呼ばれるデータアレイ１４０として編成される。データアレイ１４０は、メモリモジュール１３２に記憶される。バックプレーンバス１３８は、バックプレーンバス１３８を通して通信を制御する画像ＣＰＵ１３４を介して通信リンク１１０にリンクされる。アレイプロセッサ１３６もバックプレーンバス１３８に接続され、データアレイ１４０を入力として受信し、画像を画像アレイ１４２の形で再構成する。結果としての画像アレイ１４２は、メモリモジュール１３２に記憶される。

画像アレイ１４２に記憶されている画像は、画像ＣＰＵ１３４によってオペレータワークステーション１０４に伝達される。オペレータワークステーション１０４は、ＣＰＵ１４４、表示装置１４６、および入力装置１４８を含む。ＣＰＵ１４４は、通信リンク１１０に接続され、例えば、キーボード、マウス、またはタッチスクリーンパネルでよい入力装置１４８から入力（例えばユーザコマンド）を受信する。オペレータは、入力装置１４８および関連制御パネルスイッチによって、スキャンするために、ＰＥＴスキャナ１０１の較正、ＰＥＴスキャナ２０１の構成、および対象物１１４の位置決めを制御することができる。同様に、オペレータはまた、ワークステーションＣＰＵ１４４によって実行されるプログラムを使用して、結果としての画像の表示装置１４６上への表示を制御し、画像強調機能を実行することができる。

プロセッサ１０５は、検出器要素から受信したスキャンデータを処理するように構成される。スキャンデータは、例えば、イメージングスキャン中に検出器要素からプロセッサ１０５によって受信したサイノグラムおよびタイミング情報を含む。一実施形態では、タイミング情報は、対消滅事象において放出された２つの光子が検出器要素によって検出される時間の差である。タイミング情報は、ＰＥＴシステム１００のための１対の検出器要素、例えば第１の検出器要素１１７および第２の検出器要素１１９によって検出された測定された光子事象に関するタイムスタンプ情報を含んでよい。様々な実施形態では、タイムスタンプ情報は、各光子が検出器要素によって検出された時間である。

タイミング情報は、例えば、フォトセンサのアレイに取り付けられた３６個のシンチレータ結晶のブロックを含む検出器によって受信する。シンチレータ結晶は、患者からの入射光子をフォトセンサによって検出される複数（数千）の（例えば、可視または近ＵＶ）光光子に変換する。各フォトセンサチャネルによって検出された光光子の割合は、３６個の結晶のうちのどの結晶が入射光子を受け取ったかを判定するために使用される。タイミング信号は、光光子が、例えばＳＩＰＭの光センサ３４への到着を推定するために信号のリーディングエッジを処理することにより判定される。次いで、このタイミング信号は、デジタル化され、それに続いて処理される。

エネルギーおよびタイミング情報は、ＰＥＴシステム１００によってスキャンされた対象物１１４の画像を再構成するために使用される。再構成は、例えば、二次元または三次元再構成を含んでよい。各検出器要素のタイミングデータは、ＰＥＴシステム１００の投射光線のセットごとのタイミング回復値を有するタイミングバイアス行列として構成されてよい。検出器要素対は、光子事象から投射光線を検出することに留意されたい。投射光線に対応する各検出器要素対のタイミングバイアスデータは、ＰＥＴシステム１００のメモリモジュール１３２に記憶される。

様々な実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組合せで実施されてよいことに留意されたい。様々な実施形態および構成要素、例えば、モジュール、またはその中の構成要素およびコントローラはまた、１つまたは複数のコンピュータまたはプロセッサの一部分として実装されてよい。コンピュータまたはプロセッサは、コンピューティングデバイス、入力装置、表示ユニット、および、例えば、インターネットにアクセスするためのインターフェースを含んでよい。コンピュータまたはプロセッサは、マイクロプロセッサを含んでよい。マイクロプロセッサは、通信バスに接続されてよい。コンピュータまたはプロセッサはまた、メモリを含んでよい。メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および読出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含んでよい。コンピュータまたはプロセッサは、ハードディスクドライブ、またはソリッドステートドライブ、光ディスクドライブ、および同種のものなどの取外し可能なストレージデバイスでよいストレージデバイスをさらに含んでよい。ストレージデバイスはまた、コンピュータプログラムまたは他の命令をコンピュータまたはプロセッサにロードするための他の同様の手段でよい。

本明細書で使用される場合は、用語「コンピュータ」または「モジュール」は、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、ＡＳＩＣ、論理回路、および本明細書に記載の機能を実行することができる任意の他の回路またはプロセッサを使用するシステムを含む、任意のプロセッサベースまたはマイクロプロセッサベースのシステムを含んでよい。上記の例は例示のみであり、したがって、用語「コンピュータ」の定義および／または意味を決して限定することを意図するものではない。

コンピュータまたはプロセッサは、入力データを処理するために、１つまたは複数のストレージ要素に記憶されている命令のセットを実行する。ストレージ要素はまた、所望または必要に応じてデータまたは他の情報を記憶することができる。ストレージ要素は、処理機械の中の情報源または物理的メモリ要素の形態であってよい。

命令のセットは、処理機械としてのコンピュータまたはプロセッサに本発明の様々な実施形態の方法およびプロセスなど特定の動作を実行するように命令する様々なコマンドを含んでよい。命令のセットは、ソフトウェアプログラムの形態であってよい。ソフトウェアは、システムソフトウェアまたはアプリケーションソフトウェアなど様々な形態であってよく、有形および非一時的コンピュータ可読媒体として実施されてよい。さらに、ソフトウェアは、別々のプログラムまたはモジュールの集合体、より大きなプログラムの中のプログラムモジュールまたはプログラムモジュールの一部分の形態であってよい。ソフトウェアはまた、オブジェクト指向プログラミングの形態のモジュラプログラミングを含んでよい。処理機械による入力データの処理は、オペレータコマンドに応答してであっても、前の処理の結果に応答してであっても、または別の処理機械によって行われた要求に応答してであってもよい。

本明細書で使用される場合は、用語「ソフトウェア」および「ファームウェア」は、互換可能であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、および不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含めて、コンピュータが実行するためにメモリに記憶されている任意のコンピュータプログラムを含む。上記のメモリタイプは、例示のみであり、したがって、コンピュータプログラムを記憶するために使用可能なメモリのタイプに関して限定するものではない。

上記説明は例示的であり制限的でないものとすることを理解されたい。例えば、上記の実施形態（および／またはそれらの態様）は、相互に組み合わせて使用されてよい。さらに、特定の状況または材料を様々な実施形態の教示に対してそれらの範囲から逸脱することなく適合させるために、多くの変更が行われてよい。本明細書に記載の材料の寸法およびタイプは、様々な実施形態のパラメータを定義するものとするが、決して限定的ではなく、単に例示である。多くの他の実施形態は、上記の説明を検討することによって当業者には明らかになるであろう。したがって、様々な実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲の請求項が権利を有する同等物の全範囲と共に、そのような請求項を参照することによって判定されるべきである。添付の特許請求の範囲の請求項では、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「そこで（ｉｎｗｈｉｃｈ）」は、それぞれの用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「そこで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」の平易な英語の同等物として使用される。さらに、添付の特許請求の範囲の請求項では、用語「第１の」、「第２の」、および「第３の」などは、単にラベルとして使用され、それらの対象物に数的要件を課すことを意図するものではない。さらに、添付の特許請求の範囲の請求項の限定は、手段プラス機能形式で書かれておらず、また、そのような請求項の限定が、語句「のための手段（ｍｅａｎｓｆｏｒ）」およびそれに続くさらに追加の構造のない機能の記述を明示的に使用しない限り、米国特許法第１１２条第６段落（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１２，ｓｉｘｔｈｐａｒａｇｒａｐｈ）に基づいて解釈されることを意図するものではない。

本明細書は、ベストモードを含めて、様々な実施形態を開示するために、さらに、当業者なら誰でも任意のデバイスまたはシステムを作成し使用すること、および任意の組み込まれた方法を実施することを含めて様々な実施形態を実施することができるようにするために、実施例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、請求項によって定義され、当業者が思いつく他の実施例を含んでよい。そのような他の実施例は、請求項の文字言語と異ならない構造要素を有する場合、または請求項の文字言語と事実上異ならない同等の構造要素を含む場合は、請求項の範囲内にあるものとする。

２０ＰＥＴ検出器アセンブリ
２２検出モジュール
２４検出器ユニット
２６シンチレーション結晶
３０シンチレータブロック
３２シンチレータ結晶
３４光センサ
３８検出器表面
４０ｎ個のアナログ信号
５０コントローラ／プロセッサ
６０アレイ
６２ＳＩＰＭ
６４マイクロセル
６６ガードリング
６８信号トレース
７０信号トレース
７２信号トレース
７４信号トレース
７６ピンアウト
８２ＳＩＰＭ
８４信号トレース
８６ピンアウト
９０信号線
１００ＰＥＴシステム
１０１ＰＥＴスキャナ
１０３コントローラ
１０４オペレータワークステーション
１０５プロセッサ
１０６データ取得プロセッサ
１０８画像再構成プロセッサ
１１０通信リンク
１１２検出器リング
１１４対象物
１１６ＰＥＴスキャナコントローラ
１１８通信線
１１９検出器要素
１２０取得回路
１２６一致検出器またはプロセッサ
１３０ソータ
１３２メモリモジュール
１３４画像ＣＰＵ
１３６アレイプロセッサ
１３８バックプレーンバス
１４０データアレイ
１４２画像アレイ
１４４ＣＰＵ
１４６表示装置
１４８入力装置
２０１ＰＥＴスキャナ

Claims

ガンマ線検出器（２４）であって、
複数のシンチレータ結晶を有するシンチレータブロック（３０）、および
前記シンチレータ結晶に結合され複数のマイクロセル（６４）を有する複数の光センサ（３４）であって、それぞれが
前記マイクロセルに接続された第１のセットの信号トレース（６８）と、
前記第１のセットの信号トレースに沿って接続され、加算信号トレース（７４、８４）への信号経路を一緒に形成する第２のセットの信号トレース（７２）と、
前記加算信号トレースに接続されたピンアウト（７６、８６）と
を有する複数の光センサ（３４）
を含むガンマ線検出器（２４）。
前記第２のセットの信号トレース（７２）は、複数のマイクロセル（６４）間に前記第１のセットの信号トレース（６８）に沿って周期的に間隔を置いて配置される、請求項１記載のガンマ線検出器（２４）。
前記第２のセットの信号トレース（７２）は、前記第１のセットの信号トレース（６８）を横切って並べられる、請求項１記載のガンマ線検出器（２４）。
前記第２のセットの信号トレース（７２）および前記加算信号トレース（７４、８４）は、両方とも前記第１のセットの信号トレース（６８）より厚い、請求項１記載のガンマ線検出器（２４）。
前記加算信号（７４）トレースは、前記第２の信号トレース（７２）の端部に沿って配置される、請求項１記載のガンマ線検出器（２４）。
前記加算信号（７４）トレースは、前記第２の信号トレース（７２）の端部間に配置される、請求項１記載のガンマ線検出器（２４）。
前記ピンアウト（７６）は、前記第２のセットの信号トレース（７２）の端部トレースにおいて前記加算信号トレース（７４）に沿って配置される、請求項１記載のガンマ線検出器（２４）。
前記ピンアウト（８６）は、前記光センサ（３４）の中間領域に配置される、請求項１記載のガンマ線検出器（２４）。
前記ピンアウト（８６）から前記光センサ（３４）の縁部までの出力信号トレース（９０）をさらに含む、請求項８記載のガンマ線検出器（２４）。
前記ピンアウトに接続された貫通ビアをさらに含む、請求項８記載のガンマ線検出器（２４）。