JP2022123881A - 重畳された変換段を有するデジタル検出器 - Google Patents

重畳された変換段を有するデジタル検出器 Download PDF

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Abstract

【課題】重畳された変換段を有するデジタル検出器を提供する。【解決手段】入射放射線を電荷へ変換する変換ブロック１１０と、電荷をデジタル画像に変換する電子カード５０とを含むデジタル検出器１００。変換ブロックは互いに重畳されたＮ変換段１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４を含む；Ｎは２～Ｍの間の整数。Ｎ変換段のそれぞれはモノリシック基板、多角形マトリクスアレイ形式の第１の変換器アセンブリ１３３であって、Ｍは多角形マトリクスアレイの辺の数；Ｍは好適には４。入射放射線に基づいて電荷を生成する第１の変換器アセンブリ、並びに、多角形マトリクスアレイの一方の側に沿ってモノリシック基板上に配置されたマトリクスアレイをアドレス指定／駆動するためのアドレス指定／駆動モジュール１１４を含み、Ｎ変換段のそれぞれは、他のＮ－１変換段に対し少なくとも１／Ｍ回転だけ他のＮ－１変換段と異なる配向で配向される。【選択図】図２

Description

本発明は、医療撮像の技術分野にあり、より正確には放射線医学のためのデジタル画像センサの技術分野にある。本発明は、重畳された変換段を有するデジタル検出器に関する。
伝統的画像検出器は通常、行及び列のマトリクスアレイ内へ編成された一組の画素、行アドレス指定ブロック、列読み出しブロック、画素の行を行アドレス指定ブロックへ接続する行導体、及び画素の列を列読み出しブロックへ接続する列導体を含む平面センサを含む。本特許出願の文脈では、列及び行の概念は相対的意味付けだけを有し、画素の行及び画素の列は例えばそして制限すること無く互いに垂直に配置される画素の行に過ぎないということに注意すべきである。行導体及び列導体はそれぞれ、画素の行及び画素の列にそれぞれ平行に配向されるものとして定義される。
図１は伝統的画像検出器１０を示す。画像検出器１０は第１のモノリシック基板１２上に形成されたセンサ１１を含む。第１のモノリシック基板１２は、行Ｌｉ及び列Ｃｊのマトリクスアレイ１３内へ編成された一組の画素Ｐ（ｉ，ｊ）を含む。マトリクスアレイ１３は、画素Ｐ（ｉ，ｊ）をこのように形成する任意数の行及び列を含み得る。マトリクスアレイ１３は第１の基板１２上に地理的領域を形成する。画素は一般形式Ｐ（ｉ，ｊ）で表され、ここでｉ及びｊは、マトリクスアレイ１３内の行のランク及び列のランクをそれぞれ表す自然整数である。一組の画素Ｐ（ｉ，ｊ）は、検出器１０に影響を与える放射線に基づいて信号を生成するように構成される。より正確には、入射放射線１９はシンチレータにより光信号へ変換され、一組の画素により処理されるのは、この光信号である。センサ１１は、それぞれが所与の列Ｃｊの画素同士を接続する列導体Ｙｊを含む。列導体Ｙｊは画素Ｐ（ｉ，ｊ）により生成される信号を運ぶように意図されている。同様に、センサ１１は、それぞれが所与の行Ｌｉの画素同士を接続する行導体Ｘｉを含む。画素Ｐ（ｉ，ｊ）のマトリクスアレイ１３は列Ｃｊを含む。同様に、画素Ｐ（ｉ，ｊ）のマトリクスアレイ１３は行Ｌｉを含む。センサ１０は、第１の基板１２の周囲に且つ画素Ｐ（ｉ，ｊ）のマトリクスアレイ１３の外側に配置されるコンタクトパッド１４を含む。コンタクトパッド１４は列導体Ｙｊへ接続される。画像検出器１０は、第１の基板１２近傍に配置され且つ行導体Ｘｉへ接続される行アドレス指定ブロック１５を含む。行アドレス指定ブロック１５は、少なくとも１つの行アドレス指定ブロックを含む任意のアセンブリに与えられる名称である。行アドレス指定ブロック１５は、図１に示すように第１の基板１２内へ集積化され得るか、又は異なる基板内へ集積化され得る。行アドレス指定ブロック１５は、各画素の行Ｌｉを個々にアドレス指定することを可能にする。画像検出器１０は、第１の基板１２とは異なる第２の基板１７上に通常は生成される、列読み出しブロック１６を含む。列読み出しブロック１６は、列読み出しブロック１６をコンタクトパッド１４へ接続する接続点１８を含む。列読み出しブロック１６は、行アドレス指定ブロックにより選択された行の画素により生成される信号を読み出すことを可能にする。
画素Ｐ（ｉ，ｊ）は、電子スイッチＴ（ｉ，ｊ）に関連付けられたフォトダイオードＤｐ（ｉ，ｊ）を含む。フォトダイオードＤｐ（ｉ，ｊ）は当然、光子放射に晒されると電気信号を生成することができる任意の感光素子により置換され得る。図１に示す画素構造は意図的に単純化されており、したがってより複雑な構造が本発明の範囲内で実装され得る。
トランジスタにより形成されるスイッチＴ（ｉ，ｊ）は、ゲートＧｉにより行ｉの行導体Ｘｉへ、ドレインＤｊにより列導体Ｙｊへ、及びソースＳｉｊによりフォトダイオードＤｐ（ｉ，ｊ）のカソードへ接続される。フォトダイオードＤｐ（ｉ，ｊ）のすべてのフォトダイオードのアノードは、共通電位、例えば接地へ接続される。行アドレス指定ブロック１５は、トランジスタＴ（ｉ，ｊ）の開閉を駆動するために行導体Ｘｉ上へ注入される信号を生成するための素子を含む。列読み出しブロック１６は、列導体Ｙｊ上で受信される信号を処理するための素子を含み得る。これらは具体的には、増幅器及び／又はアナログ／デジタル変換器であり得る。
画像センサ１１は伝統的に次のように動作する。画像捕捉フェーズでは、放射線のためのフォトダイオードＤｐ（ｉ，ｊ）の露光が、ソースＳｉｊにおいて電荷を生成する。各ソースＳｉｊにおける電荷の量は、考察中の画素Ｐ（ｉ，ｊ）により受信される放射線の強度に依存する。画像捕捉フェーズに続くのは、行毎に行われる読み出しフェーズである。様々な行導体Ｘｉ上へ注入される信号は、各列導体Ｙｊの電位が列ｊの様々な画素Ｐ（ｉ，ｊ）において蓄積された電荷の量を逐次的に表すように、活性状態へ逐次的に移動する。
この例では、及び例示として、入射放射線の電荷への変換はシンチレータ及びフォトダイオードにより行われるということに注意すべきである。変換段が参照され得る。入射放射線を電荷へ変換するためのこのような変換段は、光検出器により取得され得る。
検出器が晒されるＸ線放射に対するより高い感度を取得するために、複数のマトリクスアレイ及び複数のシンチレータを積層することが知られている。具体的には、複数のマトリクスアレイ及び複数のシンチレータを積層することは、シンチレータの上側層内で吸収される最小エネルギー放射線と下側層内で吸収される最高エネルギー放射線とを分離することにより、Ｘ線画像のためのエネルギー分解能を提示するセンサの生成を可能にする。
したがって、１つ又は複数のシンチレータとフォトダイオードの１つ又は複数のマトリクスアレイとを組み合わせた巧妙な設計は、様々なエネルギーを有する放射線が可視光範囲内で動作するカメラ及びテレビジョンセットの分野における「カラー」画像と同様なやり方で分離される画像の生成を可能にする。最も一般的な配置では、このスペクトル分解能を提供するセンサは、１つ又は複数のシンチレーティング層に関連付けられたフォトダイオードの２つのマトリクスアレイから構成される。
既に説明された既存デバイスは多種多様の構造及び積層を提供するが、マトリクスアレイをアドレス指定して読み出す、アドレス指定／読み出し手段についての説明は、ほとんど又は全く無い。しかし、この外部への接続は、画素において生成された信号を読み出すことができ且つデジタル画像の構築を可能にする電子信号を送信することができるために必須である。従来技術からの最も一般的な配置では、アドレス指定／読み出しはマトリクスアレイの２つの垂直縁上で行われ、通常は、アドレス指定は列で、及び読み出しは列で行われる。
画素の各マトリクスアレイの駆動及び読み出しのために、２つの縁が必要であるが、図１の従来技術からの例示的検出器において示されたように、２つのマトリクスアレイを積層することにより、及び２つのマトリクスアレイを駆動して読み出す機能のために積層の４辺を使用することにより、正方形又は長方形スペクトル撮像デバイスが比較的容易に実装され得るということが明らかになる。しかし、積層がフォトダイオードの３つ以上のマトリクスアレイを含むならば、この接続ははるかに手の込んだものになり、複雑なアーキテクチャを必要とする。実装は、センサが厚さの観点からさらに制約を受ける場合（例えば標準化された次元のテンプレートにちょうど収まる必要があるポータブル検出器の場合などでは）、非常に難しくなる。
本発明は、依然としてコンパクトなままである一方で、Ｘ線の吸収、画像の空間的及びスペクトル分解能、並びに様々なエネルギー間の選択性を最大化することを可能にする放射線医学画像検出器の提案により、上に引用された問題のすべて又はいくつかを克服することを目的とする。このような検出器は、マトリクスアレイを容易に駆動し読み出す可能性を依然として保持する一方で、フォトダイオードの複数のマトリクスアレイ、及び可能性としてその２倍数のシンチレーティング層を含み得る積層を取得することを可能にする。
この目的を達成するために、本発明の１つの主題は、
－入射放射線を電荷へ変換するように意図された変換ブロックと、
－電荷をデジタル画像へ変換する電子カードと
を含む、デジタル検出器であり、本デジタル検出器は、
変換ブロックが、互いに重畳されたＮ変換段を含み、Ｎは２～Ｍの間の整数であり、Ｎ変換段のそれぞれは、
○モノリシック基板と、
○多角形マトリクスアレイの形式の第１の変換器アセンブリであって、Ｍは多角形マトリクスアレイの辺の数であり、Ｍは好適には４に等しく、前記マトリクスアレイは、モノリシック基板上に配置され、行及び列で編成され、並びに入射放射線に基づいて電荷を生成するように構成される、第１の変換器アセンブリと、
○マトリクスアレイをアドレス指定／駆動するためのアドレス指定／駆動モジュールであって、前記アドレス指定／駆動モジュールは、多角形マトリクスアレイの一方の側に沿った列の基部においてモノリシック基板上に配置されており、並びに行をアドレス指定し及び生成された電荷を列内へ輸送するように意図された、アドレス指定／駆動モジュールと
を含むことと、
Ｎ変換段のそれぞれは、変換ブロックの他のＮ－１変換段に対し１回転の少なくとも１／Ｍだけ配向され、及び変換ブロックの他のＮ－１変換段と異なる配向で配向されることと
を特徴とする。
本発明の一実施形態では、前記変換器アセンブリは、それぞれが入射放射線を吸収し及び電荷へ変換することができる光検出器である。
有利には、Ｎ変換段の少なくとも１つはさらに、Ｎ変換段の前記少なくとも１つの変換段のモノリシック基板の下に配置される第２の変換器アセンブリを含む。
有利には、本発明によるデジタル検出器はさらに、Ｎ変換段の少なくとも１つの変換段の第２の変換器アセンブリと下側変換段の第１の変換器アセンブリとの間において所定エネルギー入射放射線を濾過するためのフィルタを含む。
本発明の別の実施態様では、前記変換器アセンブリのそれぞれは入射放射線を光信号へ変換することができる第１のシンチレータを含み、多角形マトリクスは画素のマトリクスアレイであり、及び多角形マトリクスアレイ上に配置された第１のシンチレータにより発射された光信号に基づいて電荷を生成するように構成される。
有利には、Ｎ変換段の少なくとも１つは、Ｎ変換段の前記少なくとも１つの変換段のモノリシック基板の下に配置される第２のシンチレータをさらに含む。
有利には、本発明によるデジタル検出器はさらに、Ｎ変換段の少なくとも１つの変換段の第２のシンチレータと下側変換段の第１のシンチレータとの間において低エネルギー入射放射線を濾過するためのフィルタを含む。
有利には、Ｎ変換段の少なくとも１つの変換段の画素の多角形マトリクスアレイの少なくとも１つの画素は、２つの透明電極を含むフォトダイオードを含む。
有利には、Ｎ変換段の各変換段の画素の多角形マトリクスアレイの画素は、変換段の多角形マトリクスアレイ内の格子状配置により及び１つの変換段から隣接変換段までの格子状配置により交互に配置された透明電極及び不透明電極を含む、フォトダイオードを含む。
有利には、Ｎ変換段の少なくとも１つの変換段に関して、マトリクスアレイをアドレス指定／駆動するためのアドレス指定／駆動モジュールはマトリクスアレイ上へ直接移される。
有利には、Ｎ変換段の前記少なくとも１つの変換段に関して、多角形マトリクスアレイは、アドレス指定／駆動モジュールを多角形マトリクスアレイへ接続する導体を支える延伸部を含む。
本発明は、添付図面により例示され一例として与えられる一実施形態の詳細な説明を読むことによりさらに良く理解され、別の利点が明らかになる。
伝統的画像検出器を概略的に示す。 本発明による重畳された変換段を有するデジタル検出器の原理を概略的に示す。 本発明によるデジタル検出器の第１の実施形態を概略的に示す。 本発明によるデジタル検出器の第２の実施形態を概略的に示す。 本発明によるデジタル検出器の第３の実施形態を概略的に示す。 本発明によるデジタル検出器の第４の実施形態を概略的に示す。 本発明によるデジタル検出器の第５の実施形態を概略的に示す。 本発明によるデジタル検出器の第６の実施形態を概略的に示す。 本発明によるデジタル検出器の第７の実施形態を概略的に示す。
明確化のために、これらの図は必ずしも同じスケールで描かれてない。さらに、同じ素子は様々な図面において同じ参照符号を有することになる。
図１は伝統的画像検出器を概略的に示す。これは序文において提示された。
図２は、本発明による重畳された変換段を有するデジタル検出器１００の原理を概略的に示す。デジタル検出器１００は、入射放射線を電荷へ変換するように意図された変換ブロック１１０と、電荷をデジタル画像へ変換する電子カード５０とを含む。本発明によると、変換ブロック１１０は互いに重畳されたＮ変換段１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４を含む。Ｎは２～Ｍの間の整数であり、好適には少なくとも３である。Ｎ変換段の各変換段は、モノリシック基板１１２と多角形マトリクスアレイの形式の第１の変換器アセンブリ１１３とを含み、Ｍは多角形マトリクスアレイの辺の数であり、前記マトリクスアレイは、モノリシック基板上に配置され、行Ｌｉ及び列Ｃｊで編成され、並びに入射放射線に基づいて電荷を生成するように構成される。Ｎ変換段の各変換段はさらに、マトリクスアレイをアドレス指定／駆動するためのアドレス指定／駆動モジュール１１４を含み、前記アドレス指定／駆動モジュールは、多角形マトリクスアレイの一方の側に沿った列Ｃｊの基部においてモノリシック基板１１２上に配置されており、そして行Ｌｉをアドレス指定するとともに生成された電荷を列Ｃｊ内へ輸送するように意図されている。Ｎ変換段１１１－１，１１１－２，１１１－３，１１１－４のそれぞれは、変換ブロック１１０の他のＮ－１変換段に対し１回転の少なくとも１／Ｍだけ配向され、そして変換ブロック１１０の他のＮ－１変換段と異なる配向でもって配向される。換言すれば、変換段は第１の軸に沿って互いに重畳され、変換段のそれぞれは、Ｎ変換段のマトリクスアレイをアドレス指定／駆動するためのアドレス指定／駆動モジュール１１４がそれぞれ、変換ブロックの一方の側に分散されるように、１／Ｍの倍数に等しい角度だけ第１の軸を中心に配向される。
多角形マトリクスアレイはＭ辺を有する。Ｍは好適には４に等しく、この場合、マトリクスアレイは長方形である（又は正方形）。本発明はまた、マトリクスアレイをアドレス指定／駆動するための関連アドレス指定／駆動モジュール１１４がマトリクスの一縁上に配置されるという条件下でＭ以外の値へ適用される（例えばＭは３、５、６、又はそれを越える数に等しい）。以降、本発明は長方形マトリクスアレイ（換言すると４に等しいＭを有する）により説明されることになる。
図２に示すように、変換ブロック１１０は４つの変換段１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４を含む。変換段のそれぞれは、別の変換段に対して１／４だけ配向され、そして他の３つの変換段とは別個の配向を有する。換言すれば、変換ブロックの各縁は、たとえ変換ブロックが４つの変換段を含んでも、マトリクスアレイをアドレス指定／駆動するための関連単一アドレス指定／駆動モジュール１１４を有する。
図２の下部は、マトリクスアレイをアドレス指定／駆動するためのアドレス指定／駆動モジュール１１４を有する変換段の積層を示す。この図解では、入射放射線の電荷への変換はシンチレータ及びフォトダイオードにより行われる。代替案として、入射放射線の電荷への変換は光検出器により取得され得る。
有利には、変換段のマトリクスアレイは薄い基板１１２上に形成される。薄い基板は軟質プラスチックで数十マクロメートルの厚さで作られる。上述のように、駆動及びアドレス指定が変換ブロックの片側から発生することができるために、アドレス指定／駆動モジュール１１４は、駆動のための「集積化ドライバ」として知られた（頭文字語ＧＯＡ：Ｇａｔｅ ｄｒｉｖｅｒｓ Ｏｎ Ａｒｒａｙ（ゲートドライバ・オン・アレイ）によっても知られた）技術に基づく。したがってフォトダイオードの最大４つのマトリクスアレイ及びシンチレータの最大８つの別個の層を含み得る積層を形成することが可能である。このとき、アセンブリの感度及び解像度を依然として改善する一方で入射Ｘ線からのエネルギーを複数（Ｍが４に等しいケースの例では可能性として最大８）のチャネル内へ分離することが可能になる。このようなモジュール１１４は例えば欧州特許出願公開第２７０８０２３Ｂ１号明細書及び欧州特許出願公開第３６７２２３０Ａ１号明細書において説明されている。これらのコネクタモジュール（例えば集積化読み出し回路を含むタイプＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ：フレキシブルプリント回路）の）は異方性導電膜（ＡＣＦ：ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｆｉｌｍ）を有する従来ケーブル技術を使用することにより組み立てられ得る。一変形形態は、フリップチップ技術を使用することにより集積化読み出し回路を同じ基板上へ直接移動するとともにこれらの回路を越えた一縁上の基板への延伸部を生成することにより取得され得る。このとき、マトリクスアレイを単一ＺＩＦコネクタなどにより電子カードへ直接接続することが可能である。この態様は以下にさらに説明されることになる。
本発明は、したがって、入射Ｘ線光子の様々なエネルギーに対応する画像を同時に生成する能力を有する放射線医学画像センサを形成することを可能にする変換段の積層を形成することを可能にする。高エネルギー及び低エネルギーだけを分離することができる今日の製品と比較してアセンブリの複雑性を著しく増加することなく最大８つのエネルギーチャネルを取得することが可能である。ポータブル平面センサに課せられる寸法の制約に適合する一方で積層全体が形成され得る。
この態様は、変換段の積層に関連する接続問題を克服することと基板内のＸ線の吸収を制限することとの両方を可能にするので革新的である。逆に、この態様は、複数のシンチレータが重畳されるのでアセンブリの全吸収を増加する。具体的には、従来技術では、マトリクスアレイを接続する課題はめったに対処されず、且つ、積層が３つ以上のマトリクスアレイを含む場合に、駆動回路と読み出し回路とを周囲で接続するための簡単な解決策は存在しない。理論的観点からは依然として可能であっても、４つ以上のシンチレータを含む積層は、複雑且つ嵩張ったアーキテクチャに頼ることなく生成することが困難である。従来技術では、マトリクスアレイの数が２を超えると、少なくとも１つの辺上に複数行のコネクタを有することが必要になり、このことが、最終製品を製造及び組み立てることに挑戦的問題をもたらす。この場合、工業的生産に非適合である交互配置又はネスト化デバイスを有することが必要だろう。この困難度は、質量、厚さ及び横方向嵩の観点での制約が特に厳しいポータブル検出器が含まれる場合に増加する。この困難度は、当業者に、このような積層（実装複雑性及びより大きな嵩と同義である）を企図することを断念させる。加えて、多数のマトリクスアレイを積層する（通常は、厚い基板上に形成される）ことは、基板内で失われたＸ線の吸収とその側方拡散との両方を増加し、これによりＤＱＥ（Ｄｅｔｅｃｔｉｖｅ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：検出量子効率）に関する固有制限に到る。実際、したがって近代アーキテクチャは、デュアルエネルギー（低エネルギー及び高エネルギー）画像を取得することに限定され、各チャネルは積層のマトリクスアレイに関連付けられる。本発明は、この偏見（変換段の積層が、接続の嵩及び複雑性、層間の光の側方拡散、並びに解像度の悪化を意味する）に対する解決策を提供する。本発明による検出器のアーキテクチャは、これらの問題に対処する。このようにして形成される複合構造は、単一マトリクスアレイのケースと比較していかなる特別な複雑性も提供することなく、センサ内で容易に組み立てられることができる。層の数を増加することは、シンチレータの全厚さを幾切れの薄い厚さに分離することを可能にする。これらの層の全厚さは、特に１つ又は複数の第１の層上のＭＴＦを依然として改善する一方で、高吸収性（ＤＱＥ（０）でも表される）を得ることを可能にする。全体的性能（感度、空間分解能、スペクトル分解能）を最適化するために、又は標的アプリケーションタイプに依存してこれらの特徴のうちの１つを増進するために、層に依存して様々な寸法及び形状の画素を有することも企図され得る。
図３は、本発明によるデジタル検出器２００の第１の実施形態を概略的に示す。この実施形態では、変換器アセンブリ１１３は、それぞれが入射放射線を吸収するとともにこれを電荷へ変換することができる光検出器である。
図４は本発明によるデジタル検出器１００の第２の実施形態を概略的に示す。この実施形態では、前記変換器アセンブリ１３３のそれぞれは、入射放射線を光信号に変換することができる第１のシンチレータ１４１を含み、多角形マトリクスは、画素Ｐ（ｉ，ｊ）のマトリクスアレイであり、そして多角形マトリクスアレイ上に配置された第１のシンチレータ１４１により発射された光信号１９に基づいて電荷を生成するように構成される。
図５は本発明によるデジタル検出器１００の第３の実施形態を概略的に示す。この実施形態では、Ｎ変換段１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４の少なくとも１つの変換段はさらに、Ｎ変換段１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４の前記少なくとも１つの変換段のモノリシック基板１１２の下に配置される第２のシンチレータ１４２を含む。
図５の例では、変換段のすべては基板１１２の下に第２のシンチレータ１４２を含む。フォトダイオードの各マトリクスアレイは２つのシンチレータに関連付けられる。この構造は、フォトダイオードのいくつか又はすべてが２つの透明電極を有しそしてこれにより光収集の効率を最大化することを可能にすれば有利かもしれない。
本発明のこの特徴はまた、変換器アセンブリが光検出器であれば適用可能である。このような実施形態では、Ｎ変換段１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４の少なくとも１つの変換段は、Ｎ変換段１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４の前記少なくとも１つの変換段のモノリシック基板１１２の下に配置される第２の変換器アセンブリを含む。
図６は本発明によるデジタル検出器１００の第４の実施形態を概略的に示す。この実施形態では、デジタル検出器１００はさらに、Ｎ変換段１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４の少なくとも１つの変換段の第２のシンチレータ１４２と下側変換段の第１のシンチレータ１４１との間において所定エネルギー入射放射線を濾過するためのフィルタ１３０を含む。エネルギーレベルは２０～１５０ｋｅＶである。放射線医学の分野では、エネルギーレベルは通常４０～１２０ｋｅＶである。最高エネルギー光子（上述の範囲の最高部分内の）が変換ブロックの深層にアクセスする一方で、低エネルギー光子（上述の範囲の最低部分内の）は変換ブロックの第１の層内で吸収される。フィルタ１３０は、最小エネルギーのＸ線を濾過しこれによりスペクトルを強化しそして連続層間の選択性を増加することを可能にするように意図されている。この強化は、一組のシンチレーティング層による全吸収を低減する結果を生じるが、スペクトル選択性が全感度にとって好ましい場合に利点を呈示し得る。
本発明のこの特徴はまた、変換器アセンブリが光検出器であれば適用可能である。このような実施形態では、デジタル検出器２００はさらに、Ｎ変換段１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４の少なくとも１つの変換段の第２の変換器アセンブリと下側変換段１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４の第１の変換器アセンブリ１１３との間において所定のエネルギー入射放射線を濾過するためのフィルタ１３０を含む。
図７は本発明によるデジタル検出器１００の第５の実施形態を概略的に示す。この第５の実施形態では、Ｎ変換段１１１－１，１１１－２，１１１－３，１１１－４の少なくとも１つの変換段の画素Ｐ（ｉ，ｊ）の多角形マトリクスアレイの少なくとも１つの画素Ｐ（ｉ，ｊ）は２つの透明電極を含むフォトダイオードを含む。本実施形態は、最上部を通る可視光子及び最下部を通る可視光子をフォトダイオードが受信することができるのでシンチレータにより発射された光を収集する効率を最大化するという利点を有する。トレードオフは、特に透明基板層が厚くそして光の側方拡散を許容すれば、スペクトル分解能（ＭＦＴ）の低下であり得る。したがって、この拡散を制限するとともにＸ線の吸収を低減するために可能な限り薄い基板を使用することが好ましい（たとえこの吸収が数パーセント程度のものであり、概して低くても）。
図８は本発明によるデジタル検出器１００の第６の実施形態を概略的に示す。この第６の実施形態では、Ｎ変換段１１１－２、１１１－３、１１１－４の各変換段の画素Ｐ（ｉ，ｊ）の多角形マトリクスアレイのＰ（ｉ，ｊ）は、変換段の多角形マトリクスアレイ内の格子状配置と１つの変換段から隣接変換段への格子状配置とで交互に配置された透明電極及び不透明電極を含むフォトダイオードを含む（図８では、そして本明細書を読むと当業者により理解されるように、明線と暗線は画素とそれらの不透明電極とを表す）。換言すれば、各マトリクスアレイは、１つの電極が透明でありそして他の電極が不透明であり且つこの特徴が格子状配置と交互に起こる画素を含む。この構成は、例えば変換段１１１－１が、下側シンチレータ１４２により発射された光をその下側電極が透明である画素によりそして上側シンチレータ１４１により発射された光をその上側電極が透明である画素により同じマトリクス上で収集することを可能にする。これらの格子状マトリクスアレイと８つのシンチレータとを関連付けることにより、８つのエネルギーチャネル上のスペクトル画像を取得することが可能である。任意選択的に、Ｘ線スペクトルは有利には、低感度を犠牲にしてチャネル間選択性を改善するために中間金属フィルタ１３０により強化され得る。
交互透明性（前面／後面）は任意選択的に、デュアルエネルギー画像と正方形画素とを再合成するために非矩形画素により実現され得る。例えば、低エネルギー矩形画素及び高エネルギー矩形画素は、２色に等価である単一デュアルエネルギー正方形画素へ再合成される。透明な前面及び後面を有する画素のこの「格子状」交番は一般的には、例えば偶数／奇数行又は列の交番により、又は他の恐らく非対称的分布により２つの面上でのこれらの透明性の交番を可能にする、他の幾何学的組み合わせへ適用され得る。
本発明の別の実施態様では、Ｎ変換段１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４の少なくとも１つの変換段に関して、マトリクスアレイをアドレス指定／駆動するためのアドレス指定／駆動モジュール１１４はマトリクスアレイ上へ直接移され得る。本実施形態は上に提示された他の実施形態と組み合わされ得る。
図９は本発明によるデジタル検出器の第７の実施形態を概略的に示す。マトリクスアレイをアドレス指定／駆動するためのアドレス指定／駆動モジュール１１４がマトリクスアレイ上へ直接移されたこの実施形態では、Ｎ変換段１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４の少なくとも１つの変換段に関して、そして有利には変換段のすべてに関して、多角形マトリクスアレイは、アドレス指定／駆動モジュール１１４を多角形マトリクスアレイへ接続する導体１５１を支える延伸部１５０を含む。
シンチレータとフォトダイオードのマトリクスアレイとを含む変換器アセンブリの場合、画素Ｐ（ｉ，ｊ）の多角形マトリクスアレイは、画素Ｐ（ｉ，ｊ）をアドレス指定／駆動するためのアドレス指定／駆動モジュール１１４を画素Ｐ（ｉ，ｊ）の多角形マトリクスアレイの画素Ｐ（ｉ，ｊ）へ接続する導体１５１を支える延伸部１５０を含む。
フォトダイオードにより発射された信号を読み出すための読み出し回路を直接移動することのおかげで、例えば「チップ・オン・フレックス：ｃｈｉｐ ｏｎ ｆｌｅｘ」技術を使用することにより、これらの回路（ＦＰＣ）を支えるフレキシブルコネクタを撓めることは最早必要ではない。この特徴は、導体１５１を支える延伸部１５０の同じ基板内の形成のおかげでフォトダイオードのマトリクスアレイの直接接続を可能にする。次に、これらのフレキシブルタブにより延伸される一組のマトリクスアレイ及びシンチレータは、電子カードに対して屈曲操作を行なう必要無くＺＩＦコネクタなどにより電子カードへ直接接続され得る。
本発明のこの最後の特徴は、本発明の範囲内で適用可能であるということに留意されたい。しかし、これは、変換ブロックがただ１つの変換段を含む（換言すればマトリクスアレイ積層が無い）ケースにも適用され得る。
本発明が最大８チャネルに及ぶスペクトル選択性を有する放射線医学画像センサを生成することを可能にする一方で、現在のシステムは２つのエネルギーレベルに制限される。集積化ドライバ及び恐らくフィルタ並びに不透明又は透明電極を有するフォトダイオードの有利な組み合わせを使用することによりアドレス指定する提案された積層（薄い基板を組み合わせた）は、ポータブル検出器を生成するための要件に適合する低減された嵩を有する無数の変形形態においてこれらのセンサを生成することを可能にする。選択される変形形態に依存して、Ｘ線吸収、画像の空間的及びスペクトル分解能、並びに様々なエネルギー間の選択性を最大化することが可能である。
放射線医学におけるスペクトル撮像のアプリケーションは現在、デュアルエネルギーとトモグラフィ（スキャナ）とに限定されている。本発明のおかげで、スペクトル選択性を拡張する可能性は、様々な組織を分離することにより診断品質のための重要な分野を切り開き得る。
本発明は放射線医学の分野において説明される。しかし、安全性及び無破壊試験の観点での工業アプリケーションも重要であり、そして、本発明による多スペクトラム平面センサの使用はまた有利には、線型センサシステム（例えば空港において荷物を検査するための）を置換する可能性がある。
１０ 伝統的画像検出器
１１ センサ
１２ モノリシック基板
１３ マトリクスアレイ
１４ コンタクトパッド
１５ 行アドレス指定ブロック
１６ 列読み出しブロック
１７ 第２の基板
１８ 接続点
１９ 入射放射線
５０ 電子カード
１００ デジタル検出器
１１０ 変換ブロック
１１１－１，１１１－２，１１１－３，１１１－４ 変換段
１１２ モノリシック基板
１１３ 第１の変換器アセンブリ
１１４ アドレス指定／駆動モジュール
１３０ フィルタ
１３３ 第１の変換器アセンブリ
１４１ 第１のシンチレータ
１４２ 第２のシンチレータ
１５０ 延伸部
１５１ 導体
２００ デジタル検出器
Ｃｊ 列
Ｄｐ（ｉ，ｊ） フォトダイオード
Ｇｉ ゲート
Ｌｉ 行
Ｐ（ｉ，ｊ） 画素
Ｔ（ｉ，ｊ） 電子スイッチ
Ｘｊ 行導体
Ｙｊ 列導体

Claims (9)

  1. 入射放射線を電荷へ変換するように意図された変換ブロック（１１０）と、
    前記電荷をデジタル画像に変換する電子カード（５０）と
    を含む、デジタル検出器（１００、２００）であって、
    前記変換ブロック（１１０）が、互いに重畳されたＮ変換段（１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４）を含み、Ｎは２～Ｍの間の整数であり、前記Ｎ変換段のそれぞれが、
    モノリシック基板（１１２）と、
    多角形マトリクスアレイの形式の第１の変換器アセンブリ（１１３、１３３）であって、Ｍは前記多角形マトリクスアレイの辺の数であり、Ｍが好適には４に等しく、前記マトリクスアレイが、前記モノリシック基板上に配置され、行（Ｌｉ）及び列（Ｃｊ）で編成され、並びに前記入射放射線に基づいて前記電荷を生成するように構成される、第１の変換器アセンブリ（１１３、１３３）と、
    前記マトリクスアレイをアドレス指定／駆動するためのアドレス指定／駆動モジュール（１１４）であって、前記多角形マトリクスアレイの一方の側に沿った前記列（Ｃｊ）の基部において前記モノリシック基板（１１２）上に配置されており、並びに前記行（Ｌｉ）をアドレス指定し及び前記生成された電荷を前記列（Ｃｊ）内へ輸送するように意図された、アドレス指定／駆動モジュール（１１４）と
    を含み、
    前記Ｎ変換段（１１１－１，１１１－２，１１１－３，１１１－４）のそれぞれが、前記変換ブロック（１１０）の他のＮ－１変換段に対し１回転の少なくとも１／Ｍだけ配向され、及び前記変換ブロック（１１０）の前記他のＮ－１変換段と異なる配向で配向され、
    前記デジタル検出器（１００、２００）が、前記変換器アセンブリ（１３３）のそれぞれが、前記入射放射線を光信号に変換することができる第１のシンチレータ（１４１）を含み、前記多角形マトリクスが画素（Ｐ（ｉ，ｊ））のマトリクスアレイであり、及び前記多角形マトリクスアレイ上に配置された前記第１のシンチレータ（１４１）により発射された光信号（１９）に基づいて電荷を生成するように構成されることと、
    前記Ｎ変換段（１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４）の少なくとも１つの変換段が、前記Ｎ変換段（１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４）の前記少なくとも１つの変換段の前記モノリシック基板（１１２）の下に配置される第２のシンチレータ（１４２）をさらに含むことと、を特徴とする、
    デジタル検出器（１００、２００）。
  2. 前記変換器アセンブリ（１１３）が、それぞれが前記入射放射線を吸収し及び電荷へ変換することができる光検出器である、請求項１に記載のデジタル検出器（２００）。
  3. 前記Ｎ変換段（１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４）の少なくとも１つの変換段が、前記Ｎ変換段（１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４）の前記少なくとも１つの変換段の前記モノリシック基板（１１２）の下に配置される第２の変換器アセンブリをさらに含む、請求項２に記載のデジタル検出器（２００）。
  4. 前記Ｎ変換段（１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４）の前記少なくとも１つの変換段の前記第２の変換器アセンブリと前記下側変換段（１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４）の前記第１の変換器アセンブリ（１１３）との間に、所定エネルギー入射放射線を濾過するためのフィルタ（１３０）をさらに含む、請求項３に記載のデジタル検出器（１００、２００）。
  5. 前記Ｎ変換段（１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４）の前記少なくとも１つの変換段の前記第２のシンチレータ（１４２）と前記下側変換段の前記第１のシンチレータ（１４１）との間に、前記低エネルギー入射放射線を濾過するためのフィルタ（１３０）をさらに含む、請求項１に記載のデジタル検出器（１００、２００）。
  6. 前記Ｎ変換段（１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４）の少なくとも１つの変換段の画素（Ｐ（ｉ，ｊ））の前記多角形マトリクスアレイの少なくとも１つの画素（Ｐ（ｉ，ｊ））が、２つの透明電極を含むフォトダイオードを含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のデジタル検出器（１００、２００）。
  7. 前記Ｎ変換段（１１１－１，１１１－２，１１１－３，１１１－４）の各変換段の画素（Ｐ（ｉ，ｊ））の前記多角形マトリクスアレイの前記画素（Ｐ（ｉ，ｊ））が、変換段の前記多角形マトリクスアレイ内の格子状配置と１つの変換段から隣接変換段への格子状配置とで交互に配置された透明電極及び不透明電極を含むフォトダイオードを含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のデジタル検出器（１００、２００）。
  8. 前記Ｎ変換段（１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４）の少なくとも１つの変換段に関して、前記マトリクスアレイをアドレス指定／駆動するための前記アドレス指定／駆動モジュール（１１４）が前記マトリクスアレイ上へ直接移される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のデジタル検出器（１００、２００）。
  9. 前記Ｎ変換段（１１１－１、１１１－２、１１１－３、１１１－４）の前記少なくとも１つの変換段に関して、前記多角形マトリクスアレイが、前記アドレス指定／駆動モジュール（１１４）を前記多角形マトリクスアレイへ接続する導体（１５１）を支える延伸部（１５０）を含む、請求項８に記載のデジタル検出器（１００、２００）。
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