JP4338938B2 - シンチレータ装置、ｘ線検出器、ｘ線検査装置、及び、シンチレータ装置を製造する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、第１の方向に延在し、吸収層により互いに離されるシンチレータスラブが設けられる検出器ストリップを有する２次元シンチレータ装置に関する。
【０００２】
本発明は更に、シンチレータ装置が設けられるＸ線検出器に関する。本発明は更に、シンチレータ装置を有するＸ線検出器を含むＸ線検査装置と、シンチレータ装置を製造する方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
Ｘ線検出器は、医学において材料の非破壊検査を行うために使用される。Ｘ線検出器はピクセルに分割され、少なくとも１つのフォトセンサが各ピクセルに関連付けられる。Ｘ線検出器は次に、フォトセンサ装置に関連付けられるシンチレータ装置により形成される。固体シンチレータが、半導体フォトダイオード又はフォトセンサ装置と共に使用されて、Ｘ線を検出する。固体シンチレータの発光特性を利用して、Ｘ線を最初に低エネルギー放射線、すなわち、可視放射線に変換する。このような可視放射線は次に、例えば、フォトセンサを含む、可視光線用の放射線検出器により検出される。Ｘ線は、直接変換半導体材料内で、直接電荷に変換されることが可能であり、この電荷は続けて読み出しされる。
【０００４】
Ｘ線検出器、即ち、放射線検出器のピクセルが増加すると、ピクセルを互いから遮断し、それにより、蛍光Ｘ線量子による１つのピクセルからもう１つのピクセルへのクロストークを阻止することが必要となる。このような個々のピクセル間のクロストークは画像分解能の低下につながる。個々のピクセルは、従って、吸収層により互いから離間され、１つのピクセルから近隣のピクセルへのＸ線量子及び／又は光量子のクロストークを阻止する。
【０００５】
少ない数のピクセルの場合は、別個のシンチレータ素子と吸収シートの構成を形成することが原則として可能である。
【０００６】
１次元的に拡大するＸ線検出器は、適度な精度で製造することが可能である。この為に、大きい円盤のシンチレータ結晶は分割され、個々のシンチレータスラブは吸収シートと交互になるよう組立てられ、１次元的に構成される検出器ストリップが形成される。吸収シートには、例えば、反射層が設けられる金属箔、又は、金属と合成箔の組合せたものがある。
【０００７】
１次元検出器ストリップの製造には、高い精度が伴われる。しかし、このレベルの精度は、２次元シンチレータ装置、又は、Ｘ線検出器を製造する場合には達成することができない。しかし、高画質を達成するためには、シンチレータの各ピクセルが、所定のフォトセンサに関連付けられることが必要である。ピクセルは、１乃至３平方ミリメートルの範囲の寸法を有するので、大きいＸ線検出器の場合、任意の偏差が広い範囲に影響を及ぼしてしまい、達成される画質はひどく低下する。
【０００８】
大領域の２次元Ｘ線検出器は、現代のＸ線検査装置に使用される。このような２次元Ｘ線検出器は、少ない量又は等しい量のＸ線で高い画像分解能を達成可能にし、それは、高画質をもたらし、最終的には検査を受ける患者のＸ線照射量が少なくなる。
【０００９】
ＵＳ５０５９８００は、光検出器と、光検出器に光学的に接続されるシンチレータモザイクを含む２次元検出器を開示する。シンチレータモザイクは、蛍光セラミックプレートを切断することにより形成される蛍光素子からなり、これらの素子は、エポキシ樹脂と酸化チタニウム充填剤からなるリフレクタの塊を注入することにより光的に離される。後の段において、リフレクタの塊は、蛍光セラミックプレートを切り込むことにより形成されるノッチに注入される。このことは、セラミックプレートの少なくとも１つの側面に広い切り込みがあることを必要とする。上述した例では、外側面の寸法が異なり、蛍光セラミックプレートの表面と裏面とで蛍光材料の分布が異なってしまう。更に、切削技術が用いられるので、検出器ストリップ間の距離は、任意に小さくすることができず、表面領域を経済的に使用することができなくなる。というのは、検出器容積の大部分が、高エネルギーＸ線の入射を吸収するために使用することができなくなるからである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、高い精度と、許容範囲の費用で製造可能な装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、検出器ストリップが吸収層により互いから離されるシンチレータスラブを含み、はめ込み型において、少なくとも２つのそのような検出器ストリップが互いに基本的に平行となるよう配置されるシンチレータ装置により達成される。
【００１２】
本発明は、１次元検出器ストリップは、高い精度で製造可能であるという見識に基づいている。このような検出器ストリップを製造する同一の方法を、２次元検出器を形成するために使用すると、精度が落ちてしまう。
【００１３】
従って、２次元シンチレータ装置にハイブリッド構成を使用することを提案する。このために、シンチレータスラブと吸収層とを含む検出器ストリップが製造され、吸収層によりシンチレータが互いから離される。検出器ストリップは、シンチレータウェーハをストリップ状に切り、ストリップを吸収層に接着し、最初の切断方向に垂直な方向に再び切ることにより形成される。このステップは、非常に高い精度で行うことが可能であり、従って、例えば、５０ミクロンメートルの厚さを有する鉛製の層である薄い吸収層を実現することができる。
【００１４】
対応する個数のシンチレータスラブと中間吸収層を含むこのような１次元検出器ストリップは、任意の、つまり、許容可能な限度内の任意の長さで製造することができる。シンチレータスラブと吸収層を有するこのような１次元検出器ストリップは、高精度のはめ込み型にはめ込むことが可能であり、そこで１次元検出器ストリップは、固定又は接着される。その結果、このように形成される２次元シンチレータ装置の偏差は、非常に小さいままとなる。特に、シリコンウェーハ、又は、フォトエッチング可能なガラスが、このようなはめ込み型として好適な材料である。写真技術により、このような材料が、高い精度で、更に、経済的且つ大きい伸張比で構造化されることが可能となる。
【００１５】
１次元検出器ストリップをはめ込み型にはめ込むことを可能にするためには、はめ込み型の好適な実施例には、フレーム内に配置される横部品が設けられる。横部品は互いに基本的に平行に延在し、はめ込み型の両側に取付けられる。横部品は、検出器ストリップの寸法に対応する中間空間を形成し、検出器ストリップはその中間空間内に挿入される。横部品は従って、隣接する検出器ストリップを離間する。横部品は、検出器ストリップの挿入を容易にし、検出器ストリップが第１の方向及び第２の方向において高い精度で整列することを可能にする。
【００１６】
本発明の好適な実施例では、横部品とフレームを有するはめ込み型を、Ｘ線を透過しない材料から製造することを提案する。従って、蛍光Ｘ線量子のクロストークを、第２の方向においても阻止する。
【００１７】
はめ込み型は、光を透過する材料から形成される底プレートを含むことが好適である。この結果、シンチレータスラブから放射される光線は、障害なくシンチレータ装置の下にあるフォトセンサ装置に到達することができる。底プレートは、シンチレータ装置の安定度を増加する。必要である場合には、底プレートは、検出器ストリップをはめ込み型に挿入した後に外されてもよい。この場合、底プレートが透過性であるか否かは問題ではない。このような種類のはめ込み型を有するシンチレータ装置は、フォトセンサ装置、及び、中間層がある場合には中間層に、接続、又は、例えば、接着される。
【００１８】
本発明の好適な実施例では、着色料が底プレートに添加されるか、又は、底プレートは部分的に吸収材料から形成され、それにより放射される光線は所与の程度まで吸収される。従って、シンチレータ装置の下における光量子のクロストークは阻止される。
【００１９】
本発明の好適な実施例では、横部品は、検出器ストリップの間に形成される空間の一部のみを占めることが提案される。この空間は、Ｘ線検出器の長さ全体に亘って、検出器ストリップの高さと、横部品の幅とを有する。このために、このような横部品の上部は、横部品が配置される、好適には底プレート上における下部よりも細くされる。このように形成される先細の横部品は、単純な挿入を可能にし、同時に高い精度が得られる。第２の方向におけるＸ線量子及び／又は光量子のクロストークを阻止するために、空間は、Ｘ線を吸収する材料により充填される。これにより、はめ込み型は、Ｘ線を透過しない材料から形成される必要がなくなるという利点を提供し、というのは、第２の方向における検出器ストリップの分離は、中間空間に設けられるＸ線吸収材料により実現されるからである。
【００２０】
このように１次元検出器ストリップを、高精度はめ込み型に挿入することにより、公知の方法で行われるような更なる切断段階を経ることによる精度の低下をなくす。更に、シンチレータ装置は、高精度であるだけでなく、はめ込み型は非常に安定した材料から形成することができるので、安定度が増加する。
【００２１】
検出器ストリップをはめ込み型にはめ込むことを可能にするために、好適な実施例におけるはめ込み型の横部品は、シンチレータスラブ又は検出器ストリップの高さ全体の高さを有さない。横部品は、検出器ストリップの充分な固定及び整列を実現することができるよう検出器ストリップの下部においてのみ形成される。残りの部分の空間は、吸収材料により充填される。
【００２２】
本発明の好適な実施例におけるはめ込み型は、一体式に構成される。従って、非常に高精度のはめ込み型が達成され、というのは、フレーム及び横部品の寸法は、製造の際に既に設定されており、後の段階における組立ての際に、不正確さは発生しないからである。
【００２３】
一体式はめ込み型は、フォトエッチングにより実現することができる。
【００２４】
このシンチレータモジュールのハイブリッド構成は、吸収層が第１の方向においては細く、第２の方向においては異なる幅を有するよう形成されると特に有利である。これは、特に、シンチレータ装置の下でＣＭＯＳチップ上に配置される電子回路が、Ｘ線に対し保護されなければならない場合である。電子回路全面に対する吸収材料を有する横部品の正確な位置決めは、ガラス又はシリコンからなるはめ込み型の正確な寸法により保証される。
【００２５】
吸収層は、第２の方向におけるよりも第１の方向において薄くなるよう構成されなければならない。これは、特にＣＯＭＳに基づいたコンピュータ断層撮影検出器において言えることである。
【００２６】
電子回路のＸ線に対する保護は、写真技術的に構成可能であり重金属を含むガラスを用いるか、又は、個々の検出器ストリップの間にある横部品の上方にある残りの空間をＸ線吸収層即ち吸収材料により充填することにより保証される。低い融点を有する金属合金、又は、重金属を含む塗料を、この目的のために使用することができる。
【００２７】
個々のピクセル間の蛍光Ｘ線量子によるクロストークは、第１の方向では、例えば、鉛から形成される薄い吸収層により保護され、第２の方向では、重金属を含むガラス又は上述したはめ込み型に設けられる吸収層によって保護される。
【００２８】
シリコンから形成され、数百ミクロンメートルほどの高さを有する一体式はめ込み型の場合、はめ込み型の領域におけるクロストークは問題ではない。というのは、Ｘ線クロストークは、Ｘ線量子を吸収する領域、即ち、シンチレータ結晶の上部においてのみ発生し、ここでは、吸収層と吸収材料を有する横部品により分離が保証される。
【００２９】
本発明の目的は更に、Ｘ線を光に変換するための、請求項１乃至８に記載するシンチレータ装置と、光線を電荷に変換するためのフォトセンサ装置とが設けられるＸ線検出器により達成される。
【００３０】
本発明の目的は更に、請求項１０に記載するＸ線検出器、及び、Ｘ線検出器に関連付けられるＸ線源を含むＸ線検査装置により達成される。
【００３１】
本発明の目的は更に、シンチレータスラブとシンチレータスラブに接着される吸収層とを含み、第１の方向に拡張する細長い検出器ストリップが形成され、このように形成される複数の検出器ストリップは、第１の方向に垂直な第２の方向においてはめ込み型に隣接するように配置される。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。
【００３３】
図１は、１次元検出器ストリップ１を示し、シンチレータスラブ３と中間吸収層２とを含む。シンチレータスラブ３は、シンチレータウェーハをストリップ状に切断することにより形成される。このようなストリップは次に、吸収層に接着され、最初の切断方向に垂直な方向で切断することにより仕上げられる。このような１次元検出器ストリップ１は幾何学的に精度が高く製造され、長さ２センチメートルの理想格子から１０ミクロンメートルの偏差が関連する。
【００３４】
図２は、上述から形成されるハイブリッド２次元シンチレータ装置を示す。１次元検出器ストリップ１が図２内に示される。このような１次元検出器ストリップ１は、はめ込み型４に挿入され、この型はＸ線検出器の表面全体の領域を占める。このはめ込み型は、Ｘ線検出器面に適応されるフレーム１１と横部品５が設けられ、この横部品は、１次元検出器ストリップ１の形状に適応される。検出器ストリップ１は、横部品５により互いから離され、Ｘ線量子によるクロストークが阻止される。
【００３５】
図３は、ハイブリッド２次元シンチレータ装置の側面図である。横部品５は底プレート８に設けられ、横部品５の上部の寸法は、底プレート８上における寸法よりも細くなっている。横部品５の先細の形状により、１次元検出器ストリップ１を挿入することが容易となる。検出器ストリップ間の中間空間６と、横部品５の上は、Ｘ線吸収層７、即ち、Ｘ線を吸収する材料によって充填される。Ｘ線吸収層は、例えば、Ｘ線を透過しないガラス又はＸ線を吸収する粉末から形成される。このような粉末は、例えば、後の段階において、横部品５と１次元検出器ストリップ１の間に形成される残りの空間において堆積されることが可能である。
【００３６】
図４は、ハイブリッド２次元シンチレータ装置を示す側面図である。ここでは、横部品５ａは、１次元検出器ストリップ１の高さよりかなり小さくなるよう構成される。これにより、はめ込み型４を対応して構成することが単純となる。１次元検出器ストリップ１は、横部品５ａの間に挿入される。１次元検出器ストリップ１の間にある中間空間６は、Ｘ線を吸収する材料７により充填される。このような高さのない横部品５ａが設けられるはめ込み型４は、例えば、エッチングされたシリコンチップの形で実現されることが可能であり、それによりここでも非常に高い精度が達成される。
【００３７】
横部品は、Ｘ線検出器の長さ方向に沿って異なる高さを有してもよく、従って、横部品は、Ｘ線検出器の中心領域ではフレームの付近におけるよりも高くなるようにされることが可能である。挿入されるべき検出器ストリップの高さと比較して僅かに小さい高さを有する横部品を実現することも可能である。例えば、検出器ストリップの機械による挿入を容易にするために、通常は低い横部品は、間の間隔において検出器ストリップの高さにまで大きくされる。
【００３８】
Ｘ線検出器の種類に依存して、横部品は、はめ込み型のフレームの幅に亘って異なる幅を有してもよく、というのは、Ｘ線検出器の中心領域では分解能が高いからである。
【００３９】
更なる実施例におけるシンチレータスラブは、吸収層に接着又は接続される前に、反射層により被覆される。同様に、検出器ストリップも接着された後に反射層が設けられるが、光が出射する方の側面、つまり、シンチレータ装置の底面、即ち、Ｘ線が入射する側面の反対にある側面には設けられない。Ｘ線の入射方向に向かって上方向に反射し、信号振幅の損失をもたらす光量子が、上方向に放射されることを阻止するために、シンチレータ装置は上面に光線を反射する層が設けられる。検出器ストリップがはめ込み型に挿入されると、上述の目的のためにはめ込み型の下にカバープレートが設けられ、カバープレートの光反射面ははめ込み型及び検出器ストリップに向いている。製造工程が完了すると、カバープレートを有する完成したシンチレータ装置は逆さまにされて、それにより、Ｘ線は、上方からカバープレートに入射し、カバープレートを横断し、シンチレータスラブを透過し、光線に変換され、この光線は、シンチレータスラブの側部にある反射面被膜と上部にある反射カバープレートによりフォトセンサ装置に向かって下方向に出る。
【図面の簡単な説明】
【図１】１次元検出器ストリップを示す側面図である。
【図２】ハイブリッド２次元シンチレータ装置を示す平面図である。
【図３】先細の横部品を有する２次元シンチレータ装置を詳細に示す側面図である。
【図４】高さの小さい横部品を有する２次元シンチレータ装置を示す側面図である。
【符号の説明】
１ １次元検出器ストリップ
２ 吸収層
３ シンチレータスラブ
４ はめ込み型
５ 横部品
６ 中間空間
７ Ｘ線吸収材料
１１ フレーム

Claims (9)

1. 吸収層によって互いに分離されるシンチレータスラブを含む検出器ストリップを含み、二次元シンチレータ配列を構成するよう、少なくとも２つの前記検出器ストリップが、はめ込み型の内側に互いに平行となるよう配置され、前記はめ込み型は、横部品と、フレームとを含み、前記横部品は、前記フレームの内側に、前記フレームの一方側から前記フレームの反対側に延びて、互いに平行に配置され、前記検出器ストリップは、前記横部品によって互いから分離されるシンチレータ装置であって、前記横部品及び／又は前記フレームは、光を透過する底プレートの上に形成されることを特徴とする、シンチレータ装置。
2. 前記はめ込み型は、Ｘ線を透過しないよう構成されることを特徴とする、請求項１に記載のシンチレータ装置。
3. 前記底プレートは、隣接するピクセルの光量子のクロストークを阻止するよう着色料を添加することにより調節可能な吸収度を有することを特徴とする、請求項１に記載のシンチレータ装置。
4. 前記横部品は、前記検出器ストリップの間に形成される空間の一部を占めることを特徴とする、請求項１に記載のシンチレータ装置。
5. 前記検出器ストリップの間の中間空間が、Ｘ線を吸収する材料により充填されることを特徴とする、請求項２に記載のシンチレータ装置。
6. 前記はめ込み型は、一体式に構成されることを特徴とする、請求項１に記載のシンチレータ装置。
7. Ｘ線を光線に変換する請求項１乃至６に記載のシンチレータ装置と、前記光線を電荷に変換するフォトセンサ装置とを含む、Ｘ線検出器。
8. 請求項７に記載のＸ線検出器と、該Ｘ線検出器に関連付けられるＸ線源とを含む、Ｘ線検査装置。
9. 第１の方向に延在する検出器ストリップを、シンチレータスラブ及び該シンチレータスラブを互いに分離する吸収層から形成し、
   そのように形成される前記検出器ストリップの少なくとも２つを、二次元シンチレータ配列が形成されるよう、はめ込み型の内側に互いに平行に配置する、
   シンチレータ装置を製造する方法。

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