JP5457635B2

JP5457635B2 - 計算機式断層写真法検出器及びその製造方法

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Publication number: JP5457635B2
Application number: JP2008009962A
Authority: JP
Inventors: ジョン・エリック・ツカチク; ヤンフェン・デュ; ウェン・リ
Original assignee: General Electric Co
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Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2008-01-21
Publication date: 2014-04-02
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Also published as: JP2008180713A; US20080175347A1; US7486764B2; DE102008004748A1

Description

本発明は一般的には、診断撮像に関し、さらに具体的には、フォトン数データ及び／又はエネルギ・データを提供することが可能な直接変換検出器であって、ピクセルの間での電荷共有を低減した直接変換検出器に関する。

典型的には、Ｘ線及び計算機式断層写真法（ＣＴ）のような放射線イメージング・システムでは、Ｘ線源が患者又は手荷物のような被検体又は対象に向かってＸ線を放出する。以下では、「被検体」及び「対象」との用語は、撮像されることが可能な任意の物体を記述するために互換的に用いられる場合がある。ビームは、被検体によって減弱された後に放射線検出器のアレイに入射する。検出器アレイにおいて受光される減弱後のビーム放射の強度は典型的には、Ｘ線の減弱量に依存している。検出器アレイ内の各々の検出器素子が、各々の検出器素子によって受光される減弱後のビームを示す別個の電気信号を発生する。電気信号はデータ処理システムへ伝送されて解析され、解析から最終的に画像が形成される。

幾つかのＣＴイメージング・システムでは例えば、Ｘ線源及び検出器アレイは、ガントリの内部で撮像平面内を被検体の周りに回転する。かかるＣＴイメージング・システムのＸ線源としては典型的には、限定しないがＸ線管、固体Ｘ線源、熱電子Ｘ線源及び電界放出子等があり、焦点から発するファン（扇形）・ビームとしてＸ線を放出する。かかるＣＴイメージング・システムのＸ線検出器は典型的には、焦点スポットを中心とした円弧を成して構成されている。加えて、かかる検出器は、検出器において受光され焦点スポットに集束するＸ線ビームをコリメートするコリメータを含んでいる。かかる検出器は、コリメータに隣接して設けられておりＸ線を光エネルギへ変換するシンチレータと、隣接するシンチレータから光エネルギを受け取ってここから電気信号を発生するフォトダイオードとを含んでいる。典型的には、シンチレータ・アレイの各々のシンチレータがＸ線を光エネルギに変換する。各々のフォトダイオードが光エネルギを検出し、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する。次いで、フォトダイオードの出力はデータ処理システムへ伝送されて画像再構成を施される。

従来のＣＴイメージング・システムは、検出器を用いて放射線撮像エネルギを電流信号へ変換し、電流信号を時間にわたって積分した後に測定して最終的にディジタル化する。しかしながら、かかる検出器の欠点は、検出されたフォトンの数及び／又はエネルギについてのデータ又はフィードバックを与え得ないことである。すなわち、従来のＣＴ検出器はシンチレータ構成要素及びフォトダイオード構成要素を有しており、シンチレータ構成要素は放射線撮像エネルギを受け取ると発光し、フォトダイオードはシンチレータ構成要素の発光を検出して発光強度の関数として電気信号を与える。電荷積分動作モードでは、フォトダイオードはシンチレーションからエネルギ・レベル又はフォトン数を特定することができない。例えば、２個のシンチレータが同等の強度で発光する場合があり、するとこれらのシンチレータはそれぞれのフォトダイオードに同等の出力を供給する。しかしながら、各々のシンチレータによって受光されたＸ線の数は異なっているかも知れず、Ｘ線強度も同様であるにも関わらず、同等の光出力を生じ得る。

エネルギ識別直接変換検出器は、Ｘ線計数ばかりでなく、検出された各々のＸ線のエネルギ・レベルの測定値を与えることが可能である。従って、かかる検出器を、可能性としてはＳＰＥＣＴ撮像又はＰＥＴ撮像に用いることができる。また、エネルギ識別検出器を用いて、測定されたエネルギ・レベルに物質識別アルゴリズムを適用することにより撮像対象の組成情報を与えることができる。直接変換エネルギ識別検出器の構築には多くの物質を用いることができるが、典型的にはテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）及びテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）のような半導体が好ましい物質であることが判明している。

典型的な撮像応用では、Ｘ線は直接変換物質に吸収され、直接変換物質での電荷の発生を生ずる。ディジタル画像情報を生成するために、発生された電荷は、典型的には電荷積分電子回路又は電荷パルス計数電子回路のいずれかを用いてセグメント分割されたアノードに収集される。

しかしながら、直接変換半導体検出器の一つの欠点は、各アノードの間隙又は外周の近くの直接変換物質に吸収されたＸ線が内部に電荷を発生し、この電荷が少なくとも２個の隣り合ったピクセル・アノードによって共有され得ることである。電荷積分電子回路を用いる場合には、電荷共有は隣り合ったピクセルの間でのクロストークとして現われる場合があり、すると電子回路が電子的雑音増幅及び画像の空間的ボケを蒙り易くなる。パルス計数電子回路を用いる場合は、電荷共有は少なくとも２個のアノードの間で電荷の分配を生じ、アノードの少なくとも１個に収集された電荷パルスの振幅が識別閾値を下回ると欠損計数を生じ得る。加えて、パルス計数のときに、高エネルギＸ線は、２以上の個数の生成が２以上の隣り合ったアノードに収集されることにより検出量子効率（ＤＱＥ）の損失を引き起こし、このようにして事象を数え損ねたり、例えば単一の高エネルギ事象を２以上の低エネルギ事象として振り分け（ビニング）したりする場合がある。事象の数え損ね及びエネルギに関する振り分けは、物質識別の能力を低下させる。

ＣＴ撮像に関する直接変換半導体検出器のもう一つの欠点は、直接変換結晶の端辺及び隅部での応答が再現可能でないことである。直接変換結晶のこのような位置は典型的には、入射Ｘ線束が変化するのに伴って内部電界の変化を引き起こす電荷捕獲中心を有している。内部電界が変化することにより検出器応答が低下し、非最適画像を生じ得る。

ＣＴ撮像に関する直接変換半導体検出器のもう一つの欠点は、これらの形式の検出器が、従来のＣＴシステムに典型的に見受けられる例えば平方ミリメートル当たり秒当たり５００万個〜１億個（Ｍｃｐｓ）以上の極めて高いＸ線フォトン線束量（flux rate）では計数を行ない得ないことである。極めて高いＸ線フォトン線束量はパイルアップ及び偏極を生じ、最終的には検出器飽和を招き得る。すなわち、これらの検出器は典型的には、比較的低いＸ線束レベル閾値で飽和する。これらの閾値を上回ると、検出器応答が予測可能でなくなるか又は線量利用が低下する。飽和は、検出器と放射線撮像エネルギ源又はＸ線管との間に厚みの小さい被検体を介在させている検出器位置で起こり得る。これらの飽和領域は、検出器の扇形の弧に投影される被検体の幅の近く又は外部の被検体の厚みの小さい経路に対応することが判明している。多くの例で、被検体は、Ｘ線束の減弱及び続く検出器への入射強度に対する効果において概ね円形又は楕円形である。この場合には、飽和領域は扇形の弧の両端の２箇所の離隔領域に相当する。他の例では、飽和は他の位置において検出器の２箇所よりも多い離隔領域で起こる。楕円形の被検体の場合には、被検体とＸ線源との間でのボウタイ・フィルタの付置によって扇形の弧の端辺での飽和が低減される。典型的には、フィルタは扇形の弧にわたってフィルタ及び被検体の全減弱を等化するように被検体の形状に合わせて構築される。すると、検出器に入射する線束は、扇形の弧にわたってさらに綿密に一様となり、飽和を生じない。しかしながら、被検体集団が著しく一様に満たず形状が厳密には楕円でないとすると、ボウタイ・フィルタは最適とは言えない。このような場合には、１若しくは複数の離隔飽和領域が発生したり、又は反対にＸ線束を過度に濾波して極く低線束の領域を生成したりする可能性がある。画像投影における低Ｘ線束は、被検体の再構成画像に雑音を増加させる傾向がある。

検出器飽和は撮像情報の損失を招き、Ｘ線投影及びＣＴ画像にアーティファクトを引き起こす。加えて、検出器飽和に近い線束量及び検出器飽和を超える線束量において、ヒステリシス及び他の非線形効果が起こる。直接変換検出器は「偏極」と呼ばれる現象を蒙り易く、この現象では、物質の内部の電荷捕獲が内部電界を変化させ、検出器の計数及びエネルギ応答を予測不可能な方法で変化させて、応答が前段の照射履歴によって変化するヒステリシスを生ずる。具体的には、フォトン計数直接変換検出器は、各々のＸ線フォトン事象に関連する固有の電荷収集時間（すなわち不感時間）に起因して飽和する。飽和は、各々のピクセルのＸ線フォトン吸収速度が電荷収集時間の逆数程度であるときに、パルスのパイルアップに起因して起こる。

直接変換検出器での電荷共有の問題に取り組むために多くの手法が開発されている。エネルギ識別検出器は典型的には、画素型構造を画定する多数のセグメント型アノードを含んでおり、これらのアノードに直接変換物質が電気的に取り付けられている。アノードは、検出平面の面積をセグメント分割する撮像ピクセルから成る応答面積を画定している。小さいピクセルの方が望ましい、というのは、ピクセルが小さいほど高空間分解能の情報が入手可能となり、高分解能の画像を得ることができ、またピクセルが小さいほど線束量の容量が全般に改善されるからである。しかしながら、ピクセル寸法を小さくすると、読み出し電子回路に接続されることを必要とする単位面積当たりのチャネルの数が増えるため経費が増大し得る。加えて、ピクセル又は検出器素子が小さいと外周対面積比が大きくなり、検出器の単位面積当たりの電荷共有領域の百分率が増加する。

ピクセルの外周は２以上のピクセルの間で電荷が共有され得る領域であり、読み出し電子回路は隣り合ったピクセルの近同時信号を結合するように構成されていないため、かかる電荷について不完全なエネルギ情報及び／又はＸ線フォトンの数え損ねが起こる。読み出し電子回路は時間同時計数回路を組み入れることができ、時間同時計数回路は、画定された時間窓の範囲内で発生する事象を識別するように構成されており、時間窓は、一旦識別された検出事象が振り分け計数を受けないように画定されている。しかしながら、かかる電子回路は具現化するのが高価で困難である場合がある。時間同時計数回路はまた、２以上のピクセルの間で共有されるＸ線事象についてのエネルギ情報を保存するときに、隣接する領域での２以上のフォトンの近同時到達によって起こる偶発的な同時計数に起因した劣化を蒙らざるを得ず、上述のエネルギ情報を十分に保存することができない。

直接変換結晶の端辺及び隅部での応答の再現性に関する問題を解決するために、保護環が装置のアノード表面又は結晶壁の側壁に典型的に載置される。しかしながら、保護環は半導体の内部の電荷の捕獲を防がず、半導体の内部に変化する電界が発生することも防がない。

従って、直接変換検出器のピクセルの間の電荷共有を低減したＣＴ装置及び方法を設計することが望ましい。

本発明は、以上に述べた欠点を克服する方法及び装置を提供する。

本発明の一観点によれば、ＣＴイメージング・システムが、複数の金属化アノードを含んでおり、各々の金属化アノードは間隙によって他の金属化アノードから離隔されている。直接変換物質が、複数の金属化アノードに電気的に結合されており、直接変換物質に入射するＸ線によって発生される電荷が複数の金属化アノードの少なくとも２個の間で共有されるような電荷共有領域を有している。Ｘ線減弱物質が、電荷共有領域に向かうＸ線を減弱するように配置されている。

本発明のもう一つの観点によれば、ＣＴ検出器を製造する方法が、複数の金属化アノードを設けるステップと、複数の金属化アノードを間隙によって互いから離隔するステップとを含んでいる。方法はさらに、直接変換物質を複数の金属化アノードに取り付けるステップと、直接変換物質の電荷共有領域に向かうＸ線が吸収されるようにＸ線吸収材料を配置するステップとを含んでいる。

本発明のさらにもう一つの観点によれば、ＣＴシステムが、走査される対象を収容する開口を有する回転式ガントリを含んでいる。高周波電磁エネルギ投射源が、高周波電磁エネルギ・ビームを対象に向かって投射するように構成されており、検出器が、対象を透過するＸ線を受け取るように配置されている。検出器は、間に間隙を有する１対の電荷検出器と、該１対の電荷検出器に電気的に結合された直接変換物質と、高周波電磁エネルギ・ビームと直接変換物質との間に配置されているＸ線遮断体であって、上述の１対の電荷検出器の各々によって検出可能な電荷を発生することが可能な直接変換物質の領域に向かうＸ線を遮断するように構成されているＸ線遮断体とを含んでいる。

本発明の様々な他の特徴および利点は、以下の詳細な説明及び図面から明らかとなろう。

図面は、本発明を実施するために現状で思量される好ましい一実施形態を示す。

６４スライス型計算機式断層写真法（ＣＴ）システムに関連して本発明の動作環境を説明する。但し、当業者であれば、本発明が他のマルチスライス型構成での利用にも同等に適用可能であることを理解されよう。さらに、Ｘ線の検出及び変換に関して本発明を説明する。しかしながら、当業者は、本発明が他の高周波電磁エネルギの検出及び変換にも同等に適用可能であることをさらに理解されよう。本発明を「第三世代」ＣＴスキャナに関して説明するが、本発明は他のＣＴシステムでも同等に適用可能である。

図１及び図２には、計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム１０が、「第三世代」ＣＴスキャナに典型的なガントリ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を有しており、Ｘ線源１４は、ガントリ１２の反対側にある検出器アセンブリ又はコリメータ１８に向かってＸ線ビーム１６を投射する。検出器アセンブリ１８は、複数の検出器２０及びデータ取得システム（ＤＡＳ）３２によって形成されている。複数の検出器２０は、患者２２を透過する投射Ｘ線を感知し、ＤＡＳ３２は後続の処理のためにデータをディジタル信号に変換する。各々の検出器２０は、入射Ｘ線ビームの強度を表わし従って患者２２を透過する際の減弱後のビームを表わすアナログ電気信号を発生する。Ｘ線投影データを取得するための１回の走査の間に、ガントリ１２及びガントリ１２に装着されている構成部品は回転中心２４の周りを回転する。

ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作は、ＣＴシステム１０の制御機構２６によって制御される。制御機構２６は、Ｘ線制御器２８とガントリ・モータ制御器３０とを含んでおり、Ｘ線制御器２８はＸ線源１４に電力信号及びタイミング信号を供給し、ガントリ・モータ制御器３０はガントリ１２の回転速度及び位置を制御する。画像再構成器３４が、サンプリングされてディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取って高速画像再構成を実行する。再構成された画像はコンピュータ３６への入力として印加され、コンピュータ３６は大容量記憶装置３８に画像を記憶させる。

コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介して操作者から指令及び走査用パラメータを受け取る。付設されている陰極線管表示器４２によって、操作者は、再構成された画像及びコンピュータ３６からのその他のデータを観察することができる。操作者が供給した指令及びパラメータはコンピュータ３６によって用いられて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御器２８及びガントリ・モータ制御器３０に制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ３６は、電動テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御器４４を動作させて、患者２２及びガントリ１２を配置する。具体的には、テーブル４６は患者２２の各部分をガントリ開口４８を通して移動させる。

図３及び図４に示すように、検出器アセンブリ１８は複数の検出器２０及びＤＡＳ３２を含んでおり、各々の検出器２０は、パック５１として構成されている多数の検出器素子５０を含んでいる。検出器アセンブリ１８のレール１７が、コリメート用ブレード又はプレート１９を間に配置して有している。検出器アセンブリ１８は、Ｘ線ビームが検出器２０に入射する前にＸ線１６をコリメートするように配置されている。図３に示す一実施形態では、検出器アセンブリ１８は５７個の検出器２０を含んでおり、各々の検出器２０が６４×１６個のピクセル素子５０のアレイ寸法を有している。結果として、検出器アセンブリ１８は６４列の横列及び９１２列の縦列（１６×５７個の検出器）を有し、ガントリ１２の各回の回転で６４枚の同時スライスのデータを収集することを可能にしている。

検出器２０は、検出器素子５０に対してパック５１の内部に配置されたピン５２を含んでいる。パック５１は、複数のダイオード５９を有するダイオード・アレイ５３の上に配置されている。次に、ダイオード・アレイ５３は多層基材５４の上に配置されている。スペーサ５５が多層基材５４の上に配置されている。検出器素子５０はダイオード・アレイ５３に光学的に結合され、次にダイオード・アレイ５３は多層基材５４に電気的に結合されている。軟質（フレックス）回路５６が、多層基材５４の面５７及びＤＡＳ３２に取り付けられている。検出器２０は、ピン５２の利用によって検出器アセンブリ１８の内部に配置される。

動作時には、検出器素子５０の内部に入射するＸ線がフォトンを発生し、フォトンがパック５１を横断することによりアナログ信号を発生して、この信号がダイオード・アレイ５３の内部のダイオード５８において検出される。発生されるアナログ信号は、多層基材５４を通り、フレックス回路５６の一つを通ってＤＡＳ３２まで運ばれて、ここでアナログ信号がディジタル信号に変換される。

本発明の一実施形態では、各々の検出器は、放射線撮像エネルギをエネルギ識別データ又はフォトン数データを含む電気信号に直接変換するように設計されている。本発明は、これらの検出器、検出器構成要素、及びデータが読み出される態様について多くの構成を思量している。一好適実施形態では、半導体はテルル化カドミウム又はテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）から製造される。しかしながら、当業者は、放射線撮像エネルギの直接変換が可能な他の物質を用い得ることを容易に認められよう。後述するように、直接変換物質とＸ線源との間にグリッド・アセンブリが配置されて、直接変換検出器を形成するアノード同士の間の間隙に向かうＸ線を減弱する。これらのグリッドは、改善された検出器性能を提供すると共に、直接変換の領域において発生される電荷であってグリッドを設けなければ直接変換検出器の隣り合ったアノードの間で共有されたであろう電荷を低減する。

直接変換物質に入射するＸ線が直接変換物質の大部分において電荷を発生し、電荷は直接変換物質を通って移動して、電荷を収集するように配置されているアノード構造に達することは広く知られている。撮像応用での検出器の動作は、セグメント分割されたアノードにおいて電荷を収集することによる電荷の測定を必要とする。セグメント分割されたアノードは、検出平面の応答面積を画定している。しかしながら、Ｘ線がアノードの間の間隙の近くの領域において直接変換物質に入射すると、電荷は少なくとも２個の隣り合ったアノードの間で共有される。かかる電荷共有は画像アーティファクトを生じ得る。

一般的には、直接変換検出器を用いて画像を形成するために、電荷積分電子回路又は電荷パルス計数電子回路のいずれかが用いられる。電荷積分の場合には、電荷はピクセルの面積にわたって積分され、積分された電荷を用いて、Ｘ線計数を示すと共に検出された各々のＸ線のエネルギ・レベルの測定値を与えるディジタル信号を発生する。パルス計数の場合には、フォトン・エネルギを記録するために、電流パルスの振幅を閾値レベルと比較して振り分けカウンタに記憶させる。

図５及び図６には、本発明の一実施形態によるＸ線検出器９８の一部が示されている。検出器９８は、好ましくはテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）及びテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）等のような半導体物質で構築された直接変換物質１０１を有する半導体層１００を含んでいる。半導体層１００はまた、直接変換物質１０１の表面１０４に付着されている金属化された接点１０２を有している。

一好適実施形態では、金属化表面１０８が、直接変換物質１０１のための高電圧接触電極となっている。当業者には、Ｘ線吸収特性を低減するように高電圧電極１０８を比較的薄くすべきであることが理解されよう。従って、高電圧電極１０８は好ましくは、厚みが数百オングストロームである。高電圧電極１０８は、気相堆積のような金属化工程によって直接変換物質１０１に付着させることができ、典型的には金、白金、銀、銅又はアルミニウム等のような金属を含んでいる。

金属化接点１０２は直接変換物質１０１の層に電気的に接続され、好ましくは二次元パターンで配列される。但し、当業者であれば、接点１０２が、例えば横列を交互にずらしたスタガード型ピクセル配列のような他のパターン又は配列で構成されてもよいことが認められよう。接点１０２はまた、寸法が典型的には０．２ｍｍ〜２．０ｍｍにわたっており間隙を有する六角形、長方形及び正方形等として成形されていてもよい。

検出器９８は、Ｘ線を減弱させるグリッド・アセンブリ１１０を含んでいる。グリッド・アセンブリ１１０は複数の棒材（bar）又は桟材（rung）１１４、１１６を含んでおり、これらの棒材又は桟材１１４、１１６が外周フレーム１１１の間に又は外周フレーム１１１に沿って散在して、開口１１５を形成している。外周フレーム１１１及び桟材１１４、１１６は、Ｘ線吸収性又はＸ線遮断性の物質で少なくとも部分的に形成されている。外周フレーム１１１は、直接変換物質１０１の外周１１３に実質的に沿って配置される。一実施形態では、外周フレーム１１１及び桟材１１４、１１６は、タングステン、モリブデン及び鉛等のような原子番号の大きい金属又は高密度の金属で形成され、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの厚みを有する。もう一つの実施形態では、外周フレーム１１１及び桟材１１４、１１６は、例えばタングステン、モリブデン及び鉛等の粉末を充填したポリマーで形成され、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの厚みを有する。外周フレーム１１１及び桟材１１４、１１６の厚みは実質的に同様であってよいが、外周フレーム１１１の厚みが桟材１１４、１１６の厚みよりも厚くても薄くてもよいものと思量される。

外周フレーム１１１は、図１のＸ線源１４のようなＸ線源から放出されて直接変換物質１０１の外側端辺若しくは外周１２７に向かうＸ線を遮断する又は減弱するように配置されている。同様に、桟材１１４、１１６は、図１のＸ線源１４のようなＸ線源から直接変換物質１０１の電荷共有領域１２４に向けて放出されるＸ線を遮断する又は減弱するように配置されている。電荷共有領域１２４は、直接変換物質１０１の領域であって、Ｘ線入射の結果として内部で発生される電荷が少なくとも２個の電気接点１０２の間で共有され得るような領域である。一実施形態では、電荷共有領域１２４は、電気接点１０２の間に形成される間隙１２５に実質的に一致する。

さらに図５及び図６を参照すると、本発明の一実施形態では、グリッド・アセンブリ１１０は選択随意で、隣り合った桟材１１４、１１６の間で開口１１５に配置されている低Ｘ線減弱性の構造又は支持材１２２を含んでいる。支持材１２２は、ポリスチレン、ポリメタクリルイミド、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン及びポリエチレン等のような発泡又は押し出し低密度ポリマー充填材料を含んでいる。支持材１２２は、グリッド・アセンブリ１１０に付加的な支持を設ける構造膜となる。支持材１２２は低Ｘ線減弱性であるため、支持材１２２に向かうＸ線の大部分が支持材１２２を透過する。

一好適実施形態では、検出器９８は半導体層１００とグリッド・アセンブリ１１０との間に配置された絶縁アセンブリ１１８を含んでいる。高電圧絶縁物質１１９が好ましくは、マイラ、シリコン・ゴム及びポリイミドのような高電圧絶縁特性を有する高分子フィルムで構築される。絶縁アセンブリ１１８はまた、高電圧絶縁物質１１９に付着された高電圧電極１２０を含んでいる。高電圧電極１２０は、高圧電源１２３に電気的に接続されたワイヤ１２１を含んでいる。高電圧電極１２０はまた、Ｘ線又はガンマ線の検出工程時に高圧電源１２３から高電圧電極１０８に電圧が印加されるように、高電圧電極１０８に電気的に接続される。当業者は、Ｘ線吸収特性を低減するように高電圧電極１２０を比較的薄くすべきであることを理解されよう。一好適実施形態では、高電圧電極１２０は厚みが数百オングストロームである。高電圧電極１２０は、気相堆積のような金属化工程によって高電圧絶縁物質１１９に付着させることができ、典型的には金、白金、銀、銅又はアルミニウム等のような金属を含んでいる。

図７を参照すると、検出器９８の一部の平面図が、グリッド・アセンブリ１１０の外周フレーム１１１を含んでいる。桟材１１４、１１６は開口１１５を形成し、開口１１５の内部に選択随意で支持材１２２が配置されている。金属化接点１０２は隠れ線で示されており、間に間隙１２５が形成されている。直接変換物質１０１に形成された電荷共有領域１２４には、上方に桟材１１４、１１６が配置されており、このようにして、電荷共有領域１２４に向かうＸ線を減弱する。同様に、外周フレーム１１１は直接変換物質１０１の外周１１３に向かうＸ線を減弱する。

図８には、検出器９８の側面平面図が示されている。直接変換物質１０１は、表面１０４に取り付けられた金属化接点１０２と、隣り合った接点１０２の間に形成された間隙１２５とを有している。高電圧電極１０８が直接変換物質１０１の上に形成されて、半導体層１００を形成している。絶縁物質１１９には高電圧電極１２０が付着されて絶縁アセンブリ１１８を形成しており、かかる絶縁物質１１９が半導体層１００の高電圧電極１０８の上に配置されている。グリッド・アセンブリ１１０の桟材１１６は、電荷共有領域１２４に向かう図２及び図３のＸ線１６を減弱するように配置されている。同様に、外周フレーム１１１は、直接変換物質１０１の外周１１３に向かう図２及び図３のＸ線１６を減弱するように配置されている。

図９には、本発明の一実施形態による散乱線除去アセンブリ１２８が示されている。散乱線除去アセンブリ１２８は、図３にも示すように複数のブレード１９を含んでおり、ブレード１９はグリッド・アセンブリ１１０に隣接して配置されていてもグリッド・アセンブリ１１０と一体化されていてもよく、桟材１１６に平行に整列している。ブレード１９は、各々のブレード１９によって画定される平面が、該平面に直に隣接して通過するＸ線１６と実質的に平行となるように、散開した配列で配置されている。支持ワイヤ１３１が、図３の検出器アセンブリ１８のプレート１９に接して配置されている。

散乱線除去アセンブリ１２８は、機械加工、エッチング又は成形によって形成されてもよいし、積層された薄層で構築されてもよい。散乱線除去アセンブリ１２８は好ましくは、タングステン、鉛及びモリブデン等のような高密度を有する物質又は原子番号の大きい物質から製造される。但し、散乱線除去アセンブリ１２８は鉛、モリブデン及び鉛等の粉末を有するポリマーで製造されてもよいものと思量される。

図１０には、本発明のもう一つの実施形態による散乱線除去グリッド・アセンブリ１４０が示されている。散乱線除去アセンブリ１４０は、第一の複数のブレード１４１を含んでおり、第一の複数のブレード１４１は、当該ブレード１４１と直交する第二の複数の平行ブレード１４２と一体化されている。散乱線除去アセンブリ１４０は、グリッド・アセンブリ１１０に隣接して配置されていてもグリッド・アセンブリ１１０と一体化されていてもよい。ブレード１４１、１４２は、それぞれグリッド・アセンブリ１１０の桟材１１４、１１６と実質的に整列している。プレート１４１、１４２は好ましくは、プレート１４１、１４２によって画定される平面が、該平面に直に隣接して通過する図２及び図３のＸ線１６と実質的に平行となるように、桟材１１４、１１６に関して散開した配列で配置されている。従って、プレート１４１、１４２は、Ｘ線１６をコリメートして、図５〜図８の電荷共有領域１２４に向かうＸ線１６を減弱するのに役立つ。

散乱線除去アセンブリ１４０は、機械加工、エッチング又は成形によって形成されてもよいし、積層された薄層で構築されてもよい。散乱線除去アセンブリ１４０は好ましくは、タングステン、鉛及びモリブデン等のような高密度を有する物質又は原子番号の大きい物質から製造される。但し、散乱線除去アセンブリ１２８は鉛、モリブデン及び鉛等の粉末を有するポリマーで製造されてもよいものと思量される。

図１１は、本発明の一実施形態による１：１のグリッド対ピクセル構成を示す。グリッド・アセンブリ・パターン１５０は、グリッド・アセンブリ１１０の外周材料１１１及び桟材１１４、１１６の配置を表わす。ピクセル・パターン１５２は、半導体層１００の接点１０２の配置を表わす。図示のように、各々の接点１０２が、桟材１１４、１１６及び／又は外周材料１１１によって境界を画定される単一の空間開口１１５に相互に関連している。

図１２は、１：４のグリッド・アセンブリ・パターン１６０対ピクセル・パターン１６２を示す。グリッド・アセンブリ・パターン１６０は、図５及び図６の接点１０２のピクセル・パターン１６２に一致するグリッド・アセンブリ１１０のパターンである。この実施形態では、ピクセル・パターン１６２の接点１０２は、図１１に示すようなピクセル寸法よりも実質的に小さく、このようにして図５の検出器９８の空間分解能を改善している。グリッド・アセンブリ１１０は、この平面図において接点１０２の間隙１２５の一つ置きのものに実質的に一致する桟材１１４、１１６を有する。グリッド・アセンブリ１１０は、図５及び図６の直接変換物質１０１の外周１１３に実質的に一致する外周材料１１１を有する。当業者は、図９の散乱線除去ブレード１９又は図１０の二次元散乱線除去グリッド・アセンブリ１４０を用いて、散乱線の低減のために本書に説明するパターンに一致させ得ることを認められよう。

図１３は、グリッド・アセンブリ・パターン１７０と１：１一致を有する高分解能ピクセル・パターン１７２を示す。グリッド・アセンブリ・パターン１７０は、接点１０２のピクセル・パターン１７２に一致するグリッド・アセンブリ１１０のパターンである。この実施形態では、ピクセル・パターンの接点１０２は、図１１に示すようなピクセル寸法よりも実質的に小さく、このようにして図５及び図６の検出器９８の空間分解能が改善している。グリッド・アセンブリ１７０は、この平面図において接点１０２の間隙１２５に実質的に一致する桟材１１４、１１６を有する。グリッド・アセンブリは、図５及び図６の直接変換物質の外周１０１の外周１１３に実質的に一致する外周材料１１１を有する。当業者は、図９の散乱線除去ブレード１９又は図１０の二次元散乱線除去グリッド・アセンブリ１４０を用いて、散乱線の低減のために本書に説明するパターンに一致させ得ることを認められよう。一好適実施形態では、図１３に示すように、図１０の散乱線除去ブレード１４１、１４２が開口１７６のパターン１７４を有し、開口１７６の各々が、グリッド・アセンブリ１７０の４個の要素及びピクセル・パターン１７２の４個の要素を実質的に包含している。

単一のＣＴ検出器の内部で検出器素子アレイ寸法を変化させると、直接変換検出器の飽和特性に大きく影響する。ピクセル面積を小さくすると、所与の計数速度飽和閾値に対する線束量飽和閾値が面積縮小に比例して高くなることを意味する。このようなものとして、検出器素子の寸法が小さくなるにつれて対応する検出器層の線束量限度が高まり、これによりＣＺＴ検出器の飽和特性が改善される。１個のピクセルでの線束はピクセル面積に比例するので、図１２及び図１３の相対的に小さいピクセル・パターンの結合線束量飽和閾値は、図１１でのような単一のピクセルによって達成されるものの４倍となり、４個のサブピクセルの面積をカバーする。加えて、図１２及び図１３の各々のサブピクセルは、層の厚みに対する寸法の縮小のため、さらに高速の電荷収集時間を有する。さらに高速の電荷収集時間は、単に検出器素子の寸法の縮小によって達成される計数速度性能の改善を凌ぐさらに大きい飽和線束量限度を示す。

図１４を参照すると、小荷物／手荷物検査システム５１０が、内部に開口５１４を有する回転ガントリ５１２を含んでおり、この開口５１４を通して小荷物又は手荷物を通過させることができる。回転ガントリ５１２は、本発明の一実施形態による高周波電磁エネルギ源５１６と、シンチレータ・セルで構成されたシンチレータ・アレイを有する検出器アセンブリ５１８とを収容している。また、コンベヤ・システム５２０が設けられており、コンベヤ・システム５２０は、構造５２４によって支持されており走査のために小荷物又は手荷物５２６を自動的に且つ連続的に開口５１４に通すコンベヤ・ベルト５２２を含んでいる。対象５２６をコンベヤ・ベルト５２２によって開口５１４に送り込み、次いで撮像データを取得し、コンベヤ・ベルト５２２によって開口５１４から小荷物５２６を除去することを、制御された連続的な態様で行なう。結果として、郵便物検査官、手荷物積み降ろし員及び他の保安人員が、爆発物、刃物、銃及び密輸品等について小荷物５２６の内容を非侵襲的に検査することができる。加えて、かかるシステムを、部品及びアセンブリの非破壊評価のために産業応用に用いることもできる。

本発明の一実施形態によれば、検出器が、複数の金属化アノードを含んでおり、各々の金属化アノードは間隙によって他の金属化アノードから離隔されている。直接変換物質が、複数の金属化アノードと電気的に結合されており、直接変換物質に入射するＸ線によって発生される電荷が複数の金属化アノードの少なくとも２個の間で共有されるような電荷共有領域を有している。Ｘ線減弱物質が、電荷共有領域に向かうＸ線を減弱するように配置されている。

本発明のもう一つの実施形態によれば、ＣＴ検出器を製造する方法が、複数の金属化アノードを設けるステップと、複数の金属化アノードを間隙によって互いから離隔するステップとを含んでいる。方法はさらに、直接変換物質を複数の金属化アノードに取り付けるステップと、直接変換物質の電荷共有領域に向かうＸ線が吸収されるようにＸ線吸収材料を配置するステップとを含んでいる。

本発明のさらにもう一つの実施形態によれば、ＣＴシステムが、走査される対象を収容する開口を有する回転式ガントリを含んでいる。高周波電磁エネルギ投射源が、高周波電磁エネルギ・ビームを対象に向かって投射するように構成されており、検出器が、対象を透過するＸ線を受け取るように配置されている。検出器は、間に間隙を有する１対の電荷検出器と、該１対の電荷検出器に電気的に結合された直接変換物質と、高周波電磁エネルギ・ビームと直接変換物質との間に配置されているＸ線遮断体であって、上述の１対の電荷検出器の各々によって検出可能な電荷を発生することが可能な直接変換物質の領域に向かうＸ線を遮断するように構成されているＸ線遮断体とを含んでいる。

本発明は好適実施形態について説明されており、明示的に述べたもの以外の均等構成、代替構成及び改変が可能であり特許請求の範囲に属することが認められよう。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

ＣＴイメージング・システムの見取り図である。図１に示すシステムのブロック模式図である。ＣＴシステム検出器アレイの一実施形態の遠近図である。検出器の一実施形態の遠近図である。直接変換ＣＴ検出器の一実施形態の遠近図である。本発明の一実施形態による直接変換検出器の構成要素の拡大遠近図である。本発明の一実施形態による直接変換アノード接点を有するグリッド・アセンブリの平面図である。本発明の一実施形態による直接変換検出器の電荷共有領域の図である。本発明の一実施形態によるグリッド構造及びコリメータ・アセンブリの図である。本発明の一実施形態によるグリッド構造及びコリメータ・アセンブリの図である。本発明の一実施形態によるグリッド対ピクセルのパターンの図である。本発明の一実施形態によるグリッド対ピクセルのパターンの図である。本発明の一実施形態によるグリッド対ピクセルのパターンの図である。本発明の一実施形態を組み入れた非侵襲型小荷物検査システムと共に用いられるＣＴシステムの見取り図である。

符号の説明

１０計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム
１２ガントリ
１４Ｘ線源
１６Ｘ線のビーム
１７レール
１８検出器アセンブリ又はコリメータ
１９コリメート用ブレード又はプレート
２０複数の検出器
２２患者
２４回転中心
２６制御機構
２８Ｘ線制御器
３０ガントリ・モータ制御器
３２データ取得システム（ＤＡＳ）
３４画像再構成器
３６コンピュータ
３８大容量記憶装置
４０コンソールを介した操作者
４２キーボード。付設されている陰極線管表示器
４４テーブル・モータ制御器
４６電動テーブル
４８ガントリ開口
５０素子
５１パック
５２ピン
５３ダイオード・アレイ
５４多層基材
５５スペーサ
５６フレックス回路
５７表面
５９ダイオード
９８Ｘ線検出器の部分
１００半導体層
１０１直接変換物質
１０２金属化接点
１０４表面
１０８金属化表面
１１０Ｘ線を減弱するグリッド・アセンブリ
１１１外周フレーム
１１３外周
１１４、１１６複数の棒材又は桟材
１１５開口
１１８絶縁アセンブリ
１１９高電圧絶縁物質
１２０高電圧電極
１２１ワイヤ
１２２構造又は支持材
１２３高圧電源
１２４電荷共有領域
１２５間隙
１２７外周
１２８散乱線除去アセンブリ
１３１支持ワイヤ
１４０散乱線除去グリッド・アセンブリ
１４１第一の複数のブレード
１４２第二の複数の平行ブレード
１５０グリッド・アセンブリ・パターン
１５２ピクセル・パターン
１６０１対４のグリッド・アセンブリ・パターン
１６２ピクセル・パターン
１７２高分解能ピクセル・パターン
１７０グリッド・アセンブリ・パターン
１７４パターン
１７６開口
５１０小荷物／手荷物検査システム
５１２回転ガントリ
５１４開口
５１６高周波電磁エネルギ源
５１８検出器アセンブリ
５２０コンベヤ・システム
５２２コンベヤ・ベルト
５２４構造
５２６小荷物又は手荷物

Claims

二次元アレイに配列された複数の金属化アノード（１０２）であって、各々の金属化アノード（１０２）が間隙（１２５）により他の金属化アノード（１０２）から離隔されている、複数の金属化アノード（１０２）と、
該複数の金属化アノード（１０２）に電気的に結合されている直接変換物質（１０１）であって、当該直接変換物質（１０１）に入射するＸ線により発生される電荷が前記複数の金属化アノード（１０２）の少なくとも２個の間で共有される複数の電荷共有領域（１２４）を有する直接変換物質（１０１）と、
前記電荷共有領域（１２４）に向かうＸ線を減弱するように配置されているＸ線減弱物質（１１０）の交差する桟材（１１４、１１６）の二次元グリッドと、
前記Ｘ線減弱物質（１１０）と前記直接変換物質（１０１）との間に配置された高電圧絶縁物質（１１９）と、
前記高電圧物質（１１９）と前記直接変換物質（１０１）との間に配置されており、前記高電圧絶縁物質（１１９）の表面に付着され、高圧電源（１２３）に電気的に接続されたワイヤ（１２１）を含む金属化表面（１２０）と、
前記直接変換物質（１０１）と前記Ｘ線減弱物質（１１０）との間に配置されており、前記直接変換物質（１０１）の表面に付着されており、前記金属化表面（１２０）と電気的に接続される高電圧電極（１０８）と、
を備えた計算機式断層写真法（ＣＴ）検出器。
前記Ｘ線減弱物質（１１０）は、タングステン、モリブデン、鉛、並びにタングステン、モリブデン及び鉛の一つで充填されたポリマーである、請求項１に記載の計算機式断層写真法検出器。
前記直接変換物質（１０１）の外周（１１３）に向かうＸ線を減弱する外周フレーム（１１１）をさらに含んでいる請求項１または２に記載の計算機式断層写真法検出器。
前記金属化表面（１２０）が数百オングストロームの厚さを持ち、
前記高電圧電極（１０８）が数百オングストロームの厚さを持つ、請求項１乃至３のいずれかに記載の計算機式断層写真法検出器。
隣り合った前記桟材（１１４、１１６）の間に配置されている前記桟材（１１４、１１６）のＸ線減弱性よりも低いＸ線減弱性の構造材（１２２）を含んでいる、請求項１乃至４のいずれかに記載の計算機式断層写真法検出器。
前記二次元グリッド（１１０）の前記桟材（１１４、１１６）に実質的に整列しているプレート（１９）の二次元パターンを有する散乱線除去コリメータ（１２８）をさらに含んでいる請求項５に記載の計算機式断層写真法検出器。
焦点スポットと、対応する電荷共有領域（１２４）との間に延在する射線と同一線上に各々配置されている複数の散乱線除去ブレード（１９）をさらに含んでいる請求項５に記載の計算機式断層写真法検出器。
前記二次元グリッド（１１０）は、前記複数の金属化アノード（１０２）により形成される間隙（１５２）のパターンに実質的に一致するパターン（１５０）を形成する、請求項５に記載の計算機式断層写真法検出器。
前記グリッドにより形成される複数の開口（１７６）の各々が、前記直接変換物質（１０１）の４個のピクセル（１０２）を包含する、請求項８に記載の計算機式断層写真法検出器。
請求項１乃至９のいずれかに記載の計算機式断層写真法検出器を製造する方法であって、
前記複数の金属化アノード（１０２）を前記直接変換物質（１０１）の表面（１０４）に付着する段階と、
前記高電圧電極（１０８）を前記直接変換物質（１０１）に付着させる段階と、
前記金属化表面（１２０）を前記高電圧物質（１１９）に付着させる段階と、
前記金属化表面（１２０）を前記高電圧電極（１０８）に電気的に接続する段階と、
前記Ｘ線減弱物質を前記高電圧絶縁物質（１１９）の上に配置する段階と、
を含む方法。