JP6010051B2 - シングル又はマルチエネルギー縦型感放射線検出器アレイおよび放射線検出方法 - Google Patents

Description

以下は、概してイメージングに関し、より具体的にはシングル及び／又はマルチエネルギー縦型感放射線検出器に関し、特にコンピュータトモグラフィー（ＣＴ）に適用して記載される。以下はまた、シングルフォトンエミッションコンピュータトモグラフィー（ＳＰＥＣＴ）、ポジトロンエミッションコンピュータトモグラフィー（ＰＥＴ）、デジタルＸ線放射イメージング及び／又はその他のイメージングモダリティなどの非−ＣＴイメージングモダリティにも好適である。

従来のコンピュータトモグラフィー（ＣＴ）スキャナーは、Ｘ線管を含み、これはイオン化Ｘ線を放射し、これが検査領域及びその領域内の患者を横断して、Ｘ線管から検査領域を横切って配置された検出器アレイ（ａｒｒａｙ）を照射する。検出器アレイは、複数のシングルエネルギー積分検出器を含み、それぞれは光センサーアレイと光学的に結合されたガドリニウムオキシスルフィド（ＧＯＳ）又はその他のシンチレーターアレイを含む。デュアルエネルギー検出器は、これは低エネルギー「軟Ｘ線」フォトン（ｐｈｏｔｏｎ）を吸収するための材料（例えば、亜鉛セレニド（ＺｎＳｅ））を有する第１のシンチレーターアレイと、より高エネルギーの「硬Ｘ線」フォトンを吸収するための材料（例えばＧＯＳ）を有する別のシンチレーターアレイと含む。

Ｘ線放射は、シンチレーターアレイを照射し、シンチレーターアレイはＸ線フォトンを吸収し、及びそれに応じて吸収Ｘ線フォトンを示す光学フォトンを放出する。光センサーアレイは、光学フォトンを検出し、及び検出された光学フォトンを示す電気シグナル（電流又は電圧）を生成する。必然的に、いくらかのＸ線フォトンはシンチレーターアレイに吸収されずにシンチレーターを通過する。再構成装置が、光センサー出力シグナルを再構成し、スキャンされた患者を示すボリュメトリックイメージを生成する。デュアルエネルギー検出器を用いて、画像がそれぞれのエネルギーレベルについて生成され、及び／又はデータが組み合わされてシングルフォトンシステムと類似の画像（イメージ）を生成し得る。

患者を横断するＸ線フォトンは、横断される組織の放射線密度の関数として患者により減衰され吸収されるが、患者内に付与されたエネルギーは一般的に投与線量又は患者線量と称される。不幸にもかかるイオン化放射線は細胞を損傷し得る。ＣＴの傾向は患者線量を低減することであり、これには無症候性患者のスクリーニング及び／又は若年集団、再発性スキャンを受けた患者などのイメージングに関連する。しかし、患者線量を低減することは、画像ノイズに悪影響を与え、これは主に検出器へ到達するＸ線フォトンのポアソン（「量子」）ノイズによる。さらには従来型のＣＴスキャナーで比較的低い線量で画像化する試みは、例えば検出器で生成される電気シグナルが電子ノイズレベルに近い場合に非常に過剰な画像ノイズ及びアーチファクトを生成することとなる。

ほとんどのシンチレーターは、前記光学発光（Ｘ線吸収による）に加えていくらかの光学吸収を有する。この光学吸収は、光学フォトンが光検出器へ散乱される際に移動する距離に比例する。従って、Ｘ線フォトン吸収を増加させることなく縦型光検出器（この場合、光検出器は、入射放射の方向に関してシンチレーターの側面に設けられる）の高さを増加することは、光学フォトン吸収を低減させ、及び従って、検出器により生成される電子シグナルレベルを増加させることとなる。

ＣＴでの他の傾向は、所定のカバー領域を維持しつつ、空間分解能を増加することである。分解能は、Ｘ線焦点からの距離が固定されているとして、検出器の寸法を小さくすることで増加され得る。しかし、小さい寸法を持つ検出器で既定のカバー領域を維持するためには、より多くの検出器が必要となり、これは検出システムの全体コストを増加することとなる。さらに、ある画像について所与のシグナル対ノイズレベルを維持するためには、検出器の電気回路は、付加的な電子ノイズを低減させるために、できるだけ光検出器の近くに配置されるべきである。電気回路が光センサーに隣接しているとき、比較的高い性能レベルが達成され得る。しかし、かかる位置に回路を配置することにより、残留Ｘ線放射が電気回路に到達することを阻止すること（例えば放射線シールドにより）が必要であり、又は放射線耐性電気回路を用いることが必要であるが、これらはそれぞれ、より多くの領域を消費し、且つ／或いは検出器コストを増加させることとなる。

本出願の側面は上で参照した事項及びその他の事項に対応する。

ひとつ側面によると、縦型感放射線検出器アレイは少なくとも１つの検出器リーフ（ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｌｅａｆ）を含む。前記検出器リーフは、放射線を受ける上部側、底部側及び後側を少なくとも含むシンチレーターアレイと、前記シンチレーターアレイの前記後側に光学的に結合された、感光領域を含む光センサー回路基板とを含む。前記検出器リーフはさらに、前記シンチレーターアレイの下に配置される処理電子回路と、前記感光領域と前記処理電子回路とを電気的に結合するフレキシブル回路基板と、前記シンチレーターアレイと前記処理電子回路との間で前記シンチレーターアレイの底部の下に設けられて、それにより、前記シンチレーターアレイを通り抜けた残留放射線から前記処理電子回路を遮蔽する放射線シールドとを含む。

他の側面によれば、一つの方法は、イメージングシステムの検出器アレイの少なくとも１つの検出器リーフを介して放射線を検出すること、前記検出された放射線を示すシグナルを生成すること、及び前記シグナルを再構成して、ボリュメトリック画像データを生成することを含む。前記検出器リーフは、放射線を受ける上部側、底部側及び後側を少なくとも含むシンチレーターアレイと、前記シンチレーターアレイの前記後側に光学的に結合された、感光領域を含む光センサー回路基板とを含む。前記検出器リーフはさらに、前記シンチレーターアレイの下に配置される処理電子回路と、前記感光領域と前記処理電子回路とを電気的に結合するフレキシブル回路基板と、前記シンチレーターアレイと前記処理電子回路との間で前記シンチレーターアレイの底部の下に設けられ、それにより、前記シンチレーターアレイを通り抜けた残留放射線から前記処理電子回路を遮蔽する放射線シールドとを含む。

他の側面によると、感放射線検出器アレイは、ハロゲン化物系シンチレーターを持つ上部シンチレーターアレイ、及び前記上部シンチレーターアレイの下に配置される少なくとも１つの他のシンチレーターアレイを含む。前記感放射線検出器アレイはさらに、前記シンチレーターアレイに光学的に結合される光センサーを含み、これは、前記上部シンチレーターアレイ及び前記少なくとも１つの他のシンチレーターアレイがＸ線フォトンを吸収することに応じて前記上部シンチレーターアレイ及び前記少なくとも１つの他のシンチレーターアレイにより放出される光学フォトンを検出するように構成される。

本発明は種々の部品及び部品構成の態様及び種々のステップ及び一連のステップの形をとり得る。図面は好ましい実施態様を説明するためだけのものであり、本発明を限定するためのものではない。

図１は、複数の縦型検出器リーフを持つ複数のタイルを含む検出器アレイを備えたイメージングシステムの一例を示す。 図２は、シングルエネルギー縦型検出器リーフの一例を示す。 図３は、シングルエネルギー縦型検出器リーフの一例を示す。 図４は、複数のシングルエネルギー縦型検出器リーフを持つ１つのタイルを示す。 図５、複数のデュアルエネルギー縦型検出器リーフを持つ１つのタイルを示す。 図６は、デュアルエネルギー縦型検出器リーフの一例を示す 図７は、種々のシンチレーション材料の発光スペクトルを示す。 図８は、セラミック又は結晶シンチレーターを用いる縦型デュアルエネルギー検出器を示す。 図９は、複合シンチレーターを用いる縦型デュアルエネルギー検出器を示す。 図１０は、種々のシンチレーション材料についてＸ線吸収スペクトルを示す。 図１１は、本発明の方法の一例を示す。

図１は、コンピュータトモグラフィー（ＣＴ）スキャナーなどのイメージングシステム１００を示す。イメージングシステム１００は、静止ガントリ１０２及び回転ガントリ１０４を持ち、回転ガントリ１０４は静止ガントリ１０２により回転可能に支持されている。前記回転ガントリ１０４は検査領域１０６の周りを長手軸又はｚ軸１０８について回転する。Ｘ線管などの放射源１１０が、前記回転ガントリ１０４に支持されて回転し、放射線を放射する（例えばＸ線フォトン）。放射源コリメータ（図示されていない）は、放射された放射線をコリメートし、概してコーン（円錐）形状、ファン（扇）形状、ウェッジ（楔）形状又はその他の形状の放射ビームを形成し、該ビームが検査領域１０６及びその中の物体（例えば荷物など）又は被検体（人又は動物）を横断する。

感放射線検出器アレイ１１４が、前記回転ガントリ１０４に固定され、前記放射源１１０から横切って前記検査領域と反対側に角度のある円弧を持つ。示される検出器アレイ１１４は複数の検出器タイル１１６を含み、これらは、ｚ軸１０８を横切る横軸（ｘ／ｙ平面内）に沿って積層されている。示されるように、検出器タイル１１６は複数の検出器リーフ１１８を含み、これらはお互いに前記横軸に沿って積層され、前記ｚ軸方向に延びている。他の実施態様では、前記検出器アレイ１１４は、代わりに複数の検出器モジュールを含むか、又は拡張された単一の検出器のアレイを含む。

以下より詳細に説明するように、ひとつの実施態様では、検出器リーフ１１８は一般に、前記ｚ軸方向に沿って伸びる、複数の、シングル又はマルチエネルギー縦型検出部を含み、一つの縦型検出部は一次元又は多次元シンチレーターアレイ（ＧＯＳなどの従来のセラミックシンチレーター、ハロゲン化物系などの結晶又はセラミックシンチレーター、及び樹脂又はプラスチック媒体中に粉末シンチレーター及び／又はその他のシンチレーション材料を含む複合体シンチレーター）を含み、それぞれの要素は、一次元又は多次元光センサーアレイ内のそれぞれ対応する要素に光学的に結合されている。

前記検出器リーフ１１８はさらに、前記入射Ｘ線フォトンの方向に関して前記垂直検出部の下又は下部に設けられる処理電子回路、前記垂直検出部の光センサーアレイと前記処理電子回路を電気的に結合するフレキシブルプリント回路基板（ＰＣＢ）、及び前記垂直検出部と前記処理電子回路との間の前記フレキシブルＰＣＢへ固定された放射線シールドであって、前記垂直検出部を通過する残留放射線から前記処理電子回路を遮蔽する放射線シールドを、含む。前記放射線シールドは、前記処理電子回路内の放射線耐性部品の使用を軽減し、それにより放射線耐性部品を前記処理電子回路で使用する構成に比べてコストを低減できる。さらには、前記フレキシブルＰＣＢは、より高価なセラミック系ＰＣＢを使用する構成に比較して検出器コストを低減することを可能にし、及び剛性又はその他のＰＣＢに比較してより割れなどの影響を受けにくい。

感放射線検出器アレイ１１４は、Ｘ線フォトン検出に応じて、前記検出された放射線を示すシグナル（又は投影データ）を生成し出力する。前記縦型検出部が、多次元シンチレーターアレイ（異なるＸ線エネルギー吸収特性を持つ層を持つ）が、相補的な多次元光センサーアレイと光学的に結合される構成では、前記シンチレーターアレイの深さに沿って前記Ｘ線吸収を測定することでスペクトル情報が得られ、また、同じ線（レイ）経路内で多要素フォトダイオードアレイの要素からの出力を合計することで従来のＣＴ測定がなされる。

再構成装置１２０が、前記シグナル又は投影データをスペクトル又は従来の再構成アルゴリズムを用いて再構成し、前記検査領域１０６を示すボリュメトリック画像データを生成する。１つ又は複数のスペクトル又は従来の画像が、前記ボリュメトリック画像データから生成され得る。カウチなどの被検体支持部１２２が、前記検査領域１０６の物体又は被検体を支持する。前記支持部１２２は、前記回転ガントリ１０４の回転に合わせて、ｘ、ｙ及びｚ軸に沿って可動であり、ヘリカル、アキシャル又はその他の望ましいスキャン軌跡を支援する。

汎用コンピュータシステムが、オペレータコンソール１２４として機能し、例えば表示装置などの人が読むことができる出力装置及び／又はプリンタを含み、及びキーボード及び／又はマウスなどの入力装置を備える。前記コンソール１２４は、ローカル及び／又はリモートコンピュータ可読記憶媒体にエンコード又は具現化されているコンピュータ可読命令（ソフトウェア）を実行するように構成される１又は複数のプロセッサーを含み、これによりオペレーターは、スペクトル又は従来のスキャンプロトコルの選択、スキャン開始／停止などを選択することができることで前記システム１００の操作を制御することが可能になる。加えて又はこれに代えて、前記命令は、シグナル媒体又はキャリア波を介して搬送され得る。

図２、３及び４は、限定的ではない、シングルエネルギー検出器リーフ１１８を示す。図２は前記検出器リーフ１１８の分解側面図であり、図３は、前記検出器リーフ１１８の正面斜視図であり、図４は、基板及び処理電子回路をリーフ１１８の下に取り付けた１つの検出器タイル中の複数の検出器リーフ１１８を示す。

図では、そこに固定されるシンチレーターと少なくとも同じ長さの感光領域２０２と、フレキシブルＰＣＢ２２０のシグナル受信部２２２に対応する少なくとも同じ長さのシグナル伝達領域２０４と、を含む光センサー回路基板２００が、支持キャリア２０６の概して平面状の領域に取り付けられ、支持キャリアは当該キャリア２０６から伸びる突出部２０８を含む。前記回路基板２００は、前記キャリア２０６の前記領域に接着されるか及び／又はその他の方法で固定される。前記キャリア２０６は、タングステンなどのｘ線シールド材料及び／又はその他の放射線シールド材料を含み、前記突出部２０８は配置された回路基板２００の上に伸び、それにより前記回路基板２００を前記突出部２０８に入射するＸ線フォトンから遮蔽する。前記シグナル伝達領域２０４は、感光領域２０２と電気的に交信する電気経路を含み、感光領域２０２は、シリコン（Ｓｉ）、ガリウムヒ素（ＧａＡＳ）、インジウムリン（ＩｎＰ）などのフォトダイオード及び／又はその他のフォトダイオード、電荷結合検出器、ＣＭＯＳ検出器及び／又はその他の放射線検出器を含み得る。

前記シンチレーターアレイ２１０は、前記感光領域２０２と接続されて前記回路基板２００に固定される。前記シンチレーターアレイ２１０は、上部又は放射線受け取り側２１２、後部又は光学フォトン伝達側２１４、及び３つの他の側２１６（１つは図２では見えない）及び底部側２１８を持つ。反射コーティング２１９（例えば白色塗料）が前記上部側２１２、前記３つの他の側２１６及び底部側２１８に適用され、光フォトンを感光領域２０２の方向に導くことを支援する。示された実施態様では、前記シンチレーターアレイ２１０は、光学フォトン伝達側２１４が感光領域２０２に面するように、感光領域２０２に固定されている。前記シンチレーターアレイ２１０は、光学接着剤などで固定され得る。図３では、前記シンチレーターアレイ２１０は、Ｎ要素アレイであり、ここでＮ＝５である。他の実施態様では、Ｎは、８、１６、３２、２５６又はその他の整数であり得る。

前記フレキシブルＰＣＢ２２０は、基板２００の前記シグナル伝達領域２０４に固定される。一般的に、全ての知られるか又はその他のフレキシブルＰＣＢが使用され得る。好適なフレキシブルＰＣＢの例は、積層化及び／又はフレキシブルポリマーフィルムを含む基材を持つＰＣＢであり、ポリマーフィルムは、限定されるものではないが、ポリエステル（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、フロロポリマー（ＦＥＰ）及び／又はその他の材料の１つ又は複数を含み得る。前記フレキシブルＰＣＢ２２０はまた、結合接着剤（例えばポリマー系）及び、電気経路又は導電配線を含む１つ又は複数の導電層（例えば銅、銀など）を含み、これらは１つ又は複数の層内にエッチング又はその他の方法で形成される。前記電気経路は、光学フォトンに応じて感光領域２０２で生成された電気シグナルを伝達することを容易にする。

示される実施態様では、前記フレキシブルＰＣＢの部分２２２は、前記シグナル伝達領域２０４に、導電性接着剤又は電気はんだ２２４で固定される。好適な導電性接着剤は、限定されるものではないが、異方性導電性フィルム（ＡＣＦ）テープ及び／又はその他の接着剤を含む。前記はんだの場合にはすべてのはんだプロセスが使用され得る。前記フレキシブルＰＣＢ２２０の支持領域２２６は前記キャリア２０６に当接する。前記支持領域２２６は、前記フレキシブルＰＣＢ２２０の膨張及び／又は収縮及び／又はその他の動きを可能にする。場合により、前記支持領域２２６の一部は、前記キャリア２０６へ固定され又は可動的に取り付けられ得る。示されるフレキシブルＰＣＢ２２０は、保持装置２３０を支持するための支持領域２２８を含むように形状化されている。示される実施態様では、前記領域２２８は、前記基板２００及び前記キャリア２０６に面する側とは反対の前記ＰＣＢ２２０の側に設けられ、及び前記基板２００と前記キャリア２０６から離れる方向へ延びている。

示される実施態様では、前記支持領域２２８は第１の区分２３２を持ち、これは前記キャリア２０６で支持される前記フレキシブルＰＣＢ２２０の部分から伸び、前記支持キャリア２０６に対して概して垂直であり、及び前記シンチレーターアレイ２１０の前記底部側２１８の下にあり且つ前記底部側２１８に対して概して平行である。前記フレキシブルＰＣＢ２２０の第２の区分２３４は前記第１の区分２３２から伸び、前記シンチレーターアレイ２１０の底部側２１８へ向かって概して垂直であり、及び前記支持キャリア２０６に対して概して平行である。前記保持装置２３０は、前記支持領域２２８へ接着されるか又はその他の方法で固定される。示される保持装置２３０は、整列（アライメント）孔又は無材料領域を持つ金属ブロックを含み、これは、前記検出器リーフ１１８をタイル又はモジュール内に整列するために使用されることができ、及び低コストで構成するための高い機械的精度を可能にする。

放射線シールド２３６が、前記シンチレーターアレイ２１０の底部側２１８と前記保持装置２３０の間で前記保持装置２３０に固定される。前記放射線シールド２３６は、１つ又は複数の放射線非透過性材料を含み、これは、前記シンチレーターアレイ２１０を通り抜けて前記放射線シールド２３６に到達するＸ線フォトンを実質的に減衰させる。電気コンタクト２３８が、前記保持装置２３０を支持する側とは反対の前記第１の区分２３２の側に設けられる。示される実施態様では、電気コンタクト２３８は１つ又は複数の導電性はんだボールを含む。他の実施態様では、前記電気コンタクトはさらに又はこれに代えて、導電性エポキシを含む。

図４は、基板４０４及び処理電子回路４０６に固定される複数のリーフ１１８を含む検出器タイル４０２の一部を示す。図４には、前記検出器リーフ１１８の３つが示される。しかし、前記タイル４０２は、８、１６、３２、２５６又はその他の整数などの任意に数の検出器リーフを含み得る。前記基板４０４は前記第１の区分２３２の第１の側に電気コンタクト２３８を介して固定され、及び前記処理電子回路４０６は基板４０４に電気コンタクト４０８により固定され、電気コンタクト４０８は前記コンタクト２３８と同様にはんだ、導電性エポキシ及び／又はその他の導電性接着剤を含み得る。

前記処理電子回路４０６は、マルチプレクサ、増幅器、アナログデジタル変換器、及び／又はその他の回路を、集積回路チップ（ＩＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの形で含む。前記基板４０４は、前記第１の区分２３２の前記第１の側に、電気コンタクト２３８で固定され、及び前記処理電子回路４０６は基板４０４に、知られた技術（例えばワイヤボンド、フリップチップなど）又はその他の技術により固定される。この構成で、前記処理電子回路４０６は、前記支持キャリア２０６、前記突出部２０８及び前記放射線シールド２３６により提供される放射線シールドの下に設けられ、及び前記シンチレーター２１０を通過するＸ線放射から、前記支持キャリア２０６、前記突出部２０８及び前記放射線シールド２３６により遮蔽される。

図５及び図６は、非限定的な、デュアルエネルギー（ダブルデッカー）検出器リーフ１１８を持つタイル５００の例を示す。図５は、前記タイルの側面図であり、図６は前記タイルの正面図である。他の実施態様は、３以上のエネルギーを分解する検出器リーフを含む。一般的に、異なるシンチレーター／光センサー部分領域の対（ペア）がそれぞれの異なるエネルギー範囲で使用される。示されるデュアルエネルギー検出器リーフ１１８は実質的には図２から４に記載されたシングルエネルギー検出器リーフと類似するが、違いは、２つの異なるエネルギー範囲（より低い範囲と、より高い範囲）内のエネルギーを持つＸ線フォトンを別々に検出するための、上部の部分領域５０４と底部の部分領域５０６である２つの異なるシンチレーション部分領域を有するシンチレーターアレイ５０２と、対応する光学フォトンを検出するための２つの相補的な感光部分領域である第１の部分領域５１０及び第２の部分領域５１２を有する感光領域５０８と、を含んでいるという点である。

種々のシンチレーション材料がここで説明されたシンチレーターで使用され得る。例としては、限定されるものではないが、ＧＯＳ、テルルで活性化されたＺｎＳｅ（ＺｎＳｅ：Ｔｅ）、ユーロピウム（Ｅｕ）ドープヨウ化カルシウム（ＣａＩ _２ ：Ｅｕ）、ヨウ化ストロンチウム（ＳｒＩ_２：Ｅｕ）及びヨウ化バリウム（ＢａＩ_２：Ｅｕ）、Ｅｕ^２＋でドープされたセラミックアルカリ土類ヨウ化物、非ドープＳｒＩ_２、及び／又はＥｕ^２＋、Ｃｅ^３＋又はＰｒ^３＋又はその他の活性化イオンでドープされたその他のシンチレーターが含まれる。これらのシンチレーション材料はまた、他の検出器と接続されて使用され得るものであり、例えば、出願番号１１／９１２６７３（２００７年１０月２６日出願、発明の名称「スペクトルＣＴのためのダブルデッカー検出器」）に記載されたもの（この内容は参照されて本明細書に援用される）、出願番号１２／０６７９４２（２００８年３月２５日出願、発明の名称「薄い回路を用いたコンピュータトモグラフィー」）に記載されたもの（これらの内容は参照されて本明細書に援用される）、及びその他の検出器などである。

図７は、ＣａＩ_２：Ｅｕ７０２、ＳｒＩ_２：Ｅｕ７０４、ＢａＩ_２：Ｅｕ７０６、ＳｒＢｒ_２：Ｅｕ７０８及び非ドープＳｒＩ_２７１０の発光スペクトルを、放射波長７１２の関数として示す。図７から、Ｅｕ^２＋でドープされたハロゲン化物の発光スペクトルは、スペクトルの紫外（ＵＶ）／青色部分内である。

ＳｒＩ_２：Ｅｕは知られている最も効率的なシンチレーターのうちの１つである。その効率は１０００００フォトン／ＭｅＶを超え、及びそのエネルギー分解能は非常に高く（２％程度）、物理的限界に近づく。その融点は低く（５３８℃）、単結晶成長に非常に好適であり、その結晶構造は斜方晶系である。ＣａＩ_２：Ｅｕ及びＢａＩ_２：Ｅｕはまた、非常に高い光収率を持つ。ＣａからＢａへの方向に共有結合性が増加することの結果として、より重いアルカリ土類金属イオンを持つ組成物はより水に対して安定である。混合希土類ハロゲン化物Ｓｉ_{（１−ｎ）}Ｂａ_ｎＩ_２が使用され、値ｎは、０．０５＜ｎ＜０．１５の範囲に調節されて、温度の特定の範囲にわたる光出力の温度係数を低減させる。

前記シンチレーション材料は、湿度及び酸素を除去して粉末ハロゲン化物を物理的に混合し、前記混合物を石英アンプルに入れ、脱気して密閉した後、その融点から温度１５０から５０℃低い温度で加熱することで製造され得る。又は、その炭酸塩を対応するハロゲン化酸と、生成物の融点よりも１５０から５０℃低い温度で反応させることが可能である。他の技術もまたここに含まれる。ＣａＩ_２、ＳｒＩ_２及びＢａＩ_２の単結晶は、ブリッジマン（Ｂｒｉｄｇｍａｎ）法により容易に成長させることができる。これは、最適な光収率が必要とされる場合に必要である。この方法では、温度勾配が使用される。前記温度勾配は、成長する単結晶の溶融温度に等しい温度であるオーブン中の位置で大きい。単結晶はまた、チョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法により成長させることができる。

樹脂中に粉末化シンチレーターを混合することで形成される樹脂中のＣａＩ_２：Ｅｕ，ＳｒＩ_２：Ｅｕ又はＢａＩ_２：Ｅｕを含むハロゲン化物を含む複合体シンチレーターでは、結晶成長は必要とされない。ＣａＩ_２、ＳｒＩ_２、ＢａＩ_２又は化学的に混合された粉末中のＥｕ^２＋活性化剤の均一分布を保証することは容易である。かかる複合体は、散乱や光吸収による光損失を示すが、かかる損失は、現在使用されるシンチレーターと比較してこれらのシンチレーターの非常に高い光収率により十分相殺して余りあるものである。さらに、前記複合体は、単結晶を望ましい形状及びサイズとするための機械加工を軽減する。実際、単結晶は非常に劈開しやすく；ＣａＩ_２はその六方晶系構造により不透明化する傾向が大きい。

さらに、前記複合体シンチレーターは、ドクターブレード法又は印刷などの技術で構造化することができる。さらに、ＣａＩ_２：Ｅｕ、ＳｒＩ_２：Ｅｕ又はＢａＩ_２：Ｅｕは吸湿性であり、それらをＣＴで使用可能とするためにそれらの結晶を切断し構造化するためには特別の条件下で注意をして加工を実施する必要がある。前記複合体では、切断は省略され得るし、構造化するために必要な場合には、前記μ結晶子がすでに前記樹脂中に埋め込まれている場合（即ち空気及び水分から保護されている）には、加工を実施することが可能である。さらには、シンチレーター材料が水分の影響を受けやすいことの影響は、「ゲッター」のような材料を前記樹脂に添加することでさらに低減され得る。ＣａＯ又はＰ_２Ｏ_５（ともに白色材料）は水と強く反応し、前記シンチレーターμ結晶子を効果的に保護する。

上で説明したように、ＧＯＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＳｅ：Ｔｅ、ＣａＩ_２：Ｅｕ、ＳｒＩ_２：Ｅｕ、ＢａＩ_２：Ｅｕ、ＳｒＩ_２などを含むシンチレーターは、シングル及びマルチエネルギー検出器を含むここで説明した検出器で使用され得る。図８及び９はＳｒＩ_２系シンチレーターを持つ例を示す。図８は、セラミック又は結晶シンチレーターを用いるデュアルエネルギー（ダブルデッカー型）検出器リーフ８００の側面図、及び図９は、複合シンチレーターを用いるデュアルエネルギー（ダブルデッカー）検出器リーフ９００の側面図である。

図１０を参照して、例として、ＳｒＩ_２、ＺｎＳｅ及びＧＯＳについてフォトンエネルギーの関数としてのＸ線吸収係数が示される。示される実施態様では、ｙ軸１００２は、Ｘ線吸収係数を単位ｃｍ^−１で表し、及びｘ軸１００４はフォトンエネルギーを単位ｋｅＶで表す。最初の曲線１００６は、ＳｒＩ_２のＸ線吸収係数を表し、第２の曲線１００８はＺｎＳｅのＸ線吸収係数を表し、第３の曲線１０１０はＧＯＳのＸ線吸収係数を表す。

図１０から、ＳｒＩ_２の直線Ｘ線吸収係数はＺｎＳｅのそれに３０ｋｅＶまで従う。３０ｋｅＶと５０ｋｅＶの間は、ＳｒＩ_２の前記直線Ｘ線吸収係数はＺｎＳｅと比較してずっと高く、及びまたＧＯＳよりもこれらの比較的軟Ｘ線を吸収することができ、これはヨウ素含有トレーサーへの応答を改善し得る。より高いフォトンエネルギーでは、前記ＳｒＩ_２吸収は実質的にＧＯＳよりも小さくなり、より重元素のスペクトル分解を可能にする。

従って、全体のスペクトル分解能は、ＺｎＳｅの分解能と少なくとも同じ程度良好である。患者を通過した１２０ｋＶｐＸ線については、ＳｒＩ_２の３００ミクロン厚さは、ＺｎＳｅの１ｍｍ厚さと等価なＸ線吸収である。

図８を参照して、前記デュアルエネルギースペクトルＣＴ検出器８００は、放射線シールド８０２、上部及び底部フォトダイオード８０４及び８０６を含む検出器アレイ８０３、ＭＩ_２：Ｅｕ（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）シンチレーション結晶を含む上部シンチレーター８０８を含むシンチレーターアレイ８０７を含む。前記結晶の高さは、シンチレーターのＸ線吸収に依存し、ＳｒＩ_２：Ｅｕについて約３００ミクロンである。前記結晶は、拡散防止添加剤ＳｉＯｘを含む反射白色コーティング８１０でコーティングされ、底部シンチレーター８１２は、前記反射白色コーティング８１０でコーティングされたＧＯＳ：Ｐｒ、Ｃｅシンチレーション結晶を含み、及び上部及び底部シンチレーター８０８と８１２との間にアルミホイル８１４を設けてこれらの間の光学的混信（クロストーク）を抑制あるいは防止する。

ＳｒＩ_２では、Ｘ線フルエンスの約半分を吸収するための最適厚さは僅か約０．３ｍｍである。従って、相対的に大きな面積を持つフォトダイオードに光を効率的に伝えるためにライトパイプを使用することが望ましい。好適なライトパイプ（図８には見えない）は米国特許出願公開第２０１０／０２２０８３３号（２０１０年５月１０日出願、発明の名称「スペクトルＣＴのための検出器アレイ」）に記載されており、この内容は参照されて本明細書に援用される。又は前記ライトパイプは、前記ＳｒＩ_２層の下に配置され得る。この構造は、最軟Ｘ線への感度を低減し、従って、スペクトルコントラストを低減させるがまた、そうでなければ前記ＳｒＩ_２を攻撃する水蒸気又は酸素の全ての方向への拡散に対する厚い固体バリアを提供することとなる。

図９を参照して、前記デュアルエネルギースペクトルＣＴ検出器９００は、放射線シールド９０２と、上部及び底部フォトダイオード９０４及び９０６を含む検出器アレイ９０３と、透明樹脂（ハロゲン化物密度に依存する高さを持ち、ＳｒＩ_２では６．５ｍｍ）中にＭＩ_２：Ｅｕ（Ｍ＝Ｃａ，Ｓｒ、Ｂａ）の大きな顆粒粉末２０％（質量で）を含む上部シンチレーター９０８、及び透明樹脂（高さ１０ｍｍ）中にＧＯＳ：Ｐｒ，Ｃｅの大きな顆粒粉末（例えば５μｍよりも大きい）を２０％（質量で）を含む底部シンチレーター９１０を含むシンチレーターアレイ９０７と、前記上部及び底部シンチレーター９０８と９１０の間の光学混信を防止するための、それらの間の２つの白色反射層の間のアルミニウムホイルの不透明反射層９１２とを含む。前記シンチレーターが固定される側９１８の反対側である光センサーアレイ９０３の後側表面９１６は、白色反射性塗料や光輝金属層などの反射層を有する白色反射コーティングを含む。

ＳｒＩ_２が上部シンチレーター９０８で、透明樹脂（エポキシ又はメルカプタン樹脂、ＵＶ硬化性であるか硬化性でない）に粉末として分散された形で複合シンチレーターとして適用される場合には、好適なフォトダイオード領域は、ライトパイプを使用するよりも、それを１０から３０％、例えば２０％程度に希釈することで達成され得る。前記複合体はそれ自体ライトパイプを形成する。従って、０．３ｍｍの等価ＳｒＩ_２高さについて、前記フォトダイオードは６．５ｍｍ高さであり得る。このことは二重に有利であり、というのはこの希釈で、前記光がまた、より高い濃度では大きな散乱を生じるであろう、１から１．５ｍｍ厚さ幅の複合体を通じて効率的に前記フォトダイオードの感度表面に誘導されるからである。

同様にして、前記底部シンチレーター９１０は、ＧＯＳ複合体シンチレーターで形成され、これはまた、有利には、前記光学樹脂内に約２０％濃度（質量で）で分散されるＧＯＳ粉末を含み得る。かかる検出器の要素は従って、最初ＧＯＳ複合樹脂、及び次にＳｒＩ_２複合樹脂を、前記２つの複合体の間に金属ホイルセパレータを持つ好適なテフロン（登録商標）金型内で、前記フォトダイオードアレイの表面上に順次キャスティングすることで製造され得る。必要とされる１．２ｍｍよりも大きな深さでキャストし、その後に余分なものを機械的に除去して、キャピラリによって形成される余分の材料を除去することを必要とし得る。

図１１はイメージング方法を示す。

１１０２では、Ｘ線放射が、ここで説明したイメージングシステム１００の放射線リーフ１１８の感放射線検出器により感知される。

１１０４で、前記Ｘ線が、前記感放射線検出器のシングル又はマルチエネルギーシンチレーターアレイにより、前記検出された放射線を示す光フォトンへ変換される。

１１０６で、前記光フォトンは、前記感放射線検出器のシングル又はマルチ光センサーを介して検出される。

１１０８で、前記光フォトンは、前記光センサーにより、前記検出された放射線を示す電気シグナルへ変換される。

１１１０で、前記シグナルは、ここで説明したフレキシブルＰＣＢを介して前記検出器の処理電子回路へ伝達される。ここで説明されるように、前記フレキシブルＰＣＢが、前記光センサーと、前記シンチレーターアレイの下に設けられた放射線シールドの下に設けられる処置電子回路とを電気的に接続する。

１１１２で、前記シグナルは、前記検出器の前記処理電子回路から前記検出器を離れてプロセッサーに送られる。

１１１４で、前記シグナルは再構成され、前記受けた放射線を示すボリュメトリック画像データを生成する。

ここまで本発明は好ましい実施態様を参照して説明された。当業者は、これまでの詳細な説明を読み理解することで変更及び修正に想到するであろう。本発明は、添付の特許請求の範囲又はその均等の範囲内に含まれる全てのこのような実施態様及び変更、修正を含むことを意図するものである。

Claims (15)

1. 縦型感放射線検出器アレイであり：
   当該検出器アレイは、少なくとも１つの検出器リーフを含み、前記検出器リーフが：
   放射線を受ける上部側、底部側及び後側を少なくとも含むシンチレーターアレイと；
   前記シンチレーターアレイの前記後側に光学的に結合される感光領域を含む光センサー回路基板と；
   前記シンチレーターアレイの下に設けられる処理電子回路と；
   前記感光領域と前記処理電子回路とを電気的に結合するフレキシブル回路基板と；
   前記シンチレーターアレイと前記処理電子回路との間で、前記シンチレーターアレイの底部の下に設けられ、それにより、前記シンチレーターアレイを通り抜けた残留放射線から前記処理電子回路を遮蔽する放射線シールドと；
   放射線遮蔽材料を含む支持キャリアであり、前記光センサー回路基板が当該支持キャリアに固定的に取り付けられ、当該支持キャリアが、衝突する放射線から前記光センサー回路基板を遮蔽する、支持キャリアと
   を有する、
   検出器アレイ。
2. 請求項１に記載の検出器アレイであり：
   前記光センサー回路基板がさらに、シグナル伝達領域を含み、及び前記フレキシブル回路基板がシグナル受信領域及び支持領域を含み、及び
   前記フレキシブル回路基板の前記シグナル受信領域が、前記シグナル伝達領域に固定的に取り付けられ、前記フレキシブル回路基板の前記支持領域が、前記支持キャリアにより可動に支持される、検出器アレイ。
3. 請求項２に記載の検出器アレイであり、前記フレキシブル回路基板がさらに：
   前記支持キャリアに対して概して垂直に、かつ前記シンチレーターアレイの前記底部側の下方で前記底部側に対して概して平行に、前記フレキシブル回路基板の前記支持領域から延在する第１の区分と；
   前記シンチレーターアレイの前記底部側へ向かって、かつ前記支持キャリアに対して概して平行に、前記第１の区分から概して垂直に延在する第２の区分と
   を含み、
   前記処理電子回路が前記フレキシブル回路基板の前記第１の区分の下に配置される、
   検出器アレイ。
4. 請求項３に記載の検出器アレイであり、さらに：
   前記フレキシブル回路基板により担持される保持装置を含み、
   前記保持装置が、当該検出器アレイを、検出器タイル内の１つ以上の他の検出器アレイに対して整列させるための、少なくとも１つのアライメント孔を含む、
   検出器アレイ。
5. 請求項４に記載の検出器アレイであり、前記フレキシブル回路基板の、前記支持領域、前記第１の区分及び前記第２の区分が、前記保持装置を支持するための支持領域を形成し、前記保持装置が、該支持領域内に固定され、かつ前記処理電子回路の上に配置される、検出器アレイ。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の検出器アレイであり、前記シンチレーターアレイが、ガドリニウムオキシサルフィドを含む、検出器アレイ。
7. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の検出器アレイであり、前記シンチレーターアレイが：
   亜鉛セレニドを含む上部シンチレーターアレイ；及び
   前記上部シンチレーターアレイの下に配置され、かつガドリニウムオキシサルファイドを含む少なくとも１つの他のシンチレーターアレイ
   を含む、検出器アレイ。
8. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の検出器アレイであり、前記シンチレーターアレイが：
   ハロゲン化物シンチレーション材料を含む上部シンチレーターアレイ；及び
   前記上部シンチレーターアレイの下に配置され、かつガドリニウムオキシサルファイドを含む少なくとも１つの他のシンチレーターアレイ
   を含む、検出器アレイ。
9. 請求項８に記載の検出器アレイであり、前記上部シンチレーターアレイが、セラミック又は結晶シンチレーターを含む、検出器アレイ。
10. 請求項８に記載の検出器アレイであり、前記上部シンチレーターアレイが、複合体シンチレーターを含む、検出器アレイ。
11. 請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の検出器アレイであり、前記ハロゲン化物シンチレーション材料が、ヨウ化カルシウム、ヨウ化ストロンチウム又はヨウ化バリウムの少なくとも１つを含む、検出器アレイ。
12. 請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の検出器アレイであり、前記ハロゲン化物シンチレーション材料がユーロピウムでドープされている、検出器アレイ。
13. イメージングシステムの検出器アレイの少なくとも１つの検出器リーフにより放射線を検出することであり、前記検出器リーフが：
    放射線を受ける上部側、底部側及び後側を少なくとも含むシンチレーターアレイと；
    前記シンチレーターアレイの前記後側に光学的に結合される感光領域を含む光センサー回路基板と；
    前記シンチレーターアレイの下に配置される処理電子回路と；
    前記感光領域と前記処理電子回路とを電気的に結合するフレキシブル回路基板と；
    前記シンチレーターアレイと前記処理電子回路との間で、前記シンチレーターアレイの底部の下に設けられ、それにより、前記シンチレーターアレイを通り抜けた残留放射線から前記処理電子回路を遮蔽する放射線シールドと；
    放射線遮蔽材料を含む支持キャリアであり、前記光センサー回路基板が当該支持キャリアに固定的に取り付けられ、当該支持キャリアが、衝突する放射線から前記光センサー回路基板を遮蔽する、支持キャリアと
    を有する、検出することと、
    前記検出された放射線を示すシグナルを生成することと、
    前記シグナルを再構成して、ボリュメトリック画像データを生成することと、
    を有する方法。
14. 請求項１３に記載の方法であり、前記シンチレーターアレイが、ユーロピウムドープヨウ化カルシウム、ユーロピウムドープヨウ化ストロンチウム、ユーロピウムドープヨウ化バリウム又は非ドープヨウ化ストロンチウムシンチレーション材料の少なくとも１つを含む、方法。
15. 請求項１３乃至１４のいずれか一項に記載の方法であり、前記シンチレーターアレイが、セラミックシンチレータ、結晶シンチレーター又は複合体シンチレーターの少なくとも１つを含む、方法。

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