JP6050561B1 - 加熱装置を有する放射線検出器、それを動作させる方法及びそれを有するイメージング装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、特にＣＴイメージング装置１００'においてＸ線（Ｘ）を検出するための、放射線検出器１００フィート及び放射線を検出する方法に関する。好適な実施形態によれば、放射線検出器１００'は、読み出し回路１２０によって読み出され及び処理される電気信号に、入射放射線（Ｘ）を変換する変換素子１１０を有する。ペルチェ素子の熱源１３５フィートを有する加熱装置が提供される。ペルチェ素子によって、変換素子１１０は、画像の正確さに対する負の効果、例えば分極の効果を低減するように制御可能に加熱されることができ、ペルチェ素子のヒートシンク１３７'は、読み出し回路のほうに向けられる。

Description

本発明は、加熱装置と入射放射線を電気信号に変換する変換素子とを有する放射線検出器に関する。更に、本発明は、放射線検出器を動作させる方法、及び前述の放射線検出器を有するイメージング装置に関する。

米国特許出願公開第2013/248729A1号明細書は、コンピュータトモグラフィ（ＣＴ）装置におけるＸ線放射線の検出のために使用され、入射Ｘ線が電気信号に変換される直接変換材料を有する放射線検出器を開示している。電気信号は、変換素子に隣り合って配置される特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって読み取られ、処理される。変換素子及びＡＳＩＣの温度を安定させるために、加熱素子が、ＡＳＩＣに組み込まれ、検出器の総電力が一定に保持されるように動作される。

更に、米国特許出願公開第2007/029496A1号、同第2003/043959A1号、同第2011/049381A1号及び同第2009/152472A1号明細書は、変換器素子を加熱する手段を有する放射線検出器を開示している。独国特許出願公開第10138913A1号明細書は、ペルチェ素子がセンサアレイ及び関連する制御エレクトロニクスを加熱し又は冷却するために使用される放射線検出器を開示している。

増大された正確さ及び安定性を有する放射線検出器の動作を可能にする手段を提供することが有利である。

この目的は、請求項１に記載の放射線検出器、請求項２に記載の方法、及び請求項３に記載のイメージング装置によって対処される。好適な実施形態は従属請求項に開示される。

第１の見地によれば、本発明は、入射放射線、特にＸ線放射線又はガンマ放射線のような放射線を検出する放射線検出器に関する。放射線検出器は、以下のコンポーネントを有する：
−入射放射線を電気信号に変換する変換素子。
−前記電気信号を処理する読み出し回路。
−前記変換素子を加熱する加熱装置であって、読み出し回路から（空間的に）隔てられている加熱装置。

更に、加熱装置は、ペルチェ素子を有し、前記ペルチェ素子の熱源は、変換素子の方へ向けられ、そのヒートシンクは読み出し回路の方へ向けられる。

変換素子は、一般に、入射放射線が電気信号に変換される適当な（一様な又は不均一な）バルク材料のブロック又は本体を有する。Ｘ線を電荷信号に変換する適切な材料は、例えばＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ（ＣＺＴ）、ＣｄＴｅＳｅ、ＣｄＺｎＴｅＳｅ、ＣｄＭｎＴｅ、ＩｎＰ、ＴＩＢｒ_２又はＨＧＩ_２又は他の「直接変換材料」である。更に、変換素子は、通常、電極を有し、電極を通じて、電界がバルク材料に生成されることができ、電極を通じて、電荷信号が読み出されることができる。前記電極の適当な空間配置によって、入射放射線の空間分解される検出を可能にするピクセル化構造が生成されることができる。

読み出し回路は、変換素子において放射線によって生成された電気信号を読み出し、例えば電荷パルスのような電気信号を増幅し、フィルタリングし、積分し、分類し及び／又は計数することによって、それらを適切に前処理することが意図され、そのように設計される。読み出し回路は、特にＡＳＩＣによって実現されることができる。変換素子及び関連する読み出し回路の一般的な設計に関する詳細な情報は、例えば国際公開第2014/072939A1号パンフレットに見ることができる。

加熱装置は、読み出し回路から空間的に隔てられ及び熱を生成するように設計され配置されるコンポーネントであり、かかる熱は、変換素子によって（少なくとも部分的に）受け取られる。好適には、加熱装置によって生成される熱のほとんど又は全てが変換素子によって受け取られ、熱のほんのわずかな部分のみが（最初に変換素子を通らずに）読み出し回路に到達し、又はいかなる部分も到達しない。加熱装置は、好適には、その唯一の機能及び目的が熱を生成し／放散することである素子又はコンポーネントである。更に、加熱装置は、例えばある外部コントローラの管理の下で、それが熱を選択的に及び制御可能に生成することができるように、特に設計されることができる。

本発明によれば、加熱装置は、ペルチェ素子を有する。ペルチェ素子を用いることにより、熱源が、１つのロケーションで確立されることができ、ヒートシンクが、電気的制御の下で別のロケーションで確立されることができる。従って、加熱及び冷却が、１つの制御可能な装置により実現されることができる。更に、ペルチェ素子の熱源は、変換素子の方へ向けられ、ペルチェ素子のヒートシンクは、読み出し回路の方へ向けられる。こうして、読み出し回路の冷却は、変換素子の加熱と組み合わせられることができる。

第２の見地によれば、本発明は、上述の種類の放射線検出器を動作させる方法に関する。方法は、列挙されたシーケンス若しくは逆の順序で、又は最も好適には同時に実行されることができる以下のステップを（少なくとも部分的に）有する：
−変換素子の助けにより入射放射線を電気信号に変換するステップ。
−前記変換素子を少なくとも５０℃の温度に能動的に加熱するステップ。

この方法の好適な実施形態において、変換素子が加熱される温度は、約５５℃より高く、約６０℃より高く、約６５℃より高く、約７０℃より高く、又は約８０℃より高い。

第３の見地によれば、本発明は、上述の種類の放射線検出器を動作させる他の方法に関する。方法は、列挙されたシーケンス若しくは他の順序で、又は最も好適には同時に実行されることができる以下のステップを（少なくとも部分的に）有する：
−変換素子の助けにより電気信号に入射放射線を変換するステップ。
−読み出し回路において前記電気信号を前処理するステップ。
−実質的に読み出し回路を同時に加熱することなく、変換素子を能動的に加熱するステップ。

この文脈において、「実質的」という語は、能動的に生成された熱エネルギーの約５０％以上、又は約７０％以上、又は最も好適には約９０％以上が（読み出し回路でなく）変換素子に到達することを意味する。

実質的に読み出し回路を加熱することなく変換素子を加熱することは、例えば、加熱装置を適当に（例えば読み出し回路より変換素子の近くに）配置することによって、及び／又は適当な熱障壁（絶縁層）を挿入することによって、達成されることができる。

更に、読み出し回路は、好適には、放射線検出器のペルチェ素子のヒートシンクによって同時に冷却される。

第３の見地による方法は、特に第２の見地の方法と組み合わせられることができ、すなわち変換素子が、少なくとも約５０℃の温度に加熱されることができる。

本発明の第１、第２及び第３の見地による放射線検出器及び方法は、関連する読み出し回路をも必然的に加熱することなく、変換素子を能動的に加熱するための一般的なアプローチに基づく。このアプローチは、より高い温度での変換素子の動作が、例えば分極（すなわち外部から印加される電界を弱める空間電荷の蓄積）の低減により、信号正確さ及び安定性に良い影響を与えることができるという洞察に基づく。それゆえ、熱の良い効果（例えば低減される分極）及び負の効果（例えば暗電流）のバランスが保たれる変換素子を動作させるための最適温度レンジが、見つけられることができる。一般に、この温度レンジは、読み出し回路が最も高い正確さを伴って動作する温度レンジより高い。従って、変換素子及び読み出し回路は、それぞれ異なる温度で好適には動作される。

これは、変換素子の加熱及び読み出し回路の冷却を可能にする放射線検出器のペルチェ素子の助けにより、非常に効率的に達成されることができる。

変換素子の動作温度のための好適なレンジは、例えば約５０℃から６０℃の間、約６０℃から７０℃の間、又は約７０℃から８０℃の間である。

本発明は更に、対象の画像を生成するイメージング装置であって、以下のコンポーネントを有するイメージング装置に関する：
−放射線を生成する放射線源。
−特に対象との放射線の相互作用の後、例えば患者の身体を通って透過した後、前記放射線を検出する上述の種類の放射線検出器。

イメージング装置は、特に蛍光透視装置のようなＸ線装置、光子計数スペクトルＣＴイメージングシステム、又はコヒーレント散乱コンピュータトモグラフィ（ＣＳＣＴ）イメージングシステムのようなコンピュータトモグラフィ（ＣＴ）イメージングシステムでありうる。

以下において、放射線検出器、イメージング装置及び／又は上述の種類の方法に関連して実現されることができるさまざまな本発明の好適な実施形態（それらがこれらのうちの１つに関してのみ詳しく記述される場合であっても）が、開示される。

（本発明により能動的に影響を及ぼされることができる）変換素子の動作温度は、好適には読み出し回路の温度より高いものでありうる。変換素子が加熱される温度は、読み出し回路の加熱温度より約１０℃高く、又は約２０℃高く、又は約３０℃高いものでありうる。

変換素子の能動的な加熱が如何にして達成されることができるか、ペルチェ素子の熱源の使用に加えて放射線検出器の加熱装置が如何にして実現されることができるか、についてさまざまな可能性がある。熱は、例えば、媒体の強制対流（例えば温風）によって目標ロケーションへ運ばれることができる。好適な実施形態において、加熱は、抵抗性の電気ライン又は電気構造（パターン）を有する加熱装置により達成される。これらのライン／構造を流れる電流は、オーム抵抗により熱を生成し、熱は周囲環境に放散される。抵抗ラインを有する又は抵抗ラインで構成される加熱装置の利点は、それが費用効果的に実現されることができ、熱の生成が電流を調整することによって容易に制御されることができることである。

放射線検出器の２つの基本的な設計コンポーネントは、変換素子及び読み出し回路である。好適な実施形態によれば、放射線検出器は更に、変換素子の表面に隣り合って配置される「付加層」を有する。この文脈において、「隣り合う」という語は、付加層が前記表面の近くに位置されることを意味し、例えば、例えば変換素子の厚さに対応する距離よりは離れずに位置される。好適には、変換素子の前記表面と付加層の間には他のいかなる中実のコンポーネントもなく、付加層は、任意には前記表面と接触することができる。本発明の好適な実施形態を参照して後述されるように、付加層は、特に変換素子の温度制御に関して、放射線検出器の動作挙動を改善するために有利に利用されることができる。

上述した実施形態の任意の他の展開例において、付加層が加熱装置を有する。加熱装置は、例えば層の形状及び構造を有し、付加層又は少なくとも付加層のサブレイヤと同一でありうる。他の構成のために、例えば、加熱装置が抵抗性電気ラインにより実現され又は抵抗性電気ラインを有する場合、加熱装置は、付加層に組み込まれることができ及び／又は付加層の表面に配置されることができる。後者の場合、加熱装置は、変換素子の隣接面と向き合う付加層の表面上に配置されることが好ましい。加熱装置によって生成される熱は、変換素子に直ちに伝達することができる。

変換素子は、通常、読み出し回路のほうに向けられる第１の表面及び反対方向を向く第２の表面を有する。上述の付加層は、任意には、前記第１の表面に隣り合って配置されることができ、すなわち、付加層は、変換素子と読み出し回路の間に配置されることができ、又は付加層は、前記第２の表面に隣り合って配置されることができる。更に、放射線検出器は、２つの付加層を有することができ、それらの一方は、変換素子の第１の表面に隣り合って位置し、他方は、変換素子の第２の表面に隣り合って位置する。第１の表面に隣り合う付加層（すなわち変換素子と読み出し回路の間に配置される）は、読み出し回路から変換素子を熱的に隔てるという利点を有し、それにより、変換素子と読み出し回路の間での温度差が一層容易に維持されることができる。第２の表面に隣り合う付加層は、周囲環境から変換素子を分離する利点を有し、それにより、熱損失を低減し、変換素子の高い温度の維持を支援する。更に、このような付加層において生成される温度は、最初に変換素子を通過した後にしか読み出し回路に達し得ない（望ましくはない）。それゆえ、この熱は、その実際のターゲットの方を最適に向く。

付加層を有する放射線検出器の別の実施形態において、当該付加層は、電気コンポーネントを有することができる。最も好適には、付加層は、コンポーネントを相互に電気的に接続するための簡単な電気ラインを有することができ、具体的には当然層の厚さを横切るバイアを有することができる。

バイアによって、変換素子の表面上の電極（例えばアノード）が、関連する読み出し回路の端子に接続される。付加的に又は代替として、付加層は、加熱装置に電力を供給するためのバイア又は電気ラインを有することができる。

付加層は、任意の単一の一様な材料で構成されることができ、又は例えばいくつかのサブレイヤのスタックを含む不均一な構造を有することができる。単一層のための及び／又は積層されたサブレイヤの任意の１つのための好適な材料は、例えばシリコン、ガラス、サファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）、水晶（ＳｉＯ２）、ＡｌＮ又はＦＲ４、ＬＴＣＣ（低温焼成セラミック）、ポリアミド又はポリイミドの類のポリマである。適当な材料は、それらの電気及び／又は熱の特性に従って選択されることができる。熱絶縁層は、例えば加熱装置と読み出し回路との間に配置されることができ、又は熱伝導層が、加熱装置と変換素子との間に配置されることができる。更に、例えば抵抗電気ラインを有する電気加熱装置は、好適には、電気絶縁サブレイヤの間に埋め込まれることができる。

本願発明の他の実施形態によれば、熱伝導材料（以下の「アンダーフィル」と呼ばれる）が、加熱装置と変換素子との間に配置されることができる。アンダーフィルは、変換素子と加熱装置との間に存在しうる間隙を熱的にブリッジすることができ、これは例えば電気端子によってもたらされる。アンダーフィルは、ポリマ、樹脂及び／又はエポキシベースのアンダーフィル（商業的に入手可能な例えばHysol、Ecobond、Epotek 301又はDelo 6823）を含むことができる。付加的に又は代替として、熱絶縁材料は、任意には、読み出し回路を熱から保護するために、変換素子及び／又は加熱装置と読み出し回路との間に配置されることができる。絶縁層は、特に上述の付加層又はそのサブレイヤと同一でありうる。更に、本発明の文脈において、材料は、それが約５０m^-1K^-1より高い、好適には約１００Wm^-1K^-1より高い熱伝導率を有する場合、それは、「熱伝導性である」と考えられることに留意すべきである。同様に、物質は、それが約５０Wm^-1K^-1より低い、好適には約３０Wm^-1K^-1より低い熱伝導率を有する場合に「熱的に絶縁している」と考えられる。

放射線検出器は更に、変換素子の温度を決定する温度センサを任意に有することができる。温度センサは、例えば、変換素子の温度が直接測定されることができるように、変換素子に接触して配置される熱電対でありえ、又は変換素子から離れて、変換素子の温度を評価することができる情報を提供するものでありうる。付加的に又は代替として、温度センサは、抵抗性ライン／構造から作られる加熱装置に類似して構築される抵抗性構造を有することができる。例えば変換素子の過熱を防ぐために、変換素子の温度についての知識が、さまざまな方法で使用されることができる。

本願発明の他の実施形態によれば、放射線検出器は、加熱装置の動作を制御する制御ループを有する。この実施形態は、特に、閉制御ループの生成のために温度センサを使用して、上述したものと組み合わせられることができる。閉ループ制御によって、変換素子の温度があるターゲットレンジに保持されることができる。

放射線検出器は更に、変換素子及び／又は読み出し回路を選択的に冷却する冷却装置を任意に有することができる。冷却装置は、例えば過剰な熱を除去するために循環する空気を使用することができる。高温は熱雑音を引き起こすので、読み出し回路の冷却は特に重要である。

ペルチェ素子のヒートシンクは、特にこのような冷却装置として機能することができる。

本発明のこれらの及び他の見地は、以下に記述される実施形態から明らかになり、それらを参照して説明される。

加熱装置を有する付加層が変換素子と読み出し回路との間に配置されている放射線検出器を具備するイメージング装置の断面を概略的に示す図。 加熱装置を上部に有する付加層の斜視図。 加熱装置を有する付加層が変換素子上に配置されている放射線検出器を概略的に示す側面図。 変換素子が加熱装置を有する２つの付加層の間にサンドイッチされている放射線検出器を示す概略側面図。 ペルチェ素子が変換素子と読み出し回路との間に付加層として配置されている放射線検出器を有するイメージング装置の概略断面図。 変換素子が２つの付加層の間にサンドイッチされている放射線検出器を示す概略側面図。

図面において、同様の参照数字又は１００の整数倍異なる数字は、同一の又は同様なコンポーネントを示す。

Ｘ線検出器は、それ自体ＣＴイメージング装置において使用されて、入射Ｘ線光子を電気信号（概して電荷雲）に直接に変換する直接変換（「ＤｉＣｏ」）材料によって作られることができる。直接変換材料（例えばＣｄＺｎＴｅ）は、増大されたバルク温度において、分極化される傾向（すなわち、外的に印加された電界を弱める空間電荷の構築）の減少を示す。トラップされた電荷を解放する効果を温度が与えることにより、分極アーチファクトの発生が、改善されることができ、完全に消え又はより高い光束でのみ生じる。分極効果の低減又は排除は、少なくとも部分的に、高温で動作する際の負の影響（例えば増大された暗電流）にまさる。

直接変換検出器は、通常、熱を放散する読み出しＡＳＩＣ上にアセンブルされ／配置され、こうして変換バルク材料の温度を増大させる。しかしながら、生成される消散は、十分な電気性能をもたらすように設計された動作ポイントにもっぱら依存するので、ＡＳＩＣは、温度調節器の役割を果たすことができない。温度の制限された制御は、ＡＳＩＣ自体の冷却（熱放散）を制御することによってのみ達成されることができ、これは、変換バルク材料に対する間接的な影響を与えるのみである。

従って、変換材料の加熱及びＡＳＩＣの冷却を（大きく）切り離すことがここで提案される。

更に、インターポーザ（すなわち、１の接続と他の接続の間を中継する電気インタフェース層）が、多くの場合、特に４サイドタイル可能な概念を達成するために、直接変換センサに読み出しＡＳＩＣをインタフェースするのに必要とされる。インターポーザ材料（及びバイア）が、この層を通じた熱輸送を決定する。従って、更に、インターポーザ材料（又はより一般的には付加層）の一面（好適にはＤｉＣｏと向き合う側）に加熱装置（例えば抵抗ワイヤを有する）を具備することが提案される。この加熱装置の目的は、調整された熱を生成し、温度を監視することである。

図１は、上記の一般的な原理の第１の好適な実施形態によるイメージング装置１０００の断面を概略的に示す。イメージング装置１０００は、それ自体当技術分野において一般に知られている例えばコンピュータトモグラフィ（ＣＴ）装置でもよい。イメージング装置１０００は、イメージングする対象、例えば患者の身体Ｐを透過されるＸ線Ｘを放出するＸ線管Ｓのような放射線源を有する。対象を透過したのち、Ｘ線は、放射線検出器１００に達し、そこで、検出され、対象の空間分解された投影画像を表す信号に変換される。放射線検出器１００及び放射線源Ｓに接続されるコンピュータＣにおいて、対象の投影画像及び特に３Ｄ画像は、コンピュータトモグラフィの知られている原理に従って再構成されることができる。

ここで特に関心のあるコンポーネントは、放射線検出器１００である。この検出器１００は、以下の多くのコンポーネントを有し、（Ｘ線の入射の主方向に逆行性である）ｚ方向の底部から上部まで並べられる：

ａ）変換素子１１０（参照下記）の電気信号が処理される、例えば増幅され、フィルタリングされ、パルス計数され及び／又はエネルギー分別されるＡＳＩＣ ２１を有する読み出し回路１２０。読み出し回路１２０の底面は、Ｉ／Ｏ（例えばＴＳＶを通じて）及び冷却（図示せず）に利用できる。

ｂ）「付加層」又は「インターポーザ」と以下で呼ばれる層１３０であって、その底部側から上部側まで通じる複数の導電ライン又は「バイア」１３２、１３６を有する例えばガラス板のような電気絶縁基板１３１を実質的に有する層１３０。底面で、第１のバイア１３２は、読み出し回路１２０の上部側の端子に（１対１で）接続される。更に、（２つの）第２のバイア１３６が、読み出し回路１２０からインターポーザ１３０の上部側の加熱装置１３５に電力を供給するために提供される。バイア１３２、１３６は、例えば銅から構成されることができる。

図示される実施形態において、付加層１３０は、好適にはペルチェ素子であり又はペルチェ素子からなり、前記ペルチェ素子の熱源１３５'は、変換素子１１０のほうに向けられ、前記ペルチェ素子のヒートシンクは、読み出し回路１２０のほうに向けられる。

図２は、インターポーザ１３０単独の斜視図を示し、バイア又は「ピクセル相互接続」１３２及び加熱装置（抵抗ワイヤ）の供給接点１３６がより良く見られることができる。抵抗ワイヤ１３５は、インターポーザ１３０の最上面に（例えばプリント、リソグラフィ又はメッキによって）置かれることができる。供給接点１３６もまた、インターポーザを通じてＡＳＩＣに分配されることができる。一般に、供給は、異なるやり方で提供されることができる：
Ａ）ＡＳＩＣ（図１に示す）によって生成され／制御される。
Ｂ）アセンブリＩ／Ｏを通じて外部から電源供給される。
Ｃ）外部からであるがＡＳＩＣによって分配される。

ｃ）図１を参照して、検出器１００は更に、例えばＣＺＴ（ＣｄＺｎＴｅ）のような適切な変換器材料のブロック１１１を有する変換素子１１０を有し、変換素子１１０において、入射Ｘ線は、電気信号に、特に電荷雲に変換される。電荷雲は、変換素子１１０の最上部側のカソード１１３と、変換素子の底部側のアノード１１２のアレイとの間に生成される電界の影響下で移動する。アノード１１２は、相互接続１３０の第１のバイア１３２に及びゆえに読み出し回路１２０の関連するピクセル端子に（１対１で）接続される。こうして、入射Ｘ線によって生成される信号が、最先端の技術として知られているように例えばエネルギー弁別パルスによって、読み出し回路１２０によって検出されることができる。

変換素子１１０及び読み出しＡＳＩＣ（ＡＳＩＣ）１２０をインタフェースするために使用されるインターポーザ１３０は、多くの異なる材料で、好適には低い熱導電率を有し及び／又は放射線検出器の他のコンポーネントの熱膨張係数にマッチする材料で作られることができる。その基板１３１について可能な材料は、例えばシリコン、ガラス（約３．３−８．５・１０^−６ｍＫ^−１の一般的な熱膨張係数をもつ）、サファイヤ（Ａｌ２Ｏ_３）、水晶（ＳｉＯ_２）、ＡｌＮ、及びＦＲ４、ＬＴＣＣ、ポリアミド又はポリイミドのようなポリマを有する。すべてのケースにおいて、電流がそれを流れる際に加熱装置として働き、熱を生成する抵抗ワイヤグリッドを（例えば薄膜処理によって）堆積することが可能である。これは、自動車において霜を取り除くリア（及び時にフロント）ウィンドシールド（「デフォガ」）又はＭＥＭＳ技術において用いられる装置と異なり、特にシリコン又はガラス基板１３１に適している。ワイヤリンググリッド１３５（図２の実施形態において並列抵抗器の組）は、ＡｌＮ、ＳｉＯ_２又はＡｌ_２Ｏ_３のように、基板１３１上に又は層のスタック内に配置されることができる。放射線検出器１００の動作の間、ワイヤリンググリッド１３５は、熱を生成することができ、ＤｉＣｏ材料１１１の温度を増大することができる。ＤｉＣｏ材料１１１への熱伝達を最大にするために、アセンブリの後、良好な熱導電率を示すアンダーフィル材料（図示せず）が使用されることができる。

良好な熱伝導率（例えばＡｌＮ）を有する付加のサブレイヤ（図示せず）が、電気ワイヤ１３５を電気的に絶縁するために任意に使用されることができる。第２の熱阻止層（例えば熱膨張係数のマッチングが必要な場合にＡｌ_２Ｏ_３、又はより低い熱伝導率を有するＳｉＯ_２）を実現することによって、例えば銅バイアを通じた熱フローは、低減されることができる。これは、より良好な熱の隔たりを与える。

抵抗ワイヤ１３５に印加される電流又は電圧は、ＤｉＣｏ基板１１１が取り付けられる表面温度を調節するために制御されることができる。

更に、インターポーザ１３０に含まれる任意のペルチェ素子に印加される電流又は電圧は、変換素子１１０を加熱し、同時にＡＳＩＣ１２０を冷却するために更に制御されることができる。

ＡＳＩＣ１２０は、なお独立してその底部側（図示せず）において冷却されることができる。

抵抗グリッド１３５の温度を調節するために、温度測定装置（例えば熱電対、不図示）は、フィードバック機構を提供するために、インターポーザ基板１３１内に組み込まれることができる。付加的に又は代替として、加熱素子１３５と同様のワイヤ（不図示）が、温度を測定するために任意に使用されることができ、測定信号が、加熱又は冷却のためにフィードバックとして使用されることができる。温度情報は、グリッド電力供給ラインとして同様に利用可能にされることができる。

インターポーザ１３０は、変換素子１１０からＡＳＩＣ１２０までのピクセル相互接続を提供する。図１に示される例において、１対１の接続が想定される。しかしながら、インターポーザ基板内でピクセル接続を再分配することも可能性がある。

本発明の別の実施形態において、ＤｉＣｏ材料のカソード側の相互接続基板を使用することが提案される。分極効果は、一般に、ＤｉＣｏ材料のカソード側面の近くで始まる。これは、カソード側面上に熱源を有することが有利でありうることを示す。このような構成において、変換材料の加熱とＡＳＩＣの冷却との間のより良好な切り離しが達成されることができる。

図３は、上述した概念が実現される放射線検出器２００の側面図を概略的に示す。その底部側に抵抗ワイヤリング２４５を有する付加層２４０又は「インターポーザ」が、例えばＣＴＺブロックのような変換素子２１０の上部に配置される。抵抗ワイヤ２４５及び高電圧接点２４２への電力供給のためのバイア２４６の他に、他のバイア又はラインは必要でない。

カソード２１３の上方の付加層２４０におけるＸ線光子の吸収を回避するために、この層は、十分に薄くなければならず、及び／又は例えばＡｌのような低原子量の元素を含む材料を有しなければならない。ワイヤは、いずれにしろ、加熱を可能にするために小口径を有する。任意に、熱安定性を最適化するために、ＣＺＴタイルごとに複数のヒータを有することができる。加熱装置は、例えばＤｉＣｏ材料の一部のみを覆うことができ、それにより局所的に材料を加熱することのみを可能にする。従って、ＤｉＣｏ材料の一部における分極は、より低い温度にそれらを有することによって、他の部分における暗電流を増加させることなく、低減されることができる。

読み出し回路２２０は、変換素子２１０の底部側のアノードに直接結合される（例えばフリップチップボンディング）。この他に、読み出し回路２２０及び変換素子２１０は、上述の第１の放射線検出器１００のそれらと実質的に同一に構築されることができる。

付加層２４０の底部側の抵抗ワイヤリング２４５と変換素子２１０の上部側のカソード２１３との間に残りうる間隙は、任意に、高い熱伝導性をもつアンダーフィル材料２５０で充填されることができる。

放射線検出器２００の実施形態において、電気加熱装置２４５は、変換材料２１０と向き合うインターポーザのインタフェース上に配置される。特にインターポーザが、例えばＡｌＮのような良好な熱伝導材料で作られる場合、電気加熱装置は、インターポーザ（図示せず）の上部側にも配置されることができる。任意に、空気中への熱損失を低減するために、熱阻止層が、このような加熱装置の上部に適用されることができる。

図４は、本質的に図１及び図３の第１及び第２の実施形態の組み合わせである放射線検出器３００の実施形態を示す。これは、第１の付加層３３０が、読み出し回路３２０と変換素子３１０の間に配置され、変換素子と向き合う上面側に加熱装置３３５を有することを意味する。更に、第２に付加層３４０が、変換素子３１０の上部に配置され、変換素子のカソードと向き合うその底部側に加熱装置３４５を有する。再び、熱伝導性アンダーフィル３５０は、カソードと加熱装置との間の間隙を充填することができる。この他に、変換素子３１０、第１の付加層３３０及び読み出し回路３２０の設計は、図１の対応する素子１１０、１３０及び１２０のものと同様のものでありえ、変換素子３１０及び第２の付加層３４０の設計は、図３の対応する素子２１０及び２４０のものと同様でありうる。付加層３３０は好適にはペルチェ素子を有することができ、前記ペルチェ素子の熱源３３５'は、変換素子３１０のほうに向けられ、ペルチェ素子のヒートシンクは、読み出し回路３２０のほうに向けられる。

変換素子３１０の両側に加熱装置及び付加層３３０、３４０を配置することによって、バルク内の温度勾配が最小限にされることができる。

図４は、ここでは第２の付加層３４０において実現される熱電対３４４の存在を示し、熱電対によって、変換素子３１０における温度の制御ループが確立されることができる。ペルチェ素子は、変換素子と読み出し回路（ＡＳＩＣ）との間のインターポーザとして働くために使用されることができる。言い換えると、付加層１３０、２４０、３３０及び３４０はペルチェ素子でありえ、別個の抵抗ワイヤが任意に省かれることができる。ペルチェ素子は、ピクセル相互接続バイア（例えば図１のバイア１３２）の組み込むことを一般に必要とする。ペルチェ素子の高温側は、好適には、変換素子のアノード側と接触するように配置されることができるが、ペルチェ素子の冷却側は、読み出し回路と接触することができる。

図５は、図１の装置の変更であり修正された放射線検出器１００を有するイメージング装置１０００'の上述の見地の実現例を示す。図１のものと同一のコンポーネントは、同一の参照符号を有し、再び説明されない。

放射線検出器１００'のインターポーザ又は付加層１３０はペルチェ素子を有し（又はペルチェ素子であり）、その熱源１３５'は、変換素子１１０の方へ向けられ、加熱装置として働く。このペルチェ素子のヒートシンク１３７'は、読み出しエレクトロニクス１２０のほうに向けられる。導電ライン又は「バイア」１３６'は、読み出し回路１２０からペルチェ素子へ電力供給するために提供されることができる。図１の実施形態に異なり、加熱装置は、付加の抵抗ワイヤを有していない。

図６は、本質的に図５及び図３に示される実施形態の組み合わせである放射線検出器３００'を示す。これは、第１の付加層３３０が、読み出し回路３２０と変換素子３１０との間に配置され、その上部側で変換素子と向き合う加熱装置としてのペルチェ素子のヒートシンク３３５を有することを意味する。更に、第２の付加層３４０は、変換素子のカソードと向き合う加熱装置３４５をその底部側に有する変換素子３１０の上部に配置される。放射線検出器３００の他のコンポーネントは、図３、図４及び図５のものと同一であり、同一の参照符号を有する。

要するに、直接変換材料（例えばＣｄＺｎＴｅ）が、増大されたバルク温度において低減された分極傾向を示すことが分かった。温度が電荷トラッピングを解放する効果により、分極アーチファクトの発生が改善されることができ、完全になくなる又はより高い光束においてのみ生ずる。分極効果の除去は、高い温度で動作する際の負の効果（例えば暗電流）を上回る。この背景に基づいて、アプローチは、変換材料の加熱及びＡＳＩＣの冷却を（大きく）切り離すことを提案する。放射線検出器のある実施形態において、インターポーザは、特に４サイドタイル可能な概念を達成するために、直接変換センサを読み出しＡＳＩＣにインタフェースするために必要とされる。熱を調節するためにインターポーザ材料に加熱装置（例えば抵抗性ワイヤ）を具備させることが提案される。

本発明による放射線検出器は、例えばＣＴ検出器、特に直接変換センサに基づくスペクトルＣＴ検出器のために利用されることができる。

本発明は、図面及び上述の記述において詳しく図示され記述されているが、このような図示及び記述は、制限的なものではなく、説明的又は例示的であると考えられることができる。本発明は、開示される実施形態に制限されない。開示される実施形態の他の変更例は、図面、開示及び添付の請求項の検討から、請求項に記載の本発明を実施する際に当業者によって理解され実行されることができる。請求項において、「有する、含む」という語は、他の構成要素又はステップを除外せず、不定冠詞「a」又は「an」は複数性を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットが、請求項に列挙されるいくつかのアイテムの機能を果たすことができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に又はその一部として出力される、光学記憶媒体又はソリッドステート媒体のような適切な媒体に記憶され／配布されることができるが、インターネット又は他のワイヤード又はワイヤレス通信システムを通じて他の形で配布されることもできる。請求項におけるいかなる参照符号も、本発明の範囲を制限するものとして解釈されるべきでない。

Claims (12)

1. 入射放射線を電気信号に変換する変換素子と、
   前記電気信号を処理する読み出し回路と、
   前記読み出し回路から隔てられ、前記変換素子を加熱する加熱装置であって、ペルチェ素子を有し、前記ペルチェ素子の熱源が前記変換素子の方に向けられ、前記ペルチェ素子のヒートシンクが前記読み出し回路の方に向けられている、加熱装置と、
   を有する放射線検出器。
2. 請求項１に記載の放射線検出器を動作させる方法であって、
   前記変換素子の助けにより入射放射線を電気信号に変換するステップと、
   前記読み出し回路において前記電気信号を処理するステップと、
   前記読み出し回路を同時に加熱することなく前記変換素子を能動的に加熱するステップと、
   を有する方法。
3. ＣＴイメージング装置のような対象の画像を生成するイメージング装置であって、
   放射線を生成する放射線源と、
   前記放射線を検出する請求項１に記載の放射線検出器と、
   を有するイメージング装置。
4. 前記加熱装置が、抵抗性ライン又は構造を有する、請求項１に記載の放射線検出器。
5. 前記変換素子の表面に隣り合って配される付加層を有する、請求項１に記載の放射線検出器。
6. 前記付加層が前記加熱装置を有する、請求項５に記載の放射線検出器。
7. 前記付加層が、前記読み出し回路のほうに向けられる前記変換素子の表面に隣り合って配され、又はその反対側の表面に隣り合って配される、請求項５に記載の放射線検出器。
8. 前記付加層が、前記変換素子を前記読み出し回路に電気的に接続するバイア、及び／又は前記加熱装置を電源に接続するバイアを有する、請求項５に記載の放射線検出器。
9. 熱伝導性材料が、前記加熱装置と前記変換素子との間に配され、及び／又は熱絶縁材料が、前記変換素子及び／又は前記加熱装置と前記読み出し回路との間に配される、請求項１に記載の放射線検出器。
10. 前記変換素子の温度を決定する温度センサを有する、請求項１に記載の放射線検出器。
11. 前記加熱装置の動作を制御する制御ループを有する、請求項１に記載の放射線検出器。
12. 前記変換素子及び／又は前記読み出し回路を選択的に冷却する冷却装置を有する、請求項１に記載の放射線検出器。

Images