JP7181283B2 - モノリシックシンチレータを有する多層検出器 - Google Patents
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Description
以下は、一般に、イメージング検出器に関し、より詳細には、モノリシックシンチレータを有する多層検出器に関し、マルチエネルギー（スペクトル）コンピュータ断層撮影（ＣＴ）への特定用途について記載されている。
スペクトルＣＴイメージングシステムは、Ｘ線放射を放出するために単一の広帯域線源、多数の線源、及び／又はｋＶｐスイッチングを含む。放出されたＸ線放射は、対象物又は対象者が内部に配置された検査領域を横断する。１つの構成は、線源から検査領域を横切って配置された多層検出器アレイを含む。多層検出器アレイは、検査領域を横断し多層検出器アレイに衝突するＸ線放射を検出する。多層検出器アレイは多数の検出器モジュールを含み、各検出器モジュールは、入射放射を横断する方向に１次元又は２次元で延びる多数の検出器要素を有する。検出器要素のＸ線放射受取り面は、本明細書ではピクセルとも呼ぶ。
２層構成では、各検出器要素は、２層の直方体形状及び／又は正方形直角錐台形状シンチレータ（又はシンチレータボクセル）を含む。層は互いに重ね合わされ、積み重ねは入射放射の方向に延びる。第１の層の第１のシンチレータは、第１の所定のエネルギー範囲のＸ線放射を受け取って吸収し、それを示す第１の光放射を作り出す。第１の所定のエネルギー範囲よりも大きいＸ線放射は、第１のシンチレータを横断し、第２の層の第２のシンチレータによって検出され、第２のシンチレータは、このＸ線放射を受け取って吸収し、それを示す第２の光放射を作り出す。光放射は、Ｘ線放射のエネルギーを示す電気信号を作り出すフォトダイオードなどの対応するフォトセンサによって検出される。
フォトセンサは、垂直又は水平構成で配列される。垂直構成では、フォトセンサは、シンチレータ間に配列され、Ｘ線放射を受け取る検出器の表面の一部分を占める。言い換えれば、アレイとして配列されたフォトセンサは、一般に、入射放射と平行である。水平構成では、フォトセンサは、Ｘ線放射を基準としてシンチレータの前後に配置される。言い換えれば、アレイとして配列されたフォトセンサは、入射放射に対して概ね垂直である。Ｘ線放射とシンチレータとの前に、又はＸ線放射とシンチレータとの間に配置される場合、フォトセンサがＸ線放射に対して透明であり、その結果、Ｘ線放射がフォトセンサを通過し、次いで、シンチレータによって吸収されることは有利である。
各検出器要素の各層の各シンチレータは、一般に、直方体の６つの面のうちの５つでは光学反射材料（例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、白色ペイントなど）で被覆され、６番目の面は対応するフォトセンサに隣接する。層間に機械的に作り出された物理的分離（例えば、間隙）があり、光学反射材料がこの物理的分離に配設される。光学反射材料は、各層のシンチレータ及び／又はボクセル間の光のクロストークを緩和し、検出効率を改善し、及び／又は光を対応するフォトセンサに導き、そこで、光は電気信号に変換される。
各検出器要素の各層の各シンチレータは、機械的に作り出され（例えば、のこぎり、ワイヤなどにより）、光学反射材料で被覆されている。次いで、シンチレータは位置合わされ積み重ねられる。位置合わせ及び積み重ねプロセスは複雑であり、シンチレータを正確に位置合わせし積み重ねることが困難である場合がある。全体的に、第１の層の第１のシンチレータの表面は、同じ検出器要素の第２の層の第２のシンチレータの対応する表面と整列し一致すべきであり、シンチレータは各層の対応するフォトセンサと整列すべきである。残念ながら、不正確な位置合わせ及び／又は積み重ねは、検出の非効率と画質の劣化をもたらす。
本明細書に記載される態様は、先述の問題などに対処する。
以下は、光学バリアをもつモノリシックシンチレータの多層検出器の実施形態を説明する。各検出器要素は、光学反射バリアがモノリシックシンチレータ内及びシンチレータ領域間に配設されたモノリシックシンチレータ又はシンチレータ材料の単一のブロックを含む。シンチレータ領域は、入射放射の方向に沿って順々に配設される。各光学反射バリアは、レーザによって誘起される。いくつかの実施形態では、シンチレータ材料の単一の物理的バルクとレーザによって誘起された光学反射バリアとは、モノリシックシンチレータの１×Ｎアレイまで及び、ここで、Ｎは整数である。いくつかの実施形態では、シンチレータ材料の単一の物理的バルクと光学反射バリアとは、モノリシックシンチレータのＭ×Ｎアレイまで及び、ここで、Ｍ及びＮは整数である。いくつかの実施形態では、各光学反射バリアは、レーザによって誘起された、２つの密接配置されたバリアを含む。
１つの態様では、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）検出器アレイはモノリシックシンチレータを含む。モノリシックシンチレータは、少なくとも第１のシンチレータ領域、第２のシンチレータ領域、及びそれらの間の光学反射バリアを含む。コンピュータ断層撮影（ＣＴ）検出器アレイは、検査領域を横断しモノリシックシンチレータに衝突するＸ線放射を検出し、第１のシンチレータ領域によって吸収されたＸ線放射のエネルギーを示す第１の投影データと、第１のシンチレータを横断し第２のシンチレータ領域によって吸収されたＸ線放射のエネルギーを示す第２の投影データとを生成する。
別の態様では、コンピュータ断層撮影システムは、検査領域を横断するＸ線放射を放出するように構成されたＸ線放射源と、検査領域を横切ってＸ線放射源の反対側に配置された検出器アレイとを含む。検出器アレイは、少なくとも第１のシンチレータ領域、第２のシンチレータ領域、及びそれらの間の光学反射バリアを含むモノリシックシンチレータを含む。検出器アレイは、検査領域を横断しモノリシックシンチレータに衝突するＸ線放射を検出し、第１のシンチレータ領域によって吸収されたＸ線放射のエネルギーを示す第１の投影データと、第１のシンチレータを横断し第２のシンチレータ領域によって吸収されたＸ線放射のエネルギーを示す第２の投影データとを生成する。
別の態様では、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）放射検出装置を製造する方法は、物理的に接続された結晶構造として単一の物理的バルクを維持しながらモノリシックシンチレータの複数の領域を画定するために、合焦レーザによってシンチレータ材料の単一の物理的バルクの一部分の結晶構造を変更するステップを有する。変更された一部分は主表面をもつボリューム（ｖｏｌｕｍｅ）を含み、主表面は、Ｘ線放射を初めに受け取るように構成されたコンピュータ断層撮影（ＣＴ）放射検出装置の表面と平行に配向される。
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載した実施形態から明らかであり、それを参照して解明される。
本発明は、様々な構成要素及び構成要素の構成、並びに様々なステップ及びステップの構成の形態をとる。図面は、単に好ましい実施形態を示す目的のものであり、本発明を限定するものと解釈されるべきでない。
図１を参照すると、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）システム１００の一実施形態が概略的に示される。ＣＴイメージングシステム１００は、静止ガントリ１１４によって支持された回転ガントリ１１２を含む。ＣＴイメージングシステム１００は、回転ガントリ１１２によって支持されＸ線放射を放出するように構成されたＸ線放射源１１６を含む。放出されたＸ線放射は検査領域１１８を横断する。検査領域１１８を横断するＸ線放射は、Ｘ線放射源１１６の向かいにある、回転ガントリ１１２に支持された多層（例えば、２層）放射感応検出器アレイ１２０によって検出される。寝台などの対象者支持体１１９は、検査領域１１８内で対象物又は対象者を支持する。
多層検出器アレイ１２０の一部分の拡大図１２２が示される。図１２２に示されるように、アレイ１２０は、モノリシックシンチレータ１２４を含む。より詳細に以下で説明するように、モノリシックシンチレータ１２４は、複数のシンチレータ領域（シンチレータボクセル）を含み、それらの領域は、それらの間の光学反射バリアによって分離される。光学反射バリアは、１つ又は複数のレーザなどによって誘起される。誘起された光学反射バリアは、シンチレータ材料の物理的バルクを単一のブロックとして維持し、一方、光学反射バリアの寸法内のシンチレータ材料の結晶構造を変化させることによって領域間に反射バリアを付け加える。
適切に構成されたレーザの一例が、２０１５年２月２７日に出願された「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ｕｓｉｎｇ ｌａｓｅｒ ｂｅａｍｓ」と題するＷＯ２０１５／１３１１０２Ａ１に論じられている。シンチレータ材料には、限定はしないが、ガドリニウムオキシサルファイド（ＧＯＳ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ）、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、ＣｅドープＹＡＧ（ＣｅＹＡＧ、Ｃｅ Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、ジンクセレナイド（ＺｎＳｅ）、カドミウムタングステート（ＣｄＷＯ４）、ガドリニウムアルミニウムガリウムガーネット（ＧＡＧＧ、Ｇｄ３Ａｌ２Ｇａ３Ｏ１２）、セリウムドープＧＡＧＧ（Ｃｅ Ｇｄ３Ａｌ２Ｇａ３Ｏ１２）などが含まれる。モノリシックシンチレータ１２４は、例えば、各検出器要素のシンチレータ材料の層が物理的に分離しており、機械的に一緒に結合される構成では、シンチレータボクセルを正確に位置合わせすることに関連する複雑さを緩和する。
モノリシックシンチレータ１２４の各シンチレータ領域は、別個の対応するフォトセンサ１３０に隣接して配設され、光学的に結合される。フォトセンサ１３０は、フォトセンサ１３０に対応する多数のシンチレータ領域のうちの１つのシンチレータ領域からの光を感知する。フォトセンサ１３０は、受け取った光を電気信号（投影データ）に変換するように動作し、電気信号は、読出し電子機器１４０によってさらに処理及び／又は経路設定される。シンチレータ領域の電気信号は、そのシンチレータ領域で吸収されたＸ線光子のエネルギーを示す。そのため、２層システムの電気信号は、領域のうちの１つ（例えば、上部の領域及び低いエネルギーの光子）に対応する第１の組の電気信号と、他の領域（例えば、下部領域及び高いエネルギーの光子）に対応する第２の組の電気信号とを含む。
再構成器１４２は、スペクトル再構成アルゴリズム及び非スペクトル再構成アルゴリズムを含む再構成アルゴリズム１４４を用いて投影データを再構成する。非スペクトル再構成アルゴリズムは、例えば、スペクトルの投影データを組み合わせ、組み合わされたボリュメトリック画像データを再構成することによって、従来の広帯域（非スペクトル）ボリュメトリック画像データを作り出す。スペクトル再構成アルゴリズムは、スペクトルボリュメトリック画像データ、例えば、高及び低エネルギーボリュメトリック画像データ、光電効果及びコンプトン散乱ボリュメトリック画像データ、骨及び軟組織ボリュメトリック画像データ、カルシウム及びヨウ素ボリュメトリック画像データセットなどを作り出す。
オペレータコンソール（コンピューティングデバイス）１５０は、オペレータがシステム１００の動作を制御できるようにする。これには、画像取得プロトコル（例えば、単一エネルギー又はマルチエネルギー）の選択、再構成アルゴリズム（例えば、単一エネルギー又はマルチエネルギー）の選択、スキャニングの起動、可視化ソフトウェアアプリケーションの起動、実行している可視化ソフトウェアアプリケーションとの対話などが含まれる。オペレータコンソール１５０は、ディスプレイモニタ、フィルマーなどのような出力デバイスと、マウス、キーボードなどのような入力デバイスとを含む。
図２Ａ及び図２Ｂは、多層放射感応検出器アレイ１２０の２層垂直検出器構成２００を概略的に示す。垂直検出器２００は、ボクセル２０１のスラブ又は列を含む。
図２Ａを参照すると、ｘ方向に沿った検出器ボクセル２０１の第１列のサブ部分が概略的に示される。この実施形態では、検出器ボクセル２０１の各列は、第１のシンチレータ層２０４に対応する第１のシンチレータ領域２０２、第２のシンチレータ層２０８に対応する第２のシンチレータ領域２０６、及びそれらの間の光学反射バリア２１０をもつモノリシックシンチレータ１２４を含み、領域２０２及び２０６と光学反射バリア２１０とは同じ物理的シンチレータ材料バルク２２０内にある。光学反射バリア２１０は、領域２０２と領域２０６を分離するボリュームの主表面を含み、主表面は、入射放射１１７を受け取る表面２５０と平行である。いくつかの事例では、バルク２２０の光学反射バリア２１０の位置（例えば、深さ）により、入射放射のエネルギー分離が最大化される。
物理的バルク２２０は、検査領域１１８を横断した入射放射１１７を受取り、入射放射１１７のＸ線光子のエネルギーに比例したバルク材料２２０の深さ２３０においてＸ線放射を光放射に変換する。言い換えれば、より低いエネルギー（浅い侵入の）Ｘ線光子は第１の領域２０２で吸収され、より高いエネルギー（より深い侵入の）Ｘ線光子は第２の領域２０６で吸収される。
領域２０２及び２０６の各々は、支持基材２４４上の異なる対応する第１及び第２のフォトセンサ２４０及び２４２に光学的にそれぞれ結合される。例えば、シンチレータバルク材料２２０の第１のシンチレータ領域２０２は、フォトセンサのアレイ２４６の第１のフォトセンサ２４０に光学的に結合され、シンチレータバルク材料２２０の第２のシンチレータ領域２０４は、フォトセンサのアレイ２４６の第２のフォトセンサ２４２に光学的に結合される。フォトセンサのアレイ２４６は、第１のフォトセンサ２４０、第２のフォトセンサ２４２、及び基材２４４を含む。フォトセンサのアレイ２４６は、モノリシックシンチレータ１２４に隣接して配設され、表面２５０の一部分を占める。入射Ｘ線放射の方向に対するフォトセンサ２４２のアレイと領域２０２及び２０６との配置は、２層検出器２００を垂直構成と断定する。
図２Ｂは、多列構成のｚ方向に沿った図２Ａの検出器ボクセル２０１の１つの列のシンチレータ側の側面図を概略的に示す。同じ単一の物理的シンチレータ材料バルク２２０は、検出器ボクセル２０１の多列構成のＮ列のすべてに対して２層の両シンチレータ領域を含み、ここで、Ｎは正の整数である。すなわち、同じ物理的シンチレータ材料バルク２２０は、各列の各シンチレータボクセルを画定するシンチレータボクセル（又はピクセル）光学バリア２６０と、各シンチレータボクセル内の２つのシンチレータ領域２０２及び２０６を画定する光学反射バリア２１０とを有するシンチレータ材料のスラブと考えられる。１つのピクセルの検出器表面区域は、複数のボクセル領域の検出器ボリュームに対応する。シンチレータボクセル光学バリア２６０は、光学反射バリア２１０と同様の光学反射バリアであり、例えば、それは、レーザによって誘起された同じ物理的バルク材料２２０の結晶構造の変化を含む。いくつかの実施形態では、ボクセル光学バリア２６０は、直方体形状ボクセルを画定する。いくつかの実施形態では、ボクセル光学バリア２６０は、正方形直角錐台形状ボクセルを画定する。
光学反射バリア２１０の厚さ又は深さ（ｙ方向）は、レーザビームの焦点スポットの直径と、変更されたシンチレータ材料の構造による光学的分離の最小厚さとに依存する。いくつかの実施形態では、光学反射バリア２１０の厚さは、レーザの焦点スポットによる複数の変更された位置により増加される。すなわち、変更される位置は、さらに、ｙ方向に変更され、光学反射バリアのボリュームの主表面は変更されてｘｚ方向に延びる。
同じ物理的シンチレータ材料２２０は、レーザによって誘起された光学反射バリアである外側又は外部表面２７０を含む。いくつかの実施形態では、外側表面はレーザによって変化されず、光学反射被膜が付けられる。光学反射バリアに変更された外側表面２７０と光学反射被覆との組合せが考えられる。
図２Ａ～図２Ｂに示された２層検出器アレイ２００は、検出器要素のＭ×Ｎアレイであり、シンチレータ材料のＭ個のスラブが、垂直構成のフォトセンサアレイ２４６の基材２４４によって分離され、ここで、Ｍは正の整数である。各スラブは、同じ物理的シンチレータ材料バルク２２０内にＮ個のモノリシックシンチレータボクセルを含む。垂直検出器構成の一例が、２００９年１０月２９日に出願された「Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ」と題する米国特許第９，０００，３８２号に論じられており、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
図３を参照すると、多層放射感応検出器アレイ１２０の２層水平検出器構成３００が示される。構成３００は、モノリシックシンチレータ１２４の単一の物理的バルク２２０を含む。各モノリシックシンチレータ１２４は、２つの領域２０２及び２０６を含む。モノリシックシンチレータ１２４の単一の物理的バルク２２０は、フォトセンサの２つのアレイ３１０及び３２０の基材間に配設される。フォトセンサの２つのアレイ３１０、３２０の各々は、２層検出器３００の表面２５０と平行な面に配設される。
シンチレータ材料の同じ物理的バルク２２０の光学反射バリア２１０は、２つ以上のサブバリア３３０及び３３２などの多数のサブバリアを含み、多数のサブバリアは、２～１００ミクロンの距離だけ互いに分離される。バリア３３０及び３３２の各々は、バリア３３０及び３３２によって画定されたボリュームの主表面を含み、主表面は実質的に平面であり、主表面は、２層検出器３００の表面２５０と平行に配設される。サブバリア３３０及び３３２の各々は、例えば、レーザビームによって誘起されたバルク材料２２０の結晶構造への変化を含む。
同じ物理的シンチレータ材料バルク２２０は、ボクセル光学バリア２６０によって分離され、モノリシックシンチレータ１２４のボクセルの多次元Ｍ×Ｎアレイを形成する複数の個々のモノリシックシンチレータ１２４を含む。同じ物理的シンチレータ材料バルク２２０は、光学反射被覆と、レーザによって光学反射バリアに構造的に変更されたシンチレータ材料の同じ物理的バルク２２０の外側部分２７０と、それらの組合せとを含む。
フォトセンサのアレイ３１０及び３２０は、前面照明フォトダイオード（ＦＩＰ）、背面照明フォトダイオード（ＢＩＰ）、有機フォトダイオード（ＯＰＤ）、及びそれらの組合せを含むことができる。フォトセンサのアレイ３１０、３２０のうちの１つ又は複数は、ＯＰＤ、積極的に薄化されたＦＩＰ、積極的に薄化されたＢＩＰ、Ｘ線透過性フォトセンサなどのようなＸ線吸収を最小化するフォトダイオードアレイを含むことができる。いくつかの実施形態では、積極的に薄化されたとは、３０ミクロン未満に薄化されたことを意味する。いくつかの実施形態では、積極的に薄化されたとは、３０～１００ミクロンに薄化されたことを意味する。いくつかの実施形態では、積極的に薄化されたとは、１００～２００ミクロンに薄化されたことを意味する。フォトセンサのアレイ３１０は、シンチレータ材料の同じ物理的バルク２２０の第１の層２０４に光学的に結合され、対応するフォトセンサ２４０は、各モノリシックシンチレータ１２４に属する対応する第１の領域２０２に寸法を合わされ位置合わせされる。第１のフォトセンサアレイ３１０の反対側のフォトセンサのアレイ３２０と、シンチレータ材料の同じ物理的バルク２２０とは、シンチレータ材料の同じ物理的バルク２２０の第２の層２０６に光学的に結合される。第２のフォトセンサアレイ３２０のフォトセンサ２４４は、各ボクセルモノリシックシンチレータ１２４に属する対応する第２の領域２０６に寸法を合わされ位置合わせされる。
図４を参照すると、モノリシックシンチレータ１２４のボクセルのためのシンチレータ領域２０２、２０６を生成する一実施形態が概略的に示される。コントローラ４００は、１つ又は複数のレーザ４１０、４２０の動作と、ホルダ４３０によって位置決めされたシンチレータ材料の同じ物理的バルク２２０に対するレーザ４１０、４２０の相対的位置決めとを制御する。いくつかの実施形態では、第１のレーザ４１０は、レーザビーム４１２が光学反射バリア２１０と平行に配向された状態で位置決めされる。いくつかの実施形態では、第２のレーザ４２０は、レーザビーム４２２が光学反射バリア２１０に対して垂直に配向された状態で位置決めされる。いくつかの実施形態では、第１のレーザ４１０又は第２のレーザ４２０の一方は省略される。いくつかの実施形態では、いずれかの配向に多数のレーザがある。
レーザビーム４１２、４２２は、少なくとも１つのレンズ４１６、４２６によってポイント４１４に合焦される。ポイント４１４、４１５は、形状が球状であってもよく、又はレーザビーム４１２、４２２の方向に沿っても細長くてもよい。ポイント４１４、４１５は、レーザ４１０、４２０の動作特性に応じてシンチレータ材料の同じ物理的バルク２２０の結晶構造を変化させる。レーザ４１０、４２０の動作特性はシンチレータ材料に関連する。波長、パワー、及びパルスは、例えば、光学反射バリア２１０の結晶構造の変化を達成するためにシンチレータ材料に応じて変わることができる。
コントローラ４００は、ホルダ４３０を基準としてレーザビーム４１２、４２２を移動させる。いくつかの実施形態では、レーザ４１０、４２０は固定され、ホルダ４３０が移動する。いくつかの実施形態では、レーザ４１０、４２０が移動し、ホルダ４３０は固定される。いくつかの実施形態では、レーザ４１０、４２０及びホルダ４３０の両方が移動する。
例えば、第２のレーザ４２０が省略され、第１のレーザ４１０が光学反射バリア２１０及びボクセル光学バリア２６０の両方を生成する場合、第１のレーザ４１０は、シンチレータ材料の同じ物理的バルク２２０の最も離れた面内の位置を横切った所にポイント４１４を移動させ、次いで、光学反射バリア２１０及びボクセル光学バリア２６０の結晶構造の変化が誘起されるまで、次に最も近い面内の位置まで連続的に進むように構成される。すなわち、ポイント４１４は、既に創り出されたバリアとレーザとの間にとどまる。光学反射バリア２１０及びボクセル光学バリア２６０の両方が生成された場合、バリアは、直交面、傾斜面、又は非平行面と関連する。すなわち、光学反射バリア２１０を画定するボリュームの主表面は、ボクセル光学バリア２６０を画定するボリュームの主表面に対して非平行である。
図５を参照すると、本明細書の実施形態による流れ図が示される。
５００において、シンチレータ材料の物理的バルク２２０が、１つ又は複数のレーザ４１０、４２０に対して位置決めされる。位置決めは、シンチレータ材料の物理的バルク２２０をホルダ４３０に受け取ることを含む。位置決めは、次の場所で光学反射バリア２１０を生成するためのレーザに対する位置の変化を含む。
いくつかの実施形態では、シンチレータ材料の物理的バルク２２０は、単一のボクセルのモノリシックシンチレータ１２４用の材料のボリュームを含む。いくつかの実施形態では、シンチレータ材料の物理的バルク２２０は、モノリシックシンチレータ１２４の１×Ｎアレイの材料のボリュームを含む。いくつかの実施形態では、シンチレータ材料の物理的バルク２２０は、モノリシックシンチレータ１２４のＭ×Ｎアレイ用の材料のボリュームを含む。
いくつかの実施形態では、ホルダは、上述のものの組合せを保持するように構成される。例えば、モノリシックシンチレータ１２４の１次元アレイのためのシンチレータ材料のスラブ又は個々のモノリシックシンチレータブロック１２４の材料は、機械的に分離されたスラブにわたって又は個々に機械的に分離されたボクセルにわたって光学反射バリア２１０を生成するために、ホルダ４３０に一緒に保持される。
５１０において、モノリシックシンチレータブロック１２４の物理的バルク２２０の一部分の結晶構造は、物理的接続された構造としてシンチレータ材料を維持しながらボクセルごとにシンチレータ材料に複数の領域を画定するために合焦レーザによって変更される。光学反射バリア２１０を形成する変更された構造部分は、入射放射１１７を初めに受け取るように構成されたシンチレータ材料の物理的バルク２２０の表面２５０と平行に配向される。モノリシックシンチレータ１２４の変更された構造部分は、入射放射１１７を初めに受け取るように構成された表面２５０と平行な２つ以上のバリア３３０、３３２を含む。２つのバリア３３０、３３２は平行であり、２ミクロンと１００ミクロンとの間の距離だけ分離される。いくつかの実施形態では、距離は、２５ミクロンと１００ミクロンとの間にある。
いくつかの実施形態では、変更された構造部分は、ボクセル光学バリア２６０又はその一部分をさらに含む。例えば、ボクセル光学バリア２６０を形成するために変更されたシンチレータ材料の物理的バルク２２０の部分に関して、変更された一部分は、さらに、入射放射を初めに受け取るように構成された表面２５０に対して垂直なバリアを形成する。
いくつかの実施形態では、変更された構造部分は、シンチレータ材料の物理的バルク２２０の外側表面２７０又はその一部分を含む。
モノリシックシンチレータ１２４が形成されるまで、動作５００及び５１０が繰り返され、変更された構造部分が再位置決めされ生成される。コントローラ４００は、光学反射バリア２１０、実施形態によっては追加としてボクセル光学バリア２６０及び／又は外側表面の反射バリア２７０を形成するために適切な順序で位置ごとに変更された構造部分を生成するようにレーザの位置決め及び動作を制御するように構成される。
５２０において、モノリシックシンチレータ１２４は、１つ又は複数のフォトセンサアレイに位置合わせされ付着される。いくつかの実施形態では、モノリシックシンチレータ１２４は、ボクセルの１×Ｎ次元アレイを形成し、各ボクセルのモノリシックシンチレータ１２４は、光学反射バリア２１０によって画定された層２０４、２０８に対応する複数の領域２０２、２０６を含む。例えば、フォトセンサアレイ２４６は、入射放射を初めに受け取る多層検出器１２０の表面２５０に対して垂直に配向され、シンチレータ材料の物理的バルク２２０に位置合わせされ付着される。各ボクセルの第１の領域２０２は対応する第１のフォトセンサ２４０と整列し、各ボクセルの第２の領域２０６は対応する第２のフォトセンサ２４２と整列する。ボクセルのＭ×Ｎアレイとしての多層検出器アレイ１２０は、ボクセルのＭ個の１次元アレイのアセンブリを用いてさらに組み立てられる。アセンブリは、読出し電子機器１４０の付加をさらに含む。アセンブリは、支持基板の付加をさらに含む。アセンブリは、光学反射被覆の適用をさらに含む。
いくつかの実施形態では、シンチレータ材料の構造的に変更された物理的バルク２２０から形成されている生成されたモノリシックシンチレータブロック１２４は、モノリシックシンチレータ１２４の２次元アレイを含み、各モノリシックシンチレータ１２４は、複数の領域２０２、２０６を含む。位置合わせ及び付着には、生成されたモノリシックシンチレータ１２４を複数のフォトセンサアレイ３１０、３２０に位置合わせし付着させることが含まれる。複数のフォトセンサアレイ３１０、３２０の各々は、入射放射１１７を初めに受け取る多層検出器の表面２５０と平行に配向される。
いくつかの実施形態では、シンチレータ材料の構造的に変更された物理的バルク２２０から形成されている生成されたモノリシックシンチレータ１２４は、個々のモノリシックシンチレータ１２４として機械的に分離され、モノリシックシンチレータ１２４の１×Ｎアレイ又はモノリシックシンチレータ１２４のＭ×Ｎアレイのいずれかとして被覆され再組み立てされる。
レーザ４１０、４２０の位置決め及び動作のためのコントローラ４１０の動作は、コンピュータプロセッサによって実行されたとき、説明した動作をプロセッサに行わせる、コンピュータ可読記憶媒体にエンコードされたか又は埋め込まれたコンピュータ可読命令を介して実施される。追加として又は代替として、コンピュータ可読命令のうちの少なくとも１つは、信号、搬送波、又は他の一時的媒体によって行われる。いくつかの実施形態では、コントローラ４１０は、特定用途向け集積回路を含む。
上述のステップは異なる順序で実行されてもよく、及び／又はいくつかのステップは省略されてもよい。
本発明が、図面及び前述の記載において詳細に図示され説明されたが、そのような図示及び説明は、説明的又は例示的であり、制限的でないと考えられるべきであり、本発明は、開示された実施形態に限定されない。特許請求される本発明を実践する際に、図面、開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、開示された実施形態に対する他の変形が、当業者によって理解され達成される。
特許請求の範囲において、「含む、有する」という単語は、他の要素又はステップを排除せず、単数形は複数を排除しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、特許請求の範囲に列挙されているいくつかの項目の機能を果たすことができる。特定の手段が互い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、これらの手段の組合せが有利に使用され得ないことを示していない。
Claims (20)
- モノリシックシンチレータを含むコンピュータ断層撮影検出器アレイであって、
前記モノリシックシンチレータは、第１のシンチレータ領域、第２のシンチレータ領域、及び前記第１のシンチレータ領域と前記第２のシンチレータ領域との間の光学反射バリアを含み、
前記コンピュータ断層撮影検出器アレイが、検査領域を横断し前記モノリシックシンチレータに衝突するＸ線放射を検出し、前記第１のシンチレータ領域によって吸収されたＸ線放射のエネルギーを示す第１の投影データと、前記第１のシンチレータ領域を横断し前記第２のシンチレータ領域によって吸収されたＸ線放射のエネルギーを示す第２の投影データとを生成する、コンピュータ断層撮影検出器アレイ。 - 前記モノリシックシンチレータが、前記第１のシンチレータ領域と前記第２のシンチレータ領域とを画定するためにレーザによって構造的に変更されたシンチレータ材料の物理的バルクの一部分を含む、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影検出器アレイ。
- 前記光学反射バリアのボリュームによって画定された主表面が、前記検査領域を横断したＸ線放射を受け取る前記コンピュータ断層撮影検出器アレイの表面と実質的に平行に配設される、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影検出器アレイ。
- 前記シンチレータ材料が、
ガドリニウムオキシサルファイド（ＧＯＳ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ）、
イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、
セリウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（ＣＥ ＹＡＧ、Ｃｅ Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、
ガドリニウムアルミニウムガリウムガーネット（ＧＡＧＧ、Ｇｄ３Ａｌ２Ｇａ３Ｏ１２）、
セリウムドープガドリニウムアルミニウムガリウムガーネット（ＣＥ ＧＡＧＧ、Ｃｅ Ｇｄ３Ａｌ２Ｇａ３Ｏ１２）、
ジンクセレナイド（ＺｎＳｅ）、及び
カドミウムタングステート（ＣｄＷＯ４）
のうちの少なくとも１つを含む、請求項２に記載のコンピュータ断層撮影検出器アレイ。 - 前記モノリシックシンチレータが、複数の検出器要素の単一のバルクシンチレータ材料の一部分を含み、各検出器要素の各モノリシックシンチレータが複数の領域を有する、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影検出器アレイ。
- 前記モノリシックシンチレータに隣接して配設されるフォトセンサのアレイをさらに含み、前記フォトセンサのアレイのフォトセンサが配置されている面が、前記検査領域を横断したＸ線放射を受け取る前記コンピュータ断層撮影検出器アレイの表面に対して垂直に配設される、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影検出器アレイ。
- 前記モノリシックシンチレータが間に配設されるフォトセンサの２つのアレイをさらに含み、前記フォトセンサの２つのアレイのフォトセンサが配置されている面の各々が、前記検査領域を横断したＸ線放射を受け取る前記コンピュータ断層撮影検出器アレイの表面と平行に配設される、請求項１に記載のコンピュータ断層撮影検出器アレイ。
- 検査領域を横断するＸ線放射を放出するＸ線放射源と、
前記検査領域を横切って前記Ｘ線放射源の反対側に配置される検出器アレイであって、
少なくとも第１のシンチレータ領域、第２のシンチレータ領域、及び前記少なくとも第１のシンチレータ領域と前記第２のシンチレータ領域との間の光学反射バリアを含むモノリシックシンチレータ
を含む、検出器アレイとを含む、コンピュータ断層撮影システムであって、
前記検出器アレイが、前記検査領域を横断し前記モノリシックシンチレータに衝突するＸ線放射を検出し、前記第１のシンチレータ領域によって吸収されたＸ線放射のエネルギーを示す第１の投影データと、前記第１のシンチレータ領域を横断し前記第２のシンチレータ領域によって吸収されたＸ線放射のエネルギーを示す第２の投影データとを生成する、コンピュータ断層撮影システム。 - 前記モノリシックシンチレータが、前記第１のシンチレータ領域と前記第２のシンチレータ領域とを画定するためにレーザによって構造的に変更されたシンチレータ材料の物理的バルクの一部分を含む、請求項８に記載のコンピュータ断層撮影システム。
- 前記光学反射バリアを画定するボリュームの主表面が、前記検査領域を横断したＸ線放射を受け取る前記検出器アレイの表面と実質的に平行に配設される、請求項８に記載のコンピュータ断層撮影システム。
- シンチレータ材料が、
ガドリニウムオキシサルファイド（ＧＯＳ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ）、
イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、
セリウムドープイットリウムアルミニウムガーネット（ＣＥ ＹＡＧ、Ｃｅ Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）、
ガドリニウムアルミニウムガリウムガーネット（ＧＡＧＧ、Ｇｄ３Ａｌ２Ｇａ３Ｏ１２）、
セリウムドープガドリニウムアルミニウムガリウムガーネット（ＣＥ ＧＡＧＧ、Ｃｅ Ｇｄ３Ａｌ２Ｇａ３Ｏ１２）、
ジンクセレナイド（ＺｎＳｅ）、及び
カドミウムタングステート（ＣｄＷＯ４）
のうちの少なくとも１つを含む、請求項８に記載のコンピュータ断層撮影システム。 - 前記モノリシックシンチレータが、複数の検出器要素の単一のバルクシンチレータ材料の部分を含み、各検出器要素の各モノリシックシンチレータが複数の領域を有する、請求項８に記載のコンピュータ断層撮影システム。
- 前記モノリシックシンチレータに隣接して配設されるフォトセンサのアレイをさらに含み、前記フォトセンサのアレイのフォトセンサが配置されている面が、前記検査領域を横断したＸ線放射を受け取る前記検出器アレイの表面に対して垂直に配設される、請求項８に記載のコンピュータ断層撮影システム。
- 前記モノリシックシンチレータが間に配設されるフォトセンサの２つのアレイをさらに含み、前記フォトセンサの２つのアレイのフォトセンサが配置されている面の各々が、前記検査領域を横断したＸ線放射を受け取る前記検出器アレイの表面と平行に配設される、請求項８に記載のコンピュータ断層撮影システム。
- コンピュータ断層撮影放射検出装置を製造する方法であって、前記方法が、
物理的に接続された結晶構造として単一の物理的バルクを維持しながらモノリシックシンチレータの複数の領域を画定するために、合焦レーザによってシンチレータ材料の前記単一の物理的バルクの一部分の結晶構造を変更するステップであって、前記変更された一部分が、検査領域を横断したＸ線放射を受け取る前記コンピュータ断層撮影放射検出装置の表面と平行に配向される主表面をもつボリュームを含む、変更するステップ
を有する、方法。 - 前記単一の物理的バルクの前記変更された一部分が、前記単一の物理的バルクの外部表面である表面をもつボリュームをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
- 前記合焦レーザの方向が、前記検査領域を横断したＸ線放射を受け取る前記コンピュータ断層撮影放射検出装置の前記表面に対して垂直な面と平行に又は前記面に対して垂直に配向される、請求項１５に記載の方法。
- 変更されたシンチレータ材料の前記単一の物理的バルクの前記一部分が、前記検査領域を横断したＸ線放射を受け取る前記コンピュータ断層撮影放射検出装置の前記表面と平行な主表面をもつ２つのボリュームを含み、前記主表面が、平行であり、２マイクロメートルと１００マイクロメートルとの間の距離だけ分離される、請求項１５に記載の方法。
- シンチレータ材料の前記単一の物理的バルクがモノリシックシンチレータの１次元アレイでの複数のモノリシックシンチレータを含み、各モノリシックシンチレータが複数の領域を有し、
シンチレータ材料の前記単一の物理的バルクに隣接して配設されるフォトセンサのアレイをさらに含み、
シンチレータ材料の前記単一の物理的バルクを前記フォトセンサのアレイに位置合わせし付着させるステップであって、前記フォトセンサのアレイのフォトセンサが配置されている面が、前記検査領域を横断したＸ線放射を受け取る前記コンピュータ断層撮影放射検出装置の前記表面に対して垂直に配向される、位置合わせし付着させるステップ
をさらに有する、請求項１５に記載の方法。 - シンチレータ材料の前記単一の物理的バルクが、シンチレータの２次元アレイでの複数のモノリシックシンチレータを含み、各モノリシックシンチレータが複数の領域を有し、
シンチレータ材料の前記単一の物理的バルクが間に配設されるフォトセンサの２つのアレイをさらに含み、
前記フォトセンサの２つのアレイ間にシンチレータ材料の前記単一の物理的バルクを位置合わせし付着させるステップであって、前記フォトセンサの２つのアレイのフォトセンサの面の各々が、前記検査領域を横断したＸ線放射を受け取る前記コンピュータ断層撮影放射検出装置の前記表面と平行に配向される、位置合わせし付着させるステップをさらに有する、請求項１５に記載の方法。
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