JP7459152B2 - 三次元タイル化可能なガンマ線検出器 - Google Patents

Description

本実施形態は、核医学イメージング用などのガンマ線検出器に関する。検出器は、放射されたガンマ線を検出するために配置される。

一次元または二次元（１Ｄまたは２Ｄ）のタイル化可能なガンマ線検出器は、深宇宙探査、国土安全保障、核医療、原子力発電所、原子力処理施設などの多くの用途で使用されている。エレクトロニクス、ヒートシンク、ＥＭＩシールド、および他の構成要素は、活性検出領域の下の層に実装され、光子および光子散乱を１つの層から下の他の層へと部分的または完全に遮断する。

このタイプの実装は、最適な信号対雑音性能を有する活性検出材料の複数の散乱層には理想的ではない。コンプトンイメージングは、散乱検出器および捕獲検出器に依存するため、検出器の１つの背後の構成要素によって生じる減衰に、特に影響されやすい。エレクトロニクスは、検出器のフットプリントの外側に配置されてもよく、これは、１Ｄまたは２Ｄ内の検出器のタイル化能力を低下させ、信号対雑音を悪化させる可能性がある。

まず、後述する好ましい実施形態は、ガンマ線検出のための方法およびシステムを含む。３Ｄタイルは、ガンマ線検出器を含むモジュールによって可能になり、少なくともいくつかのエレクトロニクスが側壁として検出器から離間して延在し、ガンマ線検出器の背後に空気または低減衰ギャップを残す。モジュールは、任意の形状のアレイを３Ｄで形成するようにスタックすることが可能であり、エレクトロニクスが検出器間の少なくとも１つの側壁を形成する低減衰ギャップによって捕獲検出器から離間された散乱検出器を有するコンプトン検出器を形成するようにスタックすることが含まれる。モジュールは、複数のモジュールから形成された検出器が、別々の平面内にあるように、および／または同じ表面（例えば、ちょうど１Ｄまたは２Ｄタイルを備えた同じ表面）の一部でないように、スタックされてもよい。

第１の態様において、ガンマ線検出器システムは、医用イメージングのために提供される。ガンマ線検出器は、第１及び第２の平行な最大の表面を有するプレートを含む。少なくとも１つの回路基板は、第１および第２の平行な最大の表面の間に縁部を有する。縁部は、回路基板の第１の表面がガンマ線検出器の第１の表面から４５°から１３５°の間の角度（例えば、約９０°または直交）にあるように、ガンマ線検出器の第１の表面に隣接して配置される。ギャップは、気体（例えば、空気）を有し、ガンマ線検出器の第１の表面に対する少なくとも１つの回路基板の角度における配置に起因して、少なくとも１つの回路基板とガンマ線検出器との間に形成される。ギャップは、ガンマ線検出器のガンマ線検出器ボリュームの少なくとも１０倍のギャップボリュームを有する。

一実施形態では、２つの回路基板は、ガンマ線検出器の第１の表面に対して角度をなして互いに平行に配置される。２つの回路基板の縁部は、ギャップが２つの回路基板の間に形成されるように、ガンマ線検出器の第１の表面の長さの１０％以内に、ガンマ線検出器の第１の表面の対向する縁部に配置される。２つの回路基板は、ガンマ線検出器の対向する側の縁部にあってもよい。

ハウジングは、ギャップを囲み、ガンマ線検出器及び少なくとも１つの回路基板と接続することができる。熱交換器および／またはファンがハウジングに接続されてもよい。熱交換器は、ガンマ線検出器の第１の表面に沿って配置されていてもよい。

他の実施形態では、少なくとも１つの回路基板は、アナログ・デジタル変換器基板に電子的に接続されたフィールドプログラマブルゲートアレイである。アナログ・デジタル変換器ボードは、ガンマ線検出器と電子的に接続し、ガンマ線検出器からのアナログ信号がデジタル信号としてフィールドプログラマブルゲートアレイに渡されるようにする。

ギャップは、いくつかの物体を含み得る。一実施形態では、ギャップはソリッドを含まない。ギャップは、回路基板、ハウジング、検出器、及び／又は他の構成要素によって縁取られている。ギャップに対してより多くの気体またはボリュームを含めることにより、ギャップ中のソリッドによる減衰がより少なくなる。

一実施形態では、ガンマ線検出器及び少なくとも１つの回路基板は、第１のモジュールを形成する。少なくとも第２のモジュールには、第２ガンマ線検出器と、第２のモジュールに第２ギャップを形成する少なくとも第２回路基板とが形成されている。第１のモジュールは、第２のモジュールにスタックされ、多面体を形成する。例えば、第１のモジュールのガンマ線検出器は、第２のモジュールのガンマ線検出器と平行でかつ対向してもよい。第１のモジュールの少なくとも１つの回路基板は、第１のモジュール及び第２のモジュールのガンマ線検出器の間に延在する側壁を形成し、第１のモジュールの間隙は、第１のモジュール及び第２のモジュールのガンマ線検出器の間にある。この例は、コンプトンカメラに使用できる。第１のモジュールのガンマ線検出器は、コンプトンカメラの散乱検出器として構成され、第２のモジュールのガンマ線検出器は、コンプトンカメラの捕獲検出器として構成される。

別の例として、第１のモジュールは、第２のモジュールに隣接して配置され、その結果、第１のモジュール及び第２のモジュールのガンマ線検出器は、同一平面内に存在しない。例えば、第１のモジュールのガンマ線検出器は、第１のモジュールのガンマ線検出器の第１の表面が第２のモジュールのガンマ線検出器の第１の表面に対して４５～１３５°になるように配置される。

ガンマ線検出器システムは、例えば、１つのモジュール又は複数のモジュールのように、様々な用途に使用され得る。例えば、ガンマ線検出器は、医療用核撮像システムの検出器である。

第２の態様では、コンプトンカメラが、医用イメージングのために提供される。散乱モジュールは、散乱検出器および第１のエレクトロニクスを有する。第１のエレクトロニクスは、散乱検出器に対して約９０°に配置されて、散乱検出器から延びる側壁を形成する。捕獲モジュールは、捕獲検出器及び第２のエレクトロニクスを有する。第２のエレクトロニクスは、捕獲検出器に対して約９０°に配置され、捕獲検出器から延びる側壁を形成する。散乱モジュールは、散乱モジュールの側壁及び／又は捕獲モジュールの側壁の少なくとも側壁が隔てられ、捕獲検出器と捕獲検出器との間に空間を形成するように、捕獲モジュールと共にスタック可能である。

一実施形態では、第１のエレクトロニクスは、散乱検出器の対向する縁部から延在して対向する側の壁を形成する２つの回路基板であり、第２のエレクトロニクスは、捕獲検出器の対向する縁部から延在して対向する側壁を形成する２つの回路基板を備える。スタックされたときの空間は、散乱モジュールの対向する側壁と捕獲モジュールの対向する側壁とからの４つの側壁を含む。

第３の態様では、ガンマ線検出器システムを形成するための方法が提供される。複数のモジュールが互いにスタックされる。各モジュールがガンマ線検出器を有する。モジュールは、複数のモジュールのガンマ線検出器が複数の平面内にあるようにスタックされている。スタックされた複数のモジュールは電気的に接続される。

一実施形態では、モジュールは、モジュール間にギャップを介してスタックされる。モジュールのガンマ線検出器は、空気ギャップの少なくとも１つの側壁が信号プロセッサを有する回路基板によって形成される実質的に平行である。

別の実施形態では、モジュールは、モジュールのガンマ線検出器が互いに実質的に垂直になるようにスタックされる。さらに別の実施形態では、各ガンマ線検出器は、互いに平行かつ対向する側の最大表面を有するスラブである。別モジュールのガンマ線検出器の対向する側の最大表面は、別平面内にあるようにスタックされている。

本発明は、次の請求の範囲によって定義され、この欄の何れも、それらの請求の範囲を限定するものとして見なされるべきではない。本発明のそれ以上の観点及び利点については、好ましい実施形態と関連して以下において説明し、これらを独立して又は組合せ状態でクレーム請求する場合がある。

構成要素（コンポーネント）及び図面は、必ずしも縮尺通りにはなっておらず、それどころか、本発明の原理を説明する際に誇張がなされている。さらに、図面に関し、同一の参照符号は、互いに異なる図全体にわたり対応の部分を示している。
一実施形態による、回路基板によって形成された側壁を有するガンマ線検出器の断面図である。 ３Ｄタイル化可能ガンマ線検出器モジュールの分解図である。 立方形ガンマ線検出器モジュールの形成を示す図である。 多面体ガンマ線検出器の別の実施形態の形成を示す図である。 ３Ｄタイル化可能なゲーム線検出器モジュールをスタックする２つの実施形態の断面図である。 ３Ｄタイル化可能なゲーム線検出器モジュールをスタックする２つの実施形態の断面図である。 ２つのモジュールをスタックすることによって形成されたコンプトンカメラの一実施形態の斜視図である。 ガンマ線検出器モジュールの別の３Ｄスタッキングの一実施形態の斜視図である。 ガンマ線検出器配置を形成する方法の一実施形態のフローチャート図である。

３Ｄタイル可能なガンマ線検出器が提供される。モジュールはタイル化のために使用される。モジュールでは、読取りエレクトロニクスは、センサ面に対して近傍の空間内にある。この配置は、光子減衰を最小化し、好ましい方向において信号対雑音比（ＳＮＲ）を最大化するために、アクティブ領域と非アクティブ領域を最適な幾何学的形状に保つ。モジュール化により、個々の要求とメンテナンスの容易さが最適化された柔軟な設計ジオメトリが可能になる。

３Ｄタイル化可能なガンマ線検出器は、コンプトンカメラのような種々の用途に使用され得る。他の用途には、電子的コリメーション、熱量計、宇宙望遠鏡、コンパクトな撮像システム、または、他の放射線検出を必要とする医用イメージングが含まれる。

図１は、医用イメージングのためのガンマ線検出器システムの一実施形態を示す図である。例えば、ガンマ線検出器システムは、単一光子放射コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）、陽電子放射形断層撮影（ＰＥＴ）、又はコンプトン医用イメージングシステムのような医用核イメージングシステム用である。

ガンマ線検出器システムは、ギャップ１４（断面図で示す）を形成する検出器１０及び回路基板１２と、画像処理装置１６と、ディスプレイ１８とを含む。追加の、異なる又は少ない構成要素を設けることができる。例えば、ディスプレイ１８及び／又は画像処理装置１６は設けられていない。別の例として、追加の検出器１０および／または撮像システム構成要素（例えば、ベッド、ハウジング、電源、および／またはガントリ）が提供される。

ガンマ線検出器１０は、ソリッド検出器である。任意の材料、例えばＳｉ、ＣＺＴ、ＣｄＴｅ、ＨＰＧｅ、及び／又は他の材料を使用することができる。検出器１０は、ＣＺＴについて、約４～１０ｍｍ又は１～２５ｍｍのような任意の厚さでウエハ製造を伴って作成される。

検出器１０は、プレートまたはスラブ形状を有するなど、ウエハとして形成される。検出器１０は、単一のセンサではなく、並んで配置されたセンサアレイであってもよい。任意の効率損失を最小化する最小ギャップを設けて、アレイが連続ウエハのように作用するようにしてもよい。プレートは、２つの平行な、最大の表面１１と、表面１１の間の任意の厚さを有し、例えば、ＣＺＴのために４ｍｍの厚さを有する。プレートおよび対応する表面１１は、５×５ｃｍ正方形、長方形、六角形、または他の多角形形状など、任意の形状を有していてもよい。形状は、多面体（ピラミッドまたは台形）などの種々の幾何学的形状であってもよい。代替の実施形態では、表面１１は、平行ではなく、断面において楔形を形成してもよい。非板状構造体、例えば立方体または多面体形状を使用してもよい。任意のサイズ領域及び／又は厚さを設けることができる。

検出器１０は、センサアレイを形成する。例えば、５×５ｃｍの検出器１０は、約２．２ｍｍのピクセルピッチを有する２１×２１ピクセルアレイである。他のピクセル数、ピクセルピッチ、および／またはアレイのサイズを使用してもよい。

検出器１０は、処理のためにフォーマットされた半導体を含んでもよい。例えば、検出器１０は、検出器１０内の電子と相互作用する構成を検出するため、および／または、検出された放射光の信号のアナログ・デジタル変換のため、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含む。検出された信号は、増幅されるように調整され、１つまたは複数の回路基板１２に送られる。フレキシブル回路、ワイヤ、または他の通信経路が、ＡＳＩＣから回路基板１２に信号を伝える。

ＡＳＩＣは、検出器１０の画素と並置される。ＡＳＩＣは任意の厚さである。複数のＡＳＩＣ、例えば、検出器１０の３×３グリッドに９個のＡＳＩＣＳを設けることができる。他の実施形態では、検知機能のためのＡＤＣおよび／またはプロセッサは、回路基板１２上に、基板内で検出器１０に対して平行または対向して、または、別の位置に配置される。

回路基板１２はプリント回路基板であるが、他のエレクトロニクス基板、ウエハ、および／または他の材料を使用してもよい。回路基板１２は、フィールドプログラマブルゲートアレイまたはアレイなどのエレクトロニクスを含む。デジタルシグナルプロセッサ、一般的なプロセッサ、アナログ回路、デジタル回路、それらの組み合わせ、及び／又は他のエレクトロニクスコンポーネントを設けることができる。回路基板１２は、信号をルーティングするためのトレースを含む。回路基板１２は、検出された信号を処理して画像処理装置１６にパラメータを提供する取得エレクトロニクスを含む。検出された信号の任意のパラメータ化を使用することができる。一実施形態では、エネルギ、到達時間、および位置が出力される。イベントのペアリングおよび／または角度決定など、他の取得処理が提供されてもよい。

検出器１０、画像処理装置１６、検出器１０のＡＳＩＣ、及び／又は他のエレクトロニクスとの物理的及び／又は電気的接続のための１つ又は複数のコネクタを設けることができる。例えば、トレース又はワイヤを有する可撓性の回路材料は、ＡＤＣボード及びＡＤＣが検出器１０に沿ってかつその背後に配置されるか又は一体化された状態で、回路基板１２上のフィールドプログラマブルゲートアレイを接続する。ＡＤＣボードは、ガンマ線検出器１０からのアナログ信号がデジタル信号として回路基板１２のフィールドプログラマブルゲートアレイに渡されるように、検出器１０と電子的に接続するか、又はその内部で接続する。接続は、代替の実施形態においてアナログ信号を通過させることができる。回路基板１２は、互いに及び／又はガルバニック接続を介して他のエレクトロニクスに、データブリッジに、及び／又は、光ファイバデータリンクに、接続される。ファイバデータリンクは、検出器１０によって検出されたイベントに対する取得パラメータを画像処理装置１６に提供することができる。

各モジュールのための任意の数の回路基板１２を使用することができる。２つの回路基板１２が示されている。１つ、３つ、４つ、または５つ以上の回路基板１２を使用することができる。

回路基板１２は、プレートまたはスラブ形状を有する。プレートは、２つの平行な、最大の表面１５と、表面１５の間の任意の厚さ、例えば、２～５ｍｍを有する。４つの縁部１３は、最大の表面１５を接続し及び／又は表面１５間にある表面を形成する。プレートは、５×５ｃｍの正方形または長方形の形状など、任意の形状を有することができる。代替の実施形態では、表面１５は、断面において楔形を形成しており、平行ではない。非プレート構造体、例えば立方体または多面体形状を使用してもよい。任意のサイズ領域及び／又は厚さを設けることができる。

各回路基板１２の縁部１３のうちの１つは、ガンマ線検出器１０のうち最大の面１１のうちの１つに隣接して配置される。フレキシブル回路材料、ＡＤＣボード、および／または物理的ヒンジなどの介在接続があってもよく、一方では、隣接している。縁部１３は、隣接する面１１に直接当接してもよい。縁部１３は、ガンマ線検出器１０の縁部に沿って、表面に隣接するように配置されてもよい。図１に図示の実施形態では、縁部１３は、依然として隣接している間、表面１１の背後に又は表面１１上にあることを回避するように配置される。代替的な実施形態では、縁部１３は、表面１１の長さの１０％以内、表面の縁部など、表面１１の背後にまたは表面１１上に配置される。複数の回路基板１２が設けられている場合、縁部１３は、ガンマ線検出器１０の表面１１の異なる（例えば、図１に示すように対向する側の）縁部までの表面１１の長さの１０％以内に配置される。

縁部１３は、回路基板１２の表面１５がガンマ線検出器１０の表面１１から４５～１３５°の間の角度になるように、ガンマ線検出器１０の表面１１に隣接して配置される。図１に図示の実施形態では、回路基板１２は、検出器１０に対して約９０°（垂直または直交）であり、「約」は、材料および応力による製造公差および／または柔軟性を説明するために使用される。２つの回路基板１２は、平行である（すなわち、表面１１に対して同じ角度である）が、検出器１０に対して異なる角度で配置されてもよい（すなわち、平行ではない）。回路基板１２が表面１１の両側にない場合、回路基板１２は、表面１１に対して同じ角度（例えば、９０°）であってもよいが、平行でなくてもよい。

回路基板１２の検出器１０に対する相対位置は、ギャップ１４を形成する。ギャップ１４は囲まれていないが、囲まれていてもよい。１つの回路基板１２が設けられている場合、ギャップ１４は、検出器１０と回路基板１２との間に形成され、例えば、三角形の領域、断面における台形の領域または長方形の領域である。ギャップ１４は、回路基板１２及び検出器１０が２つの側面を形成する立方体又は多面体のボリュームであってもよい。２つ以上の回路基板１２では、立方体または多面体のボリュームがギャップ１４として形成され、２つ以上の回路基板１２が異なる側壁を形成し、検出器１０がさらに別の側壁を形成する。１つまたは複数の回路基板１２および検出器１０の相対的配置（例えば、縁部１３の位置および角度）は、ギャップ１４を形成する。

ギャップ１４にはガスが充填される。例えば、ギャップ１４は空気で満たされる。ギャップ１４が内張りされて封入されたチャンバを形成する場合など、他のガスを使用してもよい。低ガンマ減衰ソリッドは、ギャップ１４を埋めることができる。一実施形態では、ギャップ１４はソリッドを含まない。ギャップ１４内ではガンマ線減衰ソリッドは排除される。ギャップ１４の縁部に沿ったものなど、いくつかのソリッドを設けることができる。例えば、ＡＤＣボードは、検出器１０と共に動作するために、ギャップ１４内の表面１１に沿って配置される。ギャップ１４の残部は、回路基板１２から延びる支持構造またはエレクトロニクス以外のソリッドを含まない。一実施形態では、ギャップ１４は、ギャップ１４内にソリッドがなく、取り囲まれた又は形成された、構造体又はソリッドによって規定される。

ギャップ１４は、任意のボリュームを有する。検出器１０からのギャップ１４の深さは、検出器１０の厚さの少なくとも１０倍（例えば、４０～１００ｍｍまたは１～２５ｍｍ）など、任意の深さであってもよい。深さは、回路基板１２の全長、それよりも長く、またはそれよりも短くてもよい。一実施形態では、ギャップボリュームは、ガンマ線検出器１０のボリュームの少なくとも５倍、１０倍、又は２０倍である。

ギャップ１４は、検出器１０に平行な領域を有し、検出器１０の表面１１の領域の少なくとも５０、７５、９０、９５、９９、または１００％を形成する。このガス充填領域またはボリュームは、側壁に散乱しない角度を仮定すると、検出器１０を通過するガンマ線減衰を最小限に抑える。

図２は、検出器１０、高電圧分配層２２、回路基板１２、及びギャップ１４によって形成されるモジュールの一実施形態の分解図を示す。モジュールは、ハウジング２０を含む。付加的な、異なる、又はより少ない構成要素を設けることができる。

ハウジング２０は、ギャップ１４の少なくとも一部を取り囲み、検出器１０及び回路基板１２を保持するフレームを提供する。ハウジング２０は、低減衰材料から形成することができる。ハウジング２０は、ギャップ１４を取り囲むことができ、又は、側壁を設けず又は開放して片側を残す等、ギャップ１４の一部のみを取り囲むことができる。ハウジング２０は、ガンマ線検出器１０及び／又は回路基板１２と物理的に接続される。接続部は、直接的または間接的（例えば、１つ以上の他の構造を通して）であってもよい。組み立てられると、概ね立方体形状が、図１の検出器１０および回路基板１２配置と共に提供される。いくつかのファンおよびコントローラおよび通信基板以外では、検出器１０と対向する側のモジュールの側面は、解放されているか、または囲まれている（例えば、ファンまたはフレームによって）。他の実施形態では、ハウジング２０は、開口部を覆うことができる。

ハウジング２０によって形成されるモジュールは、平坦な側面を有するようにスタックされるための形状である。空気取り入れ口のような平坦でない部分を設けてもよい。グルーブ、舌状部、オスコネクタ、メスコネクタ、ラッチ、クリップ、ボルト及びボルト孔、及び／又は別のリンク機構のような嵌合構造体をハウジング２０上に設けることができる。モジュールは、互いにスタックおよび／または係合する。他の実施形態では、ハウジング２０は、何らかの隣接するモジュールに直接接続するか、または直接接続しないで、ガントリまたは他のフレームワークに取り付けるように形成される。

他のモジュールまたはガントリへの接続または接続は、解放可能であってもよい。モジュールが接続されており、外れている可能性がある。接続は解除可能で、すべてのモジュールを取り外すことなく、１つのモジュールまたはモジュールのグループを取り外すことができる。

ハウジング２０は、一般的な立方形または他の多面体形状を形成する。「一般的な」は、スタック可能な表面を維持しながら、形状の変動（例えば、孔、隆起部、通気孔、および／または面取り）を説明するために使用される。空気取り入れ口のような１つ以上の変形例を設けることができる。図１及び図２の例では、ハウジング２０は、立方形又は他の略６面形状を形成している。検出器１０が六角形または別の形状である場合、ハウジング２０によって形成される多面体は、８つ以上の側面を有することができる。

ハウジング２０は、金属、プラスチック、ガラス繊維、炭素（例えば、炭素繊維）、別の材料、及び／又はそれらの組合せである。一実施形態では、ハウジング２０の異なる部分は異なる材料である。例えば、回路基板１２の周囲のハウジングには錫が使用される。アルミニウムは、検出器１０を保持するために使用される。別の例では、ハウジング２０は、アルミニウムのような同じ材料のものである。ハウジング２０の一部にはプラスチックを使用してもよい。ブラケット、ボルト、ネジ、クリップ、ラッチ、及び／又はスタンドオフは、回路基板１２及び検出器１０をハウジング２０の内部又は一部として適所に保持するために使用される。

回路基板１２及び検出器１０は、ハウジング２０内にあるが、ハウジング２０を越えて延在してもよい。回路基板１２及び／又は検出器１０は、ハウジングの側壁である等、ハウジング２０の一部を形成することができる。ハウジング２０は接地されてもよく、回路基板１２の接地面として作用する。

組み立てられると、検出器１０及び回路基板１２はモジュール３０を形成する。図３に一例を示す。検出器１０と回路基板１２との間の物理的接続は、フレキシブル回路材料及び／又はヒンジを使用するように、フレキシブルであってもよい。次いで、回路基板１２を検出器１０に対して所望の角度に配置して、モジュール３０及び対応するギャップ１４を形成する。一旦位置決めされると、回路基板１２は、検出器１０に対して適所に固定される。所望の角度で固定された接続が代替の実施形態において使用されてもよい。

図４は、６辺検出器１０を備えた例を示す。３つの回路基板１２が検出器１０に接続されている。３つの回路基板１２は、検出器１０に対して折り畳み、８つの側面を有するモジュールを形成する。回路基板１２によって形成された３つの側壁と検出器１０によって形成された上壁とを有するモジュール３０のように、いくつかの側面が開いていてもよい。残りの４つの側面は、ハウジング２０によって開口されるか、または形成される。他の数の回路基板１２を使用してもよい。

モジュール３０は、様々な形状のいずれかを有する検出器アレイを形成するようにスタックされてもよい。任意の数のモジュール３０をスタックすることができる。各モジュール３０は、検出器１０および１つまたは複数の回路基板１２から形成される。所与のモジュールは、上部及び底部のように、２つの検出器１０を含んでもよい。ギャップ１４により、所与のモジュール３０は、別のモジュールの検出器１０又は別の検出器１０に通過するガンマ線を減衰させにくくなり、１Ｄ又は２Ｄタイルに加えて、３Ｄにスタックして１つの検出器表面を形成することができる。

スタックされたモジュール３０は、任意の相対的な間隔および／または配置を有してもよい。ガントリまたはフレームを使用して、モジュール３０を互いに対して配置することができる。あるいは、１つのモジュール３０の別のモジュールへの直接接続を使用してスタックしてもよい。

スタッキングは、１Ｄまたは２Ｄであってもよく、例えば、同じ平面または湾曲した表面に検出器１０の表面を形成するようなものであってもよい。スタッキングは、検出器１０を複数の平面に配置するか、または同じ曲面の外側に配置するなど、３Ｄであってもよい。２つ以上の表面または別々の表面に検出器を備えた種々の検出構造が形成されてもよい。

図５にその一例を示す。２つのモジュール３０は、垂直な平面に沿って検出器１０を提供するために、３Ｄでスタックされている。第３のモジュール３０を追加して、検出のための第３の平面を形成し、トラフを作ることができる。他のモジュール３０は、検出のために側面が開放された立方体を形成するために追加されてもよい。他のモジュールを付加して、種々の形状を形成してもよく、例えば、互いの上にスタックして、複数の平面内に平行検出器１０を設けてもよい。１つの平面を共有する検出器１０と、他の平面または表面を形成する他の検出器１０とを有する複雑な配置を設けることができる。複数のモジュール３０からの回路基板１２は、回路基板または検出器に沿って、および／または他のモジュール３０のギャップ１４内に配置されてもよい。間隔は、任意の形状の粗検出器を作成するために使用されてもよい。検出器１０は、互いに対して３Ｄ内の任意の角度で配向されてもよい。図５は垂直を示すが、互いに対して他の角度（例えば、５～８５°または９５～１７５°）を使用してもよい。例えば、少なくとも２つのモジュール３０は、検出器が互いに対して４５～１３５°である平面を形成するようにスタックされる（例えば、表面１１は、２つの検出器１０に対して互いに４５～１３５°である）。

任意のＮ角形形状を形成することができる。インターロック構造、サッカーボール構造、リング、および／または二層または三層構造を形成するような、任意の３Ｄスタッキングが可能である。アッセンブリまたはスタッキングは、１Ｄまたは２Ｄタイル状になっていてもよく、複数のモジュール３０の検出器１０によって形成される検出表面の表面積を延ばしていてもよい。

図６は、別の例のスタッキングを示す。１つのモジュール３０は、別のモジュール３０の上にスタックされ、２つの平行な平面または実質的に平行な平面に検出器１０を生成する。「実質的に」は、材料における製造公差および／または柔軟性を説明するために使用される。スタッキングは、一方の検出器１０が他方の検出器１０からのギャップ１４の一方に対向する６つの側面を有する多面体を形成する。１つのモジュール３０の１つまたは複数の回路基板１２は、検出器１０の間に側壁を形成する。回路基板１２は、一方の検出器１０から他方の検出器まで完全に延びるが、ハウジング２０または他の介在材料または意図的な間隔などのために、間隙を設けることができる。少なくとも１つのモジュール３０のギャップ１４は、２つの検出器１０の間にあり、その結果、低減衰媒体が検出器１０の間の空間の大部分を満たす。

このスタッキング配置は、同様に、１Ｄまたは２Ｄタイルを含んでもよい。例えば、１つまたは複数のモジュール３０（例えば、別のスタックまたは対になったモジュール３０のスタック）がモジュール３０に隣接して配置され、モジュール３０のアレイを形成する。図８は、３Ｄスタッキングモジュール３０（例えば、２×２×２）の２×２配置として、８つのモジュール３０を２Ｄでタイル状に配置した例を示す。立方体、多面体、または他の形状を形成するための、より多くのまたはより少ないモジュール３０の他のスタッキングが設けられてもよい。例えば、完全なリング、部分的なリング、リングの内側のリング、他の部分的なリングの内側の部分的なリング、又は別の組合せを使用することができる。モジュール化アプローチにより、任意の数のモジュール３０を使用することができる。製造は、モジュール３０の他のものに使用されるよりも、異なる配置で任意の所与のモジュール３０を使用するにもかかわらず、同じ構成要素の複数を構築することにより、より効率的で低コストである。いくつかのモジュール３０は、検出器１０の複数の材料および／または厚さ、および／または回路基板１２上の複数のエレクトロニクスを有するなど、他とは異なるものであってもよい。

図６のスタックは、コンプトンカメラとして使用することができる。図６に示す向きの上部検出器のような１つの検出器１０は、散乱検出器として使用される。他方の検出器１０、例えば図６に示す向きの下部検出器は、捕獲検出器として使用される。より大きな面積の検出器配置のために、図８のスタックされたモジュール３０を使用することができる。上部検出器１０は、互いに隣接１つの平面内に検出器１０の２×２のアレイを形成する。このより大きな散乱検出器は、他方の平面において検出器１０の２×２アレイによって形成される、より大きな捕獲検出器と共に動作する。

曲面内に検出器のアレイを形成するなど、他の配置を使用してもよい。１つ、２つ、３つ、または４つ以上の層の検出器および対応する湾曲または３Ｄ表面は、モジュール３０をスタックすることによって形成されてもよい。

図７は、コンプトンカメラとして使用する場合のような別のスタッキング配置を示す。図６に示す方向ではなく、モジュール３０は、回路基板１２が隣接する側壁に嵌合するか又は側壁を形成するようにスタックされている（例えば、図６の下側モジュール３０は、図面から１８０°延びる軸を中心に回転され、各検出器１０（散乱検出器の場合は１０Ａ、捕獲検出器の場合は１０Ｂ）の中心を通る軸を中心に９０°回転され、上方にスライドされる）。各モジュール３０は、検出器１０の対向する縁部上に２つの回路基板１２を有する。一方のモジュール３０を他方に対して回転させることによって、回路基板１２の４つの側壁は、ギャップ１４を囲むように側壁を形成するように整列される。このネスティングによる結果は、図６のスタックよりも少ないスペース（例えば、高さとしてではない）を使用する可能性がある。４×４コンプトンアレイが形成されるが、別サイズのアレイが使用されてもよい。

図７において、１つのモジュール３０は、高電圧分配層２２と、検出器１０Ａと、散乱検出器の一部として使用されるＡＤＣ／ＡＳＩＣ基板２３とを含む。他のモジュール３０はまた、捕獲検出器の一部として使用される高電圧分配層２２、検出器１０Ｂ、およびＡＤＣ／ＡＳＩＣ基板２３を含む。散乱検出器と捕獲検出器との間の４つの側壁はすべて、回路基板１２、１つのモジュール３０からの２つ、他のモジュール３０からの２つの、によって形成されるか、または充填される。

図７に示す例では、捕獲検出器のためのモジュール３０の検出器１０は、散乱検出器のためのモジュール３０の検出器１０よりも厚い。散乱モジュール３０は、検出器１０及びエレクトロニクスを含む。エレクトロニクスは、検出器１０に対して約９０°に配置され、検出器１０から延びる側壁を形成する。散乱モジュール３０は、検出器１０及びエレクトロニクスを含む。エレクトロニクスは、捕獲検出器から延びる側壁を形成するために、検出器１０に対して約９０°に配置される。スタックすると、両方のモジュールのエレクトロニクスは、検出器１０の間に延在する少なくとも２つの側壁上にある。スタックの１つまたは複数の側面が開いていてもよい。正方形または長方形の検出器１０のための２組のエレクトロニクスが使用される場合、検出器１０の間に延在する４つの側壁すべてがエレクトロニクスを有し、一方のモジュール３０から２つ、他方のモジュール３０から２つである。各モジュール３０のエレクトロニクスは、検出器１０の対向する縁部から延在することによって、対向する側壁を形成することができる。あるいは、各モジュール３０のエレクトロニクスは、２つの隣接する側壁を形成する。

検出器１０間の空間すなわちギャップ１４は、複数のモジュール３０からのエレクトロニクスまたは側壁によって形成される。ギャップ１４は、ガンマ線のエネルギで気体又は他の低減衰材料で満たされる。ガンマ線は、側壁上にエレクトロニクスを配置することによって形成されるギャップ１４内でほとんど減衰せずに、一方の検出器（すなわち、散乱検出器）から他方の検出器（すなわち、捕獲検出器）へ通過（例えば、散乱または結託によって生成される）してもよい。エレクトロニクスは、モジュール３０内の配向により、低減衰空間を生成する。

エレクトロニクスは、たとえ複数のモジュール３０からであっても、互いに通信可能に接続することができる。通信によってイベントのペアリングが可能になる場合がある。エネルギパラメータとタイミングパラメータを用いて、散乱イベントと捕獲イベントをペアリングした。各ペアに対して、一対のイベントの空間的位置及びエネルギを用いて、散乱検出器への光子の入射角を見出すのに使用される。あるいは、各モジュール３０に対する処理は別々に実行され、画像処理装置１６はペアリングを実行する。

ペアリングされたイベントがリンクされると、画像処理装置１６または別のプロセッサは、検出された発光の２次元または３次元における分布を再構成するために、コンピュータ断層撮影を実行してもよい。各イベントに対する入射角または入射線は、再構成において使用される。検出したコンプトンイベントの再構成分布を用いてコンプトン画像をレンダリングするのに使用される。スタックがコンプトン検出以外の検出に使用される場合、画像処理装置１６は、物理的コリメーションに基づく入射角が検出器１０又は検出器１０に提供される位置、エネルギ、及び／又はタイミング情報に基づいて検出された発光を再構成することができる。非コンプトン検知のための電子的コリメーションは、２層の検知器１０を使用して提供されてもよい。

図１のディスプレイ１８は、ＣＲＴ、ＬＣＤ、プロジェクタ、プリンタ、または他のディスプレイである。ディスプレイ１８は、核画像（例えば、コンプトン画像またはＳＰＥＣＴ画像）を表示するように構成される。画像は、表示平面バッファに記憶され、ディスプレイ１８に読み出される。コンプトン画像をＳＰＥＣＴ画像と重ねて表示したり、隣接して表示するなど、画像を別々に表示したり合成したりすることがある。

図９は、ガンマ線検出器システムを形成、使用、及び修復するための方法のフローチャートの一実施形態を示す。ガンマ線検出器システムは、モジュールを３Ｄにスタックすることによりモジュール式に形成される。１Ｄまたは２Ｄタイルではなく、３Ｄタイルを使用して、コンプトンカメラなどのさまざまな検出器システムを形成することができる。

この方法は、図１のシステム、図２のモジュール、図３のモジュール、図４のモジュール、または検出器の背後または横にギャップを作るためにエレクトロニクスを使用する他のモジュールによって実施される。その動作は、示された順序（すなわち、上から下へ、または数値的に）または他の順序で行われる。例えば、動作９８は動作９４の一部として行われてもよい。

追加的、異なる、または少ない動作を提供することができる。例えば、動作９６および９８を実行せずに検出器システムを組み立てるための動作９２および９４が設けられる。別の例として、動作９６は、他の作用なしに実行される。

動作９２では、２つ以上のモジュールが互いにスタックされる。各モジュールは、ガンマ線検出器を含む。モジュールは、モジュールのガンマ線検出器が複数の平面内にあるように（例えば、図５～図８を参照）、及び／又は１つの平面に沿って延びるように、３Ｄでスタックされるか又はタイル状に配置される。一実施形態では、異なる平面内のモジュールの検出器は、実質的に平行な平面内にある。「実質的に」は、許容範囲および柔軟性を考慮するために使用される。スタッキングモジュールは、検出器間にギャップを有する。ギャップは、信号プロセッサを備えた回路基板によって形成されるスタックの少なくとも１つの側壁を有することによって形成することができる。モジュールのうちの１つまたは複数は、検出器から離れて延在する回路基板を有し、その結果、スタッキングは、検出器間にギャップを生じる。

一実施形態では、スタックされるモジュールの各ガンマ線検出器は、互いに平行かつ対向する側の最大表面を有するスラブである。複数のモジュールのガンマ線検出器の対向する側の最大表面は、スタッキング内の複数の平面に配置される。別の実施形態では、モジュールは、モジュールのガンマ線検出器が互いに実質的に垂直になるようにスタックされる。

モジュールは、ガントリまたはフレームに当接および／または取り付けるように成形される。人またはロボットが、３Ｄ でのスタックに対して互いにモジュールを配置する。例えば、人または機械は、２つ以上のモジュールからコンプトンセンサーを組み立てる。互いに隣接するモジュールをスペーサ、ガントリ、またはフレームワークを介して直接接触または接触させてスタックすることによって、隣接するモジュールはガンマ線検出器アレイを形成する。完全なリングまたは部分的なリングが、患者または検出空間の周囲に形成されてもよく、少なくとも部分的に規定されている。

検出器システムの構成または設計は、モジュールの数および／または位置を規定する。一旦スタックすると、モジュールは、動作９４において、１つまたは複数のブリッジを介してなどの通信のために接続されてもよい。スタックされたモジュールは、バス、光リンク、ブリッジ、及び／又は別の通信インターフェースを介して、画像処理及び／又は互いに電気的に接続される。モジュールのエレクトロニクスまたは回路基板は、空冷システムなどの他のコンポーネントと接続されてもよい。

動作９６では、組み立てられた検出器システムが発光を検出する。コンプトンカメラの例では、与えられた放射光子が散乱検出器と相互作用する。その結果、放出された光子の入射線から特定の角度における別の光子の散乱が生じる。この二次光子はエネルギが少ない。二次光子は捕獲検出器で検出される。検出された散乱イベントと捕獲イベントの両方のエネルギとタイミングに基づいて、両方のイベントがペアリングされる。空気または減衰ギャップが低いため、二次光子の減衰が少なく、検出されやすくなる。ペアリングされたイベントの位置とエネルギは、検出器間のラインと散乱角を与える。その結果、放出光子の入射線が決定される。

ＳＰＥＣＴ又は他のガンマ放射線検出例では、ガンマ放射線が１つ又は複数の検出器によって検出される。電子的コリメーションおよび／または物理的コリメーションを使用して、モジュールの検出器によって検出された放射およびモジュールの相対的空間位置から放射の分布を再構成することができる。

検出したイベントをカウントまたは収集する。応答のラインまたは複数のコンプトンまたは他の放出イベントが生じるラインは、再構成において使用される。患者からの放射の三次元における分布を再構成することができる。コンプトン検知で提供されるような電子的コリメーションの場合、検知が放出された光子の入射角を説明または提供するので、再構成は物理的コリメータを必要としない。

検出されたイベントは、オブジェクト・スペースに再構成される。画像は、再構成されたイベントからディスプレイ装置にレンダリングされてもよい。画像は患者内の放射の分布を表す。

動作９８では、人又は機械（例えば、ロボット）がモジュールの１つを取り外す。モジュールの検出器または関連エレクトロニクスのうちの１つが故障した場合、または交換されるべき場合（例えば、異なるエネルギで検出するため）、モジュールを取り外してもよい。その他のモジュールは、撮像システム内に残される。これにより、検出器システム全体のより大きな分解及び／又は交換のコストなしに、修理及び／又は交換を容易にすることができる。

本発明を種々の実施形態を参照して上述したが、本発明の範囲から逸脱することなく、多くの変更及び改造を実施できることは理解されるべきである。したがって、上記詳細な説明は、本発明を限定するものではなく例示として解されるものであり、本発明の精神及び範囲を定めるのは、全ての均等例を含む特許請求の範囲の記載に基づくものであることは理解されるべきである。

Claims (19)

1. 医用イメージングのためのガンマ線検出器システムであって、
   互いに平行で最大の第１の表面および第２の表面を有するプレートを備えたガンマ線検出器と、
   少なくとも１つの回路基板と、
   を有し、
   前記少なくとも１つの回路基板が、
   互いに平行で最大の第１の表面および第２の表面の間の縁部であって、前記縁部が前記ガンマ線検出器の前記第１の表面の近傍に配置され、前記少なくとも１つの回路基板の前記第１の表面が前記ガンマ線検出器の前記第１の表面から４５°～１３５°の間の角度をなす、縁部と、
   前記ガンマ線検出器の前記第１の表面に対する前記角度で前記少なくとも１つの回路基板の前記配置によって、前記少なくとも１つの回路基板と前記ガンマ線検出器との間に形成され気体を含むギャップであって、前記ガンマ線検出器のガンマ線検出器ボリュームの少なくとも１０倍のギャップボリュームを有する、ギャップと、を有し、
   前記ガンマ線検出器及び前記少なくとも１つの回路基板が、第１のモジュールを形成し、
   第２のガンマ線検出器を形成する少なくとも１つの第２のモジュールと、前記第２のモジュールに第２のギャップを形成する少なくとも１つの第２の回路基板と、を更に備え、
   前記第１のモジュールが、多面体を形成する前記第２のモジュールにスタックされ、
   前記第１のモジュールの前記ガンマ線検出器が、前記第２のモジュールの前記ガンマ線検出器に対して平行にかつ対向して配置されており、
   前記第１のモジュールの前記少なくとも１つの回路基板が、前記第１のモジュール及び前記第２のモジュールの前記ガンマ線検出器の間に延びる側壁を形成し、
   前記第１のモジュールの前記ギャップが、前記第１のモジュール及び前記第２のモジュールの前記ガンマ線検出器の間にある、
   ガンマ線検出器システム。
2. 前記少なくとも１つの回路基板が、前記ガンマ線検出器の前記第１の表面に対する前記角度において、互いに平行に配置された２つの回路基板を備え、
   前記２つの回路基板の前記縁部が、前記ガンマ線検出器の前記第１の表面の対向する縁部に向かって前記第１の表面の長さの１０％以内に配置されて、前記ギャップが前記２つの回路基板の間に形成される、
   請求項１に記載のガンマ線検出器システム。
3. 前記２つの回路基板の前記縁部が、前記ガンマ線検出器の前記対向する縁部にある、請求項２に記載のガンマ線検出器システム。
4. 前記ギャップを囲むとともに、前記ガンマ線検出器及び前記少なくとも１つの回路基板と接続される、ハウジングを更に備える、請求項１に記載のガンマ線検出器システム。
5. 前記ハウジングに接続された熱交換器及びファンを更に備え、
   前記熱交換器が前記ガンマ線検出器の前記第１の表面に沿って配置される、
   請求項４に記載のガンマ線検出器システム。
6. 前記角度が約９０°であり、前記少なくとも１つの回路基板が前記ガンマ線検出器の前記第１の表面に対して略直角である、請求項１に記載のガンマ線検出器システム。
7. 前記気体が空気を含む、請求項１に記載のガンマ線検出器システム。
8. 前記少なくとも１つの回路基板が、アナログ・デジタル変換器基板に電子的に接続されたフィールドプログラマブルゲートアレイを含み、
   前記アナログ・デジタル変換器基板が前記ガンマ線検出器に電子的に接続されて、ガンマ線検出器からのアナログ信号がデジタル信号として前記フィールドプログラマブルゲートアレイに渡される、
   請求項１に記載のガンマ線検出器システム。
9. 前記ギャップがソリッドを含まない、請求項１に記載のガンマ線検出器システム。
10. 前記第１のモジュールの前記ガンマ線検出器がコンプトンカメラの散乱検出器として構成されるとともに、前記第２のモジュールの前記ガンマ線検出器が前記コンプトンカメラの捕獲検出器として構成される、請求項１に記載のガンマ線検出器システム。
11. 医用イメージングのためのガンマ線検出器システムであって、
    互いに平行で最大の第１の表面および第２の表面を有するプレートを備えたガンマ線検出器と、
    少なくとも１つの回路基板と、
    を有し、
    前記少なくとも１つの回路基板が、
    互いに平行で最大の第１の表面および第２の表面の間の縁部であって、前記縁部が前記ガンマ線検出器の前記第１の表面の近傍に配置され、前記少なくとも１つの回路基板の前記第１の表面が前記ガンマ線検出器の前記第１の表面から４５°～１３５°の間の角度をなす、縁部と、
    前記ガンマ線検出器の前記第１の表面に対する前記角度で前記少なくとも１つの回路基板の前記配置によって、前記少なくとも１つの回路基板と前記ガンマ線検出器との間に形成され気体を含むギャップであって、前記ガンマ線検出器のガンマ線検出器ボリュームの少なくとも１０倍のギャップボリュームを有する、ギャップと、を有し、
    前記ガンマ線検出器及び前記少なくとも１つの回路基板が、第１のモジュールを形成し、
    第２のガンマ線検出器を形成する少なくとも１つの第２のモジュールと、前記第２のモジュールに第２のギャップを形成する少なくとも１つの第２の回路基板と、を更に備え、
    前記第１のモジュールが、前記第２のモジュールの近傍に配置されて、前記第１のモジュール及び前記第２のモジュールの前記ガンマ線検出器が同一平面内に存在しない、ガンマ線検出器システム。
12. 前記第１のモジュールの前記ガンマ線検出器が、前記第１のモジュールの前記ガンマ線検出器の前記第１の表面が前記第２のモジュールの前記ガンマ線検出器の前記第１の表面に対して４５～１３５°の角度をなすように配置される、請求項１１に記載のガンマ線検出器システム。
13. 前記ガンマ線検出器が、医用核イメージングシステムの検出器を含む、請求項１または１１に記載のガンマ線検出器システム。
14. 医用イメージングのためのコンプトンカメラであって、
    散乱検出器と第１のエレクトロニクスを備える散乱モジュールであって、前記第１のエレクトロニクスが、前記散乱検出器から延びる側壁を形成するように前記散乱検出器に対して約９０°の角度に配置された、散乱モジュールと、
    捕獲検出器と第２のエレクトロニクスを備える捕獲モジュールであって、前記第２のエレクトロニクスが、前記捕獲検出器から延びる側壁を形成するように前記捕獲検出器に対して約９０°の角度に配置された、捕獲モジュールと、
    を備え、
    前記散乱モジュールが、前記捕獲モジュールとスタックされ、前記散乱モジュールの前記側壁及び／又は前記捕獲モジュールの前記側壁の少なくとも１つが前記散乱検出器と前記捕獲検出器との間を隔てるとともに空間を形成する、
    コンプトンカメラ。
15. 前記第１のエレクトロニクスが、前記散乱検出器の対向する縁部から延びて前記散乱検出器の対向する側壁を形成する２つの回路基板を備え、
    前記第２のエレクトロニクスが、前記捕獲検出器の対向する縁部から延びて前記捕獲検出器の対向する側壁を形成する２つの回路基板を備え、
    前記空間が、前記散乱モジュールの前記対向する側壁および前記捕獲モジュールの前記対向する側壁からの４つの側壁を含む、
    請求項１４に記載のコンプトンカメラ。
16. 請求項１または１１に記載のガンマ線検出器システムを形成するための方法であって、
    複数のモジュールを互いにスタックするステップであって、前記複数のモジュールがそれぞれガンマ線検出器を備え、前記複数のモジュールがスタックされて、前記複数のモジュールの前記ガンマ線検出器が異なる平面内に存在する、ステップと、
    スタックされた前記複数のモジュールを電気的に接続するステップと、
    を備えた方法。
17. 前記スタックするステップが、前記複数のモジュール間に空気ギャップを有するとともに、前記複数のモジュールの前記ガンマ線検出器が実質的に並行であり、前記空気ギャップの少なくとも１つの側壁が信号プロセッサを含む回路基板によって形成されるように、スタックするステップを含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記スタックするステップが、前記複数のモジュールの前記ガンマ線検出器が互いに実質的に垂直になるように、前記複数のモジュールをスタックするステップを含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記ガンマ線検出器のそれぞれが、互いに平行で対向する最大表面を有するスラブを含み、
    前記スタックするステップが、前記平面内の前記複数のモジュールの前記ガンマ線検出器の前記対向する最大表面に、スタックするステップを含む、請求項１６に記載の方法。