JP2012509492A - スペクトルイメージング検出器 - Google Patents

Abstract

一次元多素子光検出器(120)は、上側である第1フォトダイオード画素列と下側である第2フォトダイオード画素列を備えるフォトダイオードアレイ(122)を有する。前記フォトダイオードアレイ(122)は当該光検出器(120)の一部である。シンチレータアレイ(126)は、上側である第1シンチレータ画素列と下側である第2シンチレータ画素列を有する。前記第1シンチレータ画素列と第2シンチレータ画素列はそれぞれ、前記第1フォトダイオード画素列と第2フォトダイオード画素列と光学的に結合する。当該光検出器(120)はまた読み出し電子機器(124)をも有する。前記読み出し電子機器(124)もまた当該光検出器(120)の一部である。電気配線(512)は、前記フォトダイオード画素と読み出し電子機器(124)とを相互接続する。

Description

以降の記載は概ねスペクトルイメージング検出器に関する。本明細書においては、スペクトルイメージング検出器はコンピュータ断層撮影(CT)に関連して説明されるが、スペクトルイメージング検出器は、他の医療用及び非医療用の画像化用途にも適用されうる。

コンピュータ断層撮影(CT)スキャナは一般的に、一列以上の検出器画素を含む検出器アレイに対向する回転可能なガントリー上に設けられたX線管を有する。X線管は、該X線管と検出器アレイとの間に位置する検査領域の周りを回転し、かつ前記検査領域と該検査領域に設けられた対象物を通り抜ける多色放射線を放出する。検出器アレイは、検査領域を通り抜ける放射線を検出し、かつ前記検査領域と該検査領域に設けられた対象物を示唆する信号又は投影データを生成する。

再構成体は、投影データを処理して、検査領域と該検査領域に設けられた対象物を示唆する体積像データを生成する。体積像データは、対象物が走査された部分を含む1つ以上の像を生成するように処理されて良い。その結果生成された（複数の）像は、一般的には相対放射線濃度に対応するグレイスケール値で表される画素を有する。係る情報は、走査された対象の減衰特性を反映し、一般的には、患者体内の解剖学的構造、無生物内の物理的構造等といった構造を示す。

対象物による放射線の吸収がその対象物を通り抜ける光子のエネルギーに依存するので、検出された放射線はまたスペクトル情報をも有する。係るスペクトル情報は、対象物の組織及び/若しくは材料の元素又は材料組成（たとえば原子番号）を示唆する情報のような追加的情報を供することができる。しかし従来のCTでは、検出器アレイから出力される信号がエネルギースペクトル全体にわたって積分されたエネルギーフルエンスに比例するので、投影データはスペクトル特性を反映しない。

従来のCTでは、スペクトル情報は、元素又は材料組成を示唆する情報のようなさらなる情報を供するのに利用される。スペクトル情報を得る一の方法は、ダブルデッカー(double-decker)型検出器を用いることである。係る検出器は一般に、フォトセンサアレイが面に結合した状態で備えられた回路基板を有する。フォトセンサアレイはさらに、上側の画素列と下側の画素列を有する。前記上側の画素列と下側の画素列はそれぞれ、入射放射線の方向において互いにオフセットされる。入射放射線の方向において互いにオフセットされる、対応する上側の画素列と下側の画素列を有するシンチレータアレイが、フォトセンサアレイに結合する。フォトセンサアレイとシンチレータアレイとは結合して一つになる。それにより列中のシンチレータ画素は、対応する列中のフォトセンサ画素と光学的に結合する。

上述したように、放射線の吸収は光子のエネルギーに依存する。つまり、低エネルギーの光子が吸収される前にシンチレータアレイ中を進行する距離すなわち深さは、高エネルギーの光子が吸収される前にシンチレータアレイ中を進行する深さよりも短い。そのため、低エネルギー光子は上側のシンチレーション列内で吸収され、かつ、前記上側のシンチレーション列を通り抜ける高エネルギー光子は下側のシンチレーション列内で吸収される。エネルギー分離は、2つの列間にフィルタを設けることによってさらに改善することができる。

残念なことに、フォトセンサアレイによって生成される信号は、回路基板へ向かい、そこから、通常はその回路基板内に存在する処理電子機器へ向かわなければならない。そのため、雑音の増大及び/又は検出器から送られる信号の劣化を起こす恐れのある高密度の相互接続を用いなければならない。その結果、設置面積は相対的に大きくなり、かつ検出器の全体的コストも増大する恐れがある。

本願の態様は、上記問題及び他の問題を解決する。

一の態様では、一次元多素子光検出器は、上側である第1フォトダイオード画素列と下側である第2フォトダイオード画素列を備えるフォトダイオードアレイを有する。前記フォトダイオードアレイは当該光検出器の一部である。シンチレータアレイは、上側である第1シンチレータ画素列と下側である第2シンチレータ画素列を有する。前記第1シンチレータ画素列と第2シンチレータ画素列はそれぞれ、前記第1フォトダイオード画素列と第2フォトダイオード画素列と光学的に結合する。当該光検出器はまた読み出し電子機器をも有する。前記読み出し電子機器もまた当該光検出器の一部である。電気配線は、前記フォトダイオード画素と読み出し電子機器とを相互接続する。

他の態様では、検出器モジュールは複数のスライスモジュールを有する。各スライスモジュールは、複数の支持構造及び複数の一次元多素子光検出器を有する。前記複数の支持構造の各々は、前記複数の一次元多素子光検出器のうちの対応するものの一つを支持する。各一次元多素子光検出器は、読み出し電子機器を備える読み出し領域、及び、複数の積層されたフォトダイオード画素列を有するフォトダイオードアレイを備える感光性領域を有する。シンチレータアレイは、前記フォトダイオードアレイと光学的に結合する。

他の態様では、画像化システムは、焦点スポットから放射線を放出する放射線源、及び、前記放射線を検出して該放射線を示唆する信号を生成する検出器アレイを有する。前記検出器アレイは、横軸に沿って積層されて縦軸に沿って延在する複数のスライスモジュールを有する。各スライスモジュールは、直列に整列した複数の一次元多素子光検出器を有する。各一次元多素子光検出器は、読み出し電子機器、及び、上側である第1フォトダイオード画素列と下側である第2フォトダイオード画素列を少なくとも備えるフォトダイオードアレイを有する。シンチレータアレイは、上側である第1シンチレータ画素列と下側である第2シンチレータ画素列を少なくとも有する。前記第1シンチレータ画素列と第2シンチレータ画素列はそれぞれ、前記第1フォトダイオード画素列と第2フォトダイオード画素列と光学的に結合する。複数の支持構造の各々は、当該光検出器のうちの対応する一つを支持する。

典型的な画像化システムを図示している。 画像化システムの検出器アレイの検出器モジュールの上面を図示している。 典型的なスライスモジュール及び該スライスモジュールに固定された複数の一次元検出器モジュールを図示している。 典型的なスライスモジュール及び該スライスモジュールに固定された複数の一次元検出器モジュールを図示している。 典型的な一次元検出器モジュールの側面を図示している。 典型的なシンチレータアレイの前面を図示している。 AとBは、典型的な一次元検出器モジュールであってシンチレータアレイが固定されていないものを図示している。 シンチレータ画素深さと光子エネルギーの関数としての典型的な検出器応答を図示している。 X軸に沿って焦点合わせされた隔壁を備える散乱防止グリッドを図示している。 Z軸に沿って焦点合わせされた隔壁を備える散乱防止グリッドを図示している。 互い違いに配置されたスライスモジュールを有する典型的なモジュールの上面を図示している。 シンチレータアレイ列を固定された状態で備えた典型的な一次元検出器モジュールを図示している。 焦点スポットに焦点合わせされた複数のスライスモジュールを有する典型的な検出器アレイを図示している。 典型的な二面多素子光検出器を図示している。 複数の積層された二面多素子光検出器を有する典型的な検出器モジュールを図示している。 共通のシンチレータアレイを共有する典型的な一対の多素子光検出器を図示している。 二面を有する一次元多素子光検出器の非限定的実施例を図示している。 二面する一次元多素子光検出器の非限定的実施例を図示している。 二面する一次元多素子光検出器の非限定的実施例を図示している。 I/Oコンタクトと読み出し電子機器との間の典型的な接続を図示している。 二面を有する単一ASICの一次元多素子光検出器を集積する非限定的な典型的方法を図示している。 二面を有する単一ASICの一次元多素子光検出器を集積する非限定的な典型的方法を図示している。 二面を有する単一ASICの一次元多素子光検出器を集積する非限定的な典型的方法を図示している。 二面を有する単一ASICの一次元多素子光検出器を集積する非限定的な典型的方法を図示している。 典型的な位置合わせ板を図示している。 典型的な位置合わせ板を図示している。 プリント回路基板に設けられた光検出器の非限定的実施例を図示している。 プリント回路基板に設けられた光検出器の非限定的実施例を図示している。

本発明は、様々な部材及び部材の配置、並びに、様々な工程及び工程の順序における実施形態をとって良い。図面は好適実施例を図示する目的でしかなく、本発明を限定するものと解されてはならない。

以降の記載は概ね、複数の積層された一次元スライスモジュールから形成される二次元検出器アレイに関する。スライスモジュールは複数の一次元多素子光検出器を有する。一次元多素子光検出器は、フォトダイオード領域（上に多次元フォトダイオードアレイを備える）と読み出し領域（上に読み出し電子機器を備える）の両方を有する。同一基板に属するフォトダイオード領域と読み出し領域を有することで、フォトダイオードアレイが読み出し電子機器を保持する別個の回路基板に設けられる検出器の構成と比較して、検出器アレイの全体コスト、相互接続密度、及び設置面積が減少し、かつ、前記検出器アレイの信頼性と照射効率が増大する。スペクトル情報は、シンチレータアレイの深さ方向に沿ったX線吸収測定から得られて良い。従来のCT測定は、同一の光路での検出器からの出力を合計することによって得られて良い。

最初に図1を参照すると、画像化システムすなわちCTスキャナ100が図示されている。スキャナ100は、静止ガントリー102及び回転ガントリー104を有する。回転ガントリー104は、静止ガントリー102によって回転可能となるように支持されていることが好ましい。回転ガントリー104は、長手軸すなわちZ軸108を回転軸として、検査領域106の周りを回転する。

放射線源110−たとえばX線管−は、回転ガントリー104によって支持され、回転ガントリー104と共に回転し、かつ放射線を放出する。放射線源コリメータ112は、放出された放射線をコリメートして、略錐体、扇形、楔形、又は検査領域106を通り抜ける他の形状の放射線ビームを形成する。

放射線感受性を有する検出器アレイ114は、回転ガントリー104に固定され、かつ検査領域106の反対側の放射線源110に、弧をなした状態で対している。図示された検出器アレイ114は、横軸すなわちX軸に沿って積層された複数の検出器モジュールを有する。図示されているように、検出器モジュール116は、X軸方向に沿って積層された複数のスライスモジュール118を有する。

以降で詳述するように、スライスモジュール118は、Z軸方向に沿って延在し、かつ支持構造128に固定された少なくとも1つの一次元多素子光検出器を有する。一次元多素子光検出器は、多素子フォトダイオードアレイ122と該多素子フォトダイオードアレイ122と光学的に結合する二次元シンチレータアレイを備えるフォトダイオード領域、及び、読み出し電子機器124−たとえば集積回路、用途特定集積回路(ASIC)等−を備える読み出し領域を有する。上述したように、一次元多素子光検出器120は、フォトダイオードアレイ122と読み出し電子機器124の両方を含むように構成される。一の場合では、これは、非感光性領域を含むようにフォトダイオードアレイ122を延在させ、かつ該フォトダイオードアレイ122の延在した領域上の読み出し電子機器124を内蔵するようにしたものと考えることができる。

一次元多素子光検出器120はまた、上部封止体130と底部封止体132をも有する。上部封止体130は、入射放射線に対向するシンチレータ126の面と結合する。底部封止体132は、シンチレータ126の反対側の面と結合する。封止体130と132の一方又は両方は、反射材料−たとえば塗料、膜、又は他のコーティング−を有して良い。前記反射材料は、フォトダイオードアレイ122から遠ざかるように進行する光子を前記フォトダイオード122へ向かうように再度導光するので、封止体130と132が前記反射材料を有しない構成と比較して効率を改善させることができる。

検出器アレイ114は、検査領域106を通り抜ける放射線源110によって放出される光子を検出し、かつ検出された放射線を示唆する信号又は投影データを生成する。スペクトル情報は、シンチレータアレイの深さ方向に沿ったX線吸収測定から得られて良い。従来のCT測定は、同一の光路での検出器からの出力を合計することによって得られて良い。

散乱防止グリッド134は、検出器アレイ114と入射放射線との間に設けられる。図示された散乱防止グリッド134は、透過放射線がシンチレータアレイ126を通過することを可能にすると同時に、相当量の散乱放射線がシンチレータアレイ126に到達するのを抑制する複数のチャネルを有する一部材からなる散乱防止グリッドである。以降で詳述するように、散乱防止グリッド134の個々のチャネルは、焦点スポットにて一次元又は二次元で焦点合わせされて良い。ここでは、多数の部材からなる散乱防止グリッドも考えられる。

再構成体136は、スペクトル又は従来の再構成アルゴリズムを用いて信号又は投影データを再構成し、かつ検査領域106を示唆する体積像データを生成する。1つ以上のスペクトル又は従来の像は、体積像データから生成されて良い。

支持体138−たとえばカウチ−は、検査領域106内の対象物を支持する。支持体138は、回転ガントリー104の回転と連携しながらZ軸に沿って可動となることで、螺旋軌道、軸軌道、又は他の望ましい走査軌道を補助する。

汎用コンピュータシステムは、オペレータコンソール140として機能する。オペレータコンソール140は、人間が読み出し可能な出力装置−たとえばディスプレイ及び/又はプリンタ−並びに、入力装置−たとえばキーボード及び/又はマウス−を有する。コンソール140に備えられたソフトウエアは、オペレータが、スペクトル若しくは従来の走査プロトコルの選択、走査の初期化/終了、体積像データの閲覧及び/若しくは操作、並びに/又は、システム100との相互作用を行うことを可能にする。

検出器モジュール116についてさらに、図2-図5に関連させて説明する。

最初に図2Aを参照すると、検出器モジュール116の上面が図示されている。図示されているように、個々のスライスモジュール118は、Z軸に沿って延在して、互いに平行となるように実質的に位置合わせされている。スライスモジュール118の位置合わせは、多素子フォトダイオードアレイ122と、該多素子フォトダイオードアレイ122に隣接する一次元多素子光検出器120上のシンチレータアレイとが、X軸に沿って実質的に位置合わせさせるように行われる。典型的な検出器モジュール116は、1〜256のスライスモジュール118−たとえば8,16,24,32のスライスモジュール−を有して良い。

図2Bは典型的なスライスモジュール118の前面を図示している。この例では、複数の一次元多素子光検出器120が、Z軸方向に沿って、順次又は連続的に支持構造128に固定又は設置されている。支持構造128は、複数の貫通孔すなわち材料の存在しない領域202を有する。一の場合では、支持構造128は、一次元多素子光検出器120の熱膨張係数と一致する材料を有する。

一次元多素子光検出器120は、非感光性部を介して支持構造128の背面と結合すなわち該背面に固定される。非感光性部内の対応する読み出し電子機器124は、各対応する材料の存在しない領域202へ入り込むように延在する。簡明を期すため、図2Cは、図2Bのスライスモジュール118の断面を図示している。一次元多素子光検出器120の非感光性部は、支持構造128と結合して良い。

図3-図6は、典型的な一次元多素子光検出器120を図示している。

図3は、シンチレータアレイ126が取り付けられた一次元多素子光検出器120の側面を図示している。この例では、シンチレータアレイ126は、複数のシンチレータ画素列を有する構造を有するシンチレータアレイである。説明目的のため4列が図示されている。しかしそれ以外の列数も考えられる。以降で詳述するように、シンチレータ画素は、その形状−たとえば深さ−が、エネルギー分離及びX線の統計に影響を及ぼすような構造をとる。

シンチレータアレイ126の構造を有する画素はフォトダイオードアレイ122に固定される。それによりシンチレータアレイ126の個々の画素は、フォトダイオードアレイ122の個々の画素に対して実質的に位置合わせされ、かつ光学的に結合する。反射材料−たとえば塗料、膜、コーティング等−は、フォトダイオードアレイ122には固定されていないシンチレータ画素の1つ以上の面上に設けられて良い。これにより、フォトダイオードアレイ122から遠ざかる方向に移動する光がフォトダイオードアレイ122へ向かうように再度導光されることで、反射材料が用いられない構成よりも、検出効率を改善することができる。図示されているように、シンチレータアレイ126は、X軸方向において、読み出し電子機器124よりも遙か遠くまで延在しているので、X線が読み出し電子機器124に衝突して損傷を与える事態が抑制される。

図4は、図3に図示された一次元多素子光検出器120の典型的な構造を有するシンチレータアレイ126を図示している。この例では、シンチレータは、M列の列402×N行の行404のシンチレータ画素を有し、シンチレータ画素のアレイ126を形成する。ここでMとNは、画素化領域内のフォトダイオード画素の数に対応する（以降の図5を参照のこと）。繰り返しになるが、4列は単なる説明目的の図示であり、本発明を限定するものではない。様々な材料又は発光体の画素が形成されて良い。様々な材料又は発光体とはたとえば、ヨウ化セシウム(CsI)、セレン化亜鉛(ZnSe)、テルルがドーピングされたセレン化亜鉛(ZnSe:Te)、タングステン酸カドミウム(CdWO₄又はCWO)、酸硫化ガドリニウム(GOS)、及び/又は他の適切な発光体である。

図示された実施例では、画素は、構造を有し、かつ一般に多面体−たとえば立方体−形状である。長さすなわち深さは、入射放射線から遠ざかる方向に列が進むにつれて増大する。例として、各対応する深さは0.1mm〜10mmまで変化して良い。たとえば一の場合では、画素の深さはそれぞれ、0.35mm、0.65mm、1.00mm、及び2.50mmであって良い。より一般的には、像再構成処理の要求によって、シンチレータ列の適切な厚さ、ひいては相対的な吸収が決定されて良い。

シンチレータ列の深さを変化させることで、X線がある列で吸収され、次の列を通り抜けるX線が減少するので、各列でのX線吸収の均衡をとることを補助することができる。それに加えてあるいはその代わりに、列間の発光体材料を変化させることで、各列でのX線吸収の均衡をとることを補助することができる。一般的には、列の構造及び/又は材料が選ばれ、入射放射線に最も近い列が、相対的に最低エネルギーを有するX線に応答し、その入射放射線から最も遠い列が、相対的に最高エネルギーを有するX線に応答する。

一の場合では、1つ以上のシンチレータ画素の中間列は、エネルギー分離用の「フィルタ」として利用されて良い。そのようにシンチレータ画素列を利用することによって、その画素列に係る信号は、他のインライン信号と結合するか、かつ/又は、その信号に寄与するように利用されるのではなく、放射線照射量が無駄にならないように利用される。換言すると、光検出器は、従来のCTについて、シンチレータ層間での「損失のない」エネルギー分離を行いながらの他種類のエネルギー検出を可能にする。対照的に、フィルタを備えたスペクトルシステムでは、光子が無駄になるので、本明細書に記載した実施例よりも効率が落ちる。

図5A及び図5Bはそれぞれ、X軸方向及びZ軸方向から見たシンチレータアレイ126がない状態の一次元多素子光検出器の側面を図示している。この例では、一次元多素子光検出器120は、感光性すなわち画素化領域504と非感光性領域すなわち非画素化領域506を有する薄い長方形シートである。そのシート、つまり領域504と506の適切な材料にはシリコンが含まれるがこれに限定されるわけではない。そのシートの適切な厚さは約30〜150μmの範囲である。繰り返しになるが、一次元多素子光検出器120上の両領域504と506を有することで、全体の検出器コストの減少、並びに、信頼性、相互接続密度、及び照射効率の増大が可能となる。一の場合では、シリコン表面上の高い電気的相互接続密度は、深さ方向により多くのフォトダイオード列を設けることを可能にする。

この例では、画素化領域504は、M列の列508×N行の行510のフォトダイオード画素によって画素化され、かつM×Nのフォトダイオードアレイ122を形成する。図示された実施例では、M=32及びN=4である。他の実施例では、Mは1〜256まで変化して良く、かつNは1〜32まで変化して良い。図示された次元は説明目的で与えられたものであり、限定ではないことに留意して欲しい。つまり他の実施例では、画素化領域は上記以外の画素行/列数を有して良い。フォトダイオードアレイ122は、CMOSプロセス又は他のプロセスによって、一次元多素子光検出器120上に形成されて良い。

図示されたフォトダイオードの画素の寸法は、Y方向に沿って、厚さすなわち深さにおいて増大する。図示された場合では、フォトダイオード画素は、該フォトダイオード画素対応する、構造を有したシンチレータ画素の深さに対応する深さを有するように備えられ、かつ、上述したように、係るシンチレータ画素の深さは、関心対象であるエネルギー分離、画素の材料等に基づいて選ばれる。他の実施例では、フォトダイオード画素の深さは他の方法で選ばれても良い。

図示された例では、フォトダイオード画素は、前面発光フォト(FIP)ダイオードである。非画素化領域506は、各フォトダイオードと、結合パッド及び読み出し領域とを相互接続する伝導性の電気配線を有する。一の場合では、配線512は、フォトダイオード120の表面上に形成される。たとえば光検出器120がシリコンを有する場合、配線512は、様々なシリコンプロセス手法を用いることによってシリコン上に形成されて良い。配線512はまた内部シリコン層上に存在しても良い。読み出し電子機器124は、非画素化領域506内のシリコンに機械的に設置され、かつはんだバンプ、ワイヤ結合等によって結合パッドと電気的に接続する。熱膨張効果は、読み出し電子機器と光検出器120の材料とを適合させる（たとえばシリコンとガラス）ことによって減少させて良い。読み出し電子機器124は、X軸方向に、一次元多素子光検出器120から延在する。

図示された例では、128チャネルのASIC124又は他の読み出し電子機器124が、32×4のフォトダイオード画素の各々についてのチャネルを供する。256チャネルのASIC124は追加のチャネルを供する。前記追加のチャネルは、信号の増幅、アナログ信号のデジタル信号への変換、信号の送信、冗長性、相関二重サンプリング、パルスX線補正、残光補正、劣悪画素の補正、及び/又は他の機能に用いられて良い。たとえばASIC124の一部のチャネルは、パルスX線CTに用いられて良い。パルスX線CTは、時間依存サンプリング問題の解決に用いることができる。他の場合では、ASICは、散乱防止グリッド134からのシャドーイングの検知及び/又は補正するアルゴリズムを実装して良い。当然のこととして、本明細書においては他のチャネル数のASICも考えられる。

図6は、図2-図5に図示された一次元多素子光検出器120の典型的なスペクトル応答を図示している。この例では、画素はヨウ化セシウム(CsI)を有する。上述したように、図示された一次元多素子光検出器120のフォトダイオード及びシンチレータ画素の深さは、入射放射線からの距離の関数として増大する。図6の曲線から、画素の深さはそれぞれ、0.35mm、0.65mm、1.00mm、及び2.50mmである。走査パラメータは、120kVp、2.5mmAL、1.2mmTI、水を貫通する光路長は10cmで、1.0mm刻みで0〜9.0mmの骨を有する。

第1軸602は、放射線応答（すなわち検出数）を表す。第2軸604は、光子のエネルギーをkeVの単位で表す。第1組の曲線606は、1mm刻みで0〜9mmの骨についての入射放射線に最も近いシンチレータ画素列に対応する検出器画素列についての応答を表す。第2組の曲線608は、1mm刻みで0〜9mmの骨についての次の検出器画素列についての応答を表す。第3組の曲線610は、繰り返しになるが1mm刻みで0〜9mmの骨についての次の検出器画素列についての応答を表す。第4組の曲線612は、1mm刻みで0〜9mmの骨についての入射放射線から最も遠い検出器画素列についての応答を表す。

図6に図示されているように、図2-図5に図示された一次元多素子光検出器120の構成は、光子を無駄にすることなく検出された光子のエネルギー分離を可能にする。たとえば曲線の組606から、上側の画素列は主として、60keV周辺に平均エネルギー値を有する低エネルギー光子を検出する。次の曲線の組608から、次の画素列は主として、70keV周辺に平均エネルギー値を有する光子を検出する。これらの光子の多くは、上側の画素列を通り抜ける高エネルギー光子を含む。曲線の組610から、次の画素列は主として、85keV周辺に平均エネルギー値を有する光子を検出する。これらの光子の多くは、第2の画素列を通り抜ける高エネルギー光子を有する。次の曲線の組612から、最後の画素列は主として、約100keV周辺に平均エネルギー値を有する光子を検出する。これらの光子の多くは、第3の画素列を通り抜ける高エネルギー光子を有する。各画素列についての平均エネルギーがそれぞれ異なるので、画素列はエネルギー分離を可能にする。それに加えて、シンチレータ列間にフィルタが用いられている構成とは異なり、シンチレータ画素列はその画素列間にフィルタが存在しない状態で積層されるので、図示された例は連続したシンチレータを有する。そのため光子はフィルタリングされない。むしろ一の層を通り抜ける光子は、下側の層で検出又は吸収される。

上で簡単に述べたように、散乱防止グリッド134は1次元又は2次元に焦点合わせされて良い。図7は、Z軸方向に沿って延在する散乱防止グリッド134の1つ以上の各独立したグリッド隔壁又は素子702が、焦点スポット704で焦点合わせされた例を図示している。図8では、X軸方向に沿って延在する散乱防止グリッド134の1つ以上の各独立したグリッド隔壁又は素子802が、焦点スポット704で焦点合わせされた例を図示している。散乱防止グリッドのいずれ一方又は両方の焦点合わせは、照射効率の改善及び/又はノイズの減少を可能にする。なぜなら、いずれの散乱防止グリッド134も焦点スポット704で焦点合わせされていない構成と比較して、より多くの透過（非散乱）放射線が、より隔壁を通り抜けて、シンチレータに衝突するようになるためである。

図示された実施例では、読み出し電子機器124は、一次元多素子光検出器120の非画素化領域506に機械的に設けられた別個の部材である。他の実施例では、読み出し電子機器124は、相補的金属−酸化物−半導体(CMOS)又は他の技術によって、一次元多素子光検出器120の非画素化領域506の一部として形成されて良い。

図2Aのところで述べたように、図示された実施例では、検出器モジュール116内のスライスモジュール118は、X軸に沿って実質的に位置合わせされている。他の実施例では、検出器モジュール116内のスライスモジュール118のうちの少なくとも1つは、X軸に沿って互い違いになって良い。たとえば図9は、繰り返しのスライスモジュールが、Z軸方向において、シンチレータ一画素の半分だけ互い違いに、すなわちオフセットした状態をとる例を図示している。係るオフセットはZ軸のサンプリングを増大させる。この構成によって、散乱防止グリッド隔壁も同様にZ軸方向において互い違いになっている。

上で示した実施例では、シンチレータアレイ126中のシンチレータ画素は概して立方体形状である。図10に図示されているように、他の例では、シンチレータ列アレイ1002が代わりに用いられている。シンチレータ列アレイ1002は、柱状すなわちパイプ形状のシンチレータ画素1004のマトリックスを有する。柱状すなわちパイプ形状のシンチレータ画素1004は、一次元多素子光検出器120のフォトダイオードアレイ領域と光学的に結合する。係るシンチレータは0.25mm〜2.50mmの厚さであって良い。上述した立方体形状のシンチレータ画素とは異なり、シンチレータ列アレイ1002の画素の寸法は、高い許容度で構造が形成される必要もないし、又は高い許容度で位置合わせされる必要もない。それに加えて、列のシンチレータを用いることで、電子切り換え又は他の方法によるフォトダイオード画素の活性領域の変化においてより柔軟性を高めることが可能となる。

他の実施例では、1層以上の中間シンチレータ層すなわちフィルタが、シンチレータ画素列1004の間に設けられることで、光子を選択的にフィルタリングして良い。これによりエネルギー分離を改善することが可能である。

上述したように、散乱防止隔壁702と802は、焦点スポット704にて1次元又は2次元で焦点合わせされて良い。それに加えてあるいはその代わりに、検出器アレイ114の各独立したスライス118は焦点スポット704によって焦点合わせされて良い。これについて図11に関連させて示す。図11に図示されているように、検出器アレイ114の中心領域1104周辺の範囲1102内のスライスモジュール118は、焦点スポット704にて焦点合わせされ、かつ、焦点スポット704から検出器アレイ114を介して延在して、X軸及び検出器アレイ114と垂直に交差する仮想線1106に対して実質的に垂直又は平行である。中心領域1104から離れたスライスモジュール118は、焦点スポット704によってスライスモジュール118を焦点合わせするようにして、仮想線116へ向かうように傾斜する。

図12及び図13は、検出器120が、二面の一次元多素子光検出器で、第1及び第2の多素子フォトダイオードアレイ122₁と122₂及び対応する第1及び第2の二次元シンチレータアレイ126₁と126₂を有する他の実施例を図示している。この例では、図示されたシンチレータアレイイ126₁と126₂はシンチレータアレイ列である。他の実施例では、二面の一次元多素子光検出器120は、構造を有するシンチレータアレイ又は他のシンチレータアレイ126を有する。列状シンチレータの材料は、フォトダイオード領域の両面に直接堆積されて良い。図示された実施例では、2層の厚さが半分のシンチレータ層が用いられて良い。

図13は、検出器モジュール116の一部で一つとなるように積層された複数の二面を有する一次元多素子光検出器を図示している。隣接する二次元シンチレータアレイ126₁と126₂は接着剤によって一つに結合されて良い。反射材料は、多素子フォトダイオードアレイ122₁と122₂に対向していないシンチレータアレイ126₁と126₂の面に設けられて良い。単一又は別個のASIC124（図示されていない）は各検出器と共に用いられて良い。本明細書で述べられた他の実施例では、（複数の）ASICは、検出器120の一部に固定されて良いし、又は検出器120の一部として形成されても良い。それに加えて、隣接するスライスモジュール118は、本明細書で説明したように互い違いにされて良い。

図14は、2つの一次元多素子光検出器120₁と120₂が共通のシンチレータアレイ126を共有する他の実施例を図示している。これにより、これらの面のうちの一に入射した光が他の面に反射されるよりもむしろ、光はX軸に沿ってこれらの面の両方から直接検出されるので、一次元多素子光検出器120が一つしか存在しない構成よりも、統計的特性を改善することができる。本明細書に記載された他の実施例により、共通のシンチレータアレイ126を共有する2組以上の一次元多素子光検出器120₁と120₂は、検出器モジュール116内において一つになるように積層されて良い。また2組以上の一次元多素子光検出器120₁と120₂は互い違いに配置されても良いし、互い違いに配置されなくても良い。

この構成では、一次元多素子光検出器120₁と120₂のいずれとも積分検出器であって良いし、いずれも計数検出器であっても良く、あるいは、一方が積分検出器で他方が計数検出器であっても良い。後者の場合、システム100は、積分モード又は計数モードのいずれかで動作するように構成されて良い。一の場合では、走査プロトコルが特定のモードを決定して良い。他の場合では、如何なる瞬間でのモードも、X線束の関数であって良く、かつ、X線束が変化する場合には、モード間での変化が起こって良い。

先の図13は、二面を有する一次元多素子光検出器120について記載している。図15、図16、及び図17は、二面を有する一次元多素子光検出器120の様々な非限定的実施例を図示している。図15、図16、及び図17に図示された実施例が構造を有するシンチレータを有しているとはいえ、この実施例では列のシンチレータが代わりに用いられて良いことに留意して欲しい。それに加えて、図示された感光性の列及び/又は行の数は説明目的で供されているのであり、限定ではない。

図15では、二面を有する一次元多素子光検出器120は、2つの一次元多素子光検出器120₁と120₂を有する。2つの一次元多素子光検出器120₁と120₂は背面同士が接触した状態で一つになっている。検出器120₁は感光性領域504₁と非感光性領域506₁を有する。感光性領域504₁は多素子フォトダイオードアレイ122₁を有する。非感光性領域506₁は読み出し電子機器124₁を有する。二次元シンチレータアレイ126₁はフォトダイオードアレイ122₁と光学的に結合する。検出器120₁は同様の構造を有する。

既に述べたように、検出器120₁と120₂はシリコンベースであって良い。一の場合では、シリコンベースの検出器120₁と120₂は、シリコン−シリコン間の共有結合を介して結合する。これは、検出器120₁と120₂の背面を接触させる工程及び検出器120₁と120₂を適切に加熱することで、検出器120₁と120₂との間にシリコン−シリコン共有結合を形成する工程を有して良い。他の実施例では、たとえばエポキシのような結合剤が、検出器120₁と120₂とを結合するのに用いられる。さらに他の実施例では、検出器120₁と120₂はそれぞれ、検出器120₁と120₂とを一つに結合するのを補助する相補的構造（たとえば凸部及び対応する凹部）を有して良い。さらに他の実施例では、検出器120₁と120₂は、如何なる追加の固定機構を用いることなく互いの背面同士を合わせた状態で存在する。

図示された実施例はまた、相互接続又は入出力(I/O)コンタクト1502₁と1502₂を有する。光検出器120₁と120₂上に形成された（複数の）導電線（図示されていない）は、読み出し電子機器124₁と124₂から検出器120₁と120₂を外してデータを送り、かつ/あるいは、検出器120₁と120₂を外して電子機器124₁と124₂へデータを送る。コンタクト1502は、銅によってコーティングされ、かつ熱の放散を補助することができる。（複数の）導電線は、シリコンベースであって良く、かつ検出器120₁と120₂のシリコン内に形成されて良い。上述したように、読み出し電子機器124₁と124₂もまたシリコンベースであって良い。これは、検出器120₁と120₂と、読み出し電子機器124₁と124₂との間の熱膨張係数を一致させることを可能にする。それにより、異なる熱膨張係数を有する材料間の熱膨張効果を緩和することができる。以降で詳述するように、検出器120₁と120₂の少なくとも一部は、密封体1504によって密封されて良い。

図16では、二面を有する一次元多素子光検出器120は、図15に関連して説明したように、両面に感光性領域504₁と504₂及び非感光性領域506₁と506₂を備える一枚の基板1600を有する。同様に、検出器120は、感光性領域504₁と504₂及び非感光性領域506₁と506₂の内部にそれぞれ多素子フォトダイオードアレイ122₁と122₂を有し、かつ、シンチレータアレイ126₁と126₂はそれぞれ、フォトダイオードアレイ122₁と122₂と光学的に結合する。読み出し電子機器124₁と124₂はそれぞれ、非感光性領域506₁と506₂の内部に設けられている。この実施例では、検出器120の各面は、対応する読み出し電子機器124₁と124₂を有することに留意して欲しい。I/Oコンタクト1502₁と1502₂は、読み出し電子機器124₁と124₂とデータのやり取りを行う。

図17の検出器120は、図16の検出器120と実質的に相似している。一の差異は、図17では、検出器120が共通の共有された読み出し電子機器124を備えられていることである。他の差異は、検出器120が、検出器120の一面に設けられたフォトダイオードアレイ122₁から読み出し電子機器124へ信号を送る貫通シリコンビア1702を1つ以上有する。貫通シリコンビア1702は検出器120の他の面と結合する。当然のこととして、読み出し電子機器124と同一の面に設けられたフォトダイオードアレイ122₂からの信号もまた読み出し電子機器124へ送られる。アナログスイッチは、フォトダイオード層と読み出し電子機器の入力とを電気的に接続するのに用いられて良い。

図15-図17では、検出器基板120内に形成される（複数の）導電線は、読み出し電子機器124と（複数の）I/Oコンタクト1502との間で信号を送る。図18では、（複数の）I/Oコンタクト1502は、はんだ、導電性エポキシ等を介して読み出し電子機器124に直接結合する。

図19、図20、図21、及び図22は、二面を有する単一ASICの一次元多素子光検出器120の非限定的な典型的組立方法を表している。最初に図19を参照すると、1900では、読み出し電子機器124とI/O導電性コンタクト1502が検出器120に固定され、かつ、導電性ビア1702が検出器120上に形成される。図示された実施例では、読み出し電子機器124は非感光性領域506にはんだ付けされる。同様に、I/O導電性コンタクト1502は、図示された実施例では、単一のインラインパッケージされた(SIP)ピンを複数有し、検出器120上の導電性パッドにはんだ付けされる。図19はまた感光性領域504₁と504₂をも図示している。

図20に移ると、2000では、検出器120を構成する部材がまとめられる。これは、検出器120に固定された、ビア1702、読み出し電子機器124、及びI/O1502を含む非感光性領域506を、たとえばプラスチックのような非導電性密封体2002のような密封体によって密封する工程を有する。検出器120をまとめる前に、検出器120は最初にテストされて良い。図21では、シンチレータアレイ126₁と126₂は、多素子フォトダイオードアレイ122₁と122₂に固定されている。反射コーティングは、シンチレータアレイ126₁と126₂全体にわたって設けられて良い。代替的実施例では、反射コーティングはまた、密封体として用いられても良い。この実施例では、反射コーティング及び密封体は、同時に設けられて良いし、又は各独立に設けられても良い。

図22では、2200で、光検出器120が二次元に焦点合わせされた散乱防止グリッド(ASG)2202に固定されている。図示された実施例では、複数の光検出器120が、単一ブロックからなる2D焦点合わせされたASG2202に固定されている。本明細書で述べているように、これは、複数の検出器120をまとめて複数のサブモジュールにして、前記複数のサブモジュールをまとめて、ASG2202と位置合わせされているモジュールにする工程を有して良い。一の場合では、位置合わせプレートは、光検出器120とASG2202とを位置合わせするのに用いられる。図23と図24は典型的な位置合わせプレート2300を図示している。図示された実施例では、プレート2300はカーボンファイバシートである。他の実施例では、プレート2300は他の材料を有して良い。

図23は、ASG2202と位置合わせされたプレート2300の第1面2302を図示している。図示された実施例では、第1面2302は、エンボス加工、機械加工、又は他の方法によりプレート2300の表面上に形成された1つ以上の位置合わせ印又は部位2304を有する。一の場合では、その部位は低密度の低”Z”材料2306から形成される。ASGの一部しかその部位に適合する必要がないことに留意して欲しい。図24は、検出器120と位置合わせされたプレート2300の第2面2402を図示している。この図示された実施例では、第2面2402は1つ以上の印又は突起状の位置合わせ部位2402を有する。1つ以上の印又は突起状の位置合わせ部位2402は、検出器120上の適合スロット又は他の部位と適合するように堆積又は構築されて良い。

図25と図26はそれぞれ、プリント回路基板(PCB)2500に設けられた光検出器120の非限定的実施例を図示している。図25では、I/O導電性コンタクト1502は、はんだ接合部2502を介してPCB2500に設けられる。熱伝導を改善するため、コンタクト1502は銅でメッキされて良い。読み出し電子機器124へのコンタクト1502を保持するはんだ接合部は一般的に、熱エポキシよりも良好に熱を伝える。図26では、読み出し電子機器124に対するデータの送受信を行うコンタクト1502は、エッチングされた銅のシート2600にはんだ付けされる。エッチングされた銅のシート2600はヒートシンク2602に固定されている。

Claims (42)

1. 上側である第1フォトダイオード画素列と下側である第2フォトダイオード画素列を備えるフォトダイオードアレイ、
   上側である第1シンチレータ画素列と下側である第2シンチレータ画素列を有するシンチレータアレイ、
   を有する一次元多素子光検出器であって、
   前記フォトダイオードアレイは当該光検出器の一部で、
   前記第1シンチレータ画素列と第2シンチレータ画素列はそれぞれ、前記第1フォトダイオード画素列と第2フォトダイオード画素列と光学的に結合し、
   当該光検出器の一部である読み出し電子機器、及び、
   前記フォトダイオード画素と読み出し電子機器とを相互接続する電気配線、
   を有する一次元多素子光検出器。
2. 感光性領域と非感光性領域の両方を有する請求項1に記載の光検出器であって、
   前記フォトダイオードアレイは前記感光性領域の一部で、かつ
   前記読み出し電子機器は前記非感光性領域の一部である、
   光検出器。
3. 前記感光性領域と非感光性領域が、当該光検出器の同一シリコン基板のそれぞれ異なる領域に存在する、請求項2に記載の光検出器。
4. 前記非感光性領域が前記シリコン基板の拡張領域に対応する、請求項3に記載の光検出器。
5. 前記シンチレータアレイが構造を有する複数のシンチレータ画素を有する、請求項1乃至4のうちいずれか一項に記載の光検出器。
6. 前記シンチレータアレイはシンチレータ画素列のマトリックスを有する、請求項1乃至4のうちいずれか一項に記載の光検出器。
7. 前記シンチレータ画素列が構造を有していない柱状のシンチレータ画素である、請求項6に記載の光検出器。
8. スペクトルイメージング用に構成された、請求項1乃至7のうちいずれか一項に記載の光検出器。
9. 第2フォトダイオードアレイ、第2シンチレータアレイ、第2読み出し電子機器、及び第2電気配線をさらに有する請求項8に記載の光検出器であって、
   前記シンチレータアレイと第2シンチレータアレイは、同一の第2シンチレータアレイである、
   光検出器。
10. 少なくとも1つのシンチレータ画素の中間列をさらに有する請求項1乃至9のうちいずれか一項に記載の光検出器であって、
    前記少なくとも1つのシンチレータ画素の中間列は、前記第1シンチレータ画素列と第2シンチレータ画素列との間に設けられ、かつ
    前記少なくとも1つのシンチレータ画素の中間列は、エネルギー分離用フィルタとして用いられる、
    光検出器。
11. 前記少なくとも1つのシンチレータ画素の中間列と光学的に結合する少なくとも1つのフォトダイオード画素の中間列をさらに有する、請求項10に記載の光検出器。
12. 前記少なくとも1つのフォトダイオード画素の中間列からの信号が、前記シンチレータ画素列のうちの他の列からの信号と結合される、請求項11に記載の光検出器。
13. 二面を有する、請求項1乃至12のうちいずれか一項に記載の光検出器。
14. 背面同士で結合する2つの一次元多素子光検出器を有する、請求項13に記載の光検出器。
15. 前記2つの一次元多素子光検出器が、シリコン−シリコン共有結合を介して結合する、請求項14に記載の光検出器。
16. 対向する第1面と第2面、及び該第1面と第2面の各面上に感光性領域と非感光性領域を備える単一の光検出器を有する、請求項14に記載の光検出器。
17. 二次元散乱防止グリッドと結合する、請求項1乃至16のうちいずれか一項に記載の光検出器。
18. 複数の他の光検出器と適合するように、検出器モジュールのスライスモジュール内に設置される、請求項1乃至17のうちいずれか一項に記載の光検出器。
19. 複数のスライスモジュールを有する検出器モジュールであって、
    前記複数のスライスモジュールの各々は、複数の支持構造及び複数の一次元多素子光検出器を有し、
    前記複数の一次元多素子光検出器の各々は、読み出し電子機器を備える読み出し領域、及び、複数の積層されたフォトダイオード画素列を有するフォトダイオードアレイを備える感光性領域を有し、
    シンチレータアレイは、前記フォトダイオードアレイと光学的に結合し、
    前記複数の支持構造の各々は、前記複数の一次元多素子光検出器のうちの対応するものの一つを支持する、
    検出器モジュール。
20. 前記複数の一次元多素子光検出器は、平行となるように位置合わせされている、請求項19に記載の検出器モジュール。
21. 前記複数の一次元多素子光検出器のうち交互に設けられたものは、互いに違いになっている、請求項19に記載の検出器モジュール。
22. 前記支持構造の背面に一次元多素子光検出器が固定される、請求項19乃至21のうちいずれか一項に記載の検出器モジュール。
23. 前記読み出し電子機器が読み出し領域に物理的に設けられている、請求項19乃至22のうちいずれか一項に記載の検出器モジュール。
24. 前記読み出し電子機器が前記読み出し領域の一部である、請求項19乃至22のうちいずれか一項に記載の検出器モジュール。
25. 前記感光性領域と前記読み出し領域が、前記光検出器の同一シリコン基板のそれぞれ異なる領域である、請求項19乃至24のうちいずれか一項に記載の検出器モジュール。
26. 前記複数の一次元多素子光検出器は二面を有する、請求項19乃至25のうちいずれか一項に記載の検出器モジュール。
27. 前記の二面を有する一次元多素子光検出器が、背面同士で結合する2つの一次元多素子光検出器を有する、請求項26に記載の検出器モジュール。
28. 前記の二面を有する一次元多素子光検出器が、対向する第1面と第2面、及び該第1面と第2面の各面上に感光性領域と非感光性領域を備える単一の光検出器を有する、請求項26に記載の検出器モジュール。
29. 前記の二面を有する一次元多素子光検出器が、同一の読み出し電子機器を有する、請求項28に記載の検出器モジュール。
30. 前記の二面を有する一次元多素子光検出器の各面が、対応する読み出し電子機器を有する、請求項28に記載の検出器モジュール。
31. スペクトルイメージング用に構成された、請求項19乃至30のうちいずれか一項に記載の検出器モジュール。
32. 焦点スポットから放射線を放出する放射線源、及び、前記放射線を検出して該放射線を示唆する信号を生成する検出器アレイを有する画像化システムであって、
    前記検出器アレイは、横軸に沿って積層されて縦軸に沿って延在する複数のスライスモジュールを有し、
    前記スライスモジュールの各々は、直列に整列した複数の一次元多素子光検出器、及び、各々が前記複数の一次元多素子光検出器のうちの対応する一つを支持する複数の支持構造を有し、
    前記複数の一次元多素子光検出器の各々は、読み出し電子機器、及び、上側である第1フォトダイオード画素列と下側である第2フォトダイオード画素列を少なくとも備えるフォトダイオードアレイを有し、
    シンチレータアレイは、上側である第1シンチレータ画素列と下側である第2シンチレータ画素列を少なくとも有し、
    前記第1シンチレータ画素列と第2シンチレータ画素列はそれぞれ、前記第1フォトダイオード画素列と第2フォトダイオード画素列と光学的に結合する、
    画像化システム。
33. 前記スライスモジュールが前記焦点スポットに焦点合わせされている、請求項32に記載の画像化システム。
34. 前記検出器アレイに固定された散乱防止グリッドをさらに有する請求項32又は33に記載の画像化システムであって、
    前記散乱防止グリッドは、前記焦点スポットによって焦点合わせされた隔壁を有する、
    画像化システム。
35. 前記隔壁は前記横軸に沿って焦点合わせされる、請求項34に記載の画像化システム。
36. 前記隔壁は前記縦軸に沿って焦点合わせされる、請求項34又は35に記載の画像化システム。
37. 前記複数の一次元多素子光検出器のうちの少なくとも1つは二面を有する、請求項32乃至36のうちいずれか一項に記載の画像化システム。
38. 前記の二面を有する一次元多素子光検出器が、背面同士で結合する2つの一次元多素子光検出器を有する、請求項37に記載の画像化システム。
39. 前記の二面を有する一次元多素子光検出器が、対向する第1面と第2面、及び該第1面と第2面の各面上に感光性領域と非感光性領域を備える単一の光検出器を有する、請求項37に記載の画像化システム。
40. 前記複数の検出器が二次元散乱防止グリッドと結合する、請求項32乃至39のうちいずれか一項に記載の画像化システム。
41. 前記複数の検出器が、位置合わせプレートを用いることによって、前記二次元散乱防止グリッドと結合する、請求項40に記載の画像化システム。
42. 前記位置合わせプレートが、前記二次元散乱防止グリッドを位置合わせする少なくとも1つの部位を備える第1面、及び、前記検出器を位置合わせする少なくとも1つの部位を備える前記第1面に対向する第2面を有する、請求項41に記載の画像化システム。

Images