(57)【要約】  放射線検出器（100）は、少なくとも第1（202）および第2（204）のシンチレータを有し、これらのシンチレータは、放射線を吸収して、それぞれ、第1（212）および第2（214）の波長の光を発生する。また検出器は、少なくとも第1（206）および第2（208）の光検出器を有する。第1の光検出器（206）は、第2のシンチレータ（204）により生じた波長（212）の光に対して実質的に非応答性である。3以上のシンチレータと光検出器とを有する検出器を使用しても良い。
2009511871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線受光面を有する放射線検出器であって、
放射線を吸収して、第1の波長の光を形成する第1のシンチレータと、
放射線を吸収して、第2の波長の光を形成する第2のシンチレータであって、前記第2の波長は、前記第1の波長よりも短い、第2のシンチレータと、
第1の長波長カットオフを有する第1の光ダイオードと、
第2の長波長カットオフを有する第2の光ダイオードと、
を有し、
前記第1の光ダイオードは、前記第2の光ダイオードと前記放射線受光面の間に配置され、前記第2のシンチレータによって生じた光を受光し、
前記第2の光ダイオードは、前記第1のシンチレータにより生じた光を受光し、
前記第1の長波長カットオフは、前記第2の長波長カットオフよりも短く、前記第2の波長よりも長いことを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
第1のシンチレータは、前記第2のシンチレータと前記放射線受光面の間に配置されることを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記第1および第2の光ダイオードは、多接合装置として製作されることを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
【請求項４】
当該検出器の背面に配置された第1および第2の電気コンタクトを有し、
前記第1および第2の電気コンタクトは、前記第2の光検出器内に設置されたビアを介して、前記第1の光ダイオードと電気的に導通されることを特徴とする請求項3に記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記第1のシンチレータは、第1のエネルギー範囲を有するx線放射線と優先的に応答し、
前記第2のシンチレータは、第2のエネルギー範囲を有する放射線と優先的に応答し、
前記第1のエネルギー範囲は、前記第2のエネルギー範囲よりも低いことを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
【請求項６】
多次元配列で配置された複数の放射線検出器を有することを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記第1および第2の光ダイオードと動作可能に接続された手段を有し、
該手段により、前記第1のシンチレータにより吸収された放射線を示す第1の出力信号と、前記第1および第2のシンチレータにより吸収された放射線を示す第2の出力信号と、が選択的に提供されることを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
【請求項８】
放射線を吸収して、第3の波長の光を形成する第3のシンチレータであって、前記第3の波長は、前記第2の波長よりも短い、第3のシンチレータと、
第3の長波長カットオフを有する第3の光ダイオードと、
を有し、
前記第3の光ダイオードは、前記第1の光ダイオードと前記放射線受光面の間に配置され、前記第3のシンチレータで生じた光を受光し、
前記第3の長波長カットオフは、前記第1の長波長カットオフよりも短く、前記第3の波長よりも長いことを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
【請求項９】
前記第1のシンチレータは、前記第3のシンチレータと前記放射線受光面の間に配置されることを特徴とする請求項8に記載の放射線検出器。
【請求項１０】
放射線を吸収して、第1の波長の光を放射する第1のシンチレータと、
放射線を吸収して、第2の波長の光を放射する第2のシンチレータであって、前記第2の波長は、前記第1の波長よりも短い、第2のシンチレータと、
前記第2のシンチレータにより放射された光を受光する第1の光ダイオードであって、前記第1の波長よりも短く、前記第2の波長よりも長い長波長カットオフを有する、第1の光ダイオードと、
前記第2のシンチレータにより放射され、前記第2のシンチレータおよび前記第1の光ダイオードを通過する光を受光する第2の光ダイオードであって、前記第1の波長よりも長い長波長カットオフを有する第2の光ダイオードと、
を有する放射線検出器。
【請求項１１】
前記放射線検出器は、放射線受光面を有し、
前記第1のシンチレータは、前記第2のシンチレータと前記放射線受光面の間に配置されることを特徴とする請求項10に記載の放射線検出器。
【請求項１２】
前記第1の光ダイオードは、前記第2の光ダイオードと前記放射線受光面の間に配置されることを特徴とする請求項11に記載の放射線検出器。
【請求項１３】
当該放射線検出器の背面に設置された第1および第2の電気コンタクトを有し、
前記第1および第2の電気コンタクトは、前記第2の光検出器内に設置されたビアを介して、前記第1の光ダイオードと電気的に導通されることを特徴とする請求項12に記載の放射線検出器。
【請求項１４】
前記第1のシンチレータは、第1のエネルギー範囲を有するx線放射線と優先的に応答し、
前記第2のシンチレータは、第2のエネルギー範囲を有するx線放射線と優先的に応答し、
前記第1のエネルギー範囲は、前記第2のエネルギー範囲よりも低いことを特徴とする請求項10に記載の放射線検出器。
【請求項１５】
多次元配列で配置された複数の放射線検出器を有することを特徴とする請求項10に記載の放射線検出器。
【請求項１６】
放射線を吸収し、第3の波長の光を放射する第3のシンチレータであって、前記第3の波長は、前記第2の波長よりも短い、第3のシンチレータと、
前記第1、第2および第3のシンチレータにより放射された光を受光する第3の光ダイオードであって、前記第1および第2の波長よりも短く、前記第3の波長よりも長い長波長カットオフを有する第3の光ダイオードと、
を有することを特徴とする請求項10に記載の放射線検出器。
【請求項１７】
検査領域の周囲の複数の位置から放射線を放射する放射線源と、
複数の検出器と、
を有する機器であって、
前記複数の検出器の各々は、
前記検査領域と面する放射線受光面、
第1のエネルギーを有する放射線を優先的に吸収し、第1の波長の光を形成する第1のシンチレータ、
第2のエネルギーを有する放射線を優先的に吸収し、第2の波長の光を形成する第2のシンチレータ、
第1の長波長カットオフを有する第1の光検出器、
第2の長波長カットオフを有する第2の光検出器、
を有し、
前記第1の光検出器は、前記第2の光検出器と前記放射線受光面との間に配置され、
前記第2のシンチレータは、前記第1の光検出器と前記放射線受光面との間に配置され、
前記第1のシンチレータは、前記第2のシンチレータと前記放射線受光面との間に配置され、
前記第1の長波長カットオフは、前記第2の長波長カットオフよりも短いことを特徴とする機器。
【請求項１８】
前記第1の長波長カットオフは、前記第1の波長よりも短く、前記第2の波長よりも長いことを特徴とする請求項17に記載の機器。
【請求項１９】
前記第1および第2の光検出器は、対応する第1および第2のPIN光ダイオードを有することを特徴とする請求項17に記載の機器。
【請求項２０】
前記第1および第2の光ダイオードは、多接合装置として製作されることを特徴とする請求項19に記載の機器。
【請求項２１】
さらに、前記第1の光ダイオードからの出力信号を受信する第1組の電気コンタクトを有し、
前記第1組の電気コンタクトは、前記第2の光ダイオードを介して延在するビアを介して、前記第1の光ダイオードと電気的に接続されることを特徴とする請求項20に記載の機器。
【請求項２２】
前記第1組の電気コンタクトは、前記検出器の背面に設置されることを特徴とする請求項21に記載の機器。
【請求項２３】
前記第1のシンチレータは、セレン化亜鉛を含み、前記第2のシンチレータは、ガドリニウム酸硫化物を含むことを特徴とする請求項17に記載の機器。
【請求項２４】
前記x線源は、前記検査領域の周囲を回転するx線管を有することを特徴とする請求項1に記載の機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペクトルコンピュータ断層撮像（CT）システムに使用されるx線検出器に関する。また、本発明は、x線放射線以外の放射線の検出に適用し得ること、および複数のエネルギーを識別する放射線検出器が必要な他の用途に適用し得ることが見出されている。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ断層撮像（CT）スキャナは、被検査対象のx線減衰を示す画像を形成する。CTスキャナに使用されるx線管は、通常、単一の比較的広い範囲のエネルギースペクトルを有するx線を形成する。同様に、通常そのようなシステムに使用される検出器は、もし存在する場合、検出された放射線のエネルギースペクトルに関する限られた情報を提供する。これらのスキャナは、被検査対象の内部構造に関する利用可能な情報を提供するが、これらは、特に、異なる化合物が同様の放射線減衰を有する場合、対象の材料組成に関する情報を提供するという特性が制限される。
【０００３】
被検査対象の材料組成を定める機能には、各種用途がある。医療の分野では、これらは、冠状動脈の石灰化および軟プラークの解析および分類、首および頭の動脈の解析およびセグメント化（骨と導管の間の識別）、末梢動脈障害の解析およびセグメント化、ヨウ素充填腔と管壁の間のコントラストの一般的な増強、潅流研究における定量化、実質的に全ての身体部分における複数の組織の識別および解析、ならびに分子機能画像化トレーサとしての少量の重物質の画像化、を含む。
【０００４】
異なる化合物は、異なる方法で減衰放射線スペクトルを変化させるため、材料の分離能を改良する技術として、ジュアルエネルギー走査法が提案されている。この方法では、2または3以上の異なるx線スペクトルで走査が行われ、またはスペクトル情報を提供する検出器を用いてデータが取得される。
【０００５】
複数のエネルギーチャネルまたは窓を有するデータを得る一つの技術は、一連のフレームにおいて、複数の値（例えば140kVおよび80kV）の間でx線管電圧を切り替えることである。別のソース源系の技術は、x線管の後方に放射線フィルタを提供することであり、フィルタは、一連のフレームの間に交互配置される。これらの技術の問題は、得られたエネルギー値の数により、得られる視野数が減少することである。さらに別の技術では、検出器にパッシブフィルタが適用される。この技術の問題は、空間分解能が低下することである。さらに別の方法では、2つの検出器が使用され、一方の上部に他方の検出器が設置される。例えば、スペクトルCTシステムの技術および画像結果、B.  J.  Heismannら、SPIE  プロシーディングス、5368巻、（2004年5月）、52-59頁参照。しかしながら、この技術は、比較的高価であり、少量のスライスに限られ、非線形のスペクトルが導入される。また、CdZnTeまたはCdTeのような光子カウント検出器も提案されているが、これらの技術は、十分に成熟しておらず、比較的高価である。例えば、Acharyaらの、プラークの特徴化のための、システムおよびコンピュータ製品という題目の米国特許出願公開第20040022359号、ならびにIatrouらの、プラークの成分を検出する方法およびシステムという題目の米国特許出願公開第20040136491号参照。
【特許文献１】米国特許出願公開第20040136491号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第20040022359号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、前述のおよび他の問題に対処することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一つの態様では、放射線検出器は、放射線を吸収して第1の波長の光を形成する第1のシンチレータと、放射線を吸収して、第2の波長の光を形成する第2のシンチレータと、第1の長波長カットオフを有する第1の光ダイオードと、第2の長波長カットオフを有する第2の光ダイオードとを有する。第2の波長は、第1の波長よりも短い。第1の光ダイオードは、第2の光ダイオードと放射線受光面の間に設置され、第2のシンチレータによって生じた光を受光し、第2の光ダイオードは、第1のシンチレータで生じた光を受光し、第1の長波長カットオフは、第2の長波長カットオフよりも短く、第2の波長よりも長い。
【０００８】
本発明の限定された態様では、第1のシンチレータは、第2のシンチレータと放射線受光面の間に配置される。
【０００９】
本発明の別の限定された態様では、第1および第2の光ダイオードは、多接合装置として製作される。
【００１０】
本発明のより限定された態様では、検出器は、検出器の後方に設置された第1および第2の電気コンタクトを有する。第1および第2の電気コンタクトは、第2の光検出器に設置されたビアを介して、第1の光ダイオードと電気的に導通される。
【００１１】
本発明の別の限定された態様では、第1のシンチレータは、第1のエネルギー範囲を有するx線放射線と優先的に応答し、第2のシンチレータは、第2のエネルギー範囲を有する放射線と優先的に応答する。第1のエネルギー範囲は、第2のエネルギー範囲よりも低い。
【００１２】
本発明の別の限定された態様では、当該検出器は、多次元の配列で設置された多数の放射線検出器を有する。
【００１３】
本発明のさらに別の限定された態様では、当該放射線検出器は、前記第1および第2の光ダイオードと動作可能に接続された手段を有し、該手段により、前記第1のシンチレータにより吸収された放射線を示す第1の出力信号と、前記第1および第2のシンチレータにより吸収された放射線を示す第2の出力信号と、が選択的に提供される。
本発明のさらに別の限定された態様では、放射線検出器は、放射線を吸収して、第3の波長の光を形成する第3のシンチレータと、第3の長波長カットオフを有する第3の光ダイオードとを有する。第3の波長は、第2の波長よりも短い。第3の光ダイオードは、第1の光ダイオードと放射線受光面の間に配置され、第3のシンチレータにより形成された光を受光し、第3の長波長カットオフは、第1の長波長カットオフよりも短く、第3の波長よりも長い。
【００１４】
第1のシンチレータは、第3のシンチレータと放射線受光面の間に設置されても良い。
【００１５】
本発明の別の態様では、放射線検出器は、放射線を吸収して、第1の波長の光を放射する第1のシンチレータと、放射線を吸収して、第2の波長の光を放射する第2のシンチレータと、第2のシンチレータにより放射された光を受光する第1の光ダイオードと、第2のシンチレータにより放射され、第1のシンチレータおよび第1の光ダイオードを通過する光を受光する第2の光ダイオードとを有する。第2の波長は、第1の波長よりも短く、第1の光ダイオードは、第1の波長よりも短く、第2の波長よりも長い長波長カットオフを有し、第2の光ダイオードは、第1の波長よりも長い長波長カットオフを有する。
【００１６】
本発明の別の態様では、機器は、検査領域の周囲の複数の位置から放射線を放射する放射線源と、複数の検出器とを有する。各検出器は、検査領域と面する放射線受光面と、第1のエネルギーを有する放射線を優先的に吸収して、第1の波長の光を形成する第1のシンチレータと、第2のエネルギーを有する放射線を優先的に吸収して、第2の波長の光を形成する第2のシンチレータと、第1の長波長カットオフを有する第1の光検出器と、第2の長波長カットオフを有する第2の光検出器とを有する。第1の光検出器は、第2の光検出器と放射線受光面との間に設置され、第2のシンチレータは、第1の光検出器と放射線受光面との間に設置され、第1のシンチレータは、第2のシンチレータと放射線受光面との間に設置され、第1の長波長カットオフは、第2の長波長カットオフよりも短い。
【００１７】
当業者には、添付の明細書の記載を精読し把握することにより、本発明のさらに別の態様が理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図1を参照すると、コンピュータ断層撮像（CT）スキャナは、回転ガントリー18を有し、このガントリーは、検査領域14の周囲を回転する。ガントリー18は、x線管のようなx線源12を支持する。またガントリー18は、x線感度検出器20を支持しており、この検出器は、検査領域14の反対側である角度の円弧の範囲を定形する。x線源12で生じたx線は、検査領域14を横断して、検出器20で検知される。従って、スキャナ10は、複数の放射に沿った、あるいは検査領域14に設置された対象を通る線に沿った放射線減衰を示す走査データを形成する。
【００１９】
座台のようなサポート台16は、患者または他の対象を検査領域14に支持する。患者支持16は、z方向に可動であることが好ましい。ヘリカル走査では、サポート台16およびガントリー18の動きは、x線源12および検出器20の、患者に対して略螺旋経路を横断する動きと協働するように調整される。
【００２０】
検出器20は、横方向に延伸する円弧内に配置された複数の検出器素子100を有する。各検出器素子100は、2もしくは3以上のエネルギーまたはエネルギー範囲で検出された放射線を示す信号を形成する。多スライスまたは面積検出器の場合、検出器素子100は、2次元配列で配置され、z方向にも延伸する。製作のため、複数の検出器素子の小型のまたはサブ配列は、より大きな検出器20を構成するように組み立てられる。
【００２１】
スキャナ10および検出値20の配置に応じて、x線源12は、ほぼ扇状、くさび状または円錐状の放射線ビームを発生する。また、検出器が平坦パネル配列で配置される場合、検出器20が360度の円周に及び、x線源12が回転する間、静止状態が維持される、いわゆる第4世代スキャナ配置を用いても良い。
【００２２】
検出器20の近傍に配置されたデータ測定システム26は、信号処理回路を有し、この回路は、各種検出器素子により生じた出力信号およびエネルギー範囲を増幅し、デジタル化する。データ測定システム26により生じたデータは、再構築され、患者の内部組織を示す容量データが形成される。特に、各種エネルギー範囲からのデータが処理され、被検査対象の材料組成に関する情報が提供される。
【００２３】
制御器28は、所望の走査プロトコルの実施に必要な、x線源12のパラメータ、患者台16の動き、およびデータ測定システム26の動作を含む、各種走査パラメータを調整する。
【００２４】
汎用コンピュータは、オペレータの制御装置44を支援する。制御装置44は、モニタまたはディスプレイのような、人が視認できる出力装置と、キーボードおよびマウスのような入力装置とを有する。制御装置上のソフトウェアにより、オペレータは、所望の走査プロトコルの構築、あるいは走査の初期化および終端処理、視覚化、容量画像データの操作、ならびにスキャナとの情報交換により、スキャナの動作を制御することができる。
【００２５】
ここで図2aを参照すると、検出器素子100は、検査領域14と対向し、x線源12で生じた放射線を受光する前面または放射線受光面200を有する。第1のシンチレータ202、第2のシンチレータ204、第1の光検出器206および第2の光検出器208は、検出器素子100の底部または背面201に向かって続けて配置される。第1のシンチレータ202の前面と、第1および第2のシンチレータ202、204の4つの側面は、二酸化チタン（TiO2）系の材料を含む層のような光反射器210に取り囲まれている。
【００２６】
図2bには、シンチレータ202、204および光検出器層206、208のスペクトル特性が示されている。第1および第2の層202、204の材料および相対厚さは、第1の層が比較的長い波長（または逆に言えば、低いエネルギー）の放射線を優先的に吸収するように選定されることが好ましく、一方第2の層は、比較的波長の短い（または逆に言えば、高いエネルギーの）放射線を優先的に吸収する。ある実施例では、第1のシンチレータ202は、比較的低いZ材料であり、第2のシンチレータ204は、比較的緻密な高Z材料である。シンチレータ202、204の厚さは、各層に吸収されるx線エネルギーに従って最適化される。
【００２７】
第1のシンチレータ202は、第1の比較的長い波長212にほぼ中心のある放射スペクトルを有する光を放射する；第2のシンチレータ204は、第2の比較的短い波長214にほぼ中心のある光を放射する。
【００２８】
コンピュータ断層撮像法に特に適したある実施例では、第1のシンチレータ206は、テルルドープセレン化亜鉛（ZnSe：Te）で製作され、この材料は、約635nmに中心のある光を放射し、第2のシンチレータ208は、ガドリニウム酸硫化物（Gd2O2SまたはGOS）で製作され、この材料は、約510nmに中心を有する光を放射する。他の様々なシンチレータの組み合わせを使用しても良い。
【００２９】
引き続き図2bを参照すると、第1の光検出器206のスペクトル応答（すなわち、光子波長の関数としての光検出器の出力）が216で示されている。第1の光検出器206は、第2のシンチレータ204で生じた波長の光に応答し、第1のシンチレータ202により生じた波長212の光には実質的に応答しない。第2の光検出器206のスペクトル応答は、218で示されている。第1の光検出器206は、第1のシンチレータ202で生じた波長の光と応答する。
【００３０】
ここで図2cを参照すると、第1の光検出器206は、PIN光ダイオードであることが好ましく、このダイオードは、p層206p、侵入層206i、およびn層206nを有する。同様に、第2の光検出器208は、PIN光ダイオードであることが好ましく、このダイオードは、p層208p、侵入層208i、およびn型基板（例えばGaP）208nを有する。光ダイオード206、208は、単一の構造として製作または成長され、単一の多接続装置を形成することが好ましい。
【００３１】
バンドギャップエネルギーは、電子を価電子帯から伝導帯に励起するため、光子に必要な最小のエネルギーであり、価電子帯の最大値と伝導体の最小値との間のエネルギーギャップに等しい。このエネルギーに対応する波長は、有効光子の最大波長であり、これは光ダイオードの長波長カットオフとして知られている：
【００３２】
【数１】
2009511871.tif 000003
ここでλは、長波長カットオフであり、hはプランク定数、cは光速、Eはバンドギャップエネルギーである。光ダイオードは、長波長カットオフよりも大きな波長を有する入射光子に対して、実質的に非応答性である。
【００３３】
光ダイオードバンドギャップは、比較的広い範囲内で、光ダイオードスペクトル応答を調整するように設計される。例えばガリウムヒ素（GaP）およびガリウムヒ素リン（GaAsP）光ダイオードのスペクトル応答は、可視光の範囲を網羅するように調整することができる。特に、各侵入層206i、208iの組成および厚さは、所望のバンドギャップが得られるように選択される。
【００３４】
図2dには、光ダイオード206、208の価電子帯220と伝導帯222の間のエネルギーバンドギャップの概略図を示す。第1の光ダイオード206の吸収層のバンドギャップ264は、第2の光ダイオード208の吸収層のバンドギャップ266よりも広く、第1の光ダイオード206は、第2の光ダイオード208に比べて、比較的高いエネルギー（または逆の言い方をすれば、短い波長）を有する光と優先的に応答する。また、第1の光ダイオード206のバンドギャップ264は、その長波長カットオフが、第1のシンチレータ202により放射される光の波長212よりも短く、第2のシンチレータ204により放射される光の波長214よりも大きくなるように選定される。そのような構成で配置された場合、第1の光ダイオードは、第1のシンチレータ204により放射される波長212の光に対して比較的透過性となり、各光ダイオード206、208は、単一のシンチレータにより生じた光と実質的に応答する。
【００３５】
これに関して、第1および第2の光ダイオード202、204のスペクトル応答216、218は、それらがずれている限り、エネルギーの範囲が重複しても良いことに留意する必要がある。上部または前方のほとんどの光検出器は、下方または最も後方の光検出器によって吸収される光に対して比較的透過性である。
【００３６】
第1および第2の光ダイオード206、208は、ガリウムヒ素（GaP）、ガリウムヒ素リン（GaAsP）またはインジウムリン（InP）をベースとする技術で製作されることが好ましい。PN接合または他の適当な層構造を使用しても良い。また、所望のスペクトル応答を有するように調整することが可能な、他の技術または光検出器を使用しても良い。
【００３７】
表1には、適当なシンチレータ放射スペクトルと、検出器100の光ダイオード応答を示す。第1のシンチレータ202は、ZnSe：Teを有し、第2のシンチレータは、GOSを有する。当然のことながら、当業者には、これらのパラメータが一例に過ぎず、材料特性および特定の使用構造に基づいてパラメータを変更することができることが認識できる。他の組み合わせを利用することも可能である。
【００３８】
【表１】
2009511871.tif 000004
電気コンタクトにより、各光ダイオード206、208の電気的接触が提供される。図3aには、マルチ接合光ダイオード構造用の第1の接続配置を示す。ある実施例では、1または2以上の電気コンタクト302ａ、302bにより、第1のp層206pとの電気的接続が提供され、1または2以上のコンタクト304a、304bにより、第1のn層206nとの電気的接続が提供される。1または2以上の電気コンタクト306a、306bにより、第2のp層208pとの電気的接続が提供され、コンタクト308のような1または2以上のコンタクトにより、第2のn層208nとの電気的な接続が提供される。このようにして、各コンタクトは、各光ダイオードから出力信号を受信する。
【００３９】
図3bには、第2の接続配置を示す。この配置では、電気コンタクト302、304、306、308は、光ダイオード構造の背面に設置される。絶縁層309は、最後方のn層208nから、コンタクト302、304、306を絶縁する。対応するダイオード層206p、206n、208pとの電気的接続は、対応するビアまたは貫通孔310、312、314により提供される。第2の配置では、個々の検出器素子100または検出器素子群100が多次元配列で配置される、傾斜背面照射検出器配列の製作が容易となる。そのような配列は、特に、検出器素子100の比較的大きな配列が必要となる、コンピュータ断層撮像法および他の放射線検出器に適している。
【００４０】
当然のことながら、他の適当な接続配置を使用しても良い。
【００４１】
図5には、図2に関連して説明したような、ジュアルエネルギー検出器の多重配置の一例を示す。光検出器206、208のコンタクト302、304、306、308は、多重器504により、適当な信号増幅および処理回路502に電気的に接続される。多重器504の各種スイッチを適正に制御することにより、増幅器502は、第1の光ダイオード206からの信号、さらには第1のエネルギー、第2の光ダイオード208により生じた信号、さらには第2のエネルギー、または第1の光ダイオード206および第2の光ダイオード208からの組み合わせ信号、さらには第1および第2のエネルギーの組み合わせ、を示す出力を選択的に形成する。各種多重器配置およびそれにより得られる出力は、表2に示されている。
【００４２】
【表２】
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また、2以上の検出器素子100において、増幅器502を多重化することが好ましい場合があり、特に、比較的多数の検出器素子100を有するシステムでは、それが好ましい場合がある。増幅器502の配置に応じて、異なる接続方式を使用しても良い。
【００４３】
前述の記載は、ジュアルエネルギー検出器素子100を基本にしたものであるが、3以上のエネルギーまたはエネルギースペクトルを示す出力を提供する検出器素子を使用しても良い。図4aには、第3のシンチレータ205と第3の光検出器209とを有する検出器素子が示されている。図4bには、シンチレータ202、204、205および光検出器206、208、209のスペクトル応答を示す。第3のシンチレータ205は、第3の比較的短い波長215を中心とする光を放射する。同様に第3の光検出器209は、第3の比較的短い波長219の光と応答する。
【００４４】
光ダイオード層構造および対応するバンドギャップは、それぞれ図4cおよび図4dに示されている。第3の光検出器209は、PIN光ダイオードであり、これは、p層208pと、侵入層208iと、n型基板（例えばGaP）208nとを有する。光ダイオード206、208、209は、光ダイオード206、208、209が単一の多接合装置を構成するように製作され成長されることが好ましい。また所望のスペクトル応答が得られれば、他の層構造（例えばPN等）を使用することも可能である。
【００４５】
第3の光ダイオード209のバンドギャップ230は、第1の光ダイオード206のバンドギャップ264よりも広く、第1の光ダイオード206は、第3の光ダイオード209よりも、比較的低いエネルギーを有する（または逆な言い方をすれば、長波長の）光と優先的に応答する。また、第3の光ダイオード209のバンドギャップ230は、そのカットオフ波長が、第2のシンチレータ204により放射される光の波長214よりも短く、第3のシンチレータ205により放射される光の波長215よりも長くなるように選定される。
【００４６】
コンピュータ断層撮像法に特に適した実施例では、第1のシンチレータ206は、テルルドープセレン化亜鉛（ZnSe：Te）から製作され、この材料は、約635nmに中心を有する光を放射し、第2のシンチレータ208は、ガドリニウム酸硫化物（Gd2O2SまたはGOS）で製作され、この材料は、約510nmに中心を有する光を放射し、第3のシンチレータは、LySOから製作され、この材料は、約420nmｍに中心を有する光を放射する。他の各種シンチレータの組み合わせを使用しても良い。
【００４７】
表3には、適当なシンチレータ放射スペクトルと、そのような検出器100に対する光ダイオード応答とを示す。当然のことながら、当業者には、これらのパラメータは一例に過ぎず、パラメータは、材料特性および特定の実施構造に基づいて変更しても良いことが認識される。他の組み合わせを利用することも可能である。
【００４８】
【表３】
2009511871.tif 000006
電気的接続は、図3に関して説明した方法と同様の方法により行われる。図5に関連して説明したような、多重化および信号処理配置は、3以上のエネルギーを示す信号を提供する検出器100にも、同様に容易に拡張することができる。
【００４９】
作動の際には、x線源12は、検査領域14の周囲を回転し、複数の配置からx線を放射する。線源12から放射されたx線は、検査領域14内に設置された対象により減衰され、各検出器素子100の放射線感度面200により受光される。
【００５０】
図4に関して説明した3つのエネルギー配置では、第3の最も高いエネルギーを有する放射線は、第1および第2のシンチレータ202、204を通過した後、第3のシンチレータ205により優先的に吸収される。第3のシンチレータ205は、第3の最も短い波長215の光を形成する。第3の光ダイオード209は、第3の波長215を有する光には応答するが、第1および第2の波長212、214には応答しないため、第3の光ダイオード209で発生した出力信号は、第3のシンチレータ205により生じた光を示す。
【００５１】
第2の中間的なエネルギーを有する放射線は、第1のシンチレータ202を通過した後、第2のシンチレータ204により優先的に吸収される。第2のシンチレータ204は、中間的な波長214を有する光を発生する。第2のシンチレータ204により放射された光は、第3のシンチレータ205および第3の光ダイオード209を通過し、第2の光検出器206により大部分が吸収され、この光検出器は、第2のエネルギー範囲を示す信号を発生する。
【００５２】
第1の最も高いエネルギーを有する放射線は、第3のシンチレータ205により優先的に吸収され、このシンチレータは、第1の最も長い波長212を有する光を発生する。第1のシンチレータ202により放射された光は、第3および第1の光検出器209、206を通過し、大部分が第2の光検出器208で吸収され、この光検出器は、第1のエネルギー範囲を示す出力信号を発生する。
【００５３】
各光ダイオード206、208、209で生じた信号は、選択的に多重化され、各エネルギー範囲の出力信号、および異なるエネルギー範囲の組み合わせの出力信号が形成される。これらの出力信号は、処理され再構築され、1または2以上の所望のエネルギー範囲で、対象の放射線減衰、および／または特定の用途において必要な場合に要求されるような、対象の材料組成、を示す容量データが形成される。
【００５４】
前述の動作の記載では、3種類のエネルギーを識別する検出器素子100を中心に説明したが、ジュアルエネルギー検出器素子100を同様に作動させても良い。ただし、この場合、第3のシンチレータ205および第3の光検出器209が省略される。検出器構造およびその作動は、4以上のエネルギーを識別する検出器素子100にも、同様に拡張することができる。
【００５５】
検出器素子100は、各種エネルギー範囲を有する放射線を識別する機能が必要となる、CTスキャナ以外の用途に適用することが可能である。また、適当なシンチレータを選定し、光検出器応答の適当な調整を行うことにより、ガンマ線および他のエネルギーを有する放射線に適した検出器を製作することも可能である。
【００５６】
以上、好適実施例を参照して、本発明を説明した。前述の記載を読み理解した場合、他の修正および変更が生じ得ることは、当然であろう。本発明は、添付の特許請求の範囲に含まれる限り、そのような全ての変更および修正が、本発明に含まれることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】CTスキャナを示す図である。
【図２ａ】第1の放射線検出器を示す図である。
【図２ｂ】第1の放射線検出器のスペクトル特性を示す図である。
【図２ｃ】第1の放射線検出器の光検出器層を示す図である。
【図２ｄ】第1の放射線検出器のバンドギャップを示す図である。
【図３ａ】第1の放射線検出器の電気的接続を示す図である。
【図３ｂ】第1の放射線検出器の電気的接続を示す図である。
【図４ａ】第2の放射線検出器を示す図である。
【図４ｂ】第2の放射線検出器の第2の特性を示す図である。
【図４ｃ】第2の放射線検出器の光検出器層を示す図である。
【図４ｄ】第2の放射線検出器のバンドギャップを示す図である。
【図５】ジュアルエネルギー検出器の多重配置の一例を示す図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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