(57)【要約】【課題】透過断層撮影−放出断層撮影複合装置におけるモジュール式の改善された検出装置を提供する。【解決手段】検出器の内部において透過Ｘ線および放出γ線を測定するための透過断層撮影−放出断層撮影複合装置におけるモジュール式検出装置であって、吸収事象を検出するために放射方向に重ね合わされて配置された少なくとも３つの異なる厚みの吸収層（Ａｘ）を有する検出装置において、少なくとも３つの全ての吸収層（Ａｘ）が単一の材料からなり、各吸収層（Ａｘ）は、検出される吸収事象の位置（ｘ）、時間（ｔ）およびエネルギー（Ｅ）の測定値を共通な評価ユニットに伝達することができる測定チップ（Ｃｘ）に接続され、この評価ユニットは、伝達された吸収事象の測定値からコンピュータ断層撮影（ＣＴ）信号、単光子放出断層撮影（ＳＰＥＣＴ）信号および陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）信号への分配を行なうことができ、吸収層は多数の検出要素に区分されている。【選択図】図１
2006113061.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出器の内部において透過Ｘ線および放出γ線を測定するための透過断層撮影−放出断層撮影複合装置におけるモジュール式検出装置であって、吸収事象を検出するために放射方向に重ね合わされて配置された少なくとも３つの異なる厚みの吸収層（Ａｘ）を有する検出装置において、
少なくとも３つの全ての吸収層（Ａｘ）が単一の材料からなり、各吸収層（Ａｘ）は、検出された吸収事象の位置（ｘ）、時間（ｔ）およびエネルギー（Ｅ）の測定値を共通な評価ユニットに伝達することができる測定チップ（Ｃｘ）に接続され、この評価ユニットは、吸収事象の伝達された測定値からコンピュータ断層撮影（ＣＴ）信号、単光子放出断層撮影（ＳＰＥＣＴ）信号および陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）信号への分配を行なうことができ、吸収層は多数の検出要素に区分されている
ことを特徴とする透過断層撮影−放出断層撮影複合装置におけるモジュール式検出装置。
【請求項２】
全ての吸収層（Ａｘ）の測定チップ（Ｃｘ）が同一に構成されていることを特徴とする請求項１記載の検出装置。
【請求項３】
吸収層（Ａｘ）の共通な単一の材料として半導体材料が使用されることを特徴とする請求項２記載の検出装置。
【請求項４】
測定チップ（Ｃｘ）はシリコンＣＭＯＳチップとして形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の検出装置。
【請求項５】
吸収層（Ａｘ）の層厚は０．５ｍｍ〜３ｃｍの範囲にあることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の検出装置。
【請求項６】
上側の吸収層（Ａ１）は、１５０ｋｅＶよりも小さい、ＣＴ検査に使用された低エネルギーのＸ線を少なくとも大部分検出する層厚を有することを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の検出装置。
【請求項７】
中間の吸収層（Ａ２）は、ＣＴ検査および／または核医学検査に使用された１００ｋｅＶ〜３００ｋｅＶの範囲のＸ線またはγ線を少なくとも大部分検出する層厚を有することを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の検出装置。
【請求項８】
少なくとも１つの下側の吸収層（Ａ３）は１ｃｍ以上の層厚を有し、５００ｋｅＶ以上のγ線を少なくとも大部分検出することを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の検出装置。
【請求項９】
少なくとも５つの吸収層（Ａｘ）が重ね合わされて配置されていることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の検出装置。
【請求項１０】
少なくとも３つの異なる厚みの吸収層（Ａｘ）が重ね合わされて配置され、層厚が放射方向に増すことを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の検出装置。
【請求項１１】
全ての検出要素は、専ら、吸収事象の付加的なエネルギー分解能を有する事象計数式の検出要素として構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の検出装置。
【請求項１２】
少なくとも２つの吸収層（Ａｘ）が異なる区分を有し、薄い吸収層が厚い吸収層よりも多い区分を有することを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の検出装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の１つに記載の検出装置を含んでいることを特徴とするＰＥＴ装置および／またはＳＰＥＣＴ装置に複合されたＣＴ装置の検出器モジュール。
【請求項１４】
検出器がモジュールに構成され、請求項１３による検出器モジュール（１）を多数有し、各検出器モジュール（１）が多数の検出要素を有することを特徴とするＰＥＴ装置および／またはＳＰＥＣＴ装置に複合されたＣＴ装置の検出器。
【請求項１５】
検出要素はマトリックス状に配置された検出器行および検出器列を形成することを特徴とする請求項１４記載の検出器。
【請求項１６】
請求項１４又は１５記載の検出器を備えていることを特徴とするＰＥＴ装置および／またはＳＰＥＣＴ装置に複合されたＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出器の内部においてとりわけ４０ｋｅＶ〜１ＭｅＶの範囲の透過Ｘ線および放出γ線を測定するための透過断層撮影−放出断層撮影複合装置、とりわけＣＴ−ＰＥＴ−ＳＰＥＣＴ複合装置におけるモジュール式検出装置であって、吸収事象を検出するために放射方向に重ね合わされて配置された少なくとも３つの異なる厚みの吸収層を有する検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にＣＴ法（ＣＴ＝Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、コンピュータ断層撮影）とは、検査対象がＸ線またはγ線を多数の方向から照射され、Ｘ線またはγ線の測定された線量吸収から検査対象の吸収特性の断層画像が算出される透過断層撮影装置であると理解される。ＰＥＴ法（ＰＥＴ＝Ｐｏｓｉｔｏｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、陽電子放出断層撮影）の場合、検査対象の体内に陽電子を放射する薬剤が送入され、陽電子が核外電子と結合して２つの反対に向けられた５１１ｋｅＶの同時測定可能なγ量子を形成する。ＳＰＥＣＴ法（ＳＰＥＣＴ＝Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、 HYPERLINK "http://www.city-hosp.naka.hiroshima.jp/m01/1-07.html" 単光子放出断層撮影または HYPERLINK "http://www.city-hosp.naka.hiroshima.jp/m01/1-07.html" 単光子放出コンピュータ断層撮影）の場合、検査対象の体内に単光子放出体が送入され、単光子放出体の崩壊が相応の検出器によって検出される。ＰＥＴの場合もＳＰＥＣＴの場合も測定事象から検査対象の断層画像が算出される。
【０００３】
陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）信号、単光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）信号およびコンピュータ断層撮影（ＣＴ）信号を検出するのに適した本発明に類似した検出装置は公知である（例えば、特許文献１参照）。そこに示された検出装置は複数の吸収層からなり、薄い第１の層は低エネルギーのガンマ線およびＸ線を測定するために使用され、第２の層は高エネルギーのガンマ線を測定するために使用され、第３の層は高エネルギーの５１１ｋｅＶ事象を測定するために使用される。異なる吸収層は異なる材料からなり、第１の層は薄いＣｓＩ（ＴＩ）シンチレータからなり、その下にある層はＬＳＯ／ＧＳＯシンチレータである。ＣＴ／ＰＥＴおよびＳＰＥＣＴ信号の複合測定のための検出装置のそこに開示されている構造は高価である。
【特許文献１】米国特許第６４４８５５９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、透過断層撮影−放出断層撮影複合装置用の改善されたモジュール式検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この課題は独立請求項の特徴事項によって解決される。本発明の実施態様は従属請求項に記載されている。
【０００６】
本発明者は、検出装置の全ての吸収層が同じ材料から構成され、とりわけ物理学的に必要な層厚の相違と場合によって吸収層の異なる区分とを除いて、検出装置全体に亘ってできる限り同様の構造が使用されるならば、この種の複合された検出装置を著しく好都合に製造しかつ作動させることができることを認識した。これは、例えば検出装置の全ての層が直接変換器またはシンチレータを基礎とするＣＭＯＳ検出器から構成されることによって可能である。前者のケースでは、検出器は各ピクセルについて電流に感応する入力とディジタル出力とを有する。後者のケースでは、光センサ入力とディジタル出力とが使用される。全ての吸収層について、吸収層の格子に対応して検出された吸収事象の位置、時間およびエネルギーという測定値を出力する同一の測定チップが使用されると好ましい。従って、ＣＴの放射線測定の場合にも発生する線量率が測定されてこれに比例する信号強度が転送されるのではなくて、この場合にも吸収事象が測定され、吸収事象のエネルギーおよび個数が評価ユニットにおいて線量率に換算される。従って、質量要素当たりのエネルギーの線量への積算は測定自体において行なわれるのではなくて、測定後に算出される。
【０００７】
この基本思想に従って本発明は、検出器の内部において透過Ｘ線および放出γ線を測定するための透過断層撮影−放出断層撮影複合装置におけるモジュール式検出装置であって、吸収事象を検出するために放射方向に重ね合わされて配置された少なくとも３つの異なる厚みの吸収層を有する検出装置において、少なくとも３つの全ての吸収層が単一の材料からなり、各吸収層は、検出された吸収事象の位置、時間およびエネルギーの測定値を共通な評価ユニットに伝達することができる測定チップに接続され、この評価ユニットは、伝達された吸収事象の測定値からコンピュータ断層撮影（ＣＴ）信号、単光子放出断層撮影（ＳＰＥＣＴ）信号および陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）信号への分配を行なうことができ、吸収層は多数の検出要素に区分されていることを提案する。この種の構造は、非常に似た部材を用いるので、検出装置のコスト的に有利な生産を保証する。
【０００８】
異なる吸収層に対して同一の測定チップを使用するならば、すなわち全ての吸収層の測定チップが同一に構成されている場合、特に有利である。これにより更に生産および開発費用が著しく低減される。
【０００９】
好ましくは、吸収層の共通な単一の材料として半導体材料、とりわけＣｄＺｎＴｅまたはＣｄＴｅを使用するとよい。
【００１０】
測定チップがシリコンＣＭＯＳチップとして形成されていると有利であり、ＣＭＯＳチップは異なるモード設定を有すると好ましく、それによって測定すべき事象範囲への動作モードの問題のない適合化が可能である。
【００１１】
吸収層の層厚は０．５ｍｍ〜３ｃｍの範囲にあると好ましく、上側の吸収層は、１５０ｋｅＶ、好ましくは１００ｋｅＶよりも小さい、ＣＴ検査に使用された低エネルギーのＸ線を少なくとも大部分検出する層厚を有するとよい。中間の吸収層は、ＣＴ検査および／または核医学検査に使用された１００ｋｅＶ〜３００ｋｅＶの範囲、好ましくは１５０ｋｅＶ〜３００ｋｅＶの範囲のＸ線またはγ線を少なくとも大部分検出するように構成されているとよい。最後に、少なくとも１つの下側の吸収層は１ｃｍ以上の層厚を有し、５００ｋｅＶ以上のγ線、特に陽電子放出時に同時発生する５１１ｋｅＶのγ量子を検出するとよい。
【００１２】
誤解のないように指摘しておくに、この出願の用語の使い方において、上側の吸収層は放射線側にありその放射線が最初の層として透過する吸収層である。従って、下側の吸収層は放射線が最後の層として透過する吸収層であり、放射方向に見てこの層の後に続く他の吸収層は存在しない。中間の吸収層は上側の吸収層と下側の吸収層との間に配置されている１つ又は複数の吸収層である。
【００１３】
しかしながら、本発明の基本思想に従って、特に、高エネルギーの放射線の改善された検出のためにも少なくとも５つの吸収層が重ね合わされて配置されるとよく、しかも下側の範囲においては例えば３つの同一の比較的厚い吸収層が配置されているとよい。
【００１４】
本発明による検出装置の特別な実施態様によれば、少なくとも３つの異なる吸収層は、厚みに関して、層厚が放射方向に連続的に増すように構成されている。
【００１５】
全ての検出要素は、専ら、吸収事象の付加的なエネルギー分解能を有する事象計数式の検出要素として構成されていると好ましい。
【００１６】
全ての吸収層が同じ断面積の個々のマトリックス要素へ連続的に分割された同じ区分を備えることのほかに、各吸収層が異なる区分を備えることも可能である。好ましくは、薄い吸収層は小さいマトリックス要素を持つ多数の区分を有し、厚い吸収層は大きいマトリックス要素を持つ少ない区分を有するのがよい。各吸収層のこの異なる区分に応じて、検出装置の第１の層が担当するあるいは第２の層も担当するＣＴ撮影のための測定は高い分解能で行なわれ、一方陽電子放出の測定は低いがしかし十分な分解能で行なわれる。
【００１７】
更に、既述の検出装置を有する検出器モジュールを製造することは本発明の枠内にあり、しかも多数のこの種の検出器モジュールによって構成されている検出器も本発明の枠内である。
【００１８】
各検出器モジュールは多数の検出要素を有し、これらの検出要素は、公知のマトリックス状に配置された検出器にまとめられて、断層撮影装置の検出器行および検出器列を形成する。
【００１９】
この種の検出器を有するＣＴ装置とＰＥＴ装置および／またはＳＰＥＣＴ装置とを複合（統合）した装置も同様に本発明の枠内に含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下において図面に基づく有利な実施例の説明により本発明の付加的な特徴事項および利点を明らかにする。図面には本発明の理解のために必要な主たる特徴事項だけが示されている。
【００２１】
図面に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
図１は本発明による検出装置を備えた検出器モジュールを示し、
図２は検出器層間に付加的な基板層を備えた本発明による検出器モジュールを示し、
図３はＣＴ−ＰＥＴ−ＳＰＥＣＴ複合装置を示す。
【００２２】
図面においては次の符号が使用されている。
１：検出器モジュール、２：評価ユニット、２．１：ディスプレイ装置、２．２：キーボード、３：ハウジング、４：検出器、５：焦点、６：放射線束、７：患者、８：データ線、９：制御線、Ａｘ：ｘ番目の吸収層、Ｃｘ：ｘ番目のＣＭＯＳ測定チップ、Ｄｘ：ｘ番目の測定チップの評価ユニットのためのデータ線、Ｓｘ：ｘ番目の基板、Ｌｘ：ｘ番目の検出器層、Ｐｎ：プログラム。
【００２３】
図１は本発明による検出装置を備えた検出器モジュールの概略図を示す。検出装置は放射方向に厚くなっている３つの吸収層Ａ１，Ａ２，Ａ３からなり、半導体吸収層の下部にはそれぞれ、検出された吸収事象を測定するためのＣＭＯＳチップが配置されている。この代替として検出装置はシンチレータ材料からなっていてもよく、その場合に測定チップは光センサチップとして構成されている。測定チップＣ１〜Ｃ３およびこれらに付属する吸収層Ａ１〜Ａ３は、それらの面に亘ってマトリックス状に個々の検出要素に区分されているので、測定チップＣ１〜Ｃ３はデータ線Ｄ１〜Ｄ３を介してそれぞれ、吸収事象の位置を評価ユニット２に転送することができる。これに加えて、測定チップは計時手段を有するので、吸収事象に割り付けるべき時間が同様に評価ユニットに伝達され、更に、測定された吸収事象の信号高さを介して吸収されたエネルギーの検出が指示される。
【００２４】
評価ユニット２においては、通知された吸収事象が、そのエネルギーと場合によって存在する他の吸収事象との同時発生（コインシデンス）とに基づいて、ＰＥＴ事象またはＳＰＥＣＴ事象であるかどうかという趣旨で判定され、更に、伝達されたエネルギーと測定された吸収事象の個数とから、受信された線量率がＣＴ画像を算出するための放射線吸収を求めるために計算される。
【００２５】
このような検出器モジュールの構造は層ごとに非常に似ており、検出器モジュールは同一の測定チップを持っているので、コスト的に非常に有利な構造様式が生じる。
【００２６】
図２は同様に本発明による検出装置を備えた検出器モジュールを示す。この場合には図１に示した検出装置と違って測定チップＣ１〜Ｃ３の位置の下側にそれぞれ１つの、例えばセラミックスである基板を有する層Ｓ１〜Ｓ２が配置されている。更に、吸収層Ａ１〜Ａ３は面内に異なるマトリックス状の区分を有する。この種の装置の場合には、図１に示した装置に比べると、測定チップがその下側にある基板によって機械的に安定であり、更に電気的にもすぐ次の吸収層に対して絶縁される点で有利である。
【００２７】
本発明によれば、模範的に図１または図２に示した検出器モジュールをマトリックス状に組み立てて１つの完全な検出器を構成することができ、この場合に個々の検出器モジュールにおける多数の検出要素が検出器全体の行および列を形成する。
【００２８】
図３はこのようなＣＴ−ＰＥＴ−ＳＰＥＣＴ複合装置を示す。この装置はハウジング３を備え、このハウジング内にはここでは静止しているリング状に形成された検出器が存在する。個々の検出器モジュールの構造に応じて、ここでは内側から外側に向かって、本発明による検出装置の吸収層Ａ１〜Ａ３に対応した外側に向かって厚くなっている吸収層Ｌ１〜Ｌ３が生じる。この概略図には測定チップと随意的に存在する基板層とを有する中間層は示されていない。
【００２９】
検出器リング内には患者７が存在し、患者７は放射線束６を発生する回転焦点５によって走査され、これに対して同時に患者７にはＳＰＥＣＴ測定もしくはＰＥＴ測定を可能にする薬剤が投与される。システムの制御は評価ユニット２によって制御線９を介して行なわれ、これに対して収集された測定データはデータ線８を介して評価ユニットに導かれる。評価ユニット２は操作および表示のためにディスプレイ装置２．１およびキーボード２．２を持ち、評価ユニット２においてコンピュータプログラムＰnが進行し、これらプログラムは公知のように断層撮影評価および装置制御を受け持つ。
【００３０】
誤解のないように指摘しておくに、本発明は図３に示され３６０°周回する検出器を備えた断層撮影装置のみに限定されるものではなく、３６０°よりも小さい円弧を占める検出器または平らに形成されている検出器を有する断層撮影装置にも関係する。同様に本発明は、特に例えば心臓撮影のような運動する対象の撮影のために用いられる場合に、複数の、特に２または３個の焦点および／またはＸ線源を有する断層撮影装置にも関係する。
【００３１】
従って、全体として、本発明によってＣＴ、ＰＥＴおよびＳＰＥＣＴ信号用のマルチモード型の非常にコンパクトな検出器が提供される。この検出器は、同一材料を有する吸収層の非常に似た構造、とりわけ全ての吸収層にとって同一の測定チップ構造と、個数、位置、エネルギーおよび時間という吸収事象の同一の検出とのために、非常に経済的に製造可能である。
【００３２】
もちろん、本発明の上述の特徴事項はその都度述べた複合化（統合）のみならず、本発明の枠を逸脱することなく他の複合化（統合）又は単独で使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による検出装置を備えた検出器モジュールの実施例を示す概略図
【図２】本発明による検出装置を備えた検出器モジュールの他の実施例を示す概略図
【図３】ＣＴ−ＰＥＴ−ＳＰＥＣＴ複合装置を示す概略図
【符号の説明】
【００３４】
１                検出器モジュール
２                評価ユニット
２．１            ディスプレイ装置
２．２            キーボード
３                ハウジング
４                検出器
５                焦点
６                放射線束
７                患者
８                データ線
９                制御線
Ａｘ              ｘ番目の吸収層
Ｃｘ              ｘ番目のＣＭＯＳ測定チップ
Ｄｘ              ｘ番目の測定チップの評価ユニットのためのデータ線
Ｓｘ              ｘ番目基板
Ｌｘ              ｘ番目の検出器層
Ｐn              プログラム
【図１】
2006113061.tif 000003
【図２】
2006113061.tif 000004
【図３】
2006113061.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成17年10月17日(2005.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
一般にＣＴ法（ＣＴ＝Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、コンピュータ断層撮影）とは、検査対象がＸ線またはγ線を多数の方向から照射され、Ｘ線またはγ線の測定された線量吸収から検査対象の吸収特性の断層画像が算出される透過断層撮影装置であると理解される。ＰＥＴ法（ＰＥＴ＝Ｐｏｓｉｔｏｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、陽電子放出断層撮影）の場合、検査対象の体内に陽電子を放射する薬剤が送入され、陽電子が核外電子と結合して２つの反対に向けられた５１１ｋｅＶの同時測定可能なγ量子を形成する。ＳＰＥＣＴ法（ＳＰＥＣＴ＝Ｓｉｎｇｌｅ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｄ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、単光子放出断層撮影または  単光子放出コンピュータ断層撮影）の場合、検査対象の体内に単光子放出体が送入され、単光子放出体の崩壊が相応の検出器によって検出される。ＰＥＴの場合もＳＰＥＣＴの場合も測定事象から検査対象の断層画像が算出される。