(57)【要約】本発明は、電磁放射線を電気信号に変換する検出器配列に関する。本検出器配列は、複数の受感エリア（Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４）を有し、複数の受感エリアの各々は個々の電気信号に対応しており、複数の受感エリアのうちの少なくとも２つは互いにかみ合い、かみ合った受感エリアの個々の重なっていない包絡線（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４）も互いにかみ合うように配列される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射線を電気信号に変換する検出器配列であって、
複数の受感エリアを有し、
前記複数の受感エリアの各々は、個々の電気信号に対応しており、
前記複数の受感エリアのうちの少なくとも２つは互いにかみ合うように配列される、ことを特徴とする検出器配列。
【請求項２】
請求項１記載の検出器配列であって、
前記複数の受感エリアの相互のかみ合いは、鋸歯状突起及び／又は交互配置によって実現される、ことを特徴とする検出器配列。
【請求項３】
請求項１又は２記載の検出器配列であって、
前記複数の受感エリアのサンプル特性は、個々の受感面によって定義され、
かみ合いは、前記受感面によって実現される、ことを特徴とする検出器配列。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載の検出器配列であって、
前記複数の受感エリアは、光ダイオード又は電極によって構成される、ことを特徴とする検出器配列。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項記載の検出器配列であって、
前記複数の受感エリアは、すべて同じサイズである、ことを特徴とする検出器配列。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項記載の検出器配列であって、
前記複数の受感エリアの形状は様々である、ことを特徴とする検出器配列。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項記載の検出器配列を含むことを特徴とする画像Ｘ線システム。
【請求項８】
電磁放射線を電気信号へ変換する方法であって、
放射線源から電磁放射線を発する工程と、
複数の受感エリアを含む検出器配列を用いて前記電磁放射線を検出する工程と、
前記電磁放射線を電気信号へ変換する工程と、
前記電気信号を伝搬させる工程とを有し、
前記複数の受感エリアの１つはその都度明確に個々の電気信号に対応しており、
前記受感エリアのうちの少なくとも２つは互いにかみ合っている、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受感エリアを含み、電磁放射線を電気信号へ変換する検出器配列に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁放射線を電気信号に変換する検出器配列は、例えば、ＣＣＤカメラやＸ線検出器などの様々な用途において用いられる。この種の検出器配列は、しばしば、一貫した工程で製造されるため、例えば光ダイオードなどの受感エリアは、基本的に、例えば長方形などのシンプルな幾何学的構造をしており、読み出しリード線及び供給リード線は受感エリア間において容易に実現することができる。この種の検出器配列は、通常、該検出器配列によって測定画像（データ画像）へと変換される画像（対象物画像）の投影を電磁放射源を利用して生成することが意図されている。この検出器配列は、電磁放射を吸収し、それを直接又は間接的に電気信号（通常は、電荷信号、電流信号、及び／又は、電圧信号）へ変換する。受感エリアによって、対象物画像の局所的走査が行われる。最終的に、データ画像（表示画像）は、例えばモニタである表示媒体上に（場合によってはデータの後処理の後）提示される。その際、表示画像は、通常はｎ×ｍピクセル（ｎ及びｍは整数）のマトリックス構造に配置された複数の離散したピクセルから成る。１つのピクセルは、通常、１つの又は１グループの受感エリアと関連付けられる。しかし、表示画像マトリックスは、データ画像値の補間により計算することもできる。例えば、長方形に配置されたピクセル・マトリックスは、六角形に配置された検出器素子のマトリックスから計算することができる。
【０００３】
この種の検出器配列は、特に医学画像にとって重要である。この種の検出器配列がシンチレータ層とその下に配置された光ダイオードとから成るとき、入射したＸ線はシンチレータ層によって光量子（ｏｐｔｉｃａｌ  ｌｉｇｈｔ  ｑｕａｎｔａ）へ変換され、ここで受感エリアを構成する光ダイオードは、光量子を吸収し、荷電粒子が生成される。シンチレータ層においてＸ線を光量子へ変換する工程は生成された光量子がそれらが生成された場所から等方向性をもって発せられる工程であるため、光ダイオードをシンチレータ層の表面の一部と関連付けることは疑いなく不可能である。結果として、シャープなエッジの対象物関数（ｏｂｊｅｃｔ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）は、表示画像のピクセルにおいてはシャープな「階段構造」ではなく、「ソフトな」エッジ構造によって表現される。その際、エッジの「ソフトさ」（すなわち、エッジの幅）は、受感エリアのサイズ、シンチレーション材（例えば、化学的組成、具体的な密度、構成など）、及び更に別の変数、に依存する。このような検出器による対象物関数のソフト化（又は、低域通過フィルタリング）は、該検出器の変調伝達関数（ＭＴＦ）によっても表される（ここで、電子効果は無視する）。この「ソフト化」により、対象物関数の高周波が低減される。
【０００４】
対象物関数の空間的に離散した走査の場合、光ダイオードの受感エリアの有限次元によって課せられた変調伝達関数は、高周波の再現において、強力に制限される。シャープなエッジの対象物がこのような光ダイオード配列によって走査されるとき、対象物関数の高周波によりエイリアシング効果が邪魔される。シンチレータ層は、入射対象物関数の「ソフト化」（すなわち、高周波の抑制）により、エイリアシング効果を大幅に低減する。シンチレータによって生じ、有限次元の光ダイオードによる離散走査の前に行われる当該対象物関数の低域通過フィルタリングも、プレサンプリング・フィルタリングと呼ばれる。
【０００５】
検出器配列が検出器素子の受感エリアの前までに対象物関数の高周波を抑制するシンチレータ層を含まない場合、エイリアシング効果が邪魔される。これの一例は、直接変換材から成り、非構造上部電極をＸ線側に有すると共に、直接変換材の下部に複数の単極（この例において受感エリアを構成する）を有するＸ線検出器である。入射したＸ線は、直接変換材によって吸収され、荷電粒子に変換される。これら荷電粒子は、上部電極と複数の単極との間の強力な電界によって加速され、電子電流信号へ変換される。この上部電極と複数の単極との間の強力な電界により、検出器素子間のクロストークはほとんど発生しない。したがって、画像化特性を向上させるプレサンプリング・フィルタリングは、この場合、基本的には行われない。
【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、エイリアシング効果が低減されるように電磁放射線を電気信号へ変換する検出器配列を改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、電磁放射線を電気信号に変換する検出器配列であって、複数の受感エリアを有し、これら複数の受感エリアの各々が個々の電気信号に対応しており、該複数の受感エリアのうちの少なくとも２つは互いにかみ合うように配列された検出器配列によって実現される。
【０００８】
これは、プレサンプリング・フィルタリング無しであるがゆえに基本的に受感エリアが対象物関数のサンプリングを定義する検出器配列にとって特に有益的である。しかし、受感エリアが互いにかみ合うとき、別の受感エリアの一部に隣接するだけでなく、別の受感エリアの一部を部分的に又は完全に囲む或いは別の受感エリアの一部によって部分的に又は完全に囲まれた受感エリアの一部が存在したり、別の受感エリアの一部によって完全に囲まれた受感エリア部分が存在したりする。このようなかみ合いは、サンプリングをよりシャープでないものに制限するため、エイリアシング効果の低減がもたらされる。
【０００９】
請求項２は、複数の受感エリアの相互のかみ合いが鋸歯状突起（一貫したかみ合い）及び／又は交互配置（一貫していないかみ合い）によって実現された本発明の特に有益的な実施形態について開示している。
【００１０】
対象物関数に対するそれらのサンプリング特性に関して、上記複数の受感エリアは、請求項３に準拠して定義される。すなわち、互いにかみ合う個々の関連付けられた受感面によって定義される。
【００１１】
電磁放射線又は検出器配列の一部を構成する変換層の変換生成物に感応する受感エリアは、請求項４記載の光ダイオード又は電極によって実現されると有益的である。
【００１２】
請求項５は、等しいサイズの複数の受感エリアを有する本発明の有益的な実施形態について開示している。これにより、検出器特性（例えば、信号レベル、暗電流、など）が均一化される。また、受感エリアの形状が様々であると、モアレのような効果を回避することができ、有益的である（請求項６）。
【００１３】
また、本発明は、本発明に係る検出器配列が採用されたＸ線装置、特にＸ線画像装置にも関する。
【００１４】
また、本発明は、電磁放射線を検出する方法にも関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は、陰影が付けられて図示された４つのフラット受感エリアＰ１、Ｐ２から成る２×２配列を示している。これらフラット受感エリアは、例えば、受感エリアが光ダイオードによって実現されたフラットＸ線検出器（例えば米国特許第６，０２１，１７３号等参照）において用いられていることから既知である。受感エリアに関連付けられた面Ｐ１、Ｐ２は、受感面と呼ばれる。この種の配列は、より大きいマトリックスの一部を構成し得る。本実施形態に係る受感面は、光ダイオードによって構成される。光ダイオードにおける検出プロセスは与えられた吸収深さによって特徴付けられるにもかかわらず、サンプリング特性は、光ダイオードの受感面によって定義される。
【００１７】
本実施形態に係るフラットＸ線検出器の各光ダイオードには、読み出し動作中にその光ダイオードのキャパシタンスに蓄積された電荷を伝搬させるスイッチング・トランジスタが接続される。このスイッチング・トランジスタは、その光ダイオードに接続された自由（非受感）エリアＳ１、Ｓ２においてその都度実現される。加えて、読み出しリード線及び光ダイオード間をつなぐバイアス電圧リード線（いずれも図示せず）が設けられる。光ダイオード間をつなぐリード線により、検出器素子と明確に接続することができる空間的に分離したエリアを示すことは難しい。なぜなら、例えば、ライン駆動リード線は共通して多くの検出器素子と接続される。よって、太線によって図示された長方形エリアＣ１、Ｃ２への再分割は、検出器素子への物理的な再分割で理解される必要は必ずしもない。しかし、この再分割は、検出器表面を凸状の（ここでは長方形の）要素に再分割すると共に、その各凸状エリアＣ１、Ｃ２が１つの検出器素子の受感面全体を包含するようにすることができる、ことを示している。ここで、「検出器素子」という語は、受感エリアとそれに接続された電子回路とから成る組み合わせとして理解されるべきである。要素への凸状の再分割は、検出器行又は列が互いにオフセットされた検出器、又は、六角形の検出器素子配列についても見受けられる。図示した受感エリアは、例えばシリンダの表面の一部に放射線源の焦点を中心としてその周囲に配置されたコンピュータ断層投影装置用の検出器配置の場合などのように、空間的にカーブした検出器表面に置くこともできることに注意。例えば球面の一部のように両方の次元においてカーブしていても差し支えない。
【００１８】
このような検出器が読み出されると、各検出器素子から（例えば、サンプルホールド・ステージから）電気信号が読み出される。これら電気信号の各々は、個々の受感面に対応している。これにより、検出器によってフィルタリングされた対象物画像ＭＴＦに対応した２次元データ画像が得られる。
【００１９】
任意的に封止型シンチレータクリスタル（例えば、リフレクタによって互いに分離されたシンチレータクリスタル）に基づく検出器においては、シンチレータクリスタルは、非構造シンチレータの場合と同じようにプレサンプリング・フィルタとして機能しない。この場合、プレサンプリング・フィルタリングは、任意的に互いに封止されたシンチレータクリスタルをかみ合わせることによっても実現できる。その際、受感エリアは、シンチレータクリスタルによって形成され、かみ合いを３次元的に構成することができる。
【００２０】
図２は、検出器素子の４つの受感面の２×２構成の配列を示している。個々の検出器素子の受感面Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４は、陰影を付けて図示されている。ここで、第四の検出器素子（右下）の受感面全体が、４つの別々の小受感面Ｄ４．１、Ｄ４．２、Ｄ４．３、Ｄ４．４に再分割される。これら小受感面は、例えば、製造技術上の理由から、表面上は互いに分離されるが、深層では互いに接続される。このように、第四の検出器素子の受感エリアは、小受感面Ｄ４．１、Ｄ４．２、Ｄ４．３、Ｄ４．４の全面積によって構成される。したがって、このような検出器素子が読み出されると、１つの小受感面だけに関連した電気信号は存在せず、代わりに、受感面Ｄ４（＝Ｄ４．１＋Ｄ４．２＋Ｄ４．３＋Ｄ４．４）全体に関連した１つの電気信号のみが存在する。受感面の幾何学的形状は、（第四の検出素子について図示したような複数の小受感面への再分割はともかくとして）各検出器素子について同じであり、図示した配列は、より大きな検出器マトリックスの一部を構成し得る。太線は、受感面Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４の包絡線Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４における検出器表面の隙間のない分解を表している。ここで、各包絡線は、１つの検出器素子の受感面全体を、すなわちその検出器素子の受感面のみを、囲っている。様々な検出器素子の個々の受感面は、隣接する検出器素子の受感面の凹状のくぼみとその都度かみ合う凸状の突起を有する（すなわち、このかみ合いの場合、隣接する検出器素子の受感面の結合が得られる）ため、包絡線の形状はもはやきれいな凸状となることはできない。この例では、図１に示すような重なりのない凸状包絡線への分感は、もはや不可能である。ここに図示した受感面が例えば直接変換検出器における単一の電極である場合、鋸歯状突起の結果として鋸歯状エリアの受感面が２つの検出器素子の間にハードなエッジの画像を分配する。したがって、この画像は低域通過フィルタリングを受けるため、エイリアシングの低減という所望の効果が実現される。ここでも、受感面は、破線で図示された長方形グリッド上に置かれている。しかし、これは限定を考えられるべきではない。なぜなら、例えば六角形のグリッドや不規則なグリッドなどの他のグリッドも本発明の包括的概念によってカバーされていると考えています。
【００２１】
例えば隣接する受感面間の静電結合などとは対照的に、かみ合わせることによって信号分担の共有は鋸歯状のエリアにおいてのみ発生するのに対し、静電結合は隣接する検出器素子の受感面全体からの信号を混ぜる。後者は、受感面によって与えられた対象物画像のサンプリング関数を用いたサンプリング後のフィルタリングに相当するため、エイリアシング効果を低減することができない。
【００２２】
図３及び４は、隣接する受感面の様々な鋸歯状構造の別の例を示している。ここでは、受感面をたどる包絡線のみが図示されている。受感面は、図２に陰影が付けられた受感面として示したように、鋸歯状の包絡線をたどる（すなわち、包絡線がかみ合うときは受感面もかみ合うように、包絡線の凸状突起も受感面の凸状突起をたどる）ことは明らかである。図３は、図２に示したものよりも複雑な鋸歯状構造を示しており、図４は、図３より深い鋸歯状突起を示している。
【００２３】
図５は、鋸歯状突起が三角形の歯として実現された網目状の検出器素子の包絡線を示している。ここでも、受感面（図示せず）は、これら包絡線をたどるべきであるため、受感面は対応した三角形の歯を有する。例えば、台形のような歯、丸みをおびた先端を有する三角形の歯、半円形の歯、正弦波曲線をたどる鋸歯状突起、などの任意の他の幾何学的形状もこの鋸歯状突起の代わりに用いることができることは明らかである。さらに、すべてのケースにおいてすべての鋸歯状突起が同じである必要はない。検出器素子の辺ごとに異なる形の鋸歯状突起を用いてもよく、或いは、同じ位置における鋸歯状突起のジオメトリが変更されてもよく、或いは、様々なジオメトリの歯が同時に用いられもよい。また、歯数も図示した数より大幅に多くてもよく、或いは、棒状部分若しくは幅広部分を備えた歯が存在してもよく（例えば、パズルの組み合わせ部品の場合のように）、或いは、側方歯が更に存在してもよい。
【００２４】
図６は、別の鋸歯状構成についての包絡線を示している。鋸歯状突起の形状は、隣接する検出器素子間で変更される。これは、包絡線の幾何学的形状が同じままではなく、変化することを意味している。このような変化は、徐々に発生してもよく（すなわち、検出器素子１つ分ではわずかにしか変化しない）、又は、急激に発生してもよい。このような変化は、偶発的であってもよく、或いは、パターンを追う若しくは規則に従うものであってもよい。包絡線表面全体又は包絡線によって囲まれた受感面全体が一定のまま維持されるべきである追加的な２次的状況も課せられ得る。このような鋸歯状突起のジオメトリ変化は、例えば規則的な直線構造などの画像信号における規則的な構造によるモアレのような効果を回避するのに有益的である。
【００２５】
図７は、９つの検出器素子の３×３構成の配列を示している。鋸歯状突起を用いる代わりに、交互配置された受感面によってインターロックが実現されている。便宜上、中央の検出器素子に属する受感面の様々な部分に陰影を付けて図示してある。鋸歯状の検出器素子に関して、隣接する検出器素子のエリアにおけるサンプリングは、受感面の交互配置によって実現されている。受感面ののうち１つの検出器素子に関連付けられた複数の部分間の接続は、例えばより深い金属層において実現される、ことは明らかである。このような表面に密着していない表面部分の接続Ｖ１は、一例として受感面の部分Ｄ１．１及びＤ１．３について、破線で図示されている。交互配置は、受感面が隣接する検出器素子の受感面部分が実現される空きエリアを有するため、実現される。本実施形態においては、中央の検出器素子の大きな受感面部分Ｄ１．１に隣接して、同じ検出器素子に属する別の受感面Ｄ１．２、Ｄ１．３が置かれている。これら別の受感面Ｄ１．２、Ｄ１．３は、隣接する検出器素子の受感面Ｄ２．１の対応する空きエリアにおいて実現される。同様に、中央の検出器素子の受感面部分Ｄ１．１は、隣接する検出器素子の受感面部分Ｄ２．２が実現される空きエリアを含む。したがって、歯を利用したかみ合いとは対照的に、信号は１つを除いて次の検出器素子から抽出することができる。なぜなら、その場所には、受感面部分が実現された空きエリアが存在し、この空きエリアは１つを除いて対応した次の隣接した検出器素子に接続されるからである。この係合例においても、検出器素子のすべての受感面部分のみをその都度囲む凸状包絡線へ検出器表面を隙間無く再分割することが実現できない。
【００２６】
ここでも、鋸歯状突起に関して、異なる幾何学的形状の空きエリア及びそこで実現される隣接検出器素子の受感面を用いて交互配置を実行することが可能であることも、交互配置の種類も変えることができること、などは明らかである。さらに、鋸歯状突起及び交互配置は組み合わせることも可能である。
【００２７】
図８は、３×３の検出器素子配列の場合であって、検出器素子の受感エリアにおいて完全に囲まれた空きエリアは存在しないが、隣接する検出器素子の受感面部分が実現された切り抜きが存在する場合の交互配置を示している。ここでは、中央の検出器素子について説明する。この中央の検出器素子の受感面部分は陰影を付けて図示している。隣接する受感面の空きエリアが相対的にずれると、鋸歯状突起が棒状部分を有するように、すなわち２つの歯が付いた検出器素子が検出器表面内でもはや引き離されないように、検出器素子の受感面について個々に包絡線がその都度存在する。これは、鋸歯状突起と交互配置との間のスムーズな移行を示している。
【００２８】
図９は、本発明に係る検出器配列を用いることができる典型的なＸ線画像システムを示している。このシステムは、患者台ＰＴ上に寝た患者にＸ線を放射するＸ線源ＲＳを含む。患者台ＰＴ及び患者によって吸収されない放射線は、Ｘ線検出器ＸＤによって画像へと変換される。この画像は、例えばモニタ上に表示することもでき、又は、病院のデータベース・システムに入力することもできる。
【００２９】
図１０は、直接変換材を含む検出器の３つの必須要素の概略横断面図である。Ｘ線入力側には、非構造上部電極ＴＥがある。この上部電極ＴＥは、直接変換材ＤＣ（例えば、ＣＺＴ（カドミウムテルル化亜鉛）、ＣｄＴｅ、ＰｂＯ、ＰｂＩ２、ＨｇＩ２、又は、ａ−Ｓｅ（アモルファス・セレン）、など）上に配置される。直接変換材の下部には、単極ＤＥがある。上部電極ＴＥと単極ＤＥとの間には、Ｘ線の吸収によって生成された電荷キャリアが加速され、電気信号を生じさせるように電圧Ｕが印加される。ここで、電荷キャリアのわずかな横方向へのドリフトがプレサンプリング・フィルタリングに貢献する。そのとき、発生した電流は、例えば、キャパシタンスに蓄積し、所定の速度で読み出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】現在の技術状況に準拠した受感エリアに関連した表面の配列を表す概略図である。
【図２】互いにかみ合った受感面の配列を表す概略図である。
【図３】平均的な深さの複数の鋸歯状突起を備えた４つの受感エリアの配列を表す概略図である。
【図４】より深い複数の鋸歯状突起を備えた４つの受感面の配列を表す概略図である。
【図５】尖った歯要素を持った鋸歯状突起を備えた４つの受感面の配列を表す概略図である。
【図６】長方形ではないが偏差を示す鋸歯状突起を備えた４つの受感面の配列を表す概略図である。
【図７】交互に配置された９つの受感面の配列を表す概略図である。
【図８】互いにかみ合った９つの受感面を表す概略図である。
【図９】本発明に係る検出器が採用されたＸ線装置を示す図である。
【図１０】直接変換検出器の基本構造の横断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
2005537478.tif 000013
2005537478.tif 000014
2005537478.tif 000015