(57)【要約】ピクセル型画像検出器において共有電荷を提供するシステム及び方法が提供される。一つの方法は、ピクセル型固体フォトン検出器に、電荷分布が少なくとも２個のピクセルによって検出されるような構成として複数のピクセルを設けるステップと、少なくとも２個のピクセルから電荷情報を得るステップとを含んでいる。この方法はさらに、得られた電荷情報に基づいて電荷分布の複数のピクセルとの相互作用の位置を決定するステップを含んでいる。【選択図】図１
2013516609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピクセル型固体フォトン検出器の電荷分布を制御する方法であって、
ピクセル型固体フォトン検出器に、電荷分布が少なくとも２個のピクセルにより検出されるような構成として複数のピクセルを設けるステップと、
前記少なくとも２個のピクセルから電荷情報を得るステップと、
前記得られた電荷情報に基づいて前記電荷分布の前記複数のピクセルとの相互作用の位置を決定するステップと
を備えた方法。
【請求項２】
前記電荷分布は電子電荷雲により画定され、該電子電荷雲よりも小さい寸法を有するように前記複数のピクセルを構成するステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
位置を決定する前記ステップは、前記位置を決定するために図心計算を用いることを含んでおり、該図心計算は一次ピクセル及び少なくとも１個の隣接ピクセルからの電荷情報を用いる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記複数のピクセルは行及び列に分割され、前記電荷情報を得るために行列加算を用いるステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数のピクセルに関連する複数のチャネルのエネルギ出力を加算することにより、検出されたフォトンのエネルギを決定するステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項６】
複数のピクセルを設ける前記ステップは、複数の陽極ピクセル及び複数の陰極ピクセルを設けることを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ピクセル型固体フォトン検出器の陽極信号と陰極信号との間の飛行時間差に基づく時間を用いて相互作用深さを決定するステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記決定された位置に基づいて前記複数のピクセルの補正ファクタを決定するステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記複数のピクセルの各々を小ピクセルに構成するステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ピクセル・アレイの複数の行及び列の各々の交互のピクセルが接続されるように、前記複数のピクセルを相互接続するステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
隣り合ったピクセルの間に重なり領域を有する延伸型構成として前記複数のピクセルの各々を構成するステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記重なり領域は鋸歯型構成を含んでいる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記電荷分布が前記少なくとも２個のピクセルにより検出されるように前記複数のピクセルを成形して配置するステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のピクセルに隣接して抵抗層を設けるステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記電荷分布の電荷共有を集束させるように構成されている方向制御グリッドを設けるステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
複数のピクセル型陽極を有する２層ピクセル型固体フォトン検出器を設けるステップをさらに含んでいる請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
半導体基材と、
該半導体基材の一方の面に設けられた複数の陽極ピクセルであって、当該陽極ピクセルの各々が少なくとも一つの方向に延伸された長さを有する、複数の陽極ピクセルと、
前記複数の陽極ピクセルの反対側の前記半導体基材の裏面に設けられた陰極と
を備えたピクセル型固体フォトン検出器。
【請求項１８】
前記延伸型陽極ピクセルから成る複数の行をさらに含んでいる請求項１７に記載のピクセル型固体フォトン検出器。
【請求項１９】
前記延伸型陽極ピクセル同士の間に重なり領域をさらに含んでいる請求項１７に記載のピクセル型固体フォトン検出器。
【請求項２０】
前記重なり領域は鋸歯型構成を含んでいる、請求項１９に記載のピクセル型固体フォトン検出器。
【請求項２１】
前記延伸型陽極ピクセルは対を成して接続されている、請求項１７に記載のピクセル型固体フォトン検出器。
【請求項２２】
半導体基材と、
該半導体基材の一方の面に設けられた複数の陽極ピクセルであって、該陽極ピクセルの各々が複数の小ピクセルに分割されている、複数の陽極ピクセルと、
該複数の陽極ピクセルの反対側の前記半導体基材の裏面に設けられた陰極と
を備えたピクセル型固体フォトン検出器。
【請求項２３】
前記陰極はピクセル型陰極を含んでいる、請求項２２に記載のピクセル型固体フォトン検出器。
【請求項２４】
前記小ピクセルの各々が全体的に方形形状の陽極ピクセルを形成している、請求項２２に記載のピクセル型固体フォトン検出器。
【請求項２５】
共通陰極により分割された複数の基材層をさらに含んでいる請求項２２に記載のピクセル型固体フォトン検出器。
【請求項２６】
前記陽極ピクセルの各々が２個の小ピクセルに分割されている、請求項２２に記載のピクセル型固体フォトン検出器。
【請求項２７】
前記複数のピクセルの周囲に方向制御グリッドをさらに含んでいる請求項２２に記載のピクセル型固体フォトン検出器。
【請求項２８】
前記複数のピクセルは、複数の行及び列を成して相互接続された陽極ピクセルを含んでいる、請求項２２に記載のピクセル型固体フォトン検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本書に開示される主題は一般的には、画像検出器に関し、さらに具体的には、ピクセル型固体画像検出器、及び該検出器によるフォトン検出に関する。
【背景技術】
【０００２】
診断イメージング・システム用の検出器、例えば単光子放出計算機式断層写真法（ＳＰＥＣＴ）イメージング・システム及び計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム用の検出器は、特にテルル化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＴｅ、しばしばＣＺＴと呼ばれる）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、及びシリコン（Ｓｉ）のような半導体材料からしばしば製造される。これらの半導体検出器は典型的には、ピクセル型検出器モジュールのアレイを含んでいる。ピクセル型固体ガンマ線検出器の空間分解能は、検出器ピクセルの寸法によって限定される。また、最小ピクセル寸法も固体物理学及び工学的条件によって限定される。
【０００３】
ＣＺＴ検出器でのガンマ線の相互作用時に、連続的な陰極とピクセル型陽極との間に電荷雲が発生される。この雲は、検出器の陽極側へ向けて移動しながら成長する。従来のシステムでは、各々のピクセル陽極は、ピクセル当たり１個の前置増幅器及び多数の読み出しチャネル（例えば２５６の読み出しチャネル）に接続されている。このように、空間分解能を高めるためにピクセル寸法が小さくなるにつれて、読み出しチャネルの総数が増大し、これにより電子回路、制御器の複雑さ、費用及び発熱が増大する。従って、ＣＺＴ又はＣｄＴｅのような直接変換型半導体材料を用いたガンマ線及びＸ線検出器は、電子回路の複雑さを少なくして（例えば特定応用向け集積回路（ＡＳＩＣ）の複雑さを少なくする）、隣り合ったピクセルの間の電荷雲共有を減少させる又は回避するために、相対的に大きいピクセル寸法で製造される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようにピクセル寸法が大きくても、Ｘ線応用及びＣＴ応用に十分に作用しない。加えて、ＳＰＥＣＴシステムでは、画像性能が検出器ピクセルの数に直接関係する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
様々な実施形態によれば、ピクセル型固体フォトン検出器の電荷分布を制御する方法が提供される。この方法は、ピクセル型固体フォトン検出器に、電荷分布が少なくとも２個のピクセルによって検出されるような構成として複数のピクセルを設けるステップと、少なくとも２個のピクセルから電荷情報を得るステップとを含んでいる。この方法はさらに、得られた電荷情報に基づいて電荷分布の複数のピクセルとの相互作用の位置を決定するステップを含んでいる。
【０００６】
他の実施形態によれば、半導体基材と、該半導体基材の一方の面に設けられた複数の陽極ピクセルとを含むピクセル型固体フォトン検出器が提供される。陽極ピクセルの各々が、少なくとも一つの方向に延伸された長さを有する。このピクセル型固体フォトン検出器はさらに、複数の陽極ピクセルの反対側の半導体基材の裏面に設けられた陰極を含んでいる。
【０００７】
さらに他の実施形態によれば、半導体基材と、該半導体基材の一方の面に設けられた複数の陽極ピクセルとを含むピクセル型固体フォトン検出器が提供される。陽極ピクセルの各々が、複数の小ピクセルに分割されている。このピクセル型固体フォトン検出器はさらに、複数の陽極ピクセルの反対側の半導体基材の裏面に設けられた陰極を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】様々な実施形態に従って形成されるピクセル型検出器の一部の単純化した断面図である。
【図２】様々な実施形態によるピクセル型検出器の複数のピクセル型素子の間での電荷分布を制御する方法の流れ図である。
【図３】一実施形態に従って形成されるピクセル型フォトン検出器の上面遠近図である。
【図４】図３の複数のピクセル型フォトン検出器を含むガンマ・カメラの上面遠近図である。
【図５】様々な実施形態に従って形成されるピクセル型検出器の上面平面図であって、様々なピクセル構成を示す図である。
【図６】様々な実施形態に従って形成されるピクセル型検出器の上面平面図であって、行列型接続構成を示す図である。
【図７】様々な実施形態に従って形成される延伸型ピクセルを有するピクセル型検出器の上面平面図である。
【図８】様々な実施形態によるピクセル型検出器との電荷相互作用の位置を決定する方法の流れ図である。
【図９】様々な実施形態に従って形成されるピクセル接続構成を示す図である。
【図１０】様々な実施形態に従って形成されるもう一つのピクセル接続構成を示す図である。
【図１１】様々な実施形態による電荷検出を示す図である。
【図１２】チャネルの結合を有しない場合の電荷検出を示す図である。
【図１３】ｙ軸での位置の補間を行なわない場合の電荷検出を示す図である。
【図１４】様々な実施形態による千鳥型陽極を用いた電荷検出を示す図である。
【図１５】様々な実施形態による千鳥型且つ延伸型の陽極を用いた電荷検出を示す図である。
【図１６】様々な実施形態に従って形成される延伸型ピクセルを有するピクセル型検出器の上面平面図である。
【図１７】様々な実施形態に従って形成される延伸型ピクセルを有するピクセル型検出器の上面平面図であって、対を成して接続された陽極ピクセルを示す図である。
【図１８】様々な実施形態に従って形成される二次元アレイにおける延伸型ピクセルを有するピクセル型検出器の上面平面図である。
【図１９】様々な実施形態に従って形成される抵抗層を有するピクセル型検出器の一部の単純化した断面図である。
【図２０】様々な実施形態に従って形成されるピクセル型陽極及びピクセル型陰極を有するピクセル型検出器の一部の断面図であって、相互作用深さ（ＤＯＩ）を示す図である。
【図２１】様々な実施形態に従って形成される二層ピクセル型検出器の一部の断面図である。
【図２２】様々な実施形態に従って形成される多層十字片型検出器を示す図である。
【図２３】様々な実施形態に従って構築される例示的な核医学イメージング・システムの遠近図である。
【図２４】様々な実施形態に従って構築される核医学イメージング・システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以上の概要及び以下の幾つかの実施形態の詳細な説明は、添付図面と併せて読むとさらに十分に理解されよう。図面が様々な実施形態の機能ブロックの線図を示す範囲までにおいて、機能ブロックは必ずしもハードウェア回路の間の区分を示す訳ではない。従って、例えば、機能ブロックの１又は複数（例えばプロセッサ若しくはメモリ）が単体のハードウェア（例えば汎用信号プロセッサ若しくはランダム・アクセス・メモリのブロック、又はハードディスク等）として具現化されてもよいし、多数のハードウェアとして具現化されてもよい。同様に、プログラムは独立型プログラムであってもよいし、オペレーティング・システムのサブルーチンとして組み込まれていてもよいし、インストールされているソフトウェア・パッケージの関数等であってもよい。尚、様々な実施形態は図面に示されている構成及び手段に限定されないことを理解されたい。
【００１０】
本書で用いる場合には、単数形で記載されており単数不定冠詞を冠した要素又はステップとの用語は、排除を明記していない限りかかる要素又はステップを複数備えることを排除しないものと理解されたい。さらに、「一実施形態」に対する参照は、所載の特徴を同様に組み入れている追加の実施形態の存在を排除しないものと解釈されたい。また、反対に明記されていない限り、特定の特性を有する１若しくは複数の要素を「含んでいる」又は「有している」実施形態は、この特性を有しないような追加の要素も包含し得る。
【００１１】
また、本書で用いられる「画像を再構成する」との表現は、画像を表わすデータが生成されるが可視画像は形成されないような実施形態を排除するものではない。従って、本書で用いられる「画像」との用語は、可視画像及び可視画像を表わすデータの両方を広く指す。但し、多くの実施形態は少なくとも１枚の可視画像を形成し、又は形成するように構成されている。
【００１２】
様々な実施形態が、ピクセル型固体（例えば半導体）検出器において、電荷共有の検出、及びピクセル型検出器との電荷共有相互作用の位置の識別を可能にするために、電荷分布を制御するシステム及び方法を提供する。ピクセル型検出器の各ピクセルは、電子電荷雲によって画定され得る電荷分布が少なくとも２個のピクセル又は小ピクセル（sub-pixel）によって検出されるように構成される。形状及び位置が異なるピクセル型素子又は小ピクセル型素子を有する様々な構成及び配置のピクセル型検出器、例えばピクセル型ガンマ・カメラが提供される。様々な実施形態に従って形成されるピクセル型検出器は、付設される電子回路を大幅に増大させずにさらに高い空間分解能を提供する。様々な実施形態の少なくとも一つについての技術的効果は、さらに高感度の単光子放出計算機式断層写真法（ＳＰＥＣＴ）撮像スキャナ及び／又はＸ線若しくは計算機式断層写真法（ＣＴ）撮像スキャナのように、さらに高感度の撮像を提供することである。加えて、様々な実施形態を実施するときに、相対的に低消費電力レベルでの動作を提供することができる。様々な実施形態はまた、Ｘ線及びガンマ線検出器を含めた両用型用途向けのピクセル型検出器を提供することを可能にする。
【００１３】
尚、ピクセル型検出器の特定の構成又は配置を含めて特定の構成要素を有する核医学イメージング・システムと関連して様々な実施形態を記載するが、これら様々な実施形態は、核医学イメージング・システムにも本書に記載する特定のピクセル型検出器にも限定されないことを特記しておく。従って、様々な実施形態は、任意の形式の診断イメージング・システム、例えば医療診断イメージング・システム（例えばＣＴシステム又はＸ線システム）、非破壊試験システム、及び警備監視システム（例えば航空手荷物又は空港警備イメージング・システム）等と関連して具現化され得る。加えて、これらの構成及び配置は、様々な実施形態の少なくとも幾つかにおいて、電荷分布の位置と、ピクセル型検出器の各陽極から受け取られるそれぞれの信号との間の関係を保つように改変されてもよい。
【００１４】
様々な実施形態は、放出ガンマ線フォトン又は透過Ｘ線フォトンのようなフォトンを検出して、ピクセル型検出器のピクセル又は小ピクセルの間の電荷共有から検出されたフォトンの位置を識別する構成及び配置を用いるピクセル型検出器を提供する。従って、隣り合ったピクセルの間で共有される電荷分布を検出するので、隣り合ったピクセルの間に相互作用を生じた電荷は、本書でさらに詳細に記載するように、例えば検出ガンマ線放出の応答関数に含まれ得る。
【００１５】
図１は、様々な実施形態に従って形成されるピクセル型検出器３０の単純化した断面立面図である。ピクセル型検出器３０は、放射線応答性の半導体材料、例えばテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）結晶又はテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）から形成される基材３２を含んでいる。複数のピクセル又は小ピクセル（本書でさらに詳細に記載する）を有するピクセル型構造が、複数のピクセル電極を形成するように複数の伝導性電極を付着させることにより画定されており、陽極３４として示されている。付着は、電極構造を画定するマスクを通して行なわれ得る。代替的には、連続的な伝導性層（例えば金属層）を結晶の表面に付着させて、化学的エッチング若しくはレーザ・エッチング、フォトリソグラフィ、又は当技術分野で公知の他の方法によって複数の電気的に分離した電極を形成する。本書でさらに詳細に記載するように、陽極３４の形状及び構成、並びに陽極３４の各々の間の間隔は、検出されるフォトンから発生される電荷からの電荷共有相互作用３６の位置を決定することを容易にする。本書でさらに詳細に記載するように、電荷相互作用３６は、基材３２に入射したフォトンが電離によってエネルギを失い、移動性の電子（ｅ−）と正孔（＋）との対を基材３２の各領域に残す（単純化するために１対の電子／正孔対のみを示す）ときに生ずる。
【００１６】
ピクセル型検出器３０はまた、基材３２の陽極３４とは反対面又は反対側に、単一の陰極電極から形成され得る陰極３８を含んでいる。尚、陽極３４はピクセルを画定していてもよいし、小ピクセルを形成するように分割されていてもよいことを特記しておく。また、１又は複数のコリメータが、陰極３８によって画定される放射線検出面の手前に設けられ得ることを特記しておく。さらに、レーザ・エッチング及びフォトリソグラフィ、並びに他の微細加工法及びナノテクノロジー方法によって、様々な実施形態による利用のためにサブ・マイクロメートル規模及び数ナノメートル規模に到る微細な細部を有する構造を作製することができる。
【００１７】
図２は、ピクセル型検出器の複数のピクセル型素子、特にピクセル陽極の間での電荷分布（電荷雲とも呼ぶ）を制御する方法の流れ図４０である。明確に述べると、ブロック４２では、ピクセル型検出器の陽極に到達する電荷の量が、陽極との相互作用の関数として制御される。本書でさらに詳細に記載するように、電荷共有は、異なる構成及び配置を成すピクセル型素子を画定することにより制御され、例えばピクセル型素子を成形し隔設して、検出電荷の位置と陽極信号との間の関係を画定するように各ピクセル型素子を接続することにより制御される。例えば、陽極に到達する電荷の量を制御する、例えば本書でさらに詳細に記載するように陽極を成形することにより、放射線相互作用事象すなわち電荷共有事象の位置決定及び検出が提供される。
【００１８】
動作時には、フォトン、例えば患者において崩壊する放射性核種又はＸ線管のような線源からのそれぞれ放出ガンマ線及び／又は透過Ｘ線が、検出器の陰極に入射する。特に、図１に示すように、陰極３８は単一の陰極電極であってよく、陽極３４は成形されたピクセル電極のアレイであってよい。動作時に陽極３４と陰極３８との間に印加される電圧差が基材３２に電場（検出器電場）を発生する。検出器電場は、例えばセンチメートル当たり約１キロボルト乃至センチメートル当たり３キロボルトであってよい。フォトンが基材３２に入射する（陰極３８に衝突する）と、フォトンは一般的には、基材３２において電離によってフォトンのエネルギの全てを失い、基材３２の局所的な小領域に移動性の電子と正孔との対をを残す。
【００１９】
フォトンのエネルギに依存して、フォトンは一般的には、結晶に貫入した後に結晶と相互作用する。尚、エネルギが高いほど、フォトンが結晶に深く貫入する確率が高いことを特記しておく。初期電離事象が、高速移動する電子（ｅ−）を生成して、正に電離した「孔」を結晶に残す。高速移動する電子はやがて他の電子と相互作用して、結晶のさらに多くを電離する。結果的に、発生される電子の数（正孔の数に等しい）及び電離帯の寸法が、フォトンのエネルギと共に増大する。検出器電場の結果として、正孔（＋）は陰極３８へ向けて漂流し、電子（ｅ−）は陽極３４へ向けて漂流して、これにより陽極３４及び陰極３８に電荷を誘導する。漂流中に、電子（及び正孔）は初期残留速度、乱雑な熱運動、相互静電反発、及び結晶の不純物との衝突のため拡散する。陽極３４に誘導された電荷は検出されて、フォトンが検出された時刻、検出されたフォトンがどれほどのエネルギを基材３２に与えたか、及び基材３２の何処でフォトン相互作用が生じたかもまた、本書でさらに詳細に記載するように決定される。具体的には、ガンマ線フォトン及びＸ線フォトンの検出、並びに検出されたピクセル位置（及び他の電荷情報）の識別を容易にするために、陽極に到達する電荷の量は、本書でさらに詳細に記載するように陽極を成形することにより制御される。
【００２０】
図２の方法４０に戻り、上述のように検出されたフォトンから発生される電荷は信号を発生し、これらの信号がブロック４４において複数の陽極から得られる。これらの信号は、２個の隣り合った陽極によって共有されるエネルギのようなエネルギを検出した１又は複数の陽極（若しくは小ピクセル型陽極）に対応する。この信号情報を用いて、ブロック４６において相互作用の位置を推定する。位置推定は、位置と、電荷分布と、受ける電荷の量を制御されている陽極において観察された信号との間の既知の関係から決定される。例えば、電荷位置の推定は、本書でさらに詳細に記載するように、検出電荷を共有している２個の陽極からの推定に基づくものであってよい。加えて、２個の陽極等からの決定された推定を用いると、電荷分布の推定位置を用いてブロック４８において補正ファクタを決定することができる。
【００２１】
方法４０は、図１に示すようなピクセル型検出器、又は例えば様々な実施形態においてＣＺＴから形成された小ピクセル型半導体フォトン検出器として構成され得る図３に示すような小ピクセル型検出器５０と関連して用いられ得る。尚、小ピクセル型素子は、特定の態様で寸法及び形状を与えられているように示しているが（図３では方形電極に分割されているように示している）、電極の寸法、形状及び接続は所望又は必要に応じて改変され得ることを特記しておく。また、本書で後にさらに詳細に記載するように、ピクセルは、異なるように寸法及び形状を決定されていてもよく、例えば鋸歯形状又はジグ・ザグ形状のアレイを成すピクセル型電極を提供することができる。
【００２２】
尚、様々な実施形態でのピクセル型検出器５０は、ＣＺＴ又はＣｄＴｅから形成されることを特記しておく。ピクセル型検出器５０は、半導体材料から形成される結晶５２を含んでいる。幾つかの実施形態（図示）での結晶５２の面５４は、単一の陰極電極５６を含んでいる。結晶５２の裏面５８が、陽極ピクセル６２のアレイを有する陽極６０を含んでいる。陽極ピクセル６２は実質的に同じ寸法を有していてよく、分割された方形として示されており、すなわち三角形形状の小ピクセル６３が方形形状のピクセル６２を形成している。陽極ピクセル６２及び小ピクセル６２の寸法は様々であってよく、例えば０．０１ミリメートル（ｍｍ）2と４ｍｍ2との間にあってよい。例えば、幾つかの実施形態では、ピクセル６２は寸法が約０．１×０．１ｍｍ以下であってよい。また、陽極ピクセル６２の数は図示の１６個よりも多くても少なくてもよく、例えば３２個の陽極ピクセル６２を設けることができる。また、結晶５２の厚みは、１ミリメートル未満から数センチメートルまで様々であってよいことを特記しておく。幾つかの実施形態では、入射するフォトンの少なくとも大部分を実質的に吸収するように、数ミリメートルの厚みが用いられる。このように、厚みは検出されるべきフォトンのエネルギに依存する。
【００２３】
動作時には、本書でさらに詳細に記載するように、陰極電極５６と陽極６０との間に印加される電圧差が結晶５２に電場を生成する。当技術分野で用いられるピクセル型検出器では、同じ事象に属する電子は実質的に１個の陽極に到達する。多くのかかる検出器では、事象によって発生される電子が２以上の電極にわたって拡散する場合には、これらの事象は拒絶され又は誤って記録される。このように、かかる検出器の分解能には、ピクセル寸法が電子の拡がりよりも遥かに大きくなければならないという制限が課され、さもないと電荷が部分的に収集されるため事象損失が生ずる。これらの検出器では、事象の位置は当該事象によって発生される電荷の全て又は大半を受け取った電極によって決定されるため、空間分解能は陽極寸法によって決まる。
【００２４】
本発明の様々な実施形態を実施することにより、少なくとも２個、及び選択随意でさらに多くの電極の間での電荷共有が提供され、事象位置は、本書に記載するような複数の電極によって検出される電荷に基づくアルゴリズムによって決定される。幾つかの実施形態では、電極の寸法は、電子の拡がりよりも実質的に小さい。他の実施形態では、電極は、電荷が隣り合った電極によって共有されるように成形される。他の実施形態では、実効分解能は電子の拡がり、電極寸法又は両方よりも良好となる。
【００２５】
動作時には、ＳＰＥＣＴ、Ｘ線、ＣＴ又はＰＥＴの各応用に用いられるフォトンのエネルギに典型的なエネルギを有するフォトンが結晶５２に入射すると、フォトンは一般的には、結晶５２と相互作用して、結晶５２の局所的な小領域に位置する移動性の電子及び正孔の対が二次的な電離過程を通して発生される。印加される電場の結果として、正孔は陰極５６に漂流し、電子は陽極６０に漂流して、これにより本書でさらに詳細に記載するように陽極ピクセル６２及び陰極５６に電荷（電荷雲又は電子雲とも呼ぶ）を誘導する。陽極ピクセル６２に誘導された電荷は感知されて、検出器底面６４の内部に設けられてピクセル型検出器５０を装着した適当な電子回路（例えば特定応用向け集積回路（ＡＳＩＣ））によって部分的に前処理され得る。例えば、読み出し増幅器系統を形成する複数のチャネルを設けることができる。検出器底面６４は、接続部材、例えばマザー・ボード（図示されていない）に装着されて信号をＡＳＩＣからマザー・ボードへ伝達するための接続ピン６６を含んでいる。陽極ピクセル６２に誘導された電荷からの信号を用いて、本書でさらに詳細に記載するように、フォトンが検出された時刻、検出されたフォトンがどれほどのエネルギを結晶に与えたか、結晶の何処でフォトン相互作用が生じたかの任意のもの又は全てを含めた電荷情報を決定する（例えば行列加算方法を用いて）。次いで、この情報を用いて、当技術分野で公知のように画像を再構成することができる。
【００２６】
図４は、複数、例えば２０個のピクセル型検出器５０を含む矩形ガンマ・カメラ７０を示しており、これら２０個の検出器５０は、４個の検出器５０を５列有する矩形アレイを形成するように配列されている。ピクセル型検出器５０は、マザー・ボード７２に装着されているように示されている。尚、より大きい又は小さいアレイを成すピクセル型検出器５０を有するガンマ・カメラを提供してもよいことを特記しておく。また、ピクセル型検出器５０によって検出されるフォトンのエネルギは一般的には、フォトンが結晶５２の材料と相互作用するときに検出器５０の結晶５２に発生される電子正孔対の総数の推定から決定されることを特記しておく。この数は一般的には、電離事象において発生される電子の数から決定され、電子の数は、様々な実施形態を用いて検出器５０の陽極６０において収集された電荷から推定される。
【００２７】
検出器５０において検出されるフォトンによって発生される全ての電子及び正孔が検出器電極によって正しく検出された場合には、検出器５０の陽極６０又は陰極５６の何れかに誘導される電荷はフォトンのエネルギの正しい測定となる。しかしながら、各々のピクセルのエネルギ応答、特にエネルギ・スペクトルについての各々のピークのピーク位置は変移して、画像を再構成するのに用いられる取得データに影響を与え得る。様々な実施形態を用いて、この変移を最小化し、又はピクセルの位置と、例えば本書で後にさらに詳細に記載するようにピクセルの成形及び接続によって制御される陽極信号との間の既知の関係を用いて補正することができる。
【００２８】
核医学（ＮＭ）検出の技術分野で用いられる検出器では、検出器は、４０×４０×４ｍｍの結晶を有することができ、広い面が２．５×２．５ｍｍの陽極を１６×１６＝２５６個含んでいる。従って、空間分解能は２．５ｍｍである。各々の陽極が２５６の電子チャネルの一つに接続される。この構成での雑音がエネルギ分解能を限定し、この雑音は、２．５×２．５＝６．２５ｍｍ2の結晶を流れる暗電流、電子正孔発生の統計学的ゆらぎ、及び単一のチャネルの電子雑音のような主な成分によって与えられる。例えば電子雲の拡がりが０．１ｍｍである場合には、事象が唯１個の電極に局限される確率は［（２．５−０．１）2］／［（２．５）2］＝０．９２となる。このように、事象の約８％は、２個以上の電極（事象がピクセルの隅角に又は隅角の近傍に衝突するときには４個まで）の間で少なくとも部分的に共有される。
【００２９】
分解能を０．５ｍｍまで高めるためには、各々が．５×．５ｍｍの８０×８０＝６，４００個の陽極のアレイを用いることができる。この場合には、共有されない事象の確率は（０．４／０．５）2＝０．６４である。このように、検出の効率が大幅に低下する。加えて、６，４００のチャネルを用いなければならない。雑音は、２＊０．５×０．５＝０．５ｍｍ2の結晶を流れる暗電流、電子正孔発生の統計学的なゆらぎ、及び単一のチャネルの電子雑音の２倍によって与えられる（２個の近傍ピクセルが用いられると仮定する）。しかしながら、０．５ｍｍという中程度の分解能であっても（この分解能は０．１ｍｍ分解能を必要とし得るマンモグラフィでは不十分である）６，４００のチャネルを必要とし、接続、パッケージ化、冷却は困難であるし、費用も高くなり得る。
【００３０】
様々な実施形態の１又は複数の実施によって、減少したチャネル数を有する検出器が、２個の小ピクセル６３すなわち２個の電極に分割され得る複数の陽極ピクセル６２を含む。図５を参照すると、４０×４０ｍｍ検出器について、各々の２．５×２．５ｍｍピクセルが２個の電極に分割されており、すなわち行電極（各々のピクセル６２の右上の小ピクセル６３）及び列電極（各々のピクセル６２の右下の小ピクセル６３）に分割されている。様々な実施形態では、各電極は、事象の位置を問わず電子が行電極及び列電極の両方によって必ず共有されるようにパターン化される。
【００３１】
小ピクセル６３の形状は、所望又は必要に応じて変化してよい。例えば、三角形の小ピクセルを有する陽極ピクセル６２ａに加えて、以下の形状を提供することができる。すなわち同心円形状の小ピクセルによる陽極ピクセル６２ｂ、矩形形状の小ピクセルによる陽極ピクセル６２ｃ、内側の方形形状及び外側の方形枠形状の小ピクセルによる陽極ピクセル６２ｄ、半円形状の小ピクセルによる陽極ピクセル６２ｅ、咬み合い型（指形状）の小ピクセルによる陽極ピクセル６２ｆ、及び分割円形状の小ピクセルによる陽極ピクセル６２ｇである。加えて、共有電荷が提供される幾つかの実施形態では、陽極ピクセル６２ｈは小ピクセルを有しない方形の形状となる。尚、陽極ピクセル６２ａ〜６２ｇに関して、ピクセル寸法が０．１ｍｍ未満であると０．１ｍｍ未満の特徴を有する電極をパターニングすることになるが、このように０．１ｍｍ未満でない限り様々な実施形態では陽極ピクセル６２ｆが用いられることを特記しておく（本書で後にさらに詳細に記載する）。
【００３２】
各々の行の全ての行電極が行線に接続される（図５に１行を示す）。各々の行の全ての列電極が列線に接続される（図５に１列を示す）。各々の列線及び各々の行線が一つの電子チャネルに接続される。図５の図示の実施形態では、１６×１６ピクセルの検出器は１６＋１６＝３２チャネルしか必要としない。位置は、事象が検出された行チャネルと列チャネルとの交点として決定される。雑音は（電荷が同じピクセルの２個の電極によって共有されると仮定すると）以下のように与えられる。すなわち４０＊４０／３２＝５０ｍｍ2の結晶を流れる暗電流、電子正孔発生の統計学的なゆらぎ、及び単一のチャネルの電子雑音の２倍である。
【００３３】
同じ構成はさらに小さいピクセル寸法、例えば０．５×０．５ｍｍピクセルにも拡張することができる。この場合には、８０行及び８０列、並びに１６０のチャネルが用いられる。事象の約４０％が２個の隣り合ったピクセルに含まれるので、本実施形態では、四つのチャネル（２行の隣り合った行及び列）を加算して合計電荷を得る。雑音（四つのチャネルによる）は以下のように与えられる。すなわち４＊４０＊４０／１６０＝４０ｍｍ2の結晶を流れる暗電流、電子正孔発生の統計学的なゆらぎ、及び単一のチャネルの電子雑音の４倍である。また雑音（二つのチャネルによる）は以下のように与えられる。すなわち２＊４０＊４０／１６０＝２０ｍｍ2の結晶を流れる暗電流、電子正孔発生の統計学的なゆらぎ、及び単一のチャネルの電子雑音の２倍である。
【００３４】
このように、各々のチャネルを１行（１列）のピクセルの一部にのみ接続することにより、相対的に小さいピクセルを用いた構成、或いはチャネルの数を増大させた構成が提供され得る。例えば、図６に示すように各電極を接続することにより、チャネルの数は倍増し得る。ピクセル寸法を約０．１ｍｍまでに減少させる場合（４００＋４００＝８００チャネル）には、ピクセル陽極６２ａ、６２ｃ、６２ｅ、６２ｆ及び６２ｇを用いてもよい。
【００３５】
ピクセル寸法が０．１×０．１ｍｍ未満である場合には、図９に示すように２行又は３行及び２列又は３列において少なくとも４個のピクセルを作動させる。尚、０．１ｍｍ径の円形の電子雲を想定していることを特記しておく。少なくとも２行及び２列が作動させられるので、以下の式を計算することにより、小ピクセル分解能を与えることができる。
【００３６】
Ｘ＝（ｘ１＊ｓｘ１＋ｘ２＊ｓ２ｘ＋…）／（ｓｘ１＋ｓｘ２＋ｓｘ２…）
式中、
ｘ１（２，３，…）は第一（第二、…）列のｘ位置であり、
ｓｘ１（２，３，…）は第一（第二、…）列において測定される信号である（作動させられなかったチャネルについては「０」）。
【００３７】
同じ計算を、行信号からのＹ位置についても行なう。尚、本書でさらに詳細に記載するように、例えばＰＭＴ方式の検出器に用いられるAngerアルゴリズム、及び相関信号強調（ＣＳＥ）を提供するのに用いられる行列アルゴリズムに類似した様々なアルゴリズムを用い得ることを特記しておく。また、チャネルの数はこの方法によって増大し（２＊４０／０．１＝８００）、数はピクセル寸法が小さくなるほど増大することを特記しておく。チャネルの数は、分解能向上の自乗と共に増大する。各々のチャネルは発熱するので、能動型冷却を提供することができる。
【００３８】
チャネルの数を、ピクセルの間での異なる接続構成によって減少させることができる。例えば、陽極ピクセル１００の接続を示す図９及び図１１に関して、同図で分かるように、各々の事象（例えば電荷相互作用）は、少なくとも４個の隣接電極に信号を発生する。従って、事象位置は、四つのチャネルの一意の組み合わせを作動させれば一意に画定され得る。Ｎ個からｎ個を取り出す一意の組み合わせの数はＮ！／（ｎ！）2によって与えられる。ピクセル寸法が０．１ｍｍである場合に、位置の総数は（４０／０．１）2＝１６０，０００である。比較して、２５６から四つのチャネルの一意の組を取り出す数は２１０，１６５，９３５通りである。尚、４３のみのチャネルでも１６０，０００通りを超える組み合わせを可能にするので十分であり得ることを特記しておく。
【００３９】
図１１で分かるように、全ての電荷を完全に収集するためには九つまでのチャネルが必要とされ得る。しかしながら、電子電荷に比較して陽極が大き過ぎると、電荷は図１２に示すように１個の陽極でしか収集されなくなる場合がある。この場合には、チャネルの組み合わせによる位置の決定を利用することができない。電荷が特定の方向で１個の陽極（ピクセル１００）において収集される場合には（図１３のように）、この軸に沿った位置を補間することができない。しかしながら、図１４のように陽極を千鳥型構成にすることにより、一つの事象によって作動させられるチャネルの最小数が５〜７となり、雑音が減少する。陽極を千鳥型構成にすると構成の「延伸」が可能になり（図１５に示すように）、矩形陽極（方形の代わり）、又は縦横比が１：２までの他の形状の陽極の利用が可能になり、従ってさらにチャネルの数を減少させることができる（２分の１まで）。
【００４０】
尚、幾つかの電極の間で電荷分布が位置に対して非線形となり誤差を生ずる場合があり、すると「小ピクセル補間」の実効性及び精度が低下するので、複雑な線形性補正が提供されることを特記しておく。この線形性の問題は、さらに小さいピクセルを設けることにより解決され得るが、多くのチャネルを加算する必要を生じ、従って電子雑音の寄与を高め得る。代替的には、図７に示すもののような（また本書でさらに詳細に記載するような）インタレース型電極構成を用いて、陽極寸法の増大を図りつつ線形性を高めることができる。
【００４１】
図１６のインタレース型ダイオード構成を用いることにより、延伸軸に沿って補間する能力を失うことなく（且つ当該軸に沿った補間線形性を高めつつ）、陽極のさらなる延伸を提供することができる。インタレース型陽極に収集される電荷は、当該陽極に対する電荷「占有面積（footprint）」の重なりに近似的に比例する。電荷は一様に拡散する訳ではなく線形性からの逸脱を生ずるため、当技術分野で公知のような線形性補正変換によって補正を行なうことができる。延伸に沿った軸では、位置精度は信号対雑音によって決まる。このように、実効分解能を保存しつつ１：１０の延伸を提供することができる。
【００４２】
図１７は、五つのチャネルを有する一次元（１Ｄ）アレイが、如何にして１１個分のピクセルの長さにわたって拡がり得るかを示しており、ピクセルの各々を電荷寸法よりも長くすることができ（例えば３倍〜１０倍）、分解能は、位置を決定するためにインタレース型陽極及び「２個ピクセルの組み合わせ」を用いると、電荷占有面積よりも向上し得る。加えて、図１８は、全てのこれらの方法を組み合わせて１本の延伸された軸とした場合を示しており、組み合わせ及び補間型の位置決定と共に、インタレース型及び千鳥型ピクセルを用いている。
【００４３】
このように、図４〜図６に戻ると、ピクセル型検出器５０は、陽極ピクセル６２及び成形小ピクセル６３で形成される小ピクセル型素子の複数の行及び列を含み得る。図示の実施形態では、ピクセル型検出器５０は、１６行及び１６列の陽極ピクセル６２を含んでおり、例えば４ｍｍ厚の結晶について約．３ｍｍ2／ピクセルの寸法を有し得る。従って、このピクセル型検出器５０と関連して２５６のチャネルが用いられる。また、電荷共有を集束させる、すなわち陽極ピクセル６２同士の間及び／又は成形小ピクセル６３同士の間に電荷雲を集束させる方向制御グリッド９０を陽極ピクセル６２の周りに設けてもよい。次いで、本書でさらに詳細に記載するように、又は例えば米国特許第５，５０４，３３４号に記載されているように、各行及び各列からの出力を加算することから位置情報を決定することができる。尚、様々な実施形態での成形小ピクセル６３の寸法は電荷雲（例えば期待される最小の電子雲）よりも小さいことを特記しておく。
【００４４】
加えて、陽極ピクセル６２は、異なるように成形され配列され得る。例えば、図７に示すように、隣接する陽極ピクセル７４との鋸歯型又はジグザグ型の重なり領域７６を画定した複数の延伸型陽極ピクセル７４を設けることができる（インタレース型電極構成を画定する）。従って、隣接する陽極ピクセル７４からインタレース型ピクセル辺が形成される。本実施形態では、陽極ピクセル６２は、陽極ピクセル７４が一次元例えばｘ軸方向に延伸されるようにダイス加工され又は切断される。従って、陽極ピクセル７４は、当該陽極ピクセル７４が他の軸よりもある１本の軸に沿って長くなるように一方向に延長され又は延伸される。陽極ピクセル７４は、任意の適当な工程を用いて基材に切断され又はエッチングされ得る。幾つかの実施形態では、陽極ピクセル７４は、鋸歯型又はジグザグ型のパターンを画定するようにレーザ切断を用いた切断工程によって形成される。レーザ切断は、基材をエッチング又はダイス加工するために提供され得る任意の適当な方法を用いて行なうことができ、半導体材料の基材にフォトリソグラフィ、エッチング、又はダイス加工を施す当技術分野の任意の切断方法等を用いることができる。
【００４５】
様々な実施形態のピクセル型検出器の１又は複数を用いて、電荷分布、例えば本書に記載するような電荷雲が、一次ピクセル及び１又は複数の隣接ピクセルに信号を誘導する（特に電荷相互作用が中心を外れている場合）ようなピクセル構成を提供する。一次ピクセルは、最大信号、例えば最高の積算電荷を有するピクセルとして決定される。様々な実施形態によれば、最大電荷を有するピクセルの陽極からの電荷情報を含む出力情報（上でさらに詳細に記載されている）及び低信号強度を有する１又は複数の隣り合った又は隣接陽極（例えば８個の隣接陽極）の各陽極からの出力情報を用いて、フォトンの陽極との初期的な相互作用の位置を決定する。この位置の決定については本書でさらに詳細に記載する。
【００４６】
尚、選択随意で、線形性マップ、エネルギ補正マップ及び感度マップのような較正マップを用いて画像歪みをさらに補正してもよいことを特記しておく。また、本書に記載するように、例えば電荷雲が１行又は１列の３以上のピクセルに現われている場合には、深さ情報をエネルギ補正に用いることができる。
【００４７】
従って、幾つかの実施形態では、ピクセル型検出器との電荷相互作用の位置を決定する方法８０（図８に示すような）が具現化され得る。具体的には、ブロック８２において、ピクセル型検出器との電荷相互作用に関する電荷情報が本書に記載するような電荷制御構成を有するピクセル型検出器を用いて得られる。電荷制御は、例えば陽極ピクセル又は該陽極ピクセルの小ピクセルを成形することにより提供され得る。
【００４８】
尚、様々な実施形態によれば、暗電流すなわちフォトンが検出されていないときに検出器に誘導される電流が低減されることを特記しておく。例えば、陰極を電流遮断性（例えばショットキー型）の接点によって形成して検出器暗電流を限定することができ、また検出器を加熱して正孔電荷移動性を高めることができる。加えて、高いバイアス電圧を用いるほど速やかに多くの電荷を収集することができる。加えて、方向制御グリッド９０を用いると、陽極収集面積が小さくなり、従ってまた暗電流も小さくなる。
【００４９】
加えて、行列加算を様々な実施形態に従って用いて電荷情報を得ることもできる。例えば、各ピクセルを、本書でさらに詳細に記載するように、二つの小ピクセル部分の間に電荷共有を提供するように成形され構成されている小ピクセルの各々の部分に対応する行部分及び列部分に分割することができる。各々のピクセル部分は、行及び列が各々の行及び列毎に一つの読み出し接続によって一つの前置増幅器に接続されているようなプリント回路基板（ＰＣＢ）に接着されることができる。尚、前置増幅器は同じＰＣＢに位置していても別個のＰＣＢに位置していてもよい。各々のチャネルが、閾値検出及びサンプル・アンド・ホールド回路を含んでいる。従って、閾値を上回る事象が行列両方のチャネルにおいて検出されると、隣接する行及び列がディジタル化されてさらなる事象処理を行なう。
【００５０】
加算は、図９及び図１０に示すような接続構成を用いて達成されることができ、同図は複数のピクセルを有するピクセル型検出器の一部を示し、ピクセルは陽極ピクセル１００である。例えば、図９に示すように、行列加算は、陽極ピクセル１００が電荷雲共有を提供するために本書に記載するように構成されているときに提供され得る。図示の市松パターンは説明のためのみのものであって、各陽極ピクセル１００は同じものである。加えて、６×６ピクセルのみを図示しているが、さらに多くのピクセルをピクセル型検出器の一部として提供することができる。例えば、陽極ピクセル・ピッチが０．５ｍｍの４ｃｍ×４ｃｍモジュールについて、８０×８０＝６４００個の陽極ピクセル及び１６０のチャネル（８０行＋８０列）が設けられる。
【００５１】
本実施形態では、ピクセル（点によって示す）同士の間の電気的接続１０２は伝導性であっても容量性であってもよく、各々のピクセル陽極１００毎に、又は加算される行若しくは列についてのみ前置増幅器を含み得る。接続１０２は、各々の行列に別個に１個置きのピクセル陽極１００の間に設けられる。尚、各々のピクセル陽極１００がアナログ（から）−ディジタル（への）変換器（ＡＤＣ）を含んでいる場合には、１行又は１列のピクセルを接続する線はアナログ加算ではなくディジタル用のデータ・バスとなることを特記しておく。また、幾つかの実施形態において信号をピクセル陽極１００から前置増幅器へ読み出すために（例えば２ｎスケーリングの場合）、各々の線のキャパシタンスは前置増幅器キャパシタンスよりも著しく低く、キャパシタンスはＣＺＴ材料が厚くなるほど小さくなることを特記しておく。
【００５２】
ピクセル陽極１００が電荷雲共有を与える（例えば保証する）ように必ずしも構成されていないときには、図１０に示すような接続構成を行列加算に用いることができ、またより小さい陽極ピクセルにも用いることができる。ピクセル陽極１００（黒い点によって示す）の間の電気的接続１０４は伝導性であっても容量性であってもよい。接続１０４は、各々の列及び行の各々の陽極ピクセル１００に設けられ、また行及び列の間にも設けられる。加えて、前置増幅器が各々のピクセル陽極１００と関連して設けられて、行及び列の間のクロストークを低減し又は回避する。尚、各々のピクセル陽極１００がＡＤＣを含んでいる場合には、１行又は１列のピクセルを接続する線はアナログ加算ではなくディジタル用のデータ・バスとなることを特記しておく。
【００５３】
図８の方法８０に戻り、次いでブロック８４において、例えば陽極ピクセルの１又は複数についての読み出しの電荷情報を用いて、電荷を共有する陽極ピクセルを識別する。この後に、ブロック８６において、共有されているピクセルでのエネルギを決定する。例えば、全てのディジタル化されたチャネルを加算して、検出ガンマ線又はＸ線事象のエネルギを決定する。次いでブロック８８において、エネルギ雲の位置を決定し、例えば推定する。具体的には、意図的な電荷雲共有のため、各々の事象毎に多数の行チャネル及び列チャネルの間での信号の分布が存在する。位置は小ピクセル精度で、本書でさらに詳細に記載するように図心又は重心（Anger型）計算から決定され得る。加えて、走査型ペンシル・ビーム較正に対する検出器応答を記憶し、次いで利用中に最も確からしさの高い位置を決定することができる。代替的には、単一ピクセルの分解能のためにはピークの行信号及び列信号を用いることができる。
【００５４】
この後に、ブロック９０において相互作用深さ（ＤＯＩ）を決定することができる。例えば、陽極（電子）信号と陰極（正孔）信号との間の飛行時間差を用いてＤＯＩを決定することができる。正孔及び電子の移動性は、幾つかの実施形態では１桁を超える大きさの差があり、ＤＯＩを決定するときにこのことを考慮する。様々な実施形態による他のＤＯＩ決定では、陰極積算電荷と陽極積算電荷における差（深さ依存型の正孔捕獲のため）を用いてもよいし、陰極信号立ち上がり時間を用いてもよい。
【００５５】
尚、図２０に示すように、陰極もピクセル型であってよく（陽極ピクセルと必ずしも同じ寸法でなくてもよい）、これにより冗長的な位置情報を与えて検出器の麻痺可能性（paralyzability）を小さくし、Ｘ線応用等に用いるためのさらに高い計数率を提供し得ることを特記しておく。加えて、小ピクセル型陰極はまた、正孔に対してのみ感度を有する。図２０に示すように、陰極３８は、複数の接点から形成される複数の隔設された陰極ピクセル１４０から形成される。図示の実施形態は、三次元（３Ｄ）で事象を測定し、すなわちＤＯＩ情報を加える。この構成を用いて、信号１４２と信号１４４との間の時間遅延（Δｔ）又は積分の比又は加算後の陰極ピクセル１４０の立ち上がり時間を測定することにより、ＤＯＩを決定することができる。ＤＯＩは、検出器の側に入る例えばペンシル・ビームを用いて時間差に対して較正され得る。尚、ｅ−キャリア及びｈ＋キャリアの異なる移動性μが存在することを特記しておく。また、遮断性接点及び熱を用いて正孔移動性を高め得ることを特記しておく。
【００５６】
このように、様々な実施形態を用いると、例えば図７に戻り、電子雲１１０として図示されている電荷雲が、１個の陽極ピクセル７４、及び例えば重なり領域７６では少なくとももう１個の陽極ピクセルによって検出されてこれらの陽極ピクセルに入射する。尚、電子雲１１０は、図示の単純化のために円形として示されていることを特記しておく。従って、様々な実施形態を用いて、例えば電子雲１１０が、重なり領域７６に位置し得る少なくとも２個の異なる陽極ピクセル７４に入射する確からしさを高め又は保証することにより、陽極に到達する電荷の量が制御される。
【００５７】
例えば、図１６に示すように、Anger型ガンマ・カメラの一部を形成し得る陽極ピクセル７４は、各々の電子雲１１０が少なくとも２個の陽極ピクセル７４及び場合によって３以上の陽極ピクセル７４によって検出されるように構成されている。一例として、電子雲１１０の寸法は１ｍｍであり、陽極ピクセル７４は約０．４ｍｍ〜１．０ｍｍである。
【００５８】
他の実施形態では、例えば図１７に示すように、陽極ピクセル７４を配列して、陽極ピクセル７４の上の番号によって示すように陽極ピクセル７４を対を成して接続することにより、出力チャネルをさらに減少させることができる。図示のように、五つのチャネルが１０対の陽極ピクセル７４を画定しており、これらの対は三重検出器すなわち三つ一組として構成されていてよい。付加的なチャネルが付加的な対を画定することができ、例えば七つのチャネルが２１対の陽極ピクセル７４を画定することができる。
【００５９】
また、重なり領域７６を有する陽極ピクセル７４を図１８に示すような二次元構成として具現化してもよい。図示のように、陽極ピクセル７４は、重なり領域７６がｘ軸方向において１行置きの行１２０毎に異なる位置に位置するように、アレイの１行置きの行１２０毎にオフセットされ千鳥型構成にされている。この図示の実施形態では、電子雲１１０は、重なり領域７６に位置し得る２以上の陽極ピクセル７４に入射する。加えて、隣接陽極ピクセル７４では小さい電荷効果が経験され得る。本実施形態では、行１２０の幅（Ｗ）は、電子雲１１０（例えば電子雲１１０の期待される寸法）に略等しく寸法設定されているが、行１２０の範囲内では、陽極ピクセル７４は電子雲１１０の寸法の多数倍にわたり、例えば約４倍以上にわたり延伸され得る。
【００６０】
変形及び改変が思量される。例えば、図１９に示すように、抵抗陽極１３０として示す抵抗層が例えば基材３２と陽極３４との間に設けられ、当技術分野の付着工程によって基材３２に形成される。本実施形態では、電荷は、抵抗層として設けられている抵抗陽極１３０によって陽極３４（すなわち接点）の間で拡散する。ＣＺＴ応用では、抵抗陽極１３０の抵抗は、基材３２を形成するＣＺＴ材料の抵抗よりも小さい。
【００６１】
もう一つの例として、図２１に示すように、２層の基材層１５４及び１５６の間に共通陰極１５２を有するサンドイッチ型検出器として構成され、これにより２層検出器を形成する検出器１５０を提供してもよい。図示の実施形態では、複数のピクセル型陽極１５８が基材層１５４に形成され、複数のピクセル型陽極１６０が基材層１５６に形成されている。
【００６２】
もう一つの例として図２２に示すように陽極１７４と陰極１７６との間にダイオードを画定した複数の基材層１７２を有する多層十字片型検出器１７０が提供され得る。多層十字片型検出器１７０は、図示のように偶数平面及び奇数平面に分割され得る。
【００６３】
また、ピクセル型検出器を有するシステムに対する変形及び改変も思量される。例えばＸ線透過応用では、放射線源の電力を小さくして電荷雲の寸法を大きくすることができる。従って、さらに大きい寸法のピクセルを用いることができる。
【００６４】
このように、様々な実施形態が、電荷雲がピクセル型検出器の少なくとも２個のピクセル陽極によって検出されるようなピクセル型検出器を提供する。従って、電荷雲の位置とそれぞれの陽極信号との間に一定の関係が存在するようなピクセル型検出器の構成が提供される。これら様々な実施形態では、少なくとも２個のピクセルが電荷雲を検出することを可能にするように検出器ピクセルを成形し、寸法設定し、分割し、且つ／又は配置することができる。検出を促進するために、線形抵抗板のような付加的な要素を設けてもよい。
【００６５】
様々な実施形態のピクセル型検出器は、例えば特に陽電子放出断層写真法（ＰＥＴ）イメージング・システム、ＳＰＥＣＴイメージング・システムのようなＮＭイメージング・システム、並びに／又はＸ線イメージング・システム及びＣＴイメージング・システムのような様々な形式のイメージング・システムの一部として提供され得る。例えば、図２３は、様々な実施形態に従って構築される医用イメージング・システム２１０の実施形態の一例の遠近図であり、この実施形態ではＳＰＥＣＴイメージング・システムである。システム２１０は一体型ガントリ２１２を含んでおり、ガントリ２１２はさらに、ガントリ中孔２３２の周りに配向されたロータ２１４を含んでいる。ロータ２１４は、限定しないがガンマ・カメラ、ＳＰＥＣＴ検出器、多層ピクセル型カメラ（例えばComptonカメラ）、及び／又はＰＥＴ検出器のような１又は複数のＮＭピクセル型カメラ２１８（２基のカメラ２１８を図示している）を支持するように構成されている。尚、医用イメージング・システム２１０がＣＴカメラ又はＸ線カメラを含んでいるときには、医用イメージング・システム２１０はまた、Ｘ線放射線を検出器へ向けて放出するＸ線管（図示されていない）も含んでいることを特記しておく。様々な実施形態では、カメラ２１８は、本書でさらに詳細に記載するようなピクセル型検出器から形成される。ロータ２１４はさらに、検査軸２１９の周りに軸方向に回転するように構成されている。
【００６６】
患者テーブル２２０が、寝台支持システム２２４に摺動式で結合されている寝台２２２を含んでおり、寝台支持システム２２４は床に直接結合されていてもよいし、ガントリ２１２に結合されている台２２６を通してガントリ２１２に結合されていてもよい。寝台２２２は、当該寝台２２２の上面２３０に摺動式で結合されているストレッチャ２２８を含み得る。患者テーブル２２０は、患者（図示されていない）を検査軸２１９に実質的に整列した検査位置に出し入れすることを容易にするように構成されている。撮像走査時には、患者テーブル２２０は、寝台２２２及び／又はストレッチャ２２８を中孔２３２に軸方向に出し入れして移動させるように制御され得る。イメージング・システム２１０の動作及び制御は、当技術分野で公知の任意の態様で行なわれ得る。尚、様々な実施形態は、回転式ガントリ又は静止型ガントリを含むイメージング・システムと関連して具現化され得る。
【００６７】
図２４は、ガントリに装着されて様々な実施形態に従って構成されている複数のピクセル型撮像用検出器を有するイメージング・システム２５０を示すブロック図である。尚、イメージング・システムは、ＮＭ／ＣＴイメージング・システムのような多重モダリティ・イメージング・システムであってもよいことを特記しておく。ＳＰＥＣＴイメージング・システムとして示すイメージング・システム２５０は一般的には、ガントリ２５６に装着された複数のピクセル型撮像用検出器２５２及び２５４（二つを図示する）を含んでいる。尚、追加の撮像用検出器を設けてもよいことを特記しておく。撮像用検出器２５２及び２５４は、ガントリ２５６の中孔２６０に位置する患者２５８に関して多数の位置に配置される（例えばＬモード構成）。患者２５８は、患者２５８の体内の着目する構造（例えば心臓）に特有の放射線データ又は撮像データが取得され得るように患者テーブル２６２に支持される。尚、撮像用検出器２５２及び２５４は、幾つかのイメージング・システムではガントリ２５６に沿った（又は周囲での）可動型運転向けに構成されているが、例えばＰＥＴイメージング・システム（例えば環状の撮像用検出器）では静止位置においてガントリ２５６に固定的に結合されていることを特記しておく。また、撮像用検出器２５２及び２５４を本書に記載するような異なる材料から形成して、当技術分野で公知の異なる構成として設けてもよいことを特記しておく。
【００６８】
撮像用検出器２５２及び２５４の１又は複数における放射線検出面（図示されていない）の前方に１又は複数のコリメータを設けてもよい。撮像用検出器２５２及び２５２は、ピクセルのｘ及びｙ位置、並びに撮像用検出器２５２及び２５４の位置によって画定され得る２Ｄ画像を取得する。放射線検出面（図示されていない）は、例えば患者２５８（患者であっても患畜であってもよい）に面するように向けられる。尚、ガントリ２５６は、例えば「Ｃ」字形、「Ｈ」字形又は「Ｌ」字形のように異なる形状で構成され得ることを特記しておく。
【００６９】
制御器ユニット２６４が、撮像用検出器２５２及び２５４に関する患者テーブル２６２の移動及び配置、並びに患者２５８に関する撮像用検出器２５２及び２５４の移動及び配置を制御して、患者２５８の所望の解剖学的構造を撮像用検出器２５２及び２５４の視野（ＦＯＶ）の範囲内に配置することができ、このことは、着目する解剖学的構造の画像を取得するのに先立って行なわれ得る。制御器ユニット２６４はテーブル制御器２６４及びガントリ・モータ制御器２６６を有していてよく、各制御器は各々、処理ユニット２６８によって自動的に命令されてもよいし、操作者によって手動で制御されてもよいし、これらを併用してもよい。テーブル制御器２６４は、撮像用検出器２５２及び２５４のＦＯＶに対して患者２５８を配置するように患者テーブル２５８を移動させることができる。加えて、又は選択随意で、ガントリ・モータ制御器２６６の制御の下で撮像用検出器２５２及び２５４を患者２５８に対して移動させ、配置し、若しくは配向させ、又は患者２５８の周りで回転させることができる。
【００７０】
撮像データを結合して、２Ｄ画像、３Ｄ容積又は経時的３Ｄ容積（４Ｄ）を含み得る画像に再構成することができる。
【００７１】
データ取得システム（ＤＡＳ）２７０が、撮像用検出器２５２及び２５４によって発生されるアナログ及び／又はディジタルの電気信号データを受け取って、本書でさらに詳細に記載するような後の処理のためにデータを復号する。画像再構成プロセッサ２７２が、ＤＡＳ２７０からデータを受け取って、当技術分野で公知の任意の再構成工程を用いて画像を再構成する。データ記憶装置２７４が設けられて、ＤＡＳ２７０からのデータ又は再構成された画像データを記憶することができる。また、入力装置２７６が設けられて利用者入力を受け取り、表示器２７８が設けられて再構成画像を表示することができる。
【００７２】
また、電荷位置決定モジュール２８０が設けられて、本書でさらに詳細に記載するようにフォトン（例えば放出ガンマ・フォトン又は透過Ｘ線フォトン）によって発生される電荷又は電荷雲の位置を決定することができる。電荷位置決定モジュール２８０は、ソフトウェア、ハードウェア又はこれらの組み合わせとして具現化され得る。
【００７３】
様々な実施形態、並びに／又は構成要素、例えば内部のモジュール若しくは構成要素及び制御器は、１又は複数のコンピュータ又はプロセッサの一部としても具現化され得る。コンピュータ又はプロセッサは、計算装置、入力装置、表示ユニット、及び例えばインターネットにアクセスするためのインタフェイスを含み得る。コンピュータ又はプロセッサはマイクロプロセッサを含み得る。マイクロプロセッサは通信バスに接続され得る。コンピュータ又はプロセッサはまた、メモリを含み得る。メモリは、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）及び読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）を含み得る。コンピュータ又はプロセッサはさらに、記憶装置を含んでいてよく、記憶装置はハード・ディスク・ドライブ、又はフロッピィ・ディスク・ドライブ及び光ディスク・ドライブ等のような着脱式記憶ドライブであってよい。記憶装置はまた、コンピュータ又はプロセッサにコンピュータ・プログラム又は他の命令を読み込む他の同様の手段であってよい。
【００７４】
本書で用いられる「コンピュータ」又は「モジュール」との用語は、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、ＡＳＩＣ、論理回路、及び本書に記載された作用を実行することが可能な他の任意の回路又はプロセッサを用いたシステムを含む任意のプロセッサ方式のシステム又はマイクロプロセッサ方式のシステムを含み得る。上の例は例示のみのためのものであり、従って「コンピュータ」との語の定義及び／又は意味を限定しないものとする。
【００７５】
コンピュータ又はプロセッサは、入力データを処理するために１又は複数の記憶要素又はメモリに記憶されている一組の命令を実行する。記憶要素はまた、データ、又は所望若しくは必要に応じて他の情報を記憶し得る。記憶要素は、情報ソースの形態にあってもよいし、処理機械の内部の物理的メモリ素子の形態にあってもよい。
【００７６】
上述の一組の命令は、様々な実施形態の方法及び工程のような特定の動作を実行するように処理機械としてのコンピュータ又はプロセッサに命令する様々な命令を含み得る。一組の命令は、ソフトウェア・プログラムの形態にあってよい。ソフトウェアは、システム・ソフトウェア又はアプリケーション・ソフトウェアのような様々な形態にあってよい。さらに、ソフトウェアは、別個のプログラム若しくはモジュールの集合、より大きなプログラムの内部のプログラム・モジュール又はプログラム・モジュールの一部の形態にあってよい。ソフトウェアはまた、オブジェクト指向プログラミングの形態のモジュール型プログラミングを含み得る。処理機械による入力データ処理は、利用者の命令に応答して行なわれてもよいし、以前の処理の結果に応答して行なわれてもよいし、他の処理機械によって発行された要求に応答して行なわれてもよい。
【００７７】
本書で用いられる「ソフトウェア」及び「ファームウェア」との用語は互換的であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、及び不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含めたメモリに記憶されて、コンピュータによって実行される任意のコンピュータ・プログラムを含んでいる。以上のメモリ形式は例示のみのためのものであり、従ってコンピュータ・プログラムの記憶に利用可能なメモリの形式に関して制限するものではない。
【００７８】
以上の記載は例示説明のためのものであって制限するものではないことを理解されたい。例えば、上述の各実施形態（及び／又は各実施形態の諸観点）を互いに組み合わせて用いてよい。加えて、様々な実施形態の範囲を逸脱することなく、特定の状況又は材料を様々な実施形態の教示に合わせて適応構成する多くの改変を施すことができる。本書に記載されている材料の寸法及び形式は、様々な実施形態の各パラメータを定義するためのものであるが、各実施形態は限定するものではなく例示する実施形態である。以上の記載を吟味すれば、当業者には他の多くの実施形態が明らかとなろう。従って、様々な実施形態の範囲は、特許請求の範囲に関連して、かかる特許請求の範囲が網羅する等価物の全範囲と共に決定されるものとする。特許請求の範囲では、「including包含する」との用語は「comprising含む」の標準英語の同義語として、また「in whichこのとき」との用語は「whereinここで」の標準英語の同義語として用いられている。さらに、特許請求の範囲では、「第一」、「第二」及び「第三」等の用語は単にラベルとして用いられており、これらの用語の目的語に対して数値的要件を課すものではない。さらに、特許請求の範囲の制限は、「手段プラス機能（means-plus-function）」形式で記載されている訳ではなく、かかる特許請求の範囲の制限が、「〜のための手段」に続けて他の構造を含まない機能の言明を従えた文言を明示的に用いていない限り、合衆国法典第３５巻第１１２条第６パラグラフに基づいて解釈されるべきではない。
【００７９】
この書面の記載は、最適な態様を含めて様々な実施形態を開示し、また任意の装置又はシステムを製造して利用すること及び任意の組み込まれた方法を実行することを含めてあらゆる当業者が様々な実施形態を実施することを可能にするように実例を用いている。特許付与可能な様々な実施形態の範囲は特許請求の範囲によって画定されており、当業者に想到される他の実例を含み得る。かかる他の実例は、特許請求の範囲の書字言語に相違しない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の書字言語と非実質的な相違を有する等価な構造要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００８０】
３０：ピクセル型検出器
３２：基材
３４：陽極
３６：電荷相互作用
３８：陰極
４０：ピクセル型検出器の複数のピクセル型素子の間での電荷分布を制御する方法
５０：小ピクセル型検出器
５２：結晶
５４：面
５６：陰極
５８：裏面
６０：陽極
６２：陽極ピクセル
６３：小ピクセル
６４：検出器底面
６６：接続ピン
７０：矩形ガンマ・カメラ
７２：マザー・ボード
７４：陽極ピクセル
７６：重なり領域
８０：ピクセル型検出器との電荷相互作用の位置を決定する方法
９０（図５）：方向制御グリッド
１００：陽極ピクセル
１０２、１０４：電気的接続
１１０：電子雲
１２０：１行置きの行
１３０：抵抗陽極
１４０：陰極ピクセル
１４２、１４４：信号
１５０：サンドイッチ型検出器
１５２：共通陰極
１５４、１５６：基材層
１５８、１６０：ピクセル型陽極
１７０：多層十字片型検出器
１７２：基材層
１７４：陽極
１７６：陰極
２１０：医用イメージング・システム
２１２：一体型ガントリ
２１４：ロータ
２１８：ＮＭピクセル型カメラ
２１９：検査軸
２２０：患者テーブル
２２２：寝台
２２４：寝台支持システム
２２６：台
２２８：ストレッチャ
２３０：上面
２３２：ガントリ中孔
２５０：イメージング・システム
２５２、２５４：ピクセル型撮像用検出器
２５６：ガントリ
２５８：患者
２６０：中孔
２６２：患者テーブル
２６４：制御器ユニット
２６４：テーブル制御器
２６６：ガントリ・モータ制御器
２６８：処理ユニット
２７０：データ取得システム（ＤＡＳ）
２７２：画像再構成プロセッサ
２７４：データ記憶装置
２７６：入力装置
２７８：表示器
２８０：電荷位置決定モジュール
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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