(57)【要約】  一般に、二層マルチスペクトルＸ線検出器は、前部Ｘ線検出器が、後部Ｘ線検出器による検出の前に入射Ｘ線スペクトルの一部をフィルタ処理するようにも作用するので、画像化サンプルに関する２点のスペクトルデータを提供することができる。前置フィルタが、スペクトル分離を強化するために前部Ｘ線検出器の前に置かれる。しかしながら、前置フィルタを設けることは、同じ信号対雑音比を達成するのにＸ線放射線の強度を増加させなければならないことを意味する。本出願は、前部Ｘ線検出器、後部Ｘ線検出器、及びそれらの中間に置かれた構造化スペクトルフィルタを有するマルチスペクトルＸ線検出器に関する。構造化スペクトルフィルタには、前部Ｘ線検出器のスーパーピクセルをサンプリングするように構成された第１及び第２の領域があり、それにより、スーパーピクセル当たり、スペクトル情報の３つの別個のアイテムを得ることができる。
2021512314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射Ｘ線放射線を受け取る第１のＸ線検出器と、
前記第１のＸ線検出器から伝搬する中間Ｘ線放射線を受け取る構造化スペクトルフィルタと、
前記第１のＸ線検出器及び前記構造化スペクトルフィルタと軸方向に位置合わせされ、前記構造化スペクトルフィルタから伝搬するフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線を受け取る第２のＸ線検出器と
を含む、マルチスペクトルＸ線検出器であって、
前記第１のＸ線検出器は、スーパーピクセルを形成する連続した複数のピクセルを含み、
前記第２のＸ線検出器は、第１の複数のピクセル及び第２の複数のピクセルを含み、各々が前記スーパーピクセルを通過したフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線の一部分を受け取るように位置合わせされ、
前記構造化スペクトルフィルタは、前記スーパーピクセルのピクセルと位置合わせされ、前記第２のＸ線検出器の前記第１の複数のピクセルと位置合わせされた第１の領域及び前記第２のＸ線検出器の前記第２の複数のピクセルと位置合わせされた第２の領域を含むフィルタ構造を含み、前記第１の領域は、前記第２のＸ線検出器の前記第１の複数のピクセルに入射する中間Ｘ線放射線のスペクトルを変更して、フィルタ処理済み中間Ｘ線放射線を形成し、
前記第１のＸ線検出器の前記スーパーピクセルを形成する連続した複数のピクセルは、前記第２のＸ線検出器の少なくとも前記第１の複数のピクセル及び前記第２の複数のピクセルと位置合わせされている、
マルチスペクトルＸ線検出器。
【請求項２】
前記構造化スペクトルフィルタの前記第２の領域は、前記第２のＸ線検出器の前記第２の複数のピクセルの方に誘導される中間Ｘ線放射線のスペクトルを、前記構造化スペクトルフィルタの前記第１の領域によって行われた中間Ｘ線への変更とは異なる仕方で変更する、請求項１に記載のマルチスペクトルＸ線検出器。
【請求項３】
前記第２のＸ線検出器の前記第１の複数のピクセルと、前記第２のＸ線検出器の前記第２の複数のピクセルとは共面である、請求項１又は２に記載のマルチスペクトルＸ線検出器。
【請求項４】
前記構造化スペクトルフィルタは、前記構造化スペクトルフィルタに入射した中間Ｘ線放射線のスペクトルを、前記構造化スペクトルフィルタの前記第１の領域及び前記第２の領域によって行われた変更とは異なる仕方で変更する複数の第３のフィルタ領域を含む、請求項１から３の何れか一項に記載のマルチスペクトルＸ線検出器。
【請求項５】
前記第１のＸ線検出器の前記スーパーピクセルのピクセルは、一次Ｘ線スペクトルを検出し、前記第２のＸ線検出器の前記第１の複数のピクセルは、前記構造化スペクトルフィルタの前記第１の領域と位置合わせされた前記第２のＸ線検出器のピクセルを使用して第２のＸ線スペクトルを検出し、前記構造化スペクトルフィルタの前記第２の領域と位置合わせされた前記第２のＸ線検出器のピクセルを使用して第３のＸ線スペクトルを検出する、請求項１から４の何れか一項に記載のマルチスペクトルＸ線検出器。
【請求項６】
前記構造化スペクトルフィルタの前記第１の領域は、前記構造化スペクトルフィルタの前記第２の領域の厚さとは異なる厚さを有する、請求項１から５の何れか一項に記載のマルチスペクトルＸ線検出器。
【請求項７】
前記構造化スペクトルフィルタの前記第１の領域の厚さは、０．０５ｍｍから０．７ｍｍの範囲にあり、前記構造化スペクトルフィルタの前記第２の領域の厚さは、０．２ｍｍから２ｍｍの範囲にある、請求項１から６の何れか一項に記載のマルチスペクトルＸ線検出器。
【請求項８】
前記構造化スペクトルフィルタは、前記構造化スペクトルフィルタの外側厚さを等しくするために、前記構造化スペクトルフィルタの前記第１の領域及び前記第２の領域と比べて低いＸ線吸収を有する平坦化領域をさらに含む、請求項１から７の何れか一項に記載のマルチスペクトルＸ線検出器。
【請求項９】
前記平坦化領域はポリマーを含む、請求項８に記載のマルチスペクトルＸ線検出器。
【請求項１０】
前記構造化スペクトルフィルタの前記第１の領域は、前記構造化スペクトルフィルタの前記第２の領域を構成する材料とは異なる質量吸収係数を有する材料を含む、請求項１から９の何れか一項に記載のマルチスペクトルＸ線検出器。
【請求項１１】
前記第１の領域及び／又は前記第２の領域の材料は、銅、銀、アルミニウム、若しくは錫、又はそれらの合金を含む、請求項１から１０の何れか一項に記載のマルチスペクトルＸ線検出器。
【請求項１２】
（ｉ）前記構造化スペクトルフィルタは、前記第１のＸ線検出器の背面に製作され、又は、（ｉｉ）前記構造化スペクトルフィルタは、前記第２のＸ線検出器の前面に製作される、請求項１から１１の何れか一項に記載のマルチスペクトルＸ線検出器。
【請求項１３】
前記第１の領域は前記第１のＸ線検出器の背面に製作され、前記第２の領域は前記第２のＸ線検出器の前面に製作される、請求項１から１２の何れか一項に記載のマルチスペクトルＸ線検出器。
【請求項１４】
関心領域の方にＸ線放射線を放出するＸ線源と、
前記関心領域を通過したＸ線放射線を受け取る、請求項１から１３の何れか一項に記載のマルチスペクトルＸ線検出器と、
前記Ｘ線システム制御ユニットと
を含む、Ｘ線イメージングシステムであって、
前記Ｘ線システム制御ユニットは、前記Ｘ線源を起動し、前記第１のＸ線検出器からの第１のＸ線信号及び前記第２のＸ線検出器からの第２のＸ線信号を受け取って、前記関心領域のマルチスペクトル画像を発生する、Ｘ線イメージングシステム。
【請求項１５】
マルチスペクトルＸ線検出器を製造するための方法であって、前記方法は、
入射Ｘ線放射線を受け取る第１のＸ線検出器を設けるステップであって、前記第１のＸ線検出器が、スーパーピクセルを形成する連続した複数のピクセルを含む、設けるステップと、
前記第１のＸ線検出器から伝搬する中間Ｘ線放射線を受け取る構造化スペクトルフィルタを設けるステップと、
前記第１のＸ線検出器及び前記構造化スペクトルフィルタと軸方向に位置合わせされ、前記構造化スペクトルフィルタから伝搬するフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線を受け取る第２のＸ線検出器を設けるステップと
を有し、
前記第２のＸ線検出器は、第１の複数のピクセル及び第２の複数のピクセルを含み、これらのピクセルは前記スーパーピクセルを通過したフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線の一部分を受け取るように位置合わせされ、
前記構造化スペクトルフィルタは、前記スーパーピクセルのピクセルと位置合わせされ、前記第２のＸ線検出器の前記第１の複数のピクセルと位置合わせされた第１の領域及び前記第２のＸ線検出器の前記第２の複数のピクセルと位置合わせされた第２の領域を含むフィルタ構造を含み、前記第１の領域は、前記第２のＸ線検出器の前記第１の複数のピクセルに入射する中間Ｘ線放射線のスペクトルを変更して、フィルタ処理済み中間Ｘ線放射線を形成し、
前記第１のＸ線検出器の前記スーパーピクセルを形成する連続した複数のピクセルは、前記第２のＸ線検出器の少なくとも前記第１の複数のピクセル及び前記第２の複数のピクセルと位置合わせされる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、マルチスペクトルＸ線検出器、Ｘ線イメージングシステム、及びマルチスペクトルＸ線検出器を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のマルチスペクトルＸ線検出器では、２つのＸ線変換層が重なり合って設けられている。検出信号は別々に読み出される。Ｘ線源に最も近い上部Ｘ線変換層は、一般に、Ｘ線の低エネルギー成分を吸収する。Ｘ線源からより遠くに配置された底部Ｘ線変換層は、一般に、Ｘ線源から放出されたＸ線スペクトルのより高エネルギー成分を吸収する。
【０００３】
高エネルギーＸ線スペクトルと低エネルギーＸ線スペクトルとの分離を改善しようとする以前の試みは、単一層Ｘ線検出器の前に配置された構造化フィルタを使用している。そのようなフィルタにより、ピクセルのサブセットは異なるＸ線スペクトルを受け取ることができ、それに基づいて、エネルギー分離された画像を計算することができる。この手法は、米国特許出願公開第２０１４／０３２１６１６Ａ１号に記載されている。そのようなＸ線検出器はさらに改善することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
それゆえに、改善されたマルチスペクトルＸ線検出器を提供する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決される。さらなる実施形態が従属請求項に組み込まれる。
【０００６】
マルチスペクトルＸ線検出器は、
入射Ｘ線放射線を受け取るように構成された第１のＸ線検出器と、
第１のＸ線検出器から伝搬する中間Ｘ線放射線を受け取るように構成された構造化スペクトルフィルタと、
第１のＸ線検出器及び構造化スペクトルフィルタと軸方向に位置合わせされ、構造化スペクトルフィルタから伝搬するフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線を受け取るように構成された第２のＸ線検出器と
を含む。
【０００７】
第１のＸ線検出器は、スーパーピクセルを形成する連続した複数のピクセルを含む。
【０００８】
第２のＸ線検出器は、第１の複数のピクセル及び第２の複数のピクセルを含み、各々はスーパーピクセルを通過したフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線の一部分を受け取るように位置合わせされる。
【０００９】
構造化スペクトルフィルタは、スーパーピクセルのピクセルと位置合わせされ、第２のＸ線検出器の第１の複数のピクセルと位置合わせされた第１の領域及び第２のＸ線検出器の第２の複数のピクセルと位置合わせされた第２の領域を含むフィルタ構造を含み、第１の領域は、第２のＸ線検出器の第１の複数のピクセルに入射する中間Ｘ線放射線のスペクトルを変更して、フィルタ処理済み中間Ｘ線放射線を形成するように構成される。
【００１０】
第１のＸ線検出器のスーパーピクセルを形成する連続した複数のピクセルは、第２のＸ線検出器の少なくとも第１及び第２の複数のピクセルと位置合わせされている。
【００１１】
その結果、入射Ｘ線スペクトルの２つを超える部分を区別することができる多層検出器が提供される。従来の多層（マルチスペクトル）Ｘ線検出器は、一般に、Ｘ線源に最も近い第１の（前部）検出器層を使用して低エネルギーＸ線を検出し、第１の検出器層の背後の第２の（後部）検出器層を使用して高エネルギーＸ線を検出する。第１のＸ線検出器のシンチレータ材料及び基板は、入射Ｘ線が第１のＸ線検出器を通過するとき、入射Ｘ線のスペクトルをフィルタ処理するように作用する。
【００１２】
第１の態様によれば、第１の検出器層のピクセルは、第１のＸ線スペクトルを検出する。第２のＸ線層の第１及び第２のグループのピクセルは、それぞれ、第２及び第３のＸ線スペクトルを検出し、第１の検出器層のスーパーピクセルと位置合わせされている。第１の検出器層のすべてのスーパーピクセルに対して、第２の検出器の少なくとも２つのグループのピクセルがある。第１のグループのピクセルは、フィルタ処理済みの第１のＸ線スペクトル（第１の検出器層の後部から出て来る）にさらされ、第２のグループのピクセルは、構造化フィルタの要素によってさらにフィルタ処理されたフィルタ処理済みの第１のＸ線スペクトルにさらされる。したがって、多層検出器で利用可能なスペクトル情報は、第１のＸ線スペクトル情報（第１の検出器で検出される）、フィルタ処理済みの第１のＸ線スペクトル（第２のＸ線検出器の第１のグループのピクセルで検出され、少なくとも第１のＸ線検出器によってフィルタ処理されている）、及びさらなるフィルタ処理済みの第１のＸ線スペクトル（第２の検出器の第２のグループのピクセルで検出され、構造化フィルタによってフィルタ処理されている）である。
【００１３】
さらに、スーパーピクセル（第１の検出器の）当たり少なくとも３つのＸ線スペクトルが、多層検出器の前にあるフィルタの使用を避けるやり方で多層検出器から供給される。多層検出器の前にあるフィルタの使用は、多層検出器に入るすべてのＸ線放射線の強度を全体的に減少させる。第１の態様によれば、構造化スペクトルフィルタと組み合わされた第２のＸ線検出器が第１のＸ線検出器の各スーパーピクセルを空間的にサンプリングするので、前置検出器フィルタは必要とされない。
【００１４】
オプションとして、構造化スペクトルフィルタの第２の領域は、第２のＸ線検出器の第２の複数のピクセルの方に誘導される中間Ｘ線放射線のスペクトルを、構造化スペクトルフィルタの第１の領域によって行われた中間Ｘ線への変更とは異なる仕方で変更するように構成される。
【００１５】
その結果、第２のＸ線検出器の第２の領域のピクセルによって受け取られるＸ線放射線のスペクトルに対するより精細な制御が行われ、それにより、画像化サンプル又は画像取得プロトコル内の様々な材料タイプに多層Ｘ線検出器をより良く一致させることができる。
【００１６】
オプションとして、第２のＸ線検出器の第１の複数のピクセル及び第２のＸ線検出器の第２の複数のピクセルは共面である。
【００１７】
オプションとして、構造化スペクトルフィルタは、構造化スペクトルフィルタに入射した中間Ｘ線放射線のスペクトルを、構造化スペクトルフィルタの第１及び第２の領域によって行われた変更とは異なる仕方で変更するように構成された複数の第３のフィルタ領域を含む。
【００１８】
その結果、第１のＸ線検出器のスーパーピクセルごとに、４つの異なるＸ線スペクトルが分解可能であり、それらは、（ｉ）第１のＸ線検出器のスーパーピクセルに到着した入射Ｘ線スペクトル、（ｉｉ）第１のフィルタ領域によってフィルタ処理された中間Ｘ線放射線、（ｉｉｉ）第２のフィルタ領域によってフィルタ処理された中間Ｘ線放射線、及び（ｉｖ）第３のフィルタ領域によってフィルタ処理された中間Ｘ線放射線である。これは、異なる周波数応答を有するより多くのチャネルがサンプルとＸ線検出器との間に確立されるので、画像化サンプルの材料特性のより正確な計算を可能にする。
【００１９】
オプションとして、第１のＸ線検出器のスーパーピクセルのピクセルは、一次Ｘ線スペクトルを検出するように構成される。第２のＸ線検出器の第１の複数のピクセルは、構造化スペクトルフィルタの第１の領域と位置合わせされた第２のＸ線検出器のピクセルを使用して第２のＸ線スペクトルを検出し、構造化スペクトルフィルタの第２の領域と位置合わせされた第２のＸ線検出器のピクセルを使用して第３のＸ線スペクトルを検出するように構成される。
【００２０】
オプションとして、構造化スペクトルフィルタの第１の領域は、構造化スペクトルフィルタの第２の領域の厚さとは異なる厚さを有する。
【００２１】
その結果、第１の領域を通って伝搬するＸ線は、第２の領域を通って伝搬するＸ線と比較して、それらの厚さの差のゆえに、異なる程度に摂動を与えられる。スペクトルフィルタ材料の様々な厚さを設けるのは、異なるＸ線スペクトルを提供するオプションのやり方である。
【００２２】
オプションとして、構造化スペクトルフィルタの第１の領域の厚さは、０．０５ｍｍから０．７ｍｍの範囲にあり、構造化スペクトルフィルタの第２の領域の厚さは、０．２ｍｍから２ｍｍの範囲にある。
【００２３】
オプションとして、構造化スペクトルフィルタは、構造化スペクトルフィルタの外側厚さを等しくするために、構造化スペクトルフィルタの第１及び第２の領域と比べて低いＸ線吸収を有する平坦化領域をさらに含む。
【００２４】
したがって、構造化スペクトルフィルタの高さの差は、Ｘ線吸収が低い構造化スペクトルフィルタに充填材料を付けることによって補償され、検出器内への構造化スペクトルフィルタの装着を容易にする。
【００２５】
オプションとして、平坦化領域はポリマーを含む。
【００２６】
オプションとして、構造化スペクトルフィルタの第１の領域は、構造化スペクトルフィルタの第２の領域を構成する材料とは異なる質量吸収係数を有する材料を含む。
【００２７】
その結果、異なるＸ線スペクトル透過特性を有する異なる材料が、構造化スペクトルフィルタに設けられる。
【００２８】
オプションとして、第１及び／又は第２の領域の材料は、銅、銀、アルミニウム、若しくは錫、又はそれらの合金を含む。
【００２９】
オプションとして、構造化スペクトルフィルタは、（ｉ）第１のＸ線検出器の背面に製作され、又は（ｉｉ）構造化スペクトルフィルタは、第２のＸ線検出器の前面に製作される。
【００３０】
その結果、構造化スペクトルフィルタが積層化検出器の一方の面又は他方の面に一体化された多層検出器を製造すると、部品表及びアセンブリの複雑さが低減される。
【００３１】
オプションとして、第１の領域は第１のＸ線検出器の背面に製作され、第２の領域は第２のＸ線検出器の前面に製作される。
【００３２】
その結果、第１及び第２の検出器が組み立てられるときにスーパーピクセルのサブサンプリングを可能にするパターンで、第１の検出器を第１の材料で処置し、第２の検出器を第２の材料で処置することを要求することによって、製造プロセスを簡単にすることが可能である。
【００３３】
第２の態様によれば、Ｘ線イメージングシステムが提供され、Ｘ線イメージングシステムは、
関心領域の方にＸ線放射線を放出するように構成されたＸ線源と、
関心領域を通過したＸ線放射線を受け取るように構成された、第１の態様によるマルチスペクトルＸ線検出器と、
Ｘ線システム制御ユニットと
を含む。
【００３４】
Ｘ線システム制御ユニットは、Ｘ線源を起動し、第１のＸ線検出器からの第１のＸ線信号及び第２のＸ線検出器からの第２のＸ線信号を受け取り、関心領域のマルチスペクトル画像を発生するように構成される。
【００３５】
その結果、Ｘ線検査下のサンプルに関するより詳細なマルチエネルギーＸ線情報を提供することができるＸ線システムが提供される。
【００３６】
第３の態様によれば、マルチスペクトルＸ線検出器を製造するための方法が提供され、この方法は、
入射Ｘ線放射線を受け取るように構成された第１のＸ線検出器を設けるステップであって、第１のＸ線検出器が、スーパーピクセルを形成する連続した複数のピクセルを含む、設けるステップと、
第１のＸ線検出器から伝搬する中間Ｘ線放射線を受け取るように構成された構造化スペクトルフィルタを設けるステップと、
第１のＸ線検出器及び構造化スペクトルフィルタと軸方向に位置合わせされ、構造化スペクトルフィルタから伝搬するフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線を受け取るように構成された第２のＸ線検出器を設けるステップと
を有し、
第２のＸ線検出器は、第１の複数のピクセル及び第２の複数のピクセルを含み、両方はスーパーピクセルを通過したフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線の一部分を受け取るように位置合わせされ、
構造化スペクトルフィルタは、スーパーピクセルのピクセルと位置合わせされ、第２のＸ線検出器の第１の複数のピクセルと位置合わせされた第１の領域及び第２のＸ線検出器の第２の複数のピクセルと位置合わせされた第２の領域を含むフィルタ構造を含み、第１の領域は、第２のＸ線検出器の第１の複数のピクセルに入射する中間Ｘ線放射線のスペクトルを変更して、フィルタ処理済み中間Ｘ線放射線を形成するように構成され、
第１のＸ線検出器のスーパーピクセルを形成する連続した複数のピクセルは、第２のＸ線検出器の少なくとも第１及び第２の複数のピクセルと位置合わせされている。
【００３７】
その結果、Ｘ線検査下のサンプルに関するより詳細なマルチエネルギーＸ線情報を提供することができる検出器をより効率的に製造することが可能である。
【００３８】
オプションとして、マルチスペクトルＸ線検出器が提供され、マルチスペクトルＸ線検出器は、
入射Ｘ線放射線を受け取るように構成された第１のＸ線検出器と、
第１のＸ線検出器から伝搬する中間Ｘ線放射線を受け取るように構成された構造化スペクトルフィルタと、
第１のＸ線検出器及び構造化スペクトルフィルタと軸方向に位置合わせされ、構造化スペクトルフィルタから伝搬するフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線を受け取るように構成された第２のＸ線検出器と
を含む。
【００３９】
第１のＸ線検出器は、スーパーピクセルを形成する連続した複数のピクセルを含む。
【００４０】
第２のＸ線検出器は、第１の複数のピクセル及び第２の複数のピクセルを含み、各々はスーパーピクセルを通過したフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線の一部分を受け取るように位置合わせされる。
【００４１】
構造化スペクトルフィルタは、スーパーピクセルのピクセルと位置合わせされ、第２のＸ線検出器の第１の複数のピクセルと位置合わせされた第１の領域及び第２のＸ線検出器の第２の複数のピクセルと位置合わせされた第２の領域を含むフィルタ構造を含む。第１の領域は、第２のＸ線検出器の第１の複数のピクセルに入射する中間Ｘ線放射線のスペクトルを変更して、フィルタ処理済み中間Ｘ線放射線を形成するように構成される。
【００４２】
以下の本文において、「Ｘ線検出器」という用語は、一般に、入射Ｘ線放射線を、Ｘ線放射線が通過した物体の内部構造に関する情報を提供することができる信号（電気信号、データ）に変換するように機能するデバイスを参照する。一般に、マルチスペクトルイメージング用途では、Ｘ線検出器は、「直接変換」又は「間接変換」タイプのものとすることができる。典型的な「直接変換」検出器は、Ｘ線を電荷に直接変換するためにアモルファスセレンなどのＸ線光伝導体を使用する。典型的な「間接変換」Ｘ線検出器は、シンチレータと、基板、例えばシリコン基板に製作されたフォトダイオードアレイとを含む。特定のシンチレータセルにぶつかるＸ線は、可視光線の閃光に変換され、それは、可視光線がシリコンフォトダイオードアレイに衝突するときに電荷に変換される。本出願で論じられる構造化スペクトルフィルタは、「直接変換」又は「間接変換」タイプ検出器の両方により使用される。
【００４３】
以下の本文において、「入射Ｘ線放射線」という用語は、例えば回転陽極Ｘ線によって発生されたＸ線放射線のビームを意味し、Ｘ線放射線のビームは、医療又はセキュリティスキャナ内の患者又は別の関心対象を通過し、第１のＸ線検出器に到着することができる。「中間Ｘ線放射線」という用語は、第１のＸ線検出器を通過し摂動を与えられた（例えば、スペクトル的に）、及び／又は第１のＸ線検出器によって減衰されたＸ線放射線のビームを意味する。「フィルタ処理済み中間Ｘ線放射線」という用語は、第１のＸ線検出器及び構造化スペクトルフィルタを通過した放射のビームを意味する。フィルタ処理済み中間Ｘ線放射線は、第２のＸ線検出器に入射する。
【００４４】
以下の本文において、「連続した」という用語は、共通の境界を共有していること、又は接触していることを意味する。
【００４５】
以下の本文において、「スペクトルを変更するように構成された」という用語は、入射Ｘ線ビームの周波数（エネルギー）スペクトルを調節する材料又はアセンブリを意味する。そのような材料は、高周波（エネルギー）Ｘ線を比較的小さい減衰で伝搬させるが、低周波（エネルギー）Ｘ線を強く減衰させる、又はその逆であるように機能する。材料及び／又は材料の組合せは、「バンドパス」及び／又は「バンドストップ」Ｘ線エネルギー（周波数）特性を発生するように設けることもできる。
【００４６】
それゆえに、２つのＸ線変換層の中間に構造化スペクトルフィルタを使用することが提案される。構造化スペクトルフィルタは、各スーパーピクセルをピクセルに分割し、ピクセルは、構造化スペクトルフィルタの異なる領域によって異なるスペクトルフィルタ作用を受け、別々に読み出される。それゆえに、Ｘ線スペクトルの２つを超える部分が、構造化スペクトルフィルタに設けられたスーパーピクセル当たりの領域の数に基づいてマルチスペクトル検出器によって区別される。例えば、構造化フィルタは、ピクセルごとに異なる材料で構成されるか、又は同じ材料の異なる高さで構成される。単一のシンチレータ層と組み合わせた前置検出器フィルタとは対照的に、少なくとも２つのシンチレータ層の中間に構造化フィルタを設けると、同様のスペクトル分離を達成するのに、必要な吸収材料の量が少なくなる。その結果、本出願で論じられる技法は、先行技術の前置フィルタ解決策と比較して、線量効率が大きく改善される。
【００４７】
本態様は医療Ｘ線用途を参照して論じられるが、この技法は、手荷物スキャニング又は非破壊材料分析に使用されるＸ線検出器などの多くのタイプのＸ線イメージングに広く適用可能であることが理解されよう。
【００４８】
本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかになり、それを参照して解明される。
【００４９】
本発明の例示的な実施形態が以下の概略図に記載されている。概略図は原寸に比例して提示されていない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第１の態様によるマルチスペクトルＸ線検出器の概略側面図である。
【図２】第１の態様によるマルチスペクトルＸ線検出器の内部の様々な段階で得られる４つのスペクトル特性のセットの一例を示す図である。
【図３】第１の態様の一実施形態によるマルチスペクトルＸ線検出器の概略側面図である。
【図４】第１の態様の一実施形態によるマルチスペクトルＸ線検出器の概略側面図である。
【図５】５つの異なるマルチスペクトル検出器構成の概略側面図である。
【図６】オプションのピクセル及びスーパーピクセルの位置合わせを概略的に示す図である。
【図７】第２の態様によるＸ線システムの概略図である。
【図８】第３の態様によるマルチスペクトルＸ線検出器を製造する方法の概略図である。
【図９】本明細書で論じられる技法のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
Ｘ線イメージングのＸ線エネルギーを区別するために、２つの重なり合ったＸ線変換層を使用し、両方の層の信号を別々に読み出すことが一般的である。Ｘ線源に面する上層は、低エネルギーＸ線を吸収することが好ましい。底層は、主として、Ｘ線スペクトルの高エネルギー部分を吸収する。変換層は、シンチレータ（間接変換検出器の場合）又は半導体（いわゆる直接変換検出器の場合）のいずれかである。２つの層は、同じ材料で製作されてもよく、又は異なる材料で製作されてもよい。従来、スペクトル分離（第１の検出器の通過の前後でＸ線スペクトルの吸収部分がどれほど異なるか）は、中間材料（スペクトルフィルタ）を設けることによって向上する。一例として、スペクトルフィルタは、薄い金属シートで構成される。
【００５２】
二層検出器の欠点は、Ｘ線スペクトルの２つの部分しか区別できないことである。所与の分離が、すべてのあり得る用途及び患者にとって理想的というわけではない。従来の金属前置検出器フィルタの欠点は、良好なスペクトル分離を生じるために衝突するＸ線量子のかなりの部分を吸収する必要があることである。異なるピクセルに対して異なる特性を有する前置検出器フィルタ（金属グリッドのような）では、空間分解能対スペクトル分解能のトレードオフがある。
図１は、第１の態様によるマルチスペクトルＸ線検出器の側面概略図を示す。
【００５３】
図１のマルチスペクトルＸ線検出器１０ａは、
入射Ｘ線放射線ＸＩを受け取るように構成された第１のＸ線検出器１２と、
第１のＸ線検出器１２から伝搬する中間Ｘ線放射線ＸＦ１を受け取るように構成された構造化スペクトルフィルタ１４と、
第１のＸ線検出器及び構造化スペクトルフィルタ１４と軸方向に位置合わせされ、構造化スペクトルフィルタ１４から伝搬するフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線ＸＦ２を受け取るように構成された第２のＸ線検出器１６と
を含む。第１のＸ線検出器１２は、スーパーピクセルＳＰ１を形成する連続した複数のピクセルＳＰ１１、ＳＰ１２を含む。第２のＸ線検出器１６は、第１の複数のピクセルＰ１１及び第２の複数のピクセルＰ１２を含み、各々はスーパーピクセルを通過したフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線の一部分を受け取るように位置合わせされる。
【００５４】
構造化スペクトルフィルタは、スーパーピクセルのピクセルと位置合わせされ、第２のＸ線検出器の第１の複数のピクセルと位置合わせされた第１の領域１４ａ及び第２のＸ線検出器の第２の複数のピクセルと位置合わせされた第２の領域１４ｂを含むフィルタ構造１４を含む。第１の領域は、第２のＸ線検出器１６の第１の複数のピクセルＰ１１、Ｐ１２に入射する中間Ｘ線放射線ＸＦ１のスペクトルを変更して、フィルタ処理済み中間Ｘ線放射線ＸＦ２を形成するように構成される。
【００５５】
図示のバージョンは、検出器ピクセル（例えば、フォトダイオード又は光トランジスタ）１２ｂ、１６ｂのそれぞれのアレイと一致するシンチレータセル１２ａ、１６ａのアレイを有する「間接変換」検出器を示しているが、図示の構成は、一般性を失うことのなしに「直接変換検出器」にも当てはまる。当然、フォトダイオードを配置することによってピクセルが境界を定められる連続的なシンチレータ材料を使用する検出器は、別のオプションの実施態様である。
【００５６】
スーパーピクセルＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４は、複数の連続的なピクセルＳＰ１１、ＳＰ１２、ＳＰ２１、ＳＰ２２、ＳＰ３１、ＳＰ３２、ＳＰ４１、ＳＰ４２を含む。オプションとして、各スーパーピクセルは、患者をイメージングするときの空間（解剖学的）分解能の最小単位を表す。したがって、外部読出し回路は、ＳＰ１１、ＳＰ１２から受け取った信号を組み合わせて（蓄積して）、ＳＰ１読出し信号を形成する。第１のＸ線検出器１２は、ピクセルＳＰ１１、ＳＰ１２、ＳＰ２１、ＳＰ２２、ＳＰ３１、ＳＰ３２、ＳＰ４１、ＳＰ４２に衝突するＸ線放射線ＸＩに同じスペクトル調節（シンチレータセル１２ａのスペクトル吸収特性及び同様のサイズに基づく）を適用する。その結果、ピクセル１２ｂからの読出し信号は、第１のＸ線フィルタ特性を有するＸ線信号を表す。
【００５７】
構造化スペクトルフィルタ１４は、第１のＸ線検出器１２と軸方向に位置合わせされる。構造化スペクトルフィルタ１４は、第１のＸ線検出器１２の後部から出て来る中間Ｘ線放射線ＸＦＩを受け取る。図１において、構造化スペクトルフィルタ１４は、異なるＸ線フィルタ特性を持つ第１の領域１４ａ及び第２の領域１４ｂを有するフィルタ構造を含む。異なる特性は、異なる材料として、異なる厚さをもつ同じ材料として、又は領域の一方に材料がない区域（切り込み）として第１の１４ａ及び第２の１４ｂ領域を設けることから生じる。その結果、構造化スペクトルフィルタ１４に衝突する中間Ｘ線放射線ＸＦＩは、第１の領域１４ａを通過した第１の部分と、第２の領域１４ｂを通過した第２の部分とに分割される。
【００５８】
したがって、中間Ｘ線放射線ＸＦＩは、構造化スペクトルフィルタ１４の第１の１４ａ領域及び第２の１４ｂ領域によって空間的にサンプリングされる。オプションとして、空間サンプリングパターンは「スーパーピクセル」単位で繰り返す。
【００５９】
したがって、フィルタ処理済み中間Ｘ線放射線は、各スーパーピクセル内で異なるやり方でフィルタ処理された部分に構造化される。フィルタ処理済み中間Ｘ線放射線ＸＦ２は、第２のＸ線検出器１６に向かって前方に伝搬する。第２のＸ線検出器１６は、「間接変換」検出器として示されているが、「直接変換検出器」として設けることもできる。さらに、オプションの実施形態では、「間接変換」検出器及び「直接変換」検出器が、それぞれ、第１のＸ線検出器及び第２のＸ線検出器として、又は逆として設けられてもよい。
【００６０】
第２のＸ線検出器１６は、構造化スペクトルフィルタの第１の領域１４ａの繰り返しパターンと位置合わせされた第１の複数のピクセルＰ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１を含む。さらに、第２のＸ線検出器１６は、構造化スペクトルフィルタの第２の領域１４ｂの繰り返しパターンと位置合わせされた第２の複数のピクセルＰ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、Ｐ４２を含む。第１の複数のピクセルＰ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１は、構造化スペクトルフィルタの第１の領域１４ａから伝搬したフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線を受け取る。第２の複数のピクセルＰ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、Ｐ４２は、構造化スペクトルフィルタの第２の領域１４ｂから伝搬したフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線を受け取る。
【００６１】
構造化スペクトルフィルタ１４の第１の領域１４ａは、衝突する中間Ｘ線放射線ＸＦＩに第２のＸ線フィルタ処理特性を適用する。構造化スペクトルフィルタ１４の第２の領域１４ｂは、衝突する中間Ｘ線放射線ＸＦＩに第３のＸ線フィルタ処理特性を適用する。しかしながら、構造化スペクトルフィルタ１４に衝突する中間Ｘ線放射線ＸＦＩは、第１のＸ線検出器１２の第１のＸ線フィルタ処理特性によって既にフィルタ処理されているので、構造化スペクトルフィルタ１４の第１の領域１４ａを通過したフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線ＸＦ２の第１の部分は、第１のＸ線フィルタ処理特性と第２のＸ線フィルタ処理特性の組合せのスペクトル特性を有する。同様に、構造化スペクトルフィルタ１４の第２の領域１４ｂを通過したフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線ＸＦ２の第２の部分は、第１のＸ線フィルタ処理特性と第３のＸ線フィルタ処理特性の組合せのスペクトル特性を有する。
【００６２】
動作中、入射Ｘ線ビームは、マルチスペクトルＸ線検出器１０ａに適用される。第１のＸ線検出器１２ｂのピクセル及び第２のＸ線検出器１６ｂのピクセルからの読出し信号が、スーパーピクセル当たり少なくとも３つのＸ線エネルギーに対応して供給される。ＳＰ１（ＳＰ１１、ＳＰ１２）の読出しピクセル信号は、オプションとして、共通の第１の読出しスーパーピクセル信号に組み合わされる。代替として、第１のＸ線検出器１２のスーパーピクセルアレイが第２のＸ線検出器１６のピクセルと同じサイズを有するピクセルを含むことは必須ではない。例えば、スーパーピクセルＳＰ１は、第２のＸ線検出器１６のピクセルＰ１１よりも非常に大きい面積をもつ単一のピクセルとして設けられてもよい。
【００６３】
その結果、第１のＸ線検出器１２のピクセルアレイ１２ｂからの読出し信号は、同じ第１のＸ線フィルタ処理特性に従ってフィルタ処理された入射Ｘ線ビームＸＩを表す。第２の複数の読出し信号が、第２のＸ線検出器１６の第１の複数のピクセルＰ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１から供給され、構造化スペクトルフィルタの第１の領域１４ａの第２のＸ線特性と組み合わされた第１のＸ線検出器の第１のＸ線特性の関数に従ってフィルタ処理されている。第３の複数の読出し信号が、第２のＸ線検出器１６の第２の複数のピクセルＰ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、Ｐ４２から供給され、構造化スペクトルフィルタの第２の領域１４ｂの第３のＸ線特性と組み合わされた第１のＸ線検出器の第１のＸ線特性の関数に従ってフィルタ処理されている。それゆえ、第２のＸ線フィルタ１６の読出し信号は、第１及び第２のＸ線エネルギーでのスーパーピクセルＳＰ１の空間サブサンプリングを表す。
【００６４】
本議論は、一般性を失うことなしに任意のサイズのＸ線検出器に拡張できることが理解されよう。
【００６５】
上述の構成は、線量の影響を非常に低くして、第１のＸ線検出器１２のスーパーピクセルごとに少なくとも３つの別個のスペクトルエネルギー測定を行うことができる。当然、第２のＸ線検出器１６ａのピクセルは、図示のように等しいサイズのものである必要はない。オプションとして、フィルタ処理量が大きい構造化スペクトルフィルタ１４の領域からのフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線ＸＦ２を受け取るピクセルは、例えば、信号対雑音比を等しくするために、フィルタ処理量が小さい構造化スペクトルフィルタ１４の領域からのフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線ＸＦ２を受け取るピクセルよりも面積が１．５、２、又は２．５倍大きくなるように大きさを合わされてもよい。
【００６６】
その結果、第２のＸ線検出器１６のピクセルの第１のＰ１１、Ｐ２１、Ｐ３１、Ｐ４１セット及び第２のＰ１２、Ｐ２２、Ｐ３２、Ｐ４２セットからの信号は、別々に読み出され、異なる材料（骨及び水など）を区別するために使用される。
【００６７】
加えて、第１のＸ線検出器１２と第２のＸ線検出器１６との中間に構造化スペクトルフィルタ１４を配置しているために、衝突するＸ線放射線ＸＩの事前フィルタ処理は必要とされず、必要とされる入射Ｘ線放射線ＸＩの全線量はより低い。オプションとして、前置フィルタ（例えば、金属の）が、第１のＸ線検出器の前に設けられてもよい。
【００６８】
オプションとして、第１のＸ線検出器１２は、実質的に、入射Ｘ線放射線ＸＩの低エネルギー部分を吸収する。オプションとして、第２のＸ線検出器１６は、実質的に、入射Ｘ線放射線ＸＩの高エネルギー部分を吸収する。
【００６９】
オプションとして、第２のＸ線検出器１６は、第１のＸ線検出器１２の材料と実質的に同じ材料を含む。
【００７０】
図１は、第２のＸ線検出器１６の各ピクセルＰ１１、Ｐ１２が構造化スペクトルフィルタの対応するセクション１４ａ、１４ｂ及び第１のＸ線検出器のスーパーピクセルＳＰ１の対応するピクセルＳＰ１１、ＳＰ１２と同じサイズを有していることを概略的に示している。しかしながら、本明細書で論じられる手法では、構造化スペクトルフィルタの第１及び第２の領域のサイズは、この場合に限定されない。
【００７１】
例えば、構造化スペクトルフィルタ１４の第１の領域１４ａは、第２のＸ線検出器１６の複数のピクセルをカバーするように大きさを合わされてもよい。例えば、スペクトルフィルタの第１の領域１４ａは、第２のＸ線検出器の９、１６、２５、３６、４９、又は６４ピクセルまでカバーすることができる。一例として、一般に、Ｘ線検出器ピクセルは、０．１４３ｍｍのピッチを有する。この場合、約４９ピクセルをカバーする構造化スペクトルフィルタの第１の領域１４ａは、１平方ミリメートルの面積を有する。
【００７２】
オプションとして、構造化スペクトルフィルタの第１の領域１４ａ及び／又は第２の領域１４ｂのピッチは、それぞれ、第２のＸ線検出器の第１のピクセルＰ１１及び／又は第２のピクセルＰ１２のピッチに等しい。オプションとして、構造化スペクトルフィルタの第１の領域１４ａ及び／又は第２の領域１４ｂのピッチは、それぞれ、第２のＸ線検出器１６の第１のピクセルＰ１１及び／又は第２のピクセルＰ１２のピッチの１、２、３、４、５、６、又は７倍である。
【００７３】
当然、構造化スペクトルフィルタの第１の領域１４ａ及び第２の領域１４ｂは、異なるピッチを有することができる。これは、構造化スペクトルフィルタ１４の第１の領域１４ａが、切り抜き（フィルタなし）であるか又は非常に低い吸収を有する第２のフィルタ領域１４ｂと比較して、比較的高い吸収の材料を含んでいる状況で役立つ。
【００７４】
それゆえに、オプションとして、構造化スペクトルフィルタの第１の領域１４ａは、構造化スペクトルフィルタの第２の領域とピッチが等しくてもよく、又は構造化スペクトルフィルタの第２の領域１４ｂと比較して、サイズが１．５倍、２倍、２．５倍、３倍、４倍、６倍、若しくは１０倍大きくてもよい。
【００７５】
オプションとして、第２のＸ線検出器１６はまた、「ビニングモード」で実行されてもよく、３×３グリッドなどの第２のＸ線検出器１６の複数のピクセルからの信号が蓄積されて、第２のＸ線検出器１６のそのピクセル「グループ」の読出し信号が形成される。その場合、構造化スペクトルフィルタの第１の領域１４ａは、第２のＸ線検出器のピクセルの「ビニングされた」３×３グリッドをカバーするように大きさを合わされる。
【００７６】
図２は、第１の態様によるマルチスペクトルＸ線検出器の内部の様々な段階で得られる４つのスペクトル特性のセットの一例を示す。図示のプロットは、各々、マルチスペクトルＸ線フィルタを通過する間の様々な段階におけるＸ線信号のスペクトル分離のイメージを与える。
【００７７】
図２ａ）は、患者を通過した、標準の医療Ｘ線放射線としての入射Ｘ線放射線ＸＩのスペクトル特性１８を示す。
【００７８】
図２ｂ）は、第１のＸ線検出器１２の後の中間Ｘ線放射線ＸＦ１を示す。ｅ１  ｋｅＶ未満のＸ線エネルギーは第１のフィルタ処理特性に従って実質的に除去されたことが分かる。
【００７９】
図２ｃ）は、第１のＸ線検出器１２の後のフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線ＸＦＩの第１の部分を示す。ｅ２  ｋｅＶに中心があるより高いＸ線エネルギーが、第１のフィルタ処理特性と第２のフィルタ処理特性の組合せに基づいて、構造化スペクトルフィルタの第１の部分１４ａを通過したことが分かる。
【００８０】
図２ｄ）は、第１のＸ線検出器１２の後のフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線ＸＦＩの第２の部分を示す。ｅ３  ｋｅＶに中心があるより低いＸ線エネルギーが、第１のフィルタ処理特性と第３のフィルタ処理特性の組合せに基づいて、構造化スペクトルフィルタの第２の部分１４ｂを通過したことが分かる。
【００８１】
その結果、３組のスペクトル情報が同じ検出器から得られる。
【００８２】
構造化スペクトルフィルタ１４の構造を参照すると、スーパーピクセルの空間サンプリングを行うために、多くの技法及び材料が利用される。
【００８３】
オプションとして、構造化スペクトルフィルタ１４は、第２の領域１４ｂと異なる材料で製作された第１の領域１４ａを含むことができる。例えば、銅、銀、アルミニウム、錫、又はこれらの合金などの異なる材料が、少なくとも２つの領域に設けられる。
【００８４】
オプションとして、第１の領域は銀（Ａｇ）を含み、第２の領域はアルミニウム（Ａｌ）を含み、第３及び第４のＸ線スペクトルの区別が行われる。
【００８５】
オプションとして、異なる高さの第１及び第２の領域を有する構造化スペクトルフィルタ１４の場合、例えばＰＴＦＥ又は別のポリマーを含む平坦化層が、構造化スペクトルフィルタ１４の装着を容易にするために設けられてもよい。
【００８６】
オプションとして、構造化スペクトルフィルタ１４とは異なるフィルタ作用を有する第２の検出器１６の隣接ピクセルは、異なる吸収スペクトルからの情報を１つの画像に組み合わせるために、第１のＸ線検出器１２のスーパーピクセルに対応するようにグループ化される。しかしながら、所与のスーパーピクセルに対して、ピクセルと構造化スペクトルフィルタ領域の多くのパターンが存在する。
【００８７】
オプションとして、各スーパーピクセルに割り当てられるピクセルの数は、２個から９個の範囲にある。
【００８８】
図３は、２つの異なる材料から構成された構造化スペクトルフィルタ１４を含むマルチスペクトルＸ線検出器１０ｂの概略側面図を示す。構造化スペクトルフィルタ１４の第１の領域１４ｃは、第１の材料で構成される。構造化スペクトルフィルタ１４の第２の領域１４ｄは、第２の材料で構成される（反対のクロスハッチングパターンで示されている）。
【００８９】
それにより、構造化スペクトルフィルタ１４に衝突する中間Ｘ線放射線ＸＦ１は、構造化スペクトルフィルタ１４を横切って同じ直線距離を横断する。しかしながら、第１の領域１４ｃに含まれる第１の材料は、所与の周波数で、第２の領域１４ｄに含まれる第２の材料よりも大きい単位長さＸ線吸収係数を有するので、フィルタ処理済み中間Ｘ線放射線ＸＦＩは、空間的にサンプリングされる。
【００９０】
当然、構造化スペクトルフィルタ１４に含まれる材料の数には制限がなく、各スーパーピクセルＳＰ１、ＳＰ２、ＳＰ３、及びＳＰ４は、第２のＸ線検出器１６のピクセルの適切な再分割と組み合わせて、構造化スペクトルフィルタ１４によって２倍、３倍、４倍、５倍、又はそれ以上で空間的にサンプリングされる。
【００９１】
図４は、マルチスペクトルＸ線検出器１０ｃの概略側面図を示し、第２及び第３のスペクトルのフィルタ処理特性が、異なる高さを有する構造化スペクトルフィルタ１４の第１の１４ｅ領域及び第２の１４ｆ領域を設けることによって提供される。
【００９２】
オプションとして、構造化により、第１の１４ｅ領域及び第２の１４ｆ領域は同じ材料として設けられ、各々は異なる高さを有する（この場合、第１の領域１４ｅの第２のスペクトル特性及び第２の領域１４ｆの第３のスペクトル特性は、同じ形状を有するが、スペクトルドメインにおいて異なる線形Ｙシフトを有する）。
【００９３】
オプションとして、構造化により、第１の１４ｅ領域及び第２の１４ｆ領域は異なる材料として設けられ、各々は異なる高さを有する（この場合、第１の領域１４ｅの第２のスペクトル特性及び第２の領域の第３のスペクトル特性は、異なる形状を有し、スペクトルドメインにおいて材料特性に依存した異なる線形Ｙシフトを有する）。
【００９４】
その結果、このオプションによる構造化スペクトルフィルタ１４は、０．７ｍｍから２ｍｍの範囲の最大外側厚さをもつ第１の領域と、０．２ｍｍから０．０５ｍｍの範囲の最小外側厚さをもつ第２の領域１４ｆとを有するが、この原理は使用する材料及び所望の性能に依存して他の範囲まで拡大してもよいことを当業者は理解されよう。
【００９５】
構造化スペクトルフィルタ１４は第１のＸ線検出器１２と第２のＸ線検出器１６の中間に配列されるが、これを達成するために、様々な異なる構造技法が使用されてもよいことが理解されよう。例えば図１に示されるように、構造化スペクトルフィルタ１４は、第１のＸ線検出器１２と第２のＸ線検出器１６の中間に配置するように別個の挿入物として設けられてもよい。
【００９６】
オプションとして、構造化スペクトルフィルタ１４は、第１のＸ線検出器１２の背面（背面という用語は、入射Ｘ線放射線が衝突する面に対して検出器スラブの反対の面を意味する）、又は第２のＸ線検出器１６の前面（前面という用語は、第１のＸ線検出器１２の背面に面する第２のＸ線検出器１６の面を意味する）に製作される。Ｘ線検出器スラブの一方の表面又は他方の表面にフィルタを製作すると、製造プロセスと、完成した検出器の部品表とが簡単化され、機械的な位置合わせの問題が低減される。
【００９７】
オプションとして、構造化スペクトルフィルタ１４の第１の領域１４ａは第１のＸ線検出器１２の背面に設けられ、構造化スペクトルフィルタの第２の領域１４ｂは第２のＸ線フィルタ１６の前面に設けられ、又はその逆であり、それにより、当業者に知られている技法によるＸ線ビームの光学的発散（例えば、Ｘ線管の焦点スポットからの検出器の距離に起因する）が可能になる。
【００９８】
図５は、構造化スペクトルフィルタ１４の代替構成の一連の概略側面図を示す。
【００９９】
図５ａは、第１のＸ線検出器１２及び第２のＸ線検出器１６を有するマルチスペクトルフィルタ３２の側面図を示し、構造化フィルタは、第１のＸ線検出器１２の背面上に直接製作される。この場合、構造化フィルタアセンブリは、第２の領域３４ｂよりも大きい厚さを有する第１の領域３４ａとして設けられる。第２のＸ線フィルタには、構造化Ｘ線フィルタ１４の要素はない。
【０１００】
図５ｂは、第１のＸ線検出器１２及び第２のＸ線検出器１６を有するマルチスペクトルフィルタ４２の側面図を示し、構造化フィルタは、第２のＸ線検出器１６の前面上に直接製作される。この場合、構造化フィルタアセンブリは、第２の領域４４ｂよりも大きい厚さを有する第１の領域４４ａとして設けられる。第１のＸ線フィルタ１２には、構造化Ｘ線フィルタ１４の要素はない。
【０１０１】
図５ｃは、第１のＸ線検出器１２及び第２のＸ線検出器１６を有するマルチスペクトルフィルタ３６の側面図を示し、構造化フィルタは、第１の材料の第１の領域３６ａとして第１のＸ線検出器１２の背面上に直接製作される。第１の材料とは異なる質量吸収係数をもつ第２の材料の第２の領域３６ｂが、第２のＸ線検出器１６の前面上に製作される。
【０１０２】
図５ｄは、第１のＸ線検出器１２及び第２のＸ線検出器１６を有するマルチスペクトルフィルタ４６の側面図を示し、構造化フィルタは、第１の材料の第１の領域４８ａとして第２のＸ線検出器１６の前面上に直接製作される。第１の材料とは異なる質量吸収係数をもつ第２の材料の第２の領域４８ｂが、第２のＸ線検出器１６の前面上に製作される。
【０１０３】
図５ｅは、第１のＸ線検出器１２及び第２のＸ線検出器１６を有するマルチスペクトルフィルタ３８の側面図を示し、構造化フィルタは、第１の材料の第１の領域４０ａとして第１のＸ線検出器１２の背面上に直接製作される。第１の材料とは異なる質量吸収係数をもつ第２の材料の第２の領域４０ｂが、第１のＸ線検出器１２の背面上に製作される。
【０１０４】
スーパーピクセルごとに、異なるスペクトル特性を有する領域（第１の領域、第２の領域など）が、スーパーピクセル内の異なるパターンに従って分散されてもよい。
【０１０５】
図６ａは、４つのピクセルで構成された（太い線によって画定された）１つのスーパーピクセルを示す。各ピクセルは、４つの異なる材料、例えば、異なる材料の３つの金属フィルタ及び１つのポリマー「フィルタなし」領域を有する。
【０１０６】
図６ｂは、空間スペクトルサンプリングが２つの材料（又は厚さＡ、Ｂ）のパターンに基づいているスーパーピクセルの一例を提供する。図６ｃは、空間スペクトルサンプリングが３つの材料（又は厚さＡ、Ｂ，Ｃ）のパターンを使用しているスーパーピクセルの一例を提供する。
【０１０７】
実用的な例として、マルチスペクトルＸ線検出器のコンピュータシミュレーションが実行された。ベースラインの２エネルギーモデルが、管に２．５ｍｍ厚さのＡｌフィルタ作用を有する１２０ｋＶｐ管と２０ｃｍ直径水ターゲットとしてモデル化された入力スペクトルを用いて提供された。
【０１０８】
図９は、この技法のコンピュータシミュレーションの結果を示す。
【０１０９】
図９ａ）及び図９ｂ）に示された２エネルギーシナリオの第１及び第２の例では、２．５ｍｍアルミニウムフィルタ及び２０ｃｍ水モデルを通過した１２０ｋＶｐのシミュレートされた入力Ｘ線スペクトルが、それぞれ、図９ａ）及び図９ｂ）に示された構造に適用されている。図９ａ）及び図９ｂ）に示された構造は、従来の二層マルチスペクトル検出器に対応する。添付の表は、図示の従来の二層マルチスペクトル検出器の横方向の異なる領域での平均全吸収を示す。
【０１１０】
本出願で論じられている構造化スペクトルフィルタをもつ検出器に基づく３エネルギーシナリオの第３及び第４の例が、図９ｃ）及び図９ｄ）に示された。
【０１１１】
図９ａ）及び図９ｂ）は、異なるフィルタ作用（Ｓ１：フィルタ処理されない、Ｓ２：フィルタ処理される）を受けるＸ線ビームの２つの部分（Ｓ１、Ｓ２）を概略的に示す。図９ａは、前置検出器フィルタを示し、図９ｂは、従来の二層検出器の２つの部分の間の中間（非構造化）フィルタを示す。
【０１１２】
「スペクトル分離」、すなわち、吸収Ｘ線ビームＳ１及びＳ２の平均エネルギーの差を、例として、約１０ｋｅＶに固定して設定すると、第１のバージョン（図９ａ）では、０．２ｍｍ厚のＡｇフィルタが必要である。第２のバージョンでは、０．０４ｍｍの材料しか必要でないが、検出器区域全体にわたる必要がある。第１のバージョンの平均全Ｘ吸収は、第２の場合の６８％とは対照的に、５４％であり、したがって、第２の場合の線量ははるかに効率的である。
【０１１３】
図９ｃ）及び図９ｄ）は、前置検出器フィルタと構造化中間フィルタの比較に同じ原理を適用し、後者は本出願で論じられているようなものである。この例では、構造化フィルタは、銀（Ａｇ）金属層をもつ第１の領域と、金属が存在しない第２の領域とで構成される。
【０１１４】
例として、銀金属層の厚さは、第１のＸ線ビームＳ１と第２のＸ線ビームＳ２との間のエネルギー分離が８．１ｋｅＶであり、Ｓ１とＳ３の分離が１６．１ｋｅＶとなるように計算されている。前置検出器フィルタの場合には、０．１７ｍｍ及び０．４５ｍｍの金属厚さが必要であるが、中間フィルタとして０．２２ｍｍしか必要でない。その結果、前置検出器フィルタを有する例での平均Ｘ線吸収は、入来エネルギーの４１％のみであり、一方、中間構造化フィルタによるオプションによれば、平均Ｘ線吸収は６１％である。これは、同じ信号対雑音比を達成するのに、前置検出器フィルタでは、５０％多いＸ線線量が必要であることを意味する。
【０１１５】
図７は、第２の態様によるＸ線イメージングシステム５０の概略図を示す。システムは、
関心領域５４の方にＸ線放射線を放出するように構成されたＸ線源５２と、
関心領域５４を通過したＸ線放射線を受け取るように構成された、第１の態様又はそのオプションの実施形態によるマルチスペクトルＸ線検出器５６と、
Ｘ線システム制御ユニット５８と
を含む。
【０１１６】
Ｘ線システム制御ユニット５８は、Ｘ線源５２、５２ａ、５２ｂを起動し、第１のＸ線検出器からの第１のＸ線信号６０及び第２のＸ線検出器からの第２のＸ線信号を受け取り、関心領域のマルチスペクトル画像を発生するように構成される。
【０１１７】
オプションとして、Ｘ線イメージングシステム５０は、Ｘ線空港手荷物スキャナ又はＸ線材料分析システムである。
【０１１８】
図８は、第３の態様によるマルチスペクトルＸ線検出器を製造する方法を示し、この方法は、
入射Ｘ線放射線を受け取るように構成された第１のＸ線検出器を設けるステップであり、第１のＸ線検出器が、スーパーピクセルを形成する連続した複数のピクセルを含む、設けるステップと、
第１のＸ線検出器から伝搬する中間Ｘ線放射線を受け取るように構成された構造化スペクトルフィルタを設けるステップと、
第１のＸ線検出器及び構造化スペクトルフィルタと軸方向に位置合わせされ、構造化スペクトルフィルタから伝搬するフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線を受け取るように構成された第２のＸ線検出器を設けるステップと
を有し、
第２のＸ線検出器は、第１の複数のピクセル及び第２の複数のピクセルを含み、両方はスーパーピクセルを通過したフィルタ処理済み中間Ｘ線放射線の一部分を受け取るように位置合わせされ、
構造化スペクトルフィルタは、スーパーピクセルのピクセルと位置合わせされ、第２のＸ線検出器の第１の複数のピクセルと位置合わせされた第１の領域及び第２のＸ線検出器の第２の複数のピクセルと位置合わせされた第２の領域を含むフィルタ構造を含み、第１の領域は、第２のＸ線検出器の第１の複数のピクセルに入射する中間Ｘ線放射線のスペクトルを変更して、フィルタ処理済み中間Ｘ線放射線を形成するように構成される。
【０１１９】
第１及び第２のＸ線検出器を設けることには、前もって製造されたＸ線検出器ユニット（間接又は直接変換タイプ）を配列するという問題がある。構造化スペクトルフィルタは、例えば、第１のＸ線検出器と第２のＸ線検出器の中間に別個の部分として設けられる。オプションとして、構造化スペクトルフィルタは、マイクロマシニング、３Ｄプリンティング、又は金属シートのエッチングによって製作される。オプションとして、シートは、ポリマーで平坦化される。代替として、構造化スペクトルフィルタは、異なる材料の第１及び第２の領域のマトリクスとして用意され、焼結によって一緒に結合される。第１及び第２の材料は、例えば、プラズマ気相堆積又は化学気相堆積を使用して基板上に堆積される。同様のプロセスが、第１のＸ線検出器の背面又は第２のＸ線検出器の前面への構造化スペクトルフィルタの形成に適用される。
【０１２０】
本発明の実施形態が異なる主題を参照して説明されていることに留意されたい。特に、ある実施形態は、方法タイプの請求項を参照して説明されているが、他の実施形態は、デバイスタイプの請求項を参照して説明されている。しかしながら、当業者は、特に通知がない限り、１つのタイプの主題に属する特徴の任意の組合せに加えて、異なる主題に関連する特徴間の任意の組合せも、本出願により開示されていると見なされることが上述及び以下の説明から分かるであろう。しかしながら、すべての特徴を組み合わせて、特徴の単純な和を超える相乗効果を提供することができる。
【０１２１】
本発明が図面及び前述の説明において詳細に図示及び説明されたが、そのような図示及び説明は、例証又は例示であり、限定でないと見なされるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変形は、請求される発明を実践する際に、図面、開示、及び従属請求項の検討から当業者によって理解され達成される。
【０１２２】
特許請求の範囲において、「備える、含む、有する」という単語は、他の要素又はステップを排除せず、単数形は複数を排除しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、特許請求の範囲に列挙されるいくつかのアイテムの機能を果たすことができる。特定の手段が互いに異なる従属請求項に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組合せを有利に使用できないことを示していない。特許請求の範囲におけるいかなる参照符号も範囲を限定するものと解釈されるべきでない。
【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５ａ）】
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【図５ｂ）】
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【図５ｃ）】
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【図５ｄ）】
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【図５ｅ）】
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【図６ａ）】
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【図６ｂ）】
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【図６ｃ）】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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