(57)【要約】【課題】従来のＣＴ検出器モジュールの場合と同数又はそれより少ない数のＤＡＳチャンネルでＺ方向におけるスキャン・スライスを２倍にしながら、Ｘ方向において検出器セルを効果的に合算する、簡単化したＦＥＴを利用するＣＴ検出器モジュールを提供する。【解決手段】ダイオード（５８）のアレイに光学的に結合されたシンチレータ（５４）のアレイを持つマルチスライス型光検出器を設け、ダイオード・アレイ内のセルをＸ方向において選択的に接続する。これらの選択的に接続するセルの数は、接続可能であるセルの全数よりも少ない数とする。【選択図】　　　　図４
2004000589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオード（５８）のアレイに光学的に結合されたシンチレータ（５４）のアレイを持つマルチスライス型光検出器であって、前記ダイオード・アレイ内でＸ方向において選択的に接続されたセルを有し、これらの選択的に接続されたセルの数が、接続可能であるセルの全数よりも少ない数である、マルチスライス型光検出器。
【請求項２】
前記選択的に接続されたセルがＸ方向に沿って並んでいる、請求項１記載の光検出器。
【請求項３】
前記選択的に接続されたセルがＺ方向に沿って並んでいる、請求項１記載の光検出器。
【請求項４】
各々の接続されたセルが２つの接続されていないセルに隣接している、請求項１記載の光検出器。
【請求項５】
前記ダイオード（５８）のセルが非対称ダイオード・セルである、請求項１記載の光検出器。
【請求項６】
前記ダイオード（５８）がドーピングされていて、所定のドーピング分布を有している、請求項１記載の光検出器。
【請求項７】
前記ドーピング分布は、変化しているドーパント濃度及び深さを有している、請求項６記載の光検出器。
【請求項８】
前記変化しているドーパント濃度及び深さは非対称である、請求項７記載の光検出器。
【請求項９】
接続されていないセルからの電荷が隣接の接続されたセルで収集される、請求項１記載の光検出器。
【請求項１０】
前記の接続されていないセルからの電荷を隣接の接続されたセルで収集するステップが、Ｘ方向及びＺ方向のうちの少なくとも一方における電荷濃度を求めるステップを含んでいる、請求項９記載の光検出器。
【請求項１１】
電圧バイアスが画素に印加される、請求項１記載の光検出器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシンチレーション型の放射線検出器に関するものであり、より具体的に述べると、相互接続の複雑さを低減したコンピュータ断層撮影（ＣＴ）用検出器、並びに該検出器を作製し使用する方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング（画像作成）システムの少なくとも１つの公知の構成では、Ｘ線源から扇形ビームを投射し、この扇形ビームをデカルト座標系のＸ−Ｙ平面（これは一般に「イメージング平面」と呼ばれる）に沿うようにコリメートする。このＸ線ビームは、撮影対象物、例えば患者を通り抜ける。Ｘ線ビームは該対象物によって減弱して放射線検出器アレイに入射する。検出器アレイで受けた、減弱したビームの放射線の強さは、対象物によるＸ線ビームの減弱度に依存する。アレイの各検出器素子は、その検出位置におけるビーム減弱度の測定値である別々の電気信号を発生する。全ての検出器からのこれらの減弱度測定値は、別々に収集されて透過分布を生じる。
【０００３】
公知の第３世代のＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器アレイはガントリと共に撮影対象物の周りをイメージング平面内で回転して、Ｘ線ビームが対象物を横切る角度が絶えず変化するようにする。一ガントリ角度における検出器アレイからの一群の減弱度測定値、すなわち投影データが、「ビュー（ｖｉｅｗ）」と呼ばれている。対象物の「スキャン（ｓｃａｎ）」は、Ｘ線源及び検出器が一回転する間に様々なガントリ角度すなわち撮影角度（ビュー角度）で取得されたビューの集合で構成される。アキシャル・スキャンでは、投影データが、対象物を切断する２次元スライスに対応する画像を構成するように処理される。投影データの集合から１つの画像を再構成する一方法が、当該分野ではフィルタ補正逆投影法と呼ばれている。この手法では、スキャンからの減弱測定値を「ＣＴナンバー」又は「ハウンスフィールド単位」と呼ばれる整数に変換し、この整数を使用して陰極線管表示装置内の対応する画素の輝度を制御する。
【０００４】
少なくとも１つの公知の検出器型ＣＴイメージング・システムは、複数の検出器モジュールを含んでいる。各々の検出器モジュールは、半導体フォトダイオード・アレイに光学的に結合されたシンチレータ・アレイを有しており、該フォトダイオード・アレイは該シンチレータ・アレイによって出力された光を検出する。これらの公知の検出器モジュール組立体では、１回のＣＴ回転当りに収集される情報のＣＴスライスの数を増大させたいとする要望を満たすために、関連する電子装置と共に、Ｚ方向におけるシンチレータ／ダイオード列の数を増大させることが要求されている。
【０００５】
したがって、従来のＣＴ検出器モジュールにおける場合と同数又はそれより少ない数のＤＡＳチャンネルでＺ方向におけるスキャン・スライスを２倍にすることを可能にしながら、Ｘ方向において検出器セルを効果的に合算する改良設計のＣＴ検出器モジュールを提供することが望ましい。
【０００６】
【発明の概要】
このため、本発明の一実施形態では、従来のＣＴ検出器モジュールにおける場合と同数又はそれより少ない数のＤＡＳチャンネルでＺ方向におけるスキャン・スライスを２倍にすることを可能にしながら、Ｘ方向において検出器セルを効果的に合算する、簡単化したＦＥＴを利用するエンハンス型ＣＴ検出器モジュールを提供する。
【０００７】
本発明では、Ｚ方向における検出器列の数を増大したモジュールについて、又はＺ方向においてサンプリングされる検出器列を増大させながらＸ方向において検出器セルを電気的に組み合わせるというオプションを備えたモジュールについて必要とされているものよりも一層簡単なＦＥＴ／復号器チップを取り入れる。従来のモジュールと同数のＦＥＴを使用して一層簡単な復号器設計を提供するようにしてもよいが、ＦＥＴの数をより少なくする。
【０００８】
また本発明では、同数のＤＡＳチャンネルでＺ方向にけるスキャン・スライスを２倍にすることを可能にしながら、Ｘ方向において検出器セルを効果的に合算することができ、しかもこれを電子的に達成するように設計された製品と比べてより多数のＦＥＴスイッチ、より複雑な復号器、及び／又はより多数のＦＥＴ復号器水平ライン（Ｘ方向）を使用することを避ける。本発明ではまた、ＦＥＴ／復号器全体の寸法及びコストを低減し、またこれを電子的に達成するように設計されたモジュールに対して信頼性を改善する。
【０００９】
その上、本発明の前記及び他の実施形態は、幾つかのセルを浮動させ（すなわち、開放したままにし）且つそれらのセルの収集された電荷を近隣のセルの間で再分配すると云う簡単化の概念を含めるように提供される。この実施形態では、より一層簡単な相互接続方式により（すなわち、より一層少ないＦＥＴスイッチ及び簡単化された復号器により）Ｘ方向におけるセルの合算が可能になる。一実施形態では、スキャン・スライスを２倍にするために何らＦＥＴスイッチ／検出器画素の数は増加されない。
【００１０】
【発明の詳しい説明】
図１及び２には、第３世代のＣＴスキャナを表すガントリ１２を含むものとしてコンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージング・システム１０が示されている。ガントリ１２はＸ線源１４を有し、Ｘ線源１４はガントリの反対側にある検出器アレイ１８へ向かってＸ線ビーム１６を投射する。検出器アレイ１８は複数の検出器素子２０によって形成され、これらの検出器素子２０は一緒に対象物２２を通過した投射Ｘ線を検知する。各検出器素子２０は、それに入射するＸ線ビームの強さを表す電気信号、すなわち対象物２２を通過するときのビームの減弱度を表す電気信号を発生する。Ｘ線投影データを収集するためのスキャン中に、ガントリ１２及びそれに装着された部品は回転中心２４の回りを回転する。検出器アレイ１８は単一スライス又はマルチスライス構成にして作製することができる。マルチスライス構成では、検出器アレイ１８は複数の横列（ｒｏｗ）　の検出器素子２０を有しており、図２にはその一列のみが示されている。
【００１１】
ガントリ１２の回転及びＸ線源１４の動作はＣＴシステム１０の制御機構２６によって統制される。制御機構２６は、Ｘ線源１４へ電力及びタイミング信号を供給するＸ線制御装置２８と、ガントリ１２の回転速度及び位置を制御するガントリ・モータ制御装置３０とを含んでいる。制御機構２６内のデータ収集システム（ＤＡＳ）３２は検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングして、該データをその後の処理のためにディジタル信号へ変換する。画像再構成装置３４が、サンプリングされディジタル化されたＸ線データをＤＡＳ３２から受け取って、高速画像再構成を実行する。再構成された画像はコンピュータ３６へ入力として印加され、該コンピュータは該画像を記憶装置３８に格納する。
【００１２】
コンピュータ３６はまた、キーボード及びマウスのような入力デバイスを備えたコンソール４０を介してオペレータから指令及び走査パラメータも受け取る。付設された陰極線管表示装置４２によりオペレータはコンピュータ３６からの再構成された画像及び他のデータを観察することが出来る。コンピュータ３６はオペレータにより供給された指令及びパラメータを使用して、制御信号及び情報をＤＡＳ３２、Ｘ線制御装置２８及びガントリ・モータ制御装置３０へ供給する。さらに、コンピュータ３６は、ガントリ１２内に患者２２を位置決めするように電動テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御装置４４を作動する。具体的に述べると、テーブル４６は患者の各部分をガントリ開口４８の中に通すように移動させる。
【００１３】
図３及び図４に示されているように、検出器アレイ１８は複数の検出器モジュール組立体５０（「検出器モジュール」とも呼ぶ）を含んでおり、各々のモジュールは検出器素子２０のアレイ（配列体）を有する。各々の検出器モジュール５０は、高密度の光センサ・アレイ５２と、該光センサ・アレイ５２の上方に接近して配置された多次元シンチレータ・アレイ５４とを含んでいる。具体的に述べると、シンチレータ・アレイ５４は複数のシンチレータ素子５６を含んでおり、他方、光センサ・アレイ５２は複数のフォトダイオード５８、スイッチ装置６０及び復号器６２を含んでいる。シンチレータ素子相互の間の小さな空間には、二酸化チタン含有エポキシのような材料が充填されている。複数のフォトダイオード５８は個別のフォトダイオードである。別の実施形態では、複数のフォトダイオード５８は一つの基板上に堆積又は形成される。当該技術分野で知られているように、シンチレータ・アレイ５４はこれらのフォトダイオード５８を覆うように又はフォトダイオード５８に接近して配置される。フォトダイオード５８は、シンチレータ・アレイ５４に光学的に結合されており、また、シンチレータ・アレイ５４による光出力を表す信号を送り出すための電気出力線を持っている。各々のフォトダイオード５８は、シンチレータ・アレイ５４の特定のシンチレータについてのビーム減弱度の測定値である別々の低レベル・アナログ出力信号を発生する。フォトダイオードの出力線（図３及び図４には図示せず）は、例えば、モジュール５０の１つの側辺に又はモジュール５０の複数の側辺上に物理的に配置することができる。図４に示された実施形態では、フォトダイオード出力はフォトダイオード・アレイの対向した側辺に配置されている。
【００１４】
一実施形態では、図３に示されるように、検出器アレイ１８は５７個の検出器モジュール５０を含む。各々の検出器モジュール５０は光センサ・アレイ５２とシンチレータ・アレイ５４とを含み、各々は１６×１６の検出器素子２０のアレイ寸法を持つ。その結果、アレイ１８は１６個の横列と９１２個の縦列（１６×５７モジュール）に区分されており、したがって、ガントリの１回転毎に、ガントリの回転軸であるＺ軸に沿って最大でＮ＝１６スライスまでのデータを同時に収集することが可能である。
【００１５】
スイッチ装置６０は多次元半導体スイッチ・アレイである。スイッチ装置６０は、光センサ・アレイ５２とＤＡＳ３２との間に結合される。スイッチ装置６０は、一実施形態では、２つの半導体スイッチ・アレイ６４及び６６を含んでいる。スイッチ・アレイ６４及び６６の各々は、多次元アレイとして配列された複数の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）（図示せず）を含む。各ＦＥＴは、それぞれのフォトダイオード出力線の１本に電気接続された入力と、出力と、多次元アレイとして配置された制御部（図示せず）とを含む。
【００１６】
各ＦＥＴは、それぞれのフォトダイオード出力線の１本に電気接続された入力と、出力と、制御部（図示せず）とを含む。ＦＥＴの出力及び制御部は、可撓性の電気ケーブル６８を介してＤＡＳ３２へ電気接続されるそれぞれの線に接続される。具体的に述べると、フォトダイオード出力線のほぼ半分がスイッチ６４の各ＦＥＴ入力線に電気接続され、且つフォトダイオード出力線の他の半分がスイッチ６６のＦＥＴ入力線に電気接続されている。したがって、可撓性の電気ケーブル６８は光センサ・アレイ５２に電気的に結合されて、例えば、ワイヤ・ボンディングによって取り付けられる。
【００１７】
復号器６２は、スイッチ装置６０の動作を制御して、所望のスライス数及び各スライスについてのスライス分解能に応じて、フォトダイオード５８の出力を作動し又は不作動にし、或いはそれらを組み合わせる。復号器６２は、一実施形態では、当該技術分野で公知のようにＦＥＴ制御器である。復号器６２は、スイッチ装置６０及びＤＡＳ３２に結合される複数の出力及び制御線を含む。具体的に述べると、復号器出力は、スイッチ装置制御線に電気的に結合されていて、スイッチ装置６０を作動して、適切なデータをスイッチ装置入力からスイッチ装置出力へ伝送することが出来るようにする。
【００１８】
復号器６２を利用して、スイッチ装置６０内の特定のＦＥＴを選択的に作動し又は不作動にし、或いはそれらを組み合わせることにより、特定のフォトダイオード５８の出力がＣＴシステムのＤＡＳ３２に電気的に接続されるようにする。復号器６２はスイッチ装置６０を作動して、光センサ・アレイ５３の選択された数の列がＤＡＳ３２に接続され、その結果、選択された数のスライスのデータが処理のためにＤＡＳ３２に電気接続されるようにする。
【００１９】
図３に示されているように、検出器モジュール５０は検出器アレイ１８内に配置されて、レール７０及び７２によって所定位置に固定されている。図３は所定位置に固定されたレ−ル７２を示しているが、レール７０は、電気ケーブル６８の上方にあって、モジュール基板７４、可撓性のケーブル６８及び取付けブラケット７６に対して固定するように位置決めされる。ねじ（図３又は図４には示していない）が、モジュール５０を所定位置に固定するために、孔７８及び８０を通って、レール７０のねじ孔８２にねじ込まれる。取付けブラケット７６のフランジ８４は、レール７０及び７２に対して押圧すること（又は、一実施形態では、結合すること）によって所定位置に保持されて、検出器モジュール５０が「揺動」するのを防止する。取付けブラケット７６はまた可撓性のケーブル６８を基板７４に対してクランプする。一実施形態では、可撓性のケーブル６８はまた基板７４に接着結合される。所望なら、光センサ・アレイを基板７４に接着結合することができる。可撓性のケーブル６８はまた、例えばワイヤ・ボンディングによって、光センサ・アレイ５２に電気的及び機械的に結合される。
【００２０】
図５及び図６は、フォトダイオードの相異なる実施形態を示しており、幾つかのセルを浮動させ（すなわち、開放したままにし）且つそれらのセルの収集された電荷を隣接の接続されたセルに自動的に再分配する（図５及び図６の各々には、１６×１６のダイオード・アレイの半分のみが示されている。）。「×」印のセルは電気接続されたセルであり、「Ｏ」印のセルは浮動すなわち開放した状態のセルである。これにより、現在公知のものよりも一層簡単な相互接続方式で（すなわち、公知のシステム改良設計に比べて、より一層少ないＦＥＴ及び簡単化した復号器を用いて）、Ｘ方向におけるセル合算が可能になる。一実施形態では、ＦＥＴスイッチ／検出器画素の数は何ら増大しない。また、横列相互の間すなわちスライス相互の間で補間法を使用することにより、食い違い型セル設計で空間分解能を増大させることも可能である。
【００２１】
代わりの実施形態では、開放したセル領域内のシリコンにより、点応答又は電荷収集応答の調整（ｔａｉｌｏｒｉｎｇ）　が可能になる。この調整は、各ダイオード検知セル内のシリコン・ダイオード感度分布を修正ことによって達成される。このような調整は、購入者の希望に合わせてスキャン／データ収集／感度パラメータを調整するためにＣＴシステムの購入の前に放射線技師（又は他の購入者）によってオプションとして選択される。
【００２２】
一実施形態では、この概念は、Ｘ方向において現在でのセル・ピッチよりも一層細かいセル・ピッチで使用される。また、一実施形態ではスライス相互間の補間が実行される。模範的な実施形態では、スライス相互間の補間は、調整された電荷応答及び／又は調整された開放セル・シリコン設計で実行されて、いつでも使用される方式を提供する。この方式は、現在の設計のものよりも少ないＤＡＳチャンネル及び／又は高い分解能で、より多数のデータ・スライスを提供し得る。この方式は、反射体、シンチレータ・セル寸法及びその他のモジュール設計パラメータについての必要条件を広げることができる。
【００２３】
図５には、接続可能なセルを有する１６×１６のダイオード・アレイの半分がＺ方向と共に示されている。Ｘ方向も示されている。本発明の例示のこの実施形態では、選択された数（このような接続可能なセルの全数より１つ以上少ない数）のセルがＸ方向において組み合わされる。ここでＤＡＳが一定の帯域幅のＤＡＳであると、これにより処理することのできる横列の数は２倍になる。
【００２４】
図６には、接続可能なセルを示す１６×１６のダイオード・アレイの半分がＺ方向及びＸ方向と共に示されている。本発明のこの例示の実施形態では、別の選択された数（このような接続可能なセルの全数より１つ以上少ない数）のセルがＸ方向において組み合わされる。本発明の一実施形態では、１つのセルを真ん中にしてその両側のセルが切断され且つその真ん中のセルのみが接続されている場合、電荷は拡散してその真ん中のセルによって収集される。ＦＥＴを使用して複数のセルを一緒に接続する代わりに、この実施形態では切断されたセルを使用して、該切断されたセル上の電荷がそれ自身で該切断されたセルの周りのセルへ再分配するようにする。
【００２５】
更に、このフォトダイオードの設計は、電荷を分配する仕方を変更する様に修正することができる。例えば、横列又は縦列において殆どの電荷を再分配するようにセルを調整することができる。また、接続されていないセルのＰ＋領域内での拡散に応じて、隣接する８個全部のセルにおける電荷を再分配するように縦列のセルを調整することができる。典型的には、殆どのシステムにおける現在の収集法は非常に明瞭であるので、現在のセルが明瞭に定まった態様で電荷を収集し、近隣のセルへのクロストークが最小になるようにしている。クロストークを最小にするよりはむしろ本概念では、クロストークを利用する。
【００２６】
クロストークを利用する為に用いることのできる一実施形態は、シリコン・チップのドーピングを修正することである。本概念では、シリコン・ダイオード・セルのドーピング分布を変更し、これによりダイオード構造を変更することができる。別の修正では、電荷を駆動するようにするように開放した画素にバイアスを印加することができる。
【００２７】
電荷を優先的に分配するために、ダイオード・セルのドーピング分布の傾斜を非対称にし、その内の最もｐ＋の領域を持つ側を、このような実施形態において電荷が優先的に移動する側にする。ダイオード構造に変更が無い場合（すなわち、対称なダイオードである場合）、対称な電荷の再分配が生じる。これはまた、本発明の結果を達成する最も容易な方法であるので、許容可能な実施形態である。
【００２８】
ｐ＋領域が動かされる場合（すなわち、それらの位置を変更する場合）、切断された領域に相対的に近い方のセルへ優先的な再分配が生じる。シリコン・チップのドーピングの際のドーパントの濃度は、別の方向よりは一方向に濃度をより高くするように変更することができ、これは電荷を優先的に移動させる。ＰＩＮ型構造を用い得るが、本発明の実施形態では他の構成（例えば、ＰＮ構造）を使用することもできる。本発明は、Ｘ及びＺ方向における様々な組合せを得るために、幾つかのセルを切断し且つ隣接のセルから電荷を収集するように利用される。
【００２９】
本発明の一実施形態におけるＸセルの合算を向上させる別の方法は、開放した画素にバイアスを印加することを含む。隣接の画素へ（例えば、中央の画素に対応する接続されたチャンネルへ、又はＤＡＳチャンネルに接続されるチャンネルへ）電荷を駆動するようにバイアス電圧を印加してもよい。従って、バイアスはいずれの方向にも行うことができる。
【００３０】
一実施形態では、正のバイアスは０〜１０ボルトであってよく、正のバイアスとして、例えば２ボルトは電荷の移動を促進するのに充分である。これは、これらの領域における導電を避けるのに有用である。これにより、一定の数のＤＡＳチャンネルの場合に、スライスの数又はＸ分解能に融通性をもたせることが可能になる。
【００３１】
本発明を様々な実施形態に関して説明したが、当業者には本発明が特許請求の範囲に記載された精神及び範囲内で修正して実施し得ることが認められよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴイメージング・システムの外観図である。
【図２】図１に示したシステムのブロック図である。
【図３】本発明のＣＴシステム用検出器アレイの一実施形態を示す斜視図である。
【図４】図３に示した検出器アレイの複数の検出器モジュール組立体のうちの１つの斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態による８×１６のセル・アレイの上面図である。
【図６】本発明の別の実施形態による８×１６のセル・アレイの上面図である。
【符号の説明】
１０　コンピュータ断層撮影イメージング・システム
１２　ガントリ
１４　Ｘ線源
１６　Ｘ線ビーム
１８　検出器アレイ
２０　検出器素子
２２　患者
２４　回転中心
２６　制御機構
３２　データ収集システム
４０　オペレータ・コンソール
４２　陰極線管表示装置
４８　ガントリ開口
５０　検出器モジュール組立体
５２　高密度の光センサ・アレイ
５４　多次元シンチレータ・アレイ
５６　シンチレータ
５８　フォトダイオード
６０　スイッチ装置
６２　復号器
６４、６６　半導体スイッチ・アレイ
６８　可撓性の電気ケーブル
７０、７２　レール
７４　モジュール基板
７６　取付けブラケット
７８、８０　孔
８２　ねじ孔
８４　フランジ
【図１】
2004000589.tif 000003
【図２】
2004000589.tif 000004
【図３】
2004000589.tif 000005
【図４】
2004000589.tif 000006
【図５】
2004000589.tif 000007
【図６】
2004000589.tif 000008