(57)【要約】  本発明は、放射線（４）を検出するエネルギー分解検出システムに関する。エネルギー分解検出システムは、放射線（４）の一部を吸収する第１の層（２１）と、放射線（４）の放射線量子をカウントする第２の層（２６）を有する放射線量子計数ユニットとを有する。読み出しユニット（２９）が、放射線量子計数ユニットを読み出すように放射線量子計数ユニットに結合される。第１の層（２１）及び第２の層（２６）は、当該検出システムに入射し第２の層（２６）に到達する放射線が第１の層（２１）を通るように配置される。
2010513908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を検出するエネルギー分解検出システムであって：
−  前記放射線の一部を吸収する第１の層、
−  前記放射線の放射線量子をカウントする第２の層を有する放射線量子計数ユニット、
−  前記放射線量子計数ユニットに結合され、前記放射線量子計数ユニットを読み出す読み出しユニット、
を有し、
前記第１の層及び前記第２の層は、当該検出システムに入射し前記第２の層に到達する放射線が前記第１の層を通るように配置されている、
エネルギー分解検出システム。
【請求項２】
前記第２の層は、放射線を電気信号に変換する直接変換材料を有し、且つ
前記読み出しユニットは、前記第２の層の前記電気信号を読み出すことによって前記第２の層を読み出すように、前記第２の層に結合されている、
請求項１に記載のエネルギー分解検出システム。
【請求項３】
前記第１の層はシンチレータ材料を有し、且つ当該エネルギー分解検出システムは更に、前記第１の層内で生成された光を検出する光検出ユニットを有する、請求項１に記載のエネルギー分解検出システム。
【請求項４】
前記光検出ユニットは、前記放射線の入射方向に対して垂直な方向で、前記第１の層内で生成された光を検出するように配置されている、請求項３に記載のエネルギー分解検出システム。
【請求項５】
前記光検出ユニットは、当該検出システムに入射する放射線が前記光検出ユニットによって直接的に検出されることを抑制するように遮蔽されている、請求項３に記載のエネルギー分解検出システム。
【請求項６】
前記第１の層に面する前記第２の層の第１の表面と反対側の、前記第２の層の第２の表面は、複数の電極に結合されており、
各電極は、前記複数の電極が互いに独立に読み出されることが可能なように、前記読み出しユニットに結合されている、
請求項１に記載のエネルギー分解検出システム。
【請求項７】
前記読み出しユニットは、前記光検出ユニットによって生成された電気信号を読み出すように、前記光検出ユニットに結合されている、請求項３に記載のエネルギー分解検出システム。
【請求項８】
前記第２の層は、当該第２の層に到達した放射線に依存した光信号を生成するシンチレータ材料を有し、
前記放射線量子計数ユニットは、前記第２の層によって生成された前記光信号を検出する高速光検出ユニットを有し、
前記読み出しユニットは、前記高速光検出ユニットを読み出すように、前記高速光検出ユニットに結合されている、
請求項１に記載のエネルギー分解検出システム。
【請求項９】
当該エネルギー分解検出システムは、配列された複数の検出画素ユニットを有し、各検出画素ユニットは、
−  前記放射線の一部を吸収する個別の第１の層、
−  前記放射線の放射線量子をカウントする第２の層を有する個別の放射線量子計数ユニット、
を有し、
各検出画素ユニットの前記第１の層及び前記第２の層は、当該検出システムに入射し当該第２の層に到達する放射線が当該第１の層を通るように配置されており、
前記読み出しユニットは、前記複数の検出画素ユニットの前記個別の放射線量子計数ユニットを互いに独立に読み出すように、各検出画素ユニットの前記放射線量子計数ユニットに結合されている、
請求項１に記載のエネルギー分解検出システム。
【請求項１０】
請求項１に記載のエネルギー分解検出システムを有する撮像システム。
【請求項１１】
放射線を検出するエネルギー分解検出システムを製造する方法であって：
−  前記放射線の一部を吸収する第１の層を設ける段階、
−  前記放射線の放射線量子をカウントする第２の層を有する放射線量子計数ユニットを設ける段階、
−  前記放射線量子計数ユニットを読み出す読み出しユニットを設ける段階、
−  前記第１の層及び前記第２の層を、前記検出システムに入射し前記第２の層に到達する放射線が前記第１の層を通るように配置する段階、
−  前記放射線量子計数ユニットを読み出すように、前記読み出しユニットを前記放射線量子計数ユニットに結合する段階、
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を検出するエネルギー分解検出システム、該エネルギー分解検出システムを有する撮像システム、及びエネルギー分解検出システムを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー分解検出システムは、例えば、再構成されるべき対象物が放射線スペクトル、特にＸ放射線スペクトルで照射され、且つ対象物を通過後の放射線が、放射線をエネルギー分解して検出するように適応されたエネルギー分解検出システムによって検出される、スペクトルコンピュータ断層撮影（スペクトルＣＴ）に使用され得る。
【０００３】
Calipe等は、非特許文献１にて、入射放射線を電気信号に直接的に変換する直接変換材料であるテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）と、ＣＺＴにて生成された電気信号を読み出す読み出しユニットとしての特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）と、を用いるエネルギー分解検出システムを開示している。この既知のエネルギー分解検出システムは、限られた放射線強度範囲にしか対応できないという欠点を有する。強度（計数レート）が或る特定の強度値より高い場合、このエネルギー分解検出システムは当該エネルギー分解検出システムに突き当たる相異なる放射線量子、具体的にはＸ線フォトン、を区別することができない。すなわち、検出信号は幾つかの放射線量子の重畳信号となる。それにより、エネルギー分解検出システムのエネルギー分解能の低下につながる誤ったエネルギー測定がもたらされる。ＣＴシステムで使用されるＸ線強度は上述の特定の強度値より遙かに高いため、検出システムは光子計数モードで動作されることができず、エネルギー分解検出システムによって生成される検出信号は、エネルギー分解能を提供しない重畳信号となる。このような検出信号の低下された、あるいは存在しないエネルギー分解能は、スペクトルＣＴシステムによって再構成される画像内にアーチファクトを生じさせる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】V.B.Cajipe等、「Multi-Energy  X-ray  Imaging  with  Linear  CZT  Pixel  Arrays  and  Integrated  Electronics」、14th  Intl.  Workshop  on  Room-Temperature  Semiconductor  X-Ray  and  Gamma-Ray  Detectors、イタリア、2004年10月18-22日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、改善されたエネルギー分解能を有するエネルギー分解検出システムを提供することを目的とする。本発明は更に、対応する撮像システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様において、放射線を検出するエネルギー分解検出システムが提示される。当該エネルギー分解検出システムは、
−  放射線の一部を吸収する第１の層、
−  放射線の放射線量子をカウントする第２の層を有する放射線量子計数ユニット、
−  放射線量子計数ユニットに結合され、放射線量子計数ユニットを読み出す読み出しユニット、
を有し、第１の層及び第２の層は、当該検出システムに入射し第２の層に到達する放射線が第１の層を通るように配置される。
【０００７】
本発明は、第２の層に到達する放射線は第１の層を通ることにより部分的に吸収されているため、第２の層に到達する放射線の強度は低減されており、複数の放射線量子の重畳効果が低減され、それにより、エネルギー分解検出システムのエネルギー分解能が高められるという考えに基づく。
【０００８】
第１の層は吸収材料を有してもよい。吸収材料は、例えば、シンチレーション材料のように、放射線を光フォトンに変換する変換材料である。
【０００９】
好ましくは、第２の層は、放射線を電気信号に変換する直接変換材料を有し、且つ読み出しユニットは、第２の層の電気信号を読み出すことによって第２の層を読み出すように、第２の層に結合される。これにより、放射線量子を信頼できる方法でカウントすることが可能になる。
【００１０】
直接変換材料は、読み出しユニットの計数チャンネルに結合されてもよい。読み出しユニットは各放射線量子を所定のエネルギーウィンドウに割り当てるように適応され、エネルギーウィンドウごとの放射線量子がカウントされてもよい。読み出しユニットは少なくとも２つのエネルギーウィンドウを提供してもよい。
【００１１】
好ましくは、第１の層はシンチレータ材料を有し、当該エネルギー分解検出システムは更に、第１の層内で生成された光、特には光フォトン、を検出する光検出ユニットを有する。これにより、第１の層によって吸収された放射線をも検出することが可能になり、エネルギー分解検出システムに入射する放射線全体がエネルギー分解検出システムによって使用されることにより、信号対雑音比が増大される。
【００１２】
シンチレータ材料は例えば、特に例えばプラセオジミウム（Ｐｒ）でドープされた、酸硫化ガドリニウム（gadolinium  oxide  sulphide；ＧＯＳ）であり、光検出ユニットは例えばフォトダイオードである。
【００１３】
より好ましくは、光検出ユニットは、放射線の入射方向に対して垂直な方向で、第１の層内で生成された光を検出するように配置される。これにより、シンチレーション光子が側方から検知され、光検出ユニットにおける直接変換が抑制される。
【００１４】
より好ましくは、光検出ユニットは、検出システムに入射する放射線が光検出ユニットによって直接的に検出されることを抑制するように、遮蔽体によって遮蔽される。光検出ユニットは、高Ｚ金属、すなわち、光検出ユニットを入射放射線から遮蔽するのに十分な大きさの原子番号Ｚを有する金属からなる遮蔽体によって遮蔽されてもよい。好ましくは、原子番号は３０より大きくされる。より好ましくは、原子番号は４０より大きくされる。タングステン、鉛、及びモリブデンのうちの少なくとも１つが、光検出ユニットを遮蔽するために使用されてもよい。遮蔽体は好ましくは、光検出ユニットの入射放射線の方向に位置する側に配置される。
【００１５】
一実施形態において、エネルギー分解検出システムは、第１の層に面する第２の層の第１の表面に負電圧を設定するために、第２の層の第１の表面に結合された電圧ユニットを有する。第１の層に面する第２の層の表面を電圧ユニットに結合するため、金属電極が用いられてもよい。加えて、この金属電極は、第１の層の光子、特には光フォトン及びＫ蛍光フォトンが第２の層内で誤って反応することを防止する。この電極の金属は好ましくは、直接変換材料にコンタクトをとるのに適するように選択される。この電極は１つ以上の金属を有し得る。この電極は、特に直接変換材料がＣｄＺｎＴｅ（ＣＺＴとも呼ぶ）又は別のＣｄＴｅ型材料である場合、白金、インジウム、及び金のうちの少なくとも１つを有してもよい。ＣｄＴｅ型材料は、例えば、カドミウム、テルル、及び選択的に更なる元素を有する。ＣｄＴＥ型材料は、例えば、ＣｄＴｅ又はＣｄＭｎＴｅである。その他のＩＩ−ＶＩ族半導体及びＩＩＩ−Ｖ族半導体も、第２の層の変換材料として用いられ得る。金属電極は好ましくは薄くされる。すなわち、金属電極は、好ましくは１０μｍ未満、より好ましくは１μｍ未満、より好ましくは５００ｎｍ未満の厚さを有し、例えば、金属電極は１００ｎｍの厚さを有する。金属電極が、白金、インジウム、及び金のうちの１つの金属の層を有することも好ましく、この層の厚さは、好ましくは１０μｍ未満、より好ましくは１μｍ未満、より好ましくは５００ｎｍ未満の厚さを有し、より好ましくは、この層の厚さは１００ｎｍである。第１の層に面する第２の層の表面における負電圧は、第２の層内で生成された電子を、読み出しユニットとの結合の方向に押し込み、第２の層の電気信号の読み出しが改善される。
【００１６】
他の一実施形態においては、エネルギー分解検出システムは、特に第２の層がシリコンを有する場合、第１の層に面する第２の層の第１の表面に正電圧を設定するために、第２の層の第１の表面に結合された電圧ユニットを有してもよい。第１の層に面する第２の層の表面における正電圧は、第２の層内で生成された正孔を、読み出しユニットとの結合の方向に押し込み、第２の層の電気信号の読み出しが改善される。
【００１７】
より好ましくは、第１の層に面する第２の層の第１の表面と反対側の、第２の層の第２の表面は、複数の電極に結合され、各電極は、前記複数の電極が互いに独立に読み出されることが可能なように、読み出しユニットに結合される。この複数の電極は互いに独立に読み出されるので、エネルギー分解検出システムの空間分解能が向上され得る。また、各電極の計数レートが、第２の層の第２の表面全体を覆う電極の場合の計数レートに対して低減され、コスト効率に優れた最新の計数電子回路を用いることが可能になる。
【００１８】
さらに、第２の層の第２の表面に結合する、特に接触する、このような複数の電極の使用はサブピクセル化を可能にし、いわゆる“スモールピクセル効果”を有利に用いてエネルギー分解検出システムの性能を向上させ得るように、第２の層のアスペクト比（画素サイズに対する厚さ）を調整することが可能になる。第２の層の第２の表面に結合された電極群は、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）である読み出しユニットに、例えば、バンプ接合によって、インターポーザＰＣＢ（印刷回路基板）によって、あるいは読み出し回路が接合される導電性のゴム膜によって接続される。
【００１９】
より好ましくは、第２の層の第２の表面に結合された電極群の間において、第２の層の第２の表面にリセス、溝、又はスロットが設けられる。これにより、発生し得る電気的なクロストークが低減される。
【００２０】
より好ましくは、読み出しユニットは、光検出ユニットによって生成された電気信号を読み出すように光検出ユニットに結合される。読み出しユニットが光検出ユニット及び放射線量子計数ユニットの双方にこれら双方から電気信号を読み出すように結合され得るので、エネルギー分解検出システムは一層小型に且つ複雑でなく構築されることができ、例えば、モジュール統合及び相互接続が単純化される。光検出ユニットは、読み出しユニットの積分チャンネルによって読み出されてもよい。また、読み出しユニットは、特に第２の層がＬＹＳＯを有する場合、計数チャンネル、特にパルス計数チャンネル、を介して放射線量子計数ユニットに結合されてもよい。
【００２１】
好適な一実施形態において、第２の層は、当該第２の層に到達した放射線に依存した光信号を生成するシンチレータ材料を有し、放射線量子計数ユニットは、第２の層によって生成された光信号を検出する高速光検出ユニットを有し、読み出しユニットは、高速光検出ユニットを読み出すように高速光検出ユニットに結合される。
【００２２】
第２の層に到達する放射線は、第１の層を通ることによって部分的に吸収されているので、第２の層に到達する放射線の強度は低減されており、複数の放射線量子の重畳効果が低減され、それにより、エネルギー分解検出システムのエネルギー分解能が高められる。第２の層のシンチレータ材料及び高速光検出ユニットは、好ましくは、単放射線量子の計数を可能にする帯域幅を有する。高速光検出ユニットは計数チャンネルを介して読み出されてもよく、読み出しユニットは、各放射線量子をエネルギーウィンドウに割当て、各エネルギーウィンドウ内の放射線量子をカウントするように適応されてもよい。
【００２３】
好適な一実施形態において、第２の層のシンチレータ材料は、単放射線量子、特に単Ｘ放射線量子を記録するように適応される。より好ましくは、高速光検出ユニットは、複数の単放射線量子により誘起された複数の光パルスを識別するように適応される。これにより、例えば単Ｘ線フォトンといった単放射線量子を検出することが可能になり、エネルギー分解検出システムのエネルギー分解能が更に高められる。
【００２４】
より好ましくは、エネルギー分解検出システムは、配列された複数の検出画素ユニットを有し、各検出画素ユニットは、
−  放射線の一部を吸収する個別の第１の層、
−  放射線の放射線量子をカウントする第２の層を有する個別の放射線量子計数ユニット、
を有し、
各検出画素ユニットの第１の層及び第２の層は、当該検出システムに入射し当該第２の層に到達する放射線が当該第１の層を通るように配置され、
読み出しユニットは、複数の検出画素ユニットの個別の放射線量子計数ユニットを互いに独立に読み出すように、各検出画素ユニットの放射線量子計数ユニットに結合される。これにより、配列された複数の検出画素ユニットにより覆われた領域に沿って放射線を、エネルギー的に分解し且つ空間的に分解して検出することが可能になる。
【００２５】
本発明の更なる一態様において、本発明に従ったエネルギー分解検出システムを有する撮像システムが提供される。
【００２６】
本発明の更なる一態様において、放射線を検出するエネルギー分解検出システムを製造する方法が提供される。当該方法は：
−  放射線の一部を吸収する第１の層を設ける段階、
−  放射線の放射線量子をカウントする第２の層を有する放射線量子計数ユニットを設ける段階、
−  放射線量子計数ユニットを読み出す読み出しユニットを設ける段階、
−  第１の層及び第２の層を、検出システムに入射し第２の層に到達する放射線が第１の層を通るように配置する段階、
−  放射線量子計数ユニットを読み出すように、読み出しユニットを放射線量子計数ユニットに結合する段階、
を有する。
【００２７】
第１の層は、放射線の一部を、光検出ユニットによって検出可能な光子に変換する、例えばシンチレーション材料といった、変換材料を有し得る。
【００２８】
理解されるように、請求項１に係るエネルギー分解検出システム、請求項１０に係る撮像システム、及び請求項１１に係る放射線を検出するエネルギー分解検出システムを製造する方法は、従属請求項にて規定されるのと同様の好適実施形態及び／又は同一の好適実施形態を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
本発明のこれら及び更なる態様は、以下にて説明する実施形態を参照することにより明らかになる。
【図１】本発明に従ったエネルギー分解検出システムを有する本発明に従った撮像システムを概略的に示す図である。
【図２】本発明に従ったエネルギー分解検出システムの検出画素ユニットを概略的に示す図である。
【図３】本発明に従った、関心領域を撮像する撮像方法を概略的に示すフローチャートである。
【図４】本発明に従った、放射線を検出するエネルギー分解検出システムの製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図５】本発明に従ったエネルギー分解検出システムの検出画素ユニットを概略的に示す図である。
【図６】本発明に従った、放射線を検出するエネルギー分解検出システムの製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１に示した撮像システムはスペクトルコンピュータ断層撮影システム（スペクトルＣＴシステム）である。このスペクトルＣＴシステムは、ｚ方向に平行に延在する回転軸Ｒの周りを回転することが可能なガントリー１を含んでいる。ガントリー１には、本実施形態においては多色Ｘ放射線（特徴的な複数のラインを有する制動放射線（bremsstrahlung）スペクトル）を放射するＸ線源２である多色放射線源２が取り付けられている。Ｘ線源２は、Ｘ線源２によって放射された放射線から本実施形態においては円錐状の放射線ビーム４を形成するコリメータ装置３を備えている。放射線は、本実施形態においては円筒形である検査区画５の関心領域内の例えば患者等の対象物（図示せず）を横切る。Ｘ線ビーム４は、検査区画５を横切った後、本実施形態においては２次元の検出表面を有するエネルギー分解検出システム６に入射する。エネルギー分解検出システム６はガントリー１に取り付けられている。Ｘ線源２及びエネルギー分解検出システム６は、複数のエネルギー依存検出信号を生成する放射・検出システムを形成する。
【００３１】
この撮像システムは、２つのモータ７、８を有する駆動装置を含んでいる。ガントリー１は、モータ７によって、好ましくは一定であるが調整可能な角速度で駆動される。モータ８は、検査区画５内で患者台上に配置された例えば患者といった対象物を、回転軸Ｒの方向すなわちｚ軸の方向に平行に変位させるために設けられている。これらのモータ７、８は、例えば放射線源２と検査区画５とが螺旋軌道に沿って相対的に移動するよう、制御ユニット９によって制御される。しかしながら、対象物又は検査区画５を移動させずにＸ線源２を回転させるのみとすること、すなわち、放射線源２を検査区画５又は対象物に対して円形軌道に沿って移動させることも可能である。また、他の一実施形態においては、コリメータ装置３は扇状のビームを形成するように適応されてもよく、また、エネルギー分解検出システム６は１次元検出器であってもよい。
【００３２】
エネルギー分解検出システム６によって収集されたデータは、検査区画５内に位置する関心領域の画像を生成する画像生成装置１０に与えられる。関心領域は選択的に、対象物、又は対象物の一部を含む。画像生成装置１０は、関心領域内の物質の例えばコンプトン効果成分、光電効果成分又はＫエッジ成分といった、少なくとも１つの減衰成分を決定する計算ユニット１２と、決定された１つ以上の減衰成分のうちの少なくとも１つを用いて関心領域の画像を再構成する再構成ユニット１３とを有する。
【００３３】
再構成された画像は、最終的に、画像を表示するディスプレイ１１に提供され得る。好ましくは、画像生成装置１０も制御ユニット９によって制御される。
【００３４】
エネルギー分解検出システム６は、配列された複数の検出画素ユニット２０を有する。これらの検出画素ユニット２０のうちの１つを図２に概略的に示す。
【００３５】
検出画素ユニット２０は第１の層２１を有し、第１の層２１は、放射線ユニット２の放射線４が第１の層２１の表面２２に突き当たるように配置されている。この表面２２は好ましくは、シンチレータ光子がバルク材料から出て行くことを防止するための、高い反射率を有する被覆層（例えば、二酸化チタン）である。第１の層２１は、本実施形態においては酸硫化ガドリニウム（ＧＯＳ：Ｐｒ）であるシンチレータ材料からなる。第１の層の両側面に、第１の層２１内で生成された光を検出するように、光検出ユニット２３ａ、２３ｂが配置されている。第１の層２１を有する検出画素ユニット２０は実質的に六面体形状を有し、光検出ユニット２３ａ、２３ｂは、第１の層２１の対向する側面に配置される。本実施形態においては、２つの光検出ユニット２３ａ、２３ｂが存在し、第１の層２１の互いに対向する側面上に配置されている。他の一実施形態においては、第１の層２１の３つ又は４つの側面に、３つ又は４つの光検出ユニットが配置されてもよい。光検出ユニット２３ａ、２３ｂは好ましくはフォトダイオードである。フォトダイオードは好ましくは非常に薄く、すなわち、その厚さは好ましくは１００μｍ未満、より好ましくは５０μｍ未満、より好ましくは３０μｍ未満、より好ましくは２０μｍ未満である。
【００３６】
光検出ユニット２３ａ、２３ｂは好ましくは、例えば金属板又は金属ロッドである支持要素によって固定され、支持要素は、光検出ユニット２３ａ、２３ｂを、該ユニットが第１の層２１内で生成された光を側方から検知するように、入射方向に対して垂直に支持する。
【００３７】
各光検出ユニット２３ａ、２３ｂは、放射線４の入射方向に対して実質的に平行に配置された光検出面２５ａ、２５ｂを有し、光検出ユニット２３ａ、２３ｂ内での直接変換の量が低減される。また、検出画素ユニット２０は、検出画素ユニット２０への放射線入射が光検出ユニット２３ａ、２３ｂに直接的に衝突することを低減するための遮蔽体２４ａ、２４ｂを有し、放射線４による光検出ユニット２３ａ、２３ｂの直接的な影響が抑制される。遮蔽体２４ａ、２４ｂは、光検出ユニット２３ａ、２３ｂの、エネルギー分解検出システム２０に入射する放射線４に面する側に配置される。遮蔽体２４ａ、２４ｂは、好ましくは３０を超える大きい原子番号を有する金属からなる。遮蔽体２４ａ、２４ｂは好ましくは、タングステン、鉛、及びモリブデンのうちの少なくとも１つからなる。
【００３８】
検出画素ユニット２０は更に第２の層２６を有し、第１の層２１及び第２の層２６は、検出画素ユニット２０に入射し且つ第２の層２６に到達する放射線４が第１の層２１を通るように配置されている。第１の層２１及び第２の層２６は互いに隣接するように配置され、好ましくは、それらの間に電極２７が配置される。電極２７は好ましくは、第１の層２１と第２の層２６との間の全領域を覆うような寸法にされる。第２の層２６は、本実施形態において、放射線量子計数ユニットを形成し、好ましくはテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）型又はＣｄＴｅ型の材料である直接変換材料を有する。電極２７は好ましくは金属電極であり、１００ｎｍの厚さの白金を有していてもよい。電極２７は、第１の層２１に面する表面である第２の層２６の第１の表面に接触している。
【００３９】
さらに、この金属電極層のこの表面は、好ましくは、光フォトンをＧＯＳバルク材料内に戻すように最適に反射する高反射率の被覆材料（例えば、二酸化チタン）で覆われている。
【００４０】
第２の層２６に到達した放射線は電気信号すなわち電子に変換され、該電子が読み出しユニット２９によって読み出される。読み出しユニット２９は、第２の層２６の第１の表面と反対側の第２の層２６の第２の表面と接触する複数の電極２８を有する。電極２７、２８は好ましくは同一材料からなる。電極２７、２８は、第２の層２６内で生成された電子群がそれを収集する電極２８へと押し進められるように電圧ユニット３０に接続されている。電極群２８は、バンプ群３１を介してバンプ接合によって、本実施形態においてはＡＳＩＣである読み出しユニット２９に接続されている。読み出しユニット２９は積分チャンネル３２及び計数チャンネル３３を有する。積分チャンネル３２は、検出ユニット２３ａ、２３ｂを積分モードで光読み出すように、光検出ユニット２３ａ、２３ｂに接続される。計数チャンネル３３は、第２の層内で生成された電気信号を、エネルギー情報を用いる単光子計数モードで読み出すように、バンプ群３１を介して電極群２８に接続される。他の一実施形態においては、読み出しユニット２９は、特にＡＳＩＣを用いることによって、第２の層２６内で生成された電気信号を読み出すのみであり、光検出ユニット２３ａ、２３ｂはＴＡＣＨのような別の専用ＡＳＩＣによって読み出される。第２の層２６の第２の表面において、好ましくは、電極群２８の間にリセス、溝、又はスロットが設けられる。これらのリセス、溝、又はスロットは、発生し得るクロストーク効果を抑制する。
【００４１】
ＴＡＣＨは、例えば、Luhta  Randy、Chappo  Marc、Harwood  Brain、Mattson  Rod、SaIk  Dave、Vrettos  Chrisの「A  new  2D-tiled  detector  for  multislice  CT」（Medical  Imaging  2006）、Flynn  Michael  J.、Hsieh  Jiang編の「Physics  of  Medical  Imaging」（Proceedings  of  the  SPIE、2006年、第6142巻、p.275-286）に記載されている。なお、この文献をここに援用する。
【００４２】
読み出しユニット２９は、エネルギーウィンドウとも呼び得る相異なるエネルギー閾値を有し、読み出しユニット２９は、第２の層２６に到達した光子をエネルギーウィンドウごとに計数するように適応される。すなわち、各エネルギーウィンドウに対し、読み出しユニット２９はそれぞれのエネルギーウィンドウ内の光子数を提供する。読み出しユニット２９は、エネルギーウィンドウごとに、それぞれのエネルギーウィンドウ内の光子数に依存した検出信号を生成する。また、光検出ユニット２３ａ、２３ｂによって生成される検出信号は、第１の層２１のシンチレータ材料によって定められる異なるエネルギー分布を有する光子群の総数に対応する。これらの検出信号が、関心領域の画像を生成するために画像生成装置１０に転送されるデータである。
【００４３】
電極２８は好ましくは、例えば０．２ｍｍといった辺の長さを有する長方形の金属板である。電極２８は好ましくは、平面状の長方形構成にて、マトリクス状に配置される。例えば、１つの検出画素ユニット２０は、各電極が０．２×０．２ｍｍ２の寸法を有する５×５の電極２８を有し得る。
【００４４】
第１の層２１は、好ましくは０．４ｍｍ−０．８ｍｍの範囲内、より好ましくは０．５ｍｍ−０．７ｍｍの範囲内の厚さを有し、例えば０．６ｍｍの厚さを有する。第２の層は、好ましくは１．８ｍｍ−２．２ｍｍの範囲内、より好ましくは１．９ｍｍ−２．１ｍｍの範囲内の厚さを有し、より好ましくは、第２の層２６は２．０ｍｍの厚さを有する。サブピクセルとも見なし得る各電極２８に対し、読み出しユニット２９内に相異なるエネルギーウィンドウ用の複数の計数チャンネルが実装される。すなわち、電極２８ごとに複数の計数チャンネルが設けられ、電極２８の各計数チャンネルが或る特定のエネルギーウィンドウの光子をカウントする。例えば、電極２８ごとに４つの計数チャンネルが設けられる。
【００４５】
エネルギー分解検出システムのこの実施形態及び後述の実施形態は、高い計数レートが可能である。
【００４６】
計数チャンネル３３及び積分チャンネル３２の検出信号は、関心領域の画像を生成するために画像生成装置１０に伝送される。この再構成のため、これらの検出信号から、計算ユニット１２が、例えば関心領域内の様々な物質の吸収特性、コンプトン効果成分、光電効果成分、及び／又はＫエッジ成分等を表す様々な減衰成分を決定する。これらの減衰成分のうちの少なくとも１つが、決定された減衰成分のうちの少なくとも１つを用いて関心領域の画像を再構成する再構成ユニット１３に伝送される。選択的に、再構成ユニット１３は１つの減衰成分のみを用いて関心領域の画像を再構成する。そのような画像は、決定されたその他の減衰成分に対応するその他の効果の影響により乱されず、アーチファクトが抑制され且つ品質が向上された関心領域の画像が得られる。
【００４７】
計算ユニット１２による減衰成分の決定は、例えば、R.E.Alvarez、A.Macovski、「Energy-selective  reconstructions  in  X-ray  Computerized  Tomography」、Phys.  Med.  Biol.、1976年、第21巻、第5号、p.733-744から既知である。関心領域は相異なる方向から放射線４によって照射されており、且つこれらの方向の各々に対して少なくとも１つの減衰成分が決定されているので、再構成ユニット１３は、関心領域の画像を再構成するために、フィルタ補正逆投影法のような標準的なコンピュータ断層撮影再構成技術を用いることができる。
【００４８】
次に、図３に示すフローチャートを参照して、関心領域を撮像する方法を説明する。
【００４９】
段階１０１にて、対象物は移動されずに、Ｘ線源２が回転軸すなわちｚ方向の周りを回転する。すなわち、Ｘ線源２が対象物の周りを円形軌道に沿って進行する。他の一実施形態においては、Ｘ線源２は対象物に対して、例えば螺旋軌道といった別の軌道に沿って移動してもよい。Ｘ線源２は、対象物を少なくとも関心領域内で横切る多色Ｘ放射線を放射する。対象物は、例えば患者のヒト心臓であり、選択的に、主ｘ線エネルギーの範囲内にＫエッジを有するヨウ素又はガドリニウムをベースとする造影剤のような造影剤が前もって注入される。対象物、そして場合により対象物内の物質を通過したＸ放射線４がエネルギー分解検出システム６によって検出され、該検出システム６がエネルギー分解された検出信号を生成する。
【００５０】
段階１０２にて、計算ユニット１２が少なくとも１つの減衰成分を決定する。この少なくとも１つの減衰成分は、本実施形態においては、例えば、対象物内の造影剤のＫエッジ成分である。それに代えて、あるいは加えて、コンプトン効果成分、光電効果成分、又は関心領域内の異なる物質のＫエッジ成分のような、その他の減衰成分が計算ユニット１２によって決定されてもよい。
【００５１】
段階１０３にて、再構成ユニット１３が、例えば決定された造影剤のＫエッジ成分を用いて、関心領域の画像を生成する。それに代えて、あるいは加えて、画像は、段階１０２にて決定されたその他の減衰成分のうちの１つを用いて再構成されてもよい。
【００５２】
再構成された画像は、例えば、ビーム硬化の影響を有さず、故に、定量的に分析され得る。また、画像は、物質分解を提供し、既知のコンピュータ断層撮影システムによって再構成された画像のコントラスト−雑音比より高いコントラスト−雑音比を有する。
【００５３】
次に、図４に示すフローチャートを参照して、放射線を検出するエネルギー分解検出システムの製造方法を説明する。
【００５４】
段階２０１にて、放射線の一部を吸収する第１の層２１を設ける。段階２０２にて、本実施形態においては放射線量子計数ユニットであり且つ放射線を電気信号に直接的に変換する直接変換材料を有する第２の層２６を設け、段階２０３にて、第２の層の電気信号を読み出す読み出しユニット２９を設ける。段階２０４にて、検出システムに入射し第２の層２６に到達する放射線が第１の層を通るように、第１の層２１及び第２の層２６を配置する。段階２０５にて、第２の層２６の電気信号を読み出すように、読み出しユニット２９を、選択的にバンプ接合によって、第２の層２６に結合する。
【００５５】
場合により段階２０１−２０５を各検出画素ユニットに対して実行し、段階２０６にて、これらの検出画素ユニットを、配列された複数の検出画素ユニットへと組み立てる。
【００５６】
他の一実施形態においては、エネルギー分解検出システムは、他の実施形態に係る検出画素ユニットの構成を有してもよい。そのような他の実施形態の１つに係る検出画素ユニット４２０を図５に概略的に示す。
【００５７】
検出画素ユニット４２０は第１の層４２１を有し、第１の層４２１は、放射線ユニット２の放射線４が第１の層４２１の表面４２２に突き当たるように配置されている。第１の層４２１は、本実施形態においてはＧＯＳであるシンチレータ材料であり、放射線４の一部を吸収する。第１の層の両側面に、第１の層４２１内で生成された光を検出するように、光検出ユニット４２３ａ、４２３ｂが配置されている。各光検出ユニット４２３ａ、４２３ｂは、放射線４の入射方向に対して実質的に平行に配置された光検出面４２５ａ、４２５ｂを有し、光検出ユニット４２３ａ、４２３ｂ内での直接変換が抑制される。また、検出画素ユニット４２０は、検出画素ユニット４２０への放射線入射が光検出ユニット４２３ａ、４２３ｂに直接的に衝突することを低減するための遮蔽体４２４ａ、４２４ｂを有し、放射線４による光検出ユニット４２３ａ、４２３ｂの直接的な影響が抑制される。第１の層４２１、光検出ユニット４２３ａ、４２３ｂ、及び遮蔽体４２４ａ、４２４ｂは、それぞれ、図２に示した検出画素ユニット２０の第１の層２１、光検出ユニット２３ａ、２３ｂ、及び遮蔽体２４ａ、２４ｂに対応するので、検出画素ユニット４２０のこれらの部分の更なる詳細な説明については、検出画素ユニット２０の対応する部分の説明を参照されたい。
【００５８】
検出画素ユニット４２０は更に第２の層４２６を有し、第１の層４２１及び第２の層４２６は、検出画素ユニット４２０に入射し且つ第２の層４２６に到達する放射線４が第１の層４２１を通るように配置されている。第１の層４２１及び第２の層４２６は互いに隣接するように配置される。第２の層４２６はシンチレータ材料、特に、高速シンチレータ材料を有する。高速シンチレータ材料とは、単量子計数を可能にするシンチレータ材料である。高速シンチレータ材料は、例えば、珪酸ルテチウム（ＬＳＯ）又は珪酸ルテチウムイットリウム（ＬＹＳＯ）である。
【００５９】
第２の層４２６は、複数の区画４３４に区分け（セグメント化）されており、第２の層４２６の各区画４３４は、光クロストークを防止するため、遮光体４３５によって第２の層４２６のその他の区画に対して光的に遮蔽されている。遮光体４３５は選択的に、好ましくは高反射材料（例えば、二酸化チタン）で被覆された金属板である。各区画４３４は高速フォトダイオード４３７に光的に結合されている。高速フォトダイオードとは、第２の層４２６とともに好ましくは単量子計数を可能にするフォトダイオードである。高速フォトダイオードは好ましくは、１０ＭＨｚより大きい帯域幅を有する。第２の層及び高速フォトダイオードは、本実施形態において、放射線量子計数ユニットを形成する。高速フォトダイオード群４３７は、本実施形態においてはバンプ群４３１を介して、読み出しユニット４２９の計数チャンネル群４３３に結合されている。読み出しユニット４２９は更に、積分チャンネル４３２を有する。読み出しユニット４２９及びその様々な部分は、図２を参照して説明した読み出しユニット２９及びその様々な部分に対応し、特に、読み出しユニットは少なくとも２つのエネルギーウィンドウを提供し、各エネルギーウィンドウ内の放射線量子をカウントするように適応される。読み出しユニット４２９の更なる詳細な説明は、上述の説明を参照されたい。
【００６０】
続いて、図６に示すフローチャートを参照して、本発明に従った放射線を検出するエネルギー分解検出システムの製造方法を説明する。
【００６１】
段階３０１にて、放射線の一部を吸収する好ましくはシンチレータ材料を有する第１の層２１を設け、段階３０２にて、第２の層を設ける。第２の層は、当該第２の層に到達する放射線に応じて光信号を生成するシンチレータ材料を有し、第２の層のシンチレータ材料は好ましくはセグメント化される。そして、段階３０３にて、第２の層内で生成された光信号を検出する高速光検出ユニットを設ける。第２の層及び高速光検出ユニットは、本実施形態において、放射線量子計数ユニットを形成する。故に、段階３０２及び３０３は、放射線量子計数ユニットを設けるための単一の段階に結合され得る。設けられた第２の層のシンチレータ材料及び高速光検出ユニットは、好ましくは、単一放射線量子計数を可能にするように適応される。さらに、段階３０４にて、高速光検出ユニットを読み出す読み出しユニットを設ける。
【００６２】
段階３０５にて、検出システムに入射し第２の層に到達する放射線が第１の層を通るように、第１の層及び第２の層を配置する。段階３０６にて、好ましくは検出された放射線量子の各々が１つのエネルギーウィンドウに割り当てられ且つ各エネルギーウィンドウ内の放射線量子の数が計数されるように高速光検出ユニットを読み出すよう、読み出しユニットを高速光検出ユニットに結合する。相異なるエネルギーウィンドウ内の放射線量子数の分布がエネルギー分解検出信号として提供される。
【００６３】
場合により、複数の検出画素ユニットを作り出すため、特に、複数の検出画素ユニット４２０を作り出すため、段階３０１−３０６を複数回繰り返し、段階３０７にて、これらの検出画素ユニットを、エネルギー分解検出システムの、配列された複数の検出画素ユニットへと組み立てる。
【００６４】
上述の実施形態においては選択的に対象物に造影剤が注入されるが、関心領域の画像は、造影剤が関心領域内に存在しない場合にも再構成され得る。また、上述の実施形態においては対象物は選択的に患者のヒト心臓であるが、撮像システムは技術的対象物の画像を再構成するために使用されてもよく、エネルギー分解検出システムは技術的対象物を通過後の放射線を検出するために使用されてもよい。本発明は、例えば、非破壊検査、荷物検査、又は工業的な品質管理の分野にて使用され得る。
【００６５】
上述の実施形態においては第１の層はシンチレータ材料を有するが、第１の層は、入射放射線の一部を吸収する別の材料を有してもよい。例えば、第１の層は、当該第１の層で吸収された放射線をも検出するために使用され得る直接変換材料又はその他の材料を有してもよい。
【００６６】
上述の実施形態においては、第１の層に結合された光検出ユニットは、第１の層内で生成された光を検出するように、放射線の入射方向に対して垂直な方向に配置されているが、すなわち、光検出ユニットは、第１の層の側面に配置されるものとして説明されたが、第１の層内の光を検出する光検出ユニットは、第１の層と第２の層との間に配置されてもよい。すなわち、該光検出ユニットは、図２及び５に示した向きにおいて水平な面内に配置されてもよい。その場合、この水平な光検出ユニットは好ましくは、当該光検出ユニット内での直接変換を抑制するため、極めて薄くされる。故に、その厚さは、好ましくは１００μｍ未満、より好ましくは５０μｍ未満、より好ましくは２０μｍ未満にされる。特別な減衰成分について述べたが、再構成されるべき対象物の減衰を構成する任意の減衰成分が用いられてもよい。減衰成分を決定するために、少なくとも２つの基底関数が、少なくとも２つのエネルギー瓶すなわちエネルギーウィンドウとともに使用され、これら少なくとも２つのエネルギーウィンドウすなわちエネルギー瓶は、第２の層及び読み出しユニットの組み合わせのみから、あるいはこの組み合わせと第１の層、光検出ユニット、及び対応する積分チャンネルの組み合わせとから得られる。決定された減衰成分は、再構成のために使用される。少なくとも１つの減衰成分の決定及びそれに続く再構成は、例えば、P.  Sukovic等、「Basis  Material  Decomposition  Using  Triple-Energy  X-ray  computed  tomography」、IEEE  IMTC  1999に記載された方法を用いることによって実行され得る。なお、この文献をここに援用する。
【００６７】
図面、この開示及び添付の特許請求の範囲の教示を受けて請求項に係る発明を実施しようとする当業者は、開示の実施形態へのその他の変形を理解し実現することができる。
【００６８】
さらに、スペクトル情報の処理は、他の手段によって処理されてもよい。例えば、各エネルギーウィンドウの再構成及び／又は第１の吸収層の信号の再構成は、既に、改善されたコントラストを有するＸ線断層写真を提供することができてもよい。これらのＸ線断層写真への線形処理により、例えば、コントラスト−雑音比を更に高めることができる。同様に、線形処理及び非線形処理が、再構成前又は再構成後にそれぞれのエネルギーチャンネルに適用され得る。
【００６９】
請求項において、用語“有する”はその他の要素又は段階を排除するものではなく、不定冠詞“ａ又はａｎ”は複数であることを排除するものではない。
【００７０】
単一のユニットが、請求項に列挙された複数の品目の機能を果たしてもよい。また、或る特定の数のユニットによって果たされるとして記載された複数の機能が、より多くのユニット又はより少ないユニットによって、特には１つのユニットによって果たされてもよい。ユニットは、コンピュータプログラム及び／又は専用ハードウェアとして実装され得る。
【００７１】
特定の複数の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に用いられ得ないということを指し示すものではない。
【００７２】
コンピュータプログラムは、その他のハードウェアとともに、あるいはその他のハードウェアの一部として提供される、例えば光記憶媒体又は半導体媒体などの、好適な媒体に格納あるいはそれ上で流通されてもよいし、例えばインターネット又はその他の有線若しくは無線の電気通信システムを介して等、その他の形態で流通されてもよい。
【００７３】
請求項中の如何なる参照符号もその範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
2010513908.tif 000003
【図２】
2010513908.tif 000004
【図３】
2010513908.tif 000005
【図４】
2010513908.tif 000006
【図５】
2010513908.tif 000007
【図６】
2010513908.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月20日(2009.8.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を検出するエネルギー分解検出システム、該エネルギー分解検出システムを有する撮像システム、及びエネルギー分解検出システムを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー分解検出システムは、例えば、再構成されるべき対象物が放射線スペクトル、特にＸ放射線スペクトルで照射され、且つ対象物を通過後の放射線が、放射線をエネルギー分解して検出するように適応されたエネルギー分解検出システムによって検出される、スペクトルコンピュータ断層撮影（スペクトルＣＴ）に使用され得る。
【０００３】
Calipe等は、非特許文献１にて、入射放射線を電気信号に直接的に変換する直接変換材料であるテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）と、ＣＺＴにて生成された電気信号を読み出す読み出しユニットとしての特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）と、を用いるエネルギー分解検出システムを開示している。この既知のエネルギー分解検出システムは、限られた放射線強度範囲にしか対応できないという欠点を有する。強度（計数レート）が或る特定の強度値より高い場合、このエネルギー分解検出システムは当該エネルギー分解検出システムに突き当たる相異なる放射線量子、具体的にはＸ線フォトン、を区別することができない。すなわち、検出信号は幾つかの放射線量子の重畳信号となる。それにより、エネルギー分解検出システムのエネルギー分解能の低下につながる誤ったエネルギー測定がもたらされる。ＣＴシステムで使用されるＸ線強度は上述の特定の強度値より遙かに高いため、検出システムは光子計数モードで動作されることができず、エネルギー分解検出システムによって生成される検出信号は、エネルギー分解能を提供しない重畳信号となる。このような検出信号の低下された、あるいは存在しないエネルギー分解能は、スペクトルＣＴシステムによって再構成される画像内にアーチファクトを生じさせる。
【０００４】
特許文献１は、エネルギー積分検出器とエネルギー弁別検出器とを含むハイブリッドｘ線検出器を開示している。エネルギー積分検出器及びエネルギー弁別検出器は、ｘ線検出器に入射しエネルギー弁別検出器に到達する放射線がエネルギー積分検出器を通るように配置されている。エネルギー積分検出器は、フォトダイオードアレイに結合されたシンチレータ検出器である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】V.B.Cajipe等、「Multi-Energy  X-ray  Imaging  with  Linear  CZT  Pixel  Arrays  and  Integrated  Electronics」、14th  Intl.  Workshop  on  Room-Temperature  Semiconductor  X-Ray  and  Gamma-Ray  Detectors、イタリア、2004年10月18-22日
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】仏国特許出願公開第２８６６１７９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、改善されたエネルギー分解能を有するエネルギー分解検出システムを提供することを目的とする。本発明は更に、対応する撮像システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様において、放射線を検出するエネルギー分解検出システムが提示される。当該エネルギー分解検出システムは、
−  放射線の一部を吸収する第１の層、
−  放射線の放射線量子をカウントする第２の層を有する放射線量子計数ユニット、
−  放射線量子計数ユニットに結合され、放射線量子計数ユニットを読み出す読み出しユニット、
を有し、第１の層及び第２の層は、当該検出システムに入射し第２の層に到達する放射線が第１の層を通るように配置され、
第１の層はシンチレータ材料を有し、且つ当該エネルギー分解検出システムは更に、第１の層内で生成された光を検出する光検出ユニットを有し、光検出ユニットは、放射線の入射方向に対して垂直な方向で、第１の層内で生成された光を検出するように配置される。
【０００９】
第２の層に到達する放射線は第１の層を通ることにより部分的に吸収されているため、第２の層に到達する放射線の強度は低減されており、複数の放射線量子の重畳効果が低減され、それにより、エネルギー分解検出システムのエネルギー分解能が高められる。
【００１０】
第１の層は吸収材料を有してもよい。吸収材料は、例えば、シンチレーション材料のように、放射線を光フォトンに変換する変換材料である。
【００１１】
好ましくは、第２の層は、放射線を電気信号に変換する直接変換材料を有し、且つ読み出しユニットは、第２の層の電気信号を読み出すことによって第２の層を読み出すように、第２の層に結合される。これにより、放射線量子を信頼できる方法でカウントすることが可能になる。
【００１２】
直接変換材料は、読み出しユニットの計数チャンネルに結合されてもよい。読み出しユニットは各放射線量子を所定のエネルギーウィンドウに割り当てるように適応され、エネルギーウィンドウごとの放射線量子がカウントされてもよい。読み出しユニットは少なくとも２つのエネルギーウィンドウを提供してもよい。
【００１３】
第１の層はシンチレータ材料を有し、当該エネルギー分解検出システムは更に、第１の層内で生成された光、特には光フォトン、を検出する光検出ユニットを有する。これにより、第１の層によって吸収された放射線をも検出することが可能になり、エネルギー分解検出システムに入射する放射線全体がエネルギー分解検出システムによって使用されることにより、信号対雑音比が増大される。
【００１４】
シンチレータ材料は例えば、特に例えばプラセオジミウム（Ｐｒ）でドープされた、酸硫化ガドリニウム（gadolinium  oxide  sulphide；ＧＯＳ）であり、光検出ユニットは例えばフォトダイオードである。
【００１５】
光検出ユニットは、放射線の入射方向に対して垂直な方向で、第１の層内で生成された光を検出するように配置される。これにより、シンチレーション光子が側方から検知され、光検出ユニットにおける直接変換が抑制される。
【００１６】
より好ましくは、光検出ユニットは、検出システムに入射する放射線が光検出ユニットによって直接的に検出されることを抑制するように、遮蔽体によって遮蔽される。光検出ユニットは、高Ｚ金属、すなわち、光検出ユニットを入射放射線から遮蔽するのに十分な大きさの原子番号Ｚを有する金属からなる遮蔽体によって遮蔽されてもよい。好ましくは、原子番号は３０より大きくされる。より好ましくは、原子番号は４０より大きくされる。タングステン、鉛、及びモリブデンのうちの少なくとも１つが、光検出ユニットを遮蔽するために使用されてもよい。遮蔽体は好ましくは、光検出ユニットの入射放射線の方向に位置する側に配置される。
【００１７】
一実施形態において、エネルギー分解検出システムは、第１の層に面する第２の層の第１の表面に負電圧を設定するために、第２の層の第１の表面に結合された電圧ユニットを有する。第１の層に面する第２の層の表面を電圧ユニットに結合するため、金属電極が用いられてもよい。加えて、この金属電極は、第１の層の光子、特には光フォトン及びＫ蛍光フォトンが第２の層内で誤って反応することを防止する。この電極の金属は好ましくは、直接変換材料にコンタクトをとるのに適するように選択される。この電極は１つ以上の金属を有し得る。この電極は、特に直接変換材料がＣｄＺｎＴｅ（ＣＺＴとも呼ぶ）又は別のＣｄＴｅ型材料である場合、白金、インジウム、及び金のうちの少なくとも１つを有してもよい。ＣｄＴｅ型材料は、例えば、カドミウム、テルル、及び選択的に更なる元素を有する。ＣｄＴＥ型材料は、例えば、ＣｄＴｅ又はＣｄＭｎＴｅである。その他のＩＩ−ＶＩ族半導体及びＩＩＩ−Ｖ族半導体も、第２の層の変換材料として用いられ得る。金属電極は好ましくは薄くされる。すなわち、金属電極は、好ましくは１０μｍ未満、より好ましくは１μｍ未満、より好ましくは５００ｎｍ未満の厚さを有し、例えば、金属電極は１００ｎｍの厚さを有する。金属電極が、白金、インジウム、及び金のうちの１つの金属の層を有することも好ましく、この層の厚さは、好ましくは１０μｍ未満、より好ましくは１μｍ未満、より好ましくは５００ｎｍ未満の厚さを有し、より好ましくは、この層の厚さは１００ｎｍである。第１の層に面する第２の層の表面における負電圧は、第２の層内で生成された電子を、読み出しユニットとの結合の方向に押し込み、第２の層の電気信号の読み出しが改善される。
【００１８】
他の一実施形態においては、エネルギー分解検出システムは、特に第２の層がシリコンを有する場合、第１の層に面する第２の層の第１の表面に正電圧を設定するために、第２の層の第１の表面に結合された電圧ユニットを有してもよい。第１の層に面する第２の層の表面における正電圧は、第２の層内で生成された正孔を、読み出しユニットとの結合の方向に押し込み、第２の層の電気信号の読み出しが改善される。
【００１９】
より好ましくは、第１の層に面する第２の層の第１の表面と反対側の、第２の層の第２の表面は、複数の電極に結合され、各電極は、前記複数の電極が互いに独立に読み出されることが可能なように、読み出しユニットに結合される。この複数の電極は互いに独立に読み出されるので、エネルギー分解検出システムの空間分解能が向上され得る。また、各電極の計数レートが、第２の層の第２の表面全体を覆う電極の場合の計数レートに対して低減され、コスト効率に優れた最新の計数電子回路を用いることが可能になる。
【００２０】
さらに、第２の層の第２の表面に結合する、特に接触する、このような複数の電極の使用はサブピクセル化を可能にし、いわゆる“スモールピクセル効果”を有利に用いてエネルギー分解検出システムの性能を向上させ得るように、第２の層のアスペクト比（画素サイズに対する厚さ）を調整することが可能になる。第２の層の第２の表面に結合された電極群は、例えば特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）である読み出しユニットに、例えば、バンプ接合によって、インターポーザＰＣＢ（印刷回路基板）によって、あるいは読み出し回路が接合される導電性のゴム膜によって接続される。
【００２１】
より好ましくは、第２の層の第２の表面に結合された電極群の間において、第２の層の第２の表面にリセス、溝、又はスロットが設けられる。これにより、発生し得る電気的なクロストークが低減される。
【００２２】
より好ましくは、読み出しユニットは、光検出ユニットによって生成された電気信号を読み出すように光検出ユニットに結合される。読み出しユニットが光検出ユニット及び放射線量子計数ユニットの双方にこれら双方から電気信号を読み出すように結合され得るので、エネルギー分解検出システムは一層小型に且つ複雑でなく構築されることができ、例えば、モジュール統合及び相互接続が単純化される。光検出ユニットは、読み出しユニットの積分チャンネルによって読み出されてもよい。また、読み出しユニットは、特に第２の層がＬＹＳＯを有する場合、計数チャンネル、特にパルス計数チャンネル、を介して放射線量子計数ユニットに結合されてもよい。
【００２３】
好適な一実施形態において、第２の層は、当該第２の層に到達した放射線に依存した光信号を生成するシンチレータ材料を有し、放射線量子計数ユニットは、第２の層によって生成された光信号を検出する高速光検出ユニットを有し、読み出しユニットは、高速光検出ユニットを読み出すように高速光検出ユニットに結合される。
【００２４】
第２の層に到達する放射線は、第１の層を通ることによって部分的に吸収されているので、第２の層に到達する放射線の強度は低減されており、複数の放射線量子の重畳効果が低減され、それにより、エネルギー分解検出システムのエネルギー分解能が高められる。第２の層のシンチレータ材料及び高速光検出ユニットは、好ましくは、単放射線量子の計数を可能にする帯域幅を有する。高速光検出ユニットは計数チャンネルを介して読み出されてもよく、読み出しユニットは、各放射線量子をエネルギーウィンドウに割当て、各エネルギーウィンドウ内の放射線量子をカウントするように適応されてもよい。
【００２５】
好適な一実施形態において、第２の層のシンチレータ材料は、単放射線量子、特に単Ｘ放射線量子を記録するように適応される。より好ましくは、高速光検出ユニットは、複数の単放射線量子により誘起された複数の光パルスを識別するように適応される。これにより、例えば単Ｘ線フォトンといった単放射線量子を検出することが可能になり、エネルギー分解検出システムのエネルギー分解能が更に高められる。
【００２６】
より好ましくは、エネルギー分解検出システムは、配列された複数の検出画素ユニットを有し、各検出画素ユニットは、
−  放射線の一部を吸収する個別の第１の層、
−  放射線の放射線量子をカウントする第２の層を有する個別の放射線量子計数ユニット、
を有し、
各検出画素ユニットの第１の層及び第２の層は、当該検出システムに入射し当該第２の層に到達する放射線が当該第１の層を通るように配置され、
読み出しユニットは、複数の検出画素ユニットの個別の放射線量子計数ユニットを互いに独立に読み出すように、各検出画素ユニットの放射線量子計数ユニットに結合される。これにより、配列された複数の検出画素ユニットにより覆われた領域に沿って放射線を、エネルギー的に分解し且つ空間的に分解して検出することが可能になる。
【００２７】
本発明の更なる一態様において、本発明に従ったエネルギー分解検出システムを有する撮像システムが提供される。
【００２８】
本発明の更なる一態様において、放射線を検出するエネルギー分解検出システムを製造する方法が提供される。当該方法は：
−  放射線の一部を吸収する第１の層を設ける段階、
−  放射線の放射線量子をカウントする第２の層を有する放射線量子計数ユニットを設ける段階、
−  放射線量子計数ユニットを読み出す読み出しユニットを設ける段階、
−  第１の層及び第２の層を、検出システムに入射し第２の層に到達する放射線が第１の層を通るように配置する段階、
−  放射線量子計数ユニットを読み出すように、読み出しユニットを放射線量子計数ユニットに結合する段階、
を有し、
第１の層はシンチレータ材料を有し、第１の層内で生成された光を検出するための光検出ユニットが設けられ、光検出ユニットは、放射線の入射方向に対して垂直な方向で、第１の層内で生成された光を検出するように配置される。
【００２９】
第１の層は、放射線の一部を、光検出ユニットによって検出可能な光子に変換するシンチレーション材料を有する。
【００３０】
理解されるように、請求項１に係るエネルギー分解検出システム、請求項８に係る撮像システム、及び請求項９に係る放射線を検出するエネルギー分解検出システムを製造する方法は、従属請求項にて規定されるのと同様の好適実施形態及び／又は同一の好適実施形態を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明のこれら及び更なる態様は、以下にて説明する実施形態を参照することにより明らかになる。
【図１】本発明に従ったエネルギー分解検出システムを有する本発明に従った撮像システムを概略的に示す図である。
【図２】本発明に従ったエネルギー分解検出システムの検出画素ユニットを概略的に示す図である。
【図３】本発明に従った、関心領域を撮像する撮像方法を概略的に示すフローチャートである。
【図４】本発明に従った、放射線を検出するエネルギー分解検出システムの製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図５】本発明に従ったエネルギー分解検出システムの検出画素ユニットを概略的に示す図である。
【図６】本発明に従った、放射線を検出するエネルギー分解検出システムの製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１に示した撮像システムはスペクトルコンピュータ断層撮影システム（スペクトルＣＴシステム）である。このスペクトルＣＴシステムは、ｚ方向に平行に延在する回転軸Ｒの周りを回転することが可能なガントリー１を含んでいる。ガントリー１には、本実施形態においては多色Ｘ放射線（特徴的な複数のラインを有する制動放射線（bremsstrahlung）スペクトル）を放射するＸ線源２である多色放射線源２が取り付けられている。Ｘ線源２は、Ｘ線源２によって放射された放射線から本実施形態においては円錐状の放射線ビーム４を形成するコリメータ装置３を備えている。放射線は、本実施形態においては円筒形である検査区画５の関心領域内の例えば患者等の対象物（図示せず）を横切る。Ｘ線ビーム４は、検査区画５を横切った後、本実施形態においては２次元の検出表面を有するエネルギー分解検出システム６に入射する。エネルギー分解検出システム６はガントリー１に取り付けられている。Ｘ線源２及びエネルギー分解検出システム６は、複数のエネルギー依存検出信号を生成する放射・検出システムを形成する。
【００３３】
この撮像システムは、２つのモータ７、８を有する駆動装置を含んでいる。ガントリー１は、モータ７によって、好ましくは一定であるが調整可能な角速度で駆動される。モータ８は、検査区画５内で患者台上に配置された例えば患者といった対象物を、回転軸Ｒの方向すなわちｚ軸の方向に平行に変位させるために設けられている。これらのモータ７、８は、例えば放射線源２と検査区画５とが螺旋軌道に沿って相対的に移動するよう、制御ユニット９によって制御される。しかしながら、対象物又は検査区画５を移動させずにＸ線源２を回転させるのみとすること、すなわち、放射線源２を検査区画５又は対象物に対して円形軌道に沿って移動させることも可能である。また、他の一実施形態においては、コリメータ装置３は扇状のビームを形成するように適応されてもよく、また、エネルギー分解検出システム６は１次元検出器であってもよい。
【００３４】
エネルギー分解検出システム６によって収集されたデータは、検査区画５内に位置する関心領域の画像を生成する画像生成装置１０に与えられる。関心領域は選択的に、対象物、又は対象物の一部を含む。画像生成装置１０は、関心領域内の物質の例えばコンプトン効果成分、光電効果成分又はＫエッジ成分といった、少なくとも１つの減衰成分を決定する計算ユニット１２と、決定された１つ以上の減衰成分のうちの少なくとも１つを用いて関心領域の画像を再構成する再構成ユニット１３とを有する。
【００３５】
再構成された画像は、最終的に、画像を表示するディスプレイ１１に提供され得る。好ましくは、画像生成装置１０も制御ユニット９によって制御される。
【００３６】
エネルギー分解検出システム６は、配列された複数の検出画素ユニット２０を有する。これらの検出画素ユニット２０のうちの１つを図２に概略的に示す。
【００３７】
検出画素ユニット２０は第１の層２１を有し、第１の層２１は、放射線ユニット２の放射線４が第１の層２１の表面２２に突き当たるように配置されている。この表面２２は好ましくは、シンチレータ光子がバルク材料から出て行くことを防止するための、高い反射率を有する被覆層（例えば、二酸化チタン）である。第１の層２１は、本実施形態においては酸硫化ガドリニウム（ＧＯＳ：Ｐｒ）であるシンチレータ材料からなる。第１の層の両側面に、第１の層２１内で生成された光を検出するように、光検出ユニット２３ａ、２３ｂが配置されている。第１の層２１を有する検出画素ユニット２０は実質的に六面体形状を有し、光検出ユニット２３ａ、２３ｂは、第１の層２１の対向する側面に配置される。本実施形態においては、２つの光検出ユニット２３ａ、２３ｂが存在し、第１の層２１の互いに対向する側面上に配置されている。他の一実施形態においては、第１の層２１の３つ又は４つの側面に、３つ又は４つの光検出ユニットが配置されてもよい。光検出ユニット２３ａ、２３ｂは好ましくはフォトダイオードである。フォトダイオードは好ましくは非常に薄く、すなわち、その厚さは好ましくは１００μｍ未満、より好ましくは５０μｍ未満、より好ましくは３０μｍ未満、より好ましくは２０μｍ未満である。
【００３８】
光検出ユニット２３ａ、２３ｂは好ましくは、例えば金属板又は金属ロッドである支持要素によって固定され、支持要素は、光検出ユニット２３ａ、２３ｂを、該ユニットが第１の層２１内で生成された光を側方から検知するように、入射方向に対して垂直に支持する。
【００３９】
各光検出ユニット２３ａ、２３ｂは、放射線４の入射方向に対して実質的に平行に配置された光検出面２５ａ、２５ｂを有し、光検出ユニット２３ａ、２３ｂ内での直接変換の量が低減される。また、検出画素ユニット２０は、検出画素ユニット２０への放射線入射が光検出ユニット２３ａ、２３ｂに直接的に衝突することを低減するための遮蔽体２４ａ、２４ｂを有し、放射線４による光検出ユニット２３ａ、２３ｂの直接的な影響が抑制される。遮蔽体２４ａ、２４ｂは、光検出ユニット２３ａ、２３ｂの、エネルギー分解検出システム２０に入射する放射線４に面する側に配置される。遮蔽体２４ａ、２４ｂは、好ましくは３０を超える大きい原子番号を有する金属からなる。遮蔽体２４ａ、２４ｂは好ましくは、タングステン、鉛、及びモリブデンのうちの少なくとも１つからなる。
【００４０】
検出画素ユニット２０は更に第２の層２６を有し、第１の層２１及び第２の層２６は、検出画素ユニット２０に入射し且つ第２の層２６に到達する放射線４が第１の層２１を通るように配置されている。第１の層２１及び第２の層２６は互いに隣接するように配置され、好ましくは、それらの間に電極２７が配置される。電極２７は好ましくは、第１の層２１と第２の層２６との間の全領域を覆うような寸法にされる。第２の層２６は、本実施形態において、放射線量子計数ユニットを形成し、好ましくはテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）型又はＣｄＴｅ型の材料である直接変換材料を有する。電極２７は好ましくは金属電極であり、１００ｎｍの厚さの白金を有していてもよい。電極２７は、第１の層２１に面する表面である第２の層２６の第１の表面に接触している。
【００４１】
さらに、この金属電極層のこの表面は、好ましくは、光フォトンをＧＯＳバルク材料内に戻すように最適に反射する高反射率の被覆材料（例えば、二酸化チタン）で覆われている。
【００４２】
第２の層２６に到達した放射線は電気信号すなわち電子に変換され、該電子が読み出しユニット２９によって読み出される。読み出しユニット２９は、第２の層２６の第１の表面と反対側の第２の層２６の第２の表面と接触する複数の電極２８を有する。電極２７、２８は好ましくは同一材料からなる。電極２７、２８は、第２の層２６内で生成された電子群がそれを収集する電極２８へと押し進められるように電圧ユニット３０に接続されている。電極群２８は、バンプ群３１を介してバンプ接合によって、本実施形態においてはＡＳＩＣである読み出しユニット２９に接続されている。読み出しユニット２９は積分チャンネル３２及び計数チャンネル３３を有する。積分チャンネル３２は、検出ユニット２３ａ、２３ｂを積分モードで読み出すように、光検出ユニット２３ａ、２３ｂに接続される。計数チャンネル３３は、第２の層内で生成された電気信号を、エネルギー情報を用いる単光子計数モードで読み出すように、バンプ群３１を介して電極群２８に接続される。他の一実施形態においては、読み出しユニット２９は、特にＡＳＩＣを用いることによって、第２の層２６内で生成された電気信号を読み出すのみであり、光検出ユニット２３ａ、２３ｂはＴＡＣＨのような別の専用ＡＳＩＣによって読み出される。第２の層２６の第２の表面において、好ましくは、電極群２８の間にリセス、溝、又はスロットが設けられる。これらのリセス、溝、又はスロットは、発生し得るクロストーク効果を抑制する。
【００４３】
ＴＡＣＨは、例えば、Luhta  Randy、Chappo  Marc、Harwood  Brain、Mattson  Rod、SaIk  Dave、Vrettos  Chrisの「A  new  2D-tiled  detector  for  multislice  CT」（Medical  Imaging  2006）、Flynn  Michael  J.、Hsieh  Jiang編の「Physics  of  Medical  Imaging」（Proceedings  of  the  SPIE、2006年、第6142巻、p.275-286）に記載されている。なお、この文献をここに援用する。
【００４４】
読み出しユニット２９は、エネルギーウィンドウとも呼び得る相異なるエネルギー閾値を有し、読み出しユニット２９は、第２の層２６に到達した光子をエネルギーウィンドウごとに計数するように適応される。すなわち、各エネルギーウィンドウに対し、読み出しユニット２９はそれぞれのエネルギーウィンドウ内の光子数を提供する。読み出しユニット２９は、エネルギーウィンドウごとに、それぞれのエネルギーウィンドウ内の光子数に依存した検出信号を生成する。また、光検出ユニット２３ａ、２３ｂによって生成される検出信号は、第１の層２１のシンチレータ材料によって定められる異なるエネルギー分布を有する光子群の総数に対応する。これらの検出信号が、関心領域の画像を生成するために画像生成装置１０に転送されるデータである。
【００４５】
電極２８は好ましくは、例えば０．２ｍｍといった辺の長さを有する長方形の金属板である。電極２８は好ましくは、平面状の長方形構成にて、マトリクス状に配置される。例えば、１つの検出画素ユニット２０は、各電極が０．２×０．２ｍｍ２の寸法を有する５×５の電極２８を有し得る。
【００４６】
第１の層２１は、好ましくは０．４ｍｍ−０．８ｍｍの範囲内、より好ましくは０．５ｍｍ−０．７ｍｍの範囲内の厚さを有し、例えば０．６ｍｍの厚さを有する。第２の層は、好ましくは１．８ｍｍ−２．２ｍｍの範囲内、より好ましくは１．９ｍｍ−２．１ｍｍの範囲内の厚さを有し、より好ましくは、第２の層２６は２．０ｍｍの厚さを有する。サブピクセルとも見なし得る各電極２８に対し、読み出しユニット２９内に相異なるエネルギーウィンドウ用の複数の計数チャンネルが実装される。すなわち、電極２８ごとに複数の計数チャンネルが設けられ、電極２８の各計数チャンネルが或る特定のエネルギーウィンドウの光子をカウントする。例えば、電極２８ごとに４つの計数チャンネルが設けられる。
【００４７】
エネルギー分解検出システムのこの実施形態及び後述の実施形態は、高い計数レートが可能である。
【００４８】
計数チャンネル３３及び積分チャンネル３２の検出信号は、関心領域の画像を生成するために画像生成装置１０に伝送される。この再構成のため、これらの検出信号から、計算ユニット１２が、例えば関心領域内の様々な物質の吸収特性、コンプトン効果成分、光電効果成分、及び／又はＫエッジ成分等を表す様々な減衰成分を決定する。これらの減衰成分のうちの少なくとも１つが、決定された減衰成分のうちの少なくとも１つを用いて関心領域の画像を再構成する再構成ユニット１３に伝送される。選択的に、再構成ユニット１３は１つの減衰成分のみを用いて関心領域の画像を再構成する。そのような画像は、決定されたその他の減衰成分に対応するその他の効果の影響により乱されず、アーチファクトが抑制され且つ品質が向上された関心領域の画像が得られる。
【００４９】
計算ユニット１２による減衰成分の決定は、例えば、R.E.Alvarez、A.Macovski、「Energy-selective  reconstructions  in  X-ray  Computerized  Tomography」、Phys.  Med.  Biol.、1976年、第21巻、第5号、p.733-744から既知である。関心領域は相異なる方向から放射線４によって照射されており、且つこれらの方向の各々に対して少なくとも１つの減衰成分が決定されているので、再構成ユニット１３は、関心領域の画像を再構成するために、フィルタ補正逆投影法のような標準的なコンピュータ断層撮影再構成技術を用いることができる。
【００５０】
次に、図３に示すフローチャートを参照して、関心領域を撮像する方法を説明する。
【００５１】
段階１０１にて、対象物は移動されずに、Ｘ線源２が回転軸すなわちｚ方向の周りを回転する。すなわち、Ｘ線源２が対象物の周りを円形軌道に沿って進行する。他の一実施形態においては、Ｘ線源２は対象物に対して、例えば螺旋軌道といった別の軌道に沿って移動してもよい。Ｘ線源２は、対象物を少なくとも関心領域内で横切る多色Ｘ放射線を放射する。対象物は、例えば患者のヒト心臓であり、選択的に、主ｘ線エネルギーの範囲内にＫエッジを有するヨウ素又はガドリニウムをベースとする造影剤のような造影剤が前もって注入される。対象物、そして場合により対象物内の物質を通過したＸ放射線４がエネルギー分解検出システム６によって検出され、該検出システム６がエネルギー分解された検出信号を生成する。
【００５２】
段階１０２にて、計算ユニット１２が少なくとも１つの減衰成分を決定する。この少なくとも１つの減衰成分は、本実施形態においては、例えば、対象物内の造影剤のＫエッジ成分である。それに代えて、あるいは加えて、コンプトン効果成分、光電効果成分、又は関心領域内の異なる物質のＫエッジ成分のような、その他の減衰成分が計算ユニット１２によって決定されてもよい。
【００５３】
段階１０３にて、再構成ユニット１３が、例えば決定された造影剤のＫエッジ成分を用いて、関心領域の画像を生成する。それに代えて、あるいは加えて、画像は、段階１０２にて決定されたその他の減衰成分のうちの１つを用いて再構成されてもよい。
【００５４】
再構成された画像は、例えば、ビーム硬化の影響を有さず、故に、定量的に分析され得る。また、画像は、物質分解を提供し、既知のコンピュータ断層撮影システムによって再構成された画像のコントラスト−雑音比より高いコントラスト−雑音比を有する。
【００５５】
次に、図４に示すフローチャートを参照して、放射線を検出するエネルギー分解検出システムの製造方法を説明する。
【００５６】
段階２０１にて、放射線の一部を吸収する第１の層２１を設ける。段階２０２にて、本実施形態においては放射線量子計数ユニットであり且つ放射線を電気信号に直接的に変換する直接変換材料を有する第２の層２６を設け、段階２０３にて、第２の層の電気信号を読み出す読み出しユニット２９を設ける。段階２０４にて、検出システムに入射し第２の層２６に到達する放射線が第１の層を通るように、第１の層２１及び第２の層２６を配置する。段階２０５にて、第２の層２６の電気信号を読み出すように、読み出しユニット２９を、選択的にバンプ接合によって、第２の層２６に結合する。
【００５７】
場合により段階２０１−２０５を各検出画素ユニットに対して実行し、段階２０６にて、これらの検出画素ユニットを、配列された複数の検出画素ユニットへと組み立てる。
【００５８】
他の一実施形態においては、エネルギー分解検出システムは、他の実施形態に係る検出画素ユニットの構成を有してもよい。そのような他の実施形態の１つに係る検出画素ユニット４２０を図５に概略的に示す。
【００５９】
検出画素ユニット４２０は第１の層４２１を有し、第１の層４２１は、放射線ユニット２の放射線４が第１の層４２１の表面４２２に突き当たるように配置されている。第１の層４２１は、本実施形態においてはＧＯＳであるシンチレータ材料であり、放射線４の一部を吸収する。第１の層の両側面に、第１の層４２１内で生成された光を検出するように、光検出ユニット４２３ａ、４２３ｂが配置されている。各光検出ユニット４２３ａ、４２３ｂは、放射線４の入射方向に対して実質的に平行に配置された光検出面４２５ａ、４２５ｂを有し、光検出ユニット４２３ａ、４２３ｂ内での直接変換が抑制される。また、検出画素ユニット４２０は、検出画素ユニット４２０への放射線入射が光検出ユニット４２３ａ、４２３ｂに直接的に衝突することを低減するための遮蔽体４２４ａ、４２４ｂを有し、放射線４による光検出ユニット４２３ａ、４２３ｂの直接的な影響が抑制される。第１の層４２１、光検出ユニット４２３ａ、４２３ｂ、及び遮蔽体４２４ａ、４２４ｂは、それぞれ、図２に示した検出画素ユニット２０の第１の層２１、光検出ユニット２３ａ、２３ｂ、及び遮蔽体２４ａ、２４ｂに対応するので、検出画素ユニット４２０のこれらの部分の更なる詳細な説明については、検出画素ユニット２０の対応する部分の説明を参照されたい。
【００６０】
検出画素ユニット４２０は更に第２の層４２６を有し、第１の層４２１及び第２の層４２６は、検出画素ユニット４２０に入射し且つ第２の層４２６に到達する放射線４が第１の層４２１を通るように配置されている。第１の層４２１及び第２の層４２６は互いに隣接するように配置される。第２の層４２６はシンチレータ材料、特に、高速シンチレータ材料を有する。高速シンチレータ材料とは、単量子計数を可能にするシンチレータ材料である。高速シンチレータ材料は、例えば、珪酸ルテチウム（ＬＳＯ）又は珪酸ルテチウムイットリウム（ＬＹＳＯ）である。
【００６１】
第２の層４２６は、複数の区画４３４に区分け（セグメント化）されており、第２の層４２６の各区画４３４は、光クロストークを防止するため、遮光体４３５によって第２の層４２６のその他の区画に対して光的に遮蔽されている。遮光体４３５は選択的に、好ましくは高反射材料（例えば、二酸化チタン）で被覆された金属板である。各区画４３４は高速フォトダイオード４３７に光的に結合されている。高速フォトダイオードとは、第２の層４２６とともに好ましくは単量子計数を可能にするフォトダイオードである。高速フォトダイオードは好ましくは、１０ＭＨｚより大きい帯域幅を有する。第２の層及び高速フォトダイオードは、本実施形態において、放射線量子計数ユニットを形成する。高速フォトダイオード群４３７は、本実施形態においてはバンプ群４３１を介して、読み出しユニット４２９の計数チャンネル群４３３に結合されている。読み出しユニット４２９は更に、積分チャンネル４３２を有する。読み出しユニット４２９及びその様々な部分は、図２を参照して説明した読み出しユニット２９及びその様々な部分に対応し、特に、読み出しユニットは少なくとも２つのエネルギーウィンドウを提供し、各エネルギーウィンドウ内の放射線量子をカウントするように適応される。読み出しユニット４２９の更なる詳細な説明は、上述の説明を参照されたい。
【００６２】
続いて、図６に示すフローチャートを参照して、本発明に従った放射線を検出するエネルギー分解検出システムの製造方法を説明する。
【００６３】
段階３０１にて、放射線の一部を吸収する好ましくはシンチレータ材料を有する第１の層２１を設け、段階３０２にて、第２の層を設ける。第２の層は、当該第２の層に到達する放射線に応じて光信号を生成するシンチレータ材料を有し、第２の層のシンチレータ材料は好ましくはセグメント化される。そして、段階３０３にて、第２の層内で生成された光信号を検出する高速光検出ユニットを設ける。第２の層及び高速光検出ユニットは、本実施形態において、放射線量子計数ユニットを形成する。故に、段階３０２及び３０３は、放射線量子計数ユニットを設けるための単一の段階に結合され得る。設けられた第２の層のシンチレータ材料及び高速光検出ユニットは、好ましくは、単一放射線量子計数を可能にするように適応される。さらに、段階３０４にて、高速光検出ユニットを読み出す読み出しユニットを設ける。
【００６４】
段階３０５にて、検出システムに入射し第２の層に到達する放射線が第１の層を通るように、第１の層及び第２の層を配置する。段階３０６にて、好ましくは検出された放射線量子の各々が１つのエネルギーウィンドウに割り当てられ且つ各エネルギーウィンドウ内の放射線量子の数が計数されるように高速光検出ユニットを読み出すよう、読み出しユニットを高速光検出ユニットに結合する。相異なるエネルギーウィンドウ内の放射線量子数の分布がエネルギー分解検出信号として提供される。
【００６５】
場合により、複数の検出画素ユニットを作り出すため、特に、複数の検出画素ユニット４２０を作り出すため、段階３０１−３０６を複数回繰り返し、段階３０７にて、これらの検出画素ユニットを、エネルギー分解検出システムの、配列された複数の検出画素ユニットへと組み立てる。
【００６６】
上述の実施形態においては選択的に対象物に造影剤が注入されるが、関心領域の画像は、造影剤が関心領域内に存在しない場合にも再構成され得る。また、上述の実施形態においては対象物は選択的に患者のヒト心臓であるが、撮像システムは技術的対象物の画像を再構成するために使用されてもよく、エネルギー分解検出システムは技術的対象物を通過後の放射線を検出するために使用されてもよい。本発明は、例えば、非破壊検査、荷物検査、又は工業的な品質管理の分野にて使用され得る。
【００６７】
上述の実施形態においては第１の層はシンチレータ材料を有するが、第１の層は、入射放射線の一部を吸収する別の材料を有してもよい。例えば、第１の層は、当該第１の層で吸収された放射線をも検出するために使用され得る直接変換材料又はその他の材料を有してもよい。
【００６８】
上述の実施形態においては、第１の層に結合された光検出ユニットは、第１の層内で生成された光を検出するように、放射線の入射方向に対して垂直な方向に配置されているが、すなわち、光検出ユニットは、第１の層の側面に配置されるものとして説明されたが、第１の層内の光を検出する光検出ユニットは、第１の層と第２の層との間に配置されてもよい。すなわち、該光検出ユニットは、図２及び５に示した向きにおいて水平な面内に配置されてもよい。その場合、この水平な光検出ユニットは好ましくは、当該光検出ユニット内での直接変換を抑制するため、極めて薄くされる。故に、その厚さは、好ましくは１００μｍ未満、より好ましくは５０μｍ未満、より好ましくは２０μｍ未満にされる。特別な減衰成分について述べたが、再構成されるべき対象物の減衰を構成する任意の減衰成分が用いられてもよい。減衰成分を決定するために、少なくとも２つの基底関数が、少なくとも２つのエネルギー瓶すなわちエネルギーウィンドウとともに使用され、これら少なくとも２つのエネルギーウィンドウすなわちエネルギー瓶は、第２の層及び読み出しユニットの組み合わせのみから、あるいはこの組み合わせと第１の層、光検出ユニット、及び対応する積分チャンネルの組み合わせとから得られる。決定された減衰成分は、再構成のために使用される。少なくとも１つの減衰成分の決定及びそれに続く再構成は、例えば、P.  Sukovic等、「Basis  Material  Decomposition  Using  Triple-Energy  X-ray  computed  tomography」、IEEE  IMTC  1999に記載された方法を用いることによって実行され得る。なお、この文献をここに援用する。
【００６９】
図面、この開示及び添付の特許請求の範囲の教示を受けて請求項に係る発明を実施しようとする当業者は、開示の実施形態へのその他の変形を理解し実現することができる。
【００７０】
さらに、スペクトル情報の処理は、他の手段によって処理されてもよい。例えば、各エネルギーウィンドウの再構成及び／又は第１の吸収層の信号の再構成は、既に、改善されたコントラストを有するＸ線断層写真を提供することができてもよい。これらのＸ線断層写真への線形処理により、例えば、コントラスト−雑音比を更に高めることができる。同様に、線形処理及び非線形処理が、再構成前又は再構成後にそれぞれのエネルギーチャンネルに適用され得る。
【００７１】
請求項において、用語“有する”はその他の要素又は段階を排除するものではなく、不定冠詞“ａ又はａｎ”は複数であることを排除するものではない。
【００７２】
単一のユニットが、請求項に列挙された複数の品目の機能を果たしてもよい。また、或る特定の数のユニットによって果たされるとして記載された複数の機能が、より多くのユニット又はより少ないユニットによって、特には１つのユニットによって果たされてもよい。ユニットは、コンピュータプログラム及び／又は専用ハードウェアとして実装され得る。
【００７３】
特定の複数の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に用いられ得ないということを指し示すものではない。
【００７４】
コンピュータプログラムは、その他のハードウェアとともに、あるいはその他のハードウェアの一部として提供される、例えば光記憶媒体又は半導体媒体などの、好適な媒体に格納あるいはそれ上で流通されてもよいし、例えばインターネット又はその他の有線若しくは無線の電気通信システムを介して等、その他の形態で流通されてもよい。
【００７５】
請求項中の如何なる参照符号もその範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を検出するエネルギー分解検出システムであって：
−  前記放射線の一部を吸収する第１の層、
−  前記放射線の放射線量子をカウントする第２の層を有する放射線量子計数ユニット、
−  前記放射線量子計数ユニットに結合され、前記放射線量子計数ユニットを読み出す読み出しユニット、
を有し、
前記第１の層及び前記第２の層は、当該検出システムに入射し前記第２の層に到達する放射線が前記第１の層を通るように配置されており、
前記第１の層はシンチレータ材料を有し、且つ当該エネルギー分解検出システムは更に、前記第１の層内で生成された光を検出する光検出ユニットを有し、前記光検出ユニットは、前記放射線の入射方向に対して垂直な方向で、前記第１の層内で生成された光を検出するように配置されている、
エネルギー分解検出システム。
【請求項２】
前記第２の層は、放射線を電気信号に変換する直接変換材料を有し、且つ
前記読み出しユニットは、前記第２の層の前記電気信号を読み出すことによって前記第２の層を読み出すように、前記第２の層に結合されている、
請求項１に記載のエネルギー分解検出システム。
【請求項３】
前記光検出ユニットは、当該検出システムに入射する放射線が前記光検出ユニットによって直接的に検出されることを抑制するように遮蔽されている、請求項１に記載のエネルギー分解検出システム。
【請求項４】
前記第１の層に面する前記第２の層の第１の表面と反対側の、前記第２の層の第２の表面は、複数の電極に結合されており、
各電極は、前記複数の電極が互いに独立に読み出されることが可能なように、前記読み出しユニットに結合されている、
請求項１に記載のエネルギー分解検出システム。
【請求項５】
前記読み出しユニットは、前記光検出ユニットによって生成された電気信号を読み出すように、前記光検出ユニットに結合されている、請求項１に記載のエネルギー分解検出システム。
【請求項６】
前記第２の層は、当該第２の層に到達した放射線に依存した光信号を生成するシンチレータ材料を有し、
前記放射線量子計数ユニットは、前記第２の層によって生成された前記光信号を検出する高速光検出ユニットを有し、
前記読み出しユニットは、前記高速光検出ユニットを読み出すように、前記高速光検出ユニットに結合されている、
請求項１に記載のエネルギー分解検出システム。
【請求項７】
当該エネルギー分解検出システムは、配列された複数の検出画素ユニットを有し、各検出画素ユニットは、
−  前記放射線の一部を吸収する個別の第１の層、
−  前記放射線の放射線量子をカウントする第２の層を有する個別の放射線量子計数ユニット、
を有し、
各検出画素ユニットの前記第１の層及び前記第２の層は、当該検出システムに入射し当該第２の層に到達する放射線が当該第１の層を通るように配置されており、
前記読み出しユニットは、前記複数の検出画素ユニットの前記個別の放射線量子計数ユニットを互いに独立に読み出すように、各検出画素ユニットの前記放射線量子計数ユニットに結合されている、
請求項１に記載のエネルギー分解検出システム。
【請求項８】
請求項１に記載のエネルギー分解検出システムを有する撮像システム。
【請求項９】
放射線を検出するエネルギー分解検出システムを製造する方法であって：
−  前記放射線の一部を吸収する第１の層を設ける段階、
−  前記放射線の放射線量子をカウントする第２の層を有する放射線量子計数ユニットを設ける段階、
−  前記放射線量子計数ユニットを読み出す読み出しユニットを設ける段階、
−  前記第１の層及び前記第２の層を、前記検出システムに入射し前記第２の層に到達する放射線が前記第１の層を通るように配置する段階、
−  前記放射線量子計数ユニットを読み出すように、前記読み出しユニットを前記放射線量子計数ユニットに結合する段階、
を有し、
前記第１の層はシンチレータ材料を有し、前記第１の層内で生成された光を検出するための光検出ユニットが設けられ、前記光検出ユニットは、前記放射線の入射方向に対して垂直な方向で、前記第１の層内で生成された光を検出するように配置される、
方法。
【国際調査報告】
2010513908.tif 000009
2010513908.tif 000010