(57)【要約】本発明は、複数のピクセルを備え、各ピクセルは１つまたは複数のサブピクセル（９）から形成され、各サブピクセル（９）は入射するＸ線を電気信号に直接に変換するための検出器材料（１）を有し、各サブピクセル（９）には電気信号を対応するディジタル信号に変換するための変換装置（４）が付設され、ディジタル信号を処理して、ピクセルに入射したＸ線量子の個数および／またはエネルギーを表すディジタルの全信号を形成するためのディジタル信号処理装置が存在するＸ線検出器に関する。
2006519368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のピクセルを備え、
各ピクセルは１つまたは複数のサブピクセル（９）から形成され、
各サブピクセル（９）は入射するＸ線を電気信号に直接に変換するための検出器材料（１）を有し、
各サブピクセル（９）には電気信号をディジタル信号に変換するための変換装置（４）が付設され、
ディジタル信号を処理して、ピクセルに入射したＸ線量子の個数および／またはエネルギーを表すディジタルの全信号を形成するためのディジタル信号処理装置が存在する
ことを特徴とするＸ線検出器。
【請求項２】
ディジタル信号処理装置は、１つのピクセルを形成するサブピクセル（９）の個数の設定および／またはピクセル当たりに評価のために使用すべきサブピクセル（９）の個数の選択のための手段を有することを特徴とする請求項１記載のＸ線検出器。
【請求項３】
１つまたは複数のサブピクセル（９）の故障により低下した全信号を補正するための補正装置が存在することを特徴とする請求項１又は２記載のＸ線検出器。
【請求項４】
補正装置は、既知のＸ線強度による照射時に発生した全信号と予め設定された全信号または他のピクセルの全信号の最大値とを比較するための比較器を有することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載のＸ線検出器。
【請求項５】
補正装置は、全信号の測定に使用されたサブピクセル（９）の選択を変更するための手段を有することを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載のＸ線検出器。
【請求項６】
検出器材料は、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛、ヨウ化水銀であることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載のＸ線検出器。
【請求項７】
予め設定された個数のピクセルおよびそれらのサブピクセル（９）に付設された変換装置（４）は、交換可能な検出器モジュール（８）として構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載のＸ線検出器。
【請求項８】
ディジタル信号処理装置は検出器モジュール（８）の構成部分であることを特徴とする請求項７記載のＸ線検出器。
【請求項９】
補正装置は検出器モジュール（８）の構成部分であることを特徴とする請求項７又は８記載のＸ線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＸ線検出器に関する。特に、本発明は、コンピュータ断層撮影装置や、乳房撮影法または血管撮影法のためのＸ線装置のごときＸ線検査用のＸ線検出器に関する。
【０００２】
公知のＸ線検査装置のＸ線検出器は測定要求が異なるために異なっている。Ｘ線検出器は、特に空間分解能および時間分解能に関して、検出器面積、量子効率および読出速度が特に適合化されている。公知のＸ線検出器のモジュール構造の場合でも、種々のＸ線検査装置において検出器モジュールが交換可能でない。それぞれの測定要求に合わせた検出器モジュールの開発、製造および調達は高い費用を必要とする。
【０００３】
欧州特許出願公開第０８１９４０６号明細書はコンピュータ断層撮影装置を開示する。これにおいては検出器が多数の平行な検出器行から構成され、検出器行はそれぞれ並べて配置された検出器要素から形成されている。検出器行はそれぞれ多数の検出器モジュールから構成されている。提案されている検出器モジュールは特にコンピュータ断層撮影装置用の検出器の必要条件に適合化されている。この検出器モジュールは他のＸ線検査装置の製造に普遍的に適していない。
【０００４】
独国特許出願公開第１９９３５０９３号明細書から多行検出器を備えたコンピュータ断層撮影装置が知られている。各行は多数の並べて配置された検出器要素からなる。各検出器要素はシンチレータセラミックスおよびその後に配置されたフォトダイオードからなる。検出器の後に配置された電子装置の費用低減のために、検出器要素はグループごとに電子装置に接続されて分離されている。
【０００５】
独国特許出願第１９５０２５７４号明細書は、Ｎ行を有する平面状検出器を備えたコンピュータ断層撮影装置を開示している。各行はＭ個の並べて配置された検出器要素か構成される。読出し、データ速度および再構成に関する平面状検出器の複雑性を実現可能な程度に低減するために、複数行の検出器要素が一緒に接続されている。一緒に接続された検出器要素は１つの検出器列を構成する。一緒の接続は検出器要素のアナログ出力信号を加算する。加算された出力信号は、後続接続された電子装置においてディジタル化され、継続処理されて画像情報となる。
【０００６】
独国特許第１９６００１１５号明細書から平面状検出器を備えたコンピュータ断層撮影装置が知られている。平面状検出器は、ここでも検出器要素のマトリックスから形成されている多数の部分検出器から構成されている。後続配置された電子装置の性能に関して平面状検出器の読出しを最適化するために、各部分検出器の検出器要素を順次読出すことが提案されている。
【０００７】
独国特許出願第１０１０６２２１号明細書は、マトリックス状に配置された検出器要素が半導体材料から形成されるＸ線検出器を開示している。吸収されたＸ線量子は、その吸収に従って、吸収されたエネルギーにほぼ比例する電荷量を有する電荷信号に直接的に変換される。大きな動的範囲において測定を最適化するために、検出器要素の後に接続された評価ユニットにおいて、発生した電荷信号に対してカウント法と積分法とを並行して実施することが提案されている。両方法の結果は、データ処理ユニットにおいて共通に使用され、Ｘ線の吸収された量の全結果を算出するために使用される。提案された検出器はモジュール構造にされているが、それにもかかわらず、そのモジュールは種々のＸ線検査装置の製造に普遍的に適していない。
【０００８】
本発明の課題は従来技術による欠点を除去することにある。特に、本発明は、構成部品として種々のＸ線検査装置の製造に適した普遍的なＸ線検出器を提供するものである。
【０００９】
この課題は請求項１の特徴事項によって解決される。本発明の望ましい実施態様は請求項２乃至８の特徴事項から得られる。
【００１０】
本発明に従って、
複数のピクセルを備え、
各ピクセルは１つまたは複数のサブピクセルから形成され、
各サブピクセルは入射するＸ線を電気信号に直接に変換するための検出器材料を有し、
各サブピクセルには電気信号を対応するディジタル信号に変換するための変換装置が付設され、
ディジタル信号を処理して、ピクセルに入射したＸ線量子の個数および／またはエネルギーを表すディジタルの全信号を形成するためのディジタル信号処理装置が存在する
Ｘ線検出器が提供される。
【００１１】
本発明により提案されたＸ線検出器は普遍性を有する。ディジタル信号処理装置を設けることによって、ピクセルのサイズおよび場合によってはサブピクセルの加算によって生じる全信号がその都度の測定要求に合わせられる。本発明により提案されたＸ線検出器はコンピュータ断層撮影およびＸ線撮影に同じように使用することができる。
【００１２】
「ピクセル」とは、本発明においては、１つのサブピクセルまたは一群のサブピクセルであると解される。複数のＸ線検出器要素から供給されたディジタル信号は、ディジタル信号処理装置により予め与えられたプログラムに従って加算されてディジタルの全信号となる。１つのピクセルが一群のサブピクセルから形成されている場合、故障したサブピクセルによる誤差を識別して補正することができる。ピクセルの機能は、１つまたは複数のサブピクセルの故障にもかかわらず維持される。本発明により提案されたＸ線検出器は特に信頼性が高く長持ちする。
【００１３】
ディジタルの全信号はピクセルの信号であり、ＥＤＶ装置の画面における画素またはそれから作られた表現を作成するためのピクセルとして役立つ。
【００１４】
「電気信号」とは特に電荷信号と解される。このような電荷信号は、Ｘ線量子の吸収時に直接変換材料、例えばＧａＡｓ，ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅの如き半導体もしくはＳｅ，ＰｂＩ２またはＰｂＯの如き光導電体により生じさせられる。
【００１５】
ディジタル信号処理装置は、１つのピクセルを形成するサブピクセルの個数の設定および／またはピクセルごとに評価のために使用されたサブピクセルの個数の選択のための手段を有すると望ましい。設定のための手段により、１つのピクセルを形成するサブピクセルのサイズおよび／または配置が決定される。設定のための手段は予め与えられた固定のプログラムであってよい。この場合に１つのピクセルを形成するサブピクセルの個数および／または配置は、特に必要なデータ伝送速度Ｒに応じて設定される。次式が当てはまる。
Ｒ＝ｂ×ｆ×Ａ／（ｃ×ｄ2）
ただし、
ｂは、ビット深さ、
ｆは、秒当たりの画像で表した撮影周波数、
Ａは、Ｘ線検査面積、
ｃは、一緒に接続されたサブピクセルの個数、
ｄは、サブピクセルの辺の寸法。
【００１６】
値ｃは、辺の寸法ｄを有するサブピクセルが一緒に接続されて１つのピクセルを構成するサブピクセルの個数を決定する。本発明により提案されたＸ線検出器はコンピュータ断層撮影にもＸ線撮影にも適している。ｂ＝１６のビット深さ、ｆ＝５０００画像／秒の撮影周波数、５００ｃｍ2のＸ線検査面積および１ｍｍ2のピクセルサイズ（ｃ×ｄ2）を有するコンピュータ断層撮影用のＸ線検出器については、４Ｇｂ／秒のデータ伝送速度Ｒが生じる。ｂ＝１４のビット深さ、ｆ＝３０画像／秒の撮影周波数、Ａ＝４０ｃｍ2のＸ線検査面積および１００μｍ2のピクセルサイズ（ｃ×ｄ2）を有するＸ線撮影用のＸ線検出器については、６．７２Ｇｂ／秒のデータ伝送速度Ｒが生じる。これは、本発明によるＸ線検出器により、測定要求の他の範囲も網羅することができることを示す。
【００１７】
他の実施態様の特徴によれば、１つまたは複数のサブピクセルの故障により低下した全信号を補正するための補正装置が設けられている。これは相応のプログラム可能な集積スイッチング回路であり、この回路は１つのピクセルから供給された全信号を予め設定された全信号と比較する。変化が検出されると、予め与えられたプログラムに応じてピクセル内のサブピクセルの指定変更を指示することができる。しかしながら、低下した全信号を測定された偏差に応じて補正もしくは正規化することも可能である。
【００１８】
補正装置は、既知のＸ線強度による照射時に発生した全信号と予め設定された全信号または他のピクセルの全信号の最大値とを比較するための比較器を有すると望ましい。補正のために、補正装置は全信号の測定に使用されたサブピクセルの選択を変更するための手段も有するとよい。
【００１９】
他の実施態様によれば、検出器材料は、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛、ヨウ化水銀である。これらの物質同士または他の物質との混合物であってもよい。検出器材料は意図された測定目的のために必要な検出量子効率（ＤＱＥ）を保証する厚みで存在すると望ましい。コンピュータ断層撮影用のＸ線検出器においては、１．４ｍｍ厚のテルル化カドミウムの場合に９０％以上の必要な検出量子効率ＤＱＥが達成される。検出器材料の厚みは検出器要素が種々の測定目的に同じように使用可能であるように選定されていると望ましい。
【００２０】
他の実施態様の特徴によれば、予め設定された個数のピクセルおよびそれらのサブピクセルに付設された変換装置は、交換可能な検出器モジュールとして構成されている。このような検出器モジュールは、例えばＸ線コンピュータ断層撮影装置用の検出器の製造にもＸ線撮影装置用の検出器の製造にも同じように適している。この関係において、ディジタル信号処理装置および／または補正装置が検出器モジュールの構成部分であると好ましい。
【００２１】
以下において本発明を図面に基づいて更に詳細に説明する
図１は第１の検出器要素の概略構成を示し、
図２は第２の検出器要素の概略構成を示し、
図３は第１の配線を施された検出器モジュールの概略構成を示し、
図４は第２の配線を施された図３による検出器モジュールの概略構成を示し、
図５は第１のモジュールを備えたＸ線平面状検出器を示し、
図６は第２のモジュールを備えたＸ線平面状検出器を示す。
【００２２】
図１は第１の検出器要素を概略的に示す。吸収されたＸ線量子のエネルギーを電荷信号に直接的に変換するための材料から形成された直接変換層１（例えばＣｄ（Ｚｎ）Ｔｅ）上には、（ここには図示されていない）線源の方に向けられる第１の電極２が設けられている。直接変換層１の反線源側にはパターン化された第２の電極３があり、第２の電極３はＣＭＯＳ計数電子装置４に接触している。ＣＭＯＳ計数電子装置４はボンディングワイヤ５を介して支持体基板６上の（図示されていない）導体路に接続されている。
【００２３】
図２に示された第２の検出器要素は、図１に示された第１の検出器要素と似たように構成されている。ここではＣＭＯＳ計数電子装置４がボールグリッドアレイ７を介して支持体基板６に接続されている（「スルーホール接続されている」）。
【００２４】
図３および図４はＸ線検出器モジュール８の平面図を示し、複数の配線変形例Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩが示されている。検出器面もしくはセンサ面Ａを有するＸ線検出器モジュール８は、それぞれ１６個の検出器要素からなる。各検出器要素は辺長ｄを有する正方形のサブピクセルを形成する。図３に配線変形例Iとして示されている最も簡単な場合、各ピクセルは１つのサブピクセル９だけからなる（ビンニングｃ＝１、ビット幅ｂ＝４にて伝送すべき１６個のピクセル）。この場合に各検出器要素から供給されたディジタル信号はピクセルの全信号として解釈されて継続処理される。
【００２５】
ディジタル信号処理装置はＣＭＯＳ計数電子装置の後に接続された別個の装置である。しかし、このディジタル信号処理装置はＣＭＯＳ電子装置と共に単一の構成部分にまとめることもできる。このことはディジタル信号処理装置がプログラム可能である場合に特に有利である。この場合に、本発明によるＸ線検出器は同一のハードウェア構成で作ることができる。測定要求に応じてＸ線検出器はディジタル信号処理装置により相応に構成することができる。ディジタル信号処理装置は、例えば高分解能を得るために、各サブピクセルが１つのピクセルを形成するようにプログラムすることができる。
【００２６】
同様に図３に示された代替としての配線変形例ＩＩにおいては、ピクセルは、一緒に接続された４つのピクセル９から形成されている（ビンニングｃ＝４）。従って、この場合にＸ線検出器モジュール８は４つのピクセルを有する。各ピクセルはビット幅ｂ＝６を伝送する。検出器要素から供給されたディジタル信号は、ディジタル信号処理装置によりビット幅ｂ＝６のカウンタ内で加算され、ピクセルの全信号として継続処理される。サブピクセル９が故障したとき、これはゲイン偏差として補正される。「ビンニング」はこれらの図においてそれぞれ鎖線で示されている。
【００２７】
図４に示された配線変形例ＩＩＩにおいて、Ｘ線検出器モジュール８は全体として１つのピクセルだけを形成している（ビンニングｃ＝１６）。ここでは１６個の全てのサブピクセルが一緒に接続されている。１つのピクセルだけが伝送されなければならない。この場合には伝送されるビット幅はｂ＝８である。
【００２８】
例えばＸ線コンピュータ断層撮影や他の用途に適したＸ線検出器モジュール８の具体的構成のためには、５０〜２００μｍの範囲の、好ましくは１００μｍの辺長を有するサブピクセルを用意すると望ましい。１００μｍの辺長の場合に１ｍｍ2のピクセルサイズを有する１つのピクセルを実現するためには、１００個のサブピクセルが一緒に接続される。Ｘ線検出器モジュールの全サイズは、例えば数センチメートルの辺長の範囲、例えば５×２ｃｍ2である。このようなモジュールは１００００個のサブピクセルを含み、１ｍｍの辺長を有する１０００個のピクセルに相当する。この場合に単一のサブピクセル９の故障は１％の大きさのゲイン誤差を生じるが、これは画質を損なうことなく補償可能である。
【００２９】
ＣＭＯＳ計数電子装置がプログラム可能であるならば、本発明により提案されたＸ線検出器モジュール８は特に有利で且つ普遍性を有する。この場合にプログラミングにより、一緒に接続されるサブピクセル９のサイズおよび個数に関する設定を行うことができる。Ｘ線検出器モジュール８はそのようにして簡単にその都度の測定目的に合わせることができる。
【００３０】
図５および図６は、Ｘ線平面状検出器を構成するための多数のモジュールつまりＸ線検出器モジュール８の配置を概略的に示す。図５に示された実施例では、Ｘ線検出器モジュール８のリード線は横方向に、特にＸ線平面状検出器の長い方の側面に引き出され、導線１２（電源入力線およびデータ入出力線）にまとめられる。これらの導線はディジタルコントローラ１０に導かれ、ディジタルコントローラ１０のデータ出力は１３にて示されている。
【００３１】
図６に示された他の実施例においては、Ｘ線検出器モジュール８はその裏面で電気的に接続され導線１２（電源入力線およびデータ入出力線）によりディジタルコントローラ１０に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１の検出器要素の概略構成を示す断面図
【図２】第２の検出器要素の概略構成を示す断面図
【図３】第１の配線を施された検出器モジュールの概略構成を示す平面図
【図４】第２の配線を施された図３による検出器モジュールの概略構成を示す平面図
【図５】第１のモジュールを備えたＸ線平面状検出器を示す平面図
【図６】第２のモジュールを備えたＸ線平面状検出器を示す平面図
【符号の説明】
【００３３】
１        直接変換器層
２        第１の電極
３        第２の電極
４        ＣＭＯＳ計数電子装置
５        ボンディングワイヤ
６        支持体基板
７        ボールグリッドアレイ
８        Ｘ線検出器モジュール
９        サブピクセル
１０        ディジタルコントローラ
１１        ディジタル出力
１２        導線
１３        データ出力
Ａ          検出器面（センサ面）
ｄ          辺長
【図１】
2006519368.tif 000003
【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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【国際調査報告】
2006519368.tif 000009
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2006519368.tif 000011
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