(57)【要約】【課題】陽極照射型検出器モジュールを下流の回路に接続する際に用いるのに適した相互接続構造を提供する。【解決手段】特定の実施形態では、相互接続構造は、低い原子番号の材料又はポリマー材料をベースとし又はそれらを含み、及び／又は該相互接続構造による放射線の減弱を最小にし又は小さくするようにな密度又は厚さで形成される。【選択図】図１
2013054030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射放射線に応答して直接的に電気信号を生成する直接変換材料で構成された複数の検出器素子と、
各検出器素子についてそれぞれ設けられたそれぞれの陽極であって、各陽極は、入射放射線がそれぞれの検出器素子に到達する前に該陽極を通過するように、それぞれの検出器素子の上に配置されている、当該それぞれの陽極と、
前記陽極と電気的接触状態にあるアルミニウム又は銅の相互接続パッドを有する可撓性の回路構造であって、１つ以上のポリマー組成物層を有している可撓性の回路構造と、
前記それぞれの陽極と前記可撓性の回路構造とを電気的に接続する相互接続構造と、
を有する放射線検出器。
【請求項２】
前記複数の検出器素子は、テルル化カドミウム、テルル化カドミウム亜鉛、砒化ガリウム、又は沃化水銀の内の１つから形成されている、請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
更に、前記可撓性の回路構造を介して前記複数の検出器素子と通信する特定用途向け集積回路を有している請求項１記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記複数の検出器素子が機械的基板上に取り付けられている、請求項１記載の放射線検出器。
【請求項５】
更に、一種類の電気ソケット又は接続部と別の種類ものとの間の経路を形成するためのインターポーザーを有している請求項１記載の放射線検出器。
【請求項６】
更に、前記それぞれの陽極とは反対側の前記複数の検出器素子の表面上に配置された連続電極を有している請求項１記載の放射線検出器。
【請求項７】
更に、入射放射線が前記複数の検出器素子に到達する前に入射放射線をコリメートするように構成されたコリメータを有している請求項１記載の放射線検出器。
【請求項８】
前記複数の陽極が銅又はアルミニウムから形成されている、請求項１記載の放射線検出器。
【請求項９】
前記可撓性の回路構造は約１５μｍ〜約４０μｍの厚さを持っている、請求項１記載の放射線検出器。
【請求項１０】
前記相互接続構造は、黒鉛粒子を含有するエポキシ材料を有している、請求項１記載の放射線検出器。
【請求項１１】
前記相互接続構造は、レーザで形成された複数のコンタクト・ポイントを有している、請求項１記載の放射線検出器。
【請求項１２】
前記相互接続構造が非導電性接着剤を有しており、前記非導電性接着剤が薄くされ又は収縮したときに前記非導電性接着剤を通って導電性コンタクトが形成される、請求項１記載の放射線検出器。
【請求項１３】
前記相互接続構造は、導電性粒子を含む異方性導電フィルムを有している、請求項１記載の放射線検出器。
【請求項１４】
前記１つ以上のポリマー組成物層は、一層当り６０μｍ以下のフレックス厚さを持っている、請求項１記載の放射線検出器。
【請求項１５】
放射線検出器を形成する方法であって、
複数の検出器素子の各々の上に、アルミニウム又は銅の陽極を形成する段階であって、各検出器素子が、入射放射線に応答して直接的に電気信号を生成する直接変換材料を有してている、段階と、
それぞれの陽極に、１つ以上のポリマー組成物層を有する可撓性の回路構造のそれぞれのアルミニウム又は銅の相互接続パッドを電気的に接続する段階と、
前記可撓性の回路構造を、前記複数の検出器素子から信号を取得するのに適した読出し回路に電気的に接続する段階と、
を有する方法。
【請求項１６】
前記それぞれの陽極に前記それぞれのアルミニウム又は銅の相互接続パッドを電気的に接続する前記段階は、各々の陽極とそれぞれの相互接続パッドとの間に、黒鉛粒子を含有するエポキシ材料を適用する段階を含んでいる、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記それぞれの陽極に前記それぞれのアルミニウム又は銅の相互接続パッドを電気的に接続する前記段階は、各々の陽極とそれぞれの相互接続パッドとの間に、それぞれのコンタクト・ポイントをレーザで形成する段階を含んでいる、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
前記それぞれの陽極に前記それぞれのアルミニウム又は銅の相互接続パッドを電気的に接続する前記段階は、前記可撓性の回路構造と前記複数の検出器素子との間に非導電性接着剤層又は異方性導電フィルムを設ける段階を含んでいる、請求項１５記載の方法。
【請求項１９】
直接変換放射線検出器と、前記放射線検出器と通信関係にあるデータ取得システムと、前記データ取得システムの動作を制御する制御装置とを有するイメージング・システムであって、
前記放射線検出器が１つ以上の検出器モジュールを有し、各検出器モジュールが、
入射放射線に応答して直接的に電気信号を生成する複数の検出器素子と、
複数のアルミニウム又は銅の相互接続パッドを持ち、各パッドがそれぞれの検出器素子の放射線通路内に配置された陽極と電気的接触状態にあるようにした可撓性の回路構造であって、１つ以上のポリマー組成物層を含んでいる可撓性の回路構造と、
前記それぞれの陽極と前記可撓性の回路構造とを電気的に接続する相互接続構造とを有していること、
を特徴とするイメージング・システム。
【請求項２０】
前記相互接続構造は、黒鉛粒子を含有するエポキシ材料を有している、請求項１９記載のイメージング・システム。
【請求項２１】
前記相互接続構造は、レーザで形成された複数のコンタクト・ポイントを有している、請求項１９記載のイメージング・システム。
【請求項２２】
前記相互接続構造は、前記可撓性の回路構造と前記複数の検出器素子との間に非導電性接着剤層又は異方性導電フィルムを有している、請求項１９記載のイメージング・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極照射型放射線検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非侵襲性イメージング技術では、被検体（例えば、患者又は対象物）に侵襲性処置を行うことなく被検体の内部構造の画像を得ることができる。非侵襲性イメージング・システムは、関心のある被検体（例えば、患者又は製造品）を通しての又は該被検体からの放射線の送出及び検出に基づいて動作することができる。例えば、（マンモグラフィ、Ｘ線透視法、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）等のような）Ｘ線に基づくイメージング技術では、典型的には、被検体にＸ線を透過させる外部Ｘ線源と、該Ｘ線源とは反対側に配置されていて、被検体を透過したＸ線を検出する検出器とを利用する。ポジトロン放出型断層撮影法（ＰＥＴ）又は単一光子放出型コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）のような、他の放射線に基づくイメージング方法では、患者に投与され、その結果として患者の身体内の場所からガンマ線を放出する放射性医薬品を利用することができる。この場合、放出されたガンマ線が検出されて、ガンマ線放出場所が突き止められる。
【０００３】
従って、このような放射線に基づくイメージング方法では、放射線検出器はイメージング・プロセスの不可欠な部分であり、関心のある画像を生成するために用いられるデータの取得を可能にする。特定の放射線検出方式では、放射線は、エネルギの高いガンマ線又はＸ線を光学的な光子（例えば、可視光）へ変換するシンチレーション材料を使用することによって検出することができ、次いで、光学的な光子は、フォトダイオードのような光検出装置によって検出することができる。他の検出方式では、Ｘ線又はガンマ線エネルギを検出器装置内で直接的に電気信号へ変換することができ、これらの電気信号は電子的に読み出される。
【０００４】
これらの直接変換放射線検出器の内のある特定のものでは、放射線は、検出器内のセンサ素子に到達する前に検出器パッケージの電極又は他の材料を通過する。このような方式では、パッケージ材料が、測定している放射線を、センサに達する前に減弱させることがある。この態様では、放射線信号がセンサ・パッケージによって損失を生じて、これにより検出器効率の損失又は低減が生じることがある。その結果、この損失を受けた信号を補償するために、検出器のセンサ素子に到達する信号レベルを所望のレベルに維持するように一層高い放射線照射線量が用いられることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７３２７０２２号
【発明の概要】
【０００６】
一実施形態によれば、放射線検出器を提供する。当該放射線検出器は、入射放射線に応答して直接的に電気信号を生成する直接変換材料で構成された複数の検出器素子を有する。当該放射線検出器はまた、各検出器素子についてそれぞれの陽極を有する。各陽極は、入射放射線が該陽極を通過した後にそれぞれの検出器素子に達するように、それぞれの検出器素子の上に配置される。当該放射線検出器はまた、前記陽極と電気的接触状態にあるアルミニウム又は銅の相互接続パッドを有する可撓性の回路構造を含む。該可撓性の回路構造は、１つ以上のポリマー組成物層を有する。当該放射線検出器はまた、前記それぞれの陽極と前記可撓性の回路構造とを電気的に接続する相互接続構造を有する。
【０００７】
また、放射線検出器を形成する方法を提供する。当該方法の一実施形態によれば、複数の検出器素子の各々の上に、アルミニウム又は銅の陽極を形成する。各検出器素子は、入射放射線に応答して直接的に電気信号を生成する直接変換材料で構成する。それぞれの陽極は、１つ以上のポリマー組成物層を有する可撓性の回路構造のそれぞれのアルミニウム又は銅の相互接続パッドと電気的に接続する。前記可撓性の回路構造は、前記複数の検出器素子からの信号を取得するのに適した読出し回路に電気的に接続する。
【０００８】
一実施形態によれば、イメージング・システムを提供する。当該イメージング・システムは、直接変換放射線検出器と、前記放射線検出器と通信関係にあるデータ取得システムと、前記データ取得システムの動作を制御する制御装置とを有する。前記放射線検出器は１つ以上の検出器モジュールを有する。各検出器モジュールは、入射放射線に応答して直接的に電気信号を生成する複数の検出器素子と、各々がそれぞれの検出器素子の放射線通路内に配置された陽極と電気的接触状態にある複数のアルミニウム又は銅の相互接続パッドを持つ可撓性の回路構造であって、１つ以上のポリマー組成物層を含んでいる可撓性の回路構造と、前記それぞれの陽極と前記可撓性の回路構造とを電気的に接続する相互接続構造とを有する。
【０００９】
本発明のこれらの及び他の特徴及び面は、添付の図面を参照して以下の詳しい説明を読むことによって一層良く理解されよう。図面では、同じ参照符号は図面全体を通じて同じ部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一面に従った、信号及び／又はデータ伝送を取り入れることのできる一般的なイメージング・システムの一実施形態を例示するブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一面に従った、信号及び／又はデータ伝送を取り入れることのできるＸ線イメージング・システムの一実施形態を例示するブロック図である。
【図３】図３は、本発明の一面に従った、信号及び／又はデータ伝送を取り入れることのできるポジトロン放出型断層撮影／単一光子放出型コンピュータ断層撮影（ＰＥＴ／ＳＰＥＣＴ）イメージング・システムの一実施形態を例示するブロック図である。
【図４】図４は、本発明の一面に従った、検出器モジュールの一般化したレイアウトを示す図である。
【図５】図５は、本発明の一面に従った、機械的基板を含む一般化した検出器コンポーネントの略図である。
【図６】図６は、本発明の一面に従った、インターポーザーを含む一般化した検出器コンポーネントの略図である。
【図７】図７は、本発明の一面に従った陽極照射型検出器パッケージの平面図である。
【図８】図８は、本発明の一面に従った陽極照射型検出器パッケージの側面図である。
【図９】図９は、本発明の一面に従った、コリメータを含む陽極照射型検出器パッケージの側面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一面に従った、可撓性回路とセンサ・コンポーネントとの間の相互接続構造の一実施形態を示す略図である。
【図１１】図１１は、本発明の一面に従った、可撓性回路とセンサ・コンポーネントとの間の相互接続構造を形成するための方法の別の実施形態を示す略図である。
【図１２】図１２は、本発明の一面に従った、可撓性回路とセンサ・コンポーネントとの間の相互接続構造を形成するための方法の更に別の実施形態を示す略図である。
【図１３】図１３は、本発明の一面に従った、可撓性回路とセンサ・コンポーネントとの間の相互接続構造を形成するための方法の別の実施形態を示す略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、放射線に基づくイメージング用途における直接変換検出器の利用に関する。直接変換検出器では、検出器材料に吸収された各々の放射線光子は、その放射線光子のエネルギに比例した数の電子−正孔対に変換される。センサの厚さにわたって印加された電圧により、電子を陽極へ駆動し且つ正孔を陰極へ駆動する。良好な放射線阻止能を持つ半導体では電子の移動度が典型的には正孔よりも大きいので、電子電荷が陽極電極のアレイ（配列）上に収集される。この電子電荷は、読出し回路によってディジタル・イメージング信号に変換される。正孔は、センサ領域全体に共通である陰極上に収集され、イメージング信号へ変換されない。電子を受け取る陽極ピクセルは、各光子の到達位置に空間的に相関する。典型的には、陽極電極がピクセル・アレイの電極であり、陰極コンタクト（接触部）が共通の電極である。ピクセルが陰極である逆の構成が他の半導体では適切なことがあり、この場合、正孔信号がピクセル陰極のアレイで収集され、放射線は陰極面に入射する。
【００１２】
特定の実施形態では、直接変換検出器が陽極照射型である（すなわち、Ｘ線又はガンマ線が、検出器の放射線検知材料又はコンポーネントに到達する前に、検出器の陽極支持面を通過する）。陽極表面を照射することによって、放射線が陽極電極のより近くで吸収され、従って、電子信号がより素早く収集される。この構成ではより高速の応答及びより小さい分極を達成することができる。このような実施形態では、放射線が相互接続構造（例えば、可撓性すなわちフレックス回路及び関連した導電性コンタクト）を通過し、該相互接続構造は、センサ材料に到達する前に放射線を減弱させることがある。特定の実施形態では、センサ素子（例えば、ピクセル）から読出し電子回路へ信号を通す相互接続構造は、該相互接続構造に起因した放射線の減弱を小さくし又は最小にするために、ポリマー材料、低い原子番号の材料、低密度の又は厚さを薄くした構造などを用いて形成される。例えば、特定の実施例では、センサ材料及び／又は可撓性回路上の薄い金属コンタクトを、ニッケル、金又は銀ではなく、アルミニウム又は銅を用いて形成することができる。同様に、センサ材料と可撓性回路との間の複合エポキシ型相互接続部に、ニッケル、銀又は金ではなく、導電性黒鉛（又は他の適当な材料）を充填することができる。更に、他の実施例では、経路形成基板（例えば、可撓性すなわちフレックス回路）を、可撓性のポリイミド（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標））フィルムと複数の細い（太さ１５μｍ〜５０μｍ）メッキ銅細導線(trace) とより成る薄い層を用いて形成することができる。更に別の実施形態では、センサ・コンタクト相互接続構造に対するレーザ形成の直接フレックス細導線を、コンタクト構造の一部として用いることができる。このような実施形態では、ガンマ線又はＸ線がセンサ材料に到達するまでの放射線減弱を、他の陽極照射型構造と比較して小さくすることができる。
【００１３】
ここで、本発明の方式が、様々なイメージング分野において、例えば、２〜３例を挙げると、医用イメージング、品質管理のための製品検査、保安検査などのために利用することができることに留意されたい。しかしながら、簡単にするために、本書で説明する実施例は、一般的には医用イメージングに関し、特に、コンピュータ断層撮影法（ＣＴ）、マンモグラフィ、トモシンセシス、Ｃ形アーム型血管撮影法、通常のＸ線撮影法、Ｘ線透視法、ポジトロン放出型断層撮影法（ＰＥＴ）及び単一光子放出型コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）のような、放射線に基づくイメージング技術に関する。しかしながら、これらの実施例が単に例として示すものであり、またそれらについての記述が説明を簡単にするためであり且つ本書で説明する実施例についての状況を提供するに過ぎないことを理解されたい。すなわち、本発明の方式は、開示されたイメージング技術並びに他の適当な放射線に基づく方式のいずれかに関連して、且つ医用イメージング以外の分野で用いることができる。具体的に述べると、図１〜図３は、本書で開示するような陽極照射型直接変換センサ・パッケージを利用することのできる医用イメージング・システムの実施形態を表していて、図１は一般的なイメージング・システムを対象とし、また図２はＣＴ／Ｃ形アーム型イメージング・システムのようなＸ線イメージング・システムを対象とし、また図３はＰＥＴ／ＳＰＥＣＴイメージング・システムを対象とする。
【００１４】
上記のことを念頭において説明すると、図１は、一般化したイメージング・システム１０のブロック図を示す。イメージング・システム１０は、放出されたガンマ線又は透過したＸ線のような信号１４を検出するための検出器１２を含む。検出器１２は直接変換型検出器とすることができ、この直接変換型検出器は、入射放射線に応答して直接的に電気信号を発生し、すなわち、放射線を光学波長のような別のより低いエネルギ形態へ変換する中間の変換段階を必要としない。一般的に、検出器１２中の単位面積当りの検出素子の数が多ければ多いほど、このような放射線についての空間分解能が高くなり、従って、画像品質が高くなる。一実施形態では、信号１４は、検出器１２の放射線検知材料に到達する前に検出器１２の１つ以上のパッケージ又は構造的機能部(feature) （例えば、陽極及び／又は相互接続構造）を通過することがある。このような実施形態では、後で詳しく説明するように、パッケージ及び／又は構造的機能部は、信号１４の減衰を最小にし又は小さくするように様々な材料で作ることができ及び／又は様々な形状構成にすることができ、これによって、出来るだけ多量の信号１４を検出器１２で検出できるようにする。
【００１５】
検出器１２は、検出された放射線に応答して電気信号を発生し、次いでこれらの電気信号はそれぞれのチャンネルを介してデータ取得システム（ＤＡＳ）１６へ送られる。ＤＡＳ１６が該電気信号（これらはアナログ信号であってよい）を取得した後、ＤＡＳ１６は処理を容易にするためにデータをディジタル化するか又は別のやり方で調整することができる。例えば、ＤＡＳ１６は、時間に基づいて（例えば、時系列イメージング・ルーチンで）画像データをフィルタリングすることができ、また、ノイズ又は他の像収差ついて画像データをフィルタリングすること等を行うことができる。次いで、ＤＡＳ１６は、それに動作可能に接続された制御装置２０へデータを供給する。制御装置２０は、適切に構成設定されたソフトウエアを持つ特定用途向け又は汎用コンピュータとすることができる。制御装置２０は、イメージング・プロトコル、データ処理、診断的評価などのようなアルゴリズムを実行するように構成されたコンピュータ回路を含むことができる。一例として、制御装置２０は、特定の時間に画像取得を遂行し、特定の種類のデータをフィルタリングすること等を行うようにＤＡＳ１６に指令することができる。更に、制御装置２０は、イーサーネット接続、インターネット接続、無線トランシーバ、キーボード、マウス、トラックボール、表示装置などのような、オペレータと相互作用する機能部を含むことができる。
【００１６】
このような方式を念頭において説明すると、図２は、上述の方式に従った様々な機能部を用いることのできるＸ線イメージング・システム３０を例示するブロック図である。Ｘ線イメージング・システム３０は、品質管理、荷物選別検査、安全性選別検査などのためのような検査システムであってよく、或いは医用イメージング・システムであってよい。例示の実施形態では、システム３０はＣＴ又はＣ形アーム型イメージング・システムのようなＸ線医用イメージング・システムである。システム３０の構成に関しては、図１に関して説明した一般化したイメージング・システム１０と設計が同様であってよい。例えば、システム３０は、ＤＡＳ１６に動作可能に接続された制御装置２０を含み、該ＤＡＳ１６は、Ｘ線検出アレイ４２を介して画像データの取得を制御して行うことができる。システム３０では、画像データの収集を可能にするために、制御装置２０はまた、１つ以上のＸ線管を含むことのできるＸ線源３２に動作可能に接続される。
【００１７】
制御装置２０は、制御リンク３４を介して、タイミング信号、イメージング・シーケンスなどのような様々な制御信号をＸ線源３２へ供給することができる。実施形態によっては、制御装置２０はまた、制御リンク３４を介して、電力のようなパワーをＸ線源３２へ供給することができる。一般に、制御装置２０は、Ｘ線３６の放出を開始させるためにＸ線源３２へ一連の信号を送る。Ｘ線３６は、患者３８のような関心のある被検体へ差し向けられる。身体組織、骨などのような患者３８内部の様々な機能部は、入射するＸ線３６を減弱させる。患者３８を通過した後の減弱したＸ線４０は、Ｘ線検出アレイ４２に衝突して、対応する走査データ（すなわち、画像）を表す電気信号を生じさせる。Ｘ線検出アレイ４２は、個別の又はピクセル化した検出器素子を形成するようにピクセル化して、数百又は数千の個別の検出素子がＸ線検出アレイ４２上に存在するようにすることができる。各検出素子は、データ伝送のために単一のチャンネルに対応させることができる。
【００１８】
イメージング方式によっては、実質的に同時に取得することのできる情報を転送して、それぞれの取得した信号を互いに相関させることが重要なことがある。１つのこのようなイメージング方式はＰＥＴイメージング・システムであり、その一実施形態を図３に例示する。具体的に述べると、図３は、ガンマ線検出器アレイ５２とＤＡＳ１６との間にデータ・リンクを持つＰＥＴイメージング・システム５０の一実施形態のブロック図を示す。ＰＥＴイメージングでは、検出器５２は一般的に患者３８を取り囲むように構成される。具体的に述べると、ＰＥＴシステム５０の検出器５２は、イメージング容積の周りに１つ以上のリングとして配列された多数の検出器モジュールを含むことができる。簡単にするために、図示の実施形態では、以下に説明するように、イメージングの際に放出される対のガンマ線を実質的に同時に捕捉するようにほぼ１８０°離して配置された２つの区域の検出器５２を示している。ここで、ＳＰＥＣＴシステムのような他の実施形態では、検出器５２をリングとして配置することができるが、ＰＥＴにおけるように同時に生じる光子対ではなく、単一のコリメートされた光子が検出されることに留意されたい。
【００１９】
検出器５２は、放射性核種の崩壊によって患者３８の内部から発生される光子を検出する。例えば、放射性核種は患者３８の中に注入することができ、また特定の組織（例えば、腫瘍のような異常な特性を持つ組織）によって選択的に吸収させることができる。放射性核種が崩壊するとき、ポジトロン（陽電子）が放出される。ポジトロンは（例えば、組織内の原子からの）相補的な電子と衝突することができ、その結果、消滅事象が生じる。ＰＥＴにおける消滅事象の結果、第１及び第２のガンマ光子５４，５６の放出が生じる。第１及び第２のガンマ光子５４，５６は、互いからほぼ１８０°離れた区域にある検出器５２に衝突することができる。典型的には、第１及び第２のガンマ光子５４，５６は、ほぼ同時に検出器５２に衝突し（すなわち、同時に起こり）、互いに相関する。次いで、消滅事象の発生点の場所を突き止めることができる。この事を多数の消滅事象について繰返し、その結果、一般的に、異常な組織のコントラストが強調して現れる画像が得られる。これに関して、充分な品質の画像を生じさせる高い空間分解能が得られるように検出器５２が複数の個別の検出素子（例えば、ピクセル化した素子）を含むことが有利であることに留意されたい。例えば、多数のガンマ線対を検出して、これらの対を通る多数の対応する線を計算することによって、身体の相異なる部分内の放射性トレーサの濃度を推定することができ、これによって腫瘍を検出することができる。従って、ガンマ線の正確な検出及び位置突止めは、ＰＥＴシステム５０の基本的な最も重要な目的である。
【００２０】
図１の一般化したシステムに関して前にのべたように、特定の実施形態では、図２のシステムのＸ線検出アレイ４２又は図３のシステムのガンマ線検出器５２は、放射線がそれぞれの検出器の検知材料又はコンポーネントに到達する前に、それぞれの放出された又は透過した放射線を減弱するように作用するパッケージ又は構造的機能部を含んでいることがある。このような実施形態の一例は、陽極照射型の検出器とすることができ、該検出器では、陽極電極及び関連の電気的相互接続構造が、Ｘ線（図２）又はガンマ線（図３）の放出源に面している検出器の表面上に配置されている。本発明の様々な面によれば、検知材料に到達する前のそれぞれの放射線の減弱を最小にし又は小さくするように材料及び／又は構造が用いられる。
【００２１】
図４について説明すると、本発明に従った一般化した検出器レイアウトを示す。図示のレイアウトでは、検出器モジュール７０の一例が提供される。理解されるように、Ｘ線検出器アレイ４２又はガンマ線検出器５２のような検出器１２は、適当な放射線検出面又はアレイを形成するように配置された１つ以上のこのような検出器モジュール７０から形成することができる。この例によれば、検出器モジュール７０の検知部分は、ピクセル化された又は個別の検出器素子７２のアレイを含む。図示の例では、ピクセル化された素子７２のアレイは、８×１６のピクセルのアレイとして提供され、全部で１２８個のピクセルを持つ。
【００２２】
具現化に応じて、検出器素子は、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ又はＣｄＺｎＴｅ）、或いは任意の他の適当な直接変換放射線検知材料（例えば、砒化ガリウム、沃化水銀など）をベースとするものであってよい。同様に、検出素子７２に用いられるコンタクトは、認知の適当な種類であってよく、例えば、オーミック・コンタクト又はブロッキング（すなわち、ショットキー）コンタクトであってよい。更に、本書で述べるように、検出素子の中に又は検出素子相互の間に形成される機能部又は構造は、スクライビング、堆積、リソグラフ・マスクによる化学的エッチング、又はレーザによって形成することができる。
【００２３】
入射放射線の検知を行う検出器素子７２に加えて、図示の検出器モジュール７０は、検出器素子７２の働きを支持又は利用する構造的機能部及び／又は信号読出しコンポーネントを含む。例えば、図示の例では、検出器素子７２は（印刷回路板、多層セラミック及び／又はフレックス回路裏当てのような）相互接続構造７６の上に配置し又はそれに接続することができる。相互接続構造７６は、検出器素子に対する構造的支持を提供し、及び／又は検出器素子７２の読み出し又は動作を可能にする電気的相互接続部のための基板を提供することもできる。
【００２４】
構造的機能部及び／又は電気的相互接続部はパッケージ又は検出器パッケージとして記述し又は定義することができ、また具現化に応じて、様々なパッケージ・オプションが利用可能である。例えば、パッケージ・オプションとしては、適当なピッチ又は厚さを持つフレックス回路の提供又は使用を挙げることができる。一例として、１２８チャンネル（すなわち、前述の例では１つのピクセル化された検出器素子について１つのチャンネル）に対して使用するのに適した単一層フレックス回路が、５０μｍのピッチを持ち且つ各チャンネルについて対応する電気的細導線(trace) 又は接続部を持つことができる。逆に、より多数の検出器素子（すなわち、２５６チャンネルのようなより多数のチャンネル）に対して使用するのに適した多層フレックス回路が、５０μｍ〜７５μｍのようなより大きいピッチを持ち且つそれぞれのチャンネルについて電気的細導線又は接続部を持つことができる。センサ材料に衝突する前にパッケージ構造を通過する放射線の減弱を最小にするために、特定の実施形態では、パッケージ構造を形成するのに低い原子番号の材料及び／又は薄い厚さを用いることができる。このような場合、可撓性の基板を形成するために、ポリイミドのような有機材料、及びテフロン(商標)のような非無機材料を使用することができる。同様に、本書で述べるように、検出器素子７２と下流の読出し回路との間に電気的相互接続構造又はインターフェースを形成する際に、黒鉛、アルミニウム又は銅を、例えばエポキシ材料などと組み合わせて使用することができる。同様に、本書で述べるように、検出器素子７２と相互接続構造との間に電気的接続部を形成する際に、異方性導電フィルム又は他の圧縮性接着剤を使用することことができる。
【００２５】
検出器モジュール７０はまた、検出器素子７２を読み出し又は他の態様で動作させるために１つ以上の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）７８を含み又は組み込むことができる。特定の実施形態では、ＡＳＩＣ７８はフレックス回路上に設けることができ、また他の実施形態では、フレックス回路を、検出器素子７２と電気的連通関係にある印刷回路板（ＰＣＢ）の一部として設けることができる。ＡＳＩＣ７８は、検出器素子７２の数に対応する数のチャンネル、例えば、６４チャンネル、１２８チャンネル、又は２５６チャンネルを支持するように構成し又は設計することができる。同様に、ＡＳＩＣ７８は、１次元又は２次元アレイとして設けることができる。
【００２６】
動作について説明すると、図４の一般化した検出器モジュール７０は、検出器素子７０で電気信号を発生するように動作することができ、これらの電気信号は、各検出器素子７０における入射放射線（例えば、Ｘ線又はガンマ線）の量に対応するか又は該量を表す。各検出器素子７０によって発生された信号は、それぞれの検出器素子をＡＳＩＣ７８上のそれぞれのインターフェースへ接続するそれぞれのチャンネル（すなわち、電気的相互接続構造）を介して、読み出される。これらの電気的相互接続構造（すなわち、チャンネル）はフレックス回路又は他の基板７６（例えば、ＰＣＢ）上に設けることができ、またそれぞれのＡＳＩＣ７８及び／又は検出器素子７２はまた基板７６上に設けるか又は基板７６に接続することができる。陽極照射型の実施形態のような本書で述べる特定の実施形態では、検出器素子７２によって検出される放射線は、電気的接続部、フレックス回路などのような検出器パッケージの部分（すなわち、放射線の直接変換又は検出に積極的に参加しない検出器モジュール７０の構造的及び／又は電気的機能部）を通過して、それらによって減弱し得る。以下の実施形態において述べるように、これらの機能部又は構造は、放射線が検出器素子に到達する前の放射線減弱を小さくし又は最小にするように製作することができる。
【００２７】
例えば、図５に、陽極照射型検出器モジュール７０の一実施形態を示す。この実施形態では、検出器素子７２（一般化してセンサ・コンポーネント８４として表す）の放射線対向表面が示されている。一実施形態では、センサ・コンポーネント８４のピクセル化された表面８６は、透過した又は放出された放射線８８に対向しており、また陽極電極９０と電気的接触状態にある。陽極電極９０は、（例えば、導電性細導線、接続部又はワイヤ９２を含むフレックス回路を介して）ＡＳＩＣ７８のような下流の読出し回路に電気的に接続される。ＡＳＩＣ７８は、可撓性回路に又は接続回路板に電気的に接続することができる。
【００２８】
図示の実施形態では、ピクセル化された表面８６とは反対側のセンサ・コンポーネント８４の表面は、（高電圧の連続電極のような）連続電極９４と接触しており、該連続電極９４はセンサ・コンポーネント８４へのバイアス電圧の印加を可能にし、従って、センサ・コンポーネント８４の検出器素子７２の読み出しを可能にする。連続電極９４はまた、（例えば、導電性ワイヤ、細導線又は接続部９６を介して）下流の回路又は基板に電気的に接続される。図示の実施形態では、センサ・コンポーネント８４は、陽極８６及び連続電極９４と共に、セラミック基板のような機械的基板１００上に取り付けられ又は配置され、該機械的基板１００は組立体のための機械的支持を提供する。
【００２９】
図６には、別の実施形態が示されており、該実施形態では、（多層セラミック・インターポーザーのような）インターポーザー１１０が、センサ・コンポーネント８４（その中のピクセル化された表面８６が放射線８８の放出又は透過方向に対向している）と他の電気的相互接続部との間の中間構造として用いられる。インターポーザー１１０は、例えば、導電性ワイヤ、細導線又は接続部１１２を介して、基板に電気的に接続することができる。理解されるように、このようなインターポーザー１１０は、例えば、接続部をより広いピッチに広げるために、或いは一つのレイアウトから別の接続部又はレイアウト型式への物理的な再経路形成を行うために、一種類のソケット又は接続部と別の種類ものとの間の経路を形成するための電気的インターフェースを提供することができる。特定のこのような実施形態では、インターポーザー１１０は、インターポーザーの機能を提供しながら、機械的基板と組み合わせること及び／又は機械的基板として作用することができる。他の実施形態では、機械的基板の機能は、別の構造（例えば、機械的基板１００）によって提供することができ、該別の構造にインターポーザー１１０を直接に又は間接的に接続する。
【００３０】
図７及び図８には、更に別の実施形態の平面図及び側面図をそれぞれ示す。図７に示されている平面図では、一緒に詰め込まれた２つの検出器モジュール７０のピクセル化された表面８６が上方に（すなわち、放射線が検出器モジュール７０に近づいてくる方向に）面しており、またそれぞれの検出器素子７２は機械的基板１００に固着されている。一実施例では、これらの検出器モジュール７０は組み合わさって、２０列の検出器素子７２を持ち、その物理的カバー範囲は約１４ｍｍであり、これはアイソセンタにおける８ｍｍのカバー範囲と見なすことができる。
【００３１】
一実施例では、図８に示されているように、センサ・コンポーネント８４のピクセル化された表面８６上の検出器素子７２の位置に陽極９０が設けられており、これにより入射する放射線が、ピクセル化されたセンサ・コンポーネント８４に到達する前に、陽極９０（及び任意の電気的相互接続部及び／又はフレックス回路）材料を通過する。陽極９０及び相互接続構造のために低い原子番号の材料及び薄い厚さ寸法を選択することは、センサ材料に達する前の吸収に起因した放射線の損失を低減するのに役立つ。図示の実施形態では、多ピン・コネクタのような電気的接続構造１２０が基板１００上に設けられ、これにより、それぞれの検出器モジュール７０の検出器素子７２を読み出すために用いられるそれぞれの電気的相互接続構造（すなわち、チャンネル）が、それぞれの電気的接続構造１２０上のそれぞれの位置又はコンタクト・ポイントに接続されるようにする。例えば、一実施形態では、３２、６４又は１２８個のチャンネルが、各検出器モジュール７０のそれぞれの検出器素子７２をそれぞれの電気的接続構造１２０に接続することができる。それぞれのチャンネル及び電気的接続構造を介して読み出された検出器信号は、ＡＳＩＣのような電気的に接続された回路によって取得し及び／又は処理することができる。
【００３２】
図８には、図７の検出器モジュール７０の概略側面図が示されている。この側面図では、陽極９０は、センサ・コンポーネント８４のピクセル化された表面８６と接触しているものとして示されている。図示の実施例では、陽極９０は、１５〜５０ミクロンのフレックス厚さ及び約６０μｍ以下（例えば、２５μｍ）の細導線ピッチを持つ高密度可撓性基板のような可撓性回路又はコネクタ１２２と電気的接触状態にすることができる。高電圧電極のような、連続した又は共通の電極９４が、陽極９０とは反対側のセンサ・コンポーネント８４の表面上に配置される。図示の実施形態では、陽極９０は電気的接続構造１２０と電気的接触状態にあり、次いで電気的接続構造１２０は、センサ・コンポーネント８４によって取得された信号を集め又は下流の回路へ中継するための追加のコンタクト構造１２４と電気的接触状態にすることができる。一実施形態では、ステンレス鋼のレールのようなレール１３０を使用して、電気的接続構造１２０のような上記の構造の内の特定の構造を基板１００に取り付けることができ、これによって、基板１００上に取り付けられたコンポーネント間での高さの差を調整して、図示のフレックス回路１２２の材料中の垂直方向の応力を低減することができる。
【００３３】
図示の例では、コネクタ１２４は、（例えば、ワイヤ、細導線、又は他の電気的接続部１２８を介して）検出器モジュール７０のための（高密度インターフェース・ボードのような）インターフェース・ボード１３２の対応するコネクタ１２６に電気的に接続される。電気的接続部１２８は、読出しＡＳＩＣコンポーネント１２０によって生成された信号をインターフェース・ボード１３２へディジタル伝送するのを可能にし、インターフェース・ボードから検出器モジュール７０への電力の供給を可能にし、及び／又は検出器モジュール７０に対してアース接続を提供することができる。
【００３４】
次に図９には、図８に示されたものと類似した実施形態が示されている。しかしながら、図９の実施形態では、センサ・コンポーネント８４に入射する放射線をコリメート（平行化）するように作用するコリメータ１４０が追加されている。このようなコリメートは、ＣＴイメージング用途やＳＰＥＣＴイメージング用途において有用であろう。
【００３５】
次に図１０には、可撓性回路１２２とセンサ・コンポーネント８４との間の相互接続部の一実施例の拡大図が示されている。この実施例に示されているように、複数の陽極９０がセンサ・コンポーネント上に存在し、例えば、センサ・コンポーネント８４の各検出器素子７２について１つずつ陽極９０が存在して、陽極９０のアレイを形成するにする。陽極９０は適当な導電性材料から形成することができ、また、実施形態によっては、センサ・コンポーネント８４に到達する前の放射線の減弱を小さくし又は最小にするために、比較的低い原子番号、低い密度、及び／又は薄い厚さを持つ導電性材料とすることができる。一実施形態では、陽極９０は、ニッケル、金又は銀の代わりに、アルミニウム、インジウム又は銅を用いて形成することができる。
【００３６】
可撓性回路１２２は、センサ・コンポーネント８４の上に重なる（すなわち、放射線の通路内にある）ものとして示されている。一実施形態では、可撓性回路１２２は、カプトン（登録商標）フィルムのようなポリイミド・フィルム又は他の適当な可撓性材料の１つ以上の層から形成され、また約１５μｍ〜約５０μｍの厚さ、例えば約２５μｍの厚さを持つ。センサ・コンポーネント８４に対向する可撓性回路１２２の表面の上には、それぞれの相互接続パッド１５０を、センサ・コンポーネント８４の表面上の陽極９０に対応する位置に形成することができる。一実施形態では、相互接続パッド１５０は、センサ・コンポーネント８４に到達する前に可撓性回路１２２を通過する放射線についての減弱作用を最小にするように、アルミニウム又は銅のような低い原子番号の材料から形成することができ、或いは、密度を低くし又は厚さを薄くすることができる。一実施形態では、相互接続パッド１５０はＺ方向及びＸ方向の長さが約２００μｍ〜約３００μｍである。
【００３７】
図示の実施形態では、相互接続パッド１５０は、（例えば、バイア１５２によって）可撓性回路１２２の反対側の表面のバイア・パッド１５４に電気的に接続される。それぞれのバイア・パッド１５４は、フレックス回路１２２の表面上に形成された機能部又は細導線１６０を介して電気的に接続することができる。図示の例では、可撓性回路１２２のＸ方向のピッチ（すなわち、Ｘピッチ１６６）は、１つのバイア・パッド１５４の真ん中から次のバイア・パッド１５４の真ん中までの距離（すなわち、バイア・パッド１５４が繰り返される間隔）であり、これは、フレックス回路１２２の表面上でバイア・パッド１５４相互の間を通ることのできる細導線１６０の数を決定する。Ｘピッチｐは、次式、
ｐ＝（２ｎ−１）ｗ＋Ｄ            （１）
で与えることができる。ここで、ｎはバイア・パッド１５４（及び、多分に、陽極９０及び検出器素子７２）の列の数であり、ｗは各々の細導線１６０の幅１６２であり、Ｄは各々のバイア・パッド１５４の幅１６４である。
【００３８】
相互接続構造が高密度で形成されている一実施形態では、細導線の幅１６２（すなわち、ｗ）は約１５μｍ〜約５０μｍ、例えば、約３０μｍとすることができ、バイア・パッドの幅１６４（すなわち、Ｄ）は約１００μｍとすることができ、Ｚ方向における可撓性回路１２２のピッチは約７００μｍとすることができる。このような実施形態では、ＣｄＴｅ／ＣｄＺｎＴｅセンサ・コンポーネントに関するＸピッチ（すなわち、ｐ）及び列の数（すなわち、ｎ）は、表１に示すように関連付けることができる。
【００３９】
【表１】
2013054030.tif 000003
次に、可撓性回路１２２とセンサ・コンポーネント８４との間の相互接続部について説明すると、一実施例では、相互接続パッド１５０及び陽極９０は、各々の相互接続パッド１５０とそれぞれの陽極９０との間に配置された導電性接続材料１７０によって電気的に接続される。接続材料は、信号を陽極９０からそれぞれの相互接続パッド１５０へ、そしてそれらから下流の回路へ通過させることができる。一実施例では、接続材料は、ニッケル、銀又は金の粒子ではなく、黒鉛粒子を含有するエポキシ材料のような等方性導電接着剤とすることができる。このような実施例では、エポキシ材料は、可撓性回路１２２の相互接続パッド１５０上に計量分配し又はスクリーン印刷することができる。次いで、センサ・コンポーネント８４を可撓性回路１２２と位置合わせし且つ接触するように配置して、各陽極９０が可撓性回路１２２の対応する相互接続パッド１５０と電気的に接続されるようにすることができる。エポキシ材料は、次いで、約２５℃〜約１２０℃の温度のような適当な温度で硬化させることができる。
【００４０】
次に図１１について説明すると、別の実施例では、可撓性回路１２２の相互接続パッド１５０とセンサ・コンポーネント８４の陽極９０との間の相互接続部は、集束レーザ・エネルギを用いて形成することができる。例えば、このような一実施例では、細導線１６０、バイア・パッド１５４、バイア１５２及び相互接続パッドは全て、最初は、可撓性回路１２２の一部分として（例えば、可撓性回路１２２の基板を形成するポリイミド層の中又は上に）形成することができる。各々の相互接続パッド１５０と陽極９０との界面における材料１８０に、集束レーザ・エネルギ１８２を供給することにより、材料１８０を加熱し融解させて、各々の相互接続パッド１５０と陽極９０との間にコンタクト・ポイント１８２を形成することができる。
【００４１】
更に別の実施例では、図１２に別の相互接続方式を示す。図示の方式では、導電性突起又は柱状体１９０を陽極９０及び／又は相互接続パッド１５０に適用することができる。可撓性回路１２２（及び関連した相互接続パッド１５０）をそれぞれのセンサ・コンポーネント８４（及び関連した相互接続パッド１５０）に接着し又は固定するために非導電性接着剤１９２を使用することができる。このように形成したとき、非導電性接着剤層は、最初は、導電性突起又は柱状体１９０と、相互接続パッド１５０のような相補的な構造上の対応する導電性構造とを離間させる。一実施形態では、非導電性接着剤１９２は、硬化させ又は（圧力を印加すること等によって）圧迫することにより、該非導電性接着剤１９２の層が薄くなり又は収縮して、導電性突起又は柱状体１９０と相補的な導電性構造とが接触するようにする。例えば、図示の実施形態では、非導電性接着剤が圧迫され又は硬化したとき、相互接続パッド１５０上に形成された突起１９４が非導電性接着剤１９２を突き抜けることができ、これによって、突起１９４は、センサ・コンポーネント８４の陽極９０上に形成された突起又は柱状体１９０に接触できるようになる。
【００４２】
別の実施例では（図１３に示されているように）、異方性導電フィルム２００を用いることにより、可撓性回路１２２をセンサ・コンポーネント８２に接着することができる。このような異方性導電フィルム２００は、それぞれのセンサ・コンポーネント８４と可撓性回路１２２とを結合するために熱及び／又は圧力を用いて、適用し及び／又は硬化させることができる。このような一実施例では、導電性突起又は柱状体１９０を陽極９０及び／又は相互接続パッド１５０上に形成することができるが、導電性突起又は柱状体１９０は異方性導電フィルム２００によって依然として相補的な導電性構造から隔てられていて、それと直接接触しない。このような実施例では、異方性導電フィルム２００は、相互接続距離（すなわち、相互接続パッド１５０と陽極９０との間の距離）よりも小さいが、突起又は柱状体１９０と相補的な導電性構造（例えば、図示の陽極９０）とを導電接続するのに充分な大きさを持つ導電性粒子２０２を含むことができる。
【００４３】
本発明の技術効果として、陽極照射型直接変換放射線検出器の形成及び使用法が含まれる。一実施形態では、センサ素子の陽極が、黒鉛又は他の低い原子番号の導電性粒子を含むことのできるエポキシ材料を用いて、相互接続構造（例えば、フレックス回路）に電気的に接続される。別の実施形態では、センサ素子の陽極は、レーザで形成されたコンタクト構造によって相互接続構造に電気的に接続される。更に別の実施形態では、センサ素子の陽極は、陽極及び／又は相互接続パッド上に形成された導電性突起又は柱状体と相補的な導電性構造との間の電気的接続を可能にするように硬化する又は圧迫される非導電性接着剤を用いて、相互接続構造に電気的に接続される。また更に別の実施形態では、センサ素子の陽極は、陽極及び／又は相互接続パッド上に形成された導電性突起又は柱状体と相補的な導電性構造との間の電気的接続を可能にする導電性粒子を含む異方性導電フィルム又は接着剤を用いて、相互接続構造に電気的に接続される。
【００４４】
本明細書は、最良の実施形態を含めて、本発明を開示するために、また当業者が任意の装置又はシステムを作成し使用し、任意の採用した方法を遂行すること含めて、本発明を実施することができるようにするために、様々な例を使用した。また、本書で開示した様々な例が、本書で開示した他の例又は実施形態の特徴と組み合わせることのできる特徴を持つことができることを理解されたい。すなわち、これらの例は説明を簡単にするようなやり方で提示したが、互いに組み合わせることもできる。本発明の特許可能な範囲は「特許請求の範囲」の記載に定めており、また当業者に考えられる他の例を含み得る。このような他の例は、それらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない構造的要素を持つ場合、或いはそれらが「特許請求の範囲」の文字通りの記載から実質的に差異のない等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。
【符号の説明】
【００４５】
１０  一般化したイメージング・システム
１８  データ・リンク
３０  Ｘ線イメージング・システム
３４  制御リンク
３６  Ｘ線
４０  減弱したＸ線
４２  Ｘ線検出アレイ
５０  ＰＥＴイメージング・システム
５２  ガンマ線検出器アレイ
５４  第１のガンマ光子
５６  第２のガンマ光子
７０  検出器モジュール
７２  検出器素子
７６  相互接続構造
７８  特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）
８４  センサ・コンポーネント
８６  ピクセル化された表面
８８  放射線
９０  陽極電極
９２  導電性細導線、接続部又はワイヤ
９４  連続電極
９６  導電性ワイヤ、細導線又は接続部
１１２  導電性ワイヤ、細導線又は接続部
１２０  電気的接続構造
１２２  可撓性回路又はコネクタ
１２４  コンタクト構造
１２６  コネクタ
１２８  電気的接続部
１３０  レール
１３２  インターフェース・ボード
１４０  コリメータ
１５０  相互接続パッド
１５２  バイア
１５４  バイア・パッド
１６０  細導線
１６２  細導線の幅
１６４  バイア・パッドの幅
１６６  Ｘピッチ
１７０  導電性接続材料
１８０  材料
１８２  コンタクト・ポイント
１９０  導電性突起又は柱状体
１９２  非導電性接着剤
１９４  突起
２０２  導電性粒子
【図１】
2013054030.tif 000004
【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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