(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
イメージング・システム（１０）のＸ線（１６）を検出する検出器アレイ（１８）であって、
複数の光検出器（５４）と、
該複数の光検出器に光学的に結合されている複数のシンチレータ素子（５０）であって、前記シンチレータ素子（５０）は前面及び背面を有しており、前記複数の光検出器（５４）は前記複数のシンチレータ素子の前記背面に光学的に結合されており、隣接するシンチレータ素子から間隙（５２）を隔てて離隔されている側面（５８）を有する複数のシンチレータ素子（５０）と、
該シンチレータ素子の前記前面を被覆し、前記側面の間の前記間隙内に設けられている注入反射体混合物であって、二酸化チタンよりも高い密度、並びに当該注入反射体混合物内で光を実効的に散乱させ反射させるのに十分な屈折率を有し、Ｘ線を吸収する第一の粉末物質と前記第一の粉末物質よりも高い屈折率を有する第二の粉末物質とを含んでなる注入反射体混合物とを備え、
前記注入反射体混合物は、前記Ｘ線が、前記シンチレータ素子（５０）の前記前面を被覆する注入反射体混合物を透過することにより前記Ｘ線の６０％〜７０％が吸収されるように設定されている、検出器アレイ（１８）と、
Ｘ線源（１４）と、
回転式ガントリ（１２）とを備えたイメージング・システム（１０）であって、
前記Ｘ線源及び検出器アレイは前記回転式ガントリの相対向する側に設けられており、前記Ｘ線源は物体（２２）を通してＸ線（１６）を投射するように構成されており、前記検出器アレイは、前記物体を透過した投射Ｘ線をポスト・ペイシェント・コリメータを介さずに検知して、前記Ｘ線ビームが前記物体を透過する際の前記Ｘ線ビームの減衰を表わす電気信号を発生するように構成されているイメージング・システム（１０）。
【請求項２】
前記第一の粉末物質は屈折率が１．５を上回り、前記第二の粉末物質は屈折率が１．６以上である請求項１に記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項３】
前記注入反射体混合物はエポキシをさらに含んでなる請求項２に記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項４】
前記注入反射体混合物は１０重量％以上の前記第一の粉末物質と１０重量％以上の前記第二の粉末物質を含んでなる請求項２に記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項５】
前記第一の粉末物質は、金属の白色酸化物、金属の白色無機化合物及びこれらの組み合わせから成る群から選択される物質を含んでなる請求項４に記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項６】
前記第一の粉末物質は、鉛、亜鉛、スズ、アンチモン、ビスマス、タンタル、タングステン、ランタン及びジルコニウムの白色酸化物、炭酸塩及び硫酸塩、並びにこれらの組み合わせから成る群から選択される物質を含んでなり、前記第二の粉末物質は、チタン、バリウム、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム及びストロンチウムの屈折率が１．６以上の白色酸化物、硫酸塩及び炭酸塩、並びにこれらの組み合わせから成る群から選択される物質を含んでなる請求項４に記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項７】
前記注入反射体混合物は、前記１０重量％以上の前記第一の粉末物質を算入した上で、最大分散量の前記第二の粉末物質を含んでなる請求項４に記載のイメージング・システム（１０）。
【請求項８】
前記注入反射体混合物はクロムの酸化物又はカーボンブラックの吸光性粉末をさらに含んでなる請求項１に記載のイメージング・システム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的には、ＣＴイメージング・システム及び他の放射線イメージング・システムにおいて放射線を検出する方法及び装置に関し、さらに具体的には、性能を高めるように選択された１種類以上の充填材を含む注入（cast）反射体混合物を有するシンチレータ・アレイに関する。
【０００２】
【発明の技術的背景】
少なくとも幾つかの計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム構成においては、Ｘ線源がファン（扇形）形状のビームを投射し、このビームは、デカルト座標系のＸＹ平面であって、一般に「イメージング（撮像）平面」と呼ばれる平面内に位置するようにコリメートされる。Ｘ線ビームは患者等の被撮像物体を透過する。ビームは物体によって減弱された後に放射線検出器のアレイに入射する。検出器アレイで受光される減弱したビーム放射線の強度は、物体によるＸ線ビームの減弱量に依存している。アレイ内の各々の検出器素子が、検出器の位置でのビーム減弱の測定値である別個の電気信号を発生する。すべての検出器からの減弱測定値を別個に取得して透過プロファイル（断面）を形成する。
【０００３】
公知の第３世代ＣＴシステムでは、Ｘ線源及び検出器アレイは、Ｘ線ビームが物体と交差する角度が定常的に変化するように撮像平面内で被撮像物体の周りをガントリと共に回転する。Ｘ線源は典型的には、Ｘ線管を含んでおり、Ｘ線管は焦点からＸ線ビームを照射する。Ｘ線検出器は典型的には、検出器で受光されるＸ線ビームをコリメートするコリメータ、該コリメータに隣接して設けられているシンチレータ、及び該シンチレータに隣接して設けられている光検出器を含んでいる。
【０００４】
物体の１つ以上の画像スライスを再構成するための投影データを取得するように構成されている検出器アレイには、１列以上を成すシンチレータ・セルが設けられている。一つの公知の検出器アレイは、２次元アレイを成すシンチレータ・セルを含んでおり、各々のシンチレータ・セルが付設の光検出器を有している。取り扱いを容易にするように所定の寸法を有するブロックとしてシンチレータ・セルを成形するために、エポキシ材料が用いられる。反射性を最大限に高めると共に、隣接する検出器セルの間のクロス・トークを防ぐために、注入反射体混合物は、高い屈折率を有するＴｉＯ2のような材料を含む。このようにして、入射したＸ線によってシンチレータ材料で発生した光は、この光が発生した検出器セルに局限される。しかしながら、エポキシ、ＴｉＯ2及びこれらの混合物のいずれもＸ線を特に吸収する訳ではない。従って、光検出器も注入反射体混合物自体も、入射するＸ線によって生ずる損傷から保護されている訳ではない。
【０００５】
一つの公知の注入反射体混合物では、注入反射体混合物に少量のクロムの酸化物をも配合して、セル間のクロス・トークをさらに低減させている。しかしながら、この材料を含めると、生成した可視光のうち吸収された部分は光検出器によって検出されなくなるため、検出器の効率が低下する。
【０００６】
一つの公知のＣＴイメージング・システムでは、ポスト・ペイシェント・コリメータが用いられている。このコリメータは、シンチレータ素子の間の注入用間隙の上部に垂下された一連のプレートに対して垂直に設けられているタングステン・ワイヤを含んでいる。かかるポスト・ペイシェント・コリメータを用いて、シンチレータ素子間の間隙内の注入反射体混合物に相当なＸ線が侵入したり、シンチレータ素子のＸ線源に直接面していない側の面にＸ線が入射したり、シンチレータ素子に付設した光検出器にＸ線が入射したりするのを防ぐ。また、ポスト・ペイシェント・コリメータはＣＴイメージング・システムのＸ線源の焦点が完全に安定であるとは言えないため用いられており、仮にポスト・ペイシェント・コリメータが存在しなければ、Ｘ線源の焦点の移動によって、投射を受ける検出器セルの見かけ上のアスペクト比の変化が生じてしまう。典型的なポスト・ペイシェント・コリメータは、ＣＴイメージング・システムの位置揃え（アラインメント）許容差のためシンチレータ素子間の間隙において約０．００８″厚とする必要がある。この厚みは、過剰な陰影形成のためシンチレータ素子の量子効率を低下させるほどのものとなっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、光検出器及び注入反射体混合物を本質的に保護する検出器を提供できると望ましい。また、検出器のＸ線量子効率を高められると望ましい。また、理想的には、検出器アレイの前面にポスト・ペイシェント・コリメータを設ける必要性をなくすことにより、検出器の製造経費が低減すると望ましい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
従って、一実施形態では、イメージング・システムのＸ線を検出する検出器が提供される。この検出器は、複数の光検出器と、該複数の光検出器に光学的に結合されている複数のシンチレータ素子とを有する。シンチレータ素子は、隣接するシンチレータ素子から間隙を隔てて離隔されている側面を有し、シンチレータ素子の側面の間の間隙に注入反射体混合物が設けられている。注入反射体混合物は、二酸化チタンよりも高いＺ及び高い密度、並びに注入反射体混合物内で光を実効的に散乱させ反射させるのに十分な屈折率を有する第一の粉末物質を含んでいる。
【０００９】
上述の実施形態は、光検出器及び注入反射体混合物を本質的に保護し、また、Ｘ線量子効率を高めると共に検出器アレイの前面にポスト・ペイシェント・コリメータを設ける必要性をなくすことを可能にする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１及び図２には、計算機式断層写真法（ＣＴ）イメージング・システム１０が、「第３世代」ＣＴスキャナに典型的なガントリ１２を含むものとして示されている。ガントリ１２はＸ線源１４を有しており、Ｘ線源１４は、Ｘ線ビーム１６をガントリ１２の対向する側に設けられている検出器アレイ１８に向かって投射する。検出器アレイ１８は検出器素子２０によって形成されており、検出器素子２０は一括で、患者２２のような物体を透過した投射Ｘ線を検知する。各々の検出器素子２０は、入射Ｘ線ビームの強度を表わし、従って物体又は患者２２を透過する際のビームの減弱を表わす電気信号を発生する。Ｘ線投影データを取得するための１回の走査の間に、ガントリ１２及びガントリ１２に装着されている構成部品は、回転中心２４の周りを回転する。一実施形態では、図２に示すように、検出器素子２０は、走査中に単一の画像スライスに対応する投影データが取得されるように１列を成して配列されている。他の実施形態では、検出器素子２０は平行な複数の列を成して配列されるので、走査中に平行な複数のスライスに対応する投影データを同時に取得することができる。
【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によって制御されている。制御機構２６は、Ｘ線制御器２８とガントリ・モータ制御器３０とを含んでおり、Ｘ線制御器２８はＸ線源１４に電力信号及びタイミング信号を供給し、ガントリ・モータ制御器３０はガントリ１２の回転速度及び位置を制御する。制御機構２６内に設けられているデータ取得システム（ＤＡＳ）３２が検出器素子２０からのアナログ・データをサンプリングして、後続の処理のためにこのデータをディジタル信号へ変換する。画像再構成器３４が、サンプリングされて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への入力として印加され、コンピュータ３６は大容量記憶装置３８に画像を記憶させる。
【００１２】
コンピュータ３６はまた、キーボードを有するコンソール４０を介して操作者から指令及び走査用パラメータを受け取る。付設されている陰極線管表示器４２によって、操作者は、再構成された画像及びコンピュータ３６からのその他のデータを観測することができる。操作者が供給した指令及びパラメータはコンピュータ３６によって用いられて、ＤＡＳ３２、Ｘ線制御器２８及びガントリ・モータ制御器３０に制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ３６は、モータ式テーブル４６を制御するテーブル・モータ制御器４４を動作させて、患者２２をガントリ１２内で配置する。具体的には、テーブル４６は患者２２の各部分をガントリ開口４８を通して移動させる。
【００１３】
上述のように、アレイ１８内の各々の検出器素子２０が、検出器の位置でのビーム減弱の測定値である別個の電気信号を発生する。具体的に図３を参照して述べると、各々のＸ線検出器素子２０がシンチレータ素子５０を含んでおり、隣接したシンチレータ素子５０の側面が非シンチレート性間隙５２を隔てて離隔されている。尚、図３は１列の検出器素子２０を貫通する断面を示しているが、図３は、リニア・アレイを成す検出器素子２０及び２次元（例えば、矩形）アレイを成す検出器素子２０の両方を表現することを意図している。Ｘ線が入射すると、シンチレータ素子５０はＸ線のエネルギの少なくとも一部を光へ変換し、この光をシンチレータ素子５０に隣接して設けられている光検出器５４によって検出することができる。シンチレータ素子５０の背面に光学的に結合されている光検出器５４（例えば、フォトダイオード又は光電池）が、シンチレータ素子５０によって出力された光を表わす電気信号を発生する。検出器アレイ１８内のすべての検出器素子２０からの減弱測定値を別個に取得して透過プロファイルを形成する。
【００１４】
本発明の一実施形態では、隣接するシンチレータ素子５０の間の間隙５２に注入反射体混合物を注入する。注入用化合物は、エポキシのような注入可能な材料と、充填材とを含んでいる。一実施形態では、適当な充填材は、二酸化チタンよりも高いＺ及び高い密度、並びに注入反射体混合物内で光を実効的に散乱させ反射させるのに十分な屈折率を有する第一の粉末物質を含んでなる。例えば、第一の粉末物質は、屈折率が１．５を上回る。加えて、一実施形態では、注入反射体混合物は、第一の粉末物質を１０重量％以上〜最大分散量までで含んでなる。
【００１５】
適当な第一の粉末物質の実例は、金属の白色酸化物、金属の白色無機化合物及びこれらの組み合わせである。例示的な金属の白色酸化物及び白色無機化合物には、鉛、亜鉛、スズ、アンチモン、ビスマス、タンタル、タングステン、ランタン及びジルコニウムの白色酸化物、炭酸塩及び硫酸塩、並びにこれらの組み合わせがある。さらに他の実施形態では、注入反射体混合物は、第一の粉末物質よりも高い屈折率を有する第二の粉末物質をさらに含む。一つの例示的な実施形態では、第二の粉末物質は、屈折率が１．６以上であって、注入反射体混合物は１０重量％以上の第二の粉末物質を含んでなる。もう一つの例示的な実施形態では、注入反射体混合物は１０重量％以上の第一の粉末物質と、最大分散量の第二の粉末物質とを含んでなる。第二の粉末物質の「最大分散量」は、既に存在する第一の粉末物質の量を算入した上で定義されるので、第一の粉末物質が存在していない場合の量とは異なることがある。
【００１６】
適当な第二の粉末物質には、チタン、バリウム、マグネシウム、カルシウム、アルミニウム及びストロンチウムの屈折率が１．６以上である白色酸化物、硫酸塩及び炭酸塩、並びにこれらの物質の組み合わせがある。例えば、一実施形態では、第二の粉末物質は二酸化チタン（ＴｉＯ2）である。
【００１７】
一実施形態では、注入用化合物は、隣接するシンチレータ素子５０の間の間隙５２ばかりでなく前面５６にも注入されるので、注入反射体混合物の表面がＸ線源１６に面することになる。
【００１８】
ＴｉＯ2もエポキシもそれ自体ではＸ線を特に吸収する訳ではない。しかしながら、相対的に高いＺ、高密度及び高屈折率を有する第一の粉末物質はＸ線を吸収するので、このことにより、光検出器５４及びエポキシ注入反射体混合物自体の両方をＸ線による損傷から保護する。但し、減衰データの収集を可能にするために、検出器素子２０の前面の反射性注入被覆５６を十分なＸ線エネルギが透過するようにする。加えて、シンチレータ素子５０が発生した光は、素子５０の前面及び側面に設けられている反射性注入被覆によって、対応する光検出器５４に向かって反射し返される。
【００１９】
本発明の各実施形態によって、各々のシンチレータ素子５０の周りの注入反射体混合物においてＸ線が指数的に減衰するので、ポスト・ペイシェント・コリメータを用いずに検出器アレイ１８を利用することが可能になる。例えば、充填材として白色酸化鉛を用いた一実施形態では、注入反射体混合物を３ｍｍにわたって透過することにより６０％〜７０％のＸ線が吸収される。この吸収は、間隙５２に相当なＸ線が侵入したり、シンチレータ素子５０の側面にＸ線が入射したり、シンチレータ素子５０の光検出器５４にＸ線が入射したりするのを実効的に防ぐ。一実施形態では、例えば、間隙５２は０．００４″厚であり、他方、典型的なポスト・ペイシェント・コリメータは、ＣＴイメージング・システム１０のアラインメント許容差のため間隙５２において０．００８″厚となっていることが必要である。アラインメント許容差のためポスト・ペイシェント・コリメータに必要とされる厚みが大きいので、過剰な陰影形成をもたらす。本発明の各実施形態では、ポスト・ペイシェント・コリメータの必要性をなくして反射性間隙５２を設けている。ポスト・ペイシェント・コリメータを用いないので、過剰な陰影形成が排除されて量子効率が高まる。
【００２０】
本発明の一実施形態では、第一の粉末物質はまた、Ｘ線に対して発光性であるものとする。高Ｚ、高密度及び散乱性屈折率をも有する適当な発光性材料には例えば、酸化硫化ガドリニウム、タングステン酸カドミウム、タングステン酸カルシウム、ゲルマニウム酸ビスマス、酸化イットリウムガドリニウム又はこれらの混合物がある。また一実施形態では、酸化クロム、カーボンブラック又はこれらの混合物のような吸光性材料を充填材の一成分として用いる。例えば、注入反射体混合物は、エポキシと、ＴｉＯ2と、クロムの酸化物（例えばＣｒ2Ｏ3）と、第一の粉末物質との混合物であり、第一の粉末物質をシンチレータ材料とする。これらの実施形態では、粉末シンチレータ材料がＸ線の吸収の結果として可視光を放出するので、Ｘ線量子効率が高まる。
【００２１】
一実施形態では、充填材は、第二の粉末物質と共に、或いはこれに代えて、シンチレータ粉末を含んでなる。
【００２２】
例示的なＸ線検出器の実施形態は、複数のシンチレータ素子５０を複数の光検出器５４に光学的に結合して、本書に記載した注入反射体混合物の一つを隣接するシンチレータ素子間の間隙５２に注入することにより製造される。注入は、シンチレータ素子の光検出器への結合の前、後又は最中のいずれに行なってもよい。一実施形態では、光検出器５４をシンチレータ素子５０の背面（すなわち、Ｘ線源１４から遠くに装着される側の面）に光学的に結合すると共に、前面５６（すなわち、Ｘ線源１４に対面して装着される側の面）を注入反射体混合物で被覆する。一実施形態では、検出器アレイ１８の両側面５８も注入反射体混合物で被覆する。
【００２３】
当業者は、ＣＴイメージング・システムに用いられるシンチレータばかりでなく、Ｘ線検出器セルを用いて物体の画像を取得する他のシステムにも本発明を適用し得ることを理解されよう。また、シンチレータ素子５０は必ずしも一様な構成を有していなくてもよい。例えば、一実施形態では、複合型シンチレータ素子５０（例えば、積層素子）を用いる。
【００２４】
様々な特定の実施形態によって本発明を説明したが、当業者であれば、特許請求の範囲及び要旨に含まれる改変を施して本発明を実施し得ることを理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＴイメージング・システムの見取り図である。
【図２】図１に示すシステムのブロック概略図である。
【図３】本発明の検出器アレイの一実施形態を貫通する断面を表わす図である。
【符号の説明】
１０  ＣＴ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
２８  Ｘ線制御器
３０  ガントリ・モータ制御器
３２  データ取得システム（ＤＡＳ）
３４  画像再構成器
３６  コンピュータ
３８  大容量記憶装置
４０  コンソール
４２  陰極線管表示器
４４  テーブル・モータ制御器
４６  モータ式テーブル
４８  ガントリ開口
５０  シンチレータ素子
５２  非シンチレート性間隙
５４  光検出器
５６  シンチレータ素子前面の被覆
５８  検出器アレイ側面
【図１】
0004137430.tif 000002
【図２】
0004137430.tif 000003
【図３】
0004137430.tif 000004