(57)【要約】  本発明は、直接変換放射線検出器に関し、直接変換材料は、Ｚ3（ＡｌxＧａy）5Ｏ12：Ｃｅの組成を持つガーネットを有し、Ｚは、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｙ、Ｔｂ又はこれらの組み合わせであり、ｙはｘ以上であり、好ましくはＺはＧｄを有する。適切なガーネットは、Ｘ線又はガンマ線のような放射線を電子信号に直接変換する。好ましくは、前記ガーネットのフォトルミネセンスは、低い又は不在である。前記検出器は、コンピュータ断層撮影のようなＸ線撮像装置における使用に特に適している。一部の実施例において、ガーネットのフォトルミネセンスは、タイムオブフライトＰＥＴとの使用に特に適しているハイブリッド直接‐間接変換検出器を構築するのに使用されてもよい。
2017538916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線源からの入射放射線を電子及びホールの対に直接的に変換する直接変換材料を有する直接変換層と、
前記放射線源に面するように前記直接変換層上に取り付けられた第１の電極と、
前記第１の電極と比べて前記直接変換層の反対側に取り付けられた第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電位を印加する手段と、
を有する直接変換放射線検出器において、
前記直接変換材料が、Ｚ3（ＡｌxＧａy）5Ｏ12：Ｃｅの組成を持つガーネットを有し、Ｚは、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｙ、Ｔｂ又はこれらの組み合わせであり、ｙはｘ以上であり、好ましくはＺがＧｄであることを特徴とする、
直接変換放射線検出器。
【請求項２】
前記第２の電極が、画素化されている、請求項１に記載の直接変換放射線検出器。
【請求項３】
前記直接変換放射線検出器が、前記直接変換層に対して前記第２の電極の裏側に取り付けられ、前記直接変換層において形成された可視光を電子信号に変換する光センサを有し、前記第２の電極が、可視光に対して透明であり、ｙが、好ましくは、０．４乃至０．６であり、より好ましくはｙが約０．５であり、及び／又は前記ガーネットは、好ましくは、Ｚが約２：１のＧｄ：Ｌｕ比を持つＧｄ及びＬｕを有するガーネットである、請求項１又は２に記載の直接変換放射線検出器。
【請求項４】
前記直接変換放射線検出器において生成された電子信号を処理する集積回路を更に有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の直接変換放射線検出器。
【請求項５】
前記画素化された電極の各画素を前記集積回路に経路変更する透明な経路変更層を更に有する、請求項４に記載の直接変換放射線検出器。
【請求項６】
放射線源から放射線ビームを放射するステップと、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の直接変換放射線検出器で前記放射された放射線ビームを検出するステップと、
前記直接変換層において生成された検出された電荷担体の数を示す第１の電子信号を生成するステップと、
を有する放射線撮像方法。
【請求項７】
前記直接変換放射線検出器が、請求項３に記載の直接変換放射線検出器であり、第１の電子信号が、前記画素化された第２の電極の各検出器画素に対して生成される、請求項６に記載の放射線撮像方法。
【請求項８】
前記直接変換放射線検出器が、請求項３に記載の直接変換放射線検出器であり、前記放射線撮像方法が、
前記光センサにおいて生成された検出された電子の数を示す第２の電子信号を生成するステップ、
を有する、請求項６に記載の放射線撮像方法。
【請求項９】
前記放射線源が、放射性崩壊材料であり、前記放射線撮像方法が、
少なくとも前記放射線検出器で２つの同時に形成された光子を検出するステップと、
前記２つの同時に形成された光子の間の検出時間の差を決定するステップと、
前記決定された検出時間の差に基づいてタイムスタンプを生成するステップと、
を有し、前記第１の電子信号を生成するステップが、前記生成されたタイムスタンプを入力として使用することを含む、
請求項７に記載の放射線撮像方法。
【請求項１０】
前記第１の電子信号に基づいて画像データを生成するステップ、
を更に有する、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の放射線撮像方法。
【請求項１１】
前記第１の電子信号及び前記第２の電子信号に基づいて画像データを生成するステップ、
を更に有する、請求項８又は９に記載の放射線撮像方法。
【請求項１２】
前記画像データを表示するステップ、
を更に有する、請求項１０又は１１に記載の放射線撮像方法。
【請求項１３】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の直接変換放射線検出器を有する撮像システム。
【請求項１４】
Ｘ線撮像装置、コンピュータ断層撮影装置、スペクトルコンピュータ断層撮影装置、陽電子放出断層撮影装置、タイムオブフライト陽電子断層撮影装置、単光子放出コンピュータ断層撮影装置、又はこれらの組み合わせを有するグループから選択された、請求項１３に記載の撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くは、直接変換放射線検出器、放射線撮像方法及び撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
シンチレータは、Ｘ線及びガンマ線の分光に対する検出器として幅広く使用されている。入射電離放射線は、前記シンチレータにより吸収され、前記シンチレータは、異なる（例えば可視）波長の光子を再放射し、次いで、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード又はシリコン光電子増倍管のような光センサにおいて、前記光子は、電子信号を生成するのに使用されることができ、前記電子信号は、この後に、撮像データに処理されることができる。シンチレータに基づく放射線検出器は、例えば、医療撮像、セキュリティスキャン又は天文物理学において一般に使用されている。これらの応用例に使用されるシンチレーション結晶の重要な特性は、高い光出力、高いガンマ線阻止効率、速い応答、低コスト、良好な比例性、及び最小の残光（afterglow）を含む。これらの特性を持つ新しいシンチレータ材料への関心が続いている。特に、ガーネットは、シンチレータ材料としての使用に対して関心がもたれている材料のグループである。
【０００３】
ガーネットは、無機結晶材料であり、多くの場合、Ｇｄ、Ｌｕ、Ａｌ及び／又はＧａを含む混合酸化物組成物を有する。しばしば、放射中心を形成するセリウムのようなドーパントは、例えば、米国特許出願ＵＳ２０１２／０２２３２３６Ａ１から既知であるように、Ｘ線照射に対する光出力を増大するために含められる。
【０００４】
シンチレータを用いるＸ線又はガンマ線検出は、前記シンチレータにより放射された光を検出する光センサを必要とするので、間接的な検出方法である。このような間接的な検出方法の欠点は、２つの段階による（高い）エネルギ損失であり、すなわち、放射線を光に変換し、後でフォトダイオードにおいて電子に変換する際に損失が存在する。前記光センサにおける結果として生じる（比較的）少数の電子のため、前記検出器のエネルギ分解能は限定的である。
【０００５】
放射線を検出する代替的な方法は、直接検出である。これは、吸収されたＸ線又はガンマ線のエネルギを電子‐ホール対に直接的に変換する半導体を使用する。電子は、他の機能層を使用せずに、したがって前記他の機能層に関連した上述の損失なしで電気信号に処理されることができる。テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）又はテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）は、直接変換放射線検出器において最も一般的に使用される直接変換材料である。いわゆる光子計数モードで実行される場合、これは、大幅に高いエネルギ分解能（スペクトル感度）で吸収された放射量子の各々のエネルギを測定することを可能にする。このスペクトル情報は、例えば診断に対して、画像解像度及び画質を改良するのに非常に重要である。ＷＯ２０１４／０３２８７４Ａ１は、発光ガーネット充填剤を分散させた有機直接変換層を持つハイブリッドフォトダイオードを開示している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、これらの材料は、典型的には、作成するのが非常に難しく、したがって高価な単結晶である。また、異なる検出器システムに対して特性を最適化又は調整するためにこれらの材料を修正することは、とても難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による実施例は、放射線源からの入射放射線を電子及びホールの対に直接的に変換する直接変換材料を有する直接変換層と、前記放射線源に面するように前記直接変換層上に取り付けられた第１の電極と、前記第１の電極と比べて前記直接変換層の反対側に取り付けられた第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電位を加える手段とを有する直接変換放射線検出器を対象にする。前記直接変換材料は、ガーネットを有する。前記ガーネットは、Ｚ3（ＡｌxＧａy）5Ｏ12：Ｃｅの組成を有し、ここでＺは、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｙ若しくはＴｂ（又はこれらの組み合わせ）であり、ｙはｘ以上であり、好ましくは、ＺはＧｄを有する。
【０００８】
他の好適な実施例において、前記第２の電極は、画素化されている。
【０００９】
他の好適な実施例において、前記検出器は、前記直接変換層において形成された可視光を電子信号に変換するために前記直接変換層に対して前記第２の電極の裏側に取り付けられた光センサを有し、前記第２の電極は、可視光に対して透明であり、前記ガーネットは、Ｚ3（ＡｌxＧａy）5Ｏ12：Ｃｅの組成を有し、ここでＺは、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｙ、Ｔｂ又はこれらの組み合わせであり、ｙはｘ以上であり、好ましくは、ＺはＧｄを有する。
【００１０】
他の好適な実施例において、前記検出器は、前記直接変換放射線検出器において生成された電子信号を処理する集積回路を有する。
【００１１】
他の好適な実施例において、前記検出器は、前記画素化された電極の各画素を前記集積回路に経路変更（re-routing）する透明な経路変更層を有する。
【００１２】
本発明による他の実施例は、本発明による直接変換検出器を使用する放射線撮像方法を対象とする。
【００１３】
前記放射線源が放射性崩壊材料（decaying radioactive material）である前記放射線撮像方法の特に関心のある実施例は、少なくとも前記放射線検出器を用いて２つの同時に形成されたガンマ線光子を検出するステップと、前記２つの同時に形成された光子の間の検出時間の差を決定するステップと、前記決定された検出時間の差に基づいてタイムスタンプを生成するステップとを有し、第１の電子信号を生成するステップは、入力として前記生成されたタイムスタンプを使用するステップを含む。
【００１４】
本発明による他の実施例は、本発明による直接変換検出器を有する撮像システムを対象とする。
【００１５】
本発明の更なる態様及び実施例は、以下の詳細な記載を読み、理解すると当業者により理解される。多くの追加の利点及び利益は、好適な実施例の以下の詳細な記載を読むと当業者に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】画素化された直接変換放射線検出器を用いる直接変換検出の原理を説明する概略的表現を示す。
【図２】本発明による直接変換放射線検出器の第１の実施例の概略的表現を示す。
【図３】本発明による直接変換放射線検出器の第２の実施例の概略的表現を示す。
【図４】本発明による直接変換放射線検出器の画素化された電極の概略的表現を示す。
【図５】本発明による放射線撮像方法に対するフローチャートを示す。
【図６】追加のステップを有する図５に基づく本発明によるハイブリッド放射線撮像方法に対するフローチャートを示す。
【図７】放射線源が本発明による放射性崩壊材料である放射線撮像方法に対するフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの構成、並びに様々な処理動作及び処理動作の構成の形を取ることができる。図面は、好適な実施例を説明する目的のみであり、本発明を限定するように解釈されるべきではない。より良好に視覚化するために、特定のフィーチャは省略されてもよく、又は寸法は、正しい縮尺でなくてもよい。
【００１８】
図１は、直接変換放射線検出の既知の原理の高度に概略的な描写を示す。この原理及び本発明は、Ｘ線（ｘ）及びガンマ放射線（γ）を使用して図示されているが、この概念は、直接変換層により電子信号に直接的に変換されうる放射線のその他のタイプに対して有効である。
【００１９】
図１において、直接変換放射線検出器１の複数の本質的な層が示されている。検出器１のバルクは、直接変換材料を有する直接変換層１１により形成される。直接変換材料１１は、真性材料（intrinsic material）である又は（電気接触による）完全に空乏化したｐ−ｉ−ｎ構造を持つ単結晶半導体材料から構成されうる。ＣｄxＺｎ1-xＴｅ（テルル化カドミウム亜鉛、一般にＣＺＴと省略される）は、適切な既知の半導体材料である。また、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）は、直接変換材料として頻繁に使用される。直接変換層１１は、第１の電極（陰極）１２と第２の電極（陽極）１３との間に配置され、前記第１の電極は、放射線ｘ、γが放射線検出器１に向けて放射されることができる方向を向く。第１の電極１１及び第２の電極１２は、電源１４（又は１より多い電源）に接続される。第１の電極１１は、負のバイアス電位に保持され、第２の電極１２は、より弱く反発する（通常は引きつける正の）電位に保持される。第１の電極１２は、直接変換材料層５１上の連続的な層を形成し、一般に、放射線検出器１により検出されるエネルギレベルを持つ光子ｘ、γに対して透明である。第２の電極１３は、直接変換層１１の反対側にあり、通常は、検出器画素１３１の行又はグリッドに分割されている。
【００２０】
光子ｘ、γが、第１の電極１２を通過し、直接変換材料層１１に浸透する場合、光子ｘ、γは、直接変換材料と相互作用し、多くの電子‐ホール対を生成する。正に荷電されたホールは、強力に負に荷電された第１の電極１２に向かってドリフトし、負に荷電された電子は、より正に荷電された第２の電極１３に向かってドリフトする。前記電子が、第２の電極１３に近づく場合、信号が、各検出器画素１３１から誘導され、前記信号は、収集後に、特定の電極画素１３１に近づいた電子のカウントを示す。前記信号は、処理ユニットにより更に処理され、最終的に書面情報として又は検査対象（の一部）の再構成画像としてユーザに対してディスプレイ上に表示されうる。
【００２１】
図２は、本発明による放射線検出器１の一実施例の概略的な描写を示す。この実施例は、図１に示されたものと同じ要素を有するが、こちらの場合、直接変換層１１は、直接変換材料としてガーネットを有する。前記直接変換材料は、完全に又は少なくとも大部分がガーネットから作られてもよい。使用される前記ガーネットは、以前に記載された直接変換材料と同じように動作し、光子ｘ、γが前記ガーネットにおいて吸収され、電子‐ホール対が形成され、これらは、それぞれ、第２の電極１３及び第１の電極１２に輸送される。各検出器画素１３１に対する電子カウントを示す電子信号は、集積回路１５に送られ、集積回路１５は、第２の電極１３と電気接続し、前記電子信号を画像データに処理する。この実施例において、集積回路１５は、第２の電極１３に直接的に取り付けられるが、第２の電極１３から離れて配置されてもよい。
【００２２】
電離放射線の下で非常に低い（又は好ましくはゼロの）フォトルミネセンス放射を示さないガーネットのほとんどのタイプは、本発明の文脈において使用するのに適している。本発明の洞察は、ガーネット、特に無又は低発光ガーネットが、実際には、直接変換材料として使用されうることである。通常、ガーネットは、直接変換材料としては効率に対して有害であることができる良好なフォトルミネセンス特性のために放射線検出の分野で使用され、したがって、当業者は、良く知っているガーネットを直接変換材料として使用することを期待しない。特に適切なガーネット材料の例は、Ｚ3（ＡｌxＧａy）5Ｏ12：Ｃｅの組成を有するセリウム（Ｃｅ）ドープ・アルミニウム（Ａｌ）−ガリウム（Ｇａ）ベースのガーネットであり、ここでＺは、ルテチウム（Ｌｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、イットリウム（Ｙ）又はテルビウム（Ｔｂ）から選択される。
【００２３】
ＣｄＴｅ又はＣＺＴのような既知の直接変換材料の代わりにガーネットを使用する利点は、ガーネットが、より安価に製造され、より様々なタイプが存在し、これらが、特定のシステムに対する特性を最適化するように調整されることができることであり、これは、本発明の他の洞察である。ガーネットの製造プロセスは、所望の仕様に対してガーネット材料特性を調整することを可能にする。例えば、ガーネット含有量は、間接的なシンチレータ材料として使用されるガーネットに対する速度及び最大光出力に対して調整される。本発明に対して、ガーネット材料特性は、前記ガーネットが直接変換に対して使用されることができるような形で調整される必要がある。このように、電子‐ホール対の再結合を制限し、（シンチレータ材料に対して必要とされるものとは実質的に反対である）電荷分離が生じることを可能にすることが、必要である。本発明に対して使用されるガーネットは、好ましくは、直接変換に対する損失プロセスであるルミネセンスを示すべきではない。一般に、非ドープ材料は、（例えば自己束縛励起子による）格子関連放射を示すので、好ましくは、Ｃｅ3+ドープガーネットが使用され、励起されたＣｅ3+イオンは、Ｃｅ4+に電離し、伝導帯内の電子をレンダリングし、これがカウントされる。本発明に関連して使用される前記ガーネットにおいて、ホールは、Ｃｅ3+イオンにおいてトラップされる。Ｃｅ3+イオンのこのような電離は、特に、Ｃｅ3+イオンの励起されたｄレベル状態と前記伝導帯との間の低いエネルギ距離を持つガーネットにおいて見られる。文献から、アルミニウム含有量より高いガリウム含有量を持つＧｄ、Ｌｕ又はＹベースのＡｌ−Ｇａガーネットが、特に、Ｃｅ3+イオンの電離を起こす傾向にある。このように、Ａｌ含有量以上のＧａ含有量を持つ（ｙ≧ｘ）（Ｌｕ，Ｇｄ，Ｙ，Ｔｂ）3（ＡｌxＧａy）5Ｏ12：Ｃｅにより記載される組成は、本発明に関連した直接変換器として特に関心のあるガーネットである。前記組成は、ルミネセンス及び直接変換の両方が検出されることができるように調整されうる。適切に行われる場合、合計受信信号は増加し、より良好な品質の画像が得られうる。
【００２４】
更に、ガーネットは、これらの製造プロセスにおいて焼結され、前記焼結ステップは、粒界が伝導路及び欠陥中心を避けるように制限されるように実行される必要がある。この要件は、欠陥最小化が再結合を制限し、光出力を増大するので、間接シンチレーションに対する現在のガーネットベースのシステムに対して同じである。焼結は、典型的には、１６００℃より上、好ましくは、１６５０℃乃至１７８０℃の温度範囲内、最も好ましくは真空において１６７５℃乃至１７５０℃の温度範囲内の温度において実行される。ガーネットは、セラミック形成における焼結プロセスを使用して製造されることができるので、本発明において使用される前記ガーネットは、単結晶として使用されるＣＺＴ／ＣｄＴｅに基づく一般的な直接変換器より大幅に安価である。更に、複数のセラミックガーネット組成物は、既に利用可能であり、直接及び間接変換の比、阻止パワー並びにＣｅ3+放射スペクトルのような複数の重要なパラメータを微調整する可能性を提供する新しいタイプが、依然として開発及び製造されている。これは、単結晶では、不可能ではなくても大幅に難しい。
【００２５】
図３は、直接変換及び間接検出を組み合わせる本発明による放射線検出器の他の実施例を示す。以前に記載された実施例と同様に、直接変換層１１は、ガーネットを有する。しかしながら、この場合、前記ガーネットは、間接検出に対して現在使用されているシンチレータガーネットから選択されたものである。例えば、ｙが好ましくは０．４乃至０．６であり、より好ましくはｙが約０．５であるガーネットである（例えばＧｄ3Ａｌ2.5Ｇａ2.5Ｏ12：Ｃｅ）。単語「約」は、本出願の文脈において、特性値が、実際に、いずれかの方向にいくらか、例えば１０％変化しうることを意味する。これらは、既知のシンチレータにおいて使用される最も効率的なグループのガーネットである。（そのままで又は前述のタイプと組み合わせて）他の良好なオプションは、Ｚが、約２：１のＧｄ：Ｌｕ比でＧｄ及びＬｕを有する、ガーネットである。これらのガーネットは、特にＰＥＴ撮像に使用するのに適している。一般的な間接検出器と同じように、フォトダイオード、アバランシェフォトダイオード又はシリコン増倍管のような光センサ１６が、直接変換層１１と集積回路１５との間に配置される。第２の電極１３は、直接変換層１１と光センサ１６との間に挟まれる。この構成は、（第１の電極１２及び第２の電極１３を持たない）間接変換検出器と（光センサ１６を持たない）直接変換検出器との間のハイブリッドである。この構成は、電源１４が前記直接変換層に電場を印加し、前記電子‐ホール対の一部を分離し（直接変換）、他の部分が可視光（シンチレーション）を生成するように再結合することを可能にする。
【００２６】
直接変換層１１内で生成された可視光は、前記フォトダイオードに送られ、ここで第２の電子信号に変換される。このため、第２の電極１３は、前記間接変換検出器に対する可視光をブロックしないために適切な可視光スペクトルに対して透明である必要がある。透明な第２の電極１３は、例えばインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）又はアルミニウムドープ亜鉛酸化物（ＺｎＯ：Ａｌ）のような透明電極に対して既知の材料を有してもよい。
【００２７】
直接変換された分離された電子‐ホール対は、画素化された第２の電極１３により収集され、集積回路１５により吸収Ｘ線量子のスペクトル情報に変換される。図４は、透明画素１３１のグリッドを持つ第２の電極１３の上面図を示す。この実施例において、第２の電極１３は、可撓性電気接続手段１３２により集積回路１５に電気接続されるが、他の既知の接続手段が、同様に当業者により考えられうる。透明な画素化された第２の電極１３の接続に対して、全ての画素を電子装置に経路変更するように経路変更層（図示されない）を加えることが必要である。また、経路変更材料は、透明である必要があり、伝導ワイヤに対して、前記電極と同様の材料が使用されることができ、分離層に対して、例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）又は窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）が使用されてもよい。
【００２８】
図３に示された放射線検出器のようなハイブリッド実施例は、前記検出された放射線を示す少なくとも２つの別個の電子信号を生成し、追加の及び／又は改良された画像データを得るように結合されてもよく又は別々に使用されてもよく、これは、スキャンされた対象を分析する、例えば、医師がスキャンされた患者のより詳細な及び／又は改良された診断を提供することを可能にするユーザをより良好に支援する。光子の数及び電子の数の両方をカウントすることにより、より大きな信号が得られる。この効果は、放射Ｃｅ3+イオンに到達する前に、電荷が常に前記変換材料を通って有限な距離を移動するという事実に頼る。直接変換と間接変換との間の比は、例えば、Ｃｅ3+濃度により、また、単結晶ではなくセラミックを要求するホスト格子組成を変更することにより調整されることができるＣｅ3+電離エネルギにより調整されることができる。
【００２９】
より高い間接変換信号は、（濃度消光を誘導しない間の）高いＣｅ3+濃度及び励起状態におけるＣｅ3+の高い電離エネルギを選択する場合に得られる。
【００３０】
本発明による放射線検出器は、特に、Ｘ線放射線が放射線源から前記放射線検出器に放射されるＸ線撮像及びコンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像、特にスペクトルＣＴ撮像に適している。本発明は、単光子放射コンピュータ断層撮影装置（ＳＰＥＣＴ）又は陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）撮像装置又は異なるタイプの撮像の組み合わせのような、直接変換層により電子システムに直接的に変換されうる放射線を使用する、対象を撮像する他の撮像システムにおける使用にも適している。
【００３１】
特に関心があるのは、タイムオブフライト（Time-of-Flight）ＰＥＴ撮像において、図３に描かれた実施例と同様の本発明によるハイブリッド直接‐間接放射線検出器を使用することである。ＰＥＴ撮像において、放射線検出器は、スキャンされる対象の三次元画像データを得るために前記対象（例えば、患者の器官）内に以前に導入された放射線トレーサ材料の放射性崩壊の結果として放射されたガンマ光子を検出する。タイムオブフライトＰＥＴ撮像において、検出器の対による、２つの同時に形成されたガンマ光子の検出の間の時間の差が、決定されうる。この情報は、この場合、光子放射を引き起こした対消滅事象の原点をより正確に位置特定するのに使用されうる。タイムオブフライトＰＥＴは、ライン・オブ・レスポンス（line-of-response）上の光子放射中心の位置を正確に測定するために高い時間制度のタイムスタンプを必要とする。本発明によるハイブリッド直接‐間接放射線検出器を用いて、前記間接変換プロセスは、ＰＥＴにおいて前記タイムスタンプを提供するのに使用される。ガーネットからの光子放射は、非常に速いプロセスであり、タイムオブフライトＰＥＴに対して適切にされる。加えて、電場は、直接検出に対して前記生成された電子‐ホール対の一部を分離する。タイムスタンプは、ここで前記間接変換プロセスから既に利用可能であるので、前記直接変換プロセスの速度は、あまり重要ではなくなり、これにより材料要件及び直接変換システムを緩和する。しかしながら、前記直接変換プロセスから収集された電子の数は、吸収された放射のエネルギに関連するので、スペクトル情報も、高いエネルギ分解能で前記直接変換プロセスから得られうる。これは、Ｘ線又はＣＴ撮像のスペクトル情報と組み合わされたタイムオブフライトＰＥＴの時間分解能を持つ撮像システムを得ることを可能にし、スキャンされた対象の更に正確な分析を可能にし、結果として、例えば、患者の更に改良された診断を生じる。
【００３２】
本発明は、特にＰＥＴ撮像に対して、他の利点をも提供する。ルミネセンス消光は、光収率を減少させ、減衰時間をも減少させるが、基本的に、２つの事象の間の比は、同じままである。したがって、ＰＥＴにおける同時発生分解時間（ＣＲＴ、coincidence resolving time）に対する性能指数は、同じままである。同時発生分解時間及び（エネルギ分解に対する）カウントは、本発明の場合に切り離され、ここでＰＥＴの場合にカウントするより多くの時間が存在する。したがって、シンチレーションとカウントとの間のエネルギ分解及びＣＲＴのタスクは、分散されうる。前記ガーネットにおける放射の減衰時間は（電荷のトラッピングにより）かなり長いので、光伝導性を測定することは、実行可能なオプションであり、なぜなら、電流は、電荷のトラッピングが生じる前に既に測定されてもよいのに対し、トラップされた電荷及びトラップされる電荷の放射は、前記電荷が解放された後にのみ生じるからである。前記放射は、少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも９０％だけ消光される必要がある。
【００３３】
点線の左の全てを単に含む図５は、本発明による放射線撮像方法の概略的描写を示す。ステップ５０１において、放射線、例えば本発明による、したがって前記直接変換層においてガーネットを有する直接変換放射線検出器に向けたＸ線放射線又はガンマ放射線が、線源から放射される。ステップ５０２において、入射光子が、前記直接変換層において電荷担体（本実施例において電子及びホール）に変換される。ステップ５０４において、検出された電荷担体の数を示す第１の電子信号が生成される（光子カウント）。ステップ５０５において、画像データが、前記第１の電子信号に基づいて生成される。ステップ５０６において、前記画像データが、例えば２又は３次元画像として、ユーザに表示される。
【００３４】
図６は、本発明によるハイブリッド放射線撮像方法の概観を描き、図５の全てのステップ及び点線の右の全てのステップを含む。直接変換は、図５のステップ５０２、５０４及び５０５に対して記載されたのと同様に生じる。平行して、ステップ６０２において、入射光子の一部は、前記ガーネットにおいてフォトルミネセンスを引き起こし、通常は可視スペクトル内の異なる波長において光子を放射する。ステップ６０３において、前記ガーネットにおいて生成された光子は、次いで、光センサにおいて電子に変換される。ステップ６０４において、検出された電荷担体の数を示す第２の電子信号が生成される。ステップ５０５において、画像データは、ここで、前記第１及び第２の電子信号の両方に基づいて生成される。単一の画像データが、両方の信号に基づいて生成されてもよく、及び／又は２つの異なるセットの画像データが、前記信号の各々に基づいて生成されてもよい。図５と同様に、前記画像データは、ステップ５０６においてユーザに表示される。
【００３５】
図７は、本発明によるハイブリッド放射線撮像方法の特定の実施例の概観を描き、ここで、前記放射線源は、放射性崩壊材料、例えば対象内の放射性トレーサである。ステップ７０１において、前記放射性トレーサは、間接検出オプションをも有する本発明による放射線検出器で検出される。ステップ７０２において、タイムスタンプが、間接的に変換された光子から決定される。ステップ７０４において、画像データが、前記スペクトル情報から及び前記タイムスタンプを使用して生成される。ステップ７０５において、前記画像データが、ユーザに表示される。
【００３６】
本発明は、図面及び先行する記載に詳細に図示及び記載されているが、このような図示及び記載は、例示的又は典型的であり、限定的ではないと見なされるべきであり、本発明は、開示された実施例に限定されない。
【００３７】
開示された実施例に対する他の変形例は、図面、開示及び添付の請求項の検討から、請求された発明を実施する当業者により理解及び達成されることができる。請求項において、単語「有する」は、他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞「一つの」は、複数を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、請求項に記載された複数のアイテムの機能を満たしてもよい。特定の方策が相互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、これらの方策の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。
【図１】
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【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月29日(2017.3.29)
【手続補正１】
【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】
放射線源からの入射放射線を電子及びホールの対に直接的に変換する直接変換材料を有する直接変換層と、
前記放射線源に面するように前記直接変換層上に取り付けられた第１の電極と、
前記第１の電極と比べて前記直接変換層の反対側に取り付けられた第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電位を印加する手段と、
を有する直接変換放射線検出器において、
前記直接変換材料が、Ｚ3（ＡｌxＧａy）5Ｏ12：Ｃｅの組成を持つガーネットを有し、Ｚは、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｙ、Ｔｂ又はこれらの組み合わせであり、ｙはｘ以上であり、好ましくはＺがＧｄであることを特徴とする、
直接変換放射線検出器。
【請求項２】
前記第２の電極が、画素化されている、請求項１に記載の直接変換放射線検出器。
【請求項３】
前記直接変換放射線検出器が、前記直接変換層に対して前記第２の電極の裏側に取り付けられ、前記直接変換層において形成された可視光を電子信号に変換する光センサを有し、前記第２の電極が、可視光に対して透明であり、ｙが、好ましくは、０．４乃至０．６であり、より好ましくはｙが約０．５であり、及び／又は前記ガーネットは、好ましくは、Ｚが約２：１のＧｄ：Ｌｕ比を持つＧｄ及びＬｕを有するガーネットである、請求項１又は２に記載の直接変換放射線検出器。
【請求項４】
前記直接変換放射線検出器において生成された電子信号を処理する集積回路を更に有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の直接変換放射線検出器。
【請求項５】
前記画素化された電極の各画素を前記集積回路に経路変更する透明な経路変更層を更に有する、請求項４に記載の直接変換放射線検出器。
【請求項６】
放射線源から放射線ビームを放射するステップと、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の直接変換放射線検出器で前記放射された放射線ビームを検出するステップと、
前記直接変換層において生成された検出された電荷担体の数を示す第１の電子信号を生成するステップと、
を有する放射線撮像方法。
【請求項７】
前記直接変換放射線検出器が、請求項３に記載の直接変換放射線検出器であり、第１の電子信号が、前記画素化された第２の電極の各検出器画素に対して生成される、請求項６に記載の放射線撮像方法。
【請求項８】
前記直接変換放射線検出器が、請求項３に記載の直接変換放射線検出器であり、前記放射線撮像方法が、
前記光センサにおいて生成された検出された電子の数を示す第２の電子信号を生成するステップ、
を有する、請求項６に記載の放射線撮像方法。
【請求項９】
前記放射線源が、放射性崩壊材料であり、前記放射線撮像方法が、
少なくとも前記放射線検出器で２つの同時に形成された光子を検出するステップと、
前記２つの同時に形成された光子の間の検出時間の差を決定するステップと、
前記決定された検出時間の差に基づいてタイムスタンプを生成するステップと、
を有し、前記第１の電子信号を生成するステップが、前記生成されたタイムスタンプを入力として使用することを含む、
請求項７に記載の放射線撮像方法。
【請求項１０】
前記第１の電子信号に基づいて画像データを生成するステップ、
を更に有する、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の放射線撮像方法。
【請求項１１】
前記第１の電子信号及び前記第２の電子信号に基づいて画像データを生成するステップ、
を更に有する、請求項８又は９に記載の放射線撮像方法。
【請求項１２】
前記画像データを表示するステップ、
を更に有する、請求項１０又は１１に記載の放射線撮像方法。
【請求項１３】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の直接変換放射線検出器を有する撮像システム。
【請求項１４】
Ｘ線撮像装置、コンピュータ断層撮影装置、スペクトルコンピュータ断層撮影装置、陽電子放出断層撮影装置、タイムオブフライト陽電子断層撮影装置、単光子放出コンピュータ断層撮影装置、又はこれらの組み合わせを有するグループから選択された、請求項１３に記載の撮像システム。
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月6日(2017.10.6)
【手続補正１】
【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】
放射線源からの入射放射線を電子及びホールの対に直接的に変換する直接変換材料を有する直接変換層と、
前記放射線源に面するように前記直接変換層上に取り付けられた第１の電極と、
前記第１の電極と比べて前記直接変換層の反対側に取り付けられた第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電位を印加する手段と、
を有する直接変換放射線検出器において、
前記直接変換材料が、Ｚ3（ＡｌxＧａy）5Ｏ12：Ｃｅの組成を持つガーネットを有し、Ｚは、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｙ、Ｔｂ又はこれらの組み合わせであり、ｙはｘ以上であり、ＺがＧｄであることを特徴とする、
直接変換放射線検出器。
【請求項２】
前記第２の電極が、画素化されている、請求項１に記載の直接変換放射線検出器。
【請求項３】
前記直接変換放射線検出器が、前記直接変換層に対して前記第２の電極の裏側に取り付けられ、前記直接変換層において形成された可視光を電子信号に変換する光センサを有し、前記第２の電極が、可視光に対して透明であり、ｙが、０．４乃至０．６であり、ｙが約０．５であり、及び／又は前記ガーネットは、Ｚが約２：１のＧｄ：Ｌｕ比を持つＧｄ及びＬｕを有するガーネットである、請求項１又は２に記載の直接変換放射線検出器。
【請求項４】
前記直接変換放射線検出器において生成された電子信号を処理する集積回路を更に有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の直接変換放射線検出器。
【請求項５】
前記画素化された電極の各画素を前記集積回路に経路変更する透明な経路変更層を更に有する、請求項４に記載の直接変換放射線検出器。
【請求項６】
放射線源から放射線ビームを放射するステップと、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の直接変換放射線検出器で前記放射された放射線ビームを検出するステップと、
前記直接変換層において生成された検出された電荷担体の数を示す第１の電子信号を生成するステップと、
を有する放射線撮像方法。
【請求項７】
前記直接変換放射線検出器が、請求項３に記載の直接変換放射線検出器であり、第１の電子信号が、前記画素化された第２の電極の各検出器画素に対して生成される、請求項６に記載の放射線撮像方法。
【請求項８】
前記直接変換放射線検出器が、請求項３に記載の直接変換放射線検出器であり、前記放射線撮像方法が、
前記光センサにおいて生成された検出された電子の数を示す第２の電子信号を生成するステップ、
を有する、請求項６に記載の放射線撮像方法。
【請求項９】
前記放射線源が、放射性崩壊材料であり、前記放射線撮像方法が、
少なくとも前記放射線検出器で２つの同時に形成された光子を検出するステップと、
前記２つの同時に形成された光子の間の検出時間の差を決定するステップと、
前記決定された検出時間の差に基づいてタイムスタンプを生成するステップと、
を有し、前記第１の電子信号を生成するステップが、前記生成されたタイムスタンプを入力として使用することを含む、
請求項７に記載の放射線撮像方法。
【請求項１０】
前記第１の電子信号に基づいて画像データを生成するステップ、
を更に有する、請求項６乃至９のいずれか一項に記載の放射線撮像方法。
【請求項１１】
前記第１の電子信号及び前記第２の電子信号に基づいて画像データを生成するステップ、
を更に有する、請求項８又は９に記載の放射線撮像方法。
【請求項１２】
前記画像データを表示するステップ、
を更に有する、請求項１０又は１１に記載の放射線撮像方法。
【請求項１３】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の直接変換放射線検出器を有する撮像システム。
【請求項１４】
Ｘ線撮像装置、コンピュータ断層撮影装置、スペクトルコンピュータ断層撮影装置、陽電子放出断層撮影装置、タイムオブフライト陽電子断層撮影装置、単光子放出コンピュータ断層撮影装置、又はこれらの組み合わせを有するグループから選択された、請求項１３に記載の撮像システム。
【国際調査報告】
2017538916.tif 000010
2017538916.tif 000011