JP2005539231A

JP2005539231A - 放射線検出器

Info

Publication number: JP2005539231A
Application number: JP2004537356A
Authority: JP
Inventors: カーヴィーチョレク，ヘルフリート
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2003-08-04
Publication date: 2005-12-22
Also published as: US7211801B2; CN1320373C; EP1543350A1; US20050258369A1; CN1682128A; WO2004027453A1; AU2003250429A1

Abstract

放射線検出器は複数の検出器ユニットと、各検出器ユニット間に設置されたX線吸収構成体とを有する。個々の検出器ユニットはセンサ素子と読み出し回路を有する。X線吸収構成体は幅広部と幅狭部を有し、読み出し回路はX線吸収構成体の幅狭部に収容される。従って読み出し回路は幅広部によって入射X線から保護される。

Description

本発明は放射線検出器に関するものであり、その放射線検出器は、
複数の検出器ユニットと、
前記複数の検出器ユニットの少なくとも一部を横方向に分離するX線吸収構成体と、
を有し、
個々の検出器ユニットは、センサ素子及び読み出し回路を有する。

そのような放射線検出器は国際出願WO00/25149号パンフレットに示されている。

従来の放射線検出器はX線コンピュータ断層撮像法用検出器である。従来の放射線検出器はシンチレータ素子のマトリクスで構成されたシンチレータを有する。従来の放射線検出器の個々の検出器ユニットはシンチレータ素子及びセンサ素子として作用する光センサを有する。シンチレータは入射放射線をエネルギーレベルの低い放射線に変換し、光センサはこれを検出する。特定の場合シンチレータ素子には、単結晶又は多結晶タングステン酸カドミウム又はガドリニウム酸硫化物が用いられる。従来の放射線検出器のセンサ素子は検出器チップであって、このチップはCMOS技術を用いて製作されることが好ましい。X線吸収構成体はX線吸収層として設けられ、シンチレータの表面に対して垂直に伸びる。個々の検出器ユニットは個々の増幅素子を有し、この増幅素子は吸収層の直下に設置され、個々の増幅器を入射放射線から保護する。個々の検出器ユニットは各々の読み出し回路を有し、対応する検出器ユニットの増幅器は回路の一部を形成する。

増幅素子を吸収層に対して極めて精密に揃えるためには、増幅素子を極めて精密に設置する必要があり、これは従来の放射線検出器の製造プロセスを複雑な工程にする。
国際公開第00/25149号パンフレット

本発明の課題は、放射線感受性のある電子回路を保護し、この電子回路をより簡単な方法で製作することのできる放射線検出器を提供することである。

本課題は本発明による放射線検出器で解決され、この放射線検出器においては、
X線吸収構成体が幅広部と幅狭部を有し、
読み出し回路がX線吸収構成体の幅狭部に収容される。

本発明による読み出し回路は、幅狭部に設けられ、この部分は例えば吸収構成体内に凹部として構成される。すなわち、幅狭部、例えば凹部に設けられた読み出し回路は、幅広部によって入射放射線から保護される。従って特に、放射線増幅器のような読み出し回路の検出部が保護される。本発明によれば個々の読み出し回路全体中の一部分、特に放射線に対して最も高感度な部分のみが幅狭部、例えば吸収構成体の凹部に設置される。検出器ユニットは直線配列で、又は検出器ユニットの行列マトリクス状に設置される。横方向とは直線配列の縦軸に沿った方向、あるいはマトリクス面内の方向を指す。X線吸収構成体は、例えば隣接する検出器ユニットの各々を分離し、散乱X線によって生じる可能性のあるクロストークを防止する。本発明のこれらの及び他の態様は従属請求項に示される実施例を参照することで、さらに理解することができる。

本発明の放射線検出器の好適実施例においては、個々の検出器ユニットはいくつかのセンサ素子を有し、そのセンサ素子は垂直方向に積層される。垂直方向とは、検出器ユニットが相互に隣り合わせで配置される横の向きに対して実質上垂直な方向である。検出器ユニットの各センサ素子において、読み出し回路、特に読み出し回路の少なくとも一部であって、放射線感受性を有する部分は、吸収構成体の幅狭部に設置される。この好適実施例では、検出器ユニットのスタック内のいくつかのセンサ素子は、ほぼ入射放射線の方向に沿って設置される。すなわち個々の検出器ユニット内のセンサ素子は、ほぼ入射放射線の進行方向に沿って順次陰になるように設けられる。各センサ素子は入射放射線の一部を吸収及び／又は減衰させ、センサ素子は、放射線を受ける放射線検出器面より後方側にある放射線検出器部分にも設けられるため、センサ素子に到達する放射線エネルギーはさらに大きくなる。従って本実施例は、放射線強度を空間的かつエネルギースペクトル的に向上させる放射線検出法に極めて適している。

特に放射線検出器はX線放射を検出することができる。これはX線感受性を有し、X線を低エネルギー放射線に変換するシンチレータを用いることで可能となる。この放射線エネルギーは、例えば低エネルギー放射線に利用される緑色光のように380nmから750nmの範囲の波長を有することが好ましい。シンチレータに適した材料は例えば、タングステン酸カドミウム（CdWO₄）又はプラセオジミウム、フッ素若しくはセリウムでドープされたガドリニウム酸硫化物（Gd₂O₂S：Pr、Fe、Ce）である。センサ素子は低エネルギーの放射線に対する感受性のある光センサを有する。X線吸収構成体は、さらにいわゆる光クロストークが生じることを防止するため、低エネルギー放射線を吸収することが好ましいことに留意する必要がある。この光クロストークは、低エネルギー放射線が隣接する検出器ユニットに到達したときに生じる。代わりにセンサ素子はX線感受性光導体素子を有しても良く、この光導体素子は入射X線を電荷に変換し、その後変換された電子は読み出し回路によって読み出される。

本発明の放射線検出器は、X線検出器としてX線検査装置に利用することに極めて適している。この場合X線検出器はX線投影像を受け取り、この画像を用いて電子ビデオ信号のような画像信号を形成する。また本発明の放射線検出器は、コンピュータ断層撮像システムへの利用に極めて適している。この場合X線検出器は、いくつかの方向から被検体を透過した入射X線からの減衰プロファイルを構成する。これらの減衰プロファイルから、被検体の局部的濃淡を表示するように画像データ組が再構成される。画像データ組は被検体を通る1又は複数の断面と連関するようにしても良く、あるいは画像データ組は再構成された被検体空間と連関させても良い。特にコンピュータ断層撮像システムに用いる場合には、X線検出器は2次元検出器として設置することが好ましく、2次元検出器によって被検体のいくつかの断層から同時に減衰プロファイルを得たり、円錐状X線ビームから減衰プロファイルを得たりすることができる。

特に本発明による放射線検出器は、陽電子放射を検出することができる。これは、X線感受性を有し、陽電子放射を低エネルギー放射線に変換するシンチレータを用いることで可能となる。この低エネルギー放射線は、例えば紫外線、青色又は緑色光のような300nmから550nmの範囲にある波長を有する。適当なシンチレータ材料は例えば、NaI：Tl、LaBr₃：Ce、Gd₂SiO₅：Ce又はLu₂SiO₅：Ceである。センサ素子は、低エネルギー放射線に対する感受性のある光センサを有し、あるいは代わりに低エネルギー放射線、例えば紫外線をより低いエネルギーの例えば緑色光に変換する変換層を有する。代わりにセンサ素子は陽電子放射感受性光導体素子を有しても良く、この素子は入射陽電子放射を電荷に変換し、その後この変換された電荷は読み出し回路によって読み出される。

本発明の放射線検出器の別の好適実施例では、検出器ユニットの一部が実質上X線感受性を有する。これらのX線感受性検出器ユニットは第1の群を構成する。検出器ユニットの別の部分は実質上陽電子放射感受性を有する。これらの陽電子放射感受性検出器ユニットは、第2の群を構成する。放射線検出器の本実施例は、X線と陽電子放射を同時に検出することができる。従って放射線検出器の本実施例には、例えば陽電子放射撮像法（PET）とX線コンピュータ断層撮像法（CT）を組み合わせて検査に利用することができるという利点がある。本発明では統合された検査の両利用に同じ放射線検出器が用いられるため、例えばCT及びPET画像間の相互認承はほとんどあるいは全く必要ない。さらに、例えばX線CTデータとPETデータを得るためのCT及びPETの両走査を単一の検査で行うことができるため、患者のスループット時間は低減する。従って統合された検査処置により、検査を受ける患者の不快感は緩和される。

さらに本発明の放射線検出器は、X線CT法と単一光子放射コンピュータ断層撮像法（SPECT）を組み合わせた検査への利用に適している。SPECTではガンマ（γ）線光子の放出を伴う。検出器ユニットはX線及びガンマ線の双方を検出するある兼用部を有する。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下に示す実施例及び添付図面を参照することでより理解することができるであろう。

図1には検出器の配列で構成されるマルチライン検出器3を有するコンピュータ断層撮像システムを概略的に示す。X線源2及びこれと対向するマルチライン検出器3は、環状の門形フレーム又はガントリー1に取り付けられる。X線源2から放射された円錐状X線ビーム4は、患者5を透過してマルチライン検出器3に至る。検査される患者5は、回転ガントリー1を貫通するように架台6上に横たわる。

検出器配列3は、X線源2の焦点から距離rの位置に配置される。ガントリー1が完全に1回転する間、X線ビーム4が患者5のガントリー平面に、法線に対して異なる角度φで照射され、各減衰プロファイルが形成され、マルチライン検出器によって受信される。患者の照射ゾーン部分の断面像7は、これらの減衰プロファイルを基に再構成される。

検出器配列3は複数の検出器ユニット10で構成され、これらのユニットは複数の行に配置される。これらの行は回転軸方向（z方向）に並行に伸びる。

図2には、図1のコンピュータ断層撮像システムのX線検出器として作動する放射線検出器の概略図を示す。図3には図2のX線検出器部分の詳細を示す。図2のX線検出器は2列111、112の検出器ユニット10を有する。隣接する検出器ユニットは鉛のラメラ11状の吸収構成体により分離され、このラメラはX線検出器の表面に対して垂直に伸びる。これらの鉛のラメラ11は散乱X線を遮断し、隣接検出器ユニット間のクロストークを防止する。個々の吸収構成体は幅広部12と幅狭部13を有するため、凹部14が形成される。幅広部は、例えばX線のような放射線が放射線検出器に入射する方向を向くように配置される。個々の検出器ユニットはいくつかのセンサ素子を有し、この素子はシンチレータ結晶21、22及び23と、光ダイオード24、25及び26と、読み出し回路20とを有する。個々のセンサ素子には反射層31、34が付与される。これらの反射層は各シンチレータ結晶の大部分を覆うことが好ましい。入射X線は、シンチレータ結晶内で例えば緑色光のような低エネルギー放射線に変換され、これは光ダイオードで検出される。発生時に一旦光ダイオードから遠ざかるように伝播する緑色光は、反射層31、34により光ダイオードに導かれる。光ダイオードは、光ダイオードが検出する緑色光のような入射低エネルギー放射線により電荷を形成する。各センサ素子で生じた電荷は個々の読み出し回路20によって読み出される。各センサ素子の読み出し回路は凹部14に設けられる。従って入射及び散乱X線はX線吸収ラメラ11の幅広部12によって遮断されるため、読み出し回路は、入射及び散乱X線から保護される。特に、読み出し回路の増幅器のような放射線感受性のある部分は凹部14に設置される。

読み出し回路は、単一チャンネル41と電気的に結合された出力ポート41を有し、このポートは画像信号出力部（示されていない）に信号を搬送する。

検出器配列で構成されるマルチライン検出器3に本発明によるX線検出器を用いたコンピュータ断層撮像システムを概略的に示した図である。図1のコンピュータ断層撮像システム内のX線検出器の概略を示す図である。図2のX線検出器の一部を詳細に示す図である。

Claims

複数の検出器ユニットと、
前記複数の検出器ユニットの少なくとも一部を横方向に分離するX線吸収構成体と、
を有する放射線検出器であって、
個々の検出器ユニットは、センサ素子及び読み出し回路を有し、前記X線吸収構成体は幅広部及び幅狭部を有し、前記読み出し回路は前記X線吸収構成体の前記幅狭部に収容されていることを特徴とする放射線検出器。
個々の検出器ユニットはいくつかのセンサ素子を有し、該センサ素子は垂直方向に積層されていることを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
前記検出器ユニットは実質上X線感受性を有することを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
前記検出器ユニットは実質上陽電子放射感受性を有することを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
実質上X線感受性のある検出器ユニットの第1の群と、実質上陽電子放射線感受性のある検出器ユニットの第2の群とを有することを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。