飛行時間型の有能な高分解能ＰＥＴ用検出器
【課題】ポジトロン放出型断層撮影イメージング及び同様な手法のために使用することができる位置検知性アバランシェ・フォトダイオードのアレイとを持つ検出器を提供する。
【解決手段】アレイ３０の各フォトダイオード３２の隅部からの出力信号接点を読出しのために共通にグループ化する。各フォトダイオードは単一のウェーハ又はチップ上に設けることができ、フォトダイオード相互は溝によって隔てる。各フォトダイオードの隅部は、隣接のシンチレータ２８内のガンマ線入射事象から生じる信号を読み出すための接点を含む。シンチレータ結晶内のガンマ線入射事象の位置突止めを可能にしながら、接点を共通の出力チャンネルにグループ化して、出力チャンネルの数を減らす。フォトダイオード・アレイ３０はシンチレータの１つの面に隣接して配置し、光電子増倍管２４を別の面に隣接して配置する。光電子増倍管２４からはタイミング情報を得ている。
【解決手段】アレイ３０の各フォトダイオード３２の隅部からの出力信号接点を読出しのために共通にグループ化する。各フォトダイオードは単一のウェーハ又はチップ上に設けることができ、フォトダイオード相互は溝によって隔てる。各フォトダイオードの隅部は、隣接のシンチレータ２８内のガンマ線入射事象から生じる信号を読み出すための接点を含む。シンチレータ結晶内のガンマ線入射事象の位置突止めを可能にしながら、接点を共通の出力チャンネルにグループ化して、出力チャンネルの数を減らす。フォトダイオード・アレイ３０はシンチレータの１つの面に隣接して配置し、光電子増倍管２４を別の面に隣接して配置する。光電子増倍管２４からはタイミング情報を得ている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に云えば、フォトン検出器アレイ及びこのようなアレイからの信号の取得についての分野に関するものである。より具体的には、本発明はＰＥＴイメージング用のような位置検知性(position-sensitive)アバランシェ・フォトダイオード・アレイから信号を抽出するための新規な構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトダイオード・アレイについては、特にイメージング機器において、広範な用途が存在する。様々なこのようなフォトダイオードが知られていて、現在使用されている。典型的には位置検知性アバランシェ・フォトダイオード（ＰＳＡＰＤ）と称される特定の一形式のフォトダイオードでは、フォトンを検出して、該フォトンがアレイに衝突する位置を突き止めることができる。ＰＳＡＰＤは、ポジトロン放出型断層撮影（ＰＥＴ）イメージングのような医学的及び他のイメージング用途に現在使用されている。このような用途でのそれらの使用は、それらがアレイに衝突するフォトンの位置を検知する能力を持っているので特に関心が持たれている。
【０００３】
ＰＥＴイメージング・システムでは、シンチレータとの（核崩壊事象によって発生される）放射線の衝突に基づいて画像が作成される。被検体内でのポジトロンと対応する電子との相互作用から生じるガンマ線がシンチレータの中へ入って、光センサによって検出することのできるフォトンに変換される。例えば、被検体内の特定の位置から放出された光は、ＰＳＡＰＤ、又は光電子増倍管（ＰＭＴ）のような他の光検出器を使用して、検出することができる。
【０００４】
データを同時に検出するためにＰＳＡＰＤ及び高速単一チャンネルＰＭＴを含むデュアルエンド読出し装置を使用するＰＥＴ検出器が実証されている。このような装置では、高い空間分解能及び相互作用深さ（ＤＯＩ；depth-of-interaction）に加えて、優れたタイミング分解能が飛行時間(time-of-flight)型ＰＥＴイメージングのために得ることができる。このような位置、タイミング及びエネルギ情報は被検体内で放出されてシンチレータによって受け取られる各ガンマ線について生成される。
【０００５】
しかしながら、実験用ＰＥＴイメージング・システムで使用されているＰＳＡＰＤは比較的小さく、例えば１４ｍｍ×１４ｍｍ程度である。このようなＰＳＡＰＤは位置情報を供給するためにシンチレータ・アレイの一方の端部に取り付けられ、また反対側の端部にはタイミング情報を供給するために単一チャンネルＰＭＴが取り付けらている。エネルギ情報はＰＳＡＰＤ及びＰＭＴからの信号を組み合わせることによって決定され、これらの２つの検出器の相対的な信号レベルがＤＯＩ情報を提供する。
【０００６】
しかしながら、典型的なＰＥＴイメージング・システムは多数のこのような検出器アレイを含んでいる。従って、実証の際に用いられたもののような小さいＰＳＡＰＤでは、実用化のためには多数のフロントエンド電子チャンネルが必要になり、時間のかかる組み立て及び試験が必要となる。その上、実際のイメージング・システムにグループ化されるとき、ＰＳＡＰＤからの出力信号の抽出には、比較的高密度の配線、信号を処理するための高密度の電子回路等々が必要とされる。その結果として動作温度が上昇して、ノイズ・レベルの増加によってＰＳＡＰＤの性能が劣化していく恐れがある。これらの寸法をより小さくすることによる更なる改良には、温度を室温より充分低い温度に下げる必要があり、これは一般的に実用上避けるべきである。
【特許文献１】米国特許第６７８１１３３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、上記のような欠点を無くすようにＰＳＡＰＤアレイからの位置信号抽出技術を改良することが要望されている。特に、検知したデータについての出力チャンネルの数を大幅に増やすことなくシンチレータにおける入射放射線フォトンの位置を識別することのできる寸法のより大きい改良したＰＳＡＰＤアレイが要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような要望に応じて設計されたＰＳＡＰＤアレイでデータを検出するためのシステム及び方法を提供する。本技術は或る範囲のシステムで用いることができるが、ＰＥＴイメージング、単一フォトン放出型コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）イメージング、光学的イメージングなどに特に良く適している。本システムは、単一の半導体チップ又はウェーハ上に配列した複数のＰＳＡＰＤを使用することに基づいている。各々のＰＳＡＰＤはその隅部において出力信号を発生し、それらの信号を処理することにより、フォトンがアレイに衝突したＰＳＡＰＤ内の象限又は領域を決定することができる。個々のＰＳＡＰＤは隣接したＰＳＡＰＤから小さい境界部によって隔てることができる。そこで、ＰＳＡＰＤの隅部における導体からの出力をグループ化することにより、アセンブリの全出力チャンネルの数を少なくする。
【０００９】
ＰＳＡＰＤシステムは、ＰＥＴシステムに使用するためのような検出器を形成するために他の構成要素と関連させることができる。特に、グループ化した出力を持つ複数のＰＳＡＰＤをシンチレータと、また希望により位置、タイミング及びエネルギを表すデータの検出のためのＰＭＴと関連させることができる。
【００１０】
ＰＳＡＰＤシステムからの出力チャンネルの数は、各ＰＳＡＰＤの４つの隅部の各々に別々の出力チャンネルを設けた場合に生じる最大数から大幅に減らすことが可能である。例えば、一構成では、４つのＰＳＡＰＤより成るアセンブリは僅か６つの出力チャンネルにより良好な分解能を提供することができる。しかしながら、以下に詳しく述べるように出力をグループ化することによって、様々な数の出力チャンネルを設けることができる。
【００１１】
本発明はまた、他の形式及び構造のフォトダイオードにも適用することができる。例えば、本書で述べる共通出力チャンネル技術は、電荷分割を使用する位置検知性多陽極型光電子増倍管（ＰＭＴ）、（アバランシェ利得動作のない）位置検知性フォトダイオード、電荷を共有するシリコン光電子増倍器、等々のような、電荷共有式(charge sharing)位置検知性光センサに適用することができる。
【００１２】
本発明の上記の及び他の特徴、側面及び利点は、添付の図面を参照した以下の詳しい説明を読むことによりよりよく理解されよう。図面においては、全図にわったって同様な部品は同じ参照符号で表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ここで図面を参照して説明すると、先ず図１には、本発明技術の様々な面に従って動作する模範的なＰＥＴシステム１０を例示する。ＰＥＴシステム１０は、検出器アセンブリ１２と、検出器取得回路１４と、画像再構成及び処理回路１６とを含んでいる。検出器アセンブリ１２は典型的には、図１に示されているように、１つ以上のリングを成すように配列された多数の検出器モジュール（全体を参照数字１８で表す）を含む。ＰＥＴシステム１０はまた、オペレータ・ワークステーション２０及び画像表示ワークステーション２２も含む。例示した実施形態では、検出器取得回路１４及び画像再構成及び処理回路１６は検出器アセンブリ１２及びオペレータ・ワークステーション２０の外部にあるものとして示されているが、他の実施形態では、これらの回路の幾つか又は全てを検出器アセンブリ１２及び／又はオペレータ・ワークステーション２０の一部として設けることができる。上記の構成要素の各々については以下により詳しく説明する。
【００１４】
上記の模範的なＰＥＴシステム１０又は他の形式の核イメージング・システムの対応する構成要素に留意して、本発明技術の更なる説明を容易にするためにこのようなシステムの機能について簡単に説明する。ＰＥＴイメージングは、主に、組織及び器官内で生じる代謝活動を測定するために使用される。具体的に述べると、ＰＥＴイメージングは、典型的には、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及びコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）のようなイメージング・モダリティによって生成される構造的画像とは異なり、生物及び代謝活動についての機能画像を生成する。
【００１５】
ＰＥＴイメージングでは、典型的には放射性トレーサを含有する溶液が患者に注射される。溶液は身体の全体にわたって分布して、用いられるトレーサと器官及び組織の機能とに依存して異なる程度で吸収される。例えば、腫瘍は、同じ種類の健康な組織よりも多量のグルコースを処理する。従って、放射性トレーサを含有するグルコース溶液が腫瘍によって不釣り合いに代謝されることがあり、このため、放射性放出物によって腫瘍を突き止めて視覚化することができる。具体的に述べると、放射性トレーサがポジトロンを放出し、ポジトロンは相補的な電子と相互作用して消滅し、ガンマ線を発生する。各消滅反応において、反対向きに進行する２つのガンマ線が放出される。ＰＥＴイメージング・システム１０では、この一対のガンマ線が検出器アセンブリ１２によって検出され、検出器アセンブリ１２は、時間的に充分接近して検出された２つのガンマ線が同じ消滅反応によって発生されたことを確認するように構成されている。消滅反応の性質に起因して、このような一対のガンマ線の検出は、これらのガンマ線が検出器に衝突する前に進行する応答線を決定するために使用することができ、消滅事象の位置をその線に限定することができる。このようなガンマ線の対を多数検出して、これらの対が進行する対応する線を計算することによって、身体内の異なる部分における放射性トレーサの濃度を決定することができ、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がＰＥＴシステム１０の基本的で最も重要な目的である。
【００１６】
これらの注釈を考慮して、図１に戻って説明すると、検出器取得回路１４は、検出器アセンブリ１２の検出器モジュール１８から、ガンマ線に応答して発生された信号を読み出すように構成されている。検出器取得回路１４によって取得された信号は、画像再構成及び処理回路１６に供給される。画像再構成及び処理回路は、導き出されたガンマ線放出位置に基づいた画像を生成する。記載されている構成要素の幾つか又は全てに制御命令を供給するため、及びデータ取得及び画像生成に役立つ様々な動作パラメータを形成するために、システム・オペレータによってオペレータ・ワークステーション２０が利用される。作動用のワークステーション２０はまた、生成された画像を表示することができる。代替態様では、生成された画像は、画像表示ワークステーション２２のような遠隔の観察用ワークステーションで表示することができる。
【００１７】
検出器アセンブリ１２は多数の検出器モジュール１８を含むことができる。例えば、本構成では、このようなモジュールの数個のリングを設けることができ、各リング当りのモジュールの数はイメージング対象の患者又は被検体を取り囲むのに充分な数とする。本発明では、検出器モジュールは従来の構成よりも寸法が大きく、単一のチップ又はウェーハ上に配列された複数のＰＳＡＰＤを有する。更に、検出器モジュールは、図２に例示されているように、ＰＳＡＰＤをＰＭＴと共に含むことができる。
【００１８】
図２に示されているように、模範的な実施形態における検出器モジュール１８は、ＰＭＴ２４と、随意選択による導波器２６と、シンチレータ２８と、ＰＳＡＰＤアレイ３０とを含む。当業者には、シンチレータ２８がイメージング対象の被検体内の崩壊する放射性材料から放出されるガンマ線を受け取って、これらのガンマ線をフォトンに変換し、それらのフォトンはＰＭＴ２４及びＰＳＡＰＤアレイ３０によって検知できることが認識されよう。導波器２６は単純に、フォトンをＰＭＴへ通すために使用され、本質的にアダプタとして作用する。ＰＭＴ２４がシンチレータ２８に直接付設することができる場合、導波器２６はアセンブリから省くことができる。オキシオルト珪酸ルテチウム−イットリア（ＬＹＳＯ）シンチレータのような任意の適当なシンチレータ・アレイをモジュールに用いることができる。勿論、他のシンチレータ材料を用いることができる。当業者には分かるように、シンチレータは、ガンマ放射線を光学的フォトンに変換する複数の並列の結晶を有する。結晶の特定の寸法は、典型的には、シンチレータ用に使用される材料の性質と用途における空間分解能の要件とに依存する。更に、以下に述べるように、或る数のシンチレータが典型的にはＰＳＡＰＤアレイ３０の各ＰＳＡＰＤ３２に関連付けられる。この数は（本書で述べられているように）各ＰＳＡＰＤについて２×２から４×４まで、更には用途における空間分解能及び使用されるシンチレータ材料によって必要とされるときにはそれより大きい数に変えることができる。
【００１９】
使用中、シンチレータ・アレイ２８に衝突するガンマ線は光学的フォトンに変換され、これらの光学的フォトンはＰＭＴ２４とアレイ３０のＰＳＡＰＤとの両方に伝達される。個々のシンチレータ結晶内の事象の位置を突き止める出力信号は、以下により詳しく説明するように全出力チャンネルの数を減らすためにグループ化された出力チャンネルによって収集される。当業者に理解されるように、飛行時間型ＰＥＴシステムでは、以下に説明するように、ＰＳＡＰＤからの出力に基づいてフォトンが検出された場所又は位置が処理回路により決定される。シンチレータの反対側の面上の単一チャンネルＰＭＴはタイミング情報を供給する。エネルギ情報は、ＰＳＡＰＤ及びＰＭＴからの信号を組み合わせることによって決定され、また２つの検出器についての相対的な信号レベルがＤＯＩ情報を供給する。
【００２０】
図３は、４−ＰＳＡＰＤアレイをより詳しく示す図であり、該アレイでは、各ＰＳＡＰＤが４つのシンチレータ結晶の端部又は面に隣接して配置されている。再び、任意の数のグループ化したＰＳＡＰＤを用いることができ、また各ＰＳＡＰＤに対して様々な数のシンチレータ結晶を付設することができる。ほんの一例として、グループ内に４つのＰＳＡＰＤ、及び各ＰＳＡＰＤ当り４つの結晶を設けた場合を例示して説明する。
【００２１】
図３に例示されているＰＳＡＰＤアレイ３０は４つのＰＳＡＰＤ（参照数字３４、３６、３８及び４０で表されている）を含む。境界部４２が単一のチップ又はウェーハ上のＰＳＡＰＤを分離する。しかしながら、境界部４２は極めて薄く、すなわち、アセンブリにおいてグループ化された別々のＰＳＡＰＤにより生じるような境界部よりも実質的に薄い。シンチレータ結晶４４はＰＳＡＰＤアレイから延在する。現在考えられる実施形態では、境界部は、ウェーハ上のＰＳＡＰＤを分離する堀又は溝である。しかしながら、以下に概要を説明する接続及び処理方式により互いに隣接した別々のチップ上に形成されたＰＳＡＰＤを並置することによって適切な結果を得ることが可能なことがある。
【００２２】
ＰＳＡＰＤは、以上に示したように複数のシンチレータ結晶の面に対応する面積にわたって延在する。図３に示されている実施形態では、各々のＰＳＡＰＤが４つのシンチレータ結晶４４の面を覆うので、各々のＰＳＡＰＤは４つの隣接した領域４６を含むものとして見なすことができる。当業者に理解されるように、各領域は動作中にガンマ線入射事象の位置を突き止めるために参照することができる。このような事象の位置突止めを容易にするために、４つの接点４８が各ＰＳＡＰＤの隅部に設けられる。図には示されていないが、薄い抵抗層を各ＰＳＡＰＤの上に全体的に設けて、隅部の接点の各々の間での電荷の分割を可能にすることが当業者には理解されよう。図３にはＰＳＡＰＤの隣接した隅部の接点が直接並置されるものとして示されているが、実際にはこれらの間には境界部４２が延在して、各ＰＳＡＰＤの接点を電気的に隔離する。
【００２３】
当業者に理解されるように、各ＰＳＡＰＤの接点は、ガンマ線がシンチレータ結晶４４に入射した（その結果、フォトンがＰＳＡＰＤアレイに入射した）位置についての決定を行うことを可能にする。具体的に述べると、アンガー論理(Anger logic) を使用することによって、ガンマ線を受け取ったシンチレータ結晶に対応する各ＰＳＡＰＤ上の領域４６を決定することができる。ＰＳＡＰＤ上の（ＰＳＡＰＤの隅部にある）４つの接点の各々を時計回りの順にそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄで表すと、ガンマ線入射事象のおおよそのＸ及びＹ座標は次の関係式によって決定することができる。
【００２４】
Ｘ＝［（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）］／［Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ］ （式１）
Ｙ＝［（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）］／［Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ］ （式２）。
【００２５】
従って、ガンマ線瞬時事象が生じた特定の象限又は領域を識別することができる。また当業者によって理解されるように、異なる数の領域、特に例示した４つの領域よりも多い領域を用いて入射事象及びフォトンの位置を突き止めるために同様な論理を用いることができる。
【００２６】
ガンマ線入射事象の位置の識別のための上記の論理では、一般に、出力信号が各ＰＳＡＰＤの４つの隅部全部から取得されることが必要とされる。しかしながら、本発明によれば、アレイ内の異なるＰＳＡＰＤの接点に対する共通な接続部を使用することによって、特定の出力接点が結合される。図４は、４−ＰＳＡＰＤアレイにおける別々の出力チャンネルの数が１６から８へ減らされることを表す。図４に見られるように、各々のＰＳＡＰＤ３４、３６、３８及び４０の接点４８は読出しのためにグループ化される。図示の実施形態では、第１の共通出力チャンネル５０がＰＳＡＰＤ３４及び３６の隅部に結合され、また同様な共通出力チャンネル５２がＰＳＡＰＤ３８及び４０の接点に結合される。同様にして、共通出力チャンネル５４がＰＳＡＰＤ３４及び４０の接点に、また共通出力チャンネル５６がＰＳＡＰＤ３６及び３８の接点に結合される。更に、ＰＳＡＰＤ３６及び３８のの隅部の間、並びにＰＳＡＰＤ３４及び４０の隅部の間に、それぞれ参照数字５８及び６０で表した同様な共通接続部が設けられる。最後に、ＰＳＡＰＤ３４及び３６の接点が出力チャンネル６２に共通であり、またＰＳＡＰＤ３８及び４０の接点が出力チャンネル６４に共通である。
【００２７】
動作について説明すると、図４の構成では、様々なチャンネルからの出力、すなわち、１６チャンネルよりも少ないチャンネルを持つＰＳＡＰＤからの出力の読取りが可能であり、且つガンマ線入射事象についての各ＰＳＡＰＤの領域内の位置の区別が可能である。図５は、ＰＳＡＰＤに関連したシンチレータ結晶の８×８アレイの位置に対するＰＳＡＰＤからの出力での検出位置の模範的な写像６６を示す。図５に示されているように、複数の領域６４、６８、７０及び７２は図４の異なるそれぞれのＰＳＡＰＤに対応する。図５に示されている楕円は、一シンチレータ結晶内のガンマ線入射事象のモデル位置に対応する。当業者に理解されるように、写像の「ピン・クッション」状の外観は一般的に、衝突の点から隅部の接点の各々までの距離に依存した、ＰＳＡＰＤの高抵抗率層の抵抗値による電荷共有の変化から生じる。参照数字７４で表されるような楕円の相対的な違いは、ガンマ線入射事象の位置を識別して動作中に充分な位置感度を与えることができることを示す。
【００２８】
図６は、図４に示されているものと同様であるが、４−ＰＳＡＰＤアレイに対して７つの出力チャンネルを持つ共通出力接続構成を表す略図である。図４の構成とは対照的に、図６の構成は４つの全てのＰＳＡＰＤの中央の接点を出力チャンネル７６にグループ化する。図７は図５のものと同様なシミュレーションによる写像であり、図６のチャンネルからの出力の分析によるガンマ線入射事象の良好な空間分解能を示す。
【００２９】
出力チャンネルの数は図８に図式的に示すように更に減らすことができる。図８の実施形態では、アレイのＰＳＡＰＤの４つの中央の接点が再び共通の出力チャンネル７６にグループ化されるが、しかしＰＳＡＰＤの４つの全ての外側の隅部もまた共通の出力チャンネル７８にグループ化される。従って、図８の構成では６つの出力チャンネルのみを参照することによって入射事象の位置突き止めを行うことができる。図９に例示されたシミュレーションは、出力チャンネルの総数が減じられるにつれて入射事象の位置を突き止める際の不確実さの程度が比較的小さく増大するが、アレイの各ＰＳＡＰＤの領域においてこのような事象を依然として区別することができることを示している。
【００３０】
前に述べたように、アレイには任意の数のＰＳＡＰＤを含ませることができ、また各ＰＳＡＰＤはそれに隣接して配置されるシンチレータ結晶の数に対応する任意の数の部分領域に細分することができる。図８を参照して引き続き説明すると、位置８０にガンマ線（及び対応するフォトン）が衝突したとき、様々なチャンネルの出力に基づいてガンマ線入射事象が生じたシンチレータ結晶の位置を突き止めるための模範的な論理は、以下のように進行することができる。最初に、チャンネル５４及び５６からの出力を比較する。チャンネル５４からの出力がチャンネル５６からの出力よりも大きいので、事象はアレイの左側に位置していることになる。同様に、チャンネル５０及び５２からの出力を比較することができ、出力チャンネル５０からの信号の方が大きいことにより、事象の位置がアレイの上半分内に定められる。その後。チャンネル５０、５４、７６及び７８からの信号を前述のアンガー論理と共に使用して、ＰＳＡＰＤ３４の右上の象限内の位置８０を突き止めることができる。
【００３１】
また信号処理により、ガンマ線入射事象の位置突止めを改善するために出力信号内のノイズの相関を可能にすることができることに注意されたい。例えば、図８の位置８０で事象が生じた場合、チャンネル５６からの出力はＰＳＡＰＤ３４内の事象の位置についての上述のアンガー論理には直接関係しないことを注記することができる。しかしながら、チャンネル５６からのノイズは、アンガー論理による位置決定に関係するチャンネルからの信号、例えばチャンネル５０からの信号を部分的に是正するために使用することが可能である。実際には、各出力チャンネルからのノイズは典型的には同じではなく、このためこのような是正は部分的にしかできないことがある。
【００３２】
また、前に述べたように、本発明による共通接続及び読出し技術はＰＳＡＰＤ以外の装置にも使用することができることに注意されたい。例えば、同じ接続方式は、電荷分割を使用する位置検知性多陽極型光電子増倍管（ＰＭＴ）、（アバランシェ利得動作のない）位置検知性フォトダイオード、電荷を共有するシリコン光電子増倍器のアレイ、等々のような、電荷共有式位置検知性光センサに使用することができる。
【００３３】
一例として、或る特定の位置検知性光電子増倍管では、出力が抵抗回路網に結合されている。このような抵抗回路網からの出力チャンネルの総数は、本発明を適用することによって減らすことができる。すなわち、これらの出力は一部の出力と共通に接続することができ、またセンサ・アレイ内の様々な位置からの信号を区別するために前述の論理を使用することができる。
【００３４】
本書では本発明の或る特定の特徴を例示し説明したが、当業者には種々の修正および変更をなし得よう。従って、特許請求の範囲は本発明の真の精神内にあるこの様な全ての修正及び変更を含むものであることを理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明技術の様々な面に従ってＰＳＡＰＤアレイを用いる模範的なＰＥＴイメージング・システムの概略図である。
【図２】図１に示されている形式のシステムに使用するための模範的な検出器モジュールの斜視図である。
【図３】図２に示されている形式のモジュールに使用するためのＰＳＡＰＤアレイの詳細図である。
【図４】図３に示されている形式のＰＳＡＰＤアレイから信号を抽出するための第１の模範的な構成の概略図であり、この場合、出力チャンネルの数が８つに低減されている。
【図５】図４の構成から出力された信号に基づいて、８×８シンチレータ結晶アレイを用いたフォトンの衝突事象の位置のシミュレーションによる写像を表す線描画である。
【図６】図４と同様であるが、７つの出力チャンネルを持つＰＳＡＰＤアレイから信号を抽出するための模範的な構成の概略図である。
【図７】図５と同様であるが、図６の構成に基づいたシミュレーションによる写像の線描画である。
【図８】６つの出力チャンネルを使用する模範的なＰＳＡＰＤアレイから信号を抽出するための別の代替構成の概略図である。
【図９】図５及び図７と同様であるが、図８の構成を使用したシミュレーションによる写像の線描画である。
【符号の説明】
【００３６】
１０ ＰＥＴ（ポジトロン放出型断層撮影）システム
１２ 検出器アセンブリ
１８ 検出器モジュール
２４ ＰＭＴ（光電子増倍管）
２６ 導波器
２８ シンチレータ
３０ ＰＳＡＰＤ（位置検知性アバランシェ・フォトダイオード）アレイ
３２、３４、３６、３８、４０ ＰＳＡＰＤ
４２ 境界部
４４ シンチレータ結晶
４６ ４つの隣接した領域
４８ 接点
５０、５２、５４、５６ 共通出力チャンネル
５８、６０ 共通接続部
６２、６４ 出力チャンネル
６４、６８、７０、７２ 複数の領域
６６ 写像
７４ 楕円
７６ 出力チャンネル
７８ 共通の出力チャンネル
８０ ガンマ線の衝突位置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に云えば、フォトン検出器アレイ及びこのようなアレイからの信号の取得についての分野に関するものである。より具体的には、本発明はＰＥＴイメージング用のような位置検知性(position-sensitive)アバランシェ・フォトダイオード・アレイから信号を抽出するための新規な構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトダイオード・アレイについては、特にイメージング機器において、広範な用途が存在する。様々なこのようなフォトダイオードが知られていて、現在使用されている。典型的には位置検知性アバランシェ・フォトダイオード（ＰＳＡＰＤ）と称される特定の一形式のフォトダイオードでは、フォトンを検出して、該フォトンがアレイに衝突する位置を突き止めることができる。ＰＳＡＰＤは、ポジトロン放出型断層撮影（ＰＥＴ）イメージングのような医学的及び他のイメージング用途に現在使用されている。このような用途でのそれらの使用は、それらがアレイに衝突するフォトンの位置を検知する能力を持っているので特に関心が持たれている。
【０００３】
ＰＥＴイメージング・システムでは、シンチレータとの（核崩壊事象によって発生される）放射線の衝突に基づいて画像が作成される。被検体内でのポジトロンと対応する電子との相互作用から生じるガンマ線がシンチレータの中へ入って、光センサによって検出することのできるフォトンに変換される。例えば、被検体内の特定の位置から放出された光は、ＰＳＡＰＤ、又は光電子増倍管（ＰＭＴ）のような他の光検出器を使用して、検出することができる。
【０００４】
データを同時に検出するためにＰＳＡＰＤ及び高速単一チャンネルＰＭＴを含むデュアルエンド読出し装置を使用するＰＥＴ検出器が実証されている。このような装置では、高い空間分解能及び相互作用深さ（ＤＯＩ；depth-of-interaction）に加えて、優れたタイミング分解能が飛行時間(time-of-flight)型ＰＥＴイメージングのために得ることができる。このような位置、タイミング及びエネルギ情報は被検体内で放出されてシンチレータによって受け取られる各ガンマ線について生成される。
【０００５】
しかしながら、実験用ＰＥＴイメージング・システムで使用されているＰＳＡＰＤは比較的小さく、例えば１４ｍｍ×１４ｍｍ程度である。このようなＰＳＡＰＤは位置情報を供給するためにシンチレータ・アレイの一方の端部に取り付けられ、また反対側の端部にはタイミング情報を供給するために単一チャンネルＰＭＴが取り付けらている。エネルギ情報はＰＳＡＰＤ及びＰＭＴからの信号を組み合わせることによって決定され、これらの２つの検出器の相対的な信号レベルがＤＯＩ情報を提供する。
【０００６】
しかしながら、典型的なＰＥＴイメージング・システムは多数のこのような検出器アレイを含んでいる。従って、実証の際に用いられたもののような小さいＰＳＡＰＤでは、実用化のためには多数のフロントエンド電子チャンネルが必要になり、時間のかかる組み立て及び試験が必要となる。その上、実際のイメージング・システムにグループ化されるとき、ＰＳＡＰＤからの出力信号の抽出には、比較的高密度の配線、信号を処理するための高密度の電子回路等々が必要とされる。その結果として動作温度が上昇して、ノイズ・レベルの増加によってＰＳＡＰＤの性能が劣化していく恐れがある。これらの寸法をより小さくすることによる更なる改良には、温度を室温より充分低い温度に下げる必要があり、これは一般的に実用上避けるべきである。
【特許文献１】米国特許第６７８１１３３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、上記のような欠点を無くすようにＰＳＡＰＤアレイからの位置信号抽出技術を改良することが要望されている。特に、検知したデータについての出力チャンネルの数を大幅に増やすことなくシンチレータにおける入射放射線フォトンの位置を識別することのできる寸法のより大きい改良したＰＳＡＰＤアレイが要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような要望に応じて設計されたＰＳＡＰＤアレイでデータを検出するためのシステム及び方法を提供する。本技術は或る範囲のシステムで用いることができるが、ＰＥＴイメージング、単一フォトン放出型コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）イメージング、光学的イメージングなどに特に良く適している。本システムは、単一の半導体チップ又はウェーハ上に配列した複数のＰＳＡＰＤを使用することに基づいている。各々のＰＳＡＰＤはその隅部において出力信号を発生し、それらの信号を処理することにより、フォトンがアレイに衝突したＰＳＡＰＤ内の象限又は領域を決定することができる。個々のＰＳＡＰＤは隣接したＰＳＡＰＤから小さい境界部によって隔てることができる。そこで、ＰＳＡＰＤの隅部における導体からの出力をグループ化することにより、アセンブリの全出力チャンネルの数を少なくする。
【０００９】
ＰＳＡＰＤシステムは、ＰＥＴシステムに使用するためのような検出器を形成するために他の構成要素と関連させることができる。特に、グループ化した出力を持つ複数のＰＳＡＰＤをシンチレータと、また希望により位置、タイミング及びエネルギを表すデータの検出のためのＰＭＴと関連させることができる。
【００１０】
ＰＳＡＰＤシステムからの出力チャンネルの数は、各ＰＳＡＰＤの４つの隅部の各々に別々の出力チャンネルを設けた場合に生じる最大数から大幅に減らすことが可能である。例えば、一構成では、４つのＰＳＡＰＤより成るアセンブリは僅か６つの出力チャンネルにより良好な分解能を提供することができる。しかしながら、以下に詳しく述べるように出力をグループ化することによって、様々な数の出力チャンネルを設けることができる。
【００１１】
本発明はまた、他の形式及び構造のフォトダイオードにも適用することができる。例えば、本書で述べる共通出力チャンネル技術は、電荷分割を使用する位置検知性多陽極型光電子増倍管（ＰＭＴ）、（アバランシェ利得動作のない）位置検知性フォトダイオード、電荷を共有するシリコン光電子増倍器、等々のような、電荷共有式(charge sharing)位置検知性光センサに適用することができる。
【００１２】
本発明の上記の及び他の特徴、側面及び利点は、添付の図面を参照した以下の詳しい説明を読むことによりよりよく理解されよう。図面においては、全図にわったって同様な部品は同じ参照符号で表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ここで図面を参照して説明すると、先ず図１には、本発明技術の様々な面に従って動作する模範的なＰＥＴシステム１０を例示する。ＰＥＴシステム１０は、検出器アセンブリ１２と、検出器取得回路１４と、画像再構成及び処理回路１６とを含んでいる。検出器アセンブリ１２は典型的には、図１に示されているように、１つ以上のリングを成すように配列された多数の検出器モジュール（全体を参照数字１８で表す）を含む。ＰＥＴシステム１０はまた、オペレータ・ワークステーション２０及び画像表示ワークステーション２２も含む。例示した実施形態では、検出器取得回路１４及び画像再構成及び処理回路１６は検出器アセンブリ１２及びオペレータ・ワークステーション２０の外部にあるものとして示されているが、他の実施形態では、これらの回路の幾つか又は全てを検出器アセンブリ１２及び／又はオペレータ・ワークステーション２０の一部として設けることができる。上記の構成要素の各々については以下により詳しく説明する。
【００１４】
上記の模範的なＰＥＴシステム１０又は他の形式の核イメージング・システムの対応する構成要素に留意して、本発明技術の更なる説明を容易にするためにこのようなシステムの機能について簡単に説明する。ＰＥＴイメージングは、主に、組織及び器官内で生じる代謝活動を測定するために使用される。具体的に述べると、ＰＥＴイメージングは、典型的には、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及びコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）のようなイメージング・モダリティによって生成される構造的画像とは異なり、生物及び代謝活動についての機能画像を生成する。
【００１５】
ＰＥＴイメージングでは、典型的には放射性トレーサを含有する溶液が患者に注射される。溶液は身体の全体にわたって分布して、用いられるトレーサと器官及び組織の機能とに依存して異なる程度で吸収される。例えば、腫瘍は、同じ種類の健康な組織よりも多量のグルコースを処理する。従って、放射性トレーサを含有するグルコース溶液が腫瘍によって不釣り合いに代謝されることがあり、このため、放射性放出物によって腫瘍を突き止めて視覚化することができる。具体的に述べると、放射性トレーサがポジトロンを放出し、ポジトロンは相補的な電子と相互作用して消滅し、ガンマ線を発生する。各消滅反応において、反対向きに進行する２つのガンマ線が放出される。ＰＥＴイメージング・システム１０では、この一対のガンマ線が検出器アセンブリ１２によって検出され、検出器アセンブリ１２は、時間的に充分接近して検出された２つのガンマ線が同じ消滅反応によって発生されたことを確認するように構成されている。消滅反応の性質に起因して、このような一対のガンマ線の検出は、これらのガンマ線が検出器に衝突する前に進行する応答線を決定するために使用することができ、消滅事象の位置をその線に限定することができる。このようなガンマ線の対を多数検出して、これらの対が進行する対応する線を計算することによって、身体内の異なる部分における放射性トレーサの濃度を決定することができ、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がＰＥＴシステム１０の基本的で最も重要な目的である。
【００１６】
これらの注釈を考慮して、図１に戻って説明すると、検出器取得回路１４は、検出器アセンブリ１２の検出器モジュール１８から、ガンマ線に応答して発生された信号を読み出すように構成されている。検出器取得回路１４によって取得された信号は、画像再構成及び処理回路１６に供給される。画像再構成及び処理回路は、導き出されたガンマ線放出位置に基づいた画像を生成する。記載されている構成要素の幾つか又は全てに制御命令を供給するため、及びデータ取得及び画像生成に役立つ様々な動作パラメータを形成するために、システム・オペレータによってオペレータ・ワークステーション２０が利用される。作動用のワークステーション２０はまた、生成された画像を表示することができる。代替態様では、生成された画像は、画像表示ワークステーション２２のような遠隔の観察用ワークステーションで表示することができる。
【００１７】
検出器アセンブリ１２は多数の検出器モジュール１８を含むことができる。例えば、本構成では、このようなモジュールの数個のリングを設けることができ、各リング当りのモジュールの数はイメージング対象の患者又は被検体を取り囲むのに充分な数とする。本発明では、検出器モジュールは従来の構成よりも寸法が大きく、単一のチップ又はウェーハ上に配列された複数のＰＳＡＰＤを有する。更に、検出器モジュールは、図２に例示されているように、ＰＳＡＰＤをＰＭＴと共に含むことができる。
【００１８】
図２に示されているように、模範的な実施形態における検出器モジュール１８は、ＰＭＴ２４と、随意選択による導波器２６と、シンチレータ２８と、ＰＳＡＰＤアレイ３０とを含む。当業者には、シンチレータ２８がイメージング対象の被検体内の崩壊する放射性材料から放出されるガンマ線を受け取って、これらのガンマ線をフォトンに変換し、それらのフォトンはＰＭＴ２４及びＰＳＡＰＤアレイ３０によって検知できることが認識されよう。導波器２６は単純に、フォトンをＰＭＴへ通すために使用され、本質的にアダプタとして作用する。ＰＭＴ２４がシンチレータ２８に直接付設することができる場合、導波器２６はアセンブリから省くことができる。オキシオルト珪酸ルテチウム−イットリア（ＬＹＳＯ）シンチレータのような任意の適当なシンチレータ・アレイをモジュールに用いることができる。勿論、他のシンチレータ材料を用いることができる。当業者には分かるように、シンチレータは、ガンマ放射線を光学的フォトンに変換する複数の並列の結晶を有する。結晶の特定の寸法は、典型的には、シンチレータ用に使用される材料の性質と用途における空間分解能の要件とに依存する。更に、以下に述べるように、或る数のシンチレータが典型的にはＰＳＡＰＤアレイ３０の各ＰＳＡＰＤ３２に関連付けられる。この数は（本書で述べられているように）各ＰＳＡＰＤについて２×２から４×４まで、更には用途における空間分解能及び使用されるシンチレータ材料によって必要とされるときにはそれより大きい数に変えることができる。
【００１９】
使用中、シンチレータ・アレイ２８に衝突するガンマ線は光学的フォトンに変換され、これらの光学的フォトンはＰＭＴ２４とアレイ３０のＰＳＡＰＤとの両方に伝達される。個々のシンチレータ結晶内の事象の位置を突き止める出力信号は、以下により詳しく説明するように全出力チャンネルの数を減らすためにグループ化された出力チャンネルによって収集される。当業者に理解されるように、飛行時間型ＰＥＴシステムでは、以下に説明するように、ＰＳＡＰＤからの出力に基づいてフォトンが検出された場所又は位置が処理回路により決定される。シンチレータの反対側の面上の単一チャンネルＰＭＴはタイミング情報を供給する。エネルギ情報は、ＰＳＡＰＤ及びＰＭＴからの信号を組み合わせることによって決定され、また２つの検出器についての相対的な信号レベルがＤＯＩ情報を供給する。
【００２０】
図３は、４−ＰＳＡＰＤアレイをより詳しく示す図であり、該アレイでは、各ＰＳＡＰＤが４つのシンチレータ結晶の端部又は面に隣接して配置されている。再び、任意の数のグループ化したＰＳＡＰＤを用いることができ、また各ＰＳＡＰＤに対して様々な数のシンチレータ結晶を付設することができる。ほんの一例として、グループ内に４つのＰＳＡＰＤ、及び各ＰＳＡＰＤ当り４つの結晶を設けた場合を例示して説明する。
【００２１】
図３に例示されているＰＳＡＰＤアレイ３０は４つのＰＳＡＰＤ（参照数字３４、３６、３８及び４０で表されている）を含む。境界部４２が単一のチップ又はウェーハ上のＰＳＡＰＤを分離する。しかしながら、境界部４２は極めて薄く、すなわち、アセンブリにおいてグループ化された別々のＰＳＡＰＤにより生じるような境界部よりも実質的に薄い。シンチレータ結晶４４はＰＳＡＰＤアレイから延在する。現在考えられる実施形態では、境界部は、ウェーハ上のＰＳＡＰＤを分離する堀又は溝である。しかしながら、以下に概要を説明する接続及び処理方式により互いに隣接した別々のチップ上に形成されたＰＳＡＰＤを並置することによって適切な結果を得ることが可能なことがある。
【００２２】
ＰＳＡＰＤは、以上に示したように複数のシンチレータ結晶の面に対応する面積にわたって延在する。図３に示されている実施形態では、各々のＰＳＡＰＤが４つのシンチレータ結晶４４の面を覆うので、各々のＰＳＡＰＤは４つの隣接した領域４６を含むものとして見なすことができる。当業者に理解されるように、各領域は動作中にガンマ線入射事象の位置を突き止めるために参照することができる。このような事象の位置突止めを容易にするために、４つの接点４８が各ＰＳＡＰＤの隅部に設けられる。図には示されていないが、薄い抵抗層を各ＰＳＡＰＤの上に全体的に設けて、隅部の接点の各々の間での電荷の分割を可能にすることが当業者には理解されよう。図３にはＰＳＡＰＤの隣接した隅部の接点が直接並置されるものとして示されているが、実際にはこれらの間には境界部４２が延在して、各ＰＳＡＰＤの接点を電気的に隔離する。
【００２３】
当業者に理解されるように、各ＰＳＡＰＤの接点は、ガンマ線がシンチレータ結晶４４に入射した（その結果、フォトンがＰＳＡＰＤアレイに入射した）位置についての決定を行うことを可能にする。具体的に述べると、アンガー論理(Anger logic) を使用することによって、ガンマ線を受け取ったシンチレータ結晶に対応する各ＰＳＡＰＤ上の領域４６を決定することができる。ＰＳＡＰＤ上の（ＰＳＡＰＤの隅部にある）４つの接点の各々を時計回りの順にそれぞれＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄで表すと、ガンマ線入射事象のおおよそのＸ及びＹ座標は次の関係式によって決定することができる。
【００２４】
Ｘ＝［（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）］／［Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ］ （式１）
Ｙ＝［（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）］／［Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ］ （式２）。
【００２５】
従って、ガンマ線瞬時事象が生じた特定の象限又は領域を識別することができる。また当業者によって理解されるように、異なる数の領域、特に例示した４つの領域よりも多い領域を用いて入射事象及びフォトンの位置を突き止めるために同様な論理を用いることができる。
【００２６】
ガンマ線入射事象の位置の識別のための上記の論理では、一般に、出力信号が各ＰＳＡＰＤの４つの隅部全部から取得されることが必要とされる。しかしながら、本発明によれば、アレイ内の異なるＰＳＡＰＤの接点に対する共通な接続部を使用することによって、特定の出力接点が結合される。図４は、４−ＰＳＡＰＤアレイにおける別々の出力チャンネルの数が１６から８へ減らされることを表す。図４に見られるように、各々のＰＳＡＰＤ３４、３６、３８及び４０の接点４８は読出しのためにグループ化される。図示の実施形態では、第１の共通出力チャンネル５０がＰＳＡＰＤ３４及び３６の隅部に結合され、また同様な共通出力チャンネル５２がＰＳＡＰＤ３８及び４０の接点に結合される。同様にして、共通出力チャンネル５４がＰＳＡＰＤ３４及び４０の接点に、また共通出力チャンネル５６がＰＳＡＰＤ３６及び３８の接点に結合される。更に、ＰＳＡＰＤ３６及び３８のの隅部の間、並びにＰＳＡＰＤ３４及び４０の隅部の間に、それぞれ参照数字５８及び６０で表した同様な共通接続部が設けられる。最後に、ＰＳＡＰＤ３４及び３６の接点が出力チャンネル６２に共通であり、またＰＳＡＰＤ３８及び４０の接点が出力チャンネル６４に共通である。
【００２７】
動作について説明すると、図４の構成では、様々なチャンネルからの出力、すなわち、１６チャンネルよりも少ないチャンネルを持つＰＳＡＰＤからの出力の読取りが可能であり、且つガンマ線入射事象についての各ＰＳＡＰＤの領域内の位置の区別が可能である。図５は、ＰＳＡＰＤに関連したシンチレータ結晶の８×８アレイの位置に対するＰＳＡＰＤからの出力での検出位置の模範的な写像６６を示す。図５に示されているように、複数の領域６４、６８、７０及び７２は図４の異なるそれぞれのＰＳＡＰＤに対応する。図５に示されている楕円は、一シンチレータ結晶内のガンマ線入射事象のモデル位置に対応する。当業者に理解されるように、写像の「ピン・クッション」状の外観は一般的に、衝突の点から隅部の接点の各々までの距離に依存した、ＰＳＡＰＤの高抵抗率層の抵抗値による電荷共有の変化から生じる。参照数字７４で表されるような楕円の相対的な違いは、ガンマ線入射事象の位置を識別して動作中に充分な位置感度を与えることができることを示す。
【００２８】
図６は、図４に示されているものと同様であるが、４−ＰＳＡＰＤアレイに対して７つの出力チャンネルを持つ共通出力接続構成を表す略図である。図４の構成とは対照的に、図６の構成は４つの全てのＰＳＡＰＤの中央の接点を出力チャンネル７６にグループ化する。図７は図５のものと同様なシミュレーションによる写像であり、図６のチャンネルからの出力の分析によるガンマ線入射事象の良好な空間分解能を示す。
【００２９】
出力チャンネルの数は図８に図式的に示すように更に減らすことができる。図８の実施形態では、アレイのＰＳＡＰＤの４つの中央の接点が再び共通の出力チャンネル７６にグループ化されるが、しかしＰＳＡＰＤの４つの全ての外側の隅部もまた共通の出力チャンネル７８にグループ化される。従って、図８の構成では６つの出力チャンネルのみを参照することによって入射事象の位置突き止めを行うことができる。図９に例示されたシミュレーションは、出力チャンネルの総数が減じられるにつれて入射事象の位置を突き止める際の不確実さの程度が比較的小さく増大するが、アレイの各ＰＳＡＰＤの領域においてこのような事象を依然として区別することができることを示している。
【００３０】
前に述べたように、アレイには任意の数のＰＳＡＰＤを含ませることができ、また各ＰＳＡＰＤはそれに隣接して配置されるシンチレータ結晶の数に対応する任意の数の部分領域に細分することができる。図８を参照して引き続き説明すると、位置８０にガンマ線（及び対応するフォトン）が衝突したとき、様々なチャンネルの出力に基づいてガンマ線入射事象が生じたシンチレータ結晶の位置を突き止めるための模範的な論理は、以下のように進行することができる。最初に、チャンネル５４及び５６からの出力を比較する。チャンネル５４からの出力がチャンネル５６からの出力よりも大きいので、事象はアレイの左側に位置していることになる。同様に、チャンネル５０及び５２からの出力を比較することができ、出力チャンネル５０からの信号の方が大きいことにより、事象の位置がアレイの上半分内に定められる。その後。チャンネル５０、５４、７６及び７８からの信号を前述のアンガー論理と共に使用して、ＰＳＡＰＤ３４の右上の象限内の位置８０を突き止めることができる。
【００３１】
また信号処理により、ガンマ線入射事象の位置突止めを改善するために出力信号内のノイズの相関を可能にすることができることに注意されたい。例えば、図８の位置８０で事象が生じた場合、チャンネル５６からの出力はＰＳＡＰＤ３４内の事象の位置についての上述のアンガー論理には直接関係しないことを注記することができる。しかしながら、チャンネル５６からのノイズは、アンガー論理による位置決定に関係するチャンネルからの信号、例えばチャンネル５０からの信号を部分的に是正するために使用することが可能である。実際には、各出力チャンネルからのノイズは典型的には同じではなく、このためこのような是正は部分的にしかできないことがある。
【００３２】
また、前に述べたように、本発明による共通接続及び読出し技術はＰＳＡＰＤ以外の装置にも使用することができることに注意されたい。例えば、同じ接続方式は、電荷分割を使用する位置検知性多陽極型光電子増倍管（ＰＭＴ）、（アバランシェ利得動作のない）位置検知性フォトダイオード、電荷を共有するシリコン光電子増倍器のアレイ、等々のような、電荷共有式位置検知性光センサに使用することができる。
【００３３】
一例として、或る特定の位置検知性光電子増倍管では、出力が抵抗回路網に結合されている。このような抵抗回路網からの出力チャンネルの総数は、本発明を適用することによって減らすことができる。すなわち、これらの出力は一部の出力と共通に接続することができ、またセンサ・アレイ内の様々な位置からの信号を区別するために前述の論理を使用することができる。
【００３４】
本書では本発明の或る特定の特徴を例示し説明したが、当業者には種々の修正および変更をなし得よう。従って、特許請求の範囲は本発明の真の精神内にあるこの様な全ての修正及び変更を含むものであることを理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明技術の様々な面に従ってＰＳＡＰＤアレイを用いる模範的なＰＥＴイメージング・システムの概略図である。
【図２】図１に示されている形式のシステムに使用するための模範的な検出器モジュールの斜視図である。
【図３】図２に示されている形式のモジュールに使用するためのＰＳＡＰＤアレイの詳細図である。
【図４】図３に示されている形式のＰＳＡＰＤアレイから信号を抽出するための第１の模範的な構成の概略図であり、この場合、出力チャンネルの数が８つに低減されている。
【図５】図４の構成から出力された信号に基づいて、８×８シンチレータ結晶アレイを用いたフォトンの衝突事象の位置のシミュレーションによる写像を表す線描画である。
【図６】図４と同様であるが、７つの出力チャンネルを持つＰＳＡＰＤアレイから信号を抽出するための模範的な構成の概略図である。
【図７】図５と同様であるが、図６の構成に基づいたシミュレーションによる写像の線描画である。
【図８】６つの出力チャンネルを使用する模範的なＰＳＡＰＤアレイから信号を抽出するための別の代替構成の概略図である。
【図９】図５及び図７と同様であるが、図８の構成を使用したシミュレーションによる写像の線描画である。
【符号の説明】
【００３６】
１０ ＰＥＴ（ポジトロン放出型断層撮影）システム
１２ 検出器アセンブリ
１８ 検出器モジュール
２４ ＰＭＴ（光電子増倍管）
２６ 導波器
２８ シンチレータ
３０ ＰＳＡＰＤ（位置検知性アバランシェ・フォトダイオード）アレイ
３２、３４、３６、３８、４０ ＰＳＡＰＤ
４２ 境界部
４４ シンチレータ結晶
４６ ４つの隣接した領域
４８ 接点
５０、５２、５４、５６ 共通出力チャンネル
５８、６０ 共通接続部
６２、６４ 出力チャンネル
６４、６８、７０、７２ 複数の領域
６６ 写像
７４ 楕円
７６ 出力チャンネル
７８ 共通の出力チャンネル
８０ ガンマ線の衝突位置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々がその隅部に出力接点（４８）を含んでいる複数の位置検知性アバランシェ・フォトダイオード（３２）を含むフォトダイオード・アレイ（３０）と、
前記フォトダイオードの出力接点に電気的に結合された複数の出力接続部（５８、６０、６２、６４）であって、当該出力接続部の内の少なくとも１つが少なくとも２つ異なるフォトダイオードの出力接点に共通である複数の出力接続部と、
を有している光検出器。
【請求項２】
前記光検出器は単一のウェーハ上に複数のフォトダイオード（３２）を含んでおり、これらのフォトダイオードの各々が溝によって隔てられている、請求項１記載の光検出器。
【請求項３】
前記の共通の接続部（５８、６０、６２、６４）が３つ以上の異なるフォトダイオード（３２）の出力接点に共通である、請求項１記載の光検出器。
【請求項４】
前記の共通の接続部（５８、６０、６２、６４）が４つの異なるフォトダイオード（３２）の出力接点（４８）に共通である、請求項１記載の光検出器。
【請求項５】
複数の出力接続部（５８、６０、６２、６４）が少なくとも２つ異なるフォトダイオード（３２）のそれぞれの出力接点に共通である、請求項１記載の光検出器。
【請求項６】
前記フォトダイオード・アレイ（３０）はシンチレータ（２８）の１つの面に隣接して配置されている、請求項１記載の光検出器。
【請求項７】
更に、前記シンチレータ（２８）の反対側の面に隣接して配置された光電子増倍管（２４）を含んでいる請求項６記載の光検出器。
【請求項８】
更に、前記シンチレータ（２８）と前記光電子増倍管（２４）との間に配置された導波器（２６）を含んでいる請求項７記載の光検出器。
【請求項９】
各々がその隅部に出力接点（４８）を含んでいる複数の位置検知性アバランシェ・フォトダイオード（３２）と、前記フォトダイオードの出力接点に電気的に結合された複数の出力接続部（５８、６０、６２、６４）とを含むフォトダイオード・アレイ（３０）であって、前記出力接続部の内の少なくとも１つが少なくとも２つ異なるフォトダイオードの出力接点に共通であるようなフォトダイオード・アレイ（３０）からの出力信号を検出する段階と、
前記出力信号を分析して、前記アレイ（３０）内の、放射線入射事象が生じた場所に近いフォトダイオード（３２）を決定する段階と、
を有している、光検出器読出し方法。
【請求項１０】
放射線入射事象が生じた場所に近いフォトダイオードを決定するために、複数の共通出力接続部（５８、６０、６２、６４）からの出力信号が比較される、請求項９記載の方法。
【請求項１】
各々がその隅部に出力接点（４８）を含んでいる複数の位置検知性アバランシェ・フォトダイオード（３２）を含むフォトダイオード・アレイ（３０）と、
前記フォトダイオードの出力接点に電気的に結合された複数の出力接続部（５８、６０、６２、６４）であって、当該出力接続部の内の少なくとも１つが少なくとも２つ異なるフォトダイオードの出力接点に共通である複数の出力接続部と、
を有している光検出器。
【請求項２】
前記光検出器は単一のウェーハ上に複数のフォトダイオード（３２）を含んでおり、これらのフォトダイオードの各々が溝によって隔てられている、請求項１記載の光検出器。
【請求項３】
前記の共通の接続部（５８、６０、６２、６４）が３つ以上の異なるフォトダイオード（３２）の出力接点に共通である、請求項１記載の光検出器。
【請求項４】
前記の共通の接続部（５８、６０、６２、６４）が４つの異なるフォトダイオード（３２）の出力接点（４８）に共通である、請求項１記載の光検出器。
【請求項５】
複数の出力接続部（５８、６０、６２、６４）が少なくとも２つ異なるフォトダイオード（３２）のそれぞれの出力接点に共通である、請求項１記載の光検出器。
【請求項６】
前記フォトダイオード・アレイ（３０）はシンチレータ（２８）の１つの面に隣接して配置されている、請求項１記載の光検出器。
【請求項７】
更に、前記シンチレータ（２８）の反対側の面に隣接して配置された光電子増倍管（２４）を含んでいる請求項６記載の光検出器。
【請求項８】
更に、前記シンチレータ（２８）と前記光電子増倍管（２４）との間に配置された導波器（２６）を含んでいる請求項７記載の光検出器。
【請求項９】
各々がその隅部に出力接点（４８）を含んでいる複数の位置検知性アバランシェ・フォトダイオード（３２）と、前記フォトダイオードの出力接点に電気的に結合された複数の出力接続部（５８、６０、６２、６４）とを含むフォトダイオード・アレイ（３０）であって、前記出力接続部の内の少なくとも１つが少なくとも２つ異なるフォトダイオードの出力接点に共通であるようなフォトダイオード・アレイ（３０）からの出力信号を検出する段階と、
前記出力信号を分析して、前記アレイ（３０）内の、放射線入射事象が生じた場所に近いフォトダイオード（３２）を決定する段階と、
を有している、光検出器読出し方法。
【請求項１０】
放射線入射事象が生じた場所に近いフォトダイオードを決定するために、複数の共通出力接続部（５８、６０、６２、６４）からの出力信号が比較される、請求項９記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−１４７５９８（Ｐ２００７−１４７５９８Ａ）
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８７３８３（Ｐ２００６−２８７３８３）
【出願日】平成１８年１０月２３日（２００６．１０．２３）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月２３日（２００６．１０．２３）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]