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JP2004061122A - Cztアレイのための高電圧配電システム - Google Patents

Cztアレイのための高電圧配電システム Download PDF

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JP2004061122A
JP2004061122A JP2002215563A JP2002215563A JP2004061122A JP 2004061122 A JP2004061122 A JP 2004061122A JP 2002215563 A JP2002215563 A JP 2002215563A JP 2002215563 A JP2002215563 A JP 2002215563A JP 2004061122 A JP2004061122 A JP 2004061122A
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JP
Japan
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nuclear imaging
array
radiation
conductive
detector
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JP2002215563A
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English (en)
Inventor
Jerome J Griesmer
ジェローム、ジェイ.グリースマー
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
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Abstract

【課題】放射の発生の正確な検出を可能にする。大きなバイアス電圧におけるノイズを低減する。
【解決手段】核イメージング装置は、γ線放射を検出しそれに応答して電気信号を生成する検出装置18と、該検出装置18を遮蔽するファラデー箱68、92と、電気信号を処理する電子部品64と、電気信号を処理して画像表示にする再構成プロセッサ46とを備えることを特徴とする。
【選択図】 図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核カメラ(nuclear camera)技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
本発明は、SPECT(単光子放出コンピュータ断層撮影)カメラに用いられる電子機器に関連した特定の用途を見いだし、それに対する特定の論及について記載する。しかし、本発明は、PET(ポジトロン断層法)カメラや高電圧バイアスが検出器アレイに印加される他の放射検出装置への用途を見出し得ることを認識すべきである。
【0003】
核イメージングは、対象の解剖学的構造を映すために放射能源を用いる。典型的には、患者に放射性医薬品が注射される。この放射源は、予想可能な速度で崩壊する原子を含む。一つの原子が崩壊するたびに、γ線が放出される。これらのγ線が検出されて、その位置及びエネルギ等の情報から、対象の内部の表示が再構成される。
【0004】
一般に、核カメラは、1つ、2つあるいは3つの検出器ヘッドを有する。各ヘッドは、ドープしたヨウ化ナトリウムのような、入射した放射を閃光(scintillation)、即ち、光のフラッシュに変換する、大きなシンチレータシートを有する。光電子倍増管のアレイは、光の閃光を監視するために、シンチレータの後部に配置されている。光電子倍増管及び関連する回路の出力は、ヨウ化ナトリウム結晶及びそのエネルギに関する各シンチレーションの座標を示す。残念ながら、大きなシンチレータ結晶及び光電子倍増管のアレイを使用した場合、多大な不均一性及び不正確さが存在する。
【0005】
単一の大きなシンチレータ及び光電子倍増管を使用することよりもむしろ、小さなシンチレーションのアレイを使用することが提案されており、その小さなシンチレーションの各々は個別のシンチレーション結晶においてシンチレーションを検知するフォトダイオード又は他の光電子デバイスと関連する。他のタイプの個別の固体検出器も提案されていた。
【0006】
固体放射検出器は、光電効果を用いて放射を検出する。すなわち、受信した放射光子は、目標の物質の原子の周りの軌道から電子を遊離させる。該電子は、電気信号として検出される。1つの光子によって放出された電子は、一般に、増幅される弱い信号を生成する。一般に、光電子現象を促進するために、検出材料の両端に高バイアス電圧が印加される。これらの電圧は、通常、数百ボルトである。このような高バイアスの場合、それらのシステムは、可視光等の周囲の光電子放射や電気的ノイズに敏感になる。このように敏感であることによって、該バイアス又は迷光/放射(stray light/radiation)は、検出器が検出しようとしている事象と間違えかねない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した問題及びその他の問題を克服する新規かつ改良された方法及び装置を提供する。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の1つの態様によれば、核イメージング装置が与えられる。検出装置は、γ線を検出し、それに応答して電気信号を生成する。ファラデー箱は、検出装置を遮蔽する。下流の電子部品は、検出装置が生成する電気信号を処理し、再構成プロセッサは、該電気信号を画像表示に再構成する。
【0009】
本発明の他の態様によれば、核カメラが与えられる。複数の固体アレイは、電子を放出することによって、入射するγ線照射に応答する。導電ストリップは、バイアスを該アレイに与える。導電パッドは、該導電ストリップと対向して位置する。電圧源は、電力を該導電ストリップに供給して、電界を構成し、電子を該導電パッドに誘引する。信号処理回路は、電子の動きに関する情報を、データを処理して画像表示にする再構成プロセッサに提供する。
【0010】
本発明のさらに他の態様によれば、放射検出器アセンブリが与えられる。高エネルギ放射を検出する検出器のアレイは、高電圧電位を検出器アレイの対向する面間に印加するバイアス回路によってバイアスされる。電気的絶縁層及び接地層は、該バイアス回路の放射受面上に搭載されている。高z金属視準板(high−z metal vanes)は、上からの放射を視準する(incumbent)。
【0011】
本発明のさらに他の態様によれば、核イメージングの方法が与えられる。バイアス電圧が、固体検出器アレイに印加され、フィルタリングされてノイズを除去する。電流パルスを発生させることにより、応答が入射輻射(incident radiation)に伝えられる。該電流パルスは、処理及び再構成されて画像表示になる。
【0012】
本発明の一つの利点は、放射の発生の正確な検出を可能にすることである。
【0013】
本発明の他の利点は、大きなバイアス電圧におけるノイズを低減することである。
【0014】
本発明のさらに他の利点は、装置が周囲の光電子放射によって影響される機会を低減することである。
【0015】
本発明のさらに他の利点は、検出装置の組立ての容易さ及び装置のメンテナンス時の分解の容易さである。
【0016】
本発明のその他の利点及び効果は、好適な実施の形態の読解及び理解によって、当業者には明らかになるであろう。
【0017】
【発明の実施の形態】
本発明は、種々の部品及び部品の配置の形態を採用することができ、種々のステップ及びステップの配置の形態を採用することができる。図面は、好適な実施の形態の例示目的のためのみに示し、本発明を限定するものとして解釈すべきではない。
【0018】
図1を参照すると、対象10はイメージング領域12を決める。好適な実施の形態においては、放射性薬剤14が、対象のイメージングすべき領域の近くに注射される。例えば、医者が大動脈の閉塞を観察したい場合、アイソトープが閉塞部の上流から血流内に注入される。画像データは、循環系を画像化するために、血液と共に動く放射性医薬品の動きとして収集される。他の実施例として、放射性医薬品が循環系に注入され、注目の組織によって選択的に吸収される。吸収期間の後、注目の組織を画像化するため及び吸収速度を測定するために画像データが集められる。
【0019】
量子物理学が予測するように、放射性同位体の原子核は時間をかけて崩壊する。崩壊時には、放射光子の形態で、より詳細には、γ線という特徴的なエネルギの形態でエネルギが放出される。
【0020】
イメージングの間に発生したγ線の多くは、無駄な方向に伝搬する。しかし、好適な実施の形態においては、大量のγ線が、薄いタングステン視準板であるコリメータ16を通過し、検出器アレイ18に達する。時々、このような大量のγ線が短時間に到達することで事象を重複して検知する。好適な実施の形態において、図2を参照すると、検出器アレイ18は、カドミウム亜鉛テルライド(CZT)結晶アレイ20の4×24のアレイを有し、各アレイは、4×8の個別の検出器22を有している。γ線がCZT結晶に達すると、電子は小規模な電子なだれで放出される。自由になった電子は、電流パルス又はスパイクを形成する電極又はCZT結晶の一面に引き付けられる。
【0021】
好適な実施の形態においては、検出器アレイ18及びコリメータ16は、検出器ヘッドと共に該検出器アレイを動かす機械化駆動部30上に設けられている。該アレイは、様々な軌道が予想されるが、好ましくは、横方向回転部品の機構で動く。いくつかの用途においては、検出器アレイは、ヘッド内に固定して取り付けられている。検出器ヘッドは、注目の領域の周りを指し示し、ゆっくり回転する可動ガントリーに取付けられている。
【0022】
好適な実施の形態においては、検出器ヘッドは、対象10の周りを完全に囲む回転ガントリー32上に取付けられている。モータ制御部34は、回転ガントリー及び該ガントリー32の回転の範囲内(その範囲がもしあれば、だが)で、検出器アレイ18の作動範囲を段階的又は継続的に画像化領域の周りで選定する。
【0023】
SPECTイメージングにおいては、コリメータ16は、指定された経路又はコリメータ視準板(collimator vanes)にほぼ平行な軌道、好ましくは検出器アレイ18の水平面とほぼ直角な軌道をたどる放射に対する検出器アレイ18へのアクセスを制限する。このようにして、各放射の発生は、γ線源、即ち、事象の源と交差する軌道を決定する。可動ガントリー32が固定されたままであると、検出器は、注目の領域における放射性同位体の分布の投影画像を決定する。事象分析器42は、各事象が検出器アレイに達する位置、即ち、検出器が該事象を受信する位置を決定し、かつ放射事象のエネルギの量を決定する。検出器アレイの各固定位置において集められた放射事象は、アーカイブ44に蓄積される。回転ガントリー32が対象の周りで異なる角度位置に回転した場合、異なる角度方向からの複数の投影画像が集められる。再構成プロセッサ46は、アーカイブメモリ44からのデータを背面投射又は再構成して、体積画像メモリ48へ蓄積される体積画像表示にする。オペレータの制御下にあるビデオプロセッサ50は、体積画像表示の部分を選択的に引き出して、それを、ビデオモニタ52又は人間が読取り可能な他のモニタ52へ表示するために適当な形態に変換する。
【0024】
図1から図3を参照して、受け取られたγ線は検出され、そのエネルギが、検出器アレイ18に取付けられた電子装置によって測定される。好適なCZTの実施の形態においては、−600Vの電位差が、複数のバイアスストリップ80、高電圧バスバー(busbar)82、バイアス電源84及び抵抗器92によって検出器アレイの両端に印加される。第2の電源61は、電力を回路基板62上に配置された増幅器P−ASIC60に供給する。
【0025】
γ線が検出器の一つに到達するたびに、アバランシェ効果により、出力電気パルスを生成する電子が放出される。電圧調整器66によって電力が供給される関連電子部品64は上記パルスを広げ、該パルスの影響下にある領域を計測し、該領域をディジタル出力に変換し、受けた放射データを処理し、遠隔操作可能に設けられた事象分析器42の部分に対する一連の出力へ該ディジタルデータを多重化する。
【0026】
図4を参照して、好適な実施の形態においては、回路64又は事象分析器42の遠隔操作部分は、通常は待機状態であり(ステップ70)、電気信号を待ちうけている。事象分析器42が電気信号を受信すると、該分析器はそれをしきい値と比較する(ステップ72)。該信号がしきい値以下の場合には、ノイズとして無視され、分析器42は待機状態に戻る。該信号がしきい値より大きい場合には、分析器はそれを事象として分類し(ステップ74)、該信号のエネルギと該信号を送った検出器22の位置とを記録する(ステップ76)。次に、分析器42は、この情報を、再構成処理のためにそれが保持される事象アーカイブ44に伝える(ステップ78)。この伝達の後、分析器42は待機状態に戻って次の事象を待つ。好適な実施の形態においては、分析器42が次のクロックサイクルにおいて一旦待機状態を離れると、(好ましくは20ns以内に)分析器42が待機状態に戻るまで別の事象を捜す。真の事象の場合、処理は完了し、分析器は2μs以内に待機状態に戻る。誤った事象の場合、分析器42は、設定時間の間、ただ事象の真を決定することを可能にするというタイムアウト特性を含む。ノイズの場合、分析器は、しきい値に達したかどうかを判断するのを待つが、ノイズの検出から2μs以内に待機状態に戻る。回路62は、複数の並行チャンネルを有し、好適な実施の形態においては、各アレイ20の半分のそれぞれに一つのチャンネルがある。2つ又はそれ以上の同時の(互いに20ns以内の)事象が検出器アレイの同じ半分に入射した場合、両事象は、好ましくは、分離し難いものとして破棄される。
【0027】
図2、図3及び図5を参照して、4つの検出器アレイ20の各列は、共通の上部電気的接続部又は導電ストリップ80を有する。好適な実施の形態においては、導電ストリップ80は、マイラー又は他の柔軟な絶縁物から成るシート81上に支持された銅の薄層である。銅ストリップ80は、均一の負のバイアス電圧が全表面上に印加されるように、各検出器アレイの上面を均等に覆う。該バイアスは、検出器アレイを通る電子の伝搬を促進させる。導電ストリップ80は、抵抗器92によって、マイラーシート81上にも設けられている高電圧電源バスバー82に接続されている。好適な実施の形態においては、該高電圧バスバーは、該バスバー82及び導電ストリップ80を−600VDCにバイアスする電源84にも接続されている。該電源の他方は、回路基板62の接地面に接続されている。バスバー82は、その一端部において、電源84との電気的接続を容易にするコンタクトピン88に接続されている。ピン88に対して圧力によって電気的接触を形成すると、物理的配線の必要性、組立ての簡単化及び修理のための分解が未然に不要になる。各アレイ20の各検出器の対向面は、仮想のグランドにおいて保持される導電パッド86と電気的に接続されている。導電パッド86は、回路基板62上のソケット90内に収容されている電気的接続部又はピンと接続されている。電子が結晶の一つ内で放出されると、バイアスによって、該放出された電子が電気的パッド86に誘引される。電気的パッド86は、増幅器及び他の処理回路64と接続されている。好適な実施の形態においては、各回路基板62は、4つのP−ASIC60、あるいは検出器アレイ18によって生成された電気信号を分析するために必要な増幅を行う他の低レベル増幅器を備えている。
【0028】
導電体80は、好ましくは、導電ストリップ80のそれぞれが他の導電ストリップから分離されつつ、複数の抵抗器92によってバスバー82に接続されている。キャパシタ68は、ノイズフィルタを構成するために、各ファラデー箱の導電ストリップ80と増幅器の接地接続部との間に接続されている。好適な実施の形態においては、キャパシタ68は、ローパスフィルタを形成するように、他の回路部品に関連した大きさに作られている。
【0029】
好適な実施の形態においては、マイラーシート81は、導電ストリップ80と共に、4つの整列したCZTアレイと隣接して、かつ回路基板上のコンタクト94と対向して配置されている。バスバーストリップ82は、回路基板上のコンタクト96と受電ピン88とに隣接している。抵抗器92は、コンタクト94、96を介して接続され、キャパシタ68はコンタクト94に接続されている。キャパシタ68及び抵抗器92を回路基板62上に配置することによって、高電圧配電バスバー82及びバイアスストリップ80を単一の取外し可能なシート80、81、82によって実装することができる。
【0030】
導電ストリップ80、接地面(各回路坂内の導電層)は、ファラデー箱を決定する。検出器アレイの列は、迷光ノイズの干渉源がなく、互いに隣接しているので、中央のファラデー箱は、側面において開放され得る。ハウジングの接地された金属製端板98は、アレイの端部においてファラデー箱を閉鎖している。
【0031】
主にタングステンから成るコリメータ16はシステムのグランドに接続されている。具体的には、コリメータ16は、アルミ箔、スクリーン、あるいはシステムのグランドに接続されている他の導電シート100に機械的に圧迫されている。接地シート100は、マイラー層によって接地層100を−600VDCのバイアスストリップ80から分離する発泡絶縁体102の層上に載っている。導電シート100は、ファラデー遮蔽機能を果たす。
【0032】
弾力的な発泡絶縁体102は、接地層100を導電ストリップ80から絶縁するだけでなく、導電ストリップ80とコンタクト94との間、及びバイアスストリップ82とコンタクト88、96との間の良好な電気的接触を確実にするのに十分な圧力を与える。
【0033】
電圧調整器66及び他の回路要素64と共にP−ASIC60は、作動中に、共同で大量の熱を発生する。回路基板上に配置された全ての部品が検出器と並行に作動すると、それらの部品に損傷を与える又は破壊するのに十分な熱が発生するであろう。好適な実施の形態においては、結晶基板における接続部のパターンは、放熱するために大きな容積を装備する検出器アレイ18に対して回路基板62を直角に背中合わせに配置可能とするために、互い違いになっている。図5を参照して、好適な実施の形態においては、装置の一側面又は両側面に設けられたファン110の組は、回路基板62を横切る空気を外部に排出し、回路基板上に配置された部品を冷却する。
【0034】
このような高バイアス電圧を検出器アレイ18に印加した場合、CZT結晶は、ファンの開口部を通って容易に入ってくる可視光を含む様々な輻射に敏感になる。この問題を解決するために、不透明な発泡体が、検出器アレイ18用の熱及び光シールドを構成するために使用される。不透明な発泡体は、検出器アレイの周辺の開放域内にも拡張されており、ファン又は他の開口部周辺の比較的スペースを消耗する光バッフルに依存することなく、光からの保護をもたらす。回路基板62間の間隔が空気を装置内を通して回路基板62を冷却するのに用いられ得るので、光を遮ることに加えて、このことは、基板の熱をCZT結晶から隔離し、冷却を促進する。
【0035】
代替の実施の形態においては、放射能源は検出器アレイと対向する対象の対向側に取付け、固定されている。このようにすることによって、放射能材の点源又は線源若しくは低出力X線管のいずれかから対象の外側において発したγ線は、該患者を通り抜ける。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る核イメージング装置の略図である。
【図2】検出器アレイ及び回路基板の斜視図である。
【図3】回路基板及び検出器アレイのうちの一つの斜視図である。
【図4】本発明に係る事象サイクルのフローチャートである。
【図5】検出器アレイ、回路基板及びバイアスグリッドの斜視図である。
【図6】検出器アレイ、電気的接続部及びコリメータ取付け配置を示す拡大図である。
【符号の説明】
10 患者
14 放射性同位体
16 コリメータ視準板
18 検出器アレイ
68 容量性フィルタ
80 バイアスストリップ
81 柔軟な回路
82 共通バスバー
86 電気的パッド
92 抵抗器
100 アース層
102 発泡プラスチック層

Claims (22)

  1. γ線放射を検出し、それに応答して電気信号を生成する検出装置と、
    該検出装置を遮蔽するファラデー箱と、
    前記電気信号を処理する電子部品と、
    前記電気信号を処理して画像表示にする再構成プロセッサとを備えることを特徴とする核イメージング装置。
  2. 前記検出装置が、多チャンネルカドミウム亜鉛テルライドアレイを有することを特徴とする請求項1に記載の核イメージング装置。
  3. 前記検出装置が、
    固体検出器のセグメントに分かれたアレイと、
    可視電磁放射が前記検出器のアレイに到達するのを妨げるための光遮蔽部と、
    電圧バイアスを前記検出器のアレイに印加するためのバイアスグリッドとを備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の核イメージング装置。
  4. 前記バイアスグリッドが、
    互いに平行に配置された複数の導電ストリップと、
    電圧を前記導電ストリップに供給する電力供給ストリップとを備えることを特徴とする請求項3に記載の核イメージング装置。
  5. 前記導電ストリップと前記電力供給ストリップの少なくとも一つが柔軟な絶縁シートに付着していることを特徴とする請求項4に記載の核イメージング装置。
  6. ファラデー箱を形成するために前記導電ストリップとグランドとの間に接続され、前記バイアスグリッドによって発生した一次電気ノイズを低減する少なくとも一つのキャパシタをさらに有することを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の核イメージング装置。
  7. 各バイアスストリップとグランドとの間に接続された低周波フィルタをさらに有することを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の核イメージング装置。
  8. 複数の検出器アレイがグループに分かれており、前記導電ストリップのうちの一つが、該グループのうちの一つの全ての検出器の放射受面と接続され、かつそれを覆っていることを特徴とする請求項4から請求項7のいずれか一項に記載の核イメージング装置。
  9. 前記導電ストリップの各々が、該導電ストリップを分離して複数のファラデー箱を決定する抵抗性接続部によって電力供給ストリップと接続されていることを特徴とする請求項4から請求項8のいずれか一項に記載の核イメージング装置。
  10. 互いに平行に配置され、γ線を一次元に視準するタングステンプレートをさらに有することを特徴とする請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の核イメージング装置。
  11. 前記検出装置が、
    互いに平行に配置され、入射する輻射を視準する、高z金属視準板と、
    前記バイアスグリッドと該金属視準板との間に配置された絶縁クッションとをさらに有することを特徴とする請求項3から請求項9のいずれか一項に記載の核イメージング装置。
  12. 前記金属視準板に隣接する絶縁クッションの表面上にある導電接地シートと、
    光と熱が前記検出器のアレイに到達することを妨げる不透明の発泡体とをさらに有することを特徴とする請求項10に記載の核イメージング装置。
  13. 前記検出装置が、複数の検出器アレイを有し、該複数の検出器アレイが複数のファラデー箱によって遮蔽されていることを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか一項に記載の核イメージング装置。
  14. 各ファラデー箱のそれぞれに接続されている低周波フィルタをさらに有することを特徴とする請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の核イメージング装置。
  15. 前記電子部品が、事象情報を決定する複数の事象分析器を有し、
    該事象情報が、発生した事象の論理真と、該事象が発生したときのその検出器の位置と、発生した事象のエネルギとを含むことを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか一項に記載の核イメージング装置。
  16. 前記検出装置が、
    放射に敏感な検出器のアレイと、
    高電圧電位を放射受面と前記検出器アレイの対向面との間に印加するバイアス回路と、
    前記バイアス回路の放射受面上に配置された電気的絶縁層と、
    該絶縁層の放射受面上に設けられた接地層と、
    前記接地層と連結して設けられ、入射する輻射を視準する、高z金属視準板とを備えることを特徴とする請求項1に記載の核イメージング装置。
  17. 前記検出器アレイが、複数のカドミウム亜鉛テルライド結晶素子を含むことを特徴とする請求項16に記載の核イメージング装置。
  18. 前記バイアス回路が、
    負の電位にバイアスされた前記アレイの放射受面上にある導電層と、
    導電層とグランドとの間に接続され、前記検出器のアレイによって生成された電気信号をフィルタリングするキャパシタとを有することを特徴とする請求項16又は請求項17に記載の核イメージング装置。
  19. 前記検出器のアレイが複数の検出器アレイを有し、
    各グループが、その放射受面上の個別の導電層と接続され、
    前記キャパシタが、各前記導電層とグランドとの間に接続され、各前記導電層を電気的に分離して複数のファラデー箱を決定する複数の抵抗性素子をさらに有することを特徴とする請求項18に記載の核イメージング装置。
  20. 固体放射検出器の複数のアレイであって、各検出器が、電子を放出することによってγ線の受取りに応答するアレイと、
    少なくとも一つの前記アレイの全ての検出器を覆うバイアスストリップと、
    該導電ストリップと対向する検出器面と電気的に接続された複数の導電パッドと、
    前記導電ストリップと該導電パッドとの間に接続され、自由電子を該導電パッドに誘引するバイアス電圧を印加する電圧源と、
    前記導電パッドと接続され、前記導電パッドにバイアスされた自由電子を電子データに変換する信号処理回路と、
    該処理回路と接続され、該電子データを画像表示に再構成する再構成プロセッサとを備えることを特徴とする核イメージング装置。
  21. 核画像診断装置と共に用いられる放射検出器アセンブリであって、
    放射に敏感な検出器のアレイと、
    放射受面と前記検出器アレイの対向面との間に高電圧電位を印加するバイアス回路と、
    該バイアス回路の放射受面上に配置された電気的絶縁層と、
    該絶縁層の放射受面上に設けられた接地層と、
    前記接地層と連結して設けられ、入射する輻射を視準する、高z金属視準板とを備えることを特徴とする検出器アセンブリ。
  22. 放射受面と固体放射検出器のアレイの対向面との間にバイアス電圧を印加するステップと、
    該バイアス電圧をフィルタリングしてノイズを除去するステップと、
    電流パルスによって該固体検出器を通過する入射する輻射に応答するステップと、
    該電流パルスを処理及び再構成して画像表示にするステップを具備する核イメージング方法。
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