JP2004512508A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

検出域に到達した放射線を、特に２次元アレイとして互いに直交する行と列に配置された、各１個のシンチレータとこれに対応するフォトダイオードとを備えた検出器素子により検出する放射線検出器において、アレイの縁部に配置された検出器素子は、そのシンチレータがアレイの縁部に対して横方向に、検出域を検出するために必要な寸法より大きく拡大された寸法を持っている。この結果、シンチレータ範囲からアレイの縁部に配置された半導体素子の方向に広がる散乱放射線を簡単かつ安価に吸収することができる。
図３

Description

【０００１】
本発明は、検出域に到達する放射線を検出すべくアレイ状に配置された各１個のシンチレータと、これに対応する１個のフォトダイオードとからなる複数の検出器素子を備えた放射線検出器に関する。
【０００２】
例えば所謂多数列検出器の形でコンピュータ断層撮影装置（以下ＣＴという）で使用するこの種放射線検出器においては、信号路をできるだけ短くするため、半導体素子はＸ線の当る検出器面にできるだけ近接して配置せねばならない。
【０００３】
これら半導体素子はＸ線に対して敏感であり、Ｘ線によって損傷を受け、場合によっては破壊されることもある。
【０００４】
図１は従来の技術によるＸ線用の放射線検出器を示し、この図から明らかなように、焦点Ｆから出るＸ線ビームのコリメータ板１による絞り込みによって、焦点Ｆから出るＸ線が直接半導体素子２に達するのが妨げられるときでも、アレイの縁部に配置されたシンチレータ３に当る、特に破線で示すＸ線（図１に破線の矢印Ｒで示す）によって散乱放射線（図３に点線の矢印ＳＲで示す）が発生し、これが半導体素子２に達するという危険がある。
【０００５】
半導体素子２を、特にシンチレータ３で生ずるこの散乱放射線ＳＲに対しても遮蔽すべく、図２に示すように、Ｘ線を強く吸収する物質４、例えば鉛を、アレイの縁部にあるシンチレータ３と半導体素子２の間に配置することが行われる。
【０００６】
この方法は、そのために専用の個別部品を設計・製作し、取り付けねばならないから、コストを要し、面倒でもある。その上、取付け時に検出器素子のフォトダイオード６と半導体素子２間のボンディングワイヤ５を損傷することがある。
【０００７】
これに代えて、半導体素子を活性の検出器面から更に離して取り付けることもできる。しかし、これは比較的故障し易い他に、それ自体大きな経費を要する。というのは、多数のフォトダイオードから出る導線を、ケーブルを介してまた場合によっては差込接続を介して半導体素子に導かねばならないからである。
【０００８】
本発明の課題は、冒頭に挙げた種類の放射線検出器を、簡単にかつコスト的に有利な方法で、特に付加的な構造部品を使用することなく、鋭敏な半導体素子を検出器面近くに配置し、しかも半導体素子が検出される放射線によって損傷を受けることがないような前提を提供できるように形成することにある。
【０００９】
本発明によれば、この課題は請求項１記載の放射線検出器により解決される。
【００１０】
アレイ縁部に配置された検出器素子の寸法を、検出域を越えて拡大することにより以下のような利点が生ずる。
・この寸法の拡大により直接Ｘ線の当らないシンチレータ範囲（以下受動範囲という）が、アレイの縁部に配置された検出器素子の、直接放射線の当るシンチレータ範囲（以下能動範囲という）からアレイの縁部に配置された半導体素子の方向に広がる散乱放射線を吸収する。
・放射線源が放射線検出器に対し相対的にずれても（これはＣＴ装置の場合、例えば熱に起因するＸ線焦点の移動で生ずる）、放射線はなおシンチレータ部分に入射し、放射線源の移動に起因する画像アーティファクトが回避される。
・半導体素子の散乱放射線からの保護を、コスト的に非常に有利に行える。というのは、放射線検出器の製造時、アレイの縁部に配置する検出器素子だけについて、このアレイ縁部に対し横方向に延びる寸法を大きくとればよく、追加的な材料消費は一般にそれ程大きな問題とならないからである。付加的な部品や作業工程も不要である。
【００１１】
本発明の好ましい構成例によれば、シンチレータは放射線の入射方向に測定してあるシンチレータ厚を持ち、かつアレイ縁部に配置された検出器素子のこのアレイの縁部に対し横方向に延びる寸法が、前記シンチレータ厚の０．５〜１．２倍の範囲にある程度だけ大きくされる。このシンチレータ厚が、一般に普通のように、一次放射線の少なくとも９０％を吸収するよう設定されていると仮定すると、散乱放射線は受動範囲において７０〜１００％迄吸収される。
【００１２】
更に本発明の有利な変形例では、アレイ縁部に配置された検出器素子のフォトダイオードは、これに属するシンチレータに応じ、アレイの縁部に対し横方向に拡大した寸法を示す。かくして、一方では一次放射線として先ず検査対象、例えば患者を通り抜けて能動範囲で生じた散乱放射線が画像形成に利用され、この結果検査対象に与えるべき放射線量が減少する。更に、能動範囲に生じた可視光線は、一部が受動範囲で散乱し、受動範囲に属するフォトダイオード部分に達するので、受動範囲で散乱した光量子も放射線検出器の出力信号に貢献し、無駄にならない。むしろアレイの縁部に配置した検出器素子の光収量が増大する。
【００１３】
検出器素子は、互いに直交して延びる行及び列に配置するのがよい。
【００１４】
本発明を、添付の模式的図面で説明する。
【００１５】
図３及び４から明らかなように、この実施例の場合、本発明による、例えばＣＴ装置でＸ線を検出するために設けた放射線検出器は基板７を備え、その上にアレイとして検出器素子が直交する行・列に配置されている。これら検出器素子は各々シンチレータ３、３’及びフォトダイオード６、６’で構成されているが、ここでは見易くするため、その一部のシンチレータ及びフォトダイオードにしか符号を付していない。検出器素子それ自体は公知であり、同様に図示しないが、可視光線及び／又はＸ線に対し非透過性の隔壁で互いに隔離されている。
【００１６】
この構成では、フォトダイオード６、６’が二次元アレイ状に基板７上に配置され、シンチレータ３、３’がフォトダイオード６、６’上に同様にアレイ状に例えば接着により取り付けられている。この場合、シンチレータ３は放射線検出器により検出すべき放射線、本実施例の場合はＸ線の焦点Ｆに向いている。
【００１７】
フォトダイオードは、基板７上に検出器素子のアレイの縁部に沿って配置された半導体素子２に、ボンディングワイヤ５で接続されている。この半導体素子２は、見易くするために、その全てに符号を付してはいないが（図４参照）、それ自体図示しない方法で信号検出電子回路に接続されている。
【００１８】
焦点Ｆから出たＸ線がシンチレータ３、３’に到達すると、該Ｘ線はシンチレータ３、３’で可視光線に変換され、この可視光線は各シンチレータ３、３’に対応して設けられたフォトダイオード６、６’により検出され、電流に変換される。この電流は、各ボンディングワイヤ５を介して半導体素子２に達する。
【００１９】
図３において、Ｘ線の縁部光線ＢＲから明らかなように、焦点Ｆから出るＸ線は、コリメータ１により絞られて放射線検出器のある範囲にのみ当る。なお、この範囲を以下において検出域と称し、かつ図３及び４にＤＦなる符号を付す。
【００２０】
アレイの縁部に配置された検出器素子のシンチレータ３’も、またフォトダイオード６’も、このアレイの縁部に対し横方向に、検出域ＤＦそれ自体を検出するために必要な寸法より大きい寸法ｂ’を持っている。
【００２１】
アレイ縁部に配置したシンチレータ３’の、検出域ＤＦを検出するのに充分な寸法３’がｂであるとき、アレイ縁部にあるシンチレータ３’の寸法ｂ’は
ｂ＋０．５×ｄ≦ｂ’≦ｂ＋１．２×ｄ
であり、ここにｄは図３で、Ｘ線の入射方向に測定したシンチレータ厚である。
【００２２】
検出域ＤＦに到達するＸ線を検出するために必要な、図３、４に符号ａで示す能動範囲に付加して、アレイ縁部に配置された検出器素子は、図３、４に符号ｐで示す受動範囲を備えている。
【００２３】
その場合、検出器素子の受動範囲ｐは、寸法の拡大に伴い直接的にＸ線を受けることはないが、直接放射線が当る検出器素子の能動範囲ａ、特にシンチレータ３’の対応する範囲から、アレイの縁部に配置された半導体素子２の方向に広がる散乱放射線を吸収する。このことを図３中に、シンチレータ３’に当るＸ線Ｒ及びシンチレータ３’の受動範囲内にとどまる散乱放射線ＳＲで図示する。
【００２４】
放射線検出器に対し相対的に、放射線源が不所望の移動を起しても（これはＣＴ装置において、例えば熱に起因するＸ線焦点の移動により発生する）、放射線はなお依然としてシンチレータ部分に入射し、それにより放射線源の移動に起因する画像アーティファクトを回避できる。
【００２５】
シンチレータ３’の寸法を上記の関係式に従い選ぶときは、シンチレータ厚ｄを焦点Ｆから出た一次Ｘ線の少なくとも９０％を吸収するように選んだと仮定すると、散乱Ｘ線は受動範囲ｐにおいて７０〜１００％迄吸収される。
【００２６】
シンチレータ３’に対応して配置したフォトダイオード６’は、このシンチレータ３’に対応してアレイの縁部に対し横方向に拡大した寸法を持っており、一方では検査対象、例えば患者を先ず一次放射線として通り抜けて、能動範囲ａにおいて生じた散乱放射線が例えば画像形成に寄与する。その他に、能動範囲ａで生じた可視光線は、一部がその対応の受動範囲ｐで散乱し、該範囲ｐに対応するフォトダイオード６’の部分に到達するので、受動範囲ｐで散乱した光量子も放射線検出器の出力信号に貢献し、無駄になることはない。
【００２７】
上述の実施例の場合、検出器素子を、互いに直交して延びる平行な行と、平行な列で２次元アレイとして配置している。しかし本発明は、行と列とが互いに直交して延びていない、又は検出器素子が行及び列に配列されていないような２次元アレイにも適用できる。
【００２８】
上述の実施例では、検出器素子を、アレイ縁部に配置されるものを除いて、各々同じ形状と大きさとした。しかし本発明の範囲で、アレイ縁部に配置していない検出器素子をも、その形状及び／又は大きさを互いに異ならせてもよい。特にこれら検出器素子は、必ずしも図４に示す正方形の形状を持つ必要はない。
【００２９】
上記実施例では、放射線検出器の検出器素子を一平面に配置した。しかし本発明の範囲で必ずしもそうである必要はない。検出器素子は、例えばＣＴ装置に適用するに好都合なように、凹んだ円筒状に湾曲した面に配置してもよい。
【００３０】
上述の実施例による放射線検出器は、Ｘ線検出用を想定している。しかし、この放射線検出器は、シンチレータとフォトダイオードとから構成された検出器素子により検出できる、任意の種類の放射線を検出するためにも適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来の技術による放射線検出器を横断面で示す。
【図２】
従来の技術による放射線検出器を横断面で示す。
【図３】
本発明による放射線検出器を横断面で示す。
【図４】
図３による放射線検出器の検出器面を覘く方向に見た平面を示す。
【符号の説明】
１　　　　　　　コリメータ板
２　　　　　　　半導体素子
３，３’　　　　シンチレータ
４　　　　　　　Ｘ線吸収物質
５　　　　　　　ボンディングワイヤ
６，６’　　　　フォトダイオード
７　　　　　　　基板
Ｆ　　　　　　　焦点
Ｒ　　　　　　　Ｘ線
ＳＲ　　　　　　散乱放射線
ＢＲ　　　　　　縁部光線
ＤＦ　　　　　　検出域
ａ　　　　　　　能動範囲
ｂ，ｂ’　　　　シンチレータ寸法
ｐ　　　　　　　受動範囲

Claims (5)

1. 検出域に到達する放射線を検出すべくアレイ状に配置され、各１個のシンチレータと、これに対応する１個のフォトダイオードとからなる複数の検出器素子を備えた放射線検出器において、アレイ縁部に配置された検出器素子のシンチレータが、検出域を検出するために必要とするよりも大きく、アレイの縁部に対し横方向に拡大された寸法を持っている放射線検出器。
2. シンチレータが放射線の入射方向に測定してあるシンチレータ厚を持ち、アレイの縁部に配置された検出器素子のシンチレータの、アレイの縁部に対して横方向に拡大された寸法が、シンチレータ厚の０．５〜１．２倍の範囲にある程度だけ大きい請求項１記載の放射線検出器。
3. アレイの縁部に配置された検出器素子に対応するフォトダイオードが、それに属するシンチレータに応じアレイの縁部に対して横方向に拡大された寸法を持っている請求項１又は２記載の放射線検出器。
4. 検出器素子が二次元アレイの形に配置された請求項１から３の１つに記載の放射線検出器。
5. 検出器素子が互いに直交する行及び列に配置された請求項４記載の放射線検出器。