JP2008134078A - Radiation detector and its component - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、入力された放射線を光に変換し、この変換した光を検出することによって放射線像を撮影する放射線検出器用部品および放射線検出器に関し、特に、2次元配列して放射線像を撮影するための放射線検出器用部品および放射線検出器に関するものである。 The present invention relates to a radiation detector component and a radiation detector for capturing a radiation image by converting input radiation into light and detecting the converted light, and in particular, capturing a radiation image in a two-dimensional array. The present invention relates to a radiation detector component and a radiation detector.
従来から、医療機関などで使用されるX線CT装置では、被検体に対してX線を照射することによって被検体の内部構造を撮影する。具体的には、X線CT装置は、X線照射源と、被検体を介してX線照射源に対向配置されたX線検出部が1次元アレイ状に配置された構造の放射線検出器とを有する。ここで、検出器は、受線したX線を電気信号に変換する機能を有し、X線を可視光線に変換するシンチレータ素子と、可視光線を電気信号に変換するフォトダイオードとを有する。この放射線検出器によって被検体を通過したX線を受線し、この受線したX線をもとに得られる電気信号を記録する。そして、X線照射源と放射線検出器との位置関係を維持したまま、X線を照射する角度を様々に変化させてX線の受線を繰り返す。その後、得られた電気信号に対してコンボルーション(畳み込み)やバックプロジェクション(逆投影)などの処理を行うことで、X線が通過した被検体の断面(スライス)の画像を再構成する。 Conventionally, an X-ray CT apparatus used in a medical institution or the like images an internal structure of a subject by irradiating the subject with X-rays. Specifically, the X-ray CT apparatus includes an X-ray irradiation source, and a radiation detector having a structure in which an X-ray detection unit arranged to face the X-ray irradiation source via a subject is arranged in a one-dimensional array. Have Here, the detector has a function of converting received X-rays into electric signals, and includes a scintillator element that converts X-rays into visible light, and a photodiode that converts visible light into electric signals. X-rays that have passed through the subject are received by the radiation detector, and an electrical signal obtained based on the received X-rays is recorded. Then, while receiving the positional relationship between the X-ray irradiation source and the radiation detector, X-ray reception is repeated by changing the X-ray irradiation angle in various ways. Thereafter, the obtained electric signal is subjected to processing such as convolution (convolution) and back projection (back projection) to reconstruct an image of a cross section (slice) of the subject through which the X-rays have passed.
特に近年、一回のX線照射によって、同時に複数のスライスについて撮影することができるマルチスライスX線CT装置は、複数のスライスに対応して、アレイ状のX線検出部を複数配置し、それぞれのスライスを通過したX線を収集してスライス画像を再構成している。したがって、マルチスライスX線CT装置では、検出部が1次元アレイ状ではなく、2次元アレイ状に配置された放射線検出器を備えている。 In particular, in recent years, a multi-slice X-ray CT apparatus capable of imaging a plurality of slices simultaneously by a single X-ray irradiation has a plurality of array-shaped X-ray detection units arranged corresponding to the plurality of slices. X-rays that have passed through the slices are collected to reconstruct a slice image. Therefore, in the multi-slice X-ray CT apparatus, the detection unit includes a radiation detector arranged in a two-dimensional array instead of a one-dimensional array.
ところで、従来の放射線検出器によって検出される光検出信号には雑音が多く、光検出感度が低く、特に微弱な光を感度良く検出することができない場合があった。 By the way, the light detection signal detected by the conventional radiation detector has a lot of noise and the light detection sensitivity is low, and particularly weak light may not be detected with high sensitivity.
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、検出感度を高くすることができる放射線検出器用部品および放射線検出器を提供することを目的とする。 This invention is made in view of the above, Comprising: It aims at providing the component for radiation detectors and radiation detector which can make detection sensitivity high.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる放射線検出器用部品は、入射される放射線を光に変換し、この変換された光を光出力面から出力するシンチレータ素子と、前記シンチレータ素子の配列位置に対応して配列され、該シンチレータ素子の光出力面側に形成されて光を検出するフォトダイオードと、を備え、前記フォトダイオード素子の光検出領域は、前記シンチレータ素子の前記光出力面に比して小さいことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a radiation detector component according to the present invention converts incident radiation into light, and outputs the converted light from a light output surface; A photodiode that is arranged corresponding to the arrangement position of the scintillator element and that is formed on the light output surface side of the scintillator element to detect light, and the photodetection region of the photodiode element includes a photodetection region of the scintillator element. It is smaller than the light output surface.
また、この発明にかかる放射線検出器用部品は、上記の発明において、前記光検出領域は、前記光出力面のほぼ60%であることを特徴とする。 In the radiation detector component according to the present invention as set forth in the invention described above, the light detection area is approximately 60% of the light output surface.
また、この発明にかかる放射線検出器は、上記の発明のいずれか一つに記載の放射線検出器用部品を、前記放射線の入射方向に垂直な面上で配列し、1次元アレイまたは2次元アレイを形成したことを特徴とする。 According to another aspect of the present invention, there is provided a radiation detector, wherein the radiation detector component according to any one of the above inventions is arranged on a plane perpendicular to the incident direction of the radiation, and a one-dimensional array or a two-dimensional array is arranged. It is formed.
この発明にかかる放射線検出器用部品および放射線検出器は、シンチレータ素子からの光を検出するフォトダイオードの光検出領域が、前記シンチレータ素子から光を出力する光出力面に比して小さくしてフォトダイオードのキャパシタを小さくし、このフォトダイオードに接続される増幅器に対するノイズを減少するとともに、フォトダイオード自体の暗電流を減少するようにしているので、ノイズ成分が少ない光検出信号を結果的に得ることができ、検出感度を高くすることができるという効果を奏する。 The radiation detector component and the radiation detector according to the present invention include a photodiode in which a light detection region of a photodiode that detects light from a scintillator element is made smaller than a light output surface that outputs light from the scintillator element. This reduces the noise for the amplifier connected to the photodiode and reduces the dark current of the photodiode itself, so that a photodetection signal with less noise components can be obtained as a result. The detection sensitivity can be increased.
以下、この発明を実施するための最良の形態である放射線検出器用部品および放射線検出器について説明する。 Hereinafter, a radiation detector component and a radiation detector, which are the best mode for carrying out the present invention, will be described.
(実施の形態1)
図1は、この発明の実施の形態1である放射線検出器用部品の分解斜視図である。また、図2は、図1に示した放射線検出器用部品が組み立てられた状態を示す斜視図である。さらに、図3は、図1に示した放射線検出器用部品が2次元配置された状態の断面図である。また、図4は、図2に示した放射線検出器用部品を配列して2次元アレイを形成した放射線検出器の概要構成を示す斜視図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view of a radiation detector component according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing a state in which the radiation detector parts shown in FIG. 1 are assembled. Further, FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the radiation detector parts shown in FIG. 1 are two-dimensionally arranged. FIG. 4 is a perspective view showing a schematic configuration of a radiation detector in which the radiation detector parts shown in FIG. 2 are arranged to form a two-dimensional array.
図1〜図3において、この放射線検出器用部品1は、大きくシンチレータアレイ11とフォトダイオードアレイ12とを有する。シンチレータアレイ11は、X線あるいはγ線などの放射線を光に変換する複数のシンチレータ素子13が、放射線の入射方向A1に対してほぼ垂直に1次元に配置されたものである。各シンチレータ素子13間にはセパレータ14が設けられる。また、各シンチレータ素子13の入射方向A1に垂直な面および端部のシンチレータ素子13の側面には、変換された光を反射する膜厚約数100μmの反射厚膜15が形成されている。
1 to 3, the radiation detector component 1 has a
一方、フォトダイオードアレイ12は、Siなどの半導体基板上に、各シンチレータ素子13によって変換された光を電気信号に変換する光電変換素子としてフォトダイオード素子12aが、各シンチレータ素子13の位置に対応して配列して形成され、各シンチレータ素子13と各フォトダイオード素子12aとが対応して接触するように光学接合剤で接合される。したがって、各フォトダイオード素子12aの受光面は、放射線の入射方向A1に対してほぼ水平に配置されることになる。すなわち、フォトダイオードアレイ12の半導体基板面は、入射方向A1に対してほぼ平行となる。
On the other hand, the
また、フォトダイオードアレイ12の裏面、すなわちフォトダイオード素子12aが形成される面の反対面には、蒸着やスパッタリングなどによって形成された数μm程度のAlの反射薄膜16が、シンチレータアレイ11の側面の領域を覆う位置関係をもって設けられる。このAlの反射薄膜16は、Siの半導体基板上に形成された場合、80%以上の反射率を得ることができる。
In addition, on the back surface of the
なお、フォトダイオードアレイ12には、各フォトダイオード素子12aの検出信号を取り出す端子26が半導体基板上に形成されるとともに、各フォトダイオード素子12aと各端子26とを結ぶ配線25が半導体基板上に形成されている。
In the
ここで、各シンチレータ素子13のフォトダイオード素子12aに接合する面とこの面の反対面には反射膜が形成されていないため、各シンチレータ素子13によって変換された光は、これらの面から放出されることになる。したがって、シンチレータアレイ11のみでは、変換された光は、各フォトダイオード素子12a側とその反対側に放出されることになるが、図3および図4に示すように、放射線検出器用部品1が配列され、1対のシンチレータ素子13およびフォトダイオード素子12aからなる検出セルを2次元配置した場合、シンチレータアレイ11における、フォトダイオード素子12aの反対側の面は、隣接するシンチレータアレイ11の反射薄膜16によって覆われ、シンチレータ素子13によって変換された光は反射され、結局、フォトダイオード素子12a側のみに、変換された光が放出されることになる。
Here, since the reflection film is not formed on the surface of each
この結果、フォトダイオード素子12aは、シンチレータ素子13によって変換された光を効率良く受光することができるとともに、反射薄膜16は、図3に示すように、反射厚膜15に比して大幅に厚さを減じることができる。具体的には、図3における反射厚膜15の膜厚W1が100μm、フォトダイオードアレイ12の厚さW2が200μm、反射薄膜16の膜厚W3が1μmで形成され、従来の放射線検出器用部品がシンチレータ素子13のフォトダイオード素子12a側以外の面を厚膜形成した場合に比して、検出セルの2次元配置面における反射薄膜16の厚さは無視できる程度になる。
As a result, the
これによって、入射方向A1からみた単位面積あたりの受線効率を高めることができ、さらには検出セル間隔を短くすることができるので単位面積あたりの検出セル数を多くすることができ、解像度を高めることができる。 As a result, the receiving efficiency per unit area as seen from the incident direction A1 can be increased, and further, the detection cell interval can be shortened, so that the number of detection cells per unit area can be increased and the resolution can be increased. be able to.
ここで、各フォトダイオード素子12aの光検出領域S2は、各シンチレータ素子13の光出力面S1に比して小さくしており、好ましくは面積比で60%程度としている。上述したように各フォトダイオード素子12aと各シンチレータ素子13とは、光学結合剤によって形成された接着層12cによって接合され、フォトダイオード12a側は、フォトダイオード素子12aを覆うように絶縁膜12bが形成されている。また、各光検出領
域S2は、各光出力面S1に対してほぼ中央に対応配置されているが、これに限らず、光検出領域S2は、各光出力面S1に対応する範囲内であればよい。なお、接合層12cおよび絶縁層12bは、ライトガイドとして機能し、シンチレータ素子13から出力される光であって、光検出領域S2外に入力された光は、このライトガイドでの伝搬あるいは再反射によって光検出領域S2に伝達され、光検出されることになる。なお、上述した実施の形態1では、放射線検出器用部品を、シンチレータアレイ11とフォトダイオードアレイ12とによって形成された1次元の検出アレイとして説明したが、特許請求の範囲における放射線検出器用部品は、1対のシンチレータ素子13およびフォトダイオード素子12aからなる基本的な検出セルを含むものとして示している。また、放射線検出器用部品1を1次元アレイの検出器として用いる場合、特許請求の範囲における放射線検出器に対応する。
Here, the light detection region S2 of each
この実施の形態1では、各フォトダイオード素子12aの光検出領域S2を、各シンチレータ素子13の光出力面S1に比して小さくしているので、光検出領域S2と光出力面S1とをほぼ同じにした場合に比べて、各フォトダイオード素子12aのキャパシタ容量が小さくなり、この結果、各フォトダイオード素子12aに接続される図示しない増幅器の増幅機能に与える影響を小さくし、増幅時のノイズ成分を減少させることができるとともに、キャパシタ容量自体が小さくなるため暗電流も小さくなり、これによってフォトダイオード素子12aが検出した光検出信号のノイズ成分が減少し、信号対雑音比が向上し、光検出感度が高まることになる。特に、信号対雑音比が減少するので、微弱な光検出信号をも検出できることになる。
In the first embodiment, the light detection region S2 of each
さらに、この実施の形態1では、各フォトダイオード素子12aの光検出領域S2を、各シンチレータ素子13の光出力面S1に比して小さくしているので、各フォトダイオード素子12aと各シンチレータ素子13との接合時における位置合わせが容易になる。
Further, in the first embodiment, the light detection region S2 of each
なお、反射薄膜16は、Alに限らず、Agなどの金属で形成してもよい。さらには、金属に限らず、たとえば酸化チタン(TiO2)あるいはこれを用いた多層膜で実現してもよい。また、反射薄膜16の薄膜形成は、スパッタリングなどの半導体製造装置によって形成してもよいし、メッキなどによってコーティングしてもよい。また、この実施の形態1では、フォトダイオードアレイ12の機械的強度および信頼性を勘案した場合、フォトダイオードアレイ12の厚さは数100μm程度が限界であることから、この厚さに対して無視できる反射薄膜16の膜厚は、10μm以下とすることが好ましい。
Note that the reflective
また、フォトダイオード素子12aの検出波長領域は、可視光に限らない。すなわち、フォトダイオード素子12aの検出波長領域は、シンチレータ素子13が変換して出力する光の波長に対応した検出能力をもてばよく、紫外光あるいは赤外光を検出できるものであってもよい。
The detection wavelength region of the
さらに、シンチレータ素子13の材質は、CdWO2を用いているが、その他CsI,NaI,Bi4Ge3O12,BaF2,Gd2SiO5,Lu2SiO5や、各種セラミックシンチレータを用いても良い。
Further, the material of the
また、上述した実施の形態1では、反射薄膜16を隣接するフォトダイオードアレイ12に設けるようにしているが、これに限らず、反射薄膜16に対応する反射膜をシンチレータアレイ11自体に設けるようにしてもよい。
In the first embodiment described above, the reflective
(実施の形態2)
つぎに、この発明の実施の形態2について説明する。上述した実施の形態1では、各フォトダイオード素子12aからの検出信号は、各端子26から取り出されるようにしていたが、この実施の形態2では、フォトダイオードアレイ12上に各フォトダイオード素子12aからの検出信号を取り出す配線パターンを形成し、フォトダイオードアレイ12の一端から全検出信号を取り出すようにしている。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment described above, the detection signal from each
図5は、この発明の実施の形態2である放射線検出器用部品の分解斜視図である。図6は、図5に示した放射線検出器用部品の斜視図である。図7は、図6に示した放射線検出器用部品を2次元配置した放射線検出器の概要構成を示す斜視図である。 FIG. 5 is an exploded perspective view of a radiation detector component according to the second embodiment of the present invention. 6 is a perspective view of the radiation detector component shown in FIG. FIG. 7 is a perspective view showing a schematic configuration of a radiation detector in which the radiation detector parts shown in FIG. 6 are two-dimensionally arranged.
図5〜図7において、端子26に対応する端子36がフォトダイオードアレイ33の一端にまとめて設け、各端子36と各フォトダイオード素子との間を配線35によって電気的に接続している。このフォトダイオードアレイ33の一端には、この一端の部分で重なる基板37がさらに設けられ、基板37上に設けられた引き出し用の端子と各端子36とが電気的に接続される。
5 to 7, terminals 36 corresponding to the
これによって、各フォトダイオード素子から出力される検出信号の取り出し構成が簡易になるとともに、放射線検出器20の組立も容易になる。 This simplifies the configuration for extracting the detection signal output from each photodiode element, and facilitates the assembly of the radiation detector 20.
(実施の形態3)
つぎに、この発明の実施の形態3について説明する。上述した実施の形態1,2では、シンチレータアレイ11が、放射線の入線方向に対して垂直方向に光出力面を有し、この光出力面側にフォトダイオードアレイ12を配置するものであったが、この実施の形態3では、シンチレータアレイ11が、放射線の入線方向の出力側に光出力面を有し、この光出力面側にフォトダイオードアレイ12を配置するようにしている。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the first and second embodiments described above, the
すなわち、図8に示すように、セパレータ14によって区切られた各シンチレータ素子13は、放射線の入線方向A1に対して垂直に配列され、入線方向A1の出力側に光出力面を有し、この光出力面に各フォトダイオード素子12aが各シンチレータ素子13に対応して設けられる。この場合、実施の形態1,2と同様に、各フォトダイオード素子12aの光検出領域は、各シンチレータ素子13の光出力面に比して小さくしている。なお、各フォトダイオード素子12aの上面には、絶縁膜12bが形成され、さらに絶縁膜12bの上面には接着膜12cが形成されている。なお、図8の紙面上部方向および下部方向には、それぞれ反射膜が形成されている。
That is, as shown in FIG. 8, the
この実施の形態3では、上述した実施の形態1,2と同様に、フォトダイオード素子群の光検出領域が、各シンチレータ素子から光を出力する光出力面に比して小さくしてフォトダイオードのキャパシタを小さくし、このフォトダイオードに接続される増幅器に対するノイズを減少するとともに、フォトダイオード自体の暗電流を減少するようにしているので、ノイズ成分が少ない光検出信号を結果的に得ることができ、検出感度を高くすることができる。 In this third embodiment, as in the first and second embodiments described above, the photodetection region of the photodiode element group is made smaller than the light output surface that outputs light from each scintillator element, and Since the capacitor is made small and the noise for the amplifier connected to the photodiode is reduced, and the dark current of the photodiode itself is reduced, a photodetection signal with less noise component can be obtained as a result. , The detection sensitivity can be increased.
なお、この放射線検出器用部品および放射線検出器は、X線に限らず各種の放射線を検出するものに適用できるものであり、X線CT装置に限らず、たとえばPETCT装置にも適用できるものである。 The radiation detector component and the radiation detector are applicable not only to X-rays but also to those that detect various types of radiation, and not only to X-ray CT apparatuses but also to PETCT apparatuses, for example. .
1,2 放射線検出器用部品
10,20 放射線検出器
11,34 シンチレータアレイ
12,33 フォトダイオードアレイ
12a フォトダイオード素子
12b 絶縁膜
12c 接着層
13 シンチレータ素子
14 セパレータ
15 反射厚膜
16,16a,46 反射薄膜
25,35,38 配線
26,36 端子
37 基板
S1 光出力面
S2 光検出領域
1, 2
Claims (3)
前記シンチレータ素子の配列位置に対応して配列され、該シンチレータ素子の光出力面側に形成されて光を検出するフォトダイオードと、
を備え、前記フォトダイオード素子の光検出領域は、前記シンチレータ素子の前記光出力面に比して小さいことを特徴とする放射線検出器用部品。 A scintillator element that converts incident radiation into light and outputs the converted light from the light output surface;
A photodiode that is arranged corresponding to the arrangement position of the scintillator element and is formed on the light output surface side of the scintillator element to detect light;
A radiation detector component comprising: a light detection region of the photodiode element that is smaller than a light output surface of the scintillator element.
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