JP2009058453A - アレイ製造方法、シンチレータアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】複数のシンチレータ結晶の配列精度と検出精度とが良好なシンチレータアレイを簡単に製造できるアレイ製造方法を提供する。
【解決手段】複数のシンチレータ結晶１１０を二次元状に配列してから、間隙に充填した混合液を凝固させるので、複数のシンチレータ結晶１１０の位置精度が良好である。また、外側面に反射材を塗布したり反射テープを貼着した複数のシンチレータ結晶１１０をアレイ状に配列するような必要がなく、複数のシンチレータ結晶１１０を収納容器に圧入するような必要もなく、大型のシンチレータ結晶１１０を切削してシンチレータアレイ１００を形成するような必要もない。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数のシンチレータ結晶からなるシンチレータアレイ、このシンチレータアレイを製造するためのアレイ製造方法、に関する。

被検体に陽電子放射性同位元素（ＲＩ：Ｒａｄｉｏ Ｉｓｏｔｏｐｅ）標識の薬剤が投与されると、消滅γ線が放出される。ＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、ＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、ガンマカメラなどの核医学イメージング装置は、この放射線を検出することにより、被検体内のＲＩの分布像を得る装置である。

このような核医学イメージング装置には、複数のシンチレータ結晶からなるシンチレータアレイが利用されている。このようなシンチレータアレイは、例えば、細長形状のシンチレータ結晶を、その長手方向と直交する方向に二次元状に所定間隔で配列した構造に形成されている。

シンチレータアレイは、光電子増倍管などの光検出器に接続され、放射線検出器として用いられるが、シンチレータアレイに放射線が入射すると放射線入射箇所のシンチレータ結晶が発光し、接続された光検出器に放射線強度に比例した光量を出力する機能を有している。

また、光反射率の大きい板材を使用して、所定の間隔で整列した封入穴を持った結晶収納容器を製作し、その封入穴の中にシンチレータ結晶を嵌合してシンチレータアレイを製造する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、ブロック状に切り出したシンチレータ結晶に一定間隔の切込み溝を縦横に形成したのち、その切込み溝に反射材を充填する技術も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平１−１４５５９６号公報 特開平５−３４１０４９号公報 特開平５−０１９０６０号公報

特許文献１に記載された技術においては、反射剤の塗布厚みや、反射材のテープの巻装厚みの均一性を保つことが難しく、個々のシンチレータ結晶の配列の精度を出すことが非常に困難である。さらに、組み上げ作業が煩雑化し、全体寸法精度を出すことが困難である。

また、特許文献２に記載された技術においては、加工されたケースへの各シンチレータ結晶の組み込み作業は容易であり、組み上げ後の全体寸法も高精度に維持できるが、ケースの加工精度をあげるために著しく費用がかかる。

また、特許文献３に記載された技術においては、複数の溝に反射剤を均一に注入することが困難である。また溝の製作に伴いシンチレータ結晶の表面が粗面化する。溝表面の粗面化に起因して個々のシンチレータ結晶内における光の多重回反射の量が増加し、出力される光量が減少するといった問題や、溝の切削加工時の結晶の未加工の残存部分のために放射線検出器の位置分解能が低下するという問題が発生する。

さらには、これら従来技術文献で開示された反射材は、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂やポリエステル系樹脂であり、発光波長が４００ｎｍ以下の発光では反射率が９０％以下と反射能が低いため、シンチレータ結晶から出力される光量が減少するという問題がある。

本発明は上述のような課題に鑑みてなされたものであり、配列されている複数のシンチレータ結晶の位置精度と検出感度とが良好なシンチレータアレイ、このようなシンチレータアレイを簡単に製造することができるアレイ製造方法、を提供するものである。

本発明のアレイ製造方法は、複数のシンチレータ結晶からなるシンチレータアレイを製造するためのアレイ製造方法であって、放射線が入射すると内部で蛍光が発生する細長形状の複数のシンチレータ結晶を形成し、複数のシンチレータ結晶を長手方向と直交する方向に二次元状に所定間隔で配列し、配列された複数のシンチレータ結晶の間隙に樹脂と溶媒とを混合した混合液を充填し、混合液から溶媒を減圧除去して樹脂を凝固させる。

従って、本発明のアレイ製造方法では、長手方向と直交する方向に二次元状に所定間隔で配列されている細長形状の複数のシンチレータ結晶と、複数のシンチレータ結晶の間隙に充填されている樹脂と、からなるシンチレータアレイを製造することができる。複数のシンチレータ結晶を二次元状に配列してから、間隙に充填した混合液を凝固させるので、複数のシンチレータ結晶の位置精度が良好である。また、外側面に反射材を塗布したり反射テープを貼着した複数のシンチレータ結晶をアレイ状に配列するような必要がなく、複数のシンチレータ結晶を収納容器に圧入するような必要もなく、大型のシンチレータ結晶を切削してシンチレータアレイを形成するような必要もない。

また、本発明のアレイ製造方法において、混合液に反射材の粉末を混入させておいてもよい。

また、本発明のアレイ製造方法において、反射材の粉末が、ＢａＳＯ_４，ＴｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＭｇＯ，の少なくとも一つからなってもよい。

また、本発明のアレイ製造方法において、反射材の粉末の平均粒径が１μｍ以下であってもよい。

また、本発明のアレイ製造方法において、混合液の組成比は、反射材の重量部１００に対して樹脂の重量部が５以下であってもよい。

また、本発明のアレイ製造方法において、樹脂は、アクリル樹脂，ポリビニルアルコール，シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，の少なくとも一つからなってもよい。

また、本発明のアレイ製造方法において、発光波長が４００ｎｍ以下の蛍光を発生するシンチレータ結晶を形成してもよい。

本発明のシンチレータアレイは、放射線が入射すると内部で蛍光が発生する複数のシンチレータ結晶からなるシンチレータアレイであって、長手方向と直交する方向に二次元状に所定間隔で配列されている細長形状の複数のシンチレータ結晶と、反射材の粉末が混入されていて複数のシンチレータ結晶の間隙に充填されている樹脂と、を有する。

また、本発明のシンチレータアレイにおいて、反射材の粉末が、ＢａＳＯ_４，ＴｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＭｇＯ，の少なくとも一つからなってもよい。

また、本発明のシンチレータアレイにおいて、反射材の粉末の平均粒径が１μｍ以下であってもよい。

また、本発明のシンチレータアレイにおいて、樹脂は、アクリル樹脂，ポリビニルアルコール，シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，の少なくとも一つからなってもよい。

また、本発明のシンチレータアレイにおいて、シンチレータ結晶は、蛍光の発光波長が４００ｎｍ以下であってもよい。

また、本発明のシンチレータアレイにおいて、本発明のアレイ製造方法で製造されていてもよい。

なお、本発明の各種の構成要素は、必ずしも個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。

本発明のアレイ製造方法では、複数のシンチレータ結晶を二次元状に配列してから、間隙に充填した混合液を凝固させるので、複数のシンチレータ結晶の位置精度が良好である。また、外側面に反射材を塗布したり反射テープを貼着した複数のシンチレータ結晶をアレイ状に配列するような必要がなく、複数のシンチレータ結晶を収納容器に圧入するような必要もなく、大型のシンチレータ結晶を切削してシンチレータアレイを形成するような必要もない。このため、アレイ状に配列するシンチレータ結晶の外側面を損傷するようなことがなく、シンチレータ結晶の配列精度と検出精度とが良好なシンチレータアレイを簡単に製造することができる。

本発明の実施の一形態を図面を参照して以下に説明する。本実施の形態のシンチレータアレイ１００は、放射線が入射すると内部で蛍光が発生する複数のシンチレータ結晶１１０からなる。

より具体的には、本実施の形態のシンチレータアレイ１００は、図１および図２に示すように、長手方向と直交する方向に二次元状に所定間隔で配列されている細長形状の複数のシンチレータ結晶１１０と、反射材の粉末（図示せず）が混入されていて複数のシンチレータ結晶１１０の間隙に充填されている樹脂１２０と、を有する。

反射材の粉末は、例えば、ＢａＳＯ_４からなり、その平均粒径は１μｍ以下である。樹脂１２０は、例えば、アクリル樹脂からなる。シンチレータ結晶１１０は、蛍光の発光波長が４００ｎｍ以下である。

つぎに、上述のようなシンチレータアレイ１００を製造するアレイ製造システムおよびアレイ製造方法を以下に順番に説明する。本実施の形態のアレイ製造システムは、細長形状の複数のシンチレータ結晶１１０を長手方向と直交する方向に二次元状に所定間隔で保持する結晶保持機構と、配列された複数のシンチレータ結晶１１０の間隙に樹脂１２０と溶媒とを混合した混合液を充填する混合液充填機構と、混合液から溶媒を減圧除去して樹脂１２０を凝固させる減圧除去機構と、を有する（図示せず）。

結晶保持機構は、図３に示すように、長手方向が上下方向と平行な状態に配置された複数のシンチレータ結晶１１０の下端を保持する平板状の下端保持治具２１０と、図４に示すように、下端が保持された複数のシンチレータ結晶１１０の上端を保持する上端保持治具２２０と、図５に示すように、少なくとも下端保持治具２１０と密着した状態で複数のシンチレータ結晶１１０を包囲する樹脂型枠２３０と、を有する。

上述のようなアレイ製造システムを利用してシンチレータアレイ１００を製造するアレイ製造方法では、放射線が入射すると内部で４００ｎｍ以下の波長で蛍光が発生する細長形状の複数のシンチレータ結晶１１０を形成する。

つぎに、図３ないし図５に示すように、複数のシンチレータ結晶１１０を長手方向と直交する方向に二次元状に所定間隔で配列する。つぎに、配列された複数のシンチレータ結晶１１０の間隙に樹脂１２０と溶媒とを混合した混合液を充填する。

より具体的には、下端保持治具２１０には、図３に示すように、シンチレータ結晶１１０を挿入するために、所定の間隔で複数の挿入用穴が形成されている。この挿入用穴に、シンチレータ結晶１１０を挿入する。

さらに、図４に示すように、シンチレータ結晶１１０上部を線材を格子状に組んだ上端保持治具２２０を用いて固定し、図５に示すように、周囲を樹脂型枠２３０で包囲する。

つぎに、平均粒径が１μｍ以下であるＢａＳＯ_４の反射材粉末、樹脂１２０および溶媒を混合した混合液を、シンチレータ結晶１１０の間隙に充填する。混合液の組成比は、反射材の重量部１００に対して樹脂１２０の重量部を５以下としておく。

この充填が完了したら溶剤を減圧除去して樹脂を凝固させることで、反射層を形成する。その後、樹脂型枠２３０、下端保持治具２１０および上端保持治具２２０を取り外す。このシンチレータアレイ１００の底面に混合液を塗布したのち乾燥させることで、図１に示すように、シンチレータアレイ１００が完成する。

本実施の形態のアレイ製造システムを利用したアレイ製造方法によれば、複数のシンチレータ結晶１１０を二次元状に配列してから、間隙に充填した混合液を凝固させるので、複数のシンチレータ結晶１１０の位置精度が良好である。

また、外側面に反射材を塗布したり反射テープを貼着した複数のシンチレータ結晶１１０をアレイ状に配列するような必要がなく、複数のシンチレータ結晶１１０を収納容器に圧入するような必要もなく、大型のシンチレータ結晶１１０を切削してシンチレータアレイ１００を形成するような必要もない。

このため、アレイ状に配列するシンチレータ結晶１１０の外側面を損傷するようなことがなく、シンチレータ結晶１１０の配列精度と検出精度とが良好なシンチレータアレイ１００を簡単に製造することができる。

しかも、混合液に反射材の粉末を混入させておくので、複数のシンチレータ結晶１１０をアレイ状に固定すると同時に、複数のシンチレータ結晶１１０の外側面を反射面とすることができる。

特に、シンチレータ結晶１１０が４００ｎｍ以下の波長で発光し、反射材の粉末がＢａＳＯ_４からなる。このため、反射層の反射率を波長３００〜４００ｎｍにおいて９５％以上とすることができる。

また、反射材粉末を含有する混合液は、反射材粉末と高分子系バインダと溶媒とを混合することにより、粘度を調節して流動性を確保することが容易である。しかも、反射材粉末の平均粒径が１μｍ以下であるので、シンチレータ結晶１１０の間隙に混合液を良好に充填することができる。

さらに、アレイ製造システムの加工には精密さを要するが、アレイ製造システム自体はシンチレータアレイ１００の構成要素とはなっておらず、一度製作すれば何度でも使用できる。

このため、本実施の形態のアレイ製造システムを利用することで、シンチレータ結晶１１０の配列精度と検出精度とが良好なシンチレータアレイ１００を簡単に量産することができる。

なお、本発明者は実際に上述のようなアレイ製造システムでシンチレータアレイ１００を試作した。これを以下に簡単に説明する。まず、２×２×１５ｍｍのＰｒ：ＬｕＡＧ結晶をシンチレータ結晶１１０として形成し、樹脂型枠２３０、下端保持治具２１０および上端保持治具２２０を用いて０．１５ｍｍの隙間で８×７ピクセルとなるように固定した。

つぎに、樹脂型枠２３０内に前述のように調製した混合液を注入した後、Ｐｒ：ＬｕＡＧ結晶を樹脂型枠２３０ごと減圧装置に入れ、減圧装置内を真空引きして１．０×１０^５Ｐａ以下に減圧した。

混合液は流動性を有しており、シンチレータ結晶１１０の間隙の隙間をその深部まで流動するとともに、減圧によって溶媒成分が気化し、真空脱泡される。これらの操作により、シンチレータ結晶１１０の間隙の隙間には反射材粉末が密に充填された反射層が形成される。反射層形成後、減圧装置からＰｒ：ＬｕＡＧ結晶を取り出し、樹脂型枠２３０、下端保持治具２１０および上端保持治具２２０を外した。

つぎに、図６に示すように、フッ素樹脂テープ，ＥＳＲフィルム，ＢａＳＯ_４の各反射材を用いたアレイブロックを位置有感型光電子増倍管（Ｈ８５００）に接着し，^１３７Ｃｓγ線を照射した。

このときの二次元マップを図７に示す。また、反射材と発光量の関係を表１に示す。

平均粒径１００μｍ，１μｍ，１３０ｎｍの各ＢａＳＯ_４粉末を含有する各反射材を用いたアレイブロックを光電子増倍管に接着し，^１３７Ｃｓγ線を照射したときの発光量、エネルギー分解能を表２に示す。

表２のように平均粒径１３０ｎｍの各ＢａＳＯ_４粉末を含有する各反射材を用いたアレイブロックで、シンチレータ結晶１１０の発光量が１５ｃｈと最大となり位置弁別特性が最好となった。

また、反射材と発光量の関係も表３として示す。

表３のように、反射材としてＢａＳＯ_４が好適であることが確認された。

なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態ではシンチレータ結晶１１０の組成やサイズなどを具体的に例示したが、当然ながら、その組成やサイズなどは各種に変形することができる。

また、上記形態では反射材の粉末がＢａＳＯ_４からなることを例示した。しかし、この反射材の粉末としては、ＴｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＭｇＯ、これらの混合物、等を利用することもできる。

さらに、樹脂１２０がアクリル樹脂からなることを例示した。しかし、この樹脂１２０としても、ポリビニルアルコール，シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，これらの混合物、等を利用することもできる。

また、下端保持治具２１０のシンチレータ結晶１１０の挿入用穴の大きさ、および上端保持治具２２０の格子の大きさ、ならびにシンチレータ結晶１１０同士の間隔は、それぞれシンチレータ結晶１１０の大きさおよび使用する線材の径により決定される。

なお、当然ながら、上述した実施の形態および複数の変形例は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。また、上述した実施の形態および変形例では、各部の構造などを具体的に説明したが、その構造などは本願発明を満足する範囲で各種に変更することができる。

本発明の実施の形態のシンチレータアレイの外観を示す模式的な斜視図である。 シンチレータアレイの内部構造を示す模式的な斜視図である。 アレイ製造方法の工程を示す模式的な分解斜視図である。 アレイ製造方法の工程を示す模式的な分解斜視図である。 アレイ製造方法の工程を示す模式的な斜視図である。 試作したシンチレータアレイでの実験方法を示す模式的な斜視図である。 試作したシンチレータアレイでの実験結果を示す特性図である。

符号の説明

１００ シンチレータアレイ
１１０ シンチレータ結晶
１２０ 樹脂
２１０ 下端保持治具
２２０ 上端保持治具
２３０ 樹脂型枠

Claims (13)

1. 複数のシンチレータ結晶からなるシンチレータアレイを製造するためのアレイ製造方法であって、
   放射線が入射すると内部で蛍光が発生する細長形状の複数の前記シンチレータ結晶を形成し、
   複数の前記シンチレータ結晶を長手方向と直交する方向に二次元状に所定間隔で配列し、
   配列された複数の前記シンチレータ結晶の間隙に樹脂と溶媒とを混合した混合液を充填し、
   前記混合液から前記溶媒を減圧除去して前記樹脂を凝固させることを特徴とするアレイ製造方法。
2. 前記混合液に反射材の粉末を混入させておくことを特徴とする請求項１に記載のアレイ製造方法。
3. 前記反射材の粉末が、ＢａＳＯ_４，ＴｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＭｇＯ，の少なくとも一つからなることを特徴とする請求項２に記載のアレイ製造方法。
4. 前記反射材の粉末の平均粒径が１μｍ以下であることを特徴とする請求項２または３に記載のアレイ製造方法。
5. 前記混合液の組成比は、前記反射材の重量部１００に対して前記樹脂の重量部が５以下であることを特徴とする請求項２ないし４の何れか一項に記載のアレイ製造方法。
6. 前記樹脂は、アクリル樹脂，ポリビニルアルコール，シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，の少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１ないし５の何れか一項に記載のアレイ製造方法。
7. 発光波長が４００ｎｍ以下の前記蛍光を発生する前記シンチレータ結晶を形成することを特徴とする請求項１ないし６の何れか一項に記載のアレイ製造方法。
8. 放射線が入射すると内部で蛍光が発生する複数のシンチレータ結晶からなるシンチレータアレイであって、
   長手方向と直交する方向に二次元状に所定間隔で配列されている細長形状の複数の前記シンチレータ結晶と、
   反射材の粉末が混入されていて複数の前記シンチレータ結晶の間隙に充填されている樹脂と、
   を有することを特徴とするシンチレータアレイ。
9. 前記反射材の粉末が、ＢａＳＯ_４，ＴｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３，ＭｇＯ，の少なくとも一つからなることを特徴とする請求項８に記載のシンチレータアレイ。
10. 前記反射材の粉末の平均粒径が１μｍ以下であることを特徴とする請求項８または９に記載のシンチレータアレイ。
11. 前記樹脂は、アクリル樹脂，ポリビニルアルコール，シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，の少なくとも一つからなることを特徴とする請求項８ないし１０の何れか一項に記載のシンチレータアレイ。
12. 前記シンチレータ結晶は、前記蛍光の発光波長が４００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８ないし１１の何れか一項に記載のシンチレータアレイ。
13. 請求項１ないし７の何れか一項に記載のアレイ製造方法で製造されていることを特徴とする請求項８ないし１２の何れか一項に記載のシンチレータアレイ。

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