JP2011106981A

JP2011106981A - シンチレータアレイ

Info

Publication number: JP2011106981A
Application number: JP2009262632A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Sato; 浩樹佐藤; Kei Kamata; 圭鎌田; Kosuke Tsutsumi; 浩輔堤; Takanori Endo; 貴範遠藤; Yoshiyuki Usui; 善行薄
Original assignee: Furukawa Co Ltd
Current assignee: Furukawa Co Ltd
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2011-06-02

Abstract

【課題】良好な特性のシンチレータ結晶を正確な形状に良好な生産性で量産することができ、シンチレータ結晶の蛍光を反射材により９５％以上の反射率で反射することができ、分解能が良好なシンチレータアレイを提供する。
【解決手段】シンチレータアレイ１００は、ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶で細長形状の複数のシンチレータ結晶１１０が形成されており、複数のシンチレータ結晶１１０が長手方向と直交する方向に０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の間隙で二次元状に配列されており、配列された複数のシンチレータ結晶１１０の間隙にＢａＳＯ_４を主成分とする反射材１２０が充填されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、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を有するシンチレータアレイに関し、特に、複数のシンチレータ結晶の間隙が反射材で充填されているシンチレータアレイに関する。

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を有す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。しかし、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）。

さらに、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も提案されている。こ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（例えば、特許文献４参照）。

また、ガンマ線検出装置用に、一般的なシンチレータ結晶であるＢＧＯ(Ｂｉ_４Ｇｅ_３Ｏ_１２)、ＧＳＯ(Ｇｄ_２ＳｉＯ_５)、ＬＳＯ(Ｌｕ_２ＳｉＯ_５)、等より極めて高い発光量、蛍光の減衰時間が極めて短い特徴を有するＰｒを含むガーネット型酸化物シンチレータ用単結晶を提供する提案もある。

そのシンチレータ用単結晶の製造方法では、（Ｐｒ_ｘＬｕ_１−ｘ）_３Ａｌ_ｙＯ_１２で表される初期融液を結晶化して、シンチレータ用単結晶を製造する方法において、初期融液のｘが０．０２≦ｘ≦０．０３、ｙが５＜ｙ≦５．２となるように調整する（例えば、特許文献５参照）。

特開平１−１４５５９６号公報特開平５−３４１０４９号公報特開平５−０１９０６０号公報特開２００９−０５８４５３号公報特開２００８−２３１３３４号公報

特許文献１には反射材の形成方法、特許文献２にはアレイの製造方法、特許文献３には反射材の形成方法および材質が開示されているが、厚さに関する記述は無く最適な厚さは不明であった。

さらには、これら従来技術文献で開示された反射材は、弗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。

特許文献４には、反射材が０．１５ｍｍの層厚のＢａＳＯ_４でよいこと、シンチレータ結晶としてＰｒ：ＬｕＡＧ結晶を利用できること、シンチレータ結晶の蛍光の波長が４００ｎｍ以下でよいこと、が開示されている。

さらに、特許文献５には、シンチレータ結晶を（Ｐｒ_ｘＬｕ_１−ｘ）_３Ａｌ_ｙＯ_１２で形成できることが開示されている。しかし、特許文献５は、シンチレータ結晶のことしか開示されておらず、シンチレータアレイとして必要な反射材のことは開示されていない。

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、良好な特性のシンチレータ結晶を正確な形状に良好な生産性で量産することができ、シンチレータ結晶の蛍光を反射材により９５％以上の反射率で反射することができ、分解能が良好なシンチレータアレイを提供するものである。

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を有するシンチレータアレイであって、ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶で細長形状の複数のシンチレータ結晶が形成されており、複数のシンチレータ結晶が長手方向と直交する方向に０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の間隙で二次元状に配列されており、配列された複数のシンチレータ結晶の間隙にＢａＳＯ_４を主成分とする反射材が充填されている。

従って、本発明のシンチレータアレイでは、ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶からなるシンチレータ結晶は、ガンマ線励起による発光量が従来のＢＧＯに比較して三倍程度であり、かつ、減衰時間が２２ｎｓと短い。また、このシンチレータ結晶は、劈開性がないので従来のＧＳＯより加工が容易であり、その融点は従来のＬＳＯより低く、線膨張係数の異方性がＧＳＯやＬＳＯに比べて小さく、単結晶成長も容易である。さらに、ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶からなるシンチレータ結晶は、例えば、３１０ｎｍの波長の蛍光を発生させるが、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材は、３００〜４００ｎｍの波長の蛍光を９５％以上の反射率で反射する。

本発明のシンチレータアレイでは、ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶からなるシンチレータ結晶は、ガンマ線励起による発光量が従来のＢＧＯに比較して三倍程度であり、かつ、減衰時間が２２ｎｓと短いので、例えば、ＴＯＦ(Time Of Flight)方式のＰＥＴ用のシンチレータ結晶として十分な特性を有する。また、このシンチレータ結晶は、劈開性がないのでＧＳＯより加工が容易であり、その融点はＬＳＯより低く、線膨張係数の異方性がＧＳＯやＬＳＯに比べて小さく、単結晶成長も容易である。従って、良好な特性のシンチレータ結晶を正確な形状に良好な生産性で量産することができる。さらに、ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶からなるシンチレータ結晶は、例えば、３１０ｎｍの波長の蛍光を発生させるが、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材は、３００〜４００ｎｍの波長の蛍光を９５％以上の反射率で反射する。このため、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材はＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶からなるシンチレータ結晶の蛍光を９５％以上の反射率で反射することができる。ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材は０．０５ｍｍ未満の層厚では均一に塗布することが困難である。さらに、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材の層厚が０．２ｍｍを超過しているとシンチレータアレイの分解能が極端に低下する。しかし、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材が充填される複数のシンチレータ結晶が０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の間隙で配列されているので、その間隙をＢａＳＯ_４を主成分とする反射材で良好に充填して良好な分解能を実現することができる。

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。

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を有するシンチレータアレイ１００である。

本実施の形態のシンチレータアレイ１００は、ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶で細長形状の複数のシンチレータ結晶１１０が形成されており、図１に示すように、複数のシンチレータ結晶１１０が長手方向と直交する方向に０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の間隙で二次元状に配列されており、配列された複数のシンチレータ結晶１１０の間隙にＢａＳＯ_４を主成分とする反射材１２０が充填されている。

この反射材１２０は、ＢａＳＯ_４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からなる。ＢａＳＯ_４の粉末の平均粒径は、例えば、１μｍ以下である。反射材１２０の樹脂は、例えば、アクリル樹脂からなる。

本実施の形態のシンチレータアレイ１００を製造するときには、例えば、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専用治具などで保持し、配列された複数のシンチレータ結晶１１０の間隙に反射材１２０となる樹脂と溶媒とを混合した混合液を充填し、この混合液から溶媒を減圧除去して反射材１２０を凝固させる(図示せず)。

このような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１２０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。

また、反射材１２０の粉末を含有する混合液は、反射材１２０の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１２０のＢａＳＯ_４の粉末の平均粒径が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。

本実施の形態のシンチレータアレイ１００では、ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶からなるシンチレータ結晶１１０は、ガンマ線励起による発光量が従来のＢＧＯに比較して三倍程度であり、かつ、減衰時間が２２ｎｓと短いので、例えば、ＴＯＦ方式のＰＥＴ用のシンチレータ結晶１１０として十分な特性を有する。

また、このシンチレータ結晶１１０は、劈開性がないのでＧＳＯより加工が容易であり、その融点はＬＳＯより低く、線膨張係数の異方性がＧＳＯやＬＳＯに比べて小さく、単結晶成長も容易である。従って、良好な特性のシンチレータ結晶１１０を正確な形状に良好な生産性で量産することができる。

さらに、ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶からなるシンチレータ結晶１１０は、例えば、３１０ｎｍの波長の蛍光を発生させるが、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材１２０は、３００〜４００ｎｍの波長の蛍光を９５％以上の反射率で反射する。

このため、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材１２０は、ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶からなるシンチレータ結晶１１０の蛍光を９５％以上の反射率で反射することができる。

ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材１２０は０．０５ｍｍ未満の層厚では均一に塗布することが困難である。さらに、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材１２０の層厚が０．２ｍｍを超過しているとシンチレータアレイ１００の分解能が極端に低下する。

しかし、本実施の形態のシンチレータアレイ１００では、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材１２０が充填される複数のシンチレータ結晶１１０が０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の間隙で配列されているので、その間隙をＢａＳＯ_４を主成分とする反射材１２０で良好に充填して良好な分解能を実現することができる。

なお、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材１２０は、４００ｎｍ以上の波長においても９５％の反射率を有するので、４００ｎｍ以上の発光波長を有するシンチレータ結晶(図示せず)にも使用可能である。

ここで、本発明者による試作品の実験結果を実施例１〜３および比較例１〜３として以下に説明する。

［実施例１］
２．１×２．１×１５ｍｍに研磨された、ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶を１２×１２本組の正方形に組み、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材１２０を使用し、シンチレータアレイ１００とした。反射材１２０の層厚は０．０５ｍｍとした。

できたシンチレータアレイ１００を位置敏感型ＰＭＴ(Photomultiplier Tube)（浜松ホトニクス(登録商標)製Ｈ８５００型）に光学グリスを使用して接着し、^１３７Ｃｓからのガンマ線を照射して、各シンチレータ結晶１１０の発光量を測定したところ、ピークチャンネル数（発光量）は４２ｃｈで分解能は１２．５％であった。

［実施例２］
２．１×２．１×１５ｍｍに研磨された、ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶を１２×１２本組の正方形に組み、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材１２０を使用し、シンチレータアレイ１００とした。反射材１２０の層厚は０．０９ｍｍとした。

できたシンチレータアレイ１００を位置敏感型ＰＭＴ（浜松ホトニクス製Ｈ８５００型）に光学グリスを使用して接着し、^１３７Ｃｓからのガンマ線を照射して、各シンチレータ結晶１１０の発光量を測定したところ、ピークチャンネル数（発光量）は４４ｃｈで分解能は１２．０％であった。

［実施例３］
２．１×２．１×１５ｍｍに研磨された、ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶を１２×１２本組の正方形に組み、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材１２０を使用し、シンチレータアレイ１００とした。反射材１２０の層厚は０．２ｍｍとした。

できたシンチレータアレイ１００を位置敏感型ＰＭＴ（浜松ホトニクス製Ｈ８５００型）に光学グリスを使用して接着し、^１３７Ｃｓからのガンマ線を照射して、各シンチレータ結晶１１０の発光量を測定したところ、ピークチャンネル数（発光量）は４３ｃｈで分解能は１２．２％であった。

［比較例１］
２．１×２．１×１５ｍｍに研磨された、ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶を１２×１２本組の正方形に組み、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材を使用し、シンチレータアレイとした。反射材の層厚は０．２５ｍｍとした。

できたシンチレータアレイを位置敏感型ＰＭＴ（浜松ホトニクス製Ｈ８５００型）に光学グリスを使用して接着し、^１３７Ｃｓからのガンマ線を照射して、各シンチレータ結晶の発光量を測定したところ、ピークチャンネル数（発光量）は２８ｃｈで分解能は１８．３％であった。

［比較例２］
２．１×２．１×１５ｍｍに研磨された、ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶を１２×１２本組の正方形に組み、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材を使用し、シンチレータアレイとした。反射材層厚は０．３０ｍｍとした。

できたシンチレータアレイを位置敏感型ＰＭＴ（浜松ホトニクス製Ｈ８５００型）に光学グリスを使用して接着し、^１３７Ｃｓからのガンマ線を照射して、各シンチレータ結晶の発光量を測定したところ、ピークチャンネル数（発光量）は２０ｃｈで分解能は２０．５％であった。

［比較例３］
２．１×２．１×１５ｍｍに研磨された、ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶を１２×１２本組の正方形に組み、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とする反射材を使用し、シンチレータアレイとした。反射材層厚は０．１２ｍｍとした。

できたシンチレータアレイを位置敏感型ＰＭＴ（浜松ホトニクス製Ｈ８５００型）に光学グリスを使用して接着し、^１３７Ｃｓからのガンマ線を照射して、各シンチレータ結晶の発光量を測定したところ、ピークチャンネル数（発光量）は１０ｃｈで分解能は３５．２％であった。

以上の実施例、比較例の結果を以下の表１にまとめた。

以上のように、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材１２０を使用した場合、反射材１２０の層厚が０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲の発光量が高く、分解能も良いことが判明した。なお、ＢａＳＯ_４を主成分とする反射材の場合は、０．０５ｍｍ未満の厚さでは均一に塗布することができないので、アレイ作製ができない。

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。また、上述した実施例では、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。

例えば、上記形態では反射材１２０の樹脂がアクリル樹脂からなることを例示した。しかし、反射材１２０の樹脂として、ポリビニルアルコール，シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，これらの組み合わせ、等も利用することができる。

１００シンチレータアレイ
１１０シンチレータ結晶
１２０反射材

Claims

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を有するシンチレータアレイであって、
ＰｒがドープされたＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２結晶で細長形状の複数の前記シンチレータ結晶が形成されており、
複数の前記シンチレータ結晶が長手方向と直交する方向に０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下の間隙で二次元状に配列されており、
配列された複数の前記シンチレータ結晶の間隙にＢａＳＯ_４を主成分とする反射材が充填されていることを特徴とするシンチレータアレイ。