JP2016031289A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】シンチレーション光が発生したシンチレータセルを精度良く特定可能な放射線検出器を提供する。【解決手段】放射線検出器１は、入射面１２に沿って二次元状に配列された複数のシンチレータセル１６を含む第１のシンチレータ層２と、光結合面９に沿って二次元状に配列された複数のシンチレータセル２２を含む第２のシンチレータ層３と、第２のシンチレータ層３のシンチレータセル２２に対して光学的に結合された受光部６を有する光検出器４と、を備えている。第１のシンチレータ層２は光散乱面１３と光反射面１４とを有する。複数のシンチレータセル１６は、格子状に互いに組み合わされた光散乱面１３及び光反射面１４によって仕切られている。【選択図】図１

Description

本発明は、放射線を検出した位置を特定可能な放射線検出器に関する。

ポジトロン断層法（PET ：Positron Emission Tomography）に利用されている放射線検出器は、放射線を吸収してシンチレーション光を発生させるシンチレータとシンチレーション光が発生した位置を検出する位置検出型光検出器とを備えている。このシンチレータは、物理的或いは光学的に分離された複数のシンチレータセルを含んでいる。シンチレータセルは、例えば、格子状に形成された光散乱層により光学的に互いに分離されている。光散乱層は、シンチレータ内へのレーザー光照射によって形成されている。また、光散乱層が有する光透過性によれば、重心演算を利用したシンチレータのセグメント分離が可能になる。このような放射線検出器に関する技術として、特許文献１〜４に記載された技術が知られている。

特許文献１の放射線検出器は、複数の光散乱面が形成されたシンチレータと２個の光検出器とを備えている。少なくとも一方の光検出器は、一又は複数の光散乱面を通過して光強度が減衰したシンチレーション光を捉える。光強度の減衰量は、通過した光散乱面の数に対応しているので、光強度を利用してシンチレーション光が発生した領域の特定が可能になる。特許文献２の３次元放射線位置検出器は、複数のシンチレータセルを有するシンチレータユニットと受光素子とを備えている。シンチレータセル間には、反射材及び透過材のいずれか一方のみが配置されている。特許文献３の放射線位置検出器は、複数のシンチレータセルを含む層を複数積層した多層シンチレータと受光素子とを備えている。この放射線位置検出器は、受光素子に入射される光強度を均一化する手段の一つとして、シンチレータセル間に設置された光反射材を有している。特許文献４の検知器コンポーネントは、シンチレータを備えている。このシンチレータには、シンチレーション光を制御する光学的境界を画定するための複数のボイドが形成されている。このボイドは、シンチレータ内に設定された焦点にレーザービームを集束させることにより形成されている。

国際公開２０１２／１０５２９２号 特許第４３３８１７７号 特許第４３３２６１３号 特許第５０１３８６４号

ところで、放射線検出器では、光検出器から出力された信号を利用して、光が発生した位置に対応する検出点を含む位置情報データを得る。この位置情報データにおいて、あるシンチレータセルに対応する検出点に対して、当該シンチレータセルに隣接する別のシンチレータセルに対応する検出点が画像処理によって弁別可能な程度に分離されている必要がある。

そこで、本発明は、シンチレーション光が発生したシンチレータセルを精度良く特定可能な放射線検出器を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る放射線検出器は、放射線の入射方向と交差する入射面、及び入射面に沿って二次元状に配列された複数のシンチレータセルを含む第１のシンチレータ層と、第１のシンチレータ層に対して光学的に結合されると共に入射面に対して平行である光結合面、及び光結合面に沿って二次元状に配列された複数のシンチレータセルを含む第２のシンチレータ層と、入射面に対して平行であり、第２のシンチレータ層の複数のシンチレータセルに対して光学的に結合された受光部を有する光検出部と、を備えている。第１のシンチレータ層及び第２のシンチレータ層の少なくとも一方は、入射面の法線方向に対して平行な複数の第１の光散乱面と、入射面の法線方向に対して平行であって第１の光散乱面と交差する複数の光反射面と、を有すると共に、複数のシンチレータセルが、格子状に互いに組み合わされた複数の第１の光散乱面及び複数の光反射面によって仕切られている。

この放射線検出器では、入射面から放射線が入射し、第１のシンチレータ層又は第２のシンチレータ層において当該放射線が吸収されて、線量に応じた光強度を有するシンチレーション光が発生する。例えば、第１のシンチレータ層においてシンチレーション光が発生した場合には、シンチレーション光は、その発生位置から第２のシンチレータ層に向かって拡散しつつ伝播する。拡散したシンチレーション光は、受光部に入射する。そして、受光部から出力される信号を利用して、シンチレーション光が発生した位置を算出する。すなわち、シンチレーション光が発生した位置の算出には、シンチレーション光の拡散範囲が影響する。ここで、第１のシンチレータ層又は第２のシンチレータ層のいずれか一方には入射面の法線方向に対して平行な光反射面及び第１の光散乱面が設けられている。第１の光散乱面はある程度のシンチレーション光を透過する。一方、光反射面は、シンチレーション光をほとんど透過することなく反射する。そうすると、シンチレーション光は、第１の光散乱面に対して交差する方向において光散乱面を通過しつつ拡散するが、光反射面に対して交差する方向にはほとんど拡散しない。従って、この放射線検出器では、光検出器に到達するまでのシンチレーション光の拡散範囲を制御することができる。これによって、あるシンチレータセルに対応する検出点に対し、当該シンチレータセルに隣接する別のシンチレータセルに対応する別の検出点が、画像処理によって弁別可能な程度に分離されるように、シンチレーション光の拡散範囲を制御することが可能になる。従って、シンチレーション光が発生したシンチレータセルを精度良く特定することができる。

また、第１のシンチレータ層は、第１の光散乱面と、光反射面と、を有し、第１のシンチレータ層のシンチレータセルは、格子状に互いに組み合わされた複数の第１の光散乱面及び複数の光反射面によって仕切られ、第２のシンチレータ層は、格子状に形成されると共に入射面の法線方向に対して平行である第２の光散乱面を有し、第２のシンチレータ層のシンチレータセルは、格子状に互いに組み合わされた複数の第２の光散乱面によって仕切られていてもよい。この構成によれば、第１のシンチレータ層では、光反射面に交差する方向にシンチレーション光の拡散範囲が制限される。一方、第２のシンチレータ層では、シンチレーション光が二次元状に均等に拡散する。これによって、第１のシンチレータ層においてシンチレーション光が発生した場合には、第２のシンチレータ層はライトガイドとして機能する。従って、シンチレーション光を複数の受光部で受光することが可能になるので、シンチレータセルの数よりも受光部の数が少ない構成であっても光強度の分布を得ることができる。従って、シンチレーション光が発生したシンチレータセルを特定することができる。

また、第１のシンチレータ層は、格子状に形成されると共に入射面の法線方向に対して平行である第２の光散乱面を有し、第１のシンチレータ層のシンチレータセルは、格子状に互いに組み合わされた複数の第２の光散乱面によって仕切られ、第２のシンチレータ層は、第１の光散乱面と、光反射面と、を有し、第２のシンチレータ層のシンチレータセルは、格子状に互いに組み合わされた複数の第１の光散乱面及び複数の光反射面によって仕切られていている構成とすることもできる。この構成によれば、第２のシンチレータ層におけるシンチレータ光の発生において、重心演算により得られる検出点の間隔を制御することが可能になる。従って、第１のシンチレータ層に対応する検出点と第２のシンチレータ層に対応する検出点とを弁別可能な程度にそれぞれの位置を異ならせることができる。従って、シンチレーション光が発生したシンチレータセルを精度良く特定することができる。

また、第１のシンチレータ層及び第２のシンチレータ層は、第１の光散乱面と、光反射面と、をそれぞれ有し、第１のシンチレータ層及び第２のシンチレータ層におけるそれぞれのシンチレータセルは、格子状に互いに組み合わされた複数の第１の光散乱面及び複数の光反射面によって仕切られ、第１のシンチレータ層における光反射面の延在方向は、第２のシンチレータ層における光反射面の延在方向に対して交差していてもよい。この構成によれば、第１のシンチレータ層では、第１のシンチレータ層の光反射面に交差する方向にシンチレーション光の拡散範囲が制限される。また、第２のシンチレータ層においても、第２のシンチレータ層の光反射面に交差する方向にシンチレーション光の拡散範囲が制限される。そして、それぞれの光反射面の延在方向が第１のシンチレータ層と第２のシンチレータ層とで異なっているので、拡散範囲が制限される方向も第１のシンチレータ層と第２のシンチレータ層とで異なる。従って、それぞれのシンチレータ層において、拡散範囲を制御することが可能になるので、シンチレーション光が発生したシンチレータセルをより精度良く特定することができる。

また、第１のシンチレータ層におけるシンチレータセルは、法線方向と直交する第１の方向に沿って所定のピッチで配置され、第２のシンチレータ層におけるシンチレータセルは、第１の方向に沿って所定のピッチで配置され、第１のシンチレータ層におけるシンチレータセルは、第２のシンチレータ層におけるシンチレータセルに対して、第１の方向に沿って所定のピッチの二分の一だけずれていてもよい。この構成によれば、位置情報データにおいて、第１のシンチレータ層に対応する検出点の位置と、第２のシンチレータ層に対応する検出点の位置と、を互いに異ならせることができる。従って、シンチレーション光が第１シンチレータ層又は第２のシンチレータ層のいずれで発生したかを精度良く特定することが可能になる。

また、第１のシンチレータ層におけるシンチレータセルは、法線方向及び第１の方向と交差する第２の方向に沿って所定のピッチで配置され、第２のシンチレータ層におけるシンチレータセルは、第２の方向に沿って所定のピッチで配置され、第１のシンチレータ層におけるシンチレータセルは、第２のシンチレータ層におけるシンチレータセルに対して、第２の方向に沿って所定のピッチの二分の一だけずれていてもよい。この構成によれば、位置情報データにおいて、第１のシンチレータ層に対応する検出点の位置と、第２のシンチレータ層に対応する検出点の位置と、を互いに異ならせることができる。従って、シンチレーション光が第１又は第２のシンチレータ層のいずれで発生したかをさらに精度良く特定することが可能になる。

本発明の放射線検出器によれば、光が発生したシンチレータセルを精度良く特定することができる。

本発明の一形態に係る放射線検出器の斜視図である。 図１に示された放射線検出器の側面図である。 図１に示された第１のシンチレータ層の分解斜視図である。 図１に示された放射線検出器により得られる検出点の分布を模式的に示す図である。 変形例１に係る放射線検出器の斜視図である。 図５に示された放射線検出器の分解斜視図である。 図５に示された放射線検出器により得られる検出点の分布を模式的に示す図である。 変形例２に係る放射線検出器の斜視図である。 図８に示された放射線検出器により得られる検出点の分布を模式的に示す図である。 変形例３に係る放射線検出器の斜視図である。 比較例に係る放射線検出器の斜視図である。 図１１に示された放射線検出器により得られる検出点の分布を模式的に示す図である。 図１１に示された放射線検出器の作用効果を説明するための図である。

［第１実施形態］
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１に示されるように、放射線検出器１は、ガンマ線などの放射線の入射により発生した光を検出することにより、放射線を検出するものである。

放射線検出器１は、第１のシンチレータ層２と、第２のシンチレータ層３と、光検出器（光検出部）４とを備えている。第１のシンチレータ層２及び第２のシンチレータ層３は、放射線を吸収してシンチレーション光と呼ばれる光を発生させるものである。第１のシンチレータ層２又は第２のシンチレータ層３で発生したシンチレーション光は、発生した位置から光検出器４に向かって進行しつつ二次元状に拡散し、光検出器４において光強度の分布として検出される。この二次元的な光強度分布の重心を求める演算を行うことにより、シンチレーション光が発生した二次元的な位置情報が得られる。

図２に示されるように、光検出器４の複数の受光部６を含む受光面７には、第２のシンチレータ層３が光学的に結合されている。第２のシンチレータ層３は、光検出器４と結合された裏面８と、裏面８の反対側の光結合面９とを有している。光結合面９には、第１のシンチレータ層２の裏面１１が光学的に結合されている。第１のシンチレータ層２と第２のシンチレータ層３との間には、シンチレーション光に対し透明な光学部材が充填されている。同様に、第２のシンチレータ層３と光検出器４との間にもシンチレーション光に対し透明な光学部材が充填されている。このような光学部材には、例えば、シリコーンオイル、空気、光学用透明接着剤等がある。このような構成を有する放射線検出器１では、第１のシンチレータ層２の表面が放射線の入射面１２とされ、入射面１２に対して放射線が入射される。

図１に示されるように、第１のシンチレータ層２及び第２のシンチレータ層３は、放射線の入射によってシンチレーション光を発生する結晶塊により構成されている。この結晶塊は、略直方体状の外形形状を有している。例えば、第１のシンチレータ層２は、一例として、一辺Ａ１が５０ｍｍであり、他辺Ａ２が５０ｍｍであり、高さＡ３が１０ｍｍ程度である。第１のシンチレータ層２をなす結晶塊は、入射面１２から入射した放射線を吸収し、吸収した放射線の線量に対応する光強度を有するシンチレーション光を発生する。結晶塊は、例えばＢｉ_４Ｇｅ_３Ｏ_１２（ＢＧＯ）、ＣｅがドープされたＬｕ_２ＳｉＯ_５（ＬＳＯ）、Ｌｕ_{２（１−Ｘ）}Ｙ_２ＸＳｉＯ_５（ＬＹＳＯ）、Ｇｄ_２ＳｉＯ_５（ＧＳＯ）、ＰｒがドープされたＬｕＡＧ（Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、ＣｅがドープされたＬａＢｒ_３（ＬａＢｒ_３）、ＣｅがドープされたＬａＣｌ_３（ＬａＣｌ_３）、ＣｅがドープされたＬｕ_０．７Ｙ_０．３ＡｌＯ_３（ＬｕＹＡＰ）、Ｌｕｔｅｔｉｕｍ Ｆｉｎｅ Ｓｉｌｉｃａｔｅ（ＬＦＳ)などのいずれかの結晶によって好適に構成される。

図１に示されるように、第１のシンチレータ層２には、光散乱面１３と光反射面１４とが形成されている。これら光散乱面１３と光反射面１４とは、第１のシンチレータ層２を光学的に分離された複数のシンチレータセル１６に分離するものである。また、第２のシンチレータ層３には、格子状の光散乱面１３が形成されている。光散乱面１３は、第２のシンチレータ層３を光学的に分離された複数のシンチレータセル２２に分離するものである。なお、光散乱面１３と光反射面１４との具体的な配置は、後述する。また、光学的な分離とは、隣接するシンチレータセル１６，２２へ光が入射されたとき、光散乱面１３において光が散乱されて光強度が弱まった光が伝播される場合、光反射面１４においてほとんどが反射される場合、又は光反射面１４において所定割合の光が反射され、残りの光が透過される場合を含む。

光散乱面１３は、改質領域（不図示）により構成されている。改質領域は、レーザー光の照射により、例えばボイド状の改質スポットが互いに重なり合うように形成された領域である。この複数の改質スポットが光学的な散乱面を形成している。改質スポットは、結晶塊の内部にレーザー光を集光させることにより、形成する。すなわち、光散乱面１３は、シンチレータをなす結晶塊の表面を機械的又は化学的に処理して得られるものではない。改質領域は、シンチレーション光を遮断したり吸収したりするものではないため、光散乱面１３の全面に改質領域が形成されていても、シンチレーション光の一部は隣接するシンチレータセル１６，２２へ透過される。また、光散乱面１３は、光散乱面１３への光の入射角度により光透過率が異なる。例えば、入射角度が垂直である場合には、光透過率が大きくなる。すなわち、入射したシンチレーション光は殆ど透過する。一方、入射角度が大きくなると、垂直に入射した場合と比較して光透過率が下がる。

光反射面１４は、シンチレーション光の拡散を阻害するものであり、光透過率が光散乱面１３よりも低い。すなわち、光反射面１４は、光散乱面１３よりも光の拡散を阻害するものである。従って、光透過率が光散乱面１３よりも低ければよいので、光反射面１４の反射率は１００％であってもよいし、１００％以下であってもよい。このような光反射面１４として、例えば、テフロンテープ（テフロンは登録商標）、硫酸バリウム、酸化アルミ、酸化チタン、ＥＳＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）フィルム、及びポリエステルフィルムといった部材のいずれかを用いることができる。

図３に示されるように、光散乱面１３と光反射面１４とを有する第１のシンチレータ層２は、まず、板状の結晶塊にレーザー光を照射して光散乱面１３を形成する。従って、光散乱面１３の形成に当たっては、シンチレータをなす結晶塊を切断する工程は伴わない。そして、レーザー光により加工した各シンチレータの間に光反射面１４をなす光反射材を配置して再び光学的に接合する。以上の工程によって第１のシンチレータ層２が得られる。要するに、第１のシンチレータ層２は、結晶塊に対するレーザー光の照射工程と、結晶塊同士の接合工程によって形成される。一方、第２のシンチレータ層３は、光反射面１４を有していないので、板状の結晶塊にレーザー光を照射して光散乱面１３を形成することにより得られる。

光検出器４は、受光部６を有する受光面７に入射した光の入射位置及び光強度に応じた電気信号を出力する。光検出器４は、例えば、位置検出型の光電子増倍管やアバランシェフォトダイオード（APD:Avalance Photo Diode）、あるいはＭＰＰＣ（Multi―Pixel Photon Counter）といった半導体光検出器により好適に構成される。なお、ＭＰＰＣは、複数のガイガーモードＡＰＤのピクセルからなるフォトンカウンティングデバイスである。光検出器４は、複数の受光部６を有している。光検出器４が有する受光部６の数は、シンチレータセル１６の数よりも少ない。従って、受光部６は、複数のシンチレータセル１６に跨るように配置されている（図２参照）。

次に、第１のシンチレータ層２における光散乱面１３及び光反射面１４の配置について詳細に説明する。

図１に示されるように、第１のシンチレータ層２の光散乱面１３は、入射面１２の法線方向（方向Ｄ１）に対して平行である。すなわち、光散乱面１３は、入射面１２に対して交差、より具体的には直交している。すなわち、放射線検出器１では、光検出器４の受光面７が第１のシンチレータ層２の光散乱面１３と直交している。また、放射線検出器１では、第１のシンチレータ層２の入射面１２が光検出器４の受光面７に対して平行である。従って、シンチレータ光は、光検出器４に到達するまでに、必ずしも光散乱面１３を通過するものではない。この光散乱面１３は、第１のシンチレータ層２の一方の側面１７から他方の側面１８の間に亘って延在し、入射面１２から裏面１１の間に亘って延在している。すなわち、光散乱面１３は、側面１７，１８に直交する一対の側面１９，２１と同じ形状を有している。このような光散乱面１３は、法線方向（方向Ｄ１）と直交する方向（方向Ｄ３）に沿って互いに離間するように形成されている。この離間距離が、シンチレータセル１６の一辺Ａ４に相当する。これら光散乱面１３によって、第１のシンチレータ層２は、第１のシンチレータ層２の一辺Ａ１に沿って光学的に分離されている。

光反射面１４は、法線方向（方向Ｄ１）に対して平行であって、光散乱面１３と交差している。具体的には、光反射面１４は、入射面１２及び光散乱面１３に対してそれぞれ直交している。従って、シンチレータ光は、光検出器４に到達するまでに、必ずしも光反射面１４を通過するものではない。この光反射面１４は、第１のシンチレータ層２の側面１９から側面２１の間に亘って延在し、入射面１２から裏面１１の間に亘って延在している。すなわち、光反射面１４は、側面１７，１８と同じ形状を有している。このような光反射面１４は、法線方向（方向Ｄ１）及び光散乱面１３が互いに離間する方向（方向Ｄ３）のそれぞれに直交する方向（方向Ｄ２）に沿って互いに離間している。この離間距離が、シンチレータセル１６の他辺Ａ６に相当する。第１のシンチレータ層２は、他辺Ａ２に沿って光学的に分離されている。

このような光散乱面１３と光反射面１４とによって光学的に分離されたシンチレータセル１６は、入射面１２に沿って二次元状に配列されている。シンチレータセル１６は、入射面１２と交差する一対の側面が光散乱面１３によって形成されている。また、シンチレータセル１６は、一対の側面のそれぞれと直交する別の一対の側面が光反射面１４によって形成されている。すなわち、シンチレータセル１６は、一対の光散乱面１３と一対の光反射面１４とにより光学的に分離された領域である。

第１のシンチレータ層２と第２のシンチレータ層３とにおいて、シンチレータセル１６とシンチレータセル２２とは、第１の方向（方向Ｄ２）に沿って所定距離だけずれるように配置されている。第１のシンチレータ層２におけるシンチレータセル１６は、法線方向（方向Ｄ１）と直交する第１の方向（方向Ｄ２）に沿って所定のピッチで配置されている。このピッチは、シンチレータセル１６の他辺Ａ６の長さに相当する。また、第２のシンチレータ層３におけるシンチレータセル２２は、第１の方向（方向Ｄ２）に沿って所定のピッチで配置されている。このピッチは、シンチレータセル２２の他辺Ａ６の長さに相当する。本実施形態では、シンチレータセル１６の他辺Ａ６とシンチレータセル２２の他辺Ａ６とは互いに同じ長さである。そして、第１のシンチレータ層２におけるシンチレータセル１６は、第２のシンチレータ層３におけるシンチレータセル１６に対して、第１の方向（方向Ｄ２）に沿って所定のピッチの二分の一だけずれている。すなわち、第１のシンチレータ層２のシンチレータセル１６は、第１の方向に沿って２個のシンチレータセル２２に跨るように結合されている。換言すると、第２のシンチレータ層３のシンチレータセル２２は、第１の方向に沿って２個のシンチレータセル１６に跨るように結合されている。

以下、放射線検出器１の作用効果を比較例に係る放射線検出器の作用効果と比較しつつ説明する。

図１１（ａ）に示されるように、比較例１に係る放射線検出器１００Ａは、第１のシンチレータ層１０２Ａが光散乱面１３を有していない点で放射線検出器１と相違する。すなわち、比較例１に係る放射線検出器１００Ａでは、第１のシンチレータ層１０２Ａが、光反射面１４によって複数のシンチレータセルＣ１ａに光学的に分離されている。また、第２のシンチレータ層１０３Ａが、光反射面１４によって複数のシンチレータセルＣ２ａに光学的に分離されている。
また、図１１（ｂ）に示されるように、比較例２に係る放射線検出器１００Ｂは、第１のシンチレータ層１０２Ｂが光反射面１４を有していない点で放射線検出器１と相違する。すなわち、比較例２に係る放射線検出器１００Ｂでは、第１のシンチレータ層１０２Ｂが、光散乱面１３によって複数のシンチレータセルＣ１ｂに光学的に分離されている。また、第２のシンチレータ層１０３Ｂが、光散乱面１３によって複数のシンチレータセルＣ２ｂに光学的に分離されている。

図１２（ａ）は、放射線検出器１００ＡのシンチレータセルＣ１ａ，Ｃ２ａに対して放射線を入射して得られる検出点の分布を模式的に示す想定図である。白丸の複数の検出点Ｐ１ａは、シンチレーション光が発生したシンチレータセルＣ１ａに対応している。例えば、検出点Ｔ１ａは、シンチレータセル１０６ａに対応している。従って、放射線検出器１００Ａを利用して得た位置情報データに検出点Ｔ１ａが含まれている場合には、シンチレータセル１０６ａで放射線が吸収され、シンチレーション光が発生したことを示す。ハッチングを付した複数の検出点Ｐ２ａは、シンチレーション光が発生したシンチレータセルＣ２ａに対応している。例えば、検出点Ｔ２ａは、シンチレータセル１０７ａに対応している。従って、放射線検出器１００Ａを利用して得た位置情報データに検出点Ｔ２ａが含まれている場合には、シンチレータセル１０７ａで放射線が吸収され、シンチレーション光が発生したことを示す。

図１２（ｂ）は、放射線検出器１００ＢのシンチレータセルＣ１ｂ，Ｃ２ｂに対して放射線を入射して得られる検出点の分布を模式的に示す想定図である。白丸の複数の検出点Ｐ１ｂは、シンチレーション光が発生したシンチレータセルＣ１ｂに対応している。例えば、検出点Ｔ１ｂは、シンチレータセル１０６ｂに対応している。従って、放射線検出器１００Ｂを利用して得た位置情報データに検出点Ｔ１ｂが含まれている場合には、シンチレータセル１０６ｂで放射線が吸収され、シンチレーション光が発生したことを示す。ハッチングを付した複数の検出点Ｐ２ｂは、シンチレーション光が発生したシンチレータセルＣ２ｂに対応している。例えば、検出点Ｔ２ｂは、シンチレータセル１０７ｂに対応している。従って、放射線検出器１００Ｂを利用して得た位置情報データに検出点Ｔ２ｂが含まれている場合には、シンチレータセル１０７ｂで放射線が吸収され、シンチレーション光が発生したことを示す。

ここで、図１１（ａ）のようにシンチレータセルＣ１ａ，Ｃ１ｂが全て光反射面１４にて囲まれている場合には、検出点Ｐ１ａ及び検出点Ｐ２ａの分布は、図１２（ａ）となる。第１のシンチレータ層１０２ＡのシンチレータセルＣ１ａと、第２のシンチレータ層１０３ＡのシンチレータセルＣ２ａとは、方向Ｄ２に沿ってピッチがずれている。従って、第１のシンチレータ層１０２Ａに対応する検出点Ｐ１ａの間に、第２のシンチレータ層１０３Ａに対応する検出点Ｐ２ａが位置する。言い換えると、位置情報データでは、方向Ｄ２に沿って検出点Ｐ１ａと検出点Ｐ２ａとが交互に配置される。しかし、図１１（ｂ）のようにシンチレータセルＣ１ｂ，Ｃ２ｂが全て光散乱面１３にて囲まれている場合には、図１２（ｂ）に示されるように、第２のシンチレータ層１０３Ｂに対応する検出点Ｐ２ｂは、図１２（ａ）の検出点Ｐ２ａよりも全体に縮まり、第１のシンチレータ層１０２Ｂに対応する検出点Ｐ１ｂは、さらに間隔が狭くなっている。従って、第１のシンチレータ層１０２Ａの周辺部に対応する検出点Ｔ１ａが、第２のシンチレータ層１０３Ａに対応する検出点Ｔ２ａの間に位置せず、重なってしまっている。

この理由を説明する。図１１（ｂ）のようにシンチレータセルが全て光散乱面１３にて囲まれている場合には、図１３（ａ）に示されるように、第１のシンチレータ層１０２Ｂのシンチレータセル１０６ｄでシンチレーション光が発生すると、シンチレーション光の発生位置Ｓ１から光検出器４までの距離Ｓ２、具体的には入射面１２の法線方向（方向Ｄ１）に沿った距離Ｓ２は比較的長い。そうすると、シンチレーション光Ｌが光検出器４までに到達するまでの間に、シンチレーション光Ｌは広範囲に拡散する。

シンチレーション光Ｌの拡散範囲が広がりすぎると、各検出点の間隔が狭くなり、中央に縮んだパターンとなる。例えば、第１のシンチレータ層１０２Ｂのシンチレータセル１０６ｄでシンチレーション光が発生した場合を想定する。シンチレーション光Ｌが二次元状に均等に拡散したとすると、第１のシンチレータ層１０２Ｂの外側には受光部６が配置されていないので、この拡散領域は実際には検出されない。そうすると、検出された光の強度分布は、非対称な分布になる（図１３（ｂ）参照）。図１３（ｂ）は、各受光部６で検出された光出力を示すヒストグラムである。このようなヒストグラム分布に基づいて、重心演算を行うと、図１３（ｃ）に示される重心演算の結果が得られる。図１３（ｃ）を参照すると、図１３（ｂ）のヒストグラムから得られた重心の位置は、正確な位置（バーＢ１）によりも第１のシンチレータ層２の中央に片寄った位置（バーＢ２）になっている。従って、第１のシンチレータ層１０２Ｂに対応する点は、周縁部に近いほど、正確な位置に対して第１のシンチレータ層１０２Ｂの中央に片寄った位置になると予想される。すなわち、実際にはシンチレータセル１０６ｄでシンチレーション光Ｌが発生しているのにも関わらず、重心演算の結果として得られる位置はシンチレータセル１０６ｅになることが有り得る。要するに、比較例２に係る放射線検出器１００Ｂでは、シンチレーション光Ｌが拡散しすぎることが問題になっている。そして、このシンチレーション光Ｌが拡散しすぎる理由は、光散乱面１３の光透過率が高い点と、シンチレーション光Ｌが発生した位置から光検出器４までの距離Ｓ２が比較的長いことによる。

なお、第２のシンチレータ層１０３Ｂでシンチレーション光が発生した場合には、シンチレーション光が発生した位置と、光検出器４までの距離は比較的短い。このため、第１のシンチレータ層１０２Ｂで発生したシンチレーション光Ｌのようにシンチレーション光の拡散範囲が大きくない。このため、光検出点のパターンは、第１のシンチレータ層１０２Ｂほど縮まったものとはならない。

さらに、比較例２の放射線検出器１００Ｂでは、図１２（ｂ）に示されるように、第１のシンチレータ層１０２Ｂに対応する検出点Ｔ１ｂと、第２のシンチレータ層１０３Ｂに対応する検出点Ｔ２ｂとが部分的に重なっている点である。基本的に、第１のシンチレータ層１０２Ｂに対応する検出点Ｐ１ｂと、第２のシンチレータ層１０３Ｂに対応する検出点Ｐ２ｂとは、完全に分離していることが望ましいが、画像処理によって弁別が可能な範囲であれば検出点Ｐ１ｂ，Ｐ２ｂ同士の重なりもある程度許容される。しかし、例えば検出点Ｔ１ｂ，Ｔ２ｂのように重なりの度合いが大きい場合には、検出された点が第１のシンチレータ層１０２Ｂ又は第２のシンチレータ層１０３Ｂのいずれに対応するかの判定が困難になる。従って、第１のシンチレータ層１０２Ｂ及び第２のシンチレータ層１０３Ｂのいずれのシンチレータセルに対応するかの判定結果の精度が低下する。

要するに、比較例２に係る放射線検出器１００Ｂでは、１個のシンチレータセルＣ１ｂ，Ｃ２ｂで発生したシンチレーション光は、二次元状に拡散する。このような第１のシンチレータ層１０２Ｂ及び第２のシンチレータ層１０３Ｂを積層して形成した比較例２に係る放射線検出器１００Ｂでは、上段の第１のシンチレータ層１０２Ｂと下段の第２のシンチレータ層１０３Ｂとでそれぞれシンチレーション光が二次元状に拡散する。従って、第１のシンチレータ層１０２Ｂでシンチレーション光Ｌが発生した場合には、シンチレーション光Ｌの発生位置Ｓ１と光検出器４との間の距離Ｓ２が長くなるため、拡散範囲が広がりすぎて、検出点Ｐ１ｂのパターンが第２のシンチレータ層１０３Ｂより縮んでしまう。そうすると、第１のシンチレータ層１０２Ｂの周辺のシンチレータセルＣ１ｂと第２のシンチレータ層１０３ＢのシンチレータセルＣ２ｂとの分離特性が劣化する。

本実施形態に係る放射線検出器１では、入射面１２から放射線が入射し、第１のシンチレータ層２又は第２のシンチレータ層３において当該放射線が吸収されて、線量に応じた強度を有するシンチレーション光が発生する。例えば、第１のシンチレータ層２においてシンチレーション光が発生した場合には、シンチレーション光の発生位置から第２のシンチレータ層３に向かって拡散しつつ伝播する。拡散したシンチレーション光は、複数の受光部６に入射する。そして、シンチレーション光が入射した受光部６から出力される信号を利用して重心演算を行い、シンチレーション光が発生した位置を算出する。具体的には、シンチレーション光が発生したシンチレータセル１６を特定する。すなわち、シンチレーション光が発生した位置の算出には、シンチレーション光の拡散範囲が影響する。

ここで、第１のシンチレータ層２には入射面１２の法線方向（方向Ｄ１）に対して平行な光散乱面１３及び光反射面１４が設けられている。光散乱面１３はある程度のシンチレーション光を透過するが、光反射面１４はほとんど透過せず、シンチレーション光を反射する。そうすると、シンチレーション光は、光散乱面１３に対して交差する方向Ｄ３にはある程度拡散するが、光反射面１４に対して交差する方向Ｄ２にはほとんど拡散しない。すなわち、放射線検出器１では、シンチレーション光の拡散方向は、主として、光反射面１４と平行な方向Ｄ２に沿った１次元方向に限定される。従って、放射線検出器１では、光検出器４に到達するまでのシンチレーション光の拡散範囲を制御することができる。

図４（ａ）は、検出点Ｐ１及び検出点Ｐ３の分布を模式的に示す図である。検出点Ｐ１は、比較例２に係る放射線検出器１００Ｂの第１のシンチレータ層１０２Ｂに対応する点である。検出点Ｐ３は、本実施形態に係る放射線検出器１の第１のシンチレータ層２に対応する点である。破線Ｌ３は、本実施形態のシンチレータセル１６が光散乱面１３によって光学的に分離されていることを示す。二点鎖線Ｌ４は、本実施形態のシンチレータセル１６が光反射面１４によって光学的に分離されていることを示す。

光反射面１４を配置した第１のシンチレータ層２によれば、光反射面１４の法線方向（方向Ｄ２）へのシンチレーション光の拡散範囲が、光反射面１４に対して平行な方向Ｄ３への光の拡散範囲よりも制限される。このようなシンチレーション光の拡散範囲に基づいて重心演算を行うと、実際の位置よりも第１のシンチレータ層２における中心寄りにシフトすることが抑制される。従って、図４（ａ）に示されるように、検出点Ｐ１の間隔は、光反射面１４（二点鎖線Ｌ４）の法線方向（方向Ｄ２）へ拡大する。

そして、第１のシンチレータ層２と、第２のシンチレータ層３とを組み合わせると、図４（ｂ）に示される検出点Ｐ３，Ｐ４の分布が得られる。図４（ｂ）は、検出点Ｐ３及び検出点Ｐ４の分布を模式的に示す図である。検出点Ｐ３は、放射線検出器１の第１のシンチレータ層２に対応する点である。検出点Ｐ４は、放射線検出器１の第２のシンチレータ層３に対応する点である。破線Ｌ６は、第１のシンチレータ層２のシンチレータセル１６が、光散乱面１３によって光学的に分離されていることを示す。また、二点鎖線Ｌ７は、第１のシンチレータ層２のシンチレータセル１６が、光反射面１４によって光学的に分離されていることを示す。破線Ｌ８，Ｌ９は、第２のシンチレータ層３のシンチレータセル２２が、光散乱面１３によって光学的に分離されていることを示す。

図４（ｂ）によれば、第１のシンチレータ層２に対応する検出点Ｐ３と第２のシンチレータ層３に対応する検出点Ｐ４とが重なっていない。従って、シンチレータセル１６，２２に対応する検出点Ｐ３，Ｐ４の分離特性が向上し、ひいては、シンチレーション光が発生したシンチレータセル１６，２２を精度良く特定することができる。

すなわち、本実施形態に係る放射線検出器１は、第１のシンチレータ層２に対応する検出点Ｐ３と、第２のシンチレータ層３に対応する検出点Ｐ４と、画像処理によって弁別可能な程度に分離されるように、シンチレーション光の拡散範囲が制御されている。従って、算出された検出点Ｐ３，Ｐ４が、第１のシンチレータ層２又は第２のシンチレータ層３のいずれで発生したものであるかを精度良く特定することができる。

また、上段に配置された第１のシンチレータ層２が、光散乱面１３を有している。この構成によれば、第１のシンチレータ層２では、方向Ｄ２におけるシンチレーション光の拡散範囲を制限しつつ、第２のシンチレータ層３では方向Ｄ２におけるシンチレーション光の拡散範囲の制限を行わない。これによって、第１のシンチレータ層２においてシンチレーション光が発生した場合には、第２のシンチレータ層３はライトガイドとして機能する。これによって、シンチレーション光を複数の受光部６で受光することが可能になる。従って、シンチレータセル１６の数よりも受光部６の数を少なくする構成で二次元位置を特定することが可能になる。

また、第１のシンチレータ層２におけるシンチレータセル１６は、第２のシンチレータ層３におけるシンチレータセル２２に対してずれるように配置されている。この構成によれば、検出点Ｐ３及び検出点Ｐ４の分布において、シンチレータセル１６に対応する検出点Ｐ３の位置と、シンチレータセル２２に対応する検出点Ｐ４の位置と、を予め異ならせることができる。従って、シンチレーション光が、第１のシンチレータ層２又は第２のシンチレータ層３のいずれで発生したかを精度良く特定することが可能になる。

また、本実施形態に係る放射線検出器１によれば、光反射面１４の法線方向（方向Ｄ２）に沿ったシンチレーション光の拡散範囲が制限される。従って、第１のシンチレータ層２の高さＡ３を高くすることもできる。

また、本実施形態の放射線検出器１では、シンチレーション光の拡散範囲は、光散乱面１３及び光反射面１４の光透過率に基づいている。このため、光散乱面１３及び光反射面１４の光透過率をパラメータとして、シンチレーション光の拡散範囲を任意の範囲に設定することが可能になる。すなわち、光散乱面１３及び光反射面１４の光透過率をパラメータとして、各シンチレータセル１６，２２に対応する検出点Ｐ３，Ｐ４の位置を調整することができる。

以上、本発明の一形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

［変形例１］
例えば、図５に示されるように、変形例１に係る放射線検出器１Ａは、第１のシンチレータ層２と第２のシンチレータ層３Ａとを備えていてもよい。第１のシンチレータ層２は、上記実施形態の第１のシンチレータ層２と同様の構成を有している。第２のシンチレータ層３Ａは、上記実施形態の第１のシンチレータ層２と同様に、光散乱面１３と光反射面１４とを有している。従って、変形例１に係る放射線検出器１Ａでは、第１のシンチレータ層２と第２のシンチレータ層３Ａとは互いに同様の構成を有している。

図６に示されるように、第１のシンチレータ層２における光反射面１４の延在方向（方向Ｄ３）は、第２のシンチレータ層３Ａにおける光反射面１４の延在方向（方向Ｄ２）に対して直交している。このような構成によれば、第１のシンチレータ層２におけるシンチレーション光の拡散を制限する方向（方向Ｄ２）と、第２のシンチレータ層３Ａにおけるシンチレーション光の拡散を制限する方向（方向Ｄ３）と、が直交する。これによって、シンチレーション光の拡散を好適に抑制することができるので、シンチレータセル１６，２２の分離特性の低下が抑制される。従って、放射線検出器１Ａにおいても、上記実施形態に係る放射線検出器１と同様の効果を得ることができる。

図７は、検出点Ｐ５及び検出点Ｐ６の分布を模式的に示す図である。検出点Ｐ５は、放射線検出器１Ａの第１のシンチレータ層２に対応する点である。検出点Ｐ６は、放射線検出器１Ａの第２のシンチレータ層３Ａに対応する点である。破線Ｌ１１は、第１のシンチレータ層２のシンチレータセル１６が光散乱面１３で光学的に分離されていることを示す。二点鎖線Ｌ１２は、第１のシンチレータ層２のシンチレータセル１６が光反射面１４で光学的に分離されていることを示す。破線Ｌ１３は、第２のシンチレータ層３Ａのシンチレータセル２２が光散乱面１３で光学的に分離されていることを示す。二点鎖線Ｌ１４は、第２のシンチレータ層３Ａのシンチレータセル２２が光反射面１４で光学的に分離されていることを示す。

図７に示されるように、放射線検出器１Ａでは、第１のシンチレータ層２に対応する検出点Ｐ５の間隔を、光反射面１４（二点鎖線Ｌ１２）の法線方向（方向Ｄ２）へ拡大することができる。換言すると、検出点Ｐ５の間隔を、光反射面１４（二点鎖線Ｌ１２）に直交する方向（方向Ｄ２）へ拡大することができる。また、放射線検出器１Ａでは、第２のシンチレータ層３Ａに対応する検出点Ｐ６の間隔を、光反射面１４（二点鎖線Ｌ１４）の法線方向（方向Ｄ３）へ拡大することができる。換言すると、検出点Ｐ６の間隔を、光反射面１４（二点鎖線Ｌ１４）に直交する方向（方向Ｄ３）へ拡大することができる。そして、第１のシンチレータ層２に対応する検出点Ｐ５は、第２のシンチレータ層３Ａに対応する検出点Ｐ６と重複していない。従って、シンチレーション光が発生したシンチレータセル１６，２２を精度良く特定することが可能になる。

［変形例２］
図８に示されるように、変形例２に係る放射線検出器１Ｂは、光散乱面１３を有する第１のシンチレータ層２Ｂと、光散乱面１３及び光反射面１４を有する第２のシンチレータ層３Ｂとを備えていてもよい。すなわち、変形例２の放射線検出器１Ｂでは、光検出器４に直接に結合された第２のシンチレータ層３Ｂにのみ光反射面１４が形成されている。また、第１のシンチレータ層２Ｂは、上記実施形態の第２のシンチレータ層３と同様の構成を有している。このような構成を有する放射線検出器１Ｂにおいても、上記実施形態に係る放射線検出器１と同様の効果を得ることができる。

図９（ａ）は、検出点Ｐ２及び検出点Ｐ８の分布を模式的に示す図である。検出点Ｐ２は、比較例２に係る放射線検出器１００Ｂの第２のシンチレータ層１０３Ｂに対応する点である。検出点Ｐ８は、変形例２に係る放射線検出器１Ｂの第２のシンチレータ層３Ｂに対応する点である。破線Ｌ１６は、第２のシンチレータ層３Ｂのシンチレータセル２２が光散乱面１３で光学的に分離されていることを示す。二点鎖線Ｌ１７は、第２のシンチレータ層３Ｂのシンチレータセル２２が光反射面１４で光学的に分離されていることを示す。図９（ｂ）は、検出点Ｐ７及び検出点Ｐ８の分布を模式的に示す図である。検出点Ｐ７は、放射線検出器１Ｂの第１のシンチレータ層２Ｂに対応する点である。検出点Ｐ８は、放射線検出器１Ｂの第２のシンチレータ層３Ｂに対応する点である。破線Ｌ１８は、第１のシンチレータ層２Ｂのシンチレータセル１６が、光散乱面１３によって光学的に分離されていることを示す。

図９（ａ）に示されるように、放射線検出器１Ｂでは、第２のシンチレータ層３Ｂに対応する検出点Ｐ８の間隔を、光反射面１４（二点鎖線Ｌ１７）の法線方向（方向Ｄ３）へ拡大することができる。換言すると、検出点Ｐ８の間隔を、光反射面１４（二点鎖線Ｌ１７）と直交する方向（方向Ｄ３）へ拡大することができる。さらに、図９（ｂ）に示されるように、第１のシンチレータ層２Ｂに対応する検出点Ｐ７と、第２のシンチレータ層３Ｂに対応する検出点Ｐ８とは、互いに重複していない。従って、シンチレーション光が発生したシンチレータセル１６，２２を精度良く特定することが可能になる。

［変形例３］
また、上記実施形態では、第１のシンチレータ層２と第２のシンチレータ層３とは、第１の方向（方向Ｄ２）にのみシンチレータセル１６がずれていた。しかし、図１０に示される放射線検出器１Ｃのように、第１の方向（方向Ｄ２）に加えて、第１の方向（方向Ｄ２）と直交する第２の方向（方向Ｄ３）にもずれるように配置されていてもよい。すなわち、第１のシンチレータ層２におけるシンチレータセル１６は、法線方向（方向Ｄ１）及び第１の方向（方向Ｄ２）と交差する第２の方向（方向Ｄ３）に沿って所定のピッチで配置されている。第２のシンチレータ層３におけるシンチレータセル１６は、第２の方向（方向Ｄ３）に沿って所定のピッチで配置されている。そして、第１のシンチレータ層２におけるシンチレータセル１６は、第２のシンチレータ層３におけるシンチレータセル１６に対して、第１の方向（方向Ｄ２）及び第２の方向（方向Ｄ３）へ所定のピッチの二分の一だけずれている。

この構成によれば、シンチレータセル１６に対応する検出点の位置と、シンチレータセル２２に対応する検出点の位置と、を予め異ならせることができる。理想的には、第１のシンチレータ層２に対応する検出点と第２のシンチレータ層３に対応する検出点とが、千鳥上に分布することになる。従って、放射線検出器１Ｃによれば、シンチレーション光が第１のシンチレータ層２又は第２のシンチレータ層３のいずれで発生したかをさらに精度良く特定することが可能になる。

１，１Ａ，１Ｂ，１００Ａ，１００Ｂ…放射線検出器、２，２Ｂ，１０２Ａ，１０２Ｂ…第１のシンチレータ層、３，３Ａ，３Ｂ，１０３Ａ，１０３Ｂ…第２のシンチレータ層、４…光検出器、６…受光部、７…受光面、９…光結合面、１２…入射面、１３…光散乱面（第１の光散乱面、第２の光散乱面）、１４…光反射面、Ｄ１…方向（入射面の法線方向）、１６，２２，Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ，Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ…シンチレータセル。

Claims (6)

1. 放射線の入射方向と交差する入射面、及び前記入射面に沿って二次元状に配列された複数のシンチレータセルを含む第１のシンチレータ層と、
   第１のシンチレータ層に対して光学的に結合されると共に前記入射面に対して平行である光結合面、及び前記光結合面に沿って二次元状に配列された複数のシンチレータセルを含む第２のシンチレータ層と、
   前記入射面に対して平行であり、前記第２のシンチレータ層の複数の前記シンチレータセルに対して光学的に結合された受光部を有する光検出部と、
   を備え、
   前記第１のシンチレータ層及び前記第２のシンチレータ層の少なくとも一方は、前記入射面の法線方向に対して平行な複数の第１の光散乱面と、前記入射面の法線方向に対して平行であって前記第１の光散乱面と交差する複数の光反射面と、を有すると共に、複数の前記シンチレータセルが、格子状に互いに組み合わされた複数の前記第１の光散乱面及び複数の前記光反射面によって仕切られている、放射線検出器。
2. 前記第１のシンチレータ層は、前記第１の光散乱面と、前記光反射面と、を有し、
   前記第１のシンチレータ層の前記シンチレータセルは、格子状に互いに組み合わされた複数の前記第１の光散乱面及び複数の前記光反射面によって仕切られ、
   前記第２のシンチレータ層は、格子状に形成されると共に前記入射面の法線方向に対して平行である第２の光散乱面を有し、
   前記第２のシンチレータ層の前記シンチレータセルは、格子状に互いに組み合わされた複数の前記第２の光散乱面によって仕切られている、請求項１記載の放射線検出器。
3. 前記第１のシンチレータ層は、格子状に形成されると共に前記入射面の法線方向に対して平行である第２の光散乱面を有し、
   前記第１のシンチレータ層の前記シンチレータセルは、格子状に互いに組み合わされた複数の前記第２の光散乱面によって仕切られ、
   前記第２のシンチレータ層は、前記第１の光散乱面と、前記光反射面と、を有し、
   前記第２のシンチレータ層の前記シンチレータセルは、格子状に互いに組み合わされた複数の前記第１の光散乱面及び複数の前記光反射面によって仕切られている、請求項１記載の放射線検出器。
4. 前記第１のシンチレータ層及び前記第２のシンチレータ層は、前記第１の光散乱面と、前記光反射面と、をそれぞれ有し、
   前記第１のシンチレータ層及び前記第２のシンチレータ層におけるそれぞれの前記シンチレータセルは、格子状に互いに組み合わされた複数の前記第１の光散乱面及び複数の前記光反射面によって仕切られ、
   前記第１のシンチレータ層における前記光反射面の延在方向は、前記第２のシンチレータ層における前記光反射面の延在方向に対して交差している、請求項１記載の放射線検出器。
5. 前記第１のシンチレータ層における前記シンチレータセルは、前記法線方向と直交する第１の方向に沿って所定のピッチで配置され、
   前記第２のシンチレータ層における前記シンチレータセルは、前記第１の方向に沿って前記所定のピッチで配置され、
   前記第１のシンチレータ層における前記シンチレータセルは、前記第２のシンチレータ層における前記シンチレータセルに対して、前記第１の方向に沿って前記所定のピッチの二分の一だけずれている、請求項１〜４の何れか一項に記載の放射線検出器。
6. 前記第１のシンチレータ層における前記シンチレータセルは、前記法線方向及び前記第１の方向と交差する第２の方向に沿って前記所定のピッチで配置され、
   前記第２のシンチレータ層における前記シンチレータセルは、前記第２の方向に沿って前記所定のピッチで配置され、
   前記第１のシンチレータ層における前記シンチレータセルは、前記第２のシンチレータ層における前記シンチレータセルに対して、前記第２の方向に沿って前記所定のピッチの二分の一だけずれている、請求項５に記載の放射線検出器。