JP2016080442A - 光子計数型検出器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この検出器(11)は、柱状体アレイ(31、81)の出射面に面して形成され、複数の柱状体(31A,81A)それぞれの出射端面から出射される光の拡散範囲を調整可能な光学的接続部(32)を備える。また、検出器(11)は、光学的接続部(32)を介して出射面に対向して配置され、受光面を有するアバランシェフォトダイオード(APD)(51)をN×N個(Nは2以上の正の整数)、2次元状に配置し、且つ、そのN×N個のAPDの出力信号をワイヤードオア回路で束ねたAPDクラスタを1画素分として、複数のAPDクラスタを2次元状に配置したAPDクラスタ(52)の群をも備える。
【選択図】 図2
Description
易度が格段に高いからである。
の前記出射端面から出射される光の拡散範囲が、前記各APDクラスタを成す前記N×N個のAPDの前記受光面を少なくともカバーするように調整可能である。前記処理回路は、前記複数のAPDクラスタそれぞれから出力される出力信号に基づき、前記出射された光のエネルギを複数に分けた個々のエネルギ範囲毎に当該光の光子数として所定時間、計測可能な当該クラスタ毎に装備された、複数の計測回路と、この複数の計数回路のうち、最初に所定数の計数を行った1つの計数回路に接続されている前記APDクラスタのうちの1つのAPDクラスタを発光中心APDクラスタと見做し、その発光中心APDクラスタとその周辺の所定数の前記APDクラスタに接続された、前記計測回路の内の複数の計測回路の計数値の合計をほぼ1つの放射線パルスから発した前記シンチレーション光と見做して加算する加算回路と、前記1つのAPDクラスタに接続された前記1つの計測回路が前記計測を行っている所定時間の間、前記複数のAPDクラスタの内の、その1つのAPDクラスタの周辺の所定数のAPDクラスタの入射した前記光子の計数禁止を指令する禁止指令手段と、前記複数の計測回路それぞれに備えられ、前記禁止指令手段により前記計数禁止の命令が出されているときには当該計測回路の計測を禁止する禁止手段と、前記発光中心APDクラスタに基づいて前記発光の位置情報を演算する位置情報演算手段と、前記発光中心APDクラスタの位置情報と、少なくとも前記エネルギ範囲毎の前記放射線の光子数の情報とを出力する出力回路と、を備えたことを特徴とする。
まず、図1〜図11を参照して、かかる光子計数型放射線検出器の第1の実施形態を説明する。
シンチレータ層31は、柱状体として機能する、微細な径で所定長さを有する円柱状のシンチレータ(Micro-columnar scintillator:微小な柱状蛍光体)31Aを、図2及び図3に示す如く、複数の、2次元、即ちXY面に稠密に且つ隣接させて配置した柱状体アレイである。つまり、その柱状の長さ方向が縦軸:Z軸方向に揃うようにXY面に稠密配列している。各シンチレータ31Aのサイズは、一例として、その直径が20μmであり、長さが1.5mmである。このうち、直径は、一定範囲の寸法のバラツキを許容できるので、必ずしも正確に20μmである必要はなく、一定の許容幅を持った20μm前後であってよい。また、長さは用途に依って変わる。例えばガンマ線を検出する場合、1.5mmよりも大きくする、つまりシンチレータ層31を厚くしてよい。
次に、光学的接続層32を説明する。この光学的接続層32は、その前のシンチレータ31の出射端面(各シンチレータ31Aの他方の面31outがなす面)と光電変換層33との間を繋ぐインターフェース領域として機能する。この光学的接続層32は、光学的に透明な樹脂材を板状に加工して形成され、その縦方向:Z軸方向の厚さLoptは本検出器11のアプリケーションに応じて適宜選択して形成される。この樹脂材としては、光学的に透明であり、拡散角を調整するための屈折率もある程度調整可能なシリコン系の樹脂が好適である。
光電変換層33は、各シンチレータ31Aから出射される光を受けて、その光に応答して電気パルス信号を発生する素子群から成る層状の部分である。
K1<K2か否か
K3<K4か否か
等が判定される。この結果、
判定結果1:K1≧K2且つK3≧K4、
判定結果2:K1<K2且つK3≧K4
判定結果3:K1≧K2且つK3<K4、
判定結果4:K1<K2且つK3<K4、
の4通りのうちの何れであるかが判明する。つまり、X線入射位置Pは、判定結果1が出た場合には、APDクラスタ52(i,j)の中の左上の1/4のサイズのサブピクセルAPD(i,j)-1であり、判定結果2が出た場合には、右上の1/4のサイズのサブピクセルAPD(i,j)-2であり、判定結果3が出た場合には、左下の1/4のサイズのサブピクセルAPD(i,j)-3であり、判定結果4が出た場合には、右下の1/4のサイズのサブピクセルAPD(i,j)-4である(図9の状態参照)。
、位置情報生成器78Dは、サブピクセル決定回路77から送られてくるサブピクセルの位置を示す位置情報を受ける。このため、この決定回路77は、サブピクセルの位置情報とデフォルトとして有しているAPDクラスタ52の自己位置情報とに基づいて、X線入射窓21WDの全体におけるX線入射位置Pをサブピクセルサイズの分解能で生成する。
上述した実施形態に係る検出器11は、シンチレータ層31を採用していたが、このセンサ部分は必ずしもこの構造に限定されるものではない。例えば、蛍光体に励起光として紫外線、可視光、又はX線を照射し、その励起により蛍光体から発せられる微弱な光(蛍光、燐光など)を検出する検出器に適用してもよい。
12 制御装置
15 処理装置
21 ケース
21WD X線入射窓
31 シンチレータ層(柱状体アレイ)
31A シンチレータ
32 光学的接続層(光学的接続部)
33 光電変換層(APDクラスタ群)
34 処理回路層(処理回路)
51 APD(アバランシェフォトダイオード)
52 APDクラスタ
61 信号処理回路
62 信号回路部
81 微弱光検出器(光子計数型検出器)
82 光ファイバープレート(FOP)(柱状体アレイ)
82A 光ファイバ
RMEA 計測対象領域
RINHIBIT 禁止領域
Claims (12)
- 放射線又は光を入射させ、かつ、その入射した放射線を光に変換し又はその入射した光を一方向に伝播させて、その変換した光又はその伝播させた光を出射端面から出射させる柱状体を複数、稠密に且つ隣接させて前記複数の出射端面により出射面を形成するように配置した柱状体アレイと、
前記柱状体アレイの前記出射面に面して形成され、当該複数の柱状体それぞれの出射端面から出射される前記光の拡散範囲を調整可能な光学的接続部と、
前記光学的接続部を介して前記出射面に対向して配置され、受光面を有するアバランシェフォトダイオード(APD)をN×N個(Nは2以上の正の整数)、2次元状に配置し、且つ、そのN×N個のAPDの出力信号をワイヤードオア回路で束ねたAPDクラスタを1画素分として、複数のAPDクラスタを2次元状に配置したAPDクラスタの群と、前記複数のAPDクラスタそれぞれの前記ワイヤードオア回路で電気的に束ねられた出力信号を処理する処理回路、を備え、
前記光学的接続部は、前記各柱状体の前記出射端面から出射される光の拡散範囲が、前記各APDクラスタを成す前記N×N個のAPDの前記受光面を少なくともカバーするように調整可能であり、
前記処理回路は、
前記複数のAPDクラスタそれぞれから出力される出力信号に基づき、前記出射された光のエネルギを複数に分けた個々のエネルギ範囲毎に当該光の光子数として所定時間、計測可能な当該クラスタ毎に装備された、複数の計測回路と、
この複数の計数回路のうち、最初に所定数の計数を行った1つの計数回路に接続されている前記APDクラスタのうちの1つのAPDクラスタを発光中心APDクラスタと見做し、その発光中心APDクラスタとその周辺の所定数の前記APDクラスタに接続された、前記計測回路の内の複数の計測回路の計数値の合計をほぼ1つの放射線パルスから発した前記シンチレーション光と見做して加算する加算回路と、
前記1つのAPDクラスタに接続された前記1つの計測回路が前記計測を行っている所定時間の間、前記複数のAPDクラスタの内の、その1つのAPDクラスタの周辺の所定数のAPDクラスタの入射した前記光子の計数禁止を指令する禁止指令手段と、
前記複数の計測回路それぞれに備えられ、前記禁止指令手段により前記計数禁止の命令が出されているときには当該計測回路の計測を禁止する禁止手段と、
前記発光中心APDクラスタに基づいて前記発光の位置情報を演算する位置情報演算手段と、
前記発光中心APDクラスタの位置情報と、少なくとも前記エネルギ範囲毎の前記放射線の光子数の情報とを出力する出力回路と、を
備えたことを特徴とする光子計数型検出器。 - 前記各柱状体は、放射線を入射させ、その放射線に応じたシンチレーション光を発生して当該シンチレーション光を前記出射端面から出射させる構造を有し、
前記柱状体アレイは、前記柱状体毎に、前記入射した放射線の量に応じた前記シンチレーション光を前記出射面から前記光学的接続部を介して前記APDクラスタ群に向けて出射するシンチレータとして形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の光子計数型検出器。 - 前記各柱状体は、軸方向における前記出射端面の反対側に入射端面を備え、
前記複数の柱状体それぞれの前記入射端面は、前記シンチレータにおいて前記放射線の入射を受ける入射面として形成されていることを特徴とする請求項2に記載の光子計数型検出器。 - 前記各柱状体は光ファイバであり、
前記柱状体アレイは前記光ファイバを複数、稠密に且つ隣接させて前記出射面を形成する光ファイバプレート(FOP)である、
ことを特徴とする請求項1に記載の光子計数型検出器。 - 前記各柱状体の径は、直径で、数十μmであり、好適には、20μmであり、
前記一辺の長さは、10μmであり、
前記N×N個は、15×15個であって、
前記ワイヤードオア回路で束ねられた前記各APDクラスタは、200μm×200μm以下であり、好適には150μm×150μmであり、
前記光子数を計測する時間は、1つの放射線パルスが十分に減衰したと見做せる時間であり、
前記発光中心APDクラスタの周辺の所定数の前記APDクラスタは、前記発光中心APDクラスタを中心に前後左右の8つのAPDクラスタである、
ことを特徴とする請求項3に記載の光子計数型検出器。 - 前記位置情報演算手段は、
前記発光中心APDクラスタを複数のサブクラスタに仮想的に分割するように、当該発光中心APDクラスタに隣接する前記APDクラスタが出力する光子数を比較する比較手段を備え、
この比較手段の比較結果に基づいて、前記発光中心が前記複数のサブクラスタの一つであることを特定して、そのサブクラスタの位置を前記発光の位置情報として出力するようにした、
ことを特徴とする請求項2、3、5の何れか一項に記載の光子計数型検出器。 - 検出する前記放射線エネルギが大きいほど、前記シンチレータの前記各柱状体を前記軸方向に長く形成し、前記光学的接続部の前記シンチレータ及び前記APDクラスタ群との間の厚さを大きくし、且つ、前記APDクラスタのサイズを実効的に大きく設定したことを特徴とする請求項2、3、5,6の何れか一項に記載の光子計数型検出器。
- 前記シンチレータ、前記光学的接続部、前記APDクラスタ群、及び、前記処理回路は所定サイズのモジュール構造として形成され、
少なくとも前記シンチレータの外周部及び光学的接続部の外周部には外部からの光の入射を遮断する光遮断手段を設け、
前記APDクラスタ群を含めて、前記シンチレータの前記複数の柱状体の間の光を発しないデットスペースは前記画素のサイズよりも小さく形成した、
ことを特徴とする請求項2、3、5〜7の何れか一項に記載の光子計数型検出器。 - 前記シンチレータは、25ns以下の光減衰時間を有し、その比重は5以上であることを特徴とした請求項3に記載の光子計数型検出器。
- 前記シンチレータの前記柱状体の素材は、CeLaCl3であることを特徴とした請求項2、3,5〜10の何れか一項に記載の光子計数型検出器。
- 前記処理回路はASIC構造に作り込まれていることを特徴とする請求項1〜10の何れか一項に記載の光子計数型検出器。
- 前記各APDの前記受光面は、前記各柱状体の軸方向に直交する断面の径よりも小さい値を1辺の値とする矩形状である、請求項1〜11の何れか一項に記載の光子計数型検出器。
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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