JP2016080656A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＥＴ−ＭＲ装置に利用可能であって、構造上十分な締結強度を有し、かつ光電変換素子に対する冷却効率の高い放射線検出器を提供する
【解決手段】保持部材３１は嵌め合い部３１ａにおいて光検出器７の側周部および底部を嵌め合い保持する。また、保持部材３１は連結ベース２７と、キリ穴３１ｂおよびネジ３３を介して強固に締結されるので、保持部材３１は光検出器７をより安定に保持できる。
遮光フィルム３５はシンチレータブロック３の外周部および保持部材３１の側周部に接着被覆し、一体的に接合固定する。放射線検出器１は全体としてより強固な締結強度を有するので、シンチレータブロック３の位置のずれは回避される。その結果、放射線検出器１はγ線の情報をより正確に検出できる。
また遮光フィルム３５は薄膜状であるので、隣接するシンチレータブロック３同士の離間距離を短くし、高いγ線の検出感度を維持できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、核医学画像及び磁気共鳴画像を同時に得るための、陽電子放出断層撮影−磁気共鳴断層撮影複合装置に用いられる放射線検出器に関する。

従来、医療用撮像法として、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ、Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）が知られている。陽電子放出断層撮影装置、すなわちＰＥＴ装置とは、陽電子放出核種で標識された放射性薬剤の被検体内における分布を示すＰＥＴ画像を生成する装置である。

ＰＥＴ装置は、被検体Ｍをリング状に囲むように配置された複数の放射線検出器を備えている。被検体に投与された放射性薬剤は関心部位に蓄積され、蓄積された薬剤から陽電子が放出される。放出された陽電子は電子と対消滅を起こし、互いに正反対の運動量を有している一対のγ線を生成する。一対のγ線は互いに逆方向へ放出され、各々のγ線は放射線検出器によって同時に検出される。検出されたγ線の情報に基づいて放射性薬剤の位置が算出され、関心部位における放射性薬剤の分布を示す画像がＰＥＴ装置によって提供される。

一方、ＰＥＴ装置と並ぶ医療用撮像装置として、磁気共鳴断層撮影装置（ＭＲ装置）が知られており、ＭＲ装置によって取得される画像は、解剖学的診断に適している。近年では、生理機能的診断および解剖学的診断の双方に適した画像を取得するため、ＰＥＴ装置に磁気共鳴断層撮影装置（ＭＲ装置）を複合させ、陽電子放出断層撮影−磁気共鳴断層撮影複合装置（ＰＥＴ−ＭＲ）として使用する場合がある。

この場合、放射線検出器に使用される受光素子（光電変換素子）として、ＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）や、ＡＰＤ（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）といった素子が挙げられる。ＳｉＰＭ素子やＡＰＤ素子はＭＲ装置から発生する強い磁場の影響を受けないので、受光素子としてＳｉＰＭ素子などを用いたＰＥＴ−ＭＲについて報告されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

ここで従来のＰＥＴ装置の構成について説明する。従来のＰＥＴ装置５１は図９に示すように、被検体を導入する導入孔５２が設けられたガントリ５３を備えている。ガントリ５３の内部には導入孔５２を囲むようにリング状に配列された複数の放射線検出器５５と、放射線検出器５５の各々を内包する筐体５７と、放射線検出器５５の各々を筐体５７に連結する連結ベース部５９とを備えている。

次に、従来のＰＥＴ装置５１に用いられる放射線検出器５５の構成については、特許文献４や非特許文献１などにおいて報告されている。従来の放射線検出器５５は図１０（ａ）に示すように、上層からシンチレータブロック６１と、ライトガイド６３と、光検出器６５とが順に積層された構成を有している。なお放射線検出器５５において、上層とはＰＥＴ装置５１に設けられる被検体の導入孔５２に近い側を意味し、下層とはＰＥＴ装置５１に設けられる筐体５７に近い側を意味する。

シンチレータブロック６１は、直方体のシンチレータ結晶６１ａが二次元的に配列された構造を有しており、被検体から放出されたγ線を吸収して発光する。なお、シンチレータブロック６１において発光された光をシンチレータ光とする。ライトガイド６３はシンチレータブロック６１、および光検出器６５とそれぞれ光学的に結合しており、シンチレータ光を光検出器６５へと伝送する。

光検出器６５はプリント基板６９の一方の面に光電変換層６７が積層された構成を有しており、光電変換層６７とライトガイド６３とが光学的に結合している。光電変換層６７は、ＳｉＰＭやＡＰＤなど、磁場の影響を受けない光電変換素子が二次元的に配列されている。光電変換層６７を構成する光電変換素子は、ライトガイド６３によって伝送されたシンチレータ光を検出し、電気信号に変換する。

一般的に、プリント基板６９の他方の面にはＡＳＩＣを例とする集積回路７１と、複数のネジ受け部７３とが設けられている。すなわち上層から下層に向けて光電変換層６７とプリント基板６９と集積回路７１が順に積層されている。集積回路７１は光電変換層６７で変換された電気信号を、後述する信号処理回路へ送信する。

集積回路７１の下層には、サーマルシート７５と、カバー板７７とが順に積層されている。サーマルシート７５およびカバー板７７の各々には、キリ穴７５ａおよび７７ａが設けられている。そしてプリント基板６９、サーマルシート７５、およびカバー板７７は、ネジ７９とネジ受け部７３との螺合によって締結される。サーマルシート７５は熱伝導性の材料で構成される。

シンチレータブロック６１、ライトガイド６３、光検出器６５、およびサーマルシート７５の各々の外周部は遮光ケース８０によって覆われている。遮光ケース８０は一例として厚みのある黒色プラスチックで構成されており、ＰＥＴ装置５１の外部から放射線検出器５５の内部へ光が侵入することを防ぐ。また遮光ケース８０は、放射線検出器５５を衝撃などから保護する。

カバー板７７の下層には、冷却板８１と、信号処理基板８３が順に積層されている。信号処理基板８３は連結ベース部５９と連結されている。また、カバー板７７と、冷却板８１と、信号処理基板８３と、連結ベース部５９とは、ネジによる螺合や凹凸構造による嵌合などによってそれぞれ連結される。

冷却板８１の内部には、冷媒を循環させる図示しないチューブが設けられている。信号処理基板８３は図示しない信号処理回路が設けられている。信号処理回路は集積回路７１を介して、光電変換層６７が出力する電気信号を読み出す。読み出された電気信号に基づいて、関心部位における陽電子放出核種の分布を示す断層画像が生成される。このように、ＰＥＴ装置５１によって、特定器官や腫瘍などについて生化学的作用などの診断に適した放射線画像が生成される。

放射線検出器５５を含め、ＰＥＴ装置５１の構成材料はいずれも非磁性の部材、すなわち銅やアルミニウムを例とする非磁性金属、または非金属である。特に光電変換層６７を構成する光電変換素子は、磁場の影響を受けない素子が用いられる。従って、使用者はＰＥＴ装置５１をＭＲ装置と組み合わせ、ＰＥＴ−ＭＲ装置として使用することもできる。

国際公開２００９／１３９０３９号 国際公開２０１０／０１０６０８号 特開２０１４−１５２２３２号公報 特開２０１３−２３１７１９号公報

"Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ ＰＥＴ−ＭＲ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｗｉｔｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ"、 ＰＳＭＲ２０１２、ＧＥ Ｈｅａｌｔｈｃａｒｅ社発表資料、ｐ２１

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
まず従来の放射線検出器では、光電変換素子に対する冷却効率が低いという問題がある。従来の放射線検出器５５を使用する場合、ノイズの発生を抑制する等の理由によって光電変換素子を冷却する必要がある。そこで放射線検出器５５に冷却板８１を設け、冷却板８１はサーマルシート７５などを介して光電変換層６７を冷却する。

しかしながら光検出器６５において、プリント基板６９の他方の面には集積回路７１が設けられることが一般的である。そのため、従来におけるＰＥＴ装置５１の構造では、冷却板８１は主な熱源である集積回路７１を冷却しなければ光電変換層６７を冷却できない。従って、光電変換層６７のみならず、集積回路７１をも冷却するために冷却板８１を強く冷却する必要がある。

また、サーマルシート７５およびカバー板７７には、キリ穴７５ａおよび７７ａが設けられている。キリ穴の部分において熱伝導性は非常に低くなるので、光電変換層６７に対する冷却効率はさらに低下する。低下した冷却効率を補うべく冷却板８１を強く冷却した場合、冷却板８１の過冷却に起因して、冷却板８１の周辺等に結露が発生するという問題が懸念される。

次に、従来の放射線検出器５５では、構造上十分な締結強度を確保することが困難であるという問題も懸念される。放射線検出器５５は、重量のあるシンチレータブロック６１を備えているので、構造上十分な締結強度を確保する必要がある。

従来の放射線検出器５５は、一時的に分解して点検・修理する目的で、プリント基板６９、サーマルシート７５、およびカバー板７７は螺合によって締結される構成を有している。しかし実際の構造上、集積回路７１はプリント基板６９の裏面の大部分を占めている。そのため、プリント基板６９においてネジ受け部７３を付設できる領域は非常に狭い範囲に限られる。

この場合、ネジ受け部７３の付設可能範囲の制限に応じて、ネジ７９の数および太さも制限される。また、ネジ受け部７３が設けられているプリント基板６９は薄いので、数や太さの制限を補うべくネジ７９の各々を強い力で締結する場合、プリント基板６９は歪んでしまう。従って、プリント基板６９とカバー板７７との間の締結力を十分に確保することは困難である。その結果、放射線検出器５５において各構成が分離するという問題や、シンチレータブロック６１の位置がずれてγ線の情報を正確に検出できなくなるという問題が発生する。

さらに従来の放射線検出器５５において、ネジ７９およびネジ受け部７３は一般に非磁性の金属で構成され、集積回路７１の近傍に付設される。この場合、ネジ７９およびネジ受け部７３を構成する金属が交流磁場に影響を与えるので、放射線検出器５５をＰＥＴ−ＭＲ装置に用いた場合、ＰＥＴ−ＭＲ装置においてノイズが発生するという問題も懸念される。

最後に、従来の放射線検出器５５は、隣接する放射線検出器の間の距離が適切となるように配列することが困難であるという問題が懸念される。図１０（ｂ）に示すように、シンチレータブロック６１におけるシンチレータ結晶６１ａの配列ピッチをＤａとする。

互いに隣接した放射線検出器５５における、シンチレータブロック６１の離間距離Ｄｂは、配列ピッチＤａの整数倍であることが好ましい。またγ線の検出感度をより高くするため、離間距離Ｄｂはより短い方が好ましい。

２つの条件をみたす、離間距離Ｄｂの理想的な値は一例として３ｍｍである。しかし従来の放射線検出器５５は、遮光ケース８０によって覆われている。遮光ケース８０を構成するプラスチックは厚みがあるので、シンチレータブロック６１同士の離間距離Ｄｂは理想的な値より長くなる。その結果、従来の装置においてγ線の検出感度が低くなる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。すなわちＰＥＴ−ＭＲ装置に利用可能であって、構造上十分な締結強度を有し、かつ光電変換素子に対する冷却効率の高い放射線検出器を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る放射線検出器は、二次元的に配列されたブロック状のシンチレータ結晶によって構成され、入射した放射線を検出して発光するシンチレータブロックと、前記シンチレータブロックに光学的に結合され、前記シンチレータから発光された光を伝送するライトガイドと、前記ライトガイドから伝送された光を電気信号に変換させる光電変換素子によって構成され、前記ライトガイドと光学的に結合される光検出器と、前記光検出器、前記ライトガイド、および前記シンチレータブロックの各々の側周部に設けられ、前記光検出器の側周部および底部を嵌め合い保持する嵌め合い部、並びに前記光検出器を挟んで前記シンチレータブロックと対向する位置に配設されるベース部と締結するベース締結部が設けられる保持部材と、前記シンチレータブロックの外周部および前記保持部材の側周部を被覆する、接着性のある薄膜状の遮光部材とを備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］本発明に係る放射線検出器は、保持部材および遮光部材を備えている。保持部材は光検出器、ライトガイド、およびシンチレータブロックの各々の側周部に設けられ、嵌め合い部とベース締結部とを備えている。嵌め合い部は光検出器の側周部および底部を嵌め合い保持するので、光検出器の位置のズレは保持部材によって好適に回避される。光検出器はシンチレータブロックおよびライトガイドと光学的に結合しているので、保持部材によって、シンチレータブロックの位置のズレは好適に回避される。

保持部材は、光検出器を挟んで前記シンチレータブロックと対向する位置に配設されるベース部と、ベース締結部を介して締結される。この場合、ベース部と保持部材との締結をより強固にするようなベース締結部の設計が容易となる。ベース部と保持部材とを強固に締結できるので、保持部材は光検出器をより安定に保持できる。従って、放射線検出器の締結強度はより強くなる。

遮光部材は接着性を有し、シンチレータブロックの外周部および保持部材の側周部を被覆する。この場合、遮光部材は保持部材、およびシンチレータブロックの各々と強固に結合する。すなわち遮光部材は、保持部材とシンチレータブロックとを一体的に接合しつつ固定する。従って、放射線検出器は全体としてより強固な締結強度を有することができるので、シンチレータブロックの位置がずれることをより好適に回避できる。シンチレータブロックの位置が安定となる結果、放射線検出器はγ線の情報をより正確に検出できる。

さらに遮光部材は薄膜状であるので、シンチレータブロックを遮光部材で覆った場合であっても、隣接するシンチレータブロック同士の離間距離を理想的な短い距離にすることができる。シンチレータブロック同士の離間距離が短くなるので、γ線非検出領域はより狭くなる。従って、放射線検出器を外部の光から好適に保護することと、放射線検出器において高いγ線の検出感度を維持することを両立できる。

また、上述した発明において、前記光電変換素子を冷却する冷却手段によって構成され、前記光検出器と密着結合される冷却層と、前記光電変換素子によって変換された電気信号を送信する集積回路によって構成される集積回路基板とを備え、前記集積回路基板は接続部を介して前記光検出器と接続され、前記冷却層と接触しない位置に配設されることが好ましい。

［作用・効果］本発明に係る放射線検出器によれば、集積回路基板と、光検出器と密着結合される冷却層とを備えている。冷却層は光電変換素子を冷却する冷却手段によって構成される。冷却層は光検出器と密着結合しているので、光検出器を構成する光電変換素子は好適に冷却される。また、主要な熱源である集積回路を備える集積回路基板は冷却層と接触しない位置に配設される。この場合、集積回路において発生する熱の冷却手段への電動は好適に回避されるので、光電変換素子に対する冷却手段の冷却効率はより高くなる。従って、放射線検出器において冷却手段の過冷却に起因する結露の発生をより好適に回避できる。

また、上述した発明において、前記冷却層は前記冷却手段および、熱伝導性の樹脂によって構成される熱伝導シートを備え、前記冷却手段は前記熱伝導シートを介して前記光検出器と密着結合されることが好ましい。

［作用・効果］本発明に係る放射線検出器によれば、冷却層は冷却手段および、熱伝導シートを備え、冷却手段は熱伝導シートを介して光検出器と密着結合される。熱伝導シートは樹脂によって構成されるので、冷却手段と光検出器との密着性はより高くなる。そして光検出器の熱は、熱伝導性を有する熱伝導シートを介してより好適に冷却手段に伝導して放散される。このような構成により、放射線検出器において光電変換素子に対する冷却効率をより高めることが可能となる。

また、上述した発明において、前記光電変換素子はＳｉＰＭ素子またはＡＰＤ素子であることが好ましい。

［作用・効果］本発明に係る放射線検出器によれば、光電変換素子としてＳｉＰＭ素子またはＡＰＤ素子が用いられる。これらの素子は磁気共鳴断層撮影装置（ＭＲ装置）から発生される磁場による影響を受けない。そのため、本発明に係る放射線検出器を陽電子放出断層撮影−磁気共鳴断層撮影複合装置（ＰＥＴ−ＭＲ）に利用することができる。

また、上述した発明において、前記遮光部材は黒色のポリエチレンテレフタレートによって構成される遮光層と、粘着性のある材料で構成される粘着層とを備え、前記遮光部材は前記粘着層を介して前記シンチレータブロックの外周部および前記保持部材の側周部を被覆することが好ましい。

［作用・効果］本発明に係る放射線検出器によれば、遮光部材は遮光層と粘着層とを備え、遮光層は黒色のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）によって構成される。黒色のＰＥＴは薄いフィルム状であっても高い強度と光遮断性とを有する材料であるので、遮光層の厚さをより低減できる。すなわち、シンチレータブロックを遮光部材で覆った場合であっても、隣接するシンチレータブロック同士の離間距離を理想的な短い距離にすることができる。従って、放射線検出器を衝撃や外部の光から好適に保護することと、放射線検出器において高いγ線の検出感度を維持することを両立できる。

また、上述した発明において、前記保持部材は、前記シンチレータブロックの側周部に設けられる側から、前記光検出器の側周部に設けられる側へ向かって肉厚となるテーパ状であることが好ましい。

［作用・効果］本発明に係る放射線検出器によれば、保持部材は、シンチレータブロックの側周部に設けられる側から、光検出器の側周部に設けられる側へ向かって肉厚となるテーパ状である。この場合、シンチレータブロックの側周部を被覆する部分は肉薄であるので、シンチレータブロックおよび保持部材を被覆する遮蔽部材と、保持部材とが接触する面積はより広くなる。この場合、遮蔽部材、保持部材、およびシンチレータブロックはより一体となり、より強固に接着結合する。従って、放射線検出器の締結強度をより高くすることができる。

また、上述した発明において、前記保持部材は、絶縁性および光遮断性を有する樹脂によって構成されることが好ましい。

［作用・効果］本発明に係る放射線検出器によれば、保持部材は、絶縁性および光遮断性を有する樹脂によって構成される。この場合、遮光部材と同様に、保持部材は好適に放射線検出器の外部からの光を遮断する。また保持部材を構成する樹脂は、放射線検出器を衝撃などから保護する。従って、放射線検出器が衝撃や外部からの光によって受ける影響を好適に低減できる。

本発明に係る放射線検出器は、保持部材および遮光部材を備えている。保持部材は光検出器、ライトガイド、およびシンチレータブロックの各々の側周部に設けられ、嵌め合い部とベース締結部とを備えている。嵌め合い部は光検出器の側周部および底部を嵌め合い保持するので、光検出器の位置のズレは保持部材によって好適に回避される。光検出器はシンチレータブロックおよびライトガイドと光学的に結合しているので、保持部材によって、シンチレータブロックの位置のズレは好適に回避される。

保持部材は、光検出器を挟んで前記シンチレータブロックと対向する位置に配設されるベース部と、ベース締結部を介して締結される。この場合、ベース部と保持部材との締結をより強固にするようなベース締結部の設計が容易となる。ベース部と保持部材とを強固に締結できるので、保持部材は光検出器をより安定に保持できる。従って、放射線検出器の締結強度はより強くなる。

遮光部材は接着性を有し、シンチレータブロックの外周部および保持部材の側周部を被覆する。この場合、遮光部材は保持部材、およびシンチレータブロックの各々と強固に結合する。すなわち遮光部材は、保持部材とシンチレータブロックとを一体的に接合しつつ固定する。従って、放射線検出器は全体としてより強固な締結強度を有することができるので、シンチレータブロックの位置がずれることをより好適に回避できる。シンチレータブロックの位置が安定となる結果、放射線検出器はγ線の情報をより正確に検出できる。

さらに遮光部材は薄膜状であるので、シンチレータブロックを遮光部材で覆った場合であっても、隣接するシンチレータブロック同士の離間距離を理想的な短い距離にすることができる。シンチレータブロック同士の離間距離が短くなるので、γ線非検出領域はより狭くなる。従って、放射線検出器を外部の光から好適に保護することと、放射線検出器において高いγ線の検出感度を維持することを両立できる。

実施例に係る放射線検出器の全体構成を示す縦断面図である。 実施例に係る保持部材の構成を示す斜視図である。 実施例に係る保持部材、連結ベース、およびシンチレータ複合体の連結状態を説明する縦断面図である。 実施例に係る連結ベースの構成を説明する図である。（ａ）は放射線検出器と接続した状態の連結ベースをｚ方向から見たときの正面図であり、（ｂ）は放射線検出器と接続していない状態の連結ベースをｚ方向から見たときの正面図である。 実施例に係る遮光フィルムの構成を示す縦断面図である。 （ａ）は実施例に係るＰＥＴ装置について、ｙｚ平面における縦断面図であり、（ｂ）は実施例に係るＰＥＴ装置について、隣接する放射線検出器の離間距離を説明する概略図である。 実施例に係るＰＥＴ装置について、ｘｙ平面における縦断面図である。 変形例に係る放射線検出器の全体構成を示す縦断面図である。 従来例に係るＰＥＴ装置の全体構成を示す縦断面図である。 従来例に係る放射線検出器の構成を示す概略図である。（ａ）は放射線検出器の全体構成を示す縦断面図であり、（ｂ）は隣接する放射線検出器の離間距離を説明する概略図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施例を説明する。図１は、実施例に係る放射線検出器１の縦断面図である。なお、実施例に係る放射線検出器１を備えるＰＥＴ装置の概略構成については図９に示す従来例と同様であるので、詳細は後述する。なお放射線検出器１について、ＰＥＴ装置に被検体を導入する導入孔が伸びる方向をｘ方向とする。そしてＰＥＴ装置に設けられる導入孔の中心Ｐｏへ向かう方向をｙ方向とする（図６、図９）。ｘ方向およびｙ方向の各々に直交する方向をｚ方向とする。

＜全体構成の説明＞
実施例に係る放射線検出器１は図１に示すように、上層から下層に向かって、シンチレータブロック３と、ライトガイド５と、光検出器７と、冷却層９とが順に積層された構成を有している。なお放射線検出器１において、上層とはＰＥＴ装置に設けられる被検体の導入孔に近い側を意味し、下層とはＰＥＴ装置に設けられる筐体に近い側を意味する。また、放射線検出器１において、ｙ方向はシンチレータブロック３を始めとする、各構成が積層する方向と一致する。

シンチレータブロック３は、直方体のシンチレータ結晶３ａがｘ方向およびｚ方向の各々へ二次元的に配列された構造を有しており、被検体から放出されたγ線を吸収してシンチレータ光を発光する。シンチレータ結晶３ａの各々は、透明な熱硬化性樹脂などによって光学的に結合している。シンチレータ結晶３ａを構成する材料としては、例えばＬＹＳＯ、ＬＳＯ、ＬＧＳＯ、ＧＳＯ、またはＢＧＯなどの結晶が用いられる。

ライトガイド５は透明度の高い光学的部材によって構成されており、シンチレータブロック３から発光されたシンチレータ光を光検出器７へと伝送する。シンチレータブロック３、ライトガイド５、および光検出器７の各々は、透明な熱硬化性樹脂などによって光学的に結合している。シンチレータブロック３の上面部および側周部、並びにライトガイド５の側周部の各々は、シンチレータ光を反射する図示しない反射フィルムによって被覆されている。

光検出器７は、プリント基板１３の上層に光電変換層１１が積層された構成を有しており、光電変換層１１とライトガイド５とが光学的に結合している。光電変換層１１は、光電変換素子１１ａが二次元的に配列されている。光電変換素子１１ａに用いられる材料の例としてはＳｉＰＭやＡＰＤなど、ＭＲ装置が発生する磁場の影響を受けない受光素子が挙げられる。

光電変換素子１１ａには受光部１１ｂが設けられている。光電変換素子１１ａはライトガイド５によって伝送されたシンチレータ光を受光部１１ｂにおいて検出し、電気信号に変換する。プリント基板１３を構成する材料としては、板状のセラミックや、板状のガラスエポキシ樹脂などが用いられる。

冷却層９は、サーマルシート１５と、光電変換素子１１ａを冷却する冷却板１７とが順に積層された構成を有している。冷却板１７の構成の例として、冷媒を循環させる図示しないチューブが内部に設けられる構成が挙げられる。サーマルシート１５は、熱伝導性および柔軟性の高い材料で構成されている。サーマルシート１５は冷却板１７と光検出器７とをより好適に密着させるともに、光電変換素子１１ａから冷却板１７へ、熱を効率的に伝導させる。サーマルシート１５は本発明における熱伝導シートに相当する。冷却板１７は本発明における冷却手段に相当する。

冷却板１７は伝導された熱を好適に放散させる。そのため冷却板１７はサーマルシート１５を介して光検出器７に接触することによって、より効率よく光電変換素子１１ａを冷却できる。但しサーマルシート１５を省略し、冷却板１７が直接光検出器７に接触する構成であってもよい。

プリント基板１３の裏面（光電変換層１１が積層されていない面）にはコネクタ１９の一端が接続されている。コネクタ１９は冷却層９を貫通し、その他端は集積回路基板２１と接続されている。すなわち放射線検出器１において、集積回路基板２１は冷却層から離れた状態で、冷却層９の下層に配置されている。コネクタ１９は熱伝導性の低い材料によって構成される。コネクタ１９は本発明における接続部に相当する。

集積回路基板２１は、プリント基板２３と集積回路２５とが上層から順に積層された構成を有している。コネクタ１９の他端は、プリント基板２３と接続されている。集積回路２５の下層には、連結ベース２７が設けられている。連結ベース２７は、ＰＥＴ装置に設けられ放射線検出器１を内包する筐体２９と、放射線検出器１とを連結させる。ＰＥＴ装置全体の詳細な構成については後述する。連結ベース２７は、本発明におけるベース部に相当する。

集積回路２５は光電変換素子１１ａによって変換された電気信号を、信号処理回路へ送信して読み出させる。集積回路２５を構成する材料としては、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などが用いられる。信号処理回路は読み出された電気信号に基づいて、関心部位における陽電子放出核種の分布を示す断層画像を生成する。

＜実施例において特徴的な構成＞
実施例に係る放射線検出器１に特徴的な構成として、シンチレータブロック３、ライトガイド５、光検出器７、および連結ベース２７の各々の外周部には、保持部材３１が設けられている。保持部材３１は絶縁性および光遮断性を有する樹脂によって構成されており、構成材料の例としては、黒色のポリカーボネートや黒色のＡＢＳ樹脂などが好ましい。これらの材料は光の透過性が低く、かつ安定した形状精度を確保できる樹脂である。

保持部材３１の斜視図を図２に示している。保持部材３１はｙ方向に貫通する開口部を備えた略直方体である。保持部材３１には、嵌め合い部３１ａおよびキリ穴３１ｂが設けられている。嵌め合い部２９ａは、光検出器７の側面および底面と嵌め合うように構成される。保持部材３１は嵌め合い部３１ａを介して光検出器７を安定した状態で保持するので、光検出器７と結合しているシンチレータブロック３の位置は、より安定する。

キリ穴３１ｂは保持部材３１の下部側面に設けられており、各々のキリ穴３１ｂは保持部材３１をｚ方向に貫通している。キリ穴３１ｂを介してネジ３３が螺合することによって、保持部材３１および連結ベース２７が締結される。放射線検出器１の内部を点検・補修する場合、図３に示すようにキリ穴３１ｂからネジ３３を取り外すことにより、保持部材３１と連結ベース２７とを分離できる。またネジ３３を取り外すことにより、嵌め合い部２９ａを介して嵌合している保持部材３１と光検出器７とを分離できる。キリ穴３１ｂは本発明におけるベース締結部に相当する。

また、保持部材３１は上端から下方に向かって肉厚となるテーパ状となっている。すなわち保持部材３１は、シンチレータブロック３の側周部に設けられる側から光検出器７の側周部に設けられる側に向かって肉厚となっている。この場合、後述する遮光フィルム３５と保持部材３１との接着面積はより広くなるので、保持部材３１と遮光フィルム３５とはより強固に結合する。その結果、放射線検出器１の締結強度はより大きくなる。

なお、連結ベース２７は図４（ａ）に示すようにｘ方向に伸びており、ｘ方向へ直列に並んだ３個の放射線検出器１の各々と接続する。図４（ｂ）に示すように、連結ベース２７には凹部２７ａが設けられており、凹部２７ａは放射線検出器１に設けられている保持部材３１の下端部と嵌合する。また連結ベース２７のｚ方向の面には、ネジ３３と螺合するネジ受け部２７ｂが設けられている。すなわちキリ穴３１ｂを通してネジ３３とネジ受け部２７とが螺合することにより、保持部材３１および連結ベース２７は締結される。

さらに放射線検出器１に特徴的な構成として図１に示すように、シンチレータブロック３の上面部および側周部、並びに保持部材３１の側周部は遮光フィルム３５によって覆われている。遮光フィルム３５は図５に示すように、遮光層３５ａおよび粘着層３５ｂによる二層構造を有している。遮光層３５ａを構成する材料としては、黒色のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などが好ましい。黒色のＰＥＴは薄いフィルム状であっても効率的に光を遮断できる材料である。またＰＥＴは薄いフィルム状であっても高い強度と高い絶縁性とを有するので、遮光フィルム３５は衝撃や外部の光から放射線検出器１を保護できる。遮光フィルム３５は本発明における遮光部材に相当する。

粘着層３５ｂは粘着性の材料で構成されており、公知の接着剤などを用いてよい。遮光層３５ａは粘着層３５ｂを介して、シンチレータブロック３または保持部材３１を接着被覆する。遮光層３３ａの厚さは一例として３０μｍであり、粘着層３５ｂの厚さは一例として２０μｍである。すなわち遮光フィルム３５の厚さは５０μｍ程度であるので、シンチレータブロック３を遮光フィルム３５で覆った場合であっても、隣接するシンチレータブロック３の離間距離を所定の短い距離にすることができる。このように、放射線検出器１は保持部材３１および遮光フィルム３５によって強固に締結される。そのため、シンチレータブロック３の位置がずれることを防止できる。

＜ＰＥＴ装置の構成＞
次に、実施例に係る放射線検出器１を備えるＰＥＴ装置３７の構成について説明する。図６（ａ）はＰＥＴ装置３７のｙｚ平面における縦断面図であり、図７はＰＥＴ装置３７のｘｙ平面における縦断面図である。

実施例に係るＰＥＴ装置３７のｙｚ平面における縦断面図は、図１１に示す従来のＰＥＴ装置と共通している。すなわちＰＥＴ装置３７は、被検体を導入する導入孔３９が設けられたガントリ４１を備えている。ガントリ４１の内部には筐体４３が設けられている。筐体４３の内部には、導入孔３９を囲むように放射線検出器１がリング状に配列されている。図６（ａ）においてリング状に配列されている放射線検出器１の数は８つであるが、リング構造を形成する放射線検出器１の数は適宜変更してよい。

連結ベース２７は、放射線検出器１の各々と筐体４３とを連結する。図７に示すように、連結ベース２７は長手方向がｘ方向と一致するように配設される。従って、１つの連結ベース２７に接続される３つの放射線検出器１は、それぞれｘ方向に直列した状態で配置される。なお、ｘ方向に配設される連結ベースは１つに限られず、ｘ方向に複数の連結ベース２７を直列して配設する構成であってもよい。

ここで放射線検出器１においてシンチレータブロック３におけるシンチレータ結晶３ａの配列ピッチをＤａとする。また、互いに隣接したシンチレータブロック３において、上端同士の離間距離をＤｂとする（図６（ｂ）、図７）。放射線検出器１において、離間距離Ｄｂは配列ピッチＤａの整数倍であることが好ましい。

この場合、あたかもシンチレータ結晶３ａが整然と並んで導入孔３９の全周囲を囲っているように、各々の放射線検出器１が配列される。また、γ線の検出感度をより高くするため、離間距離Ｄｂはより短い方が好ましい。放射線検出器１において、シンチレータ結晶３ａの配列ピッチＤａは一例として約１．５ｍｍである。この場合、離間距離Ｄｂの理想的な距離の一例は３ｍｍである。

＜実施例の構成による効果＞
上述した構成を有することにより、実施例に係る放射線検出器１は光電変換素子に対する冷却効率および検出器の締結強度を高めることができる。以下、実施例に係る構成による効果について説明する。

実施例に係る放射線検出器１は、保持部材３１と遮光フィルム３５とを備えている。保持部材３１には嵌め合い部３１ａが設けられており、嵌め合い部３１ａは光検出器７の側面および底面と嵌め合うように構成されている。すなわち、保持部材３１は嵌め合い部３１ａを介して光検出器７の側面および底面を保持する。

放射線検出器１はシンチレータブロック３、ライトガイド５、光検出器７、および冷却層９が順に積層された積層体（以下、「シンチレータ複合体」とする）を備えている。シンチレータ複合体を構成する各々の層はそれぞれ強固に結合している。従って、嵌め合い部３１ａが光検出器７を保持することにより、保持部材３１はシンチレータ複合体の位置がずれることを防止できる。特に嵌め合い部３１ａは光検出器７の底面を支持できるので、保持部材３１はシンチレータ複合体がｙ方向について、下層に向かってずれることを好適に回避できる。

保持部材３１は下方側面にキリ穴３１ｂが設けられている。キリ穴３１およびネジ３３が螺合することによって、シンチレータ複合体を保持する保持部材３１は連結ベース２７と締結する。従来例に係る放射線検出器５５では、集積回路７１が大部分を占めるプリント基板６９の表面にネジ受け部７３を付設しているので、ネジ受け部７３の付設可能範囲が狭い。その結果、ネジ７９の数および太さが制限されるので、従来の放射線検出器５５では締結力を十分に確保することが困難である（図１２）。

一方、実施例においてキリ穴３１ｂは保持部材３１の下部側面に設けられる。図６（ａ）に示すように、ｙｚ平面において放射線検出器１はリング状に配置される。ＰＥＴ装置に用いられる放射線検出器１にでは、γ線の検出感度をより高くするため、隣接するシンチレータブロック３の離間距離は短いことが好ましい。そのため、放射線検出器１の上層におけるｚ方向の離間距離Ｄｂが所定の短い距離（一例として３ｍｍ）となるように、放射線検出器１の各々は配置される。

しかし、放射線検出器１の各々はｙ方向の上層から下層に向かって、放射状に拡がるように配置される。従って、放射線検出器１の下層におけるｚ方向の離間距離Ｄｃは、放射線検出器１の上層における離間距離Ｄｂより長くなる。キリ穴３１ｂは放射線検出器１の下層に、保持部材３１をｚ方向に貫通するように付設される。そのため、放射線検出器１の下層では、保持部材３１の厚さやネジ３３の長さの各々を大きくすることができる。

また、保持部材３１の下部側面は広く、キリ穴３１ｂの付設を制限する他の構成（集積回路など）によって占められることもないので、キリ穴３１ｂを付設できる範囲が広い。この場合、ネジ３３の数や太さを大きくすることができる。従って、キリ穴３１ｂおよびネジ３３を介して、保持部材３１と連結ベース２７とをより強固に締結できる。また、キリ穴３１ｂの位置は光検出器７や集積回路基板２１から離れているので、放射線検出器１がネジ３３などによって受ける磁場の影響はより小さくなる。

さらに、保持部材３１およびシンチレータブロック３は、遮光フィルム３５によって被覆される。遮光フィルム３５は粘着力を有する材料で構成されているので、遮光フィルム３５は保持部材３１およびシンチレータブロック３の各々と強固に結合する。遮光フィルム３５は、保持部材３１とシンチレータ複合体とを一体的に接合しつつ巻き付け固定する。従って、放射線検出器１は全体として、より強固な締結強度を有することができる。また遮光フィルム３５が粘着被覆することによって、シンチレータ複合体の位置がずれることを防止できる。特に遮光フィルム３５はシンチレータ複合体がｙ方向について、上層に向かってずれることを好適に回避できる。

遮光フィルム３５はフィルム状の黒色のＰＥＴで構成される。黒色のＰＥＴは薄いフィルム状であっても高い強度と光遮断性とを有する材料であるので、遮光フィルム３５の厚さを５０μｍ程度に低減できる。すなわち、シンチレータブロック３の上面を反射フィルムおよび遮光フィルム３５で覆った場合であっても、隣接するシンチレータブロック３同士の離間距離Ｄｂを理想的な短い距離にすることができる。従って、放射線検出器１の耐衝撃性および光遮断性を高めつつ、高いγ線の検出感度を維持することが可能となる。

保持部材３１および遮光フィルム３５は、いずれも光の透過性が低い材料で構成される。保持部材３１はシンチレータ複合体の側面を被覆保持し、さらに遮光フィルム３５が保持部材３１とシンチレータ複合体とを一体的に接合しつつ巻き付け固定する。そのため放射線検出器１の外部の光は、保持部材３１および遮光フィルム３５によって好適に遮断される。従って、放射線検出器１は外部の光による影響をより低減できる。また、保持部材３１および遮光フィルム３５はいずれも樹脂によって構成されるので、衝撃などから放射線検出器１を好適に保護できる。

また、保持部材３１は上層から下層に向かって肉厚となるテーパ状となっている。すなわち保持部材３１は、シンチレータブロック３の側周部に設けられる側から光検出器７の側周部に設けられる側に向かって肉厚となっている。この場合、保持部材３１の肉厚が一定である場合と比べて、遮光フィルム３５と保持部材３１との間に生じる隙間が狭くなる。そのため、保持部材３１と遮光フィルム３５とはより密着し、強固に結合する。その結果、放射線検出器１の締結強度はより大きくなる。

このように保持部材３１および遮光フィルム３５を備えることにより、放射線検出器１の締結強度は高くなる。また、シンチレータ複合体の位置のずれは好適に回避されるので、放射線検出器１はγ線の情報をより正確に検出することができる。

さらに実施例に係る放射線検出器１において、光検出器７と冷却層９とは密着した状態で積層される。そのため光検出器７に設けられている光電変換素子１１ａの各々は冷却板１７によって好適に冷却される。主要な熱源である集積回路基板２１は、冷却層９から離れた状態で配設される。そのため集積回路基板２１において発生する熱が冷却層９に伝導することを好適に回避できる。従って、光電変換素子１１ａに対する冷却板１７の冷却効率を高めることができる。この場合、冷却板１７を必要以上に強く冷却する必要がないので、放射線検出器１において、冷却板１７の過冷却に起因する結露の発生を防止できる。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例において、コネクタ１９は冷却層９を貫通する構成としているがこれに限られない。すなわち図８に示すように、コネクタ１９は冷却層９の側周を迂回するように伸びる構成であってもよい。この場合、サーマルシート１５および冷却板１７に貫通孔を設ける必要がない。従って、光電変換素子１１ａに対する冷却板１７の冷却効率をより高くすることができる。

（２）上述した実施例において、保持部材３１はテーパ状であるがこれに限られることはなく、上端から下端まで均一な肉厚の構造であってもよい。また保持部材３１の上端はシンチレータブロック３の側周部に接する構造であるが、保持部材３１の上端は光検出器７の側周部に接する構造であってもよいし、ライトガイド５の側周部に接する構造であってもよい。

（３）上述した実施例において、放射線検出器１を用いる構成として、ＰＥＴ−ＭＲ装置として使用可能なＰＥＴ装置を挙げて説明したが、これに限られない。すなわち実施例に係る放射線検出器１は、ＰＥＴ装置の他にもＴＯＦ−ＰＥＴ（ＴＯＦ：Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）装置に応用可能である。

ＴＯＦ−ＰＥＴ装置では、２個のγ線について、放射位置から両放射線検出器による検出位置までの飛行時間差を測定することによってγ線の発生位置を特定する。ＴＯＦ−ＰＥＴ装置に放射線検出器１を用いる場合、シンチレータブロック３は三次元的に配列されたブロック状のシンチレータ結晶によって構成される。この場合、シンチレータブロック３はシンチレータ光の光源位置を深さ方向について弁別できる。

１ …放射線検出器
３ …シンチレータブロック
５ …ライトガイド
７ …光検出器
９ …冷却層
１１ …光電変換層
１１ａ …光電変換素子
１５ …サーマルシート（熱伝導シート）
１７ …冷却板（冷却手段）
１９ …コネクタ（接続部）
２１ …集積回路基板
２５ …集積回路
２７ …連結ベース（ベース部）
２９ …筐体
３１ …保持部材
３１ａ …嵌め合い部
３１ｂ …キリ穴（ベース締結部）
３３ …ネジ
３５ …遮光フィルム（遮光部材）

Claims (7)

1. 二次元的に配列されたブロック状のシンチレータ結晶によって構成され、入射した放射線を検出して発光するシンチレータブロックと、
   前記シンチレータブロックに光学的に結合され、前記シンチレータから発光された光を伝送するライトガイドと、
   前記ライトガイドから伝送された光を電気信号に変換させる光電変換素子によって構成され、前記ライトガイドと光学的に結合される光検出器と、
   前記光検出器、前記ライトガイド、および前記シンチレータブロックの各々の側周部に設けられ、前記光検出器の側周部および底部を嵌め合い保持する嵌め合い部、並びに前記光検出器を挟んで前記シンチレータブロックと対向する位置に配設されるベース部と締結するベース締結部が設けられる保持部材と、
   前記シンチレータブロックの外周部および前記保持部材の側周部を被覆する、接着性のある薄膜状の遮光部材とを備えることを特徴とする放射線検出器。
2. 請求項１に記載の放射線検出器において、
   前記光電変換素子を冷却する冷却手段によって構成され、前記光検出器と密着結合される冷却層と、
   前記光電変換素子によって変換された電気信号を送信する集積回路によって構成される集積回路基板とを備え、
   前記集積回路基板は接続部を介して前記光検出器と接続され、前記冷却層と接触しない位置に配設される放射線検出器。
3. 請求項２に記載の放射線検出器において、
   前記冷却層は前記冷却手段および、熱伝導性の樹脂によって構成される熱伝導シートを備え、
   前記冷却手段は前記熱伝導シートを介して前記光検出器と密着結合される放射線検出器。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放射線検出器において、
   前記光電変換素子はＳｉＰＭ素子またはＡＰＤ素子である放射線検出器。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の放射線検出器において、
   前記遮光部材は黒色のポリエチレンテレフタレートによって構成される遮光層と、粘着性の材料で構成される粘着層とを備え、
   前記遮光部材は前記粘着層を介して前記シンチレータブロックの外周部および前記保持部材の側周部を被覆する放射線検出器。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の放射線検出器において、
   前記保持部材は、前記シンチレータブロックの側周部に設けられる側から、前記光検出器の側周部に設けられる側へ向かって肉厚となるテーパ状である放射線検出器。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の放射線検出器において、
   前記保持部材は、絶縁性および光遮断性を有する樹脂によって構成される放射線検出器。
   

Images