JP2019002815A - 放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アセンブリ集合体を備えた放射線検出装置において、個々のアセンブリとして、放射線入射方向と平行な方向に電界が印加される複数の検出素子を備えたアセンブリを実現する。また、個々のアセンブリを構造的に強化する。【解決手段】アセンブリ集合体は複数のアセンブリにより構成される。各アセンブリは、基板２２、複数の検出素子３２、複数のサポート部材４２等を有する。基板２２は配線パターン４０Ａ，４０Ｂを有する。各検出素子３２は、半導体板２８の上面に設けられた上面電極３０と、半導体板２８の下面に設けられた下面電極３１と、を有する。複数のサポート部材４２を利用して、基板２２に対して複数の検出素子３２が接着固定される。【選択図】図５

Description

本発明は放射線検出装置に関し、特に、アセンブリ単位で組み付け可能なアセンブリ集合体を備える放射線検出装置に関する。

放射線測定装置（例えばガンマカメラ）、核医学診断装置（例えばＳＰＥＣＴ装置）等においては、多数の検出素子を備えた放射線検出装置が利用される。各検出素子において、入射してくるγ線が検出される。典型的な検出素子として半導体型検出素子があげられる。

特許文献１には放射線検出装置が開示されている。その放射線検出装置は、放射線入射方向を垂直方向と定義した場合、第１水平方向及び第２水平方向に整列した複数のアセンブリ（複数の組立体としての複数の放射線検出器）を有する。個々のアセンブリは、ベース部に差し込まれており、換言すれば、複数のアセンブリがベース部によって保持されている。複数のアセンブリが密集してアセンブリ集合体が構成されている。その構成では、放射線検出装置の組立て過程において、アセンブリ単位で、ベース部に対して複数のアセンブリが順次組み付けられる。

各アセンブリは基板（カード）を有する。基板の下端部がベース部に差し込まれている。基板の上端部（放射線入射側端部）の両側には複数の検出体が設けられている。各検出体においては、放射線入射方向（垂直方向）と直交する方向（水平方向）に電界が印加されている。各検出体における上面（特定の端面）がγ線入射面をなす。そのような形式又はタイプをエッジオン型（あるいは直交電界型）と称することが可能である。エッジオン型においては、基板から遠い側の電極を基板に対して電気的に接続する仕組みを設ける必要がある。

臭化タリウム等の半導体を利用して放射線検出器を構成する場合、半導体の厚みを薄く（つまり両電極間の間隔を小さく）することができ、半導体に形成された一対の電極の内の一方をγ線入射面とする構成を採用することが容易となる。そのような形式又はタイプをフェイスオン型（あるいは平行電界型）と称することが可能である。フェイスオン型によれば、放射線入射面を正方形又はそれに近い形状にすることが容易となる。

製造過程での組立て容易性及びメンテナンス時の交換作業性を考慮した場合、アセンブリ集合体を備えた放射線検出装置を構成することが望まれ、それを前提として、フェイスオン型アセンブリを実現することが望まれている。特に、個々のアセンブリを構造的に強化することが望まれている。

なお、特許文献１には、エッジオン型のアセンブリしか開示されていない。特許文献２にはフェイスオン型の検出器が開示されているが、垂直に起立した基板に対してフェイスオン型の検出器を設けることは開示されていない。

特許第５４３６８７９号明細書 特開２００８−１９１１６５号公報

本発明の目的は、アセンブリ集合体を備えた放射線検出装置において、個々のアセンブリとして、放射線入射方向と平行な方向に電界が印加される複数の検出体を備えたアセンブリを実現することにある。あるいは、本発明の目的は、アセンブリ集合体を構成する個々のアセンブリを構造的に強化することにある。あるいは、本発明の目的は、アセンブリ集合体を構成する個々のアセンブリにおいて各検出素子と基板とを電気的に確実に接続することにある。

実施形態に係る放射線検出装置は、放射線入射方向をＺ方向とした場合に、前記Ｚ方向に直交し且つ互いに直交するＸ方向及びＹ方向の内で少なくとも前記Ｘ方向に並んだ複数のアセンブリからなるアセンブリ集合体と、前記アセンブリ集合体をアセンブリ単位で保持するベース部と、を含み、前記各アセンブリは、前記Ｚ方向及び前記Ｙ方向に広がる基板と、前記基板における放射線入射側端部の両側面に設けられ、前記両側面から前記Ｘ方向へ突出した複数の検出体と、を含み、前記各検出体は半導体板を含み、前記各半導体板において前記Ｚ方向に電界が印加される、ことを特徴とするものである。

上記構成によれば、ベース部に対して複数のアセンブリを順次組み付けることにより、アセンブリ集合体が構成される。個々のアセンブリにおいては、放射線入射方向であるＺ方向に平行な方向を電界方向とした複数の検出体が構成される。各検出体は１又は複数の検出素子に相当するものである。各検出体においては、Ｚ方向の一方側の面に形成された電極における基板側の縁（内縁）、及び、Ｚ方向の他方側の面に形成された電極における基板側の縁（内縁）が、基板に対して接触又は近接することになるので、各電極と基板との間での電気的な接続が容易となる。半導体板は例えば臭化タリウム単結晶により構成される。そのような構成によれば、半導体板を薄くでき、そこに印加する電圧を引き下げることが可能となる。アセンブリ集合体は、Ｘ方向に整列した複数のアセンブリにより構成され、あるいは、Ｘ方向及びＹ方向に整列した複数のアセンブリにより構成される。

実施形態において、前記各検出体は、前記半導体板における前記Ｚ方向の一方側の面に形成された少なくとも１つの第１電極と、前記半導体板における前記Ｚ方向の他方側の面に形成された少なくとも１つの第２電極と、を含み、前記少なくとも１つの第１電極を前記基板に電気的に接続する部材、及び、前記少なくとも１つの第２電極を前記基板に電気的に接続する部材、が設けられる。

上記接続部材によって、基板に形成された電極に対して第１電極及び第２電極が電気的に接続される。第１電極の内縁及び第２電極の内縁が基板に接触又は近接しており、接続部材による電気的な接続は容易である。接続部材は、導電性接着材、導電性支持部材等を含む概念である。

実施形態において、前記各アセンブリは、前記基板への前記複数の検出体の固定を補助する複数のサポート部材を有し、前記各サポート部材は、前記基板における放射線入射側端部のいずれかの側面から前記Ｘ方向へ突出した形態を有する。

上記構成によれば、複数のサポート部材により、基板に対して複数の検出体を強固に固定することが可能となる。基板に対して複数のサポート部材を事前に取り付けた上で、基板に対して複数の検出体を固定する場合、個々のサポート部材を位置決め用の部材として機能させることが可能となる。各サポート部材は、容易に変形しない硬質材料により構成され得る。

実施形態において、前記各検出体は互いに独立して機能する複数の検出素子を構成し、 前記検出素子ごとに前記サポート部材が設けられた。個々のサポート部材は、固定補助機能（物理的機能）及び電気的接続機能（電気的機能）の内の少なくとも一方、望ましくは両方、を発揮するものである。固定補助機能を発揮させるためには、検出体ごとに少なくとも１つのサポート部材が設けられる。電気的接続機能を発揮させるためには、検出素子ごとにサポート部材が設けられる。各検出体におけるＺ方向の両側にサポート部材を設けることも可能であるが、放射線入射側にサポート部材を設けると、そこでの放射線減弱による感度低下が問題となるので、放射線入射側とは反対側だけにサポート部材を設けるのが望ましい。もっとも、放射線入射側において、検出素子間の隙間を利用してサポート部材を設けることも可能である。

実施形態において、前記各サポート部材は導電性材料により構成され、前記各サポート部材は前記各検出素子と前記基板とを電気的に接続する。この構成によれば、各サポート部材が中継端子のように機能する。

実施形態においては、前記各サポート部材は、前記各検出素子が有する電極に接合する第１部分と、前記基板が有する電極に接合する第２部分と、を含む。第１部分は検出素子の第２面に対向する面を有し、第２部分は基板のいずれかの面に対向する面を有する。面接合を利用して電気的に物理的に良好な接続状態を形成できる。

本発明によれば、アセンブリ集合体を備えた放射線検出装置において、個々のアセンブリとして、放射線入射方向に平行な方向に電界が印加される複数の検出体を備えたアセンブリを実現できる。あるいは、本発明によれば、アセンブリ集合体を構成する個々のアセンブリを構造的に強化できる。あるいは、本発明によれば、個々のアセンブリにおいて各検出素子と基板とを電気的に確実に接続できる。

実施形態に係る放射線検出装置の概略的な断面図である。 アセンブリ集合体を示す斜視図である。 アセンブリを示す斜視図である。 複数のサポート部材を示す斜視図である。 アセンブリの断面図である。 他の実施形態に係るアセンブリの断面図である。 サポート部材の第１変形例を示す図である。 サポート部材の第２変形例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、実施形態に係る放射線検出装置が開示されている。この放射線検出装置は、例えば、放射線測定装置（例えばガンマカメラ）、核医学診断装置（例えばＳＰＥＣＴ装置）等に設けられるものである。以下において、Ｚ方向は放射線入射方向であり、図１において垂直方向（上下方向）である。Ｘ方向はＺ方向に直交する方向である。Ｘ方向及びＺ方向に直交する方向（図１において紙面貫通方向）をＹ方向とする。検出対象となる放射線はγ線である。γ線の概念にはＸ線が含まれ得る。

図１において、放射線検出装置１０は、垂直方向に並んだ検出部１２及びコリメータ１４を有する（他の構造体は図１において省略されている）。符号３６はγ線入射方向を示している。γ線入射方向３６はＺ方向と平行である。なお、ピンホールを有するガンマカメラにおいては、ピンホールを通過する視野中心軸方向がγ線入射方向である。

検出部１２は、ベース部１６とアセンブリ集合体１８とからなるものである。アセンブリ集合体１８は、Ｘ方向及びＹ方向に整列しつつ密集した複数のアセンブリ（組立体）２０からなるものである。ベース部１６によって、アセンブリ集合体１８がアセンブリ単位で抜き差し可能に保持されている。換言すれば、複数のアセンブリ２０がアセンブリ単位でベース部１６に植設されている。ベース部１６には複数のスリット１６Ａが形成されている。複数のスリット１６Ａの中に複数のアセンブリ２０が部分的に差し込まれる。

ベース部１６は、物理的かつ電気的なプラットフォームを構成するものである。ベース部１６は電気回路を有している。電気回路において、後述する各検出素子から出力された検出信号に対して必要な処理が施される。処理後の各検出信号が外部へ出力される。電気回路は、各検出素子に対してバイアス電圧を印加する機能も有する。必要に応じて、一定時間ごとにバイアス電圧の極性を反転するようにしてもよい。ベース部１６は、各スリットにより各基板２２を保持した状態をロックする機構も備えている。その保持状態において、各基板２２の下端部２２ａに形成された複数のコンタクトと、各スリット１６Ａの内面に形成された複数のコンタクトと、電気的に接続される。

各アセンブリ２０は、基板２２と、基板２２の両側に設けられた複数の検出体２４−１，２６−１と、を有する。具体的には、基板２２の上端部２２ｂの両側面に、４つの検出体２４−１，２４−２，２６−１，２６−２が設けられている（図２参照）。図１において、基板２２は、Ｚ方向及びＹ方向に広がる平面状の部材である。各検出体２４−１，２６−１は、それぞれ、Ｙ方向に並ぶ例えば４つの検出素子３２を構成する。各検出素子３２は、検出単位又は画素に相当するものである。各検出素子３２は、半導体板２８の上面に設けられた上面電極（第１電極）３０と、半導体板２８の下面に設けられた下面電極（第２電極）３１と、を有する。半導体板２８は、４つの検出素子３２当たり１つ設けられており、それは、本実施形態において、臭化タリウム（ＢｒＴｌ）の単結晶により構成されている。ＣｄＴｅ等の他の半導体が用いられてもよい。２つの電極３０，３１はＺ方向に並んでおり、それらの内で電極３０がγ線入射面となる。つまり、本実施形態では、フェイスオン型あるいは平行電界型が採用されている。アセンブリ集合体１８全体として見て、二次元配列された複数の検出素子３２からなる検出素子アレイ３８が構成されている。検出素子アレイ３８は例えば数百又は数千の検出素子３２からなる。

基板２２の一方面及び他方面にはそれぞれ配線パターンが設けられている。基板２２として、内部配線パターンを有する基板や多層基板等を用いてもよい。基板２２には、必要に応じて、１又は複数の電子部品（例えば、アンプ、ＩＣ等）が設けられる。隣接する２つのアセンブリ２０の間には空隙が存在している。基板２２における下端部２２ａがスリット１６Ａに挿入された状態で、その下端部２２ａがベース部１６によって保持されている。ロック状態を解除した上で、基板２２を上方へ持ち上げれば、基板２２の下端部２２ａがスリット１６Ａから引き出される。アセンブリ２０は、組立て単位又は交換単位を構成する。

コリメータ１４は、複数の検出素子３２の配列と同じ配列を有する複数の開口３３を有する。隣接する２つの開口３３の間は隔壁３４である。特定の開口３３を通過したγ線がその直下に存在する特定の検出素子３２に到達する。これによりγ線のエネルギーに依存する波高値を有する電気的な信号が生成される。各開口３３の水平断面は四角形であるが、それが円形であってもよい。各隔壁３４は基板２２及びアセンブリ間の隙間に対応した位置に設けられている。なお、各検出素子３２のサイズは例えば2.5 mm×2.5 mmであり、つまり、Ｚ方向から見て検出素子３２は正方形の形状を有する。半導体板２８の厚みは例えば16mmである。基板２２の厚みは例えば0.5 mmである。Ｚ方向から見て、検出部１２は、例えば、20cm×20 cmのサイズを有し、あるいは、40 cm×50 cmのサイズを有する。本願明細書で挙げた各数値はいずれも例示に過ぎないものである。

図２には、アセンブリ集合体１８が示されている。既に説明したようにアセンブリ集合体１８はＸ方向及びＹ方向に整列した複数のアセンブリ２０により構成される。但し、図２においては、その内の一部（Ｘ方向に並んだ４つのアセンブリ２０）が示されている。

各アセンブリ２０は、基板２２と、その上端部に設けられた４つの検出体２４−１，２４−２，２６−１，２６−２と、を有する。具体的には、基板２２の上端部の一方側に２つの検出体２４−１，２４−２が配置されており、基板２２の上端部の他方側に２つの検出体２６−１，２６−２が配置されている。各検出体２４−１，２４−２，２６−１，２６−２は、それぞれ、検出素子列を構成し、具体的には、Ｙ方向に並んだ４つの検出素子３２を構成する。上述したように、Ｘ方向及びＹ方向に整列した複数の検出素子３２によって検出素子アレイ３８が構成されている。

図３には、１つのアセンブリ２０が示されている。既に説明したように、基板２２の上端部の一方側にＹ方向に並ぶ２つの検出体２４−１，２４−２が設けられており、基板２２の上端部の他方側にＹ方向に並ぶ２つの検出体２６−１，２６−２が設けられている。個々の検出体２４−１，２４−２，２６−１，２６−２は、単一の半導体板２８と、Ｙ方向に並ぶ４つの上面電極３０と、Ｙ方向に並ぶ４つの下面電極３１と、からなる。つまり、個々の検出体２４−１，２４−２，２６−１，２６−２において、Ｙ方向に並ぶ４つの電極ペアが構成されている。個々の電極ペアにおいて、２つの電極間にバイアス電圧が印加される。電極ペアを単位として検出素子３２が構成される。もっとも、検出素子ごとに半導体板２８を分割するようにしてもよい。なお、Ｙ方向に並ぶ２つの半導体板２８を一体化してもよい。基板２２の一方面２２Ａには配線パターン４０Ａが形成されており、基板２２の他方面２２Ｂには配線パターン４０Ｂが形成されている。配線パターン４０Ａ，４０Ｂによって、個々の検出素子に対して信号ラインが個別的に接続される。

各検出素子３２において、上面電極３０と配線パターン４０Ａ，４０Ｂとが導電性接着材（例えば導電ペースト）により接着固定されている。同じく、各検出素子３２において、下面電極３１と配線パターン４０Ａ，４０Ｂとが導電性接着材により接着固定されている。そこでの接続及び固定をより確実又はより強固にするため、複数のサポート部材が利用されている。これに関して以下の図４を用いて詳述する。

図４には、倒立姿勢にあるアセンブリが示されている。複数の検出素子３２に対応して複数のサポート部材４２が設けられている。各サポート部材４２は硬質の導電性材料（例えば金属）によって構成されている。各サポート部材４２は、支持機能、電気接続機能、位置決め機能等を発揮するものである。支持機能は、検出体を下支えし、基板への検出体の固定を補助又は強化するための機能である。サポート部材４２によれば、基板２２と検出体とを導電性接着材だけで単に接着した場合よりも、構造的に強化することが可能である。上面側にサポート部材を設けると、そのサポート部材においてγ線が減弱してしまうおそれ（感度低下のおそれ）があるが、本実施形態では、下面側だけにサポート部材が設けられているので、サポート部材によるγ線の減弱という問題は生じない。

電気的接続機能は、配線パターン４０Ａと下面電極３１との間の電気的な接続を確実にする機能である。結果として、下面電極３１の接続時において導電性接着材の使用量を低減できる。位置決め機能は、アセンブリ組立て時において、基板２２に対して各検出体を配置する際に発揮される機能である。複数のサポート部材４２に対して複数の下面電極３１を当接しながら、複数の検出体を配置すれば、各検出体のＺ方向の位置を自然に正しく定められる。Ｚ方向に対して各上面電極の向きを直交させることも容易となる。位置決め機能を発揮させるためには、複数の検出体の接着固定に先立って、基板２２の両面に複数のサポート部材４２を事前に配置しておけばよい。その際においてはハンダ付けを利用することも可能である。他の部分の接着においてもハンダ付け等の他の接着法を利用することが可能である。

図５には、アセンブリの断面が示されている。同図においては、各部材の断面が誇張して描かれている。基板２２は、絶縁性を有する本体４４と、その一方側に形成された配線パターン４０Ａと、本体４４の他方側に形成された配線パターン４０Ｂと、を有する。本体４４の上端部の両側には２つの検出素子３２が設けられている。各検出素子３２は、半導体板２８の上面に設けられた上面電極３０と、半導体板２８の下面に設けられた下面電極３１と、を有する。各検出素子３２の下側にはそれぞれサポート部材４２が設けられている。

サポート部材４２は一定の剛性及び強度を有しており、それはＹ方向から見てＬ字状の形態を有している。具体的には、サポート部材４２は、図示の例において、Ｘ方向に横向きに大きく突出した水平部分４２Ａと、Ｚ方向に下向きに突出した垂直部分４２Ｂと、からなる。垂直部分４２Ｂの外面（基板２２側の面）が導電性接着材４８によって基板２２の配線パターン４０Ａ，４０Ｂに接着固定される。導電性接着材４６により、水平部分４２Ａの上面に対して検出素子３２の下面電極３１が接着固定される。

基板２２の側面に対して検出素子３２の側面（基板２２側の側面）を当接させ、且つ、水平部分４２Ａの上面に対して検出素子３２の下面電極３１を当接させることにより、検出素子３２が位置決められる。その際、基板２２の側面と検出素子３２の側面との間が必要に応じて絶縁性接着材４７で仮止めされる。その後、導電性接着材４３，４６，４８により、複数の部位が一括して強固に接着される。その場合、必要に応じて熱が加えられる。なお、基板２２の一方側に対して検出体を配置する作業が終了した後、基板２２の他方側に対して検出体を配置する作業が実施される。もちろん、それらの検出体を一括して配置するようにしてもよい。上面電極３０は基板２２における配線パターン４０Ａ，４０Ｂに接続されるが、後述するように、上面電極３０が内部配線に対して電気的に接続されてもよい。

図６には、他の構成例が示されている。図５に示した構成と同様の構成には同一符号を付しその説明を省略する。基板２２における本体４４の内部には内部配線パターン４０Ｃが設けられており、ビア又はスルーホールといった横ライン４９、及び、導電性接着材４３を介して、内部配線パターン４０Ｃに対して上面電極３０が電気的に接続されている。

Ｘ方向に着目した場合、上面電極３０の長さは、半導体板２８の長さよりも短く（半導体板２８の側面レベルよりも引っ込んでおり）、これにより半導体板２８の端部に無電極ギャップΔｔが生じている。無電極ギャップΔｔの形成により、検出素子３２の端部における電場の乱れを防止又は緩和できる。また、無電極ギャップΔｔにより、隣接するアセンブリ間での短絡等を防止できる。

図７には、サポート部材の第１変形例が示されている。図示されるように、直角三角形の形態を有するサポート部材５０を用いてもよい。図８には、サポート部材の第２変形例が示されている。図示されるように、検出素子３２の側面まで回り込む形態を有するサポート部材５２を利用してもよい。

上記実施形態によれば、アセンブリ集合体を備えた放射線検出装置において、個々のアセンブリとして、放射線入射方向に平行な方向に電界が印加される複数の検出体を備えたアセンブリを実現できる。また、アセンブリ集合体を構成する個々のアセンブリを構造的に強化できる。更に、個々のアセンブリにおいて各検出素子と基板とを電気的に確実に接続できる。なお、上記実施形態では、４つの検出素子間にわたって単一の半導体板が設けられていた。個々の検出素子ごとに分割された半導体板を設けるようにしてもよい。Ｘ方向にだけ整列した複数のアセンブリによってアセンブリ集合体を構成してもよい。

１０ 放射線検出装置、１２ 検出部、１４ コリメータ、１６ ベース部、１８ アセンブリ集合体、２０ アセンブリ、２２ 基板、３２ 検出素子、３８ 検出素子アレイ、４２ サポート部材。

Claims (6)

1. 放射線入射方向をＺ方向とした場合に、前記Ｚ方向に直交し且つ互いに直交するＸ方向及びＹ方向の内で少なくとも前記Ｘ方向に並んだ複数のアセンブリからなるアセンブリ集合体と、
   前記アセンブリ集合体をアセンブリ単位で保持するベース部と、
   を含み、
   前記各アセンブリは、
   前記Ｚ方向及び前記Ｙ方向に広がる基板と、
   前記基板における放射線入射側端部の両側面に設けられ、前記両側面から前記Ｘ方向へ突出した複数の検出体と、
   を含み、
   前記各検出体は半導体板を含み、
   前記各半導体板において前記Ｚ方向に電界が印加される、
   ことを特徴とする放射線検出装置。
2. 請求項１記載の装置において、
   前記各検出体は、
   前記半導体板における前記Ｚ方向の一方側の面に形成された少なくとも１つの第１電極と、
   前記半導体板における前記Ｚ方向の他方側の面に形成された少なくとも１つの第２電極と、
   を含み、
   前記少なくとも１つの第１電極を前記基板に電気的に接続する部材、及び、前記少なくとも１つの第２電極を前記基板に電気的に接続する部材、が設けられた、
   ことを特徴とする放射線検出装置。
3. 請求項１記載の装置において、
   前記各アセンブリは、前記基板への前記複数の検出体の固定を補助する複数のサポート部材を有し、
   前記各サポート部材は、前記基板における放射線入射側端部のいずれかの側面から前記Ｘ方向へ突出した形態を有する、
   ことを特徴とする放射線検出装置。
4. 請求項３記載の装置において、
   前記各検出体は互いに独立して機能する複数の検出素子を構成し、
   前記検出素子ごとに前記サポート部材が設けられた、
   ことを特徴とする放射線検出装置。
5. 請求項４記載の装置において、
   前記各サポート部材は導電性材料により構成され、
   前記各サポート部材は前記各検出素子と前記基板とを電気的に接続する、
   ことを特徴とする放射線検出装置。
6. 請求項５記載の装置において、
   前記各サポート部材は、
   前記各検出素子が有する電極に接合する第１部分と、
   前記基板が有する電極に接合する第２部分と、
   を含むことを特徴とする放射線検出装置。