JP2019049438A - Scintillator array, radiation detector, radiation computed tomographic imaging device, and collimator with radiation filter - Google Patents
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Abstract
Description
本願はシンチレータアレイ、放射線検出器、放射線コンピュータ断層撮影装置および放射線フィルター付きコリメータに関する。 The present application relates to a scintillator array, a radiation detector, a radiation computed tomography apparatus and a collimator with a radiation filter.
放射線撮影装置の分野において、被写体内部を構成している部分の元素組成を識別するため、2以上の異なるエネルギーの放射線を検出し、被写体を画像化する技術が検討されている。従来、例えば、以下の方法によって2以上の異なるエネルギーの放射線を検出する技術が知られている。(1)2以上のエネルギーが異なる放射線源を用い被写体に照射する(特許文献1)。(2)放射線源の駆動電圧を切換えて2以上のエネルギーの放射線を被写体に照射する。(3)放射線エネルギーに対する検出感度が異なる2以上の検出器が積層された放射線検出器を用いる。 In the field of radiation imaging apparatuses, in order to identify the elemental composition of a part constituting the inside of a subject, techniques of detecting radiation of two or more different energies and imaging the subject have been studied. Conventionally, for example, techniques for detecting radiation of two or more different energies by the following method are known. (1) Two or more energy sources irradiate a subject using different radiation sources (Patent Document 1). (2) The drive voltage of the radiation source is switched to irradiate radiation of two or more energy to the subject. (3) A radiation detector in which two or more detectors having different detection sensitivities to radiation energy are stacked is used.
(1)の方法では装置全体が大型化してしまう。(2)の方法によれば、異なるエネルギーの放射線を照射するタイミングが同時ではないため、被写体が移動すると撮影した画像がぶれてしまう可能性がある。また、放射線の照射回数が増え、放射線が照射される時間が長くなってしまう。(3)の方法によれば、放射線検出器の構成が複雑になる。 In the method of (1), the entire apparatus becomes large. According to the method of (2), since the timings of applying radiation of different energies are not simultaneous, there is a possibility that the captured image may be blurred when the subject moves. In addition, the number of times of radiation irradiation increases, and the time of radiation irradiation becomes longer. According to the method of (3), the configuration of the radiation detector becomes complicated.
このような課題に鑑み本願は、比較的簡単な構造を備え、2以上の異なるエネルギーの放射線を検出することが可能なシンチレータアレイ、放射線検出器、放射線コンピュータ断層撮影装置および放射線フィルター付きコリメータを提供する。 In view of such problems, the present application provides a scintillator array, a radiation detector, a radiation computed tomography apparatus, and a collimator with a radiation filter, which has a relatively simple structure and can detect radiation of two or more different energies. Do.
本開示のシンチレータアレイは、1次元または2次元に配列された複数の単位セルによって構成されたシンチレータアレイであって、互いに反対側に位置する第1面および第2面を有する複数のシンチレータ素子と、複数の放射線フィルター部とを備え、前記複数のシンチレータ素子は、複数の第1シンチレータ素子および複数の第2シンチレータ素子を含み、前記複数の放射線フィルター部は、第1放射線吸収特性を有する複数の第1放射線フィルター部を含み、各単位セルは、前記複数の第1シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第2シンチレータ素子の1つと、前記複数の第1放射線フィルター部の1つとを含み、各単位セルにおいて、前記複数の第1放射線フィルター部の1つは、前記複数の第2シンチレータ素子の1つの前記第1面の上方に選択的に配置されている。 The scintillator array of the present disclosure is a scintillator array constituted by a plurality of unit cells arranged in one or two dimensions, and includes a plurality of scintillator elements having first and second surfaces opposite to each other. And a plurality of radiation filter units, the plurality of scintillator elements including a plurality of first scintillator elements and a plurality of second scintillator elements, and the plurality of radiation filter units have a plurality of first radiation absorption characteristics. Each unit cell includes a first radiation filter unit, and each unit cell includes one of the plurality of first scintillator elements and one of the plurality of second scintillator elements, and one of the plurality of first radiation filter units. In the unit cell, one of the plurality of first radiation filter units is one of the plurality of second scintillator elements. It is selectively positioned above the first surface.
前記複数の単位セルは、第1方向および前記第1方向と異なる第2方向に2次元に配列され、各単位セルにおいて、前記複数の第1シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第2シンチレータ素子の1つは前記第1方向に配列されていてもよい。 The plurality of unit cells are two-dimensionally arranged in a first direction and a second direction different from the first direction, and in each unit cell, one of the plurality of first scintillator elements and the plurality of second scintillator elements One of them may be arranged in the first direction.
前記複数のシンチレータ素子は、複数の第3シンチレータ素子をさらに含み、前記複数の放射線フィルター部は、第2放射線吸収特性を有する複数の第2放射線フィルター部をさらに含み、各単位セルは、前記複数の第3シンチレータ素子の1つと、前記複数の第2放射線フィルター部の1つとをさらに含み、各単位セルにおいて、前記複数の第2放射線フィルター部の1つは、前記複数の第3シンチレータ素子の1つの前記第1面の上方に選択的に配置されていてもよい。 The plurality of scintillator elements further include a plurality of third scintillator elements, the plurality of radiation filter units further include a plurality of second radiation filter units having a second radiation absorption characteristic, and each unit cell is a plurality of the plurality of unit cells And one of the plurality of second radiation filter units, and in each unit cell, one of the plurality of second radiation filter units is the one of the plurality of third scintillator elements. It may be selectively disposed above one of the first surfaces.
前記複数の単位セルは、第1方向および前記第1方向と異なる第2方向に2次元に配列され、各単位セルにおいて、前記複数の第1シンチレータ素子の1つ、前記複数の第2シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第3シンチレータ素子の1つは前記第1方向に配列されていてもよい。 The plurality of unit cells are two-dimensionally arranged in a first direction and a second direction different from the first direction, and in each unit cell, one of the plurality of first scintillator elements, the plurality of second scintillator elements And one of the plurality of third scintillator elements may be arranged in the first direction.
前記複数のシンチレータ素子は、複数の第4シンチレータ素子をさらに含み、前記複数の放射線フィルター部は、第3放射線吸収特性を有する複数の第3放射線フィルター部をさらに含み、前記各単位セルは、前記複数の第4シンチレータ素子の1つと、前記複数の第3放射線フィルター部の1つとをさらに含み、各単位セルにおいて、前記複数の第3放射線フィルター部の1つは、前記複数の第4シンチレータ素子の1つの前記第1面の上方に選択的に配置されていてもよい。 The plurality of scintillator elements further include a plurality of fourth scintillator elements, and the plurality of radiation filter units further include a plurality of third radiation filter units having a third radiation absorption characteristic, and each of the unit cells is The unit further includes one of a plurality of fourth scintillator elements and one of the plurality of third radiation filter units, and in each unit cell, one of the plurality of third radiation filter units is the plurality of fourth scintillator elements It may be selectively disposed above one of the first surfaces.
前記複数の単位セルは、第1方向および前記第1方向と異なる第2方向に2次元に配列され、各単位セルにおいて、前記複数の第1シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第2シンチレータ素子の1つは、前記第1方向に配列され、かつ、前記複数の第3シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第4シンチレータ素子の1つは、前記第1方向に配列され、前記複数の第1シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第2シンチレータ素子の1つと前記第2方向においてそれぞれ隣接していてもよい。 The plurality of unit cells are two-dimensionally arranged in a first direction and a second direction different from the first direction, and in each unit cell, one of the plurality of first scintillator elements and the plurality of second scintillator elements And one of the plurality of third scintillator elements and one of the plurality of fourth scintillator elements are arranged in the first direction, and one of the plurality of third scintillator elements is arranged in the first direction. One of the one scintillator element and one of the plurality of second scintillator elements may be adjacent to each other in the second direction.
前記複数のシンチレータ素子は、複数の第5シンチレータ素子および複数の第6シンチレータ素子をさらに含み、前記複数の放射線フィルター部は、第4放射線吸収特性を有する複数の第4放射線フィルター部および第5放射線吸収特性を有する複数の第5放射線フィルター部をさらに含み、各単位セルは、前記複数の第5シンチレータ素子の1つと、前記複数の第6シンチレータ素子の1つと、前記複数の第4放射線フィルター部の1つと、前記複数の第5放射線フィルター部の1つとをさらに含み、各単位セルにおいて、前記複数の第4放射線フィルター部の1つおよび前記複数の第5放射線フィルター部の1つは、前記複数の第5シンチレータ素子の1つの前記複数の第1面の上方、および、第6シンチレータ素子の1つの前記複数の第1面の上方にそれぞれ選択的に配置されており、各単位セルにおいて、前記複数の第5シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第6シンチレータ素子の1つは前記第2方向に配列され、かつ、前記複数の第5シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第6シンチレータ素子の1つは前記複数の第2シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第4シンチレータ素子の1つと前記第1方向においてそれぞれ隣接していてもよい。 The plurality of scintillator elements further include a plurality of fifth scintillator elements and a plurality of sixth scintillator elements, and the plurality of radiation filter units include a plurality of fourth radiation filter units having a fourth radiation absorption characteristic and a fifth radiation The unit cell further includes a plurality of fifth radiation filter units having absorption characteristics, and each unit cell includes one of the plurality of fifth scintillator elements, one of the plurality of sixth scintillator elements, and the plurality of fourth radiation filter units. And one of the plurality of fifth radiation filter units, and in each unit cell, one of the plurality of fourth radiation filter units and one of the plurality of fifth radiation filter units are the Above the plurality of first surfaces of one of a plurality of fifth scintillator elements, and the plurality of ones of a sixth scintillator element One of the plurality of fifth scintillator elements and one of the plurality of sixth scintillator elements are arranged in the second direction in each unit cell, and each of the unit cells is selectively disposed. And one of the plurality of fifth scintillator elements and one of the plurality of sixth scintillator elements are respectively one of the plurality of second scintillator elements and one of the plurality of fourth scintillator elements in the first direction. It may be adjacent.
前記複数のシンチレータ素子は、複数の第7シンチレータ素子、複数の第8シンチレータ素子および複数の第9シンチレータ素子をさらに含み、前記複数の放射線フィルター部は、第6放射線吸収特性を有する複数の第6放射線フィルター部、第7放射線吸収特性を有する複数の第7放射線フィルター部および第8放射線吸収特性を有する複数の第8放射線フィルター部をさらに含み、各単位セルは、前記複数の第7シンチレータ素子の1つと、前記複数の第8シンチレータ素子の1つと、前記複数の第9シンチレータ素子の1つと、前記複数の第6放射線フィルター部の1つと、前記複数の第7放射線フィルター部の1つと、前記複数の第7放射線フィルター部の1つとをさらに含み、各単位セルにおいて、前記複数の第6放射線フィルター部の1つ、前記複数の第7放射線フィルター部の1つ、および、前記複数の第8放射線フィルター部の1つは、前記複数の第7シンチレータ素子の1つの前記第1面の上方、第8シンチレータ素子の1つの前記第1面の上方、および、前記複数の第9シンチレータ素子の1つの前記第1面の上方にそれぞれ選択的に配置されており、各単位セルにおいて、前記複数の第7シンチレータ素子の1つ、前記複数の第8シンチレータ素子の1つ、および、前記複数の第9シンチレータ素子の1つは、前記第1方向に配列され、かつ、前記複数の第7シンチレータ素子の1つ、前記複数の第8シンチレータ素子の1つ、および、前記複数の第9シンチレータ素子の1つは、前記複数の第3シンチレータ素子の1つ、前記複数の第4シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第6シンチレータ素子の1つと前記第2方向においてそれぞれ隣接していてもよい。 The plurality of scintillator elements further include a plurality of seventh scintillator elements, a plurality of eighth scintillator elements, and a plurality of ninth scintillator elements, and the plurality of radiation filter units have a plurality of sixth radiation absorption characteristics. A radiation filter unit, a plurality of seventh radiation filter units having seventh radiation absorption characteristics, and a plurality of eighth radiation filter units having eighth radiation absorption characteristics, each unit cell comprising the seventh scintillator elements One, one of the plurality of eighth scintillator elements, one of the plurality of ninth scintillator elements, one of the plurality of sixth radiation filter units, and one of the plurality of seventh radiation filter units, And one of a plurality of seventh radiation filter units, and in each unit cell, the plurality of sixth radiation filters One of the plurality of seventh radiation filter portions, and one of the plurality of eighth radiation filter portions are disposed above the first surface of one of the plurality of seventh scintillator elements, And the first surface of one of the eight scintillator elements and the first surface of one of the ninth scintillator elements are selectively disposed, respectively, in each unit cell. One of the seven scintillator elements, one of the plurality of eighth scintillator elements, and one of the plurality of ninth scintillator elements are arranged in the first direction, and one of the plurality of seventh scintillator elements One, one of the plurality of eighth scintillator elements, and one of the plurality of ninth scintillator elements is one of the plurality of third scintillator elements, the plurality of fourth scintillator elements May be adjacent to each at one and one said second direction of the plurality of sixth scintillator element.
前記複数の第1放射線フィルター部のそれぞれは、Mg、Al、Ti、Fe、Sn、Co、Ni、Cu、Mo、Ag、Ta、W、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素からなる金属板を含んでいてもよい。 Each of the plurality of first radiation filter parts is at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Fe, Sn, Co, Ni, Cu, Mo, Ag, Ta, W, Pt and Au. May be included.
前記複数の第1放射線フィルター部のそれぞれは、Mg、Al、Ti、Fe、Sn、Co、NiおよびCuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素からなる第1金属板を含み、前記複数の第2放射線フィルター部のそれぞれはMo、Ag、Ta、W、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素からなる第2金属板を含んでいてもよい。 Each of the plurality of first radiation filter portions includes a first metal plate made of at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Fe, Sn, Co, Ni and Cu, Each of the two radiation filter parts may include a second metal plate made of at least one element selected from the group consisting of Mo, Ag, Ta, W, Pt and Au.
前記複数の第1放射線フィルター部のそれぞれは、Mg、Al、Ti、Fe、Sn、Co、NiおよびCuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素からなる第1金属板を含み、前記複数の第2放射線フィルター部のそれぞれは、Mo、Ag、Ta、W、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素からなる第2金属板を含み、前記複数の第3放射線フィルター部のそれぞれは、Mg、Al、Ti、Fe、Sn、Co、NiおよびCuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素からなる第1金属板と、Mo、Ag、Ta、W、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素からなる第2金属板とを含み、前記複数の第1放射線フィルター部の前記第1金属板および前記複数の第3放射線フィルター部の第1金属板は前記第2の方向において、互いに接続されており、前記複数の第2放射線フィルター部の前記第2金属板および前記複数の第3放射線フィルター部の第2金属板は前記第1の方向において、互いに接続されていてもよい。 Each of the plurality of first radiation filter portions includes a first metal plate made of at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Fe, Sn, Co, Ni and Cu, Each of the two radiation filter units includes a second metal plate made of at least one element selected from the group consisting of Mo, Ag, Ta, W, Pt, and Au, and each of the plurality of third radiation filter units includes: It is selected from the group consisting of Mo, Ag, Ta, W, Pt and Au, and the first metal plate consisting of at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Fe, Sn, Co, Ni and Cu And a second metal plate made of at least one element, wherein the first metal plate of the plurality of first radiation filter portions and the plurality of third radiation filter portions The first metal plates are connected to each other in the second direction, and the second metal plates of the plurality of second radiation filter units and the second metal plates of the plurality of third radiation filter units are the first In the direction of, they may be connected to each other.
前記シンチレータアレイは、前記複数のシンチレータ素子間、および、前記複数のシンチレータ―素子の前記第1面上に配置された反射部材をさらに備えていてもよい。 The scintillator array may further include reflective members disposed between the plurality of scintillator elements and on the first surface of the plurality of scintillator elements.
前記シンチレータアレイは、前記反射部材上に配置されたコリメータをさらに備えていてもよい。 The scintillator array may further comprise a collimator disposed on the reflective member.
前記コリメータの一部は、前記反射部材に挿入されていてもよい。 A part of the collimator may be inserted into the reflecting member.
前記複数の放射線フィルター部は、前記反射部材上に設けられていてもよい。 The plurality of radiation filter portions may be provided on the reflection member.
前記コリメータは、各シンチレータ素子の複数の前記第1面の上方の領域を囲うグリッド形状を有し、前記複数の放射線フィルター部は前記グリッド形状の一部に選択的に設けられていてもよい。 The collimator may have a grid shape surrounding an area above the plurality of first surfaces of each scintillator element, and the plurality of radiation filter units may be selectively provided in a part of the grid shape.
本開示の放射線検出器は、前記いずれかに記載のシンチレータアレイと、前記シンチレータアレイの複数のシンチレータ素子の第2面に対向して配置された複数の光検出素子とを備える。 The radiation detector of the present disclosure includes the scintillator array according to any one of the above and a plurality of light detection elements arranged to face the second surface of the plurality of scintillator elements of the scintillator array.
本開示の放射線コンピュータ断層撮影装置は、放射線源と、上記放射線検出器と、前記放射線源と、前記放射線検出器から出力される検出信号を処理する制御ユニットとを備える。 A radiation computed tomography apparatus of the present disclosure includes a radiation source, the radiation detector, the radiation source, and a control unit that processes a detection signal output from the radiation detector.
本開示の放射線フィルター付きコリメータは、1次元または2次元に配列された複数のシンチレータ素子を含むアレイ部の入射面に配置される放射線フィルター付きコリメータであって、複数の遮蔽板と、複数の放射線フィルター部とを備え、前記複数の遮蔽板は、前記入射面に垂直な方向に所定の高さを有しており、前記入射面上において、1次元または2次元に配列された複数のコリメート空間を形成しており、前記複数の放射線フィルター部は、前記複数のコリメート空間の少なくとも一部に選択的に配置され、前記複数の遮蔽板は、前記放射線を遮断あるいは減衰させ、前記複数の放射線フィルター部は、所定の放射線吸収特性を有する。 The radiation-filtered collimator of the present disclosure is a radiation-filtered collimator disposed on the incident surface of an array section including a plurality of scintillator elements arranged in one or two dimensions, and includes a plurality of shielding plates and a plurality of radiations. And a plurality of collimating spaces arranged in one dimension or two dimensions on the incident plane, the plurality of shielding plates having a predetermined height in a direction perpendicular to the incident plane. The plurality of radiation filter sections are selectively disposed in at least a portion of the plurality of collimated spaces, and the plurality of shielding plates block or attenuate the radiation, and the plurality of radiation filters are formed. The part has a predetermined radiation absorption characteristic.
前記複数のコリメート空間は、第1方向に配列され、前記複数のコリメート空間のそれぞれは、第1方向とは異なる第2方向に伸びる短冊形状を有し、前記複数のコリメート空間は、前記第1方向に交互に配列された複数の第1コリメート空間および複数の第2コリメート空間を含み、前記複数の放射線フィルター部は、第1放射線吸収特性を有する複数の第1放射線フィルター部を含み、前記複数の第1放射線フィルター部は前記複数の第2コリメート空間にそれぞれ配置されていてもよい。 The plurality of collimating spaces are arranged in a first direction, and each of the plurality of collimating spaces has a strip shape extending in a second direction different from the first direction, and the plurality of collimating spaces are the first The plurality of first collimating spaces and the plurality of second collimating spaces alternately arranged in the direction, and the plurality of radiation filter units include a plurality of first radiation filter units having a first radiation absorption characteristic, and the plurality The first radiation filter unit may be disposed in each of the plurality of second collimating spaces.
前記複数のコリメート空間は、複数の第3コリメート空間を含み、前記複数の放射線フィルター部は、第2放射線吸収特性を有する複数の第2放射線フィルター部を含み、前記複数の第2放射線フィルター部は前記複数の第3コリメート空間にそれぞれ配置されていてもよい。 The plurality of collimating spaces include a plurality of third collimating spaces, the plurality of radiation filter units include a plurality of second radiation filter units having a second radiation absorption characteristic, and the plurality of second radiation filter units are Each of the plurality of third collimating spaces may be disposed.
前記複数のコリメート空間は、第1方向および第1方向と異なる第2方向に2次元に配列され、前記複数のコリメート空間のそれぞれは矩形形状を有し、前記複数のコリメート空間は、複数の第1コリメート空間、複数の第2コリメート空間、複数の第3コリメート空間および複数の第4コリメート空間を含み、各第1コリメート空間、第2コリメート空間、第3コリメート空間および第4コリメート空間は前記第1方向および前記第2方向に隣接した2行2列に配列されており、前記複数の放射線フィルター部は、第1放射線吸収特性を有する複数の第1放射線フィルター部、第2放射線吸収特性を有する複数の第2放射線フィルター部および第3放射線吸収特性を有する複数の第3放射線フィルター部を含み、前記複数の第1放射線フィルター部は前記複数の第2コリメート空間にそれぞれ配置され、前記複数の第2放射線フィルター部は前記複数の第3コリメート空間にそれぞれ配置され、前記複数の第3放射線フィルター部は前記複数の第4コリメート空間にそれぞれ配置されていてもよい。 The plurality of collimated spaces are two-dimensionally arranged in a first direction and a second direction different from the first direction, each of the plurality of collimated spaces has a rectangular shape, and the plurality of collimated spaces are a plurality of The first collimating space, the plurality of second collimating spaces, the plurality of third collimating spaces, and the plurality of fourth collimating spaces, each of the first collimating space, the second collimating space, the third collimating space and the fourth collimating space The plurality of radiation filter units are arranged in two rows and two columns adjacent to one direction and the second direction, and the plurality of radiation filter units have a plurality of first radiation filter units having a first radiation absorption characteristic, and a second radiation absorption characteristic A plurality of first radiation filters and a plurality of third radiation filters having a third radiation absorption characteristic; Are disposed in the plurality of second collimating spaces, the plurality of second radiation filter portions are respectively disposed in the plurality of third collimating spaces, and the plurality of third radiation filter portions are disposed in the plurality of fourth collimating spaces. It may be disposed in the collimating space, respectively.
本開示によれば、2以上の異なるエネルギーの放射線を検出することが可能なシンチレータアレイ、放射線検出器、放射線コンピュータ断層撮影装置および放射線フィルター付きコリメータが実現する。 According to the present disclosure, a scintillator array capable of detecting radiation of two or more different energies, a radiation detector, a radiation computed tomography apparatus, and a collimator with a radiation filter are realized.
以下図面を参照しながら、本開示のシンチレータアレイ、放射線検出器、放射線コンピュータ断層撮影装置および放射線フィルター付きコリメータの実施形態を説明する。本開示のシンチレータアレイおよび放射線検出器は、X線CT撮影装置などの医療用放射線撮影装置、産業用X線検査装置等の産業用の放射線撮影装置に好適に用いることができる。本開示において、放射線とは、X線、γ線、陽電子線等を含む。また、以下の実施形態において、同じ構成要素には同じ参照符号を付し、詳細な説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the scintillator array, radiation detector, radiation computed tomography apparatus, and collimator with radiation filter will be described with reference to the drawings. The scintillator array and radiation detector of the present disclosure can be suitably used for medical radiation imaging devices such as X-ray CT imaging devices and industrial radiation imaging devices such as industrial X-ray inspection devices. In the present disclosure, radiation includes X-rays, γ-rays, positrons and the like. Moreover, in the following embodiments, the same reference numerals may be given to the same components and the detailed description may be omitted.
(第1の実施形態)
図1(a)は本実施形態のシンチレータアレイ101の平面図であり、図1(b)は、図1(a)の1B−1B線におけるシンチレータアレイ101の断面図である。シンチレータアレイ101は、複数のシンチレータ素子11および複数の放射線フィルター部21を備える。複数のシンチレータ素子11は1次元または2次元に配列されている。本実施形態では、複数のシンチレータ素子11は、図1(a)に示すように、xy平面のx方向およびy方向の2次元に配列されている。以下の実施形態では、シンチレータアレイは、6×4のアレイに配置されたシンチレータ素子11または6×6のアレイで配置されたシンチレータ素子11を備えているが、シンチレータ素子の数は、これらの例に限られない。また、以下の実施例では、シンチレータアレイにおける周期的構造の繰り返し単位を主として説明するが、シンチレータの数に応じて、同様の構造を備えた繰り返し単位が配置されている。
First Embodiment
Fig.1 (a) is a top view of the
各シンチレータ素子11は、第1面11aと、第1面11aと反対側に位置している第2面11bとを有している。本実施形態では、第1面11aおよび第2面11bは矩形形状を有している。このため、シンチレータ素子11は、4つの側面を更に有している。
Each
シンチレータ素子11は、放射線の入射によって蛍光等の発光を生じる発光材料または蛍光材料を含む。例えば、シンチレータ素子11は、ガドリニウムオキシサルファイド(GOS)、ガドリニウム−ガリウム−アルミニウムガーネット(GGAG)等の、セラミックシンチレータ材料によって構成されていてもよい。GOSは例えばPr、Ce及びTbから選ばれた少なくとも1種で賦活したGd2O2Sの組成を有する。GGAGは、例えばCe、Pr等から選ばれた少なくとも1種で賦活した(Gd1−xLux)3+a(GauAl1−u)5−aO12(x=0〜0.5、u=0.2〜0.6、及びa=−0.05〜0.15)の主組成を有する。このGdの少なくとも一部をYに置き換えたものを用いてもよい。放射線による発光または蛍光材料は上述した例に限られない。シンチレータ素子11は、他の蛍光材料によって構成されていてもよい。
The
本実施形態では、シンチレータアレイ101は、反射部材31を更に備えている。反射部材31は、複数のシンチレータ素子11間および各シンチレータ素子11の第1面11a上に位置している。反射部材31はシンチレータ素子11が発する光を反射する特性を有する。例えば、反射部材31は、白色の酸化チタン粉末と、エポキシなどの樹脂とを含む。反射部材31によって各シンチレータ素子11に放射線が入射することによって生じた光が隣接するシンチレータ素子11に入射し、隣接するシンチレータ素子11に設けられる光検出素子で検出されるのを抑制する。つまり、シンチレータアレイ101におけるクロストークを抑制する。反射部材31が設けられた複数のシンチレータ素子11をアレイ部41と呼ぶ。
In the present embodiment, the
図1(a)に示すように、複数のシンチレータ素子11は、複数の第1シンチレータ素子11Aおよび複数の第2シンチレータ素子11Bを含む。シンチレータアレイ101は、xy平面において1次元または2次元に配列された複数の単位セルUによって構成されている。単位セルUは、複数の第1シンチレータ素子11Aの1つおよび複数の第2シンチレータ素子11Bの1つを含んでおり、本実施形態では、各単位セルUにおいて、第1シンチレータ素子11Aおよび第2シンチレータ素子11Bは、x方向に配列されている。また、複数の放射線フィルター部21は、複数の第1放射線フィルター部21Bを含む。
As shown in FIG. 1A, the plurality of
単位セルUは、x方向およびy方向に沿って2次元に配置されている。各単位セルUにおいて、複数の第1放射線フィルター部21(21B)のうちの1つが、第2シンチレータ素子11Bの第1面11aの上方に選択的に配置されている。本実施形態では、第1放射線フィルター部21(21B)は複数の第2シンチレータ素子11Bの第1面11aを覆う反射部材31上に配置されている。つまり、第1放射線フィルター部21(21B)は反射部材31を介して、複数の第2シンチレータ素子11Bの第1面11aの上方に配置されている。
The unit cells U are two-dimensionally arranged along the x direction and the y direction. In each unit cell U, one of the plurality of first radiation filter units 21 (21B) is selectively disposed above the
第1放射線フィルター部21(21B)は第1放射線吸収特性を有する。第1放射線フィルター部21(21B)は入射する放射線のうち、一部のエネルギー成分を選択的に吸収して減衰させ、他の成分を透過させる。ここで、吸収は0より大きく100%以下の割合で、放射線を吸収することを意味する。第1放射線フィルター部21(21B)は、より具体的には、Mg、Al、Ti、Sn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Ag、Ta、W、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を含む金属板または、これらの少なくとも1種の元素の金属粉末が分散した樹脂層を有する。金属板または樹脂層の厚さは、例えば、数百μmから数mm程度である。 The first radiation filter unit 21 (21B) has a first radiation absorption characteristic. The first radiation filter unit 21 (21B) selectively absorbs and attenuates part of energy components of incident radiation, and transmits other components. Here, the absorption means absorbing radiation at a rate of more than 0 and 100% or less. More specifically, the first radiation filter portion 21 (21B) is selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Sn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Ag, Ta, W, Pt and Au. It has a metal plate containing at least one element, or a resin layer in which metal powder of at least one of these elements is dispersed. The thickness of the metal plate or the resin layer is, for example, about several hundred μm to several mm.
本実施形態では、複数のシンチレータ素子11によるアレイにおいて、x方向には第1シンチレータ素子11Aおよび第2シンチレータ素子11Bが交互に位置しており、y方向には、第1シンチレータ素子11Aおよび第2シンチレータ素子11Bがそれぞれ連続している。このため、複数の第1放射線フィルター部21に含まれる金属板はy方向に互いに接続されており、複数の第2シンチレータ素子11Bの第1面11aの上方に位置し、y方向に伸びる短冊状の第1放射線フィルター板22Bを構成している。第1放射線フィルター板22Bは例えば、第2シンチレータ素子11Bの第1面11aの上方に位置する反射部材31の表面31aに接着剤等によって固定されている。シンチレータアレイ101の、第1放射線フィルター板22Bが設けられた面を入射面101aと呼ぶ。ただし、複数の第1放射線フィルター部21(21B)に含まれる金属板は相互に接続されていなくてもよい。この場合、図1(c)に示すように、複数の第1放射線フィルター片22B’が複数の第2シンチレータ素子11Bの第1面11aの上方にそれぞれ位置している。
In the present embodiment, in the array of the plurality of
シンチレータアレイ101の入射面101aに放射線、例えば、X線が入射すると、単位セルUには同じエネルギー分布のX線が入射し、反射部材31でのX線の減衰を考慮しなければ、第1シンチレータ素子11Aの第1面11aには、単位セルUに入射するX線と同じエネルギー分布のX線が入射する。一方、第2シンチレータ素子11Bの第1面11aには、第1放射線フィルター部21Bを透過し、一部のエネルギー帯域の成分が減衰したX線が入射する。したがって、異なるエネルギーのX線を第1シンチレータ素子11Aおよび第2シンチレータ素子11Bで同時に検出することが可能である。
When radiation, for example, X-rays, enter the
第1シンチレータ素子11Aの第1面11aおよび第2シンチレータ素子11Bの第1面11aの位置は、xy平面において同じではない。しかし、単位セルUを1つの画素(ピクセル)として画像処理を行うことによって、デュアルエネルギーシンチレータアレイを実現することができる。例えば、第1シンチレータ素子11Aの第2面11bおよび第2シンチレータ素子11Bの第2面11bにそれぞれ光検出素子を設け、蛍光による得られた2つの検出信号を、同じ画素における異なるエネルギーのX線による信号として画像処理する。なお、シンチレータアレイ101を用いて、3次元、つまり、厚さ方向にもデータを取得したり、画像処理を行う場合には、単位セルUは1つのボクセルを構成する。
The positions of the
上述の信号処理によれば、x方向におけるシンチレータ素子11の数に対して、画素数は半分になる。画素数をシンチレータ素子11の数と同じにするために、画像処理の際、補間によってデータを生成してもよい。例えば、単位セルUの第1シンチレータ素子11Aの蛍光を検出する光検出素子による信号S1と、隣接する単位セルUの第1シンチレータ素子11Aの蛍光を検出する光検出素子による信号S2との平均を求め、得られた信号、および、単位セルUの第2シンチレータ素子11Bの蛍光を検出する光検出素子による信号を、同じ画素における異なるエネルギーのX線による2つの信号として画像処理すればよい。このような信号処理を、各単位セルUの第2シンチレータ素子11Bの蛍光を検出する光検出素子による信号についても行うことによって、解像度の低下を抑制することができる。
According to the above-described signal processing, the number of pixels is halved with respect to the number of
シンチレータアレイ101は、例えば、アレイ部41を形成し、アレイ部41の上面31aに複数の放射線フィルター部21となる金属板を配置することによって作製することができる。アレイ部41は、例えば、特開2017−37096号公報、特開2015−172580号公報、特開2013−228355号公報に開示された製造方法によって製造することができる。作成したアレイ部41の上面31aにおいて、第2シンチレータ素子11Bの第1面11aの上方を覆うように、第1放射線フィルター板22Bを配置する。第1放射線フィルター板22Bは、例えば、接着剤などによって上面41aに固定することができる。これにより、シンチレータアレイ101が完成する。
The
シンチレータアレイ101において、アレイ部41はシングルエネルギーシンチレータアレイの構造を備えており、上述したように、公知の製造方法によって製造できる。したがって、シングルエネルギーシンチレータアレイの構造を大きく変更することなく、つまり、製造コストの大きな増大が生じることなく、デュアルエネルギーシンチレータアレイを製造することができる。また、本開示のシンチレータアレイ101によれば、複数のエネルギーの放射線を同時に、または、切り替えて照射することなく、2つの異なるエネルギー帯域で放射線を検出することができる。したがって、本開示のシンチレータアレイ101を備えた放射線コンピュータ断層撮影装置において、放射線源の数を1つにしたり、放射線源の制御を簡単にすることができる。
In the
(第2の実施形態)
図2(a)は本実施形態のシンチレータアレイ102の平面図であり、図2(b)は、図2(a)の2B−2B線におけるシンチレータアレイ102の断面図である。シンチレータアレイ102は単位セルUが3つのシンチレータ素子を含む点で、第1の実施形態のシンチレータアレイ101と異なる。
Second Embodiment
Fig.2 (a) is a top view of the
図2(a)に示すように、複数のシンチレータ素子11は、複数の第1シンチレータ素子11A、複数の第2シンチレータ素子11Bおよび複数の第3シンチレータ素子11Cを含む。単位セルUは、複数の第1シンチレータ素子11Aの1つ、複数の第2シンチレータ素子11Bの1つおよび複数の第3シンチレータ素子11Cの1つを含んでおり、本実施形態では、各単位セルUにおいて、第1シンチレータ素子11A、第2シンチレータ素子11Bおよび第3シンチレータ素子11Cは、x方向に配列されている。
As shown in FIG. 2A, the plurality of
複数の放射線フィルター部21は、複数の第1放射線フィルター部21Bおよび複数の第2放射線フィルター部21Cを含む。各単位セルUにおいて、複数の第1放射線フィルター部21Bのうちの1つおよび複数の第2放射線フィルター部21Cのうちの1つが、第2シンチレータ素子11Bの第1面11aの上方および第3シンチレータ素子11Cの第1面11aの上方にそれぞれ選択的に配置されている。本実施形態では、複数の第1放射線フィルター部21Bおよび複数の第2放射線フィルター部21Cは複数のシンチレータ素子11の第1面11aを覆う反射部材31上に配置されている。
The plurality of
第2放射線フィルター部21Cは第2放射線吸収特性を有する。第2放射線フィルター部21Cは入射する放射線のうち、一部のエネルギー成分を選択的に吸収して減衰させ、他の成分を透過させる。第1放射線フィルター部21Bと同様、第2放射線フィルター部21Cは、より具体的には、Mg、Al、Ti、Sn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Ag、Ta、W、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を含む金属板または、これらの少なくとも1種の元素の金属粉末が分散した樹脂層を有する。金属板の厚さは、例えば、数百μmから数mm程度である。
The second
第2放射線吸収特性は第1放射線吸収特性と異なっている。このため、第1放射線フィルター部21Bに含まれる金属板を構成する元素と第2放射線フィルター部21Cに含まれる金属板を構成する元素とは異なる。あるいは、第2放射線フィルター部21Cの金属板が第1放射線フィルター部21Bの金属板と同じ元素で構成される場合、金属板の厚さが異なることによって、2つのフィルター部の放射線吸収特性が異なる。
The second radiation absorption characteristic is different from the first radiation absorption characteristic. For this reason, the element which comprises the metal plate contained in 1st
好ましくは第1放射線フィルター部21Bに含まれる金属板は、上記元素のうち、相対的に比重が小さい第1金属、および、相対的に比重が大きい第2金属の一方によって構成され、第2放射線フィルター部21Cに含まれる金属板は、上記第1金属および第2金属の他方によって構成されている。上記元素のうち、相対的に比重が小さい第1金属は、例えば、Mg、Al、Ti、Sn、Fe、Co、NiおよびCuであり、相対的に比重が大きい第2金属は、Mo、Ag、Ta、W、PtおよびAuである。例えば、第1放射線フィルター部21Bは、Mg、Al、Ti、Sn、Fe、Co、NiおよびCuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素からなる第1金属板を含み、第2放射線フィルター部21Cは、Mo、Ag、Ta、W、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素からなる第2金属板を含む。
Preferably, the metal plate included in the first
あるいは、第1放射線フィルター部21Bに含まれる金属板および第2放射線フィルター部21Cに含まれる金属板は、上述した第1金属から選ばれる異なる2つの元素によってそれぞれ構成されていてもよいし、第2金属から選ばれる異なる2つの元素によって、それぞれ構成されていてもよい。
Alternatively, the metal plate included in the first
第1の実施形態と同様、複数の第2放射線フィルター部21Cに含まれる金属板はy方向に互いに接続されており、複数の第3シンチレータ素子11Cの第1面11aの上方に位置する第2放射線フィルター板22Cを構成している。第2放射線フィルター板22Cは例えば、第3シンチレータ素子11Cの第1面11aの上方に位置する反射部材31の表面31aに接着剤等によって固定されている。同じ部材については、例えば図1と同じ符号を用いる。
Similar to the first embodiment, the metal plates included in the plurality of second
シンチレータアレイ102の入射面102aに放射線、例えば、X線が入射すると、単位セルUには同じエネルギー分布のX線が入射し、反射部材31でのX線の減衰を考慮しなければ、第1シンチレータ素子11Aの第1面11aには、単位セルUに入射するX線と同じエネルギー分布のX線が入射する。一方、第2シンチレータ素子11Bの第1面11aには、第1放射線フィルター部21Bを透過し、一部のエネルギー帯域の成分が減衰したX線が入射する。また、第3シンチレータ素子11Cの第1面11aには、第2放射線フィルター部21Cを透過し、第2シンチレータ素子11Bの第1面11aに入射するX線とは異なるエネルギー帯域の成分が減衰したX線が入射する。したがって、異なるエネルギーのX線を第1シンチレータ素子11A、第2シンチレータ素子11Bおよび第3シンチレータ素子11Cで同時に検出することが可能である。
When radiation, for example, X-rays, enter the
本実施形態では、単位セルUは3つのシンチレータ素子11を含む。単位セルUを1つの画素として画像処理を行うことによって、マルチエネルギーシンチレータアレイを実現することができる。また、第1の実施形態で説明したように、x方向における画素数をシンチレータ素子11の数と同じにするために、画像処理の際、補間によってデータを生成してもよい。
In the present embodiment, the unit cell U includes three
(第3の実施形態)
図3(a)は本実施形態のシンチレータアレイ103の平面図であり、図3(b)および図3(c)は、図3(a)の3B−3B線および3C−3C線におけるシンチレータアレイ103の断面図である。シンチレータアレイ103は単位セルUが4つのシンチレータ素子を含む点で、第1の実施形態のシンチレータアレイ101と異なる。
Third Embodiment
Fig.3 (a) is a top view of the
図3(a)に示すように、複数のシンチレータ素子11は、複数の第1シンチレータ素子11A、複数の第2シンチレータ素子11B、複数の第3シンチレータ素子11Cおよび複数の第4シンチレータ素子11Dを含む。単位セルUは、複数の第1シンチレータ素子11Aの1つ、複数の第2シンチレータ素子11Bの1つ、複数の第3シンチレータ素子11Cの1つおよび複数の第4シンチレータ素子11Dの1つを含んでいる。本実施形態では、各単位セルUにおいて、第1シンチレータ素子11Aおよび第2シンチレータ素子11Bはx方向に配列されている。また、第3シンチレータ素子11Cおよび第4シンチレータ素子11Dはx方向に配列されており、かつ、第1シンチレータ素子11Aおよび第2シンチレータ素子11Bとy方向においてそれぞれ隣接している。
As shown in FIG. 3A, the plurality of
複数の放射線フィルター部21は、複数の第1放射線フィルター部21B、複数の第2放射線フィルター部21Cおよび複数の第3放射線フィルター部21Dを含む。各単位セルUにおいて、複数の第1放射線フィルター部21Bのうちの1つ、複数の第2放射線フィルター部21Cのうちの1つおよび複数の第3放射線フィルター部21Dのうちの1つが、第2シンチレータ素子11Bの第1面11aの上方、第3シンチレータ素子11Cの第1面11aの上方および、第4シンチレータ素子11Dの第1面11aの上方にそれぞれ選択的に配置されている。本実施形態では、複数の第2放射線フィルター部21Cおよび複数の第3放射線フィルター部21Dは複数のシンチレータ素子11の第1面11aを覆う反射部材31上に配置されている。
The plurality of radiation filters 21 includes a plurality of first radiation filters 21B, a plurality of second radiation filters 21C, and a plurality of third radiation filters 21D. In each unit cell U, one of the plurality of first
第1放射線フィルター部21B、第2放射線フィルター部21Cおよび第3放射線フィルター部21Dは、第1放射線吸収特性、第2放射線吸収特性および第3放射線吸収特性をそれぞれ有する。第1放射線フィルター部21B、第2放射線フィルター部21Cおよび第3放射線フィルター部21Dは、入射する放射線のうち、一部のエネルギー成分を選択的に吸収して減衰させ、他の成分を透過させる。第1放射線フィルター部21B、第2放射線フィルター部21Cおよび第3放射線フィルター部21Dにおいて、吸収されるエネルギー成分およびその割合は、互いに異なっている。第1放射線フィルター部21B、第2放射線フィルター部21Cおよび第3放射線フィルター部21Dは、より具体的には、Mg、Al、Ti、Sn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Ag、Ta、W、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を含む金属板または、これらの少なくとも1種の元素の金属粉末が分散した樹脂層を有する。金属板の厚さは、例えば、数百μmから数mm程度である。
The first
本実施形態では、第1放射線フィルター部21Bは、第1金属板を含み、第2放射線フィルター部21Cは第2金属板を含み、第3放射線フィルター部21Dは、第1金属板および第2金属板を含む。第1金属板は、上記元素のうち、相対的に比重が小さい第1金属、および、相対的に比重が大きい第2金属の一方によって構成され、第2放射線フィルター部21Cに含まれる金属板は、上記第1金属および第2金属の他方によって構成されている。上記元素のうち、相対的に比重が小さい第1金属は、例えば、Mg、Al、Ti、Fe、Sn、Co、NiおよびCuであり、相対的に比重が大きい第2金属は、Mo、Ag、Ta、W、PtおよびAuである。例えば、第1放射線フィルター部21Bは、Mg、Al、Ti、Fe、Sn、Co、NiおよびCuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素からなる第1金属板を含み、第2放射線フィルター部21Cは、Mo、Ag、Ta、W、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素からなる第2金属板を含む。また、第3放射線フィルター部21Dは、これらの元素からなる第1金属板および第2金属板を含む。
In the present embodiment, the first
複数の第1放射線フィルター部21Bに含まれる第1金属板はy方向に互いに接続されており、複数の第2シンチレータ素子11Bの第1面11aの上方および複数の第4シンチレータ素子11Dの第1面11aの上方に位置し、y方向に伸びる短冊状の第1放射線フィルター板22Bを構成している。また、複数の第2放射線フィルター部21Cに含まれる第2金属板はx方向に互いに接続されており、複数の第3シンチレータ素子11Cの第1面11aの上方および複数の第4シンチレータ素子11Dの第1面11aの上方に位置し、x方向に伸びる短冊状の第2放射線フィルター板22Cを構成している。したがって、第4シンチレータ素子11Dの第1面11aの上方では、第1放射線フィルター板22Bおよび第2放射線フィルター板22Cが交差した状態で位置している。図3(b)に示すように本実施形態では、第1放射線フィルター板22Bは、第2シンチレータ素子11Bの第1面11aの上方および第4シンチレータ素子11Dの第1面11aの上方に位置する反射部材31の表面31aに接着剤等によって固定されている。また、図3(c)に示すように本実施形態では、第2放射線フィルター板22Cは、第2シンチレータ素子11Bの第1面11aの上方および第4シンチレータ素子11Dの第1面11aの上方に位置する第1放射線フィルター板22Bに接着剤等によって固定されている。しかし、第2放射線フィルター板22Cが反射部材31の表面31aに固定され、第1放射線フィルター板22Bが、第2放射線フィルター板22Cに固定されていてもよい。
The first metal plates included in the plurality of first
シンチレータアレイ103の入射面103aに放射線、例えば、X線が入射すると、単位セルUには同じエネルギー分布のX線が入射し、反射部材31でのX線の減衰を考慮しなければ、第1シンチレータ素子11Aの第1面11aには、単位セルUに入射するX線と同じエネルギー分布のX線が入射する。一方、第2シンチレータ素子11Bの第1面11aには、第1放射線フィルター部21Bを透過し、一部のエネルギー帯域の成分が減衰したX線が入射する。また、第3シンチレータ素子11Cの第1面11aには、第2放射線フィルター部21Cを透過し、第2シンチレータ素子11Bの第1面11aに入射するX線とは異なるエネルギー帯域の成分が減衰したX線が入射する。第4シンチレータ素子11Dの第1面11aには、第3放射線フィルター部21Dを透過し、第2シンチレータ素子11Bの第1面11aおよび第3シンチレータ素子11Cの第1面11aに入射するX線とは異なるエネルギー帯域の成分が減衰したX線が入射する。したがって、異なるエネルギーのX線を第1シンチレータ素子11A、第2シンチレータ素子11B、第3シンチレータ素子11Cおよび第4シンチレータ素子11Dで同時に検出することが可能である。
When radiation, for example, X-rays, enter the
本実施形態では、単位セルUは4つのシンチレータ素子11を含む。単位セルUを1つの画素として画像処理を行うことによって、マルチエネルギーシンチレータアレイを実現することができる。また、第1の実施形態で説明したように、x方向およびy方向における画素数をシンチレータ素子11の数と同じにするために、画像処理の際、補間によってデータを生成してもよい。
In the present embodiment, the unit cell U includes four
また本実施形態では、第3放射線フィルター部21Dは、第1金属板および第2金属板を含んでいるが、第1金属板および第2金属板とは異なる元素によって構成される第3金属板を含んでいてもよい。この場合には、第1放射線フィルター部21Bの第1金属板および第2放射線フィルター部21Cの第2金属板は隣接する素子上の金属板と接続されていない矩形形状を有していることが好ましい。
Further, in the present embodiment, the third
(第4の実施形態)
図4(a)は本実施形態のシンチレータアレイ104の平面図であり、図4(b)および図4(c)は、図4(a)の4B−4B線および4C−4C線におけるシンチレータアレイ104の断面図である。シンチレータアレイ104は単位セルUが6つのシンチレータ素子を含む点で、第1の実施形態のシンチレータアレイ101と異なる。第1シンチレータ素子11Aから第4シンチレータ素子11Dおよび第1放射線フィルター部21Bから第3放射線フィルター部21Dの位置および構造は、例えば第3の実施形態のシンチレータアレイ103と同じである。以下、特に、シンチレータアレイ103と異なる点を説明する。
Fourth Embodiment
FIG. 4 (a) is a plan view of the
図4(a)に示すように、複数のシンチレータ素子11は、複数の第5シンチレータ素子11Eおよび複数の第6シンチレータ素子11Fを更に含む。また、単位セルUは、複数の第5シンチレータ素子11Eの1つおよび複数の第6シンチレータ素子11Fの1つをさらに含んでいる。本実施形態では、各単位セルUにおいて、第5シンチレータ素子11Eおよび第6シンチレータ素子11Fは、y方向に配列されており、第2シンチレータ素子11Bおよび第4シンチレータ素子11Dとx方向においてそれぞれ隣接している。
As shown in FIG. 4A, the plurality of
複数の放射線フィルター部21は、複数の第4放射線フィルター部21Eおよび複数の第5放射線フィルター部21Fをさらに含む。各単位セルUにおいて、複数の第4放射線フィルター部21Eのうちの1つおよび複数の第5放射線フィルター部21Fのうちの1つが、第5シンチレータ素子11Eの第1面11aの上方および第6シンチレータ素子11Fの第1面11aの上方にそれぞれ選択的に配置されている。本実施形態では、複数の第4放射線フィルター部21Eおよび複数の第5放射線フィルター部21Fは複数のシンチレータ素子11の第1面11aを覆う反射部材31上に配置されている。
The plurality of
第4放射線フィルター部21Eおよび第5放射線フィルター部21Fは、第4放射線吸収特性および第5放射線吸収特性をそれぞれ有する。第4放射線フィルター部21Eおよび第5放射線フィルター部21Fは、入射する放射線のうち、一部のエネルギー成分を選択的に吸収して減衰させ、他の成分を透過させる。第1放射線フィルター部21Bから第5放射線フィルター部21Fにおいて、吸収されるエネルギー成分およびその割合は、互いに異なっている。
The fourth
第4放射線フィルター部21Eおよび第5放射線フィルター部21Fも、Al、Ti、Fe、Co、Ni、Ag、Sn、Ta、W、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を含む金属板または、これらの少なくとも1種の元素の金属粉末が分散した樹脂層を有する。金属板の厚さは、例えば、数百μmから数mm程度である。
The fourth
本実施形態では、第4放射線フィルター部21Eは、第4金属板を含む。第4金属板は上記元素のうち、相対的に比重が小さい第1金属、および、相対的に比重が大きい第2金属の一方によって構成される。好ましくは、第4金属板は第1金属板および第2金属板とは異なる元素によって構成されている。第5放射線フィルター部21Fは、第2金属板および第4金属板を含む。
In the present embodiment, the fourth
複数の第4放射線フィルター部21Eに含まれる第4金属板はy方向に互いに接続されており、複数の第5シンチレータ素子11Eの第1面11aの上方および複数の第6シンチレータ素子11Fの第1面11aの上方に位置し、y方向に伸びる短冊状の第4放射線フィルター板22Eを構成している。第6シンチレータ素子11Fの第1面11aの上方では、第2放射線フィルター板22Cおよび第4放射線フィルター板22Eが交差した状態で位置している。図4(b)に示すように本実施形態では、第4放射線フィルター板22Eは、第5シンチレータ素子11Eの第1面11aの上方および第6シンチレータ素子11Fの第1面11aの上方に位置する反射部材31の表面31aに接着剤等によって固定されている。また、図4(c)に示すように本実施形態では、第2放射線フィルター板22Cは、第1放射線フィルター板22Bおよび第4放射線フィルター板22Eに接着剤等によって固定されている。しかし、第4放射線フィルター板22Eが反射部材31の表面31aに固定され、第1放射線フィルター板22Bおよび第4放射線フィルター板22Eが、第2放射線フィルター板22Cに固定されていてもよい。
The fourth metal plates included in the plurality of fourth
シンチレータアレイ104の入射面104aに放射線、例えば、X線が入射すると、単位セルUには同じエネルギー分布のX線が入射し、反射部材31でのX線の減衰を考慮しなければ、第1シンチレータ素子11Aの第1面11aには、単位セルUに入射するX線と同じエネルギー分布のX線が入射する。一方、第2シンチレータ素子11Bの第1面11aから第6シンチレータ素子11Fには、第1放射線フィルター部21Bから第5放射線フィルター部21Fを透過し、一部のエネルギー帯域の成分が減衰したX線が入射する。したがって、異なるエネルギーのX線を第1シンチレータ素子11Aから第6シンチレータ素子11Fで同時に検出することが可能である。
When radiation, for example, X-rays, enter the
本実施形態では、単位セルUは6つのシンチレータ素子11を含む。単位セルUを1つの画素として画像処理を行うことによって、マルチエネルギーシンチレータアレイを実現することができる。また、第2の実施形態で説明したように、x方向およびy方向における画素数をシンチレータ素子11の数と同じにするために、画像処理の際、補間によってデータを生成してもよい。
In the present embodiment, the unit cell U includes six
また本実施形態では、第5放射線フィルター部21Fは、第2金属板および第4金属板を含んでいるが、第2金属板および第4金属板とは異なる元素によって構成される第5金属板を含んでいてもよい。この場合には、第1放射線フィルター部21Bの第1金属板、第2放射線フィルター部21Cの第2金属板および第4放射線フィルター部21Eの第4金属板は隣接する素子上の金属板と接続されていない矩形形状を有していることが好ましい。
In the present embodiment, the fifth
(第5の実施形態)
図5(a)は本実施形態のシンチレータアレイ105の平面図であり、図5(b)、図5(c)および図5(d)は、図5(a)の5B−5B線、5C−5C線および5D−5D線におけるシンチレータアレイ105の断面図である。
Fifth Embodiment
5 (a) is a plan view of the
シンチレータアレイ105は単位セルUが9つのシンチレータ素子を含む点で、第4の実施形態のシンチレータアレイ104と異なる。第1シンチレータ素子11Aから第6シンチレータ素子11Fおよび第1放射線フィルター部21Bから第5放射線フィルター部21Fの位置および構造は、例えば第4の実施形態のシンチレータアレイ104と同じである。以下、特に、シンチレータアレイ104と異なる点を説明する。
The
図5(a)に示すように、複数のシンチレータ素子11は、複数の第7シンチレータ素子11G、複数の第8シンチレータ素子11Hおよび複数の第9シンチレータ素子11Iを更に含む。また、単位セルUは、複数の第7シンチレータ素子11Gの1つ、複数の第8シンチレータ素子11Hの1つおよび複数の第9シンチレータ素子11Iの1つをさらに含んでいる。本実施形態では、各単位セルUにおいて、第7シンチレータ素子11G、第8シンチレータ素子11Hおよび第9シンチレータ素子11Iは、x方向に配列されており、第3シンチレータ素子11C、第4シンチレータ素子11Dおよび第6シンチレータ素子11Fとy方向においてそれぞれ隣接している。
As shown in FIG. 5A, the plurality of
複数の放射線フィルター部21は、複数の第6放射線フィルター部21G、複数の第7放射線フィルター部21H、および複数の第8放射線フィルター部21Iをさらに含む。各単位セルUにおいて、複数の第6放射線フィルター部21Gのうちの1つ、複数の第7放射線フィルター部21Hのうちの1つおよび複数の第8放射線フィルター部21Iのうちの1つが、第7シンチレータ素子11Gの第1面11aの上方、第8シンチレータ素子11Hの第1面11aの上方および第9シンチレータ素子11Iの第1面11aの上方にそれぞれ選択的に配置されている。本実施形態では、複数の第6放射線フィルター部21G、複数の第7放射線フィルター部21H、および複数の第8放射線フィルター部21Iは、複数のシンチレータ素子11の第1面11aを覆う反射部材31上に配置されている。
The plurality of radiation filters 21 further include a plurality of sixth radiation filters 21G, a plurality of seventh radiation filters 21H, and a plurality of eighth radiation filters 21I. In each unit cell U, one of the plurality of sixth
第6放射線フィルター部21G、第7放射線フィルター部21Hおよび第8放射線フィルター部21Iは、第6放射線吸収特性、第7放射線吸収特性および第8放射線吸収特性をそれぞれ有する。第6放射線フィルター部21G、第7放射線フィルター部21Hおよび第8放射線フィルター部21Iは、入射する放射線のうち、一部のエネルギー成分を選択的に吸収して減衰させ、他の成分を透過させる。第1放射線フィルター部21Bから第8放射線フィルター部21Iにおいて、吸収されるエネルギー成分およびその割合は、互いに異なっている。
The sixth
第6放射線フィルター部21G、第7放射線フィルター部21Hおよび第8放射線フィルター部21Iも、Mg、Al、Ti、Fe、Sn、Co、Ni、Cu、Mo、Ag、Ta、W、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素を含む金属板または、これらの少なくとも1種の元素の金属粉末が分散した樹脂層を有する。金属板の厚さは、例えば、数百μmから数mm程度である。
The sixth
本実施形態では、第6放射線フィルター部21Gは、第6金属板を含む。第6金属板は上記元素のうち、相対的に比重が小さい第1金属、および、相対的に比重が大きい第2金属の一方によって構成される。好ましくは、第6金属板は、第1金属板、第2金属板および第4金属板とは異なる元素によって構成されている。第7放射線フィルター部21Hは、第1金属板および第6金属板を含む。第8放射線フィルター部21Iは、第4金属板および第6金属板を含む。
In the present embodiment, the sixth
複数の第6放射線フィルター部21Gに含まれる第6金属板はx方向に互いに接続されており、複数の第7シンチレータ素子11Gから第9シンチレータ素子11Iの第1面11aの上方に位置し、y方向に伸びる短冊状の第4放射線フィルター板22Eを構成している。第8シンチレータ素子11Hの第1面11aの上方では、第1放射線フィルター板22Bおよび第6放射線フィルター板22Gが交差した状態で位置している。また、第9シンチレータ素子11Iの第1面11aの上方では、第4放射線フィルター板22Eおよび第6放射線フィルター板22Gが交差した状態で位置している。図5(d)に示すように、本実施形態では、第6放射線フィルター板22Gは、第8シンチレータ素子11Hおよび第9シンチレータ素子11Iの第1面11aの上において、第1放射線フィルター板22Bおよび第4放射線フィルター板22Eに接着剤等によって固定されている。しかし、第6放射線フィルター板22Gが反射部材31の表面31aに固定され、第1放射線フィルター板22Bおよび第4放射線フィルター板22Eが、第6放射線フィルター板22Gに固定されていてもよい。
The sixth metal plates included in the plurality of sixth
シンチレータアレイ105の入射面105aに放射線、例えば、X線が入射すると、単位セルUには同じエネルギー分布のX線が入射し、反射部材31でのX線の減衰を考慮しなければ、第1シンチレータ素子11Aの第1面11aには、単位セルUに入射するX線と同じエネルギー分布のX線が入射する。一方、第2シンチレータ素子11Bの第1面11aから第9シンチレータ素子11Iの第1面11aには、第1放射線フィルター部21Bから第8放射線フィルター部21Iを透過し、一部のエネルギー帯域の成分が減衰したX線が入射する。したがって、異なるエネルギーのX線を第1シンチレータ素子11Aから第9シンチレータ素子11Iで同時に検出することが可能である。
When radiation, eg, X-rays, enter the
本実施形態では、単位セルUは9つのシンチレータ素子11を含む。単位セルUを1つの画素として画像処理を行うことによって、マルチエネルギーシンチレータアレイを実現することができる。また、第2の実施形態で説明したように、x方向およびy方向における画素数をシンチレータ素子11の数と同じにするために、画像処理の際、補間によってデータを生成してもよい。
In the present embodiment, a unit cell U includes nine
また本実施形態では、第7放射線フィルター部21Hは、第1金属板および第6金属板を含んでいるが、第1金属板および第6金属板とは異なる元素によって構成される第7金属板を含んでいてもよい。また、第8放射線フィルター部21Iは、第4金属板および第6金属板を含んでいるが、第4金属板および第6金属板とは異なる元素によって構成される第8金属板を含んでいてもよい。この場合には、第1金属板、第2金属板および第6金属板は隣接するシンチレータ素子上の金属板と接続されていない矩形形状を有していることが好ましい。
In the present embodiment, the seventh
(第6の実施形態)
図6(a)は本実施形態のシンチレータアレイ106の平面図であり、図6(b)は、図6(a)の6B−6B線におけるシンチレータアレイ106の断面図である。
Sixth Embodiment
FIG. 6 (a) is a plan view of the
シンチレータアレイ106はコリメータを備えている点で、第1から第5の実施形態のシンチレータアレイ101〜105と異なる。本実施形態では、第2の実施形態のシンチレータアレイ102にコリメータを設ける例を説明するが、他の実施形態のシンチレータにも同様にコリメータを設けることができる。
The
シンチレータアレイ106は、入射面106a側のアレイ部41と、前記アレイ部41の反射部材31上に配置されたコリメータ51とを備える。コリメータ51は、シンチレータ素子11の第1面11aに対して斜めから入射する放射線を抑制することによって、放射線による被写体像の歪みを抑制したり、解像度を高めたりする作用を有する。図6(a)および図6(b)に示す形態では、xz平面において、z軸に対して斜めに入射する放射線を遮断あるいは減衰させる。コリメータ51は、z軸方向に所定の高さを有し、y方向に伸びる複数の遮蔽板52を含む。遮蔽板52は、x方向において隣接する2つのシンチレータ素子11の第1面11aの上方の領域間に配置されている。
第1放射線フィルター板22Bおよび第2放射線フィルター板22Cは、例えば、遮蔽板52の間に配置される。第1放射線フィルター板22Bおよび第2放射線フィルター板22Cは遮蔽板52に固定されていてもよいし、アレイ部41の上面41aに固定されていてもよい。
The
The first
図7(a)は本実施形態の他の形態であるシンチレータアレイ106’の平面図であり、図7(b)は、図7(a)の7B−7B線におけるシンチレータアレイ106’の断面図である。図7(a)および図7(b)に示すシンチレータアレイ106’は、アレイ部41と、前記アレイ部41の反射部材31上に配置されたコリメータ51’とを備える。コリメータ51’は、各シンチレータ素子11の第1面11aの上方を囲うグリッド形状を有する。これにより、コリメータ51’は、xz平面およびyz平面において、z軸に対して斜めに入射する放射線を遮断あるいは減衰させる。シンチレータアレイ106’が、コリメータ51’を備える場合には、第1放射線フィルター板22Bおよび第2放射線フィルター板22Cは、短冊形状を有さず、グリッドに対応した矩形形状を有している、第1放射線フィルター片22B’および第2放射線フィルター片22C’を用いることが好ましい。
FIG. 7A is a plan view of a scintillator array 106 'according to another embodiment of the present embodiment, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the scintillator array 106' taken along
コリメータ51’を備えることによって、放射線による被写体像の歪みをより抑制したり、解像度を高めたりすることが可能となる。
By providing the
なお、本実施形態では、第1から第5の実施形態のシンチレータアレイ101〜105にコリメータ51または51’を設ける形態を説明したが、第1から第5の実施形態のシンチレータアレイ101〜105のアレイ部41に、放射線フィルター付きのコリメータを設けることによって、シンチレータアレイを構成してもよい。つまり、上述したように、コリメータ51または51’に複数の放射線フィルター部が設けられた放射線フィルター付きコリメータと、複数のシンチレータ素子を含むアレイ部とによって、シンチレータアレイを構成してもよい。
In the present embodiment, although the embodiments in which the
図6(c)は、複数のシンチレータ素子11を含むアレイ部41の入射面である上面41aに配置される放射線フィルター付きコリメータ110の平面図を示す。図6(b)は、シンチレータアレイ106の断面図であるが、アレイ部41に配置された放射線フィルター付きコリメータ110の断面も示している。放射線フィルター付きコリメータ110は、コリメータ51と複数の放射線フィルター部21とを含む。
FIG. 6C shows a plan view of the radiation filter-equipped
コリメータ51は、複数の遮蔽板52を備える。遮蔽板52は、上述したように、z軸方向、つまり、上面41a(入射面)に垂直な方向に所定の高さを有しており、上面41a上において、1次元または2次元に配列された複数のコリメート空間53を形成している。コリメート空間53は少なくともxy平面における少なくとも1方向において、遮蔽板52によって規定され、z軸に対して斜めの方向からコリメート空間に入射する放射線を遮蔽板52が吸収または減衰させる。放射線がコリメート空間53を通過することによって、上面41aに対して斜めに入射する成分が減少した放射線が得られる。図6(c)に示す例では、複数のコリメート空間53はy軸方向に伸びる短冊形状を有し、x軸方向に配列されている。各遮蔽板52のy軸方向の両端は、図示しない支持部材などによって、保持されていてもよい。
The
複数のコリメート空間53は、複数の第1コリメート空間53Aと、複数の第2コリメート空間53Bと複数の第3コリメート空間53Cとを含む。各第1コリメート空間53A、第2コリメート空間53Bおよび第3コリメート空間53Cは、x方向に、この順で繰り返し配置されている。
The plurality of
複数の放射線フィルター部21は、本実施形態では、複数の第1放射線フィルター部21Bおよび複数の第2放射線フィルター部21Cを含む。複数の第1放射線フィルター部21Bおよび複数の第2放射線フィルター部21Cは、それぞれ、複数の第2コリメート空間53Bおよび複数の第3コリメート空間53Cにそれぞれ配置されている。具体的には、複数の第1放射線フィルター板22Bおよび複数の第2放射線フィルター板22Cが、複数の第2コリメート空間53Bおよび複数の第3コリメート空間53Cにそれぞれ配置されている。複数の第1コリメート空間53Aには放射線フィルター部は配置されていない。
The plurality of
放射線フィルター付きコリメータ110の複数の第1コリメート空間53A、複数の第2コリメート空間53Bおよび複数の第3コリメート空間53Cが、x軸方向に配列された第1シンチレータ素子11A、第2シンチレータ素子11Bおよび第3シンチレータ素子11Cと一致するように、放射線フィルター付きコリメータ110をアレイ部41の上面41aに配置することによって、シンチレータアレイ106を構成することができる。
A
図7(c)は、図7(a)および(b)に示すシンチレータアレイ106’に用いる放射線フィルター付きコリメータ111の平面図を示す。
FIG. 7 (c) shows a plan view of a radiation filter equipped
コリメータ51’は、複数の遮蔽板を備える。複数の遮蔽板は、複数の矩形形状を有するコリメート空間がx軸方向およびy軸方向の2次元に配列されたグリッドを構成している。グリッドを構成する限り、遮蔽板は、どのように配置されていてもよい。例えば、コリメータ51’は、y方向に伸び、x軸方向に配列された複数の遮蔽板52と、複数の遮蔽板52の間に配置された遮蔽板52’とを含み、遮蔽板52、52’によってグリッドを構成してもよい。
The collimator 51 'comprises a plurality of shielding plates. The plurality of shielding plates constitute a grid in which collimated spaces having a plurality of rectangular shapes are two-dimensionally arranged in the x-axis direction and the y-axis direction. The shielding plates may be arranged in any way as long as they constitute a grid. For example, the
遮蔽板52、52’は、z軸方向に所定の高さを有しており、上面41a上において、矩形形状を有し、2次元に配列された複数のコリメート空間53を形成している。
The shielding
複数のコリメート空間53は、本実施形態では、複数の第1コリメート空間53Aと、複数の第2コリメート空間53Bと、複数の第3コリメート空間53Cとを含む。複数の第1コリメート空間53A、複数の第2コリメート空間53Bおよび複数の第3コリメート空間53Cは、それぞれy軸方向に列をなすように配列されており、第1コリメート空間53Aの列、第2コリメート空間53Bの列および第3コリメート空間53Cの列がx軸方向に配列されている。
In the present embodiment, the plurality of
複数の放射線フィルター部21は、本実施形態では、複数の第1放射線フィルター部21Bおよび複数の第2放射線フィルター部21Cを含む。複数の第1放射線フィルター部21Bおよび複数の第2放射線フィルター部21Cは、それぞれ、複数の第2コリメート空間53Bおよび複数の第3コリメート空間53Cにそれぞれ配置されている。複数の第1コリメート空間53Aには放射線フィルター部は配置されていない。
The plurality of
放射線フィルター付きコリメータ111の複数の第1コリメート空間53A、複数の第2コリメート空間53Bおよび複数の第3コリメート空間53Cが、y軸方向に配列された第1シンチレータ素子11A、第2シンチレータ素子11Bおよび第3シンチレータ素子11Cと一致するように、放射線フィルター付きコリメータ111をアレイ部41の上面41aに配置することによって、シンチレータアレイ106’を構成することができる。
A
本実施形態では、第2の実施形態のシンチレータアレイ102に適合した放射線フィルター付きコリメータ111を説明したが、アレイ部41の単位セルを構成するシンチレータ素子の数および配置に応じて、第1から第5の実施形態のシンチレータアレイ101〜105あるいは、その他の構成のシンチレータアレイに適合した放射線フィルター付きコリメータ111を実現することが可能である。
In the present embodiment, the radiation filter attached
(第7の実施形態)
図8(a)は本実施形態のシンチレータアレイ107の平面図であり、図8(b)は、図8(a)の8B−8B線におけるシンチレータアレイ107の断面図である。シンチレータアレイ107は、コリメータ51’の一部が、アレイ部41の反射部材31に埋め込まれている点で第6の実施形態のシンチレータアレイ106と異なる。具体的には、コリメータ51’を構成している遮蔽板52の一部が、アレイ部41の上面41aに設けられた溝41cに挿入されている。この構造によって、コリメータ51とアレイ部41との位置合わせが容易になる。
Seventh Embodiment
FIG. 8A is a plan view of the
(第8の実施形態)
図9(a)は本実施形態の放射線検出器108の平面図であり、図9(b)は、図9(a)の9B−9B線における放射線検出器108の断面図である。放射線検出器108は、第1から第7の実施形態のいずれかのシンチレータアレイと、複数の光検出素子とを含む。図9(a)および図9(b)では、放射線検出器108は、第6の実施形態のシンチレータアレイ106’と複数の光検出素子61とを含む。光検出素子61は、入射する光を電気信号に変換する光電変換素子であり、例えば、シリコンフォトダイオード等のフォトダイオードであってもよいし、フォトンカウンターであってもよい。
Eighth Embodiment
Fig.9 (a) is a top view of the
複数の光検出素子61は、シンチレータアレイ106’のシンチレータ素子11の第2面11bに対向して配置されている。例えば、各シンチレータ素子11の第2面11bが光検出素子61の受光面61aと対向し、かつ、接するように、複数の光検出素子61は、シンチレータ素子11とxy平面のx方向およびy方向に同じ配列ピッチで配置されている。
The plurality of
放射線検出器108によれば、シンチレータアレイの各シンチレータ素子の蛍光強度を電気信号に変換することによって、異なるエネルギーの放射線を同時に検出することが可能である。
The
また、この放射線検出器108と、放射線源と、放射線検出器108から出力される検出信号を処理する制御ユニットとを備えた放射線コンピュータ断層撮影装置によれば、放射線源から出射する放射線は1種類であっても、異なるエネルギー帯域で被検体を透過した放射線を同時に検出することができる。
Further, according to a radiation computed tomography apparatus provided with the
なお、上記実施形態において単位セルU内の第1シンチレータ素子11Aから第9シンチレータ素子11Iの配置は、一例であって、他の配列でシンチレータ素子を配置してもよい。例えば、第2の実施形態のシンチレータアレイ102の単位ユニット内のx方向において、3つのシンチレータ素子は、第2シンチレータ素子11B、第3シンチレータ素子11C、第1シンチレータ素子11Aの順、第3シンチレータ素子11C、第1シンチレータ素子11A、第2シンチレータ素子11B、の順、または、第1シンチレータ素子11A、第3シンチレータ素子11C、第2シンチレータ素子11Bの順で配置されていてもよい。y方向におけるシンチレータ素子の配列も同様であり、上記実施形態に限られない。
The arrangement of the
(実験例)
放射線としてX線を用い、金属板を透過することによるX線のエネルギー分布の変化を調べた。元素の密度および質量吸収係数を用いて、厚さ1mm、3mmおよび5mmのAl板並びに厚さ1mmおよび3mmのCu板を透過させたX線のエネルギー分布をシミュレーションによって求めた。
(Experimental example)
Using X-rays as radiation, changes in the energy distribution of X-rays due to transmission through a metal plate were investigated. The energy distribution of X-rays transmitted through 1 mm, 3 mm and 5 mm thick Al plates and 1 mm and 3 mm thick Cu plates was determined by simulation using the density and mass absorption coefficient of the elements.
図10にAl板の結果を示し図11にCu板の結果を示す。比較のために、金属板を透過させないで検出したX線のエネルギー分布(図中の「なし」に相当する分布)を合わせて示している。 FIG. 10 shows the result of the Al plate, and FIG. 11 shows the result of the Cu plate. For comparison, the energy distribution of X-rays detected without being transmitted through the metal plate (distribution corresponding to "none" in the figure) is also shown.
図10に示すように、Al板は、特に20〜60keVのエネルギー帯域でX線を吸収し減衰させる。また、Al板の厚さによって、X線の吸収量が異なるため、厚さの異なるAl板を透過したX線のピーク波長がシフトしている。図11に示すように、CuはAlよりも重い元素であるため、Cu板はAl板よりもX線を吸収し、減衰させることが分かる。 As shown in FIG. 10, the Al plate absorbs and attenuates X-rays, particularly in the energy band of 20 to 60 keV. Further, since the amount of absorption of X-rays varies depending on the thickness of the Al plate, the peak wavelength of X-rays transmitted through the Al plate having different thicknesses is shifted. As shown in FIG. 11, since Cu is an element heavier than Al, it can be seen that the Cu plate absorbs and attenuates X-rays more than the Al plate.
図12は、元素の異なる金属板を透過したX線のエネルギー分布のシミュレーション結果を示す。厚さ3mmのAl板、厚さ1mmのCu板、厚さ0.1mmのTa板および厚さ3mmのBe板を用いた。各元素のスペクトルは最大値に対する相対的な分布を示している。このため、異なる元素間におけるエネルギー分布の強度は正しく示されていない。図12から分かるように、元素の種類によって、吸収されるエネルギー帯域が異なることが分かる。 FIG. 12 shows a simulation result of the energy distribution of X-rays transmitted through the metal plate different in element. A 3 mm thick Al plate, a 1 mm thick Cu plate, a 0.1 mm thick Ta plate and a 3 mm thick Be plate were used. The spectrum of each element shows the relative distribution to the maximum value. For this reason, the intensity of the energy distribution between different elements is not shown correctly. As can be seen from FIG. 12, it can be seen that the energy bands absorbed differ depending on the type of element.
したがって、本開示のシンチレータアレイを用いることによって、同一画素において、同時に放射線をエネルギー分別して検出することが可能であることが分かる。 Therefore, it can be seen that, by using the scintillator array of the present disclosure, it is possible to simultaneously detect energy in the same pixel at different times.
本開示のシンチレータアレイおよび放射線検出器は、医療用および産業用の放射線撮影装置に好適に用いることが可能である。 The scintillator array and radiation detector of the present disclosure can be suitably used in medical and industrial radiography apparatuses.
11 シンチレータ素子
11A 第1シンチレータ素子
11B 第2シンチレータ素子
11C 第3シンチレータ素子
11D 第4シンチレータ素子
11E 第5シンチレータ素子
11F 第6シンチレータ素子
11G 第7シンチレータ素子
11H 第8シンチレータ素子
11I 第9シンチレータ素子
11a 第1面
11b 第2面
21 放射線フィルター部
21B 第1放射線フィルター部
21C 第2放射線フィルター部
21D 第3放射線フィルター部
21E 第4放射線フィルター部
21F 第5放射線フィルター部
21G 第6放射線フィルター部
21H 第7放射線フィルター部
21I 第8放射線フィルター部
22B 第1放射線フィルター板
22B’ 第1放射線フィルター片
22C 第2放射線フィルター板
22C’ 第2放射線フィルター片
22E 第4放射線フィルター板
22G 第6放射線フィルター板
31 反射部材
31a 表面
41 アレイ部
41a 上面
41c 溝
51、51’ コリメータ
52 遮蔽板
53、53A〜53C コリメート空間
61 光検出素子
61a 受光面
101〜106、106’、107 シンチレータアレイ
101a〜106a 入射面
108 放射線検出器
11
Claims (22)
互いに反対側に位置する第1面および第2面を有する複数のシンチレータ素子と、
複数の放射線フィルター部と
を備え、
前記複数のシンチレータ素子は、複数の第1シンチレータ素子および複数の第2シンチレータ素子を含み、
前記複数の放射線フィルター部は、第1放射線吸収特性を有する複数の第1放射線フィルター部を含み、
各単位セルは、
前記複数の第1シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第2シンチレータ素子の1つと、
前記複数の第1放射線フィルター部の1つと、
を含み、
各単位セルにおいて、前記複数の第1放射線フィルター部の1つは、前記複数の第2シンチレータ素子の1つの前記第1面の上方に選択的に配置されている、シンチレータアレイ。 A scintillator array comprising a plurality of unit cells arranged in one or two dimensions, the scintillator array comprising:
A plurality of scintillator elements having first and second surfaces opposite to each other;
Equipped with multiple radiation filters,
The plurality of scintillator elements include a plurality of first scintillator elements and a plurality of second scintillator elements,
The plurality of radiation filter units include a plurality of first radiation filter units having a first radiation absorption characteristic,
Each unit cell is
One of the plurality of first scintillator elements and one of the plurality of second scintillator elements;
One of the plurality of first radiation filter units,
Including
In each unit cell, one of the plurality of first radiation filter portions is selectively disposed above the first surface of one of the plurality of second scintillator elements.
各単位セルにおいて、前記複数の第1シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第2シンチレータ素子の1つは前記第1方向に配列されている、請求項1に記載のシンチレータアレイ。 The plurality of unit cells are two-dimensionally arranged in a first direction and a second direction different from the first direction,
The scintillator array according to claim 1, wherein in each unit cell, one of the plurality of first scintillator elements and one of the plurality of second scintillator elements are arranged in the first direction.
前記複数の放射線フィルター部は、第2放射線吸収特性を有する複数の第2放射線フィルター部をさらに含み、
各単位セルは、前記複数の第3シンチレータ素子の1つと、前記複数の第2放射線フィルター部の1つとをさらに含み、
各単位セルにおいて、前記複数の第2放射線フィルター部の1つは、前記複数の第3シンチレータ素子の1つの前記第1面の上方に選択的に配置されている、請求項1に記載のシンチレータアレイ。 The plurality of scintillator elements further include a plurality of third scintillator elements,
The plurality of radiation filter units further include a plurality of second radiation filter units having a second radiation absorption characteristic,
Each unit cell further includes one of the plurality of third scintillator elements and one of the plurality of second radiation filter units,
2. The scintillator according to claim 1, wherein in each unit cell, one of the plurality of second radiation filter portions is selectively disposed above the first surface of one of the plurality of third scintillator elements. array.
各単位セルにおいて、前記複数の第1シンチレータ素子の1つ、前記複数の第2シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第3シンチレータ素子の1つは前記第1方向に配列されている、請求項3に記載のシンチレータアレイ。 The plurality of unit cells are two-dimensionally arranged in a first direction and a second direction different from the first direction,
In each unit cell, one of the plurality of first scintillator elements, one of the plurality of second scintillator elements, and one of the plurality of third scintillator elements are arranged in the first direction. The scintillator array according to 3.
前記複数の放射線フィルター部は、第3放射線吸収特性を有する複数の第3放射線フィルター部をさらに含み、
前記各単位セルは、前記複数の第4シンチレータ素子の1つと、前記複数の第3放射線フィルター部の1つとをさらに含み、
各単位セルにおいて、前記複数の第3放射線フィルター部の1つは、前記複数の第4シンチレータ素子の1つの前記第1面の上方に選択的に配置されている、請求項3に記載のシンチレータアレイ。 The plurality of scintillator elements further include a plurality of fourth scintillator elements,
The plurality of radiation filter units further include a plurality of third radiation filter units having a third radiation absorption characteristic,
Each unit cell further includes one of the plurality of fourth scintillator elements and one of the plurality of third radiation filter units,
The scintillator according to claim 3, wherein in each unit cell, one of the plurality of third radiation filter portions is selectively disposed above the first surface of one of the plurality of fourth scintillator elements. array.
各単位セルにおいて、
前記複数の第1シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第2シンチレータ素子の1つは、前記第1方向に配列され、かつ、
前記複数の第3シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第4シンチレータ素子の1つは、前記第1方向に配列され、前記複数の第1シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第2シンチレータ素子の1つと前記第2方向においてそれぞれ隣接している、請求項5に記載のシンチレータアレイ。 The plurality of unit cells are two-dimensionally arranged in a first direction and a second direction different from the first direction,
In each unit cell
One of the plurality of first scintillator elements and one of the plurality of second scintillator elements are arranged in the first direction, and
One of the plurality of third scintillator elements and one of the plurality of fourth scintillator elements are arranged in the first direction, and one of the plurality of first scintillator elements and the plurality of second scintillator elements The scintillator array according to claim 5, wherein the scintillator array is adjacent to one in the second direction.
前記複数の放射線フィルター部は、第4放射線吸収特性を有する複数の第4放射線フィルター部および第5放射線吸収特性を有する複数の第5放射線フィルター部をさらに含み、
各単位セルは、前記複数の第5シンチレータ素子の1つと、前記複数の第6シンチレータ素子の1つと、前記複数の第4放射線フィルター部の1つと、前記複数の第5放射線フィルター部の1つとをさらに含み、
各単位セルにおいて、前記複数の第4放射線フィルター部の1つおよび前記複数の第5放射線フィルター部の1つは、前記複数の第5シンチレータ素子の1つの前記複数の第1面の上方、および、第6シンチレータ素子の1つの前記複数の第1面の上方にそれぞれ選択的に配置されており、
各単位セルにおいて、前記複数の第5シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第6シンチレータ素子の1つは前記第2方向に配列され、かつ、前記複数の第5シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第6シンチレータ素子の1つは前記複数の第2シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第4シンチレータ素子の1つと前記第1方向においてそれぞれ隣接している、請求項5に記載のシンチレータアレイ。 The plurality of scintillator elements further include a plurality of fifth scintillator elements and a plurality of sixth scintillator elements,
The plurality of radiation filter units further include a plurality of fourth radiation filter units having a fourth radiation absorption characteristic and a plurality of fifth radiation filter units having a fifth radiation absorption characteristic,
Each unit cell includes one of the plurality of fifth scintillator elements, one of the plurality of sixth scintillator elements, one of the plurality of fourth radiation filter units, and one of the plurality of fifth radiation filter units. Further include
In each unit cell, one of the plurality of fourth radiation filter units and one of the plurality of fifth radiation filter units are located above the plurality of first surfaces of the plurality of fifth scintillator elements, and And 6) selectively disposed above the plurality of first surfaces of one of the sixth scintillator elements,
In each unit cell, one of the plurality of fifth scintillator elements and one of the plurality of sixth scintillator elements are arranged in the second direction, and one of the plurality of fifth scintillator elements and the plurality of The scintillator array according to claim 5, wherein one of the sixth scintillator elements is adjacent to one of the plurality of second scintillator elements and one of the plurality of fourth scintillator elements in the first direction.
前記複数の放射線フィルター部は、第6放射線吸収特性を有する複数の第6放射線フィルター部、第7放射線吸収特性を有する複数の第7放射線フィルター部および第8放射線吸収特性を有する複数の第8放射線フィルター部をさらに含み、
各単位セルは、前記複数の第7シンチレータ素子の1つと、前記複数の第8シンチレータ素子の1つと、前記複数の第9シンチレータ素子の1つと、前記複数の第6放射線フィルター部の1つと、前記複数の第7放射線フィルター部の1つと、前記複数の第7放射線フィルター部の1つとをさらに含み、
各単位セルにおいて、前記複数の第6放射線フィルター部の1つ、前記複数の第7放射線フィルター部の1つ、および、前記複数の第8放射線フィルター部の1つは、前記複数の第7シンチレータ素子の1つの前記第1面の上方、第8シンチレータ素子の1つの前記第1面の上方、および、前記複数の第9シンチレータ素子の1つの前記第1面の上方にそれぞれ選択的に配置されており、
各単位セルにおいて、前記複数の第7シンチレータ素子の1つ、前記複数の第8シンチレータ素子の1つ、および、前記複数の第9シンチレータ素子の1つは、前記第1方向に配列され、かつ、前記複数の第7シンチレータ素子の1つ、前記複数の第8シンチレータ素子の1つ、および、前記複数の第9シンチレータ素子の1つは、前記複数の第3シンチレータ素子の1つ、前記複数の第4シンチレータ素子の1つおよび前記複数の第6シンチレータ素子の1つと前記第2方向においてそれぞれ隣接している、請求項7に記載のシンチレータアレイ。 The plurality of scintillator elements further include a plurality of seventh scintillator elements, a plurality of eighth scintillator elements, and a plurality of ninth scintillator elements.
The plurality of radiation filter units are a plurality of sixth radiation filter units having a sixth radiation absorption characteristic, a plurality of seventh radiation filter units having a seventh radiation absorption characteristic, and a plurality of eighth radiation having an eighth radiation absorption characteristic. Further includes a filter section,
Each unit cell includes one of the plurality of seventh scintillator elements, one of the plurality of eighth scintillator elements, one of the plurality of ninth scintillator elements, and one of the plurality of sixth radiation filter units. And one of the plurality of seventh radiation filter units and one of the plurality of seventh radiation filter units,
In each unit cell, one of the plurality of sixth radiation filter units, one of the plurality of seventh radiation filter units, and one of the plurality of eighth radiation filter units are the plurality of seventh scintillators. Selectively disposed above the first surface of one of the elements, above the first surface of one of the eighth scintillator elements, and above the first surface of one of the ninth scintillator elements. Yes,
In each unit cell, one of the plurality of seventh scintillator elements, one of the plurality of eighth scintillator elements, and one of the plurality of ninth scintillator elements are arranged in the first direction, and And one of the plurality of seventh scintillator elements, one of the plurality of eighth scintillator elements, and one of the plurality of ninth scintillator elements is one or more of the plurality of third scintillator elements. The scintillator array according to claim 7, wherein the scintillator array is adjacent to one of the fourth scintillator elements of claim 1 and one of the plurality of sixth scintillator elements in the second direction, respectively.
前記複数の第2放射線フィルター部のそれぞれは、Mo、Ag、Ta、W、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素からなる第2金属板を含み、
前記複数の第3放射線フィルター部のそれぞれは、Mg、Al、Ti、Fe、Sn、Co、NiおよびCuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素からなる第1金属板と、Mo、Ag、Ta、W、PtおよびAuからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素からなる第2金属板とを含み、
前記複数の第1放射線フィルター部の前記第1金属板および前記複数の第3放射線フィルター部の第1金属板は前記第2の方向において、互いに接続されており、
前記複数の第2放射線フィルター部の前記第2金属板および前記複数の第3放射線フィルター部の第2金属板は前記第1の方向において、互いに接続されている、請求項5から8のいずれかに記載のシンチレータアレイ。 Each of the plurality of first radiation filter parts includes a first metal plate made of at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Fe, Sn, Co, Ni and Cu,
Each of the plurality of second radiation filter parts includes a second metal plate made of at least one element selected from the group consisting of Mo, Ag, Ta, W, Pt and Au,
Each of the plurality of third radiation filter portions includes a first metal plate made of at least one element selected from the group consisting of Mg, Al, Ti, Fe, Sn, Co, Ni and Cu, Mo, Ag, Ta And a second metal plate made of at least one element selected from the group consisting of W, Pt and Au,
The first metal plates of the plurality of first radiation filter portions and the first metal plates of the plurality of third radiation filter portions are connected to each other in the second direction,
The second metal plate of the plurality of second radiation filter portions and the second metal plate of the plurality of third radiation filter portions are connected to each other in the first direction. The scintillator array described in.
前記シンチレータアレイの複数のシンチレータ素子の第2面に対向して配置された複数の光検出素子と、
を備えた放射線検出器。 17. The scintillator array according to any one of claims 1 to 16,
A plurality of light detection elements disposed to face the second surface of the plurality of scintillator elements of the scintillator array;
Radiation detector with.
請求項17の放射線検出器と、
前記放射線源と、前記放射線検出器から出力される検出信号を処理する制御ユニットと
を備えた、放射線コンピュータ断層撮影装置。 A radiation source,
A radiation detector according to claim 17;
A radiation computed tomography apparatus, comprising: the radiation source; and a control unit that processes a detection signal output from the radiation detector.
複数の遮蔽板と、
複数の放射線フィルター部と
を備え、
前記複数の遮蔽板は、前記入射面に垂直な方向に所定の高さを有しており、前記入射面上において、1次元または2次元に配列された複数のコリメート空間を形成しており、
前記複数の放射線フィルター部は、前記複数のコリメート空間の少なくとも一部に選択的に配置され、
前記複数の遮蔽板は、前記放射線を遮断あるいは減衰させ、
前記複数の放射線フィルター部は、所定の放射線吸収特性を有する、放射線フィルター付きコリメータ。 A radiation filter-equipped collimator disposed on an incident surface of an array portion including a plurality of scintillator elements arranged in one or two dimensions,
With multiple shields,
Equipped with multiple radiation filters,
The plurality of shielding plates have a predetermined height in a direction perpendicular to the incident surface, and form a plurality of collimated spaces arranged in one or two dimensions on the incident surface,
The plurality of radiation filter units are selectively disposed in at least a part of the plurality of collimate spaces,
The plurality of shielding plates block or attenuate the radiation,
The collimator with a radiation filter, wherein the plurality of radiation filter parts have predetermined radiation absorption characteristics.
前記複数のコリメート空間は、前記第1方向に交互に配列された複数の第1コリメート空間および複数の第2コリメート空間を含み、
前記複数の放射線フィルター部は、第1放射線吸収特性を有する複数の第1放射線フィルター部を含み、前記複数の第1放射線フィルター部は前記複数の第2コリメート空間にそれぞれ配置されている、請求項19に記載の放射線フィルター付きコリメータ。 The plurality of collimated spaces are arranged in a first direction, and each of the plurality of collimated spaces has a strip shape extending in a second direction different from the first direction,
The plurality of collimating spaces include a plurality of first collimating spaces and a plurality of second collimating spaces alternately arranged in the first direction,
The plurality of radiation filter units includes a plurality of first radiation filter units having a first radiation absorption characteristic, and the plurality of first radiation filter units are respectively disposed in the plurality of second collimate spaces. The collimator with a radiation filter according to 19.
前記複数の放射線フィルター部は、第2放射線吸収特性を有する複数の第2放射線フィルター部を含み、前記複数の第2放射線フィルター部は前記複数の第3コリメート空間にそれぞれ配置されている、請求項20に記載の放射線フィルター付きコリメータ。 The plurality of collimating spaces include a plurality of third collimating spaces,
The plurality of radiation filter units include a plurality of second radiation filter units having a second radiation absorption characteristic, and the plurality of second radiation filter units are respectively disposed in the plurality of third collimated spaces. 20. The collimator with radiation filter according to 20.
前記複数のコリメート空間は、複数の第1コリメート空間、複数の第2コリメート空間、複数の第3コリメート空間および複数の第4コリメート空間を含み、
各第1コリメート空間、第2コリメート空間、第3コリメート空間および第4コリメート空間は前記第1方向および前記第2方向に隣接した2行2列に配列されており、
前記複数の放射線フィルター部は、第1放射線吸収特性を有する複数の第1放射線フィルター部、第2放射線吸収特性を有する複数の第2放射線フィルター部および第3放射線吸収特性を有する複数の第3放射線フィルター部、を含み、
前記複数の第1放射線フィルター部は前記複数の第2コリメート空間にそれぞれ配置され、
前記複数の第2放射線フィルター部は前記複数の第3コリメート空間にそれぞれ配置され、
前記複数の第3放射線フィルター部は前記複数の第4コリメート空間にそれぞれ配置されている、請求項19に記載の放射線フィルター付きコリメータ。 The plurality of collimated spaces are two-dimensionally arranged in a first direction and a second direction different from the first direction, and each of the plurality of collimated spaces has a rectangular shape.
The plurality of collimating spaces include a plurality of first collimating spaces, a plurality of second collimating spaces, a plurality of third collimating spaces, and a plurality of fourth collimating spaces,
The first collimating space, the second collimating space, the third collimating space, and the fourth collimating space are arranged in two rows and two columns adjacent in the first direction and the second direction,
The plurality of radiation filter units include a plurality of first radiation filter units having a first radiation absorption characteristic, a plurality of second radiation filter units having a second radiation absorption characteristic, and a plurality of third radiation having a third radiation absorption characteristic. Including a filter section,
The plurality of first radiation filter units are respectively disposed in the plurality of second collimating spaces,
The plurality of second radiation filter units are respectively disposed in the plurality of third collimate spaces,
20. The radiation filter-equipped collimator according to claim 19, wherein the plurality of third radiation filter units are respectively disposed in the plurality of fourth collimating spaces.
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