JP4110994B2

JP4110994B2 - 放射線検出器

Info

Publication number: JP4110994B2
Application number: JP2003032522A
Authority: JP
Inventors: 寛道戸波; 淳一大井
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2023-02-10
Also published as: JP2004245592A; US7019298B2; US20040155197A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被検体に投与されて関心部位に蓄積された放射性同位元素（ＲＩ）からの放出された放射線（ガンマ線）を検出し、関心部位のＲＩ分布の断層像を得るための装置、例えばポジトロンＣＴ装置やシングルフォトンＥＣＴ装置などに用いられる放射線検出器とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の放射線検出器は、被検体から放出されたガンマ線を入射して発光するシンチレータと、前記シンチレータの発光をパルス状の電気信号に変換する光電子増倍管とから構成されている。このような放射線検出器では、従来シンチレータと光電子増倍管とが一対一に対応するものがあったが、近年、複数のシンチレータ結晶を束ねてアレイ状にしたものにそれよりも少ない数の光電子増倍管を結合し、これらの光電子増倍管各々の出力比からガンマ線の入射位置を決定するという方式を採ることによって、部品点数を削減しつつも高い位置分解能を実現している。
【０００３】
このような近年の手法においては、アレイを形成する複数のシンチレータ結晶のうちガンマ線が入射したシンチレータ結晶のみが光を発し、この特定の位置で発せられたシンチレータ光を複数個の光電子増倍管各々の出力比から入射位置を決定する。入射位置の弁別を正確に行うことはこの検出器が採用される医用診断装置等の画像の向上につながる。こうした光電子増倍管の出力比からガンマ線の入射位置を決定する手法においては、隣接する光電子増倍管における検出分布が、光の入射位置の変化に応じて一定の割合で変化するように適正に分配されるよう構成する必要がある。シンチレータ光を各光電子増倍管にいかに適正に分配するかが入射位置の弁別精度に重要な意味を持ち、そのための手法も種々提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特表昭６２−５００９５７号公報
【０００５】
例えば特許文献１にも示されている従来の放射線検出器の構成を、図８を用いて説明する。これはシンチレータと光電子増倍管との間にライトガイドを介在させたタイプのものであり、ライトガイドに埋め込まれるバリヤ（反射壁）の深さを調整することにより位置弁別を可能としている。この放射線検出器は、光反射材もしくは光遮蔽部材が埋め込まれた多数のスリット１１１によって区画されたシンチレータ群１１０と、このシンチレータ群１１０に光学的に結合される光反射材もしくは光遮蔽部材により奥行きの異なる小区画を画定しているライトガイド１２０と、ライトガイド１２０に光学的に結合される4個の光電子増倍管１３０₁、１３０₂、１３０₃、１３０₄とから構成されている。この放射線検出器では、ライトガイド１２０内の各バリヤ１２１の長さを内側から外側へいくに従って長くなるように調節して形成することによって、ガンマ線の入射位置弁別を可能としている。
【０００６】
このような従来の放射線検出器においては、光学的に透明な材料からなるライトガイド１２０に対し、ダイシングソーやワイヤーソーで切断することにより所定の深さのスリットを形成し、その後適当な光反射材もしくは光遮蔽部材をこれらスリットに挿入して各バリヤ１２１を形成している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術には次のような問題がある。
近年、高感度なシンチレータを使用した高分解能の放射線検出器が提案されており、従来のものに比べシンチレータ群の数が非常に多いものとなっている。従ってひとつのシンチレータの断面は従来のものよりも小さいものとなる。このような要求のもとでは、光の伝達効率を劣化させないためにシンチレータ群に対して光学的に結合されるライトガイドの加工精度が高く、バリヤ間の幅を短くする必要がある。しかしながら、光学的に透明な材料塊からダイシングソーやワイヤーソーで切断することにより、バリヤ材を挿入する所定の深さのスリットを形成しているような従来の製造方法では加工精度が低くなり、加工表面が粗くかつスリットの幅が厚いものとなってしまう。またスリット加工の際に、ダイシングソーやワイヤーソーにより９個の部品に切断した後、それらを組み合わせる場合、組立てが煩雑にになってコストが上昇するという問題もある。さらにはスリットを加工形成した後に光反射材を挿入するので、光反射材とスリットの間に隙間が生じ、反射効率が劣化するという問題もある。入射ガンマ線による出力が低下し正確に位置弁別できなくなると、全体の画質をも劣化させてしまう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、次のような製造方法により作製されたものである。
【０００９】
すなわちこの発明に係る放射線検出器は、２次元的に密着配置された複数本のシンチレータと、該シンチレータの本数よりも少ない複数本の光電子増倍管とを、位置弁別のために小区画化されたライトガイドにより光学的に結合させてなるものであって、該ライトガイドは、流動状態としたライトガイド材質中に小区画化のための区画壁によって形成された格子枠体を浸漬し固化させることにより形成される。
【００１０】
区画壁とは光学的に透明なライトガイドを位置弁別のために小区画化するためのものであって、光反射材、光遮蔽材、光透過材、ハーフミラーなど公知の材質から形成される。また、位置弁別のために、隣接する光電子増倍管における検出分布が、シンチレータへの光の入射位置の変化に応じて一定の割合で変化するように適正に分配されるように調節されたものである。
【００１１】
ライトガイドの材質は、加工後、最終的に光学的に透明となるものであればよく、エポキシやアクリル等の樹脂系、ガラス系など、公知の材質が採用できる。また、元々透明であっても、硬化後に透明となるものであっても良い。小区画形成加工時には、区画壁から形成される格子枠体が浸漬できるように流動状態とされるが、浸漬可能な状態でさえあればよく、粘度等に特に制限はない。逆に格子枠体に対して流動状態のライトガイド材質を流し込むようにしても良い。また硬化についても、経時的に硬化するもの、温度変化により硬化するもの、光など外的硬化開始刺激を与えることにより硬化させるものなど、特に制限はない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。図１は本発明に係る放射線検出器の一実施例の外観斜視図、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面図である。
【００１３】
この実施例に係る放射線検出器は、光反射材もしくは光遮蔽部材が埋め込まれた多数のスリット１１によって区画されＸ方向に１０個、Ｙ方向に１０個の合計１００個のシンチレータを２次元的に密着配置したシンチレータ群１０と、このシンチレータ群１０に光学的に結合される光反射材もしくは光遮蔽部材が埋め込まれた多数の区画壁２１により奥行きの異なる小区画を画定しているライトガイド２０と、ライトガイド２０に光学的に結合される4個の光電子増倍管３０₁、３０₂、３０₃、３０₄とから構成されている。
【００１４】
シンチレータとしては、例えばＢｉ₄Ｇｅ₃０₁₂（ＢＧＯ）、Ｇｄ₂ＳｉＯ₅（ＧＳＯ）、Ｌｕ_2(1-x)Ｃｅ_2x(ＳｉＯ₄)Ｏ（ＬＳＯ）、ＮａＩ、ＢａＦ₂、ＣｓＦなどの無機結晶が用いられる。
【００１５】
図２に示すように、例えばＸ方向に配列されたシンチレータ１０_i1〜１０_i10（ｉ＝１〜１０までの整数）に入射するガンマ線は可視光に変換され、ライトガイド２０を介して光電子増倍管３０へ導かれる。その際、シンチレータ１０への入射位置を弁別するため、Ｘ方向に配列された光電子増倍管３０₁（３０₃）と光電子増倍管３０₂（３０₄）の出力比が一定の割合で変化するようにライトガイド２０に形成される各々の区画壁２１の長さが調整されている。即ち、光電子増倍管３０₁の出力をＰ₁、光電子増倍管３０₂の出力をＰ₂とすると、計算値（Ｐ₁−Ｐ₂）／（Ｐ₁＋Ｐ₂）がシンチレータ１０_i1〜１０_i10の位置に応じて一定の割合で変化するように調整されている。より具体的には、ライトガイド２０内の各区画壁２１の長さを中央側から周辺側へいくに従って長くなるように調節している。
【００１６】
一方、Ｙ方向に配列されたシンチレータ１０_1j〜１０_10j（ｊ＝１〜１０までの整数）の場合も同様に、光学的に結合されるライトガイド２０通して光電子増倍管へ光が導かれるわけであるが、Ｙ方向に配列された光電子増倍管３０₁（３０₂）と光電子増倍管３０₃（３０₄）の出力比が一定の割合で変化するように、ライトガイド２０の各々の区画壁２１の長さが調整されている。
【００１７】
なお、各シンチレータが対向していない外表面は、光電子増倍管側との光学結合面を除き図外の反射材で覆われている。
【００１８】
図３は光電子増倍管３０₁、３０₂、３０₃、３０₄の出力に基づいて、ガンマ線の入射位置を検出する位置検出部の概略構成を示したブロック図である。同図に示すように、ガンマ線のＸ方向の入射位置を検出するために、光電子増倍管３０₁の出力Ｐ₁と光電子増倍管３０₃の出力Ｐ₃とが加算器１に入力されるとともに、光電子増倍管３０₂の出力Ｐ₂と光電子増倍管３０₄の出力Ｐ₄とが加算器２に入力される。両加算器１、２の各加算出力Ｐ₁＋Ｐ₃とＰ₂＋Ｐ₄とが位置弁別回路５へ入力され、両加算出力に基づき、ガンマ線のＸ方向の入射位置が求められる。同様にガンマ線のＹ方向の入射位置を検出するために、光電子増倍管３０₁の出力Ｐ₁と光電子増倍管３０₂の出力Ｐ₂とが加算器３に入力されるとともに、光電子増倍管３０₃の出力Ｐ₃と光電子増倍管３０₄の出力Ｐ₄とが加算器４に入力される。両加算器３、４の各加算出力Ｐ₁＋Ｐ₂ とＰ₃＋Ｐ₄とが位置弁別回路６へ入力され、両加算出力に基づき、ガンマ線のＹ方向の入射位置が求められる。
【００１９】
次にこの放射線検出器の製造方法を説明する（第1実施形態）。図４は光反射材、光遮蔽材、光透過材の何れかから成る薄い短冊５１で構成された格子枠体５０であり、ここでは各々の短冊５１に溝５２を設けておいて互いに組み合わせることにより格子枠体５０を形成している。光反射材もしくは光遮蔽部材としては、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂の多層膜構造のポリエステルフィルム、良く研磨されたアルミニウム、薄い基板の表面に酸化チタン、硫酸バリウムを塗布したもの、薄い基板の表面に白色フッ素樹脂テープを貼りつけたもの、薄い平滑な基板表面にアルミニウムを蒸着したもの等、格子枠体５０を形成できるものであれば何でもよい。短冊５１の外形加工としては、ダイシングカット、刃物によるカット、エッチング、レーザー加工、打ち抜き等何れの手法を用いても、薄板であるため容易に精密にカットすることが可能である。
【００２０】
次に図５に示す槽６０の凹部６１は、格子枠体５０を完全に覆うだけの面積と深さを有しており、格子枠体５０が丁度収まる形状がのぞましく、最終守備良く硬化形成されたライトガイドを取り出すためあらかじめ離型剤を塗布してある。凹部６１に、例えば完全に脱泡された光学的に透明なエポキシ、アクリルなどの液体樹脂７０（図示していない）を流し込み、これに格子枠体５０を沈浸する。液体樹脂が硬化した後、格子枠体５０と液体樹脂７０とが一体化したライトガイド２０を取りだし、外型を整えるなどの切削加工、研磨などを行なう。
【００２１】
このようにして形成された本発明に採用されるライトガイド２０は、上述した製造方法をとっているので、ダイシングソーやワイヤーソーで切削加工した従来品と比べて、形状精度が高く、高分解能の放射線検出器であってシンチレータの断面が小さいものにも好適に利用される。また、光反射材や光遮蔽材の厚さを自由に薄くでき、透明樹脂部との間に隙間が無く、反射効率を劣化させることがないので、入射ガンマ線による出力を低下させることなく正確に位置弁別でき、全体の画質を向上させることができる。また部品点数を最小限に少なくすることができるので組立て工数を下げることができ低コストを達成できる。
【００２２】
なお、上述した実施例では、１００個のシンチレータとライトガイドと４個の光電子増倍管を各々光学的に結合して構成された放射線検出器を例にとって説明したが、この発明はこれに限定されずシンチレータや光電子増倍管の数は任意に設定できることはいうまでもない。
【００２３】
（第２実施形態）
格子枠体に関する他の実施例では、図６に示すように薄い光学的に透明なフィルム８４の一部に光反射材８３としての酸化チタンを塗布して短冊８１を構成し、各々の短冊８１に溝８２を設けておいて互いに組み合わせることにより格子枠体８０を形成している。この場合、光反射材８３を塗布する部分と塗布しない部分との割合は、図２を参照すると、格子枠体８０で製作されたライトガイドと光学的に結合される、Ｘ方向に配列された光電子増倍管３０₁（３０₃）と光電子増倍管３０₂（３０₄）の出力比が一定の割合で変化するように実験的に定められる。より具体的には光電子増倍管３０₁の出力をＰ₁、光電子増倍管３０₂の出力をＰ₂とすると、計算値（Ｐ₁−Ｐ₂）／（Ｐ₁＋Ｐ₂）がシンチレータ１０_i1〜１０_i10の位置に応じて一定の割合で変化するように光反射材８３の塗布面積を決定している。
【００２４】
短冊８１の材料としては、薄い光学的に透明なフィルム８４の一部に光反射材として硫酸バリウムを塗布したもの、白色フッ素樹脂テープを貼りつけたもの、アルミニウムを蒸着したもの、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂の多層膜構造のポリエステルフィルムを貼りつけたもの等、一部光を透過させ残りは光を反射させる構造の短冊で格子枠体５０を形成できるものであれば何でもよい。また、薄い光学的に透明なフィルム８４としては透明なＰＥＴフィルム、ルミラーフィルム等が望ましい。その他、ライトガイドを形成するための製造方法については第１実施形態で述べたものと同様である。
【００２５】
（第３実施形態）
格子枠体に関するさらに他の実施例では、図７に示すように光の反射と透過を兼ね備えた薄いハーフミラー材９３から短冊９１を構成し、各々の短冊９１に溝９２を設けておいて互いに組み合わせることにより格子枠体９０を形成している。この場合、ハーフミラー材９３の透過度の割合は、図２を参照すると、格子枠体８０で製作されたライトガイドと光学的に結合される、Ｘ方向に配列された光電子増倍管３０₁（３０₃）と光電子増倍管３０₂（３０₄）の出力比が一定の割合で変化するように実験的に定められる。より具体的には光電子増倍管３０₁の出力をＰ₁、光電子増倍管３０₂の出力をＰ₂とすると、計算値（Ｐ₁−Ｐ₂）／（Ｐ₁＋Ｐ₂）がシンチレータ１０_i1〜１０_i10の位置に応じて一定の割合で変化するようにハーフミラー材９３の透過度の割合を決定している。その他、ライトガイドを形成するための製造方法については第１実施形態で述べたものと同様である。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明においては、ライトガイド２０を上述した方法にて製造しているので、ダイシングソーやワイヤーソーで切削加工した従来品と比べて形状精度が高く、高分解能の放射線検出器であってシンチレータの断面が小さいものにも好適に利用される。また、光反射材や光遮蔽材の厚さを自由に薄くでき、透明樹脂部との間に隙間が無く、反射効率を劣化させることがないので、入射ガンマ線による出力を低下させることなく正確に位置弁別でき、結果として本検出器が採用される撮像装置等の画質を向上させることができる。また部品点数を最小限に少なくすることができるので組立て工数を下げることができ低コストを達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】放射線検出器の一実施例を示す図である。
【図２】放射線検出器の一実施例を示す図である。
【図３】位置検出部のブロック図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る格子枠体に関する一実施例を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る槽の一実施例を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る格子枠体に関する一実施例を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る格子枠体に関する一実施例を示す図である。
【図８】放射線検出器の従来例を示す図である。
【符号の説明】
１、２、３、４…加算器
５、６…位置弁別回路
１０…シンチレータ群
１０_i1〜１０_i10（ｉ＝１〜１０までの整数）…Ｘ方向に配列されたシンチレータ
１０_1j〜１０_10j（ｊ＝１〜１０までの整数）…Ｙ方向に配列されたシンチレータ
１１…スリット
２０…ライトガイド
２１…区画壁
３０₁、３０₂、３０₃、３０₄…光電子増倍管
５０…格子枠体
５１…短冊５１
５２…溝
６０…槽
６１…凹部
８０…格子枠体
８１…短冊
８２…溝
８３…光反射材
９０…格子枠体
９１…短冊
９２…溝
９３…ハーフミラー材
１１０…シンチレータ群
１１１…スリット
１２０…ライトガイド
１２１…バリヤ
１３０₁、１３０₂、１３０₃、１３０₄…光電子増倍管

Claims

２次元的に密着配置された複数本のシンチレータと、該シンチレータの本数よりも少ない複数本の光電子増倍管とを、位置弁別のために小区画化されたライトガイドにより光学的に結合させてなる放射線検出器であって、前記ライトガイドは、流動状態としたライトガイド材質中に小区画化のための区画壁によって形成された格子枠体を浸漬し固化させることにより成形されたものであることを特徴とする放射線検出器。
格子枠体が光反射材、光遮蔽材、光透過材、ハーフミラーから選択される少なくとも一種類の材料から形成されていることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。