JP4678924B2

JP4678924B2 - 放射線検出器およびこれを用いたｘ線診断装置

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Publication number: JP4678924B2
Application number: JP2000274787A
Authority: JP
Inventors: 武高原; 昭久斉藤; 英二小柳津; 幸洋福田; 直寿松田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-09-11
Filing date: 2000-09-11
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2020-09-11
Also published as: JP2002082171A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｘ線診断装置等に用いられる放射線検出器に係り、特に透過Ｘ線などの放射線の光変換効率および検出感度が高く高解像度の撮影画像を得ることが可能な放射線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｘ線，中性子線，ガンマ線などの各種放射線を被検体に照射し、被検体を透過した放射線の強度分布を放射線検出器により測定して被検体の構造的または組成的情報を二次元画像として得る方法（ラジオグラフィ）が、医療用のＸ線診断装置や手荷物の危険物検出装置、各種構造物の非破壊検査装置として広く利用されている。
【０００３】
例えば中性子ラジオグラフィは、被検体を透過して減衰した熱中性子線の強度分布を検出することにより、被検体の構造的または組成的情報を二次元画像として得る方法であり、従来のＸ線やγ線での検査が困難な水素含有化合物や金属と軽元素物質とから成る複合材料の検査に有効であり、プラント機器、航空機や自動車部品等の広い分野において有効な検査法として利用されている。
【０００４】
また、Ｘ線診断装置（ＣＴスキャナ）は、被検体としての患者の周囲に多数のＸ線検出器を配置し、これらの検出器で受信した透過Ｘ線の信号を計算機で演算処理して断層像として再構成し、ＣＲＴなどの表示装置に表示したり、写真として得るものである。このＸ線診断装置による断層像は、通常のレントゲン写真などと異なり、人体の輪切り像として得られるため、内臓など人体深部の疾患をより高精度に診断することが可能になる。
【０００５】
ここで固体の検出素子を内蔵したＸ線検出器の主要な用途は、上記のようなコンピュータを利用した計算機処理Ｘ線断層撮影装置（Ｘ線ＣＴ装置：ＣＴスキャナ）であるが、前記のようにガンマ線や核放射線の検出を行う環境測定装置や各種計算機処理ラジオグラフィ分野においても有用性が確認されている。
【０００６】
特に商業的撮像技術として有用性が確認されているものが、医療診断用に使用されている計算機処理Ｘ線断層撮影法である。当初、この種のＸ線ＣＴ検出器としては、ホェッテン（Ｗｈｅｔｔｅｎ）等の米国特許第４０３１３９６号，シェリー（Ｓｈｅｌｌｅｙ）等の米国特許第４１１９８５３号，コティック（Ｃｏｔｉｃ）等の米国特許第４１６１６５５号の各明細書に記載された各種検出器が一般的に使用されている。これらの検出器は、Ｘ線の検出媒体として高圧のキセノンガスを使用し、そのキセノンガスの比例電離により、Ｘ線強度を検出するという原理に基づいて動作するものである。
【０００７】
現在のＣＴスキャナでは、被検体が患者である場合には、患者に対して有害な放射線の曝射量を可及的に低減するために、検出時に高い走査速度を達成する必要がある。また、Ｘ線装置の操作速度の増大は、被検対象部が人体頭部であるときには勿論達成する必要があるが、人体全身の走査を行う場合でも不可欠となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の検出器においては、Ｘ線検出媒体としてＸ線吸収係数が小さい気体を用いているため、所定の検出感度を達成するためには検出器を大型化することが必須であり、慣性重量が必然的に増大化するため、高速走査は困難であり、また表示装置画面での画素サイズを微小化することは不可能であるため、高解像度の撮影画像を得ることが、困難になるという欠点もあった。
【０００９】
一方、最新のマルチスライス型のＸ線ＣＴ装置（ＣＴスキャナ）においては、被検体を透過した放射線を入射させる多数の微細な検出チャンネルを互いに近接して配置した検出器列を採用しているため、各検出チャンネルに光電子増倍管およびそれに付随する高圧電源を装備することは不可能である。そのため、透過放射線によるシンチレータでの発光を電気信号に変換するための光応答手段としてフォトダイオードが一般的に使用されている。しかしながら、フォトダイオード自体は、ほとんど光電変換時に増幅作用を発揮しないため、シンチレータでの発光効率が特性上極めて重要である。
【００１０】
そこで従来からＣｄＷＯ_４などの単結晶化合物から成るシンチレータを用いた固体検出器が、高速かつ高解像度用のＣＴスキャナの放射線検出器として使用されている。しかしながら、この単結晶から成るシンチレータの製造性，発光特性，加工性等に難点が多いことが問題になっていた。すなわち、高い発光効率を有するシンチレータの大部分は、結晶化合物にＥｕ，Ｔｂ，Ｐｒなどの付活剤を添加して形成されるものであるが、高い発光効率を実現するためには、結晶の成長過程において付活剤の空間分布の一様性を達成するとともに、付活剤の最適濃度を厳格に制御することが必要であり、製造性が極めて低いという問題点があった。また、シンチレータ材料として高純度の基材が必要となり、高解像度ＣＴ検出器の製造原価が膨大になる問題点もあった。
【００１１】
さらに現在までにＣＴ装置用のＸ線検出器に商業的に使用されてきたシンチレータの構成材料としては、タングステン酸カドミウム（ＣｄＷＯ_４）が一般的に使用されてきた。しかしながら、ＣｄＷＯ_４はＸ線励起に対しての発光効率が２．５〜３．０％程度と極めて低い欠点がある。そのため、信号出力および雑音レベルが電子雑音レベルと同等近くまで達するため、出力信号の品位が低下し易い問題点がある。
【００１２】
またＣｄＷＯ_４は切断加工時に、雲母のように劈開し易い性質を有するため、加工性が悪く、損傷や欠陥のない所定寸法のシンチレータ用棒材を得ることが極めて困難になる上に、含有するＣｄが人体に有害であり、毒性を回避するための設備費が高騰する難点もあった。
【００１３】
上記ＣｄＷＯ_４などの単結晶化合物から成るシンチレータの問題点を解決する代替手段として、例えば多結晶物質から成るシンチレータも提唱されている。例えば、ユーロピウムで付活した酸化カドミウム・イットリウムなどの希土類酸化物蛍光体から成るシンチレータやプラセオジウムで付活した酸硫化ガドリニウムなどの希土類酸硫化物蛍光体から成るシンチレータも実用化されている。
【００１４】
上記シンチレータは、従来から各種のＸ線診断装置（ＣＴスキャナ）に用いられる検出器ユニット（検出チャンネル）の構成材として使用されている。上記検出器ユニットを一列に配列してシングルスライス型のＸ線診断装置（ＣＴスキャナ）の検出器が構成される一方、上記検出器ユニットを二次元的に配列してマルチスライス型のＸ線診断装置の検出器が構成される。上記シングルスライス型ＣＴスキャナにおいては、Ｘ線源および検出器の１回転の走査によって１枚の断層画像しか得られないのに対して、マルチスライス型ＣＴスキャナにおいては、複数の断層画像が得られ、より高度な診断操作が可能である。
【００１５】
また上記シングルスライス型ＣＴスキャナにおいては、検出器ユニットの高さは３０ｍｍ程度であるが、マルチスライス型ＣＴスキャナにおいては、より鮮明な断層画像を得るために各検出器ユニットの高さは１ｍｍ程度と薄く形成されているため、発光特性が低下し易い問題点があった。
【００１６】
すなわち、上記マルチスライス型ＣＴスキャナにおいては、個々の検出器サイズが微小化しているため、シンチレータでの発光の絶対量も小さくなるため、その結果としてフォトダイオードで変換される信号電流も小さくなる欠点がある。
【００１７】
一方、被検体が生体であり、特に心臓などの動きのある臓器を鮮明に撮影するために、また患者に対するＸ線の曝射量を低減するために、走査速度を従来の１回転当り１秒から１回転当り０．５秒程度まで高速化することが実用化の前提になっている。このような技術的要請に対応するために、検出器に用いるシンチレータとしては、より発光効率が高く高感度であること、および残光特性がより短いことが必要である。
【００１８】
しかしながら、現在までにＣＴスキャナで用いられているユーロピウムで活性化した酸化ガドリニウム・イットリウムなどの希土類酸化物蛍光体などから成るシンチレータにおいては、残光特性が長くなるという難点がある。一方、プラセオジウムで活性化した酸硫化ガドリニウムなどの希土類酸硫化物蛍光体などから成るシンチレータにおいては、感度特性が低い難点があり、いずれにしてもＸ線などの放射線の光変換効率および検出感度が低く、高解像度の撮影画像を得ることは困難であるという問題点があった。
【００１９】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、特に透過Ｘ線などの放射線の光変換効率および検出感度が高く高解像度の撮影画像を得ることが可能な放射線検出器を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記目的を達成するため、上記従来の多結晶化合物から成るシンチレータに伴う難点を回避すべく、フォトダイオードに入射するシンチレーション光の強度を高めることが可能な放射線検出器の構成について種々の検討を重ねた。その結果、特に有機蛍光染料や無機蛍光体を含有する透明樹脂から成る光波長変換層を、シンチレータとフォトダイオードなどの光応答手段との間に形成したときに、上記光波長変換層によりシンチレーション光の波長が光応答手段の光応答特性に適合する波長に効果的に変換されるため、光応答手段からの検出信号が大幅に増幅され、結果的に透過Ｘ線の光変換効率および検出感度が高くなり、高解像度の撮影画像が初めて得られるという知見を得た。本発明は上記知見に基づいて完成されたものである。
【００２１】
すなわち本発明に係る放射線検出器は、放射線源から投射され被検体を透過した放射線を入射させるための複数の検出チャンネルと、各検出チャンネルに入射した放射線の強度に応じたシンチレーション光を出射するシンチレータと、各シンチレータからの出射光を電気信号に変換するフォトダイオードからなる光応答手段と、上記シンチレーション光の波長を光応答手段の光応答特性に適合する波長に変換する光波長変換層とを備え、この光波長変換層を上記各シンチレータと光応答手段との間に形成した放射線検出器において、上記各シンチレータは、一般式ＢａＦＸ（但し、ＸはＣｌ，ＢｒおよびＩの少なくとも１種のハロゲン元素である。）で表わされるバリウムフロロハロゲン化物にユーロピウムを添加して形成された多結晶質セラミックスから成り、上記波長変換層は、上記シンチレータから発せられる青色ないし紫外発光を吸収し、５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色光ないし赤外光に変換するローダミン系有機蛍光染料またはＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ無機蛍光体を含む樹脂層から成ると共に、上記波長変換層におけるＦＭ１７Ｃ成分含有量が２重量％であり、かつこの波長変換層の厚さが８〜５５μｍであるか、または上記波長変換層におけるスルフォ・ローダミン成分含有量が０．０２重量％であり、かつこの波長変換層の厚さが１０〜２０μｍであるか、もしくは上記波長変換層におけるＹ _２Ｏ _２Ｓ：Ｅｕ無機蛍光体成分含有量が３０重量％であり、かつこの波長変換層の厚さが２０μｍであることを特徴とする。
【００２２】
また、前記光波長変換層は、透明な合成樹脂に有機蛍光染料を均一に溶解した樹脂層から構成するとよい。さらに、前記光波長変換層は、透明な合成樹脂に無機蛍光体を均一に分散した樹脂層から構成することもできる。
【００２３】
また、前記有機蛍光染料は、クマリン系化合物，ローダミン系化合物，スルフォローダミン系化合物，ジシアノメチル系化合物（ＤＣＭ），スチリル系化合物およびパイロメタン系化合物から選択される少なくとも１種の有機化合物であることが好ましい。さらに前記無機蛍光体は、マンガン付活マグネシウムフルオロジャーマネート（２．５ＭｇＯ・ＭｇＦ_２：Ｍｎ^４＋），セリウム付活イットリウムアルミネート（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）およびユーロピウム付活酸硫化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ）から選択される少なくとも１種の蛍光体粒子であることが好ましい。
【００２４】
また、前記各シンチレータは、一般式ＢａＦＸ（但し、ＸはＣｌ，ＢｒおよびＩの少なくとも１種のハロゲン元素である。）で表わされるバリウムフロロハロゲン化物にユーロピウムを添加して形成された多結晶質セラミックスから構成するとよい。さらに前記各シンチレータの気孔率は０．１％以下であることが好ましい。
【００２５】
また、本発明に係るＸ線診断装置は、上記の放射線検出器をＸ線検出器として備えたことを特徴とする。
【００２６】
上記本発明に係る放射線検出器によれば、シンチレータから出射されたシンチレーション光の波長が、光波長変換層によって光応答手段の光応答特性に適合する波長に効果的に変換されるため、光応答手段からの検出信号が大幅に増加し、結果的に透過Ｘ線などの放射線の光変換効率および検出感度が高くなり、高解像度の撮影画像が得られる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１は本発明に係る放射線検出器としてのＸ線検出器を備えたＸ線診断装置（Ｘ線ＣＴスキャナ）の一実施例の概略構成を示す断面図である。
【００２８】
図１に示すＸ線診断装置１０は、Ｘ線などの放射線を放射する放射線源１１と、放射されたＸ線を細い扇形のＸ線ビーム１３にするコリメータ１２と、被検体１４を透過したＸ線ビーム１３を検出する放射線検出器としてのＸ線検出器１と、Ｘ線検出器１の検出信号を計算機処理して被検体画像１７を再構成するコンピュータ１５と、被検体画像１７を表示するディスプレイ（ＣＲＴ）１６とを備えて構成される。
【００２９】
また、放射線源１１は、通常、回転陽極式のＸ線管で構成され、図１に示すようにマルチ断層型のＣＴ装置においては、多数の検出チャンネル（検出セル）１ａを二次元的に配置した検出器列としてＸ線検出器１が構成される。
【００３０】
上記Ｘ線検出器１を構成する各検出チャンネル（検出セル）１ａは、図２および図１に示すように、放射線源１１から投射され被検体１４を透過した放射線（Ｘ線）１３を入射させるための複数の検出チャンネル１ａと、各検出チャンネル１ａに入射した放射線１３の強度に応じたシンチレーション光を出射するシンチレータ２と、各シンチレータ２からの出射光を電気信号に変換する光応答手段３とを備えた放射線検出器１において、上記シンチレーション光の波長を光応答手段３の光応答特性に適合する波長に変換する光波長変換層４を上記各シンチレータ２と光応答手段３との間に形成して構成される。
【００３１】
Ｘ線源１１から投射されたＸ線はコリメータ（スリット窓）１２を通過することによって、所定の開口角を有する四角錐状のＸ線ビーム１３となる。Ｘ線ビーム１３は、その通路中に配置固定された患者などの被検体１４を透過して、多数の検出チャンネル１ａを二次元配列して構成されたＸ線検出器１に達する。被検体１４を透過したＸ線ビーム１３は、被検体１４の各部分の密度に応じて減衰する。各透過Ｘ線ビーム１３は、Ｘ線源１１に対向したＸ線検出器１の各検出チャンネル１ａに入射する。
【００３２】
そして図２に示すように各検出チャンネル１ａに入射した透過Ｘ線ビーム１３がシンチレータ２を通過する間に、透過Ｘ線ビーム１３の強度に応じたシンチレーション光が出射される。このシンチレーション光は、光波長変換層４によって波長が変換される。すなわち、光波長変換層４の二次側に配置されたフォトダイオードなどの光応答手段３の光応答特性に適合する波長に変換される。したがって、光応答手段３から出力される電気信号は大幅に増加させることが可能になり、結果的にＸ線の検出感度を増大させることが可能になる。
【００３３】
上記光応答手段３から出力される電気信号の強度は、Ｘ線ビームが透過した被検体の各部分におけるＸ線ビーム１３の減衰度を表わす尺度となる。
【００３４】
実際のＸ線撮影において、上記Ｘ線源１１およびＸ線検出器１は、開口内部で固定された被検体（患者）１４を中心にして、Ｘ線撮影を行いながら回転され、被検体１４に対する複数の角度位置において、各検出チャンネル１ａからの電気信号が画像情報として読み取られる。そして上記Ｘ線撮影によって読み取られた電気信号はディジタル化され、コンピュータ１５により計算機処理される。すなわち、コンピュータ１５は、複数の利用可能なアルゴリズムのうちの１種を使用することにより、扇形Ｘ線ビーム１３が透過した被検体１４の横断面の映像を算出し、被検体画像１７として再構成する。再構成された画像はディスプレイ１６に表示される。被検体画像１７は、例えば被検体１４の断層像である。マルチスライス型のＸ線ＣＴ装置では、被検体１４の断層像が複数同時に撮影される。このようなマルチスライス型のＸ線ＣＴ装置によれば、撮影結果を立体的に描写することもできる。
【００３５】
図１に示すＸ線診断装置（ＣＴスキャナ）１０において、Ｘ線源１１はＸ線検出器１に対して対向するように固定され、両者の相対位置が固定された状態で被検体１４の周囲を高速度で回転するように構成されている。この場合において、より高い空間解像度を達成するためには、二次元配列された多数の検出チャンネル１ａ列の中央部分の検出器セルの位置においては、そのセル間隔を可及的に微細にすることが要求される。
【００３６】
上記観点から本実施例によって構成される検出チャンネルは上記検出チャンネル列を構成する上で極めて望ましい形態である。図２に本実施例で使用するＸ線検出器１の各検出チャンネル（単一セル）１ａの構造を示しているように、各検出チャンネル１ａのセル幅は扇形Ｘ線ビーム１３の対面部分に沿ったＸ線を入射させる入射窓５の厚さを規定する一対のコリメータ板６，７の間隔によって決定される。
【００３７】
ここで良好な空間解像度を達成するためには、扇形Ｘ線ビームを可及的に多くの画素チャンネルに分割することが重要であり、そのためには、Ｘ線検出器１を構成する各検出チャンネル１ａのセルサイズを可及的に小さくすることが必要である。本実施例では、二次元的に配列した多数の検出チャンネル全体のセル長、すなわち、扇形Ｘ線ビームの平面に垂直な方向のセル寸法は４０〜６０ｍｍに設定され、１列の長さは１〜２ｍｍとされ、セル幅は１ｍｍ程度に規定される。
【００３８】
上記検出チャンネル１ａにおいて、コリメータ板６，７の間を通過してシンチレータ２に入射した透過Ｘ線１３は、可視または近可視スペクトル範囲内の低エネルギ輻射線（シンチレーション光）に変換される。
【００３９】
従来のＸ線検出器においては、シンチレータから出射されたシンチレーション光は直接、フォトダイオードなどの光応答手段に供給され、この光応答手段においてシンチレーション光の強度に比例した電気信号に変換されていた。しかしながら、上記シンチレーション光の波長は、フォトダイオードの分光応答特性（エネルギ変換効率）に適合した波長ではないため、光変換効率が低いという致命的な問題点があった。
【００４０】
図３はＸ線診断装置（ＣＴスキャナ）に一般的に用いられる光応答手段としてのフォトダイオードの分光応答特性（エネルギ変換効率）を示すグラフである。シンチレーション光を高い変換効率で電気信号に変換するためには、シンチレーション光は５５０〜８５０ｎｍのスペクトル領域に波長を有する輻射線であることが好ましい。しかしながら、Ｘ線を可視光線等の輻射線に変換する蛍光体材料は広く知られているが、必ずしも上記フォトダイオードの分光応答特性に適合した発光波長である５５０〜８５０ｎｍのスペクトル領域に発光スペクトルを有する高効率のシンチレータ用蛍光体は未だ開発されていない。
【００４１】
そこで本願発明では、図２に示すように、シンチレータ２と光応答手段としてのフォトダイオードアセンブリ３との間に光波長変換層４を設けている。この光波長変換層４は、シンチレータ２の発光波長を、フォトダイオードの光応答特性に適合した発光波長の輻射線に変換し、Ｘ線の検出感度をより高める作用を発揮する。
【００４２】
上記光波長変換層は、透明な合成樹脂に有機蛍光染料を均一に溶解した樹脂層から構成してもよいが、透明な合成樹脂に無機蛍光体を均一に分散した樹脂層から構成してもよい。
【００４３】
上記有機蛍光染料および無機蛍光体の担体となる樹脂材料としては、ポリメタクリル酸エステル、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル酢酸ビニル共重合体、アルキド樹脂、芳香族スルフォンアミド樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂などが好適に使用できる。
【００４４】
また上記有機蛍光染料は、クマリン系化合物，ローダミン系化合物，スルフォローダミン系化合物，ジシアノメチル系化合物（ＤＣＭ），スチリル系化合物およびパイロメタン系化合物から選択される少なくとも１種の有機化合物であることが好ましい。上記ＤＣＭの具体例としては、４−（ジシアノメチレン）−２−メチル−６−（Ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈ−ピランなどがある。
【００４５】
また上記無機蛍光体は、マンガン付活マグネシウムフルオロジャーマネート（２．５ＭｇＯ・ＭｇＦ_２：Ｍｎ^４＋），セリウム付活イットリウムアルミネート（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）およびユーロピウム付活酸硫化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ）から選択される少なくとも１種の蛍光体粒子であることが好ましい。
【００４６】
上記光波長変換層は、単層のみならず相互に特性が異なる蛍光材料を含有した複数層で構成することも可能である。例えば、波長が４００ｍｍ近傍のシンチレーション光を、より長波長である４５０〜５５０ｎｍ程度の波長を有する青緑発光に変換し、さらに、この変換発光をより長波長のシンチレーション光に変換し、最終的にローダミン系またはスルフォローダミン系の赤色系発光に変換することにより、フオトダイオードにおける光電変換効率をさらに高めることも可能である。
【００４７】
また、図２に示すＸ線検出器１において、シンチレータ２によって出射されたシンチレーション光を、効率的にフオトダイオード３の活性表面に導くために、次のような表面処理を実施するとよい。例えば、シンチレータ２のフォトダイオード３に接する側面以外の表面を処理することによってシンチレータ２の内側に向ってシンチレーション光が反射するように構成することによってシンチレーション光の散乱を防止するとよい。
【００４８】
本発明に係るＸ線検出器１で使用するシンチレータ２を構成する材料としては、高効率でＸ線を可視光線等の輻射線（シンチレーション光）に変換できるものである限り、特に限定されるものではない。しかしながら、特性の安定性の観点から前記各シンチレータは、一般式ＢａＦＸ（但し、ＸはＣｌ，ＢｒおよびＩの少なくとも１種のハロゲン元素である。）で表わされるバリウムフロロハロゲン化物にユーロピウムを添加して形成されたアルカリ土類金属弗化ハロゲン化物蛍光体の多結晶質セラミックスから成ることが、より好ましい。
【００４９】
上記多結晶質セラミックスから成るシンチレータは下記のような製造方法によって調製される。すなわち、所定組成の蛍光体粉末を冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）法や金型成形法などによって成形し、得られた成形体を真空中または不活性ガス雰囲気中あるいは弱還元性雰囲気中で焼結し、得られた焼結体について切削，研磨などの機械加工を施すことにより、所定寸法を有する棒状のシンチレータが容易に調製できる。
【００５０】
特に高密度で緻密な多結晶質セラミックスを形成するためには、粒子径を最適領域に調整した蛍光体原料粉末を使用することが必要である。具体的に原料粉末の粒子径は３μｍ以下が好ましく、さらに０．５〜１．５μｍの範囲がより好ましい。
【００５１】
また、蛍光体原料粉末をＣＩＰプロセスで成形する場合には、１４７ＭＰａ（１．５ｔｏｎ／ｃｍ^２）以上の静水圧を付加させるとよい。この成形操作によって得られる成形体の充填密度は、理論密度の６０〜８０％に達する。
【００５２】
さらに焼結操作はホットプレス法，熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）法などの高温圧縮技術を利用して実施される。焼結温度は６００〜１２００℃の範囲に設定することが好ましい。この焼結温度が６００℃未満の場合には、セラミックス焼結体中に形成された気孔の除去が困難になる。一方、焼結温度が１２００℃を超えると、多結晶質セラミックスの結晶サイズが粗大化して機械的強度等が低下し、加工性が悪化するとともに加工の仕上り寸法精度も低下するため、好ましくない。また、焼結圧力は、特に緻密なシンチレータを形成するために、４０ＭＰａ以上であることが必要である。
【００５３】
また本発明に係るＸ線検出器において、シンチレーション光の透過性を良好にするために、各シンチレータの気孔率が０．１％以下であることが好ましい。上記気孔率が０．１％を超えると、シンチレーション光が散乱し易くなるとともに、シンチレーション光が光応答手段に伝達されにくくなるためである。
【００５４】
本発明で使用するシンチレータの好適な製造方法として、以下のような方法を採用することができる。すなわち、白金箔をライニングした軟鋼製カプセルに、前記のように形成したＣＩＰ成形体を収容し、アルゴンガス雰囲気中で４５ＭＰａの加圧力を作用させた状態で温度９００℃で２時間ＨＩＰ処理を行う方法、あるいは、上記ＣＩＰ成形体をグラファイト型に収容し、５×１０^−２Ｔｏｒｒの真空下で、温度６５０℃、５０ＭＰａの加圧力を作用させて３時間ホットプレス処理する方法などが好適に用いられる。
【００５５】
なお、これらの好適な製造方法においてＢａＦＸなる組成の蛍光体本体に対して付活剤としてのＥｕなどの希土類元素が０．１〜５ｍｏｌ％の範囲で添加される。上記希土類元素から成る付活剤は、シンチレータに入射した透過Ｘ線を、フォトダイオードなどの光応答手段の光応答特性に適合した波長を有するシンチレーション光に変換する効率をより高めるために、シンチレータの含有成分として添加されるものである。
【００５６】
上記のような製造方法によれば、過大な製造コストを必要とせずに、加工性が良好で緻密な多結晶質セラミックスから成るシンチレータが得られる。上記の製造方法によって得られたシンチレータ用多結晶質セラミックスは、気孔率が０．１％以下となるような理論密度にほぼ等しい高密度を有し、Ｘ線照射による可視光線変換効率が高いものである。
【００５７】
しかしながら、上記多結晶質セラミックス製シンチレータは、波長３８０〜４００ｎｍ付近に発光ピークを有する青色ないし紫外線発光性を呈し、前記のようなフォトダイオードの分光感度特性に適合しない難点がある。すなわち、上記シンチレータは青色から紫外線領域で発光するため、シンチレーション光を電気信号に変換するシリコンフォトダイオードに直接照射しても光電変換効率が低い欠点がある。
【００５８】
そこで本発明では図２に示すように、シンチレータ２とフォトダイオード３との間に光波長変換層４を形成している。この光波長変換層４は、シンチレータ２における青色ないし紫外線発光の波長を５５０〜７００ｎｍの赤色ないし赤外線領域の波長に変換してフォトダイオード３の分光応答特性に適合させることにより、フォトダイオード３における光電変換効率を大幅に増加させる。
【００５９】
本発明者らがシンチレータの構成材料として検討した各種アルカリ土類金属弗化ハロゲン化物の中では、下記の理由でＢａＦＣｌが特性的に最も好適である。すなわち、診断用Ｘ線装置を含めて放射線医学分野において一般的に使用される放射線のエネルギ範囲の全域に亘って、上記ＢａＦＣｌはかなり大きなＸ線阻止能を有しており、特に被検体が人体である場合に余剰なＸ線を照射することが少なくなり、有害な放射線の被曝量を大幅に低減することができる。
【００６０】
また、ＢａＦＣｌは、セラミックス焼結体の製法として一般的に使用されている高温圧縮技術を使用することにより、ほぼ理論密度に近く、気孔の発生が少なく発光効率が高い多結晶質セラミックスとして形成することが可能である。ちなみに、付活剤としてユーロピウム（Ｅｕ）を添加したＢａＦＣｌ：Ｅｕシンチレータの発光効率は約１３％にも達する。
【００６１】
上記ＢａＦＣｌに類似した結晶学的性質およびＣＴスキャナ用シンチレータ用途として有効なシンチレーション特性を有することが判明した他の蛍光体としては、ＢａＦＢｒおよびＢａＦＩがある。これらの蛍光体はＢａＦＣｌと同等以上のＸ線阻止能を有する点で有利である。しかしながら、ＢａＦＩは潮解性を有し化学的に若干不安定であるという欠点を有する。したがって、シンチレータ構成材としては化学的安定性が良好で放射線脆化が少ないＢａＦＣｌなどの多結晶質セラミックスが最適である。
【００６２】
上記のような多結晶質セラミックスから成るシンチレータにおいて、シンチレーション光の波長，減衰時間，残光量，ヒステリシス現象の程度などの変換特性は、シンチレータに含有される希土類元素から成る付活剤の種類に大きく依存する。なお、付活剤として０．１〜５ｍｏｌ％の最適濃度でユーロピウムを添加した場合、シンチレータでの主たる発光波長は３６０〜４００ｎｍの範囲になる。
【００６３】
上記シンチレータで出射されたシンチレーション光の波長を、フォトダイオードの分光応答特性に適合させるために、本発明では図２に示すように有機蛍光染料または無機蛍光体を含有する光波長変換層４を、シンチレータ２とフォトダイオード３との間に配設形成している。
【００６４】
図４は、有機蛍光染料としてのスルフォローダミン他を含有した光波長変換層を形成した場合におけるシンチレータの発光スペクトルを示すグラフである。図４に示すように光波長変換層を有するシンチレータの発光スペクトルのピーク波長は５６０〜６２０ｎｍであり、この値は、図３に示すようなＣＴスキャナ用途に使用される光応答手段としてのシリコンフォトダイオードのピーク応答波長に極めて近接している。したがって上記のような光波長変換層を形成することにより、光応答手段に適合した波長を有する光に変換し得るシンチレータが得られると同時に光応答手段における光電変換効率が大幅に増加し、Ｘ線の検出精度が向上し、高い解像度を有する被検体画像を得ることが可能となる。
【００６５】
前記のように多結晶質セラミックスで形成されたシンチレータの全ての変換特性はＣＴ（コンピュータトモグラフィー）用途およびＤＲ（デジタル・ラジオグラフィー）用途の放射線検出器のシンチレータとして同様に好適に利用できる。なお、上記シンチレータから出射されたシンチレーション光の一次減衰時間は、１０マイクロ秒以下であるが、シンチレータに含有される付活剤としてのユーロピウムの濃度を上昇させたり、またはセリウム（Ｃｅ）を併用添加することにより、さらに低減させることが可能である。
【００６６】
図２に示す本実施例に係るＸ線検出器１は、図５に示すようなシングルスライス型ＣＴ装置の他に、図６に示すようなマルチスライス型ＣＴ装置のＸ線検出器として同様に適用することができる。図５に示すＣＴ装置では、Ｘ線源１１から照射されたＸ線ビーム１３は被検体１４を透過する。透過Ｘ線は単列で配設されたＸ線検出器１にて検出され、電気信号に変換される一方、図６に示すＣＴ装置では、Ｘ線源１１から照射されたＸ線ビーム１３は被検体１４を透過する。透過Ｘ線は複列で配設されたＸ線検出器１にて検出され、電気信号に変換される。
【００６７】
上記図５に示すシングルスライス型ＣＴ装置においては、Ｘ線源１１およびＸ線検出器１が一回転する撮影操作で１枚の断層画像しか得られない。これに対して図６に示すマルチスライス型ＣＴ装置においては、複数の断層画像が得られるため、より高度で精密な診断が可能になる。上記断層画像は、図１に示すようなディスプレイ（ＣＲＴ）１７上に表示される一方、後日の診断医による検査に資するためにフィルム等の形態で保管される。
【００６８】
次に、本発明に係る放射線検出器のさらに具体的な実施例について説明する。
【００６９】
実施例
まず、平均粒子径が２μｍのＢａＦＣｌ：Ｅｕ（Ｅｕ濃度＝０．２ｍｏｌ％）蛍光体粉末をラバープレスにより成形した。この成形体をＴａ製のカプセル中に収容し、アルゴンガスによる４５ＭＰａの静水圧をカプセルに作用させると同時に温度９００℃に加熱して２時間熱間静水圧加圧（ＨＩＰ）処理を実施して多結晶質セラミックスを多数製造した。得られた多結晶質セラミックスの気孔率は０．０５％であった。この多結晶質セラミックスを切削・研磨加工することより、各実施例用のシンチレータを製造した。
【００７０】
一方、透明な合成樹脂材料としてのポリビニルブチラールをエタノールに溶かした溶液に、表１に示すようにＦＭ１７Ｃ（ローダミン系有機染料：シンロイヒ社製）を２重量％または有機蛍光染料としてのスルフォ・ローダミンを０．０２重量％の割合で配合して、それぞれ樹脂スラリーを調製した。
【００７１】
次に前記のように調製した各実施例用のシンチレータのＸ線入射側と反対側の側面に上記樹脂スラリーを塗布する操作と乾燥硬化させる操作とを繰り返して、最終的に表１に示す厚さを有する光波長変換層を一体に形成した各実施例１〜８用のシンチレータを調製した。
【００７２】
図４は、有機蛍光染料としてのスルフォローダミン他を含有した光波長変換層４を形成した実施例１〜５用のシンチレータ２の発光スペクトルを示すグラフである。図４に示すように光波長変換層４を有するシンチレータ２の発光スペクトルのピーク波長は５６０〜６２０ｎｍであり、この値は、図３に示すようなＣＴスキャナ用途に使用される光応答手段としてのシリコンフォトダイオードのピーク応答波長に極めて近接している。
【００７３】
次に、図２に示すように１対のコリメータ板６，７で区画されたセル幅１ｍｍの検出セルの端部に上記光波長変換層４を一体に形成した各シンチレータ２を嵌装し、さらに光波長変換層４の二次側に光応答手段としてのフォトダイオードアセンブリ３を一体に組み込むことにより、実施例１〜８に係る放射線検出器としてのＸ線検出器１をそれぞれ調製した。
【００７４】
比較例
一方、有機蛍光染料などを含有した樹脂スラリーを塗布せず、光波長変換層を全く形成しない点以外は、各実施例と同一性状のシンチレータおよびフォトダイオードアセンブリを用いることにより、各実施例と同一寸法を有する比較例に係るＸ線検出器を調製した。
【００７５】
そして上記のように調製した各実施例および比較例に係るＸ線検出器の光電変換効果を比較評価するために、各Ｘ線検出器に所定強度のＸ線を入射させ、フオトダイオードアセンブリから出力される電気信号強度を測定した。但し、電気信号強度は光波長変換層を形成しない比較例の検出器から出力される電気信号強度を基準値（１００％）にして相対値として示した。測定結果を下記表１に示す。
【００７６】
【外１】

【００７７】
【表１】

【００７８】
上記表１に示す結果から明らかなように、シンチレータ２と光応答手段としてのフォトダイオード３との間に、所定の蛍光体を含有する光波長変換層４を形成した各実施例に係るＸ線検出器１によれば、シンチレータ２において出射されたシンチレーション光の波長が上記光波長変換層４によりフォトダイオード３の光応答特性に適合する波長に効果的に変換されるため、比較例の検出器に較べてフォトダイオード３における光電変換効率が大幅に改善されることが判明した。その結果、Ｘ線検出器１としての検出感度が向上し、高解像度の撮影画像が得られることが判明した。
【００７９】
なお、以上の実施例においては、医療用のＸ線診断装置に使用されるＸ線検出器を例にとり説明してきたが、本発明に係る放射線検出器は上記医療診断用のＸ線検査装置に限らず、工業用途のＸ線非破壊検査装置などに対しても同様に適用可能である。本発明に係る放射線検出器は、Ｘ線非破壊検査装置による検出精度の向上に対しても大きく寄与するものである。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明の通り、本発明に係る放射線検出器は、シンチレータから出射されたシンチレーション光の波長が、光波長変換層によって光応答手段の光応答特性に適合する波長に効果的に変換されるため、光応答手段からの検出信号が大幅に増加し、結果的に透過Ｘ線などの放射線の光変換効率および検出感度が高くなり、高解像度の撮影画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放射線検出器を使用したＸ線診断装置（ＣＴ装置）の一実施例の概略構成を示す断面図。
【図２】図１に示すＸ線診断装置に使用した放射線検出器を構成する１個の検出チャンネルの構成を示す断面図。
【図３】シリコンフォトダイオードの分光応答特性を示すグラフ。
【図４】光波長変換層の発光スペクトルを示すグラフ。
【図５】シングルスライス型のＣＴ装置による診断操作を示す模式図。
【図６】マルチスライス型のＣＴ装置による診断操作を示す模式図。
【符号の説明】
１放射線検出器（Ｘ線検出器）
１ａ検出チャンネル（検出セル）
２シンチレータ
３光応答手段（フォトダイオード）
４光波長変換層
５入射窓
６，７コリメータ板
１０Ｘ線診断装置（ＣＴスキャナ）
１１放射線源（Ｘ線管）
１２コリメータ（スリット窓）
１３Ｘ線ビーム
１４被検体（患者）
１５コンピュータ
１６ディスプレイ（ＣＲＴ）
１７被検体画像

Claims

放射線源から投射され被検体を透過した放射線を入射させるための複数の検出チャンネルと、各検出チャンネルに入射した放射線の強度に応じたシンチレーション光を出射するシンチレータと、各シンチレータからの出射光を電気信号に変換するフォトダイオードからなる光応答手段と、上記シンチレーション光の波長を光応答手段の光応答特性に適合する波長に変換する光波長変換層とを備え、この光波長変換層を上記各シンチレータと光応答手段との間に形成した放射線検出器において、上記各シンチレータは、一般式ＢａＦＸ（但し、ＸはＣｌ，ＢｒおよびＩの少なくとも１種のハロゲン元素である。）で表わされるバリウムフロロハロゲン化物にユーロピウムを添加して形成された多結晶質セラミックスから成り、上記波長変換層は、上記シンチレータから発せられる青色ないし紫外発光を吸収し、５５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の赤色光ないし赤外光に変換するローダミン系有機蛍光染料またはＹ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ無機蛍光体を含む樹脂層から成ると共に、
上記波長変換層におけるＦＭ１７Ｃ成分含有量が２重量％であり、かつこの波長変換層の厚さが８〜５５μｍであるか、または
上記波長変換層におけるスルフォ・ローダミン成分含有量が０．０２重量％であり、かつこの波長変換層の厚さが１０〜２０μｍであるか、もしくは
上記波長変換層におけるＹ _２Ｏ _２Ｓ：Ｅｕ無機蛍光体成分含有量が３０重量％であり、かつこの波長変換層の厚さが２０μｍであることを特徴とする放射線検出器。
前記光波長変換層は、透明な合成樹脂に有機蛍光染料を均一に溶解した樹脂層から成ることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
前記光波長変換層は、透明な合成樹脂に無機蛍光体を均一に分散した樹脂層から成ることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
前記各シンチレータの気孔率が０．１％以下であることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
前記請求項１ないし４のいずれかに記載の放射線検出器をＸ線検出器として備えたことを特徴とするＸ線診断装置。