JP6622572B2 - Radiation measurement system and Talbot interferometer - Google Patents
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Description
本発明は、放射線計測システム、及びトールボット干渉計に関する。 The present invention, radiological measurement system, and a Talbot interferometer.
医療現場などで用いられている放射線検出器は、被写体を通過した放射線をシンチレーション光に変換するシンチレータ層を有するシンチレータプレートと、平面状に配列した受光素子を有する検出部とを備え、放射線画像を取得している。シンチレータプレートのシンチレータ層に導波性を持たせると、放射線検出器の解像度（空間分解能）を高くすることができる。しかしながら、このような放射線検出器を、発散する放射線を射出する放射線源と組み合せて計測を行うと、放射線源と放射線検出器との位置関係から、放射線検出器の周辺部では放射線の入射方向とシンチレーション光の導波方向とがずれてしまう。そのため、撮像範囲の中心付近に対して周辺部の解像度が低下するという問題があった。 A radiation detector used in a medical field or the like includes a scintillator plate having a scintillator layer for converting radiation that has passed through a subject into scintillation light, and a detection unit having light receiving elements arranged in a plane, and Have acquired. If the scintillator layer of the scintillator plate has a wave guide property, the resolution (spatial resolution) of the radiation detector can be increased. However, when such a radiation detector is combined with a radiation source that emits diverging radiation, measurement is performed based on the positional relationship between the radiation source and the radiation detector. The waveguide direction of scintillation light will shift. For this reason, there is a problem that the resolution of the peripheral portion is lowered with respect to the vicinity of the center of the imaging range.
特許文献１には、シンチレータとして機能するＣｓＩ針状結晶が放射線の入射方向に向くように、ＣｓＩ針状結晶を傾斜成長することで、周辺部における解像度を改善した例の記載がある。ＣｓＩ針状結晶で発生したシンチレーション光はＣｓＩ針状結晶内を導波されるため、ＣｓＩ針状結晶の傾斜により、放射線の入射方向とシンチレーション光の導波方向とのずれが小さくなることで、周辺部においても解像度を改善することができる。 Patent Document 1 describes an example in which the resolution in the peripheral portion is improved by tilting the CsI needle crystal so that the CsI needle crystal functioning as a scintillator faces the incident direction of radiation. Since the scintillation light generated in the CsI needle crystal is guided in the CsI needle crystal, the inclination between the radiation incident direction and the scintillation light waveguide direction is reduced by the inclination of the CsI needle crystal. The resolution can be improved also in the peripheral part.
一方、ＣｓＩ針状結晶は、隣接する針状結晶同士が癒着しやすく、この癒着がシンチレーション光の導波性を低下させ、放射線検出器の解像度を低下させている。そこで、特許文献２には、屈折率の異なる２つの結晶相を備える構造体をシンチレータ層とすることが提案されている。この構造体は、一方向性を有する複数の第１の相（シリンダー相）と、第１の相の周りに位置する第２の相（マトリックス相）とを有する相分離結晶体であり、第１の相又は第２の相で発光したシンチレーション光が屈折率の高い方の相に閉じ込められる。これにより、シンチレーション光が第１の相の延伸方向に導波されるため、この構造体をシンチレータ層として用いることで、高い解像度を得ることができる。この構造体は、第１の相の間に第２の相が配置されているため、第１の相同士の癒着はＣｓＩ針状結晶同士の癒着よりも起きにくい。よって、シンチレータ層として相分離結晶体を用いた方が、ＣｓＩ針状結晶を用いるよりも、高い解像度が得られると考えられる。 On the other hand, in the CsI needle crystal, adjacent needle crystals easily adhere to each other, and this adhesion reduces the waveguiding property of scintillation light and reduces the resolution of the radiation detector. Therefore, Patent Document 2 proposes that a structure including two crystal phases having different refractive indexes be a scintillator layer. This structure is a phase-separated crystal having a plurality of first phases (cylinder phases) having unidirectionality and a second phase (matrix phase) located around the first phases, The scintillation light emitted in the first phase or the second phase is confined in the phase having the higher refractive index. Thereby, since the scintillation light is guided in the extending direction of the first phase, high resolution can be obtained by using this structure as a scintillator layer. In this structure, since the second phase is arranged between the first phases, adhesion between the first phases is less likely to occur than between CsI needle crystals. Therefore, it is considered that a higher resolution can be obtained by using a phase-separated crystal as the scintillator layer than by using a CsI needle crystal.
しかしながら、本発明者らの検討の結果、相分離結晶体は、両相の結晶方位が特定の配向関係を有しながら結晶成長する為、複数の第１の相の中心軸は特定の結晶配向を有しており、１つの結晶体中で第１の相の延伸方向変えることが困難であることがわかった。すなわち、１つの相分離結晶体をシンチレータ層として用いる場合、放射線の入射方向に向くように第１の相の中心軸を傾けることで、周辺部における放射線の入射方向とシンチレーション光の導波方向とのずれを軽減するという手法をとることは困難である。 However, as a result of the study by the present inventors, since the phase-separated crystal grows while the crystal orientations of both phases have a specific orientation relationship, the central axis of the plurality of first phases has a specific crystal orientation. It was found that it was difficult to change the stretching direction of the first phase in one crystal body. That is, when one phase-separated crystal is used as the scintillator layer, by tilting the central axis of the first phase so as to face the incident direction of the radiation, the incident direction of the radiation in the peripheral portion and the waveguide direction of the scintillation light It is difficult to take a method of reducing the deviation.
そこで、本発明は、屈折率の異なる２つの結晶相を備える構造体をシンチレータとして用いた場合において、周辺部における放射線の入射方向とシンチレーション光の導波方向とのずれを軽減することができる放射線計測システム、及びトールボット干渉計を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a radiation that can reduce the deviation between the incident direction of radiation and the waveguide direction of scintillation light in the peripheral portion when a structure including two crystal phases having different refractive indexes is used as a scintillator. An object is to provide a measurement system and a Talbot interferometer .
本発明の一側面によれば、放射線計測システムは、放射線源と、前記放射線源からの放射線を検出する放射線検出器とを備える放射線計測システムであって、前記放射線検出器はシンチレータプレートと、前記シンチレータプレートからの光を検出する検出部とを備え、前記シンチレータプレートは複数の第１の相と、前記複数の第１の相のそれぞれの周りに位置する第２の相とを有するシンチレータ結晶体を複数有し、前記第１の相と前記第２の相とはシンチレーション光の屈折率が異なり、複数の前記シンチレータ結晶体のそれぞれの中心軸を延長した延長線同士が交差し、前記延長線同士が交差する交点と前記シンチレータプレートとの距離は、前記交点と前記検出部との距離よりも短く、前記検出部は複数の受光素子を備え、前記受光素子の配列方向における前記シンチレータ結晶体の幅をＲ、前記配列方向における前記受光素子の幅をＤ、前記シンチレータ結晶体の厚さをＴ、前記放射線源と前記シンチレータ結晶体の放射線入射面との距離をＬとするとき、ＴＲ／２Ｌ≦Ｄであることを特徴とする。 According to one aspect of the present invention, a radiation measurement system includes a radiation source and a radiation detector that detects radiation from the radiation source, the radiation detector including a scintillator plate, A scintillator crystal having a plurality of first phases and a second phase positioned around each of the plurality of first phases, the detection unit detecting light from the scintillator plate The first phase and the second phase have different refractive indexes of scintillation light, and the extension lines extending from the respective central axes of the plurality of scintillator crystals intersect each other, and the extension line The distance between the intersecting point and the scintillator plate is shorter than the distance between the intersecting point and the detection unit, and the detection unit includes a plurality of light receiving elements, The width of the scintillator crystal in the arrangement direction of the element is R, the width of the light receiving element in the arrangement direction is D, the thickness of the scintillator crystal is T, and the radiation source and the radiation incident surface of the scintillator crystal When the distance is L, TR / 2L ≦ D.
本発明のその他の側面に関しては発明を実施するための形態で説明をする。 Other aspects of the present invention will be described in a mode for carrying out the invention.
本発明によれば、屈折率の異なる２つの結晶相を備える構造体をシンチレータとして用いた放射線検出器において、周辺部における放射線の入射方向とシンチレーション光の導波方向とのずれを軽減することができる放射線計測システム、及びトールボット干渉計を提供することができる。 According to the present invention, in a radiation detector using a structure including two crystal phases having different refractive indexes as a scintillator, it is possible to reduce a deviation between the incident direction of radiation and the waveguide direction of scintillation light in the peripheral portion. A radiation measurement system and a Talbot interferometer that can be provided can be provided.
本実施形態に係るシンチレータプレートは、複数のシンチレータ結晶体を有する。複数のシンチレータ結晶体のそれぞれは、上述の相分離構造体であり、第１の相の延伸方向にシンチレーション光が導波される。シンチレータプレートにおいて、複数のシンチレータ結晶体は、各シンチレータ結晶体の導波方向を放射線入射側に延長した延長線同士が交差するように配置される。放射線撮像時は、延長線同士が交差する領域周辺に放射線源の焦点を配置することで、放射線の入射方向とシンチレーション光の導波方向とのズレを小さくすることができる。よって、このシンチレータプレートを検出部と組み合わせて放射線検出器としたときに、放射線の入射方向とシンチレータの厚み方向とのズレがあっても、解像度の低下を軽減することができる。 The scintillator plate according to the present embodiment has a plurality of scintillator crystals. Each of the plurality of scintillator crystals is the above-described phase separation structure, and scintillation light is guided in the extending direction of the first phase. In the scintillator plate, the plurality of scintillator crystals are arranged so that extension lines extending the waveguide directions of the scintillator crystals to the radiation incident side intersect each other. At the time of radiographic imaging, the focal point of the radiation source is arranged around the area where the extension lines intersect with each other, so that the deviation between the incident direction of the radiation and the waveguide direction of the scintillation light can be reduced. Therefore, when this scintillator plate is combined with a detection unit to form a radiation detector, even if there is a deviation between the incident direction of the radiation and the thickness direction of the scintillator, a reduction in resolution can be reduced.
以下、図面などを用いて本実施形態をより具体的に説明する。 Hereinafter, the present embodiment will be described more specifically with reference to the drawings.
図１（ａ）に本実施形態の放射線検出器１００の模式図を示す。放射線検出器１００は、放射線をシンチレーション光に変換するシンチレータプレート１０１と、シンチレータプレートからのシンチレーション光を検出する検出部１０３とを備える。シンチレータプレート１０１は、複数のシンチレータ結晶体１０２（１０２ａ〜ｇ）を有する。シンチレータ結晶体１０２のそれぞれは、複数の第１の相２０２と第１の相の周りに位置する第２の相２０３とを備え、第１の相２０２の延伸方向にシンチレーション光が導波される。 FIG. 1A shows a schematic diagram of a radiation detector 100 of the present embodiment. The radiation detector 100 includes a scintillator plate 101 that converts radiation into scintillation light, and a detection unit 103 that detects scintillation light from the scintillator plate. The scintillator plate 101 has a plurality of scintillator crystals 102 (102a-g). Each of the scintillator crystals 102 includes a plurality of first phases 202 and a second phase 203 positioned around the first phase, and scintillation light is guided in the extending direction of the first phase 202. .
検出部１０３は、基板１０４と、基板に２方向に配列された受光素子１０５を有し、受光素子毎にその受光素子の受光面に入射した光の強度を検出する。 The detection unit 103 includes a substrate 104 and light receiving elements 105 arranged in two directions on the substrate, and detects the intensity of light incident on the light receiving surface of the light receiving element for each light receiving element.
ここで、放射線発生源が放射線検出器１００の中心部の法線上にある場合では、円錐状に放射された放射線（コーンビーム）１０６は、放射線検出器１００の中心部では、シンチレータ結晶体１０２ｄに垂直に入射する。一方、中心部からの距離が長くなるに従い、放射線の入射方向はシンチレータ結晶体に対して垂直からずれ、斜めに入射することになる。例えば、放射線発生源と受光素子１０５との距離を５０ｃｍ、中心部との距離Ｈが１０ｃｍの周辺部における放射線１０６のシンチレータ結晶体１０２への入射角度は約５．７度になる。このとき、シンチレータ結晶体１０２ａの放射線発生源側の表面に放射線１０６が入射する位置と受光素子側の表面に放射線１０６が到達する位置とのずれ量Ｗは、シンチレータの厚みＴを２００μｍとすると、２００μｍ×ｔａｎ５．７度≒２０μｍとなる。尚、放射線発生源側の表面における放射線の入射位置と、受光素子側の表面における放射線の到達位置との距離のことを、以下、発光点深さによる位置ずれ量または単に位置ずれ量と呼ぶことがある。つまり、光がシンチレータ表面に対して垂直に導波される場合、幅が無視できる程度に微細な１本の放射線ビームであっても、光に変換される位置（発光点１０８）の深さによって、シンチレーション光が受光素子の受光面に入射する位置は２０μｍずれる。このずれが周辺部における解像度を中心部における解像度よりも低下させる。 Here, when the radiation source is on the normal line of the central portion of the radiation detector 100, the radiation (cone beam) 106 radiated in a conical shape forms a scintillator crystal 102 d in the central portion of the radiation detector 100. Incident vertically. On the other hand, as the distance from the center increases, the incident direction of radiation shifts from the vertical to the scintillator crystal and enters obliquely. For example, the incident angle of the radiation 106 to the scintillator crystal 102 in the peripheral portion where the distance between the radiation source and the light receiving element 105 is 50 cm and the distance H from the center portion is 10 cm is about 5.7 degrees. At this time, the amount of deviation W between the position where the radiation 106 enters the surface on the radiation generating source side of the scintillator crystal body 102a and the position where the radiation 106 reaches the surface on the light receiving element side is, when the thickness T of the scintillator is 200 μm, 200 μm × tan 5.7 ° ≈20 μm. The distance between the radiation incident position on the surface on the radiation generation source side and the radiation arrival position on the surface on the light receiving element side is hereinafter referred to as a positional deviation amount due to the light emitting point depth or simply a positional deviation amount. There is. That is, when light is guided perpendicularly to the scintillator surface, even a single radiation beam that is so fine that the width can be ignored depends on the depth of the position (light emitting point 108) where it is converted into light. The position where the scintillation light enters the light receiving surface of the light receiving element is shifted by 20 μm. This shift lowers the resolution at the peripheral portion than the resolution at the central portion.
本実施形態では、シンチレータ結晶体１０２の第一の相の延伸方向である中心軸１０７（１０７ａ、ｄ、ｇ）が、放射線の入射方向に近づくように、配置位置に応じてシンチレータ結晶体１０２の中心軸１０７の角度を変えてタイリングする。これにより、放射線がシンチレータ結晶体１０２に対して斜めに入射することによる、周辺部の解像度低下を軽減することができる。 In this embodiment, the central axis 107 (107a, d, g), which is the extending direction of the first phase of the scintillator crystal 102, approaches the incident direction of radiation according to the arrangement position of the scintillator crystal 102. Tiling is performed by changing the angle of the central axis 107. As a result, it is possible to reduce the resolution reduction in the peripheral portion due to the radiation incident on the scintillator crystal 102 obliquely.
尚、シンチレータ結晶体の中心軸１０７とは、そのシンチレータ結晶体１０２が有する複数の第１の相２０２のうち、シンチレータ結晶体１０２の中心の最も近くに位置する相（中心相と呼ぶことがある）の中心軸とする。 Note that the central axis 107 of the scintillator crystal body is a phase (may be referred to as a central phase) located closest to the center of the scintillator crystal body 102 among the plurality of first phases 202 of the scintillator crystal body 102. ).
以下、各構成についてより詳細に説明をする。 Hereinafter, each configuration will be described in more detail.
図２に、シンチレータ結晶体１０２の具体例の模式図を示す。シンチレータ結晶体１０２は、複数の第１の相２０２と、第１の相の周りに位置する第２の相２０３を有する、相分離構造をとる。シンチレータ結晶体１０２は第１の面２０８と第２の面２０９とを有し、第１の相２０２は第１の面２０８から第２の面２０９へ延伸している。第１の面２０８は放射線照射面であり、第２の面２０９は光取り出し面であるとし、放射線は第１の面２０８から入射し、シンチレーション光は第２の面２０９から受光素子へ取り出される。第１の相と第２の相の少なくともいずれかは、入射した放射線の少なくとも一部をシンチレーション光に変換する発光相である。また、第１の相２０２と第２の相２０３は異なる屈折率を有している。よって、シンチレーション光は屈折率が相対的に高い高屈折率相に閉じ込められながら、第１の面の方向から第２の面の方向へ、第２の面の方向から第１の面の方向へ導波される。シンチレーション光は、シンチレーション光が発生した相内を導波した方が解像度が高いと考えられるため、高屈折率相が発光相として機能することが好ましい。相対的に屈折率の低い低屈折率相は、発光相として機能しても良いし、機能しなくても良い。以下、第１の相２０２が高屈折率相であり、且つ発光相である場合を例に挙げて説明する。 FIG. 2 shows a schematic diagram of a specific example of the scintillator crystal body 102. The scintillator crystal body 102 has a phase separation structure having a plurality of first phases 202 and a second phase 203 positioned around the first phases. The scintillator crystal body 102 has a first surface 208 and a second surface 209, and the first phase 202 extends from the first surface 208 to the second surface 209. The first surface 208 is a radiation irradiation surface, the second surface 209 is a light extraction surface, radiation is incident from the first surface 208, and scintillation light is extracted from the second surface 209 to the light receiving element. . At least one of the first phase and the second phase is a light-emitting phase that converts at least part of incident radiation into scintillation light. Further, the first phase 202 and the second phase 203 have different refractive indexes. Therefore, the scintillation light is confined in the high refractive index phase having a relatively high refractive index, and from the first surface direction to the second surface direction, and from the second surface direction to the first surface direction. Waveguided. Since the scintillation light is considered to have higher resolution when guided in the phase in which the scintillation light is generated, it is preferable that the high refractive index phase functions as the light emission phase. The low refractive index phase having a relatively low refractive index may function as a light emitting phase or may not function. Hereinafter, the case where the first phase 202 is a high refractive index phase and a light emitting phase will be described as an example.
第１の相２０２が高屈折率相である場合、光ファイバーのように、シンチレーション光は第１の相の中に閉じ込められながら第１の面２０８と第２の面２０９間を導波する。第１の相２０２は円柱の形状を有する。第１の相２０２で発生したシンチレーション光のうち、第１と第２の相の境界面に臨界角度以上で入射するシンチレーション光２０６は、全反射を繰り返しながら第１の相２０２中を導波方向２１０に導波され、第１の面２０８又は第２の面２０９から出射される。ここで、シンチレーション光の導波方向２１０は第１の相２０２の延伸方向（長手方向）であり、円柱の中心軸と平行な方向である。導波する発光の波長よりも第１の相の直径が小さい場合は、シンチレーション光が第１の相２０２と第２の相２０３の境界面で反射せずに境界面を透過してしまう成分が多くなってしまう。よって、第１の相の周期２０４と第１の相の直径２０５はシンチレーション光の波長よりも大きいことが望ましい。相分離構造を有するシンチレータとして、３００ｎｍからの紫外域に発光を有するようなシンチレータを用いることも想定される為、第１の相の直径２０５は３００ｎｍ以上であることが望ましい。また、第一の結晶相の直径２０５が受光素子１０５の１画素の対角線の長さ（画素サイズ）よりも大きくなってしまうと、１画素内に光を閉じ込める効果が低下してしまうため、第一の結晶相の直径２０５の上限値は画素サイズよりも小さいことが望ましい。画素サイズは任意の大きさのものを用いることが可能であり、用いる受光素子の画素サイズに応じて第一の結晶相の直径２０５の好ましい範囲が変化する。以上より、第１の相の直径２０５は、３００ｎｍ以上画素サイズ以下の範囲であることが好ましい。尚、上述の光ファイバーのような導波機能を有するシンチレータは、高い解像度（空間分解能ともいう）を有しており、画素サイズが２μｍ程度の高解像度センサを用いることも可能である。この場合、ファイバーの直径が２μｍより大きくなると、隣接する画素に光が漏れてしまう為、第１の相の直径は、２μｍ以下であることが望ましい。また、第１の相２０２の形状は円柱に限定されず、例えば、多角柱であってもよい。この場合、第１の相２０２の一番幅が大きいところの幅（例えば、四角柱であれば対角線の方向における幅）が上述の直径に対応する。 When the first phase 202 is a high refractive index phase, the scintillation light is guided between the first surface 208 and the second surface 209 while being confined in the first phase like an optical fiber. The first phase 202 has a cylindrical shape. Of the scintillation light generated in the first phase 202, the scintillation light 206 incident on the boundary surface between the first and second phases at a critical angle or more is guided in the first phase 202 while repeating total reflection. The light is guided to 210 and emitted from the first surface 208 or the second surface 209. Here, the waveguide direction 210 of the scintillation light is the extending direction (longitudinal direction) of the first phase 202, and is a direction parallel to the central axis of the cylinder. When the diameter of the first phase is smaller than the wavelength of the emitted light to be guided, there is a component that the scintillation light does not reflect at the boundary surface between the first phase 202 and the second phase 203 but passes through the boundary surface. It will increase. Therefore, it is desirable that the period 204 of the first phase and the diameter 205 of the first phase are larger than the wavelength of the scintillation light. As a scintillator having a phase separation structure, it is assumed that a scintillator that emits light in the ultraviolet region from 300 nm is used. Therefore, the diameter 205 of the first phase is desirably 300 nm or more. In addition, if the diameter 205 of the first crystal phase becomes larger than the diagonal length (pixel size) of one pixel of the light receiving element 105, the effect of confining light in one pixel is reduced. The upper limit value of the diameter 205 of one crystal phase is desirably smaller than the pixel size. A pixel having an arbitrary size can be used, and a preferable range of the diameter 205 of the first crystal phase varies depending on the pixel size of the light receiving element to be used. From the above, it is preferable that the diameter 205 of the first phase is in the range of 300 nm or more and the pixel size or less. Note that the above-described scintillator having a waveguide function such as an optical fiber has high resolution (also referred to as spatial resolution), and a high-resolution sensor having a pixel size of about 2 μm can be used. In this case, when the diameter of the fiber is larger than 2 μm, light leaks to adjacent pixels. Therefore, the diameter of the first phase is desirably 2 μm or less. Further, the shape of the first phase 202 is not limited to a cylinder, and may be a polygonal column, for example. In this case, the width of the first phase 202 having the largest width (for example, the width in the diagonal direction in the case of a quadrangular column) corresponds to the above-described diameter.
第１の相２０２は、第１の面２０８から第２の面２０９まで直線的に連続していることが好ましいが、途中で途切れたり、枝分かれしたり、複数の結晶相が一体化したり、結晶相の直径が変化したり、直線的でなく非直線部分が含まれたりしても良い。第２の相２０３は、第１の面２０８から第２の面２０９まで連続的に存在していることが好ましく、第１の相同士の隙間を埋めるように配置されていることが好ましい。 The first phase 202 is preferably continuous in a straight line from the first surface 208 to the second surface 209, but is interrupted or branched in the middle, a plurality of crystal phases are integrated, The diameter of the phase may change, or non-linear portions may be included instead of being linear. The second phase 203 preferably exists continuously from the first surface 208 to the second surface 209, and is preferably disposed so as to fill a gap between the first phases.
尚、第１の相と第２の相との屈折率差は特に問わないが、スネルの法則より、屈折率差が大きい方が臨界角度を小さくできるため好ましい。例えば、低屈折率相の屈折率を高屈折率相の屈折率で除した値（屈折率比と呼ぶことがある）が０．９５以下であることが好ましく、０．９以下であることがより好ましい。尚、低屈折率相又は高屈折率相の屈折率は、低屈折率相又は高屈折率相の材料の、シンチレーション光の中心波長における屈折率とする。 Note that the refractive index difference between the first phase and the second phase is not particularly limited, but a larger refractive index difference is preferable from Snell's law because the critical angle can be reduced. For example, the value obtained by dividing the refractive index of the low refractive index phase by the refractive index of the high refractive index phase (sometimes referred to as a refractive index ratio) is preferably 0.95 or less, and preferably 0.9 or less. More preferred. Note that the refractive index of the low refractive index phase or the high refractive index phase is the refractive index at the center wavelength of the scintillation light of the material of the low refractive index phase or the high refractive index phase.
図２に示したような構成のシンチレータ結晶体として、例えば、共晶相分離構造を有するシンチレータを用いることができる。共晶相分離構造とは、図２に示したような相分離構造体の内、第１の相と第２の相とが共晶体を構成しているもののことを指す。共晶相分離構造体の材料系の一例として、Ｇｄを含有するペロブスカイト型酸化物材料（ＧｄＡｌＯ３）と、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）との共晶相分離構造体が挙げられる。この材料系の共晶相分離構造体は、第１の相（ＧｄＡｌＯ３：屈折率２．０５）の方が第２の相（Ａｌ２Ｏ３：屈折率１．７９）よりも屈折率が高く、且つ、第１の相がシンチレータとして機能する。そのため、共晶相分離構造体の中でも特に導波性が高い。尚、共晶相分離構造体の場合、第１の相は第１の材料の結晶体、第２の相は第２の材料の結晶体である。第１の相と、第１の相の周りに位置し、第１の相の側面を覆う第２の相との２相を有する共晶相分離構造を形成する上で重要になるのは、第１の相を構成する材料と第２の相を構成する材料との組成比である。図２に示す模式図のような良好な相分離構造を有するシンチレータ結晶体を得るためには、一般的に、第１の相の材料と第２の相の材料とが共晶組成比（例えば、ＧｄＡｌＯ３：Ａｌ２Ｏ３＝４６：５４（ｍｏｌ％））であることが必要である。ただし、第１の相の材料と第２の相の材料との組成比は共晶組成から外れてはならないものではなく、この組成比に対して共晶組成±５ｍｏｌ％の範囲は許容範囲とすることができる。つまり、ＧｄＡｌＯ３とＡｌ２Ｏ３との共晶相分離構造体を形成したい場合、これらの材料の組成比は、ＧｄＡｌＯ３：Ａｌ２Ｏ３＝４１：５９〜５１：４９（ｍｏｌ％）とすることが好ましい。また、第１の相の材料と第２の相の材料との組成比が、共晶組成±３ｍｏｌ％の範囲内であることがより好ましい。第１の相の材料と第２の相の材料とが共晶組成比近傍（±５ｍｏｌ％）で混合された融液を用いて、一方向凝固を行うことで、図２のような良質な相分離構造を有する結晶体を得ることができる。一方向凝固の具体的な方法としては、ブリッジマン法等を用いることができる。第１の相の材料と第２の相の材料との組成比が共晶組成±５ｍｏｌ％の範囲を逸脱している場合は、一方の結晶相が先に析出するため、相分離構造形成の観点から、シンチレータ結晶体の良好な相分離構造を乱す要因となる。ただし、第１の相の材料と第２の相の材料との組成比が共晶組成±５ｍｏｌ％の範囲を逸脱している場合であっても、共晶組成±１０ｍｏｌ％の範囲であれば、凝固の方法によっては良好な相分離構造を有するシンチレータ結晶体が得られる場合がある。よって、第１の相と第２の相の材料の組成比が共晶組成比±５ｍｏｌ％の範囲外であっても、第１の相と第２の相とが共晶体を構成し、相分離構造体を構成していれば、その構造体は共晶相分離構造体であるとみなす。また、共晶相分離構造体を形成する際に、その融液の組成比が共晶組成比±５ｍｏｌ％の範囲内になかったとしても、第１の材料と第２の材料とのうち過剰な方の材料が先に析出し、残った融液が共晶組成比に共晶組成比±５ｍｏｌ％の範囲内となる場合がある。この場合、凝固の初期は相分離構造が乱れるが、途中から良好な相分離構造が取得できるため、構造が乱れている部分を適宜切り離せばよい。つまり、仕込み値は共晶相分離構造体の組成比と必ずしも一致せず、多少大まかでも良い。 As the scintillator crystal having the structure shown in FIG. 2, for example, a scintillator having a eutectic phase separation structure can be used. The eutectic phase separation structure refers to a phase separation structure as shown in FIG. 2 in which the first phase and the second phase constitute a eutectic. As an example of the material system of the eutectic phase separation structure, there is a eutectic phase separation structure of a perovskite oxide material (GdAlO 3 ) containing Gd and alumina (Al 2 O 3 ). In the eutectic phase separation structure of this material system, the refractive index of the first phase (GdAlO 3 : refractive index 2.05) is higher than that of the second phase (Al 2 O 3 : refractive index 1.79). High and the first phase functions as a scintillator. Therefore, the waveguide property is particularly high among the eutectic phase separation structures. In the case of a eutectic phase separation structure, the first phase is a crystal of the first material, and the second phase is a crystal of the second material. What is important in forming a eutectic phase separation structure having two phases of the first phase and the second phase located around the first phase and covering the side surface of the first phase is as follows. It is a composition ratio between the material constituting the first phase and the material constituting the second phase. In general, in order to obtain a scintillator crystal having a good phase separation structure as shown in the schematic diagram of FIG. 2, the first phase material and the second phase material have a eutectic composition ratio (for example, GdAlO 3 : Al 2 O 3 = 46: 54 (mol%)). However, the composition ratio between the material of the first phase and the material of the second phase should not deviate from the eutectic composition, and the range of the eutectic composition ± 5 mol% with respect to this composition ratio is an allowable range. can do. That is, when it is desired to form a eutectic phase separation structure of GdAlO 3 and Al 2 O 3 , the composition ratio of these materials is GdAlO 3 : Al 2 O 3 = 41: 59 to 51:49 (mol%). It is preferable to do. More preferably, the composition ratio between the first phase material and the second phase material is in the range of eutectic composition ± 3 mol%. By performing unidirectional solidification using a melt in which the material of the first phase and the material of the second phase are mixed in the vicinity of the eutectic composition ratio (± 5 mol%), a high quality as shown in FIG. A crystal having a phase separation structure can be obtained. As a specific method of unidirectional solidification, the Bridgman method or the like can be used. When the composition ratio of the material of the first phase and the material of the second phase is out of the range of the eutectic composition ± 5 mol%, one of the crystal phases is precipitated first. From the viewpoint, it becomes a factor that disturbs the favorable phase separation structure of the scintillator crystal. However, even if the composition ratio of the first phase material and the second phase material deviates from the range of the eutectic composition ± 5 mol%, the composition ratio is within the range of the eutectic composition ± 10 mol%. Depending on the solidification method, a scintillator crystal having a good phase separation structure may be obtained. Therefore, even if the composition ratio of the material of the first phase and the second phase is outside the range of the eutectic composition ratio ± 5 mol%, the first phase and the second phase constitute a eutectic, If a separated structure is formed, the structure is regarded as a eutectic phase separated structure. Further, when the eutectic phase separation structure is formed, even if the composition ratio of the melt is not within the range of the eutectic composition ratio ± 5 mol%, the excess of the first material and the second material In some cases, the other material is deposited first, and the remaining melt falls within the range of the eutectic composition ratio ± 5 mol%. In this case, although the phase separation structure is disturbed at the initial stage of solidification, a good phase separation structure can be obtained from the middle, and therefore, a portion where the structure is disturbed may be appropriately separated. That is, the charged value does not necessarily match the composition ratio of the eutectic phase separation structure, and may be somewhat rough.
上述したＧｄＡｌＯ３の場合、発光中心の種類によって発光波長が変化する。具体的には、発光中心として、例えば希土類元素であるＴｂ３＋、Ｅｕ３＋、Ｃｅ３＋を用いることができる。尚、これらのイオンを含有する元素は単体に限定されず、これらの元素を含めば良く、これらの元素を含んだ化合物を発光中心として添加すればよい。また、発光効率を高くするために、ＧｄＡｌＯ３中にこれらの発光中心を０．００１ｍｏｌ％以上含有していることが好ましい。複数種類の発光中心が添加される場合は、発光中心の総量が０．００１ｍｏｌ％以上であればよい。発光中心となる添加元素は第１の相であるＧｄＡｌＯ３のＧｄサイトを置換するように添加され、添加元素を一般式ＲＥで表わすと、Ｇｄ１−ｘＲＥｘＡｌＯ３とＡｌ２Ｏ３の組成比が４６：５４（ｍｏｌ％）となる。 In the case of GdAlO 3 described above, the emission wavelength varies depending on the type of emission center. Specifically, for example, rare earth elements Tb 3+ , Eu 3+ , and Ce 3+ can be used as the emission center. In addition, the element containing these ions is not limited to a simple substance, these elements may be included, and a compound containing these elements may be added as a light emission center. In order to increase the luminous efficiency, it is preferable that 0.001 mol% or more of these luminescent centers are contained in GdAlO 3 . When a plurality of types of emission centers are added, the total amount of emission centers may be 0.001 mol% or more. The additive element serving as the emission center is added so as to replace the Gd site of GdAlO 3 which is the first phase. When the additive element is represented by the general formula RE, Gd 1-x RE x AlO 3 and Al 2 O 3 The composition ratio is 46:54 (mol%).
発光中心としてＴｂ３＋を用いた場合、５４５ｎｍ付近に緑色発光ピークを示す。また、Ｅｕ３＋を用いた場合６１５ｎｍ付近に赤色発光ピークを示す。また、Ｃｅ３＋を用いた場合、３６０ｎｍ付近にブロードな紫外発光を示す。このように、添加元素を適切に選択することで、様々な発光波長のシンチレータを得ることができる。また、添加元素として、他の希土類元素（Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ）を選択することもできる。 When Tb 3+ is used as the emission center, a green emission peak is shown at around 545 nm. Further, when Eu 3+ is used, a red light emission peak is shown in the vicinity of 615 nm. In addition, when Ce 3+ is used, broad ultraviolet light emission is observed in the vicinity of 360 nm. Thus, scintillators with various emission wavelengths can be obtained by appropriately selecting the additive elements. Also, other rare earth elements (Pr, Nd, Pm, Sm, Dy, Ho, Er, Tm, Yb) can be selected as the additive element.
シンチレータプレート１０１は、シンチレータ結晶体１０２（ａ〜ｇ）を複数有する。シンチレータ結晶体同士は、タイリングされ、固定されている。固定方法としては、例えば基板（不図示）に複数のシンチレータ結晶体を配置し、基板とそれぞれのシンチレータ結晶体とを固定する方法を用いても良いし、シンチレータ結晶体同士を固定する方法を用いても良いし、両方の方法を併用しても良い。 The scintillator plate 101 has a plurality of scintillator crystals 102 (a to g). The scintillator crystals are tiled and fixed. As a fixing method, for example, a method of arranging a plurality of scintillator crystals on a substrate (not shown) and fixing the substrate and each scintillator crystal may be used, or a method of fixing the scintillator crystals to each other is used. Or both methods may be used in combination.
シンチレータプレート１０１において、シンチレータ結晶体１０２は、その中心軸を延長した延長線１１１（ａ、ｄ、ｇ）同士が交差するように配置されている尚、シンチレータ結晶体の中心軸の延長線１１１は、中心相の延伸方向と平行である。 In the scintillator plate 101, the scintillator crystal 102 is arranged so that the extension lines 111 (a, d, g) extending the central axis thereof intersect with each other. Note that the extension line 111 of the central axis of the scintillator crystal is , Parallel to the stretching direction of the central phase.
図１（ａ）に示すように、中心軸同士が交差する交点１１２は、シンチレータプレートから見て放射線が入射する側（紙面の上方）に位置する。言い換えると、交点１１２と検出部１０３との間にシンチレータプレート１０１が配置されており、交点１１２とシンチレータプレート１０１との距離は、交点１１２と検出部１０３との距離よりも短い。交点１１２に放射線源の焦点の少なくとも一部が配置されるように放射線源を配置して計測を行うと、シンチレータ結晶体のそれぞれの導波方向（中心軸１０７と略一致する）と放射線１０６の入射方向とのズレを小さくすることができる。尚、すべての中心軸同士が１点で交差する必要はない。また、交点１１２は厳密な点ではなく、ある程度の面積を有する領域であっても良い。交点１１２の面積は放射線源の焦点の面積以下であることが好ましく、交点１１２の一部と放射線源の焦点の一部とが重なるように放射線源と放射線検出器とを配置して計測を行うことが好ましい。 As shown in FIG. 1A, the intersection 112 where the central axes intersect with each other is located on the side where the radiation is incident (above the paper surface) when viewed from the scintillator plate. In other words, the scintillator plate 101 is disposed between the intersection point 112 and the detection unit 103, and the distance between the intersection point 112 and the scintillator plate 101 is shorter than the distance between the intersection point 112 and the detection unit 103. When measurement is performed with the radiation source disposed so that at least a part of the focal point of the radiation source is disposed at the intersection point 112, the respective waveguide directions of the scintillator crystal body (substantially coincide with the central axis 107) and the radiation 106. Deviation from the incident direction can be reduced. Note that it is not necessary for all the central axes to intersect at one point. Further, the intersection 112 is not a strict point but may be a region having a certain area. The area of the intersection 112 is preferably equal to or less than the area of the focal point of the radiation source, and measurement is performed by arranging the radiation source and the radiation detector so that a part of the intersection 112 and a part of the focal point of the radiation source overlap. It is preferable.
検出部１０３は、基板１０４と、複数の受光素子１０５を有する。受光素子１０５は、基板１０４に２つの方向（典型的にはｘ軸方向とｙ軸方向）に配列方向を有するように配置されている。受光素子１０５としては、受光面を有し、その受光面に入射した光の強度を検出することができるものであれば特に問わないが、ＣＣＤイメージセンサー、ＣＭＯＳイメージセンサー等を用いることができる。受光素子１０５の画素サイズは特に問わないが、２０μｍ以下であると、本実施形態による周辺部における解像度低下を低減する効果が特に大きく、１０μｍ以下であるとより大きいため好ましい。尚、図１においてシンチレータ結晶体１０２と受光素子１０５とは接しているが、両者は接していなくても良い。例えば、シンチレータを透過した放射線が受光素子１０５に入射しないように、シンチレータ結晶体１０２と受光素子１０５との間に保護膜を配置しても良い。また、検出部１０３としては、一枚の基板１０４に配置された複数の受光素子１０５を用いることが望ましいが、複数の受光素子が配置された基板を複数枚組み合わせて用いることも可能である。 The detection unit 103 includes a substrate 104 and a plurality of light receiving elements 105. The light receiving element 105 is arranged on the substrate 104 so as to have an arrangement direction in two directions (typically, an x-axis direction and a y-axis direction). The light receiving element 105 is not particularly limited as long as it has a light receiving surface and can detect the intensity of light incident on the light receiving surface, and a CCD image sensor, a CMOS image sensor, or the like can be used. The pixel size of the light receiving element 105 is not particularly limited, but if it is 20 μm or less, the effect of reducing the resolution reduction in the peripheral portion according to the present embodiment is particularly large, and if it is 10 μm or less, it is preferable. In FIG. 1, the scintillator crystal 102 and the light receiving element 105 are in contact with each other, but they may not be in contact with each other. For example, a protective film may be disposed between the scintillator crystal body 102 and the light receiving element 105 so that the radiation transmitted through the scintillator does not enter the light receiving element 105. In addition, as the detection unit 103, it is desirable to use a plurality of light receiving elements 105 arranged on one substrate 104, but it is also possible to use a combination of a plurality of substrates on which a plurality of light receiving elements are arranged.
上述のような相分離構造を有するシンチレータを用いると、高い解像度を実現する放射線検出器を得ることができる。一方、Ｘ線が斜めに入射することによる解像度の低下は、高い解像度を有する放射線検出器のほうが顕著に表れる。すなわち、１００μｍ程度の解像度の放射線検出器では相対的に無視できていたような微小な入射角度の分布が、２μｍ程度の解像度の放射線検出器では、分解能の低下となって顕著に観察されるようになる。 When a scintillator having a phase separation structure as described above is used, a radiation detector that realizes high resolution can be obtained. On the other hand, a decrease in resolution due to oblique incidence of X-rays is more noticeable in a radiation detector having a high resolution. That is, the distribution of minute incident angles, which was relatively negligible with a radiation detector with a resolution of about 100 μm, appears to be noticeable as a decrease in resolution with a radiation detector with a resolution of about 2 μm. become.
ここで、本実施形態におけるシンチレータ結晶体１０２のタイリングについて、より詳細に説明をする。本実施形態では、発光点深さによる位置ずれ量Ｗが画素サイズよりも小さくなるようにシンチレータ結晶体１０２をタイリングする。 Here, tiling of the scintillator crystal body 102 in the present embodiment will be described in more detail. In the present embodiment, the scintillator crystal 102 is tiled so that the positional deviation amount W due to the light emitting point depth is smaller than the pixel size.
まず、シンチレータ結晶体１０２のサイズについて説明する。図１（ａ）に示すように、シンチレータ結晶体１０２に入射した放射線１０６は、発光点１０８を形成する。簡略化の為、上部と下部で発生する発光点を考える。シンチレータ結晶体１０２は理想的な光導波特性を有する為、発光点１０８で発生したシンチレーション光は、中心軸１０７に沿って導波される。よって、各々のシンチレータ結晶体の中心のように、放射線１０６の入射方向が中心軸１０７と一致する場合には、上部の発光点で生じたシンチレーション光と下部の発光点で生じたシンチレーション光とは、受光素子上の同じ位置に入射する。よって、得られる放射線画像は、シンチレータ結晶体表面に実際に入射した放射線の強度分布の像と一致する。 First, the size of the scintillator crystal body 102 will be described. As shown in FIG. 1A, the radiation 106 incident on the scintillator crystal 102 forms a light emitting point 108. For the sake of simplification, consider the light emitting points generated at the top and bottom. Since the scintillator crystal 102 has an ideal optical waveguide characteristic, the scintillation light generated at the light emitting point 108 is guided along the central axis 107. Therefore, when the incident direction of the radiation 106 coincides with the central axis 107 as in the center of each scintillator crystal, the scintillation light generated at the upper emission point and the scintillation light generated at the lower emission point are And incident on the same position on the light receiving element. Therefore, the obtained radiographic image coincides with the image of the intensity distribution of the radiation actually incident on the scintillator crystal surface.
一方、各々のシンチレータ結晶体の端部のように、放射線１０６がシンチレータ結晶体１０２の中心軸１０７と角度θ１を成して入射する場合には、上部で生じたシンチレーション光と下部で生じたシンチレーション光とは、受光素子上の異なる位置に入射する。よって、得られる放射線画像は、シンチレータ結晶体表面に実際に入射した放射線の強度分布が発光点の深さによって生じる位置ずれに起因してボケた像となる。発光点の深さによって生じる位置ずれ量Ｗは、シンチレータ結晶体の厚さをＴ、各々のシンチレータ結晶体の中心軸と放射線の成す角度をθ１として、Ｗ＝Ｔ×ｔａｎθ１となる。シンチレータ結晶体１０２のサイズＲが大きくなる程、θ１が大きくなる為、像のボケ量が大きくなる。よって、本実施形態では、発光点の深さによって生じる位置ずれ量Ｗが受光素子の画素サイズＤ以下になるように、シンチレータ結晶体のサイズＲを制限する。放射線発生源と放射線発生源とシンチレータ結晶体の放射線入射面（放射線源側の表面のことを指す）との距離をＬ―Ｔ、放射線発生源とシンチレータ結晶体の放射線到達面（受光素子側の表面のことを指す）との距離をＬとする。このとき、各シンチレータ結晶体の端部における中心軸とＸ線との角度θ１＝ａｒｃｔａｎ（Ｒ／２Ｌ）である。よって、発光点深さによる位置ずれ量Ｗは、Ｗ＝Ｔ×ｔａｎθ１＝ＴＲ／２Ｌで示される。よって、位置ずれ量Ｗを画素サイズ以下にするためには、ＴＲ／２Ｌ≦Ｄが成り立てばよく、結晶サイズＲはＲ≦２ＬＤ／Ｔが成り立つサイズであればよい。一方、同じ撮像面積を実現するためには、結晶体のサイズＲが小さい程シンチレータ結晶体のタイリングにコストがかかる。ずれ量Ｗを画素サイズより小さくしても、解像度はあまり向上しないため、シンチレータ結晶体のサイズＲは、１．６ＬＤ／Ｔ以上とすることが好ましい。 On the other hand, when the radiation 106 is incident at an angle θ 1 with the central axis 107 of the scintillator crystal 102 as at the end of each scintillator crystal, the scintillation light generated at the top and the bottom are generated. The scintillation light is incident on a different position on the light receiving element. Therefore, the obtained radiographic image becomes a blurred image due to a positional deviation in which the intensity distribution of the radiation actually incident on the scintillator crystal surface is caused by the depth of the light emitting point. The amount of displacement W caused by the depth of the light emitting point is W = T × tan θ 1 where T is the thickness of the scintillator crystal and θ 1 is the angle between the central axis of each scintillator crystal and the radiation. Larger the size R of the scintillator crystal 102 is increased, since the theta 1 is increased, the amount of blurring of the image is increased. Therefore, in the present embodiment, the size R of the scintillator crystal is limited so that the amount of displacement W caused by the depth of the light emitting point is equal to or smaller than the pixel size D of the light receiving element. The distance between the radiation source, the radiation source and the radiation incident surface of the scintillator crystal (referred to as the surface on the radiation source side) is LT, and the radiation arrival surface of the radiation source and the scintillator crystal (on the light receiving element side) Let L be the distance to the surface. At this time, the angle θ 1 = arctan (R / 2L) between the central axis and the X-ray at the end of each scintillator crystal. Therefore, the positional shift amount W due to the light emitting point depth is represented by W = T × tan θ 1 = TR / 2L. Therefore, in order to make the positional deviation amount W equal to or smaller than the pixel size, TR / 2L ≦ D may be satisfied, and the crystal size R may be a size that satisfies R ≦ 2LD / T. On the other hand, in order to realize the same imaging area, the smaller the size R of the crystal, the higher the cost of tiling the scintillator crystal. Even if the shift amount W is smaller than the pixel size, the resolution is not improved so much. Therefore, the size R of the scintillator crystal is preferably 1.6 LD / T or more.
例えば、シンチレータ結晶体の厚さＴ＝２００μｍ、画素サイズＤ＝２μｍ、放射線発生源と放射線検出器との距離Ｌ＝５００ｍｍとした場合、受光素子上の位置ずれ量Ｗを画素サイズＤ以下にするには、θ１を０．５７度以下にする必要がある。Ｒ≦２ＬＤ／Ｔより、許容される最大の結晶サイズはＲ＝１０ｍｍとなる。但し、結晶サイズとは、画素サイズが規定される方向における結晶の幅のことを指す。画素サイズは対角線の長さで規定されるため、受光素子の配列方向とシンチレータ結晶体の配列方向が一致する場合、結晶サイズは、結晶体の対角線の長さと一致する。 For example, when the thickness T of the scintillator crystal is T = 200 μm, the pixel size D is 2 μm, and the distance L between the radiation source and the radiation detector is 500 mm, the positional deviation amount W on the light receiving element is made smaller than the pixel size D. For this, θ 1 needs to be 0.57 degrees or less. From R ≦ 2LD / T, the maximum allowable crystal size is R = 10 mm. However, the crystal size refers to the width of the crystal in the direction in which the pixel size is defined. Since the pixel size is defined by the length of the diagonal line, when the arrangement direction of the light receiving elements and the arrangement direction of the scintillator crystal body coincide, the crystal size coincides with the diagonal line length of the crystal body.
次に、中心軸の角度が異なるシンチレータ結晶体の具体的な並べ方について具体例を挙げて説明をする。シンチレータ結晶体は、その中心軸の延長線１１１が放射線源の焦点近傍で交差するように配置する。例えば、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、放射線発生源の焦点３０１が放射線検出器１００の中心の法線方向に位置し、シンチレータ結晶体１０２を正方配列する場合を考える。図３（ｂ）は放射線検出器１００を放射線発生源の焦点３０１側から見た図である。この場合、中心から放射状に複数のシンチレータ結晶体１０２を配置し、それらの中心軸の延長線同士が放射線発生源の焦点３０１近傍で交差するようにする。シンチレータ結晶体と受光素子の配列方向はｘ軸とｙ軸であり、シンチレータ結晶体１０２のサイズＲはシンチレータ結晶体１０２の対角距離となる。 Next, a specific example of how to arrange scintillator crystals having different central axis angles will be described. The scintillator crystal is arranged so that the extension line 111 of the central axis intersects near the focal point of the radiation source. For example, as shown in FIGS. 3A and 3B, consider a case where the focal point 301 of the radiation source is positioned in the normal direction of the center of the radiation detector 100 and the scintillator crystals 102 are arranged in a square array. FIG. 3B is a view of the radiation detector 100 as viewed from the focal point 301 side of the radiation generation source. In this case, a plurality of scintillator crystals 102 are arranged radially from the center so that the extension lines of the central axes intersect in the vicinity of the focal point 301 of the radiation generating source. The arrangement direction of the scintillator crystal body and the light receiving element is the x axis and the y axis, and the size R of the scintillator crystal body 102 is a diagonal distance of the scintillator crystal body 102.
図３（ａ）、（ｂ）に示す矢印はシンチレータ結晶体の中心軸１０７の傾きの方向を模式的に示すものである。また、矢印の横に示した数字は、シンチレータ結晶体の厚さがＴ＝２００μｍ、画素サイズＤ＝２μｍ、Ｌ＝５００ｍｍ、結晶体のサイズＲ＝１０ｍｍとした場合の、それぞれのシンチレータ結晶体の中心軸１０７の傾きの角度を示すものである。尚、中心軸の傾きの角度とは、各シンチレータ結晶体における、中心軸と厚さ方向との角度とする。放射線検出器１００の中心位置とそれぞれのシンチレータ結晶体１０２の中心位置の距離をＨ（ｍｍ）とすると、それぞれのシンチレータ結晶体の中心軸１０７の傾き角度はｔａｎ−１［Ｈ／Ｌ］となる。 The arrows shown in FIGS. 3A and 3B schematically indicate the direction of the inclination of the central axis 107 of the scintillator crystal. The numbers shown beside the arrows indicate the scintillator crystal thickness when the thickness of the scintillator crystal is T = 200 μm, the pixel size D = 2 μm, L = 500 mm, and the crystal size R = 10 mm. The angle of inclination of the central axis 107 is shown. The angle of inclination of the central axis is the angle between the central axis and the thickness direction in each scintillator crystal. When the distance between the center position of the radiation detector 100 and the center position of each scintillator crystal body 102 is H (mm), the inclination angle of the center axis 107 of each scintillator crystal body is tan −1 [H / L]. .
一方、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、放射線発生源の焦点３０１が放射線検出器１００の中心からずれた位置の法線方向に位置する場合を考える。図３（ｄ）は放射線検出器１００を放射線発生源の焦点３０１側から見た図である。この場合では、中心からずれた位置から放射状に複数のシンチレータ結晶体１０２を配置し、各シンチレータ結晶体の中心軸１０７が放射線発生源の焦点近傍で交差するようにする。図３（ｄ）に示す矢印は各シンチレータ結晶体の中心軸１０７の傾きの方向を模式的に示すものであり、示した数字は、Ｒ＝１０ｍｍ、Ｌ＝５００ｍｍの場合におけるシンチレータ結晶体の中心軸１０７の傾きの角度を示すものである。 On the other hand, as shown in FIGS. 3C and 3D, consider a case where the focal point 301 of the radiation generation source is located in the normal direction at a position shifted from the center of the radiation detector 100. FIG. 3D is a view of the radiation detector 100 as viewed from the focal point 301 side of the radiation generation source. In this case, a plurality of scintillator crystals 102 are arranged radially from a position shifted from the center, and the center axis 107 of each scintillator crystal intersects near the focal point of the radiation source. The arrow shown in FIG. 3D schematically shows the direction of the inclination of the central axis 107 of each scintillator crystal, and the numbers shown are the centers of the scintillator crystals when R = 10 mm and L = 500 mm. The angle of inclination of the shaft 107 is shown.
このように、シンチレータ結晶体のサイズＲと、最適な中心軸の傾きの角度とは放射線発生源と放射線検出器との距離や配置関係によって変わる為、放射線発生源の配置に合わせてシンチレータ結晶体をタイリングすることが好ましい。この場合、好ましい放射線検出器と放射線発生源との配置を放射線検出器本体や説明書等に記載しておくと、ユーザーが記載に合わせて放射線検出器と放射線源とを配置、計測ができるため好ましい。 As described above, since the size R of the scintillator crystal and the optimum angle of inclination of the central axis vary depending on the distance and the arrangement relationship between the radiation source and the radiation detector, the scintillator crystal is adapted to the arrangement of the radiation source. It is preferable to tile. In this case, if the arrangement of the preferred radiation detector and radiation source is described in the radiation detector main body or the manual, the user can arrange and measure the radiation detector and radiation source according to the description. preferable.
またシンチレータ結晶体の配列方法は、図３に示したような、正方形の結晶体の正方配列に限定されず、例えば、交互にずらした正方配列や、六角形に切り出した結晶体の六角配列にすることも可能である。 The arrangement method of the scintillator crystals is not limited to the square arrangement of the square crystals as shown in FIG. 3. For example, the arrangement of the scintillator crystals is not limited to the square arrangement of the square crystals or the hexagon arrangement of the crystals cut into hexagons. It is also possible to do.
図１（ｂ）は、厚みが異なるシンチレータ結晶体を有する放射線検出器の模式図である。放射線がシンチレータ結晶体の厚さ方向に対して斜めに入射すると、シンチレータ内における放射線の光路長が長くなる。光路長のばらつきにより放射線の阻止能のばらつく為、発光量のばらつきが生じ、結果として感度の不均一性に繋がる。よって、感度の均一性を高めるには、放射線の入射方向とシンチレータ結晶体の厚さ方向とのなす角度に応じて、シンチレータの厚さを変化させ、光路長のばらつきを低減することが好ましい。シンチレータ結晶体の中心軸は、Ｘ線の入射方向とほぼ一致すると考えられるため、シンチレータ結晶体の中心軸とシンチレータ結晶体の厚さ方向とがなす角度に応じてシンチレータの厚みを変えることが好ましいともいえる。具体的には、シンチレータ結晶体の中心軸とシンチレータ結晶体の厚さ方向とがなす角度が異なる２つのシンチレータ結晶体の厚みを比較したとき、角度が大きい方のシンチレータの方が、角度が小さい方のシンチレータよりも薄いことが好ましい。シンチレータ結晶体の中心軸とシンチレータ結晶体の厚さ方向とがなす角度が大きいほど、シンチレータ結晶体の厚みが薄いことがより好ましいが、シンチレータ結晶体の厚みは段階的に変化させても良い。例えば、シンチレータ結晶体の中心軸とシンチレータ結晶体の厚さ方向とがなす角度が０度と０．５度のシンチレータの厚みを３００μｍ、１度と１．５度のシンチレータの厚みを３００−ｘμｍ（ただし、ｘは正の数値）としても良い。 FIG. 1B is a schematic diagram of a radiation detector having scintillator crystals with different thicknesses. When radiation is incident obliquely with respect to the thickness direction of the scintillator crystal, the optical path length of the radiation in the scintillator becomes long. Since the stopping power of radiation varies due to variations in optical path length, variations in the amount of light emission occur, resulting in non-uniform sensitivity. Therefore, in order to improve the uniformity of sensitivity, it is preferable to reduce the variation in optical path length by changing the thickness of the scintillator in accordance with the angle formed by the incident direction of radiation and the thickness direction of the scintillator crystal. Since the central axis of the scintillator crystal is considered to be substantially coincident with the incident direction of X-rays, it is preferable to change the thickness of the scintillator according to the angle formed by the central axis of the scintillator crystal and the thickness direction of the scintillator crystal. It can be said. Specifically, when the thicknesses of two scintillator crystals having different angles formed by the central axis of the scintillator crystal and the thickness direction of the scintillator crystal are compared, the scintillator having the larger angle has a smaller angle. It is preferably thinner than the other scintillator. The larger the angle formed by the central axis of the scintillator crystal and the thickness direction of the scintillator crystal, the more preferable the scintillator crystal is thinner. However, the thickness of the scintillator crystal may be changed stepwise. For example, the scintillator thickness is 300 μm when the angle between the central axis of the scintillator crystal and the thickness direction of the scintillator crystal is 0 degree and 0.5 degree, and the scintillator thickness is 300−x μm. (Where x is a positive numerical value).
また、図１（ｂ）の様にシンチレータ結晶体の厚みを変える代わりに、発光量のバラつきを画像処理により補正しても良い。入射した放射線の全部がシンチレータ結晶体に吸収されるのに十分な光路長がない場合、光路長と発光量とは比例する。よって、放射線の入射角が大きいシンチレータ結晶体での発光量は相対的に多くなる。よって、検出結果に対して入射角に応じた発光量補正を行う演算装置を検出器と接続、又は検出器に組み込んでも良い。実際の入射角が不明な場合であっても、中心軸の延長線の交点に放射線源の焦点が配置されるものとみなして入射角を決めて補正を行うことができる。 Further, instead of changing the thickness of the scintillator crystal as shown in FIG. 1B, the variation in the light emission amount may be corrected by image processing. If there is not an optical path length sufficient for all of the incident radiation to be absorbed by the scintillator crystal, the optical path length and the amount of light emission are proportional. Therefore, the amount of light emitted from the scintillator crystal having a large incident angle of radiation is relatively large. Therefore, an arithmetic unit that corrects the light emission amount according to the incident angle with respect to the detection result may be connected to the detector or incorporated in the detector. Even when the actual incident angle is unknown, correction can be performed by determining the incident angle by assuming that the focal point of the radiation source is arranged at the intersection of the extension lines of the central axis.
また、図１を見ると分かるように、周辺部ではシンチレーション光は斜めに導波される。よって、受光素子表面に形成される光の強度分布は、シンチレータ結晶体の受光素子側表面に形成される放射線の強度分布を、中心部のシンチレータ結晶体（中心軸の傾きの角度が最も小さい結晶体）を中心として拡大されたような強度分布である。この拡大率は、放射線発生源と放射線検出器の放射線源側のシンチレータ表面との距離Ｌ−Ｔを放射線発生源と受光素子側のシンチレータ表面との距離をＬで除した値（（Ｌ−Ｔ）／Ｌ）であり、Ｌ＞＞Ｔが成り立つ撮像であれば無視できる程度である。しかしながら、ＴがＬの数％程度以上となる場合は、検出結果に対して、中心領域を中心とした縮小処理を行う演算装置を検出器と接続、又は検出器に組み込んでも良い。 As can be seen from FIG. 1, the scintillation light is guided obliquely in the peripheral portion. Therefore, the intensity distribution of light formed on the surface of the light receiving element is the same as the intensity distribution of the radiation formed on the surface of the scintillator crystal on the light receiving element side. The intensity distribution is enlarged around the body. This enlargement ratio is a value obtained by dividing the distance LT between the radiation source and the scintillator surface on the radiation source side of the radiation detector by the distance L between the radiation source and the scintillator surface on the light receiving element side ((LT). ) / L), and is negligible if L >> T is satisfied. However, when T is about several percent or more of L, an arithmetic unit that performs a reduction process centered on the central region of the detection result may be connected to the detector or incorporated in the detector.
本実施形態の放射線検出器は、放射線源とともに放射線計測システムを構成することができる。放射線検出システムにおいて、放射線源と放射線検出器との相対位置は固定されていても良いし、移動可能に構成されていても良いが、計測時にはシンチレータ結晶体のサイズＲと中心軸の傾き角度との設計値にあった相対位置に配置されることが好ましい。 The radiation detector of this embodiment can constitute a radiation measurement system together with a radiation source. In the radiation detection system, the relative position between the radiation source and the radiation detector may be fixed or configured to be movable, but at the time of measurement, the size R of the scintillator crystal and the inclination angle of the central axis It is preferable to arrange at a relative position that meets the design value.
以下、本実施形態の具体的な例を挙げて説明をする。 Hereinafter, a specific example of this embodiment will be described.
本実施例では、シンチレータ結晶体の製造方法の具体例及び製造したシンチレータ結晶体の中心軸と放射線の入射方向とのなす角度が解像度に与える影響について調べた結果にについて説明をする。 In this example, a specific example of a method for manufacturing a scintillator crystal and the results of examining the influence of the angle between the central axis of the manufactured scintillator crystal and the incident direction of radiation on the resolution will be described.
本実施例では、各々のシンチレータ結晶体は、複数の第１の相の材料としてＧｄＡｌＯ３を、第２の相の材料としてＡｌ２Ｏ３を有する共晶相分離シンチレータ結晶体であり、Ｔｂ３＋を発光中心として含有する。このような共晶相分離シンチレータ結晶体の製造方法について説明をする。 In this embodiment, each scintillator crystal is a GdAlO 3 as a material of the plurality of first phase is a eutectic phase separation scintillator crystal with Al 2 O 3 as a material of the second phase, Tb 3+ Is contained as a luminescent center. A method for producing such a eutectic phase separation scintillator crystal will be described.
まず、ＧｄＡｌＯ３に対してＴｂ３＋を８ｍｏｌ％添加した材料とＡｌ２Ｏ３との組成比が、４６：５４（ｍｏｌ％）になるように、Ｇｄ２Ｏ３、Ｔｂ４Ｏ７、Ａｌ２Ｏ３、を評量した。そして、これらの粉末を充分に混合し。これを原料粉末とした。これらの原料粉末をＩｒるつぼに入れて、誘導加熱によりるつぼを１７００℃まで加熱し、試料全体を溶解させた。そして、試料全体が溶解した後３０分保持してから、１８ｍｍ／ｈの速度で一方向凝固を行うことで試料を育成した。このようにして作製した試料を厚さ２５０μｍで切り出し、両面を研磨して試料とした。試料を走査型電子顕微鏡で観察したところ、この試料が、Ａｌ２Ｏ３相中に直径約１．２μｍの無数のＧｄＡｌＯ３柱状構造体が埋め込まれたような相分離構造体であることが確認された。この試料は、Ｘ線照射により、５４５ｎｍ付近に緑色発光ピークを示した。 First, Gd 2 O 3 , Tb 4 O 7 , Al 2 so that the composition ratio of the material in which 8 mol% of Tb 3+ is added to GdAlO 3 and Al 2 O 3 is 46:54 (mol%). O 3 was weighed. Then, mix these powders thoroughly. This was used as a raw material powder. These raw material powders were put in an Ir crucible, and the crucible was heated to 1700 ° C. by induction heating to dissolve the entire sample. And after the whole sample melt | dissolved, after hold | maintaining for 30 minutes, the sample was grown by performing unidirectional solidification at a speed | rate of 18 mm / h. The sample thus prepared was cut out with a thickness of 250 μm, and both surfaces were polished to obtain a sample. When the sample was observed with a scanning electron microscope, it was confirmed that this sample was a phase separation structure in which an infinite number of GdAlO 3 columnar structures having a diameter of about 1.2 μm were embedded in the Al 2 O 3 phase. It was done. This sample showed a green emission peak around 545 nm by X-ray irradiation.
ここで、まず、Ｘ線の入射方向とシンチレータ結晶体の中心軸が成す角度がＸ線画像の解像度に与える影響について評価した。評価には８．２μｍ周期の金とシリコンからなるライン＆スペースの格子を被写体として用い、そのＸ線の入射方向とシンチレータ結晶体の中心軸が成す角度と解像度との関係を評価した。評価系としては、シンチレータ結晶体の光取り出し面をレンズで拡大して二次元受光素子であるＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）に結像させることで、１画素の解像度が０．６５μｍとして取得可能なＸ線撮像系を用いた。放射線源としては、タングステン管球のＸ線源を用い、Ｘ線源と放射線検出器との距離はＬ＝２５ｃｍとし、４０ｋＶ、０．５ｍＡ、Ａｌフィルター有りの条件で得られるＸ線を撮像に用いた。 Here, first, the influence of the angle formed by the incident direction of the X-ray and the central axis of the scintillator crystal on the resolution of the X-ray image was evaluated. For the evaluation, a line and space lattice made of gold and silicon with a period of 8.2 μm was used as a subject, and the relationship between the incident direction of the X-ray and the angle formed by the central axis of the scintillator crystal and the resolution was evaluated. As an evaluation system, the light extraction surface of the scintillator crystal is magnified by a lens and imaged on a CCD (Charge Couple Device), which is a two-dimensional light receiving element, so that the resolution of one pixel can be acquired as 0.65 μm. A line imaging system was used. As a radiation source, a tungsten tube X-ray source is used. The distance between the X-ray source and the radiation detector is L = 25 cm, and X-rays obtained under the conditions of 40 kV, 0.5 mA, Al filter are used for imaging. Using.
図４（ａ）に、Ｘ線の入射方向とシンチレータ結晶体の中心軸とを一致（０度）させたときのＸ線画像を示す。また、その強度のラインプロファイルについて図５（ａ）に示す。図５（ａ）に示すように、Ｘ線の入射方向とシンチレータ結晶体の中心軸とを一致させると、８．２μｍのパターン（１２２ラインペア／ｍｍに相当）を明瞭に解像できた。また、そのＣｏｎｔｒａｓｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＣＴＦ）値を、ライン撮像領域の明部（Ｉｍａｘ）と暗部（Ｉｍｉｎ）を用いてＣＴＦ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）として定義した場合、ＣＴＦ＝０．２６となった。このように、本実施例のシンチレータ結晶体を用い、且つ、Ｘ線の入射方向とシンチレータ結晶体の中心軸とを一致させれば、周期が１０μｍ以下のパターンであっても、高いコントラストで撮像することができることが分かった。次に、シンチレータ結晶体を傾斜させ、Ｘ線の入射方向とシンチレータ結晶体の中心軸が成す角度を０．５度、０．７５度、１度、１．２度と変化させて同様に撮像を行った。図４（ｂ）に、Ｘ線の入射方向とシンチレータ結晶体の中心軸が成す角度が１．２度のときのＸ線画像を示す。また、Ｘ線の入射方向とシンチレータ結晶体の中心軸が成す角度が０．７５度、１．２度の場合のラインプロファイルを、図５（ａ）に示す。図５（ａ）から、Ｘ線の入射方向とシンチレータ結晶体の中心軸が成す角度が大きくなるほど、ラインの明部と暗部との強度差が小さいことが分かる。図５（ｂ）に、Ｘ線の入射方向とシンチレータ結晶体の中心軸が成す角度とＣＴＦ値との関係を示す。図５（ｂ）から、Ｘ線の入射方向とシンチレータ結晶体の中心軸が成す角度が大きくなるに従い、ＣＴＦ値が低下することが分かる。Ｘ線の入射方向とシンチレータ結晶体の中心軸が成す角度が１．２度まで大きくなると、発光点深さによる位置ずれ量Ｗは、２５０μｍ×ｔａｎ１．２＝５．２μｍになる。こうなると、図４（ｂ）のように、８．２μｍのパターンを解像することができなくなってしまう。 FIG. 4A shows an X-ray image when the incident direction of X-rays coincides with the central axis of the scintillator crystal (0 degree). FIG. 5A shows the line profile of the intensity. As shown in FIG. 5A, when the X-ray incident direction and the central axis of the scintillator crystal were matched, an 8.2 μm pattern (corresponding to 122 line pairs / mm) could be clearly resolved. Also, the Contrast Transfer Function (CTF) value was defined as CTF = (I max −I min ) / (I max + I min ) using the bright part (I max ) and dark part (I min ) of the line imaging region. In this case, CTF = 0.26. As described above, if the scintillator crystal of this example is used and the incident direction of the X-rays coincides with the central axis of the scintillator crystal, even with a pattern having a period of 10 μm or less, imaging is performed with high contrast. I found out that I can do it. Next, the scintillator crystal is tilted, and the angle formed by the X-ray incident direction and the center axis of the scintillator crystal is changed to 0.5 degrees, 0.75 degrees, 1 degree, and 1.2 degrees in the same manner. Went. FIG. 4B shows an X-ray image when the angle formed by the incident direction of the X-ray and the central axis of the scintillator crystal is 1.2 degrees. FIG. 5A shows a line profile when the angle formed between the incident direction of X-rays and the central axis of the scintillator crystal is 0.75 degrees and 1.2 degrees. From FIG. 5A, it can be seen that the greater the angle formed by the incident direction of X-rays and the central axis of the scintillator crystal, the smaller the intensity difference between the bright and dark portions of the line. FIG. 5B shows the relationship between the CTF value and the angle formed by the X-ray incident direction and the central axis of the scintillator crystal. FIG. 5B shows that the CTF value decreases as the angle formed by the X-ray incident direction and the central axis of the scintillator crystal increases. When the angle formed by the incident direction of the X-ray and the central axis of the scintillator crystal is increased to 1.2 degrees, the positional shift amount W due to the light emitting point depth is 250 μm × tan 1.2 = 5.2 μm. In this case, as shown in FIG. 4B, the 8.2 μm pattern cannot be resolved.
このように相分離構造からなるシンチレータ結晶体は光ファイバーのような導波性を有する為、このようなシンチレータ結晶体と画素サイズが数μｍの高解像度センサとを用いれば、数μｍを解像できる高い空間分解能でＸ線画像を取得可能である。ただし、数μｍを解像できるほどに高い空間分解能を得るには、各々のシンチレータ結晶体において位置ずれ量Ｗが画素サイズ以下になるようにし、位置ずれ量による解像度の低下を抑えることが好ましい。 Since the scintillator crystal having a phase separation structure as described above has a waveguiding property like an optical fiber, several μm can be resolved by using such a scintillator crystal and a high-resolution sensor having a pixel size of several μm. X-ray images can be acquired with high spatial resolution. However, in order to obtain a spatial resolution that is high enough to resolve several μm, it is preferable that the positional deviation amount W is set to be equal to or smaller than the pixel size in each scintillator crystal to suppress a decrease in resolution due to the positional deviation amount.
本実施例では、位置ずれ量Ｗが検出部の画素サイズ以下になるようなシンチレータのタイリング方法の具体例について説明する。シンチレータ結晶体は、実施例１で製造したものを用いた。 In the present embodiment, a specific example of a scintillator tiling method in which the positional deviation amount W is equal to or smaller than the pixel size of the detection unit will be described. As the scintillator crystal, the one manufactured in Example 1 was used.
本実施例では、検出部として、画素サイズが２．５μｍの受光素子が２次元に配置された受光素子アレイを用いた。放射線発生源は放射線検出器の中心の垂直方向に、放射線源と放射線検出器との距離が２５ｃｍになるように配置されることを想定する。位置ずれ量Ｗが画素サイズ以下になるようにするには、２．５μｍ≧２５０μｍ×ｔａｎθ１より、シンチレータ結晶体の中心軸とＸ線の入射方向との角度θ１を０．５７度以下にする必要がある。各々のシンチレータ結晶体の中心でＸ線の入射方向とシンチレータ結晶体の中心軸とが成す角度が一致するものとすると、Ｒ≦２×２５０ｍｍ×２．５μｍ÷２５０μｍ＝５ｍｍとすれば位置ずれ量Ｗを画素サイズよりも小さくすることができる。 In this embodiment, a light receiving element array in which light receiving elements having a pixel size of 2.5 μm are two-dimensionally arranged is used as the detection unit. It is assumed that the radiation source is arranged in the direction perpendicular to the center of the radiation detector so that the distance between the radiation source and the radiation detector is 25 cm. The positional deviation amount W is set to be below the pixel size is from 2.5μm ≧ 250μm × tanθ 1, the angle theta 1 between an incident direction of the central axis and the X-ray scintillator crystal below 0.57 degrees There is a need to. Assuming that the angle formed by the incident direction of the X-rays and the central axis of the scintillator crystal coincides at the center of each scintillator crystal, the amount of positional deviation is given by R ≦ 2 × 250 mm × 2.5 μm ÷ 250 μm = 5 mm W can be made smaller than the pixel size.
本実施例では、シンチレータ結晶体を正方形に切り出し、２次元に正方配列する。そして、受光素子が２次元に正方配列している検出部を用い、受光素子の２つの配列方向がシンチレータ結晶体の２つの配列方向と一致するようにシンチレータプレートと検出部とを組み合わせる。このように、受光素子の２つの配列方向とシンチレータ結晶体の２つの配列方向とが一致するとき、結晶サイズＲは対角距離であるため、本実施例では、シンチレータ結晶体の対角距離が５ｍｍとなるように、一辺３．５ｍｍの正方形で切り出した。このとき、図６に示すように、一方向凝固を行うことで取得した試料から、第一の相の延伸方向６０に対して斜めに切り出す。これにより、切り出したシンチレータ結晶体の中心軸（第一の相の延伸方向６０に一致する）とシンチレータ結晶体の第２の面の法線方向６１との角度を任意の角度とすることができる。本実施例では、シンチレータ結晶体の中心軸と第２の面の法線方向と成す角度が、０度を１枚、０．８１度を４枚、１．１５度を４枚、１．６２度を４枚、１．８１度を８枚、２．２９度を４枚の計２５枚のシンチレータ結晶体を切り出した。そして、図３（ｂ）のように、切り出した２５枚のシンチレータ結晶体を、中心部から放射状に角度が大きくなるように５×５列に二次元に配列して、全体として１７．５ｍｍ×１７．５ｍｍのサイズとして固定し、シンチレータプレートを得た。このシンチレータプレートを、二次元の受光素子アレイに対向するように配置し、放射線検出器とした。 In this embodiment, scintillator crystals are cut into squares and arranged in a two-dimensional square. Then, a detection unit in which the light receiving elements are two-dimensionally arranged in a square is used, and the scintillator plate and the detection unit are combined so that the two arrangement directions of the light receiving elements coincide with the two arrangement directions of the scintillator crystals. Thus, when the two arrangement directions of the light receiving elements coincide with the two arrangement directions of the scintillator crystal, the crystal size R is a diagonal distance. Therefore, in this embodiment, the diagonal distance of the scintillator crystal is It cut out with the square of 3.5 mm of one side so that it might be set to 5 mm. At this time, as shown in FIG. 6, it cuts out diagonally with respect to the extending direction 60 of a 1st phase from the sample acquired by performing unidirectional solidification. Thereby, the angle between the central axis of the cut scintillator crystal (corresponding to the extending direction 60 of the first phase) and the normal direction 61 of the second surface of the scintillator crystal can be set to an arbitrary angle. . In this example, the angle formed between the central axis of the scintillator crystal and the normal direction of the second surface is 1 sheet of 0 degree, 4 sheets of 0.81 degree, 4 sheets of 1.15 degree, 1.62 A total of 25 scintillator crystals were cut out: 4 degrees, 8 degrees 1.81 degrees and 4 degrees 2.29 degrees. Then, as shown in FIG. 3B, the 25 scintillator crystals cut out are arranged two-dimensionally in 5 × 5 rows so that the angle increases radially from the central portion, and the whole is 17.5 mm × It fixed as a size of 17.5 mm, and the scintillator plate was obtained. The scintillator plate was disposed so as to face the two-dimensional light receiving element array, and a radiation detector was obtained.
このようにして得られた放射線検出器を用いて８．２μｍ周期の金とシリコンからなるライン＆スペースの格子を被写体として、Ｘ線画像を取得した。Ｘ線画像の取得は、タングステン管球のＸ線源を用い、６０ｋＶ、１．０ｍＡ、Ａｌフィルター有りの条件で得られるＸ線を用いた。各々のシンチレータ結晶体の中心、及び周辺部で８．２μｍのパターンを解像でき、全体として５×５列の１７．５ｍｍ×１７．５ｍｍ全域で、８．２μｍのパターンを解像可能なＸ線画像を取得することができた。このように、切り出しサイズを調節し、中心軸（導波方向と一致する）を徐々に傾斜させてシンチレータ結晶体をタイリングすることで、位置ずれ量Ｗを画素サイズＤ以下とすることができた。これにより、撮像範囲の全域で高解像度が得られる放射線検出器を作製することができた。 Using the radiation detector thus obtained, an X-ray image was acquired using a grid of lines and spaces made of gold and silicon with a period of 8.2 μm as a subject. The X-ray image was acquired using an X-ray source of a tungsten tube, and X-rays obtained under the conditions of 60 kV, 1.0 mA and an Al filter. An X pattern capable of resolving a 8.2 μm pattern at the center and periphery of each scintillator crystal, and resolving an 8.2 μm pattern over the entire area of 17.5 mm × 17.5 mm in 5 × 5 rows A line image could be obtained. In this way, by adjusting the cut-out size and gradually tilting the central axis (coincident with the waveguide direction) and tiling the scintillator crystal, the positional deviation amount W can be made smaller than the pixel size D. It was. Thereby, the radiation detector which can obtain high resolution in the whole imaging range was able to be produced.
本実施例は、実施例２の放射線検出器を、Ｘ線トールボット干渉計の検出器として用いた具体例について説明をする。 In this example, a specific example in which the radiation detector of Example 2 is used as a detector of an X-ray Talbot interferometer will be described.
本実施例のＸ線トールボット干渉計の模式図を図７に示す。Ｘ線トールボット干渉計は、Ｘ線源７０と、Ｘ線源からのＸ線７１を回折して干渉パターンを形成するＸ線回折格子７３と、干渉パターンを形成するＸ線を検出する検出器７４と、検出器の検出結果を用いて被検体７２の情報を取得する演算装置７５を備える。 A schematic diagram of the X-ray Talbot interferometer of this example is shown in FIG. The X-ray Talbot interferometer includes an X-ray source 70, an X-ray diffraction grating 73 that diffracts X-rays 71 from the X-ray source to form an interference pattern, and a detector that detects the X-rays that form the interference pattern. 74 and an arithmetic unit 75 that acquires information on the subject 72 using the detection result of the detector.
Ｘ線トールボット干渉計については、例えば国際公開２０１０／０５０４８３号公報など多数の文献に詳細が記載されているため、詳細については省略する。一般的なトールボット干渉計は、干渉パターンが形成される位置に遮蔽格子または吸収格子と呼ばれる格子を配置し、モアレを形成することで、数μｍ程度の周期を有する干渉パターンの情報を取得する。一方、本実施例のＸ線トールボット干渉計は、検出器７４として実施例２の放射線検出器を備えるため、検出器７４を干渉パターンが形成される位置に配置することで、干渉パターンの明暗を検出器７４で直接観察することができる。よって、検出器７４による検出結果を用いて、被検体７２による干渉パターンの変化を解析することで、被検体の位相、散乱、吸収に関する情報を取得することができる。 Since the details of the X-ray Talbot interferometer are described in many documents such as International Publication No. 2010/050484, the details are omitted. A general Talbot interferometer obtains information on an interference pattern having a period of about several μm by disposing a grating called a shielding grating or an absorption grating at a position where an interference pattern is formed and forming moire. . On the other hand, since the X-ray Talbot interferometer of the present embodiment includes the radiation detector of the second embodiment as the detector 74, by arranging the detector 74 at a position where the interference pattern is formed, the brightness of the interference pattern is reduced. Can be directly observed by the detector 74. Therefore, by analyzing the change in the interference pattern by the subject 72 using the detection result by the detector 74, information regarding the phase, scattering, and absorption of the subject can be acquired.
その他、Ｘ線源、回折格子、演算装置による干渉パターンの解析方法などは一般的なトールボット干渉計と同様である。尚、Ｘ線トールボット干渉計は、演算装置７５により取得した被検体の情報を表示する表示手段（不図示）を備えていても良い。また、Ｘ線トールボット干渉計は、演算装置７５やＸ線源７０を備えなくても良い。この場合、撮像時に任意のＸ線源と組み合わせることで、Ｘ線トールボット干渉計による撮像（干渉パターンの取得）を行うことができる。 In addition, the analysis method of the interference pattern by the X-ray source, diffraction grating, and arithmetic unit is the same as that of a general Talbot interferometer. Note that the X-ray Talbot interferometer may include display means (not shown) for displaying information on the subject acquired by the arithmetic device 75. Further, the X-ray Talbot interferometer may not include the arithmetic device 75 and the X-ray source 70. In this case, it is possible to perform imaging (acquisition of interference pattern) with an X-ray Talbot interferometer by combining with an arbitrary X-ray source during imaging.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
１００ 放射線検出器
１０１ シンチレータプレート
１０２ シンチレータ結晶体
１０３ 検出部
１０４ 基板
１０５ 受光素子
１０６ 放射線
１０７ 中心軸
２０２ 第１の相
２０３ 第２の相
２０４ 第１の相の周期
２０５ 第１の相の直径
２０６ シンチレーション光
２０８ 第１の面
２０９ 第２の面
３０１ 放射線発生源の焦点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Radiation detector 101 Scintillator plate 102 Scintillator crystal 103 Detection part 104 Substrate 105 Light receiving element 106 Radiation 107 Central axis 202 1st phase 203 2nd phase 204 1st phase period 205 1st phase diameter 206 Scintillation Light 208 First surface 209 Second surface 301 Focus of radiation source
Claims (9)
前記放射線検出器はシンチレータプレートと、前記シンチレータプレートからの光を検出する検出部とを備え、
前記シンチレータプレートは複数の第１の相と、前記複数の第１の相のそれぞれの周りに位置する第２の相とを有するシンチレータ結晶体を複数有し、
前記第１の相と前記第２の相とはシンチレーション光の屈折率が異なり、
複数の前記シンチレータ結晶体のそれぞれの中心軸を延長した延長線同士が交差し、
前記延長線同士が交差する交点と前記シンチレータプレートとの距離は、前記交点と前記検出部との距離よりも短く、
前記検出部は複数の受光素子を備え、
前記受光素子の配列方向における前記シンチレータ結晶体の幅をＲ、前記配列方向における前記受光素子の幅をＤ、前記シンチレータ結晶体の厚さをＴ、前記放射線源と前記シンチレータ結晶体の放射線入射面との距離をＬとするとき、
ＴＲ／２Ｌ≦Ｄ
であることを特徴とする放射線計測システム。 A radiation measurement system comprising a radiation source and a radiation detector for detecting radiation from the radiation source,
The radiation detector includes a scintillator plate and a detection unit that detects light from the scintillator plate ,
The scintillator plate has a plurality of scintillator crystals having a plurality of first phases and a second phase positioned around each of the plurality of first phases;
The first phase and the second phase have different refractive indexes of scintillation light,
Extension lines extending the central axes of the plurality of scintillator crystals intersect each other ,
The distance between the intersection where the extension lines intersect and the scintillator plate is shorter than the distance between the intersection and the detection unit,
The detection unit includes a plurality of light receiving elements,
The width of the scintillator crystal in the arrangement direction of the light receiving elements is R, the width of the light receiving element in the arrangement direction is D, the thickness of the scintillator crystal is T, and the radiation incident surface of the radiation source and the scintillator crystals When the distance between and is L,
TR / 2L ≦ D
Radiation measurement system characterized by being .
前記第１の材料と、前記第２の材料との共晶体を有することを特徴とする請求項３に記載の放射線計測システム。 The scintillator crystal is
The radiation measurement system according to claim 3, comprising a eutectic of the first material and the second material.
前記第２の相は前記第１の相よりも前記シンチレーション光の屈折率が低いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の放射線計測システム。 The first phase generates the scintillation light by the incidence of radiation,
The radiation measurement system according to claim 1, wherein the second phase has a refractive index of the scintillation light lower than that of the first phase.
前記干渉パターンを検出する放射線検出器とを備え、
前記放射線検出器はシンチレータプレートと、前記シンチレータプレートからの光を検出する検出部とを備え、
前記シンチレータプレートは複数の第１の相と、前記複数の第１の相のそれぞれの周りに位置する第２の相とを有するシンチレータ結晶体を複数有し、
前記第１の相と前記第２の相とはシンチレーション光の屈折率が異なり、
複数の前記シンチレータ結晶体のそれぞれの中心軸を延長した延長線同士が交差し、
前記延長線同士が交差する交点と前記シンチレータプレートとの距離は、前記交点と前記検出部との距離よりも短く、
前記検出部は複数の受光素子を備え、
前記受光素子の配列方向における前記シンチレータ結晶体の幅をＲ、前記配列方向における前記受光素子の幅をＤ、前記シンチレータ結晶体の厚さをＴ、前記放射線源と前記シンチレータ結晶体の放射線入射面との距離をＬとするとき、
ＴＲ／２Ｌ≦Ｄ
であることを特徴とするトールボット干渉計。 A diffraction grating that diffracts radiation from a radiation source to form an interference pattern;
A radiation detector for detecting the interference pattern;
The radiation detector includes a scintillator plate and a detector that detects light from the scintillator plate ,
The scintillator plate includes a plurality of scintillator crystals having a plurality of first phases and a second phase positioned around each of the plurality of first phases;
The first phase and the second phase have different refractive indexes of scintillation light,
Extension lines extending the central axes of the plurality of scintillator crystals intersect each other,
The distance between the intersection where the extension lines intersect and the scintillator plate is shorter than the distance between the intersection and the detection unit,
The detection unit includes a plurality of light receiving elements,
The width of the scintillator crystal in the arrangement direction of the light receiving elements is R, the width of the light receiving element in the arrangement direction is D, the thickness of the scintillator crystal is T, and the radiation incident surface of the radiation source and the scintillator crystal When the distance between and is L,
TR / 2L ≦ D
A Talbot interferometer characterized by
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