JP7359745B2 - 放射線検出器及び放射線検出方法 - Google Patents

放射線検出器及び放射線検出方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、放射線検出器及び放射線検出方法に関する。
例えば、放射線を被照射体に照射して、被照射体の状態の観察、または、治療などが行われる。放射線の強度（例えば線量率など）を検出する放射線検出器において、検出精度の向上が望まれる。
特許第４２０５７８９号公報
本発明の実施形態は、検出精度を向上可能な放射線検出器及び放射線検出方法を提供する。
本発明の実施形態によれば、放射線検出器は、第１有機検出層及び第１層を含む第１検出部と、第２有機検出層を含む第２検出部と、を含む。前記第１層は、第１材料及び第１厚さを有する。前記第２検出部は前記第１層を含まない。第２検出部は、第２層を含まない、または、前記第２検出部は、第２層を含む。前記第２層は、前記第１材料とは異なる第２材料、及び、前記第１厚さとは異なる第２厚さの少なくともいずれかを有する。前記第１材料は、第１有機材料及び第１元素の少なくともいずれかを含み、前記第１元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。前記第２材料は、第２有機材料及び第２元素の少なくともいずれかを含み、前記第２元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。
図１は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。 図２は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。 図３は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。 図４は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。 図５は、第１実施形態に係る放射線検出器の特性を例示するグラフ図である。 図６は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的斜視図である。 図７は、第２実施形態に係る放射線検出方法を例示するフローチャート図である。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。
図１に示すように、実施形態に係る放射線検出器１１０は、第１検出部１０Ｅ及び第２検出部２０Ｅを含む。第１検出部１０Ｅは、第１有機検出層１３及び第１層１０Ｌを含む。第２検出部２０Ｅは、第２有機検出層２３を含む。第２検出部２０Ｅは、第１層１０Ｌを含まない。この例では、第２検出部２０Ｅは、第２層２０Ｌをさらに含む。後述するように、第２検出部２０Ｅは、第２層２０Ｌを含まなくても良い。
第１有機検出層１３から第１層１０Ｌへの方向をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。Ｚ軸方向は、例えば、第１有機検出層１３及び第１層１０Ｌの積層方向に対応する。
例えば、第１有機検出層１３及び第１層１０Ｌは、Ｘ－Ｙ平面に対して実質的に平行に広がる。第２有機検出層２３及び第２層２０Ｌは、Ｘ－Ｙ平面に対して実質的に平行に広がる。
第１層１０Ｌは、第１材料及び第１厚さｔ１を有する。第１厚さｔ１は、Ｚ軸方向に沿う長さである。
第２検出部２０Ｅが第２層２０Ｌを含む場合、第２層２０Ｌは、第１材料とは異なる第２材料、及び、第１厚さｔ１とは異なる第２厚さｔ２の少なくともいずれかを有する。第２厚さｔ２は、Ｚ軸方向に沿う長さである。
第１材料は、第１有機材料及び第１元素の少なくともいずれかを含む。第１元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。このような第１元素は、例えば、軽金属を含む。
第２材料は、第２有機材料及び第２元素の少なくともいずれかを含む。第２元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。このような第２元素は、例えば、軽金属を含む。
例えば、放射線発生装置８５で放射線８１が発生する。放射線８１は、第１検出部１０Ｅ及び第２検出部２０Ｅに入射する。放射線８１は、これらの検出部を透過し、被照射体８０に入射する。１つの例において、放射線８１は、Ｘ線を含む。放射線８１は、γ線を含んでも良い。被照射体８０は、例えば、人体などである。例えば、放射線８１が人体などに照射され、人体の状態の観察または治療などが行われる。被照射体８０は物体でも良い。放射線８１が物体に照射され、物体の状態(例えば傷など）の検出などが行われても良い。
第１検出部１０Ｅにおいて、第１層１０Ｌを介して、放射線８１が第１有機検出層１３に入射する。第１有機検出層１３から放射線８１の強度（例えば、線量率など）に対応した第１信号Ｓ１が得られる。第１信号Ｓ１は、第１層１０Ｌの特性に応じている。
第２検出部２０Ｅにおいて、第２層２０Ｌを介して、放射線８１が第２有機検出層２３に入射する。第２有機検出層２３から放射線８１の強度（例えば、線量率など）に対応した第２信号Ｓ２が得られる。上記のように、第２層２０Ｌは、第１材料とは異なる第２材料、及び、第１厚さｔ１とは異なる第２厚さｔ２の少なくともいずれかを有する。このため、第２信号Ｓ２は、第１信号Ｓ１と異なる。第２検出部２０Ｅが第２層２０Ｌを含まない場合も、第２信号Ｓ２は、第１信号Ｓ１と異なる。
このように、互いに異なる複数の信号が得られる。例えば、これらの信号を用いた処理を行うことで、放射線８１の強度（例えば、線量率など）を高い精度で検出できる。検出精度を向上可能な放射線検出器が提供できる。実施形態における信号処理の例については、後述する。
図１に示すように、この例では、第１検出部１０Ｅは、第１電極１１及び第１対向電極１２をさらに含む。第１対向電極１２と第１層１０Ｌとの間に第１電極１１がある。第１対向電極１２と第１電極１１との間に第１有機検出層１３がある。
図１に示すように、第２検出部２０Ｅは、第２電極２１及び第２対向電極２２をさらに含む。第２対向電極２２と第２電極２１との間に第２有機検出層２３がある。第２検出部２０Ｅが第２層２０Ｌを含む場合、第２対向電極２２と第２層２０Ｌとの間に第２電極２１がある。
例えば、放射線８１は、第１層１０Ｌを介して、第１電極１１、第１有機検出層１３及び第１対向電極１２に入射する。例えば、放射線８１は、第２層２０Ｌを介して、第２電極２１、第２有機検出層２３及び第２対向電極２２に入射する。
例えば、放射線８１が有機検出層に入射すると、有機検出層において、放射線８１の強度に応じた電荷が生じる。電極及び対向電極との間にバイアス電圧が印加されることで、電荷を電流として取り出すことができる。有機検出層は、例えば、有機半導体層である。検出層が有機材料を含むことで、放射線検出器１１０を通過する放射線８１の強度の低下が抑制できる。
第１電極１１、第２電極２１、第１対向電極１２及び第２対向電極２２の少なくともいずれかは、例えば、酸化物導電体、または、軽金属など（例えばＡｌ、Ｍｇ及びＣよりなる群から選択された少なくとも１つなど）を含むことが好ましい。これにより、放射線検出器１１０を通過する放射線８１の強度の低下が抑制できる。
図１に示すように、この例では、第１検出部１０Ｅは、第１基体１５を含む。第１電極１１と第１層１０Ｌとの間に第１基体１５が設けられる。第１基体１５は、第１対向電極１２、第１有機検出層１３及び第１電極１１を支持する。第１基体１５は、第１層１０Ｌを支持する。
図１に示すように、この例では、第２検出部２０Ｅは、第２基体２５を含む。第２電極２１と第２層２０Ｌとの間に第２基体２５が設けられる。第２基体２５は、第２対向電極２２、第２有機検出層２３及び第２電極２１を支持する。第２基体２５は、第２層２０Ｌを支持する。
第１基体１５及び第２基体２５の少なくともいずれかは、ガラス及び有機材料の少なくともいずれかを含むことが好ましい。これにより、放射線検出器１１０を通過する放射線８１の強度の低下が抑制できる。
放射線検出器１１０は、支持体６５を含んでも良い。支持体６５は、第１検出部１０Ｅ及び第２検出部２０Ｅを支持する。支持体６５は、例えば、有機材料を含む。放射線検出器１１０を通過する放射線８１の強度の低下が抑制できる。
放射線検出器１１０は、検出要素６０を含む。検出要素６０は、第１検出部１０Ｅ及び第２検出部２０Ｅを含む。後述するように、複数の検出要素６０が設けられても良い。複数の検出要素６０は、例えば、Ｘ－Ｙ平面内に並ぶ。
図１に示すように、放射線検出器１１０は、処理部７０を含んでも良い。処理部７０は、第１検出部１０Ｅ及び第２検出部２０Ｅと電気的に接続される。この例では、第１接続部材７１ｗにより、処理部７０は、第１検出部１０Ｅと電気的に接続される。第２接続部材７２ｗにより、処理部７０は、第２検出部２０Ｅと電気的に接続される。第１接続部材７１ｗ及び第２接続部材７２ｗの少なくともいずれかの少なくとも一部は、軽金属など（例えば、Ａｌ、Ｍｇ及びＣよりなる群から選択された少なくとも１つなど）を含んでも良い。放射線検出器１１０を通過する放射線８１の強度の低下が抑制できる。第１接続部材７１ｗ及び第２接続部材７２ｗの少なくともいずれかの少なくとも一部の、放射線８１に対する透過率は、例えば、９０％以上である。
この例では、処理部７０は、第１検出回路７１、第２検出回路７２及び処理回路７５を含む。第１検出回路７１は、例えば、第１対向電極１２と第１電極１１との間にバイアス電圧を印加可能である。第１検出回路７１は、検出対象の放射線８１が第１検出部１０Ｅに入射したときに第１検出部１０Ｅに流れる第１電流を検出可能である。第１検出回路７１は、第１電流に応じた第１信号Ｓ１を出力可能である。第２検出回路７２は、例えば、第２対向電極２２と第２電極２１との間にバイアス電圧を印加可能である。第２検出回路７２は、検出対象の放射線８１が第２検出部２０Ｅに入射したときに第２検出部２０Ｅに流れる第２電流を検出可能である。第２検出回路７２は、第２電流に応じた第２信号Ｓ２を出力可能である。
第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２は、処理回路７５に供給される。処理回路７５は、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２に基づいて、検出信号Ｓｄを出力可能である。検出信号Ｓｄは、放射線８１の強度（例えば、線量率）に対応する。処理回路７５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを含むコンピュータでも良い。処理回路７５は、例えば、電気回路を含む。第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２は、アナログ信号でも良く、デジタル信号でも良い。第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２は、デジタル情報でも良い。検出信号Ｓｄは、アナログ信号でも良く、デジタル信号でも良い。検出信号Ｓｄは、デジタル情報でも良い。検出信号Ｓｄは、線量率、及び、線量の少なくともいずれかに関する情報を含んでも良い。
処理部７０は、記憶部７６を含んでも良い。記憶部７６は、処理回路７５における処理で用いられる情報Ｉ１（例えば、検量線及び補正係数などに関するデータなど）を記憶可能である。情報Ｉ１は、記憶部７６から処理回路７５に供給される。記憶部７６は、放射線検出器１１０の外部に設けられても良い。放射線検出器１１０は、必要な情報Ｉ１をクラウドなどの任意の通信経路を介して入手しても良い。
処理部７０における処理の例については、後述する。
図２は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。
図２に示すように、実施形態に係る放射線検出器１１１においては、第２検出部２０Ｅは、第２層２０Ｌを含まない。これを除く放射線検出器１１１の構成は、放射線検出器１１０の構成と同様で良い。
図３は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。
図３に示すように、実施形態に係る放射線検出器１２０においては、第１検出部１０Ｅは、第１シンチレータ層１０Ｓを含み、第２検出部２０Ｅは、第２シンチレータ層２０Ｓを含む。これを除く放射線検出器１２０の構成は、放射線検出器１１０の構成と同様で良い。
放射線検出器１２０において、第１シンチレータ層１０Ｓは、第１有機検出層１３と第１層１０Ｌとの間にある。この例では、第１検出部１０Ｅが第１電極１１及び第１対向電極１２をさらに含む。第１対向電極１２と第１層１０Ｌとの間に第１有機検出層１３がある。第１有機検出層１３と第１層１０Ｌとの間に第１電極１１がある。第１電極１１と第１層１０Ｌとの間に第１シンチレータ層１０Ｓがある。
第２検出部２０Ｅが第２層２０Ｌを含む場合は、第２シンチレータ層２０Ｓは第２有機検出層２３と第２層２０Ｌとの間にある。後述するように、第２検出部２０Ｅが第２層２０Ｌを含まない場合は、第２シンチレータ層２０Ｓは第２有機検出層２３と積層される。この例では、第２検出部２０Ｅは、第２電極２１、第２対向電極２２及び第２層２０Ｌを含む。第２対向電極２２と第２層２０Ｌとの間に第２有機検出層２３がある。第２有機検出層２３と第２層２０Ｌとの間に第２電極２１がある。第２電極２１と第２層２０Ｌとの間に第２シンチレータ層２０Ｓがある。
例えば、放射線８１が、第１層１０Ｌを通過して、第１シンチレータ層１０Ｓに入射する。第１シンチレータ層１０Ｓにおいて、放射線８１に応じた光（例えば可視光）が発生する。光が、第１電極１１を介して第１有機検出層１３に入射する。第１有機検出層１３において、光に応じた電荷が生じる。第１対向電極１２と第１電極１１との間にバイアス電圧が印加されることで、生じた電荷が電流として取り出される。第１有機検出層１３は、例えば、有機光電変換層である。
例えば、放射線８１が、第２層２０Ｌを通過して（または第２層２０Ｌを介さないで）、第２シンチレータ層２０Ｓに入射する。第２シンチレータ層２０Ｓにおいて、放射線８１に応じた光（例えば可視光）が発生する。光が、第２電極２１を介して第２有機検出層２３に入射する。第２有機検出層２３において、光に応じた電荷が生じる。第２対向電極２２と第２電極２１との間にバイアス電圧が印加されることで、生じた電荷が電流として取り出される。第２有機検出層２３は、例えば、有機光電変換層である。
シンチレータ層が設けられることで、より高い感度が得られる。
例えば、第１シンチレータ層１０Ｓから放出される光の第１ピーク波長に対する第１電極１１の透過率は、第１ピーク波長に対する第１対向電極１２の透過率よりも高い。例えば、第２シンチレータ層２０Ｓから放出される光の第２ピーク波長に対する第２電極２１の透過率は、第２ピーク波長に対する第２対向電極２２の透過率よりも高い。第１電極１１及び第２電極２１は、例えば、光透過性である。
例えば、第１ピーク波長における第１対向電極１２の光透過率は、第１ピーク波長における第１電極１１の光反射率よりも高い。例えば、第２ピーク波長における第２対向電極２２の光反射率は、第２ピーク波長における第２電極２１の光反射率よりも高い。第１電極１１及び第２電極２１は、例えば、光反射性である。第２ピーク波長は、第１ピーク波長と実質的に同じでも良い。
１つの例において、第１電極１１及び第２電極２１の少なくともいずれかは、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｎ及びＴｉよりなる群から選択された少なくともいずれかの元素を含む酸化物を含んでも良い。これらの材料を含む場合に、第１電極１１及び第２電極２１において、高い光透過率が得られる。例えば、可視光に対して高い透過率が得られる。高い検出感度が得られる。例えば、第１電極１１及び第２電極２１において、放射線８１に対する高い透過率が得られる。
１つの例において、第１対向電極１２及び第２対向電極２２の少なくともいずれかは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｂ及びＣよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。例えば、可視光に対して高い反射率が得られる。光が、より効率的に電流に変換される。より高い検出感度が得られる。例えば、第１対向電極１２及び第２対向電極２２において、放射線８１に対する高い透過率が得られる。
例えば、第１シンチレータ層１０Ｓ及び第２シンチレータ層２０Ｓは、第３有機材料を含んでも良い。例えば、第１層１０Ｌの第１材料は、第１有機材料を含む。例えば、第１有機材料の屈折率は、第３有機材料の屈折率よりも低い。屈折率は、上記の第１ピーク波長における屈折率である。例えば、第２層２０Ｌの第２材料は、第２有機材料を含む。例えば、第２有機材料の屈折率は、第３有機材料の屈折率よりも低い。屈折率は、上記の第２ピーク波長における屈折率である。例えば、全反射により、光が、より効率的に電流に変換される。
実施形態において、検出対象の放射線８１に対する第１検出部１０Ｅの透過率は、例えば、８０％以上である。透過率は、８５％以上でも良い。透過率は、９０％以上でも良い。
例えば、放射線８１に対する第２検出部２０Ｅの透過率は、８０％以上である。透過率は、８５％以上でも良い。透過率は、９０％以上でも良い。
図４は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的断面図である。
図４に示すように、実施形態に係る放射線検出器１２１においては、第２検出部２０Ｅは、第２層２０Ｌを含まない。これを除く放射線検出器１２１の構成は、放射線検出器１２０の構成と同様で良い。
放射線検出器１１１、１２０及び１２１においても、検出精度を向上可能な放射線検出器が提供できる。放射線検出器１１１、１２０及び１２１においても、上記の処理部７０が設けられて良い。
以下、処理部７０の動作の例について説明する。以下の例において、放射線８１は、Ｘ線である。
図５は、第１実施形態に係る放射線検出器の特性を例示するグラフ図である。
図５は、第１検出部１０Ｅ及び第２検出部２０Ｅに放射線８１が入射したときに得られる第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２を例示している。図５の横軸は、放射線８１を発生する放射線発生装置８５に供給される電流Ｉｒに対応する。放射線８１の線量率は、電流Ｉｒに依存する。図５の縦軸は、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の強度に対応する。第１信号Ｓ１は、例えば、第１検出部１０Ｅから得られる検出電流に対応する。第２信号Ｓ２は、例えば、第２検出部２０Ｅから得られる検出電流に対応する。図５には、放射線発生装置８５に印加される電圧が異なるときの特性が例示されている。図５の例において、第１印加電圧Ｖ１は、１００ｋＶである。第２印加電圧Ｖ２は、３００ｋＶである。
図５に示すように、第１印加電圧Ｖ１及び第２印加電圧Ｖ２のいずれのときも、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２は、電流Ｉｒに対して線形に変化する。
第２印加電圧Ｖ２のときの、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の、電流Ｉｒの変化に対する変化率（傾き）は、第１印加電圧Ｖ１のときの、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の、電流Ｉｒの変化に対する変化率（傾き）とは異なる。これは、放射線発生装置８５における印加電圧が異なると、発生する放射線８１のエネルギー分布が変化することが原因であると考えられる。
図５に示すように、印加電圧が同じときに、第２信号Ｓ２は、第１信号Ｓ１とは異なる。この例では、第２信号Ｓ２は、第１信号Ｓ１よりも大きい。処理回路７５は、このような第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２に基づいて、検出信号Ｓｄを出力可能である。
実施形態において、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２が検出される。検出された第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の組み合わせは、印加電圧及び電流Ｉｒが変化したときに、１組み、存在する。
１つの例において、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の組み合わせと、放射線８１の強度（例えば、線量率など）と、の関係に関する情報が、予め記憶部７６などに記憶される。処理部７０は、検出された第１信号Ｓ１の値及び第２信号Ｓ２の値と、記憶された情報と、に基づいて、放射線８１の強度（例えば、線量率など）を検出しても良い。例えば、検出された第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２と、記憶された第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２と、の差の絶対値が小さくなるような組み合わせに対応する放射線８１の強度（例えば、線量率など）が目的とする強度となる。例えば、印加電圧に関する情報を使わないで、検出された第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の値から、目的とする放射線８１の強度を導出できる。例えば、印加電圧が変化した場合でも、放射線８１の強度を高い精度で導出できる。記憶部７６などに記憶される情報は、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２と、放射線８１の強度と、に関する係数を含んでも良い。第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２の組み合わせから、放射線８１が物質に吸収される放射線量を特定することができる。
例えば、図５に例示した特性に関する情報を、複数の印加電圧と複数の電流Ｉｒに関して取得して、例えば、記憶しておく。記憶された情報と、検出された第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の組み合わせと、を比較することで、電流Ｉｒが決定できる。電流Ｉｒに基づいて、放射線８１の強度（例えば、線量率など）が得られる。例えば、記憶された情報と、検出された第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の組み合わせと、を比較することで、印加電圧及び電流Ｉｒの組み合わせが決定できる。この印加電圧及び電流Ｉｒに基づいて、放射線８１の強度（例えば、線量率など）が得られる。例えば、印加電圧に対応する係数と、電流Ｉｒと、の積が放射線８１の強度となる。
例えば、１つの検出部が設けられる第１参考例がある。この場合、検出された信号（例えば第１信号Ｓ１）は、印加電圧及び電流Ｉｒについての複数の組み合わせで得られる。第１参考例においては、例えば、印加電圧が既知である場合は、検出された信号から電流Ｉｒを決定できる。しかしながら、例えば、実際の印加電圧が、設定した印加電圧からシフトすると、第１参考例においては、検出された信号から導出された電流Ｉｒにおいて、誤差が生じる。第１参考例においては、検出器から得られる検出信号以外に、印加電圧が測定される。放射線８１の照射中に印加電圧が変更されると、放射線８１の強度を決めるために必要な、各時刻における、印加電圧の値と検出信号とから導出される電流Ｉｒの値は、さらに誤差を含みやすい。第１参考例においては、時間的に変化する放射線８１をリアルタイムに高精度で検出することが困難である。
これに対して、実施形態においては、複数の検出部から得られる複数の信号に基づいて、放射線８１の強度決定できる。例えば、複数の検出部から得られる複数の信号に基づいて、印加電圧及び電流Ｉｒの組み合わせを一意的に決定できる。この組み合わせから求められる放射線８１の強度は、正確である。
例えば、実施形態においては、印加電圧の値が、各時刻において、１つの値として決定される。このため、実際の印加電圧が設定された値からシフトした場合も、正確な検出が可能である。実施形態においては、例えば、放射線８１の照射中に印加電圧が変更される場合も、印加電圧が設定された値に変化する過程における各時刻における、印加電圧の値及び電流Ｉｒが正確に決定される。実施形態においては、時間的に変化する放射線８１をリアルタイムに高精度で検出することができる。実施形態によれば、検出精度を向上可能な放射線検出器を提供できる。
このように、実施形態において、処理部７０は、検出対象の放射線８１が第１検出部１０Ｅに入射したときに第１検出部１０Ｅから得られる第１信号Ｓ１、及び、放射線８１が第２検出部２０Ｅに入射したときに第２検出部２０Ｅから得られる第２信号Ｓ２を取得可能である。処理部７０は、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２に基づいて、放射線８１の強度に対応する検出信号Ｓｄを出力可能である。例えば、処理部７０は、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の一方の信号、及び、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差、に基づいて、放射線８１の強度に対応する検出信号Ｓｄを出力可能である。
例えば、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の一方の信号、及び、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差と、放射線８１の線量率と、に関して、第１情報Ｉ１が予め取得される。取得された第１情報Ｉ１と、上記の一方の信号と、上記の差と、に基づいて、処理部７０は、検出信号Ｓｄを導出する。第１情報Ｉ１は、例えば、放射線８１を発生させる放射線発生装置８５に供給される電流Ｉｒと、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２と、の関係に関する第２情報を含む。第２情報Ｉ２は、例えば、放射線８１を発生させる放射線発生装置８５に供給される電流Ｉｒ及び印加電圧と、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２と、の関係に関する情報を含んでも良い。第２情報は、例えば、係数である。処理部７０は、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の一方の信号、及び、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差と、係数を含む第１情報Ｉ１と、に基づいて、検出信号Ｓｄを算出し、出力する。例えば、複数の検出部から得られる複数の信号に基づいて、適切な係数が選ばれ、複数の信号と、選ばれた係数と、から検出信号Ｓｄが導出される。実施形態に係る放射線検出器は、上記の第１情報Ｉ１のすくなくとも一部を記憶する記憶部７６を含んでも良い。実施形態によれば、検出精度を向上可能な放射線検出器が提供される。
例えば、検出層として無機材料を含む第２参考例がある。第２参考例において、検出層（半導体層または光電変換層）として、シリコンなどが用いられる。この場合、検出層から得られる信号（検出電流）は、放射線発生装置８５の電流Ｉｒに対して非線形に変化する。例えば、電流Ｉｒが小さいときには、検出電流は高い変化率で変化し、電流Ｉｒが大きいときには、変化率は低くなり、検出電流は飽和する。このような第２参考例において、複数の検出部を設けたとしても、検出電流が電流Ｉｒに対して非線形に変化するため、複数の検出部のそれぞれから得られる検出電流を用いても、放射線８１の強度を正確に導出することが困難である。
これに対して、実施形態においては、検出層は、有機材料を含む。これにより、図５に関して説明したように、複数の検出電流（第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２）は、電流Ｉｒに対して線形に変化する。これにより、複数の検出電流に基づいて、放射線８１の強度を高い精度で導出できる。
例えば、第１信号Ｓ１の大きさと第２信号Ｓ２の大きさとの差は、被照射体８０に照射される放射線８１のエネルギー分布における、高いエネルギーを含む部分の割合と関係する。例えば、第１信号Ｓ１の大きさと第２信号Ｓ２の大きさとの差から得られる情報を用いて、放射線８１に含まれる高いエネルギー成分を検出することができる。例えば、高いエネルギー成分を検出して放射線８１の照射を制御することで、必要以上に高いエネルギーの放射線が被照射体８０に照射されることを抑制できる。
例えば、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２の組み合わせから、放射線８１が物質に吸収される放射線量を特定することが可能である。例えば、被照射体８０の材料または大きさに合わせて、適した放射線照射量を制御するための情報が得られる。
検出される第１信号Ｓ１の値（大きさ）及び第２信号Ｓ２の値（大きさ）は、互いに異なる。第１信号Ｓ１の値及び第２信号Ｓ２の値の組み合わせは、被照射体８０に照射される前の放射線８１に含まれるエネルギー成分の違いの指標として利用することができる。例えば、放射線８１が、高いエネルギー分布を多く含む場合において検出される第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差は、低いエネルギー分布を多く含む場合において検出される第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差よりも小さくなる。このような指標を利用することにより、例えば、被照射体８０の透過画像をより高精度で得ることが可能になる。
実施形態において、第１検出部１０Ｅ及び第２検出部２０Ｅに加えて、第３検出部が設けられても良い。例えば、第３検出部は、第１検出部１０Ｅ及び第２検出部２０Ｅとは異なる構成を有する。第３検出部は、例えば、第３層を含む。第３層は、第１材料及び第２材料とは異なる第３材料、及び、第１厚さｔ１及び第２厚さｔ２とは異なる第３厚さの少なくともいずれかを有する。このような第３検出部から得られる第３信号を利用することで、より高い検出精度が得られる。例えば、第３検出部を用いることで、さらに更に高い精度の画像を得ることができる。
図６は、第１実施形態に係る放射線検出器を例示する模式的斜視図である。
図６に示すように、実施形態に係る放射線検出器１３０は、複数の検出要素６０を含む。複数の検出要素６０の１つ（例えばそれぞれ）は、第１検出部１０Ｅ及び第２検出部２０Ｅを含む。複数の検出要素６０は、第１有機検出層１３から第１層１０Ｌへの第１方向（Ｚ軸方向）と交差する面内（Ｘ－Ｙ平面内）で並ぶ。複数の検出要素６０が設けられることで、例えば、放射線８１の強度（例えば線量率）の面内分布に関する情報が得られる。
実施形態において、第１層１０Ｌの第１材料の第１有機材料及び、第２層２０Ｌの第２材料の第２有機材料の少なくともいずれかは、例えば、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド及びポリエーテルエーテルケトンよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。
第１有機検出層１３及び第２有機検出層２３の少なくともいずれかは、例えば、ｐ形半導体材料及びｎ形半導体材料を含んでも良い。ｐ形半導体材料は、例えば、Ｐ３ＨＴ（Poly(3-hexylthiophene)）などを含む。ｎ形半導体材料は、例えば、フラーレンを含む。フラーレンは、例えば、ＰＣ６１ＢＭ（[6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester）を含む。
（第２実施形態）
第２実施形態は、放射線検出方法に係る。
図７は、第２実施形態に係る放射線検出方法を例示するフローチャート図である。
図７に示すように、実施形態に係る放射線検出方法は、検出対象の放射線８１が第１検出部１０Ｅに入射したときに第１検出部１０Ｅから得られる第１信号Ｓ１、及び、放射線８１が第２検出部２０Ｅに入射したときに第２検出部２０Ｅから得られる第２信号Ｓ２を取得する（ステップＳ１１０）ことを含む。放射線検出方法は、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２に基づいて、放射線８１の強度（例えば線量率）を検出すること（ステップＳ１２０）を含む。
図１などに関して説明したように、第１検出部１０Ｅは、第１有機検出層１３及び第１層１０Ｌを含む。第２検出部２０Ｅは、第２有機検出層２３を含む。第１層１０Ｌは、第１材料及び第１厚さｔ１を有する。第２検出部２０Ｅは第１層１０Ｌを含まない。第２検出部２０Ｅは、第２層２０Ｌを含まない。または、第２検出部２０Ｅは、第２層２０Ｌを含む。第２層２０Ｌは、第１材料とは異なる第２材料、及び、第１厚さｔ１とは異なる第２厚さｔ２の少なくともいずれかを有する。第１材料は、第１有機材料及び第１元素の少なくともいずれかを含む。第１元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。第２材料は、第２有機材料及び第２元素の少なくともいずれかを含む。第２元素は、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む。
例えば、第１信号Ｓ１及び第２信号Ｓ２の一方の信号、及び、第１信号Ｓ１と第２信号Ｓ２との差と、放射線８１の線量率と、に関して取得された第１情報Ｉ１が用いられても良い。第１情報Ｉ１と、上記の一方の信号と、上記の差と、に基づいて、検出信号Ｓｄを導出しても良い。

第２実施形態において、第１検出部１０Ｅは、第１シンチレータ層を含み、第２検出部２０Ｅは、第２シンチレータ層２０Ｓを含んでも良い（図３及び図４参照）。第１シンチレータ層１０Ｓは、第１有機検出層１３と第１層１０Ｌとの間にある。第２検出部２０Ｅが第２層２０Ｌを含む場合は、第２シンチレータ層２０Ｓは第２有機検出層２３と第２層２０Ｌとの間にある。第２検出部２０Ｅが第２層２０Ｌを含まない場合は、第２シンチレータ層２０Ｓは第２有機検出層２３と積層される。シンチレータ層が設けられることで、より高い感度の検出が可能になる。
第２実施形態によれば、検出精度を向上可能な放射線検出方法を提供できる。
実施形態に係る放射線検出器及び放射線検出方法においては、有機検出層が用いられる。有機検出層は、放射線８１（例えばＸ線）に対する高い透過性を有する。有機検出層は、放射線８１に対しての広いダイナミックレンジを有する。実施形態によれば、例えば、被ばく管理用のリアルタイム線量率が導出できる。実施形態によれば、例えば、医療用のＸ線画像を撮影する際に、放射線検知器がＸ線画像に映ることが抑制できる。
実施形態は、以下の構成（例えば、技術案）を含んでも良い。
（構成１）
第１有機検出層及び第１層を含む第１検出部と、
第２有機検出層を含む第２検出部と、
を備え、
前記第１層は、第１材料及び第１厚さを有し、
前記第２検出部は前記第１層を含まず、
第２検出部は、第２層を含まない、または、前記第２検出部は、第２層を含み、
前記第２層は、前記第１材料とは異なる第２材料、及び、前記第１厚さとは異なる第２厚さの少なくともいずれかを有し、
前記第１材料は、第１有機材料及び第１元素の少なくともいずれかを含み、前記第１元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２材料は、第２有機材料及び第２元素の少なくともいずれかを含み、前記第２元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、放射線検出器。
（構成２）
前記第１検出部は、第１電極及び第１対向電極をさらに含み、
前記第１対向電極と前記第１層との間に前記第１電極があり、
前記第１対向電極と前記第１電極との間に前記第１有機検出層があり、
前記第２検出部は、第２電極及び第２対向電極をさらに含み、
前記第２対向電極と前記第２電極との間に前記第２有機検出層がある、構成１記載の放射線検出器。
（構成３）
前記第１検出部は、第１シンチレータ層を含み、前記第１シンチレータ層は、前記第１有機検出層と前記第１層との間にあり、
前記第２検出部は、第２シンチレータ層を含み、前記第２検出部が前記第２層を含む場合は前記第２シンチレータ層は前記第２有機検出層と前記第２層との間にあり、前記第２検出部が前記第２層を含まない場合は前記第２シンチレータ層は前記第２有機検出層と積層される、構成１記載の放射線検出器。
（構成４）
前記第１検出部は、第１電極及び第１対向電極をさらに含み、
前記第１対向電極と前記第１層との間に前記第１有機検出層があり、
前記第１有機検出層と前記第１層との間に前記第１電極があり、
前記第１電極と前記第１層との間に前記第１シンチレータ層があり、
前記第２検出部は、第２電極及び第２対向電極をさらに含み、
前記第２検出部は前記第２層を含み、
前記第２対向電極と前記第２層との間に前記第２有機検出層があり、
前記第２有機検出層と前記第２層との間に前記第２電極があり、
前記第２電極と前記第２層との間に前記第２シンチレータ層がある、構成３記載の放射線検出器。
（構成５）
前記第１検出部は、第１電極及び第１対向電極をさらに含み、
前記第１対向電極と前記第１層との間に前記第１有機検出層があり、
前記第１有機検出層と前記第１層との間に前記第１電極があり、
前記第１電極と前記第１層との間に前記第１シンチレータ層があり、
前記第２検出部は、第２電極及び第２対向電極をさらに含み、
前記第２検出部が前記第２層を含まず、
前記第２対向電極と前記第２シンチレータ層との間に前記第２有機検出層があり、
前記第２有機検出層と前記第２シンチレータ層との間に前記第２電極がある、構成３記載の放射線検出器。
（構成６）
前記第１シンチレータ層から放出される光の第１ピーク波長に対する前記第１電極の透過率は、前記第１ピーク波長に対する前記第１対向電極の透過率よりも高く、
前記第２シンチレータ層から放出される光の第２ピーク波長に対する前記第２電極の透過率は、前記第２ピーク波長に対する前記第２対向電極の透過率よりも高い、構成４または５に記載の放射線検出器。
（構成７）
前記第１ピーク波長における前記第１対向電極の光透過率は、前記第１ピーク波長における前記第１電極の光反射率よりも高く、
前記第２ピーク波長における前記第２対向電極の光反射率は、前記第２ピーク波長における前記第２電極の光反射率よりも高い、構成６記載の放射線検出器。
（構成８）
前記第１シンチレータ層及び前記第２シンチレータ層は、第３有機材料を含む、構成３～７のいずれか１つに記載の放射線検出器。
（構成９）
前記第１材料は、前記第１有機材料を含み、
前記第１有機材料の屈折率は、前記第３有機材料の屈折率よりも低い、構成８記載の放射線検出器。
（構成１０）
検出対象の放射線に対する前記第１検出部の透過率は、８０％以上であり、
前記放射線に対する前記第２検出部の透過率は、８０％以上である、構成１～９のいずれか１つに記載の放射線検出器。
（構成１１）
処理部をさらに備え、
前記処理部は、検出対象の放射線が前記第１検出部に入射したときに前記第１検出部から得られる第１信号、及び、前記放射線が前記第２検出部に入射したときに前記第２検出部から得られる第２信号を取得可能であり、
前記処理部は、前記第１信号及び前記第２信号に基づいて、前記放射線の強度に対応する検出信号を出力可能である、構成１～９のいずれか１つに記載の放射線検出器。
（構成１２）
前記第１信号及び前記第２信号の一方の信号、及び、前記第１信号と前記第２信号との差と、前記放射線の線量率と、に関して取得された第１情報と、前記一方の信号と、前記差と、に基づいて、前記処理部は、前記検出信号を導出する、構成１１記載の放射線検出器。
（構成１３）
前記第１情報は、前記放射線を発生させる放射線発生装置に供給される電流と、前記第１信号及び前記第２信号と、の関係に関する第２情報を含む、構成１２記載の放射線検出器。
（構成１４）
前記第１情報を記憶可能な記憶部をさらに含む、構成１３記載の放射線検出器。
（構成１５）
前記放射線は、Ｘ線を含む、構成１０～１４のいずれか１つに記載の放射線検出器。
（構成１６）
前記第１検出部と前記処理部とを電気的に接続する第１接続部材と、
前記第２検出部と前記処理部とを電気的に接続する第２接続部材と、
をさらに備え、
前記第１接続部材の少なくとも一部、及び、前記第２接続部材の少なくとも一部の前記放射線に対する透過率は、９０％以上である、構成１０～１５のいずれか１つに記載の放射線検出器。
（構成１７）
複数の検出要素を備え、
複数の検出要素の１つは、前記第１検出部及び前記第２検出部を含み、
前記複数の検出要素は、前記第１有機検出層から前記第１層への第１方向と交差する面内で並ぶ、構成１～１６のいずれか１つに記載の放射線検出器。
（構成１８）
検出対象の放射線が第１検出部に入射したときに前記第１検出部から得られる第１信号、及び、前記放射線が第２検出部に入射したときに前記第２検出部から得られる第２信号を取得し、
前記第１信号及び前記第２信号に基づいて、前記放射線の強度を検出し、
前記第１検出部は、第１有機検出層及び第１層を含み、
前記第２検出部は、第２有機検出層を含み、
前記第１層は、第１材料及び第１厚さを有し、
前記第２検出部は前記第１層を含まず、
第２検出部は、第２層を含まない、または、前記第２検出部は、第２層を含み、
前記第２層は、前記第１材料とは異なる第２材料及び前記第１厚さとは異なる第２厚さの少なくともいずれかを有し、
前記第１材料は、第１有機材料及び第１元素の少なくともいずれかを含み、前記第１元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
前記第２材料は、第２有機材料及び第２元素の少なくともいずれかを含み、前記第２元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、放射線検出方法。
（構成１９）
前記第１信号及び前記第２信号の一方の信号、及び、前記第１信号と前記第２信号との差と、前記放射線の線量率と、に関して取得された第１情報と、前記一方の信号と、前記差と、に基づいて、前記検出信号を導出する、構成１８記載の放射線検出方法。
（構成２０）
前記第１検出部は、第１シンチレータ層を含み、前記第１シンチレータ層は、前記第１有機検出層と前記第１層との間にあり、
前記第２検出部は、第２シンチレータ層を含み、前記第２検出部が前記第２層を含む場合は前記第２シンチレータ層は前記第２有機検出層と前記第２層との間にあり、前記第２検出部が前記第２層を含まない場合は前記第２シンチレータ層は前記第２有機検出層と積層される、構成１８または１９に記載の放射線検出方法。
実施形態によれば、検出精度を向上可能な放射線検出器及び放射線検出方法が提供できる。
本願明細書において、「電気的に接続される状態」は、複数の導電体が物理的に接してこれら複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。「電気的に接続される状態」は、複数の導電体の間に、別の導電体が挿入されて、これらの複数の導電体の間に電流が流れる状態を含む。
以上、例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの例に限定されるものではない。例えば、放射線検出器に含まれる電極、層、有機検出層、及び処理部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
各例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
本発明の実施の形態として上述した放射線検出器及び放射線検出方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての放射線検出器及び放射線検出方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０Ｅ、２０Ｅ…第１、第２検出部、 １０Ｌ、２０Ｌ…第１、第２層、 １０Ｓ、２０Ｓ…第１、第２シンチレータ層、 １１、２１…第１、第２電極、 １２、２２…第１、第２対向電極、 １３、２３…第１、第２有機検出層、 １５、２５…第１、第２基体、 ６０…検出要素、 ６５…支持体、 ７０…処理部、 ７１、７２…第１、第２検出回路、 ７１ｗ、７２ｗ…第２、第２接続部材、 ７５…処理回路、 ７６…記憶部、 ８０…被照射体、 ８１…放射線、 ８５…放射線発生装置、 １１０、１１１、１２０、１２１、１３０…放射線検出器、 Ｉ１…第１情報、 Ｉｒ…電流、 Ｓ１、Ｓ２…第１、第２信号、 Ｓｄ…検出信号、 Ｖ１、Ｖ２…第１、第２印加電圧、 ｔ１、ｔ２…第１、第２厚さ

Claims (5)

  1. 第１有機検出層及び第１層を含む第１検出部と、
    第２有機検出層を含む第２検出部と、
    前記第１検出部及び前記第２検出部を支持し有機材料を含む支持体と、
    処理部と、
    前記第１検出部と前記処理部とを電気的に接続する第１接続部材と、
    前記第２検出部と前記処理部とを電気的に接続する第２接続部材と、
    を備え、
    前記第１層は、第１材料及び第１厚さを有し、
    前記第２検出部は前記第１層を含まず、
    前記第２検出部は、第２層を含まない、または、前記第２検出部は、前記第２層を含み、
    前記第２層は、前記第１材料とは異なる第２材料、及び、前記第１厚さとは異なる第２厚さの少なくともいずれかを有し、
    前記第１材料は、第１有機材料及び第１元素の少なくともいずれかを含み、前記第１元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
    前記第２材料は、第２有機材料及び第２元素の少なくともいずれかを含み、前記第２元素は、Ａｌ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びＣｕよりなる群から選択された少なくとも１つを含み、
    前記処理部は、検出対象の放射線が前記第１検出部に入射したときに前記第１検出部から得られる第１信号、及び、前記放射線が前記第２検出部に入射したときに前記第２検出部から得られる第２信号を取得可能であり、
    前記処理部は、前記第１信号及び前記第２信号に基づいて、前記放射線の強度に対応する検出信号を出力可能であり、
    前記第１接続部材の少なくとも一部、及び、前記第２接続部材の少なくとも一部の前記放射線に対する透過率は、９０％以上であり、
    前記第１接続部材の前記少なくとも一部、及び、前記第２接続部材の前記少なくとも一部は、Ａｌ、Ｍｇ及びＣよりなる群から選択された少なくとも１つを含む、放射線検出器。
  2. 前記第１検出部は、第１シンチレータ層を含み、前記第１シンチレータ層は、前記第１有機検出層と前記第１層との間にあり、
    前記第２検出部は、第２シンチレータ層を含み、前記第２検出部が前記第２層を含む場合は前記第２シンチレータ層は前記第２有機検出層と前記第２層との間にあり、前記第２検出部が前記第２層を含まない場合は前記第２シンチレータ層は前記第２有機検出層と積層される、請求項１記載の放射線検出器。
  3. 前記第１信号及び前記第２信号の一方の信号、及び、前記第１信号と前記第２信号との差と、前記放射線の線量率と、に関して取得された第１情報と、前記一方の信号と、前記差と、に基づいて、前記処理部は、前記検出信号を導出する、請求項１または２に記載の放射線検出器。
  4. 前記放射線は、Ｘ線を含む、請求項１～３のいずれか１つに記載の放射線検出器。
  5. 前記第１検出部及び前記第２検出部を透過した前記放射線は、被照射体に入射する、請求項１～４のいずれか１つに記載の放射線検出器。
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