JPH11174156A

JPH11174156A - 放射線検出器

Info

Publication number: JPH11174156A
Application number: JP9361634A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Miura; 一朗三浦; Yasushi Miyazaki; 宮崎　　靖; Shinichi Uda; 晋一右田; Tomotsune Yoshioka; 智恒吉岡
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1997-12-11
Publication date: 1999-07-02

Abstract

(57)【要約】【課題】信号線を光検出面にて接続可能とし、光検出
器を複雑にすることなく容易に製造できる放射線検出器
を提供する。【解決手段】上記課題は、シンチレータ層１２はチャ
ンネル方向において各シンチレータ同士が所定の溝をも
って分離され、スライス厚方向では隣接するシンチレー
タ同士がシンチレータと光電変換素子との対向面側にて
接続部１９でつながって形成されることにより解決され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シンチレータ材
と、前記シンチレータ材と固着され複数チャンネルを２
次元に配列する放射線検出素子を備えるＸ線ＣＴ装置に
用いるような放射線検出器に係り、特にシンチレータの
構造の改良をした放射線検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＸ線ＣＴ装置に用いられる放射線
検出器（固体検出器）は、入射放射線を光に変換するシ
ンチレータと、このシンチレータで変換された光を検出
し電気信号として出力するシリコンとフォトダイオード
などの光検出器とからなる放射線検出素子を放射線源の
ビーム形状に合わせた扇状に多数のチャンネルを配列し
て構成される。

【０００３】Ｘ線ＣＴ装置では、装置のスループット向
上のために１スキャン当たりの所要時間の短縮が望まれ
ている。前記所要時間の短縮の方法として以下の２つが
挙げられる。（１）放射線源と固体検出器の回転速度を高速化し、１
スキャン当たりの所要時間を短縮する。（２）放射線源を錐状とし、固体検出器を２次元配列
し、１スキャンに撮影できる断層像を増加する。

【０００４】一方、（１）に関しては、放射線源の例と
してＸ線管の軽量化等により高速回転速度の向上が図ら
れている。他方、（２）に関しては、これまで１次元的
に一列に配列されていた固体検出器を、２次元の前記配
列方向（チャンネル方向、という）に直交する配列方向
（スライス方向、という）に２列、若しくはそれ以上に
配列することで達成される。このため、その構造から検
出信号の取り出しが問題となっている。

【０００５】具体的に説明すると、固体検出器は、Ｘ線
照射側からシンチレータ，シンチレータに光学的に接合
されるフォトダイオード等の光検出器，光検出器を支え
る基板の順に積層されている。また、シンチレータおよ
び光検出器は各チャンネル毎に各チャンネル間に介在す
る隔離板によって分離されており、各チャンネルで検出
した放射線量は、光検出器の上面（光検出面）に接続さ
れる信号線を通した電気信号として出力される。信号線
は、光検出器を支える基板上に配線され、この配線方向
はＸ線入射方向と垂直方向となる。そのため、固体検出
器をスライス方向に２列以上配列する場合、シンチレー
タ及びフォトダイオードのチャンネルの分離を考える
と、スライス方向に信号線を配線するための空間を設け
なければならない。なぜならば、スライス方向の配線空
間がない場合、信号線をスライス方向にある他の光検出
器上に配線させる必要があるが、シンチレータのチャン
ネルの分離のために信号線が切断されるからである。し
かしこの配線の仕方ではスライス方向に設けた空間に入
射する放射線は検出されないので、無効な放射線被曝が
増大してしまうという問題がある。

【０００６】このような問題を解決する手法の一例とし
て、特開平７−３３３３４８号公報では信号線を光検出
器の下面に接続するという手法が提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記手
法は、光検出器の構造が複雑化する可能性が高いという
問題がある。本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであり、その目的は、信号線を光検出面にて
接続可能とし、光検出器を複雑にすることなく容易に製
造できる放射線検出器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、基板上に２
次元的に複数の光電変換素子が配置され、前記２次元的
に配置された複数の光電変換素子上に入射放射線を光に
変換して出力するシンチレータを配列してなる放射線検
出器において、前記シンチレータは前記配列の一方向に
おいて各シンチレータ同士が所定の溝をもって分離さ
れ、他方向では隣接するシンチレータ同士がシンチレー
タと光電変換素子との対向面側にて接続部でつながって
形成されることを特徴とする放射線検出器によって達成
される。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の放射線検出器の一実施の
形態について、図面を用いて説明する。

【００１０】まず、Ｘ線ＣＴ装置の構成について、図６
を用いて説明する。図６は本発明に係わる放射線検出器
を搭載したＸ線ＣＴ装置の構成例の斜視図である。

【００１１】人体組織の撮影に供するＸ線ＣＴ装置１０
０は、被検体１０７の周りをＸ線管１０４と放射線検出
器１０５が回転可能としたスキャナ１０２を支持したガ
ントリ１０１と，被検体１０７を乗せる被検体テーブル
１０３と，それぞれのコンポーネントを制御する制御装
置（図示せず）等から構成される。被検体テーブル１０
３は、被検体１０７を開口部１０６内の異なる位置に位
置決めするためにモータ駆動式となっている。Ｘ線管１
０４及びＸ線検出器１０５はスキャナ１０２の回転に伴
い、開口部１０６に挿入された被検体１０７の周りを回
転し、被検体１０７を透過したＸ線量の減衰測定値を複
数の異なる角度で収集する。収集した減衰測定値に基づ
いて被検体１７断面の再構成画像が作成され、これは画
像表示装置（図示せず）上に表示される。

【００１２】次に、放射線検出器１０５の構成につい
て、図１を用いて説明する。図１は本発明の放射線検出
器のそれぞれチャンネル方向，スライス方向から見た断
面図である。

【００１３】放射線検出器は、最も下層の基板１７の上
にシリコン層１５が配置され、シリコン層１５の上層に
シンチレータ層１２が配置される。シリコン層１５とシ
ンチレータ層１２の間には、それぞれを接着する接着剤
が形成する接着層１３がある。シリコン層１５には、放
射線検出素子のチャンネルの端部に溝を設け、隣接チャ
ネル間のクロストークを回避するための隔離板１６をそ
の溝に挿入する。さらにシンチレータ層１２の上層に
は、Ｘ線のみを透過し光を反射する反射層１１が設けら
れる。反射層１１はＸ線を透過するが光（可視光）を反
射するアルミニウムなどの軽金属でできている。シンチ
レータ層１２はＸ線，ガンマ線などの放射線を光に変換
するＧｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｐｒ，（Ｙ，Ｇｄ）₂Ｏ₃：Ｅｕ，Ｃｄ
ＷＯ₄等の材料でできている。接着層１３はシンチレー
タ層１２と信号線１４を含むシリコン層１５を接着す
る。信号線１４はシリコン層１５上の形成されたフォト
ダイオードからの電気信号を信号引出部１８を介して放
射線検出器外部に引き出す。シリコン層１５はシンチレ
ータ層１２で発生した光を受け電気信号に変換するフォ
トダイオードを形成すると共に、信号線１４を配線す
る。フォトダイオードはＮ極１５ａとＰ極１５ｂを有し
ており、前記光を受けてＮ極１５ａからＰ極１５ｂに電
子が移動する。これによって前記電気信号が生成され
る。隔離板１６は隣接する放射線検出素子間を隔離して
隣接するチャンネルからクロストークを防ぐ。

【００１４】そして、接着層１９は例えばエポキシ系接
着剤などを所定厚さに薄く延ばしたものを介して接合し
ている。また、シンチレータ層１２は光検出器２２の近
傍で隣接チャンネルと後述する所定の比率に厚さからな
るスライス方向に接続部１９でスライス方向に連結して
いる。このような構造をとることにより、スライス方向
にチャンネルが空間なく並んだ場合でも、シンチレータ
２１と光検出器２２の間に信号線を配置することが可能
となる。これにより、信号線を光検出器の下部に回した
りするような複雑な構造をとらずに、検出信号の取り出
しが可能となる。なお、隔離板１６は隣接チャンネルへ
のＸ線の漏洩を防ぐために、例えばモリブデンなどの重
金属を用い、その表面には、例えばアルミニウムなどの
光の反射率の高い物質を成膜するなどして設ける。ま
た、反射層１１には、Ｘ線透過性が高く、光の反射率が
高い、例えばアルミニウムの薄膜や、ポリエステルフィ
ルムに酸化チタンを塗布したもの等を用いる。

【００１５】次に、チャンネル方向に隔離板１６を挿入
する溝がフォトダイオード１５に達するまで切削し、Ｘ
線ＣＴ装置に適用する場合被検体のスライス厚さの方向
に隔離板１６を挿入する溝が所定深さ以上のシンチレー
タ層１２を切り残した構造とした理由について、図２を
用いて説明する。図２は図１の放射線検出器の平面図で
ある。

【００１６】シンチレータ層１２とシリコン基板１５等
で形成された放射線素子は、図２に示すように、従来の
１次元の配列のチャンネル方向と共に、スライス厚方向
に配列される。信号線１４はそれぞれのフォトダイオー
ドと接続され、シリコン基板１５に配線される。

【００１７】ここで、２次元に配列される放射線検出器
でシンチレータ層１２とシリコン層１５を接着する場合
を考えると、シート形状のシンチレータと２次元に配列
したシリコン層を一度に接着し、これらの接着後に隔離
板１６を挿入するための溝を加工する方法が好適であ
る。この場合において、チャンネル方向ではシリコン層
１５に達するまで溝加工してもよいが、スライス厚方向
ではチャンネル方向と同様の深さまで切断したならば、
配列方向の中側に位置する光電変換素子の信号線を溝加
工時に切断してしまう可能性があるので、シンチレータ
層１２に切り残す部分を作ることとした。これによっ
て、光電変換素子のシンチレータ側の信号線１４を切断
することなく信号取り出し部に引き出すための条件の一
つが満たされる。

【００１８】しかし、切り残し部を通過してもその信号
線が隣接するシンチレータ下部へ通過できても、その後
どこを通すかが問題となる。これを解決するために本発
明は光電変換素子のＮ層は全面にあるのではなくそのＮ
層の周囲にＰ層部分があることに着目し、そこを通して
信号取り出し部まで引き出すこととした。

【００１９】ところで、シンチレータの切り残した部分
（接続部、という）のシリコン基板からの高さ（単に高
さ、という）はシンチレータと同じ材質を用いているの
で、接続部の高さがあまり高いと隣接するシンチレータ
にクロストークが起こるから、接続部の高さに制限を設
ける必要がある。この制限について図５を用いて具体的
に説明する。図５は接続部１９の高さを設定する原理を
説明する図である。放射線固体検出器に用いるシンチレ
ータ層１２は入射したＸ線の大部分を光に変換させるよ
うにＸ線の入射方向に対して十分な厚さを設けてある。
一方、Ｘ線は物質中を進むとき、進行方向に対し指数関
数的に減少していき、Ｘ線が吸収されたところで光が発
生することから、シンチレータ層１２内で生ずる光のほ
とんどはシンチレータ２１の上部（Ｘ線入射面の近傍）
で発生することになる。シンチレータ層１２内を光が直
線運動すると仮定すると、シンチレータ層１２の上部の
ある発光点２０で発生した光が、シンチレータ層下部に
ある隣接チャンネル（シンチレータ層１２ｂとシリコン
層１５ｂ（接着層、信号線は省略）からなるチャンネ
ル）との接続部１９を通って、漏洩する割合はＸ線が入
射されたチャンネル（シンチレータ層１２ａとシリコン
層１５ａからなるチャンネル）の出力に比べて非常にわ
ずかである。そのため、シンチレータ層の接続部１９の
高さがわずかである場合、クロストーク値もわずかとな
る。そこで、本当にクロストーク値がわずかになるかに
ついて実験により検証した。これらの経過を説明する。

【００２０】実験に使った試料は、シンチレータ層に、
本願と同じ特許出願人の米国特許第４４２０４４４号に
記載された材料のＧｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｐｒ，Ｆ，Ｃｅを用い
る。そして、接続部の高さの異なる複数のシンチレータ
を作り、Ｘ線を入射するシンチレータとシンチレータの
間の溝に異なる数種類の材料の隔離板を挿入し、隣接す
る放射線検出素子にはＸ線入射面をＸ線遮蔽材で覆っ
た。

【００２１】実験は、Ｘ線を入射する側のシンチレータ
にＸ線を入射して、前記隣接するシンチレータにどれだ
け漏洩するかをその隣接シンチレータに接着された光電
変換素子で検出する方法をとった。

【００２２】その実験の結果、接続部の高さとシンチレ
ータの高さ方向の距離の比率が、０％を超え４．４％以
下，好適には０％を超え３．５％以下であれば、クロス
トークがリングアーチファクト等の画質に影響を与える
レベル以下に抑制できることがわかった。

【００２３】また、スライス方向に用いる隔離板の材料
を、モリブデン，アルミニウム，酸化チタンに代えて同
様の実験をした結果、モリブデン等の重金属の材料がク
ロストークをより少なくすることも確認した。

【００２４】次に、シンチレータ層とシリコン層の接着
からシンチレータの溝加工まで代表的な製造工程につい
て、図３を用いて説明する。図３は図１の放射線検出器
のシンチレータのシンチレータ層とシリコン層の接着か
らシンチレータ層の溝加工までの製造工程の一例を示す
図である。

【００２５】図３（ａ）のように、シート状のシンチレ
ータ層１２と、２次元配列した複数チャンネルの光電検
出素子と信号線を印刷したシリコン層１５を用意する。
次に、図３（ｂ）のように、シンチレータ層１２とシリ
コン層を接着剤で接着する。この接着剤はここでの図示
を省略したが図１の接着層１３を形成することとなる。
次に、図３（ｃ）のように、シンチレータ層１２のチャ
ンネル方向にシリコン層１５まで達する溝加工を施し、
スライス厚方向にシリコン層１５より前記接続部に相当
する高さ分だけ切り残す溝加工を施す。

【００２６】その後の隔離板１６の挿入以降の２次元の
放射線検出器の製造工程は、従来と同一であるからここ
での説明は省略する。

【００２７】最後に、本実施の形態での効果を、図４を
用いて説明する。

【００２８】図４は、図５で示したシリコン層に、チャ
ンネル毎に分離したシンチレータ層を実装したときの斜
視図である。シンチレータ層１２はそれぞれチャンネル
にスライス方向でシリコン層１５の表面まで完全に分離
し、チャンネル方向分で接続部１９を介して分離する。
Ｘ線とシンチレータ層で発光した光を遮蔽するために、
隔離板１６が挿入される。スライス厚方向の隣接チャン
ネル間では接続部１９を通じてクロストークが発生する
が、実験で検証したようにその発生は再構成画像に影響
を及ぼさない程度の微量であるため、シリコン層１５の
構造を複雑化することなく、出力信号の取り出しが可能
となる。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明は、光電変換素
子の信号線の通過部分のシンチレータを少し残して溝加
工するので、信号線通過部分のシンチレータを信号線ぎ
りぎりで切断する必要がない。また、信号線を他の光電
変換素子のＰ層上（光検出面）を通すので、それによる
シリコン層の複雑化をきたすことがない。従って、信号
線を光検出面にて接続可能とし、光検出器を複雑にする
ことなく容易に製造できる放射線検出器を提供するとい
う効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放射線検出器のそれぞれチャンネル方
向，スライス方向から見た断面図。

【図２】図１の放射線検出器の平面図。

【図３】図１の放射線検出器のシンチレータのシンチレ
ータ層とシリコン層の接着からシンチレータ層の溝加工
までの製造工程の一例を示す図。

【図４】図５で示したシリコン層に、チャンネル毎に分
離したシンチレータ層を実装したときの斜視図。

【図５】接続部の高さを設定する原理を説明する図。

【図６】本発明に係わる放射線検出器を搭載したＸ線Ｃ
Ｔ装置の構成例の斜視図。

【符号の説明】

１２シンチレータ層１４信号線１５シリコン層１６隔離板１８信号線引出部１９接続部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉岡智恒東京都千代田区内神田一丁目１番14号株式会社日立メディコ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に２次元的に複数の光電変換素子
が配置され、前記２次元的に配置された複数の光電変換
素子上に入射放射線を光に変換して出力するシンチレー
タを配列してなる放射線検出器において、前記シンチレ
ータは前記配列の一方向において各シンチレータ同士が
所定の溝をもって分離され、他方向では隣接するシンチ
レータ同士がシンチレータと光電変換素子との対向面側
にて接続部でつながって形成されることを特徴とする放
射線検出器。