KR101104173B1 - 방사선 검출기 및 방사선 검사장치 - Google Patents

방사선 검출기 및 방사선 검사장치 Download PDF

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Abstract

배선 기판(21) 위에 깊이방향(Y축 방향)을 따라서 제1 및 제2 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)를 배치한다.
제1 및 제2 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)의 각각은 6개의 반도체 검출소자(231∼236)를 그 배열방향(X축 방향)으로 일렬로 배열하여 이루어지고, 그 배열방향의 양단부에 가드부재(28a, 28b)를 설치한다. 제1 및 제2 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b) 각각의 반도체 검출소자(231∼236)는, 기준선(Xa)으로부터 k번째(k는 1∼6 중 어느 하나)의 반도체 검출소자(23k)가 배열방향으로 반도체 검출소자(231∼236)의 간격(PT)의 1/2만큼 서로 변위하여 배치된다.

Description

방사선 검출기 및 방사선 검사장치{Radiation detector and radiation inspecting apparatus}
본 발명은, 방사선 검출기 및 방사선 검사장치에 관한 것으로서, 특히, 피검체(被檢體) 내에 있는 방사성 동위원소로부터 방출된 감마선을 검출하는 방사선 검출기 및 방사선 검사장치에 관한 것이다.
최근, 생체(피검체)의 내부의 정보를 얻기 위하여 단층촬영장치가 널리 이용되도록 되어 왔다. 단층촬영장치로서는, X선 컴퓨터 단층촬영(X선 CT)장치, 자기공명영상장치, SPECT(single photon emission CT) 장치, 포지트론(양전자) 단층촬영(PET)장치를 들 수 있다. X선 CT 장치는, 생체의 어떤 단면에 다수 방향으로부터 폭이 좁은 X선 빔을 폭사(曝射)하여, 투과한 X선을 검출하여 그 단면 내에서의 X선의 흡수 정도의 공간분포를 컴퓨터로 계산하여 화상화하고 있다. 이와 같이 하여, 생체내부의 형태적인 이상(異常), 예컨대 출혈소(巢)를 파악할 수 있다.
또한, PET 장치는 피검체 내의 기능 정보의 정밀정보가 얻어지기 때문에, 최근, 활발히 개발이 진행되고 있다. PET 장치를 이용한 진단방법은, 우선, 포지트론 핵종으로 표지(標識)된 검사용 약제를, 주사나 흡입 등에 의하여 피검체의 내부에 도입한다. 피검체 내에 도입된 검사용 약제는, 검사용 약제에 따른 기능을 가지는 특정한 부위에 축적된다. 예컨대, 당(糖)류의 검사용 약제를 이용한 경우, 암세포 등의 신진대사가 왕성한 부위에 선택적으로 축적된다. 이때, 검사용 약제 포지트론 핵종으로부터 양전자가 방출되고, 방출된 양전자와 주위의 전자가 결합하여 소멸할 때에 2개의 감마선(소위 소멸 감마선)이 서로 약 180도의 방향으로 방출된다. 그래서, 이 2개의 감마선을 피검체의 주위에 배치한 방사선 검출기에 의하여 코인시던스(coincidence) 검출하여, 컴퓨터 등으로 화상을 재생성함으로써 피검체에 있어서의 방사성 동위원소의 분포 화상데이터를 취득한다. 이와 같이 PET 장치에서는 피검체 체내의 기능 정보가 얻어지기 때문에, 다양한 난치병의 병리 해명이 가능하다.
도 1은 PET 장치의 방사선 검출기의 개략 구성도이다. 도 1을 참조하면, PET 장치(100)는, 감마선 검출기(101)가 피검체(S)를 360도 둘러싸도록 배치되어 있다. 감마선 검출기(101)는, 반도체 검출소자(104)(도 2 참조)가 배열된 반도체 검출소자 어레이(도 2 참조)를 구비한 반도체 검출부(102)와, 각각의 반도체 검출소자(104)에 입사한 감마선을 검출하기 위한 검출회로(103)로 이루어진다. 또한, 도시를 생략하지만 검출회로(103)로부터의 감마선이 입사한 것을 나타내는 출력신호 및 감마선이 입사한 반도체 검출소자의 위치정보에 근거하여, 감마선의 발생위치를 동정(同定; identifying)한다. 그리고, 랜덤한 방향으로 방출된 다수의 감마선을 검출함으로써, 피검체(S) 내의 검사용 약제 분포의 화상을 재생성한다.
이와 같이, X선이나 감마선 등의 방사선을 검출하여 병리 해석을 행하는 X선 CT 장치나 PET 장치에서는, 단위시간당 검출되는 방사선 량 혹은 방사선 수, 소위 검출효율을 향상시키기 위하여 다수의 반도체 검출소자를 구비하고 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
[특허문헌 1] 일본국 특허공개 제2001－242253호 공보
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
그런데, 반도체 검출부(102)의 검출소자 어레이는, 피검체(S)의 체축(體軸)(도 1에 나타내는 Z축에 평행임)에 대하여 수직인 면(面) 내에 배치된다. 도 2에, PET 장치의 일부인 반도체 검출부(102)를 나타낸다. 도 2(A)에서는, 검출소자 어레이(102) 각각은, 5개의 반도체 검출소자(104)로 구성되며, 피검체(S)에 면하여 반도체 검출소자(104)가 배열되어 있다. 반도체 검출소자(104)는 그 배열방향의 길이를 폭(W), 피검체(S)와 반도체 검출소자 어레이(102)를 연결하는 방향을 따른 길이를 깊이(D1)라 한다.
도 2(A)를 참조하면, 반도체 검출소자(104)는 폭(W)이 작을수록, 감마선의 입사위치의 분해능(分解能)이 일반적으로 향상된다. 그 때문에, 감마선이 발생한 위치, 즉 피검체(S) 내의 검사용 약제의 위치를 보다 정밀도 좋게 동정할 수 있어, 소위, 공간분해능이 향상된다. 예컨대, 도 2(A)의 좌측에 나타내는 바와 같이, 2개의 반도체 검출소자 어레이(1021, 1024) 각각의 반도체 검출소자(104a, 104b)에 감마선(γa, γb)이 정면으로부터 입사하여 검출된 경우, 즉, 반도체 검출소자(104a, 104b)의 시야 범위의 중앙으로부터 감마선(γa, γb)이 입사한 경우, 감마선이 발생한 위치는, X축 방향의 범위가 X1로 된다. 범위(X1)는 폭(W)이 작을수록 작아진다.
그러나, 도 2(A)의 우측에 나타내는 바와 같이, 감마선(γa, γb)이 2개의 반도체 검출소자 어레이(1022, 1023) 각각의 반도체 검출소자(104c, 104d)에 비스듬히 입사하여 검출된 경우, 즉 반도체 검출소자(104c, 104d)의 시야 주변부로부터 입사한 경우는, 감마선이 발생한 위치의 범위는, 그 X축 방향이 X2의 범위 내로 된다. 범위(X2)는 폭(W)을 좁게 하여도 그다지 저감되지 않고, 상기 범위(X1)보다도 매우 크다. 즉, 폭(W)을 좁게 하여도, 반도체 검출소자(104)의 시야 주변부로부터 감마선(γa, γb)이 입사한 경우의 공간분해능을 충분히 향상시키는 것은 곤란하다.
반도체 검출소자(104)의 시야 주변부에 있어서의 공간분해능의 저하를 해결하기 위하여, 반도체 검출소자(104)의 깊이(D1)를 단소화(短小化)함으로써 해결할 수 있다. 예컨대, 도 2(B)의 반도체 검출소자 어레이(105a)와 같이, 반도체 검출소자(106)의 깊이(D2)를, 도 2(A)의 반도체 검출소자(104)의 깊이(D1)의, 예컨대 1/2로 한다. 그렇게 하면, 도 2(B)의 우측에 나타내는 바와 같이, 감마선(γa, γb)이 2개의 반도체 검출소자 어레이(105a) 각각의 반도체 검출소자(106c, 106d)에 비스듬히 입사하여 검출된 경우, 즉 반도체 검출소자(106c, 106d)의 시야 주변부로부터 입사한 경우는, 감마선이 발생한 위치의 X축 방향의 범위는 X3으로 되어, 도 2(A)의 범위(X2)보다도 작아진다. 따라서, 시야 주변부에 있어서 공간분해능은 향상된다. 다만, 이 경우이더라도 시야 중앙부에 있어서의 공간분해능은 도 2(B)의 좌측에 나타내는 바와 같이 범위 X1이며, 도 2(A)의 좌측의 경우와 동등하다.
그런데, 입사한 감마선이 전자 정공쌍을 생성할 사상(事象)은 확률적이다. 따라서, 반도체 검출소자(106)는 반도체 검출소자(104)보다도 깊이가 짧기 때문에, 반도체 검출소자(106) 내에서 전자 정공쌍을 생성할 빈도가 감소하여, 반도체 검출소자(104)보다도 감마선의 검출효율이 저하되어 버린다. 그래서, 도 2(B)에 나타내는 바와 같이, 반도체 검출소자 어레이(105a 및 105b)를 깊이방향으로 2열로 배열함으로써 검출효율을 유지한다.
그러나, 반도체 검출소자 어레이(105a 및 105b)를 가지는 반도체 검출부(102A)는, 검출효율을 유지함과 함께 공간분해능이 시야 전체에 걸쳐서 양호하지만, 반도체 검출소자(106)의 수가 도 2(A)의 경우와 비교하여 2배가 된다. 그렇게 하면, 반도체 검출소자(106)의 각각에 접속되는 검출회로나 그 하류의 회로 수도 2배가 되므로, 재료비용에 더하여 조립비용이 증가하여 제조비용이 대폭으로 증가되어 버린다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
본 발명의 실시예에 의하면, 신규하고도 유용한 방사선 검출기, 및 이를 이용한 방사선 검사장치가 제공된다.
보다 구체적으로는, 방사선의 검출효율을 유지하여, 반도체 검출부의 시야 전체에 걸쳐서 양호한 공간분해능을 가짐과 함께, 제조비용의 증가를 억제한 방사선 검출기, 및 이를 이용한 방사선 검사장치가 제공된다.
본 발명의 하나의 관점에 의하면, 방사선의 입사에 의하여 전자 정공쌍을 생성하는 복수의 반도체 검출소자를 가지는 반도체 검출부를 구비하는 방사선 검출기로서, 상기 반도체 검출부는, 기판 위에, 상기 복수의 반도체 검출소자가 제1 방향으로 소정의 간격으로 배열된 반도체 검출소자 어레이를 n개 구비하며, 상기 n개의 반도체 검출소자 어레이는, 제1 방향에 대하여 직교하는 제2 방향으로 제1 열부터 제n 열로 배열되고, 상기 제1 열부터 제n 열의 반도체 검출소자 어레이는, 각각, 제1 방향의 기준위치로부터 상기 소정의 간격의 0, 1/n, …, (n－1)/n 중 어느 하나만큼 변위하여 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기가 제공된다. 다만, n은 2 이상의 정수이다.
본 발명의 다른 관점에 의하면, 방사성 동위원소를 포함하는 피검체로부터 발생하는 방사선을 검출하는 상술한 방사선 검출기와, 상기 방사선 검출기로부터 취득한 방사선의 입사시각 및 입사위치를 포함하는 검출정보에 근거하여 상기 방사성 동위원소의 피검체 내에 있어서의 분포정보를 취득하는 정보처리수단을 구비하는 방사선 검사장치가 제공된다.
[발명의 효과]
본 발명에 의하면, 방사선의 검출효율을 유지하여, 반도체 검출부의 시야 전체에 걸쳐서 양호한 공간분해능을 가짐과 함께, 제조비용의 증가를 억제한 방사선 검출기, 및 이를 이용한 방사선 검사장치를 제공할 수 있다.
도 1은, PET 장치의 개략 구성도이다.
도 2는, 종래의 반도체 검출기의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은, 본 발명의 제1 실시예에 관한 PET 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는, 반도체 검출부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 5는, 반도체 검출부의 개략 평면도이다.
도 6은, 반도체 검출소자의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 반도체 검출부의 개략 정면 투시도이다.
도 8은, 제1 및 제2 반도체 검출소자 어레이의 제조공정의 일부를 나타내는 도면이다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시예에 관한 PET 장치를 구성하는 반도체 검출부의 개략 평면도이다.
도 10은, 실시예 및 비교예의 PET 장치의 반도체 검출부의 배치를 나타내는 개략 평면도이다.
도 11은, 실시예 및 비교예의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
*부호의 설명*
10 : PET 장치
11, 111∼118 : 방사선 검출기
12 : 정보처리부
13 : 표시부
14 : 제어부
15 : 입출력부
20, 40, 50 : 반도체 검출부
21 : 배선 기판
22, 221∼22n : 반도체 검출소자 어레이
22a : 제1 반도체 검출소자 어레이
22b : 제2 반도체 검출소자 어레이
23, 231∼236 : 반도체 검출소자
24 : 반도체 결정체
24a : 입사면
24b, 24c : 홈부
25 : 제1 전극
26 : 제2 전극
27 : 도전(導電)성 접착층
28a, 28b, 281∼28n : 가드부재
29 : 커넥터
30 : 검출회로
PT : 반도체 검출소자의 배열방향의 간격
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하 도 3 내지 도 11을 참조하면서 실시예를 설명한다.
(제1 실시예)
도 3은, 본 발명의 제1 실시예에 관한 PET 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3을 참조하면, PET 장치(10)는, 피검체(S)의 주위에 배치되어, 감마선을 검출하는 방사선 검출기(11)와, 방사선 검출기(11)로부터의 검출데이터를 처리하여, 얻어진 피검체(S) 체내의 포지트론 핵종(RI)의 위치의 화상데이터를 재생성하 는 정보처리부(12)와, 화상데이터를 표시하는 표시부(13)와, 피검체(S)나 방사선 검출기(11)의 이동 등의 제어를 행하는 제어부(14)와, 정보처리부(12)나 제어부(14)로 지시를 보내는 단말이나 화상데이터를 출력하는 프린터 등으로 이루어지는 입출력부(15) 등으로 구성된다.
방사선 검출기(11)는 반도체 검출부(20)와 검출회로(30)로 이루어진다. 반도체 검출부(20)는, 감마선(γa, γb)의 입사면이 피검체(S)에 면하도록 배치되어 있다. 여기서, 미리 피검체(S)에는 포지트론 핵종(RI)으로 표지(標識)화된 검사용 약제가 도입되어 있다.
반도체 검출부(20)는, 포지트론 핵종(RI)으로부터의 양전자의 소멸시에, 동시에 발생하는 2개의 감마선(γa, γb)을 검출한다. 2개의 감마선(γa, γb)은, 서로 대략 180도를 이루어 방출되므로, 피검체(S)를 사이에 두고 대향하는 방사선 검출기(11)의 반도체 검출부(20)에 입사된다. 감마선(γa, γb)이 입사된 2개의 반도체 검출부(20) 각각은, 감마선(γa, γb)의 입사에 의하여 발생하는 전기신호(검출신호)를 검출회로(30)로 송출한다.
검출회로(30)는, 검출신호로부터, 감마선(γa, γb)이 검출소자에 입사된 시각(입사시각)과 입사위치를 결정하여, 이들의 정보(검출데이터)를 정보처리부(12)로 송출한다. 검출회로(30)는, 예컨대, 아날로그신호인 검출신호로부터 입사시각을 산출하기 위한 아날로그 ASIC와, 입사시각 및 입사위치를 디지털 데이터로서 정보처리부로 송출하는 디지털 ASIC 등으로 구성된다.
정보처리부(12)에서는, 검출데이터에 근거하여 코인시던스 검출 및 화상 재생성 알고리즘에 의한 화상데이터의 재생성을 행한다. 코인시던스 검출은, 입사시각이 거의 일치하는 2개의 검출데이터가 있는 경우, 이들 검출데이터를 유효로 판정하여, 코인시던스 정보로 한다. 또한, 코인시던스 검출은, 감마선 입사시각이 일치하지 않는 검출데이터를 무효로 판정하여 파기한다. 그리고, 코인시던스 정보와, 코인시던스 정보에 포함되는 검출소자번호 등과, 이에 대응하는 검출소자의 위치정보 등으로부터 소정의 화상 재생성 알고리즘(예컨대, 기대치 최대화(Expectation Maximization)법)에 근거하여 화상데이터를 재생성한다. 표시부(13)는, 입출력부(15)의 요구에 따라서 재생성된 화상데이터를 표시한다. 다만, 코인시던스 검출 및 화상 재생성 알고리즘은 상술한 사항에 한정되지 않고, 공지의 사항을 이용할 수 있다.
이상의 구성 및 동작에 의하여, PET 장치(10)는, 피검체(S)의 체내에 선택적으로 위치하는 포지트론 핵종(RI)으로부터의 감마선을 검출하여, 포지트론 핵종(RI)의 분포 상태의 화상데이터를 재생성한다. 여기서, 본 실시예에 관한 PET 장치(10)는, 방사선 검출기(11)에 주된 특징이 있다. 이하, 방사선 검출기(11)를 상세히 설명한다.
PET 장치(10)의 방사선 검출기(111∼118)는, 피검체(S)의 주위에 360도로 걸쳐서 배치된다. 각각의 방사선 검출기(111∼118)에는, 피검체(S) 측에 반도체 검출부(20)가 설치되어 있다. 여기서, 피검체(S)의 체축 방향을 Z축 방향(Z 및 －Z 방 향)으로 한다. 방사선 검출기(11)는, 피검체(S)에 대하여 상대적으로 Z축 방향으로 이동 가능하게 하여도 좋다. 다만, 도 3에 있어서 8개의 방사선 검출기(111∼118)가 나타나 있지만 이들의 수는 일례에 지나지 않고, 방사선 검출기의 수(111∼118)는 적절히 선택된다.
도 4는, 반도체 검출부(20)의 구성을 나타내는 사시도이며, 감마선의 대략 입사 측으로부터 반도체 검출부를 본 도면이다. 도 5는, 반도체 검출부(20)의 모식적 평면도이다. 도 6은, 반도체 검출소자(23)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4∼도 6을 참조하면, 반도체 검출부(20)는, 배선 기판(21)과, 배선 기판(21) 위에 배치된 2개의 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)와, 반도체 검출부(20)의 출력을 검출회로(도 3에 나타내는 검출회로(30))로 송출하기 위한 커넥터(29) 등으로 이루어진다. 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)는, 각각, 대략 평판 형상의 반도체 결정체(24)의 Z축 방향에 수직인 2개의 면에, 제1 전극(25) 및 제2 전극(26)이 설치되어 이루어진다. 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)는, 각각, 제2 전극(26) 측의 면에 Y축 방향을 따라서 형성된 홈부(24b)에 의하여 반도체 결정체(24)가 X축 방향으로 서로 구분되어 이루어지는 반도체 검출소자(231∼236)와, 반도체 검출소자(231∼236)의 배열방향의 양측(X축 방향 외측)에 설치된 가드부재(28a, 28b) 등으로 이루어진다. 반도체 결정체(24)와 가드부재(28a, 28b)는 동일재료로 이루어져 일체화되어 있다. 여기서, 도 4 및 도 5에서는, 인접하는 반도체 검출소자(231∼236) 사이에, 파선 혹은 실선으로 구분위치를 나타내고 있는데, 구분위치는 홈부의 X축 방향의 중앙을 통하여, 또한 Y축 방향을 따라서 뻗어 있다. 반도체 검출소자(231∼236)의 간격은, 인접하는 구분위치 간의 거리에 상당한다.
여기서, 도 4에서는, 반도체 검출소자(231∼236)가 배열되어 있는 방향을 배열방향(X축 방향), 2개의 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)가 배열되는 방향을 깊이방향(Y축 방향), 배선 기판(21)과 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)가 적층되는 방향을 적층방향(Z축 방향)이라 칭한다. 또한, 여기서는, 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b) 각각의 반도체 검출소자(231∼236)의 수를 6개로 하고 있지만, 2개 이상이면 그 수에 특별히 제한은 없다.
각각의 반도체 검출소자(231∼236)는, 각각, 반도체 결정체(24)와, 반도체 결정체(24)의 상면에 형성된 제1 전극부(25)와 하면에 형성된 제2 전극부(26)로 이루어진다.
반도체 결정체(24)는, 그 재료로서는, 예컨대, 에너지가 511keV인 감마선에 감지성을 가지는 텔루르(tellurium)화 카드뮴(CdTe), Cd1－xZnxTe(CZT), 브롬화 탈륨(TlBr), 실리콘 등을 들 수 있다. 또한, 이들 재료에는 도전성 등을 제어하기 위한 도펀트(dopant)가 포함되어 있어도 좋다. 실리콘은 CdTe보다도 기계적 강도가 높기 때문에 가공 중에 결정 결함이 쉽게 생기지 않으므로 바람직하다. 반도체 결정체(24)에는, 통상, 그 도전성을 제어하기 위하여 도펀트가 포함되어 있다. 예컨 대, 반도체 결정체(24)가 CdTe인 경우는 p형 도펀트가 도입되어 있다.
또한, 반도체 결정체(24)는, 반도체 검출소자(231∼236) 중 어느 것이나, 폭, 깊이, 및 두께가 각각 동등하게 설정되어 있다. 반도체 결정체(24)는, 예컨대, 폭(X축 방향)이 1.2㎜, 깊이(Y축 방향)가 5㎜, 두께가 약 1㎜의 치수를 가진다. 여기서, 반도체 결정체(24)는, 반도체의 결정 성장법인 브릿지맨(bridgman)법이나, 이동 가열법을 이용하여 반도체 결정을 형성하고, 소정의 결정방향으로 잘라내어 얻어진다.
제1 전극(25)은, 반도체 결정체(24)의 상면을 거의 덮는 도전막이다. 제1 전극(25)에는 마이너스의 바이어스 전압(Vb)이 인가되어, 캐소드로 되어 있다. 반도체 결정체(24)가 CdTe로 이루어지는 경우는 제1 전극(25)에는 예컨대 PT가 이용된다. 바이어스 전압(Vb)은, 직류전압으로 예컨대 －60V∼－1000V로 설정된다. 또한, 제1 전극(25)은, 6개의 반도체 결정체(24)의 상면 전체에 걸쳐서 연속하여 형성되어 있다. 다만, 제1 전극(25)은, 가드부재(28a, 28b)의 상면을 덮고 있지만, 이는 필수적이지 않다. 여기서, 바이어스 전압은, 배선 기판(21)의 외부로부터 배선 패턴(36) 및 와이어 배선(35)을 통하여 공급된다.
제2 전극(26)은, 반도체 결정체(24)의 홈부(24b)와 홈부(24b) 사이의 하면을 거의 덮는 도전막으로 이루어진다. 제2 전극(26)은 애노드로서 기능한다. 여기서, 제2 전극(26) 측의 반도체 결정체(24) 속에는 In(인듐)이 주입되어 있다. 반도체 결정체(24)가 CdTe로 이루어지는 경우는, 제2 전극(26)에 예컨대 Au가 이용된다. 제2 전극(26)은 반도체 검출소자(231∼236)의 각각에 설치되어 있으며, 서로 인접하는 제2 전극(26)끼리는 전기적으로 절연되어 있다. 제2 전극(26)은, 도전성 접착층(27) 및 패드 전극(32)을 통하여 배선 기판(21)에 설치된 배선 패턴(미도시)을 통하여 커넥터(29)와 전기적으로 접속된다.
또한, 제2 전극(25)은, 가드부재(28a, 28b)의 하면에도 형성되어 있으며, 도전성 접착층(27) 및 패드 전극(32)을 통하여 접지되어 있다. 이와 같이 함으로써, 가드부재(28a, 28b)에 입사한 감마선에 의하여 생긴 전자 정공쌍을 접지 전위로 흐르게 함으로써, 검출신호에 잡음(雜音)으로서 혼입되는 것을 회피할 수 있다. 다만, 이 가드부재(28a, 28b)의 하면 구조는 필수가 아니고, 가드부재를 반도체 결정체 이외의 재료를 이용한 경우는 설치하지 않더라도 좋다.
도전성 접착층(27)은, Au, Ag, Cu, 및 이들 합금으로부터 선택되는 금속분(粉)이나 카본 필러와, 수지로 이루어지는 도전성 접착제로 이루어지며, 예컨대, 도전성 페이스트나 이방성(異方性) 접착제를 이용할 수 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 반도체 검출소자(23)는, 반도체 결정체(24)에 감마선(γ)이 입사하면, 감마선의 에너지에 따른 수의 전자 정공쌍이 생성된다. 반도체 결정체(24)에는, 제2 전극(26)으로부터 제1 전극(25)의 방향으로 전계(電界)가 인가되어 있으므로 정공은 제1 전극(25)으로 끌어 당겨지고, 전자는 제2 전극(26)으로 끌어 당겨진다. 이에 의하여 검출신호가 발생하여 검출회로로 송출된다. 다만, 감마선(γ)이 반도체 결정체(24)에 입사하여도 전자 정공쌍의 생성은 확 률적이며, 반도체 결정체(24) 안에서 전자 정공쌍의 생성이 행하여지지 않고, 빠져 나가버리는 경우도 있다.
도 4 및 도 5를 다시 참조하면, 가드부재(28a, 28b)는, 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)의 배열방향의 양단부에 설치되어, 반도체 검출소자(231 및 236)의 외측면을 보호한다. 가드부재(28a, 28b)의 재료는 제1 전극(25)과 제2 전극(26)을 전기적으로 도통시키지 않는 재료라면 특별히 한정되지 않지만, 제조공정에 있어서의 가열에 의하여 열 팽창계수차에 의하여 발생하는 응력(應力)에 의한 악영향을 회피할 수 있는 점에서, 반도체 결정체(24)와 동일재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 가드부재(28a, 28b)는, 반도체 결정체(24)와 연속된 동일 결정판(板)으로 형성되어 이루어지는 것이 특히 바람직하다. 이로써, 가드부재(28a, 28b)를 반도체 결정체(24)에 접착할 필요가 없어, 가드부재(28a, 28b)의 형성공정을 간략화할 수 있다. 다만, 가드부재(28a)와 반도체 검출소자(231) 사이, 및 가드부재(28b)와 반도체 검출소자(236) 사이에는, 홈부(24c)를 형성하는 것이 바람직하다. 이에 의하여 가드부재(28a, 28b)에 입사한 감마선에 의하여 발생한 전자 정공쌍이 인접하는 반도체 검출소자(231, 236)의 제2 전극(26)에 유입되는 것을 회피할 수 있다. 또한, 홈부(24c)는, 홈부(24b)와 동등한 형상으로 형성하면 좋다. 또한, 가드부재(28a, 28b)의 폭은, 후술하지만 반도체 검출소자(231∼236)의 간격에 근거하는 소정의 폭으로 설정된다.
2개의 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)는, 모두 상술한 구조를 가지고 있지만, 도 5에 나타내는 바와 같이 배선 기판(21) 상의 배치가 다르게 되어 있다. 이하, 감마선(γ)이 입사하는 쪽에 배치된 반도체 검출소자 어레이를 제1 반도체 검출소자 어레이(22a), 안쪽 측에 배치된 반도체 검출소자 어레이를 제2 반도체 검출소자 어레이(22b)라 부른다. 다만 양자의 구별이 불필요한 경우는 단순히 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)라 부른다.
제1 반도체 검출소자 어레이(22a) 및 제2 반도체 검출소자 어레이(22b)는, 서로의 반도체 검출소자(23)의 위치관계에 특징이 있다. 제1 반도체 검출소자 어레이(22a) 및 제2 반도체 검출소자 어레이(22b) 모두 배열방향(X축 방향)으로 각각 소정의 간격(PT)으로 배치되어 있다. 또한, 제1 반도체 검출소자 어레이(22a)의 반도체 검출소자(231)의 지면(紙面) 좌측면(231a)은, 기준선(Xa－Xa)으로부터 간격(PT)만큼 이격된 위치에 배치되어 있다. 한편, 제2 반도체 검출소자 어레이(22a)의 반도체 검출소자(231)의 지면 좌측면(23lb)은, 기준선(Xa－Xa)으로부터 간격(PT/2) 만큼 이격된 위치에 배치되어 있다. 이와 같이 하여, 제1 반도체 검출소자 어레이(22a)의 반도체 검출소자(231∼236)의 각각과, 제2 반도체 검출소자 어레이(22b)의 반도체 검출소자(231∼236)의 각각은, 서로 배열방향으로 PT/2만큼 변위하여 배치된다.
또한, 제1 반도체 검출소자 어레이(22a)의 지면 좌단(左端)의 가드부재(28a)는 간격(PT)과 동등한 폭으로 설정되며, 지면 우단(右端)의 가드부재(28b)는 간 격(PT)의 1/2로 설정된다. 한편, 제2 반도체 검출소자 어레이(22b)의 지면 좌단의 가드부재(28b)는 간격(PT)의 1/2로 설정되며, 지면 우단의 가드부재(28a)는 간격(PT)으로 설정된다. 이와 같이 가드부재(28a, 28b)를 설치함으로써, 반도체 검출소자 어레이(22a 및 22b)의 폭(배열방향의 길이)을 서로 동등하게 한다. 그리고, 반도체 검출소자 어레이(22a 및 22b)는 그 지면 좌단이 기준선(Xa－Xa)에 일치하도록 배치된다. 이와 같이 함으로써, 반도체 검출부(20)의 조립공정에 있어서, 2개의 반도체 검출소자 어레이(22a 및 22b)를 배치할 때에, 각각의 반도체 검출소자(231∼236)를 상술한 위치관계가 되도록 하는 위치 결정이 비약적으로 용이하게 된다. 다만, 이와 같이 가드부재(28a, 28b)는 설치하는 쪽이 바람직하지만, 본 발명에 필수적인 것이 아니다.
또한, 상기에서는, 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)의 지면 좌단의 단부(端部)에서 위치 결정을 행하였지만, 지면 우단의 기준선(Xb－Xb)에서 위치 결정을 마찬가지로 행하여도 좋다.
이와 같이, 제1 반도체 검출소자 어레이(22a) 및 제2 반도체 검출소자 어레이(22b)는, 반도체 검출소자(231∼236)의 간격(PT)의 1/2만큼 배열방향으로 옮겨 놓고, 또한 깊이방향으로 배열됨으로써, 반도체 검출부(20)는, 그 시야 중앙(즉, 반도체 검출부(20)의 대략 정면으로부터 입사하는 감마선)의 공간분해능이, 반도체 검출소자 어레이를 하나만 설치한 경우의 시야 중앙의 공간분해능보다도 향상된다. 그 향상의 정도는, 반도체 검출부(20)의 시야 중앙의 공간분해능은, 반도체 검출소 자의 폭을 1/2로 설정하였을 때의 시야 중앙의 공간분해능과 거의 동등하게 된다.
또한, 제1 반도체 검출소자 어레이(22a) 및 제2 반도체 검출소자 어레이(22b)는 각각 깊이방향(Y축 방향)으로 배열되며, 각각의 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)는, 반도체 검출소자 어레이를 한 개만 설치하여 그 반도체 검출소자의 깊이를 반도체 검출소자 어레이(22a 및 22b)의 깊이의 합과 동등하게 설정한 경우보다도 단소화되어 있다. 이로써, 앞의 도 2(B)에 있어서 설명한 바와 같이, 반도체 검출부(20)의 시야 주변부에서의 공간분해능을 향상시킬 수 있다.
또한, 반도체 검출부(20)의 검출효율은, 반도체 검출소자 어레이(22)를 한 개만 설치하여 그 반도체 검출소자의 깊이를 반도체 검출소자 어레이(22a 및 22b)의 깊이 합과 동등하게 설정한 경우와 마찬가지로 되므로, 검출효율을 유지할 수 있다. 이들의 점에 대하여서는 후술하는 시뮬레이션에 의하여 나타내지만, 이하, 그 효과를 간단히 설명한다.
도 7은, 반도체 검출부의 개략 정면 투시도이다. 다만, 도 7 중, 제1 전극, 제2 전극, 및 도전성 접착층의 도시를 생략하고 있다.
도 7을 참조하면, 반도체 검출부(20)를 그 정면(감마선의 입사 측)으로부터 투시하면, 제1 반도체 검출소자 어레이(22a)의 반도체 검출소자(231∼236)와 제2 반도체 검출소자 어레이(22b)의 반도체 검출소자(231∼236)가 서로 중복되어, 마치 간격(PT)의 1/2의 반도체 검출소자가 일렬로 배열하여 형성되어 있는 것처럼 보인다. 감마선은, 제1 반도체 검출소자 어레이(22a)에서 전자 정공쌍을 생성하는 것과, 제 1 반도체 검출소자 어레이(22a)를 투과하여 제2 반도체 검출소자 어레이(22b)에서 전자 정공쌍을 생성하는 것이 확률적으로 존재한다. 그 때문에, 감마선에 있어서, 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)는, 도 7의 투시도와 같이, 1/2의 반도체 검출소자가 일렬로 배열하여 형성되어 있는 것과 거의 동등하게 된다. 이로써, 반도체 검출부(20)는, 그 시야 중앙의 공간분해능이, 반도체 검출소자의 간격(PT)의 1/2로 설정하였을 때의 공간분해능에 근접하는 것이 충분히 추찰된다. 또한 이는, 반도체 검출부(20)의 시야 주변부의 공간분해능의 향상에도 기여한다고 추찰된다.
제1 실시예에 의하면, 반도체 검출부(20)는 이하와 같은 반도체 검출부(「비교예의 반도체 검출부」라 칭함)와 거의 동등한 검출효율과 공간분해능을 가지게 된다. 즉, 비교예의 반도체 검출부는, 간격(PT)의 1/2 간격의 반도체 검출소자를 이용하여, 제1 반도체 검출소자 어레이(22a)와 제2 반도체 검출소자 어레이(22b)의 위치관계를 변위시키지 않고 배치한 반도체 검출부이다. 이 비교예의 반도체 검출부는, 반도체 검출소자의 간격이 PT/2로 되어 있으므로, 반도체 검출소자의 수는 24가 되어, 제1 실시예의 반도체 검출부(20)의 2배가 된다. 따라서, 제1 실시예의 반도체 검출부(20)는 동등한 성능을 가지는 비교예의 반도체 검출부보다도 반도체 검출소자(23)의 수를 삭감할 수 있다. 그 결과, 반도체 검출소자(23)에 접속되는 검출회로나 그보다도 하류의 회로 수를 삭감할 수 있으므로, 공간분해능의 향상에 수반하는 재료비용 및 조립비용 등의 제조비용의 증가를 억제할 수 있다. 또한, 제1 실시예의 반도체 검출부(20)는, 상기 비교예의 반도체 검출소자의 간격보다도 넓어, 즉, 반도체 검출소자(23)의 폭이 넓으므로, 반도체 검출소자(23)의 제조, 예컨 대, 웨이퍼로부터의 잘라내기 공정이나 연마공정이 용이하게 된다. 이것도 제조비용의 저감에 기여한다. 또한, 반도체 검출소자 어레이(22)의 제조도 용이하게 된다.
또한, 앞의 도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 반도체 검출소자 어레이(22a) 및 제2 반도체 검출소자 어레이(22b)는 서로 거리(DE)만큼 깊이방향(Y축 방향)으로 이격하여 배치되어 있다. 이와 같이 설정함으로써, 조립공정에 있어서 제1 반도체 검출소자 어레이(22a)를 배선 기판(21)에 배치한 후, 제2 반도체 검출소자 어레이(22b)를 배치할 때에, 그를 지지하는 지지 치구(治具)가 거리(DE)로 나타내는 공간을 이용할 수 있으므로, 제2 반도체 검출소자 어레이(22b)를 배치하기 쉬워진다. 이는 먼저 제2 반도체 검출소자 어레이(22b)를 배치하고 그 후에 제1 반도체 검출소자 어레이(22a)를 배치하는 경우이더라도 마찬가지의 효과가 있다.
다음으로 반도체 검출부의 조립공정을 도 8 및, 적절히 앞의 도 5를 참조하면서 설명한다.
도 8은, 제1 및 제2 반도체 검출소자 어레이(22a 및 22b)의 제조공정의 일부를 나타내는 평면도이다. 도 8을 참조하면, 제1 및 제2 반도체 검출소자 어레이의 반도체 결정판으로서, 반도체 검출소자 어레이의 최종적인 깊이의 2배 혹은 그 이상의 길이를 갖는 재료를 이용한다(미도시).
처음에, 반도체 결정체(24) 및 가드부재(28a, 28b)가 형성되는 반도체 결정판의 한쪽 면에, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제1 전극(25)을 전체면에 형성하고, 다른 쪽 면의 전체면에 제2 전극(26)을 형성한다. 제1 전극(25) 및 제2 전극(26)의 형성은, 진공증착법 혹은 스퍼터법을 이용한다.
다음으로, 제1 전극(25) 및 제2 전극(26)이 형성된 반도체 결정판의 제2 전극 측에 소정의 간격으로 홈부(24b, 24c)를 형성한다. 이로써, 반도체 결정체(24) 및 가드부재(28a, 28b)가 형성된다.
다음으로, 소정의 깊이 위치(A－A선)에서 도 8의 구조체를 절단한다. 이와 같이 하여 얻어진 한쪽의 반도체 검출소자 어레이를 도 5에 나타내는 제1 반도체 검출소자 어레이(22a), 다른 쪽을 제2 반도체 검출소자 어레이(22b)로 한다.
다음으로, 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b) 각각을 2차원 혹은 3차원 계측기가 있는 조립로봇 등에 의하여, 도 5에 나타내는 기준위치(Xa－Xa)에 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)의 단부를 위치 결정한다. 다음으로, 배선 기판(21)에 배치하여 고착한다.
제2 반도체 검출소자 어레이(22b)는, 도 8에 나타내는 구조체를 단순히 좌우를 반전시켜서 배치하기만 하면 되고, 제1 반도체 검출소자 어레이(22a)와 제2 반도체 검출소자 어레이(22b)를 따로따로 제조할 필요가 없기 때문에, 간편하며 또한 제조비용을 저감할 수 있다. 또한 제1 반도체 검출소자 어레이(22a)와 제2 반도체 검출소자 어레이(22b)는 서로 절단될 때까지는 같은 공정을 거치고 있으므로, 거의 동등한 품질의 반도체 검출소자 어레이로 할 수 있다. 여기서, 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b) 각각의 제1 전극과 배선 기판(21)의 접착은, 예컨대 은(銀) 페이스트를 이용하여 전기적으로 접속함과 함께 고착한다.
또한, 제1 반도체소자 어레이(22a)와 제2 반도체소자 어레이(22b)는 깊이방 향으로 서로 이격하여 배치하는 것이 바람직하다. 조립로봇의 제1 및 제2 반도체소자 어레이(22a 및 22b)의 지지 치구가 들어가는 스페이스가 확보되므로, 조립공정이 용이하게 된다. 다음으로, 제2 전극(26)과 배선 기판(21)을 와이어 본딩(wire bonding) 등으로 접속한다. 이상에 의하여, 반도체 검출부(20)가 형성된다.
이 제조방법에서는, 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)를 배선 기판(21)에 위치 결정하는 경우, 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)의 단부의 위치 결정을 행하는 것만으로, 서로의 반도체 검출소자의 간격(PT)를 용이하게 1/2 피치만 옮겨서 배치할 수 있다. 또한, 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b) 각각의 배열방향의 길이가 동등하므로, 조립로봇의 반도체 검출소자 어레이(22a, 22b)를 지지하는 지지 치구가 하나로 해결되어, 이 점에서도 제조비용을 저감할 수 있다. 다만, 반도체 검출부(20)의 조립공정은 상기한 방법에 한정되지 않고 공지의 방법을 이용하여도 좋다.
(제2 실시예)
다음으로 본 발명의 제2 실시예에 관한 PET 장치를 설명한다. 제2 실시예에 관한 PET 장치는, 제1 실시예에 관한 PET 장치의 변형예이며, 도 4 및 도 5에서 나타낸 반도체 검출부(20)의 반도체 검출소자 어레이의 수를 n개로 확장한 예이다. 제2 실시예의 반도체 검출부는, 반도체 검출소자 어레이의 수 및 배열이 도 4 및 도 5에서 나타낸 반도체 검출부와 다른 것 이외에는 마찬가지이다.
도 9는, 본 발명의 제2 실시예에 관한 PET 장치를 구성하는 반도체 검출 부(40)의 개략 평면도이다. 도면 중, 앞서 설명한 부분에 대응하는 부분에는 동일한 참조부호(첨부글자가 다른 것도 포함함)를 붙이고, 설명을 생략한다.
도 9를 참조하면, 반도체 검출부(40)는, 배선 기판(21)과, 배선 기판(21) 위에 배치된 n개의 반도체 검출소자 어레이(221∼22n)와, 반도체 검출부(40)의 출력을 검출회로(미도시)로 송출하기 위한 커넥터(29) 등으로 이루어진다. 여기서 n은 3 이상의 정수 중 어느 하나로부터 선택된다. 반도체 검출소자 어레이(221∼22n)는, 5개의 사각기둥 형상의 반도체 검출소자(231∼235)와, 반도체 검출소자(231∼235)의 배열방향의 양측에 설치된 가드부재(281∼28n) 등으로 이루어진다.
반도체 검출소자 어레이(221∼22n)는, 깊이방향(Y축 방향)으로 지면 앞쪽으로부터 안쪽으로 제1 열∼제n 열까지 배치되어 있다. 각각 n개의 반도체 검출소자 어레이(221∼22n)는, 하기의 가드부재를 설치함으로써 기준선(Xa－Xa)에 지면 좌단을 일치시켜서 배열되어 있다. 가드부재(281, 282, 283, …, 28n－1, 28n)는, 배열방향의 길이가, 각각 반도체소자의 간격(PT)의, n/n, (n－1)/n, (n－2)/n, …, 2/n, 1/n로 설정되어 있다. 따라서, 기준선(Xa－Xa) 대신에 배열방향의 다른 기준선(Xa'－Xa')을 제1 열의 반도체 검출소자 어레이(221)의 반도체 검출소자(231)의 좌단으로 설정하면, 제1 열, 제2 열, …, 제n－1 열, 제n 열의 반도체 검출소자 어레이(221)의 반도체 검출소자(231)의 좌단의 위치는, 기준선(Xa'－Xa')으로부터 간격(PT)의 0/n, 1/n, …, (n－1)/n로 설정되어 있다. 이와 같이, 제1 열∼제n 열의 반도체 검출소자 어레이(221∼22n)의 반도체 검출소자(231)의 좌단이, 순차 PT/n만큼 좌측으로 변위하여 배치되어 있다.
이와 같이, 반도체 검출소자 어레이(221∼22n)를 구성, 배치함으로써, 제1 실시예와 마찬가지의 효과가 얻어진다. 즉, 제2 실시예의 반도체 검출부(40)는, 반도체 검출소자 어레이(221∼22n)의 깊이의 총합과 동등한 깊이를 가지는 반도체 검출소자 어레이와 동등한 검출효율을 유지하여, 이와 같은 반도체 검출소자 어레이보다도 극히 양호한 공간분해능을 가지며, 또한 반도체 검출소자 수를 억제하여, 제조비용의 증가를 억제할 수 있다.
또한, 제2 실시예의 반도체 검출부(40)는, n열의 반도체 검출소자 어레이(221∼22n)로 이루어지므로, 반도체 검출소자의 간격, 즉, 반도체 검출소자의 배열방향의 길이를, 공간분해능을 유지하면서 증가시킬 수 있다. 이 경우, 반도체 검출소자(231∼235)의 간격(PT)과 상기 n과의 비(PT/n)가 0.5㎜ 이상 1.0㎜ 이하로 설정되는 것이 바람직하다. 이는, PT/n를 0.5㎜보다도 짧게 하여도, 실질적인 공간분해능의 향상을 기대할 수 없고, 그 한편으로, 반도체 검출소자 수가 증가하기 때문이다. 즉, 방사선 원소로부터 양전자가 발생하는 경우, 양전자가 운동에너지를 가지기 때문에, 방사선 원소의 위치로부터 0.수㎜ 정도 변위한다. 이 변위량은 필연적으로 발생하기 때문에, PT/n를 0.5㎜보다도 작게 하여도, 실질적으로는 공간분해 능을 향상하는데에는 기여하지 않기 때문이다. 또한, PT/n가 1.0㎜를 넘으면, 반도체 검출소자의 간격(PT)이 증가하는 점에서는 바람직하지만, 공간분해능이 종래보다도 충분히 향상되지 않는 경향이 있기 때문이다.
다음으로 본 발명의 효과를 나타내기 위하여, 본 발명에 관한 실시예의 PET 장치에 대하여 시뮬레이션을 행하였다. 다만, 실시예의 PET 장치는 제1 실시예의 실시예이지만, 그 효과는 제2 실시예의 PET 장치에서도 얻어진다.
도 10은, PET 장치의 반도체 검출부의 배치를 나타내는 개략 평면도이다.
도 10을 참조하면, 시뮬레이션에 이용한 PET 장치는, 16개의 반도체 검출부(50)가 중심의 둘레에 배치된 구성을 가진다. 반도체 검출부(50)는 지름(RD)이 114.6㎜인 원주 상에 반도체 검출부의 입사면(50a)이 일치하도록 배치되어 있다.
실시예의 반도체 검출부는, 도 5에 나타내는 반도체 검출부(20)와 마찬가지로, 제1 및 제2 반도체 검출소자 어레이를 가지며, 각각의 반도체 검출소자가 간격(PT)의 1/2만큼 변위하여 배치되어 있다. 제1 및 제2 반도체 검출소자 어레이 각각은, 16개의 반도체 검출소자를 가지며, 반도체 검출소자는, 폭을 19.2㎜, 깊이를 5㎜, 두께를 1㎜, 반도체 검출소자 간의 간격을 1.2㎜로 설정하였다. 제1 반도체 검출소자 어레이와 제2 반도체 검출소자 어레이의 간격은 5㎜로 설정하였다. 실시예의 반도체 검출소자의 합계는 32개로 하였다.
한편, 본 발명에 따르지 않는 비교예 1의 반도체 검출부는, 1개의 반도체 검출소자 어레이를 가지며, 반도체 검출소자는 32개의 반도체 검출소자를 가진다. 반도체 검출소자는, 폭을 19.2㎜, 깊이를 10㎜, 두께를 1㎜, 반도체 검출소자 간의 간격을 0.6㎜로 설정하였다.
또한, 본 발명에 따르지 않는 비교예 2의 반도체 검출부는, 1개의 반도체 검출소자 어레이로 이루어지며, 깊이를 5㎜로 한 것 이외는 비교예 1과 마찬가지의 구성으로 하였다.
상기한 실시예, 비교예 1 및 2에 대하여 16개의 반도체 검출부(50)의 중심에 감마선원(源)이 있는 경우와, 중심으로부터 Y축 방향으로 10㎜만큼 변위한 위치(Y=10㎜)에 감마선원이 있는 경우의 2가지에 대하여 시뮬레이션을 행하였다. 여기서, 시뮬레이션은, 일본 방사선 기기공업회의 평가 가이드라인에 따라 행하고, 방사선 원소를 18F로 하였다.
도 11은, 실시예 및 비교예의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 실시예는, 비교예 1보다도 반도체 검출소자의 폭이 2배임에도 불구하고, 중심에서의 공간분해능이 거의 동등하다. 이는, 제1 및 제2 반도체 검출소자 어레이 각각의 반도체소자를 1/2 피치 옮겨놓은 효과이다. Y=10㎜에서는 비교예 1보다도 Y축 방향의 공간분해능이 비약적으로 향상되어, X축 방향 및 Y축 방향이 함께 1.0㎜ 이하로 되어 있다.
또한, 실시예는 비교예 2보다도 검출효율이 높은 것을 알 수 있다. 여기서, 검출효율은 코인시던스 감도이며, 방사선 검출기에 입사한 전체 쌍소멸 감마선 중, 코인시던스 검출된 쌍소멸 감마선의 비율이다. 코인시던스 감도는, 중심으로부터 본 각 반도체소자의 입체 각과, 각 반도체소자의 깊이로부터 결정되는 코인시던스 확률로부터 산출한 값이다.
따라서, 실시예는, 비교예 1 및 2와 반도체 검출소자 수가 같음에도 관계없이, 검출효율을 유지하면서, 비교예 1보다도 Y=10㎜인 경우의 Y축 방향의 공간분해능이 대폭 향상되어, 반도체 검출부의 시야 전체에 걸쳐서 공간분해능이 균형 좋게 향상되고 있는 것을 알 수 있다.
이로써, 실시예는, 비교예 1 및 비교예 2에 대하여, 반도체 검출소자 수의 증가를 수반하지 않고, 검출효율을 유지함과 함께 공간분해능을 향상시키고 있다. 따라서, 실시예는, 비교예 1 및 비교예 2에 대하여, 반도체 검출소자에 접속되는 검출회로나 그보다도 하류의 회로 수의 증가에 의한 제조비용의 증가를 수반하지 않고, 검출효율의 유지 및 공간분해능의 향상이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 방사선의 입사에 의하여 전자 정공쌍을 생성하는 복수의 반도체 검출소자를 가지는 반도체 검출부를 구비하는 방사선 검출기로서, 상기 반도체 검출부는, 기판 위에, 상기 복수의 반도체 검출소자가 제1 방향으로 소정의 간격으로 배열된 반도체 검출소자 어레이를 n개 구비하며, 상기 n개의 반도체 검출소자 어레이는, 제1 방향에 대하여 직교하는 제2 방향으로 제1 열부터 제n 열로 배열되고, 상기 제1 열부터 제n 열의 반도체 검출소자 어레이는, 각각, 제1 방향의 기준위치로부터 상기 소정의 간격의 0, 1/n, …, (n－1)/n 중 어느 하나만큼 변위하여 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기가 제공된다. 다만, n은 2 이상의 정수이다.
상술한 방사선 검출기에 의하면, 반도체 검출부는, 제1 방향으로 소정의 간 격으로 반도체 검출소자가 배열되고, 제1 방향에 대하여 직교하는 제2 방향으로 n열의 반도체 검출소자 어레이가 배열되어 있다. 또한, 제1 열부터 제n 열의 반도체 검출소자 어레이는, 각각, 제1 방향의 기준위치로부터 상기 소정의 간격의 0/n, 1/n, …, (n－1)/n 중 어느 하나만큼 변위하여 배치되어 있다. 이와 같이, 제1 열∼제n 열의 반도체 검출소자 어레이의 제2 방향 길이의 총합을, 종래의 1열의 반도체 검출소자 어레이의 제2 방향의 길이와 동등하게 함으로써, 검출효율을 유지함과 함께, 시야 주변부의 공간분해능을 향상시킬 수 있다. 또한 제1 열부터 제n 열의 반도체 검출소자가 서로 소정의 간격의 1/n만큼 변위하여 배치되어 있으므로, 특히 시야 중앙의 공간분해능을, 제1 열부터 제n 열의 반도체 검출소자를 서로 변위시키지 않는 경우보다도 향상시킬 수 있다. 따라서, 반도체 검출소자의 소정의 간격을 종래의 동등한 공간분해능을 가지는 반도체 검출소자 어레이보다도 넓게 할 수 있다. 이로써, 반도체 검출소자의 폭을 증가시켜, 반도체소자 수를 삭감할 수 있다. 따라서, 방사선의 검출효율을 유지하여, 반도체 검출부의 시야 전체에 걸쳐서 양호한 공간분해능을 가짐과 함께, 제조비용의 증가를 억제할 수 있다.
상기 반도체 검출소자 어레이는, 제1 열부터 제n 열까지 순차로, 상기 소정의 간격의 1/n만큼 변위하여 배치되어 이루어지는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 상기 반도체 검출소자 어레이는 각각 m개의 반도체 검출소자로 이루어지며, 상기 제2 방향을 따라서 인접하는 2개의 반도체 검출소자 어레이는, 그들의 상기 기준위치로부터 k번째인 각각의 반도체 검출소자가 서로 상기 소정의 간격의 1/n만큼 변위하여 배치되어 이루어지는 구성으로 하여도 좋다. 다만, m은 2 이상의 정수, k는, 1 ∼m 중 어느 하나의 정수이다.
상기 제1 열∼제n 열의 반도체 검출소자 어레이는, 그 제1 방향의 일단부가 상기 기준위치로부터 동등한 거리가 되도록, 이 일단부 측에 보호부재를 더욱 구비하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 상기 제1 열∼제n 열의 반도체 검출소자 어레이는, 그 제1 방향의 상기 일단부와는 반대 측의 타단부에, 상기 반도체 검출소자 어레이의 제1 방향의 길이가 동등하게 되도록, 다른 보호부재를 더욱 구비하는 구성으로 하여도 좋다. 이로써, 제1 열∼제n 열의 반도체 검출소자 어레이의 위치 결정이 용이하게 됨과 함께, 상기한 반도체 검출소자끼리의 위치관계가 용이하게 실현될 수 있다.
상기 반도체 검출소자 어레이는, 제2 방향을 따라서 서로 이격하여 이루어지는 구성으로 하여도 좋다. 이로써, 반도체 검출부의 조립공정에 있어서 반도체 검출소자 어레이를 지지하는 지지 치구가 들어가는 공간을 확보할 수 있어, 작업성이 양호하게 된다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 방사성 동위원소를 포함하는 피검체로부터 발생하는 방사선을 검출하는 상술한 방사선 검출기와, 상기 방사선 검출기로부터 취득한 방사선의 입사시각 및 입사위치를 포함하는 검출정보에 근거하여 상기 방사성 동위원소의 피검체 내에 있어서의 분포정보를 취득하는 정보처리수단을 구비하는 방사선 검사장치가 제공된다.
상술한 방사선 검사장치에 의하면, 방사선 검출기가 검출효율을 유지하여, 시야 범위 전체에 걸치는 공간분해능이 양호함과 함께, 제조비용의 증가가 억제되 어 있으므로, 검사시간의 증가를 수반하지 않고, 종래보다도 정밀도가 높은 검사를 행할 수 있음과 함께, 제조비용의 증가를 억제한 방사선 검사장치를 제공할 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명은 관련되는 특정한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 범위 내에 있어서, 다양한 변형·변경이 가능하다.
예컨대, 상술한 제1 실시예에서는, PET 장치를 예로 설명하였지만, 본 발명은, SPECT(단일광자방사형 컴퓨터 단층촬영) 장치에 적용할 수 있다. 또한, 상기에서는 반도체 검출부가 감마선을 검출하는 경우를 예로 설명하였지만, X선이나 다른 방사선의 반도체 검출부에도 적용할 수 있음은 말할 필요도 없다.
또한, 제1 및 제2 실시예에 있어서, 도 5 혹은 도 9에 나타낸 바와 같이 반도체 검출부는 1개의 배선 기판 위에 배치된 반도체 검출소자 어레이로 구성되어도 좋고, 2개 이상의 배선 기판의 각각에 배치된 반도체 검출소자 어레이로 구성되어도 좋다.
본 국제출원은, 2006년 4월 28일에 출원한 일본국 특허출원 제2006－124653호에 근거하는 우선권을 주장하는 것이며, 일본국 특허출원 제2006－124653호의 전체 내용을 본 국제출원에 원용한다.
본 발명은, 방사선 검출기 및 방사선 검사장치에 적용 가능하며, 특히, 피검 체 내에 있는 방사성 동위원소로부터 방출된 감마선을 검출하는 방사선 검출기 및 방사선 검사장치에 적용 가능하다.

Claims (9)

  1. 방사선의 입사에 의하여 전자 정공쌍을 생성하는 복수의 반도체 검출소자를 가지는 반도체 검출부를 구비하는 방사선 검출기로서,
    상기 반도체 검출부는, 기판 위에, 상기 복수의 반도체 검출소자가 제1 방향으로 소정의 간격으로 배열된, 반도체 결정체로 이루어지는 반도체 검출소자 어레이를 n개 구비하고,
    상기 n개의 반도체 검출소자 어레이는, 제1 방향에 대하여 직교하는 제2 방향으로 제1 열부터 제n 열로 배열되고,
    상기 제1 열부터 제n 열의 반도체 검출소자 어레이는,
    제1 열에서부터 제n 열까지 순차로, 제1 방향의 기준위치로부터 상기 소정의 간격의 0, 1/n, …, (n－1)/n 만큼 변위하여 배치되어 이루어지고,
    상기 제1 방향의 일단부가 상기 기준위치로부터 동등한 거리가 되도록, 상기 일단부 측에, 상기 반도체 결정체와 연속한 동일 결정판으로 형성되어 이루어지는 보호부재를 구비하고,
    상기 보호부재와, 상기 보호부재에 인접하는 상기 반도체 검출소자 사이에는, 홈부가 형성되어 있는 것
    을 특징으로 하는 방사선 검출기(다만, n은 2 이상의 정수임).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 검출소자 어레이는, 각각 m개의 반도체 검출소자로 이루어지고,
    상기 제2 방향을 따라서 인접하는 2개의 반도체 검출소자 어레이는, 상기 기준위치로부터 k번째의 각각의 반도체 검출소자가 서로 상기 소정의 간격의 1/n만큼 변위하여 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기(다만, m은 2 이상의 정수, k는 1∼m 중 어느 하나의 정수).
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 열∼제n 열의 반도체 검출소자 어레이는, 그 제1 방향의 상기 일단부와는 반대 측의 타단부에, 상기 반도체 검출소자 어레이의 제1 방향의 길이가 동등하게 되도록, 다른 보호부재를 더욱 구비하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 검출소자 어레이는, 제2 방향을 따라서 서로 이격되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 소정의 간격을 PT라 하면, 상기 PT와 상기 n의 비(PT/n)가 0.5㎜ 이상 1.0㎜ 이하로 설정되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 n은 2이며,
    상기 제1 열의 반도체 검출소자 어레이의 반도체 검출소자와, 상기 제1 열의 반도체 검출소자 어레이의 반도체 검출소자가 제1 방향으로 서로 상기 소정의 간격의 1/2만큼 옮겨져 배치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 검출기.
  7. 방사성 동위원소를 포함하는 피검체로부터 발생하는 방사선을 검출하는 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 방사선 검출기와,
    상기 방사선 검출기로부터 취득한 방사선의 입사시각 및 입사위치를 포함하는 검출정보에 근거하여 상기 방사성 동위원소의 피검체 내에 있어서의 분포정보를 취득하는 정보처리수단을 구비하는 방사선 검사장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
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