JP2007078567A

JP2007078567A - 放射線検出器およびその製造方法

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Publication number: JP2007078567A
Application number: JP2005268372A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Tonami; 寛道戸波; Junichi Oi; 淳一大井
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2005-09-15
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】高分解能で高画質を維持することが可能で、簡易に実現できる放射線検出器およびその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】シンチレータ群１２の出力面面積よりも光電子増倍管４１〜４４の受光面面積が小さく、かつ第１、第２ライトガイド１４、１８に分けた場合において、光電子増倍管４１〜４４を互いに分離して構成し、第２ライトガイド１８を、光電子増倍管４１〜４４の極数である４個と同数に分岐して構成し、各第２ライトガイド１８を入力側の面から出力側の面に向かうにしたがって面積が小さくなるような形状で光電子増倍管４１〜４４に密着配置することで、それを分離して構成した分だけ、第２ライトガイド１８の側面の傾斜角度θが従来よりも小さくなり、従来よりもライトガイド１７での損失による出力の低下を抑えて、弁別能力が向上して、高分解能で高画質を維持することが可能である。
【選択図】図１

Description

この発明は、シンチレータ，ライトガイド，増倍型受光素子の順に光学的に結合された放射線検出器およびその製造方法に関する。

この種の放射線検出器は、被検体に投与されて関心部位に蓄積された放射性同位元素（ＲＩ）から放出された放射線（例えばガンマ線）を検出し、関心部位のＲＩ分布の断層画像を得るための装置、例えばＰＥＴ(Positron Emission Tomography)装置やＳＰＥＣＴ(Single Photon Emission Computed Tomography)装置などの医用診断装置に用いられる。放射線検出器は、被検体から放出されたガンマ線を入射して発光するシンチレータと、前記シンチレータからの発光を受光して、電気信号に変換しつつその信号を増倍させる増倍型受光素子とから構成されている。なお、増倍型受光素子としては、前記シンチレータからの発光をパルス状の電気信号に変換する光電子増倍管がある。その他に、増倍型受光素子としては、アバランシェ現象が生じて電荷がなだれ的に増加するのを利用したアバランシェフォトダイオードがある（例えば、特許文献１参照）。アバランシェフォトダイオードの場合には、アバランシェ現象を生じさせるために高電圧を印加する平面状の電極や、各電極に挟まれたアバランシェ増倍膜のみでアバランシェフォトダイオードを形成することができるので、光電子増倍管よりも小さくすることができる。

このような放射線検出器については、従来ではシンチレータと光電子増倍管（あるいはアバランシェフォトダイオード）とが一対一に対応していたが、近年では複数のシンチレータに対して、その数よりも少ない複数の光電子増倍管を結合する方式を採用している（例えば、特許文献２〜５参照）。かかる方式では、これらの光電子増倍管の出力比からガンマ線の入射位置を決定することで、分解能を高めている。以下、図面を参照して従来の放射線検出器の構成を説明する。

図７は従来例の放射線検出器をＹ方向からみたＸ方向の外観図（正面図）である。等方ボクセル検出器の場合、放射線検出器１１０をＸ方向からみたＹ方向の外観図（側面図）も図７と同じ形状となる。放射線検出器１１０は、２次元的に密着配置された複数のシンチレータ１１１からなるシンチレータ群１１２を備えている。シンチレータ群１１２は、光反射材１１３が適宜挟み込まれることによって区画されたシンチレータ１１１を２次元的に密着配置して構成されている。図７では、Ｘ方向に９個、Ｙ方向に９個の合計８１個のシンチレータ１１１を２次元的に配置している。放射線検出器１１０は、このシンチレータ群１１２に対して光学的に結合されたライトガイド１１４をさらに備えている。このライトガイド１１４は、光反射材１１５が組み合わされた格子枠体が埋設され多数の小区画が画定されている。また、放射線検出器１１０は、このライトガイド１１４に対して光学的に結合された４個の光電子増倍管１０１，１０２，１０３，１０４をさらに備えている。なお、図７では、光電子増倍管１０１，１０２のみが図示されている。ここでシンチレータ１１１としては、例えばＢｉ₄Ｇｅ₃Ｏ₁₂（ＢＧＯ）、Ｇｄ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅ（ＣｅがドープされたＧｄ₂ＳｉＯ₅すなわちＧＳＯ）、Ｌｕ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅ（ＣｅがドープされたＬｕ₂ＳｉＯ₅すなわちＬＳＯ）、ＬｕＹＳｉＯ₅：Ｃｅ（ＣｅがドープされたＬｕＹＳｉＯ₅すなわちＬＹＳＯ）、あるいはＮａＩ（ヨウ化ナトリウム）、ＢａＦ₂（フッ化バリウム）、ＣｓＦ（フッ化セシウム）などの無機結晶が用いられる。

Ｘ方向に配置された９個のシンチレータ１１１のいずれかにガンマ線が入射すると、そのシンチレータ１１１はガンマ線を吸収して発光する。具体的には、可視光に変換される。この光は光学的に結合されたライトガイド１１４を通して光電子増倍管１０１〜１０４へ導かれる。その際に、Ｘ方向に配置された光電子増倍管１０１（１０３）と光電子増倍管１０２（１０４）との出力比が所定の割合で変化するように、ライトガイド１１４における各々の光反射材１１５の位置や長さが調整される。なお、傾斜の場合には角度が調整される。

より具体的には、光電子増倍管１０１の出力をＰ１、光電子増倍管１０２の出力をＰ２、光電子増倍管１０３の出力をＰ３、光電子増倍管１０４の出力をＰ４とすると、Ｘ方向の位置を表す計算値｛（Ｐ１＋Ｐ３）−（Ｐ２＋Ｐ４）｝／（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）が各シンチレータ１１１の位置に応じて所定の割合で変化するように、光反射材１１５の位置と長さとが設定される。

一方、Ｙ方向に配置された９個のシンチレータ１１１の場合も同様に、光学的に結合されたライトガイド１１４を通して光電子増倍管１０１〜１０４へ光が導かれる。すなわち、Ｙ方向に配置された光電子増倍管１０１（１０２）と光電子増倍管１０３（１０４）との出力比が所定の割合で変化するように、ライトガイド１１４における各々の光反射材１１５の位置や長さや角度が調整される。

すなわち、Ｙ方向の位置を表す計算値｛（Ｐ１＋Ｐ２）−（Ｐ３＋Ｐ４）｝／（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）が各シンチレータ１１１の位置に応じて所定の割合で変化するように、光反射材１１５の位置と長さとが設定される。

ここで、各シンチレータ１１１間における光反射材１１３、およびライトガイド１１４の光反射材１１５は、主としてポリエステルフィルムを基材とした酸化珪素と酸化チタニウムとの多層構造からなる多層膜フィルム、研磨されたアルミニウム、薄い基板の表面に酸化チタンや硫酸バリウムを塗布したもの、薄い基板の表面に白色テープを貼り付けたもの、薄い平滑な基板の表面にアルミニウムを蒸着したものが用いられる。この多層膜フィルムの反射効率が非常に高いので、光の反射素子として用いられている。厳密には、光の入射角度によっては透過成分が発生しており、それをも計算に入れて光反射材１１３，１１５の形状および配置が決定される。

なお、シンチレータ群１１２はライトガイド１１４とカップリング接着剤にて接着されカップリング接着材層１１６を形成している。また、ライトガイド１１４も光電子増倍管１０１〜１０４とカップリング接着剤にて接着されカップリング接着材層１１７を形成している。また、各シンチレータ１１１が対向していない外周表面は、光電子増倍管１０１〜１０４側との光学結合面を除き光反射材で覆われている。この場合の光反射材としては、主にＰＴＦＥテープが用いられている。

図８は、放射線検出器の位置演算回路の構成を示すブロック図である。位置演算回路は、加算器１２１，１２２，１２３，１２４と位置弁別回路１２５，１２６とから構成されている。図８に示すように、ガンマ線のＸ方向の入射位置を検出するために、光電子増倍管１０１の出力Ｐ１と光電子増倍管１０３の出力Ｐ３とが加算器１２１に入力されるとともに、光電子増倍管１０２の出力Ｐ２と光電子増倍管１０４の出力Ｐ４とが加算器１２２に入力される。両加算器１２１，１２２の各加算出力（Ｐ１＋Ｐ３）と（Ｐ２＋Ｐ４）とが位置弁別回路１２５へ入力され、両加算出力に基づきガンマ線のＸ方向の入射位置が求められる。

同様に、ガンマ線のＹ方向の入射位置を検出するために、光電子増倍管１０１の出力Ｐ１と光電子増倍管１０２の出力Ｐ２とが加算器１２３に入力されるとともに、光電子増倍管１０３の出力Ｐ３と光電子増倍管１０４の出力Ｐ４とが加算器４に入力される。両加算器１２３，１２４の各加算出力（Ｐ１＋Ｐ２）と（Ｐ３＋Ｐ４）とが位置弁別回路１２６へ入力され、両加算出力に基づきガンマ線のＹ方向の入射位置が求められる。

さらに、計算値（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）は、そのイベントに対するエネルギーを示しており、図９に示すようなエネルギースペクトルとして表示される。図９の横軸は、光電子増倍管のchannel（図９ではチャンネル）を表し、図９の縦軸は、放射線検出器によって検出されたガンマ線の計数値を表す。

ところで、上述したような放射線検出器ではシンチレータのライトガイド側である出力側の面の総面積（以下、『出力面面積』と略記する）と光電子増倍管のライトガイド側である入力側の受光面の総面積（以下、『受光面面積』と略記する）とは略等しく、大面積の光電子増倍管が必要になる。特に、光電子増倍管を増倍型受光素子として採用した場合には面積に伴って高価になる。そこで、上述した特許文献５のように、図１０に示すように、シンチレータ１３１側にある入力側の面から光電子増倍管３０１〜３０４側にある出力側の面に向かうにしたがって面積が小さくなるようなテーパーライトガイド１３８を用いて、シンチレータ群１３２の出力面面積に比べて光電子増倍管３０１〜３０４の受光面面積を小さくするような構造の検出器が考えられている。光電子増倍管３０１〜３０４の受光面面積を小さくすることで、低コストを実現する。なお、このテーパーライトガイド１３８内には光反射材１３９を中央に挟み、ライトガイド１３４を透過した光をそのまま光電子増倍管３０１〜３０４へ導いている。

また、図７のように、シンチレータ群１３２はライトガイド１３４とカップリング接着剤にて接着されカップリング接着材層１３６を形成し、ライトガイド１３４はテーパーライトガイド１３８とカップリング接着剤にて接着されカップリング接着材層１３７を形成し、テーパーライトガイド１３８は光電子増倍管３０１〜３０４とカップリング接着剤にて接着されカップリング接着材層１４０を形成している。

ところで、光電子増倍管のchannel、すなわち光電子増倍管の極を互いに分離して構成し、これらをガラス基板やＮａＩ（ヨウ化ナトリウム）の単結晶を積層して構成されたシンチレータに光学的に結合している（例えば、特許文献６参照）。この場合には、ガラス板がライトガイドの機能を果たしてもよいし、特許文献６の従来例のようにガラス板とライトガイドとを別にそれぞれ用意してもよい。また、図７のようにシンチレータやライトガイドを小区画せずに、一面に形成している。
特許第３４１５７０４号明細書（第１−３頁、図１−４）特開２００２−１８１９３８号公報（第２−４頁、図１−５，７，８）特開２００４−２３３２４０号公報（第２−９頁、図１，２，４−６）特開２００４−２４５５９２号公報（第２−６頁、図１，２，８）特開平４−２０４２８４号公報（第２，３頁、第１，３図）特開平５−１０００３４号公報（第２，３頁、図１，４，５）

しかしながら、図１０に示すような上述した従来例の放射線検出器１３０の場合には、次のような問題がある。

図１０に示すように、放射線検出器１３０では、シンチレータ群１３２の周縁部のシンチレータ１３１内で発光した光１４１がライトガイド１３４を通った後、テーパーライトガイド１３８に入射した際に、テーパーライトガイド１３８での損失が大きい。すなわち、テーパーライトガイド１３８の側面の傾斜角度θが大きいので、テーパーライトガイド１３８の側面に光１４１が当たる確率が高く、テーパーライトガイド１３８での反射によって損失しやすい。その結果、そこでの反射損失により出力が著しく下がり量子バラツキが大きくなるので、正常に弁別することができなくなるという問題が発生する。

また、ライトガイド１３４とテーパーライトガイド１３８との間には上述したカップリング接着材層１３７が介在しているので、ここでの透過損失や反射損失が発生する。その結果、シンチレータ群１３２全体の出力も低下させることになり、量子バラツキをさらに大きくすることになる。

このように、位置弁別が正確に行えないと、全体の画質も劣化する。弁別能力が低下すると、結果的には分解能が下がってしまう。かかる放射線検出器を、ＰＥＴ装置やＳＰＥＣＴ装置などの医用診断装置に用いると、その装置によって得られる画像の画質は劣化してしまう。例えば関心部位が腫瘍の場合には、その腫瘍が画像上で正確に出力されない場合がある。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高分解能で高画質を維持することが可能で、簡易に実現できる放射線検出器およびその製造方法を提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、２次元的に密着配置された複数のシンチレータからなるシンチレータ群と、前記シンチレータ群に対して光学的に結合されたライトガイドと、前記ライトガイドに対して光学的に結合され、かつ前記シンチレータ群のライトガイド側である出力側の面の総面積よりも小さい面積をライトガイド側である入力側の受光面に有した増倍型受光素子とを備えた放射線検出器において、前記ライトガイドを互いに密着配置された第１ライトガイドおよび第２ライトガイドに分けて構成するとともに、前記第１ライトガイドは、板状の光学的部材を格子状に組み合わせた格子枠体を有しており、この格子枠体により小区画を形成し、この小区画を形成した前記光学的部材を、（ａ）前記シンチレータ群の配置方向に対して所定の間隔に調整すること，（ｂ）前記シンチレータ群の配置方向に対して所定の角度に調整すること，（ｃ）前記各シンチレータ間の間隔とは異なる間隔に調整することの少なくともいずれかで構成し、前記増倍型受光素子からなる各極を互いに分離して構成するとともに、前記第２ライトガイドを、増倍型受光素子の前記極数と同数に分岐して構成し、各第２ライトガイドを第１ライトガイド側にある入力側の面から増倍型受光素子側にある出力側の面に向かうにしたがって面積が小さくなるような形状で増倍型受光素子に密着配置することを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、２次元的に密着配置された複数のシンチレータからなるシンチレータ群のうちの１つのシンチレータに放射線が入射すると、そのシンチレータは放射線を吸収して発光する。発光した光は、その一部が周りに配置されたシンチレータを透過するが、ほとんどの光はシンチレータ内でも透過と反射による散乱とを繰り返しながらライトガイドへ入射される。ライトガイドへ入射された光は、後述する第１ライトガイドを構成する光学的部材によって形成される小区画で分散し、後述する第２ライトガイドを通って各極ごとに増倍型受光素子へ入射する。

各増倍型受光素子へ入射する光量が、放射線が入射した各シンチレータの位置に応じて均等に変化するように、光学的部材を、（ａ）シンチレータ群の配置方向に対して所定の間隔に調整すること，（ｂ）シンチレータ群の配置方向に対して所定の角度に調整すること，（ｃ）各シンチレータ間の間隔とは異なる間隔に調整することの少なくともいずれかで構成することで、弁別能力が向上する。

ここで、シンチレータ群のライトガイド側である出力側の面の総面積（出力面面積）よりも、増倍型受光素子のライトガイド側である入力側の受光面の総面積（受光面面積）が小さいので、光がライトガイドの側面に当たる可能性がある。上述した（ａ）〜（ｃ）の少なくともいずれかでライトガイドを構成することによって弁別能力が向上しても、このライトガイドでの損失によって弁別能力が下がる可能性がある。

そこで、ライトガイドを互いに密着配置された第１ライトガイドおよび第２ライトガイドに分けて構成する。そして、増倍型受光素子からなる各極を互いに分離して構成するとともに、第２ライトガイドを、増倍型受光素子の極数と同数に分岐して構成する。さらに、各第２ライトガイドを第１ライトガイド側にある入力側の面から増倍型受光素子側にある出力側の面に向かうにしたがって面積が小さくなるような形状で増倍型受光素子に密着配置する。受光面面積が出力面面積よりも小さいにも関わらず、増倍型受光素子の各極を互いに分離して構成した分だけ、第２ライトガイドの側面の傾斜角度が従来よりも小さくなる。したがって、第２ライトガイドの側面に光が当たる確率が従来よりも小さくなって、従来よりもライトガイドでの損失による出力の低下を抑えて、弁別能力が向上して、高分解能で高画質を維持することが可能である。

上述した発明において、第１ライトガイドおよび第２ライトガイドを光学的に一体形成するのが好ましい（請求項２に記載の発明）。第１ライトガイドおよび第２ライトガイドを光学的に一体形成することで、従来のように第１ライトガイドと第２ライトガイドとの間にカップリング接着剤層のような境目がないので、第１ライトガイドと第２ライトガイドとの間での透過損失や反射損失をなくして、弁別能力がより一層向上して、より一層の高分解能で高画質を維持することが可能である。

また、請求項３に記載の発明は、２次元的に密着配置された複数のシンチレータからなるシンチレータ群と、前記シンチレータ群に対して光学的に結合されたライトガイドと、前記ライトガイドに対して光学的に結合され、かつ前記シンチレータ群のライトガイド側である出力側の面の総面積よりも小さい面積をライトガイド側である入力側の受光面に有した増倍型受光素子とを備えた放射線検出器の製造方法において、前記ライトガイドは互いに密着配置された第１ライトガイドおよび第２ライトガイドに分けて構成されており、（Ａ）複数の板状の光学的部材を格子状に組み合わせて格子枠体を作成する工程と、（Ｂ）この格子枠体が収容可能で、かつ前記第２ライトガイドに該当する前記第１ライトガイド側にある入力側の面から前記増倍型受光素子側にある出力側の面に向かうにしたがって面積が小さくなるような形状を増倍型受光素子からなる各極ごとに分離してそれぞれ内部に有した矩形状容器に格子枠体を収納する前あるいは収納した後に、その矩形状容器に透明な液体樹脂を流し込む工程と、（Ｃ）硬化した液体樹脂と格子枠体とが一体化した硬化樹脂体を矩形状容器から取り出して外形を整えてライトガイドとする工程とを経て製造し、前記（Ａ）の工程の際には、各々の光学的部材を、（ａ）前記シンチレータ群の配置方向に対して所定の間隔に調整すること，（ｂ）前記シンチレータ群の配置方向に対して所定の角度に調整すること，（ｃ）前記各シンチレータ間の間隔とは異なる間隔に調整することの少なくともいずれかで構成して、光学的部材を格子状に組み合わせることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項３に記載の発明によれば、（Ａ）〜（Ｃ）の工程を経て製造することで、ダイシングソーやワイヤーソーといった切断を行うことなく光学的部材を第１ライトガイド内に配設することができ、加工精度の高い放射線検出器を実現することができる。このように、（Ａ）〜（Ｃ）の工程を経て製造することで、放射線検出器を簡易に実現することができる。

また、増倍型受光素子の好ましい一例は、光電子増倍管である。この発明が増倍型受光素子として光電子増倍管に適用することで、弁別能力が向上して、高分解能で高画質を維持した状態で、光電子増倍管の受光面面積をシンチレータ群の出力面面積よりも小さくすることができて、大面積化に伴って高価になる光電子増倍管において低コストを実現することができる。さらに、増倍型受光素子の好ましい他の一例は、アバランシェフォトダイオードである。

この発明に係る放射線検出器によれば、シンチレータ群のライトガイド側である出力側の面の総面積（出力面面積）よりも、増倍型受光素子のライトガイド側である入力側の受光面の総面積（受光面面積）が小さく、かつライトガイドを互いに密着配置された第１ライトガイドおよび第２ライトガイドに分けて構成した場合において、増倍型受光素子からなる各極を互いに分離して構成するとともに、第２ライトガイドを、増倍型受光素子の極数と同数に分岐して構成し、各第２ライトガイドを第１ライトガイド側にある入力側の面から増倍型受光素子側にある出力側の面に向かうにしたがって面積が小さくなるような形状で増倍型受光素子に密着配置することで、受光面面積が出力面面積よりも小さいにも関わらず、増倍型受光素子の各極を互いに分離して構成した分だけ、第２ライトガイドの側面の傾斜角度が従来よりも小さくなる。したがって、第２ライトガイドの側面に光が当たる確率が従来よりも小さくなって、従来よりもライトガイドでの損失による出力の低下を抑えて、弁別能力が向上して、高分解能で高画質を維持することが可能である。また、この発明に係る放射線検出器の製造方法によれば、（Ａ）〜（Ｃ）の工程を経て製造することで、放射線検出器を簡易に実現することができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例1を説明する。
図１は、実施例１に係る放射線検出器をＹ方向からみたＸ方向の外観図（正面図）である。等方ボクセル検出器の場合、放射線検出器１０をＸ方向からみたＹ方向の外観図（側面図）も図１と同じ形状となる。放射線検出器１０は、大別して３つの部分で構成されている。

１つめは、光反射材１３が適宜挟み込まれることによって区画されたシンチレータ１１を２次元的に密着配置して構成されたシンチレータ群１２である。後述する実施例２も含めて、本実施例１では、Ｘ方向に９個、Ｙ方向に９個の合計８１個のシンチレータ１１を２次元的に配置している。このシンチレータ群１２は、上述した従来例である図７のシンチレータ群１１２と全く同じ構造である。

２つめは、ライトガイド１７である。このライトガイド１７は、第１ライトガイド１４および第２ライトガイド１８で構成されている。第１ライトガイド１４は、シンチレータ群１２に対して光学的に結合され、かつ光反射材１５が組み合わされた格子枠体が埋設され多数の小区画が画定されている。第２ライトガイド１８は、後述する光電子増倍管４１〜４４のchannel数、すなわち極数と同数に分岐して構成されている。後述する実施例２も含めて、本実施例１では、光電子増倍管４１〜４４の極数は４個であるので、第２ライトガイド１８も４個に分岐して構成する。

３つめは、これら４個の第２ライトガイド１８に光学的に各々が結合されている４個の光電子増倍管４１，４２，４３，４４である。これらの光電子増倍管４１〜４４は、互いに分離して構成されている。なお、図１では光電子増倍管４１，４２のみが図示されている。光電子増倍管４１〜４４は、この発明における増倍型受光素子に相当する。

ここでシンチレータ１１としては、例えばＢｉ₄Ｇｅ₃Ｏ₁₂（ＢＧＯ）、Ｇｄ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅ（ＣｅがドープされたＧｄ₂ＳｉＯ₅すなわちＧＳＯ）、Ｌｕ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅ（ＣｅがドープされたＬｕ₂ＳｉＯ₅すなわちＬＳＯ）、ＬｕＹＳｉＯ₅：Ｃｅ（ＣｅがドープされたＬｕＹＳｉＯ₅すなわちＬＹＳＯ）、あるいはＮａＩ（ヨウ化ナトリウム）、ＢａＦ₂（フッ化バリウム）、ＣｓＦ（フッ化セシウム）などの無機結晶が用いられる。

ここで、第１ライトガイド１４と、この第１ライトガイド１４に対して光学的に結合される４個の第２ライトガイド１８について説明する。Ｘ方向に配置された９個のシンチレータ１１のいずれかにガンマ線が入射すると、そのシンチレータ１１はガンマ線を吸収して発光して可視光として変換される。この光は光学的に結合された第１ライトガイド１４および第２ライトガイド１８を通して光電子増倍管４１〜４４へ導かれる。その際に、Ｘ方向に配置された光電子増倍管４１（４３）と光電子増倍管４２（４４）との出力比が所定の割合で変化するように、第１ライトガイド１４における各々の光反射材１５の位置や長さが調整される。なお、傾斜の場合には角度が調整される。

一方、Ｙ方向に配置された９個のシンチレータ１１の場合も同様に、光学的に結合された第１ライトガイド１４および第２ライトガイド１８を通して光電子増倍管４１〜４４へ光が導かれる。すなわち、Ｙ方向に配置された光電子増倍管４１（４２）と光電子増倍管４３（４４）との出力比が所定の割合で変化するように、第１ライトガイド１４における各々の光反射材１５の位置や長さや角度が調整される。

なお、各シンチレータ１１の位置を表すための計算方法については、従来例で述べたのと全く同様の方法を用いている。

各シンチレータ１１間における光反射材１３、および第１ライトガイド１４の光反射材１５は、主としてポリエステルフィルムを基材とした酸化珪素と酸化チタニウムとの多層構造からなる多層膜フィルム、研磨されたアルミニウム、薄い基板の表面に酸化チタンや硫酸バリウムを塗布したもの、薄い基板の表面に白色テープを貼り付けたもの、薄い平滑な基板の表面にアルミニウムを蒸着したものが用いられる。この多層膜フィルムの反射効率が非常に高いので、光の反射素子として用いられている。厳密には、光の入射角度によっては透過成分が発生しており、それをも計算に入れて光反射材１３，１５の形状および配置が決定される。特に、第１ライトガイド１４の光反射材１５については、以下のように形状および配置を決定する。

図１に示すように、（ａ）シンチレータ群１２の配置方向に対して所定の間隔に調整し、（ｂ）シンチレータ群１２の配置方向に対して所定の角度に調整し、（ｃ）各シンチレータ１１間の間隔とは異なる間隔に調整している。（ａ）の具体例として、各光反射材１５間の間隔を不均一にするように調整し、（ｂ）の具体例として、もっとも端にある光反射材１５をシンチレータ群１２の配置方向に対して斜めの角度に傾斜して調整している。光反射材１５は、この発明における光学的部材に相当する。

なお、第２ライトガイド１８については、第１ライトガイド１４のように光反射材１５を内部に含んでいない。第１ライトガイド１４を通過した光を第２ライトガイド１８がそのまま光電子増倍管４１〜４４へ導く構造となっている。その際、第２ライトガイド１８を、第１ライトガイド１４側にある入力側の面から光電子増倍管４１〜４４側にある出力側の面に向かうにしたがって面積が小さくなるような形状で光電子増倍管４１〜４４に密着配置する。また、後述する実施例２も含めて、本実施例１では、第１ライトガイド１４も、シンチレータ１１側にある入力側の面から第２ライトガイド１８側にある出力側の面に向かうにしたがって面積が小さくなるような形状となっている。このように、少なくとも、第２ライトガイド１８を入力側の面から出力側の面に向かうにしたがって面積が小さくなるような形状とすることで、シンチレータ１１のライトガイド１７側である出力側の面の総面積（以下、『出力面面積』と略記する）よりも、光電子増倍管４１〜４４のライトガイド１７側である入力側の受光面の総面積（以下、『受光面面積』と略記する）が小さくなる。

なお、シンチレータ群１２はライトガイド１７とカップリング接着剤にて接着されカップリング接着材層１６を形成している。また、ライトガイド１７も光電子増倍管４１〜４４とカップリング接着剤にて接着されカップリング接着材層１９を形成している。また、各シンチレータ１１が対向していない外周表面は、光電子増倍管４１〜４４側との光学結合面を除き光反射材で覆われている。この場合の光反射材としては、主にＰＴＦＥテープが用いられている。また、後述する実施例２も含めて、本実施例１では、第１ライトガイド１４および第２ライトガイド１８を光学的に一体形成している。

次に、後述する実施例２も含めて、本実施例１における第１ライトガイド１４の具体的な構成について、図２を参照して説明する。図２は、第１ライトガイド１４の格子枠体の斜視図である。すなわち、第１ライトガイド１４は透明体を主体とし、図２に示すように、その内方には格子枠体５０が埋設されている。格子枠体５０は上述した光反射材１５の光学的部材（すなわち短冊５１〜５４）を格子状に組み合わせて構成されている。なお、第２ライトガイド１８も、第１ライトガイド１４のように透明体を主体としている。

図２では、シンチレータ１１（図１を参照）から第２ライトガイド１８（図１を参照）の入力側の面まで延びた長い方の短冊を短冊５１，５２とするとともに、短冊５１，５２よりも短い方の短冊を５３，５４とする。また、Ｘ方向に延びた短冊を短冊５１，５３とするとともに、Ｙ方向に延びた短冊を短冊５２，５４とする。

次に、後述する実施例２も含めて、本実施例１における第１ライトガイド１４の製造方法について、図３を参照して説明する。図３は、格子枠体５０を構成する光学的部材を分解して斜視的に示した図である。光学的部材は、図２に示すように薄い短冊５１〜５４に形成され、各々の短冊５１〜５４にはスリットＭが形成されている。このスリットＭで互いに組み合わされて格子枠体５０が構成されている。この格子枠体５０の作成は、この発明における（Ａ）の工程に相当する。

短冊５１〜５４の外形加工としては、ダイシングカット、レーザカット、刃物によるカット、エッチング、打ち抜きなどいずれの手法を用いてもよい。短冊５１〜５４が薄板なので容易に精密にカットすることが可能である。

次に、第１ライトガイド１４を用いた放射線検出器１０の製造方法について、図２〜図５を参照して説明する。図４は、放射線検出器１０の製造に使用される成形型の断面図であり、図５は、第２ライトガイド１８を含むライトガイド１７の成形後の斜視図である。この製造に際しては、図４に示すような矩形状の成形型５５を準備する。この成形型５５は、第１ライトガイド１４に該当する格子枠体５０が収納できる凹部５６、および第２ライトガイド１８に該当する４つのテーパー凹部５７をそれぞれ内部に有する。各テーパー凹部５７は、第１ライトガイド１４側にある入力側の面から光電子増倍管４１〜４４側にある出力側の面に向かうにしたがって面積が小さくなるような形状である。この成形型５５の凹部５６の内方に、図２に示す格子枠体５０が収納される。凹部５６は格子枠体５０を完全に覆うだけの面積と深さとを有している。なお、完成品としてのライトガイド１７（図１および図５を参照）を凹部５６およびテーパー凹部５７から容易に取り出せるように、収納前に凹部５６およびテーパー凹部５７の内面に離型剤などを塗布する。成形型５５は、この発明における矩形状容器に相当する。なお、矩形状容器５５は、離型作用に優れたフッ素樹脂や、フッ素樹脂コーティングが表面に施されたアルミニウムやステンレス鋼などの金属加工品が好ましい。

そして、完全に脱泡された光学的に透明な光学接着材を透明な液体樹脂として成形型５５の凹部５６およびテーパー凹部５７の内方に流し込む。流し込んで液体樹脂が硬化するまでに、格子枠体５０を凹部５６に収納する。液体樹脂は、シリコン系接着剤、エポキシ系接着剤などが好ましい。液体樹脂が硬化した後に、格子枠体５０と液体樹脂とが硬化樹脂体として一体化される。これを取り出して外形を整えるなどの切削および研磨を行うことで、図１、図５に示すようなライトガイド１７ができる。そして、図１に示すカップリング接着材１９によって４個の第２ライトガイド１８をそれぞれに対応する光電子増倍管４１〜４４に密着配置する。このように密着配置することで、各第２ライトガイド１８を光電子増倍管４１〜４４と光学的に結合させて放射線検出器１０を製造する。液体樹脂の流し込みまでは、この発明における（Ｂ）の工程に相当し、外形を整えて光電子増倍管４１〜４４に密着配置するまでは、この発明における（Ｃ）の工程に相当する。

なお、脱泡された液体樹脂を流し込むことで、硬化した樹脂内に空隙ができるのを防止することができるとともに、空隙による分解能の低下を防止することができる。なお、脱泡の方法は、脱泡された液体樹脂を流し込むのに限定されず、真空脱気可能な空間（例えばチャンバ）内に成形型５５を収納した後に、真空脱気しながら液体樹脂を流し込んでもよい。また、成形型５５の凹部５６およびテーパー凹部５７に液体樹脂を流し込んだ後で、それが硬化する前までに格子枠体５０を収納したが、成形型５５の凹部５６に格子枠体５０を収納した後に、液体樹脂を流し込んで脱泡してもよい。

このようにして製造されたライトガイド１７を放射線検出器１０に用いることで、高分解能の放射線検出器１０を簡易に実現することができる。例えば、光反射材１５の厚さや角度が自由に選べ、硬化した透明樹脂との間に隙間がなく、反射効率が劣化することもない。また、光反射材１５などの光学的部材を斜めの角度に傾斜して調整することが容易にできる。また、ダイシングソーやワイヤーソーといった切断を行うことなく光学的部材をライトガイド１７内に配設することができ、加工精度の高い放射線検出器１０を実現することができる。

かかる放射線検出器１０において、２次元的に密着配置された複数のシンチレータ１１からなるシンチレータ群１２のうちの１つのシンチレータにガンマ線が入射すると、そのシンチレータはガンマ線を吸収して発光する。発光した光は、その一部が周りに配置されたシンチレータ１１を透過するが、ほとんどの光はシンチレータ１１内でも透過と反射による散乱とを繰り返しながらライトガイド１７へ入射される。ライトガイド１７へ入射された光は、第１ライトガイド１４を構成する光反射材１５によって形成される小区画で分散し、第２ライトガイド１８を通って各極ごとに光電子増倍管４１〜４４へ入射する。

また、各電子増倍管４１〜４４へ入射する光量が、ガンマ線が入射した各シンチレータ１の位置に応じて均等に変化するように、第１ライトガイド１４における各々の光反射材１５の位置や長さや角度を調整している。すなわち、光学的部材に相当する光反射材１５を、（ａ）シンチレータ群１２の配置方向に対して所定の間隔に調整し、（ｂ）シンチレータ群１２の配置方向に対して所定の角度に調整し、（ｃ）各シンチレータ１１間の間隔とは異なる間隔に調整することの少なくともいずれかに構成する。このように調整して光反射材１５を構成することで、弁別能力が向上する。

ここで、シンチレータ群１２のライトガイド１７側である出力側の面の総面積（出力面面積）よりも、電子増倍管４１〜４４のライトガイド１７側である入力側の受光面の総面積（受光面面積）が小さいので、光がライトガイド１７の側面に当たる可能性がある。上述した（ａ）〜（ｃ）の少なくともいずれかでライトガイド１７を構成することによって弁別能力が向上しても、このライトガイド１７での損失によって弁別能力が下がる可能性がある。

そこで、ライトガイド１７を互いに密着配置された第１ライトガイド１４および第２ライトガイド１８に分けて構成する。そして、電子増倍管４１〜４４からなる各極を互いに分離して構成するとともに、第２ライトガイド１８を、電子増倍管４１〜４４の極数と同数（各実施例では４個）に分岐して構成する。さらに、各第２ライトガイド１８を第１ライトガイド１４側にある入力側の面から電子増倍管４１〜４４側にある出力側の面に向かうにしたがって面積が小さくなるような形状で電子増倍管４１〜４４に密着配置する。受光面面積が出力面面積よりも小さいにも関わらず、電子増倍管４１〜４４の各極を互いに分離して構成した分だけ、図１に示すように第２ライトガイド１８の側面の傾斜角度θが従来例の傾斜角度θ（図１０を参照）よりも小さくなる。したがって、第２ライトガイド１８の側面に光２１（図１を参照）が当たる確率が従来よりも小さくなって、従来よりもライトガイド１７での損失による出力の低下を抑えて、弁別能力が向上して、高分解能で高画質を維持することが可能である。

かかる高分解能で高画質の放射線検出器１０を、ＰＥＴ装置やＳＰＥＣＴ装置などの診断装置に用いると、その装置によって得られる画像も高画質なものとなる。例えば、関心部位が腫瘍の場合でも、その腫瘍が画像上に正確に出力されやすくなる。なお、シンチレータ１１の間隔が２．５ｍｍの場合では、視野中心部で直径３．０ｍｍ程度の腫瘍を正確に出力することができる。

かかる製造方法によって、第１ライトガイド１４および第２ライトガイド１８を光学的に一体形成することで、従来のように第１ライトガイド１４と第２ライトガイド１８との間にカップリング接着剤層のような境目がないので、第１ライトガイド１４と第２ライトガイド１８との間での透過損失や反射損失をなくして、弁別能力がより一層向上して、より一層の高分解能で高画質を維持することが可能である。

本実施例１では、増倍型受光素子として光電子増倍管４１〜４４に適用することで、弁別能力が向上して、高分解能で高画質を維持した状態で、光電子増倍管４１〜４４の受光面面積をシンチレータ群１２の出力面面積よりも小さくすることができて、大面積化に伴って高価になる光電子増倍管４１〜４４において低コストを実現することができる。

次に、図面を参照してこの発明の実施例２を説明する。
図６は、実施例２に係る放射線検出器をＹ方向からみたＸ方向の外観図（正面図）である。等方ボクセル検出器の場合、放射線検出器６０をＸ方向からみたＹ方向の外観図（側面図）も図６と同じ形状となる。上述した実施例１との相違点は、増倍型受光素子として実施例１の光電子増倍管４１〜４４の替わりに、実施例２ではアバランシェフォトダイオード（以下、『ＡＰＤ』と略記する）８１〜８４を採用している点である。その他のシンチレータ群６２やライトガイド６７などの構成については、実施例１のシンチレータ群１２やライトガイド１７などの構成を同じである。これらの符号を、実施例１での符号に５０づつ繰り上げて説明を省略する。

ＡＰＤ８１〜８４の場合も、実施例１と同様に、ＡＰＤ８１〜８４は、互いに分離して構成されており、ＡＰＤ８１〜８４の極数（各実施例では４個）と同数に分岐して第２ライトガイド６８は構成されている。そして、４個の第２ライトガイド６８をそれぞれに対応するＡＰＤ８１〜８４に密着配置する。ＡＰＤ８１〜８４は、この発明における増倍型受光素子に相当する。

また、放射線検出器６０の製造方法についても、４個の第２ライトガイド６８をそれぞれに対応するＡＰＤ８１〜８４に密着配置することを除いて、格子枠体を作成してから外形を整えるまでの工程は実施例１と同じなので、その説明を省略する。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した各実施例では、ガンマ線を検出する放射線検出器であったが、ガンマ線以外の放射線、例えばＸ線を検出する検出器に適用してもよい。

（２）上述した各実施例では、（ａ）シンチレータ群の配置方向に対して所定の間隔に調整すること，（ｂ）シンチレータ群の配置方向に対して所定の角度に調整すること，（ｃ）各シンチレータ間の間隔とは異なる間隔に調整することの３つ全てを組み合わせたが、各極の増倍型受光素子（実施例１では光電子増倍管４１〜４４、実施例２ではＡＰＤ８１〜８４）へ入射する光量が、ガンマ線などに代表される放射線が入射した各シンチレータの位置に応じて均等に変化するならば、（ａ）のみで構成してもよいし、（ｂ）のみで構成してもよいし、（ｃ）のみで構成してもよいし、（ａ）・（ｂ），（ｂ）・（ｃ），または（ｃ）・（ａ）の２つを組み合わせて構成してもよい。つまり、（ａ）〜（ｃ）の少なくともいずれかで構成すればよい。

（３）上述した各実施例では、第１ライトガイドを構成する光学的部材として光反射材を用いたが、光反射材の代用として光透過材でもよいし、光反射材と光透過材とを組み合わせて構成してもよい。

（４）上述した各実施例では、完成品としてのライトガイドを成形型５５から容易に取り出すために、離型剤を塗布してから液体樹脂を流し込んだが、離型剤を必ずしも塗布する必要はない。

（５）上述した各実施例では、液体樹脂として光学接着材を流し込んだが、光学接着材以外の液体樹脂を流し込んでライトガイドを製造してもよい。

（６）上述した各実施例では、液体樹脂を流し込む際にその液体樹脂を脱泡したが、必ずしも脱泡する必要はない。

（７）上述した各実施例では、シンチレータ群の配置方向に対して斜めの角度に傾斜する光反射材を、ライトガイドの外周の隣の光反射材としたが、必要に応じてそれ以外の箇所の光反射材を斜めの角度に傾斜して調整してもよい。なお、それ以外の光反射材についてはシンチレータ群の配置方向に対して所定の角度として垂直に調整すればよい。光透過材の場合も同様である。

（８）上述した各実施例では、増倍型受光素子として、実施例１では光電子増倍管を、実施例２ではアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）をそれぞれ採用したが、通常において用いられる増倍機能を有した受光素子であれば、特に限定されない。

（９）上述した各実施例では、第１ライトガイドおよび第２ライトガイドを光学的に一体形成したが、従来例のように第１ライトガイドと第２ライトガイドとの間にカップリング接着剤層のような境目を設けて、結合させてもよい。

（１０）上述した各実施例では、第２ライトガイドと同様に、第１ライトガイドも入力側の面から出力側の面に向かうにしたがって面積が小さくなるような形状としたが、第２ライトガイドのみ入力側の面から出力側の面に向かうにしたがって面積が小さくなるような形状として、第１ライトガイドについては入力側の面から出力側の面にわたって同じ面積となるような形状としてもよい。

（１１）上述した各実施例では、増倍型受光素子（実施例１では光電子増倍管４１〜４４、実施例２ではＡＰＤ８１〜８４）の極数は４個であって、第２ライトガイドも同数の４個に分岐したが、増倍型受光素子の極数に応じて第２ライトガイドも同数に分岐すればよい。したがって、例えば極数が２個や３個や５個などのように、増倍型受光素子の極数や同数に分岐される第２ライトガイドは複数であれば、４個に限定されない。

以上のように、この発明は、ＰＥＴ装置やＳＰＥＣＴ装置などの医用診断装置、さらには産業用に適している。

実施例１に係る放射線検出器をＹ方向からみたＸ方向の外観図である。第１ライトガイドの格子枠体の斜視図である。格子枠体を構成する光学的部材を分解して斜視的に示した図である。放射線検出器の製造に使用される成形型の断面図である。第２ライトガイドを含むライトガイドの成形後の斜視図である。実施例２に係る放射線検出器をＹ方向からみたＸ方向の外観図である。従来例の放射線検出器をＹ方向からみたＸ方向の外観図である。放射線検出器の位置演算回路の構成を示すブロック図である。放射線検出器のエネルギースペクトルを模式的に示したグラフである。別の従来例の放射線検出器をＹ方向からみたＸ方向の外観図である。

符号の説明

１０、６０ … 放射線検出器
１１、６１ … シンチレータ
１２、６２ … シンチレータ群
１４、６４ … 第１ライトガイド
１５，６５ … 光反射材
１７、６７ … ライトガイド
１８、６８ … 第２ライトガイド
４１、４２、４３、４４ … 光電子増倍管
５０ … 格子枠体
５１、５２、５３、５４ … 短冊
５５ … 成形型
８１、８２、８３、８４ … アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）

Claims

２次元的に密着配置された複数のシンチレータからなるシンチレータ群と、前記シンチレータ群に対して光学的に結合されたライトガイドと、前記ライトガイドに対して光学的に結合され、かつ前記シンチレータ群のライトガイド側である出力側の面の総面積よりも小さい面積をライトガイド側である入力側の受光面に有した増倍型受光素子とを備えた放射線検出器において、前記ライトガイドを互いに密着配置された第１ライトガイドおよび第２ライトガイドに分けて構成するとともに、前記第１ライトガイドは、板状の光学的部材を格子状に組み合わせた格子枠体を有しており、この格子枠体により小区画を形成し、この小区画を形成した前記光学的部材を、（ａ）前記シンチレータ群の配置方向に対して所定の間隔に調整すること，（ｂ）前記シンチレータ群の配置方向に対して所定の角度に調整すること，（ｃ）前記各シンチレータ間の間隔とは異なる間隔に調整することの少なくともいずれかで構成し、前記増倍型受光素子からなる各極を互いに分離して構成するとともに、前記第２ライトガイドを、増倍型受光素子の前記極数と同数に分岐して構成し、各第２ライトガイドを第１ライトガイド側にある入力側の面から増倍型受光素子側にある出力側の面に向かうにしたがって面積が小さくなるような形状で増倍型受光素子に密着配置することを特徴とする放射線検出器。
請求項１に記載の放射線検出器において、前記第１ライトガイドおよび第２ライトガイドを光学的に一体形成することを特徴とする放射線検出器。
２次元的に密着配置された複数のシンチレータからなるシンチレータ群と、前記シンチレータ群に対して光学的に結合されたライトガイドと、前記ライトガイドに対して光学的に結合され、かつ前記シンチレータ群のライトガイド側である出力側の面の総面積よりも小さい面積をライトガイド側である入力側の受光面に有した増倍型受光素子とを備えた放射線検出器の製造方法において、前記ライトガイドは互いに密着配置された第１ライトガイドおよび第２ライトガイドに分けて構成されており、（Ａ）複数の板状の光学的部材を格子状に組み合わせて格子枠体を作成する工程と、（Ｂ）この格子枠体が収容可能で、かつ前記第２ライトガイドに該当する前記第１ライトガイド側にある入力側の面から前記増倍型受光素子側にある出力側の面に向かうにしたがって面積が小さくなるような形状を増倍型受光素子からなる各極ごとに分離してそれぞれ内部に有した矩形状容器に格子枠体を収納する前あるいは収納した後に、その矩形状容器に透明な液体樹脂を流し込む工程と、（Ｃ）硬化した液体樹脂と格子枠体とが一体化した硬化樹脂体を矩形状容器から取り出して外形を整えてライトガイドとする工程とを経て製造し、前記（Ａ）の工程の際には、各々の光学的部材を、（ａ）前記シンチレータ群の配置方向に対して所定の間隔に調整すること，（ｂ）前記シンチレータ群の配置方向に対して所定の角度に調整すること，（ｃ）前記各シンチレータ間の間隔とは異なる間隔に調整することの少なくともいずれかで構成して、光学的部材を格子状に組み合わせることを特徴とする放射線検出器の製造方法。