JP2007292597A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】個々のシンチレータ素子の蛍光出力特性が不均一であっても２次元位置弁別精度の低下を防止することができる放射線検出器を提供する。
【解決手段】放射線検出器１は、２次元的に配置された複数のシンチレータ素子２と、複数のシンチレータ素子２と光学的に結合された受光素子４とを有する。複数のシンチレータ素子２のうちの隣接した少なくとも２つのシンチレータ素子２によってセル６が構成される。同じセル６を構成する隣接したシンチレータ素子２の間は光学的に結合される。異なるセル６を構成する隣接したシンチレータ素子２の間は光学的に遮断される。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射線検出器に関し、更に詳細には、複数のシンチレータ素子を用いて、シンチレータ素子に入射した放射線の２次元位置を検出する放射線検出器に関する。

２次元的に配列された多数のシンチレータ素子と、シンチレータ素子に光学的に結合させた受光素子とを組合せた放射線検出器が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。かかる放射線検出器は、放射線検出器に入射した放射線の位置情報を得ることができる位置弁別機能を有しており、位置弁別機能を利用する装置、例えば、医療診断装置である陽電子放射断層撮像装置（positron emission tomography；以下、「ＰＥＴ」という）等に用いられている。

しかしながら、放射線検出器を構成する個々のシンチレータ素子の蛍光出力特性が僅かずつ異なる場合、多数のシンチレータ素子が不均一に２次元的に配列されることになり、放射線検出器の２次元位置弁別精度を低下させることがある。

従来、２次元位置弁別精度の低下を防止するために行われていた手法は、蛍光出力特性がほぼ同じシンチレータ素子を選択して、それを２次元的に配列することであった。具体的には、シンチレータ素子１つ１つについて、シンチレータ素子を受光素子に光学的に結合させ、シンチレータ素子に放射線を照射して、シンチレータ素子の蛍光出力を予め測定しておく。全てのシンチレータ素子の測定が終わったら、シンチレータ素子を蛍光出力の大きさに従った順番で並べる。そして、蛍光出力が近いシンチレータ素子を選択して、２次元的に配列し、放射線検出器を構成する。このようにして、放射線検出器の２次元位置弁別精度の低下を防止していた。

特開昭６３−０４７６８６号公報 特開平０３−１８５３８５号公報 特開昭６１−０５００８７号公報

上記手法は、ＰＥＴに搭載されるシンチレータ素子（結晶）の数が数百程度と少数であるときには、実現可能であり、有用である。しかしながら、搭載されるシンチレータ素子の数が数万程度と多数になる現在のＰＥＴにおいて１つ１つのシンチレータ素子の蛍光出力を測定することは膨大な時間と労力がかかり、実現することは相当困難になる。

従って、１つ１つのシンチレータ素子の蛍光出力の測定作業を行わなくても、２次元位置弁別精度を低下させない放射線検出器が望まれていた。

そこで、本発明の目的は、個々のシンチレータ素子の蛍光出力特性が不均一であっても２次元位置弁別精度の低下を防止することができる放射線検出器を提供することにある。

本発明の発明者は、２次元的に配列されたシンチレータ素子が光学的に結合されている場合、１つのシンチレータ素子が放射線を吸収したときに生じる蛍光が、隣接したシンチレータ素子をまたがって伝搬されることにより、蛍光出力が隣り合うシンチレータ素子に分配され、個々のシンチレータ素子の蛍光出力特性が異なっていても、シンチレータ素子に対応する受光素子に到達する蛍光量が平均化される特性を見出した。本発明は、創意工夫の結果、上記特性を効果的に利用した放射線検出器に関するものである。

上記目的を達成するために、本発明による放射線検出器は、２次元的に配置された複数のシンチレータ素子と、複数のシンチレータ素子と光学的に結合された受光素子とを有する放射線検出器であって、複数のシンチレータ素子のうちの隣接した少なくとも２つのシンチレータ素子によってセルが構成され、同じセルを構成する隣接したシンチレータ素子とシンチレータ素子との間は光学的に結合され、異なるセルを構成する隣接したシンチレータ素子とシンチレータ素子との間は光学的に遮断されることを特徴としている。

このように構成された放射線検出器によれば、同じセル内では、シンチレータ素子とシンチレータ素子との間が光学的に結合されていると共に、異なるセル内では、シンチレータ素子とシンチレータ素子との間が光学的に遮断されている。従って、１つのシンチレータ素子が放射線を吸収したときに生じる蛍光は、同じセル内の隣接したシンチレータ素子をまたがって伝搬されて、蛍光出力が隣り合うシンチレータ素子に分配されると共に、異なるセルへは伝搬しない。その結果として、同じセル内の個々のシンチレータ素子からそれに対応する受光素子に伝達される蛍光出力が効果的に平均化される。従って、個々のシンチレータ素子の発光量が異なり、蛍光出力特性が不均一であっても、従来技術のように１つ１つのシンチレータ素子の蛍光出力の測定作業を行う必要がなく、２次元位置弁別精度の低下を防止することができる。

上記本発明の放射線検出器において、好ましくは、シンチレータ素子は、受光素子に結合される結合底面と、その反対側の上面を有し、上面は、光学的に遮断される。

このように構成された放射線検出器では、セル内に生じた蛍光出力が上面から漏れないので、受光素子に伝達される蛍光出力の平均化が更に効果的に行われる。

上記本発明の放射線検出器において、好ましくは、セル内を構成するシンチレータ素子の数が４個以下である。

上記本発明の放射線検出器において、好ましくは、シンチレータ素子が希土類酸化物単結晶である。

上記本発明の放射線検出器において、好ましくは、受光素子は、複数のシンチレータ素子の蛍光を個別の検出することが可能な多チャンネルタイプである。

本発明による放射線検出器は、個々のシンチレータ素子の蛍光出力特性が不均一であっても２次元位置弁別精度の低下を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明による放射線検出器の実施形態を説明する。図１は、本発明による放射線検出器の部分的な斜視図である。

放射線検出器１は、２次元的に配置された複数のシンチレータ素子２と、複数のシンチレータ素子２と光学的に結合された受光素子４とを有している。

シンチレータ素子２は、望ましくは、吸湿性がない固体シンチレータからなり、更に望ましくは、蛍光量が比較的大きい希土類酸化物単結晶からなる。例えば、シンチレータ素子２は、Ce 添加 Lu₂SiO₅（LSO）、Ce 添加 Gd₂SiO₅（GSO）、Bi₄Ge₃O₁₂（BGO）からなることが好ましい。

シンチレータ素子２は、四角柱形状をなし、放射線が入射する側に位置する上面２ａと、その反対側に位置し且つ受光素子４と結合される結合底面２ｂと、４つの側面２ｃとを有している。これらの面２ａ、２ｂ、２ｃは、鏡面に加工されていてもよいし、粗面に加工されていてもよい。

シンチレータ素子２は、その側面２ｃ同士が隣り合うように、２次元的に配列されている。本実施形態では、シンチレータ素子２は、平面的な２次元に配列されているが、円筒状の２次元に配列されてもよい。図１では、４列×４列に配列された１６個のシンチレータ素子２を示している。

また、複数のシンチレータ素子のうちの２列×２列の４つのシンチレータ素子２によって、１つのセル６が構成されている。セル６を構成するシンチレータ素子２の数は、少なくとも２つあればよいが、多すぎると、受光素子に伝達される蛍光出力の平均化の効果が小さくなるので、４個以下であることが好ましい。

１つのセル６を構成する隣接したシンチレータ素子２同士の間は、側面２ｃを介してオプティカルグリース８によって光学的に連結されている。オプティカルグリース８を用いる代わりに、空気層を配置してもよい。また、異なるセル６を構成する隣接したシンチレータ素子２同士の間は、光を反射する多層重合反射材１０によって光学的に遮断されている。即ち、セル６同士の間は、光学的に遮断される。更に、シンチレータ素子の上面２ａも多層重合反射材１０によって光学的に遮断されていることが好ましい。

受光素子４は、１つシンチレータ素子に対して１つの出力を発生させるタイプのものであるのがよい。この場合、複数の１チャンネルタイプの受光素子を用意し、それらをシンチレータ素子ごとに用いてもよいし、複数のシンチレータ素子の蛍光を個別の検出することが可能な多チャンネルタイプの受光素子を用いてもよい。図１では、多チャンネルタイプの受光素子を示している。受光素子４は、複数のシンチレータ素子の結合底面と結合される上面４ａを有している。

変形例として、セル６を構成するシンチレータ素子２を、図２〜図４に示すように配列してもよい。図２〜図４は、変形例のセルの概略的な平面図である。例えば、図２に示すセル６'のように、シンチレータ素子２を直線的に配列してもよいし、図３に示すセル６''ように、シンチレータ素子２をＬ字形に配列してもよいし、図４に示すセル６'''のように、大きさの異なるシンチレータ素子２を組合せてもよい。

次に、図５を参照して、実際に製作した放射線検出器を説明する。図５は、本発明の実施形態による放射線検出器と比較例の放射線検出器の一部分を示す平面断面図である。

本発明の実施例として、図５の（ａ）に示す放射線検出器２０を作成した。放射線検出器２０において、上面２ａ及び底面２ｃが１．４ｍｍ×１．４ｍｍで高さが４．５ｍｍの１４４個のシンチレータ素子を１２列×１２列に配列した。後述する受光素子４に合わせるために、シンチレータ素子２のピッチを３．２５ｍｍとした。また、２列×２列の４個のシンチレータ素子２によって、セル６を構成した。従って、セル６は、６列×６列になった。受光素子４として、アノード出力位置感応型光電子増倍管(浜松ホトニクス社製 H9500)を使用した。この光電子増倍管は、５２ｍｍ×５２ｍｍ角で１６ｃｈ×１６ｃｈ＝２５６ｃｈのものであり、そのうちの１２ｃｈ×１２ｃｈ＝１４４ｃｈを、シンチレータ素子２と整列させて使用した。

セル６内のシンチレータ素子２の側面同士を、オプティカルグリース８（信越化学工業社製シリコンオイルKF96H（100万CS））を用いて光学的に結合させた。また、セル６とセル６との間及びシンチレータ素子２の上面２ａを、多層重合反射材１０（住友スリーエム社製 ESR）で覆った。

また比較例として、図５の（ｂ）に示す放射線検出器２２を作成した。比較例の放射線検出器２２は、実施例の放射線検出器２０のセル６内のシンチレータ素子２をオプティカルグリース８で光学的に結合する代わりに、多層重合反射材１０を配置したものである。比較例のシンチレータ素子の不均一さは、実施例のシンチレータ素子の不均一さと同程度のものであった。

実施例の放射線検出器２０及び比較例の放射線検出器２２にそれぞれ、１３７Ｃｓ線源から得られたγ線を、個々のシンチレータ素子に入射させ、シンチレータ素子を励起させることにより蛍光させ、シンチレータ素子の蛍光出力を受光素子で検出した。それにより、個々のシンチレータにγ線を入射させたときのエネルギースペクトルを得た。１４４個のシンチレータ素子に対するエネルギースペクトルの光電ピーク値の標準偏差は、実施例の放射線検出器２０では、４．００％であったのに対し、比較例の放射線検出器２２では、７．９６％であった。これにより、本発明の実施例の放射線検出器２０の２次元位置弁別精度が、比較例の放射線検出器２２よりも優れていることが分かった。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

本発明による放射線検出器の部分的な斜視図である。 変形例のセルの概略的な平面図である。 変形例のセルの概略的な平面図である。 変形例のセルの概略的な平面図である。 実施例及び比較例の放射線検出器の平面断面図である。

符号の説明

１ 放射線検出器
２ シンチレータ素子
４ 受光素子
５ 結合面
６ セル
８ オプティカルグリース
１０ 多層反射材
２０ 実施例の放射線検出器
２２ 比較例の放射線検出器

Claims (5)

1. ２次元的に配置された複数のシンチレータ素子と、上記複数のシンチレータ素子と光学的に結合された受光素子とを有する放射線検出器であって、
   上記複数のシンチレータ素子のうちの隣接した少なくとも２つのシンチレータ素子によってセルが構成され、
   同じセルを構成する隣接したシンチレータ素子とシンチレータ素子との間は光学的に結合され、
   異なるセルを構成する隣接したシンチレータ素子とシンチレータ素子との間は光学的に遮断されることを特徴とする放射線検出器。
2. 上記シンチレータ素子は、上記受光素子に結合される結合底面と、その反対側の上面を有し、
   上記上面は、光学的に遮断される、請求項１に記載の放射線検出器。
3. セル内を構成するシンチレータ素子の数が４個以下である、請求項１又は２に記載の放射線検出器。
4. シンチレータ素子が希土類酸化物単結晶であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射線検出器。
5. 上記受光素子は、複数のシンチレータ素子の蛍光を個別の検出することが可能な多チャンネルタイプであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の放射線検出器。

Images