JPS6211313B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は断層写真又はその他の関連する工業
用の用途に役立つシンチレーシヨン検出器配列に
関する。更に具体的に云えば、Ｘ線放射によつて
励起されたシンチレータ本体の光出力を光電応答
装置に対して集光する作用（チヤネリング）を高
める構造に関する。

概説すると、シンチレータ本体の光出力を、検
出配列の上側及び底側に装着した光電応答装置に
対して、光反射手段によつて集光する様にした、
シンチレータ本体を収容し且つ支持する構造に関
する。この発明の１実施例では、コリメータ配列
の内面を拡散又は鏡面反射被覆のいずれかで被覆
する。この発明の別の実施例では、光電応答装置
を配列の後側ではなく、上側及び底側に配置す
る。この発明の別の実施例では、集光用光反射く
さびを設けて、光電応答装置の所要間隔を改善す
る。この発明のシンチレータ構造は、光電応答装
置に対する光学的な結合がすぐれている。

シンチレータは、スペクトルのＸ線領域又はガ
ンマ線領域の様な領域にある高エネルギ電磁光量
子によつて励起された時、可視スペクトル又は非
可視スペクトル内の電磁放射を放出する材料であ
る。前記の領域を以下「超光学周波数領域」と呼
ぶ。この明細書で云う「光」と云う言葉は、スペ
クトルの可視領域だけでなく、或るシンチレータ
によつて赤外線又は紫外線領域で放出される放射
をも含む近可視領域をも指す。典型的な断層写真
又は工業用の用途では、シンチレータ材料からの
光出力を光電応答性材料に入射させて電気的な出
力信号を発生する。この信号は、検査しようとす
る物体に超光学領域の光量子を通過させることに
よつて変調された、最初のＸ線又はガンマ線照射
の強度に直接的な関係を持つ。

一般的に、シンチレータからの光出力は、所定
量のＸ線又はガンマ線照射に対して、出来るだけ
高いことが望ましい。患者に対する危険を最小限
に抑える為に、Ｘ線のエネルギ強度を出来るだけ
小さくするのが望ましい医療用断層写真の分野で
は、特にそうである。この理由で、光電応答装置
にはシンチレータから出来るだけ大きな光出力を
送るべきである。

従来、沃化セシウム（CsI）の様なシンチレー
タ材料の単結晶が提案されており、シンチレーシ
ヨン検出器配列に使われている。単結晶は必ずし
も手に入らないし、或いは値段が高すぎることが
ある。この為、発光体の粉末から調製したシンチ
レータ本体も提案されている。然し、こういうシ
ンチレータ本体は光学的に不透明である為に、最
適量の光が光電応答検出器に達しない。検出し得
る光出力の大きさは、シンチレータ本体の表面領
域内又はその近くでＸ線の励起によつて発生され
るものと、シンチレータ本体の中の深い所で発生
されて、レベルは減衰するが、本体から脱出する
ことが出来た光出力とに制限される。

然し、最近の研究により、光の脱出を著しく強
めたシンチレータ本体が出来る様になつた。例え
ば1977年11月21日に出願された米国特許出願通し
番号第853085号には、熱間プレス及び熱間鍛造に
よつて作られた透明なシンチレータ本体が記載さ
れている。こういう本体は透明である為、不透明
なシンチレーシヨン検出器の場合より、一層多量
の光出力が得られる。更に、1977年11月21日に出
願された米国特許出願通し番号第853086号には、
透明なマトリクス材料の中又はその間に、連続的
に又は層の形で発光体を分布させた分布発光体シ
ンチレータ構造の２つの実施例が記載されてい
る。この場合も、不透明なシンチレーシヨン材料
の場合よりも、光出力はシンチレータ本体から一
層容易に脱出して検出される。同じく、1977年12
月23日に出願された米国特許出願通し番号第
863876号には、発光体材料と屈折率が合う透明な
マトリクス材料全体にわたつて発光体が連続的に
分布している分布発光体シンチレータ本体が記載
されている。この米国特許出願に記載されている
様に、これによつても、シンチレータ本体からの
光エネルギの脱出がよくなり、その為検出が一層
容易になる。

従来のシンチレーシヨン検出器配列の別の不利
な１面は、光電応答検出器を、Ｘ線又はガンマ線
ビームの直接的な通路内で、配列の後側に取付け
るのが典型的であることである。こうすること
は、シリコン・フオトダイオードの様な光電応答
検出器がこの照射に長期間露出すると、その性能
並びに効率が劣化するという点で望ましくない。
更に、検出器自体も、シンチレータの中又は縁を
通過した直接的なＸ線による応答を示し、チヤン
ネル毎の信号の一様性が悪くなる。

この発明の１実施例では、シンチレータ本体又
は材料を収容すると共にその内面を拡散又は鏡面
反射材料で被覆して、それに入射した光エネルギ
が前掲米国特許出願に記載されている様な半透明
又は透明なシンチレータ本体の中に再び向けら
れ、そこから最終的に脱出して検出される様にし
た一連の容積又はセルを画成する平行化シンチレ
ータ検出器構造を提供する。この発明の別の実施
例では、反射性の集光用くさびを設けて、シンチ
レータ本体の光出力を対応する検出器に集光する
作用を更によくする。更に別の実施例では、光電
応答検出器を直接的なＸ線照射の通路から外れ
た、シンチレータ検出器配列の上側及び底側に取
付ける。更に、集光用くさびを用いることによ
り、隣合つた光電応答検出器の間の間隔を改善す
る。

第１図はこの発明の１実施例による平行化シン
チレータ検出器配列構造を示す。この構造では、
コリメータ部材１４、前壁部材１２及び後壁部材
１６が一連の容積を区切り、その中に種々のシン
チレータ本体１０を配置することが出来る。シン
チレータ本体は、前掲米国特許出願に記載された
構造並びに材料のどれで構成してもよい。前壁部
材１２は、Ｘ線又はガンマ線放射の吸収がごく少
ない材料で構成される。前壁部材１２に適当な材
料としては、アルミニウム、ベリリウム、石英、
プラスチツク又はその他の原子番号の小さい材料
がある。他方、コリメータ部材１４はタングステ
ン、タンタル又はモリブデンの様な原子番号の大
きい材料で構成される。後壁部材１６に使う材料
はどれでなければならないものではないが、希望
によつては、吸収されない残留放射エネルギがあ
つても、それが周囲の環境へ脱出しない様に、Ｘ
線又はガンマ線放射の不透過性が大きい材料に選
ぶことが出来る。然し、壁部材及びコリメータ部
材１２，１４，１６は頑丈な材料で形成される。
組立ての前又は後、これらの壁部材及びコリメー
タ部材の内面を光反射材料で被覆し、容積内に配
置されたシンチレータ本体によつて発生された光
が、最終的には光電応答検出器１８に送られる様
にする。これらの検出器１８の電気出力導線１９
がデータ収集チヤンネル（図に示してない）に取
付けられ、標準的な計算機を用いる断層写真装置
によつて解析される。典型的には、計算機を用い
るこの様な断層写真装置では、扇形Ｘ線ビーム５
０を使つて、シンチレータ本体１０を励起する。
この結果シンチレータ本体１０から出る光出力
が、壁部材１２，１４，１６によつて画成された
容積（セル）の内面に適用された被覆２０によつ
て反射される。

反射被覆２０は拡散性又は鏡面形であつてよ
い。例として云うと、壁部材１２，１４，１６の
内側を硫酸バリウム（BaSO₄）又は酸化マグネシ
ウム（MgO）の薄い被覆で被覆することによつ
て、拡散反射面が得られる。然し、鏡面反射面を
希望する場合、壁部材１２，１４，１６を例えば
蒸着により、銀で被覆する。この他の反射材料を
使うことも出来るが、こういう材料が原子番号の
大きい元素を含んでいる場合、前壁部材１２に設
けるこの被覆の厚さを最小限に抑えて、シンチレ
ータ本体１０による吸収が起らない内に、Ｘ線ビ
ーム５０が減衰しない様にすることが望ましい。
反射材料は、例えば蒸着或いは沈積によつて適用
される。

第１図に示す構造では、シリコン・フオトダイ
オードの様な光電応答検出器１８が、各々の検出
器セルの上側及び下側に装着される。これらの検
出器１８はコリメータ部材１４と注意深く整合さ
せ、隣合つた検出器セルの間で信号の重なりが起
らない様にする。そうしないと、信号の分解能に
望ましくない低下が起ることがある。

光電応答検出器を検出器セルの上側及び下側に
配置することは、光電応答検出器を配列の後側に
装着する従来のシンチレータ検出器配列の設計よ
りもすぐれている。この発明では、従来の検出器
があつた場所を、後壁部材１６が占めている。従
来の形式では、光電応答検出器１８は直線Ｘ線又
はガンマ線ビームの通路内に配置されており、そ
の為、シンチレータ本体１０によつて吸収されな
かつたビームのエネルギにさらされて劣化する惧
れがあつた。第１図に示す様なこの発明の光電応
答装置の配置は、この様な望ましくない制約を避
けるだけでなく、シンチレータの光出力を検出す
る面積を一層大きくする。１個のセルに１つの光
電応答検出器しか使わない場合でも、第１図に示
す様に、面積が一層大きくなるだけでなく、１個
のセルにこういう検出器を２個配置することも出
来、こうして光出力の捕捉能力を著しく高める。

第２図は各々のシンチレータ・セルに１つの光
電応答検出器だけを付設したこの発明の別の実施
例を示す。この実施例では、交互の配置を利用
し、検出器１８の配置並びに整合をそれ程重要で
なくしている。第２図に示す実施例では、２つの
部材が余分に必要である。即ち、上側天井部材２
２と下側床部材２３とである。これらの余計の部
材２２，２３は内面、即ちシンチレータ本体の方
を向く面を適当な反射物質で被覆し、こうして光
出力を構造の反対側に向けて、検出される様にす
る。この場合も、反射被覆２０は沈積又は蒸着の
いずれかの方法によつて適用される。

第３図は、集光用くさび３０を用いて、光電応
答検出器１８の面に対して光出力を一層よく差し
向ける様にしたこの発明の別の実施例を示す。く
さび３０は、プラスチツク又はアルミニウムの様
な任意の堅固な材料で作られる。くさびも光反射
物質２０で被覆する。光を集光する為のくさびが
あることにより、光電応答検出器１８に伴つて起
り得る臨界的な問題も軽減される。第３図に示す
様に、この構造では、コリメータ１４の縁に於け
る検出器１８の正確な整合はもはや必要ではな
い。

更に第３図は、Ｘ線又はガンマ線放射が吸収さ
れて、多数の一層エネルギの低い光波長の光量子
に変換される吸収箇所３２を示している。典型的
な光波長の光量子の通路３４がコリメータ１４の
被覆２０と集光用くさび３０の被覆２０とによつ
て反射されて、検出器１８に向うことが示されて
いる。

垂直方向の分解能を高めたい場合、シンチレー
タ構造に第３図に示す様な水平壁部材４０を設け
る。この部材は典型的にはコリメータ１４と同じ
材料で作られ、典型的にはコリメータ１４及び他
の壁部材１２，１６，２２と同じ反射材料２０で
被覆される。第３図に示す空間３６を空気、光学
繊維の光パイプ材料又はその他の透明な媒質で充
填する。

第４図は第３図の平面図であり、集光用くさび
３０の位置を更によく示している。第４図に示す
シンチレータ本体は、前掲米国特許出願通し番号
第853086号に記載されている多層分布発光体本体
である。更に、第４図は、コリメータ部材１４が
各セルより前側の或る距離にわたつて伸びてい
て、信号の交差を少なくすると共に、横方向の分
解能を改善する構成を示している。

第５図は多層の分布発光体シンチレータ構造を
用いたこの発明の１実施例を示す側面図である。
シンチレータ本体１０は多数の層を有する。第１
の層１０ａは粉末又は結晶状の発光体であり、或
いは透明なマトリクス中に発光体粉末を懸濁した
形であつてもよい。第２の層１０ｂは光に対して
比較的透明な基板で構成される。第３の層１０ｃ
は透明な積層材料で構成され、シンチレータ本体
１０の内部で発生された光を減衰なしに検出器１
８に透過させる主通路を構成する。この場合、Ｘ
線ビーム５０からの高エネルギ光量子５１が吸収
箇所３２に入射し、こうして光波長の光量子を発
生する。この様な１つの光量子の典型的な通路を
光路３４で示してある。希望によつては、垂直方
向の分解能を高める為に、水平コリメータ部材４
０を加える。この水平コリメータ部材４０の両側
を前に述べた様な適当な反射材料で被覆する。第
５図に示すシンチレータ本体は、前掲米国特許出
願通し番号第853086号に更に詳しく記載されてい
る。

第６図は、シンチレータ本体１０を単結晶又は
その他の比較的均質の１種類のシンチレータ材料
で作つたこの発明の別の実施例を示す。希望によ
り、支持充填材を加える。この充填材は、高エネ
ルギの粒子を吸収せず、シンチレータ本体１０の
光出力に対して透明である必要がある。この場合
も典型的な光路３４を示してある。

第７図は、使う光検出器がモジユール形セグメ
ントに分れて配置されていることを別にすれば、
第１図に示したのと同様な構造である。図示の様
に、夫々複数個の個々の検出器４３から成るモジ
ユール形光検出器４２に、１つのモジユール形セ
グメント内の全ての個別検出器に対して１本の共
通の接触導線１９ａを設ける。このモジユール形
光検出器の構造では、個々の各々の検出器４３に
それ自身の１本の接触導線１９ｂを設ける。従つ
て、このモジユール形にすると、配線に要する場
所が少なくて済み、製造が容易になる。モジユー
ル形光検出器装置が印刷配線基板４１の上に組立
てられる。

第８図は、光路３４で例示する様なシンチレー
タの光出力が、光学繊維材料によつて光検出器１
８又は４３に送られることを別にすれば、第３図
と同様である。第８図の上側部分は、光学繊維の
光集束部材３１ａを使つて、光出力３４をモジユ
ール形セグメント４２内の個別の光検出器４３に
送る様子を示す。第８図の下側部分は、シンチレ
ータ本体１０から、印刷配線板４１に装着された
光検出器１８まで、光集束作用のない光学繊維の
直接的なリンク３１ｂを使う様子を示す。図から
判る様に、光学繊維の光集束手段を使うと、光検
出器の配置に一層大きな融通性が得られる。

第９図は、シンチレータ本体自体に後側反射被
覆２０を設け、光路３４で例示するその光出力を
好ましい方向に向ける様な角度に配置したこの発
明の別の実施例を示す。この実施例では、各々の
検出器セルに対して１つの検出器１８しか使うこ
とが出来ない。この検出器が、検出器配列の内、
シンチレータ本体の傾きと合う壁に配置される。
シンチレータ本体自体は、電磁放射の高エネルギ
光量子を吸収しない透明媒質１１によつて、セル
内に支持される。この特定の構造は、高価な光検
出器の片側全体を除いても、全体的な効率に対す
る影響が最小限で済むという利点がある。

以上の説明から、この発明が、この発明を利用
しないシンチレーシヨン検出器に較べて幾つかの
利点を持つことが理解されよう。特に、光電応答
検出器に対するシンチレータ材料の集光作用が改
善される。更に、光電応答検出器が高エネルギの
Ｘ線又はガンマ線の直射ビームから遠ざけられ、
その結果検出器の劣化の主な原因がなくなる。更
に、光電応答検出器をＸ線ビームの上下に配置す
ることにより、その光出力を検出する為に検出器
に一層大きな面積が得られる。この様に面積が大
きくなつたことによつて、装置の全体的な効率が
高くなる。最後に、この発明で検出器を水平コリ
メータ部材４０と共に配置すると、希望する場合
に、垂直方向の分解能を一層よくすることが出来
る。実際、計算機を用いた断層写真Ｘ線作像装置
に使う場合、こゝに説明した平行化シンチレーシ
ヨン検出器に水平コリメータ４０を付け加える
と、１個のスライス像ではなく、身体スライスの
２個の像を構成することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は各々のシンチレーシヨン・セルに１対
の光電応答検出器を付設したこの発明の１実施例
の斜視図、第２図は各々のシンチレーシヨン・セ
ルに１個の光電応答検出器を用いたこの発明の１
実施例の斜視図、第３図は集光用くさびを使つた
この発明の実施例の側面断面図、第４図は第３図
に示した実施例の一部分を断面で示した平面図
で、集光用くさび並びに光電応答検出器の位置関
係を示す。第５図は多層シンチレータ構造に於け
るＸ線吸収の様子を示す側面断面図、第６図は１
個のシンチレータ本体を使つた場合の側面断面
図、第７図は個別形ではなく、モジユール形の光
電応答検出器を使つたこの発明の１実施例の後側
側面断面図、第８図はシンチレータ本体から光電
応答検出器まで光を通す為に光学繊維を用いた場
合の後側側面断面図、第９図はシンチレータ本体
に角度を付し、反射被覆を設けたこの発明の１実
施例の一部分を断面で示す側面図である。 主な符号の説明、１０：シンチレータ本体、１
２：前壁部材、１４：コリメータ部材、１６：後
壁部材、１８：光電応答検出器、２０：光反射材
料の被覆、３０：くさび、４０：水平コリメータ
部材、４２：モジユール形光検出器、４３：光検
出器、３１ａ，３１ｂ：光学繊維部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 後壁部材と、該後壁部材に対して垂直な向き
   に配置されて複数のセルを限定しかつ該セルの内
   部に面する表面が光反射性である、高エネルギ電
   磁放射に対して実質的に不透過性の複数のコリメ
   ータ壁部材と、各々の前記セルの中に配置された
   シンチレータ本体と、各々の前記セルに付設され
   た少なくとも１つの光電応答検出器とを有するシ
   ンチレーシヨン検出器であつて、 高エネルギ電磁放射に対して実質的に透明な前
   壁部材が前記後壁部材に平行に設けられ、該前壁
   部材の内の前記セルの内部に面する表面が光反射
   材料で被覆され、前記後壁部材の内の前記セルの
   内部に面する表面が光反射材料で被覆されてお
   り、前記光電応答検出器が前記後壁部材と前記前
   壁部材と側壁部材を構成する前記コリメータ壁部
   材とにより形成された各々の前記セルの上側部分
   および下側部分に配置されていることを特徴とす
   るシンチレーシヨン検出器。 ２ 特許請求の範囲１に記載したシンチレーシヨ
   ン検出器に於て、前記光反射材料が銀、硫酸バリ
   ウム又は酸化マグネシウムであるシンチレーシヨ
   ン検出器。 ３ 特許請求の範囲１又は２に記載したシンチレ
   ーシヨン検出器に於て、前記光電応答検出器が
   各々の前記セルの開放端と整合していて、該開放
   端を実質的に覆つているシンチレーシヨン検出
   器。 ４ 特許請求の範囲１乃至３のいずれか１項に記
   載したシンチレーシヨン検出器に於て、前記光電
   応答検出器がシリコン・フオトダイオードである
   シンチレーシヨン検出器。 ５ 特許請求の範囲４に記載したシンチレーシヨ
   ン検出器に於て、前記光電応答検出器が複数個の
   シリコン・フオトダイオードから成るモジユール
   装置で構成されているシンチレーシヨン検出器。 ６ 特許請求の範囲１乃至５のいずれか１項に記
   載したシンチレーシヨン検出器に於て、高エネル
   ギの電磁放射に対して実質的に不透過性の分離壁
   部材を有し、該分離壁部材は前記コリメータ壁部
   材及び前記前壁並びに後壁部材の両方に対して略
   垂直な向きに配置されると共に、その両側が光反
   射材料で被覆されていて、前記コリメータ壁部材
   及び前記前壁並びに後壁部材を大体２等分する様
   な位置に配置され、この為、前記セルの数が２倍
   になり、分解能が高められる様にしたシンチレー
   シヨン検出器。 ７ 特許請求の範囲１乃至６のいずれか１項に記
   載したシンチレーシヨン検出器に於て、各々の前
   記セルに少なくとも１つのプリズム形くさび部材
   を設け、該くさび部材は光反射材料で被覆される
   と共に、前記セルの内、前記前壁及び後壁部材に
   対して実質的に垂直な縁に沿つて配置され、こう
   して前記シンチレータ本体の光出力を前記セルの
   開口より小さい面積に集光する様にしたシンチレ
   ーシヨン検出器。 ８ 特許請求の範囲１乃至７のいずれか１項に記
   載したシンチレーシヨン検出器に於て、前記光電
   応答検出器が前記セルの開放端に設けられ、こう
   して前記光電応答検出器が高エネルギ光量子の直
   接的な照射から遠ざけられているシンチレーシヨ
   ン検出器。 ９ 特許請求の範囲１乃至８のいずれか１項に記
   載したシンチレーシヨン検出器に於て、前記コリ
   メータ壁部材が前記前壁部材を通抜けているシン
   チレーシヨン検出器。 １０ 特許請求の範囲１乃至９のいずれか１項に
   記載した前記シンチレーシヨン検出器に於て、前
   記シンチレータ本体の光出力を前記光電応答検出
   器に向ける光学繊維部材を有するシンチレーシヨ
   ン検出器。