JPH10268056A - 放射線固体検出器及びそれを用いたｘ線ｃｔ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 各放射線検出素子の出力特性のＸ線の検出位
置によるばらつきを低減すると共にＸ線検出感度を向上
させた放射線固体検出器を提供する。 【解決手段】 放射線検出素子２０は、上方から入射す
る放射線を検知することにより発光するシンチレータ２
１と、シンチレータ２１の発光を受光することによりシ
ンチレータ２１が検知した放射線の線量に対応する電気
信号を出力する光検出器２２とを有する。シンチレータ
２１の表面のうちの一面２４は透明な光学的結合層２５
を介して光検出器２２に接合され、他の面２３は側面反
射層２６及び上面反射層２７に囲まれている。ここで、
シンチレータ２１の光検出器との接合面２４の大部分は
シンチレータ２１の発光波長以下の表面粗さを有し、他
の面２３の大部分はシンチレータ２１の発光波長以上の
表面粗さを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線ＣＴ装置など
に使用される放射線検出器に係り、特にシンチレータを
用いた放射線固体検出器の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、Ｘ線ＣＴ装置に使用される放射線
検出器としてキセノンガスによる電離箱方式のものが用
いられていたが、最近では検出精度向上を図るためシン
チレータを用いた固体検出器が広く用いられている。

【０００３】このＸ線ＣＴ装置用放射線固体検出器は、
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に変換して出力
するシリコン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、放射線源を中心として円弧状に多
数チャンネル配列して構成されている。

【０００４】各放射線検出素子において、シンチレータ
の表面には、光検出器に相対する面を除いて、光反射層
が設けられており、シンチレータ内で発生した光をシン
チレータ内に戻すように反射させている。この光反射層
が存在することで、シンチレータで発生した光は殆ど減
衰することなく効率良く光検出器に伝達されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような構成の放射線固体検出器の各放射線検出素子の電
気信号の出力値は、それぞれの素子に一定強度の放射線
が入射した場合であっても、各素子のシンチレータの表
面状態や光反射層の差異により、Ｘ線の検出位置（円弧
状に配置された放射線検出素子の円弧上での位置およ
び、スライス方向位置）によって大きくばらつくことが
ある。このように、各放射線検出素子の出力特性にばら
つきがあって、大きな相違がある場合には、Ｘ線ＣＴ装
置で得られる断層画像上にリングアーチファクトが発生
する原因となる。

【０００６】そこで、本発明では各放射線検出素子の出
力特性間のばらつきを低減し、更にＸ線検出感度を向上
させた放射線固体検出器を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の放射線固体検出器は、入射する放射線を検
知することにより発光するシンチレータと、該シンチレ
ータの発光を受光することによりシンチレータが検知し
た放射線の線量に対応する電気信号を出力する光検出器
とを有する放射線検出素子を複数個具備する放射線固体
検出器において、前記シンチレータの表面のうち、前記
光検出器と接合する第１の表面の大部分がシンチレータ
の発光波長以下の表面粗さを有し、それ以外の第２の表
面の大部分がシンチレータの発光波長以上の表面粗さを
有している（請求項１）。

【０００８】この構成では、光検出器と接合する第１の
表面の表面粗さをシンチレータの発光波長以下にしたこ
とにより、シンチレータから光検出器への光の伝達率が
向上し、また、それ以外の第２の表面の表面粗さをシン
チレータの発光波長以上にしたことにより、シンチレー
タの第２の表面から空気層に漏れる光の量の比率がほぼ
一定となり、表面粗さの値に殆ど依存しなくなる。その
結果、放射線検出感度の向上と、放射線検出素子の出力
特性間のばらつき低減に寄与する。

【０００９】本発明の放射線固体検出器では更に、前記
シンチレータの第１の表面は透明な光学的結合層を介し
て前記光検出器に接合され、前記シンチレータの第２の
表面は光を反射する反射層と対向している（請求項
２）。

【００１０】この構成では、上記第２の表面で空気層に
漏れた光は、第２の表面に対向する反射層により反射さ
れて、若干減衰して第２の表面を透過してシンチレータ
に戻されることになる。反射層の反射率はほぼ一様であ
るので、第２の表面での光の減衰は、放射線検出素子間
でばらつきが少なく、その結果、放射線検出素子の出力
特性に関し、各素子間のばらつきが小さくなる。また、
上記第１の表面からは光学的結合層を介して、シンチレ
ータで発生した光が効率良く光検出器に伝達される。

【００１１】本発明の放射線固体検出器では更に、前記
光学的結合層の屈折率を前記シンチレータの屈折率にほ
ぼ等しくしたものである（請求項３）。この構成では、
シンチレータと光学的結合層との接合面である第１の表
面において、シンチレータから入射する光が殆ど全反射
されることなく光学的結合層に伝達されるので、光の伝
達率が向上し、放射線検出素子の放射線検出感度の向上
に寄与する。

【００１２】また、本発明では、上記構成の放射線固体
検出器をＸ線ＣＴ装置の放射線検出器として適用してい
る（請求項４）。この構成では、放射線固体検出器の放
射線検出素子の出力特性が各々の素子間でばらつきが小
さくなり、Ｘ線の検出位置による差がなくなるために、
断層画像上でのリングアーチファクトの発生を抑制す
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を添付図面
に基づいて説明する。図２は、本発明の放射線固体検出
器を搭載したＸ線ＣＴ装置の構成を示す斜視図である。
図２において、人体組織を撮影するＸ線ＣＴ装置１０
は、ガントリー１１と、被検体テーブル１３と、制御装
置（図示せず）などから構成されている。ガントリー１
１には開口部１６を有するスキャナ１２が回転可能に支
持されている。スキャナ１２には開口部１６を挾んで一
方の側にＸ線源１４が、もう一方の側に１個以上の放射
線固体検出器１５が対向して取り付けられている。スキ
ャナ１２の開口部１６には被検体テーブル１３に載置さ
れた被検体１７が挿入される。被検体テーブル１３は、
被検体１７を開口部１６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線源１４及び放射
線固体検出器１５は、スキャナ１２の回転に伴い、開口
部１６に挿入された被検体１７の周りを回転しながら、
被検体１７へのＸ線曝射と被検体１７を透過したＸ線量
の減衰値の測定を行い、複数の異なる角度での被検体１
７によるＸ線量の減衰値の分布データを収集する。収集
したＸ線量の減衰値の分布データに基づいて被検体１７
のＸ線断層画像が作成され、この画像は画像表示装置
（図示せず）に表示される。

【００１４】図１には本発明の放射線固体検出器の一実
施例の部分断面図を示す。放射線固体検出器１４では複
数の同じ構造の放射線検出素子がＸ線源１４を中心にし
て円弧状に配列される構成をとっている。図１は、本発
明の放射線固体検出器の１個の放射線検出素子の断面図
である。図１において、放射線検出素子２０は、Ｘ線源
１４から入射するＸ線を検知することにより光を発生す
るシンチレータ２１と、シンチレータ２１の発光を受光
することによりシンチレータ２１が検知したＸ線の線量
に対応する電気信号を発生し出力する光検出器２２と、
シンチレータ２１の表面から空気層に漏れた光をシンチ
レータ２１内に戻すように反射する側面反射層２６と上
面反射層２７とから成る。シンチレータ２１と光検出器
２２とは透明な光学的結合層２５を介して接合されてい
る。

【００１５】Ｘ線源１４からのＸ線は、図示の上方から
上面反射層２７を通してシンチレータ２１に入射する。
このため、上面反射層２７はＸ線透過性の良い材料で作
られている。本実施例では、上面反射層２７の材料とし
て、アルミニウムや酸化チタンなどが使用されている。
側面反射層２６は、シンチレータ２１に入射したＸ線が
隣接する放射線検出素子に漏れないようにＸ線透過性の
悪い材料、例えばモリブデンやタングステンなどの重金
属が用いられる。また、各反射層のシンチレータ２１に
対向する面は光を反射するための処理が一様に施されて
いる。側面反射層２６については、０．１ｍｍ厚のモリ
ブデン板の表面にアルミニウム蒸着層が設けられ、上面
反射層２７については、表面が滑らかに研磨されてい
る。これらの反射層の光の反射率は約０．８５程度であ
る。

【００１６】本実施例のシンチレータ２１の材料として
は、例えばＧｄ₂Ｏ₂Ｓ：Ｐｒ，Ｆ，Ｃｅが用いられてい
る。このシンチレータ２１はＸ線曝射により５１０ｎｍ
にピークのある４３０〜８３０ｎｍの範囲の波長をもつ
光を発光する。光検出器２２としては、例えばシリコン
フォトダイオードが使用されている。このシリコンフォ
トダイオードは可視光から赤外線領域にかけて高感度を
有している。シンチレータ２１と光検出器２２を接合す
る光学的結合層２５には、例えば透明なエポキシ樹脂な
どが使用されている。

【００１７】シンチレータ２１の表面については、対向
する面の相違により表面粗さを変化させている。先ず、
光検出器２２との接合面２４の表面粗さはシンチレータ
２１の発光波長以下とする。本実施例では、４００ｎｍ
以下にしている。側面反射層２６及び上面反射層２７の
反射層に対向する表面２３の表面粗さはシンチレータ２
１の発光波長以上とする。本実施例では１μｍ以上にし
ている。各表面における指定表面粗さをもつ領域の占め
る範囲は必ずしも全体がその指定表面粗さをもっている
必要はなく大部分がその指定表面粗さをもっていればよ
い。

【００１８】シンチレータ２１の各表面を上記の如き表
面粗さにすることにより、各放射線検出素子について、
Ｘ線の検出位置による出力特性のばらつきを低減するこ
とができる。以下、その機構について述べる。

【００１９】図３はシンチレータ２１からその表面を通
して他の部分に光が向かうときの光の反射率と光の入射
角との関係について発明者達が計算により求めたものの
一例を示したものである。他の部分としては、グラフＡ
１とＢでは空気（屈折率は約１．０）、グラフＡ２では
空気より屈折率の高い物質（ここでは、光学的結合層，
屈折率は約１．５）である。また、グラフＡ１とＡ２で
は表面粗さが光の波長以下の場合、グラフＢでは表面粗
さが光の波長以上の場合である。図３の縦軸はシンチレ
ータの表面での光の反射率を、横軸は表面への光の入射
角を示す。反射率と入射角の関係は、グラフＡ１とＢを
比較して判るように、表面粗さにより大きく変化してい
る。表面粗さが光の波長以下であるＡ１の場合、入射角
が小さい範囲（表面すなわち境界面に対する光の入射が
垂直入射に近い範囲）では反射率も約０．１６と小さい
が、入射角が臨界角（約２７度）以上になると反射率は
１．０となる。これに対し、表面粗さが光の波長以上の
Ｂの場合、反射率は入射角に殆ど依存せず、約０．３２
でほぼ一定となる。また、グラフＡ１とＡ２を比較して
判るように、他の部分の屈折率の差によっても、反射率
と入射角の関係は変化する。本実施例のシンチレータ２
１の屈折率は約２．２であるので、空気（グラフＡ１）
に対する臨界角は約２７度、光学的結合層（グラフＡ
２）に対する臨界角は約４３度になる。この他の部分の
屈折率が大きくなるにつれて、低反射率の範囲が広が
り、この他の部分の屈折率がシンチレータの屈折率２．
２に近づくと臨界角も９０度に近づき、全領域で反射率
は０に近づく。

【００２０】一方、シンチレータ２１内で発生した光の
うちの殆どの光は、シンチレータ２１の表面に垂直に入
射するため、表面での反射率が図３に従うとすると、表
面粗さが光の波長以下であれば０．８４の光が透過し、
表面粗さが光の波長以上であれば０．６８の光が透過す
る。

【００２１】シンチレータ２１と他の部分との境界面が
光検出器２２との接合面２４以外の表面２３の場合に
は、表面２３を透過した光は側面反射層２６及び上面反
射層２７に反射されてシンチレータ２１内に戻される
が、これらの反射層の反射率は約０．８５程度で、１よ
り小さいために反射される光の量は減衰する。すなわ
ち、シンチレータ２１の外へ漏れ出した光は、漏れ出さ
なかった光に比べ減衰し、Ｘ線検出感度を低下させる。

【００２２】また、側面反射層２６及び上面反射層２７
の反射率がＸ線の検出位置に対して不均一である場合、
シンチレータ２１の外へ漏れ出した光が反射層の影響を
受け、出力特性にＸ線の検出位置によるばらつきが生じ
る。これに対し、シンチレータ２１の光検出器２２との
接合面２４以外の表面２３を発光波長以上の表面粗さに
した場合には、反射率が反射層の影響をあまり受けなく
なるので、上記出力特性のばらつきを低減させる。

【００２３】図４には、本発明の放射線固体検出器のＸ
線検出感度とシンチレータの側面における発光波長以上
の表面粗さの占有率との関係を示す。図４は計算結果の
一例である。図４において、縦軸はＸ線検出感度を任意
の単位で表わしたものであり、横軸は側面全体のうちの
発光波長以上の表面粗さの部分が占める比率を占有率と
して表わしたものである。図４では、発光波長以上の表
面粗さの占有率が増加するに従い、Ｘ線検出感度が向上
しており、さらにＸ線検出感度の変化の割合は小さくな
っている。

【００２４】実際にシンチレータの表面を加工する場
合、その表面を一様な表面粗さの面、または、発光波長
以上の表面粗さの占有率が均一である面を作ることは困
難であり、前記の占有率は一つの値ではなくある範囲を
もつことになる。図４に示す如くＸ線検出感度は発光波
長以上の表面粗さの占有率の変化に従い変化するため、
この占有率が範囲をもつ場合にはＸ線検出感度にばらつ
きが生じる。このばらつきはＸ線検出感度の変化の割合
が小さいほど小さくなる。図４において、発光波長以上
の表面粗さの占有率が大きいほどＸ線検出感度の変化の
割合が小さいことから、シンチレータ２１の表面２３に
ついて発光波長以上の表面粗さの占有率を大きくするこ
とによりＸ線検出感度を向上させることができると共
に、Ｘ線検出感度のばらつきを低減させることができ
る。従って、シンチレータ２１の表面２３を発光波長以
上の表面粗さに加工する場合、全表面をその表面粗さに
しなくても、大部分の表面をその表面粗さに加工すれ
ば、Ｘ線検出感度のばらつきを低減させることができ
る。

【００２５】次に、本発明の放射線固体検出器に用いる
シンチレータの表面の加工方法の一例について述べる。

【００２６】シンチレータの表面について発光波長以下
の表面粗さを得るためには、先ずシンチレータを所望の
大きさに切り出した後、対象とする表面に研磨を施す。
研磨では、最初粗目の砥粒を用いて粗研磨を行い、順
次、砥粒を細かくして行く。仕上研磨にはシンチレータ
の発光波長と同等の大きさ、例えば５００ｎｍの砥粒を
用いる。シンチレータの大きさによっては、表面研磨を
行った後に、所望の大きさに切り出し加工することもあ
る。

【００２７】シンチレータの表面について発光波長以上
の表面粗さを得るためには、先ずシンチレータを所望の
大きさに切り出した後、対象とする表面を発光波長以下
の表面粗さまで研磨し、その後粗目の砥粒で粗研磨す
る。このような処理を施すことにより、対象とする表面
を発光波長以上の表面粗さにすることができ、さらに表
面粗さの均一度も良くすることができる。

【００２８】シンチレータを所望の大きさに切り出した
後の研磨作業が困難な場合には、シンチレータを切り出
す際に、カッターとして粗目の砥粒のブレードを用いる
ことにより、切り出した後の研磨作業を行うことなし
に、切り出した面のままで、発光波長以上の表面粗さを
得ることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、各
放射線検出素子の出力特性のＸ線の検出位置によるばら
つきを低減しＸ線検出感度を向上させた放射線固体検出
器を提供することができるので、Ｘ線ＣＴ装置の断層画
像上に発生するリングアーチファクトを取り除くことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放射線固体検出器の一実施例の部分断
面図。

【図２】本発明の放射線固体検出器を搭載したＸ線ＣＴ
装置の構成を示す斜視図。

【図３】シンチレータからその表面を通して他の部分に
光が向かうときの光の反射率と光の入射角との関係。

【図４】本発明の放射線固体検出器のＸ線検出感度とシ
ンチレータの側面における発光波長以上の表面粗さの占
有率との関係。

【符号の説明】

１０ Ｘ線ＣＴ装置 １１ ガントリー １２ スキャナ １３ 被検体テーブル １４ Ｘ線源 １５ 放射線固体検出器 １６ 開口部 １７ 被検体 ２０ 放射線検出素子 ２１ シンチレータ ２２ 光検出器 ２３ 反射層に対向する表面 ２４ 接合面 ２５ 光学的結合層 ２６ 側面反射層 ２７ 上面反射層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射する放射線を検知することにより発
   光するシンチレータと、該シンチレータの発光を受光す
   ることによりシンチレータが検知した放射線の線量に対
   応する電気信号を出力する光検出器とを有する放射線検
   出素子を複数個具備する放射線固体検出器において、前
   記シンチレータの表面のうち、前記光検出器と接合する
   第１の表面の大部分がシンチレータの発光波長以下の表
   面粗さを有し、それ以外の第２の表面の大部分がシンチ
   レータの発光波長以上の表面粗さを有していることを特
   徴とする放射線固体検出器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の放射線固体検出器におい
   て、前記シンチレータの第１の表面は透明な光学的結合
   層を介して前記光検出器に接合され、前記シンチレータ
   の第２の表面は光を反射する反射層と対向していること
   を特徴とする放射線固体検出器。
3. 【請求項３】 請求項２記載の放射線固体検出器におい
   て、前記光学的結合層の屈折率を前記シンチレータの屈
   折率にほぼ等しくしたことを特徴とする放射線固体検出
   器。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３記載の放射線固体検出器
   を具備することを特徴とするＸ線ＣＴ装置。