(57)【要約】【課題】  相分離シンチレータ結晶体を含む構成されるシンチレータプレート用いた場合に、低周波数領域の空間解像度が改善された放射線検出器を提供すること。【解決手段】  シンチレータプレートと光検出部とを有する放射線検出器であって、前記シンチレータプレートは、一軸方向に伸びて柱状をなす複数の第一の相と、該複数の第一の相を取り囲む第二の相と、を備えた第一のシンチレータ層と、放射線の照射により発生するシンチレーション光が多重散乱を受けて拡散する第二のシンチレータ層と、を有して構成され、前記シンチレータプレートと前記光検出部とが、前記第二のシンチレータ層、前記第一のシンチレータ層、前記光検出部の順で配置されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シンチレータプレートと光検出部とを有する放射線検出器であって、
前記シンチレータプレートは、一軸方向に伸びて柱状をなす複数の第一の相と、該複数の第一の相を取り囲む第二の相と、を備えた第一のシンチレータ層と、放射線の照射により発生するシンチレーション光が多重散乱を受けて拡散する第二のシンチレータ層と、を有して構成され、
前記シンチレータプレートと前記光検出部とが、前記第二のシンチレータ層、前記第一のシンチレータ層、前記光検出部の順で配置されていることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
前記第二のシンチレータ層は、粒子状結晶を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記粒子状結晶は、粉末状結晶であることを特徴とする請求項２に記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記粒子状結晶は、針状結晶であることを特徴とする請求項２に記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記シンチレータプレートは、空間周波数とコントラストで表わされる解像度プロファイルが、低周波数領域において前記第一のシンチレータ層のみの解像度プロファイルを上回ることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記低周波数領域は、空間周波数が４ｌｐ／ｍｍ以下の領域を指す請求項５に記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記第一のシンチレータ層の層厚は、２００μｍから１０００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項８】
前記第二のシンチレータ層の層厚は、１０μｍから１００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項９】
前記第一のシンチレータ層と前記第二のシンチレータ層との間に別の層が存在することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項１０】
前記別の層は、接着層である請求項９に記載の放射線検出器。
【請求項１１】
前記第一の相と前記第二の相とはシンチレーション光に対する屈折率が異なることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項１２】
前記第一の相を形成する第１の材料と、前記第二の相を形成する第２の材料とは共晶を形成することが可能な組み合わせであることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項１３】
前記第１の材料と前記第２の材料とは、共晶組成の±５ｍｏｌ％の範囲内にあることを特徴とする、請求項１２に記載の放射線検出器。
【請求項１４】
前記第１の材料がＧｄを含有するペロブスカイト型酸化物材料であり、前記第２の材料がアルミナを含むことを特徴とする、請求項１３に記載の放射線検出器。
【請求項１５】
前記第一の相が発光中心として希土類元素を０．００１ｍｏｌ％以上含有していることを特徴とする、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項１６】
前記希土類元素がＴｂ、Ｅｕ、Ｃｅのうち少なくとも一つであることを特徴とする、請求項１５に記載の放射線検出器。
【請求項１７】
前記第二のシンチレータ層は、Ｇｄ２Ｏ２ＳまたはＣｓＩを含むことを特徴とする、請求項１から１６のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項１８】
前記光検出部が、前記第一のシンチレータ層と、前記第二のシンチレータ層からのシンチレーション光を弁別して検出することを特徴とする、請求項１から１７のいずれか１項に記載の放射線検出器。
【請求項１９】
放射線源からの放射線を回折して干渉パターンを形成する回折格子と、前記干渉パターンを検出する放射線検出器と、を備え、
前記放射線検出器は、請求項１から１８のいずれか１項に記載の放射線検出器であることを特徴とする、放射線計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出器及び放射線計測システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
医療現場等でＸ線撮影に用いられているフラットパネルディテクタ（ＦＰＤ）は、被写体を通過したＸ線をシンチレータで受け、そのシンチレータが発した光を受光素子で検出している。シンチレータとしては粉末状構造や、針状構造のものが広く用いられている。特にヨウ化セシウム（ＣｓＩ）を蒸着して形成した針状構造を有するシンチレータ層は、針状結晶内での光導波によりクロストークが抑制されるため、高い位置分解能が得られる利点を有している。しかし、ＣｓＩ針状結晶は、隣接する針状結晶同士が癒着しやすく、この癒着がシンチレーション光の導波性を低下させ、放射線検出器の解像度を低下させている。
【０００３】
そこで、特許文献１には、屈折率の異なる２つの結晶相を備える相分離構造を有するシンチレータ結晶体とすることが提案されている。この相分離シンチレータ結晶体は、シンチレータとして機能する一方向性を有する複数の第一の相（シリンダー相）と、第一の相の周りに位置する第二の相（マトリックス相）とを有している。第一の相が第二の相よりも屈折率が大きい為、第一の相で等方的に発生したシンチレーション光のうち、第一と第二の相の境界面に、スネルの法則から表わされる臨界角度以上で入射するシンチレーション光は全反射を繰り返し、第一の相に閉じ込められながら、そのシリンダーの方向に導波される。よって、この相分離構造体をシンチレータ層として用いることで、高い解像度を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−４７３３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術が当技術分野に果たす貢献は大きいが、発明者の検討によると特許文献１に記載の技術であっても改善の余地があることが判明した。第一と第二の相の境界面に臨界角度以下で入射するシンチレーション光は、第一の相から漏れた発光となる。漏れた発光の一部は隣接する第一の相に入り、再び全反射によって導波されるものもあるが、全反射をとらない発光も存在する。この全反射をとらない発光はシンチレータ層の厚みが増すほど遠くまで広がることになる為、低周波数領域の空間解像度が低下してしまうという課題があった。ここでいう低周波領域の空間解像度は、例えば隣接する比較的大きな複数の物体の周期を解像できるかとどうかということと捉えることができる。
【０００６】
本発明の目的は、低周波数領域の空間解像度が改善された放射線検出器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明により提供される放射線検出器は、シンチレータプレートと光検出部とを有する放射線検出器であって、前記シンチレータプレートは、一軸方向に伸びて柱状をなす複数の第一の相と、該複数の第一の相を取り囲む第二の相と、を備えた第一のシンチレータ層と、放射線の照射により発生するシンチレーション光が多重散乱を受けて拡散する第二のシンチレータ層と、を有して構成され、前記シンチレータプレートと前記光検出部とが、前記第二のシンチレータ層、前記第一のシンチレータ層、前記光検出部の順で配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明においては、第一のシンチレータ層として上記特定の第一の相及び第二の相を備えたものを採用し、第二のシンチレータ相として、放射線の照射により発生するシンチレーション光が多重散乱を受けて拡散するものを採用している。そして、シンチレータプレートと光検出部とを、第二のシンチレータ層、第一のシンチレータ層、光検出部の順で配置することで低周波数領域の空間解像度が改善された放射線検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る放射線検出器を示す第一の模式図である。
【図２】従来の放射線検出器を示す模式図である。
【図３】本発明に係るシンチレータ結晶体の一例を示す模式図である。
【図４】本発明に係る放射線検出器を示す第二の模式図である。
【図５】（Ａ）は本発明に係る放射線検出器を用いた放射線画像である。（Ｂ）は従来の放射線検出器を用いた放射線画像である。（Ｃ）は空間周波数とＣＴＦの関係を表す図である。
【図６】本発明の放射線検出器を備えた放射線計測システムを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の放射線検出器は、Ｘ線をはじめとする放射線の入射により光を発生させる複数のシンチレータ層を有するシンチレータプレートと、光検出部とを有して構成される。放射線には、Ｘ線の他、α線、γ線等が含まれ、本願明細書ではＸ線を例として説明するが、放射線はＸ線に限定されるものではない。本発明の放射線検出器は、シンチレータプレートと光検出部とを有する放射線検出器であり、シンチレータプレートは、一軸方向に伸びて柱状をなす複数の第一の相と、該複数の第一の相を取り囲む第二の相と、を備えた第一のシンチレータ層と、放射線の照射により発生するシンチレーション光が多重散乱を受けて拡散する第二のシンチレータ層と、を有して構成される。そして、本発明の特徴点は、シンチレータプレートと光検出部とが、第二のシンチレータ層、第一のシンチレータ層、光検出部の順で配置されていることである。
【００１１】
以下、図面を用いて本実施形態をより具体的に説明する。
【００１２】
図１に本発明の放射線検出器１０１の模式図を示す。放射線検出器１０１は、放射線をシンチレーション光に変換するシンチレータプレート１０２と、シンチレータプレートからのシンチレーション光を検出する光検出部１０３とを備えている。シンチレータプレート１０２は、第一のシンチレータ層１０４と、第二のシンチレータ層１０５を含み構成されるが、両層の間に接着層など別の層が存在していてもよい。第一のシンチレータ層１０４は、一軸方向に伸びて柱状をなす複数の第一の相と、この複数の第一の相を取り囲む第二の相と、を備えている。一方、第二のシンチレータ層１０５は、放射線の照射により発生するシンチレーション光が多重散乱を受けて拡散する形態のものである。こうした形態の第二のシンチレータ層は、粒子状結晶を含んで構成することができる。
【００１３】
ここで、第一のシンチレータ層１０４について詳しく説明する。第一のシンチレータ層１０４としては、図３に示す相分離結晶体２０１を用いることができる。相分離結晶体２０１は、複数の第一の相２０２と、第一の相の周りに位置する第二２の相２０３を有する相分離構造を採用することができる。シンチレータ結晶体２０１は第一の面２０８と第二の面２０９とを有し、第一の相２０２は第一の面２０８から第二の面２０９へ延伸している。第一の面２０８は放射線の照射面であり、第二の面２０９は光の取り出し面であり、Ｘ線等の放射線は第一の面２０８から入射し、シンチレーション光は第二の面２０９から受光素子へ入射する。第一の相と第二の相の少なくとも一つは、入射した放射線の少なくとも一部をシンチレーション光に変換する発光相である。また、第一の相２０２と第二の相２０３は異なる屈折率を有している。よって、シンチレーション光は屈折率が相対的に高い高屈折率相に閉じ込められながら、シンチレータ結晶体の厚さ２０７方向を第一の面の方向から第二の面の方向へ、第二の面の方向から第一の面の方向へと導波される。シンチレーション光は、シンチレーション光が発生した相内を導波した方が解像度が高いと考えられるため、高屈折率相が発光相として機能することが好ましい。相対的に屈折率の低い低屈折率相は、発光相として機能しても良いし、機能しなくても良い。
【００１４】
以下、第一の相２０２が高屈折率相であり、且つ発光相である場合を例に挙げて説明する。第一の相２０２が高屈折率相である場合、光ファイバのように、シンチレーション光は第一の相の中に閉じ込められながら第一の面２０８と第二の面２０９間を導波する。第一の相２０２はここでは円柱の形状を有している。第一の相２０２で発生したシンチレーション光のうち、第一と第二の相の境界面に臨界角度よりも大きな角度で入射するシンチレーション光２０６は、全反射を繰り返しながら第一の相２０２中を導波方向２１０に導波され、第一の面２０８又は第二の面２０９から出射される。ここで、シンチレーション光の導波方向２１０は第一の相２０２の延伸方向（長手方向）であり、円柱の中心軸と平行な方向である。導波する発光の波長よりも第一の相の直径が小さい場合は、シンチレーション光が第一の相２０２と第二の相２０３の境界面で反射せずに境界面を透過する成分が多くなる。よって、第一の相の直径２０５はシンチレーション光の波長よりも大きいことが望ましい。相分離構造を有するシンチレータとして、３００ｎｍからの紫外域に発光を有するようなシンチレータを用いることも想定される為、第一の相の直径２０５は３００ｎｍ以上であることが望ましい。また、第一の相２０２の形状は円柱に限定されず、例えば多角柱であっても良い。
【００１５】
図３に示したシンチレータ結晶体として、例えば、共晶相分離構造を有するシンチレータを用いることができる。共晶相分離構造とは、図３に示した相分離構造体の内、第一の相と第二の相とが共晶体を構成しているもののことを指す。共晶相分離構造体の材料系の一例として、Ｇｄを含有するペロブスカイト型酸化物材料（ＧｄＡｌＯ３）と、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）との共晶相分離構造体が挙げられる。この材料系の共晶相分離構造体は、第一の相（ＧｄＡｌＯ３：屈折率２．０５）の方が第二の相（Ａｌ２Ｏ３：屈折率１．７９）よりも屈折率が高く、且つ、第一の相がシンチレータとして機能する。そのため、共晶相分離構造体の中でも特に導波性が高い。尚、共晶相分離構造体の場合、第一の相は第一の材料の結晶体、第二の相は第二の材料の結晶体である。第一の相と、第二の相の周りに位置し、第一の相の側面を覆う第二の相との２相を有する共晶相分離構造を形成する上で重要になるのは、第一の相を構成する材料と第二の相を構成する材料との組成比である。相分離構造を有するシンチレータ結晶体を得るためには、一般的に、第一の相の材料と第二の相の材料とが共晶を形成することが可能な組合わせであり、良好な構造とするためには共晶組成比（例えば、ＧｄＡｌＯ３：Ａｌ２Ｏ３＝４６：５４（ｍｏｌ％））とすることが望ましい。ただし、第一の相の材料と第二の相の材料との組成比は共晶組成から外れてはならないものではなく、この組成比に対して共晶組成±５ｍｏｌ％の範囲は許容範囲とすることができる。つまり、ＧｄＡｌＯ３とＡｌ２Ｏ３との共晶相分離構造体を形成したい場合、これらの材料の組成比は、ＧｄＡｌＯ３：Ａｌ２Ｏ３＝４１：５９〜５１：４９（ｍｏｌ％）とすることが好ましい。また、第一の相の材料と第二の相の材料との組成比が、共晶組成±３ｍｏｌ％の範囲内であることがより好ましい。第一の相の材料と第二の相の材料とが共晶組成比近傍（±５ｍｏｌ％）で混合された融液を用いて、一方向凝固を行うことで、図３示した良質な相分離構造を有する結晶体を得ることができる。一方向凝固の具体的な方法としては、ブリッジマン法等を用いることができる。上述したＧｄＡｌＯ３の場合、発光中心の元素の種類によって発光波長が変化する。具体的には、発光中心として、例えば希土類元素であるＴｂ３＋、Ｅｕ３＋、Ｃｅ３＋を用いることができる。尚、これらのイオンを含有する元素は単体に限定されず、これらの元素を含めば良く、これらの元素を含んだ化合物を発光中心として添加すればよい。また、発光効率を高くするために、ＧｄＡｌＯ３中にこれらの発光中心を０．００１ｍｏｌ％以上含有していることが好ましい。複数種類の発光中心が添加される場合は、発光中心の総量が０．００１ｍｏｌ％以上であればよい。発光中心となる添加元素は第一の相であるＧｄＡｌＯ３のＧｄサイトを置換するように添加され、添加元素を一般式ＲＥで表わすと、Ｇｄ１−ｘＲＥｘＡｌＯ３とＡｌ２Ｏ３の組成比が４６：５４（ｍｏｌ％）となる。発光中心としてＴｂ３＋を用いた場合、５４５ｎｍ付近に緑色発光ピークを示す。また、Ｅｕ３＋を用いた場合６１５ｎｍ付近に赤色発光ピークを示す。また、Ｃｅ３＋を用いた場合、３６０ｎｍ付近にブロードな紫外発光を示す。このように、添加元素を適切に選択することで、様々な発光波長のシンチレータを得ることができる。また、添加元素として、他の希土類元素（Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ）を選択することもできる。
【００１６】
このように作製された相分離結晶体２０１は、第一の相２０２は光ファイバとして機能することから、多数の光ファイバを束ねて形成された光学部材としてのＦＯＰ（Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃ  Ｐｌａｔｅ）として機能し、第一の面２０８に入射した像は、第一の相２０２を介して第二の面２０９まで伝送される。
【００１７】
次いで、図１を参照して放射線入射面側に設けられた第二のシンチレータ層１０５について説明する。第二のシンチレータ層１０５は、放射線の照射により発生するシンチレーション光が多重散乱を受けて拡散する形態のものであり、第二のシンチレータ層は、粒子状結晶を含んで構成することができる。より具体的には、粉末状結晶、あるいは針状結晶を含む構造（粉末状構造、針状構造）とすることができる。これらの構造では、光学的に不均一な内部構造が少なからず存在する為、光散乱が生じることになり、第二のシンチレータ層内で生じた発光は多重散乱を受けながら拡散する。これにより、高周波数領域での解像度は低下するが、発光を空間的に遠くまで広がらずに留めておくことになる為、その第二のシンチレータ層の層厚が薄い場合は低周波数領域での解像度は維持される。
【００１８】
ここで、まず放射線入射面から浅い領域に配置された第二のシンチレータ層の発光１０９を考える。第二のシンチレータ層の発光１０９のうち、下方に拡散する光は第一のシンチレータ層１０４に入射し、第一のシンチレータ層１０４のＦＯＰ機能により、全反射により導波される光１１０として、拡散することなく第一のシンチレータ層１０４中を導波し、光検出部１０３により検出される。一方、発光１０９のうち高角に拡散する光１１１については、多重散乱により下方に拡散する光の成分が存在することから、第一と第二のシンチレータ層の界面で、第一のシンチレータ層を導波する光１１２となり、ＦＯＰ機能により拡散することなく第一のシンチレータ層１０４中を導波し、光検出部１０３により検出される。第一のシンチレータ層の発光１１３は、相対的に放射線入射面から深い領域から発光となる。これは、全反射により導波される光１１４と、全反射に入らず拡散する光１１５とに大別される。第二のシンチレータ層を構成する具体的な材料としては、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ（ＧＯＳ）粉末、ＣｓＩ針状膜等が挙げられる。
【００１９】
次に、比較として従来例に相当する第二のシンチレータ層を有さず、第一のシンチレータ層１０４のみを用いた放射線検出器について、図２を参照して説明する。図２において、放射線１０８が第一のシンチレータ層１０４に入射すると、その入射面から深さ方向に指数関数的に吸収され発光に至る為、シンチレータの放射線入射面から浅い領域からの発光は、深い領域からの発光に対して相対的に大きくなる。図中の放射線入射面から浅い領域からの発光（１１７、１１８、１１９）と放射線入射面から深い領域からの発光（１２０、１２１、１２２）の大きさと幅の違いはその強度の違いを模式的に表している。
【００２０】
ここで、まず放射線入射面から浅い領域からの第一のシンチレータ層の発光１１７を考える。発光１１７のうち、放射線１０８に沿った方向のおおむね直下に出射する光は、第一のシンチレータ層を構成する第一と第二の相の境界面に臨界角度よりも大きな角度で入射する為、全反射により導波され、拡散することなく第一のシンチレータ層１０４中を、全反射により導波される光１１７として導波し、光検出部１０３により検出される。一方、発光１１７のうち、第１と第２の相の境界面に臨界角度未満の角度で入射することになるような、放射線１０８と成す角度が大きい光は、全反射に入らず拡散する光１１９となる。この光１１９はシンチレータ層の厚みが増すほど遠くまで広がることになる為、結果的に低周波数領域の空間解像度が低下することにつながる。
【００２１】
続いて、放射線入射面から深い領域からの第一のシンチレータ層の発光１２０を考える。発光１１７の場合と同様に、全反射により導波される光１２１と、全反射に入らず拡散する光１２２があり、後者は遠くまで広がることになる為、低周波数領域の空間解像度が低下することにつながる。ここで、全反射に入らず拡散する光である１１９と１２２を比べると、より放射線入射面から浅い領域から発生した光１１９の方が、光１２２に対して遠くまで広がることになり、さらに、発光量の絶対値も大きい。すなわち、低周波数領域の空間解像度を低下させる要因としては、放射線入射面から浅い領域から全反射に入らず拡散する光の影響が大きいということになる。よって、特に放射線入射面から浅い領域から全反射に入らず拡散する光を、遠くに拡散させることなく光検出部１０３に導くことで、低周波数領域の空間解像度低下を抑えることが期待される。
【００２２】
そこで本発明の放射線検出器１０１では、上述した通り、放射線入射面側に第二のシンチレータ層１０５を設けているのである。
【００２３】
ここで図１に示した本発明の放射線検出器と、図２に示した従来の放射線検出器とを比較する。放射線入射面から浅い領域から直下ではなく遠くに拡散する光について着目すると、図２においては、全反射に入らず拡散する光１１９は、一度全反射条件から外れてしまうと、再度全反射により導波されることは、基本的には生じない。一方で、図１においては、光１１１は第二のシンチレータ層１０５中を発光が多重散乱を受けながら拡散するため、第一と第二のシンチレータ層の界面において、全反射により導波される入射角度を有する光が存在することになり、これにより第一のシンチレータ層１０４中を全反射導波することが可能となる。すなわち、低周波数領域の空間解像度低下要因となっていた、放射線入射面から浅い領域からの発光を、多重散乱を生じさせる第二のシンチレータ層に担わせている。そして、生じた発光を第一のシンチレータ層１０４のＦＯＰ機能により、光検出部１０３にそのまま伝送することで、低周波数領域の空間解像度を改善している。ただし、光散乱を生じる粉末状構造や針状構造は、その厚みが厚くなると、高周波数領域の解像度が著しく低下する為、目的とする第一のシンチレータ層の高周波数領域の解像度に悪影響を与えないような薄膜として用いる必要がある。この観点から第二のシンチレータ層の層厚は、１０μｍから１００μｍの範囲とするのが好適である。そして、第一のシンチレータ層の層厚は、２００μｍから１０００μｍの範囲とするのが好適である。
【００２４】
撮像対象の被写体に必要とされる空間周波数を、限界空間周波数Ｌ（ｌｐ／ｍｍ）とする。このとき必要とされる、センサの画素サイズ（μｍ）は、センサのナイキスト周波数から、［センサの画素サイズ（μｍ）］＝［１０００（μｍ）］／［限界空間周波数Ｌ（ｌｐ／ｍｍ）×２］により決定される。
【００２５】
第一のシンチレータ層と第二のシンチレータ層の組み合わせ方については以下の手順で決定する。
【００２６】
１．必要とされる限界空間周波数とＸ線エネルギーを設定する。
（例えば、限界空間周波数を４ｌｐ／ｍｍ（画素サイズ１２５μｍに相当）、Ｘ線エネルギーをＷ（タングステン）−１００ｋＶの装置とする。）
【００２７】
２．Ｘ線エネルギーに対応した第一のシンチレータ層である共晶相分離構造シンチレータの厚さが設定され、解像度曲線が決まる。
（Ｗ−１００ｋＶだと８０％阻止するのに相分離シンチレータが３００μｍ厚必要。）
【００２８】
３．１で設定した限界空間周波数と交差する空間周波数よりも低周波数側で、解像度を低下させないような厚さとなる第二のシンチレータ層と組み合わせる。
（第二のシンチレータ層シンチレータとして粉末状構造体を用いる場合、後述する図５（Ｃ）を参照すると４０μｍ厚であれば４ｌｐ／ｍｍまでの解像度を低下させない。）
【００２９】
以上より、３００μｍ厚の共晶相分離構造シンチレータの放射線入射側に、４０μｍ厚の粉末状構造シンチレータを設けたシンチレータパネルとする。これにより、組み合わせるシンチレータのＸ線阻止能に重み付けされ、目的とする空間周波数領域での解像度曲線と輝度が、共晶相分離構造シンチレータ単体の場合よりも向上する。
【００３０】
ここで、限界空間周波数を４ｌｐ／ｍｍとすると、第二のシンチレータ層として粉末状構造を用いる場合は４０μｍ厚程度、ＣｓＩ針状構造は１００μｍ厚程度、が限界のおおよその膜厚となる。限界空間周波数を１０ｌｐ／ｍｍとすると、第二のシンチレータ層として粉末状構造を用いる場合は１０μｍ厚程度、ＣｓＩ針状構造は４０μｍ厚程度、が限界の膜厚となる。以上の膜厚は、あくまで目安であり、その構成により大きく変化する可能性がある為、一体型のシンチレータパネルにした場合の解像度により判断する必要がある。
【００３１】
このように第一と第二のシンチレータ層を一つのシンチレータパネルとして用い、一枚の放射線線画像を取得する放射線検出器とすること以外にも、上層の第二のシンチレータ層では低エネルギーの放射線が吸収され、下層の第一のシンチレータ層では高エネルギーの放射線が吸収されることから、図４に示すように、カラーフィルタ１２３、１２４を用いて、それぞれの発光を弁別して検出する放射線検出器１２５とすることもできる。この場合、取得した複数の放射線画像間で重み付け演算を行うことにより、エネルギー弁別画像として利用することが可能である。
【００３２】
本発明の放射線検出器は、例えば、放射線計測システムとしてのＸ線トールボット干渉計の検出器として用いたることができる。Ｘ線トールボット干渉計の模式図を図６に示す。Ｘ線トールボット干渉計は、Ｘ線源７０と、Ｘ線源からのＸ線７１を回折して干渉パターンを形成するＸ線回折格子７３と、干渉パターンを形成するＸ線を検出するＸ線検出器７４と、Ｘ線検出器の検出結果を用いて被検体７２の情報を取得する演算装置７５を備える。
【００３３】
Ｘ線トールボット干渉計については、例えば国際公開２０１０／０５０４８３号公報など多数の文献に詳細が記載されているため、詳細については省略する。一般的なトールボット干渉計は、干渉パターンが形成される位置に遮蔽格子または吸収格子と呼ばれる格子を配置し、モアレを形成することで、数μｍ程度の周期を有する干渉パターンの情報を取得する。図６の干渉計ではＸ線検出器７４として本発明の放射線検出器を備える。Ｘ線検出器７４による検出結果を用いて、被検体７２による干渉パターンの変化を解析することで、被検体の位相、散乱、吸収に関する情報を取得することができる。その他、Ｘ線源、回折格子、演算装置による干渉パターンの解析方法などは一般的なトールボット干渉計と同様である。尚、Ｘ線トールボット干渉計は、演算装置７５により取得した被検体の情報を表示する表示手段（不図示）を備えていても良い。また、Ｘ線トールボット干渉計は、演算装置７５やＸ線源７０を備えなくても良い。この場合、撮像時に任意のＸ線源と組み合わせることで、Ｘ線トールボット干渉計による撮像（干渉パターンの取得）を行うことができる。
【００３４】
以下、具体的な実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
【００３５】
（実施例及び比較例）
本実施例では、第一のシンチレータ層として共晶相分離構造を用い、第二のシンチレータ層として粉末状構造を用いた場合の放射線撮像結果について説明する。
【００３６】
本実施例の第一のシンチレータ層は、複数の第１の相の材料としてＧｄＡｌＯ３を、第２の相の材料としてＡｌ２Ｏ３を有する相分離シンチレータ結晶体で構成され、Ｔｂ３＋を発光中心として含有する。この相分離シンチレータ結晶体の製造方法について説明をする。まず、ＧｄＡｌＯ３に対してＴｂ３＋を８ｍｏｌ％添加した材料とＡｌ２Ｏ３との組成比が、４６：５４（ｍｏｌ％）になるように、Ｇｄ２Ｏ３、Ｔｂ４Ｏ７、Ａｌ２Ｏ３、を評量した。これらの粉末を充分に混合し、これを原料粉末とした。これらの原料粉末をＩｒるつぼに入れて、誘導加熱によりるつぼを１８００℃まで加熱し、試料全体を溶解させた。試料全体が溶解した後３０分保持してから、１８ｍｍ／ｈの速度で一方向凝固を行うことで試料を育成した。このようにして作製した試料を５ｍｍ×５ｍｍ×厚さ３００μｍで切り出し、両面を研磨した。この試料は、Ｘ線照射により、５４５ｎｍ付近に緑色発光ピークを示した。切り出したシンチレータ結晶体の上面に、第二のシンチレータ層として４０μｍ厚のＧｄ２Ｏ２Ｓ（ＧＯＳ）粉末からなるシンチレータを設け、シンチレータプレートとした。作製したシンチレータプレートをＦＯＰを介して、二次元の受光素子に対向するように配置し、放射線検出器とした。ＦＯＰはＸ線が受光素子に直接入射してノイズを形成するのを防ぐために用いているが、Ｘ線のエネルギーによってはシンチレータがＸ線を止める場合もあるため、必ずしも挿入しなくてもよい。
【００３７】
限界空間周波数を４ｌｐ／ｍｍと設定し、画素サイズ１２５μｍの受光素子を用いた。放射線源としては、タングステン管球のＸ線源を用い、Ｘ線はシンチレータ結晶体に垂直に入射する配置とし、４０ｋＶ、０．５ｍＡ、Ａｌフィルター有りの条件で得られるＸ線を撮像に用いた。
【００３８】
５０μｍ厚の鉛の２ｌｐ／ｍｍのラインパターンの撮像結果を図５に示す。図５（Ａ）が本発明の、第一のシンチレータ層として相分離構造を用い、第二のシンチレータ層として粉末状構造を設けた場合の撮像結果である。図５（Ｂ）に比較の為、第一のシンチレータ層の共晶相分離構造（３００μｍ厚）のみからなる場合の撮像結果も示す。Ｃｏｎｔｒａｓｔ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＣＴＦ）値を、ライン撮像領域の明部（Ｉｍａｘ）と暗部（Ｉｍｉｎ）としてＣＴＦ＝（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）として算出した。図５（Ｃ）に、本実施例のシンチレータプレートと、比較の為、第二のシンチレータ層としてＧＯＳ粉末を設けなかった場合の、空間周波数とＣＴＦの関係を示す。図５（Ｃ）は、空間周波数とコントラストで表わされる解像度プロファイルを示している。第二のシンチレータ層として粉末状構造を設けた場合において、空間周波数４ｌｐ／ｍｍ以下において、ＣＴＦが向上した。すなわち、本発明のシンチレータプレートは、第一のシンチレータ層のみで構成したものと比して低周波数領域において解像度プロファイルが、上回る。図５（Ａ）と図５（Ｂ）のラインパターンの明部（Ｉｍａｘ）の輝度についても、図５（Ａ）に示す本発明の構成の方が、４ｌｐ／ｍｍまでの空間周波数において約１．６倍明るくなった。輝度が向上する要因としては、第一に相分離シンチレータ結晶体に対して発光量が大きいＧＯＳ粉末が付加されたことが挙げられる。第二に発光量の大きい放射線入射面から浅い領域からの発光のうち、相分離シンチレータ結晶体のみの場合では全反射に入らず拡散して消光していた光が、粉末状構造を有するシンチレータを第二のシンチレータ層として設けることで、拡散することなく相分離シンチレータ結晶体に導かれ、信号として検出されたことが考えられる。これより、第二のシンチレータ層として粉末状構造を設けることで、目的とする４ｌｐ／ｍｍまでの空間周波数において、ＣＴＦと輝度が共に向上することが確認された。
【符号の説明】
【００３９】
１０１  放射線検出器
１０２  シンチレータプレート
１０３  光検出部
１０４  第一のシンチレータ層
１０５  第二のシンチレータ層
１０８  放射線
１０９  第二のシンチレータ層の発光
２０２  第一の相
２０３  第二の相
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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