(57)【要約】【課題】  本発明は簡単な検出器構造を有し、かつ１ｍｍ以下の空間分解能を持った半導体検出器ブロック及びこれを備えた陽電子断層撮影装置を提供することを課題とする。【解決手段】  表面に電気伝導抵抗性電極、裏面に伝導性電極が形成された半導体板からなり、電気伝導抵抗性電極の４隅ＡＢＣＤからの電気信号の比率を用いて半導体板内でのガンマ線の検出位置を２次元的に検出する半導体検出器を複数個重ね合わせ、３次元的にガンマ線の検出位置を求めることができるようにした半導体検出器ブロック及びこれを２個以上備えた陽電子断層撮影装置である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に電気伝導抵抗性電極、裏面に電気伝導性電極が形成された半導体板からなり、電気伝導抵抗性電極の４隅からの電気信号の比率を用いて半導体板内でのガンマ線の検出位置を２次元的に検出する半導体検出器を複数個重ね合わせ、３次元的にガンマ線の検出位置を求めることができるようにした半導体検出器ブロック。
【請求項２】
上記電気伝導抵抗性電極は、半導体板との間でショットキー接合を構成していることを特徴とする請求項１に記載の半導体検出器ブロック。
【請求項３】
上記電気伝導抵抗性電極、半導体板及び電気伝導性電極の構成材料は、それぞれインジウム、ＣｄＴｅ結晶又はＢｒＴｌ結晶及び白金であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体検出器ブロック。
【請求項４】
隣接する半導体検出器の白金電極面同士を電気伝導性を持つペーストで貼り付けるとともにインジウム電極面同士を絶縁膜を介して複数個重ね合わせることを特徴とする請求項３に記載の半導体検出器ブロック。
【請求項５】
上記電気伝導性電極からの電気信号を同時計数用の時間信号とし、ガンマ線を検出した他の半導体検出器との同時計数の判定に用いることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体検出器ブロック。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体検出器ブロックを２個以上備えた陽電子断層撮影装置。
【請求項７】
上記半導体検出器ブロックは、動径方向又は対向方向に独立して移動することができることを特徴とする請求項６に記載の陽電子断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽電子放出核種で標識された薬剤を体内に投与して、がんの診断、脳等の器官の診断を行うことができる陽電子断層撮影装置や薬剤の開発等のために動物を用いた実験用の陽電子断層撮影装置等に用いられる半導体検出器ブロック及びこれを用いた陽電子断層撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
陽電子断層撮影装置は、陽電子放出核種を用い、放出された陽電子と物質中の電子が出会い消滅するときに、１８０°の角度で放出される２本の５１１ｋｅＶのガンマ線を検出してその核種の分布像を得るものである。陽電子断層撮影装置には、そのガンマ線の検出器として、従来、ＢＧＯ、ＬＳＯ、ＧＳＯなどのシンチレーターが用いられている。シンチレーター検出器は、円周上に並べられ、ガントリーを形成している。十数個のシンチレーターは、お互いが遮光壁で隔てられて束ねられ、その端部が数個の光電子増倍管に接続される。ガンマ線検出によって発光した光を数個の光電子増倍管で受けて、各々の光の強度比からどのシンチレーターでガンマ線が測定されたかを決定する。この原理に基づいた陽電子断層撮影装置の空間分解能は数ｍｍが限界となっている。
【０００３】
従来のシンチレーターでは、ガンマ線の進行方向に対する位置分解能は、その進行方向に対するシンチレーターの大きさに強く依存し、通常２ｍｍ程度が限界である。更に、ガンマ線の進行方向の検出位置は直接に測定できないため、進行方向にシンチレーションの発生した光の強度の減衰時間が違うシンチレーターを並べて、検出したガンマ線の光の信号の減衰時間を測定して検出されたシンチレーターを決定、つまりガンマ線の位置決定する方法が一般にとられており、その位置決定の精度は、数ｍｍが限界となっている。
【０００４】
Ｇｅ、Ｓｉ等の半導体を用いた半導体検出器も提案されているが、液体窒素での冷却が必要であり、またＧｅ、Ｓｉは原子番号がＣｄＴｅよりも小さいため、５１１keVガンマ線に対して吸収効果が小さいなどの欠点があり、１ｍｍ以下の高分解能を持つ陽電子断層撮影装置としては使用が困難であった。
【特許文献１】特開２００５−２０８０５７号公報
【非特許文献１】S. Rankowitz et al., “Positron scanner for locating brain tumors,” IRE Int Conv Rec 1962; 10 (Issue 9): 49-56.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は簡単な検出器構造を有し、かつ１ｍｍ以下の空間分解能を持った半導体検出器ブロック及びこれを備えた陽電子断層撮影装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために本発明は、次のような半導体検出器ブロック及びこれを備えた陽電子断層撮影装置を提供するものである。
（１）表面に電気伝導抵抗性電極、裏面に電気伝導性電極が形成された半導体板からなり、電気伝導抵抗性電極の４隅からの電気信号の比率を用いて半導体板内でのガンマ線の検出位置を２次元的に検出する半導体検出器を複数個重ね合わせ、３次元的にガンマ線の検出位置を求めることができるようにした半導体検出器ブロック。
（２）上記電気伝導抵抗性電極は、半導体板との間でショットキー接合を構成していることを特徴とする（１）に記載の半導体検出器ブロック。
（３）上記電気伝導抵抗性電極、半導体板及び電気伝導性電極の構成材料は、それぞれインジウム、ＣｄＴｅ結晶又はＢｒＴｌ結晶及び白金であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の半導体検出器ブロック。
（４）隣接する半導体検出器の白金電極面同士を電気伝導性を持つペーストで貼り付けるとともにインジウム電極面同士を絶縁膜を介して複数個重ね合わせることを特徴とする（３）に記載の半導体検出器ブロック。
（５）上記電気伝導性電極からの電気信号を同時計数用の時間信号とし、ガンマ線を検出した他の半導体検出器との同時計数の判定に用いることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれかに記載の半導体検出器ブロック。
（６）（１）乃至（５）のいずれかに記載の半導体検出器ブロックを２個以上備えた陽電子断層撮影装置。
（７）上記半導体検出器ブロックは、動径方向又は対向方向に独立して移動することができることを特徴とする（６）に記載の陽電子断層撮影装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡単な検出器構造を有し、かつ１ｍｍ以下の空間分解能を持った半導体検出器ブロック及びこれを備えた陽電子断層撮影装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係るガンマ線の位置を３次元的に測定できる半導体検出器ブロックについて、図面を基に詳細に説明する。
図１は、半導体板内でのガンマ線の検出位置を２次元的に検出する半導体検出器を示すものである。
図１において、薄い半導体結晶板は、材質をＣｄＴｅ結晶又はＢｒＴｌ結晶とし、片方の面が電気伝導抵抗性電極、もう片方の面を電気伝導性電極とするものである。
【０００９】
半導体検出器には電気伝導抵抗性電極面の４つの隅Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄに、それぞれ端子を設け、それぞれを増幅回路に接続する。４つの端子に発生した電圧ＶA、ＶB、ＶC、ＶDを用いて、ガンマ線の半導体板上での検出位置Ｘ、ＹをＶA、ＶB、ＶC、ＶDの関数として求める。
【００１０】
ＣｄＴｅ結晶からなる半導体板をショットキー型の検出器にするために、片方の面を白金電極とし、もう片方の面をインジウム電極とする。インジウム電極面は、インジウムを薄く蒸着することにより電気伝導抵抗性を持たせる。これにより、半導体板のインジウム蒸着面が電気伝導抵抗性を持ち、かつ、半導体板がショットキー型の検出器として作動する。
【００１１】
１０ｍｍ×１０ｍｍ×１ｍｍのＣｄＴｅ結晶を準備し、その上に形成するインジウム電極面の厚さを変化させて、位置弁別能力を調べた結果、６００Åの厚さのものが最も良かった。
次に図２は、インジウム電極面の４隅のうちの２つから電極を２端子とり、また白金電極面から１端子とり、１ミクロンスポットサイズの陽子ビームを０．５ｍｍ間隔で照射した結果得られたＶａ／（Ｖａ＋Ｖｂ）の頻度を示すものである。図２より、この半導体検出器では０．２ｍｍ以上の位置分解能を得られていることが認められた。
【００１２】
図３の下図は、半導体検出器ブロックの斜視図であり、図３の上図は、その左上部の部分断面図である。なお増幅器等の周辺装置は図示を省略してある。
半導体検出器ブロックは次のように形成される。
ＣｄＴｅ結晶からなる半導体板の白金電極面２同士を電気伝導性を持つペーストで相互に貼り付ける。これを、非常に薄い絶縁薄膜３と交互に幾重にも張り合わせることによって、力学的強度の無い薄い半導体板（ＣｄＴｅ結晶）からなる半導体検出器から、強度があり、しかも、高空間分解能でガンマ線の位置を３次元的に測定できる半導体検出器ブロックが形成される。
半導体検出器ブロックのどの半導体板でガンマ線が測定されたかは、白金電極とインジウム抵抗性電極の同時計数より決定される。
【００１３】
次に陽電子断層撮影装置への適用について説明する。１０ｍｍ×１０ｍｍ×１８ｍｍの半導体検出器ブロックを数層にして円形又は対向型に並べる。半導体検出器ブロックは、動径方向又は対向方向に動く構造とする。
半導体検出器ブロックの電極面をガンマ線の検出方向に対して、垂直に配置することにより、パッキング比が１００％の陽電子断層撮影装置が実現される（図４）。
【００１４】
陽電子放出核種で標識した薬剤を人又は動物に投与し、陽電子消滅によって発生した２つのガンマ線を同時計数する。ガンマ線は半導体検出器ブロックの中の半導体板で検出され、電子と空孔が生じる。空孔は白金陰極に集められ、時間情報信号として増幅回路に入力される。電子はインジウム陽極に集まり、インジウム抵抗性電極面を通して増幅回路に流れる。この際、インジウム抵抗性電極面の４隅の４端子に繋がった増幅器から信号が生じる。この信号から半導体板面上でのガンマ線検出位置が決定される。ガンマ線がコンプトン散乱によって近傍にある二つの半導体検出器で同時に検出された場合、被写体に近い方を真の検出位置とする。
【００１５】
半導体検出器ブロックの分解能は次のようにして上げることができる。まずレーザー光を被写体に当て、その反射を測定することにより、被写体の表面と検出器ブロックとの位置関係を求める。次に、半導体検出器ブロックを被写体に近づけてガンマ線の３次元位置検出を行う。
半導体検出器ブロックが独立して動くようにし、任意の形状の被写体に対して同時計数する半導体検出器ブロック間の距離を短くすることによって、高感度かつ高空間分解能の陽電子断層撮影画像が得られる。
半導体検出器ブロック間の距離を２０ｃｍ以下にすると、空間分解能は１ｍｍ以下の値にすることができることが実験的に分かった。本発明はこれにより、１ｍｍ以下の空間分解能を持った陽電子分布画像を実現する。
【００１６】
従来の陽電子断層撮影装置では、空間分解能は３ｍｍ程度しか得られなかった。半導体片を用いしかも、薄くすることによって分解能を１ｍｍ以下にすることが可能になった。このため、マウスを用いた陽電子断層撮影装置による新薬剤の開発研究の展開を可能にするだけではなく、１ｍｍの微小癌を見つけることを可能にし、新薬剤の開発、がんの撲滅に大いに貢献するものと期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】半導体板内でのガンマ線の検出位置を２次元的に検出する本発明に係る半導体検出器を示す図である。
【図２】実験で確かめられたＣｄＴｅ検出器の位置弁別能力を示す図である。
【図３】本発明に係るＣｄＴｅ検出器ブロックを示す図である。
【図４】パッキング比が１００％の陽電子断層撮影装置におけるＣｄＴｅ検出器ブロックの配置図である。
【符号の説明】
【００１８】
１  インジウム電気伝導抵抗性電極面
２  白金電気伝導性電極面
３  絶縁薄膜
４  インジウム電気伝導抵抗性電極面端子
５  白金伝導性電極面端子
【図１】
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【図３】
2008116260.tif 000004
【図４】
2008116260.tif 000005
【図２】
2008116260.tif 000006