(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体からの放射線の入射により電子正孔対を生成する複数の半導体検出素子を有する半導体検出部を備える放射線検出器であって、
前記半導体検出部は、基板上に、前記複数の半導体検出素子が第１の方向に所定の間隔で配列された、半導体結晶体よりなる半導体検出素子アレイをｎ個備え、
前記ｎ個の半導体検出素子アレイは、前記第１の方向に対して直交し、前記放射線検出器が前記被検体と対向する方向である第２の方向に第１列から第ｎ列に配列され、
前記第１列から第ｎ列の半導体検出素子アレイは、
第１列から第ｎ列まで順次、前記第１の方向の基準位置から前記所定の間隔の０／ｎ、１／ｎ、…、（ｎ−１）／ｎだけ変位して配置されてなり、
前記第１の方向の一端部が前記基準位置から同等の距離となるように、該一端部側に、前記半導体結晶体と連続した同一結晶板から形成されてなる保護部材を備え、
前記保護部材と、該保護部材と隣接する前記半導体検出素子との間には、溝部が形成されていることを特徴とする放射線検出器（但し、ｎは２以上の整数である）。
【請求項２】
前記半導体検出素子アレイは、各々ｍ個の半導体検出素子からなり、
前記第２の方向に沿って隣接する２つの半導体検出素子アレイは、前記基準位置からｋ番目の各々の半導体検出素子が互いに前記所定の間隔の１／ｎだけ変位して配置されてなることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器（但し、ｍは２以上の整数、ｋは、１〜ｍのいずれかの整数）。
【請求項３】
前記保護部材には電極が形成されており、該電極は接地されていることを特徴とする請求項１又は２記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記第１列〜第ｎ列の半導体検出素子アレイは、前記第１の方向の前記一端部とは反対側の他端部に、当該半導体検出素子アレイの前記第１の方向の長さが同等となるように、他の保護部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記半導体検出素子アレイは、前記第２の方向に沿って互いに離隔してなることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか一項記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記所定の間隔をＰＴとすると、該ＰＴと前記ｎとの比ＰＴ／ｎが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に設定されてなることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記ｎは２であり、
前記第１列の半導体検出素子アレイの半導体検出素子と、前記第２列の半導体検出素子アレイの半導体検出素子とが前記第１の方向に互いに前記所定の間隔の１／２だけずれて配置されてなることを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の放射線検出器。
【請求項８】
放射性同位元素を含む被検体から発生する放射線を検出する請求項１〜７のうちいずれか一項記載の放射線検出器と、
前記放射線検出器から取得した前記放射線の入射時刻および入射位置を含む検出情報に基づいて前記放射性同位元素の前記被検体内における分布情報を取得する情報処理手段と、を備える放射線検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出器および放射線検査装置に関し、特に、被検体内にある放射性同位元素から放出されたガンマ線を検出する放射線検出器および放射線検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体（被検体）の内部の情報を得るために断層撮影装置が広く用いられるようになってきた。断層撮影装置としては、Ｘ線コンピュータ断層撮影（Ｘ線ＣＴ）装置、磁気共鳴映像装置、ＳＰＥＣＴ（single photon emission CT）装置、ポジトロン断層撮影（ＰＥＴ）装置が挙げられる。Ｘ線ＣＴ装置は、生体のある断面に多方向から幅の狭いＸ線ビームを曝射し、透過したＸ線を検出してその断面内でのＸ線の吸収の度合いの空間分布をコンピュータで計算し画像化している。このようにして、生体内部の形態的な異常、例えば出血巣を把握できる。
【０００３】
また、ＰＥＴ装置は被検体内の機能情報の精密情報が得られるため、近年、さかんに開発が進められている。ＰＥＴ装置を用いた診断方法は、まず、ポジトロン核種で標識された検査用薬剤を、注射や吸入等により被検体の内部に導入する。被検体内に導入された検査用薬剤は、検査用薬剤に応じた機能を有する特定の部位に蓄積される。例えば、糖類の検査用薬剤を用いた場合、ガン細胞等の新陳代謝の盛んな部位に選択的に蓄積される。このとき、検査用薬剤のポジトロン核種から陽電子が放出され、放出された陽電子と周囲の電子とが結合して消滅する際に２つのガンマ線（いわゆる消滅ガンマ線）が互いに約１８０度の方向に放出される。そこで、この２つのガンマ線を被検体の周りに配置した放射線検出器によりコインシデンス検出し、コンピュータ等で画像を再生成することにより被検体における放射性同位元素の分布画像データを取得する。このようにＰＥＴ装置では被検体の体内の機能情報が得られるため、様々な難病の病理解明が可能である。
【０００４】
図１はＰＥＴ装置の放射線検出器の概略構成図である。図１を参照するに、ＰＥＴ装置１００は、ガンマ線検出器１０１が被検体Ｓを３６０度囲むように配置されている。ガンマ線検出器１０１は、半導体検出素子（不図示）が配列された半導体検出素子アレイ（次の図２に示す。）を備えた検出素子部１０２と、各々の半導体検出素子に入射したガンマ線を検出するための検出回路１０３からなる。さらに、図示を省略するが検出回路１０３からのガンマ線が入射したことを示す出力信号およびガンマ線が入射した半導体検出素子の位置情報に基づいて、ガンマ線の発生位置を同定する。そして、ランダムな方向に放出された多数のガンマ線を検出することで、被検体Ｓ内の検査用薬剤分布の画像を再生成する。
【０００５】
このように、Ｘ線やガンマ線等の放射線を検出して病理解析を行うＸ線ＣＴ装置やＰＥＴ装置では、単位時間当たりに検出される放射線量あるいは放射線数、いわゆる検出効率を向上ために多数の半導体検出素子を備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２４２２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、半導体検出部１０２の検出素子アレイは、被検体Ｓの体軸（図１に示すＺ軸に平行である。）に対して垂直な面内に配置される。図２に、ＰＥＴ装置の一部の半導体検出部１０２を示している。図２（Ａ）では、検出素子アレイ１０２の各々は、５個の半導体検出素子１０４から構成され、被検体Ｓに面して半導体検出素子１０４が配列されている。半導体検出素子１０４はその配列方向の長さを幅Ｗ、被検体Ｓと半導体検出素子アレイ１０２とを結ぶ方向に沿った長さを奥行きＤ1とする。
【０００７】
図２（Ａ）を参照するに、半導体検出素子１０４は幅Ｗが小さい程、ガンマ線の入射位置の分解能が一般的に向上する。そのため、ガンマ線が発生した位置、すなわち被検体Ｓ内の検査用薬剤の位置がより精度良く同定でき、いわゆる、空間分解能が向上する。例えば、図２（Ａ）の左側に示すように、２つの半導体検出素子アレイ１０２1，１０２4の各々の半導体検出素子１０４ａ、１０４ｂにガンマ線が正面から入射して検出された場合、すなわち、半導体検出素子１０４ａ、１０４ｂの視野範囲の中央からガンマ線が入射した場合、ガンマ線が発生した位置は、Ｘ軸方向の範囲がＸ1となる。範囲Ｘ1は幅Ｗが小さいほど小さくなる。
【０００８】
しかし、図２（Ａ）の右側に示すように、ガンマ線が２つの半導体検出素子アレイ１０２2，１０２3の各々の半導体検出素子１０４ｃ、１０４ｄに斜めに入射して検出された場合、すなわち半導体検出素子１０４ｃ、１０４ｄの視野周辺部から入射した場合は、ガンマ線が発生した位置の範囲は、そのＸ軸方向がＸ2の範囲内となる。範囲Ｘ2は幅Ｗを狭くしてもそれほど低減されず、上記範囲Ｘ1よりも極めて大きい。すなわち、半導体検出素子１０４の視野周辺部からガンマ線が入射した場合の空間分解能は幅Ｗを狭くしても十分に向上することは困難である。
【０００９】
半導体検出素子１０４の視野周辺部における空間分解能の低下を解決するため、半導体検出素子１０４の奥行きＤ1を短小化することで解決できる。例えば、図２（Ｂ）の半導体検出素子アレイ１０５ａのように、半導体検出素子１０６の奥行きＤ2を、図２（Ａ）の半導体検出素子１０４の奥行きＤ1の、例えば１／２にする。そうすると、図２（Ｂ）の右側に示すように、ガンマ線が２つの半導体検出素子アレイ１０５aの各々の半導体検出素子１０６ｃ、１０６ｄに斜めに入射して検出された場合、すなわち半導体検出素子１０６ｃ、１０６ｄの視野周辺部から入射した場合は、ガンマ線が発生した位置のＸ軸方向の範囲はＸ3となり、図２（Ａ）の範囲Ｘ2よりも小さくなる。したがって、視野周辺部において空間分解能は向上する。なお、この場合でも視野中央部における空間分解能は図２（Ｂ）の左側に示すように範囲Ｘ1であり、図２（Ａ）の左側の場合と同等である。
【００１０】
ところで、入射したガンマ線が電子正孔対を生成する事象は確率的である。したがって、半導体検出素子１０５は半導体検出素子１０４よりも奥行きが短いため、半導体検出素子１０５内で電子正孔対を生成する頻度が減少し、半導体検出素子１０４よりもガンマ線の検出効率が低下してしまう。そこで、図２（Ｂ）に示すように、半導体検出素子アレイ１０５ａおよび１０５ｂを奥行き方向に２列に配列することで検出効率を維持する。
【００１１】
しかし、半導体検出素子アレイ１０５ａおよび１０５ｂを有する半導体検出部１０２Ａは、検出効率を維持すると共に空間分解能が視野全体に亘って良好なものの、半導体検出素子１０５の数が図２（Ａ）の場合と比較して２倍になる。そうすると、半導体検出素子１０５の各々に接続される検出回路やその下流の回路数も２倍となるので、材料コストに加え組立コストが増加して製造コストが大幅に増加するという問題がある。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、放射線の検出効率を維持し、半導体検出部の視野全体に亘って良好な空間分解能有すると共に、製造コストの増加を抑制した放射線検出器、およびこれを用いた放射線検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一観点によれば、被検体からの放射線の入射により電子正孔対を生成する複数の半導体検出素子を有する半導体検出部を備える放射線検出器であって、前記半導体検出部は、基板上に、前記複数の半導体検出素子が第１の方向に所定の間隔で配列された、半導体結晶体よりなる半導体検出素子アレイをｎ個備え、前記ｎ個の半導体検出素子アレイは、前記第１の方向に対して直交し、前記放射線検出器が前記被検体と対向する方向である第２の方向に第１列から第ｎ列に配列され、前記第１列から第ｎ列の半導体検出素子アレイは、第１列から第ｎ列まで順次、前記第１の方向の基準位置から前記所定の間隔の０／ｎ、１／ｎ、…、（ｎ−１）／ｎだけ変位して配置されてなり、前記第１の方向の一端部が前記基準位置から同等の距離となるように、該一端部側に、前記半導体結晶体と連続した同一結晶板から形成されてなる保護部材を備え、前記保護部材と、該保護部材と隣接する前記半導体検出素子との間には、溝部が形成されていることを特徴とする放射線検出器が提供される。但し、ｎは２以上の整数である。
【００１４】
本発明によれば、半導体検出部は、第１の方向に所定の間隔で半導体検出素子が配列され、第１の方向に対して直交し、放射線検出器が被検体と対向する方向である第２の方向にｎ列の半導体検出素子アレイが配列されている。さらに、第１列から第ｎ列の半導体検出素子アレイは、第１列から第ｎ列まで順次、前記第１の方向の基準位置から前記所定の間隔の０／ｎ、１／ｎ、…、（ｎ−１）／ｎだけ変位して配置されている。このように、第１列〜第ｎ列の半導体検出素子アレイの第２の方向の長さの総和を、従来の１列の半導体検出素子アレイの第２の方向の長さと同等とすることで、検出効率を維持すると共に、視野周辺部の空間分解能を向上できる。さらに第１列から第ｎ列の半導体検出素子が互いに所定の間隔の１／ｎだけ変位して配置されているので、特に視野中央の空間分解能を、第１列から第ｎ列の半導体検出素子を互いに変位させない場合よりも向上できる。したがって、半導体検出素子の所定の間隔を従来の同等の空間分解能を有する半導体検出素子アレイよりも広くすることができる。これにより、半導体検出素子の幅を増加して、半導体素子数を削減できる。したがって、放射線の検出効率を維持し、半導体検出部の視野全体に亘って良好な空間分解能有すると共に、製造コストの増加を抑制できる。
【００１５】
前記半導体検出素子アレイは各々ｍ個の半導体検出素子からなり、前記第２の方向に沿って隣接する２つの半導体検出素子アレイは、それらの前記基準位置からｋ番目の各々の半導体検出素子が互いに前記所定の間隔の１／ｎだけ変位して配置されてなる構成としてもよい。但し、ｍは２以上の整数、ｋは、１〜ｍのいずれかの整数である。
【００１６】
前記第１列〜第ｎ列の半導体検出素子アレイは、その第１の方向の前記一端部とは反対側の他端部に、当該半導体検出素子アレイの第１の方向の長さが同等となるように、他の保護部材をさらに備えるこうせいとしてもよい。これにより、第１列〜第ｎ列の半導体検出素子アレイの位置決めが容易となると共に、上記の半導体検出素子同士の位置関係が容易に実現できる。
【００１７】
前記半導体検出素子アレイは、第２の方向に沿って互いに離隔してなる構成としてもよい。これにより、半導体検出部の組立工程において半導体検出素子アレイを保持する保持治具が入る空間を確保でき、作業性が良好となる。
【００１８】
本発明の他の観点によれば、放射性同位元素を含む被検体から発生する放射線を検出する請求項１〜８のうちいずれか一項記載の放射線検出器と、前記放射線検出器から取得した放射線の入射時刻および入射位置を含む検出情報に基づいて前記放射性同位元素の被検体内における分布情報を取得する情報処理手段と、を備える放射線検査装置が提供される。
【００１９】
本発明によれば、放射線検出器が検出効率を維持し、視野範囲全体に亘る空間分解能が良好であると共に、製造コストの増加が抑制されているので、検査時間の増加を伴わず、従来よりも精度の高い検査を行えると共に、製造コストの増加を抑制した放射線検査装置を提供できる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、放射線の検出効率を維持し、半導体検出部の視野全体に亘って良好な空間分解能有すると共に、製造コストの増加を抑制した放射線検出器、およびこれを用いた放射線検査装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下図面を参照しつつ実施の形態を説明する。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図３は、本発明の第１の実施の形態に係るＰＥＴ装置の構成を示すブロック図である。
【００２３】
図３を参照するに、ＰＥＴ装置１０は、被検体Ｓの周囲に配置され、ガンマ線を検出する放射線検出器１１と、放射線検出器１１からの検出データを処理し、得られた被検体Ｓの体内のポジトロン核種ＲＩの位置の画像データを再生成する情報処理部１２と、画像データを表示等する表示部１３と、被検体Ｓや放射線検出器１１の移動等の制御を行う制御部１４と、情報処理部１２や制御部１４に指示を送る端末や画像データを出力するプリンタ等からなる入出力部１５等から構成される。
【００２４】
放射線検出器１１は半導体検出部２０と検出回路３０からなる。半導体検出部２０は、ガンマ線γa，γbの入射面が被検体Ｓに面するように配置されている。なお、予め被検体Ｓにはポジトロン核種ＲＩで標識化された検査用薬剤が導入されている。
【００２５】
ポジトロン核種ＲＩからの陽電子の消滅の際に、同時に発生する２つのガンマ線γa、γbを検出する。２つのガンマ線γa、γbは、互いに略１８０度をなして放出されるので、被検体Ｓを挟んで対向する放射線検出器１１の半導体検出部２０に入射する。ガンマ線γa、γbが入射した２つの半導体検出部２０の各々は、ガンマ線γa、γbの入射により生じる電気信号（検出信号）を検出回路３０に送出する。
【００２６】
検出回路３０は、検出信号から、ガンマ線γa、γbが検出素子に入射した時刻（入射時刻）と入射位置を決定し、これらの情報（検出データ）を情報処理部１２に送出する。検出回路３０は、例えば、アナログ信号である検出信号から入射時刻を算出するためのアナログＡＳＩＣと、入射時刻および入射位置をデジタルデータとして情報処理部に送出するデジタルＡＳＩＣ等から構成される。
【００２７】
情報処理部１２では、検出データに基づいてコインシデンス検出および画像再生成アルゴリズムによる画像データの再生成を行う。コインシデンス検出は、入射時刻が略一致する２つの検出データがある場合、それらの検出データを有効と判定し、コインシデンス情報とする。また、コインシデンス検出は、ガンマ線入射時刻が一致しない検出データを無効と判定し破棄する。そして、コインシデンス情報と、コインシデンス情報に含まれる検出素子番号等と、これに対応する検出素子の位置情報等から所定の画像再生成アルゴリズム（例えば、期待値最大化（Ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ  Ｍａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎ）法）に基づいて画像データを再生成する。表示部１３は、入出力部１５の要求に応じて再生成された画像データを表示する。なお、コインシデンス検出および画像再生成アルゴリズムは上述した事項に限定されず、公知の事項を用いることができる。
【００２８】
以上の構成および動作により、ＰＥＴ装置１０は、被検体Ｓの体内に選択的に位置するポジトロン核種ＲＩからのガンマ線を検出し、ポジトロン核種ＲＩの分布状態の画像データを再生成する。なお、本実施の形態に係るＰＥＴ装置１０は、放射線検出器１１に主な特徴がある。以下、放射線検出器１１を詳しく説明する。
【００２９】
ＰＥＴ装置１０の放射線検出器１１1〜１１8は、被検体Ｓの周囲に３６０度に亘って配置される。各々の放射線検出器１１1〜１１8には、被検体Ｓ側に半導体検出部２０が設けられている。ここで、被検体Ｓの体軸方向をＺ軸方向（Ｚおよび−Ｚ方向）とする。放射線検出器１１は、被検体Ｓに対して相対的にＺ軸方向に移動可能としてもよい。なお、図３において８個の放射線検出器１１1〜１１8が示されているがこれらの数は一例過ぎず、放射線検出器の数１１1〜１１8は適宜選択される。
【００３０】
図４は、半導体検出部の構成を示す斜視図であり、ガンマ線の略入射側から半導体検出部を見た図である。図５は、半導体検出部の模式的平面図である。図６は、半導体検出素子の動作を説明するための図である。
【００３１】
図４〜図６を参照するに、半導体検出部２０は、配線基板２１と、配線基板２１上に配置された２つの半導体検出素子アレイ２２ａ，２２ｂと、半導体検出部２０の出力を検出回路（図３に示す検出回路３０）に送出するためのコネクタ２９等からなる。半導体検出素子アレイ２２ａ，２２ｂは、各々、略平板状の半導体結晶体２４のＺ軸方向に垂直な２つの面に、第１電極２５および第２電極２６が設けられてなる。半導体検出素子アレイ２２ａ，２２ｂは、各々、第２電極２６側の面にＹ軸方向に沿って形成された溝部２４ｂによって半導体結晶体２４がＸ軸方向に互いに区切られてなる半導体検出素子２３1〜２３6と、半導体検出素子２３1〜２３6の配列方向の両側（Ｘ軸方向外側）に設けられたガード部材２８ａ，２８ｂ等からなる。半導体結晶体２４とガード部材２８ａ，２８ｂとは同一材料からなり一体化されている。なお、図４および図５では、隣接する半導体検出素子２３1〜２３6間に、破線あるいは実線で区切り位置を示しているが、区切り位置は溝部のＸ軸方向の中央を通り、かつＹ軸方向に沿って延びている。半導体検出素子２３1〜２３6の間隔は、隣接する区切り位置間の距離に相当する。
【００３２】
なお、図４では、半導体検出素子２３1〜２３6が配列されている方向を配列方向（Ｘ軸方向）、２つの半導体検出素子アレイ２２ａ，２２ｂが配列される方向を奥行き方向（Ｙ軸方向）、配線基板２１と半導体検出素子アレイ２２ａ，２２ｂとが積層される方向を積層方向（Ｚ軸方向）と称する。また、ここでは、半導体検出素子アレイ２２ａ，２２ｂの各々の半導体検出素子２３1〜２３6の数を６個としているが、２個以上であればその数に特に制限はない。
【００３３】
各々の半導体検出素子２３1〜２３6は、それぞれ、半導体結晶体２４と、半導体結晶体２４の上面に形成された第１電極部２５と下面に形成された第２電極部２６からなる。
【００３４】
半導体結晶体２４は、その材料としては、例えば、エネルギーが５１１ｋｅＶのガンマ線に有感なテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、Ｃｄ1-xＺｎxＴｅ（ＣＺＴ）、臭化タリウム（ＴｌＢｒ）、シリコンなどが挙げられる。また、これらの材料には導電性等を制御するためのドーパントが含まれていてもよい。シリコンはＣｄＴｅよりも機械的強度が高いので加工中に結晶欠陥が生じ難い点で好ましい。半導体結晶体２４には、通常、その導電性を制御するためにドーパントが含まれている。例えば、半導体結晶体２４がＣｄＴｅの場合はｐ型ドーパントが導入されている。
【００３５】
また、半導体結晶体２４は、半導体検出素子２３1〜２３6のいずれのものも、幅、奥行き、および幅がそれぞれ同等に設定されている。半導体結晶体２４は、例えば、幅（Ｘ軸方向）が１．２ｍｍ、奥行き（Ｙ軸方向）が５ｍｍ、厚さが約１ｍｍの寸法を有する。なお、半導体結晶体２４は、半導体の結晶成長法であるブリッジマン法や、移動加熱法を用いて半導体結晶を形成し、所定の結晶方位に切出される。
【００３６】
第１電極２５は、半導体結晶体２４の上面を略覆う導電膜である。第１電極２５には負のバイアス電圧Ｖｂが印加され、カソードとなっている。半導体結晶体２４がＣｄＴｅからなる場合は第１電極２５には例えばＰｔが用いられる。バイアス電圧Ｖbは、直流電圧で例えば−６０Ｖ〜−１０００Ｖに設定される。なお、第１電極２５は、６つの半導体結晶体２４の上面全体に亘って連続して形成されている。但し、第１電極２５は、ガード部材２８ａ，２８ｂの上面を覆っているが、これは必須ではない。なお、バイアス電圧は、配線基板２１の外部から配線パターン３６およびワイヤ配線３５を介して供給される。
【００３７】
第２電極２６は、半導体結晶体２４の溝部２４ｂと溝部２４ｂとの間の下面を略覆う導電膜からなる。第２電極２６はアノードとして機能する。なお、第２電極２６側の半導体結晶体２４中にはＩｎ（インジウム）が注入されている。半導体結晶体２４がＣｄＴｅからなる場合は、第２電極２６に例えばＡｕが用いられる。第２電極２６は半導体検出素子２３1〜２３6のそれぞれに設けられており、互いに隣接する第２電極２６同士は電気的に絶縁されている。第２電極２６は、導電性接着層２７およびパッド電極３２を介して配線基板２１に設けられた配線パターン（不図示）を介してコネクタ２９と電気的に接続される。
【００３８】
なお、第２電極２５は、ガード部材２８ａ，２８ｂの下面にも形成されており、導電性接着層２７およびパッド電極３２を介して接地されている。このようにすることで、ガード部材２８ａ，２８ｂに入射したガンマ線により生じた電子正孔対を接地電位に流すことで、検出信号に雑音として混入することを回避できる。なお。このガード部材２８ａ，２８ｂの下面の構造は必須ではなく、ガード部材を半導体結晶体以外の材料を用いた場合は設けなくともよい。
【００３９】
導電性接着層２７は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、およびこれらの合金から選択される金属粉やカーボンフィラーと、樹脂からなる導電性接着剤からなり、例えば、導電性ペーストや異方性接着剤を用いることができる。
【００４０】
図６に示すように、半導体検出素子２３は、半導体結晶体２４にガンマ線γが入射すると、ガンマ線のエネルギーに応じた数の電子正孔対が生成される。半導体結晶体２４には、第２電極２６から第１電極２５の方向に電界が印加されているので正孔は第１電極２５に引きつけられ、電子は第２電極２６に引きつけられる。これにより検出信号が生じ検出回路に送出される。なお、ガンマ線γが半導体結晶体２４に入射しても電子正孔対の生成は確率的であり、半導体結晶体２４中で電子正孔対の生成が行われず、突き抜けてしまう場合もある。
【００４１】
図４および図５に戻り、ガード部材２８ａ，２８ｂは、半導体検出素子アレイ２２ａ，２２ｂの配列方向の両端部に設けられ、半導体検出素子２３1および２３6の外側面を保護する。ガード部材２８ａ，２８ｂの材料は第１電極２５と第２電極２６とを電気的に導通させない材料であれば特に限定されないが、製造工程における加熱によって熱膨張係数差により生じる応力による悪影響を回避できる点で、半導体結晶体２４と同一材料からなることが好ましい。さらに、ガード部材２８ａ，２８ｂは、半導体結晶体２４と連続した同一結晶板から形成されてなることがとりわけ好ましい。これにより、ガード部材２８ａ，２８ｂを半導体結晶体２４に接着する必要がなく、ガード部材２８ａ，２８ｂの形成工程を簡略化できる。但し、ガード部材２８ａと半導体検出素子２３1との間、およびガード部材２８ｂと半導体検出素子２３6との間には、溝部２４ｃを形成することが好ましい。これによりガード部材２８ａ，２８ｂに入射したガンマ線によって生じた電子正孔対が隣接する半導体検出素子２３1，２３6の第２電極２６に流れ込むことを回避できる。なお、溝部２４ｃは、溝部２４ｂと同等の形状に形成すればよい。また、ガード部材２８ａ，２８ｂの幅は、後ほど詳述するが半導体検出素子２３1〜２３6の間隔に基づく所定の幅に設定される。
【００４２】
２つの半導体検出素子アレイ２２ａ，２２ｂは、いずれも上述した構造を有しているが、図５に示すように配線基板２１上の配置が異なっている。以下、ガンマ線γが入射する側に配置された半導体検出素子アレイを第１半導体検出素子アレイ２２ａ、奥側に配置された半導体検出素子アレイを第２半導体検出素子アレイ２２ｂと呼ぶ。但し両者の区別が不要な場合は単に半導体検出素子アレイ２２ａ，２２ｂと呼ぶ。
【００４３】
第１半導体検出素子アレイ２２ａおよび第２半導体検出素子アレイ２２ｂは、互いの半導体検出素子の位置関係に特徴がある。第１半導体検出素子アレイ２２ａおよび第２半導体検出素子アレイ２２ｂのいずれも配列方向（Ｘ軸方向）にそれぞれ所定の間隔ＰＴで配置されている。さらに、第１半導体検出素子アレイ２２ａの半導体検出素子２３1の紙面左側面２３1aは、基準線Ｘａ−Ｘａから間隔ＰＴだけ離隔した位置に配置されている。他方、第２半導体検出素子アレイ２２ａの半導体検出素子２３1の紙面左側面２３1bは、基準線Ｘａ−Ｘａから間隔ＰＴ／２だけ離隔した位置に配置されている。このようにして、第１半導体検出素子アレイ２２ａの半導体検出素子２３1〜２３6の各々と、第２半導体検出素子アレイ２２ｂの半導体検出素子２３1〜２３6の各々とは、互いに配列方向にＰＴ／２だけ変位して配置される。
【００４４】
また、第１半導体検出素子アレイ２２ａの紙面左端のガード部材２８ａは間隔ＰＴと同等の幅に設定され、紙面右端のガード部材２８ｂは間隔ＰＴの１／２に設定される。他方、第２半導体検出素子アレイ２２ｂの紙面左端のガード部材２８ｂは間隔ＰＴの１／２に設定され、紙面右端のガード部材２８ａは間隔ＰＴに設定される。このようにガード部材２８ａ，２８ｂを設けることにより、半導体検出素子アレイ２２ａおよび２２ｂの幅（配列方向の長さ）を互いに同等とする。そして、半導体検出素子アレイ２２ａおよび２２ｂはその紙面左端が基準線Ｘａ−Ｘａに一致するように配置される。このようにすることで、半導体検出部２０の組立工程において、２つの半導体検出素子アレイ２２ａおよび２２ｂを配置する際に、それぞれの半導体検出素子２３1〜２３6を上述した位置関係になるようにする位置決めが飛躍的に容易になる。なお、このようにガード部材２８ａ、２８ｂは設ける方が好ましいが、本発明に必須のものではない。
【００４５】
なお、上記では、半導体検出素子アレイ２２ａ、２２ｂの紙面左端の端部で位置決めを行ったが、紙面右端の基準線Ｘb−Ｘbで位置決めを同様に行ってもよい。
【００４６】
このように、第１半導体検出素子アレイ２２ａおよび第２半導体検出素子アレイ２２ｂは、半導体検出素子２３1〜２３6の間隔ＰＴの１／２だけ配列方向にずらして、かつ奥行き方向に配列されることにより、半導体検出部２０は、その視野中央（すなわち、半導体検出部２０の略正面から入射するガンマ線）の空間分解能が、半導体検出素子アレイを一つだけ設けた場合の視野中央の空間分解能よりも向上する。その向上の程度は、半導体検出部２０の視野中央の空間分解能は、半導体検出素子の幅を１／２に設定したときの視野中央の空間分解能に略同等となる。
【００４７】
さらに、第１半導体検出素子アレイ２２ａおよび第２半導体検出素子アレイ２２ｂはそれぞれ奥行き方向（Ｙ軸方向）に配列され、各々の半導体検出素子アレイ２２ａ、２２ｂは、半導体検出素子アレイを一個だけ設けてその半導体検出素子の奥行きを半導体検出素子アレイ２２ａおよび２２ｂの奥行きの和と同等に設定した場合よりも短小化されている。これにより、先の図２（Ｂ）において説明したように、半導体検出部２０の視野周辺部での空間分解能を向上できる。
【００４８】
さらに、半導体検出部２０の検出効率は、半導体検出素子アレイを一個だけ設けてその半導体検出素子の奥行きを半導体検出素子アレイ２２ａおよび２２ｂの奥行きの和と同等に設定した場合と同様となるので、検出効率を維持できる。これらの点については後述するシミュレーションによって示すが、以下、その効果を簡単に説明する。
【００４９】
図７は、半導体検出部の概略正面透視図である。なお、図７中、第１電極、第２電極、および導電性接着層の図示を省略している。
【００５０】
図７を参照するに、半導体検出部２０をその正面（ガンマ線の入射側）から透視すると、第１半導体検出素子アレイ２２ａの半導体検出素子２３1〜２３6と第２半導体検出素子アレイ２２ｂの半導体検出素子２３1〜２３6とが互いに重なり、あたかも間隔ＰＴの１／２の半導体検出素子が一列に配列して形成されているように見える。ガンマ線は、第１半導体検出素子アレイ２２ａで電子正孔対を生成するものと、第１半導体検出素子アレイ２２ａを透過して第２半導体検出素子アレイ２２ｂで電子正孔対を生成するものとが確率的に存在する。そのため、ガンマ線にとって、半導体検出素子アレイ２２ａ、２２ｂは、図７の透視図のように、１／２の半導体検出素子が一列に配列して形成されているのと略同等となる。このことから、半導体検出部２０は、その視野中央の空間分解能が、半導体検出素子の間隔ＰＴの１／２に設定したときの空間分解能に近づくことが十分推察される。さらにこのことは、半導体検出部２０の視野周辺部の空間分解能の向上にも寄与すると推察される。
【００５１】
第１の実施の形態によれば、半導体検出部２０は以下のような半導体検出部（「比較例の半導体検出部」と称する。）と略同等の検出効率と空間分解能を有することになる。すなわち、比較例の半導体検出部は、間隔ＰＴの１／２の間隔の半導体検出素子を用いて、第１半導体検出素子アレイ２２ａと第２半導体検出素子アレイ２２ｂの位置関係を変位せずに配置した半導体検出部である。この比較例の半導体検出部は、半導体検出素子の間隔がＰＴ／２となっているので、半導体検出素子の数は２４となり、第１の実施の形態の半導体検出部２０の２倍となる。したがって、第１の実施の形態の半導体検出部２０は同等の性能を有する比較例の半導体検出部よりも半導体検出素子数を削減できる。その結果、半導体検出素子に接続される検出回路やそれよりも下流の回路の数を削減できるので、空間分解能の向上に伴う材料コストおよび組立コスト等の製造コストの増加を抑制できる。さらに、第１の実施の形態の半導体検出部２０は、上記比較例の半導体検出素子の間隔よりも広く、すなわち、半導体検出素子の幅が広いので、半導体検出素子の製造、例えば、ウェハからの切り出し工程や研磨工程が容易になる。このことも製造コストの低減に寄与する。また、半導体検出素子アレイの製造も容易になる。
【００５２】
なお、先の図５に示すように、第１半導体検出素子アレイ２２ａおよび第２半導体検出素子アレイ２２ｂは互いに距離ＤＥだけ奥行き方向（Ｙ軸方向）に離隔して配置されている。このように設定することで、組立工程において第１半導体検出素子アレイ２２ａを配線基板２１に配置した後、第２半導体検出素子アレイ２２ｂを配置する際に、それを保持する保持治具が距離ＤＥで示す空間を利用できるので、第２半導体検出素子アレイ２２ｂを配置し易くなる。これは先に第２半導体検出素子アレイ２２ｂを配置してその後に第１半導体検出素子アレイ２２ａを配置する場合でも同様の効果がある。
【００５３】
次に半導体検出部の組立工程を図８および、適宜、先の図５を参照しつつ説明する。
【００５４】
図８は、第１および第２半導体検出素子アレイの製造工程の一部を示す平面図である。図８を参照するに、第１および第２半導体検出素子アレイの半導体結晶板として、半導体検出素子アレイの最終的な奥行きの２倍あるいはそれ以上の長さの材料を用いる（不図示）。
【００５５】
最初に、半導体結晶体２４およびガード部材２８ａ，２８ｂが形成される半導体結晶板の一方の面に、図４に示すように、第１電極２５を全面に形成し、他方の面の全面に第２電極２６を形成する。第１電極２５および第２電極２６の形成は、真空蒸着法あるいはスパッタ法を用いる。
【００５６】
次いで、第１電極および第２電極が形成された半導体結晶板の第２電極側に所定の間隔で溝部２４ｂ、２４ｃを形成する。これにより、半導体結晶体２４およびガード部材２８ａ，２８ｂが形成される。
【００５７】
次いで、所定の奥行きの位置（Ａ−Ａ線）で図８の構造体を切断する。このようにして得られた一方の半導体検出素子アレイを図５に示す第１半導体検出素子アレイ２２ａ、他方を第２半導体検出素子アレイ２２ｂとする。
【００５８】
次いで、半導体検出素子アレイ２２ａ、２２ｂの各々を２次元あるいは３次元計測器付きの組立ロボット等により、図５に示す基準位置Ｘａ−Ｘａに半導体検出素子アレイ２２ａ、２２ｂの端部を位置決めする。次いで、配線基板２１に配置して固着する。
【００５９】
第２半導体検出素子アレイ２２ｂは、図８に示す構造体を単に左右を反転させて配置するだけでよく、第１半導体検出素子アレイ２２ａと第２半導体検出素子アレイ２２ｂを別々に製造する必要がないため、簡便でかつ製造コストを低減できる。さらに第１半導体検出素子アレイ２２ａと第２半導体検出素子アレイ２２ｂとは互いに切断するまでは同じ工程を経ているので、略同等の品質の半導体検出素子アレイとすることができる。ここで、半導体検出素子アレイ２２ａ、２２ｂのそれぞれの第１電極と配線基板２１との接着は、例えば銀ペーストを用いて電気的に接続すると共に固着する。
【００６０】
なお、第１半導体素子アレイ２２ａと第２半導体素子アレイと２２ｂは奥行き方向に互いに離隔して配置することが好ましい。組立ロボットの第１および第２半導体素子アレイの保持治具が入り込むスペースが確保されるので、組立工程が容易となる。次いで、第２電極と配線基板２１とをワイヤボンディング等で接続する。以上により、半導体検出部２０が形成される。
【００６１】
この製造方法では、半導体検出素子アレイ２２ａ、２２ｂを配線基板２１に位置決めする場合、半導体検出素子アレイ２２ａ、２２ｂの端部の位置決めを行うだけで、互いの半導体検出素子の間隔ＰＴを容易に１／２ピッチだけずらして配置できる。また、半導体検出素子アレイ２２ａ、２２ｂのそれぞれの配列方向の長さが同等なので、組立ロボットの半導体検出素子アレイ２２ａ、２２ｂを保持する保持治具が一つで済み、この点でも製造コストを低減できる。なお、半導体検出部２０の組立工程は上記の方法に限定されず公知の方法を用いてもよい。
【００６２】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態に係るＰＥＴ装置を説明する。第２の実施の形態に係るＰＥＴ装置は、第１の実施の形態に係るＰＥＴ装置の変形例であり、図４および図５で示した半導体検出部２０の半導体検出素子アレイの数をｎ個に拡張した例である。第２の実施の形態の半導体検出部は、半導体検出素子アレイの数および配列が図４および図５で示した半導体検出部と異なる以外は同様である。
【００６３】
図９は、本発明の第２の実施の形態に係るＰＥＴ装置を構成する半導体検出部の概略平面図である。図中、先に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号（添え字が異なるものも含む）を付し、説明を省略する。
【００６４】
図９を参照するに、半導体検出部４０は、配線基板２１と、配線基板２１上に配置されたｎ個の半導体検出素子アレイ２２1〜２２nと、半導体検出部４０の出力を検出回路（不図示）に送出するためのコネクタ２９等からなる。ここでｎは３以上の整数のいずれかから選択される。半導体検出素子アレイ２２1〜２２nは、５個の四角柱状の半導体検出素子２３1〜２３5と、半導体検出素子２３1〜２３5の配列方向の両側に設けられたガード部材２８1〜２８ｎ等からなる。
【００６５】
半導体検出素子アレイ２２1〜２２ｎは、奥行き方向（Ｙ軸方向）に紙面手前側から奥に第１列〜第ｎ列まで配置されている。各々のｎ個の半導体検出素子アレイ２２1〜２２ｎは、下記のガード部材を設けることで基準線Ｘａ−Ｘａに紙面左端を一致させて配列されている。ガード部材２８1、２８2、２８3、…、２８n-1、２８nは、配列方向の長さが、それぞれ半導体素子の間隔ＰＴの、ｎ／ｎ、（ｎ−１）／ｎ、（ｎ−２）／ｎ、…、２／ｎ、１／ｎに設定されている。したがって、基準線Ｘａ−Ｘａの代わりに配列方向の他の基準線Ｘａ’−Ｘａ’を第１列の半導体検出素子アレイ２２1の半導体検出素子２３1の左端に設定すると、第１列、第２列、…、第ｎ−１列、第ｎ列の半導体検出素子アレイ２２1の半導体検出素子２３1の左端の位置は、基準線Ｘａ’−Ｘａ’から間隔ＰＴの０／ｎ、１／ｎ、…、（ｎ−１）／ｎに設定されている。このように、第１列〜第ｎ列の半導体検出素子アレイ２２1〜２２ｎの半導体検出素子２３1の左端が、順次ＰＴ／ｎだけ左側に変位して配置されている。
【００６６】
このように、半導体検出素子アレイ２２1〜２２ｎを構成、配置することで、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。すなわち、第２の実施の形態の半導体検出部４０は、半導体検出素子アレイ２２1〜２２ｎの奥行きの総和と同等の奥行きを有する半導体検出素子アレイと同等の検出効率を維持し、このような半導体検出素子アレイよりも極めて良好な空間分解能を有し、さらに半導体検出素子数を抑制して、製造コストの増加を抑制できる。
【００６７】
さらに、第２の実施の形態の半導体検出部４０は、ｎ列の半導体検出素子アレイ２２1〜２２nからなるので、半導体検出素子の間隔、すなわち、半導体検出素子の配列方向の長さを、空間分解能を維持しつつ増加させることができる。この場合、半導体検出素子２３1〜２３5の間隔ＰＴと前記ｎとの比ＰＴ／ｎが０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下に設定されることが好ましい。これは、ＰＴ／ｎが０．５ｍｍよりも短くしても、実質的な空間分解能の向上が期待できず、その一方、半導体検出素子数が増加するからである。すなわち、放射線元素から陽電子が生じる場合、陽電子が運動エネルギーを有するため、放射線元素の位置から０．数ｍｍ程度変位する。この変位量は必然的に生じるため、ＰＴ／ｎを０．５ｍｍよりも小さくしても、実質的には空間分解能を向上には寄与しないためである。また、ＰＴ／ｎが１．０ｍｍを超えると、半導体検出素子の間隔ＰＴが増加する点では好ましいが、空間分解能が従来よりも十分に向上しない傾向にあるためである。
【００６８】
次に本発明の効果を示すために、本発明に係る実施例のＰＥＴ装置についてシミュレーションを行った。なお、実施例のＰＥＴ装置は第１の実施の形態の実施例であるが、その効果は第２の実施の形態のＰＥＴ装置でも得られる。
【００６９】
図１０は、ＰＥＴ装置の半導体検出部の配置を示す概略平面図である。
【００７０】
図１０を参照するに、シミュレーションに用いたＰＥＴ装置は、１６個の半導体検出部が中心５０の回りに配置された構成を有する。半導体検出部５０は直径ＲＤが１１４．６ｍｍの円周上に半導体検出部の入射面５０ａが一致するように配置されている。
【００７１】
実施例の半導体検出部は、図５に示す半導体検出部２０と同様に、第１および第２半導体検出素子アレイを有し、それぞれの半導体検出素子が間隔ＰＴの１／２だけ変位して配置されている。第１および第２半導体検出素子アレイのそれぞれは、１６個の半導体検出素子を有し、半導体検出素子は、幅を１９．２ｍｍ、奥行きを５ｍｍ、厚さを１ｍｍ、半導体検出素子間の間隔を１．２ｍｍに設定した。第１半導体検出素子アレイと第２半導体検出素子アレイとの間隙は５ｍｍに設定した。実施例の半導体検出素子の合計は３２個とした。
【００７２】
一方、本発明によらない比較例１の半導体検出部は、１つの半導体検出素子アレイを有し、半導体検出素子は３２個の半導体検出素子を有する。半導体検出素子は、幅を１９．２ｍｍ、奥行きを１０ｍｍ、厚さを１ｍｍ、半導体検出素子間の間隔を０．６ｍｍに設定した。
【００７３】
また、本発明によらない比較例２の半導体検出部は、１つの半導体検出素子アレイからなり、奥行きを５ｍｍとした以外は比較例１と同様の構成とした。
【００７４】
上記の実施例、比較例１および２について１６個の半導体検出部５０の中心にガンマ線源がある場合と、中心からＹ軸方向に１０ｍｍだけ変位した位置（Ｙ＝１０ｍｍ）にガンマ線源がある場合の２通りについてシミュレーションを行った。なお、シミュレーションは、日本放射線機器工業会の評価ガイドラインに沿って行い、放射線元素を18Ｆとした。
【００７５】
図１１は、実施例および比較例のシミュレーション結果を示す図である。
【００７６】
図１１を参照するに、実施例は、比較例１よりも半導体検出素子の幅が２倍であるにも拘わらず、中心での空間分解能が略同等である。これは、第１および第２半導体検出素子アレイの各々の半導体素子を１／２ピッチずらした効果である。Ｙ＝１０ｍｍでは比較例１よりもＹ軸方向の空間分解能が飛躍的向上し、Ｘ軸方向およびＹ軸方向が共に１．０ｍｍ以下となっている。
【００７７】
また、実施例は比較例２よりも検出効率が高いことが分かる。なお、検出効率はコインシデンス感度であり、放射線検出器に入射した全対消滅ガンマ線のうち、コインシデンス検出された対消滅ガンマ線の割合である。コインシデンス感度は、中心から見た各半導体素子の立体角と、各半導体素子の奥行きから決まるコインシデンス確率から算出した値である。
【００７８】
したがって、実施例は、比較例１および２と半導体検出素子数が同じにも拘わらず、検出効率を維持しつつ、比較例１よりもＹ＝１０ｍｍの場合のＹ軸方向の空間分解能が大幅に向上し、半導体検出部の視野全体に亘って空間分解能が均衡良く向上していることが分かる。
【００７９】
これにより、実施例は、比較例１および比較例２に対して、半導体検出素子数の増加を伴わず、検出効率を維持すると共に空間分解能を向上させている。よって、実施例は、比較例１および比較例２に対して、半導体検出素子に接続される検出回路やそれよりも下流の回路の数の増加による製造コストの増加を伴わず、検出効率の維持および空間分解能の向上が可能である。
【００８０】
以上本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００８１】
例えば、上述した第１の実施の形態では、ＰＥＴ装置を例に説明したが、本発明は、ＳＰＥＣＴ（単一光子放射形コンピュータ断層撮影）装置に適用できる。また、上記では半導体検出部がガンマ線を検出する場合を例に説明したが、Ｘ線や他の放射線の半導体検出部にも適用できることはいうまでもない。
【００８２】
また、第１および第２の実施の形態において、図５あるいは図９に示したように半導体検出部は１枚の配線基板上に配置された半導体検出素子アレイから構成さてもよく、２枚以上の配線基板のそれぞれに配置された半導体検出素子アレイから構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】ＰＥＴ装置の概略構成図である。
【図２】従来の半導体検出器の問題点を説明するための図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係るＰＥＴ装置の構成を示すブロック図である。
【図４】半導体検出部の構成を示す斜視図である。
【図５】半導体検出部の概略平面図である。
【図６】半導体検出素子の動作を説明するための図である。
【図７】半導体検出部の概略正面透視図である。
【図８】第１および第２半導体検出素子アレイの製造工程の一部を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係るＰＥＴ装置を構成する半導体検出部の概略平面図である。
【図１０】実施例および比較例のＰＥＴ装置の半導体検出部の配置を示す概略平面図である。
【図１１】実施例および比較例のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０    ＰＥＴ装置
１１，１１1〜１１8  放射線検出器
１２    情報処理部
１３    表示部
１４    制御部
１５    入出力部
２０、４０、５０    半導体検出部
２１    配線基板
２２、２２1〜２２n    半導体検出素子アレイ
２２ａ  第１半導体検出素子アレイ
２２ｂ  第２半導体検出素子アレイ
２３、２３1〜２３6    半導体検出素子
２４    半導体結晶体
２４ａ    入射面
２４ｂ，２４ｃ    溝部
２５    第１電極
２６    第２電極
２７    導電性接着層
２８ａ，２８ｂ，２８1〜２８n    ガード部材
２９    コネクタ
３０    検出回路
ＰＴ    半導体検出素子の配列方向の間隔
【図１】
0004619985.tif 000002
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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