(57)【要約】【課題】  半導体放射線検出素子を稠密に配置可能で、必要に応じて一部の半導体放射線検出素子が交換可能である半導体検出器ユニット、およびその半導体検出器ユニットを備える核医学診断装置の提供。【解決手段】  複数個の半導体放射線検出素子１２を検出器搭載基板７にマトリックス状に設置して、検出器ユニット３０を構成する。複数の検出器ユニット３０が固定用基板６に着脱可能に取り付けられる。この取り付けは、固定用基板６に設けられた貫通孔１８を通して挿入された結合用ねじ２０を、検出器搭載基板７に形成したねじ孔１６に噛み合わせることによって行われる。検出器搭載基板７には一対の位置決めピン１９ａ，１９ｂが設けられており、これらのピンが固定用基板６に設けられた位置決め孔１９ａ,１９ｂに挿入されることにより、検出器ユニット３０の位置決めがなされる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線と相互作用を及ぼして電荷を生成する半導体領域を有し、この半導体領域を挟んで、アノード電極とカソード電極とが対峙して構成される複数の半導体放射線検出素子と、これらの半導体放射線検出素子が、ある方向ａに複数列、および前記方向ａに交差する他の方向ｂに複数列となるマトリックス状に設置された検出器保持部材とを有する検出器ユニットと、
複数の前記検出器ユニットが設置される検出器ユニット保持部材とを備え、
前記方向ａの複数の列毎に配置され、前記方向ａの該当する前記列に属する複数の前記半導体放射線検出素子のそれぞれのアノード電極に接続される複数のアノード信号線、および前記方向ｂの複数の列毎に配置され、前記方向ａの該当する前記列に属する複数の前記半導体放射線検出素子のそれぞれのカソード電極に接続される複数のカソード信号線が、前記検出器保持部材に設けられ、
前記複数のアノード信号線の一端に別々に接続される複数の第１コネクタ端子、および前記複数のカソード信号線の一端に別々に接続される複数の第２コネクタ端子を有する第１コネクタ部を、前記検出器保持部材の前記検出器ユニットと対向する部分に設け、
前記複数の第１コネクタ端子に別々に着脱可能に接続される複数の第３コネクタ端子、および前記複数の第２コネクタ端子に別々に着脱可能に接続される複数の第４コネクタ端子を有する第２コネクタ部を、前記検出器ユニット保持部材の前記検出器保持部材と対向する部分に設け、
前記検出器保持部材を前記検出器ユニット保持部材に着脱可能に取り付ける結合部材を、前記検出器保持部材の前記検出器ユニットと対向する部分で、前記第１コネクタ部が位置していない部分に位置させるとともに、前記検出器ユニット保持部材の前記検出器保持部材と対向する部分で、前記第２コネクタ部が位置していない部分に位置させる位置決め装置とを備えることを特徴とする放射線検出装置。
【請求項２】
前記検出器保持部材を前記検出器ユニット保持部材への設置位置に案内する位置決め装置を備えた請求項１記載の放射線検出装置。
【請求項３】
前記位置決め装置は前記第１コネクタ部が位置していない部分および前記第２コネクタ部が位置していない部分に位置している請求項２記載の放射線検出装置。
【請求項４】
前記位置決め装置は、前記検出器保持部材から突出して設けられた位置決め部材、および前記検出器ユニット保持部材に形成されて前記位置決め部材が挿入される第１貫通孔を含んでいる請求項３記載の放射線検出装置。
【請求項５】
前記位置決め部材は、前記第１貫通孔より突出する長さを有する請求項５に記載の放射線検出装置。
【請求項６】
前記半導体放射線検出素子が、前記検出器保持部材の設置面に対して前記半導体領域が交差するように前記検出器保持部材に設置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装置。
【請求項７】
前記結合部材が前記検出器ユニットの中心軸付近に配置され、前記第１コネクタ部がその結合部材を取り囲んで配置され、前記第２コネクタ部も前記結合部材を取り囲んで配置される請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の放射線検出装置。
【請求項８】
前記結合部材は、前記第２コネクタ部が位置していない部分で前記検出器ユニット保持部材に形成された第２貫通孔に挿入された状態で、前記検出器保持部材を前記検出器ユニット保持部材に結合する構成を有する請求項１ないし請求項７のいずれか１つに記載の放射線検出装置。
【請求項９】
前記検出器ユニットと前記検出ユニット保持部材とが結合されている状態で一部が前記検出器ユニット保持部材と接触する支持部材が、前記第１コネクタ部が位置していない部分に位置しており、かつ前記検出器保持部材の前記検出器ユニットと対向する部分に設けられている請求項１記載の放射線検出装置。
【請求項１０】
前記結合部材が、前記支持部材に形成されたねじ孔と噛み合っている請求項９記載の放射線検出装置。
【請求項１１】
前記結合部材が、前記第１コネクタ部が位置していない部分で前記検出器保持部材の前記検出器ユニットと対向する部分に形成されたねじ孔と噛み合っている請求項９記載の放射線検出装置。
【請求項１２】
前記第３コネクタ端子および前記第４コネクタ端子を介して出力される前記半導体検出素子の出力信号を処理する信号処理装置を備えた請求項１記載の放射線検出装置。
【請求項１３】
前記半導体放射線検出素子の放射線の入射側にコリメータが配置されている請求項１に記載の放射線検出装置。
【請求項１４】
放射線と相互作用を及ぼして電荷を生成する半導体領域を有し、この半導体領域を挟んで、アノード電極とカソード電極とが対峙して構成される複数の半導体放射線検出素子と、これらの半導体放射線検出素子が、ある方向ａに複数列、および前記方向ａに交差する他の方向ｂに複数列となるマトリックス状に設置された検出器保持部材とを有する検出器ユニットと、
複数の前記検出器ユニットが設置される検出器ユニット保持部材とを備えた放射線検出装置であって、
前記方向ａの複数の列毎に配置され、前記方向ａの該当する前記列に属する複数の前記半導体放射線検出素子のそれぞれのアノード電極に接続される複数のアノード信号線、および前記方向ｂの複数の列毎に配置され、前記方向ａの該当する前記列に属する複数の前記半導体放射線検出素子のそれぞれのカソード電極に接続される複数のカソード信号線が、前記検出器保持部材に設けられ、
前記複数のアノード信号線の一端に別々に接続される複数の第１コネクタ端子、および前記複数のカソード信号線の一端に別々に接続される複数の第２コネクタ端子を有する第１コネクタ部を、前記検出器保持部材の前記検出器ユニットと対向する部分に設け、
前記複数の第１コネクタ端子に別々に着脱可能に接続される複数の第３コネクタ端子、および前記複数の第２コネクタ端子に別々に着脱可能に接続される複数の第４コネクタ端子を有する第２コネクタ部を、前記検出器ユニット保持部材の前記検出器保持部材と対向する部分に設け、
前記検出器保持部材を前記検出器ユニット保持部材に着脱取り付ける結合部材を、前記検出器保持部材の前記検出器ユニットと対向する部分で、前記第１コネクタ部が位置していない部分に位置させるとともに、前記検出器ユニット保持部材の前記検出器保持部材と対向する部分で、前記第２コネクタ部が位置していない部分に位置させる前記放射線検出装置を備えたことを特徴とする核医学診断装置。
【請求項１５】
被検体を支持するベッドと、放射線検出装置と、前記放射線検出装置を、前記ベッドの周囲に旋回させる回転装置とを備え、
前記放射線検出装置が、
放射線と相互作用を及ぼして電荷を生成する半導体領域を有し、この半導体領域を挟んで、アノード電極とカソード電極とが対峙して構成される複数の半導体放射線検出素子と、これらの半導体放射線検出素子が、ある方向ａに複数列、および前記方向ａに交差する他の方向ｂに複数列となるマトリックス状に設置された検出器保持部材とを有する検出器ユニットと、
複数の前記検出器ユニットが設置される検出器ユニット保持部材とを備え、
前記方向ａの複数の列毎に配置され、前記方向ａの該当する前記列に属する複数の前記半導体放射線検出素子のそれぞれのアノード電極に接続される複数のアノード信号線、および前記方向ｂの複数の列毎に配置され、前記方向ａの該当する前記列に属する複数の前記半導体放射線検出素子のそれぞれのカソード電極に接続される複数のカソード信号線が、前記検出器保持部材に設けられ、
前記複数のアノード信号線の一端に別々に接続される複数の第１コネクタ端子、および前記複数のカソード信号線の一端に別々に接続される複数の第２コネクタ端子を有する第１コネクタ部を、前記検出器保持部材の前記検出器ユニットと対向する部分に設け、
前記複数の第１コネクタ端子に別々に着脱可能に接続される複数の第３コネクタ端子、および前記複数の第２コネクタ端子に別々に着脱可能に接続される複数の第４コネクタ端子を有する第２コネクタ部を、前記検出器ユニット保持部材の前記検出器保持部材と対向する部分に設け、
前記検出器保持部材を前記検出器ユニット保持部材に着脱取り付ける結合部材を、前記検出器保持部材の前記検出器ユニットと対向する部分で、前記第１コネクタ部が位置していない部分に位置させるとともに、前記検出器ユニット保持部材の前記検出器保持部材と対向する部分で、前記第２コネクタ部が位置していない部分に位置させることを特徴とする核医学診断装置。
【請求項１６】
前記第３コネクタ端子および前記第４コネクタ端子を介して出力される前記半導体検出素子の出力信号を基に得られた情報を用いて画像情報を作成する画像情報作成装置を備えた請求項１４または請求項１５記載の核医学診断装置。
【請求項１７】
前記画像情報作成装置が、前記出力信号を基に得られた前記情報を用いて断層像情報を作成する断層像情報作成装置である請求項１６記載の核医学診断装置。
【請求項１８】
前記放射線検出装置は、複数の放射線通路を有し前記半導体放射線検出素子よりも前記ベッド側に配置されるコリメータを備える請求項１４または請求項１５に記載の核医学診断装置。
【請求項１９】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の放射線検出装置を備えることを特徴とするシングルフォトンエミッションＣＴ装置。
【請求項２０】
請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の放射線検出装置を備えることを特徴とするポジトロンエミッショントモグラフィ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出装置および核医学診断装置に係り、特に半導体放射線検出素子が交換可能な放射線検出装置、ならびにその放射線検出装置を用いた単光子放出型断層撮影（Single Photon Emission Tomography）装置（以下、ＳＰＥＣＴ装置という）および陽電子放出型断層撮影（Positron Emission Tomography）装置（以下、ＰＥＴ装置という）等の核医学診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、γ線等の放射線を検出する放射線検出器としては、ＮａＩシンチレータを用いたものが知られている（特許文献１）。ＮａＩシンチレータを備えるガンマカメラ（核医学診断装置の一種）において、放射線（γ線）は、多数枚のコリメータによって制限された角度でシンチレータに入射し、ＮａＩの結晶と相互作用を起こしてシンチレーション光を発する。この光はライトガイドを挟み、光電子増倍管に到達して電気信号となる。電気信号は、計測回路固定ボードに取り付けられた計測回路で整形され出力コネクタから外部のデータ収集系へと送られる。なお、これらシンチレータ、ライトガイド、光電子増倍管、計測回路、計測回路固定ボード等は全体が遮光シールドケースに収納され、外部の放射線以外の電磁波を遮断している。
【０００３】
一般にシンチレータを用いたガンマカメラでは、１枚の大きなＮａＩ等の結晶の後に大きな光電子増倍管（フォトマルともいう）を置く構造としているため、位置分解能は数ｍｍ〜１０数ｍｍ程度のレベルに留まる。また、シンチレータは放射線から可視光、可視光から電子と多段階の変換を経て検出を行うため、エネルギ分解能が悪いという問題点を持つ。そのため、混入した散乱線を分離できず、γ線を放出する真の位置情報をあらわす信号に対するＳ／Ｎ比が低下し、画質の劣化、もしくは、撮像時間の増加が課題として挙げられている。ちなみに、ＰＥＴ装置（陽電子放出型断層写真撮影装置）では、５〜６ｍｍ、ハイエンドのＰＥＴ装置で４ｍｍ程度の位置分解能のものがあるが、同様にＳ／Ｎ比に起因する問題点を含んでいる。
【０００４】
このようなシンチレータとは異なる原理で放射線を検出する放射線検出器として、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＴｌＢｒ（臭化タリウム）、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）等の半導体材料を用いた半導体放射線検出素子を備えた半導体検出器がある（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
この半導体検出器は、半導体放射線検出素子が、放射線と半導体材料との相互作用で生じた電荷を、直接、電気信号に変換するため、シンチレータよりも電気信号への変換効率がよく、エネルギ分解能が優れているため、注目されている。ここで、エネルギ分解能が優れていることは、真の位置情報を示す放射線検出信号のＳ／Ｎ比が向上する、すなわち検出精度が向上することを意味し、画像のコントラスト向上、撮像時間の短縮など様々な効果が期待できる。そして、この半導体放射線検出素子を基板上に二次元的に配置することによって、放射線の出射源の位置を検出することができる。
【０００６】
こうした半導体放射線検出素子を二次元的に配置して構成される半導体検出器において、感度とエネルギ分解能を向上させるためには、極力デッドスペースを少なくして、入射した放射線を漏れなく捕捉できるように、半導体放射線検出素子を基板上に稠密に配置することが求められる。しかし、多数、例えば１０万個の半導体放射線検出素子を二次元的に配置した大面積の半導体検出器を装置に取り付けるための取り付け部材または取り付け部を設ける必要がある。この場合、取り付け部材または取り付け部を設けるためにデッドスペースが生じたり、あるいは半導体放射線検出素子が配置されない領域が発生したりする。例えば、図８（ａ）に示すように、検出器基板６１の一面に多数の半導体放射線検出素子６２を二次元的に設置し、他面に信号読出回路を搭載した回路基板６３を、検出器基板６１に設けたオスコネクタ６１ａに嵌装するメスコネクタ６３ａによって装着した半導体検出器６４が知られている。このような半導体検出器６４では、図８（ｂ）の底面図に示すように、各半導体検出器６４を核医学診断装置の放射線検出部に取り付けるために、検出器基板６１の端部にボルト６５ａ等の取り付け治具を装着するためのスペースＳ１を必要とし、このスペースＳ１には半導体放射線検出素子を配置できない。このスペースＳ１の存在は、半導体放射線検出素子を稠密に配置して半導体検出器６１の感度の向上を妨げることになる。また、図８（ａ）および図８（ｂ）に示す半導体検出器６１では、一部の半導体放射線検出素子が故障または損傷のために、半導体検出器の放射線検出性能が低下した場合には、半導体検出器全体を交換するか、不具合が生じた半導体放射線検出素子を、多数の素子が設置されている中から取り外さなければならない。そこで、図９の底面図に示すように、半導体放射線検出素子が設置された基板ユニット７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄを作製し、各ユニット７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄを固定用基板（図示せず）に取り付けて大面積の半導体検出器を構成することも行われる。しかし、この図９に示す場合でも、各ユニット７１ａ，７１ｂ，７１ｃ，７１ｄを固定用基板に取り付けるための取り付け治具７２を装着するスペースＳ２を必要とするため、このスペースＳ２には導体放射線検出素子を配置できず、半導体放射線検出素子を稠密に配置して、半導体検出器の感度および空間分解能を向上させる上で障害となる。
【特許文献１】特開２０００−２４１５５５号公報（段落番号［００１９］、図１）
【特許文献２】特開平７−５０４２８号公報（第２頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、半導体放射線検出素子の配置密度を高めることができ、必要に応じて交換可能である放射線検出装置、およびその放射線検出装置を備える核医学診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明の放射線検出装置は、複数の半導体放射線検出素子がマトリックス状に設置される検出器保持部材を、結合部材により、検出器ユニット保持部材に着脱可能に取り付け、その結合部材は、検出器保持部材の検出器ユニットと対向する部分で、第１コネクタ部が位置していない部分に位置させるとともに、検出器ユニット保持部材の検出器保持部材と対向する部分で、第２コネクタ部が位置していない部分に位置させることを特徴とする。
【０００９】
この放射線検出装置は、半導体放射線検出素子の配置密度を高めることができる。また、検出器保持部材ごとに検出器ユニット保持部材から脱着できるため、複数の半導体放射線検出素子および検出器保持部材を備える検出ユニットの交換が可能となる。
【００１０】
また、好ましくは、核医学診断装置は、前記放射線検出装置の半導体放射線検出素子が放射線の出射源に対面するように配置されて構成された放射線検出部を備える。
【００１１】
この核医学診断装置は、半導体放射線検出素子が稠密に配置されるため、感度が向上し、また、故障した半導体放射線検出素子が設置された検出器搭載基板の交換が容易である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、半導体放射線検出素子の配置密度を高めることができて感度が向上し、検出精度の向上を図ることができる。これにより、例えば、核医学診断装置において得られる画像のコントラストが向上し、鮮明な画像を得ることができる。
あるいは、同程度の画質ならば、実効的な感度の向上により、撮像時間を短縮できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、本発明の放射線検出装置およびそれを用いた核医学診断装置の好適な実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において、実施形態の説明、および半導体放射線検出器、集積回路等の説明を行う。
【００１４】
本発明の核医学診断装置の実施形態に係るＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computer Tomography）装置１を、図１により説明する。
ＳＰＥＣＴ装置１は、一対の放射線検出装置２，２、回転支持台３、データ収集解析装置４、および表示装置５を備える。放射線検出装置２，２は、回転支持台（回転装置）３の周方向に１８０°や９０°などのずれた位置で回転支持台３に設配置される。これらの放射線検出装置２，２は、それぞれが独立して回転し、放射線入射角を変えることもでき、２ユニットを並べて撮像面積を大きくすることや、平面撮像を行うガンマカメラとしても、用いることもできる。各放射線検出装置２，２は、それぞれ、固定用基板６、複数の検出器ユニット３０、及び計測回路ユニット（信号処理装置）８を備える。各検出器ユニット３０は、検出器搭載基板（検出器保持部材）７に多数の半導体放射線検出素子（半導体放射線検出器）１２が格子状に配置されて配置されている。固定用基板（検出器ユニット保持部材）６には、回転支持台３の内側方向、すなわち、ベッドＢ側に複数の検出器搭載基板７が装着され、これと反対側に集積回路が配設置された計測回路ユニット８が配置されている。放射線検出装置２，２とベッドＢとの間には、放射線遮蔽材（例えば、鉛、タングステン等）で形成され、多数の貫通孔（γ線通路）を有するコリメータ９が設けられる。コリメータ９は、放射線検出装置２からの視野角を制限している。また、各放射線検出装置２においては、コリメータ９、計測回路ユニット８および検出器ユニット３０は、遮光・電磁シールド１０の内部に収納されることで、被検者Ｐから出射されるγ線１１以外の電磁波の影響が遮断されている。遮光・電磁シールド１０は、アルミニウムやアルミニウム合金といった遮光性を有する材料で形成される。
【００１５】
このＳＰＥＣＴ装置１においては、放射性薬剤が投与された被検者Ｐが載っているベッドＢが移動され、被検者Ｐは、一対の放射線検出装置２，２の間に移動される。被検者の体内からは、放射性薬剤から放出されたγ線（消滅γ線）が放出される。
【００１６】
被検者Ｐの体内において、放射性薬剤が集積した集積部（例えば、がんの患部）ＣＤから放出されるγ線１１は、コリメータ９内の貫通孔を通って放射線検出装置２の各半導体放射線検出素子１２に入射される。半導体放射線検出素子１２から出力されたγ線検出信号は、計測回路ユニット８で信号処理される。このとき、計測回路ユニット８は、それぞれの半導体放射線検出素子１２の出力であるγ線検出信号ごとにγ線の波高値のデータを計測するための集積回路（ＡＳＩＣ）を備え、検出した放射線（γ線）の波高値を測定するようになっている。データ収集解析装置（データ処理装置）４は、記憶装置、および断層像情報作成装置（図示せず）等を有する。
回転支持台３が回転することによって、各放射線検出装置２，２が被検者Ｐの周囲を旋回する。放射線検出装置２，２は旋回しながらγ線検出信号を出力する。回転支持台３の回転制御、放射線検出装置２，２と被検者Ｐとの間の距離の制御、およびベッドＢによる被検者Ｐの位置制御は、操作パネル１３によってＳＰＥＣＴ装置１の近傍で行えると共に、データ入力装置１４によって遠距離から行うことも可能である。
【００１７】
次に、本実施形態に用いる放射線検出装置２について、図２〜図４を参照して説明する。なお、図２および図４は、説明の便宜のために、図中の紙面上方からγ線が入射することとし、放射線検出装置２のγ線入射側に装着されるコリメータ９は図示を省略した。
放射線検出装置２は、複数の検出器ユニット３０、各検出器ユニット３０を設置する固定用基板６を備える。各検出器ユニット３０の検出器搭載基板７が固定用基板６に着脱可能に取り付けられる。各検出器搭載基板７は、半導体放射線検出素子１２が設置される面７ａ、この面と反対側の面７ｂより突出して設けられた支持部３１（図３）の一面に開口されたねじ孔１６、および面７ｂに突出して設けられた位置決めピン１７ａ，１７ｂを備える。支持部３１は後述する第１コネクタ７ｃの端面７ｄ（図３）よりも突出している。通常、検出器搭載基板７には、例えば８×８個の半導体放射線検出素子１２がマトリックス状に取り付けられる。固定用基板６は、その検出器搭載基板７を、例えば８×８個装着する。固定用基板６は、中央部に形成された貫通孔（結合部材挿入孔）１８と、前記検出器搭載基板７の位置決めピン１７ａ，１７ｂが抜挿可能に嵌挿される位置決め孔１９ａ，１９ｂとを備える。複数の半導体放射線検出素子１２が取り付けられた状態で、検出器搭載基板７の位置決めピン１７ａ，１７ｂを、固定用基板６の位置決め孔１９ａ，１９ｂにそれぞれ挿入する。位置決めピン１７ａおよび位置決め孔１９ａは、１つの位置決め装置を構成する。位置決めピン１７ｂおよび位置決め孔１９ｂは、他の位置決め装置を構成する。結合用ねじ（結合部材）２０が、貫通孔１８に挿入され、ねじ孔１６と噛み合わされる。このようにして、検出器搭載基板７、すなわち検出器ユニット３０が固定用基板６の所定の位置に取り付けられる。このとき、支持部３１の一面（ねじ孔１６が開口している面）が固定用基板６に接触する。このとき、結合用ねじ２０を検出器搭載基板７のねじ孔１６に噛み合わせる力によって、位置決め孔１９ａ，１９ｂへの位置決めピン１７ａ，１７ｂの挿入力が生じる。検出器ユニット３０を交換する場合には、結合用ねじ２０をねじ孔１６から取り外すことによって固定用基板６から検出器ユニット３０を取り外すことができる。
【００１８】
また、位置決めピン１７ａ，１７ｂの先端部１５は、位置決め孔１９ａ，１９ｂを貫通して、固定用基板６の背面側に突出するように形成される。これによって、固定用基板６の背面側に突出した位置決めピン１７ａ，１７ｂのそれぞれの先端部１５は、結合用ねじ２０を検出器搭載基板７のねじ孔１６に噛み合わせる際の検出器搭載基板７の動きを規制して、結合用ねじ２０の空回りを防止することができる。また、位置決め部材１７ａ，１７ｂの先端部１５を引っ張ることによって、結合用ねじ２０のネジ回し開始時に結合用ねじ２０とねじ孔１６を確実に合せることができる。これによって、検出器ユニット３０を、交換するために、固定用基板６から取り外す際に、固定用基板６の背面側から位置決めピン１７ａ，１７ｂの先端を保持しながら、結合用ねじ２０をねじ孔１６から取り外すことができる。このとき、位置決めピン１７ａ，１７ｂの先端部１５を、固定用基板６の背面側から押圧すれば、検出器搭載基板７を固定用基板６から浮かせた状態にして容易に検出器ユニット３０を取り外すことができるため、検出器ユニット３０の交換時の作業性の向上に有効である。放射線検出装置２に取り付けられている検出器ユニット３０の交換は、この検出器ユニット３０に設けられた半導体放射線検出素子１２が故障したときに行われる。
【００１９】
各検出器搭載基板７は、複数の半導体放射線検出素子１２が設置される面７ａとは反対の面に、第１コネクタ７ｃを取り付けている。第１コネクタ７ｃは、位置決めピン１７ａ，１７ｂおよび支持部３１を取り囲んで検出器搭載基板７の４辺部に沿って配列されている。これによって、検出器搭載基板７の中央部には、支持部３１および位置決めピン１７ａ，１７ｂが設置され、コネクタ等が存在しない領域（面ｂ）が形成される。第１コネクタ（第１コネクタ部）７ｃには、複数の出力ピン２１が突出して設置される。複数の出力ピン２１のうち、後述の複数のアノード信号線のそれぞれの一端に別々に接続される出力ピン２１を、第１コネクタ端子と称する。残りの複数の出力ピン２１は、後述の複数のカソード信号線のそれぞれの一端に別々に接続され、第２コネクタ端子と称する。これらの出力ピン２１は、前述した検出器ユニット３０の固定用基板６への装着時に、固定用基板６に設けられた第２コネクタ（第２コネクタ部）６ａのそれぞれの入力端子コネクタ２２にはめ込まれる。複数の入力端子コネクタ２２のうち、第１コネクタ端子がはめ込まれる複数の入力端子コネクタ２２は、第３コネクタ端子と称する。残りの複数の入力端子コネクタ２２は、第２コネクタ端子がはめ込まれ、第４コネクタ端子と称する。第２コネクタ６ａは、１つの検出器ユニット３０に対応して設けられる貫通孔１８および位置決め孔１９ａ，１９ｂを取り囲むように矩形の環状に固定用基板６に取り付けられている。各出力ピン２１は、後述の複数のアノード信号線３２ａ、３２ｂ、……および複数のカソード信号線３３ａ、３３ｂ、……のうちの該当する１本の信号線にそれぞれ接続されている。
【００２０】
各検出器搭載基板７に設置される各半導体放射線検出素子１２は、図５に示すように、放射線と相互作用を及ぼして電荷を生成する薄板状の半導体領域（半導体部）２３と、半導体領域２３を挟んで、アノード電極Ａとカソード電極Ｃとが対峙して構成される。アノード電極Ａとカソード電極Ｃは半導体領域２３に設置される。半導体領域２３は、ＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）、ＴｌＢｒ（臭化タリウム）、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）等のいずれかの単結晶半導体材料で構成されている。また、電極（アノードＡ、カソードＣ）は、Ｐｔ（白金）、Ａｕ（金）、Ｉｎ（インジウム）等のいずれかの材料が用いられる。なお、以下の説明では、半導体領域２３がＣｄＴｅの単結晶をスライスしたものであるとする。半導体領域２３の厚み（アノード電極Ａが取り付けられる面とカソード電極Ｃが取り付けられる面の間の厚み）は、０．２〜２ｍｍ（より好ましくは０．５〜１．５ｍｍである。また、検出する放射線は、ＳＰＥＣＴ装置で用いる所定のエネルギのγ線であるとする。アノード電極Ａおよびカソード電極Ｃは、半導体領域２３の面に蒸着、その他の方法で形成される。膜状に形成されたアノード電極Ａおよびカソード電極Ｃの膜厚は、それぞれ数百ナノメートル程度であり、約２０〜８０ミクロン程度の導電板を用いて配線する。
【００２１】
前述したように複数の半導体検出素子１２がマトリックス状に各検出器搭載基板７に設置されている。マトリックス状に配置された複数の半導体放射線検出素子１２の一部（半導体放射線検出素子１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ）が、例えば、図５に示すように配置されているとする。各半導体放射線検出素子１２は、半導体領域２３、これに設置されるアノード電極及びカソード電極が検出器搭載基板７に対して交差する、具体的には直交するように検出器搭載基板７に設置される。ａ方向で一列に配置された半導体放射線検出素子１２Ａおよび１２Ｂの各アノード電極Ａ１，Ａ２が、ａ方向に延びるアノード信号線３２ａに、信号線３６Ａ，３６Ｂにより接続される。ａ方向で一列に配置された半導体放射線検出素子１２Ｃおよび１２Ｄの各アノード電極Ａ３，Ａ４が、ａ方向に延びるアノード信号線３２ｂに、信号線３６Ｃ，３６Ｄにより接続される。また、ａ方向と交差するｂ方向で一列に配置された半導体放射線検出素子１２Ａおよび１２Ｃの各カソード電極Ｃ１，Ｃ３が、ｂ方向に延びるカソード信号線３３ａに、信号線３７Ａ，３７Ｃにより接続される。ｂ方向で一列に配置された半導体放射線検出素子１２Ｂおよび１２Ｄの各カソード電極Ｃ２，Ｃ４が、ｂ方向に延びるカソード信号線３３ｂに、信号線３７Ｂ，３７Ｄにより接続される。このように、ａ方向に延びる各アノード信号線には、それぞれ一列に配置された複数の半導体放射線検出素子１２の各アノード電極が接続され、ｂ方向に延びる各カソード信号線には、それぞれ一列に配置された複数の半導体放射線検出素子１２の各カソード電極が接続される。複数のアノード信号線３２ａ、３２ｂ、……および複数のカソード信号線３３ａ、３３ｂ、……のそれぞれの一端が、別々の出力ピン２１に接続される。これらの信号線は検出器搭載基板７の面７ａまたは内部に設置されている。半導体放射線検出素子１２が、０．５〜１．５ｍｍ程度に薄く構成できる場合には、１つの半導体領域２３を有する半導体放射線検出素子１２を単独で稠密に配置することができるため、感度の向上に有効である。
【００２２】
放射線検出装置２の作用について説明する。
まず、半導体放射線検出素子１２によるγ線の検出原理の概略を説明する。半導体放射線検出素子１２にγ線が入射して、γ線と半導体領域２３が相互作用を及ぼすと、正孔（hole）および電子（electron）が、対になってγ線が持つエネルギに比例した量だけ生成される。ここで、半導体放射線検出素子１２のアノード電極（陽極）Ａとカソード電極（陰極）Ｃの電極間には、高圧電源（図示せず）より電荷収集用の電圧がかけられている（例えば３００Ｖ）。このため、正孔はカソード電極Ｃに引き寄せられて移動し、電子はアノード電極Ａに引き寄せられて移動する。
【００２３】
図５において、γ線が入射して半導体放射線検出素子１２Ａの半導体領域２３が相互作用を及ぼしたとすると、アノード電極Ａ１が接続されているアノード信号線３２ａ、およびカソード電極Ｃ１が接続されたカソード信号線３３ａから電荷の情報が得られる。これらのアノード信号線３２ａとカソード信号線３３ａからの信号を同時判定して重ね合わせる、マトリックス読出しを行うことによって、どの位置の半導体放射線検出素子１２にγ線が入射したかを検出することができる。この同時判定は、計測回路ユニット８の集積回路で行われる。この同時判定によって、位置読出し用の信号線の配線数を大幅に減らせることができ、また、信号線の数が減ることによって空くスペースを利用することができる。各アノード信号線３２ａ、３２ｂ、……ならびに各カソード信号線３３ａ、３３ｂ、……は、検出器搭載基板７の出力ピン２１（図２参照）に、個別に接続され、各信号線に接続された出力ピン２１から、固定用基板６の入力端子コネクタ２２を介して、計測回路ユニット８の集積回路（ＡＳＩＣ）にγ線の入射による電荷の情報が入力される。集積回路は、半導体放射線検出素子１２が出力する信号を処理するアナログ集積回路と、前記アナログ集積回路の出力であるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器と、ＡＤ変換された信号を処理するデジタル集積回路とを備え、ある半導体放射線検出素子１２で検出した放射線（γ線）の波高値情報をデータ収集解析装置４に出力する。
【００２４】
そして、データ収集解析装置４には、回転支持台３を回転させるモーター（図示せず）の回転軸に連結された角度計（図示せず）で検出された回転角度が入力される。この回転角度は、それぞれの放射線検出装置２の回転角度を示している。データ収集解析装置４は、この回転角度を基に、旋回している各放射線検出装置２の旋回軌道上での書く半導体放射線検出素子１２の位置（位置座標）を求める。このため、γ線を検出した時点での該当する半導体放射線検出素子１２の位置（位置座標）が求められる。データ収集解析装置４は、半導体放射線検出素子１２の位置を基に、波高値情報が設定値（しきい値）以上になるγ線を計数する。この計数は、回転支持台３の回転中心を基準に０．５°づつ区切って得られる各領域に対してなされる。なお、波高値情報は、コリメータ９の放射線通路の延長線上に位置する複数の半導体放射線検出素子の各γ線検出信号の波高値の累計値である。データ収集解析装置４は、γ線を検出した時点での半導体放射線検出素子１２の位置情報およびγ線の計数値（計数情報）を用いて、放射性薬剤の集積位置、すなわち悪性腫瘍位置での被検者の断層像情報を作成する。この断層像情報は表示装置５に表示される。また、このパケット情報、同時計測で得た計数値および半導体放射線検出素子１２の位置情報、および断層像情報等の情報は、データ収集解析装置４の記憶装置に記憶される。
【００２５】
このように、個別に素子を並べた構造を持つ半導体検出器ユニットにおいても、マトリックス読出しを行うことで、必要な回路数は個別にｎ×ｎ個の画素から読出を行う場合に比べ２／ｎ倍と大幅に削減される。これによって、空くスペースを利用することができる。
【００２６】
このように構成される本実施形態では、結合用ねじ２０が、第２コネクタ６ｃが位置していない部分で固定用基板７に形成された貫通孔１８を通して、第１コネクタ７が位置していない部分で前記検出器搭載基板７の固定用基板６と対向する部分に形成されたねじ孔１６に噛み合わされるため、隣接する検出器ユニット３０間に、結合用ねじ２０等の結合部材が配置されない。このため、多数の半導体放射線検出素子１２を有する検出器ユニット３０が、固定用基板６の上に隙間なく装着できるため、固定用基板６またはその固定用基板６を複数枚並べた放射線検出装置２の全面にわたって、半導体放射線検出素子１２を稠密に配置することができる。そのため、γ線の検出感度およびその感度の均一性、ならびに空間分解能を高めることができる。これによって、核医学診断装置（ＳＰＥＣＴ）における装置全体の検出感度を向上させ、撮像時間の短縮を図ることができる。そして、各検出器搭載基板７は、固定用基板６の背面側から位置決めピン１７ａ，１７ｂの先端を保持しながら、結合用ねじ２０をねじ孔１６から取り外せば、検出器搭載基板７を固定用基板６から浮かせた状態にして、検出器搭載基板７を固定用基板６から容易に取り外すことができる。これによって、半導体放射線検出素子の故障または破損時に、検出器搭載基板７を交換する作業が容易となる。また、故障または破損した半導体放射線検出素子１２を搭載している検出器搭載基板７だけを交換すればよく、保守時の無駄な作業の低減（コストダウン）が図れる。さらに、位置決めピン１７ａ，１７ｂによって、検出器搭載基板７を固定用基板６の所定の位置に正確に装着することができ、取り付け時の作業を正確かつ容易に行うことができる。位置決めピン１７ａ，１７ｂが位置決め孔１９ａ，１９ｂに挿入されるため、結合用ねじ２０をねじ孔１６に噛み合わせる際において、結合用ねじ２０の回転に伴って検出器搭載基板７が回転することを防止できる。
本実施形態は、検出器搭載基板７に支持部３１が設けられているため、検出器ユニット３０を固定用基板６に取り付けたとき、多数の半導体放射線検出素子１２および検出器搭載基板６の重量は支持部３１を介して固定用基板６に伝えられる。このため、嵌合されている出力ピン２１と入力端子コネクタ２２のコネクタ部に無理な力が加わらなく、それらのコネクタ部の損傷を避けることができる。また、支持部３１が検出器ユニット３０の中心軸に位置しているため、多数の半導体放射線検出素子１２および検出器搭載基板６等を安定に支持できる。
本実施形態では、第１コネクタ７ｃを検出器搭載基板７の周辺部に位置させたが、以下のように配置することも可能である。検出器搭載基板７の一面においてその面の２つの角を結ぶ対角線よりも残りの１つの角側に寄せて、第１コネクタ７ｃを配置しても良い。この場合には、ねじ孔１６を有する支持部３１は、対角線よりも反対側の他の角側で、その一面内に設けられる。第２コネクタ６ａも、その第１コネクタ７ｃの配置に対応させて固定用基板６に配置される。
支持部３１を設けないで、結合用ねじ２０を第１コネクタ７ｃが位置していない面ｂの位置で検出器搭載基板７に形成したねじ孔１８に噛み合わせて、検出器搭載基板７を固定用基板６に取り付けても良い。
【００２７】
本発明のＳＰＥＣＴ装置の他の実施形態を以下に説明する。本実施形態のＳＰＥＣＴ装置は、検出器ユニットに用いられる半導体放射線検出素子の構造が前述のＳＰＥＣＴ装置１に用いられる半導体放射線検出素子１２と異なっている。本実施形態で用いられる各半導体放射線検出素子３５は、２つの半導体放射線検出素子１２を組み合わせた構成であり、図６に示すように、２つの半導体領域２３を有し、１つの半導体領域２３の両面にアノード電極Ａ１およびカソード電極Ｃ１が取り付けられ、他の半導体領域２３の両面にアノード電極Ａ２およびカソード電極Ｃ２が取り付けられている。アノード電極Ａ１とアノード電極Ａ２が対向するように、カソード電極Ｃ１、Ｃ２が外側に位置するように、隣り合う半導体放射線検出素子１２が重ねられた構成となっている。アノード電極Ａ１とアノード電極Ａ２の間にこれら接触する導電板２５ａが配置される。アノード電極Ａ１、Ａ２は、導電板２５ａを挟む２つの半導体領域２３と接する面に膜状に形成され、カソード電極Ｃ１、Ｃ２は、導電板２５ｃの半導体領域２３と接する面に膜状に形成されている。これによって、隣り合う２つの半導体放射線検出素子１２の半導体領域２３の電極間距離（アノード電極Ａとカソード電極Ｃの間の距離）が短くなり、生じた電荷を適切に捉えることができるため、有利である。そして、各半導体放射線検出素子１２は、検出器搭載基板７に対して半導体領域２３が略垂直になる方向に検出器搭載基板７に設置されている。
【００２８】
そして、ある方向ａに一列に配置された各半導体放射線検出素子３５のアノード電極Ａは、図６中の方向ａに複数配線されたアノード信号線のうちの１本であるアノード信号線２６Ａに、導電板２５ａを介して信号線２７により接続されている。一方、方向ａと交差する方向ｂに一列に配置された各半導体放射線検出素子３５のカソード電極Ｃ１は、方向ｂに配線されたカソード信号線２８Ａに、導電板２５ｂに接続された信号線２９Ａを介して接続されている。また、方向ｂに一列に配置されたこれらの半導体放射線検出素子３５の他のカソード電極Ｃ２は、方向ｂに配線された他のカソード信号線２８Ｂに、導電板２５ｃに接続された信号線２９Ｂを介して接続されている。これらのアノード信号線２６Ａおよびカソード信号線２８Ａ，２８Ｃは、検出器搭載基板７の面７ａまたは内部に、方向ａおよびその方向ａと交差する方向ｂに沿って平行に複数配線される。そして、図７に示すように、検出器搭載基板７にマトリックス状に設置される各半導体放射線検出素子３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ，・・・・の各アノード電極Ａおよびカソード電極Ｃに接続されるように、マトリックス状に配線される。図７において、２６Ｂは他のアノード信号線であり、２８Ｃ，２８Ｄは他のカソード信号線である。
【００２９】
半導体放射線検出素子３５の各半導体放射線検出素子１２のアノード電極（陽極）Ａとカソード電極（陰極）Ｃの電極間には、高圧電源（図示せず）より電荷収集用の電圧がかけられている（例えば３００Ｖ）ため、正孔はカソード電極Ｃに引き寄せられて移動し、電子はアノード電極Ａに引き寄せられて移動する。このとき、図７に示す構成において、γ線が入射して半導体放射線検出素子３５ａの半導体領域２３ａが相互作用を及ぼしたとすると、半導体領域２３ａのアノード電極Ａａが接続されているアノード信号線２６Ａと、カソード電極Ｃａが接続されたカソード信号線２８Ａとから電荷の情報が得られる。これらのアノード信号線２６Ａとカソード信号線２８Ａからの信号を同時判定して重ね合わせる、マトリックス読出しを行うことによって、どの位置の半導体放射線検出素子３５にγ線が入射したかを検出することができる。各アノード信号線２６Ａ，２６Ｂ，・・・のそれぞれの一端は、検出器搭載基板７の出力ピン２１（図２参照）に、個別に接続される。ある１つの半導体放射線検出素子３５に接続された一対のカソード信号線（例えば、信号線２８Ａ，２８Ｂ）の一端は他の１つの出力ピン２１に接続される。カソード信号線２８Ｃ，２８Ｄのそれぞれの一端も、別の１つの出力ピン２１に接続される。各信号線に接続された出力ピン２１から、固定用基板６の入力端子コネクタ２２を介して、計測回路ユニット８の集積回路（ＡＳＩＣ）にγ線の入射による電荷の情報が入力される。本実施形態のＳＰＥＣＴ装置における以上に述べた以外の構成は、ＳＰＥＣＴ装置１の構成と同じである。
本実施形態のＳＰＥＣＴ装置は、ＳＰＥＣＴ装置１で生じる効果を得ることができる。
【００３０】
なお、以上の各実施形態では、核医学診断装置として単光子放出型断層撮影装置（ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computer Tomography）装置）を例に説明したが、ＳＰＥＣＴに限らず、ＰＥＴ装置およびγカメラにも本発明を適用することができる。ちなみに、ＰＥＴ装置およびＳＰＥＣＴ装置は、人体の３次元の機能画像を撮影することで共通するが、ＳＰＥＣＴ装置は、測定原理が単光子を検出するものであることから同時計測を行うことができず、このため、γ線の入射位置（角度）を規制するコリメータを備える。また、γカメラは、得られる機能画像が２次元的なものであり、かつ、γ線の入射角度を規制するコリメータを備える。これに対して、ＰＥＴ装置は基本的に１８０°反対方向に放射される一対のγ線を同時に検出することができるため、コリメータを必要としない。
なお、ＰＥＴ装置やＳＰＥＣＴ装置と、Ｘ線ＣＴを組み合わせた核医学診断装置の構成としてもよい。
【００３１】
また、以上の実施形態では、検出器搭載基板７を固定用基板６に装着するために、結合用ねじ２０をねじ孔１６に螺着する構成を備えるが、本発明は、この構成に制限されず、検出器搭載基板７の中央部の配線が存在しない領域を利用して、固定用基板６の背面側から装着して検出器搭載基板７を固定用基板６に装着できる構造のものであれば、いずれの構成によってもよい。例えば、ねじ孔１６に挿入して弾性変形してねじ孔１６の内周面に係止することができる結合用部材によって、検出器搭載基板７を固定用基板に装着するようにしてもよい。また、位置決めピン１７ａ，１７ｂおよび位置決め孔１９ａ，１９ｂは、２対に限定されず、検出器搭載基板７の装着位置を正確に案内できるものであれば、１対または多数対でもよく、さらに断面形状を変えることによって、その装着位置をより確実に特定できるようにしてもよい。また、結合用ねじ２０を支持部３１に取り付けて、この結合用ねじ２０を固定用基板６の前面から貫通孔１８に挿入し、固定用基板６の背面から結合用ねじ２０にナットをかみ合わせ、検出器ユニット３０を固定用基板６に取り付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明にかかる核医学診断装置としてのＳＰＥＣＴ装置の構成を示す概念図である。
【図２】図１のＳＰＥＣＴ装置における放射性検出装置の構成を模式的に示した斜視図である。
【図３】図２に示す検出器ユニットを出力ピン側から見た斜視図である。
【図４】（ａ）は半導体放射線検出素子の配列構造ならびにアノード信号線およびカソード信号線との接続を模式的に示す図、（ｂ）は検出器ユニットの底面図である。
【図５】図２に示す検出器ユニットにおける半導体放射線検出素子のマトリックス状の配置状態と、アノード信号線およびカソード信号線との接続を模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明の他の実施形態である核医学診断装置に用いられる半導体放射線検出素子を構成する各エレメントの構造、およびアノード信号線およびカソード信号線との接続を模式的に示す斜視図である。
【図７】本発明の他の実施形態である核医学診断装置の検出器ユニットにおける図６に示す半導体放射線検出素子のマトリックス状の配置状態と、アノード信号線およびカソード信号線との接続を模式的に示す斜視図である。
【図８】（ａ）は、従来の検出器基板の構成を模式的に示した分解側面図、（ｂ）はその検出器基板の底面図である。
【図９】従来の検出器ユニットの底面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１      ＳＰＥＣＴ装置
２      放射線検出装置
３      回転支持台
４      データ収集解析装置
５      表示装置
６      固定用基板
６ａ    第２コネクタ
７      検出器搭載基板
７ｃ    第１コネクタ
８      計測回路ユニット
９      コリメータ
１０    電磁シールド
１１    γ線
１２,１２ａ  半導体放射線検出素子
１６    ねじ孔
１７ａ,１７ｂ    位置決めピン
１８    貫通孔
１９ａ,１９ｂ  位置決め孔
２０    結合用ねじ
２１    出力ピン
２２    入力端子コネクタ
２３,２３ａ    半導体領域
２５ａ,２５ｃ    導電板
２６Ａ,２６Ｂ,３２ａ,３２ｂ    アノード信号線
２８Ａ,２８Ｂ,２８Ｃ,２８Ｄ,３３ａ,３３ｂ    カソード信号線
３０    検出器ユニット
３１    支持部
Ａ,Ａ１,Ａ２,Ａ３,Ａ４,Ａａ    アノード電極
Ｂ      ベッド
Ｃ,Ｃ１,Ｃ２,Ｃ３,Ｃ４,Ｃａ    カソード電極
Ｐ      被検者
【図１】
2005201642.tif 000003
【図２】
2005201642.tif 000004
【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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