(57)【要約】【課題】比較的簡単な構造で、従来に比べて高いシンチレータ深さ方向及び平面方向の位置分解性能を実現した放射線検出器を提供する。【解決手段】柱体となるように複数のシンチレータブロック１３がマトリクス状に３次元配列されており、複数のシンチレータブロック１３各々の間の境界面の内、柱体の高さ方向Ｈに対して垂直な方向に延在する境界面には、シンチレータブロック１３と異なる屈折率を有する、及び／又は、シンチレータが発する光の一部を吸収又は散乱する特性を有する介在層１５が存在し、柱体の高さ方向に平行な方向に延在する境界面の少なくとも一部には、シンチレータが発する光の透過を遮蔽する遮光層１４が存在する３次元積層シンチレータ１２を有する放射線検出器１。【選択図】図１
2013140024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱体となるように複数のシンチレータブロックがマトリクス状に３次元配列されており、前記複数のシンチレータブロック各々の間の境界面の内、前記柱体の高さ方向に対して垂直な方向に延在する前記境界面には、前記シンチレータブロックと異なる屈折率を有する、及び／又は、前記シンチレータが発する光の一部を吸収又は散乱する特性を有する介在層が存在し、前記柱体の高さ方向に平行な方向に延在する前記境界面の少なくとも一部には、前記シンチレータが発する光の透過を遮蔽する遮光層が存在する３次元積層シンチレータと、
前記３次元積層シンチレータの前記柱体の高さ方向両端面に対となるように設けられており、前記シンチレータが発する光を受光し、電気信号に変換する受光素子と、
を有する放射線検出器。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線検出器において、
前記３次元積層シンチレータは、前記柱体の高さ方向に平行な方向に延在する前記境界面の全部に、前記遮光層が存在する放射線検出器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の放射線検出器において、
前記３次元積層シンチレータは、複数の前記シンチレータブロックが前記柱体の高さ方向に一直線に配列された積層ユニットを複数有する放射線検出器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の放射線検出器において、
前記遮光層は、前記シンチレータが発する光を反射する機能を有する放射線検出器。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の放射線検出器において、
対となる２つの前記受光素子から前記電気信号を受信し、受信した前記電気信号に基づいて、当該電気信号の基となった光を発した位置を特定する位置特定部をさらに有する放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線検出器は、例えば、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）、ＳＰＥＣＴ（Single photon emission computed tomography）、ガンマカメラなどの核医学イメージング装置に利用される。これら核医学イメージング装置は、被検体に陽電子放射線同位元素（ＲＩ）標識の薬剤を投与すると消滅ガンマ線が放出される性質を利用し、放射線検出器を用いて消滅ガンマ線を検出することで、被検体内のＲＩ（Radioactive Isotopes）分布像を得る装置である。
【０００３】
ところで、このような用途で利用される放射線検出器においては、空間分解能の更なる向上を実現するため、放射線検出器の深さ方向（長さ方向）の発光位置を検出する技術が望まれている。
【０００４】
特許文献１には、以下のような放射線入射位置３次元検出器が開示されている。当該放射線入射位置３次元検出器は、複数の柱状シンチレータと、複数の柱状シンチレータのそれぞれの底面に接続された受光素子とを有する。複数の柱状シンチレータは、所定の形状の複数のシンチレータセルを上下方向に積み上げたものである。複数の柱状シンチレータは、互いの側面が隣り合うように配置され、隣り合う側面の内、一部に反射シートが設けられるとともに、少なくとも最上段のシンチレータセルの側面の一部には、互いに光を行き来させるために反射シートを設けない。なお、当該放射線入射位置３次元検出器は、受光素子として、光電子倍増管を利用している。そして、受光素子は、複数のシンチレータセルを上下方向に積み上げた構造体の一面のみに設けられている。
【０００５】
特許文献２には、以下のような放射線位置検出器が開示されている。当該放射線位置検出器は、シンチレータ素子を３次元配列して略直方体状のブロックを構成する。そして、前記略直方体の２面以上、例えば全面に受光素子を接続する。すなわち、当該技術は、シンチレータ素子が発した光を３次元に拡散させることを前提としている。
【０００６】
特許文献３には以下のような放射線検出器が開示されている。当該放射線検出器は、シンチレータ結晶と、光検出器と、光低減部とを有する。シンチレータ結晶は、細長形状に形成されていて、一端に放射線が入射する。光検出器は、シンチレータ結晶の他端に配置されていて、蛍光の強度を検出する。光低減部は、シンチレータ結晶の外側面に部分的に位置して、内部を伝播する蛍光の強度を低減する。当該放射線検出器は、光検出器として、光電子倍増管を利用している。そして、光検出器は、シンチレータ結晶の一端のみに設けられている。
【０００７】
特許文献４には、以下のような放射線３次元位置検出装置が開示されている。当該放射線３次元位置検出装置は、シンチレータユニットと、受光素子とを有する。シンチレータユニットは、複数個のシンチレータセルを層状に重ね、該シンチレータセルと屈折率が異なる薄い透明板を各シンチレータセル間に挿入して多層シンチレータを形成し、該多層シンチレータ２個を並列にしてその間に一部反射材が含まれた薄い透明板を挿入しこれらを結合することによって得られる。受光素子は、多層シンチレータの一端部に接続している。
【０００８】
特許文献５には、板状あるいは柱状シンチレータと光検出器を結合した放射線位置検出器が開示されている。当該放射線位置検出器は、シンチレータを多層に束ね、多層間を光学的に結合することによりシンチレータへの放射線入射位置とシンチレータ中での発光点の深さ位置を検出する。
【０００９】
特許文献６には、複数のシンチレータ素子を、その中心位置が光位置検出器の受光面に平行な方向に偏倚するように光位置検出器上に積層し、光位置検出器からの出力光の空間分布の重心位置を積層シンチレータ素子毎に異ならせることにより、重心位置演算に基づいて、放射線が入射して蛍光を発したシンチレータ素子を同定する放射線３次元位置検出器が開示されている。なお、当該技術は、蛍光減衰時定数が異なる第１及び第２のシンチレータアレイを積層することを本質とする。
【００１０】
特許文献７には、以下のような３次元放射線位置検出器が開示されている。当該３次元放射線位置検出器は、シンチレータユニットと、受光素子と、演算部とを備える。シンチレータユニットは、受光素子の光入射面上に設けられており、この光入射面に垂直な方向に４つのシンチレータアレイが順に積層されている。各シンチレータアレイは、８×８個で、シンチレータセルが２次元配列されている。そして、ある層のシンチレータアレイに含まれるシンチレータセルと、他の層のシンチレータアレイに含まれるシンチレータセルとで、少なくとも１つの同一側面の光学条件が互いに異なる。
【００１１】
その他、関連する技術が、非特許文献１に開示されている。なお、非特許文献１には、従来技術での位置分解性能は１ｍｍ程度であることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−１４２５２３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４９８８３号公報
【特許文献３】特開２００９−３１１３２号公報
【特許文献４】特開昭６３−４７６８６号公報
【特許文献５】特公平５−７５９９０号公報
【特許文献６】特開２００３−２１６８２号公報
【特許文献７】特開２００４−２７９０５７号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】独立行政法人放射線医学総合研究所、"理論限界に迫るＰＥＴ解像度の実現に向けた３次元放射線検出器を開発"、online、平成２３年１２月７日検索、インターネットURL:http://www.nirs.go.jp/information/press/2011/10_05.shtml
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従来の技術はいずれも、シンチレータ深さ方向の位置分解性能が十分なものではなかった。また、構造が複雑で組み上げが難しい・波形取得や読み出し回路が複雑など、装置として量産化するには未だ課題が多いと言わざるを得ない。
【００１５】
本発明は、比較的簡単な構造で、従来に比べて高いシンチレータ深さ方向の位置分解性能を実現した放射線検出器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によれば、柱体となるように複数のシンチレータブロックがマトリクス状に３次元配列されており、前記複数のシンチレータブロック各々の間の境界面の内、前記柱体の高さ方向に対して垂直な方向に延在する前記境界面には、前記シンチレータブロックと異なる屈折率を有する、及び／又は、前記シンチレータが発する光の一部を吸収又は散乱する特性を有する介在層が存在し、前記柱体の高さ方向に平行な方向に延在する前記境界面の少なくとも一部には、前記シンチレータが発する光の透過を遮蔽する遮光層が存在する３次元積層シンチレータと、前記３次元積層シンチレータの前記柱体の高さ方向両端面に対となるように設けられており、前記シンチレータが発する光を受光し、電気信号に変換する受光素子と、を有する放射線検出器が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、比較的簡単な構造で、従来に比べて高いシンチレータ深さ方向の位置分解性能を実現した放射線検出器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態の放射線検出器の構成の一例を模式的に示した図である。
【図２】３次元積層シンチレータの一部を抽出した図である。
【図３】３次元積層シンチレータの一部を抽出した図である。
【図４】位置特定部の機能ブロック図の一例である。
【図５】本実施形態の放射線検出器の一部の構成を模式的に示した図である。
【図６】本実施形態の放射線検出器の効果を説明するための図である。
【図７】本実施形態の放射線検出器の構成の一例を模式的に示した図である。
【図８】本実施形態の放射線検出器の効果を説明するための図である。
【図９】本実施形態の放射線検出器の効果を説明するための図である。
【図１０】本実施形態の放射線検出器の構成の一例を模式的に示した図である。
【図１１】本実施形態の放射線検出器の効果を説明するための図である。
【図１２】比較例１のデータである。
【図１３】比較例１のデータである。
【図１４】比較例２のデータである。
【図１５】比較例２のデータである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２０】
図１は、本実施形態の放射線検出器１の構成を模式的に示している。図示するように、放射線検出器１は、３次元積層シンチレータ１２と、受光素子１０及び１１と、位置特定部１６とを有する。図１では、受光素子１０及び受光素子１１が、３次元積層シンチレータ１２と分離しているが、実際は、受光素子１０及び受光素子１１は、３次元積層シンチレータ１２と光学結合する。なお、本実施形態の放射線検出器１は、位置特定部１６を有さない状態のものであってもよい。すなわち、位置特定部１６はその他の装置内に設けられ、当該装置と放射線検出器１を接続するにように構成してもよい。以下、各構成要素について説明する。
【００２１】
３次元積層シンチレータ１２は、柱体となるように複数のシンチレータブロック１３がマトリクス状に３次元配列されている。
【００２２】
まず、シンチレータブロック１３について説明する。シンチレータブロック１３の材料は、放射線を吸収して発光するものであれば制限されず、従来のシンチレータに関する技術に準じてあらゆる材料を選択することができる。
【００２３】
シンチレータブロック１３の形状は、柱体であればよく、図示する直方体のほか、立方体、底面形状がその他の多角形である多角柱、円柱、底面形状がその他の形状である柱体などとすることができる。
【００２４】
シンチレータブロック１３の大きさは、位置分解能を向上させる観点からは小さい方が好ましい。例えば、高さ（図１のｚ方向）の上限は５０ｍｍ、底面の長径（図１のｘ−ｙ平面における長径）の上限は５０ｍｍとしてもよい。
【００２５】
なお、本実施形態では、同じ構成（材料、形状、大きさ等）のシンチレータブロック１３を複数積層して、３次元積層シンチレータ１２を形成することができる。このため、量産性に優れる。
【００２６】
次に、３次元配列について説明する。
まず、複数のシンチレータブロック１３は、３次元積層シンチレータ（柱体）１２の高さ方向（図１に示すｚ方向（Ｈ方向））においては、一直線になるよう積層される。すなわち、３次元積層シンチレータ１２は、複数のシンチレータブロック１３がｚ方向（図１参照）に一直線に配列されたもの（以下、「ｚ方向積層ユニット」という）を、ｘ方向及びｙ方向（図１参照）に複数並列した構成と考えることができる。ｚ方向積層ユニットをｚ方向（図１参照）から観察した場合、複数のシンチレータブロック１３はほぼ完全に重なりあっている。なお、多少ずれていても問題なく、「ほぼ完全」とは、このような状態を含む概念である。
【００２７】
また、複数のシンチレータブロック１３は、ｘ−ｙ平面（図１参照）において、できるだけ隙間なく配列されるのが好ましい。このような観点から、シンチレータブロックの形状は、三角柱、四角柱、六角柱などの多角柱とするのが好ましい。
【００２８】
なお、複数のシンチレータブロック１３は、ｘ方向及びｙ方向（図１参照）においては、必ずしも一直線になるよう配列されていなくてもよい。また、複数のｚ方向積層ユニットは、互いに、ｚ方向にずれていてもよい。すなわち、複数のｚ方向積層ユニット各々の端部のｚ方向の位置が、互いにずれていてもよい。しかし、図１に示すように、ｘ方向、ｙ方向及びｚ方向いずれにおいても一直線になり、かつ、複数のｚ方向積層ユニット各々の端部のｚ方向の位置が揃うように、複数のシンチレータブロック１３が規則正しく配列されるのが好ましい。かかる場合、３次元積層シンチレータ１２の構造がシンプルになり、量産性に優れる。
【００２９】
３次元配列する複数のシンチレータブロック１３の数は特段制限されず、例えば、２以上１０００以下のシンチレータブロック１３をｚ方向に一直線に積層してｚ方向積層ユニットを形成し、４以上１００００００００００以下のｚ方向積層ユニットをｘ−ｙ平面に配列してもよい。
【００３０】
ここで、図１に示すように、３次元積層シンチレータ１２は、複数のシンチレータブロック１３各々の間の境界面（以下、「シンチレータブロック境界面」）に、介在層１５及び遮光層１４を有する。
【００３１】
遮光層１４は、シンチレータ（シンチレータブロック１３）が発する光の透過を遮蔽（吸収・反射）する機能を有する。なお、遮光層１４は、シンチレータが発する光を反射する機能を有するのが好ましい。このような機能を有しておれば、遮光層１４の構成は特段制限されない。例えば、遮光層１４は、光反射フィルムを含んで構成してもよい。遮光層１４に用いる光反射フィルムは、光反射率が高いものが好ましく、例えば、フッ素樹脂フィルム、硫酸バリウム等の光反射材料含有フィルム、ＥＳＲフィルムなどであってもよい。その他、硫酸バリウムや酸化チタン等の光反射材料を含有する接着剤で遮光層１４を構成してもよい。
【００３２】
このような遮光層１４は、シンチレータブロック境界面の中の、３次元積層シンチレータ１２（柱体）の高さ方向Ｈに平行な方向に延在する境界面１４ａ（図２参照）の少なくとも一部に位置する。例えば、遮光層１４は、高さ方向Ｈに平行な方向に延在する境界面１４ａ（図２参照）の全部に設けられてもよい。なお、境界面１４ａ（図２参照）の一部に遮光層１４が位置する例としては、２つのシンチレータブロック１３間の境界面１４ａの中の一部に遮光層１４が位置する場合や、第１及び第２のシンチレータブロック１３間の境界面１４ａの全部に遮光層１４が位置し、第３及び第４のシンチレータブロック１３間の境界面１４ａには遮光層１４が位置しない場合や、また、これらを組み合わせた状態などが考えられる。なお、遮光層１４は、上記境界面１４ａの少なくとも一部に加えて、３次元積層シンチレータ１２の側面の少なくとも一部、例えば全部に位置し、３次元積層シンチレータ１２の側面の少なくとも一部、例えば全部を覆っていてもよい。
【００３３】
このような遮光層１４は、第１のｚ方向積層ユニットに含まれる第１のシンチレータブロック１３から発せられた光が、ｘ方向及びｙ方向（図１参照）に拡散して、他のｚ方向積層ユニットに含まれる他のシンチレータブロック１３に進入したり、外部空間に漏れることを抑制する。結果、ｘ方向及びｙ方向の位置分解能が向上する。また、遮光層１４が光反射材を含む場合、遮光層１４は上記作用のほか、さらに、第１のｚ方向積層ユニットに含まれる第１のシンチレータブロック１３から発せられた光を、ｚ方向（図１参照）にガイドする機能を有する。結果、シンチレータから発せられた光を、効率的に、ｚ方向積層ユニットの高さ方向Ｈ（ｚ方向）の両端部に位置する受光素子１０及び１１に届けることができる。これらの観点から、遮光層１４は、高さ方向Ｈに平行な方向に延在する境界面１４ａ（図２参照）の全部に設けられるのが好ましい。しかし、一部に設けても、全部に設けた場合と程度は異なるものの、上記作用効果が実現される。
【００３４】
介在層１５は、シンチレータブロック１３と異なる屈折率を有する、及び／又は、シンチレータが発する光の一部を吸収又は散乱する特性を有する。なお、介在層１５はこのような特性を有するものであれば特段制限されず、その構成（材質、厚み等）には自由度がある。例えば、介在層１５は、空気等の気体、水・グリース・油脂等の液体、又は、ガラス、ポリエチレン、エポキシ系接着剤、シリコン系接着剤等の固体であってもよい。また、介在層１５は、これらの組み合わせであってもよい。
【００３５】
このような介在層１５は、シンチレータブロック境界面の中の、３次元積層シンチレータ１２（柱体）の高さ方向Ｈに対して垂直な方向に延在する境界面１５ａ（図３参照）に位置する。すなわち、ｚ方向積層ユニットは、複数のシンチレータブロック１３を、各シンチレータブロック１３間に介在層１５を挟んで、ｚ方向（図１参照）に一直線に配列したものである。
【００３６】
このような介在層１５は、第１のｚ方向積層ユニットに含まれる第１のシンチレータブロック１３から発せられた光がｚ方向に拡散して、シンチレータブロック１３間を移動しながらｚ方向積層ユニットの両端部に位置する受光素子１０及び１１のいずれかに到達するまでの間、シンチレータブロック１３間を移動するごとに、当該光の光量を減少させる。光量の減少の程度は、シンチレータブロック１３間を移動した回数（介在層１５を通過した回数）が多いほど、多くなる。そして、シンチレータブロック１３間を移動する回数（介在層１５を通過する回数）は、光を発した位置から受光素子１０及び１１各々までの距離が長いほど、多くなる傾向にある。このため、第１のシンチレータブロック１３から受光素子１０及び１１各々までの距離が異なる場合、第１のシンチレータブロック１３から発せられた光のうち、受光素子１０に到達した光の光量と、受光素子１１に到達した光の光量との差が明確に現れやすくなる。結果、以下で説明する位置特定部１６による発光位置を特定する処理の精度が向上する。
【００３７】
図１に戻り、受光素子１０および１１は、シンチレータ（シンチレータブロック１３）が発する光を受光し、電気信号に変換する。受光素子１０および１１は、３次元積層シンチレータ１２（柱体）の高さ方向Ｈの両端面に対となるように設けられる。図１では、受光素子１０及び受光素子１１が、３次元積層シンチレータ１２と分離しているが、実際は、受光素子１０及び受光素子１１は、３次元積層シンチレータ１２と光学結合する。受光素子１０及び１１には、例えば、シリコンフォトマルチプライヤ、ＣＣＤ素子などを用いた光電変換器、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード、フォトダイオード等を用いることができる。
【００３８】
位置特定部１６は、対となる２つの受光素子１０及び１１から電気信号を受信し、受信した電気信号に基づいて、当該電気信号の基となった光を発した位置を特定する。
【００３９】
まず、位置特定部１６が光を発した位置を特定するにあたり、深さ方向の位置（ｚ方向の位置）を特定する原理を説明する。
【００４０】
上述の通り、遮光層１４を備えた本実施形態の３次元積層シンチレータ１２の場合、第１のシンチレータブロック１３から発せられた光は、ｚ方向（２方向）に拡散していくようガイドされ、受光素子１０及び１１のいずれかに到達することとなる。
【００４１】
ここで、第１のシンチレータブロック１３から発せられた光の光量は、吸収・反射・拡散等の影響により、受光素子１０又は１１に到達するまでに減少する。当該減少の度合いは、光を発した第１のシンチレータブロック１３から受光素子１０又は１１までの距離が長いほど、大きくなる。また、介在層１５が存在するので、上述の通り、第１のシンチレータブロック１３から発せられた光の光量は、光を発した第１のシンチレータブロック１３から受光素子１０又は１１までの距離が長いほど、減少する傾向にある。このため、受光素子１０及び１１各々が受取る受光量（受光素子が受取る光の総エネルギー量）は、光を発した第１のシンチレータブロック１３の位置が近ければ比較的大きくなり、逆に、遠ければ比較的小さくなる。
【００４２】
位置特定部１６は上記前提に基づき、以下の式（１）を利用して、深さ方向の発光位置（発光したシンチレータブロック１３のｚ方向の位置）を特定する。
【００４３】
（深さ位置）＝（３次元積層シンチレータ１２の高さ）×(受光素子１０に入射した光の総エネルギー量)／｛(受光素子１１に入射した光の総エネルギー量)＋（受光素子１０に入射した光の総エネルギー量)｝---------（１）
【００４４】
なお、ｘ−ｙ平面における発光位置の特定は、従来技術に準じて実現することができる。
【００４５】
ここで、図４に、位置特定部１６の機能ブロック図の一例を示す。受光素子１０及び１１から出力された信号各々は、重心演算回路２２及び２３各々で、各受光素子１０及び１１の面内方向（ｘ−ｙ平面方向）の位置情報及び波高情報を持った信号に変換されたのち各々分岐され、信号の一方は遅延回路２７及び２８各々を通してＡＤＣ３０に入力される。さらに、重心演算回路２２及び２３から分岐したもう一方の信号は、ディスクリミネータ２４及び２５を通し、次いでＡＮＤがとられたのち（ＡＮＤ回路２６）、Ｇａｔｅ信号を生成し（ＡＤＣ  Ｇａｔｅ２９）、ＡＤＣ３０において３つの信号の同期をとることで放射線由来の信号以外の成分を取り除く。面内方向（ｘ−ｙ平面方向）及び深さ方向（ｚ方向）の位置情報は遅延回路２７及び２８からの信号の重心演算を行うことで、またエネルギー情報は遅延回路２７及び２８の信号の和から各々決定される。
【００４６】
なお、深さ方向の発光位置の特定方法は、式（１）および上述の回路に制限されるものではなく、発光位置と受光素子が受取る受光量（受光素子が受取る光の総エネルギー量）の違いを利用する方法であればよい。
【００４７】
次に、３次元積層シンチレータ１２の作製方法の一例を説明する。
【００４８】
＜作製方法１＞
まず、表面が光学研磨された所定形状（例：縦３ｍｍ×横３ｍｍ×高さ３ｍｍの立方体）のシンチレータ結晶（シンチレータブロック１３）を複数個用意する。その後、ガラス板上に、所定間隔（例：０．２mｍ）空けて、Ｍ行×Ｎ列（例：４行×４列）にシンチレータブロック１３を配置し、固定する。その後、ガラス板上においてＭ行×Ｎ列のシンチレータブロック群の周囲を所定の高さを有する囲いで囲った状態で、複数のシンチレータブロック１３間の隙間に、反射材料を含有する混合液（例：硫酸バリウム・水・接着剤・分散剤の混合溶液）を滴下・充填する。次いで、これを加熱して固化させることで（例：５０℃のオーブンで２４時間加熱・乾燥）、遮光層１４を形成する。この時、複数のシンチレータブロック１３間の隙間の一部に、例えば透明板を配置した後、上記混合液の滴下・充填を行うことで、一部のみに遮光層１４を形成することもできる。この後、ガラス板を剥離することで、遮光層１４の厚さ：０．２mｍ、４個×４個のシンチレータブロックをｘ−ｙ平面（図１参照）に配列したシンチレータアレイを得ることができる。
【００４９】
同様にして、所定個（例：４個）のシンチレータアレイを作製後、シンチレータブロック１３の上下位置が一致するように、複数のシンチレータアレイを積層する（図１のｚ方向）。積層の際は、アレイ間に空気、接着剤等を用いてシンチレータブロック１３と異なる屈折率を有する、及び／又は、シンチレータが発する光の一部を吸収又は散乱する特性を有する介在層１５を設置する。本作製法では、空気中でアレイ同士を単純に積み重ねることができ、このようにした場合、シンチレータ素子の表面加工精度の限界から、シンチレータアレイ間に数μｍ〜数１０μm程度の空気層が自然に充填される。その後、積層したシンチレータアレイの側面にテフロン（登録商標）テープ反射材を貼付してこれらを固定することで、３次元積層シンチレータ１２を得ることができる。
【００５０】
その後、３次元積層シンチレータ１２の上下２面（ｚ方向両端部の２面）に、受光素子１０及び１１を光学結合する。例えば、受光面積３×３ｍｍ２・４行×４列の受光素子を有するＭＰＰＣ（Multi Pixel Photon Counter）アレーを、光学グリースを用いて３次元積層シンチレータ１２に接着する。
【００５１】
＜作製方法２＞
まず、表面が光学研磨された所定形状（例：縦３ｍｍ×横３ｍｍ×高さ３ｍｍの立方体）のシンチレータ結晶（シンチレータブロック１３）を複数個用意する。その後、シンチレータブロック１３のｘ方向及びｙ方向（図１参照）の形状に合わせ、例えば光反射フィルムを用いて、格子を作製する。次いで、当該格子の中に、シンチレータブロック１３を所定の層数になるように入れて積み重ね、ｚ方向（図１参照）に積層した積層アレーを作製する。この時、シンチレータブロック１３と光反射フィルム（遮光層１４）の間に接着剤（例：光反射材料含有接着剤）等を充填して固定してもよい。また、複数のシンチレータブロック１３間には、介在層１５として、所定の厚さの空気層あるいはシンチレーション光を透過する接着剤、光透過板等の材料を配置する。
【００５２】
同様にして、所定個の積層アレーを作製後、それらを並列配置することで、３次元積層シンチレータ１２を得ることができる。以降は、作製方法１と同様である。
【００５３】
＜作製方法３＞
まず、表面が光学研磨された所定形状（例：縦３ｍｍ×横３ｍｍ×高さ３ｍｍの立方体）のシンチレータ結晶（シンチレータブロック１３）を複数個用意する。その後、介在層１５（所定の厚さの空気層あるいはシンチレーション光を透過する接着剤、光透過板等）を挟みながら、複数個のシンチレータブロック１３をｚ方向（図１参照）に積層し、第２積層アレーを得る。
【００５４】
同様にして所定個の第２積層アレーを作製後、それらをガラス板上に、所定間隔（例：０．２mｍ）空けて、Ｍ行×Ｎ列（例：４行×４列）に配置し、固定する。その後、ガラス板上においてＭ行×Ｎ列の第２積層アレー群の周囲を所定の高さを有する囲いで囲った状態で、複数の第２積層アレー間の隙間に、反射材料を含有する混合液（例：硫酸バリウム・水・接着剤・分散剤の混合溶液）を滴下・充填する。次いで、これを加熱して固化させることで（例：５０℃のオーブンで２４時間加熱・乾燥）、遮光層１４を形成する。この時、複数のシンチレータブロック１３間の隙間の一部に、例えば透明板を配置後、上記混合液の滴下・充填を行うことで、一部のみに遮光層１４を形成することもできる。この後、ガラス板を剥離することで、３次元積層シンチレータ１２を得ることができる。
【００５５】
＜作製方法４＞
まず、表面が光学研磨された所定形状（例：縦３ｍｍ×横３ｍｍ×高さ12ｍｍの直方体）のシンチレータ結晶を複数個用意する。その後、レーザー等の照射により介在層１５（シンチレータが発する光の一部を吸収又は散乱する特性を有する介在層、例：高さ１２ｍｍに対し、３mm間隔で３箇所）を生成し、第２積層アレーを得る。
【００５６】
同様にして所定個の第２積層アレーを作製後、それらをガラス板上に、所定間隔（例：０．２mｍ）空けて、Ｍ行×Ｎ列（例：４行×４列）に配置し、固定する。その後、ガラス板上においてＭ行×Ｎ列の第２積層アレー群の周囲を所定の高さを有する囲いで囲った状態で、複数の第２積層アレー間の隙間に、反射材料を含有する混合液（例：硫酸バリウム・水・接着剤・分散剤の混合溶液）を滴下・充填する。次いで、これを加熱して固化させることで（例：５０℃のオーブンで２４時間加熱・乾燥）、遮光層１４を形成する。この時、複数の第２積層アレー間の隙間の一部に、例えば透明板を配置後、上記混合液の滴下・充填を行うことで、一部のみに遮光層１４を形成することもできる。この後、ガラス板を剥離することで、３次元積層シンチレータ１２を得ることができる。
【００５７】
＜＜実施例＞＞
＜実施例１＞
実施例１では、図５に示すように、シンチレータブロック１３をｚ方向に積層した放射線検出器を作製した。図５は、実施例１の放射線検出器の断面模式図である。
【００５８】
シンチレータブロック１３は、セリウムをドープしたＣｅ：ＧＡＧＧ（Ｃｅ：Ｇｄ３Ａｌ２Ｇａ３Ｏ１２）（以下、「Ｃｅ：ＧＡＧＧ」という）結晶である。形状は、縦３ｍｍ×横３ｍｍ×高さ３ｍｍの立方体形状とした。
【００５９】
このようなシンチレータブロック１３を、ｚ方向に、厚さ１０μｍの空気層（介在層１５）を挟みながら、５個積層した。当該積層体の周囲全部は、厚さ１ｍｍのフッ素樹脂フィルムで覆った。そして、当該積層体のｚ方向両端部に、受光面３ｍｍ×３ｍｍのシリコンフォトマルチプライヤ（受光素子１０及び１１）を光学的に結合して、放射線検出器を作製した。
【００６０】
当該放射線検出器にセシウム１３７放射線源からの６６２kｅＶのガンマ線を照射し、各シリコンフォトマルチプライヤ（受光素子１０及び１１）から出力される電圧パルス信号を（１）式を用いて解析したところ、図６に示す位置分解スペクトルが得られた。ｚ方向の位置分解性能は、３mm厚のシンチレータブロック１３の位置をＦＷＨＭ＝０．３ｍｍの分解能で弁別する性能を有し、エネルギー分解能は８．３％であった。
【００６１】
以上より、実施例１の放射線検出器を複数並列に並べることで得られる本実施形態の放射線検出器は、深さ方向（ｚ方向）の位置分解性能に優れることが分かる。
【００６２】
＜実施例２＞
実施例２では、図７に示すように、シンチレータブロック１３を３次元配列（４×４×４）した放射線検出器を作製した。図７は、実施例２の放射線検出器の断面模式図である。
【００６３】
シンチレータブロック１３は、Ｃｅ：ＧＡＧＧ結晶である。形状は、縦３ｍｍ×横３ｍｍ×高さ３ｍｍの立方体形状とした。介在層１５は、厚さ１０μｍの空気層とした。遮光層１４は、厚さ０．２ｍｍであり、硫酸バリウムを含有する層とした。なお、遮光層１４は、シンチレータブロック境界面の中の、３次元積層シンチレータ１２（柱体）の高さ方向Ｈ（図７中、ｚ方向）に平行な方向に延在する境界面のすべてに設けた。また、シンチレータブロック１３を３次元配列（４×４×４）して得られる３次元積層シンチレータ１２の側面全部を、遮光層１４で覆った。そして、受光素子１０及び１１は、受光面３ｍｍ×３ｍｍのシリコンフォトマルチプライヤとした。
【００６４】
当該放射線検出器にセシウム１３７放射線源からの６６２kｅＶのガンマ線を照射した。そして、図４に示す構成の位置特定部１６を用いて、発光位置を特定した。図８に、得られた３次元マップを示す。当該図より、３次元位置情報が明確に得られていることが分かる。深さ方向（ｚ方向）の位置分解性能は３mm厚のシンチレータブロックの位置をＦＷＨＭ＝０．３ｍｍの分解能で弁別する性能を有していた。また、エネルギー分解能は８．６％＠６６２ｋｅＶであった。
【００６５】
＜実施例３＞
実施例３では、シンチレータブロック１３として、セリウムをドープしたＬＹＳＯ（Ｃｅ：（Ｌｕ，Ｙ）２ＳｉＯ５）（以下「Ｃｅ：ＬＹＳＯ」という）結晶を用いた。その他の構成は、実施例１の放射線検出器と同様である。
【００６６】
当該放射線検出器にセシウム１３７放射線源からの６６２kｅＶのガンマ線を照射し、各シリコンフォトマルチプライヤから出力される電圧パルス信号を（１）式を用いて解析したところ、図９に示す位置分解スペクトルが得られた。ｚ方向の位置分解性能は、３mm厚のシンチレータブロックの位置をＦＷＨＭ＝０．４ｍｍの分解能で弁別する性能を有し、エネルギー分解能は１１．３％であった。
【００６７】
以上より、実施例３の放射線検出器を複数並列に並べることで得られる本実施形態の放射線検出器は、深さ方向（ｚ方向）の位置分解性能に優れることが分かる。
【００６８】
＜実施例４＞
図１０は、実施例４の放射線検出器の断面模式図である。実施例４では、３次元積層シンチレータ１２（柱体）の高さ方向Ｈ（図１０中、ｚ方向）に平行な方向に延在する境界面の一部に、遮光層１４を設けた。その他の構成は、実施例２の放射線検出器と同様である。なお、遮光層１４を設けない境界面には光透過板１７を配置した。光透過板１７は、図１０に示すように、シンチレータブロック１３ａ及び１３ｂの間にのみ設けた。
【００６９】
当該放射線検出器にセシウム１３７放射線源からの６６２kｅＶのガンマ線を照射した。そして、図４に示す構成の位置特定部１６を用いて、発光位置を特定した。図１１に、得られた２次元マップを示す。当該図より、間に光透過板１７を配置したシンチレータブロック１３ａ及び１３ｂから発せられた光の発光位置情報（図１１中、Ｂ参照）に関しては、マップが歪み、ｘｙ方向の位置分解特性が劣化していることが分かる。しかし、その他のシンチレータブロック１３から発せられた光の発光位置情報は明確に得られていることが分かる。すなわち、シンチレータブロック１３ａ及び１３ｂの間に配置した光透過板１７の影響はその周辺のみに制限され、その他の領域では、発光位置情報が明確に得られることが分かる。
【００７０】
＜比較例１＞
比較例では、シンチレータブロックを３次元配列（４×４×４）した放射線検出器を作製した。シンチレータブロック１３は、Ｃｅ：ＧＡＧＧ結晶である。シンチレータ光を透過するシリコン系接着剤からなる、厚さ１００μｍの介在層をシンチレータブロック境界面全てに設けた。また、シンチレータブロック１３を３次元配列（４×４×４）して得られる３次元積層シンチレータの側面全部を、遮光層で覆った。そして、受光素子は、受光面３ｍｍ×３ｍｍのシリコンフォトマルチプライヤとした。
【００７１】
当該放射線検出器にセシウム１３７放射線源からの６６２kｅＶのガンマ線を照射し、各シリコンフォトマルチプライヤから出力される電圧パルス信号を（１）式を用いて解析した。図１２に、得られた２次元マップを示す。実施例４により得られた図１１の３次元マップに比べて、ｘｙ方向の位置分解スペクトルが中心に向かって歪み、位置弁別特性が劣化している。
【００７２】
図１３は、比較例１において得られた深さ方向（ｚ方向）の位置分解スペクトルである。実施例３より得られた図９のスペクトルに比べて、隣接する位置分解スペクトル同士が近づき、位置分解特性が劣化しているのが分かる。
【００７３】
＜比較例２＞
比較例２では、シンチレータブロックを３次元配列（４×４×４）した放射線検出器を作製した。シンチレータブロック１３は、Ｃｅ：ＧＡＧＧ結晶である。シンチレータブロック境界面は全て介在層とし、厚さ１０μｍの空気層を設けた。また、シンチレータブロック１３を３次元配列（４×４×４）して得られる３次元積層シンチレータの側面全部を、遮光層で覆った。そして、受光素子は、受光面３ｍｍ×３ｍｍのシリコンフォトマルチプライヤとした。
【００７４】
当該放射線検出器にセシウム１３７放射線源からの６６２kｅＶのガンマ線を照射し、各シリコンフォトマルチプライヤから出力される電圧パルス信号を（１）式を用いて解析した。図１４に、得られた２次元マップを示す。実施例４により得られた図１１の２次元マップに比べて、位置分解スペクトルが中心に向かって歪み、位置弁別特性が劣化している。
【００７５】
図１５は、比較例２において得られた深さ方向（ｚ方向）の位置分解スペクトルである。
【００７６】
位置分解性能の指標である"ピーク間の距離/ＦＷＨＭ"、および、位置分解性能のＳ／Ｎ比の指表である"ピークの最大カウント値／ピークの谷間のカウント値"を比較例１，２および実施例３と比較すると表１の深さ方向（ｚ方向）の位置分解特性となる。
【００７７】
【表１】
2013140024.tif 000003
【００７８】
"ピーク間の距離／ＦＷＨＭ"の特性に関しては、値が高いほど、位置弁別性能が高くなるが、比較例１では値が１．５３と小さい。一般的にこの値が２以下の場合には位置分解性能が悪く、ＰＥＴ等の画像装置に用いることが出来ない。また、"ピークの最大カウント値／ピークの谷間のカウント値"は値が高いほど、位置弁別性能が高くなりＳ／Ｎ比が向上するが、比較例１で２．８５と小さい。Ｓ／Ｎ比が悪いため、位置弁別を行う場合には全カウント値の１／３程度のカウントが利用できないため、放射線検出器として用いた場合には検出器の感度が悪化する。比較例２では深さ方向（ｚ方向）の位置分解性能は比較例１に比べて高いものの、ｘｙ方向の位置分解スペクトルが中心に向かって歪み、位置弁別特性が劣化している。比較例１、２では、シンチレータブロックのｘｙ方向の境界面が遮光層ではなく、シンチレーション光を透過する介在層となっているため、シンチレータブロックで生じるシンチレータ光がz方向だけでなくｘｙ方向にも３次元的に広がってしまう。このため、結果として位置分解性能が劣化すると考えられる。
【００７９】
以上、本発明による放射線検出器によって、受光素子と光学結合されたシンチレータ層より放射線が入射した情報が正確に得られ、高精度の位置分解能を有する３次元位置検出機能を持たせた放射線検出器を得ることができる。従来法のように、蛍光寿命の異なる異種シンチレータ素子や、反射材・光透過板を組み合わせた複雑な３次元アレーを用いる必要がないため、積層シンチレータを組み合わせた３次元アレー化が容易であり、かつエネルギー分解能を劣化させる心配がない。
【００８０】
本発明による３次元位置認識型放射線検出器では、３次元アレーの上下２面に受光素子を組み合わせる構成であり、従来法のように立方体アレーの６面に受光素子を組み合わせる構成ではないため、検出器同士を平板あるいはリング状といった形状に容易に連結が可能となる。陽電子放出断層装置（ＰＥＴ）に導入すれば、放射線の反応位置情報を簡便な回路構成で取得可能となる。
【００８１】
また、非特許文献１に記載されているように、従来技術での位置分解性能は１mm程度である。これに対し、上記実施例で示した通り、本発明によれば、シンチレータブロックの厚みを小さくすることで、原理的に０．３ｍｍ程度の分解性能が実現可能である。また、本発明によれば、ｚ方向積層ユニットの側面は遮光層あるいは反射機能を有する遮光層で覆われるため、ｘ−ｙ方向への光の分散が生じず、効率よく受光素子に光が到達するため発光量が大きくなり、エネルギー分解能も高くすることができる。
【００８２】
以上より、本発明によれば、比較的簡単な構造で、従来に比べて高いシンチレータ深さ方向及び平面方向の位置分解性能を実現した放射線検出器が実現される。
【符号の説明】
【００８３】
１      放射線検出器
１０    受光素子
１１    受光素子
１２    ３次元積層シンチレータ
１３    シンチレータブロック
１３ａ  光透過板が隣接するシンチレータブロック
１３ｂ  光透過板が隣接するシンチレータブロック
１４    遮光層
１４ａ  ３次元積層シンチレータ（柱体）の高さ方向に平行な方向に延在する境界面
１５    介在層
１５ａ  ３次元積層シンチレータ（柱体）の高さ方向に対して垂直な方向に延在する境界面
１６    位置特定部
１７    光透過板
２２    重心演算回路
２３    重心演算回路
２４    ディスクリミネータ
２５    ディスクリミネータ
２６    ＡＮＤ回路
２７    遅延回路
２８    遅延回路
２９    ＡＤＣ  Ｇａｔｅ
３０    ＡＤＣ
【図１】
2013140024.tif 000004
【図２】
2013140024.tif 000005
【図３】
2013140024.tif 000006
【図４】
2013140024.tif 000007
【図５】
2013140024.tif 000008
【図６】
2013140024.tif 000009
【図７】
2013140024.tif 000010
【図８】
2013140024.tif 000011
【図９】
2013140024.tif 000012
【図１０】
2013140024.tif 000013
【図１１】
2013140024.tif 000014
【図１２】
2013140024.tif 000015
【図１３】
2013140024.tif 000016
【図１４】
2013140024.tif 000017
【図１５】
2013140024.tif 000018