(57)【要約】【課題】光損失を低減して、検出器の性能を向上させることができる放射線検出器を提供すること。【解決手段】実施形態の放射線検出器は、光センサと、シンチレータと、ライトガイドとを含む。ライトガイドは、前記シンチレータと前記光センサとの間に配置され、前記シンチレータから前記光センサに光を誘導するように構成されるライトガイドであって、ナノコンポジットを含み、前記ナノコンポジットが屈折率を決定するナノ粒子を含有する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光センサと、
シンチレータと、
前記シンチレータと前記光センサとの間に配置され、前記シンチレータから前記光センサに光を誘導するように構成されるライトガイドであって、ナノコンポジットを含み、前記ナノコンポジットが屈折率を決定するナノ粒子を含有するライトガイドと、
を含む、放射線検出器。
【請求項２】
前記ナノコンポジットはポリマー材料および前記ナノ粒子を含み、前記ナノコンポジットの屈折率が前記ナノコンポジット全体で均一になるように、前記ナノ粒子は前記ポリマー材料全体に均一に分散される、請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記ナノコンポジットの屈折率は、前記シンチレータの屈折率と前記光センサの屈折率の相乗平均と実質的に等しい、請求項２に記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記ナノコンポジットはポリマー材料および前記ナノ粒子を含み、前記ナノコンポジットの屈折率が、前記光センサに接触する前記ナノコンポジットの第１の境界で前記光センサの屈折率に等しく、前記シンチレータに接触する前記ナノコンポジットの第２の境界で前記シンチレータの屈折率に等しく、かつ、前記第１の境界と前記第２の境界との間で前記ナノコンポジット全体にわたって一様に変化するように、前記ナノ粒子が前記ポリマー材料全体に分散される、請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記ナノ粒子の濃度が、前記なのコンポジット全体にわたって変化する、請求項１に記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記ナノ粒子の平均粒径は５０ｎｍ未満である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の放射線検出器。
【請求項７】
前記ナノコンポジットと前記光センサとの間の結合を強化するためのプライマー、および、前記ナノコンポジットと前記シンチレータとの間の結合を強化するためのプライマーをさらに含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高品質なＣＴ画像またはＰＥＴ（Positron  Emission  Tomography、陽電子放出断層撮影）画像を得るためには、性能の良い検出器が必要とされる。従来、シンチレータ等の発光部品と光電子増倍管（photomultiplier  tube：ＰＭＴ）等の光センサとの間の結合材料の屈折率は、理想的なまたは所望の屈曲率よりも小さい。また、材料組成が均一であるため、結合領域全体の屈折率が均一である。発光部品と光センサとの屈折率の不一致により、シンチレーション光の一部がシンチレータの外に出るのに比較的長い時間を必要とし、シンチレーション光の一部はシンチレータ内に捕捉され失われてしまう。結果として、光センサによって検出された光子数は、あるべき数ほど多くなく、光子はあるべき速さでは検出器に到達しない。これによって検出器のエネルギー分解能およびタイミング分解能が低下する。従来は、発光部品および光センサは既存の屈折率を有する材料により結合されるが、これは特定のスキャン用途それぞれに対する光損失を低減するために最適化されたものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】２０１３−１１３６８５号公報
【特許文献１】２０１４−３２０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、光損失を低減して、検出器の性能を向上させることができる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】
【０００５】
実施形態の放射線検出器は、光センサと、シンチレータと、ライトガイドとを含む。ライトガイドは、前記シンチレータと前記光センサとの間に配置され、前記シンチレータから前記光センサに光を誘導するように構成されるライトガイドであって、ナノコンポジットを含み、前記ナノコンポジットが屈折率を決定するナノ粒子を含有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１Ａ】図１Ａは、本実施形態に係る結合材料の例を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本実施形態に係る結合材料の例を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本実施形態に係る光センサ、シンチレータ、および図１Ａに示される結合材料を含む放射線検出器を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本実施形態に係る光センサ、シンチレータ、および図１Ｂに示される結合材料を含む放射線検出器を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、添付図面を参照して、放射線検出器の実施形態を詳細に説明する。本明細書に記載の実施形態、及び、それに付随する諸利点の多くは、添付の図面と併せて考察すれば、以下の詳細な説明を参照することによって、理解がより深まり、実施形態のより完全に把握することが容易である。なお、本明細書に開示される実施形態は、概して、ナノコンポジットを用いて発光部品と光センシング部品を結合することに関するものである。
【０００８】
従来のＰＥＴスキャナでは、小さな病変部を同定することや、大きな被検体をスキャンすることが困難となる場合がある。そこで、本明細書に開示される実施形態により放射線検出器のエネルギー分解能およびタイミング分解能を改善することで、例えばＰＥＴ画像の画質を改善する。
【０００９】
一実施形態によれば、（１）光センサ、（２）シンチレータ、および（３）シンチレータと光センサとの間に配置され、シンチレータから光センサまで光を誘導するように構成されるライトガイドを含む放射線検出器であって、ライトガイドはナノコンポジットの屈折率を決定するナノ粒子を含有するナノコンポジットを含む、放射線検出器が提供される。
【００１０】
一実施形態では、ナノコンポジットはポリマー材料およびナノ粒子を含み、ナノコンポジットの屈折率がナノコンポジット全体で均一になるように、ナノ粒子はポリマー材料全体に均一に分散される。特に、ナノコンポジットの屈折率はシンチレータの屈折率および光センサの屈折率の相乗平均と実質的に等しい。
【００１１】
別の実施形態では、ナノコンポジットはポリマー材料およびナノ粒子を含み、ナノコンポジットの屈折率が、光センサに接触するナノコンポジットの第１の境界で光センサの屈折率に等しく、シンチレータに接触するナノコンポジットの第２の境界でシンチレータの屈折率に等しく、かつ、第１の境界と第２の境界との間でナノコンポジット全体にわたって一様に変化するように、ナノ粒子はポリマー材料全体に分散される。
【００１２】
別の実施形態では、ナノ粒子の平均粒径は５０ｎｍ未満である。
【００１３】
別の実施形態では、プライマーが、ナノコンポジットと光センサとの間の結合を強化するために提供される。
【００１４】
以下、図面を参照して説明するが、図面間で同一または対応する部分は同一の参照番号で示される。図１Ａは、均一な屈折率を有するナノコンポジット材料１０６を含有する結合材料の例を示し、図１Ｂは可変の（勾配）屈折率を有するナノコンポジット材料１０８を含有する結合材料を示す。
【００１５】
一実施形態によると、ナノコンポジット材料は、ポリマーマトリックスおよび、例えば２．０よりも大きい高屈折率を有する所定の材料の複数のナノ粒子１０４を含有する。図１Ａおよび図１Ｂの実施形態は、それぞれ均一な屈折率および勾配屈折率を有するが、いずれも複数のナノ粒子のドーピングレベルを制御することによって得られる。
【００１６】
一実施形態によると、光損失を低減するために、図１Ａの結合材料の均一な屈折率がシンチレータおよび光センサの屈折率の相乗平均となるように設計される。同様に、図１Ｂの結合材料は、いずれかの端部の屈折率が接触する光センサおよびシンチレータの屈折率にそれぞれ合致するように設計されている。
【００１７】
各実施形態において、ナノコンポジットはポリマーと複数のナノ粒子１０４を混合することによって得ることができる。ナノ粒子１０４は、高屈折率の材料から調製される。適切にナノ粒子１０４をマトリクス内に分散させるために、粒子表面を処理することができる。
【００１８】
別の実施形態では、ナノコンポジットはその場（in-situ）ゾルゲル処理により作製できる。ナノ粒子１０４のサイズは処理パラメータを最適化することによって制御できる。
【００１９】
検出器の組み立て時に、シンチレータと光センサとの間隙に未硬化ナノコンポジット結合材料を充填する。材料は後に硬化されて、２つの部品、すなわち、光センサおよびシンチレータが互いに結合される。プライマーは、光センサとシンチレータとの間の結合を強化するために使用することもできる。
【００２０】
図１Ｂに示すように、特定の領域のナノ粒子１０４の密度によってその領域のナノコンポジットの屈折率が決定する。したがって、ナノ粒子１０４が低密度であれば結果として、ナノコンポジットの低屈折率がもたらされる。図１Ｂの勾配屈折率を得るために、ドーピングレベル、ポリマーマトリックスの粘度および硬化時間は、最適な結果を得るために変更することができる。
【００２１】
本実施形態によれば、ナノコンポジットの屈折率はその他の部品の屈折率とより良く合致させるために制御される。一実施形態では、ナノコンポジットの屈折率はシンチレータと光センサの屈折率の相乗平均であり、別の実施形態では、ナノコンポジットは、それぞれの接触面で部品の屈折率と合致する可変の（勾配）屈折率を有する。結果として、光損失が低減され、光は迅速にシンチレータの外に出るようになり、検出器性能が改善される。
【００２２】
図２Ａおよび２Ｂはそれぞれ、光センサおよびシンチレータアレイを含む放射線検出器を示す。図２Ａは、屈折率ｎ１を有する光センサ２０６および屈折率ｎ２を有するシンチレータ２１４に結合された、均一な屈折率ｎ３を有するナノコンポジット２１０を含む検出器を示す。ナノコンポジット２１０の均一な屈折率ｎ３は、例えば、光センサ２０６およびシンチレータ２１４の屈折率の相乗平均、すなわちｎ３＝（ｎ１＊ｎ２）０．５にできるだけ近い。一般に、ｎ３は相乗平均値（ｎ１＊ｎ２）０．５の１０％以内に設定できる。ｎ１とｎ２の他の組み合わせをｎ３に用いることができる。
【００２３】
図２Ｂは勾配屈折率を有するナノコンポジット２１２によって結合された検出器を示し、ここで屈折率は各接触面の屈折率に合致させるためにナノコンポジット全体にわたって変化している。したがって本実施形態では、ナノコンポジット２１２は屈折率ｎ１を有する光センサ２０８と屈折率ｎ２を有するシンチレータとを結合し、ナノコンポジット２１２の屈折率は光センサの表面のｎ１の値からシンチレータの表面のｎ２の値まで一様に変化する。
【００２４】
以上、説明したとおり本実施形態によれば、光損失を低減して、検出器の性能を向上させることができる。
【００２５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００２６】
１０４  ナノ粒子
１０６、１０８  ナノコンポジット材料
２０６、２０８  光センサ
２１０、２１２  ナノコンポジット
２１４、２１６  シンチレータ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2016017958.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2016017958.tif 000006