(57)【要約】      （修正有）【課題】シンチレーション光が発生したシンチレータセルを精度良く特定可能な放射線検出器を提供する。【解決手段】放射線検出器１は、セル入射面７ａ及びセル結合面８ａを有する複数のシンチレータセル６を有し、シンチレータセル６が二次元状に配置されたシンチレータアレイ２と、複数のセル結合面８ａに対して光学的に結合された受光部を有する光検出器３と、を備えている。シンチレータアレイ２は、複数のシンチレータセル６を取り囲んで光拡散制限部を形成する光反射面９と、光拡散制限部に含まれたシンチレータセル６同士を光学的に分離する光散乱面１１と、を有し、光散乱面１１は、レーザ光の照射により形成された一又は複数の改質領域を含む。【選択図】図１
2016033450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線の入射方向と交差するセル入射面及び前記セル入射面に対して平行なセル結合面を有するシンチレータセルを有し、前記シンチレータセルが二次元状に配置されたシンチレータアレイと、
複数の前記セル結合面に対して光学的に結合された受光部を有する光検出部と、
を備え、
前記シンチレータアレイは、
前記セル入射面の法線方向に対して平行であり、複数の前記シンチレータセルを取り囲んで光拡散制限部を形成する光反射面と、
前記セル入射面の法線方向に対して平行であり、前記光拡散制限部に含まれた前記シンチレータセルを光学的に分離する光散乱面と、を有し、
前記光散乱面は、レーザ光の照射により形成された一又は複数の改質領域を含む、放射線検出器。
【請求項２】
前記光拡散制限部は、前記シンチレータアレイの周縁部に設けられている、請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記シンチレータアレイは、複数の前記光拡散制限部を有し、
前記光検出部の前記受光部は、互いに隣接する前記光拡散制限部に跨るように前記シンチレータアレイに対して光学的に結合されている、請求項１又は２記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記光検出部の前記受光部は、２行２列に二次元配列された前記光拡散制限部のそれぞれに跨るように前記シンチレータアレイに対して光学的に結合されている、請求項３記載の放射線検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を検出した位置を特定可能な放射線検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポジトロン断層法（PET ：Positron  Emission  Tomography）には、放射線検出器が利用されている。この放射線検出器は、シンチレータと位置検出型光検出器とを備えている。シンチレータは、放射線を吸収してシンチレーション光を発生させるものである。また、位置検出型光検出器は、シンチレーション光が発生した位置や光強度を検出するものである。このような分野の技術として、特許文献１〜４に記載された技術が知られている。
【０００３】
特許文献１の放射線検出器は、複数の光散乱面が形成されたシンチレータと２個の光検出器とを備えている。少なくとも一方の光検出器は、一又は複数の光散乱面を通過して光強度が減衰したシンチレーション光を捉える。光強度の減衰量は、通過した光散乱面の数に対応しているので、光強度を利用してシンチレーション光が発生した領域を特定できる。特許文献２の３次元放射線位置検出器は、複数のシンチレータセルを有するシンチレータユニットと受光素子とを備えている。シンチレータセル間には、反射材及び透過材のいずれか一方のみが配置されている。特許文献３の放射線位置検出器は、多層シンチレータと受光素子とを備えている。この放射線位置検出器は、受光素子に入射される光強度を均一化する手段の一つとして、シンチレータセル間に設置された光反射材を有している。特許文献４の検知器コンポーネントは、シンチレータを備えている。このシンチレータには、複数のボイドが形成されている。このボイドは、シンチレーション光を制御する光学的境界を画定するためのものであり、シンチレータ内に設定された焦点にレーザビームを集束させることにより形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２０１２／１０５２９２号
【特許文献２】特許第４３３８１７７号
【特許文献３】特許第４３３２６１３号
【特許文献４】特許第５０１３８６４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したシンチレータと光検出器とを備えた放射線検出器では、光検出器から出力される二次元状の光強度分布を利用して、シンチレーション光が発生した位置を光強度分布の重心として算出し、シンチレーション光が発生したセルを特定する。従って、シンチレーション光が光検出器に到達するまでの間に、シンチレーション光をある程度の範囲に拡散させる必要がある。光を拡散させる構成には、例えば、シンチレータと光検出器との間にライトガイドを挟み込む構成がある。また、光散乱面を利用してシンチレータを光学的に分離された複数のセルに分割する構成もある。光散乱面は、ある程度の光を透過するため、ライトガイドを用いることなしに光を拡散させることができる。
【０００６】
しかし、シンチレータが厚くなると、シンチレーション光が発生した位置から光検出器に到達するまでの距離が長くなるので、シンチレーション光が拡散しすぎる虞がある。この場合には、光強度分布を精度良く得ることが困難になる場合があり、シンチレーション光が発生したシンチレータセルを精度良く特定できない虞があった。
【０００７】
そこで、本発明は、シンチレーション光が発生したシンチレータセルを精度良く特定可能な放射線検出器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面に係る放射線検出器は、放射線の入射方向と交差するセル入射面及びセル入射面に対して平行なセル結合面を有するシンチレータセルを有し、シンチレータセルが二次元状に配置されたシンチレータアレイと、複数のセル結合面に対して光学的に結合された受光部を有する光検出部と、を備えている。シンチレータアレイは、セル入射面の法線方向に対して平行であり、複数のシンチレータセルを取り囲んで光拡散制限部を形成する光反射面と、セル入射面の法線方向に対して平行であり、光拡散制限部に含まれたシンチレータセルを光学的に分離する光散乱面と、を有し、光散乱面は、レーザ光の照射により形成された一又は複数の改質領域を含む。
【０００９】
この放射線検出器では、シンチレータアレイにおいて放射線が吸収されて、線量に応じた光強度を有するシンチレーション光が発生する。シンチレーション光は、その発生位置から光検出部に向かって拡散しつつ伝播する。拡散したシンチレーション光は、受光部に入射する。そして、シンチレーション光が入射した受光部から出力される信号を利用して、重心演算を行い、シンチレーション光が発生した位置を算出する。すなわち、シンチレーション光が発生した位置の算出には、シンチレーション光の拡散範囲が影響する。ここで、シンチレータアレイは光反射面を有し、この光反射面は複数のシンチレータセルを取り囲んで光拡散制限部を形成している。この光拡散制限部に含まれたシンチレータセルにおいてシンチレーション光が発生した場合には、光反射面によりシンチレーション光が光拡散制限部の外側へ拡散することが制限される。光拡散制限部内には、レーザ光の照射により形成された改質領域を含む光散乱面が形成されている。そして、光拡散制限部内では、シンチレーション光は、光散乱面を通過しつつ拡散する。このシンチレーション光は、発光位置を精度良く算出可能な光強度分布として検出されることができる。従って、シンチレーション光が発生したシンチレータセルを精度良く特定することができる。
【００１０】
光拡散制限部は、シンチレータアレイの周縁部に設けられていてもよい。ここで、シンチレータアレイの周縁部に配置されたシンチレータセルにおいてシンチレーション光が発生した場合、シンチレーション光の拡散範囲がシンチレータアレイの内側に偏った分布となるため、光検出部で取得される光強度分布の重心は、シンチレータアレイの中央寄りに片寄ることになる。従って、内側のシンチレータセルに対応した光検出位置に近接し、重なってしまう虞がある。この構成によれば、光反射面によりシンチレーション光が光拡散制限部の内側へ拡散することが制限される。従って、シンチレータアレイの周縁部に配置されたシンチレータセルと内側のシンチレータセルの重なりを避け、分離特性の劣化をより抑制することができる。
【００１１】
また、シンチレータアレイは、複数の光拡散制限部を有している。光検出部の受光部は、互いに隣接する光拡散部に跨るようにシンチレータアレイに対して光学的に結合されていてもよい。ここで、受光部上に配置されたシンチレータセルの分離特性は、受光部間の上に配置されたシンチレータセルの分離特性よりも低下する傾向にある。このような構成によれば、互いに隣接する光拡散制限部の何れかにおいてシンチレーション光が発生した場合には、他方の光拡散制限部へシンチレーション光が拡散することが抑制される。従って、受光部上に配置されたシンチレータセルにおいてシンチレーション光が発生した場合であっても、シンチレータセルの分離特性の低下を抑制することが可能になる。従って、シンチレーション光が発生したシンチレータセルを精度良く特定することができる。
【００１２】
また、光検出部の受光部は、２行２列に二次元配列された光拡散制限部のそれぞれに跨るようにシンチレータアレイに対して光学的に結合されていてもよい。このような構成によれば、受光部上に配置されたシンチレータセルにおいてシンチレーション光が発生した場合であっても、シンチレータセルの分離特性の低下を抑制することが可能になる。すなわち、受光部上に配置されたシンチレータセルの分離特性をより高めることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の放射線検出器によれば、シンチレーション光が発生したシンチレータセルを精度よく特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る放射線検出器の斜視図である。
【図２】図１に示された放射線検出器の平面図である。
【図３】図１に示されたシンチレータアレイの分解斜視図である。
【図４】図１に示された放射線検出器により得られる検出点の分布を模式的に示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る放射線検出器の平面図である。
【図６】図５に示された放射線検出器により得られる検出点の分布を模式的に示す図である。
【図７】変形例に係る放射線検出器の平面図である。
【図８】図７に示された放射線検出器により得られる検出点の分布を模式的に示す図である。
【図９】（ａ）は比較例１に係る放射線検出器の平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された放射線検出器により得られる検出点の分布を模式的に示す図である。
【図１０】（ａ）は比較例２に係る放射線検出器の平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された放射線検出器により得られる検出点の分布を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第１実施形態］
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図１に示されるように、放射線検出器１は、ガンマ線などの放射線の入射により発生した光を検出することにより、放射線を検出するものである。
【００１６】
放射線検出器１は、シンチレータアレイ２と、光検出器（光検出部）３とを備えている。シンチレータアレイ２は、放射線を吸収してシンチレーション光と呼ばれる光を発生させるものである。シンチレーション光は、発生した位置から光検出器３に向かって進行しつつ二次元状に拡散する。そして、シンチレーション光は、光検出器３において光強度の分布として検出される。この二次元的な光強度分布の重心を求める演算を行うことにより、シンチレーション光が発生した二次元的な位置情報が得られる。
【００１７】
光検出器３の受光部４には、シンチレータアレイ２が光学的に結合されている。このシンチレータアレイ２は、二次元状に配置された１２１個のシンチレータセル６を含んでいる。シンチレータアレイ２は、放射線が入射されるブロック入射面７と、ブロック入射面７の反対側のブロック結合面８とを有している。シンチレータアレイ２と光検出器３との間には、シンチレーション光に対して透明な光学部材が充填されている。このような光学部材には、例えば、シリコーンオイル、空気、光学用透明接着剤等がある。
【００１８】
シンチレータアレイ２は、放射線の入射によってシンチレーション光を発生する結晶塊により構成されている。このシンチレーション光は、吸収した放射線の線量に対応する光強度を有している。結晶塊は、略直方体状の外形形状を有している。例えば、シンチレータアレイ２は、一辺Ａ１が５０ｍｍであり、他辺Ａ２が５０ｍｍであり、高さＡ３が２０ｍｍ程度である。結晶塊は、例えば、Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２（ＢＧＯ）、ＣｅがドープされたＬｕ２ＳｉＯ５（ＬＳＯ）、Ｌｕ２（１−Ｘ）Ｙ２ＸＳｉＯ５（ＬＹＳＯ）、Ｇｄ２ＳｉＯ５（ＧＳＯ）、ＰｒがドープされたＬｕＡＧ（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２）、ＣｅがドープされたＬａＢｒ３（ＬａＢｒ３）、ＣｅがドープされたＬａＣｌ３（ＬａＣｌ３）、ＣｅがドープされたＬｕ０．７Ｙ０．３ＡｌＯ３（ＬｕＹＡＰ）、Ｌｕｔｅｔｉｕｍ  Ｆｉｎｅ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ（ＬＦＳ）などの何れかの結晶によって好適に構成される。
【００１９】
シンチレータアレイ２には、光反射面９と光散乱面１１とが形成されている。これら光反射面９と光散乱面１１とは、結晶塊を複数のシンチレータセル６に光学的に分離する。なお、光反射面９と光散乱面１１との具体的な配置は後述する。また、光学的な分離とは、互いに隣接するシンチレータセル６へ光が入射される場合において、光散乱面１１で光が散乱されて光強度が弱まった光が伝播される場合、光反射面９で略１００％反射される場合、又は光反射面９で所定割合の光が反射され、残りの光が透過される場合を含む。
【００２０】
光反射面９は、シンチレーション光の拡散を阻害するものであり、光透過率が光散乱面１１よりも低い。すなわち、光反射面９は、光散乱面１１よりも光の拡散を阻害するものである。従って、光透過率が光散乱面１１よりも低ければよいので、光反射面９の反射率は略１００％であってもよいし、１００％以下であってもよい。このような光反射面９として、例えば、テフロンテープ（テフロンは登録商標）、硫酸バリウム、酸化アルミ、酸化チタン、ＥＳＲ（Enhanced  Specular  Reflector）フィルム、及びポリエステルフィルムといった部材の何れかを用いることができる。
【００２１】
光散乱面１１は、改質領域（不図示）により構成されている。改質領域は、例えばボイド状の改質スポットが互いに重なり合うように形成された領域である。この複数の改質スポットが光学的な散乱面を形成している。改質スポットは、結晶塊の内部にレーザ光を集光させることにより、形成する。すなわち、光散乱面１１は、シンチレータをなす結晶塊の表面を機械的又は化学的に処理して得られるものではない。改質領域は、シンチレーション光を遮断したり吸収したりするものではない。従って、光散乱面１１の全面に改質領域が形成されていても、シンチレーション光の一部は隣接するシンチレータセル６へ透過される。また、光散乱面１１は、光散乱面１１への光の入射角度により光透過率が異なる。例えば、入射角度が垂直である場合には、光透過率が大きくなる。すなわち、入射したシンチレーション光はほとんど透過する。一方、入射角度が大きくなると、垂直に入射した場合と比較して光透過率が下がる。
【００２２】
図３に示されるように、シンチレータアレイ２は、まず、板状の結晶塊にレーザ光を照射して光散乱面１１を形成する。従って、光散乱面１１の形成に当たっては、シンチレータをなす結晶塊を切断する工程は伴わない。次に、レーザ光により光散乱面１１が形成された各結晶塊の間に光反射面９ａ〜９ｄをなす光反射材を配置して再び光学的に接合する。最後に、側面に光反射面９ｅを形成する。以上の工程によって、シンチレータアレイ２が得られる。要するに、シンチレータアレイ２は、結晶塊に対するレーザ光の照射工程と、結晶塊同士の接合工程によって形成される。
【００２３】
光検出器３は、いわゆる位置検出型光検出器である。この光検出器３は、受光部４を有する。光検出器３は、受光部４に入射した光の入射位置、及び光強度に応じた電気信号を出力する。光検出器３は、例えば、位置検出型の光電子増倍管や半導体光検出器により好適に構成される。
【００２４】
次に、光反射面９及び光散乱面１１の配置について詳細に説明する。以下の説明において、「行」及び「列」を用いることがある。図１に示されるように、「列」は他辺Ａ２に沿った方向（方向Ｄ３）である。また、「行」は一辺Ａ１に沿った方向（方向Ｄ２）である。そして、平面視して左最上段に配置されたシンチレータセル６ｒを、１行１列に配置されたセルとして定義する。この定義は説明の便宜上のものである。
【００２５】
複数の光反射面９は、ブロック入射面７の法線方向（方向Ｄ１）に対して平行な面であり、ブロック入射面７に対して直交している。すなわち、光反射面９は、ブロック入射面７からブロック結合面８の間に亘って形成されている。従って、シンチレータ光は、光反射面９を通過することなく、光検出器３に到達することもあり得る。光反射面９ａ，９ｂは、シンチレータアレイ２の側面１２から側面１３の間に亘って形成されている。具体的には、光反射面９ａは、１列目のシンチレータセル６と２列目のシンチレータセル６の間に形成されている。光反射面９ｂは、１０列目のシンチレータセル６と１１列目のシンチレータセル６の間に配置されている。光反射面９ｃ，９ｄは、シンチレータアレイ２の側面１４から側面１６の間に形成されている。具体的には、光反射面９ｃは、１行目のシンチレータセル６と２行目のシンチレータセル６の間に形成されている。光反射面９ｄは、１０行目のシンチレータセル６と１１行目のシンチレータセル６の間に配置されている。更に、光反射面９ｅは、シンチレータアレイ２の側面１２，１３，１４，１６のそれぞれに配置されている。
【００２６】
図２に示されるように、これら光反射面９ａ〜９ｄは格子状に組み合わされて、一又は複数のシンチレータセル６を取り囲んでいる。これら光反射面９に取り囲まれた領域を、光拡散制限部１７と呼ぶ。すなわち、光拡散制限部１７は、光反射面９と一又は複数のシンチレータセル６とを有している。シンチレータアレイ２は、９個の光拡散制限部１７ａ〜１７ｃを有している。シンチレータアレイ２は、それぞれの角部に形成された４個の光拡散制限部１７ａを有している。これら光拡散制限部１７ａは、１個のシンチレータセル６を含んでいる。また、シンチレータアレイ２は、それぞれの光拡散制限部１７ａの間に形成された４個の光拡散制限部１７ｂを有している。これら光拡散制限部１７ｂは、方向Ｄ２又は方向Ｄ３に沿って分離された９個のシンチレータセル６を含んでいる。更に、シンチレータアレイ２は、光拡散制限部１７ａ，１７ｂに囲まれた１個の光拡散制限部１７ｃを有している。この光拡散制限部１７ｃは、方向Ｄ２に沿って９分割され、方向Ｄ３に沿って９分割された８１個のシンチレータセル６を含んでいる。
【００２７】
光拡散制限部１７ｂ，１７ｃ内には、複数の光散乱面１１が形成されている。光散乱面１１は、ブロック入射面７の法線方向（方向Ｄ１）に対して平行である。すなわち、光散乱面１１は、ブロック入射面７に対して交差、より具体的には直交している。従って、シンチレータ光は、光散乱面１１を通過することなく、光検出器３に到達することもあり得る。例えば、光拡散制限部１７ｂでは、行方向（方向Ｄ３）又は列方向（方向Ｄ２）と直交する光散乱面１１が、等間隔をもって９個形成されている。すなわち、光拡散制限部１７ｂでは、シンチレータセル６が一次元状に配置されている。また、光拡散制限部１７ｃでは、行方向（方向Ｄ３）と直交する光散乱面１１が等間隔をもって８個形成され、列方向（方向Ｄ２）と直交する光散乱面１１が等間隔をもって８個形成されている。すなわち、光拡散制限部１７ｃでは、光反射面９が格子状に形成されることにより、６４個のシンチレータセル６がブロック入射面７に沿って二次元状に配置されている。
【００２８】
シンチレータセル６は、セル入射面７ａと、セル結合面８ａとを有している（図１参照）。セル入射面７ａは、放射線の入射方向（方向Ｄ１）と交差する面であり、ブロック入射面７に含まれている。セル結合面８ａは、セル入射面７ａに対して平行な面であり、ブロック結合面８に含まれている。また、セル結合面８ａは、光検出器３に対して光学的に結合されている。
【００２９】
シンチレータセル６は、光反射面９又は光散乱面１１によって隣接する別のシンチレータセル６と光学的に分離されている。例えば、シンチレータセル６ａ，６ｒは、光反射面９によって隣接する別のシンチレータから光学的に分離されている。シンチレータセル６ｂは、互いに対向する一対の光反射面９と、光反射面９に直交すると共に互いに対向する一対の光散乱面１１とによって光学的に分離されている。シンチレータセル６ｃは、互いに直交する光反射面９と互いに直交する光散乱面１１とによって光学的に分離されている。シンチレータセル６ｄは、１つの光反射面９と、３つの光散乱面１１とによって光学的に分離されている。シンチレータセル６ｅは、光散乱面１１によって光学的に分離されている。
【００３０】
以下、放射線検出器１の作用効果を比較例１に係る放射線検出器の作用効果と比較しつつ説明する。
【００３１】
図９（ａ）に示されるように、比較例１に係る放射線検出器１００は、結晶塊が光散乱面１０１のみで複数のシンチレータセル１０６に分離されている点で放射線検出器１と相違する。すなわち、放射線検出器１００は、シンチレータアレイ内には光反射面９を有していない。また、シンチレータアレイ１０２の側面には光反射面９を設けている。
【００３２】
図９（ｂ）は、検出点Ｐ１の分布を模式的に示す図である。検出点Ｐ１は、放射線検出器１００において、シンチレーション光が発生したシンチレータセル１０６に対応している。例えば、検出点Ｐ１ａは、シンチレータセル１０６ａに対応している。すなわち、放射線検出器１００を利用して得たデータに検出点Ｐ１ａが含まれている場合には、シンチレータセル１０６ａに放射線が入射したことを示す。
【００３３】
図９（ｂ）に示されるように、検出点Ｐ１の間隔はシンチレータアレイ１０２の周縁部に近づくに従って狭くなっている。例えば、シンチレータセル１０６ａでシンチレーション光が発生した場合を想定する。シンチレーション光が二次元状に均等に拡散したとすると、シンチレータアレイ１０２の外側には光は拡散しないため内側に向かって拡散する。このような光強度分布に基づいて重心演算を行うと、検出点Ｐ１の位置は、正確な位置に対してシンチレータアレイ２の中央に片寄った位置として算出される。要するに、周縁部に近いほど光強度分布の対称性が崩れ中央に偏った分布となり、検出点Ｐ１の位置がシンチレータアレイ２の中央に片寄った位置になる。この検出点Ｐ１の片寄りの度合いは、シンチレーション光の拡散範囲による。そして、シンチレーション光の拡散範囲を決定する要因は、光散乱面１０１の光透過率と、シンチレーション光が発生した位置から光検出器３までの距離である。
【００３４】
基本的に、シンチレータセル１０６ａに対応する検出点Ｐ１ａと、当該シンチレータセル１０６ａに隣接する別のシンチレータセル１０６ｂに対応する検出点Ｐ１ｂとは、完全に分離していることが望ましい。その一方、検出点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂは、画像処理によって弁別が可能な範囲であれば、ある程度の近接も許容される。しかし、例えば、検出点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂのように、互いに接触するまで近接したり更に重複したりする場合には、検出点Ｐ１ａ，Ｐ１ｂが何れのシンチレータセル１０６に対応するかの判定が困難になる場合がある。
【００３５】
本実施形態に係る放射線検出器１では、シンチレータアレイ２において放射線が吸収されて、線量に応じた光強度を有するシンチレーション光が発生する。シンチレーション光は、その発生位置から光検出器３に向かって拡散しつつ伝播する。シンチレーション光は、光検出器３に入射する。そして、光検出器３から出力される光強度分布を用いた重心演算により、シンチレーション光が発生した位置を算出する。すなわち、シンチレーション光が発生した位置の算出には、シンチレーション光の光強度分布が影響する。
【００３６】
ここで、シンチレータアレイ２は光反射面９を有し、この光反射面９はシンチレータセル６を取り囲んで光拡散制限部１７を形成している。この光拡散制限部１７に含まれたシンチレータセル６においてシンチレーション光が発生した場合には、光反射面９によりシンチレーション光が光拡散制限部１７の外側へ拡散することが制限される。すなわち、シンチレーション光は、当該シンチレーション光が発生したシンチレータセル６を含む光拡散制限部１７内に留まるため、隣接する光拡散制限部１７へのシンチレーション光の拡散が制限される。光拡散制限部１７内において拡散したシンチレーション光によれば、光検出器３により、発光位置を精度良く算出可能な光強度分布として検出できる。従って、隣接する光拡散制限部１７間の分離特性が改善されるので、シンチレーション光が発生したシンチレータセル６を精度良く特定することができる。
【００３７】
すなわち、放射線検出器１のシンチレータアレイ２では、光反射面９と光散乱面１１とを介した光学的な分離を組み合わせることにより、シンチレータセル６における分離特性を向上させている。
【００３８】
また、光拡散制限部１７に含まれたシンチレータセル６間では、所定量のシンチレーション光が透過される。従って、光拡散制限部１７内のシンチレータセル６は、ライトガイドとしての機能を奏し得る。従って、放射線検出器１のシンチレータアレイ２には、光反射面９と光散乱面１１とが混在して形成されているので、ライトガイドを不要とすることができる。
【００３９】
また、シンチレータアレイ２の周縁部に形成された光拡散制限部１７ｂによれば、光拡散制限部１７ｂ内のシンチレータセル６ｂ等でシンチレーション光が発生した場合に、当該シンチレーション光が光拡散制限部１７ｂの内側へ拡散することが制限される。具体的には、シンチレータアレイ２の内側へ拡散することが制限される。従って、シンチレータアレイ２の周縁部に配置されたシンチレータセル６ｂ等の分離特性の劣化をより抑制することができる。
【００４０】
また、シンチレータアレイ２に形成された光反射面９によれば、シンチレーション光の拡散範囲を制限できるので、シンチレーション光が発生した位置から光検出器３までの距離を長くすることが可能になる。従って、放射線検出器１に厚さの大きいシンチレータアレイ２を採用することができる。
【００４１】
図４を参照しつつ、放射線検出器１の作用効果について具体的に説明する。図４は、検出点Ｐ１，Ｐ２の分布を模式的に示す図である。検出点Ｐ２は、放射線検出器１においてシンチレーション光が発生したシンチレータセル６に対応している。検出点Ｐ１は、比較例１に係る放射線検出器１００においてシンチレーション光が発生したシンチレータセル１０６に対応している。また、破線Ｌ１は、シンチレータセル６が光散乱面１１によって光学的に分離されていることを示す。一点鎖線Ｌ２は、シンチレータセル６が光反射面９によって光学的に分離されていることを示す。図４（ｂ）に示されるように、シンチレータアレイ２の周縁部に配置されたシンチレータセル６に対応する検出点Ｐ２ａと、隣接するシンチレータセル６に対応する検出点Ｐ２ｂとの間隔が拡大している。
【００４２】
本実施形態のシンチレータアレイ２の周縁部に位置するシンチレータセル６ｒ（図２参照）でシンチレーション光が発生した場合、シンチレーション光が発生したシンチレータセル６ｒは、光反射面９（一点鎖線Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ）に取り囲まれている。従って、シンチレーション光は、光反射面９（一点鎖線Ｌ２ａ）に直交する方向への拡散が制限される。同様に、シンチレーション光は、光反射面９（一点鎖線Ｌ２ｄ）に直交する方向への拡散が制限される。これによって、シンチレータアレイ２の内側へのシンチレーション光の拡散が制限される。従って、例えば、検出点Ｐ２ａの位置は、正確な位置よりも内側へシフトすることが抑制される（図４（ｂ）参照）。
【００４３】
また、放射線検出器１では、全てのシンチレータセル６が、光検出器３の受光部４と光学的に結合されている。すなわち、光検出器３の光入射面３ａは、シンチレータ光の検出に寄与しない不感領域を含まない。このように、不感領域を含まない光検出器３であっても、シンチレータアレイ２によれば、シンチレータ光が発生した位置を好適に算出することができる。
【００４４】
［第２実施形態］
第２実施形態に係る放射線検出器について説明する。図５に示されるように、放射線検出器１Ａは、シンチレータアレイ２Ａに形成された光反射面９の配置が第１実施形態のシンチレータアレイ２と相違する。すなわち、放射線検出器１Ａは、シンチレータアレイ２Ａに形成された光拡散制限部１８の構成が第１実施形態の光拡散制限部１７の構成と相違する。また、放射線検出器１Ａは、光検出器３Ａが、受光部５を有するアレイ構成を有する点で、第１実施形態の光検出器３と相違する。
【００４５】
放射線検出器１Ａのシンチレータアレイ２Ａには、４個の光拡散制限部１８ａと、８個の光拡散制限部１８ｂと、４個の光拡散制限部１８ｃと、が形成されている。シンチレータアレイ２Ａは、それぞれの角部に形成された光拡散制限部１８ａを有している。これら光拡散制限部１８ａは、１個のシンチレータセル１０を含んでいる。また、シンチレータアレイ２Ａは、それぞれの光拡散制限部１８ａの間に形成された光拡散制限部１８ｂを有している。これら光拡散制限部１８ｂは、方向Ｄ２又は方向Ｄ３に沿って分離された４個のシンチレータセル１０をそれぞれ含んでいる。更に、シンチレータアレイ２Ａは、光拡散制限部１８ａ，１８ｂに囲まれた４個の光拡散制限部１８ｃを有している。光拡散制限部１８ｃは、方向Ｄ２に沿って４分割され、方向Ｄ３に沿って４分割された１６個のシンチレータセル１０を含んでいる。
【００４６】
さらに、シンチレータアレイ２Ａは、光反射面９が十字状に組み合わされた光反射面交差部２０を有している。光拡散制限部１８ａ〜１８ｃのそれぞれは、光反射面交差部２０を介して２行２列の二次元配列とされている。例えば、４個の光拡散制限部１８ｃは、光反射面交差部２０ａを介して２行２列の二次配置とされている。また、２個の光拡散制限部１８ｂと２個の光拡散制限部１８ｃとは、光反射面交差部２０ｂを介して２行２列の二次配置とされている。
【００４７】
光検出器３Ａは、互いに離間した９個の受光部５を有している。このような光検出器３Ａは、例えば、アバランシェフォトダイオード（APD:Avalance  Photo  Diode）、あるいはＭＰＰＣ（Multi―Pixel  Photon  Counter）といった半導体光検出器により好適に構成される。なお、ＭＰＰＣは、複数のガイガーモードＡＰＤのピクセルからなるフォトンカウンティングデバイスである。それぞれの受光部５上に光反射面交差部１９が配置されるように、光検出器３Ａに対してシンチレータアレイ２Ａが光学的に結合されている。受光部５とシンチレータアレイ２Ａとが光結合された結合面積は、シンチレータアレイ２Ａのブロック結合面８よりも小さい。例えば、光検出器３Ａの受光部５ａは、２行２列の二次元配置とされた４個の光拡散制限部１８ａ，１８ｂ，１８ｃに跨るようにシンチレータアレイ２Ａに対して光学的に結合されている。
【００４８】
以下、放射線検出器１Ａの作用効果を比較例２に係る放射線検出器の作用効果と比較しつつ説明する。
【００４９】
図１０（ａ）に示されるように、比較例２に係る放射線検出器２００は、本実施形態のシンチレータアレイ２Ａと同じ分割数とされ、１０行１０列に配置されたシンチレータセル２０６を有している。一方、シンチレータアレイ２０２が、光散乱面２１１のみで複数のシンチレータセル２０６に分離されている点で放射線検出器１Ａのシンチレータアレイ２Ａと相違する。すなわち、比較例２に係る放射線検出器２００には、光反射面９が設けられておらず、光拡散制限部１８も設けられていない。また、シンチレータアレイ２の側面には光反射面９は設けられている。また、比較例２の放射線検出器２００には、光反射面９が設けられていないので、光反射面交差部１９も設けられていない。従って、受光部５は、２行２列の二次元状の配置とされた４個のシンチレータセル２０６に跨って配置されているが、それぞれのシンチレータセル２０６は光散乱面２１１によって光学的に分離されている。光検出器２０３は、本実施形態の光検出器３Ａと同様の構成を有している。そして、それぞれの受光部５と光学的に結合されたシンチレータセル２０６との関係も本実施形態の放射線検出器１Ａと同じである。
【００５０】
図１０（ｂ）は、検出点Ｐ３の分布を模式的に示す図である。検出点Ｐ３ａ〜Ｐ３ｄは、比較例２に係る放射線検出器２００において、シンチレーション光が発生したシンチレータセル２０６に対応している。図１０（ｂ）に示されるように、例えば、検出点Ｐ３ａは、シンチレータセル２０６ａに対応している。受光部５ａ上のシンチレータセル２０６ａ〜２０６ｄに対応する検出点Ｐ３ａ〜Ｐ３ｄの間隔は、狭くなっている。すなわち、受光部５ａ上に配置されたシンチレータセル２０６ａ〜２０６ｄの分離特性は、例えば、受光部５ａと受光部５ｂの間の上に配置されたシンチレータセル２０６ｅ同士の分離特性よりも低下する傾向にある。
【００５１】
一例として、シンチレータセル２０６ａでシンチレーション光が発生すると、シンチレーション光のほとんどは受光部５ａで検出される。シンチレータセル２０６ａに隣接するシンチレータセル２０６ｂでシンチレーション光が発生した場合でも同様である。すなわち、受光部５ａ上における４個のシンチレータセル２０６ａ〜２０６ｄの何れにおいてシンチレーション光が発生しても、得られる光強度分布は近似したものになる虞がある。光強度分布が近似していると、光強度分布から得られる検出点Ｐ３ａ〜Ｐ３ｄの位置も互いに近づく傾向にある。
【００５２】
図６は、検出点Ｐ３，Ｐ４の分布を模式的に示す図である。検出点Ｐ４は、本実施形態の放射線検出器１Ａにおいて、シンチレーション光が発生したシンチレータセル１０に対応している。破線Ｌ３は、本実施形態のシンチレータセル１０が光散乱面１１によって光学的に分離されていることを示している。一点鎖線Ｌ４は、本実施形態のシンチレータセル１０が光反射面９によって光学的に分離されていることを示している。
【００５３】
図６（ａ）に示されるように、放射線検出器１Ａによれば、受光部５ａ上のシンチレータセル１０ａ〜１０ｄに対応する検出点Ｐ４ａ〜Ｐ４ｄの間隔が拡大されている。例えば、シンチレータセル１０ａでシンチレーション光が発生した場合には、シンチレーション光は、光拡散制限部１８ｃ内において拡散し、隣接するシンチレータセル１０ｂ，１０ｃ，１０ｄをそれぞれ含む光拡散制限部１８ｃへの拡散が制限される。従って、本実施形態の放射線検出器１Ａによれば、比較例２に係る光強度分布に比べて受光部５ａ上に配置されたシンチレータセル１０ａ〜１０ｄの分離特性が向上する。
【００５４】
また、光検出器３Ａの光入射面３ａは、シンチレータ光を検出する受光部５と、受光部５の間に形成された不感領域３ｂとを有している。すなわち、放射線検出器１Ａは、受光部５に光学的に結合されたシンチレータセルと、不感領域３ｂに結合されたシンチレータセルと、を含む。放射線検出器１Ａは、光散乱面１１を有しているので、シンチレータ光が発生したシンチレータセルが不感領域３ｂと光学的に結合されていても、受光部５と結合されたシンチレータセルまでシンチレータ光が拡散する。従って、不感領域３ｂを有する光検出器３Ａであっても、シンチレータ光が発生した位置を好適に算出することができる。
【００５５】
以上、本発明の一形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
【００５６】
例えば、図７に示されるように、変形例に係る放射線検出器１Ｂは、第１実施形態の光検出器３と、第２実施形態のシンチレータアレイ２Ａとを組み合わせたものであってもよい。図８は、検出点Ｐ１及び検出点Ｐ５の分布を模式的に示す図である。検出点Ｐ５は、変形例の放射線検出器１Ｂにおいて、シンチレーション光が発生したシンチレータセル６ｇ，６ｈ等に対応している。検出点Ｐ１は、比較例１の放射線検出器１００において、シンチレーション光が発生したシンチレータセル１０６に対応している。破線Ｌ５は、変形例のシンチレータセル６ｇ等が光散乱面１１によって光学的に分離されていることを示す。一点鎖線Ｌ６は、変形例のシンチレータセル６ｇ，６ｈ等が光反射面９によって光学的に分離されていることを示す。
【００５７】
図８に示されるように、シンチレータアレイ２の周縁部に配置されたシンチレータセル６ｇに対応する検出点Ｐ５ａと、隣接するシンチレータセル６ｈに対応する検出点Ｐ５ｂとの間隔が拡大している。従って、変形例の放射線検出器１Ｂであっても、周縁部における検出点Ｐ５ａ，Ｐ５ｂの間隔を拡大することができる。従って、シンチレータアレイ２の周縁部に配置されたシンチレータセル６ｇ，６ｈ等の分離特性の劣化をより抑制することができる。
【００５８】
また、上述した放射線検出器１において、シンチレーション光の拡散範囲は、光拡散制限部１７，１８を形成する光反射面９及び光散乱面１１に基づいている。より具体的には、光反射面９及び光散乱面１１の光透過率に基づいている。このため、光反射面９及び光散乱面１１の光透過率をパラメータとして、シンチレーション光の拡散範囲を任意の範囲に設定してもよい。すなわち、光反射面９及び光散乱面１１の光透過率をパラメータとして、シンチレータセル６に対応する検出点Ｐ２の位置を所望の位置に設定することができる。
【００５９】
また、上述した放射線検出器１Ａにおいて、光検出器３Ａの受光部５は必ずしもシンチレータアレイ２の周縁部に配置されることを要しない。シンチレータアレイ２に対する光検出器３Ａの光学的な結合構成は、シンチレータアレイ２が有する光拡散制限部１８の配置や、受光部５ａの数等により適宜設定し得る。
【符号の説明】
【００６０】
１，１Ａ，１Ｂ，１００，２００…放射線検出器、２，２Ａ，１０２，２０２…シンチレータアレイ、３，３Ａ，２０３…光検出器、４，５，５ａ，５ｂ…受光部、６，１０６，２０６…シンチレータセル、７…ブロック入射面、７ａ…セル入射面、８…ブロック結合面、８ａ…セル結合面、９…光反射面、１１，１０１，２１１…光散乱面、１７，１８…光拡散制限部、１９…光反射面交差部、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５…検出点。
【図１】
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【図２】
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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３】
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