JP4192990B2 - 放射線検出装置 - Google Patents

Description

本発明は放射線ＣＴ装置、特にＸ線ＣＴ装置に用いるのに適したマルチチャネルアレー放射線検出装置、特にそのシンチレータの構造に関する。

放射線ＣＴ装置はＭＲＩやＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）に比べて短時間で断層撮影像が得られる。この特長を更に伸ばし、画像の高精度化、分解能を上げるためにマルチチャネルアレーの放射線検出装置が用いられつつある。放射線ＣＴ装置では、被撮影物に関して放射線発生源と反対側に複数の放射線検出装置が円弧状に配置されている。シングルチャネルアレー放射線検出装置では、各放射線検出装置の中に長さ方向あるいは幅方向に放射線検出器が８個あるいは１６個並んでいる。マルチチャネルアレー放射線検出装置では、例えば長さ方向に６４個と幅方向に１６個の放射線検出器がマトリックス状に並んでいる。放射線検出器が１列に並んでいるシングルチャネルアレーを放射線検出器がｍ列に並んでいるｍマルチチャネルアレーの放射線検出装置とすることによって、検査時間の短縮とともに高分解能で高精細化した断層像が得られる。

マルチチャネルアレー放射線検出装置では、１台の放射線検出装置あたり、例えば１０２４個の放射線検出器が１６列×６４行に並んでいるので、用いられる放射線検出器の大きさが小さくなる。また、隣接する放射線検出器同士の間隔が小さくなる。そのために、各放射線検出器のシンチレータ素子が小さくなり隣接するシンチレータ素子の間隙が小さくなる。

マルチチャネルアレー放射線検出装置では個々の放射線検出器が小さくなるので、シンチレータ素子で生じた光がシンチレータ素子側面を通って放出するのを防ぎ出力の低下を防ぐためにシンチレータ素子側面に高い光反射率を持った光反射材を設ける必要がある。また、隣接するシンチレータ素子を通過した放射線が他のシンチレータ素子に入ることによる画像のブロード化を防いで画像を高精細にするには放射線遮蔽材をシンチレータ素子側面近くに設ける必要がある。

シンチレータ素子が小さくなるとともに隣接するシンチレータ素子間の間隙が小さくなったので、シンチレータ素子側面に設けた光反射材の間に放射線遮蔽板を設けることが困難となってきた。

放射線検出装置ではシンチレータ素子間にクロストークを防ぐために、タングステンや鉛など重金属元素板からなる放射線遮蔽板が挿入されている。更に、シンチレータ素子と放射線遮蔽板との間に、光反射材が充填されてシンチレータ素子で発生した光のうちシンチレータ素子周辺へ漏れた光をシンチレータ素子へ返して検出効率を上げている。

光反射材としては通常酸化チタン粉末などの白色顔料をエポキシ、ポリエステルなどの樹脂に混練したものが用いられており、光反射材は９０％前後の光反射率である。しかし、シンチレータ素子で発生した光がシンチレータ素子側面から放出されて光反射材に入ると、光反射材に含まれている樹脂によって減衰する。減衰のために、放射線検出装置の検出感度が低くなり、その減衰を補償するために更に光反射率の高い白色顔料を用いる必要があった。

また、白色顔料を樹脂に混練した光反射材はその厚さがかなり厚く少なくとも１００μｍあるので、光反射材の厚さだけ放射線遮蔽板がシンチレータ素子側面から離れている。放射線遮蔽板がシンチレータ素子側面から離れているために、低角度（シンチレータ素子側面に対して小さな角度）で入射した放射線が放射線遮蔽板で遮蔽されて光反射材のみを通ってシンチレータ素子に入射することがあった。

低角度で入射した放射線を遮蔽するためにシンチレータ素子間の間隙の幅に近い厚さをした重金属元素板からなる放射線遮蔽板を用いると、光反射材の厚みが薄くなり光反射材で放射線遮蔽板の反りを吸収できなくなる。そのために、シンチレータ素子を小さな間隙を介して精度よく長さ方向と幅方向とに並べて組み立てるのが困難となる。この問題は、マルチチャネルアレー放射線検出装置のようにシンチレータ素子間隙が狭い場合は顕著となる。

放射線遮蔽材として、重金属元素板に代えて、重金属元素粉末を混練した樹脂を用いることが、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４に提案されている。重金属元素粉末を混練した樹脂を放射線検出装置のシンチレータ素子間に挿入した放射線遮蔽材に用いることを検討して本発明に至った。
特開平５−２６４７８９号公報 特開平８−１２２４９２号公報 特開２００２−３６５３９３号公報 特開２００３−２８９８６号公報

この発明の目的は、シンチレータ素子間隙が小さく放射線ＣＴ用のマルチチャネルアレー放射線検出装置に適した放射線検出装置構造を提供する。

また、この発明の目的は、シンチレータ素子間の間隙中でシンチレータ素子側面に極めて近いところに放射線遮蔽材が挿入されたシンチレータ素子側面から入る放射線量を少なくした放射線検出装置を提供する。

更に、本発明は、シンチレータ素子で発生した光の反射効率の高い反射材層がシンチレータ素子の側面に設けてあるので検出効率が向上した放射線検出装置を提供する。

更に、本発明は、シンチレータ素子を精度よく並べることのできる放射線検出装置の製造方法を提供する。

本発明の放射線検出装置は、長さと幅方向とに平板状に並べられた複数の半導体光検出素子を持つ半導体光検出素子アレーと、
半導体光検出素子アレー上で各半導体光検出素子にその底面を取り付けて並んでいる複数のシンチレータ素子と、
シンチレータ素子の底面から反対の上面を覆っている第一の光反射材層と、
シンチレータ素子側面を覆っている金属膜からなる第二の光反射材層と、
隣り合って並べられているシンチレータ素子側面を覆っている第二の光反射材層の間に充填した、重金属元素粒子を混練した樹脂からなる放射線遮蔽材層とを有する。

前記本発明の放射線検出装置で、第二の光反射材層が、金、銀、銅、アルミニウム、あるいはそれらの合金からできていることが好ましい。また、第二の光反射材層の厚みが０．０５〜５μｍであることが好ましい。そして、第二の光反射材層がスパッタリングあるいは蒸着によってシンチレータ素子側面上に形成されていることが好ましい。また、第二の光反射材層の可視光に対する反射率が８８％超であることが好ましい。

前記本発明の放射線検出装置で、放射線遮蔽材層が、周期律表のＮｂからＢｉまでから選ばれた重金属元素粒子を９０重量％以上と残部が実質的に樹脂であることが好ましい。そして、互いに隣り合っている２つのシンチレータ素子の側面を覆っている隣接した２つの第二の光反射材層間に挿入されている領域にある放射線遮蔽材層が含んでいる重金属元素粒子は、それら２つの第二の光反射材層の間隙から±３μｍ以内の直径をした重金属元素粒子を少なくとも3個と、残りがその重金属元素粒子よりも小さな直径の重金属元素粒子とからなることが好ましい。

前記本発明の放射線検出装置で、第一の光反射材層は、酸化チタン粉末を混練した樹脂であることができる。

本発明による放射線検出装置の製造方法は、長さと幅方向とに平板状に並べられた複数の半導体光検出素子を持つ半導体光検出素子アレーと、
半導体光検出素子アレーにある半導体光検出素子の長さと幅寸法のうち一方の寸法に相当する厚さを持ち、半導体光検出素子の長さと幅寸法のうち他方の寸法よりも大きな長さと完成させるべきシンチレータ素子高さよりも大きな幅を持つシンチレータ板複数枚とを用意し、
シンチレータ板の両面に金、銀、銅、アルミニウムあるいはそれらの合金をスパッタあるいは蒸着して０．０５〜５μｍ厚をした第二の光反射材層を形成し、
シンチレータ板の両面にある第二の光反射材層の一方の上に重金属元素粒子を混練した樹脂からなる放射線遮蔽材を塗布し、
放射線遮蔽材を塗布したシンチレータ板をシンチレータ板と放射線遮蔽材とが交互になるように積層し、その放射線遮蔽材を硬化して放射線遮蔽材層として、半導体光検出素子アレーの長さと幅寸法のうち一方の寸法に相当する厚さをしたシンチレータ板ブロックを形成し、
シンチレータ板ブロックを、半導体光検出素子の長さと幅寸法のうち他方の寸法に相当する長さで完成させるべきシンチレータ素子高さよりも大きな厚さをした切断片に切断し、
シンチレータ板ブロックから作った切断片の両面にある切断面に金、銀、銅、アルミニウムあるいはそれらの合金をスパッタあるいは蒸着して０．０５〜５μｍ厚をした他の第二の光反射材層を形成し、
切断片の両面にある他の第二の光反射材層の一方の上に重金属元素粒子を混練した樹脂からなる放射線遮蔽材を塗布し、
放射線遮蔽材を塗布した切断片を切断片と放射線遮蔽材とが交互となるように積層し、その放射線遮蔽材を硬化して放射線遮蔽材層として、半導体光検出素子アレーの長さと幅寸法のうち他方の寸法に相当する長さをしたシンチレータ素子ブロックを形成し、
シンチレータ素子ブロックの厚さ方向両端面を研磨して完成させるべきシンチレータ素子高さとし、シンチレータ素子ブロックの研磨した両端面の一方を半導体光検出素子アレー上で各シンチレータ素子が各半導体光検出素子と対向させて接着するステップとを有する。

前記放射線検出装置の製造方法が、シンチレータ素子ブロックの両端面を研磨した後で、半導体光検出素子アレーに接着している面を除いてシンチレータ素子ブロックの面に酸化チタン粉末を混練した樹脂からなる第一の光反射材を塗布して、それを硬化させて第一の光反射材層を形成するステップを更に有することができる。

シンチレータ素子に入射する放射線には、シンチレータ素子上面から入射するものとシンチレータ素子側面から入射するものとがある。シンチレータ素子上面から入射する放射線のみをシンチレータ素子が受けてシンチレーションし、シンチレータ素子側面から入射する放射線を遮蔽することができるように放射線遮蔽材層がシンチレータ素子側面に形成されていることが好ましい。シンチレータ素子の側面から入射する放射線には、そのシンチレータ素子に隣接するシンチレータ素子を通過してそのシンチレータ素子に入射してシンチレーションを起こすものと、シンチレータ素子と放射線遮蔽材との間に設けられた光反射層の上面から入ってシンチレータ素子側面に入るものとに分けることができる。隣接するシンチレータ素子を通過して当該シンチレータ素子に入射してシンチレーションを起こす放射線による当該シンチレータ素子のシンチレーションの増分を通常「クロストーク」と呼ばれている。光反射層の上面から入ってシンチレータ側面に入る放射線をここでは「低角度入射放射線」と呼ぶ。これらシンチレータ素子側面から入射する放射線は何れもＣＴ装置の撮影像をブロードにするので画像を高精細化して高分解能を得る上で有害である。

本発明の放射線検出装置で、放射線遮蔽材層に含まれる重金属元素粒子として、周期律表でＮｂからＢｉまでにある固体金属元素は放射線遮蔽効果が大きいので用いることができ、特に、Ｎｂ，Ｍｏ，Ａｇ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｗ，Ａｕ，Ｐｂ，Ｂｉが適している。放射線遮蔽材層は９０重量％以上の重金属元素粒子を残余の樹脂（熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂）に混練した混合物なので、放射線遮蔽材層に入射した放射線は含まれている重金属元素粒子によって９０％あるいはそれ以上減衰するので、隣接するシンチレータ素子を通過して入射することによって生じるクロストークを低くすることができる。

本発明の放射線検出装置で、シンチレータ素子側面と放射線遮蔽材層との間に設けた光反射材層は０．０５〜５μｍ厚で、従来用いられていた酸化チタン粉末などの白色顔料を樹脂に混練した光反射材と比べると、きわめて薄い。そのために、放射線遮蔽材層をシンチレータ素子側面にきわめて近接して設けられているので、低角度入射放射線を遮蔽することができる。本発明の放射線検出装置はシンチレータ素子側面から入射する放射線を遮蔽するので、放射線ＣＴ装置に用いると分解能が高く精細な画像を得ることができる。

放射線遮蔽材層に含まれている重金属元素粒子は粗い粒子と微細な粒子とが混合されていて、粗い粒子がシンチレータ素子１個あたり少なくとも３個あることが好ましい。粗い重金属元素粒子は隣接する第二の光反射材層間隙から±３μｍ以内の直径をしていることで、シンチレータ素子間隙を一様な大きさにすることができる。

シンチレータ素子の側面に０．０５〜５μｍ厚の金、銀、銅、アルミニウム、あるいはそれらの合金からなる第二の光反射材層が蒸着あるいはスパッタで形成されている。シンチレータ素子側面に直接第二の光反射材層が形成されているので、シンチレータ素子側面から出た光は光反射材層に従来含まれていた樹脂で吸収を受けて減衰することがないので、第二の光反射材層の光反射率が９０％未満であっても十分性能を満足し、光反射率が８８％超であればよい。

この第二の光反射材層が蒸着あるいはスパッタで形成されているので、その厚さも正確に管理することができる。

第二の光反射材層の厚さが正確に管理することができ、放射線遮蔽材層の厚さをそれに含まれているシンチレータ素子１個あたり少なくとも３個の粗い重金属元素粒子の粒径で決めることができることとあわせて、シンチレータ素子間隙を好ましい精度でもって本発明の放射線検出装置を作ることができる。そのために、複数のシンチレータ素子が長さ方向と幅方向とによい精度をもって並んだ放射線検出装置を得ることができる。

本発明の放射線検出装置は、シンチレータ素子側面に形成された光反射材層の厚さが薄く厚さの精度が正確であり、また隣り合った光反射材層間に設けられた放射線遮蔽材層の厚さも正確に管理することができるので、放射線ＣＴ用のシンチレータ素子間隙が小さいマルチチャネルアレー放射線検出装置に適した構造をもつ。

また、本発明の放射線検出装置は、シンチレータ素子側面に形成された光反射材層の厚さが極めて薄く、放射線遮蔽材層がシンチレータ素子側面に極めて接近して設けられているので、クロストーク及び低角度入射放射線をともに少なくすることができ高精細で分解能の高いＣＴ撮影像を得ることができる。

更に、光反射率の高い金属光反射材層がシンチレータ素子側面に直接に形成されているので、放射線検出装置の検出効率を向上した。

更に、シンチレータ素子間に形成する光反射材層及び放射線遮蔽材層の厚さを正確に管理できるので、本発明の製造方法によればシンチレータ素子をマトリックス状に長さ方向と幅方向とに並べることができる。

図１は、本発明の実施例１の放射線検出装置を示す平面図で、第一の光反射材層を取り除いて示す放射線検出装置の上面図である。 図２は、図１に示している本発明の実施例１の放射線検出装置を一部拡大した上部平面図である。 図３は、図２に示している拡大した放射線検出装置の縦断面図である。 図４は、種々の光反射材層における光反射率を光の波長との関係で示すグラフである。 図５は、低角度入射放射線を測定する装置の説明図で、図５Ａは低角度入射放射線のみを測定する装置で、図５Ｂはシンチレータ素子上面から入射する放射線と低角度入射放射線との合計を測定する装置である。 図６は、低角度入射放射線による出力比率を第二の光反射材層厚さとの関係で示すグラフである。 図７は、図１に示している本発明の実施例１の放射線検出装置の製造工程を示す図面で、図７Ａはシンチレータ板の斜視図、図７Ｂは第二の光反射材層の上に第一の放射線遮蔽材を塗布したシンチレータ板の斜視図、図７Ｃは一方の第二の光反射材層の上に第一の放射線遮蔽材層を塗布して積層して形成したシンチレータ板ブロックの斜視図、図７Ｄは図７Ｃに示しているシンチレータ板ブロックのスライス方向を説明するための斜視図、図７Ｅはシンチレータ板ブロックをスライスして形成した切断片の斜視図、図７Ｆは両面に第二の光反射材層を形成してその一方の面に第二の放射線遮蔽材層を塗布した切断片の斜視図、図７Ｇは第二の放射線遮蔽材層を塗布した切断片を積層して形成したシンチレータ素子ブロックの斜視図、そして図７Ｈは図７Ｇのシンチレータ素子ブロックを半導体光検出素子アレーに接着してシンチレータ素子ブロックの周囲の面に第一の光反射材を塗布して形成した放射線検出装置を第一の光反射材層を透過して示す斜視図である。

符号の説明

１０ 半導体光検出素子アレー
１５ 半導体光検出素子
２０ シンチレータ板
２０ａ シンチレータ板ブロック
２０ｂ 切断片
２０ｃ シンチレータ素子ブロック
２２ シンチレータ素子
２４ 底面
２６ 上面
２８ 側面
３０ 第一の光反射材層
４０ 第二の光反射材層
５０、５０ａ、５０ｂ 放射線遮蔽材層
５０ａ′、５０ｂ′ 放射線遮蔽材

以下に図面を参照しながら本発明の実施例の放射線検出装置を詳しく説明する。図１〜図３は本発明の実施例１の放射線検出装置を示し、図１は上部にある第一の光反射材層を取り除いて示す放射線検出装置の上面平面図で、図２は図１に示した放射線検出装置の一部を拡大した上部平面図で、図３は放射線検出装置の部分拡大縦断面図である。図４は、種々の光反射材層における光反射率を光の波長との関係で示すグラフである。図５は、重金属元素粒子を混練した樹脂からなる放射線遮蔽材層を用いた放射線検出装置で、低角度入射放射線を測定する装置の説明図で、図６は、図５に示した低角度入射放射線を測定する装置で測定した低角度入射放射線による出力比率を第二の光反射材層厚さとの関係で示すグラフである。図７は、実施例１で説明する本発明の放射線検出装置の製造工程を説明する図である。

図１〜図３を参照して、本発明の放射線検出装置１００は、長さ方向と幅方向とに平板状に並べられた半導体光検出素子１５を持つ半導体光検出素子アレー１０を持つ。放射線検出装置１００は、例えば、７５ｍｍ長で２３ｍｍ幅の寸法をしており、長さ方向に６４列、幅方向に１６行のマトリックス状に１０２４個の半導体光検出素子１５が並んでいる。半導体光検出素子アレー１０上に各半導体光検出素子１５にその底面２４が接着されている複数のシンチレータ素子２２が並んでいる。シンチレータ素子２２はＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｐｒ（Ｃｅ，Ｆ）で作られており、主に５１２ｎｍ波長の光を発生する。シンチレータ素子２２と半導体光検出素子１５とは１対１になっているので、シンチレータ素子も長さ方向に６４列、幅方向に１６行のマトリックス状に１０２４個並んでいる。ここで、シンチレータ素子２２は長さ方向に１．０７ｍｍ、幅方向に１．１４ｍｍで、シンチレータ素子２２間隙が長さ方向に約１００μｍ、幅方向に２９７μｍで、シンチレータ素子高さは１．５ｍｍである。

シンチレータ素子２２の底面２４に反対の上面２６を、酸化チタン粉末を混練したポリエステル樹脂からなる第一の光反射材層３０で覆っている。シンチレータ素子２２それぞれの側面２８は純アルミニウムをスパッタで２μｍ厚に着けた第二の光反射材層４０で覆われている。第二の光反射材層４０の可視光に対する光反射率は約９０％であった。

シンチレータ素子２２の側面２８に設けた第二の反射材層４０の間には、重金属元素粒子（例えば、ニオブ粒子）を混練したポリエステル樹脂が放射線遮蔽材層５０として充填されている。ここで、放射線検出装置１００の長さ方向に延びている放射線遮蔽材層５０を第一の放射線遮蔽材層５０ａ、放射線検出装置１００の幅方向に延びている放射線遮蔽材層５０を第二の放射線遮蔽材層５０ｂと呼ぶ。

第一の放射線遮蔽材層５０ａは７５ｍｍ長×２９３μｍ厚×１．５ｍｍ高である。第一の放射線遮蔽材層５０ａは、シンチレータ素子１個あたり５個の２９０〜２９６μｍ直径をしたニオブ粒子５２となるように、放射線遮蔽材層１枚あたり３２０個のニオブ粒子（３９ｍｇ）と、それよりも小さい直径をしたニオブ粒子１５１ｍｇとで、合計１９０ｍｇのニオブ粒子を約１０ｍｇのポリエステル樹脂中に混練したもので、第一の放射線遮蔽材層中のニオブ粒子量は９３〜９６重量％である。

第二の放射線遮蔽材層５０ｂは、２３ｍｍ長×９６μｍ厚×１．５ｍｍ高である。第二の放射線遮蔽材層５０ｂは、シンチレータ素子１個あたり５個の９３〜９９μｍ直径をしたニオブ粒子５２となるように、放射線遮蔽材層１枚あたり８０個のニオブ粒子（０．３６ｍｇ）と、それよりも小さい直径をしたニオブ粒子２０．２４ｍｇとで、合計２０．６ｍｇのニオブ粒子を約１．１ｍｇのポリエステル樹脂中に混練したもので、第二の放射線遮蔽材層中のニオブ粒子量は９３〜９６重量％である。

放射線遮蔽材層中では、重金属元素粒子が樹脂中に９０重量％以上含まれている。金属ニオブの比重は８．５６でポリエステル樹脂の比重が約１．５なので、ニオブ粒子をポリエステル樹脂中に９０重量％含まれている場合、体積比ではニオブ粒子が約６０％となる。そのために、放射線遮蔽材層に入射した放射線は、そこに含まれている重金属元素粒子によって９０％以上減衰するので、クロストークが小さくなる。

放射線遮蔽材層中に重金属元素粒子ができるだけ多く含まれていることが、放射線を遮蔽する効果が高くなる。しかし、樹脂を少なくとも１重量％含有することが好ましい。樹脂の含有量が１重量％未満となると放射線遮蔽材を第二の光反射材層上に塗布するのが困難となる。

放射線遮蔽材層中の重金属元素粒子は一様な粒度よりもむしろ粗い粒子と微細な粒子とが混ざっていることが好ましい。重金属元素粒子のうち粗い粒子がシンチレータ素子１個あたり少なくとも３個あることが好ましい。粗い重金属元素粒子は隣接する第二の光反射材層間隙よりも２μｍ以内小さい直径をしていることが好ましい。少なくとも３個の粗い重金属元素粒子が隣接するシンチレータ素子の第二の光反射材層間にあることによって、一様なシンチレータ素子間隙を確保することができる。そして、残余の重金属元素粒子は粗い重金属元素粒子よりも小さな直径を持ち、粗い重金属元素粒子の間隙に残余の重金属元素粒子が位置して、放射線遮蔽効果を上げている。

本発明の放射線検出装置では、シンチレータ素子側面に薄い金属光反射材層を設け、隣接する光反射材層の間に重金属元素粒子を混練した放射線遮蔽材層が設けられている。光反射材層は好ましくは金、銀、銅、アルミニウム、あるいはそれらの合金からできた、０．０５〜５μｍ厚である。光反射材層がこのように薄いので、放射線遮蔽材層がシンチレータ素子側面にきわめて近いところに設けることができ、低角度入射放射線に対しても遮蔽効果が大きい。

光反射材層を構成している金、銀、銅、アルミニウム、あるいはそれらの合金のうちアルミニウムをのぞいた金属元素は比較的原子番号の大きな元素で放射線吸収効果が大きい。そのために、光反射材層もまた放射線遮蔽材として働く。放射線遮蔽能力の小さな材料であっても、光反射材層厚みが薄いので、重金属元素粒子を混練した放射線遮蔽材層がシンチレータ素子のすぐ隣に設けられているので、低角度入射放射線を遮蔽することができる。

また、光反射材層を構成している金、銀、銅、アルミニウム、あるいはそれらの合金は後で説明するように、可視光に対する光反射率が８８％を超えているのでシンチレータ素子で生じた光のうちシンチレータ素子側面から外部に放出された光の８８％超がシンチレータ素子に戻されて、半導体光検出素子に入って電気信号に変換される。

上に述べたように、本発明の放射線検出装置では、放射線遮蔽材で不要な放射線を遮蔽する能力が高くクロストークが小さい。また、シンチレータ素子側面の光反射材層による光反射効率が高いために信号出力が高い。そのために、本発明の放射線検出装置を放射線ＣＴに用いると、分解能が高く精細な画像を得ることができる。

また、光反射材層を蒸着あるいはスパッタで形成しているので、正確な厚さとなる。そして、放射線遮蔽材層の厚みを粗い重金属元素粒子の直径に合わせて制御するので、正確な厚さにすることができる。そのために、シンチレータ素子間隙を正確に作ることができる。

本発明の放射線検出装置に用いることができる第二の光反射材層の光反射率について検討した。第二の光反射材層として、金、銀、銅、アルミニウム、Ａｌ−５０重量％Ａｇそれぞれの蒸着膜を用いた場合と、光反射材層が酸化チタン粉末（平均粒度：０．３μｍ）をポリエステル樹脂中に重量比率で３：１に含む場合との光反射率を光の波長との関係で図４に示す。金属光反射材層の場合厚さが１μｍとなるように真空蒸着で形成した。なお、Ａｌ−５０重量％Ａｇを真空蒸着したときに金属の蒸気圧の関係でＡｇがＡｌよりも先にシンチレータ素子面に付着してシンチレータ素子側から光反射材層を見たときにはＡｇ層と同じとなる。また、酸化チタン粉末を混練したポリエステル樹脂の光反射材は厚さを１００μｍとした。

シンチレータ素子に用いられるシンチレータ材はＣｄＷＯ_４（ＣＷＯと呼ばれることがある），Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｐｒ（Ｃｅ，Ｆ）（ＧＯＳと呼ばれることがある）及び（Ｙ，Ｇｄ）_２Ｏ_３：Ｅｕ（ＹＧＯと呼ばれることがある）で、これらシンチレータ材が発生するシンチレーション光の波長がそれぞれ４６０ｎｍ、５１２ｎｍ及び６１０ｎｍで可視光である。３８０〜７７０ｎｍの波長範囲の可視光に対して金、銀、銅、アルミニウム、およびこれらの合金で作った膜は８８％超の光反射率を持つ。金と銅とはその色のために６００ｎｍよりも短い波長の光に対して光反射率が急激に低下しているので、６００ｎｍ以上のシンチレーション光を生じるシンチレータ材との組み合わせで使用する必要がある。

酸化チタン粉末を混練したポリエステル樹脂の光反射材においても１００μｍ厚であれば、光反射率が９０％を超える。しかし、ポリエステル樹脂に入ったシンチレーション光が樹脂に吸収されて減衰するので、戻ってくる光の量を光反射率だけでは評価できない。更に、酸化チタン粉末を混練したポリエステル樹脂は１００μｍ未満の厚さの膜にすると一様な厚さに形成することができない。実施例１で説明した放射線検出装置のようにシンチレータ素子間隙が１００μｍの場合には、１００μｍを超えた厚さの光反射材層を形成することができない。

それに対して、本発明で用いている金属光反射材層である第二の光反射材層は、０．０５μｍ超の厚さにすれば一様に形成することができる。

本発明の放射線検出装置で、シンチレータ素子側面に形成した第二の光反射材層を厚くすると第二の光反射材層上面から第二の光反射材層を通ってシンチレータ素子に入射する低角度入射放射線の量が増える。低角度入射放射線の量を測定するために、図５Ａに示すように、放射線検出装置のシンチレータ素子２２の上面２６に約２００μｍ厚をした金属鉛板６０を取り付けて、上部からＸ線を照射して放射線検出装置の出力Ｖを測定した。次に図５Ｂに示すように、放射線検出装置のシンチレータ素子２２の上面２６から金属鉛板６０を取り除いて、上部から同じ強度のＸ線を照射して放射線検出装置の出力Ｖ_０を測定した。図５Ｂの装置では、シンチレータ素子２２上面に入射するＸ線強度とシンチレータ素子２２の側面につけた第二の光反射材層４０を通して入射したＸ線強度との合計による出力Ｖ_０を測定しており、図５Ａの装置では、シンチレータ素子２２上面に入射するＸ線は金属鉛板で遮蔽されるので、シンチレータ素子２２の側面に着けた第二の光反射材層４０を通して入射した低角度入射Ｘ線による出力Ｖを測定している。

図６に低角度入射Ｘ線の出力比率（出力Ｖの出力Ｖ_０に対する百分率）を第二の光反射材層厚さ（μｍ）との関係で示している。図６から明らかなように、第二の光反射材層厚さが大きくなるにつれて低角度入射放射線による出力が増えるが、第二の光反射材層厚さが５μｍまでならば低角度入射放射線による出力が２％未満である。そこで、第二の光反射材層厚さを５μｍあるいはそれ未満とするとよいことが判る。また、第二の光反射材層厚さを３μｍ未満とすれば低角度入射放射線による出力を１％以下にすることができるが、スパッタや蒸着で金属光反射材層を形成する場合２μｍ以下の厚さとするのが膜形成時間との関係で好ましい。スパッタや蒸着で金属光反射材層を形成する場合、その厚さを０．０５μｍ超とすれば一様な厚さの金属膜を形成できてそれ以上の厚さでは光反射率に大きな変化はない。そこで、第二の光反射材層は０．０５〜５μｍ厚とし、好ましくは０．０５〜３μｍ厚である。

実施例１で説明した放射線検出装置を次に説明する工程で作った。長さ寸法７５ｍｍで幅寸法２３ｍｍの半導体光検出素子アレー１０を準備した。このアレー１０には、図１と図３に示すように、長さ方向に６４列、幅方向に１６行で１０２４個の半導体光検出素子１５が平面状に並んでいる。各半導体光検出素子１５の寸法は、長さ方向約１．０７ｍｍ、幅方向約１．１４ｍｍで、半導体光検出素子間隔は長さ方向約１００μｍ、幅方向約２９７μｍであった。

図７Ａに示すＧｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｐｒ（Ｃｅ，Ｆ）で作られたシンチレータ板２０（１．１４ｍｍｔ）を１６枚用意して、その両面にアルミニウムを２μｍ厚さにスパッタリングで形成し、両面に第二の光反射材層４０を持つシンチレータ板２０を作った（図７Ｂ参照）。なお、ここで用いたシンチレータ板２０の厚さ約１．１４ｍｍは、半導体光検出素子アレー１０が持つ各半導体光検出素子の幅寸法に相当する。

第二の光反射材層４０を持つ１６枚のシンチレータ板２０それぞれの一方の第二の光反射材層４０の上に、ニオブ粒子約９５重量％をポリエステル樹脂に混練した第一の放射線遮蔽材５０ａ′を一様に塗布した。第一の放射線遮蔽材５０ａ′は２９０〜２９６μｍ直径をしたニオブ粒子と、それよりも小さな直径をしたニオブ粒子とを重量比で３９：１５１含んでいた。

第一の放射線遮蔽材５０ａ′を塗布した１６枚のシンチレータ板２０をシンチレータ板２０と第一の放射線遮蔽材５０ａ′とが交互になるように積層して、８０℃で２時間加熱してポリエステル樹脂を硬化して図７Ｃに示すように、シンチレータ板ブロック２０ａを形成した。シンチレータ板ブロック２０ａは、第一の放射線遮蔽材５０ａ′を硬化した厚さ約２９３μｍの放射線遮蔽材層５０ａをシンチレータ板２０の第二の光反射材層４０間に持ち、厚さが約２３ｍｍで、半導体光検出素子アレー１０の幅寸法とほぼ同じであった。

図７Ｄにあるように、シンチレータ板ブロック２０ａを、幅方向にスライスして、厚さが半導体光検出素子１５の長さ寸法（約１．０７ｍｍ）となるようにして切断板とした。更に、図７Ｄに示すように、切断板を前にスライスした方向と直角方向にスライスして、完成したシンチレータ素子２２の高さ（１．５ｍｍ）よりも大きな寸法（約２ｍｍ）をした切断片２０ｂとした。なお、図７Dでスライス位置を二点鎖線で示している。

ここでは、シンチレータ板ブロック２０ａを半導体光検出素子１５の長さ寸法に相当する厚さをした切断板とした後で、完成したシンチレータ素子２２の高さよりも大きな寸法をした切断片２０ｂとしたが、順序を逆にして、シンチレータ板ブロック２０ａをスライスして完成したシンチレータ素子２２の高さよりも大きな寸法をした切断板とした後で、半導体光検出素子１５の長さ寸法に相当した寸法の切断片２０ｂとしてもよい。

このようにして、製作する放射線検出装置１個あたり６４本の切断片２０ｂを準備した（図７Ｅ参照）。半導体光検出素子１５の長さ寸法に相当する間隔（約１．０７ｍｍ）になっている切断片２０ｂの両端面（２３ｍｍ×２ｍｍの大きさ）にアルミニウムをスパッタして２μｍ厚さのアルミニウムからなる第二の光反射材層４０を形成した（図７Ｆ参照）。

各切断片２０ｂのアルミニウムからなる第二の光反射材層４０の一方の上に、ニオブ粒子約９５重量％をポリエステル樹脂に混練した第二の放射線遮蔽材５０ｂ′を一様に塗布した（図７Ｆ参照）。第二の放射線遮蔽材５０ｂ′は、９３〜９９μｍ直径をしたニオブ粒子と、それよりも小さい直径をしたニオブ粒子とを混合重量比率で３６：２０２４に含んでいた。

第二の放射線遮蔽材５０ｂ′を塗布した６４本の切断片２０ｂを切断片２０ｂと第二の放射線遮蔽材５０ｂ′とが交互になるように積層して、８０℃に２時間加熱して図７Ｇにあるようにシンチレータ素子ブロック２０ｃを形成した。シンチレータ素子ブロック２０ｃは第二の放射線遮蔽材５０ｂ′を硬化した厚さ約９６μｍの放射線遮蔽材層５０ｂを切断片２０ｂ上の第二の光反射材層４０間に持ち、全体の長さが約７５ｍｍで、その幅寸法は半導体光検出素子アレー１０の幅とほぼ同じであった。

シンチレータ素子ブロック２０ｃの両端面を研磨して完成させるべきシンチレータ素子の高さ１．５ｍｍにして、シンチレータ素子ブロック２０ｃの研磨した両端面のうち一方を半導体光検出素子アレー１０上に各シンチレータ素子２２が各半導体光検出素子１５と対向するようにしてエポキシ樹脂で接着をした。

シンチレータ素子ブロック２０ｃの半導体光検出素子アレー１０と対向していない面すべて（上面も含む）に酸化チタン粉末（平均粒度：０．３μｍ）をポリエステル樹脂に重量比で３：１に混練した第一の光反射材を塗布して硬化させて、第一の光反射材層３０を持った放射線検出装置１００（図７Ｈ参照）を得た。

本発明の放射線検出装置は、放射線ＣＴ装置、特にＸ線ＣＴ装置のマルチチャネルアレー放射線検出装置として用いることのできる高精細で高分解能の撮影像を得るのに適している。

Claims (6)

1. 長さと幅方向とに平板状に並べられた複数の半導体光検出素子を持つ半導体光検出素子アレーと、
   半導体光検出素子アレー上で各半導体光検出素子にその底面を取り付けて並んでいる複数のシンチレータ素子と、
   シンチレータ素子の底面から反対の上面を覆っている第一の光反射材層と、
   シンチレータ素子側面を覆っている金属膜からなる第二の光反射材層と、
   隣り合って並べられているシンチレータ素子側面を覆っている第二の光反射材層の間に充填した、重金属元素粒子を混練した樹脂からなる放射線遮蔽材層を有し、
   放射線遮蔽材層は、周期律表のＮｂからＢｉまでから選ばれた重金属元素粒子を９０重量％以上と残部が実質的に樹脂であり、
   互いに隣り合っている２つのシンチレータ素子の側面を覆っている隣接した２つの第二の光反射材層間に挿入されている領域にある放射線遮蔽材層が含んでいる重金属元素粒子は、それら２つの第二の光反射材層の間隙から±３μｍ以内の直径をした重金属元素粒子を少なくとも３個と、残りがその重金属元素粒子よりも小さな直径の重金属元素粒子からなる
   放射線検出装置。
2. 第二の光反射材層は、金、銀、銅、アルミニウム、あるいはそれらの合金からできている請求項１記載の放射線検出装置。
3. 第二の光反射材層の厚みが０．０５〜５μｍである請求項２記載の放射線検出装置。
4. 第二の光反射材層がスパッタリングあるいは蒸着によってシンチレータ素子側面上に形成されている請求項３記載の放射線検出装置。
5. 第二の光反射材層の可視光に対する反射率が８８％超である請求項４記載の放射線検出装置。
6. 第一の光反射材層は、酸化チタン粉末を混練した樹脂である請求項１記載の放射線検出装置。

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