特許 5995246 Ｘ線又はガンマ線検出器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5995246

(24)【登録日】2016年9月2日

(45)【発行日】2016年9月21日

(54)【発明の名称】Ｘ線又はガンマ線検出器

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/20 20060101AFI20160908BHJP

   A61B 6/00 20060101ALI20160908BHJP

   C09K 11/00 20060101ALI20160908BHJP

【ＦＩ】

   G01T1/20 B

   G01T1/20 E

   G01T1/20 G

   A61B6/00 300Q

   C09K11/00 E

【請求項の数】2

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-503605(P2013-503605)

(86)(22)【出願日】2012年3月8日

(86)【国際出願番号】JP2012055987

(87)【国際公開番号】WO2012121338

(87)【国際公開日】20120913

【審査請求日】2015年2月12日

(31)【優先権主張番号】特願2011-50851(P2011-50851)

(32)【優先日】2011年3月8日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003182

【氏名又は名称】株式会社トクヤマ

(73)【特許権者】

【識別番号】504132272

【氏名又は名称】国立大学法人京都大学

(73)【特許権者】

【識別番号】504157024

【氏名又は名称】国立大学法人東北大学

(74)【代理人】

【識別番号】110001494

【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】神野 郁夫

(72)【発明者】

【氏名】福田 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】河口 範明

(72)【発明者】

【氏名】吉川 彰

(72)【発明者】

【氏名】柳田 健之

【審査官】 関根 裕

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１８１３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１１９３７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−０７１６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３２９７９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００６−５２４３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／０１１５０６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ １／２０

Ｇ０１Ｔ ３／０６

Ｃ０９Ｋ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射したＸ線又はガンマ線から付与されたエネルギによって光を発生するシンチレーターと、前記シンチレーターにおけるＸ線又はガンマ線の入射端からの距離が互いに異なる位置で、当該シンチレーターより発生した光を検出する複数の光検出器とを備えたＸ線又はガンマ線検出器であって、前記シンチレーターの少なくとも一部のｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４（ただし、ｄはシンチレーターの密度（ｇ／ｃｍ^３）を表わし、Ｚ_ｅｆｆはシンチレーターの有効原子番号を表わす）が３０×１０^６以下であることを特徴とするＸ線又はガンマ線検出器。

【請求項2】

Ｘ線又はガンマ線の入射端からの距離が互いに異なる位置で、前記シンチレーターのｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４が異なることを特徴とする請求項１に記載のＸ線又はガンマ線検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射線透過撮像等に用いられる放射線検出器に関する。詳しくは、高計数率の放射線の検出とエネルギ情報の収集とを同時に行うことができる新規な放射線検出器に関する。

【背景技術】

【0002】

電磁放射線（以下、単に放射線と記す）であるＸ線やガンマ線は、高い透過能力を有することから、医療分野における診断をはじめ、工業分野における非破壊検査や結晶構造解析等にも広く用いられている。近年、放射線の透過能力を利用した放射線透過撮像法としては、写真乾板に対する感光作用を用いたレントゲン撮影に代え、検出媒体に対する放射線の励起作用を電気的に検出し、その検出結果に基づいてデジタル画像を得るものが主流となってきている。放射線検出器の内部に放射線のエネルギが付与されると、検出媒体の種類によって、例えば、半導体であれば電子・正孔対、また、ガスであれば電子・イオン対、また、シンチレーターであれば蛍光、超伝導体であれば準電子等の励起子が生成される。放射線検出器では、検出部においてこれらの励起子が付与エネルギに応じた電圧に変換されることにより、人体等を透過した放射線のエネルギを測定することができる。

【0003】

しかし、上述した放射線検出器を用いた場合、放射線が入射するごとに誘起電圧を測定するため、励起子が電極に移動している間に次の放射線が入射した場合には、前後する放射線を一つの放射線として認識してしまう虞がある。その結果、単位時間あたりに入射する放射線の線量（以下、単に線量ともいう）が制限されることになり、従来の放射線透過撮像法（Ｘ線ＣＴスキャン等）のように短時間で非常に高い線量の放射線を測定する際には、放射線のエネルギ情報を利用できなくなる問題があった。一方で、低い線量に制限した場合には短時間で放射線透過像を得ることができなくなるため、例えば、医療用Ｘ線ＣＴスキャン等の用途において心臓のような動きの速い臓器の鮮明な画像を得ることが極めて困難であった。

【0004】

そこで、従来の放射線透過撮像装置では、個々のＸ線のエネルギを測定するのではなく、電極に流れる電流を検出することにより、被検体内部を単位時間あたりに透過したＸ線の量を測定する方法が採られていた（特許文献１参照）。

【0005】

一方、ヨウ素造影剤を用いて癌組織の有無を判定するための画像を得る場合、照射されたＸ線のごく一部しかヨウ素に吸収されないことから、人体に大量のＸ線を照射する必要があり、放射線被曝のリスクが高くなる問題があった。そこで、低被曝型のＸ線透過撮影装置として、人体とヨウ素との間でＸ線の吸収率が異なることを利用したエネルギ差分法を採用したものが開発されている。この種のＸ線透過撮影装置では、白色Ｘ線を用いるものや、２種の単色Ｘ線を用いるものが一般的であるが、本発明者が過去に提案したものでは、ランタンフィルタ（Ｌａフィルタ）により高エネルギ部分をカットしたフィルタＸ線を人体に照射し、人体を透過したフィルタＸ線のうち、ヨウ素のＫ殻吸収端を挟んだ上下２つのエネルギ範囲のものを測定し、これにより得られた２種のエネルギ情報の差分をとることによって造影剤のみを強調した画像を得るようにしている（特許文献２参照）。

【0006】

しかしながら、特許文献１の放射線検出器では、高い線量に対応することができる反面、個々の放射線から付与されたエネルギの情報が失われるため、例えば、従来型Ｘ線透過撮影に対しては、ある組織を通過したＸ線の量が多いか少ないかという情報しか得ることができない。そのため、このような放射線検出器を特許文献２のエネルギ差分法に適用することは困難であった。

【0007】

かかる問題に鑑みて、本発明者は、入射した放射線から付与されたエネルギによって電荷を発生する検出媒体と、前記検出媒体における前記放射線の入射端からの距離が互いに異なる位置で、当該検出媒体に設置された複数の電極とを備えた放射線検出器を開示している（特許文献３参照）。また、ＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレーターとフォトダイオードからなる放射線検出素子を放射線の入射方向に沿って多数配列した放射線検出器を開示している（非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００５−７７１５２号公報

【特許文献2】特開２００４−２２３１５８号公報

【特許文献3】特開２００７−７１６０２号公報

【非特許文献】

【0009】

【非特許文献1】Ｉ． Ｋａｎｎｏ， ｅｔ ａｌ．， ”Ａ Ｃｕｒｒｅｎｔ−Ｍｏｄｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｆｏｒ Ｕｎｆｏｌｄｉｎｇ Ｘ−ｒａｙ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ”， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＮＵＣＬＥＡＲ ＳＣＩＥＮＣＥ ａｎｄ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ， Ｖｏｌ． ４５， Ｎｏ． １１， ｐ． １１６５−１１７０ （２００８）．

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

前記非特許文献１に記載の放射線検出器は、高い線量の放射線の検出とエネルギ情報の収集とが同時に行えるという優れた特徴を有するものの、ＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレーターは放射線阻止能の指標であるｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４（ただし、ｄはＣｓＩ（Ｔｌ）の密度（ｇ／ｃｍ^３）を表わし、Ｚ_ｅｆｆはＣｓＩ（Ｔｌ）の有効原子番号を表わす）が３８×１０^６と高く、放射線の入射端に近い位置のシンチレーターが大部分の放射線を吸収してしまうため、入射端から遠い位置のシンチレーターに入射する放射線がきわめて微弱となり、エネルギ情報の精度が低下するという問題があった。また、前記非特許文献１に記載の放射線検出器は、同一のシンチレーターからなる検出素子を配列しており、各々の検出素子の入射放射線のエネルギに対する応答特性が類似しているため、エネルギ情報を精度良く求めるためには、多大な計算を要するという問題があった。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明者等は、前記問題を解決すべく種々検討した。その結果、入射した放射線から付与されたエネルギによって光を発生するシンチレーターを検出媒体として用い、当該シンチレーターにおける前記放射線の入射端からの距離が互いに異なる位置で、当該シンチレーターより発生した光を検出する複数の光検出器とを備えた放射線検出器において、シンチレーター中での放射線の減衰係数の指標であるｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４（ただし、ｄはシンチレーターの密度（ｇ／ｃｍ^３）を表わし、Ｚ_ｅｆｆはシンチレーターの有効原子番号を表わす）をシンチレーターの少なくとも一部で３０×１０^６以下とすることによって、放射線の入射端に近い位置のシンチレーターによる放射線の吸収を抑えることができ、入射端から遠い位置のシンチレーターに入射する放射線の量が増大し、エネルギ情報の精度が向上することを見出した。

【0012】

また、前記シンチレーターにおける前記放射線の入射端からの距離が互いに異なる位置で、当該シンチレーターのｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４を変化させることによって、入射放射線のエネルギに対する応答特性を各々のｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４に応じて変化させることができ、エネルギ情報を精度良く、且つ容易に求めることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0013】

すなわち、本発明によれば、入射した放射線から付与されたエネルギによって光を発生するシンチレーターと、前記シンチレーターにおける前記放射線の入射端からの距離が互いに異なる位置で、当該シンチレーターより発生した光を検出する複数の光検出器とを備えた放射線検出器であって、シンチレーターの少なくとも一部のｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４（ただし、ｄはシンチレーターの密度（ｇ／ｃｍ^３）を表わし、Ｚ_ｅｆｆはシンチレーターの有効原子番号を表わす）が３０×１０^６以下であることを特徴とする放射線検出器が提供される。当該放射線検出器において、前記シンチレーターにおける前記放射線の入射端からの距離が互いに異なる位置で、当該シンチレーターのｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４が異なることが好ましい。

【0014】

また、本発明によれば、アルカリ土類金属のハロゲン化物からなることを特徴とするシンチレーターであって、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ及びＨｏから選ばれる少なくとも一つの希土類元素を含有し、且つ、ｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４（ただし、ｄはシンチレーターの密度（ｇ／ｃｍ^３）を表わし、Ｚ_ｅｆｆはシンチレーターの有効原子番号を表わす）が３０×１０^６以下であることを特徴とするシンチレーターが提供される。当該シンチレーターは、前記放射線検出器の検出媒体として好適に使用できる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、高い線量の放射線の検出とエネルギ情報の収集とを同時に行うことができ、且つエネルギ情報を精度良く取得することが可能な放射線検出器を提供できる。かかる放射線検出器は、エネルギ差分法を用いた医療用のＸ線検査装置、或いは産業用のＸ線検査装置やガンマ線検査装置等に好適に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本図は、本発明の放射線検出器を用いたＸ線検査装置の概略構成図である。

【図2】本図は、本発明の放射線検出器の概略図である。

【図3】本図は、本発明の放射線検出器の概略図である。

【図4】本図は、本発明の放射線検出器の概略図である。

【図5】本図は、Ｘ線エネルギスペクトルを示すグラフである。

【図6】本図は、実施例１の実施形態を示す概略図である。

【図7】本図は、実施例１及び比較例１で得られた被検体の断面プロファイルである。

【図8】本図は、実施例１及び実施例２で得られた被検体の断面プロファイルである。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して、本発明の放射線検出器を詳細に説明する。なお、以下の説明では、ヨウ素造影剤を用いて透過Ｘ線画像を得る場合を対象として具体的に説明するが、本発明の放射線検出器はかかる用途に限らず、γ線等を用いた種々の放射線検査装置にも同様に適用できる。

【0018】

図１は、本発明の放射線検出器を用いたＸ線検査装置の概略構成図であり、図２〜４は本発明の放射線検出器の概略図である。また、図５はフィルタＸ線のヨウ素透過後のＸ線エネルギスペクトルを示すグラフである。

【0019】

図１に示すように、第１実施形態のＸ線検査装置１は、Ｘ線管２や、Ｘ線検出器（放射線検出器）３を縦横に配置してなるＸ線検出器アレイ４、前置増幅器５、主増幅器６、２種の積分器７，８、造影剤厚さ演算装置９、画像化装置１０等から構成されている。

【0020】

＜放射線検出器＞
以下、本発明の放射線検出器について詳細に説明する。以下の説明では、図２を参照して、複数のシンチレーターを用い、これら複数のシンチレーターに各々対応する複数個の光検出器を用いる態様について説明するが、図３に示すように単一のシンチレーター（ＳＣ）を用いても良く、或いは図４に示すように単一のシンチレーターであって各光検出器に対応する部位を隔てるように切込みを設けたシンチレーター（ＳＣ）を用いても良い。

【0021】

また、光検出器の数は複数であれば特に制限されないが、かかる光検出器の数は多いほどエネルギ情報を精度よく得ることができるため、３個以上とすることが好ましい。一方、光検出器の数が過剰に多いと放射線検出器の製作にかかるコストが高くなるため、６個以下とすることが好ましい。

【0022】

なお、本発明において、光検出器は特に制限されず、従来公知のフォトダイオード、アバランシェフォトダイオード、或いは光電子増倍管等を適宜用いることができる。

【0023】

図２に示すように、本発明の放射線検出器３は、検出媒体である第１シンチレーターＳＣ１〜第４シンチレーターＳＣ４と、当該シンチレーターより発せられた光を検出するための第１光検出器１１〜第４光検出器１４とを備えている。第１シンチレーターＳＣ１〜第４シンチレーターＳＣ４は、Ｘ線の入射方向に沿って順に並ぶかたちで設置されており、各々のシンチレーターは反射材１５で覆われている。また、第１光検出器１１〜第４光検出器１４は、シンチレーターの端面にＸ線の入射方向に沿って順に並ぶかたちで設置されており、それぞれから出力された電流Ｉ_１〜Ｉ_４がそれぞれ前述した前置増幅器５に送られる。

【0024】

前記図１のＸ線検査装置１において、Ｘ線管２から被検体ＳにＸ線が照射されると、被検体Ｓを透過したＸ線がＸ線検出器アレイ４内のＸ線検出器３に入射する。なお、Ｘ線管２から照射されるＸ線は、特に限定されないが、例えば５０ｋＶに加速した電子をタングステンターゲットに衝突させ、放出された白色Ｘ線からＬａフィルタによって高エネルギ部分（３８．９ｋｅＶ以上）を除去して得られるフィルタＸ線等が好適に用いられる。

【0025】

Ｘ線検出器３にＸ線が入射すると、第１シンチレーターＳＣ１〜第４シンチレーターＳＣ４は入射したＸ線から付与されたエネルギによって光を発生し、第１光検出器１１〜第４光検出器１４からそれぞれ電流Ｉ_１〜Ｉ_４が出力される。電流Ｉ_１〜Ｉ_４は、前置増幅器５と主増幅器６とにより増幅された後、積分器７，８でエネルギ領域ごとに積算されて造影剤厚さ演算装置に出力される。造影剤厚さ演算装置９では両積分器７，８の積算結果に基づき被検体Ｓ内のヨウ素造影剤の厚みが演算され、その演算結果に基づき画像化装置１０が透過Ｘ線画像を生成する。

【0026】

癌等の病巣や血管にヨウ素造影剤を注入した被検体ＳにＸ線を照射すると、図５に示すように、ヨウ素のＫ殻吸収端のエネルギ準位（３３．２ｋｅＶ）付近が不連続となったＸ線エネルギスペクトルが得られる。なお、図５は、人体を模した厚さ２０ｃｍの水にヨウ素造影剤を模したヨウ素を含ませたものにフィルタＸ線を照射して得たＸ線エネルギスペクトルのグラフである。スペクトルをX線エネルギにより４つに分け、それぞれのエネルギ範囲をｅ_１〜ｅ_４で表している。Ｙ_１〜Ｙ_４はエネルギ範囲ｅ_１〜ｅ_４に含まれるＸ線の個数を表す。なお、本出願人は、先に挙げた特許文献２において、図５中のエネルギ範囲ｅ_２，ｅ_３に含まれるＸ線の個数Ｙ_２，Ｙ_３の比に基づいて、ヨウ素造影剤の厚さを判定できることを開示した。

【0027】

さて、前記放射線検出器３においては、単一の光検出器から出力される電流によって入射したＸ線のエネルギを正しく測定することはできない。すなわち、図２において、第１光検出器１１から出力される電流Ｉ_１には全エネルギ範囲ｅ_１〜ｅ_４のＸ線が寄与しているため、第１光検出器１１だけで電流を測定した場合には、どのエネルギ範囲のＸ線がどの程度の個数存在するのかを測定することは当然にできない（式１）。

【0028】

【数1】

式１において、ｗはシンチレーターにおいて一つの光子を生成するために必要なエネルギであり、Ｔは測定時間であるが、以降の説明においては、説明が煩雑になることを防ぐため、ｗおよびＴはともに１とする（考慮しない）。また、Ｅ_ｊ（ｊ＝１〜４）は各エネルギ範囲の平均エネルギであり、Ｃ_ｉｊ（ｉ＝１〜４，ｊ＝１〜４）は平均エネルギＥ_ｊのＸ線がシンチレーターの第ｉ光検出器（１１〜１４）に対応する部位で吸収される相対確率を示す。

【0029】

式２に、第１光検出器１１〜第４光検出器１４から出力される電流Ｉ_１〜Ｉ_４を示す。

【0030】

【数2】

式２から判るように、電流Ｉ_１〜Ｉ_４は、シンチレーターの第ｉ光検出器（１１〜１４）に対応する部位で吸収されるＸ線の数に依存している。ここで、Ｅ_ｊ（ｊ＝１〜４）は既知の値であるが、Ｙ_ｉ（ｉ＝１〜４）およびＣ_ｉｊ（ｉ＝１〜４，ｊ＝１〜４）は未知数であり、式が４つで未知数が合計２０個となるため、そのままでは式２の連立方程式を解くことができない。

【0031】

ところで、Ｘ線は、物質中を通過する際にその強度が指数関数的に減少する（式３）。

【0032】

【数3】

ここで、μ（Ｅ_ｊ）は放射線のエネルギに依存する減衰係数である。また、Ｘ_１−２は放射線がシンチレーター中を第１光検出器１１に対応する位置から第２光検出器１２に対応する位置まで通過した距離、Ｘ_２−３は放射線がシンチレーター中を第２光検出器１２に対応する位置から第３光検出器１３に対応する位置まで通過した距離、Ｘ_３−４は放射線がシンチレーター中を第３光検出器１３に対応する位置から第４光検出器１４に対応する位置まで通過した距離である。

【0033】

したがって、放射線と物質との相互作用のシミュレーションコードからエネルギＥ_ｊの放射線が入射した際のシンチレーターにおける吸収確率を予め求めておけば、Ｃ_ｉｊを得ることができる。その結果、式２の連立方程式は、含まれる未知数がＹ_１〜Ｙ_４の４個となり、解くことが可能となる（式４）。なお、前記シミュレーションコードは、例えばＳＡＮＤＩＩ等の当分野で公知のものを適宜用いることができる。

【0034】

【数4】

かかる計算によって得られた各エネルギ範囲における放射線の個数（Ｙ_１〜Ｙ_４）を用いて、エネルギ差分法を適用することにより、入射放射線のエネルギや被検体の厚さに関わらず、着目する成分を強調した画像を得ることができる。すなわち、例えばヨウ素造影剤を用いたＸ線ＣＴスキャンによる医療診断において、ヨウ素のＫ殻吸収端のエネルギ準位（３３．２ｋｅＶ）を挟むようにｅ_２とｅ_３を設定し、かかるエネルギ準位を挟んで高エネルギ側のＸ線の個数（Ｙ_３）を低エネルギ側のＸ線の個数（Ｙ_２）で除した値（Ｙ_３／Ｙ_２）を用いて画像化することにより、被検体の厚さ（被検者の脂肪量）に影響されることなく、病巣に蓄積したヨウ素造影剤を強調した画像を得ることができる。

【0035】

ここで、前記放射線のエネルギに依存する減衰係数 μ（Ｅ_ｊ）があまりに大きい場合、放射線の入射端から遠い位置に設置された光検出器からの信号がきわめて微弱となり、前記エネルギ情報を得るための計算の精度が著しく悪化する。より具体的に説明すれば、例えば、前記説明において放射線の入射端から最も遠い位置に設置された第４光検出器からの信号Ｉ_４が微弱となり、前記式２中の第４式が実質的に意味をなさなくなり、解（Ｙ_１〜Ｙ_４）を精度良く求めることが困難となる。前記減衰係数 μ（Ｅ_ｊ）は、シンチレーターのｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４に依存しており、ｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４が小さいほどμ（Ｅ_ｊ）は小さくなる。したがって、本発明においては、エネルギ情報を精度よく得るため、シンチレーターの少なくとも一部のｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４が３０×１０^６以下であることが必須である。例えば、複数のシンチレーターを用い、これら複数のシンチレーターに各々対応する複数個の光検出器を用いる態様においては、複数のシンチレーターのうち少なくとも１つのシンチレーターのｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４が３０×１０^６以下であることが必須である。これにより、放射線の入射端から遠い位置に設置された光検出器からも、十分な強度の信号を得ることができ、放射線のエネルギ情報を高精度に検出することが可能となる。

【0036】

なお、Ｘ線検出器３（図１参照）に含まれる全てのシンチレーターのｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４が３０×１０^６以下である必要はないが、放射線の入射端側に位置するシンチレーター（図２におけるＳＣ４以外のシンチレーター）のいずれか又は全部のｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４が、３０×１０^６以下であることが好ましい。

【0037】

また、前記第ｉ光検出器に対応するＣ_ｉ１〜Ｃ_ｉ４の変数の組と、第ｉ’光検出器に対応するＣ_ｉ’１〜Ｃ_ｉ’４の変数の組とは、互いに独立であることが好ましい。すなわち、前記変数の組同士が互いに独立でない場合には、式２に挙げた４つの式は実質的に３つとなり、解（Ｙ_１〜Ｙ_４）を一意に求めることができなくなるため、例えば、予めＹ_ｉが既知の校正されたＸ線源を用いてＩ_ｉを求めておき、当該既知のＩ_ｉ及びＹ_ｉの組合せを用いるなどして多くの計算処理を行わなければ、解（Ｙ_１〜Ｙ_４）を精度良く求めることができない。一方で、前記変数の組同士が互いに独立であって、顕著に乖離した傾向を示す場合には、簡便な計算によって解（Ｙ_１〜Ｙ_４）を精度よく求めることができる。かかる点に鑑みて、本発明の放射線検出器は、放射線の入射端からの距離が互いに異なる位置で、シンチレーターのｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４が異なることが好ましい。第ｉ光検出器に対応する部位と第ｉ’光検出器に対応する部位とでシンチレーターのｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４が異なることによって、Ｃ_ｉ１〜Ｃ_ｉ４の変数の組とＣ_ｉ’１〜Ｃ_ｉ’４の変数の組とが、互いに顕著に乖離した傾向を示す。また、エネルギ差分法に用いるＸ線検出器３の場合、放射線の入射端から遠い位置に設置された光検出器からも十分な強度の信号を得るために、放射線の入射端から近い側のシンチレーターのｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４を、放射線の入射端から遠い側のシンチレーターのｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４より小さい値とした実施形態は、後述の実施例２で採用されているように、好ましい態様である。

【0038】

＜シンチレーター＞
以下、本発明のシンチレーターについて詳細に説明する。

【0039】

本発明のシンチレーターは、アルカリ土類金属のハロゲン化物からなり、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ及びＨｏから選ばれる少なくとも１種の希土類元素を含有し、且つｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４（ただし、ｄはシンチレーターの密度（ｇ／ｃｍ^３）を表わし、Ｚ_ｅｆｆはシンチレーターの有効原子番号を表わす）が３０×１０^６以下であることを特徴とする。

【0040】

かかるシンチレーターは放射線の入射によって、発光強度が高い上、放射線に対して適度な透過性を有するため、前記本発明の放射線検出器において、好適に使用することができる。

【0041】

前記アルカリ土類金属のハロゲン化物を具体的に例示すれば、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａのフッ化物、塩化物、臭化物及びヨウ化物、並びにこれらの固溶体が挙げられる。かかるアルカリ土類金属のハロゲン化物の中でも、フッ化物が潮解し難く化学的安定性に優れるため、好ましい。

【0042】

さらに、前記フッ化物の中でも、ＣａＦ_２、（Ｃａ_ｘＳｒ_１−ｘ）Ｆ_２（ただし、０＜ｘ＜１である。）、ＳｒＦ_２及び（Ｓｒ_ｘＢａ_１−ｘ）Ｆ_２（ただし、０．３≦ｘ＜１である。）で示されるフッ化物が特に好ましい。かかるフッ化物は良好な化学的安定性を有しており、通常の使用においては短期間での性能の劣化は認められない。更に、機械的強度及び加工性も良好であり、所望の形状に加工して用いることが容易である。加工に際しては、公知のブレードソー、ワイヤーソー等の切断機、研削機、或いは研磨盤を何ら制限無く用いることができる。

【0043】

前記シンチレーターの放射線に対する透過性は、ｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４（ただし、ｄはシンチレーターの密度（ｇ／ｃｍ^３）を表わし、Ｚ_ｅｆｆはシンチレーターの有効原子番号を表わす）で表わされ、所期の放射線に対する透過性を有するシンチレーターを適宜選択して用いることができる。なお、本発明において、有効原子番号は下式で定義される指標である。

【0044】

有効原子番号＝（ΣＷ_ｉＺ_ｉ^４）^１／４
式中、Ｗ_ｉ及びＺ_ｉは、それぞれシンチレーターを構成する元素のうちのｉ番目の元素の質量分率及び原子番号である。

【0045】

本発明のシンチレーターは、前記ｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４が３０×１０^６以下である。該ｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４が３０×１０^６を超える場合には、前記本発明の放射線検出器に適用した際に入射端から遠い位置のシンチレーターに入射する放射線がきわめて微弱となり、エネルギ情報の精度が低下するという問題が生じるが、放射線検出器の少なくとも一部に、ｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４が３０×１０^６以下である本発明のシンチレーターを採用することにより、このような問題を低減することができる。なお、ｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４の下限は特に制限されないが、１×１０^６以上とすることが好ましい。ｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４を１×１０^６以上とすることによって、シンチレーターが放射線を充分に吸収することができるため、シンチレーターの発光強度が高まり、結果として光検出器から出力される信号の強度を高めることができる。

【0046】

本発明のシンチレーターは、前記Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ及びＨｏから選ばれる少なくとも１種の希土類元素の作用によって、放射線が入射した際に発光を呈する。当該希土類元素の中でも、Ｔｂが特に高い発光強度を有し、また、発光波長が約４５０〜７００ｎｍであって、光検出器として一般に用いられるフォトダイオードによって、感度良く検出できるため、好ましい。

【0047】

前記アルカリ土類金属のハロゲン化物に希土類元素を含有せしめる際の含有量は、特に制限されないが、０．１〜１０ｗｔ％の範囲とすることが好ましく、１〜５ｗｔ％の範囲とすることが特に好ましい。発光中心元素の含有量を０．１ｗｔ％以上、より好ましくは１ｗｔ％以上とすることによって、希土類元素を介する発光の確率が高まり、高い発光強度を得ることができる。また、発光中心元素の含有量を１０ｗｔ％以下、より好ましくは５ｗｔ％以下とすることによって、濃度消光による発光の減退を避けることができる。

【0048】

本発明のシンチレーターは、多結晶あるいは単結晶のいずれの形態を用いても良いが、単結晶を用いることにより、粒界における光の散逸や非輻射遷移による損失を抑制することができ、高い発光強度を得ることができるため、好ましい。

【0049】

本発明において、シンチレーターの形状は特に限定されないが、一般には角柱状の形状で使用される。なお、シンチレーターは、放射線検出器における光検出器に対向する光出射面（以下、単に光出射面ともいう）を有し、該光出射面は光学研磨が施されていることが好ましい。かかる光出射面を有することによって、シンチレーターで生じた光を効率よく後段の光検出器に入射できる。

【0050】

当該光出射面の形状は限定されないが、光検出器の受光面の形状と同等の形状とし、図２に示すように光検出器と接合することが好ましい。

【0051】

なお、シンチレーターの光検出器に対向しない面に、アルミニウム、硫酸バリウム或いはテフロン（登録商標）等からなる光反射膜を施すことは、シンチレーターで生じた光の散逸を防止することができるため、好ましい態様である。

【0052】

本発明において、シンチレーターの製造方法は特に制限されないが、一般にはアルカリ土類金属のハロゲン化物及び希土類元素のハロゲン化物の粉末等を混合して原料混合物を調製し、この原料混合物を加熱して溶融せしめた後、冷却して凝固せしめる方法を採用することができる。また、シンチレーターを単結晶として製造する場合には、従来公知の単結晶の製造方法であるブリッジマン法、温度勾配固化（Ｇｒａｄｉｅｎｔ Ｆｒｅｅｚｅ）法、チョクラルスキー法、或いはマイクロ引下げ法等を適宜適用することができる。

【0053】

以下、本発明において、シンチレーターの単結晶の製造方法について、ブリッジマン法を例にとって詳細に説明する。

【0054】

まず、アルカリ土類金属のハロゲン化物及び希土類元素のハロゲン化物の各原料の粉末等を混合して原料混合物を調製する。次いで、前記原料混合物を坩堝に充填し、加熱ヒーター、断熱材、及び真空排気装置を備えたチャンバー内にセットする。真空排気装置を用いて、チャンバーの内部を１．０×１０^−３Ｐａ以下まで真空排気した後、高純度アルゴン等の不活性ガスをチャンバー内に導入してガス置換操作を行う。ガス置換操作後のチャンバー内の圧力は特に限定されないが、大気圧が一般的である。かかるガス置換操作によって、原料或いはチャンバー内に付着した水分を除去することができ、かかる水分に由来するシンチレーターの発光強度の減退等の問題を回避することができる。

【0055】

上記ガス置換操作によっても除去できない水分による悪影響を避けるため、水分との反応性の高いスカベンジャーを用いて、水分を除去することが好ましい。かかるスカベンジャーとしては、四フッ化メタン等の気体スカベンジャーを好適に用いることができる。なお、気体スカベンジャーを用いる場合には上記不活性ガスに混合してチャンバー内に導入する方法が好適である。

【0056】

ガス置換操作を行った後、加熱ヒーターによって原料混合物を加熱して溶融せしめる。なお、加熱ヒーターの加熱方式は特に限定されず、例えば高周波誘導加熱方式、あるいは抵抗加熱方式等を適宜用いることができる。

【0057】

次いで、溶融した原料混合物の融液を坩堝とともに降下せしめる。加熱ヒーター及び断熱材は、上方が高温、下方が低温となるように配置されており、融液は降下するにつれて下方より凝固する。さらに融液を連続的に降下せしめることによって、融液は下方より上方へ一方向に凝固し、坩堝の底部で生じた結晶が上方に成長することによって、シンチレーターの単結晶を製造することができる。

【0058】

本発明において、前記シンチレーターの単結晶の製造に際して、ハロゲン原子の欠損あるいは熱歪等に起因する結晶欠陥を除去する目的で、単結晶の製造後にアニール操作を行っても良い。

【実施例】

【0059】

以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限されるものではない。また、実施例の中で説明されている特徴の組み合わせすべてが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。

【0060】

実施例１
〈シンチレーターの製造〉
まず、ＣａＦ_２ １１ｇ及びＴｂＦ_３ ０．６ｇを混合して、原料混合物を調製した。すなわち、本実施例では、希土類元素としてＴｂを４ｗｔ％含有するＣａＦ_２単結晶を製造した。なお、上記各原料の純度は９９．９９％以上の原料を用いた。
次いで、前記原料混合物をカーボン製の坩堝に充填し、抵抗加熱方式の加熱ヒーター、断熱材、及び真空排気装置を備えたチャンバー内にセットした。真空排気装置を用いて、チャンバーの内部を２．０×１０^−４Ｐａ以下まで真空排気した後、５ｖｏｌ％の四フッ化メタンを混合した高純度アルゴンガスをチャンバー内に導入してガス置換操作を行った。ガス置換操作後のチャンバー内の圧力は大気圧とした。

【0061】

ガス置換操作を行った後、加熱ヒーターによって原料混合物を加熱して溶融せしめた。次いで、溶融した原料混合物の融液を坩堝とともに連続的に降下せしめ、融液を下方より上方へ一方向に凝固せしめた。なお、本実施例において、融液を降下せしめる速度は１ｍｍ／ｈｒとした。かかる操作により、融液を全て凝固せしめた後、徐々に冷却して本発明のシンチレーターの単結晶を得た。

【0062】

当該単結晶の密度は、３．２ｇ／ｃｍ^３であった。また、当該単結晶の化学組成より計算される有効原子番号は３０である。したがって本実施例のＣａＦ_２（Ｔｂ）からなるシンチレーターのｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４は２．５×１０^６であった。

【0063】

得られた単結晶を、ダイヤモンドワイヤーを備えたワイヤーソーによって切断し、切断面に光学研磨を施すことにより、１．１ｍｍ×５．９ｍｍ×５ｍｍのサイズの直方体状のシンチレーターに加工した。前記光学研磨された面の内、１．１ｍｍ×５．９ｍｍのサイズの一面を光出射面とし、当該光出射面以外の面にテフロン（登録商標）からなる光反射膜を施した。

【0064】

〈放射線検出器の製作と特性評価〉
前記製造したＣａＦ_２（Ｔｂ）からなるシンチレーターを用いて放射線検出器を製作し、該放射線検出器の特性を評価した。

【0065】

当該放射線検出器は、図２に示すようにシンチレーターを４個用い、該シンチレーター（ＳＣ１〜ＳＣ４）の各々に光検出器（１１〜１４）を組み合わせて製作した。なお、光検出器はシリコン受光素子であるフォトダイオード（浜松ホトニクス社製、Ｓ１３３７−１６ＢＲ）を使用し、該フォトダイオードの受光面に、前記シンチレーターの光出射面を透明シリコングリースによって接合した。なお、該フォトダイオードの受光面のサイズは１．１ｍｍ×５．９ｍｍであり、シンチレーターの光出射面のサイズと同一である。

【0066】

当該放射線検出器の特性を以下の方法によって評価した。まず、図６に示すようにＸ線源、被検体及び放射線検出器を設置してＸ線を照射し、被検体内部を透過したＸ線が放射線検出器に入射することによって第１光検出器１１〜第４光検出器１４から生じた電流Ｉ_１〜Ｉ_４を測定した。なお、前記被検体は、直径３０ｍｍのアクリル樹脂製の円筒であって、該円筒の中央部に設けられた直径５ｍｍの穴に、ヨウ素溶液が充填されたものである。当該ヨウ素溶液は、溶液の厚さ１ｍｍあたりのヨウ素厚さが３μｍとなるようにヨウ素濃度が調整されている。したがって、前記ヨウ素溶液が充填された穴の直径５ｍｍにおいては、ヨウ素厚さは１５μｍに相当する。
被検体を図６に点線で示した方向に０．４ｍｍ毎に移動し、各位置での電流Ｉ_１〜Ｉ_４を測定した。次いで得られた電流Ｉ_１〜Ｉ_４を式４に代入し、各エネルギ範囲におけるＸ線の個数（Ｙ_１〜Ｙ_４）を求めた。なお、エネルギ範囲は、１５〜３３．２、３３．２〜４０、４０〜８０及び８０〜１２０ｋｅＶとし、該エネルギ範囲の平均エネルギであるＥ_１〜Ｅ_４はそれぞれ、２４、３７、６０及び１００ｋｅＶとした。

【0067】

被検体の全幅を走査した後、被検体を３０度回転させて、前記と同様に走査し、各位置でのＹ_１〜Ｙ_４を求めた。かかる被検体の走査と回転を６回繰り返して行った。

【0068】

得られた各位置及び角回転角度におけるＹ_１〜Ｙ_４を用いて、エネルギ差分法を適用した際の断面プロファイルを図７に示す。図７の横軸は、被検体の中心を０ｍｍとしてＸ線を透過させた位置を示し、縦軸はヨウ素のＫ殻吸収端のエネルギ準位（３３．２ｋｅＶ）を挟んで高エネルギ側のＸ線の個数（Ｙ_３）を低エネルギ側のＸ線の個数（Ｙ_２）で除した値（Ｙ_３／Ｙ_２）を示す。なお、当該縦軸には、空気中（被検体が無い場合）のＹ_３／Ｙ_２が０となるように補正した値を示す。図７から、本発明の放射線検出器を用いることにより、被検体であるアクリルの厚さに関わらず、ヨウ素の厚さを強調した結果が得られることが分かる。

【0069】

また、前記Ｙ_３を用いて、被検体のＣＴ値を求めた。当該ＣＴ値は、被検体のＸ線吸収係数を表わす値であって、ここでは前記４０〜８０ｋｅＶのエネルギ範囲の平均値 Ｅ_３に対するＸ線吸収係数、すなわち前記式３中のμ（Ｅ_３）を表わす。得られたＣＴ値の断面プロファイルを図８に示す。なお、ヨウ素厚さ １５μｍにおける該ＣＴ値は、０．７（図８中の鎖線）である。

【0070】

比較例１
〈放射線検出器の製作と特性評価〉
市販のＣｓＩ（Ｔｌ）からなるシンチレーターを用いる以外は、実施例１と同様にして放射線検出器を製作した。

【0071】

当該放射線検出器の特性を実施例１と同様の方法によって評価した。得られたＹ_１〜Ｙ_４を用いて、エネルギ差分法を適用した際の断面プロファイルを図７に示す。本比較例では、ＣｓＩ（Ｔｌ）のｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４が３８×１０^６と高く、入射端から遠い位置のシンチレーターに入射する放射線がきわめて微弱となり、エネルギ情報の精度が低下するため、結果として得られるＹ_３／Ｙ_２が大きくばらつくことが分かる。

【0072】

これに対して、本発明の実施例１は、ＣａＦ_２（Ｔｂ）のｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４が２．５×１０^６と低いため、入射端から遠い位置のシンチレーターにも充分な個数の放射線が入射するため、エネルギ情報の精度が向上し、結果として得られるＹ_３／Ｙ_２のばらつきが少ないことが分かる。

【0073】

実施例２
〈シンチレーターの製造〉
ＳｒＦ_２ ０．８ｇ、ＢａＦ_２ １０ｇ及びＴｂＦ_３ ０．３ｇを混合して原料混合物を調製する以外は、実施例１と同様にしてＴｂを２ｗｔ％含有する（Ｓｒ_０．１Ｂａ_０．９）Ｆ_２単結晶を製造した。

【0074】

また、ＢａＦ_２ １１ｇ及びＴｂＦ_３ ０．３ｇを混合して原料混合物を調製する以外は、実施例１と同様にしてＴｂを２ｗｔ％含有するＢａＦ_２単結晶を製造した。

【0075】

該（Ｓｒ_０．１Ｂａ_０．９）Ｆ_２（Ｔｂ）、及びＢａＦ_２（Ｔｂ）からなるシンチレーターのｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４は、それぞれ３６×１０^６、及び３８×１０^６であった。

【0076】

〈放射線検出器の製作と特性評価〉
実施例１で製造したＣａＦ_２（Ｔｂ）からなるシンチレーターをＳＣ１及びＳＣ２として用い、前記製造した（Ｓｒ_０．１Ｂａ_０．９）Ｆ_２（Ｔｂ）をＳＣ３として用い、また、前記製造したＢａＦ_２（Ｔｂ）をＳＣ４として用いる以外は、実施例１と同様にして放射線検出器を製作した。

【0077】

当該放射線検出器の特性を実施例１と同様の方法によって評価した。得られたＣＴ値の断面プロファイルを図８に示す。図８より、本実施例のように、放射線の入射端からの距離が互いに異なる位置で、シンチレーターのｄ×Ｚ_ｅｆｆ^４が異なる態様とすることによって、ヨウ素厚さを正しく求められることが分かる。なお、実施例１においても、Ｙ_３／Ｙ_２からヨウ素厚さを求める際の計算の精度を高めることによって、実施例２と同等の結果を得ることができたが、かかる計算は極めて煩雑であり、莫大な回数の計算と時間を要した。

【符号の説明】

【0078】

１ Ｘ線検査装置
２ Ｘ線管
３ Ｘ線検出器（放射線検出器）
４ Ｘ線検出器アレイ
５ 前置増幅器
６ 主増幅器
７ 積分器
８ 積分器
９ 造影剤厚さ演算装置
１０ 画像化装置
１１ 第１光検出器
１２ 第２光検出器
１３ 第３光検出器
１４ 第４光検出器
１５ 反射材
ＳＣ シンチレーター
ＳＣ１ シンチレーター１
ＳＣ２ シンチレーター２
ＳＣ３ シンチレーター３
ＳＣ４ シンチレーター４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】