特開 2023-175754 シンチレータアレイ、放射線検出器、および放射線検査装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023175754

(43)【公開日】2023-12-12

(54)【発明の名称】シンチレータアレイ、放射線検出器、および放射線検査装置

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/20 20060101AFI20231205BHJP

   G21K 4/00 20060101ALI20231205BHJP

   A61B 6/03 20060101ALI20231205BHJP

   G01N 23/046 20180101ALI20231205BHJP

【ＦＩ】

G01T1/20 D

G21K4/00 A

G01T1/20 B

A61B6/03 320S

G01N23/046

【審査請求】有

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023145829

(22)【出願日】2023-09-08

(62)【分割の表示】P 2021556138の分割

【原出願日】2020-11-12

(31)【優先権主張番号】P 2019205706

(32)【優先日】2019-11-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】303058328

【氏名又は名称】東芝マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001092

【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】近藤 弘康

(72)【発明者】

【氏名】福田 幸洋

(72)【発明者】

【氏名】森本 一光

(72)【発明者】

【氏名】林 誠

(57)【要約】      （修正有）

【課題】放射線検出器の診断画像の高解像度化が進む中、反り、外形寸法のバラツキの少ないシンチレータアレイが求められている。
【解決手段】シンチレータアレイは、複数のシンチレータセグメントと、複数のシンチレータセグメントのそれぞれを囲み、かつ、複数のシンチレータセグメントのうちの縦方向に配列されたシンチレータセグメント間、および、複数のシンチレータセグメントのうちの横方向に配列されたシンチレータセグメント間に設けられるとともに光を反射する第１の反射層と、を有する、構造体と、構造体の表面に接して設けられ、光を反射する第２の反射層を含む層と、を具備する。第１の反射層は、縦方向に配列されたシンチレータセグメント間および横方向に配列されたシンチレータセグメント間において構造体の表面から突出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のシンチレータセグメントと、前記複数のシンチレータセグメントのそれぞれを囲み、かつ、前記複数のシンチレータセグメントのうちの縦方向に配列されたシンチレータセグメント間、および、前記複数のシンチレータセグメントのうちの横方向に配列されたシンチレータセグメント間に設けられるとともに光を反射する第１の反射層と、を有する、構造体と、
前記構造体の表面に接して設けられ、光を反射する第２の反射層を含む層と、
を具備し、
前記第１の反射層は、前記縦方向に配列されたシンチレータセグメント間および前記横方向に配列されたシンチレータセグメント間において前記構造体の前記表面から突出する、シンチレータアレイ。

【請求項2】

前記第１の反射層は、前記構造体の側面に設けられ、かつ、前記構造体の前記表面から突出する、請求項１に記載のシンチレータアレイ。

【請求項3】

接着層をさらに具備し、
前記第１の反射層は、前記接着層に接する、請求項１に記載のシンチレータアレイ。

【請求項4】

接着層をさらに具備し、
前記第１の反射層は、前記接着層を貫通し、前記第２の反射層に接する、請求項１に記載のシンチレータアレイ。

【請求項5】

接着層をさらに具備し、
前記第１の反射層は、前記第２の反射層を貫通する、請求項１に記載のシンチレータアレイ。

【請求項6】

前記第１の反射層は、前記構造体の側面に設けられ、かつ、前記構造体の側面全体を覆う、請求項５に記載のシンチレータアレイ。

【請求項7】

前記層の厚さＴに対する、前記第１の反射層の前記突出する部分の長さＤの比Ｄ／Ｔは、０．１０以上１．００以下である、請求項１に記載のシンチレータアレイ。

【請求項8】

前記第１および第２の反射層からなる群より選ばれる少なくとも一つの反射層は、
エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、およびアクリル樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一つを含む樹脂と、
酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化シリコン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、および酸化シリコンからなる群より選ばれる少なくとも一つを含み、光を反射する反射粒子と、
を含む、請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のシンチレータアレイ。

【請求項9】

前記層は、接着層をさらに含み、
前記第２の反射層は、前記接着層を介して前記構造体の上に設けられる、請求項１に記載のシンチレータアレイ。

【請求項10】

前記第１の反射層の前記突出する部分は、前記接着層の内部に延在し、前記第２の反射層まで延在しない、請求項９に記載にシンチレータアレイ。

【請求項11】

前記接着層は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、およびアクリル樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一つの樹脂を含む、請求項９または請求項１０に記載のシンチレータアレイ。

【請求項12】

前記接着層は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および酸化シリコンからなる群より選ばれる少なくとも一つをさらに含む、請求項１１に記載のシンチレータアレイ。

【請求項13】

請求項１ないし請求項１２のいずれか一項に記載のシンチレータアレイを具備する、放射線検出器。

【請求項14】

請求項１３に記載の放射線検出器を具備する、放射線検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、シンチレータアレイ、放射線検出器、および放射線検査装置に関する。

【背景技術】

【0002】

医療診断や工業用非破壊検査等の分野では、Ｘ線断層撮影装置（以下、Ｘ線ＣＴ装置と記す）のような放射線検査装置を用いた検査を行う。Ｘ線ＣＴ装置は、扇状のファンビームＸ線を照射するＸ線管（Ｘ線源）と、多数のＸ線検出素子を備えるＸ線検出器とを、被検査体の断層面を挟んで互いに対向して配置する。

【0003】

Ｘ線ＣＴ装置は、被検査体に対して回転しながらＸ線管からファンビームＸ線を照射し、被検査体を透過したＸ線吸収データをＸ線検出器で収集する。この後、Ｘ線吸収データをコンピュータで解析することによって、断層像を再生する。

【0004】

Ｘ線ＣＴ装置の放射線検出器は、固体シンチレータを用いた検出素子を広く使用する。固体シンチレータを用いた検出素子を具備する放射線検出器は、検出素子を小型化してチャンネル数を増やすことが容易であることから、Ｘ線ＣＴ装置等の解像度をより一層高めることができる。

【0005】

Ｘ線ＣＴ装置等の放射線検査装置は、医療用や工業用等の様々な分野に用いられている。Ｘ線ＣＴ装置の例は、フォトダイオード等の検出素子を縦横に２次元的に並べ、その上にシンチレータアレイを搭載したマルチスライス型の装置を含む。マルチスライス型の装置は、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）を重ねることができ、これによりＣＴ画像を立体的に示すことができる。

【0006】

放射線検査装置に搭載される放射線検出器は、縦横複数列に並べられた複数の検出素子を備え、それぞれの検出素子がシンチレータセグメントを有する。放射線検出器は、シンチレータセグメントに入射するＸ線を可視光に変換し、可視光を検出素子で電気信号に変換して画像を形成する。近年、高解像度を得るために検出素子を小型化し、さらに隣り合う検出素子間のピッチを狭くする。これらに伴って、シンチレータセグメントのサイズも小さくなっている。

【0007】

上述したようなシンチレータセグメントに使用される各種のシンチレータ材料のうち、希土類酸硫化物系の蛍光体セラミックスは、発光効率が高く、シンチレータセグメントに使用するために好適な特性を有する。このため、シンチレータ材料である希土類酸硫化物系蛍光体セラミックスの焼結体（インゴット）から切り出し加工または溝切り加工等の加工法を用いて加工されたシンチレータセグメントと、検出素子としてのフォトダイオードと、を組み合せた放射線検出器が普及しつつある。

【0008】

蛍光体セラミックスを用いたシンチレータの例は、ガドリニウム酸硫化物蛍光体の焼結体からなるシンチレータを含む。上記シンチレータを用いたシンチレータアレイは、例えば以下のようにして製造される。まず、シンチレータ材料である希土類酸硫化物系蛍光体粉末を適当な形状に成形し、これを焼結して焼結体（インゴット）を形成する。この焼結体に切り出し加工または溝切り加工等の切断加工を施して、複数の検出素子に対応するシンチレータセグメントを形成する。さらに、これらのシンチレータセグメント間に光を反射する反射層を形成して一体化してシンチレータアレイを製造する。

【0009】

上述したようなシンチレータアレイを放射線検出器に使用する場合、シンチレータアレイの寸法精度がＣＴ診断画像の解像度に影響する。さらに、Ｘ線ＣＴ装置に搭載される放射線検出器には最大５０℃以上６０℃以下の温度が加わる。樹脂を含む反射層を有するシンチレータアレイでは、加温による反射層の膨張、および温度低下による収縮が発生し、隣接するシンチレータセグメント間で微小な寸法変化、すなわちシンチレータセグメントのピッチずれ、シンチレータアレイの反りを主な要因とする外形寸法のバラツキ等が生まれてしまう。こうした反り、外形寸法のバラツキがあると、検出器であるダイオードアレイに貼り付けたとき、その間の接着層厚を不均一にし、放射線検出器の診断画像の解像度を悪化させる原因となる。放射線検出器の診断画像の高解像度化が進む中、反り、外形寸法のバラツキの少ないシンチレータアレイが求められている。さらに、放射線検出器の検出面積の微細化に伴ってシンチレータアレイとダイオードアレイ間の接着層の均一化が重要になってきている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】米国特許第５８６６９０８号明細書

【特許文献2】国際公開第２０１７／０８２３３７号

【特許文献3】国際公開第２０１７／１１０８５０号

【発明の概要】

【0011】

実施形態のシンチレータアレイは、複数のシンチレータセグメントと、複数のシンチレータセグメントのそれぞれを囲み、かつ、複数のシンチレータセグメントのうちの縦方向に配列されたシンチレータセグメント間、および、複数のシンチレータセグメントのうちの横方向に配列されたシンチレータセグメント間に設けられるとともに光を反射する第１の反射層と、を有する、構造体と、構造体の表面に接して設けられ、光を反射する第２の反射層を含む層と、を具備する。第１の反射層は、縦方向に配列されたシンチレータセグメント間および横方向に配列されたシンチレータセグメント間において構造体の表面から突出する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態のシンチレータアレイの構造例を示す平面図である。

【図2】従来のシンチレータアレイの構造例を示す断面図である。

【図3】実施形態のシンチレータアレイの構造例を示す断面図である。

【図4】実施形態のシンチレータアレイの他の構造例を示す断面図である。

【図5】実施形態のシンチレータアレイの他の構造例を示す断面図である。

【図6】実施形態のシンチレータアレイの他の構造例を示す断面図である。

【図7】シンチレータアレイの製造方法例を説明するための断面図である。

【図8】シンチレータアレイの製造方法例を説明するための断面図である。

【図9】シンチレータアレイの製造方法例を説明するための断面図である。

【図10】シンチレータアレイの製造方法例を説明するための断面図である。

【図11】放射線検出器の構成例を示す図である。

【図12】放射線検査装置の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。図面に記載された各構成要素の厚さと平面寸法との関係、各構成要素の厚さの比率等は現物と異なる場合がある。また、実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し適宜説明を省略する。

【0014】

以下、実施形態のシンチレータアレイ、放射線検出器、および放射線検査装置について説明する。

【0015】

（シンチレータアレイ）
図１は、実施形態のシンチレータアレイの構造例を示す平面図である。図２は、従来のシンチレータアレイの構造例を示す断面図である。図３は、実施形態のシンチレータアレイの構造例を示す断面図である。図４、図５、図６は、実施形態のシンチレータアレイの他の構造例を示す断面図である。図１ないし図６は、シンチレータアレイ１と、シンチレータセグメント２と、反射層３と、反射層（天板反射層）４と、を図示する。なお、反射層４は、図１において便宜のため省略される。

【0016】

シンチレータアレイ１は、複数のシンチレータセグメント２と、反射層３と、反射層４と、を具備する。シンチレータセグメント２および反射層３は、Ｘ線入射面である表面２０ａと、表面２０ａの反対側の表面２０ｂと、を有する構造体２０を形成する。シンチレータセグメント２の個数は、放射線検出器の構造や解像度等に応じて適宜に設定される。

【0017】

従来のシンチレータアレイでは、図２に示すように、表面２０ａがシンチレータセグメント２から反射層３まで面一に延在する。これに対し、実施形態のシンチレータアレイの一例では、図３に示すように、シンチレータアレイ１の厚さ方向の断面において、反射層３が部分的に反射層４の内部に食い込むように入り込む。換言すると、反射層３が反射層４の内部に延在する部分を有する。

【0018】

実施形態のシンチレータアレイの他の例では、図４に示すように、反射層４が接着層５を介して表面２０ａの上に貼り合わされ、シンチレータアレイ１の厚さ方向の断面において、反射層３が接着層５を通して反射層４の内部に部分的に食い込むように入り込んでもよい。換言すると、反射層３が接着層５を介して反射層４の内部まで延在する部分を有する。

【0019】

実施形態のシンチレータアレイの別の他の例では、図５に示すように、反射層４が接着層５を介して表面２０ａの上に貼り合わされ、シンチレータアレイ１の厚さ方向の断面において、反射層３が接着層５の内部に部分的に食い込むように入り込むとともに反射層４の内部には入り込まなくてもよい。換言すると、反射層３が接着層５の内部に延在し、反射層４まで延在しない部分を有する。

【0020】

実施形態のシンチレータアレイの別の他の例では、図６に示すように、反射層４が接着層５を介して表面２０ａの上に貼り合わされ、シンチレータアレイ１の厚さ方向の断面において、反射層３の一部が反射層４を貫通してもよい。

【0021】

シンチレータセグメント２は、入射される放射線（Ｘ線）を光（可視光）に変換する。複数のシンチレータセグメント２は、それらに接着する反射層３により一体化されて構造体２０を形成する。

【0022】

反射層３は、光（可視光）を反射する。反射層３は、Ｘ線を透過できる。反射層３は、隣接するシンチレータセグメント２の間に設けられ、それぞれのシンチレータセグメント２に接着する。

【0023】

反射層４は、光（可視光）を反射する。反射層４は、Ｘ線を透過できる。反射層４は、例えば図３に示すように、表面２０ａの上に設けられるとともに構造体２０を覆う。

【0024】

シンチレータアレイ１は、複数のシンチレータセグメント２を一列に並べた構造、または図１に示すように複数のシンチレータセグメント２を縦方向および横方向に所定の個数ずつ２次元的に並べた構造のいずれかの構造を有していてもよい。複数のシンチレータセグメント２を２次元的に配列する場合、反射層３は、縦方向に配列されたシンチレータセグメント２間および横方向に配列されたシンチレータセグメント２に設けられる。反射層３は、表面２０ａに沿ってシンチレータセグメント２を囲んでもよい。

【0025】

シンチレータセグメント２は、希土類酸硫化物蛍光体を含む焼結体を有する。希土類酸硫化物蛍光体の例は、付活剤としてプラセオジム（Ｐｒ）を含有する希土類酸硫化物蛍光体を含む。希土類酸硫化物としては、例えばイットリウム（Ｙ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ランタン（Ｌａ）、ルテチウム（Ｌｕ）等の希土類元素の酸硫化物が挙げられる。

【0026】

希土類酸硫化物蛍光体は、
一般式：ＲＥ_２Ｏ_２Ｓ：Ｐｒ …（１）
（ＲＥはＹ、Ｇｄ、Ｌａ、およびＬｕからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を示す）
で表される組成を有することが好ましい。

【0027】

上述した希土類元素のうち、特にＧｄはＸ線吸収係数が大きく、シンチレータアレイ１の光出力の向上に寄与する。従って、シンチレータセグメント２は、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｐｒ蛍光体（ＧＯＳ蛍光体）を有することがより好ましい。なお、Ｇｄの一部は他の希土類元素で置換してもよい。このとき、他の希土類元素によるＧｄの置換量は１０モル％以下であることが好ましい。
すなわち、希土類酸硫化物蛍光体は、
一般式：（Ｇｄ_１－ｘ，ＲＥ_ｘ）_２Ｏ_２Ｓ：Ｐｒ …（２）
（式中、ＲＥはＹ、Ｌａ、およびＬｕからなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を示し、ｘは０≦ｘ≦０．１を満足する数（原子比）である）
で実質的に表される組成を有することが好ましい。

【0028】

シンチレータセグメント２は、光出力を増大させる付活剤として、プラセオジム（Ｐｒ）を有していてもよい。Ｐｒは、他の付活剤に比べてアフターグローを低減できる。従って、付活剤としてＰｒを含有する希土類酸硫化物蛍光体セラミックスは、放射線検出器の蛍光発生器として有効である。

【0029】

希土類酸硫化物蛍光体におけるＰｒの含有量は、蛍光体母体（例えばＧｄ_２Ｏ_２ＳのようなＲＥ_２Ｏ_２Ｓ）の含有量に対して０．００１モル％以上１０モル％以下であることが好ましい。Ｐｒの含有量が１０モル％を超えると、光出力の低下を招く。Ｐｒの含有量が０．００１モル％未満では、主付活剤としての効果を十分に得ることができない。Ｐｒの含有量は、０．０１モル％以上１モル％以下であることがより好ましい。

【0030】

希土類酸硫化物蛍光体は、主付活剤としてのＰｒに加えて、セリウム（Ｃｅ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、およびリン（Ｐ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの元素を共付活剤として微量含有してもよい。これらの元素は、曝射劣化の抑制、アフターグローの抑制等に対して効果を示す。これら共付活剤の含有量は、総量として、蛍光体母体に対して０．００００１モル％以上０．１モル％以下の範囲であることが好ましい。

【0031】

シンチレータセグメント２を構成する焼結体は、高純度な希土類酸硫化物系蛍光体セラミックス（シンチレータ材料）からなることが好ましい。不純物はシンチレータの感度の低下要因となるため、できるだけ不純物量が少ないことが好ましい。特に、燐酸根（ＰＯ_４）は感度低下の原因となるため、その含有量は１００ｐｐｍ以下であることが好ましい。フッ化物等を焼結助剤として使用して焼結体の密度を高める場合、焼結助剤が不純物として残留するため、感度の低下をもたらす。

【0032】

焼結体は、立方体形状または直方体形状を有する。シンチレータセグメント２の体積は、１ｍｍ^３以下であることが好ましい。シンチレータセグメント２を小型化することによって、検出される画像を高精細化することができる。シンチレータセグメント２の縦（Ｌ）、横（Ｓ）、厚さ（Ｔ）の各サイズは必ずしも限定されないが、それぞれ１ｍｍ以下であることが好ましい。シンチレータセグメント２の体積が１ｍｍ^３以下である場合、反射層３の幅（Ｗ）は１００μｍ以下、さらには５０μｍ以下に薄くすることも可能である。ただし４０μｍ未満の場合、製造プロセスが煩雑となるため、反射層３の幅（Ｗ）は４０μｍ以上が好ましい。

【0033】

反射層３は、光を透過する樹脂（透光性樹脂）と、樹脂中に分散され、光を反射する反射粒子と、を含有する。樹脂は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、およびアクリル樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一つを含む。例えばエポキシ樹脂は、水添エポキシ樹脂、エポキシシリコーン樹脂等が好ましい。反射粒子は、酸化チタン、酸化アルミニウム（アルミナ）、硫酸バリウム、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、および酸化シリコンからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む。なお、樹脂中に含まれる気泡も反射粒子としての役割を果たすことがある。

【0034】

反射層４は、反射層３と同様の透光性樹脂および反射粒子を用いることができる。

【0035】

反射層３および反射層４における透光性樹脂と反射粒子の割合は、透光性樹脂の質量比が１５％以上６０％以下、反射粒子の質量比が４０％以上８５％以下であることが好ましい。透光性樹脂の質量比と反射粒子の質量比との合計は１００％である。反射粒子の質量比が４０％未満では、反射層の反射効率が低下し、波長５１２ｎｍの光に対する反射層の反射効率が９０％よりも低くなりやすい。反射粒子の質量比が８５％を超えると、反射層の反射効率は変わらないが、透光性樹脂の質量比が相対的に低下するために、反射層の安定した固体化が難しくなる。

【0036】

構造体２０の表面２０ａの上に、予め作製された反射層４を貼り合わせる場合、接着層５は、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリオレフィン樹脂、およびアクリル樹脂からなる群より選ばれ、光、熱、湿気のいずれかにより硬化された少なくとも一つの樹脂を含む。接着層５は、透光性樹脂でもよいが、接着層５を通して、一つのシンチレータセグメント２からの光が、他の一つのシンチレータセグメント２に進入することを低減するためには、接着層５は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、および酸化シリコンからなる群より選ばれる少なくとも一つを含むことが好ましい。

【0037】

以上のように、実施形態のシンチレータアレイは、反射層３が部分的に反射層４または接着層５に食い込む構成を備える。

【0038】

Ｘ線ＣＴ装置等の放射線検出装置に用いられるシンチレータは、Ｘ線によって生じた光を、反射層を利用し画素内に閉じ込めて、フォトダイオード側に効率的に取り出す。反射層としては、シンチレータセグメント間を埋め尽くすように形成された反射層、また場合によっては、さらにＸ線の入射面側に、シンチレータアレイを覆うように形成された天板反射層を有するのが一般的である。Ｘ線により発光したシンチレータの光は、直接またこうした反射層を介して効率よくフォトダイオードに導かれる。Ｘ線検出器に組み込まれたシンチレータアレイは最大５０℃以上６０℃以下の温度が加わり、動作していないときは室温に置かれる。また動作時には被検査体の周囲を高速で回転するため、それに伴う力が加わることになる。こうした使用環境温度の変動や回転に伴う内部応力の発生に起因すると思われる問題として、天板反射層がシンチレータアレイから剥離する現象がしばしば発生し、その対策が求められる。

【0039】

これに対し、シンチレータセグメント間の反射層において、エポキシ樹脂に含まれる反射粒子の色を選択し、またエポキシ樹脂のガラス転移点が８０℃以上の樹脂を組み合わせることにより、シンチレータセグメント間の光出力のばらつきまたひずみを抑制する技術が知られている。

【0040】

また、反射層を構成する透光性樹脂のガラス転移点が５０℃以上であり、かつガラス転移点より高い温度における透光性樹脂の熱膨張係数が３．５×１０^－５／℃以下であるシンチレータアレイが知られている。一般に、透光性樹脂の熱膨張係数は、ガラス転移点を境にして、大きく変化し、この変化に伴って起こる反りを、その条件設定により調整する。

【0041】

また、シンチレータアレイの反りを低減するため、複数のシンチレータセグメントを反射層により一体化し、反射層の透光性樹脂のガラス転移点が５０℃以上であり、複数のシンチレータセグメントのＸ線が入射する面側に配置された第２の反射層の透光性樹脂のガラス転移点が３０℃以下である構成のシンチレータアレイが知られている。

【0042】

これらのシンチレータアレイでは、反りはある程度改善される。しかしながら、天板反射層を有するシンチレータアレイにおいて、その天板反射層の剥離に対しては、必ずしも有効なものとは言えず、更なる改善が求められる。

【0043】

天板反射層に用いられる材料とシンチレータセグメントに用いられる材料は、線膨張係数や弾性係数において大きな差を有する。この差は、シンチレータアレイを検出器に組み込み、使用環境温度の変動や回転に伴う遠心力に曝したとき、応力を発生させ、天板反射層の剥離の原因となる。

【0044】

これに対し、本実施形態では、反射層３を反射層４または接着層５に食い込ませることにより、これらの凹凸により接触面積を増加させ、所謂アンカー効果を得ることができるため反射層４の剥離を抑制できる。

【0045】

表１は、図２に示す構造を有する従来のシンチレータアレイと、図３に示す構造を有するシンチレータアレイと、のそれぞれの強制試験における剥離発生率の例を示す。強制試験は、シンチレータアレイを室温から５０℃まで５分で昇温し、１０分間放置した後、室温にて２００ｒｐｍの回転速度で５分間回転する。これらの動作を１サイクルの動作とし、各サンプルに対して１００サイクルの動作を行う。試作数１００個のサンプルの強制試験では、図３に示す構造を有するシンチレータアレイに剥離がなく、このことから剥離耐性が大幅に改善することがわかる。

【0046】

【表1】

【0047】

実施形態のシンチレータアレイは、図３、図４、図５、図６に示されるように、反射層３が部分的に反射層４を含む層に食い込む構造を有するが、食い込み長さが短くなると剥離抑制効果は低減する。有効な剥離抑制効果を実現するためには、シンチレータアレイ１の厚さ方向の断面において、反射層４または反射層４および接着層５（反射層４を含む層）の厚さＴに対する、反射層３における上記反射層４を含む層の内部に延在する部分の長さＤの比Ｄ／Ｔは、０．１０以上１．００以下の範囲、より好ましくは０．２０以上１．００以下の範囲であることが好ましい。厚さＴと長さＤは、シンチレータアレイ１の厚さ方向の断面を電子顕微鏡または光学顕微鏡によって観察し、その観察像から測定可能である。反射層３、反射層４、接着層５はそれぞれの層でポリマーのネットワーク構造を形成するため、これらの層の界面が明確である。また顔料濃度が異なる場合、さらに明確であるため、厚さＴと長さＤを判断しやすい。

【0048】

次に、シンチレータアレイ１の製造方法例について説明する。シンチレータアレイ１は、以下のように製造される。ここでは、一例として図４に示す構造を有する場合について説明する。

【0049】

図７ないし図１０は、実施形態のシンチレータアレイの製造方法例を説明するための断面図である。まず第１の工程により、白色反射材を含むエポキシ樹脂等の樹脂で所定の大きさの白色シートを形成する。

【0050】

白色シートは、反射粒子と透光性樹脂との混合物やラッカー系塗料等の材料を用いて形成できる。反射粒子と透光性樹脂との混合物は、反射層３と同様な構成を有していることが好ましい。白色シートは市販の白色シートを用いても良い。

【0051】

白色シートは、反射層４を形成し、その厚さは５０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲である。厚さが５０μｍ未満であると、光の反射効率の向上効果を十分に得ることができない。厚さが２５０μｍを超えると、透過するＸ線量が低下して検出感度が低下する。

【0052】

第１の工程では、希土類酸硫化物系蛍光体焼結体等のシンチレータ材料を所定の大きさの薄板（厚さ０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下）として切り出し、図７に示すように、板状の焼結体２ａと反射層４を形成する白色シートとをエポキシ樹脂等の接着層５を介して接着して貼り合わせる。

【0053】

次に、第２の工程により、図８に示すように、焼結体２ａにダイシングによる溝加工を施して焼結体２ａを部分的に除去することによりシンチレータセグメント２と溝Ｓとを形成する。焼結体２ａの厚さ方向の断面において、溝Ｓの幅は例えば４０μｍ以上２００μｍ以下の範囲である。溝Ｓは、焼結体２ａおよび接着層５を介して反射層４の内部まで延在する。

【0054】

次に、第３の工程により、図９に示すように、第２の工程で形成された溝Ｓに反射層３を形成する。まず、反射粒子と透光性樹脂を構成する未硬化状態の樹脂組成物（透光性樹脂の未硬化物）とを用意し、その混合物であるスラリーを、溝Ｓに注入する。

【0055】

未硬化状態の樹脂組成物は、０．２Ｐａ・ｓ以上１．０Ｐａ・ｓ以下（２００ｃｐｓ以上１０００ｃｐｓ以下）の粘度を有することが好ましい。樹脂組成物の粘度が１．０Ｐａ・ｓを超えると、流動性が悪く、溝Ｓへの注入の作業性が低下する。樹脂組成物の粘度が０．２Ｐａ・ｓ未満では、流動性が高くなりすぎて塗布性または充填性を低下させる。また、透光性樹脂の全光線透過率は８５％以上であることが好ましい。透光性樹脂の全光線透過率が８５％未満であると、反射層３の反射効率が低下しやすくなる。

【0056】

溝Ｓにスラリーを注入した後、スラリーを硬化させて反射層３を形成することによって、隣接するシンチレータセグメント２間を結合・一体化して構造体２０を形成する。スラリーの硬化処理は、未硬化状態の樹脂組成物や硬化剤の種類等に応じて適宜に設定される。例えば、熱硬化性樹脂組成物の場合には、熱処理することにより硬化反応を進行させる。２液型のエポキシ樹脂のような樹脂組成物の場合、室温下で放置することにより硬化反応を進行させてもよい。

【0057】

次に、第４の工程により、図１０に示すように、構造体２０の周縁の不要な部分を取り除く周縁加工、さらに研磨処理を施す。以上の工程によりシンチレータアレイ１を製造できる。

【0058】

（放射線検出器）
実施形態の放射線検出器は、上述したシンチレータアレイ１を、入射した放射線に応じて光を放射する蛍光発生器として具備し、さらに蛍光発生器からの光を受け、光の出力を電気的出力に変換する光電変換器を具備する。図１１は放射線検出器の構成例を示す図であり、Ｘ線検出器を示す。図１１に示すＸ線検出器６は、蛍光発生器としてシンチレータアレイ１と、光電変換器として光電変換素子７とを具備する。

【0059】

Ｘ線検出器６は、構造体２０の表面２０ｂに一体的に設けられた光電変換素子７を備える。光電変換素子７は、シンチレータセグメント２においてＸ線を変換することにより形成された光（可視光）を検出する。光電変換素子７の例は、フォトダイオード等を含む。光電変換素子７は、複数のシンチレータセグメント２のそれぞれに対応するように配置されている。これらの構成要素によって、放射線検出器を構成する。

【0060】

（放射線検査装置）
実施形態の放射線検査装置は、被検査体に向けて放射線を照射する放射線源と、被検査体を透過した放射線を検出する放射線検出器とを具備する。放射線検出器は、上述した実施形態の放射線検出器を用いることができる。

【0061】

図１２は、放射線検査装置の構成例を示す図である。図１２は、Ｘ線ＣＴ装置１０と、被検体１１と、Ｘ線管１２と、コンピュータ１３と、ディスプレイ１４と、被検体画像１５と、を図示する。Ｘ線ＣＴ装置１０は、Ｘ線検出器６を備えている。Ｘ線検出器６は、例えば被検体１１の撮像部位が配置される円筒の内壁面に貼り付けられている。Ｘ線検出器６が貼り付けられた円筒の円弧の略中心には、Ｘ線を出射するＸ線管１２が設置されている。Ｘ線検出器６とＸ線管１２との間には被検体１１が配置される。Ｘ線検出器６のＸ線入射面側には、図示しないコリメータが設けられている。

【0062】

Ｘ線検出器６およびＸ線管１２は、被検体１１を中心にしてＸ線による撮影を行いながら回転するように構成されている。被検体１１の画像情報が異なる角度から立体的に集められる。Ｘ線撮影により得られた信号（光電変換素子により変換された電気信号）はコンピュータ１３で処理され、ディスプレイ１４上に被検体画像１５として表示される。被検体画像１５は、例えば被検体１１の断層像である。図１に示すように、シンチレータセグメント２を２次元的に配置したシンチレータアレイ１を用いることによって、マルチ断層像タイプのＸ線ＣＴ装置１０を構成することも可能である。この場合、被検体１１の断層像が複数同時に撮影され、例えば撮影結果を立体的に描写することもできる。

【0063】

図１２に示すＸ線ＣＴ装置１０は、シンチレータアレイ１を有するＸ線検出器６を具備する。前述したように、シンチレータアレイ１は反射層３および反射層４等の構成に基づいて、シンチレータセグメント２から放射される可視光の反射効率が高いため、優れた光出力を有する。このようなシンチレータアレイ１を有するＸ線検出器６を使用することによって、Ｘ線ＣＴ装置１０による撮影時間を短くできる。この結果、被検体１１の被曝時間を短くすることができ、低被曝化を実現することが可能になる。放射線検査装置（Ｘ線ＣＴ装置１０）は、人体の医療診断用のＸ線検査に限らず、動物のＸ線検査や工業用途のＸ線検査等に対しても適用可能である。さらに、Ｘ線非破壊検査装置による検査精度の向上等にも寄与する。

【実施例0064】

シンチレータアレイ１の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。

【0065】

実施例および比較例を示すにあたり、板状の焼結体２ａを次のように製作した。Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｐｒ（Ｐｒ濃度＝０．０５モル％）の組成を有する蛍光体粉末をラバープレスにより仮成形し、この仮成形体をタンタル（Ｔａ）製のカプセル中に脱気密封した後、これを熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）処理装置にセットした。ＨＩＰ処理装置にアルゴンガスを加圧媒体として封入し、圧力１４７ＭＰａ、温度１４２５℃の条件で３時間処理した。このようにして、直径約８０ｍｍ×高さ約１２０ｍｍの円柱状の焼結体を作製した。この焼結体から、種々のサイズのＧＯＳセラミック板を切り出し、実施例および比較例の焼結体２ａとした。

【0066】

（実施例１）
長さ７６ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのＧＯＳセラミック板の表面に、焼結体２ａよりも一回り面積が大きい白色ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（三菱ケミカル製、厚さ１００μｍ）を、接着層５としてエポキシ接着材を介して貼り合わせた。貼り合わせる際にはＧＯＳセラミック板、エポキシ接着材、白色ＰＥＴフィルムを重ねて、１６ｋｇの荷重を印加し、１００℃の温度で加熱して接着した。常温まで冷却した後に荷重を除いて積層体を作製した。この積層体のＧＯＳセラミック板表面にダイシングによる溝加工を施してシンチレータセグメント２と溝Ｓとを形成した。溝Ｓの深さは１．２５ｍｍである。溝Ｓは白色ＰＥＴフィルムの内部まで延在する。溝Ｓに酸化チタンとエポキシ樹脂とを含むスラリーを注入し、スラリーを熱硬化させ、シンチレータセグメント２の表面を研磨した。その後、周縁部をカットし、図４に相当するシンチレータアレイ１を作製した。反射層４を含む層の厚さＴに対する、反射層３における反射層４を含む層の内部に延在する部分の長さＤの比Ｄ／Ｔは０．４０であった。

【0067】

（実施例２）
長さ７６ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのＧＯＳセラミック板の表面に、酸化チタンとエポキシ樹脂と含むスラリーを塗布し、スラリーを熱硬化させた後に研磨することで厚さＴが０．３ｍｍの反射層４を形成した。その後、ＧＯＳセラミック板の表面からダイシングによる溝加工を施してシンチレータセグメント２と溝Ｓとを形成した。溝Ｓの深さは１．２５ｍｍである。溝Ｓは反射層４の内部まで延在する。溝Ｓに酸化チタンとエポキシ樹脂とを含むスラリーを注入し、スラリーを熱硬化させ、シンチレータセグメント２の表面を０．１ｍｍ研磨した。その後、反射層４の表面を０．１ｍｍ研磨し、周縁部をカットし、図３に相当するシンチレータアレイ１を作製した。比Ｄ／Ｔは０．２５であった。

【0068】

（実施例３）
長さ７６ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのＧＯＳセラミック板の表面に、酸化チタンとエポキシ樹脂とを含むスラリーを塗布し、スラリーを熱硬化させた後に研磨することで厚さ０．３ｍｍの反射層４を形成した。その後、ＧＯＳセラミック板の表面からダイシングによる溝加工を施してシンチレータセグメント２と溝Ｓとを形成した。溝Ｓの深さは１．４ｍｍである。溝Ｓは反射層４の内部まで延在する。溝Ｓに酸化チタンとエポキシ樹脂とを含むスラリーを注入し、スラリーを熱硬化させ、シンチレータセグメント２の表面を０．１ｍｍ研磨した。その後、反射層４の表面を０．１５ｍｍ研磨し、反射層４を貫通して反射層３を反射層４の表面に露出させたのち、周縁部をカットし、シンチレータアレイ１を作製した。比Ｄ／Ｔは１．００であった。

【0069】

（実施例４）
長さ７６ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのＧＯＳセラミック板の表面に、酸化チタンとエポキシ樹脂と含むスラリーを塗布し、スラリーを熱硬化させた後に研磨することで厚さ０．３ｍｍの反射層４を形成した。その後、ＧＯＳセラミック板の表面からダイシングによる溝加工を施してシンチレータセグメント２と溝Ｓとを形成した。溝Ｓの深さは１．２２ｍｍである。溝Ｓは反射層４の内部まで延在する。溝Ｓに酸化チタンとエポキシ樹脂とを含むスラリーを注入し、スラリーを熱硬化させ、シンチレータセグメント２の表面を０．１ｍｍ研磨した。その後、反射層４の表面を０．１ｍｍ研磨し、周縁部をカットし、図３に相当するシンチレータアレイ１を作製した。比Ｄ／Ｔは０．１０であった。

【0070】

（実施例５）
長さ７６ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのＧＯＳセラミック板の表面に、酸化チタンとエポキシ樹脂とを含むスラリーを塗布し、スラリーを熱硬化させた後に研磨することで厚さ０．３ｍｍの反射層４を形成した。その後、ＧＯＳセラミック板の表面からダイシングによる溝加工を施してシンチレータセグメント２と溝Ｓとを形成した。溝Ｓの深さは１．３５ｍｍである。溝Ｓは反射層４の内部まで延在する。溝Ｓに酸化チタンとエポキシ樹脂とを含むスラリーを注入し、スラリーを熱硬化させ、シンチレータセグメント２の表面を０．１ｍｍ研磨した。その後、反射層４の表面を０．１ｍｍ研磨し、周縁部をカットし、図３に相当するシンチレータアレイ１を作製した。比Ｄ／Ｔは０．７５であった。

【0071】

（比較例１）
長さ７６ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのＧＯＳセラミック板にダイシングによる溝加工を施してシンチレータセグメント２と溝Ｓとを形成し、溝Ｓに酸化チタンとエポキシ樹脂とを含むスラリーを注入し、スラリーを熱硬化させた後、研磨して反射層３を形成した。この構造体２０のＸ線入射面に酸化チタンとエポキシ樹脂とを含むスラリーを塗布し、スラリーを１００℃の温度で３時間加熱して硬化させた。厚さを１５０μｍにするため、硬化後に研磨し、反射層４を形成し、シンチレータアレイ１を作製した。反射層３は、反射層４まで延在しない。

【0072】

（比較例２）
長さ７６ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのＧＯＳセラミック板にダイシングによる溝加工を施してシンチレータセグメント２と溝Ｓとを形成し、溝Ｓに酸化チタンとエポキシ樹脂とを含むスラリーを注入し、スラリーを熱硬化させた後、研磨することで反射層３を形成した。次に、反射層４として白色ＰＥＴフィルム（三菱ケミカル製、厚さ１００μｍ）をエポキシ接着材を介して構造体２０と貼り合わせた。貼り合わせる際には構造体２０、エポキシ接着材、白色ＰＥＴフィルムを重ねて、１６ｋｇの荷重を印加し、１００℃の温度で加熱して接着した。常温まで冷却した後に荷重を除き、シンチレータアレイ１を作製した。反射層３は、反射層４まで延在しない。

【0073】

（比較例３）
長さ７６ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ１．２ｍｍのＧＯＳセラミック板にダイシングによる溝加工を施してシンチレータセグメント２と溝Ｓとを形成し、溝Ｓに酸化チタンとエポキシ樹脂とを含むスラリーを注入し、スラリーを熱硬化させた後に、研磨することで反射層３を形成した。この構造体２０のＸ線入射面に酸化チタンとエポキシ樹脂とを含むスラリーを塗布し、１００℃の温度で４時間加熱して硬化させた。厚さを１００μｍにするため、硬化後に研磨して反射層４を形成し、シンチレータアレイ１を作製した。反射層３は、反射層４まで延在しない。

【0074】

実施例および比較例での反射層４の剥離性は、次のような強制試験により評価した。得られたシンチレータアレイ１を恒温恒湿試験機に入れ、－２０℃の温度で３０分放置、後、昇温速度５℃／分で６０℃の温度まで昇温し、６０℃の温度で３０分放置、その後、降温速度５℃／分で－２０℃の温度まで降温させた。このサイクルを１０００回行った後、シンチレータアレイ１の周縁部を観察し剥離の有無を評価した。試験での湿度は４０％ＲＨ（Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｈｕｍｉｄｉｔｙ）とした。結果を表２に示す。

【0075】

【表2】

【0076】

表２から、実施例のシンチレータアレイ１では、シンチレータセグメント２間の反射層３を反射層４を含む層の内部まで延在させて食い込ませ、一体化することにより、反射層４の剥離性において、比較例との間で有意な差が認められた。食い込みの程度が小さい場合であっても、剥離は、比較例よりも少なかった。

【0077】

実施形態のシンチレータアレイによれば、従来一定の割合で発生していた反射層４の剥離を、実質上なくすことができるため、産業上有用なものといえる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】