放射线检测器的制作方法

专利名称：放射线检测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种放射线检测器，例如用于正电子发射断层扫描仪(Positron Emission Tomography, PET)装置或单光子发射计算机断层照 相(Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT )装置等医用 诊断装置，所述装置用以对由投到被测部件并在目标部位积蓄的放射性同 <立素(Radioactive Isotope, RI )所》文出的》文射线(伪口马射线(gamma ray )) 进行检测，来获得目标部位的RI分布的断层图像(tomogram )。
背景技术：
此种放射线;险测器包括闪烁体(scintillator )，射入由被测部件所 放出的伽马射线而发光；以及光电子倍增管(Photomultiplier),将所述 闪烁体的发光转换为脉沖(pulse)状的电信号。对于此种放射线检测器而 言，以前是将闪烁体与光电子倍增管一对一对应，而近年来，则采用了如 下方式使个数比闪烁体少的光电子倍增管与多个闪烁体结合，根据这些 光电子倍增管的功率比(power ratio)来决定伽马射线的射入位置，从而 提高分辨率(resolution )。(例如参见专利文献l)。图12是从Y方向观察先前的放射线检测器150所得到的X方向的截面 图(正视图)。当所述放射线检测器是各向同性体素(Isotropic Voxel) 检测器时，从X方向观察放射线检测器150所得的Y方向的截面图(侧视 图)也形成与图12相同的形状。放射线检测器15G包括闪烁体阵列 (scintillator array) 112,通过适当夹入光反射材料113而被划分，且 以在X方向上为6个、在Y方向上为6个的方式二维地紧密配置着总计36 个闪烁体lll;光导管(light guide) 114，与该闪烁体阵列112光学结合，且 埋设着组合有光反射材料115的格子框体并划定有多个小区块；以及4个 光电子倍增管301、 302、 303、 304,与该光导管14光学结合。另外，本图 12中，仅图示了光电子倍增管301和光电子倍增管302。此处，作为闪烁 体11，例如使用Bi4Ge3012 ( BG0 )、 Gd2Si05: Ce ( GS0 )、 Lu2Si05: Ce (LS0)、 LuYSi05: Ce(LYSO) 、 LaBr"Ce、 LaCl3:Ce、 Nal、 CsI:Na、 BaF2、 CsF、 PbW04 等的无机结晶。如果伽马射线射入至在X方向上排列的6个闪烁体111中的任一个，则 转换为可见光。此光通过光学结合的光导管114而导向光电子倍增管301 ~ 304，此时，对光导管114中的各个光反射材料115的位置、长度及角度进行调整，以使在X方向上排列的光电子倍增管301 ( 303 )与光电子倍增管 302 ( 304 )的功率比按照固定比例而变化。更具体而言，将光电子倍增管301的功率设为Pl、光电子倍增管302 的功率设为P2、光电子倍增管303的功率设为P3、光电子倍增管304的功 率设为P4时，对光反射材料114的位置与长度进行设定，以使表示X方向 上的位置的计算值{(PI+ P3) _ (P2 + P4)} / (Pl+P2 + P3 + P4)根据各 闪烁体111的位置而按照固定比例来变化。另一方面，对于在Y方向上排列的6个闪烁体而言，也同样使光通过 光学结合的光导管114而导向光电子倍增管301 ~ 304。亦即，对光导管114 中的各个光反射材料115的位置与长度进行设定，而且在倾斜的情况下对 角度进行调整，以使在Y方向上排列的光电子倍增管301 ( 302 )与光电子 倍增管303 ( 304 )的功率比按照固定比例而变化。亦即，对光反射材料115的位置与长度进行设定，以使表示Y方向上 的位置的计算值((P1 + P2) - (P3 + P4)} / (Pl + P2 + P3 + P4)根据各闪 烁体的位置而按照固定比例来变化。此处，各闪烁体111间的光反射材料113及光导管114的光反射材料 115，可使用主要以聚酯膜为基材的氧化硅与氧化钛的多层膜，因为此多层 膜的反射效率非常高，所以用作光的反射元件，但严格地说，会因光的射 入角度而产生透射成分，也将此透射成分计算在内，来决定光反射材料113 及光反射材料115的形状及配置。另外，闪烁体阵列112是利用耦合粘接剂而与光导管114粘接从而形 成耦合粘接剂层116,光导管114也是利用耦合粘接剂而与光电子倍增管 301 ~ 304粘接从而形成耦合粘接剂层117。而且，不与各闪烁体lll相向 的外周表面，除了与光电子倍增管301~ 304侧的光学结合面之外，均由光 反射材料来覆盖。作为此时的光反射材料，主要使用的是聚四氟乙烯 (Polytetraf luoroethylene， PTFE )胶带 图13是表示放射线检测器的位置运算电路的构成的框图。位置运算电 路由加法器121、 122、 123、 124和位置鉴别电路125、 126而构成。如图 13所示，为了检测伽马射线在X方向上的射入位置，而将光电子倍增管301 的功率Pl和光电子倍增管303的功率P3输入到加法器121中，并且将光 电子倍增管302的功率P2和光电子倍增管304的功率P4输入到加法器U2 中。将两个加法器121、 122的各个相加功率(Pl+P3)和(P2+ P4)输入 到位置鉴别电路125中，并根据两个相加功率来求出伽马射线在X方向上 的射入位置。同样，为了检测伽马射线在Y方向上的射入位置，而将光电子倍增管 301的功率P1和光电子倍增管302的功率P2输入到加法器中，并且将光电子倍增管303的功率P3和光电子倍增管304的功率P4输入到加法器 124中。将两个加法器123、 124的各个相加功率(Pl + P2)和(P3 + P4) 输入到位置鉴别电路126中，根据两个相加功率来求出伽马射线在Y方向 上的射入位置。另外，计算值(Pl + P2 + P3 + P4)是表示相对于其结果的能量，且表 示为^口图14所示的能寸普(energy spectrum )。对于按照以上方式计算出的结果而言，是依据射入到闪烁体中的伽马 射线的位置而表示为如图15所示的位置编码图(coding map),且表示了 各个位置的鉴别信息。另一方面，提出了通过实现具有相互作用深度(depth of interaction, DOI )信息的区块4企测器(block detector)来提高空间分 辨率(spatial resolution)的各种方法，例如将分别由发光衰减时间 (luminescence decay time)不同的材质而构成的闪烁体阵列多段地紧凑 配置的方法(例如参见非专利文献1)、或者进而将各闪烁体阵列错开半间 距(Half Pitch)而配置的方法(例如参见非专利文献2)等。在所述多个先前例中，均将光电子倍增管作为任一个闪烁体所发出的 光的光接收元件来使用，而如图16所示的放射线检测器160,近年来也使 用了被称作雪崩光电二极管401 ~ 404的半导体光接收元件。所述雪崩光电 二极管是通过在硅耗尽层(depletion layer)内施加较高的电场而在雪崩 状态下使用，从而进行信号放大。雪崩光电二极管的信号放大率 (amplification degree )是50倍~ 100倍左右，比起光电子倍增管的放 大率为105 - 106倍来说较小，但可通过使用低噪音放大器(low noise amplifier)或者在低温环境下使用而得以实际应用。而且，因为是在较薄 的硅耗尽层内产生雪崩，所以比起光电子倍增管，作为光接收元件的雪崩 光电二极管的大小非常薄，在场所受到限制的情况下，对于PET装置内的 检测器而言极其有效。另一方面，如图17所示，本申请案的发明者们提出了一种检测器170， 具有雪崩倍增膜(Avalanche multiplication film)和场发射阵列(field emission array )以作为光接收元件501 ~ 504。另外，图17中仅图示了光 接收元件501和502，而省略了光接收元件503和504。 ^r测器170利用由 非晶硒(amorphous selenium)形成的雪崩倍增膜而将来自闪烁体的光转 换为电信号后，利用来自形成场发射阵列的多个场发射芯片(Held emission chip)的电子束(Electron Beam)来读出电信号。雪崩倍增膜 和场发射阵列配置在真空密封的真空外围器内，并且所述^f企测器170的大 小非常薄且构造单纯(simple),因此与使用光电子倍增管的情况相比可紧 密地(compact)构成。而且，不像光电子倍增管那样需要多个电极，从而构造简单，因此能够以低成本来实现。而且，对于由非晶硒形成的雪崩倍增膜而言，信号放大率可达到1000倍左右，因此无须如雪崩光电二极管那样需要高价的低噪音放大器、或用以进行低温操作的专用温度调整机构。另外，即便使用LaBr3: Ce或LaCl3: Ce，在300 - 400 nm的波段(wavelength band)的雪崩倍增膜的量子效率也达到了 70%,从而与光电子倍增管或雪崩 光电二极管相比，具有效率非常高的特点。另外，光接收元件501的详细 构造将于以下进行说明。另外，如图18所示，还提出了一种利用凸起电极来连接雪崩倍增膜与 读出用基板以作为光接收元件601 604的检测器180。另外，图17中仅图 示了光接收元件601和602,而省略了光接收元件603和604。 4企测器180 通过与形成着多个微小凸起电极的读出用基板相连接来选择性地取出并读 出信号。因为是连接着雪崩倍增膜与读出用基板的构造，所以所述检测器 180的大小非常薄且构造单纯，从而与使用光电子倍增管的情况相比，可紧 密地构成且能够以低成本来实现。另外，光接收元件601的详细构造将于 以下进4于i兌明。专利文献l:日本专利特开2004-354343号公报非专利文献1: S.Yamamoto and H. Ishibashi， A GSO depth of interaction detector for PET， IEEETrans. Nucl. Sci. ， 45: 1078-1082， 1998.非专利文献2: H. Liu, T. Omura. M. WaUnabe, et al. , Development of a depth of interaction detector for g-rays, Nucl. Instr. Meth. ，Physics Research A 459: 182-190， 2001.对于所述先前例的使用了由非晶硒形成的雪崩倍增膜的光接收元件而 言，虽然具有比起光电子倍增管或雪崩光电二极管更优越的性能，但存在 i口下问题。在使用了由非晶硒形成的雪崩倍增膜的光接收元件中，当雪崩倍增时，为 了使非晶硒膜内产生约100 V/jum的较高电场，必须施加较高的偏压电压 (bias voltage )，从而在例如光接收面内的透明玻璃面板上即使形成了 0. 1 jam左右的突起物，此时也会产生不均匀的电场，结果会局部地成为针孔 (pin-hole)缺陷而导致短;洛。当光接收面仅由单才及(single pole)而形 成时，即使一部分发生短路，也会导致整个光接收面无法发挥作用。发明内容为了解决所述课题，本发明所提供的第1发明的放射线检测器，包括 对放射线进行光转换的闪烁体阵列和光接收元件，所述光接收元件包括真 空外围器，设置在该闪烁体阵列的放射线射入方向的相反面上，且真空密6封；透明电极，设置在该真空外围器内；雪崩倍增膜，形成在该透明电极 上，由阻挡层夹着且由非晶硒形成；以及场发射阵列，与该雪崩倍增膜相 向地设置，且具有多个场发射芯片，所述放射线检测器的特征在于当所 述雪崩倍增膜上存在缺陷部位时，使与该缺陷部位相向的位置上的所述场 发射芯片不执行操作。而且，根据第1发明所述的放射线检测器，第2发明的放射线检测器 的特征在于所述真空外围器的至少一面是由透明玻璃面板而构成，在该 透明玻璃面板上形成着所述透明电极。而且，根据第l发明或第2发明所述的放射线检测器，第3发明的放 射线检测器的特征在于在所述闪烁体阵列与所述光接收元件之间，设置 着用以进行光的共享调整的光导管。而且，根据第l发明至第3发明中任一发明所述的放射线检测器，第4 发明的放射线检测器的特征在于利用激光将与所述缺陷部位相向的位置 上的所述场发射芯片烧尽，由此不执行放出电子束的操作。而且，第5发明的放射线检测器包括闪烁体阵列，对放射线进行光转 换；透明玻璃面板，设置在该闪烁体阵列的放射线射入方向的相反面上；透 明电极，形成在该透明玻璃面板上；雪崩倍增膜，形成在该透明电极上，由 阻挡层夹着且由非晶硒形成；以及通过与形成着多个微小凸起电极的读出 用14反相连接而选择性地取出信号的单元，所^i欠射线检测器的特征在于当 所述雪崩倍增膜上存在缺陷部位时，使所述微小凸起电极不连接在该缺陷 部位上。而且，根据第5发明所述的放射线检测器，第6发明的放射线检测器 的特征在于在所述闪烁体阵列与所述光接收元件之间，设置着用以进行 光的共享调整的光导管。而且，根据第5发明或第6发明所述的放射线检测器，第7发明的放 射线检测器的特征在于在与雪崩倍增膜的缺陷部位相对应的位置上不形 成所述凸起电极。另外，第8发明的放射线检测器的检查方法的特征在于在具有检查 用场发射阵列的缺陷位置指定用真空容器内，使透明玻璃面板和形成在透 明玻璃面板上的透明电极，与形成在透明电极上且由阻挡层夹着的雪崩倍 增膜相向地配置着，并指定在雪崩操作时所产生的雪崩倍增膜上的缺陷部 4立的4立i。亦即，在将阳极(anode )与阴极(cathode )组装为光接收元件之前，在 具有预先准备好的检查用场发射阵列的缺陷位置指定用真空容器内，将透 明玻璃面板和形成在该透明玻璃面板上的透明电极，与形成在该透明电极 上且由阻挡层夹着的雪崩倍增膜相向地配置着，并指定在雪崩操作时所产生的光接收面内的针孔缺陷的位置。阵列，则阳极与阴极被组i成使if应于^^孔缺陷的位置的场发射芯片不 执行向作为实际的检测器的场发射阵列放出电子束的操作。此时，与经指 定的针孔缺陷的位置相对应的光接收面作为非敏感部分而不发挥作用，但 其范围非常有限且极小，而其他部分是敏感部分，因此在实际应用方面不 成问题。另外，如果在将阳极与阴极组装为实际的光接收元件时，阴极是形成着多个微小凸起电极的读出用基板，则阳极与阴极组装成将读出用基板上的微小凸起电极仅连接在凸起连接前所指定的针孔缺陷的部位以外的部 位上，而使读出用基板上的微小凸起电极不连接在缺陷部位上。此时，与 经指定的针孔缺陷的位置相对应的光接收面也作为非敏感部分而不发挥作 用，但其范围非常有限且极小，而其他部分是敏感部分，因此在实际应用 方面不成问题。发明的效果通过所述作用而实现如下效果可避免雪崩倍增时的局部针孔缺陷部 的问题。


图1表示本发明的第一实施例的放射线检测器的X方向的截面图。 图2表示从本发明的第一实施例的放射线检测器的上表面所观察到的 截面图。图3表示本发明的第 一 实施例的放射线检测器的详细的截面图。 图4表示本发明的第一实施例的缺陷位置指定用真空容器的详细的截 面图。图5表示本发明的第 一 实施例的组装前的处理的详细的截面图。 图6表示进行了本发明的第一实施例的处理后的放射线检测器的X方 向的截面图。图7表示本发明的第二实施例的放射线检测器的X方向的截面图。 图8表示从本发明的第二实施例的放射线检测器的上表面所观察到的 截面图。图9表示本发明的第二实施例的放射线检测器的详细的截面图。 图10表示本发明的第二实施例的组装前的处理的详细的截面图。 图11表示进行了本发明的第二实施例的处理后的放射线检测器的X方 向的截面图。图12表示先前的放射线检测器的X方向的截面图。射线检测器及先前的放射线检测器的位置运算电 ^各的一例。图14表示本发明的放射线检测器及先前的放射线检测器的能谱。图15表示本发明的放射线检测器及先前的放射线检测器的位置编码图。图16表示先前的放射线检测器的X方向的截面图。图17表示先前的放射线检测器的X方向的截面图。图18表示先前的放射线检测器的X方向的截面图。10 :本发明的第一实施例的放射线检测器11 :闪烁体12 二闪烁体阵列13 :光反射材料14 二光导管15 :光反射材料16 二耦合粘接剂层17 :耦合粘接剂层21 二透明玻璃面板22 :透明电极23 :空穴注入阻挡层24 :雪崩倍增膜25 :电子注入阻挡层26 :场发射芯片27 二场发射阵列28 :共用斥册极电极29网状电极30 :电子束31 :真空外围器32 :共用栅4及电才及偏压33 :网4犬电才及偏压34 :偏压35 :放大器40 :阳极41 :阴极51 :真空容器52 :凸缘5 3 :透明玻璃面板保持夹具54 :检查用场发射芯片55 :检查用场发射阵列56 二检查用共用栅极电极57 :检查用网状电极58 二电子束59 :斗企查用共用4册极电极偏压60;险查用网状电才及偏压61 :才全查用偏压62 :检查用放大器63 :开关64 二开关65 :缺陷位置指定用真空容器70 二针孔缺陷71 :已经处理的场发射芯片80 :本发明的第二实施例的放射线检测器81 :微小凸起电极82 二读出用基板83 :偏压84 :放大器90 :阳极91 二阴极101、102、 103、 104 :本发明的第一实施例的光接收元件111:闪烁体112:闪烁体阵列113:光反射材料114:光导管115光反射材料116耦合粘接剂层117耦合粘接剂层121、122、123、124加法器125、126位置鉴别电路150使用了光电子倍增管的先前的放射线检测器160使用了雪崩光电二极管的先前的放射线检测器201、202、203、204本发明的第二实施例的光接收元件301、302、303、304光电子倍增管401、術、403、404雪崩光电二极管501、502、503、504光接收元件601、602、603、604光接收元件X、 Y:方向具体实施方式
(第一实施例)以下，图中表示了本发明的放射线检测器的第一实施例的构成，并根据实施例来详细地说明。图1是从Y方向观察本发明的放 射线检测器IO所得的X方向的截面图。本实施例中表示的是各向同性体素 检测器的情形，因此从X方向观察放射线检测器10所得的Y方向的截面图 (侧视图)也形成与图1相同的形状。放射线检测器10包括闪烁体群12，通 过适当夹入光反射材料13而被划分，且以在X方向上为6个、在Y方向上 为6个的方式二维地紧密配置着总计36个闪烁体11;光导管14，与该闪 烁体群12光学结合，且埋设着组合有光反射材料15的格子框体并划定有 多个小区块；以及4个光接收元件101、 102、 103、 104，其与该光导管14 光学结合。此处，所有光接收元件101 104均相同。另外，本图l中，仅 图示了光接收元件101和光接收元件102。此处，作为闪烁体ll，例如可 使用Bi4Ge3012 (BGO) 、 Gd2Si05: Ce (GSO) 、 Lu2Si05: Ce (LSO) 、 LuYSi05: Ce (LYSO)、 LaBr"Ce、 LaC13:Ce、 Nal、 CsI:Na、 BaF2、 CsF、 PbW04等的无机结晶。如果伽马射线射入至在X方向上排列的6个闪烁体11中的任一个，则 转换为可见光。此光通过光学结合的光导管14而导向光接收元件101 ~ 104， 此时，对光导管14中的各个光反射材料15的位置、长度及角度进行调整， 以使在X方向上排列的光接收元件lOl (103)与光电子倍增管102 ( 104 ) 的功率比按照固定比例而变化。图2是图1的A-A截面图，是从上表面观察本发明的光4妄收元件101、 102、 103、 104所得到的图。另外，图3中详细表示了光接收元件101 (因 102、 103、 104均相同，所以仅代表性地表示了 101)。在图3中，阳极40包括透明玻璃面板21;透明电极22,形成在该透明玻璃面;^反21上；空 穴注入阻挡层23，形成在该透明电极22上；雪崩倍增膜24,形成在该空 穴注入阻挡层23上且由非晶硒形成；以及电子注入阻挡层25,形成在该雪 崩倍增膜24上。另一方面，阴极41以如下的方式而构成将由多个场发 射芯片26构成的场发射阵列27与阳极40相向地配置，且向共用栅极电极 28施加共用4册极电极偏压32，由此将电子束30朝向阳极40;故射。此时，电 子束30由网状电极29而减速后以软着陆(soft landing)的方式到达阳 极。网状电极29中施加有网状电极偏压33。此处，为了将包含雪崩倍增膜 24的阳极40与包含场发射阵列27的阴极41真空密封，而组装在真空外围 器31中。而且，雪崩倍增膜24与场发射阵列27的实际距离为l醒至2mm 左右，因此光接收元件101本身非常薄。此处，如果伽马射线射入至闪烁体11中的任一个，则转换为可见光，此 光通过光学结合的光导管14而导向光接收元件101 ~ 104。并且，此光透过 各个光接收元件中的透明玻璃面板21与透明电极22后，到达由非晶硒形 成的雪崩倍增膜24,并利用光电转换而产生电子-空穴对(electron-hole pair)。雪崩倍增膜24中施加有偏压34，在膜内，空穴从阳才及40向阴极 41移动的过程中进行信号放大，经放大的空穴在雪崩倍增膜24表面上与场 发射阵列27相向地显现。因经常从场发射阵列27放射电子束30，所以经 放大的空穴被立即扫描后由放大器(amplifier) 35读出。此时，当将雪崩倍增膜24的厚度设为35 iam，将偏压34的施加电压 设为3500 V时，信号放大率可达到1000倍左右，从而能够以非常高的灵 敏度(high sensitivity)来4全测伽马射线。然而，此时，为了使非晶硒膜内产生约100 V/iam的较高电场，必须 向雪崩倍增膜24施加较高的偏压电压，从而即使在例如光接收面内的透明 玻璃面板21上形成了 0.1 jim左右的突起物，此时也会产生不均匀的电场，结 果会局部地成为针孔缺陷而导致短路。当光接收面仅由单极而形成时，即 使一部分发生短路，也会导致整个光接收面无法发挥作用。因此，必须在 将阳极40与阴极41组装为光接收元件之前，预先掌握针孔缺陷的位置。因 此，利用如下的方法来指定针孔缺陷的位置。如图4所示，将阳极40保持 在透明玻璃面板保持夹具(jig)53上，在具有提前准备好的检查用场发射阵 列55的缺陷位置指定用真空容器65内，将阳极40与检查用场发射阵列55 相向地配置着，其中所述阳极40包括透明玻璃面板21;透明电极22，形成 在该透明玻璃面板21上；空穴注入阻挡层23，形成在该透明电极22上；雪崩 倍增膜24,形成在该空穴注入阻挡层23上且由非晶硒形成；以及电子注入 阻挡层25,形成在该雪崩倍增膜24上。在所述状态下，施加了产生雪崩放 大所需的偏压电压61,并对放大器62的功率进行监视。接着，依次切换与检查用场发射阵列55相连接的开关63、及与共用4册极电极56 (在与纸面 垂直的方向上具有多个，因此未图示)相连接的开关64，由此在某期间内，从 一个检查用场发射阵列55仅朝向单位微小区域，且从检查用场发射芯片54 的前端依次放射电子束58。即， 一个检查用场发射阵列55所扫描的部分成 为单位微小区域，从而可检查此部分有无针孔缺陷。于是，可指定在雪崩 操作时所产生的光接收面内的针孔缺陷的位置。另外，缺陷位置指定用真 空容器65由真空容器51和凸缘(flange ) 52所构成，隔着透明玻璃面板 保持夹具53而安装阳极40，从而形成为可屡次打开关闭的构造。接着，图5表示组装为光接收元件101之前的检查后的阳极40和经过 处理的阴极41，因为可在阳极40的光接收面内指定针孔缺陷70的位置，所 以使与该针孔缺陷70的位置相对应的已经处理的场发射芯片71，不执行向 阴极41的场发射阵列27放出电子束的操作。图5的示例中表示了已经处 理的场发射芯片71，其是通过对前端部照射激光而烧尽的方法来去除突起 的部分，而不执行放出电子束的操作而成的。另外，图6表示了组装为光接收元件101之后的情况。如上所述，与 针孔缺陷70的位置相对应的场发射芯片71不执行放出电子束的操作，而 除此以外的场发射芯片26执行放出电子束的操作。因此，即便在非晶硒膜 内对雪崩倍增膜24施加较高的偏压电压来进行信号放大，也不会局部地成 为针孔缺陷而导致短路，从而除了针孔缺陷70以外的光接收面的区域都可 正常地发挥作用。此时，与针孔缺陷70的位置相对应的光接收面作为非敏感部分而不发 挥作用，但其范围非常有限且极小，而其余光接收面为敏感部分，因此在 实际应用方面不成问题。(第二实施例)接着，以下，图中表示了本发明的放射线检测器的第 二实施例的构成，并根据实施例来详细地说明。图7是从Y方向观察本发 明的放射线检测器80所得的X方向的截面图。本实施例中表示的是各向同 性体素检测器，因此从X方向观察放射线检测器8 0所得的Y方向的截面图 (侧视图)也形成与图7相同的形状。放射线检测器80包括闪烁体群12，通 过适当夹入光反射材料13而被划分，且以在X方向上为6个、在Y方向上 为6个的方式二维地紧密配置着总计36个闪烁体11;光导管14，与该闪 烁体群12光学结合，且埋设着組合有光反射材料15的格子框体并划定有 多个小区块；以及4个光接收元件201、 202、 203、 204，与该光导管14光 学结合。此处，所有光接收元件201 204均相同。另外，本图7中，仅图 示了光接收元件2Q1和光接收元件202。图8是图7的B-B截面图，是从上表面观察本发明的光接收元件201、 202、 203、 204所得到的图。另外，图9中详细表示了光接收元件201 (因202、 203、 204均相同，所以仅代表性地表示了 201 )。在图9中，阳极90 包括透明玻璃面板21;透明电极22,形成在该透明玻璃面板21上；空 穴注入阻挡层23，形成在该透明电极22上；雪崩倍增膜24，形成在该空 穴注入阻挡层23上且由非晶硒形成；以及电子注入阻挡层25,形成在该雪 崩倍增膜24上。另一方面，阴极91的构造如下由形成着多个微小凸起 电极81的读出用基板82而构成，通过将雪崩倍增膜24与微小凸起电极81 连接而读出信号。而且，通过改变微小凸起电极81的连接，而选择性地取 出并读出信号。图9的示例中，所有微小凸起电极81是电性共通地连接着 的。该光接收元件201中，微小凸起电极81的高度为数微米(iim)，且读出用基板82的厚度也是1 mm到2 mm左右，因此光接收元件201本身非常统 溥。此处，如果伽马射线射入至闪烁体11中的任一个，则转换为可见光，此 光通过光学结合的光导管14而导向光接收元件201 ~ 204。并且，此光透过 各个光接收元件中的透明玻璃面板21与透明电极22,而到达由非晶硒形成 的雪崩倍增膜24,并利用光电转换而产生电子-空穴对。雪崩倍增膜24中 施加有偏压83，在膜内，空穴从阳极90向阴极91移动的过程中进行信号 放大，经放大的空穴在雪崩倍增膜24表面上显现。阴极91侧与微小凸起 电极81接触，因此，经放大的空穴立即由放大器35读出。此时，当将雪崩倍增膜24的厚度设为35 )im、将偏压83的施加电压 设为3500 V时，信号放大率可达到1000倍左右，从而能够以非常高的灵敏度来检测伽马射线。然而，此时，与第一实施例完全相同，在对雪崩倍增膜M施加了较高 的偏压电压时，会局部地成为针孔缺陷而导致短路，因此必须在将阳极90 与阴极91组装为光接收元件之前，预先掌握针孔缺陷的位置。因此，利用 与第 一实施例完全相同的所述方法来指定针孔缺陷的位置。接着，图10表示组装为光接收元件201之前的检查后的阳极90与经 处理的阴极91,可利用所述方法来指定阳极90的光接收面内的针孔缺陷 85的位置。因此，使与该针孔缺陷85的位置相对应的微小凸起电极81不 形成在阴极91的读出用基板82上。图10的示例中表示了未形成微小凸起 电极81的情况，也可通过将与针孔缺陷70的位置相对应的微小凸起电极 81的配线予以切断而进行处理。另外，图11表示了组装为光接收元件201之后的情况。如上所述，与 针孔缺陷85的位置相对应的微小凸起电极81所在的区域未进行操作，而除 此以外的区域进行操作。因此，即便在非晶硒膜内对雪崩倍增膜24施加较 高的偏压电压来进行信号放大，也不会局部地成为针孔缺陷而导致短路，从 而除针孔缺陷85以外的光接收面的区域可正常地发挥作用。此时，与针孔缺陷85的位置相对应的光接收面作为非敏感部分而不发挥作用，但其范围非常有限且极小，而其余光接收面为敏感部分，因此在实际应用方面不成 问题。如上所述，本发明的放射线检测器中，组合有雪崩倍增膜24与场发射 阵列27，且将雪崩倍增膜24与场发射阵列27配置在真空密封的真空外围 器31内，从而本发明的放射线检测器的大小非常薄，且构造单纯，因此与 使用光电子倍增管的情况相比可紧密地构成。另一方面，即使本发明的放 射线检测器中组合有雪崩倍增膜24与读出用基板82,该放射线检测器的大 小也非常薄，且构造单纯，因此与使用光子电倍增管的情况相比，可紧密 地构成。因此，即使在场所受到限制的情况下，对于PET装置内的检测器 而言也非常有效。而且，不像光电子倍增管那样需要多个电极，从而构造 简单，因此能够以低成本来实现。另外，对于由非晶硒形成的雪崩倍增膜 而言，信号放大率可达到1000倍左右，具有非常高的灵敏度，因此无须如 雪崩光电二极管那样需要高价的低噪音放大器、或用以进行低噪音化的低 温操作的专用温度调整机构。即便使用LaBr3:Ce等高性能闪烁体，所述闪 烁体的发光波长为300 - 400 nm的波段的雪崩倍增膜的量子效率达到了 70%，从而与光电子倍增管或雪崩光电二极管相比，效率非常高，可充分发 挥闪烁体的性能。而且，因为可预先掌握针孔缺陷的位置，所以也可通过 对阴极侧进行处理来解决对雪崩倍增膜24施加较高的偏压电压时局部所产 生的针孔缺陷的问题。此外，即便使用高发光的高速的LaBr" Ce或LaCl" Ce等高性能闪烁 体，所述闪烁体的发光波长为300 - 400 nm的波段的雪崩倍增膜的量子效 率达到了 70%,从而与光电子倍增管及雪崩光电二极管相比，效率非常高，且 可充分发挥闪烁体的性能。而且，因为可预先掌握针孔缺陷的位置，所以 也可通过对阴极侧进行处理来解决对雪崩倍增膜24施加较高的偏压电压时 局部所产生的针孔缺陷的问题。工业上的可利用性如以上所述，本发明适用于医疗用及工业用放射线拍摄装置。
权利要求
1.一种放射线检测器，包括对放射线进行光转换的闪烁体阵列和光接收元件；所述光接收元件包括真空外围器，设置在该闪烁体阵列的放射线射入方向的相反面上，且真空密封；透明电极，设置在该真空外围器内；雪崩倍增膜，形成在该透明电极上，由阻挡层夹着且由非晶硒形成；以及场发射阵列，与该雪崩倍增膜相向地设置，且具有多个场发射芯片，所述放射线检测器的特征在于当所述雪崩倍增膜上存在缺陷部位时，使与该缺陷部位相向的位置上的所述场发射芯片不执行操作。
2. 根据权利要求1所述的放射线检测器，其特征在于 所述真空外围器的至少一面是由透明玻璃面板而构成，且在该透明玻璃面板上形成着所述透明电极。
3. 根据权利要求1或2所述的放射线检测器，其特征在于 在所述闪烁体阵列与所述光接收元件之间，设置着用以进行光的共享调整的光导管。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的放射线检测器，其特征在于 利用激光将与所述缺陷部位相向的位置上的所述场发射芯片烧尽，由此不执行放出电子束的操作。
5. —种放射线检测器，包括闪烁体阵列，对放射线进行光转换；透 明玻璃面板，设置在该闪烁体阵列的放射线射入方向的相反面上；透明电 极，形成在该透明玻璃面板上；雪崩倍增膜，形成在该透明电极上，由阻 挡层夹着且由非晶硒形成；以及通过与形成着多个微小凸起电极的读出用 基板相连接而选择性地取出信号的单元，所述放射线检测器的特征在于当所述雪崩倍增膜上存在缺陷部位时，使所述微小凸起电极不连接在 该缺陷部位上。
6. 根据权利要求5所述的放射线检测器，其特征在于 在所述闪烁体阵列与所述光接收元件之间，设置着用以进行光的共享调整的光导管。
7. 根据权利要求5或6所述的放射线检测器，其特征在于 在与雪崩倍增膜的缺陷部位相对应的位置上不形成所述凸起电极。
8. —种放射线检测器的检查方法，其特征在于在具有检查用场发射阵列的缺陷位置指定用真空容器内，使透明玻璃 面板和形成在透明玻璃面板上的透明电极，与形成在透明电极上且由阻挡 层夹着的雪崩倍增膜相向地配置着，并指定在雪崩操作时所产生的雪崩倍 增膜上的缺陷部位的位置。
全文摘要
本发明可避免雪崩倍增时的局部针孔缺陷部的问题。在将阳极与阴极组装为光接收元件之前，利用具有预先准备好的检查用场发射阵列的缺陷位置指定用真空容器来指定针孔缺陷的位置，如果在将阳极与阴极组装为实际的光接收元件时阴极是场发射阵列，则阳极与阴极被组装成使对应于该针孔缺陷的位置的场发射芯片不执行向作为实际的检测器的场发射阵列放出电子束的操作。
文档编号G01T1/12GK101331408SQ200680047738
公开日2008年12月24日 申请日期2006年4月4日 优先权日2006年4月4日
发明者大井淳一, 户波宽道 申请人:株式会社岛津制作所