專利名稱：放射線檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種放射線檢測器，例如用于正電子發(fā)射斷層掃描儀(Positron Emission Tomography, PET)裝置或單光子發(fā)射計算機(jī)斷層照 相(Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT )裝置等醫(yī)用 診斷裝置，所述裝置用以對由投到被測部件并在目標(biāo)部位積蓄的放射性同 <立素(Radioactive Isotope, RI )所》文出的》文射線(偽口馬射線(gamma ray )) 進(jìn)行檢測，來獲得目標(biāo)部位的RI分布的斷層圖像(tomogram )。
背景技術(shù)：
此種放射線;險測器包括閃爍體(scintillator )，射入由被測部件所 放出的伽馬射線而發(fā)光；以及光電子倍增管(Photomultiplier),將所述 閃爍體的發(fā)光轉(zhuǎn)換為脈沖(pulse)狀的電信號。對于此種放射線檢測器而 言，以前是將閃爍體與光電子倍增管一對一對應(yīng)，而近年來，則采用了如 下方式使個數(shù)比閃爍體少的光電子倍增管與多個閃爍體結(jié)合，根據(jù)這些 光電子倍增管的功率比(power ratio)來決定伽馬射線的射入位置，從而 提高分辨率(resolution )。(例如參見專利文獻(xiàn)l)。圖12是從Y方向觀察先前的放射線檢測器150所得到的X方向的截面 圖(正視圖)。當(dāng)所述放射線檢測器是各向同性體素(Isotropic Voxel) 檢測器時，從X方向觀察放射線檢測器150所得的Y方向的截面圖(側(cè)視 圖)也形成與圖12相同的形狀。放射線檢測器15G包括閃爍體陣列 (scintillator array) 112,通過適當(dāng)夾入光反射材料113而被劃分，且 以在X方向上為6個、在Y方向上為6個的方式二維地緊密配置著總計36 個閃爍體lll;光導(dǎo)管(light guide) 114，與該閃爍體陣列112光學(xué)結(jié)合，且 埋設(shè)著組合有光反射材料115的格子框體并劃定有多個小區(qū)塊；以及4個 光電子倍增管301、 302、 303、 304,與該光導(dǎo)管14光學(xué)結(jié)合。另外，本圖 12中，僅圖示了光電子倍增管301和光電子倍增管302。此處，作為閃爍 體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 等的無機(jī)結(jié)晶。如果伽馬射線射入至在X方向上排列的6個閃爍體111中的任一個，則 轉(zhuǎn)換為可見光。此光通過光學(xué)結(jié)合的光導(dǎo)管114而導(dǎo)向光電子倍增管301 ~ 304，此時，對光導(dǎo)管114中的各個光反射材料115的位置、長度及角度進(jìn)行調(diào)整，以使在X方向上排列的光電子倍增管301 ( 303 )與光電子倍增管 302 ( 304 )的功率比按照固定比例而變化。更具體而言，將光電子倍增管301的功率設(shè)為Pl、光電子倍增管302 的功率設(shè)為P2、光電子倍增管303的功率設(shè)為P3、光電子倍增管304的功 率設(shè)為P4時，對光反射材料114的位置與長度進(jìn)行設(shè)定，以使表示X方向 上的位置的計算值{(PI+ P3) _ (P2 + P4)} / (Pl+P2 + P3 + P4)根據(jù)各 閃爍體111的位置而按照固定比例來變化。另一方面，對于在Y方向上排列的6個閃爍體而言，也同樣使光通過 光學(xué)結(jié)合的光導(dǎo)管114而導(dǎo)向光電子倍增管301 ~ 304。亦即，對光導(dǎo)管114 中的各個光反射材料115的位置與長度進(jìn)行設(shè)定，而且在傾斜的情況下對 角度進(jìn)行調(diào)整，以使在Y方向上排列的光電子倍增管301 ( 302 )與光電子 倍增管303 ( 304 )的功率比按照固定比例而變化。亦即，對光反射材料115的位置與長度進(jìn)行設(shè)定，以使表示Y方向上 的位置的計算值((P1 + P2) - (P3 + P4)} / (Pl + P2 + P3 + P4)根據(jù)各閃 爍體的位置而按照固定比例來變化。此處，各閃爍體111間的光反射材料113及光導(dǎo)管114的光反射材料 115，可使用主要以聚酯膜為基材的氧化硅與氧化鈦的多層膜，因?yàn)榇硕鄬?膜的反射效率非常高，所以用作光的反射元件，但嚴(yán)格地說，會因光的射 入角度而產(chǎn)生透射成分，也將此透射成分計算在內(nèi)，來決定光反射材料113 及光反射材料115的形狀及配置。另外，閃爍體陣列112是利用耦合粘接劑而與光導(dǎo)管114粘接從而形 成耦合粘接劑層116,光導(dǎo)管114也是利用耦合粘接劑而與光電子倍增管 301 ~ 304粘接從而形成耦合粘接劑層117。而且，不與各閃爍體lll相向 的外周表面，除了與光電子倍增管301~ 304側(cè)的光學(xué)結(jié)合面之外，均由光 反射材料來覆蓋。作為此時的光反射材料，主要使用的是聚四氟乙烯 (Polytetraf luoroethylene， PTFE )膠帶 圖13是表示放射線檢測器的位置運(yùn)算電路的構(gòu)成的框圖。位置運(yùn)算電 路由加法器121、 122、 123、 124和位置鑒別電路125、 126而構(gòu)成。如圖 13所示，為了檢測伽馬射線在X方向上的射入位置，而將光電子倍增管301 的功率Pl和光電子倍增管303的功率P3輸入到加法器121中，并且將光 電子倍增管302的功率P2和光電子倍增管304的功率P4輸入到加法器U2 中。將兩個加法器121、 122的各個相加功率(Pl+P3)和(P2+ P4)輸入 到位置鑒別電路125中，并根據(jù)兩個相加功率來求出伽馬射線在X方向上 的射入位置。同樣，為了檢測伽馬射線在Y方向上的射入位置，而將光電子倍增管 301的功率P1和光電子倍增管302的功率P2輸入到加法器中，并且將光電子倍增管303的功率P3和光電子倍增管304的功率P4輸入到加法器 124中。將兩個加法器123、 124的各個相加功率(Pl + P2)和(P3 + P4) 輸入到位置鑒別電路126中，根據(jù)兩個相加功率來求出伽馬射線在Y方向 上的射入位置。另外，計算值(Pl + P2 + P3 + P4)是表示相對于其結(jié)果的能量，且表 示為^口圖14所示的能寸普(energy spectrum )。對于按照以上方式計算出的結(jié)果而言，是依據(jù)射入到閃爍體中的伽馬 射線的位置而表示為如圖15所示的位置編碼圖(coding map),且表示了 各個位置的鑒別信息。另一方面，提出了通過實(shí)現(xiàn)具有相互作用深度(depth of interaction, DOI )信息的區(qū)塊4企測器(block detector)來提高空間分 辨率(spatial resolution)的各種方法，例如將分別由發(fā)光衰減時間 (luminescence decay time)不同的材質(zhì)而構(gòu)成的閃爍體陣列多段地緊湊 配置的方法(例如參見非專利文獻(xiàn)1)、或者進(jìn)而將各閃爍體陣列錯開半間 距(Half Pitch)而配置的方法(例如參見非專利文獻(xiàn)2)等。在所述多個先前例中，均將光電子倍增管作為任一個閃爍體所發(fā)出的 光的光接收元件來使用，而如圖16所示的放射線檢測器160,近年來也使 用了被稱作雪崩光電二極管401 ~ 404的半導(dǎo)體光接收元件。所述雪崩光電 二極管是通過在硅耗盡層(depletion layer)內(nèi)施加較高的電場而在雪崩 狀態(tài)下使用，從而進(jìn)行信號放大。雪崩光電二極管的信號放大率 (amplification degree )是50倍~ 100倍左右，比起光電子倍增管的放 大率為105 - 106倍來說較小，但可通過使用低噪音放大器(low noise amplifier)或者在低溫環(huán)境下使用而得以實(shí)際應(yīng)用。而且，因?yàn)槭窃谳^薄 的硅耗盡層內(nèi)產(chǎn)生雪崩，所以比起光電子倍增管，作為光接收元件的雪崩 光電二極管的大小非常薄，在場所受到限制的情況下，對于PET裝置內(nèi)的 檢測器而言極其有效。另一方面，如圖17所示，本申請案的發(fā)明者們提出了一種檢測器170， 具有雪崩倍增膜(Avalanche multiplication film)和場發(fā)射陣列(field emission array )以作為光接收元件501 ~ 504。另外，圖17中僅圖示了光 接收元件501和502，而省略了光接收元件503和504。 ^r測器170利用由 非晶硒(amorphous selenium)形成的雪崩倍增膜而將來自閃爍體的光轉(zhuǎn) 換為電信號后，利用來自形成場發(fā)射陣列的多個場發(fā)射芯片(Held emission chip)的電子束(Electron Beam)來讀出電信號。雪崩倍增膜 和場發(fā)射陣列配置在真空密封的真空外圍器內(nèi)，并且所述^f企測器170的大 小非常薄且構(gòu)造單純(simple),因此與使用光電子倍增管的情況相比可緊 密地(compact)構(gòu)成。而且，不像光電子倍增管那樣需要多個電極，從而構(gòu)造簡單，因此能夠以低成本來實(shí)現(xiàn)。而且，對于由非晶硒形成的雪崩倍增膜而言，信號放大率可達(dá)到1000倍左右，因此無須如雪崩光電二極管那樣需要高價的低噪音放大器、或用以進(jìn)行低溫操作的專用溫度調(diào)整機(jī)構(gòu)。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達(dá)到了 70%,從而與光電子倍增管或雪崩 光電二極管相比，具有效率非常高的特點(diǎn)。另外，光接收元件501的詳細(xì) 構(gòu)造將于以下進(jìn)行說明。另外，如圖18所示，還提出了一種利用凸起電極來連接雪崩倍增膜與 讀出用基板以作為光接收元件601 604的檢測器180。另外，圖17中僅圖 示了光接收元件601和602,而省略了光接收元件603和604。 4企測器180 通過與形成著多個微小凸起電極的讀出用基板相連接來選擇性地取出并讀 出信號。因?yàn)槭沁B接著雪崩倍增膜與讀出用基板的構(gòu)造，所以所述檢測器 180的大小非常薄且構(gòu)造單純，從而與使用光電子倍增管的情況相比，可緊 密地構(gòu)成且能夠以低成本來實(shí)現(xiàn)。另外，光接收元件601的詳細(xì)構(gòu)造將于 以下進(jìn)4于i兌明。專利文獻(xiàn)l:日本專利特開2004-354343號公報非專利文獻(xiàn)1: S.Yamamoto and H. Ishibashi， A GSO depth of interaction detector for PET， IEEETrans. Nucl. Sci. ， 45: 1078-1082， 1998.非專利文獻(xiàn)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.對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，雖然具有比起光電子倍增管或雪崩光電二極管更優(yōu)越的性能，但存在 i口下問題。在使用了由非晶硒形成的雪崩倍增膜的光接收元件中，當(dāng)雪崩倍增時，為 了使非晶硒膜內(nèi)產(chǎn)生約100 V/jum的較高電場，必須施加較高的偏壓電壓 (bias voltage )，從而在例如光接收面內(nèi)的透明玻璃面板上即使形成了 0. 1 jam左右的突起物，此時也會產(chǎn)生不均勻的電場，結(jié)果會局部地成為針孔 (pin-hole)缺陷而導(dǎo)致短;洛。當(dāng)光接收面僅由單才及(single pole)而形 成時，即使一部分發(fā)生短路，也會導(dǎo)致整個光接收面無法發(fā)揮作用。發(fā)明內(nèi)容為了解決所述課題，本發(fā)明所提供的第1發(fā)明的放射線檢測器，包括 對放射線進(jìn)行光轉(zhuǎn)換的閃爍體陣列和光接收元件，所述光接收元件包括真 空外圍器，設(shè)置在該閃爍體陣列的放射線射入方向的相反面上，且真空密6封；透明電極，設(shè)置在該真空外圍器內(nèi)；雪崩倍增膜，形成在該透明電極 上，由阻擋層夾著且由非晶硒形成；以及場發(fā)射陣列，與該雪崩倍增膜相 向地設(shè)置，且具有多個場發(fā)射芯片，所述放射線檢測器的特征在于當(dāng)所 述雪崩倍增膜上存在缺陷部位時，使與該缺陷部位相向的位置上的所述場 發(fā)射芯片不執(zhí)行操作。而且，根據(jù)第1發(fā)明所述的放射線檢測器，第2發(fā)明的放射線檢測器 的特征在于所述真空外圍器的至少一面是由透明玻璃面板而構(gòu)成，在該 透明玻璃面板上形成著所述透明電極。而且，根據(jù)第l發(fā)明或第2發(fā)明所述的放射線檢測器，第3發(fā)明的放 射線檢測器的特征在于在所述閃爍體陣列與所述光接收元件之間，設(shè)置 著用以進(jìn)行光的共享調(diào)整的光導(dǎo)管。而且，根據(jù)第l發(fā)明至第3發(fā)明中任一發(fā)明所述的放射線檢測器，第4 發(fā)明的放射線檢測器的特征在于利用激光將與所述缺陷部位相向的位置 上的所述場發(fā)射芯片燒盡，由此不執(zhí)行放出電子束的操作。而且，第5發(fā)明的放射線檢測器包括閃爍體陣列，對放射線進(jìn)行光轉(zhuǎn) 換；透明玻璃面板，設(shè)置在該閃爍體陣列的放射線射入方向的相反面上；透 明電極，形成在該透明玻璃面板上；雪崩倍增膜，形成在該透明電極上，由 阻擋層夾著且由非晶硒形成；以及通過與形成著多個微小凸起電極的讀出 用14反相連接而選擇性地取出信號的單元，所^i欠射線檢測器的特征在于當(dāng) 所述雪崩倍增膜上存在缺陷部位時，使所述微小凸起電極不連接在該缺陷 部位上。而且，根據(jù)第5發(fā)明所述的放射線檢測器，第6發(fā)明的放射線檢測器 的特征在于在所述閃爍體陣列與所述光接收元件之間，設(shè)置著用以進(jìn)行 光的共享調(diào)整的光導(dǎo)管。而且，根據(jù)第5發(fā)明或第6發(fā)明所述的放射線檢測器，第7發(fā)明的放 射線檢測器的特征在于在與雪崩倍增膜的缺陷部位相對應(yīng)的位置上不形 成所述凸起電極。另外，第8發(fā)明的放射線檢測器的檢查方法的特征在于在具有檢查 用場發(fā)射陣列的缺陷位置指定用真空容器內(nèi)，使透明玻璃面板和形成在透 明玻璃面板上的透明電極，與形成在透明電極上且由阻擋層夾著的雪崩倍 增膜相向地配置著，并指定在雪崩操作時所產(chǎn)生的雪崩倍增膜上的缺陷部 4立的4立i。亦即，在將陽極(anode )與陰極(cathode )組裝為光接收元件之前，在 具有預(yù)先準(zhǔn)備好的檢查用場發(fā)射陣列的缺陷位置指定用真空容器內(nèi)，將透 明玻璃面板和形成在該透明玻璃面板上的透明電極，與形成在該透明電極 上且由阻擋層夾著的雪崩倍增膜相向地配置著，并指定在雪崩操作時所產(chǎn)生的光接收面內(nèi)的針孔缺陷的位置。陣列，則陽極與陰極被組i成使if應(yīng)于^^孔缺陷的位置的場發(fā)射芯片不 執(zhí)行向作為實(shí)際的檢測器的場發(fā)射陣列放出電子束的操作。此時，與經(jīng)指 定的針孔缺陷的位置相對應(yīng)的光接收面作為非敏感部分而不發(fā)揮作用，但 其范圍非常有限且極小，而其他部分是敏感部分，因此在實(shí)際應(yīng)用方面不 成問題。另外，如果在將陽極與陰極組裝為實(shí)際的光接收元件時，陰極是形成著多個微小凸起電極的讀出用基板，則陽極與陰極組裝成將讀出用基板上的微小凸起電極僅連接在凸起連接前所指定的針孔缺陷的部位以外的部 位上，而使讀出用基板上的微小凸起電極不連接在缺陷部位上。此時，與 經(jīng)指定的針孔缺陷的位置相對應(yīng)的光接收面也作為非敏感部分而不發(fā)揮作 用，但其范圍非常有限且極小，而其他部分是敏感部分，因此在實(shí)際應(yīng)用 方面不成問題。發(fā)明的效果通過所述作用而實(shí)現(xiàn)如下效果可避免雪崩倍增時的局部針孔缺陷部 的問題。


圖1表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的放射線檢測器的X方向的截面圖。 圖2表示從本發(fā)明的第一實(shí)施例的放射線檢測器的上表面所觀察到的 截面圖。圖3表示本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的放射線檢測器的詳細(xì)的截面圖。 圖4表示本發(fā)明的第一實(shí)施例的缺陷位置指定用真空容器的詳細(xì)的截 面圖。圖5表示本發(fā)明的第 一 實(shí)施例的組裝前的處理的詳細(xì)的截面圖。 圖6表示進(jìn)行了本發(fā)明的第一實(shí)施例的處理后的放射線檢測器的X方 向的截面圖。圖7表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的放射線檢測器的X方向的截面圖。 圖8表示從本發(fā)明的第二實(shí)施例的放射線檢測器的上表面所觀察到的 截面圖。圖9表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的放射線檢測器的詳細(xì)的截面圖。 圖10表示本發(fā)明的第二實(shí)施例的組裝前的處理的詳細(xì)的截面圖。 圖11表示進(jìn)行了本發(fā)明的第二實(shí)施例的處理后的放射線檢測器的X方 向的截面圖。圖12表示先前的放射線檢測器的X方向的截面圖。射線檢測器及先前的放射線檢測器的位置運(yùn)算電 ^各的一例。圖14表示本發(fā)明的放射線檢測器及先前的放射線檢測器的能譜。圖15表示本發(fā)明的放射線檢測器及先前的放射線檢測器的位置編碼圖。圖16表示先前的放射線檢測器的X方向的截面圖。圖17表示先前的放射線檢測器的X方向的截面圖。圖18表示先前的放射線檢測器的X方向的截面圖。10 :本發(fā)明的第一實(shí)施例的放射線檢測器11 :閃爍體12 二閃爍體陣列13 :光反射材料14 二光導(dǎo)管15 :光反射材料16 二耦合粘接劑層17 :耦合粘接劑層21 二透明玻璃面板22 :透明電極23 :空穴注入阻擋層24 :雪崩倍增膜25 :電子注入阻擋層26 :場發(fā)射芯片27 二場發(fā)射陣列28 :共用斥冊極電極29網(wǎng)狀電極30 :電子束31 :真空外圍器32 :共用柵4及電才及偏壓33 :網(wǎng)4犬電才及偏壓34 :偏壓35 :放大器40 :陽極41 :陰極51 :真空容器52 :凸緣5 3 :透明玻璃面板保持夾具54 :檢查用場發(fā)射芯片55 :檢查用場發(fā)射陣列56 二檢查用共用柵極電極57 :檢查用網(wǎng)狀電極58 二電子束59 :斗企查用共用4冊極電極偏壓60;險查用網(wǎng)狀電才及偏壓61 :才全查用偏壓62 :檢查用放大器63 :開關(guān)64 二開關(guān)65 :缺陷位置指定用真空容器70 二針孔缺陷71 :已經(jīng)處理的場發(fā)射芯片80 :本發(fā)明的第二實(shí)施例的放射線檢測器81 :微小凸起電極82 二讀出用基板83 :偏壓84 :放大器90 :陽極91 二陰極101、102、 103、 104 :本發(fā)明的第一實(shí)施例的光接收元件111:閃爍體112:閃爍體陣列113:光反射材料114:光導(dǎo)管115光反射材料116耦合粘接劑層117耦合粘接劑層121、122、123、124加法器125、126位置鑒別電路150使用了光電子倍增管的先前的放射線檢測器160使用了雪崩光電二極管的先前的放射線檢測器201、202、203、204本發(fā)明的第二實(shí)施例的光接收元件301、302、303、304光電子倍增管401、術(shù)、403、404雪崩光電二極管501、502、503、504光接收元件601、602、603、604光接收元件X、 Y:方向具體實(shí)施方式
(第一實(shí)施例)以下，圖中表示了本發(fā)明的放射線檢測器的第一實(shí)施例的構(gòu)成，并根據(jù)實(shí)施例來詳細(xì)地說明。圖1是從Y方向觀察本發(fā)明的放 射線檢測器IO所得的X方向的截面圖。本實(shí)施例中表示的是各向同性體素 檢測器的情形，因此從X方向觀察放射線檢測器10所得的Y方向的截面圖 (側(cè)視圖)也形成與圖1相同的形狀。放射線檢測器10包括閃爍體群12，通 過適當(dāng)夾入光反射材料13而被劃分，且以在X方向上為6個、在Y方向上 為6個的方式二維地緊密配置著總計36個閃爍體11;光導(dǎo)管14，與該閃 爍體群12光學(xué)結(jié)合，且埋設(shè)著組合有光反射材料15的格子框體并劃定有 多個小區(qū)塊；以及4個光接收元件101、 102、 103、 104，其與該光導(dǎo)管14 光學(xué)結(jié)合。此處，所有光接收元件101 104均相同。另外，本圖l中，僅 圖示了光接收元件101和光接收元件102。此處，作為閃爍體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等的無機(jī)結(jié)晶。如果伽馬射線射入至在X方向上排列的6個閃爍體11中的任一個，則 轉(zhuǎn)換為可見光。此光通過光學(xué)結(jié)合的光導(dǎo)管14而導(dǎo)向光接收元件101 ~ 104， 此時，對光導(dǎo)管14中的各個光反射材料15的位置、長度及角度進(jìn)行調(diào)整， 以使在X方向上排列的光接收元件lOl (103)與光電子倍增管102 ( 104 ) 的功率比按照固定比例而變化。圖2是圖1的A-A截面圖，是從上表面觀察本發(fā)明的光4妄收元件101、 102、 103、 104所得到的圖。另外，圖3中詳細(xì)表示了光接收元件101 (因 102、 103、 104均相同，所以僅代表性地表示了 101)。在圖3中，陽極40包括透明玻璃面板21;透明電極22,形成在該透明玻璃面;^反21上；空 穴注入阻擋層23，形成在該透明電極22上；雪崩倍增膜24,形成在該空 穴注入阻擋層23上且由非晶硒形成；以及電子注入阻擋層25,形成在該雪 崩倍增膜24上。另一方面，陰極41以如下的方式而構(gòu)成將由多個場發(fā) 射芯片26構(gòu)成的場發(fā)射陣列27與陽極40相向地配置，且向共用柵極電極 28施加共用4冊極電極偏壓32，由此將電子束30朝向陽極40;故射。此時，電 子束30由網(wǎng)狀電極29而減速后以軟著陸(soft landing)的方式到達(dá)陽 極。網(wǎng)狀電極29中施加有網(wǎng)狀電極偏壓33。此處，為了將包含雪崩倍增膜 24的陽極40與包含場發(fā)射陣列27的陰極41真空密封，而組裝在真空外圍 器31中。而且，雪崩倍增膜24與場發(fā)射陣列27的實(shí)際距離為l醒至2mm 左右，因此光接收元件101本身非常薄。此處，如果伽馬射線射入至閃爍體11中的任一個，則轉(zhuǎn)換為可見光，此 光通過光學(xué)結(jié)合的光導(dǎo)管14而導(dǎo)向光接收元件101 ~ 104。并且，此光透過 各個光接收元件中的透明玻璃面板21與透明電極22后，到達(dá)由非晶硒形 成的雪崩倍增膜24,并利用光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生電子-空穴對(electron-hole pair)。雪崩倍增膜24中施加有偏壓34，在膜內(nèi)，空穴從陽才及40向陰極 41移動的過程中進(jìn)行信號放大，經(jīng)放大的空穴在雪崩倍增膜24表面上與場 發(fā)射陣列27相向地顯現(xiàn)。因經(jīng)常從場發(fā)射陣列27放射電子束30，所以經(jīng) 放大的空穴被立即掃描后由放大器(amplifier) 35讀出。此時，當(dāng)將雪崩倍增膜24的厚度設(shè)為35 iam，將偏壓34的施加電壓 設(shè)為3500 V時，信號放大率可達(dá)到1000倍左右，從而能夠以非常高的靈 敏度(high sensitivity)來4全測伽馬射線。然而，此時，為了使非晶硒膜內(nèi)產(chǎn)生約100 V/iam的較高電場，必須 向雪崩倍增膜24施加較高的偏壓電壓，從而即使在例如光接收面內(nèi)的透明 玻璃面板21上形成了 0.1 jim左右的突起物，此時也會產(chǎn)生不均勻的電場，結(jié) 果會局部地成為針孔缺陷而導(dǎo)致短路。當(dāng)光接收面僅由單極而形成時，即 使一部分發(fā)生短路，也會導(dǎo)致整個光接收面無法發(fā)揮作用。因此，必須在 將陽極40與陰極41組裝為光接收元件之前，預(yù)先掌握針孔缺陷的位置。因 此，利用如下的方法來指定針孔缺陷的位置。如圖4所示，將陽極40保持 在透明玻璃面板保持夾具(jig)53上，在具有提前準(zhǔn)備好的檢查用場發(fā)射陣 列55的缺陷位置指定用真空容器65內(nèi)，將陽極40與檢查用場發(fā)射陣列55 相向地配置著，其中所述陽極40包括透明玻璃面板21;透明電極22，形成 在該透明玻璃面板21上；空穴注入阻擋層23，形成在該透明電極22上；雪崩 倍增膜24,形成在該空穴注入阻擋層23上且由非晶硒形成；以及電子注入 阻擋層25,形成在該雪崩倍增膜24上。在所述狀態(tài)下，施加了產(chǎn)生雪崩放 大所需的偏壓電壓61,并對放大器62的功率進(jìn)行監(jiān)視。接著，依次切換與檢查用場發(fā)射陣列55相連接的開關(guān)63、及與共用4冊極電極56 (在與紙面 垂直的方向上具有多個，因此未圖示)相連接的開關(guān)64，由此在某期間內(nèi)，從 一個檢查用場發(fā)射陣列55僅朝向單位微小區(qū)域，且從檢查用場發(fā)射芯片54 的前端依次放射電子束58。即， 一個檢查用場發(fā)射陣列55所掃描的部分成 為單位微小區(qū)域，從而可檢查此部分有無針孔缺陷。于是，可指定在雪崩 操作時所產(chǎn)生的光接收面內(nèi)的針孔缺陷的位置。另外，缺陷位置指定用真 空容器65由真空容器51和凸緣(flange ) 52所構(gòu)成，隔著透明玻璃面板 保持夾具53而安裝陽極40，從而形成為可屢次打開關(guān)閉的構(gòu)造。接著，圖5表示組裝為光接收元件101之前的檢查后的陽極40和經(jīng)過 處理的陰極41，因?yàn)榭稍陉枠O40的光接收面內(nèi)指定針孔缺陷70的位置，所 以使與該針孔缺陷70的位置相對應(yīng)的已經(jīng)處理的場發(fā)射芯片71，不執(zhí)行向 陰極41的場發(fā)射陣列27放出電子束的操作。圖5的示例中表示了已經(jīng)處 理的場發(fā)射芯片71，其是通過對前端部照射激光而燒盡的方法來去除突起 的部分，而不執(zhí)行放出電子束的操作而成的。另外，圖6表示了組裝為光接收元件101之后的情況。如上所述，與 針孔缺陷70的位置相對應(yīng)的場發(fā)射芯片71不執(zhí)行放出電子束的操作，而 除此以外的場發(fā)射芯片26執(zhí)行放出電子束的操作。因此，即便在非晶硒膜 內(nèi)對雪崩倍增膜24施加較高的偏壓電壓來進(jìn)行信號放大，也不會局部地成 為針孔缺陷而導(dǎo)致短路，從而除了針孔缺陷70以外的光接收面的區(qū)域都可 正常地發(fā)揮作用。此時，與針孔缺陷70的位置相對應(yīng)的光接收面作為非敏感部分而不發(fā) 揮作用，但其范圍非常有限且極小，而其余光接收面為敏感部分，因此在 實(shí)際應(yīng)用方面不成問題。(第二實(shí)施例)接著，以下，圖中表示了本發(fā)明的放射線檢測器的第 二實(shí)施例的構(gòu)成，并根據(jù)實(shí)施例來詳細(xì)地說明。圖7是從Y方向觀察本發(fā) 明的放射線檢測器80所得的X方向的截面圖。本實(shí)施例中表示的是各向同 性體素檢測器，因此從X方向觀察放射線檢測器8 0所得的Y方向的截面圖 (側(cè)視圖)也形成與圖7相同的形狀。放射線檢測器80包括閃爍體群12，通 過適當(dāng)夾入光反射材料13而被劃分，且以在X方向上為6個、在Y方向上 為6個的方式二維地緊密配置著總計36個閃爍體11;光導(dǎo)管14，與該閃 爍體群12光學(xué)結(jié)合，且埋設(shè)著組合有光反射材料15的格子框體并劃定有 多個小區(qū)塊；以及4個光接收元件201、 202、 203、 204，與該光導(dǎo)管14光 學(xué)結(jié)合。此處，所有光接收元件201 204均相同。另外，本圖7中，僅圖 示了光接收元件2Q1和光接收元件202。圖8是圖7的B-B截面圖，是從上表面觀察本發(fā)明的光接收元件201、 202、 203、 204所得到的圖。另外，圖9中詳細(xì)表示了光接收元件201 (因202、 203、 204均相同，所以僅代表性地表示了 201 )。在圖9中，陽極90 包括透明玻璃面板21;透明電極22,形成在該透明玻璃面板21上；空 穴注入阻擋層23，形成在該透明電極22上；雪崩倍增膜24，形成在該空 穴注入阻擋層23上且由非晶硒形成；以及電子注入阻擋層25,形成在該雪 崩倍增膜24上。另一方面，陰極91的構(gòu)造如下由形成著多個微小凸起 電極81的讀出用基板82而構(gòu)成，通過將雪崩倍增膜24與微小凸起電極81 連接而讀出信號。而且，通過改變微小凸起電極81的連接，而選擇性地取 出并讀出信號。圖9的示例中，所有微小凸起電極81是電性共通地連接著 的。該光接收元件201中，微小凸起電極81的高度為數(shù)微米(iim)，且讀出用基板82的厚度也是1 mm到2 mm左右，因此光接收元件201本身非常統(tǒng) 溥。此處，如果伽馬射線射入至閃爍體11中的任一個，則轉(zhuǎn)換為可見光，此 光通過光學(xué)結(jié)合的光導(dǎo)管14而導(dǎo)向光接收元件201 ~ 204。并且，此光透過 各個光接收元件中的透明玻璃面板21與透明電極22,而到達(dá)由非晶硒形成 的雪崩倍增膜24,并利用光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生電子-空穴對。雪崩倍增膜24中 施加有偏壓83，在膜內(nèi)，空穴從陽極90向陰極91移動的過程中進(jìn)行信號 放大，經(jīng)放大的空穴在雪崩倍增膜24表面上顯現(xiàn)。陰極91側(cè)與微小凸起 電極81接觸，因此，經(jīng)放大的空穴立即由放大器35讀出。此時，當(dāng)將雪崩倍增膜24的厚度設(shè)為35 )im、將偏壓83的施加電壓 設(shè)為3500 V時，信號放大率可達(dá)到1000倍左右，從而能夠以非常高的靈敏度來檢測伽馬射線。然而，此時，與第一實(shí)施例完全相同，在對雪崩倍增膜M施加了較高 的偏壓電壓時，會局部地成為針孔缺陷而導(dǎo)致短路，因此必須在將陽極90 與陰極91組裝為光接收元件之前，預(yù)先掌握針孔缺陷的位置。因此，利用 與第 一實(shí)施例完全相同的所述方法來指定針孔缺陷的位置。接著，圖10表示組裝為光接收元件201之前的檢查后的陽極90與經(jīng) 處理的陰極91,可利用所述方法來指定陽極90的光接收面內(nèi)的針孔缺陷 85的位置。因此，使與該針孔缺陷85的位置相對應(yīng)的微小凸起電極81不 形成在陰極91的讀出用基板82上。圖10的示例中表示了未形成微小凸起 電極81的情況，也可通過將與針孔缺陷70的位置相對應(yīng)的微小凸起電極 81的配線予以切斷而進(jìn)行處理。另外，圖11表示了組裝為光接收元件201之后的情況。如上所述，與 針孔缺陷85的位置相對應(yīng)的微小凸起電極81所在的區(qū)域未進(jìn)行操作，而除 此以外的區(qū)域進(jìn)行操作。因此，即便在非晶硒膜內(nèi)對雪崩倍增膜24施加較 高的偏壓電壓來進(jìn)行信號放大，也不會局部地成為針孔缺陷而導(dǎo)致短路，從 而除針孔缺陷85以外的光接收面的區(qū)域可正常地發(fā)揮作用。此時，與針孔缺陷85的位置相對應(yīng)的光接收面作為非敏感部分而不發(fā)揮作用，但其范圍非常有限且極小，而其余光接收面為敏感部分，因此在實(shí)際應(yīng)用方面不成 問題。如上所述，本發(fā)明的放射線檢測器中，組合有雪崩倍增膜24與場發(fā)射 陣列27，且將雪崩倍增膜24與場發(fā)射陣列27配置在真空密封的真空外圍 器31內(nèi)，從而本發(fā)明的放射線檢測器的大小非常薄，且構(gòu)造單純，因此與 使用光電子倍增管的情況相比可緊密地構(gòu)成。另一方面，即使本發(fā)明的放 射線檢測器中組合有雪崩倍增膜24與讀出用基板82,該放射線檢測器的大 小也非常薄，且構(gòu)造單純，因此與使用光子電倍增管的情況相比，可緊密 地構(gòu)成。因此，即使在場所受到限制的情況下，對于PET裝置內(nèi)的檢測器 而言也非常有效。而且，不像光電子倍增管那樣需要多個電極，從而構(gòu)造 簡單，因此能夠以低成本來實(shí)現(xiàn)。另外，對于由非晶硒形成的雪崩倍增膜 而言，信號放大率可達(dá)到1000倍左右，具有非常高的靈敏度，因此無須如 雪崩光電二極管那樣需要高價的低噪音放大器、或用以進(jìn)行低噪音化的低 溫操作的專用溫度調(diào)整機(jī)構(gòu)。即便使用LaBr3:Ce等高性能閃爍體，所述閃 爍體的發(fā)光波長為300 - 400 nm的波段的雪崩倍增膜的量子效率達(dá)到了 70%，從而與光電子倍增管或雪崩光電二極管相比，效率非常高，可充分發(fā) 揮閃爍體的性能。而且，因?yàn)榭深A(yù)先掌握針孔缺陷的位置，所以也可通過 對陰極側(cè)進(jìn)行處理來解決對雪崩倍增膜24施加較高的偏壓電壓時局部所產(chǎn) 生的針孔缺陷的問題。此外，即便使用高發(fā)光的高速的LaBr" Ce或LaCl" Ce等高性能閃爍 體，所述閃爍體的發(fā)光波長為300 - 400 nm的波段的雪崩倍增膜的量子效 率達(dá)到了 70%,從而與光電子倍增管及雪崩光電二極管相比，效率非常高，且 可充分發(fā)揮閃爍體的性能。而且，因?yàn)榭深A(yù)先掌握針孔缺陷的位置，所以 也可通過對陰極側(cè)進(jìn)行處理來解決對雪崩倍增膜24施加較高的偏壓電壓時 局部所產(chǎn)生的針孔缺陷的問題。工業(yè)上的可利用性如以上所述，本發(fā)明適用于醫(yī)療用及工業(yè)用放射線拍攝裝置。
權(quán)利要求
1.一種放射線檢測器，包括對放射線進(jìn)行光轉(zhuǎn)換的閃爍體陣列和光接收元件；所述光接收元件包括真空外圍器，設(shè)置在該閃爍體陣列的放射線射入方向的相反面上，且真空密封；透明電極，設(shè)置在該真空外圍器內(nèi)；雪崩倍增膜，形成在該透明電極上，由阻擋層夾著且由非晶硒形成；以及場發(fā)射陣列，與該雪崩倍增膜相向地設(shè)置，且具有多個場發(fā)射芯片，所述放射線檢測器的特征在于當(dāng)所述雪崩倍增膜上存在缺陷部位時，使與該缺陷部位相向的位置上的所述場發(fā)射芯片不執(zhí)行操作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的放射線檢測器，其特征在于 所述真空外圍器的至少一面是由透明玻璃面板而構(gòu)成，且在該透明玻璃面板上形成著所述透明電極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的放射線檢測器，其特征在于 在所述閃爍體陣列與所述光接收元件之間，設(shè)置著用以進(jìn)行光的共享調(diào)整的光導(dǎo)管。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的放射線檢測器，其特征在于 利用激光將與所述缺陷部位相向的位置上的所述場發(fā)射芯片燒盡，由此不執(zhí)行放出電子束的操作。
5. —種放射線檢測器，包括閃爍體陣列，對放射線進(jìn)行光轉(zhuǎn)換；透 明玻璃面板，設(shè)置在該閃爍體陣列的放射線射入方向的相反面上；透明電 極，形成在該透明玻璃面板上；雪崩倍增膜，形成在該透明電極上，由阻 擋層夾著且由非晶硒形成；以及通過與形成著多個微小凸起電極的讀出用 基板相連接而選擇性地取出信號的單元，所述放射線檢測器的特征在于當(dāng)所述雪崩倍增膜上存在缺陷部位時，使所述微小凸起電極不連接在 該缺陷部位上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的放射線檢測器，其特征在于 在所述閃爍體陣列與所述光接收元件之間，設(shè)置著用以進(jìn)行光的共享調(diào)整的光導(dǎo)管。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的放射線檢測器，其特征在于 在與雪崩倍增膜的缺陷部位相對應(yīng)的位置上不形成所述凸起電極。
8. —種放射線檢測器的檢查方法，其特征在于在具有檢查用場發(fā)射陣列的缺陷位置指定用真空容器內(nèi)，使透明玻璃 面板和形成在透明玻璃面板上的透明電極，與形成在透明電極上且由阻擋 層夾著的雪崩倍增膜相向地配置著，并指定在雪崩操作時所產(chǎn)生的雪崩倍 增膜上的缺陷部位的位置。
全文摘要
本發(fā)明可避免雪崩倍增時的局部針孔缺陷部的問題。在將陽極與陰極組裝為光接收元件之前，利用具有預(yù)先準(zhǔn)備好的檢查用場發(fā)射陣列的缺陷位置指定用真空容器來指定針孔缺陷的位置，如果在將陽極與陰極組裝為實(shí)際的光接收元件時陰極是場發(fā)射陣列，則陽極與陰極被組裝成使對應(yīng)于該針孔缺陷的位置的場發(fā)射芯片不執(zhí)行向作為實(shí)際的檢測器的場發(fā)射陣列放出電子束的操作。
文檔編號G01T1/12GK101331408SQ200680047738
公開日2008年12月24日 申請日期2006年4月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月4日
發(fā)明者大井淳一, 戶波寬道 申請人:株式會社島津制作所