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JPH11237480A - Radiation detector - Google Patents

Radiation detector

Info

Publication number
JPH11237480A
JPH11237480A JP10039879A JP3987998A JPH11237480A JP H11237480 A JPH11237480 A JP H11237480A JP 10039879 A JP10039879 A JP 10039879A JP 3987998 A JP3987998 A JP 3987998A JP H11237480 A JPH11237480 A JP H11237480A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
scintillator
radiation detector
ray
rays
radiation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10039879A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryohei Nakamura
良平 中村
Kyuhei Mochida
久平 持田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Metals Ltd filed Critical Hitachi Metals Ltd
Priority to JP10039879A priority Critical patent/JPH11237480A/en
Publication of JPH11237480A publication Critical patent/JPH11237480A/en
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiation detector for a CT device having high sensitivity to radiation and corresponding to high resolution and high speed scanning. SOLUTION: A scintillator 3 with elements expressed by a general equation (Gd1-x-y-z Prx Rey Cez )2 O2 S where Re is at least one element selected from a group consisting of Dy, Nd, Sm, Ho, Er and Tm and 0.000003<=x<=0.2, 0,000001<=y<=0.001, and 0.000001<=z<=0.005 is optically contacted to a silicon photodiode and in between each scintillator, a separate plate 4 of molybdenum and the like for absorbing reflected light and scattered X-ray is arranged.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はX線を検出する放射
線検出器に関するものであり、特にX線CT装置に用い
られる放射線検出器に関するものである。
The present invention relates to a radiation detector for detecting X-rays, and more particularly to a radiation detector used in an X-ray CT apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】X線診断装置の一つにコンピュータ断層
撮影装置(Computed Tomography:以下CT装置と称
する)がある。このCT装置は扇状のファンビームX線
を照射するX線管と多数のX線検出素子を併設したX線
検出器を被検体の断層面の中央に対向配置して構成さ
れ、X線検出器に向けてX線管からファンビームX線を
照射し、1回照射を行うごとに断層面に対して例えば角
度を1度ずつ変えてゆくことによってX線吸収データを
収集した後、このデ−タをコンピュータで解析すること
によって断層面の個々の位置のX線吸収率を算出し、そ
の吸収率に応じた画像を構成するものである。
2. Description of the Related Art As one of X-ray diagnostic apparatuses, there is a computed tomography apparatus (hereinafter referred to as a CT apparatus). The CT apparatus comprises an X-ray tube having a fan-shaped fan beam for irradiating X-rays and an X-ray detector provided with a number of X-ray detection elements, which are arranged opposite to the center of the tomographic plane of the subject. X-ray absorption data is collected by irradiating a fan beam X-ray from an X-ray tube toward the laser beam and changing the angle, for example, by one degree with respect to the tomographic plane each time irradiation is performed. The X-ray absorptance at each position on the tomographic plane is calculated by analyzing the data with a computer, and an image corresponding to the absorptivity is constructed.

【0003】従来からこのCT装置にはキセノンガス検
出器が用いられている。このキセノンガス検出器はガス
チャンバにキセノンガスを封入し、多数配列した電極間
に電圧を印加すると共にX線を照射すると、X線がキセ
ノンガスを電離し、X線の強度に応じた電流信号を取り
出すことができ、それにより画像が構成される。しか
し、このキセノンガス検出器では高圧のキセノンガスを
ガスチャンバに封入するため厚い窓が必要であり、その
ためX線の利用効率が悪く感度が低いという問題があ
る。また、高解像度のCT装置を得るためには電極板の
厚みを極力薄くする必要があり、そのように電極板を薄
くすると外部からの振動によって電極板が振動しノイズ
が発生するという問題がある。
Conventionally, a xenon gas detector has been used in this CT apparatus. This xenon gas detector encloses xenon gas in a gas chamber, applies voltage between a large number of arranged electrodes, and irradiates x-rays. When x-rays ionize xenon gas, a current signal corresponding to the intensity of x-rays Can be taken out, thereby forming an image. However, this xenon gas detector requires a thick window to enclose high-pressure xenon gas in the gas chamber, and thus has a problem that the use efficiency of X-rays is low and the sensitivity is low. Further, in order to obtain a high-resolution CT apparatus, it is necessary to reduce the thickness of the electrode plate as much as possible. If the electrode plate is made thinner as described above, there is a problem that the electrode plate vibrates due to external vibration and noise is generated. .

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】一方、CdWO4単結晶やG
d2O2S:Pr蛍光体粉末を焼結したセラミックスシンチレー
タとシリコンフォトダイオードを組み合わせた検出器が
開発され実用化されている。これらの材料を用いた検出
器では、検出素子を小型化し、チャンネル数を増やすこ
とが容易であることから、キセノンガス検出器よりも解
像度の高い画像を得ることが可能となる。しかし、近
年、CT装置には、さらなる解像度の向上及び人体被爆
線量の低減が求められてきている。解像度の向上にはさ
らに素子を小型化する必要があるが、素子を小型化する
と、1素子に入射するX線量が低下し、実用化されてい
るシンチレータでは出力が低下し、十分な解像度が得ら
れないという問題がある。また、人体被爆線量を低減す
るためには、走査時間の短縮が必要とされるが、1回照
射の時間が短くなり、この場合も、実用化されているシ
ンチレータでは出力が低下し、十分な解像度が得られな
いという問題がある。本発明は以上の問題に鑑みてなさ
れたものであり、高解像度、高速走査に対応したCT装
置用放射線検出器を提供することを目的とする。
On the other hand, CdWO 4 single crystals and G
A detector that combines a ceramic scintillator sintered with d 2 O 2 S: Pr phosphor powder and a silicon photodiode has been developed and put into practical use. In a detector using these materials, it is easy to reduce the size of the detection element and increase the number of channels, so that it is possible to obtain an image with higher resolution than a xenon gas detector. However, in recent years, there has been a demand for further improvement in resolution and reduction of the radiation dose to the human body in CT apparatuses. In order to improve the resolution, it is necessary to further reduce the size of the element. However, when the element is reduced in size, the amount of X-rays incident on one element decreases, and the output decreases in a practically used scintillator, and sufficient resolution is obtained. There is a problem that can not be. In order to reduce the human exposure dose, it is necessary to shorten the scanning time.However, the time of one irradiation is shortened, and in this case, the output decreases with a practical scintillator, and There is a problem that resolution cannot be obtained. The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a radiation detector for a CT apparatus compatible with high resolution and high speed scanning.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者は以上の目的を
達成するため、シンチレータの組成検討を行い、特願平
9−33335号公報に示される、一般式(Gd1-x-y-zPr
xReyCez)2O2S(ただし、上式において、Reは、Dy、Nd、S
m、Ho、Er及びTmからなる群から選ばれた少なくとも一
種の元素を表し、0.000003≦x≦0.2、0.000001≦y≦0.0
01、及び0.000001≦z≦0.005である)の組成を有するシ
ンチレータ粉末をホットアイソスタティックプレス(H
IP)法により焼結したシンチレータがCT装置の放射
線検出器に適したシンチレータであることを見いだし
た。本発明は、このシンチレータとシンチレータの光を
電気信号に変換する光検出器とを組み合わせて使用する
ことを特徴とする放射線検出器であり、従来に比べシン
チレータの発光効率が高いため、放射線検出器の感度が
高い。この結果、解像度の向上がはかられ、より精度の
高い診断が可能となる。また、走査時間の短縮により、
人体被爆線量を低減することが可能である。
Means for Solving the Problems To achieve the above object, the present inventors studied the composition of a scintillator and found that the general formula (Gd 1-xyz Pr) disclosed in Japanese Patent Application No. 9-33335 was disclosed.
x Re y Ce z ) 2 O 2 S (where, in the above formula, Re is Dy, Nd, S
m, Ho, represents at least one element selected from the group consisting of Er and Tm, 0.000003 ≦ x ≦ 0.2, 0.000001 ≦ y ≦ 0.0
01, and a scintillator powder having a composition of 0.000001 ≦ z ≦ 0.005) is hot isostatically pressed (H
It has been found that a scintillator sintered by the IP) method is a scintillator suitable for a radiation detector of a CT apparatus. The present invention is a radiation detector characterized by using a combination of the scintillator and a photodetector that converts light of the scintillator into an electric signal.The radiation detector has a higher luminous efficiency than a conventional scintillator. High sensitivity. As a result, the resolution can be improved, and more accurate diagnosis can be performed. Also, by shortening the scanning time,
It is possible to reduce human exposure dose.

【0006】[0006]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の放射線検出器の
構造を説明する。図1に本発明の放射線検出器の一態様
を示す外観図を、図2に図1のA−A方向の矢視断面図
を示す。ガラスエポキシ製の基板1上に形成されたシリ
コンフォトダイオード2にシンチレータ3が光学用のエ
ポキシ樹脂で接着されている。各々のシンチレータ間に
は、光反射及び散乱X線の吸収を目的にモリブデン等の
セパレート板4が挿入されている。また、入射X線によ
って発生したシンチレータの光を外部に漏らさないよう
にするため、光反射層5としてTiO2粉末がシンチレ
ータ3の上部及び端面に塗布されている。図2に示すシ
ンチレータ3の厚さtとしては、1.0〜2.0mmが好
ましい。シンチレータの厚さtが1mmより小さいと、
シンチレータの発光出力が低下するとともに、シンチレ
ータを透過したX線がシリコンフォトダイオード2に入
射し、ノイズが発生する。シンチレータの厚さtが2m
mより大きくなると、シンチレータの光透過率が大きく
ないため、シンチレータ上部で発光した光のシリコンフ
ォトダイオードに入射する光量が減少し、放射線検出器
の感度が低下してしまうからである。一方、シンチレー
タの幅wは、0.5〜1.5mmが好ましい。シンチレー
タの幅wが0.5mmより小さいと、放射線検出器の感
度が低下し、X線CT装置で得られる断層像の画質が低
下する。シンチレータの幅wが1.5mmを越えると、
1素子の大きさが大きくなり、断層像の画像分解能が低
下するからである。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The structure of a radiation detector according to the present invention will be described below. FIG. 1 is an external view showing an embodiment of the radiation detector of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA of FIG. A scintillator 3 is adhered to a silicon photodiode 2 formed on a glass epoxy substrate 1 with an optical epoxy resin. Between each scintillator, a separate plate 4 of molybdenum or the like is inserted for the purpose of reflecting light and absorbing scattered X-rays. Further, in order to prevent the light of the scintillator generated by the incident X-ray from leaking to the outside, a TiO 2 powder is applied as a light reflection layer 5 on the top and the end face of the scintillator 3. The thickness t of the scintillator 3 shown in FIG. 2 is preferably 1.0 to 2.0 mm. When the thickness t of the scintillator is smaller than 1 mm,
The emission output of the scintillator decreases, and X-rays transmitted through the scintillator enter the silicon photodiode 2 to generate noise. The thickness t of the scintillator is 2m
If it is larger than m, the light transmittance of the scintillator is not large, so that the amount of light emitted from the upper part of the scintillator and incident on the silicon photodiode decreases, and the sensitivity of the radiation detector decreases. On the other hand, the width w of the scintillator is preferably from 0.5 to 1.5 mm. When the width w of the scintillator is smaller than 0.5 mm, the sensitivity of the radiation detector decreases, and the image quality of the tomographic image obtained by the X-ray CT apparatus decreases. When the width w of the scintillator exceeds 1.5 mm,
This is because the size of one element increases and the image resolution of the tomographic image decreases.

【0007】[0007]

【実施例】次に本発明の放射線検出器の実施例につき説
明する。 (実施例1) Gd2O3を362.14g、Pr6O11を0.34g、及びSm2
O3を0.0174g計量した。次に、500ccの純水にCe(NO3)3
6H2Oを1.3g溶かし、その溶液4mlをピペットで先の素原
料に添加後、湿式混合後乾燥した。そして、この素原料
に、Na2CO3を95.72g、Li2B4O7を10.10g、K3PO4・3H2Oを
32.33g、及びSを105.49g添加し、乾式混合した。次に、
この素原料混合粉をアルミナルツボに入れ、アルミナの
蓋をした後、1300℃で8h焼成した。冷却後、ルツボと焼
成物を純水中に1h放置し、原料をほぐした。この原料
を、純水で良く洗浄し、次に撹拌器を用い、1Nの塩酸で
1h、90℃の温水で1hの洗浄を行った。こうして、平均
粒径42μmの(Gd0.999Pr0.001Sm0.00005Ce0.000012)2O2
Sのシンチレータ粉末が得られた。この粉末に焼結助剤
としてLi2GeF6を0.1wt%添加し、軟鋼製カプセルに充填
後、真空封止した。そして、1350℃、1000atm、2hの条
件で熱間静水圧プレス(HIP)焼結した。得られた焼結体
を長さ30mm、幅0.9mm、厚さ1.25mmの棒形状に機械加工
後、微量の酸素を含むArガス中で1100℃、1hの熱処理を
行いシンチレータを得た。このシンチレータとモリブデ
ン板を交互に配列し、シリコンフォトダイオードに接着
した。そして、シンチレータ表面にTiO2粉末を塗布
した。得られた放射線検出器の特性を表1に示す。
Next, an embodiment of the radiation detector of the present invention will be described. (Example 1) The Gd 2 O 3 362.14g, the Pr 6 O 11 0.34g, and Sm 2
The O 3 was 0.0174g weighed. Next, Ce (NO 3 ) 3
1.3 g of 6H 2 O was dissolved, and 4 ml of the solution was added to the raw material with a pipette, followed by wet mixing and drying. Then, the raw materials, the Na 2 CO 3 95.72g, 10.10g a Li 2 B 4 O 7, the K 3 PO 4 · 3H 2 O
32.33 g and 105.49 g of S were added and dry mixed. next,
This raw material mixed powder was placed in an alumina crucible, covered with alumina, and fired at 1300 ° C. for 8 hours. After cooling, the crucible and the fired product were left in pure water for 1 hour to loosen the raw materials. This raw material is thoroughly washed with pure water, and then, using a stirrer, with 1N hydrochloric acid.
Washing was performed for 1 hour with warm water at 90 ° C. for 1 hour. Thus, (Gd 0.999 Pr 0.001 Sm 0.00005 Ce 0.000012 ) 2 O 2 having an average particle size of 42 μm
S scintillator powder was obtained. 0.1% by weight of Li 2 GeF 6 was added to this powder as a sintering aid, and the powder was filled in a mild steel capsule and then vacuum sealed. Then, hot isostatic pressing (HIP) sintering was performed at 1350 ° C., 1000 atm, and 2 hours. The obtained sintered body was machined into a rod shape having a length of 30 mm, a width of 0.9 mm, and a thickness of 1.25 mm, and then heat-treated at 1100 ° C. for 1 hour in an Ar gas containing a small amount of oxygen to obtain a scintillator. The scintillators and molybdenum plates were alternately arranged and bonded to a silicon photodiode. Then, TiO 2 powder was applied to the scintillator surface. Table 1 shows the characteristics of the obtained radiation detector.

【0008】(実施例2) 実施例1と同様の手順により
放射線検出器を作製した。ただし、Sm2O3の添加に変え
て、Nd2O3を0.0168g添加し、(Gd0.999Pr0.001Nd0.00005
Ce0.000012)2O2Sの組成のシンチレータを使用した。得
られた放射線検出器の特性を表1に示す。
(Example 2) A radiation detector was manufactured in the same procedure as in Example 1. However, instead of adding Sm 2 O 3 , 0.0168 g of Nd 2 O 3 was added, and (Gd 0.999 Pr 0.001 Nd 0.00005
A scintillator having a composition of Ce 0.000012 ) 2 O 2 S was used. Table 1 shows the characteristics of the obtained radiation detector.

【0009】(比較例1) 実施例1と同様の手順により
放射線検出器を作製した。ただし、Sm2O3の添加は行わ
ず、(Gd0.999Pr0.001Ce0.000012)2O2Sの組成のシンチレ
ータを使用した。特性の評価結果を表1に示す。 (比較例2) 実施例1と同様の手順により放射線検出器
を作製した。ただし、シンチレータには、厚さ2mmの
CdWO4単結晶シンチレータを使用した。この放射線検出
器を特性評価の基準とした。
Comparative Example 1 A radiation detector was manufactured in the same procedure as in Example 1. However, Sm 2 O 3 was not added, and a scintillator having a composition of (Gd 0.999 Pr 0.001 Ce 0.000012 ) 2 O 2 S was used. Table 1 shows the evaluation results of the characteristics. (Comparative Example 2) A radiation detector was manufactured in the same procedure as in Example 1. However, the scintillator has a thickness of 2 mm.
A CdWO 4 single crystal scintillator was used. This radiation detector was used as a criterion for characteristic evaluation.

【0010】表1に各種放射線検出器の相対感度を示
す。ここでは、管電圧120kV、管電流5mAのX線(Wターゲ
ット)を各種放射線検出器に照射した場合の信号出力の
相対値で表した。
Table 1 shows the relative sensitivities of various radiation detectors. Here, the relative value of the signal output when X-rays (W target) with a tube voltage of 120 kV and a tube current of 5 mA are applied to various radiation detectors is shown.

【0011】[0011]

【表1】 [Table 1]

【0012】[0012]

【発明の効果】以上、本発明の詳細な説明から明らかな
ように、従来技術による放射線検出器に対して、感度を
増加させ、CT装置の解像度向上、高速走査の実現が可
能となる。
As is apparent from the detailed description of the present invention, it is possible to increase the sensitivity, improve the resolution of the CT apparatus, and realize high-speed scanning with respect to the conventional radiation detector.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による放射線検出器の外観図である。FIG. 1 is an external view of a radiation detector according to the present invention.

【図2】本発明による放射線検出器のA−A断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of the radiation detector according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板、2 シリコンフォトダイオード、3 シンチ
レータ、4 セパレート板、5 光反射層
1 substrate, 2 silicon photodiode, 3 scintillator, 4 separate plate, 5 light reflection layer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 X線等の照射により発光するシンチレー
タとその発光光量を電気信号に変換する手段を有する放
射線検出器において、前記シンチレータは、一般式(Gd
1-x-y-zPrxReyCez)2O2Sで表され、ReはDy、Nd、Sm、H
o、Er及びTmからなる群から選ばれた少なくとも一種の
元素であり、0.000003≦x≦0.2、0.000001≦y≦0.001、
及び0.000001≦z≦0.005の範囲の組成を有していること
を特徴とする放射線検出器。
1. A radiation detector comprising a scintillator which emits light by irradiation with X-rays or the like and means for converting the amount of light emitted into an electric signal, wherein the scintillator has a general formula
1-xyz Pr x Re y Ce z ) 2 O 2 S, where Re is Dy, Nd, Sm, H
o, at least one element selected from the group consisting of Er and Tm, 0.000003 ≦ x ≦ 0.2, 0.000001 ≦ y ≦ 0.001,
And a composition in the range of 0.000001 ≦ z ≦ 0.005.
【請求項2】 請求項1において、前記シンチレータの
組成は一般式のyが0.000001≦y≦0.0005の範囲であるこ
とを特徴とする放射線検出器。
2. The radiation detector according to claim 1, wherein the composition of the scintillator is such that y in the general formula is in the range of 0.000001 ≦ y ≦ 0.0005.
【請求項3】 請求項1または2のいずれかにおいて、
前記シンチレータは幅が0.5〜1.5mm、厚さが1〜
2mmであることを特徴とする放射線検出器。
3. The method according to claim 1, wherein
The scintillator has a width of 0.5 to 1.5 mm and a thickness of 1 to
A radiation detector characterized by being 2 mm.
JP10039879A 1998-02-23 1998-02-23 Radiation detector Pending JPH11237480A (en)

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