放射線検出ユニットおよび放射線検査装置
【課題】複数の検出基板を高密度に積層可能な放射線検出ユニット、およびこれを用いた放射線検査装置を提供する。
【解決手段】半導体検出ユニット２０は、支持台２１上に、複数の検出基板２２が積層された積層体からなり、検出基板２２は、配線基板２４、２つの半導体検出素子２５、コネクタ２６、スペーサ２８、およびバイアス電圧印加用配線部２９等から構成されている。上下の検出基板２２は、各々のスペーサ２８が互いに接触して積層されている。バイアス電圧印加用配線部２９は、ベースフィルム３０とその下面に形成されたパッド電極３１ａ，３１ｃおよびパッド電極３１ａと３１ｃとを接続する配線３１ｂからなる配線層３１から構成される。バイアス電圧印加用配線部２９は、スペーサ２８とその上側の検出基板２２との間に配置され、スペーサ２８の段差部２８ｂ上で、上側の配線基板２４の下面との間の空間に収容される。
【解決手段】半導体検出ユニット２０は、支持台２１上に、複数の検出基板２２が積層された積層体からなり、検出基板２２は、配線基板２４、２つの半導体検出素子２５、コネクタ２６、スペーサ２８、およびバイアス電圧印加用配線部２９等から構成されている。上下の検出基板２２は、各々のスペーサ２８が互いに接触して積層されている。バイアス電圧印加用配線部２９は、ベースフィルム３０とその下面に形成されたパッド電極３１ａ，３１ｃおよびパッド電極３１ａと３１ｃとを接続する配線３１ｂからなる配線層３１から構成される。バイアス電圧印加用配線部２９は、スペーサ２８とその上側の検出基板２２との間に配置され、スペーサ２８の段差部２８ｂ上で、上側の配線基板２４の下面との間の空間に収容される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線半導体検出素子を有する放射線検出ユニットおよびこれを用いた放射線検査装置に関し、特に、被検体内にある放射性同位元素から放出されたガンマ線を検出する放射線検出ユニットおよび放射線検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体（被検体）の内部の情報を得るために断層撮影装置が広く用いられるようになってきた。断層撮影装置としては、Ｘ線コンピュータ断層撮影（Ｘ線ＣＴ）装置、磁気共鳴映像装置、ＳＰＥＣＴ（single photon emission CT）装置、ポジトロン断層撮影（ＰＥＴ）装置が挙げられる。Ｘ線ＣＴ装置は、被検体のある断面に多方向から幅の狭いＸ線ビームを曝射し、透過したＸ線を検出してその断面内でのＸ線の吸収の度合いの空間分布をコンピュータで計算し画像化している。このように、Ｘ線ＣＴ装置は、被検体内部の形態的な異常、例えば出血巣を把握できる。
【０００３】
これに対し、ＰＥＴ装置は被検体内の機能情報が精密に得られるため、近年盛んに開発が進められている。ＰＥＴ装置を用いた診断方法は、まず、ポジトロン核種で標識された検査用薬剤を、注射や吸入等により被検体の内部に導入する。被検体内に導入された検査用薬剤は、検査用薬剤に応じた機能を有する特定の部位に蓄積される。例えば、糖類の検査用薬剤を用いた場合、ガン細胞等の新陳代謝の盛んな部位に選択的に蓄積される。このとき、検査用薬剤のポジトロン核種から陽電子が放出され、この陽電子と周囲の電子とが結合して消滅する際に２つのガンマ線（いわゆる消滅ガンマ線）が互いに約１８０度の方向に放出される。この２つのガンマ線を被検体の周りに配置した放射線検出器により同時検出し、コンピュータ等で画像を再生成することにより被検体における放射性同位元素の分布画像データを取得する。このようにＰＥＴ装置では被検体の体内の機能情報が得られるため、様々な難病の病理解明が可能である。
【０００４】
ＰＥＴ装置は、多数のガンマ線検出器が被検体を３６０度囲むように配置される。ガンマ線検出器は、半導体検出素子を備えた半導体検出器と、半導体検出素子に入射したガンマ線を電気的に検出するための検出回路からなる。ＰＥＴ装置は、検出回路からのガンマ線が入射したことを示す検出信号およびガンマ線が入射した半導体検出素子の位置情報に基づいて、ガンマ線の発生位置を同定する。そして、ＰＥＴ装置は、多数のガンマ線を検出することで、被検体内の検査用薬剤分布の画像を再生成する。
【０００５】
消滅ガンマ線は被検体からランダムな方向に放出されるので、半導体検出器には検出効率（発生した消滅ガンマ線の数に対する検出したガンマ線の数の割合）を向上させるために多数の半導体検出素子が配置される。例えば、図１に示すように、筐体１０１内に、半導体結晶体と半導体結晶体にアノードおよびカソードが交互に積層された半導体検出素子１０３や、信号処理を行う半導体装置１０４，１０５が実装された基板１０２を備える放射線検出ユニット１００が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００６】
半導体結晶体には、ガンマ線の入射により生成された電子正孔対をアノードおよびカソードにそれぞれ集めるためバイアス電圧が印加される。バイアス電圧は、短時間で効率良く電子正孔対を集めるため、極めて高い電圧に設定される。例えば、上記特許文献１ではバイアス電圧は３００Ｖに設定されている。
【特許文献１】特開２００５−１２８０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、半導体検出素子にバイアス電圧を供給するために、通常、ワイヤ配線や金属板が用いられている。これらの場合、検出基板を積層して高密度に半導体検出素子を配置しようとすると、ワイヤ配線や金属板と、配線基板とを電気的に絶縁する絶縁部材を設ける必要がある。ワイヤ配線や金属板に加え絶縁部材が占めるスペースが必要になるため、半導体検出素子を高密度に配置し難くなるという問題がある。半導体検出素子間に過度の隙間が生じるとその隙間を抜けるガンマ線の割合が多くなり検出効率が低下する。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、複数の検出基板を高密度に積層可能な放射線検出ユニット、およびこれを用いた放射線検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によれば、配線基板と、該配線基板の上面に固着された放射線を検出する半導体検出素子と、該配線基板の上面に固着されたスペーサと、該半導体検出素子にバイアス電圧を供給するバイアス電圧印加用配線部と、を有する検出基板と、前記検出基板が複数積層された積層体を固定する固定手段と、を備え、前記半導体検出素子は、半導体結晶体と、該半導体結晶体の上面にバイアス電圧を印加する第１の電極部と、該半導体結晶体の下面に信号を取出す第２の電極部とを有し、前記バイアス電圧印加用配線部は、フィルム状の可撓性支持部材と、該可撓性支持部材の下面に、第１の電極部と電気的に接続されたパッド電極および配線からなる配線層を有し、前記半導体検出素子とその上側の検出基板の配線基板との間に設けられてなることを特徴とする放射線検出器が提供される。
【００１０】
本発明によれば、バイアス電圧印加用配線部は、フィルム状の可撓性支持部材とその下面に形成されたパッド電極および配線からなる配線層から構成される。したがって、バイアス電圧印加用配線部が占める高さを低減でき、検出基板を高密度に積層できる。その結果、半導体検出素子間の隙間が低減され、検出効率が向上する。さらに、可撓性支持部材は、配線層とその上側の検出基板とを電気的に絶縁する機能も合わせもつので、新たな絶縁部材を必要とせず、この点においても検出基板を高密度に積層できる。
【００１１】
また、前記スペーサは、その上面の横方向の内側に上面よりも低い段差部を有し、上下に隣接する前記検出基板同士が、下側のスペーサの上面と、上側のスペーサの下面とが接触して積層されてなり、前記バイアス電圧印加用配線部が、段差部と、その上側の検出基板の配線基板との間に収容されてなる構成としてもよい。これにより、バイアス電圧印加用配線部がスペーサの段差部上の空間に収容されるので、いっそう高密度に積層できる。
【００１２】
本発明の他の観点によれば、放射性同位元素を含む被検体から発生する放射線を検出する上記いずれかの放射線検出ユニットと、前記放射線検出ユニットに接続される検出回路ユニットと、前記検出回路ユニットから取得した放射線の入射時刻および入射位置を含む検出情報に基づいて前記放射性同位元素の被検体内における分布情報を取得する情報処理手段と、を備える放射線検査装置が提供される。
【００１３】
本発明によれば、放射線検出ユニットの複数の半導体検出素子が互いに高密度に配置されているので検出効率が向上し、短時間で精密な検査が可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の検出基板を高密度に積層でき、複数の半導体検出素子が高密度に配置された放射線検出ユニット、およびこれを用いた放射線検査装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ実施の形態を説明する。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態に係るＰＥＴ装置の構成を示すブロック図である。図２を参照するに、ＰＥＴ装置１０は、被検体Ｓの周囲に配置され、ガンマ線を検出する検出器１１と、検出器１１からの検出データを処理し、得られた被検体Ｓの体内のポジトロン核種ＲＩの位置の画像データを再生成する情報処理部１２と、画像データを表示等する表示部１３と、被検体Ｓや検出器１１の移動等の制御を行う制御部１４と、情報処理部１２や制御部１４に指示を送る端末や画像データを出力するプリンタ等からなる入出力部１５等から構成される。
【００１７】
検出器１１1〜１１8は、被検体Ｓの周囲に３６０度に亘って配置される。ここで、被検体Ｓの体軸方向をＺ軸方向（Ｚおよび−Ｚ方向）とする。検出器１１は、被検体Ｓに対して相対的にＺ軸方向に移動可能としてもよい。なお、図２においてＰＥＴ装置１０は８個の検出器１１1〜１１8が示されているがこれらの数は一例過ぎず、検出器１１1〜１１8の数は適宜選択される。
【００１８】
検出器１１は半導体検出ユニット２０と検出回路ユニット１６からなる。予め被検体Ｓにはポジトロン核種ＲＩで標識化された検査用薬剤が導入されている。半導体検出ユニット２０は、ガンマ線の入射面が被検体Ｓに面するように配置されている。
【００１９】
ポジトロン核種ＲＩから生じた陽電子の消滅の際に、２つのガンマ線γa、γbが同時に発生する。２つのガンマ線γa、γbは、互いに略１８０度をなして放出されるので、被検体Ｓを挟んで対向する検出器１１の半導体検出ユニット２０の半導体検出素子（図４に示す符号２５）に入射する。ガンマ線γa、γbが入射した半導体検出ユニット２０の各々は、ガンマ線γa、γbの入射により生じる電気信号（検出信号）を検出回路ユニット１６に送出する。
【００２０】
検出回路ユニット１６は、検出回路（不図示）備え、半導体検出ユニット２０から供給される検出信号に基づいて、ガンマ線γa、γbが検出素子に入射した時刻（入射時刻）を決定する。さらに、検出回路ユニット１６は、入射時刻および入射位置情報（ガンマ線を検出した素子の識別番号等）等の検出データを情報処理部１２に送出する。検出回路ユニット１６の検出回路は、アナログ回路とデジタル回路の混載回路から構成される。
【００２１】
情報処理部１２では、検出データに基づいてコインシデンス検出および画像再生成アルゴリズムによる画像データの再生成を行う。コインシデンス検出は、入射時刻が略一致する２つ以上の検出データがある場合、それらの検出データを有効と判定し、コインシデンス情報とする。また、コインシデンス検出は、ガンマ線入射時刻が一致しない検出データを無効と判定し破棄する。そして、コインシデンス情報と、コインシデンス情報に含まれる検出素子番号等と、これに対応する検出素子の位置情報等から所定の画像再生成アルゴリズム（例えば、期待値最大化（Ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ Ｍａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎ）法）に基づいて画像データを再生成する。表示部１３は、入出力部１５の要求に応じて再生成された画像データを表示する。
【００２２】
以上の構成および動作により、ＰＥＴ装置１０は、被検体Ｓの体内に選択的に位置するポジトロン核種ＲＩからのガンマ線を検出し、ポジトロン核種ＲＩの分布状態の画像データを再構成する。
【００２３】
図３は、本発明の実施の形態に係る半導体検出ユニットの斜視図、図４は、第１の実施の形態の検出基板の分解斜視図である。なお、図３は、ガンマ線が入射する方向、すなわち半導体検出ユニットの正面側から見た図である。
【００２４】
図３および図４を参照するに、半導体検出ユニット２０は、支持台２１上に、複数の検出基板２２が積層された積層体からなり、積層体は４個のボルト２３ａおよびナット２３ｂからなる固定部材２３により固定されている。図４では一例として検出基板２２が１６個の場合を示している。検出基板２２は、配線基板２４、２つの半導体検出素子２５、コネクタ２６、スペーサ２８、およびバイアス電圧印加用配線部２９等から構成されている。検出基板２２は、上下の検出基板２２のそれぞれのスペーサ２８が互いに接触して積層されている。すなわち、下側のスペーサ２８の上面２８ａと上側のスペーサ２８の下面２８ｃとが接触し、スペーサ２８によって上下方向の検出基板２２の位置が規定されている。
【００２５】
図５は、配線基板の平面図である。図５を図３および図４と共に参照するに、配線基板２４には、ガラスエポキシ基板や、ポリイミド基板、ガラス基板およびアルミナ基板等のセラミック基板等を用いることができる。配線基板２４の表面には検出信号の取出し用のパッド電極２４ｂと、パッド電極２４ｂとコネクタ２６とを接続する配線パターン２４ａが形成されている。パッド電極２４ｂは、後述する半導体検出素子２５の第２電極部の導電膜と同数形成されている。配線基板２４は、配線パターン２４ａがその表面に形成されている以外に、配線基板２４中に形成されている、いわゆる多層積層配線基板である。なお、配線基板２４は、単層配線基板でもよい。
【００２６】
また、配線基板２４にはバイアス電圧印加用の配線が形成されていないので、配線パターン２４ａを例えば配線基板２４の幅方向（Ｘ軸方向）の中央から略線対称に配置できる。このため、配線パターン２４ａの非対称な配置に起因する配線基板２４の反りや撓み等を低減でき、過度の反りや撓みによって生じる、半導体結晶素子２５が配線基板２４から剥離するような深刻な障害を回避できる。
【００２７】
コネクタ２６は、そのタイプは特に限定されず、例えばフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）等が接続可能なフラットケーブル用コネクタを用いることができる。
【００２８】
図６は、図３に示す半導体検出ユニットのＡ−Ａ線断面図であり、配線層３１のパッド電極３１ａを通る断面図である。なお、図６は、２個の検出基板の断面のみを示し、他は検出基板を省略している。
【００２９】
図６を図３および図４と共に参照するに、半導体検出素子２５は、下面に溝部３３ａが形成された略平板状の半導体結晶体３３と、半導体結晶体３３の上面に形成された第１電極部３４と、半導体結晶体３３の下面に形成された第２電極部３５等からなる。
【００３０】
半導体結晶体３３は、その材料としては、例えば、エネルギーが５１１ｋｅＶのガンマ線に有感なテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、Ｃｄ1-xＺｎxＴｅ（ＣＺＴ）、臭化タリウム（ＴｌＢｒ）、シリコンなどが挙げられる。また、これらの材料には導電性等を制御するためのドーパントが含まれていてもよい。シリコンはＣｄＴｅよりも機械的強度が高いので加工中に結晶欠陥が生じにくいので好ましい。半導体結晶体３３は、半導体の結晶成長法であるブリッジマン法や、移動加熱法を用いて半導体結晶を形成し、所定の結晶方位に平板状に切出して得られる。
【００３１】
また、半導体結晶体３３の下面には、幅方向（Ｘ軸方向）に等間隔に離隔され、奥行き方向（Ｙ軸方向）に延在する複数の溝部３３ａが形成されている。半導体結晶体３３を溝部３３ａによって幅方向に分割することで、ガンマ線の幅方向の入射位置をより正確に検出できるようになる。
【００３２】
第１電極部３４は、半導体結晶体３３の上面を略覆う導電膜からなる。第１電極部３４には負のバイアス電圧Ｖｂが印加され、カソードとなっている。半導体結晶体３３がＣｄＴｅからなる場合は第１電極部３４には、例えばＰｔ膜が用いられる。第１電極部３４は、バイアス電圧印加用配線部２９の配線層３１のパッド電極３１ａと導電性接着層３８により電気的に接続されている。バイアス電圧Ｖbは、直流電圧で例えば−６０Ｖ〜−１０００Ｖに設定される。
【００３３】
第２電極部３５は、半導体結晶体３３の下面に、溝部３３ａと溝部３３ａとの間の凸部の表面に、Ｘ軸方向には所定の幅で、隣接する電極とは互いに離隔され、Ｙ軸方向に延在する複数の導電膜からなる。半導体結晶体３３がＣｄＴｅからなる場合は、第２電極部３５は例えばＡｕ（金）膜からなり、半導体結晶体３３の第２電極部３５側にはＩｎ（インジウム）が注入・拡散される。これにより第２電極部３５とＣｄＴｅとの間にショットキー接合が形成される。第２電極部３５の各々の導電膜は配線基板２４に設けられたパッド電極２４ｂに導電性ペーストや異方性導電接着剤等の導電性接着層３６により固着されている。
【００３４】
パッド電極２４ｂは配線パターン（図５に示す符号“２４ａ”）およびコネクタ２６を介して、図示されない検出回路ユニットの検出回路に接続される。検出回路では、抵抗を介して接地されるので、第２電極部３５はアノードとなる。なお、第２電極部３５の導電膜には接続される回路を一つのみ示し他を省略している。
【００３５】
次に半導体検出素子２５の動作を説明する。半導体結晶体３３にガンマ線が入射すると、確率的に電子正孔対が生成される。半導体結晶体３３には、第２電極部３５から第１電極部３４の方向に電界が印加されているので正孔は第１電極部３４に引きつけられ、電子は第２電極部３５に引きつけられ出力信号（検出信号）が検出回路ユニットの検出回路に送出される。
【００３６】
スペーサ２８は、Ｘ軸方向に延在する平板状の基部２８Ａと、基部２８ＡのＸ軸方向の両側部にＹ軸方向の紙面手前側（ガンマ線の入射方向）に延在する一対の腕部２８Ｂを有する。スペーサ２８には、基部２８Ａと一対の腕部２８Ｂにより三方が囲まれ、ガンマ線入射側が開放されたスペースが形成される。このスペースには、スペーサ２８が配線基板２４に固着された２つの半導体検出素子２５が収容される。半導体検出素子２５とスペーサ２８との互いの接触が回避される。これにより、半導体検出素子２５とスペーサ２８とが互いに接触する場合よりも互いの位置決めがし易くなる。
【００３７】
また、スペーサ２８は下面２８ｃが平坦になっている。スペーサ２８には、下面２８ｃを基準とした場合、最も高い面である上面２８ａと、上面２８ａよりも低い段差部２８ｂが設けられている。上面２８ａは平坦であり、上面２８ａと下面２８ｃとにより検出基板２２の上下方向の位置が規定される。また、下面２８ｃには、配線基板２４の上面と接着層４１を介して接着されている。下面２８ｃは平坦であるので、配線基板２４の上面の上下方向の位置を正確に決められる。
【００３８】
段差部２８ｂは、上面２８ａのＸ軸方向内側に設けられ、スペーサ２８のＹ軸方向に延在している。図６に示すように、段差部２８ｂ上にはバイアス電圧印加用配線部２９が収容されると共に、その上に積層される検出基板２２の配線基板２４が収容され、バイアス電圧印加用配線部２９は上側の配線基板２４との接触が回避される。これにより、スペーサ２８の厚さだけで検出基板２２の上下方向（Ｚ軸方向）の位置が決まるので、半導体検出素子２５の上下方向の位置決めが容易になり、その結果、精度良く半導体検出素子２５を配置できる。
【００３９】
また、スペーサ２８には厚さ方向に貫通する開口部２８−１〜２８−３が設けられている。開口部２８−１は、スペーサ２８のＸ軸方向の両側にそれぞれ２つが設けられている。開口部２８−１は、半導体検出ユニット２０を固定するためのボルト２３ａの軸が挿入されるが、その内径（直径）はボルトの軸の直径よりも大きく設定されている。なお、開口部２８−１はＸ軸方向両側部にそれぞれ２個形成されているが、１個でもよく３個以上でもよい。また、開口部２８−２，２８−３は、例えば、図４に示す配線基板２４とスペーサ２８とを固着するための接着剤を導入するために設けられている。開口部２８−２，２８−３は、その数に特に制限はなく、第１の実施の形態では、設けなくともよい。
【００４０】
また、スペーサ２８は、半導体検出ユニット２０の固定の際の上下方向の締め付け力により変形しない程度の弾性率を有する材料であれば特に制限はないが、例えば、金属（合金）およびセラミック材料等から選択される。スペーサ２８は、とりわけセラミック材料からなることが好ましい。スペーサ２８は、セラミック材料を用いる場合、鋳型により成型し上面２８ａおよび下面２８ｃが研磨加工により精度良く形成される。セラミック材料では研磨加工により平坦性良く、かつ極めて高い寸法精度が得られるため、スペーサ２８は良好な寸法精度が得られる。なお、段差部２８ｂは上面２８ａや下面２８ｃよりも比較的研磨加工し難いが、段差部２８ｂの平坦性や寸法は上面２８ａや下面２８ｃよりも精度が悪くてもよいため、スペーサ２８が製造し易いという利点がある。
【００４１】
図７は、バイアス電圧印加用配線部の平面図、図８は、図３に示す半導体検出ユニットのＢ−Ｂ線断面図である。なお、図７では、配線層３１は実線で示しているが、ベースフィルム３０の下側に形成されている。また、図８は、図３に示す配線層３１に沿った断面図である。
【００４２】
図７および図８を図４および図６と共に参照するに、バイアス電圧印加用配線部２９は、ベースフィルム３０と、ベースフィルム３０の下面に形成されたパッド電極３１ａ、３１ｃおよびパッド電極３１ａと３１ｃとを接続する配線３１ｂからなる配線層３１から構成される。
【００４３】
ベースフィルム３０は、可撓性樹脂材料、例えばポリイミドやポリエステルからなり、耐熱性が優れる点でポリイミドが好適である。なお、ベースフィルム３０は、単層でも多層積層体のいずれでもよい。
【００４４】
パッド電極３１ａは、ベースフィルム３０の下面に、２つの半導体検出素子２５の第１電極部３４のそれぞれに対応する位置に形成されている。
【００４５】
また、パッド電極３１ｃはパッド電極３１ａと配線３１ｂにより電気的に接続され、パッド電極３１ａの他端に、開口部３１ｃ−１と共に形成されている。パッド電極３１ｃは、配線基板２４よりも外側に延出した位置に設けられており、バイアス電圧が供給されるバイアス端子４２（例えば、棒状のステアタイト等の絶縁材中を金属材料からなる貫通端子が形成された端子）が接続される。バイアス端子４２は、そのねじ部（例えば“おねじ”）がパッド電極３１ｃの開口部３１ｃ−１に挿入され、その上のバイアス端子４２のねじ部（例えば“めねじ”）と螺合することで、バイアス端子４２とパッド電極３１ｃとが圧接され、電気的に接続される。バイアス端子４２により上下の検出基板２２のパッド電極３１ｃをそれぞれ接続することで、半導体検出ユニット２０の総てのパッド電極３１ｃを一本に連なったバイアス端子４２により電気的に接続される。このように、多数の検出基板２２にバイアス電圧を簡単な構造で容易に供給できる。また、バイアス端子４２を検出信号が伝送されるコネクタ２６から離隔することで、コネクタ２６の耐圧設計が容易になる。
【００４６】
パッド電極３１ａ，３１ｃおよび配線３１ｂは電気めっきあるいは無電解めっき等によるＣｕ膜からなり、パッド電極３１ａ，３１ｃはさらにＣｕ膜の表面を覆うＡｕ膜が形成される。
【００４７】
配線層３１は、パッド電極３１ａ，３１ｃ以外の表面、すなわち配線３１ｂの表面にはレジスト材等の絶縁層３９が形成されている。絶縁層３９によりバイアス電圧用配線層３１がパッド電極３１ａ以外の部分で第１電極部３４やスペーサ２８に電気的に接触することが回避される。
【００４８】
また、配線層３１には、上述したように、−６０Ｖ〜−１０００Ｖのバイアス電圧が印加されるが、ベースフィルム３０により、その上側の配線基板２４と配線層３１とが電気的に絶縁される。すなわち、ベースフィルム３０は、薄膜の配線層３１の支持部材として機能すると共に、上側の配線基板２４との絶縁部材としても機能する。これにより、少ないスペースでバイアス電圧印加用配線部２９を設けることができるので検出基板２２の高密度積層が可能となる。
【００４９】
また、ベースフィルム３０はその厚さが例えば２５μｍ〜５０μｍで、パッド電極３１ａ，３１ｃおよび配線３１ｂの厚さが例えば１８μｍ、絶縁層３９の厚さが例えば２０μｍである。したがって、バイアス電圧印加用配線部２９の総厚は６３μｍ〜８８μｍ程度であるので、スペーサ２８の段差部２８ｂを例えば０．３ｍｍに設定することで、段差部２８ｂに十分に収容可能である。
【００５０】
さらに、配線層３１は、配線基板２４に形成された配線パターン２４ａから離隔して配置されている。これにより、配線基板２４内の絶縁対策が容易になる。
【００５１】
なお、バイアス電圧印加用配線部２９は、半導体検出ユニット２０を組み立てる際に、スペーサ２８の段差部２８ｂのＸ軸方向両側の側壁に規制されてＸ軸方向の位置決めがされる。さらにＹ軸方向の位置決めをするために、ベースフィルム３０に例えば直径０．５ｍｍの位置決め用孔３０−１を設けてもよい。スペーサ２８に予め基準マークを形成し、この位置決め用孔３０−１の位置を基準マークに合わせることで、Ｙ軸方向の位置決めが容易となる。
【００５２】
なお、先の図４を参照するに、検出基板２２は、半導体検出素子２５とスペーサ２８とが所定の位置関係となるように配置・固着されている。所定の位置関係とは、例えば、半導体検出素子２５の外形と、スペーサ２８の腕部２８Ｂの側面との位置関係である。このように設定することでＸ−Ｙ平面上での半導体検出素子２５とスペーサ２８との位置関係が決まる。
【００５３】
第１の実施の形態によれば、バイアス電圧印加用配線部２９は、ベースフィルム３０とその下面に形成されたパッド電極３１ａ，３１ｃおよび配線３１ｂからなる配線層３１から構成される。バイアス電圧印加用配線部２９は、従来よりも薄く形成できるため、バイアス電圧印加用配線部２９が占める高さを低減でき、検出基板２２を高密度に積層できる。その結果、半導体検出素子２５間の隙間が低減され、検出効率が向上する。さらに、半導体検出ユニット２０の高さを低減でき、小型化できるという利点もある。
【００５４】
なお、図６に示す半導体検出素子２５は、その半導体結晶体３３が第２電極部３５側に溝部３３ａが形成されているが、半導体結晶体３３を平坦面として、その表面に第２電極部３５を設けてもよい。また、さらに、半導体結晶体３３の代わりに多数の針状の直方体の半導体結晶体を貼り合わせた集合体を用いてもよい。これらの半導体結晶体については、次に説明する第２の実施の形態においても同様である。
【００５５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るＰＥＴ装置は、第１の実施の形態に係るＰＥＴ装置の変形例であり、半導体検出ユニットのバイアス電圧供給用の配線構造が異なる以外は、図３等に示す半導体検出ユニットと同様に構成されている。
【００５６】
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体検出ユニットの斜視図、図１０は、第２の実施の形態に係る検出基板の分解斜視図、図１１は、図９に示す半導体検出ユニットのＣ−Ｃ線断面図である。
【００５７】
図９〜図１１を参照するに、半導体検出ユニット５０は、バイアス電圧供給用の配線構造が、バイアス電圧印加用配線部５９と、配線基板２４上に形成されたバイアス電源接続用電極５５と、バイアス電圧印加用配線部５９とバイアス電源接続用電極５５とを電気的に接続する、スペーサ２８の開口部２８−１に設けられた接続端子５６等からなる。
【００５８】
バイアス電圧印加用配線部５９は、先の図７に示したバイアス電圧印加用配線部２９と略同様に構成されるが、ベースフィルム３０が略矩形であり、パッド電極５１ｃが、スペーサ２８の開口部２８−１に対応する位置に形成されている。
【００５９】
また、配線基板２４の表面には、スペーサ２８の開口部２８−１に対応する位置から奥行き方向（Ｙ軸方向）の端部に亘ってバイアス電源接続用電極５５が形成されている。バイアス電源接続用電極５５には、バイアス電圧が外部の直流電源から供給される。
【００６０】
接続端子５６は例えば円筒状の金属材料からなる。接続端子５６は、スペーサ２８の開口部２８−１に挿入され、配線層５１のパッド電極５１ｃとバイアス電源接続用電極５５との間に、例えば銀ペースト等の導電性接着剤からなる導電性接着層３８によりそれぞれ接続される。以上説明したバイアス電圧供給用の配線構造により、半導体検出素子２５の第１電極部３４にバイアス電圧が供給される。
【００６１】
第２の実施の形態によれば、半導体検出素子２５に第１の実施の形態と異なる配線構造で略同様の効果を奏する半導体検出ユニット５０を提供できる。
【００６２】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００６３】
例えば、上述した実施の形態では、ＰＥＴ装置を例に説明したが、本発明は、ＳＰＥＣＴ（単一光子放射形コンピュータ断層撮影）装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】従来の放射線検出ユニットの断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るＰＥＴ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態に係る半導体検出ユニットの斜視図である。
【図４】第１の実施の形態の検出基板の分解斜視図である。
【図５】配線基板の平面図である。
【図６】図３に示す半導体検出ユニットのＡ−Ａ線断面図である。
【図７】バイアス電圧印加用配線部の平面図である。
【図８】図３に示す半導体検出ユニットのＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る半導体検出ユニットの斜視図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る検出基板の分解斜視図である。
【図１１】図９に示す半導体検出ユニットのＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ ＰＥＴ装置
１１，１１1〜１１8 検出器
１２ 情報処理部
１３ 表示部
１４ 制御部
１５ 入出力部
１６ 検出回路ユニット
２０，５０ 半導体検出ユニット
２１ 支持台
２２，５２ 検出基板
２３ 固定部材
２４ 配線基板
２４ａ 配線パターン
２４ｂ，３１ａ，３１ｃ，５１ｃ パッド電極
２５ 半導体検出素子
２６ コネクタ
２８ スペーサ
２８Ａ 基部
２８Ｂ 腕部
２８ａ 上面
２８ｂ 段差部
２８ｃ 下面
２９，５９ バイアス電圧印加用配線部
３０ ベースフィルム
３０−１ 位置決め用孔
３１，５１ 配線層
３１ｂ 配線
３３ 半導体結晶体
３４ 第１電極部
３５ 第２電極部
３６，３８ 導電性接着層
３９ 絶縁層
４１ 接着層
４２ バイアス端子
５５ バイアス電源接続用電極
５６ 接続端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線半導体検出素子を有する放射線検出ユニットおよびこれを用いた放射線検査装置に関し、特に、被検体内にある放射性同位元素から放出されたガンマ線を検出する放射線検出ユニットおよび放射線検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、生体（被検体）の内部の情報を得るために断層撮影装置が広く用いられるようになってきた。断層撮影装置としては、Ｘ線コンピュータ断層撮影（Ｘ線ＣＴ）装置、磁気共鳴映像装置、ＳＰＥＣＴ（single photon emission CT）装置、ポジトロン断層撮影（ＰＥＴ）装置が挙げられる。Ｘ線ＣＴ装置は、被検体のある断面に多方向から幅の狭いＸ線ビームを曝射し、透過したＸ線を検出してその断面内でのＸ線の吸収の度合いの空間分布をコンピュータで計算し画像化している。このように、Ｘ線ＣＴ装置は、被検体内部の形態的な異常、例えば出血巣を把握できる。
【０００３】
これに対し、ＰＥＴ装置は被検体内の機能情報が精密に得られるため、近年盛んに開発が進められている。ＰＥＴ装置を用いた診断方法は、まず、ポジトロン核種で標識された検査用薬剤を、注射や吸入等により被検体の内部に導入する。被検体内に導入された検査用薬剤は、検査用薬剤に応じた機能を有する特定の部位に蓄積される。例えば、糖類の検査用薬剤を用いた場合、ガン細胞等の新陳代謝の盛んな部位に選択的に蓄積される。このとき、検査用薬剤のポジトロン核種から陽電子が放出され、この陽電子と周囲の電子とが結合して消滅する際に２つのガンマ線（いわゆる消滅ガンマ線）が互いに約１８０度の方向に放出される。この２つのガンマ線を被検体の周りに配置した放射線検出器により同時検出し、コンピュータ等で画像を再生成することにより被検体における放射性同位元素の分布画像データを取得する。このようにＰＥＴ装置では被検体の体内の機能情報が得られるため、様々な難病の病理解明が可能である。
【０００４】
ＰＥＴ装置は、多数のガンマ線検出器が被検体を３６０度囲むように配置される。ガンマ線検出器は、半導体検出素子を備えた半導体検出器と、半導体検出素子に入射したガンマ線を電気的に検出するための検出回路からなる。ＰＥＴ装置は、検出回路からのガンマ線が入射したことを示す検出信号およびガンマ線が入射した半導体検出素子の位置情報に基づいて、ガンマ線の発生位置を同定する。そして、ＰＥＴ装置は、多数のガンマ線を検出することで、被検体内の検査用薬剤分布の画像を再生成する。
【０００５】
消滅ガンマ線は被検体からランダムな方向に放出されるので、半導体検出器には検出効率（発生した消滅ガンマ線の数に対する検出したガンマ線の数の割合）を向上させるために多数の半導体検出素子が配置される。例えば、図１に示すように、筐体１０１内に、半導体結晶体と半導体結晶体にアノードおよびカソードが交互に積層された半導体検出素子１０３や、信号処理を行う半導体装置１０４，１０５が実装された基板１０２を備える放射線検出ユニット１００が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００６】
半導体結晶体には、ガンマ線の入射により生成された電子正孔対をアノードおよびカソードにそれぞれ集めるためバイアス電圧が印加される。バイアス電圧は、短時間で効率良く電子正孔対を集めるため、極めて高い電圧に設定される。例えば、上記特許文献１ではバイアス電圧は３００Ｖに設定されている。
【特許文献１】特開２００５−１２８０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、半導体検出素子にバイアス電圧を供給するために、通常、ワイヤ配線や金属板が用いられている。これらの場合、検出基板を積層して高密度に半導体検出素子を配置しようとすると、ワイヤ配線や金属板と、配線基板とを電気的に絶縁する絶縁部材を設ける必要がある。ワイヤ配線や金属板に加え絶縁部材が占めるスペースが必要になるため、半導体検出素子を高密度に配置し難くなるという問題がある。半導体検出素子間に過度の隙間が生じるとその隙間を抜けるガンマ線の割合が多くなり検出効率が低下する。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、複数の検出基板を高密度に積層可能な放射線検出ユニット、およびこれを用いた放射線検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一観点によれば、配線基板と、該配線基板の上面に固着された放射線を検出する半導体検出素子と、該配線基板の上面に固着されたスペーサと、該半導体検出素子にバイアス電圧を供給するバイアス電圧印加用配線部と、を有する検出基板と、前記検出基板が複数積層された積層体を固定する固定手段と、を備え、前記半導体検出素子は、半導体結晶体と、該半導体結晶体の上面にバイアス電圧を印加する第１の電極部と、該半導体結晶体の下面に信号を取出す第２の電極部とを有し、前記バイアス電圧印加用配線部は、フィルム状の可撓性支持部材と、該可撓性支持部材の下面に、第１の電極部と電気的に接続されたパッド電極および配線からなる配線層を有し、前記半導体検出素子とその上側の検出基板の配線基板との間に設けられてなることを特徴とする放射線検出器が提供される。
【００１０】
本発明によれば、バイアス電圧印加用配線部は、フィルム状の可撓性支持部材とその下面に形成されたパッド電極および配線からなる配線層から構成される。したがって、バイアス電圧印加用配線部が占める高さを低減でき、検出基板を高密度に積層できる。その結果、半導体検出素子間の隙間が低減され、検出効率が向上する。さらに、可撓性支持部材は、配線層とその上側の検出基板とを電気的に絶縁する機能も合わせもつので、新たな絶縁部材を必要とせず、この点においても検出基板を高密度に積層できる。
【００１１】
また、前記スペーサは、その上面の横方向の内側に上面よりも低い段差部を有し、上下に隣接する前記検出基板同士が、下側のスペーサの上面と、上側のスペーサの下面とが接触して積層されてなり、前記バイアス電圧印加用配線部が、段差部と、その上側の検出基板の配線基板との間に収容されてなる構成としてもよい。これにより、バイアス電圧印加用配線部がスペーサの段差部上の空間に収容されるので、いっそう高密度に積層できる。
【００１２】
本発明の他の観点によれば、放射性同位元素を含む被検体から発生する放射線を検出する上記いずれかの放射線検出ユニットと、前記放射線検出ユニットに接続される検出回路ユニットと、前記検出回路ユニットから取得した放射線の入射時刻および入射位置を含む検出情報に基づいて前記放射性同位元素の被検体内における分布情報を取得する情報処理手段と、を備える放射線検査装置が提供される。
【００１３】
本発明によれば、放射線検出ユニットの複数の半導体検出素子が互いに高密度に配置されているので検出効率が向上し、短時間で精密な検査が可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の検出基板を高密度に積層でき、複数の半導体検出素子が高密度に配置された放射線検出ユニット、およびこれを用いた放射線検査装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ実施の形態を説明する。
【００１６】
図２は、本発明の実施の形態に係るＰＥＴ装置の構成を示すブロック図である。図２を参照するに、ＰＥＴ装置１０は、被検体Ｓの周囲に配置され、ガンマ線を検出する検出器１１と、検出器１１からの検出データを処理し、得られた被検体Ｓの体内のポジトロン核種ＲＩの位置の画像データを再生成する情報処理部１２と、画像データを表示等する表示部１３と、被検体Ｓや検出器１１の移動等の制御を行う制御部１４と、情報処理部１２や制御部１４に指示を送る端末や画像データを出力するプリンタ等からなる入出力部１５等から構成される。
【００１７】
検出器１１1〜１１8は、被検体Ｓの周囲に３６０度に亘って配置される。ここで、被検体Ｓの体軸方向をＺ軸方向（Ｚおよび−Ｚ方向）とする。検出器１１は、被検体Ｓに対して相対的にＺ軸方向に移動可能としてもよい。なお、図２においてＰＥＴ装置１０は８個の検出器１１1〜１１8が示されているがこれらの数は一例過ぎず、検出器１１1〜１１8の数は適宜選択される。
【００１８】
検出器１１は半導体検出ユニット２０と検出回路ユニット１６からなる。予め被検体Ｓにはポジトロン核種ＲＩで標識化された検査用薬剤が導入されている。半導体検出ユニット２０は、ガンマ線の入射面が被検体Ｓに面するように配置されている。
【００１９】
ポジトロン核種ＲＩから生じた陽電子の消滅の際に、２つのガンマ線γa、γbが同時に発生する。２つのガンマ線γa、γbは、互いに略１８０度をなして放出されるので、被検体Ｓを挟んで対向する検出器１１の半導体検出ユニット２０の半導体検出素子（図４に示す符号２５）に入射する。ガンマ線γa、γbが入射した半導体検出ユニット２０の各々は、ガンマ線γa、γbの入射により生じる電気信号（検出信号）を検出回路ユニット１６に送出する。
【００２０】
検出回路ユニット１６は、検出回路（不図示）備え、半導体検出ユニット２０から供給される検出信号に基づいて、ガンマ線γa、γbが検出素子に入射した時刻（入射時刻）を決定する。さらに、検出回路ユニット１６は、入射時刻および入射位置情報（ガンマ線を検出した素子の識別番号等）等の検出データを情報処理部１２に送出する。検出回路ユニット１６の検出回路は、アナログ回路とデジタル回路の混載回路から構成される。
【００２１】
情報処理部１２では、検出データに基づいてコインシデンス検出および画像再生成アルゴリズムによる画像データの再生成を行う。コインシデンス検出は、入射時刻が略一致する２つ以上の検出データがある場合、それらの検出データを有効と判定し、コインシデンス情報とする。また、コインシデンス検出は、ガンマ線入射時刻が一致しない検出データを無効と判定し破棄する。そして、コインシデンス情報と、コインシデンス情報に含まれる検出素子番号等と、これに対応する検出素子の位置情報等から所定の画像再生成アルゴリズム（例えば、期待値最大化（Ｅｘｐｅｃｔａｔｉｏｎ Ｍａｘｉｍｉｚａｔｉｏｎ）法）に基づいて画像データを再生成する。表示部１３は、入出力部１５の要求に応じて再生成された画像データを表示する。
【００２２】
以上の構成および動作により、ＰＥＴ装置１０は、被検体Ｓの体内に選択的に位置するポジトロン核種ＲＩからのガンマ線を検出し、ポジトロン核種ＲＩの分布状態の画像データを再構成する。
【００２３】
図３は、本発明の実施の形態に係る半導体検出ユニットの斜視図、図４は、第１の実施の形態の検出基板の分解斜視図である。なお、図３は、ガンマ線が入射する方向、すなわち半導体検出ユニットの正面側から見た図である。
【００２４】
図３および図４を参照するに、半導体検出ユニット２０は、支持台２１上に、複数の検出基板２２が積層された積層体からなり、積層体は４個のボルト２３ａおよびナット２３ｂからなる固定部材２３により固定されている。図４では一例として検出基板２２が１６個の場合を示している。検出基板２２は、配線基板２４、２つの半導体検出素子２５、コネクタ２６、スペーサ２８、およびバイアス電圧印加用配線部２９等から構成されている。検出基板２２は、上下の検出基板２２のそれぞれのスペーサ２８が互いに接触して積層されている。すなわち、下側のスペーサ２８の上面２８ａと上側のスペーサ２８の下面２８ｃとが接触し、スペーサ２８によって上下方向の検出基板２２の位置が規定されている。
【００２５】
図５は、配線基板の平面図である。図５を図３および図４と共に参照するに、配線基板２４には、ガラスエポキシ基板や、ポリイミド基板、ガラス基板およびアルミナ基板等のセラミック基板等を用いることができる。配線基板２４の表面には検出信号の取出し用のパッド電極２４ｂと、パッド電極２４ｂとコネクタ２６とを接続する配線パターン２４ａが形成されている。パッド電極２４ｂは、後述する半導体検出素子２５の第２電極部の導電膜と同数形成されている。配線基板２４は、配線パターン２４ａがその表面に形成されている以外に、配線基板２４中に形成されている、いわゆる多層積層配線基板である。なお、配線基板２４は、単層配線基板でもよい。
【００２６】
また、配線基板２４にはバイアス電圧印加用の配線が形成されていないので、配線パターン２４ａを例えば配線基板２４の幅方向（Ｘ軸方向）の中央から略線対称に配置できる。このため、配線パターン２４ａの非対称な配置に起因する配線基板２４の反りや撓み等を低減でき、過度の反りや撓みによって生じる、半導体結晶素子２５が配線基板２４から剥離するような深刻な障害を回避できる。
【００２７】
コネクタ２６は、そのタイプは特に限定されず、例えばフレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ）等が接続可能なフラットケーブル用コネクタを用いることができる。
【００２８】
図６は、図３に示す半導体検出ユニットのＡ−Ａ線断面図であり、配線層３１のパッド電極３１ａを通る断面図である。なお、図６は、２個の検出基板の断面のみを示し、他は検出基板を省略している。
【００２９】
図６を図３および図４と共に参照するに、半導体検出素子２５は、下面に溝部３３ａが形成された略平板状の半導体結晶体３３と、半導体結晶体３３の上面に形成された第１電極部３４と、半導体結晶体３３の下面に形成された第２電極部３５等からなる。
【００３０】
半導体結晶体３３は、その材料としては、例えば、エネルギーが５１１ｋｅＶのガンマ線に有感なテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、Ｃｄ1-xＺｎxＴｅ（ＣＺＴ）、臭化タリウム（ＴｌＢｒ）、シリコンなどが挙げられる。また、これらの材料には導電性等を制御するためのドーパントが含まれていてもよい。シリコンはＣｄＴｅよりも機械的強度が高いので加工中に結晶欠陥が生じにくいので好ましい。半導体結晶体３３は、半導体の結晶成長法であるブリッジマン法や、移動加熱法を用いて半導体結晶を形成し、所定の結晶方位に平板状に切出して得られる。
【００３１】
また、半導体結晶体３３の下面には、幅方向（Ｘ軸方向）に等間隔に離隔され、奥行き方向（Ｙ軸方向）に延在する複数の溝部３３ａが形成されている。半導体結晶体３３を溝部３３ａによって幅方向に分割することで、ガンマ線の幅方向の入射位置をより正確に検出できるようになる。
【００３２】
第１電極部３４は、半導体結晶体３３の上面を略覆う導電膜からなる。第１電極部３４には負のバイアス電圧Ｖｂが印加され、カソードとなっている。半導体結晶体３３がＣｄＴｅからなる場合は第１電極部３４には、例えばＰｔ膜が用いられる。第１電極部３４は、バイアス電圧印加用配線部２９の配線層３１のパッド電極３１ａと導電性接着層３８により電気的に接続されている。バイアス電圧Ｖbは、直流電圧で例えば−６０Ｖ〜−１０００Ｖに設定される。
【００３３】
第２電極部３５は、半導体結晶体３３の下面に、溝部３３ａと溝部３３ａとの間の凸部の表面に、Ｘ軸方向には所定の幅で、隣接する電極とは互いに離隔され、Ｙ軸方向に延在する複数の導電膜からなる。半導体結晶体３３がＣｄＴｅからなる場合は、第２電極部３５は例えばＡｕ（金）膜からなり、半導体結晶体３３の第２電極部３５側にはＩｎ（インジウム）が注入・拡散される。これにより第２電極部３５とＣｄＴｅとの間にショットキー接合が形成される。第２電極部３５の各々の導電膜は配線基板２４に設けられたパッド電極２４ｂに導電性ペーストや異方性導電接着剤等の導電性接着層３６により固着されている。
【００３４】
パッド電極２４ｂは配線パターン（図５に示す符号“２４ａ”）およびコネクタ２６を介して、図示されない検出回路ユニットの検出回路に接続される。検出回路では、抵抗を介して接地されるので、第２電極部３５はアノードとなる。なお、第２電極部３５の導電膜には接続される回路を一つのみ示し他を省略している。
【００３５】
次に半導体検出素子２５の動作を説明する。半導体結晶体３３にガンマ線が入射すると、確率的に電子正孔対が生成される。半導体結晶体３３には、第２電極部３５から第１電極部３４の方向に電界が印加されているので正孔は第１電極部３４に引きつけられ、電子は第２電極部３５に引きつけられ出力信号（検出信号）が検出回路ユニットの検出回路に送出される。
【００３６】
スペーサ２８は、Ｘ軸方向に延在する平板状の基部２８Ａと、基部２８ＡのＸ軸方向の両側部にＹ軸方向の紙面手前側（ガンマ線の入射方向）に延在する一対の腕部２８Ｂを有する。スペーサ２８には、基部２８Ａと一対の腕部２８Ｂにより三方が囲まれ、ガンマ線入射側が開放されたスペースが形成される。このスペースには、スペーサ２８が配線基板２４に固着された２つの半導体検出素子２５が収容される。半導体検出素子２５とスペーサ２８との互いの接触が回避される。これにより、半導体検出素子２５とスペーサ２８とが互いに接触する場合よりも互いの位置決めがし易くなる。
【００３７】
また、スペーサ２８は下面２８ｃが平坦になっている。スペーサ２８には、下面２８ｃを基準とした場合、最も高い面である上面２８ａと、上面２８ａよりも低い段差部２８ｂが設けられている。上面２８ａは平坦であり、上面２８ａと下面２８ｃとにより検出基板２２の上下方向の位置が規定される。また、下面２８ｃには、配線基板２４の上面と接着層４１を介して接着されている。下面２８ｃは平坦であるので、配線基板２４の上面の上下方向の位置を正確に決められる。
【００３８】
段差部２８ｂは、上面２８ａのＸ軸方向内側に設けられ、スペーサ２８のＹ軸方向に延在している。図６に示すように、段差部２８ｂ上にはバイアス電圧印加用配線部２９が収容されると共に、その上に積層される検出基板２２の配線基板２４が収容され、バイアス電圧印加用配線部２９は上側の配線基板２４との接触が回避される。これにより、スペーサ２８の厚さだけで検出基板２２の上下方向（Ｚ軸方向）の位置が決まるので、半導体検出素子２５の上下方向の位置決めが容易になり、その結果、精度良く半導体検出素子２５を配置できる。
【００３９】
また、スペーサ２８には厚さ方向に貫通する開口部２８−１〜２８−３が設けられている。開口部２８−１は、スペーサ２８のＸ軸方向の両側にそれぞれ２つが設けられている。開口部２８−１は、半導体検出ユニット２０を固定するためのボルト２３ａの軸が挿入されるが、その内径（直径）はボルトの軸の直径よりも大きく設定されている。なお、開口部２８−１はＸ軸方向両側部にそれぞれ２個形成されているが、１個でもよく３個以上でもよい。また、開口部２８−２，２８−３は、例えば、図４に示す配線基板２４とスペーサ２８とを固着するための接着剤を導入するために設けられている。開口部２８−２，２８−３は、その数に特に制限はなく、第１の実施の形態では、設けなくともよい。
【００４０】
また、スペーサ２８は、半導体検出ユニット２０の固定の際の上下方向の締め付け力により変形しない程度の弾性率を有する材料であれば特に制限はないが、例えば、金属（合金）およびセラミック材料等から選択される。スペーサ２８は、とりわけセラミック材料からなることが好ましい。スペーサ２８は、セラミック材料を用いる場合、鋳型により成型し上面２８ａおよび下面２８ｃが研磨加工により精度良く形成される。セラミック材料では研磨加工により平坦性良く、かつ極めて高い寸法精度が得られるため、スペーサ２８は良好な寸法精度が得られる。なお、段差部２８ｂは上面２８ａや下面２８ｃよりも比較的研磨加工し難いが、段差部２８ｂの平坦性や寸法は上面２８ａや下面２８ｃよりも精度が悪くてもよいため、スペーサ２８が製造し易いという利点がある。
【００４１】
図７は、バイアス電圧印加用配線部の平面図、図８は、図３に示す半導体検出ユニットのＢ−Ｂ線断面図である。なお、図７では、配線層３１は実線で示しているが、ベースフィルム３０の下側に形成されている。また、図８は、図３に示す配線層３１に沿った断面図である。
【００４２】
図７および図８を図４および図６と共に参照するに、バイアス電圧印加用配線部２９は、ベースフィルム３０と、ベースフィルム３０の下面に形成されたパッド電極３１ａ、３１ｃおよびパッド電極３１ａと３１ｃとを接続する配線３１ｂからなる配線層３１から構成される。
【００４３】
ベースフィルム３０は、可撓性樹脂材料、例えばポリイミドやポリエステルからなり、耐熱性が優れる点でポリイミドが好適である。なお、ベースフィルム３０は、単層でも多層積層体のいずれでもよい。
【００４４】
パッド電極３１ａは、ベースフィルム３０の下面に、２つの半導体検出素子２５の第１電極部３４のそれぞれに対応する位置に形成されている。
【００４５】
また、パッド電極３１ｃはパッド電極３１ａと配線３１ｂにより電気的に接続され、パッド電極３１ａの他端に、開口部３１ｃ−１と共に形成されている。パッド電極３１ｃは、配線基板２４よりも外側に延出した位置に設けられており、バイアス電圧が供給されるバイアス端子４２（例えば、棒状のステアタイト等の絶縁材中を金属材料からなる貫通端子が形成された端子）が接続される。バイアス端子４２は、そのねじ部（例えば“おねじ”）がパッド電極３１ｃの開口部３１ｃ−１に挿入され、その上のバイアス端子４２のねじ部（例えば“めねじ”）と螺合することで、バイアス端子４２とパッド電極３１ｃとが圧接され、電気的に接続される。バイアス端子４２により上下の検出基板２２のパッド電極３１ｃをそれぞれ接続することで、半導体検出ユニット２０の総てのパッド電極３１ｃを一本に連なったバイアス端子４２により電気的に接続される。このように、多数の検出基板２２にバイアス電圧を簡単な構造で容易に供給できる。また、バイアス端子４２を検出信号が伝送されるコネクタ２６から離隔することで、コネクタ２６の耐圧設計が容易になる。
【００４６】
パッド電極３１ａ，３１ｃおよび配線３１ｂは電気めっきあるいは無電解めっき等によるＣｕ膜からなり、パッド電極３１ａ，３１ｃはさらにＣｕ膜の表面を覆うＡｕ膜が形成される。
【００４７】
配線層３１は、パッド電極３１ａ，３１ｃ以外の表面、すなわち配線３１ｂの表面にはレジスト材等の絶縁層３９が形成されている。絶縁層３９によりバイアス電圧用配線層３１がパッド電極３１ａ以外の部分で第１電極部３４やスペーサ２８に電気的に接触することが回避される。
【００４８】
また、配線層３１には、上述したように、−６０Ｖ〜−１０００Ｖのバイアス電圧が印加されるが、ベースフィルム３０により、その上側の配線基板２４と配線層３１とが電気的に絶縁される。すなわち、ベースフィルム３０は、薄膜の配線層３１の支持部材として機能すると共に、上側の配線基板２４との絶縁部材としても機能する。これにより、少ないスペースでバイアス電圧印加用配線部２９を設けることができるので検出基板２２の高密度積層が可能となる。
【００４９】
また、ベースフィルム３０はその厚さが例えば２５μｍ〜５０μｍで、パッド電極３１ａ，３１ｃおよび配線３１ｂの厚さが例えば１８μｍ、絶縁層３９の厚さが例えば２０μｍである。したがって、バイアス電圧印加用配線部２９の総厚は６３μｍ〜８８μｍ程度であるので、スペーサ２８の段差部２８ｂを例えば０．３ｍｍに設定することで、段差部２８ｂに十分に収容可能である。
【００５０】
さらに、配線層３１は、配線基板２４に形成された配線パターン２４ａから離隔して配置されている。これにより、配線基板２４内の絶縁対策が容易になる。
【００５１】
なお、バイアス電圧印加用配線部２９は、半導体検出ユニット２０を組み立てる際に、スペーサ２８の段差部２８ｂのＸ軸方向両側の側壁に規制されてＸ軸方向の位置決めがされる。さらにＹ軸方向の位置決めをするために、ベースフィルム３０に例えば直径０．５ｍｍの位置決め用孔３０−１を設けてもよい。スペーサ２８に予め基準マークを形成し、この位置決め用孔３０−１の位置を基準マークに合わせることで、Ｙ軸方向の位置決めが容易となる。
【００５２】
なお、先の図４を参照するに、検出基板２２は、半導体検出素子２５とスペーサ２８とが所定の位置関係となるように配置・固着されている。所定の位置関係とは、例えば、半導体検出素子２５の外形と、スペーサ２８の腕部２８Ｂの側面との位置関係である。このように設定することでＸ−Ｙ平面上での半導体検出素子２５とスペーサ２８との位置関係が決まる。
【００５３】
第１の実施の形態によれば、バイアス電圧印加用配線部２９は、ベースフィルム３０とその下面に形成されたパッド電極３１ａ，３１ｃおよび配線３１ｂからなる配線層３１から構成される。バイアス電圧印加用配線部２９は、従来よりも薄く形成できるため、バイアス電圧印加用配線部２９が占める高さを低減でき、検出基板２２を高密度に積層できる。その結果、半導体検出素子２５間の隙間が低減され、検出効率が向上する。さらに、半導体検出ユニット２０の高さを低減でき、小型化できるという利点もある。
【００５４】
なお、図６に示す半導体検出素子２５は、その半導体結晶体３３が第２電極部３５側に溝部３３ａが形成されているが、半導体結晶体３３を平坦面として、その表面に第２電極部３５を設けてもよい。また、さらに、半導体結晶体３３の代わりに多数の針状の直方体の半導体結晶体を貼り合わせた集合体を用いてもよい。これらの半導体結晶体については、次に説明する第２の実施の形態においても同様である。
【００５５】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態に係るＰＥＴ装置は、第１の実施の形態に係るＰＥＴ装置の変形例であり、半導体検出ユニットのバイアス電圧供給用の配線構造が異なる以外は、図３等に示す半導体検出ユニットと同様に構成されている。
【００５６】
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体検出ユニットの斜視図、図１０は、第２の実施の形態に係る検出基板の分解斜視図、図１１は、図９に示す半導体検出ユニットのＣ−Ｃ線断面図である。
【００５７】
図９〜図１１を参照するに、半導体検出ユニット５０は、バイアス電圧供給用の配線構造が、バイアス電圧印加用配線部５９と、配線基板２４上に形成されたバイアス電源接続用電極５５と、バイアス電圧印加用配線部５９とバイアス電源接続用電極５５とを電気的に接続する、スペーサ２８の開口部２８−１に設けられた接続端子５６等からなる。
【００５８】
バイアス電圧印加用配線部５９は、先の図７に示したバイアス電圧印加用配線部２９と略同様に構成されるが、ベースフィルム３０が略矩形であり、パッド電極５１ｃが、スペーサ２８の開口部２８−１に対応する位置に形成されている。
【００５９】
また、配線基板２４の表面には、スペーサ２８の開口部２８−１に対応する位置から奥行き方向（Ｙ軸方向）の端部に亘ってバイアス電源接続用電極５５が形成されている。バイアス電源接続用電極５５には、バイアス電圧が外部の直流電源から供給される。
【００６０】
接続端子５６は例えば円筒状の金属材料からなる。接続端子５６は、スペーサ２８の開口部２８−１に挿入され、配線層５１のパッド電極５１ｃとバイアス電源接続用電極５５との間に、例えば銀ペースト等の導電性接着剤からなる導電性接着層３８によりそれぞれ接続される。以上説明したバイアス電圧供給用の配線構造により、半導体検出素子２５の第１電極部３４にバイアス電圧が供給される。
【００６１】
第２の実施の形態によれば、半導体検出素子２５に第１の実施の形態と異なる配線構造で略同様の効果を奏する半導体検出ユニット５０を提供できる。
【００６２】
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【００６３】
例えば、上述した実施の形態では、ＰＥＴ装置を例に説明したが、本発明は、ＳＰＥＣＴ（単一光子放射形コンピュータ断層撮影）装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】従来の放射線検出ユニットの断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係るＰＥＴ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１の実施の形態に係る半導体検出ユニットの斜視図である。
【図４】第１の実施の形態の検出基板の分解斜視図である。
【図５】配線基板の平面図である。
【図６】図３に示す半導体検出ユニットのＡ−Ａ線断面図である。
【図７】バイアス電圧印加用配線部の平面図である。
【図８】図３に示す半導体検出ユニットのＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る半導体検出ユニットの斜視図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る検出基板の分解斜視図である。
【図１１】図９に示す半導体検出ユニットのＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ ＰＥＴ装置
１１，１１1〜１１8 検出器
１２ 情報処理部
１３ 表示部
１４ 制御部
１５ 入出力部
１６ 検出回路ユニット
２０，５０ 半導体検出ユニット
２１ 支持台
２２，５２ 検出基板
２３ 固定部材
２４ 配線基板
２４ａ 配線パターン
２４ｂ，３１ａ，３１ｃ，５１ｃ パッド電極
２５ 半導体検出素子
２６ コネクタ
２８ スペーサ
２８Ａ 基部
２８Ｂ 腕部
２８ａ 上面
２８ｂ 段差部
２８ｃ 下面
２９，５９ バイアス電圧印加用配線部
３０ ベースフィルム
３０−１ 位置決め用孔
３１，５１ 配線層
３１ｂ 配線
３３ 半導体結晶体
３４ 第１電極部
３５ 第２電極部
３６，３８ 導電性接着層
３９ 絶縁層
４１ 接着層
４２ バイアス端子
５５ バイアス電源接続用電極
５６ 接続端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と、該配線基板の上面に固着された放射線を検出する半導体検出素子と、該配線基板の上面に固着されたスペーサと、該半導体検出素子にバイアス電圧を供給するバイアス電圧印加用配線部と、を有する検出基板と、
前記検出基板が複数積層された積層体を固定する固定手段と、を備え、
前記半導体検出素子は、半導体結晶体と、該半導体結晶体の上面にバイアス電圧を印加する第１の電極部と、該半導体結晶体の下面に信号を取出す第２の電極部とを有し、
前記バイアス電圧印加用配線部は、フィルム状の可撓性支持部材と、該可撓性支持部材の下面に、第１の電極部と電気的に接続されたパッド電極および配線からなる配線層を有し、前記半導体検出素子とその上側の検出基板の配線基板との間に設けられてなることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
前記スペーサは、その上面の横方向の内側に上面よりも低い段差部を有し、
上下に隣接する前記検出基板同士が、下側のスペーサの上面と、上側のスペーサの下面とが接触して積層されてなり、
前記バイアス電圧印加用配線部が、段差部と、その上側の検出基板の配線基板との間に収容されてなることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記バイアス電圧印加用配線部は、バイアス電圧が供給される側が検出基板から外側に延出してなることを特徴とする請求項１または２記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記配線基板は、その上面にバイアス電圧が供給されるバイアス電源接続用パッド電極が形成されてなり、
前記バイアス電圧印加用配線部の配線層とバイアス電源接続用パッド電極とを接続する接続端子をさらに有することを特徴とする請求項１または２記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記スペーサは、その段差部に厚さ方向に貫通すると共に配線基板の表面を露出させる開口部を有し、
前記接続端子は円筒状の金属部材からなり開口部中に配置されてなることを特徴とする請求項４記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記スペーサはセラミック材料からなることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の放射線検出ユニット。
【請求項７】
放射性同位元素を含む被検体から発生する放射線を検出する請求項１〜６のうちいずれか一項記載の放射線検出ユニットと、
前記放射線検出ユニットに接続される検出回路ユニットと、
前記検出回路ユニットから取得した放射線の入射時刻および入射位置を含む検出情報に基づいて前記放射性同位元素の被検体内における分布情報を取得する情報処理手段と、を備える放射線検査装置。
【請求項１】
配線基板と、該配線基板の上面に固着された放射線を検出する半導体検出素子と、該配線基板の上面に固着されたスペーサと、該半導体検出素子にバイアス電圧を供給するバイアス電圧印加用配線部と、を有する検出基板と、
前記検出基板が複数積層された積層体を固定する固定手段と、を備え、
前記半導体検出素子は、半導体結晶体と、該半導体結晶体の上面にバイアス電圧を印加する第１の電極部と、該半導体結晶体の下面に信号を取出す第２の電極部とを有し、
前記バイアス電圧印加用配線部は、フィルム状の可撓性支持部材と、該可撓性支持部材の下面に、第１の電極部と電気的に接続されたパッド電極および配線からなる配線層を有し、前記半導体検出素子とその上側の検出基板の配線基板との間に設けられてなることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
前記スペーサは、その上面の横方向の内側に上面よりも低い段差部を有し、
上下に隣接する前記検出基板同士が、下側のスペーサの上面と、上側のスペーサの下面とが接触して積層されてなり、
前記バイアス電圧印加用配線部が、段差部と、その上側の検出基板の配線基板との間に収容されてなることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
【請求項３】
前記バイアス電圧印加用配線部は、バイアス電圧が供給される側が検出基板から外側に延出してなることを特徴とする請求項１または２記載の放射線検出器。
【請求項４】
前記配線基板は、その上面にバイアス電圧が供給されるバイアス電源接続用パッド電極が形成されてなり、
前記バイアス電圧印加用配線部の配線層とバイアス電源接続用パッド電極とを接続する接続端子をさらに有することを特徴とする請求項１または２記載の放射線検出器。
【請求項５】
前記スペーサは、その段差部に厚さ方向に貫通すると共に配線基板の表面を露出させる開口部を有し、
前記接続端子は円筒状の金属部材からなり開口部中に配置されてなることを特徴とする請求項４記載の放射線検出器。
【請求項６】
前記スペーサはセラミック材料からなることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の放射線検出ユニット。
【請求項７】
放射性同位元素を含む被検体から発生する放射線を検出する請求項１〜６のうちいずれか一項記載の放射線検出ユニットと、
前記放射線検出ユニットに接続される検出回路ユニットと、
前記検出回路ユニットから取得した放射線の入射時刻および入射位置を含む検出情報に基づいて前記放射性同位元素の被検体内における分布情報を取得する情報処理手段と、を備える放射線検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２０６０３３（Ｐ２００７−２０６０３３Ａ）
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２８８１１（Ｐ２００６−２８８１１）
【出願日】平成１８年２月６日（２００６．２．６）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月１６日（２００７．８．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月６日（２００６．２．６）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
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