放射線計測回路及びそれを用いた核医学診断装置
【課題】放射線計測時に電気的導通が良好な半導体放射線検出器の放射線計測回路と、この放射線計測回路を用いた核医学診断装置を提供する。
【解決手段】半導体素子Ｓの表面に形成した導電性薄膜の電極Ａ，Ｃと、導電部材２２，２３と、を導電性接着材２４により接着して、半導体放射線検出器２１を構成する。放射線計測回路１００は、半導体放射線検出器２１、抵抗器４１、コンデンサ４３、前置増幅器４５、高電圧電源２７、制御手段３０、電圧調整手段３１、メカニカルリレー３３、保護ダイオード４８等を備える。メカニカルリレー３３は、導電性接着材２４の導通回復作業用の第１の高電圧以下の所定の第２の高電圧の状態のときに、オン・オフ動作をして、半導体放射線検出器２１の導電性接着材２４の導通回復作業を行なうが、保護ダイオード４８があるために、オン・オフ動作に伴って発生する高電圧のために前置増幅器４５が破損することはない。
【解決手段】半導体素子Ｓの表面に形成した導電性薄膜の電極Ａ，Ｃと、導電部材２２，２３と、を導電性接着材２４により接着して、半導体放射線検出器２１を構成する。放射線計測回路１００は、半導体放射線検出器２１、抵抗器４１、コンデンサ４３、前置増幅器４５、高電圧電源２７、制御手段３０、電圧調整手段３１、メカニカルリレー３３、保護ダイオード４８等を備える。メカニカルリレー３３は、導電性接着材２４の導通回復作業用の第１の高電圧以下の所定の第２の高電圧の状態のときに、オン・オフ動作をして、半導体放射線検出器２１の導電性接着材２４の導通回復作業を行なうが、保護ダイオード４８があるために、オン・オフ動作に伴って発生する高電圧のために前置増幅器４５が破損することはない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶素子を機能素子として用いるために外部の電気回路と接続するための導電部材を電気的に接続した結晶素子組み立て体を半導体放射線検出器とし、その半導体放射線検出器における導電部材と結晶素子との電気的導通を良好に維持し、放射線検出信号を処理するための放射線計測回路と、この放射線計測回路を用いた核医学診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、放射線計測技術を医療分野に応用した装置として、ガンマカメラ、単光子放出型断層撮影装置〔ＳＰＥＣＴ(Single Photon Emission Computed Tomography）装置〕、及び陽電子放出型断層撮影装置〔ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置〕のような核医学診断装置が知られている。これらの装置で使用されている放射線検出器は、シンチレータと光電子増倍管とを組み合わせたものがほとんどである。一方、放射線検出器としてシンチレータではなく、半導体を用いることが、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されている。
このような半導体放射線検出器では、半導体素子の結晶に入射したγ線による光電効果で電子と正孔とが生成し、それを外部から印加した電圧により生じる電界で移動させて、電荷を外部に取り出すようになっており、この電荷量が放射線のエネルギーに比例するので、電荷量を正確に測定することで放射線のエネルギーを正確に知ることができる。そのため、半導体はシンチレータと光電子増倍管との組み合わせよりも正確に放射線のエネルギーを測定することができるという利点を有する。
また、半導体放射線検出器は、シンチレータと光電子増倍管との組み合わせよりも位置検出精度が良いという特徴を有している。
【０００３】
ところで、放射線、とりわけγ線を検出するための半導体として、ガンマカメラ、ＳＰＥＣＴ装置、ＰＥＴ装置などの核医学診断装置で使用するγ線を感度よく測定するという点で、実効原子番号が大きく、又、取扱いの点で室温動作可能であるテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）やテルル化亜鉛カドミウム（ＣｄＺｎＴｅ）を使用する方法が知られている。ここで、シリコンやゲルマニウムも用いられるが、これらは、高エネルギーのγ線に対する感度が低いため、Ｘ線の検出に使用されることが多い。核医学診断に用いられる放射性物質としては、例えば、テクネチウム９９ｍやフッ素１８が知られており、これらの放射性物質から放出されるγ線のエネルギーは、１４１ｋｅＶあるいは５１１ｋｅＶであり、物質に対する透過力が高い。そのため、原子番号が大きい物質を放射線検出器に使用するほうが、γ線を多く吸収して放射線検出信号を出力するのに有利である。この点、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅは、平均の原子番号が大きいのでγ線の吸収能力に優れているという利点を有する。
【０００４】
ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅなどの半導体結晶を放射線検出器の放射線検出素子として使用する場合、半導体結晶にアノード電極とカソード電極を設ける。アノード電極とカソード電極には通常、導電性薄膜が用いられ、更に、アノード電極及びカソード電極を外部回路と接続するために導電部材がアノード電極及びカソード電極に接続される。このときＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅは、結晶が脆く、耐熱温度も１８０℃程度であることから、ハンダによりアノード電極及びカソード電極と導電部材を接続することは困難である。
ちなみに、電子部品をハンダで電気的に接続する場合、その耐熱温度は概ね２５０℃程度である。
従って、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅの半導体結晶に蒸着やスパッタリングにより形成したアノード電極及びカソード電極と導電部材とを接続する場合には、接合部材として導電性接着材が用いられる。
【０００５】
導電性接着材は、エポキシなどの樹脂バインダにフィラーと称される銀など導電性物質のフレークを配合したもので、樹脂の硬化処理時に樹脂が収縮することでフィラー同士が接触して導電性を発現させるものである。そのため、導電性接着材による接合は、例えば、ハンダと銅との接続関係などとは異なり、むしろ点接点に近いものである。
一方、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅ等の半導体結晶を用いた半導体放射線検出素子には、放射線計測時には通常、数十〜数百ボルト程度のバイアス電圧を印加し、そのとき半導体放射線検出素子にはナノアンペア前後の漏れ電流が流れ、例えば、γ線が入射したときには数十〜数百ナノアンペアのパルス電流信号が漏れ電流に重畳して一瞬流れる。
【０００６】
実際に導電部材とＣｄＴｅの半導体結晶の対向する面にアノード電極及びカソード電極の導電性薄膜を形成し、それを単位としてアノード電極同士及びカソード電極同士を向き合わせ、アノード電極同士の間及びカソード電極同士の間に導電部材を介設し、アノード電極及びカソード電極と導電部材とは導電性接着材で接着して、前記単位を積層し、半導体放射線検出器を製作した。しかしながら、この製作した半導体放射線検出器を数ヶ月にわたって実験的に使用したところ、一部の半導体放射線検出器において、放射線検出信号（電荷信号）のノイズが増し、エネルギー分解能等の低下を生じた。
これは、長期間の使用により導電部材とアノード電極及びカソード電極とを接着している導電性接着材の収縮力の低下やフィラーの導電性物質の酸化などによって、導通が不安定になることに起因すると推察された。
【０００７】
一方、放射線の入力によって、半導体放射線検出器に生じる電荷は、数フェムトクーロンから数十フェムトクーロンの微小なものであり、電流値としてはマイクロアンペアに満たない程度である。このため、このような弱い信号が導通性の不安定な部分を通過する際に、信号にひずみが生じる可能性があり、それが半導体放射線検出器の劣化として現われ、エネルギー分解能の低下に至るおそれもあった。
これに対し特許文献３には、通常の測定のときには導電性接着材に微小な電流を通電し、導電性接着材の導通改善のために大きな電流を流すときには、半導体放射線検出器を光源により照らし、増幅器にその電流が流れないように保護回路を介して接地側に流す技術が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３１７１４０号公報
【特許文献２】特開２００５−１００６６４４号公報
【特許文献３】特開２００７−１３９４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献３に記載された技術では、光源により基板に多数配置されている半導体放射線検出器を一様に照射することが難しく、一様な高電流を各半導体放射線検出器の導電性接着材が使用されている部分に流すことが難しく、導電性接着材の良好な導通性維持に問題があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、放射線計測時に電気的導通が良好な、結晶素子組み立て体を半導体放射線検出器として用いた放射線計測回路と、この放射線計測回路を用いた安定な、エネルギー分解能に優れた核医学診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記した目的を達成するため、本願の第１の発明の放射線計測回路は、機能素子である結晶素子の表面に形成した導電性薄膜に対して、外部との電気的接続を行なうための２つの導電部材を設け、導電性粒子及びバインダで構成される導電性接着材により、導電性薄膜と導電部材とを接着して結晶素子組み立て体とし、結晶素子組み立て体に放射線が入射したときに発生した電荷を導電性接着材及び導電部材を経由して信号として取り出す半導体放射線検出器と、半導体放射線検出器からの信号を増幅及び整形する増幅器と、結晶素子組み立て体の一方の導電部材に高電圧を供給する高電圧電源と、高電圧電源と一方の導電部材との間に介設し、高電圧電源から供給される電圧を、放射線計測状態の所定の第１の高電圧に設定する電圧調整手段と、を備える放射線計測回路において、
更に、電圧調整手段の後段に配されたリレースイッチと、電圧調整手段とリレースイッチとを制御する制御手段と、を備え、
制御手段は、電圧調整手段において、高電圧電源からの高電圧を、導電性接着材の導通回復作業用の第１の高電圧以下の所定の第２の高電圧に設定させ、リレースイッチにおいて、オン・オフ動作をさせて、半導体放射線検出器の導電性接着材の導通回復作業を行なうことを特徴とする。
【００１２】
本願の第２の発明の放射線計測回路は、機能素子である結晶素子の表面に形成した導電性薄膜に対して、外部との電気的接続を行なうための２つの導電部材を設け、導電性粒子及びバインダで構成される導電性接着材により、導電性薄膜と導電部材とを接着して結晶素子組み立て体とし、結晶素子組み立て体に放射線が入射したときに発生した電荷を導電性接着材及び導電部材を経由して信号として取り出す半導体放射線検出器と、半導体放射線検出器からの信号を増幅及び整形する増幅器と、結晶素子組み立て体の一方の導電部材に高電圧を供給する高電圧電源と、高電圧電源と一方の導電部材との間に介設し、高電圧電源から供給される電圧を、所定の高電圧に設定する電圧調整手段と、を備える放射線計測回路において、
更に、電圧調整手段の後段に配されたリレースイッチと、電圧調整手段と前記リレースイッチとを制御する制御手段と、結晶素子組み立て体の他方の導電部材に接続して信号として取り出す信号線の増幅器の手前に接続する所定の第１の静電容量を有する第１のコンデンサと、第１のコンデンサに直列に、半導体放射線検出器側に配設される第１の静電容量よりも十分に大きな所定の第２の静電容量を有する第２のコンデンサと、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間の、信号線の中間の接続点から保護ダイオードを介して接地する保護回路と、を備え、
制御手段は、電圧調整手段において、所定の高電圧に設定させ、リレースイッチにおいて、オン・オフ動作をさせて、半導体放射線検出器の導電性接着材の導通回復作業を行なうことを特徴とする。
【００１３】
第１及び第２の発明によれば、制御手段がリレースイッチをオン・オフ動作させたときに流れる大きい電流によって、接着構造部分の導電性接着材の導電性粒子を再度結合したり、導電性接着材に形成された酸化膜を破壊したりすることができ、導電性接着材の導通性を安定化させることができる。
更に、第２の発明によれば、半導体放射線検出器の導電性接着材の導通回復作業時には、第２のコンデンサと保護回路により高電流が接地側に流され、放射線計測時には保護回路が動作しないように確実にできるので、増幅器側に送る放射線検出信号に保護回路による雑音が入らない。
【００１４】
本願の第３の発明の核医学診断装置は、前記第１の発明又は前記第２の発明の放射線計測回路を用いたことを特徴とする。
第３の発明によれば、放射線計測のために半導体放射線検出器に所定の高電圧を印加した状態で、リレースイッチをオン・オフ動作させることで、導通不安定による故障発生を効果的に抑制することができ、長期間にわたって放射線検出の性能を維持することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、測定時に電気的導通が良好な、結晶素子組み立て体を半導体放射線検出器として用いた放射線計測回路と、この放射線計測回路を用いた安定な、エネルギー分解能に優れた核医学診断装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
《第１の実施形態》
次に、図を参照しながら本発明の好適な第１の実施形態であるＰＥＴ装置（核医学診断装置）を例に、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
（半導体放射線検出器）
先ず、本実施形態で用いられる半導体放射線検出器の詳細な構成について説明する。
図１は本実施形態における半導体放射線検出器の１例の斜視図であり、（ａ）は、半導体放射線検出器を構成する単位の半導体放射線検出素子の模式斜視図であり、（ｂ）は、半導体放射線検出素子を複数重ねて構成した半導体放射線検出器の斜視図であり、（ｃ）は、半導体放射線検出器を配線基板に設置した状態を模式的に示した図である。
【００１７】
半導体放射線検出器（結晶素子組み立て体）２１は、半導体素子（結晶素子）Ｓの表面に、離間して２つの薄い膜状の電極（導電性薄膜）Ａ，Ｃが形成された半導体放射線検出素子２１１と、前記電極Ａ，Ｃにそれぞれ接続された導電部材２２，２３とから構成されている。
【００１８】
半導体放射線検出素子２１１は、図１の（ａ）に示すように、板状の半導体材料によって構成された半導体素子Ｓに、その両側面の全面にわたって、スパッタリングや蒸着法等により薄い膜状の電極が形成されている。一方の面に形成された電極がアノード電極Ａであり、他方の面に形成された電極がカソード電極Ｃである。
【００１９】
半導体素子Ｓは、放射線と相互作用を及ぼして電荷を生成する領域であり、ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＧａＡｓ等のいずれかの単結晶で形成されている。又、カソード電極Ｃ、アノード電極Ａは、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、インジウム（Ｉｎ）等のいずれかの材料が用いられる。半導体放射線検出器２１では、半導体放射線検出素子２１１は、例えば、半導体素子ＳにＣｄＴｅを用い、Ｐｔを主成分とするカソード電極Ｃ、Ｉｎを主成分とするアノード電極Ａを用い、ｐｎ接合ダイオードを形成している。
なお、ここではアノード電極Ａ、カソード電極Ｃの呼称は、半導体放射線検出器２１として使用するときに印加される高電圧電源により、半導体素子Ｓ内で発生した電子が収集される側の電極をアノード電極Ａ、正孔が収集される側の電極をカソード電極Ｃと称する。
半導体素子Ｓの厚さ（電極間距離）ｔは、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍが好ましい。
【００２０】
導電部材２２，２３は、例えば、鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−コバルト合金、クロム、タンタルのうちの少なくともひとつから形成される平板状の部材である。ここで、鉄−ニッケル合金としては、４２アロイ（Ｆｅ５８％、Ｎｉ４２％）を用いることができ、鉄−ニッケル−コバルト合金としては、コバール（Ｆｅ５４％、Ｎｉ２９％、Ｃｏ１７％）を用いることができる。
【００２１】
本実施形態では、導電部材２２，２３が半導体放射線検出素子２１１の各電極面を覆う大きさ、つまり、各電極面よりも大きく形成されている。
なお、導電部材２２，２３の大きさは、半導体放射線検出素子２１１と同じ大きさであっても差し支えない。また、導電部材２２、２３の厚さは、１０μｍから１００μｍ程度で、主に５０μｍ程度が望ましい。
【００２２】
このような導電部材２２，２３は、半導体放射線検出素子２１１に取り付けられた状態で、図１の（ｃ）に示すように、半導体放射線検出素子２１１よりも下側（配線基板２０側）に垂下される突出部２２ａ，２３ａを有する。突出部２２ａ，２３ａは、半導体放射線検出器２１を配線基板２０に取り付ける固定部として機能し、配線基板２０上に設けられたカソード電極Ｃ用の配線ＣＰに突出部２２ａが接続され、配線基板２０上に設けられたアノード電極Ａ用の配線ＡＰに突出部２３ａが接続される。また、半導体放射線検出器２１は、これらの突出部２２ａ，２３ａによって、配線基板２０上に非密着状態に、つまり、配線基板２０との間に半導体放射線検出素子２１１が所定の隙間を有する状態に取り付けられる。
【００２３】
このような導電部材２２，２３は、図２に示すように導電性接着材２４により半導体放射線検出素子２１１に接着されて取り付けられる。ただし、図２では、半導体放射線検出器２１を、単一の半導体放射線検出素子２１１で構成したもので模式的に簡略化して表示してある。
導電性接着材２４としては、例えば、金属粉（銀）などの導電性粒子（フィラー）を有機高分子材料からなる絶縁性の樹脂バインダ（バインダ）中に分散したものが用いられる。通常、半導体放射線検出素子２１１と導電部材２２，２３とを導電性接着材２４により接着する際には、導電性接着材２４を硬化させるために、およそ１２０〜１５０℃の高温の熱処理にて行われる。このような成分の導電性接着材２４は、樹脂の硬化処理時に樹脂が収縮することでフィラー同士が接触して導電性を発現する。
【００２４】
本実施形態では、並列に配置された各半導体素子Ｓが前記の厚さｔ（０．２〜２．０ｍｍ）を有しており、また、カソード電極Ｃ及びアノード電極Ａの厚みは高々数μｍ程度に設定される。半導体放射線検出器２１は、複数の半導体放射線検出素子２１１におけるカソード電極Ｃ同士、アノード電極Ａ同士が共通で接続されているため、どの半導体放射線検出素子２１１の半導体素子Ｓがγ線と相互作用を起こしたのかを判別しない構成となっている。
以上のような半導体放射線検出器２１の構成は、半導体素子Ｓの厚さｔを薄くして電荷の収集効率を高め、放射線検出信号の波高値の上昇速度を増大してエネルギー分解能を向上させると共に、半導体素子Ｓの並列配置により素通りしてしまうγ線の量を少なくして、半導体素子Ｓとγ線との相互作用を増やすためである（γ線のカウント数を増やすためである）。γ線のカウント数の増加は半導体放射線検出器２１の感度を向上させることになる。
【００２５】
（放射線計測回路）
次に、図２を参照しながら本実施形態の放射線計測回路について説明する。図２は本実施形態に係るＰＥＴ装置に適用される放射線計測回路の構成と作用を説明するための原理説明のための模式図である。
なお、核医学診断装置には半導体放射線検出器２１が多数組み込まれるが、その一つごとに放射線計測回路１００が設けられるが、ここでは１つの放射線計測回路１００で代表的に説明する。
【００２６】
各半導体放射線検出器２１の各半導体放射線検出素子２１１のアノード電極Ａには高電圧電源２７から、電圧調整手段３１及びメカニカルリレー（リレースイッチ）３３を介して＋電圧が印加される。このとき、導電部材（一方の導電部材）２３は高電圧電源２７の＋極と前記した配線ＡＰを介して接続される。
なお、高電圧電源２７、電圧調整手段３１、メカニカルリレー３３や電圧調整手段３１及びメカニカルリレー３３を制御する制御手段３０は、複数の放射線計測回路１００に対して共通に設けられる。
【００２７】
制御手段３０は、マイクロコンピュータやメモリやその周辺回路を含む制御回路であり、前記したように電圧調整手段３１やメカニカルリレー３３をメモリに格納されたプログラムをマイクロコンピュータが実行することによって制御する。そして、制御手段３０は、メカニカルリレー３３の図示しないソレノイドを励磁するためのソレノイド駆動回路を含んでいる。制御手段３０は、ＰＥＴ装置１０（図４参照）の、例えば、ＰＥＴ撮像装置１内に組み込まれ、コンソール３（図４参照）からのＰＥＴ装置１０の起動操作、つまり、メカニカルリレー３３をオン状態にして半導体放射線検出器２１に放射線計測のための所定の後記する第１の高電圧を印加する。また、制御手段３０は、自動的に、又はコンソール３（図４参照）から導通回復作業の制御コマンドを受けて、メカニカルリレー３３をオフ状態にさせたまま、後記する第２の高電圧を半導体放射線検出器２１に印加し、その後メカニカルリレー３３をオン・オフ動作させて導通回復作業を行なわせる。
ちなみに、制御手段３０は、内部にカレンダ・時計機能や導通回復作業を行なった日時等をメモリに記憶する機能を有している。
導通回復作業の詳細な制御の内容については、放射線計測回路１００の作用説明の中で述べる。
【００２８】
電圧調整手段３１は、制御手段３０に制御されて、高電圧電源２７から供給される高電圧を所定の高電圧に設定するものである。電圧調整手段３１は、ＰＥＴ装置１０（図４参照）が起動されて、放射線計測状態とするときには、半導体放射線検出器２１に所定の第１の高電圧、例えば、約５００Ｖの電圧を印加するが、その際、半導体放射線検出器２１や後記する前置増幅器（増幅器）４５等を破損させることがないようにゆっくり昇圧して、前記した第１の高電圧に設定する。
また、電圧調整手段３１は、制御手段３０に制御されて、定期的に半導体放射線検出器２１の導電性接着材２４の導通回復作業をする場合には、所定の第２の高電圧に設定する。
このときも所定の第２の高電圧にゆっくり昇圧して行く。
この所定の第２の高電圧は、前記した第１の高電圧より低い、例えば、１００〜２００Ｖ程度の電圧である。
本実施形態では、高電圧電源２７と電圧調整手段３１とを区別してあるが、高電圧電源２７そのものが制御手段に制御されて電圧を所定の高電圧に設定できる機能を有し、電圧調整手段３１と一体のものでも良い。
【００２９】
メカニカルリレー３３は、通常の常時開（非通電時開）の電磁スイッチであり、制御手段３０によってオン・オフ動作を制御される。
【００３０】
図２に示すように半導体放射線検出器２１の各半導体放射線検出素子２１１のカソード電極Ｃは1つの半導体放射線検出器２１毎に用意される検出回路４０に接続される。このとき、導電部材（他方の導電部材）２２は前記した配線ＣＰを介した信号線ＳＣ上のコンデンサ４３に接続され、更にコンデンサ４３の後段の前置増幅器４５に接続される。前置増幅器４５の後段には、ファースト系、スロー系等の信号処理回路が接続するが、特許文献２等に公知の技術であるので詳細な説明は省略する。
信号線ＳＣの、配線ＣＰとコンデンサ４３の中間点には、抵抗器４１が接続され、抵抗器４１の導電部材２２と接続した反対側が接地される。更に、コンデンサ４３に接続する信号線ＳＣの半導体放射線検出器２１側の接続点から、２つの保護ダイオード４８，４８をカソードとアノードとを互いに逆方向にして、並列に配置して、接地する。
【００３１】
２つの保護ダイオード４８，４８は、導電性接着材２４の導通回復作業時の過大な電流により生じる電圧が前置増幅器４５に掛かって、前置増幅器４５を破損させないようにする保護回路４９を構成し、メカニカルリレー３３に第２の高電圧が掛かっている状態で、メカニカルリレー３３がオフ状態からオン状態になったときの電流及び、逆にその状態からメカニカルリレー３３がオフ状態になったときの逆電流を接地側との間で流す役割をする。
ここで、保護ダイオード４８，４８が請求項に記載のダイオードに対応する。
【００３２】
本実施形態では、高電圧電源２７から前置増幅器４５までを放射線計測回路１００と称し、ファースト系、スロー系等の信号処理回路は含めないこととする。
ちなみに、抵抗器４１は半導体放射線検出器２１からの漏れ電流を逃がす役目と、電荷がコンデンサ４３に長時間蓄積されるのを防ぐ役目と、を果たすものであり、通常１０ＭΩ以上のものが使用される。
また、コンデンサ４３は、半導体放射線検出器２１からの漏れ電流が前置増幅器４５に入らないようにするためのものである。
また、前置増幅器４５の入力側端子と出力側端子の間には並列にコンデンサ４６、抵抗器４７が接続される。
【００３３】
（放射線計測回路の放射線計測時の動作）
先ず、通常の放射線計測の場合について説明する。
ここで、制御手段３０は、コンソール３から起動操作の制御コマンドを受けたとき、予めコンソール３により入力されメモリに記憶された、例えば、所定の曜日か否かをカレンダ・時計機能にもとづいて判定し、所定の曜日ではない場合は、メカニカルリレー３３をオン状態にさせてから、電圧調整手段３１を制御して放射線計測を行なう第１の高電圧にゆっくり昇圧し、半導体放射線検出器２１に電圧を印加する。
半導体放射線検出器２１にはこうして第１の高電圧が印加され、半導体放射線検出器２１へのγ線の入射がなければ、半導体素子Ｓ内で発生するキャリアは極わずかであり、導電部材２３から導電部材２２へ、数ナノ〜数十ナノアンペア程度の漏れ電流が半導体放射線検出器２１を流れる。この漏れ電流は抵抗器４１を通って接地側へ流れる。
【００３４】
γ線が半導体素子Ｓに入射するとキャリアが生成され、キャリアの電荷分だけ導電部材２３から導電部材２２へ半導体放射線検出器２１を電流が流れる。電荷は信号線ＳＣを介してコンデンサ４３を充電し、放射線検出信号として前置増幅器４５に伝えられ、その後、コンデンサ４３に充電された電荷は抵抗器４１を通って、放電される。
前記した放射線検出信号は微弱な信号であるため、前置増幅器４５により増幅された後に、図示しないファースト系やスロー系の信号処理回路に入力される。スロー系の信号処理回路の中には波形整形器（特許文献２の図８のバンドパスフィルタ２４ｄに対応）や波高分析器（特許文献２の図８のピークホールド回路２４ｅに対応）が含まれ、波高分析器においてγ線のエネルギー分析が行なわれる。また、ファースト系の信号処理回路においてγ線検知（γ線検知タイミングの検出）が行なわれる。
【００３５】
（放射線計測回路の導通回復作業時の動作）
次に、半導体放射線検出器２１の導電性接着材２４の導通回復作業の場合について説明する。
ここで、制御手段３０は、コンソール３から起動操作の制御コマンドを受けたとき、予
めコンソール３により入力されメモリに記憶された、例えば、所定の曜日か否かをカレンダ・時計機能にもとづいて判定し、所定の曜日の場合は、メカニカルリレー３３をオフ状態にしたまま、放射線計測を行なう第１の高電圧より低い第２の高電圧に先ず設定して、半導体放射線検出器２１に電圧を印加する。その後、制御手段３０は、メカニカルリレー３３を、オフ状態からオン状態にする。
すると、半導体放射線検出器２１にはナノ秒オーダーで急激に電圧が印加される。半導体放射線検出素子２１１は、数〜数十ｐＦ（ピコファラッド）の静電容量を有しており、一瞬であるが、数ミリアンペア以上の大きな充電電流が導電部材２２，２３それぞれの側の導電性接着材２４に流れる。
この電流により導電性接着材２４のフィラー同士の接触不良の回復や、フィラーの酸化膜が破壊され、接触不良が回復され、導通回復、導通の劣化防止を図ることができる。
【００３６】
（保護回路の動作）
次に、保護回路４９の動作について説明する。
放射線計測の状態では、半導体放射線検出器２１の漏れ電流は前記したように通常数ナノアンペア、最大でも２０ナノアンペア程度で、それが抵抗器４１を介して接地側に流れる。この漏れ電流によりコンデンサ４３の抵抗器４１との接続側の端子には、抵抗器４１に１０ＭΩのものを用いた場合、最大で約０．２Ｖの電位が発生する。一方、通常の保護ダイオード４８の動作電位は、０．４Ｖ程度であり、漏れ電流のみの状態や放射線検出信号が入った状態では保護ダイオード４８はオフ状態を維持し、動作することは無いので信号線ＳＣに雑音が入ることはない。
【００３７】
導通回復作業のためメカニカルリレー３３に第２の高電圧を掛けた状態で、メカニカルリレー３３をオフ状態からオン状態にすると、コンデンサ４３の保護回路４９側の端子の電位は上がり、保護ダイオード４８が動作して、過大な電流を接地側に逃がし、コンデンサ４３や前置増幅器４５に過大な電圧が掛かることは無い。
保護ダイオード４８を２個、逆方向に並列に配置したリミッタ回路を用いることは、一般的に公知の技術である。例えば、文献「ＯＰアンプ活用 １００の実践ノウハウ」（松井邦彦 著、ＣＱ出版社）に記載されている。
【００３８】
ところが、リミッタ回路を使用すると、雑音が大幅に増加する場合がある。保護ダイオード４８、４８は、それ自身の漏れ電流が半導体放射線検出器２１より小さくすることが可能でかつ静電容量が小さい、高周波ダイオードやＰＩＮダイオードを使用するのが好適である。
【００３９】
なお、導電性接着材２４の導通回復作業の後、制御手段３０は、メカニカルリレー３３をオン状態にし、電圧調整手段３１を制御して、印加電圧をゆっくり第１の高電圧にまで昇圧する。そして、放射線計測の状態に移行する。
【００４０】
ちなみに、前記した導通回復作業の頻度は１週間に一度としたが、それに限定されるものではない。制御手段３０のメモリに記憶設定された所定の日数ごとに行なえば良い。また、制御手段３０は、メモリに記憶されている前回の導通回復作業をした日から所定の日数が経過した場合も、導通回復作業を行なうようにしても良い。
【００４１】
また、導通回復作業においては、メカニカルリレー３３をオフ状態からオン状態に１度だけするとして説明したが、それに限定されるものではない。メカニカルリレー３３をオフ状態からオン状態にした後、再度オフ状態にし、オン状態にしても良い。この回数は適宜、選定できるものである。
【００４２】
（比較例の放射線計測回路）
次に、図３の比較例の放射線計測回路について説明する。
図３の放射線計測回路１１０における半導体放射線検出器２１は第１の実施形態のものと同じであるが接続が異なっている。カソード電極Ｃ側の導電部材２２を接地し、アノード電極Ａ側の導電部材２３に、メカニカルリレー３３及び抵抗器４１を介して高電圧を印加する。そして、導電部材２３から信号線ＳＣが引き出され、コンデンサ４３、前置増幅器４５と直列に接続している。
第１の実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４３】
この放射線計測回路１１０からメカニカルリレー３３を除いたものは、半導体放射線検出器２１の導電部材２２が接地電位であり、接続などの取り扱いが容易であることから従来からよく使用されるものである。
この場合、通常の放射線計測状態では、メカニカルリレー３３はオン状態であり、半導体放射線検出器２１の導電部材２３には抵抗器４１を介して所定の第１の高電圧が印加されている。また、コンデンサ４３も充電されている。ここで、半導体素子Ｓにγ線が入射すると、半導体素子Ｓ内にキャリアが発生し、発生した電荷分だけ電流が導電部材２３を通じて信号線ＳＣ側から接地側に流れ出す。この電流により、コンデンサ４３に充電された電荷が流れ、放射線検出信号となり、前置増幅器４５に伝わる。その後、コンデンサ４３は、抵抗器４１を介して高電圧電源２７により再び充電される。
【００４４】
しかし、抵抗器４１が１０ＭΩ程度、半導体放射線検出器２１の静電容量が数〜数十ｐＦであるため、メカニカルリレー３３をオフ状態にして、印加電圧を前記した第２の高電圧にして、その後、メカニカルリレー３３をオン状態にしても、高電圧を数ナノ秒オーダーで変化させて半導体放射線検出器２１に掛けることはできない。
【００４５】
また、メカニカルリレー３３を信号線ＳＣ上に導電部材２３と抵抗器４１の信号線ＳＣへの接続点との間に挿入することで、高電圧を数ナノ秒オーダーで変化させて半導体放射線検出器２１に掛けることはできるが、今度は通常の放射線計測状態において常に半導体放射線検出器２１からの放射線検出信号がメカニカルリレー３３を経由することになり、信号に雑音が入ることになる。
【００４６】
また、メカニカルリレー３３を導電部材２２と接地との間に挿入することもできるが、今度は導電部材２２を常に接地状態に維持できないので、前記した接続の簡易性というこの放射線計測回路１１０の利点が得られなくなる。
【００４７】
ちなみに、本実施形態では、メカニカルリレー３３を常時開のものとしたが、メカニカルリレー３３を常時閉タイプで、通常時は数μアンペア以下の電流が流れるものとした場合、カニカルリレー３３の接点が酸化して固着する可能性があるので、接点固着を防止する点からも、ＰＥＴ装置１０の運転の都度、メカニカルリレー３３をオフ状態からオン状態に動作して、接点固着を防止することが望ましい。また、導通回復作業のために、例えば、週に１度の頻度で第２の高電圧状態でオフ状態からオン状態にするので、メカニカルリレー３３の接点の導通性維持にも役立つ。
【００４８】
（ＰＥＴ装置）
次に、本発明の核医学診断装置として好適な本実施形態に係わるＰＥＴ装置を、図４から図６を参照しながら詳細に説明する。
図４は本実施形態の核医学診断装置として好適であるＰＥＴ装置の構成を模式的に示した斜視図である。図５はＰＥＴ撮像装置を模式的に示した斜視図である。図６の（ａ）は図５に示すＰＥＴ撮像装置に用いられるユニット基板の正面図であり、（ｂ）は同じくユニット基板の側面図である。
本実施形態のＰＥＴ装置１０は、図４に示すように、計測空間１ａを有したＰＥＴ撮像装置１、被検体（被検診者）Ｈを支持するベッドＢ、データ処理装置（コンピュータ等）２、並びに表示装置３ａ、や操作装置３ｂ等有するコンソール３を備えている。ＰＥＴ撮像装置１は、図５に示すようにユニット基板Ｕを計測空間１ａの周方向に多数配置しており、このようなＰＥＴ撮像装置１において、被検体Ｈは、図４に示すように、長手方向に移動可能なベッドＢに載せられて、ユニット基板Ｕによって取り囲まれる円柱状の計測空間１ａ内に挿入される。
【００４９】
ＰＥＴ撮像装置１のユニット基板Ｕは、図５に示すように、ベッドＢの長手方向（図中矢印Ｚ方向）にも複数個配置される。ユニット基板Ｕは、図６に示すように、放射線検出領域（以下、検出領域という）２０Ａ、及び集積回路領域（以下、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）領域という）２０Ｂを有する。検出領域２０Ａは複数の半導体放射線検出器２１を備える。半導体放射線検出器２１は、被検体Ｈ（図４参照）の体内から放出されるγ線を検出する。
【００５０】
ＡＳＩＣ領域２０Ｂは、検出されたγ線による放射線検出信号の波高値、検出時刻を計測するための集積回路（アナログＡＳＩＣ２８、デジタルＡＳＩＣ２９）を有しており、放射線検出信号の波高値や検出時刻を測定するようになっている。その集積回路は、放射線検出信号を処理する複数の信号処理装置を含んでいる。
【００５１】
（ＰＥＴ撮像装置）
次に、ＰＥＴ撮像装置１における細部の説明を行う。
図５、図６に示す半導体放射線検出器２１としては、図１で説明した半導体放射線検出器２１を用いるものとする。このような半導体放射線検出器２１は、図６の（ａ），（ｂ）に示すように配線基板２０上に、検出領域２０ＡからＡＳＩＣ領域２０Ｂに向かうＹ方向（ＰＥＴ撮像装置１の半径方向、図５参照）に６行（６ｃｈ）、Ｙ方向と直交するＸ方向（ＰＥＴ撮像装置１の周方向、図５参照）に８列（８ｃｈ）、さらに、配線基板２０の厚み方向であるＺ方向（ＰＥＴ撮像装置１の奥行き方向、図５参照）に２面（２ｃｈ）配置（配線基板２０の両面に配置）される。これにより、半導体放射線検出器２１は、配線基板２０の片面に合計４８ｃｈ、その両面では合計９６ｃｈが設置されることになる。
【００５２】
本実施形態では、このような各半導体放射線検出器２１のγ線の検出機能を維持するために、図２で説明した導電性接着材２４の導通性を確保する前記した制御手段３０、電圧調整手段３１、メカニカルリレー３３を備えている。このうち、制御手段３０と電圧調整手段３１は、ユニット基板Ｕを格納する図示しない筐体内に設置されている（例えば、特許文献２の図１０に示された筐体３０の高電圧装置ＰＳの中に含まれる）。そして、メカニカルリレー３３は、図６に示すように配線基板２０の両面に各１個設置されている。
ユニット基板Ｕの各面に１個ずつ設置されたメカニカルリレー３３は、それぞれの面に含まれる半導体放射線検出器２１に対して、高電圧を印加する配線をオン・オフ制御する。
【００５３】
（ユニット基板）
ユニット基板Ｕは、図５に示すように、半導体放射線検出器２１の設置された面がＰＥＴ撮像装置１の奥行き方向（Ｚ方向）に向くように、ＰＥＴ撮像装置１に設けられた環状の支持部材（図示せず）に設置される。環状部材に設置された複数のユニット基板Ｕは、周方向に配置され、計測空間１ａを取り囲むこととなる。そして、検出領域２０Ａが内側（計測空間１ａ側）に、ＡＳＩＣ領域２０Ｂが外側に位置するように配置される。本実施形態では、複数のユニット基板Ｕが、ＰＥＴ撮像装置１の奥行き方向にも配置される。
【００５４】
ユニット基板Ｕの詳細構造を、図６の（ａ），（ｂ）を用いて説明する。ユニット基板Ｕは、複数の半導体放射線検出器２１が前記のように設置された検出領域２０Ａと、ＡＳＩＣ領域２０Ｂとを備えている。ＡＳＩＣ領域２０Ｂは、メカニカルリレー３３、抵抗器４１、コンデンサ４３、アナログＡＳＩＣ２８及びデジタルＡＳＩＣ２９を有する。各半導体放射線検出器２１から出力されたγ線の検出信号は、配線基板２０内の図示しない多層配線により検出領域２０Ａ側からＡＳＩＣ領域２０Ｂ側へ供給される。
【００５５】
ＡＳＩＣ領域２０Ｂは、図６の（ａ），（ｂ）に示すように、デジタルＡＳＩＣ２９が片面に１個設置され、アナログＡＳＩＣ２８が４個ずつ両面に配置されている。ＡＳＩＣ領域２０Ｂの両面には、抵抗器４１、コンデンサ４３が半導体放射線検出器２１の数に対応した数だけ設置されている。
【００５６】
また、これらの、抵抗器４１、コンデンサ４３、アナログＡＳＩＣ２８及びデジタルＡＳＩＣ２９を電気的に接続する複数の接続配線（図示せず）が、ＡＳＩＣ領域２０Ｂ内に設けられている。アナログＡＳＩＣ２８は、半導体放射線検出器２１から出力されたアナログ信号（γ線検出信号）を処理する、特定用途向けＩＣであるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を意味し、ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）の一種である。アナログＡＳＩＣ２８は、個々の半導体放射線検出器２１毎に信号処理回路を設けている。これらの信号処理回路は、対応する一つの半導体放射線検出器２１から出力されたγ線の検出信号（放射線検出信号）を入力してγ線の波高値を求めるようになっている。
ちなみに、アナログＡＳＩＣ２８は図２における前置増幅器４５を含むファースト系、スロー系の信号処理回路である。
【００５７】
回路の長さやγ線検出信号を伝送する配線の長さ（距離）は短い方が、静電容量が小さくなるため、ノイズの影響が少なくて好ましい。このため、本実施形態は、ＰＥＴ撮像装置１の半径方向において中心軸から外側に向かって、ユニット基板Ｕにおいて、半導体放射線検出器２１、コンデンサ４３、抵抗器４１、アナログＡＳＩＣ２８及びデジタルＡＳＩＣ２９をこの順に配置している。この構成は、半導体放射線検出器２１から出力された微弱なγ線検出信号をアナログＡＳＩＣ２８の増幅器まで伝える配線の長さ（距離）を短くできる。このため、γ線の検出信号に対するノイズの影響が軽減される。
【００５８】
半導体放射線検出器２１のカソード電極Ｃ側は、検出回路４０（図２参照）に接続されている。検出回路４０は、抵抗器４１、コンデンサ４３、アナログＡＳＩＣ２８を有し、半導体放射線検出器２１に放射線が入射したときに流れる電流を検出するものである。
【００５９】
（作用効果）
ところで、前記したように、半導体放射線検出器２１から出力される放射線検出信号（電荷信号）は、カソード電極Ｃ側から導電性接着材２４を介して導電部材２２に出力される。放射線検出信号は、１０ＭＨｚ以上の高周波信号であるため、導電性接着材２４に導通性のよくない部分が存在すると、その部分を検出信号が通過する際にひずみが生じてしまい、このことは雑音が増大することに等しい特性の劣化となって現れてしまう。
【００６０】
次に、図１に示したような多層構造の半導体放射線検出器２１において、一部の導電性接着材２４の導電性が低下している場合の影響について図７を参照しながら説明する。
図７は放射線検出信号を波高分析してエネルギーウィンドのチャンネルごとの計数を示したグラフであり、横軸のエネルギーウィンドのチャンネル番号を示し、番号が大きいほど放射線検出信号が示す検出γ線のエネルギーの値が大きいことを示し、縦軸はエネルギーウィンドごとの計数である。
この図は、Ｃｓ１３７（セシウム１３７）から放射される６６２ｋｅＶのγ線に対するものであり、単一のエネルギーのγ線に対して本来は曲線９２に示すように、鋭いピークを示す計数分布を示すものである。
【００６１】
ところが、ある１つの半導体放射線検出素子２１１と導電部材２２，２３との間の導電性接着材２４の導電性が劣化していると、高抵抗を示すことになり、同じエネルギーのγ線が入射した他の半導体放射線検出素子２１１からの放射線検出信号（電荷信号）との間で放射線検出信号の波高値が異なってしまう。つまり、高抵抗を示す半導体放射線検出素子２１１からの放射線検出信号（電荷信号）は小さくなって、前置増幅器４５に到達する。そして、図７の曲線９１に示すように、導電性接着材２４の導電性が劣化した半導体放射線検出素子２１１からの放射線検出信号の分布はピーク位置が低い番号のチャンネルのところに位置する分布を示し、導電性接着材２４の導電性が良好な半導体放射線検出素子２１１からの放射線検出信号の分布はピーク位置が高い番号のチャンネルのところに位置する分布を示してその２つが重なった２つのピークを持つ分布となる。
このようにピークが２つに分かれた分布を得ることは、γ線のエネルギー識別能力が低くなったことを意味する。
【００６２】
図２の放射線計測回路１００において、図７の曲線９１に示すようになった半導体放射線検出器２１に対して、高電圧電源２７からの電圧を電圧調整手段３１により所定の第２の高電圧に設定して、メカニカルリレー３３をオフ状態からオン状態にすると、その後の放射線計測状態において図７の曲線９２に示すような良好な単一ピークを示す曲線に戻った。
メカニカルリレー３３は、通常の電磁スイッチであり低価格で容易に入手可能なものである。
【００６３】
なお、ユニット基板Ｕに設けるメカニカルリレー３３の数は、各面に１個に限定されるものではなく、更に多くのメカニカルリレー３３を設けても良い。また、図示しない筐体内に設けた制御手段３０は、前記したように筐体内に格納されたユニット基板Ｕ上のメカニカルリレー３３を同期させてオン・オフ動作させる必要は無く、ユニット基板ごとにずらしたりして、メカニカルリレー３３のオン・オフ動作による高電圧電源２７や電圧調整手段３１に掛かる負担を軽減することが望ましい。
【００６４】
以下に、本実施形態において得られる効果を説明する。
（１）γ線（放射線）が入射したときに発生する電荷による電流よりも大きい電流が、少なくとも導電性接着材２４に流れるようにするための制御手段３０とメカニカルリレー３３を備えているので、メカニカルリレー３３をオンにしたときにより流れる大きい電流によって、導電性接着材２４の導電性粒子を再度結合したり、導電性接着材２４に形成された酸化膜を破壊したりすることができ、導電性接着材２４の導通性を安定化させることができる。
また、導電性接着材２４の導通回復作業をするときには、放射線計測の場合よりも低い第２の高電圧で行なうので、前置増幅器４５を破損することを防止できる。
（２）ユニット基板Ｕの配線基板２０にメカニカルリレー３３を設けるという必要最小限の追加構成で、エネルギー分解能に優れた核医学診断装置が得られる。
（３）定期的に放射線計測のための電圧印加前に制御手段３０に制御されて、メカニカルリレー３３よる第２の高電圧、例えば、１００Ｖ〜２００Ｖ程度の高電圧を半導体放射線検出器２１にナノ秒オーダーで掛けることで、半導体放射線検出器２１の故障発生を効果的に抑制することができ、長期間にわたって放射線の検出性能を維持することができる。
（４）導電性接着材２４の導通性を維持することができるので、半導体放射線検出素子２１１をより薄く形成して積層することができ、半導体放射線検出器２１としての性能及び感度の向上を両立させることが可能となる。ＰＥＴ撮像装置１では５１１ｋｅＶのγ線を効率良く捕捉する必要があるが、そのためには、半導体放射線検出素子２１１を厚くしなければならない。しかし、半導体放射線検出素子２１１を厚くすると電子やホールの移動距離が長くなるため、エネルギー分解能や入射時刻の認識精度が悪化する。薄い半導体放射線検出素子２１１を多数積層できれば電子やホールの移動距離が短縮できるのでエネルギー分解能や入射時刻の認識精度が向上し、又半導体放射線検出素子２１１の体積占有率を大きく取れてかつ半導体放射線検出器２１の体積も増大できるなどの利点があり、ＰＥＴ撮像装置１の性能を向上させることができる。
（５）半導体放射線検出器２１は、互いに隣接する半導体放射線検出素子２１１のカソード電極Ｃ同士、又はアノード電極Ａ同士が向かい合うように配置されるので、導電部材２２，２３を共用することができる。しかも、導電性接着材２４の導通性を維持することができるので、カソード電極Ｃとアノード電極Ａの電極間に安定した状態で電荷収集用の逆方向バイアス電圧を掛けることができる。
又、半導体放射線検出素子２１１の相互間に電気絶縁材を配置する必要がなく、半導体放射線検出素子２１１の稠密配置を実現することができる。これにより、感度が向上され、検査時間の短縮も図ることができる。
【００６５】
《第２の実施形態》
次に、図１、図４から図６、及び図８を参照しながら本発明に係わる第２の実施形態のＰＥＴ装置について説明する。
図８は第２の実施形態に係るＰＥＴ装置に適用される放射線計測回路の構成と作用を説明するための原理説明のための模式図である。
本実施形態のＰＥＴ装置１０は、第１の実施形態と放射線計測回路１００が図８に示す放射線計測回路１００Ａに代わっただけであり、他の構成は第１の実施形態と同じである。第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
第２の実施形態における放射線計測回路１００Ａが、第１の実施形態における放射線計測回路１００と異なる点は、信号線ＳＣの抵抗器４１（抵抗値Ｒ１、例えば、約１００ＭΩ）との接続点とコンデンサ（第１のコンデンサ）４３との間にコンデンサ（第２のコンデンサ）４４を配置する点である。コンデンサ４３の静電容量Ｃ１（第１の静電容量）が、例えば、約１０００ｐＦに対して、コンデンサ４４の静電容量Ｃ２（第２の静電容量）は、例えば、１００００ｐＦとコンデンサ４３の静電容量Ｃ１よりも十分に大きなものとする。
【００６６】
第１の実施形態と同様に、２つの保護ダイオード４８，４８は、導電性接着材２４の導通回復作業時の過大な電流により生じる電圧が前置増幅器４５に掛かって、前置増幅器４５を破損させないようにする保護回路４９を構成し、メカニカルリレー３３に第２の高電圧が掛かっている状態で、メカニカルリレー３３がオフ状態からオン状態になったときの電流及び、逆にその状態からメカニカルリレー３３がオフ状態になったときの逆電流を接地側との間で流す役割をする。
【００６７】
第１の実施形態と異なるのは、コンデンサ４４があるために、保護ダイオード４８の電位は直流的には常に０Ｖに保たれることである。したがって、高温環境等の漏れ電流が大きくなるような場合に、抵抗器４１に大きな電位差が発生しても、保護ダイオード４８が動作して信号線ＳＣに雑音が入ることはない。
放射線検出信号（荷電信号）は、コンデンサ４４の静電容量Ｃ２が１００００ｐＦとコンデンサ４３の静電容量Ｃ１に対して十分大きい値なので、交流動作としてそのままコンデンサ４４を通過し、コンデンサ４３に伝わる。そのため、コンデンサ４４が放射線検出信号に悪影響を及ぼすことはない。
【００６８】
以上、第２の実施形態によれば、第１の実施形態のところで説明した効果に加えて、第１の実施形態における放射線計測回路１００よりも導通回復作業時にコンデンサ４３や前置増幅器４５を破損させる可能性が低くできる。
場合によっては、前記した第２の高電圧を第１の高電圧と同じ電圧に設定しても、コンデンサ４３や前置増幅器４５に高電圧が掛かることを防止でき、コンデンサ４３や前置増幅器４５の健全性上問題なく、導通回復作業を行なうことができる。その結果、制御手段３０のプログラムを簡単化できる。
【００６９】
なお、第１の実施形態及び第２の実施形態において、メカニカルリレー３３を用いたがそれに限定されるものではない。半導体放射線検出器２１に印加される高電圧に耐え、数ミリアンペアオーダーの電流を、ナノ秒オーダーで通電可能な半導体スイッチでも良い。
また、第１の実施形態及び第２の実施形態において、半導体放射線検出器２１は図１に示したように、半導体放射線検出素子２１１を多層構造としたものとしたがそれに限定されるものではない。単一の半導体放射線検出素子２１１を単一の半導体放射線検出器２１としても良い。
また、導電部材２２，２３は図１に示すように平板形状としたがその平面形状は図１に示されたものに限定されることは無く、一部を欠き取って、γ線を吸収する面積を低減するようにした平面形状でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、半導体放射線検出器２１としてテルル化カドミウムあるいはテルル化亜鉛カドミウムを用いたＰＥＴ装置、ＳＰＥＣＴ装置、ガンマカメラに好適である。これらの核医学診断装置では、被測定者に放射性薬剤を投与するため、途中で故障することが許されない。すなわち測定系に起因する故障を減らすことができるため、装置の使用途中に半導体放射線検出器２１の一部が使用できなくなり診断画像の質が低下したり、装置が稼動できなくなったりするなどの事態を未然に防ぐことができる。その結果、核医学診断装置として信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第１の実施形態における半導体放射線検出器の１例の斜視図であり、（ａ）は、半導体放射線検出器を構成する単位の半導体放射線検出素子の模式斜視図であり、（ｂ）は、半導体放射線検出素子を複数重ねて構成した半導体放射線検出器の斜視図であり、（ｃ）は、半導体放射線検出器を配線基板に設置した状態を模式的に示した図である。
【図２】第１の実施形態に係るＰＥＴ装置に適用される放射線計測回路の構成と作用を説明するための原理説明のための模式図である。
【図３】比較例の放射線計測回路の構成を説明する図である。
【図４】第１の実施形態の核医学診断装置として好適であるＰＥＴ装置の構成を模式的に示した斜視図である。
【図５】ＰＥＴ撮像装置を模式的に示した斜視図である。
【図６】（ａ）は図５に示すＰＥＴ撮像装置に用いられるユニット基板の正面図、（ｂ）は同じくユニット基板の側面図である。
【図７】放射線検出信号を波高分析してエネルギーウィンドのチャンネルごとの計数を示したグラフである。
【図８】第２の実施形態に係るＰＥＴ装置に適用される放射線計測回路の構成と作用を説明するための原理説明のための模式図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ ＰＥＴ撮像装置
１ａ 計測空間
２ データ処理装置
３ コンソール
３ａ 表示装置
３ｂ 操作装置
１０ ＰＥＴ装置
２０ 配線基板
２０Ａ 検出器領域
２０Ｂ ＡＳＩＣ領域
２１ 半導体放射線検出器（結晶素子組み立て体）
２２ 導電部材（他方の導電部材）
２３ 導電部材（一方の導電部材）
２４ 導電性接着材
２７ 高電圧電源
３０ 制御手段
３１ 電圧調整手段
３３ メカニカルリレー（リレースイッチ）
４０，４０Ａ 検出回路
４１ 抵抗器
４３ コンデンサ（第１のコンデンサ）
４４ コンデンサ（第２のコンデンサ）
４５ 前置増幅器（増幅器）
４８ 保護ダイオード（ダイオード）
４９ 保護回路
１００，１００Ａ 放射線計測回路
２１１ 半導体放射線検出素子
Ａ アノード電極（導電性薄膜）
ＡＰ，ＣＰ 配線
Ｃ カソード電極（導電性薄膜）
Ｈ 被検体
Ｓ 半導体素子（結晶素子）
ＳＣ 信号線
Ｕ ユニット基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶素子を機能素子として用いるために外部の電気回路と接続するための導電部材を電気的に接続した結晶素子組み立て体を半導体放射線検出器とし、その半導体放射線検出器における導電部材と結晶素子との電気的導通を良好に維持し、放射線検出信号を処理するための放射線計測回路と、この放射線計測回路を用いた核医学診断装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、放射線計測技術を医療分野に応用した装置として、ガンマカメラ、単光子放出型断層撮影装置〔ＳＰＥＣＴ(Single Photon Emission Computed Tomography）装置〕、及び陽電子放出型断層撮影装置〔ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置〕のような核医学診断装置が知られている。これらの装置で使用されている放射線検出器は、シンチレータと光電子増倍管とを組み合わせたものがほとんどである。一方、放射線検出器としてシンチレータではなく、半導体を用いることが、例えば、特許文献１や特許文献２に記載されている。
このような半導体放射線検出器では、半導体素子の結晶に入射したγ線による光電効果で電子と正孔とが生成し、それを外部から印加した電圧により生じる電界で移動させて、電荷を外部に取り出すようになっており、この電荷量が放射線のエネルギーに比例するので、電荷量を正確に測定することで放射線のエネルギーを正確に知ることができる。そのため、半導体はシンチレータと光電子増倍管との組み合わせよりも正確に放射線のエネルギーを測定することができるという利点を有する。
また、半導体放射線検出器は、シンチレータと光電子増倍管との組み合わせよりも位置検出精度が良いという特徴を有している。
【０００３】
ところで、放射線、とりわけγ線を検出するための半導体として、ガンマカメラ、ＳＰＥＣＴ装置、ＰＥＴ装置などの核医学診断装置で使用するγ線を感度よく測定するという点で、実効原子番号が大きく、又、取扱いの点で室温動作可能であるテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）やテルル化亜鉛カドミウム（ＣｄＺｎＴｅ）を使用する方法が知られている。ここで、シリコンやゲルマニウムも用いられるが、これらは、高エネルギーのγ線に対する感度が低いため、Ｘ線の検出に使用されることが多い。核医学診断に用いられる放射性物質としては、例えば、テクネチウム９９ｍやフッ素１８が知られており、これらの放射性物質から放出されるγ線のエネルギーは、１４１ｋｅＶあるいは５１１ｋｅＶであり、物質に対する透過力が高い。そのため、原子番号が大きい物質を放射線検出器に使用するほうが、γ線を多く吸収して放射線検出信号を出力するのに有利である。この点、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅは、平均の原子番号が大きいのでγ線の吸収能力に優れているという利点を有する。
【０００４】
ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅなどの半導体結晶を放射線検出器の放射線検出素子として使用する場合、半導体結晶にアノード電極とカソード電極を設ける。アノード電極とカソード電極には通常、導電性薄膜が用いられ、更に、アノード電極及びカソード電極を外部回路と接続するために導電部材がアノード電極及びカソード電極に接続される。このときＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅは、結晶が脆く、耐熱温度も１８０℃程度であることから、ハンダによりアノード電極及びカソード電極と導電部材を接続することは困難である。
ちなみに、電子部品をハンダで電気的に接続する場合、その耐熱温度は概ね２５０℃程度である。
従って、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅの半導体結晶に蒸着やスパッタリングにより形成したアノード電極及びカソード電極と導電部材とを接続する場合には、接合部材として導電性接着材が用いられる。
【０００５】
導電性接着材は、エポキシなどの樹脂バインダにフィラーと称される銀など導電性物質のフレークを配合したもので、樹脂の硬化処理時に樹脂が収縮することでフィラー同士が接触して導電性を発現させるものである。そのため、導電性接着材による接合は、例えば、ハンダと銅との接続関係などとは異なり、むしろ点接点に近いものである。
一方、ＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅ等の半導体結晶を用いた半導体放射線検出素子には、放射線計測時には通常、数十〜数百ボルト程度のバイアス電圧を印加し、そのとき半導体放射線検出素子にはナノアンペア前後の漏れ電流が流れ、例えば、γ線が入射したときには数十〜数百ナノアンペアのパルス電流信号が漏れ電流に重畳して一瞬流れる。
【０００６】
実際に導電部材とＣｄＴｅの半導体結晶の対向する面にアノード電極及びカソード電極の導電性薄膜を形成し、それを単位としてアノード電極同士及びカソード電極同士を向き合わせ、アノード電極同士の間及びカソード電極同士の間に導電部材を介設し、アノード電極及びカソード電極と導電部材とは導電性接着材で接着して、前記単位を積層し、半導体放射線検出器を製作した。しかしながら、この製作した半導体放射線検出器を数ヶ月にわたって実験的に使用したところ、一部の半導体放射線検出器において、放射線検出信号（電荷信号）のノイズが増し、エネルギー分解能等の低下を生じた。
これは、長期間の使用により導電部材とアノード電極及びカソード電極とを接着している導電性接着材の収縮力の低下やフィラーの導電性物質の酸化などによって、導通が不安定になることに起因すると推察された。
【０００７】
一方、放射線の入力によって、半導体放射線検出器に生じる電荷は、数フェムトクーロンから数十フェムトクーロンの微小なものであり、電流値としてはマイクロアンペアに満たない程度である。このため、このような弱い信号が導通性の不安定な部分を通過する際に、信号にひずみが生じる可能性があり、それが半導体放射線検出器の劣化として現われ、エネルギー分解能の低下に至るおそれもあった。
これに対し特許文献３には、通常の測定のときには導電性接着材に微小な電流を通電し、導電性接着材の導通改善のために大きな電流を流すときには、半導体放射線検出器を光源により照らし、増幅器にその電流が流れないように保護回路を介して接地側に流す技術が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３１７１４０号公報
【特許文献２】特開２００５−１００６６４４号公報
【特許文献３】特開２００７−１３９４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献３に記載された技術では、光源により基板に多数配置されている半導体放射線検出器を一様に照射することが難しく、一様な高電流を各半導体放射線検出器の導電性接着材が使用されている部分に流すことが難しく、導電性接着材の良好な導通性維持に問題があった。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、放射線計測時に電気的導通が良好な、結晶素子組み立て体を半導体放射線検出器として用いた放射線計測回路と、この放射線計測回路を用いた安定な、エネルギー分解能に優れた核医学診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記した目的を達成するため、本願の第１の発明の放射線計測回路は、機能素子である結晶素子の表面に形成した導電性薄膜に対して、外部との電気的接続を行なうための２つの導電部材を設け、導電性粒子及びバインダで構成される導電性接着材により、導電性薄膜と導電部材とを接着して結晶素子組み立て体とし、結晶素子組み立て体に放射線が入射したときに発生した電荷を導電性接着材及び導電部材を経由して信号として取り出す半導体放射線検出器と、半導体放射線検出器からの信号を増幅及び整形する増幅器と、結晶素子組み立て体の一方の導電部材に高電圧を供給する高電圧電源と、高電圧電源と一方の導電部材との間に介設し、高電圧電源から供給される電圧を、放射線計測状態の所定の第１の高電圧に設定する電圧調整手段と、を備える放射線計測回路において、
更に、電圧調整手段の後段に配されたリレースイッチと、電圧調整手段とリレースイッチとを制御する制御手段と、を備え、
制御手段は、電圧調整手段において、高電圧電源からの高電圧を、導電性接着材の導通回復作業用の第１の高電圧以下の所定の第２の高電圧に設定させ、リレースイッチにおいて、オン・オフ動作をさせて、半導体放射線検出器の導電性接着材の導通回復作業を行なうことを特徴とする。
【００１２】
本願の第２の発明の放射線計測回路は、機能素子である結晶素子の表面に形成した導電性薄膜に対して、外部との電気的接続を行なうための２つの導電部材を設け、導電性粒子及びバインダで構成される導電性接着材により、導電性薄膜と導電部材とを接着して結晶素子組み立て体とし、結晶素子組み立て体に放射線が入射したときに発生した電荷を導電性接着材及び導電部材を経由して信号として取り出す半導体放射線検出器と、半導体放射線検出器からの信号を増幅及び整形する増幅器と、結晶素子組み立て体の一方の導電部材に高電圧を供給する高電圧電源と、高電圧電源と一方の導電部材との間に介設し、高電圧電源から供給される電圧を、所定の高電圧に設定する電圧調整手段と、を備える放射線計測回路において、
更に、電圧調整手段の後段に配されたリレースイッチと、電圧調整手段と前記リレースイッチとを制御する制御手段と、結晶素子組み立て体の他方の導電部材に接続して信号として取り出す信号線の増幅器の手前に接続する所定の第１の静電容量を有する第１のコンデンサと、第１のコンデンサに直列に、半導体放射線検出器側に配設される第１の静電容量よりも十分に大きな所定の第２の静電容量を有する第２のコンデンサと、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間の、信号線の中間の接続点から保護ダイオードを介して接地する保護回路と、を備え、
制御手段は、電圧調整手段において、所定の高電圧に設定させ、リレースイッチにおいて、オン・オフ動作をさせて、半導体放射線検出器の導電性接着材の導通回復作業を行なうことを特徴とする。
【００１３】
第１及び第２の発明によれば、制御手段がリレースイッチをオン・オフ動作させたときに流れる大きい電流によって、接着構造部分の導電性接着材の導電性粒子を再度結合したり、導電性接着材に形成された酸化膜を破壊したりすることができ、導電性接着材の導通性を安定化させることができる。
更に、第２の発明によれば、半導体放射線検出器の導電性接着材の導通回復作業時には、第２のコンデンサと保護回路により高電流が接地側に流され、放射線計測時には保護回路が動作しないように確実にできるので、増幅器側に送る放射線検出信号に保護回路による雑音が入らない。
【００１４】
本願の第３の発明の核医学診断装置は、前記第１の発明又は前記第２の発明の放射線計測回路を用いたことを特徴とする。
第３の発明によれば、放射線計測のために半導体放射線検出器に所定の高電圧を印加した状態で、リレースイッチをオン・オフ動作させることで、導通不安定による故障発生を効果的に抑制することができ、長期間にわたって放射線検出の性能を維持することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、測定時に電気的導通が良好な、結晶素子組み立て体を半導体放射線検出器として用いた放射線計測回路と、この放射線計測回路を用いた安定な、エネルギー分解能に優れた核医学診断装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
《第１の実施形態》
次に、図を参照しながら本発明の好適な第１の実施形態であるＰＥＴ装置（核医学診断装置）を例に、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
（半導体放射線検出器）
先ず、本実施形態で用いられる半導体放射線検出器の詳細な構成について説明する。
図１は本実施形態における半導体放射線検出器の１例の斜視図であり、（ａ）は、半導体放射線検出器を構成する単位の半導体放射線検出素子の模式斜視図であり、（ｂ）は、半導体放射線検出素子を複数重ねて構成した半導体放射線検出器の斜視図であり、（ｃ）は、半導体放射線検出器を配線基板に設置した状態を模式的に示した図である。
【００１７】
半導体放射線検出器（結晶素子組み立て体）２１は、半導体素子（結晶素子）Ｓの表面に、離間して２つの薄い膜状の電極（導電性薄膜）Ａ，Ｃが形成された半導体放射線検出素子２１１と、前記電極Ａ，Ｃにそれぞれ接続された導電部材２２，２３とから構成されている。
【００１８】
半導体放射線検出素子２１１は、図１の（ａ）に示すように、板状の半導体材料によって構成された半導体素子Ｓに、その両側面の全面にわたって、スパッタリングや蒸着法等により薄い膜状の電極が形成されている。一方の面に形成された電極がアノード電極Ａであり、他方の面に形成された電極がカソード電極Ｃである。
【００１９】
半導体素子Ｓは、放射線と相互作用を及ぼして電荷を生成する領域であり、ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ，ＧａＡｓ等のいずれかの単結晶で形成されている。又、カソード電極Ｃ、アノード電極Ａは、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、インジウム（Ｉｎ）等のいずれかの材料が用いられる。半導体放射線検出器２１では、半導体放射線検出素子２１１は、例えば、半導体素子ＳにＣｄＴｅを用い、Ｐｔを主成分とするカソード電極Ｃ、Ｉｎを主成分とするアノード電極Ａを用い、ｐｎ接合ダイオードを形成している。
なお、ここではアノード電極Ａ、カソード電極Ｃの呼称は、半導体放射線検出器２１として使用するときに印加される高電圧電源により、半導体素子Ｓ内で発生した電子が収集される側の電極をアノード電極Ａ、正孔が収集される側の電極をカソード電極Ｃと称する。
半導体素子Ｓの厚さ（電極間距離）ｔは、０．２ｍｍ〜２．０ｍｍが好ましい。
【００２０】
導電部材２２，２３は、例えば、鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル−コバルト合金、クロム、タンタルのうちの少なくともひとつから形成される平板状の部材である。ここで、鉄−ニッケル合金としては、４２アロイ（Ｆｅ５８％、Ｎｉ４２％）を用いることができ、鉄−ニッケル−コバルト合金としては、コバール（Ｆｅ５４％、Ｎｉ２９％、Ｃｏ１７％）を用いることができる。
【００２１】
本実施形態では、導電部材２２，２３が半導体放射線検出素子２１１の各電極面を覆う大きさ、つまり、各電極面よりも大きく形成されている。
なお、導電部材２２，２３の大きさは、半導体放射線検出素子２１１と同じ大きさであっても差し支えない。また、導電部材２２、２３の厚さは、１０μｍから１００μｍ程度で、主に５０μｍ程度が望ましい。
【００２２】
このような導電部材２２，２３は、半導体放射線検出素子２１１に取り付けられた状態で、図１の（ｃ）に示すように、半導体放射線検出素子２１１よりも下側（配線基板２０側）に垂下される突出部２２ａ，２３ａを有する。突出部２２ａ，２３ａは、半導体放射線検出器２１を配線基板２０に取り付ける固定部として機能し、配線基板２０上に設けられたカソード電極Ｃ用の配線ＣＰに突出部２２ａが接続され、配線基板２０上に設けられたアノード電極Ａ用の配線ＡＰに突出部２３ａが接続される。また、半導体放射線検出器２１は、これらの突出部２２ａ，２３ａによって、配線基板２０上に非密着状態に、つまり、配線基板２０との間に半導体放射線検出素子２１１が所定の隙間を有する状態に取り付けられる。
【００２３】
このような導電部材２２，２３は、図２に示すように導電性接着材２４により半導体放射線検出素子２１１に接着されて取り付けられる。ただし、図２では、半導体放射線検出器２１を、単一の半導体放射線検出素子２１１で構成したもので模式的に簡略化して表示してある。
導電性接着材２４としては、例えば、金属粉（銀）などの導電性粒子（フィラー）を有機高分子材料からなる絶縁性の樹脂バインダ（バインダ）中に分散したものが用いられる。通常、半導体放射線検出素子２１１と導電部材２２，２３とを導電性接着材２４により接着する際には、導電性接着材２４を硬化させるために、およそ１２０〜１５０℃の高温の熱処理にて行われる。このような成分の導電性接着材２４は、樹脂の硬化処理時に樹脂が収縮することでフィラー同士が接触して導電性を発現する。
【００２４】
本実施形態では、並列に配置された各半導体素子Ｓが前記の厚さｔ（０．２〜２．０ｍｍ）を有しており、また、カソード電極Ｃ及びアノード電極Ａの厚みは高々数μｍ程度に設定される。半導体放射線検出器２１は、複数の半導体放射線検出素子２１１におけるカソード電極Ｃ同士、アノード電極Ａ同士が共通で接続されているため、どの半導体放射線検出素子２１１の半導体素子Ｓがγ線と相互作用を起こしたのかを判別しない構成となっている。
以上のような半導体放射線検出器２１の構成は、半導体素子Ｓの厚さｔを薄くして電荷の収集効率を高め、放射線検出信号の波高値の上昇速度を増大してエネルギー分解能を向上させると共に、半導体素子Ｓの並列配置により素通りしてしまうγ線の量を少なくして、半導体素子Ｓとγ線との相互作用を増やすためである（γ線のカウント数を増やすためである）。γ線のカウント数の増加は半導体放射線検出器２１の感度を向上させることになる。
【００２５】
（放射線計測回路）
次に、図２を参照しながら本実施形態の放射線計測回路について説明する。図２は本実施形態に係るＰＥＴ装置に適用される放射線計測回路の構成と作用を説明するための原理説明のための模式図である。
なお、核医学診断装置には半導体放射線検出器２１が多数組み込まれるが、その一つごとに放射線計測回路１００が設けられるが、ここでは１つの放射線計測回路１００で代表的に説明する。
【００２６】
各半導体放射線検出器２１の各半導体放射線検出素子２１１のアノード電極Ａには高電圧電源２７から、電圧調整手段３１及びメカニカルリレー（リレースイッチ）３３を介して＋電圧が印加される。このとき、導電部材（一方の導電部材）２３は高電圧電源２７の＋極と前記した配線ＡＰを介して接続される。
なお、高電圧電源２７、電圧調整手段３１、メカニカルリレー３３や電圧調整手段３１及びメカニカルリレー３３を制御する制御手段３０は、複数の放射線計測回路１００に対して共通に設けられる。
【００２７】
制御手段３０は、マイクロコンピュータやメモリやその周辺回路を含む制御回路であり、前記したように電圧調整手段３１やメカニカルリレー３３をメモリに格納されたプログラムをマイクロコンピュータが実行することによって制御する。そして、制御手段３０は、メカニカルリレー３３の図示しないソレノイドを励磁するためのソレノイド駆動回路を含んでいる。制御手段３０は、ＰＥＴ装置１０（図４参照）の、例えば、ＰＥＴ撮像装置１内に組み込まれ、コンソール３（図４参照）からのＰＥＴ装置１０の起動操作、つまり、メカニカルリレー３３をオン状態にして半導体放射線検出器２１に放射線計測のための所定の後記する第１の高電圧を印加する。また、制御手段３０は、自動的に、又はコンソール３（図４参照）から導通回復作業の制御コマンドを受けて、メカニカルリレー３３をオフ状態にさせたまま、後記する第２の高電圧を半導体放射線検出器２１に印加し、その後メカニカルリレー３３をオン・オフ動作させて導通回復作業を行なわせる。
ちなみに、制御手段３０は、内部にカレンダ・時計機能や導通回復作業を行なった日時等をメモリに記憶する機能を有している。
導通回復作業の詳細な制御の内容については、放射線計測回路１００の作用説明の中で述べる。
【００２８】
電圧調整手段３１は、制御手段３０に制御されて、高電圧電源２７から供給される高電圧を所定の高電圧に設定するものである。電圧調整手段３１は、ＰＥＴ装置１０（図４参照）が起動されて、放射線計測状態とするときには、半導体放射線検出器２１に所定の第１の高電圧、例えば、約５００Ｖの電圧を印加するが、その際、半導体放射線検出器２１や後記する前置増幅器（増幅器）４５等を破損させることがないようにゆっくり昇圧して、前記した第１の高電圧に設定する。
また、電圧調整手段３１は、制御手段３０に制御されて、定期的に半導体放射線検出器２１の導電性接着材２４の導通回復作業をする場合には、所定の第２の高電圧に設定する。
このときも所定の第２の高電圧にゆっくり昇圧して行く。
この所定の第２の高電圧は、前記した第１の高電圧より低い、例えば、１００〜２００Ｖ程度の電圧である。
本実施形態では、高電圧電源２７と電圧調整手段３１とを区別してあるが、高電圧電源２７そのものが制御手段に制御されて電圧を所定の高電圧に設定できる機能を有し、電圧調整手段３１と一体のものでも良い。
【００２９】
メカニカルリレー３３は、通常の常時開（非通電時開）の電磁スイッチであり、制御手段３０によってオン・オフ動作を制御される。
【００３０】
図２に示すように半導体放射線検出器２１の各半導体放射線検出素子２１１のカソード電極Ｃは1つの半導体放射線検出器２１毎に用意される検出回路４０に接続される。このとき、導電部材（他方の導電部材）２２は前記した配線ＣＰを介した信号線ＳＣ上のコンデンサ４３に接続され、更にコンデンサ４３の後段の前置増幅器４５に接続される。前置増幅器４５の後段には、ファースト系、スロー系等の信号処理回路が接続するが、特許文献２等に公知の技術であるので詳細な説明は省略する。
信号線ＳＣの、配線ＣＰとコンデンサ４３の中間点には、抵抗器４１が接続され、抵抗器４１の導電部材２２と接続した反対側が接地される。更に、コンデンサ４３に接続する信号線ＳＣの半導体放射線検出器２１側の接続点から、２つの保護ダイオード４８，４８をカソードとアノードとを互いに逆方向にして、並列に配置して、接地する。
【００３１】
２つの保護ダイオード４８，４８は、導電性接着材２４の導通回復作業時の過大な電流により生じる電圧が前置増幅器４５に掛かって、前置増幅器４５を破損させないようにする保護回路４９を構成し、メカニカルリレー３３に第２の高電圧が掛かっている状態で、メカニカルリレー３３がオフ状態からオン状態になったときの電流及び、逆にその状態からメカニカルリレー３３がオフ状態になったときの逆電流を接地側との間で流す役割をする。
ここで、保護ダイオード４８，４８が請求項に記載のダイオードに対応する。
【００３２】
本実施形態では、高電圧電源２７から前置増幅器４５までを放射線計測回路１００と称し、ファースト系、スロー系等の信号処理回路は含めないこととする。
ちなみに、抵抗器４１は半導体放射線検出器２１からの漏れ電流を逃がす役目と、電荷がコンデンサ４３に長時間蓄積されるのを防ぐ役目と、を果たすものであり、通常１０ＭΩ以上のものが使用される。
また、コンデンサ４３は、半導体放射線検出器２１からの漏れ電流が前置増幅器４５に入らないようにするためのものである。
また、前置増幅器４５の入力側端子と出力側端子の間には並列にコンデンサ４６、抵抗器４７が接続される。
【００３３】
（放射線計測回路の放射線計測時の動作）
先ず、通常の放射線計測の場合について説明する。
ここで、制御手段３０は、コンソール３から起動操作の制御コマンドを受けたとき、予めコンソール３により入力されメモリに記憶された、例えば、所定の曜日か否かをカレンダ・時計機能にもとづいて判定し、所定の曜日ではない場合は、メカニカルリレー３３をオン状態にさせてから、電圧調整手段３１を制御して放射線計測を行なう第１の高電圧にゆっくり昇圧し、半導体放射線検出器２１に電圧を印加する。
半導体放射線検出器２１にはこうして第１の高電圧が印加され、半導体放射線検出器２１へのγ線の入射がなければ、半導体素子Ｓ内で発生するキャリアは極わずかであり、導電部材２３から導電部材２２へ、数ナノ〜数十ナノアンペア程度の漏れ電流が半導体放射線検出器２１を流れる。この漏れ電流は抵抗器４１を通って接地側へ流れる。
【００３４】
γ線が半導体素子Ｓに入射するとキャリアが生成され、キャリアの電荷分だけ導電部材２３から導電部材２２へ半導体放射線検出器２１を電流が流れる。電荷は信号線ＳＣを介してコンデンサ４３を充電し、放射線検出信号として前置増幅器４５に伝えられ、その後、コンデンサ４３に充電された電荷は抵抗器４１を通って、放電される。
前記した放射線検出信号は微弱な信号であるため、前置増幅器４５により増幅された後に、図示しないファースト系やスロー系の信号処理回路に入力される。スロー系の信号処理回路の中には波形整形器（特許文献２の図８のバンドパスフィルタ２４ｄに対応）や波高分析器（特許文献２の図８のピークホールド回路２４ｅに対応）が含まれ、波高分析器においてγ線のエネルギー分析が行なわれる。また、ファースト系の信号処理回路においてγ線検知（γ線検知タイミングの検出）が行なわれる。
【００３５】
（放射線計測回路の導通回復作業時の動作）
次に、半導体放射線検出器２１の導電性接着材２４の導通回復作業の場合について説明する。
ここで、制御手段３０は、コンソール３から起動操作の制御コマンドを受けたとき、予
めコンソール３により入力されメモリに記憶された、例えば、所定の曜日か否かをカレンダ・時計機能にもとづいて判定し、所定の曜日の場合は、メカニカルリレー３３をオフ状態にしたまま、放射線計測を行なう第１の高電圧より低い第２の高電圧に先ず設定して、半導体放射線検出器２１に電圧を印加する。その後、制御手段３０は、メカニカルリレー３３を、オフ状態からオン状態にする。
すると、半導体放射線検出器２１にはナノ秒オーダーで急激に電圧が印加される。半導体放射線検出素子２１１は、数〜数十ｐＦ（ピコファラッド）の静電容量を有しており、一瞬であるが、数ミリアンペア以上の大きな充電電流が導電部材２２，２３それぞれの側の導電性接着材２４に流れる。
この電流により導電性接着材２４のフィラー同士の接触不良の回復や、フィラーの酸化膜が破壊され、接触不良が回復され、導通回復、導通の劣化防止を図ることができる。
【００３６】
（保護回路の動作）
次に、保護回路４９の動作について説明する。
放射線計測の状態では、半導体放射線検出器２１の漏れ電流は前記したように通常数ナノアンペア、最大でも２０ナノアンペア程度で、それが抵抗器４１を介して接地側に流れる。この漏れ電流によりコンデンサ４３の抵抗器４１との接続側の端子には、抵抗器４１に１０ＭΩのものを用いた場合、最大で約０．２Ｖの電位が発生する。一方、通常の保護ダイオード４８の動作電位は、０．４Ｖ程度であり、漏れ電流のみの状態や放射線検出信号が入った状態では保護ダイオード４８はオフ状態を維持し、動作することは無いので信号線ＳＣに雑音が入ることはない。
【００３７】
導通回復作業のためメカニカルリレー３３に第２の高電圧を掛けた状態で、メカニカルリレー３３をオフ状態からオン状態にすると、コンデンサ４３の保護回路４９側の端子の電位は上がり、保護ダイオード４８が動作して、過大な電流を接地側に逃がし、コンデンサ４３や前置増幅器４５に過大な電圧が掛かることは無い。
保護ダイオード４８を２個、逆方向に並列に配置したリミッタ回路を用いることは、一般的に公知の技術である。例えば、文献「ＯＰアンプ活用 １００の実践ノウハウ」（松井邦彦 著、ＣＱ出版社）に記載されている。
【００３８】
ところが、リミッタ回路を使用すると、雑音が大幅に増加する場合がある。保護ダイオード４８、４８は、それ自身の漏れ電流が半導体放射線検出器２１より小さくすることが可能でかつ静電容量が小さい、高周波ダイオードやＰＩＮダイオードを使用するのが好適である。
【００３９】
なお、導電性接着材２４の導通回復作業の後、制御手段３０は、メカニカルリレー３３をオン状態にし、電圧調整手段３１を制御して、印加電圧をゆっくり第１の高電圧にまで昇圧する。そして、放射線計測の状態に移行する。
【００４０】
ちなみに、前記した導通回復作業の頻度は１週間に一度としたが、それに限定されるものではない。制御手段３０のメモリに記憶設定された所定の日数ごとに行なえば良い。また、制御手段３０は、メモリに記憶されている前回の導通回復作業をした日から所定の日数が経過した場合も、導通回復作業を行なうようにしても良い。
【００４１】
また、導通回復作業においては、メカニカルリレー３３をオフ状態からオン状態に１度だけするとして説明したが、それに限定されるものではない。メカニカルリレー３３をオフ状態からオン状態にした後、再度オフ状態にし、オン状態にしても良い。この回数は適宜、選定できるものである。
【００４２】
（比較例の放射線計測回路）
次に、図３の比較例の放射線計測回路について説明する。
図３の放射線計測回路１１０における半導体放射線検出器２１は第１の実施形態のものと同じであるが接続が異なっている。カソード電極Ｃ側の導電部材２２を接地し、アノード電極Ａ側の導電部材２３に、メカニカルリレー３３及び抵抗器４１を介して高電圧を印加する。そして、導電部材２３から信号線ＳＣが引き出され、コンデンサ４３、前置増幅器４５と直列に接続している。
第１の実施形態と同じ構成については、同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００４３】
この放射線計測回路１１０からメカニカルリレー３３を除いたものは、半導体放射線検出器２１の導電部材２２が接地電位であり、接続などの取り扱いが容易であることから従来からよく使用されるものである。
この場合、通常の放射線計測状態では、メカニカルリレー３３はオン状態であり、半導体放射線検出器２１の導電部材２３には抵抗器４１を介して所定の第１の高電圧が印加されている。また、コンデンサ４３も充電されている。ここで、半導体素子Ｓにγ線が入射すると、半導体素子Ｓ内にキャリアが発生し、発生した電荷分だけ電流が導電部材２３を通じて信号線ＳＣ側から接地側に流れ出す。この電流により、コンデンサ４３に充電された電荷が流れ、放射線検出信号となり、前置増幅器４５に伝わる。その後、コンデンサ４３は、抵抗器４１を介して高電圧電源２７により再び充電される。
【００４４】
しかし、抵抗器４１が１０ＭΩ程度、半導体放射線検出器２１の静電容量が数〜数十ｐＦであるため、メカニカルリレー３３をオフ状態にして、印加電圧を前記した第２の高電圧にして、その後、メカニカルリレー３３をオン状態にしても、高電圧を数ナノ秒オーダーで変化させて半導体放射線検出器２１に掛けることはできない。
【００４５】
また、メカニカルリレー３３を信号線ＳＣ上に導電部材２３と抵抗器４１の信号線ＳＣへの接続点との間に挿入することで、高電圧を数ナノ秒オーダーで変化させて半導体放射線検出器２１に掛けることはできるが、今度は通常の放射線計測状態において常に半導体放射線検出器２１からの放射線検出信号がメカニカルリレー３３を経由することになり、信号に雑音が入ることになる。
【００４６】
また、メカニカルリレー３３を導電部材２２と接地との間に挿入することもできるが、今度は導電部材２２を常に接地状態に維持できないので、前記した接続の簡易性というこの放射線計測回路１１０の利点が得られなくなる。
【００４７】
ちなみに、本実施形態では、メカニカルリレー３３を常時開のものとしたが、メカニカルリレー３３を常時閉タイプで、通常時は数μアンペア以下の電流が流れるものとした場合、カニカルリレー３３の接点が酸化して固着する可能性があるので、接点固着を防止する点からも、ＰＥＴ装置１０の運転の都度、メカニカルリレー３３をオフ状態からオン状態に動作して、接点固着を防止することが望ましい。また、導通回復作業のために、例えば、週に１度の頻度で第２の高電圧状態でオフ状態からオン状態にするので、メカニカルリレー３３の接点の導通性維持にも役立つ。
【００４８】
（ＰＥＴ装置）
次に、本発明の核医学診断装置として好適な本実施形態に係わるＰＥＴ装置を、図４から図６を参照しながら詳細に説明する。
図４は本実施形態の核医学診断装置として好適であるＰＥＴ装置の構成を模式的に示した斜視図である。図５はＰＥＴ撮像装置を模式的に示した斜視図である。図６の（ａ）は図５に示すＰＥＴ撮像装置に用いられるユニット基板の正面図であり、（ｂ）は同じくユニット基板の側面図である。
本実施形態のＰＥＴ装置１０は、図４に示すように、計測空間１ａを有したＰＥＴ撮像装置１、被検体（被検診者）Ｈを支持するベッドＢ、データ処理装置（コンピュータ等）２、並びに表示装置３ａ、や操作装置３ｂ等有するコンソール３を備えている。ＰＥＴ撮像装置１は、図５に示すようにユニット基板Ｕを計測空間１ａの周方向に多数配置しており、このようなＰＥＴ撮像装置１において、被検体Ｈは、図４に示すように、長手方向に移動可能なベッドＢに載せられて、ユニット基板Ｕによって取り囲まれる円柱状の計測空間１ａ内に挿入される。
【００４９】
ＰＥＴ撮像装置１のユニット基板Ｕは、図５に示すように、ベッドＢの長手方向（図中矢印Ｚ方向）にも複数個配置される。ユニット基板Ｕは、図６に示すように、放射線検出領域（以下、検出領域という）２０Ａ、及び集積回路領域（以下、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）領域という）２０Ｂを有する。検出領域２０Ａは複数の半導体放射線検出器２１を備える。半導体放射線検出器２１は、被検体Ｈ（図４参照）の体内から放出されるγ線を検出する。
【００５０】
ＡＳＩＣ領域２０Ｂは、検出されたγ線による放射線検出信号の波高値、検出時刻を計測するための集積回路（アナログＡＳＩＣ２８、デジタルＡＳＩＣ２９）を有しており、放射線検出信号の波高値や検出時刻を測定するようになっている。その集積回路は、放射線検出信号を処理する複数の信号処理装置を含んでいる。
【００５１】
（ＰＥＴ撮像装置）
次に、ＰＥＴ撮像装置１における細部の説明を行う。
図５、図６に示す半導体放射線検出器２１としては、図１で説明した半導体放射線検出器２１を用いるものとする。このような半導体放射線検出器２１は、図６の（ａ），（ｂ）に示すように配線基板２０上に、検出領域２０ＡからＡＳＩＣ領域２０Ｂに向かうＹ方向（ＰＥＴ撮像装置１の半径方向、図５参照）に６行（６ｃｈ）、Ｙ方向と直交するＸ方向（ＰＥＴ撮像装置１の周方向、図５参照）に８列（８ｃｈ）、さらに、配線基板２０の厚み方向であるＺ方向（ＰＥＴ撮像装置１の奥行き方向、図５参照）に２面（２ｃｈ）配置（配線基板２０の両面に配置）される。これにより、半導体放射線検出器２１は、配線基板２０の片面に合計４８ｃｈ、その両面では合計９６ｃｈが設置されることになる。
【００５２】
本実施形態では、このような各半導体放射線検出器２１のγ線の検出機能を維持するために、図２で説明した導電性接着材２４の導通性を確保する前記した制御手段３０、電圧調整手段３１、メカニカルリレー３３を備えている。このうち、制御手段３０と電圧調整手段３１は、ユニット基板Ｕを格納する図示しない筐体内に設置されている（例えば、特許文献２の図１０に示された筐体３０の高電圧装置ＰＳの中に含まれる）。そして、メカニカルリレー３３は、図６に示すように配線基板２０の両面に各１個設置されている。
ユニット基板Ｕの各面に１個ずつ設置されたメカニカルリレー３３は、それぞれの面に含まれる半導体放射線検出器２１に対して、高電圧を印加する配線をオン・オフ制御する。
【００５３】
（ユニット基板）
ユニット基板Ｕは、図５に示すように、半導体放射線検出器２１の設置された面がＰＥＴ撮像装置１の奥行き方向（Ｚ方向）に向くように、ＰＥＴ撮像装置１に設けられた環状の支持部材（図示せず）に設置される。環状部材に設置された複数のユニット基板Ｕは、周方向に配置され、計測空間１ａを取り囲むこととなる。そして、検出領域２０Ａが内側（計測空間１ａ側）に、ＡＳＩＣ領域２０Ｂが外側に位置するように配置される。本実施形態では、複数のユニット基板Ｕが、ＰＥＴ撮像装置１の奥行き方向にも配置される。
【００５４】
ユニット基板Ｕの詳細構造を、図６の（ａ），（ｂ）を用いて説明する。ユニット基板Ｕは、複数の半導体放射線検出器２１が前記のように設置された検出領域２０Ａと、ＡＳＩＣ領域２０Ｂとを備えている。ＡＳＩＣ領域２０Ｂは、メカニカルリレー３３、抵抗器４１、コンデンサ４３、アナログＡＳＩＣ２８及びデジタルＡＳＩＣ２９を有する。各半導体放射線検出器２１から出力されたγ線の検出信号は、配線基板２０内の図示しない多層配線により検出領域２０Ａ側からＡＳＩＣ領域２０Ｂ側へ供給される。
【００５５】
ＡＳＩＣ領域２０Ｂは、図６の（ａ），（ｂ）に示すように、デジタルＡＳＩＣ２９が片面に１個設置され、アナログＡＳＩＣ２８が４個ずつ両面に配置されている。ＡＳＩＣ領域２０Ｂの両面には、抵抗器４１、コンデンサ４３が半導体放射線検出器２１の数に対応した数だけ設置されている。
【００５６】
また、これらの、抵抗器４１、コンデンサ４３、アナログＡＳＩＣ２８及びデジタルＡＳＩＣ２９を電気的に接続する複数の接続配線（図示せず）が、ＡＳＩＣ領域２０Ｂ内に設けられている。アナログＡＳＩＣ２８は、半導体放射線検出器２１から出力されたアナログ信号（γ線検出信号）を処理する、特定用途向けＩＣであるＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を意味し、ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）の一種である。アナログＡＳＩＣ２８は、個々の半導体放射線検出器２１毎に信号処理回路を設けている。これらの信号処理回路は、対応する一つの半導体放射線検出器２１から出力されたγ線の検出信号（放射線検出信号）を入力してγ線の波高値を求めるようになっている。
ちなみに、アナログＡＳＩＣ２８は図２における前置増幅器４５を含むファースト系、スロー系の信号処理回路である。
【００５７】
回路の長さやγ線検出信号を伝送する配線の長さ（距離）は短い方が、静電容量が小さくなるため、ノイズの影響が少なくて好ましい。このため、本実施形態は、ＰＥＴ撮像装置１の半径方向において中心軸から外側に向かって、ユニット基板Ｕにおいて、半導体放射線検出器２１、コンデンサ４３、抵抗器４１、アナログＡＳＩＣ２８及びデジタルＡＳＩＣ２９をこの順に配置している。この構成は、半導体放射線検出器２１から出力された微弱なγ線検出信号をアナログＡＳＩＣ２８の増幅器まで伝える配線の長さ（距離）を短くできる。このため、γ線の検出信号に対するノイズの影響が軽減される。
【００５８】
半導体放射線検出器２１のカソード電極Ｃ側は、検出回路４０（図２参照）に接続されている。検出回路４０は、抵抗器４１、コンデンサ４３、アナログＡＳＩＣ２８を有し、半導体放射線検出器２１に放射線が入射したときに流れる電流を検出するものである。
【００５９】
（作用効果）
ところで、前記したように、半導体放射線検出器２１から出力される放射線検出信号（電荷信号）は、カソード電極Ｃ側から導電性接着材２４を介して導電部材２２に出力される。放射線検出信号は、１０ＭＨｚ以上の高周波信号であるため、導電性接着材２４に導通性のよくない部分が存在すると、その部分を検出信号が通過する際にひずみが生じてしまい、このことは雑音が増大することに等しい特性の劣化となって現れてしまう。
【００６０】
次に、図１に示したような多層構造の半導体放射線検出器２１において、一部の導電性接着材２４の導電性が低下している場合の影響について図７を参照しながら説明する。
図７は放射線検出信号を波高分析してエネルギーウィンドのチャンネルごとの計数を示したグラフであり、横軸のエネルギーウィンドのチャンネル番号を示し、番号が大きいほど放射線検出信号が示す検出γ線のエネルギーの値が大きいことを示し、縦軸はエネルギーウィンドごとの計数である。
この図は、Ｃｓ１３７（セシウム１３７）から放射される６６２ｋｅＶのγ線に対するものであり、単一のエネルギーのγ線に対して本来は曲線９２に示すように、鋭いピークを示す計数分布を示すものである。
【００６１】
ところが、ある１つの半導体放射線検出素子２１１と導電部材２２，２３との間の導電性接着材２４の導電性が劣化していると、高抵抗を示すことになり、同じエネルギーのγ線が入射した他の半導体放射線検出素子２１１からの放射線検出信号（電荷信号）との間で放射線検出信号の波高値が異なってしまう。つまり、高抵抗を示す半導体放射線検出素子２１１からの放射線検出信号（電荷信号）は小さくなって、前置増幅器４５に到達する。そして、図７の曲線９１に示すように、導電性接着材２４の導電性が劣化した半導体放射線検出素子２１１からの放射線検出信号の分布はピーク位置が低い番号のチャンネルのところに位置する分布を示し、導電性接着材２４の導電性が良好な半導体放射線検出素子２１１からの放射線検出信号の分布はピーク位置が高い番号のチャンネルのところに位置する分布を示してその２つが重なった２つのピークを持つ分布となる。
このようにピークが２つに分かれた分布を得ることは、γ線のエネルギー識別能力が低くなったことを意味する。
【００６２】
図２の放射線計測回路１００において、図７の曲線９１に示すようになった半導体放射線検出器２１に対して、高電圧電源２７からの電圧を電圧調整手段３１により所定の第２の高電圧に設定して、メカニカルリレー３３をオフ状態からオン状態にすると、その後の放射線計測状態において図７の曲線９２に示すような良好な単一ピークを示す曲線に戻った。
メカニカルリレー３３は、通常の電磁スイッチであり低価格で容易に入手可能なものである。
【００６３】
なお、ユニット基板Ｕに設けるメカニカルリレー３３の数は、各面に１個に限定されるものではなく、更に多くのメカニカルリレー３３を設けても良い。また、図示しない筐体内に設けた制御手段３０は、前記したように筐体内に格納されたユニット基板Ｕ上のメカニカルリレー３３を同期させてオン・オフ動作させる必要は無く、ユニット基板ごとにずらしたりして、メカニカルリレー３３のオン・オフ動作による高電圧電源２７や電圧調整手段３１に掛かる負担を軽減することが望ましい。
【００６４】
以下に、本実施形態において得られる効果を説明する。
（１）γ線（放射線）が入射したときに発生する電荷による電流よりも大きい電流が、少なくとも導電性接着材２４に流れるようにするための制御手段３０とメカニカルリレー３３を備えているので、メカニカルリレー３３をオンにしたときにより流れる大きい電流によって、導電性接着材２４の導電性粒子を再度結合したり、導電性接着材２４に形成された酸化膜を破壊したりすることができ、導電性接着材２４の導通性を安定化させることができる。
また、導電性接着材２４の導通回復作業をするときには、放射線計測の場合よりも低い第２の高電圧で行なうので、前置増幅器４５を破損することを防止できる。
（２）ユニット基板Ｕの配線基板２０にメカニカルリレー３３を設けるという必要最小限の追加構成で、エネルギー分解能に優れた核医学診断装置が得られる。
（３）定期的に放射線計測のための電圧印加前に制御手段３０に制御されて、メカニカルリレー３３よる第２の高電圧、例えば、１００Ｖ〜２００Ｖ程度の高電圧を半導体放射線検出器２１にナノ秒オーダーで掛けることで、半導体放射線検出器２１の故障発生を効果的に抑制することができ、長期間にわたって放射線の検出性能を維持することができる。
（４）導電性接着材２４の導通性を維持することができるので、半導体放射線検出素子２１１をより薄く形成して積層することができ、半導体放射線検出器２１としての性能及び感度の向上を両立させることが可能となる。ＰＥＴ撮像装置１では５１１ｋｅＶのγ線を効率良く捕捉する必要があるが、そのためには、半導体放射線検出素子２１１を厚くしなければならない。しかし、半導体放射線検出素子２１１を厚くすると電子やホールの移動距離が長くなるため、エネルギー分解能や入射時刻の認識精度が悪化する。薄い半導体放射線検出素子２１１を多数積層できれば電子やホールの移動距離が短縮できるのでエネルギー分解能や入射時刻の認識精度が向上し、又半導体放射線検出素子２１１の体積占有率を大きく取れてかつ半導体放射線検出器２１の体積も増大できるなどの利点があり、ＰＥＴ撮像装置１の性能を向上させることができる。
（５）半導体放射線検出器２１は、互いに隣接する半導体放射線検出素子２１１のカソード電極Ｃ同士、又はアノード電極Ａ同士が向かい合うように配置されるので、導電部材２２，２３を共用することができる。しかも、導電性接着材２４の導通性を維持することができるので、カソード電極Ｃとアノード電極Ａの電極間に安定した状態で電荷収集用の逆方向バイアス電圧を掛けることができる。
又、半導体放射線検出素子２１１の相互間に電気絶縁材を配置する必要がなく、半導体放射線検出素子２１１の稠密配置を実現することができる。これにより、感度が向上され、検査時間の短縮も図ることができる。
【００６５】
《第２の実施形態》
次に、図１、図４から図６、及び図８を参照しながら本発明に係わる第２の実施形態のＰＥＴ装置について説明する。
図８は第２の実施形態に係るＰＥＴ装置に適用される放射線計測回路の構成と作用を説明するための原理説明のための模式図である。
本実施形態のＰＥＴ装置１０は、第１の実施形態と放射線計測回路１００が図８に示す放射線計測回路１００Ａに代わっただけであり、他の構成は第１の実施形態と同じである。第１の実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
第２の実施形態における放射線計測回路１００Ａが、第１の実施形態における放射線計測回路１００と異なる点は、信号線ＳＣの抵抗器４１（抵抗値Ｒ１、例えば、約１００ＭΩ）との接続点とコンデンサ（第１のコンデンサ）４３との間にコンデンサ（第２のコンデンサ）４４を配置する点である。コンデンサ４３の静電容量Ｃ１（第１の静電容量）が、例えば、約１０００ｐＦに対して、コンデンサ４４の静電容量Ｃ２（第２の静電容量）は、例えば、１００００ｐＦとコンデンサ４３の静電容量Ｃ１よりも十分に大きなものとする。
【００６６】
第１の実施形態と同様に、２つの保護ダイオード４８，４８は、導電性接着材２４の導通回復作業時の過大な電流により生じる電圧が前置増幅器４５に掛かって、前置増幅器４５を破損させないようにする保護回路４９を構成し、メカニカルリレー３３に第２の高電圧が掛かっている状態で、メカニカルリレー３３がオフ状態からオン状態になったときの電流及び、逆にその状態からメカニカルリレー３３がオフ状態になったときの逆電流を接地側との間で流す役割をする。
【００６７】
第１の実施形態と異なるのは、コンデンサ４４があるために、保護ダイオード４８の電位は直流的には常に０Ｖに保たれることである。したがって、高温環境等の漏れ電流が大きくなるような場合に、抵抗器４１に大きな電位差が発生しても、保護ダイオード４８が動作して信号線ＳＣに雑音が入ることはない。
放射線検出信号（荷電信号）は、コンデンサ４４の静電容量Ｃ２が１００００ｐＦとコンデンサ４３の静電容量Ｃ１に対して十分大きい値なので、交流動作としてそのままコンデンサ４４を通過し、コンデンサ４３に伝わる。そのため、コンデンサ４４が放射線検出信号に悪影響を及ぼすことはない。
【００６８】
以上、第２の実施形態によれば、第１の実施形態のところで説明した効果に加えて、第１の実施形態における放射線計測回路１００よりも導通回復作業時にコンデンサ４３や前置増幅器４５を破損させる可能性が低くできる。
場合によっては、前記した第２の高電圧を第１の高電圧と同じ電圧に設定しても、コンデンサ４３や前置増幅器４５に高電圧が掛かることを防止でき、コンデンサ４３や前置増幅器４５の健全性上問題なく、導通回復作業を行なうことができる。その結果、制御手段３０のプログラムを簡単化できる。
【００６９】
なお、第１の実施形態及び第２の実施形態において、メカニカルリレー３３を用いたがそれに限定されるものではない。半導体放射線検出器２１に印加される高電圧に耐え、数ミリアンペアオーダーの電流を、ナノ秒オーダーで通電可能な半導体スイッチでも良い。
また、第１の実施形態及び第２の実施形態において、半導体放射線検出器２１は図１に示したように、半導体放射線検出素子２１１を多層構造としたものとしたがそれに限定されるものではない。単一の半導体放射線検出素子２１１を単一の半導体放射線検出器２１としても良い。
また、導電部材２２，２３は図１に示すように平板形状としたがその平面形状は図１に示されたものに限定されることは無く、一部を欠き取って、γ線を吸収する面積を低減するようにした平面形状でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は、半導体放射線検出器２１としてテルル化カドミウムあるいはテルル化亜鉛カドミウムを用いたＰＥＴ装置、ＳＰＥＣＴ装置、ガンマカメラに好適である。これらの核医学診断装置では、被測定者に放射性薬剤を投与するため、途中で故障することが許されない。すなわち測定系に起因する故障を減らすことができるため、装置の使用途中に半導体放射線検出器２１の一部が使用できなくなり診断画像の質が低下したり、装置が稼動できなくなったりするなどの事態を未然に防ぐことができる。その結果、核医学診断装置として信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】第１の実施形態における半導体放射線検出器の１例の斜視図であり、（ａ）は、半導体放射線検出器を構成する単位の半導体放射線検出素子の模式斜視図であり、（ｂ）は、半導体放射線検出素子を複数重ねて構成した半導体放射線検出器の斜視図であり、（ｃ）は、半導体放射線検出器を配線基板に設置した状態を模式的に示した図である。
【図２】第１の実施形態に係るＰＥＴ装置に適用される放射線計測回路の構成と作用を説明するための原理説明のための模式図である。
【図３】比較例の放射線計測回路の構成を説明する図である。
【図４】第１の実施形態の核医学診断装置として好適であるＰＥＴ装置の構成を模式的に示した斜視図である。
【図５】ＰＥＴ撮像装置を模式的に示した斜視図である。
【図６】（ａ）は図５に示すＰＥＴ撮像装置に用いられるユニット基板の正面図、（ｂ）は同じくユニット基板の側面図である。
【図７】放射線検出信号を波高分析してエネルギーウィンドのチャンネルごとの計数を示したグラフである。
【図８】第２の実施形態に係るＰＥＴ装置に適用される放射線計測回路の構成と作用を説明するための原理説明のための模式図である。
【符号の説明】
【００７２】
１ ＰＥＴ撮像装置
１ａ 計測空間
２ データ処理装置
３ コンソール
３ａ 表示装置
３ｂ 操作装置
１０ ＰＥＴ装置
２０ 配線基板
２０Ａ 検出器領域
２０Ｂ ＡＳＩＣ領域
２１ 半導体放射線検出器（結晶素子組み立て体）
２２ 導電部材（他方の導電部材）
２３ 導電部材（一方の導電部材）
２４ 導電性接着材
２７ 高電圧電源
３０ 制御手段
３１ 電圧調整手段
３３ メカニカルリレー（リレースイッチ）
４０，４０Ａ 検出回路
４１ 抵抗器
４３ コンデンサ（第１のコンデンサ）
４４ コンデンサ（第２のコンデンサ）
４５ 前置増幅器（増幅器）
４８ 保護ダイオード（ダイオード）
４９ 保護回路
１００，１００Ａ 放射線計測回路
２１１ 半導体放射線検出素子
Ａ アノード電極（導電性薄膜）
ＡＰ，ＣＰ 配線
Ｃ カソード電極（導電性薄膜）
Ｈ 被検体
Ｓ 半導体素子（結晶素子）
ＳＣ 信号線
Ｕ ユニット基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機能素子である結晶素子の表面に形成した導電性薄膜に対して、外部との電気的接続を行なうための２つの導電部材を設け、導電性粒子及びバインダで構成される導電性接着材により、前記導電性薄膜と前記導電部材とを接着して結晶素子組み立て体とし、前記結晶素子組み立て体に放射線が入射したときに発生した電荷を前記導電性接着材及び前記導電部材を経由して信号として取り出す半導体放射線検出器と、
前記半導体放射線検出器からの信号を増幅及び整形する増幅器と、
前記結晶素子組み立て体の一方の導電部材に高電圧を供給する高電圧電源と、
前記高電圧電源と前記一方の導電部材との間に介設し、前記高電圧電源から供給される電圧を、放射線計測状態の所定の第１の高電圧に設定する電圧調整手段と、
を備える放射線計測回路において、
更に、
前記電圧調整手段の後段に配されたリレースイッチと、
前記電圧調整手段と前記リレースイッチとを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記電圧調整手段において、前記高電圧電源からの高電圧を、前記導電性接着材の導通回復作業用の前記第１の高電圧以下の所定の第２の高電圧に設定させ、
前記リレースイッチにおいて、オン・オフ動作をさせて、
前記半導体放射線検出器の前記導電性接着材の導通回復作業を行なうことを特徴とする放射線計測回路。
【請求項２】
更に、
前記結晶素子組み立て体の他方の導電部材に接続して前記信号として取り出す信号線の前記増幅器の手前に接続する所定の第１の静電容量を有する第１のコンデンサと、
前記信号線の前記第１のコンデンサに直列に、前記半導体放射線検出器側に配設される前記第１の静電容量よりも十分に大きな所定の第２の静電容量を有する第２のコンデンサと、
前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの間の、前記信号線の接続点からダイオードを介して接地する保護回路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線計測回路。
【請求項３】
機能素子である結晶素子の表面に形成した導電性薄膜に対して、外部との電気的接続を行なうための２つの導電部材を設け、導電性粒子及びバインダで構成される導電性接着材により、前記導電性薄膜と前記導電部材とを接着して結晶素子組み立て体とし、前記結晶素子組み立て体に放射線が入射したときに発生した電荷を前記導電性接着材及び前記導電部材を経由して信号として取り出す半導体放射線検出器と、
前記半導体放射線検出器からの信号を増幅及び整形する増幅器と、
前記結晶素子組み立て体の一方の導電部材に高電圧を供給する高電圧電源と、
前記高電圧電源と前記一方の導電部材との間に介設し、前記高電圧電源から供給される電圧を、所定の高電圧に設定する電圧調整手段と、
を備える放射線計測回路において、
更に、
前記電圧調整手段の後段に配されたリレースイッチと、
前記電圧調整手段と前記リレースイッチとを制御する制御手段と、
前記結晶素子組み立て体の他方の導電部材に接続して前記信号として取り出す信号線の前記増幅器の手前に接続する所定の第１の静電容量を有する第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサよりも前記半導体放射線検出器側の前記信号線に配設される前記第１の静電容量よりも十分に大きな所定の第２の静電容量を有する第２のコンデンサと、
前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの間の、前記信号線の中間の接続点から保護ダイオードを介して接地する保護回路と、
を備え、
前記制御手段は、
前記電圧調整手段において、前記所定の高電圧に設定させ、
前記リレースイッチにおいて、オン・オフ動作をさせて、
前記半導体放射線検出器の前記導電性接着材の導通回復作業を行なうことを特徴とする放射線計測回路。
【請求項４】
前記リレースイッチはメカニカルリレーで構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放射線計測回路。
【請求項５】
機能素子である結晶素子の表面に形成した導電性薄膜に対して、外部との電気的接続を行なうための２つの導電部材を設け、導電性粒子及びバインダで構成される導電性接着材により、前記導電性薄膜と前記導電部材とを接着して結晶素子組み立て体とし、前記結晶素子組み立て体に放射線が入射したときに発生した電荷を前記導電性接着材及び前記導電部材を経由して信号とし取り出す半導体放射線検出器と、
前記半導体放射線検出器からの信号を増幅及び整形する増幅器と、
前記結晶素子組み立て体の一方の導電部材に高電圧を供給する高電圧電源と、
前記高電圧電源と前記一方の導電部材との間に介設し、前記高電圧電源から供給される電圧を、放射線計測状態の所定の第１の高電圧に設定する電圧調整手段と、
を備える放射線計測回路において、
更に、
前記電圧調整手段の後段に配された半導体スイッチと、
前記電圧調整手段と前記半導体スイッチとを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記電圧調整手段において、前記高電圧電源からの高電圧を、前記導電性接着材の導通回復作業用の前記第１の高電圧以下の所定の第２の高電圧に設定させ、
前記半導体スイッチにおいて、オン・オフ動作をさせて、
前記半導体放射線検出器の前記導電性接着材の導通回復作業を行なうことを特徴とする放射線計測回路。
【請求項６】
更に、
前記結晶素子組み立て体の他方の導電部材に接続して前記信号として取り出す信号線の前記増幅器の手前に接続する所定の第１の静電容量を有する第１のコンデンサと、
前記信号線の前記第１のコンデンサに直列に、前記半導体放射線検出器側に配設される前記第１の静電容量よりも十分に大きな所定の第２の静電容量を有する第２のコンデンサと、
前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの間の、前記信号線の接続点からダイオードを介して接地する保護回路と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の放射線計測回路。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか1項に記載された放射線計測回路を用いることを特徴とする核医学診断装置。
【請求項１】
機能素子である結晶素子の表面に形成した導電性薄膜に対して、外部との電気的接続を行なうための２つの導電部材を設け、導電性粒子及びバインダで構成される導電性接着材により、前記導電性薄膜と前記導電部材とを接着して結晶素子組み立て体とし、前記結晶素子組み立て体に放射線が入射したときに発生した電荷を前記導電性接着材及び前記導電部材を経由して信号として取り出す半導体放射線検出器と、
前記半導体放射線検出器からの信号を増幅及び整形する増幅器と、
前記結晶素子組み立て体の一方の導電部材に高電圧を供給する高電圧電源と、
前記高電圧電源と前記一方の導電部材との間に介設し、前記高電圧電源から供給される電圧を、放射線計測状態の所定の第１の高電圧に設定する電圧調整手段と、
を備える放射線計測回路において、
更に、
前記電圧調整手段の後段に配されたリレースイッチと、
前記電圧調整手段と前記リレースイッチとを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記電圧調整手段において、前記高電圧電源からの高電圧を、前記導電性接着材の導通回復作業用の前記第１の高電圧以下の所定の第２の高電圧に設定させ、
前記リレースイッチにおいて、オン・オフ動作をさせて、
前記半導体放射線検出器の前記導電性接着材の導通回復作業を行なうことを特徴とする放射線計測回路。
【請求項２】
更に、
前記結晶素子組み立て体の他方の導電部材に接続して前記信号として取り出す信号線の前記増幅器の手前に接続する所定の第１の静電容量を有する第１のコンデンサと、
前記信号線の前記第１のコンデンサに直列に、前記半導体放射線検出器側に配設される前記第１の静電容量よりも十分に大きな所定の第２の静電容量を有する第２のコンデンサと、
前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの間の、前記信号線の接続点からダイオードを介して接地する保護回路と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の放射線計測回路。
【請求項３】
機能素子である結晶素子の表面に形成した導電性薄膜に対して、外部との電気的接続を行なうための２つの導電部材を設け、導電性粒子及びバインダで構成される導電性接着材により、前記導電性薄膜と前記導電部材とを接着して結晶素子組み立て体とし、前記結晶素子組み立て体に放射線が入射したときに発生した電荷を前記導電性接着材及び前記導電部材を経由して信号として取り出す半導体放射線検出器と、
前記半導体放射線検出器からの信号を増幅及び整形する増幅器と、
前記結晶素子組み立て体の一方の導電部材に高電圧を供給する高電圧電源と、
前記高電圧電源と前記一方の導電部材との間に介設し、前記高電圧電源から供給される電圧を、所定の高電圧に設定する電圧調整手段と、
を備える放射線計測回路において、
更に、
前記電圧調整手段の後段に配されたリレースイッチと、
前記電圧調整手段と前記リレースイッチとを制御する制御手段と、
前記結晶素子組み立て体の他方の導電部材に接続して前記信号として取り出す信号線の前記増幅器の手前に接続する所定の第１の静電容量を有する第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサよりも前記半導体放射線検出器側の前記信号線に配設される前記第１の静電容量よりも十分に大きな所定の第２の静電容量を有する第２のコンデンサと、
前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの間の、前記信号線の中間の接続点から保護ダイオードを介して接地する保護回路と、
を備え、
前記制御手段は、
前記電圧調整手段において、前記所定の高電圧に設定させ、
前記リレースイッチにおいて、オン・オフ動作をさせて、
前記半導体放射線検出器の前記導電性接着材の導通回復作業を行なうことを特徴とする放射線計測回路。
【請求項４】
前記リレースイッチはメカニカルリレーで構成されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の放射線計測回路。
【請求項５】
機能素子である結晶素子の表面に形成した導電性薄膜に対して、外部との電気的接続を行なうための２つの導電部材を設け、導電性粒子及びバインダで構成される導電性接着材により、前記導電性薄膜と前記導電部材とを接着して結晶素子組み立て体とし、前記結晶素子組み立て体に放射線が入射したときに発生した電荷を前記導電性接着材及び前記導電部材を経由して信号とし取り出す半導体放射線検出器と、
前記半導体放射線検出器からの信号を増幅及び整形する増幅器と、
前記結晶素子組み立て体の一方の導電部材に高電圧を供給する高電圧電源と、
前記高電圧電源と前記一方の導電部材との間に介設し、前記高電圧電源から供給される電圧を、放射線計測状態の所定の第１の高電圧に設定する電圧調整手段と、
を備える放射線計測回路において、
更に、
前記電圧調整手段の後段に配された半導体スイッチと、
前記電圧調整手段と前記半導体スイッチとを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記電圧調整手段において、前記高電圧電源からの高電圧を、前記導電性接着材の導通回復作業用の前記第１の高電圧以下の所定の第２の高電圧に設定させ、
前記半導体スイッチにおいて、オン・オフ動作をさせて、
前記半導体放射線検出器の前記導電性接着材の導通回復作業を行なうことを特徴とする放射線計測回路。
【請求項６】
更に、
前記結晶素子組み立て体の他方の導電部材に接続して前記信号として取り出す信号線の前記増幅器の手前に接続する所定の第１の静電容量を有する第１のコンデンサと、
前記信号線の前記第１のコンデンサに直列に、前記半導体放射線検出器側に配設される前記第１の静電容量よりも十分に大きな所定の第２の静電容量を有する第２のコンデンサと、
前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの間の、前記信号線の接続点からダイオードを介して接地する保護回路と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の放射線計測回路。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか1項に記載された放射線計測回路を用いることを特徴とする核医学診断装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１２８２１２（Ｐ２００９−１２８２１２Ａ）
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３０４１６２（Ｐ２００７−３０４１６２）
【出願日】平成１９年１１月２６日（２００７．１１．２６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月１１日（２００９．６．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月２６日（２００７．１１．２６）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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