本發(fā)明涉及一種光子計數(shù)(photon counting)型放射線檢測器，其對每個能帶區(qū)域分別計測放射線和激發(fā)光的光子(photon)的數(shù)量，從而獲得基于該計測信息的檢測信息，尤其涉及一種能夠將直至X射線、伽馬射線等放射線和熒光等激發(fā)光為止的寬頻帶的放射線的強度作為其光子數(shù)進行計測的光子計數(shù)型檢測器。

背景技術：

近年來，例如在醫(yī)療領域中，需要一種能夠高速并且以像素為單位檢測X射線、伽馬射線等放射線和熒光等激發(fā)光的檢測器。

作為具有這種功能的以往的檢測器之一，存在搭載于核醫(yī)學診斷裝置中的放射性同位素照相機。該放射性同位素照相機接收從被投與到被測體的核素放出至被測體的外部的伽馬射線，并對其每個放出位置分別輸出與該伽馬射線的量相應的檢測信息。具體而言，該放射性同位素照相機從伽馬射線入射的一側起依次具備準直器、閃爍體群組、導光體以及光電倍增管(PMT)，在該光電倍增管的輸出側具備位置計算電路。

在閃爍體群組中，使多個柱狀的閃爍體密集且鄰接地配置，其前表面形成閃爍體輸入面。另外，光電倍增管還具有六邊形的輸入面，并進一步密集地配置有多個光電倍增管。

因此，經(jīng)由準直器的一個或者多個孔傳播過來的伽馬射線從閃爍體輸入面入射至一個或者多個閃爍體。在這些閃爍體中，被入射的伽馬射線激發(fā)，從而生成閃爍光(光脈沖)，該閃爍光從該一個或者多個閃爍體的輸出面經(jīng)由導光體輸入至一個或者多個光電倍增管。該一個或者多個光電倍增管將光脈沖轉換為電信號，并向位置計算電路輸出與入射光量成比例的脈沖。位置計算電路根據(jù)該一個或者多個輸出脈沖求出發(fā)光點、即伽馬射線的入射位置。也就是說，每當產(chǎn)生伽馬射線時，就會從位置計算電路向圖像顯示裝置和存儲器提供其生成的位置以及強度(即能量)的信息。

近年來，如專利文獻1、2所示，已知以這種閃爍體結構為基礎而拓展為各種形式的閃爍體。

在先技術文獻

專利文獻

專利文獻1：美國專利第7，375，341號說明書

專利文獻2：美國專利第7，405，406號說明書

專利文獻3：日本特開2010-091483號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術問題

然而，使用這些專利文獻1、2中記載的閃爍體無法實現(xiàn)所謂的通用型的檢測器，例如在醫(yī)療用的診斷設備中不僅能夠檢測伽馬射線還能夠檢測X射線和微弱的激發(fā)光的檢測器。其原因在于，不同于伽馬射線檢測，在例如X射線檢測中要求更高的分辨率，并且入射至檢測器的放射線的光子數(shù)極大(例如10000倍以上)，因此其信號處理的技術難度相當高。

在檢測器中，將X射線和光轉換為電信號的傳感器部分的材料和結構是決定檢測特性的重要因素之一。因此，由于要根據(jù)檢測目的對該傳感器部分的材料和結構進行各種變更，因此量產(chǎn)效果低，并且部件昂貴。因此，從市場方面來看，為了普及診斷設備以及抑制治療費用，也期待開發(fā)出對各種診斷設備具有共通的結構的檢測器，以作為降低成本的重要方法。

考慮到這種觀點，如果能夠通過具有“一個共通的結構”的檢測器檢測屬于各種診斷設備(例如核醫(yī)學診斷裝置、X射線CT掃描儀、熒光CT掃描儀)、即從被測體傳播或者透過被測體傳播的放射線和由激發(fā)產(chǎn)生的微弱的光的、寬范圍的波長區(qū)域的所謂的電磁波，便能夠稱之為理想的檢測器。

另一方面，近年來盛行開發(fā)以像素為單位對X射線的光子(photon)的數(shù)量進行計數(shù)，并獲取基于該計數(shù)值的檢測信息的光子計數(shù)(photon counting)型檢測器(參照專利文獻3)。

然而，該光子計數(shù)型檢測器雖然能夠檢測X射線，但是無法如上所述那樣通過具有“一個共通的結構”的同一類型的檢測器檢測跨寬波長區(qū)域的電磁波(X射線、伽馬射線、被激發(fā)出的微弱熒光等)。其原因在于，雖然至少需要在所有的電磁波的檢測器中共通地采用伽馬射線檢測中所使用的光子計數(shù)型的檢測結構，但是其技術難度高，還無法實現(xiàn)。具體而言，這是由于在以往的光子計數(shù)型檢測器中不具有用于使所需的分辨率、計數(shù)率特性、使用的能量區(qū)域等多個參數(shù)在全部種類的模式下均取得最佳平衡的實現(xiàn)手段。

雖然近年來盛行開發(fā)光子計數(shù)型檢測器，但是至今仍沒有能夠用比較簡單的結構檢測上述寬波長范圍的電磁波的檢測器。

本發(fā)明是鑒于上述觀點而做出的，提供一種結構上通用性高的光子計數(shù)型檢測器，其能夠通過共通的結構容易地使X射線、伽馬射線、被激發(fā)的微弱熒光等跨寬波長區(qū)域的電磁波符合各種模式所要求的性能基準。

用于解決技術問題的方案

為達成上述目的，本發(fā)明所涉及的光子計數(shù)型(photon counting型)檢測器是作為檢測放射線和由激發(fā)產(chǎn)生的微弱的光(微弱光)的檢測器而提供的。

該檢測器具備：柱狀體陣列，密集且鄰接地配置有多個柱狀體，所述柱狀體使放射線或者光入射，并且將該入射的放射線轉換為光或者使該入射的光向一個方向傳播，并使該轉換的光或者該傳播的光從出射端面出射，從而通過所述多個出射端面形成出射面；光學連接部，面對所述柱狀體陣列的所述出射面形成，能夠調(diào)整從該多個柱狀體各自的出射端面出射的所述光的擴散范圍；APD簇的群組，隔著所述光學連接部與所述出射面相對置地配置，以二維狀地配置有N×N個(N是2以上的正整數(shù))具有受光面的雪崩光電二極管(APD)、并且通過線或電路將該N×N個APD的輸出信號匯聚起來的APD簇作為一個像素，并二維狀地配置有多個APD簇；以及處理電路，對通過所述多個APD簇各自的所述線或電路電學匯聚起來的輸出信號進行處理。所述光學連接部能夠調(diào)整為，使從所述各柱狀體的所述出射端面出射的光的擴散范圍至少覆蓋形成所述各APD簇的所述N×N個APD的所述受光面。所述處理電路具備：多個計測電路，能夠根據(jù)分別從所述多個APD簇輸出的輸出信號，將所述出射的光的能量按照分為多個的各能量范圍進行規(guī)定時間的計測，以作為該光的光子數(shù)，并且裝備在每個該簇上；加法電路，將該多個計數(shù)電路中連接于最先進行了規(guī)定數(shù)量的計數(shù)的一個計數(shù)電路上的、所述APD簇中的一個APD簇視作發(fā)光中心APD簇，并將連接于該發(fā)光中心APD簇及其周邊的規(guī)定數(shù)量的所述APD簇上的所述計測電路內(nèi)的多個計測電路的計數(shù)值的合計視作大致從一個放射線脈沖發(fā)出的所述閃爍光，從而進行加法運算；禁止指令單元，在連接于所述一個APD簇的所述一個計測電路進行所述計測的規(guī)定時間的期間內(nèi)，發(fā)出使所述多個APD簇中的該一個APD簇周邊的規(guī)定數(shù)量的APD簇對入射的所述光子禁止計數(shù)的指令；禁止單元，分別設置于所述多個計測電路，在通過所述禁止指令單元發(fā)出所述禁止計數(shù)的命令時，禁止該計測電路的計測；位置信息運算單元，根據(jù)所述發(fā)光中心APD簇運算所述發(fā)光的位置信息；以及輸出電路，輸出所述發(fā)光中心APD簇的位置信息和至少每個所述能量范圍的所述放射線的光子數(shù)的信息。

發(fā)明的效果

這樣，根據(jù)本發(fā)明所涉及的光子計數(shù)型檢測器，其具備光學連接部，該光學連接部面對柱狀體陣列的出射面形成，能夠調(diào)整從該多個柱狀體各自的出射端面出射的光的擴散范圍。另外，還具備APD簇的群組，該APD簇的群組隔著該光學連接部與出射面相對置地配置，以二維狀地配置有N×N個(N是2以上的正整數(shù))具有受光面的雪崩光電二極管(APD)、并且通過線或電路將該N×N個APD的輸出信號匯聚起來的APD簇作為一個像素，并二維狀地配置有多個APD簇。因此，能夠根據(jù)從柱狀體陣列的各柱狀體出射的脈沖狀的光的光子數(shù)的量，調(diào)整光學連接部中的光的擴散范圍(具有立體角的擴散)。因此，通過適當?shù)卦O定光學連接部的脈沖狀光的擴散范圍以及對其進行接收處理的APD簇的分擔范圍，能夠實現(xiàn)所希望的分辨率以及光子數(shù)無誤的、高精度的計測。也就是說，不論計測對象的傳播介質(zhì)是放射線還是微弱光，根據(jù)相關設定，均能夠通過本發(fā)明所涉及的同一檢測器結構進行處理，其通用性極高。

附圖說明

在附圖中：

圖1是說明搭載有作為本發(fā)明所涉及的光子計數(shù)型檢測器的X射線檢測器(放射線檢測器的一個形態(tài))的檢測系統(tǒng)的概要的立體圖。

圖2是說明X射線檢測器的概要的剖面圖。

圖3是示出沿著圖2中的III-III線的面的俯視圖。

圖4(A)、圖4(B)是說明從X射線管照射的X射線的擴散與傾斜入射至閃爍體層的圖。

圖5是示出沿著圖2中的V-V線的面的俯視圖。

圖6是從一個方向對從一個閃爍體向光學連接層擴散的閃爍光與接收該閃爍光的多個APD簇進行說明的圖。

圖7是示意性地說明從入射至X射線檢測器的面(X射線入射窗)的X射線的視角觀察該X射線檢測器的面(X射線入射窗)時的檢測器各層的層疊狀態(tài)的圖。

圖8是示出以嵌入處理電路層中的每一個物理性像素的處理電路部為中心的電路結構的框圖。

圖9是說明一個物理性像素與通過運算制作出的亞像素之間的位置關系的圖。

圖10(A)、圖10(B)是用于說明實施方式所涉及的亞像素與每個能量區(qū)域的光子計數(shù)型的X射線檢測的圖。

圖11是說明實施方式所涉及的檢測時機的時序圖。

圖12是說明使用光纖板(FOP)構成的本發(fā)明所涉及的檢測器的變形例的概略剖面圖。

具體實施方式

下面，參照附圖，對本發(fā)明所涉及的光子計數(shù)型(photon counting型)檢測器的實施方式進行說明。

[第一實施方式]

首先，參照圖1至圖11，對所涉及的光子計數(shù)型放射線檢測器的第一實施方式進行說明。

圖1中示出了搭載光子計數(shù)型放射線檢測器的檢測系統(tǒng)的概略結構，該光子計數(shù)型放射線檢測器對從放射線源放出的放射線進行檢測。作為放射線源，可列舉出搭載于醫(yī)療用途的X射線診斷設備的X射線管和在核醫(yī)學診斷中被投與到被測體的核素。在X射線診斷設備的情況下，從X射線管照射的X射線(X射線束)透過被測體入射。在核醫(yī)學診斷中，從被投與到被測體的核素放出至體外的伽馬射線為檢測對象的介質(zhì)。此外，此處所說的“放射線”是指電離放射線，該放射線是廣義上可稱為“電磁波”的傳播介質(zhì)中的一種，包括由激發(fā)光產(chǎn)生的熒光等的強度微弱的光、即所謂的微弱光。

在圖1所示的檢測系統(tǒng)中，光子計數(shù)型放射線檢測器構成為X射線檢測器。該光子計數(shù)型X射線檢測器11(以下，簡稱為檢測器)構成為，將入射至該檢測器11的X射線視作光子(photon)，并按照能量區(qū)域分別對該光子進行計數(shù)，以作為檢測信息進行檢測。該檢測器11在控制其動作的控制裝置12的控制下動作。在該控制裝置12上，以可通信的方式連接有輸入器13以及顯示器14，所述輸入器13以及顯示器14用于與操作員之間以交互式的方式或者非交互式的方式進行操作信息和輸入輸出信息的交換。雖然沒有特別圖示，但是在控制裝置12中還包括驅動檢測器11的驅動電路。

進一步，在該檢測器11的輸出側例如設置有處理裝置15，所述處理裝置15對檢測信息進行處理，例如根據(jù)檢測信息重建圖像等。

如圖1所示，檢測器11收容在大致形成為扁平箱狀的殼體21中。該殼體21除了在圖1中示出的上表面以外，由不使X射線透射的部件形成，如后所述，在其內(nèi)部收納有各種檢測所需的部件。殼體21的一個面21WD(參照圖1)以下述閃爍體的潮解性(存在潮解性的情況)、遮光以及通過反射高效地向受光面引導光為目的，由低X射線吸收的部件(例如由碳纖維樹脂)形成，該面21WD形成了X射線入射窗。因此，在檢測器11中，使該X射線入射窗21WD位于朝向X射線入射方向的位置。例如，在該檢測器11搭載于牙科用全景X射線攝影裝置的情況下，以如下方式對該X射線入射窗21WD與X射線管兩者的旋轉位置進行控制：即、使該X射線入射窗21WD始終與X射線管相對置，并與該X射線管成對地在被測體的顎部周圍旋轉。

如圖1所示，為便于說明箱狀的檢測器11，設定X軸、Y軸以及Z軸的三維直角坐標，其中，在X射線入射窗21WD上分配了X軸、Y軸。根據(jù)該坐標軸，能夠在圖2中表示出沿著檢測器11的一側的橫方向、即X軸的剖面(沿著圖1中的II-II線的剖面)。

根據(jù)該剖面形狀，從X射線入射窗21WD起，沿著縱方向、即Z軸依次配置有發(fā)揮柱狀體陣列的功能的閃爍體層31、作為光學連接部的光學連接層32、光電轉換層33以及作為處理電路的處理電路層34。

因此，當X射線(脈沖狀的X射線束)入射至檢測器11的X射線入射窗21WD時，透過該入射窗21WD入射至位于其下側的閃爍體層31的入射面(將在后面進行說明)。在閃爍體層31中，通過一根或者多根作為柱狀體的閃爍體(將在后面進行說明)接收該入射脈沖X射線，使該閃爍體發(fā)光。該發(fā)光作為脈沖狀的擴散光(也就是具有角度地以二維方式擴散的光)從該閃爍體的出射面(將在后面進行說明)向光學連接層32出射。如將在下面進行說明的那樣，在本實施方式中，光學連接層32在Z軸方向上形成為規(guī)定厚度的樹脂材料層。因此，如后所述，光學連接層32形成為，使脈沖狀的擴散光入射至光電轉換層33的多個像素區(qū)域。光電轉換層33的相應像素將入射的脈沖狀的光轉換為電脈沖。在處理電路層34對該電脈沖進行處理，并從該電路層34輸出與入射X射線相應的電信號，以作為檢測信息。

這樣，檢測器11具有借助閃爍體光將入射X射線轉換為電信號的功能，同時，在上述檢測器11的結構中進一步具有本申請獨有的、用于保證相對于檢測對象的通用性的結構。下面，對該結構進行更加具體的說明。下面，依次對該各層31～34進行說明。

〈閃爍體層〉

閃爍體層31是如圖2以及圖3所示那樣二維地、即在XY面上密集且鄰接地配置有多個圓柱狀的閃爍體(Micro-columnar scintillator：微小的柱狀熒光體)31A的柱狀體列陣，所述閃爍體31A發(fā)揮柱狀體的功能，且直徑細微，并具有規(guī)定長度。也就是說，以該柱狀的長度方向與縱軸、即Z軸方向對齊的方式密集地排列在XY面上。作為一例，各閃爍體31A的尺寸為，其直徑為20μm，長度為1.5mm。其中，直徑能夠容許一定范圍的尺寸偏差，因此并不一定需要精確地為20μm，可以是具有一定容許幅度的20μm左右的尺寸。另外，長度根據(jù)用途變化。例如，在檢測伽馬射線的情況下，可以設置成大于1.5mm，也就是說可以加厚閃爍體層31。

作為一例，各閃爍體層31A以作為X射線-光轉換材料的Ce:LaCl3為材料形成。Ce:LaCl3相對于X射線的簡要特性如下。產(chǎn)生光子數(shù)為60000/1MeV，比重為5.2g/cm³，能量分辨能力為3％(@662KeV)，延遲時間為18nsec，波長為380～420nm。與通常在放射性同位素照相機中使用的閃爍體的材料、即NaI相比，該材料具有能量分辨能力、檢測靈敏度、反應速度、余輝特性等的特性優(yōu)異、無潮解性、并且通過共晶結構能夠成長為柱狀等各種優(yōu)點，在伽馬射線檢測中易于使用。

因此，當假設X射線垂直入射到閃爍體31A各自的一側的面31_in(入射端面，參照圖4(B))時，在該閃爍體31A的長度方向的某個位置，會被該入射激發(fā)從而產(chǎn)生光(閃爍光)。該閃爍光被封閉在該柱狀體中并傳播，從其長度方向的另一側的面31_out(出射端面)向外部擴散并放出。在本實施方式的情況下，該外部是指光學連接層32。

X射線并不一定垂直入射到各閃爍體31A的入射端面31_in，也如圖4所示那樣傾斜入射。這是由于，如圖4(A)所示，X射線以一定的散布(扇角)從與檢測器11對峙的X射線管41的X射線焦點F出射。在圖4(A)所示的幾何學形態(tài)的情況下，檢測器11的X軸方向與扇狀的X射線的邊緣之間形成的角度約為82°。在這種情況下，如圖4(B)所示，在具有以100keV激發(fā)出的X射線光子、且形成邊緣部的X射線B傾斜入射至某一閃爍體31A’的情況下，表現(xiàn)出約500μm的傾斜的飛行軌跡，其散布約為69μm。即使是該傾斜入射，作為隨機現(xiàn)象，也會在該飛行軌跡所涉及的一個或者多個閃爍體31A中產(chǎn)生閃爍光。

〈光學連接層〉

接下來，對光學連接層32進行說明。該光學連接層32發(fā)揮連接其前方的閃爍體31的出射端面(各閃爍體31A的另一側的面31_out所形成的面)與光電轉換層33之間的界面區(qū)域的功能。該光學連接層32通過將光學性透明的樹脂材料加工成板狀而形成，其縱方向、即Z軸方向的厚度Lopt根據(jù)本檢測器11的應用場景進行適當選擇而形成。作為該樹脂材料，優(yōu)選為光學性透明、且能夠對用于調(diào)整擴散角的折射率進行一定程度調(diào)整的硅系樹脂。

該光學連接層32周圍的縱方向的壁32W由使閃爍光全反射的、例如具有白色的反射面的部件形成。也可以在該壁32W上涂布用于進行這種全反射的反射劑。

該光學連接層32的厚度Lopt是非常重要的因素。例如考慮到所要求的分辨率和計數(shù)特性等各種因素間的平衡，該厚度Lopt例如在數(shù)十μm至數(shù)百μm的范圍內(nèi)選定。

此外，作為光學連接層32的變形例，也可以形成為空氣層。

〈光電轉換層〉

光電轉換層33是由接收從各閃爍體31A出射的光、并對該光作出響應以生成電脈沖信號的元件群組構成的層狀部分。

具體而言，如圖5所示，與閃爍體層31同樣地，該光電轉換層33由沿著XY面二維地、密集地鄰接配置的多個雪崩光電二極管(APD)51形成。該APD51分別形成為例如具有縱橫10μm×10μm的面的棱柱狀，二維配置成相互隔著電絕緣層彼此鄰接并且林立。在該棱柱狀的APD51的向光學連接層31露出的面上形成閃爍光的受光部51A。

這些多個APD51中的X軸方向以及Y軸方向上的規(guī)定數(shù)量、例如10個×10個＝100個APD51通過線或電路OR(參照下述的圖8)電連接于處理電路層34或者連接其一側的一端。也就是說，形成這些矩形狀的區(qū)域(例如150μm×150μm的區(qū)域)的規(guī)定數(shù)量(例如100個，考慮到APD之間的間隙尺寸)的APD51A構成了APD簇52。

在本實施方式所涉及的檢測器11的情況下，如圖1以及圖5所示，通過上述線或電路連接而等價地在X軸、Y軸方向上互相鄰接配置多個該APD簇52。各APD簇52構成一個像素。這樣，通過由二維地配置的多個APD簇52構成的APD簇群組，構成了光電轉換層33。

如果用與閃爍體層31之間的尺寸以及形狀的關系來概括該APD簇52的群組52G，則表述如下。APD簇群組52G隔著光學連接層32與各閃爍體31A的出射端面31_out相對置地配置。以小于與各閃爍體31A的軸方向正交的剖面的直徑的值為一邊的值，二維狀地配置N×N個(N是2以上的正整數(shù))具有受光部51A的棱柱狀的APD51而形成。通過線或電路將該N×N個APD51的輸出信號匯聚起來，形成APD簇52。APD簇52所占據(jù)的XY面上的區(qū)域相當于物理上的一個像素。但是，在本實施方式中，通過將在后面進行說明的比較運算，將物理上的一個像素進一步制作成數(shù)分之一(在本實施方式中為1/4)的、更加高精細的子像素。因此，能夠以該子像素的單位獲得表示X射線入射位置的信息。

其結果是，通過二維地配置的多個APD簇52，提供了一種等同于在沿著X射線入射窗21WD的面上以二維陣列狀的方式配置多個物理性像素的結構。

在此，圖6中示意性地示出了X射線入射至閃爍體層31的某個閃爍體31A的入射端面31_in的狀態(tài)。當X射線入射至柱狀的閃爍體31A時，形成閃爍體31A的熒光體將會吸收該X射線的能量，并在熒光體內(nèi)部的原子核中引起激發(fā)或者電離，通過該吸收能量的一部分產(chǎn)生脈沖狀的光。該光被稱為閃爍光。該閃爍光在該閃爍體31A的內(nèi)部傳播，隨著從其出射端面31_out擴散，以立體角向光學連接層32擴散出射。在本實施方式中，以使該擴散光的投影范圍大于一個像素、即一個APD簇52的面積的方式，將光學連接層32的Z軸方向的厚度Lopt設定為最佳值。

對該產(chǎn)生的閃爍光的接收處理進行說明。圖7中示意性地示出了閃爍體層31、光電轉換層33以及光電轉換層33的重疊關系。該圖是從X射線入射方向即Z軸方向的前上方觀察檢測器1的X射線入射窗21WD時的、多個APD簇52(即、像素)的二維排列的透視示意圖，其中，所述多個APD簇52通過將多個閃爍體31A的二維排列、多個APD51的二維排列以及該多個APD51按規(guī)定數(shù)量分別電學匯聚成塊狀而形成。此外，在本實施方式中，光學連接層32是樹脂材料層。

接下來，參照圖8，對在處理電路層34中以APD簇52、即物理像素為單位形成的信號處理電路61的一個例子進行說明。該信號處理電路61通過ASIC以像素為單位被嵌入處理電路層34。圖8中示出的信號處理電路61表示與一個APD簇52、即一個物理像素連接的電路結構。

如圖8所示，各APD簇52的所有的APD51(此處為從APD(1)至APD(225)的225(15×15)個APD)借助線或電路OR連接到個別的信號電路部62。

該信號電路部62具備連接在線或電路OR上的比較器71，并且具備設置于該比較器71的輸出側的計數(shù)器72、前后判定電路73以及計時器74。進一步，該信號電路部62具備用于對X射線入射窗21WD中的X射線入射像素與該X射線的能量進行計數(shù)以作為各能量區(qū)域的光子數(shù)的電路群組。

作為該電路群組，具備計數(shù)&加法電路76、亞像素確定電路77以及輸出電路78。如圖所示，計數(shù)&加法電路76連接到線或電路OR，并且連接到附近的8個APD簇52的輸出端(即、未圖示的線或電路)。亞像素確定電路77具有計數(shù)器與比較器，并連接到附近的8個APD簇52的輸出端。

例如就圖7而言，當關注APD簇52(i，j)時，則該附近的8個APD簇52是指，形成圍繞該APD簇52(i，j)的矩形的8個APD簇52(i-1，j-1)、52(i，j-1)、52(i+1，j-1)、52(i-1，j)、52(i+1，j)、52(i-1，j+1)、52(i，j+1)以及52(i+1，j+1)。通過這9個APD簇，臨時性地形成與某一時刻X射線光子入射至X射線入射窗21WD中的某一位置相對應的計測對象區(qū)域R_MEA。

進一步，如圖9所示，由亞像素確定電路77確定的虛擬亞像素是指，將所關注的APD簇52(i，j)虛擬分割而得到的四個矩形狀的亞像素APD(i，j)-1、APD(i，j)-2、APD(i，j)-3、APD(i，j)-4。

在此，從連接于線或電路OR的比較器71開始進行詳細說明。作為閾值，向該比較器71提供脈沖信號的波高值(強度)的規(guī)定值。該閾值被設定為能夠辨別出脈沖信號與計數(shù)信號的值。因此，比較器71將經(jīng)由線或電路OR輸入的一個或者多個APD51的電脈沖的單獨的脈沖信號或者合成的脈沖信號與規(guī)定的閾值(波高值)及該閾值進行比較，在該輸入信號的波高值大于閾值的情況下，向下一段的計數(shù)器72輸出二值化信號“1”。該計數(shù)器72還被賦予了其計數(shù)的閾值。該閾值是用于決定是否能夠特定為X射線入射位置的辨別值。因此，從計數(shù)器72的計數(shù)變?yōu)槔绻潭ㄖ怠?計數(shù)”時開始，向下一段的前后判定電路73輸出指令計測開始的信號。

該前后判定電路73的“前后”是指時間上的前后。當從計數(shù)器72接收到計測開始信號后，前后判定電路73向連接于各APD的未圖示的信號電路部輸出禁止信號，所述禁止信號用于禁止受理附近的規(guī)定數(shù)量、此處為形成禁止區(qū)域R_INHIBIT的25個的APD簇52的加法運算。如圖7所示，該加法運算處理的禁止區(qū)域R_INHIBIT是將關注APD簇52(i，j)置于中心的例如25個APD簇52。因此，在通過計時器74進行計測的固定時間的期間內(nèi)，接收到該禁止信號的25個APD簇52各自的信號電路部能夠禁止對在目前作為對象的X射線入射之后生成的X射線入射的電脈沖信號進行加法運算處理。

另外，禁止信號作為觸發(fā)信號被發(fā)送至計數(shù)&加法電路76。接收到上述禁止信號后，計時器74啟動，并計數(shù)固定時間。當進行該固定時間的向上計數(shù)后，計時器74向計數(shù)&加法電路76發(fā)送復位信號。

當計數(shù)&加法電路76接收到觸發(fā)信號后，識別出包含當前存在X射線入射的位置(例如圖7中示出的發(fā)光點P)的關注APD簇52(i，j)(即、發(fā)光中心APD簇)由自己負責。因此，該計數(shù)&加法電路76按照每個能量區(qū)域，對來自以關注APD簇52(i，j)為中心的計測對象區(qū)域R_MEA、即圍繞關注APD簇52(i，j)的8個APD簇52(i-1，j-1)、52(i，j-1)、52(i+1，j-1)、52(i-1，j)、52(i+1，j)、52(i-1，j+1)、52(i，j+1)以及52(i+1，j+1)各自的電脈沖信號進行計數(shù)，并且對每個能量區(qū)域相互進行加法運算。該每個能量區(qū)域的計數(shù)通過與以往已知的光子計數(shù)同樣的電路執(zhí)行。與X射線的光子入射到閃爍體31A的現(xiàn)象相呼應地生成該電脈沖信號。因此，即使對上述電脈沖信號進行個別計測，并對計測對象區(qū)域R_MEA、即上述9個APD簇52的計測值進行合計計算，也相當于是對計測對象區(qū)域R_MEA整體進行了光子計數(shù)。

如圖10(B)中示意性地示出的那樣，作為能量區(qū)域，在橫軸上設定有設為X射線光子的能量[keV]的例如三個能量區(qū)域BIN1、BIN2、BIN3。當然，該能量區(qū)域的數(shù)量也可以是兩個，或者也可以是一個。

如圖11所示，該計數(shù)&加法電路76在輸入了作為觸發(fā)的禁止信號起、直至輸入復位信號為止的固定周期T(FPS)的期間內(nèi)，每間隔微小的預先設定的重復時間Δt進行上述計數(shù)以及加法運算，并分別按照能量區(qū)域BIN1、BIN2、BIN3將該加法運算值發(fā)送至輸出電路78。

另一方面，亞像素確定電路77是如下的電路：即、具備4個計數(shù)器與2個比較器，并根據(jù)該比較器的比較運算結果更加高精細地確定當前存在X射線入射的位置(例如圖7中示出的發(fā)光點P)。具體而言，通過比較運算，將存在X射線入射的位置P的APD簇52(i，j)、即一個物理像素虛擬地分割為1/4的亞像素。判定X射線入射的位置屬于該4個亞像素中的哪一個。

例如就圖9的示例而言，作為APD簇52，假設X射線入射位置P存在于由APD簇52(i，j)形成的物理性像素處。在這種情況下，在亞像素確定電路77中，在固定時間t_k(參照圖11)的期間內(nèi)，通過其4個計數(shù)器(未圖示)，對從其前后左右的4個APD(i-1，j)、APD(i+1，j)、APD(i，j-1)、APD(i，j+1)輸出的電脈沖信號進行計數(shù)。如果這些計數(shù)分別為K1、K2、K3、K4，則通過兩個比較器判定

是否K1＜K2、

是否K3＜K4。

其結果為，判明是如下四個判定結果中的哪一個，即

判定結果1：K1≧K2且K3≧K4、

判定結果2：K1＜K2且K3≧K4、

判定結果3：K1≧K2且K3＜K4、

判定結果4：K1＜K2且K3＜K4。

也就是說，在出現(xiàn)判定結果1的情況下，X射線入射位置P為APD簇52(i，j)中的左上的1/4尺寸的亞像素APD(i，j)-1；在出現(xiàn)判定結果2的情況下，X射線入射位置P為右上的1/4尺寸的亞像素APD(i，j)-2；在出現(xiàn)判定結果3的情況下，X射線入射位置P為左下的1/4尺寸的亞像素APD(i，j)-3；在出現(xiàn)判定結果4的情況下，X射線入射位置P為右下的1/4尺寸的亞像素APD(i，j)-4(參照圖9的狀態(tài))。

亞像素確定電路77將該判定結果二值化，并作為亞像素的位置信息發(fā)送至輸出電路78。

如圖所示，輸出電路78具備對能量區(qū)域BIN1、BIN2、BIN3各自的光子數(shù)進行計數(shù)的計數(shù)器78A～78C以及位置信息生成器78D。計數(shù)器78A～78C對于自己負責的能量區(qū)域BIN1(～BIN3)，分別輸入每間隔抽樣時間Δt從計數(shù)&加法電路76發(fā)送過來的計測對象區(qū)域R_MEA整體的X射線光子數(shù)的計數(shù)(相加值)，并進行向上計數(shù)。另外，位置信息生成器78D接收從亞像素確定電路77發(fā)送過來的表示亞像素的位置的位置信息。因此，該確定電路77根據(jù)亞像素的位置信息、以及作為默認值所具有的APD簇52的自身位置信息，以亞像素尺寸的分辨能力生成在X射線入射窗21WD整體中的X射線入射位置P。

輸出電路78以固定幀率T(FPS)向外部串行輸出由計數(shù)器78A～78C進行向上計數(shù)而得到的每個能量區(qū)域BIN1(～BIN3)的計數(shù)、以及由位置信息生成器78D生成的X射線入射位置P的位置信息。

如上所述，將檢測動作整理如下。

在圖7中，附圖標記52(i，j)表示在二維狀地排列的多個APD簇52(即、二維排列的多個像素)中，區(qū)域性地包含如上所述那樣與X射線入射相對應地發(fā)光的閃爍體31A在內(nèi)的一個APD簇52。此外，i以及j表示在形成X射線入射窗21WD的XY面中的、像素單位的X軸方向以及Y軸方向的位置。

圖7是X射線入射到位置P的情況。在這種情況下，包含與該X射線入射相應地發(fā)光的閃爍體31A的APD簇52為，圖7所示的X射線入射窗21WD中的、在X軸方向上自左側起第三個且在Y軸方向自上側起第三個APD簇。以圍繞該APD簇52(i，j)的方式，指定8個APD簇52(i-1，j-1)、52(i，j-1)、52(i+1，j-1)、52(i-1，j)、52(i+1，j)、52(i-1，j+1)、52(i，j+1)以及52(i+1，j+1)的區(qū)域、即計測對象區(qū)域R_MEA。也就是說，如前所述，包括正中間的關注APD簇52(i，j)在內(nèi)，共9個APD簇52的編組被賦予包括信號加法運算在內(nèi)的信號處理。此時，設定避免對該信號加法運算產(chǎn)生影響的禁止區(qū)域R_INHIBIT。

在這種狀況之下，圖8中示出的信號電路部62動作。其結果是，如圖10(A)所示，比物理性像素更精細的X射線入射位置P作為亞像素被確定出來。同時，如圖10(B)中概念性地示出的那樣，獲得該亞像素、例如P(i，j)-4處的每個能量區(qū)域BIN1(～BIN3)的X射線光子的合計數(shù)值。這樣，按照能量區(qū)域分別進行光子計數(shù)型的X射線的強度檢測。

這樣，在各APD簇52中間隔周期T執(zhí)行上述X射線檢測動作。此時，即使X射線入射到相當于屬于同一禁止區(qū)域R_INHIBIT的APD簇52的位置，在該周期T的固定時間中，檢測動作也被禁止。

然而，在X射線入射至相當于該禁止區(qū)域R_INHIBIT外側的APD簇52的位置、且計測對象區(qū)域R_MEA不重合的情況下，即使是在同一周期T中，也執(zhí)行檢測動作。

此外，在圖7中示出了與X射線入射位置P不同的位置P1、P2。在這些X射線入射位置P1、P2的情況下，每間隔周期T，依次關注相當于這些位置的APD簇52并執(zhí)行上述動作。

這樣，作為如圖2所示的層疊結構，本實施方式所涉及的檢測器11具備閃爍體層31、光學連接層32、具有APD簇52的光電轉換層33以及處理電路層34。雖然具有該相同的層疊結構，但是通過調(diào)整光學連接層32的厚度Lopt，能夠檢測從X射線管照射的X射線、來自被投與到患者體內(nèi)的核素的伽馬射線、以及由激發(fā)光激發(fā)出的微弱的熒光的放射線，而與其光子數(shù)的多少無關。只要根據(jù)使用目的，在平衡所希望的分辨率與光子數(shù)的正確計數(shù)這兩個參數(shù)的條件下，確定像素尺寸以及光學連接層32的厚度Lopt即可。也就是說，只要按照“對于以立體角向光學連接層32擴散的脈沖狀的光，以其發(fā)光點為中心由幾個APD簇52分擔即可無誤地進行檢測”這樣的觀點確定該厚度Lopt即可。

因此，如果采用本實施方式的層疊結構，則能夠容易地提供一種所謂的通用型檢測器，其在以醫(yī)療用診斷設備為首的各種放射線設備中不僅能夠檢測伽馬射線，還能夠檢測X射線和微弱的激發(fā)光。

此外，在上述實施方式中，可以省略亞像素確定電路77，直接以物理性像素對每個能量區(qū)域的光子數(shù)進行計數(shù)。

[變形例]

上述實施方式所涉及的檢測器11雖然采用了閃爍體層31，但是該傳感器部分并不限定于此結構。例如，也可以適用于如下的檢測器：即、作為激發(fā)光，向熒光體照射紫外線、可見光或者X射線，并對由此激發(fā)而從熒光體發(fā)出的微弱的光(熒光、磷光等)進行檢測的檢測器。

圖12中示出的微弱光檢測器81搭載有光纖板(FOP)82，以取代上述閃爍體層，在所述光纖板(FOP)82中，使多個固定長度的光纖82A密集地鄰接。其他的結構具有與上述圖2相同或者等同的結構。

在該微弱光檢測器81的情況下，發(fā)揮具有光指向性的、高靈敏度的光二維傳感器的功能。因此，使被激發(fā)出的微弱的光在光纖板(FOP)82的前表面(入射窗21WD)入射至其指向性的范圍內(nèi)。該微弱光在光纖82A中傳播，作為擴散光向所述光學連接層32射出。與上述同樣地，通過一個以上的APD簇52對該擴散光進行檢測。

在這種情況下，與上述同樣地，從所希望的分辨率以及光子數(shù)的計測精度的觀點出發(fā)，根據(jù)入射的微弱光的強度范圍，使上述光學連接層32的厚度Lopt、計測對象區(qū)域R_MEA的大小、以及禁止區(qū)域R_INHIBIT的大小最佳化。進一步，在專門進行該微弱光檢測的情況下，由于只需知曉位置與強度即可，因此可以進一步簡化信號電路部62的結構。例如，可以省略比較器71、計數(shù)器72、前后判定電路73，或者也可以省略亞像素確定電路77。也可以單純地以固定的幀率按照像素單位反復輸出最先入射的光的位置及其強度。

由此，在以微弱光的檢測為前提(無法使用CCD傳感器、CMOS傳感器或者希望取得更大的動態(tài)范圍的情況)進行攝影、貼近對象物進行近景攝影、想要篩選直線進入的光的情況下，尤其在想要提高分辨率的情況下，能夠提供一種可推算計測被激發(fā)出的光的激發(fā)位置與被激發(fā)出的光的量的檢測器。另外，從這種特性來看，微弱光檢測器也能夠應用于夜視照相機和光斷層攝影。

附圖標記說明

11：光子計數(shù)型檢測器(光子計數(shù)型放射線檢測器)

12：控制裝置

15：處理裝置

21：殼體

21WD：X射線入射窗

31：閃爍體層(柱狀體陣列)

31A：閃爍體

32：光學連接層(光學連接部)

33：光電轉換層(APD簇群組)

34：處理電路層(處理電路)

51：APD(雪崩光電二極管)

52：APD簇

61：信號處理電路

62：信號電路部

81：微弱光檢測器(光子計數(shù)型檢測器)

82：光纖板(FOP)(柱狀體陣列)

82A：光纖

R_MEA：計測對象區(qū)域

R_INHIBIT：禁止區(qū)域