JP2004354343A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】２次元的に密着配置され入射されたガンマ線により発光する複数本のシンチレータ群からの光がライトガイドを経てシンチレータの本数よりも少ない複数本の光電子増倍管に入射される放射線検出器であって、いかなる場所にガンマ線が入射しても出力が低下せず高分解能な放射線検出器を提供する。
【解決手段】本発明の放射線検出器におけるライトガイドＬ１は、シンチレータ群Ｓ１からの光入力面ＬＦ１はシンチレータ群Ｓ１の光出力面の大きさに整合するよう設定されるとともに、光電子増倍管Ｋ１、Ｋ２との結合面である光出力面ＬＦ２は光電子増倍管Ｋ１、Ｋ２の光電面と光学的に結合する外周の領域に整合する大きさに設定されている。したがって、シンチレータＳのいかなる場所にガンマ線が入射しても正確に位置弁別できる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被検体に投与されて関心部位に蓄積された放射性同位元素（ＲＩ）からの放出された放射線（ガンマ線）を検出し、関心部位のＲＩ分布の断層像を得るための装置、例えばポジトロンＣＴ装置やシングルフォトンＥＣＴ装置などに用いられる放射線検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の放射線検出器は、被検体から放出されたガンマ線を入射して発光するシンチレータ群と、このシンチレータ群と光学的に結合され光を案内するライトガイドと、このライトガイドと光学的に結合されライトガイドからの発光をパルス状の電気信号に変換する光電子増倍管とから構成されている。このような放射線検出器では、従来、シンチレータと光電子増倍管とが一対一に対応するものがあったが、近年、複数のシンチレータにそれよりも少ない数の光電子増倍管を結合し、これらの光電子増倍管の出力比からガンマ線の入射位置を決定するという方式を採用することによって、分解能を高めている。従来より、シンチレータを複数個の光電子増倍管に適正に分配するための構造を備えた種々の放射線検出器が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
従来より提供されている放射線検出器は、図５に示すとおりである。すなわち、図５は特公平６−９５１４６に示される技術を図解したものであるが、光反射材もしくは光遮蔽部材が埋め込まれた多数のスリットＭＡによって区画されたシンチレータ群ＳＡと、このシンチレータ群ＳＡに光学的に結合される光反射材もしくは光遮蔽部材が埋め込まれた多数スリットｍＡにより奥行きの異なる小区画を形成しているライトガイドＬＡと、ライトガイドＬＡに光学的に結合される２個の光電子増倍管ＫＡ、ＫＢとから構成されている。それぞれの光電子増倍管ＫＡ、ＫＢは仕切り板ＮＡ、ＮＢにより、２極別々に信号を検出できるものを使用している。この放射線検出器ＲＤＡでは、ライトガイドＬＡ内の各スリットｍＡの長さを内側から外側になるにしたがい長くなるように設定している。このような構成によりガンマ線の入射位置を弁別するようにしている。なお、光電子増倍管ＫＡ、ＫＢは真空密閉形の容器で上面には光電面（図５には図示されていない）が設けられ、また容器をなす周囲の側管ＰＡは破線で示すように一定の肉厚を有している。
【０００４】
ここでライトガイドＬＡは光学的に透明な材料から製造されており、ダイシングソーやワイヤーソーで切断することにより所定の深さのスリットｍＡを形成している。その後適当な光反射材もしくは光遮蔽部材をこれらスリットｍＡに挿入する。従来例によるとこれらの光反射材もしくは光遮蔽部材は硫化バリウム反射塗料などの反射媒体も含んでいる。なお、図５においてＴＡ、ＴＢは透明板でライトガイドＬＡと光電子増倍管ＫＡ、ＫＢとの間に介在され、両者を光学的に結合している。
【０００５】
【特許文献１】
特公平６−９５１４６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の放射線検出器ＲＤＡは次のような問題がある。すなわち、高感度なシンチレータＳを使用した高分解能の放射線検出器ＲＤＡはシンチレータＳの数が非常に多いものとなっている。一方、コストを抑えるため光電子増倍管ＫＡ、ＫＢは従来と同様のものを使用しなければならないという要求がある。従って１個のシンチレータＳの断面は従来のものよりも小さいものとなる。このような条件のもとでは、特にライトガイドＬＡの最外周端の区画では、光電子増倍管ＫＡ、ＫＢと光学的に結合される出力面において問題を有している。すなわち、光電子増倍管ＫＡは上述したように真空容器で一定の肉厚を有する側管ＰＡで容器が形成されているとともに、容器の上面には光電面が形成されている。他方、この光電子増倍管ＫＡ、ＫＢとライトガイドＬＡとの間には透明板ＴＡ、ＴＢが介在されている。
【０００７】
ところで、ライトガイドＬＡの最外周の大きさは光電子増倍管ＫＡ、ＫＢの最外周端面で合致しており、したがってライトガイドＬＡの光出力面（透明板ＴＡ、ＴＢとの接触面）は光電子増倍管ＫＡ、ＫＢにおける側管ＰＡにまで及んでいる。すなわち、光電子増倍管ＫＡの受光面である光電面（図示されていない）が側管ＰＡの厚さ分だけ狭くなっており、ライトガイドＬＡから光電子増倍管ＫＡ、ＫＢへ射出される光は多くが側管ＰＡへ射出して（逃げて）いる。さらにその隣の内側のライトガイドＬＡでも、程度は少ないものの同様の現象が生じている。このような現象が生じると、最端部近傍に入射するガンマ線における出力が極端に低下し正確に位置弁別できなくなり、全体の画質をも劣化させるという問題が発生する。本発明はこのような問題を解決する放射線検出器を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明が提供する放射線検出器は、上記目的を達成するために２次元的に密着配置された複数本のシンチレータと、このシンチレータ群に対して光学的に結合されたライトガイドと、このライトガイドに対して光学的に結合され、かつ前記シンチレータの本数よりも少ない複数本の光電子増倍管を備えた放射線検出器であって、ライトガイドはその光の入力面がシンチレータ群の光出力面と整合する大きさに設定されるとともに、他方の光出力面が光電子増倍管の光入力面と互いに整合する大きさに設定されている。
【０００９】
また前記ライトガイドは、光反射材が光遮蔽材あるいは光透過材の何れかが埋め込まれた多数のスリットによって奥行きの異なる小区画を形成されており、入力面側は各シンチレータの大きさ（幅）と互いに整合している。さらに前記各小区画の延長は出力面側で等間隔の大きさ（幅）となるように設定されている。
【００１０】
したがって、２次元的に密着配置された複数本のシンチレータ群の内のひとつにガンマ線が入射すると、そのシンチレータはガンマ線を吸収し発光する。発光した光はそのシンチレータ内を通って光反射材もしくは光遮蔽部材により奥行きの異なる小区画を形成しているライトガイドへ入射される。ライトガイドへ入射された光はライトガイド内で分散し各光電子増倍管へ入射する。１個の光電子増倍管に入射する光量はガンマ線が入射したシンチレータ位置に応じて変化するように光反射材か光遮蔽材あるいは光透過材の何れかにより奥行きが設定されていて、高分解能の放射線検出器で１個のシンチレータの断面が小さいものであっても、上述した構成をとっているのでガンマ線がシンチレータのどの位置に入射しても出力を低下させることなく正確に位置弁別できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が提供する放射線検出器を図面にしたがって説明する。
図１は本発明に係る放射線検出器の一実施例の外観を斜視的に示す図であり、図２は図１のＡ−Ａ面からみた縦断面図である（したがって透明板Ｔ１、光電子増倍管Ｋ１は図示されていない）。さらに図３はこの放射線検出器ＲＤ１を図２のＢ−Ｂ面からみた図である。
【００１２】
放射線検出器ＲＤ１は、光反射材もしくは光遮蔽部材が埋め込まれた多数のスリットＭ１によって区画されＸ方向に１０個、Ｙ方向に１０個の合計１００個のシンチレータＳを２次元的に密着配置したシンチレータ群Ｓ１と、このシンチレータ群Ｓ１に光学的に結合され光反射材か光遮蔽材あるいは光透過材の何れかが埋め込まれた多数のスリットｍ１により奥行きの異なる小区画を形成しているライトガイドＬ１と、このライトガイドＬ１に透明板Ｔ１、Ｔ２を介して光学的に結合される２個の光電子増倍管Ｋ２（図２において光電子増倍管Ｋ１は示されていない）とから構成されている。なお、この個々の光電子増倍管Ｋ１、Ｋ２は仕切板Ｎ１等により、２極別々に信号を検出できるものを使用している。シンチレータＳは、たとえばＢＧＯ、ＧＳＯ、あるいはヨウ化ナトリウム、フッ化バリウム、フッ化セシウムなどの無機結晶が用いられる。この放射線検出器ＲＤ１では、ライトガイドＬ１内の各スリットｍ１の長さは内側から外側になるにしたがって、長くなるように設定されている。
【００１３】
以上の構成において、本発明はライトガイドＬ１の光入力面ＬＦ１すなわちシンチレータ群Ｓ１との結合面から光出力面ＬＦ２すなわち光電子増倍管Ｋ１との結合面へ向かうにしたがって断面積が減少する形になっており、この点に特徴を有している。すなわち、光入力面ＬＦ１はシンチレータ群Ｓ１の下面積とほぼ同じ大きさにされていて整合されており、他方、光出力面ＬＦ２は、光電子増倍管Ｋ２における光電面Ｃ２の面積に整合する大きさに設定されている。この整合状態は図３からも明らかである。図示されていないが、光電子増倍管Ｋ１における光電面Ｃ１との整合も同様になっている。なお、ライトガイドＬ１の光出力面ＬＦ２と光電面Ｃ２との間には透明板Ｔ２が介在されている。
さらにライトガイドＬ１の小区画は、光入力面ＬＦ１側ではシンチレータＳの大きさ（幅）と整合する大きさに設定されており、各小区画の延長の投影が光出力面ＬＦ２の側では等間隔の大きさ（幅）となるように構成されている。
【００１４】
つぎに、この放射線検出器ＲＤ１の作動について説明する。まず、たとえばＸ方向に配列された１０個のシンチレータＳにガンマ線が入射するとガンマ線は可視光に変換される。この光は光学的に結合されるライトガイドＬ１を通して光電子増倍管Ｋ１、Ｋ２へ導かれる。このとき、Ｘ方向に配列されたそれぞれ２個の光電面Ｃ１、Ｃ２からの出力比が一定の割合で変化するようライトガイドＬ１のそれぞれのスリットｍ１の長さが設定されている。より具体的には一方の光電面Ｃ１からの出力をＤ１、他方の光電面Ｃ２からの出力をＤ２とすると、計算値（Ｄ１−Ｄ２）／（Ｄ１＋Ｄ２）がシンチレータＳの位置に応じて一定の割合で変化するように調整されている。なお、この出力Ｄ１、Ｄ２については図４に示されている。
【００１５】
一方、Ｙ方向に配列された１０個のシンチレータＳの場合も同様に、光学的に結合されるライトガイドＬ１を通して光電子増倍管Ｋ１、Ｋ２へ光が導かれる。このとき、Ｙ方向に配列された２個の光電面Ｃ１、Ｃ２からの出力比が一定の割合で変化するようにライトガイドＬ１のそれぞれのスリットｍ１の長さが調整されている。より具体的には一方の光電面Ｃ１からの出力をＤ２、他方の光電面Ｃ２からの出力をＤ４とすると、計算値（Ｄ２−Ｄ４）／（Ｄ２＋Ｄ４）がシンチレータＳの位置に応じて一定の割合で変化するように設定されている。なお、各シンチレータＳが対向していない外表面は、光電子増倍管Ｋ１、Ｋ２の側との光学結合面を除き反射材（図示せず）で覆われている。なお、この出力Ｄ２、Ｄ４については図４に示されている。
【００１６】
図４は光電子増倍管Ｋ１、Ｋ２の光電面Ｃ１、Ｃ２からの出力に基づいて、ガンマ線の入射位置を検出する位置検出部の概略構成を示したブロック図である。この図に示すように、ガンマ線のＸ方向の入射位置を検出するために、一方の光電面Ｃ１からの出力Ｄ１と他方の光電面Ｃ２からの出力Ｄ２とが加算器１に入力されるとともに、他列の一方の光電面Ｃ１からの出力Ｄ３と他方の光電面Ｃ２からの出力Ｄ４とが加算器２に入力される。両加算器１、２の各加算出力（Ｄ１＋Ｄ３）と（Ｄ２＋Ｄ４）とが位置弁別回路５へ入力され、両加算出力に基づき、ガンマ線のＸ方向の入射位置が求められる。同様にガンマ線のＹ方向の入射位置を検出するために、一方の光電面Ｃ１からの出力Ｄ１と他方の光電面Ｃ２からの出力Ｄ２とが加算器３に入力されるとともに、他列の一方の光電面Ｃ１からの出力Ｄ３と他方の光電面Ｃ２からの出力Ｄ４とが加算器４に入力される。両加算器３、４の各加算出力（Ｄ１＋Ｄ２）と（Ｄ３＋Ｄ４）とが位置弁別回路６へ入力され、両加算出力に基づき、ガンマ線のＹ方向の入射位置が求められる。
【００１７】
本発明による放射線検出器は上述した構成であり、ライトガイドＬ１の最外周端の区画であっても、光電子増倍管Ｋ１と光学的に結合される光出力面ＬＦ２において、ライトガイドＬ１から光電子増倍管Ｋ１、Ｋ２へ射出される光が側管Ｐ１へ射出されることはなく、すべて光電面Ｃ１、Ｃ２に入射される。したがって、ガンマ線がシンチレータ群Ｓ１のどの位置に入射しても出力を低下させることなく正確に位置弁別できる。
なお、上述した実施例では、１００個のシンチレータ群とライトガイドとの結合に係る放射線検出器を例にとって説明したが、本発明はこの個数に限定されるものではなく、シンチレータＳや光電子増倍管Ｋ１、Ｋ２の数は任意に設定できる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明が提供する放射線検出器は以上詳述したとおりであり、ライトガイドは、光反射材、光遮蔽材、光透過材の何れかが埋め込まれた多数のスリットによって奥行きの異なる小区画を形成されており、その光入力面側は各シンチレータ群の大きさ（幅）と整合されており、各小区画の延長は光出力面側で等間隔の大きさ（幅）であり、したがってシンチレータのいかなる場所にガンマ線が入射しても出力が低下することはなく、正確に位置弁別でき、高分解能で高画質を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による放射線検出器を斜視的に示す図である。
【図２】本発明による放射線検出器を図１のＡＡ面で縦断して示す縦断面図である。
【図３】本発明による放射線検出器を図２のＢＢ面よりみた図である。
【図４】本発明による放射線検出器のための位置検出部をブロックで示す図である。
【図５】従来における放射線検出器を示す図である。
【符号の説明】
１、２、３、４ 加算器
５、６ 位置弁別回路
Ｓ１、ＳＡ シンチレータ群
Ｓ シンチレータ
ＭＡ、Ｍ１、ｍＡ、ｍ１ スリット
ＬＡ、Ｌ１ ライトガイド
ＬＦ１ 光入力面
ＬＦ２ 光出力面
Ｋ１、Ｋ２、ＫＡ、ＫＢ 光電子増倍管
Ｃ１、Ｃ２、ＣＡ 光電面
Ｔ１、Ｔ２、ＴＡ、ＴＢ 透明板
Ｎ１、ＮＡ、ＮＢ 仕切板
ＰＡ、Ｐ１ 側管
ＲＤ１、ＲＤＡ 放射線検出器

Claims (2)

1. ２次元的に密着配置され入射された放射線を光に変換する複数本のシンチレータからなるシンチレータ群と、このシンチレータ群の光出力面に対して光入力面が光学的に結合されたライトガイドと、このライトガイドの光出力面に対して光入力面が光学的に結合されて光を電気信号に変換し、かつ前記シンチレータの本数よりも少ない複数本の光電子増倍管を備えた放射線検出器において、前記ライトガイドの光入力面はシンチレータ群の光出力面と整合する大きさに設定されるとともに、光出力面は前記光電子増倍管の光入力面の大きさと整合する大きさに設定されていることを特徴とする放射線検出器。
2. ライトガイドは、光反射材と光遮蔽材または光透過材の何れかが埋め込まれた多数のスリットによって奥行きの異なる小区画が形成され、その光入力面側は各シンチレータの大きさと整合するとともに、前記各小区画の出力面側は等間隔の大きさに設定されていることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。

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