JP2004361302A

JP2004361302A - 放射線検出器

Info

Publication number: JP2004361302A
Application number: JP2003161647A
Authority: JP
Inventors: Junichi Oi; 淳一大井; Kazumi Tanaka; 和己田中
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】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なく、正確に位置弁別でき、高分解能で高画質を維持することが可能な放射線検出器を達成する。
【解決手段】シンチレータ群１と光電子倍増管３１〜３４との間に光学的に介設されるライトガイド２を、シンチレータ群１の最外周における４角部に対応する位置の小区画部２１〜２４と、この小区画部間に挟まれる外周辺区画部２５〜２８と、これら小区画部２１〜２４と外周辺区画部２５〜２８を除く中央区画部２９とによって構成するとともに、この外周辺区画部２５〜２８と中央区画部２９には、Ｘ方向とＹ方向にそれぞれ所定の深さを有する光反射材または光透過材等を挿設する溝ＭＸ、ＭＹが設けられている。したがって、Ｘ方向およびＹ方向とも入射ガンマ線の入射位置を確実に弁別可能とし、高分解能で高画質を維持することが可能である。
【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と、前記シンチレータ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（たとえば特許文献１参照）。このような放射線検出器では、旧来より、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るが、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光学的に結合し、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ることによって、分解能を高めている。そのために、シンチレータからの光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。以下、図を参照して従来の放射線検出器の構成を説明する。
【０００３】
図７は特許第２５６５２７８号公報に示される従来例の外観図である。この放射線検出器ＲＤＫは、多数の光反射材もしくは光遮蔽部材が挟み込まれることによって区画されＸ方向に６分割、Ｙ方向に８分割され、合計４８個のシンチレータＳが配列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４個の光電子増倍管Ｋ１〜Ｋ４（Ｋ３は図面には示されていない）とから構成されている。この放射線検出器ＲＤＫでは、ライトガイドを介設していないが一般的には各光電面（光電子増倍管Ｋ１〜Ｋ４の上面部に形成されている面）に入射する光を分散させ光電面の局所的な感度むらを抑制するために光学的に透明な材料のライトガイドが介在される。このようにして４個の光電子増倍管Ｋ１〜Ｋ４へ分配する各シンチレータＳからの光量を調整し、ガンマ線の入射位置を弁別している。
【０００４】
この場合、ライトガイド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がこのスリットに挿入される。この光反射材もしくは光遮蔽部材には、硫化バリウム反射塗料などの反射媒体が含まれている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２５６５２７８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来における放射線検出器ＲＤＫにはつぎのような問題がある。すなわち、近年ではシンチレータ群ＳＡを形成する個々のシンチレータＳについては、高感度なものを使用した高分解能のものが提案されており、旧来のものに比べてシンチレータ群ＳＡの数が非常に多いものとなっている。したがって１つのシンチレータＳの断面は従来のものよりもさらに小さくなる。一般的にはこのシンチレータＳのサイズが小さいほど吸収や散乱により内部で発生した光子の飛び出す確率が低くなり、従ってガンマ線の入射位置検出能が低下する。また光電子増倍管Ｋ１〜Ｋ４の形状やシンチレータＳの形状の制約から、Ｘ方向とＹ方向が光学的に同じ位置関係であるとは限らないため、ライトガイドの幅の選定が難しいという問題もある。すなわち、１インチ角型２回路内蔵式の光電子増倍管を２本１セットとして使用した従来例（図示例）の場合、たとえばＹ方向５０ｍｍを８分割するためにはライトガイド幅１２ｍｍ以上が必要であり、他方Ｘ方向２５ｍｍを６分割するには逆にライトガイド幅は８ｍｍ以下が要求される。したがってシンチレータサイズが小さくなる程ライトガイド幅のＸ方向とＹ方向の要求仕様に矛盾が生じる。
【０００７】
また製造面からみると、光の伝達効率を劣化させないためにシンチレータ群ＳＡに対して光学的に結合されるライトガイド（図示せず）は、高い加工精度が要求され、同時にスリット幅をなるべく細くする必要がある。しかしながら上記した従来例のように、光学的に透明な材料から製造しダイシングソーやワイヤーソーで切断することで所定の深さのスリットを形成する方法では、ライトガイドの加工精度が低く、さらに加工表面は粗くかつスリット幅が大きくなる。また従来におけるライトガイドではスリット加工の際にダイシングソーやワイヤーソーにより、Ｘ方向に９分割そしてＹ方向に１０分割して全体で９０個の部品に切断した後、それらを組み合わせる必要がある。さらに、組立てが煩雑になってコストが上昇するという問題があり、またその後適当な光反射材をスリットに挿入した場合、光反射材とスリットの間に隙間が生じ、このことにより反射効率が劣化するという問題も生じる。これらが要因となって入射ガンマ線による出力が低下して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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記課題を解決するために、Ｘ方向とＹ方向に複数個密着配列されていて外周形状が矩形をなし、それぞれの内方にガンマ線が入射されることによって発光するシンチレータ群と、このシンチレータ群光出力面側に対して光学的に結合され各シンチレータからの光を案内するライトガイドと、このライトガイドに対して光学的に結合されて光を電気信号に変換し、かつ前記シンチレータの個数よりも少ない複数個の光電子増倍管とを備えた放射線検出器において、前記ライトガイドは前記シンチレータの外周矩形４角の部位に対応する４個の小区画部と、両端がこの小区画部に挟まれる４個の外周辺区画部と、この小区画部および外周辺区画部を除く中央区画部とからなる９個の区画部を整列配置して構成されるとともに、４個の小区画部を除く各区画部には、前記Ｘ方向またはＹ方向のいずれか一方の方向に所定の深さを有し、かつ一定の間隔を有して複数個の光学的手段が設けられているものである。さらに本発明においては、ライトガイドを前記４個の小区画部と、この小区画部を除いて一体的に形成された広域区画部とで構成し、この広域区画部に、前記Ｘ方向またはＹ方向のいずれか一方の方向に所定の深さを有し、かつ一定の間隔を有して複数個の光学的手段を設けたものである。この光学的手段とは具体的には光反射材あるいは光透過材または溝状の空間で構成される。
【０００９】
複数本の各シンチレータ内へのガンマ線の入射による発光は、つぎのとおり光電子増倍管へと透過していく。すなわち、シンチレータ群の４角の部位からの発光はシンチレータから直接ライトガイドの小区画部を通過して光電子増倍管へ入射する。他方、ライトガイドの小区画部を除く、外周辺区画部や中央区画部さらには広域区画部に対応する位置からの発光はシンチレータ内でも透過と光反射材での散乱を繰り返してライトガイドへ入射され、ライトガイドへ入射された光はライトガイドに設けられた光学的手段、具体的には光反射材あるいは光透過材からなる多数の小区画で分散し各光電子増倍管へ入射される。前記ライトガイド内に埋め込まれた光反射材または光透過材の位置や長さが調節されているため、各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対応して変化する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による放射線検出器の構成を図面に示す一実施形態にしたがって説明する。
図１は本発明による放射線検出器ＲＤを斜視的に示す図であり、図２は特にライトガイド２を取り出して斜視的に示す図であり、本発明の特徴をあらわしている図である。
【００１１】
この実施例に係る放射線検出器ＲＤは、図１に示されるように光反射材１Ｍが挟み込まれることによって区画され、Ｘ方向に６個、Ｙ方向に８個の合計４８個のシンチレータ１Ｓ〜４８Ｓを２次元的に密着配置したシンチレータ群１と、このシンチレータ群１に光学的に結合され光反射材１Ｍが埋め込まれることにより多数の小区画が画定されているライトガイド２と、このライトガイド２に光学的に結合される４個の光電子増倍管３１〜３４（３３は図には示されていない）とから構成されている。光反射材１Ｍを光透過材とすることもできる。
まず各シンチレータ１Ｓ〜４８Ｓの材料としては、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が、この各シンチレータ１Ｓ〜４８Ｓが対向する面の所要領域には上述したように光学的な反射材１Ｍが被着され、かつこの光反射材１Ｍが被着される面積を前記各シンチレータ１Ｓ〜４８Ｓの配列順序に関連して変化させている。なお、各シンチレータ１Ｓ〜４８Ｓはその側面が対向していない面すなわち配列全体の外周面は、反射材（図示せず）で覆われている。
【００１２】
以上の構成において、本発明はシンチレータ群１と各光電子増倍管３１〜３４との間に介在されるライトガイド２の構成に特徴を有している。すなわち、ライトガイド２は図２に示されているが、最外方の４角部の小区画部２１〜２４と、両端がこの小区画部２１〜２４に挟まれる４個の外周辺区画部２５〜２８と、この小区画部２１〜２４および外周辺区画部２５〜２８を除く中央区画部２９とで構成される。すなわち、これら各区画部２１〜２４、２５〜２８、２９はそれぞれ別体であり、この関係はこれらを若干離して示す図３の斜視図から明らかである。そしてこの図３からも明らかなように、外周辺区画部２５〜２８と中央区画部２９には一方向たとえばＸ方向に一定の間隔で所定の深さの光学的手段が設けられている。具体的には一定の深さを有する溝ＭＸが形成されている。図示例ではＹ方向にも溝ＭＹが形成されＸ、Ｙ両方向に溝ＭＸ、ＭＹが形成されている例が示されている。図２はこれら各区各部がすべて整列配置され密着接合された形を示している。
【００１３】
中央区画部２９は図３に示すようにＸ方向に所定の深さの溝ＭＸが形成されている。Ｘ方向の溝ＭＸはＹ方向の溝ＭＹより浅く形成されている。Ｘ方向、Ｙ方向いずれの溝も複数本が一定の間隔を有して形成され、全体としてはマトリックス状になっている。これらの溝ＭＸ、ＭＹは、光学的な機能を発揮する手段として構成されている。すなわち、溝状の空間だけの構成でも１つの光学的機能を有するが、反射材が介入されるか、あるいは塗布されると光の反射散乱を行わせることができる。また、光透過材を埋設すると一定の比率で光を透過させることになる。
【００１４】
たとえば、図１に示されるようにＸ方向に配列されたシンチレータ１３Ｓ〜１８Ｓにガンマ線が入射すると、ガンマ線は可視光に変換され、その光は光学的に結合されるライトガイド２を通して光電子増倍管３１〜３４（光電子増倍管３３は図面には現れていない）へ導かれるわけであるが、その際、Ｘ方向に配列された光電子増倍管３３（図示せず）と光電子増倍管３４の出力比がほぼ一定の割合で変化するようにライトガイド２特に中央区画部２９のＸ方向、Ｙ方向の溝ＭＸ、ＭＹの長さが決められている。Ｘ方向に設けられた各々の溝ＭＸの深さと長さは全て同じであるが、Ｙ方向の溝ＭＹについてはその深さ、長さはＸ方向の溝ＭＸの深さと異なっていて、各シンチレータ１３Ｓ〜１８Ｓの位置に応じて一定の割合で変化するよう設定されている。より具体的には、光電子増倍管３１の出力をＰ１、光電子増倍管３２の出力をＰ２とすると、計算値（Ｐ１−Ｐ２）／（Ｐ１＋Ｐ２）がシンチレータ１３Ｓ〜１８Ｓの位置に応じて一定の割合で変化する。
【００１５】
他方、ライトガイド２の４個の小区画部２１〜２４は、単体の透明体ないし空間体（中空体で内面に反射材が設けられているもの）であり、その位置に対応するシンチレータ１Ｓ、６Ｓ、４３Ｓ、４８Ｓからの光を直接その下方の光電子増倍管３１〜３４に案内する。この４個の角部の小区画部をこのように構成したのは、この４角部における受光は上記したようにＸ方向、Ｙ方向への変化の比率を正確に設定しがたいためである。
【００１６】
図６は光電子増倍管３１〜３４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構成を示したブロック図である。同図に示すように、ガンマ線のＸ方向の入射位置を検出するために、光電子増倍管３１の出力Ｐ１と光電子増倍管３３（図示せず）の出力Ｐ３とが加算回路４１に入力されるとともに、光電子増倍管３２の出力Ｐ２と光電子増倍管３４の出力Ｐ４とが加算回路４２に入力される。両加算回路４１、４２の各加算出力Ｐ１＋Ｐ３とＰ２＋Ｐ４とが位置弁別回路５１へ入力され、両加算出力に基づいて、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、光電子増倍管３１の出力Ｐ１と光電子増倍管３２の出力Ｐ２とが加算回路４３に入力されるとともに、光電子増倍管３３（図示せず）の出力Ｐ３と光電子増倍管３４の出力Ｐ４とが加算回路４４に入力される。両加算回路４３、４４の各加算出力Ｐ１＋Ｐ２とＰ３＋Ｐ４とが位置弁別回路５２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よう構成されている。
【００１７】
なお、上述した実施例では、４８個のシンチレータ１Ｓ〜４８Ｓからなるシンチレータ群１とライトガイド２と４個の光電子増倍管３１〜３４を各々光学的に結合して構成された放射線検出器を例にとって説明したが、この発明はこれらの個数に限定されず、上記より多いシンチレータや光電子増倍管との組み合わせも考えられ、個数は任意に設定できることはいうまでもない。
【００１８】
特に本発明の特徴とするライトガイド２については、各区各部の形成について図２、図３に示す構成以外の変形例を挙げることができる。すなわち、図２、図３は合計９個の区画部に分割した例であるが、これを図４、図５に示すライトガイド２Ｈのように計５個の区画部に分割する変形例も挙げることができる。この変形例は、最外方の４角部における小区画部２１〜２４と、これ以外を一体的に形成した広域区画部３０とで構成する。図４はこの小区画部２１〜２４と広域区画部３０を密着接合させた状態を斜視的に示す図であるが、これらを若干分離して示すと図５のとおりである。なお、これら図４、図５において付されている符号で図２、図３と同一の符号は図２、図３と同一の機能、構成を有するものであり詳細な説明は省略する。
【００１９】
さらに図示例では、ライトガイド２、２Ｈに形成する溝ＭＸ、ＭＹは少なくとも一方向のみ（たとえばＸ方向のみ）でもよい。Ｘ方向、Ｙ方向の両方向に設けられる方がより精度は向上するが、Ｘ方向のみ、あるいはＹ方向のみでも可能である。さらにこの溝ＭＸ、ＭＹは光学的手段として機能するものである。光学的機能を出現させる手段としては反射材、あるいは透過材のみに限定されず、他のあらゆる光学的機能を呈する材料（流体を含む）を使用できるし、内方になにも挿設しない空間だけとすることも可能である。
【００２０】
【発明の効果】
本発明が提供する放射線検出器は以上説明したとおりであり、ライトガイドはシンチレータ群の最外周に対向する小区画を除き、一方向あるいは二方向とも同じ所定の長さあるいは二方向それぞれが同じ所定の長さの光学的手段を有し、Ｘ方向とＹ方向でピッチが異なる場合であっても入射ガンマ線の入射位置を確実に弁別できる。したがって精度の高い放射線検出器を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が提供する放射線検出器の一実施例を斜視的に示す図である。
【図２】本発明の要部であるライトガイドの構成を斜視的に示す図である。
【図３】本発明によるライトガイドの特徴をあらわす斜視図である。
【図４】本発明の変形実施例を斜視的に示す図である。
【図５】本発明の変形実施例の特徴をあらわす斜視図である。
【図６】ガンマ線の入射位置を検出する位置検出部の構成を示すとおりブロック図である。
【図７】従来における放射線検出器の外観を斜視的に示す図である。
【符号の説明】
ＲＤ、ＲＤＫ放射線検出器
ＳＡ、１シンチレータ群
Ｓ、１Ｓ、６Ｓ、１３Ｓ、１８Ｓ、４３Ｓ、４８Ｓシンチレータ
１Ｍ光反射材
２、２Ｈライトガイド
ＭＸ、ＭＹ溝
２１、２２、２３、２４小区画部
２５、２６、２７、２８外周辺区画部
２９中央区画部
３０広域区画部
３１、３２、３３、３４、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４光電子増倍管
４１、４２、４３、４４加算回路
５１、５２位置弁別回路

Claims

Ｘ方向とＹ方向に複数個密着配列されていて外周形状が矩形をなし、それぞれの内方にガンマ線が入射されることによって発光するシンチレータ群と、このシンチレータ群の光出力面側に対して光学的に結合され各シンチレータからの光を案内するライトガイドと、このライトガイドに対して光学的に結合されて光を電気信号に変換し、かつ前記シンチレータの個数よりも少ない複数個の光電子増倍管とを備えた放射線検出器において、前記ライトガイドは前記シンチレータ群の外周矩形４角の部位に対応する４個の小区画部と、両端がこの小区画部に挟まれる４個の外周辺区画部と、この小区画部および外周辺区画部を除く中央区画部とからなる９個の区画部を整列配置して構成されるとともに、４個の小区画部を除く各区画部には、前記Ｘ方向またはＹ方向のいずれか一方の方向に所定の深さを有し、かつ一定の間隔を有して複数個の光学的手段が設けられていることを特徴とする放射線検出器。
Ｘ方向とＹ方向に複数個密着配列されている外周形状が矩形をなし、それぞれの内方にガンマ線が入射されることによって発光するシンチレータ群と、このシンチレータ群光出力面側に対して光学的に結合され各シンチレータからの光を案内するライトガイドと、このライトガイドに対して光学的に結合されて光を電気信号に変換し、かつ前記シンチレータの個数よりも少ない複数個の光電子増倍管とを備えた放射線検出器において、前記ライトガイドは前記シンチレータ群の外周矩形４角の部位に対応する４個の小区画部と、この４個の小区画部を除いて一体的に形成された広域区画部とからなり、この広域区画部には、前記Ｘ方向またはＹ方向のいずれか一方の方向に所定の深さを有し、かつ一定の間隔を有して複数個の光学的手段が設けられていることを特徴とする放射線検出器。
４個の小区画部を除く各区画部には、Ｘ方向とＹ方向に所定の深さを有し、かつ一定の間隔を有して複数個の光学的手段が設けら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。
４個の小区画部を除く広域区画部には、Ｘ方向とＹ方向に所定の深さを有し、かつ一定の間隔を有して複数個の光学的手段が設けられていることを特徴とする請求項２記載の放射線検出器。
光学的手段が光反射材であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４記載の放射線検出器。
光学的手段が光透過材であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４記載の放射線検出器。
光学的手段が切れ込まれた溝状の空間であることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４記載の放射線検出器。
シンチレータ群を構成する各シンチレータ間には所定の大きさの光反射材または光透過材が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４記載の放射線検出器。
光反射材または光透過材が各シンチレータ間の面に塗布されていることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３または請求項４記載の放射線検出器。