JP2006084309A - 放射線検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数本のシンチレータが２次元的に密着配置されてなるシンチレータ群においては、周辺部ではエネルギー損失により中央部よりエネルギーピークが低くなる。このように中央部と周辺部とのエネルギーピークに差がある場合、通常、エネルギー補正テーブルをもつことによりエネルギーピークが一定になるように補正しているが、差が大きければ大きいほど補正の精度が劣化し良質な画像を得ることができなくなる。
【解決手段】 中央に最も発光出力が低いシンチレータを配置し、周辺へいくほど発光出力の高いシンチレータを配置してシンチレータ群を形成することにより、各シンチレータにおけるエネルギーピークの差を小さくすることができ、エネルギー補正の精度が向上し、良質な画像の放射線検出器を得ることができる。
【選択図】 図５

Description

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ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置やＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）装置などの医用診断装置に用いられる放射線検出器に関する。

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。このような放射線検出器については、従来では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、近年では複数のシンチレータに対して、その個数よりも少ない個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し、分解能を高めるようにしている。
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。

従来例として一例を図１、図２に示す。図１は放射線検出器ＲＤＡをＹ方向からみたＸ方向の外観図（側面図）であり、図２は、放射線検出器ＲＤＡをＸ方向からみたＹ方向の外観図（正面図）である。
放射線検出器ＲＤＡは、光反射材１１および光透過材１２が挟み込まれることによって区画され、Ｘ方向に９個、Ｙ方向に１０個の合計９０個のシンチレータ１Ｓを２次元的に密着配置したシンチレータ群１０と、このシンチレータ群１０に光学的に結合されかつ光反射材等が組み合わされた格子枠体が埋設され多数の小区画が画定されているライトガイド２０とこのライトガイド２０に光学的に結合される４個の光電子増倍管３０１，３０２，３０３，３０４とから構成されている。
なお、図１では光電子増倍管３０１と光電子増倍管３０３とが図示されており、図２では光電子増倍管３０１と光電子増倍管３０２とが図示されている。
シンチレータ１としては、例えばＢｉ₄Ｇｅ₃Ｏ₁₂（ＢＧＯ）、Ｇｄ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅ（ＧＳＯ）、Ｌｕ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅ（ＬＳＯ）、ＬｕＹＳｉＯ₅：Ｃｅ（ＬＹＳＯ）、ＮａＩ、ＢａＦ₂，ＣｓＦなどの無機結晶が用いられる。

図１に示すように、Ｘ方向に配列された９個のシンチレータ１Ｓ（Ｘ方向においては各シンチレータ１Ｓ間はすべて光反射材１１が挿設されている）にガンマ線が入射すると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２０を通して光電子増倍管３０１〜３０４へ光が導かれるが、その際、Ｘ方向に配列された光電子増倍管３０１（３０３）と光電子増倍管３０２（３０４）の出力比が一定の割合で変化するように、ライトガイド２０における各々の光反射材２１の位置と長さおよび角度が調整されている。

より具体的には光電子増倍管３０１の出力をＰ１、光電子増倍管３０２の出力をＰ２、光電子増倍管３０３の出力をＰ３、光電子増倍管３０４の出力をＰ４とすると、Ｘ方向の位置を表す計算値｛（Ｐ１＋Ｐ３）−（Ｐ２＋Ｐ４）｝／（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）が各シンチレータ１Ｓの位置に応じて一定の割合で変化するよう光反射材２１の位置と長さが設定されている。

一方、図２に示すように、Ｙ方向に配列された１０個のシンチレータ１Ｓ（中心４本のシンチレータ１Ｓのそれぞれの間には光透過材１２が、そしてそれ以外のシンチレータ１のそれぞれの間には光反射材１１が挿設されている）の場合も同様に、光学的に結合されるライトガイド２０を通して光電子増倍管３０１〜３０４へ光が導かれる。すなわちＹ方向に配列された光電子増倍管３０１（３０２）と光電子増倍管３０３（３０４）の出力比が一定の割合で変化するように、ライトガイド２０における各々の光反射材２１の位置と長さが設定され、また傾斜の場合は角度が調整されている。

すなわち、Ｙ方向の位置を表す計算値｛（Ｐ１＋Ｐ２）−（Ｐ３＋Ｐ４）｝／（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）が各シンチレータ１Ｓの位置に応じて一定の割合で変化するよう光反射材２１の位置と長さが設定されている。

ここで各シンチレータ１Ｓ間における光反射材１１及びライトガイド２０の光反射材２１は、主としてポリエステルフィルムを基材とした酸化ケイ素と酸化チタニウムの多層膜フィルムが良く用いられ、その反射効率が非常に高いため光の反射素子として用いられているが厳密には光の入射角度によっては透過成分が発生しており、それをも計算に入れて光反射材１１及び光反射材２１の形状及び配置は決定されている。
なお、各シンチレータ１Ｓが対向していない外周表面は、光電子増倍管３０１〜３０４側との光学結合面を除き光反射材で覆われている。この場合の光反射材としては主にフッ素樹脂テープが用いられる。

図３は、放射線検出器の位置演算回路の構成を示すブロック図である。位置演算回路は、加算器１，２，３，４と位置弁別回路５，６とから構成されている。図３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３０１の出力Ｐ１と光電子増倍管３０３の出力Ｐ３とが加算器１に入力されるとともに、光電子増倍管３０２の出力Ｐ２と光電子増倍管３０４の出力Ｐ４とが加算器２に入力される。両加算器１，２の各加算出力（Ｐ１＋Ｐ３）と（Ｐ２＋Ｐ４）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、光電子増倍管３０１の出力Ｐ１と光電子増倍管３０２の出力Ｐ２とが加算器３に入力されるとともに、光電子増倍管３０３の出力Ｐ３と光電子増倍管３０４の出力Ｐ４とが加算器４に入力される。両加算器３，４の各加算出力（Ｐ１＋Ｐ２）と（Ｐ３＋Ｐ４）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。

さらに計算値（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）はそのイベントに対するエネルギーを示しており、図４に示すようなエネルギースペクトルとして表示される。

特表昭６２−５００９５７号公報

しかしながら、上述した従来例の放射線検出器ＲＤＡには、次のような問題点を有している。

一般にシンチレータ群において、計算値（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）によるエネルギーついては、中央シンチレータほどエネルギーピークが高く、周辺シンチレータほどエネルギーピークが低くなる。これは周辺のシンチレータでは光が光電子増倍管の側管１７へ逃げることによる損失があること、外周表面に接しているため中央のシンチレータと比べて反射構造が異なり光反射率が小さくなりその結果損失が大きくなること、が原因である。

さらに近年提案されている高い分解能をもつＰＥＴ装置ではシンチレータのピクセルが従来装置よりも小さく、シンチレータの光の出力面に対して他の反射面の割合が大きいためこのような影響が顕著に発生する。

各シンチレータのエネルギーピークに差がある場合、通常、エネルギー補正テーブルをもつことによりエネルギーピークが一定になるように補正しているが、差が大きければ大きいほど補正の精度が劣化し良質な画像を得ることができなくなる。

例えば、エネルギーピークが最も大きいピクセルを基準に補正テーブルを持たせる場合を考える。この場合、エネルギーピークの最も大きいピクセルの補正計数は１である。しかしながら、エネルギーピークの小さいピクセルについては、補正計数の値が大きくなり、補正計数自身にばらつきがあることから、エネルギーピークの小さいピクセルにおいて誤差が発生する。そのため、補正の精度が劣化してしまう。

特にシンチレータには低コストで安定で発光量も多いＢｉ₄Ｇｅ₃Ｏ₁₂（ＢＧＯ）やＧｄ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅ（ＧＳＯ）が良く用いられているが、これらシンチレータはそれ自身の色として製造の過程において白色で透明なものや光の透過の妨げとなるような着色のあるものが色々発生する。つまりシンチレータ群として組み立てた場合、様々な色交じり合って出来あがってしまう。その場合、無作為にシンチレータの配置を決めて周辺に着色のあるシンチレータが配置されると、ただでさえ低いエネルギーピークがさらに低くなり中央シンチレータのエネルギーピークとの差が非常に大きいものとなり補正の精度が劣化し良質な画像を得ることができない。

本発明が提供する放射線検出器は、２次元的に配置された複数のシンチレータと、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且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ものであって、上記課題を解決するために、シンチレータの２次元配置において、中央から周辺へいくほど発光出力の高いシンチレータを配置してシンチレータ群を形成するようにしたことを特徴とする。

中央に最も発光出力が低いシンチレータを配置し、周辺へいくほど発光出力の高いシンチレータを配置してシンチレータ群を形成することにより、各シンチレータにおけるエネルギーピークの差を小さくすることができ、補正時の精度を向上させることができる。

以下、本発明の放射線検出器の構成を図面に示す一実施例に従って詳細に説明する。本発明の放射線検出器の外観上は従来例である図１、２と全く同じである。図５は本発明の実施例であり、検出器を上面から見たシンチレータの配列を示しており、領域ＡからＥへいくに従って中央から周辺への配置を示している。本発明に係る放射線検出器ＲＤＡは、光反射材１１および光透過材１２が挟み込まれることによって区画され、Ｘ方向に９個、Ｙ方向に１０個の合計９０個のシンチレータ１Ｓを２次元的に密着配置したシンチレータ群１０で形成されている。

ガンマ線の入射位置特定のため、光電子増倍管３０１の出力をＰ１、光電子増倍管３０２の出力をＰ２、光電子増倍管３０３の出力をＰ３、光電子増倍管３０４の出力をＰ４とすると、Ｘ方向の位置は計算値｛（Ｐ１＋Ｐ３）−（Ｐ２＋Ｐ４）｝／（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）で表示され、Ｙ方向の位置は計算値｛（Ｐ１＋Ｐ２）−（Ｐ３＋Ｐ４）｝／（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）で表示される。
また、計算値（Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４）はそのイベントに対するエネルギーを示しており、図６に示すようなエネルギースペクトルとして表示される。

しかしながら、上述したようにシンチレータの場所によって本来的にエネルギーピークには差が発生するため、中央に最も発光出力が低いシンチレータを配置し、周辺へいくほど発光出力の高いシンチレータを配置してシンチレータ群１０を形成する。

第一の実施例を説明する。
シンチレータ群１０には安定で発光量も多い同一濃度でＣｅドープされたＧｄ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅ（ＧＳＯ）を使用する。しかしながらこのシンチレータはそれ自身の色として製造の過程において白色で透明なものや光の透過の妨げとなるような着色のあるものが色々発生する。そこであらかじめ着色量による選別をしておき、中央に最も着色の大きいシンチレータを配置し、周辺へいくほど着色の小さいシンチレータを配置してシンチレータ群を形成するようにする。そこで着色の強い順にＡ〜Ｅまでランク付けを行なってあらかじめ選別し、それぞれ図５に示すように配置させる。そうすることにより中央に最も発光出力が低いシンチレータが、周辺部ほど発光出力が高いシンチレータが配置されることになり、各シンチレータにおけるエネルギーピークがそろってくる。すなわち、図６に示すようにエネルギーピークの差を小さくすることができ、エネルギーピークが一定になるように補正する際の精度が向上し、良質な画像を得ることができる。

次に第二の実施例を説明する。
シンチレータ群１０には様々な濃度でＣｅドープされたＧｄ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅ（ＧＳＯ）からなるシンチレータを使用する。一般にＣｅ濃度が高いほど着色が大きくなり発光出力が低くなることがわかっている。具体的には図５に示す検出器を上面から見たシンチレータの配列において、一例として領域Ａに１．５ｍｏｌ％、領域Ｂに１．２５ｍｏｌ％、領域Ｃに１．０ｍｏｌ％、領域Ｄに０．７５ｍｏｌ％、領域Ｅに０．５ｍｏｌ％のＣｅ濃度のＧＳＯシンチレータを配置する。
そうすることにより中央に最も発光出力が低いシンチレータが、周辺部ほど発光出力が高いシンチレータが配置されることになり、各シンチレータにおけるエネルギーピークがそろってくる。すなわち、図６に示すようにエネルギーピークの差を小さくすることができ、エネルギー補正がうまくいくため良質な画像を得ることができる。

次に第三の実施例を説明する。
シンチレータ群１０には様々な濃度でＣｅドープされたＧｄ₂ＳｉＯ₅：Ｃｅ（ＧＳＯ）からなるシンチレータを使用する。一般にＣｅ濃度が高いほど着色が大きくなり発光出力が低くなることがわかっている。具体的には図５に示す検出器を上面から見たシンチレータの配列において、一例として領域Ａに１．５ｍｏｌ％、領域Ｂに１．２５ｍｏｌ％、領域Ｃに１．０ｍｏｌ％、領域Ｄに０．７５ｍｏｌ％Ｃｅ濃度のＧＳＯシンチレータを配置し、最外周である領域Ｅにはさらに着色が小さく発光出力の高いＺｒをドープしたＧＳＯシンチレータを配置する。ＺｒをドープしたＧＳＯシンチレータについてのＣｅ濃度は例えば１．０ｍｏｌ％でよい。最外周は光電子増倍管３０１〜３０４の側管１７に対応するため、とくにエネルギーピークの落ち込みが大きくこのような配置が効果的である。
そうすることにより中央に最も発光出力が低いシンチレータが、周辺部ほど発光出力が高いシンチレータが配置されることになり、各シンチレータにおけるエネルギーピークがそろってくる。すなわち、図６に示すようにエネルギーピークの差を小さくすることができ、エネルギー補正がうまくいくため良質な画像を得ることができる。

次に第四の実施例を説明する。
シンチレータ群１０には低コストで安定で発光量も比較的多いＢｉ₄Ｇｅ₃Ｏ₁₂（ＢＧＯ）を使用する。しかしながらこのシンチレータはそれ自身の色として製造の過程において白色で透明なものや光の透過の妨げとなるような着色のあるものが色々発生する。そこであらかじめ着色量による選別をしておき、中央に最も着色の大きいシンチレータを配置し、周辺へいくほど着色の小さいシンチレータを配置してシンチレータ群を形成するようにする。そこで着色の強い順にＡ〜Ｅまでランク付けを行なってあらかじめ選別し、それぞれ図５に示すように配置させる。そうすることにより中央に最も発光出力が低いシンチレータが、周辺部ほど発光出力が高いシンチレータが配置されることになり、各シンチレータにおけるエネルギーピークがそろってくる。すなわち、図６に示すようにエネルギーピークの差を小さくすることができ、エネルギー補正がうまくいくため良質な画像を得ることができる。

次に第五の実施例を説明する。
シンチレータ群１０にはＬｕ（ルテチウム）とＹ（イットリウム）の配合比を変えたＣｅドープされたＬｕＹＳｉＯ５（ＬＹＳＯ）を使用する。一般にＬｕの配合比が大きいほど発光出力が高くなることがわかっている。具体的には図５に示す検出器を上面から見たシンチレータの配列において、一例として領域Ａに７５％、領域Ｂに８０％、領域Ｃに８５％、領域ＤにＬｕ配合比９０％、領域Ｅに９５％のＬｕ配合比となるようなＬＹＳＯシンチレータを配置する。
そうすることにより中央に最も発光出力が低いシンチレータが、周辺部ほど発光出力が高いシンチレータが配置されることになり、各シンチレータにおけるエネルギーピークがそろってくる。すなわち、図６に示すようにエネルギーピークの差を小さくすることができ、エネルギー補正がうまくいくため良質な画像を得ることができる。

なお上述した実施例ではシンチレータを配置する領域をリング状にＡ〜Ｅの５種類に分けたが、必要に応じて任意の形状、任意の種類に分けられることを含むことはいうまでもない。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、２次元的に密着配置されたシンチレータ群の中央に最も発光出力が低いシンチレータを配置し、周辺へいくほど発光出力の高いシンチレータを配置してシンチレータ群を形成することにより、各シンチレータにおけるエネルギーピークの差を小さくすることができ、エネルギー補正がうまくいくため良質な画像を得ることができる。

以上のように、この発明は、医療用や産業用の放射線撮影装置に適している。

本発明の放射線検出器及び従来の放射線検出器を示す、Ｘ方向からみた外観図である。 本発明の放射線検出器及び従来の放射線検出器を示す、Ｙ方向からみた外観図である。 本発明の放射線検出器及び従来の放射線検出器に係る位置演算回路の一例を示す図である。 従来の放射線検出器のエネルギースペクトルを示す図である。 本発明の放射線検出器に係るシンチレータの配置領域を示す図である。 本発明の放射線検出器のエネルギースペクトルを示す図である。

符号の説明

ＲＤＡ …放射線検出器
１，２，３，４…加算器
５、６ …位置弁別回路
１０ …シンチレータ群
１Ｓ …シンチレータ
１１ …光反射材
１２ …光透過材
１５ …カップリング接着材
１６ …カップリング接着材
２０ …ライトガイド
２１ …光反射材
３０１、３０２、３０３、３０４…光電子増倍管

Claims (6)

1. ２次元的に配置された複数のシンチレータと、該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、該ライトガイドに対して光学的に結合され且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、前記シンチレータの２次元配置において、中央から周辺へいくほど発光出力の高いシンチレータを配置してシンチレータ群を形成するようにしたことを特徴とする放射線検出器。
2. シンチレータ群は、中央から周辺へいくほど着色量の小さいシンチレータを配置したものであることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
3. シンチレータがＢｉ₄Ｇｅ₃Ｏ₁₂、ＣｅをドープされたＧｄ₂ＳｉＯ₅、Ｃｅ及びＺｒをドープされたＧｄ₂ＳｉＯ₅のいずれかである請求項１または２記載の放射線検出器。
4. シンチレータ群は、中央から周辺へいくほどドープ物質濃度を漸次異ならせたシンチレータを配置したものであることを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
5. シンチレータは少なくとも２種類の物質を配合させてなるものであって、配合比率に因る発光出力の違いにより、中央から周辺へいくほど発光出力の高いシンチレータを配置してシンチレータ群を形成するようにしたことを特徴とする請求項１記載の放射線検出器。
6. シンチレータ群は、中央部のシンチレータよりも発光出力の高い材質からなるシンチレータを外周部に配置したものであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の放射線検出器。

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