JP2007101191A - Radiation detector - Google Patents

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Hiromichi Tonami
寛道 戸波
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Shimadzu Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiation detector for dispensing with a scepter made of a heavy metal, simultaneously performing two-dimensional collection and three-dimensional collection, shortening measurement time, reducing burdens on both an inspected body and a radiological technician, and further, reducing an (RI) cost burden. <P>SOLUTION: A scintillator is divided into a plurality of levels in the depth direction. A scintillator 58 on the highest level close to the inspected body side is disposed on an upper part of a join of a next highest-level scintillator 51 to fulfil roles of a detector and of the scepter 71. In this event, the scintillators, having two or more kinds of different decay times, determine capturing places for γ-photons entering the scintillators by means of either or both of discrimination based on the differences in decay time and sharing of light based on a reflector structure, and therefore, it is possible to simultaneously perform two-dimensional collection and three-dimensional collection. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

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。 The present invention detects a radiation (gamma ray) emitted from a radioisotope (RI) administered to a subject and accumulated in a site of interest, and obtains a tomographic image of the RI distribution of the site of interest, for example, PET The present invention relates to a radiation detector used in a medical diagnostic apparatus such as a (Positron Emission Tomography) apparatus or a SPECT (Single Photo Emission Computed Tomography) apparatus.

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(例えば特許文献1参照)。 This type of radiation detector includes a scintillator that emits light upon incidence of gamma rays emitted from a subject, and a photomultiplier tube that converts light emitted from the scintillator into a pulsed electric signal. As for such a radiation detector, there has conventionally been a one-to-one correspondence between a scintillator and a photomultiplier tube. Are employed to determine the incident position of the gamma rays from the output ratio of these photomultiplier tubes to improve the resolution (see, for example, Patent Document 1).

図8は従来の放射線検出器10をY方向からみたX方向の断面図(正面図)である。等方ボクセル検出器の場合、放射線検出器10をX方向からみたY方向の断面図(側面図)も図8と同じ形状となる。放射線検出器10は、光反射材13が適宜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6個の合計36個のシンチレータ11を2次元的に密着配置したシンチレータ群12と、このシンチレータ群12に光学的に結合されかつ光反射材15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14とこのライトガイド14に光学的に結合される4個の光電子増倍管101、102、103、104とから構成されている。尚本図8では光電子増倍管101と光電子増倍管102のみが図示されている。ここでシンチレータ11としては、例えばBiGe12(BGO)、GdSiO:Ce(GSO)、LuSiO:Ce(LSO)、LuYSiO:Ce(LYSO)、NaI、BaF、CsF、PbWOなどの無機結晶が用いられる。 FIG. 8 is a cross-sectional view (front view) in the X direction when the conventional radiation detector 10 is viewed from the Y direction. In the case of an isotropic voxel detector, a cross-sectional view (side view) in the Y direction when the radiation detector 10 is viewed from the X direction has the same shape as FIG. The radiation detector 10 is partitioned by appropriately sandwiching the light reflecting material 13, and a scintillator group 12 in which a total of 36 scintillators 11 of 6 in the X direction and 6 in the Y direction are arranged in close contact with each other, A light guide 14 that is optically coupled to the scintillator group 12 and is combined with a light reflecting material 15 and has a plurality of subsections defined therein and a light guide 14 that is optically coupled to the light guide 14 The photomultiplier tubes 101, 102, 103, and 104 are configured. In FIG. 8, only the photomultiplier tube 101 and the photomultiplier tube 102 are shown. Here, as the scintillator 11, for example, Bi 4 Ge 3 0 12 (BGO), Gd 2 SiO 5 : Ce (GSO), Lu 2 SiO 5 : Ce (LSO), LuYSiO 5 : Ce (LYSO), NaI, BaF 2 , CsF, inorganic crystals such as PbWO 4 used.

X方向に配列された6個のシンチレータ11の何れか一個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14を通して光電子増倍管101〜104へ導かれるが、その際、X方向に配列された光電子増倍管101(103)と光電子増倍管102(104)の出力比が一定の割合で変化するように、ライトガイド14における各々の光反射材15の位置と長さおよび角度が調整されている。 When gamma rays are incident on any one of the six scintillators 11 arranged in the X direction, the light is converted into visible light. This light is guided to the photomultiplier tubes 101 to 104 through the optically coupled light guide 14, and at this time, the photomultiplier tubes 101 (103) and the photomultiplier tubes 102 (104) arranged in the X direction. The position, length, and angle of each light reflecting material 15 in the light guide 14 are adjusted so that the output ratio of () changes at a constant rate.

より具体的には光電子増倍管101の出力をP1、光電子増倍管102の出力をP2、光電子増倍管103の出力をP3、光電子増倍管104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11の位置に応じて一定の割合で変化するよう光反射材14の位置と長さが設定されている。 More specifically, if the output of the photomultiplier tube 101 is P1, the output of the photomultiplier tube 102 is P2, the output of the photomultiplier tube 103 is P3, and the output of the photomultiplier tube 104 is P4, the X direction The position and length of the light reflecting material 14 are set so that the calculated value {(P1 + P3) − (P2 + P4)} / (P1 + P2 + P3 + P4) representing the position changes at a constant rate according to the position of each scintillator 11.

一方、Y方向に配列された6個のシンチレータの場合も同様に、光学的に結合されるライトガイド14を通して光電子増倍管101〜104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101(102)と光電子増倍管103(104)の出力比が一定の割合で変化するように、ライトガイド14における各々の光反射材15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。 On the other hand, in the case of six scintillators arranged in the Y direction, light is similarly guided to the photomultiplier tubes 101 to 104 through the optically coupled light guide 14. That is, the position of each light reflecting material 15 in the light guide 14 so that the output ratio of the photomultiplier tubes 101 (102) and the photomultiplier tubes 103 (104) arranged in the Y direction changes at a constant rate. The length is set, and in the case of tilt, the angle is adjusted.

すなわち、Y方向の位置を表す計算値{(P1+P2)−(P3+P4)}/(P1+P2+P3+P4)が各シンチレータの位置に応じて一定の割合で変化するよう光反射材15の位置と長さが設定されている。 That is, the position and length of the light reflecting material 15 are set so that the calculated value {(P1 + P2) − (P3 + P4)} / (P1 + P2 + P3 + P4) representing the position in the Y direction changes at a constant rate according to the position of each scintillator. ing.

ここで各シンチレータ11間における光反射材13及びライトガイド14の光反射材15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13及び光反射材15の形状及び配置が決定されている。 Here, the light reflecting material 13 between the scintillators 11 and the light reflecting material 15 of the light guide 14 are mainly a multilayer film of silicon oxide and titanium oxide mainly using a polyester film, and its reflection efficiency is very high. Although it is used as a light reflecting element because it is high, strictly speaking, a transmission component is generated depending on the incident angle of light, and the shape and arrangement of the light reflecting material 13 and the light reflecting material 15 are also included in the calculation. It has been decided.

なお、シンチレータ群12はライトガイド14とカップリング接着剤にて接着されカップリング接着剤層16を形成し、ライトガイド14も光電子増倍管101〜104とカップリング接着剤にて接着されカップリング接着剤層17を形成している。また各シンチレータ11が対向していない外周表面は、光電子増倍管101〜104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PTFEテープが用いられる。   The scintillator group 12 is bonded to the light guide 14 with a coupling adhesive to form a coupling adhesive layer 16, and the light guide 14 is also bonded to the photomultiplier tubes 101 to 104 with a coupling adhesive. An adhesive layer 17 is formed. Moreover, the outer peripheral surface where each scintillator 11 does not oppose is covered with the light reflection material except the optical coupling surface with the photomultiplier tubes 101-104 side. In this case, a PTFE tape is mainly used as the light reflecting material.

図9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21、22、23、24と位置弁別回路25、26とから構成されている。図9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101の出力P1と光電子増倍管103の出力P3とが加算器21に入力されるとともに、光電子増倍管102の出力P2と光電子増倍管104の出力P4とが加算器22に入力される。両加算器21、22の各加算出力(P1+P3)と(P2+P4)とが位置弁別回路25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。 FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the position calculation circuit of the radiation detector. The position calculation circuit is composed of adders 21, 22, 23, 24 and position discrimination circuits 25, 26. As shown in FIG. 9, in order to detect the incident position of the gamma rays in the X direction, the output P1 of the photomultiplier tube 101 and the output P3 of the photomultiplier tube 103 are input to the adder 21 and the photomultiplier The output P2 of the double tube 102 and the output P4 of the photomultiplier tube 104 are input to the adder 22. The addition outputs (P1 + P3) and (P2 + P4) of both adders 21 and 22 are input to the position discriminating circuit 25, and the incident position of the gamma rays in the X direction is obtained based on both addition outputs.

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101の出力P1と光電子増倍管102の出力P2とが加算器23に入力されるとともに、光電子増倍管103の出力P3と光電子増倍管104の出力P4とが加算器24に入力される。両加算器23、24の各加算出力(P1+P2)と(P3+P4)とが位置弁別回路26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。 Similarly, in order to detect the incident position of the gamma rays in the Y direction, the output P1 of the photomultiplier tube 101 and the output P2 of the photomultiplier tube 102 are input to the adder 23 and the photomultiplier tube 103 The output P3 and the output P4 of the photomultiplier tube 104 are input to the adder 24. The addition outputs (P1 + P2) and (P3 + P4) of both adders 23 and 24 are input to the position discrimination circuit 26, and the incident position of the gamma ray in the Y direction is obtained based on both addition outputs.

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10に示すようなエネルギースペクトルとして表示される。 Further, the calculated value (P1 + P2 + P3 + P4) indicates energy for the event, and is displayed as an energy spectrum as shown in FIG.

以上のように計算された結果はシンチレータに入射したガンマ線の位置に従って図11に示すような位置コーディングマップとして表され、各々の位置弁別情報が示される。 The results calculated as described above are represented as a position coding map as shown in FIG. 11 according to the position of the gamma ray incident on the scintillator, and each position discrimination information is shown.

さらに画像収集方法には図12に示す2次元収集と、図13に示す3次元収集とがある。2次元収集ではセプター31が検出器リング32間に配置されており、散乱線や偶発同時係数などを除去できる構造になっている。同一検出器リング内で同時係数をとるダイレクトスライス33と隣り合うリング間で同時係数をとるクロススライス34のデータ収集ができ、n層の検出器リングを持つ装置では2n−1スライスのPET像が撮像できる。このセプター31の材質としてはガンマ線遮蔽のため、タングステンや鉛などの重金属が用いられている。一方、3次元収集では検出器リング42の同時係数を全検出器リング間にわたって行なうため、ダイレクトスライス43及び全スライス44でのPET像が撮像できる。この場合、セプターは取り外した状態で収集される。つまりセプターは収集条件によって配置したり取り外したりしなければならないため、ガントリに対して出し入れ可能な機構となっている。 Further, image collection methods include a two-dimensional collection shown in FIG. 12 and a three-dimensional collection shown in FIG. In the two-dimensional collection, the scepter 31 is disposed between the detector rings 32, and has a structure capable of removing scattered radiation, random coincidence coefficient, and the like. Data acquisition of the direct slice 33 that takes the simultaneous coefficient in the same detector ring and the cross slice 34 that takes the simultaneous coefficient between the adjacent rings can be performed. In an apparatus having an n-layer detector ring, a 2n-1 slice PET image is obtained. I can image. The material of the scepter 31 is heavy metal such as tungsten or lead for gamma ray shielding. On the other hand, in the three-dimensional acquisition, since the simultaneous coefficient of the detector ring 42 is performed between all the detector rings, PET images in the direct slice 43 and all the slices 44 can be captured. In this case, the scepter is collected in a detached state. In other words, since the scepter must be arranged and removed depending on the collection conditions, it is a mechanism that can be taken in and out of the gantry.

一方、それぞれ発光減衰時間が異なった材質で構成したシンチレータアレイを多段に積層したもの(例えば非特許文献1参照)や、さらに各シンチレータアレイを半ピッチずらせて配置したもの(例えば非特許文献2参照)など、DOI(depth of interaction)情報を持ったブロック検出器を実現することにより空間分解能を向上させる方法が種々提案されている。 On the other hand, scintillator arrays each made of a material with different emission decay times are stacked in multiple stages (see, for example, Non-Patent Document 1), and further, each scintillator array is arranged with a half-pitch shift (see, for example, Non-Patent Document 2). Various methods for improving the spatial resolution by realizing a block detector having DOI (depth of interaction) information have been proposed.

特開2004−354343号公報JP 2004-354343 A

S. Yamamoto and H. Ishibashi, A GSO depth of interaction detectorfor PET, IEEE Trans. Nucl. Sci., 45:1078-1082, 1998.S. Yamamoto and H. Ishibashi, A GSO depth of interaction detector for PET, IEEE Trans. Nucl.Sci., 45: 1078-1082, 1998.

H. Liu, T. Omura. M. Watanabe, et al., Development of a depth of interactiondetector for g-rays, Nucl. Instr. Meth., Physics Research A 459:182-190, 2001.H. Liu, T. Omura. M. Watanabe, et al., Development of a depth of interactiondetector for g-rays, Nucl. Instr. Meth., Physics Research A 459: 182-190, 2001.

しかしながら、上述した従来例の放射線検出器では次のような問題点を有している。 However, the above-described conventional radiation detector has the following problems.

図12に示した2次元収集ではセプターによる散乱線除去効果のためノイズが少ない、定量性が高い、体軸方向感度分布が均一であるなどの長所があるが、感度が3次元収集の場合の1/5〜1/6程度と著しく低い。一方、図13に示した3次元収集では感度が2次元収集の場合の5〜6倍程度高いという長所があるが、セプターがないため散乱線が多く、画質を劣化させてしまう。被検体から2次元収集及び3次元収集の2つのデータ取得のためには2回測定を行う必要があるが、測定時間が長く、被検体、放射線技師双方の負担が大きいという問題がある。さらに放射性同位元素(RI)からの放出されるガンマ線は時間的に減衰するため、あらかじめそれに見合った多量のRIを注射しなければならず、コスト的にも負担が大きくなる。 The two-dimensional collection shown in FIG. 12 has advantages such as low noise due to the effect of removing scattered rays by the scepter, high quantitativeness, and uniform sensitivity distribution in the body axis direction. It is extremely low, about 1/5 to 1/6. On the other hand, the three-dimensional acquisition shown in FIG. 13 has an advantage that the sensitivity is about 5 to 6 times higher than that in the case of the two-dimensional acquisition. In order to acquire two data of two-dimensional collection and three-dimensional collection from the subject, it is necessary to perform measurement twice, but there is a problem that the measurement time is long and the burden on both the subject and the radiographer is large. Furthermore, since the gamma rays emitted from the radioisotope (RI) decay with time, it is necessary to inject a large amount of RI corresponding to the gamma rays in advance, which increases the cost.

かかる課題は、従来技術で述べたような、単にシンチレータアレイを多段に積層した構造や、各シンチレータアレイを半ピッチずらせて配置する構造のみによっては解決されない。すなわち、シンチレータアレイを積層した構造であっても、最上段のシンチレータアレイを透過した一部放射線が次段以降のシンチレータアレイに入射すると、別途セプターを有しない限り、散乱線や偶発同時計数による画質劣化が生じる。一方、セプターを設けた場合は3次元収集ができない。 Such a problem cannot be solved only by a structure in which scintillator arrays are simply stacked in multiple stages as described in the prior art, or a structure in which each scintillator array is arranged with a half-pitch shift. In other words, even if the scintillator array is stacked, if some radiation that has passed through the uppermost scintillator array is incident on the subsequent scintillator array, the image quality by scattered radiation and accidental coincidence counting will be provided unless a separate scepter is provided. Deterioration occurs. On the other hand, when a scepter is provided, three-dimensional collection is not possible.

本発明が提供する放射線検出器は、複数のシンチレータが2次元的に配置されたシンチレータアレイが複数段積層されたシンチレータ群と、被検体側を上として最下段の前記シンチレータアレイに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る光電子増倍管を備えるとともに、最上段の前記シンチレータアレイを構成する各シンチレータは、次段の前記シンチレータアレイを構成する各シンチレータのつなぎ目の上部に配置されることにより、セプターの役割を果たす。その場合前記シンチレータは、2種類以上の異なる減衰時間を有して、減衰時間の違いによる弁別、反射材構造による光のシェアリングの何れか片方もしくは双方によってシンチレータに入射するγフォトンの捕獲場所を特定するため、2次元収集と3次元収集を同時に行なうことが可能となる。 The radiation detector provided by the present invention is optically coupled to a scintillator group in which a plurality of scintillator arrays in which a plurality of scintillators are arranged two-dimensionally are stacked, and the scintillator array at the lowest stage with the subject side facing up. Each scintillator constituting the uppermost scintillator array is provided with each of the scintillators constituting the next scintillator array. By being placed at the top of the joint, it acts as a scepter. In that case, the scintillator has two or more different attenuation times, and the capture location of the γ photons incident on the scintillator by either one or both of discrimination by the difference in attenuation time and light sharing by the reflector structure. In order to specify, two-dimensional collection and three-dimensional collection can be performed simultaneously.

上記課題を解決するために、次のような構成をとる。すなわち請求項1に記載の放射線検出器は、複数のシンチレータが2次元的に結合配置されたシンチレータアレイが複数段積層されたシンチレータ群と、被検体側を上として最下段の前記シンチレータアレイに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る光電子増倍管を備えるとともに、最上段の前記シンチレータアレイを構成する各シンチレータは、次段の前記シンチレータアレイを構成する各シンチレータのつなぎ目の上部に配置され、セプターとして機能するものであることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the following configuration is adopted. In other words, the radiation detector according to claim 1 is optically applied to a scintillator group in which a plurality of scintillator arrays in which a plurality of scintillators are two-dimensionally connected and arranged are stacked, and the scintillator array at the lowest stage with the subject side up. Each scintillator constituting the uppermost scintillator array constitutes the next scintillator array, and a light guide optically coupled to the light guide and a photomultiplier tube optically coupled to the light guide. The scintillator is arranged above the joint of each scintillator and functions as a scepter.

かかる特徴に基づいて、請求項1に記載の発明は次のように作用する。すなわち、最上段の前記シンチレータアレイを構成する各シンチレータに入射した放射線は、そのシンチレータにより光に変換され、その光を光電子倍増管で増幅してカウントすることにより、位置弁別情報を得る。一方、最上段の前記シンチレータアレイを構成する各シンチレータに入射しない放射線は、次段のシンチレータアレイを構成する各シンチレータにより光に変換され、その光を光電子倍増管で増幅してカウントすることにより、位置弁別情報を得る。このとき、最上段の前記シンチレータアレイは、入射放射線を透過しない材質で構成されており、セプターの役目を果たす。 Based on such characteristics, the invention described in claim 1 operates as follows. That is, the radiation incident on each scintillator constituting the uppermost scintillator array is converted into light by the scintillator, and the light is amplified by a photomultiplier tube and counted to obtain position discrimination information. On the other hand, radiation that does not enter each scintillator constituting the uppermost scintillator array is converted into light by each scintillator constituting the next scintillator array, and the light is amplified and counted by a photomultiplier tube. Get position discrimination information. At this time, the uppermost scintillator array is made of a material that does not transmit incident radiation, and serves as a scepter.

かかる作用により請求項1に記載の発明は、最上段のシンチレータアレイにより3次元収集を行いつつ、次段のシンチレータアレイにより散乱線や偶発同時計数による画質低下の少ない2次元収集を行うことができるという効果を奏する。 Due to this action, the invention described in claim 1 can perform two-dimensional collection with little degradation in image quality due to scattered radiation and coincidence coincidence with the next scintillator array while performing three-dimensional collection with the uppermost scintillator array. There is an effect.

また、請求項2に記載の放射線検出器は、請求項1に係る放射線検出器であって、最上段の前記シンチレータアレイを構成する各シンチレータは、次段以降の前記シンチレータアレイを構成する各シンチレータの幅よりも小さいことを特徴とする。 Further, the radiation detector according to claim 2 is the radiation detector according to claim 1, wherein each scintillator configuring the uppermost scintillator array includes each scintillator configuring the scintillator array subsequent to the next stage. It is characterized by being smaller than the width of.

かかる特徴に基づいて、請求項2に記載の発明は次のように作用する。すなわち、最上段のシンチレータアレイを構成する各シンチレータは、次段以降の前記シンチレータアレイを構成する各シンチレータの幅よりも小さく、かつ、次段の前記シンチレータアレイを構成する各シンチレータのつなぎ目の上部に配置されるので、最上段のシンチレータアレイを構成する各シンチレータ間に必ず放射線を透過する空間が存在する。放射線は、この空間を通じて、次段以降のシンチレータアレイに到達する。 Based on such characteristics, the invention described in claim 2 operates as follows. That is, each scintillator that constitutes the uppermost scintillator array is smaller than the width of each scintillator that constitutes the scintillator array in the subsequent stage and is located above the joint of each scintillator that constitutes the scintillator array in the next stage. Therefore, there is always a space for transmitting radiation between the scintillators constituting the uppermost scintillator array. Radiation reaches the scintillator array in the subsequent stages through this space.

かかる作用により、請求項2に記載の発明は、次段以降のシンチレータアレイを、各シンチレータが密接して配列するように構成したとしても、最上段のシンチレータアレイを構成する各シンチレータ間に形成された空間を通って、次段以降のシンチレータアレイに放射線を到達させることができるという効果を奏する。 Due to this action, the invention described in claim 2 is formed between the scintillators constituting the uppermost scintillator array even if the scintillator arrays in the subsequent stages are arranged so that the scintillators are closely arranged. There is an effect that the radiation can reach the scintillator arrays in the subsequent stages through the space.

また、請求項3に記載の放射線検出器は、請求項1に係る放射線検出器であって、反射材構造による光のシェアリングによって前記シンチレータ群に入射するγフォトンの捕獲場所を特定することを特徴とする。 The radiation detector according to claim 3 is the radiation detector according to claim 1, wherein the capture location of γ photons incident on the scintillator group is specified by sharing light by a reflector structure. Features.

かかる特徴に基づいて、請求項3に記載の発明は次のように作用する。すなわち、シンチレータにおいて放射線入射により発生する光が、反射材構造により光電子増倍管へ導かれる。各光電子増倍管の出力から、光のシェアリングによってγフォトンの捕獲場所が特定される。 Based on this feature, the invention according to claim 3 operates as follows. That is, light generated by radiation incidence in the scintillator is guided to the photomultiplier tube by the reflector structure. From the output of each photomultiplier tube, the capture location of γ photons is specified by light sharing.

さらに、請求項4に記載の放射線検出器は、請求項1に係る放射線検出器であって、前記シンチレータ群は、少なくとも2種類以上の異なる減衰時間を有するシンチレータから構成されており、減衰時間の違い及び反射材構造による光のシェアリングによってシンチレータに入射するγフォトンの捕獲場所を特定することを特徴とする。 Furthermore, the radiation detector according to claim 4 is the radiation detector according to claim 1, wherein the scintillator group is composed of at least two types of scintillators having different decay times. It is characterized in that the capture location of γ photons incident on the scintillator is specified by the difference and the light sharing by the reflector structure.

かかる特徴に基づいて、請求項4に記載の発明は、次のように作用する。すなわち、ある減衰時間を有するシンチレータと、その減衰時間とは異なるシンチレータとに放射線が入射した場合に、それぞれのシンチレータで発生した光が混在した信号が得られる。 Based on this feature, the invention according to claim 4 operates as follows. That is, when radiation is incident on a scintillator having a certain decay time and a scintillator different from the decay time, a signal in which light generated by each scintillator is mixed is obtained.

かかる作用に基づいて、請求項4に記載の発明は、異なるシンチレータによって発生した光を包含した信号を、減衰時間の相違を利用して、波形選別によって分離して、前述の反射材構造による光のシェアリングによる方法により、シンチレータに入射するγフォトンの捕獲場所を特定することができるという効果を奏する。さらに、各シンチレータアレイを、それぞれ異なる減衰時間を有する材料で構成することにより、減衰時間の相違に基づいて深さ方向の情報を得ることが可能となり、空間分解能を向上させることができる。 Based on such an action, the invention according to claim 4 separates the signal including the light generated by the different scintillators by the waveform selection using the difference in the decay time, and outputs the light by the above-described reflector structure. By this method of sharing, it is possible to specify the capture location of γ photons incident on the scintillator. Furthermore, by configuring each scintillator array with a material having a different attenuation time, it is possible to obtain information in the depth direction based on the difference in the attenuation time, and the spatial resolution can be improved.

(第1の実施例)
以下、本発明の放射線検出器の第1の実施例の構成を図面に示し、実施例に従って詳細に説明する。図1は本発明の放射線検出器50をY方向からみたX方向の断面図(正面図)である。また、図2は本発明の放射線検出器50をX方向からみたY方向の断面図(側面図)である。さらに図3は本発明の放射線検出器50を上面からみた上段シンチレータアレイ61の断面図(上面図)である。放射線検出器50のシンチレータ群52は上段シンチレータアレイ61と下段シンチレータアレイ62の2つの部分で構成されている。図1のX方向の断面図では、上段シンチレータアレイ61にてシンチレータ58がX方向に6個、下段シンチレータアレイ62にてシンチレータ51がX方向に6個並んでいる。ここで、X方向のシンチレータ58の中心ピッチはシンチレータ51の中心ピッチに一致している。一方、図2のY方向の断面図では、上段シンチレータアレイ61にてシンチレータ58がY方向に7個、光透過材59がY方向に6個、下段シンチレータアレイ62にてシンチレータ51がY方向に6個並んでいる。ここでY方向のシンチレータ58の中心ピッチはシンチレータ51の中心ピッチに対して1/2ずれて配置されている。また両端のシンチレータ58はその他のシンチレータ58に対して幅wは半分となっている。光透過材59はY方向のシンチレータ58の間に配置されており、光の透過性が良くかつガンマ線のエネルギーに対しても透過性の良いもの、例えば透明アクリルが選ばれる。
(First embodiment)
Hereinafter, the configuration of the first embodiment of the radiation detector of the present invention is shown in the drawings and will be described in detail according to the embodiment. FIG. 1 is a cross-sectional view (front view) in the X direction of the radiation detector 50 of the present invention viewed from the Y direction. FIG. 2 is a sectional view (side view) in the Y direction of the radiation detector 50 of the present invention as viewed from the X direction. FIG. 3 is a sectional view (top view) of the upper scintillator array 61 when the radiation detector 50 of the present invention is viewed from above. The scintillator group 52 of the radiation detector 50 includes two parts, an upper scintillator array 61 and a lower scintillator array 62. In the cross-sectional view in the X direction of FIG. 1, six scintillators 58 are arranged in the X direction in the upper scintillator array 61, and six scintillators 51 are arranged in the X direction in the lower scintillator array 62. Here, the center pitch of the scintillator 58 in the X direction coincides with the center pitch of the scintillator 51. On the other hand, in the cross-sectional view in the Y direction of FIG. 2, the scintillator 58 in the Y direction in the upper scintillator array 61, the six light transmitting materials 59 in the Y direction, and the scintillator 51 in the Y direction in the lower scintillator array 62. 6 are in a line. Here, the center pitch of the scintillator 58 in the Y direction is arranged so as to deviate from the center pitch of the scintillator 51 by ½. The scintillators 58 at both ends have half the width w with respect to the other scintillators 58. The light transmitting material 59 is disposed between the scintillators 58 in the Y direction, and is selected from materials having good light transmittance and good gamma ray energy, for example, transparent acrylic.

図3の上面からみた断面図では上段シンチレータアレイ61を上から見た部分を示しており、シンチレータ58は放射線検出器50をPETガントリへ組み込んだ場合のリングに当たる部分を1リング毎に区切るように配置されている。放射線検出器50は、光反射材53が適宜挟み込まれることによって区画され、上段シンチレータアレイ61においてシンチレータ58がX方向に6個、Y方向に7個、光透過材59がY方向のみに6個、下段シンチレータアレイ62においてシンチレータ51がX方向に6個、Y方向に6個2次元的に密着配置したシンチレータ群52と、このシンチレータ群52に光学的に結合されかつ光反射材55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54と、このライトガイド54に光学的に結合される4個の光電子増倍管201、202、203、204とから構成されている。ここでシンチレータとしては、例えばBiGe12(BGO)、GdSiO:Ce(GSO)、LuSiO:Ce(LSO)、LuYSiO:Ce(LYSO)、NaI、BaF、CsF、PbWOなどの無機結晶が用いられる。特に上段シンチレータアレイ61のシンチレータ58はガンマ線を遮蔽する能力が特に高い実効原子番号の大きい、BiGe12(BGO)、LuSiO:Ce(LSO)、LuYSiO:Ce(LYSO)、PbWOが望ましい。 3 shows a portion of the upper scintillator array 61 as viewed from above, and the scintillator 58 divides a portion corresponding to the ring when the radiation detector 50 is incorporated into the PET gantry into each ring. Has been placed. The radiation detector 50 is partitioned by appropriately sandwiching the light reflecting material 53. In the upper scintillator array 61, there are six scintillators 58 in the X direction, seven in the Y direction, and six light transmitting materials 59 in the Y direction only. In the lower scintillator array 62, a scintillator group 52 in which six scintillators 51 are arranged two-dimensionally in close contact with the X direction and six in the Y direction are optically coupled to the scintillator group 52 and a light reflecting material 55 is combined. A light guide 54 in which a lattice frame is embedded and a plurality of small sections are defined, and four photomultiplier tubes 201, 202, 203, 204 optically coupled to the light guide 54. ing. Here, as the scintillator, for example, Bi 4 Ge 3 0 12 (BGO), Gd 2 SiO 5 : Ce (GSO), Lu 2 SiO 5 : Ce (LSO), LuYSiO 5 : Ce (LYSO), NaI, BaF 2 , CsF, inorganic crystals such as PbWO 4 used. In particular, the scintillator 58 of the upper stage scintillator array 61 has a particularly high gamma ray shielding ability and a large effective atomic number, Bi 4 Ge 3 0 12 (BGO), Lu 2 SiO 5 : Ce (LSO), LuYSiO 5 : Ce (LYSO). PbWO 4 is preferred.

さらに画像収集方法には前述した2次元収集と3次元収集とがあるが本発明の放射線検出器の場合にはその区別なくPET像を撮像することができる。本発明の放射線検出器をガントリに組み込んだ場合の体軸方向の断面図を図4に示す。ここで、セプター71が検出器リング72間に配置されており、散乱線や偶発同時係数などを除去できる構造になっているが、セプター71は上段シンチレータアレイ61のシンチレータ58そのものであり、検出器リング72は下段シンチレータアレイ62のシンチレータ51にあたる。図4ではさらにガンマ線による軌跡の一部を示しているが、同一検出器リング内で同時係数をとるダイレクトスライス73と隣り合うリング間で同時係数をとるクロススライス74のデータ収集ができている。ここで、光透過材59はガンマ線のエネルギーに対しても透過性が良いため、ガンマ線はエネルギーを失うことなく透過させることができている。このセプター71すなわちシンチレータ58の材質としてはガンマ線遮蔽のため、実効原子番号の大きいシンチレータが選ばれているのは前述したとおりである。つまり、下段シンチレータアレイ62のシンチレータ51のみでの検出情報を使用すれば2次元収集データによるPET像が撮像できる。一方、上段シンチレータアレイ61のシンチレータ58はガンマ線検出も行っているため、スライス75のデータ収集を行っている。つまり下段シンチレータアレイ62のシンチレータ51及び上段シンチレータアレイ61のシンチレータ58検出情報を用いれば3次元収集データによるPET像が撮像できる。 Further, the image acquisition method includes the two-dimensional acquisition and the three-dimensional acquisition described above. In the case of the radiation detector of the present invention, a PET image can be taken without distinction. FIG. 4 shows a sectional view in the body axis direction when the radiation detector of the present invention is incorporated in a gantry. Here, the scepter 71 is disposed between the detector rings 72 and has a structure capable of removing scattered radiation, random coincidence coefficient, etc., but the scepter 71 is the scintillator 58 itself of the upper scintillator array 61, and the detector The ring 72 corresponds to the scintillator 51 of the lower scintillator array 62. FIG. 4 further shows a part of the locus by gamma rays, but data collection of the direct slice 73 taking the simultaneous coefficient in the same detector ring and the cross slice 74 taking the simultaneous coefficient between the adjacent rings can be performed. Here, since the light transmitting material 59 has good permeability to the energy of gamma rays, the gamma rays can be transmitted without losing energy. As described above, the material of the scepter 71, that is, the scintillator 58, is a scintillator having a large effective atomic number for gamma ray shielding. That is, if the detection information of only the scintillator 51 of the lower scintillator array 62 is used, a PET image based on the two-dimensional collection data can be captured. On the other hand, since the scintillator 58 of the upper scintillator array 61 also performs gamma ray detection, data collection of the slice 75 is performed. That is, if the detection information of the scintillator 51 of the lower scintillator array 62 and the scintillator 58 of the upper scintillator array 61 is used, a PET image based on the three-dimensional collection data can be captured.

ここで、図1および図2に示すように、本発明の放射線検出器はシンチレータ群52の何れか一個にガンマ線が入射すると可視光に変換され、光学的に結合されるライトガイド54を通して光電子増倍管201〜204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201(203)と光電子増倍管202(204)の出力比が一定の割合で変化するように、ライトガイド54における各々の光反射材55の位置と長さおよび角度が調整されている。出力が計算された結果はシンチレータ群52に入射したガンマ線の位置に従って図5に示すような位置コーディングマップとして表され、各々の位置弁別情報が示される。 Here, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, the radiation detector of the present invention is converted into visible light when gamma rays are incident on any one of the scintillator groups 52, and photoelectron amplification is performed through a light guide 54 that is optically coupled. Light is guided to the double tubes 201 to 204, and at this time, the output ratio of the photomultiplier tubes 201 (203) and the photomultiplier tubes 202 (204) arranged in the X direction is changed at a constant rate. The position, length, and angle of each light reflecting member 55 in the light guide 54 are adjusted. The result of calculating the output is represented as a position coding map as shown in FIG. 5 according to the position of the gamma ray incident on the scintillator group 52, and each position discrimination information is shown.

(第2の実施例)
前述の第1の実施例ではガンマ線の入射位置を反射材構造による光のシェアリングによってのみ弁別しているため、位置コーディングマップは、上段シンチレータアレイ61のマップと下段シンチレータアレイ62のマップがともにプロットされており、両者の重なり(クロストーク)が大きくなり、その結果PET像の空間分解能が劣化する恐れがある。そこで第2の実施例では上段シンチレータアレイ61と、下段シンチレータアレイ62は異なる減衰時間を有しており、減衰時間の違い及び反射材構造による光のシェアリングによってシンチレータに入射するγフォトンの捕獲場所を特定する構造となっている。例えば、以下のような組み合わせが考えられる。
(例1)

Figure 2007101191
(例2)
Figure 2007101191
(例3)
Figure 2007101191
出力による位置計算と減衰時間により弁別された結果はシンチレータ群52に入射したガンマ線の位置に従って、上段シンチレータアレイ61は図7に示すような位置コーディングマップとして表され、下段シンチレータアレイ62は図6に示すような位置コーディングマップとして表される。上段シンチレータアレイ61と下段シンチレータアレイ62は位置コーディングマップ上で完全に分離されているため、両者の重なり(クロストーク)はなく、その結果PET像の空間分解能が劣化するということはない。 (Second embodiment)
In the first embodiment described above, since the incident position of the gamma ray is discriminated only by light sharing by the reflector structure, the map of the upper scintillator array 61 and the map of the lower scintillator array 62 are both plotted in the position coding map. As a result, the overlap (crosstalk) between the two becomes large, and as a result, the spatial resolution of the PET image may be deteriorated. Therefore, in the second embodiment, the upper scintillator array 61 and the lower scintillator array 62 have different attenuation times, and the capture location of γ photons incident on the scintillator due to the difference in attenuation time and the sharing of light by the reflector structure. It has a structure that identifies. For example, the following combinations are possible.
(Example 1)
Figure 2007101191
(Example 2)
Figure 2007101191
(Example 3)
Figure 2007101191
According to the position calculation by the output and the discrimination result by the decay time, the upper scintillator array 61 is represented as a position coding map as shown in FIG. 7 according to the position of the gamma rays incident on the scintillator group 52, and the lower scintillator array 62 is shown in FIG. It is represented as a position coding map as shown. Since the upper scintillator array 61 and the lower scintillator array 62 are completely separated on the position coding map, there is no overlap (crosstalk) between them, and as a result, the spatial resolution of the PET image does not deteriorate.

更に変形例として上段シンチレータアレイ61もしくは下段シンチレータアレイ62の中でも深さ方向に複数の段数に分けその段数毎に異なる減衰時間を有しており、減衰時間の違い及び反射材構造による光のシェアリングによってシンチレータに入射するγフォトンの捕獲場所を特定する構造となっている。この場合更に高密度な空間分解能が得られる。 Further, as a modified example, the upper scintillator array 61 or the lower scintillator array 62 is divided into a plurality of stages in the depth direction and has different attenuation times for each of the stages. By this, the capture location of γ photons incident on the scintillator is specified. In this case, a higher density spatial resolution can be obtained.

(第3実施例)
第3の実施例では前述の第1、第2実施例に対して、光透過材89が存在しない構造で、その他の部分については全く同じ構造となる。光透過材89が存在しないことにより、ガンマ線の透過時の減衰は皆無となり、検出感度が有利になる。
(Third embodiment)
In the third embodiment, the light transmitting material 89 is not present, and the other portions are completely the same as the first and second embodiments described above. Due to the absence of the light transmitting material 89, there is no attenuation during transmission of gamma rays, and detection sensitivity is advantageous.

なお、以上説明した実施例においては、望ましい形態として、上段シンチレータ58のY方向の幅を、下段シンチレータ51のY方向の幅より小さくしているが、これらは同一の幅であっても良いし、上段シンチレータ58の幅の方が広くてもよい。その場合は各上段シンチレータ58が間隔をあけて配置され、かつその間隔以上の間隔で下段シンチレータ51を配置すればよい。すなわち、各上段シンチレータ58の隙間から、ガンマ線が下段シンチレータ51へ到達できる限りにおいて、各シンチレータの幅を種々選択可能である。   In the embodiment described above, as a desirable form, the width of the upper scintillator 58 in the Y direction is made smaller than the width of the lower scintillator 51 in the Y direction, but these may be the same width. The upper scintillator 58 may be wider. In that case, the upper scintillators 58 may be arranged at intervals, and the lower scintillators 51 may be arranged at intervals greater than or equal to the intervals. That is, as long as gamma rays can reach the lower scintillator 51 from the gaps between the upper scintillators 58, various widths of the scintillators can be selected.

以上のように本発明の放射線検出器では、従来のように重金属からなるセプターは不要であり、2次元収集と3次元収集が同時に行なえる。そのため従来のように被検体から2次元収集及び3次元収集の2つのデータ取得のためには2回測定を行う必要はなく、測定時間の短縮化ができ、被検体、放射線技師双方の負担を軽減できる。さらに放射性同位元素(RI)からの放出されるガンマ線は時間的に減衰するが、測定時間の短縮化できる分RIの節約ができ、コスト的な負担を軽減できる。 As described above, the radiation detector of the present invention does not require a scepter made of heavy metal as in the prior art, and can perform two-dimensional collection and three-dimensional collection simultaneously. Therefore, it is not necessary to perform two measurements to acquire two data of two-dimensional collection and three-dimensional collection from the subject as in the past, and the measurement time can be shortened, and both the subject and the radiation technician are burdened. Can be reduced. Furthermore, although gamma rays emitted from the radioisotope (RI) are attenuated in time, RI can be saved because the measurement time can be shortened, and the cost burden can be reduced.

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。 As described above, the present invention is suitable for medical and industrial radiation imaging apparatuses.

本発明の放射線検出器のX方向の断面図を示す。Sectional drawing of the X direction of the radiation detector of this invention is shown. 本発明の放射線検出器のY方向の断面図を示す。Sectional drawing of the Y direction of the radiation detector of this invention is shown. 本発明の放射線検出器の上面から見た断面図を示す。Sectional drawing seen from the upper surface of the radiation detector of this invention is shown. 本発明の放射線検出器の体軸方向断面図を示す。The body axis direction sectional drawing of the radiation detector of this invention is shown. 本発明の放射線検出器の第1実施例の位置コーディングマップを示す。1 shows a position coding map of a first embodiment of the radiation detector of the present invention. 本発明の放射線検出器の第2実施例の位置コーディングマップを示す。6 shows a position coding map of a second embodiment of the radiation detector of the present invention. 本発明の放射線検出器の第3実施例の位置コーディングマップを示す。6 shows a position coding map of a third embodiment of the radiation detector of the present invention. 従来の放射線検出器の断面図を示す。Sectional drawing of the conventional radiation detector is shown. 本発明の放射線検出器及び従来の放射線検出器の位置演算回路の一例を示す。An example of the position calculation circuit of the radiation detector of this invention and the conventional radiation detector is shown. 本発明の放射線検出器及び従来の放射線検出器のエネルギースペクトルを示す。The energy spectrum of the radiation detector of this invention and the conventional radiation detector is shown. 従来の放射線検出器の位置コーディングマップを示す。2 shows a position coding map of a conventional radiation detector. 従来の放射線検出器の2次元収集における体軸方向断面図を示す。The body axis direction sectional drawing in the two-dimensional collection of the conventional radiation detector is shown. 従来の放射線検出器の3次元収集における体軸方向断面図を示す。The body axis direction sectional drawing in the three-dimensional collection of the conventional radiation detector is shown.

符号の説明Explanation of symbols

10 …従来の放射線検出器
11 …シンチレータ
12 …シンチレータ群
13 …光反射材
14 …ライトガイド
15 …光反射材
16 …カップリング接着剤層
17 …カップリング接着剤層
21,22,23,24…加算器
25,26 …位置弁別回路
31 …セプター
32 …検出器リング
33 …ダイレクトスライス
34 …クロススライス
43 …ダイレクトスライス
44 …全スライス
50 …本発明の第1の実施例の放射線検出器
51 …シンチレータ
52 …シンチレータ群
53 …光反射材
54 …ライトガイド
55 …光反射材
56 …カップリング接着剤層
57 …カップリング接着剤層
58 …シンチレータ
59 …光透過材
61 …上段シンチレータアレイ
62 …下段シンチレータアレイ
71 …セプター
72 …検出器リング
73 …ダイレクトスライス
74 …クロススライス
75 …スライス
101,102,103,104 …光電子増倍管
201,202,203,204 …光電子増倍管

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Conventional radiation detector 11 ... Scintillator 12 ... Scintillator group 13 ... Light reflecting material 14 ... Light guide
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 ... Light reflecting material 16 ... Coupling adhesive layer 17 ... Coupling adhesive layer 21, 22, 23, 24 ... Adder 25, 26 ... Position discrimination circuit 31 ... Scepter 32 ... Detector ring 33 ... Direct slice 34 ... Cross slice 43 ... direct slice 44 ... all slices 50 ... radiation detector 51 according to the first embodiment of the present invention ... scintillator 52 ... scintillator group 53 ... light reflector 54 ... light guide 55 ... light reflector 56 ... coupling adhesion Agent layer 57 ... Coupling adhesive layer 58 ... Scintillator 59 ... Light transmitting material 61 ... Upper scintillator array 62 ... Lower scintillator array 71 ... Scepter 72 ... Detector ring 73 ... Direct slice 74 ... Cross slice 75 ... Slices 101, 102, 103, 104 ... photomultiplier tubes 201, 2 2,203,204 ... photomultiplier tube

Claims (4)

複数のシンチレータが2次元的に配置されたシンチレータアレイが複数段積層されたシンチレータ群と、被検体側を上として最下段の前記シンチレータアレイに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る光電子増倍管を備えるとともに、最上段の前記シンチレータアレイを構成する各シンチレータは、次段の前記シンチレータアレイを構成する各シンチレータのつなぎ目の上部に配置されて、セプターとして機能するものであることを特徴とする放射線検出器。 A scintillator group in which a plurality of scintillator arrays in which a plurality of scintillators are two-dimensionally stacked are stacked, a light guide optically coupled to the lowermost scintillator array with the subject side up, and the light guide Each scintillator constituting the uppermost scintillator array is disposed above the joint of each scintillator constituting the next scintillator array, and includes a scepter. A radiation detector characterized by functioning as: 最上段の前記シンチレータアレイを構成する各シンチレータは、次段以降の前記シンチレータアレイを構成する各シンチレータの幅よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。 2. The radiation detector according to claim 1, wherein each scintillator constituting the uppermost scintillator array is smaller than a width of each scintillator constituting the next scintillator array. 反射材構造による光のシェアリングによって前記シンチレータ群に入射するγフォトンの捕獲場所を特定することを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。 2. The radiation detector according to claim 1, wherein a capture location of γ photons incident on the scintillator group is specified by light sharing using a reflector structure. 前記シンチレータ群は、少なくとも2種類以上の異なる減衰時間を有するシンチレータから構成されており、減衰時間の違い及び反射材構造による光のシェアリングによってシンチレータに入射するγフォトンの捕獲場所を特定することを特徴とする請求項1に記載の放射線検出器。
The scintillator group is composed of at least two types of scintillators having different decay times, and specifies the capture location of γ photons incident on the scintillator by the difference in decay times and the sharing of light by the reflector structure. The radiation detector according to claim 1.
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