JP2013007655A

JP2013007655A - Ｐｅｔ装置

Info

Publication number: JP2013007655A
Application number: JP2011140586A
Authority: JP
Inventors: Keiji Shimizu; 啓司清水
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2011-06-24
Filing date: 2011-06-24
Publication date: 2013-01-10
Anticipated expiration: 2031-06-24
Also published as: JP5749582B2

Abstract

【課題】放射線の検出感度及び解像度が高いＰＥＴ装置を提供する。
【解決手段】このＰＥＴ装置は、蛍光体層と受光素子層とを有する放射線検出器１０，２０，３０，４０を備えている。放射線検出器１０，２０，３０，４０は、所定線Ｌ０を中心線とし、かつ、互いに径の異なる複数の円周Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のそれぞれの上に複数配置されている。それぞれの放射線検出器１０，２０，３０，４０は、蛍光体層が受光素子層に対して内側となるように配置されている。任意の円周上において隣り合う放射線検出器の蛍光体層間の領域は、当該円周の中心点Ｏを始点とし当該領域を通る半直線上において、少なくとも一つの他の円周上に配置された放射線検出器の蛍光体層と対向している。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＰＥＴ装置に関する。

従来、ＤＯＩ（Depth Of Interaction）技術に基づく放射線検出器が適用されたＰＥＴ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなＰＥＴ装置では、リング状に配列された放射線検出器間に隙間が生じる場合があり、その場合には、放射線検出器間に生じた隙間が放射線に対する不感領域となって、放射線の検出感度の低下を招くおそれがある。特に、小動物等を対象とするためにリング径が小さくされたＰＥＴ装置ほど、不感領域の割合が高くなる傾向がある。

このような不感領域の割合を低くするために、放射線の入射により光を発する蛍光体層がテーパ形状とされた放射線検出器をＰＥＴ装置に適用することが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。このようなＰＥＴ装置では、蛍光体層が外側に向かって末広がりとなるように放射線検出器がリング状に配列されることで、不感領域の割合が低くされている。

国際公開第２００９／１２５４８０号

Y.Yang et al，"Tapered LSO arrays for small animal PET"，Phys.Med.Biol.，56(2011)139-153．

しかしながら、蛍光体層がテーパ形状とされた放射線検出器が適用されたＰＥＴ装置にあっては、蛍光体層を構成する検出セグメントの幅が外側ほど大きくなるため、ＰＥＴ装置としての解像度（空間分解能）が劣化するおそれがある。

そこで、本発明は、放射線の検出感度及び解像度が高いＰＥＴ装置を提供することを目的とする。

本発明のＰＥＴ装置は、被検体から放出された放射線の入射により光を発する蛍光体層、及び、蛍光体層で発せられた光を検出する受光素子層を有し、所定線を中心線とし、かつ、互いに径の異なる複数の円周のそれぞれの上に、蛍光体層が受光素子層に対して内側となるように複数配置された放射線検出器を備え、任意の円周上において隣り合う放射線検出器の蛍光体層間の領域は、当該円周の中心点を始点とし当該領域を通る半直線上において、少なくとも一つの他の円周上に配置された放射線検出器の蛍光体層と対向している。

このようなＰＥＴ装置では、任意の円周上において隣り合う放射線検出器の蛍光体層間の領域が、上記半直線上において、少なくとも一つの他の円周上に配置された放射線検出器の蛍光体層と対向している。これにより、被検体から放出された放射線が上記領域を通過しても、他の蛍光体層を通過することになるため、放射線の検出感度が高くなる。更に、径方向に複数の放射線検出器が配置されている。これにより、径方向の検出セグメントが小さくなり、かつ、円周の接線方向における検出セグメントの幅を広くする必要がないため、解像度が高くなる。

ここで、任意の円周上において隣り合う放射線検出器の蛍光体層間の領域は、当該円周の中心点を始点とし当該領域を通る半直線上において、全ての他の円周上に配置された放射線検出器の蛍光体層と対向していることが好ましい。これによれば、隣り合う放射線検出器の蛍光体層間の領域が上記半直線上において２つ以上存在することがなくなるため、ＰＥＴ装置全体としての放射線の検出感度が一層高くなる。

また、円周の接線方向において、蛍光体層の幅は、外側の円周上に配置された放射線検出器ほど大きくなっていることが好ましい。円周の半径に応じて蛍光体層の幅を設定することができると、円周方向において蛍光体層間の距離を狭くすることができ、かつ、径方向において蛍光体層間の距離を狭くすることができる。これにより、放射線の検出感度が一層向上し、ＰＥＴ装置全体の小型化を達成することができる。

本発明によれば、放射線の検出感度及び解像度が高いＰＥＴ装置を提供することができる。

本発明の一実施形態のＰＥＴ装置の概略図である。図１のＰＥＴ装置のガントリの断面図である。図２の複数の放射線検出器の斜視図である。図３の放射線検出器の分解斜視図である。図２及び図３の複数の放射線検出器を外側に向かって末広がりとなるように整列させた場合の仮想斜視図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の一実施形態のＰＥＴ装置の概略図である。図１に示されるように、ＰＥＴ装置１は、マウスのような小動物等である被検体Ｔが載置されるベッド（図示せず）と、断面円形状の開口を有するガントリ２と、ガントリ２で検出されたデータが転送される画像処理部３と、を備えている。このＰＥＴ装置１は、複数のスライス位置において被検体Ｔの断層像を取得するために、陽電子放出核種（陽電子を放出する放射性同位元素）で標識された薬剤が投与された被検体Ｔから放出されるγ線等の放射線を検出する装置である。

図２は、図１のＰＥＴ装置のガントリの断面図であり、図３は、図２の複数の放射線検出器の斜視図である。図２及び図３に示されるように、放射線検出器１０は、被検体Ｔから放出された放射線の入射により光を発する蛍光体層１１と、蛍光体層１１で発せられた光を検出する受光素子層１２と、蛍光体層１１及び受光素子層１２を支持する支持基板１４と、を備えている。更に、支持基板１４には、処理回路１３が搭載されている。処理回路１３は、受光素子層１２から出力された電気信号を処理し、画像処理部３に転送する。放射線検出器１０は、所定線Ｌ０を中心線とする円周Ｃ１上に、蛍光体層１１が受光素子層１２に対して内側となるように複数配置されている。

放射線検出器２０は、被検体Ｔから放出された放射線の入射により光を発する蛍光体層２１と、蛍光体層２１で発せられた光を検出する受光素子層２２と、蛍光体層２１及び受光素子層２２を支持する支持基板２４と、を備えている。更に、支持基板２４には、処理回路２３が搭載されている。処理回路２３は、受光素子層２２から出力された電気信号を処理し、画像処理部３に転送する。放射線検出器２０は、所定線Ｌ０を中心線とし、円周Ｃ１よりも外側において、円周Ｃ１とは径の異なる円周Ｃ２上に、蛍光体層２１が受光素子層２２に対して内側となるように複数配置されている。

放射線検出器３０は、被検体Ｔから放出された放射線の入射により光を発する蛍光体層３１と、蛍光体層３１で発せられた光を検出する受光素子層３２と、蛍光体層３１及び受光素子層３２を支持する支持基板３４と、を備えている。更に、支持基板３４には、処理回路３３が搭載されている。処理回路３３は、受光素子層３２から出力された電気信号を処理し、画像処理部３に転送する。放射線検出器３０は、所定線Ｌ０を中心線とし、円周Ｃ２よりも外側において、円周Ｃ２とは径の異なる円周Ｃ３上に、蛍光体層３１が受光素子層３２に対して内側となるように複数配置されている。

放射線検出器４０は、被検体Ｔから放出された放射線の入射により光を発する蛍光体層４１と、蛍光体層４１で発せられた光を検出する受光素子層４２と、蛍光体層４１及び受光素子層４２を支持する支持基板４４と、を備えている。更に、支持基板４４には、処理回路４３が搭載されている。処理回路４３は、受光素子層４２から出力された電気信号を処理し、画像処理部３に転送する。放射線検出器４０は、所定線Ｌ０を中心線とし、円周Ｃ３よりも外側において、円周Ｃ３とは径の異なる円周Ｃ４上に、蛍光体層４１が受光素子層４２に対して内側となるように複数配置されている。

ここで、放射線検出器１０，２０，３０，４０の構成について、放射線検出器１０を例にしてより具体的に説明する。図４は、図３の放射線検出器の分解斜視図である。図４に示されるように、受光素子層１２は、ＭＰＰＣ（Multi-Pixel Photon Counter）又はＡＰＤ（avalanche photodiode）等であり、二次元状に配列された画素１６を有している。受光素子層１２は、支持基板１４上において処理回路１３と電気的に接続されている。蛍光体層１１は、検出セグメントを構成する柱状のシンチレータ用単結晶１５が受光素子層１２の画素１６と対応するように二次元状に配列されたものである。受光素子層１２と蛍光体層１１とは、直接、又は、屈折率整合材等を介して光学結合されることにより、互いに接続されている。

放射線検出器２０，３０，４０も放射線検出器１０と同様に構成されている。ただし、図２及び図３に示されるように、円周Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の接線方向（以下、単に「接線方向」という）において、放射線検出器２０の蛍光体層２１の幅は、放射線検出器１０の蛍光体層１１の幅よりも大きくなっている。同様に、接線方向において、放射線検出器３０の蛍光体層３１の幅は、放射線検出器２０の蛍光体層２１の幅よりも大きくなっており、放射線検出器４０の蛍光体層４１の幅は、放射線検出器３０の蛍光体層３１の幅よりも大きくなっている。

以上のように構成された放射線検出器１０，２０，３０，４０は、それぞれの円周Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に略沿う形でリング形状を形成するように同数（ここでは１２枚）ずつ配置されている。ここで、これら放射線検出器１０，２０，３０，４０はそれぞれ、図３に示されるように、蛍光体層１１及び受光素子層１２、蛍光体層２１及び受光素子層２２、蛍光体層３１及び受光素子層３２、並びに、蛍光体層４１及び受光素子層４２のそれぞれが、遮光ケース５１，５２，５３，５４に収容されている。遮光ケース５０によって、外乱光が放射線検出器１０，２０，３０，４０に入射することが防止される。

ＰＥＴ装置１では、このように遮光ケース５１，５２，５３，５４に収容されたそれぞれの放射線検出器１０，２０，３０，４０が、接線方向における中心位置を相互に円周Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の周方向にずらして配置されている。すなわち、任意の円周Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４上において隣り合う放射線検出器の蛍光体層間の領域が、当該円周Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の中心点Ｏを始点とし当該領域を通る半直線上において、他の円周上に配置された放射線検出器の蛍光体層とそれぞれ対向するように放射線検出器１０，２０，３０，４０が配置されている。

具体的には、図２に示されるように、円周Ｃ１上において隣り合う放射線検出器１０，１０の蛍光体層１１，１１間の領域Ｒ１は、当該円周Ｃ１の中心点Ｏを始点とし当該領域を通る半直線Ｌ１上において、他の円周Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４上に配置された放射線検出器２０，３０，４０の蛍光体層２１，３１，４１とそれぞれ対向している。

同様に、円周Ｃ２上において隣り合う放射線検出器２０，２０の蛍光体層２１，２１間の領域Ｒ２は、当該円周Ｃ２の中心点Ｏを始点とし当該領域を通る半直線Ｌ２上において、他の円周Ｃ１，Ｃ３，Ｃ４上に配置された放射線検出器１０，３０，４０の蛍光体層１１，３１，４１とそれぞれ対向している。

また同様に、円周Ｃ３上において隣り合う放射線検出器３０，３０の蛍光体層３１，３１間の領域Ｒ３は、当該円周Ｃ３の中心点Ｏを始点とし当該領域を通る半直線Ｌ３上において、他の円周Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４上に配置された放射線検出器１０，２０，４０の蛍光体層１１，２１，４１とそれぞれ対向している。

また同様に、円周Ｃ４上において隣り合う放射線検出器４０，４０の蛍光体層４１，４１間の領域Ｒ４は、当該円周Ｃ４の中心点Ｏを始点とし当該領域を通る半直線Ｌ４上において、他の円周Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３上に配置された放射線検出器１０，２０，３０の蛍光体層１１，２１，３１とそれぞれ対向している。

図５は、放射線検出器を、その相互の位置関係の説明のために、円周Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の径方向（以下、単に「径方向」という）に外側に向かって末広がりとなるように整列させた場合の仮想斜視図である。本実施形態において１２枚ずつ存在する放射線検出器１０，２０，３０，４０のうちの１枚ずつをこのようにＰＥＴ装置１における径方向に外側に向かって末広がりとなるように、かつ、径方向に延在する線（例えば上記半直線Ｌ１〜Ｌ４）に関して略線対称となるように整列させた場合、当該末広がり形状の側面の延長線、すなわち径方向に延びる延長線は、円周Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の中心点Ｏで交わることとなり、そのなす角度は３０度である。なお、上記径方向に延びる延長線がなす角度は一般に、３６０度／（周方向の放射線検出器の枚数）となる。

ＰＥＴ装置１では、これら一群の放射線検出器１０，２０，３０，４０が１２組存在する。ここで、本実施形態における放射線検出器１０，２０，３０，４０は、図５に示された状態から、それぞれの接線方向における中心位置を上記中心点Ｏに関して相互に７．５度の角度でずらして配置される。１２組のそれぞれについて放射線検出器１０，２０，３０，４０が同様にずらして配置されることにより、放射線検出器１０，２０，３０，４０の配置が図２及び図３に示された配置となる。なお、放射線検出器の上記中心位置を中心点Ｏに関して相互にずらす角度は、（径方向に延びる延長線がなす角度）／（径方向における放射線検出器の段数）の計算で求めた。

以上説明したように、ＰＥＴ装置１では、領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４はそれぞれ、半直線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４上において、少なくとも一つの他の円周上に配置された放射線検出器の蛍光体層と対向している。これにより、被検体から放出された放射線が上記領域を通過しても、他の蛍光体層を通過することになるため、放射線の検出感度が高くなる。すなわち、従来のＰＥＴ装置に比べ、定量性が向上したデータを得ることができる。更に、径方向に複数の放射線検出器１０，２０，３０，４０が配置されている。これにより、径方向の検出セグメントが小さくなり、かつ、円周の接線方向における検出セグメントの幅を広くする必要がないため、解像度が高くなる。これらの構成を備えるＰＥＴ装置１によれば、被検体Ｔが比較的大きなものである場合に、視野周辺の解像度が低下しにくいＤＯＩ技術の利点が発揮される。

ＰＥＴ装置１では、接線方向において、蛍光体層の幅が、外側の円周上に配置された放射線検出器ほど大きくなっている。このように、円周の半径に応じて蛍光体層の幅を設定することができるため、円周方向において蛍光体層間の距離を狭くすることができ、かつ、径方向において蛍光体層間の距離を狭くすることができる。これにより、放射線の検出感度が一層向上し、ＰＥＴ装置全体の小型化を達成することができる。

ＰＥＴ装置１において、受光素子層１２，２２，３２，４２は、原子番号が小さい元素からなるためγ線の吸収がなく、本実施形態のように放射線検出器を多段に組んだ場合であっても放射線の検出感度の劣化が防止される。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。例えば、上記実施形態では放射線検出器を径方向に４段重ねた態様を示したが、放射線検出器を重ねる段数は特に制限されず、４段より少なくしても多くしてもよい。

また、図２に示された例では放射線検出器１０，２０，３０，４０は、それぞれの接線方向の蛍光体層の幅が異なる態様とされているが、全ての円周上で接線方向の幅が同じ蛍光体層を有する放射線検出器を用いてもよく、外側の円周上の蛍光体層の幅が内側の円周上の蛍光体層の幅よりも小さい放射線検出器を用いてもよい。

また、上記実施形態では、放射線検出器１０，２０，３０，４０を周方向における中心位置を中心点Ｏに関して相互に７．５度の角度でずらして配置されているが、ずらす角度は他の角度であってもよい。また、上記実施形態では、各円周上にそれぞれ同数（１２枚）の放射線検出器が配置されているが、各円周上における放射線検出器の数が互いに異なる態様としてもよい。

１…ＰＥＴ装置、１０，２０，３０，４０…放射線検出器、１１，２１，３１，４１…蛍光体層、１２，２２，３２，４２…受光素子層、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４…円周、Ｌ０…所定線、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…半直線、Ｏ…中心点、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４…領域、Ｔ…被検体。

Claims

被検体から放出された放射線の入射により光を発する蛍光体層、及び、前記蛍光体層で発せられた光を検出する受光素子層を有し、所定線を中心線とし、かつ、互いに径の異なる複数の円周のそれぞれの上に、前記蛍光体層が前記受光素子層に対して内側となるように複数配置された放射線検出器を備え、
任意の前記円周上において隣り合う前記放射線検出器の前記蛍光体層間の領域は、当該円周の中心点を始点とし当該領域を通る半直線上において、少なくとも一つの他の前記円周上に配置された前記放射線検出器の前記蛍光体層と対向している、ＰＥＴ装置。
任意の前記円周上において隣り合う前記放射線検出器の前記蛍光体層間の領域は、当該円周の中心点を始点とし当該領域を通る半直線上において、全ての他の前記円周上に配置された前記放射線検出器の前記蛍光体層と対向している、請求項１に記載のＰＥＴ装置。
前記円周の接線方向において、前記蛍光体層の幅は、外側の前記円周上に配置された前記放射線検出器ほど大きくなっている、請求項１又は２に記載のＰＥＴ装置。