JP2013200164A - 放射線検出器およびこれを備えた診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入射経路の特定精度の低下を抑制しつつ、感度を高めることができるガンマ線検出器およびこれを備えた診断装置を提供する。
【解決手段】ガンマ線検出器１は、コリメータと、第１シンチレータ１３と、第１受光素子２１と、第２シンチレータ１５と、第２受光素子２３と、を備える。コリメータは、ガンマ線の通過を許容するスリットＳを有する。これにより、ガンマ線がコリメータを通過する確率は飛躍的に上がり、ガンマ線検出器の検出感度は向上する。同一のガンマ線に起因するコンプトン散乱および光電効果（光電吸収）が起こった場合、第１、第２受光素子２１、２３の各検出結果に基づいて、コンプトンコーンＣが特定される。コンプトンコーンＣの円錐面とスリットＳが交わるラインＫが、コリメータを通過するガンマ線の入射経路であると、特定される。このおゆに、入射経路の特定精度の低下を抑制しつつ、ガンマ線の検出感度を高めることができる。
【選択図】図８

Description

この発明は、シングルフォトン放射性同位元素から放出されたガンマ線を検出するガンマ線検出器およびこれを備えた診断装置に関する。

従来、この種のガンマ線検出器として、コリメータと、シンチレータと、受光素子とを備えたものがある。コリメータは、ガンマ線の一部を遮蔽する。シンチレータはコリメータを通過したガンマ線を光に変換する。受光素子は、シンチレータの光を検出する。（例えば、特許文献１参照）。

シングルフォトン放射性同位元素（単一光子放出核種）から放出されるガンマ線の場合、コリメータを用いて、特定の角度のガンマ線のみをシンチレータに入射させる。これによれば、ガンマ線の入射経路を特定することができ、放射性同位元素からガンマ線が放出された方向を同定することができる。

図１４（ａ）、（ｂ）は、いずれも従来例に係るガンマ線検出器の一例を示す斜視図である。

図１４（ａ）に示すガンマ線検出器１０１は、コリメータ１０３と、シンチレータ１０７と、受光素子１０９とを備えている。受光素子１０９としては例えば光電子増倍管などが例示される。コリメータ１０３は、シンチレータ１０７の前面に配置される。コリメータ１０３は、多数の円形の穴（小孔）１０３ａが形成された板材１０３ｂである。コリメータ１０３は、穴１０３ａに平行に入射するガンマ線のみを通過させ、それ以外のガンマ線を遮蔽（吸収）する。

図１４（ｂ）に示すガンマ線検出器１０１は、コリメータ１０５を備えている。コリメータ１０５は、蜂の巣状に配置された多数の六角形の穴（小孔）１０５ａを有する。この従来例においても、特定の方向のガンマ線のみがコリメータ１０５を通過する。し、シンチレータ１０７に入射する。

図１４（ａ）、（ｂ）のいずれの場合も、シンチレータ１０７は、コリメータ１０３、１０５を通過したガンマ線を光に変換する。受光素子１０９はシンチレータ１０７の光を検出する。受光素子１０９の検出結果に基づいて、シンチレータ１０７の発光位置（応答位置）が特定されるとともに、ガンマ線がシンチレータ１０７に入射した入射経路も特定される。

国際公開ＷＯ２００８／０３５３９９

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
穴１０３ａ、１０５ａを通ることができるガンマ線の向きは一方向に限られており、それ以外の向きのガンマ線は全てコリメータ１０３、１０５によって遮蔽される。このため、ガンマ線がシンチレータ１０７に達する確率が低く、ガンマ線検出器の感度が低いという不都合がある。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、入射経路の特定精度の低下を抑制しつつ、感度を高めることができるガンマ線検出器およびこれを備えた診断装置を提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、本発明は、シングルフォトン放射性同位元素から放出されたガンマ線を検出するガンマ線検出器であって、ガンマ線の一部を遮蔽するコリメータと、前記コリメータの後方に配置され、前記コリメータを通過したガンマ線を光に変換する第１シンチレータと、前記第１シンチレータの光を検出する第１受光素子と、前記第１シンチレータの後方に配置され、前記第１シンチレータを通過したガンマ線を光に変換する第２シンチレータと、前記第２シンチレータの光を検出する第２受光素子と、を備え、前記コリメータは、ガンマ線の通過を許容するスリットを有することを特徴とするガンマ線検出器である。

［作用・効果］スリットを通ることができるガンマ線の向きは一方向に限定されない。このようなスリットがコリメータに形成されているので、コリメータはより多くのガンマ線を通過させることができる。コリメータを通過したガンマ線は第１シンチレータに入射する。第１シンチレータはガンマ線を光に変換する。第１シンチレータを通過したガンマ線は第２シンチレータに入射する。第２シンチレータはガンマ線を光に変換する。第１、第２受光素子はそれぞれ第１、第２シンチレータの光を検出する。これによれば、ガンマ線がコリメータを通過する確率は飛躍的に上がり、ガンマ線検出器の検出感度は向上する。

また、コリメータ、第１シンチレータおよび第２シンチレータは、この順番で前後方向に並ぶように配置されている。よって、同一のガンマ線に起因するコンプトン散乱および光電効果（光電吸収）が生じ易い。

このイベントが起こった場合、第１受光素子の検出結果に基づいて、コンプトン散乱の位置とコンプトン散乱でガンマ線から放出されたエネルギーが特定される。第２受光素子の検出結果に基づいて、光電効果の位置と光電効果でガンマ線から放出されたエネルギーが特定される。さらに、これら各位置および各エネルギーに基づいて、コンプトンコーンが特定される。これにより、コリメータを通過するガンマ線の入射経路は、このコンプトンコーンの円錐面上に絞られる。

ところで、コリメータを通過するガンマ線はスリットを必ず通るので、入射経路は、コンプトンコーンの円錐面上からさらに、当該円錐面とスリットが交わるラインに絞られる。ラインの数は、例えば２または４などのように複数となる場合もあるが、比較的少ない。このため、ガンマ線検出器の視野領域を考慮したり、統計的な処理を施すことによって、ラインのいずれか１つを真の入射経路として選択可能である。このように、コンプトンコーンの円錐面とスリットが交わるラインを特定できれば、十分に精度良く入射経路を特定することができる。

以上をまとめると、本発明に係るガンマ線検出器によれば、入射経路の特定精度の低下を抑制しつつ、ガンマ線の検出感度を高めることができる。

上述した発明において、複数の前記スリットは、互いに平行に、または、互いに交差するように形成されていることが好ましい。これによれば、スリットの領域を大きくすることができ、ガンマ線検出器の感度を一層向上させることができる。なお、「互いに交差するように」とは、スリットが格子状に形成された態様や、２本のスリットが十字に交差するように形成された態様などを含む。

上述した発明において、前記コリメータはガンマ線を遮蔽する複数のブロックを備えており、前記ブロックは互いに間隔を空けて配置されており、前記スリットは前記ブロック間の空隙であることが好ましい。これによれば、スリットを好適に形成することができる。

上述した発明において、前記ブロックは行列状に配置されていることが好ましい。これによれば、簡易な構造でスリットを格子状に形成することができる。

上述した発明において、前記第１シンチレータは、前記コリメータに近接した位置に設けられていることが好ましい。これによれば、第１シンチレータは、スリットを通過したガンマ線を的確に検出することができる。

上述した発明において、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとは、互いに離して配置されていることが好ましい。これによれば、第１シンチレータを通過したガンマ線が第２シンチレータに入射する方向を精度よく検出することができる。これにより、コンプトンコーンを一層精度良く特定することができ、ガンマ線の入射経路を一層精度良く特定することができる。

上述した発明において、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとは、前後方向に積層されていることが好ましい。これによれば、第２シンチレータは、第１シンチレータを通過したガンマ線を的確に検出することができる。

上述した発明において、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとの間に配置される反射材を備えていることが好ましい。これによれば、第１シンチレータの光は反射材で反射し、第２シンチレータに漏洩しにくい。同様に、第２シンチレータの光は第１シンチレータに漏洩しにくい。よって、第１、第２受光素子はそれぞれ、第１、第２シンチレータの光を精度良く検出することができる。

上述した発明において、前記第１シンチレータは、前記スリットの開口と略同じ寸法の検出面を有し、前記スリットの後方に配置されていることが好ましい。これによれば、第１シンチレータを小型化することができる。

上述した発明において、前記第２シンチレータは、前記第１シンチレータの検出面に比べて広い検出面を有することが好ましい。これによれば、第２シンチレータは、第１シンチレータを通過したガンマ線を適切に検出することができる。

上述した発明において、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとは、それぞれ略同じ大きさの検出面を有することが好ましい。これによれば、ガンマ線検出器を簡易な構造とすることができる。

上述した発明において、前記第２シンチレータの前後方向における寸法は、前記第１シンチレータの前後方向における寸法より大きいことが好ましい。これによれば、第２シンチレータはガンマ線をより確実に検出し、光に変換することができる。なお、「前後方向」とは、コリメータ、第１シンチレータ、および、第２シンチレータが並ぶ方向である。また、「前後方向」は、第１、第２シンチレータの深さ方向と言うこともできる。

上述した発明において、前記第２シンチレータは、前後方向に積層される複数の層状シンチレータを備えていることが好ましい。これによれば、第２シンチレータの前後方向における寸法を容易に拡大することができる。

上述した発明において、前記第１受光素子は、ガイガーモードＡＰＤ又は光電子増倍管であり、前記第２受光素子は、ガイガーモードＡＰＤ又は光電子増倍管であることが好ましい。ガイガーモードＡＰＤ（ＡＰＤ：Avalanche Photo Diode、ガイガーモードアバランシェフォトダイオード）によれば、第１、第２受光素子をコンパクトに実現することができる。また、光電子増倍管によれば、微弱な光であっても好適に増幅することができる。

上述した発明において、前記第１受光素子が検出する前記第１シンチレータの光の位置は、前記スリットの長手方向における前記第１シンチレータの光の位置のみであることが好ましい。これによれば、第１受光素子の検出精度の低下を抑制しつつ、第１受光素子を簡素に実現することができる。

また、本発明は、請求項１から１５のいずれかに記載のガンマ線検出器と、前記第１受光素子および前記第２受光素子の各検出結果の中から、同じガンマ線に起因するコンプトン散乱および光電効果に対応する検出結果の組み合わせを抽出する抽出部と、前記抽出部によって抽出された前記検出結果の組み合わせと前記スリットの位置とに基づいて、前記コンプトン散乱の位置を頂点とするコンプトンコーンの円錐面と前記スリットとが交わるラインを特定するライン特定部と、診断装置である。

［作用・効果］本発明によれば、抽出部を備えているので、同じガンマ線に起因するコンプトン散乱および光電効果が起きたときに、当該コンプトン散乱に応じた第１受光素子の検出結果と、当該光電効果に応じた第２受光素子の検出結果を選び出すことができる。また、ライン特定部を備えているので、ガンマ線の入射経路を好適に絞り込むことができる。

また、上述した発明において、前記抽出部は、前記第１受光素子および前記第２受光素子によってそれぞれ略同時に検出された検出結果を、前記検出結果の組み合わせと判定することが好ましい。これによれば、抽出部は、検出結果の組み合わせを好適に抽出することができる。

なお、本明細書は、次のような放射線検出装置および診断装置に係る発明も開示している。

（１）上述した発明に係るガンマ線検出器において、前記スリットは規則的に配置されているガンマ線検出器。

前記（１）に記載の発明によれば、ガンマ線検出器の前面にわたって感度がばらつくことを容易に防止することができる。

（２）上述した発明に係るガンマ線検出器において、前記第２シンチレータの検出面は、前記コリメータの前面と略同等の広さを有するガンマ線検出器。

前記（２）に記載の発明によれば、第２シンチレータは、第１シンチレータを通過したガンマ線をより的確に検出することができる。

（３）上述した発明に係るガンマ線検出器において、前記第２シンチレータは、前記層状シンチレータ同士の間に配置される反射材を備えているガンマ線検出器。

前記（３）に記載の発明によれば、第２受光素子は、前後方向における第２シンチレータの光の位置を精度良く検出することができる。

（４）上述した発明に係るガンマ線検出器において、前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとは、一体に構成されているガンマ線検出器。

前記（４）に記載の発明によれば、第１、第２シンチレータを簡易な構造で実現することができる。

本発明に係るガンマ線検出器およびこれを備えた診断装置によれば、スリットを有するコリメータを備えているので、第１シンチレータにガンマ線が入射する確率を飛躍的に増大させることができる。この結果、ガンマ線検出器の感度を向上させることができる。

また、前後方向に並ぶように配置される第１、第２シンチレータを備えているので、同一のガンマ線に起因するコンプトン散乱および光電効果が起こり易い。また、このイベントが起こると、第１、第２受光素子の各検出結果に基づいて、コンプトンコーンの円錐面とスリットとが交わるラインのいずれかを当該ガンマ線の入射経路と特定することができる。このように、入射経路の特定精度が低下することを好適に抑制することができる。

以上のとおり、本発明に係るガンマ線検出器およびこれを備えた診断装置によれば、入射経路の特定精度の低下を抑制しつつ、ガンマ線の検出感度を高めることができる。

実施例１に係るガンマ線検出器の斜視図である。 実施例１に係るガンマ線検出器の側面図である。 実施例１に係るガンマ線検出器の要部平面図である。 コリメータを通過するガンマ線を模式的に示す図である。 コリメータを通過するガンマ線の入射経路を比較する模式図であり、（ａ）は実施例１のコリメータを側面から見た図であり、（ｂ）は従来例のコリメータを側面から見た図である。 同一のガンマ線に起因するコンプトン散乱および光電効果を模式的に示す図である。 コンプトンコーンを模式的に示す図である。 コンプトンコーンとスリットが交わるラインを模式的に示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、ガンマ線検出器と視野領域とラインとの関係を示す側面図である。 実施例２に係る診断装置の構成図である。 変形実施例に係るガンマ線検出器の斜視図である。 変形実施例に係るガンマ線検出器の斜視図である。 変形実施例に係るガンマ線検出器の斜視図である。 （ａ）、（ｂ）は、従来例に係るガンマ線検出器の一例を示す斜視図である。

以下、図面を参照してこの発明の実施例１を説明する。
図１は、実施例１に係るガンマ線検出器の斜視図であり、図２は、実施例１に係るガンマ線検出器の側面図であり、図３は、実施例１に係るガンマ線検出器の要部平面図である。

図１乃至３を参照する。本実施例１に係るガンマ線検出器１は、シングルフォトン放射性同位元素から放出されたガンマ線を検出する検出器である。ガンマ線検出器１は、コリメータ１１と第１シンチレータ１３と第２シンチレータ１５とを備えている。コリメータ１１の後方には第１シンチレータ１３が配置されており、第１シンチレータ１３の後方には第２シンチレータ１５が配置されている。本明細書では、これらコリメータ１１、第１、第２シンチレータ１３、１５の並び方向を、適宜に「前後方向ｚ」という。ガンマ線検出器１は、さらに、第１受光素子２１と第２受光素子２３とを備えている。

コリメータ１１は、その前方から種々の角度で飛来するガンマ線の一部を遮蔽する。コリメータ１１は、ガンマ線の通過を許容する単一のスリットＳを有する。スリットＳは、コリメータ１１の前面１１ｆを横断する方向に細長く延びた形状を有する。本実施例１では、スリットＳは、前後方向ｚと直交する１軸方向ｘに延びている。すなわち、１軸方向ｘは、スリットＳの長手方向ｘに相当する。スリットＳは、長手方向ｘに沿ってコリメータ１１の両端にまで及んでいる。図１乃至３において、方向ｙは、前後方向ｚおよび長手方向ｘと直交しており、スリットＳの短手方向を示している。

コリメータ１１は、ガンマ線を遮蔽（吸収）する矩形形状（直方体形状）のブロック１２ａ、１２ｂを備えている。ブロック１２ａ、１２ｂの材質としては、鉛、タングステン、タングステン合金、モリブテン、タンタル等が例示される。ブロック１２ａ、１２ｂは、互いに微小な間隔を空けて配置されている。スリットＳは、ブロック１２ａ、１２ｂの間に形成される空隙である。

第１シンチレータ１３は、コリメータ１１を通過したガンマ線を光に変換する。第１シンチレータ１３は、スリットＳに沿って延びる細い四角柱形状を呈している。第１シンチレータ１３は、スリットＳの開口と略同じ寸法の前面（検出面）１３ｆを有している。スリットＳの開口は、長手方向ｘにおけるスリットＳの寸法Ｓｘと、短手方向ｙにおけるスリットＳの寸法Ｓｙによって規定される。

図３に明示するように、本実施例１では、検出面１３ｆはスリットＳの開口より若干大きい。この検出面１３ｆがスリットＳの後方に位置するように第１シンチレータ１３が配置されている。本実施例１では、検出面１３ｆがスリットＳの下方を閉塞するように、検出面１３ｆの両側縁がコリメータ１１の背面と接している。

第１シンチレータ１３の材質は、比較的に比重が軽いものが好ましい。比重が軽いほど、ガンマ線を散乱させ易いからである。比重が軽い材料としては、例えば、ヨウ化ナトリウム（Ｎａｉ）や、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ）などが例示される。

第１受光素子２１は、第１シンチレータ１３の光を検出する。第１受光素子２１は、第１シンチレータ１３の長手方向ｘの両端部に配置されているガイガーモードアバランシェフォトダイオード（以下、「ガイガーモードＡＰＤ」という、ＡＰＤ：Avalanche Photo Diode）２１ａ、２１ｂを備えている。ガイガーモードＡＰＤ２１ａ、２１ｂによれば、第１受光素子２１をコンパクトに実現することができる。

各ガイガーモードＡＰＤ２１ａ、２１ｂはそれぞれ、第１シンチレータ１３の光の強度に応じた電気信号を出力する。ガイガーモードＡＰＤ２１ａ、２１ｂの各電気信号の比から、長手方向ｘにおける第１シンチレータ１３の発光位置（応答位置）が特定される。また、ガイガーモードＡＰＤ２１ａ、２１ｂの各電気信号の和から、第１シンチレータ１３の発光強度が特定される。なお、発光位置はガンマ線が光に変換された位置である。発光強度は、ガンマ線から放出されたエネルギーに対応する。

本実施例１では、第１受光素子２１は、発光位置として、第１シンチレータの長手方向ｘにおける発光位置のみを検出し、他の方向ｙ、ｚにおける発光位置を検出しない。他の方向ｙ、ｚにおける第１シンチレータ１３の寸法は比較的に小さいので、所定値をみなすことができるからである。これにより、第１受光素子２１の検出精度の低下を抑制しつつ、第１受光素子２１を簡素に実現することができる。

第２シンチレータ１５は、第１シンチレータ１３を通過したガンマ線を光に変換する。
第２シンチレータ１５は、ｘｙ平面に平行な薄板形状を呈している。第２シンチレータ１５は、第１シンチレータ１３の検出面１３ｆに比べて広い検出面１５ｆを有する。本実施例１では、検出面１５ｆはコリメータ１１の前面１１ｆと略同じ大きさを有する。第２シンチレータ１５は、第１シンチレータ１３から前後方向ｚに離間して設けられている。第２シンチレータ１５は、前後方向ｚから見てコリメータ１１とほぼ重なるような位置に配置されている。

第２シンチレータ１５の材質は、比重が比較的に重いものが好ましい。比重が重いほどガンマ線を光電効果（吸収）し易いからである。比重が重い材料としては、例えば、ＬＳＯ、ＢＧＯ、ＧＳＯなどが例示される。

第２受光素子２３は、第２シンチレータ１５の光を検出する。第２受光素子２３は、第２シンチレータ１５の背面に設けられている。第２受光素子２３は、光電子増倍管で構成されている。光電子増倍管によれば、微弱な光であっても好適に増幅することができる。

第２受光素子２３は、第２シンチレータ１５の光の強度に応じた電気信号を出力する。第２受光素子２３の検出結果によれば、方向ｘ、ｙにおける第２シンチレータ１５の発光位置（応答位置）および発光強度が特定される。

本実施例１では、第２受光素子２３は、発光位置として、前後方向ｚにおける発光位置を検出しない。前後方向ｚにおける第２シンチレータ１５の寸法が比較的に小さいので、所定値とみなせるからである。これにより、第２受光素子２１の検出精度の低下を抑制しつつ、第２受光素子２３の簡素化を図ることができる。

次に、実施例１に係る検出器１の動作について説明する。図４は、コリメータ１１を通過するガンマ線ｇ１を模式的に示す図である。図４ではコリメータ１１の図示を省略し、スリットＳの領域を点線で示している。また、図示の都合上、スリットＳと第１シンチレータ１３とを互いに離して示す。

図示するように、単一光子放出核種から放出されたガンマ線が、前方から放射線検出器１に飛来する。ガンマ線ｇ１の一部（ｇ１ａ、ｇ１ｂ）は、スリットＳを通ってコリメータ１１を通過し、その他のガンマ線は、ブロック１２ａ、１２ｂによって遮蔽（吸収）される。図４から明らかなとおり、ガンマ線ｇ１ａ、ｇ１ｂの向きは同じではなく、コリメータ１１を通過可能なガンマ線ｇ１ａ、ｇ１ｂの向きは一方向に限定されない。このため、コリメータ１１を通過するガンマ線ｇ１の量は増大する。コリメータ１１を通過したガンマ線ｇ１は、第１シンチレータ１３に入射する。

図５を参照する。図５は、コリメータを通過するガンマ線の入射経路を比較する模式図であり、図５（ａ）は実施例１のコリメータ１１を側面から見た図であり、図５（ｂ）は従来例のコリメータ１２１を側面から見た図である。図５では、コリメータを点線で示し、ガンマ線の入射経路を実線で示す。

従来例のコリメータ１２１としては、複数の穴（不図示）を有し、当該穴に平行に入射するガンマ線のみを通過させるものを例示している。図５（ａ）、（ｂ）から明らかなように、コリメータ１１を通過可能なガンマ線ｇ１の入射経路の数は、コリメータ１２１を通過可能なガンマ線ｇ１の入射経路に比べて多い。したがって、本実施例１によれば、従来例に比べて、コリメータ１１を通過するガンマ線ｇ１の確率を向上させることができる。

また、コリメータ１１の場合、入射経路の数は、スリットＳの長手方向ｘの寸法Ｓｘのおよそ２乗に比例して増大する。したがって、寸法Ｓｘを長くすることによって、コリメータ１１を通過するガンマ線の確率を飛躍的に向上させることができる。

続いて、ガンマ線がコリメータ１１を通過した後の動作を説明する。ここでは、同一のガンマ線に起因するコンプトン散乱および光電効果が生じる場合を例に採って説明する。なお、以下の説明では、同一のガンマ線に起因するコンプトン散乱および光電効果を、適宜に「イベント」と呼ぶ。

図６を参照する。図６は、イベントを模式的に示す図である。コリメータ１１の図示を省略し、スリットＳの領域を点線で示している。第１シンチレータ１３に入射したガンマ線ｇ１は、第１シンチレータ１３内でコンプトン散乱を起こす。ガンマ線ｇ１は、そのエネルギーの一部を放出する（失う）。第１シンチレータ１３内では、光ａ１が発生する。光ａ１の発光位置ｐ１はコンプトン散乱が起こった位置である。光ａ１の強度はガンマ線ｇ１から放出されたエネルギーと対応する。以下では、発光位置ｐ１を適宜に「コンプトン散乱の位置ｐ１」と記載する。

第１受光素子２１は光ａ１を検出する。第１受光素子２１は、コンプトン散乱の位置ｐ１およびガンマ線ｇ１から放出されたエネルギーに対応した検出結果を出力する。

コンプトン散乱を起こしたガンマ線ｇ１は、進行方向が変わる。本明細書では、散乱後のガンマ線を、特に「散乱ガンマ線ｇ２」と呼び、コリメータ１１を通過したガンマ線ｇ１と区別する。

散乱ガンマ線ｇ２は、第１シンチレータ１３を通過して、第２シンチレータ１５に入射する。散乱ガンマ線ｇ２は、第２シンチレータ１５内で光電効果を起こす。散乱ガンマ線ｇ２は、残っているエネルギーの全部を放出し、第２シンチレータ１５に吸収される。第２シンチレータ１５内では、光ａ２が発生する。光ａ２の発光位置ｐ２は光電効果が起こった位置である。光ａ２の強度は散乱ガンマ線ｇ２から放出されたエネルギーと対応する。以下では、発光位置ｐ２を適宜に「光電効果の位置ｐ２」と記載する。

第２受光素子２３は、光ａ２を検出する。第２受光素子２３は、光電効果の位置ｐ２および散乱ガンマ線ｇ２から放出されたエネルギーに対応した検出結果を出力する。

続いて、上述のイベントが起こった場合に第１、第受光素子２１、２３から得られる各検出結果から、ガンマ線ｇ１の入射経路が自ずと特定されることを説明する。

コンプトン散乱でガンマ線ｇ１から放出されたエネルギーと、光電効果で散乱ガンマ線ｇ２から放出されたエネルギーとの和は、ガンマ線ｇ１の初期のエネルギーとみなせる。光電効果で散乱ガンマ線ｇ２から放出されたエネルギーは、散乱ガンマ線ｇ２が有するエネルギーとみなせる。よって、第１、第２受光素子２１、２３の検出結果に基づいて、ガンマ線ｇ１、ｇ２の各エネルギーも特定される。

ガンマ線ｇ１、ｇ２の各エネルギーが与えられると、コンプトン散乱角θ（図６参照）が特定される。具体的には、コンプトン散乱角をθ［ｒａｄ］、ガンマ線ｇ１のエネルギーをＥ１［ｋｅＶ］、散乱ガンマ線ｇ２のエネルギーをＥ２［ｋｅＶ］とすると、コンプトン散乱角θは次式（１）で表される。

ｃｏｓθ＝１−Ｅ０（１／Ｅ２−１／Ｅ１） ………（１）
但し、Ｅ０［ｋｅＶ］：電子の静止エネルギー（５１１［ｋｅＶ］）

コンプトン散乱角θが与えられると、コンプトンコーンが特定される。

図７を参照する。図７は、コンプトンコーンを模式的に示す図である。コンプトンコーンＣは、コンプトン散乱の位置ｐ１を頂点とする円錐である。より具体的には、コンプトンコーンＣの母線ｂは各位置ｐ１、ｐ２を結ぶ線である。コンプトンコーンＣは、位置ｐ１を通るとともに母線ｂとのなす角がコンプトン散乱角θである直線を、母線ｂ回りに回転させることによって得られる円錐である。

コンプトンコーンＣの位置は、散乱角θと各位置ｐ１、ｐ２とに基づいて特定される。なお、第１、第２シンチレータ１３、１５が互いに前後方向ｚに離れているほど、母線ｂの位置は誤差少なく特定される。

コンプトンコーンＣが与えられと、コリメータ１１を通過するガンマ線ｇ１の入射経路が存在する領域を、このコンプトンコーンＣの円錐面上に絞ることができる。ところで、コリメータ１１を通過するガンマ線ｇ１はスリットＳを必ず通る。よって、入射経路は、さらに、当該円錐面とスリットＳが交わるラインに絞られる。

図８を参照する。図８は、コンプトンコーンＣとスリットＳが交わるラインＫを模式的に示す図である。図示するように、コンプトンコーンＣとスリットＳとは、２本のラインＫ１、Ｋ２で交わる。図８では、ラインＫ１、Ｋ２を、スリットＳの短手方向ｙにおける寸法Ｓｙに応じた幅を有するものとして示している。

ラインＫの位置は、コンプトンコーンＣおよびスリットＳの各位置に基づいて特定される。なお、スリットＳの位置は既知である。したがって、ラインＫの位置は、第１、２受光素子２１、２３の検出結果から自ずと特定される。特定されるラインＫの数は、図８では２つの場合を例示したが、１つの場合もあり得る。但し、実施例１の構成では、ラインＫの数は３以上にはならない。

ラインＫの数が複数の場合、いずれか１つのラインＫが真の入射経路であり、その他のラインＫは偽の入射経路である。真の入射経路であるラインＫの延長上には、放射性同位元素がガンマ線ｇ１を放出した放射位置が存在する。

ラインＫの数が複数の場合は、種々の方法で真の入射経路であるラインを選択することができる。以下、説明する。

図９を参照する。図９を参照する。図９（ａ）、（ｂ）は、ガンマ線検出器１と視野領域とラインとの関係を示す側面図である。図示するように、ガンマ線検出器１（コリメータ１１）の前方に視野領域Ｆ（既知）が存在する。この視野領域Ｆ内で放射性同位元素はガンマ線を放出する。視野領域Ｆ内には、例えば、シングルフォトン放射性同位元素が投与された被検体が載置されている。

図９（ａ）では、ラインＫ１は視野領域Ｆを通過しており、ラインＫ２は視野領域Ｆを通過していない。この場合、ラインＫ１が真の入射経路である。このように、既知の視野領域Ｆを考慮することによって、真の入射経路であるラインＫを容易に選択することができる。

また、図９（ｂ）では、視野領域Ｆ内を２本のラインＫ１、Ｋ２が通過している。よって、ラインＫ１、Ｋ２のいずれが真の入射経路であるか不明のままである。このように複数のラインＫ１、Ｋ２が視野領域Ｆを通過している場合は、次のように処理してもよい。

１つの例としては、ラインＫ１、Ｋ２にそれぞれ対応した２つのイベントが発生したものとしてデータを取得するようにしてもよい（すなわち、真、偽の双方を含むランダム事象として扱ってもよい）。そして、取得、収集されたデータ群における偽のデータの数または割合などを統計的処理やシミュレーションに基づいて推測し、収集、蓄積されたデータ群からこれを差し引く処理を行ってもよい。

別の例としては、複数のラインＫ１、Ｋ２が視野領域Ｆを通過している場合は、各ラインＫ１、Ｋ２に対応した２つのイベントのいずれも発生していないものと扱ってもよい（たとえば、データを破棄するようにしてもよい）。

このように、実施例１に係るガンマ線検出器１によれば、コリメータ１１はスリットＳを有しているので、ガンマ線がコリメータを通過する確率を飛躍的に向上させることができる。これに伴い、同一のガンマ線に起因するコンプトン散乱および光電効果が起こる確率も高まり、結果的にガンマ線検出器１の感度を向上させることができる。

また、ガンマ線ｇ１の入射経路を、コンプトンコーンＣとスリットＳが交わるラインＫに絞ることができる。特に実施例１のコリメータ１１の場合、ラインＫの数は理論的には２以下におさまり、比較的に少ない。ラインＫの数が２となった場合であっても、既知の視野領域Ｆを考慮したり、統計的な処理を施すことによって、真の入射経路を適切に選択することは可能である。このように、ガンマ線検出器１によれば、十分に精度良く入射経路を特定することができる。

以上のとおり、ガンマ線検出器１によれば、入射経路の特定精度の低下を抑制しつつ、ガンマ線の検出感度を高めることができる。よって、シングルフォトン放射性同位元素の分布像を好適に生成可能である。

また、スリットＳはコリメータ１１の両端に達しており、スリットＳの長手方向ｘの寸法Ｓｘは十分に長い。したがって、ガンマ線がコリメータ１１を通過する確率を効果的に高めることができる。

また、コリメータ１１、第１、第２シンチレータ１３、１５は、この順番で前後方向ｚに並ぶように配置されている。よって、上述したイベントを好適に生じさせることができる。

また、コリメータ１１はブロック１２ａ、１２ｂによって構成されているので、好適にスリットＳを形成することができる。

また、第１シンチレータ１３の検出面１３ｆは、スリットＳの開口と略同じ寸法であるので、第１シンチレータ１３を小型化することができ、製造コストを抑えることができる。

また、第１シンチレータ１３はスリットＳの後方を覆うように配置されているので、コリメータ１１を通過したガンマ線を漏れなく第１シンチレータ１３に入射させることができる。さらに、第１シンチレータ１３はコリメータ１１の背面に接するように配置されているので、コリメータ１１を通過したガンマ線を一層確実に第１シンチレータ１３に入射させることができる。

また、第２シンチレータ１５は、第１シンチレータ１３の検出面１３ｆに比べて広い検出面１５ｆを有するので、第２シンチレータ１５は、第１シンチレータ１３を通過したガンマ線を適切に検出することができる。特に、検出面１５ｆの広さはコリメータ１１の前面１１ｆと略同等程度と十分に広いので、第２シンチレータは、第１シンチレータを通過したガンマ線をより的確に検出することができる。

また、第１シンチレータ１３と第２シンチレータ１５とは、互いに離して配置されているので、第１シンチレータ１３と第２シンチレータ１５との間を飛来するガンマ線の方向を精度よく検出することができる。すなわち、コンプトンコーンＣの母線ｂの位置を精度良く特定することができる。この結果、ガンマ線の入射経路を精度良く特定することができる。

次に、図面を参照してこの発明の実施例２を説明する。
図１０は、実施例２に係る診断装置の構成図である。実施例２は、実施例１で説明したガンマ線検出器１を備える診断装置の一例である。本実施例では、診断装置として単一光子放射断層撮影装置（ＳＰＥＣＴ：Single Photon Emission Computed Tomography、以下、「ＳＰＥＣＴ」という）３１を例に採って説明する。なお、実施例１と同じ構成については同符号を付すことで詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、本実施例に係るＳＰＥＣＴ装置３１は、検出器１と天板３３とを備えている。天板３３には被検体Ｍが載置される。検出器１は、被検体Ｍ内に分布する放射性同位元素が放出したガンマ線を検出する。検出器１は、図示省略の駆動機構により、被検体Ｍの回りを回転可能に設けられている。

ＳＰＥＣＴ装置３１は、さらに、抽出部３５と入射経路決定部３７とを備えている。入射経路決定部３７は、記憶部４１とライン特定部４３とライン選択部４５と補正部４７とを備えている。これら抽出部３５および入射経路決定部３７は、各種処理を実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）や記憶媒体、あるいは、マイクロコンピュータによって実現されている。

抽出部３５には、第１、第２受光素子２１、２３の各検出結果（電気信号）が入力される。抽出部３５は、これら各検出結果に基づいて、同じガンマ線に起因するコンプトン散乱および光電効果に対応する検出結果の組み合わせを抽出する。具体的には、抽出部３５は、同時係数回路等を備え、第１、第２受光素子２１、２３によってそれぞれ略同時に検出された検出結果を、検出結果の組み合わせと判定する。略同時であるか否かは、例えば、第１、第２受光素子２１、２３の検出結果のタイミングが、時間幅（タイムウインドウ、例えば１０ｎｓ）内の全体で重なっているかどうかで判断する。

そして、抽出部３５は、抽出された組み合わせに対応する第１、第２受光素子２１、２３の各検出結果を、入射経路決定部３７に出力する。ただし、検出結果の出力については、第１、第２受光素子２１、２３から入射経路決定部３７に直接行うように変更してもよい。

記憶部４１は、スリットＳ、第１、第２シンチレータ２１、２３および視野領域Ｆなどの位置情報が予め記憶している。

ライン特定部４３は、第１、第２受光素子２１、２３の各検出結果と記憶部４１に記憶されるスリットＳの位置情報に基づいて、コンプトンコーンＣとスリットＳが交わるラインＫを取得する。

ライン選択部４５は、ライン特定部４５が取得したラインＫと記憶部４１に記憶される視野領域Ｆの位置情報に基づいて、視野領域Ｆ内を通過するラインＫのみを選択し、その他のラインを除外する。

補正部４７は、ライン選択部４５が選択したラインＫが複数の場合、各ラインＫにそれぞれ対応した複数のイベントが発生したものとして複数のデータを取得、収集し、このデータ群を補正する。

このように、実施例２に係るＳＰＥＣＴ装置３１によれば、抽出部３５およびライン特定部４１を備えているので、コリメータ１１を通過するガンマ線の入射経路を精度よく特定することができる。さらに、ライン選択部４５および補正部４７を備えているので、コリメータ１１を通過するガンマ線の入射経路を的確に選択、決定することができる。また、実施例１で説明したように、スリットＳを有するコリメータ１１を備えているので、ガンマ線がコリメータ１１を通過する確率が高く、ガンマ線検出器１の検出感度が良い。よって、ＳＰＥＣＴ装置３１によれば、良好な断層画像を得ることができる。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した各実施例では、コリメータ１１は、単一のスリットＳを有していたが、これに限られない。

図１１を参照する。図１１は、変形実施例に係るガンマ線検出器の斜視図である。図示するように、複数のスリットＳが互いに平行に形成されたコリメータ５１に変更してもよい。スリットＳを複数とすることで、スリットＳ全体の長さ（各スリットＳの長手方向の寸法の和）を容易に増加させることができ、ガンマ線検出器１の感度を一層向上させることができる。

図１２を参照する。図１２は、変形実施例に係るガンマ線検出器の斜視図である。図示するように、複数のスリットＳが格子状に形成されたコリメータ５２に変更してもよい。この場合、複数のブロック１２は、行列状に配置されていることが好ましい。これによれば、簡易な構造でスリットＳを格子状に形成することができる。

あるいは、図示を省略するが、２本のスリットＳが交差または直交するように形成されたコリメータに変更してもよい。これらの変形例によっても、ガンマ線検出器１の感度を一層向上させることができる。

なお、スリットＳが交差している場合、その交差部に対応する位置でコンプトン散乱が起こると、ラインＫの数は４つになる可能性がある。しなしながら、仮にラインＫの数が４つとなったとしても、比較的に少ないことには変わりないので、十分に精度良く入射経路を特定することができる。

また、その他の変形例として、複数のスリットＳが規則的な位置に形成されているコリメータに変更してもよい。この変形例によれば、ガンマ線検出器１の前面にわたって感度がばらつくことを好適に防止することができる。

（２）上述した各実施例では、第１、第２シンチレータ１３、１５は互いに隔てて配置されていたが、これに限られない。

図１３を参照する。図１３は、変形実施例に係るガンマ線検出器の斜視図である。図示するように、本変形例に係るガンマ線検出器１は、前後方向ｚに積層された複数の層状シンチレータ５３、５４、５５、５６を有する。層状シンチレータ５３乃至５６は、それぞれ略同じ大きさの検出面を有している。各層状シンチレータ５３、５４、５５、５６の間には光を反射する反射材５７が設けられている。これにより、いずれの層状シンチレータが発光しても、その光が他の層状シンチレータに漏洩することを防ぐことができる。各層状シンチレータ５３乃至５６には、それぞれ受光素子６３、６４、６５、６６が設けられている。受光素子６３乃至６６は、それぞれ層状シンチレータ５３乃至５６の光を検出する。

この変形例では、層状シンチレータ５４は、層状シンチレータ５３を通過したガンマ線をより的確に検出することができる。同様に、層状シンチレータ５５、５６は、その前方に隣接する層状シンチレータ５４、５５を通過したガンマ線をより的確に検出することができる。また、層状シンチレータ５３乃至５６によれば、前後方向ｚにおける全体の寸法を容易に長くすることができるので、同じガンマ線に起因するコンプトン散乱および光電効果を好適に生じさせることができる。

この変形例では、シンチレータ５３をこの発明における「第１シンチレータ」として用いてもよいし、シンチレータ５３、５４をこの発明における「第１シンチレータ」として用いてもよい。前者の場合は、シンチレータ５４乃至５６がこの発明における「第２シンチレータ」となり、後者の場合は、シンチレータ５５、５６がこの発明における「第２シンチレータ」となる。前者の場合は、第１シンチレータが複数の層状シンチレータを有するので、第１シンチレータ内でコンプトン散乱を起こし易くなる。後者の場合は、第２シンチレータの前後方向ｚにおける寸法が、第１シンチレータのそれと比べて大きくなるので、第２シンチレータ内で光電効果を起こし易くなる。なお、第１、第２シンチレータの区分に応じて、受光素子６３乃至６６もそれぞれ、この発明における第１、第２受光素子に区分される。

さらに、この変形例では、反射材５７を備えていたが、これに限られない。反射材５７の一部または全部を適宜に省略するように変更してもよい。また、この変形例では、層状シンチレータ５３乃至５６は互いに別個の部材であるが、これに限られない。層状シンチレータ５３乃至５６に代えて、一体に構成される単一のシンチレータに変更してもよい。

（３）上述した各実施例では、第１シンチレータ１３はコリメータ１１と接していたが、これに限られない。たとえば、第１シンチレータ１３をコリメータ１１に近接した位置に第１シンチレータ１３を配置してもよい。この変形例によっても、第１シンチレータ１３は、コリメータ１１を通過したガンマ線を的確に検出することができる。

（４）上述した各実施例では、ガイガーモードＡＰＤ２１ａ、２１ｂは、第１シンチレータ１３の長手方向ｘの両端部に配置されていたが、これに限られない。例えば、第１シンチレータ１３の長手方向ｘに沿う側部にガイガーモードＡＰＤを配置するように変更してもよい。これによっても、第１シンチレータ１３の長手方向ｘにおける発光位置を好適に検出することができる。

（５）上述した実施例２では、ＳＰＥＣＴ装置を例に採って説明したが、ガンマ線検出器１は種々の用途に適用することができる。たとえば、ガンマカメラや、ＰＥＴ・ＳＰＥＣＴ兼用装置（ＰＥＴ：Positron emission tomography、陽電子放射断層撮影装置）などが例示される。

１ … ガンマ線検出器
１１、５１、５２ … コリメータ
１１ｆ … コリメータの前面
１３ … 第１シンチレータ
１３ｆ … 第１シンチレータの検出面
１５ … 第２シンチレータ
２１ … 第１受光素子
２１ａ、２１ｂ … ガイガーモードＡＰＤ
２３ … 第２受光素子
３１ … ＳＰＥＣＴ装置
３３ … 天板
３５ … 抽出部
３７ … 入射経路決定部
４３ … ライン特定部
５３、５４、５５、５６ … 層状シンチレータ
６３、６４、６５、６６ … 受光素子
５７ … 反射材
ａ１、ａ２ … 第１、第２シンチレータの光
Ｃ … コンプトンコーン
Ｆ … 視野領域
ｇ１ … コリメータを通過するガンマ線
ｇ２ … 散乱ガンマ線
Ｋ … コンプトンコーンとスリットが交わるライン
Ｍ … 被検体
ｐ１ … 発光位置（コンプトン散乱の位置）
ｐ２ … 発光位置（光電効果の位置）
ｘ … スリットの長手方向
ｙ … スリットの短手方向
ｚ … 前後方向
θ … コンプトン散乱角

Claims (17)

1. シングルフォトン放射性同位元素から放出されたガンマ線を検出するガンマ線検出器であって、
   ガンマ線の一部を遮蔽するコリメータと、
   前記コリメータの後方に配置され、前記コリメータを通過したガンマ線を光に変換する第１シンチレータと、
   前記第１シンチレータの光を検出する第１受光素子と、
   前記第１シンチレータの後方に配置され、前記第１シンチレータを通過したガンマ線を光に変換する第２シンチレータと、
   前記第２シンチレータの光を検出する第２受光素子と、
   を備え、
   前記コリメータは、ガンマ線の通過を許容するスリットを有することを特徴とするガンマ線検出器。
2. 請求項１に記載のガンマ線検出器において、
   複数の前記スリットは、互いに平行に、または、互いに交差するように形成されているガンマ線検出器。
3. 請求項１または２に記載のガンマ線検出器において、
   前記コリメータはガンマ線を遮蔽する複数のブロックを備えており、
   前記ブロックは互いに間隔を空けて配置されており、
   前記スリットは前記ブロック間の空隙であるガンマ線検出器。
4. 請求項３に記載のガンマ線検出器において、
   前記ブロックは行列状に配置されているガンマ線検出器。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のガンマ線検出器において、
   前記第１シンチレータは、前記コリメータに近接した位置に設けられているガンマ線検出器。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のガンマ線検出器において、
   前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとは、互いに離して配置されているガンマ線検出器。
7. 請求項１から５のいずれかに記載のガンマ線検出器において、
   前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとは、前後方向に積層されているガンマ線検出器。
8. 請求項７に記載のガンマ線検出器において、
   前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとの間に配置される反射材を備えているガンマ線検出器。
9. 請求項１から８のいずれかに記載のガンマ線検出器において、
   前記第１シンチレータは、前記スリットの開口と略同じ寸法の検出面を有し、前記スリットの後方に配置されているガンマ線検出器。
10. 請求項１から９のいずれかに記載のガンマ線検出器において、
    前記第２シンチレータは、前記第１シンチレータの検出面に比べて広い検出面を有するガンマ線検出器。
11. 請求項１から９のいずれかに記載のガンマ線検出器において、
    前記第１シンチレータと前記第２シンチレータとは、それぞれ略同じ大きさの検出面を有するガンマ線検出器。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載のガンマ線検出器において、
    前記第２シンチレータの前後方向における寸法は、前記第１シンチレータの前後方向における寸法より大きいガンマ線検出器。
13. 請求項１２に記載のガンマ線検出器において、
    前記第２シンチレータは、前後方向に積層される複数の層状シンチレータを備えているガンマ線検出器。
14. 請求項１から１３のいずれかに記載のガンマ線検出器において、
    前記第１受光素子は、ガイガーモードＡＰＤ又は光電子増倍管であり、
    前記第２受光素子は、ガイガーモードＡＰＤ又は光電子増倍管であるガンマ線検出器。
15. 請求項１から１４のいずれかに記載のガンマ線検出器において、
    前記第１受光素子が検出する前記第１シンチレータの光の位置は、前記スリットの長手方向における前記第１シンチレータの光の位置のみであるガンマ線検出器。
16. 請求項１から１５のいずれかに記載のガンマ線検出器と、
    前記第１受光素子および前記第２受光素子の各検出結果の中から、同じガンマ線に起因するコンプトン散乱および光電効果に対応する検出結果の組み合わせを抽出する抽出部と、
    前記抽出部によって抽出された前記検出結果の組み合わせと前記スリットの位置とに基づいて、前記コンプトン散乱の位置を頂点とするコンプトンコーンの円錐面と前記スリットとが交わるラインを特定するライン特定部と、
    を備えている診断装置。
17. 請求項１６に記載の診断装置において、
    前記抽出部は、前記第１受光素子および前記第２受光素子によってそれぞれ略同時に検出された検出結果を、前記検出結果の組み合わせと判定する診断装置。

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