JP2014071088A - Radiation detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポジトロン放射型断層撮像装置（Positron Emission Tomography: ＰＥＴ装置）に用いるシンチレーション検出器に関し、特にＰＥＴ装置において、高分解能を必要とする放射線検出器に関する。 The present invention relates to a scintillation detector for use in a positron emission tomography (PET) device, and more particularly to a radiation detector that requires high resolution in a PET device.
放射性同位体を被検体に投与し、体内の放射性同位体の分布を測定して画像表示するＰＥＴ装置が知られている。放射性同位体には、崩壊するときにポジトロン（陽電子）を放出する性質を有するポジトロン核種がある。ポジトロン核種は、人工的に製造される核種で、ＰＥＴ装置では炭素１１Ｃ、窒素１３Ｎ、酸素１５Ｏ、フッ素１８Ｆなどが用いられることが多い。ポジトロンは放出されるとすぐに電子と衝突して消滅するが、同時に、２本の消滅ガンマ線（５１１ｋｅＶ）を正反対方向に放射する。 There is known a PET apparatus that administers a radioisotope to a subject, measures the distribution of the radioisotope in the body, and displays an image. Radioisotopes include positron nuclides that have the property of emitting positrons (positrons) when they decay. The positron nuclide is an artificially produced nuclide, and carbon 11 C, nitrogen 13 N, oxygen 15 O, fluorine 18 F, etc. are often used in a PET apparatus. As soon as the positron is emitted, it collides with the electron and disappears, but at the same time, it emits two annihilation gamma rays (511 keV) in opposite directions.
ＰＥＴ装置は、生体に投与したポジトロン放出核種からの消滅ガンマ線を検出し断層画像を作成する装置であり、医学生理学的に重要な種々の機能画像を得ることができることから、研究用途に用いられると共に臨床的にも広く使用されている。
ここで、ＰＥＴ装置を小動物のイメージングに用いる場合、被検体が小さいために高分解能が要求される。ＰＥＴ装置の分解能を向上するために、小さなピクセルで構成されたシンチレータブロックを位置有感型光電子増倍管（ＰＳＰＭＴ）やシリコンフォトマルアレー（Ｓｉ−ＰＭアレー）などの位置有感型光センサーに光学結合し、光センサーの出力信号を重心演算することにより高分解能を得る試みが行われている。
しかし、位置有感型光センサーのサイズが比較的大きいことから、リング状にシンチレータブロックを配置した場合に、６角形や８角形など角数の小さなリング形状に配置せざるを得ない場合が多い。
The PET device is a device that detects annihilation gamma rays from positron emitting nuclides administered to a living body and creates a tomographic image, and can obtain various functional images important to medical physiology. Widely used clinically.
Here, when the PET apparatus is used for imaging of a small animal, high resolution is required because the subject is small. In order to improve the resolution of PET devices, scintillator blocks composed of small pixels are used as position sensitive photosensors such as position sensitive photomultiplier tubes (PSPMT) and silicon photomultiplier arrays (Si-PM arrays). Attempts have been made to obtain high resolution by optically coupling and calculating the center of gravity of the output signal of the optical sensor.
However, since the size of the position-sensitive optical sensor is relatively large, when the scintillator block is arranged in a ring shape, it is often unavoidable to arrange it in a ring shape with a small number of corners such as a hexagon or an octagon. .
一方、従来からライトガイドの配置を工夫して、大面積の位置識別型測定に対応可能な放射線検出器が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照。）。 On the other hand, conventionally, radiation detectors that can deal with a large area position-identifying type measurement by devising the arrangement of light guides are known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
上述の如く、被検体が小さい小動物などのイメージングにＰＥＴ装置を用いる場合、高分解能化を図るために、シンチレータブロックを位置有感型光センサーに光学結合し、光センサーの出力信号を重心演算している。
しかしながら、位置有感型光センサーのサイズが比較的大きいことから、６角形や８角形など角数の小さなリング状にシンチレータブロックを配置しなければならず、シンチレータブロック間に比較的大きな隙間（ギャップ）が生じてしまう。そして、ギャップ部分を通り抜ける消滅ガンマ線では、同時計数データは得ることができないため、画像に歪みを生じてしまうといった問題がある。
As described above, when a PET device is used for imaging a small animal with a small subject, the scintillator block is optically coupled to the position-sensitive photosensor to calculate the center of gravity of the output signal of the photosensor in order to increase the resolution. ing.
However, since the size of the position-sensitive photosensor is relatively large, the scintillator blocks must be arranged in a ring shape with a small number of squares such as hexagons and octagons, and a relatively large gap (gap) is formed between the scintillator blocks. ) Will occur. In addition, since the coincidence data cannot be obtained with the annihilation gamma rays passing through the gap portion, there is a problem that the image is distorted.
図１（Ａ）では、８角形のリング状に配置されたシンチレータブロックにおいて、被検体４の中のポジトロン核種のポジトロンが消滅点５から、正反対方向に放射する２本の消滅ガンマ線６が存在する場合に、シンチレータブロック２の間のギャップ３から１本の消滅ガンマ線が通り抜ける様子を示している。すなわち、８角形のリング状に配置されたシンチレータブロックの場合、シンチレータブロック間のギャップの割合が大きく消滅ガンマ線がその間から逃げやすい。また、図１（Ａ）からシンチレータブロック２の各セルの位置は円形から大きく外れており、画像再構成時の画像の歪みが大きい。 In FIG. 1A, in a scintillator block arranged in an octagonal ring shape, there are two annihilation gamma rays 6 radiating in the opposite direction from the annihilation point 5 of the positron nuclide positron in the subject 4. In this case, one annihilation gamma ray passes through the gap 3 between the scintillator blocks 2. That is, in the case of scintillator blocks arranged in an octagonal ring shape, the ratio of the gap between the scintillator blocks is large, and the annihilation gamma rays easily escape from between them. Further, the position of each cell of the scintillator block 2 is greatly deviated from the circle from FIG. 1A, and image distortion during image reconstruction is large.
一方、図１（Ｂ）では、１６角形のリング状に配置されたシンチレータブロックにおいて、被検体４の中のポジトロン核種のポジトロンが消滅点５から、正反対方向に２本の消滅ガンマ線６が放射され、シンチレータブロック２に捕獲される様子を示している。図１（Ｂ）のような１６角形のリング状に配置されたシンチレータブロックの場合、シンチレータブロック２間のギャップ３は小さく、消滅ガンマ線がギャップ部分を通り抜ける可能性は低くなる。すなわち、１６角形のリング状に配置されたシンチレータブロックの場合、ギャップの大きさは相対的に小さくなり、かつ、セルの配置が円形に近くなり、画像再構成時の画像の歪みが少なくできる。 On the other hand, in FIG. 1B, in the scintillator block arranged in a hexagonal ring shape, two annihilation gamma rays 6 are emitted in the opposite direction from the annihilation point 5 of the positron of the positron nuclide in the subject 4. FIG. 3 shows a state where the scintillator block 2 captures the captured image. In the case of a scintillator block arranged in a hexagonal ring shape as shown in FIG. 1B, the gap 3 between the scintillator blocks 2 is small, and the possibility that annihilation gamma rays pass through the gap portion is low. That is, in the case of a scintillator block arranged in a hexagonal ring shape, the size of the gap is relatively small, and the cell arrangement is close to a circle, so that image distortion during image reconstruction can be reduced.
上記状況に鑑みて、本発明は、シンチレータブロックのリング状配置における位置有感型光センサーのサイズに起因する角数の制約を緩和して、小さい被検体のイメージングに用いる高分解能の放射線検出器を提供することを目的とする。 In view of the above situation, the present invention relaxes the restriction on the number of angles caused by the size of the position-sensitive optical sensor in the ring-shaped arrangement of the scintillator blocks, and a high-resolution radiation detector used for imaging a small subject The purpose is to provide.
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点の放射線検出器は、シンチレータブロックと光センサーを光学的に結合した構造の放射線位置検出器において、シンチレータブロックと光センサーとの間に傾斜面を有するライトガイド設け、シンチレータブロック毎に光センサーを結合するのではなく、隣接する複数のシンチレータブロックに１個の光センサーを結合させる。
上記のライトガイドは、シンチレータブロックを構成するシンチレータの長手方向を傾斜面の垂線方向とし、光センサーの受光面の垂線方向をガイド方向とし、シンチレータブロックとの接合面を傾斜面とする。
In order to achieve the above object, a radiation detector according to a first aspect of the present invention is a radiation position detector having a structure in which a scintillator block and an optical sensor are optically coupled, and an inclined surface between the scintillator block and the optical sensor. A light guide having a plurality of scintillator blocks is provided, and one photosensor is coupled to a plurality of adjacent scintillator blocks.
In the above light guide, the longitudinal direction of the scintillator constituting the scintillator block is defined as the perpendicular direction of the inclined surface, the perpendicular direction of the light receiving surface of the photosensor is defined as the guide direction, and the joint surface with the scintillator block is defined as the inclined surface.
上記の構成によれば、リング状に配置されたシンチレータブロックにおいて、隣接する複数のシンチレータブロックに１個の位置有感型光センサーを結合させることが可能であり、位置有感型光センサーのサイズの制約から決まる光センサーの配置の角数の２倍から数倍の角数を持つシンチレータブロックのリングを構成することができる。従って、円形に近いシンチレータブロック配置が可能となり、高分解能な放射線検出器を提供できる。 According to the above configuration, in a scintillator block arranged in a ring shape, one position-sensitive photosensor can be coupled to a plurality of adjacent scintillator blocks. The size of the position-sensitive photosensor A ring of scintillator blocks having a number of angles that is twice to several times the number of angles of the arrangement of the optical sensor determined by the restrictions of the above can be configured. Therefore, a scintillator block arrangement close to a circle is possible, and a high-resolution radiation detector can be provided.
ライトガイドの傾斜面は、シンチレータの長手方向を傾斜面の垂線方向とし、光センサーの受光面の垂線方向をガイド方向とし、シンチレータブロックとの接合面を傾斜面とする。これにより、シンチレータブロックを構成するシンチレータの中を通る光の光路の進行方向の向きを変化させることができる。
ライトガイドは、シンチレータブロックの発光による光を損失なしに光センサーの受光面にガイドすることにより、光信号を電気的に転換させる。
ライトガイドの形状は、シンチレータの長手方向と光センサーの受光面の垂線方向から決まる面を断面とした場合、断面形状が傾斜部分を斜面とする直角三角形か、傾斜部分を斜面とする台形などである。
The inclined surface of the light guide has the longitudinal direction of the scintillator as the perpendicular direction of the inclined surface, the perpendicular direction of the light receiving surface of the optical sensor as the guide direction, and the joint surface with the scintillator block as the inclined surface. Thereby, the direction of the traveling direction of the light path of the light passing through the scintillator constituting the scintillator block can be changed.
The light guide electrically converts the light signal by guiding the light emitted from the scintillator block to the light receiving surface of the optical sensor without loss.
The shape of the light guide may be a right triangle with an inclined portion as a slope or a trapezoid with an inclined portion as a slope when the surface determined from the longitudinal direction of the scintillator and the perpendicular direction of the light receiving surface of the photosensor is taken as a cross section. is there.
隣接する複数のシンチレータブロックに１個の光センサーを結合させるとは、隣接する２個のシンチレータブロック、隣接する３個のシンチレータブロック、或いは、隣接する４個以上のシンチレータブロックに１個の光センサーを結合させることを意味する。
光センサーは、具体的には位置有感型光センサーが好適に用いられ、波形解析スペクトル、エネルギースペクトルに加えて、シンチレータで検出された放射線の位置の情報を得ることが可能になる。位置情報の計算は、光センサーの出力信号の重心演算を行い、高分解能化を図る。
One optical sensor is coupled to a plurality of adjacent scintillator blocks. Two adjacent scintillator blocks, three adjacent scintillator blocks, or one optical sensor in four or more adjacent scintillator blocks Is to be combined.
Specifically, a position-sensitive optical sensor is preferably used as the optical sensor, and in addition to the waveform analysis spectrum and the energy spectrum, it is possible to obtain information on the position of the radiation detected by the scintillator. The position information is calculated by calculating the center of gravity of the output signal of the optical sensor to increase the resolution.
上記の本発明の放射線検出器において、光センサーの配置の角数の２倍以上の角数をシンチレータブロックの配置の角数とする検出器リングを構成する。
これにより、被検体が小さい小動物などのイメージングに用いる高分解能のＰＥＴ装置を提供できる。
In the above-described radiation detector of the present invention, a detector ring is formed in which the number of corners of the arrangement of the scintillator block is a number of corners more than twice the number of corners of the arrangement of the optical sensor.
Thereby, it is possible to provide a high-resolution PET apparatus used for imaging of a small animal having a small subject.
本発明の放射線検出器を用いて、例えば、角数６の光センサーの配置、つまり、６個の光センサーが６角柱の側面を形成するような配置で検出器リングを構成する場合、２倍の角数なら、１２個のシンチレータブロックが１２角柱の側面を形成するように配置して検出器リングを構成する。正１２角柱の場合、隣接するシンチレータブロックの垂線の交角は３６０°の１２等分の３０°となり、２倍の角数なら１つの光センサーの受光面に２つのシンチレータブロックの光をガイドするライトガイドが２つ設けられる。それぞれのシンチレータブロックに結合されるライトガイドにおいて、光センサーの受光面を基準とした傾斜角は１５°となる。 For example, when the radiation detector of the present invention is used to form a detector ring with an arrangement of photosensors having six corners, that is, an arrangement in which six photosensors form a side surface of a hexagonal prism, double The detector ring is configured by arranging 12 scintillator blocks so as to form a side surface of a 12-sided prism. In the case of a regular dodecagonal prism, the angle of intersection of adjacent scintillator blocks is 30 °, which is equal to 12 ° of 360 °. If the number of angles is twice, the light that guides the light of the two scintillator blocks to the light receiving surface of one photosensor Two guides are provided. In the light guide coupled to each scintillator block, the inclination angle with respect to the light receiving surface of the optical sensor is 15 °.
また、角数６の光センサーの配置で３倍の角数なら、１８個のシンチレータブロックが１８角柱の側面を形成するように配置して検出器リングを構成する。その場合、隣接するシンチレータブロックの垂線の交角は３６０°の１８等分の２０°となり、３倍の角数なら１つの光センサーの受光面に３つのシンチレータブロックの光をガイドするライトガイドが２つ或いは３つ設けられる。３つのシンチレータブロックの両端２つのシンチレータブロックに結合されるライトガイドにおいて、光センサーの受光面を基準とした傾斜角は２０°となる。 Further, if the number of photosensors with six corners is three times as many, the detector ring is configured by arranging eighteen scintillator blocks so as to form the side surfaces of an eighteen prism. In that case, the angle of intersection of adjacent scintillator blocks is 20 °, which is equal to 18 ° of 360 °. If the number of angles is three times, two light guides for guiding the light of the three scintillator blocks to the light receiving surface of one photosensor. One or three are provided. In the light guide coupled to the two scintillator blocks at both ends of the three scintillator blocks, the inclination angle with respect to the light receiving surface of the optical sensor is 20 °.
また、角数６の光センサーの配置で４倍の角数なら、２４個のシンチレータブロックが２４角柱の側面を形成するように配置して検出器リングを構成する。その場合、隣接するシンチレータブロックの垂線の交角は３６０°の２４等分の１５°となり、４倍の角数なら１つの光センサーの受光面に４つのシンチレータブロックの光をガイドするライトガイドが４つ設けられる。それぞれのシンチレータブロックに結合されるライトガイドにおいて、光センサーの受光面を基準とした傾斜角は７．５°と２２．５°の２種類となる。 If the number of photosensors having six corners is four times the number, the detector ring is configured by arranging so that 24 scintillator blocks form the side surfaces of a 24 prism. In that case, the angle of intersection of the adjacent scintillator blocks is 15 °, which is equal to 24 ° of 360 °, and if the number of angles is four times, there are four light guides that guide the light of the four scintillator blocks on the light receiving surface of one photosensor. Provided. In the light guide coupled to each scintillator block, there are two types of inclination angles of 7.5 ° and 22.5 ° with respect to the light receiving surface of the optical sensor.
また、同様に、角数８の光センサーの配置、つまり、８個の光センサーが８角柱の側面を形成するような配置で検出器リングを構成する場合、２倍の角数なら、１６個のシンチレータブロックが１６角柱の側面を形成するように配置して検出器リングを構成する。正１６角柱の場合、隣接するシンチレータブロックの垂線の交角は３６０°の１６等分の２２．５°となり、２倍の角数なら１つの光センサーの受光面に２つのシンチレータブロックの光をガイドするライトガイドが２つ設けられる。それぞれのシンチレータブロックに結合されるライトガイドにおいて、光センサーの受光面を基準とした傾斜角は１１．２５°となる。 Similarly, when the detector ring is configured with an arrangement of photosensors with 8 corners, that is, with 8 photosensors forming the side surface of an octagonal prism, 16 with a doubled number of squares. The scintillator blocks are arranged so as to form the side faces of a hexagonal prism to constitute a detector ring. In the case of a regular hexagonal prism, the angle of intersection of the adjacent scintillator blocks is 22.5 °, which is equal to 16 ° of 360 °. If the number of angles is twice, the light from the two scintillator blocks is guided to the light receiving surface of one photosensor. Two light guides are provided. In the light guide coupled to each scintillator block, the inclination angle with respect to the light receiving surface of the optical sensor is 11.25 °.
また、角数８の光センサーの配置で３倍の角数なら、２４個のシンチレータブロックが２４角柱の側面を形成するように配置して検出器リングを構成する。その場合、隣接するシンチレータブロックの垂線の交角は３６０°の２４等分の１５°となり、３倍の角数なら１つの光センサーの受光面に３つのシンチレータブロックの光をガイドするライトガイドが２つ或いは３つ設けられる。３つのシンチレータブロックの両端２つのシンチレータブロックに結合されるライトガイドにおいて、光センサーの受光面を基準とした傾斜角は１５°となる。 If the number of photosensors with 8 corners is tripled, 24 detector blocks are formed by arranging 24 scintillator blocks to form the sides of a 24 prism. In that case, the angle of intersection of adjacent scintillator blocks is 15 °, which is equal to 24 ° of 360 °, and if the number of angles is three times, two light guides for guiding the light of the three scintillator blocks to the light receiving surface of one photosensor. One or three are provided. In the light guide coupled to the two scintillator blocks at both ends of the three scintillator blocks, the inclination angle with respect to the light receiving surface of the optical sensor is 15 °.
ここで、ライドガイドは複数のライドガイドを束ねた構造であることが好ましい。また、ライドガイドは複数の光ファイバーを束ねた構造であることが好ましい。シンチレータブロックのどの位置のシンチレータの中を光が通ってきたのかという位置情報を保持したまま、光センサーに光を導くためである。
また、上記の放射線検出器において、ライトガイドとシンチレータブロックが一体形成された構造であることが好ましい。
Here, the ride guide preferably has a structure in which a plurality of ride guides are bundled. The ride guide preferably has a structure in which a plurality of optical fibers are bundled. This is because the light is guided to the optical sensor while maintaining the positional information indicating where the light has passed through the scintillator in the scintillator block.
In the above radiation detector, it is preferable that the light guide and the scintillator block are integrally formed.
また、上記の放射線検出器において、ライドガイドと光センサーとの間に、スリットを有するスリット型ライトガイドが設けられ、該スリットによりライドガイドから出射する光を光センサーの中央部に寄せることが好ましい。
スリット型ライトガイドは、光を光センサーの中央部に寄せると共に、重心演算の精度を上げるために光センサーのセンサーアレー間に広げる作用がある。
Further, in the above radiation detector, it is preferable that a slit-type light guide having a slit is provided between the ride guide and the optical sensor, and light emitted from the ride guide is brought close to the center of the optical sensor by the slit. .
The slit-type light guide has the effect of bringing light to the center of the optical sensor and spreading it between the sensor arrays of the optical sensor in order to increase the accuracy of the center of gravity calculation.
また、上記の放射線検出器において、シンチレータブロックは、発光減衰時間の異なる少なくとも２層の多層構造であり、光センサーの出力信号の波形から各層の信号波形を弁別することが好ましい。
ここで、多層構造とは、シンチレータの長手方向（光の進行方向）に発光減衰時間の異なる層が重なっている構造である。多層構造を形成させるには、例えば、Ｃｅ濃度の異なるＧＳＯシンチレータを重ねる。
In the above radiation detector, the scintillator block has a multilayer structure of at least two layers having different emission decay times, and it is preferable to discriminate the signal waveform of each layer from the waveform of the output signal of the photosensor.
Here, the multilayer structure is a structure in which layers having different light emission decay times overlap in the longitudinal direction (light traveling direction) of the scintillator. In order to form a multilayer structure, for example, GSO scintillators with different Ce concentrations are stacked.
また、上記の放射線検出器において、シンチレータブロックは、同一特性のシンチレータブロックから成る２層構造であり、各層のシンチレータブロックを構成するそれぞれのシンチレータの中心位置を、相対的に径の略１／２だけシフトさせて配置し、光センサーの出力信号から各層の信号を位置演算により弁別することが好ましい。
上記構成によれば、波形解析による信号の弁別を行わずとも、各層の信号を位置演算により弁別することが可能となる。
Further, in the above radiation detector, the scintillator block has a two-layer structure composed of scintillator blocks having the same characteristics, and the center position of each scintillator constituting the scintillator block of each layer is set to be approximately ½ of the diameter. It is preferable that the signal is shifted by only a position, and the signal of each layer is discriminated by position calculation from the output signal of the photosensor.
According to the above configuration, it is possible to discriminate signals of each layer by position calculation without performing signal discrimination by waveform analysis.
次に、本発明の第２の観点の放射線検出器について説明する。
本発明の第２の観点の放射線検出器は、シンチレータブロックと光センサーを光学的に結合した構造の放射線位置検出器において、シンチレータブロックが光の出る部分を斜めにカットされて傾斜面を有し、シンチレータブロック毎に光センサーを結合するのではなく、隣接する複数のシンチレータブロックに１個の光センサーを結合させる。
上記のシンチレータブロックの傾斜面と光センサーの受光面は互いに並行にする。また、隣接する複数のシンチレータブロックと光センサーとの間に、スリットを有するスリット型ライトガイドが設けられ、該スリットによりシンチレータブロックから出射する光を光センサーの中央部に寄せる。
Next, a radiation detector according to the second aspect of the present invention will be described.
A radiation detector according to a second aspect of the present invention is a radiation position detector having a structure in which a scintillator block and an optical sensor are optically coupled, and the scintillator block has an inclined surface by obliquely cutting a portion where light is emitted. Instead of coupling an optical sensor to each scintillator block, one optical sensor is coupled to a plurality of adjacent scintillator blocks.
The inclined surface of the scintillator block and the light receiving surface of the photosensor are parallel to each other. In addition, a slit-type light guide having a slit is provided between a plurality of adjacent scintillator blocks and the optical sensor, and the light emitted from the scintillator block is brought close to the center of the optical sensor by the slit.
シンチレータブロックの光の出る部分を斜めにカットし傾斜面を形成することで、第１の観点の放射線検出器における傾斜面を有するライトガイドを用いることが不要となり、部品点数を削減できる。そして、隣接する複数のシンチレータブロックの光の出る面を同一平面に揃え、スリット型ライトガイドを介して光センサーに結合する。 By forming the inclined surface by obliquely cutting the light emitting portion of the scintillator block, it is not necessary to use the light guide having the inclined surface in the radiation detector according to the first aspect, and the number of parts can be reduced. Then, the light exiting surfaces of a plurality of adjacent scintillator blocks are aligned on the same plane and coupled to the optical sensor via the slit light guide.
上記の第２の観点の放射線検出器において、光センサーの配置の角数の２倍以上の角数をシンチレータブロックの配置の角数とする検出器リングを構成する。
これにより、被検体が小さい小動物などのイメージングに用いる高分解能のＰＥＴ装置を提供できる。
In the radiation detector according to the second aspect described above, a detector ring is formed in which the number of corners of the scintillator block is set to a number of corners that is twice or more the number of corners of the photosensor.
Thereby, it is possible to provide a high-resolution PET apparatus used for imaging of a small animal having a small subject.
本発明によれば、少ない位置有感型光センサーを用いて、円形に近い形にシンチレータブロックを配置し検出器リングを構成することができ、歪みが無く高分解能のＰＥＴ画像を得ることができるといった効果を有する。 According to the present invention, it is possible to arrange a scintillator block in a shape close to a circle using a small number of position-sensitive photosensors to form a detector ring, and to obtain a high-resolution PET image without distortion. It has such an effect.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The scope of the present invention is not limited to the following examples and illustrated examples, and many changes and modifications can be made.
図２は、実施例１の放射線検出器の構成図を示している。実施例１（他の実施例でも同じ）では位置有感型光センサーとしてＳｉ−ＰＭアレーを用いている。シンチレータブロック（２ａ，２ｂ）は、０．５（ｍｍ）×０．７（ｍｍ）×５（ｍｍ）のＬＹＳＯ結晶を用いたシンチレータ（ＬＹＳＯシンチレータ）を平面方向に１１個、体軸方向に１３個配置している。このシンチレータブロック２セット（２ａ，２ｂ）は、それぞれ３角形のライトガイド（７ａ，７ｂ）２個に光学的に結合されている。 FIG. 2 is a configuration diagram of the radiation detector according to the first embodiment. In Example 1 (the same applies to other examples), a Si-PM array is used as a position-sensitive optical sensor. The scintillator block (2a, 2b) has 11 scintillators (LYSO scintillators) using LYSO crystals of 0.5 (mm) × 0.7 (mm) × 5 (mm) in the plane direction and 13 in the body axis direction. It is arranged. The two sets of scintillator blocks (2a, 2b) are optically coupled to two triangular light guides (7a, 7b), respectively.
ライドガイド（７ａ，７ｂ）は、光ファイバーを束ねたもので作られており、その角度は隣接するシンチレータブロック（２ａ，２ｂ）間の角度が２２．５°になるようにしてある。ライトガイド（７ａ，７ｂ）は、スリット１０を設けた別のスリット型ライトガイド８に光学結合され、４×４に配置した光センサー９（Ｓｉ−ＰＭアレー）に光学結合されている。Ｓｉ−ＰＭアレーの１チャンネルのサイズは３（ｍｍ）×３（ｍｍ）である。スリット型ライトガイド８は発光を中央部に集めて、周辺部の空間分解能を向上させる働きをする。符号１１はＳｉ−ＰＭアレーの各チャンネルの信号端子である。 The ride guides (7a, 7b) are made of a bundle of optical fibers, and the angle between adjacent scintillator blocks (2a, 2b) is 22.5 °. The light guides (7a, 7b) are optically coupled to another slit-type light guide 8 provided with a slit 10, and are optically coupled to a photosensor 9 (Si-PM array) arranged 4 × 4. The size of one channel of the Si-PM array is 3 (mm) × 3 (mm). The slit type light guide 8 collects light emission in the central portion and functions to improve the spatial resolution of the peripheral portion. Reference numeral 11 denotes a signal terminal of each channel of the Si-PM array.
図２に示すように、消滅ガンマ線６によるＬＹＳＯシンチレータの発光は、シンチレータの中を通り、傾斜面を有する光ファイバー製のライトガイド７ａに到達する。そこでわずかに光の進行方法の向きが変わり、位置の情報を保持したままスリット型ライトガイド８に導かれる。スリット型ライトガイド８によって、光は光センサー９（Ｓｉ−ＰＭアレー）の中央部に寄せられると共に、重心演算の精度を向上すべく光センサー９（Ｓｉ−ＰＭアレー）の受光面への照射面積が広がっている。シンチレータの光は、光センサー９（Ｓｉ−ＰＭアレー）によって電気信号に変換されて電子回路で重心演算される。 As shown in FIG. 2, the light emitted from the LYSO scintillator by the annihilation gamma ray 6 passes through the scintillator and reaches an optical fiber light guide 7a having an inclined surface. Therefore, the direction of the light traveling method is slightly changed, and the light is guided to the slit-type light guide 8 while maintaining the position information. The slit-type light guide 8 directs light to the center of the optical sensor 9 (Si-PM array) and also irradiates the light receiving surface of the optical sensor 9 (Si-PM array) in order to improve the accuracy of centroid calculation. Is spreading. The light of the scintillator is converted into an electric signal by the optical sensor 9 (Si-PM array), and the center of gravity is calculated by an electronic circuit.
図３は、実施例１の放射線検出器で構成された検出器リングの構成図を示している。
図３の検出器リングは、図２の構造のブロック検出器８個をリング状に配置しＰＥＴ装置を構成したものである。
光センサー９（Ｓｉ−ＰＭアレー）は８角形であるが、シンチレータブロック２は１６角形になっている。すなわち、シンチレータブロックのリング状配置における位置有感型光センサーのサイズに起因する角数の制約を緩和し、位置有感型光センサーの角数の２倍の角数のシンチレータブロックのリング状配置を実現して、小さい被検体のイメージングに用いる高分解能のＰＥＴ装置を作製した。
FIG. 3 shows a configuration diagram of a detector ring configured by the radiation detector of the first embodiment.
The detector ring shown in FIG. 3 is configured by arranging eight block detectors having the structure shown in FIG. 2 in a ring shape to constitute a PET apparatus.
The optical sensor 9 (Si-PM array) is octagonal, but the scintillator block 2 is hexagonal. That is, the restriction of the number of corners due to the size of the position sensitive photosensor in the ring arrangement of the scintillator block is relaxed, and the ring arrangement of the scintillator block having the number of angles twice that of the position sensitive photosensor To realize a high-resolution PET apparatus used for imaging of a small subject.
図４（Ａ）に、作製したＰＥＴ装置で得られたＬＹＳＯシンチレータブロックの２次元位置ヒストグラムを示す。１１×１３に配置したＬＹＳＯシンチレータブロック２個をほぼ完全に弁別できていることが確認できる。また、図４（Ｂ）に、作製したＰＥＴ装置で得られたＬＹＳＯシンチレータブロックの２エネルギースペクトルを示す。図４（Ｂ）に示すスペクトルから、優れたエネルギー分解能が得られていることが確認できる。
作製したＰＥＴ装置では、０．７５（ｍｍ）の空間分解能を得ることができた。図５に、作製したＰＥＴ装置で撮像したマウスの断層画像（Ｆ−１８−ＮａＦ投与後撮像）を示す。高い空間分解能で歪みの無い良好なＰＥＴ画像が得られていることが確認できる。
FIG. 4A shows a two-dimensional position histogram of the LYSO scintillator block obtained with the produced PET apparatus. It can be confirmed that the two LYSO scintillator blocks arranged at 11 × 13 are almost completely discriminated. FIG. 4B shows a two-energy spectrum of the LYSO scintillator block obtained with the produced PET apparatus. It can be confirmed from the spectrum shown in FIG. 4B that excellent energy resolution is obtained.
In the produced PET apparatus, a spatial resolution of 0.75 (mm) could be obtained. FIG. 5 shows a tomographic image of the mouse (taken after administration of F-18-NaF) taken with the produced PET apparatus. It can be confirmed that a good PET image with high spatial resolution and no distortion is obtained.
図６は実施例２の放射線検出器の構成図、図７は実施例２の放射線検出器で構成された検出器リングの構成図を示している。
実施例２では、１つの光センサーの受光面に３つのシンチレータブロックの光をガイドするライトガイドが２つ設けられるブロック検出器を説明する。
図６に示すように、シンチレータブロック３セット（２ａ，２ｂ，２ｃ）の内、両端のシンチレータブロック（２ａ，２ｂ）には、直角３角形のライトガイド（７ａ，７ｂ）が設けられる。ライトガイド（７ａ，７ｂ）の傾斜角は３０°になるようにしてある。ライトガイド（７ａ，７ｂ）は、スリット１０を設けた別のスリット型ライトガイド８に光学結合され、光センサー９（Ｓｉ−ＰＭアレー）に光学結合されている。
FIG. 6 is a configuration diagram of the radiation detector according to the second embodiment, and FIG. 7 is a configuration diagram of a detector ring including the radiation detector according to the second embodiment.
In the second embodiment, a block detector in which two light guides for guiding the light of three scintillator blocks are provided on the light receiving surface of one optical sensor will be described.
As shown in FIG. 6, right-angled triangular light guides (7a, 7b) are provided in the scintillator blocks (2a, 2b) at both ends of the three sets of scintillator blocks (2a, 2b, 2c). The inclination angle of the light guides (7a, 7b) is set to 30 °. The light guides (7a, 7b) are optically coupled to another slit type light guide 8 provided with a slit 10 and optically coupled to an optical sensor 9 (Si-PM array).
そして、図７に示すように、角数４（４角形）の光センサーの配置とし、角数４の３倍の１２個のシンチレータブロックが１２角柱の側面を形成するように配置して角数１２の検出器リングを構成している。
隣接するシンチレータブロックの垂線の交角は３６０°の１２等分の３０°である。３倍の角数の場合、１つの光センサーの受光面に３つのシンチレータブロックの光をガイドするライトガイドが２つ或いは３つ設けられる。実施例２では、３つのシンチレータブロックの両端２つのシンチレータブロックに結合される２つのライトガイドを用いている。
Then, as shown in FIG. 7, the arrangement of photosensors having four corners (quadrangle) is set, and twelve scintillator blocks, three times the number of corners 4, are arranged so as to form the sides of a dodecagonal column. Twelve detector rings are configured.
The angle of intersection between adjacent scintillator blocks is 30 °, which is equal to 12 ° of 360 °. When the number of corners is three times, two or three light guides for guiding the light of the three scintillator blocks are provided on the light receiving surface of one photosensor. In the second embodiment, two light guides coupled to two scintillator blocks at both ends of three scintillator blocks are used.
図８は、実施例３の放射線検出器の構成図を示している。実施例３の放射線検出器では、シンチレータブロックの光の出る部分を斜めにカットして、傾斜面を有する光ファイバー製のライトガイドを用いること無く、スリット型ライトガイド８に接続する。実施例３の構成により、傾斜面を有するライトガイドを用いる必要がなく、部品点数を減少させることが可能となる。 FIG. 8 illustrates a configuration diagram of the radiation detector according to the third embodiment. In the radiation detector according to the third embodiment, the light emitting portion of the scintillator block is cut obliquely and connected to the slit light guide 8 without using an optical fiber light guide having an inclined surface. With the configuration of the third embodiment, it is not necessary to use a light guide having an inclined surface, and the number of parts can be reduced.
図９は、実施例４の放射線検出器の構成図を示している。実施例４の放射線検出器では、シンチレータブロックを２層構造とし、シンチレータブロック２１と２２で発光減衰時間の異なるものを用いて波形解析により２層のシンチレータブロックの信号を弁別する。この構成によって、ＰＥＴ装置の視野中心から離れた場所における空間分解能を向上できる。
その他は、実施例１と同様である。
なお、シンチレータブロックの厚みを厚くすることで感度を高くしてもよい。また、シンチレータ（２１，２２）として、Ｃｅ濃度の異なる２種のＧＳＯあるいはＬＧＳＯを用いてもよい。さらに、シンチレータブロックを３層，４層にすることも可能である。
FIG. 9 is a configuration diagram of the radiation detector according to the fourth embodiment. In the radiation detector according to the fourth embodiment, the scintillator block has a two-layer structure, and the scintillator blocks 21 and 22 having different emission decay times are used to discriminate the signals of the two-layer scintillator block by waveform analysis. With this configuration, it is possible to improve the spatial resolution in a place away from the center of the visual field of the PET apparatus.
Others are the same as in the first embodiment.
The sensitivity may be increased by increasing the thickness of the scintillator block. Further, as the scintillators (21, 22), two types of GSO or LGSO having different Ce concentrations may be used. Further, the scintillator block can be made into three or four layers.
図１０は、実施例５の放射線検出器の構成図を示している。実施例５の放射線検出器では、シンチレータブロックを２層構造とし、シンチレータブロック２１と２３の位置を相対的に各シンチレータの径の１／２程度動かして配置させる。これにより、シンチレータブロック２１と２３が、同じシンチレータであっても位置演算することで２層のシンチレータブロックの信号を弁別することが可能となる。
なお、上記の構成で、さらに、シンチレータブロック２１と２３に、相互に異なる発光減衰のシンチレータを用いてもよい。シンチレータブロック２１と２３を異なる発光減衰のシンチレータとすることによって、波形解析によっても２層を弁別することが可能となるからである。また、シンチレータブロックを３層，４層にすることも可能である。
FIG. 10 is a configuration diagram of the radiation detector according to the fifth embodiment. In the radiation detector of the fifth embodiment, the scintillator block has a two-layer structure, and the positions of the scintillator blocks 21 and 23 are relatively moved by about ½ of the diameter of each scintillator. Thereby, even if the scintillator blocks 21 and 23 are the same scintillator, it is possible to discriminate the signals of the two-layer scintillator blocks by calculating the position.
In the above-described configuration, the scintillator blocks 21 and 23 may further use different scintillators with light emission attenuation. This is because by making the scintillator blocks 21 and 23 scintillators with different light emission attenuations, it is possible to discriminate the two layers even by waveform analysis. It is also possible to make the scintillator block into three or four layers.
本発明は、ＰＥＴ装置に有用である。 The present invention is useful for a PET apparatus.
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２０，２１，２２ シンチレータブロック
３ ギャップ
４ 被検体
５ ポジトロン消滅点
６ 消滅ガンマ線
７，７ａ，７ｂ ライトガイド
８ スリット型ライトガイド
９ 光センサー（Ｓｉ−ＰＭアレー）
１０ スリット
１１ チャンネルの信号端子
2, 2a, 2b, 2c, 20, 21, 22 Scintillator block 3 Gap 4 Subject 5 Positron annihilation point 6 Annihilation gamma ray 7, 7a, 7b Light guide 8 Slit light guide 9 Optical sensor (Si-PM array)
10 Slit 11 channel signal terminal
Claims (10)
シンチレータブロックと光センサーとの間に傾斜面を有するライトガイド設け、
前記ライトガイドは、シンチレータブロックを構成するシンチレータの長手方向を傾斜面の垂線方向とし、光センサーの受光面の垂線方向をガイド方向とし、シンチレータブロックとの接合面を傾斜面とし、
シンチレータブロック毎に光センサーを結合するのではなく、隣接する複数のシンチレータブロックに１個の光センサーを結合させたことを特徴とする放射線位置検出器。 In a radiation position detector having a structure in which a scintillator block and an optical sensor are optically coupled,
A light guide having an inclined surface is provided between the scintillator block and the optical sensor,
The light guide has a longitudinal direction of the scintillator constituting the scintillator block as a perpendicular direction of the inclined surface, a perpendicular direction of the light receiving surface of the optical sensor as a guide direction, and a joint surface with the scintillator block as an inclined surface,
A radiation position detector characterized in that one photosensor is coupled to a plurality of adjacent scintillator blocks instead of coupling a photosensor to each scintillator block.
前記光センサーの出力信号の波形から各層の信号波形を弁別することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の放射線位置検出器。 The scintillator block has a multilayer structure of at least two layers having different emission decay times,
The radiation position detector according to claim 1, wherein a signal waveform of each layer is discriminated from a waveform of an output signal of the optical sensor.
シンチレータブロックが光の出る部分を斜めにカットされて傾斜面を有し、
シンチレータブロックの前記傾斜面と光センサーの受光面とが並行であり、
隣接する複数のシンチレータブロックと光センサーとの間に、スリットを有するスリット型ライトガイドが設けられ、該スリットによりシンチレータブロックから出射する光を光センサーの中央部に寄せ、
シンチレータブロック毎に光センサーを結合するのではなく、隣接する複数のシンチレータブロックに１個の光センサーを結合させたことを特徴とする放射線位置検出器。 In a radiation position detector having a structure in which a scintillator block and an optical sensor are optically coupled,
The part where the scintillator block emits light is cut obliquely and has an inclined surface,
The inclined surface of the scintillator block and the light receiving surface of the optical sensor are parallel,
A slit-type light guide having a slit is provided between a plurality of adjacent scintillator blocks and the optical sensor, and the light emitted from the scintillator block is brought to the center of the optical sensor by the slit,
A radiation position detector characterized in that one photosensor is coupled to a plurality of adjacent scintillator blocks instead of coupling a photosensor to each scintillator block.
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