JP2015087348A - 放射線検出装置および陽電子放射断層撮影装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】より簡易な構成の放射線検出装置を提供する。
【解決手段】各放射線検出モジュール30a〜30dにおいて、信号端子Tpd21〜Tpd36を、各放射線検出モジュール30a〜30dの受光素子PD21〜PD36のうち予め定めた位置の4個の受光素子に接続する。1個の信号端子に4個の受光素子を接続するから、1個の信号端子に1個の受光素子を接続するものより、信号端子の数や増幅器の数を減らすことができ、より簡易な構成にすることができる。
【選択図】図2
【解決手段】各放射線検出モジュール30a〜30dにおいて、信号端子Tpd21〜Tpd36を、各放射線検出モジュール30a〜30dの受光素子PD21〜PD36のうち予め定めた位置の4個の受光素子に接続する。1個の信号端子に4個の受光素子を接続するから、1個の信号端子に1個の受光素子を接続するものより、信号端子の数や増幅器の数を減らすことができ、より簡易な構成にすることができる。
【選択図】図2
Description
本発明は、放射線検出装置および陽電子放射断層撮影装置に関し、詳しくは、第1受光素子と、第1受光素子の一面に取り付けられた複数のシンチレータと、各シンチレータの第1受光素子へ取り付けられた面の反対側の面に取り付けられた複数の第2受光素子と、を有する放射線検出モジュールを複数備え、各放射線検出モジュールは対向する他の放射線検出モジュールと対となるよう1つ又は複数の区画に分けて配置されている放射線検出装置およびこうした放射線検出装置を備える陽電子放射断層撮影装置に関する。
従来、この種の放射線検出装置としては、光電子増倍管(PMT)の一面に配置された複数のLSOシンチレータからなるLSOシンチレータアレイと、各LSOシンチレータのPMTが配置された面の反対面に配置された複数のフォトダイオード(PD)とを備えるものが提案されている(例えば、非特許文献1参照)。この放射線検出装置では、PMTからの信号と各PDからの信号を用いてLSOシンチレータの発光(相互作用)位置(Depth of interaction, DOI)を検出することにより、精度良くシンチレータの発光位置(深さ)を検出することができるとしている。
J.S.huber et.al, "An LSO Scintillator Array for a PET Detector Module with Depth of Interaction Measerement", IEEE TRANSACTION ON NUCLEAR SCIENCE, VOL.48,NO3. JUNE 2001
こうした放射線検出装置では、一般に、同じタイミングで発光した2個のシンチレータにおける発光位置から、シンチレータにおいて発光に寄与した放射線を放出した放射線源の位置を演算している。そして、精度良く放射線源の位置を演算することが重要な課題として認識されている。精度良く放射線源の位置を演算する手法として、単位面積当たりより多くのシンチレータを配置してシンチレータの発光位置を検出する精度を向上させる手法が考えられる。しかしながら、この手法では、より多くのPDが必要となり、PDからの信号を出力する信号端子の数が増大していまい、装置全体の構成が複雑になってしまう。
本発明の放射線検出装置では、装置全体の構成をより簡易にすることを主目的とする。
本発明の放射線検出装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の放射線検出装置は、
第1受光素子と、第1受光素子の一面に取り付けられた複数のシンチレータと、各シンチレータの前記第1受光素子へ取り付けられた面の反対側の面に取り付けられた複数の第2受光素子と、を有する放射線検出モジュールを複数備え、前記各放射線検出モジュールは対向する他の放射線検出モジュールと対となるよう1つ又は複数の区画に分けて配置されている放射線検出装置であって、
各放射線検出モジュールの第1受光素子に接続され、前記第1受光素子からの信号を出力する複数の第1信号端子と、
前記区画内の放射線検出モジュールの予め定められた位置に配置された複数の第2受光素子に接続され、該第2受光素子からの信号を出力する複数の第2信号端子と、
を備えることを要旨とする。
第1受光素子と、第1受光素子の一面に取り付けられた複数のシンチレータと、各シンチレータの前記第1受光素子へ取り付けられた面の反対側の面に取り付けられた複数の第2受光素子と、を有する放射線検出モジュールを複数備え、前記各放射線検出モジュールは対向する他の放射線検出モジュールと対となるよう1つ又は複数の区画に分けて配置されている放射線検出装置であって、
各放射線検出モジュールの第1受光素子に接続され、前記第1受光素子からの信号を出力する複数の第1信号端子と、
前記区画内の放射線検出モジュールの予め定められた位置に配置された複数の第2受光素子に接続され、該第2受光素子からの信号を出力する複数の第2信号端子と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の放射線検出装置では、第2受光素子からの信号を出力する第2信号端子を区画内の放射線検出モジュールの予め定められた位置に配置された複数の第2受光素子に接続するから、第2信号端子を1つの第2受光素子に接続するものに比して、第2信号端子の数を減らすことができ、装置全体の構成をより簡易にすることができる。
こうした本発明の放射線検出装置において、前記第2信号端子は、前記区画内の放射線検出モジュールにおいて同じ位置に配置された複数の前記第2受光素子に接続されているものとすることもできる。
また、本発明の放射線検出装置において、前記複数の放射線検出モジュールは、環状に配置されているものとすることもできる。これにより、放射線源からの放射線のうちより多くの放射線をシンチレータで捉えることができ、より精度良く放射線源の位置を演算することができる。
さらに、本発明の放射線検出装置において、前記第2受光素子は、前記第1受光素子より感度が高い素子であるものとすることもできる。
そして、本発明の放射線検出装置において、前記第1信号端子からの信号と前記第2信号端子からの信号とを用いて同じタイミングで発光した2個のシンチレータについて該2個のシンチレータ内の発光位置を演算し、前記演算した各シンチレータの発光位置に基づいて放射線源の位置を演算する線源位置演算部を備えるものとすることもできる。こうすれば、より簡易な構成で精度良く放射線源の位置を検出することができる。この場合において、前記線源位置演算部は、前記第1信号端子からの信号の振幅と前記複数の第2信号端子からの信号の振幅との比に基づいて前記発光位置を演算するものとすることもできる。
また、本発明の放射線検出装置において、前記第1受光素子は、アバランシェフォトダイオードであり、前記第2受光素子は、シリコン光電子増倍管であるものとすることもできる。
本発明の陽電子放射断層撮影装置は、
上述した線源位置演算部を備える態様の本発明の放射線検出装置、すなわち、基本的には、第1受光素子と、第1受光素子の一面に取り付けられた複数のシンチレータと、各シンチレータの前記第1受光素子へ取り付けられた面の反対側の面に取り付けられた複数の第2受光素子と、を有する放射線検出モジュールを複数備え、前記各放射線検出モジュールは対向する他の放射線検出モジュールと対となるよう1つ又は複数の区画に分けて配置されている放射線検出装置であって、各放射線検出モジュールの第1受光素子に接続され、前記第1受光素子からの信号を出力する複数の第1信号端子と、前記区画内の放射線検出モジュールの予め定められた位置に配置された複数の第2受光素子に接続され、該第2受光素子からの信号を出力する複数の第2信号端子と、前記第1信号端子からの信号と前記第2信号端子からの信号とを用いて同じタイミングで発光した2個のシンチレータについて該2個のシンチレータ内の発光位置を演算し、前記演算した各シンチレータの発光位置に基づいて放射線源の位置を演算する線源位置演算部と、を備える放射線検出装置と、
前記制限位置演算部により演算された放射線源位置を陽電子の対消滅が生じた位置として画像を形成して表示する画像表示部と、
を備えることを要旨とする。
上述した線源位置演算部を備える態様の本発明の放射線検出装置、すなわち、基本的には、第1受光素子と、第1受光素子の一面に取り付けられた複数のシンチレータと、各シンチレータの前記第1受光素子へ取り付けられた面の反対側の面に取り付けられた複数の第2受光素子と、を有する放射線検出モジュールを複数備え、前記各放射線検出モジュールは対向する他の放射線検出モジュールと対となるよう1つ又は複数の区画に分けて配置されている放射線検出装置であって、各放射線検出モジュールの第1受光素子に接続され、前記第1受光素子からの信号を出力する複数の第1信号端子と、前記区画内の放射線検出モジュールの予め定められた位置に配置された複数の第2受光素子に接続され、該第2受光素子からの信号を出力する複数の第2信号端子と、前記第1信号端子からの信号と前記第2信号端子からの信号とを用いて同じタイミングで発光した2個のシンチレータについて該2個のシンチレータ内の発光位置を演算し、前記演算した各シンチレータの発光位置に基づいて放射線源の位置を演算する線源位置演算部と、を備える放射線検出装置と、
前記制限位置演算部により演算された放射線源位置を陽電子の対消滅が生じた位置として画像を形成して表示する画像表示部と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の陽電子放射断層撮影装置は、上述した線源位置演算部を備える態様の本発明の放射線検出装置を備えているから、上述した線源位置演算部を備える態様の本発明の放射線検出装置が奏する効果、例えば、より精度良く放射線源の位置を演算することができる効果などと同様の効果を奏する。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例として放射線検出装置20が搭載された陽電子放射断層撮影装置(Positron Emission computed Tomography:以下「PET装置」という)100の構成の概略を示す構成図である。PET装置100は、被検体Pが載置される寝台10と、γ線を検出する放射線検出装置20と、放射線検出装置20から入力された信号を処理するデータ収集処理装置40と、データ収集処理装置40から入力された信号を用いて被検体P内での陽電子放出核種の分布を示すPET画像を形成して表示するコンピュータ50とから構成されている。
放射線検出装置20は、撮影口22を環状に取り囲むよう配置された複数の放射線検出モジュール30を備えている。放射線検出モジュール30は、対向する他の放射線検出モジュール30と対となるよう4個の放射線検出モジュール30を1つの区画Sとして複数の区画に分けて配置されている。以下、1つの区画Sに含まれる4個の放射線検出モジュールを、放射線検出モジュール30a〜30dとする。
図2は、各区画内の放射線検出モジュール30a〜30dの構成の一例を示す説明図である。放射線検出モジュール30a〜30dは、図示するように、信号強度に対するエネルギー情報の線形性が良好なアバランシェフォトダイオードとして構成され検出した光を電気信号に変換する大きさS1(例えば、2cm角など)の受光素子PD10と、受光素子PD10の一面に4行4列の行列状に取り付けられ入射したγ線を光に変換する16個のシンチレータSCI1〜SCI16と、時間応答性が良好でアバランシェフォトダイオードより感度が高いシリコン光電子増倍管として構成され各シンチレータに対して受光素子PD10が取り付けられた面の反対側の面に取り付けられ検出した光を電気信号に変換する受光素子PD10より小さい大きさS2(例えば、5mm角など)の16個の受光素子PD21〜PD36を備えている。各区画には、放射線検出モジュール30a〜30dの受光素子PD10に接続された信号端子Tpd01〜Tpd04と、放射線検出モジュール30a〜30dの受光素子PD21〜PD36のうち予め定めた位置の受光素子に接続された信号端子Tpd21〜Tpd36と、信号端子Tpd01〜Tpd04,Tpd21〜Tpd36からの信号を増幅する増幅器Amp01〜04,21〜36とが設けられている。
信号端子Tpd21〜Tpd36は、各放射線検出モジュール30の受光素子PD21〜PD36のうち予め定めた位置の4個の受光素子に接続されている。例えば、信号端子Tpd21は放射線検出モジュール30a〜30dの受光素子PD21に接続されており、信号端子Tpd24は放射線検出モジュール30a〜30dの受光素子PD24に接続されている。つまり、信号端子Tpd21〜Tpd36は、放射線検出モジュール30a〜30dの4個の受光素子に接続されている。このように、1個の信号端子に4個の受光素子を接続することにより、1個の信号端子に1個の受光素子を接続するものより、信号端子の数や増幅器の数を減らすことができ、装置全体をより簡易な構成にすることができる。
データ収集処理装置40には、全ての区画Sの増幅器Amp01〜04,21〜36からの信号が入力される。データ収集処理装置40は、各区画毎に、増幅器Amp01〜Amp04からの各信号の強度I01〜I03と閾値Ith1とを比較し、増幅器Amp21〜Amp36からの各信号の強度I21〜I36と閾値Ith2とを比較する。信号の強度I01〜I04のいずれか1つが閾値Ith1を超えると共に信号の強度I21〜I36のいずれか1つが閾値Ith2を超えたときには、信号の強度が閾値Ith1を超えた増幅器Amp01〜Amp04である検出増幅器ID1と、信号の強度が閾値Ith1を超えた増幅器Amp01〜Amp04の信号の強度であるエネルギー情報Epd1と、強度I21〜I36のうち閾値Ith2を超えた強度の信号が入力されたタイミングTinと、増幅器Amp21〜36のうち信号の強度が閾値Ith2を超えた増幅器である検出増幅器ID2と、増幅器Amp21〜36のうち信号の強度が閾値Ith2を超えた増幅器からの信号の強度であるエネルギー情報Epd2とをコンピュータ50に出力する。ここで、強度I21〜I36のうち閾値Ith2を超えた強度の信号が入力されたタイミング、つまり、時間応答性が良好なシリコン光電子増倍管として構成された受光素子PD21〜36からの信号を用いて得られるタイミングTinをコンピュータ50に出力するから、より精度の高いタイミング情報をコンピュータ50に出力することができる。
コンピュータ50は、図示しないCPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、データを記憶する図示しないメモリやオペレータの操作が入力されるキーボード52,後述の方法で形成したPET画像を表示するディスプレイ54を備えている。コンピュータ50には、データ収集処理装置40からの検出増幅器ID1,ID2,エネルギー情報Epd1,Epd2,タイミングTinなどが入力されている。
こうした構成されたPET装置100では、まず、陽電子放出核種を含む薬剤を摂取した被検体Pを寝台10に載せた状態で放射線検出装置20によるγ線の検出が所定時間実行される。放射線検出装置20によるγ線の検出を実行しているとき、データ収集処理装置40からコンピュータ50へ送られたデータはコンピュータ50のメモリに記憶されていく。そして、γ線の検出が開始されて所定時間経過すると、放射線検出装置20によるγ線の検出を終了し、コンピュータ50のメモリに記憶されているデータを用いて陽電子放出核種の位置を演算し、被検体P内での陽電子放出核種の分布を示すPET画像を形成し、形成したPET画像をディスプレイ54に表示する。
ここで、陽電子放出核種の位置の演算について説明する。図3は、コンピュータ50により実行される核種位置演算処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンが実行されると、コンピュータ50は、メモリに記憶されている各区画毎のタイミングTin、検出増幅器ID1,ID2を用いて同じタイミングで発光した2個の発光シンチレータを特定する(ステップS100)。
ここで、二つの区画1,2で同じタイミングTinがメモリに記憶されているとする。例えば、区画1では、検出増幅器ID1に増幅器Amp01が設定され、検出増幅器ID2に増幅器Amp21が設定されているとすると、増幅器Amp01に接続された受光素子と増幅器Amp21に接続された受光素子との間に配置されたシンチレータ、つまり、放射線検出モジュール30aのシンチレータSCI1が発光シンチレータとして特定される。また、区画2では、検出増幅器ID1に増幅器Amp02が設定され、検出増幅器ID2に増幅器Amp22が設定されているとすると、増幅器Amp02に接続された受光素子と増幅器Amp22に接続された受光素子との間に配置されたシンチレータ、つまり、放射線検出モジュール30bのシンチレータSCI2が発光シンチレータとして特定されるのである。ここで、時間応答性が良好なシリコン光電子増倍管として構成され受光素子PD21〜36からの信号を用いて特定されるタイミングTinを用いて同じタイミングで発光した2個の発光シンチレータを特定するから、精度良く同じタイミングで発光したシンチレータを特定することができる。
続いて、2個の発光シンチレータにおけるエネルギー情報Epd1とエネルギー情報Epd2との比から2個の発光シンチレータの発光位置(相互作用位置、Depth Of Interaction,DOI)を演算し(ステップS110)、2個の発光シンチレータの発光位置を結ぶ線の中心を陽電子放出核種の位置として演算し(ステップS120)、メモリに記憶された全てのデータに対してステップS100〜ステップS120の処理を実行して(ステップS130)、本ルーチンを終了する。このように、エネルギー情報Epd1とエネルギー情報Epd2との比からシンチレータ内の発光位置を演算するから、より精度良く発光位置を演算して陽電子放出核種の位置を演算することができる。
実施例のPET装置100では、こうして演算した陽電子放出核種の位置を用いてPET画像を形成するから、被検体Pが猫やねずみなどの小動物であっても、より精度の良いPET画像を形成することができる。
以上説明した実施例のPET装置100では、信号端子Tpd21〜Tpd36を、各放射線検出モジュール30の受光素子PD21〜PD36のうち予め定めた位置の4個の受光素子に接続することにより、1個の信号端子に1個の受光素子を接続するものより、信号端子の数や増幅器の数を減らすことができ、装置全体をより簡易な構成にすることができる。さらに、エネルギー情報Epd1とエネルギー情報Epd2との比からシンチレータ内の発光位置を演算するから、より精度良く発光位置を演算して陽電子放出核種の位置を演算し、より精度の良いPET画像を形成することができる。
実施例のPET装置100では、放射線検出モジュール30は、環状に配置されているものとしたが、寝台10に載せられた被検体Pの周りに配置されればよいから、例えば、U字状に配置されているものとしてもよい。
実施例のPET装置100では、受光素子PD10がアバランシェフォトダイオードであり、受光素子PD21〜PD36がシリコン光電子増倍管であるものとしたが、受光素子PD10,21〜36としては、検出した光を電気信号に変換する素子であれば如何なるものとしても構わない。また、受光素子PD21〜PD36として、受光素子PD10より感度が低いものを用いても構わない。
実施例のPET装置100では、複数の放射線検出モジュール30が4個の放射線検出モジュール30を1つの区画Sとして複数の区画に分けて配置されているものとしたが、1つの区画Sに含まれる放射線検出モジュールの個数は4個に限定されるものではなく、例えば、2個や10個であってもよいし、1個としてもよい。
実施例のPET装置100では、複数の放射線検出モジュール30は、複数の区画に分けて配置されているものとしたが、全体で1つの区画として配置されているものとしてもよい。
実施例のPET装置100では、受光素子PD21〜PD36は、シンチレータSCI1〜SCI16に取り付けられているものとしたが、図4の変形例の放射線検出モジュール130a〜130dに示されるように、受光素子PD21〜PD36を光反射フィルタ(例えば、入射した光のうち10%の光を透過させるフィルタ)160を介してシンチレータSCI1〜SCI16に取り付けるものとしてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、受光素子PD10が「第1受光素子」に相当し、シンチレータSCI1〜SCI16が「複数のシンチレータ」に相当し、受光素子PD21〜PD36が「複数の第2受光素子」に相当し、放射線検出モジュール30が「放射線検出モジュール」に相当し、信号端子Tpd01〜Tpd04が「第1信号端子」に相当し、信号端子Tpd21〜Tpd36が「第2信号端子」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、放射線検出装置や陽電子放射断層撮影装置の製造産業などに利用可能である。
10 寝台、20 放射線検出装置、22 撮影口、30,30a〜30d,130a〜130d 放射線検出モジュール、40 データ収集処理装置、50 コンピュータ、52 キーボード、54 ディスプレイ、100 PET装置、160 光反射フィルタ、P 被検体、PD10,21〜36 受光素子、S 区画、SCI1〜16、シンチレータ、Tpd01〜04,21〜36 信号端子、Amp01〜04,21〜36 増幅器。
Claims (8)
- 第1受光素子と、第1受光素子の一面に取り付けられた複数のシンチレータと、各シンチレータの前記第1受光素子へ取り付けられた面の反対側の面に取り付けられた複数の第2受光素子と、を有する放射線検出モジュールを複数備え、前記各放射線検出モジュールは対向する他の放射線検出モジュールと対となるよう1つ又は複数の区画に分けて配置されている放射線検出装置であって、
各放射線検出モジュールの第1受光素子に接続され、前記第1受光素子からの信号を出力する複数の第1信号端子と、
前記区画内の放射線検出モジュールの予め定められた位置に配置された複数の第2受光素子に接続され、該第2受光素子からの信号を出力する複数の第2信号端子と、
を備える放射線検出装置。 - 請求項1記載の放射線検出装置であって、
前記第2信号端子は、前記区画内の放射線検出モジュールにおいて同じ位置に配置された複数の前記第2受光素子に接続されている
放射線検出装置。 - 請求項1または2記載の放射線検出装置であって、
前記複数の放射線検出モジュールは、環状に配置されている
放射線検出装置。 - 請求項1ないし3のいずれか1つの記載の放射線検出装置であって、
前記第2受光素子は、前記第1受光素子より感度が高い素子である
放射線検出装置。 - 請求項1ないし4のいずれか1つの記載の放射線検出装置であって、
前記第1信号端子からの信号と前記第2信号端子からの信号とを用いて同じタイミングで発光した2個のシンチレータについて該2個のシンチレータ内の発光位置を演算し、前記演算した各シンチレータの発光位置に基づいて放射線源の位置を演算する線源位置演算部
を備える放射線検出装置。 - 請求項5記載の放射線検出装置であって、
前記線源位置演算部は、前記第1信号端子からの信号の振幅と前記複数の第2信号端子からの信号の振幅との比に基づいて前記発光位置を演算する
ことを特徴とする放射線検出装置。 - 請求項1ないし6のいずれか1つの請求項に記載の放射線検出装置であって、
前記第1受光素子は、アバランシェフォトダイオードであり、
前記第2受光素子は、シリコン光電子増倍管である
放射線検出装置。 - 請求項5ないし7のいずれか1つの請求項に記載の放射線検出装置と、
前記線源位置演算部により演算された放射線源位置を陽電子の対消滅が生じた位置とする画像を形成して表示する画像表示部と、
を備える陽電子放射断層撮影装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017038133A1 (ja) * | 2015-09-04 | 2017-03-09 | 株式会社島津製作所 | 放射線検出器および検出器モジュール |
KR101717687B1 (ko) * | 2016-04-18 | 2017-03-20 | 한국과학기술원 | 유효 신호 선별 기능 및 채널 감소 기능을 가진 양전자 방출 단층촬영용 검출기 구동회로 |
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KR101717687B1 (ko) * | 2016-04-18 | 2017-03-20 | 한국과학기술원 | 유효 신호 선별 기능 및 채널 감소 기능을 가진 양전자 방출 단층촬영용 검출기 구동회로 |
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