JP2020053131A - 高エネルギ線検出器および断層画像取得装置 - Google Patents

高エネルギ線検出器および断層画像取得装置 Download PDF

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Abstract

【課題】容易に製造することができる高エネルギ線検出器を提供する。【解決手段】高エネルギ線検出器1Aは、真空容器40内に検出ユニット2を備える。検出ユニット2は、第1電子増倍部10、第2電子増倍部20および電子収集部30を備える。第1電子増倍部10および第2電子増倍部20それぞれは、入射した高エネルギ線(γ線、X線(特に硬X線)、中性子線)との相互作用により電子を放出し電子を増倍して出力する1以上のMCPを有する。電子収集部30は、高エネルギ線に対して透過性を有する。電子収集部30は、第1電子増倍部10および第2電子増倍部20それぞれから増倍されて出力された電子を収集して電気パルス信号を出力する。【選択図】図1

Description

本発明は、高エネルギ線検出器および断層画像取得装置に関するものである。
入射した高エネルギ線(例えばγ線)を検出する検出器として、特許文献1に記載されたものが知られている。この文献に記載された検出器は、チェレンコフ輻射体、光電変換部、マイクロチャネルプレート(MCP: Micro Chanel Plate)およびアノード電極を1組の検出ユニットとして、複数組の検出ユニットが真空容器の内部に配置された構成を有する。
この検出器の各検出ユニットにおいて、入射したγ線との相互作用により輻射体でチェレンコフ光が発生すると、そのチェレンコフ光が光電変換部に入射して該光電変換部から電子が放出される。光電変換部から放出された電子がMCPにより増倍され、MCPで増倍されて出力された電子がアノード電極により収集されて、アノード電極から電気パルス信号が出力される。この文献の記載によれば、この検出器は、γ線の光子が到来した時刻を検出することができるので、TOF-PET装置に用いることができるとされている。
γ線を検出する検出器は例えば断層画像取得装置において用いられる。断層画像取得装置の一種であるPET(Positron Emission Tomography)装置は、RI(Radio Isotope)線源が投入された被検体を測定空間に置き、その被検体における電子・陽電子の対消滅に伴って発生するγ線の光子対を同時計数法で検出して同時計数情報を収集し、この収集した同時計数情報に基づいて被検体の断層画像を取得する。通常のPET装置は、収集した同時計数情報に基づいて所定のアルゴリズムに従って反復計算を行うことで被検体の断層画像を再構成する。
これに対して、次世代のPET装置として期待されているTOF(Time of Flight)-PET装置は、被検体における電子・陽電子の対消滅の事象毎に、光子対を検出した2つの検出器の間の光子検出時刻の差に基づいて、これら2つの検出器を互いに結ぶ同時計数ラインを2つの検出器の検出時刻差の揺らぎに相当する長さに限定することができる。TOF-PET装置は、被検体における電子・陽電子の対消滅の事象毎に求めた限定的な同時計数ラインから被検体の断層画像を取得する。
したがって、TOF-PET装置では、通常のPET装置と比べて画像のSNR(Signal to Noise Ratio)が良くなる。
米国特許第8604440号明細書
しかしながら、特許文献1に記載された検出器は、真空容器の狭い内部空間に多くの部品を配置する必要があり、製造が容易でない。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、容易に製造することができる薄型な高エネルギ線検出器を提供することを目的とする。
本発明の一側面の高エネルギ線検出器は、(1) 入射した高エネルギ線との相互作用により電子を放出し電子を増倍して出力する1以上のマイクロチャネルプレートを有する第1電子増倍部と、(2) 入射した高エネルギ線との相互作用により電子を放出し電子を増倍して出力する1以上のマイクロチャネルプレートを有する第2電子増倍部と、(3) 高エネルギ線に対して透過性を有し、第1電子増倍部および第2電子増倍部それぞれから増倍されて出力された電子を収集して電気パルス信号を出力する電子収集部と、を備える。本発明の高エネルギ線検出器では、第1電子増倍部、電子収集部および第2電子増倍部が、この順に所定方向に沿って配置されている。所定方向に沿って順に配置された第1電子増倍部、電子収集部および第2電子増倍部を1組の検出ユニットとして、複数組の検出ユニットが所定方向に沿って配置されているのが好適である。
本発明の他の一側面の高エネルギ線検出器は、入射した高エネルギ線との相互作用により電子を放出し電子を増倍して出力する1以上のマイクロチャネルプレートを有する電子増倍部と、高エネルギ線に対して透過性を有し電子増倍部から増倍されて出力された電子を収集して電気パルス信号を出力する電子収集部と、を所定方向に沿って配置したものを1組の検出ユニットとして、複数組の検出ユニットが所定方向に沿って配置されている。
なお、本発明の高エネルギ線検出器が検出する高エネルギ線は、γ線、X線(特に硬X線)または中性子線である。
電子収集部は、絶縁性基板と、この絶縁性基板の主面に設けられた導電部と、を含むのが好適である。電子収集部は、絶縁性基板の主面に設けられた複数の導電部を含み、複数の導電部それぞれにおいて電子を収集して電気パルス信号を出力するのが好適である。電子収集部は、半導体基板と、この半導体基板の主面に設けられた複数の導電部と、を含み、複数の導電部それぞれから出力される電気パルス信号を読み出すための回路が半導体基板に形成されているのが好適である。マイクロチャネルプレートの母材は、高原子番号な物質または中性子との間の相互作用により電子を放出する物質を含むのが好適である。
本発明の断層画像取得装置は、測定空間に置かれた被検体の断層画像を取得する装置であって、測定空間の周囲に設けられ高エネルギ線を検出する複数の検出器それぞれとして、上記の本発明の高エネルギ線検出器を備える。本発明の断層画像取得装置は、X線源を更に備え、高エネルギ線検出器は、X線源から出力されて被検体を透過したX線を検出するとともに、RI線源が投入された被検体において電子・陽電子の対消滅に伴って発生するγ線を検出するのが好適である。
本発明の高エネルギ線検出器は薄型で容易に製造することができる。
図1は、第1実施形態の高エネルギ線検出器1Aの構成を示す図である。 図2は、電子収集部30の構成例を示す図である。 図3は、電子収集部30の他の構成例を示す図である。 図4は、図3の電子収集部30とともに用いられる信号読出部材50の構成例を示す図である。 図5は、図3の電子収集部30と図4の信号読出部材50との電気的接続を示す図である。 図6は、信号読出部材50における読出回路の回路構成例を示す図である。 図7は、第2実施形態の高エネルギ線検出器1Bの構成を示す図である。 図8は、高エネルギ線検出器1Bの複数組の検出ユニット2のうち隣り合う2つの検出ユニット2の構成例を示す図である。 図9は、高エネルギ線検出器1Bの複数組の検出ユニット2のうち隣り合う2つの検出ユニット2の他の構成例を示す図である。 図10は、複数個の高エネルギ線検出器1Bを並列配置した構成を示す図である。 図11は、複数個の高エネルギ線検出器1Bを並列配置した他の構成を示す図である。 図12は、第3実施形態の高エネルギ線検出器1Cの構成を示す図である。 図13は、第4実施形態の高エネルギ線検出器1Dの構成を示す図である。 図14は、PET/CT装置100の構成を示す図である。 図15は、PET/CT装置100の軸方向に見た検出器リング111における高エネルギ線検出器1の配置を示す図である。 図16は、PET/CT装置100の検出器リング111における高エネルギ線検出器1から出力される電気パルス信号の処理について説明する図である。 図17は、PET/CT装置100の動作例を示すフローチャートである。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
図1は、第1実施形態の高エネルギ線検出器1Aの構成を示す図である。高エネルギ線検出器1Aは、真空容器40内に1組の検出ユニット2を備える。検出ユニット2は、第1電子増倍部10、第2電子増倍部20および電子収集部30を備える。
第1電子増倍部10および第2電子増倍部20それぞれは、入射した高エネルギ線(γ線、X線(特に硬X線)、中性子線)との相互作用により電子を放出し電子を増倍して出力する1以上のMCPを有する。第1電子増倍部10および第2電子増倍部20それぞれは、十分な電子増倍率を得るために、複数枚のMCPが積層された構成を有するのが好ましい。2枚のMCPが積層された構成の場合、電子増倍率は10程度が可能である。本実施形態では、第1電子増倍部10は積層された2枚のMCP11およびMCP12を有するものとし、第2電子増倍部20は積層された2枚のMCP21およびMCP22を有するものとする。第1電子増倍部10および第2電子増倍部20において、MCP1枚の厚さは0.2mmであり、電子収集部の厚さは0.1mmであり、MCPと電子収集部との間隔は0.1mmに配置するので、第1電子増倍部10および第2電子増倍部20を含んだ検出部の厚さは1.1mmと薄い。
高エネルギ線としてγ線またはX線を検出する場合には、各MCPの母材は、それらに対するストッピングパワーの高い鉛を含むガラス材料からなる。高エネルギ線として中性子線を検出する場合には、各MCPの母材は、中性子との間の相互作用により電子を放出する物質(B、Li、Gd等)を含むガラス材料からなる。
電子収集部30は、高エネルギ線に対して透過性を有する。電子収集部30は、第1電子増倍部10および第2電子増倍部20それぞれから増倍されて出力された電子を収集して電気パルス信号を出力する。電子収集部30はアノード電極である。電子収集部30は平板形状を有する。
第1電子増倍部10、電子収集部30および第2電子増倍部20は、この順に所定方向に沿って配置されている。すなわち、電子収集部30は、第1電子増倍部10と第2電子増倍部20との間に設けられている。
第1電子増倍部10のMCP11,12の積層体において、電子収集部30から遠い側の面に入力側電極13が設けられ、電子収集部30に近い側の面に出力側電極14が設けられている。出力側電極14の電位は、入力側電極13の電位より高く設定され、電子収集部30の電位より低く設定される。
第2電子増倍部20のMCP21,22の積層体において、電子収集部30から遠い側の面に入力側電極23が設けられ、電子収集部30に近い側の面に出力側電極24が設けられている。出力側電極24の電位は、入力側電極23の電位より高く設定され、電子収集部30の電位より低く設定される。
入力側電極13の設定電位と入力側電極23の設定電位とは互いに同じであってもよい。出力側電極14の設定電位と出力側電極24の設定電位とは互いに同じであってもよい。例えば、アノード電極である電子収集部30は接地電位(0V)に設定され、入力側電極13および入力側電極23の電位MCPinは−2.1kVに設定され、出力側電極14および出力側電極24の電位MCPoutは−0.1kVに設定される。
真空容器40のうち高エネルギ線を内部へ入射させる窓部は、高エネルギ線に対して透過性を有する。その窓部に近い側に第1電子増倍部10が配置されているとすると、窓部から真空容器40の内部へ入射した高エネルギ線は、先ず第1電子増倍部10に到達する。このとき、第1電子増倍部10のMCP11,12において高エネルギ線との相互作用により電子が放出されると、その電子はMCP11,12により増倍され、その増倍された電子は第1電子増倍部10から電子収集部30へ到達し、電子収集部30から電気パルス信号Signal_outが出力される。
真空容器40の内部へ入射した高エネルギ線が第1電子増倍部10のMCP11,12において相互作用しなかった場合、その高エネルギ線は、第1電子増倍部10および電子収集部30を透過して、第2電子増倍部20に到達する。このとき、第2電子増倍部20のMCP21,22において高エネルギ線との相互作用により電子が放出されると、その電子はMCP21,22により増倍され、その増倍された電子は第2電子増倍部20から電子収集部30へ到達し、電子収集部30から電気パルス信号Signal_outが出力される。
第1電子増倍部10および電子収集部30に加えて第2電子増倍部20をも備える構成とすることで、高エネルギ線の検出の効率が約2倍となる。なお、電子収集部30において高エネルギ線が相互作用して電子が放出されたとしても、その電子は増倍されないので、電子収集部30から電気パルス信号として出力されることはない。
この高エネルギ線検出器1Aは、シンチレータやチェレンコフ輻射体が不要であり、光電変換部も不要である。この高エネルギ線検出器1Aは、第1電子増倍部10、第2電子増倍部20および電子収集部30を真空容器40内に配置すればよく、また、第1電子増倍部10および第2電子増倍部20を互いに同じ構成としてもよいので、容易に製造することができる。
アノード電極である電子収集部30は、単一の導電性材料(金属)からなる平板であってもよいが、この場合、高エネルギ線に対して十分な透過性を有するために、厚みが小さいのが好ましい。電子収集部30は金属箔(例えばTi箔、Al箔、Cu箔等)であるのが好ましい。
電子収集部30は、図2に示されるように、絶縁性基板31の2つの主面上に導電部32が設けられたものであってもよい。絶縁性基板31は樹脂基板(例えばポリイミド基板)であるのが好適である。導電部32は金属膜(例えばAl膜、Cu膜等)であるの好適である。例えば、ポリイミド基板の厚みは20μmであり、Cu膜の厚みは2μmである。このような構成とすることで、電子収集部30は、高エネルギ線に対して十分な透過性を有することができる。
電子収集部30は、図3に示されるように、絶縁性基板31の主面上に複数の導電部32が1次元または2次元に配列されたものであってもよい。図3では、絶縁性基板31の主面上に36個の導電部32が6行6列に配列されている。複数の導電部32それぞれが、電子を収集して電気パルス信号を出力する。複数の導電部32それぞれからの電気パルス信号を外部へ読み出すための配線は、絶縁性基板31の主面上に形成されていてもよいし、絶縁性基板31の内部に埋め込まれて形成されていてもよい。
図3に示される電子収集部30の替わりに複数の電気パルス信号を外部へ読み出すための部材として、図4に示される信号読出部材50を用いてもよい。この信号読出部材50は、半導体基板51の一方の主面上にMCPからの電子を受ける複数の導電部57が1次元または2次元に配列され、また、他方の主面上に導電部52が配列されたものである。2つの信号読出部材50に電力を供給し、また、2つの信号読出部材50から信号を読み出すために、両者の間には電力供給部材70を配置する。電力供給部材70の基板71上の導電部72と信号読出部材50の導電部52とは、図5に示されるように、例えばバンプ53により電気的に接続される。
信号読出部材50の半導体基板51には、各導電部57からの電気パルス信号を電力供給部材70を介して外部へ読み出すための読出回路および配線が形成されている。この読出回路は、図6に示されるように、チャージアンプ54、シェーピングアンプ55およびローレベルディスクリミネータ56を含む。チャージアンプ54は、電子収集部30の導電部32から出力されて導電部52を経て入力された電荷信号を電流信号に変換する。シェーピングアンプ55は、チャージアンプ54から出力された電流信号を入力し、この電流信号の波形を整形するとともに増幅して電圧信号として出力する。ローレベルディスクリミネータ(LLD: Lower Level Discriminator)56は、シェーピングアンプ55から出力された電圧信号を入力し、この電圧信号の値が所定の閾値を超えたときに所定の波高を有するデジタルパルスを出力する。LLD56の出力信号はロジック回路に送られて、出力タイミングが記憶される。このロジック回路から出力された信号は電力供給部材70を介して外部回路に送られて、この外部回路において信号が処理される。
なお、1個の電力供給部材70に対して複数個の信号読出部材50が設けられてもよい。
図3〜図5の電子収集部30は、複数の導電部32または複数の導電部57、すなわち、複数のアノード電極を有する。この電子収集部30は、複数の導電部32の配列ピッチに応じた空間分解能を有することができる。MCPは、10μm径のチャンネル内で電子を増倍するので、高い空間分解能を有する。したがって、例えば、電子収集部30における導電部32の配列ピッチを100μmとすれば、100μmの空間分解能で信号を得ることができる。なお、シンチレータまたはチェレンコフ輻射体を用いる高エネルギ線検出器では、シンチレータまたはチェレンコフ輻射体のサイズ、および、シンチレータまたはチェレンコフ輻射体から光検出器に到るまでの光の拡がりが、空間分解能を決めることになり、空間分解能は2mm程度が限界である。
図7は、第2実施形態の高エネルギ線検出器1Bの構成を示す図である。高エネルギ線検出器1Bは、真空容器40内に複数組(図では3組)の検出ユニット2を備える。第1実施形態の場合と同様に、各検出ユニット2では、第1電子増倍部10、第2電子増倍部20および電子収集部30は、この順に所定方向に沿って積層配置されている。この所定方向に沿って複数組の検出ユニット2が積層配置されている。各検出ユニット2に対して入力側電極13,23の電位MCPinおよび出力側電極14,24の電位MCPoutが印加される。複数組の検出ユニット2の電子収集部30から共通の信号線に電気パルス信号Signal_outが出力される。
このような積層構造とすることで、窓部に最も近い位置に配置された第1組の検出ユニット2により高エネルギ線を検出できなくても、その高エネルギ線を次段の第2組の検出ユニット2により検出できる場合がある。また、第1組および第2組の検出ユニット2により高エネルギ線を検出できなくても、その高エネルギ線を最終段の第3組の検出ユニット2により検出できる場合がある。したがって、高エネルギ線の検出の効率を高めることができる。
図8および図9は、高エネルギ線検出器1Bの複数組の検出ユニット2のうち隣り合う2つの検出ユニット2の構成例を示す図である。図8は、各検出ユニット2において電子収集部30が1つのアノード電極である場合を示す。図9は、各検出ユニット2において電子収集部30が絶縁性基板31上に複数の導電部32を有する構成である場合を示す。前段の検出ユニット2の第2電子増倍部20の入力側電極23と、後段の検出ユニット2の第1電子増倍部10の入力側電極13とは、同電位とすることができるので、近接配置しても放電が生じることはない。また、前段の検出ユニット2の第2電子増倍部20の入力側電極23と、後段の検出ユニット2の第1電子増倍部10の入力側電極13とは、共通の電極とすることもできる。したがって、高エネルギ線検出器1Bの厚さを薄くするだけでなく、配線を容易にすることができる。
なお、図7〜図9に示された高エネルギ線検出器1Bの構成では、複数組の検出ユニット2の電子収集部30から共通の信号線に電気パルス信号Signal_outが出力される。これに対して、各検出ユニット2の電子収集部30から独立に電気パルス信号Signal_outが出力されてもよい。このようにすることで、複数組の検出ユニット2のうちの何れの検出ユニット2が高エネルギ線を検出したかが分かる。すなわち、高エネルギ線の飛行方向上の検出位置の計測(DOI(Depth of Interaction)計測)が可能となる。したがって、この高エネルギ線検出器1BをTOF-PET装置に用いれば、同時計数ライン上における対消滅位置をより精確に求めることができる。
図10は、複数個の高エネルギ線検出器1Bを並列配置した構成を示す図である。この図に示される構成は、図7に示された高エネルギ線検出器1Bを複数個(図では2個)並列に配置した上で、各高エネルギ線検出器1Bの第1組の検出ユニット2の電子収集部30から共通の信号線に電気パルス信号Out1を出力する構成とし、各高エネルギ線検出器1Bの第2組の検出ユニット2の電子収集部30から共通の信号線に電気パルス信号Out2を出力する構成とし、また、各高エネルギ線検出器1Bの第3組の検出ユニット2の電子収集部30から共通の信号線に電気パルス信号Out3を出力する構成としたものである。この構成では、DOI計測が可能であるだけでなく、高エネルギ線の検出可能範囲が拡大される。
図11は、複数個の高エネルギ線検出器1Bを並列配置した他の構成を示す図である。図10に示された構成では、MCPに対して垂直方向から高エネルギ線が入射するように各高エネルギ線検出器1Bが配置されたのに対して、図11に示される構成では、MCPに対して斜め方向から高エネルギ線が入射するように各高エネルギ線検出器1Bが配置されている。すなわち、各高エネルギ線検出器1Bにおける複数組の検出ユニット2の積層の方向は、高エネルギ線の入射方向と異なる。このような構成とすることにより、不感領域を小さくすることができる。
図12は、第3実施形態の高エネルギ線検出器1Cの構成を示す図である。高エネルギ線検出器1Cは、真空容器40内に複数組(図では9組)の検出ユニット2を備える。図7に示された高エネルギ線検出器1Bは、複数組の検出ユニット2が積層配置された構成を有していたのに対して、図12に示される高エネルギ線検出器1Cは、複数組の検出ユニット2が積層配置された構成が更に並列配置された構成を有する。この高エネルギ線検出器1Cでは、DOI計測が可能であるだけでなく、高エネルギ線の検出可能範囲が拡大される。また、図10に示された構成と比較すると、図12に示される高エネルギ線検出器1Cは、複数組の検出ユニット2が積層配置された構成が更に並列配置された構成を有する点では同じであるが、1つの真空容器40内において積層配置に加えて並列配置された構成を有する点で相違する。したがって、図10に示された構成と比較すると、この高エネルギ線検出器1Cでは、並列配置の間隔を狭くすることができるので、不感領域を小さくすることができる。
図13は、第4実施形態の高エネルギ線検出器1Dの構成を示す図である。高エネルギ線検出器1Dは、真空容器40内において所定方向に沿って積層配置された複数組(図では5組)の検出ユニット3を備える。各検出ユニット3は、電子増倍部10および電子収集部30を備える。各検出ユニット3の電子増倍部10は、これまでに説明した検出ユニット2の第1電子増倍部10と同様の構成を有する。各検出ユニット3の電子収集部30は、これまでに説明した検出ユニット2の電子収集部30と同様の構成を有する。これまでに説明した検出ユニット2は第1電子増倍部10および電子収集部30に加えて第2電子増倍部20をも備えていたのに対して、第4実施形態における検出ユニット3は、電子増倍部10および電子収集部30を備えるものの、第2電子増倍部20に相当するものを備えていない。
このような積層構造とすることで、窓部に最も近い位置に配置された第1組の検出ユニット3により高エネルギ線を検出できなくても、その高エネルギ線を次段の第2組の検出ユニット3により検出できる場合がある。また、第1組および第2組の検出ユニット3により高エネルギ線を検出できなくても、その高エネルギ線を第3組の検出ユニット3により検出できる場合がある。同様にして、第1組〜第n組の検出ユニット3により高エネルギ線を検出できなくても、その高エネルギ線を第(n+1)組の検出ユニット3により検出できる場合がある。したがって、高エネルギ線の検出の効率を高めることができる。
なお、図13に示される第4実施形態の高エネルギ線検出器1Dは、これまでに図2〜図12を用いて説明した具体例または変形例と同様の構成としてもよい。
本実施形態の高エネルギ線検出器は、測定空間に置かれた被検体の断層画像を取得する断層画像取得装置において、該測定空間の周囲に設けられ高エネルギ線を検出する検出器として用いられ得る。ここで、断層画像取得装置には、PET装置、X線CT装置およびPET/CT装置が含まれる。また、PET装置には、通常のPET装置の他、TOF-PET装置も含まれる。PET装置においては、本実施形態の高エネルギ線検出器は、RI線源が投入された被検体において電子・陽電子の対消滅に伴って発生するγ線を検出する。X線CT装置においては、本実施形態の高エネルギ線検出器は、X線源から出力されて被検体を透過したX線を検出する。PET/CT装置においては、本実施形態の高エネルギ線検出器は、X線源から出力されて被検体を透過したX線を検出するとともに、RI線源が投入された被検体において電子・陽電子の対消滅に伴って発生するγ線を検出する。
図14および図15は、PET/CT装置100の構成を示す図である。PET/CT装置100は、ガントリ110、テーブル120および駆動部130を備える。ガントリ110は、検出器リング111、X線源112およびエンドシールド113を含む。
図15は、PET/CT装置100の軸方向に見た検出器リング111における高エネルギ線検出器1の配置を示す図である。検出器リング111は、測定空間から到達するX線またはγ線を検出する多数の高エネルギ線検出器1を含む。これら多数の高エネルギ線検出器1は、これまでに説明した本実施形態のものであり、測定空間を囲んで配置されている。隣り合う高エネルギ線検出器1の間のデッドスペースを無くしてサンプリングを向上させるために、検出器リング111は軸周りに回動するのが好適である。その回動角は、デッドスペースを含め少なくとも高エネルギ線検出器1つ分でよい。
X線源112は、検出器リング111内を回転してもよいし、検出器リング111外で回転してもよい。X線源112が検出器リング111内を回転する場合、X線CTスキャンしていない期間は、そのX線源112を検出器リング111外であってエンドシールド113の側方に退避させておく。X線源112の位置情報を取得できるので、2個以上のX線源112を同時に回転させて計測することが可能である。例えば、異なる管電圧のX線源を用いれば、複数のエネルギ領域のX線による計測が可能であるので、体内の物質分布をより正確に計測することができる。
テーブル120には、PET薬剤(RI線源)およびCT造影剤が投与された被検体200が載せられる。テーブル120は、駆動部130により駆動されて、上下方向および軸方向に移動が可能である。テーブル120に載せられた被検体200は、検出器リング111内の測定空間へ搬送されて、X線CTスキャンおよびPETスキャンが行われる。
図16は、PET/CT装置100の検出器リング111における高エネルギ線検出器1から出力される電気パルス信号の処理について説明する図である。高エネルギ線検出器1から出力される電気パルス信号を処理する回路として、光子計数回路141および積分回路142の何れかが選択的に用いられる。光子計数回路141は、個々の光子検出イベントを区別して計数すること(フォトンカウンティング)が可能である。積分回路142は、個々の光子検出イベントを区別することなく、或る一定期間に亘る信号値の合算が可能である。光子計数回路141および積分回路142は、高エネルギ線検出器1から出力される電気パルス信号の大きさに応じて使い分けられる。
例えば、高エネルギ線検出器1がγ線を検出するPETスキャンの期間では、高エネルギ線検出器1から出力される電気パルス信号を光子計数回路141により処理することにより、フォトンカウンティングを行うことができる。高エネルギ線検出器1がX線を検出するX線CTスキャンの期間では、光子計数回路141に処理を行えばフォトンカウンティングCTとして利用でき、積分回路142により処理を行えば通常のCTとして利用できる。
図17は、PET/CT装置100の動作例を示すフローチャートである。PET薬剤(RI線源)およびCT造影剤が被検体に投与され(ステップS1)、その被検体は、テーブル120に載せられて、測定空間に搬送される。測定空間に置かれた被検体に対して、位置決めのためのX線CTスキャンが行われ(ステップS2)、X線による断層画像を取得するためのX線CTスキャンが行われ(ステップS3)、γ線による断層画像を取得するためのPETスキャンが行われる(ステップS4)。X線CTスキャン(ステップS3)で得られたデータに基づいて、被検体におけるγ線吸収分布の画像(PET吸収補正画像)が作成される(ステップS5)。そして、PETスキャン(ステップS4)で得られたデータ、および、ステップS5で作成されたPET吸収補正画像に基づいて、吸収補正後のPET/CT画像が取得される(ステップS6)。
なお、PETスキャン(ステップS4)では、PET/CT装置100は、通常のPET装置としての動作が可能であるが、TOF-PET装置としての動作も可能である。また、PETスキャン(ステップS4)では、データ収集と同時に吸収補正を行ってもよい。
本実施形態の高エネルギ線検出器は、電子増倍部のMCPを高エネルギ線の阻止および電子の増倍の双方の為に使用しているので、例えば50ps以下の高速な検出が可能である。本実施形態の高エネルギ線検出器は、複数の電子増倍部および電子収集部を積層した構成を有するので、検出効率が高い。検出ユニットを更に積層した構成を有することで、検出効率を更に向上することができる。複数組の検出ユニットを積層したとき、対向するMCPの電極の電位を同じにすることができるので、配線数を少なくすることができる。また、対向するMCPの電極の間の耐圧の心配がないので、その間隔を小さくすることができ、積層しても高エネルギ線検出器を薄くできる。
電子収集部は薄く形成することで、電子収集部による検出効率の低下を最小限にすることができる。チェレンコフ輻射体およびシンチレータが不要であるので、安価に高エネルギ線検出器を構成することができる。また、光電変換部が不要であるので、容易に安価に高エネルギ線検出器を構成することができる。真空容器により真空空間を実現することができれば、真空シールの必要はない。
電子収集部において複数の導電部を配列することにより、容易にマルチピクセル化することができ、また、MCPによる電子増倍であるので高い空間分解能を実現することができる。チェレンコフ輻射体またはシンチレータと光検出器とを組み合わせた場合に比べると、本実施形態の高エネルギ線検出器は、光による空間分解能のロスおよびクロストークを低減することができる。半導体基板の主面上に複数の導電部が1次元または2次元に配列された信号読出部材を用いることにより、或いは、この信号読出部材50を電子収集部として用いることにより、数10μmの空間分解能を得ることができる。
PET装置では、ガントリの中心を通る放射状の線に対して斜めに高エネルギ線検出器を配置することによって、不感領域を無くすと共に、DOI計測を実現することができる。MCPの母材の材料がX線またはγ線と強く相互作用する鉛を多く含有することにより、これらの放射線の検出効率を向上することができる。MCPの母材の材料が中性子と強く相互作用する物質(B、Li、Gd等)を含有することにより、中性子の検出効率を向上することができる。
1A〜1D…高エネルギ線検出器、2,3…検出ユニット、10…第1電子増倍部、11,12…マイクロチャネルプレート(MCP)、13…入力側電極、14…出力側電極、20…第2電子増倍部、21,22…マイクロチャネルプレート(MCP)、23…入力側電極、24…出力側電極、30…電子収集部、31…絶縁性基板、32…導電部、40…真空容器、50…信号読出部材、51…半導体基板、52…導電部、100…PET/CT装置、110…ガントリ、111…検出器リング、112…X線源、113…エンドシールド、120…テーブル、130…駆動部。

Claims (9)

  1. 入射した高エネルギ線との相互作用により電子を放出し電子を増倍して出力する1以上のマイクロチャネルプレートを有する第1電子増倍部と、
    入射した高エネルギ線との相互作用により電子を放出し電子を増倍して出力する1以上のマイクロチャネルプレートを有する第2電子増倍部と、
    高エネルギ線に対して透過性を有し、前記第1電子増倍部および前記第2電子増倍部それぞれから増倍されて出力された電子を収集して電気パルス信号を出力する電子収集部と、
    を備え、
    前記第1電子増倍部、前記電子収集部および前記第2電子増倍部が、この順に所定方向に沿って配置されている、
    高エネルギ線検出器。
  2. 所定方向に沿って順に配置された前記第1電子増倍部、前記電子収集部および前記第2電子増倍部を1組の検出ユニットとして、複数組の前記検出ユニットが前記所定方向に沿って配置されている、
    請求項1に記載の高エネルギ線検出器。
  3. 入射した高エネルギ線との相互作用により電子を放出し電子を増倍して出力する1以上のマイクロチャネルプレートを有する電子増倍部と、高エネルギ線に対して透過性を有し前記電子増倍部から増倍されて出力された電子を収集して電気パルス信号を出力する電子収集部と、を所定方向に沿って配置したものを1組の検出ユニットとして、
    複数組の前記検出ユニットが前記所定方向に沿って配置されている、
    高エネルギ線検出器。
  4. 前記電子収集部は、絶縁性基板と、この絶縁性基板の主面に設けられた導電部と、を含む、
    請求項1〜3の何れか1項に記載の高エネルギ線検出器。
  5. 前記電子収集部は、前記絶縁性基板の主面に設けられた複数の導電部を含み、前記複数の導電部それぞれにおいて電子を収集して電気パルス信号を出力する、
    請求項4に記載の高エネルギ線検出器。
  6. 前記電子収集部は、
    半導体基板と、この半導体基板の主面に設けられた複数の導電部と、を含み、
    前記複数の導電部それぞれから出力される電気パルス信号を読み出すための回路が前記半導体基板に形成されている、
    請求項1〜3の何れか1項に記載の高エネルギ線検出器。
  7. 前記マイクロチャネルプレートの母材は、中性子との間の相互作用により電子を放出する物質を含む、
    請求項1〜6の何れか1項に記載の高エネルギ線検出器。
  8. 測定空間に置かれた被検体の断層画像を取得する装置であって、
    前記測定空間の周囲に設けられ高エネルギ線を検出する複数の検出器それぞれとして、請求項1〜7の何れか1項に記載の高エネルギ線検出器を備える、
    断層画像取得装置。
  9. X線源を更に備え、
    前記高エネルギ線検出器は、前記X線源から出力されて前記被検体を透過したX線を検出するとともに、RI線源が投入された前記被検体において電子・陽電子の対消滅に伴って発生するγ線を検出する、
    請求項8に記載の断層画像取得装置。
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