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

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１０^６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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