JP2020501116A - 視差効果補償を有するガンマ線検出器 - Google Patents

Abstract

本発明は、視差効果を補償するガンマ線検出器に関する。ガンマ線検出器１００は、複数のシンチレータ素子１０１と、平面光学検出器アレイ１０２と、ピンホールアパーチャ１０４を含むピンホールコリメータ１０３とを含む。各シンチレータ素子は、ガンマ線受け面１０１’及び反対側のシンチレーション光出力面１０１’’を含む。各シンチレータ素子のガンマ線受け面は、ピンホールアパーチャから受け取るガンマ線に応えてシンチレーション光を発生させるために、ピンホールアパーチャに面するように配置される。シンチレータ素子は、群１０５に配置され、各群は、ピンホールアパーチャ１０４と一直線上にある群軸１０６であって、各群における各シンチレータ素子のガンマ線受け面に垂直である群軸１０６を有する。各シンチレータ素子のシンチレーション光出力面は、平面光学検出器アレイ１０２と光学的に連絡している。

Description

本発明は、シンチレーション型ガンマ線検出器に関する。より具体的には、当該ガンマ線検出器は、視差効果を補償する。当該ガンマ線検出器は、一般にガンマ線検出器に応用される。しかし、当該ガンマ線検出器は、単光子放出コンピュータ断層撮影、即ち、ＳＰＥＣＴといったガンマ線撮像システム、核医学分野における撮像システムに特に応用され、これを参照して説明する。

核医学分野では、体内の放射性トレーサの分布を測定することによって、様々な臓器の機能が研究される。放射性トレーサは、通常、医師によって患者に注入されるガンマ線放出体である。放射性トレーサは、種々の生物学的分子及びプロセスと親和性を有し、この結果、放射性トレーサは、体内の特定の関心領域に優先的に吸収される。所定の取り込み時間の後、これらの関心領域は、放射性トレーサの放射性崩壊中に当該放射性トレーサによって放出されるガンマ線を検出する１つ以上のガンマ線検出器を使用して、モニタリング又は画像化される。

ガンマ線検出器のサブクラスは、シンチレーション型検出器である。シンチレーション型検出器では、シンチレータ素子が、受けたガンマ線に応えて光パルスを発生させる。シンチレータ材料及び検出されるガンマ線のエネルギーに依存して、シンチレータ素子は、長さが約３〜３０ｍｍであってよい。続いて光検出器が、シンチレータ素子内で発生された光パルスを検出し、これにより、ガンマ線を受け取ったことが示される。各ガンマ線検出器の指向性感度を制御するために、通常、コリメータが、シンチレータの放射線受取側に配置される。ガンマ線検出器用のコリメータは、通常、例えば鉛又はタングステンの濃厚金属板に形成される１つ以上のアパーチャの形態をとる。アパーチャ、即ち、中隔は、視野の外側から生じるガンマ線を減衰させることによって、ガンマ線検出器の視野を制限する。中隔は、ガンマ線のエネルギーに応じて、長さが約１０〜４０ｍｍであってよい。コリメータを含むこのようなガンマ線検出器は、上述のように、放射性トレーサ分布を決定するために、体内の臓器といった関心領域をモニタリングする、即ち、関心領域からの放出全体を決定する又は関心領域を画像化するように構成される。

ガンマ線検出器に応用されるコリメータのサブクラスは、ピンホールコリメータである。ピンホールコリメータは、その最も単純な形態では、ガンマ線減衰板の小さな孔によって画定される。空間分解能と感度とのトレードオフを提供するために、孔のサイズ及び形状、具体的にはアスペクト比を、孔と検出器との距離と共に設定することができる。ガンマ線取り込み角（acceptance angle）、即ち、ガンマ線減衰板への法線入射に対する角度は、孔自体のアスペクト比によって制限され、また、放射線受信方向に沿った孔の幅に対するその長さの比によって決定される。更に、ガンマ線取り込み角は、特定のピンホールを介してガンマ線を受ける検出器の部分を互いから離すように配置される中隔によって制限される。高アスペクト比の孔、各ピンホール下の広い検出器領域、又は、ピンホールと検出器との短い距離はそれぞれ、高感度を提供するが視差の問題をもたらす広い取り込み角を提供する。

このようなガンマ線検出器構成における視差は、シンチレータ素子におけるガンマ線の吸収の統計的性質から生じる。ガンマ線の大部分は、特定のシンチレータ素子材料に特徴的な吸収深度で吸収されるが、一部のガンマ線は、はるかに短い深度で吸収され、また、一部は、はるかに長い深度で吸収される。ピンホールコリメータからの広い取り込み角から恩恵を受けるとき、ガンマ線が吸収される深度の範囲は、ガンマ線が吸収される位置において、ピンホールに対して横方向の分布をもたらす。これは、シンチレータにおいて、シンチレーション光パルスの決定された発生源における横方向の変動をもたらし、したがって、ガンマ線が受け取られる方向に不確定性が生じる。この不確実性は、視差効果、又は、相互作用の深度、即ち、ＤＯＩ効果と呼ばれる。特にガンマ線撮像システムでは、このような視差効果は、空間分解能を低下させる。

国際特許公開ＷＯ２００７／０８９９６２Ａ１は、視野からの放射線を検出するために、視野に隣接して少なくとも１つの放射線検出ヘッドを配置することによって、視差効果の上記問題に対処している。放射線検出ヘッドは、視野から出る放射線が通過する開口部を有するコリメータと、コリメータ開口部を介して受け取る放射線が、放射線が衝突する弧状表面の増分領域に実質的に垂直に弧状表面に衝突するように、放射線を検出するためにコリメータ開口部に合焦された当該弧状表面を形成する検出システムとを含む。

米国特許第７６９２１５６Ｂ１号は、ビーム指向シンチレータを有する放射線検出デバイスについて説明している。放射線検出デバイスは、基板上に配置されたビーム指向ピクセル型シンチレータを含み、当該シンチレータは、第１のピクセル軸を有する第１のピクセルと、第２のピクセル軸を有する第２のピクセルとを有する。第１及び第２の軸は、互いに対して傾斜され、また、各軸は、対応するピクセルを照射するために所定ビーム方向と実質的に平行である。

Ｆａｒｅｓ Ａｌｈａｓｓｅｎ他による「Depth-of-Interaction Compensation Using a Focused-Cut Scintillator for a Pinhole Gamma Camera」（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ、第５８巻、第３号、２０１１年６月）なる名称の文献は、前臨床ＳＰＥＣＴシステムについて説明している。ＳＰＥＣＴシステムのピンホールコリメータによってもたらされる視差誤差を補償するために、ピクセルが入射光線と同一直線上にあるように当該ピクセルがレーザカットされているピクセル型フォーカスカット（ＦＣ）シンチレータが開示される。

本発明は、ガンマ線検出器における視差効果を低減しようとするものである。説明される発明からの更なる利点も当業者には明らかであろう。このために、ガンマ線検出器、ＳＰＥＣＴ撮像システム、ガンマ線撮像カメラ、画像再構成方法、及び、コンピュータプログラムプロダクトが提供される。

ガンマ線検出器は、複数のシンチレータ素子と、平面光学検出器アレイと、ピンホールアパーチャを含むピンホールコリメータとを含む。各シンチレータ素子は、ガンマ線受け面及び反対側のシンチレーション光出力面を含む。各シンチレータ素子のガンマ線受け面は、ピンホールアパーチャから受け取るガンマ線に応えてシンチレーション光を発生させるために、ピンホールアパーチャに面するように配置される。複数のシンチレータ素子は、複数の群に配置され、各群は、１つ以上のシンチレータ素子を含み、各群は、ピンホールアパーチャと一直線上にある群軸であって、各群における１つ以上のシンチレータ素子それぞれのガンマ線受け面に垂直である群軸を有する。また、複数のシンチレータ素子それぞれのシンチレーション光出力面は、平面光学検出器アレイと光学的に連絡している。

各群軸が、ピンホールアパーチャと一直線上にあるので、様々な群内で吸収されるガンマ線は、それらの対応する群軸に沿って吸収される。これは、例えばシンチレータ素子をそれらの群軸を互いに平行にして方向付けることと比較して、各群のガンマ線取り込み角を減少することによって視差効果を減少する。各群の放射線受け面が、それらの対応する群軸に垂直であるように、即ち、正確に垂直である状態から±５度以内で垂直であるように配置することによって、シンチレータ素子内でより均一なシンチレーション配光パターンが達成される。有利なことに、各シンチレータ素子のシンチレーション光出力面は、平面光学検出器アレイと光学的に連絡しているので、平らな光学検出器アレイを使用することができ、これは、光検出器アレイの製造及び組み立てを簡単にする。

本発明の一態様によれば、複数の群は、第１の群及び第２の群を含む。第２の群の群軸は、第１の群の群軸に対して、傾斜角で傾斜する。第２の群における１つ以上のシンチレータ素子それぞれのシンチレーション光出力面が、第１の群における１つ以上のシンチレータ素子それぞれのシンチレーション光出力面と平行であるように、即ち、正確に平行である状態から±５度以内で平行であるように、第２の群における１つ以上のシンチレータ素子それぞれのシンチレーション光出力面も、その対応するガンマ線受け面に対して、傾斜角で傾斜している。有利なことに、シンチレーション光出力面の平行配置は、シンチレータ素子を平面光学検出器アレイに結合するためのロバストな手段を提供する。更に、アレイとの高い光結合効率を実現される。

本発明の他の態様によれば、複数の群は、第１の群及び第２の群を含む。第２の群の群軸は、第１の群の群軸に対して、傾斜角で傾斜する。第２の群における１つ以上のシンチレータ素子それぞれのシンチレーション光出力面は、その対応するガンマ線受け面と平行である。更に、第２の群は、第２の群の各シンチレータ素子と平面光学検出器アレイとの間に配置される１つ以上の楔形ライトガイドを含む。各楔形ライトガイドは、第１の面及び第２の面を有する。第２の面は、対応するシンチレータ素子のシンチレーション光出力面と平面光学検出器アレイとの間で、第１の面及び第２の面を介して、シンチレーション光を結合させるために、対応する第１の面に対して傾斜角に配置される。有利なことに、各シンチレータ素子のガンマ線受け面をそのシンチレーション光出力面に対して平行に配置することは、楔形ライトガイドと共に、アレイとの高い光結合効率を提供する。更に、これは、シンチレータ素子を製造する際により簡単な製造方法を使用することを可能にする。このようなシンチレータ形状は、組み立て中の取り扱いに対してよりロバストである。

本発明の他の態様によれば、ＳＰＥＣＴ撮像システムは、本発明のガンマ線検出器を含む。有利なことに、ＳＰＥＣＴ撮像システムは、本発明のガンマ線検出器を含むことによって、解像度が向上された画像を生成する。

本発明の他の態様によれば、画像再構成方法は、ｉ）受けたガンマ線に応えて、本発明のガンマ線検出器の平面光学検出器アレイから、平面光学検出器アレイの一部によって検出されるシンチレーション光パルスの数、及び／又は、平面光学検出器アレイの一部によって検出される複数のシンチレーション光パルスそれぞれにおけるシンチレーション光子の数に対応するガンマ崩壊事象データを受信するステップと、ｉｉ）ガンマ崩壊事象データから、ＳＰＥＣＴ画像又はガンマ線シンチグラフィ画像を再構成するステップとを含む。有利なことに、このように再構成された画像は、本発明のガンマ線検出器を使用することにより、解像度が向上される。

図１は、複数のシンチレータ素子１０１_１…ｎ、平面光学検出器アレイ１０２及びピンホールコリメータ１０３を含むガンマ線検出器１００の第１の実施形態を示す。 図２は、複数のシンチレータ素子２０１_１…ｎ、平面光学検出器アレイ２０２及びピンホールコリメータ２０３を含むガンマ線検出器２００の第２の実施形態を示す。 図３は、複数のシンチレータ素子３０１_１…ｎ、平面光学検出器アレイ３０２及びピンホールコリメータ３０３を含むガンマ線検出器３００の第３の実施形態を示す。 図４は、１つ以上のシンチレータ素子４０１_ｏｒｔ２の直交群４０５_ｏｒｔ２を含むガンマ線検出器４００の第４の実施形態を示す。 図５は、平面光学検出器アレイ５０２が定間隔の光学検出器素子５０９_ｘ、ｙの連続アレイを１つだけ含み、シンチレータ素子５０５_ａ、５０５_ｂの各群のシンチレーション光出力面が群実装面積ＧＦＰ_ａ、ＧＦＰ_ｂを画定するガンマ線検出器５００を示す。 図６は、平面光学検出器アレイ６０２が定間隔の光学検出器素子６０９ａ_ｘ、ｙ、６０９ｂ_ｘ、ｙの複数の連続アレイＡ_ａ、Ａ_ｂを含み、各連続アレイが共通の平面６１０上に配置されているガンマ線検出器６００を示す。 図７は、少なくとも１つのガンマ線検出器７００を含むＳＰＥＣＴ撮像システム７１０を示す。

本発明の原理を説明するために、ＳＰＥＣＴ撮像システムにおけるガンマ線の検出を特に参照して、ガンマ線検出器を説明する。しかし、当該ガンマ線検出器は、シンチグラフィ画像生成といった他の医療用画像形成応用だけでなく、医療分野を超えた画像形成応用にも応用されることを理解されたい。更に、当該ガンマ線検出器は、医療分野の内外を問わず、非画像形成応用に使用することができる。

図１は、複数のシンチレータ素子１０１_１…ｎ、平面光学検出器アレイ１０２及びピンホールコリメータ１０３を含むガンマ線検出器１００の第１の実施形態を示す。シンチレータ素子１０１_１…ｎはそれぞれ、例えばＣｓＩ：Ｔｌであるヨウ化セシウム、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、ガドリニウム・アルミニウム・ガーネット（ＧＡＧ）、ガドリニウム・ガリウム・アルミニウム・ガーネット（ＧＧＡＧ）、これらの組み合わせ又はルテチウム若しくはテルビウムといった他の希土類材料との組み合わせといったセリウムをドープしたガーネットを含む広範囲のシンチレータ材料から、また、更に、他のシンチレータ材料から形成される。平面光学検出器アレイ１０２は、シンチレータ素子１０１_１…ｎ内で発生されたシンチレーション光のパルスを、電気信号に変換する。平面光学検出器アレイ１０２は、例えばフォトダイオードといった光検出器のアレイを含む。好適には、フィリップス・デジタル・フォトン・カウンティング（ＰＤＰＣ）シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）光検出器アレイといったＳｉＰＭフォトダイオードのアレイが使用される。或いは、平面光学検出器アレイ１０２は、光電子増倍管、位置感知型光検出器等のアレイを含んでよい。ピンホールコリメータ１０３は、少なくとも１つのピンホールアパーチャ１０４を含む。好適には、ピンホールは、１〜５ミリメートルの範囲の直径を有する円形孔である。しかし、スリット、長方形、正方形又は六角形といった他の形状のピンホールを使用してもよい。更に、ピンホールコリメータ１０３の放射線受け面に垂直な方向における厚さは、コリメータの本体部分とピンホールアパーチャ１０４との間で階段状又はテーパ状にされてよく、アパーチャにおいて、ナイフエッジ、丸みを帯びたエッジ、面取りエッジ又は角エッジを含む。本体部分は、２〜２０ミリメートルの範囲の厚さを有する。ピンホールは、例えば１〜５ミリメートルの範囲の直径を有する。ピンホールコリメータ１０３は、鉛、タングステン又は金といった濃厚金属から形成される。任意選択的に、ピンホールアパーチャ１０４を囲むピンホールコリメータの一部が、ピンホールコリメータの本体の材料とは異なる材料から形成されるインサートから形成されてもよい。したがって、例えばコリメータの本体が、鉛から形成され、ピンホールを含むインサートが、タングステン又は金から形成されてよい。

図１の各シンチレータ素子１０１_１…ｎは、ガンマ線受け面１０１’_１…ｎと、反対側のシンチレーション光出力面１０１’’_１…ｎとを含む。各シンチレータ素子のガンマ線受け面１０１'_１…ｎは、ピンホールアパーチャ１０４から受け取ったガンマ線に応えてシンチレーション光を発生させるために、ピンホールアパーチャ１０４に面するように配置される。更に、複数のシンチレータ素子１０１_１…ｎは、複数の群１０５_ａ…ｚに配置される。各群１０５_ａ…ｚは、１つ以上のシンチレータ素子を含み、また、各群は、ピンホールアパーチャと一直線上にある群軸１０６_ａ…ｚであって且つ各群内の１つ以上のシンチレータの各々の放射線受け面に垂直である群軸１０６_ａ…ｚを有する。したがって、ピンホールアパーチャ１０４と各群１０５_ａ…ｚ内のシンチレータ素子との間に、１対１の結合、又は、１対１以上の結合が提供される。

更に、図１における複数のシンチレータ素子１０１_１…ｎの各々のシンチレーション光出力面１０１'’_１…ｎは、平面光学検出器アレイ１０２と光学的に連絡している。このような光学的連絡の様々な形態が考えられる。これには、各シンチレータ素子１０１_１…ｎ内で発生したシンチレーション光が、平面光学検出器アレイ１０２上に投影される空気経路、光学グリース、オイル又はシリコーン若しくは光ファイバといった光学結合媒体の使用が含まれる。各シンチレータ素子内で発生したシンチレーション光を平面光学検出器アレイ１０２の所定の部分に閉じ込めるために、図１には示されていない追加の光バリアを、隣接するシンチレータ素子間に配置してもよい。

有利なことに、図１の構成では、各群軸１０６_ａ…ｚが、ピンホールアパーチャ１０４と一直線上にあるので、様々な群内で吸収されるガンマ線は、それらの対応する群軸に沿って吸収される。これは、例えばシンチレータ素子をそれらの群軸を互いに平行にして方向付けることと比較して、各群のガンマ線取り込み角を減少することによって視差効果を減少する。各群の放射線受け面が、それらの対応する群軸に垂直であるように配置することによって、シンチレータ素子内でより均一なシンチレーション配光パターンが達成される。有利なことに、各シンチレータ素子のシンチレーション光出力面は、平面光学検出器アレイと光学的に連絡しているので、平らな光学検出器アレイを使用することができ、これは、光検出器アレイの製造及び組み立てを簡単にする。

任意選択的に、図１における各シンチレータ素子は、そのガンマ線受け面とそのシンチレーション光出力面との間に延在する１つ以上の側面を含む。また、各シンチレータ素子のガンマ線受け面及び１つ以上の側面は更に、光散乱層及び／又は光反射層を含んでもよい。このような層は、ＰＴＦＥ、テフロン（登録商標）、ＴｉＯ_２、ルミラー（登録商標）、強化鏡面反射（ＥＳＲ）フィルム、タイベック（登録商標）といった既知の材料から形成されてよく、金属は、銀及びアルミニウムを含む。有利なことに、上記層は、シンチレーション光がその中で生成されるシンチレータ素子内での当該シンチレーション光の保持を向上させる。

図２は、複数のシンチレータ素子２０１_１…ｎ、平面光学検出器アレイ２０２及びピンホールコリメータ２０３を含むガンマ線検出器２００の第２の実施形態を示す。図２の構成は、図１に関して説明した構成に対応するが、図２では、各シンチレータ素子２０１_１…ｎのシンチレーション光出力面２０１’’が互いに平行であるという追加の特徴を有する。

より詳細には、図２の実施形態のガンマ線検出器２００では、複数の群２０５_ａ…ｚは、第１の群２０５_ａと第２の群２０５_ｂとを含む。第２の群２０５_ｂの群軸２０６_ｂは、第１の群２０５_ａの群軸２０６_ａに対して、傾斜角θ_ｔで傾斜している。更に、第２の群２０５_ｂ内の１つ以上のシンチレータ素子の各々のシンチレーション光出力面２０１’’_２も、第２の群２０５_ｂ内の１つ以上のシンチレータ素子の各々のシンチレーション光出力面が、第１の群２０５_ａ内の１つ以上のシンチレータ素子の各々のシンチレーション光出力面２０１’’_１と平行であるように、その対応するガンマ線受け面２０１’_２に対して傾斜角θ_ｔで傾斜している。

図２におけるシンチレータ素子をこのように整形することによって、シンチレータ素子２０１_１…ｎと平面光学検出器アレイ２０２との間のシンチレーション光の光結合効率が向上される。更に、シンチレーション光出力面２０１’’_１…ｎの平行配置は、シンチレータ素子を平面光学検出器アレイ２０２に結合するためのロバストな手段を提供する。シンチレータ素子２０１_１…ｎは、例えば光を透過させる接着剤によって、又は、シンチレータ素子２０１_１…ｎを受ける機械的マウント（図２には示さず）によって、平面光学検出器アレイ２０２に取り付けられる。

任意選択的に、図２に示されるガンマ線検出器２００、又は、図１若しくは図３における対応するガンマ線検出器は、平面光学検出器アレイ２０２と連絡する結晶効率正規化ユニットを更に含んでよい。結晶効率正規化ユニットは、例えばプロセッサである。結晶効率正規化ユニットは、平面光学検出器アレイの複数の個別部分からデータを受信する。各個別部分は、単独のシンチレータ素子と光学的に連絡し、データは、受けたガンマ線に応えてシンチレータ素子によって生成される光パルス内のシンチレーション光子の数に対応する。更に、結晶効率正規化ユニットは、平面光学検出器アレイの各個別部分から受け取ったデータに、シンチレータ素子正規化係数を適用する。シンチレータ素子正規化係数は、対応するシンチレータ素子の放射線受け面とシンチレーション光出力面との距離に基づいている。使用時、図２の構成における異なるサイズ、より具体的には、異なる長さのシンチレータ素子は、各検出されたガンマ線に対して異なる数の検出シンチレーション光子をもたらす。これは、例えばシンチレータ内のシンチレーション光子の光減衰によって引き起こされる。検出シンチレーション光子の数は、検出ガンマ線の数を示すので、検出シンチレーション光子の数の誤差は、ガンマ線源の活動に誤差を生じさせる。したがって、正規化ユニットによって適用される長さ依存補正係数を使用して、これらの誤差が減少される。

図３は、複数のシンチレータ素子３０１_１…ｎ、平面光学検出器アレイ３０２及びピンホールコリメータ３０３を含むガンマ線検出器３００の第３の実施形態を示す。図３の構成は、図１に関して説明した構成に対応するが、図３の実施形態は更に、第２の群３０５_ｂの各シンチレータ素子３０１_２と、平面光学検出器アレイ３０２との間に配置される１つ以上の楔形ライトガイド３０７_ｂを含むという追加の特徴を有する。

より詳細には、図３の実施形態のガンマ線検出器３００では、複数の群３０５_ａ…ｚは、第１の群３０５_ａと第２の群３０５_ｂとを含む。第２の群３０５_ｂの群軸３０６_ｂは、第１の群３０５_ａの群軸３０６_ａに対して、傾斜角θ_ｔで傾斜している。第２の群３０５_ｂ内の１つ以上のシンチレータ素子の各々のシンチレーション光出力面３０１’’_２は、その対応するガンマ線受け面３０１'_２と平行である。更に、第２の群３０５_ｂは、第２の群３０５_ｂの各シンチレータ素子３０１_２と平面光学検出器アレイ３０２との間に配置される１つ以上の楔形ライトガイド３０７_ｂを含む。各楔形ライトガイド３０７_ｂは、第１の面３０７'_ｂ及び第２の面３０７’’_ｂを有し、第２の面３０７’’_ｂは、対応するシンチレータ素子３０１_２のシンチレーション光出力面３０１’’_２と平面光学検出器アレイ３０２との間で、第１の面３０７'_ｂ及び第２の面３０７’’_ｂを介してシンチレーション光を結合するために、対応する第１の面３０７'_ｂに対して傾斜角θ_ｔで配置される。

有利なことに、図３では、各シンチレータ素子のガンマ線受け面をそのシンチレーション光出力面に対して平行に配置することは、楔形ライトガイドと共に、アレイとの高い光結合効率を提供する。更に、これは、シンチレータ素子を製造する際により簡単な製造方法を使用することを可能にする。このようなシンチレータ形状は、組み立て中の取り扱いに対してよりロバストである。

任意選択的に、図３における第１の群３０５_ａ及び第２の群３０５_ｂ内の各シンチレータ素子は、そのガンマ線受け面（３０１’_１、３０１’_２）の中心と、そのシンチレーション光出力面（３０１’’_１、３０１’’_２）の中心との間の長さを有する。更に、第１の群３０５ａ内の各シンチレータ素子の長さは、任意選択的に、第２の群３０５_ｂ内の各シンチレータ素子の長さに等しい。有利なことに、長さを等しくすることによって、共通サイズのシンチレータ素子を使用できるので、ガンマ線検出器の製造が簡単にされる。

図４は、１つ以上のシンチレータ素子４０１_ｏｒｔ２の直交群４０５_ｏｒｔ２を含むガンマ線検出器４００の第４の実施形態を示す。本発明におけるシンチレータ素子の群は、したがって、群の二次元アレイに配置され、各群は、ピンホールコリメータ４０３のピンホールアパーチャ４０４と一直線上の群軸を有する。より詳細には、図４に示されるガンマ線検出器は、１つ以上のシンチレータ素子４０１_ｏｒｔ２の直交群４０５_ｏｒｔ２を含む。直交群４０５_ｏｒｔ２の群軸４０６_ｏｒｔｂは、第１の群４０５_ａの群軸４０６_ａに対して、傾斜角θ_ｉで傾斜している。更に、直交群軸４０６_ｏｒｔｂは、第２の群４０５_ｂの傾斜角θ_ｔの傾斜を含む平面Ｐ_ｔに直交する平面Ｐ_ｉにおいて傾斜している。有利なことに、ガンマ線検出器４００の視野は、直交群を設けることによって向上される。図４には、３つのシンチレータ素子群のみが示されているが、完全な（例えば２×２、４×４等の）長方形、六角形、円形等を形成する追加の群、シンチレータ素子の２Ｄアレイを使用してもよい。更に、図４のシンチレータ素子の幾何学的形状は、図２の幾何学的形状として示されている（即ち、第２の群及び直交群のシンチレーション光出力面がその対応する放射線受け面に対して傾斜している）が、図４のガンマ線検出器を、対応する利点と共に、図１又は図３のシンチレータ素子の幾何学的形状で使用することもできることも理解されたい。

図５は、平面光学検出器アレイ５０２が、定間隔の光学検出器素子５０９_ｘ、ｙの連続アレイを１つだけ含み、シンチレータ素子５０５_ａ、５０５_ｂの各群のシンチレーション光出力面が、群実装面積ＦＧＰ_ａ、ＦＧＰ_ｂを画定するガンマ線検出器５００を示す。したがって、例えば光検出器又はフォトダイオードであるアレイ５０２内の光学検出器素子は、例えば線形アレイの場合は１つの方向において、又は、例えば２Ｄアレイの場合は直交する方向において、固定のピッチを有する。更に、図５における各群実装面積ＧＦＰ_ａ、ＧＦＰ_ｂは、その１つ以上の隣接群実装面積ＧＦＰ_ａ、ＧＦＰ_ｂから、対応する空間ＳＰ_ａｂだけ横方向に離れている。１つ以上の空間ＳＰ_ａｂはそれぞれ、シンチレータ素子５０１_１、５０１_２と光学的に連絡しない光学検出器素子を有する唯一の連続アレイの領域を画定する。１つ以上の空間ＳＰ_ａｂは、例えば１、２、５又は１０以上のピクセル幅であってよい。したがって、光学検出器アレイに使用されない部分がある。有利なことに、ガンマ線検出器５００における単一アレイの光検出器素子の使用は、各群実装面積と正確に一致するアレイを設計する必要を軽減し、これにより、製造が簡単にされる。任意選択的に、光学検出器アレイの使用されない部分は、無視されてもよい。即ち、シンチレーション光の検出中に読み出されなくてよく、これにより、読み出し時間が短縮される。

図６は、平面光学検出器アレイ６０２が、定間隔の光学検出器要素６０９ａ_ｘ，ｙ、６０９ｂ_ｘ，ｙの複数の連続アレイＡ_ａ、Ａ_ｂを含み、各連続アレイは、共通の平面６１０上に配置されているガンマ線検出器６００を示す。図６では、各連続アレイは、したがって、光学検出器素子の単独の又は個別のアレイである。更に、図６における各連続アレイＡ_ａ、Ａ_ｂは、その１つ以上の隣接アレイＡ_ａ、Ａ_ｂから、対応する間隙Ｇ_ａｂだけ横方向に離されている。したがって、間隙は、光検出器素子がないか、又は、少なくとも、各連続アレイにおける面密度と比較して光検出器素子の面密度が減少している。更に、複数のシンチレータ素子群６０５_ａ、６０５_ｂの各群は、別々の連続アレイＡ_ａ、Ａ_ｂに光学的に結合される。そうすることで、ガンマ線検出器６００は、光検出器面積を節約する。したがって、このような疎なアレイは、低コストで作ることができる。

図７は、少なくとも１つのガンマ線検出器７００を含むＳＰＥＣＴ撮像システム７１０を示す。ＳＰＥＣＴ撮像システム７１０は、検査領域７１１内の関心領域ＲＯＩを画像化して、その中の放射性トレーサの分布を求めるために使用される。ＳＰＥＣＴ撮像システム７１０は、１つ以上のガンマ線検出器７００が取り付けられる回転式ガントリ７１３を支持する固定ガントリ７１２を含む。このような画像化手順を行うために、支持パレット７１４を使用して、関心領域ＲＯＩを含む対象物を検査領域７１１内に搬送する。ガンマ線検出器７００は、上記ガンマ線検出器の実施形態のいずれであってもよい。好適には、複数のこれらのガンマ線検出器が使用され、これらは、ｉ）図示されるように、共通平面上に配置されるか、又は、ｉｉ）それらのピンホールがそれぞれ、関心領域ＲＯＩの一部に向けられる、即ち、合焦するように、検査領域７１１の周りに半径方向に配置される。動作中、ＳＰＥＣＴ撮像システム７１０は、以下のように操作される。ガンマ線検出器７００は、関心領域ＲＯＩ内の放射性トレーサの崩壊中に当該放射性トレーサによって放出されるガンマ線を検出するように、関心領域ＲＯＩに向けられている。検査領域７１１に対するガンマ線検出器７００の位置は、オプションの検出器位置ユニット７１５によって検出される。検出器位置ユニットは、例えば固定ガントリ７１２に対する回転式ガントリ７１３の一部の回転位置φを決定する角度センサを含む。図７には示されていないが、ガンマ線検出器７００の平面光学検出器アレイは、検出ガンマ線に対応する電気信号、即ち、ガンマ崩壊事象データ７１６を生成する。ガンマ崩壊事象データ７１６は、ｉ）崩壊事象の数、ｉｉ）検出崩壊事象に応えて生成されたシンチレーション光子の数、ｉｉｉ）崩壊事象データに対応する各ガンマ線検出器７００内の各光学検出器素子の識別、ｉｖ）各崩壊事象が検出された時刻のうちの１つ以上を示す。データメモリ７１７が、ガンマ崩壊事象データ７１６を受信及び記憶し、当該データを再構成プロセッサ７１８に提供する。再構成プロセッサ７１８は、既知の画像再構成方法を使用して、任意選択的に検出器位置ユニット７１５によって生成された位置データを含む当該データを、関心領域ＲＯＩにおける放射性トレーサの分布に対応する１つ以上の断層画像に再構成する。続いて、ビデオプロセッサ７１９が、表示デバイス７２０での表示のために、再構成された画像データをフォーマット化する。

別の構成では、図７のＳＰＥＣＴ撮像システムは、回転式ガントリが静止位置にある状態で操作されてもよい。その間、関心領域ＲＯＩにおける放射性トレーサの分布に対応するデータが、上述と同様に取得される。この構成では、再構成プロセッサは、回転式ガントリが静止位置にある状態での放射性トレーサの分布の画像、即ち、シンチグラフィ画像を生成する。

図示されていない別の構成では、ガンマ線撮像カメラによってシンチグラフィ画像が生成されてもよい。ガンマ線撮像カメラは、本明細書で説明されるような１つ以上のガンマ線検出器を、再構成プロセッサと共に含んでよい。上記ＳＰＥＣＴ撮像システム７１０と同様に、ガンマ線撮像カメラは、関心領域内の放射性トレーサの崩壊中に当該放射性トレーサによって放出されるガンマ線を検出するために、関心領域に隣接して配置されてよい。ガンマ線検出器の平面光学検出器アレイは、検出ガンマ線に対応する電気信号、即ち、ガンマ崩壊事象データを生成する。ガンマ崩壊事象データは、ｉ）崩壊事象の数、ｉｉ）検出崩壊事象に応えて生成されるシンチレーション光子の数、ｉｉｉ）崩壊事象データに対応する各ガンマ線検出器７００内の各光学検出器素子の識別、ｉｖ）各崩壊事象が検出された時刻のうちの１つ以上を示す。次に、データメモリが、ガンマ事象データを受信及び記憶し、当該データを再構成プロセッサに提供する。再構成プロセッサは、既知の再構成方法を用いて、当該データを、関心領域における放射性トレーサの分布に対応する１つ以上のシンチグラフィ画像に再構成する。

図７のＳＰＥＣＴ撮像システム７００は更に、図７には示されていないシステムプロセッサを含んでもよい。システムプロセッサは、少なくとも、データメモリ７１７及び再構成プロセッサ７１８と通信する。更に、再構成プロセッサ７１８及びビデオプロセッサ７１９の一方又は両方も当該システムプロセッサに含まれていてもよい。システムプロセッサは、ＳＰＥＣＴ撮像システム７００を制御する。システムプロセッサは、システムプロセッサ上で実行されると、当該プロセッサに、方法ステップ、即ち、ｉ）受けたガンマ線に応えて、請求項１のガンマ線検出器の平面光学検出器アレイから、平面光学検出器アレイの一部によって検出されるシンチレーション光パルスの数、及び／又は、平面光学検出器アレイの一部によって検出される複数のシンチレーション光パルスそれぞれにおけるシンチレーション光子の数に対応するガンマ崩壊事象データ７１６を受信するステップ、及び、ｉｉ）ガンマ崩壊事象データ７１６から、ＳＰＥＣＴ画像又はガンマ線シンチグラフィ画像を再構成するステップを実行させるコンピュータ可読命令を含んでよい。更に、上記方法ステップ、及び／又は、本明細書に開示される他の方法ステップは、コンピュータプログラムプロダクトによって実行可能なコンピュータ可読媒体上に命令の形で記録されてよい。コンピュータプログラムプロダクトは、専用ハードウェア、及び、適切なソフトウェアとの関連でソフトウェアを実行可能なハードウェアによって提供される。プロセッサによって提供される場合、これらの機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又は、複数の個別のプロセッサ（そのうちの幾つかは共有されてもよい）によって提供される。さらに、「プロセッサ」又は「コントローラ」との用語の明確な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアを排他的に指すものと解釈されるべきではなく、当該用語は、次に限定されることなく、デジタルシグナルプロセッサ（「ＤＰＳ」）ハードウェア、ソフトウェアを記憶する読み出し専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、不揮発性メモリ等を暗に含んでよい。更に、本発明の実施形態は、コンピュータ若しくは任意の命令実行システムによる又は当該コンピュータ若しくはシステムに関連して使用されるプログラムコードを提供するコンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体からアクセス可能であるコンピュータプログラムプロダクトの形を取ることができる。本説明のために、コンピュータ使用可能又はコンピュータ可読記憶媒体は、命令実行システム、装置若しくはデバイスによる又は当該システム、装置若しくはデバイスに関連して使用されるプログラムを含む、記憶する、通信する、伝搬する又は運搬する任意の装置であってよい。媒体は、電子媒体、磁気媒体、光学媒体、電磁媒体、赤外線媒体若しくは半導体システム（若しくは装置若しくはデバイス）又は伝搬媒体であってよい。コンピュータ可読媒体の例には、半導体若しくは固体メモリ、磁気テープ、取り外し可能なコンピュータディスケット、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、剛性磁気ディスク及び光学ディスクが含まれる。光学ディスクの現在の例には、コンパクトディスク−読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、コンパクトディスク−読み出し／書き込み（ＣＤ−Ｒ／Ｗ）、ブルーレイ（登録商標）及びＤＶＤが含まれる。

要約すると、視差効果を補償するガンマ線検出器１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００が説明された。ガンマ線検出器は、複数のシンチレータ素子１０１_１…ｎ、２０１_１…ｎ、３０１_１…ｎ、平面光学検出器アレイ１０２、２０２、３０２、及び、ピンホールアパーチャ１０４、２０４、３０４を有するピンホールコリメータ１０３、２０３、３０３を含む。各シンチレータ素子は、ガンマ線受け面１０１’_１…ｎ、２０１’_１…ｎ、３０１’_１…ｎと、反対側のシンチレーション光出力面１０１’’_１…ｎ、２０１’’_１…ｎ、３０１’’_１…ｎとを有する。各シンチレータ素子のガンマ線受け面は、ピンホールアパーチャから受け取ったガンマ線に応えてシンチレーション光を生成するために、ピンホールアパーチャに面している。シンチレータ素子は、群１０５_ａ…ｚ、２０５_ａ…ｚ、３０５_ａ…ｚに配置されている。各群は、ピンホールアパーチャと一直線上にある群軸であって、当該群内の各シンチレータの放射線受け面に垂直である群軸１０６_ａ…ｚ、２０６_ａ…ｚ、３０６_ａ…ｚを有する。各シンチレータ素子のシンチレーション光出力面は、平面光学検出器アレイと光学的に連絡する。

Claims (13)

1. 複数のシンチレータ素子と、
   平面光学検出器アレイと、
   ピンホールアパーチャを含むピンホールコリメータと、
   を含むガンマ線検出器であって、
   各シンチレータ素子は、ガンマ線受け面及び反対側のシンチレーション光出力面を含み、各シンチレータ素子の前記ガンマ線受け面は、前記ピンホールアパーチャから受け取るガンマ線に応えてシンチレーション光を発生させるために、前記ピンホールアパーチャに面するように配置され、
   前記複数のシンチレータ素子は、複数の群に配置され、各群は、１つ以上のシンチレータ素子を含み、各群は、前記ピンホールアパーチャと一直線上にある群軸であって、前記各群における前記１つ以上のシンチレータ素子それぞれの前記ガンマ線受け面に垂直である群軸を有し、
   前記複数のシンチレータ素子それぞれの前記シンチレーション光出力面は、前記平面光学検出器アレイと光学的に連絡している、ガンマ線検出器。
2. 前記複数の群は、第１の群及び第２の群を含み、
   前記第２の群の前記群軸は、前記第１の群の前記群軸に対して、傾斜角で傾斜し、
   前記第２の群における前記１つ以上のシンチレータ素子それぞれの前記シンチレーション光出力面も、前記第２の群における前記１つ以上のシンチレータ素子それぞれの前記シンチレーション光出力面が、前記第１の群における前記１つ以上のシンチレータ素子それぞれの前記シンチレーション光出力面と平行であるように、その対応するガンマ線受け面に対して、前記傾斜角で傾斜している、請求項１に記載のガンマ線検出器。
3. 結晶効率正規化ユニットを更に含み、
   前記結晶効率正規化ユニットは、前記平面光学検出器アレイの複数の個別部分からデータを受信し、各個別部分は、単独のシンチレータ素子と光学的に連絡し、前記データは、受けたガンマ線に応えてシンチレータ素子によって生成される光パルスにおけるシンチレーション光子の数に対応し、
   前記結晶効率正規化ユニットは、前記平面光学検出器アレイの各個別部分から受信される前記データに、シンチレータ素子正規化係数を適用し、前記シンチレータ素子正規化係数は、対応する前記シンチレータ素子の前記ガンマ線受け面と前記シンチレーション光出力面との距離に基づいている、請求項１又は２に記載のガンマ線検出器。
4. 前記複数の群は、第１の群及び第２の群を含み、
   前記第２の群の前記群軸は、前記第１の群の前記群軸に対して、傾斜角で傾斜し、
   前記第２の群における前記１つ以上のシンチレータ素子それぞれの前記シンチレーション光出力面は、その対応するガンマ線受け面と平行であり、
   前記第２の群は、前記第２の群の各シンチレータ素子と前記平面光学検出器アレイとの間に配置される１つ以上の楔形ライトガイドを含み、各楔形ライトガイドは、第１の面及び第２の面を有し、前記第２の面は、対応する前記シンチレータ素子の前記シンチレーション光出力面と前記平面光学検出器アレイとの間で、前記第１の面及び前記第２の面を介して、シンチレーション光を結合させるために、対応する前記第１の面に対して前記傾斜角に配置される、請求項１に記載のガンマ線検出器。
5. 前記第１の群及び前記第２の群における各シンチレータ素子は、そのガンマ線受け面の中心と、そのシンチレーション光出力面の中心との間の長さを有し、
   前記第１の群における各シンチレータ素子の長さは、前記第２の群における各シンチレータ素子の長さと同じである、請求項４に記載のガンマ線検出器。
6. 前記複数の群は、１つ以上のシンチレータ素子を含む直交群を含み、
   前記直交群の前記群軸は、前記第１の群の前記群軸に対して、傾斜角で傾斜し、前記直交群軸は、前記第２の群の前記傾斜角の傾斜を含む平面に対して直交する平面内で傾斜する、請求項２又は４に記載のガンマ線検出器。
7. 各シンチレータ素子は更に、そのガンマ線受け面とそのシンチレーション光出力面との間に延在する１つ以上の側面を含み、
   各シンチレータ素子の前記ガンマ線受け面及び前記１つ以上の側面は更に、光散乱層及び／又は光反射層を含む、請求項１に記載のガンマ線検出器。
8. 前記平面光学検出器アレイは、定間隔の光学検出器素子の連続アレイを１つだけ含み、各群の前記シンチレーション光出力面は、群実装面積を画定し、各群実装面積は、その１つ以上の隣接群実装面積から、対応する空間だけ横方向に離れ、前記１つ以上の空間それぞれは、シンチレータ素子と光学的に連絡していない光学検出器素子を有する前記１つだけの連続アレイの領域を画定する、請求項１乃至７の何れか一項に記載のガンマ線検出器。
9. 前記平面光学検出器アレイは、定間隔の光学検出器素子の複数の連続アレイを含み、各連続アレイは、共通の平面に配置され、
   各連続アレイは、その１つ以上の隣接アレイから、対応する間隙だけ横方向に離れ、前記複数のシンチレータ素子群の各群は、別々の連続アレイに光学的に結合される、請求項１乃至５の何れか一項に記載のガンマ線検出器。
10. 請求項１に記載のガンマ線検出器を少なくとも１つ含む、ＳＰＥＣＴ撮像システム。
11. 請求項１に記載のガンマ線検出器を含む、ガンマ線シンチグラフィ画像を生成するガンマ線撮像カメラ。
12. 受けたガンマ線に応えて、請求項１に記載のガンマ線検出器の前記平面光学検出器アレイから、前記平面光学検出器アレイの一部によって検出されるシンチレーション光パルスの数に対応する、及び／又は、前記平面光学検出器アレイの一部によって検出される複数のシンチレーション光パルスそれぞれにおけるシンチレーション光子の数に対応するガンマ崩壊事象データを受信するステップと、
    前記ガンマ崩壊事象データから、ＳＰＥＣＴ画像又はガンマ線シンチグラフィ画像を再構成するステップと、
    を含む、画像再構成方法。
13. プロセッサ上で実行されると、前記プロセッサに請求項１２に記載の方法を行わせる命令を含む、コンピュータプログラム。
    
    

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