JP3597979B2 - 放射線入射位置３次元検出器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シンチレーション放射線検出器に関し、特に、陽電子放出断層装置（ＰＥＴ：Ｐｏｓｉｔｏｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ装置）の検出器として用いるのに適した放射線三次元位置検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
陽電子放出断層装置（ＰＥＴ装置）は、陽電子を放出する放射性アイソトープで標識した化合物を予め注入された被検体から放射される放射線を、被検体の外部から検出する装置である。検出結果から放射性アイソトープの被検体内における位置および濃度を示す断層画像を生成し、表示する。ユーザは、この画像を見ることにより、放射性アイソトープで標識された化合物が、被検体内でどこにどれくらいの濃度で存在するかを知ることができる。これを利用して、例えば被検体内の生理的活性の高い場所および濃度を測定することができる。
【０００３】
このようなＰＥＴ装置は、図５のように、被検体５０１から放射される放射線を検出するために、被検体５０１を取り囲むように円筒形に配置された放射線検出器５０６を用いる。検出器５０６は、例えばＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２結晶等のように、放射線の入射により発光する構成のシンチレータ５０２と、シンチレータ５０２の発した光を受光する受光素子５０３とにより構成される。シンチレータ５０２は、図５、図６のように円筒形に配置され、各シンチレータ５０２間には、反射膜が配置され、発光した光が隣接するシンチレータ５０２に入射するのを防止している。被検体５０１からの放射線は、互いに逆向きに２光子ずつ同時に放射される性質があるため、受光素子５０３によりシンチレーション発光が同時に計測された２つのシンチレータを特定することにより、２つのシンチレータを結ぶ線上に、放射線を発する部位５１１や部位５１２があることを知ることができる。演算装置５０４は、同時に発光が計測されたシンチレータの位置データをメモリに記録していき、これらの収集されたデータから数学的手法を用いて、検出器５０６内の空間内の部位５１１や部位５１２の位置を特定し、これを表示装置５０５に表示させる。
【０００４】
ところが、被検体５０１の放射線を発する部位が、部位５１１のように、検出器５０６（リング）内の空間（視野）の中心に位置する場合には、放射線がシンチレータ５０２の厚さ方向（以下、深さ方向ともいう）に入射するが、部位５１２のように、円筒形の中心からずれた位置にあり、かつ図６のような方向に放射線が放出された場合には、放射線が複数のシンチレータ５０２を斜めに横切ることになる。このように放射線が複数のシンチレータ５０２を横切った場合、どのシンチレータ５０２が発光するかは確率によって定まる。したがって、同じ事象が起こった場合（部位５１２から同じ方向に放射線が放出された場合）でも同じシンチレータ５０２の対がいつも発光するとは限らず、発光したシンチレータ５０２を結ぶ線が複数存在することとなり、これらのデータを用いて算出された放射線発生部位はぼけてしまうこととなる。このような原因から、一般的なＰＥＴ装置は、視野周辺に向かうにしたがって多少ぼけてしまう。（軸方向の解像度が劣化する。）この解像度の劣化を避けるためにシンチレータ５０２を薄くしてしまうと、放射線がシンチレータ５０２によって捕らえられる確率が減り、検出器５０６の感度の劣化を招くという問題が生じる。
【０００５】
特開平６−５１０６９号公報では、シンチレータの深さ方向の発光位置を検出することにより、放射線がどの位置に入射したかを判別し、空間分解能を向上させることが提案されている。具体的には、隣接する２つのシンチレータを一組とし、この２つのシンチレータが接する面の光の透過率を、シンチレータの深さ方向で変化させておき、発せられた光が２つのシンチレータに透過率に応じた割合で分配されるようにしている。そして、２つのシンチレータの底部の受光素子で受光された光の強度比により、発光位置を特定する。この公報では、２つのシンチレータが接する面の透過率を変化させる方法として、面の粗さを変化させる方法が開示されている。
【０００６】
また、特開昭６３−４７６８６号公報には、シンチレータを複数のシンチレータセルに分け、複数のセルを、セルとは屈折率の異なる透明板をはさみながら複数段積み上げた構成にすることにより、受光素子まで到達する光の透過率が、複数のシンチレータセルごとに異なるようにし、発光部位がどのセルかを特定することが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特開平６−５１０６９号公報記載の構成は、２つのシンチレータ間の面の粗さを変化させる等の方法で２つのシンチレータ間の透過率を変化させるものであるが、この方法では、透過率を変化させるために、面粗さを変化させている。しかしながら、光の一部を透過させることのできる面の粗さに設定しなければならないため、面粗さを変化させることができる範囲にも限度がある。そのため、ある程度以上の段階数に面粗さを変化させることができないため、シンチレータの厚さ方向の分解能を向上させるのに限界がある。
【０００８】
また、特開昭６３−４７６８６号公報記載の構成は、シンチレータセル間に屈折率の異なる板を挟み、受光素子に近いシンチレータセルと遠いシンチレータセルとで光の透過率が異なるようにしている。そして、光が板を通過する度に光を損失させ、受光量の差からどのセルで発光されたかを検出するものである。よって、セルを多段にした場合、受光素子から遠い位置にあるセルで発せられた光のうち、受光素子に到達できる光は、そのごく一部になってしまう。このため、受光素子の出力が非常に小さくなり、情報が正確に得られなくなる。このように、この方法についても、シンチレータの厚さ方向の分解能を向上させるのに制限がある。また、セルとセルとの間に板を挟む構成であるため、検出器全体にしめるシンチレータの結晶の割合が小さくなり、放射線の吸収効率が低下してしまうという問題もある。また、板の部分を放射線が通り抜けてしまう可能性もあり、検出効率を向上させる妨げになる。
【０００９】
本発明は、シンチレータ全体の厚さを厚くしても、発光位置を厚さ方向について特定することのできる放射線入射位置３次元検出器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のような放射線入射位置３次元検出器が提供される。
【００１１】
すなわち、複数の柱状シンチレータと、
前記複数の柱状シンチレータのそれぞれの底面に接続された受光素子とを有し、
前記複数の柱状シンチレータは、所定の形状の複数のシンチレータセルを、上下方向に積み上げたものであり、
前記複数の柱状シンチレータは、互いの側面が隣り合うように配置され、当該隣合う側面のうち、少なくとも最上段のシンチレータセルの側面の一部は、互いに光を行き来させるために接しており、
前記積み上げられたシンチレータセルとシンチレータセルとは直接接触しており、その間に生じる間隙は、屈折率が一様な物質で満たされており、
前記物質は、空気、または、前記シンチレータセルの発する光に対して透明な光学結合材であることを特徴とする放射線入射位置３次元検出器である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１３】
まず、本発明の第１の実施の形態の放射線入射位置を３次元に検出する位置検出器について説明する。
【００１４】
第１の実施の形態の放射線入射位置検出器は、図１のように６個の直方体のシンチレータセル１０１〜１０６と、２つの受光素子１１１、１１２とを備えて構成される。シンチレータセル１０１〜１０６は、ＣｅがドープされたＧｄ２ＳｉＯ５単結晶を直方体に切り出したものであり、各面は研磨されている。そして、６つのシンチレータセル１０１〜１０６は、３個づつ柱状に積み上げられ、積み上げられた柱状のシンチレータセル１０１〜１０３、１０４〜１０６は、隣接するように配置されている。なお、下段の２つのシンチレータセル１０１、１０６の間、ならびに、中段のシンチレータセル１０２、１０５の間には、シンチレータセル１０１等が発した光を全反射する反射シート１１３が挟まれている。上段のシンチレータセル１０３、１０４は、側面が直接接触するように配置されている。下段のシンチレータセル１０１、１０６の下面には、それぞれ受光素子１１１、１１２が結合されている。受光素子１１１、１１２としては、本実施の形態では光電子増倍管を用いている。
【００１５】
シンチレータセル１０１〜１０６のうち上段のシンチレータセル１０３、１０４の大きさは、縦４．０ｍｍ×横４．０ｍｍ×高さ６ｍｍである。中段およびシンチレータは、反射シート１１３の厚さが０．４ｍｍであるため、この厚さを考慮して縦４．０ｍｍ×横３．８ｍｍ×高さ６ｍｍとしている。また、シンチレータセル１０１〜１０６を構成するＣｅがドープされたＧｄ２ＳｉＯ５単結晶は、組成が、Ｇｄ２（１−ｘ）Ｃｅ２ｘＳｉＯ５（ただし、５×１０−４≦ｘ≦１０−２）であるものを用いた。このＣｅがドープされたＧｄ２ＳｉＯ５単結晶の屈折率は、１．８５である。この結晶は、放射線の入射によりシンチレーション発光した光に対して透明である。
【００１６】
シンチレータセル１０１〜１０６同士が互いに接する境界面１２１、１２２、１２３、１２４、１２５は、シンチレータセル１０１〜１０６表面の微小な凹凸によってわずかな厚さの空気層が存在する。また、下段のシンチレータセル１０１、１０６と受光素子１１１、１１２との間の境界面１２０、１２６には、屈折率１．４のシリコーンオイルを満たしている。また、このように積み重ねられたシンチレータセル１０１〜１０６全体の外側面は、シンチレータ１０１等が発した光を全反射する反射シート１１４で覆われている。反射シート１１３、１１４は、ポリテトラフルオロエチレンのシートである。
【００１７】
このような構成の第１の実施の形態の３次元検出器のシンチレータセル１０１〜１０６に放射線が入射した場合、シンチレーション発光により発られた光は、反射シート１１３、１１４によって反射されるため、境界面１２０、１２１、１２２、１２４、１２５、１２６を通って、シンチレータセル１０１〜１０６および受光素子１１１、１１２間を上下方向に行き来する。また、上段のシンチレータセル１０３、１０４においては、光は、セルの上面および外側面によって全反射されるため、側面の境界面１２３を通ってシンチレータセル１０３、１０４間を行き来する。これにより、シンチレータセル１０１〜１０６内には、受光素子１１１、１１２をつなぐ逆Ｕ字型の光の経路１３０が形成される。すなわち、本実施の形態の３次元検出器は、図２のように両端に受光素子１１１、１１２を結合した６つのシンチレータセル１０１〜１０６をＵ字型に折り曲げて配置したものと、光の経路としては等価である。
【００１８】
よって、例えば図１のようにシンチレータセル１０３に１３７Ｃｓのγ線が入射し、発光点２０１でシンチレーション発光が生じたとすると、生じた光の一部は、シンチレータセル１０４、１０５、１０６を透過して、受光素子１１２に到達し、受光される。また、一部の光は、シンチレータセル１０２、１０１を透過して、受光素子１１１に到達し、受光される。このとき、発光点２０１から受光素子１１２に至る光の経路１３０には、シンチレータセル１０３、１０４、１０５、１０６間の３つの境界面１２３、１２４、１２５と、受光素子１１２との境界面１２６とが存在する。一方、発光点２０１から受光素子１１１に至る光の経路１３０には、シンチレータセル１０３、１０２、１０１間の２つの境界面１２２、１２１と、受光素子１１１との境界面１２０が存在する。本実施の形態では、これらの境界面１２１〜１２５ならびに境界面１２０、１２６を、光が散乱や吸収されることのない構成にすることにより、これら境界面１２１等において光の大部分が透過し、残りが反射されるようにしている。反射された光は、光の経路１３０を逆方向に進行する。これを具体的に詳しく説明する。
【００１９】
例えば、図１の発光点２０１で発せられた光は、反射シート１１４で反射されることにより、光の経路１３０に沿って、シンチレータセル１０４に向かう光１４１（図２）と、シンチレータセル１０２に向かう光１４０とに分かれる。光１４１のうち境界面１２３の透過率で定められる一定の割合の光は、境界面１２３を透過する。残りの光１４２は境界面１２３で反射されて逆向きに進行し、光１４０といっしょにシンチレータセル１０２に向かう。一方、境界１２３を透過した光１４４は、図２のようにシンチレータセル１０４を通過し、境界面１２４の透過率で定められる一定の割合の光は、境界面１２４を透過する。残りの光１４７は境界面１２４で反射されて、逆向きに進行し、再び境界面１２３に達し、そのうちの一部は、境界面１２３を透過して、光１４０といっしょに逆向きに進行するが、残りの光は境界面１２３で再び反射され、光１４４といっしょに進む。同様の透過および反射が、境界１２５、１２６を通過するたびに繰り返され、境界１２６を透過した光１４６のみが受光素子１１２により検出される。
【００２０】
一方、光１４０についても、境界面１２２において境界面１２２の透過率で定められる一定の割合の光のみが透過し、残りの光１４３は反射され、光１４１といっしょに進む。同様の透過および反射が、境界面１２１、１２０を通過する度に繰り返され、境界１２０を透過した光１４９のみが受光素子１１１により検出される。
【００２１】
このとき、光１４１が受光素子１１２に到達するまでには、４つの境界面１２３、１２４、１２５、１２６を少なくとも１回は透過する必要があるのに対し、光１４０が受光素子１１１に到達するまでには、３つの境界面１２２、１２１、１２０を少なくとも１回透過すればよい。このとき、各境界面１２３等では、その境界面の透過する光の割合はその境界面の透過率によって定められ、透過率はほぼ等しい。また、境界面１２０と１２６の透過率もほぼ等しい。よって、受光素子１１１に到達する光１４９の強度と、受光素子１１２に到達する光１４６の強度とは、通過した境界面の数の比の逆数に近い値となる。この通過する境界面の数の比は、シンチレータセル１０１〜１０６のうちどのシンチレータセルで発光が生じたかにより異なる。例えば、シンチレータセル１０１で発光した場合、受光素子１１１と受光素子１１２とに到達するまでの境界面の数の比は、１：６であり、シンチレータセル１０２の場合には２：５であり、シンチレータセル１０３の場合には３：４であり、シンチレータセル１０４の場合には４：３であり、シンチレータセル１０５の場合には５：２であり、シンチレータセル１０６の場合には６：１である。よって、受光素子１１１、１１２の出力比の逆数を求めることにより、発光したシンチレータセル１０１〜１０６を特定することができる。
【００２２】
しかも、本実施の形態の構成では、境界面１２１〜１２５および境界面１２０、１２６において、光の吸収および散乱が生じないようにして、光の損失を防止している。これにより、上述のように境界面１２１等において、光のほとんどすべてを透過または反射させている。境界面１２１〜１２５および境界面１２０、１２６において反射された光は、光の経路１３０を逆方向に進行する光となるため、本実施の形態の放射線入射位置３次元検出器では、受光素子１１１、１１２で検出される光量の合計は、シンチレータセル１０１〜１０６のうち発光したシンチレータセルが、受光素子１１１、１１２に近いセルであっても、遠いセルであっても同じになる。すなわち、受光素子１１１、１１２で受光される光量の合計は、境界面で光が損失が少なくため、ほぼ一定である。
【００２３】
よって、本実施の形態の放射線入射位置３次元検出器でそれぞれのセル１０１〜１０６でシンチレーション発光させて、受光素子１１１、１１２の出力を測定すると、図３のようなグラフになる。すなわち、受光素子１１１、１１２の出力比によってセルを特定することができるとともに、受光素子１１１、１１２の出力の合計はほぼ一定にすることができる。よって、受光素子１１１、１１２から遠いシンチレータセル１０３、１０４で発光した場合であっても、十分な大きさの出力を得ることができるため、信頼性の高いデータにより発光したシンチレータセルを特定することができる。
【００２４】
また、上述のように境界面１２１〜１２５における光の損失が少ないため、受光素子１１１、１１２上に積み重ねるシンチレータセルの数を増加させたり、一つのセルの大きさを小さくしたりして境界面の数を増やすことができる。よって、本実施の形態の放射線入射位置３次元検出器は、放射線の吸収確率を高めるために、積み重ねるシンチレータセルの数を増加させてシンチレータセルのトータルの高さを高くすることや、高さ方向の発光位置の解像度を高めるために、一つのセルの大きさを小さくすることが可能である。
【００２５】
なお、境界面１２１等を光の損失の少ない境界面にするためには、シンチレータセルとシンチレータセルとの間の間隙の間隔をできるだけ小さくすると共に、シンチレータセルとシンチレータセルとの間の間隙内の屈折率を一様にする必要がある。このために、本実施の形態では、シンチレータセルの側面の面粗さをできるだけ小さくし、シンチレータセル同士を直接接触させている。このように直接接触させても、シンチレータセルには、面粗さ程度のμｍオーダの間隙が生じ、間隙内は、屈折率１の空気層となる。よって、境界面では光の吸収および散乱はほとんど生じず、光をほとんど損失させることなく透過または反射させることのできる境界面にすることができる。また、この間隙を空気層とする以外に、真空層や空気以外のガス層にすることもできるし、この間隙をオイルやグリースや接着剤等の光学結合材により満たすようにすることもできる。ガス層や、光学結合材を用いる場合には、シンチレータセルが発光する光の波長に対して透明なものを用いる必要がある。具体的には、光学結合材の厚さが１ｃｍのときに、５０％以上の透過率であるものを用いる。なお、オイルやグリースや接着剤等の場合には、泡や密度むら等のように屈折率が一様でなくなる状態にならないように注意する必要がある。
【００２６】
また、シンチレータセル１０１、１０６と受光素子１１１、１１２との境界面についても、同様に光の損失が少ない条件にすることが望ましく、本実施の形態では、シンチレータセル１０１、１０６と受光素子１１１、１１２とを直接接触させ、間隙にシリコンオイルを満たしている。なお、空気層にせずシリコンオイルを満たしているのは、空気層よりも屈折率の高いシリコンオイルを用いることにより、シンチレータセル１０１、１０６と受光素子１１１、１１２との境界面１２０、１２６における光の反射を少なくし、効率よく受光素子１１１、１１２側に光を受け渡すためである。
【００２７】
なお、光をほとんど損失させることなく透過または反射させる境界面１２１等を構成するには、上述してきた構成の他に、結晶成長の際に外乱を加えることにより形成した極薄い結晶不連続面を境界面１２１等とすることもできる。この場合、結晶成長時に、一定の間隔で結晶不連続面を形成し、これを境界面１２１等の位置になるように周囲の結晶を切り出し、図１の形状の検出器にする。この場合、セルとセルとの間には間隙は存在しないが、結晶不連続面により光の一部が透過し残りが反射するような境界面を形成することができる。また、図１の境界面の位置で結晶に劈開を生じさせ、境界面１２１等を形成することもできる。 なお、本実施の形態の放射線入射位置３次元検出器において発光したセル１０１〜１０６の検出精度を向上させるためには、発光したセル１０１〜１０６による受光素子１１１、１１２の出力の変化が等しく、図３のようにグラフが段差の等しい階段状になるのが望ましい。しかしながら、本実施の形態の放射線入射位置３次元検出器は、光の経路１３０をＵ字型に折り曲げているため、境界面１２２や１２４を透過してシンチレータセル１０３、１０４に入射した光が、反射シート１１４で反射されて逆進しやすい条件になり、境界面１２３に入射する光量が減少しやすい。この場合、受光素子１１１、１１２の出力が図３のような段差の一定の階段状になりにくくなるため、その場合には、境界面１２３が光を透過しやすい条件にする必要がある。
【００２８】
境界面１２３が光を透過しやすい条件にするためには、例えば図４の構成のように境界面１２３で接触するシンチレータセル１０３、１０４の側面の面粗さを他の境界面１２１等よりも粗くする方法がある。この場合、境界面１２３のシンチレータセル１０３、１０４の間隙にシリコンオイルやグリース等の光学結合材を満たす構成にすることもできる。
【００２９】
また、本実施の形態では、図１のように中央の反射シート１１３の高さを中段のシンチレータセル１０２、１０５の上面に一致させているが、図７のように反射シート１１３の高さを中段のシンチレータセル１０２、１０５の途中の高さまで下げた形状にすることもできる。また、図８のように、反射シート１１３の高さを上段のシンチレータセル１０３、１０４の途中まで引き上げた形状にすることもできる。
【００３０】
図４の境界面１２３の表面粗さを粗くする方法も、反射シート１１３の高さを変化させる方法も、これらの条件を変化させながら、図３の受光素子１１１、１１２の出力と発光位置との関係を示すグラフを形状を見て、グラフが段差の等しい階段状になるような条件を選択する。
【００３１】
このように、本発明の第１の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器は、ガンマ線の入射によりシンチレーション発光された光が、両端の受光素子１１１、１１２まで到達する光の経路１３０をつくり、発光した光が、受光素子１１１、１１２に到達するまでにシンチレータセル１０１〜１０６の境界面をいくつ通過するかをシンチレータセル１０１〜１０６ごとに異なるようにすることにより、受光素子１１１と１１２との出力比により、発光したシンチレータセルを特定することができる。したがって、このシンチレータセルを縦横方向に並べることにより、縦横方向のみならず、高さ方向についてもγ線がどのシンチレータセルに入射したかを特定することができ、放射線入射位置を３次元に検出できる。
【００３２】
また、本実施の形態の検出器は、境界面１２１〜１２５において光がほとんど損失されないような構成にすることにより、境界面を透過しなかった残りの光を反射光として逆進させることができるため、受光素子１１１、１１２で受光される光の合計は、どのシンチレータセルで発光した場合でもほぼ同じにすることができる。よって、シンチレータセルの高さを高くしてガンマ線の吸収確率を高めることや、境界面の数を多くして解像度を高めることが可能である。
【００３３】
つぎに、本発明の第２の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器について説明する。
【００３４】
第２の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器は、図９のように、シンチレータセルを４段に積み上げたものであり、各段にはそれぞれ４個のシンチレータセルが縦方向２個×横方向２個の形状に並べられている。以後、この縦方向を行と、横方向を列とも呼ぶ。この呼び方では、図９の３次元検出器は、２行×２列×４段にシンチレータセルを積み上げた３次元検出器となる。
【００３５】
シンチレータセル３０１〜３１６は、高さ方向には第１の実施の形態と同様に直接積み上げられている。したがって、シンチレータセル３０１〜３１６の高さ方向の境界面は、第１の実施の形態と同様に、極薄い空気の層を介して各シンチレータセルが接しており、シンチレーション発光した光は、上下方向の境界面ではほとんど吸収されるこことなく、一定の割合で透過され、残りは反射され逆進する。
【００３６】
一方、縦および横方向の境界面は、次のような構成になっている。１段目（最下段）の４個のシンチレータセル３０１、３０５、３０９、３１３が互いに隣接する境界面には、第１の実施の形態と同じように反射シート３３１が配置され、シンチレータセル３０１、３０５、３０９、３１３間での光の行き来を完全に遮断している。２段目の４個のシンチレータセル３０２、３０６、３１０、３１４が互いに隣接する面には、中心部分から半分程度の面積だけ反射シート３３２が配置され、残りの部分は、直接接触している。３段目の４個のシンチレータセル３０３、３０７、３１１、３１５が互いに隣接する面には、中心部分から１／４程度の面積だけ反射シート３３３が配置され、残りの部分は、直接接触している。これにより、２段目のシンチレータセル３０２、３０６、３１０、３１４間は、境界面の約１／２の面積の部分で光が透過できる。３段目の４個のシンチレータセル３０３、３０７、３１１、３１５は、境界面の約３／４の面積の部分で光が透過できる。４段目（最上段）の４個のシンチレータセル３０４、３０８、３１２、３１６は、互いに直接接触しており、それぞれの境界面の全面から光が透過できる。
【００３７】
また、１段目の４個のシンチレータセル３０１、３０５、３０９、３１３の底面には、それぞれ受光素子（光電子増倍管）３２１、３２２、３２３、３２４が接触している。底面と受光素子との間の間隙にはシリコンオイルが満たされている。
【００３８】
シンチレータセル３０１〜３１６の材質、シリコンオイルの屈折率、反射シート３３１、３３２、３３３の材質は、第１の実施の形態と同じである。また、積み上げたシンチレータセル３０１〜３１６の外周面は、図示していないが、反射シートで覆われている。
【００３９】
このような構成の３次元位置検出器では、シンチレータセル３０１〜３１６内には、第１の実施の形態と同様に、シンチレータセル３０１〜３１６の高さ方向に光の経路３５１、３５２、３５３、３５４が生じる（図１０）。光の経路３５１、３５２、３５３、３５４は、４段目（最上段）の４個のシンチレータセル３０４、３０８、３１２、３１６が互いに接する境界面において連結される。よって、例えば、シンチレータセル３０８で発せられた光は、光の経路３５２に沿って受光素子３２２に達するとともに、光の経路３５２を逆向きに進んだ光が、シンチレータセル３０８から隣接するセル３０４、３１２に進み、光の経路３５１、３５３を進んで受光素子３２１、３２３に至る。さらに、セル３０４、３１２から一部の光がセル３１６に進んで、光の経路３５４を進み受光素子３２４に至る。このように、第２の実施の形態の３次元位置検出器では、それぞれ端部に受光素子３２１〜３２４が接続された４本の光の経路３５１〜３５４が連結された構成になる。このとき、第１の実施の形態と同様に、光が通過する境界面ごとに、その境界面の透過率に応じた割合の光だけが透過でき、残りは反射されて逆向きに進行することが繰り返されるため、各光の経路３５１〜３５４に沿って光が受光素子３２１〜３２４に至るまで間に、光が通過する境界面の数の逆数に近い割合で受光素子３２１〜３２４から出力が得られる。
【００４０】
よって、受光素子３２１〜３２４の相互間の出力比を知ることにより、どのシンチレータセルにおいて発光が生じたか（すなわちガンマ線が入射したか）を同定することができる。このとき、４つの受光素子３２１〜３２４の相互の出力比から容易にしかも確実にシンチレータセルを同定するために、４つの受光素子３２１〜３２４の出力の相関を２次元画像に表し、この画像により発光したシンチレータセルを特定する。これについて以下詳しく説明する。
【００４１】
第２の実施の形態の３次元検出器の受光素子３２１〜３２４は、図１１に示すような回路に接続されている。すなわち、受光素子３２１〜３２４は、それぞれ増幅器３ａ〜３ｄに接続されている。増幅器３ａ〜３ｄには、それぞれ波形整形器５ａ〜５ｄが接続されているとともに、加算器４にも接続されている。増幅器３ａ〜３ｄは、それぞれＡ／Ｄ変換器６ａ〜６ｄに接続されている。加算器４のは、波形整形器５ｅおよび制御回路７に順に接続されている。Ａ／Ｄ変換器６ａ〜６ｄは、制御回路７の出力によって制御されながらＰＣインタフェース８を介してパーソナルコンピュータ９に入力される。パーソナルコンピュータ９には表示装置１０が接続されている。
【００４２】
これらの回路およびパーソナルコンピュータ９は、受光素子３２１〜３２４の出力を図９のように出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとした場合に、
ｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
を求めるために配置されている。その理由は、各シンチレータセル３０１〜３１６に放射線を入射させて発光させ、上記ｘ、ｙを求め、点（ｘ、ｙ）を、ｘ軸、ｙ軸の２次元座標上に表示させることを繰り返し行うと、図１３で示すように原点を中心に第１象現〜第４象現に同心円上に、１６個の領域が得られる。この領域がそれぞれシンチレータセル３０１〜３１６に対応するのである。すなわち、上記ｘ、ｙを求め、２次元座標上に表示することにより、シンチレータ発光された光が、光の経路３５１〜３５４に沿って受光素子３２１〜３２４に至るまで間に、光が通過する境界面の数の逆数の割合で受光素子３２１〜３２４から出力が得られることを、２次元座標上に位置として示すことができるのである。具体的には、原点に最も近い４つの領域が最上段のシンチレータセル３０４、３０８、３１２、３１６でそれぞれで発光した場合の点（ｘ、ｙ）の位置を示している。また、原点から離れるに従い下段側のシンチレータセルで発光した場合の点（ｘ、ｙ）の位置を示し、原点から最も遠い４つの領域が最下段のシンチレータセル３０１、３０５、３０９、３１３で発光した場合の点（ｘ、ｙ）の位置を示している。
【００４３】
したがって、上述のように予め各シンチレータセル３０１〜３１６に放射線を入射させて発光させるか、もしくは計算によって、図１３のような２次元座標上の領域の位置を予め求め、これを元に点（ｘ、ｙ）の座標とシンチレータセル３０１〜３１６との関係を示すテーブルを作成し、このテーブルをパーソナルコンピュータ９内のメモリに格納しておくことにより、以下のような手順で、受光素子３２１〜３２４の出力から、発光したシンチレータセルを同定できる。
【００４４】
受光素子３２１〜３２４の出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、図１１の回路１１００の増幅器３ａ〜３ｄによってそれぞれ増幅され、波形整形器５ａ〜５ｄにより波形が整形される。一方、加算器４は、増幅器３ａ〜３ｄの出力を加算することにより、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを出力する。波形整形器５ｅは、出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの波形を整形する。制御回路７は、出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの出力が、予め定めれている設定値以上である場合には、Ａ／Ｄ変換器６ａ〜６ｄに波形整形器５ａ〜５ｄの出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄをデジタル信号に変換してＰＣインタフェース８に出力させるとともに、自らも出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄをデジタル信号に変換してＰＣインタフェース８に出力する。なお、制御回路７の設定値としては、コンプトン散乱された放射線等によって生じる出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの最大値を予め設定しておく。制御回路７が、この値よりも出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄが大きいかどうか判別することにより、コンプトン散乱した放射線等のノイズの出力ではなく、測定すべき放射線による出力Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤのみをＰＣインタフェース８に受け渡すことができる。
【００４５】
パーソナルコンピュータ９は、ＰＣインタフェース８から受取った値を、内蔵するメモリに格納されている図１２のフローチャートのようなプログラムに沿って処理する。すなわち、まず、ＰＣインタフェース８から出力Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを受け取り（ステップ１２０１）、ｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）、ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を求める（ステップ１２０２）。そして、ｘ軸ｙ軸の２次元座標上にステップ１２０２で求めた点（ｘ，ｙ）を表示する画像を生成するとともに、上述のように予めメモリに格納されているテーブルを用いて点（ｘ、ｙ）に対応するシンチレータセルの番号（例えばシンチレータセル３０８）を同定する（ステップ１２０３、１２０４）。ステップ１２０３で生成した画像と、ステップ１２０４で同定したシンチレータセルとを表示装置１０に表示させる。また、出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄは、入射した放射線のエネルギーの大きさを示しているので、出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄもいっしょに表示装置１０に表示させる。また、パーソナルコンピュータ９は、出力Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを受け付けた時刻、すなわち放射線の入射を検出した時刻の計時も行い、放射線を検出した時刻も表示装置に表示する。
【００４６】
このように第２の実施の形態では、シンチレータセル３０１〜３１６を、２行×２列×４段になるように積み重ね、底面に結合させた４つの受光素子３２１〜３２４の出力の比を図１３に示すような２次元座標上に示す点（ｘ、ｙ）を求めることにより、発光したシンチレータセルが同定できる。この方法は、２行×２列×４段の計１６個のシンチレータセルから発光したシンチレータセルを同定するのに、複雑な計算をする必要がなく、しかも、２行×２列である限り、シンチレータセルの段数をいくつに増加しても同じ方法で発光したシンチレータセルを同定することができるという利点がある。また、ｘｙ座標上の点（ｘ，ｙ）および各セルに対応する領域を２次元画像として図１３のように表示装置１０上に画像表示できるため、ユーザは、発光したシンチレータセルを視覚的に確認することができる。また、これを利用して、セル間の反射シートの配置等の条件を変えながら、画像上のシンチレータセルの対応領域の配置との関係を調べ、シンチレータセルの同定に最適な検出器の構造にすることができる。
【００４７】
なお、第２の実施の形態において、２段目、３段目の反射シート３３２、３３３を境界面の一部にのみ配置している。これは、図１０の光の経路３５５、３５６を形成するためである。光の経路３５５は、２段目のシンチレータセル３０２、３０６、３１０、３１４間で一部の光を隣接するセルに透過させる。光の経路３５６は、３段目のシンチレータセル３０３、３０７、３１１、３１５間で隣接するセルに透過させる。これらは、光の経路３５１〜３５４の近道であり、このような近道の光の経路３５５、３５６を形成するかしないか、および、光の経路３５５、３５６の通過可能な境界面の面積の大小により、図１３の各象現において各領域間の距離が変化する。発光したシンチレータセル３０１〜３１６を正確に同定するためには、図１３の各領域は、互いに連結することなく独立している方が望ましい。よって、反射シート３３２、３３３の大きさや形状を変化させながら、図１３の領域の配置や形状をその都度確認し、各領域が互いに連結することなく独立する配置となるように反射シート３３２、３３３の大きさおよび形状を選択することができる。したがって、本実施の形態では、上段に行くほど反射シート３３２、３３３の面積が小さくなるように設定しているが、１段目から３段目までは境界面全てに反射シートを配置し、最上段の４段目のみで光が透過できるようにすることも可能であるし、場合によっては、最上段の境界面の一部にも反射シートを配置してもよい。ただし、最上段の境界面は、必ず一部において光が透過するようにし、光の経路３５１〜３５４を確保する必要がある。
【００４８】
また、第２の実施の形態では、発光したシンチレータセルを同定することを中心に説明したが、第２の実施の形態の３次元検出器においても、第１の実施の形態の３次元検出器と同様に、シンチレータセルの境界面は、シンチレータセル同士を直接接触させることにより、わずかな厚さの空気層を介してシンチレータセルを光学的に結合させている。よって、境界面を透過する際には、光はほとんど損失されず、透過できなかった光は、反射して逆進し、４つの受光素子３２１〜３２４のうちのいずれかで受光される。したがって、受光素子から近い最下段のシンチレータセルで発光した場合も、最上段のシンチレータセルで発光した場合もノイズやコンプトン散乱された放射線でない限り、４つの受光素子の出力のトータルＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄはほぼ同じである。よって、どのシンチレータセルで発光した場合にも、信頼性の高いデータが得られ、精度良く発光したシンチレータセルを同定できる。また、シンチレータセルを積み重ねる段数を増加させたり、セルの大きさを小さくして、境界面の数を増加させた場合にも、光がほとんど損失されないため、精度良く発光したシンチレータセルを同定できる
なお、本実施の形態では、ｘ、ｙをそれぞれ
ｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
により定義しているが、この数式に限らず
ｘ＝（（Ａ＋Ｂ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
により定義してもよい。この数式を用いると、図１３の原点が、図１３の座標の左下の角に位置することになるが、上述の方法と同様の方法で発光したシンチレータセルを特定することができる。また、これらの数式に限らず、いわゆる重心演算方法であれば、他の数式を用いることも可能である。
【００４９】
つぎに、本発明の第３の実施の形態の放射線入射位置の３次元検出器について図１４を用いて説明する。
【００５０】
本実施の形態の３次元検出器は、第２の実施の形態の３次元検出器と似ているが、４段目（最上段）のシンチレータセル４０１の構造が第２の実施の形態とは異なっている。第３の実施の形態の４段目のシンチレータセル４０１は、４つに完全に分割されたセルではなく、４個分のセルの大きさ（８ｍｍ×８ｍｍ×６ｍｍ）を有する一つのセル４０１に、図１５のように、底面側から十文字に溝４０２、４０３を入れ、４つの部分４０１ａ，４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄに分けたものである。よって、４つの部分４０１ａ，４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄは、溝４０２、４０３の上部では、互いに連続している。溝４０２、４０３は、幅０．４ｍｍで深さは４ｍｍであり、内壁面は、粗面である。また、溝４０２、４０３の内部に光学結合材（シリコングリース）を充填してある。溝４０２、４０１の内壁面は、粗面である。また、１段目から３段目の各段において４つのシンチレータセルが隣接する部分には、厚さ０．４ｍｍの反射シートを全面に配置している。４段目のセル４０１の底面と３段目のセル３０３、３０７、３１１、３１５の上面と接触面にも、光学結合材（シリコンオイル）を満たしてある。
【００５１】
第３の実施の形態の３次元検出器においても、第２の実施の形態の図１０の光の経路３５１、３５２、３５３、３５４と同様に、各受光素子３２１〜３２４を相互に結ぶ４つの光の経路が生じる。４つの光の経路は、４段目（最上段）のシンチレータセル４０１において、相互に連結される。なお、第３の実施の形態では、反射シートが１段目〜３段目のシンチレータセル間の境界面の全面に配置されているため、図１０の光の経路３５５、３５６は、第３の実施の形態の構成では生じない。
【００５２】
第３の実施の形態では、４段目（最上段）のシンチレータセル４０１の構成が、十文字の溝４０２、４０３によって分けられた４つの部分４０１ａ，４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄからなり、上部が連続しているため、４つの部分４０１ａ，４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄ間を行き来する光量を増加させることができる。また、溝４０２、４０３の深さによって、４つの部分４０１ａ，４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄ間を行き来する光量を調節することができる。したがって、第２の実施の形態と同様に、各セル３０１等、ならびに、各部分４０１ａ〜４０１ｄに放射線を入射させてその際の受光素子３２１〜３２４の出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから
ｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
を求めることにより、点（ｘ，ｙ）の位置と、各セル３０１等、ならびに、各部分４０１ａ〜４０１ｄに対応する領域との関係を図１６のように予め求めることができる。この関係をテーブルとして用意しておくことにより、第２の実施の形態と同様に点（ｘ，ｙ）の位置から、発光したシンチレータセルを同定することができる。また、必要に応じて溝４０２、４０３の深さ等を調節することにより、図１６の各領域の配置および形状を、シンチレータセルの同定に望ましいように各セルに対応する領域が独立した配置および形状に調節することができる。
【００５３】
なお、第３の実施の形態では、最上段のシンチレータセル４０１に下面側から溝４０２、４０３を形成しているが、上面側から溝４０２、４０３を形成してもよい。
【００５４】
つぎに、第４の実施の形態として、第１〜第３の実施の形態の放射線入射位置の３次元検出器を用いた陽電子放出断層装置（ＰＥＴ装置）について説明する。
【００５５】
第１〜第３の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器は、放射線が入射し発光したシンチレータセルを深さ方向（高さ方向）について同定することができる。このため、放射線が検出器を斜め方向に横切った場合であっても、発光したシンチレータセルの位置を深さ方向に正確に同定できるため、発光が同時計測されたセルを結ぶ線上に、放射線を発した部位５１２が存在することを知ることができる。よって、部位５１２のように検出器の中心からずれた位置にある部位を、正確に特定できるため、被検体５０１の断層画像の周辺部の解像度を向上させることができる。
【００５６】
具体的なＰＥＴ装置の構成について簡単に説明する。ここでは、第２の実施の形態の３次元検出器９００（図９）を用いてＰＥＴ装置を構成する場合について説明する。３次元検出器９００は、図１７、図１８のように、シンチレータセル３０４等を被検体５０１側に向けて、円筒形に配置される。被検体５０１は、被検体保持ベッド１８０１によって、３次元検出器９００の内部空間に保持される。３次元検出器９００には、それぞれ図１１の回路１１００が接続される。回路１１００の出力は、すべてＰＣインタフェース８を介して、１台のパーソナルコンピュータ９に集められる。パーソナルコンピュータ９は、出力Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを受け付けた３次元検出器９００のそれぞれについて、第２の実施の形態で説明した方法で発光したシンチレーションセルを同定する。また、パーソナルコンピュータ９は、出力Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを受け付けた時刻、すなわち放射線の検出時刻の監視も行い、同時に放射線が検出されたシンチレータセルの位置データをメモリに記録していくことにより、部位５１１や部位５１２を特定し、これを表示装置１０に表示させる。
【００５７】
第４の実施の形態のＰＥＴ装置は、上述のように放射線を捕らえた３次元検出器９００内で厚さ方向の位置を、発光したシンチレータセルの同定により検出できるため、検出器感度を維持したままで、視野周辺部での解像度の劣化を防ぐことが可能になった。
【００５８】
なお、第４の実施の形態では、３次元検出器として第２の実施の形態の３次元検出器９００を用いた構成について説明したが、第１の実施の形態や第３の実施の形態の３次元検出器を用いてＰＥＴ装置を構成することも可能である。
【００５９】
上述してきたように、本発明の第１〜第３の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器は、発光したシンチレータセルをシンチレータの厚さ（高さ）方向に同定することにより、放射線の検出された位置情報を３次元情報として、正確に検出可能である。また、本実施の形態による３次元検出器は、光の損失が少ないため、シンチレータセルの段数を多くすることが可能で、このことにより放射線の検出感度を高めることができる。また、これらの３次元検出器を第４の実施の形態のように陽電子放出装置（ＰＥＴ装置）を導入することにより、放射線の斜入射に伴う視野周辺や被検体の体軸方向での解像度の劣化を防ぐことが可能となり、全視野において解像度のよいイメージ画像を得ることができる。
【００６０】
なお、第１〜第３の実施の形態では、シンチレータセルとしてＣｅ：Ｇｄ２ＳｉＯ５単結晶を用いる場合についてのみ示したが、本発明の放射線３次元位置検出器のシンチレータ材料がＣｅ：Ｇｄ２ＳｉＯ５に限定されるものではない。ただし、本発明に用いるシンチレータ材料は、蛍光出力が高いほど効果的で、Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２より５０％以上高い出力のシンチレータ材料であることが望ましく、Ｃｅ：Ｇｄ２ＳｉＯ５を用いることが好ましい。
【００６１】
また本発明の実施例では、シンチレータセルをすべて同じ材料、Ｃｅ：Ｇｄ２ＳｉＯ５単結晶で構成しているが、異なる材料からなるシンチレータセルを組合せて３次元検出器を構成することもできる。このように異なる材料からなるシンチレータセルを組み合わせて用いた場合、材料間の蛍光減衰時間の差を利用して、蛍光減衰時間の違いを波形弁別することが可能となり、出力信号を波形弁別することによって発光したシンチレータセルを特定する３次元検出器を構成することが可能になる。
【００６２】
【発明の効果】
上述してきたように、本発明によれば、シンチレータ全体の厚さを厚くしても、発光位置を厚さ方向について特定することのできる３次元位置検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器の構成を示す説明図。
【図２】図１の３次元位置検出器の光の経路を示す説明図。
【図３】図１の３次元位置検出器の受光素子の出力の大きさと発光したセルとの関係を示すグラフ。
【図４】図１の３次元位置検出器において境界面１２３を粗面にした構成を示す説明図。
【図５】従来の陽電子放出断層装置（ＰＥＴ装置）の構成を示すブロック図。
【図６】図５のＰＥＴ装置の検出器の配置と、放射線の入射方向とを示す説明図。
【図７】図１の３次元位置検出器の反射シートの上端位置を低くした構成を示す説明図。
【図８】図１の３次元位置検出器の反射シートの上端位置を高くした構成を示す説明図。
【図９】本発明の第２の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器の構成を示す説明図。
【図１０】図９の３次元検出器の光の経路を示す説明図。
【図１１】図９の放射線入射位置３次元検出器の出力を処理する回路の構成を示すブロック図。
【図１２】図１１のパーソナルコンピュータの動作を示すフローチャート。
【図１３】図１１の処理により出力される、点（ｘ，ｙ）と図９の３次元検出器のシンチレータセルとの対応関係を表す画像を示す説明図。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器の構成を示す説明図。
【図１５】図１４の３次元検出器のＡ−Ａ断面図。
【図１６】図１４のシンチレータセルと点（ｘ，ｙ）との対応関係を表す画像を示す説明図。
【図１７】第２の実施の形態の３次元検出器を用いたＰＥＴ装置において、３次元検出器の配置と放射線の入射方向とを示す説明図。
【図１８】第２の実施の形態の３次元検出器を用いたＰＥＴ装置の全体構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６…シンチレータセル、１１１、１１２…受光素子、１１３、１１４…反射シート、１２０、１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６…境界面、１３０…光の経路、２０１…発光点、３０１〜３１６…シンチレータセル、３２１、３２２、３２３、３２４…受光素子、３３１、３３２、３３３…反射シート、３５１、３５２、３５３、３５４…光の経路、３５５、３５６…光の経路、４０１…シンチレータセル、４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄ…部分、４０３…光学結合材、４０５…反射シート、５０１…被検体、５１１、５１２…部位、５０２…シンチレータ、５０３…受光素子、５０４…演算装置、５０５…表示装置、５０６…放射線検出器、９００…放射線入射位置３次元検出器、１１００…回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、シンチレーション放射線検出器に関し、特に、陽電子放出断層装置（ＰＥＴ：Ｐｏｓｉｔｏｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ装置）の検出器として用いるのに適した放射線三次元位置検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
陽電子放出断層装置（ＰＥＴ装置）は、陽電子を放出する放射性アイソトープで標識した化合物を予め注入された被検体から放射される放射線を、被検体の外部から検出する装置である。検出結果から放射性アイソトープの被検体内における位置および濃度を示す断層画像を生成し、表示する。ユーザは、この画像を見ることにより、放射性アイソトープで標識された化合物が、被検体内でどこにどれくらいの濃度で存在するかを知ることができる。これを利用して、例えば被検体内の生理的活性の高い場所および濃度を測定することができる。
【０００３】
このようなＰＥＴ装置は、図５のように、被検体５０１から放射される放射線を検出するために、被検体５０１を取り囲むように円筒形に配置された放射線検出器５０６を用いる。検出器５０６は、例えばＢｉ４Ｇｅ３Ｏ１２結晶等のように、放射線の入射により発光する構成のシンチレータ５０２と、シンチレータ５０２の発した光を受光する受光素子５０３とにより構成される。シンチレータ５０２は、図５、図６のように円筒形に配置され、各シンチレータ５０２間には、反射膜が配置され、発光した光が隣接するシンチレータ５０２に入射するのを防止している。被検体５０１からの放射線は、互いに逆向きに２光子ずつ同時に放射される性質があるため、受光素子５０３によりシンチレーション発光が同時に計測された２つのシンチレータを特定することにより、２つのシンチレータを結ぶ線上に、放射線を発する部位５１１や部位５１２があることを知ることができる。演算装置５０４は、同時に発光が計測されたシンチレータの位置データをメモリに記録していき、これらの収集されたデータから数学的手法を用いて、検出器５０６内の空間内の部位５１１や部位５１２の位置を特定し、これを表示装置５０５に表示させる。
【０００４】
ところが、被検体５０１の放射線を発する部位が、部位５１１のように、検出器５０６（リング）内の空間（視野）の中心に位置する場合には、放射線がシンチレータ５０２の厚さ方向（以下、深さ方向ともいう）に入射するが、部位５１２のように、円筒形の中心からずれた位置にあり、かつ図６のような方向に放射線が放出された場合には、放射線が複数のシンチレータ５０２を斜めに横切ることになる。このように放射線が複数のシンチレータ５０２を横切った場合、どのシンチレータ５０２が発光するかは確率によって定まる。したがって、同じ事象が起こった場合（部位５１２から同じ方向に放射線が放出された場合）でも同じシンチレータ５０２の対がいつも発光するとは限らず、発光したシンチレータ５０２を結ぶ線が複数存在することとなり、これらのデータを用いて算出された放射線発生部位はぼけてしまうこととなる。このような原因から、一般的なＰＥＴ装置は、視野周辺に向かうにしたがって多少ぼけてしまう。（軸方向の解像度が劣化する。）この解像度の劣化を避けるためにシンチレータ５０２を薄くしてしまうと、放射線がシンチレータ５０２によって捕らえられる確率が減り、検出器５０６の感度の劣化を招くという問題が生じる。
【０００５】
特開平６−５１０６９号公報では、シンチレータの深さ方向の発光位置を検出することにより、放射線がどの位置に入射したかを判別し、空間分解能を向上させることが提案されている。具体的には、隣接する２つのシンチレータを一組とし、この２つのシンチレータが接する面の光の透過率を、シンチレータの深さ方向で変化させておき、発せられた光が２つのシンチレータに透過率に応じた割合で分配されるようにしている。そして、２つのシンチレータの底部の受光素子で受光された光の強度比により、発光位置を特定する。この公報では、２つのシンチレータが接する面の透過率を変化させる方法として、面の粗さを変化させる方法が開示されている。
【０００６】
また、特開昭６３−４７６８６号公報には、シンチレータを複数のシンチレータセルに分け、複数のセルを、セルとは屈折率の異なる透明板をはさみながら複数段積み上げた構成にすることにより、受光素子まで到達する光の透過率が、複数のシンチレータセルごとに異なるようにし、発光部位がどのセルかを特定することが提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特開平６−５１０６９号公報記載の構成は、２つのシンチレータ間の面の粗さを変化させる等の方法で２つのシンチレータ間の透過率を変化させるものであるが、この方法では、透過率を変化させるために、面粗さを変化させている。しかしながら、光の一部を透過させることのできる面の粗さに設定しなければならないため、面粗さを変化させることができる範囲にも限度がある。そのため、ある程度以上の段階数に面粗さを変化させることができないため、シンチレータの厚さ方向の分解能を向上させるのに限界がある。
【０００８】
また、特開昭６３−４７６８６号公報記載の構成は、シンチレータセル間に屈折率の異なる板を挟み、受光素子に近いシンチレータセルと遠いシンチレータセルとで光の透過率が異なるようにしている。そして、光が板を通過する度に光を損失させ、受光量の差からどのセルで発光されたかを検出するものである。よって、セルを多段にした場合、受光素子から遠い位置にあるセルで発せられた光のうち、受光素子に到達できる光は、そのごく一部になってしまう。このため、受光素子の出力が非常に小さくなり、情報が正確に得られなくなる。このように、この方法についても、シンチレータの厚さ方向の分解能を向上させるのに制限がある。また、セルとセルとの間に板を挟む構成であるため、検出器全体にしめるシンチレータの結晶の割合が小さくなり、放射線の吸収効率が低下してしまうという問題もある。また、板の部分を放射線が通り抜けてしまう可能性もあり、検出効率を向上させる妨げになる。
【０００９】
本発明は、シンチレータ全体の厚さを厚くしても、発光位置を厚さ方向について特定することのできる放射線入射位置３次元検出器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のような放射線入射位置３次元検出器が提供される。
【００１１】
すなわち、複数の柱状シンチレータと、
前記複数の柱状シンチレータのそれぞれの底面に接続された受光素子とを有し、
前記複数の柱状シンチレータは、所定の形状の複数のシンチレータセルを、上下方向に積み上げたものであり、
前記複数の柱状シンチレータは、互いの側面が隣り合うように配置され、当該隣合う側面のうち、少なくとも最上段のシンチレータセルの側面の一部は、互いに光を行き来させるために接しており、
前記積み上げられたシンチレータセルとシンチレータセルとは直接接触しており、その間に生じる間隙は、屈折率が一様な物質で満たされており、
前記物質は、空気、または、前記シンチレータセルの発する光に対して透明な光学結合材であることを特徴とする放射線入射位置３次元検出器である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
【００１３】
まず、本発明の第１の実施の形態の放射線入射位置を３次元に検出する位置検出器について説明する。
【００１４】
第１の実施の形態の放射線入射位置検出器は、図１のように６個の直方体のシンチレータセル１０１〜１０６と、２つの受光素子１１１、１１２とを備えて構成される。シンチレータセル１０１〜１０６は、ＣｅがドープされたＧｄ２ＳｉＯ５単結晶を直方体に切り出したものであり、各面は研磨されている。そして、６つのシンチレータセル１０１〜１０６は、３個づつ柱状に積み上げられ、積み上げられた柱状のシンチレータセル１０１〜１０３、１０４〜１０６は、隣接するように配置されている。なお、下段の２つのシンチレータセル１０１、１０６の間、ならびに、中段のシンチレータセル１０２、１０５の間には、シンチレータセル１０１等が発した光を全反射する反射シート１１３が挟まれている。上段のシンチレータセル１０３、１０４は、側面が直接接触するように配置されている。下段のシンチレータセル１０１、１０６の下面には、それぞれ受光素子１１１、１１２が結合されている。受光素子１１１、１１２としては、本実施の形態では光電子増倍管を用いている。
【００１５】
シンチレータセル１０１〜１０６のうち上段のシンチレータセル１０３、１０４の大きさは、縦４．０ｍｍ×横４．０ｍｍ×高さ６ｍｍである。中段およびシンチレータは、反射シート１１３の厚さが０．４ｍｍであるため、この厚さを考慮して縦４．０ｍｍ×横３．８ｍｍ×高さ６ｍｍとしている。また、シンチレータセル１０１〜１０６を構成するＣｅがドープされたＧｄ２ＳｉＯ５単結晶は、組成が、Ｇｄ２（１−ｘ）Ｃｅ２ｘＳｉＯ５（ただし、５×１０−４≦ｘ≦１０−２）であるものを用いた。このＣｅがドープされたＧｄ２ＳｉＯ５単結晶の屈折率は、１．８５である。この結晶は、放射線の入射によりシンチレーション発光した光に対して透明である。
【００１６】
シンチレータセル１０１〜１０６同士が互いに接する境界面１２１、１２２、１２３、１２４、１２５は、シンチレータセル１０１〜１０６表面の微小な凹凸によってわずかな厚さの空気層が存在する。また、下段のシンチレータセル１０１、１０６と受光素子１１１、１１２との間の境界面１２０、１２６には、屈折率１．４のシリコーンオイルを満たしている。また、このように積み重ねられたシンチレータセル１０１〜１０６全体の外側面は、シンチレータ１０１等が発した光を全反射する反射シート１１４で覆われている。反射シート１１３、１１４は、ポリテトラフルオロエチレンのシートである。
【００１７】
このような構成の第１の実施の形態の３次元検出器のシンチレータセル１０１〜１０６に放射線が入射した場合、シンチレーション発光により発られた光は、反射シート１１３、１１４によって反射されるため、境界面１２０、１２１、１２２、１２４、１２５、１２６を通って、シンチレータセル１０１〜１０６および受光素子１１１、１１２間を上下方向に行き来する。また、上段のシンチレータセル１０３、１０４においては、光は、セルの上面および外側面によって全反射されるため、側面の境界面１２３を通ってシンチレータセル１０３、１０４間を行き来する。これにより、シンチレータセル１０１〜１０６内には、受光素子１１１、１１２をつなぐ逆Ｕ字型の光の経路１３０が形成される。すなわち、本実施の形態の３次元検出器は、図２のように両端に受光素子１１１、１１２を結合した６つのシンチレータセル１０１〜１０６をＵ字型に折り曲げて配置したものと、光の経路としては等価である。
【００１８】
よって、例えば図１のようにシンチレータセル１０３に１３７Ｃｓのγ線が入射し、発光点２０１でシンチレーション発光が生じたとすると、生じた光の一部は、シンチレータセル１０４、１０５、１０６を透過して、受光素子１１２に到達し、受光される。また、一部の光は、シンチレータセル１０２、１０１を透過して、受光素子１１１に到達し、受光される。このとき、発光点２０１から受光素子１１２に至る光の経路１３０には、シンチレータセル１０３、１０４、１０５、１０６間の３つの境界面１２３、１２４、１２５と、受光素子１１２との境界面１２６とが存在する。一方、発光点２０１から受光素子１１１に至る光の経路１３０には、シンチレータセル１０３、１０２、１０１間の２つの境界面１２２、１２１と、受光素子１１１との境界面１２０が存在する。本実施の形態では、これらの境界面１２１〜１２５ならびに境界面１２０、１２６を、光が散乱や吸収されることのない構成にすることにより、これら境界面１２１等において光の大部分が透過し、残りが反射されるようにしている。反射された光は、光の経路１３０を逆方向に進行する。これを具体的に詳しく説明する。
【００１９】
例えば、図１の発光点２０１で発せられた光は、反射シート１１４で反射されることにより、光の経路１３０に沿って、シンチレータセル１０４に向かう光１４１（図２）と、シンチレータセル１０２に向かう光１４０とに分かれる。光１４１のうち境界面１２３の透過率で定められる一定の割合の光は、境界面１２３を透過する。残りの光１４２は境界面１２３で反射されて逆向きに進行し、光１４０といっしょにシンチレータセル１０２に向かう。一方、境界１２３を透過した光１４４は、図２のようにシンチレータセル１０４を通過し、境界面１２４の透過率で定められる一定の割合の光は、境界面１２４を透過する。残りの光１４７は境界面１２４で反射されて、逆向きに進行し、再び境界面１２３に達し、そのうちの一部は、境界面１２３を透過して、光１４０といっしょに逆向きに進行するが、残りの光は境界面１２３で再び反射され、光１４４といっしょに進む。同様の透過および反射が、境界１２５、１２６を通過するたびに繰り返され、境界１２６を透過した光１４６のみが受光素子１１２により検出される。
【００２０】
一方、光１４０についても、境界面１２２において境界面１２２の透過率で定められる一定の割合の光のみが透過し、残りの光１４３は反射され、光１４１といっしょに進む。同様の透過および反射が、境界面１２１、１２０を通過する度に繰り返され、境界１２０を透過した光１４９のみが受光素子１１１により検出される。
【００２１】
このとき、光１４１が受光素子１１２に到達するまでには、４つの境界面１２３、１２４、１２５、１２６を少なくとも１回は透過する必要があるのに対し、光１４０が受光素子１１１に到達するまでには、３つの境界面１２２、１２１、１２０を少なくとも１回透過すればよい。このとき、各境界面１２３等では、その境界面の透過する光の割合はその境界面の透過率によって定められ、透過率はほぼ等しい。また、境界面１２０と１２６の透過率もほぼ等しい。よって、受光素子１１１に到達する光１４９の強度と、受光素子１１２に到達する光１４６の強度とは、通過した境界面の数の比の逆数に近い値となる。この通過する境界面の数の比は、シンチレータセル１０１〜１０６のうちどのシンチレータセルで発光が生じたかにより異なる。例えば、シンチレータセル１０１で発光した場合、受光素子１１１と受光素子１１２とに到達するまでの境界面の数の比は、１：６であり、シンチレータセル１０２の場合には２：５であり、シンチレータセル１０３の場合には３：４であり、シンチレータセル１０４の場合には４：３であり、シンチレータセル１０５の場合には５：２であり、シンチレータセル１０６の場合には６：１である。よって、受光素子１１１、１１２の出力比の逆数を求めることにより、発光したシンチレータセル１０１〜１０６を特定することができる。
【００２２】
しかも、本実施の形態の構成では、境界面１２１〜１２５および境界面１２０、１２６において、光の吸収および散乱が生じないようにして、光の損失を防止している。これにより、上述のように境界面１２１等において、光のほとんどすべてを透過または反射させている。境界面１２１〜１２５および境界面１２０、１２６において反射された光は、光の経路１３０を逆方向に進行する光となるため、本実施の形態の放射線入射位置３次元検出器では、受光素子１１１、１１２で検出される光量の合計は、シンチレータセル１０１〜１０６のうち発光したシンチレータセルが、受光素子１１１、１１２に近いセルであっても、遠いセルであっても同じになる。すなわち、受光素子１１１、１１２で受光される光量の合計は、境界面で光が損失が少なくため、ほぼ一定である。
【００２３】
よって、本実施の形態の放射線入射位置３次元検出器でそれぞれのセル１０１〜１０６でシンチレーション発光させて、受光素子１１１、１１２の出力を測定すると、図３のようなグラフになる。すなわち、受光素子１１１、１１２の出力比によってセルを特定することができるとともに、受光素子１１１、１１２の出力の合計はほぼ一定にすることができる。よって、受光素子１１１、１１２から遠いシンチレータセル１０３、１０４で発光した場合であっても、十分な大きさの出力を得ることができるため、信頼性の高いデータにより発光したシンチレータセルを特定することができる。
【００２４】
また、上述のように境界面１２１〜１２５における光の損失が少ないため、受光素子１１１、１１２上に積み重ねるシンチレータセルの数を増加させたり、一つのセルの大きさを小さくしたりして境界面の数を増やすことができる。よって、本実施の形態の放射線入射位置３次元検出器は、放射線の吸収確率を高めるために、積み重ねるシンチレータセルの数を増加させてシンチレータセルのトータルの高さを高くすることや、高さ方向の発光位置の解像度を高めるために、一つのセルの大きさを小さくすることが可能である。
【００２５】
なお、境界面１２１等を光の損失の少ない境界面にするためには、シンチレータセルとシンチレータセルとの間の間隙の間隔をできるだけ小さくすると共に、シンチレータセルとシンチレータセルとの間の間隙内の屈折率を一様にする必要がある。このために、本実施の形態では、シンチレータセルの側面の面粗さをできるだけ小さくし、シンチレータセル同士を直接接触させている。このように直接接触させても、シンチレータセルには、面粗さ程度のμｍオーダの間隙が生じ、間隙内は、屈折率１の空気層となる。よって、境界面では光の吸収および散乱はほとんど生じず、光をほとんど損失させることなく透過または反射させることのできる境界面にすることができる。また、この間隙を空気層とする以外に、真空層や空気以外のガス層にすることもできるし、この間隙をオイルやグリースや接着剤等の光学結合材により満たすようにすることもできる。ガス層や、光学結合材を用いる場合には、シンチレータセルが発光する光の波長に対して透明なものを用いる必要がある。具体的には、光学結合材の厚さが１ｃｍのときに、５０％以上の透過率であるものを用いる。なお、オイルやグリースや接着剤等の場合には、泡や密度むら等のように屈折率が一様でなくなる状態にならないように注意する必要がある。
【００２６】
また、シンチレータセル１０１、１０６と受光素子１１１、１１２との境界面についても、同様に光の損失が少ない条件にすることが望ましく、本実施の形態では、シンチレータセル１０１、１０６と受光素子１１１、１１２とを直接接触させ、間隙にシリコンオイルを満たしている。なお、空気層にせずシリコンオイルを満たしているのは、空気層よりも屈折率の高いシリコンオイルを用いることにより、シンチレータセル１０１、１０６と受光素子１１１、１１２との境界面１２０、１２６における光の反射を少なくし、効率よく受光素子１１１、１１２側に光を受け渡すためである。
【００２７】
なお、光をほとんど損失させることなく透過または反射させる境界面１２１等を構成するには、上述してきた構成の他に、結晶成長の際に外乱を加えることにより形成した極薄い結晶不連続面を境界面１２１等とすることもできる。この場合、結晶成長時に、一定の間隔で結晶不連続面を形成し、これを境界面１２１等の位置になるように周囲の結晶を切り出し、図１の形状の検出器にする。この場合、セルとセルとの間には間隙は存在しないが、結晶不連続面により光の一部が透過し残りが反射するような境界面を形成することができる。また、図１の境界面の位置で結晶に劈開を生じさせ、境界面１２１等を形成することもできる。 なお、本実施の形態の放射線入射位置３次元検出器において発光したセル１０１〜１０６の検出精度を向上させるためには、発光したセル１０１〜１０６による受光素子１１１、１１２の出力の変化が等しく、図３のようにグラフが段差の等しい階段状になるのが望ましい。しかしながら、本実施の形態の放射線入射位置３次元検出器は、光の経路１３０をＵ字型に折り曲げているため、境界面１２２や１２４を透過してシンチレータセル１０３、１０４に入射した光が、反射シート１１４で反射されて逆進しやすい条件になり、境界面１２３に入射する光量が減少しやすい。この場合、受光素子１１１、１１２の出力が図３のような段差の一定の階段状になりにくくなるため、その場合には、境界面１２３が光を透過しやすい条件にする必要がある。
【００２８】
境界面１２３が光を透過しやすい条件にするためには、例えば図４の構成のように境界面１２３で接触するシンチレータセル１０３、１０４の側面の面粗さを他の境界面１２１等よりも粗くする方法がある。この場合、境界面１２３のシンチレータセル１０３、１０４の間隙にシリコンオイルやグリース等の光学結合材を満たす構成にすることもできる。
【００２９】
また、本実施の形態では、図１のように中央の反射シート１１３の高さを中段のシンチレータセル１０２、１０５の上面に一致させているが、図７のように反射シート１１３の高さを中段のシンチレータセル１０２、１０５の途中の高さまで下げた形状にすることもできる。また、図８のように、反射シート１１３の高さを上段のシンチレータセル１０３、１０４の途中まで引き上げた形状にすることもできる。
【００３０】
図４の境界面１２３の表面粗さを粗くする方法も、反射シート１１３の高さを変化させる方法も、これらの条件を変化させながら、図３の受光素子１１１、１１２の出力と発光位置との関係を示すグラフを形状を見て、グラフが段差の等しい階段状になるような条件を選択する。
【００３１】
このように、本発明の第１の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器は、ガンマ線の入射によりシンチレーション発光された光が、両端の受光素子１１１、１１２まで到達する光の経路１３０をつくり、発光した光が、受光素子１１１、１１２に到達するまでにシンチレータセル１０１〜１０６の境界面をいくつ通過するかをシンチレータセル１０１〜１０６ごとに異なるようにすることにより、受光素子１１１と１１２との出力比により、発光したシンチレータセルを特定することができる。したがって、このシンチレータセルを縦横方向に並べることにより、縦横方向のみならず、高さ方向についてもγ線がどのシンチレータセルに入射したかを特定することができ、放射線入射位置を３次元に検出できる。
【００３２】
また、本実施の形態の検出器は、境界面１２１〜１２５において光がほとんど損失されないような構成にすることにより、境界面を透過しなかった残りの光を反射光として逆進させることができるため、受光素子１１１、１１２で受光される光の合計は、どのシンチレータセルで発光した場合でもほぼ同じにすることができる。よって、シンチレータセルの高さを高くしてガンマ線の吸収確率を高めることや、境界面の数を多くして解像度を高めることが可能である。
【００３３】
つぎに、本発明の第２の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器について説明する。
【００３４】
第２の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器は、図９のように、シンチレータセルを４段に積み上げたものであり、各段にはそれぞれ４個のシンチレータセルが縦方向２個×横方向２個の形状に並べられている。以後、この縦方向を行と、横方向を列とも呼ぶ。この呼び方では、図９の３次元検出器は、２行×２列×４段にシンチレータセルを積み上げた３次元検出器となる。
【００３５】
シンチレータセル３０１〜３１６は、高さ方向には第１の実施の形態と同様に直接積み上げられている。したがって、シンチレータセル３０１〜３１６の高さ方向の境界面は、第１の実施の形態と同様に、極薄い空気の層を介して各シンチレータセルが接しており、シンチレーション発光した光は、上下方向の境界面ではほとんど吸収されるこことなく、一定の割合で透過され、残りは反射され逆進する。
【００３６】
一方、縦および横方向の境界面は、次のような構成になっている。１段目（最下段）の４個のシンチレータセル３０１、３０５、３０９、３１３が互いに隣接する境界面には、第１の実施の形態と同じように反射シート３３１が配置され、シンチレータセル３０１、３０５、３０９、３１３間での光の行き来を完全に遮断している。２段目の４個のシンチレータセル３０２、３０６、３１０、３１４が互いに隣接する面には、中心部分から半分程度の面積だけ反射シート３３２が配置され、残りの部分は、直接接触している。３段目の４個のシンチレータセル３０３、３０７、３１１、３１５が互いに隣接する面には、中心部分から１／４程度の面積だけ反射シート３３３が配置され、残りの部分は、直接接触している。これにより、２段目のシンチレータセル３０２、３０６、３１０、３１４間は、境界面の約１／２の面積の部分で光が透過できる。３段目の４個のシンチレータセル３０３、３０７、３１１、３１５は、境界面の約３／４の面積の部分で光が透過できる。４段目（最上段）の４個のシンチレータセル３０４、３０８、３１２、３１６は、互いに直接接触しており、それぞれの境界面の全面から光が透過できる。
【００３７】
また、１段目の４個のシンチレータセル３０１、３０５、３０９、３１３の底面には、それぞれ受光素子（光電子増倍管）３２１、３２２、３２３、３２４が接触している。底面と受光素子との間の間隙にはシリコンオイルが満たされている。
【００３８】
シンチレータセル３０１〜３１６の材質、シリコンオイルの屈折率、反射シート３３１、３３２、３３３の材質は、第１の実施の形態と同じである。また、積み上げたシンチレータセル３０１〜３１６の外周面は、図示していないが、反射シートで覆われている。
【００３９】
このような構成の３次元位置検出器では、シンチレータセル３０１〜３１６内には、第１の実施の形態と同様に、シンチレータセル３０１〜３１６の高さ方向に光の経路３５１、３５２、３５３、３５４が生じる（図１０）。光の経路３５１、３５２、３５３、３５４は、４段目（最上段）の４個のシンチレータセル３０４、３０８、３１２、３１６が互いに接する境界面において連結される。よって、例えば、シンチレータセル３０８で発せられた光は、光の経路３５２に沿って受光素子３２２に達するとともに、光の経路３５２を逆向きに進んだ光が、シンチレータセル３０８から隣接するセル３０４、３１２に進み、光の経路３５１、３５３を進んで受光素子３２１、３２３に至る。さらに、セル３０４、３１２から一部の光がセル３１６に進んで、光の経路３５４を進み受光素子３２４に至る。このように、第２の実施の形態の３次元位置検出器では、それぞれ端部に受光素子３２１〜３２４が接続された４本の光の経路３５１〜３５４が連結された構成になる。このとき、第１の実施の形態と同様に、光が通過する境界面ごとに、その境界面の透過率に応じた割合の光だけが透過でき、残りは反射されて逆向きに進行することが繰り返されるため、各光の経路３５１〜３５４に沿って光が受光素子３２１〜３２４に至るまで間に、光が通過する境界面の数の逆数に近い割合で受光素子３２１〜３２４から出力が得られる。
【００４０】
よって、受光素子３２１〜３２４の相互間の出力比を知ることにより、どのシンチレータセルにおいて発光が生じたか（すなわちガンマ線が入射したか）を同定することができる。このとき、４つの受光素子３２１〜３２４の相互の出力比から容易にしかも確実にシンチレータセルを同定するために、４つの受光素子３２１〜３２４の出力の相関を２次元画像に表し、この画像により発光したシンチレータセルを特定する。これについて以下詳しく説明する。
【００４１】
第２の実施の形態の３次元検出器の受光素子３２１〜３２４は、図１１に示すような回路に接続されている。すなわち、受光素子３２１〜３２４は、それぞれ増幅器３ａ〜３ｄに接続されている。増幅器３ａ〜３ｄには、それぞれ波形整形器５ａ〜５ｄが接続されているとともに、加算器４にも接続されている。増幅器３ａ〜３ｄは、それぞれＡ／Ｄ変換器６ａ〜６ｄに接続されている。加算器４のは、波形整形器５ｅおよび制御回路７に順に接続されている。Ａ／Ｄ変換器６ａ〜６ｄは、制御回路７の出力によって制御されながらＰＣインタフェース８を介してパーソナルコンピュータ９に入力される。パーソナルコンピュータ９には表示装置１０が接続されている。
【００４２】
これらの回路およびパーソナルコンピュータ９は、受光素子３２１〜３２４の出力を図９のように出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとした場合に、
ｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
を求めるために配置されている。その理由は、各シンチレータセル３０１〜３１６に放射線を入射させて発光させ、上記ｘ、ｙを求め、点（ｘ、ｙ）を、ｘ軸、ｙ軸の２次元座標上に表示させることを繰り返し行うと、図１３で示すように原点を中心に第１象現〜第４象現に同心円上に、１６個の領域が得られる。この領域がそれぞれシンチレータセル３０１〜３１６に対応するのである。すなわち、上記ｘ、ｙを求め、２次元座標上に表示することにより、シンチレータ発光された光が、光の経路３５１〜３５４に沿って受光素子３２１〜３２４に至るまで間に、光が通過する境界面の数の逆数の割合で受光素子３２１〜３２４から出力が得られることを、２次元座標上に位置として示すことができるのである。具体的には、原点に最も近い４つの領域が最上段のシンチレータセル３０４、３０８、３１２、３１６でそれぞれで発光した場合の点（ｘ、ｙ）の位置を示している。また、原点から離れるに従い下段側のシンチレータセルで発光した場合の点（ｘ、ｙ）の位置を示し、原点から最も遠い４つの領域が最下段のシンチレータセル３０１、３０５、３０９、３１３で発光した場合の点（ｘ、ｙ）の位置を示している。
【００４３】
したがって、上述のように予め各シンチレータセル３０１〜３１６に放射線を入射させて発光させるか、もしくは計算によって、図１３のような２次元座標上の領域の位置を予め求め、これを元に点（ｘ、ｙ）の座標とシンチレータセル３０１〜３１６との関係を示すテーブルを作成し、このテーブルをパーソナルコンピュータ９内のメモリに格納しておくことにより、以下のような手順で、受光素子３２１〜３２４の出力から、発光したシンチレータセルを同定できる。
【００４４】
受光素子３２１〜３２４の出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、図１１の回路１１００の増幅器３ａ〜３ｄによってそれぞれ増幅され、波形整形器５ａ〜５ｄにより波形が整形される。一方、加算器４は、増幅器３ａ〜３ｄの出力を加算することにより、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを出力する。波形整形器５ｅは、出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの波形を整形する。制御回路７は、出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの出力が、予め定めれている設定値以上である場合には、Ａ／Ｄ変換器６ａ〜６ｄに波形整形器５ａ〜５ｄの出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄをデジタル信号に変換してＰＣインタフェース８に出力させるとともに、自らも出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄをデジタル信号に変換してＰＣインタフェース８に出力する。なお、制御回路７の設定値としては、コンプトン散乱された放射線等によって生じる出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの最大値を予め設定しておく。制御回路７が、この値よりも出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄが大きいかどうか判別することにより、コンプトン散乱した放射線等のノイズの出力ではなく、測定すべき放射線による出力Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤのみをＰＣインタフェース８に受け渡すことができる。
【００４５】
パーソナルコンピュータ９は、ＰＣインタフェース８から受取った値を、内蔵するメモリに格納されている図１２のフローチャートのようなプログラムに沿って処理する。すなわち、まず、ＰＣインタフェース８から出力Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを受け取り（ステップ１２０１）、ｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）、ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を求める（ステップ１２０２）。そして、ｘ軸ｙ軸の２次元座標上にステップ１２０２で求めた点（ｘ，ｙ）を表示する画像を生成するとともに、上述のように予めメモリに格納されているテーブルを用いて点（ｘ、ｙ）に対応するシンチレータセルの番号（例えばシンチレータセル３０８）を同定する（ステップ１２０３、１２０４）。ステップ１２０３で生成した画像と、ステップ１２０４で同定したシンチレータセルとを表示装置１０に表示させる。また、出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄは、入射した放射線のエネルギーの大きさを示しているので、出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄもいっしょに表示装置１０に表示させる。また、パーソナルコンピュータ９は、出力Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを受け付けた時刻、すなわち放射線の入射を検出した時刻の計時も行い、放射線を検出した時刻も表示装置に表示する。
【００４６】
このように第２の実施の形態では、シンチレータセル３０１〜３１６を、２行×２列×４段になるように積み重ね、底面に結合させた４つの受光素子３２１〜３２４の出力の比を図１３に示すような２次元座標上に示す点（ｘ、ｙ）を求めることにより、発光したシンチレータセルが同定できる。この方法は、２行×２列×４段の計１６個のシンチレータセルから発光したシンチレータセルを同定するのに、複雑な計算をする必要がなく、しかも、２行×２列である限り、シンチレータセルの段数をいくつに増加しても同じ方法で発光したシンチレータセルを同定することができるという利点がある。また、ｘｙ座標上の点（ｘ，ｙ）および各セルに対応する領域を２次元画像として図１３のように表示装置１０上に画像表示できるため、ユーザは、発光したシンチレータセルを視覚的に確認することができる。また、これを利用して、セル間の反射シートの配置等の条件を変えながら、画像上のシンチレータセルの対応領域の配置との関係を調べ、シンチレータセルの同定に最適な検出器の構造にすることができる。
【００４７】
なお、第２の実施の形態において、２段目、３段目の反射シート３３２、３３３を境界面の一部にのみ配置している。これは、図１０の光の経路３５５、３５６を形成するためである。光の経路３５５は、２段目のシンチレータセル３０２、３０６、３１０、３１４間で一部の光を隣接するセルに透過させる。光の経路３５６は、３段目のシンチレータセル３０３、３０７、３１１、３１５間で隣接するセルに透過させる。これらは、光の経路３５１〜３５４の近道であり、このような近道の光の経路３５５、３５６を形成するかしないか、および、光の経路３５５、３５６の通過可能な境界面の面積の大小により、図１３の各象現において各領域間の距離が変化する。発光したシンチレータセル３０１〜３１６を正確に同定するためには、図１３の各領域は、互いに連結することなく独立している方が望ましい。よって、反射シート３３２、３３３の大きさや形状を変化させながら、図１３の領域の配置や形状をその都度確認し、各領域が互いに連結することなく独立する配置となるように反射シート３３２、３３３の大きさおよび形状を選択することができる。したがって、本実施の形態では、上段に行くほど反射シート３３２、３３３の面積が小さくなるように設定しているが、１段目から３段目までは境界面全てに反射シートを配置し、最上段の４段目のみで光が透過できるようにすることも可能であるし、場合によっては、最上段の境界面の一部にも反射シートを配置してもよい。ただし、最上段の境界面は、必ず一部において光が透過するようにし、光の経路３５１〜３５４を確保する必要がある。
【００４８】
また、第２の実施の形態では、発光したシンチレータセルを同定することを中心に説明したが、第２の実施の形態の３次元検出器においても、第１の実施の形態の３次元検出器と同様に、シンチレータセルの境界面は、シンチレータセル同士を直接接触させることにより、わずかな厚さの空気層を介してシンチレータセルを光学的に結合させている。よって、境界面を透過する際には、光はほとんど損失されず、透過できなかった光は、反射して逆進し、４つの受光素子３２１〜３２４のうちのいずれかで受光される。したがって、受光素子から近い最下段のシンチレータセルで発光した場合も、最上段のシンチレータセルで発光した場合もノイズやコンプトン散乱された放射線でない限り、４つの受光素子の出力のトータルＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄはほぼ同じである。よって、どのシンチレータセルで発光した場合にも、信頼性の高いデータが得られ、精度良く発光したシンチレータセルを同定できる。また、シンチレータセルを積み重ねる段数を増加させたり、セルの大きさを小さくして、境界面の数を増加させた場合にも、光がほとんど損失されないため、精度良く発光したシンチレータセルを同定できる
なお、本実施の形態では、ｘ、ｙをそれぞれ
ｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
により定義しているが、この数式に限らず
ｘ＝（（Ａ＋Ｂ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
により定義してもよい。この数式を用いると、図１３の原点が、図１３の座標の左下の角に位置することになるが、上述の方法と同様の方法で発光したシンチレータセルを特定することができる。また、これらの数式に限らず、いわゆる重心演算方法であれば、他の数式を用いることも可能である。
【００４９】
つぎに、本発明の第３の実施の形態の放射線入射位置の３次元検出器について図１４を用いて説明する。
【００５０】
本実施の形態の３次元検出器は、第２の実施の形態の３次元検出器と似ているが、４段目（最上段）のシンチレータセル４０１の構造が第２の実施の形態とは異なっている。第３の実施の形態の４段目のシンチレータセル４０１は、４つに完全に分割されたセルではなく、４個分のセルの大きさ（８ｍｍ×８ｍｍ×６ｍｍ）を有する一つのセル４０１に、図１５のように、底面側から十文字に溝４０２、４０３を入れ、４つの部分４０１ａ，４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄに分けたものである。よって、４つの部分４０１ａ，４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄは、溝４０２、４０３の上部では、互いに連続している。溝４０２、４０３は、幅０．４ｍｍで深さは４ｍｍであり、内壁面は、粗面である。また、溝４０２、４０３の内部に光学結合材（シリコングリース）を充填してある。溝４０２、４０１の内壁面は、粗面である。また、１段目から３段目の各段において４つのシンチレータセルが隣接する部分には、厚さ０．４ｍｍの反射シートを全面に配置している。４段目のセル４０１の底面と３段目のセル３０３、３０７、３１１、３１５の上面と接触面にも、光学結合材（シリコンオイル）を満たしてある。
【００５１】
第３の実施の形態の３次元検出器においても、第２の実施の形態の図１０の光の経路３５１、３５２、３５３、３５４と同様に、各受光素子３２１〜３２４を相互に結ぶ４つの光の経路が生じる。４つの光の経路は、４段目（最上段）のシンチレータセル４０１において、相互に連結される。なお、第３の実施の形態では、反射シートが１段目〜３段目のシンチレータセル間の境界面の全面に配置されているため、図１０の光の経路３５５、３５６は、第３の実施の形態の構成では生じない。
【００５２】
第３の実施の形態では、４段目（最上段）のシンチレータセル４０１の構成が、十文字の溝４０２、４０３によって分けられた４つの部分４０１ａ，４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄからなり、上部が連続しているため、４つの部分４０１ａ，４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄ間を行き来する光量を増加させることができる。また、溝４０２、４０３の深さによって、４つの部分４０１ａ，４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄ間を行き来する光量を調節することができる。したがって、第２の実施の形態と同様に、各セル３０１等、ならびに、各部分４０１ａ〜４０１ｄに放射線を入射させてその際の受光素子３２１〜３２４の出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから
ｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
を求めることにより、点（ｘ，ｙ）の位置と、各セル３０１等、ならびに、各部分４０１ａ〜４０１ｄに対応する領域との関係を図１６のように予め求めることができる。この関係をテーブルとして用意しておくことにより、第２の実施の形態と同様に点（ｘ，ｙ）の位置から、発光したシンチレータセルを同定することができる。また、必要に応じて溝４０２、４０３の深さ等を調節することにより、図１６の各領域の配置および形状を、シンチレータセルの同定に望ましいように各セルに対応する領域が独立した配置および形状に調節することができる。
【００５３】
なお、第３の実施の形態では、最上段のシンチレータセル４０１に下面側から溝４０２、４０３を形成しているが、上面側から溝４０２、４０３を形成してもよい。
【００５４】
つぎに、第４の実施の形態として、第１〜第３の実施の形態の放射線入射位置の３次元検出器を用いた陽電子放出断層装置（ＰＥＴ装置）について説明する。
【００５５】
第１〜第３の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器は、放射線が入射し発光したシンチレータセルを深さ方向（高さ方向）について同定することができる。このため、放射線が検出器を斜め方向に横切った場合であっても、発光したシンチレータセルの位置を深さ方向に正確に同定できるため、発光が同時計測されたセルを結ぶ線上に、放射線を発した部位５１２が存在することを知ることができる。よって、部位５１２のように検出器の中心からずれた位置にある部位を、正確に特定できるため、被検体５０１の断層画像の周辺部の解像度を向上させることができる。
【００５６】
具体的なＰＥＴ装置の構成について簡単に説明する。ここでは、第２の実施の形態の３次元検出器９００（図９）を用いてＰＥＴ装置を構成する場合について説明する。３次元検出器９００は、図１７、図１８のように、シンチレータセル３０４等を被検体５０１側に向けて、円筒形に配置される。被検体５０１は、被検体保持ベッド１８０１によって、３次元検出器９００の内部空間に保持される。３次元検出器９００には、それぞれ図１１の回路１１００が接続される。回路１１００の出力は、すべてＰＣインタフェース８を介して、１台のパーソナルコンピュータ９に集められる。パーソナルコンピュータ９は、出力Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを受け付けた３次元検出器９００のそれぞれについて、第２の実施の形態で説明した方法で発光したシンチレーションセルを同定する。また、パーソナルコンピュータ９は、出力Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを受け付けた時刻、すなわち放射線の検出時刻の監視も行い、同時に放射線が検出されたシンチレータセルの位置データをメモリに記録していくことにより、部位５１１や部位５１２を特定し、これを表示装置１０に表示させる。
【００５７】
第４の実施の形態のＰＥＴ装置は、上述のように放射線を捕らえた３次元検出器９００内で厚さ方向の位置を、発光したシンチレータセルの同定により検出できるため、検出器感度を維持したままで、視野周辺部での解像度の劣化を防ぐことが可能になった。
【００５８】
なお、第４の実施の形態では、３次元検出器として第２の実施の形態の３次元検出器９００を用いた構成について説明したが、第１の実施の形態や第３の実施の形態の３次元検出器を用いてＰＥＴ装置を構成することも可能である。
【００５９】
上述してきたように、本発明の第１〜第３の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器は、発光したシンチレータセルをシンチレータの厚さ（高さ）方向に同定することにより、放射線の検出された位置情報を３次元情報として、正確に検出可能である。また、本実施の形態による３次元検出器は、光の損失が少ないため、シンチレータセルの段数を多くすることが可能で、このことにより放射線の検出感度を高めることができる。また、これらの３次元検出器を第４の実施の形態のように陽電子放出装置（ＰＥＴ装置）を導入することにより、放射線の斜入射に伴う視野周辺や被検体の体軸方向での解像度の劣化を防ぐことが可能となり、全視野において解像度のよいイメージ画像を得ることができる。
【００６０】
なお、第１〜第３の実施の形態では、シンチレータセルとしてＣｅ：Ｇｄ２ＳｉＯ５単結晶を用いる場合についてのみ示したが、本発明の放射線３次元位置検出器のシンチレータ材料がＣｅ：Ｇｄ２ＳｉＯ５に限定されるものではない。ただし、本発明に用いるシンチレータ材料は、蛍光出力が高いほど効果的で、Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２より５０％以上高い出力のシンチレータ材料であることが望ましく、Ｃｅ：Ｇｄ２ＳｉＯ５を用いることが好ましい。
【００６１】
また本発明の実施例では、シンチレータセルをすべて同じ材料、Ｃｅ：Ｇｄ２ＳｉＯ５単結晶で構成しているが、異なる材料からなるシンチレータセルを組合せて３次元検出器を構成することもできる。このように異なる材料からなるシンチレータセルを組み合わせて用いた場合、材料間の蛍光減衰時間の差を利用して、蛍光減衰時間の違いを波形弁別することが可能となり、出力信号を波形弁別することによって発光したシンチレータセルを特定する３次元検出器を構成することが可能になる。
【００６２】
【発明の効果】
上述してきたように、本発明によれば、シンチレータ全体の厚さを厚くしても、発光位置を厚さ方向について特定することのできる３次元位置検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器の構成を示す説明図。
【図２】図１の３次元位置検出器の光の経路を示す説明図。
【図３】図１の３次元位置検出器の受光素子の出力の大きさと発光したセルとの関係を示すグラフ。
【図４】図１の３次元位置検出器において境界面１２３を粗面にした構成を示す説明図。
【図５】従来の陽電子放出断層装置（ＰＥＴ装置）の構成を示すブロック図。
【図６】図５のＰＥＴ装置の検出器の配置と、放射線の入射方向とを示す説明図。
【図７】図１の３次元位置検出器の反射シートの上端位置を低くした構成を示す説明図。
【図８】図１の３次元位置検出器の反射シートの上端位置を高くした構成を示す説明図。
【図９】本発明の第２の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器の構成を示す説明図。
【図１０】図９の３次元検出器の光の経路を示す説明図。
【図１１】図９の放射線入射位置３次元検出器の出力を処理する回路の構成を示すブロック図。
【図１２】図１１のパーソナルコンピュータの動作を示すフローチャート。
【図１３】図１１の処理により出力される、点（ｘ，ｙ）と図９の３次元検出器のシンチレータセルとの対応関係を表す画像を示す説明図。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器の構成を示す説明図。
【図１５】図１４の３次元検出器のＡ−Ａ断面図。
【図１６】図１４のシンチレータセルと点（ｘ，ｙ）との対応関係を表す画像を示す説明図。
【図１７】第２の実施の形態の３次元検出器を用いたＰＥＴ装置において、３次元検出器の配置と放射線の入射方向とを示す説明図。
【図１８】第２の実施の形態の３次元検出器を用いたＰＥＴ装置の全体構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６…シンチレータセル、１１１、１１２…受光素子、１１３、１１４…反射シート、１２０、１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６…境界面、１３０…光の経路、２０１…発光点、３０１〜３１６…シンチレータセル、３２１、３２２、３２３、３２４…受光素子、３３１、３３２、３３３…反射シート、３５１、３５２、３５３、３５４…光の経路、３５５、３５６…光の経路、４０１…シンチレータセル、４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄ…部分、４０３…光学結合材、４０５…反射シート、５０１…被検体、５１１、５１２…部位、５０２…シンチレータ、５０３…受光素子、５０４…演算装置、５０５…表示装置、５０６…放射線検出器、９００…放射線入射位置３次元検出器、１１００…回路。
Claims (13)
- 複数の柱状シンチレータと、
前記複数の柱状シンチレータのそれぞれの底面に接続された受光素子とを有し、
前記複数の柱状シンチレータは、所定の形状の複数のシンチレータセルを、上下方向に積み上げたものであり、
前記複数の柱状シンチレータは、互いの側面が隣り合うように配置され、当該隣合う側面のうち、少なくとも最上段のシンチレータセルの側面の一部は、互いに光を行き来させるために接しており、
前記積み上げられたシンチレータセルとシンチレータセルとは直接接触しており、その間に生じる間隙は、屈折率が一様な物質で満たされており、
前記物質は、空気、または、前記シンチレータセルの発する光に対して透明な光学結合材であること
を特徴とする放射線入射位置３次元検出器。 - 複数の柱状シンチレータと、
前記複数の柱状シンチレータのそれぞれの底面に接続された受光素子とを有し、
前記複数の柱状シンチレータは、所定の形状の複数のシンチレータセルを、上下方向に積み上げたものであり、
前記複数の柱状シンチレータは、互いの側面が隣り合うように配置され、当該隣合う側面のうち、少なくとも最上段のシンチレータセルの側面の一部は、互いに光を行き来させるために直接接触しており、その間に生じる間隙が、屈折率が一様な物質で満たされており、
前記物質は、空気、または、前記シンチレータセルの発する光に対して透明な光学結合材であること
を特徴とする放射線入射位置３次元検出器。 - 請求項１または２に記載の放射線入射位置３次元検出器において、前記複数の柱状シンチレータは、前記積み上げられたシンチレータセルとシンチレータセルとの境界を上下方向に通過して前記受光素子と前記最上段のシンチレータセルとを結ぶ光の経路を有し、前記光の経路は、隣り合う前記柱状シンチレータの光の経路と、前記最上段のシンチレータセルの側面の前記互いに接する部分によって接続されていること
を特徴とする放射線入射位置３次元検出器。 - 請求項１または２に記載の放射線入射位置３次元検出器において、前記シンチレータセルは、放射線の入射によって光を発する材料の単結晶を所定の形状に切り出したものであること
を特徴とする放射線入射位置３次元検出器。 - 請求項１または２に記載の放射線入射位置３次元検出器において、
前記複数の柱状シンチレータは、発光した光の一部を透過し、残りの部分を反射する光学的境界面によって、上下方向に複数のシンチレータセルに区切られていること
を特徴とする放射線入射位置３次元検出器。 - 請求項５に記載の放射線入射位置３次元検出器において、
前記柱状シンチレータは、放射線の入射によって光を発する材料の単結晶からなり、前記光学的境界面は、前記単結晶の不連続面であること
を特徴とする放射線入射位置３次元検出器。 - 請求項１または２に記載の放射線入射位置３次元検出器において、前記側面のうち互いに接している部分は、周囲よりも粗面に加工されていること
を特徴とする放射線入射位置３次元検出器。 - 請求項１または２に記載の放射線入射位置３次元検出器において、前記複数の柱状シンチレータが互いに隣り合う側面の間には、前記接する部分を除いて、前記シンチレータセルが発する光を反射する反射膜が配置されていること
を特徴とする放射線入射位置３次元検出器。 - 請求項１または２に記載の放射線入射位置３次元検出器において、前記互いの側面が隣り合うように配置された前記複数の柱状シンチレータは、外周面が、前記シンチレータセルが発する光を反射する反射膜で覆われていること
を特徴とする放射線入射位置３次元検出器。 - 請求項１または２に記載の放射線入射位置３次元検出器において、前記柱状シンチレータは４本であり、前記シンチレータセルは、直方体形状であり、前記４本の柱状シンチレータは、前記シンチレータセルが、各段において２行２列になるように隣接されていること
を特徴とする放射線入射位置３次元検出器。 - 請求項１０に記載の放射線入射位置３次元検出器において、前記４つの柱状シンチレータの前記受光素子の出力をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとした場合、
ｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
を求め、求めた（ｘ，ｙ）に対応するシンチレータセルを、予め求めておいた前記（ｘ，ｙ）と各シンチレータセルとの対応を示すテーブルから求めることにより、発光したシンチレータセルを特定する演算手段を有すること
を特徴とする放射線入射位置３次元検出器。 - 複数の柱状シンチレータと、前記複数の柱状シンチレータのそれぞれの底面に接続された受光素子とを有し、
前記複数の柱状シンチレータは、それぞれ所定の形状の複数のシンチレータセルを、上下方向に積み上げたものであり、
前記複数の柱状シンチレータは、互いの側面が隣り合うように配置され、当該隣り合うように配置された前記複数の柱状シンチレータの上部には、前記複数の柱状シンチレータを光学的に連結するために、一つの連結用シンチレータセルが搭載され、
前記連結用シンチレータセルには、前記複数の柱状シンチレータの互いに隣り合う側面に沿って、上面側または下面側から溝が形成され、
前記積み上げられたシンチレータセルとシンチレータセルとは直接接触しており、その間に生じる間隙は、屈折率が一様な物質で満たされており、
前記物質は、空気、または、前記シンチレータセルの発する光に対して透明な光学結合材であること
を特徴とする放射線入射位置３次元検出器。 - 円筒形に配置された請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の放射線入射位置３次元検出装置を有する放射線検出器と、前記円筒形の放射線検出器の内側の空間に被検体を配置するための被検体保持部と、前記放射線検出器の出力から放射線の放出部位の位置を特定し、前記空間内の前記放出部位の位置を示す画像を生成する演算装置と、前記画像を表示するための表示装置とを有すること
を特徴とする陽電子放出断層装置。
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