JP3697340B2 - 放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法 - Google Patents
放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3697340B2 JP3697340B2 JP30622097A JP30622097A JP3697340B2 JP 3697340 B2 JP3697340 B2 JP 3697340B2 JP 30622097 A JP30622097 A JP 30622097A JP 30622097 A JP30622097 A JP 30622097A JP 3697340 B2 JP3697340 B2 JP 3697340B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- scintillator
- dimensional
- light
- radiation incident
- cells
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Radiation (AREA)
- Nuclear Medicine (AREA)
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】
特公平５−７５９９０号公報では、複数のシンチレータを少しずつずらしながら多層に積み重ねた積層体に、光位置検出器を取り付け、光位置検出器の受光位置によってシンチレータ積層体の深さ方向の発光位置を検出する構成が開示されている。
【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、受光量の大きさから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】
本発明は、発光したシンチレータセルを容易に特定することができ、しかも、発光したシンチレータセルの位置を視覚的に確認できる放射線入射位置３次元検出器の発光位置検出方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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。
【０００９】
すなわち、各段に２行×２列に４個配置されて、多段に積み上げられた複数のシンチレータセルと、前記積み上げられた複数のシンチレータセルのいずれかに接続された受光素子とを有する放射線入射位置３次元検出器の発光したシンチレータセルを特定する方法であって、
前記複数のシンチレータセルと１対１に対応する複数の領域を、予め定めておいた所定の２次元座標上に重ならないように表示する第１のステップと、
前記受光素子の出力を示す点を前記所定の２次元座標上に表示する第２のステップと、
前記２次元座標上での前記出力を示す点と前記領域との位置関係を調べ、前記出力を示す点が含まれる領域に対応する前記シンチレータセルを、発光したシンチレータセルとして特定する第３のステップとを有することを特徴とする放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について説明する。
【００１１】
本発明の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器は、図１のように、光検出器に結合されたシンチレーションセルの３次元マトリクスからなる。シンチレーションセルは、放射線の入射により発光する材料の単結晶からなる。この３次元マトリクス形状の３次元検知器は、各段が２行×２列の４個のシンチレータセルからなり、多段の直方体ブロック形状である。図１は、対称光分配構造を有する４段ブロックの３次元マトリクス検出器の概略図を示す。最下段の４個のシンチレータセル３０１、３０５、３０９、３１３は、４個の光電子増倍管または位置感応光電子増倍管からなる受光素子３２１、３２２、３２３、３２４に光学的に結合される。これら受光素子からの出力信号は、発光したシンチレータセル特定のためにアンガー型位置決め論理(Anger-type positioning logic)に使用される。これらのシンチレーションセル同士は、エアギャップまたは種々の光学結合化合物(coupling compounds)により互いに結合され、その結果、位置決め論理内において明確に発光したシンチレーションセルを特定するよう光分配を最適化することができる。また、後述する溝付き結晶(slotted crystals)の利用した３次元検出器は、光を制御可能な方法で複数の光電子増倍管に分配できるため、シンチレーションセルの特定に有益である。
【００１２】
ここで、図１の放射線入射位置３次元検出器の構成について詳しく説明する。
【００１３】
図１の３次元検出器は、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２行（縦）×２列（横）に並べられている。
【００１４】
シンチレータセル３０１〜３１６は、高さ方向には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、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。
【００１５】
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、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。
【００１６】
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。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。
【００１７】
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、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２）。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、図１の３次元位置検出器は、光学的には、図２のように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、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。
【００１８】
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、本発明では、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。この原理についてまず説明する。
【００１９】
４つの受光素子３２１〜３２４の出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、別個の増幅器およびフィルタ回路に接続されている（回路構成については後述する）。一方、出力の合計Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを求め、これを、コンプトン散乱を含めたノイズ放射線による出力の判定に用いる。出力の合計Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄは、図１の３次元検出器のシンチレータセル３０１〜３１６の全てに吸収されたγ線のエネルギーの合計を表す。３次元検出器内のいずれかのシンチレータセル内の１回の発光ごとに、出力の合計Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを求めると、この合計Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄにより、その発光を引き起こした放射線のエネルギーがコンプトン端(Compton edge)以上のエネルギー値であるかどうかを判定することができる。そのコンプトン端とは、被検体内でコンプトン散乱された放射線による発光の最大エネルギーに対応し、コンプトン散乱されていない放射線よりもエネルギーが低い。具体的には、図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、各シンチレータセル３０９〜３１２に入射した放射線のエネルギーと入射回数（頻度）との関係とを調べると、間に谷間のある二つのピークが見られる。谷間よりもエネルギーが低い側のピークは、コンプトン散乱された放射線の入射を示している。谷間よりもエネルギーが高い側のピークは、検出すべき放射線の入射を示している。よって、出力の合計Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄが、谷間のエネルギーよりも高いエネルギーかどうか判定することにより、コンプトン散乱を含めたノイズの放射線による出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを取り除くことができる。チャンネル数がコンプトン端より高いチャンネル数であればノイズでないと判定する。判定により、検出すべき放射線によるデータであると判定された出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのデータは、次式で定められるｘおよびｙの位置決め値の２次元座標の上でヒストグラム化される。
【００２０】
ｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
この位置決めヒストグラムの２次元画像はガンマ線の広い照射により得られる。
【００２１】
これら出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの処理を具体的に説明する。
【００２２】
図１の３次元検出器の受光素子３２１〜３２４は、図４に示すような回路１１００等に接続されている。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。
【００２３】
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１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７で示すように原点を中心に第１象現〜第４象現に同心円状に、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。これらの領域は、各象現の方向に、原点を中心に放射状に広がっている。
【００２４】
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７のような２次元座標上の領域の位置を予め求め、これをもとに点（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。
【００２５】
受光素子３２１〜３２４の出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、図４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。
【００２６】
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８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。
【００２７】
このように本実施の形態では、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７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、各シンチレータセルに対応する領域を、２次元画像として図７のように、原点を中心に、柱状に積み上げられたシンチレータセルを順に並べて同心円状に対称に配置した画像として表示装置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。
【００２８】
なお、シンチレータセル３０１〜３１６としては、CeがドープされたGd2SiO5（ＧＳＯ）単結晶を切り出したものを用いることができる。CeがドープされたGd2SiO5の組成としては、Gd2(1-x)Ce2xSiO5（ただし、５×１０-4≦ｘ≦１０-2）であるものを用いることができる。その理由は、このCeがドープされたGd2SiO5単結晶の屈折率は、１．８５であり、シンチレータセルとシンチレータセルとが接する部分の空隙を満たす空気との光学的不連続性が、他の材料Ｂｉ4Ｇｅ3Ｏ12結晶（屈折率ｎ＝２．１５）に比べて小さいためであるである。また、シンチレータセルとして用いることのできる他の材料としては、ルテチウムオキシオルト珪酸塩(lutetium oxyorthosilicate : LSO)結晶も用いることができる。なぜなら、ＬＳＯは、ＧＳＯと殆ど同じ屈折率（ｎ＝１．８５）を有するとともに、より大きい光出力を有するからである。
【００２９】
具体的な実験結果について説明する。以下のすべての実験は、ＧＳＯ単結晶をシンチレータセルとして使用した。また、シンチレータセルの外周面を覆う反射シートとしては、ポリテトラフルオロエチレンのテープ（厚さ０．２ｍｍ）を用いた。反射シート３３１、３３２、３３３は、このテープを２枚重ねて０．４ｍｍ厚さとした。
【００３０】
まず、第１の実験として、図１の３次元検出器を高さ方向に２段に変更し、他の部分の構成は同じにして検出器を構成した。各シンチレータセル３０１等のサイズは１０ｍｍ（行）×１０ｍｍ（列）×１０ｍｍ（高さ）の大きさとした。受光素子３２１〜３２４の上面の大きさは、それぞれ９．８ｍｍ×９．８ｍｍとした。最下段のシンチレータセル３０１、３０４、３０９、３１３と受光素子３２１〜３２４とを接する面のシリコンオイルとしては、屈折率＝１．４のものを用いた。このような２行×２列×２段の検出器の頂部表面から１５ｃｍの距離に、ガンマ線照射のための点源（０．１ｍＣｉ Ｃｓ−１３７（６６２ｋｅＶ））を配置し、受光素子３２１〜３２４の出力を収集し、上述のような回路で処理して、図７のような２次元座標のマップ（２次元位置決めマップ）を作成した。但し、制御回路７のノイズ裾切りのために予め定めた閾値としては、約１００ｋｅＶを設定した。それ以上の上限は設定しなかった。このようなデータ収集モードをリストモードという。リストモードでデータ収集後、リストモードで収集したデータを用いて、２次元位置決めマップにおける個々の領域ごとにそれぞれのコンプトン端より少し上ところに閾値を設定し、さらに高エネルギーのノイズ成分を取り除くデータの選別をパーソナルコンピュータ９によって実施した。最終的には、トータル５０００から１００００個のデータによって、２次元位置決めマップを生成した。得られた２次元位置決めマップは、シンチレータセルに対応する８個の領域が明瞭に現れていた。この２次元位置決めマップの原点と、それぞれの領域との距離を測定した。その結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
【００３２】
外側の４個の領域は、最下段の４つのシンチレータセルに対応し、これらの領域の位置は、４個の結晶が光学的に互いに遮断された一段のみのシンチレータ検出器の場合の領域の位置と殆ど同じであった。内側の４個の領域は、２段目の４つのシンチレータセルに対応する。これらの８つの領域は、２次元位置決めマップ上で明瞭に分離されている。よって、この２次元位置決めマップを予め求めておくことにより、出力された点（ｘ、ｙ）から発光したセルを精度よく特定できる。これは、４個の受光素子へ、光の経路３５１〜３５４を介して光分配が行われる結果である。２段目の４つのシンチレータセルおよび最下段の４つのシンチレータセルのエネルギー分解能はそれぞれ１４．９および１３．５％である。２次元位置決めマップの内側の４個の領域と原点との間の領域は、十分広く、セルを２段以上積み上げた多段検出器にした場合にセルの特定に利用するのに十分と思われる。
【００３３】
２段の検出器の光分配特性を確かめるために、最下段のシンチレータセルと２段目のシンチレータセルとの間に、２０ｍｍ×２０ｍｍ×３ｍｍ（深さ）のルサイト(Lucite：デュポン社の商標)の板（屈折率＝１．４９）を置いた。これらのステージおよびルサイト板の間のカップリング剤としてシリコーンオイルを使用した。Luciteを用いた２段検出器ユニットの２次元位置決めマップを同様に求めた結果を表１に示す。先の２段検出器に比べて８個の領域が原点の中央領域に接近している。これは、ルサイトが受光素子への光分配の均等化を促進させるためである。また、各領域の領域のサイズが大きくなっており、このことから、各シンチレータセル内のガンマ線吸収の位置の違いにかかわらず、４個の受光素子への光分配比を一定とする効果を低減させる役割をルサイト板が果たしていることがわかる。最下段および２段目の両方のシンチレータセルに対応する領域のエネルギー分解能は１２．５％である。
【００３４】
この２段の検出器の最下段のシンチレータセルの下にさらにもう１段シンチレータセルを追加して、３段の検出器を組み立てた。ルサイト板と２段目のシンチレータセルとの間、および、２段目のシンチレータセルと最下段のシンチレータセルとの間の空隙は、両方とも空気ギャップとした。図９は、このルサイト板を有する３段検出器の２次元位置決めマップを示している。内側（原点寄り）の各領域は最上段（３段目）のシンチレータセルに対応し、中間の各領域は２段目のシンチレータセルに対応し、外側の各領域は最下段のシンチレータセルに対応している。最上段、２段目、最下段についてのエネルギー分解能は、それぞれ、１３．５％，１５．３％および１５．３％である。
【００３５】
なお、上述の表１の数値は、２次元位置決めマップの画像中心（原点）から各領域の中心までの距離の平均値を示している。ただし、これらの値は、４個のシンチレータセルが互いに光学的に遮断されたシンチレータ検出器についての領域の平均距離で正規化されている。また、表２は、表１に示した２次元位置決めマップにおける各領域についての、受光素子からの合計出力の平均値を示している。ただし、これらの値は最下段のシンチレータセルの値で正規化されている。
【００３６】
【表２】
【００３７】
つぎに、第２の実験として、高分解能かつ高感度の放射線入射位置３次元検出器モジュールを得るために、一つ一つのシンチレータセルの大きさが小さい図１０のような構造の３次元検出器を組み立てた。
【００３８】
シンチレータセルの大きさは、３．８ｍｍ（縦）×３．８ｍｍ（横）×６ｍｍ（深さ）の大きさである。図１０の３次元検出器は、図１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の構造が図１とは異なっている。具体的には、図１０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１１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２ｍｍまたは４ｍｍとした。溝４０２、４０３の内壁面は、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の上面との接触面にも、光学結合材（シリコンオイル）を満たしてある。
【００３９】
図１０の３次元検出器においても、図２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、図１０の構成では、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２の光の経路３５５、３５６は、図１０の構成では生じない。
【００４０】
第２の実験としては、図１０の構成の３次元検出器の段数を減らし、最下段のシンチレータセル３０１等と最上段のシンチレータセル４０１との２段にした検出器を作成した。シンチレータセル４０１の溝４０２、４０３の深さは、４ｍｍとした。上下方向のセルとセルとの間の空隙は、空気ギャップとした。この構成の検出器の２次元位置決めマップを、上述の方法によって求めたところ、個々のシンチレータセルに対応して８個の領域が明瞭に見て取れる配置であった。最下段のシンチレータセルに対応する外側の４個の領域位置は、表３のように４個のシンチレータを互いに光学的に遮断した一段の検出器の場合の領域の位置と殆ど同じであった。
【００４１】
【表３】
【００４２】
この場合の最上段（２段目）のシンチレータセルと最下段（１段目）のシンチレータセルとのエネルギー分解能は１３．０％である。また、内側の４つの領域と外側の４つの領域との間の領域は、２段を超える段数の３次元検出器にした場合にも、シンチレータセルの特定に利用するのに十分なほど広い。
【００４３】
つぎに、図１０の構成で３段の３次元検出器を形成した。これは、図１０の４段の構成から３段目のシンチレータセル３０３等を取り除いた構成である。シンチレータセル４０１の溝４０２等の深さは４ｍｍとした。これらのシンチレータセルの上下の境界の空隙は、空気ギャップとした。この３段の３次元検出器の２次元位置決めマップを求めた結果を図１２に示す。図１２のように、１２個のシンチレータセルに対応する１２個の領域が明瞭に見て取れる。最上段、２段目および最下段のシンチレータセルのエネルギー分解能は、それぞれ、１４．５％，１４．２％および１３．０％である。
【００４４】
つぎに、図１０の構成の４段の３次元検出器を形成した。最上段のシンチレータセル４０１の溝４０２等の深さは２ｍｍとした。シンチレータセルの上下方向の境界の空隙は空気ギャップとした。この４段の３次元検出器の２次元位置決めマップを求めた結果を図１３に示す。放射線（γ線）を上部から照射しているため、シンチレータセル内でフォトンが減衰し、下の方の段のシンチレータセルほど出力回数が少なかった。このマップは、個々のシンチレータセルに対応して１６個のピークが認識される。最上段、３段目、２段目および１段目（最下段）の各段のシンチレータセルのエネルギー分解能は、それぞれ、１６．３％，１８．３％，１６．４％および１２．０％である。これらのエネルギースペクトルの組は図３に示した通りである。
【００４５】
なお、上述の表３の数値は、２次元位置決めマップの画像中心（原点）から各領域の中心までの距離の平均値を示している。ただし、これらの値は、４個のシンチレータセルが互いに光学的に遮断されたシンチレータ検出器についての領域の平均距離で正規化されている。また、表４は、表３に示した２次元位置決めマップにおける各領域についての、受光素子からの合計出力の平均値を示している。ただし、これらの値は最下段のシンチレータセルの値で正規化されている。
【００４６】
【表４】
【００４７】
上述した実験により、本実施の形態で提案される図１および図１０の形態の放射線入射位置３次元検出器を、上述した放射線が入射して発光したシンチレータセルを２次元座標（２次元位置決めマップ）の領域に対応させてことができることを示すことができた。したがって、これらの２次元位置決めマップを予め求めておくことにより、受光素子の出力から点（ｘ，ｙ）を求め、この点（ｘ，ｙ）が２次元位置決めマップ上のどの領域に属するかを判定することにより、その領域に対応するシンチレータセルで発光したことが特定できる。
【００４８】
この方法は、予め２次元位置決めマップを求めておけば、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、この２次元位置決めマップの領域の配置を２次元画像として、表示装置上に画像表示することにより、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。
【００４９】
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７の原点が、図７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。
【００５０】
また、本実施の形態の２次元位置決めマップは、図７のように、２行２列に積み上げられた４本のシンチレータセルの柱を、中心から外側に向かって、押しつぶしたように、高さ方向に中心から放射状に各領域が並ぶ配置となる。すなわち、同じ高さ（段）のシンチレータセル同士は、同じ半径の同心円上にのる形状となり、２次元座標上のマップでありながら、２行×２列×高さに３次元に積み重ねられた複数のシンチレータセルの配置を連想しやすい。よって、この図７の領域の形状を、点（ｘ，ｙ）といっしょに表示することにより、ユーザは、３次元空間における発光しているシンチレータセルの位置を容易に把握できる。したがって、この図７のマップを、放射線入射位置３次元検出器に限らず、例えば、２行×２列×複数段に受光面を有する受光素子の受光点を２次元画面上に表示する場合や、２行×２列×複数段に部屋が並んでいるビルに異常が発生した部屋を２次元画面上に表示する場合等の他の３次元空間の位置検出器の検出結果表示に応用することができ、その場合も空間内の位置の把握が容易という効果が得られる。 なお、上述の放射線入射位置３次元検出器の実施の形態においては、発光したシンチレータセルの特定を確実にするためには、２次元位置決めマップ上の各領域が分離されている必要がある。このとき、検出器の段数が多くなると、図７のように、各領域を放射状に四方に一列ずつ配置する２次元位置決めマップは、大きく広がってしまうという問題がある。これを解決するためには、図７の放射状に四方にのみ広がっている領域の間のスペース、すなわち、図７においては、原点を中心とする−４０゜〜４０゜付近、５０゜〜１３０゜付近、１４０゜〜２２０゜付近等のスペースを利用することにより、コンパクトに多数の領域を表示することが可能になる。このように領域の一部を領域間のスペースに配置するには、３次元検出器の図２のように対称的な光の経路を光学的構造を、非対称な構造にすることが考えられうる。例えば、現状では、２行２列のシンチレータセル間に反射シートが十文字に配置されているが、十文字ではなく、各段ごとに縦方向もしくは横方向のみに反射シートを配置し、格段ごとに反射シートを配置する方向を変えることが考えられる。発明者らは、この方法で、予備的な実験をおこない、領域の一部の配置を原点を中心とした回転方向にシフトさせることに成功している。
【００５１】
なお、上述の実施の形態では、４つの受光素子として、４つの光電子増倍管を用いているが、４つの受光素子を一つの位置感応光電子増倍管により構成することも可能である。また、位置感応光電子増倍管の受光面積が、２行×２列のシンチレータセルが２以上搭載できる面積である場合には、２組以上の２行×２列のシンチレータセルを一つの位置感応光電子増倍管に搭載することができる。
【００５２】
また、上述の実施の形態では、シンチレータセルをＧＳＯ単結晶で構成しているが、ＬＳＯ単結晶で構成することもできる。なぜなら、すでに述べたようにＬＳＯは、ＧＳＯと殆ど等しい屈折率を示すとともにＧＳＯに比べてより大きい光出力を有するからである。
【００５３】
【発明の効果】
上述してきたように、本発明によれば、発光したシンチレータセルを容易に特定することができ、しかも、発光したシンチレータセルの位置を視覚的に確認できる放射線入射位置３次元検出器の発光位置検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一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】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）図１の３次元位置検出器の各シンチレータセルに被検体から入射する放射線のエネルギーの分布と入射する頻度との関係を示すグラフ。
【図４】図１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次元位置検出器の出力を図４の回路で処理し、２次元座標上に点（ｘ，ｙ）と対応するシンチレータセルとの関係を示した２次元画像。
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４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９】本発明の一実施の形態の３次元検出器の出力から求めた２次元位置決めマップの構成を示す説明図。
【図１０】本発明の別の実施の形態の３次元検出器の構成を示す説明図。
【図１１】図１０のＡ−Ａ断面図。
【図１２】本発明の一実施の形態の３次元検出器の出力から求めた２次元位置決めマップの構成を示す説明図。
【図１３】本発明の一実施の形態の３次元検出器の出力から求めた２次元位置決めマップの構成を示す説明図。
【符号の説明】
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、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】
特公平５−７５９９０号公報では、複数のシンチレータを少しずつずらしながら多層に積み重ねた積層体に、光位置検出器を取り付け、光位置検出器の受光位置によってシンチレータ積層体の深さ方向の発光位置を検出する構成が開示されている。
【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、受光量の大きさから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】
本発明は、発光したシンチレータセルを容易に特定することができ、しかも、発光したシンチレータセルの位置を視覚的に確認できる放射線入射位置３次元検出器の発光位置検出方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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。
【０００９】
すなわち、各段に２行×２列に４個配置されて、多段に積み上げられた複数のシンチレータセルと、前記積み上げられた複数のシンチレータセルのいずれかに接続された受光素子とを有する放射線入射位置３次元検出器の発光したシンチレータセルを特定する方法であって、
前記複数のシンチレータセルと１対１に対応する複数の領域を、予め定めておいた所定の２次元座標上に重ならないように表示する第１のステップと、
前記受光素子の出力を示す点を前記所定の２次元座標上に表示する第２のステップと、
前記２次元座標上での前記出力を示す点と前記領域との位置関係を調べ、前記出力を示す点が含まれる領域に対応する前記シンチレータセルを、発光したシンチレータセルとして特定する第３のステップとを有することを特徴とする放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態について説明する。
【００１１】
本発明の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器は、図１のように、光検出器に結合されたシンチレーションセルの３次元マトリクスからなる。シンチレーションセルは、放射線の入射により発光する材料の単結晶からなる。この３次元マトリクス形状の３次元検知器は、各段が２行×２列の４個のシンチレータセルからなり、多段の直方体ブロック形状である。図１は、対称光分配構造を有する４段ブロックの３次元マトリクス検出器の概略図を示す。最下段の４個のシンチレータセル３０１、３０５、３０９、３１３は、４個の光電子増倍管または位置感応光電子増倍管からなる受光素子３２１、３２２、３２３、３２４に光学的に結合される。これら受光素子からの出力信号は、発光したシンチレータセル特定のためにアンガー型位置決め論理(Anger-type positioning logic)に使用される。これらのシンチレーションセル同士は、エアギャップまたは種々の光学結合化合物(coupling compounds)により互いに結合され、その結果、位置決め論理内において明確に発光したシンチレーションセルを特定するよう光分配を最適化することができる。また、後述する溝付き結晶(slotted crystals)の利用した３次元検出器は、光を制御可能な方法で複数の光電子増倍管に分配できるため、シンチレーションセルの特定に有益である。
【００１２】
ここで、図１の放射線入射位置３次元検出器の構成について詳しく説明する。
【００１３】
図１の３次元検出器は、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２行（縦）×２列（横）に並べられている。
【００１４】
シンチレータセル３０１〜３１６は、高さ方向には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、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。
【００１５】
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、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。
【００１６】
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。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。
【００１７】
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、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２）。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、図１の３次元位置検出器は、光学的には、図２のように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、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。
【００１８】
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、本発明では、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。この原理についてまず説明する。
【００１９】
４つの受光素子３２１〜３２４の出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、別個の増幅器およびフィルタ回路に接続されている（回路構成については後述する）。一方、出力の合計Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを求め、これを、コンプトン散乱を含めたノイズ放射線による出力の判定に用いる。出力の合計Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄは、図１の３次元検出器のシンチレータセル３０１〜３１６の全てに吸収されたγ線のエネルギーの合計を表す。３次元検出器内のいずれかのシンチレータセル内の１回の発光ごとに、出力の合計Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを求めると、この合計Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄにより、その発光を引き起こした放射線のエネルギーがコンプトン端(Compton edge)以上のエネルギー値であるかどうかを判定することができる。そのコンプトン端とは、被検体内でコンプトン散乱された放射線による発光の最大エネルギーに対応し、コンプトン散乱されていない放射線よりもエネルギーが低い。具体的には、図３（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、各シンチレータセル３０９〜３１２に入射した放射線のエネルギーと入射回数（頻度）との関係とを調べると、間に谷間のある二つのピークが見られる。谷間よりもエネルギーが低い側のピークは、コンプトン散乱された放射線の入射を示している。谷間よりもエネルギーが高い側のピークは、検出すべき放射線の入射を示している。よって、出力の合計Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄが、谷間のエネルギーよりも高いエネルギーかどうか判定することにより、コンプトン散乱を含めたノイズの放射線による出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを取り除くことができる。チャンネル数がコンプトン端より高いチャンネル数であればノイズでないと判定する。判定により、検出すべき放射線によるデータであると判定された出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄのデータは、次式で定められるｘおよびｙの位置決め値の２次元座標の上でヒストグラム化される。
【００２０】
ｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
この位置決めヒストグラムの２次元画像はガンマ線の広い照射により得られる。
【００２１】
これら出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの処理を具体的に説明する。
【００２２】
図１の３次元検出器の受光素子３２１〜３２４は、図４に示すような回路１１００等に接続されている。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。
【００２３】
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１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７で示すように原点を中心に第１象現〜第４象現に同心円状に、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。これらの領域は、各象現の方向に、原点を中心に放射状に広がっている。
【００２４】
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７のような２次元座標上の領域の位置を予め求め、これをもとに点（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。
【００２５】
受光素子３２１〜３２４の出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、図４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。
【００２６】
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８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。
【００２７】
このように本実施の形態では、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７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、各シンチレータセルに対応する領域を、２次元画像として図７のように、原点を中心に、柱状に積み上げられたシンチレータセルを順に並べて同心円状に対称に配置した画像として表示装置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。
【００２８】
なお、シンチレータセル３０１〜３１６としては、CeがドープされたGd2SiO5（ＧＳＯ）単結晶を切り出したものを用いることができる。CeがドープされたGd2SiO5の組成としては、Gd2(1-x)Ce2xSiO5（ただし、５×１０-4≦ｘ≦１０-2）であるものを用いることができる。その理由は、このCeがドープされたGd2SiO5単結晶の屈折率は、１．８５であり、シンチレータセルとシンチレータセルとが接する部分の空隙を満たす空気との光学的不連続性が、他の材料Ｂｉ4Ｇｅ3Ｏ12結晶（屈折率ｎ＝２．１５）に比べて小さいためであるである。また、シンチレータセルとして用いることのできる他の材料としては、ルテチウムオキシオルト珪酸塩(lutetium oxyorthosilicate : LSO)結晶も用いることができる。なぜなら、ＬＳＯは、ＧＳＯと殆ど同じ屈折率（ｎ＝１．８５）を有するとともに、より大きい光出力を有するからである。
【００２９】
具体的な実験結果について説明する。以下のすべての実験は、ＧＳＯ単結晶をシンチレータセルとして使用した。また、シンチレータセルの外周面を覆う反射シートとしては、ポリテトラフルオロエチレンのテープ（厚さ０．２ｍｍ）を用いた。反射シート３３１、３３２、３３３は、このテープを２枚重ねて０．４ｍｍ厚さとした。
【００３０】
まず、第１の実験として、図１の３次元検出器を高さ方向に２段に変更し、他の部分の構成は同じにして検出器を構成した。各シンチレータセル３０１等のサイズは１０ｍｍ（行）×１０ｍｍ（列）×１０ｍｍ（高さ）の大きさとした。受光素子３２１〜３２４の上面の大きさは、それぞれ９．８ｍｍ×９．８ｍｍとした。最下段のシンチレータセル３０１、３０４、３０９、３１３と受光素子３２１〜３２４とを接する面のシリコンオイルとしては、屈折率＝１．４のものを用いた。このような２行×２列×２段の検出器の頂部表面から１５ｃｍの距離に、ガンマ線照射のための点源（０．１ｍＣｉ Ｃｓ−１３７（６６２ｋｅＶ））を配置し、受光素子３２１〜３２４の出力を収集し、上述のような回路で処理して、図７のような２次元座標のマップ（２次元位置決めマップ）を作成した。但し、制御回路７のノイズ裾切りのために予め定めた閾値としては、約１００ｋｅＶを設定した。それ以上の上限は設定しなかった。このようなデータ収集モードをリストモードという。リストモードでデータ収集後、リストモードで収集したデータを用いて、２次元位置決めマップにおける個々の領域ごとにそれぞれのコンプトン端より少し上ところに閾値を設定し、さらに高エネルギーのノイズ成分を取り除くデータの選別をパーソナルコンピュータ９によって実施した。最終的には、トータル５０００から１００００個のデータによって、２次元位置決めマップを生成した。得られた２次元位置決めマップは、シンチレータセルに対応する８個の領域が明瞭に現れていた。この２次元位置決めマップの原点と、それぞれの領域との距離を測定した。その結果を表１に示す。
【００３１】
【表１】
外側の４個の領域は、最下段の４つのシンチレータセルに対応し、これらの領域の位置は、４個の結晶が光学的に互いに遮断された一段のみのシンチレータ検出器の場合の領域の位置と殆ど同じであった。内側の４個の領域は、２段目の４つのシンチレータセルに対応する。これらの８つの領域は、２次元位置決めマップ上で明瞭に分離されている。よって、この２次元位置決めマップを予め求めておくことにより、出力された点（ｘ、ｙ）から発光したセルを精度よく特定できる。これは、４個の受光素子へ、光の経路３５１〜３５４を介して光分配が行われる結果である。２段目の４つのシンチレータセルおよび最下段の４つのシンチレータセルのエネルギー分解能はそれぞれ１４．９および１３．５％である。２次元位置決めマップの内側の４個の領域と原点との間の領域は、十分広く、セルを２段以上積み上げた多段検出器にした場合にセルの特定に利用するのに十分と思われる。
【００３３】
２段の検出器の光分配特性を確かめるために、最下段のシンチレータセルと２段目のシンチレータセルとの間に、２０ｍｍ×２０ｍｍ×３ｍｍ（深さ）のルサイト(Lucite：デュポン社の商標)の板（屈折率＝１．４９）を置いた。これらのステージおよびルサイト板の間のカップリング剤としてシリコーンオイルを使用した。Luciteを用いた２段検出器ユニットの２次元位置決めマップを同様に求めた結果を表１に示す。先の２段検出器に比べて８個の領域が原点の中央領域に接近している。これは、ルサイトが受光素子への光分配の均等化を促進させるためである。また、各領域の領域のサイズが大きくなっており、このことから、各シンチレータセル内のガンマ線吸収の位置の違いにかかわらず、４個の受光素子への光分配比を一定とする効果を低減させる役割をルサイト板が果たしていることがわかる。最下段および２段目の両方のシンチレータセルに対応する領域のエネルギー分解能は１２．５％である。
【００３４】
この２段の検出器の最下段のシンチレータセルの下にさらにもう１段シンチレータセルを追加して、３段の検出器を組み立てた。ルサイト板と２段目のシンチレータセルとの間、および、２段目のシンチレータセルと最下段のシンチレータセルとの間の空隙は、両方とも空気ギャップとした。図９は、このルサイト板を有する３段検出器の２次元位置決めマップを示している。内側（原点寄り）の各領域は最上段（３段目）のシンチレータセルに対応し、中間の各領域は２段目のシンチレータセルに対応し、外側の各領域は最下段のシンチレータセルに対応している。最上段、２段目、最下段についてのエネルギー分解能は、それぞれ、１３．５％，１５．３％および１５．３％である。
【００３５】
なお、上述の表１の数値は、２次元位置決めマップの画像中心（原点）から各領域の中心までの距離の平均値を示している。ただし、これらの値は、４個のシンチレータセルが互いに光学的に遮断されたシンチレータ検出器についての領域の平均距離で正規化されている。また、表２は、表１に示した２次元位置決めマップにおける各領域についての、受光素子からの合計出力の平均値を示している。ただし、これらの値は最下段のシンチレータセルの値で正規化されている。
【００３６】
【表２】
つぎに、第２の実験として、高分解能かつ高感度の放射線入射位置３次元検出器モジュールを得るために、一つ一つのシンチレータセルの大きさが小さい図１０のような構造の３次元検出器を組み立てた。
【００３８】
シンチレータセルの大きさは、３．８ｍｍ（縦）×３．８ｍｍ（横）×６ｍｍ（深さ）の大きさである。図１０の３次元検出器は、図１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の構造が図１とは異なっている。具体的には、図１０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１１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２ｍｍまたは４ｍｍとした。溝４０２、４０３の内壁面は、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の上面との接触面にも、光学結合材（シリコンオイル）を満たしてある。
【００３９】
図１０の３次元検出器においても、図２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、図１０の構成では、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２の光の経路３５５、３５６は、図１０の構成では生じない。
【００４０】
第２の実験としては、図１０の構成の３次元検出器の段数を減らし、最下段のシンチレータセル３０１等と最上段のシンチレータセル４０１との２段にした検出器を作成した。シンチレータセル４０１の溝４０２、４０３の深さは、４ｍｍとした。上下方向のセルとセルとの間の空隙は、空気ギャップとした。この構成の検出器の２次元位置決めマップを、上述の方法によって求めたところ、個々のシンチレータセルに対応して８個の領域が明瞭に見て取れる配置であった。最下段のシンチレータセルに対応する外側の４個の領域位置は、表３のように４個のシンチレータを互いに光学的に遮断した一段の検出器の場合の領域の位置と殆ど同じであった。
【００４１】
【表３】
この場合の最上段（２段目）のシンチレータセルと最下段（１段目）のシンチレータセルとのエネルギー分解能は１３．０％である。また、内側の４つの領域と外側の４つの領域との間の領域は、２段を超える段数の３次元検出器にした場合にも、シンチレータセルの特定に利用するのに十分なほど広い。
【００４３】
つぎに、図１０の構成で３段の３次元検出器を形成した。これは、図１０の４段の構成から３段目のシンチレータセル３０３等を取り除いた構成である。シンチレータセル４０１の溝４０２等の深さは４ｍｍとした。これらのシンチレータセルの上下の境界の空隙は、空気ギャップとした。この３段の３次元検出器の２次元位置決めマップを求めた結果を図１２に示す。図１２のように、１２個のシンチレータセルに対応する１２個の領域が明瞭に見て取れる。最上段、２段目および最下段のシンチレータセルのエネルギー分解能は、それぞれ、１４．５％，１４．２％および１３．０％である。
【００４４】
つぎに、図１０の構成の４段の３次元検出器を形成した。最上段のシンチレータセル４０１の溝４０２等の深さは２ｍｍとした。シンチレータセルの上下方向の境界の空隙は空気ギャップとした。この４段の３次元検出器の２次元位置決めマップを求めた結果を図１３に示す。放射線（γ線）を上部から照射しているため、シンチレータセル内でフォトンが減衰し、下の方の段のシンチレータセルほど出力回数が少なかった。このマップは、個々のシンチレータセルに対応して１６個のピークが認識される。最上段、３段目、２段目および１段目（最下段）の各段のシンチレータセルのエネルギー分解能は、それぞれ、１６．３％，１８．３％，１６．４％および１２．０％である。これらのエネルギースペクトルの組は図３に示した通りである。
【００４５】
なお、上述の表３の数値は、２次元位置決めマップの画像中心（原点）から各領域の中心までの距離の平均値を示している。ただし、これらの値は、４個のシンチレータセルが互いに光学的に遮断されたシンチレータ検出器についての領域の平均距離で正規化されている。また、表４は、表３に示した２次元位置決めマップにおける各領域についての、受光素子からの合計出力の平均値を示している。ただし、これらの値は最下段のシンチレータセルの値で正規化されている。
【００４６】
【表４】
上述した実験により、本実施の形態で提案される図１および図１０の形態の放射線入射位置３次元検出器を、上述した放射線が入射して発光したシンチレータセルを２次元座標（２次元位置決めマップ）の領域に対応させてことができることを示すことができた。したがって、これらの２次元位置決めマップを予め求めておくことにより、受光素子の出力から点（ｘ，ｙ）を求め、この点（ｘ，ｙ）が２次元位置決めマップ上のどの領域に属するかを判定することにより、その領域に対応するシンチレータセルで発光したことが特定できる。
【００４８】
この方法は、予め２次元位置決めマップを求めておけば、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、この２次元位置決めマップの領域の配置を２次元画像として、表示装置上に画像表示することにより、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。
【００４９】
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７の原点が、図７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。
【００５０】
また、本実施の形態の２次元位置決めマップは、図７のように、２行２列に積み上げられた４本のシンチレータセルの柱を、中心から外側に向かって、押しつぶしたように、高さ方向に中心から放射状に各領域が並ぶ配置となる。すなわち、同じ高さ（段）のシンチレータセル同士は、同じ半径の同心円上にのる形状となり、２次元座標上のマップでありながら、２行×２列×高さに３次元に積み重ねられた複数のシンチレータセルの配置を連想しやすい。よって、この図７の領域の形状を、点（ｘ，ｙ）といっしょに表示することにより、ユーザは、３次元空間における発光しているシンチレータセルの位置を容易に把握できる。したがって、この図７のマップを、放射線入射位置３次元検出器に限らず、例えば、２行×２列×複数段に受光面を有する受光素子の受光点を２次元画面上に表示する場合や、２行×２列×複数段に部屋が並んでいるビルに異常が発生した部屋を２次元画面上に表示する場合等の他の３次元空間の位置検出器の検出結果表示に応用することができ、その場合も空間内の位置の把握が容易という効果が得られる。 なお、上述の放射線入射位置３次元検出器の実施の形態においては、発光したシンチレータセルの特定を確実にするためには、２次元位置決めマップ上の各領域が分離されている必要がある。このとき、検出器の段数が多くなると、図７のように、各領域を放射状に四方に一列ずつ配置する２次元位置決めマップは、大きく広がってしまうという問題がある。これを解決するためには、図７の放射状に四方にのみ広がっている領域の間のスペース、すなわち、図７においては、原点を中心とする−４０゜〜４０゜付近、５０゜〜１３０゜付近、１４０゜〜２２０゜付近等のスペースを利用することにより、コンパクトに多数の領域を表示することが可能になる。このように領域の一部を領域間のスペースに配置するには、３次元検出器の図２のように対称的な光の経路を光学的構造を、非対称な構造にすることが考えられうる。例えば、現状では、２行２列のシンチレータセル間に反射シートが十文字に配置されているが、十文字ではなく、各段ごとに縦方向もしくは横方向のみに反射シートを配置し、格段ごとに反射シートを配置する方向を変えることが考えられる。発明者らは、この方法で、予備的な実験をおこない、領域の一部の配置を原点を中心とした回転方向にシフトさせることに成功している。
【００５１】
なお、上述の実施の形態では、４つの受光素子として、４つの光電子増倍管を用いているが、４つの受光素子を一つの位置感応光電子増倍管により構成することも可能である。また、位置感応光電子増倍管の受光面積が、２行×２列のシンチレータセルが２以上搭載できる面積である場合には、２組以上の２行×２列のシンチレータセルを一つの位置感応光電子増倍管に搭載することができる。
【００５２】
また、上述の実施の形態では、シンチレータセルをＧＳＯ単結晶で構成しているが、ＬＳＯ単結晶で構成することもできる。なぜなら、すでに述べたようにＬＳＯは、ＧＳＯと殆ど等しい屈折率を示すとともにＧＳＯに比べてより大きい光出力を有するからである。
【００５３】
【発明の効果】
上述してきたように、本発明によれば、発光したシンチレータセルを容易に特定することができ、しかも、発光したシンチレータセルの位置を視覚的に確認できる放射線入射位置３次元検出器の発光位置検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一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】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）図１の３次元位置検出器の各シンチレータセルに被検体から入射する放射線のエネルギーの分布と入射する頻度との関係を示すグラフ。
【図４】図１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次元位置検出器の出力を図４の回路で処理し、２次元座標上に点（ｘ，ｙ）と対応するシンチレータセルとの関係を示した２次元画像。
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４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９】本発明の一実施の形態の３次元検出器の出力から求めた２次元位置決めマップの構成を示す説明図。
【図１０】本発明の別の実施の形態の３次元検出器の構成を示す説明図。
【図１１】図１０のＡ−Ａ断面図。
【図１２】本発明の一実施の形態の３次元検出器の出力から求めた２次元位置決めマップの構成を示す説明図。
【図１３】本発明の一実施の形態の３次元検出器の出力から求めた２次元位置決めマップの構成を示す説明図。
【符号の説明】
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、１１００…回路。
Claims (7)
- 各段に２行×２列に４個配置されて、多段に積み上げられた複数のシンチレータセルと、前記積み上げられた複数のシンチレータセルのいずれかに接続された受光素子とを有する放射線入射位置３次元検出器の発光したシンチレータセルを特定する方法であって、
前記複数のシンチレータセルと１対１に対応する複数の領域を、予め定めておいた所定の２次元座標上に重ならないように表示する第１のステップと、
前記受光素子の出力を示す点を前記所定の２次元座標上に表示する第２のステップと、
前記２次元座標上での前記出力を示す点と前記領域との位置関係を調べ、前記出力を示す点が含まれる領域に対応する前記シンチレータセルを、発光したシンチレータセルとして特定する第３のステップとを有することを特徴とする放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法。 - 請求項１に記載の放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法において、前記第１のステップは、前記複数のシンチレータセルのうち上下に連なるシンチレータセルに対応する領域が、ある点を中心として放射状に連なるように表示するステップであることを特徴とする放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法。
- 請求項２に記載の放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法において、前記シンチレータセルの最下段の４つのシンチレータセルには、受光素子が接続されていることを特徴とする放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法。
- 請求項２または３に記載の放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法において、前記放射状に連なる領域は、前記ある点に最も近い領域が、最上段の前記シンチレータセルに対応し、前記ある点から最も遠い領域が、最下段のシンチレータセルに対応していることを特徴とする放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法。
- 請求項３に記載の放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法において、前記複数のシンチレータセル内には、前記受光素子同士を相互に接続する光の経路が形成されており、
前記受光素子による前記最下段の４つのシンチレータセルからの出力をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとし、
ｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）
とした場合に、
前記２次元座標は、前記ｘおよびｙを２軸とする２次元座標であり、
前記第２のステップは、前記４つの受光素子の出力から前記ｘおよびｙをそれぞれ求め、前記点の座標として、座標（ｘ，ｙ）を表示することを特徴とする放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法。 - 請求項５に記載の放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法において、前記Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを検出した放射線のエネルギーの大きさとして表示することを特徴とする放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法。
- 請求項１に記載の放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法において、前記放射線入射位置３次元検出器は、前記受光素子が出力した時刻を検出する計時手段を有し、
前記計時手段の検出時刻を表示することを特徴とする放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30622097A JP3697340B2 (ja) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | 放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30622097A JP3697340B2 (ja) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | 放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11142524A JPH11142524A (ja) | 1999-05-28 |
| JP3697340B2 true JP3697340B2 (ja) | 2005-09-21 |
Family
ID=17954447
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30622097A Expired - Lifetime JP3697340B2 (ja) | 1997-11-07 | 1997-11-07 | 放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3697340B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9753149B2 (en) | 2015-01-30 | 2017-09-05 | Hamamatsu Photonics K.K. | Radiation detector |
| US9804277B2 (en) | 2015-01-30 | 2017-10-31 | Hamamatsu Photonics K.K. | Radiation detector |
| US10094937B2 (en) | 2015-01-30 | 2018-10-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | Radiation detector |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4338177B2 (ja) | 2003-03-12 | 2009-10-07 | 独立行政法人放射線医学総合研究所 | ３次元放射線位置検出器 |
| JP4534006B2 (ja) * | 2005-09-28 | 2010-09-01 | 独立行政法人放射線医学総合研究所 | 放射線位置検出方法及び装置 |
| US7193208B1 (en) * | 2005-10-24 | 2007-03-20 | General Electric Company | Time-of-flight capable high resolution pet detector |
| EP2287635B1 (en) * | 2008-05-19 | 2017-09-20 | Shimadzu Corporation | Two-dimensional position map correcting method, and radiation detecting apparatus |
| EP2581763A4 (en) * | 2010-06-10 | 2015-12-23 | Shimadzu Corp | METHOD FOR CORRECTING A TWO DIMENSIONAL POSITIONS CARD |
| JP5709439B2 (ja) | 2010-08-30 | 2015-04-30 | キヤノン株式会社 | ３次元放射線位置検出器 |
| CN102262238B (zh) | 2011-04-19 | 2014-07-23 | 苏州瑞派宁科技有限公司 | 一种提取闪烁脉冲信息的方法及装置 |
| JP6694213B2 (ja) | 2016-03-31 | 2020-05-13 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 | 積層型放射線３次元位置検出器 |
-
1997
- 1997-11-07 JP JP30622097A patent/JP3697340B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9753149B2 (en) | 2015-01-30 | 2017-09-05 | Hamamatsu Photonics K.K. | Radiation detector |
| US9804277B2 (en) | 2015-01-30 | 2017-10-31 | Hamamatsu Photonics K.K. | Radiation detector |
| US10094937B2 (en) | 2015-01-30 | 2018-10-09 | Hamamatsu Photonics K.K. | Radiation detector |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11142524A (ja) | 1999-05-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10663606B2 (en) | Detector systems for integrated radiation imaging | |
| JP5944903B2 (ja) | 相互作用深さシンチレーション検出器 | |
| US9194959B2 (en) | Positron emission tomography detector based on monolithic scintillator crystal | |
| US6362479B1 (en) | Scintillation detector array for encoding the energy, position, and time coordinates of gamma ray interactions | |
| JP5930973B2 (ja) | 放射線検出器 | |
| US8299437B2 (en) | Gamma ray detector and gamma ray reconstruction method | |
| ES2804265T3 (es) | Sistema y procedimiento de detección de radiación gamma del tipo cámara gamma | |
| US7193208B1 (en) | Time-of-flight capable high resolution pet detector | |
| JP4670991B2 (ja) | 放射線検出器、およびそれを備えた断層撮影装置 | |
| JP3597979B2 (ja) | 放射線入射位置３次元検出器 | |
| WO2007043137A9 (ja) | 核医学診断装置 | |
| US9304211B2 (en) | Scintillation detector with active light guide | |
| EP2196825A1 (en) | Beta ray detector and beta ray rebuilding method | |
| JP3697340B2 (ja) | 放射線入射位置３次元検出器の発光位置特定方法 | |
| JP2004532997A (ja) | Ｐｅｔスキャナ | |
| JP2000056023A (ja) | 深さ方向の情報を得ることができるｐｅｔ用検出器 | |
| CN113040800B (zh) | Pet探测器、pet成像系统及伽马射线定位方法 | |
| US9612344B2 (en) | Positron emission tomography and single photon emission computed tomography based on intensity attenuation shadowing methods and effects | |
| JP2007101191A (ja) | 放射線検出器 | |
| JP2009257962A (ja) | 放射線検出器、およびそれを備えた陽電子放出型断層撮影装置 | |
| JP3950964B2 (ja) | 強磁場内作動型放射線位置検出器 | |
| CN110389373B (zh) | 晶体模块、检测器及其高度解码方法 | |
| KR102399325B1 (ko) | 감마선의 반응 위치를 구별하여 검출하는 방사선 검출기 및 이를 포함하는 핵 의학 영상 장치 | |
| JP4737104B2 (ja) | 光子検出器の位置情報算出方法及びそれを用いたポジトロンｃｔ装置 | |
| EP4095565A1 (en) | Device for the detection of gamma rays with interaction depth and time-of-flight encoding |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040518 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040720 |
|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20040816 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050607 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050704 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090708 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090708 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100708 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100708 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110708 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110708 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120708 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120708 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130708 Year of fee payment: 8 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130708 Year of fee payment: 8 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |