JP4352841B2 - 放射線検出器、および、ｒｉイメージング装置 - Google Patents

放射線検出器、および、ｒｉイメージング装置 Download PDF

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この発明は、ポジトロン放出型の放射性同位元素（以下、適宜「ＲＩ」と略記）のポジトロンの消滅に伴って発生するγ線（以下、適宜「消滅γ線」と略記）を検出する放射線検出器、および、被検体に投与されたＲＩによる消滅γ線を検出して被検体のＲＩ分布像を得るＲＩイメージング装置に係り、特に消滅γ線検出における高空間分解能および高検出効率とを簡潔な構成によって実現するための技術に関する。
病院等の臨床分野やバイオメディカル研究分野などで用いられるＰＥＴ（ポジトロン・エミッション・トモグラフィ）装置は、被検体に投与されたＲＩにより体外に放射される５１１ｋｅＶのエネルギーの消滅γ線を検出して被検体のＲＩ分布像を得るＲＩイメージング装置であり、被検体に投与されたＲＩのポジトロンの消滅に伴って同時に発生して反対方向に向かって進む二つの消滅γ線をγ線入射によってシンチレータに生じる光を後に配置したフォトマルチプライヤ（光電子増倍管）で電気信号に変換するγ線検出器で同時に検出している。ＰＥＴ装置で使われるＲＩは、11Ｃ，13Ｎ，15Ｏ，18Ｆなど半減期の短いものである。
このＰＥＴ装置の場合、短寿命のＲＩや大型設備が必要なこと等から利用が脳機能診断などに限られる傾向にあったが、ガン（癌）検診にも有効で医療保険の適用が決まったり、ＲＩの短時間供給態勢も整いつつあることから、今後、急激に普及すると予想される。さらにＰＥＴ装置は、バイオメディカル研究分野におけるモレキュールイメージング（分子イメージング，代謝イメージング）を得るのに有用な装置としても注目されており、普及に拍車がかかる状況にある。
具体的には、２ＤモードのＰＥＴ装置や３ＤモードのＰＥＴ装置がある。２ＤモードのＰＥＴ装置は、図１０に示すように、シンチレータ５２とフォトマルチプライヤ５３とを用いたγ線検出器５１の前に、円環状鉛板で多数の平行スリットを形成したセプタ５４を配置することで被検体Ｍを多数の平面の集合体の状態にして、各平面からスリットを直進し通り抜けてくるγ線だけを利用してＲＩ分布像を得る。３ＤモードのＰＥＴ装置は、図１１に示すように、γ線検出器５１の前からセプタ５４を取り払い、斜進してくるγ線（シンチレータを斜めに見込むγ線）も利用してＲＩ分布像を得る。
しかしながら、従来の２ＤモードのＰＥＴ装置の場合、直進してくるγ線だけを検出するので空間分解能の良いＲＩ分布像が得られる反面、発生する消滅γ線の１％も利用しないので検出効率が低くてＲＩ分布像を得るのに長い時間がかかるという問題がある。
また、従来の３ＤモードのＰＥＴ装置の場合、斜進してくるγ線も利用するので検出効率が良く、短い時間でＲＩ分布像が得られる反面、図１２に示すように、γ線検出器５１の（特に検出領域の中心から外れる）シンチレータ５２毎の検出可能エリアが広すぎて、空間分解能の良いＲＩ分布像が得られないという問題がある。
さらに、３ＤモードのＰＥＴ装置における空間分解能の低下を改善するために、γ線検出器のシンチレータとして、図１３に示すように、隣接層同士の間で検出特性の異なるシンチレータ層を検出器法線方向に４層積層した多層構造型シンチレータ５２Ａを用いて深さ情報付きのγ線検出信号を出力するγ線検出器を用いる提案がされている。しかし、この提案の場合、空間分解能の低下が抑えられる反面、多層構造型シンチレータ５２Ａが必要であるのでγ線検出器の構成が複雑化し、さらにγ線検出信号からγ線入射層を識別する必要があるのでγ線検出信号の処理部の構成も複雑化するという別の問題がある。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、消滅γ線検出における高空間分解能と高検出効率とを簡潔な構成で実現することができる放射線検出器、および、ＲＩイメージング装置を提供することを目的とする。
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項1に記載の発明に係る放射線検出器は、ポジトロン放出型の放射性同位元素（ＲＩ）のポジトロンの消滅に伴って発生するγ線を検出する放射線検出器において、被検体の周りを巡るかたちで配備され、被検体から放射されるγ線を検出する第１検出手段と、被検体の周りを巡るかたちで配備され、前記第１検出手段で検出されるγ線と同一のγ線を検出する第２検出手段とが二重リング状の配置で設置されており、リング中心からの前記第１検出手段の距離がリング中心からの前記第２検出手段の距離よりも長くなるように、前記第１検出手段を前記第２検出手段よりも外側に配備することを特徴とするものである。
［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、従来のようにセプタを設けるのではなく、被検体の周りを巡るかたちで二重リング状の配置で設置されている第１検出手段と第２検出手段とが同一のγ線を検出するので、第１または第２検出手段のいずれか一方で空間分解能に優れた（すなわち高空間分解能の）検出器でγ線を検出することができ、第１または第２検出手段のいずれか他方で検出効率に優れた（すなわち高検出効率の）検出器でγ線を検出することができる。その結果、二重リング状の配置で設置する程度であるので、検出器の構成が複雑化することもない。
また、リング中心からの第１検出手段の距離がリング中心からの第２検出手段の距離よりも長くなるように、第１検出手段を第２検出手段よりも外側に配備することで、第２検出手段により消滅γ線が検出されて、その後に外側の第１検出手段により消滅γ線が検出される。
また、請求項２に記載の発明は、前記第２検出手段は前記第１検出手段よりも空間分解能が高くなるように構成されているものである。
［作用・効果］請求項２の発明の放射線検出器の場合、第２検出手段により高空間分解能で消滅γ線が検出されて、その後に外側の第１検出手段により消滅γ線が検出される。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の放射線検出器において、前記第１検出手段は前記第２検出手段よりも時間分解能が高くなるように構成されているものである。
［作用・効果］請求項３の発明の放射線検出器の場合、第２検出手段により消滅γ線が検出されて、その後に外側の第１検出手段により高時間分解能で消滅γ線が検出される。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の放射線検出器において、前記第２検出手段は前記第１検出手段よりも空間分解能が高くなるように構成されているとともに、第１検出手段は第２検出手段よりも時間分解能が高くなるように構成され、時間分解能が高い方の第１検出手段はγ線が入射することにより光が生じるシンチレータの後にシンチレータから放出される光を受光して光電変換信号を出力するフォトマルチプライヤを配置した放射線検出デバイスを用いて構成されており、空間分解能が高い方の第２検出手段は多数の放射線検出素子が２次元状マトリックス配置で並べられているフラットパネル型放射線検出デバイスを用いて構成されているものである。
［作用・効果］請求項４の発明の放射線検出器の場合、時間分解能が高い方の第１検出手段は、γ線が入射することにより光が生じるシンチレータの後にシンチレータから放出される光を受光して光電変換信号を出力するフォトマルチプライヤを配置した高時間分解能適性に優れる放射線検出デバイスにより十分な高時間分解能力を有し、また、空間分解能が高い方の第２検出手段は、多数の放射線検出素子が２次元状マトリックス配置で並べられている高空間分解能適性に優れるフラットパネル型放射線検出デバイスによって十分な高空間分解能力を有する。
さらに、この発明は、上記目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項５に記載の発明に係るＲＩイメージング装置は、被検体に投与されたポジトロン放出型の放射性同位元素（ＲＩ）のポジトロンの消滅に伴って放射されるγ線を検出して被検体のＲＩ分布像を得るＲＩイメージング装置において、被検体の周りを巡るかたちで配備され、被検体から放射されるγ線を検出する第１検出手段と、被検体の周りを巡るかたちで配備され、前記第１検出手段で検出されるγ線と同一のγ線を検出する第２検出手段とが二重リング状の配置で設置されている放射線検出器と、放射線検出器の第１検出手段から出力されるγ線検出信号にしたがって第１検出手段におけるγ線入射位置データを導出する第１γ線入射位置導出手段と、第１γ線入射位置導出手段により導出されたγ線入射位置データに基づき第１検出手段における対向位置でも同時にγ線の入射が有ったことを検知する同時入射検知手段と、同時入射検知手段により同時入射が検知されたγ線の第２検出手段での入射位置を示すγ線入射位置データを第１γ線入射位置導出手段により導出されたγ線入射位置データと第１検出手段から出力されるγ線検出信号とに基づいて導出する第２γ線入射位置導出手段とを備え、第２γ線入射位置導出手段によって導出されるγ線入射位置データにしたがって被検体のＲＩ分布像を得ることを特徴とするものである。
［作用・効果］請求項５の発明のＲＩイメージング装置は、上記の記載が示す通り、請求項１の発明の放射線検出器を装備しており、請求項５の発明のＲＩイメージング装置によってＲＩ分布像を得る場合、第１γ線入射位置導出手段により、第１検出手段から出力されるγ線検出信号にしたがって第１検出手段におけるγ線入射位置データが導出されるとともに、同時入射検知手段により、第１γ線入射位置導出手段により導出されたγ線入射位置データに基づき第１検出手段における対向位置でも同時にγ線の入射が有ったことが検知されると、第２γ線入射位置導出手段により、同時入射検知手段により同時入射が検知されたγ線の第２検出手段での入射位置を示すγ線入射位置データが第１γ線入射位置導出手段により導出されたγ線入射位置データと第１検出手段から出力されるγ線検出信号とに基づいて導出された後、第２γ線入射位置導出手段で導出されたγ線入射位置データにしたがって被検体のＲＩ分布像が得られる。
このように、請求項５の発明のＲＩイメージング装置は、請求項１の発明の放射線検出器を装備しており、放射線検出器に従来のようにセプタを設けるのではなく、被検体の周りを巡るかたちで二重リング状の配置で設置されている第１検出手段と第２検出手段とが同一のγ線を検出するので、第１または第２検出手段のいずれか一方で空間分解能に優れた（すなわち高空間分解能の）検出器でγ線を検出することができ、第１または第２検出手段のいずれか他方で検出効率に優れた（すなわち高検出効率の）検出器でγ線を検出することができる。その結果、二重リング状の配置で設置する程度であるので、検出器の構成やγ線検出信号の処理部の構成が複雑化することもない。
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のＲＩイメージング装置において、前記第１検出手段を前記第２検出手段よりも外側に配備し、第２検出手段は第１検出手段よりも空間分解能が高くなるように構成されているものである。
［作用・効果］請求項６の発明のＲＩイメージング装置の場合、第２検出手段により高空間分解能で消滅γ線が検出されて、その後に外側の第１検出手段により消滅γ線が検出されるので、空間分解能においてＲＩ分布像が非常に精度よく得られる。
また、請求項７に記載の発明は、請求項５または請求項６に記載のＲＩイメージング装置において、前記第１検出手段を前記第２検出手段よりも外側に配備し、第１検出手段は第２検出手段よりも時間分解能が高くなるように構成されているものである。
［作用・効果］請求項７の発明のＲＩイメージング装置の場合、第２検出手段により消滅γ線が検出されて、その後に外側の第１検出手段により高時間分解能で消滅γ線が検出されるので、時間分解能においてＲＩ分布像が非常に精度よく得られる。
また、請求項８に記載の発明は、請求項５から請求項７のいずれかに記載のＲＩイメージング装置において、被検体にＸ線を照射するＸ線照射手段を備えていて、前記第１検出手段を前記第２検出手段よりも外側に配備し、第２検出手段は第１検出手段よりも空間分解能が高くなるように構成されているとともに、第１検出手段は第２検出手段よりも時間分解能が高くなるように構成され、Ｘ線照射手段による被検体へのＸ線照射に伴って空間分解能が高い方の第２検出手段から出力されるＸ線検出信号にしたがってＸ線ＣＴ像が得られるものである。
［作用・効果］請求項８の発明のＲＩイメージング装置の場合、Ｘ線照射手段による被検体へのＸ線照射に伴って空間分解能が高い方の第２検出手段から出力されるＸ線検出信号に基づいてＸ線ＣＴ像が得られるので、ＲＩ分布像とＸ線ＣＴ像の両方が得られる複合装置となっている。空間分解能が高い方の第２検出手段は時間分解能が高い方の第１検出手段の内側に配置されていて、被検体からの透過Ｘ線が空間分解能が高い第２検出手段に先に入射するので、時間分解能が高い方の第１検出手段がＸ線検出の障害となることはない。さらに、ＲＩ分布像とＸ線ＣＴ像が実質的に共通の空間分解能が高い方の第２検出手段によって得られるので、ＲＩ分布像とＸ線ＣＴ像の位置合わせが極めて容易である。
また、請求項９に記載の発明は、請求項５から請求項８のいずれかに記載のＲＩイメージング装置において、前記第２検出手段は前記第１検出手段よりも空間分解能が高くなるように構成されているとともに、第１検出手段は第２検出手段よりも時間分解能が高くなるように構成され、時間分解能が高い方の第１検出手段はγ線が入射することにより光が生じるシンチレータの後にシンチレータから放出される光を受光して光電変換信号を出力するフォトマルチプライヤを配置した放射線検出デバイスを用いて構成されており、空間分解能が高い方の第２検出手段は多数の放射線検出素子が２次元状マトリックス配置で並べられているフラットパネル型放射線検出デバイスを用いて構成されているものである。
［作用・効果］請求項９の発明のＲＩイメージング装置の場合、時間分解能が高い方の第１検出手段はγ線が入射することにより光が生じるシンチレータの後にシンチレータから放出される光を受光して光電変換信号を出力するフォトマルチプライヤを配置した高時間分解能適性に優れる放射線検出デバイスによって十分な高時間分解能力を有し、また、空間分解能が高い方の第２検出手段は、多数の放射線検出素子が２次元状マトリックス配置で並べられている高空間分解能適性に優れるフラットパネル型放射線検出デバイスによって十分な高空間分解能力を有する。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項８または請求項９に記載のＲＩイメージング装置において、放射線検出器では空間分解能が高い方の第２検出手段が放射線を電気信号に変換する放射線感応膜を有していて、放射線感応膜がγ線を検出する時はなだれ増幅領域でγ線検出動作を行い、Ｘ線を検出する時は非増幅領域あるいは比例増幅領域でＸ線検出動作を行うものである。
［作用・効果］請求項１０の発明のＲＩイメージング装置の場合、空間分解能が高い方の第２検出手段が有する放射線検出用としての放射線感応膜はγ線を検出する時はなだれ増幅領域でγ線検出動作を行うので、非常に高い感度でγ線の検出が行え、γ線の検出漏れが防止できる結果、正確なＲＩ分布像が得られる。また、放射線感応膜はＸ線を検出する時は非増幅領域あるいは比例増幅領域でＸ線検出動作を行うので、入射Ｘ線強度に応じてＸ線を検出することができる結果、良好な画質のＸ線ＣＴ像が得られる。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項５から請求項１０のいずれかに記載のＲＩイメージング装置において、被検体のＲＩ分布像またはＸ線ＣＴ像が医学用ＲＩ分布像または医学用Ｘ線ＣＴ像であるものである。
［作用・効果］請求項１１の発明のＲＩイメージング装置の場合、装置によって得られる被検体のＲＩ分布像またはＸ線ＣＴ像が医学用であるので、請求項１１の発明のＲＩイメージング装置は臨床分野での患者の診断やバイオメディカル研究での動物実験の解析などに利用することができる。
請求項１の発明の放射線検出器の場合、従来のようにセプタを設けるのではなく、被検体の周りを巡るかたちで二重リング状の配置で設置されている第１検出手段と第２検出手段とが同一のγ線を検出するので、第１または第２検出手段のいずれか一方で空間分解能に優れた（すなわち高空間分解能の）検出器でγ線を検出することができ、第１または第２検出手段のいずれか他方で検出効率に優れた（すなわち高検出効率の）検出器でγ線を検出することができる。その結果、二重リング状の配置で設置する程度であるので、検出器の構成が複雑化することもない。
また、リング中心からの第１検出手段の距離がリング中心からの第２検出手段の距離よりも長くなるように、第１検出手段を第２検出手段よりも外側に配備することで、第２検出手段により消滅γ線が検出されて、その後に外側の第１検出手段により消滅γ線が検出される。
よって、請求項１の発明の放射線検出器によれば、消滅γ線検出における高空間分解能と高検出効率とを簡潔な構成で実現することができる。
請求項５の発明のＲＩイメージング装置の場合、請求項１の発明の放射線検出器を装備しており、放射線検出器に従来のようにセプタを設けるのではなく、被検体の周りを巡るかたちで二重リング状の配置で設置されている第１検出手段と第２検出手段とが同一のγ線を検出するので、第１または第２検出手段のいずれか一方で空間分解能に優れた（すなわち高空間分解能の）検出器でγ線を検出することができ、第１または第２検出手段のいずれか他方で検出効率に優れた（すなわち高検出効率の）検出器でγ線を検出することができる。その結果、二重リング状の配置で設置する程度であるので、検出器の構成やγ線検出信号の処理部の構成が複雑化することもない。
よって、請求項５の発明のＲＩイメージング装置によれば、消滅γ線検出における高空間分解能と高検出効率とを簡潔な構成で実現することができる。
この発明の放射線検出器およびＲＩイメージング装置の実施例について図面を参照しながら詳しく説明する。以下に説明する実施例は、この発明の放射線検出器の一実施例を装備したＲＩイメージング装置の一実施例に係る装置であって、ＰＥＴ装置にＸ線ＣＴ装置が一体的に合体された複合型ＲＩイメージング装置である。図１は実施例の複合型ＲＩイメージング装置の構成を示すブロック図であり、図２は実施例の装置の撮影台を縦に破断して示す斜視図である。
実施例の装置は、図１および図２に示すように、被検体Ｍの周りを巡るかたちで配備され、被検体Ｍから放射されるγ線を高い時間分解能で検出する高時間分解能型検出部２と、被検体Ｍの周りを巡るかたちで配備され、高時間分解能型検出部２（第１検出手段）で検出されるγ線と同一のγ線を高い空間分解能で検出する高空間分解能型検出部３（第２検出手段）とが例えば同心的二重リング状の配置で設置されている放射線検出器１と、被検体Ｍにコーンビーム状のＸ線を照射するＸ線管４とを備えるとともに、放射線検出器１の高空間分解能型検出部３がＸ線検出機能を有しており、被検体Ｍに投与されたＲＩのポジトロンの消滅に伴って放射される消滅γ線を放射線検出器１の高時間分解能型検出部２と高空間分解能型検出部３とで検出して後段で被検体ＭのＲＩ分布像を得るのに加え、Ｘ線管４から照射されて被検体Ｍを透過したＸ線を放射線検出器１の高空間分解能型検出部３で検出して後段で被検体ＭのＸ線ＣＴ像を得る複合装置である。なお、図２では破断した片側だけを図示しているために高時間分解能型検出部２と高空間分解能型検出部３が被検体Ｍを半周巡るだけの図示状態となっているが、高時間分解能型検出部２と高空間分解能型検出部３は被検体Ｍを全周巡る配置となっている。以下、実施例の装置の各部構成を具体的に説明する。
放射線検出器１の高時間分解能型検出部２は、シンチレータの後にシンチレータから放出される光を受光して光電変換信号を出力するフォトマルチプライヤを配置した放射線検出デバイスを用いて構成してあり、この放射線検出デバイスが高時間分解能適性に優れるので、高時間分解能型検出部２は十分な高時間分解能力を有する。具体的には、例えば、図３および図４に示すように、幾本ものシンチレータ５を縦横に並ぶかたちで束ねたシンチレータブロック６の後に複数本のフォトマルチプライヤ７を配置した放射線検出デバイス８が用いられている。シンチレータブロック６におけるシンチレータ５の配置間隔は、例えば数ミリ程度である。シンチレータ５の材料は例えばＢＧＯクリスタルである。
そして、被検体Ｍの体軸Ｚと平行な方向に放射線検出デバイス８を複数個並べ、被検体Ｍの体軸Ｚを巡る方向には放射線検出デバイス８を多数個並べることで高時間分解能型検出部２が構成されている。もちろん、高時間分解能型検出部２は被検体Ｍの体軸Ｚと平行な方向には放射線検出デバイス８が１個並ぶだけの構成であってもよい。
高時間分解能型検出部２は１μＳ（マイクロ秒）以下の時間分解能があることが好ましく、０．１μＳ以下の時間分解能があることがより好ましい。放射線検出デバイス８はさらに０．１μＳを越える時間分解能も可能である。
放射線検出器１の高空間分解能型検出部３は、多数の放射線検出素子が２次元状マトリックス配置で並べられているフラットパネル型放射線検出デバイス（ＦＰＤ）を用いて構成してあり、このＦＰＤが高空間分解能適性に優れるので、高空間分解能型検出部３は十分な高空間分解能力を有する。具体的には、図５および図６に示すように、極めて多数個の放射線検出素子９がフラット基板１０の放射線検出面に縦と横のラインに沿って整列配置されているＦＰＤ１１が用いられている。ＦＰＤ１１は、γ線およびＸ線のいずれでも直に電気信号に変換する放射線感応膜１２と、放射線感応膜１２の放射線入射側に設けられたバイアス電圧印加用の共通電極１３と、放射線感応膜１２の放射線入射側とは反対側に素子と同じ２次元状マトリックス配置で設けられた画素電極用の収集電極１４とを有しており、放射線検出素子９が収集電極１４の配置間隔で縦横に並んでいる。放射線感応膜１２としては例えばＣｄＴｅ等の半導体膜が挙げられる。放射線検出素子９の配置間隔としては、例えば０．１ｍｍ程度が挙げられる。
そして、被検体Ｍの体軸Ｚと平行な方向にＦＰＤ１１を１個並べ、被検体Ｍの体軸Ｚを巡る方向にはＦＰＤ１１を幾つか並べることで高空間分解能型検出部３が構成されている。
なお、高空間分解能型検出部３は被検体Ｍの体軸Ｚと平行な方向にＦＰＤ１１が複数個並ぶ構成であってもよい。
また、放射線検出デバイス８もＦＰＤ１１も平面状であるので、高時間分解能型検出部２および高空間分解能型検出部３は、被検体Ｍを円環状に巡るのではなく多角形環状に巡ることになるが、放射線検出デバイスおよびＦＰＤの両方および一方が曲面状であって、高時間分解能型検出部２および高空間分解能型検出部３の両方または一方が、被検体Ｍを円環状に巡る構成であってもよい。
ＦＰＤ１１によるγ線あるいはＸ線検出の際は、バイアス電圧が共通電極１３から放射線感応膜１２に印加され、検出対象のγ線ないしＸ線の入射に伴って放射線感応膜１２で電気信号が生成されるとともに電気信号は、以下のようにしてγ線検出信号あるいはＸ線検出信号として取り出される。
ゲートドライバ回路１５からゲート線１６ａ経由で読み出し信号が収集電極１４に接続されている各ＴＦＴ（薄膜電界効果トランジスタ）１６Ｂのゲートに順番に与えられると同時に、読み出し信号が与えられている各ＴＦＴ１６Ｂのソースに繋がっているデータ線１６ｂがマルチプレクサ１７に順に切り換え接続されるのにしたがって、コンデンサ１６Ａに蓄積された電気信号が、ＴＦＴ１６Ｂからデータ線１６ｂを経て電荷電圧変換型増幅部１８で増幅された上でマルチプレクサ１７により各放射線検出素子９毎の検出信号としてＡ／Ｄ変換部１９に送り出されてディジタル化されてから出力される。
また、実施例のように複合装置に場合には高空間分解能型検出部３は高時間分解能型検出部２よりも空間分解能が高くするのが好ましく、高空間分解能型検出部３は高時間分解能型検出部２よりも空間分解能が十分に高くするのがより好ましい。高空間分解能型検出部３は高時間分解能型検出部２の１０倍以上の空間分解能を有することがより好ましい。放射線検出器１の場合、高空間分解能型検出部３の分解能を示す放射線検出素子９の配置間隔が０．１ｍｍ程度であり、高時間分解能型検出部２の分解能を示すシンチレータ５の配置間隔が数ミリ程度であるので、高空間分解能型検出部３は高時間分解能型検出部２の数十倍の空間分解能を有する。ＦＰＤ１１を用いる場合、高空間分解能型検出部３が高時間分解能型検出部２の１００倍以上の空間分解能を有するものも可能である。
続いて、放射線検出器１から出力されるγ線検出信号にしたがって被検体のＲＩ分布像を得る構成を、図７も参照しながら説明する。図７は実施例の装置によるＲＩ分布像作成プロセスを示すフローチャートである。
実施例の装置は、図１に示すように、高時間分解能型検出部２から出力されるγ線検出信号にしたがって高時間分解能型検出部２におけるγ線入射位置データを導出する第１γ線入射位置導出部２０と、第１γ線入射位置導出部２０により導出されたγ線入射位置データに基づき高時間分解能型検出部２における対向位置でも同時にγ線の入射が有ったことを検知するコインシデンス部（同時入射検知手段）２１と、コインシデンス部２１により同時入射が検知されたγ線の高空間分解能型検出部３での入射位置を示す高精度γ線入射位置データを第１γ線入射位置導出部２０により導出されたγ線入射位置データと高空間分解能型検出部３から出力されるγ線検出信号とに基づいて導出する第２γ線入射位置導出部２２とを備えている。
（ステップＳ１）高時間分解能型検出部２におけるγ線の入射位置の導出過程
第１γ線入射位置導出部２０は、高時間分解能型検出部２から出力されるγ線検出信号に基づき各放射線検出デバイス８のフォトマルチプライヤ７同士の出力信号の強度比較を行ってγ線が入射したシンチレータ５の位置を求めるとともに放射線検出デバイス８自体の機械的位置を参酌して高時間分解能型検出部２におけるγ線の入射位置を示すγ線入射位置データを導出する。高時間分解能型検出部２の空間分解能は高空間分解能型検出部３に比べて低いのでγ線入射位置データの精度は高くない。
（ステップＳ２）γ線の同時入射検知過程
コインシデンス部２１は、γ線入射位置データの導出があった時は被検体Ｍを挟んで対向配置の関係にある放射線検出デバイス８でもγ線入射位置データが同時に求められたか否かをチェックし、同時に求められているチェック結果の場合は、正しく消滅γ線を検出したという同時入射検知信号を第２γ線入射位置導出部２２に送出し、そうでない場合は、同時入射検知信号の送出は行わない。
（ステップＳ３）高空間分解能型検出部３におけるγ線の入射位置の導出過程
同時入射検知信号を受けた第２γ線入射位置導出部２２は、図１に示すように、同時入射のγ線についてのγ線入射位置データから両γ線入射位置を結ぶ直線Ｌを求めた後、直線Ｌと高空間分解能型検出部３の交点Ｐ１，Ｐ２を求める。続いて、第２γ線入射位置導出部２２は、交点Ｐ１が存在するＦＰＤ１１について交点Ｐ１の位置を中心とする一定範囲に存在する（例えば１０×１０＝１００個の）放射線検出素子９のγ線検出信号を読み出し、例えば最も高い信号強度を有する放射線検出素子９の位置を高空間分解能型検出部３での一方の消滅γ線の入射位置を示す高精度γ線入射位置データとして導出する。また、交点Ｐ２が存在するＦＰＤ１１についても、交点Ｐ２の位置を中心とする一定範囲に存在する（例えば１０×１０＝１００個の）放射線検出素子９のγ線検出信号を読み出し、例えば最も高い信号強度を有する放射線検出素子９の位置を高空間分解能型検出部３での他方の消滅γ線の入射位置を示す高精度γ線入射位置データとして導出する。第２γ線入射位置導出部２２の場合、最も高い信号強度を有する放射線検出素子９の位置を放射線検出素子９の番地から求め、さらに放射線検出素子９の存在するＦＰＤ１１の機械的位置を参酌して高精度γ線入射位置データを導出する。
なお、消滅γ線が入射した放射線検出素子９は周りの素子よりもγ線検出信号の信号強度が強いので信号強度の比較により容易に求められる。
高空間分解能型検出部３は高時間分解能型検出部２の１０倍以上の空間分解能を有するので、高精度γ線入射位置データによって高時間分解能型検出部２の場合よりも消滅γ線の入射位置が１０倍以上の位置精度で検出できる。
なお、高空間分解能型検出部３は時間分解能は低いが、交点Ｐ１，Ｐ２を中心とする一定範囲に存在する放射線検出素子９のγ線検出信号を読み出すだけなので、時間分解能が低くても何ら支障はない。ＲＩ分布像を得る場合、高空間分解能型検出部３は、例えば、１ｍＳ（ミリ秒）程度で必要な数の放射線検出素子９のγ線検出信号を読み出すことができればよい。測定条件によっては、例えば、１００ｍＳ（ミリ秒）程度で必要な数の放射線検出素子９のγ線検出信号を読み出すことができればよい。
（ステップＳ４）ＲＩ分布像の再構成過程
第２γ線入射位置導出部２２により導出された高精度γ線入射位置データは、再構成処理部２３に次々送出されるとともに、ＲＩ分布像作成部２４によってＲＩ分布像に仕上げられ、表示モニタ２５の画面に映し出される等して診断・研究に供される。
実施例の装置の場合、高精度γ線入射位置データは位置精度が高いので、精密なＲＩ分布像が作成・表示される。
次に、放射線検出器１の高空間分解能型検出部３から出力されるＸ線検出信号にしたがって被検体のＸ線ＣＴ像を得る構成を説明する。
実施例の装置は、Ｘ線ＣＴ撮影の際、図２に示すように、Ｘ線管４がＸ線ＣＴ撮影実行部２６の制御にしたがって、被検体Ｍの体軸Ｚのまわりを回転しながらＸ線を被検体Ｍに照射する一方、高空間分解能型検出部３のＦＰＤ１１が被検体Ｍを透過したＸ線を検出してＸ線検出信号を再構成処理部２３に送り込む。高空間分解能型検出部３は高時間分解能型検出部２の内側に配置されていて、被検体Ｍからの透過Ｘ線は先に高空間分解能型検出部３に入射するので、高時間分解能型検出部２がＸ線の検出を妨げることはない。
そして、Ｘ線検出信号は再構成処理部２３のＸ線ＣＴ像作成部２７による画像再構成処理でＸ線ＣＴ像に仕上げられ、表示モニタ２５の画面に映し出される等して診断・研究に供される。
実施例の装置では、ＲＩ分布像とＸ線ＣＴ像が実質的に共通の高空間分解能型検出部３によって得られるので、ＲＩ分布像とＸ線ＣＴ像の位置合わせが極めて容易である。
なお、実施例の装置では、ＲＩ分布像とＸ線ＣＴ像の選択や撮影開始指令操作あるいは必要なデータの入力は操作部２８によって行う。
さらに、放射線検出器１の場合、高空間分解能型検出部３では放射線感応膜１２がγ線を検出する時はなだれ増幅領域（ＧＭ領域ないし放電領域）でγ線検出動作を行い、Ｘ線を検出する時は非増幅領域（電離箱領域ないし電荷収集領域）ないし比例増幅領域（比例計数管領域）でＸ線検出動作を行う。
すなわち、実施例の装置の場合、図８に示すように、γ線を検出する時はバイアス電圧用電源２９が共通電極１３に放射線感応膜１２がなだれ増幅領域となる高い電圧を供給し、γ線を検出する時はバイアス電圧供給用電源２９が共通電極１３に放射線感応膜１２が非増幅ないし比例増幅領域となる低いめの電圧を供給する。このバイアス電圧供給用電源２９は検出対象がγ線であるかＸ線であるかに応じてバイアス電圧を自動的に切り換える構成であることが好ましい。
図９に示すように、放射線感応膜１２がなだれ増幅領域である場合はγ線を高感度で検出でき、放射線感応膜１２が非増幅ないし比例増幅領域である場合はＸ線検出信号の信号強度を入射Ｘ線強度に比例させることができる。
すなわち、放射線検出器１の場合、γ線を検出する時はγ線が高空間分解能型検出部３を通り抜けた後で高時間分解能型検出部２に入射する。高時間分解能型検出部２にγ線が十分なエネルギーを保持した状態で入射するには高空間分解能型検出部３を通り抜ける際に消滅γ線が必要以上にエネルギーをロスしないようにしなければならない。高空間分解能型検出部３によるエネルギーロスは３００ｋｅＶ以下であることが好ましい。高空間分解能型検出部３によるエネルギーロスを抑えるには、放射線感応膜１２の厚みを薄くすればよい。しかし、放射線感応膜１２の厚みを薄くすると高空間分解能型検出部３のγ線検出機能が低下してγ線の検出漏れが起こる心配がある。
そこで、γ線を検出する時はバイアス電圧を高くして高感度となるなだれ増幅領域で放射線感応膜１２にγ線を検出させる。ただ、Ｘ線ＣＴ撮影時にＸ線を放射線感応膜１２のなだれ増幅領域で検出すると、Ｘ線検出信号の信号強度を入射Ｘ線強度に比例させられず、良好な画質のＸ線ＣＴ像が得られない。そのため、Ｘ線を検出する時はバイアス電圧を低めにしてＸ線検出信号の信号強度が入射Ｘ線強度に比例する非増幅ないし比例増幅領域で放射線感応膜１２にＸ線を検出させる。
なお、なだれ増幅領域の時ほど検出感度の向上は望めないが、放射線感応膜１２は比例増幅領域でもγ線の検出感度があがるので、γ線を放射線感応膜１２の比例増幅領域で検出させるようにしてもよい。
実施例の装置では、被検体ＭのＲＩ分布像またはＸ線ＣＴ像として医学用ＲＩ分布像または医学用Ｘ線ＣＴ像が得られるので、実施例の装置は臨床分野での患者の診断やバイオメディカル研究での動物実験の解析などに利用することができる。
以上に述べた構成を有する実施例の複合型ＲＩイメージング装置および放射線検出器１の場合、放射線検出器１に従来のようにセプタを設けるのではなく、高空間分解能型検出部３で消滅γ線の詳細な入射位置を検出することができ、消滅γ線の詳細な入射位置の検出に加え高時間分解能型検出部２でγ線を検出し、例えば斜進してくるγ線もセプタレス構造で検出するので高検出効率も同時に実現できる。その結果、被検体のＲＩ分布像を精度よく短い時間で得ることができる。さらに加えて、必要とされることが放射線検出器１の高時間分解能型検出部２と高空間分解能型検出部３を二重リング状の配置で設置する程度であるから、検出器の構成やγ線検出信号の処理部の構成が複雑化することもない。
よって、実施例の装置によれば、消滅γ線検出における高空間分解能と高検出効率とを簡潔な構成で実現することができる。
この発明は、上記の実施例に限られるものではなく、以下のように変形実施することも可能である。
（１）実施例では、高空間分解能型検出部３を構成するＦＰＤ１１が直接変換タイプであったが、高空間分解能型検出部３は放射線をいったん光に変えた後で電気信号に変える間接変換タイプのＦＰＤで構成してもよい。
（２）実施例では、Ｘ線管４が高空間分解能型検出部３の片側に配置されていたが、高時間分解能型検出部２と高空間分解能型検出部３を被検体Ｍの体軸Ｚの方向に２分割し、その間にＸ線管４を配置するようにしてもよい。
さらに、Ｘ線管４を被検体Ｍと高空間分解能型検出部３の間に配置し、ＲＩ分布像を得る時にはＸ線管４を支障のない位置に退避させるようにしてもよい。この場合、ＲＩ分布像を得る時とＸ線ＣＴ像を得る時とで被検体Ｍの位置を変えずに済むとともに、Ｘ線管４が被検体Ｍ全体を臨むので、被検体全体をその赤道ラインにおいて周回した測定データを用いる）完全Ｘ線ＣＴ撮影が行える。
（３）実施例では、高空間分解能型検出部３が高時間分解能型検出部２の内側に配置されていたが、例えば、Ｘ線ＣＴ撮影機能を備えないＰＥＴ専用装置などの場合には、高空間分解能型検出部３が高時間分解能型検出部２の外側に配置されていてもよい。同じくＰＥＴ専用装置などの場合には、高空間分解能型検出部３が高時間分解能型検出部２よりも空間分解能が低くてもよいし、高時間分解能型検出部２が高空間分解能型検出部３よりも時間分解能が低くてもよい。いずれの場合においても、高時間分解能型検出部２と高空間分解能型検出部３とが同一のγ線を検出するので、高時間分解能型検出部２または高空間分解能型検出部３のいずれか一方で空間分解能に優れた（すなわち高空間分解能の）検出部２，３でγ線を検出することができ、高時間分解能型検出部２または高空間分解能型検出部３のいずれか他方で検出効率に優れた（すなわち高検出効率の）検出部２，３でγ線を検出することができる。その結果、二重リング状の配置で設置する程度であるので、検出器の構成が複雑化することもない。
（４）実施例の装置は、臨床分野での患者の診断やバイオメディカル研究での動物実験の解析など医用分野に利用する構成であったが、この発明の検出器および装置は、工業分野や原子力分野にも適用することができる。
（５）高時間分解能型検出部２で検出されるγ線と同一のγ線を高い空間分解能で検出する高空間分解能型検出部３とが同心的二重リング状の配置で設置されていたが、各検出部２，３の中心部が互いにずれていても二重リング状の配置で設置されていればよい。
実施例の複合型ＲＩイメージング装置の構成を示すブロック図である。 実施例の装置の撮影台を縦に破断して示す斜視図である。 高時間分解能型検出部を構成する放射線検出デバイスでのシンチレータブロックとフォトマルチプライヤの配置状況を示す模式図である。 高時間分解能型検出部用の放射線検出デバイスのシンチレータブロックを示す平面図である。 高空間分解能型検出部を構成するＦＰＤでの放射線検出素子の配置状況を示す模式図である。 高空間分解能型検出部用のＦＰＤの構成を示す模式図である。 実施例の装置によるＲＩ分布像作成プロセスを示すフローチャートである。 ＦＰＤの放射線感応膜のバイアス電圧供給状況を示す模式図である。 ＦＰＤの放射線感応膜のバイアス電圧と検出電流の関係を示すグラフである。 従来のＰＥＴ装置の２Ｄモード構成を示す模式図である。 従来のＰＥＴ装置の３Ｄモード構成を示す模式図である。 従来の３Ｄモード構成のＰＥＴ装置でのγ線の検出状況を示す模式図である。 従来の３Ｄモード構成のＰＥＴ装置の多層構造型シンチレータを示す斜視図である。
符号の説明
１ …放射線検出器
２ …高時間分解能型検出部（第１検出手段）
３ …高空間分解能型検出部（第２検出手段）
４ …Ｘ線管（Ｘ線照射手段）
５ …シンチレータ
７ …フォトマルチプライヤ
８ …放射線検出デバイス
９ …放射線検出素子
１１ …ＦＰＤ（フラットパネル型放射線検出デバイス）
２０ …第１γ線入射位置導出部（第１γ線入射位置導出手段）
２１ …コインシデンス部（同時入射検知手段）
２２ …第２γ線入射位置導出部（第２γ線入射位置導出手段）
２３ …再構成処理部

Claims (11)

  1. ポジトロン放出型の放射性同位元素（ＲＩ）のポジトロンの消滅に伴って発生するγ線を検出する放射線検出器において、被検体の周りを巡るかたちで配備され、被検体から放射されるγ線を検出する第１検出手段と、被検体の周りを巡るかたちで配備され、前記第１検出手段で検出されるγ線と同一のγ線を検出する第２検出手段とが二重リング状の配置で設置されており、リング中心からの前記第１検出手段の距離がリング中心からの前記第２検出手段の距離よりも長くなるように、前記第１検出手段を前記第２検出手段よりも外側に配備することを特徴とする放射線検出器。
  2. 請求項１に記載の放射線検出器において、前記第２検出手段は前記第１検出手段よりも空間分解能が高くなるように構成されている放射線検出器。
  3. 請求項１または請求項２に記載の放射線検出器において、前記第１検出手段は前記第２検出手段よりも時間分解能が高くなるように構成されている放射線検出器。
  4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の放射線検出器において、前記第２検出手段は前記第１検出手段よりも空間分解能が高くなるように構成されているとともに、第１検出手段は第２検出手段よりも時間分解能が高くなるように構成され、時間分解能が高い方の第１検出手段はγ線が入射することにより光が生じるシンチレータの後にシンチレータから放出される光を受光して光電変換信号を出力するフォトマルチプライヤを配置した放射線検出デバイスを用いて構成されており、空間分解能が高い方の第２検出手段は多数の放射線検出素子が２次元状マトリックス配置で並べられているフラットパネル型放射線検出デバイスを用いて構成されている放射線検出器。
  5. 被検体に投与されたポジトロン放出型の放射性同位元素（ＲＩ）のポジトロンの消滅に伴って放射されるγ線を検出して被検体のＲＩ分布像を得るＲＩイメージング装置において、被検体の周りを巡るかたちで配備され、被検体から放射されるγ線を検出する第１検出手段と、被検体の周りを巡るかたちで配備され、前記第１検出手段で検出されるγ線と同一のγ線を検出する第２検出手段とが二重リング状の配置で設置されている放射線検出器と、放射線検出器の第１検出手段から出力されるγ線検出信号にしたがって第１検出手段におけるγ線入射位置データを導出する第１γ線入射位置導出手段と、第１γ線入射位置導出手段により導出されたγ線入射位置データに基づき第１検出手段における対向位置でも同時にγ線の入射が有ったことを検知する同時入射検知手段と、同時入射検知手段により同時入射が検知されたγ線の第２検出手段での入射位置を示すγ線入射位置データを第１γ線入射位置導出手段により導出されたγ線入射位置データと第１検出手段から出力されるγ線検出信号とに基づいて導出する第２γ線入射位置導出手段とを備え、第２γ線入射位置導出手段によって導出されるγ線入射位置データにしたがって被検体のＲＩ分布像を得ることを特徴とするＲＩイメージング装置。
  6. 請求項５に記載のＲＩイメージング装置において、前記第１検出手段を前記第２検出手段よりも外側に配備し、第２検出手段は第１検出手段よりも空間分解能が高くなるように構成されているＲＩイメージング装置。
  7. 請求項５または請求項６に記載のＲＩイメージング装置において、前記第１検出手段を前記第２検出手段よりも外側に配備し、第１検出手段は第２検出手段よりも時間分解能が高くなるように構成されているＲＩイメージング装置。
  8. 請求項５から請求項７のいずれかに記載のＲＩイメージング装置において、被検体にＸ線を照射するＸ線照射手段を備えていて、前記第１検出手段を前記第２検出手段よりも外側に配備し、第２検出手段は第１検出手段よりも空間分解能が高くなるように構成されているとともに、第１検出手段は第２検出手段よりも時間分解能が高くなるように構成され、Ｘ線照射手段による被検体へのＸ線照射に伴って空間分解能が高い方の第２検出手段から出力されるＸ線検出信号にしたがってＸ線ＣＴ像が得られるＲＩイメージング装置。
  9. 請求項５から請求項８のいずれかに記載のＲＩイメージング装置において、前記第２検出手段は前記第１検出手段よりも空間分解能が高くなるように構成されているとともに、第１検出手段は第２検出手段よりも時間分解能が高くなるように構成され、時間分解能が高い方の第１検出手段はγ線が入射することにより光が生じるシンチレータの後にシンチレータから放出される光を受光して光電変換信号を出力するフォトマルチプライヤを配置した放射線検出デバイスを用いて構成されており、空間分解能が高い方の第２検出手段は多数の放射線検出素子が２次元状マトリックス配置で並べられているフラットパネル型放射線検出デバイスを用いて構成されているＲＩイメージング装置。
  10. 請求項８または請求項９に記載のＲＩイメージング装置において、放射線検出器では空間分解能が高い方の第２検出手段が放射線を電気信号に変換する放射線感応膜を有していて、放射線感応膜がγ線を検出する時はなだれ増幅領域でγ線検出動作を行い、Ｘ線を検出する時は非増幅領域あるいは比例増幅領域でＸ線検出動作を行うＲＩイメージング装置。
  11. 請求項５から請求項１０のいずれかに記載のＲＩイメージング装置において、被検体のＲＩ分布像またはＸ線ＣＴ像が医学用ＲＩ分布像または医学用Ｘ線ＣＴ像であるＲＩイメージング装置。
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