JP4670991B2 - 放射線検出器、およびそれを備えた断層撮影装置 - Google Patents

Description

この発明は、シンチレータ、ライトガイド、光電子増倍管の順に光学的に結合された放射線検出器、およびそれを備えた断層撮影装置に関する。

この種の放射線検出器は、被検体に投与されて関心部位に局在した放射性薬剤から放出された放射線（例えばγ線）を検出し、被検体の関心部位における放射性薬剤分布の断層画像を得るための断層撮影装置（ECT: Emission Computed Tomography）に使用される。ＥＣＴには、主なものとして、ＰＥＴ(Positoron Emission Tomography)装置、ＳＰＥＣＴ(Single Photon Emission Computed Tomography)装置などが挙げられる。

ＰＥＴ装置を例にとって説明する。上述の放射線検出器を備えたＰＥＴ装置で検査を行うには、まず、被検体に陽電子放出核種で標識した放射性薬剤が注射投薬される。この陽電子放出核種は、被検体内でβ^＋崩壊し、陽電子を発生させる。この陽電子は、直ちに被検体内の電子に衝突し、消滅するが、そのとき、互いに正反対の方向に進む一対のγ線（消滅γ線対）が生じる。ＰＥＴ装置は、この消滅γ線対を検出器リングで同時計数することで被検体内の放射性薬剤分布を示すＰＥＴ断層画像を得る。

このようなＰＥＴ装置の検出器リングに配備される放射線検出器には、分解能を高めるため、放射線検出器に設けられたシンチレータの深さ方向の位置弁別が可能な構成となっているものがしばしば搭載される。特に、このような放射線検出器は、例えば小動物用に設定されたＰＥＴ装置に用いられる。図１５は、従来の放射線検出器の構成を説明する斜視図である。このような放射線検出器５０は、直方体のシンチレータ結晶５１が２次元的に集積されて形成されたシンチレータ結晶層５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄと、各シンチレータ結晶層５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄから照射される蛍光を検知する位置弁別機能を備えた光電子増倍管（ＰＭＴ）５３とからなる。なお、シンチレータ結晶層５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄの各々は、ｚ方向に積層されており、入射した放射線を蛍光に変換するシンチレータ５２を構成する。

このようにシンチレータ結晶層を４層設けるのは、シンチレータ５２の深さ方向（ｚ方向）の位置弁別をより正確に行うためである。シンチレータ結晶層を多段に設けると、γ線の入射位置をシンチレータ結晶層でｚ方向に区別できるので、γ線の入射位置の弁別能がより強化されることになる（たとえば、特許文献１参照）。

また、各々のシンチレータ結晶層５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄには、複数枚の反射板５４が設けられている。この反射板５４は、各々のシンチレータ結晶層５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄを構成するシンチレータ結晶５１に挟まれるように配置され、シンチレータ結晶から生じた蛍光を反射する。なお、この反射板５４は、シンチレータ結晶５１の各々を全方向から囲んでいるわけではなく、シンチレータ結晶５１の隣り合う２面に設けられている（たとえば、特許文献１参照）。このようにすることで、シンチレータ結晶層の深さ方向の位置弁別ができるようになっている。
特開２００４−２７９０５７号公報

しかしながら、このような構成を有する従来例には、以下のような問題がある。すなわち、従来の放射線検出器を構成するシンチレータには、多くのシンチレータ結晶が配備されているので、シンチレータの製造コストを抑制することが困難である。小動物用の放射線検出器を構成するシンチレータは、放射線の空間分解能を向上させるため、１層のシンチレータ結晶層を構成するシンチレータ結晶は、特に多いものとなる。つまり、従来の構成では、蛍光がシンチレータ結晶層のいずれかで発したものであるかを特定することでシンチレータの深さ方向の弁別が行われる。したがって、シンチレータの深さ方向について弁別可能な領域には、シンチレータ結晶層が設けられていることになる。たとえば、シンチレータの深さ方向について弁別可能な領域を４つ設けようとしたとき、シンチレータ結晶層はシンチレータに４層設けられる。シンチレータ結晶層は、シンチレータ結晶がｘ方向に３２個、ｙ方向に３２個配列されて構成されるので、それだけで４，０９６個ものシンチレータ結晶が必要となる。シンチレータ結晶の各々を精度良く形成することは、困難であるうえ、シンチレータの組み立て作業も煩雑なものなる。さらに、放射線検出器を構成する部品が多いものであると、放射線検出器の製造時の歩留りが低下する原因となる。

以上の理由から、放射線検出器の空間分解能や検出感度をできるだけ低下させないで、シンチレータの構成をより単純なものとして、製造コストを抑制したいという要請が生じる。

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、その目的は、放射線検出器を構成するシンチレータ結晶の個数を抑制しつつも、それに起因して、空間分解能、および検出感度が極力低下しない放射線検出器、およびそれを備えた断層撮影装置を提供することにある。

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、この発明に係る放射線検出器は、放射線源から放射された放射線を蛍光に変換する複数のシンチレータ結晶からなるシンチレータと、シンチレータからの蛍光を検知する蛍光検出手段とを備えた放射線検出器において、第１方向に沿って伸びるとともに第１方向に直交する第２方向に配列された複数の第１反射板と、第２方向に沿って伸びるとともに第１方向に配列された複数の第２反射板とが格子状に配列して形成された第１反射板枠体と、第１反射板枠体と同様に複数枚の反射板が格子状に配列して形成された第２反射板枠体とを備え、第１反射板枠体と第２反射板枠体は第１方向、および第２方向に直交する第３方向に沿って積層され、第１反射板枠体、および第２反射板枠体を第３方向に貫くようにシンチレータ結晶の各々が挿入されることにより、複数のシンチレータ結晶が第１方向、および第２方向に配置されて第１シンチレータ結晶層が構成され、第１シンチレータ結晶層における第１反射板枠体が設けられた位置と、第１シンチレータ結晶層における第２反射板枠体が設けられた位置が互いに異なっていることを特徴とするものである。

上記した発明によれば、空間分解能、および検出感度を低下させずして、製造コストが大幅に抑制された放射線検出器が提供できる。すなわち、本発明に係るシンチレータに設けられた反射板の構造が、単一のシンチレータ結晶層において蛍光の深さ方向の弁別が可能となるように工夫されている。より具体的には、シンチレータ結晶層の上部領域には、第１反射板枠体が、シンチレータ結晶層の下部領域には第２反射板枠体とが設けられており、シンチレータ結晶層における挿入位置が第１反射板枠体と第２反射板枠体とで異なっている。これにより、シンチレータ結晶層の上部領域において発生した蛍光と、下部領域において発生した蛍光とで、光の広がる方向に違いが現れる。これを利用すれば、シンチレータ結晶層の上部領域と下部領域について、蛍光の発生位置の弁別が可能となる。つまり、本発明の構成によれば、シンチレータ結晶層１層当たりのシンチレータ深さ方向の位置弁別能がより強化されている。したがって、従来例のように、シンチレータ結晶層を多重に設ける必要はない。具体的にいえば、本発明における１層のシンチレータ結晶層で従来の２層分の機能を果たすので、性能は保たれたまま、シンチレータ結晶層の層数が少ない、すなわちシンチレータ結晶の数量が少ない放射線検出器が提供できる。

また、本発明の構成によれば、時間分解能の高い放射線検出器が提供できる。シンチレータの有するシンチレータ結晶層の層数が多いほど、放射線検出器の時間分解能は低下する。シンチレータ結晶層が増加するに伴って、蛍光が蛍光検出手段に入射するまでにたどる経路が複雑となるため、蛍光の検出に時間的な幅が生じるからである。だからといって、シンチレータ結晶層の層数を減少させてしまうと、シンチレータの高さ方向の情報が得られず、空間分解能が低下する。本発明によれば、この様な技術常識に反して、シンチレータにおける高さ方向の位置情報を得つつ、シンチレータ結晶層の層数を減少させる構成となっている。したがって、本発明の構成によれば、放射線検出器の有する空間分解能を維持した状態で、時間分解能の高い放射線検出器が得られる。

また、上述の放射線検出器のシンチレータは、第１シンチレータ結晶層と蛍光検出手段との介在する位置に複数のシンチレータ結晶からなる第２シンチレータ結晶層を更に有し、第２シンチレータ結晶層は、第１反射板枠体と同様に複数枚の反射板が格子状に配列して形成された第３反射板枠体と、第３反射板枠体と同様に複数枚の反射板が格子状に配列して形成された第４反射板枠体とを備え、第３反射板枠体と第４反射板枠体は第１方向、および第２方向に直交する第３方向に沿って積層され、第３反射板枠体、および第４反射板枠体を第３方向に貫くようにシンチレータ結晶の各々が挿入されることにより、複数のシンチレータ結晶が第１方向、および第２方向に配置されて第２シンチレータ結晶層が構成され、第２シンチレータ結晶層における第３反射板枠体が設けられた位置と、第２シンチレータ結晶層における第４反射板枠が設けられた位置が互いに異なっていればより望ましい。

上記構成によれば、空間分解能、および検出感度を低下させずして、より一層製造コストが抑制された放射線検出器が提供できる。すなわち、この構成によれば、第１シンチレータ結晶層の上部領域と下部領域とで蛍光の位置弁別ができるばかりか、第２シンチレータ結晶層についても、その上部領域と下部領域とで蛍光の位置弁別ができる構成となっている。具体的にいえば、本発明における２層のシンチレータ結晶層で従来の４層分の機能を果たすので、性能は保たれたまま、シンチレータ結晶層の層数がより少ない、すなわちシンチレータ結晶の数量がより少ない放射線検出器が提供できる。

また、この発明に係る放射線検出器は、放射線源から放射された放射線を蛍光に変換する複数のシンチレータ結晶からなるシンチレータと、シンチレータからの蛍光を検知する蛍光検出手段とを備えた放射線検出器において、第１方向に沿って伸びるとともに第１方向に直交する第２方向に配列された複数の第１反射板と、第２方向に沿って伸びるとともに第１方向に配列された複数の第２反射板とが格子状に配列して形成された第１反射板枠体と、第１反射板枠体と同様に複数枚の反射板が格子状に配列して形成された第２反射板枠体、第３反射板枠体、および第４反射板枠体とを備え、第１反射板枠体、第２反射板枠体、第３反射板枠体、および第４反射板枠体とは第１方向、および第２方向に直交する第３方向に沿って積層され、第１反射板枠体、第２反射板枠体、第３反射板枠体、および第４反射板枠体を第３方向に貫くようにシンチレータ結晶の各々が挿入されることにより、複数のシンチレータ結晶が第１方向、および第２方向に配置されてシンチレータ結晶層が構成され、第１反射板枠体、第２反射板枠体、第３反射板枠体、および第４反射板枠体のシンチレータ結晶層における挿入位置は、互いに異なっている構成とすることもできる。

上記構成によれば、単一のシンチレータ結晶層を設けるだけで、空間分解能、時間分解能がともに高く、製造コストが大幅に抑制された放射線検出器が提供できる。

また、上述の第１シンチレータ結晶層において、第１反射板枠体、および第２反射板枠体の各々は複数の第１反射板と複数の第２反射板とによって構成され、第１反射板の各々と第２反射板の各々とには第３方向に沿った複数の溝が形成されており、第１反射板枠体、および第２反射板枠体の各々は第１反射板と第２反射板との各々に設けられた溝を嵌合させて形成されていればより望ましい。

また、上述の第２シンチレータ結晶層において、第３反射板枠体、および第４反射板枠体の各々は複数の第１反射板と複数の第２反射板とによって構成され、第１反射板の各々と第２反射板の各々とには第３方向に沿った複数の溝が形成されており、第３反射板枠体、および第４反射板枠体の各々は第１反射板と第２反射板との各々に設けられた溝を嵌合させて形成されていればより望ましい。

上記構成によれば、より容易に高品質のシンチレータを備えた放射線検出器が提供できる。本発明において、シンチレータ結晶層には２つの反射板枠体が配備される。したがって、シンチレータ結晶層の１層当たりに配置される反射板の枚数はより多いものとなる。しかし、たとえそうであっても、上記構成のように、第１反射板と第２反射板との各々に設けられた溝を嵌合させて各反射板枠体を構成するようにすれば、反射板枠体の各々をより容易に構成できる。しかも、第１反射板と第２反射板が互いに支持し合って、反射板枠体の各々が一体的なものとなっているので、シンチレータの製造がより容易になる。さらに、反射板枠体がシンチレータ結晶の各々を支持するので、より品質が一定なシンチレータが製造できる。

また、上述のシンチレータを構成するシンチレータ結晶の各々を囲むように蛍光を透過する透過材が設けられていればより望ましい。

上記構成によれば、より蛍光の発生位置の弁別に適したシンチレータを備えた放射線検出器が提供できる。上記構成は、互いに隣接するシンチレータ結晶の間には、反射板と透過材のどちらかが設けられている構成となっている。このようにすれば、シンチレータ結晶がシンチレータ結晶層の広がり方向について互いに光学的に結合された構成とすることができる。このように構成することで、隣接するシンチレータ結晶を跨いで進行する蛍光を極力弱めることなく蛍光検出手段に導入することができるので、検出感度、および分解能がより向上した放射線検出器が提供できる。

また、上述のシンチレータに設けられた反射板枠体が有する反射板格子よって分割された区画の各々には４個のシンチレータ結晶が挿入されていればより望ましい。

上記構成によれば、シンチレータの内部で発生した蛍光の位置弁別をより確実に行うことができる。具体的には、シンチレータ結晶の各々に反射板を適切な枚数設けることができるので、シンチレータ結晶を取り囲む反射板の枚数と反射板が挿入される位置は、各反射板格子の延在する領域で比較すれば、互いに異なるものとすることができる。つまり、シンチレータ結晶の有する面のうち反射板に囲まれる面が各反射板格子の延在する領域で異なったものとすることができるので、各領域から出射した蛍光がＰＭＴに入射するときに、蛍光の強度分布は、互いに異なったものとなる。このようにすれば、シンチレータの深さ方向に関する位置弁別がより正確なものとなるので、空間分解能が高い放射線検出器が提供できる。

また、本発明に係る断層撮影装置は、上述の放射線検出器がリング状に配列され放射線検出データを生成する検出器リングと、放射線検出データの同時計数を行う同時計数手段と、検出器リングにおける蛍光が発生した位置を弁別する蛍光発生位置弁別手段と、蛍光発生位置弁別手段から送出された解析データを受信し被検体の断層画像を形成する画像形成手段とを備えることを特徴とするものである。

上記構成によれば、空間分解能、および検出感度を低下させずして、製造コストが大幅に抑制された断層撮影装置が提供できる。この発明に係るシンチレータを構成するシンチレータ結晶の数量はより少ないものとなっているが、それに伴って空間分解能、および検出感度はともに低下したものとはならない。断層撮影装置を構成するシンチレータ結晶の数が少ないことからすると、断層撮影装置を安価に提供できることになる。

また、放射線検出器の時間分解能が高いことにより、断層撮影装置の空間分解能が向上する。上記構成における放射線検出器は、時間分解能が従来と比べて改善されているので、これを配備した上記構成の断層撮影装置は、診断に好適となっている鮮明な断層画像を出力することができる。

この発明に係る放射線検出器、およびそれを備えた断層撮影装置によれば、空間分解能、および検出感度を低下させずして、製造コストが大幅に抑制された構成を提供できる。本発明に係るシンチレータに設けられた反射板の構造が、単一のシンチレータ結晶層において蛍光の深さ方向の弁別が可能となるように工夫されている。より具体的には、シンチレータ結晶層の上部領域には、第１反射板枠体が、シンチレータ結晶層の下部領域には第２反射板枠体とが設けられており、シンチレータ結晶層における挿入位置が第１反射板枠体と第２反射板枠体とで異なっている。これにより、シンチレータ結晶層の上部領域において発生した蛍光と、下部領域において発生した蛍光とで、光の広がる方向に違いが現れる。これを利用すれば、シンチレータ結晶層の上部領域と下部領域について、蛍光の発生位置の弁別が可能となる。シンチレータを上述のように構成することで、シンチレータを構成するシンチレータ結晶の個数を抑制することができる。したがって、空間分解能、および検出感度を低下させずして、より一層製造コストが抑制された放射線検出器、およびそれを備えた断層撮影装置が提供できる。

実施例１に係る放射線検出器の斜視図である。 実施例１に係るシンチレータをそのｚｘ側端面から見たときの平面図である。 実施例１に係るシンチレータをそのｙｚ側端面から見たときの平面図である。 実施例１に係る第１反射板と第２反射板とによって形成される反射板枠体の構造を説明する分解斜視図である。 実施例１に係る第１反射板と第２反射板とによって形成される反射板枠体の構造を説明する斜視図である。 実施例１に係る各反射板枠体をｘｙ平面から見たときの平面図である。 実施例２に係る放射線検出器の斜視図である。 実施例２に係るシンチレータをそのｚｘ側端面から見たときの平面図である。 実施例２に係るシンチレータをそのｙｚ側端面から見たときの平面図である。 実施例２における半値全幅を説明する図である。 実施例２に係る実験の条件を説明する斜視図である。 実施例２に係る実験の結果を説明する図である。 実施例３に係るＰＥＴ装置の構成を説明する機能ブロック図である。 実施例３に係る空間分解能の改善を説明する模式図である。 従来の放射線検出器の構成を説明する斜視図である。

符号の説明

１ 放射線検出器
２ シンチレータ
２Ａ 第１シンチレータ結晶層
２Ｂ 第２シンチレータ結晶層
３ ＰＭＴ（蛍光検出手段）
５，６ 溝
７ 第１反射板枠体
８ 第２反射板枠体
９ 第３反射板枠体
１０ 第４反射板枠体
２０ ＰＥＴ装置（断層撮影装置）
２２ 検出器リング
３０ 同時計数部（同時計数手段）
３１ 蛍光発生位置弁別部（蛍光発生位置弁別手段）
３２ 吸収補正部（吸収補正手段）

以下、本発明に係る放射線検出器、およびそれを備えた断層撮影装置の各実施例を図面に基づいて説明する。

まず、実施例１に係る放射線検出器の構成について説明する。図１は、実施例１に係る放射線検出器の斜視図である。

（１）放射線検出器の概略構成
図１に示すように、実施例１に係る放射線検出器１は、シンチレータ結晶層２Ａ，シンチレータ結晶層２Ｂの順にシンチレータ結晶層の各々がｚ方向に積層されて形成されたシンチレータ２と、シンチレータ２の下面に設けられ、シンチレータ２から発する蛍光を検知する光電子増倍管（以下、ＰＭＴとよぶ）３と、シンチレータ２とＰＭＴ３との間に介在する位置に配置されたライトガイド４とを備える。このＰＭＴ３は、マルチアノードタイプであり、入射した蛍光のｘ，およびｙについての位置を弁別することができる。ライトガイド４は、シンチレータ２で生じた蛍光をＰＭＴ３に導くために設けられている。したがって、ライトガイド４は、シンチレータ２とＰＭＴ３とに光学的に結合されている。

（２）シンチレータの構成
シンチレータ２は、シンチレータ結晶層２Ａ，２Ｂが積層されることにより、γ線の検出に適したシンチレータ結晶が三次元的に配列されて構成されている。すなわち、シンチレータ結晶の各々は、Ｃｅが拡散したＬｕ_{２（１−Ｘ）}Ｙ_２ＸＳｉＯ_５（以下、ＬＹＳＯとよぶ）によって構成されている。また、シンチレータ結晶の各々は、シンチレータ結晶層に係らず、例えば、ｘ方向の幅が１．４５ｍｍ，ｙ方向の幅が１．４５ｍｍ，ｚ方向の高さが９ｍｍの直方体をしている。また、シンチレータ２の４側端面は、図示しない反射膜で被覆されている。したがって、シンチレータ結晶層の各々は、ＰＭＴ３に向かう方向に積層されて構成されている。また、シンチレータ結晶層２Ａは、シンチレータ２におけるγ線の入射面となっている。なお、シンチレータ結晶層２Ａとシンチレータ結晶層２Ｂで発した蛍光は、ＰＭＴ３によって弁別される。しかも、シンチレータ結晶層２Ａの上部領域（以下第１領域とよぶ）ｅと、シンチレータ結晶層２Ａの下部領域（以下第２領域とよぶ）ｆで発した蛍光についても、ＰＭＴ３によって弁別される。さらに、シンチレータ結晶層２Ｂの上部領域（以下第３領域とよぶ）ｇと、シンチレータ結晶層２Ｂの下部領域（以下第４領域とよぶ）ｈで発した蛍光についてもＰＭＴ３によって弁別される。つまり、実施例１に係る放射線検出器１は、互いに弁別が可能な４つの領域、具体的には、第１領域ｅ，第２領域ｆ，第３領域ｇ，および第４領域ｈを有する。なお、ＰＭＴ３，およびγ線は、本発明における蛍光検出手段、および放射線に相当する。

シンチレータ結晶層２Ａは、放射性線源から放射されるγ線の受光部となっており、ブロック状のシンチレータ結晶がシンチレータ結晶ａ（１，１）を基準としてｘ方向に３２個、ｙ方向に３２個のマトリックス状に二次元配置された構成となっている。すなわち、シンチレータ結晶ａ（１，１）〜シンチレータ結晶ａ（１，３２）がｙ方向に配列して、シンチレータ結晶アレイを形成し、このシンチレータ結晶アレイがｘ方向に３２本配列してシンチレータ結晶層２Ａが形成される。なお、シンチレータ結晶層２Ａは、ｚ方向に積層された後述の第１反射板枠体７，および第２反射板枠体８を有している。なお、ｘ方向とｙ方向とｚ方向とは、互いに直交する。また、シンチレータ結晶層２Ａを構成するシンチレータ結晶の各々は、第１反射板枠体７，および第２反射板枠体８をｚ方向に貫くように挿入されている。なお、シンチレータ結晶層２Ａは、本発明における第１シンチレータ結晶層に相当する。また、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向は、本発明における第１方向、第２方向、第３方向のそれぞれに相当する。

シンチレータ結晶層２Ｂについてもシンチレータ結晶がシンチレータ結晶ｂ（１，１）を基準としてｘ方向に３２個、ｙ方向に３２個のマトリックス状に二次元配置された構成となっている。なお、シンチレータ結晶層２Ａ，２Ｂの各々において、透過材ｔが互いに隣接するシンチレータ結晶の間にも設けられている。したがって、シンチレータ結晶の各々は、透過材ｔに囲まれていることになる。この透過材ｔの厚さは、２５μｍ程度である。なお、シンチレータ結晶層２Ｂは、ｚ方向に積層された後述の第３反射板枠体９，および第４反射板枠体１０を有している。なお、ｘ方向とｙ方向とｚ方向とは、互いに直交する。また、シンチレータ結晶層２Ｂを構成するシンチレータ結晶の各々は、第３反射板枠体９，および第４反射板枠体１０をｚ方向に貫くように挿入されている。また、シンチレータ結晶層２Ｂは、本発明における第２シンチレータ結晶層に相当する。

各々のシンチレータ結晶層２Ａ，２Ｂは、光学的に結合され、各々の層間には、透過材ｔが設けられている。この透過材ｔは、シンチレータ結晶層で生じた蛍光を透過させＰＭＴ３に導くとともに、ｚ方向について互いに隣接するシンチレータ結晶を接着している。この透過材ｔの材料としては、シリコン樹脂からなる熱硬化性樹脂が使用できる。

（３）反射板の構成
次に、反射板について説明する。シンチレータ結晶層２Ａ，２Ｂの各々には、反射板ｓ，ｒが設けられている。図１に示すように、互いに隣接するシンチレータ結晶の間に介在する位置には、例えばポリエステルフィルムなどのプラスチックフィルムで構成され、例えば厚さ１２５μｍの第１反射板ｒと第２反射材ｓが設けられている。まず、第１反射板ｒについて説明する。図２は、実施例１に係るシンチレータをそのｚｘ側端面から見たときの平面図である。図２の示すように、いずれの第１反射板ｒも、ｙ方向、およびｚ方向に伸びた板状であり、シンチレータ結晶層２Ａにおけるシンチレータ結晶の隙間にこの第１反射板ｒが挿入されている。しかも、そのｚ方向の高さは例えば４．５ｍｍに設定されている。

シンチレータ結晶層２Ａに注目すれば、第１領域ｅには反射板ｒｍが挿入され、第２領域ｆには反射板ｒｎが挿入された構成となっている。また、第１反射板ｒｍ１，ｒｎ１は、ｘ方向に配列された３２個のシンチレータ結晶のうち、例えば、ａ（２，１）とａ（３，１）との間に挿入される。この様に、第１反射板ｒｍ，ｒｎの左隣は、ｘ方向について偶数番のシンチレータ結晶が位置し、第１反射板ｒｍ，ｒｎの右隣は、ｘ方向について奇数番のシンチレータ結晶が位置している。この第１反射板ｒｍ，ｒｎの各々は、シンチレータ結晶層２Ａにおいて１５枚設けられる。

同様に、シンチレータ結晶層２Ｂに注目すれば、第３領域ｇには第１反射板ｒｐが、第４領域ｈには第１反射板ｒｑがシンチレータ結晶層２Ｂを構成するシンチレータ結晶の隙間に挿入されている。しかし、その挿入位置は、シンチレータ結晶層２Ａとは異なるものとなっている。すなわち、第１反射板ｒｐ，ｒｑの左隣は、ｘ方向について奇数番のシンチレータ結晶が位置し、第１反射板ｒｐ，ｒｑの右隣は、ｘ方向について偶数番のシンチレータ結晶が位置している。この第１反射板ｒｐ，ｒｑの各々は、シンチレータ結晶層２Ｂにおいて１６枚設けられる。なお、シンチレータ結晶層２Ｂは、本発明における第２シンチレータ結晶層に相当する。

次に、本各実施例に係るシンチレータの有するｙｚ側の側端面について説明する。図３は、実施例１に係るシンチレータをそのｙｚ側端面から見たときの平面図である。図３の示すように、いずれの第２反射板ｓも、ｘ方向、およびｚ方向に伸びた板状であり、シンチレータ結晶層２Ａにおけるシンチレータ結晶の隙間にこの第２反射板ｓが挿入されている。しかも、そのｚ方向の高さは例えば４．５ｍｍに設定されている。

シンチレータ結晶層２Ａに注目すれば、第１領域ｅには第２反射板ｓｍが挿入され、第２領域ｆには第２反射板ｓｎが挿入された構成となっている。また、第２反射板ｓｍ１は、ｙ方向に配列された３２個のシンチレータ結晶のうち、例えば、ａ（３２，２）とａ（３２，３）との間に挿入される。この様に、第２反射板ｓｍの左隣は、ｙ方向について偶数番のシンチレータ結晶が位置し、第２反射板ｓｍの右隣は、ｙ方向について奇数番のシンチレータ結晶が位置している。一方、第２反射板ｓｎは、シンチレータ結晶層において、第２反射板ｓｍとは異なる位置に挿入される。すなわち、第２反射板ｓｎの左隣は、ｙ方向について奇数番のシンチレータ結晶が位置し、第２反射板ｓｎの右隣は、ｙ方向について偶数番のシンチレータ結晶が位置している。なお、この第２反射板ｓｍは、シンチレータ結晶層２Ａにおいて１５枚設けられ、第２反射板ｓｎは、シンチレータ結晶層２Ａにおいて１６枚設けられる。

同様に、シンチレータ結晶層２Ｂに注目すれば、第３領域ｇには第２反射板ｓｐが、第４領域ｈには第２反射板ｓｑがシンチレータ結晶層２Ｂにおけるシンチレータ結晶の隙間に挿入されている。そして、その挿入位置は、シンチレータ結晶層２Ａと同様なものとなっている。すなわち、第２反射板ｓｐの左隣は、ｙ方向について偶数番のシンチレータ結晶が位置し、第２反射板ｓｐの右隣は、ｙ方向について奇数番のシンチレータ結晶が位置している。そして、第２反射板ｓｑの左隣は、ｙ方向について奇数番のシンチレータ結晶が位置し、第２反射板ｓｑの右隣は、ｙ方向について偶数番のシンチレータ結晶が位置している。なお、この第２反射板ｓｐは、シンチレータ結晶層２Ｂにおいて１５枚設けられ、第２反射板ｓｑは、シンチレータ結晶層２Ｂにおいて１６枚設けられる。

（４）反射板枠体の構成
次に、各シンチレータ結晶層に備えられた第１反射板ｒと第２反射板ｓの構成について説明する。図４，および図５は、実施例１に係る第１反射板と第２反射板とによって形成される反射板枠体の構造を説明する斜視図である。なお、例としてシンチレータ結晶層２Ａの上部領域に設けられる第１反射板ｒｍと第２反射板ｓｍの構成について説明するが、第１反射板ｒｎと第２反射板ｓｎ，第１反射板ｒｐと第２反射板ｓｐ，および第１反射板ｒｑと第２反射板ｓｑについての構成も同様なものとなっている。

図４に示すように第１反射板ｒｍと第２反射板ｓｍとは互いに直交している。第１反射板ｒｍにはｚ方向の下側に向かって伸びた溝５が形成され、第２反射板ｓｍはｚ方向の上側に向かって伸びた溝６が形成されている。この溝５と溝６が互いに嵌合することによって、図５に示すように、第１反射板ｒｍと第２反射板ｓｍとが一体的となっており、格子状の第１反射板枠体７を形成する。また、この第１反射板枠体７が分割する区画の各々にはマトリックス状に配置された４つのシンチレータ結晶が挿入される。したがって、第１反射板枠体７は、シンチレータ結晶の各々を支持する構成となっている。

また、第１反射板ｒｍに設けられる溝５の数は、シンチレータ結晶層２Ａに配備される第２反射板ｓｍの枚数と同一となっている。また逆に、第２反射板ｓｍに設けられる溝６の数は、シンチレータ結晶層２Ａに配備される第１反射板ｒｍの枚数と同一となっている。また、溝５，溝６のｚ方向に延伸する長さは、溝５と溝６の長さの合計が両反射板ｒｍ，ｓｍのｚ方向の高さとなっている。好ましくは、溝５と溝６の長さが互いに両反射板ｒｍ，ｓｍのｚ方向の高さの半分となっている。

上述の第１反射板枠体７と同様に、第１反射板ｒｎと第２反射板ｓｎとによって、第２反射板枠体８が形成される。また、第１反射板ｒｐと第２反射板ｓｐとによって、第３反射板枠体９が形成され、第１反射板ｒｑと第２反射板ｓｑとによって第４反射板枠体１０が形成される。なお、第１反射板枠体７は、シンチレータ結晶層２Ａの第１領域ｅに配置され、第２反射板枠体８は、シンチレータ結晶層２Ａの第２領域ｆに配置されている。また、第３反射板枠体９は、シンチレータ結晶層２Ｂの第３領域ｇに配置され、第４反射板枠体１０は、シンチレータ結晶層２Ｂの第４領域ｈに配置されている。しかも、反射板枠体７，８，９，１０のシンチレータ２における挿入位置は、シンチレータ２のｘｙ平面から見たとき、互いにシンチレータ結晶一個分だけｘ，およびｙ方向にずれたものとなっている。図６は、実施例１に係る各反射板枠体をｘｙ平面から見たときの平面図である。図中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）は、それぞれシンチレータ結晶層２Ａの第１領域ｅ，シンチレータ結晶層２Ａの第２領域ｆ，シンチレータ結晶層２Ｂの第３領域ｇ，およびシンチレータ結晶層２Ｂの第４領域ｈ（以下、適宜、「４領域」とよぶ）の構成を表している。第１領域ｅに配備される第１反射板枠体７を、シンチレータ結晶層を構成するシンチレータ結晶についてｙ方向に１個分ずらすと、ちょうど第２反射板枠体８が第２領域ｆに挿入される位置となる。また、第１領域ｅに配備される第１反射板枠体７を、シンチレータ結晶層を構成するシンチレータ結晶についてｘ方向に１個分ずらすと、ちょうど第３反射板枠体９が第３領域ｇに挿入される位置となる。同様に、第１領域ｅに配備される第１反射板枠体７を、シンチレータ結晶層を構成するシンチレータ結晶について、ｘ，およびｙ方向に１個分ずつずらすと、ちょうど第４反射板枠体１０が第４領域ｈに挿入される位置となる。なお、図６は、実施例１に係るシンチレータ２の一部を示している。

（５）蛍光の発生位置の弁別方法
次に実施例１に係る放射線検出器１のｘ，ｙ，ｚ方向における蛍光の発生位置の弁別方法について説明する。シンチレータ２に入射したγ線は、４領域のいずれかで蛍光に変換される。この蛍光は、ライトガイド４の方向に進み、ライトガイド４を介してＰＭＴ３に入射する。ＰＭＴ３は、マルチアノードタイプであり、入射位置に応じて出力される検出信号の電圧が段階的に変化する構成となっている。こうして、蛍光がＰＭＴ３に入射したｘ，およびｙ方向の位置を弁別することができる。

次に、再び図６を参照しながら、放射線検出器１のｚ方向における蛍光の発生位置の弁別方法について説明する。図６に示すように、シンチレータ２の４領域において、第１反射板ｒと第２反射板ｓの挿入位置が互いに異なるものとなっている。図中の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）の間で（２，２）に位置するシンチレータ結晶ａ（２，２）、ｂ（２，２）（図６中に斜線で示す）に注目すると、４領域における反射板ｒ，ｓの挿入方向は、互いに異なったものとなっている。シンチレータ結晶で生じた蛍光は、ｘ，およびｙ方向に広がりながらＰＭＴ３に到達するが、反射板ｒ，ｓを設けることによって、その広がり方に方向性が付加される。しかも、ｘ，ｙの位置が同一な４領域で発した蛍光の各々を比較すれば、それらが広がる方向は互いに異なったものとなっている。つまり、シンチレータ２のｚ方向における蛍光発生位置の違いは、蛍光のｘ，ｙ方向の位置の違いに変換されることになる。ＰＭＴ３は、このｚ方向の位置の違いに起因する蛍光のｘ，ｙ方向のわずかなずれを検知し、そこから蛍光のｚ方向に関する発生位置が４領域の中のどの領域かを割り出すことができる。

以上のように、実施例１の構成によれば、空間分解能、および検出感度を極力低下させずして、製造コストが大幅に抑制された放射線検出器１が提供できる。すなわち、実施例１に係るシンチレータ２に設けられた反射板ｒ，ｓの構造が、シンチレータ結晶層２Ａ，２Ｂの各々において蛍光の深さ方向の弁別が可能となるように工夫されている。より具体的には、シンチレータ結晶層２Ａの第１領域ｅ，シンチレータ結晶層２Ａの第２領域ｆ，シンチレータ結晶層２Ｂの第３領域ｇ，およびシンチレータ結晶層２Ｂの第４領域ｈ（４領域）の各々には、第１反射板枠体７，第２反射板枠体８，第３反射板枠体９，および第４反射板枠体１０とが設けられており、シンチレータ結晶層における挿入位置が各々の反射板枠体７，８，９，１０において互いに異なっている。これにより、シンチレータにおける４領域において、光の広がる方向に違いが現れる。これを利用すれば、シンチレータ２の４領域について、蛍光の発生位置の弁別が可能となる。つまり、本発明の構成によれば、本発明における２層のシンチレータ結晶層で従来の４層分の機能を果たすので、性能は保たれたまま、シンチレータ結晶層の層数が少ない、すなわちシンチレータ結晶の数量が少ない放射線検出器が提供できる。

次に、実施例２に係る放射線検出器の構成について説明する。実施例２に係る放射線検出器４０の概略構成について説明する。図７に示すように、実施例２に係る放射線検出器４０は、実施例１に係る放射線検出器と同様の構成となっている。しかしながら、実施例２の放射線検出器に備えられたシンチレータ２は、特徴的なものとなっている。すなわち、シンチレータ２は、単一のシンチレータ結晶層２Ｃを備えるのみで、実施例１に係るシンチレータ２のように、二層のシンチレータ結晶層２Ａ，２Ｂを備えた構成となってはいない。

シンチレータ結晶層２Ｃの構成について説明する。シンチレータ結晶層２Ｃは、図７に示すように、蛍光の発生位置が互いに位置の弁別が可能となっている第１領域ｅ，第２領域ｆ，第３領域ｇ，第４領域ｈを有している。

シンチレータ結晶層２Ｃは、放射性線源から放射されるγ線の受光部となっており、ブロック状のシンチレータ結晶がシンチレータ結晶ｃ（１，１）を基準としてｘ方向に３２個、ｙ方向に３２個のマトリックス状に二次元配置された構成となっている。すなわち、シンチレータ結晶ｃ（１，１）〜シンチレータ結晶ｃ（１，３２）がｙ方向に配列して、シンチレータ結晶アレイを形成し、このシンチレータ結晶アレイがｘ方向に３２本配列してシンチレータ結晶層２Ｃが形成される。なお、シンチレータ結晶層２Ｃは、ｚ方向に積層された後述の第１反射板枠体４７，第２反射板枠体４８，第３反射板枠体を４９，および第４反射板枠体５０とを有している。また、シンチレータ結晶層２Ｃを構成するシンチレータ結晶の各々は、第１反射板枠体４７，第２反射板枠体４８，第３反射板枠体４９，第４反射板枠体５０の各々をｚ方向に貫くように挿入されている。

図８は、実施例２に係るシンチレータをそのｚｘ側端面から見たときの平面図である。図２の示すように、いずれの第１反射板ｒも、ｙ方向、およびｚ方向に伸びた板状であり、シンチレータ結晶層２Ａにおけるシンチレータ結晶の隙間にこの第１反射板ｒが挿入されている。しかも、そのｚ方向の高さは、例えば９ｍｍに設定されている。

シンチレータ結晶層２Ｃにおける第１領域ｅには反射板ｒｍが挿入され、第２領域ｆには反射板ｒｎが挿入された構成となっている。また、第１反射板ｒｍ１，ｒｎ１は、ｘ方向に配列された３２個のシンチレータ結晶のうち、例えば、ａ（２，１）とａ（３，１）との間に挿入される。この様に、第１反射板ｒｍ，ｒｎの左隣は、ｘ方向について偶数番のシンチレータ結晶が位置し、第１反射板ｒｍ，ｒｎの右隣は、ｘ方向について奇数番のシンチレータ結晶が位置している。この第１反射板ｒｍ，ｒｎの各々は、シンチレータ結晶層２Ａにおいて１５枚設けられる。

同様に、シンチレータ結晶層２Ｃにおける第３領域ｇには第１反射板ｒｐが、第４領域ｈには第１反射板ｒｑがシンチレータ結晶の隙間に挿入されている。しかし、その挿入位置は、第１領域ｅ，第２領域ｆとは異なるものとなっている。すなわち、第１反射板ｒｐ，ｒｑの左隣は、ｘ方向について奇数番のシンチレータ結晶が位置し、第１反射板ｒｐ，ｒｑの右隣は、ｘ方向について偶数番のシンチレータ結晶が位置している。この第１反射板ｒｐ，ｒｑの各々は、シンチレータ結晶層２Ｂにおいて１６枚設けられる。

次に、実施例２に係るシンチレータの有するｙｚ側の側端面について説明する。図９は、実施例１に係るシンチレータをそのｙｚ側端面から見たときの平面図である。図９の示すように、いずれの第２反射板ｓも、ｘ方向、およびｚ方向に伸びた板状であり、シンチレータ結晶層２Ｃにおけるシンチレータ結晶の隙間にこの第２反射板ｓが挿入されている。しかも、そのｚ方向の高さは、例えば９ｍｍに設定されている。

シンチレータ結晶層２Ｃにおける、第１領域ｅには第２反射板ｓｍが挿入され、第２領域ｆには第２反射板ｓｎが挿入された構成となっている。また、第２反射板ｓｍ１は、ｙ方向に配列された３２個のシンチレータ結晶のうち、例えば、ａ（３２，２）とａ（３２，３）との間に挿入される。この様に、第２反射板ｓｍの左隣は、ｙ方向について偶数番のシンチレータ結晶が位置し、第２反射板ｓｍの右隣は、ｙ方向について奇数番のシンチレータ結晶が位置している。一方、第２反射板ｓｎは、シンチレータ結晶層において、第２反射板ｓｍとは異なる位置に挿入される。すなわち、第２反射板ｓｎの左隣は、ｙ方向について奇数番のシンチレータ結晶が位置し、第２反射板ｓｎの右隣は、ｙ方向について偶数番のシンチレータ結晶が位置している。なお、この第２反射板ｓｍは、シンチレータ結晶層２Ａにおいて１５枚設けられ、第２反射板ｓｎは、シンチレータ結晶層２Ｃにおいて１６枚設けられる。

同様に、シンチレータ結晶層２Ｃにおける、第３領域ｇには第２反射板ｓｐが、第４領域ｈには第２反射板ｓｑがシンチレータ結晶の隙間に挿入されている。そして、第３領域ｇにおける第２反射板枠体ｓｐは、第１領域ｅにおける第２反射板ｓｐの挿入位置と同一となっている。さらに、第４領域ｈにおける第２反射板枠体ｓｐは、第２領域ｆにおける第２反射板ｓｐの挿入位置と同一となっている。すなわち、第２反射板ｓｐの左隣は、ｙ方向について偶数番のシンチレータ結晶が位置し、第２反射板ｓｐの右隣は、ｙ方向について奇数番のシンチレータ結晶が位置している。そして、第２反射板ｓｑの左隣は、ｙ方向について奇数番のシンチレータ結晶が位置し、第２反射板ｓｑの右隣は、ｙ方向について偶数番のシンチレータ結晶が位置している。なお、この第２反射板ｓｐは、シンチレータ結晶層２Ｂにおいて１５枚設けられ、第２反射板ｓｑは、シンチレータ結晶層２Ｃにおいて１６枚設けられる。

実施例２に係る放射線検出器４０における他の構成については、実施例１で説明した構成に準じている。

実施例１，実施例２の構成によれば、シンチレータ２から発した蛍光が速やかにＰＭＴ３にて検出されることになり、検出感度、および時間分解能が高い放射線検出器が提供できる。そこで、次に、この効果を明らかにする目的で、実施例１，実施例２における放射線検出器における蛍光の検出について説明する。

蛍光がシンチレータ２で発すると、ＰＭＴ３がそれを検出する。従来構成に係る４層のシンチレータ結晶層を有するシンチレータ２においては、蛍光がＰＭＴ３に到達する速度にバラツキがある。ＰＭＴ３にとって、最も距離が離れたシンチレータ結晶層であるシンチレータ結晶層５２Ａは、特に、蛍光が入射するバラツキが大きくなる（図１５参照）。シンチレータ結晶層５２Ａで発した蛍光は、残りのシンチレータ結晶層５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄを通過しなければ、ＰＭＴ３に到達することができない。その間に蛍光は、各シンチレータ結晶層を連結する透過材ｔを貫通する必要がある。シンチレータ結晶層の実効原子番号は、γ線を検出する目的で、極めて高いものとなっている。しかし、透過材ｔは、シンチレータ結晶同士を連結する必要があるので、接着性を有する必要がある。したがって透過材ｔは、粘着性の樹脂を選択することが普通である。したがって、透過材ｔの実効原子番号と、シンチレータ結晶層の実効原子番号とは、大きな隔たりがあり、その光学的性質は異なったものとなっている。したがって、透過材ｔとシンチレータ結晶層との屈折率を同一なものとするのは困難である。シンチレータ結晶層と透過材ｔとの屈折率が違えば、シンチレータ結晶層、および透過材ｔを貫通してＰＭＴ３に向かう蛍光の進行経路は、上述の反射の影響も相まって、複雑なものとなる。蛍光の進行経路が複雑となると、蛍光の一部は、反射をほとんど介せず、速やかにＰＭＴ３に到達する。しかし、蛍光の一部は、経路の複雑さゆえ、ＰＭＴ３の到達が遅れる。つまり、反射、屈折の回数が多いほどシンチレータ２で発した蛍光は、時間的な広がりを持ってＰＭＴ３に入射する。

この様な時間的な広がりを持った蛍光は、時間分解能が低下した蛍光であるとも表現できる。時間分解能の低下を説明する目的で、時間分解能の指標となる半値全幅を導入する。この半値全幅について説明する。図１０は、実施例２における半値全幅を説明する図である。放射線検出器４０は、蛍光を経時的に広がりを持って検出されることになる。蛍光の時間強度分布関数は、蛍光強度Ｉと時間に関する関数であり、蛍光の時間的な広がりを表している。より具体的に、時間をＰと、それに関する蛍光強度Ｉとして蛍光の空間強度分布関数を模式的に示すと、図１０のようになる。つまり、蛍光は、時間Ｐについて所定の分布で広がったものとなっている。具体的には、時間ｐｃにおいて蛍光強度Ｉは、極大のｍａｘであり、時間がｐｃから離れるに従って、蛍光強度Ｉは単調に減少したものとなっている。

半値全幅とは、蛍光を構成する蛍光強度Ｉの時間ｐについての広がりの指標である。具体的には、まず、蛍光の空間強度分布関数における蛍光強度Ｉの最大値ｍａｘの半値であるｍａｘ／２を求める。そして、蛍光の空間強度分布関数において、ｍａｘ／２に対応する２つの時点ｐａ，時点ｐｂを読み取って、時点ｐａ，時点ｐｂに挟まれた時間的な幅Ｈが半値全幅とされる。つまり、この半値全幅を求めることで、放射線検出器の時間分解能を比較できる。

次に、実施例１，実施例２の構成によって、ＰＭＴ３が検出した蛍光が第１領域ｅ，第２領域ｆ，第３領域ｇ，または第４領域ｈのいずれに由来するかを確実に弁別できる旨をしめす実験を行ったので、その結果を示す。具体的には、比較対照のため、従来構成に対応するものも含めて、互いに構成の異なるシンチレータを５種類用意し、それらが、シンチレータの位置弁別を行っていく様子を示すことにする。

第１の構成は、図１１（ａ）に示すように、単一のシンチレータ結晶層に単一の反射板枠体を設けたものである。この反射板枠体を構成する反射板は、シンチレータ結晶層を構成する４側面の全てに設けられている。あるシンチレータ結晶で発生した蛍光は、隣接するシンチレータ結晶に向かうことなく、反射板によって反射され、そのままＰＭＴ３に向かう。したがって、この第１の構成によれば、蛍光がＰＭＴ３に向かうときの経路は最も単純なものとなっている。ただし、シンチレータ結晶のｚ方向の位置については弁別することができない。

第２の構成は、図１１（ｂ）に示すように、２つのシンチレータ結晶層の各々に反射板枠体を１つずつ設けた構成となっている。この構成は、シンチレータ結晶層と、反射板枠体とが１対１で対応しているので、従来構成に当たる。シンチレータには反射板枠体を２つ有することになる。この反射板枠体は、上段のシンチレータ結晶層においては、たとえば、図６（ａ）のようになっている。そして、下段のシンチレータ結晶層においては、たとえば、図６（ｂ）のようになっている。つまり、反射板枠体の挿入の様式としては、それは、あたかも実施例１におけるシンチレータ結晶層２Ａのものと同一となっている。ただし、反射板枠体を２つ有する実施例１のシンチレータ結晶層２Ａとは異なり、シンチレータ結晶層と、反射板枠体とが１対１で対応する。この様な構成となっていることで、第２の構成によれば、蛍光の発生位置をｚ方向について弁別することができる。具体的には、蛍光の発生位置を上段のシンチレータ結晶層と下段のシンチレータ結晶層との間で弁別できる。

第３の構成は、４つのシンチレータ結晶層の各々に反射板枠体を１つずつ設けた構成となっている。この構成は、シンチレータ結晶層と、反射板枠体とが１対１で対応しているので、従来構成に当たる。シンチレータには反射板枠体を２つ有することになる。反射板枠体の挿入の様式としては、それは、あたかも実施例１におけるシンチレータ結晶層２Ａ，およびシンチレータ結晶層２Ｂを合わせたものと同一となっている。ただし、反射板枠体を２つずつ有する実施例１におけるシンチレータ結晶層２Ａ，２Ｂとは異なり、シンチレータ結晶層と、反射板枠体とが１対１で対応する。第３の構成によれば、蛍光の発生位置をシンチレータ結晶層の各段の間で弁別できる。この構成の概略は、図１５のごとくである。

第４の構成は、実施例１に記載の構成で、２層のシンチレータ結晶層と、４つの反射板枠体を有する（図１参照）。そして、第５の構成は、実施例２に記載の構成で、１層のシンチレータ結晶層と、４つの反射板枠体を有する（図７参照）。そして、各構成におけるシンチレータのｚ方向の高さは、測定条件を一定にする目的で、統一されている。

各シンチレータの入射面に対して、^２２Ｎａ点線源からのγ線を照射し、このとき得られた蛍光の検出強度をマッピングすることにより、図１２のような結果を得た。図１２の（ａ）〜（ｅ）は、ＰＭＴ３が検出した蛍光の強度をマッピングしたものであり、シンチレータ結晶４つ分の領域を抜き出して表している。図１２（ａ）は、図１１（ａ）で説明した第１の構成に係る結果について示している。第１の構成によれば、各シンチレータ結晶が出力した蛍光は、４つの点となって現れている。つまり、各シンチレータ結晶が発した蛍光は、弁別されている。これを模式的に示せば、図１２（ｆ）のようになる。すなわち、４点全てが１層目のシンチレータ結晶層に由来するものである。

図１２（ｂ）は、図１１（ｂ）で説明した第２の構成に係る結果について示している。第２の構成によれば、各シンチレータ結晶が出力した蛍光は、８つの点となって現れている。つまり、シンチレータ結晶層の上段と、下段とで蛍光の広がりが互いにズレるので、蛍光の発生位置がシンチレータ結晶層の上段であるか、下段であるかが弁別することができるようなっている。これを模式的に示せば、図１２（ｇ）のようになる。すなわち、８点のうち、４点が１層目のシンチレータ結晶層に由来し、４点が２層目のシンチレータ結晶層に由来する。

図１２（ｃ）は、図１５で示されている第３の構成に係る結果について示している。第３の構成によれば、各シンチレータ結晶が出力した蛍光は、１６の点となって現れている。つまり、各シンチレータ結晶結晶層において、蛍光の広がりが互いにズレるので、蛍光の発生位置が、シンチレータ結晶の各段のいずれであるかが弁別できるようになっている。これを模式的に示せば、図１２（ｈ）のようになる。すなわち、１６点のうち、４点が１層目のシンチレータ結晶層に由来し、４点が２層目のシンチレータ結晶層に由来する。そして、４点が３層目のシンチレータ結晶層に由来し、４点が４層目のシンチレータ結晶層に由来する。

そして、図１２（ｄ）は、図１で示されている第４の構成（実施例１の構成）に係る結果について示している。実施例１の構成によれば、互いに挿入位置が異なる４つの反射板枠体を有するので、蛍光が各領域ｅ，ｆ，ｇ，ｈのいずれから生じたものであるか弁別することができるとすれば、図１２（ｃ）に示したように、１６の点が現れているはずである。この点、図１２（ｄ）を参照すれば分かるように、１６の点が現れている。つまり、第４の構成によれば、蛍光の発生位置が、４つに区分される各領域ｅ，ｆ，ｇ，ｈのいずれであるかが弁別できるようになっている。

さらに、図１２（ｅ）は、図７で示されている第５の構成（実施例２の構成）に係る結果について示している。これについても、図１２（ｃ）と同様に、１６の点が現れている。つまり、第５の構成によっても、蛍光の発生位置は、４つに区分される各領域ｅ，ｆ，ｇ，ｈのいずれであるかが弁別できるようになっている。

図１２を参照すれば分かるように、実施例１，実施例２の構成は、蛍光の発生位置について、４つに区分される各領域ｅ，ｆ，ｇ，ｈ（各領域については、図１，および図７参照。）のいずれであるかを弁別されることができる。

続いて、実施例１，実施例２で説明した放射線検出器を備えた断層撮影装置（以下、ＰＥＴ装置と呼ぶ）について説明する。図１３は、実施例３に係るＰＥＴ装置の構成を説明する機能ブロック図である。図１３に示すように、実施例３に係るＰＥＴ装置２０は、ガントリ２１とガントリ２１の内部に設けられた検出器リング２２と、検出器リング２２の内面側に設けられたγ線ファンビームを照射する外部線源であるγ線点線源２３と、これを駆動する外部線源駆動部２４と、マウスなどの小動物（以下、被検体Ｍと呼ぶ）を載置する天板２６を備えた寝台２５と、天板２６を摺動させる天板駆動部２７とを備える。なお、外部線源駆動部２４は、外部線源制御部２８にしたがって制御され、天板駆動部２７は、天板制御部２９にしたがって制御される。また、ＰＥＴ装置２０は、さらに被検体Ｍの断層画像を取得するための各部が更に設けられている。具体的には、ＰＥＴ装置２０は、検出器リング２２からのγ線の検出位置、検出強度、検出時間を表すγ線検出信号を受信し、消滅γ線対の同時計数を行う同時計数部３０と、この同時計数部３０にて消滅γ線対であると判断された２つのγ線検出データから検出器リング２２におけるγ線の入射位置を弁別する蛍光発生位置弁別部３１と、後述のトランスミッションデータを参照してγ線の吸収補正を行う吸収補正部３２と、被検体ＭのＰＥＴ画像を形成する画像形成部３３とを備えている。

そして、さらに実施例３に係るＰＥＴ装置２０は、各制御部２８，２９を統括的に制御する主制御部３４と、ＰＥＴ画像を表示する表示部３５とを備えている。この主制御部３４は、ＣＰＵによって構成されている。なお、このＣＰＵは、各種のプログラムを実行することにより各制御部２８，２９および同時計数部３０，蛍光発生位置弁別部３１，吸収補正部３２，および画像形成部３３をも実現している。なお、同時計数部３０，蛍光発生位置弁別部３１，画像形成部３３は、本発明における、同時計数手段、蛍光発生位置弁別手段、および画像形成手段のそれぞれに相当する。

図１３を参照しながら、実施例３に係るＰＥＴ装置の動作について説明する。実施例３に係るＰＥＴ装置２０で検査を行うには、まず、放射性薬剤を予め注射投与された被検体Ｍを天板２６に載置させる。そして、天板２６を摺動させ、被検体Ｍをガントリ２１の内部に導入させた後、被検体Ｍの内部のγ線吸収分布を示すトランスミッションデータを取得する。つまり、γ線点線源２３から被検体Ｍに向けてファン状のγ線ファンビームを照射する。このγ線ビームは、被検体Ｍと透過して検出器リング２２によって検出されることになる。そして、γ線点線源２３を検出器リング２２の内周面に沿って回転させながら、この様な検出を被検体Ｍの全周に亘って行い、これを基に被検体Ｍの断面のγ線吸収マップを得る。そして、再度天板２６を摺動させ、被検体Ｍの位置を順次変更させながら、その度ごとに上述のγ線吸収係数マップの取得を繰返す。こうして、被検体Ｍの全体のγ線吸収係数マップを得る。

上記のようなトランスミッションデータの取得に引き続いて、被検体Ｍに投与された放射線薬剤から放出される消滅γ線対を検出するエミッションデータの取得が行われる。それに先立って、このエミッションデータの取得に邪魔となったγ線点線源２３を被検体Ｍの体軸方向に移動させ、図示しない線源遮蔽体に入庫させる。

続いて、エミッションデータの取得が行われる。つまり、被検体Ｍの内部から放出される進行方向が１８０°反対方向となっている消滅γ線対が検出器リング２２によって検出される。検出器リング２２によって検出されたγ線検出信号は、同時計数部３０に送出され、２つのγ線光子を検出器リング２２の互いに異なる位置で同時刻に検出した場合のみ１カウントとし後段のデータ処理が行われるようになっている。そして、天板２６を摺動させ、被検体Ｍの位置を順次変更させながら、このようなエミッションデータの取得を続けることで、放射性薬剤の被検体Ｍの内部局在を画像化するのに十分なカウント数のエミッションデータを得る。最後に、天板２６を再び摺動させ被検体Ｍをガントリ２１内部から離反させて検査は終了となる。

次に、図１３を参照しながら、実施例３に係るＰＥＴ装置におけるデータ処理について説明する。検出器リング２２から出力されるトランスミッション検出データＴｒ，およびエミッション検出データＥｍは、蛍光発生位置弁別部３１に送出され、どのシンチレータ結晶が感知したものであるか特定する。マルチアノード型のＰＭＴ３から送出された検出データは、ＰＭＴ３が検知した蛍光強度分布情報を含んでいる。これを基に、蛍光発生位置弁別部３１は蛍光の重心を求める。これによって、図１におけるｘ，ｙ，ｚ方向における蛍光位置の弁別がなされる。この操作に関しては、実施例１において説明済みである（図６を参照）。こうして、γ線の入射位置を含んだトランスミッション検出データ、およびエミッション検出データが形成され、これが、後段の吸収補正部３２に送出される。なお、トランスミッション検出データＴｒ，およびエミッション検出データＥｍは、本発明における放射線検出データに相当する。

吸収補正部３２では、エミッション検出データＥｍに対して、前述のトランスミッション検出データＴｒを参照しながら、エミッション検出データＥｍに重畳した被検体Ｍのγ線吸収分布の影響を除く吸収補正が行われる。こうして、被検体Ｍ内の放射性薬剤分布をより正確に表した検出データは、画像形成部３３に送出され、そこでＰＥＴ画像が再構成される。最後に、それが表示部３５で表示される。

上記構成によれば、空間分解能、および検出感度を低下させずして、製造コストが大幅に抑制されたＰＥＴ装置２０が提供できる。この実施例３に係るシンチレータ２を構成するシンチレータ結晶層２Ａ，２Ｂの数量はより少ないものとなっているが、それに伴って空間分解能、および検出感度はともにほとんど低下したものとはならない。ＰＥＴ装置２０を構成するシンチレータ結晶の数が少ないことからすると、ＰＥＴ装置２０を安価に提供できることになる。

また、上記構成によれば、上述と別の理由で空間分解能が向上したＰＥＴ装置２０が提供できる。実施例１，実施例２に係る放射線検出器の時間分解能は、高いものであった。実は、ＰＥＴ装置２０において、時間分解能が高い放射線検出器を用いると、空間分解能が高いものとなる。消滅γ線対は、互いに異なる二つの放射線検出器で検出される。つまり、２つの放射線検出器の時間分解能が低いと、消滅γ線対の同時検出に支障が生じるので、空間分解能が低下することになる。つまり、図１４に示すように、消滅γ線対が二つの放射線検出器の中間地点Ｃで生じ、二つの放射線検出器で各々で検出されたものとする。理論上、２つの放射線検出器は、同時に消滅γ線を検出した旨を同時係数部３０に送出するはずである。しかし、放射線検出器の時間分解能が低いと、これが同時と見なされなくなり、見かけ上、消滅γ線を早く検出した放射線検出器と、遅く検出した放射線検出器が生じる。すると、実際は、消滅γ線は、両放射線検出器の中間地点Ｃで生じたものであるのに、消滅γ線対は、早く検出した放射線検出器に近い領域Ｄにおいて生じたものと誤認されてしまう。この様な誤認に影響され、実際の消滅γ線の発生位置を特定することができず、空間分解能が低下するのである。このように、時間分解能と空間分解能には、密接的な関係がある。具体的には、放射線検出器の時間分解能が高いほど、ＰＥＴ装置２０空間分解能は高くなる。実施例１，実施例２の放射線検出器は、時間分解能が改善された構成となっていることからすれば、実施例３に係るＰＥＴ装置２０の空間分解能は、高いものとなる。

最後に、本発明の放射線検出器の効果について、表を参照しながら強調する。表１は、ＰＥＴ装置２０に配備される放射線検出器として、上述の構成１〜構成５を選択した場合のエネルギー分解能、時間分解能、弁別可能な領域数、および製造コストを比較したものである。

表中の各パラメータについて説明する。エネルギー分解能は、入射した放射線のエネルギー強度の識別能力の指標であり、この値が低いほど、放射線のエネルギーの高い識別性を表していることになる。時間分解能は、放射線が入射した時間の計測の精度を表したものである。この値が低いほど、ＰＥＴ装置２０全体としての空間分解能が良好であることになる。弁別可能な領域数とは、各構成におけるｚ方向の蛍光の弁別の能力を表している。例えば、実施例１の構成である構成４においては、蛍光が各領域ｅ，ｆ，ｇ，ｈのいずれかから発したか弁別できるようになっているので、弁別可能な領域数は、４である。これが高いほど、ＰＥＴ装置２０としての空間分解能は高いことになる。製造コストは、ＰＥＴ装置２０における１台当たりのコストである。

従来構成に係る構成３は、構成１および構成２よりも弁別可能な領域数は増加している。しかし、これに伴って、エネルギー分解能、時間分解能、製造コストは上昇してしまっている。装置構成が複雑となったという理由と、蛍光がＰＭＴ３に向かう時の経路が複雑となったという理由に由来する。

ところが、本発明に係る構成４，５によれば、エネルギー分解能、時間分解能、製造コストは、構成１，および構成２と同等であるにもかかわらず、弁別可能な領域数は増加している。すなわち、本発明によれば、製造コストが安価で、かつ、エネルギー分解能、時間分解能、製造コストがともに好適なＰＥＴ装置２０が製造できるのである。

この発明は、上記各実施例に限られることなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した各実施例における第１反射板枠体７ないし第４反射板枠体１０は、符号の順にＰＭＴ３に向かって配列されていたが、その順番は特に限定されない。すなわち、シンチレータ２の４領域の各々が、各反射板枠体７，８，９，および１０のいずれかに対応していればよい。

（２）上述した各実施例のいう放射線は、γ線に相当していたが、本発明は、例えばＸ線を検知する検出器に適応しても良い。

（３）上述した各実施例のいうシンチレータ結晶は、ＬＹＳＯで構成されていたが、本発明においては、ＧＳＯ（Ｇｄ_２ＳｉＯ_５）などの他の材料を使用しても良い。本変形例によれば、より安価な放射線検出器、およびそれを備えたＰＥＴ装置が提供できる。また、シンチレータ結晶層によってシンチレータ結晶の材料を違えた構成としても良い。

（４）上述した各実施例におけるシンチレータ２は、２層のシンチレータ結晶層を有していたが、本発明はこれに限らず、シンチレータ結晶層の総数を増加させた構成としても良い。例えば、４層のシンチレータ結晶層で構成することが考えられる。この場合、ＰＭＴ３に近い側の２段は、例えばＧＳＯで構成し、遠い側の２層は、例えばＬＹＳＯで構成しておく。ＧＳＯとＬＹＳＯとが有する蛍光減衰時定数は、互いに異なるので、４段のシンチレータ結晶層で構成しても、ｚ方向における蛍光の位置弁別を行うことができる。なお、本変形例においては、８個の反射板枠体が備えられることになる。また、実施例２の構成を本変形例に当てはめるならば、ＧＳＯで構成されたシンチレータ結晶層と、ＬＹＳＯで構成されたシンチレータ結晶層との２層を有するシンチレータ２とすることができる。また、ＧＳＯとＬＹＳＯとで、実施例１の構成と実施例２の構成とを切り替えて実施することで、３層のシンチレータ結晶層からなるシンチレータを構成してもよい。

（５）上述した各実施例のいう蛍光検出手段は、光電子増倍管で構成されていたが、本発明においては、光電子増倍管の代わりにフォトダイオードやアバランシェフォトダイオードなどを用いても良い。

（６）上述した各実施例の構成は、ＰＥＴに限定されない。例えば、ＳＰＥＣＴ装置に適応しても良い。また、ＰＥＴ−ＣＴのように、γ線とＸ線の両方を測定に使う装置に対しても適応できる。また、実施例１の構成は、研究分野に限らず、工業用の非破壊検査装置にも適応できる。また、医療分野にも適応できる。

（７）実施例３の構成は、小動物用であったが、実施例３の有する検出器リングの設定は自由に変更できる。したがって、本発明は、より大口径のガントリを有するＰＥＴ装置にも適応できる。

以上のように、本発明は、研究、工業、医療分野に使用される放射線検出器に適している。

Claims (8)

1. 放射線源から放射された放射線を蛍光に変換する複数のシンチレータ結晶からなるシンチレータと、前記シンチレータからの蛍光を検知する蛍光検出手段とを備えた放射線検出器において、
   第１方向に沿って伸びるとともに前記第１方向に直交する第２方向に配列された複数の第１反射板と、前記第２方向に沿って伸びるとともに前記第１方向に配列された複数の第２反射板とが格子状に配列して形成された第１反射板枠体と、
   前記第１反射板枠体と同様に複数枚の反射板が格子状に配列して形成された第２反射板枠体とを備え、
   前記第１反射板枠体と前記第２反射板枠体は前記第１方向、および前記第２方向に直交する第３方向に沿って積層され、
   前記第１反射板枠体、および前記第２反射板枠体を前記第３方向に貫くようにシンチレータ結晶の各々が挿入されることにより、複数のシンチレータ結晶が前記第１方向、および前記第２方向に配置されて第１シンチレータ結晶層が構成され、
   前記第１シンチレータ結晶層における第１反射板枠体が設けられた位置と、前記第１シンチレータ結晶層における第２反射板枠体が設けられた位置が互いに異なってい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、
   前記シンチレータは、前記第１シンチレータ結晶層と前記蛍光検出手段との介在する位置に複数のシンチレータ結晶からなる第２シンチレータ結晶層を更に有し、
   前記第２シンチレータ結晶層は、前記第１反射板枠体と同様に複数枚の反射板が格子状に配列して形成された第３反射板枠体と、
   前記第３反射板枠体と同様に複数枚の反射板が格子状に配列して形成された第４反射板枠体とを備え、
   前記第３反射板枠体と前記第４反射板枠体は前記第１方向、および前記第２方向に直交する第３方向に沿って積層され、
   前記第３反射板枠体、および前記第４反射板枠体を前記第３方向に貫くようにシンチレータ結晶の各々が挿入されることにより、複数のシンチレータ結晶が前記第１方向、および前記第２方向に配置されて第２シンチレータ結晶層が構成され、
   前記第２シンチレータ結晶層における第３反射板枠体が設けられた位置と、前記第２シンチレータ結晶層における第４反射板枠体が設けられた位置が互いに異なっていることを特徴とする放射線検出器。
3. 放射線源から放射された放射線を蛍光に変換する複数のシンチレータ結晶からなるシンチレータと、前記シンチレータからの蛍光を検知する蛍光検出手段とを備えた放射線検出器において、
   第１方向に沿って伸びるとともに前記第１方向に直交する第２方向に配列された複数の第１反射板と、前記第２方向に沿って伸びるとともに前記第１方向に配列された複数の第２反射板とが格子状に配列して形成された第１反射板枠体と、
   前記第１反射板枠体と同様に複数枚の反射板が格子状に配列して形成された第２反射板枠体、第３反射板枠体、および第４反射板枠体とを備え、
   前記第１反射板枠体、前記第２反射板枠体、前記第３反射板枠体、および前記第４反射板枠体とは前記第１方向、および前記第２方向に直交する第３方向に沿って積層され、
   前記第１反射板枠体、前記第２反射板枠体、前記第３反射板枠体、および前記第４反射板枠体を前記第３方向に貫くようにシンチレータ結晶の各々が挿入されることにより、複数のシンチレータ結晶が前記第１方向、および前記第２方向に配置されてシンチレータ結晶層が構成され、
   前記第１反射板枠体、前記第２反射板枠体、前記第３反射板枠体、および前記第４反射板枠体の前記シンチレータ結晶層における挿入位置は、互いに異なっていることを特徴とする放射線検出器。
4. 請求項１または請求項３に記載の放射線検出器において、
   前記第１反射板枠体、および前記第２反射板枠体の各々は複数の第１反射板と複数の第２反射板とによって構成され、
   前記第１反射板の各々と前記第２反射板の各々とには前記第３方向に沿った複数の溝が形成されており、
   前記第１反射板枠体、および前記第２反射板枠体の各々は前記第１反射板と前記第２反射板との各々に設けられた溝を嵌合させて形成されていることを特徴とする放射線検出器。
5. 請求項２または請求項３に記載の放射線検出器において、
   前記第３反射板枠体、および前記第４反射板枠体の各々は複数の第１反射板と複数の第２反射板とによって構成され、
   前記第１反射板の各々と前記第２反射板の各々とには前記第３方向に沿った複数の溝が形成されており、
   前記第３反射板枠体、および前記第４反射板枠体の各々は前記第１反射板と前記第２反射板との各々に設けられた溝を嵌合させて形成されていることを特徴とする放射線検出器。
6. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放射線検出器において、
   前記シンチレータを構成するシンチレータ結晶の各々を囲むように前記蛍光を透過する透過材が設けられていることを特徴とする放射線検出器。
7. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放射線検出器において、
   前記シンチレータに設けられた反射板枠体が有する反射板格子よって分割された区画の各々には４個のシンチレータ結晶が挿入されていることを特徴とする放射線検出器。
8. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放射線検出器がリング状に配列され放射線検出データを生成する検出器リングと、
   前記放射線検出データの同時計数を行う同時計数手段と、
   前記検出器リングにおける蛍光が発生した位置を弁別する蛍光発生位置弁別手段と、
   前記蛍光発生位置弁別手段から送出された解析データを受信し被検体の断層画像を形成する画像形成手段とを備えることを特徴とする断層撮影装置。

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