JP4727947B2

JP4727947B2 - 光検出回路

Info

Publication number: JP4727947B2
Application number: JP2004151803A
Authority: JP
Inventors: 圭司北村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2024-05-21
Also published as: JP2005331458A

Description

この発明は、Ｘ線やガンマ線あるいは可視光線など検出器に用いる光検出回路の改良に関する。

ガンマ線などの放射線を検出する検出器は、通常、放射線入射事象に応じて生じた発光を光検出器に導き、そこで電気信号に変換した上で、積分などの処理を行うよう構成されている。カレントモードの検出器の場合、一定時間内に発生した複数のイベントから生じる電気信号を積分する。またパルス検出方式の放射線検出器はたとえば下記の特許文献１に示されるように構成されるが、この検出器においても、１つの放射線入射事象によって１つの検出器モジュール内で複数のイベントが生じた場合にもそれらイベントのすべての平均値ない重心値を１つのイベントに関する情報として出力するだけである。
特開昭６３−２３８４８８号公報

そのため、従来の光検出回路では、１つの検出器モジュール内での反応のすべてに対応する出力を得ることができないため、ガンマ線などの入射方向を含む詳細な情報を得ることができない。さらに、検出器モジュールごとに独立して信号処理が行なわれるため、１つの事象により近隣の検出器モジュールにまたがってイベントが生じる場合、その事象に対応する出力が得られないことがあった。

この発明の課題は、１つの事象に応じて１つの検出器モジュール内で複数のイベントが生じた場合にその複数の反応の各々についての情報を得ることができるようにするとともに、１つの事象により近隣の検出器モジュールにまたがって反応が生じる場合、それら複数のイベントを束ねた出力を得ることができるように改善した光検出回路を提供することにある。

上記の目的を達成するため、この発明による光検出回路は、多チャンネル光検出器と、この多チャンネル光検出器の各チャンネルからのパルス信号波形をデジタル化するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器によりデジタル化されたデジタルパルス情報を入力するイベント処理回路とを備えた検出モジュールを３つ以上有し、前記各検出モジュールのイベント処理回路は、Ａ／Ｄ変換器により入力されたデジタル化されたデジタルパルス情報を処理して複数イベントの各々についての位置、エネルギーおよびタイミング情報を得、これらを２つ以上の近隣検出モジュールのイベント処理回路間で接続された共通バスを介してやり取りし、複数モジュールにまたがる複数イベントであっても共通の事象に起因するものと判定したものについてはそれら複数イベントの情報を束ねて出力することを特徴とする。

１つの検出器モジュール内で複数のイベントが生じた場合でも、その各々についての位置、エネルギーおよびタイミング情報を得ることができる。そして、それらの情報は近隣モジュール間でやり取りされるので、それらの情報に基づき、複数モジュールにまたがる複数イベントが共通の事象に起因するものかどうかの判定が可能となる。共通の事象に起因するものと判定された場合には、その複数のイベントについての情報が束ねられて出力される。その結果、放射線入射方向やエネルギーなどについてのより詳細な情報を得ることができる。

つぎに、この発明を実施した光検出回路について図面を参照して説明する。

図１において、多数の検出器モジュール１、２、３、…が並べられている。これらの検出器モジュール１、２、３、…は、この例では放射線検出用であり、各々シンチレータ１１と、多チャンネル光検出器１２と、プリアンプおよびＡ／Ｄ変換器１３と、イベント処理回路１４とから構成される。ガンマ線３０がシンチレータ１１に入射すると、シンチレータ１１内でコンプトン散乱や光電効果を起こしてシンチレータ１１にエネルギーを付与し、反応位置３１、３２、３３等ごとにシンチレーション光を発生する。

多チャンネル光検出器１２は、たとえば３２チャンネル〜２５６チャンネルの光電子増倍管やＡＰＤ（アバランシェフォトダイオート）などから構成され、シンチレーション光を電気信号に変換し、パルス信号として出力する。このパルス信号は各チャンネルごとに（あるいは複数チャンネルに１つずつ）接続されたプリアンプおよびＡ／Ｄ変換器１３に入力されて増幅されるとともにパルス波形情報がＡ／Ｄ変換される。

このデジタル化されたパルス情報はイベント処理回路１４で処理され、すべてのイベント処理回路１４を共通に駆動する共通クロックにしたがってチャンネル番号の付加されたイベント情報が近隣のイベント処理回路１４にデータ転送される。そこで、近隣の検出器モジュール１、２、３、…の間で共通の放射線入射事象によるものかどうかの判断がなされ、共通の事象であると判断されれば、１つのイベントの情報としてまとめられて出力される。

この例では１つのガンマ線入射により２つの検出器モジュール１、２にまたがって３つの発光点３１、３２、３３が発生しており、検出器モジュール１、２の各々のイベント処理回路１４により、発光点３１、３２の位置に対応するチャンネル番号情報を含むイベント情報と発光点３３の位置に対応するチャンネル番号情報を含むイベント情報とがやり取りされ、これらに含まれるタイミング情報やエネルギー情報に基づき、これら３つのイベントが共通の事象より発生したものであるかどうかの判断がなされる。共通の事象より発生したものと判断されたときは、２つの検出器モジュール１、２にまたがって生じた複数のイベントについても、束ねられて出力されることになる。

さらに具体的に詳しく説明すると、図２に示すように、シンチレータ１１はたとえばチャンネルごとに短冊状に光学的に分離されており、その各々のチャンネルに多チャンネル光検出器１２の各々の入力端が結合される。なお、シンチレータ１１におけるチャンネルごとの光学的分離は、かならずしも完全なものではなく、近隣にある程度光が透過するするような半分離状態とすることもできる。その場合、半反射膜や、光透過孔を有する反射膜などで分離することになる。また、横方向だけではなく、多チャンネル光検出器１２へ向かう深さ方向にも半反射膜などの光分離部を設けて深さ方向での位置情報が付加されるように構成することもできる。さらにシンチレータ１１の各チャンネルと多チャンネル光検出器１２の各チャンネルとはかならずしも１対１に対応させる必要もない。

多チャンネル光検出器１２の各チャンネルからのパルス信号は、各チャンネルごとに（あるいは複数チャンネルに１つずつ）接続されたプリアンプおよびＡ／Ｄ変換器１３に入力され、デジタル化されたパルス波形情報が出力される。イベント処理回路１４はバッファメモリ１５を備えており、このデジタルパルス波形情報がバッファメモリ１５に蓄えられる。演算回路１６は、トリガー信号に応じてこのパルス情報の読み出しを行う。このトリガー信号はたとえば多チャンネル光電子増倍管の加算出力であるダイノード信号や各チャンネルごとのアノード信号の最も早く発生したものなどを用い、これらをプリアンプおよびＡ／Ｄ変換器１３を経て入力させる。

演算回路１６は、積分処理によるエネルギー信号やタイミング情報の形成あるいは発光点位置の検出などの信号処理を行う。発光点位置はたとえばチャンネル番号として表わされる。これにより各発光のイベントごとのエネルギー情報、タイミング情報およびチャンネル番号が得られ、この情報が共通バス１８を介して隣接する検出器モジュールの転送メモリ１７に転送される。転送メモリ１７に送られた他の検出器モジュールからの情報は演算回路１６によって読み出され、自己の各イベントに関するエネルギー情報、タイミング情報に基づいて、共通の放射線事象から発生した複数のイベントに関するものであるかどうかが判断される。こうして近隣のいくつかの検出器モジュールの間で共通の放射線事象から発生したと判断される複数のイベントに関する情報が束ねられて、ＦＩＦＯ（ファースト・イン・ファースト・アウト）回路１９を経て後段回路に出力される。

したがって、１つの検出器モジュール内で１つの事象から複数のイベントが発生した場合もそのすべてのイベントに関する情報を得ることができるとともに、複数の検出器モジュールにまたがって複数のイベントが発生したときに共通の事象に基づくと判断されればそれらの情報をまとめて出力することができる。その結果、放射線入射方向やエネルギーなどについてのより詳細な情報を得ることができるとともに、パイルアップの除去や、空間分解能と計数率特性の両方の向上も可能である。またＰＥＴ（ポジトロン・エミッション・トモグラフィ）に適用する場合には、同時計数回路を兼ねることができ、システム設計の柔軟性が増大する。

なお、上記はガンマ線などの放射線を検出する放射線検出器を例に説明しているが、Ｘ線検出器や、可視光線などの検出器にも適用可能である。

この発明によれば、１つの検出器モジュール内で１つの事象から複数のイベントが発生した場合もそのすべてのイベントに関する位置、エネルギー、タイミングの各情報を得ることができるとともに、複数の検出器モジュールにまたがって複数のイベントが発生したときに共通の事象に基づくと判断されればそれらの情報を束ねて出力することができる。

この発明の一実施例を示すブロック図。同実施例の各モジュールを詳細に示すブロック図。

符号の説明

１、２、３検出器モジュール
１１シンチレータ
１２多チャンネル光検出器
１３プリアンプおよびＡ／Ｄ変換器
１４イベント処理回路
１５バッファメモリ
１６演算回路
１７転送メモリ
１８共通バス
１９ＦＩＦＯ回路
３０入射ガンマ線
３１〜３３発光点

Claims

多チャンネル光検出器と、この多チャンネル光検出器の各チャンネルからのパルス信号波形をデジタル化するＡ／Ｄ変換器と、前記Ａ／Ｄ変換器によりデジタル化されたデジタルパルス情報を入力するイベント処理回路とを備えた検出モジュールを３つ以上有し、
前記各検出モジュールのイベント処理回路は、前記入力されたデジタル化されたデジタルパルス情報を処理して複数イベントの各々についての位置、エネルギーおよびタイミング情報を得、これらを２つ以上の近隣検出モジュールのイベント処理回路間で接続された共通バスを介してやり取りし、複数モジュールにまたがる複数イベントであっても共通の事象に起因するものと判定したものについてはそれら複数イベントの情報を束ねて出力することを特徴とする光検出回路。