JP5773063B2 - 放射線検出器信号処理装置、およびそれを備えた放射線検出器 - Google Patents

Description

本発明は、消滅放射線対の検出信号を補正する放射線検出器信号処理装置、およびそれを備えた放射線検出器に係り、特に、放射線の検出位置を補正することができる放射線検出器信号処理装置、およびそれを備えた放射線検出器に関する。

従来の放射線薬剤の分布をイメージングするポジトロンエミッショントモグラフィー装置（ＰＥＴ）の具体的な構成について説明する。従来のＰＥＴ装置は、放射線を検出する放射線検出器が円環状に並んで構成される検出器リングが備えられている。この検出器リングは、被検体内の放射性薬剤から放出される互いが反対方向となっている一対のγ線（消滅放射線対）を検出する。

放射線検出器５１の構成について説明する。放射線検出器５１は、図２３に示すように、シンチレータ結晶が３次元的に配列されたシンチレータ５２と、シンチレータ５２に吸収されたγ線から発した蛍光を検出する光検出器５３とを備えている。光検出器５３には、光検出素子５３ａが２次元マトリックス状に設けられている検出面を有している。そして、光検出器５３の検出面とシンチレータ５２の一面とが光学的に接続されている（例えば、特許文献１参照）。

シンチレータ５２に入射した放射線は、多数の光子に変換されて光検出器５３に向かう。このとき、光子は、空間的に広がりながらシンチレータ５２の内部を進んでマトリックス状に配列された光検出器５３の各々の検出面に入射する。つまり、蛍光による多数の光子は、複数の光検出素子５３ａに分配され同時に検出されることになる。

放射線検出器５１は、複数の光検出素子５３ａによって捕捉された蛍光の検出データを用いてシンチレータ５２のどこで蛍光が発したのかを知る構成となっている。すなわち、放射線検出器５１は、複数の光検出素子５３ａにより検出面における蛍光の光束の重心の位置を求めるのである。この重心の位置こそが蛍光の発生した位置を意味している。この位置データは、被検体の放射性薬剤をマッピングするときに使用される。

米国特許明細書第７０７１４７４号公報

しかしながら、従来構成によれば、次のような問題点がある。
すなわち、光検出器５３に備えられた光検出素子５３ａの特性の違いにより、蛍光の発生位置が正確に特定できないという問題点がある。

光検出素子５３ａの各々は、検出感度にバラツキがある。具体的には、２つの光検出素子５３ａに同じ強さの蛍光が入射しても、光検出素子５３ａから出力される出力データは、同じ蛍光の強度となっているとは限らない。このような光検出素子５３ａの検出感度のバラツキをそのままにして蛍光の発生位置を特定すると、特定された蛍光の発生位置は実際の発生位置よりもずれてしまう。蛍光の発生位置は、各光検出素子５３ａが出力する蛍光強度を示すデータから求められるからである。

光検出器５３を出荷する際に、光検出素子５３ａの感度を一定に調節することはできる。しかし、蛍光の正確な位置特定には、このような調整だけでは不十分である。放射線検出器５１を製造した段階で新たに蛍光の検出感度のバラツキが生じるからである。したがって、光検出素子５３ａの感度を一定に調節したとしても、蛍光の検出感度は各光検出素子５３ａの間で変動してしまう。このような変動は、シンチレータ５２やライトガイド５４の特性の部分的なバラツキや、互いの部材の結合状態の部分的なバラツキに起因している。

本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は蛍光感度のバラツキを正確に特定できる放射線検出器信号処理装置、およびそれを備えた放射線検出器を提供することにある。

本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る放射線検出器信号処理装置は、放射線を蛍光に変換するシンチレータと、蛍光の強度を検出する複数の光検出素子とを備えた放射線検出器から出力された検出データを受信して、検出した放射線のエネルギースペクトルを光検出素子ごとに取得するスペクトル取得手段と、エネルギースペクトルのピーク値を光検出素子ごとに取得するピーク値取得手段と、ピーク値とシンチレータで発生した蛍光が各光検出素子まで到達する間にどのように蛍光が空間的に広がるかを示す光広がり規定数とを基に各光検出素子の間での蛍光検出強度のバラツキを取得するバラツキ取得手段とを備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］本発明に係る放射線検出器信号装置は、放射線検出器の有する各光検出素子の間での蛍光検出強度のバラツキを取得するものである。本発明の構成によれば、蛍光の検出データ（ピーク値）とシンチレータで発生した蛍光が各光検出素子まで到達する間にどのように蛍光が空間的に広がるかを示す光広がり規定数とを基にバラツキを取得するようになっている。この様に構成すれば、蛍光が広がりながら複数の光検出素子に検出される放射線検出器において正確にバラツキを取得することができる。このバラツキを基に放射線検出器に調整を加えれば、放射線検出器の位置弁別はより正確なものとなる。

また、上述の放射線検出器信号処理装置において、光広がり規定数は、シンチレータに一様に放射線を照射して、これを各光検出素子に検出させることにより取得されたものであればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の放射線信号処理装置のより具体的な構成を示すものとなっている。上述のように光広がり規定数がシンチレータに一様に放射線を照射して取得されたものであれば、よりシンチレータ内部の光の広がり方をより正確に取得することができる。

また、上述の放射線検出器信号処理装置において、光広がり規定数は、シンチレータから発する自己放射線を各光検出素子に検出させることにより取得されたものであればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の放射線信号処理装置のより具体的な構成を示すものとなっている。上述のように光広がり規定数がシンチレータから発する自己放射線を検出することにより取得されたものであれば、よりシンチレータ内部の光の広がり方をより正確に取得することができる。

また、上述の放射線検出器信号処理装置において、スペクトル取得手段、ピーク値取得手段、およびバラツキ取得手段は、検出データの取得とバラツキの取得とを交互に繰り返せばより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の放射線信号処理装置のより具体的な構成を示すものとなっている。バラツキの取得後に放射線検出器を調整し、その後再び検出データの取得をし、これを基に新たなバラツキを取得すようにすれば、最初に取得されたバラツキよりも後に取得されたバラツキの方がより光検出素子の蛍光検出感度の違いをより正確に示したものとなっている。

本明細書は、上述の放射線検出器信号処理装置の機能を備えた放射線検出器に関する構成も記載している。
すなわち、本発明に係る放射線検出器は、放射線を蛍光に変換するシンチレータと、蛍光の強度を検出する複数の光検出素子と、光検出素子の信号を増幅する増幅手段と、増幅手段から出力された検出データを受信して、検出した放射線のエネルギースペクトルを光検出素子ごとに取得するスペクトル取得手段と、エネルギースペクトルのピーク値を光検出素子ごとに取得するピーク値取得手段と、ピーク値とシンチレータで発生した蛍光が各光検出素子まで到達する間にどのように蛍光が空間的に広がるかを示す光広がり規定数とを基に各光検出素子の間での蛍光検出強度のバラツキを取得し、増幅手段の増幅率を決定するバラツキ取得手段とを備えることを特徴とするものである。

また、上述の放射線検出器において、光広がり規定数は、シンチレータに一様に放射線を照射して、これを各光検出素子に検出させることにより取得されたものであればより望ましい。

また、上述の放射線検出器において、光広がり規定数は、シンチレータから発する自己放射線を各光検出素子に検出させることにより取得されたものであればより望ましい。

また、上述の放射線検出器において、スペクトル取得手段、ピーク値取得手段、およびバラツキ取得手段は、検出データの取得とバラツキの取得とを交互に繰り返せばより望ましい。

［作用・効果］本発明に係る放射線検出器は、各光検出素子の間での蛍光検出強度のバラツキを取得し、これを打ち消すように信号の増幅率を変更する構成となっている。本発明の構成によれば、蛍光の検出データ（ピーク値）とシンチレータで発生した蛍光が各光検出素子まで到達する間にどのように蛍光が空間的に広がるかを示す光広がり規定数とを基にバラツキを取得するようになっている。この様に構成すれば、蛍光が広がりながら複数の光検出素子に検出される放射線検出器において正確にバラツキを取得することができる。このバラツキを基に増幅率を求めれば、放射線検出器の位置弁別はより正確なものとなる。

本発明に係る放射線検出器信号装置は、放射線検出器の有する各光検出素子の間での蛍光検出強度のバラツキを取得するものである。本発明の構成によれば、蛍光の検出データ（ピーク値）とシンチレータで発生した蛍光が各光検出素子まで到達する間にどのように蛍光が空間的に広がるかを示す光広がり規定数とを基にバラツキを取得するようになっている。この様に構成すれば、蛍光が広がりながら複数の光検出素子に検出される放射線検出器において正確にバラツキを取得することができる。このバラツキを基に放射線検出器に調整を加えれば、放射線検出器の位置弁別はより正確なものとなる。

実施例１に係る放射線検出器信号処理装置の構成を説明する機能ブロック図である。 実施例１に係る放射線検出器の構成を説明する斜視図である。 実施例１に係る光検出素子の構成を説明する平面図である。 実施例１に係る深さ方向の位置弁別方法を説明する平面図である。 実施例１に係る深さ方向の位置弁別方法を説明する平面図である。 実施例１に係る検出データを説明する模式図である。 実施例１に係る位置検出のズレが生じる理由を説明する模式図である。 実施例１に係る位置検出のズレが生じる理由を説明する模式図である。 実施例１に係る位置検出のズレが生じる理由を説明する模式図である。 実施例１に係るスペクトルデータマップを説明する模式図である。 実施例１に係るスペクトルデータを説明する模式図である。 実施例１に係るピーク値マップを説明する模式図である。 実施例１に係るピーク値マップを説明する模式図である。 実施例１に係る蛍光の広がり方のパターンを説明する模式図である。 実施例１に係る蛍光の広がり方のパターンを説明する模式図である。 実施例１に係る光広がり規定数を説明する模式図である。 実施例１に係る蛍光感度のバラツキの取得方法を説明する模式図である。 実施例１に係る蛍光感度のバラツキの取得方法を説明する模式図である。 実施例１に係る蛍光感度のバラツキの取得方法を説明する模式図である。 実施例１に係る蛍光感度のバラツキの取得方法を説明する模式図である。 実施例１に係る蛍光感度のバラツキの取得方法を説明する模式図である。 実施例２に係る放射線検出器の構成を説明する機能ブロック図である。 従来装置の構成を説明する図である。

以降、発明を実施する形態について、図面を参照して説明する。

＜放射線検出器信号処理装置の全体構成＞
実施例１に係る放射線検出器信号処理装置（以降、単に信号処理装置８とよぶ）は、図１に示すように、放射線検出器が放射線を検出することで出力する検出データＤを入力すると、放射線検出器の感度のバラツキを示すバラツキマップＨＭを出力するようになっている。検出データＤは、放射線検出器が検出した蛍光の分布を示している。

信号処理装置８は、検出データＤを光検出素子ごとに分離するデータ分離部１０と、放射線のエネルギースペクトルを光検出素子３ａごとに取得するスペクトル取得部１１と、エネルギースペクトルのピーク値を光検出素子３ａごとに取得するピーク値取得部１２と、各光検出素子３ａの間での蛍光検出強度のバラツキを取得するバラツキ取得部１３とを備えている。スペクトル取得部１１は、本発明のスペクトル取得手段に相当し、ピーク値取得部１２は、本発明のピーク値取得手段に相当する。バラツキ取得部１３は、本発明のバラツキ取得手段に相当する。

主制御部２７は、各制御部を統括的に制御する目的で設けられている。この主制御部２７は、ＣＰＵによって構成され、各種のプログラムを実行することにより各部１０，１１，１２，１３を実現している。操作卓２６は、術者の指示を入力する目的で設けられている。記憶部２８は、バラツキ取得部１３が参照するタイプマップＴＭなどを記憶している。

＜放射線検出器の全体構成＞
実施例１に係る信号処理装置８の具体的な構成を説明するに先立って、実施例１に係る放射線検出器１の構成について説明する。図２は、実施例１に係る放射線検出器の斜視図である。図２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２Ｄ，シンチレータ結晶層２Ｃ，シンチレータ結晶層２Ｂ，およびシンチレータ結晶層２Ａ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位置弁別機能を備えた光電子増倍管（以下、光検出器とよぶ）３と、シンチレータ２と光検出器３との間に介在する位置には、蛍光を授受するライトガイド４とを備える。したがって、シンチレータ結晶層の各々は、光検出器３に向かう方向に積層されて構成されている。

このように、シンチレータ２は、γ線の検出に適したシンチレータ結晶が３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。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方向の長さが１．４５ｍｍ，ｙ方向の幅が１．４５ｍｍ，ｚ方向の高さが４．５ｍｍ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。

シンチレータ２は、４つのシンチレータ結晶層２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを備えている。各々のシンチレータ結晶層２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ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。

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２Ｂ，２Ｃ，および２Ｄ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），ｃ（１，１），およびｄ（１，１）のそれぞれを基準としてｘ方向に３２個、ｙ方向に３２個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，２Ｃ，２Ｄ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に取り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。

次に、反射板について説明する。シンチレータ２に備えられたシンチレータ結晶層２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄには、ｘ方向に伸びた第１反射板ｒと、ｙ方向に伸びた第２反射板ｓとが設けられている。この両反射板ｒ，ｓは、配列されたシンチレータ結晶の隙間に挿入されている。

図３は、光検出器３の構成を説明している。光検出器３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。光検出器３におけるライトガイド４の結合面には、８×８の２次元マトリックス状に配列された光検出素子３ａを有している。それぞれの光検出素子３ａには検出信号の増幅器が備えられており、この増幅器の増幅率を変更することで光検出素子３ａの感度の調節ができるようになっている。

＜蛍光発生位置の弁別方法＞
実施例１に係る放射線検出器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４，図５に示すように、シンチレータ２を構成する各シンチレータ結晶層２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ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。なお、図４，図５は、実施例１に係るシンチレータ２の一端部を示しており、図４の左側、図４の右側、図５の左側、および図５の右側は、それぞれシンチレータ結晶層２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，および２Ｄの構成を表している。

ここで、（２，２）に位置するシンチレータ結晶ａ（２，２），ｂ（２，２），ｃ（２，２），ｄ（２，２）に注目すると、４つとも、隣接した２辺が反射板に覆われている。しかも、（２，２）に位置するシンチレータ結晶において、反射板が設けられている方向は、互いに異なったものとなっている。このように、ｘおよびｙの位置が同一な４つのシンチレータ結晶ａ（２，２），ｂ（２，２），ｃ（２，２），ｄ（２，２）の光学的条件は、互いに異なったものとなっている。

このように、シンチレータ結晶で生じた蛍光は、ｘ方向およびｙ方向に広がりながら光検出器３に到達するが、反射板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ている。しかも、ｘおよびｙの位置が同一な４つのシンチレータ結晶で生じ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方向およびｙ方向の位置の違いに変換されることになる。光検出器３は、このｚ方向の位置の違いに起因する蛍光のｘ方向および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を割り出すことができる。

＜放射線検出器信号処理装置の具体的構成＞
次に、信号処理装置８の具体的な構成を説明する。信号処理装置８を用いて放射線検出器１の位置調整を行うには、まず放射線検出器１に一様に放射線を照射する。すると、シンチレータ結晶の各々からまんべんなく蛍光が発生し、これが光検出器３に検出されることになる。

＜２次元マップについて＞
このとき、信号処理装置８が放射線検出器１より受信する検出データＤは、図６に示すような２次元マップとなっている。この２次元マップは、図６左側に示すように縦２×横２に配列した４つの点の塊Ｆが２次元マトリックス状に配列されたような概観をしている。この塊Ｆの１つずつが、シンチレータ結晶の１ずつに対応している。したがって、塊Ｆは、２次元マップ上に３２×３２のマトリックス状に配列されていることになる。

塊Ｆは４つの点から構成される。この点のそれぞれは、異なるシンチレータ結晶層から発した蛍光を表している。４つのシンチレータ結晶が光検出器３の検出面の同じ位置に存在しているにもかかわらず、蛍光の現れる位置が異なるのは、シンチレータ２に反射板ｒ，ｓが設けられているからである。蛍光の位置がずれる原理は、図４，図５を用いて既に説明済みである。

２次元マップは、図６右側のように区画分けすることができる。図中点線は、シンチレータ結晶単位で２次元マップを区画分けするものである。点線により２次元マップは、４つ点ごとに切り分けられる。また、図中の太枠は、光検出器３に設けられた光検出素子３ａ単位で２次元マップを区画分けしたものである。太枠により２次元マップは、８×８の２次元配列ごとに切り分けられる。

＜２次元マップの歪み＞
図６における各点は、規則正しく並んでいる。この状態は、理想の状態を表しており、実際の２次元マップの点は、配列が歪んでいる。この理由について説明する。図７の左側は、配列が乱れる理由を説明するために用意した仮想的な放射線検出器である。シンチレータ２は単一のシンチレータ結晶で構成され、蛍光を受ける光検出器３には、２×２のマトリックス状に配列された４つの光検出素子３ａがあるとする。

図７左側のＧの位置から蛍光が発生したとする。位置Ｇは、光検出器３にとって中央の位置である。位置Ｇから発した蛍光は、次第に広がりながら４つの光検出素子３ａに均等に入射する。図７右側の斜線部は、光検出素子３ａの各々に蛍光が入射する様子を示している。

図８は、光検出素子３ａの各々で蛍光検出特性が一定だった場合を図示している。このとき図８の棒グラフの示すように、各光検出素子３ａが出力する蛍光強度は、一定である。すると、図の右側に示すように蛍光の発生位置は、光検出器３の中央部であると特定される。このように、図８の場合は、蛍光の発生位置が正確に特定されている。

図９は、光検出素子３ａの各々で蛍光検出特性にバラツキがある場合を図示している。このとき図９の棒グラフの示すように、各光検出素子３ａが出力する蛍光強度は、一定にならない。すると、図の右側に示すように蛍光の発生位置は、光検出器３の中央部から外れた位置であると特定される。具体的には、蛍光の発生位置は、光検出器３の中央部から蛍光強度を強く検出した光検出素子３ａ側にシフトして特定される。このように、図９の場合は、蛍光の発生位置が正確に特定できない。

つまり、光検出素子３ａの各々で蛍光検出特性にバラツキがあると、蛍光の発生位置が実際の位置よりもずれて特定される。実際の光検出素子３ａは、蛍光検出特性にバラツキを有するので、放射線検出器が出力する検出データＤ（２次元マップ）は、蛍光の発生位置を正確に特定できていないことになる。

＜データ分離部の動作＞
データ分離部１０は、検出データＤを取得すると、検出データＤを光検出素子３ａ単位に分離する。すなわち、データ分離部１０は、図６で説明した２次元マップを縦８×横８の格子状に切り分けて、６４個のデータに分割する。そして、データ分離部１０は、この分割されたデータをスペクトル取得部１１に送出する。

＜スペクトル取得部の動作＞
スペクトル取得部１１は、６４個の分割データを基に、放射線のエネルギースペクトルを光検出素子３ａごとに生成する。これにより、データ分離部１０が生成した６４個のデータは６４個のスペクトルデータに変換されることになる。図１０は、データ分離部１０とスペクトル取得部１１との動作を説明している。データ分離部１０およびスペクトル取得部１１は協働して、検出データＤより各スペクトルデータを光検出素子３ａの位置に応じてマッピングしたスペクトルデータマップＳＭを生成する。図１０においては、簡単な説明のため光検出素子３ａが４つしかなく、スペクトルデータＳ１〜Ｓ４が配列されているように描かれている。実際のスペクトルデータＳＰは、６４個のスペクトルデータＳ１〜Ｓ６４が８×８の２次元マトリックス状に配列されている。

図１１は、スペクトルデータＳ１を具体的に表している。スペクトルデータＳ１は、周波数と強度が関連したデータで、検出された放射線のエネルギー分布を表している。スペクトルデータＳ１には特定のピークが現れる。スペクトルにピークが現れるのは、放射線検出器が検出した放射線は特定の核種の放射性物質から生じたものだからである。

＜ピーク値取得部の動作＞
スペクトルデータマップＳＭは、ピーク値取得部１２に送出される。ピーク値取得部１２は、スペクトルデータマップＳＭを構成するスペクトルデータの各々を解析してピーク値を取得する。ピーク値とは、スペクトルデータに現れるピークの強度である。各ピーク値は、スペクトルデータマップＳＭに倣って再配列され、ピーク値マップＰＭが生成される。図１２は、ピーク値取得部１２の動作を表している。図１２においては、説明の便宜上、光検出素子３ａが４つしかなく、ピーク値Ｐ１〜Ｐ４が配列されているように描かれている。ピークの周波数は、各スペクトルデータＳ１〜Ｓ６４で一致する。

実際のピーク値マップＰＭは、図１３に表されている。実際のピーク値マップＰＭは、６４個のピーク値が８×８の２次元マトリックス状に配列されている。図１３の網掛けはピーク値の値を表している。図１３を参照すれば分かるように、ピーク値ＰＭは、光検出素子３ａの間で一定ではない。ピーク値マップＰＭの所々には、網掛けが密となっている部分がある。この部分は、他と比べてピーク値が高い部分となっている。

ピーク値のバラツキは、各光検出素子３ａの検出感度のバラツキを表している。検出感度のバラツキを知るには、スペクトルのピーク値を用いることが望ましい。ピーク値は、スペクトルの中で高い値をとるので、スペクトルに含まれるノイズに邪魔されることなく検出感度を正確に比較することができるからである。

ピーク値のバラツキがそのまま各光検出素子３ａの検出感度のバラツキとなるかというとそうではない。シンチレータで生じた蛍光は、複数の光検出素子３ａで検出されるからである。例えば、シンチレータで生じた蛍光が光検出器３で検出されるときに、単一の光検出素子３ａで検出されるような放射線検出器があったとする。この場合は、ピーク値マップＰＭは、そのまま光検出素子３ａの検出感度のバラツキを表していることになる。しかし、実施例１の場合は、この様な構成となっていない。蛍光は空間的に広がりながら光検出器３に向かい、複数の光検出素子３ａで検出されるのである。蛍光の広がり方は、シンチレータ２の位置に応じて異なる。したがって、ピーク値マップＰＭには、検出感度のバラツキの成分と蛍光の広がり方の違いによる成分が合わさったものとなっている。ピーク値マップＰＭから蛍光の広がりに関する成分を除かなければ、掲出感度のバラツキを正確に知ることはできない。

そこで、本実施例では、蛍光広がりの成分をピーク値マップＰＭから除く構成を採用している。この構成について具体的に説明する前に、光検出素子３ａの位置に応じて蛍光の広がり方が３パターンあることについて説明する。

＜パターン１：Ｔｙｐｅα＞
まず、シンチレータ２における中央付近に注目する。この部分に位置するシンチレータ結晶から蛍光が発せられると、蛍光は放射状に広がりながら光検出器３に向かう。そして、蛍光は、蛍光発生点の付近に位置する複数の光検出素子３ａで検出される。図１４は、この様子を図示している。発生点Ｇから生じた蛍光は、その直下の光検出素子３ａの他、この素子を取り囲む８個の光検出素子３ａによって検出される。図中のＲは、蛍光が到達する範囲を表している。このような蛍光の広がり方をＴｙｐｅαとする。

＜パターン２：Ｔｙｐｅβ＞
つぎに、シンチレータ２の側辺に注目する。この部分に位置するシンチレータ結晶から蛍光が発せられると、蛍光は放射状に広がりながら光検出器３に向かおうとする。しかし、蛍光の広がりの一部はシンチレータ２の側辺に設けられた反射膜に阻まれて放射状に広がることができない。そうしている間に蛍光は光検出器３に達し、蛍光発生点の付近に位置する複数の光検出素子３ａで検出される。図１５左側は、この様子を図示している。発生点Ｇから生じた蛍光は、その直下の光検出素子３ａの他、この素子を取り囲む５個の光検出素子３ａによって検出される。図中のＲは、蛍光が到達する範囲を表し、太線は、反射膜を表している。このような蛍光の広がり方をＴｙｐｅβとする。

＜パターン３：Ｔｙｐｅγ＞
最後に、シンチレータ２の頂点に注目する。この部分に位置するシンチレータ結晶から蛍光が発せられると、蛍光は放射状に広がりながら光検出器３に向かおうとする。しかし、蛍光の広がりの多くはシンチレータ２の２辺に設けられた２つの反射膜に阻まれて放射状に広がることができない。そうしている間に蛍光は光検出器３に達し、蛍光発生点の付近に位置する複数の光検出素子３ａで検出される。図１５右側は、この様子を図示している。発生点Ｇから生じた蛍光は、その直下の光検出素子３ａの他、この素子を取り囲む３個の光検出素子３ａによって検出される。図中のＲは、蛍光が到達する範囲を表し、太線は、反射膜を表している。このような蛍光の広がり方をＴｙｐｅγとする。

図１６は、各パターンにおいて、蛍光の広がり方を実測したものである。図１６は、斜線で示す光検出素子３ａの直上で蛍光が発生したとき、各光検出素子３ａに何％の蛍光が到達するかを表している。この蛍光の広がり方は、実際に放射線検出器に一様に放射線を当ててみることにより取得される。このとき取得された検出データＤに仮の蛍光の広がり方を適用してみて、各光検出素子３ａが検出した蛍光の強度がこれと一致するかを判定する。この放射線の検出と判定を繰り返すことにより、最適な蛍光の広がり方を求めるのである。この蛍光の広がり方を規定する数値が、シンチレータ２で発生した蛍光が光検出素子３ａまで到達する間にどのように蛍光が空間的に広がるかを示す光広がり規定数である。

＜バラツキ取得部の動作＞
ピーク値マップＰＭは、バラツキ取得部１３に送出される。バラツキ取得部１３は、光広がり規定数とピーク値マップＰＭとを用いて、各光検出素子３ａの間での蛍光検出強度のバラツキを取得する。具体的なバラツキの取得方法について説明する。図１７は、光検出素子ｍ５について説明している。ここで、光検出素子ｍ５に入射する蛍光の内訳について考える。

まず、シンチレータ２における光検出素子ｍ５の直上の部分（ｍ５直上部）で発した蛍光が光検出素子ｍ５に入射することが予想できる。しかし、光検出素子ｍ５に入射する蛍光はこれだけではない。光検出素子ｍ５を囲む光検出素子ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｍ４，ｍ６，ｍ７，ｍ８，ｍ９の存在を考える必要がある。すなわち、シンチレータ２における光検出素子ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｍ４，ｍ６，ｍ７，ｍ８，ｍ９の直上の部分（ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｍ４，ｍ６，ｍ７，ｍ８，ｍ９直上部）で発した蛍光の一部も図１７の左側の矢印に示すように光検出素子ｍ５に入射する。

また、シンチレータ２のｍ５直上部で発した蛍光の全てが光検出素子ｍ５に入射するわけではない。すなわち、シンチレータ２のｍ５直上部で発した蛍光の一部は、光検出素子ｍ５の検出範囲から広がって、光検出素子ｍ１，ｍ２，ｍ３，ｍ４，ｍ６，ｍ７，ｍ８，ｍ９のそれぞれに入射する。

つまり、光検出素子ｍ５に入射する蛍光は、他の光検出素子へ逃げていった蛍光だけ少なくなり、他の光検出素子から逃げてきた蛍光だけ多くなる。だとすれば、この流入量と流出量は、同じとなるのではないかと予想される。しかし、そうはならない。各光検出素子３ａの位置に応じてシンチレータ２内部での蛍光の広がり方が異なるからである。具体的には、シンチレータ２における蛍光の広がり方は、各光検出素子３ａの位置に応じて、α，β，γの３つのパターンに分かれている（図１７右側参照）。図中の太線は、シンチレータ２の側辺を表している。

図１８は、光検出素子ｍ５に入射する蛍光の構成を説明する図である。図１８における斜線で示す素子は、光検出素子ｍ５を表している。光検出素子ｍ１の直上のシンチレータ結晶で発生した蛍光は、Ｔｙｐｅγの広がり方で広がって、全体の２％が光検出素子ｍ５に入射する。同様に、光検出素子ｍ２，ｍ４の直上のシンチレータ結晶で発生した蛍光は、Ｔｙｐｅβの広がり方で広がって、全体の５％が光検出素子ｍ５に入射する。光検出素子ｍ３，ｍ７の直上のシンチレータ結晶で発生した蛍光は、Ｔｙｐｅβの広がり方で広がって、全体の２．５％が光検出素子ｍ５に入射する。光検出素子ｍ６，ｍ８の直上のシンチレータ結晶で発生した蛍光は、Ｔｙｐｅαの広がり方で広がって、全体の７％が光検出素子ｍ５に入射する。光検出素子ｍ９の直上のシンチレータ結晶で発生した蛍光は、Ｔｙｐｅαの広がり方で広がって、全体の１．５％が光検出素子ｍ５に入射する。光検出素子ｍ５の直上のシンチレータ結晶で発生した蛍光は、Ｔｙｐｅαの広がり方で広がって、全体の７０％が光検出素子ｍ５に入射する。

そして、図１９に示す各光検出素子ｍ１〜ｍ９の直上にあるシンチレータ結晶で発した蛍光が全てシンチレータ結晶直下の各光検出素子ｍ１〜ｍ９で検出されたとしたときの検出強度をそれぞれｂ１〜ｂ９とする。この検出強度ｂ１〜ｂ９は、それぞれ上述のピーク値における検出強度を示すものとする。すると、光検出素子ｍ５で検出した蛍光のピーク値における検出強度Ｓ（ｍ５）は、ｂ１〜ｂ９を用いて次のように表すことができる。この検出強度Ｓ（ｍ５）は実測できる蛍光の検出強度である。直接に実測できない検出強度ｂ１〜ｂ９とは異なる。
Ｓ（ｍ５）＝ｂ１×２％＋ｂ２×５％＋ｂ３×２．５％＋ｂ４×５％
＋ｂ５×７０％＋ｂ６×７％＋ｂ７×２．５％＋ｂ８×７％
＋ｂ９×１．５％

同様に、検出強度Ｓ（ｍ１）は、ｂ１，ｂ２，ｂ４，ｂ５と光広がり規定数とを用いて表すことができ、検出強度Ｓ（ｍ２）は、ｂ１， ｂ２， ｂ３， ｂ４， ｂ５， ｂ６と光広がり規定数とを用いて表すことができる。また、検出強度Ｓ（ｍ３）は、ｂ２， ｂ３， ｂ５， ｂ６と光広がり規定数とを用いて表すことができ、検出強度Ｓ（ｍ４）は、ｂ１， ｂ２， ｂ４， ｂ５， ｂ７， ｂ８と光広がり規定数とを用いて表すことができる。同様に、検出強度Ｓ（ｍ６）は、ｂ２， ｂ３， ｂ５， ｂ６， ｂ８， ｂ９と光広がり規定数とを用いて表すことができ、検出強度Ｓ（ｍ７）は、ｂ４， ｂ５， ｂ８と光広がり規定数とを用いて表すことができる。検出強度Ｓ（ｍ８）は、ｂ４， ｂ５， ｂ６， ｂ７， ｂ８， ｂ９と光広がり規定数とを用いて表すことができ、検出強度Ｓ（ｍ９）は、ｂ５， ｂ６， ｂ８， ｂ９と光広がり規定数とを用いて表すことができる。つまり、光検出素子の検出強度Ｓは、この光検出素子に隣接する光検出素子に対応する検出強度ｂ１〜ｂ９と、光広がり規定数とを用いて表すことができる。

この様に、検出強度Ｓ（ｍ１）〜Ｓ（ｍ９）について、９つの異なる方程式からなる連立方程式が得られる。この連立方程式をｂ１〜ｂ９について解くと、検出強度Ｓ（ｍ１）〜Ｓ（ｍ９）は、ピーク値マップＰＭより既知であるので、ｂ１〜ｂ９を求めることができる。

この様にして得られたｂ１〜ｂ９は、同じ値をとるはずである。シンチレータ２には一様の放射線が入射しているから、蛍光の検出強度は光検出素子によらず一定であるからである。しかし、ｂ１〜ｂ９は、一定とならない。光検出素子の間で蛍光検出感度にバラツキがあるからである。つまり、ｂ１〜ｂ９こそ、蛍光感度のバラツキであることになる。

バラツキ取得部１３は、取得したバラツキｂ５を放射線検出器に出力する。連立方程式により得られるバラツキｂ５以外のバラツキは、送出しない。バラツキ取得部１３が、光検出素子ｍ５以外のバラツキはどのように取得するのかについて説明する。例えば、光検出素子ｍ１のバラツキｂ１を取得する際には、光検出素子ｍ１を囲む光検出素子ｍ２，ｍ４，ｍ５のピーク値および光広がり規定数を基に連立方程式が作り直される。そして、この連立方程式に基づいてバラツキｂ１が求められるのである。この様な手法は、他の光検出素子３ａのバラツキを求めるときも同様である。このとき、バラツキ取得部１３は、光検出素子の直上のシンチレータ結晶の蛍光の広がり方がどのタイプに属するのかを示したタイプマップＴＭを参照する。タイプマップＴＭは、図２０に示すように光検出素子と蛍光広がりのタイプが対応づけられている。

バラツキ取得部１３は、光検出器３の有する６４個全ての光検出素子について同様の手法でバラツキを求めてバラツキが２次元状に配列されたバラツキマップＨＭを取得する。このバラツキマップＨＭが放射線検出器１に送出される。放射線検出器１は、増幅器を制御して、このバラツキを打ち消すように各光検出素子の検出感度のゲインを調整する。

＜データ処理の全容＞
図２１は、今までのデータ処理を模式的に表している。データ分離部１０およびスペクトル取得部１１は、放射線検出器１が放射線を検出することで出力する検出データＤよスペクトルマップＳＭを生成する。ピーク値取得部１２は、スペクトルマップＳＭより、ピーク値マップＰＭを生成する。そして、バラツキ取得部１３は、ピーク値マップＰＭ，タイプマップＴＭ，光広がり規定数よりバラツキマップＨＭを生成する。

以上のように、本発明に係る放射線検出器信号装置は、放射線検出器１の有する各光検出素子３ａの間での蛍光検出強度のバラツキを取得するものである。本発明の構成によれば、蛍光の検出データ（ピーク値）とシンチレータ２で発生した蛍光が各光検出素子３ａまで到達する間にどのように蛍光が空間的に広がるかを示す光広がり規定数とを基にバラツキを取得するようになっている。この様に構成すれば、蛍光が広がりながら複数の光検出素子３ａに検出される放射線検出器１において正確にバラツキを取得することができる。このバラツキを基に放射線検出器１に調整を加えれば、放射線検出器１の位置弁別はより正確なものとなる。

また、上述のように光広がり規定数がシンチレータ２に一様に放射線を照射して取得されたものであれば、よりシンチレータ内部の光の広がり方をより正確に取得することができる。

続いて実施例２の放射線検出器について説明する。実施例２に係る放射線検出器は、実施例１の信号処理装置８が組み込まれたものとなっている。

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は、図２２に示すように、実施例１で説明した放射線検出器１と同様の構成となっている。各光検出素子３ａから出力された原信号ｄは、増幅器３ｂに入力され、ここで増幅信号ｄｆとなる。蛍光発生位置マッピング部６は、この増幅信号ｄｆを基に図６で説明した２次元マップを生成する。増幅器３ｂは、６４個設けられている光検出素子３ａの各々に１つずつ設けられている。増幅器３ｂは、本発明の増幅手段に相当する。

補正値取得部１７は、実施例１に係るデータ分離部１０，スペクトル取得部１１，ピーク値取得部１２，およびバラツキ取得部１３をまとめて記載している。

放射線検出器に一様に放射線が入射すると、蛍光発生位置マッピング部Ｄは、検出データＤを生成する。補正値取得部１７は、この検出データＤを基にバラツキマップＨＭを取得する。バラツキマップＨＭは、増幅器３ｂに入力される。増幅器３ｂではバラツキマップＨＭに基づいて、光検出素子３ａ間の蛍光検出のバラツキがなくなるように信号の増幅値を調整する。これによって、光検出素子３ａ間の蛍光検出のバラツキは消去されることになる。

放射線検出器は、この状態で被検体から発する放射線を検出する。このとき、光検出素子３ａ間の蛍光検出のバラツキは消去されているので、放射線検出器は、放射線の入射位置を正確に検出することができる。

以上のように、本発明に係る放射線検出器１は、各光検出素子３ａの間での蛍光検出強度のバラツキを取得し、これを打ち消すように信号の増幅率を変更する構成となっている。本発明の構成によれば、蛍光の検出データ（ピーク値）とシンチレータ２で発生した蛍光が各光検出素子３ａまで到達する間にどのように蛍光が空間的に広がるかを示す光広がり規定数とを基にバラツキを取得するようになっている。この様に構成すれば、蛍光が広がりながら複数の光検出素子３ａに検出される放射線検出器１において正確にバラツキを取得することができる。このバラツキを基に増幅率を求めれば、放射線検出器１の位置弁別はより正確なものとなる。

本発明は、上述の構成に限られず、下記のように変形実施することが可能である。

（１）上述の実施例では、シンチレータ２に一様の放射線を照射することで検出データＤを取得していたが、本発明はこの構成に限られない。放射線を照射する代わりにシンチレータ２の自己放射線を検出することで検出データＤを取得するようにしてもよい。このように光広がり規定数がシンチレータ２から発する自己放射線を検出することにより取得されたものであれば、よりシンチレータ内部の光の広がり方をより正確に取得することができる。

（２）上述の構成に加えて、バラツキマップＨＭの取得後に放射線検出器１を調整し、その後再び検出データの取得をし、これを基に新たなバラツキを取得すようにすれば、最初に取得されたバラツキよりも後に取得されたバラツキの方がより光検出素子３ａの蛍光検出感度の違いをより正確に示したものとなっている。

本発明は、医用の放射線検出器信号処理装置およびそれを備えた放射線検出器に適している。

１ 放射線検出器
２ シンチレータ
３ａ 光検出素子
３ｂ 増幅器（増幅手段）
１１ スペクトル取得部（スペクトル取得手段）
１２ ピーク値取得部（ピーク値取得手段）
１３ バラツキ取得部（バラツキ取得手段）

Claims (8)

1. 放射線を蛍光に変換するシンチレータと、蛍光の強度を検出する複数の光検出素子とを備えた放射線検出器から出力された検出データを受信して、検出した放射線のエネルギースペクトルを前記光検出素子ごとに取得するスペクトル取得手段と、
   エネルギースペクトルのピーク値を前記光検出素子ごとに取得するピーク値取得手段と、
   前記ピーク値と前記シンチレータで発生した蛍光が各光検出素子まで到達する間にどのように蛍光が空間的に広がるかを示す光広がり規定数とを基に各光検出素子の間での蛍光検出強度のバラツキを取得するバラツキ取得手段とを備えることを特徴とする放射線検出器信号処理装置。
2. 請求項１に記載の放射線検出器信号処理装置において、
   前記光広がり規定数は、前記シンチレータに一様に放射線を照射して、これを各光検出素子に検出させることにより取得されたものであることを特徴とする放射線検出器信号処理装置。
3. 請求項１に記載の放射線検出器信号処理装置において、
   前記光広がり規定数は、前記シンチレータから発する自己放射線を各光検出素子に検出させることにより取得されたものであることを特徴とする放射線検出器信号処理装置。
4. 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信号処理装置において、
   前記スペクトル取得手段、前記ピーク値取得手段、および前記バラツキ取得手段は、検出データの取得とバラツキの取得とを交互に繰り返すことを特徴とする放射線検出器信号処理装置。
5. 放射線を蛍光に変換するシンチレータと、
   蛍光の強度を検出する複数の光検出素子と、
   前記光検出素子の信号を増幅する増幅手段と、
   前記増幅手段から出力された検出データを受信して、検出した放射線のエネルギースペクトルを前記光検出素子ごとに取得するスペクトル取得手段と、
   エネルギースペクトルのピーク値を前記光検出素子ごとに取得するピーク値取得手段と、
   ピーク値と前記シンチレータで発生した蛍光が各光検出素子まで到達する間にどのように蛍光が空間的に広がるかを示す光広がり規定数とを基に各光検出素子の間での蛍光検出強度のバラツキを取得し、前記増幅手段の増幅率を決定するバラツキ取得手段とを備えることを特徴とする放射線検出器。
6. 請求項５に記載の放射線検出器において、
   前記光広がり規定数は、前記シンチレータに一様に放射線を照射して、これを各光検出素子に検出させることにより取得されたものであることを特徴とする放射線検出器。
7. 請求項５に記載の放射線検出器において、
   前記光広がり規定数は、前記シンチレータから発する自己放射線を各光検出素子に検出させることにより取得されたものであることを特徴とする放射線検出器。
8. 請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の放射線検出器において、
   前記スペクトル取得手段、前記ピーク値取得手段、および前記バラツキ取得手段は、検出データの取得とバラツキの取得とを交互に繰り返すことを特徴とする放射線検出器。

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