JP6508343B2 - Radiation detector and detector module - Google Patents

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Description

本発明は、陽電子放出断層撮影装置(PET装置)を例とする核医学診断装置などに用いられる放射線検出器および検出器モジュールに関する。   The present invention relates to a radiation detector and a detector module used in a nuclear medicine diagnostic apparatus and the like taking a positron emission tomography apparatus (PET apparatus) as an example.

従来、医療用撮像法として、陽電子放出断層撮影(PET、Positron Emission Tomography)を例とする核医学診断が知られている。陽電子放出断層撮影装置(PET装置)は、陽電子放出核種で標識された放射性薬剤の被検体内における分布を示す放射線画像を生成する装置である。   Conventionally, as medical imaging methods, nuclear medicine diagnosis using positron emission tomography (PET) as an example is known. A positron emission tomography apparatus (PET apparatus) is an apparatus that generates a radiation image showing the distribution of a radiopharmaceutical labeled with a positron-emitting radionuclide in a subject.

PET装置は、被検体をリング状に囲むように配置された複数の放射線検出器を備えている。被検体に投与された放射性薬剤は関心部位に蓄積され、蓄積された薬剤から陽電子が放出される。放出された陽電子は電子と対消滅を起こし、互いに正反対の運動量を有している一対のγ線を生成する。一対のγ線は互いに逆方向へ放出され、各々のγ線は放射線検出器によって同時に検出される。検出されたγ線の情報に基づいて放射性薬剤の位置が算出され、関心部位における放射性薬剤の分布を示す放射線画像がPET装置によって提供される。   The PET apparatus comprises a plurality of radiation detectors arranged to surround the subject in a ring. The radioactive agent administered to the subject is accumulated at the site of interest and positrons are emitted from the accumulated agent. The emitted positrons annihilate with the electrons and produce a pair of gamma rays with opposite momentum. A pair of gamma rays are emitted in opposite directions to each other, and each gamma ray is simultaneously detected by the radiation detector. The position of the radioactive drug is calculated based on the information of the detected γ-ray, and a radiation image showing the distribution of the radioactive drug at the site of interest is provided by the PET device.

放射線検出器は放射線を吸収して光に変換するシンチレータと、SiPM(Silicon Photo Multiplier)などを用いた光検出器とを備えている。SiPMは受光素子(光電変換素子)として多数のAPD(Avalanche Photo Diode)が配設された構成を備えており、磁場によって受ける影響が非常に小さい。そのため解剖学的診断に適する磁気共鳴断層撮影装置(MR装置)と、生理機能的診断に適するPET装置とを複合させたPET−MRについても光検出器としてSiPMを用いることができる(例えば、特許文献1参照)。   The radiation detector includes a scintillator that absorbs radiation and converts it into light, and a photodetector using SiPM (Silicon Photo Multiplier) or the like. The SiPM has a configuration in which a large number of APDs (Avalanche Photo Diodes) are disposed as light receiving elements (photoelectric conversion elements), and the influence of the magnetic field is very small. Therefore, SiPM can also be used as a photodetector for PET-MR in which a magnetic resonance tomography apparatus (MR apparatus) suitable for anatomic diagnosis and a PET apparatus suitable for physiological function diagnosis are combined (for example, a patent) Reference 1).

ここでSiPMを用いる従来の放射線検出器の構成について、図を用いて説明する。従来の放射線検出器101は図10(a)に示すように、シンチレータ103と光検出器であるSiPM105とが光学的に接合して構成されている。シンチレータ103はγ線と相互作用して光子(フォトン)を多数発生する。SiPM105はシンチレータ103から発生したフォトンを受光して電気信号に変換する。そして図10(a)に示すように、放射線検出器101が一次元マトリクス状または二次元マトリクス状に多数配列されて検出器モジュール101aを構成する。   Here, the configuration of a conventional radiation detector using SiPM will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 10A, the conventional radiation detector 101 is configured by optically joining a scintillator 103 and a SiPM 105 that is a light detector. The scintillator 103 interacts with the γ ray to generate a large number of photons (photons). The SiPM 105 receives photons generated from the scintillator 103 and converts it into an electric signal. Then, as shown in FIG. 10A, a large number of radiation detectors 101 are arranged in a one-dimensional matrix form or a two-dimensional matrix form to constitute a detector module 101a.

SiPM105は図10(c)に示すように、マイクロセル107が二次元マトリクス状に多数配列されている。各々のマイクロセル107は図10(d)に示すように、光電変換素子であるAPD109と、クエンチング抵抗111とが設けられている。すなわちフォトンがAPD109に入射することによってフォトンは電気信号に変換され、γ線検出信号としてSiPM105から出力される。図10(c)に示すようにマイクロセル107のうち、APD109が設けられている領域(網点を付した領域)が受光領域107aとなる。   As shown in FIG. 10C, in the SiPM 105, a large number of microcells 107 are arranged in a two-dimensional matrix. Each microcell 107 is provided with APD109 which is a photoelectric conversion element, and quenching resistance 111, as shown in FIG.10 (d). That is, when photons are incident on the APD 109, the photons are converted into electric signals, and are output from the SiPM 105 as γ-ray detection signals. As shown in FIG. 10C, in the microcell 107, the area where the APD 109 is provided (area with halftone dots) is the light receiving area 107a.

また放射線検出器101の各々は図11(a)および図11(b)に示すように、電源121と、プリアンプ113と、コンパレータ115と、シェーピングアンプ117とをそれぞれ備えている。電源121は光検出器105に設けられているマイクロセル107の各々に対して、γ線検出信号の出力に要するバイアス電圧Vを印加する。プリアンプ113はSiPM105の下流に設けられており、SiPM105からの出力信号を増幅して電圧に変換する。コンパレータ115とシェーピングアンプ117とはプリアンプ113にそれぞれ接続されている。増幅・変換された出力信号の一方はコンパレータ115へ入力され、出力信号の他方はシェーピングアンプ117へ入力される。   Each of the radiation detectors 101 includes a power source 121, a preamplifier 113, a comparator 115, and a shaping amplifier 117, as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b). The power supply 121 applies a bias voltage V required for the output of the γ-ray detection signal to each of the microcells 107 provided in the light detector 105. The preamplifier 113 is provided downstream of the SiPM 105, and amplifies an output signal from the SiPM 105 to convert it into a voltage. The comparator 115 and the shaping amplifier 117 are connected to the preamplifier 113, respectively. One of the amplified and converted output signals is input to the comparator 115, and the other of the output signals is input to the shaping amplifier 117.

コンパレータ115は入力された出力信号に基づいて、γ線を検出した時間の情報をタイミング情報として導き出す。すなわちマイクロセル107におけるフォトン検出量が、予め設定されている所定の閾値を超える時間に基づいてタイミング情報を示す電気信号が出力される。シェーピングアンプ117は入力された出力信号をさらに増幅・整形することにより、入射したγ線のエネルギーに比例した波高のパルスを取得する。シェーピングアンプ117により取得されるパルスの波高に基づいて、検出されたγ線のエネルギーの高さに関する情報がエネルギー情報として出力される。   The comparator 115 derives, as timing information, information on the time when the γ ray is detected, based on the input output signal. That is, the electric signal indicating the timing information is output based on the time when the photon detection amount in the microcell 107 exceeds the predetermined threshold set in advance. The shaping amplifier 117 further amplifies and shapes the input output signal to acquire a pulse having a pulse height proportional to the energy of the incident γ-ray. Based on the pulse height of the pulse acquired by the shaping amplifier 117, information on the detected energy level of the γ ray is output as energy information.

このように出力信号をコンパレータ115とシェーピングアンプ117とにそれぞれ送信する構成により、放射線検出器101の各々において、γ線を検出した時間の情報(タイミング情報)と検出したγ線のエネルギー情報とを取得できる(例えば、非特許文献1,2参照)。近年では放射性薬剤の分布をより精密に検出すべく、放射線検出器101をTOF型(検出時間差:Time Of Flight)のPET装置に用いることが多くなっている。そのため放射線検出器101において、タイミング情報の分解能(タイミング分解能)をより向上する要請が大きくなっている。   Thus, each of the radiation detectors 101 is configured to transmit the output signal to each of the comparator 115 and the shaping amplifier 117, thereby providing information on the time when the γ ray is detected (timing information) and the energy information of the detected γ ray. It can acquire (for example, refer nonpatent literature 1, 2). In recent years, the radiation detector 101 has often been used for a TOF (Time Of Flight) PET apparatus in order to detect the distribution of radiopharmaceuticals more precisely. Therefore, in the radiation detector 101, a demand for further improving the resolution (timing resolution) of timing information is increasing.

特開2008−311651号公報JP, 2008-311651, A

“Development of a PET Detector Module”、 IEEE NSS and MIC 2014 N07−8“Development of a PET Detector Module”, IEEE NSS and MIC 2014 N07-8 “Timing Resolution Dependence on MPPC Performance Parameters”、 IEEE NSS and MIC 2014 N26−3“Timing Resolution Dependency on MPPC Performance Parameters”, IEEE NSS and MIC 2014 N26-3

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、高いエネルギー情報の分解能(エネルギー分解能)を維持しつつタイミング分解能を向上させることが困難であるという問題が懸念される。以下、従来の放射線検出器における問題点について説明する。   However, in the case of the conventional example having such a configuration, there is a concern that it is difficult to improve the timing resolution while maintaining high energy information resolution (energy resolution). Hereinafter, problems in the conventional radiation detector will be described.

SiPM105から出力される信号のパルス波高は一つのマイクロセル107に入射するフォトンの数によって変化しない。そのためSiPM105に入射するフォトンの数とSiPM105の出力するパルス波高との線形性を維持するには、SiPM105に設けられるマイクロセル107の数を多くする必要がある。すなわちマイクロセル107を増加させることにより、同一のマイクロセル107に複数のフォトンが同時に入射することが回避されるので、入射フォトン数と出力との線形性(リニアリティ)を好適に維持できる。その結果、放射線検出器101におけるエネルギー分解能を向上できる。   The pulse height of the signal output from the SiPM 105 does not change with the number of photons incident on one microcell 107. Therefore, in order to maintain the linearity between the number of photons incident on the SiPM 105 and the pulse wave height output from the SiPM 105, it is necessary to increase the number of microcells 107 provided in the SiPM 105. That is, by increasing the number of microcells 107, simultaneous incidence of a plurality of photons on the same microcell 107 can be avoided, so that the linearity between the number of incident photons and the output can be suitably maintained. As a result, energy resolution in the radiation detector 101 can be improved.

しかし従来の放射線検出器101においてマイクロセル107のピッチを小さくして単位面積あたりにおけるマイクロセル107の数を増加させた場合、タイミング分解能が低下するという問題が懸念される。すなわちマイクロセル107の各々において、受光領域107aの周縁部107bには隔壁が設けられているので、マイクロセル107の周縁部107bはフォトン不感部となる。そしてSiPM105に設けられるマイクロセル107の数が増加することにより、SiPM105の光検出面(xy平面)において受光領域107aの面積が減少するので、SiPM105の光子検出効率(PDE)が低下する。   However, in the conventional radiation detector 101, when the pitch of the microcells 107 is reduced to increase the number of microcells 107 per unit area, there is a concern that the timing resolution may be degraded. That is, in each of the microcells 107, since the partition wall is provided on the peripheral edge portion 107b of the light receiving area 107a, the peripheral edge portion 107b of the microcell 107 becomes a photon insensitive portion. Then, as the number of microcells 107 provided in the SiPM 105 increases, the area of the light receiving area 107a decreases in the light detection surface (xy plane) of the SiPM 105, and thus the photon detection efficiency (PDE) of the SiPM 105 decreases.

放射線検出器101のタイミング分解能を向上するには、シンチレータ103においてフォトンが発生する時間から、マイクロセル107にフォトンが到達してフォトン検出量が所定の閾値を超えるまでの時間の揺らぎを小さくすることが重要である。従ってSiPM105の光子検出効率が低下する場合、フォトン検出量が所定の閾値を超えるまでの時間の揺らぎが大きくなるので放射線検出器101のタイミング分解能が低下することとなる。   In order to improve the timing resolution of the radiation detector 101, from the time when photons are generated in the scintillator 103, the fluctuation of the time from when the photons reach the microcell 107 and the photon detection amount exceeds a predetermined threshold is reduced. is important. Therefore, when the photon detection efficiency of the SiPM 105 is lowered, the fluctuation of time until the photon detection amount exceeds the predetermined threshold value becomes large, and the timing resolution of the radiation detector 101 is lowered.

一方で放射線検出器101のタイミング分解能を向上すべく、マイクロセル107のピッチを大きくして単位面積あたりにおけるマイクロセル107の受光領域107aを広くする場合、単位面積あたりにおけるマイクロセル107の数が減少する。この場合、同一のマイクロセル107に2個以上のフォトンが同時に入射する確率が大きくなるので、入射フォトン数と出力との線形性が悪化する。その結果、放射線検出器101におけるエネルギー分解能が低下する。   On the other hand, when the pitch of the microcells 107 is increased to widen the light receiving area 107a of the microcell 107 per unit area in order to improve the timing resolution of the radiation detector 101, the number of microcells 107 per unit area decreases. Do. In this case, since the probability that two or more photons simultaneously enter the same microcell 107 increases, the linearity between the number of incident photons and the output deteriorates. As a result, the energy resolution in the radiation detector 101 is reduced.

このようにエネルギー分解能を向上させるために必要な仕様と、タイミング分解能を向上させるために必要な仕様とは相反関係にある。従って、従来の放射線検出器101ではエネルギー分解能とタイミング分解能とをいずれも向上させることは非常に困難である。   Thus, there is a contradiction between the specifications required to improve the energy resolution and the specifications required to improve the timing resolution. Therefore, in the conventional radiation detector 101, it is very difficult to improve both the energy resolution and the timing resolution.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、TOF−PET装置などのPET装置に用いることが可能であり、高いエネルギー分解能と高いタイミング分解能とを有する放射線検出器および検出器モジュールを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and can be used for PET devices such as TOF-PET devices, and is a radiation detector and detector having high energy resolution and high timing resolution. The purpose is to provide a module.

本発明は、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、本発明に係る放射線検出器は、入射した放射線を検出して発光する少なくとも1つのシンチレータと、前記シンチレータから発光された光を電気信号に変換させる、第1受光素子および第2受光素子の各々がマトリクス状に配設され、前記シンチレータと光学的に結合される少なくとも1つの光検出手段と、前記第1受光素子が変換した電気信号に基づいて、前記シンチレータに前記放射線が入射する時間に関する情報であるタイミング情報を取得するタイミング情報取得回路と、前記第2受光素子が変換した電気信号に基づいて、前記シンチレータに入射した前記放射線のエネルギーに関する情報であるエネルギー情報を取得するエネルギー情報取得回路と、前記第1受光素子に対して第1バイアス電圧を印加する第1バイアス電圧供給電源と、前記第2受光素子に対して、前記第1バイアス電圧より低い第2バイアス電圧を印加する第2バイアス電圧供給電源とを備え、1つの前記シンチレータに対して、少なくとも1つの前記第1受光素子および少なくとも1つの前記第2受光素子が光学的に結合していることを特徴とするものである。
The present invention has the following configuration in order to achieve such an object.
That is, a radiation detector according to the present invention includes at least one scintillator that detects incident radiation and emits light, and a first light receiving element and a second light receiving element that convert light emitted from the scintillator into an electrical signal. At least one light detection means, each arranged in a matrix, optically coupled to the scintillator, and the electric signal converted by the first light receiving element, relates to the time when the radiation is incident on the scintillator The timing information acquisition circuit for acquiring timing information which is information, and the energy information acquisition circuit for acquiring energy information which is information related to the energy of the radiation incident on the scintillator based on the electric signal converted by the second light receiving element A first bias applying a first bias voltage to the first light receiving element A pressure supply, to said second light receiving element, and a second bias voltage supply source for applying a lower second bias voltage than said first bias voltage, for a single previous SL scintillator, at least one the first light receiving element and at least one of said second light receiving element is characterized in that it is light histological bound.

[作用・効果]本発明に係るX線撮影装置によれば、光検出手段はシンチレータが発光する光を電気信号に変換する第1受光素子と第2受光素子とを備えている。タイミング情報取得回路は第1受光素子の電気信号に基づいてタイミング情報を取得し、エネルギー情報取得回路は第2受光素子の電気信号に基づいてエネルギー情報を取得する。   [Operation / Effect] According to the X-ray imaging apparatus of the present invention, the light detection means is provided with the first light receiving element and the second light receiving element for converting the light emitted by the scintillator into an electric signal. The timing information acquisition circuit acquires timing information based on the electrical signal of the first light receiving element, and the energy information acquisition circuit acquires energy information based on the electrical signal of the second light receiving element.

シンチレータの各々は、少なくとも1つの第1受光素子および少なくとも1つの第2受光素子の各々と光学的に結合している。すなわちシンチレータに入射した放射線は光に変換された後、一部は第1受光素子を介してタイミング情報となり、残りの一部は第2受光素子を介してエネルギー情報となる。   Each of the scintillators is optically coupled to each of the at least one first light receiving element and the at least one second light receiving element. That is, after the radiation incident on the scintillator is converted into light, a part becomes timing information through the first light receiving element, and the remaining part becomes energy information through the second light receiving element.

すなわちタイミング情報所得用の受光素子である第1受光素子と、エネルギー情報取得用の受光素子である第2受光素子とが別に設けられている。この場合、第1受光素子に対してはタイミング分解能を向上させるような仕様に設定しつつ、第2受光素子に対してはエネルギー分解能を向上させるような別の仕様に設定できる。従って、放射線検出器における、タイミング分解能とエネルギー分解能との両方を好適に向上させることが可能となる。   That is, a first light receiving element which is a light receiving element for acquiring timing information and a second light receiving element which is a light receiving element for acquiring energy information are separately provided. In this case, it is possible to set the specification to improve the timing resolution for the first light receiving element, and to set the other specification to improve the energy resolution for the second light receiving element. Therefore, it is possible to preferably improve both the timing resolution and the energy resolution in the radiation detector.

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとってもよい。
すなわち、本発明に係る放射線検出器は、入射した放射線を検出して発光する少なくとも1つのシンチレータと、前記シンチレータから発光された光を電気信号に変換させる、第1受光素子がマトリクス状に配設され、前記シンチレータと光学的に結合される少なくとも1つの第1光検出手段と、前記シンチレータから発光された光を電気信号に変換させる、第2受光素子がマトリクス状に配設され、前記シンチレータと光学的に結合される少なくとも1つの第2光検出手段と、前記第1受光素子が変換した電気信号に基づいて、前記シンチレータに前記放射線が入射する時間に関する情報であるタイミング情報を取得するタイミング情報取得回路と、前記第2受光素子が変換した電気信号に基づいて、前記シンチレータに入射した前記放射線のエネルギーに関する情報であるエネルギー情報を取得するエネルギー情報取得回路と、前記第1受光素子に対して第1バイアス電圧を印加する第1バイアス電圧供給電源と、前記第2受光素子に対して、前記第1バイアス電圧より低い第2バイアス電圧を印加する第2バイアス電圧供給電源とを備え、1つの前記シンチレータに対して、少なくとも1つの前記第1受光素子および少なくとも1つの前記第2受光素子が光学的に結合していることを特徴とする。
The present invention may have the following configuration in order to achieve such an object.
That is, in the radiation detector according to the present invention, at least one scintillator for detecting incident radiation and emitting light, and a first light receiving element for converting the light emitted from the scintillator into an electric signal are arranged in a matrix And at least one first light detecting means optically coupled to the scintillator, and a second light receiving element for converting light emitted from the scintillator into an electric signal, which is disposed in a matrix, Timing information for acquiring timing information, which is information on the time when the radiation is incident on the scintillator, based on at least one second light detection unit optically coupled and the electric signal converted by the first light receiving element The radiation incident on the scintillator based on an acquisition circuit and an electrical signal converted by the second light receiving element. An energy information acquisition circuit that acquires energy information that is information related to the energy of the first light source; a first bias voltage supply power source that applies a first bias voltage to the first light receiving element; and a second bias voltage supply source for applying a lower than the first bias voltage second bias voltage, to one of the previous SL scintillator, at least one of said first light receiving element and at least one of said second light receiving element There characterized in that it optically histological bound.

[作用・効果]本発明に係る放射線検出器によれば、第1光検出手段は第1受光素子を備え、第2光検出手段は第2受光素子を備えている。タイミング情報取得回路は第1受光素子の電気信号に基づいてタイミング情報を取得し、エネルギー情報取得回路は第2受光素子の電気信号に基づいてエネルギー情報を取得する。   [Operation / Effect] According to the radiation detector of the present invention, the first light detection means comprises the first light receiving element, and the second light detection means comprises the second light receiving element. The timing information acquisition circuit acquires timing information based on the electrical signal of the first light receiving element, and the energy information acquisition circuit acquires energy information based on the electrical signal of the second light receiving element.

シンチレータの各々は、少なくとも1つの第1受光素子および少なくとも1つの第2受光素子の各々と光学的に結合している。すなわちシンチレータに入射した放射線は光に変換された後、一部は第1受光素子を介してタイミング情報となり、残りの一部は第2受光素子を介してエネルギー情報となる。   Each of the scintillators is optically coupled to each of the at least one first light receiving element and the at least one second light receiving element. That is, after the radiation incident on the scintillator is converted into light, a part becomes timing information through the first light receiving element, and the remaining part becomes energy information through the second light receiving element.

すなわちタイミング情報所得用の受光素子である第1受光素子と、エネルギー情報取得用の受光素子である第2受光素子とが別に設けられている。この場合、第1受光素子に対してはタイミング分解能を向上させるような仕様に設定しつつ、第2受光素子に対してはエネルギー分解能を向上させるような別の仕様に設定できる。従って、放射線検出器における、タイミング分解能とエネルギー分解能との両方を好適に向上させることが可能となる。   That is, a first light receiving element which is a light receiving element for acquiring timing information and a second light receiving element which is a light receiving element for acquiring energy information are separately provided. In this case, it is possible to set the specification to improve the timing resolution for the first light receiving element, and to set the other specification to improve the energy resolution for the second light receiving element. Therefore, it is possible to preferably improve both the timing resolution and the energy resolution in the radiation detector.

そして第1受光素子を備える第1光検出手段と、第2受光素子を備える第2光検出手段はそれぞれ別の構成となっている。そのためタイミング分解能を向上させるような仕様となっている既存の光検出手段を第1光検出手段として、エネルギー分解能を向上させるような別の仕様となっている既存の光検出手段を第2光検出手段としてそれぞれ流用できる。すなわち第1受光素子と第2受光素子とを備える光検出手段を新たに製造する必要がないので、本発明に係る放射線検出器をより容易に製造できる。   The first light detection means having the first light receiving element and the second light detection means having the second light receiving element have different configurations. Therefore, the existing light detection means having a specification for improving the timing resolution as the first light detection means, and the existing light detection means having another specification for improving the energy resolution a second light detection Each can be diverted as a means. That is, since it is not necessary to newly manufacture the light detection means provided with the first light receiving element and the second light receiving element, the radiation detector according to the present invention can be manufactured more easily.

[作用・効果]本発明に係る放射線検出器によれば、第1バイアス電圧供給電源は第1の受光素子に対して第1バイアス電圧を印加する。第2バイアス電圧供給電源は第2の受光素子に対して、前記第1バイアス電圧より低い第2バイアス電圧を印加する。このような構成では、第1受光素子に対して比較的高電圧である第1バイアス電圧が印加される。バイアス電圧が高くなることにより、受光素子から取得されるタイミング分解能が向上する。従って、タイミング情報取得用の第1受光素子から出力される電気信号に基づいて、より高分解能のタイミング情報を取得できる。   [Operation and Effect] According to the radiation detector of the present invention, the first bias voltage supply power source applies the first bias voltage to the first light receiving element. The second bias voltage supply applies a second bias voltage lower than the first bias voltage to the second light receiving element. In such a configuration, a first bias voltage, which is a relatively high voltage, is applied to the first light receiving element. By increasing the bias voltage, the timing resolution obtained from the light receiving element is improved. Therefore, higher resolution timing information can be acquired based on the electrical signal output from the first light receiving element for acquiring timing information.

一方で第2の受光素子に対して、第1バイアス電圧より低い第2バイアス電圧が印加される。バイアス電圧が低くなることにより、受光素子から取得されるエネルギー分解能が向上する。従って、エネルギー情報取得用の第2受光素子から出力される電気信号に基づいて、より高分解能のエネルギー情報を取得できる。   On the other hand, a second bias voltage lower than the first bias voltage is applied to the second light receiving element. Lowering the bias voltage improves the energy resolution obtained from the light receiving element. Therefore, higher resolution energy information can be acquired based on the electrical signal output from the second light receiving element for acquiring energy information.

また、上述した発明において、前記第1受光素子の単位面積あたりにおける受光可能領域の面積は、前記第2受光素子の単位面積あたりにおける受光可能領域の面積より広くなるように構成されることが好ましい。   In the invention described above, it is preferable that the area of the light receivable area per unit area of the first light receiving element is wider than the area of the light receivable area per unit area of the second light receiving element. .

[作用・効果]本発明に係る放射線検出器によれば、第1受光素子の単位面積あたりにおける受光可能領域の面積は、第2受光素子の単位面積あたりにおける受光可能領域の面積より広くなるように構成される。単位面積あたりにおける受光可能領域の面積が広くなることにより、受光素子から取得されるタイミング分解能が向上する。従って、タイミング情報取得用の第1受光素子から出力される電気信号に基づいて、より高分解能のタイミング情報を取得できる。   According to the radiation detector of the present invention, the area of the light receivable area per unit area of the first light receiving element is larger than the area of the light receivable area per unit area of the second light receiving element. Configured By widening the area of the light receivable region per unit area, the timing resolution acquired from the light receiving element is improved. Therefore, higher resolution timing information can be acquired based on the electrical signal output from the first light receiving element for acquiring timing information.

一方で単位面積あたりにおける第2受光素子の受光可能領域の面積が狭くなることによりフォトン数が減り、受光素子から取得されるエネルギー分解能はやや低下する。しかし上述したようにマイクロセルのピッチを小さくしてリニアリティを改善させるなどの工夫によって劣化を防ぎ、より高分解能のエネルギー情報を取得できる。   On the other hand, as the area of the light receiving region of the second light receiving element per unit area is narrowed, the number of photons is decreased, and the energy resolution obtained from the light receiving element is slightly reduced. However, as described above, it is possible to prevent deterioration by devising the pitch of the microcell to improve the linearity, etc., and to obtain higher resolution energy information.

また、上述した発明において、前記第2受光素子の面積は、前記第1受光素子の面積の2%〜40%であることが好ましい。 Further, in the invention described above, the area of the second light receiving element is preferably 2% to 40% of the area of the first light receiving element.

[作用・効果]本発明に係る放射線検出器によれば、光検出手段の光検出面における第2受光素子の面積は、光検出手段の光検出面における第1受光素子の面積の2%〜40%である。この場合、第2受光素子を用いて取得されるエネルギー分解能を保ちつつ、第1受光素子を用いて取得されるタイミング分解能が好適に向上される。そのため、放射線検出器に入射する放射線について、より精度の高い情報を取得できる。   According to the radiation detector of the present invention, the area of the second light receiving element in the light detection surface of the light detection means is 2% of the area of the first light reception element in the light detection surface of the light detection means 40%. In this case, the timing resolution acquired using the first light receiving element is suitably improved while maintaining the energy resolution acquired using the second light receiving element. Therefore, more accurate information can be acquired about the radiation which injects into a radiation detector.

また本発明に係る放射線検出器が、一次元方向または二次元方向に複数配列されて構成される検出器モジュールについても開示されている。このような検出器モジュールは本発明に係る放射線検出器の効果を有しており、タイミング分解能とエネルギー分解能との両方を好適に向上させることを可能とする。従って、このような検出器モジュールを各種PET装置、特にTOF−PETに適用することにより、エネルギー分解能とタイミング分解能との双方を向上させることができる。その結果、PET装置などを用いる核医学診断において、放射線薬剤の分布をより精密に表示する放射線画像を取得することによって、より適切な診断を行うことが可能となる。   Also disclosed is a detector module in which a plurality of radiation detectors according to the present invention are arranged in one or two dimensions. Such a detector module has the effect of the radiation detector according to the invention and makes it possible to preferably improve both timing resolution and energy resolution. Therefore, by applying such a detector module to various PET devices, particularly TOF-PET, both energy resolution and timing resolution can be improved. As a result, in nuclear medicine diagnosis using a PET apparatus or the like, it is possible to perform more appropriate diagnosis by acquiring a radiation image that more accurately displays the distribution of a radiation drug.

本発明に係る放射線検出器および検出器モジュールによれば、光検出手段はシンチレータが発光する光を電気信号に変換する第1受光素子と第2受光素子とを備えている。タイミング情報取得回路は第1受光素子の電気信号に基づいてタイミング情報を取得し、エネルギー情報取得回路は第2受光素子の電気信号に基づいてエネルギー情報を取得する。   According to the radiation detector and the detector module according to the present invention, the light detection means includes the first light receiving element and the second light receiving element for converting the light emitted by the scintillator into an electric signal. The timing information acquisition circuit acquires timing information based on the electrical signal of the first light receiving element, and the energy information acquisition circuit acquires energy information based on the electrical signal of the second light receiving element.

シンチレータの各々は、少なくとも1つの第1受光素子および少なくとも1つの第2受光素子の各々と光学的に結合している。すなわちシンチレータに入射した放射線は光に変換された後、一部は第1受光素子を介してタイミング情報となり、残りの一部は第2受光素子を介してエネルギー情報となる。   Each of the scintillators is optically coupled to each of the at least one first light receiving element and the at least one second light receiving element. That is, after the radiation incident on the scintillator is converted into light, a part becomes timing information through the first light receiving element, and the remaining part becomes energy information through the second light receiving element.

すなわちタイミング情報所得用の受光素子である第1受光素子と、エネルギー情報取得用の受光素子である第2受光素子とが別に設けられている。この場合、第1受光素子に対してはタイミング分解能を向上させるような仕様に設定しつつ、第2受光素子に対してはエネルギー分解能を向上させるような別の仕様に設定できる。従って、放射線検出器における、タイミング分解能とエネルギー分解能との両方を好適に向上させることが可能となる。   That is, a first light receiving element which is a light receiving element for acquiring timing information and a second light receiving element which is a light receiving element for acquiring energy information are separately provided. In this case, it is possible to set the specification to improve the timing resolution for the first light receiving element, and to set the other specification to improve the energy resolution for the second light receiving element. Therefore, it is possible to preferably improve both the timing resolution and the energy resolution in the radiation detector.

実施例1に係る放射線検出器の全体構成を示す図である。(a)は放射線検出器の全体構成を示す俯瞰図であり、(b)は放射線検出器がマトリクス状に配列されて構成される検出器モジュールの全体構成を示す俯瞰図であり、(c)は検出器モジュールを用いて構成されるPET装置の全体構成を示す縦断面図である。FIG. 1 is a diagram showing an entire configuration of a radiation detector according to a first embodiment. (A) is a bird's-eye view showing the entire configuration of the radiation detector, (b) is a bird's-eye view showing the overall configuration of the detector module configured by arranging the radiation detector in a matrix, (c) FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing the entire configuration of a PET apparatus configured using a detector module. 実施例1に係る光検出器の構成を示す図である。(a)は光検出器の構成を示す平面図であり、(b)はマイクロセルの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a light detector according to a first embodiment. (A) is a top view which shows the structure of a photodetector, (b) is a figure which shows the structure of a microcell. 実施例1に係る放射線検出器について、マイクロセルの配列パターンの例を示す平面図である。(a)はマイクロセル15bが一次元方向に配列するパターンを示す図であり、(b)はマイクロセル15bが二次元マトリクス状に密集して配列するパターンを示す図であり、(c)はマイクロセル15aおよびマイクロセル15bが分散して配列するパターンを示す図である。It is a top view which shows the example of the array pattern of microcells about the radiation detector which concerns on Example 1. FIG. (A) is a diagram showing a pattern in which microcells 15b are arrayed in a one-dimensional direction, (b) is a diagram showing a pattern in which microcells 15b are densely arranged in a two-dimensional matrix, and (c) is a diagram It is a figure which shows the pattern which the microcell 15a and the microcell 15b disperse | distribute and arrange. 実施例1に係る放射線検出器について、各マイクロセルに対して仕様を変える構成を示す図である。(a)は各マイクロセルに対してそれぞれ異なるバイアス電圧を印加する構成を示す俯瞰図であり、(b)は各マイクロセルに対してそれぞれ異なるバイアス電圧を印加する構成を示す回路図である。It is a figure which shows the structure which changes a specification with respect to each microcell about the radiation detector which concerns on Example 1. FIG. (A) is a bird's-eye view which shows the structure which applies a different bias voltage with respect to each microcell, (b) is a circuit diagram which shows the structure which applies a different bias voltage with respect to each microcell. 実施例2に係る放射線検出器について、マイクロセルの配列パターンの例を示す平面図である。(a)はマイクロセル15bが一次元方向に配列するパターンを示す図であり、(b)はマイクロセル15bが二次元マトリクス状に密集して配列するパターンを示す図であり、(c)はマイクロセル15aおよびマイクロセル15bが分散して配列するパターンを示す図である。It is a top view which shows the example of the array pattern of microcells about the radiation detector which concerns on Example 2. FIG. (A) is a diagram showing a pattern in which microcells 15b are arrayed in a one-dimensional direction, (b) is a diagram showing a pattern in which microcells 15b are densely arranged in a two-dimensional matrix, and (c) is a diagram It is a figure which shows the pattern which the microcell 15a and the microcell 15b disperse | distribute and arrange. 実施例2に係る放射線検出器について、各マイクロセルに対して仕様を変える構成を示す図である。(a)は各マイクロセルに対してそれぞれ同じバイアス電圧を印加する構成を示す俯瞰図であり、(b)は各マイクロセルに対してそれぞれ同じバイアス電圧を印加する構成を示す回路図である。It is a figure which shows the structure which changes a specification with respect to each microcell about the radiation detector which concerns on Example 2. FIG. (A) is a bird's-eye view which shows the structure which applies the same bias voltage with respect to each microcell, (b) is a circuit diagram which shows the structure which applies the same bias voltage with respect to each microcell, respectively. 実施例3に係る放射線検出器の構成を示す図である。(a)は放射線検出器の全体構成を示す俯瞰図であり、(b)はマイクロセル15aのピッチ長さがマイクロセル15bのピッチ長さと同じである配列パターンの例を示す図であり、(c)はマイクロセル15aのピッチ長さがマイクロセル15bのピッチ長さより長い配列パターンの例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the configuration of a radiation detector according to a third embodiment. (A) is a bird's-eye view showing the entire configuration of the radiation detector, (b) is a view showing an example of an array pattern in which the pitch length of the microcell 15a is the same as the pitch length of the microcell 15b c) shows an example of an array pattern in which the pitch length of the microcell 15a is longer than the pitch length of the microcell 15b. 実施例3に係る放射線検出器について、各マイクロセルに対して仕様を変える構成を示す図である。(a)は各マイクロセルに対してそれぞれ異なるバイアス電圧を印加する構成を示す俯瞰図であり、(b)は各マイクロセルに対してそれぞれ異なるバイアス電圧を印加する構成を示す回路図である。It is a figure which shows the structure which changes a specification with respect to each microcell about the radiation detector which concerns on Example 3. FIG. (A) is a bird's-eye view which shows the structure which applies a different bias voltage with respect to each microcell, (b) is a circuit diagram which shows the structure which applies a different bias voltage with respect to each microcell. 変形例に係る放射線検出器の全体構成を示す図である。(a)は放射線検出器の全体構成を示す俯瞰図であり、(b)は放射線検出器がマトリクス状に配列されて構成される検出器モジュールの全体構成を示す俯瞰図であり、(c)はマイクロセルの配列パターンの例を示す平面図である。It is a figure showing the whole radiation detector composition concerning a modification. (A) is a bird's-eye view showing the entire configuration of the radiation detector, (b) is a bird's-eye view showing the overall configuration of the detector module configured by arranging the radiation detector in a matrix, (c) These are top views which show the example of the array pattern of microcell. 従来例に係る放射線検出器の全体構成を示す図である。(a)は放射線検出器の全体構成を示す俯瞰図であり、(b)は放射線検出器がマトリクス状に配列されて構成される検出器モジュールの全体構成を示す俯瞰図であり、(c)はマイクロセルが配列される光検出器の構成を示す平面図であり、(d)はマイクロセルの構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the radiation detector which concerns on a prior art example. (A) is a bird's-eye view showing the entire configuration of the radiation detector, (b) is a bird's-eye view showing the overall configuration of the detector module configured by arranging the radiation detector in a matrix, (c) These are top views which show the structure of the photodetector in which a micro cell is arranged, (d) is a figure which shows the structure of a micro cell. 従来例に係る放射線検出器の構成を示す図である。(a)は各マイクロセルに対してバイアス電圧を印加する構成を示す俯瞰図であり、(b)は各マイクロセルに対してバイアス電圧を印加する構成を示す回路図である。It is a figure which shows the structure of the radiation detector which concerns on a prior art example. (A) is a bird's-eye view which shows the structure which applies a bias voltage with respect to each microcell, (b) is a circuit diagram which shows the structure which applies a bias voltage with respect to each microcell.

以下、図面を参照してこの発明の実施例1を説明する。   The first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

実施例1に係る放射線検出器1は図1(a)に示すように、シンチレータ3と光検出器5とが光学的に接合して構成されている。シンチレータ3はLYSOやLFSなどによって構成されており、入射するγ線との相互作用によってフォトンを多数発生する。光検出器5はシンチレータ3から発生したフォトンを検出して電気信号に変換する。実施例1において、光検出器5は本発明における光検出手段に相当する。   As shown in FIG. 1A, the radiation detector 1 according to the first embodiment is configured by optically joining the scintillator 3 and the light detector 5. The scintillator 3 is made of LYSO, LFS or the like, and generates a large number of photons by interaction with the incident γ-ray. The photodetector 5 detects photons generated from the scintillator 3 and converts it into an electrical signal. In the first embodiment, the light detector 5 corresponds to the light detection means in the present invention.

光検出器5の一例としては、受光素子がマトリクス状に配列されて構成されるSiPMなどが挙げられる。実施例1において、光検出器5としてSiPMを用いて説明する。図1(b)に示すように、基板6の上に放射線検出器1が一次元方向または二次元方向に多数配列されることにより、検出器モジュール2が構成される。   An example of the light detector 5 includes SiPM configured by arranging light receiving elements in a matrix. The first embodiment will be described using SiPM as the light detector 5. As shown in FIG. 1B, the detector module 2 is configured by arranging a large number of radiation detectors 1 in the one-dimensional direction or two-dimensional direction on the substrate 6.

実施例1に係る放射線検出器1を備えるPET装置7の構成については図1(c)に示す通りである。すなわちPET装置7は被検体を導入する導入孔9が設けられたガントリ11を備えている。ガントリ11の内部には筐体13が設けられている。筐体13の内部には、導入孔9を囲むように検出器モジュール2がリング状に配列されている。放射線検出器1の各々と筐体13とは連結ベース14によって連結されている。図1(c)において、導入孔9の中心Moから検出器モジュール2の検出面(xy平面)へ向かう方向がγ線の入射方向となる。   The configuration of the PET device 7 provided with the radiation detector 1 according to the first embodiment is as shown in FIG. 1 (c). That is, the PET apparatus 7 is provided with a gantry 11 provided with an introduction hole 9 for introducing a subject. A housing 13 is provided inside the gantry 11. Inside the housing 13, the detector modules 2 are arranged in a ring shape so as to surround the introduction hole 9. Each of the radiation detectors 1 and the housing 13 are connected by a connection base 14. In FIG. 1C, the direction from the center Mo of the introduction hole 9 to the detection surface (xy plane) of the detector module 2 is the incident direction of the γ ray.

図1(c)においてリング状に配列されている検出器モジュール2の数は8つであるが、リング構造を形成する検出器モジュール2の数は適宜変更してよい。また放射線検出器1の適用対象となるPET装置7としては、通常のPET装置の他にTOF−PETやPET−MRなど、様々な種類のPET装置を用いることができる。   Although the number of detector modules 2 arranged in a ring in FIG. 1C is eight, the number of detector modules 2 forming a ring structure may be changed as appropriate. Moreover, as PET apparatus 7 used as the application object of the radiation detector 1, various types of PET apparatuses, such as TOF-PET and PET-MR other than a normal PET apparatus, can be used.

次に、光検出器5の構造について説明する。光検出器5として用いられるSiPMは図2(a)に示すように、マイクロセル15が二次元マトリクス状に多数配列されている。各々のマイクロセル15は図2(b)に示すように、APD17とクエンチング抵抗19とを備えている。APD17は光を電気情報に変換する光電変換素子であり、マイクロセル15に入射するフォトンを検出して電気信号に変換する。マイクロセル15は本発明における受光素子に相当する。   Next, the structure of the light detector 5 will be described. As shown in FIG. 2A, a large number of microcells 15 are arranged in a two-dimensional matrix, as shown in FIG. 2A. Each microcell 15 is provided with an APD 17 and a quenching resistor 19 as shown in FIG. 2 (b). The APD 17 is a photoelectric conversion element that converts light into electrical information, detects photons incident on the microcell 15, and converts the photon into an electrical signal. The microcell 15 corresponds to the light receiving element in the present invention.

マイクロセル15において、APD17が占めておりフォトンを検出できる領域を受光領域Fとする。一方、マイクロセル15において、受光領域Fの周縁部にはフォトン不感性の材料で構成される隔壁が設けられている。このような隔壁が設けられている領域を不感領域Nとする。このように実施例1に係る放射線検出器1では1つのシンチレータ3に対して1つの光検出器5が光学的に結合している。そして1つのシンチレータ3において発生するフォトンは、光検出器5に配列されている複数のマイクロセル15の各々によって電気信号に変換され、γ線検出信号として光検出器5から出力される。   An area occupied by the APD 17 in the microcell 15 and capable of detecting photons is referred to as a light receiving area F. On the other hand, in the microcell 15, on the periphery of the light receiving area F, a partition made of a photon insensitive material is provided. An area in which such a partition wall is provided is referred to as a dead area N. As described above, in the radiation detector 1 according to the first embodiment, one photodetector 5 is optically coupled to one scintillator 3. Then, photons generated in one scintillator 3 are converted into electric signals by each of the plurality of microcells 15 arranged in the light detector 5, and are output from the light detector 5 as a γ-ray detection signal.

<実施例1において特徴的な構成>
ここで実施例1に係る放射線検出器1に特徴的な構成について説明する。放射線検出器1は、1つのシンチレータ3に対して、γ線が入射する時間の情報(タイミング情報)を取得するマイクロセル15と、入射したγ線のエネルギーに関する情報(エネルギー情報)を取得するマイクロセル15とを別にする構成を有している。
<Characteristic Configuration in Embodiment 1>
Here, the characteristic configuration of the radiation detector 1 according to the first embodiment will be described. The radiation detector 1 has a microcell 15 for acquiring information (timing information) of a time during which a γ ray is incident to one scintillator 3 and a microcell for acquiring information (energy information) regarding the energy of the incident γ ray. It has a configuration in which the cell 15 is separated.

すなわち図3(a)に示すように、光検出器5の検出面にはタイミング情報の取得に用いられるマイクロセル15aと、エネルギー情報の取得に用いられるマイクロセル15bとが混在するように配設されている。説明の便宜上、図3以降においてマイクロセル15aは受光領域Fを網点で示し、マイクロセル15bは受光領域Fを斜線で示すことによって両者を区別する。マイクロセル15aの各々は本発明における第1受光素子に相当し、マイクロセル15bの各々は本発明における第2受光素子に相当する。   That is, as shown in FIG. 3A, the detection surface of the light detector 5 is disposed so that the microcell 15a used for acquiring timing information and the microcell 15b used for acquiring energy information are mixed. It is done. For convenience of explanation, in FIG. 3 and later, the microcell 15a indicates the light receiving area F by halftone dots, and the microcell 15b indicates the light receiving area F by hatching to distinguish them. Each of the microcells 15a corresponds to a first light receiving element in the present invention, and each of the microcells 15b corresponds to a second light receiving element in the present invention.

光検出器5の検出面における、マイクロセル15aおよびマイクロセル15bの配列パターンは図3(a)に示すパターンに限ることはなく、適宜変更してよい。すなわち図3(b)に示すように、光検出器5の中央領域など、適当な位置にマイクロセル15aを密集させてもよい。また図3(c)に示すようにマイクロセル15aの各々、およびマイクロセル15bの各々を光検出器5のフォトン検出面の全面にわたって分散させる構成であってもよい。   The arrangement pattern of the microcells 15a and the microcells 15b on the detection surface of the photodetector 5 is not limited to the pattern shown in FIG. 3A, and may be changed as appropriate. That is, as shown in FIG. 3 (b), the microcells 15a may be densely arranged at appropriate positions such as the central region of the light detector 5. Further, as shown in FIG. 3C, each of the microcells 15a and each of the microcells 15b may be dispersed over the entire surface of the photon detection surface of the photodetector 5.

なお光検出器5において、マイクロセル15bの面積の合計は、マイクロセル15aの面積の合計の2%〜40%であることが好ましく、より好ましくは3%〜30%である。最も好ましい例としては10%程度である。実施例1においてマイクロセル15bの面積の合計は、マイクロセル15aの面積の合計の10%程度であるものとする。   In the light detector 5, the total area of the microcells 15b is preferably 2% to 40%, and more preferably 3% to 30% of the total area of the microcells 15a. The most preferable example is about 10%. In the first embodiment, the total area of the microcells 15b is about 10% of the total area of the microcells 15a.

また放射線検出器1は図4(a)および図4(b)に示すように、さらに第1電源21と、第2電源23と、第1プリアンプ25と、第2プリアンプ27と、コンパレータ29と、シェーピングアンプ31とをそれぞれ備えている。第1電源21および第2電源23は、バイアス電圧を印加するための電圧供給電源である。第1電源21はマイクロセル15aの各々にバイアス電圧V1を印加する。第1電源23はマイクロセル15bの各々にバイアス電圧V2を印加する。バイアス電圧V1の高さはバイアス電圧V2の高さより高くなるように調整される。   The radiation detector 1 further includes a first power supply 21, a second power supply 23, a first preamplifier 25, a second preamplifier 27, and a comparator 29, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). , Shaping amplifiers 31 respectively. The first power supply 21 and the second power supply 23 are voltage supply power supplies for applying a bias voltage. The first power supply 21 applies a bias voltage V1 to each of the microcells 15a. The first power supply 23 applies a bias voltage V2 to each of the microcells 15b. The height of the bias voltage V1 is adjusted to be higher than the height of the bias voltage V2.

第1電源21は本発明における第1バイアス電圧供給電源に相当する。第2電源23は本発明における第2バイアス電圧供給電源に相当する。バイアス電圧V1は本発明における第1バイアス電圧に相当する。バイアス電圧V2は本発明における第2バイアス電圧に相当する。   The first power supply 21 corresponds to a first bias voltage supply power supply in the present invention. The second power supply 23 corresponds to a second bias voltage supply in the present invention. The bias voltage V1 corresponds to the first bias voltage in the present invention. The bias voltage V2 corresponds to the second bias voltage in the present invention.

第1プリアンプ25はマイクロセル15aに接続されており、マイクロセル15aからの出力信号を増幅して電圧に変換する。第2プリアンプ27はマイクロセル15bの各々に接続されており、マイクロセル15bの各々が出力する信号を増幅して電圧に変換する。コンパレータ29は第1プリアンプ25に接続されており、第1プリアンプ25によって増幅・変換された出力信号に基づいてタイミング情報を出力する。すなわちマイクロセル15aにおけるフォトン検出量が所定の閾値を超える時間に基づいて、タイミング情報がコンパレータ29から出力される。第1プリアンプ25およびコンパレータ29は、本発明におけるタイミング情報取得回路に相当する。   The first preamplifier 25 is connected to the microcell 15a, and amplifies an output signal from the microcell 15a to convert it into a voltage. The second preamplifier 27 is connected to each of the microcells 15b, and amplifies the signal output from each of the microcells 15b and converts it into a voltage. The comparator 29 is connected to the first preamplifier 25 and outputs timing information based on the output signal amplified and converted by the first preamplifier 25. That is, the timing information is output from the comparator 29 based on the time when the photon detection amount in the microcell 15a exceeds a predetermined threshold. The first preamplifier 25 and the comparator 29 correspond to the timing information acquisition circuit in the present invention.

シェーピングアンプ31は第2プリアンプ27に接続されており、第2プリアンプ27によって増幅・変換された出力信号に基づいてエネルギー情報を出力する。すなわち第2プリアンプ27の出力信号をさらに増幅・整形することにより、マイクロセル15bに入射したフォトンのエネルギーに比例した波高のパルスを取得する。シェーピングアンプ31により取得されるパルスの波高に基づいて、シンチレータ3に入射するγ線のエネルギーの高さに関する情報がエネルギー情報としてシェーピングアンプ31から出力される。第2プリアンプ27およびシェーピングアンプ31は、本発明におけるエネルギー情報取得回路に相当する。   The shaping amplifier 31 is connected to the second preamplifier 27 and outputs energy information based on the output signal amplified and converted by the second preamplifier 27. That is, by further amplifying and shaping the output signal of the second preamplifier 27, a pulse having a wave height proportional to the energy of photons incident on the microcell 15b is acquired. Based on the pulse height of the pulse acquired by the shaping amplifier 31, information on the height of the energy of the γ ray incident on the scintillator 3 is output from the shaping amplifier 31 as energy information. The second preamplifier 27 and the shaping amplifier 31 correspond to the energy information acquiring circuit in the present invention.

1つのシンチレータ3について得られた、タイミング情報およびエネルギー情報の各々は図示しない同時計数回路に送信される。すなわち同時計数回路には検出器モジュール2の各々に設けられている、シンチレータ3の各々におけるタイミング情報およびエネルギー情報が送信される。また同時計数回路には、タイミング情報およびエネルギー情報を出力するシンチレータ3の位置情報も送信される。同時計数回路はPET装置7に設けられている全てのシンチレータ3に係るタイミング情報、エネルギー情報、および位置情報に基づいて、同一の陽電子の対消滅によって発生したγ線電子対の位置情報を検出する。そしてγ線電子対の位置情報に基づいて、放射線薬剤の分布を表示する放射線画像が生成される。   Each of the timing information and energy information obtained for one scintillator 3 is sent to a coincidence circuit not shown. That is, timing information and energy information in each of the scintillators 3 provided in each of the detector modules 2 are transmitted to the coincidence circuit. Further, positional information of the scintillator 3 for outputting timing information and energy information is also transmitted to the coincidence circuit. The coincidence circuit detects the position information of the γ-ray electron pair generated by the annihilation of the same positron based on the timing information, energy information and position information of all the scintillators 3 provided in the PET device 7 . Then, based on the position information of the γ-ray electron pair, a radiation image representing the distribution of the radiation agent is generated.

このように、放射線検出器1はタイミング情報の出力に用いるマイクロセル15aとエネルギー情報の出力に用いるマイクロセル15bとを備えている。そのためマイクロセル15aの各々とマイクロセル15bの各々に対して、それぞれ異なる規格(仕様)に設定できる。すなわちマイクロセル15aに対してはタイミング分解能が向上するような所定の仕様に設定し、かつマイクロセル15bに対してはエネルギー分解能が向上するような別の仕様に設定することができる。   As described above, the radiation detector 1 includes the microcell 15a used for outputting timing information and the microcell 15b used for outputting energy information. Therefore, each of the microcells 15a and each of the microcells 15b can be set to different standards (specifications). That is, the microcell 15a can be set to a predetermined specification that improves the timing resolution, and the microcell 15b can be set to another specification that the energy resolution improves.

実施例1に係る放射線検出器1では、印加するバイアス電圧をそれぞれ異なる高さに設定することにより、タイミング分解能とエネルギー分解能とをいずれも向上するように構成されている。すなわち1つのシンチレータ3に光学結合している複数のマイクロセル15のうち、タイミング情報の取得に用いるマイクロセル15aの各々には第1電源21によって、比較的高電圧であるバイアス電圧V1が印加される。一方でエネルギー情報の取得に用いるマイクロセル15bの各々には第2電源23によって、比較的低電圧であるバイアス電圧V2が印加される。   The radiation detector 1 according to the first embodiment is configured to improve both the timing resolution and the energy resolution by setting the bias voltages to be applied to different heights. That is, the bias voltage V1 which is a relatively high voltage is applied by the first power supply 21 to each of the microcells 15a used for acquiring timing information among the plurality of microcells 15 optically coupled to one scintillator 3 Ru. On the other hand, a bias voltage V2, which is a relatively low voltage, is applied by the second power supply 23 to each of the microcells 15b used to acquire energy information.

バイアス電圧の高さを上昇させる場合、フォトンの検出効率(PDE)が上昇するのでフォトン検出量が所定の閾値を超えるまでの時間の揺らぎは小さくなる。従って、高電圧のバイアス電圧V1をマイクロセル15aに印加させることにより、マイクロセル15aによって取得されるタイミング分解能が向上する。   When raising the height of the bias voltage, the photon detection efficiency (PDE) is increased, so that the fluctuation of time until the photon detection amount exceeds the predetermined threshold value is reduced. Therefore, by applying a high voltage bias voltage V1 to the microcell 15a, the timing resolution acquired by the microcell 15a is improved.

一方でPDEを上昇させた場合、同一のマイクロセル15が同時にフォトンを検出する確率が上昇するのでマイクロセルの出力に基づいて得られるエネルギー分解能は低下する。しかしマイクロセル15aはシンチレータ3においてタイミング情報の取得に専ら用いるマイクロセルである。そのためマイクロセル15aにおけるPDEが上昇しても、シンチレータ3におけるエネルギー分解能は低下しない。従って、高電圧のバイアス電圧V1をマイクロセル15aに印加することにより、シンチレータ3においてタイミング分解能の向上という有利な効果のみを享受できる。   On the other hand, when raising the PDE, the probability that the same microcell 15 detects photons at the same time increases, and the energy resolution obtained based on the output of the microcell decreases. However, the microcell 15 a is a microcell used exclusively for acquiring timing information in the scintillator 3. Therefore, even if the PDE in the microcell 15a rises, the energy resolution in the scintillator 3 does not decrease. Therefore, by applying the high-voltage bias voltage V1 to the microcell 15a, the scintillator 3 can enjoy only the advantageous effect of improving the timing resolution.

一方、バイアス電圧の高さを低下させる場合、フォトンの検出効率が低下するので同一のマイクロセルにおいて2個以上のフォトンが同時に検出される確率を低減できる。従って、低電圧のバイアス電圧V2をマイクロセル15bに印加することにより、マイクロセル15bによって取得されるエネルギー分解能が向上する。   On the other hand, when the height of the bias voltage is lowered, the photon detection efficiency is lowered, so the probability that two or more photons are simultaneously detected in the same microcell can be reduced. Therefore, by applying a low voltage bias voltage V2 to the microcell 15b, the energy resolution obtained by the microcell 15b is improved.

なおPDEの低下によりマイクロセルの出力に基づいて得られるタイミング分解能は低下する。しかしマイクロセル15bはシンチレータ3において、エネルギー情報の取得に専ら用いるマイクロセルである。そのためマイクロセル15bにおけるPDEが低下しても、シンチレータ3におけるタイミング分解能は低下しない。従って、比較的低電圧のバイアス電圧V2をマイクロセル15bへ印加させることにより、シンチレータ3においてエネルギー分解能の向上という有利な効果のみを享受できる。   Note that the degradation of PDE reduces the timing resolution obtained based on the output of the microcell. However, the microcell 15 b is a microcell used exclusively for acquiring energy information in the scintillator 3. Therefore, even if the PDE in the microcell 15b decreases, the timing resolution in the scintillator 3 does not decrease. Therefore, by applying the relatively low voltage bias voltage V2 to the microcell 15b, only the advantageous effect of improving the energy resolution can be obtained in the scintillator 3.

このように、実施例1ではタイミング情報取得用のマイクロセル15aに対してはPDEを比較的高くするような仕様に設定し、エネルギー情報取得用のマイクロセル15bに対してはPDEを比較的低くするような別の仕様に設定する。具体的にはマイクロセル15aとマイクロセル15bとでバイアス電圧(供給電圧)の高さを変えることにより、タイミング分解能を向上させつつエネルギー分解能を向上させることが可能となる。   As described above, in the first embodiment, the specification is made such that the PDE is relatively high for the microcell 15a for timing information acquisition, and the PDE is relatively low for the microcell 15b for energy information acquisition. Set to another specification that you want to Specifically, by changing the height of the bias voltage (supply voltage) between the microcell 15a and the microcell 15b, it is possible to improve the energy resolution while improving the timing resolution.

<実施例1の構成による効果>
実施例1に係る放射線検出器1では、シンチレータ3と光検出器5とが1対1で光学結合している。そして光検出器5にはタイミング情報の取得に用いられるマイクロセル15aとエネルギー情報の取得に用いられるマイクロセル15bとが設けられている。
<The effect by the structure of Example 1>
In the radiation detector 1 according to the first embodiment, the scintillator 3 and the photodetector 5 are optically coupled in a one-to-one manner. The photodetector 5 is provided with a microcell 15a used to acquire timing information and a microcell 15b used to acquire energy information.

従来の放射線検出器では図11(a)および図11(b)に示すように、マイクロセル107の各々から出力された電気信号は、コンパレータ115およびシェーピングアンプ117へ並列に送信される。そしてコンパレータ115の出力に基づいてタイミング情報が取得され、シェーピングアンプ117の出力に基づいてエネルギー情報が取得される。すなわち光検出器105に設けられているマイクロセル107は、いずれもタイミング情報の取得とエネルギー情報の取得との両方に兼用される。   In the conventional radiation detector, as shown in FIGS. 11A and 11B, the electrical signals output from each of the microcells 107 are transmitted in parallel to the comparator 115 and the shaping amplifier 117. Then, timing information is acquired based on the output of the comparator 115, and energy information is acquired based on the output of the shaping amplifier 117. That is, the microcells 107 provided in the light detector 105 are both used for both acquisition of timing information and acquisition of energy information.

そのため従来の放射線検出器101において、高いタイミング分解能と高いエネルギー分解能とを両立することが困難となる。すなわちタイミング情報の精度を向上すべく、全てのマイクロセル107へ印加するバイアス電圧Vを高くすると、フォトン検出効率(PDE)が上昇する。その結果、同一のマイクロセル107が同時に2以上のフォトンを検出する確率が上昇するのでエネルギー情報の精度が低下する。一方でエネルギー情報の精度を向上すべく、全てのマイクロセル107へ印加するバイアス電圧Vを低くすると、フォトン検出効率が低下する。その結果、フォトン検出量が所定の閾値を超える時間の揺らぎが大きくなるのでタイミング情報の精度が低下する。   Therefore, in the conventional radiation detector 101, it is difficult to achieve both high timing resolution and high energy resolution. That is, if the bias voltage V applied to all the microcells 107 is increased to improve the accuracy of timing information, the photon detection efficiency (PDE) is increased. As a result, the probability that the same microcell 107 detects two or more photons at the same time increases, and the accuracy of the energy information decreases. On the other hand, if the bias voltage V applied to all the microcells 107 is lowered to improve the accuracy of the energy information, the photon detection efficiency is lowered. As a result, since the fluctuation of time during which the photon detection amount exceeds the predetermined threshold value becomes large, the accuracy of the timing information decreases.

そこで実施例1に係る放射線検出器1では、光検出器5に設けられる複数のマイクロセル15のうち、一部はタイミング情報の取得に専ら用いられるマイクロセル15aとする。そして他の一部はエネルギー情報の取得に専ら用いられるマイクロセル15bとする。このように放射線検出器1では1つのシンチレータ3に対して、タイミング情報取得専用のマイクロセル15aとエネルギー情報取得専用のマイクロセル15bとがそれぞれ1つ以上光学結合している。   Therefore, in the radiation detector 1 according to the first embodiment, among the plurality of microcells 15 provided in the light detector 5, some are microcells 15a exclusively used for acquiring timing information. The other part is a microcell 15b exclusively used for acquiring energy information. As described above, in the radiation detector 1, one microcell 15 a dedicated to acquiring timing information and one microcell 15 b dedicated to acquiring energy information are respectively optically coupled to one scintillator 3.

そしてマイクロセル15aには比較的高電圧のバイアス電圧V1を印加する第1電源21が接続され、マイクロセル15bには比較的低電圧のバイアス電圧V2を印加する第2電源23が接続されている。そのため放射線検出器1では、マイクロセル15aおよびマイクロセル15bの各々に対して、それぞれ高さの異なるバイアス電圧を印加することができる。   A first power supply 21 applying a relatively high voltage bias voltage V1 is connected to the microcell 15a, and a second power supply 23 applying a relatively low voltage bias voltage V2 is connected to the microcell 15b. . Therefore, in the radiation detector 1, bias voltages different in height can be applied to each of the microcell 15a and the microcell 15b.

タイミング情報取得専用のマイクロセル15aに高電圧のバイアス電圧V1を印加することにより、エネルギー分解能の低下を回避しつつタイミング情報の精度を向上できる。そしてエネルギー情報取得専用のマイクロセル15bに低電圧のバイアス電圧V2を印加することにより、タイミング分解能の低下を回避しつつエネルギー情報の精度を向上できる。その結果、放射線検出器1における、タイミング分解能およびエネルギー分解能をいずれも向上させることが可能となる。   By applying the bias voltage V1 of high voltage to the microcell 15a dedicated to timing information acquisition, it is possible to improve the accuracy of timing information while avoiding a decrease in energy resolution. Then, by applying a low voltage bias voltage V2 to the microcell 15b dedicated to energy information acquisition, it is possible to improve the accuracy of energy information while avoiding a decrease in timing resolution. As a result, it is possible to improve both the timing resolution and the energy resolution in the radiation detector 1.

近年ではシンチレータ3として、LYSOやLFSなどのルテチウム系(Lu系)の材料が用いられている。このようなLu系シンチレータは従来用いられていたBGOなどのビスマス系シンチレータと比べて発光量が約10倍程度大きい。ここで発明者による検討の結果、発光量が大きく異なるにも関わらず、Lu系シンチレータとビスマス系シンチレータとはいずれもエネルギー分解能に差はなく、15%程度であった。   In recent years, a lutetium-based (Lu-based) material such as LYSO or LFS is used as the scintillator 3. Such a Lu-based scintillator has a luminescence amount about 10 times as large as that of a bismuth-based scintillator such as BGO used conventionally. Here, as a result of examination by the inventor, there was no difference in the energy resolution between the Lu-based scintillator and the bismuth-based scintillator, which was about 15%, although the light emission amount largely differs.

すなわち全マイクロセルのうち、エネルギー情報の取得に寄与するマイクロセルを、タイミング情報の取得に寄与するマイクロセルの10%程度とする場合、放射線検出器のエネルギー分解能を維持しつつタイミング分解能を向上できることとなる。そしてさらなる鋭意検討の結果、エネルギー情報の取得に寄与するマイクロセル15bが、タイミング情報の取得に寄与するマイクロセル15aの2%〜40%程度である場合に本発明の効果を好適に奏することが判明した。   That is, when the microcells contributing to the acquisition of energy information among all the microcells are about 10% of the microcells contributing to the acquisition of timing information, the timing resolution can be improved while maintaining the energy resolution of the radiation detector. It becomes. And as a result of further earnest examination, when the microcell 15b contributing to the acquisition of energy information is about 2% to 40% of the microcell 15a contributing to the acquisition of timing information, the effect of the present invention is suitably exhibited. found.

このように、1つのシンチレータ3に対して1つ以上のマイクロセル15aと1つ以上のマイクロセル15bとがそれぞれ光学結合する構成により、シンチレータ3に入射するγ線についてのタイミング情報およびエネルギー情報は、いずれも精度を向上できる。そしてシンチレータ3および光検出器5からなる放射線検出器1を用いることにより、γ線について高いタイミング分解能および高いエネルギー分解能が両立したPET装置7を実現できる。その結果、放射線薬剤の分布について、より精度の高い放射線画像を取得できるので、被検体Mに対してより精密な診断を行うことができる。   Thus, the timing information and the energy information about the γ ray incident on the scintillator 3 can be obtained by the configuration in which one or more microcells 15a and one or more microcells 15b are optically coupled to one scintillator 3 respectively. Both can improve the accuracy. Then, by using the radiation detector 1 composed of the scintillator 3 and the light detector 5, it is possible to realize the PET device 7 in which high timing resolution and high energy resolution are compatible for γ-rays. As a result, a more accurate radiological image can be acquired for the distribution of the radiological drug, so that a more accurate diagnosis can be performed on the subject M.

また近年では特にタイミング情報について高い分解能を有するTOF型のPET装置(TOF−PET)を実現する要請が強くなっている。そこで実施例1に係る放射線検出器1をTOF−PETに適用することにより、高分解能のエネルギー情報を取得しつつ、タイミング分解能をも向上させるTOF−PETを実現できる。   In recent years, in particular, there has been an increasing demand to realize a TOF-type PET apparatus (TOF-PET) having high resolution for timing information. Therefore, by applying the radiation detector 1 according to the first embodiment to TOF-PET, it is possible to realize TOF-PET in which the timing resolution is also improved while acquiring high-resolution energy information.

次に、図面を参照してこの発明の実施例2を説明する。実施例2に係る放射線検出器1Aの全体構成は、実施例に係る放射線検出器1の構成と共通する。すなわち放射線検出器1Aは放射線検出器1と同様に、1つのシンチレータ3に対して1つの光検出器5Aが光学的に結合する構成を有している(図1(a)参照)。   A second embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings. The overall configuration of the radiation detector 1A according to the second embodiment is the same as the configuration of the radiation detector 1 according to the embodiment. That is, the radiation detector 1A has, similarly to the radiation detector 1, a configuration in which one photodetector 5A is optically coupled to one scintillator 3 (see FIG. 1A).

但し実施例1に係る光検出器5では、各々のマイクロセル15における受光領域Fの面積はいずれも同じである。一方で実施例2に係る光検出器5Aは、マイクロセル15aの各々における受光領域Fがマイクロセル15bの各々における受光領域Fより広いという点で実施例1と相違する。すなわち光検出器5Aは図5(a)に示すように、マイクロセル15aのピッチ長さT1がマイクロセル15bのピッチ長さT2より長くなるように構成される。   However, in the light detector 5 according to the first embodiment, the area of the light receiving area F in each microcell 15 is the same. On the other hand, the photodetector 5A according to the second embodiment is different from the first embodiment in that the light receiving area F in each of the microcells 15a is wider than the light receiving area F in each of the microcells 15b. That is, as shown in FIG. 5A, the photodetector 5A is configured such that the pitch length T1 of the microcell 15a is longer than the pitch length T2 of the microcell 15b.

マイクロセル15のピッチ長さを長くすることにより、隣接する受光領域F同士の間に形成される不感領域N(隔壁)の占める面積が小さくなる。その結果、光検出器5Aにおいて、1つのマイクロセル15aにおける単位面積当たりの受光領域Fの面積は、1つのマイクロセル15bにおける単位面積当たりの受光領域Fの面積より広くなる。   By increasing the pitch length of the microcells 15, the area occupied by the insensitive regions N (partitions) formed between adjacent light receiving regions F is reduced. As a result, in the light detector 5A, the area of the light receiving area F per unit area in one microcell 15a is larger than the area of the light receiving area F per unit area in one microcell 15b.

すなわち実施例1では印加するバイアス電圧の高さを変えることによって、タイミング情報の取得に用いるマイクロセル15aの仕様と、エネルギー情報の取得に用いるマイクロセル15bの仕様とを相違させる。一方で実施例2では単位面積当たりにおける受光領域Fの面積を変えることによって、マイクロセル15aの仕様とマイクロセル15bの仕様とを相違させる。   That is, in the first embodiment, by changing the height of the bias voltage to be applied, the specification of the microcell 15a used to acquire timing information is made different from the specification of the microcell 15b used to acquire energy information. On the other hand, in the second embodiment, the specification of the microcell 15a and the specification of the microcell 15b are made different by changing the area of the light receiving region F per unit area.

タイミング情報取得専用のマイクロセル15aは単位面積当たりにおける受光領域Fの面積が比較的広いので、フォトンの検出効率はより高くなる。その結果、マイクロセル15aの出力に基づいて、より分解能の高いタイミング情報を取得できる。一方でエネルギー情報取得専用のマイクロセル15bは単位面積当たりにおける受光領域Fの面積が比較的狭いので、フォトンの検出効率はより低くなるが入射フォトン数と出力とのリニアリティが好適に維持される。その結果、マイクロセル15bの出力に基づいて、より分解能の高いエネルギー情報を取得できる。   Since the microcell 15a dedicated to timing information acquisition has a relatively large area of the light receiving area F per unit area, the photon detection efficiency is higher. As a result, higher resolution timing information can be acquired based on the output of the microcell 15a. On the other hand, since the area of the light receiving region F per unit area of the microcell 15b dedicated to acquiring energy information is relatively narrow, the photon detection efficiency is lower, but the linearity between the number of incident photons and the output is suitably maintained. As a result, energy information with higher resolution can be acquired based on the output of the microcell 15b.

さらにマイクロセル15bのピッチ長さT2を比較的短くすることにより、単位面積当たりにおけるマイクロセル15bの数(ピクセル数)が多くなる。ピクセル数の増加によって、同一のマイクロセル15bが同時に2個以上のフォトンを検出する事態をより確実に回避できるので、エネルギー分解能をより向上できる。   Further, by shortening the pitch length T2 of the microcells 15b relatively, the number of microcells 15b (number of pixels) per unit area increases. The increase in the number of pixels can more reliably prevent the same microcell 15b from simultaneously detecting two or more photons, thereby further improving energy resolution.

このように、実施例2に係る放射線検出器1Aではマイクロセル15における、単位面積当たりの受光領域Fの面積について、マイクロセル15aは比較的広く設定する一方、マイクロセル15bは比較的狭く設定する。このような構成によって実施例1と同様に、マイクロセル15aに対してはタイミング情報の精度を向上させるような所定の仕様に設定しつつ、マイクロセル15bに対してはエネルギー情報の精度を向上させるような別の仕様に設定することができる。   As described above, in the radiation detector 1A according to the second embodiment, the microcell 15a is set relatively wide while the microcell 15b is set relatively narrow in the area of the light receiving region F per unit area in the microcell 15 . With such a configuration, as in the first embodiment, while the microcell 15a is set to a predetermined specification that improves the accuracy of timing information, the accuracy of energy information is improved for the microcell 15b. It can be set to another specification like this.

なお実施例1と同様に実施例2においてもマイクロセル15aとマイクロセル15bとの配列パターンは適宜変更できる。すなわち図5(b)に示すようにマイクロセル15aの配列を密集するように設定してもよく、図5(c)に示すように分散してもよい。また受光領域Fの形状は矩形に限ることはなく、図5(c)に示すマイクロセル15bのように受光領域Fの形状を鉤状などに適宜変更してもよい。   As in the first embodiment, the arrangement pattern of the microcells 15a and the microcells 15b can be appropriately changed also in the second embodiment. That is, the arrangement of the microcells 15a may be set to be dense as shown in FIG. 5 (b) or may be dispersed as shown in FIG. 5 (c). Further, the shape of the light receiving area F is not limited to a rectangular shape, and the shape of the light receiving area F may be appropriately changed into a bowl shape or the like as in the microcell 15b shown in FIG. 5 (c).

実施例2では単位面積当たりの受光領域の面積を変えることによってマイクロセル15aの仕様とマイクロセル15bの仕様とをそれぞれ異なる仕様に設定する。そのため図6(a)および図6(b)に示すように、マイクロセル15aおよびマイクロセル15bの各々に対して単一の電源22から同じバイアス電圧Vを印加する構成であっても、タイミング分解能とエネルギー分解能とをいずれも向上ざせることができる。従って、放射線検出器ごとに複数の電源を用意する必要がない。またマイクロセル15aの各々とマイクロセル15bの各々とに対してそれぞれ別の電源と接続するように回路を変更させる作業を行う必要がないので、本発明に係る効果を奏する放射線検出器の製造コストをより低減できる。   In the second embodiment, the specifications of the microcell 15a and the specifications of the microcell 15b are set to different specifications by changing the area of the light receiving region per unit area. Therefore, as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), even if the same bias voltage V is applied to each of the microcell 15a and the microcell 15b from a single power supply 22, the timing resolution And energy resolution can both be improved. Therefore, it is not necessary to prepare multiple power sources for each radiation detector. In addition, since it is not necessary to change the circuit to connect each of the microcell 15a and each of the microcell 15b with different power supplies, the manufacturing cost of the radiation detector having the effects according to the present invention can be obtained. Can be further reduced.

但し実施例2に係る放射線検出器1Aは図6に示す構造に限ることはなく、図4に示すように第1電源21および第2電源を備える構造であってもよい。すなわちマイクロセル15の受光領域の面積を変えつつ、第1電源21によって高電圧のバイアス電圧V1をマイクロセル15aに印加し、第1電源21によって高電圧のバイアス電圧V1をマイクロセル15aに印加する構成であってもよい。この場合、マイクロセル15aは受光領域の面積が広く、かつバイアス電圧が高いので、相乗効果によってタイミング分解能をより向上できる。一方でマイクロセル15bは受光領域の面積が狭く、かつバイアス電圧が低いので、相乗効果によってエネルギー分解能をより向上できる。   However, the radiation detector 1A according to the second embodiment is not limited to the structure shown in FIG. 6, and may have a structure including the first power supply 21 and the second power supply as shown in FIG. That is, while changing the area of the light receiving region of the microcell 15, the first power supply 21 applies a high voltage bias voltage V1 to the microcell 15a, and the first power supply 21 applies a high voltage bias voltage V1 to the microcell 15a It may be a configuration. In this case, since the microcell 15a has a wide light receiving area and a high bias voltage, the timing resolution can be further improved by the synergetic effect. On the other hand, since the microcell 15b has a narrow light receiving area and a low bias voltage, energy resolution can be further improved by a synergetic effect.

次に、図面を参照してこの発明の実施例3を説明する。実施例1および実施例2では1つのシンチレータ3に対して1つの光検出器5が光学的に結合することによって放射線検出器1が構成される。これに対し、実施例3に係る放射線検出器1Bは図7(a)に示すように、1つのシンチレータ3に対して複数の光検出器5が光学的に結合する構成を有している。そして放射線検出器1Bが一次元マトリクス状または二次元マトリクス状に配列することによって検出器モジュール2が構成される。   A third embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings. In Embodiment 1 and Embodiment 2, the radiation detector 1 is configured by optically coupling one photodetector 5 to one scintillator 3. On the other hand, the radiation detector 1B according to the third embodiment has a configuration in which a plurality of photodetectors 5 are optically coupled to one scintillator 3 as shown in FIG. 7A. The detector modules 2 are configured by arranging the radiation detectors 1B in a one-dimensional matrix or two-dimensional matrix.

実施例3では1つのシンチレータ3に対して2つの光検出器5が光学的に結合しているものとする。図7(b)に示すように、2つの光検出器5について一方を光検出器5Lとし、他方を光検出器5Rとする。光検出器5Lにはタイミング情報の取得に用いるマイクロセル15aがマトリクス状に配設されており、光検出器5Rにはエネルギー情報の取得に用いるマイクロセル15bがマトリクス状に配設されている。実施例3において光検出器5Lは本発明における第1光検出手段に相当し、光検出器5Rは本発明における第2光検出手段に相当する。   In the third embodiment, it is assumed that two photodetectors 5 are optically coupled to one scintillator 3. As shown in FIG. 7B, one of the two light detectors 5 is a light detector 5L, and the other is a light detector 5R. In the photodetector 5L, microcells 15a used for acquiring timing information are arranged in a matrix, and in the photodetector 5R, microcells 15b used for acquiring energy information are arranged in a matrix. In the third embodiment, the light detector 5L corresponds to a first light detection means in the present invention, and the light detector 5R corresponds to a second light detection means in the present invention.

放射線検出器1Bは図8(a)および図8(b)に示すように、実施例1と同様に第1電源21と第2電源23とを備えている。第1電源21はマイクロセル15aの各々に対して比較的高電圧のバイアス電圧V1を印加し、第2電源23はマイクロセル15bの各々に対して比較的低電圧のバイアス電圧V2を印加する。この場合、マイクロセル15aは高電圧のバイアス電圧V1によってフォトン検出効率が上昇するのでタイミング分解能が向上する。   As shown in FIGS. 8A and 8B, the radiation detector 1B includes the first power supply 21 and the second power supply 23 as in the first embodiment. The first power supply 21 applies a relatively high voltage bias voltage V1 to each of the microcells 15a, and the second power supply 23 applies a relatively low voltage bias voltage V2 to each of the microcells 15b. In this case, in the microcell 15a, the photon detection efficiency is increased by the bias voltage V1 of high voltage, so that the timing resolution is improved.

一方、マイクロセル15bは低電圧のバイアス電圧V2によってフォトン検出効率が低下するのでエネルギー分解能が向上する。印加するバイアス電圧を変えることによって、マイクロセル15aに対してはタイミング情報の取得に有利となる所定の仕様に設定しつつ、マイクロセル15bに対してはエネルギー情報の取得に有利となる別の仕様に設定することができる。従って、放射線検出器1Bの各々について得られるタイミング分解能とエネルギー分解能について、いずれも向上させることが可能となる。   On the other hand, in the microcell 15b, the photon detection efficiency is lowered by the low voltage bias voltage V2, so that the energy resolution is improved. By changing the bias voltage to be applied, while the microcell 15a is set to a predetermined specification that is advantageous for acquisition of timing information, another specification that is advantageous for acquisition of energy information for the microcell 15b It can be set to Therefore, it is possible to improve both the timing resolution and the energy resolution obtained for each of the radiation detectors 1B.

また実施例3では1つのシンチレータ3に対して複数の光検出器5が光学的に結合しており、各々の光検出器5にはマイクロセル15aまたはマイクロセル15bのいずれか一方がマトリクス状に配設されている。このような構成では、各々の光検出器5に対して第1電源21または第2電源23のいずれか一方を接続することとなる。すなわち1つの光検出器5に対して複数の電源を接続する必要がないので、回路の設計が比較的容易となる。   In the third embodiment, a plurality of photodetectors 5 are optically coupled to one scintillator 3, and in each of the photodetectors 5, either one of the microcell 15a or the microcell 15b is formed in a matrix. It is arranged. In such a configuration, one of the first power supply 21 and the second power supply 23 is connected to each of the photodetectors 5. That is, since it is not necessary to connect a plurality of power supplies to one photodetector 5, circuit design is relatively easy.

また、各々の光検出器5にはマイクロセル15aまたはマイクロセル15bのいずれか一方がマトリクス状に配設されている。そのためタイミング情報の取得に有利となる仕様となっている既存の光検出器を光検出器5Lとして、エネルギー情報の取得に有利となる別の仕様となっている既存の光検出器を光検出器5Rとしてそれぞれ流用できる。すなわちマイクロセル15aとマイクロセル15bの両方を備える光検出器を新たに製造する必要がないので、本発明に係る放射線検出器をより容易に製造することが可能となる。   In each of the photodetectors 5, either the microcell 15a or the microcell 15b is arranged in a matrix. Therefore, the existing photodetector that is a specification that is advantageous for acquiring timing information is the photodetector 5L, and the existing photodetector that is another specification that is advantageous for acquiring energy information is a photodetector. Each can be diverted as 5R. That is, since it is not necessary to newly manufacture a photodetector including both the microcell 15a and the microcell 15b, the radiation detector according to the present invention can be manufactured more easily.

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。   The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified as follows.

(1)上述した各実施例では、マイクロセル15aの仕様とマイクロセル15bの仕様とを差別化する手段として、バイアス電圧の高さを変更する方法(実施例1)と単位面積あたりにおける受光領域Fの面積を変更する方法(実施例2)とを例にとって説明した。しかし仕様を差別化する手段はこれに限ることはなく、変更の対象としてはマイクロセル15のゲイン、クエンチング抵抗19の抵抗値、半導体製造プロセスに依存するSiPM5自体の容量値、フォトン検出効率、単位面積あたりにおけるマイクロセルの数(ピクセル数)、クロストーク確率、ダークカウントなどが挙げられる。   (1) In each of the embodiments described above, the method of changing the height of the bias voltage as a means for differentiating the specification of the microcell 15a and the specification of the microcell 15b (Example 1) and the light receiving area per unit area The method of changing the area of F (Example 2) has been described as an example. However, the means for differentiating the specifications is not limited to this, and the target of the change is the gain of the microcell 15, the resistance value of the quenching resistance 19, the capacitance value of SiPM 5 itself depending on the semiconductor manufacturing process, photon detection efficiency, The number of microcells (number of pixels) per unit area, crosstalk probability, dark count and the like can be mentioned.

一般的にゲインを高く、フォトン検出効率を高く、ピクセル数を少なく、クロストーク確率を低く、またはダークカウントを低く設定する場合、タイミング分解能が向上する一方でエネルギー分解能は低下する。一方でゲインを低く、フォトン検出効率を低く、ピクセル数を多く、クロストーク確率を高く、またはダークカウントを高く設定する場合、エネルギー分解能が向上する一方でタイミング分解能は低下する。   In general, when the gain is high, the photon detection efficiency is high, the number of pixels is small, the crosstalk probability is low, or the dark count is low, the energy resolution decreases while the timing resolution improves. On the other hand, when the gain is low, the photon detection efficiency is low, the number of pixels is large, the crosstalk probability is high, or the dark count is high, the energy resolution is improved while the timing resolution is lowered.

そこで一例としてゲインを用いて仕様を差別化する場合、タイミング情報取得専用のマイクロセル15aとしては比較的ゲインの高いマイクロセルを用い、エネルギー情報取得専用のマイクロセル15bとしては比較的ゲインの低いマイクロセルを用いる。このような構成であっても同一のシンチレータ3に光学的に結合しているマイクロセル群のうち、ゲインの高いマイクロセル15aの出力に基づいて、分解能が向上したタイミング情報を取得できる。一方でゲインの低いマイクロセル15bの出力に基づいて、分解能が向上したエネルギー情報を取得できる。その結果、放射線検出器において、タイミング情報の精度を向上させつつ、エネルギー情報の精度をも向上させることが可能となる。   Therefore, as an example, when differentiating specifications using gains, a microcell with a relatively high gain is used as the microcell 15a dedicated to timing information acquisition, and a microcell with a relatively low gain as microcell 15b dedicated to energy information acquisition. Use a cell. Even with such a configuration, it is possible to obtain timing information with improved resolution based on the output of the microcell 15a having a high gain in the microcell group optically coupled to the same scintillator 3. On the other hand, energy information with improved resolution can be obtained based on the output of the microcell 15b with low gain. As a result, in the radiation detector, it is possible to improve the accuracy of the energy information while improving the accuracy of the timing information.

(2)上述した各実施例では、1つのシンチレータ3に対して1または2以上の光検出器5が光学結合している構成を例にとって説明したが、図9(a)に示すように複数のシンチレータ3が1つの光検出器5に光学結合することによって放射線検出器1Cが構成されてもよい。このような(2)に係る変形例において、放射線検出器1Cによって構成される検出器モジュール2Cは、図9(b)に示すような構成となる。(2)に係る変形例に係る放射線検出器1Cは、4つのシンチレータ3a〜3dが1つの光検出器5と光学的に結合する構成を有しているものとする。   (2) In each of the embodiments described above, a configuration in which one or two or more photodetectors 5 are optically coupled to one scintillator 3 has been described as an example, but as shown in FIG. The radiation detector 1 </ b> C may be configured by optically coupling the scintillator 3 to one light detector 5. In the modification according to (2), the detector module 2C configured by the radiation detector 1C has a configuration as shown in FIG. 9 (b). The radiation detector 1C according to the modification of (2) has a configuration in which four scintillators 3a to 3d are optically coupled to one photodetector 5.

このような変形例において、各々のシンチレータ3に対して、タイミング情報の取得に用いるマイクロセル15aと、エネルギー情報の取得に用いるマイクロセル15bとがそれぞれ少なくとも1個以上光学結合していればよい。すなわち光検出器5において、シンチレータ3a〜3dの各々が光学的に結合している領域をそれぞれPa〜Pdとする(図9(b)参照)。領域Pa〜Pdの各々におけるマイクロセル15のうち、マイクロセル15a(図9(b)、網点を参照)とマイクロセル15b(図9(b)、斜線を参照)とがそれぞれ1つ以上含まれていればよい。   In such a modification, at least one microcell 15a used to acquire timing information and one microcell 15b used to acquire energy information may be optically coupled to each scintillator 3, respectively. That is, in the light detector 5, regions where the scintillators 3a to 3d are optically coupled to each other are Pa to Pd, respectively (see FIG. 9B). Among the microcells 15 in each of the regions Pa to Pd, one or more of each of the microcell 15a (see FIG. 9B and halftone dots) and the microcell 15b (see diagonal lines and FIG. 9B) are included. It should be done.

そしてマイクロセル15aについてはタイミング情報の取得に有利となるような仕様に設定し、エネルギー情報の取得に有利となるような別の仕様に設定する。このような構成により、シンチレータ3a〜3dの各々に入射するγ線の各々について、分解能がより向上したタイミング情報と、分解能がより向上したエネルギー情報とを取得できる。従って、複数のシンチレータが1つの光検出器に光学結合して構成される放射線検出器であっても、タイミング情報とエネルギー情報の両方について分解能を向上させることができる。   The microcell 15a is set to a specification that is advantageous for acquisition of timing information, and is set to another specification that is advantageous for acquisition of energy information. With such a configuration, for each of the γ rays incident on each of the scintillators 3a to 3d, it is possible to acquire timing information with improved resolution and energy information with improved resolution. Therefore, even with a radiation detector configured by optically coupling a plurality of scintillators to one photodetector, resolution can be improved for both timing information and energy information.

(3)上述した実施例3では、光検出器5Lにバイアス電圧V1を印加して光検出器5Rにバイアス電圧V2を印加することによってマイクロセル15aの仕様とマイクロセル15bの仕様とを差別化しているがこれに限られない。すなわち図8(c)に示すように、光検出器5Lに設けられているマイクロセル15aのピッチ長さT1を、光検出器5Rに設けられているマイクロセル15bのピッチ長さT2より長くしてもよい。   (3) In the third embodiment described above, the bias voltage V1 is applied to the light detector 5L and the bias voltage V2 is applied to the light detector 5R to differentiate between the specifications of the microcell 15a and the specifications of the microcell 15b. But it is not limited to this. That is, as shown in FIG. 8C, the pitch length T1 of the microcell 15a provided in the light detector 5L is made longer than the pitch length T2 of the microcell 15b provided in the light detector 5R. May be

ピッチ長さを変更することにより、マイクロセル15aにおける単位面積あたりの受光領域Fの面積が、マイクロセル15bにおける単位面積あたりの受光領域Fの面積より広くなる。このように実施例2と同様に、実施例3においても単位面積あたりにおける受光領域の面積を変える構成を適用することによって、マイクロセル15aの仕様とマイクロセル15bの仕様とを差別化できる。   By changing the pitch length, the area of the light receiving area F per unit area in the microcell 15a becomes wider than the area of the light receiving area F per unit area in the microcell 15b. As described above, as in the second embodiment, the specification of the microcell 15a and the specification of the microcell 15b can be differentiated by applying the configuration in which the area of the light receiving region per unit area is changed also in the third embodiment.

このような(3)に係る変形例では光検出器5ごとにマイクロセルのピッチ長さを変える構成となっている。すなわち、一例としてマイクロセルのピッチ長さが比較的長い仕様のSiPMを光検出器5Lとして用い、マイクロセルのピッチ長さが比較的短い仕様のSiPMを光検出器5Rとして用いることにより、実施例2と同様の構成を実現できる。この場合、既存のSiPMなどを組み合わせることによってタイミング情報とエネルギー情報の両方について分解能を向上できるので、本発明に係る放射線検出器の製造が比較的容易となる。   In the modification according to (3), the pitch length of the microcell is changed for each light detector 5. That is, as an example, using the SiPM of a specification with a relatively long micro cell pitch length as the light detector 5L, and using the SiPM with a specification of a relatively short micro cell pitch length as the light detector 5R, A configuration similar to 2 can be realized. In this case, the resolution of both timing information and energy information can be improved by combining existing SiPMs and the like, so that the radiation detector according to the present invention can be relatively easily manufactured.

なお実施例3に係る構成については、1つのシンチレータ3に光学結合する光検出器ごとにゲインやフォトン検出効率など、他の仕様を変えてもよい。また1つのシンチレータ3に対して少なくとも1つのマイクロセル15aと少なくとも1つのマイクロセル15bとが光学結合する構成であれば、光検出器5Lおよび光検出器5Rの各々にマイクロセル15aとマイクロセル15bとが混在している構成であってもよい。   In the configuration according to the third embodiment, other specifications such as gain and photon detection efficiency may be changed for each photodetector optically coupled to one scintillator 3. Further, in the configuration in which at least one microcell 15a and at least one microcell 15b are optically coupled to one scintillator 3, each of the photodetector 5L and the photodetector 5R includes the microcell 15a and the microcell 15b. And may be mixed.

(4)上述した各実施例では、シンチレータ3と光検出器5とが直接結合している構成となっているがこれに限ることはない。すなわちシンチレータ3と光検出器5との間に光を伝送するライトガイドを設け、シンチレータ3と光検出器5とが間接的に光学結合している構成であってもよい。   (4) In each of the embodiments described above, the scintillator 3 and the light detector 5 are directly coupled to each other. However, the present invention is not limited to this. That is, a light guide for transmitting light may be provided between the scintillator 3 and the light detector 5, and the scintillator 3 and the light detector 5 may be optically coupled indirectly.

1 …放射線検出器
2 …検出器モジュール
3 …シンチレータ
5 …光検出器
7 …PET装置
15 …マイクロセル(受光素子)
17 …APD
19 …クエンチング抵抗
21 …第1電源(第1バイアス電圧供給電源)
23 …第2電源(第2バイアス電圧供給電源)
25 …第1プリアンプ
27 …第2プリアンプ
29 …コンパレータ
31 …シェーピングアンプ
1 ... radiation detector 2 ... detector module 3 ... scintillator 5 ... photodetector 7 ... PET device 15 ... micro cell (light receiving element)
17 ... APD
19 ... quenching resistance 21 ... first power supply (first bias voltage supply power)
23 ... 2nd power supply (2nd bias voltage supply)
25 ... 1st preamp 27 ... 2nd preamp 29 ... comparator 31 ... shaping amplifier

Claims (5)

入射した放射線を検出して発光する少なくとも1つのシンチレータと、
前記シンチレータから発光された光を電気信号に変換させる、第1受光素子および第2受光素子の各々がマトリクス状に配設され、前記シンチレータと光学的に結合される少なくとも1つの光検出手段と、
前記第1受光素子が変換した電気信号に基づいて、前記シンチレータに前記放射線が入射する時間に関する情報であるタイミング情報を取得するタイミング情報取得回路と、
前記第2受光素子が変換した電気信号に基づいて、前記シンチレータに入射した前記放射線のエネルギーに関する情報であるエネルギー情報を取得するエネルギー情報取得回路と、
前記第1受光素子に対して第1バイアス電圧を印加する第1バイアス電圧供給電源と、
前記第2受光素子に対して、前記第1バイアス電圧より低い第2バイアス電圧を印加する第2バイアス電圧供給電源とを備え、
1つの前記シンチレータに対して、少なくとも1つの前記第1受光素子および少なくとも1つの前記第2受光素子が光学的に結合していることを特徴とする放射線検出器。
At least one scintillator for detecting and emitting incident radiation;
At least one light detection means, each of a first light receiving element and a second light receiving element, arranged in a matrix and optically coupled to the scintillator, for converting light emitted from the scintillator into an electrical signal;
A timing information acquisition circuit that acquires timing information that is information related to the time when the radiation is incident on the scintillator based on the electrical signal converted by the first light receiving element;
An energy information acquisition circuit for acquiring energy information which is information related to the energy of the radiation incident on the scintillator based on the electric signal converted by the second light receiving element;
A first bias voltage supply power source for applying a first bias voltage to the first light receiving element;
A second bias voltage supply that applies a second bias voltage lower than the first bias voltage to the second light receiving element;
For one of the previous SL scintillator, the radiation detector, characterized in that at least one of said first light receiving element and at least one of said second light receiving element are optical histological bound.
入射した放射線を検出して発光する少なくとも1つのシンチレータと、
前記シンチレータから発光された光を電気信号に変換させる、第1受光素子がマトリクス状に配設され、前記シンチレータと光学的に結合される少なくとも1つの第1光検出手段と、
前記シンチレータから発光された光を電気信号に変換させる、第2受光素子がマトリクス状に配設され、前記シンチレータと光学的に結合される少なくとも1つの第2光検出手段と、
前記第1受光素子が変換した電気信号に基づいて、前記シンチレータに前記放射線が入射する時間に関する情報であるタイミング情報を取得するタイミング情報取得回路と、
前記第2受光素子が変換した電気信号に基づいて、前記シンチレータに入射した前記放射線のエネルギーに関する情報であるエネルギー情報を取得するエネルギー情報取得回路と、
前記第1受光素子に対して第1バイアス電圧を印加する第1バイアス電圧供給電源と、
前記第2受光素子に対して、前記第1バイアス電圧より低い第2バイアス電圧を印加する第2バイアス電圧供給電源とを備え、
1つの前記シンチレータに対して、少なくとも1つの前記第1受光素子および少なくとも1つの前記第2受光素子が光学的に結合していることを特徴とする放射線検出器。
At least one scintillator for detecting and emitting incident radiation;
At least one first light detection means, arranged in a matrix, first light receiving elements arranged in a matrix, for converting light emitted from the scintillator into an electrical signal;
At least one second light detection means arranged in a matrix and second light receiving elements arranged in a matrix and optically coupled to the scintillator, for converting light emitted from the scintillator into an electrical signal;
A timing information acquisition circuit that acquires timing information that is information related to the time when the radiation is incident on the scintillator based on the electrical signal converted by the first light receiving element;
An energy information acquisition circuit for acquiring energy information which is information related to the energy of the radiation incident on the scintillator based on the electric signal converted by the second light receiving element;
A first bias voltage supply power source for applying a first bias voltage to the first light receiving element;
A second bias voltage supply that applies a second bias voltage lower than the first bias voltage to the second light receiving element;
For one of the previous SL scintillator, the radiation detector, characterized in that at least one of said first light receiving element and at least one of said second light receiving element are optical histological bound.
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受光素子の単位面積あたりにおける受光可能領域の面積は、前記第2受光素子の単位面積あたりにおける受光可能領域の面積より広くなるように構成される放射線検出器。
In the radiation detector according to claim 1 or 2,
The radiation detector according to claim 1, wherein an area of the light receiving region per unit area of the first light receiving element is wider than an area of the light receiving region per unit area of the second light receiving element.
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、
前記第2受光素子の面積は、前記第1受光素子の面積の2%〜40%である放射線検出器。
The radiation detector according to any one of claims 1 to 3.
The area of the second light receiving element, the radiation detector is a 2% to 40% of the area of the first light receiving element.
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の放射線検出器が、一次元方向または二次元方向に複数配列されて構成される検出器モジュール。   A detector module configured by arranging a plurality of radiation detectors according to any one of claims 1 to 4 in a one-dimensional direction or a two-dimensional direction.
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