JP6973628B2 - 陽電子放射断層撮影装置および光検出器 - Google Patents

Description

この発明は、陽電子放射断層撮影装置および光検出器に関し、特に、複数の光電変換素子と増幅部とを接続する信号線を含む陽電子放射断層撮影装置および光検出器に関する。

従来、複数の光電変換素子と増幅部とを接続する信号線を含む光検出器を備える陽電子放射断層撮影装置が知られている。このような陽電子放射断層撮影装置は、たとえば、Bieniosek, et al., "Effects of SiPM Multiplexing on Timing Performance", IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), USA,IEEE, 2015, DOI:10.1109/NSSMIC.2015.7582093に開示されている。

Bieniosek, et al., "Effects of SiPM Multiplexing on Timing Performance", IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), USA,IEEE, 2015, DOI:10.1109/NSSMIC.2015.7582093には、光が入射することにより電気信号を出力するシリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ、光電変換素子）と、シリコン光電子増倍管から伝達された電気信号を増幅するプリアンプ（増幅部）とを含む陽電子放射断層撮影装置に用いられる光検出器が開示されている。シリコン光電子増倍管が出力する電気信号は、シリコン光電子増倍管への放射線の入射タイミングを示す指標となるタイミング信号として用いられる。Bieniosek, et al., "Effects of SiPM Multiplexing on Timing Performance", IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), USA,IEEE, 2015, DOI:10.1109/NSSMIC.2015.7582093に記載の光検出器では、１つのプリアンプは、信号線により複数のシリコン光電子増倍管と接続（マルチプレクサ接続）されている。また、Bieniosek, et al., "Effects of SiPM Multiplexing on Timing Performance", IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), USA,IEEE, 2015, DOI:10.1109/NSSMIC.2015.7582093に記載の光検出器では、プリアンプは、複数のシリコン光電子増倍管から伝達されるタイミング信号を増幅して、後段に設けられたオシロスコープに伝達するように構成されている。

Bieniosek, et al., "Effects of SiPM Multiplexing on Timing Performance", IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), USA,IEEE, 2015, DOI:10.1109/NSSMIC.2015.7582093

ここで、Bieniosek, et al., "Effects of SiPM Multiplexing on Timing Performance", IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), USA,IEEE, 2015, DOI:10.1109/NSSMIC.2015.7582093には明記されていないものの、Bieniosek, et al., "Effects of SiPM Multiplexing on Timing Performance", IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), USA,IEEE, 2015, DOI:10.1109/NSSMIC.2015.7582093のような従来の光検出器では、シリコン光電子増倍管がマルチプレクサ接続された構成においてタイミング信号を取得する場合、信号線の配線レイアウトの簡便性により、シリコン光電子増倍管と増幅器とを接続する信号線が最短となるように配線する（最短配線にする）場合が一般的であると考えられる。このように信号線の配線レイアウトを最短配線にする際に、信号線の素材および断面積が等しい場合には、インピーダンスは信号線の長さに依存するので、それぞれのシリコン光電子増倍管と増幅部との間のインピーダンスが異なると考えられる。このため、たとえば、１つのシリコン光電子増倍管と増幅部との間の信号線におけるインピーダンス（配線インピーダンス）を、増幅部の入力側のインピーダンスと整合させた場合でも、他のシリコン光電子増倍管と増幅部との間の信号線におけるインピーダンスと増幅部の入力側のインピーダンスとが整合しない。

このように、インピーダンスが整合されていない信号線においてタイミング信号が伝達されると、タイミング信号の反射が生じるので、反射されたタイミング信号の影響により自身のタイミング信号に遅れや乱れ等の劣化が生じる。この結果、１つの増幅部に接続された複数のシリコン光電子増倍管から伝達されるタイミング信号の伝達速度が平均的に遅れるので、光検出器で検出されるタイミング信号の立ち上がり時間に全体的に遅れが生じる。したがって、Bieniosek, et al., "Effects of SiPM Multiplexing on Timing Performance", IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference (NSS/MIC), USA,IEEE, 2015, DOI:10.1109/NSSMIC.2015.7582093のような従来の光検出器のように、シリコン光電子増倍管（光電変換素子）がマルチプレクサ接続された構成においてタイミング信号を取得する構成において、信号線を最短配線とする配線レイアウトとなっている場合、タイミング信号の劣化によりタイミング信号の立ち上がり時間が遅くなることに起因して、光検出器の時間分解能が低下するという問題点が発生すると考えられる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、光電変換素子がマルチプレクサ接続された構成においてタイミング信号を取得する場合に、タイミング信号の立ち上がり時間が遅くなることに起因して時間分解能が低下することを抑制することが可能な陽電子放射断層撮影装置および光検出器を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による陽電子放射断層撮影装置は、被検体に投与された陽電子放出核種を含む薬剤から互いに対向する方向に放射される一対の放射線に基づいて被検体の内部を撮影する陽電子放射断層撮影装置であって、放射線が入射することにより光を出力するシンチレータと、シンチレータに対応するように設けられる光検出器と、を備え、光検出器は、シンチレータから出力された上記光が入射することにより電気信号を出力する光電変換素子と、光電変換素子から出力された電気信号を増幅するための増幅部と、複数の光電変換素子と増幅部とを接続し、複数の光電変換素子から増幅部に電気信号を送信するための信号線と、を含み、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のそれぞれの信号線におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成されている。

この発明の第１の局面による陽電子放射断層撮影装置では、上記のように、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のそれぞれの信号線におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成する。これにより、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のいずれの信号線にタイミング信号が伝達される場合でも、タイミング信号の反射が生じるのを抑制することができるので、タイミング信号の反射に起因するタイミング信号の遅れや乱れ等の劣化が生じるのを抑制することができる。その結果、光電変換素子がマルチプレクサ接続された構成においてタイミング信号を取得する場合に、タイミング信号の立ち上がり時間が遅くなることに起因して時間分解能が低下することを抑制することができる。なお、陽電子放射断層撮影装置では、被検体に投与された陽電子放出核種を含む薬剤から互いに対向する方向に放射される一対の放射線が、環状に設けられたシンチレータによりシンチレータ光に変換され、シンチレータと対応するように設けられた光検出器によりシンチレータ光が検出される。そして、検出された一対の放射線に基づくシンチレータ光の検出タイミングの差に基づいて、一対の放射線が入射されたシンチレータの位置同士を結ぶ直線上における被検体に投与された薬剤の位置（薬剤が集積した悪性腫瘍の位置）が推定される。したがって、陽電子放射断層撮影装置に、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のそれぞれの信号線におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成された光検出器を用いることは、薬剤の位置の推定精度の向上に繋がる光検出器の時間分解能が向上する点において特に有用である。

上記第１の局面による陽電子放射断層撮影装置において、好ましくは、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のそれぞれの信号線の断面積または長さの少なくとも一方を調整することにより、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のそれぞれの信号線におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成されている。ここで、信号線の素材が等しい場合には、信号線におけるインピーダンスは、信号線の断面積または長さの少なくとも一方に依存する。したがって、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のそれぞれの信号線の断面積または長さの少なくとも一方を調整することによって、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のそれぞれの信号線におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように容易に構成することができる。

この場合、好ましくは、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間の信号線の長さを互いに略等しくすることにより、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のインピーダンスを互いに略等しくするように構成されている。このように構成すれば、たとえば、信号線の素材および断面積が略等しい場合に、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間の信号線の長さを互いに略等しくすることにより、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のそれぞれの信号線におけるインピーダンスを互いに略等しくなるように容易に構成することができる。

上記複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のそれぞれの信号線の長さを調整する構成において、好ましくは、信号線は、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間において、複数の光電変換素子それぞれからの信号線が合流する接続点を含み、複数の光電変換素子それぞれと接続点との間のそれぞれの信号線の長さを互いに略等しくすることにより、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のそれぞれの信号線におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成されている。このように構成すれば、信号線の素材および断面積が略等しい場合、複数の光電変換素子それぞれと接続点との間のそれぞれの信号線におけるインピーダンスが互いに略等しくなる。また、信号線における接続点の増幅部側では、複数の光電変換素子それぞれからの信号線が合流して共通化されるので、接続点で合流した複数の信号線における光電変換素子それぞれと接続点との間のそれぞれの信号線におけるインピーダンスは共通の値となる。その結果、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のそれぞれの信号線におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように容易に構成することができる。

上記複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のそれぞれの信号線の長さを調整する構成において、好ましくは、信号線は、光電変換素子が設けられる基板の一方側の面に配置される部分と、基板の他方側の面に配置される部分と、一方側の面に配置される部分と他方側の面に配置される部分とを接続するように基板に埋め込まれた埋込み部分と、を含み、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のそれぞれの信号線において、埋込み部分の断面積または長さの少なくとも一方と埋め込み部分以外の断面積または長さの少なくとも一方とを調整することにより、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のそれぞれの信号線におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成されている。ここで、埋込み部分は、基板に埋め込まれるため、基板の一方側の面または他方側の面に設けられる埋込み部分以外と断面積または長さが異なることが一般的である。したがって、信号線に埋込み部分が含まれる場合に、埋込み部分の断面積または長さの少なくとも一方と埋込み部分以外の断面積または長さの少なくとも一方とを調整することにより、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のそれぞれの信号線におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように容易に構成することができる。

上記目的を達成するために、この発明の第２の局面による光検出器は、光が入射することにより電気信号を出力する光電変換素子と、光電変換素子から出力された電気信号を増幅するための増幅部と、複数の光電変換素子と１つの増幅部とを接続し、複数の光電変換素子から１つの増幅部に電気信号を送信するための信号線と、を備え、複数の光電変換素子それぞれから１つの増幅部までの間の信号線におけるインピーダンス同士が互いに略等しくなるように構成されている。

この発明の第２の局面による光検出器では、上記のように、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のそれぞれの信号線におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成する。これにより、複数の光電変換素子それぞれと増幅部との間のいずれの信号線にタイミング信号が伝達される場合でも、タイミング信号の反射が生じるのを抑制することができるので、タイミング信号に遅れや乱れ等の劣化が生じるのを抑制することができる。その結果、陽電子放射断層撮影装置以外の装置に光検出器を備えた構成においても、光電変換素子がマルチプレクサ接続された構成においてタイミング信号を取得する場合に、タイミング信号の立ち上がり時間が遅くなることに起因して時間分解能が低下することを抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、光電変換素子がマルチプレクサ接続された構成においてタイミング信号を取得する場合に、タイミング信号の立ち上がり時間が遅くなることに起因して時間分解能が低下することを抑制することができる。

本発明の一実施形態による陽電子放射断層撮影装置の全体構成を説明するための図である。 本発明の一実施形態による陽電子放射断層撮影装置のシンチレータおよび光検出器を説明するための図である。 本発明の一実施形態による光検出器の回路構成図である。 本発明の一実施形態による光検出器における信号線の埋込み部分を説明するための図である。 本発明の一実施形態による光検出器における信号線の長さを説明するための図である。 本発明の一実施形態による光検出器におけるタイミング信号の波形のシミュレーション結果を説明するための図である。 本発明の一実施形態による光検出器におけるタイミング信号の波形の実測結果を説明するための図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図７を参照して、本発明の一実施形態による陽電子放射断層撮影装置１００の構成について説明する。陽電子放射断層撮影装置１００は、被検体Ｐに投与された陽電子放出核種を含む薬剤から互いに対向する方向に放射される一対のガンマ線（放射線）に基づいて被検体Ｐの内部を撮影する装置である。

具体的には、陽電子放射断層撮影装置１００は、薬剤の電子と陽電子との対消滅によって生じる一対のガンマ線を検出することによって、薬剤の対消滅が生じた位置を取得するように構成されている。そして、陽電子放射断層撮影装置１００は、薬剤の対消滅が生じた位置を複数取得することによって、被検体Ｐの内部の画像を形成する（撮影する）ように構成されている。そして、形成された画像は、がん細胞の有無などの画像診断に用いられる。

図１に示すように、陽電子放射断層撮影装置１００は、ガンマ線が入射することにより光を出力するシンチレータ１０と、シンチレータ１０に対応するように設けられる光検出器２０と、を備えている。シンチレータ１０および光検出器２０は、被検体Ｐの体軸（頭部から脚部に伸びる軸）に向けられた状態で、被検体Ｐの周囲を取り囲むように複数配置されている。また、シンチレータ１０および光検出器２０は、被検体Ｐの体軸の伸びる方向（紙面奥方向）にも同様の構成で複数配置されている。また、シンチレータ１０および光検出器２０は、それぞれ、被検体Ｐから近い側および遠い側に配置されている。

図２に示すように、シンチレータ１０および光検出器２０は、アレイ状に集積されている。シンチレータ１０は、薬剤の対消滅により発生する５１１ｋｅＶのエネルギーを有するガンマ線が入射されるように構成されている。シンチレータ１０は、ガンマ線が入射するとシンチレーション光を発する蛍光体を有するシンチレータ素子Ｓを含む。そして、光検出器２０では、シンチレータ１０から発せられたシンチレーション光を入射させることにより、シンチレーション光を検出するように構成されている。

図３に示すように、光検出器２０は、シンチレーション光が入射することにより電気信号を出力するＳｉＰＭ２１と、ＳｉＰＭ２１から出力された電気信号を増幅するためのプリアンプ２２と、ＳｉＰＭ２１とプリアンプ２２との間で電気信号を伝達する信号線２３と、を含む。なお、ＳｉＰＭ２１およびプリアンプ２２は、それぞれ、特許請求の範囲の「光電変換素子」および「増幅部」の一例である。

ＳｉＰＭ２１は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を含む。ＳｉＰＭ２１は、ｐ−ｎ接合に逆バイアスが印加された半導体であり、平常時は暗電流を除いて電流が流れない。そして、ＳｉＰＭ２１に光子が入射すると、光子により電子・正孔対が生じて電流が流れる。

プリアンプ２２は、複数のＳｉＰＭ２１から伝達された電気信号を増幅するように構成されている。陽電子放射断層撮影装置１００では、プリアンプ２２により増幅された電気信号は、プリアンプ２２の後段に設けられ、電気信号を読み出すためのデジタル回路に伝達されるように構成されている。なお、複数のＳｉＰＭ２１からプリアンプ２２に伝達される電気信号は、シンチレータ１０へのガンマ線の入射タイミングを示す指標となる「タイミング信号」として用いられる。以下の説明では、ＳｉＰＭ２１からプリアンプ２２に伝達される電気信号を、「タイミング信号」と呼ぶ場合がある。

本実施形態では、信号線２３は、複数のＳｉＰＭ２１とプリアンプ２２とを接続している。具体的には、８つのＳｉＰＭ２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇおよび２１ｈ）が、信号線２３により、１つのプリアンプ２２と接続されている。また、信号線２３は、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間において、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれからの信号線２３が合流する接続点２４を含む。

より具体的には、ＳｉＰＭ２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄは、それぞれ、信号線２３ａ、２３ｂ、２３ｃおよび２３ｄにより、接続点２４ａと接続されている。ＳｉＰＭ２１ｅ、２１ｆ、２１ｇおよび２１ｈは、それぞれ、信号線２３ｅ、２３ｆ、２３ｇおよび２３ｈにより、接続点２４ｂと接続されている。そして、接続点２４ａおよび接続点２４ｂは、それぞれ、信号線２３ｉおよび信号線２３ｊにより、接続点２４ｃと接続されている。さらに、接続点２４ｃは、信号線２３ｋにより、プリアンプ２２と接続されている。言い換えると、信号線２３ａ、２３ｂ、２３ｃおよび２３ｄは、接続点２４ａにおいて合流するとともに、信号線２３ｅ、２３ｆ、２３ｇおよび２３ｈは、接続点２４ｂにおいて合流している。また、信号線２３ｉおよび信号線２３ｊは、接続点２４ｃにおいて合流している。以下の説明では、このように、複数のＳｉＰＭ２１が１つのプリアンプ２２と接続されていることを、「マルチプレクサ接続」と呼ぶ場合がある。

また、図４に示すように、本実施形態では、信号線２３は、ＳｉＰＭ２１が設けられる基板３０の一方側の面３０ａに配置される部分と、基板３０の他方側の面３０ｂに配置される部分と、一方側の面３０ａに配置される部分と他方側の面３０ｂに配置される部分とを接続するように基板３０に埋め込まれたＶＩＡ２３ｉｖと、を含む。具体的には、光検出器２０を構成する回路は、基板３０上に設けられている。そして、接続点２４ａと接続点２４ｃとを接続する信号線２３ｉは、ＶＩＡ２３ｉｖを介して、基板３０の一方側の面３０ａと他方側の面３０ｂとに設けられている。なお、光検出器２０では、信号線２３は、略均一の素材から構成されている。また、信号線２３は、ＶＩＡ２３ｉｖとＶＩＡ２３ｉｖ以外とで断面積が異なるように構成されている。なお、光検出器２０では、信号線２３において、信号線２３ｉのみにＶＩＡ２３ｉｖが設けられ、他の信号線２３（２３ａ〜２３ｈ、２３ｊおよび２３ｋ）には、ＶＩＡは設けられていない。なお、ＶＩＡ２３ｉｖは、特許請求の範囲の「埋込み部分」の一例である。

ここで、本実施形態では、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成されている。詳細には、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３の断面積または長さＬを調整することにより、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成されている。

より詳細には、本実施形態では、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれと接続点２４（接続点２４ａおよび接続点２４ｂ）との間のそれぞれの信号線２３の長さを互いに略等しくすることにより、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成されている。具体的には、図５に示すように、信号線２３ａ、２３ｂ、２３ｃおよび２３ｄは、それぞれ、互いに等しい長さＬａ、Ｌｂ、ＬｃおよびＬｄを有する。また、信号線２３ｅ、２３ｆ、２３ｇおよび２３ｈは、それぞれ、互いに略等しい長さＬｅ、Ｌｆ、ＬｇおよびＬｈを有する。また、信号線２３ａ〜２３ｈには、ＶＩＡ２３ｉｖが含まれないので、信号線２３ａ〜２３ｈにおけるインピーダンスは、それぞれ、互いに略等しくなる。

また、本実施形態では、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３において、ＶＩＡ２３ｉｖの長さＬとＶＩＡ２３ｉｖ以外の長さＬとを調整することにより、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成されている。具体的には、ＶＩＡ２３ｉｖを含む信号線２３ｉは、ＶＩＡ２３ｉｖを含まない信号線２３ｊの長さＬｊより短いＬｉを有する。ここで、信号線２３におけるインピーダンスは、信号線２３の長さが大きくなるのに伴って大きくなる。また、信号線２３におけるインピーダンスは、信号線２３の断面積が大きくなるのに伴って小さくなる。上述したように、ＶＩＡ２３ｉｖの断面積は、ＶＩＡ２３ｉｖ以外の断面積よりも大きい。したがって、信号線２３ｉにおけるＶＩＡ２３ｉｖの長さを考慮して、ＶＩＡ２３ｉｖを含む信号線２３ｉの長さＬｉを、ＶＩＡ２３ｉｖを含まない信号線２３ｊの長さＬｊよりも小さくしている。これにより、信号線２３ｉおよび信号線２３ｊにおけるインピーダンスを、それぞれ、互いに略等しくすることが可能である。

また、信号線２３ｋは、接続点２４ｃとプリアンプ２２との間において、接続点２４ｃで合流した信号線２３ｉおよび２３ｊが共通化されている。接続点２４ｃとプリアンプ２２との間の信号線２３ｋは、長さＬｋを有する。なお、ＳｉＰＭ２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄそれぞれとプリアンプ２２との信号線２３の長さは、それぞれ、互いに等しい長さＷＬａ、ＷＬｂ、ＷＬｃおよびＷＬｄを有する。また、ＳｉＰＭ２１ｅ、２１ｆ、２１ｇおよび２１ｈそれぞれとプリアンプ２２との信号線２３の長さは、それぞれ、互いに等しく、かつ、長さＷＬａ、ＷＬｂ、ＷＬｃおよびＷＬｄとは異なる、長さＷＬｅ、ＷＬｆ、ＷＬｇおよびＷＬｈを有する。ここで、長さＷＬａ（ＷＬｂ、ＷＬｃ、ＷＬｄ）は、長さＬａ（Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄ）と、長さＬｉと、長さＬｋとを足し合わせた長さである。また、長さＷＬｅ（ＷＬｆ、ＷＬｇ、ＷＬｈ）と、長さＬｊと、長さＬｋとを足し合わせた長さである。

以上の構成により、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスを互いに略等しくすることが可能である。

ここで、光検出器２０では、ＳｉＰＭ２１とプリアンプ２２との間の信号線２３におけるインピーダンスと、プリアンプ２２の入力側のインピーダンスとを整合させるように構成されている。したがって、上記のように、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスを互いに略等しくすることにより、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１のそれぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスと、プリアンプ２２の入力側のインピーダンスとが整合される。これにより、いずれのＳｉＰＭ２１から出力されたタイミング信号においても、インピーダンスの不整合に起因するタイミング信号の遅れや乱れ等の劣化が生じにくい。

なお、信号線２３におけるインピーダンスを互いに略等しく場合、ＳｉＰＭ２１から信号線２３により伝達されるタイミング信号のプリアンプ２２への到達時間が略等しくなる。すなわち、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれに入射されたシンチレーション光がプリアンプ２２に等しい時間遅れて伝達されることになる。以下の説明では、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスを互いに略等しくした配線レイアウトを、「等遅延配線」と呼ぶ場合がある。

次に、図６および図７を参照して、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３を、「最短配線」とする従来の構成におけるタイミング信号の波形と、「等遅延配線」とした本実施形態の構成におけるタイミング信号の波形との差異を説明する。

図６の左段に示すように、「最短配線」とする従来の構成のシミュレーション結果では、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれからのタイミング信号には、波打つような乱れ（リンギング）が生じている。また、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれからのタイミング信号同士にずれが生じることにより、タイミング信号同士で、波形のピーク部分にずれが生じている。なお、波形のピーク部分は、光検出器２０において、タイミング信号の立ち上がり時間と見なされる。

図６の右段に示すように、「等遅延配線」とした本実施形態の構成のシミュレーション結果では、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれからのタイミング信号には、「最短配線」とする従来の構成と比較して、リンギングは殆ど生じていない。また、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれからのタイミング信号同士は、略等しい波形を有する。なお、「等遅延配線」とした本実施形態の構成のシミュレーションは、ＳｉＰＭ２１のそれぞれとプリアンプ２２とを接続する信号線２３それぞれの長さを互いに等しくした「等長配線」を用いて行った。

図７の上段に示すように、「最短配線」とする従来の構成の実測結果では、タイミング信号の波形には、シミュレーション結果（図６参照）と同様に、リンギングが生じている。また、タイミング信号の立ち上がり時間が約６〜８ｎｓとなっている。なお、図７では、多数のタイミング信号の波形を重ね合わせた（積算した）ものを示しており、斜線の間隔の大きさにより、タイミング信号の波形の積算度合いの大きさを示している。

図７の下段に示すように、「等遅延配線」とした本実施形態の構成の実測結果では、タイミング信号の波形には、シミュレーション結果（図６参照）と同様に、「最短配線」とする従来の構成と比較して、リンギングは殆ど生じていない。また、タイミング信号の立ち上がり時間が、「最短配線」とする従来の構成よりも速い、約３〜４ｎｓとなっている。

（実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、光検出器２０を、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成する。これにより、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のいずれの信号線２３にタイミング信号が伝達される場合でも、タイミング信号の反射が生じるのを抑制することができるので、タイミング信号の反射に起因するタイミング信号の遅れや乱れ等の劣化が生じるのを抑制することができる。その結果、ＳｉＰＭ２１がマルチプレクサ接続された構成においてタイミング信号を取得する場合に、タイミング信号の立ち上がり時間が遅くなることに起因して時間分解能が低下することを抑制することができる。したがって、陽電子放射断層撮影装置１００において、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成された光検出器２０を用いることにより、光検出器２０の時間分解能を向上させ、薬剤の位置の推定精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、光検出器２０を、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３の断面積または長さＬを調整することにより、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成する。これにより、信号線２３の素材が等しい場合には、信号線２３におけるインピーダンスは、信号線２３の断面積または長さＬの少なくとも一方に依存するので、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３の断面積または長さＬの少なくとも一方を調整することによって、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように容易に構成することができる。

また、本実施形態では、上記のように、信号線２３は、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間において、複数のＳｉＰＭ２１それぞれからの信号線２３が合流する接続点２４を含み、光検出器２０を、複数のＳｉＰＭ２１それぞれと接続点２４との間のそれぞれの信号線２３の長さＬを互いに略等しくすることにより、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成する。これにより、信号線２３の素材および断面積が略等しい場合、複数のＳｉＰＭ２１それぞれと接続点２４との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなる。また、信号線２３における接続点２４のプリアンプ２２側では、複数のＳｉＰＭ２１それぞれからの信号線２３が合流して共通化されるので、接続点２４で合流した複数の信号線２３におけるＳｉＰＭ２１それぞれと接続点２４との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスは共通の値となる。その結果、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように容易に構成することができる。

また、本実施形態では、上記のように、信号線２３は、ＳｉＰＭ２１が設けられる基板３０の一方側の面３０ａに配置される部分と、基板３０の他方側の面３０ｂに配置される部分と、一方側の面３０ａに配置される部分と他方側の面３０ｂに配置される部分とを接続するように基板３０に埋め込まれたＶＩＡ２３ｉｖと、を含み、光検出器２０を、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３において、ＶＩＡ２３ｉｖの長さＬとＶＩＡ２３ｉｖ以外の長さＬとを調整することにより、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成する。これにより、ＶＩＡ２３ｉｖとＶＩＡ２３ｉｖ以外とで断面積が異なっていたとしても、信号線２３にＶＩＡ２３ｉｖが含まれる場合に、ＶＩＡ２３ｉｖの長さＬとＶＩＡ２３ｉｖ以外の長さＬとを調整することにより、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように容易に構成することができる。

[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、光検出器２０を、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれと接続点２４との間のそれぞれの信号線２３の長さＬを互いに略等しくするように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれと接続点２４との間のそれぞれの信号線２３の長さＬを互いに異なるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、ＳｉＰＭ２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび２１ｄを、それぞれ、信号線２３ａ、２３ｂ、２３ｃおよび２３ｄにより、接続点２４ａと接続させ、ＳｉＰＭ２１ｅ、２１ｆ、２１ｇおよび２１ｈを、それぞれ、信号線２３ｅ、２３ｆ、２３ｇおよび２３ｈにより、接続点２４ｂと接続させ、接続点２４ａおよび接続点２４ｂを、それぞれ、信号線２３ｉおよび信号線２３ｊにより、接続点２４ｃと接続させるように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、接続点２４に合流させる信号線２３の本数および接続点２４の個数は幾つでもよい。

また、上記実施形態では、光検出器２０を、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３において、ＶＩＡ２３ｉｖの長さＬとＶＩＡ２３ｉｖ以外の長さＬとを調整することにより、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、光検出器２０を、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３において、ＶＩＡ２３ｉｖの断面積とＶＩＡ２３ｉｖ以外の断面積とを調整してもよいし、ＶＩＡ２３ｉｖの断面積と、ＶＩＡ２３ｉｖの長さＬと、ＶＩＡ２３ｉｖ以外の断面積と、ＶＩＡ２３ｉｖ以外の長さＬとを、適宜組み合わせて調整することにより、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、ＶＩＡ２３ｉｖを、接続点２４ａと接続点２４ｃとを接続する信号線２３ｉに設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ＶＩＡを、信号線２３のいずれの部分に設けてもよい。また、ＶＩＡを、信号線２３に２箇所以上設けてもよい。また、ＶＩＡ２３ｉｖを設けないように構成してもよい。

また、上記実施形態では、ＳｉＰＭ２１ａ（２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ）とプリアンプ２２との信号線２３の長さＷＬａ（ＷＬｂ、ＷＬｃ、ＷＬｄ）と、ＳｉＰＭ２１ｅ（２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ）とプリアンプ２２との信号線２３の長さＷＬｅ（ＷＬｆ、ＷＬｇ、ＷＬｈ）とが異なるように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ＳｉＰＭ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇおよび２１ｈそれぞれとプリアンプ２２と間のそれぞれの信号線２３の長さＷＬａ、ＷＬｂ、ＷＬｃ、ＷＬｄ、ＷＬｅ、ＷＬｆ、ＷＬｇおよびＷＬｈを互いに略等しくしてもよい。これにより、たとえば、信号線２３の素材および断面積が略等しい場合に、ＳｉＰＭ２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇおよび２１ｈそれぞれとプリアンプ２２との間の信号線２３の長さを互いに略等しくする（「等長配線」にする、つまり、図３において、各信号線２３にＶＩＡを設けないとともに各信号線２３の断面積が互いに等しい構成とする）ことにより、複数のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスを互いに略等しくなるように容易に構成することができる。

また、上記実施形態では、８つのＳｉＰＭ２１をマルチプレクサ接続するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ＳｉＰＭ２１をマルチプレクサ接続する個数は幾つでもよい。

また、上記実施形態では、陽電子放射断層撮影装置１００が、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成した光検出器２０を備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、複数（８つ）のＳｉＰＭ２１それぞれとプリアンプ２２との間のそれぞれの信号線２３におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成した光検出器２０を陽電子放射断層撮影装置１００以外の装置に設けるようにしてもよい。

１０ シンチレータ
２０ 光検出器
２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２１ｇ、２１ｈ） ＳｉＰＭ（光電変換素子）
２２ プリアンプ（増幅部）
２３（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆ、２３ｇ、２３ｈ、２３ｉ、２３ｊ、２３ｋ） 信号線
２３ｉｖ ＶＩＡ（埋込み部分）
２４（２３ａ、２３ｂ、２３ｃ） 接続点
３０ 基板
３０ａ （基板の）一方側の面
３０ｂ （基板の）他方側の面
１００ 陽電子放射断層撮影装置
Ｐ 被検体
Ｌ（Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄ、Ｌｅ、Ｌｆ、Ｌｇ、Ｌｈ、Ｌｉ、Ｌｊ、Ｌｋ）、ＷＬ（ＷＬａ、ＷＬｂ、ＷＬｃ、ＷＬｄ、ＷＬｅ、ＷＬｆ、ＷＬｇ、ＷＬｈ） （信号線の）長さ

Claims (6)

1. 被検体に投与された陽電子放出核種を含む薬剤から互いに対向する方向に放射される一対の放射線に基づいて被検体の内部を撮影する陽電子放射断層撮影装置であって、
   前記放射線が入射することにより光を出力するシンチレータと、
   前記シンチレータに対応するように設けられる光検出器と、
   を備え、
   前記光検出器は、
   前記シンチレータから発せられた前記光が入射することにより電気信号を出力する光電変換素子と、
   前記光電変換素子から出力された前記電気信号を増幅するための増幅部と、
   複数の前記光電変換素子と前記増幅部とを接続し、前記複数の光電変換素子から前記増幅部に前記電気信号を送信するための信号線と、
   を含み、
   前記複数の光電変換素子それぞれと前記増幅部との間のそれぞれの前記信号線におけるインピーダンスが互いに略等しくなるように構成されている、陽電子放射断層撮影装置。
2. 前記複数の光電変換素子それぞれと前記増幅部との間のそれぞれの前記信号線の断面積または長さの少なくとも一方を調整することにより、前記複数の光電変換素子それぞれと前記増幅部との間のそれぞれの前記信号線における前記インピーダンスが互いに略等しくなるように構成されている、請求項１に記載の陽電子放射断層撮影装置。
3. 前記複数の光電変換素子それぞれと前記増幅部との間の前記信号線の長さを互いに略等しくすることにより、前記複数の光電変換素子それぞれと前記増幅部との間の前記インピーダンスが互いに略等しくするように構成されている、請求項２に記載の陽電子放射断層撮影装置。
4. 前記信号線は、前記複数の光電変換素子それぞれと前記増幅部との間において、前記複数の光電変換素子それぞれからの前記信号線が合流する接続点を含み、
   前記複数の光電変換素子それぞれと前記接続点との間のそれぞれの前記信号線の長さを互いに略等しくすることにより、前記複数の光電変換素子それぞれと前記増幅部との間のそれぞれの前記信号線における前記インピーダンスが互いに略等しくなるように構成されている、請求項２に記載の陽電子放射断層撮影装置。
5. 前記信号線は、前記光電変換素子が設けられる基板の一方側の面に配置される部分と、前記基板の他方側の面に配置される部分と、前記一方側の面に配置される部分と前記他方側の面に配置される部分とを接続するように前記基板に埋め込まれた埋込み部分と、を含み、
   前記複数の光電変換素子それぞれと前記増幅部との間のそれぞれの前記信号線において、前記埋込み部分の断面積または長さの少なくとも一方と前記埋込み部分以外の断面積または長さの少なくとも一方とを調整することにより、前記複数の光電変換素子それぞれと前記増幅部との間のそれぞれの前記信号線における前記インピーダンスが互いに略等しくなるように構成されている、請求項２に記載の陽電子放射断層撮影装置。
6. 光が入射することにより電気信号を出力する光電変換素子と、
   前記光電変換素子から出力された前記電気信号を増幅するための増幅部と、
   複数の前記光電変換素子と１つの前記増幅部とを接続し、前記複数の光電変換素子から前記１つの増幅部に前記電気信号を送信するための信号線と、
   を備え、
   前記複数の光電変換素子それぞれから前記１つの増幅部までの間の前記信号線におけるインピーダンス同士が互いに略等しくなるように構成されている、光検出器。

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