JPH06337289A - 放射線検出器及びそれを用いた装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シンチレータの深さ方向に対するガンマ線の
発光位置の情報を簡単な構成で得ることができる放射線
検出器を提供する。 【構成】 Ｘ、Ｙ方向の入射位置を光電子倍増管２０₁
〜２０₄ の出力比で識別できる光電子倍増管２０₁ 〜２
０₄ 、第１のシンチレータ１０₁₁〜１０₈₆からなる放射
線検出器に、第１のシンチレータ１０₁₁〜１０₈₆と発光
パルスの減衰時間が異なる第２のシンチレータ３０₁₁〜
３０₈₆が光学的に結合されている。第２のシンチレータ
３０₁₁〜３０₈₆は、第１のシンチレータ１０₁₁〜１０₈₆
との結合面以外反射材が塗布してある。発光パルスの減
衰時間を識別することにより、第１、第２のシンチレー
タ１０₁₁〜１０₈₆、３０₁₁〜３０₈₆のいずれで発光した
かが判別でき、光電子倍増管２０₁ 〜２０₄ の出力比に
より入射位置を識別できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、被検体に投与されて
関心部位に蓄積された放射性同位元素（ＲＩ）から放出
された放射線（ガンマ線）の入射位置を検出するための
放射線検出器、およびその放射線検出器を用いて関心部
位のＲＩ分布の断層像を得るように構成した装置、例え
ば、ポジトロン放射トモグラフィ（ＰＥＴ）装置などに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の放射線検出器は、検出分
解能を高めるために、複数のシンチレータとそれよりも
少ない数の光電子倍増管を結合し、シンチレータでの発
光を複数個の光電子倍増管に適正に分配して、各光電子
倍増管の出力比からガンマ線の入射位置を決定するよう
に構成されている。

【０００３】このような放射線検出器として、例えば、
特公平２−１４６６６号、特公表６２−５００９５７
号、特開平３−１８５３８５号公報などに開示されてい
るもの、あるいは、本願出願人が特願平４−１０８９７
２号で提案しているもの等がある。

【０００４】この一例を、図１２を参照して説明する。
図に示す放射線検出器１は、Ｘ方向に６個、Ｙ方向に８
個の合計４８個のシンチレータ１０₁₁〜１０₈₆を２次元
的に密着配置したシンチレータ群１０と、このシンチレ
ータ群１０に対して光学的に結合された４個の光電子倍
増管２０₁ 、２０₂ 、２０₃ 、２０₄ とから構成されて
いる。シンチレータ１０_ij（ｉ＝１〜８、ｊ＝１〜６）
としては、例えば、Ｂｉ₄ Ｇｅ₃ Ｏ₁₂（ＢＧＯ）が用い
られている。また、シンチレータ１０_ijでの発光を各光
電子倍増管２０₁ 〜２０₄ に適正に分配するために、各
シンチレータ１０_ijが対向する面に長さが違うスリット
を設けたり（特公表６２−５００９５７号）、各シンチ
レータ１０_ijの結合面を粗面および／または鏡面とした
り（特開平３−１８５３８５号）、あるいは、図１２に
示すように、各シンチレータ１０_ijが対向する面の所要
領域に光学的反射材１１を、各シンチレータ１０_ijの配
列順序に関連して変化させて被着させている（特願平４
−１０８９７２号）。これにより、各光電子倍増管２０
₁ 〜２０₄ の出力比を求めれば、Ｘ方向、Ｙ方向に対す
るガンマ線の入射位置、すなわち、どのシンチレータ１
０_ijにガンマ線が入射したかを認識することができる。

【０００５】このような放射線検出器１を用いて被検体
の関心部位のＲＩ分布の断層像を得るための、例えば、
ＰＥＴ装置は、図１３に示すように、複数個の放射線検
出器１を被検体Ｍの体軸Ｊ回りに周設して構成されてい
る。

【０００６】図では、各放射線検出器１のＸ方向を体軸
Ｊ回りに、Ｙ方向を体軸Ｊ方向（紙面に垂直方向）にそ
れぞれ一致させてある。被検体Ｍの関心部位から放出さ
れたガンマ線は各放射線検出器１で検出される。各放射
線検出器１では、それぞれどのシンチレータにガンマ線
が入射したかを識別する。このようにして得られたガン
マ線の入射位置の情報に基づいて、関心部位のＲＩ分布
の断層像を得る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】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、次のような問題が
ある。すなわち、ＰＥＴ装置において、視野中心から離
れた位置Ｐｎから放出されるガンマ線は、図１４に示す
ように、放射線検出器１のシンチレータに斜めから入射
する。このとき、図１５に示すように、ガンマ線が放射
線検出器１ｎのシンチレータ１０_4jに入射したにもかか
わらず、シンチレータ１０_3j内で発光する場合がある。
従来の放射線検出器１では、このようにシンチレータ１
０_4jに入射し、シンチレータ１０_3j内で発光したガンマ
線は、シンチレータ１０_3jに入射したものとして認識さ
れることになる。従って、シンチレータに斜めから入射
したガンマ線を誤った位置で検出することになり、得ら
れた断層像は不正確なものになるという問題がある。

【０００８】ところで、例えば、図１６に示すように、
シンチレータを深さ方向にＡ、Ｂの２層に分割して、ガ
ンマ線がいずれの層で発光したかを検出できれば、その
発光位置についての情報と、ガンマ線の入射位置につい
ての情報とに基づいて、被検体Ｍのガンマ線の放出位置
を正確に認識することができる。例えば、上述のような
場合、Ａ層で発光し、シンチレータ１０_4jに入射したこ
とを検出したときには、放出位置（例えば、図１４のＰ
ｎ）からガンマ線が放出したと認識し、また、Ｂ層で発
光し、シンチレータ１０_3jに入射したことを検出したと
きにも、放出位置Ｐｎからガンマ線が放出したと認識す
る。このように、シンチレータの深さ方向に対するガン
マ線の発光位置を検出できれば、ガンマ線の入射位置の
検出精度の向上を図ることができるので、上述のような
問題に対処することもできる。

【０００９】しかし、シンチレータの深さ方向に対する
ガンマ線の発光位置の情報を得る方法として、シンチレ
ータの側面にフォトダイオード等を接続した方法などが
考案されているが、構造が複雑でコスト高を招くなど、
実用的ではない。

【００１０】この発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたものであって、シンチレータの深さ方向に対するガ
ンマ線の発光位置の情報を簡単な構成で得ることができ
る放射線検出器と、その放射線検出器を用いて、被検体
の関心部位のＲＩ分布の断層像を得るための装置を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、このような
目的を達成するために、次のような構成をとる。すなわ
ち、請求項１に記載の発明は、２次元的に密着配置され
た複数本のシンチレータと、前記シンチレータ群に対し
て光学的に結合され、かつ、前記シンチレータの本数よ
りも少ない複数本の光電子倍増管を備え、前記光電子倍
増管の出力比に基づいてガンマ線の入射位置を検出する
放射線検出器において、前記各シンチレータには、その
深さ方向に、発光パルスの減衰時間の異なる別異のシン
チレータを光学的に結合したものである。

【００１２】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の放射線検出器を被検体の体軸回りに周設し、か
つ、前記被検体から放射されるガンマ線の入射位置を検
出する位置検出手段と、前記各シンチレータの発光パル
スの減衰時間の違いによりいずれのシンチレータで発光
したかを識別する発光位置識別手段と、前記位置検出手
段で検出された情報と前記発光位置識別手段で識別され
た情報とに基づいて、関心部位のＲＩ分布の断層像を作
成する画像処理手段とを備えたものである。

【００１３】

【作用】請求項１に記載の発明の作用は次のとおりであ
る。すなわち、放射線検出器に入射したガンマ線は、深
さ方向に結合されたいずれかのシンチレータで発光す
る。それぞれのシンチレータの発光パルスの減衰時間は
異なるので、その発光パルスの減衰時間の違いを識別す
ることにより、いずれのシンチレータでガンマ線が発光
したかを検出することができる。

【００１４】また、請求項２に記載の発明によれば、位
置検出手段でガンマ線の入射位置を検出するとともに、
発光位置識別手段でいずれのシンチレータで発光したか
の情報、すなわち、シンチレータの深さ方向に対する発
光位置についての情報を得る。画像処理手段では、位置
検出手段で検出されたガンマ線の入射位置の情報を、発
光位置識別手段で識別されたシンチレータの深さ方向に
対する発光位置についての情報によって、ガンマ線の放
出位置を正確に認識するように補正して関心部位のＲＩ
分布の断層像を作成する。これにより、例えば、シンチ
レータに斜め方向に入射するガンマ線の放出位置の誤検
出を低減できるので、作成された断層像はより正確なも
のとなる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は、この発明の一実施例に係る放射線検
出器の構成を示す斜視図、図２は、図１のＡ−Ａ矢視断
面図、図３は図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。なお、図
１２と同一符号で示す部分は従来例と同一構成であるの
で、ここでの詳述は省略する。

【００１６】この実施例に係る放射線検出器２では、４
個の光電子倍増管２０_k （ｋ＝１〜４）に、４８個の第
１のシンチレータ１０_ij（ｉ＝１〜８、ｊ＝１〜６）か
らなる第１のシンチレータ群１０が、光学的に結合され
ており、各第１のシンチレータ１０_ijの上面（光電子倍
増管２０_k と結合された面と反対側の面）には、第２の
シンチレータ３０_ij（ｉ＝１〜８、ｊ＝１〜６）からな
る第２のシンチレータ群３０がそれぞれ光学的に結合さ
れている。

【００１７】第１のシンチレータ群１０を構成する各シ
ンチレータ１０_ijが対向する面の所要領域には、特願平
−１０８９７２号と同様に光学的反射材１１を各シンチ
レータ１０_ijの配列順序に関連して変化させて被着させ
ている。すなわち、第２のシンチレータ３０_ijを除いた
光電子倍増管２０_k と第１のシンチレータ群１０との構
成では、従来例と同様に、各シンチレータ１０_ijでの発
光を各光電子倍増管２０_k に適正に分配し、各光電子倍
増管２０_k の出力比を求めることにより、Ｘ方向、Ｙ方
向に対するガンマ線の入射位置を認識することができる
ものである。

【００１８】図２、図３に示すように、第２のシンチレ
ータ３０_ijの面の内、それぞれ第１のシンチレータ１０
_ijに結合された面以外の面、すなわち、第２のシンチレ
ータ３０_ijの外表面と、各第２のシンチレータ３０_ijの
対向する面とには、反射材３１が塗布してある。従っ
て、図２に示すように、第２のシンチレータ３０_ij（例
えば、３０_i3）で発光した光は、それぞれ、その第２の
シンチレータ３０_ij（３０_i3）に結合された第１のシン
チレータ１０_ij（１０_i3）に導かれることになる。

【００１９】また、第１のシンチレータ１０_ijと第２の
シンチレータ３０_ijとは、それぞれ発光パルスの減衰時
間が異なるものを用いている。この実施例では、シンチ
レータ１０_ijをＢＧＯで、第２のシンチレータ３０
_ijは、Ｇｄ₂ ＳｉＯ₅ （ＧＳＯ）で構成した。

【００２０】なお、第２のシンチレータ３０_ijの長さＸ
は、第２のシンチレータ３０_ijを透過した後のガンマ線
量Ｉが、第２のシンチレータ３０_ijの上面に入射するガ
ンマ線量Ｉｏの１／２になる長さ程度に設定することが
好ましい。ＩとＩｏとは、 Ｉ ＝ Ｉｏｅ^-UX の関係で記述できる。ここで、Ｕは、シンチレータの吸
収係数である。従って、 Ｉ／Ｉｏ ＝ １／２ ＝ ｅ^-UX となり、Ｘを特定することができる。このように第２の
シンチレータ３０_ijの長さＸが決まれば、第１のシンチ
レータ１０_ijと第２のシンチレータ３０_ijとにおける発
光の割合を等分することができる。

【００２１】次に、上述の構成の放射線検出器の作用を
図４を参照して説明する。図４（ａ）に示すように、第
１のシンチレータ１０_ij内で発光した光は、従来例と同
様に、各光電子倍増管２０_k に適正に分配され、各光電
子倍増管２０_k の出力比を求めることにより、Ｘ方向、
Ｙ方向に対するガンマ線の入射位置を認識することがで
きる。なお、第１のシンチレータ１０_ij内で発光した光
の発光パルスの減衰時間は、約３００ｎｓである。

【００２２】一方、図４（ｂ）に示すように、第２のシ
ンチレータ３０_ij内で発光した光は、その第２のシンチ
レータ３０_ijに結合された第１のシンチレータ１０_ijに
導かれる。第１のシンチレータ１０_ijに導かれた光は、
従来例と同様に、各光電子倍増管２０_k に適正に分配さ
れ、各光電子倍増管２０_k の出力比を求めることによ
り、Ｘ方向、Ｙ方向に対するガンマ線の入射位置を認識
することができる。なお、第２のシンチレータ３０_ij内
で発光した光の発光パルスの減衰時間は、約６０ｎｓで
ある。

【００２３】すなわち、第１のシンチレータ１０_ij、第
２のシンチレータ３０_ijのいずれで発光しても、Ｘ方
向、Ｙ方向に対するガンマ線の入射位置を認識すること
ができる。

【００２４】また、第１、第２のシンチレータ１０_ij、
３０_ijで発光した光の発光パルスの減衰時間と、光電子
倍増管２０_k からの出力電圧値との関係を図５に示す。
図からも判るように、各波形を分析してやることによ
り、第１のシンチレータ１０_ijで発光したのか、第２の
シンチレータ３０_ijで発光したのかを識別することがで
きる。

【００２５】ガンマ線の入射位置と発光位置とを検出す
る回路構成を図６に示す。図中、Ｐ₁ 、Ｐ₂ 、Ｐ₃ 、Ｐ
₄ は、それぞれ光電子倍増管２０₁ 、２０₂ 、２０₃ 、
２０₄ からの出力（電圧値）である。

【００２６】位置検出回路４１では、Ｐ₁ ＋Ｐ₃ とＰ₂
＋Ｐ₄ との比に基づき、Ｘ方向に対する入射位置の検出
を行ない、Ｐ₁ ＋Ｐ₂ とＰ₃ ＋Ｐ₄ との比に基づき、Ｙ
方向に対する入射位置の検出を行なう。なお、この位置
検出回路４１は、この発明における位置検出手段に相当
する。

【００２７】波形分析回路４２では、Ｐ₁ 〜Ｐ₄ の発光
パルスの減衰時間を、例えば、コンパレータ等で分析し
て、第１のシンチレータ１０_ijで発光したのか、第２の
シンチレータ３０_ijで発光したのかを識別する。なお、
この波形分析回路４２は、この発明における発光位置識
別手段に相当する。

【００２８】双方の回路４１、４２からの識別結果に基
づいて、シンチレータの深さ方向に２層に分割した状態
で、ガンマ線の入射位置を認識することができる。これ
は概念的には、図７に示すように、２個の検出器３、４
を、２段に連結したのと同じことになり、シンチレータ
の深さ方向に対する入射位置の識別精度をより一層向上
させることができる。

【００２９】なお、上述の実施例装置では、第１のシン
チレータ１０_ijとしてＢＧＯを、第２にシンチレータ３
０_ijとしてＧＳＯを用いたが、第１のシンチレータ１０
_ijとしてＧＳＯを、第２にシンチレータ３０_ijとしてＢ
ＧＯを用いて装置を構成してもよい。また、第１のシン
チレータ１０_ijと第２のシンチレータ３０_ijとの発光パ
ルスの減衰時間が異なる組合わせであれば、ＢＧＯ、Ｇ
ＳＯ以外であっても、ＮａＩ、ＢａＦ₂ 、ＣｓＦなどを
用いて第１、第２のシンチレータ１０_ij、３０_ijを構成
してもよい。

【００３０】さらに、上述の実施例では、２種類のシン
チレータを用いてシンチレータの深さ方向に２層に分割
したが、３種以上のシンチレータをシンチレータの深さ
方向に光学的に結合して、シンチレータの深さ方向に３
層以上に分割して放射線検出器を構成してもよく、その
ようにすれば、シンチレータの深さ方向に対するより細
かい情報が得られる。

【００３１】また、上述の実施例では、特願平４−１０
８９７２号に第２のシンチレータ３０_ijを結合して構成
したが、その他、特公平２−１４６６６号、特公表６２
−５００９５７号、特開平３−１８５３８５号公報など
に開示されているシンチレータに第２のシンチレータ３
０_ijを結合して構成してもよい。

【００３２】次に、上述の放射線検出器２を用いたＰＥ
Ｔ装置の構成を図８を参照して説明する。図８に示すよ
うに、各放射線検出器２を被検体Ｍの体軸Ｊ回りに周設
して装置が構成されている。

【００３３】また、各放射線検出器２の位置検出回路４
１と波形分析回路４２との出力データは、それぞれ分配
回路４３に与えられる。各分配回路４３では、波形分析
回路４２の判定結果が、第１のシンチレータ群１０であ
れば、位置検出回路４１から与えられた入射位置情報を
第１のメモリ５１に記憶し、波形分析回路４２の判定結
果が、第２のシンチレータ群３０であれば、位置検出回
路４１からの入射位置情報を第２のメモリ５２に記憶す
る。

【００３４】すなわち、第１のメモリ５１には、第１の
シンチレータ群１０に対する入射位置情報が記憶され、
第２のメモリ５２には、第２のシンチレータ群３０に対
する入射位置情報が記憶されている。第１、第２のメモ
リ５１、５２からの情報は、画像処理部６０に与えられ
る。画像処理部６０では、与えられた情報に基づいてＲ
Ｉ分布の断層像を作成する。なお、この画像処理部６０
は、この発明における画像処理手段に相当する。

【００３５】このようなＰＥＴ装置において、従来例で
指摘した、放射線検出器に斜めに入射するガンマ線につ
いて考えてみる。図９（ａ）に示すように、第２のシン
チレータ３０_4jで発光した光は、第１のシンチレータ１
０_4jに導かれる。そして、第２のメモリ５２に第２のシ
ンチレータ３０_4jに入射したものとして記憶される。

【００３６】一方、図９（ｂ）に示すように、第２のシ
ンチレータ３０_4jを突き抜けて第１のシンチレータ１０
_3jで発光した光は、第１のメモリ５１に第１のシンチレ
ータ１０_3jに入射したものとして記憶される。

【００３７】ここで、視野中心からずれた位置Ｐｎから
放出されたガンマ線の入射位置を、例えば、第１のシン
チレータ群１０に対しては第１のシンチレータ１０_3j、
第２のシンチレータ群３０に対しては第２のシンチレー
タ３０_4jで検出するということを予め決めておき、画像
処理部６０で断層像を作成することにより、従来例のよ
うな検出誤差による画像の劣化を低減することができ
る。

【００３８】なお、シンチレータの深さ方向に３種類以
上のシンチレータを結合した放射線検出器を用いれば、
入射位置の検出精度を一層向上させることができるの
で、断層像をより正確なものとすることができる。

【００３９】また、従来のＰＥＴ装置では、図１０に示
すように、Ｐａ、Ｐｂ間を最小分解能とした検出分解能
しか得られないので、ウオブリング等により、各放射線
検出器１を被検体に対して振動させて、Ｐａ、Ｐｂ間の
位置から放出されるガンマ線の検出を行なえるようにし
ているが、上述ようなＰＥＴ装置では、シンチレータの
深さ方向に２層に分割して入射位置を検出することがで
きるので、ウオブリング等を行なわなくとも、例えば、
図１１に示すように、Ｐａ、Ｐｂ間の位置から放出され
るガンマ線の検出も行なうことができる。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に記載の発明によれば、シンチレータの深さ方向に対
して、減衰時間の異なる別異のシンチレータを光学的に
結合して、シンチレータの深さ方向に対するガンマ線の
発光位置を検出できるように構成したので、シンチレー
タの深さ方向に対するガンマ線の発光位置の情報を簡単
な構成で得られる放射線検出器を実現できる。

【００４１】また、請求項２に記載の発明によれば、各
放射線検出器では、シンチレータの深さ方向に対して複
数層に分割された状態で、ガンマ線の入射位置を検出す
ることができるので、例えば、斜め方向から入射したガ
ンマ線の放出位置をより正確に認識することができる。
従って、入射位置の誤検出による断層像の劣化を低減す
ることができる。また、シンチレータの深さ方向に分割
して入射位置を検出することができるので、ウオブリン
グ等を行なわなくとも、検出分解能を高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る放射線検出器の構成
を示す斜視図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図４】実施例装置の作用を説明するための図である。

【図５】第１、第２のシンチレータで発光した光の発光
パルスの減衰時間と、光電子倍増管からの出力電圧値と
の関係を示す図である。

【図６】ガンマ線の入射位置と発光位置とを検出する回
路構成を示す図である。

【図７】実施例装置の構成を２個の放射線検出器で概念
的に示した図である。

【図８】実施例装置を用いたＰＥＴ装置の構成を示す図
である。

【図９】ガンマ線がシンチレータに斜めに入射したとき
の作用を説明するための図である。

【図１０】従来装置の検出分解能を示す図である。

【図１１】この発明に係るＰＥＴ装置の検出分解能を示
す図である。

【図１２】従来例に係る放射線検出器の構成を示す斜視
図である。

【図１３】従来例に係るＰＥＴ装置の構成を示す図であ
る。

【図１４】従来例の問題点を説明するための図である。

【図１５】従来例の問題点を説明するための図である。

【図１６】シンチレータを２層に分割した場合の効果を
説明するための図である。

【符号の説明】

２ … 放射線検出器 １０_ij … 第１のシンチレータ １１、３１ … 反射材 ２０_k … 光電子倍増管 ３０_ij … 第２のシンチレータ ４１ … 位置検出回路 ４２ … 波形分析回路 ６０ … 画像処理部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次元的に密着配置された複数本のシン
   チレータと、前記シンチレータ群に対して光学的に結合
   され、かつ、前記シンチレータの本数よりも少ない複数
   本の光電子倍増管を備え、前記光電子倍増管の出力比に
   基づいてガンマ線の入射位置を検出する放射線検出器に
   おいて、前記各シンチレータには、その深さ方向に、発
   光パルスの減衰時間の異なる別異のシンチレータを光学
   的に結合したことを特徴とする放射線検出器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の放射線検出器を被検体
   の体軸回りに周設し、かつ、前記被検体から放射される
   ガンマ線の入射位置を検出する位置検出手段と、前記各
   シンチレータの発光パルスの減衰時間の違いによりいず
   れのシンチレータで発光したかを識別する発光位置識別
   手段と、前記位置検出手段で検出された情報と前記発光
   位置識別手段で識別された情報とに基づいて、関心部位
   のＲＩ分布の断層像を作成する画像処理手段とを備えた
   ことを特徴とする放射線検出器を用いた装置。