JPH11142523A

JPH11142523A - 放射線入射位置３次元検出器

Info

Publication number: JPH11142523A
Application number: JP30621997A
Authority: JP
Inventors: Hideo Murayama; 秀雄村山; Hiroyuki Ishibashi; 浩之石橋; Takashi Yamashita; 貴司山下; Hiroshi Uchida; 博内田; Tomohide Omura; 知秀大村
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK; Hitachi Chemical Co Ltd; National Institute of Radiological Sciences
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK; National Institute of Radiological Sciences; Showa Denko Materials Co Ltd
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 1999-05-28
Anticipated expiration: 2017-11-07
Also published as: JP3597979B2

Abstract

(57)【要約】【課題】シンチレータ全体の厚さを厚くしても、発光位
置を厚さ方向について特定することのできる３次元位置
検出器を提供する。【解決手段】複数の柱状シンチレータと、複数の柱状シ
ンチレータのそれぞれの底面に接続された受光素子３２
１〜３２４とを有する。複数の柱状シンチレータは、所
定の形状の複数のシンチレータセル３０１、３０２等
を、上下方向に積み上げたものである。複数の柱状シン
チレータは、互いの側面が隣り合うように配置され、当
該隣合う側面のうち、少なくとも最上段のシンチレータ
セルの側面の一部は、互いに光を行き来させるために接
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シンチレーション
放射線検出器に関し、特に、陽電子放出断層装置（ＰＥ
Ｔ：Positoron Emission Tomography装置）の検出器と
して用いるのに適した放射線三次元位置検出器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】陽電子放出断層装置（ＰＥＴ装置）は、
陽電子を放出する放射性アイソトープで標識した化合物
を予め注入された被検体から放射される放射線を、被検
体の外部から検出する装置である。検出結果から放射性
アイソトープの被検体内における位置および濃度を示す
断層画像を生成し、表示する。ユーザは、この画像を見
ることにより、放射性アイソトープで標識された化合物
が、被検体内でどこにどれくらいの濃度で存在するかを
知ることができる。これを利用して、例えば被検体内の
生理的活性の高い場所および濃度を測定することができ
る。

【０００３】このようなＰＥＴ装置は、図５のように、
被検体５０１から放射される放射線を検出するために、
被検体５０１を取り囲むように円筒形に配置された放射
線検出器５０６を用いる。検出器５０６は、例えばＢｉ
₄Ｇｅ₃Ｏ₁₂結晶等のように、放射線の入射により発光す
る構成のシンチレータ５０２と、シンチレータ５０２の
発した光を受光する受光素子５０３とにより構成され
る。シンチレータ５０２は、図５、図６のように円筒形
に配置され、各シンチレータ５０２間には、反射膜が配
置され、発光した光が隣接するシンチレータ５０２に入
射するのを防止している。被検体５０１からの放射線
は、互いに逆向きに２光子ずつ同時に放射される性質が
あるため、受光素子５０３によりシンチレーション発光
が同時に計測された２つのシンチレータを特定すること
により、２つのシンチレータを結ぶ線上に、放射線を発
する部位５１１や部位５１２があることを知ることがで
きる。演算装置５０４は、同時に発光が計測されたシン
チレータの位置データをメモリに記録していき、これら
の収集されたデータから数学的手法を用いて、検出器５
０６内の空間内の部位５１１や部位５１２の位置を特定
し、これを表示装置５０５に表示させる。

【０００４】ところが、被検体５０１の放射線を発する
部位が、部位５１１のように、検出器５０６（リング）
内の空間（視野）の中心に位置する場合には、放射線が
シンチレータ５０２の厚さ方向（以下、深さ方向ともい
う）に入射するが、部位５１２のように、円筒形の中心
からずれた位置にあり、かつ図６のような方向に放射線
が放出された場合には、放射線が複数のシンチレータ５
０２を斜めに横切ることになる。このように放射線が複
数のシンチレータ５０２を横切った場合、どのシンチレ
ータ５０２が発光するかは確率によって定まる。したが
って、同じ事象が起こった場合（部位５１２から同じ方
向に放射線が放出された場合）でも同じシンチレータ５
０２の対がいつも発光するとは限らず、発光したシンチ
レータ５０２を結ぶ線が複数存在することとなり、これ
らのデータを用いて算出された放射線発生部位はぼけて
しまうこととなる。このような原因から、一般的なＰＥ
Ｔ装置は、視野周辺に向かうにしたがって多少ぼけてし
まう。（軸方向の解像度が劣化する。）この解像度の劣
化を避けるためにシンチレータ５０２を薄くしてしまう
と、放射線がシンチレータ５０２によって捕らえられる
確率が減り、検出器５０６の感度の劣化を招くという問
題が生じる。

【０００５】特開平６−５１０６９号公報では、シンチ
レータの深さ方向の発光位置を検出することにより、放
射線がどの位置に入射したかを判別し、空間分解能を向
上させることが提案されている。具体的には、隣接する
２つのシンチレータを一組とし、この２つのシンチレー
タが接する面の光の透過率を、シンチレータの深さ方向
で変化させておき、発せられた光が２つのシンチレータ
に透過率に応じた割合で分配されるようにしている。そ
して、２つのシンチレータの底部の受光素子で受光され
た光の強度比により、発光位置を特定する。この公報で
は、２つのシンチレータが接する面の透過率を変化させ
る方法として、面の粗さを変化させる方法が開示されて
いる。

【０００６】また、特開昭６３−４７６８６号公報に
は、シンチレータを複数のシンチレータセルに分け、複
数のセルを、セルとは屈折率の異なる透明板をはさみな
がら複数段積み上げた構成にすることにより、受光素子
まで到達する光の透過率が、複数のシンチレータセルご
とに異なるようにし、発光部位がどのセルかを特定する
ことが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の特開平６−５１
０６９号公報記載の構成は、２つのシンチレータ間の面
の粗さを変化させる等の方法で２つのシンチレータ間の
透過率を変化させるものであるが、この方法では、透過
率を変化させるために、面粗さを変化させている。しか
しながら、光の一部を透過させることのできる面の粗さ
に設定しなければならないため、面粗さを変化させるこ
とができる範囲にも限度がある。そのため、ある程度以
上の段階数に面粗さを変化させることができないため、
シンチレータの厚さ方向の分解能を向上させるのに限界
がある。

【０００８】また、特開昭６３−４７６８６号公報記載
の構成は、シンチレータセル間に屈折率の異なる板を挟
み、受光素子に近いシンチレータセルと遠いシンチレー
タセルとで光の透過率が異なるようにしている。そし
て、光が板を通過する度に光を損失させ、受光量の差か
らどのセルで発光されたかを検出するものである。よっ
て、セルを多段にした場合、受光素子から遠い位置にあ
るセルで発せられた光のうち、受光素子に到達できる光
は、そのごく一部になってしまう。このため、受光素子
の出力が非常に小さくなり、情報が正確に得られなくな
る。このように、この方法についても、シンチレータの
厚さ方向の分解能を向上させるのに制限がある。また、
セルとセルとの間に板を挟む構成であるため、検出器全
体にしめるシンチレータの結晶の割合が小さくなり、放
射線の吸収効率が低下してしまうという問題もある。ま
た、板の部分を放射線が通り抜けてしまう可能性もあ
り、検出効率を向上させる妨げになる。

【０００９】本発明は、シンチレータ全体の厚さを厚く
しても、発光位置を厚さ方向について特定することので
きる放射線入射位置３次元検出器を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のような放射線入射位置３次
元検出器が提供される。

【００１１】すなわち、複数の柱状シンチレータと、前
記複数の柱状シンチレータのそれぞれの底面に接続され
た受光素子とを有し、前記複数の柱状シンチレータは、
所定の形状の複数のシンチレータセルを、上下方向に積
み上げたものであり、前記複数の柱状シンチレータは、
互いの側面が隣り合うように配置され、当該隣合う側面
のうち、少なくとも最上段のシンチレータセルの側面の
一部は、互いに光を行き来させるために接していること
を特徴とする放射線入射位置３次元検出器である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。

【００１３】まず、本発明の第１の実施の形態の放射線
入射位置を３次元に検出する位置検出器について説明す
る。

【００１４】第１の実施の形態の放射線入射位置検出器
は、図１のように６個の直方体のシンチレータセル１０
１〜１０６と、２つの受光素子１１１、１１２とを備え
て構成される。シンチレータセル１０１〜１０６は、Ce
がドープされたGd₂SiO₅単結晶を直方体に切り出したも
のであり、各面は研磨されている。そして、６つのシン
チレータセル１０１〜１０６は、３個づつ柱状に積み上
げられ、積み上げられた柱状のシンチレータセル１０１
〜１０３、１０４〜１０６は、隣接するように配置され
ている。なお、下段の２つのシンチレータセル１０１、
１０６の間、ならびに、中段のシンチレータセル１０
２、１０５の間には、シンチレータセル１０１等が発し
た光を全反射する反射シート１１３が挟まれている。上
段のシンチレータセル１０３、１０４は、側面が直接接
触するように配置されている。下段のシンチレータセル
１０１、１０６の下面には、それぞれ受光素子１１１、
１１２が結合されている。受光素子１１１、１１２とし
ては、本実施の形態では光電子増倍管を用いている。

【００１５】シンチレータセル１０１〜１０６のうち上
段のシンチレータセル１０３、１０４の大きさは、縦
４．０ｍｍ×横４．０ｍｍ×高さ６ｍｍである。中段お
よびシンチレータは、反射シート１１３の厚さが０．４
ｍｍであるため、この厚さを考慮して縦４．０ｍｍ×横
３．８ｍｍ×高さ６ｍｍとしている。また、シンチレー
タセル１０１〜１０６を構成するCeがドープされたGd₂S
iO₅単結晶は、組成が、Gd_2(1-x)Ce_2xSiO₅（ただし、５
×１０^-4≦ｘ≦１０^-2）であるものを用いた。このCeが
ドープされたGd₂SiO₅単結晶の屈折率は、１．８５であ
る。この結晶は、放射線の入射によりシンチレーション
発光した光に対して透明である。

【００１６】シンチレータセル１０１〜１０６同士が互
いに接する境界面１２１、１２２、１２３、１２４、１
２５は、シンチレータセル１０１〜１０６表面の微小な
凹凸によってわずかな厚さの空気層が存在する。また、
下段のシンチレータセル１０１、１０６と受光素子１１
１、１１２との間の境界面１２０、１２６には、屈折率
１．４のシリコーンオイルを満たしている。また、この
ように積み重ねられたシンチレータセル１０１〜１０６
全体の外側面は、シンチレータ１０１等が発した光を全
反射する反射シート１１４で覆われている。反射シート
１１３、１１４は、ポリテトラフルオロエチレンのシー
トである。

【００１７】このような構成の第１の実施の形態の３次
元検出器のシンチレータセル１０１〜１０６に放射線が
入射した場合、シンチレーション発光により発られた光
は、反射シート１１３、１１４によって反射されるた
め、境界面１２０、１２１、１２２、１２４、１２５、
１２６を通って、シンチレータセル１０１〜１０６およ
び受光素子１１１、１１２間を上下方向に行き来する。
また、上段のシンチレータセル１０３、１０４において
は、光は、セルの上面および外側面によって全反射され
るため、側面の境界面１２３を通ってシンチレータセル
１０３、１０４間を行き来する。これにより、シンチレ
ータセル１０１〜１０６内には、受光素子１１１、１１
２をつなぐ逆Ｕ字型の光の経路１３０が形成される。す
なわち、本実施の形態の３次元検出器は、図２のように
両端に受光素子１１１、１１２を結合した６つのシンチ
レータセル１０１〜１０６をＵ字型に折り曲げて配置し
たものと、光の経路としては等価である。

【００１８】よって、例えば図１のようにシンチレータ
セル１０３に１３７Ｃｓのγ線が入射し、発光点２０１
でシンチレーション発光が生じたとすると、生じた光の
一部は、シンチレータセル１０４、１０５、１０６を透
過して、受光素子１１２に到達し、受光される。また、
一部の光は、シンチレータセル１０２、１０１を透過し
て、受光素子１１１に到達し、受光される。このとき、
発光点２０１から受光素子１１２に至る光の経路１３０
には、シンチレータセル１０３、１０４、１０５、１０
６間の３つの境界面１２３、１２４、１２５と、受光素
子１１２との境界面１２６とが存在する。一方、発光点
２０１から受光素子１１１に至る光の経路１３０には、
シンチレータセル１０３、１０２、１０１間の２つの境
界面１２２、１２１と、受光素子１１１との境界面１２
０が存在する。本実施の形態では、これらの境界面１２
１〜１２５ならびに境界面１２０、１２６を、光が散乱
や吸収されることのない構成にすることにより、これら
境界面１２１等において光の大部分が透過し、残りが反
射されるようにしている。反射された光は、光の経路１
３０を逆方向に進行する。これを具体的に詳しく説明す
る。

【００１９】例えば、図１の発光点２０１で発せられた
光は、反射シート１１４で反射されることにより、光の
経路１３０に沿って、シンチレータセル１０４に向かう
光１４１（図２）と、シンチレータセル１０２に向かう
光１４０とに分かれる。光１４１のうち境界面１２３の
透過率で定められる一定の割合の光は、境界面１２３を
透過する。残りの光１４２は境界面１２３で反射されて
逆向きに進行し、光１４０といっしょにシンチレータセ
ル１０２に向かう。一方、境界１２３を透過した光１４
４は、図２のようにシンチレータセル１０４を通過し、
境界面１２４の透過率で定められる一定の割合の光は、
境界面１２４を透過する。残りの光１４７は境界面１２
４で反射されて、逆向きに進行し、再び境界面１２３に
達し、そのうちの一部は、境界面１２３を透過して、光
１４０といっしょに逆向きに進行するが、残りの光は境
界面１２３で再び反射され、光１４４といっしょに進
む。同様の透過および反射が、境界１２５、１２６を通
過するたびに繰り返され、境界１２６を透過した光１４
６のみが受光素子１１２により検出される。

【００２０】一方、光１４０についても、境界面１２２
において境界面１２２の透過率で定められる一定の割合
の光のみが透過し、残りの光１４３は反射され、光１４
１といっしょに進む。同様の透過および反射が、境界面
１２１、１２０を通過する度に繰り返され、境界１２０
を透過した光１４９のみが受光素子１１１により検出さ
れる。

【００２１】このとき、光１４１が受光素子１１２に到
達するまでには、４つの境界面１２３、１２４、１２
５、１２６を少なくとも１回は透過する必要があるのに
対し、光１４０が受光素子１１１に到達するまでには、
３つの境界面１２２、１２１、１２０を少なくとも１回
透過すればよい。このとき、各境界面１２３等では、そ
の境界面の透過する光の割合はその境界面の透過率によ
って定められ、透過率はほぼ等しい。また、境界面１２
０と１２６の透過率もほぼ等しい。よって、受光素子１
１１に到達する光１４９の強度と、受光素子１１２に到
達する光１４６の強度とは、通過した境界面の数の比の
逆数に近い値となる。この通過する境界面の数の比は、
シンチレータセル１０１〜１０６のうちどのシンチレー
タセルで発光が生じたかにより異なる。例えば、シンチ
レータセル１０１で発光した場合、受光素子１１１と受
光素子１１２とに到達するまでの境界面の数の比は、
１：６であり、シンチレータセル１０２の場合には２：
５であり、シンチレータセル１０３の場合には３：４で
あり、シンチレータセル１０４の場合には４：３であ
り、シンチレータセル１０５の場合には５：２であり、
シンチレータセル１０６の場合には６：１である。よっ
て、受光素子１１１、１１２の出力比の逆数を求めるこ
とにより、発光したシンチレータセル１０１〜１０６を
特定することができる。

【００２２】しかも、本実施の形態の構成では、境界面
１２１〜１２５および境界面１２０、１２６において、
光の吸収および散乱が生じないようにして、光の損失を
防止している。これにより、上述のように境界面１２１
等において、光のほとんどすべてを透過または反射させ
ている。境界面１２１〜１２５および境界面１２０、１
２６において反射された光は、光の経路１３０を逆方向
に進行する光となるため、本実施の形態の放射線入射位
置３次元検出器では、受光素子１１１、１１２で検出さ
れる光量の合計は、シンチレータセル１０１〜１０６の
うち発光したシンチレータセルが、受光素子１１１、１
１２に近いセルであっても、遠いセルであっても同じに
なる。すなわち、受光素子１１１、１１２で受光される
光量の合計は、境界面で光が損失が少なくため、ほぼ一
定である。

【００２３】よって、本実施の形態の放射線入射位置３
次元検出器でそれぞれのセル１０１〜１０６でシンチレ
ーション発光させて、受光素子１１１、１１２の出力を
測定すると、図３のようなグラフになる。すなわち、受
光素子１１１、１１２の出力比によってセルを特定する
ことができるとともに、受光素子１１１、１１２の出力
の合計はほぼ一定にすることができる。よって、受光素
子１１１、１１２から遠いシンチレータセル１０３、１
０４で発光した場合であっても、十分な大きさの出力を
得ることができるため、信頼性の高いデータにより発光
したシンチレータセルを特定することができる。

【００２４】また、上述のように境界面１２１〜１２５
における光の損失が少ないため、受光素子１１１、１１
２上に積み重ねるシンチレータセルの数を増加させた
り、一つのセルの大きさを小さくしたりして境界面の数
を増やすことができる。よって、本実施の形態の放射線
入射位置３次元検出器は、放射線の吸収確率を高めるた
めに、積み重ねるシンチレータセルの数を増加させてシ
ンチレータセルのトータルの高さを高くすることや、高
さ方向の発光位置の解像度を高めるために、一つのセル
の大きさを小さくすることが可能である。

【００２５】なお、境界面１２１等を光の損失の少ない
境界面にするためには、シンチレータセルとシンチレー
タセルとの間の間隙の間隔をできるだけ小さくすると共
に、シンチレータセルとシンチレータセルとの間の間隙
内の屈折率を一様にする必要がある。このために、本実
施の形態では、シンチレータセルの側面の面粗さをでき
るだけ小さくし、シンチレータセル同士を直接接触させ
ている。このように直接接触させても、シンチレータセ
ルには、面粗さ程度のμｍオーダの間隙が生じ、間隙内
は、屈折率１の空気層となる。よって、境界面では光の
吸収および散乱はほとんど生じず、光をほとんど損失さ
せることなく透過または反射させることのできる境界面
にすることができる。また、この間隙を空気層とする以
外に、真空層や空気以外のガス層にすることもできる
し、この間隙をオイルやグリースや接着剤等の光学結合
材により満たすようにすることもできる。ガス層や、光
学結合材を用いる場合には、シンチレータセルが発光す
る光の波長に対して透明なものを用いる必要がある。具
体的には、光学結合材の厚さが１ｃｍのときに、５０％
以上の透過率であるものを用いる。なお、オイルやグリ
ースや接着剤等の場合には、泡や密度むら等のように屈
折率が一様でなくなる状態にならないように注意する必
要がある。

【００２６】また、シンチレータセル１０１、１０６と
受光素子１１１、１１２との境界面についても、同様に
光の損失が少ない条件にすることが望ましく、本実施の
形態では、シンチレータセル１０１、１０６と受光素子
１１１、１１２とを直接接触させ、間隙にシリコンオイ
ルを満たしている。なお、空気層にせずシリコンオイル
を満たしているのは、空気層よりも屈折率の高いシリコ
ンオイルを用いることにより、シンチレータセル１０
１、１０６と受光素子１１１、１１２との境界面１２
０、１２６における光の反射を少なくし、効率よく受光
素子１１１、１１２側に光を受け渡すためである。

【００２７】なお、光をほとんど損失させることなく透
過または反射させる境界面１２１等を構成するには、上
述してきた構成の他に、結晶成長の際に外乱を加えるこ
とにより形成した極薄い結晶不連続面を境界面１２１等
とすることもできる。この場合、結晶成長時に、一定の
間隔で結晶不連続面を形成し、これを境界面１２１等の
位置になるように周囲の結晶を切り出し、図１の形状の
検出器にする。この場合、セルとセルとの間には間隙は
存在しないが、結晶不連続面により光の一部が透過し残
りが反射するような境界面を形成することができる。ま
た、図１の境界面の位置で結晶に劈開を生じさせ、境界
面１２１等を形成することもできる。なお、本実施の形
態の放射線入射位置３次元検出器において発光したセル
１０１〜１０６の検出精度を向上させるためには、発光
したセル１０１〜１０６による受光素子１１１、１１２
の出力の変化が等しく、図３のようにグラフが段差の等
しい階段状になるのが望ましい。しかしながら、本実施
の形態の放射線入射位置３次元検出器は、光の経路１３
０をＵ字型に折り曲げているため、境界面１２２や１２
４を透過してシンチレータセル１０３、１０４に入射し
た光が、反射シート１１４で反射されて逆進しやすい条
件になり、境界面１２３に入射する光量が減少しやす
い。この場合、受光素子１１１、１１２の出力が図３の
ような段差の一定の階段状になりにくくなるため、その
場合には、境界面１２３が光を透過しやすい条件にする
必要がある。

【００２８】境界面１２３が光を透過しやすい条件にす
るためには、例えば図４の構成のように境界面１２３で
接触するシンチレータセル１０３、１０４の側面の面粗
さを他の境界面１２１等よりも粗くする方法がある。こ
の場合、境界面１２３のシンチレータセル１０３、１０
４の間隙にシリコンオイルやグリース等の光学結合材を
満たす構成にすることもできる。

【００２９】また、本実施の形態では、図１のように中
央の反射シート１１３の高さを中段のシンチレータセル
１０２、１０５の上面に一致させているが、図７のよう
に反射シート１１３の高さを中段のシンチレータセル１
０２、１０５の途中の高さまで下げた形状にすることも
できる。また、図８のように、反射シート１１３の高さ
を上段のシンチレータセル１０３、１０４の途中まで引
き上げた形状にすることもできる。

【００３０】図４の境界面１２３の表面粗さを粗くする
方法も、反射シート１１３の高さを変化させる方法も、
これらの条件を変化させながら、図３の受光素子１１
１、１１２の出力と発光位置との関係を示すグラフを形
状を見て、グラフが段差の等しい階段状になるような条
件を選択する。

【００３１】このように、本発明の第１の実施の形態の
放射線入射位置３次元検出器は、ガンマ線の入射により
シンチレーション発光された光が、両端の受光素子１１
１、１１２まで到達する光の経路１３０をつくり、発光
した光が、受光素子１１１、１１２に到達するまでにシ
ンチレータセル１０１〜１０６の境界面をいくつ通過す
るかをシンチレータセル１０１〜１０６ごとに異なるよ
うにすることにより、受光素子１１１と１１２との出力
比により、発光したシンチレータセルを特定することが
できる。したがって、このシンチレータセルを縦横方向
に並べることにより、縦横方向のみならず、高さ方向に
ついてもγ線がどのシンチレータセルに入射したかを特
定することができ、放射線入射位置を３次元に検出でき
る。

【００３２】また、本実施の形態の検出器は、境界面１
２１〜１２５において光がほとんど損失されないような
構成にすることにより、境界面を透過しなかった残りの
光を反射光として逆進させることができるため、受光素
子１１１、１１２で受光される光の合計は、どのシンチ
レータセルで発光した場合でもほぼ同じにすることがで
きる。よって、シンチレータセルの高さを高くしてガン
マ線の吸収確率を高めることや、境界面の数を多くして
解像度を高めることが可能である。

【００３３】つぎに、本発明の第２の実施の形態の放射
線入射位置３次元検出器について説明する。

【００３４】第２の実施の形態の放射線入射位置３次元
検出器は、図９のように、シンチレータセルを４段に積
み上げたものであり、各段にはそれぞれ４個のシンチレ
ータセルが縦方向２個×横方向２個の形状に並べられて
いる。以後、この縦方向を行と、横方向を列とも呼ぶ。
この呼び方では、図９の３次元検出器は、２行×２列×
４段にシンチレータセルを積み上げた３次元検出器とな
る。

【００３５】シンチレータセル３０１〜３１６は、高さ
方向には第１の実施の形態と同様に直接積み上げられて
いる。したがって、シンチレータセル３０１〜３１６の
高さ方向の境界面は、第１の実施の形態と同様に、極薄
い空気の層を介して各シンチレータセルが接しており、
シンチレーション発光した光は、上下方向の境界面では
ほとんど吸収されるこことなく、一定の割合で透過さ
れ、残りは反射され逆進する。

【００３６】一方、縦および横方向の境界面は、次のよ
うな構成になっている。１段目（最下段）の４個のシン
チレータセル３０１、３０５、３０９、３１３が互いに
隣接する境界面には、第１の実施の形態と同じように反
射シート３３１が配置され、シンチレータセル３０１、
３０５、３０９、３１３間での光の行き来を完全に遮断
している。２段目の４個のシンチレータセル３０２、３
０６、３１０、３１４が互いに隣接する面には、中心部
分から半分程度の面積だけ反射シート３３２が配置さ
れ、残りの部分は、直接接触している。３段目の４個の
シンチレータセル３０３、３０７、３１１、３１５が互
いに隣接する面には、中心部分から１／４程度の面積だ
け反射シート３３３が配置され、残りの部分は、直接接
触している。これにより、２段目のシンチレータセル３
０２、３０６、３１０、３１４間は、境界面の約１／２
の面積の部分で光が透過できる。３段目の４個のシンチ
レータセル３０３、３０７、３１１、３１５は、境界面
の約３／４の面積の部分で光が透過できる。４段目（最
上段）の４個のシンチレータセル３０４、３０８、３１
２、３１６は、互いに直接接触しており、それぞれの境
界面の全面から光が透過できる。

【００３７】また、１段目の４個のシンチレータセル３
０１、３０５、３０９、３１３の底面には、それぞれ受
光素子（光電子増倍管）３２１、３２２、３２３、３２
４が接触している。底面と受光素子との間の間隙にはシ
リコンオイルが満たされている。

【００３８】シンチレータセル３０１〜３１６の材質、
シリコンオイルの屈折率、反射シート３３１、３３２、
３３３の材質は、第１の実施の形態と同じである。ま
た、積み上げたシンチレータセル３０１〜３１６の外周
面は、図示していないが、反射シートで覆われている。

【００３９】このような構成の３次元位置検出器では、
シンチレータセル３０１〜３１６内には、第１の実施の
形態と同様に、シンチレータセル３０１〜３１６の高さ
方向に光の経路３５１、３５２、３５３、３５４が生じ
る（図１０）。光の経路３５１、３５２、３５３、３５
４は、４段目（最上段）の４個のシンチレータセル３０
４、３０８、３１２、３１６が互いに接する境界面にお
いて連結される。よって、例えば、シンチレータセル３
０８で発せられた光は、光の経路３５２に沿って受光素
子３２２に達するとともに、光の経路３５２を逆向きに
進んだ光が、シンチレータセル３０８から隣接するセル
３０４、３１２に進み、光の経路３５１、３５３を進ん
で受光素子３２１、３２３に至る。さらに、セル３０
４、３１２から一部の光がセル３１６に進んで、光の経
路３５４を進み受光素子３２４に至る。このように、第
２の実施の形態の３次元位置検出器では、それぞれ端部
に受光素子３２１〜３２４が接続された４本の光の経路
３５１〜３５４が連結された構成になる。このとき、第
１の実施の形態と同様に、光が通過する境界面ごとに、
その境界面の透過率に応じた割合の光だけが透過でき、
残りは反射されて逆向きに進行することが繰り返される
ため、各光の経路３５１〜３５４に沿って光が受光素子
３２１〜３２４に至るまで間に、光が通過する境界面の
数の逆数に近い割合で受光素子３２１〜３２４から出力
が得られる。

【００４０】よって、受光素子３２１〜３２４の相互間
の出力比を知ることにより、どのシンチレータセルにお
いて発光が生じたか（すなわちガンマ線が入射したか）
を同定することができる。このとき、４つの受光素子３
２１〜３２４の相互の出力比から容易にしかも確実にシ
ンチレータセルを同定するために、４つの受光素子３２
１〜３２４の出力の相関を２次元画像に表し、この画像
により発光したシンチレータセルを特定する。これにつ
いて以下詳しく説明する。

【００４１】第２の実施の形態の３次元検出器の受光素
子３２１〜３２４は、図１１に示すような回路に接続さ
れている。すなわち、受光素子３２１〜３２４は、それ
ぞれ増幅器３ａ〜３ｄに接続されている。増幅器３ａ〜
３ｄには、それぞれ波形整形器５ａ〜５ｄが接続されて
いるとともに、加算器４にも接続されている。増幅器３
ａ〜３ｄは、それぞれＡ／Ｄ変換器６ａ〜６ｄに接続さ
れている。加算器４のは、波形整形器５ｅおよび制御回
路７に順に接続されている。Ａ／Ｄ変換器６ａ〜６ｄ
は、制御回路７の出力によって制御されながらＰＣイン
タフェース８を介してパーソナルコンピュータ９に入力
される。パーソナルコンピュータ９には表示装置１０が
接続されている。

【００４２】これらの回路およびパーソナルコンピュー
タ９は、受光素子３２１〜３２４の出力を図９のように
出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄとした場合に、ｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を求めるために配置されている。その理由は、各シンチ
レータセル３０１〜３１６に放射線を入射させて発光さ
せ、上記ｘ、ｙを求め、点（ｘ、ｙ）を、ｘ軸、ｙ軸の
２次元座標上に表示させることを繰り返し行うと、図１
３で示すように原点を中心に第１象現〜第４象現に同心
円上に、１６個の領域が得られる。この領域がそれぞれ
シンチレータセル３０１〜３１６に対応するのである。
すなわち、上記ｘ、ｙを求め、２次元座標上に表示する
ことにより、シンチレータ発光された光が、光の経路３
５１〜３５４に沿って受光素子３２１〜３２４に至るま
で間に、光が通過する境界面の数の逆数の割合で受光素
子３２１〜３２４から出力が得られることを、２次元座
標上に位置として示すことができるのである。具体的に
は、原点に最も近い４つの領域が最上段のシンチレータ
セル３０４、３０８、３１２、３１６でそれぞれで発光
した場合の点（ｘ、ｙ）の位置を示している。また、原
点から離れるに従い下段側のシンチレータセルで発光し
た場合の点（ｘ、ｙ）の位置を示し、原点から最も遠い
４つの領域が最下段のシンチレータセル３０１、３０
５、３０９、３１３で発光した場合の点（ｘ、ｙ）の位
置を示している。

【００４３】したがって、上述のように予め各シンチレ
ータセル３０１〜３１６に放射線を入射させて発光させ
るか、もしくは計算によって、図１３のような２次元座
標上の領域の位置を予め求め、これを元に点（ｘ、ｙ）
の座標とシンチレータセル３０１〜３１６との関係を示
すテーブルを作成し、このテーブルをパーソナルコンピ
ュータ９内のメモリに格納しておくことにより、以下の
ような手順で、受光素子３２１〜３２４の出力から、発
光したシンチレータセルを同定できる。

【００４４】受光素子３２１〜３２４の出力Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄは、図１１の回路１１００の増幅器３ａ〜３ｄに
よってそれぞれ増幅され、波形整形器５ａ〜５ｄにより
波形が整形される。一方、加算器４は、増幅器３ａ〜３
ｄの出力を加算することにより、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを出力
する。波形整形器５ｅは、出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの波形を
整形する。制御回路７は、出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの出力
が、予め定めれている設定値以上である場合には、Ａ／
Ｄ変換器６ａ〜６ｄに波形整形器５ａ〜５ｄの出力Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄをデジタル信号に変換してＰＣインタフェー
ス８に出力させるとともに、自らも出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ
をデジタル信号に変換してＰＣインタフェース８に出力
する。なお、制御回路７の設定値としては、コンプトン
散乱された放射線等によって生じる出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ
の最大値を予め設定しておく。制御回路７が、この値よ
りも出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄが大きいかどうか判別すること
により、コンプトン散乱した放射線等のノイズの出力で
はなく、測定すべき放射線による出力Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの
みをＰＣインタフェース８に受け渡すことができる。

【００４５】パーソナルコンピュータ９は、ＰＣインタ
フェース８から受取った値を、内蔵するメモリに格納さ
れている図１２のフローチャートのようなプログラムに
沿って処理する。すなわち、まず、ＰＣインタフェース
８から出力Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを受け
取り（ステップ１２０１）、ｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋
Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）、ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ
＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を求める（ステップ１２
０２）。そして、ｘ軸ｙ軸の２次元座標上にステップ１
２０２で求めた点（ｘ，ｙ）を表示する画像を生成する
とともに、上述のように予めメモリに格納されているテ
ーブルを用いて点（ｘ、ｙ）に対応するシンチレータセ
ルの番号（例えばシンチレータセル３０８）を同定する
（ステップ１２０３、１２０４）。ステップ１２０３で
生成した画像と、ステップ１２０４で同定したシンチレ
ータセルとを表示装置１０に表示させる。また、出力Ａ
＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄは、入射した放射線のエネルギーの大きさ
を示しているので、出力Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄもいっしょに表
示装置１０に表示させる。また、パーソナルコンピュー
タ９は、出力Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄを受
け付けた時刻、すなわち放射線の入射を検出した時刻の
計時も行い、放射線を検出した時刻も表示装置に表示す
る。

【００４６】このように第２の実施の形態では、シンチ
レータセル３０１〜３１６を、２行×２列×４段になる
ように積み重ね、底面に結合させた４つの受光素子３２
１〜３２４の出力の比を図１３に示すような２次元座標
上に示す点（ｘ、ｙ）を求めることにより、発光したシ
ンチレータセルが同定できる。この方法は、２行×２列
×４段の計１６個のシンチレータセルから発光したシン
チレータセルを同定するのに、複雑な計算をする必要が
なく、しかも、２行×２列である限り、シンチレータセ
ルの段数をいくつに増加しても同じ方法で発光したシン
チレータセルを同定することができるという利点があ
る。また、ｘｙ座標上の点（ｘ，ｙ）および各セルに対
応する領域を２次元画像として図１３のように表示装置
１０上に画像表示できるため、ユーザは、発光したシン
チレータセルを視覚的に確認することができる。また、
これを利用して、セル間の反射シートの配置等の条件を
変えながら、画像上のシンチレータセルの対応領域の配
置との関係を調べ、シンチレータセルの同定に最適な検
出器の構造にすることができる。

【００４７】なお、第２の実施の形態において、２段
目、３段目の反射シート３３２、３３３を境界面の一部
にのみ配置している。これは、図１０の光の経路３５
５、３５６を形成するためである。光の経路３５５は、
２段目のシンチレータセル３０２、３０６、３１０、３
１４間で一部の光を隣接するセルに透過させる。光の経
路３５６は、３段目のシンチレータセル３０３、３０
７、３１１、３１５間で隣接するセルに透過させる。こ
れらは、光の経路３５１〜３５４の近道であり、このよ
うな近道の光の経路３５５、３５６を形成するかしない
か、および、光の経路３５５、３５６の通過可能な境界
面の面積の大小により、図１３の各象現において各領域
間の距離が変化する。発光したシンチレータセル３０１
〜３１６を正確に同定するためには、図１３の各領域
は、互いに連結することなく独立している方が望まし
い。よって、反射シート３３２、３３３の大きさや形状
を変化させながら、図１３の領域の配置や形状をその都
度確認し、各領域が互いに連結することなく独立する配
置となるように反射シート３３２、３３３の大きさおよ
び形状を選択することができる。したがって、本実施の
形態では、上段に行くほど反射シート３３２、３３３の
面積が小さくなるように設定しているが、１段目から３
段目までは境界面全てに反射シートを配置し、最上段の
４段目のみで光が透過できるようにすることも可能であ
るし、場合によっては、最上段の境界面の一部にも反射
シートを配置してもよい。ただし、最上段の境界面は、
必ず一部において光が透過するようにし、光の経路３５
１〜３５４を確保する必要がある。

【００４８】また、第２の実施の形態では、発光したシ
ンチレータセルを同定することを中心に説明したが、第
２の実施の形態の３次元検出器においても、第１の実施
の形態の３次元検出器と同様に、シンチレータセルの境
界面は、シンチレータセル同士を直接接触させることに
より、わずかな厚さの空気層を介してシンチレータセル
を光学的に結合させている。よって、境界面を透過する
際には、光はほとんど損失されず、透過できなかった光
は、反射して逆進し、４つの受光素子３２１〜３２４の
うちのいずれかで受光される。したがって、受光素子か
ら近い最下段のシンチレータセルで発光した場合も、最
上段のシンチレータセルで発光した場合もノイズやコン
プトン散乱された放射線でない限り、４つの受光素子の
出力のトータルＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄはほぼ同じである。よっ
て、どのシンチレータセルで発光した場合にも、信頼性
の高いデータが得られ、精度良く発光したシンチレータ
セルを同定できる。また、シンチレータセルを積み重ね
る段数を増加させたり、セルの大きさを小さくして、境
界面の数を増加させた場合にも、光がほとんど損失され
ないため、精度良く発光したシンチレータセルを同定で
きるなお、本実施の形態では、ｘ、ｙをそれぞれｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）により定義しているが、この数式に限らずｘ＝（（Ａ＋Ｂ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）により定義してもよい。この数式を用いると、図１３の
原点が、図１３の座標の左下の角に位置することになる
が、上述の方法と同様の方法で発光したシンチレータセ
ルを特定することができる。また、これらの数式に限ら
ず、いわゆる重心演算方法であれば、他の数式を用いる
ことも可能である。

【００４９】つぎに、本発明の第３の実施の形態の放射
線入射位置の３次元検出器について図１４を用いて説明
する。

【００５０】本実施の形態の３次元検出器は、第２の実
施の形態の３次元検出器と似ているが、４段目（最上
段）のシンチレータセル４０１の構造が第２の実施の形
態とは異なっている。第３の実施の形態の４段目のシン
チレータセル４０１は、４つに完全に分割されたセルで
はなく、４個分のセルの大きさ（８ｍｍ×８ｍｍ×６ｍ
ｍ）を有する一つのセル４０１に、図１５のように、底
面側から十文字に溝４０２、４０３を入れ、４つの部分
４０１ａ，４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄに分けたもの
である。よって、４つの部分４０１ａ，４０１ｂ、４０
１ｃ、４０１ｄは、溝４０２、４０３の上部では、互い
に連続している。溝４０２、４０３は、幅０．４ｍｍで
深さは４ｍｍであり、内壁面は、粗面である。また、溝
４０２、４０３の内部に光学結合材（シリコングリー
ス）を充填してある。溝４０２、４０１の内壁面は、粗
面である。また、１段目から３段目の各段において４つ
のシンチレータセルが隣接する部分には、厚さ０．４ｍ
ｍの反射シートを全面に配置している。４段目のセル４
０１の底面と３段目のセル３０３、３０７、３１１、３
１５の上面と接触面にも、光学結合材（シリコンオイ
ル）を満たしてある。

【００５１】第３の実施の形態の３次元検出器において
も、第２の実施の形態の図１０の光の経路３５１、３５
２、３５３、３５４と同様に、各受光素子３２１〜３２
４を相互に結ぶ４つの光の経路が生じる。４つの光の経
路は、４段目（最上段）のシンチレータセル４０１にお
いて、相互に連結される。なお、第３の実施の形態で
は、反射シートが１段目〜３段目のシンチレータセル間
の境界面の全面に配置されているため、図１０の光の経
路３５５、３５６は、第３の実施の形態の構成では生じ
ない。

【００５２】第３の実施の形態では、４段目（最上段）
のシンチレータセル４０１の構成が、十文字の溝４０
２、４０３によって分けられた４つの部分４０１ａ，４
０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄからなり、上部が連続して
いるため、４つの部分４０１ａ，４０１ｂ、４０１ｃ、
４０１ｄ間を行き来する光量を増加させることができ
る。また、溝４０２、４０３の深さによって、４つの部
分４０１ａ，４０１ｂ、４０１ｃ、４０１ｄ間を行き来
する光量を調節することができる。したがって、第２の
実施の形態と同様に、各セル３０１等、ならびに、各部
分４０１ａ〜４０１ｄに放射線を入射させてその際の受
光素子３２１〜３２４の出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を求めることにより、点（ｘ，ｙ）の位置と、各セル３
０１等、ならびに、各部分４０１ａ〜４０１ｄに対応す
る領域との関係を図１６のように予め求めることができ
る。この関係をテーブルとして用意しておくことによ
り、第２の実施の形態と同様に点（ｘ，ｙ）の位置か
ら、発光したシンチレータセルを同定することができ
る。また、必要に応じて溝４０２、４０３の深さ等を調
節することにより、図１６の各領域の配置および形状
を、シンチレータセルの同定に望ましいように各セルに
対応する領域が独立した配置および形状に調節すること
ができる。

【００５３】なお、第３の実施の形態では、最上段のシ
ンチレータセル４０１に下面側から溝４０２、４０３を
形成しているが、上面側から溝４０２、４０３を形成し
てもよい。

【００５４】つぎに、第４の実施の形態として、第１〜
第３の実施の形態の放射線入射位置の３次元検出器を用
いた陽電子放出断層装置（ＰＥＴ装置）について説明す
る。

【００５５】第１〜第３の実施の形態の放射線入射位置
３次元検出器は、放射線が入射し発光したシンチレータ
セルを深さ方向（高さ方向）について同定することがで
きる。このため、放射線が検出器を斜め方向に横切った
場合であっても、発光したシンチレータセルの位置を深
さ方向に正確に同定できるため、発光が同時計測された
セルを結ぶ線上に、放射線を発した部位５１２が存在す
ることを知ることができる。よって、部位５１２のよう
に検出器の中心からずれた位置にある部位を、正確に特
定できるため、被検体５０１の断層画像の周辺部の解像
度を向上させることができる。

【００５６】具体的なＰＥＴ装置の構成について簡単に
説明する。ここでは、第２の実施の形態の３次元検出器
９００（図９）を用いてＰＥＴ装置を構成する場合につ
いて説明する。３次元検出器９００は、図１７、図１８
のように、シンチレータセル３０４等を被検体５０１側
に向けて、円筒形に配置される。被検体５０１は、被検
体保持ベッド１８０１によって、３次元検出器９００の
内部空間に保持される。３次元検出器９００には、それ
ぞれ図１１の回路１１００が接続される。回路１１００
の出力は、すべてＰＣインタフェース８を介して、１台
のパーソナルコンピュータ９に集められる。パーソナル
コンピュータ９は、出力Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＡ＋Ｂ＋
Ｃ＋Ｄを受け付けた３次元検出器９００のそれぞれにつ
いて、第２の実施の形態で説明した方法で発光したシン
チレーションセルを同定する。また、パーソナルコンピ
ュータ９は、出力Ａ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＡ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ
を受け付けた時刻、すなわち放射線の検出時刻の監視も
行い、同時に放射線が検出されたシンチレータセルの位
置データをメモリに記録していくことにより、部位５１
１や部位５１２を特定し、これを表示装置１０に表示さ
せる。

【００５７】第４の実施の形態のＰＥＴ装置は、上述の
ように放射線を捕らえた３次元検出器９００内で厚さ方
向の位置を、発光したシンチレータセルの同定により検
出できるため、検出器感度を維持したままで、視野周辺
部での解像度の劣化を防ぐことが可能になった。

【００５８】なお、第４の実施の形態では、３次元検出
器として第２の実施の形態の３次元検出器９００を用い
た構成について説明したが、第１の実施の形態や第３の
実施の形態の３次元検出器を用いてＰＥＴ装置を構成す
ることも可能である。

【００５９】上述してきたように、本発明の第１〜第３
の実施の形態の放射線入射位置３次元検出器は、発光し
たシンチレータセルをシンチレータの厚さ（高さ）方向
に同定することにより、放射線の検出された位置情報を
３次元情報として、正確に検出可能である。また、本実
施の形態による３次元検出器は、光の損失が少ないた
め、シンチレータセルの段数を多くすることが可能で、
このことにより放射線の検出感度を高めることができ
る。また、これらの３次元検出器を第４の実施の形態の
ように陽電子放出装置（ＰＥＴ装置）を導入することに
より、放射線の斜入射に伴う視野周辺や被検体の体軸方
向での解像度の劣化を防ぐことが可能となり、全視野に
おいて解像度のよいイメージ画像を得ることができる。

【００６０】なお、第１〜第３の実施の形態では、シン
チレータセルとしてCe:Gd₂SiO₅単結晶を用いる場合につ
いてのみ示したが、本発明の放射線３次元位置検出器の
シンチレータ材料がCe:Gd₂SiO₅に限定されるものではな
い。ただし、本発明に用いるシンチレータ材料は、蛍光
出力が高いほど効果的で、Bi₄Ge₃O₁₂より５０％以上高
い出力のシンチレータ材料であることが望ましく、Ce:G
d₂SiO₅を用いることが好ましい。

【００６１】また本発明の実施例では、シンチレータセ
ルをすべて同じ材料、Ce:Gd₂SiO₅単結晶で構成している
が、異なる材料からなるシンチレータセルを組合せて３
次元検出器を構成することもできる。このように異なる
材料からなるシンチレータセルを組み合わせて用いた場
合、材料間の蛍光減衰時間の差を利用して、蛍光減衰時
間の違いを波形弁別することが可能となり、出力信号を
波形弁別することによって発光したシンチレータセルを
特定する３次元検出器を構成することが可能になる。

【００６２】

【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
シンチレータ全体の厚さを厚くしても、発光位置を厚さ
方向について特定することのできる３次元位置検出器を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の放射線入射位置３
次元検出器の構成を示す説明図。

【図２】図１の３次元位置検出器の光の経路を示す説明
図。

【図３】図１の３次元位置検出器の受光素子の出力の大
きさと発光したセルとの関係を示すグラフ。

【図４】図１の３次元位置検出器において境界面１２３
を粗面にした構成を示す説明図。

【図５】従来の陽電子放出断層装置（ＰＥＴ装置）の構
成を示すブロック図。

【図６】図５のＰＥＴ装置の検出器の配置と、放射線の
入射方向とを示す説明図。

【図７】図１の３次元位置検出器の反射シートの上端位
置を低くした構成を示す説明図。

【図８】図１の３次元位置検出器の反射シートの上端位
置を高くした構成を示す説明図。

【図９】本発明の第２の実施の形態の放射線入射位置３
次元検出器の構成を示す説明図。

【図１０】図９の３次元検出器の光の経路を示す説明
図。

【図１１】図９の放射線入射位置３次元検出器の出力を
処理する回路の構成を示すブロック図。

【図１２】図１１のパーソナルコンピュータの動作を示
すフローチャート。

【図１３】図１１の処理により出力される、点（ｘ，
ｙ）と図９の３次元検出器のシンチレータセルとの対応
関係を表す画像を示す説明図。

【図１４】本発明の第３の実施の形態の放射線入射位置
３次元検出器の構成を示す説明図。

【図１５】図１４の３次元検出器のＡ−Ａ断面図。

【図１６】図１４のシンチレータセルと点（ｘ，ｙ）と
の対応関係を表す画像を示す説明図。

【図１７】第２の実施の形態の３次元検出器を用いたＰ
ＥＴ装置において、３次元検出器の配置と放射線の入射
方向とを示す説明図。

【図１８】第２の実施の形態の３次元検出器を用いたＰ
ＥＴ装置の全体構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６…シ
ンチレータセル、１１１、１１２…受光素子、１１３、
１１４…反射シート、１２０、１２１、１２２、１２
３、１２４、１２５、１２６…境界面、１３０…光の経
路、２０１…発光点、３０１〜３１６…シンチレータセ
ル、３２１、３２２、３２３、３２４…受光素子、３３
１、３３２、３３３…反射シート、３５１、３５２、３
５３、３５４…光の経路、３５５、３５６…光の経路、
４０１…シンチレータセル、４０１ａ、４０１ｂ、４０
１ｃ、４０１ｄ…部分、４０３…光学結合材、４０５…
反射シート、５０１…被検体、５１１、５１２…部位、
５０２…シンチレータ、５０３…受光素子、５０４…演
算装置、５０５…表示装置、５０６…放射線検出器、９
００…放射線入射位置３次元検出器、１１００…回路。

フロントページの続き (72)発明者石橋浩之茨城県つくば市和台48番日立化成工業株式会社筑波開発研究所内 (72)発明者山下貴司静岡県浜北市平口5000 浜松ホトニクス株式会社中央研究所内 (72)発明者内田博静岡県浜北市平口5000 浜松ホトニクス株式会社中央研究所内 (72)発明者大村知秀静岡県浜北市平口5000 浜松ホトニクス株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の柱状シンチレータと、前記複数の柱状シンチレータのそれぞれの底面に接続さ
れた受光素子とを有し、前記複数の柱状シンチレータは、所定の形状の複数のシ
ンチレータセルを、上下方向に積み上げたものであり、前記複数の柱状シンチレータは、互いの側面が隣り合う
ように配置され、当該隣合う側面のうち、少なくとも最
上段のシンチレータセルの側面の一部は、互いに光を行
き来させるために接していることを特徴とする放射線入
射位置３次元検出器。
【請求項２】請求項１に記載の放射線入射位置３次元検
出器において、前記複数の柱状シンチレータは、前記積
み上げられたシンチレータセルとシンチレータセルとの
境界を上下方向に通過して前記受光素子と前記最上段の
シンチレータセルとを結ぶ光の経路を有し、前記光の経
路は、隣り合う前記柱状シンチレータの光の経路と、前
記最上段のシンチレータセルの側面の前記互いに接する
部分によって接続されていることを特徴とする放射線入
射位置３次元検出器。
【請求項３】請求項１に記載の放射線入射位置３次元検
出器において、前記シンチレータセルは、放射線の入射
によって光を発する材料の単結晶を所定の形状に切り出
したものであること特徴とする放射線入射位置３次元検
出器。
【請求項４】請求項１または２に記載の放射線入射位置
３次元検出器において、前記積み上げられたシンチレー
タセルとシンチレータセルとの間に生じる空隙は、屈折
率が一様な物質で満たされていることを特徴とする放射
線入射位置３次元検出器。
【請求項５】請求項１に記載の放射線入射位置３次元検
出器において、前記側面のうち互いに接している部分
は、間に生じる空隙が、屈折率が一様な物質で満たされ
ていることを特徴とする放射線入射位置３次元検出器。
【請求項６】請求項４または５に記載の放射線入射位置
３次元検出器において、前記物質は、空気、または、前
記シンチレータセルの発する光に対して透明な光学結合
材であることを特徴とする放射線入射位置３次元検出
器。
【請求項７】請求項１に記載の放射線入射位置３次元検
出器において、前記側面のうち互いに接している部分
は、周囲よりも粗面に加工されていることを特徴とする
放射線入射位置３次元検出器。
【請求項８】請求項１に記載の放射線入射位置３次元検
出器において、前記複数の柱状シンチレータが互いに隣
り合う側面の間には、前記接する部分を除いて、前記シ
ンチレータセルが発する光を反射する反射膜が配置され
ていることを特徴とする放射線入射位置３次元検出器。
【請求項９】請求項１に記載の放射線入射位置３次元検
出器において、前記互いの側面が隣り合うように配置さ
れた前記複数の柱状シンチレータは、外周面が、前記シ
ンチレータセルが発する光を反射する反射膜で覆われて
いることを特徴とする放射線入射位置３次元検出器。
【請求項１０】請求項１に記載の放射線入射位置３次元
検出器において、前記柱状シンチレータは４本であり、
前記シンチレータセルは、直方体形状であり、前記４本
の柱状シンチレータは、前記シンチレータセルが、各段
において２行２列になるように隣接されていることを特
徴とする放射線入射位置３次元検出器。
【請求項１１】請求項１０に記載の放射線入射位置３次
元検出器において、前記４つの柱状シンチレータの前記
受光素子の出力をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとした場合、ｘ＝（（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）ｙ＝（（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ））／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）を求め、求めた（ｘ，ｙ）に対応するシンチレータセル
を、予め求めておいた前記（ｘ，ｙ）と各シンチレータ
セルとの対応を示すテーブルから求めることにより、発
光したシンチレータセルを特定する演算手段を有するこ
とを特徴とする放射線入射位置３次元検出器。
【請求項１２】複数のシンチレータと、前記複数のシン
チレータのそれぞれの底面に接続された受光素子とを有
し、前記複数のシンチレータは、互いの側面が隣り合うよう
に配置され、当該隣り合うように配置された前記複数の
シンチレータの上部には、前記複数のシンチレータを光
学的に連結するために、一つの連結用シンチレータセル
が搭載され、前記連結用シンチレータセルには、前記複数のシンチレ
ータの互いに隣り合う側面に沿って、上面側または下面
側から溝が形成されていることを特徴とする放射線入射
位置３次元検出器。
【請求項１３】請求項１２に記載の放射線入射位置３次
元検出器において、前記複数のシンチレータは、それぞ
れ所定の形状の複数のシンチレータセルを、上下方向に
積み上げた柱状のシンチレータであることを特徴とする
放射線入射位置３次元検出器。
【請求項１４】複数の柱状シンチレータと、前記複数の
柱状シンチレータのそれぞれの底面に接続された受光素
子とを有し、前記複数の柱状シンチレータは、発光した光の一部を透
過し、残りを反射する光学的境界面によって、上下方向
に複数のシンチレータセルに区切られており、前記複数の柱状シンチレータは、互いの側面が隣り合う
ように配置され、当該隣合う側面のうち、少なくとも最
上段のシンチレータセルの側面の一部は、互いに光を行
き来させるために接していることを特徴とする放射線入
射位置３次元検出器。
【請求項１５】請求項１４に記載の放射線入射位置３次
元検出器において、前記柱状シンチレータは、放射線の
入射によって光を発する材料の単結晶からなり、前記光
学的境界面は、前記単結晶の不連続面であることを特徴
とする放射線入射位置３次元検出器。
【請求項１６】円筒形に配置された放射線検出器と、前
記円筒形の放射線検出器の内側の空間に被検体を配置す
るための被検体保持部と、前記放射線検出器の出力から
放射線の放出部位の位置を特定し、前記空間内の前記放
出部位の位置を示す画像を生成する演算装置と、前記画
像を表示するための表示装置とを有し、前記放射線検出器は、複数の柱状シンチレータと、前記
複数の柱状シンチレータのそれぞれの底面に接続された
受光素子とを有し、前記複数の柱状シンチレータは、所定の形状の複数のシ
ンチレータセルを、上下方向に積み上げたものであり、前記複数の柱状シンチレータは、互いの側面が隣り合う
ように配置され、当該隣合う側面のうち、少なくとも最
上段のシンチレータセルの側面の一部は、互いに光を行
き来させるために接していることを特徴とする陽電子放
出断層装置。