JPS61237081A

JPS61237081A - 放射線の入射位置を検出する装置

Info

Publication number: JPS61237081A
Application number: JP7892985A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamashita; 貴司山下; Hiroshi Uchida; 博内田
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1985-04-12
Filing date: 1985-04-12
Publication date: 1986-10-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、放射線計測等に利用できる放射線の入射位置
を検出する装置に関する。

（従来の技術）放射線の入射位置を検出する装置として、ガンマカメラ
（シンチレーシッンカメラ）、ポジトロン断層装置用検
出器が知られている。

第７図はガンマカメラの構成を示す略図である。

ガンマカメラでは、厚さ５〜１５ｍｍの連続した薄い田
つ化ナトリウム（Ｎａ　Ｉ　　（ＴＩｌ）　）のシンチ
レータ７０が用いられている。

このシンチレータ７０の出力面（下側）にライトガイド
７１が配置されており、シンチレータ７０の発光はライ
トガイド７１を介して多数本の光電子増倍管７２に結合
されている。

シンチレータ７０が放射線により励起されて発光した光
は拡がりをもって、ライトガイド７１に入射し、さらに
拡がり、多数本の光電子増倍管７２に入射する。

位置演算回路７３は、多数本の光電子増倍管７２に分配
された光量比から入射放射線位置を演算して出力してい
る。

第８図は、ポジトロン断層装置用検出器の構成を示す略
図である。

ポジトロン断層装置用検出器は比較的大きい複数のＢＧ
Ｏシンチレータ８０を並べ、これをライトガイド８１を
介して多数本の光電子増倍管８２に接続している。

位置弁別回路８３は多数本の光電子増倍管８２の出力か
ら入射放射線がどのシンチレータ中で発光したかを弁別
して出力している。

（発明が解決しようとする問題点）前述したガンマカメラでは比較的薄いシンチレータを使
用している。高エネルギーの放射線を効率良く吸収する
ためには、シンチレータの厚さを太き（する必要がある
が、シンチレータの厚さを大きくすると放射線により励
起された光のシンチレータ内での空間的波がりが大きく
なる。

また多数本の光電子増倍管に光を振り分ける必要がある
ためにライトガイドでさらに光を拡げる必要がある。

そのために高い位置分解を得ることができない。

前述した、ポジトロン断層装置用検出器では多数個のシ
ンチレータを用いているが、シンチレータの方が光電子
増倍管より小さいために前述と同様に光の拡がりをある
程度大きくする必要があり、十分な位置分解能が得られ
ない。

また多数個の光電子増倍管を使用することがら、機械的
に構造が複雑になる。

一般に、検出系の位置分解能（Ｒ）は放射線１個が発生
する光量（Ｎ）とその出力光の空間的波がり（σ）を用
いて次の式で与えられる。

ＲＱＣ、ｙ　／　Ｎ　ｌ／２この式から検出系の位置分解能Ｒを小さくするためには
、出力光の空間的波がり（σ）を小さくする必要がある
。

本発明の目的は出力光の空間的波がりを小さくして、位
置分解を向上させることができ、かつ装置全体を小形に
形成でき、演算処理も簡単である放射線の入射位置を検
出する装置を提供することにある。

（問題を解決するための手段）前記目的を達成するために、本発明による放射線の入射
位置を検出する装置は、高原子番号のシンチレータ材料
を断面が四角形の棒状に成形し入射端面および側面を研
磨したシンチレータ要素を多数集積して形成した板状の
シンチレータと、、前記シンチレータの出力面に光電面
が対応させられており光電面から放出された光電子を入
射位置との対応を保って増倍し入射電子の二次元位置検
出装置に入射させ光電子の発生位置に対応する情報を出
力する光入射位置検出管と、前記光入射位置検出管の出
力を演算して前記シンチレータに入射した放射線の位置
および強度を出力する演算装置から構成されている。

（実施例）以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する
。

第１図は本発明による放射線の入射位置を検出する装置
のシンチレータと光入射位置検出管の結合ユニットの実
施例を示す断面図である。

第２図はシンチレータの正面図、側面図およびシンチレ
ータの構成要素を取り出して示した斜視図である。

シンチレータ１は、棒状のシンチレータ要素１０１を多
数本束ねて板状にしたものである。

シンチレータ材料として高い原子番号の材料のものビス
マスゲルマニウムオキサイド（ＢＧＯ）を用い、これ等
を四角柱状に成形したものである。

シンチレータ要素１０１の長さは略１５ｍｍ、断面は３
ｍｍＸ３ｍｍである。

総てのシンチレータ要素ｌＯ１の一端面（入射面）は粗
く研磨され、他の面は総て鏡面に研磨されている。

粗く研磨された入射面には、硫酸バリウムを塗布し、全
反射層１０３を形成している。

この全反射層１０３は、内部で発生して入射面方向に向
かうシンチレーション光を全反射させる。

このシンチレータ要素の入射面を揃えて、シンチレータ
要素間に空気間隙が形成されるようにスペーサ１０２を
介して結合しシンチレータ要素１０１の長さを厚さとす
る板状のシンチレータｌを形成している。

放射線入射により、シンチレータ要素１０１の任意の１
本に発生したシンチレーション光の大部分は、屈折率の
小さい空気界面で全反射され、このシンチレータ要素１
０１の内を多重反射しながら出力される。

ＢＧＯシンチレータの屈折率は２．１で空気の屈折率は
１．０であるから、前記界面に入射角２８°以上の角度
で入射したものは全反射する。

界面を透過した光も隣接するシンチレータ要素等から取
り出され計測に利用される。

各シンチレータ要素は自身がオプティカルファイバに近
い役割を果たすため、光出力の空間的波がりはほとんど
は発光のあったシンチレータの断面内に制限される。

第３図に出力光の分布の測定結果を示す。

３　ｍｍ　Ｘ　３　ｍｍ　Ｘ　１５　ｍｍのＢＧＯシン
チレータ要棄１０１を前記スペーサを介して、結合され
たシンチレータの中心のシンチレータ要素１０１ｑのみ
を放射線に曝露したときのシンチレータ要素の列１０１
０〜１０１Ｓの出力光を測定したものである。

隣接する要素１０１ｐ、１０１ｒ、さらにその外側の１
０１ｏ、ｌ０Ｉｓ、から出力が現れるのはシンチレータ
の側面に垂直に近い角度で入射した光のもれ等に原因す
るものと理解される。

前記実施例はシンチレータ要素１０１を空気界面を介し
て隣接させる例を示したが、シンチレータ要素１０１よ
りも屈折率の小さい透明接着材を用いて接合しても同様
な効果が得られる。

第１図に示すようにシンチレータ１の出力光は、光入射
位置検出管２の薄いガラス窓を通して光電面２１に到達
し、ここで光電子に変換される。

これらは光電面に近接して設けられているメツシュ状ダ
イノード群２２に入射し、その空間的波がりを保ちつつ
電子増倍され抵抗分割型のアノード２′３に到達する。

抵抗分割型のアノード２３には４個の出力端子があり、
この出力端子から、増倍された電子の入射位置と量の゛
情報を出力する。入射位置と量の情報の演算については
後述する。

次に前述したシンチレータ１と光入射位置検出管２の組
立を複数個を用いて、陽電子消滅型撮像装置（ポジトロ
ンＣＴ）を構成する場合を例にして前記光入射位置検出
管の出力を演算して前記シンチレータに入射した放射線
の位置および強度を出力する演算装置の実施例を説明す
る。

ポジトロンＣＴは人体を通るあらゆる断面を通して陽電
子放出核種の人体内分布集積濃度を測定するものである
。

ある種の同位元素は陽電子を放出して崩壊するが、この
陽電子は人体内を数ｍｍ以下の距離を進行する間に衝突
によってエネルギーを消失し、電子との相互作用をなし
て互いに消滅する。

２つの粒子の静止質量は５１１ｋｅＶの２本のＴ線対と
なり、互いに１８０°の反対方向に放射される。

これら検出装置により５１１ｋｅＶのＴ線エネルギーが
測定され、同時にこれらのＴ線の検出器入射位置が得ら
れれば放射源はそれぞれの検出器入射位置を結ぶ直線状
にあることになる。

それ□ぞれの検出器に略同一時刻に到達したものを弁別
し、これら情報を蓄積し、コンピュータを用いて像再生
することにより、陽電子放出核種の人体内分布像を得る
こぶができる。

第４図は、ポジトロンＣＴにおける、シンチレータと光
入射位置検出管の組立の配置例を示す斜視図であ・る。

シンチレータ１と光入射位置検出管２の組立は人体をと
り囲むようにリング状に多数個配置されている。

次に各光入射位置検出管ごとに設けられている電子の入
射位置を演算する演算器の構成を説明する。

第５図は位置演算器の実施例を示すブロック図で゛ある
。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　゛・抵抗分
割型アノード２３に入射した電子の位置情報を含む４つ
の出力は、それぞれ、高速増幅器４０２ａ−ｄにより増
幅される。　　　　　　□各自力は、積分およびレベル
ホールド回路４０３゛ａ　４　ｄで前記抵抗分割型アノ
ード２３の各出力端子からの電流に比例した電圧レベル
を持つ信号に変換される。

積分およびレベルホールド回路４０３ａ−ｄの出力はア
ナログディジタル変換器４０４ａ−ｄによりＡＤ変換さ
れる。

ディジタル変換された出力はメモリＲＯＭ４　Ｑ　６に
入力され、ここにあらかじめ記憶されているテーブルを
もとに、前記４人力の組合せで得られる（Ｘ、Ｙ）の入
射位置を得る。

ディジタル加算器４０８はアナログディジタル変換器４
０４ａ−ｄの総ての出力を加算する。

加算された結果は比較器４０９の基準レベルと比較され
、基準レベルを越えるもののみをホールド回路４１０に
出力する。゛積分およびレベルホールド回路４０３の積分処理が時間
がかかるため、前述の同時計数がとれない場合には積分
中のパルス信号は不安信号としてリセットする。

これにより次のパルス受付のため、回路が待機できるた
め高速動作することができる。

以下説明を簡単にするために光入射位置検出管の組立の
内、人体に向かう一対の組立、シンチレータＩＡと光入
射位置検出管２Ａの組立、シンチレータＩＢと光入射位
置検出管２Ｂの組立、の相互の関係を中心に説明する。

第６図はポジトロンＣＴ装置における前記組立の出力処
理回路の実施例を示すブロック図である。

光入射位置検出管２Ａ、２８には高圧供給器１０から動
作電圧が供給されてい葛。

光入射位置検出管２Ａ、２Ｂの出力は位置演算器４Ａ、
４Ｂにより演算され入射位置が特定される。

ゲートパルス発生器５は光入射位置検出管２Ａ、２Ｂを
必要時のみ動作させるゲートパルスを発生する回路であ
る。

タイミングディスクリミネータ６Ａ、６Ｂは、前記光入
射位置検出管２Ａ、２Ｂのメツシュダイノードの最終段
から信号を取り出し、入射のあったことを検出する回路
である。

同時計数回路７Ａ、７Ｂは、タイミングディスクリミネ
ータ６Ａ、６Ｂからの出力が同時に発生したこと、Ｔ線
が同時に２つのシンチレータに入射したことを判別する
回路であり、そのときに出力を発生する。

前述したホールド回路は２個の組のタイミング信号が約
２０ｎＳ以内に同時検出された時のみ、それぞれの位置
演算器４からの入射位置信号を取り出すと同時にホール
ドする。

また、ゲート回路５を駆動し、検出装置の増倍部初段と
光電面間に逆電圧をかけ、位置演算回路が信号処理を行
い後続のメモリ（記憶装置）に情報を受は渡すまでの約
１μｓの間、光検出に余分な負荷がかからないようオフ
状態にする。

再アドレス用メモリ８は、後の断層像の演算のために、
位置演算器の出力データを変換テーブルにより、組み替
えて記憶してお（メモリである。

ＣＰＵ９は前記再アドレス用メモリ８の内容を演算して
断層像を再構成する。

以上、詳しく説明した実施例につき、本発明の範囲内で
種々の変形を施すことができる。

メツシュ電極の代わりにマイクロチャンネルプレートを
使用しても良い。

また、抵抗分割型アノードの代わりにマルチアノードを
使用しても良い。

（発明の効果）以上詳しく説明したように、本発明によれば、高エネル
ギーＴ線を高検出効率かつ高位置分解能で検出できる。

構造が簡単なため、製作が容易である。また、後続の処
理回路が少な（なり、簡単な構成となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による放射線の入射位置を検出する装置
のシンチレータと光入射位置検出管の結合ユニットの実
施例を示す断面図である。　　　□第２図はシンチレー
タの正面図、側面図およびシンチレータの構成要素を取
り出して示した斜視図である。第３図はシンチレータの実施例の特性を示すグラフであ
る。第４図は、ポジトロンＣＴの放射線検出器に本発明によ
る放射線の入射位置を検出する装置の前記シンチレータ
と光入射位置検出管の結合ユニットを応用したときの配
置を示す斜視図である。第５図は、光入射位置検出管の入射位置演算器の実施例
を示すブロック図である。第６図はポジトロンＣＴの位置演算器の実施例を示すブ
ロック図である。第７図は従来のガンマカメラの構成を示す略図である。第８図は従来のポジトロン断層装置用検出器の構成を示
す略図である。１・・・シンチレータ１０１−・・シンチレータ要素１０２・・・スペーサ２・・・光入射位置検出管２１・・・光電面２２・・・メツシュ電極部２３・・・抵抗分割型アノード４．４ａ、４ｂ・・・位置演算器５・・・ゲートパルス発生器６・・・タイミングディスクリミネータ７・・・同時計
数回路８・・・再アドレス用メモリ９・・・コンピュータ１０・・・高圧供給装置４０２ａ−ｄ・・・高速増幅器４０３ａ−ｄ・・・積分ホールド回路４０４・・・高速アナログ−ディジタル変換器（Ａ／Ｄ
）４０５・・・ディジタル加算器４０６・・・メモリＲＯＭ　（位置演算用変換テーブル
を含む）４０７・・・ディジタルコンパレータ４０８・・・ホールド回路特許出願人　浜松ホトニクス株式会社代理人　弁理士　　井　ノ　ロ　　壽ｔｆ７ｚ　図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高原子番号のシンチレータ材料を断面が四角形の
棒状に成形し入射端面および側面を研磨したシンチレー
タ要素を多数集積して形成した板状のシンチレータと、
前記シンチレータの出力面に光電面が対応させられてお
り光電面から放出された光電子を入射位置との対応を保
って増倍し入射電子の二次元位置検出装置に入射させ光
電子の発生位置に対応する情報を出力する光入射位置検
出管と、前記光入射位置検出管の出力を演算して前記シ
ンチレータに入射した放射線の位置および強度を出力す
る演算装置から構成した放射線の入射位置を検出する装
置。
（２）前記シンチレータ材料はビスマスゲルマニウムオ
キサイドまたは、ガドリニウムシリコンオキサイドであ
る特許請求の範囲第１項記載の放射線の入射位置を検出
する装置。
（３）前記シンチレータ要素の側面は鏡面に研磨され、
入射端面は粗研磨され、反射材料が塗布されている特許
請求の範囲第１項記載の放射線の入射位置を検出する装
置。
（４）前記シンチレータを形成するシンチレータ要素は
、スペーサを介して結合されシンチレータ要素はその屈
折率よりも小さい空気間隙を介して密接して結束されて
いる特許請求の範囲第１項記載の放射線の入射位置を検
出する装置。
（５）前記シンチレータを形成するシンチレータ要素は
、シンチレータ要素の屈折率よりも小さい屈折率の透明
接着材を介して密接して結束されている特許請求の範囲
第１項記載の放射線の入射位置を検出する装置。
（６）前記シンチレータ要素の屈折率よりも小さい屈折
率の媒質は空気層あるいは透明接着剤を介して束ねられ
ている特許請求の範囲第１項記載の放射線の入射位置を
検出する装置。
（７）前記光入射位置検出管は、光電面と、前記光電面
と並行して設けられた２次電子増倍機能をもち光電面か
ら放出された光電子を入射位置との対応を保って増倍す
る複数のメッシュ電極と、前記メッシュ電極で増倍され
た電子の入射位置に対応して入射位置と強度に関する情
報を出力する抵抗分割型アノードあるいはマルチアノー
ドから構成されている特許請求の範囲第１項記載の放射
線の入射位置を検出する装置。
（８）前記光入射位置検出管は、光電面と、前記光電面
と並行して設けられた２次電子増倍機能をもち光電面か
ら放出された光電子を入射位置との対応を保って増倍す
るマイクロチャンネルプレートと、前記メッシュ電極で
増倍された電子の入射位置に対応して入射位置と強度に
関する情報を出力する抵抗分割型アノードあるいはマル
チアノードから構成されている特許請求の範囲第１項記
載の放射線の入射位置を検出する装置。
（９）前記光入射位置検出管は、光電面と、前記光電面
と並行して設けられた２次電子増倍機能をもち光電面か
ら放出された光電子を入射位置との対応を保って増倍す
るベネシアンブラインド形のダイオードと、前記メッシ
ュ電極で増倍された電子の入射位置に対応して入射位置
と強度に関する情報を出力する抵抗分割型アノードある
いはマルチアノードから構成されている特許請求の範囲
第１項記載の放射線の入射位置を検出する装置。
（１０）前記放射線の入射位置を検出する装置は、ポジ
トロン断層装置用検出器として複数組使用され、前記シ
ンチレータに入射した放射線の位置および強度を出力す
る演算装置は前記アノード出力を増幅器により増幅し、
波高分別されると同時に、複数個の出力を比較演算する
ものである特許請求の範囲第１項記載の放射線の入射位
置を検出する装置。