JPS61271486A

JPS61271486A - 放射線の入射位置を検出する装置

Info

Publication number: JPS61271486A
Application number: JP11479085A
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: 1985-05-28
Filing date: 1985-05-28
Publication date: 1986-12-01

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
（シンチレーションカメラ）、ポジトロン断層装置用検
出器が知られている。

第９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の連続した薄いヨ
ウ化ナトリウムＣＮａ　ｒ　　（Ｔｆｆ））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１０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大きくする必要がある
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拡がりが大きく
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から、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拡がり　（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
、出力光の空間的拡がり（σ）を小さくする必要がある
ことがわかる。

本発明の目的は出力光の空間的拡がりを小さくして、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を粗研磨し、そ
れ以外の表面を鏡面研磨したシンチレータ要素に前記粗
研磨面に対向する面を除いて反射材を塗布し、前記粗研
磨面が入射面を形成するように各シンチレータ要素を放
射線遮蔽体を介して集積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、前記シンチレータの出力面と前記光入射位置検出
管の入射面を光学的に接続する光学接続手段と、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３ｍ　ｍ　ｘ　３　ｍ　ｍ
である。

総てのシンチレータ要素１０１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。

第３図（１）はシンチレータの拡大断面図、同図（Ｕ）
は放射線の入射面から見た拡大図である。

粗く研磨された入射面１０２ａおよび鏡面研磨された側
面１０２ｂは、硫酸バリウム（ＢａＳＯ４）を塗布し、
反射層１０２Ｃを形成している。

入射面１０２ａは、拡散反射面が形成されるため、この
面に入射した光は、面の法線とのなす角のコサインで変
化する分布をもった確率で反射されることとなり、効率
よく出力面１０２ｄに導かれる。

また、側面１０２ｂにおいては、光の入射角が臨界角以
上の場合には、全反射され、光は速やかに出力面１０２
ｄに導かれ、入射角が臨界角以下の場合には、光は一旦
シンチレータからＢａＳＯ４の反射層１０２Ｃに進み、
ここで拡散反射されて再びシンチレータ中に戻される。

以上の効果により、シンチレータからの出力光量が増加
するとともに、出力光の時間特性の改善を図ることがで
きる。

放射線入射により、シンチレータ１の任意のシンチレー
タ要素１０１に発生したシンチレーシ＝ン先は、反射層
１０２で反射され、このシンチレータ要素１０１の内を
多重反射しながら出力される。

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、光出力の空間的拡がりのほとんど
は発光のあったシンチレータの断面内に制服される。

第４図は主として、シンチレータの出力面と光入射位置
検出管の入射面を光学的に接続する光学接続手段の実施
例を示す断面図である。

光学接続手段３は、断面が４角形の透明ガラスブロック
３０をＢａＳＯ４の全反射層３１で隔離して接合したも
のである。

シンチレータ要素、ビスマスゲルマニウムオキサイド（
ＢＧＯ）の屈折率は２，１、ガラスの屈折率はそれより
小さいのでシンチレータ１から光学接続手段３の透明ガ
ラスブロック３０に入射した光は拡がる傾向にあるが、
全反射層３１に達した光はそこで反射されて戻される。

第５図に出力光の分布の測定結果を示す。

３ｍｍＸ３ｍｍｘ　１５ｍｍのＢＧＯシンチレータ要素
１０１を前記遮蔽体１０３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ＩＩＪｉ！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から出力が現れている
が、その量は小さい。

第１図に示すようにシンチレータ１の出力光は、前記光
学接続手段３を介して光入射位置検出管２の薄いガラス
窓を通り、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、その空間的拡がりを保ちつつ
電子増倍され抵抗分割型のアノード２３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ｍ、ｍ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γ線エネルギーが
測定され、同時にこれらのγ線の検出器入射位置が得ら
れれば、放射線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
とができる。

第６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７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に入射した電子の泣面情報を含
む４つの出力は、それぞれ、高速増幅器４Ｑ２ａ−ｄに
より増幅される。

各出力は、積分およびレベルホールド回路４０３ａ　−
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ＲＯＭ４０６に人力
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８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２人、２Ｂには高圧供給器１０から動
作電圧が供給されている。

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２人、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、γ
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
えて記憶しておくメモリである。

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γ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
理回路が少なくなり、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２トの実
施例を示す断面図である。第２図はシンチレータ要素を取り出して示した斜視図で
ある。第３図（１）はシンチレータの拡大断面図、同図（Ｉ［
）は放射線の入射面から見た拡大図である。第４図はシンチレータと光入射位置検出管を接続する光
学接続手段の実施例を示す断面図である。第５図は出力光の分布の測定結果を示すグラフである。第６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７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８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９図は従来のガンマカメラの構成を示す略図である２第１Ｏ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］０２・・・反射層　　　　１０３・・・遮蔽体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３・・・光学接続手段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
）４０６・・・メモリＲＯＭ　（位置演算用変換テーブル
を含む）４０８・・・ディジタル加算器４０９・・・ディジタルコンパレータ４１０・・・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　　毒牙１図士２図　　　　　　　才３図（Ｉｎ）第４図落対土ガ知艷オフ図（メ七Ｊ−′ソ才８図ｎ

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を粗研磨し、それ以外の表面を鏡
面研磨したシンチレータ要素に前記粗研磨面に対向する
面を除いて反射材を塗布し、前記粗研磨面が入射面を形
成するように各シンチレータ要素を放射線遮蔽体を介し
て集積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、前記シンチ
レータの出力面と前記光入射位置検出管の入射面を光学
的に接続する光学接続手段と、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）前記反射材は硫酸バリウム（ＢａＳＯ＿４）、遮
蔽体はタングステン板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。
（４）前記光学接続手段は前記シンチレータ要素の遮蔽
体に相当する形状の反射体で分離されたガラス板である
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。
（５）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。
（６）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、前記マイクロチャン
ネルプレート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。
（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
るベネシアンブラインド形のダイノードと、前記ベネシ
アンブラインド形のダイノード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。