WO2016208295A1 - 放射線検出器およびそれを備えた放射線撮影装置 - Google Patents

放射線検出器およびそれを備えた放射線撮影装置 Download PDF

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哲夫 古宮
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株式会社島津製作所
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    • G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2985—In depth localisation, e.g. using positron emitters; Tomographic imaging (longitudinal and transverse section imaging; apparatus for radiation diagnosis sequentially in different planes, steroscopic radiation diagnosis)

Definitions

  • the present invention relates to a radiation detector having a scintillator that converts radiation into fluorescence, and a radiation imaging apparatus including the radiation detector.
  • Some radiation detectors for detecting radiation have a structure as shown in FIG.
  • a radiation detector includes a scintillator 52 that converts radiation into fluorescence, and a photodetector 53 that detects fluorescence.
  • the scintillator 52 is configured by arranging quadrangular columnar scintillator crystals
  • the photodetector 53 is configured by arranging a plurality of detection elements (see, for example, Patent Document 1).
  • Some of such radiation detectors employ a configuration in which the arrangement pitch of the scintillator crystals in the scintillator 52 and the arrangement pitch of the detection elements in the photodetector 53 do not match.
  • a radiation detector has a scintillator crystal straddling adjacent detection elements. The fluorescence generated in this scintillator crystal enters two or more detection elements as shown in FIG. The star mark in FIG. 16 indicates the generation point of fluorescence. That is, the radiation detector of FIG. 15 is based on the premise that a single fluorescence generated in the scintillator crystal is detected by a plurality of detection elements.
  • the configuration of FIG. 15 is an example of a radiation detector that detects a single fluorescence with a plurality of detection elements. Even if the arrangement pitch of the scintillator crystals and the arrangement pitch of the detection elements coincide, the fluorescence generated in the scintillator crystals may be detected by a plurality of detection elements. This is because the fluorescence generated in the scintillator crystal spreads while passing through the adjacent scintillator crystal.
  • the radiation detector can calculate the time (fluorescence generation time) when fluorescence is generated in the scintillator crystal. If the configuration is such that all of the fluorescence generated in the scintillator crystal is incident on a single detection element, it is easy to accurately calculate the generation time. This is because the generation time can be calculated by monitoring only the output of the detection element related to the fluorescence incidence. However, this method cannot be applied as it is to a radiation detector of the type that detects a single fluorescence with a plurality of detection elements as described in FIG.
  • FIG. 17 a configuration as shown in FIG. 17 has been conventionally considered.
  • the detection results of the plurality of detection elements are passed through the delimiter and then input to the OR circuit.
  • fluorescence is generated in the scintillator 2
  • one of the plurality of detection elements detects fluorescence first.
  • the configuration of FIG. 17 is a configuration for obtaining the generation time of fluorescence based on the detection element that detects fluorescence first. According to such a configuration, it is likely that the fluorescence generation time can be accurately obtained.
  • this method has the following problems. That is, when a single fluorescence is detected by a plurality of detection elements, the signal output from each detection element is weak.
  • the fluorescence is divided into a plurality of parts and detected by the detection element. Even a detection element that detects fluorescence first among a plurality of detection elements only detects part of the fluorescence.
  • the detection signal output from the detection element is weaker than when all of the fluorescence is incident on a single detection element. There is a limit to accurately knowing the fluorescence generation time based on the weak signal.
  • FIG. 19 shows a circuit that realizes the calculation of the fluorescence generation time as described above.
  • the output of each detection element 61 is input to each corresponding amplifier 62.
  • Each output of the amplifier 62 is input to the adder circuit 63.
  • the output of the addition circuit 63 is input to the fluorescence generation time calculation unit 64.
  • FIG. 20 shows the operation of the circuit when fluorescence is generated. It is not all of the detection elements provided in the photodetector 53 that detect fluorescence. In FIG. 20, it is assumed that only two detection elements 61 indicated by hatching detect fluorescence. When a signal output from the amplifier 62 connected to the detection element 61 that detects fluorescence is closely examined, a noise component is included in addition to the signal component. Actually, this noise component has also been output from the amplifier 62 connected to the other detection element 61 that has not detected fluorescence. When the adder circuit 63 sums up these signals, noise components are summed in addition to the signal components.
  • FIG. 21 shows an ideal output signal of the adder circuit 63. Fluorescence usually increases in intensity and takes time to disappear.
  • FIG. 22 shows signals actually output from the adder circuit 63.
  • the adder circuit 63 generates not only the noise component related to the detection element that detects fluorescence but also the noise component related to the detection element that does not detect fluorescence, and generates an output signal. Disturbed.
  • the conventional radiation detector has the following problems. That is, the conventional radiation detector does not have a configuration sufficient to accurately calculate the fluorescence generation time.
  • the signal output from the adding circuit 63 does not accurately represent the original temporal change in fluorescence intensity. That is, when the output signal of the amplifier 62 or the addition circuit 63 is passed through a high-pass filter or a low-pass filter, a signal as shown in FIG. 21 should ideally be input to the fluorescence generation time calculation unit 64. 21 is inputted to the fluorescence generation time calculation unit 64. Thus, the conventional configuration is not sufficient to accurately calculate the fluorescence generation time based on the output signal.
  • the reason why the signal waveform related to the signal component is shaped by the filter will be described.
  • the high pass filter and the low pass filter cut a specific frequency component contained in the output signal of the amplifier 62.
  • the signal component included in the output signal includes various frequency components. Therefore, if a component related to a specific frequency is cut in order to remove a noise component included in the output signal, a signal for that frequency in the signal component is removed. That is, a part of the frequency is extracted from the signal component included in the output signal by the high-pass filter and the low-pass filter, and this influence appears in the waveform of the signal component. This is the reason why the signal waveform related to the signal component is shaped by the filter.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a radiation detector capable of calculating the fluorescence generation time more accurately.
  • the radiation detector according to the present invention includes a scintillator configured by arranging scintillator crystals that convert radiation into fluorescence, and a detection element that detects fluorescence, and a plurality of fluorescence generated by the scintillator crystals.
  • a detector configured to detect the detection element, an amplifier that amplifies the element signal output from the detection element, and an amplification that is output from the amplifier and fluctuates due to noise when the detection element does not detect fluorescence
  • the limit level set to be higher than the signal is held, and when the amplified signal output from the amplifier is below the limit level, the amplified signal is not passed by outputting the signal corresponding to the limit level,
  • a limiter circuit that passes the amplified signal, and each of the detection elements in the photodetector Limiter circuit signal adding means for summing up the signals output from each of the corresponding limiter circuits, and fluorescence generation time calculating means for calculating the fluorescence generation time based on the output of the limiter circuit signal adding means.
  • the present invention is improved in the signal processing for the output of the amplifier. That is, the configuration of the present invention removes the noise component of the amplifier output using a limiter circuit instead of the high-pass filter and the low-pass filter.
  • the limiter circuit does not pass the amplified signal when the amplified signal output from the amplifier is below the limit level. Therefore, the noise component output from the amplifier not related to the fluorescence detection is blocked by the limiter circuit and cannot reach the adding circuit.
  • the limiter circuit allows the amplified signal to pass therethrough, so that the signal related to fluorescence detection output from the amplifier is reliably input to the fluorescence generation time calculation means. Therefore, according to the present invention, a radiation detector capable of calculating the fluorescence generation time more accurately can be provided.
  • the photodetector includes a fluorescence generation position calculation unit that calculates a fluorescence generation position based on an amplified signal output from each of the amplifiers corresponding to each of the detection elements. .
  • the above-described configuration more specifically shows the present invention.
  • the fluorescence generation position calculating means of the present invention can be configured to operate based on the amplified signal output from the amplifier without going through the limiter circuit.
  • the fluorescence intensity is calculated based on the output of the amplifier signal adding means for summing the amplified signals output from the amplifiers corresponding to the detection elements to the photodetector, and the output of the amplifier signal adding means. It is more desirable to provide a fluorescence intensity calculation means for calculating.
  • the above-described configuration more specifically shows the present invention.
  • the fluorescence intensity calculation means of the present invention can be configured to operate based on the amplified signal output from the amplifier without going through the limiter circuit.
  • the above-described radiation detector can be provided in a radiation imaging apparatus.
  • the radiation detector according to the present invention can calculate the incident time of radiation accurately, and thus is suitable for an apparatus such as TOF-PET (Time of Flight-Positron Emission Tomography).
  • TOF-PET Time of Flight-Positron Emission Tomography
  • the configuration of the present invention removes the noise component of the amplifier output by using a limiter circuit instead of the high pass filter and the low pass filter.
  • the limiter circuit does not pass the amplified signal when the amplified signal output from the amplifier is below the limit level. Therefore, the noise component output from the amplifier not related to the fluorescence detection is blocked by the limiter circuit and cannot reach the adding circuit.
  • the limiter circuit allows the amplified signal to pass therethrough, so that the signal related to fluorescence detection output from the amplifier is reliably input to the fluorescence generation time calculation means. Therefore, according to the present invention, a radiation detector capable of calculating the fluorescence generation time more accurately can be provided.
  • FIG. 1 is a functional block diagram illustrating an overall configuration of a radiation detector according to Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a photodetector according to Example 1.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating how fluorescence generated from the scintillator according to Example 1 spreads.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an addition circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a limiter circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of the limiter circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of the limiter circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of the limiter circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of the limiter circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of the limiter circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the effect of the limiter circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the effect of the limiter circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the operation of a fluorescence generation time calculation unit according to the first embodiment. It is a schematic diagram explaining the fluorescence generation position calculation part and fluorescence intensity calculation part which concern on Example 1.
  • FIG. It is a schematic diagram explaining the other effect which the limiter circuit which concerns on Example 1 has.
  • It is a schematic diagram explaining the other effect which the limiter circuit which concerns on Example 1 has.
  • It is a schematic diagram explaining the radiation detector which concerns on a conventional structure.
  • It is a schematic diagram explaining the radiation detector which concerns on a conventional structure.
  • the radiation detector 1 is generated from a scintillator 2 in which scintillator crystals C that convert ⁇ -rays into fluorescence are arranged vertically and horizontally and a scintillator 2 provided on the lower surface of the scintillator 2. And a photodetector 3 for detecting fluorescence.
  • the scintillator 2 in FIG. 1 is provided with a total of 100 scintillator crystals C in which elongated scintillator crystals C are arranged in a two-dimensional matrix of 10 ⁇ 10 in the height direction.
  • the scintillator crystal C is composed of LGSO (Lu, Gd) 2 SiO 5 containing a cerium element, and has a characteristic of emitting fluorescence when ⁇ rays are incident. Instead of LGSO, the scintillator crystal C may be made of other materials such as GSO (Gd 2 SiO 5 ). The scintillator crystal C converts ⁇ rays into fluorescence.
  • the adjacent scintillator crystals C are optically coupled. By combining the scintillator crystals C, the scintillator crystals C are integrated with each other to form the scintillator 2.
  • the photodetector 3 includes a plurality of detection elements 3a as shown on the left side of FIG.
  • the detection element 3 a is an optical sensor that detects the fluorescence emitted by the scintillator 2.
  • detection elements 3 a are arranged in a two-dimensional matrix of 8 ⁇ 8, and a total of 64 detection elements 3 a are provided.
  • the photodetector 3 has a configuration in which detection elements 3a for detecting fluorescence are arranged and fluorescence generated in the scintillator crystal C is detected by a plurality of detection elements 3a.
  • the right side of FIG. 2 shows how the scintillator 2 and the photodetector 3 are optically coupled.
  • the arrangement pitch of the crystals in the scintillator 2 and the arrangement pitch of the detection elements 3a in the photodetector 3 are different. Therefore, the scintillator 2 includes many scintillator crystals C to which a plurality of detection elements 3a are optically connected. When fluorescence is generated from such a scintillator crystal C, the fluorescence is detected by each of a plurality of detection elements 3a optically connected to the crystal.
  • the fluorescence generation time calculation unit 11 shown in FIG. 1 is configured to calculate the time when the fluorescence generated in the scintillator 2 is generated in the scintillator 2 based on the fluorescence detection signal output from each of the detection elements 3a of the photodetector 3. is there.
  • the fluorescence generation position calculation unit 12 is configured to calculate in which scintillator crystal C the fluorescence generated in the scintillator 2 is generated based on the fluorescence detection signal output from each of the detection elements 3 a of the photodetector 3.
  • the fluorescence intensity calculation unit 13 is configured to calculate the intensity of the fluorescence generated by the scintillator 2 based on the fluorescence detection signal output from each of the detection elements 3a of the photodetector 3.
  • the fluorescence generation time calculation unit 11 corresponds to the fluorescence generation time calculation unit of the present invention
  • the fluorescence generation position calculation unit 12 corresponds to the fluorescence generation position calculation unit of the present invention
  • the fluorescence intensity calculation unit 13 corresponds to the fluorescence intensity calculation means of the present invention.
  • FIG. 3 shows how fluorescence is detected by a plurality of detection elements 3a.
  • the scintillator crystal indicated by the symbol Ca on the left side of FIG. 3 is optically connected to the two detection elements 3a.
  • the fluorescence is incident on any of the two detection elements 3a connected to the crystal.
  • the fluorescence gradually spreads toward the photodetector 3, so that it may be slightly incident on the detection element 3 a adjacent to the two detection elements 3 a connected to the crystal.
  • FIG. 3 shows how the fluorescence is incident on the two-dimensional matrix of detection elements. Considering that the fluorescence is incident not only in the horizontal direction but also in the vertical direction while entering the photodetector 3, it can be seen that there are a considerable number of detection elements 3a for detecting fluorescence.
  • FIG. 4 shows how to specify the fluorescence generation time based on the output signal output from each of the detection elements 3a.
  • the detection elements 3a1, 3a2 detect fluorescence
  • the other detection elements 3a3, 3a4, 3a5,... 3a64 do not detect fluorescence.
  • All the outputs of the detection elements 3a are input to the addition circuit 10 and summed. Thereby, it is possible to obtain a detection signal output when the photodetector 3 is considered as one detection element. Since the fluorescence is dispersed and detected by the plurality of detection elements 3a1 and 3a2, the signals themselves output from the detection elements 3a1 and 3a2 are weak.
  • the adder circuit 10 corresponds to the limiter circuit signal adding means of the present invention.
  • FIG. 5 shows the configuration of the input side of the adder circuit 10 omitted in FIG. 4 in more detail.
  • the output of the detection element 3a1 is not directly input to the adder circuit 10.
  • the element signal output from the detection element 3a1 is input to the amplifier a1.
  • the amplifier a1 amplifies the element signal at a predetermined magnification and outputs an amplified signal.
  • the output of the amplifier a1 is the input of the limiter circuit L1.
  • the output of the limiter circuit L1 is the input of the adder circuit 10.
  • Corresponding amplifiers and limiter circuits are also provided for detection elements other than the detection element 3a1. That is, a structure in which the detection element 3a1, the amplifier a1, and the limiter circuit L1 are connected in series is also provided for the other detection elements.
  • the amplifier and the limiter circuit connected to the detection element 3a2 are referred to as the amplifier a2 and the limiter circuit L2 in order to distinguish them from the amplifier a1 and the limiter circuit L1.
  • the adding circuit 10 adds the signals output from the limiter circuits L corresponding to the detection elements to the photodetector 3.
  • the most characteristic feature of the present invention is that a limiter circuit L is provided between the amplifier a and the adder circuit 10.
  • the limiter circuit holds a set value indicating a predetermined voltage called a limit value.
  • the limiter circuit L outputs a voltage (limit level voltage) indicated by the limit value when the input signal is lower than the limit value or the same as the limit value.
  • the limiter circuit L outputs the input signal as it is when the input signal is larger than the limit value.
  • the limiter circuit L does not pass the amplified signal by outputting a signal corresponding to the limit level when the amplified signal output from the amplifier a is equal to or lower than the limit level. If the amplified signal is larger than the limit level, the limiter circuit L outputs the amplified signal. Let it pass.
  • FIG. 6 shows the operation of the limiter circuit L.
  • the voltage of this signal is usually at the base level. Then, the voltage starts to increase from a certain point and gradually decreases. The voltage finally returns to the base level.
  • the limit level voltage of the limiter circuit L is set to be higher than the base level. Accordingly, when the input signal is near the base level, the output of the limiter circuit L is at the limit level because the input signal is below the limit level. And when an input signal leaves
  • a signal includes a noise component.
  • FIG. 7 shows what kind of signal is output when a detection signal of fluorescence on which a noise component is superimposed is input to the limiter circuit L.
  • the output of the limiter circuit L becomes a limit value.
  • the noise component superimposed at the base level is removed.
  • separates from a base level and becomes larger than a limit value the output of the limiter circuit L becomes an input signal.
  • the limit value held by the limiter circuit 11 is set higher than the amplified signal that is output from the amplifier a and fluctuates due to noise when the detection element 3a does not detect fluorescence.
  • the limit value is too high.
  • the limiter circuit L operates so as to fill a portion where the signal is changing at the base level by raising the portion to the limit level. Therefore, if the limit value is too high, the signal raising range becomes high, and the peak included in the signal becomes low accordingly. It is inconvenient to set the limit value too high when trying to obtain an accurate signal. Therefore, the limit value held by the limiter circuit 11 is set to be lower than the amplified signal output from the amplifier a when the detection element 3a detects fluorescence.
  • FIG. 8 shows what happens when the output of the detection element 3a not involved in fluorescence detection is input to the limiter circuit L.
  • the output of the detection element 3a not involved in fluorescence detection is near the base level and is always below the limit level of the limiter circuit L. Therefore, the limiter circuit L outputs a limit level voltage corresponding to the limit value.
  • FIG. 9 shows a case where the outputs of the amplifiers a1, a2, a3, a4, a5,... A64 are directly input to the adder circuit 10 without passing through the limiter circuit L. Only the amplifiers a1 and a2 are related to the detection of fluorescence. However, the adding circuit 10 adds up the outputs of all the amplifiers a1, a2, a3, a4, a5,... A64 without distinguishing whether or not they are involved in fluorescence detection.
  • the signal thus obtained is the sum of the signal components related to the amplifiers a1 and a2 and the noise components related to all the amplifiers a1, a2, a3, a4, a5,.
  • the output signal of the adder circuit 10 has a very large noise component.
  • FIG. 10 shows a case where the output of the limiter circuits La1, La2, La3, La4, La5,.
  • the adder circuit 10 adds up the outputs of all limiter circuits La1, La2, La3, La4, La5,... La64 without distinguishing whether or not it is involved in fluorescence detection.
  • the addition of noise components is limited. That is, all the noise components included before the limit process are removed from the outputs of the limiter circuits La3, La4, La5,.
  • the output signal of the adder circuit 10 does not contain much noise components.
  • Nc ((M 1/2 ⁇ A (Ns 2 + Na 2 ) 1/2 ) 2 + M 2 ⁇ Nk 2 ) 1/2
  • M is the number of detection elements 3a (64 in this embodiment)
  • A is the gain of the amplifier a
  • Ns is noise derived from the detection element
  • Na is noise derived from the amplifier
  • Nk is noise derived from the adder circuit 10. It is.
  • Ni (M ⁇ Nl 2 + M 2 ⁇ Nk 2 ) 1/2
  • Nl is noise derived from the limiter circuit L.
  • the above equation assumes that the limit value is set to be equal to or higher than the noise level output from the amplifier a.
  • Nc ((M 1/2 ⁇ A (Ns 2 + Na 2 ) 1/2 ) 2 + M 2 ⁇ Na 2 ) 1/2
  • Ni (M ⁇ Na 2 + M 2 ⁇ Na 2 ) 1/2
  • the noise component included in the output of the adder circuit 10 according to the equation (2) is the noise included in the output of the adder circuit 10 when the gain of the amplifier according to the equation (1) is 1 (that is, no amplification). It turns out that it is equal to a component.
  • the amplifier adds amplification to the signal so that the fluorescence generation time calculation unit 11, the fluorescence generation position calculation unit 12, and the fluorescence intensity calculation unit 13 operate normally, and the gain is larger than one. From this, it can be said that Nc> Ni. Since Nc means a noise component in the conventional configuration and Ni means a noise component according to the present invention, the addition circuit 10 in the configuration of the embodiment may output fewer noise components than the addition circuit 10 in the conventional configuration. I understand.
  • the output signal of the adder circuit 10 is output to the fluorescence generation time calculation unit 11.
  • the fluorescence generation time calculation unit 11 holds a threshold value indicating a predetermined voltage.
  • the fluorescence generation time calculation unit 11 searches for a point in time when the voltage of the signal that has fallen below the threshold becomes the same as the threshold.
  • the fluorescence generation time calculation unit 11 recognizes this time as the fluorescence generation time.
  • the fluorescence generation time calculation unit 11 calculates the fluorescence generation time based on the output of the adder circuit 10.
  • FIG. 12 shows how the fluorescence generation time calculation unit 11, the fluorescence generation position calculation unit 12, and the fluorescence intensity calculation unit 13 are connected to the amplifiers a1, a2, a3,... A64.
  • Amplifiers a 1, a 2, a 3,... A 64 are connected to the adder circuit 10 through corresponding limiter circuits La 1, La 2, La 3,... La 64, and the output of the adder circuit 10 is input to the fluorescence generation time calculation unit 11.
  • the fluorescence generation position calculation unit 12 directly receives the outputs of the amplifiers a1, a2, a3,.
  • the fluorescence generation position calculation unit 12 does not have a configuration corresponding to the addition circuit 10 and does not cause a noise component of a signal to be superimposed, so that it is not always necessary to provide the limiter circuit L.
  • the fluorescence generation position calculation unit 12 calculates a fluorescence generation position based on the amplified signal output from each of the amplifiers a corresponding to each of the detection elements 3a.
  • the fluorescence intensity calculation unit 13 calculates the fluorescence intensity using a signal obtained by adding the output signals of the amplifiers a1, a2, a3,.
  • the summing circuit 9 performs the summation of the output signals.
  • the fluorescence intensity calculation unit 13 receives a signal including a lot of noise components as described with reference to FIG.
  • the fluorescence intensity calculation unit 13 has a function of integrating the input signal. Thereby, fluorescence intensity can be calculated
  • the integration point slightly fluctuates the generation time of fluorescence. Therefore, if the integration process is performed, it becomes impossible to accurately know the time when the fluorescence is generated. However, such a situation does not cause a problem when obtaining the fluorescence intensity.
  • the fluorescence intensity calculation unit 13 is not necessarily provided with the limiter circuit L.
  • the adder circuit 9 adds the amplified signals output from the amplifiers a corresponding to the detection elements 3a to the photodetector 3, and the fluorescence intensity calculator 13 calculates the fluorescence intensity based on the output of the adder circuit 9. calculate.
  • the adding circuit 9 corresponds to the amplifier signal adding means of the present invention.
  • the configuration of the present invention has an effect that the fluorescence generation time can be accurately calculated as described above.
  • the configuration of the present invention has an effect of suppressing fluorescence pileup, so this point will be described.
  • the fluorescence pile-up refers to a phenomenon in which, when fluorescence is generated in succession, the fluorescence related to two different events is mistaken as if it were one event.
  • the first fluorescence is detected by the detection elements 3a1 and 3a2, and the second fluorescence is a detection element other than the detection elements 3a1 and 3a2 involved in the detection of the first fluorescence (
  • the detection elements 3a3 and 3a4) are assumed to be detected.
  • the time course of the outputs of the amplifiers a1, a2, a3, a4 in such a case is shown.
  • the amplifier a1 and the amplifier a2 corresponding to the detection elements 3a1 and 3a2 related to detection of the first fluorescence output a signal indicating that fluorescence is detected. Thereafter, since no fluorescence is input to the detection elements 3a1 and 3a2, the voltage of the output signal settles to the first stage.
  • the amplifier a3 and the amplifier a4 corresponding to the detection elements 3a3 and 3a4 related to the detection of the second fluorescence output a signal indicating that the fluorescence is detected.
  • the voltage of the output signal settles to the first stage.
  • the output signals of the amplifiers a1 and a2 settle down before the output signals of the amplifiers a3 and a4 start to rise, but the output signals of the amplifiers a1 and a2 settle down.
  • the output signals of the amplifiers a3 and a4 are very close to the time when the voltage of the output signal starts to rise.
  • the output of the adder circuit 10 includes a lot of noise.
  • the peak related to the first fluorescence and the peak related to the second fluorescence are connected by a noise component.
  • the output of the adder circuit 10 that is below the threshold exceeds the threshold.
  • the boundary between the first peak and the second peak becomes unclear, and the output of the adder circuit 10 does not fall below the threshold value between the peaks. Things can happen.
  • the fluorescence generation time calculation unit 11 handles this as detection of one ⁇ ray. Therefore, the fluorescence generation time calculation unit 11 does not calculate the fluorescence generation time for the second peak.
  • FIG. 14 illustrates a case where a limiter circuit L is provided upstream of the adder circuit 10 in the configuration according to the present invention.
  • the outputs of the amplifiers a1, a2, a3, and a4 are flattened by the limiter circuit L for portions that are not related to the peak before being summed.
  • the flat portions on both sides of the peak survive after summing up the signals and appear at the output of the adder circuit 10 as shown in FIG.
  • This flat portion functions to clearly separate the first peak and the second peak. Therefore, according to the present invention, the boundary between the first peak and the second peak in the output of the adder circuit 10 is not obscured, and the fluorescence generation time calculation unit 11 misses the second peak. It wo n’t happen.
  • the present invention is improved in the signal processing for the output of the amplifier a. That is, in the configuration of the present invention, the noise component of the amplifier output is removed by using the limiter circuit L instead of the high-pass filter and the low-pass filter.
  • the limiter circuit L does not pass the amplified signal when the amplified signal output from the amplifier a is below the limit level. Therefore, the noise component output from the amplifier a not related to the fluorescence detection is blocked by the limiter circuit L and cannot reach the adding circuit.
  • the limiter circuit L passes the amplified signal, so that the signal related to fluorescence detection output from the amplifier a is reliably input to the fluorescence generation time calculation means. Is done. Therefore, according to the present invention, a radiation detector capable of calculating the fluorescence generation time more accurately can be provided.
  • the present invention is not limited to the above-described configuration and can be modified as follows.
  • the scintillator 2 of Example 1 has a configuration in which the scintillator crystals C are optically coupled to each other, but the present invention is not limited to this configuration. It can also be set as the structure provided with the reflecting plate which reflects fluorescence between scintillator crystals. Even in the configuration including such a reflector, the present invention exhibits the above-described effects as long as the fluorescence generated in one scintillator crystal is detected by a plurality of detection elements.
  • the present invention is not limited to this configuration.
  • the mutual arrangement pitch may be the same. Even in such a configuration, the present invention exhibits the above-described effects as long as the fluorescence generated in one scintillator crystal is detected by a plurality of detection elements.
  • the present invention is suitable for the medical field.

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Abstract

本発明の構成は、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタの代わりにリミッタ回路Ｌを用いて増幅器出力のノイズ成分を除去している。リミッタ回路Ｌは、増幅器ａから出力される増幅信号がリミットレベル以下の場合、この増幅信号を通過させない。したがって、蛍光検出に関係のない増幅器ａから出力されるノイズ成分は、リミッタ回路Ｌに阻まれて加算回路まで到達できない。一方、リミッタ回路Ｌは、増幅器ａから出力される増幅信号がリミットレベルより大きい場合、この増幅信号を通過させるので、増幅器ａが出力した蛍光検出に関する信号は、確実に蛍光発生時刻算出部１１に入力される。したがって、本発明によれば、より正確に蛍光発生時刻を算出することができる放射線検出器を提供することができる。

Description

放射線検出器およびそれを備えた放射線撮影装置
　本発明は、放射線を蛍光に変換するシンチレータを有する放射線検出器およびそれを備えた放射線撮影装置に関する。
　放射線を検出する放射線検出器としては、図１５に示すような構造を有しているものがある。この様な放射線検出器は、放射線を蛍光に変換するシンチレータ５２と、蛍光を検出する光検出器５３とを備えている。シンチレータ５２は、四角柱状のシンチレータ結晶が配列されて構成されており、光検出器５３は、複数の検出素子が配列されて構成されている（例えば特許文献１参照）。
　この様な放射線検出器には、シンチレータ５２におけるシンチレータ結晶の配列ピッチと光検出器５３における検出素子の配列ピッチとが一致していない構成を採用するものがある。この様な放射線検出器は、隣接する検出素子に跨がっているシンチレータ結晶を有している。このシンチレータ結晶で生じた蛍光は、図１６に示すように、２つ以上の検出素子に入射する。図１６の星印は蛍光の発生点を示している。つまり、図１５の放射線検出器は、シンチレータ結晶で生じた単一の蛍光を複数の検出素子で検出することが前提となっている。
　ちなみに図１５の構成は、単一の蛍光を複数の検出素子で検出する放射線検出器の一例である。例えシンチレータ結晶の配列ピッチと検出素子の配列ピッチが一致していたとしても、シンチレータ結晶で生じた蛍光が複数の検出素子で検出されることもある。シンチレータ結晶で生じた蛍光は、隣のシンチレータ結晶を通過しながら広がるからである。
　ところで、放射線検出器は、シンチレータ結晶で蛍光が発生した時刻（蛍光発生時刻）を算出することができる。仮に、シンチレータ結晶で発生した蛍光の全てが単一の検出素子に入射するような構成となっていれば、発生時刻を正確に算出することは容易である。蛍光入射に係る検出素子の出力だけをモニタすれば発生時刻の算出が可能だからである。しかしながら、図１５で説明したような単一の蛍光を複数の検出素子で検出するタイプの放射線検出器においてこの方法をそのまま適用することはできない。
　そこで、従来から図１７に示すような構成が考えられている。この構成においては、複数の検出素子の検出結果をデスクリミネータに通過させたあとＯＲ回路に入力するようにしている。シンチレータ２で蛍光が生じると、複数の検出素子のうちどれかが一番先に蛍光を検出する。図１７の構成はこの一番先に蛍光を検出した検出素子に基づいて蛍光の発生時刻を求める構成となっている。この様な構成によれば、蛍光発生時刻を正確に求められそうである。しかし、この方法には、次のような問題がある。すなわち、単一の蛍光を複数の検出素子で検出する場合、検出素子の各々が出力する信号は弱い。蛍光が複数に分かれて検出素子に検出されたからである。複数の検出素子のうち一番先に蛍光を検出した検出素子であっても蛍光の一部を検出したに過ぎない。検出素子から出力される検出信号は、蛍光の全てが単一の検出素子に入射する場合に比べて弱くなる。弱い信号に基づいて蛍光発生時刻を正確に知るのには限界がある。
　そこで、図１５で説明したような放射線検出器において図１７の構成より蛍光発生時刻を正確に知ることができる方法が考え出されている。すなわち、各検出素子から出力される出力信号は、図１８に示すように増幅器により個別に増幅された後、加算されて単一の信号が生成される。この加算により生成された信号は、光検出器５３全体が蛍光をどのように検出したかを示したものとなっている。この様に各検出素子から出力される出力信号を合計すれば、強い信号が得られ、蛍光発生時刻を正確に算出できる。
　図１９は、上述のような蛍光発生時刻の算出を実現する回路を表している。各検出素子６１の各々の出力は、対応する増幅器６２の各々に入力される。増幅器６２の出力の各々は、加算回路６３に入力される。加算回路６３の出力は蛍光発生時刻算出部６４に入力される。
　図２０は、蛍光が発生したときの回路の動作を示している。蛍光を検出するのは、光検出器５３に設けられている検出素子全てではない。図２０においては、網掛けで示す２つの検出素子６１のみが蛍光を検出したものとする。蛍光を検出した検出素子６１に接続された増幅器６２から出力された信号をよく見ると、シグナル成分の他にノイズ成分が含まれている。実は、このノイズ成分は、蛍光を検出していない他の検出素子６１に接続されている増幅器６２からも出力されてしまっている。加算回路６３がこれら信号を合計すると、シグナル成分以外にもノイズ成分も合計されてしまう。
　すると、加算回路６３の出力信号はかなり多くのノイズ成分が乗ったものとなってしまう。図２１は、加算回路６３の出力信号の理想を示している。蛍光は、だんだん強くなり消滅するのにも時間がかかるのが通常である。一方、図２２は、実際に加算回路６３が出力する信号を示している。加算回路６３は、蛍光を検出している検出素子に係るノイズ成分のみならず、蛍光を検出してもいない検出素子に係るノイズ成分までも足し込んで出力信号を生成するので、出力信号はかなり乱れる。
　この様な乱れた出力信号に基づいて正確に蛍光発生時刻を算出するのは極めて困難である。したがって、従来からこの出力信号の乱れを抑制する方法が考え出されている。すなわち、各増幅器６２の出力をローパスフィルタに通過させて、加算回路６３に入力させるのである。ローパスフィルタを通過させることで、高周波成分として信号に現れるノイズ成分が除去される。また、各増幅器６２の出力をハイパスフィルタに通過させることでノイズ成分を除去する方法もある。
特開平４－２７４７９４号公報
　しかしながら、従来の放射線検出器は、次のような問題がある。
　すなわち、従来の放射線検出器は、蛍光発生時刻を正確に算出するのに十分な構成を備えていない。
　増幅器６２の出力信号をハイパスフィルタやローパスフィルタに通過させると、出力信号に含まれるノイズ成分が除去されるのにとどまらず、シグナル成分に関する信号波形も整形されてしまう。すると、加算回路６３から出力される信号が本来の蛍光強度の時間変化を正確に表さなくなる。つまり、増幅器６２あるいは加算回路６３の出力信号をハイパスフィルタやローパスフィルタに通過させると、理想的には図２１で示すような信号が蛍光発生時刻算出部６４に入力されるはずであるところ、実際は、図２１の波形が崩れたかたちの信号が蛍光発生時刻算出部６４に入力されてしまう。このように、従来構成では、出力信号に基づいて正確に蛍光発生時刻を算出するのに十分であるとはいえない。
　フィルタによりシグナル成分に関する信号波形が整形されてしまう理由について説明する。ハイパスフィルタやローパスフィルタは、増幅器６２の出力信号に含まれる特定の周波数成分をカットする。しかしながら出力信号に含まれているシグナル成分は、多様な周波数成分を含んでいる。したがって、出力信号に含まれるノイズ成分を除去しようとして特定の周波数に係る成分をカットすると、シグナル成分におけるその周波数についての信号が除去されてしまう。つまり、ハイパスフィルタやローパスフィルタによって出力信号に含まれるシグナル成分は一部の周波数が抜き取られ、この影響がシグナル成分の波形に現れる。これがフィルタによりシグナル成分に関する信号波形が整形されてしまう理由となっている。
　本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的はより正確に蛍光発生時刻を算出することができる放射線検出器を提供することにある。
　本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
　すなわち、本発明に係る放射線検出器は、放射線を蛍光に変換するシンチレータ結晶が配列されて構成されるシンチレータと、蛍光を検出する検出素子が配列されているとともに、シンチレータ結晶で生じた蛍光を複数の検出素子により検出する構成となっている光検出器と、検出素子から出力される素子信号を増幅する増幅器と、検出素子が蛍光を検出していない場合に増幅器から出力されノイズにより変動する増幅信号よりも高くなるように設定されたリミットレベルを保持しており、増幅器から出力される増幅信号がリミットレベル以下の場合、リミットレベルに相当する信号を出力することにより増幅信号を通過させず、増幅信号がリミットレベルより大きい場合、増幅信号を通過させるリミッタ回路と、光検出器に検出素子の各々に対応するリミッタ回路の各々から出力された信号を合計するリミッタ回路信号加算手段と、リミッタ回路信号加算手段の出力に基づいて蛍光の発生時刻を算出する蛍光発生時刻算出手段を備えることを特徴とするものである。
　［作用・効果］本発明は、増幅器の出力に対する信号処理に改良がなされている。すなわち、本発明の構成は、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタの代わりにリミッタ回路を用いて増幅器出力のノイズ成分を除去しているのである。リミッタ回路は、増幅器から出力される増幅信号がリミットレベル以下の場合、この増幅信号を通過させない。したがって、蛍光検出に関係のない増幅器から出力されるノイズ成分は、リミッタ回路に阻まれて加算回路まで到達できない。一方、リミッタ回路は、増幅器から出力される増幅信号がリミットレベルより大きい場合、この増幅信号を通過させるので、増幅器が出力した蛍光検出に関する信号は、確実に蛍光発生時刻算出手段に入力される。したがって、本発明によれば、より正確に蛍光発生時刻を算出することができる放射線検出器を提供することができる。
　また、上述の放射線検出器において、光検出器に検出素子の各々に対応する増幅器の各々から出力された増幅信号に基づいて蛍光の発生位置を算出する蛍光発生位置算出手段を備えればより望ましい。
　［作用・効果］上述の構成は本発明をより具体的に示したものとなっている。本発明の蛍光発生位置算出手段は、リミッタ回路を介せずに増幅器から出力される増幅信号に基づいて動作する構成とすることができる。
　また、上述の放射線検出器において、光検出器に検出素子の各々に対応する増幅器の各々から出力された増幅信号を合計する増幅器信号加算手段と、増幅器信号加算手段の出力に基づいて蛍光強度を算出する蛍光強度算出手段を備えればより望ましい。
　［作用・効果］上述の構成は本発明をより具体的に示したものとなっている。本発明の蛍光強度算出手段は、リミッタ回路を介せずに増幅器から出力される増幅信号に基づいて動作する構成とすることができる。
　また、上述の放射線検出器において、シンチレータ結晶の配列ピッチと検出素子の配列ピッチが互いに異なればより望ましい。
　［作用・効果］上述の構成は本発明をより具体的に示したものとなっている。シンチレータ結晶の配列ピッチと検出素子の配列ピッチが互いに異なれば、１つのシンチレータ結晶に複数の検出素子が光学的に接続されていることになる。この様な構成は、シンチレータ結晶で生じた蛍光を複数の検出素子により検出することが前提となっており、本発明を適用する意義は大きい。
　また、上述の放射線検出器は、放射線撮影装置に備えるようにすることもできる。
　［作用・効果］本発明の放射線検出器は、放射線の入射時間を正確に算出することができるので、ＴＯＦ－ＰＥＴ（Ｔｉｍｅ　ｏｆ　Ｆｌｉｇｈｔ　-　Ｐｏｓｉｔｒｏｎ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）等の装置に適している。
　本発明の構成は、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタの代わりにリミッタ回路を用いて増幅器出力のノイズ成分を除去している。リミッタ回路は、増幅器から出力される増幅信号がリミットレベル以下の場合、この増幅信号を通過させない。したがって、蛍光検出に関係のない増幅器から出力されるノイズ成分は、リミッタ回路に阻まれて加算回路まで到達できない。一方、リミッタ回路は、増幅器から出力される増幅信号がリミットレベルより大きい場合、この増幅信号を通過させるので、増幅器が出力した蛍光検出に関する信号は、確実に蛍光発生時刻算出手段に入力される。したがって、本発明によれば、より正確に蛍光発生時刻を算出することができる放射線検出器を提供することができる。
実施例１に係る放射線検出器の全体構成を説明する機能ブロック図である。 実施例１に係る光検出器を説明する模式図である。 実施例１に係るシンチレータから生じた蛍光が広がる様子を説明する模式図である。 実施例１に係る加算回路について説明する模式図である。 実施例１に係るリミッタ回路について説明する模式図である。 実施例１に係るリミッタ回路の動作について説明する模式図である。 実施例１に係るリミッタ回路の動作について説明する模式図である。 実施例１に係るリミッタ回路の動作について説明する模式図である。 実施例１に係るリミッタ回路の効果について説明する模式図である。 実施例１に係るリミッタ回路の効果について説明する模式図である。 実施例１に係る蛍光発生時刻算出部の動作について説明する模式図である。 実施例１に係る蛍光発生位置算出部および蛍光強度算出部について説明する模式図である。 実施例１に係るリミッタ回路が有する他の効果について説明する模式図である。 実施例１に係るリミッタ回路が有する他の効果について説明する模式図である。 従来構成に係る放射線検出器について説明する模式図である。 従来構成に係る放射線検出器について説明する模式図である。 従来構成に係る放射線検出器について説明する模式図である。 従来構成に係る放射線検出器について説明する模式図である。 従来構成に係る放射線検出器について説明する模式図である。 従来構成に係る放射線検出器について説明する模式図である。 従来構成に係る放射線検出器について説明する模式図である。 従来構成に係る放射線検出器について説明する模式図である。
　以降、発明を実施するための形態としての実施例について説明する。実施例におけるγ線は、本発明の放射線に相当する。実施例で説明されている各手段は、各手段に対応する回路により実現することができる。
　＜放射線検出器の全体構成＞
　放射線検出器１は、図１に示すようにγ線を蛍光に変換するシンチレータ結晶Ｃが縦横に配列されて一体化しているシンチレータ２と、シンチレータ２の下面に設けられているシンチレータ２から生じた蛍光を検出する光検出器３とを備えている。図１におけるシンチレータ２は、高さ方向に細長状のシンチレータ結晶Ｃが縦１０×横１０の二次元マトリックス状に配列されており、合計１００個のシンチレータ結晶Ｃを備えている。
　シンチレータ結晶Ｃは、セリウム元素を含有するＬＧＳＯ（Ｌｕ，Ｇｄ）２ＳｉＯ５で構成されており、γ線が入射すると、蛍光を発するような特性を有している。ＬＧＳＯに代えてシンチレータ結晶ＣをＧＳＯ（Ｇｄ２ＳｉＯ５）等の他の材料で構成するようにしてもよい。シンチレータ結晶Ｃは、γ線を蛍光に変換する。
　互いに隣接するシンチレータ結晶Ｃは、光学的に結合している。シンチレータ結晶Ｃ同士が結合することによりシンチレータ結晶Ｃは互いに一体化し、シンチレータ２をなしている。
　光検出器３は、図２左側に示すように複数の検出素子３ａを備えている。検出素子３ａは、シンチレータ２が発する蛍光を検出する光センサーである。光検出器３には検出素子３ａが縦８×横８の二次元マトリック状に配列されており、合計６４個の検出素子３ａが設けられている。光検出器３は、蛍光を検出する検出素子３ａが配列されているとともに、シンチレータ結晶Ｃで生じた蛍光を複数の検出素子３ａにより検出する構成となっている。
　図２右側は、シンチレータ２と光検出器３とが光学的に結合されている様子を示している。図２右側に示すように、シンチレータ２における結晶の配列ピッチと光検出器３における検出素子３ａの配列ピッチは異なっている。したがって、シンチレータ２は、複数の検出素子３ａが光学的に接続されているシンチレータ結晶Ｃを多く含んでいる。この様なシンチレータ結晶Ｃから蛍光が発生すると、蛍光はその結晶に光学的に接続された複数の検出素子３ａの各々によって検出されることになる。
　図１に示す蛍光発生時刻算出部１１は、光検出器３の検出素子３ａの各々が出力する蛍光の検出信号に基づいてシンチレータ２で発生した蛍光がシンチレータ２で発生した時刻を算出する構成である。蛍光発生位置算出部１２は、光検出器３の検出素子３ａの各々が出力する蛍光の検出信号に基づいてシンチレータ２で発生した蛍光がどのシンチレータ結晶Ｃで発生したのかを算出する構成である。蛍光強度算出部１３は、光検出器３の検出素子３ａの各々が出力する蛍光の検出信号に基づいてシンチレータ２で発生した蛍光の強度を算出する構成である。蛍光発生時刻算出部１１は本発明の蛍光発生時刻算出手段に相当し、蛍光発生位置算出部１２は本発明の蛍光発生位置算出手段に相当する。また、蛍光強度算出部１３は本発明の蛍光強度算出手段に相当する。
　＜複数の検出素子３ａによる蛍光の検出＞
　図３は、複数の検出素子３ａによって蛍光が検出される様子を示している。図３左側において符号Ｃａで示すシンチレータ結晶は、２つの検出素子３ａに光学的に接続されている。このシンチレータ結晶Ｃａの星印で示す位置で蛍光が発生したとすると、蛍光は結晶に接続されている２つの検出素子３ａのいずれにも入射する。また、蛍光は、図３左側に示すように次第に広がりながら光検出器３に向かうので、結晶に接続されている２つの検出素子３ａに隣接する検出素子３ａにもわずかながら入射することもある。
　図３右側は、検出素子の二次元マトリックスにおいて蛍光がどのように入射するかを示している。蛍光は横方向のみならず縦方向にも広がりながら光検出器３に入射することを考えると、蛍光を検出する検出素子３ａは、それなりに相当な個数存在することが分かる。
　図４は、検出素子３ａの各々から出力された出力信号に基づいて蛍光発生時刻をどのように特定するかを示している。図４においては、説明を簡単にするため、検出素子３ａ１，３ａ２が蛍光を検出し、その他の検出素子３ａ３，３ａ４，３ａ５，……３ａ６４は蛍光を検出しなかったものとする。検出素子３ａの出力は全て加算回路１０に入力されて合計される。これにより、光検出器３をあたかもこれで一つの検出素子と考えたときに出力される検出信号を得ることができる。蛍光は複数の検出素子３ａ１，３ａ２によって分散されて検出されたので、検出素子３ａ１，３ａ２から出力される信号自体は弱いものとなる。検出素子３ａの出力信号を全て合計することで、蛍光を１つの検出素子３ａで検出すれば出力されるであろう強い信号を得ることができる。蛍光発生時刻算出部１１が正確に蛍光発生時刻を算出するには、算出の基になる信号がある程度強い必要がある。加算回路１０は本発明のリミッタ回路信号加算手段に相当する。
　図５は、図４では省略されていた加算回路１０の入力側の構成をより詳細に示したものとなっている。検出素子３ａ１の出力は、直接加算回路１０に入力されるわけではない。検出素子３ａ１が出力する素子信号は、増幅器ａ１に入力される。増幅器ａ１は、素子信号を所定の倍率で増幅して増幅信号を出力する。増幅器ａ１の出力はリミッタ回路Ｌ１の入力になっている。そしてこのリミッタ回路Ｌ１の出力が加算回路１０の入力になっている。
　検出素子３ａ１以外の検出素子についてもこれに対応する増幅器とリミッタ回路とが設けられている。すなわち、検出素子３ａ１と増幅器ａ１とリミッタ回路Ｌ１とが直列に接続された構造が、他の検出素子についても設けられている。検出素子３ａ２に接続される増幅器とリミッタ回路は、上述の増幅器ａ１，リミッタ回路Ｌ１と区別するため増幅器ａ２およびリミッタ回路Ｌ２と呼ぶことにする。その他の増幅器およびリミッタ回路についても同様である。加算回路１０は、光検出器３に検出素子の各々に対応するリミッタ回路Ｌの各々から出力された信号を合計する。
　＜リミッタ回路の動作＞
　本発明における最も特徴的なのは、増幅器ａと加算回路１０との間にリミッタ回路Ｌが設けられていることにある。リミッタ回路には、リミット値という所定の電圧を示す設定値が保持されている。リミッタ回路Ｌは、入力信号がリミット値よりも低い場合およびリミット値と同じ場合、リミット値が示す電圧（リミットレベル電圧）を出力する。そして、リミッタ回路Ｌは、入力信号がリミット値よりも大きい場合、入力信号をそのまま出力する。リミッタ回路Ｌは、増幅器ａから出力される増幅信号がリミットレベル以下の場合、リミットレベルに相当する信号を出力することにより増幅信号を通過させず、増幅信号がリミットレベルより大きい場合、増幅信号を通過させる。
　図６は、このリミッタ回路Ｌの動作を示している。図６上側に示すような信号があったとする。この信号の電圧は、通常はベースレベルにある。そして、電圧は、ある時点から上がりはじめ、そして徐々に電圧が下がりだす。そして電圧は最後にベースレベルに戻る。リミッタ回路Ｌのリミットレベル電圧は、ベースレベルよりも高い電圧となるように設定される。したがって入力信号がベースレベル近辺にある場合、入力信号はリミットレベル以下なのでリミッタ回路Ｌの出力はリミットレベルとなる。そして、入力信号がベースレベルから離れ、リミット値より大きくなった場合、リミッタ回路Ｌの出力は、入力信号となる。
　一般に信号というものはノイズ成分を含む。図７は、ノイズ成分が重畳した蛍光の検出信号をリミッタ回路Ｌに入力するとどのような信号が出力されるかを示している。入力信号がベースレベルにある場合、リミッタ回路Ｌの出力はリミット値となる。このとき、ベースレベルにおいて重畳していたノイズ成分は除去される。そして、入力信号がベースレベルから離れ、リミット値より大きくなった場合、リミッタ回路Ｌの出力は、入力信号となる。
　この様な動作をするには、リミッタ回路Ｌのリミット値に工夫を加える必要がある。リミッタ回路Ｌの入力信号は、ノイズ成分により常に揺らいでいる。ノイズ成分の揺らぎにより、入力信号がリミット値を上回ってしまうと、ノイズ成分の一部が通過してリミッタ回路Ｌから出力されることになる。したがって、蛍光を検出していない状態でノイズ成分の揺らぎにより入力信号がリミット値を上回ることがないようにリミット値を設定する必要がある。そこで、リミッタ回路１１が保持するリミット値は、検出素子３ａが蛍光を検出していない場合に増幅器ａから出力されノイズにより変動する増幅信号よりも高く設定される。
　とはいえ、リミット値が高すぎるというのも問題である。リミッタ回路Ｌは、信号がベースレベルで推移している部分をリミットレベルにかさ上げして埋め立てるように動作する。したがって、リミット値が高すぎると、信号のかさ上げ幅が高くなり、それだけ、信号に含まれるピークが低くなってしまう。正確なシグナルを得ようとする場合、リミット値を高くしすぎるのは不都合である。そこで、リミッタ回路１１が保持するリミット値は、検出素子３ａが蛍光を検出している場合に増幅器ａから出力される増幅信号よりも低くなるように設定される。
　図８は、蛍光検出に関与しない検出素子３ａの出力をリミッタ回路Ｌに入力するとどうなるかを示している。蛍光検出に関与しない検出素子３ａの出力は、ベースレベル付近にあり、常にリミッタ回路Ｌのリミットレベルを下回る。したがって、リミッタ回路Ｌからはリミット値に対応するリミットレベル電圧が出力される。
　＜リミッタ回路Ｌの効果＞
　続いてリミッタ回路Ｌを設けたことによる効果を説明する。図９は、リミッタ回路Ｌを介しないで、増幅器ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，……ａ６４の出力をそのまま加算回路１０に入力した場合を示している。蛍光の検出に関係するのは、増幅器ａ１，ａ２だけである。しかし、加算回路１０は、蛍光の検出に関与しているかどうかを区別せず全ての増幅器ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，……ａ６４の出力を足し合わせる。こうして得られた信号は、増幅器ａ１，ａ２に係るシグナル成分と全ての増幅器ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，……ａ６４に係るノイズ成分との総和になる。加算回路１０の出力信号は極めてノイズ成分が多いものとなる。
　図１０は、リミッタ回路Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３，Ｌａ４，Ｌａ５，……Ｌａ６４の出力を加算回路１０に入力した場合を示している。加算回路１０は、蛍光の検出に関与しているかどうかを区別せず全てのリミッタ回路Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３，Ｌａ４，Ｌａ５，……Ｌａ６４の出力を足し合わせる。このときノイズ成分の足し合わせは限定的である。すなわち、蛍光の検出に関係しないリミッタ回路Ｌａ３，Ｌａ４，Ｌａ５，……Ｌａ６４の出力にはリミット処理前に含まれていたノイズ成分が全て除去されている。結局、加算回路１０の出力信号に現れることができるのは、リミッタ回路Ｌａ１，Ｌａ２に係るノイズ成分のみである。加算回路１０の出力信号にはさほど多くのノイズ成分が含まれてはいない。
　リミッタ回路Ｌを用いたノイズの低減についてより定量的な考察を加えたのでこの点について説明する。
　従来構成における加算回路１０の出力信号に含まれるノイズの大きさをＮｃとすると、Ｎｃは次のようにして算出される。
　Ｎｃ＝（（Ｍ１／２×Ａ（Ｎｓ２＋Ｎａ２）１／２）２＋Ｍ２×Ｎｋ２）１／２
　ただし、Ｍは検出素子３ａの個数（本実施例の場合は６４），Ａは、増幅器ａのゲイン、Ｎｓは検出素子由来のノイズ、Ｎａは増幅器由来のノイズ、Ｎｋは加算回路１０由来のノイズである。
　一方、実施例１における加算回路１０の出力信号に含まれるノイズの大きさをＮｉとすると、Ｎｉは次のようにして算出される。
　Ｎｉ＝（Ｍ×Ｎｌ２＋Ｍ２×Ｎｋ２）１／２
　ただしＮｌは、リミッタ回路Ｌ由来のノイズである。また上式は、リミット値を増幅器ａから出力されるノイズレベル以上に設定した場合を想定している。
　加算回路１０由来のノイズＮｋおよびリミッタ回路Ｌ由来のノイズＮｌは、増幅率が１のときの増幅器のノイズＮａとほぼ等しいと考えることができるので、ＮｃおよびＮｉは次のように書き換えることができる。
　Ｎｃ＝（（Ｍ１／２×Ａ（Ｎｓ２＋Ｎａ２）１／２）２＋Ｍ２×Ｎａ２）１／２
Ｎｉ＝（Ｍ×Ｎａ２＋Ｍ２×Ｎａ２）１／２
　したがって、Ｎｃは、次のような式で表すことができる。
　Ｎｃ＝（Ｍ×Ａ２（Ｎｓ２＋Ｎａ２）＋Ｍ２×Ｎａ２）１／２
　　＝（Ｍ×Ａ２Ｎｓ２＋Ｍ×Ｎａ２×（Ａ２＋Ｍ））１／２
　検出素子由来のノイズＮａが十分小さいと考えると、Ｎｃは以下のように近似できる。
　Ｎｃ≒（Ｍ×Ｎａ２×（Ａ２＋Ｍ））１／２……（１）
　一方、Ｎｉは次のように表すことができる。
　Ｎｉ＝（Ｍ×Ｎａ２＋Ｍ２×Ｎａ２）１／２
　　＝（Ｍ×Ｎａ２×（１＋Ｍ））１／２……（２）
　（１）式と（２）式を比較すると、（１）式のＡ２の部分が（２）式においては１に置き換わっていることが分かる。したがって、（２）式に係る加算回路１０の出力に含まれるノイズ成分は、（１）式に係る増幅器のゲインを１（すなわち、増幅なし）としたときの加算回路１０の出力に含まれるノイズ成分に等しいことが分かる。増幅器は、蛍光発生時刻算出部１１，蛍光発生位置算出部１２および蛍光強度算出部１３が正常に動作するように信号に増幅を加えるというものであり、ゲインは１より大きい。このことから、Ｎｃ＞Ｎｉであることがいえる。Ｎｃは従来構成におけるノイズ成分、Ｎｉは本発明に係るノイズ成分を意味するから、実施例の構成における加算回路１０の方が、従来構成の加算回路１０よりもより少ないノイズ成分を出力することが分かる。
　＜蛍光発生時刻算出部１１の動作＞
　加算回路１０の出力信号は、蛍光発生時刻算出部１１に出力される。蛍光発生時刻算出部１１は、所定の電圧を示す閾値を保持している。蛍光発生時刻算出部１１は、閾値を下回っていた信号の電圧が閾値と同じになる時点を探索する。蛍光発生時刻算出部１１は、この時点を蛍光発生時刻と認識する。蛍光発生時刻算出部１１は、加算回路１０の出力に基づいて蛍光の発生時刻を算出する。
　図１２は、蛍光発生時刻算出部１１，蛍光発生位置算出部１２および蛍光強度算出部１３が増幅器ａ１，ａ２，ａ３，…ａ６４とどのように接続されているかを示している。増幅器ａ１，ａ２，ａ３，…ａ６４がそれぞれに対応するリミッタ回路Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３，…Ｌａ６４を介して加算回路１０に接続され、加算回路１０の出力が蛍光発生時刻算出部１１の入力になっていることは上述の通りである。蛍光発生位置算出部１２は、増幅器ａ１，ａ２，ａ３，…ａ６４の出力が直接入力される。蛍光発生位置算出部１２では、加算回路１０に当たるような構成がなく、信号のノイズ成分が重畳することにはならないので、必ずしもリミッタ回路Ｌを設ける必要がない。蛍光発生位置算出部１２は、光検出器３に検出素子３ａの各々に対応する増幅器ａの各々から出力された増幅信号に基づいて蛍光の発生位置を算出する。
　また、蛍光強度算出部１３は、増幅器ａ１，ａ２，ａ３，…ａ６４の出力信号そのものを合計した信号を使って蛍光強度を算出する。この出力信号の合計を実行するのが加算回路９である。蛍光強度算出部１３には、図９で説明したようなノイズ成分を多く含む信号が入力されるわけである。蛍光強度算出部１３は、入力信号を積分する機能を有している。これにより、蛍光強度は正確に求めることができる。積分処理によって蛍光の発生時点が多少前後する。したがって積分処理をしてしまうと蛍光の発生時点は正確に知り得なくなる。しかし、この様な事情は、蛍光強度を求める際には特に問題を生じさせない。蛍光強度算出部１３には必ずしもリミッタ回路Ｌを設ける必要はない。加算回路９は、光検出器３に検出素子３ａの各々に対応する増幅器ａの各々から出力された増幅信号を合計し、蛍光強度算出部１３は、加算回路９の出力に基づいて蛍光強度を算出する。加算回路９は本発明の増幅器信号加算手段に相当する。
　＜本発明構成による他の効果＞
　本発明の構成は、上述したように蛍光発生時刻を正確に算出できるという効果を有している。本発明の構成はこの効果以外に蛍光のパイルアップを抑制する効果があるのでこの点について説明する。蛍光のパイルアップとは、立て続けに蛍光が発生したときに、２つの異なる事象に係る蛍光があたかも１つの事象であるかのように誤認されてしまう現象をいう。
　わずかな時間の間に２つのγ線がシンチレータ２に入射した場合を考える。このときのシンチレータ２は、最初の蛍光が発生して、その後しばらくしてもう一度蛍光が発生することになる。一番目の蛍光は先にシンチレータ２に入射したγ線に由来しており、二番目の蛍光は後にシンチレータ２に入射したγ線に由来している。したがって、２つの蛍光は、互いに独立した事象である。
　図１３に示すように、一番目の蛍光は、検出素子３ａ１，３ａ２で検出されるものとし、二番目の蛍光は、一番目の蛍光の検出に携わった検出素子３ａ１，３ａ２以外の検出素子（検出素子３ａ３，３ａ４）で検出されるものとする。この様な場合の増幅器ａ１，ａ２，ａ３，ａ４の出力のタイムコースを示している。一番目の蛍光の検出に係る検出素子３ａ１，３ａ２に対応する増幅器ａ１，増幅器ａ２は、蛍光を検出した旨を示す信号を出力する。その後、検出素子３ａ１，３ａ２には蛍光の入力がないので、出力信号の電圧は最初の段階まで落ち着く。その後、二番目の蛍光の検出に係る検出素子３ａ３，３ａ４に対応する増幅器ａ３，増幅器ａ４は、蛍光を検出した旨を示す信号を出力する。その後、検出素子３ａ３，３ａ４には蛍光の入力がないので、出力信号の電圧は最初の段階まで落ち着く。図１３の場合、増幅器ａ１，増幅器ａ２の出力信号が落ち着くのは、増幅器ａ３，ａ４の出力信号の電圧が上がり始める前となってはいるものの、増幅器ａ１，増幅器ａ２の出力信号が落ち着く時点と、増幅器ａ３，ａ４の出力信号の電圧が上がり始める時点とはかなり近接しているものとする。
　この様な増幅器ａ１，ａ２，ａ３，ａ４の出力を加算回路１０に合計させると、図１３の下側のようになるはずである。一回目の蛍光に係るピークと二回目の蛍光に係るピークとの間にはインターバルがあり、二つのピークは異なる事象であることが理解できる。
　しかし実際には、加算回路１０の出力は、多くのノイズを含んでいる。この様な場合、一回目の蛍光に係るピークと二回目の蛍光に係るピークとがノイズ成分により繋がってきてしまう。蛍光の発生時刻を算出するには、図１１で説明したように、閾値を下回っていた加算回路１０の出力が閾値を上回ることが必要である。しかし、加算回路１０の出力に多くのノイズが乗っていると、１つ目のピークと２つ目のピークの境目が判然としなくなり、ピークの間で加算回路１０の出力が閾値を下回らないということが起こりえる。こうなると、蛍光発生時刻算出部１１は、これで一つのγ線の検出という扱いをしてしまう。したがって、蛍光発生時刻算出部１１は、２つ目のピークに関する蛍光の発生時刻を算出しなくなる。
　図１４は、本発明に係る構成で、加算回路１０の上流にリミッタ回路Ｌを設けた場合について説明している。この場合、増幅器ａ１，ａ２，ａ３，ａ４の出力は合計される前にリミッタ回路Ｌによりピークと関係がない部分についてフラットにされる。このピーク両脇におけるフラットな部分は、図１４に示すように信号の合計した後も生き残って加算回路１０の出力に現れる。このフラットな部分が１つ目のピークと２つ目のピークを明確に分ける機能を果たすことになる。したがって本発明によれば、加算回路１０の出力における１つ目のピークと２つ目のピークの境目が不明瞭となることがなく、蛍光発生時刻算出部１１が２つ目のピークを見落としてしまうことがなくなる。
　以上のように、本発明は、増幅器ａの出力に対する信号処理に改良がなされている。すなわち、本発明の構成は、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタの代わりにリミッタ回路Ｌを用いて増幅器出力のノイズ成分を除去しているのである。リミッタ回路Ｌは、増幅器ａから出力される増幅信号がリミットレベル以下の場合、この増幅信号を通過させない。したがって、蛍光検出に関係のない増幅器ａから出力されるノイズ成分は、リミッタ回路Ｌに阻まれて加算回路まで到達できない。一方、リミッタ回路Ｌは、増幅器ａから出力される増幅信号がリミットレベルより大きい場合、この増幅信号を通過させるので、増幅器ａが出力した蛍光検出に関する信号は、確実に蛍光発生時刻算出手段に入力される。したがって、本発明によれば、より正確に蛍光発生時刻を算出することができる放射線検出器を提供することができる。
　また、図２に示すようにシンチレータ結晶Ｃの配列ピッチと検出素子３ａの配列ピッチが互いに異なれば、１つのシンチレータ結晶Ｃに複数の検出素子３ａが光学的に接続されていることになる。この様な構成は、シンチレータ結晶Ｃで生じた蛍光を複数の検出素子３ａにより検出することが前提となっており、本発明を適用する意義は大きい。
　本発明は上述の構成に限られず下記のように変形実施することが可能である。
　（１）実施例１のシンチレータ２は、シンチレータ結晶Ｃ同士が光学的に結合されている構成であったが、本発明はこの構成に限られない。シンチレータ結晶同士の間に蛍光を反射する反射板を備える構成とすることもできる。この様な反射板を備える構成であっても、１つのシンチレータ結晶で生じた蛍光を複数の検出素子で検出する構成であれば、本発明は上述の効果を発揮する。
　（２）実施例１のシンチレータ２におけるシンチレータ結晶Ｃの配列ピッチと光検出器３における検出素子３ａの配列ピッチは互いに異なる構成となっていたが、本発明は、この構成に限られない。互いの配列ピッチが同じとなっていてもよい。この様な構成であっても、１つのシンチレータ結晶で生じた蛍光を複数の検出素子で検出する構成であれば、本発明は上述の効果を発揮する。
　以上のように、本発明は医用分野に適している。
ａ     増幅器
Ｃ     シンチレータ結晶
Ｌ     リミッタ回路
２     シンチレータ
３     光検出器
９     加算回路（増幅器信号加算手段）
１０   加算回路（リミッタ回路信号加算手段）
１１   蛍光発生時刻算出部（蛍光発生時刻算出手段）
１２   蛍光発生位置算出部（蛍光発生位置算出手段）
１３   蛍光強度算出部（蛍光強度算出手段）
 

Claims (5)

  1. 　放射線を蛍光に変換するシンチレータ結晶が配列されて構成されるシンチレータと、
    　蛍光を検出する前記検出素子が配列されているとともに、前記シンチレータ結晶で生じた蛍光を複数の検出素子により検出する構成となっている光検出器と、
    　前記検出素子から出力される素子信号を増幅する増幅器と、
    　前記検出素子が蛍光を検出していない場合に前記増幅器から出力されノイズにより変動する増幅信号よりも高くなるように設定されたリミットレベルを保持しており、前記増幅器から出力される増幅信号がリミットレベル以下の場合、リミットレベルに相当する信号を出力することにより増幅信号を通過させず、増幅信号がリミットレベルより大きい場合、増幅信号を通過させるリミッタ回路と、
    　前記光検出器に前記検出素子の各々に対応する前記リミッタ回路の各々から出力された信号を合計するリミッタ回路信号加算手段と、
    　前記リミッタ回路信号加算手段の出力に基づいて蛍光の発生時刻を算出する蛍光発生時刻算出手段を備えることを特徴とする放射線検出器。
  2. 　請求項１に記載の放射線検出器において、
    　前記光検出器に前記検出素子の各々に対応する前記増幅器の各々から出力された増幅信号に基づいて蛍光の発生位置を算出する蛍光発生位置算出手段を備えることを特徴とする放射線検出器。
  3. 　請求項１に記載の放射線検出器において、
    　前記光検出器に前記検出素子の各々に対応する前記増幅器の各々から出力された増幅信号を合計する増幅器信号加算手段と、
    　前記増幅器信号加算手段の出力に基づいて蛍光強度を算出する蛍光強度算出手段を備えることを特徴とする放射線検出器。
  4. 　請求項１に記載の放射線検出器において、
    　前記シンチレータ結晶の配列ピッチと前記検出素子の配列ピッチが互いに異なることを特徴とする放射線検出器。
  5. 　請求項１に記載の放射線検出器を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
     
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