WO2018079735A1 - 放射線位置検出器及びｐｅｔ装置 - Google Patents

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WO2018079735A1
WO2018079735A1 PCT/JP2017/038976 JP2017038976W WO2018079735A1 WO 2018079735 A1 WO2018079735 A1 WO 2018079735A1 JP 2017038976 W JP2017038976 W JP 2017038976W WO 2018079735 A1 WO2018079735 A1 WO 2018079735A1
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light
pixel
photodetector
radiator
pixels
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PCT/JP2017/038976
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良亮 大田
Original Assignee
浜松ホトニクス株式会社
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    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • 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)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
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    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/36—Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry
    • G01T1/363—Measuring spectral distribution of X-rays or of nuclear radiation spectrometry with Cerenkov detectors

Definitions

  • the present disclosure relates to a radiation position detector and a PET apparatus.
  • Non-Patent Document 1 discloses an apparatus that uses a bismuth germanate (BGO) as a scintillator and detects Cherenkov light emitted by photoelectrons with a silicon photomultiplier.
  • BGO bismuth germanate
  • Non-Patent Document 2 discloses a TOF-PET apparatus using Cherenkov light.
  • a segment in which radiation interacts with high temporal resolution is determined by detecting Cherenkov light generated by a radiator divided into segments.
  • the scintillator or the radiator is divided into a plurality of segments to determine the interaction position where the photoelectrons are emitted. Therefore, the spatial resolution is limited by the scintillator segment.
  • This disclosure is intended to provide a radiation position detector and a PET apparatus that can accurately identify the position and time at which radiation interacts with a medium in a radiator.
  • a radiation position detector according to an embodiment of the present disclosure and a PET apparatus according to another embodiment of the present disclosure are a medium that generates light in the first wavelength region and light in the second wavelength region by interacting with incident radiation. And a plurality of first pixels arranged in a two-dimensional manner, a first photodetector for detecting light in the first wavelength region, and a plurality of second pixels arranged in a two-dimensional manner. And a second photodetector for detecting light in the second wavelength region.
  • the incident radiation interacts with the medium to generate light in the first wavelength region and light in the second wavelength region.
  • the generated light in the first wavelength range and light in the second wavelength range are detected by the first photodetector and the second photodetector, respectively.
  • the second based on the detection signal of the light in the second wavelength range.
  • the radiator has a first surface and a second surface facing each other, the plurality of first pixels are arranged along the first surface, and the plurality of second pixels are along the second surface. It may be arranged. Thereby, each structure of a 1st photodetector and a 2nd photodetector can be simplified.
  • the plurality of first pixels and the plurality of second pixels are alternately arranged such that a first pixel region including at least one first pixel and a second pixel region including at least one second pixel are alternately arranged.
  • the light in the first wavelength region may be Cherenkov light
  • the light in the second wavelength region may be scintillation light.
  • the position information and time information of the plurality of first pixels that have detected Cherenkov light are acquired, the acquired position information and time information, and the Cherenkov light in the radiator.
  • a control unit may be further provided that determines the generation position of the Cherenkov light in the radiator based on the propagation trajectory, and determines the scintillation light energy based on the signal output from the second photodetector.
  • Cherenkov light has high directivity and therefore propagates in one direction in the radiator.
  • the Cherenkov light propagation locus can be traced from the position information and time information of the plurality of first pixels that have detected Cherenkov light, and the Cherenkov light propagation locus, and the generation position and time of the Cherenkov light can be obtained.
  • This generation position is considered to be substantially the same as the generation position of photoelectrons, that is, the interaction position of radiation. Therefore, the position and time at which the radiation interacts with the medium in the radiator can be accurately identified from the obtained generation position of the Cherenkov light.
  • control unit may obtain the generation position of the Cherenkov light by using the propagation trajectory of the Cherenkov light when the photoelectrons are emitted from the K shell of the atom that easily causes the photoelectric effect among the atoms constituting the medium.
  • the emission angle of Cherenkov light is determined by the refractive index of the medium, the energy of the radiation interacting with the medium, and the binding energy of the K shell of the atom that has emitted the photoelectrons. Therefore, it is not necessary to consider a plurality of Cherenkov light emission angles by assuming that photoelectrons are emitted from the K shell of an atom that is most likely to cause a photoelectric effect.
  • the propagation trajectory of Cherenkov light has a conical shape centered on the trajectory of photoelectrons emitted by the interaction of radiation with the medium, and the generation position of Cherenkov light is the position of the apex of the conical shape. Good.
  • control unit may obtain the position of the apex of the conical shape based on the ellipse information related to the ellipse fitted to the plurality of first pixels that have detected Cherenkov light.
  • Cherenkov light spreads in a conical shape centered on the trajectory of photoelectrons.
  • the positions indicated by the detected plurality of position information are arranged on an elliptical orbit. Therefore, the position of the apex of the conical shape can be obtained more accurately by using information on the ellipse fitted by the plurality of first pixels that actually detected the Cherenkov light.
  • the position and time at which the radiation interacts with the medium can be accurately identified in the radiator.
  • FIG. 1A is a schematic diagram of a PET apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of a detector ring in the PET apparatus.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the radiation position detector according to the first embodiment.
  • FIGS. 3A and 3B are schematic diagrams for explaining Cherenkov light and scintillation light emitted in the medium.
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining the principle of specifying the radiation interaction position in the medium.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of specifying the radiation interaction position in the medium.
  • FIG. 6 is a flowchart showing processing of the control unit.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of the radiation position detector of the second embodiment.
  • FIGS. 8A and 8B are configuration diagrams of the radiation position detector of the third embodiment.
  • FIGS. 9A, 9B, and 9C are configuration diagrams of a radiation position detector according to the fourth embodiment.
  • FIGS. 10A and 10B are configuration diagrams of the radiation position detector of the fifth embodiment.
  • (A), (b), and (c) of FIG. 11 are configuration diagrams of the radiation position detector of the sixth embodiment.
  • FIGS. 12A and 12B are schematic views for explaining another aspect of the Cherenkov light emitted in the medium.
  • FIG. 13 is a flowchart showing another aspect of the processing flow for specifying the interaction position in the control unit of the first embodiment.
  • FIG. 1A is a schematic diagram of a PET (Positron Emission Tomography) apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the detector ring of the PET apparatus.
  • the PET apparatus 1 includes a bed (not shown) on which a subject T is placed, a gantry 2 having a circular cross section, and a gantry 2. And an image processing unit 3 to which data detected by the detector ring is transferred.
  • a plurality of radiation position detectors 10 are arranged in a ring shape so as to come into contact with each other on a circumference having a predetermined line L0 as a center line.
  • the PET apparatus 1 is emitted from a subject T to which a drug labeled with a positron emitting nuclide (a radioisotope that emits positrons) is administered in order to acquire tomographic images of the subject T at a plurality of slice positions.
  • This device detects ⁇ rays (radiation).
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the radiation position detector 10.
  • the radiation position detector 10 includes a detection unit 11 having a radiator 12 and a photodetector 20, and a control unit 15 having a signal processing circuit 16, a storage medium 17, and a calculation circuit 18. Yes.
  • the light detector 20 includes a first light detector 21 and a second light detector 22.
  • the radiation position detector 10 determines three-dimensionally the position where the ⁇ rays emitted from the subject T interact with the medium in the radiator 12.
  • the radiator 12 has a flat plate shape having a front surface (second surface) 12a and a back surface (first surface) 12b facing each other, and a side surface 12c connecting the front surface 12a and the back surface 12b.
  • ⁇ rays are incident on the radiator 12 from the surface 12a side.
  • each radiator 12 in the plurality of radiation position detectors 10 is disposed so that the surface 12a side thereof faces the predetermined line L0.
  • the radiator 12 generates Cherenkov light, which is light in the first wavelength range, and scintillation light, which is light in the second wavelength range, by interacting with the incident ⁇ -rays.
  • the first wavelength range and the second wavelength range may be such that at least the central wavelength of the first wavelength range and the central wavelength of the second wavelength range are different from each other. It should be in a relationship that does not overlap the whole.
  • the wavelength region of Cherenkov light that is, the first wavelength region
  • the wavelength region of the scintillation light that is, the second wavelength region. Is a visible region (350 nm or more).
  • a light absorption layer 12d that absorbs Cherenkov light generated in the radiator 12 is provided on the side surface 12c that is the outer surface excluding the front surface 12a and the back surface 12b of the radiator 12.
  • the light absorption layer 12d is, for example, a black tape attached to the side surface 12c.
  • the light absorbing layer 12d may be a black coating film applied to the side surface 12c.
  • the light absorption layer 12d may absorb light other than Cherenkov light.
  • the first photodetector 21 is provided on the back surface 12b of the radiator 12 and detects Cherenkov light generated in the radiator 12.
  • the first photodetector 21 has a detection surface 21a in which a plurality of pixels 21b that perform photoelectric conversion are two-dimensionally arranged.
  • the plurality of pixels 21 b are arranged so as to correspond to the back surface 12 b of the radiator 12. More specifically, the first photodetector 21 is coupled to the radiator 12 so that the back surface 12b and the detection surface 21a face each other.
  • Each of these pixels 21b can hold a segment address which is a part of the position information of the pixel 21b on the detection surface 21a and a detection time when the Cherenkov light is detected at the segment address.
  • This detection time is time information acquired based on the signal output from the first photodetector 21.
  • the first photodetector 21 outputs the segment address and time information indicating the detection time to the control unit 15 as list data.
  • Each pixel 21b can be configured by, for example, SPAD (Single Photon Avalanche custom Diode).
  • the first photodetector 21 has sensitivity only to light in the first wavelength range, and detects only Cherenkov light without detecting scintillation light. In this case, it is not necessary to provide the first photodetector 21 with a filter that cuts light in a wavelength region other than the first wavelength region.
  • the second photodetector 22 is provided on the surface 12a of the radiator 12, and detects scintillation light generated in the radiator 12.
  • the second photodetector 22 has a detection surface 22a in which a plurality of pixels 22b that perform photoelectric conversion are two-dimensionally arranged.
  • the plurality of pixels 22 b are arranged so as to correspond to the surface 12 a of the radiator 12. More specifically, the second photodetector 22 is coupled to the radiator 12 so that the surface 12a and the detection surface 22a face each other.
  • Each of these pixels 22b includes a segment address that is a part of position information of the pixel 22b on the detection surface 22a, a detection time when the scintillation light is detected at the segment address, and the energy of the scintillation light detected at the segment address. (Light quantity) can be held.
  • This detection time is time information acquired based on the signal output from the second photodetector 22.
  • the second photodetector 22 outputs the segment address, the time information indicating the detection time, and the scintillation light energy to the control unit 15 as list data.
  • the energy of the scintillation light is obtained based on, for example, the amount of scintillation light (number of photons) in the pixel 22b that has detected the scintillation light.
  • Each pixel 22b can be configured by, for example, SPAD (Single Photon Avalanche custom Diode).
  • the second photodetector 22 is sensitive only to light in the second wavelength range, and detects only scintillation light without detecting Cherenkov light. In this case, it is not necessary to provide the second photodetector 22 with a filter that cuts light in a wavelength region other than the second wavelength region.
  • 3A and 3B are schematic diagrams for explaining Cherenkov light and scintillation light emitted in the radiator 12.
  • 3A schematically shows the radiator 12 and the photodetector 20 in a sectional view
  • FIG. 3B schematically shows the photodetector 20 in a plan view.
  • FIG. 3A when ⁇ rays G are incident on the radiator 12 from the surface 12a side, the ⁇ rays G interact in the radiator 12, and the photoelectrons D are emitted.
  • the photoelectrons D emit Cherenkov light C and scintillation light V in the radiator 12.
  • the propagation locus CT of the Cherenkov light C has a conical shape centered on the traveling locus (trajectory) DT of the photoelectron D.
  • the traveling trajectory DT of the photoelectron D is inclined with respect to the detection surface 21a, the contour of the position S of the pixel 21b that detects the Cherenkov light C forms an ellipse N as shown in FIG.
  • the photoelectron D travels through the radiator 12, it is repeated that the photoelectron D interacts within the radiator 12. Therefore, the Cherenkov light C and scintillation light V are emitted as the photoelectrons D travel through the radiator 12.
  • the scintillation light V is isotropically emitted from the interaction position of the photoelectrons D in the radiator 12.
  • the control unit 15 acquires position information and time information of the plurality of pixels 21 b that have detected the Cherenkov light C based on the signal output from the first photodetector 21.
  • the control unit 15 obtains the generation position Q of the Cherenkov light C based on the acquired position information and time information and the propagation trajectory CT of the Cherenkov light C in the radiator 12. Further, the control unit 15 obtains energy (light quantity) of the scintillation light V based on the signal output from the second photodetector 22.
  • the signal processing circuit 16 acquires a plurality of list data from the first photodetector 21, and sorts the acquired list data based on the time information. Further, the signal processing circuit 16 determines whether or not the acquired list data is valid. When it is determined that the list data is valid, the signal processing circuit 16 stores the list data in the storage medium 17. The validity of the list data is determined by whether or not the sum of the energy of the scintillation light V in the list data of the pixel 22b that has detected the scintillation light V emitted from the same ⁇ -ray G is equal to or greater than a predetermined value. .
  • the validity of the list data can be determined based on whether or not the sum of the energy of the scintillation light V in the list data that falls within a time window having a predetermined time width is greater than or equal to a predetermined value.
  • the time width of the time window is set so that only the pixel 22b that has detected the scintillation light V at the same time falls within the time window.
  • the time width of the time window is 10 ns, for example.
  • the calculation circuit 18 acquires a plurality of list data determined to be valid by the signal processing circuit 16 from the storage medium 17. Based on the propagation trajectory of the Cherenkov light C in the radiator 12, the generation position of the Cherenkov light C is calculated from a plurality of list data.
  • the calculation circuit 18 is a computer including, for example, a CPU (Central Processing Unit) on which arithmetic processing is performed, a storage device such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory), and an input / output device. It is. Further, the calculation circuit 18 may be configured by an FPGA (Field-Programmable Gate Array) circuit. In the calculation circuit 18, processing for specifying the generation position Q of the Cherenkov light C is executed based on the principle described later.
  • FIGS. 4 (a), 4 (b) and 5 are diagrams for explaining the principle of specifying the interaction position of the ⁇ -ray G in the medium.
  • the detection surface 21a is shown by a solid line
  • the travel locus DT of the photoelectron D is shown by a broken line
  • the extension line of the travel locus DT of the photoelectron D is shown by a one-dot chain line.
  • the propagation locus CT of the Cherenkov light C is indicated by a two-dot chain line.
  • the angle (incident angle) formed between the normal line H of the detection surface 21a and the extension line of the travel locus DT is ⁇ i
  • the emission angle of the Cherenkov light C is ⁇ c .
  • FIG. 4A shows a plane along the long axis and the normal H of the ellipse N formed by the outline of the position of the pixel 21b of the first photodetector 21 that has detected the Cherenkov light C.
  • the origin is set at an arbitrary position on the detection surface 21a of the first photodetector 21.
  • the orthogonal coordinate system XYZ is configured by an X axis and a Y axis set on the detection surface 21a and a Z axis extending to the radiator 12 side.
  • the XY plane is shown.
  • the normal line H of the detection surface 21a of the first photodetector 21 is along the Z-axis direction.
  • the ellipse N fitted to the contour of the position of the pixel 21b where the Cherenkov light C is detected cuts the conical propagation trajectory CT of the Cherenkov light C at an incident angle ⁇ i . And has a major axis whose length is a and a minor axis whose length is b.
  • the coordinates of the center point of the ellipse N are indicated by (x 0 , y 0 ), and the angle between the major axis of the ellipse N and the X axis is the angle ⁇ e .
  • FIG. 4B shows an axis U1 along the major axis of the ellipse N and an axis U2 along the minor axis.
  • the Cherenkov light C draws a propagation trajectory CT that spreads in a conical shape with the traveling trajectory DT of the photoelectron D as the center.
  • the emission angle ⁇ c of such Cherenkov light C satisfies the relationship of equation (1), where n is the refractive index of the radiator 12 and ⁇ is the velocity of photoelectrons in the radiator 12.
  • the interaction position is calculated using the propagation locus CT of the Cherenkov light C when the photoelectron D is emitted from the K shell of the atom that is most likely to cause the photoelectric effect among the atoms constituting the radiator 12.
  • the energy of the ⁇ -ray G interacting with the medium is E ⁇
  • the electron mass is m e
  • the binding energy of the K shell of the atom causing the photoelectric effect is EB E.
  • the emission angle ⁇ c of the Cherenkov light C is a constant angle as shown in the equation (2).
  • EB In the case where the interaction between the ⁇ -ray G and the medium is Compton scattering, EB . E. Is 0.
  • the shape of the cone forming the propagation locus CT of the Cherenkov light C can be specified.
  • the apex of this cone is the generation position Q of Cherenkov light C, which is substantially the same as the generation position of photoelectrons D, that is, the interaction position of ⁇ rays G.
  • an imaginary line perpendicular to the traveling locus DT of the photoelectron D and passing through the intersection of the long side LT and the detection surface 21a is defined as a line K.
  • L be the distance from the line K to the generation position Q.
  • R be the distance from the intersection of the extension line of the traveling locus DT of the photoelectron D and the line K to the intersection of the extension line of the short side ST or the long side LT and the line K.
  • the distance from the intersection of the extension line of the traveling locus DT of the photoelectron D and the detection surface 21a to the line K is L ′.
  • tan ⁇ c , L ′, and u can be expressed by the following equations (3), (4), and (5), respectively.
  • the position of the vertex of the cone shape to be obtained that is, the coordinates (x, y, z) of the generation position Q of the Cherenkov light C is determined in two ways: Expression (9) and Expression (10) below. .
  • FIG. 5 schematically shows the radiator 12 and the photodetector 20 in a cross-sectional view.
  • the occurrence positions Q determined by the equations (9) and (10) appear at two places on one side and the other side of the ellipse N in the major axis direction. Therefore, only from the shape of the ellipse N as shown in FIG. 3 (b), which of the two generation position Q candidates on one side and the other side of the ellipse N in the major axis direction is actually generated. It is difficult to determine whether the position is Q.
  • the pixel 22b detects the scintillation light V emitted isotropically from the generation position Q. As a result, a constant energy distribution corresponding to the light amount (number of photons) of the scintillation light V is generated on the detection surface 22a.
  • This energy distribution is acquired from the position information of the pixel 22b in which the scintillation light is detected and the light amount (number of photons) of the scintillation light V detected by the pixel 22b. Therefore, position information and its time information can be acquired, and the energy distribution and the barycentric position of the energy distribution can be obtained based on the acquired position information and time information.
  • the distances from this barycentric position to the two candidate generation positions Q shown in equations (9) and (10) are compared, and the shorter candidate is determined to be the generation position Q of Cherenkov light C. May be.
  • the generation position Q in this case is the generation position of the photoelectron D and is substantially the same position as the interaction position of the ⁇ -ray G.
  • FIG. 6 is a flowchart showing processing of the control unit 15.
  • the signal processing circuit 16 acquires list data output from each pixel 21b of the first photodetector 21 and the pixel 22b of the second photodetector 22 (step S1).
  • the list data includes time information indicating the time when the pixel 21b detects the Cherenkov light C, a segment address indicating the position of the pixel 21b, time information indicating the time when the pixel 22b detects the scintillation light V, and the pixel 22b.
  • the segment address indicating the position of the scintillation light V and information on the amount of the scintillation light V.
  • the signal processing circuit 16 obtains the energy of the scintillation light V based on the acquired information on the light amount of the scintillation light V.
  • the signal processing circuit 16 sorts the acquired plurality of list data based on the time information (step S2). Then, the signal processing circuit 16 acquires a list data group that falls within the time window from the sorted list data, and whether the sum of the scintillation light V energies in the list data constituting the acquired list data group is equal to or greater than a predetermined value. It is determined whether or not (step S3). That is, the signal processing circuit 16 performs energy discrimination. In this case, the difference between the time information in each list data constituting the list data group is within the time width of the time window.
  • step S3 If the sum of the scintillation light V energies in the list data constituting the list data group is greater than or equal to a predetermined value in step S3, these list data are transferred to the storage medium 17 and stored (step S4). If the sum of the scintillation light V energies in the list data constituting the list data group is less than a predetermined value, these list data are processed as invalid data. In this case, the generation position Q of the Cherenkov light C is not obtained.
  • the predetermined value in step S3 may be an energy value that can remove events such as inter-crystal scattering and in-subject scattering that become noise components when the pixel 21b detects Cherenkov light C. Further, it may be determined that the data is invalid when the sum of the scintillation light V energy is smaller than the energy corresponding to the case where the interaction is a photoelectric effect (for example, when the interaction is Compton scattering).
  • ellipse fitting based on the list data group stored in the storage medium 17 is performed by the calculation circuit 18 (step S5).
  • the calculation circuit 18 derives an ellipse that is fitted to the position indicated by the segment address of each list data constituting the list data group.
  • ellipse information (ellipse information) can be obtained by approximation using, for example, robust estimation.
  • the calculation circuit 18 determines the coordinates of the ellipse center (x 0 , y 0 ), the major axis length a, the minor axis length b, the major axis and the X axis of the ellipse N from the derived ellipse information. get the angle theta e.
  • the calculation circuit 18 calculates the coordinates of the apex of the cone based on the above determination principle using the acquired ellipse information (step S6), and determines the position of this coordinate as an interaction point (interaction position). Are output as candidates (step S7).
  • the calculation circuit 18 acquires the position of the center of gravity in the energy distribution based on the above determination principle (step S8).
  • the calculation circuit 18 determines that the interaction point candidate in the region where the barycentric position of the energy distribution exists is an actual interaction point candidate (generation position of Cherenkov light) (step S9).
  • the ⁇ -ray G when the ⁇ -ray G enters the radiator 12, the incident ⁇ -ray G interacts with the medium, whereby the light in the first wavelength range and the second wavelength range. Light is generated, and the generated light in the first wavelength range and the generated light in the second wavelength range are detected by the first photodetector 21 and the second photodetector 22, respectively.
  • the position and time at which the ⁇ -ray G interacts with the medium in the radiator 12 can be specified with high accuracy.
  • the radiator 12 has a surface 12a (second surface) and (first surface) that face each other.
  • the plurality of pixels 21b are arranged along the back surface 12b, and the plurality of pixels 22b are arranged along the front surface 12a.
  • the light in the first wavelength range is the Cherenkov light C
  • the light in the second wavelength range is the scintillation light V.
  • the radiation position detector 10 and the PET apparatus 1 further include a control unit 15. Based on the signal output from the first photodetector 21, the control unit 15 acquires the position information and time information of the plurality of pixels 21b that have detected the Cherenkov light C, the acquired position information and time information, and The generation position Q of the Cherenkov light C in the radiator 12 is obtained based on the propagation locus CT of the Cherenkov light C in the radiator 12, and the energy of the scintillation light V is obtained based on the signal output from the second photodetector 22.
  • the Cherenkov light C has high directivity and therefore propagates in one direction within the radiator 12.
  • the propagation locus CT of the Cherenkov light C is traced from the position information and time information of the plurality of pixels 21b where the Cherenkov light C is detected and the propagation locus CT of the Cherenkov light C, and the generation position Q and time of the Cherenkov light C are determined. Can be sought.
  • This generation position Q is considered to be substantially the same as the generation position of the photoelectrons D, that is, the interaction position of the ⁇ rays G. Therefore, the position and time at which the ⁇ -ray G interacts with the medium in the radiator 12 can be accurately identified from the obtained generation position Q of the Cherenkov light C.
  • the signal processing circuit 16 determines whether the sum of the energy of the scintillation light V is equal to or greater than a predetermined value (that is, energy discrimination is performed). Thereby, based on the energy of the scintillation light V, when there is a possibility that the noise component is included in the Cherenkov light C, it is possible to perform the calculation by excluding such a signal about the Cherenkov light C. As a result, it is possible to improve the S / N of the data such as the position information at which the pixel 21b detects the Cherenkov light C.
  • the control unit 15 determines the propagation trajectory CT of the Cherenkov light C when the photoelectron D is emitted from the K shell of the atom that easily causes the photoelectric effect among the atoms constituting the medium. By using this, the generation position Q of the Cherenkov light C is obtained. Emission angle theta c of Cherenkov light C, the refractive index n of the medium, and the energy of the interaction with the ⁇ rays G with a medium, the binding energy of the K shell of atoms emit photoelectrons D E B. E. And determined by. Therefore, it is not necessary to consider a plurality of emission angles ⁇ c of Cherenkov light C by assuming that photoelectrons D are emitted from the K shell of an atom that is most likely to cause a photoelectric effect.
  • the propagation trajectory CT of the Cherenkov light C has a conical shape centered on the travel trajectory DT while the photoelectrons D emitted by the interaction of the ⁇ rays G with the medium travel straight. It is.
  • the generation position Q of the Cherenkov light C is the position of the apex of the conical shape.
  • the control unit 15 obtains the position of the apex of the conical shape based on the ellipse information related to the ellipse N fitted to the plurality of pixels 21b that have detected the Cherenkov light C.
  • the Cherenkov light C spreads in a conical shape with the traveling locus DT of the photoelectron D as the center.
  • the positions indicated by the detected plurality of position information are arranged on the orbit of the ellipse N. Therefore, by using information on the ellipse N fitted to the plurality of pixels 21b that actually detected the Cherenkov light C, the position of the apex of the cone shape can be obtained more accurately.
  • the detection unit 11 in the radiation position detector 10 of the first embodiment can be modified like a detection unit 11A shown in FIG.
  • the detection unit 11A includes a first photodetector 23 instead of the first photodetector 21, and a filter 30 having a front surface 30a and a back surface 30b is interposed between the first photodetector 23 and the radiator 12. This is different from the detection unit 11 of the first embodiment.
  • differences from the first embodiment will be mainly described, and the same elements and members will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
  • the first photodetector 23 is provided on the back surface 12b of the radiator 12, and has a detection surface 23a in which a plurality of pixels (first pixels) 23b that perform photoelectric conversion are two-dimensionally arranged.
  • the plurality of pixels 23 b are arranged so as to correspond to the back surface 12 b of the radiator 12.
  • the first photodetector 23 is sensitive to light in the first wavelength range and light in the second wavelength range.
  • the filter 30 since the first photodetector 23 does not detect the scintillation light (second wavelength band light) V but only the Cherenkov light (first wavelength band light) C, the filter 30 is connected to the rear surface of the radiator 12. 12b and the first photodetector 23.
  • the front surface 30 a of the filter 30 is disposed so as to face the back surface 12 b of the radiator 12.
  • the back surface 30b of the filter 30 is disposed so as to face the detection surface 23a.
  • the filter 30 cuts light in the second wavelength region.
  • the first photodetector 23 detects only the Cherenkov light C without detecting the scintillation light V by detecting the light in the first wavelength range after the light in the second wavelength range is cut by the filter 30. To do.
  • the specific principle of the generation position Q of the Cherenkov light C and the processing by the control unit 15 are the same as in the first embodiment.
  • the position and time at which the ⁇ -ray G interacts with the medium in the radiator 12 can be specified with high accuracy, as in the first embodiment. can do.
  • the same photodetector as the first photodetector 23 may be used as the second photodetector instead of the second photodetector 22.
  • the filter that cuts the light in the first wavelength band includes the surface 12a of the radiator 12 and the second photodetector. May be interposed.
  • a filter that cuts light in the first wavelength band is used as the surface 12a of the radiator 12 and the second light. It does not have to be interposed between the detectors.
  • the filter 30 is not interposed between the back surface 12b and the first photodetector 23, and a filter that cuts light in the first wavelength band is interposed between the front surface 12a of the radiator 12 and the second photodetector. Good.
  • the detection unit 11 in the radiation position detector 10 of the first embodiment can be modified as a detection unit 11B shown in FIGS. 8A and 8B.
  • the detection unit 11B is different from the detection unit 11 of the first embodiment in that it includes a light detector 24 instead of the first light detector 21 and the second light detector 22.
  • differences from the first embodiment will be mainly described, and the same elements and members will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
  • the photodetector 24 is provided on the back surface (predetermined surface) 12b of the radiator 12, and includes a plurality of pixels (first pixels) 24b and a plurality of pixels (second pixels) 24c that perform photoelectric conversion.
  • the photodetector 24 has a detection surface 24a in which a plurality of pixels 24b and a plurality of pixels 24c are two-dimensionally arranged.
  • the photodetector 24 is coupled to the radiator 12 so that the back surface 12b of the radiator 12 and the detection surface 24a face each other.
  • the light absorption layer 12d is provided in the surface 12a and the side surface 12c which are the outer surfaces except the back surface 12b of the radiator 12.
  • the plurality of pixels 24 b and the plurality of pixels 24 c are arranged along the back surface 12 b of the radiator 12.
  • the first pixel region Z1 including one pixel 24b and the second pixel region Z2 including one pixel 24c are alternately arranged.
  • the first pixel region Z1 and the second pixel region Z2 are arranged in a checkered pattern as an example.
  • the first pixel region Z1 and the second pixel region Z2 are not limited to this. Various arrangements can be adopted as long as the first pixel area Z1 and the second pixel area Z2 are arranged alternately.
  • the pixel 24b has sensitivity only to light in the first wavelength region, and detects only the Cherenkov light C without detecting the scintillation light V. In this case, it is not necessary to provide a filter for cutting light in a wavelength region other than the first wavelength region in the portion of the pixel 24b in the photodetector 24.
  • the pixel 24c has sensitivity only to light in the second wavelength region, and detects only the scintillation light V without detecting the Cherenkov light C. In this case, it is not necessary to provide a filter for cutting light in a wavelength region other than the second wavelength region in the pixel 24c portion of the photodetector 24.
  • the detection unit 11B has both the function of the first light detector and the function of the second light detector, and detects the scintillation light V and the Cherenkov light C.
  • the specific principle of the generation position Q of the Cherenkov light C and the processing by the control unit 15 are the same as in the first embodiment.
  • the position and time at which the ⁇ -ray G interacts with the medium in the radiator 12 can be accurately identified as in the first embodiment.
  • the first pixel region Z1 including at least one pixel 24b and the second pixel region Z2 including at least one pixel 24c are alternately arranged.
  • the photodetectors 24 (the first photodetector and the second photodetector) are concentrated on one side of the radiator 12 (here, the back surface 12b side), thereby simplifying the wiring and the like. be able to.
  • the photodetector 24 is configured such that the first pixel region Z1 includes one pixel 25c and the second pixel region Z2 includes one pixel 25b. May be modified.
  • the detection part 11B in the radiation position detector 10 of 3rd Embodiment can be deform
  • the detection unit 11C is different from the detection unit 11B of the third embodiment in that it includes a photodetector 25 instead of the photodetector 24.
  • differences from the third embodiment will be mainly described, and the same elements and members will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
  • the photodetector 25 is provided on the back surface (predetermined surface) 12b of the radiator 12, and includes a plurality of pixels (first pixels) 25b and a plurality of pixels (second pixels) 25c that perform photoelectric conversion.
  • the photodetector 25 has a detection surface 25a in which a plurality of pixels 25b and a plurality of pixels 25c are two-dimensionally arranged.
  • the photodetector 25 is coupled to the radiator 12 so that the back surface 12b of the radiator 12 and the detection surface 25a face each other.
  • the light absorption layer 12d is provided in the surface 12a and the side surface 12c which are the outer surfaces except the back surface 12b of the radiator 12.
  • the plurality of pixels 25 b and the plurality of pixels 25 c are arranged along the back surface 12 b of the radiator 12.
  • first pixel regions Z1 including a plurality of pixels 25b and second pixel regions Z2 including one pixel 25c are alternately arranged.
  • the pixels 25b are arranged in a matrix in the first pixel region Z1, for example.
  • the arrangement of the pixels 25b in the first pixel region Z1 is not limited to this.
  • the first pixel region Z1 and the second pixel region Z2 are arranged in a checkered pattern as an example.
  • the first pixel region Z1 and the second pixel region Z2 are not limited to this.
  • Various arrangements can be adopted as long as the first pixel area Z1 and the second pixel area Z2 are arranged alternately.
  • the pixel 25b has sensitivity only to light in the first wavelength range, and detects only the Cherenkov light C without detecting the scintillation light V. In this case, it is not necessary to provide a filter for cutting light in a wavelength region other than the first wavelength region in the portion of the pixel 25b in the photodetector 25. As shown in FIGS. 9B and 9C, the pixel 25b is smaller than the pixel 25c. As an example, the pixel 25b has a light receiving surface that is approximately 1/16 of the size of the pixel 25c. The pixel 25b is not limited to this, and if it is smaller than the pixel 25c, it can have various sizes within a range having sensitivity only to light in the first wavelength region.
  • the pixel 25c has sensitivity only to light in the second wavelength region, and detects only the scintillation light V without detecting the Cherenkov light C. In this case, it is not necessary to provide a filter for cutting light in a wavelength region other than the second wavelength region in the pixel 25c portion of the photodetector 25.
  • the detection unit 11C has both the function of the first photodetector and the function of the second photodetector, and detects the scintillation light V and the Cherenkov light C.
  • the specific principle of the generation position Q of the Cherenkov light C and the processing by the control unit 15 are the same as in the third embodiment.
  • the position and time at which the ⁇ -ray G interacts with the medium in the radiator 12 can be specified with high accuracy as in the third embodiment.
  • the plurality of pixels 25b and the plurality of pixels 25c are alternately arranged in a first pixel region Z1 including at least one pixel 25b and a second pixel region Z2 including at least one pixel 25c.
  • the light detector 25 (the first light detector and the second light detector) is concentrated on one side of the radiator 12 (here, the back surface 12b side), thereby simplifying the wiring and the like. be able to.
  • the size of the pixel 25c is larger than the size of the pixel 25b, the number of the pixels 25c is decreased with respect to the number of the pixels 25b on the detection surface 25a. As a result, the number of read channels of the pixel 25c can be reduced with respect to the number of read channels of the pixel 25b.
  • the photodetector 25 is configured such that the first pixel region Z1 includes one pixel 25b and the second pixel region Z2 includes a plurality of pixels 25c. May be modified. In this case, the number of read channels of the pixel 25b can be reduced with respect to the number of read channels of the pixel 25c.
  • the detection part 11B in the radiation position detector 10 of 3rd Embodiment can be deform
  • the detection unit 11D is different from the detection unit 11B of the third embodiment in that it includes a photodetector 26 instead of the photodetector 24.
  • differences from the third embodiment will be mainly described, and the same elements and members will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
  • the photodetector 26 is provided on the back surface (predetermined surface) 12b of the radiator 12, and includes a plurality of pixels (first pixels) 26b and a plurality of pixels (second pixels) 26c that perform photoelectric conversion.
  • the photodetector 26 has a detection surface 26a in which a plurality of pixels 26b and a plurality of pixels 26c are two-dimensionally arranged.
  • the photodetector 26 is coupled to the radiator 12 so that the back surface 12b of the radiator 12 and the detection surface 26a face each other.
  • the light absorption layer 12d is provided in the surface 12a and the side surface 12c which are the outer surfaces except the back surface 12b of the radiator 12.
  • the plurality of pixels 26 b and the plurality of pixels 26 c are arranged along the back surface 12 b of the radiator 12.
  • the first pixel region Z1 including one pixel 26b and the second pixel region Z2 including one pixel 26c are alternately arranged.
  • the first pixel region Z1 and the second pixel region Z2 are arranged in a checkered pattern as an example.
  • the first pixel region Z1 and the second pixel region Z2 are not limited to this. Various arrangements can be adopted as long as the first pixel area Z1 and the second pixel area Z2 are arranged alternately.
  • the pixel 26b has sensitivity to light in the first wavelength region and light in the second wavelength region.
  • the filter 31 since the pixel 26b does not detect the scintillation light (light in the second wavelength range) V but only the Cherenkov light (light in the first wavelength range) C, the filter 31 is detected with the back surface 12b of the radiator 12. It interposes between the container 26.
  • the front surface 31 a of the filter 31 is disposed so as to face the back surface 12 b of the radiator 12.
  • the back surface 31b of the filter 31 is disposed so as to face the detection surface 26a.
  • the filter 31 includes a plurality of filter elements 31c that cut light in the second wavelength band.
  • the plurality of filter elements 31c are arranged at positions corresponding to the positions of the pixels 26b on the detection surface 26a.
  • the photodetector 26 detects only the Cherenkov light C without detecting the scintillation light V by detecting the light in the first wavelength band after the light in the second wavelength band is cut by the filter 31. To do.
  • the pixel 26c has sensitivity only to light in the second wavelength region, and detects only the scintillation light V without detecting the Cherenkov light C. In this case, it is not necessary to provide a filter for cutting light in a wavelength region other than the second wavelength region in the portion of the pixel 26c in the photodetector 26.
  • the detection unit 11D has both the function of the first photodetector and the function of the second photodetector, and detects the scintillation light V and the Cherenkov light C.
  • the specific principle of the generation position Q of the Cherenkov light C and the processing by the control unit 15 are the same as in the third embodiment.
  • the position and time at which the ⁇ -ray G interacts with the medium in the radiator 12 can be specified with high accuracy, as in the third embodiment.
  • the plurality of pixels 26 b and the plurality of pixels 26 c are disposed along the back surface 12 b of the radiator 12.
  • first pixel regions Z1 including at least one pixel 26b and second pixel regions Z2 including at least one pixel 26c are alternately arranged.
  • the photodetectors 26 (the first photodetector and the second photodetector) are concentrated on one side of the radiator 12 (here, the back surface 12b side), thereby simplifying the wiring and the like. be able to.
  • the pixel 26c may be sensitive to light in the first wavelength region and light in the second wavelength region.
  • the filter element that cuts the light in the first wavelength band is at a position corresponding to the position of the pixel 26c. It may be arranged.
  • the filter element that cuts light in the first wavelength band corresponds to the position of pixel 26c. It does not need to be arranged.
  • the pixel 26b has sensitivity only to light in the first wavelength range and the pixel 26c has sensitivity to light in the first wavelength range and light in the second wavelength range
  • the pixel 26b A filter element for cutting light in a wavelength region other than the first wavelength region is not disposed at a position corresponding to the position of the pixel 26c, and a filter element for cutting light in the first wavelength region is disposed at a position corresponding to the position of the pixel 26c. It may be.
  • the detection unit 11D in the radiation position detector 10 of the fifth embodiment can be modified like the detection unit 11E shown in (a), (b), and (c) of FIG.
  • the detection unit 11E is different from the detection unit 11D of the fifth embodiment in that it includes a photodetector 27 instead of the photodetector 26.
  • points different from the fifth embodiment will be mainly described, and the same elements and members will be denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
  • the photodetector 27 includes a plurality of pixels (first pixels) 27b that perform photoelectric conversion and a plurality of pixels (second pixels) 27c.
  • the photodetector 27 has a detection surface 27a in which a plurality of pixels 27d and pixels 27c are two-dimensionally arranged.
  • the plurality of pixels 27 b and the plurality of pixels 27 c are arranged along the back surface 12 b of the radiator 12.
  • the first pixel region Z1 including a plurality of pixels 27b and the second pixel region Z2 including one pixel 27c are alternately arranged.
  • the pixels 27b are arranged in a matrix in the first pixel region Z1, for example.
  • the arrangement of the pixels 27b in the first pixel region Z1 is not limited to this.
  • the first pixel region Z1 and the second pixel region Z2 are arranged in a checkered pattern as an example.
  • the first pixel region Z1 and the second pixel region Z2 are not limited to this. Various arrangements can be adopted as long as the first pixel area Z1 and the second pixel area Z2 are arranged alternately.
  • the pixel 27b is smaller than the pixel 27c.
  • the pixel 27b has a light receiving surface that is approximately 1/16 of the size of the pixel 27c.
  • the pixel 27b is not limited to this, and can be of various sizes as long as it is smaller than the pixel 27c, as long as it has sensitivity only to light in the first wavelength region.
  • the pixel 27b has sensitivity to light in the first wavelength range and light in the second wavelength range.
  • the filter 31 since the pixel 27b does not detect the scintillation light (light in the second wavelength range) V but only the Cherenkov light (light in the first wavelength range) C, the filter 31 is detected with the back surface 12b of the radiator 12. It is interposed between the container 27.
  • the back surface 31b of the filter 31 is disposed so as to face the detection surface 27a.
  • the filter 31 includes a plurality of filter elements 31c that cut light in the second wavelength band.
  • the plurality of filter elements 31c are arranged at positions corresponding to the positions of the pixels 27b on the detection surface 27a.
  • the photodetector 27 detects only the Cherenkov light C without detecting the scintillation light V by detecting the light in the first wavelength band after the light in the second wavelength band is cut by the filter 31. To do.
  • the pixel 27c has sensitivity only to light in the second wavelength range, and detects only the scintillation light V without detecting the Cherenkov light C. In this case, it is not necessary to provide a filter for cutting light in a wavelength region other than the second wavelength region in the pixel 27c portion of the photodetector 27.
  • the detector 11E has both the function of the first photodetector and the function of the second photodetector, and detects the scintillation light V and the Cherenkov light C.
  • the specific principle of the generation position Q of the Cherenkov light C and the processing by the control unit 15 are the same as in the fifth embodiment.
  • the position and time at which the ⁇ -ray G interacts with the medium in the radiator 12 can be accurately identified as in the fifth embodiment.
  • the plurality of pixels 27b and the plurality of pixels 27c are alternately arranged in a first pixel region Z1 including at least one pixel 27b and a second pixel region Z2 including at least one pixel 27c.
  • the photodetectors 27 (the first photodetector and the second photodetector) are gathered on one side of the radiator 12 (here, the back surface 12b side), thereby simplifying the wiring and the like. be able to.
  • the number of the pixels 27c decreases with respect to the number of the pixels 27b on the detection surface 27a.
  • the number of read channels of the pixel 27c can be reduced with respect to the number of read channels of the pixel 27b.
  • the photodetector 27 is configured such that the first pixel region Z1 includes one pixel 27b and the second pixel region Z2 includes a plurality of pixels 27c. May be modified. In this case, the number of read channels of the pixel 27b can be reduced with respect to the number of read channels of the pixel 27c.
  • the pixel 27c may have sensitivity to light in the first wavelength range and light in the second wavelength range.
  • the filter element that cuts the light in the first wavelength band is at a position corresponding to the position of the pixel 27c. It may be arranged.
  • the filter element that cuts light in the first wavelength band corresponds to the position of pixel 27c. It does not need to be arranged.
  • the pixel 27b has sensitivity only to light in the first wavelength range and the pixel 27c has sensitivity to light in the first wavelength range and light in the second wavelength range
  • the pixel 27b A filter element for cutting light in a wavelength region other than the first wavelength region is not disposed at a position corresponding to the position of the pixel 27c, and a filter element for cutting light in the first wavelength region is disposed at a position corresponding to the position of the pixel 27c. It may be.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the center of gravity position of the energy distribution is used as an example of the method for determining which one of the two generation position candidates of the ellipse N in the major axis direction is the generation position. It may be the method.
  • the generation position Q existing in the region with the larger number of photons on the circumference of the ellipse N may be specified as the actual generation position.
  • BGO is mentioned as the medium constituting the radiator 12, it is not limited to these.
  • a material other than those described above may be used as the radiator 12 in consideration of the refractive index, density, and the like according to the energy of the radiation to be detected.
  • the present invention is not limited to this.
  • the radiation position detector described above may be used in a TOF-PET apparatus because the time fluctuation with respect to light emission hardly occurs.
  • the light absorption layer 12d omits the light absorption layer 12d on the side surface 12c without considering the reflection of the light by the side surface 12c when the radiator 12 is sufficiently wide in a plane with respect to the spread of the emitted Cherenkov light C, for example. May be.
  • ⁇ -ray G is exemplified as radiation
  • other types of radiation may be used.
  • the light in the first wavelength range is Cherenkov light
  • the light in the second wavelength range is scintillation light
  • the light in the first wavelength range and the light in the second wavelength range are not limited to these.
  • the plurality of first pixels are arranged along the surface 12a, but may be arranged along the surface 12a or the side surface 12c.
  • the plurality of second pixels are arranged along the front surface 12a or the back surface 12b, but may be arranged along the side surface 12c.
  • the radiator has a radiator made of a medium that generates light in the first wavelength region and light in the second wavelength region by interacting with incident radiation, and a plurality of first pixels arranged in two dimensions.
  • a first photodetector that detects light in one wavelength region; and a second photodetector that has a plurality of second pixels arranged in two dimensions and detects light in the second wavelength region. That's fine.
  • FIGS. 12A and 12B are schematic views for explaining another aspect of the Cherenkov light emitted in the radiator 12.
  • FIG. 12A schematically shows the radiator 12 in cross-sectional view
  • FIG. 12B schematically shows the first photodetector 21 in plan view.
  • the control unit 15 obtains the position of the center of gravity A for the positions S of the plurality of pixels 21 b that have detected the Cherenkov light C.
  • the position of the center of gravity A in the X-axis direction and the Y-axis direction parallel to the back surface 12b of the radiator 12 (that is, the X-coordinate X cm and Y-coordinate Y cm of the center of gravity A) is obtained by the following equation (11). Can do.
  • N is the number of the plurality of pixels 21b that have detected the Cherenkov light C
  • E i is the detection energy of the i th photon
  • x i and y i are the i th photon, respectively.
  • the control unit 15 obtains an ellipse N that is an ellipse N centered on the center of gravity A and fitted to the positions S of the plurality of pixels 21b that have detected the Cherenkov light C. Then, based on the ellipse information about the ellipse N, the control unit 15 obtains the position of the apex of the conical shape that is the propagation locus of the Cherenkov light C. Here, the control unit 15 obtains the position of the apex of the cone shape in the Z-axis direction perpendicular to the back surface 12b of the radiator 12 (that is, the Z coordinate of the apex of the cone shape).
  • control unit 15 uses the X coordinate X cm and the Y coordinate Y cm of the center of gravity A as the generation position Q of the Cherenkov light C in the X axis direction and the Y axis direction (that is, the X coordinate of the generation position of the Cherenkov light C and Y coordinate), and the Z coordinate of the apex of the conical shape is the generation position Q of Cherenkov light C in the Z-axis direction (that is, the Z coordinate of the generation position of Cherenkov light C).
  • the position and time at which the ⁇ -ray G interacts with the medium in the radiator 12 can be specified with high accuracy.
  • Such specification of the generation position Q is particularly effective when the photoelectron D emitted by the interaction of the ⁇ -ray G with the medium does not travel straight, as shown in FIG. .
  • control unit 15 performs the first coordinate determination process described above or the second coordinate determination process corresponding to step S5, step S6, step S7, step S8, and step S9 in FIG. This can be implemented according to the number of photons detected by the single photodetector 21.
  • FIG. 13 is a flowchart showing another aspect of the processing flow for specifying the interaction position in the control unit 15 of the first embodiment. Although the case of the first embodiment will be described below, the same applies to the cases of the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, the fifth embodiment, and the sixth embodiment.
  • the signal processing circuit 16 acquires the list data output from each pixel 21b of the first photodetector 21 and the pixel 22b of the second photodetector 22 (step S1).
  • the list data includes time information indicating the time when the pixel 21b detects the Cherenkov light C, a segment address indicating the position of the pixel 21b, time information indicating the time when the pixel 22b detects the scintillation light V, and the pixel 22b. And the segment address indicating the position of the scintillation light V and information on the amount of the scintillation light V.
  • the signal processing circuit 16 obtains the energy of the scintillation light V based on the acquired information on the light amount of the scintillation light V.
  • the signal processing circuit 16 sorts the acquired plurality of list data based on the time information (step S2). Then, the signal processing circuit 16 acquires a list data group that falls within the time window from the sorted list data, and whether the sum of the scintillation light V energies in the list data constituting the acquired list data group is equal to or greater than a predetermined value. It is determined whether or not (step S3). That is, the signal processing circuit 16 performs energy discrimination. In this case, the difference between the time information in each list data constituting the list data group is within the time width of the time window.
  • step S3 If the sum of the scintillation light V energies in the list data constituting the list data group is greater than or equal to a predetermined value in step S3, these list data are transferred to the storage medium 17 and stored (step S4). If the sum of the scintillation light V energies in the list data constituting the list data group is less than a predetermined value, these list data are processed as invalid data. In this case, the generation position Q of the Cherenkov light C is not obtained.
  • the predetermined value in step S3 may be an energy value that can remove events such as inter-crystal scattering and in-subject scattering that become noise components when the pixel 21b detects Cherenkov light C. Further, it may be determined that the data is invalid when the sum of the scintillation light V energy is smaller than the energy corresponding to the case where the interaction is a photoelectric effect (for example, when the interaction is Compton scattering).
  • the calculation circuit 18 determines whether or not the number of detected photons (that is, the number of the plurality of pixels 21b that have detected the Cherenkov light C) is equal to or greater than a first threshold (step S10).
  • the calculation circuit 18 corresponds to steps S5, S6, S7, S8, and S9 in FIG. A two-coordinate determination process is performed (step S11).
  • the calculation circuit 18 performs the first coordinate determination process described above (step S12).
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... PET apparatus 10 ... Radiation position detector, 12 ... Radiator (medium), 12a ... Front surface (2nd surface), 12b ... Back surface (predetermined surface, 1st surface), 15 ... Control part, 20 ... Photodetector , 21 ... 1st photodetector, 21b ... Pixel (first pixel), 22 ... 2nd photodetector, 22b ... Pixel (second pixel), 23 ... 1st photodetector, 23b ... Pixel (first pixel) ), 24... Photodetector (first photodetector, second photodetector), 24 b... Pixel (first pixel), 24 c... Pixel (second pixel), 25.
  • Second photodetector 25b... Pixel (first pixel), 25c... Pixel (second pixel), 26... Photodetector (first photodetector, second photodetector), 26b. 1 pixel), 26c... Pixel (second pixel), 27... Photodetector (first photodetector, second photodetector), 27b... Pixel (first pixel), 27c.
  • Element (second pixel) C ... Cherenkov light (light in the first wavelength range), CT ... Propagation locus, DT ... Progression locus (trajectory), G ... Gamma ray (radiation), N ... Ellipse, Q ... Generation position, V: scintillation light (light in the second wavelength region), Z1: first pixel region, Z2: second pixel region.

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Abstract

放射線位置検出器は、入射した放射線と相互作用することによって第１波長域の光及び第２波長域の光を発生させる媒質からなるラジエータと、二次元に配列された複数の第１画素を有し、第１波長域の光を検出する第１光検出器と、二次元に配列された複数の第２画素を有し、第２波長域の光を検出する第２光検出器と、を備える。

Description

放射線位置検出器及びＰＥＴ装置
　本開示は、放射線位置検出器及びＰＥＴ装置に関する。
　非特許文献１には、ゲルマニウム酸ビスマス（ＢＧＯ）をシンチレータとして用いて、光電子が放出するチェレンコフ光をシリコン光電子増倍管（Silicon Photo Multiplier）で検出する装置が開示されている。
　非特許文献２には、チェレンコフ光を利用したＴＯＦ－ＰＥＴ装置が開示されている。この装置では、セグメントに分割されたラジエータで発生したチェレンコフ光を検出することによって、高い時間分解能で放射線が相互作用したセグメントが決定される。
Sun K et al., "Bismuth germanate coupled to near ultraviolet silicon photomultipliers for time-of-flight PET", Phys. Med. Biol. p.61 L38-47, 2016 S.Korpar et al.,"Study of TOF PET using Cherenkov light", Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A, vol.654, pp.532-538, 2011
　上記非特許文献１及び上記非特許文献２に記載された技術では、シンチレータ又はラジエータを複数のセグメントに分割することによって、光電子が放出された相互作用位置を決定する。そのため、空間分解能がシンチレータセグメントにより制限されている。
　本開示は、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる放射線位置検出器及びＰＥＴ装置を提供することを目的とする。
　本開示の一形態に係る放射線位置検出器及び本開示の他の形態に係るＰＥＴ装置は、入射した放射線と相互作用することによって第１波長域の光及び第２波長域の光を発生させる媒質からなるラジエータと、二次元に配列された複数の第１画素を有し、第１波長域の光を検出する第１光検出器と、二次元に配列された複数の第２画素を有し、第２波長域の光を検出する第２光検出器と、を備える。
　この放射線位置検出器及びＰＥＴ装置では、ラジエータ内に放射線が入射すると、入射した放射線が媒質と相互作用することによって第１波長域の光及び第２波長域の光が発生する。発生した第１波長域の光及び第２波長域の光が、それぞれ第１光検出器及び第２光検出器によって検出される。これにより、例えば、第１波長域の光の検出信号に基づいて、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を求める際に、第２波長域の光の検出信号に基づいて、第２波長域の光のエネルギーを求めることで、必要な放射線の入射についてのみ、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を求めることができる。よって、この放射線位置検出器及びＰＥＴ装置によれば、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。
　また、ラジエータは、互いに対向する第１面及び第２面を有し、複数の第１画素は、第１面に沿って配置されており、複数の第２画素は、第２面に沿って配置されていてもよい。これにより、第１光検出器及び第２光検出器のそれぞれの構成を簡易化することができる。
　また、複数の第１画素及び複数の第２画素は、少なくとも１つの第１画素を含む第１画素領域と少なくとも１つの第２画素を含む第２画素領域とが交互に配列されるように、ラジエータの所定面に沿って配置されていてもよい。これにより、第１光検出器及び第２光検出器がラジエータの一方の側に集約されるため、配線の取回し等を簡易化することができる。
　また、第１波長域の光は、チェレンコフ光であり、第２波長域の光は、シンチレーション光であってもよい。これにより、チェレンコフ光の検出信号に基づいて、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を求める際に、シンチレーション光の検出信号に基づいて、シンチレーション光のエネルギーを求めることで、必要な放射線の入射についてのみ、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く求めることができる。
　また、第１光検出器から出力された信号に基づいて、チェレンコフ光を検出した複数の第１画素の位置情報及びその時刻情報を取得し、取得した位置情報及び時刻情報、並びにラジエータにおけるチェレンコフ光の伝播軌跡に基づいて、ラジエータにおけるチェレンコフ光の発生位置を求め、第２光検出器から出力された信号に基づいて、シンチレーション光のエネルギーを求める、制御部を更に備えてもよい。チェレンコフ光は、指向性が高いため、ラジエータ内で一方向に伝播する。そのため、チェレンコフ光を検出した複数の第１画素の位置情報及びその時刻情報、並びにチェレンコフ光の伝播軌跡から、チェレンコフ光の伝播軌跡を辿り、チェレンコフ光の発生位置及び時間を求めることができる。この発生位置は、光電子の発生位置、すなわち放射線の相互作用位置と略同じであると考えられる。したがって、求められたチェレンコフ光の発生位置から、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。
　また、制御部は、媒質を構成する原子のうち最も光電効果を起こしやすい原子のＫ殻から光電子が放出された場合におけるチェレンコフ光の伝播軌跡を用いて、チェレンコフ光の発生位置を求めてもよい。チェレンコフ光の放出角度は、媒質の屈折率と、媒質で相互作用した放射線のエネルギーと、光電子を放出した原子のＫ殻の束縛エネルギーと、によって決定される。そのため、最も光電効果を起こしやすい原子のＫ殻から光電子が放出されたものと仮定することによって、チェレンコフ光の放出角度を複数考慮する必要がなくなる。
　また、チェレンコフ光の伝播軌跡は、放射線が媒質と相互作用することによって放出された光電子の軌跡を中心とした円錐形状であり、チェレンコフ光の発生位置は、円錐形状の頂点の位置であってもよい。チェレンコフ光の発生位置を円錐形状の頂点の位置として求めることによって、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置を一意的に決定することができる。
　また、制御部は、チェレンコフ光を検出した複数の第１画素にフィッティングされる楕円に関する楕円情報に基づいて、円錐形状の頂点の位置を求めてもよい。チェレンコフ光は、光電子の進行軌跡を中心とした円錐状に広がる。これにより、光電子が光検出器に対して傾斜して進行する場合には、検出された複数の位置情報が示す位置は楕円の軌道上に配置される。そのため、実際にチェレンコフ光を検出した複数の第１画素によりフィッティングされる楕円に関する情報を用いることによって、円錐形状の頂点の位置をより正確に求めることができる。
　本開示の一形態に係る放射線位置検出器及び本開示の他の形態に係るＰＥＴ装置によれば、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。
図１の（ａ）は、第１実施形態のＰＥＴ装置の概略図である。図１の（ｂ）は、当該ＰＥＴ装置における検出器リングの断面図である。 図２は、第１実施形態の放射線位置検出器の構成図である。 図３の（ａ）及び（ｂ）は、媒質内で放出されるチェレンコフ光及びシンチレーション光を説明するための模式図である。 図４の（ａ）及び（ｂ）は、媒質内での放射線の相互作用位置を特定する原理を説明するための図である。 図５は、媒質内での放射線の相互作用位置を特定する原理を説明するための図である。 図６は、制御部の処理を示すフローチャートである。 図７は、第２実施形態の放射線位置検出器の構成図である。 図８の（ａ）及び（ｂ）は、第３実施形態の放射線位置検出器の構成図である。 図９の（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、第４実施形態の放射線位置検出器の構成図である。 図１０の（ａ）及び（ｂ）は、第５実施形態の放射線位置検出器の構成図である。 図１１の（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、第６実施形態の放射線位置検出器の構成図である。 図１２の（ａ）及び（ｂ）は、媒質内で放出されるチェレンコフ光の他態様を説明するための模式図である。 図１３は、第１実施形態の制御部での相互作用位置を特定する処理フローの他態様を示すフローチャートである。
　以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
［第１実施形態］
　図１の（ａ）は、第１実施形態のＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置の概略図である。図１の（ｂ）は、ＰＥＴ装置の検出器リングの断面図である。図１の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ＰＥＴ装置１は、被検体Ｔが載置されるベッド（図示せず）と、断面円形状の開口を有するガントリ２と、ガントリ２内の検出器リングで検出されたデータが転送される画像処理部３と、を備えている。また、ＰＥＴ装置１のガントリ２内の検出器リングにおいては、所定線Ｌ０を中心線とする円周上に、複数の放射線位置検出器１０が互いに接触するようにリング状に配列されている。このＰＥＴ装置１は、複数のスライス位置において被検体Ｔの断層像を取得するために、陽電子放射核種（陽電子を放出する放射性同位元素）で標識された薬剤が投与された被検体Ｔから放出されるγ線（放射線）を検出する装置である。
　図２は、放射線位置検出器１０の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、放射線位置検出器１０は、ラジエータ１２及び光検出器２０を有する検出部１１と、信号処理回路１６、記憶媒体１７及び算出回路１８を有する制御部１５とを備えている。光検出器２０は、第１光検出器２１及び第２光検出器２２を含む。放射線位置検出器１０は、ラジエータ１２内において、被検体Ｔから放出されたγ線が媒質と相互作用した位置を三次元的に決定する。
　ラジエータ１２は、互いに対向する表面（第２面）１２ａ及び裏面（第１面）１２ｂと、表面１２ａと裏面１２ｂとを接続する側面１２ｃと、を有する平板状をなしている。例えば、ラジエータ１２には、表面１２ａ側からγ線が入射する。なお、ＰＥＴ装置１では、複数の放射線位置検出器１０における各ラジエータ１２は、その表面１２ａ側が所定線Ｌ０に向くように配置される。
　ラジエータ１２は、入射したγ線と相互作用することによって、第１波長域の光であるチェレンコフ光と、第２波長域の光であるシンチレーション光と、を発生させる。第１波長域及び第２波長域は、少なくとも第１波長域の中心波長と第２波長域の中心波長とが互いに異なる関係にあればよいが、第１波長域の全体と第２波長域の全体とが互いに重ならない関係にあったほうがよい。例えば、ラジエータ１２がＢＧＯ等の媒質によって形成される場合、チェレンコフ光の波長域（すなわち第１波長域）は、紫外領域（２５０ｎｍ以上）であり、シンチレーション光の波長域（すなわち第２波長域）は、可視域（３５０ｎｍ以上）である。
　ラジエータ１２の表面１２ａ及び裏面１２ｂを除く外面である側面１２ｃには、ラジエータ１２内で発生したチェレンコフ光を吸収する光吸収層１２ｄが設けられている。光吸収層１２ｄは、例えば側面１２ｃに貼着されたブラックテープである。また、光吸収層１２ｄは、側面１２ｃに塗布された黒色の塗布膜であってもよい。光吸収層１２ｄは、チェレンコフ光以外の光を吸収してもよい。
　第１光検出器２１は、ラジエータ１２の裏面１２ｂに設けられており、ラジエータ１２内で発生したチェレンコフ光を検出する。第１光検出器２１は、光電変換を行う複数の画素２１ｂが二次元に配列された検出面２１ａを有している。複数の画素２１ｂは、ラジエータ１２の裏面１２ｂに対応するように配置されている。より具体的には、第１光検出器２１は、裏面１２ｂと検出面２１ａとが互いに対面するように、ラジエータ１２にカップリングされている。これらの各画素２１ｂは、検出面２１ａにおける画素２１ｂの位置情報の一部であるセグメントアドレスと、当該セグメントアドレスでチェレンコフ光が検出された検出時刻と、を保持することができる。この検出時刻は、第１光検出器２１から出力された信号に基づいて取得される時刻情報である。第１光検出器２１は、セグメントアドレスと、検出時刻を示す時刻情報と、をリストデータとして制御部１５に出力する。各画素２１ｂは、例えばＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）によって構成され得る。
　第１光検出器２１は、一例として、第１波長域の光にのみ感度を有し、シンチレーション光を検出せずチェレンコフ光のみを検出する。この場合、第１光検出器２１には、第１波長域以外の波長域の光をカットするフィルタを設ける必要がない。
　第２光検出器２２は、ラジエータ１２の表面１２ａに設けられており、ラジエータ１２内で発生したシンチレーション光を検出する。第２光検出器２２は、光電変換を行う複数の画素２２ｂが二次元に配列された検出面２２ａを有している。複数の画素２２ｂは、ラジエータ１２の表面１２ａに対応するように配置されている。より具体的には、第２光検出器２２は、表面１２ａと検出面２２ａとが互いに対面するように、ラジエータ１２にカップリングされている。これらの各画素２２ｂは、検出面２２ａにおける画素２２ｂの位置情報の一部であるセグメントアドレスと、当該セグメントアドレスでシンチレーション光が検出された検出時刻と、当該セグメントアドレスで検出されたシンチレーション光のエネルギー（光量）と、を保持することができる。この検出時刻は、第２光検出器２２から出力された信号に基づいて取得される時刻情報である。第２光検出器２２は、セグメントアドレスと、検出時刻を示す時刻情報と、シンチレーション光のエネルギーと、をリストデータとして制御部１５に出力する。シンチレーション光のエネルギーは、例えば、シンチレーション光を検出した画素２２ｂにおけるシンチレーション光の光量（光子数）に基づいて求められる。各画素２２ｂは、例えばＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）によって構成され得る。
　第２光検出器２２は、一例として、第２波長域の光にのみ感度を有し、チェレンコフ光を検出せずシンチレーション光のみを検出する。この場合、第２光検出器２２には、第２波長域以外の波長域の光をカットするフィルタを設ける必要がない。
　図３の（ａ）及び（ｂ）は、ラジエータ１２内で放出されるチェレンコフ光及びシンチレーション光を説明するための模式図である。図３の（ａ）は、ラジエータ１２及び光検出器２０を断面視で模式的に示し、図３の（ｂ）は、光検出器２０を平面視で模式的に示している。図３の（ａ）に示すように、表面１２ａ側からラジエータ１２にγ線Ｇが入射すると、γ線Ｇがラジエータ１２内で相互作用し、光電子Ｄが放出される。この光電子Ｄによってラジエータ１２内でチェレンコフ光Ｃ及びシンチレーション光Ｖが放出される。チェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴは、は、光電子Ｄの進行軌跡（軌跡）ＤＴを中心とした円錐形状である。光電子Ｄの進行軌跡ＤＴが検出面２１ａに対して傾斜している場合、図３の（ｂ）に示すように、チェレンコフ光Ｃを検出する画素２１ｂの位置Ｓの輪郭が楕円Ｎを形成する。光電子Ｄがラジエータ１２内を進むにつれて、光電子Ｄがラジエータ１２内で相互作用することが繰り返される。したがって、光電子Ｄがラジエータ１２内を進むにつれてチェレンコフ光Ｃ及びシンチレーション光Ｖが放出される。シンチレーション光Ｖは、ラジエータ１２内で光電子Ｄの相互作用位置から等方的に放出される。
　図２に示されるように、制御部１５は、第１光検出器２１から出力された信号に基づいて、チェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂの位置情報及び時刻情報を取得する。制御部１５は、取得した位置情報及び時刻情報、並びにラジエータ１２におけるチェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴに基づいて、チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑを求める。また、制御部１５は、第２光検出器２２から出力された信号に基づいて、シンチレーション光Ｖのエネルギー（光量）を求める。
　信号処理回路１６は、第１光検出器２１からリストデータを複数取得し、取得したリストデータを時刻情報に基づいてソートする。更に、信号処理回路１６は、取得したリストデータが有効であるか否かを判定する。そして、リストデータが有効であると判定された場合、信号処理回路１６は当該リストデータを記憶媒体１７に記憶させる。リストデータの有効性は、同じγ線Ｇに起因して放出されたシンチレーション光Ｖを検出した画素２２ｂのリストデータにおけるシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値以上であるか否かによって判定される。例えば、所定の時間幅をもったタイムウィンドウ内に入るリストデータにおけるシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値以上であるか否かによってリストデータの有効性を判定することができる。この場合、タイムウィンドウの時間幅は、同時刻にシンチレーション光Ｖを検出した画素２２ｂのみがタイムウィンドウ内に入るように設定される。タイムウィンドウの時間幅は、例えば１０ｎｓである。
　算出回路１８は、信号処理回路１６によって有効であると判定された複数のリストデータを記憶媒体１７から取得する。そして、ラジエータ１２中におけるチェレンコフ光Ｃの伝播軌跡に基づいて、複数のリストデータからチェレンコフ光Ｃの発生位置が算出される。算出回路１８は、例えば演算処理が行われるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）といったメモリにより構成される記憶装置と、入出力装置と、を含むコンピュータである。また、算出回路１８は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）回路で構成されてもよい。算出回路１８では、後述する原理に基づいてチェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑを特定する処理が実行される。
　図４の（ａ）、図４の（ｂ）及び図５を参照しつつ、ラジエータ１２内においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置を特定する原理について説明する。図４の（ａ）、図４の（ｂ）及び図５は、媒質内でのγ線Ｇの相互作用位置を特定する原理を説明するための図である。
　図４の（ａ）の例では、検出面２１ａが実線で示され、光電子Ｄの進行軌跡ＤＴが破線で示され、光電子Ｄの進行軌跡ＤＴの延長線が一点鎖線で示されている。また、チェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴが二点鎖線で示されている。また、検出面２１ａの法線Ｈと進行軌跡ＤＴの延長線とのなす角度（入射角）はθｉであり、チェレンコフ光Ｃの放出角度はθｃである。図４の（ａ）では、チェレンコフ光Ｃを検出した第１光検出器２１の画素２１ｂの位置の輪郭が形成する楕円Ｎの長軸及び法線Ｈに沿った平面が示されている。図４の（ａ）では、チェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴのうち、発生位置Ｑから検出面２１ａまでの距離が最も短い軌跡（以下、「短辺ＳＴ」という場合がある）と、発生位置から検出面２１ａまでの距離が最も長い軌跡（以下、「長辺ＬＴ」という場合がある）とが示されている。なお、これらの短辺ＳＴと長辺ＬＴとの交点が発生位置Ｑに相当し、ラジエータ１２に入射したγ線Ｇは当該位置において相互作用をしている。
　図４の（ｂ）の例では、第１光検出器２１の検出面２１ａ上の任意の位置に原点が設定されている。直交座標系ＸＹＺは、検出面２１ａ上に設定されたＸ軸及びＹ軸と、ラジエータ１２側に延びるＺ軸と、によって構成されている。図４の（ｂ）では、Ｘ－Ｙ平面が示されている。この場合、第１光検出器２１の検出面２１ａの法線Ｈは、Ｚ軸方向に沿っている。
　図４の（ｂ）に示されるように、チェレンコフ光Ｃを検出した画素２１ｂの位置の輪郭にフィッティングされる楕円Ｎは、円錐状をなすチェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴを入射角度θｉで切断した形状であり、長さをａとする長径と、長さをｂとする短径とを有する。図４の（ｂ）の例では、楕円Ｎの中心点の座標は（ｘ０，ｙ０）で示され、楕円Ｎの長軸とＸ軸とのなす角は角度θｅである。また、図４の（ｂ）では、楕円Ｎの長軸に沿った軸線Ｕ１と、短軸に沿った軸線Ｕ２とが示されている。この場合、軸線Ｕ１とＸ軸とのなす角は、角度θｅとなる。
　図４の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、チェレンコフ光Ｃは、光電子Ｄの進行軌跡ＤＴを中心として円錐状に広がる伝播軌跡ＣＴを描く。このようなチェレンコフ光Ｃの放出角度θｃは、ラジエータ１２の屈折率をｎとし、ラジエータ１２中での光電子の速度をβとすると、式（１）の関係を満たす。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　本実施形態では、ラジエータ１２を構成する原子のうち最も光電効果を起こしやすい原子のＫ殻から光電子Ｄが放出された場合における、チェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴを用いて相互作用位置が算出される。媒質で相互作用したγ線ＧのエネルギーをＥγ、電子の質量をｍｅ、光電効果を起こす原子のＫ殻の束縛エネルギーをＥＢ．Ｅ．とすると、チェレンコフ光Ｃの放出角度θｃは、式（２）で示されるように、一定の角度となる。ただし、γ線Ｇと媒質との相互作用がコンプトン散乱である場合におけるＥＢ．Ｅ．は、０とする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　そのため、チェレンコフ光Ｃを検出した画素２１ｂの位置を示すセグメントアドレスに基づいて、当該チェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴを形成する円錐の形状を特定することができる。この円錐の頂点は、チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑであり、光電子Ｄの発生位置、すなわちγ線Ｇの相互作用位置と略同じである。
　図４の（ａ）において、光電子Ｄの進行軌跡ＤＴに垂直な仮想線であって、長辺ＬＴと検出面２１ａとの交点を通る仮想線を線Ｋとする。ここで、線Ｋから発生位置Ｑまでの距離をＬとする。また、光電子Ｄの進行軌跡ＤＴの延長線と線Ｋとの交点から、短辺ＳＴの延長線又は長辺ＬＴと線Ｋとの交点までの距離をＲとする。また、光電子Ｄの進行軌跡ＤＴの延長線と検出面２１ａとの交点から線Ｋまでの距離をＬ’とする。また、光電子Ｄの進行軌跡ＤＴの延長線と検出面２１ａとの交点から、長辺ＬＴと線Ｋとの交点までの距離をｕとする。この場合、tanθｃ、Ｌ’、ｕは、それぞれ以下の式（３）、式（４）、式（５）によって表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　ここで、以下の式（６）に示すようにＰを定義すると、長径の長さａ及び短径の長さｂは、それぞれ式（７）、式（８）によって表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　以上の式から、求める円錐形状の頂点の位置、すなわちチェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑの座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、以下の式（９）、式（１０）の２通りに決定される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　図５は、ラジエータ１２及び光検出器２０を断面視で模式的に示している。図５に示されるように、式（９）、（１０）によって決定される発生位置Ｑは、楕円Ｎの長軸方向の一方側と他方側との２か所に現れる。そのため、図３の（ｂ）に示されるような楕円Ｎの形状のみからでは、楕円Ｎの長軸方向の一方側と他方側との２つの発生位置Ｑの候補のうち、いずれが実際の発生位置Ｑであるかを決めることは困難である。そこで、ラジエータ１２内でシンチレーション光Ｖが等方的に放出され、第２光検出器２２の画素２２ｂがシンチレーション光Ｖを検出していることを利用して、式（９）、式（１０）に示される２通りの候補から一方を実際の発生位置として特定する。
　図５に示されるように、画素２２ｂは、発生位置Ｑから等方的に放出されたシンチレーション光Ｖを検出している。これにより、検出面２２ａでは、シンチレーション光Ｖの光量（光子数）に応じた一定のエネルギー分布が生じている。このエネルギー分布は、シンチレーション光を検出した画素２２ｂの位置情報及び画素２２ｂが検出したシンチレーション光Ｖの光量（光子数）から取得される。そのため、位置情報及びその時刻情報を取得し、取得した位置情報及び時刻情報に基づいてエネルギー分布及びエネルギー分布の重心位置を求めることができる。この重心位置から式（９）、式（１０）に示される２通りの候補の発生位置Ｑまでの距離をそれぞれ比較し、距離が短い方の候補がチェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑであると決定してもよい。この場合の発生位置Ｑは、光電子Ｄの発生位置であると共に、γ線Ｇの相互作用位置と略同じ位置である。
　次に、制御部１５による処理フローについて説明する。図６は、制御部１５の処理を示すフローチャートである。まず、信号処理回路１６が、第１光検出器２１の各画素２１ｂ及び第２光検出器２２の画素２２ｂから出力されたリストデータを取得する（ステップＳ１）。リストデータは、画素２１ｂがチェレンコフ光Ｃを検出した時刻を示す時刻情報と、当該画素２１ｂの位置を示すセグメントアドレスと、画素２２ｂがシンチレーション光Ｖを検出した時刻を示す時刻情報と、当該画素２２ｂの位置を示すセグメントアドレスと、当該シンチレーション光Ｖの光量の情報と、を含んでいる。信号処理回路１６は、取得したシンチレーション光Ｖの光量の情報に基づいて、シンチレーション光Ｖのエネルギーを求める。
　信号処理回路１６は、取得した複数のリストデータを時刻情報に基づいてソートする（ステップＳ２）。そして、信号処理回路１６は、ソートされたリストデータからタイムウィンドウ内に入るリストデータ群を取得し、取得されたリストデータ群を構成するリストデータにおけるシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値以上か否かを判定する（ステップＳ３）。すなわち、信号処理回路１６は、エネルギー弁別を実行する。この場合、リストデータ群を構成する各リストデータにおける互いの時刻情報の差は、タイムウィンドウの時間幅に収まっている。ステップＳ３において、リストデータ群を構成するリストデータにおけるシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値以上の場合には、これらのリストデータが記憶媒体１７に転送され、記憶される（ステップＳ４）。また、リストデータ群を構成するリストデータにおけるシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値未満の場合には、これらのリストデータは無効なデータとして処理される。この場合には、チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑを求めない。一例として、ステップＳ３における所定値は、画素２１ｂがチェレンコフ光Ｃを検出する際にノイズ成分となる結晶間散乱及び被写体内散乱等のイベントを除去可能なエネルギーの値としてもよい。また、相互作用が光電効果である場合に相当するエネルギーよりもシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が小さいとき（例えば相互作用がコンプトン散乱である場合）に無効なデータであると判定してもよい。
　続いて、算出回路１８によって、記憶媒体１７に記憶されたリストデータ群に基づく楕円フィッティングが行われる（ステップＳ５）。すなわち、算出回路１８は、リストデータ群を構成する各リストデータのセグメントアドレスが示す位置にフィッティングされる楕円を導出する。楕円フィッティングでは、例えばロバスト推定を用いた近似によって楕円の情報（楕円情報）を求めることができる。算出回路１８は、導出された楕円の情報から、楕円の中心（ｘ０，ｙ０）の座標、長径の長さａ、短径の長さｂ、及び、楕円Ｎの長軸とＸ軸とのなす角度θｅを取得する。
　そして、算出回路１８は、取得された楕円の情報を用いて、上記の決定原理に基づいて円錐の頂点の座標を算出し（ステップＳ６）、この座標の位置を相互作用点（相互作用位置）の候補として出力する（ステップＳ７）。算出回路１８は、上記の決定原理に基づいてエネルギー分布における重心位置を取得する（ステップＳ８）。算出回路１８は、エネルギー分布の重心位置が存在する方の領域における相互作用点の候補を、実際の相互作用点の候補（チェレンコフ光の発生位置）であると決定する（ステップＳ９）。相互作用点の座標情報と検出された時刻情報とが画像処理部３に転送されると、ＰＥＴ装置１では、画像処理部３において断層像が生成される。
　以上説明した放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１では、ラジエータ１２内にγ線Ｇが入射すると、入射したγ線Ｇが媒質と相互作用することによって第１波長域の光及び第２波長域の光が発生し、発生した第１波長域の光及び第２波長域の光がそれぞれ第１光検出器２１及び第２光検出器２２によって検出される。これにより、例えば、第１波長域の光の検出信号に基づいて、ラジエータ１２においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を求める際に、第２波長域の光の検出信号に基づいて、第２波長域の光のエネルギーを求めることで、必要なγ線Ｇの入射についてのみ、ラジエータ１２においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を求めることができる。よって、この放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１によれば、ラジエータ１２においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。
　放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１では、ラジエータ１２は、互いに対向する表面１２ａ（第２面）及び（第１面）を有する。複数の画素２１ｂは、裏面１２ｂに沿って配置されており、複数の画素２２ｂは、表面１２ａに沿って配置されている。これにより、第１光検出器２１及び第２光検出器２２のそれぞれの構成を簡易化することができる。
　放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１では、第１波長域の光は、チェレンコフ光Ｃであり、第２波長域の光は、シンチレーション光Ｖである。これにより、チェレンコフ光Ｃの検出信号に基づいて、ラジエータ１２においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を求める際に、シンチレーション光Ｖの検出信号に基づいて、シンチレーション光Ｖのエネルギーを求めることで、必要なγ線Ｇの入射についてのみ、ラジエータ１２においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く求めることができる。
　放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１は、制御部１５を更に備える。制御部１５は、第１光検出器２１から出力された信号に基づいて、チェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂの位置情報及びその時刻情報を取得し、取得した位置情報及び時刻情報、並びにラジエータ１２におけるチェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴに基づいて、ラジエータ１２におけるチェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑを求め、第２光検出器２２から出力された信号に基づいて、シンチレーション光Ｖのエネルギーを求める。チェレンコフ光Ｃは、指向性が高いため、ラジエータ１２内で一方向に伝播する。そのため、チェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂの位置情報及びその時刻情報、並びにチェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴから、チェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴを辿り、チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑ及び時間を求めることができる。この発生位置Ｑは、光電子Ｄの発生位置、すなわちγ線Ｇの相互作用位置と略同じであると考えられる。したがって、求められたチェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑから、ラジエータ１２においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。
　なお、シンチレーション光Ｖのエネルギーが一定未満の場合、画素２１ｂによって検出されたチェレンコフ光Ｃは、結晶間散乱及び被写体内散乱等のイベントによるノイズ成分を含み得る。そこで、放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１では、上述のように、信号処理回路１６によりシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値以上か否かを判定する（すなわち、エネルギー弁別を行う）。これにより、シンチレーション光Ｖのエネルギーに基づいて、チェレンコフ光Ｃにノイズ成分が含まれるおそれがある場合には、このようなチェレンコフ光Ｃについての信号を除いて演算することができる。その結果、画素２１ｂがチェレンコフ光Ｃを検出した位置情報等のデータのＳ／Ｎを向上させることができる。
　放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１では、制御部１５は、媒質を構成する原子のうち最も光電効果を起こしやすい原子のＫ殻から光電子Ｄが放出された場合におけるチェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴを用いて、チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑを求める。チェレンコフ光Ｃの放出角度θｃは、媒質の屈折率ｎと、媒質で相互作用したγ線Ｇのエネルギーと、光電子Ｄを放出した原子のＫ殻の束縛エネルギーをＥＢ．Ｅ．とによって決定される。そのため、最も光電効果を起こしやすい原子のＫ殻から光電子Ｄが放出されたとものと仮定することによって、チェレンコフ光Ｃの放出角度θｃを複数考慮する必要がなくなる。
　放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１では、チェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴは、γ線Ｇが媒質と相互作用することによって放出された光電子Ｄが直進する間の進行軌跡ＤＴを中心とした円錐形状である。チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑは、円錐形状の頂点の位置である。チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑを円錐形状の頂点の位置として求めることによって、ラジエータ１２においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置を一意的に決定することができる。
　放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１では、制御部１５は、チェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂにフィッティングされる楕円Ｎに関する楕円情報に基づいて、円錐形状の頂点の位置を求める。チェレンコフ光Ｃは、光電子Ｄの進行軌跡ＤＴを中心とした円錐状に広がる。これにより、光電子Ｄが光検出器２０に対して傾斜して進行する場合には、検出された複数の位置情報が示す位置は楕円Ｎの軌道上に配置される。そのため、実際にチェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂにフィッティングされる楕円Ｎに関する情報を用いることによって、円錐形状の頂点の位置をより正確に求めることができる。
［第２実施形態］
　第１実施形態の放射線位置検出器１０における検出部１１は、図７に示される検出部１１Ａのように変形することができる。検出部１１Ａは、第１光検出器２１に代えて第１光検出器２３を有し、表面３０ａ及び裏面３０ｂを有するフィルタ３０が第１光検出器２３とラジエータ１２との間に介在されている点で、第１実施形態の検出部１１と相違している。以下、主として第１実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
　第１光検出器２３は、ラジエータ１２の裏面１２ｂに設けられており、光電変換を行う複数の画素（第１画素）２３ｂが二次元に配列された検出面２３ａを有している。複数の画素２３ｂは、ラジエータ１２の裏面１２ｂに対応するように配置されている。
　第１光検出器２３は、一例として、第１波長域の光及び第２波長域の光に感度を有する。この場合、第１光検出器２３がシンチレーション光（第２波長域の光）Ｖを検出せずチェレンコフ光（第１波長域の光）Ｃのみを検出するために、フィルタ３０をラジエータ１２の裏面１２ｂと第１光検出器２３との間に介在させる。フィルタ３０の表面３０ａは、ラジエータ１２の裏面１２ｂに対面するように配置されている。フィルタ３０の裏面３０ｂは、検出面２３ａに対面するように配置されている。フィルタ３０は、第２波長域の光をカットする。
　したがって、第１光検出器２３は、第２波長域の光がフィルタ３０によりカットされた後の第１波長域の光を検出することで、シンチレーション光Ｖを検出せずチェレンコフ光Ｃのみを検出する。チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑの特定の原理、及び制御部１５による処理は、第１実施形態と同様である。
　このような検出部１１Ａを備える第２実施形態の放射線位置検出器１０によれば、第１実施形態と同様に、ラジエータ１２内でγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。
　なお、第２実施形態の放射線位置検出器１０においては、第２光検出器として、第２光検出器２２に代えて上記第１光検出器２３と同じ光検出器を用いてもよい。この場合、当該第２光検出器がチェレンコフ光Ｃを検出せずシンチレーション光Ｖのみを検出するために、第１波長域の光をカットするフィルタがラジエータ１２の表面１２ａと第２光検出器との間に介在されてもよい。あるいは、チェレンコフ光Ｃのエネルギーがシンチレーション光Ｖのエネルギーよりも小さくエネルギー弁別への影響が小さいと考えられる場合には、第１波長域の光をカットするフィルタがラジエータ１２の表面１２ａと第２光検出器との間に介在されなくてもよい。
　また、第１実施形態の第１光検出器２１を第１光検出器として用いると共に、上記第１光検出器２３と同じ光検出器を第２光検出器として用いる場合には、ラジエータ１２の裏面１２ｂと第１光検出器２３との間にフィルタ３０を介在させず、第１波長域の光をカットするフィルタがラジエータ１２の表面１２ａと第２光検出器との間に介在されてもよい。
［第３実施形態］
　第１実施形態の放射線位置検出器１０における検出部１１は、図８の（ａ）及び（ｂ）に示される検出部１１Ｂのように変形することができる。検出部１１Ｂは、第１光検出器２１及び第２光検出器２２に代えて光検出器２４を有する点で、第１実施形態の検出部１１と相違している。以下、主として第１実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
　光検出器２４は、ラジエータ１２の裏面（所定面）１２ｂに設けられており、光電変換を行う複数の画素（第１画素）２４ｂ及び複数の画素（第２画素）２４ｃを有する。光検出器２４は、複数の画素２４ｂ及び複数の画素２４ｃが二次元に配列された検出面２４ａを有している。光検出器２４は、ラジエータ１２の裏面１２ｂと検出面２４ａとが互いに対面するように、ラジエータ１２にカップリングされている。なお、ラジエータ１２の裏面１２ｂを除く外面である表面１２ａ及び側面１２ｃには、光吸収層１２ｄが設けられている。
　複数の画素２４ｂ及び複数の画素２４ｃは、ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。裏面１２ｂでは、１つの画素２４ｂを含む第１画素領域Ｚ１と、１つの画素２４ｃを含む第２画素領域Ｚ２と、が交互に配列されている。ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２は、一例として、市松模様状に配置されている。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２は、これに限定されない。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２が交互に配列される配置であれば、種々の配置を採用することができる。
　画素２４ｂは、一例として、第１波長域の光にのみ感度を有し、シンチレーション光Ｖを検出せずチェレンコフ光Ｃのみを検出する。この場合、光検出器２４における画素２４ｂの部分には、第１波長域以外の波長域の光をカットするフィルタを設ける必要がない。
　画素２４ｃは、一例として、第２波長域の光にのみ感度を有し、チェレンコフ光Ｃを検出せずシンチレーション光Ｖのみを検出する。この場合、光検出器２４における画素２４ｃの部分には、第２波長域以外の波長域の光をカットするフィルタを設ける必要がない。
　したがって、検出部１１Ｂは、第１光検出器の機能と第２光検出器の機能とを兼ね備えており、シンチレーション光Ｖ及びチェレンコフ光Ｃを検出する。チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑの特定の原理、及び制御部１５による処理は、第１実施形態と同様である。
　このような第３実施形態の放射線位置検出器１０によれば、第１実施形態と同様に、ラジエータ１２内でγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。また、検出部１１Ｂでは、複数の画素２４ｂ及び複数の画素２４ｃは、少なくとも１つの画素２４ｂを含む第１画素領域Ｚ１と少なくとも１つの画素２４ｃを含む第２画素領域Ｚ２とが交互に配列されるように、ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。これにより、光検出器２４（第１光検出器及び第２光検出器）がラジエータ１２の一方の側（ここでは裏面１２ｂ側）に集約されるため、配線の取回し等を簡易化することができる。
　なお、第３実施形態の放射線位置検出器１０においては、第１画素領域Ｚ１に１つの画素２５ｃが含まれると共に、第２画素領域Ｚ２に１つの画素２５ｂが含まれるように、光検出器２４が変形されてもよい。
［第４実施形態］
　第３実施形態の放射線位置検出器１０における検出部１１Ｂは、図９の（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示される検出部１１Ｃのように変形することができる。検出部１１Ｃは、光検出器２４に代えて光検出器２５を有する点で、第３実施形態の検出部１１Ｂと相違している。以下、主として第３実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
　光検出器２５は、ラジエータ１２の裏面（所定面）１２ｂに設けられており、光電変換を行う複数の画素（第１画素）２５ｂ及び複数の画素（第２画素）２５ｃを有する。光検出器２５は、複数の画素２５ｂ及び複数の画素２５ｃが二次元に配列された検出面２５ａを有している。光検出器２５は、ラジエータ１２の裏面１２ｂと検出面２５ａとが互いに対面するように、ラジエータ１２にカップリングされている。なお、ラジエータ１２の裏面１２ｂを除く外面である表面１２ａ及び側面１２ｃには、光吸収層１２ｄが設けられている。
　複数の画素２５ｂ及び複数の画素２５ｃは、ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。裏面１２ｂでは、複数の画素２５ｂを含む第１画素領域Ｚ１と、１つの画素２５ｃを含む第２画素領域Ｚ２と、が交互に配列されている。ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。画素２５ｂは、例えば、第１画素領域Ｚ１において、例えば行列状に配置されている。画素２５ｂは、第１画素領域Ｚ１における配置は、これに限定されない。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２は、一例として、市松模様状に配置されている。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２は、これに限定されない。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２が交互に配列される配置であれば、種々の配置を採用することができる。
　画素２５ｂは、一例として、第１波長域の光にのみ感度を有し、シンチレーション光Ｖを検出せずチェレンコフ光Ｃのみを検出する。この場合、光検出器２５における画素２５ｂの部分には、第１波長域以外の波長域の光をカットするフィルタを設ける必要がない。図９の（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、画素２５ｂは、画素２５ｃよりも小さい。画素２５ｂは、一例として、画素２５ｃに対して約１６分の１の大きさの受光面を有する。画素２５ｂは、これに限定されず、画素２５ｃよりも小さければ、第１波長域の光にのみ感度を有する範囲で、種々の大きさとすることができる。
　画素２５ｃは、一例として、第２波長域の光にのみ感度を有し、チェレンコフ光Ｃを検出せずシンチレーション光Ｖのみを検出する。この場合、光検出器２５における画素２５ｃの部分には、第２波長域以外の波長域の光をカットするフィルタを設ける必要がない。
　したがって、検出部１１Ｃは、第１光検出器の機能と第２光検出器の機能とを兼ね備えており、シンチレーション光Ｖ及びチェレンコフ光Ｃを検出する。チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑの特定の原理、並びに制御部１５による処理は、第３実施形態と同様である。
　このような第４実施形態の放射線位置検出器１０によれば、第３実施形態と同様に、ラジエータ１２内でγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。また、検出部１１Ｃでは、複数の画素２５ｂ及び複数の画素２５ｃは、少なくとも１つの画素２５ｂを含む第１画素領域Ｚ１と少なくとも１つの画素２５ｃを含む第２画素領域Ｚ２とが交互に配列されるように、ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。これにより、光検出器２５（第１光検出器及び第２光検出器）がラジエータ１２の一方の側（ここでは裏面１２ｂ側）に集約されるため、配線の取回し等を簡易化することができる。また、画素２５ｂの大きさに対して画素２５ｃの大きさが大きいため、検出面２５ａにおいて画素２５ｂの数に対して画素２５ｃの数が減少する。その結果、画素２５ｃの読み出しチャンネル数を画素２５ｂの読み出しチャンネル数に対して減少させることができる。
　なお、第４実施形態の放射線位置検出器１０においては、第１画素領域Ｚ１に１つの画素２５ｂが含まれると共に、第２画素領域Ｚ２に複数の画素２５ｃが含まれるように、光検出器２５が変形されてもよい。この場合、画素２５ｂの読み出しチャンネル数を画素２５ｃの読み出しチャンネル数に対して減少させることができる。
［第５実施形態］
　第３実施形態の放射線位置検出器１０における検出部１１Ｂは、図１０の（ａ）及び（ｂ）に示される検出部１１Ｄのように変形することができる。検出部１１Ｄは、光検出器２４に代えて光検出器２６を有する点で、第３実施形態の検出部１１Ｂと相違している。以下、主として第３実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
　光検出器２６は、ラジエータ１２の裏面（所定面）１２ｂに設けられており、光電変換を行う複数の画素（第１画素）２６ｂ及び複数の画素（第２画素）２６ｃを有する。光検出器２６は、複数の画素２６ｂ及び複数の画素２６ｃが二次元に配列された検出面２６ａを有している。光検出器２６は、ラジエータ１２の裏面１２ｂと検出面２６ａとが互いに対面するように、ラジエータ１２にカップリングされている。なお、ラジエータ１２の裏面１２ｂを除く外面である表面１２ａ及び側面１２ｃには、光吸収層１２ｄが設けられている。
　複数の画素２６ｂ及び複数の画素２６ｃは、ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。裏面１２ｂでは、１つの画素２６ｂを含む第１画素領域Ｚ１と、１つの画素２６ｃを含む第２画素領域Ｚ２と、が交互に配列されている。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２は、一例として、市松模様状に配置されている。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２は、これに限定されない。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２が交互に配列される配置であれば、種々の配置を採用することができる。
　画素２６ｂは、一例として、第１波長域の光及び第２波長域の光に感度を有する。この場合、画素２６ｂがシンチレーション光（第２波長域の光）Ｖを検出せずチェレンコフ光（第１波長域の光）Ｃのみを検出するために、フィルタ３１をラジエータ１２の裏面１２ｂと光検出器２６との間に介在させる。フィルタ３１の表面３１ａは、ラジエータ１２の裏面１２ｂに対面するように配置されている。フィルタ３１の裏面３１ｂは、検出面２６ａに対面するように配置されている。フィルタ３１は、第２波長域の光をカットする複数のフィルタ要素３１ｃを有する。複数のフィルタ要素３１ｃは、検出面２６ａにおける画素２６ｂの位置と対応する位置に配置されている。画素２６ｂにおいて、光検出器２６は、第２波長域の光がフィルタ３１によりカットされた後の第１波長域の光を検出することで、シンチレーション光Ｖを検出せずチェレンコフ光Ｃのみを検出する。
　画素２６ｃは、一例として、第２波長域の光にのみ感度を有し、チェレンコフ光Ｃを検出せずシンチレーション光Ｖのみを検出する。この場合、光検出器２６における画素２６ｃの部分には、第２波長域以外の波長域の光をカットするフィルタを設ける必要がない。
　したがって、検出部１１Ｄは、第１光検出器の機能と第２光検出器の機能とを兼ね備えており、シンチレーション光Ｖ及びチェレンコフ光Ｃを検出する。チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑの特定の原理、並びに制御部１５による処理は、第３実施形態と同様である。
　このような第５実施形態の放射線位置検出器１０によれば、第３実施形態と同様に、ラジエータ１２内でγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。また、検出部１１Ｄでは、複数の画素２６ｂ及び複数の画素２６ｃは、ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。裏面１２ｂでは、少なくとも１つの画素２６ｂを含む第１画素領域Ｚ１と少なくとも１つの画素２６ｃを含む第２画素領域Ｚ２とが交互に配列されている。これにより、光検出器２６（第１光検出器及び第２光検出器）がラジエータ１２の一方の側（ここでは裏面１２ｂ側）に集約されるため、配線の取回し等を簡易化することができる。
　なお、第５実施形態の放射線位置検出器１０においては、画素２６ｃは、第１波長域の光及び第２波長域の光に感度を有していてもよい。この場合、画素２６ｃにおいて光検出器２６がチェレンコフ光Ｃを検出せずシンチレーション光Ｖのみを検出するために、第１波長域の光をカットするフィルタ要素が、画素２６ｃの位置と対応する位置に配置されていてもよい。あるいは、チェレンコフ光Ｃのエネルギーがシンチレーション光Ｖのエネルギーよりも小さくエネルギー弁別への影響が小さいと考えられる場合には、第１波長域の光をカットするフィルタ要素が画素２６ｃの位置と対応する位置に配置されなくてもよい。
　また、画素２６ｂが第１波長域の光にのみ感度を有していると共に、画素２６ｃが第１波長域の光及び第２波長域の光に感度を有している場合には、画素２６ｂの位置と対応する位置に第１波長域以外の波長域の光をカットするフィルタ要素が配置されず、画素２６ｃの位置と対応する位置に第１波長域の光をカットするフィルタ要素が配置されていてもよい。
［第６実施形態］
　第５実施形態の放射線位置検出器１０における検出部１１Ｄは、図１１の（ａ），（ｂ）及び（ｃ）に示される検出部１１Ｅのように変形することができる。検出部１１Ｅは、光検出器２６に代えて光検出器２７を有する点で、第５実施形態の検出部１１Ｄと相違している。以下、主として第５実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
　光検出器２７は、光電変換を行う複数の画素（第１画素）２７ｂと、複数の画素（第２画素）２７ｃを有する。光検出器２７は、複数の画素２７ｄ及び画素２７ｃが二次元に配列された検出面２７ａを有している。複数の画素２７ｂ及び複数の画素２７ｃは、ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。複数の画素２７ｂを含む第１画素領域Ｚ１と、１つの画素２７ｃを含む第２画素領域Ｚ２と、が交互に配列されている。画素２７ｂは、例えば、第１画素領域Ｚ１において、例えば行列状に配置されている。画素２７ｂは、第１画素領域Ｚ１における配置は、これに限定されない。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２は、一例として、市松模様状に配置されている。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２は、これに限定されない。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２が交互に配列される配置であれば、種々の配置を採用することができる。
　図１１の（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、画素２７ｂは、画素２７ｃよりも小さい。画素２７ｂは、一例として、画素２７ｃに対して約１６分の１の大きさの受光面を有する。画素２７ｂは、これに限定されず、画素２７ｃよりも小さければ、第１波長域の光にのみ感度を有する範囲で、種々の大きさとすることができる。
　画素２７ｂは、一例として、第１波長域の光及び第２波長域の光に感度を有する。この場合、画素２７ｂがシンチレーション光（第２波長域の光）Ｖを検出せずチェレンコフ光（第１波長域の光）Ｃのみを検出するために、フィルタ３１をラジエータ１２の裏面１２ｂと光検出器２７との間に介在させる。フィルタ３１の裏面３１ｂは、検出面２７ａに対面するように配置されている。フィルタ３１は、第２波長域の光をカットする複数のフィルタ要素３１ｃを有する。複数のフィルタ要素３１ｃは、検出面２７ａにおける画素２７ｂの位置と対応する位置に配置されている。画素２７ｂにおいて、光検出器２７は、第２波長域の光がフィルタ３１によりカットされた後の第１波長域の光を検出することで、シンチレーション光Ｖを検出せずチェレンコフ光Ｃのみを検出する。
　画素２７ｃは、一例として、第２波長域の光にのみ感度を有し、チェレンコフ光Ｃを検出せずシンチレーション光Ｖのみを検出する。この場合、光検出器２７における画素２７ｃの部分には、第２波長域以外の波長域の光をカットするフィルタを設ける必要がない。
　したがって、検出部１１Ｅは、第１光検出器の機能と第２光検出器の機能とを兼ね備えており、シンチレーション光Ｖ及びチェレンコフ光Ｃを検出する。チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑの特定の原理、並びに制御部１５による処理は、第５実施形態と同様である。
　このような第６実施形態の放射線位置検出器１０によれば、第５実施形態と同様に、ラジエータ１２内でγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。また、検出部１１Ｅでは、複数の画素２７ｂ及び複数の画素２７ｃは、少なくとも１つの画素２７ｂを含む第１画素領域Ｚ１と少なくとも１つの画素２７ｃを含む第２画素領域Ｚ２とが交互に配列されるように、ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。これにより、光検出器２７（第１光検出器及び第２光検出器）がラジエータ１２の一方の側（ここでは裏面１２ｂ側）に集約されるため、配線の取回し等を簡易化することができる。また、画素２７ｂの大きさに対して画素２７ｃの大きさが大きいため、検出面２７ａにおいて画素２７ｂの数に対して画素２７ｃの数が減少する。その結果、画素２７ｃの読み出しチャンネル数を画素２７ｂの読み出しチャンネル数に対して減少させることができる。
　なお、第６実施形態の放射線位置検出器１０においては、第１画素領域Ｚ１に１つの画素２７ｂが含まれると共に、第２画素領域Ｚ２に複数の画素２７ｃが含まれるように、光検出器２７が変形されてもよい。この場合、画素２７ｂの読み出しチャンネル数を画素２７ｃの読み出しチャンネル数に対して減少させることができる。
　また、画素２７ｃは、第１波長域の光及び第２波長域の光に感度を有していてもよい。この場合、画素２７ｃにおいて光検出器２７がチェレンコフ光Ｃを検出せずシンチレーション光Ｖのみを検出するために、第１波長域の光をカットするフィルタ要素が、画素２７ｃの位置と対応する位置に配置されていてもよい。あるいは、チェレンコフ光Ｃのエネルギーがシンチレーション光Ｖのエネルギーよりも小さくエネルギー弁別への影響が小さいと考えられる場合には、第１波長域の光をカットするフィルタ要素が画素２７ｃの位置と対応する位置に配置されなくてもよい。
　また、画素２７ｂが第１波長域の光にのみ感度を有していると共に、画素２７ｃが第１波長域の光及び第２波長域の光に感度を有している場合には、画素２７ｂの位置と対応する位置に第１波長域以外の波長域の光をカットするフィルタ要素が配置されず、画素２７ｃの位置と対応する位置に第１波長域の光をカットするフィルタ要素が配置されていてもよい。
　本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、楕円Ｎの長軸方向の一方側と他方側との２つの発生位置の候補のうちいずれが発生位置であるかを決める方法として、エネルギー分布の重心位置を用いる例を示したが、その他の手法であってもよい。例えば、楕円Ｎの円周上における光子数が多い方の領域に存在する発生位置Ｑが実際の発生位置であると特定してもよい。
　また、ラジエータ１２を構成する媒質として、ＢＧＯを挙げたが、これらに限定されない。検出の対象となる放射線のエネルギーに応じて屈折率、密度等を考慮して上記以外の材料をラジエータ１２として使用してもよい。
　また、放射線位置検出器がＰＥＴ装置に用いられる例を示したが、これに限定されない。上記の放射線位置検出器は、発光に対する時間の揺らぎが殆ど生じないため、ＴＯＦ－ＰＥＴ装置に用いてもよい。
　光吸収層１２ｄは、例えば放出されるチェレンコフ光Ｃの拡がりに対してラジエータ１２が十分に平面状に広い場合には側面１２ｃによる光の反射を考慮せず、側面１２ｃの光吸収層１２ｄを省略してもよい。
　また、放射線としてγ線Ｇを例示したが、他の種類の放射線であってもよい。第１波長域の光は、チェレンコフ光であり、第２波長域の光は、シンチレーション光であったが、第１波長域の光及び第２波長域の光は、これらに限定されない。また、ラジエータ１２において、複数の第１画素は、表面１２ａに沿って配置されていたが、表面１２ａ又は側面１２ｃに沿って配置されていてもよい。複数の第２画素は、表面１２ａ又は裏面１２ｂに沿って配置されていたが、側面１２ｃに沿って配置されていてもよい。要は、入射した放射線と相互作用することによって第１波長域の光及び第２波長域の光を発生させる媒質からなるラジエータと、二次元に配列された複数の第１画素を有し、第１波長域の光を検出する第１光検出器と、二次元に配列された複数の第２画素を有し、第２波長域の光を検出する第２光検出器と、を備えていればよい。
　また、第１実施形態の制御部１５は、以下のように、チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑ（すなわち、光電子Ｄの発生位置、γ線Ｇの相互作用位置）を求めることができる（以下、「第１座標決定処理」という）。図１２の（ａ）及び（ｂ）は、ラジエータ１２内で放出されるチェレンコフ光の他態様を説明するための模式図である。図１２の（ａ）には、ラジエータ１２が断面視で模式的に示されており、図１２の（ｂ）には、第１光検出器２１が平面視で模式的に示されている。
　まず、図１２の（ｂ）に示されるように、制御部１５が、チェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂの位置Ｓについて重心Ａの位置を求める。一例として、ラジエータ１２の裏面１２ｂに平行なＸ軸方向及びＹ軸方向における重心Ａの位置（すなわち、重心ＡのＸ座標Ｘｃｍ及びＹ座標Ｙｃｍ）は、下記の式（１１）で求めることができる。ここで、Ｎは、チェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂの数であり、Ｅｉは、ｉ番目の光子の検出エネルギーであり、ｘｉ及びｙｉは、それぞれ、ｉ番目の光子を検出した画素２１ｂのＸ座標及びＹ座標である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　続いて、制御部１５が、重心Ａを中心とする楕円Ｎであって且つチェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂの位置Ｓにフィッティングされる楕円Ｎを求める。そして、制御部１５が、楕円Ｎに関する楕円情報に基づいて、チェレンコフ光Ｃの伝播軌跡である円錐形状の頂点の位置を求める。ここでは、制御部１５は、ラジエータ１２の裏面１２ｂに垂直なＺ軸方向における円錐形状の頂点の位置（すなわち、円錐形状の頂点のＺ座標）を求める。
　続いて、制御部１５が、重心ＡのＸ座標Ｘｃｍ及びＹ座標Ｙｃｍを、Ｘ軸方向及びＹ軸方向におけるチェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑ（すなわち、チェレンコフ光Ｃの発生位置のＸ座標及びＹ座標）とし、円錐形状の頂点のＺ座標を、Ｚ軸方向におけるチェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑ（すなわち、チェレンコフ光Ｃの発生位置のＺ座標）とする。
　以上の第１座標決定処理によっても、ラジエータ１２においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。このような発生位置Ｑの特定は、図１２の（ａ）に示されるように、γ線Ｇが媒質と相互作用することによって放出された光電子Ｄが直進しなかった場合に、特に有効である。
　また、制御部１５は、上述した第１座標決定処理、又は、図６のステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ７、ステップＳ８及びステップＳ９に相当する第２座標決定処理を、以下のように、第１光検出器２１の検出光子数に応じて実施することができる。図１３は、第１実施形態の制御部１５での相互作用位置を特定する処理フローの他態様を示すフローチャートである。なお、以下、第１実施形態の場合について説明するが、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態、及び、第６実施形態の場合についても同様である。
　まず、信号処理回路１６が、第１光検出器２１の各画素２１ｂ及び第２光検出器２２の画素２２ｂから出力されたリストデータを取得する（ステップＳ１）。リストデータは、画素２１ｂがチェレンコフ光Ｃを検出した時刻を示す時刻情報と、当該画素２１ｂの位置を示すセグメントアドレスと、画素２２ｂがシンチレーション光Ｖを検出した時刻を示す時刻情報と、当該画素２２ｂの位置を示すセグメントアドレスと、当該シンチレーション光Ｖの光量の情報と、を含んでいる。信号処理回路１６は、取得したシンチレーション光Ｖの光量の情報に基づいて、シンチレーション光Ｖのエネルギーを求める。
　信号処理回路１６は、取得した複数のリストデータを時刻情報に基づいてソートする（ステップＳ２）。そして、信号処理回路１６は、ソートされたリストデータからタイムウィンドウ内に入るリストデータ群を取得し、取得されたリストデータ群を構成するリストデータにおけるシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値以上か否かを判定する（ステップＳ３）。すなわち、信号処理回路１６は、エネルギー弁別を実行する。この場合、リストデータ群を構成する各リストデータにおける互いの時刻情報の差は、タイムウィンドウの時間幅に収まっている。ステップＳ３において、リストデータ群を構成するリストデータにおけるシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値以上の場合には、これらのリストデータが記憶媒体１７に転送され、記憶される（ステップＳ４）。また、リストデータ群を構成するリストデータにおけるシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値未満の場合には、これらのリストデータは無効なデータとして処理される。この場合には、チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑを求めない。一例として、ステップＳ３における所定値は、画素２１ｂがチェレンコフ光Ｃを検出する際にノイズ成分となる結晶間散乱及び被写体内散乱等のイベントを除去可能なエネルギーの値としてもよい。また、相互作用が光電効果である場合に相当するエネルギーよりもシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が小さいとき（例えば相互作用がコンプトン散乱である場合）に無効なデータであると判定してもよい。
　続いて、算出回路１８が、検出光子数（すなわち、チェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂの数）が第１閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０において、第１光検出器２１の検出光子数が第１閾値以上の場合には、算出回路１８が、図６のステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ７、ステップＳ８及びステップＳ９に相当する第２座標決定処理を実施する（ステップＳ１１）。ステップＳ１０において、検出光子数が第１閾値未満の場合には、算出回路１８が、上述した第１座標決定処理を実施する（ステップＳ１２）。
　１…ＰＥＴ装置、１０…放射線位置検出器、１２…ラジエータ（媒質）、１２ａ…表面（第２面）、１２ｂ…裏面（所定面、第１面）、１５…制御部、２０…光検出器、２１…第１光検出器、２１ｂ…画素（第１画素）、２２…第２光検出器、２２ｂ…画素（第２画素）、２３…第１光検出器、２３ｂ…画素（第１画素）、２４…光検出器（第１光検出器、第２光検出器）、２４ｂ…画素（第１画素）、２４ｃ…画素（第２画素）、２５…光検出器（第１光検出器、第２光検出器）、２５ｂ…画素（第１画素）、２５ｃ…画素（第２画素）、２６…光検出器（第１光検出器、第２光検出器）、２６ｂ…画素（第１画素）、２６ｃ…画素（第２画素）、２７…光検出器（第１光検出器、第２光検出器）、２７ｂ…画素（第１画素）、２７ｃ…画素（第２画素）、Ｃ…チェレンコフ光（第１波長域の光）、ＣＴ…伝播軌跡、ＤＴ…進行軌跡（軌跡）、Ｇ…γ線（放射線）、Ｎ…楕円、Ｑ…発生位置、Ｖ…シンチレーション光（第２波長域の光）、Ｚ１…第１画素領域、Ｚ２…第２画素領域。

Claims (9)

  1. 　入射した放射線と相互作用することによって第１波長域の光及び第２波長域の光を発生させる媒質からなるラジエータと、
    　二次元に配列された複数の第１画素を有し、前記第１波長域の前記光を検出する第１光検出器と、
    　二次元に配列された複数の第２画素を有し、前記第２波長域の前記光を検出する第２光検出器と、を備える、放射線位置検出器。
  2. 　前記ラジエータは、互いに対向する第１面及び第２面を有し、
    　複数の前記第１画素は、前記第１面に沿って配置されており、
    　複数の前記第２画素は、前記第２面に沿って配置されている、請求項１に記載の放射線位置検出器。
  3. 　複数の前記第１画素及び複数の前記第２画素は、少なくとも１つの前記第１画素を含む第１画素領域と少なくとも１つの前記第２画素を含む第２画素領域とが交互に配列されるように、前記ラジエータの所定面に沿って配置されている、請求項１に記載の放射線位置検出器。
  4. 　前記第１波長域の前記光は、チェレンコフ光であり、
    　前記第２波長域の前記光は、シンチレーション光である、請求項１～３のいずれか一項に記載の放射線位置検出器。
  5. 　前記第１光検出器から出力された信号に基づいて、前記チェレンコフ光を検出した複数の前記第１画素の位置情報及びその時刻情報を取得し、取得した前記位置情報及び前記時刻情報、並びに前記ラジエータにおける前記チェレンコフ光の伝播軌跡に基づいて、前記ラジエータにおける前記チェレンコフ光の発生位置及び時間を求め、前記第２光検出器から出力された信号に基づいて、前記シンチレーション光のエネルギーを求める、制御部を更に備える、請求項４に記載の放射線位置検出器。
  6. 　前記制御部は、前記媒質を構成する原子のうち最も光電効果を起こしやすい前記原子のＫ殻から光電子が放出された場合における前記チェレンコフ光の前記伝播軌跡を用いて、前記チェレンコフ光の前記発生位置を求める、請求項５に記載の放射線位置検出器。
  7. 　前記チェレンコフ光の前記伝播軌跡は、前記放射線が前記媒質と相互作用することによって放出された光電子の軌跡を中心とした円錐形状であり、
    　前記チェレンコフ光の前記発生位置は、前記円錐形状の頂点の位置である、請求項５又は６に記載の放射線位置検出器。
  8. 　前記制御部は、前記チェレンコフ光を検出した複数の前記第１画素にフィッティングされる楕円に関する楕円情報に基づいて、前記円錐形状の前記頂点の前記位置を求める、請求項７に記載の放射線位置検出器。
  9. 　請求項１～８のいずれか一項記載の放射線位置検出器を備える、ＰＥＴ装置。
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