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3次元放射線位置検出器

国内特許コード P07A009955
整理番号 NIRS-171
掲載日 2007年6月1日
出願番号 特願2003-067094
公開番号 特開2004-279057
登録番号 特許第4338177号
出願日 平成15年3月12日(2003.3.12)
公開日 平成16年10月7日(2004.10.7)
登録日 平成21年7月10日(2009.7.10)
発明者
  • 村山 秀雄
  • 稲玉 直子
  • 北村 圭司
  • 山下 貴司
出願人
  • 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
  • 株式会社島津製作所
  • 浜松ホトニクス株式会社
発明の名称 3次元放射線位置検出器
発明の概要 【課題】シンチレータアレイの積層数を増やすことが可能であって放射線吸収位置検出精度が優れた3次元放射線位置検出器を提供する。
【解決手段】3次元放射線位置検出器1は、シンチレータユニット10、受光素子20および演算部30を備える。シンチレータユニット10は、受光素子20の光入射面上に設けられており、この光入射面に垂直な方向(z軸方向)に4つのシンチレータアレイ11~14が順に積層されて構成されている。4つのシンチレータアレイ11~14それぞれは、8×8個のシンチレータセルが2次元配列されて構成されている。シンチレータセルは、放射線の吸収に応じてシンチレーション光を発生させるものである。或る層のシンチレータアレイに含まれるシンチレータセルCk1,m,nと、他の層のシンチレータアレイに含まれるシンチレータセルCk2,m,nとで、少なくとも1つの同一側面の光学条件が互いに異なる。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


3次元放射線位置検出器は、例えばPET(positron emission tomography)装置において、陽電子放出アイソトープ(RI線源)が投入された被検体内における電子・陽電子の対消滅に伴って発生し互いに逆方向に飛行する1対のγ線光子(エネルギ511keV)を検出する放射線検出器として用いられる。PET装置は、放射線検出器によりγ線光子対を同時計数法により検出し、この同時計数情報を蓄積してヒストグラムを作成する。そして、PET装置は、この作成されたヒストグラムに基づいて、測定空間におけるγ線光子対の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する。このPET装置は核医学分野等で重要な役割を果たしており、これを用いて例えば生体機能や脳の高次機能の研究を行うことができる。



このようなPET装置の放射線検出器として好適に用いられ得る3次元放射線位置検出器は、シンチレータユニットおよび受光素子を含む(例えば特許文献1や非特許文献1を参照)。このうち、受光素子は、光入射面へ入射した光の入射位置および強度に応じた電気信号を出力する。また、シンチレータユニットは、受光素子の光入射面上に設けられ、放射線の吸収に応じてシンチレーション光を発生させるシンチレータセルが2次元配列されてなるシンチレータアレイをK層(ただし、Kは2以上の整数)含み、これらK層のシンチレータアレイが受光素子の光入射面に垂直な方向に積層されたものである。



特に、特許文献1に開示された3次元放射線位置検出器では、K層のシンチレータアレイは、シンチレータセル配置ピッチの1/Kずつ行方向または列方向にずれて積層されている。また、非特許文献1に開示された3次元放射線位置検出器では、第1層および第3層のシンチレータアレイと、第2層および第4層のシンチレータアレイとでは、異なる蛍光減衰時定数のシンチレータセルが用いられている。



このような3次元放射線位置検出器は、シンチレータユニットにおける放射線吸収位置を、受光素子の光入射面に平行な2次元平面上の位置として求めることができるだけでなく、この光入射面からの距離としても求めることができる。すなわち、複数のシンチレータセルが3次元配列されてなるシンチレータユニットにおいて何れのシンチレータセルでシンチレーション光が発生したかを、受光素子の光入射面に到達したシンチレーション光の重心位置に基づいて判別することができる。



【特許文献1】
特開平1-229995号公報
【非特許文献1】
N. Inadama, et al., "A Depth of Interactive Detector for PET with GSO Crystals Doped with Different Amounts of Ce", IEEE Transaction of Nuclear Science, Vol.49, No.3, pp.629-633 (2002)

産業上の利用分野


本発明は、シンチレータユニットと受光素子とを含む3次元放射線位置検出器に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
光入射面へ入射した光の入射位置および強度に応じた電気信号を出力する受光素子と、
前記受光素子の光入射面上に設けられ、放射線の吸収に応じてシンチレーション光を発生させる直方体形状のシンチレータセルがM行N列(ただし、M,Nは3以上の整数)に2次元配列されてなるシンチレータアレイをK層(ただし、Kは2以上の整数)含み、これらK層のシンチレータアレイが前記受光素子の光入射面に積層されたシンチレータユニットと、
を備え、
前記K層のシンチレータアレイそれぞれにおいて、隣り合う2シンチレータセル間の媒質が前記シンチレーション光に対して反射材および透過材の何れか一方のみであり、
前記K層のシンチレータアレイのうちの第k層のシンチレータアレイにおいて第m行第n列に配置されたシンチレータセルをCk,m,n(ただし、1≦k≦K,1≦m≦M,1≦n≦N)と表したときに、
前記K層のシンチレータアレイのうちの第k1層のシンチレータアレイに含まれるシンチレータセルCk1,m,nと、第k2層のシンチレータアレイに含まれるシンチレータセルCk2,m,nとで、少なくとも1つの同一側面の光学条件が互いに異なり(ただし、ここでは、1<m<M,1<n<N)、
第m行第n列に配置されたシンチレータセルCk,m,nの4つの側面における前記透過材および前記反射材の配置の組み合わせが前記第k1層のシンチレータアレイと前記第k2層のシンチレータアレイとの間で異なる(ただし、ここでは、1<m<M,1<n<N)、
ことを特徴とする3次元放射線位置検出器。

【請求項2】
光入射面へ入射した光の入射位置および強度に応じた電気信号を出力する受光素子と、
前記受光素子の光入射面上に設けられ、放射線の吸収に応じてシンチレーション光を発生させる直方体形状のシンチレータセルがM行N列(ただし、M,Nは3以上の整数)に2次元配列されてなるシンチレータアレイをK層(ただし、Kは2以上の整数)含み、これらK層のシンチレータアレイが前記受光素子の光入射面に積層されたシンチレータユニットと、
を備え、
前記K層のシンチレータアレイのうちの第k層のシンチレータアレイにおいて第m行第n列に配置されたシンチレータセルをCk,m,n(ただし、1≦k≦K,1≦m≦M,1≦n≦N)と表したときに、
前記K層のシンチレータアレイのうちの第k1層のシンチレータアレイに含まれるシンチレータセルCk1,m,nと、第k2層のシンチレータアレイに含まれるシンチレータセルCk2,m,nとで、少なくとも1つの同一側面の光学条件が互いに異なり(ただし、ここでは、1<m<M,1<n<N)、
前記K層のシンチレータアレイそれぞれにおいて、隣り合う各2シンチレータセル間の媒質の全体が前記シンチレーション光に対して反射材および透過材の何れか一方のみである、
ことを特徴とする3次元放射線位置検出器。

【請求項3】
光入射面へ入射した光の入射位置および強度に応じた電気信号を出力する受光素子と、
前記受光素子の光入射面上に設けられ、放射線の吸収に応じてシンチレーション光を発生させる直方体形状のシンチレータセルがM行N列(ただし、M,Nは3以上の整数)に2次元配列されてなるシンチレータアレイをK層(ただし、Kは2以上の整数)含み、これらK層のシンチレータアレイが前記受光素子の光入射面に積層されたシンチレータユニットと、
を備え、
前記K層のシンチレータアレイのうちの第k層のシンチレータアレイにおいて第m行第n列に配置されたシンチレータセルをCk,m,n(ただし、1≦k≦K,1≦m≦M,1≦n≦N)と表したときに、
前記K層のシンチレータアレイのうちの第k1層のシンチレータアレイに含まれるシンチレータセルCk1,m,nと、第k2層のシンチレータアレイに含まれるシンチレータセルCk2,m,nとで、少なくとも1つの同一側面の光学条件が互いに異なり(ただし、ここでは、1<m<M,1<n<N)、
前記第k1層のシンチレータアレイにおいて、シンチレータセルCk1,p,nとシンチレータセルCk1,p+1,nとの間の媒質、および、シンチレータセルCk1,m,qとシンチレータセルCk1,m,q+1との間の媒質が、前記シンチレーション光に対して反射材であり、他のシンチレータセル間の媒質が、前記シンチレーション光に対して透過材であり(ただし、pおよびqそれぞれは公差が2の等差数列の各整数値。1≦p<M,1≦q<N)、
前記第k2層のシンチレータアレイにおいて、シンチレータセルCk2,r,nとシンチレータセルCk2,r+1,nとの間の媒質、および、シンチレータセルCk2,m,sとシンチレータセルCk2,m,s+1との間の媒質が、前記シンチレーション光に対して反射材であり、他のシンチレータセル間の媒質が、前記シンチレーション光に対して透過材である(ただし、rおよびsそれぞれは公差が2の等差数列の各整数値。1≦r<M,1≦s<N。「p≠r」または「q≠s」)、
ことを特徴とする3次元放射線位置検出器。

【請求項4】
前記シンチレータユニットで発生したシンチレーション光が前記受光素子の光入射面に入射して前記受光素子から出力された電気信号を入力し、この電気信号に基づいて、前記シンチレータユニットにおける放射線吸収位置を求める演算部を更に備えることを特徴とする請求項1~3の何れか1項に記載の3次元放射線位置検出器。

【請求項5】
前記受光素子が、前記電気信号を出力する複数の出力端子を有し、
前記演算部が、前記受光素子の複数の出力端子それぞれから出力される電気信号を処理して、前記受光素子へのシンチレーション光の入射位置を求め、そのシンチレーション光の入射位置に基づいて、前記シンチレータユニットにおける放射線吸収位置を求める、
ことを特徴とする請求項4記載の3次元放射線位置検出器。

【請求項6】
前記受光素子が、前記電気信号を出力する複数の出力端子を有し、
前記演算部が、前記受光素子の複数の出力端子それぞれから出力される電気信号の値の和に基づいて、前記シンチレータユニットにおける放射線吸収エネルギを求める、
ことを特徴とする請求項4記載の3次元放射線位置検出器。

【請求項7】
前記演算部がシンチレータセル毎に放射線吸収エネルギを求めることを特徴とする請求項4記載の3次元放射線位置検出器。
国際特許分類(IPC)
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出願権利状態 登録
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