CN101688918A - 利用能量和位置信息的辐射检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用了能量和位置信息的辐射检测方法及装置，在使用能够识别深度方向的检测位置和能量的(三维)检测器对辐射进行检测时，通过对应于深度方向的检测位置，使识别信号和噪声的能量窗变化，从而能够取得在检测器内的散射成分。此外，对检测事件给予与深度方向的检测位置和能量信息对应的加权，从而能够取得在检测器内的散射成分，提高检测器的感度。这里，能够对应于深度方向的检测位置，使用不同的检测元件。

Description

利用能量和位置信息的辐射检测方法及装置
技术领域
本发明涉及辐射检测方法及装置，特别涉及适于在正电子成像装置或正电子发射断层摄影(PET)装置中使用的、利用了能量和位置信息的辐射检测方法及装置。
背景技术
如图1所示，由于+β衰变而从正电子释放核素8释放的正电子，与周围的电子对湮没，由此生成的一对511keV的湮没辐射8a、8b，通过符合(coincidence)的原理以成对的辐射检测器10a、10b对该湮没辐射8a、8b进行测定的PET装置已为人所知。这时，为了仅利用赋予了511keV的能量的湮没辐射，通过能量窗对取得的能量(信号)的下限和上限进行限制。由此，在连结成对的检测器10a、10b彼此的一根线段(响应线：line-of-response：LOR)上能够确定核素8的存在位置。当将从被检测体的头部朝向足部的轴定义为体轴时，与体轴垂直地相交的平面上的核素的分布，能够根据在该平面上从各种各样的方向测定的响应线的数据，通过二维图像重建来求取。
PET用检测器10是剖面为5mm见方左右的微细的检测元件的集合，为了以高概率检测从体内相向地释放的一对湮灭辐射8a、8b，需要2～3cm左右的厚度。此外，检测器10为了捕捉一对湮没辐射，如图2所示，通常以覆盖被检测者的方式环状地配置。可是，由于对于检测器10倾斜入射的辐射产生测定误差，使空间分别率恶化，所以不得不使环径比视野大幅增大。
在PET装置中，为了获得更高的检测能力，开发了一种对入射到检测元件的深度位置也进行检测的三维检测器。如图3中例示的那样，将同一种类的检测元件21～24在光接收元件26上层叠，通过检测元件间的光学反射材料对光的前进路径进行控制，由此能够根据从光接收元件26输出的信号的差异，确定深度检测位置和能量(参照日本专利申请特开2004-279057号公报(专利文献1)，H.Murayama，H.Ishibashi，H.Uchida，T.Omura，T.Yamashita，“Design of a depth of interaction detector with aPS-PMT for PET”，IEEE Trans.Nucl.Sci.，Vol.47，N03，1045-1050，2000(非专利文献1))。此外，通常在2层的深度识别中，按层的每一个层叠2种类的检测元件，根据从光接收元件26输出的信号的时间差异，确定深处检测位置。
这样的三维检测器20能够改善对于检测元件倾斜地入射的辐射导致的空间分辨率的恶化，与现有的PET装置相比能够使检测器和被检测体接近，因此能够进行更高灵敏度的检测。
另一方面，作为使灵敏度提高的方法，可以考虑利用图4(A)所示的检测器散射，但在现有的二维检测器10中，如图4(B)、(C)所示，由于不能与被检测体(也称为散射体)6的散射区别，如图5和图6所示，通过将能量窗的下限与光电吸收A的能量的下限对准，从而将两方的事件作为噪声除去。
再有，如图7所示，如果在检测器10的上表面设置除去低能量的散射辐射的遮蔽物12的话，能够除去来自被检测体6的散射辐射，但同时光电吸收事件也被除去一部分(参照G.Muehllehner：“Positron camera withextended counting rate capability”，J.Nucl.Med.Vol.16，663-657，1975(非专利文献2))。
因此，在安装有三维检测器的PET装置中，能够采取与现有的PET装置相比高灵敏度的检测器配置，但即使如此，也存在没有充分活用PET装置具有的原理性的高灵敏度计测方法及丰富的信息量的问题。
发明内容
本发明正是为了解决上述现有的问题而完成的，其课题在于，在现有技术中抛弃的检测器内的散射成分能够被取得，使检测灵敏度提高。
在体内散射的事件(event)，在入射到检测器之前引起能量损失，入射到检测器的时刻的能量比511keV越少，在检测器的上层赋予全部能量而停止的概率变高。另一方面，仅在检测元件散射的事件，在入射的时刻的能量是511keV，在结晶内进行一次或反复多次散射之后，最终赋予全部511keV的能量，或赋予能量的一部分，而在保有剩余的能量的状态下向检测器外逃逸。在不在体内散射，而在检测元件赋予511keV的全部能量的情况下，在图5所示的能量窗内被检测，但在仅赋予了一部分能量的情况下，尽管具有有效的位置信息，但也存在脱离能量窗的情况。因此，在现有的PET装置中，如图4所示，由于不能够识别在检测器内散射的真的符合B和散射符合C，所以抛弃了具有有用的位置信息的B的大部分。
三维检测器20如图8所示，在下层的检测元件中，能够减少散射体导致的散射(散射符合)C，因此通过将能量窗的下限降低到检测器散射能量的下限，检测器散射B也能够作为符合而利用。本发明提供一种有效地活用这样的事件来使辐射检测装置的灵敏度提高的方法。期待在被检测体导致的散射和在检测器的散射的比率，根据检测出辐射的深度和赋予的能量而不同。因此，如果能够取得在三维检测器检测出的深度方向的检测位置和能量信息，就能除去来自被检测体的散射成分多的区域，取得在检测器的散射成分。进而，通过取得在三维检测器检测出的深度方向的检测位置和能量信息，在来自被检测体的散射成分多的能量中减小权重，在来自被检测体的散射成分少的能量中增大权重，进行数据收集，从而能够一边使来自被检测体的散射成分的混入比率为最小，一边取得在检测器的散射成分。
本发明正是着眼于这些方面而完成的，在使用能够识别深度方向的检测位置和能量的检测器对辐射进行检测时，通过对应于深度方向的检测位置，使识别信号和噪声的能量窗变化，从而能够取得在检测器内的散射成分，解决了上述课题。
本发明也提供一种利用了能量和位置信息的辐射检测装置，使用能够识别深度方向的检测位置和能量的检测器对辐射进行检测，其特征在于，对应于深度方向的检测位置，使识别信号和噪声的能量窗变化，能够取得在检测器内的散射成分。
在这里，能够对应于深度方向的检测位置，具备不同的检测元件。
本发明还在使用能够识别深度方向的检测位置和能量的三维检测器对辐射进行检测时，通过对检测事件给予与深度方向的检测位置和能量信息对应的加权，从而能够取得在检测器内的散射成分，由此解决了上述课题。
根据本发明，能够取得在检测器内的散射成分，能够提高检测器的灵敏度。因此，能够提高PET装置或正电子成像装置等的灵敏度。
进而，通过对检测事件(detection event)给予与深度方向的检测位置和能量信息对应的加权，利用更详细的能量信息，从而能够一边减少被摄体(散射体)导致的散射的混入比率，一边活用检测器散射事件，改善信号对噪声比。
附图说明
图1是表示PET装置的原理的图。
图2是表示现有的PET装置的整体结构的图。
图3是表示在专利文献1中提出的三维检测器的立体图。
图4是为了说明本发明的原理的、表示伽马射线的相互作用和能谱的图。
图5是表示现有的利用能量窗的散射辐射的除去法的图。
图6是表示现有方法的数据处理的图。
图7是表示现有的利用遮蔽物的散射辐射的除去法的图。
图8是表示本发明的原理的图。
图9表示利用了本发明的PET装置的第一实施方式的图。
图10是表示第一实施方式的数据处理顺序的流程图。
图11是表示向第一实施方式的辐射的入射状况的图。
图12是表示第一实施方式的符合顺序的图。
图13表示利用了本发明的PET装置的第二实施方式的图。
图14是同样地表示第三实施方式的处理顺序的图。
图15是同样地表示第四实施方式的处理顺序的图。
图16是实施例的能量窗的图。
图17同样地对(A)真的符合和(B)散射符合的能谱进行比较而表示的图。
图18同样地对(A)灵敏度和(B)散射分数进行比较而表示的图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。
本发明的第一实施方式如图9所示，在安装有三维检测器20的PET装置等中，如图10所示，通过在低能量区域中也限制检测深度从而利用检测器散射，如图11所示，具有对在被检测体6内散射的事件C、和在检测器20中散射之后对检测器20赋予了一部分能量的事件B进行识别的机构。由此，能够在防止位置信息恶化的同时，实现具有三维检测器的PET装置等的进一步高灵敏度化。
在图12表示符合的顺序。
此外，本发明在层叠检测元件的情况下，不需要在全部层中使用相同的检测元件，如图13所示的第二实施方式那样，与需要有效原子序数较高的昂贵的检测元件20A的上层相比，在下层中利用有效原子序数较低的廉价的检测元件20B，由此能够使用不同的检测元件。这时，上层的检测元件20A的长度具有使散射辐射停止的充分的长度，但比下层的检测元件20B短，由此能够实现低成本高性能的PET装置。
或者，也能够实现仅使用半导体检测器那样的有效原子序数较低的检测元件的PET装置的高灵敏度化。
本发明的第三实施方式是在如图9所示的安装有三维检测器20的PET装置等中，以图14所示方式，一边对检测事件施加与检测位置和能量对应的加权，一边得到直方图。
此外，如图15所示的第四实施方式那样，将检测事件作为列表模式数据进行保存，在图像重建时，一边施加与检测位置和能量对应的加权，一边进行重建。
这时，如图8所示，在事先以仿真等对低能量区域中的散射体导致的散射和检测器散射的比率进行计算，预先将与检测深度(层)和能量对应的加权列表。权重例如与(检测器散射的比率)/(散射体导致的散射的比率)成比例设定，或以在(检测器散射的比率)/(散射体导致的散射的比率)超过固定值的情况下为1.0，除此之外为0.0的方式进行计算。
如该第三、第四实施方式那样，与第一、第二实施方式相比，通过利用更详细的能量信息，能够一边减少被摄体(散射体)导致的散射的混入比率，一边活用检测器散射事件，能够改善信号对噪声比。
对申请人等开发的头部用PET装置的实验机″jPET-D4″(E.Yoshida，K.Kitamura，T.Tsuda，et.al：“Energy Spectra analysis of four-layer DOIdetector for brain PET scanner：jPET-D4”，Nucl.Instr.Meth.A，577，664-669，2006(参照非专利文献3))进行了模拟仿真。本装置使用层叠了4层2.9×2.9×7.5mm的GSO闪烁体(scintillator)的三维检测器20，构成具有39cm的环径和26cm长度的检测器环。作为模拟被检测体6的模型(phantom)，以水灌满直径20cm、长度20cm的圆筒模型，在中心轴上设置了20cm的释放一对511keV的辐射的线状辐射源。
在现有方法的能量窗中，所有的层相同，例如是400～600keV，但在本发明中，如图16所示，将第一层作为400～600keV，第二层～第四层作为100～300keV以及400～600keV的两个能量窗。也就是说，作为除去300～400keV的100～600keV。像这样对应于需要，与现有的PET装置不同，能够设置多个能量窗。
图17中，表示(A)真的符合的能谱和(B)散射符合的能谱。可知越往下层，(B)所示的被检测体导致的散射辐射的影响变得越少。
图18中表示使能量窗的下限变化时的(A)相对灵敏度和(B)散射分数(计测的数据中包含物体散射的比率)的变化。相对灵敏度将能量窗的下限400keV作为100。从图中很明显，通过使用本发明，能够在抑制散射分数的增加的同时，实现高灵敏度。
再有，在上述说明中，本发明在PET装置中应用，但本发明的应用对象并不局限于此，通常能够在正电子成像装置等的其它的核医学成像装置、或辐射检测装置中应用。此外，三维检测器的种类也不限定于图3表示的物体，例如是以模拟方式能够识别深度方向位置的三维检测器也可。
产业上的利用可能性
本发明在PET装置之外，通常能够在正电子成像装置等的其它的核医学成像装置、或辐射检测装置中应用。

Claims (9)

1.一种利用了能量和位置信息的辐射检测方法，其特征在于，在使用能够识别深度方向的检测位置和能量的检测器对辐射进行检测时，通过对应于深度方向的检测位置，使识别信号和噪声的能量窗变化，从而能够取得在检测器内的散射成分。
2.根据权利要求1所述的利用了能量和位置信息的辐射检测方法，其特征在于，对应于深度方向的检测位置，使用不同的检测元件。
3.一种利用了能量和位置信息的辐射检测装置，使用能够识别深度方向的检测位置和能量的检测器对辐射进行检测，其特征在于，对应于深度方向的检测位置，使识别信号和噪声的能量窗变化，从而能够取得在检测器内的散射成分。
4.根据权利要求3所述的利用了能量和位置信息的辐射检测装置，其特征在于，对应于深度方向的检测位置，具备不同的检测元件。
5.根据权利要求3或4所述的辐射检测装置，其特征在于，对于单能的辐射，对应于深度方向的检测位置，利用散射成分少的2个以上的能量窗的辐射的信息。
6.一种利用了能量和位置信息的辐射检测方法，其特征在于，在使用能够识别深度方向的检测位置和能量的检测器对辐射进行检测时，对检测事件给予与深度方向的检测位置和能量信息对应的加权，从而能够取得在检测器内的散射成分。
7.根据权利要求6所述的利用了能量和位置信息的辐射检测方法，其特征在于，对应于深度方向的检测位置，使用不同的检测元件。
8.一种利用了能量和位置信息的辐射检测装置，使用能够识别深度方向的检测位置和能量的检测器对辐射进行检测，其特征在于，对检测事件给予与深度方向的检测位置和能量信息对应的加权，从而能够取得在检测器内的散射成分。
9.根据权利要求8所述的利用了能量和位置信息的辐射检测装置，其特征在于，对应于深度方向的检测位置，具备不同的检测元件。
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