CN110770605A - 放射线检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的放射线检测装置(1A)，由：闪烁器(11)；检测来自闪烁器(11)的闪烁光，并且输出检测信号的光检测器(15)；比较第一阈值电压(V1)和检测信号，并且输出具有第一时间宽度(T1)的信号的第一比较器(21)；测量第一时间宽度(T1)的第一时间宽度测量器(23)；比较第二阈值电压(V2)和检测信号，并且输出具有第二时间宽度(T2)的信号的第二比较器(22)；测量第二时间宽度(T2)的第二时间宽度测量器(24)；以及基于第一、第二时间宽度(T1、T2)，并且求得表示检测信号的时间波形的时间常数(τ)的解析部(30)构成。由此，实现能够适当地取得、判别从包含闪烁器和光检测器的放射线检测装置输出的检测信号的时间波形信息。

Description

放射线检测装置
技术领域
本发明涉及一种用于放射线的检测的放射线检测装置。
背景技术
在正电子发射断层成像(PET:Positron Emission Tomography)装置中，将标记有向被验者发射正电子(Positron)的放射性同位素(RI)的物质作为示踪剂投入。然后，通过将从RI物质发射出的正电子与正常物质中的电子堙灭而生成的一对γ射线在放射线检测器中测量，取得关于被验者的信息。
在这样的PET装置等的测量装置中用于γ射线等的放射线的检测的放射线检测器，例如，可以通过组合根据放射线的入射而生成闪烁光的闪烁器和检测闪烁光并输出检测信号的光检测器，适当地构成(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开第2014-160042号公报
专利文献2：日本专利第5531021号公报
非专利文献
非专利文献1：Chen-Ming Chang et al.,"Time-over-threshold for pulseshape discrimination in a time-of-flight phoswich PET detector(飞行时间phoswich PET探测器下的超过阈值时间的脉冲形状判别)",Phys.Med.Biol.Vol.62(2017)pp.258-271
发明内容
发明想要解决的技术问题
在用于PET装置中的放射线检测器中，重要的是要知道入射于检测器的γ射线是在哪个位置处与闪烁器相互作用并检测出的。特别地，当在检测器的视野周边位置(从中心开始远离的位置)处检测出γ射线时，存在发生视差错误(Parallax Error)，并且由此γ射线的空间分辨率降低的问题。为了防止像这样的放射线检测的空间分辨率的降低，提出了一种Phoswich型检测器。
在Phoswich型的放射线检测器中，通过重叠与检测信号的时间常数不同的2种闪烁器部，构成用于放射线的检测的闪烁器。在这样的结构中，检测信号的时间波形信息，例如根据该时间波形的时间常数，可以判别放射线是在哪一个闪烁器部中被检测出的。该Phoswich型检测器可以作为DOI(Depth of Interaction)检测器使用。
作为求得表示从检测器输出的检测信号的时间常数等的时间波形的参数的方法，例如，可以考虑对检测信号的时间波形进行波形采样的结构。然而，在进行检测信号的波形采样的结构中，得到较多的检测信号的信息，但不适合高计数率下的放射线测量，另外，存在难以低功耗化等的问题。
另外，在专利文献2、非专利文献1中，记载了一种比较阈值电压和检测信号，并且求得信号的电压值超过阈值电压的时间(ToT:Time over Threshold)的结构。然而，即使在这些结构中，未求得检测信号的时间常数本身，并且难以以足够的精度进行检测信号的时间波形的判别。另外，如这样的检测信号的时间波形信息的取得、判别的问题，在除了上述的Phoswich型检测器之外的放射线中，也同样发生。
本发明是为了解决上述的问题点而完成的，并且本发明的目的在于提供一种能够适当地取得、判别从包含闪烁器和光检测器的放射线检测器输出的检测信号的时间波形信息的放射线检测装置。
用于解决技术问题的技术手段
根据本发明的放射线检测装置，由：(1)闪烁器，相应于放射线的入射生成闪烁光；(2)光检测器，检测从闪烁器输出的闪烁光，并且输出检测信号；(3)第一比较器，比较第一阈值电压和检测信号，并且输出具有相当于检测信号的电压值超过第一阈值电压的时间的第一时间宽度的第一数字信号；(4)第一时间宽度测量器，测量第一数字信号的第一时间宽度；(5)第二比较器，比较与第一阈值电压不同的第二阈值电压和检测信号，并且输出具有相当于检测信号的电压值超过第二阈值电压的时间的第二时间宽度的第二数字信号；(6)第二时间宽度测量器，测量第二数字信号的第二时间宽度；以及(7)解析部，基于第一时间宽度和第二时间宽度，求得表示检测信号的时间波形的时间常数而构成。
在上述的放射线检测装置中，相对于从包含闪烁器和光检测器的放射线检测器输出的检测信号，设有设定了互相不同的阈值电压的第一比较器和第二比较器。并且，将从这2个比较器输出的第一、第二数字信号的互相不同的时间宽度通过第一、第二时间宽度测量器测量，基于所得到的第一时间宽度和第二时间宽度，求得表示相应于放射线的检测的检测信号的时间波形的参数，即时间常数。根据这样的结构，能够以简单的结构适当地取得、判别检测信号的时间波形信息。
发明的效果
根据本发明的放射线检测装置，通过相对于从包含闪烁器和光检测器的放射线检测器输出的检测信号，设有设定了互相不同的阈值电压的第一、第二比较器，并且将从比较器输出的第一、第二数字信号的时间宽度通过第一、第二时间宽度测量器测量，基于所得到的第一、第二时间宽度，求得表示检测信号的时间波形的时间常数的结构，能够以简单的结构适当地取得、判别检测信号的时间波形信息。
附图说明
图1是概略性地示出放射线检测装置的第一实施方式的结构的图。
图2是示出关于图1所示的检测装置中的放射线检测方法的流程图。
图3是示出关于从光检测器输出的检测信号的时间波形的图表。
图4是示出关于检测信号的第一、第二时间宽度的图表。
图5是示出从闪烁器输出的闪烁光的时间波形的上升时间和下降时间的图表。
图6是示出使用了图1所示的检测装置的PET装置的结构的图。
图7是概略性地示出放射线检测装置的第二实施方式的结构的图。
图8是示出关于图7所示的检测装置中的放射线检测方法的流程图。
图9是示出关于使用图7所示的放射线检测器进行的测量实验的图。
图10是示出关于在图9所示的测量实验中所得的检测信号的时间波形以及第一、第二时间宽度的图表。
图11是示出关于根据在图9所示的测量实验中所得的检测信号的时间常数的闪烁器部的判别的图表。
图12是概略性地示出放射线检测装置的第三实施方式的结构的图。
图13是示出图12所示的检测装置中的光检测器的结构的俯视图。
图14是部分放大地示出图13所示的光检测器的结构的俯视图。
图15是示出关于图12所示的检测装置中的放射线检测方法的流程图。
图16是概略性地示出图12所示的检测装置中的光检测器的第一变形例的结构的图。
图17是概略性地示出图12所示的检测装置中的光检测器的第二变形例的结构的图。
具体实施方式
在下文中，参照附图对根据本发明的放射线检测装置的实施方式进行详细地说明。此外，在附图的说明中，对相同要素由相同的符号表示，并且省略重复的说明。另外，附图中的尺寸比例不一定必须与说明的尺寸比例一致。
图1是概略性地示出放射线检测装置的第一实施方式的结构的图。根据本实施方式的放射线检测装置1A具备放射线检测器10、时间波形测量部20和解析部30而构成。
放射线检测器10检测入射的放射线，并将所生成的电信号(电压信号)作为检测信号输出。本结构例中的放射线检测器10具有闪烁器11和光检测器15。闪烁器11由规定的闪烁材料构成，并且根据检测对象的放射线的入射而生成闪烁光。在闪烁器11中生成的闪烁光的时间波形是根据闪烁材料的发光特性而确定的规定的波形。另外，闪烁器11中的检测出的放射线例如是γ射线、X射线、电子、带电粒子、宇宙射线等。
光检测器15检测从闪烁器11输出的闪烁光并且输出检测信号。作为光检测器15，例如，可以使用光电倍增管(PMT:Photomultiplier Tube)、SiPM(硅光电倍增管(SiliconPhotomultiplier))、MPPC(多像素光子计数器(Multi-Pixel Photon Counter))等。另外，在从光检测器15的输出为电流信号的情况下，优选由放大器等进行电流电压转换而生成作为电压信号的检测信号。检测信号的时间波形是根据上述的闪烁光的时间波形和光检测器15的光检测特性等确定的规定的波形。在光检测器15中生成的检测信号S0从输出端子16输出至后级的时间波形测量部20。
时间波形测量部20是进行关于从光检测器15的输出端子16输出的检测信号S0的时间波形的测量的测量电路部。本结构例中的时间波形测量部20具有第一比较器21、第二比较器22、第一时间宽度测量器23和第二时间宽度测量器24。从光检测器15输出的检测信号S0在分支点17处被分支，并且被分支了的检测信号S0分别输入至第一比较器21和第二比较器22。
第一比较器21被赋予第一阈值电压V1。第一比较器21比较第一阈值电压V1和作为电压信号的检测信号S0，输出具有相当于检测信号S0的电压值超过阈值电压V1的时间的第一时间宽度T1的第一数字信号S1。另外，第二比较器22被赋予具有与第一阈值电压V1不同的电压值的第二阈值电压V2。第二比较器22比较第二阈值电压V2和检测信号S0，输出具有相当于检测信号S0的电压值超过阈值电压V2的时间的第二时间宽度T2的第二数字信号S2。
第一时间宽度测量器23测量从第一比较器21输出的第一数字信号S1的第一时间宽度T1，并且将所求得的第一时间宽度T1的数据向后级的解析部30输出。另外，第二时间宽度测量器24测量从第二比较器22输出的第二数字信号S2的第二时间宽度T2，并且将所求得的第二时间宽度T2的数据向解析部30输出。第一时间宽度测量器23和第二时间宽度测量器24中的各个优选地由时间-数字转换器(TDC:Time to Digital Converter)构成。
解析部(解析装置)30基于从第一、第二时间宽度测量器23、24分别输入的第一时间宽度T1和第二时间宽度T2，求得表示作为检测信号S0的时间波形的参数的时间常数τ。时间常数τ例如是后述的检测信号S0的时间波形中的下降时间τd。另外，解析部30可以求得表示除了下降时间τd以外的时间波形的参数作为时间常数τ。另外，解析部30可以根据需要，基于时间常数τ，进一步求得检测信号S0的时间波形中的波峰值E。作为解析部30，例如，可以使用包含CPU和存储器等的计算机、FPGA(现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray))等。
在解析部30，连接有显示部(显示装置)31和存储部(存储装置)32。显示部31根据需要显示如上导出的时间常数τ等的根据解析部30的检测信号S0的解析结果等。存储部32存储输入于解析部30的第一、第二时间宽度T1、T2的数据，由解析部30导出的时间常数τ等的解析结果的数据等。
对根据上述实施方式的放射线检测装置1A的效果进行说明。
在图1所示的放射线检测装置1A中，设置相对于从包含闪烁器11和光检测器15的放射线检测器10输出的检测信号S0，设定了互相不同的阈值电压V1、V2的第一比较器21和第二比较器22。并且，将从这2个比较器21、22中输出的第一、第二数字信号S1、S2的互相不同的时间宽度通过第一、第二时间宽度测量器23、24测量，基于所得的第一时间宽度T1和第二时间宽度T2，在解析部30中，求得表示相应于放射线的检测检测信号S0的时间波形的时间常数τ。根据这样的结构，能够不进行波形采样等，而是以简单的结构适当地取得、判别检测信号S0的时间波形信息。
另外，在上述的检测装置1A中，解析部30还可以是除了求得上述的时间常数τ以外，基于时间常数τ进一步求得检测信号S0的时间波形中的波峰值E的结构。根据这样的结构，除了比较器21、22以及包含时间宽度测量部23、24的时间波形测量部20之外，即使不追加设置模拟-数字转换器(ADC:Analog to Digital Converter)等的波峰值测量器，也可以在高速且低功耗下容易地求得检测信号S0的波峰值E。此外，关于这样的波峰值E，如果不需要则也可以为不求得的结构。
图2是示出关于图1中所示的放射线检测装置1A中的放射线检测方法的流程图。另外，图3是示出关于从光检测器15输出的检测信号S0的时间波形的图表。另外，图4是示出相对于检测信号S0适用第一、第二阈值电压V1、V2所得的第一、第二时间宽度T1、T2的图表。在下文中，对于根据本实施方式的放射线检测方法，参照检测信号S0的时间波形以及时间常数τ的导出方法的具体例等进行说明。
在图2所示的放射线检测方法中，首先，在由闪烁器11和光检测器15构成的放射线检测器10中检测放射线，并且从光检测器15的输出端子16输出相应于放射线的入射的检测信号S0(步骤S11)。图3概略性地示出从光检测器15输出的检测信号S0的时间波形的一例。在图3的图表中，横轴表示时间，纵轴表示检测信号S0的电压值。
在图3所示的检测信号S0的时间波形中，比信号峰值Sp更前的部分是上升信号部Sr，比信号峰值Sp更后的部分是下降信号部Sd。另外，具有例如图3所示的形状的检测信号S0的时间波形，例如，可以由以下的式(1)表示。
[式1]
Figure BDA0002327897630000071
这里，在式(1)中，E表示作为信号峰值Sp处的电压值的波峰值，τr表示上升信号部Sr中的上升时间(上升时间常数)，τd表示下降信号部Sd中的下降时间(下降时间常数)。
从放射线检测器10输出的检测信号S0，输入至时间波形测量部20的第一、第二比较器21、22。第一比较器21比较第一阈值电压V1和检测信号S0，如图4的图表所示，输出具有相当于检测信号S0的电压值超过阈值电压V1的时间的第一时间宽度T1的第一数字信号S1。另外，第二比较器22比较第二阈值电压V2和检测信号S0，同样地，输出具有相当于检测信号S0的电压值超过阈值电压V2的时间的第二时间宽度T2的第二数字信号S2(步骤S12)。这些第一、第二时间宽度T1、T2在第一、第二时间宽度测量器23、24中分别被测量(步骤S13)。
此外，在图3、图4中，示出检测信号S0的时间波形中的信号峰值Sp相对于电压位于正方向的情况，但是在检测信号S0的信号峰值Sp相对于电压位于负方向的情况下，对于上述的时间宽度，例如，只要求得相当于反转了检测信号的正负的检测信号S0的电压值超过阈值电压的时间的时间宽度即可。这对应于原始的检测信号的电压值低于阈值电压的时间。
解析部30基于在第一、第二时间宽度测量器23、24中测量的第一、第二时间宽度T1、T2等，导出表示检测信号S0的时间波形的时间常数τ(步骤S14)。另外，解析部30根据需要，基于第一、第二时间宽度T1、T2、以及时间常数τ等，导出检测信号S0的时间波形中的波峰值E(步骤S15)。
这里，在从光检测器15输出的检测信号S0的时间波形中，在上升时间τr相对于下降时间τd足够短的情况下，相对于第一阈值电压V1的检测信号S0的第一时间宽度T1由下式(2)表示。
[式2]
Figure BDA0002327897630000081
另外，相对于第二阈值电压V2的检测信号S0的第二时间宽度T2，同样地由下式(3)表示。
[式3]
Figure BDA0002327897630000082
因此，当将在解析部30中作为时间波形参数导出的时间常数τ设为检测信号S0的时间波形中的下降时间τd时，时间常数τ可以由下式(4)求得。
[式4]
τ＝τd＝(T1-T2)/log(V2/V1) …(4)
通过使用这样的式(4)，可以适当且容易地求得检测信号S0的时间常数τ。
另外，在解析部30中，当除了求得时间常数τ之外还求得检测信号S0的波峰值E时，波峰值E可以使用上述中作为时间常数τ所求得的下降时间τd，并由下式(5)求得。
[式5]
Figure BDA0002327897630000091
此外，对于第一、第二比较器21、22中的第一、第二阈值电压V1、V2，为了容易地求得时间常数τ等，可以进行任意地设定、调整。
另外，关于在检测信号S0中，上升时间τr相对于下降时间τd足够短的上述的波形条件，具体地，例如，检测信号S0的时间波形中的上升时间τr相对于下降时间τd的条件优选为满足
(τr/τd)<0.1。
此处，图5是示出从闪烁器输出的闪烁光的时间波形的上升时间τr和下降时间τd的图表。在图5中，作为用于PET装置的现有的闪烁器，对于LSO、LYSO、LaBr3、GSO、GAGG，表示时间波形的上升时间τr和下降时间τd。对于这些闪烁器，认为充分地满足了上升时间τr相对于下降时间τd足够短的上述条件。
如图1所示的结构的放射线检测装置1A可以适当地适用于例如PET装置。图6是示出关于适用了图1所示的放射线检测装置的PET装置的结构的图。PET装置2A以将多个包含闪烁器11和光检测器15的多个放射线检测器10以围绕被验者P的方式配置而构成。此外，相对于从各个放射线检测器10输出的检测信号S0，设置有包含如图1所示的时间波形测量部20和解析部30的信号处理部60。
在PET装置2A中，在被验者P的内部由正电子的湮灭而生成的一对γ射线被多个放射线检测器10检测出。在图6所示的例中，在被验者P的内部的测量点P1处生成的一对γ射线被放射线检测器101、102检测出。另外，在测量点P2处生成的一对γ射线被放射线检测器103、104检测出。
从放射线检测器10输出的检测信号S0被输入至信号处理部60，并且如图1相关的上述的那样，在信号处理部60中，进行检测信号S0的第一、第二时间宽度T1、T2的测量，以及时间波形的时间常数τ的导出等。另外，基于所求得的时间常数τ，例如导出闪烁器11的特性等的放射线检测器10的特性。导出的放射线检测器10的特性的信息可以被用于例如PET装置2A的性能提高。
图7是概略性地示出放射线检测装置的第二实施方式的结构的图。根据本实施方式的放射线检测装置1B具备放射线检测器10B、时间波形测量部20和解析部30而构成。在这些当中，对于时间波形测量部20和解析部30的结构，与图1所示的结构相同。另外，在图7中，对于连接于解析部30的显示部31、存储部32，省略了图示。
本结构例中的放射线检测器10B具有闪烁器11、光检测器15。另外，闪烁器11从光检测器15侧依次配置第一闪烁器部12、第二闪烁器部13而构成。
第一闪烁器部12由第一闪烁材料构成，并根据放射线的入射生成具有规定的时间波形的闪烁光。第二闪烁器部13由与第一闪烁材料不同的第二闪烁材料构成，并根据放射线的入射生成具有与第一闪烁器部12不同的时间波形的闪烁光。光检测器15检测从第一闪烁器部12或第二闪烁器部13输出的闪烁光，并且经由输出端子16和放大器18输出检测信号S0。此时，从光检测器15输出的检测信号S0的时间波形取决于是否为放射线与第一、第二闪烁器部12、13中的任一个相互作用而检测出的而成为不同的波形。
图8是示出关于在图7所示的放射线检测装置1B中实行的放射线检测方法的流程图。在图8所示的放射线检测方法中，首先，在由包含第一、第二闪烁器部12、13的闪烁器11和光检测器15构成的放射线检测器10B中检测放射线，并且从光检测器15的输出端子16输出检测信号S0(步骤S21)。
检测信号S0，经过放大器18和分支点17，输入至时间波形测量部20的第一、第二比较器21、22。第一比较器21比较第一阈值电压V1和检测信号S0，输出具有第一时间宽度T1的第一数字信号S1。另外，第二比较器22比较第二阈值电压V2和检测信号S0，输出具有第二时间宽度T2的第二数字信号S2(步骤S22)。这些第一、第二时间宽度T1、T2在第一、第二时间宽度测量器23、24中分别被测量(步骤S23)。
解析部30基于在第一、第二时间宽度测量器23、24中测量的第一、第二时间宽度T1、T2，导出表示检测信号S0的时间波形的时间常数τ(步骤S24)。另外，解析部30基于求得的时间常数τ，判别检测信号S0是否为由在第一闪烁器部12和第二闪烁器部13中的任一个中生成的闪烁光引起的从光检测器15输出的检测信号，即，放射线是否为在第一、第二闪烁器部12、13中的任一个中检测出的(步骤S25)。
如此，在如上所述地基于第一、第二时间宽度T1、T2求得检测信号S0的时间常数τ的结构中，在闪烁器11包含第一、第二闪烁器部12、13的情况下，基于所求得的时间常数τ，可以判别放射器是否为在第一、第二闪烁器部12、13中的任一个中检测出的。另外，如这样的闪烁器部的判别，即使在闪烁器包含3个以上的闪烁器部的情况下，也能够同样地进行。
对于根据这样的检测信号S0的时间常数τ的闪烁器部的判别，进行了测量实验。图9是示出关于使用图7所示的放射线检测器10B进行的测量实验的图。在本测量实验中，将放射线检测器10B配置于温度为25℃的恒温槽35内进行了实验。关于放射线检测器10B的结构，使用5×5×5mm3的GSO闪烁器作为第一闪烁器部12，使用3×3×10mm3的GAGG闪烁器作为第二闪烁器部13。
另外，使用了Hamamatsu Photonics制造的S13360-3050作为光检测器15的MPPC。该MPPC的受光面尺寸为3.0×3.0mm2，且排列成二维的多个光检测像素的排列间距为50μm。另外，对于施加于MPPC的电压，将超过击穿电压的电压分设为Vexcess＝4.0V。另外，在与包含第一、第二闪烁器部12、13的闪烁器11相距5cm的位置处，配置22Na线源作为放射线源36，并且通过放射线检测器10B检测了来自该放射线源36的γ射线。
另外，在本测量实验中，相对于从光检测器15的输出端子16输出的检测信号S0，设置示波器38以替代图7所示的时间波形测量部20，将在示波器38中测量的时间波形数据获取至解析部30的计算机(PC)后，通过软件进行对检测信号S0的时间波形的第一、第二时间宽度T1、T2以及时间常数τ等的解析。另外，使用了Keysight Corporation制造的DSO-S404A作为示波器38。
图10是示出关于在图9所示的测量实验中所得的检测信号S0的时间波形以及第一、第二时间宽度T1、T2的图表。在此，对于在示波器38中求得的检测信号S0的时间波形数据S6，在解析部30中以理论式进行拟合，取得了作为拟合结果的时间波形S7。另外，对于该时间波形S7，设定第一、第二阈值电压V1、V2并且进行数值解析，求得了第一时间宽度T1和第二时间宽度T2。另外，基于这些第一、第二时间宽度T1、T2，求得检测信号S0的时间常数τ。
图11是示出关于根据在图9所示的测量实验中所得的检测信号的时间常数的闪烁器部的判别的图表。在图11的图表中，横轴表示作为时间常数τ求得的检测信号S0的下降时间τd(ns)。在图11所示的实验结果中，能够明确地判别根据分布于下降时间τd短的区域R1的GSO闪烁器的检测数据和根据分布于下降时间τd长的区域R2的GAGG闪烁器的检测数据。这样的闪烁器判别功能，例如，可以适用于在重叠检测信号的时间常数互相不同的多种类型的闪烁器部而构成的Phoswich型检测器中的闪烁器部的判别，由此，可以实现能够对应于高计数率，且能够低功耗化的检测装置。
图12是概略性地示出放射线检测装置的第三实施方式的结构的图。根据本实施方式的放射线检测装置1C，具备放射线检测器10C、时间波形测量部20和解析部30而构成。在这些当中，关于时间波形测量部20和解析部30的结构与图1所示的结构相同。另外，在图12中，对于连接于解析部30的显示部31、存储部32和包含于放射线检测器10C的闪烁器11，省略了图示。
本结构例中的放射线检测器10C具有闪烁器11和光检测器15。此外，作为光检测器15，使用具有多个光检测像素(光检测部)并构成为MPPC的光检测器50。图13是示出图12所示的放射线检测装置1C中的光检测器50的结构的俯视图。另外，图14是部分放大地示出图13所示的光检测器50的结构的俯视图。在图14中，示出图13所示的光检测器50中的中心部51的放大图。
光检测器50，具有排列成一维或二维，并且分别根据光的入射生成检测信号S0的N个光检测像素(微像素)52和向外部输出在N个光检测像素52中的各个中生成的检测信号S0的单个输出端子16而构成。在此，N为2以上的整数。另外，关于MPPC的具体的结构，例如，可以参照专利文献1。
在图13、图14所示的结构例中，N个光检测像素52在光检测器50的检测器芯片上二维地排列。另外，在检测器芯片的中央部，配置有来自各个光检测像素52的检测信号S0被收集的公共电极58。此外，在图13中，为了易于公共电极58的观察等，仅在检测器芯片的两端部周边图示出光检测像素52。
光检测器50中的N个光检测像素52中的各个，具有以盖革模式工作的雪崩光电二极管(APD:Avalanche Photodiode)53和相对于APD53串联连接的淬灭电阻54。另外，淬灭电阻54，如图14所示，经由信号线59连接于公共电极58。在光检测像素52中生成的检测信号S0经由信号线59和公共电极58从输出端子16向外部输出。
另外，光检测器50中的N个光检测像素52以输出具有不同的时间波形(互相不同的时间常数)的检测信号S0的方式构成。在本结构例中，具体地，光检测器50以具有在N个光检测像素52中确定检测信号的时间波形、时间常数的淬灭电阻54具有互相不同的电阻值的方式构成。
图15是示出关于在图12所示的放射线检测装置1C中实行的放射线检测方法的流程图。在图15所示的放射线检测方法中，首先，在由闪烁器11以及包含N个光检测像素52的光检测器50构成的放射线检测器10C中检测放射线，并且从光检测器15的输出端子16输出检测信号S0(步骤S31)。
检测信号S0，经过放大器18和分支点17，输入至时间波形测量部20的第一、第二比较器21、22。第一比较器21比较第一阈值电压V1和检测信号S0，输出具有第一时间宽度T1的第一数字信号S1。另外，第二比较器22比较第二阈值电压V2和检测信号S0，输出具有第二时间宽度T2的第二数字信号S2(步骤S32)。这些第一、第二时间宽度T1、T2在第一、第二时间宽度测量器23、24中分别被测量(步骤S33)。
解析部30基于在第一、第二时间宽度测量器23、24中测量的第一、第二时间宽度T1、T2，导出表示检测信号S0的时间波形的时间常数τ(步骤S34)。另外，解析部30基于求得的时间常数τ，判别检测信号S0是否为从N个光检测像素(光检测部)中的任一个中输出的检测信号(步骤S35)。
如此，在如上所述地基于第一、第二时间宽度T1、T2求得检测信号S0的时间常数τ的结构中，在光检测器50包含N个光检测像素(光检测部)52的情况下，基于所求得的时间常数τ，可以判别检测信号S0是否为从N个光检测像素(光检测部)52中的任一个中输出的。
此外，在本结构例中，如上所述，虽然将光检测器50设为包含N个光检测像素52，但是对于光检测像素(光检测部)52的个数，可以在2个以上任意地设定。例如，当光检测器5包含输出规定的时间波形的检测信号的第一光检测部和输出与第一光检测部不同的时间波形的检测信号的第二光检测部时，基于所求得的时间常数τ，可以判别检测信号S0是否为从第一、第二光检测部中的任一个输出的检测信号。
另外，对于在光检测器50中的输出互相不同的时间波形的检测信号的N个光检测像素52的结构，除了图12所示的结构以外，也能够具体地使用各种结构。
图16是概略性地示出图12所示的放射线检测装置1C中的光检测器15的第一变形例的结构的图。在本结构例中，光检测器15构成为具有N个光检测像素52和单个输出端子16的光检测器50A。
光检测器50A中的N个光检测像素52中的各个，具有以盖革模式工作的雪崩光电二极管APD53和相对于APD53串联连接的淬灭电阻54，以及串联连接于淬灭电阻54和输出端子16之间的频率滤波器55。
另外，在本结构例中，光检测器50A以N个光检测像素52中的频率滤波器55具有互相不同的频率特性的方式构成。由此，光检测器50A中的N个光检测像素52输出互相不同的时间波形的检测信号S0。N个光检测像素52中的频率滤波器55中的各个，例如，是具有互相不同的截止频率的高通滤波器、低通滤波器、或者带通滤波器。
图17是概略性地示出图12所示的检测装置中的放射线检测装置1C中的光检测器15的第二变形例的结构的图。在本结构例中，光检测器15构成为具有N个光检测像素52和单个输出端子16的光检测器50B。
光检测器50B中的N个光检测像素52中的各个具有以盖革模式工作的APD53、相对于APD53串联连接的淬灭电阻54以及相对于APD53并联连接的电容器56。
另外，在这样的结构中，光检测器50B以N个光检测像素52中的频率滤波器56具有互相不同的电容值的方式构成。由此，光检测器50B中的N个光检测像素52输出互相不同的时间波形的检测信号S0。
根据本发明的放射线检测装置，不限于上述的实施方式和结构例，并且可以进行各种修改。例如，在图7、图12所示的结构中，相对于从光检测器15输出的检测信号S0设置了放大器18，但是对于该放大器18，如果不需要则也可以为不设置的结构。
另外，关于表示在解析部30中求得的检测信号S0的时间波形的时间常数τ，在上述结构例中，将下降时间τd设为时间常数τ，但是只要能够判别检测信号S0的时间波形，则也可以是求得关于时间波形的其它的参数作为时间常数τ。另外，关于用于时间常数τ的导出的检测信号S0的时间宽度，在上述结构例中，设为测量第一、第二时间宽度T1、T2的结构，但是也可以为例如测量3个种类以上的时间宽度的结构。
在根据上述实施方式的放射线检测装置中，由：(1)闪烁器，相应于放射线生成闪烁光；(2)光检测器，检测从闪烁器输出的闪烁光，并且输出检测信号；(3)第一比较器，比较第一阈值电压和检测信号，并且输出具有相当于检测信号的电压值超过第一阈值的时间的第一时间宽度的第一数字信号；(4)第一时间宽度测量装置，测量电子信号的第一时间宽度；(5)第二比较器，比较与第一阈值电压不同的第二阈值电压和检测信号，并且输出具有相当于检测信号的电压值超过第二阈值的时间的第二时间宽度的第二数字信号；(6)第二时间宽度测量装置，测量第二数字信号的第二时间宽度；以及(7)解析部，基于第一时间宽度和第二时间宽度，求得表示检测信号的时间波形的时间常数而构成。
此处，在上述的检测装置中，闪烁器可以是包含：生成具有规定的时间波形的闪烁光的第一闪烁器部和生成具有与第一闪烁器部不同的时间波形的闪烁光的第二闪烁器部的结构。另外，在这种情况下，解析部可以是基于所求得的时间常数，判断检测信号是否为由在第一闪烁器部和第二闪烁器部的任一个中生成的闪烁光引起的从光检测器输出的检测信号的结构。在这样的结构中，根据检测信号的时间常数，可以可靠地进行闪烁器部的判别。
另外，在上述的检测装置中，光检测器也可以是包含生成具有规定的时间波形的检测信号的第一光检测部和生成具有与第一光检测部不同的时间波形的检测信号的第二光检测部的结构。另外，在这种情况下，解析部可以是基于所求得的时间常数，判断检测信号是否为从第一光检测部和第二光检测部中的任一个输出的检测信号的结构。在这样的结构中，根据检测信号的时间常数，可以可靠地进行光检测部的判别。
关于检测装置的具体的结构，第一时间宽度测量器和第二时间宽度测量器中的各个也可以是包含时间-数字转换器的结构。由此，可以适当地测量检测信号的第一、第二时间宽度。
另外，在上述的检测装置中，检测信号的时间波形中的上升时间τr相对于下降时间τd也可以是满足条件
(τr/τd)<0.1的结构。另外，在上述的检测装置中，解析部可以是设第一阈值电压为V1，设第一时间宽度为T1，设第二阈值电压为V2，设第二时间宽度为T2，并且由
τ＝(T1-T2)/log(V2/V1)
求得时间常数τ的结构。根据这些结构，可以适当地求得检测信号的时间常数τ。
此外，在上述的检测装置中，解析部也可以是基于时间常数，进一步求得检测信号的时间波形中的波峰值的结构。根据这样的结构，可以不在包含比较器和时间宽度测量器的时间波形测量部单独地设置波峰值测量器，而可以适当地求得检测信号的波峰值。
产业上的利用可能性
本发明可以作为能够适当地取得、判别从包含闪烁器和光检测器而构成的放射线检测器输出的检测信号的时间波形信息的放射线检测装置被利用。
符号的说明
1A、1B、1C…放射线检测装置；10、10B、10C…放射线检测器；11…闪烁器；12…第一闪烁器部；13…第二闪烁器部；15…光检测器；16…输出端子；17…分支点；18…放大器；
20…时间波形测量部；21…第一比较器；22…第二比较器；23…第一时间宽度测量器；24…第二时间宽度测量器；
30…解析部；31…显示部；32…存储部；35…恒温槽；36…放射线源；38…示波器；2A…PET装置；60…信号处理部；
50、50A、50B…光检测器；51…区域；52…光检测像素；53…雪崩式光电二极管(APD)；54…淬灭电阻；55…频率滤波器；56…电容器；58…公共电极；59…信号线；
S0…检测信号；Sp…信号峰；Sr…上升信号部；Sd…下降信号部；S1…第一数字信号；S2…第二数字信号；V1…第一阈值电压；V2…第二阈值电压；T1…第一时间宽度；T2…第二时间宽度。

Claims (9)

1.一种放射线检测装置，其特征在于，
具备：
闪烁器，相应于放射线的入射而生成闪烁光；
光检测器，检测从所述闪烁器输出的所述闪烁光，并且输出检测信号；
第一比较器，比较第一阈值电压和所述检测信号，并且输出具有相当于所述检测信号的电压值超过所述第一阈值电压的时间的第一时间宽度的第一数字信号；
第一时间宽度测量器，测量所述第一数字信号的所述第一时间宽度；
第二比较器，比较与所述第一阈值电压不同的第二阈值电压和所述检测信号，并且输出具有相当于所述检测信号的电压值超过所述第二阈值电压的时间的第二时间宽度的第二数字信号；
第二时间宽度测量器，测量所述第二数字信号的所述第二时间宽度；以及
解析部，基于所述第一时间宽度和所述第二时间宽度，求得表示所述检测信号的时间波形的时间常数。
2.根据权利要求1所述的放射线检测装置，其特征在于，
所述闪烁器包含生成具有规定的时间波形的闪烁光的第一闪烁器部和生成具有与所述第一闪烁器部不同的时间波形的闪烁光的第二闪烁器部。
3.根据权利要求2所述的放射线检测装置，其特征在于，
所述解析部基于所述时间常数，判别所述检测信号是否为由在所述第一闪烁器部和所述第二闪烁器部中的任一个中生成的闪烁光引起并从所述光检测器输出的检测信号。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的放射线检测装置，其特征在于，
所述光检测器包含输出具有规定的时间波形的检测信号的第一光检测部和输出具有与所述第一光检测部不同的时间波形的检测信号的第二光检测部。
5.根据权利要求4所述的放射线检测装置，其特征在于，
所述解析部基于所述时间常数判别所述检测信号是否为从所述第一光检测部和所述第二光检测部中的任一个输出的检测信号。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的放射线检测装置，其特征在于，
所述第一时间宽度测量器和所述第二时间宽度测量器中的各个包含时间-数字转换器。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的放射线检测装置，其特征在于，
所述检测信号的时间波形中的上升时间τr相对于下降时间τd，满足条件
(τr/τd)<0.1。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的放射线检测装置，其特征在于，
所述解析部，以所述第一阈值电压为V1，所述第一时间宽度为T1，所述第二阈值电压为V2，所述第二时间宽度为T2，通过
τ＝(T1-T2)/log(V2/V1)
求得所述时间常数τ。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的放射线检测装置，其特征在于，
所述解析部基于所述时间常数，求得所述检测信号的时间波形中的波峰值。
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