JP2015087348A

JP2015087348A - 放射線検出装置および陽電子放射断層撮影装置

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Publication number: JP2015087348A
Application number: JP2013228206A
Authority: JP
Inventors: 浩之高橋; Hiroyuki Takahashi; 健次島添; Kenji Shimazoe; 忠織田; Tadashi Oda
Original assignee: University of Tokyo NUC
Current assignee: University of Tokyo NUC
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2015-05-07

Abstract

【課題】より簡易な構成の放射線検出装置を提供する。
【解決手段】各放射線検出モジュール３０ａ〜３０ｄにおいて、信号端子Ｔｐｄ２１〜Ｔｐｄ３６を、各放射線検出モジュール３０ａ〜３０ｄの受光素子ＰＤ２１〜ＰＤ３６のうち予め定めた位置の４個の受光素子に接続する。１個の信号端子に４個の受光素子を接続するから、１個の信号端子に１個の受光素子を接続するものより、信号端子の数や増幅器の数を減らすことができ、より簡易な構成にすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射線検出装置および陽電子放射断層撮影装置に関し、詳しくは、第１受光素子と、第１受光素子の一面に取り付けられた複数のシンチレータと、各シンチレータの第１受光素子へ取り付けられた面の反対側の面に取り付けられた複数の第２受光素子と、を有する放射線検出モジュールを複数備え、各放射線検出モジュールは対向する他の放射線検出モジュールと対となるよう１つ又は複数の区画に分けて配置されている放射線検出装置およびこうした放射線検出装置を備える陽電子放射断層撮影装置に関する。

従来、この種の放射線検出装置としては、光電子増倍管（ＰＭＴ）の一面に配置された複数のＬＳＯシンチレータからなるＬＳＯシンチレータアレイと、各ＬＳＯシンチレータのＰＭＴが配置された面の反対面に配置された複数のフォトダイオード（ＰＤ）とを備えるものが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この放射線検出装置では、ＰＭＴからの信号と各ＰＤからの信号を用いてＬＳＯシンチレータの発光（相互作用）位置（Depth of interaction, ＤＯＩ）を検出することにより、精度良くシンチレータの発光位置（深さ）を検出することができるとしている。

J.S.huber et.al, "An LSO Scintillator Array for a PET Detector Module with Depth of Interaction Measerement", IEEE TRANSACTION ON NUCLEAR SCIENCE, VOL.48,NO3. JUNE 2001

こうした放射線検出装置では、一般に、同じタイミングで発光した２個のシンチレータにおける発光位置から、シンチレータにおいて発光に寄与した放射線を放出した放射線源の位置を演算している。そして、精度良く放射線源の位置を演算することが重要な課題として認識されている。精度良く放射線源の位置を演算する手法として、単位面積当たりより多くのシンチレータを配置してシンチレータの発光位置を検出する精度を向上させる手法が考えられる。しかしながら、この手法では、より多くのＰＤが必要となり、ＰＤからの信号を出力する信号端子の数が増大していまい、装置全体の構成が複雑になってしまう。

本発明の放射線検出装置では、装置全体の構成をより簡易にすることを主目的とする。

本発明の放射線検出装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の放射線検出装置は、
第１受光素子と、第１受光素子の一面に取り付けられた複数のシンチレータと、各シンチレータの前記第１受光素子へ取り付けられた面の反対側の面に取り付けられた複数の第２受光素子と、を有する放射線検出モジュールを複数備え、前記各放射線検出モジュールは対向する他の放射線検出モジュールと対となるよう１つ又は複数の区画に分けて配置されている放射線検出装置であって、
各放射線検出モジュールの第１受光素子に接続され、前記第１受光素子からの信号を出力する複数の第１信号端子と、
前記区画内の放射線検出モジュールの予め定められた位置に配置された複数の第２受光素子に接続され、該第２受光素子からの信号を出力する複数の第２信号端子と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の放射線検出装置では、第２受光素子からの信号を出力する第２信号端子を区画内の放射線検出モジュールの予め定められた位置に配置された複数の第２受光素子に接続するから、第２信号端子を１つの第２受光素子に接続するものに比して、第２信号端子の数を減らすことができ、装置全体の構成をより簡易にすることができる。

こうした本発明の放射線検出装置において、前記第２信号端子は、前記区画内の放射線検出モジュールにおいて同じ位置に配置された複数の前記第２受光素子に接続されているものとすることもできる。

また、本発明の放射線検出装置において、前記複数の放射線検出モジュールは、環状に配置されているものとすることもできる。これにより、放射線源からの放射線のうちより多くの放射線をシンチレータで捉えることができ、より精度良く放射線源の位置を演算することができる。

さらに、本発明の放射線検出装置において、前記第２受光素子は、前記第１受光素子より感度が高い素子であるものとすることもできる。

そして、本発明の放射線検出装置において、前記第１信号端子からの信号と前記第２信号端子からの信号とを用いて同じタイミングで発光した２個のシンチレータについて該２個のシンチレータ内の発光位置を演算し、前記演算した各シンチレータの発光位置に基づいて放射線源の位置を演算する線源位置演算部を備えるものとすることもできる。こうすれば、より簡易な構成で精度良く放射線源の位置を検出することができる。この場合において、前記線源位置演算部は、前記第１信号端子からの信号の振幅と前記複数の第２信号端子からの信号の振幅との比に基づいて前記発光位置を演算するものとすることもできる。

また、本発明の放射線検出装置において、前記第１受光素子は、アバランシェフォトダイオードであり、前記第２受光素子は、シリコン光電子増倍管であるものとすることもできる。

本発明の陽電子放射断層撮影装置は、
上述した線源位置演算部を備える態様の本発明の放射線検出装置、すなわち、基本的には、第１受光素子と、第１受光素子の一面に取り付けられた複数のシンチレータと、各シンチレータの前記第１受光素子へ取り付けられた面の反対側の面に取り付けられた複数の第２受光素子と、を有する放射線検出モジュールを複数備え、前記各放射線検出モジュールは対向する他の放射線検出モジュールと対となるよう１つ又は複数の区画に分けて配置されている放射線検出装置であって、各放射線検出モジュールの第１受光素子に接続され、前記第１受光素子からの信号を出力する複数の第１信号端子と、前記区画内の放射線検出モジュールの予め定められた位置に配置された複数の第２受光素子に接続され、該第２受光素子からの信号を出力する複数の第２信号端子と、前記第１信号端子からの信号と前記第２信号端子からの信号とを用いて同じタイミングで発光した２個のシンチレータについて該２個のシンチレータ内の発光位置を演算し、前記演算した各シンチレータの発光位置に基づいて放射線源の位置を演算する線源位置演算部と、を備える放射線検出装置と、
前記制限位置演算部により演算された放射線源位置を陽電子の対消滅が生じた位置として画像を形成して表示する画像表示部と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の陽電子放射断層撮影装置は、上述した線源位置演算部を備える態様の本発明の放射線検出装置を備えているから、上述した線源位置演算部を備える態様の本発明の放射線検出装置が奏する効果、例えば、より精度良く放射線源の位置を演算することができる効果などと同様の効果を奏する。

本発明の一実施例として放射線検出装置２０が搭載されたＰＥＴ装置１００の構成の概略を示す構成図である。各区画内の放射線検出モジュール３０ａ〜３０ｄの構成の一例を示す説明図である。コンピュータ５０により実行される核種位置演算処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。変形例としての放射線検出モジュール１３０ａ〜１３０ｄの構成の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例として放射線検出装置２０が搭載された陽電子放射断層撮影装置（Positron Emission computed Tomography：以下「ＰＥＴ装置」という）１００の構成の概略を示す構成図である。ＰＥＴ装置１００は、被検体Ｐが載置される寝台１０と、γ線を検出する放射線検出装置２０と、放射線検出装置２０から入力された信号を処理するデータ収集処理装置４０と、データ収集処理装置４０から入力された信号を用いて被検体Ｐ内での陽電子放出核種の分布を示すＰＥＴ画像を形成して表示するコンピュータ５０とから構成されている。

放射線検出装置２０は、撮影口２２を環状に取り囲むよう配置された複数の放射線検出モジュール３０を備えている。放射線検出モジュール３０は、対向する他の放射線検出モジュール３０と対となるよう４個の放射線検出モジュール３０を１つの区画Ｓとして複数の区画に分けて配置されている。以下、１つの区画Ｓに含まれる４個の放射線検出モジュールを、放射線検出モジュール３０ａ〜３０ｄとする。

図２は、各区画内の放射線検出モジュール３０ａ〜３０ｄの構成の一例を示す説明図である。放射線検出モジュール３０ａ〜３０ｄは、図示するように、信号強度に対するエネルギー情報の線形性が良好なアバランシェフォトダイオードとして構成され検出した光を電気信号に変換する大きさＳ１（例えば、２ｃｍ角など）の受光素子ＰＤ１０と、受光素子ＰＤ１０の一面に４行４列の行列状に取り付けられ入射したγ線を光に変換する１６個のシンチレータＳＣＩ１〜ＳＣＩ１６と、時間応答性が良好でアバランシェフォトダイオードより感度が高いシリコン光電子増倍管として構成され各シンチレータに対して受光素子ＰＤ１０が取り付けられた面の反対側の面に取り付けられ検出した光を電気信号に変換する受光素子ＰＤ１０より小さい大きさＳ２（例えば、５ｍｍ角など）の１６個の受光素子ＰＤ２１〜ＰＤ３６を備えている。各区画には、放射線検出モジュール３０ａ〜３０ｄの受光素子ＰＤ１０に接続された信号端子Ｔｐｄ０１〜Ｔｐｄ０４と、放射線検出モジュール３０ａ〜３０ｄの受光素子ＰＤ２１〜ＰＤ３６のうち予め定めた位置の受光素子に接続された信号端子Ｔｐｄ２１〜Ｔｐｄ３６と、信号端子Ｔｐｄ０１〜Ｔｐｄ０４，Ｔｐｄ２１〜Ｔｐｄ３６からの信号を増幅する増幅器Ａｍｐ０１〜０４，２１〜３６とが設けられている。

信号端子Ｔｐｄ２１〜Ｔｐｄ３６は、各放射線検出モジュール３０の受光素子ＰＤ２１〜ＰＤ３６のうち予め定めた位置の４個の受光素子に接続されている。例えば、信号端子Ｔｐｄ２１は放射線検出モジュール３０ａ〜３０ｄの受光素子ＰＤ２１に接続されており、信号端子Ｔｐｄ２４は放射線検出モジュール３０ａ〜３０ｄの受光素子ＰＤ２４に接続されている。つまり、信号端子Ｔｐｄ２１〜Ｔｐｄ３６は、放射線検出モジュール３０ａ〜３０ｄの４個の受光素子に接続されている。このように、１個の信号端子に４個の受光素子を接続することにより、１個の信号端子に１個の受光素子を接続するものより、信号端子の数や増幅器の数を減らすことができ、装置全体をより簡易な構成にすることができる。

データ収集処理装置４０には、全ての区画Ｓの増幅器Ａｍｐ０１〜０４，２１〜３６からの信号が入力される。データ収集処理装置４０は、各区画毎に、増幅器Ａｍｐ０１〜Ａｍｐ０４からの各信号の強度Ｉ０１〜Ｉ０３と閾値Ｉｔｈ１とを比較し、増幅器Ａｍｐ２１〜Ａｍｐ３６からの各信号の強度Ｉ２１〜Ｉ３６と閾値Ｉｔｈ２とを比較する。信号の強度Ｉ０１〜Ｉ０４のいずれか１つが閾値Ｉｔｈ１を超えると共に信号の強度Ｉ２１〜Ｉ３６のいずれか１つが閾値Ｉｔｈ２を超えたときには、信号の強度が閾値Ｉｔｈ１を超えた増幅器Ａｍｐ０１〜Ａｍｐ０４である検出増幅器ＩＤ１と、信号の強度が閾値Ｉｔｈ１を超えた増幅器Ａｍｐ０１〜Ａｍｐ０４の信号の強度であるエネルギー情報Ｅｐｄ１と、強度Ｉ２１〜Ｉ３６のうち閾値Ｉｔｈ２を超えた強度の信号が入力されたタイミングＴｉｎと、増幅器Ａｍｐ２１〜３６のうち信号の強度が閾値Ｉｔｈ２を超えた増幅器である検出増幅器ＩＤ２と、増幅器Ａｍｐ２１〜３６のうち信号の強度が閾値Ｉｔｈ２を超えた増幅器からの信号の強度であるエネルギー情報Ｅｐｄ２とをコンピュータ５０に出力する。ここで、強度Ｉ２１〜Ｉ３６のうち閾値Ｉｔｈ２を超えた強度の信号が入力されたタイミング、つまり、時間応答性が良好なシリコン光電子増倍管として構成された受光素子ＰＤ２１〜３６からの信号を用いて得られるタイミングＴｉｎをコンピュータ５０に出力するから、より精度の高いタイミング情報をコンピュータ５０に出力することができる。

コンピュータ５０は、図示しないＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、データを記憶する図示しないメモリやオペレータの操作が入力されるキーボード５２，後述の方法で形成したＰＥＴ画像を表示するディスプレイ５４を備えている。コンピュータ５０には、データ収集処理装置４０からの検出増幅器ＩＤ１，ＩＤ２，エネルギー情報Ｅｐｄ１，Ｅｐｄ２，タイミングＴｉｎなどが入力されている。

こうした構成されたＰＥＴ装置１００では、まず、陽電子放出核種を含む薬剤を摂取した被検体Ｐを寝台１０に載せた状態で放射線検出装置２０によるγ線の検出が所定時間実行される。放射線検出装置２０によるγ線の検出を実行しているとき、データ収集処理装置４０からコンピュータ５０へ送られたデータはコンピュータ５０のメモリに記憶されていく。そして、γ線の検出が開始されて所定時間経過すると、放射線検出装置２０によるγ線の検出を終了し、コンピュータ５０のメモリに記憶されているデータを用いて陽電子放出核種の位置を演算し、被検体Ｐ内での陽電子放出核種の分布を示すＰＥＴ画像を形成し、形成したＰＥＴ画像をディスプレイ５４に表示する。

ここで、陽電子放出核種の位置の演算について説明する。図３は、コンピュータ５０により実行される核種位置演算処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンが実行されると、コンピュータ５０は、メモリに記憶されている各区画毎のタイミングＴｉｎ、検出増幅器ＩＤ１，ＩＤ２を用いて同じタイミングで発光した２個の発光シンチレータを特定する（ステップＳ１００）。

ここで、二つの区画１，２で同じタイミングＴｉｎがメモリに記憶されているとする。例えば、区画１では、検出増幅器ＩＤ１に増幅器Ａｍｐ０１が設定され、検出増幅器ＩＤ２に増幅器Ａｍｐ２１が設定されているとすると、増幅器Ａｍｐ０１に接続された受光素子と増幅器Ａｍｐ２１に接続された受光素子との間に配置されたシンチレータ、つまり、放射線検出モジュール３０ａのシンチレータＳＣＩ１が発光シンチレータとして特定される。また、区画２では、検出増幅器ＩＤ１に増幅器Ａｍｐ０２が設定され、検出増幅器ＩＤ２に増幅器Ａｍｐ２２が設定されているとすると、増幅器Ａｍｐ０２に接続された受光素子と増幅器Ａｍｐ２２に接続された受光素子との間に配置されたシンチレータ、つまり、放射線検出モジュール３０ｂのシンチレータＳＣＩ２が発光シンチレータとして特定されるのである。ここで、時間応答性が良好なシリコン光電子増倍管として構成され受光素子ＰＤ２１〜３６からの信号を用いて特定されるタイミングＴｉｎを用いて同じタイミングで発光した２個の発光シンチレータを特定するから、精度良く同じタイミングで発光したシンチレータを特定することができる。

続いて、２個の発光シンチレータにおけるエネルギー情報Ｅｐｄ１とエネルギー情報Ｅｐｄ２との比から２個の発光シンチレータの発光位置（相互作用位置、Depth Of Interaction，ＤＯＩ）を演算し（ステップＳ１１０）、２個の発光シンチレータの発光位置を結ぶ線の中心を陽電子放出核種の位置として演算し（ステップＳ１２０）、メモリに記憶された全てのデータに対してステップＳ１００〜ステップＳ１２０の処理を実行して（ステップＳ１３０）、本ルーチンを終了する。このように、エネルギー情報Ｅｐｄ１とエネルギー情報Ｅｐｄ２との比からシンチレータ内の発光位置を演算するから、より精度良く発光位置を演算して陽電子放出核種の位置を演算することができる。

実施例のＰＥＴ装置１００では、こうして演算した陽電子放出核種の位置を用いてＰＥＴ画像を形成するから、被検体Ｐが猫やねずみなどの小動物であっても、より精度の良いＰＥＴ画像を形成することができる。

以上説明した実施例のＰＥＴ装置１００では、信号端子Ｔｐｄ２１〜Ｔｐｄ３６を、各放射線検出モジュール３０の受光素子ＰＤ２１〜ＰＤ３６のうち予め定めた位置の４個の受光素子に接続することにより、１個の信号端子に１個の受光素子を接続するものより、信号端子の数や増幅器の数を減らすことができ、装置全体をより簡易な構成にすることができる。さらに、エネルギー情報Ｅｐｄ１とエネルギー情報Ｅｐｄ２との比からシンチレータ内の発光位置を演算するから、より精度良く発光位置を演算して陽電子放出核種の位置を演算し、より精度の良いＰＥＴ画像を形成することができる。

実施例のＰＥＴ装置１００では、放射線検出モジュール３０は、環状に配置されているものとしたが、寝台１０に載せられた被検体Ｐの周りに配置されればよいから、例えば、Ｕ字状に配置されているものとしてもよい。

実施例のＰＥＴ装置１００では、受光素子ＰＤ１０がアバランシェフォトダイオードであり、受光素子ＰＤ２１〜ＰＤ３６がシリコン光電子増倍管であるものとしたが、受光素子ＰＤ１０，２１〜３６としては、検出した光を電気信号に変換する素子であれば如何なるものとしても構わない。また、受光素子ＰＤ２１〜ＰＤ３６として、受光素子ＰＤ１０より感度が低いものを用いても構わない。

実施例のＰＥＴ装置１００では、複数の放射線検出モジュール３０が４個の放射線検出モジュール３０を１つの区画Ｓとして複数の区画に分けて配置されているものとしたが、１つの区画Ｓに含まれる放射線検出モジュールの個数は４個に限定されるものではなく、例えば、２個や１０個であってもよいし、１個としてもよい。

実施例のＰＥＴ装置１００では、複数の放射線検出モジュール３０は、複数の区画に分けて配置されているものとしたが、全体で１つの区画として配置されているものとしてもよい。

実施例のＰＥＴ装置１００では、受光素子ＰＤ２１〜ＰＤ３６は、シンチレータＳＣＩ１〜ＳＣＩ１６に取り付けられているものとしたが、図４の変形例の放射線検出モジュール１３０ａ〜１３０ｄに示されるように、受光素子ＰＤ２１〜ＰＤ３６を光反射フィルタ（例えば、入射した光のうち１０％の光を透過させるフィルタ）１６０を介してシンチレータＳＣＩ１〜ＳＣＩ１６に取り付けるものとしてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、受光素子ＰＤ１０が「第１受光素子」に相当し、シンチレータＳＣＩ１〜ＳＣＩ１６が「複数のシンチレータ」に相当し、受光素子ＰＤ２１〜ＰＤ３６が「複数の第２受光素子」に相当し、放射線検出モジュール３０が「放射線検出モジュール」に相当し、信号端子Ｔｐｄ０１〜Ｔｐｄ０４が「第１信号端子」に相当し、信号端子Ｔｐｄ２１〜Ｔｐｄ３６が「第２信号端子」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、放射線検出装置や陽電子放射断層撮影装置の製造産業などに利用可能である。

１０寝台、２０放射線検出装置、２２撮影口、３０，３０ａ〜３０ｄ，１３０ａ〜１３０ｄ放射線検出モジュール、４０データ収集処理装置、５０コンピュータ、５２キーボード、５４ディスプレイ、１００ＰＥＴ装置、１６０光反射フィルタ、Ｐ被検体、ＰＤ１０，２１〜３６受光素子、Ｓ区画、ＳＣＩ１〜１６、シンチレータ、Ｔｐｄ０１〜０４，２１〜３６信号端子、Ａｍｐ０１〜０４，２１〜３６増幅器。

Claims

第１受光素子と、第１受光素子の一面に取り付けられた複数のシンチレータと、各シンチレータの前記第１受光素子へ取り付けられた面の反対側の面に取り付けられた複数の第２受光素子と、を有する放射線検出モジュールを複数備え、前記各放射線検出モジュールは対向する他の放射線検出モジュールと対となるよう１つ又は複数の区画に分けて配置されている放射線検出装置であって、
各放射線検出モジュールの第１受光素子に接続され、前記第１受光素子からの信号を出力する複数の第１信号端子と、
前記区画内の放射線検出モジュールの予め定められた位置に配置された複数の第２受光素子に接続され、該第２受光素子からの信号を出力する複数の第２信号端子と、
を備える放射線検出装置。
請求項１記載の放射線検出装置であって、
前記第２信号端子は、前記区画内の放射線検出モジュールにおいて同じ位置に配置された複数の前記第２受光素子に接続されている
放射線検出装置。
請求項１または２記載の放射線検出装置であって、
前記複数の放射線検出モジュールは、環状に配置されている
放射線検出装置。
請求項１ないし３のいずれか１つの記載の放射線検出装置であって、
前記第２受光素子は、前記第１受光素子より感度が高い素子である
放射線検出装置。
請求項１ないし４のいずれか１つの記載の放射線検出装置であって、
前記第１信号端子からの信号と前記第２信号端子からの信号とを用いて同じタイミングで発光した２個のシンチレータについて該２個のシンチレータ内の発光位置を演算し、前記演算した各シンチレータの発光位置に基づいて放射線源の位置を演算する線源位置演算部
を備える放射線検出装置。
請求項５記載の放射線検出装置であって、
前記線源位置演算部は、前記第１信号端子からの信号の振幅と前記複数の第２信号端子からの信号の振幅との比に基づいて前記発光位置を演算する
ことを特徴とする放射線検出装置。
請求項１ないし６のいずれか１つの請求項に記載の放射線検出装置であって、
前記第１受光素子は、アバランシェフォトダイオードであり、
前記第２受光素子は、シリコン光電子増倍管である
放射線検出装置。
請求項５ないし７のいずれか１つの請求項に記載の放射線検出装置と、
前記線源位置演算部により演算された放射線源位置を陽電子の対消滅が生じた位置とする画像を形成して表示する画像表示部と、
を備える陽電子放射断層撮影装置。