JPS62500957A - ２次元フォトン・カウント位置エンコ−ダ装置とその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は１９８４年１２月４日句出願の米国出願筒６７７，９３１号の部分継続 出願に関する。

技術分野 本発明は一般に位置エンコーダに関係し、特に空間。

分解能特性について■要な改良のなされた２次元７オトン・カウント位置エンコ ーダ装置とその方法に関係する。本発明のを徴は、人体又は他の生命器官の生物 学的及び／又は生理学的変化を検出し定量的に計測するための改良されたポジト ロン放射トモグラフィに特定の応用例上見出すが、その使用はこの応用例に限定 されるものではない。

背景技術 ポジ）ｏン放Ｍトモグラフィ（ＰＥＴ　）は多くの応用例、特に医療３断と研究 投影法に用いられる一種の核投影法である。標準的な現代のポジトロン放射トモ グラフィ装置では、放射薬剤用のフルオロデオキシグルコース（ｆｌｕｏｒｏｄ ｅｏｘｙ　ｇｌｕｃｏｓｅ）　（ＦＤＧ）のような一種の放射性物質を監視下の 患者又は他の生物器官に施す。

正に帯電した粒子であるポジトロンは人体内でアイソトープが崩壊するにつれて 放射性物質のアイソトーフ０により放射される。放射時にポジトロンが電子と会 うと、両者は消滅する。１回の消滅の結果として、２個のフォトンの形式でガン マ線が発生する。約３０年前に２個の７オトンは互いに大体反対方向（約１８０ ｉに放射されることが発見された。これらのフォトンを監視することによりポジ トロン放射アイソトープの正確な位置が決定可能である。伝統的に、ＰＥＴ走査 器は監視下の人体周囲の異なる角度で放射フォトンの走行線に関する情報を累計 し、コンピュータ全弁してこの情報全処理してアイソトープの分布と濃度の断層 像を発生する。これに関連して、ｐｇφ走査器は人体内で自然にかつ混乱して生 じる生物学的かつ生理学的変化全観察し定量化可能である。

従来、ポジトロン放射トモグラフィ装置は環状に配置した通常ビスマス・ジャー マネートである離散シンチレータを用いている。代表的には１リング当り約１０ ０個以上の検出器が設けられ、１つの検出装置構造体には５本以下のリングが設 けられる。一致事象とは、ポジトロン消滅が発生したに違いない１本の線として 画定される物体軸に沿ってガンマ線が放出される事象である。現在のＰＥＴ走査 装置の空間分解能は検出器分解能能力により限定される。加えて、現在のＰＥＴ 走査装置は複雑で製造保守が非常に高価である。さらに、現在の位置エンコーダ はアナログ技術音用いてフォトン放射を検出解析している。このようなアナログ 技術は不安定で信号全解析する際に用いる検出器利得により変化する。

従って、本発明の目的は改良された空間分解能特性を有する２次元フォトン計数 位置エンコーダ装置とその方法全提供することである。

本発明の他の目的は製造と保守に相当経費のかからない方法と装置全提供するこ とである。

本発明のさらに他の目的はコード化過程を容易にするためスロットされた又は調 整された光ガイドを含む７オトン検出器を提供することである。

本発明のさらに他の目的は、断層像形成用の情報の累計時に安定度の低いアナロ グ位置処理技術ではなくフォトン・カウント用の技術と装置を用いることである 。さらに、パターン認識技術が１実施例で用いられて検出器収集情報全デコード する。

発明の開示 本発明の他の目的と利点は、２次元７オトン・カウント位置エンコーダ装置とそ の方法に関する以下の詳細な説明と関連図面により明らかとなるであろう。入射 放射線と相互作用してカウント可能な数の７オトンを発生する結晶のような複数 個のシンチレータ材料部材を含むシンチレーション検出器が提供される。調整さ れたスロット光ガイドが結晶と作動時に連係し所定数のスロットを定める。少な くとも１個のスロットが各結晶と関係している。シンチレーション後フォトンは 結晶を出てスロット光ガイげに入り、ここでフォトンはガイドの全長に渡って制 御された子側性で分布される。光ガイドの全長に渡る所定位置でフォトンを検出 する装置が提供される。１実施例では、光電子をカウントするため光電倍増管が 提供される。パターン認識技術音用いてポジトロンの消滅の結果として放射され るフォトンの位置、すなわちポジトロン放射アイソトープの位置を定める。本発 明の６稼の特徴を実施する方法、と装置はＰＥＴ走査装置のようないくつかの応 用例で利用可能である。

本発明の上記特徴は添附図面？参照して以下の説明からより明らかに理解できる であろう。添附図面中、第１図は本発明のいくつかの特徴を含む２次元フォトン ・カウント位置エンコーダ装置を実施したホゾトロン放射トモグラフィ走査器の 斜視図である。

第２図は第１図に図示した装置の走査器部分のリングの端面図で、シンチレーシ ョン検出器の位置決を図示する。

第３図は第１図に図示した走査器のリング部分の断面図を図示する。

第４Ａ図は図示するように結晶に動作時間連するスロット光ガイｐ２含むシンチ レーション検出器の斜視図である。

第４Ｂ図と第４Ｃ図は本発明の各種の特徴を実施した検出器と従来技術の検出器 の斜視図である。これらの検出器の比較と共に詳細な仕様書の読取は本発明の検 出器の改良された空間分解能機能を説明している。

第４Ｄ図は本発明の検出器の別な実施例の斜視図でした検出器の前面、側面、底 面図である。

第６図は所定の結晶／シンチレータ位置で生じる７オトン（光電子）の確率密度 のグラフ金図示する。

第７図は装置のカウント及びパターン認識過程のある部分を実行する際に用いる 回路図を図示する。

第８図は本発明のいくつかの特徴を含む２次元フォトン・カウント位置エンコー ダの別な実施例全図示する。

第９図は本発明の特徴を含む方法のブロック線図を図示する。

発明全実施するための最良の態様 ２次元フォトン位置エンコーダ装置は第１図で全体音１０で指示する。この図で 、装置ｔｔ１０は本発明の各種の特徴金倉み、一般に医療診断投影や研究投影応 用に用いられる？シトロン放射トモグラフィ（ＰＥＴ　）走査器１２に応用され る。特に、本発明のフォトン位置エンコーダ装置１０の利用以外は実質的に従来 のものであるこの走査器１２は、医療診断投影操作の間患者１６（第２図参照） を支持する患者用ベッド１４全含む。図示の患者用ベッド１４は走査器の診断操 作用に思考１６を適所（第２図参照）へ移動させるよう選択的に動作するスライ ド・キャリッジ１８を含む。前記位置で、診断される患者人体の選択位置が、以 後より一般的に説明するようにエンコーダ装置１０のシンチレーション材料部材 ２２により定まる面内に配置される。

第１図に図示するフォトン位置エンコーダ装置１０は以下で詳細に記述するリン グ２４に取付けられる。

このリングは従来設計のガントリ２６により担持される。ガントリはＵ字形取付 プラクット２８によシ水平軸のまわシに回転可能に取付けられる。この取付ブラ ケット２８はガントＩＪ　２６　ｋ支持する回転装置３０により垂直軸のまわり に回転可能である。

全体ｔ３２で指示するコンピュータ・コンソールは走査器１２に電気的に接続さ れ、水平及び／又は垂直軸のまわフにガントリ２６全回転させるドライブのよう な走査器１２に通常関係する移動や電子制御を制御する。このコンピュータ３２ は従来設計のキーギード３４とモニタ３６全含む。さらに、トモグラフィ・モニ タ３８はコンざユータ・コンソール３２に座る操作員が走査器１２により生じる 人体断面トモグラフィを見ること全可能とする。

患者の人体１６の選択部分の断面断層＠全形成するため、患者は思考用開口部４ ０の中へ移動される。放射薬剤等の放射性アイソトープは通常患者用開口部４０ へ移動する前に患者へ投与される。放射性アイソトープが人体内に存在する間に 、ポジトロンが放射される。これらのポジトロンの各々は電子と結合されて消滅 する。消滅位置から反対方向に２個の７オトンの形式のがンマ線が発生される。

これらのフォトンは反対方向すなわち１８０度離九九方向に走行する。フォトン の存在、走行方向、分布の検出は人体断面の断層像又は走査器内に配置した他の 生体器官の断面全形成するのに必要な情報を与える。

第１図、第２図、第３図で図示したリング２４には、検出器が１つまたは複数の 面上に配置され、患者の人体を完全に取囲んでいる。このリングは第２図に概略 的に図示されている。従来設計の検出器の支持リングの断面図は第３図に図示さ れている。この図では、リング支持機構は全体を４２で指示する。この機構は、 シールド４６．４Ｂと調節可能な軸方向シールディング５０を支持するフレーム ４４？！−含む。全体を５２で示す検出器プレイは患者開口部４０に外接し、全 体を５４で示す破線に沿って走行する７オトンを相互作用する。これらのフォト ンは開口部５６を通過し、シンチレータ材部材２２と相互作用して、７才トン位 置エンコーダ装置にフォト／の分布と空間分解能及びその原点の位置を決定する のに必要な情報の累計を開始させる。

従って、改良された２次元フォトン位置エンコーダ装置１０の標準的応用例は第 １図、第２図、第３図に示し、ここで他の点では従来設計のホゾトロン放射計の ものであるから、走査器の動作、ガントリの回転移動や他の特徴の詳細は本明細 書では詳細に記述しないが、先行技術に関する情報から容易に知ることができる 。２次元フォトン位置エンコーダ装置１０を用いた走査器１２のような走査器は 現在の装置に対していくつかの改良点を有している。従って、改良された位置エ ンコーダ装置１０？！−以下に図面と関連して説明する。

本発明の各種の特徴に従って構成された２次元フォトン位置エンコーダ装置は第 ４図に全体を１０で図示しである。エンコーダ装置１０は医療応用に用いられる 前述したようなポジトロン放射トモグラフィ（ＰＥＴ）と関連して用いられるの に特に適している。しかしながら、本装置の使用と本装置により用いられる方法 はポジトロン放射トモグラフィ応用に限定されるものではないことは容易に理解 できる。例えば、本装置は単フォトン・ガンマ投影装置、核研究「結晶ボール」 実験、医療投影、材料解析と関連して使用するのに適している。他の応用例は当 業者には容易に明らかとなる。

２次元フォトン位置エンコーダ装置１０は改良された空間分解能特性ケ有する検 出器２０？Ｉ−含む。特に、検出器２０は＠４図に示すようにマトリクス形状の 所定位置に取付けた複数個の、シンチレータ材部材２２を含む。複数個の検出器 はアレイ状に配置され、第２図に示すように監視下の人体１６のような生体器官 に外接するが、検出器２０の位置決めは第８図に図示する形状と関連して詳細に 指摘するような特定の応用例に従って変更できる。第４図に図示する実施例では 、検出器２０はマトリクス形状に配置した複数個のビスマス・ジャーマネート結 晶６４を含む複数個のシンチレータ材部材２２を含む。図示の結晶材は４×８プ レイである。

特に、検出器２０は第５Ａ図で番号１′から６２′まで連続して付番した複数個 のビスマス・ジャーマネート（ＢＧＯ）結晶を含む。これらの結晶は断面形状が 実質的に矩形で、光電倍増管２５から見られる光ガイド６８に取付けられる。こ れまでいくつかのＥＧＯ結晶を単一の光電倍増管に取付るのが一般的であり、そ の位置は個々の結晶に取付けた光ダイオードでコード化される。この従来技術装 置の主要な欠点は光ダイオードを冷却する必要性であり、この必要のため装置の 実用化の可能性を減少きせる。芒らに、多１シンチレータからの光分割音用いて シンチレータを位置決めするために用いることが一般的であった。この設計では 、各光電倍増管によ９４個のシンチレータが見られている。

既知の従来技術でのスロットされない光ガイドの使用のため、あるシンチレータ では他より位置分解能が悪ぃ。換言すると、従来技術で用いていた連続リング光 分割検出器では位置分解能は最適化されていない。

隣接する光電倍増管からのアナログ差信号はこれまでガンマ線事象を検出するシ ンチレータの正確な位置全決定するために用いられてきた。この投射の主調な欠 点はこのような検出器全構成造するコストと複雑度である。アナログ信号の使用 はシンチレータ位置の決定置不安定性？生じる。アナログ処理は光電倍増管の高 電圧変化と光電倍増管利得の固有の不安定性によシトリフ）ｋ生じる。さらに、 検出器間隔の高度の一様性に保持しつつ連続光ガイドに数百側の結晶ケ取付ける という大きな困難がある。

結晶６４はブラケット、接着剤等により従来方法で光ガイド６８に固定される。

通常、全検出器２０は余分な光源による干渉全防止する補助となるようその構成 の完了後硫化バリウム反射塗料のような反射塗料を塗布される。もち論、結晶の 寸法と種類は特定の応用例國従って変更可能であることが認められる。例えば、 ふつ化バリウムは結晶として使用可能である。第５Ａ図に図示した図示実施例で に、フォトンが検出器に入る検出器面の全体寸法は５０．８ｃＴｎＸ　５０．８ ｃｍで、各僧門の結晶の長さは２５０である。もち論、これは単に例示寸法で、 他の寸法も必要に応じて使用可能である。

第４Ａ図及び第４Ｂ図に図示するような検出器全構成することにより、光ガイド 全見る際に用いる光電倍増管の数を既知の従来技術に対して８の因子だけ減少さ せることが可能である。特に、第４Ａ図から第４Ｄ図及び第５Ａ図から第５Ｃ図 に図示するように、４個の光電倍増管、すなわち７０Ａから７０Ｄｋ用いて光ガ イド６８を見ることが可能である。各々（１′）から（３２’）と番号付けらｉ また結晶６４のアｌ／イは第５Ａ図でより明らかに描かれている。矢印７２は軸 方向、すなわち監視下の人体１６のような器官の長軸を描いている。従って、第 １図に図示した種類のＰＥＴ走査器応用例の場合のよ５に検出器のリング・アレ イゲ用いた時に人体断面断層像全形成可能な面が４面ある。矢印７４は横断方向 を図示している。

第５Ａ図は、各光−１７倍増管が８個の結晶により収集した情報全分担するよう にした複数の光電倍増管７０Ａ〜７０Ｄの配置全図示している。すなわち、光電 倍増管７０Ａは結晶（１′〜４′）と（９″〜１２′）と動作的に関係する。光 電倍増管７０Ｂは結晶（５′柵′）と（１３′〜１６′ンと動作的に関係する。

光電倍増管７０Ｃは結晶（２１′〜２４′〕と（２９′〜３２′）と動作的に関 係する。光電倍増管７０Ｄは結晶（１７′〜２０′）と（２５′〜２８′）と動 作的に関係する。

第４図と第５Ａ図〜第５Ｃ図に図示した検出器は例示の検出器であることが認め られる。しかしながら、結晶アレイは各種の形状を取りつる。例えば、結晶の５ ×７アレイ又は他の各種寸法のアレイも使用可能である。しかしながら、結晶の 数が光電倍増管の数を越えていることがＮ要であり、これがコスト’ｌ減少させ る特徴となっている。今指摘したように、光電倍増管の数のこの減少は収集した データの質に有害には影響しない。

一般的に上記したように、光パイプ、すなわちガイド６８は結晶６４のバンクに 動作的に関係している。

特國、光゛バイブロ８は中実の透明材から製造され、又は１実施例では中実の透 明材断面のマ）　ＩＪクスから製造され、これに結晶２２の端部８０により定ま る並置面に光学的に接続した光パイゾロ８の面７８から光音透過する。従って、 光又はフォトンはフォトン源に最も近く位置した端面８２から結晶６４へ入る。

これらのフォトンは、結晶プレイの面７８ケ出て光バイブロ８へ入る結晶内の光 電子を発生する。フォトンは光バイブロ８の而７８からその透明材を通して光パ イプの反対又は遠隔面８４へ走行し、ここで動作時に関係する光電倍増管により 検出又は観６＋１１される。

第５Ｂ図と第５Ｃ図に図示した光ガイド６８は８８で全体を指示する調整装置金 倉み、これは分布、！￥ｊに光パイプケ通過するフォトンの統計的分布全制御す る役割を果たし、これにより以下で詳細に説明するように装置の空間分解能を強 化する。特に、光バイア’６Ｂは第５Ｂ図に図示するように一方向（横断方向） に８個のスロットと第５Ｃ図に図示するように他の方向（軸方向）ｔｃ４個のス ロットヲ備え、これによシ図示検出器の３２個の結晶の各々は光がイｒの１個の スロットと動作的に関係する。スロット９０．９０′は光ガイｒの選択位置に挿 入した光／幅射腺（この場合フォトン）不透過パネル、又はバリヤ９２．９２’ により定められる。スロットの深さは、第６図に図示するように隣接する光電倍 増管によフ検出されるフォトンの分布が等しい重なりで分離きれるように配置さ れている。

各スロットは動作時に関係する光学的に接続した結晶と整合していることに注意 されたい。

１例とじて、入射５１１　ＫｅＶガンマ線の結果として光電子作用が発生した時 任意の１つの結晶６４で７０個の光電子が発生（エネルギ分解能は２８％ＦＷＨ Ｍに等しい）するという標準的な場合を考える。このような事象が結晶番号（２ ）に発生した場合、６５個の光電子が平均して光電倍増管７０Ａに発生され、５ 個の光電子が平均して光電倍増管７０Ｂ（第６図参照）に発生するようにスロッ トが設計されている。これに対応して、この事象が結晶番号（６′）で発生した 場合、分布は光電倍増管７０Ｂに１５個の光電子と光電倍増管７０Ａに５５個の 光電子となる。この事象が結晶番号（４′）で発生した場合、光電倍増管７０Ｂ に３０個の光電子が、光電倍増管７０Ａに４０個の光電子がある。

この分布は光電子分布に等しい重な！ｌｌ？ｒ生じるため第６図で最適であるこ とが示されている。同様に、第５０図に示すように第２次元である軸方向の光電 子の分布を制御するため、調整装置８８′が設けられている。

横断調整装置８８′はこの第５Ｃ図に示すように４個のスロットを含む。第５Ｃ 図のプライムをつけた番号は第５Ｂ図の同じ番号と同様の検出器の部品ではある が、横断方向に見た部品であることを図示している。

隅の結晶（１’　）、（８’　）、（２５’　）、（３２’　）は光電子カウン トによりユニークに識別され、唯一の動作時に関係する光電倍増管を有する。例 えば、結晶（１′）のシンチレーション事象は光電倍増管７０　Ａにのみ信号を 発生する。同様に、結晶（８′）のシンチレーション事象は光電倍増管７０Ｂに のみ信号を発生する。結晶（２５’）の事象は光電倍増管７０Ｄに信号全発生し 、結晶（３２’）の事象は光電倍増管７０Ｃにのみ信号全発生する。結晶（２’ 　、７’　）は光電倍増管７０Ａ、７０Ｂにのみ信号を発生する。結晶（２６′ 〜６１′ンは光電倍増管７０　Ｄ　、　７０Ｃにのみ信号を発生する。

第５Ａ図で結晶（９’　）、（１７’　）　ｋ含む結晶列により表わされる各面 内での光子／ガンマ線事象の位置全決定するため処理しなければならない主位置 決情報を与える６個のシンチレータ又は結晶があることが認められる。特に、結 晶（１’　）、（３’　）、（１７’　）、（２５’　）會含む結晶列により表 わされる各面内で、シンチレーションが発生する結晶をフォトンの統計分布から 決定しなければならない。

第５Ｂ図に関連して図示し、上述したように、結晶（１’）ｔ−含む列の上部及 び底部結晶（１’　、８’　）は１個の光電倍増管によってのみ見られるという 点で他にないものである。結晶（１′〕は光電倍増管７０Ａのみに見られ、結晶 （８′）は光電倍増管７０Ｂにのみ見られる。

同様に、第５Ａ図に見られるように横断方向の上部結晶（３’　、１７’　、２ ５’　）と底部結晶（１６’　、２４’　、３２’　）は第５Ａ図に図示するよ うに１個の光電倍増管のみで見られる。

従って第５Ｂ図は断）曽像七発生するのに必要な位置決情報を決定するため検出 器によって見られている４断面の各々の結晶列の各々を表わしている。

矢印７２に図示する軸方向に延びる結晶の列は端部結晶（１′刈’、２５’〜３ ２’）′に含み、これらは単一の光電倍増管によりユニークに見られる。この例 は第５Ｃ図に図示され、この図は結晶（８’　）、（１６’　）、（２４’　） 、（３２’　）を含む結晶列の横断方向の図である。結晶（８’　）、（３２’ 　）は各々光電倍増管７０Ｂ、７０Ｃによってのみ単独に見られることに注意さ れたい。同様に、横断方向に見られる結晶列の端部の各々、すなわち列（１’− ８’）と（２５′〜３２′〕は図示するように図示バリヤ９２′のため単一の光 電倍増管によってのみ見られる。

説明全明瞭にするため、位置決め情報は一時に一方向について説明した、すなわ ち、第５Ｂ図の横断方向と第５Ｃ図の軸方向である。例示の２次元位置決情報は 表Ａと関連して以下に与えられる。

第６図を再び参照すると、隣接する光電倍増管により見られるフォトンの統計分 布の標準的な図が図示されている。例えは、光電子の最小数に結晶（７′）のシ ンチレーション事象の結果として光電倍増管８（第５Ｂ図参照）によυ見られる 。シンチレーション事象によシフ０個の電子が発生する典凰的な例では、光電子 は横断方向の光電倍増管７０Ａ、７０Ｂ間に分布する。

隣接する光電倍増管は殆んど光電子を受取ら力い。結晶（７′ンの事象の例では 、５個の光電子が光電倍増管７０Ａによって見られ、光電子の残りが光電倍増管 ７０Ｂによって見られるように、光バイブロ８はスロットを定めるバリヤ９２の 同調装置により設計されている。従って、結晶（７′）で事象が発生した時、５ 個の光電子が光電倍増管７０　Ａにより見られ、６５個の光電子が光電倍増管７ ０Ｂにより見られる。同様に、結晶（６′）で事象が発生した場合、平均して１ ５個の光電子が光電倍増管７０Ａにより発生又は見られ、５５個の光電子が光電 倍増管７０Ｂにより見られるように、調整光バイブロ８のスリット高又はバリヤ 高を選択する。同様に、結晶（５′）で事象が発生した場合、３０個の光電子が 光電倍増管７０Ａで見られ、４０個の光電子が光電倍増管７０Ｉ］によって見ら れる。第６図に見られるように、分布に等しい重なりがあるように分布は選択さ れている、すなわち光パイプは調整されている。

これらの例はシンチレーション事象により一定数の光電子が発生していること全 参照している。すなわち、コンゾトン効果がない５１１　ｘｅｖ事象により同数 の電子又は同量のエネルギが発生されている。上側は同数の光電子がある場合で あった。しかしながら、事象から発生する光電子数は変化する。５：６５や１５ ：５５や３０　：　４０というようなその比は、しかしながら変化しない。これ らの比率は調整光パイゾロ８のバリヤ９２により定まるスリットの幾何形状によ り固定される。従って、位置決め情報の収集時に、例えば１つの光電倍増管によ り６５個の光電子が観測され、もう１つの光電倍増管によフ５個の光電子が観測 されるようなパターン、又に上記の比率が得られるような任意の組合せのパター ンを定めるため分布範囲全検査する。

比率の数は限定されているし、又一般゛的な興味の範囲は５１１　ＫｅＶから２ ５０　ＫｅＶである（この場合パルス高は通常光電子の全数として７０から３５ まで変化する）ため、特定位置の光電子の発生の全ての可能な組合せは有限で比 較的小さな数の組である。従って、特定のシンチレータが発生可能なカウントの 全ての可能な組合せはコンぎユータに記憶゛可能である。例えば、シンチレータ ６′で事象が発生した場合、シンチレータの各々に付随する４個のチャネルのカ ウントの比は以後第７図と関連して詳細に説明するが、シンチレーション事象の 位１ｉｔ−シンチレータ６′と唯一に限定するカラントの組合せの有限な組があ る。同様に、４×８結晶アレイの３２個の結晶の各々でのシンチレーション事象 の位置を唯一に指定する光電子カウントの有限な数がある。

第４Ｂ図は第４Ａ図に示した検出器２０の拡大図全図示する。この検出器２０で は、光ガイド又はバイブロ８は、一般的に上述したように、光ガイド及び結晶ア レイの隣接した光学的接続面を介して光学的に関係する結晶６４から光パイ７０ ６８へ入るフォトンの統計的分布を制御するようにスロット又は調整される。特 に、光バイブロ８は正円円筒インゴット形状で成長したＢＧＯ結晶から製造可能 である。一実施例では、このインゴットは２５−３０ｃｍ高である。結晶と光パ イプの各面は化学的にエッチされる。これは、結晶と光パイプ０？１１−塩酸中 に約４５秒置くことにより成される。このエツチング過程は、結晶及び／又は光 パイプの面に当る時゛にフォトンが反射又は透過されるか吸収されないように光 パイ７０と結晶の光学面の各々を研磨する。

この化学的エツチング段階は光学品質面を発生するためのＮ要な特徴である。

望ましい実施例ではＢＧＯのような材料の正円円筒インゴットは、刃が平行で光 バイブロ８の面７８を切断する多刃のこぎりにより切断される。切断又はスロッ トの深嘔はのこぎり刃の位置決により決定される。例えば第４Ｂ図に図示した実 施例では、矢印７２の方向（第５Ａ図参照）に結晶全切断するために９枚の刃を 用い、矢印γ４の方向（第５Ａ図参照）には光パイプ金形成するため５枚刃を用 いて結晶ゲ切断する。これらの刃は互いに平行に配置てれ、光バイン０６８の矩 形又は他の所要の形状ケ形成するＩ９ｆ定深さの切断部金石し、さらにスロット ９０の深さケ定める役割ケ果たす。

光パイｆ　６８　を切断し、て、その断面外形とスロット深さを定めた後、結晶 の全面は化学的（心エツザされて光学的に滑らかな面７ｒ形成する。化学的エツ チングは通常塩酸（ＨＣＬ　）溶液により実施する。　ＢＧＯ結晶は通常酸溶液 中（、ｌこ約４５秒間つけて化学エツチングに実行する。他の酸や浸水時間も当 業者にン工容易に認められるように使用可能である。この化学的エツチングはと ｆｌまで実行されてきた結晶？ｉ−機械的に研摩する段階に代るものである。機 械的研摩は時間がかかり、切断部又はスロットの区域では、たとえｉｉＪ能であ −′つだとしＣも極度に困難である。

エツチング後、適当なバリヤｔこれらの切断部に挿入する。一実施例では、とｉ ｌらのバリヤは前記バリーヤを形成する反射媒体としての役割を果たす硫化バリ ウム反射塗料金含む。もち論、他の反射媒体も前記バリヤに使用可能であること が当業者には認められる。図示実施例では、光バイブロ８にＦｓ、４Ｘ８アレイ のスロットが用いられているが、前記光バイブロ８の反対面から出るフォトンの 制御された分布？保持しつつとのプレイの形状と寸法は変更可能であることが認 められる。

第４Ｄ図全参照すると、望ましい１実施例ではシンチレータ材部材２２と光ガイ ド６８は一体形成されている。この一体構成は、シンチレータ材部材が光ガイド ６８に固定されている表面７８で、こうしないと発生するフォトンの屈折全除去 する。この一体構造ヶ達成するため、スロット全切断し、光ガイド６８に関して 上述したように硫化バリウム反射塗料のような適切な反射媒体で前記スロットを 充てんすることにより作製したバリヤ９３と共に単一の結晶６４′が使用可能で あることが認められる。従って、バリヤ９３は個々のシンチレータ材部材２２全 光学的に分離するばかシでなく、光ガイド６８の調整装置８８としても機能する 。

フォトンの可能な屈折を除去することに加えて、この一体構造は検出器２０の製 造を簡単にし、生産コストケ低下させることが当業者には認められる。

本発明の］℃要な特徴は、既知の従来技術に対して改良された空間分解能特性ｔ ｉする２次元フォトン・カウント位置コード化装置とその方法が提供されること である。従来設計の検出器は第４ｃ図の１３０に図示しである。この検出器では 、単一の結晶１３２　、１３２’が各々単一の光電倍増管１３４　、１３４’と 動作的に関係している。これらの結晶１３２　、１３２’は各光電倍増管の周囲 １３６　、１３６’に近接して取付けられる。

これに関連して、矢印１４．０の方向の組合せ結晶１３２゜１３２′の面１３８ の厚さは第４Ｃ図に図示する別の検出器組合せの幾何学的間隔全制御する。従っ て矢印４０の方向のこの面１３８の厚さに従来技術の光電倍増管１３４　、１３ ４’の直径により制御される。当業者にはよ（知られているように、結晶の間隔 が光電倍増管の寸法の関数である限り、光電倍増管の寸法が従来技術の装置の空 間分解能全制御する。反対に第４Ｂ図に図示するように、各光電倍増管と動作的 に関係している複数個の結晶とスロットされた又は調整された光バイブロ８を用 いて結晶から出るフォトンの分布を制御しつつ、結晶の位置分解ｆｍ　’、ｃ決 定する能力全保持で第４Ａ図と第４Ｂ図に示すように検出器２０？１１−構成す る際に、光バイブロ８の面７８に従来の光学的エポキシにより結晶６４のアレイ により定まる隣接面に光学的に接続される。同様に、光バイブロ８の対向面８４ は従来の適当な光学的エポキシみより光電倍増管により定まる隣接面と光学的に 接続さｔする。光ガイド６８中の各スロットｕ一方の結晶と光学的に接続され、 又適当な反射塗料等により光パイプと結合された面を除いて各面を塗布すること により望ましい実施例ではこれらの結晶に光学的に互いに分捕されていることに 注意・されたい。

与えられたシンチレータ、すなわち結晶（１′〜３２′）と相互作用するフォト ンよシ生じる光電子をカウントするため、全体音１００で指示子る装置が提供さ れる。

特に、第７図に図示する装置１ｏｏは光電子事象全カウントする電子処理装置を 含み、この関連で入力ＩＪ−ド線７４’Ｖｉ横断方向位置決情報を供給する光電 倍増管７０Ａ、７０Ｂの出力に接続される。入力リード線７２′は軸方向位置決 情報全供給する光電倍増管７０Ｃ。

７０Ｄの出力に接続される。図示するように、計数装置１００は各々が各動作的 に関係する光電倍増管用の４個のチャネルを含む。各チャネルは高速増幅弁別器 １０２Ａ〜１０２Ｄｋ各々含み、これは光電倍増管からのノイズとシンチレータ のシンチレーション事象から生じる単一光電子とを弁別するために用いられる。

各チャネルの単一光電子事象は、ＭＥＣＬ　１０．０００カウンタのような各高 速カウンタ１０４Ａ〜１０４Ｄと％　ＭＥＣＬ　対ＴＴＬ　イア　タフ　−１− −ス装置１０８　Ａ　〜１０８Ｄを介して接続されたＴＴＬ　７４　Ｆ　２６９ のような低速カウンタ１０６Ａ〜１０６Ｄ？！″加えた１段間によｐカウントさ れる。各チャネルは望ましい実施例では２００ＭＨｚの最下速度でカウントする 。４個の主カウンタは５ビツトの情報まで数え上げられる。

各光電倍増管によって見られるように光電子全カウントした後、光電子の分布を 処理してシンチレーション事象の位置全決定する。このため、パターン認識装置 １１０が設けられている。特に、各カウンタの内容（グプログラム可能な読取専 用メモリ（ＦＲＯＭ　）の１つへ渡される。ＰＲＯＭ　ｉは２つの出力を有する 。一方の出力は６ビツト語で光電倍増管７０Ａ、７０Ｄの和である。第２の出力 は最大カウント数のチャネルを定める２ビツト語である。ＰＲＯｌＴ（２は光電 倍増管７０Ｂ。

７０Ｃｔ−加算し、最大カウント数のチャネルを定める。

ＰＲＯＭ　３ばＰＲＯＭ　１とＰＲＯＭ２からの加算語を受信し、２つの語を出 力する。一方の６ビツト語は８個の横断位置の内のどれか、すなわち８個の横断 方向結晶の内のどの１つが光音発生したかを定める。他方の１ビツト語はどちら の和が最大であるかを定める。１１２に図示する簡単な論理回路の出力は軸方向 のどの結晶が光音発生したかを決定する。ＦＲＯＭは出会う全てのカウントのパ ターンを認識し処理するようプログラムされている。

各光電倍増管からの出力の和から信号會得る高速一致タイミング・チャネルも文 官まれる。標準のタイミング・チャネルも利用されるが、説明を明確にするため 図示していない。又、受取る入力ガンマ線のエネルギ範囲を限定する回路も含ま れる。

光電子事象をカウントし、特定のパターン又は数の事象が発生した結晶の場所を 決定することによシ、従来の方法で断層像全発生するのに必要な位置決情報全発 生し、断層像を作製しこれ全モニタ３８のようなモ送る（第１図参照ン。

表Ａはカウントが発生した結晶（シンチレータ）の位置に対応する光電倍増管（ ＰＭＴ　）　７０　Ａ〜７０Ｄのカウント数全図示する。

パターン認識回路装置１１０により認識されるカウントされたパターンは位置決 情報を決定するためのカウント組合せ用ＰＲＯＭ　ｔ”含むことが当業者には認 められる。このようなＦＲＯＭは説明の目的のためのみに含まれ、各種の他の装 置が光電子カウント組合せを実装するために使用可能であり、例えば又は代替と してパターン認識応用にプログラムされた場合コンピュータも同様の目的に使用 できる。しかしながら、回路１１０により実施されるパターン認識は図示実施例 の実装時に相当なコスト節約が可能となる。現在の実装例では、各結晶位置の記 号は回路１１０へ送られ、この記号は記憶された記号と比較されて、回路１１０ の出力はシミュレーション事象の発生した結晶の位置又は位置決情報を指示する 。従って、比較は特定の結晶位置全識別し、この情報が断層像の作製用に出力さ れる。ＦＲＯＭにプログラムされた元々の記号は、特定位置に事象を注入し、特 定の結晶位置情報を発生する組合せを決定することによる経験データによって最 初に通常改善された計算により決定される。

第８図は人体内器官の断＃　Ｄ　ｋ作製する応用例で用いる２次元フォトン位置 エンコーダ装置１０′の別な実施例を図示する。この図では、検出器は隣接位置 に取付けられて放射性アイソトープの代謝作用により発生したガンマ線事象を検 出する。従って、第８図は、ＰＥＴ走査装置に一般に用いられるようにリング以 外の装ａに位置エンコーダ装置が配置さｒｌている実施例を図示する。

本発明の一般的過程は、２次元フ第１・ン位置決エンコーダの各部品に関連して 以上に詳細に説明してきたように、第９図に図示されている。この図では、位置 １２０で放射性アイソトープの代謝作用の結果としてガンマ線が放射きれている ことがわかる。これらのガンマ線はシンチレータ又は結晶の位置１２２で示すよ うに相互作用し、フォトンを発生する。シンチレータ上山るフォトンの分布は位 置１２４で示すように調整光パイプを含む望ましい実施例の調整装置によ多制御 される。光電子はＰＭＴ陰極で発生され、所定のスロットに対応する光パイプ０ に沿った所定位置でカウントされる。これらの選択位置でカウントした光電子数 は光電子が発生したシンチレータを決定するために比較され、フォトン発生事象 の位置に関する情報を得る。このパターン認識技術は一般に１２８で示される。

以上の詳細な説明から、既知の従来技術（（対しである種の改良ケ施した２次元 フォトン位置エンコーダ装置を図示記述してきたことが認められる。特に、図示 のフォトン位置エンコーダは製造保守の経費がかからない。これに関連して、複 数個の結晶が１個の光電倍増管又は他の適当なシンチレータ検出器と動作的かつ 光学的に関係している。複数個のシンチレータは所定のマトリクス形式に配置さ れている。これらのシンチレー〕は複数個で：・ま、シ）るがより少いａの光電 倍増管と動作的に関係している。パターン認識技術（′こより望”ましい実施例 では光電子γカランｌ−Ｌ、位置情報を決定する。

従って、本発明は改良された２次元）第１・ン位１ｎ決エンコーダケ提洪する特 定の方法と装置に関して記述してきたが、以下の請求の範囲に記載されているも の？除いてこのよう”ｔ！特定の参照全発明の範囲に対する限定として考える意 図のものではない３、＜Ｎ −−→ Ｎｕ）　−各イ仔モ４【辛３ＣＦ１ 国際調査報告

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．入射するフオトンの原点位置の空間分解能を強化したシンチレーシヨン検出 器を含む２次元フオトン位置エンコーダ装置において、 入射ガンマ線と相互作用して定量可能な数のフオトンを発生する複数個のシンチ レータ材部材と、スロツトを定める所定長の複数個の光バリヤを有する調整され た光ガイドであつて、その各々が前記シンチレータ材部材の内の１個と動作的に 関係していて、これにより前記シンチレータ材部材から出たフオトンは前記スロ ツトされた光ガイド中の動作的に関係するスロツトに入り、前記スロツトされた 光ガイドの軸方向及び横断方向寸法に沿つてフオトンの分布を制御するため所定 深度を有する前記スロツトと、前記シンチレータ材部材から遠隔位置で前記光ガ イドと動作的に関係する装置であつて、前記スロツトされた光ガイドの所定位置 で前記フオトンの分布を検出し、これにより前記ガンマ線は、制御された統計的 パターンで前記調整光ガイドにより分布され、前記フオトンの分布を検出する前 記装置により検出される光学フオトンを発生する前記装置と、 を含む２次元フオトン位置エンコーダ装置。
2. ２．請求の範囲第１項記載の装置において、前記フオトンを検出する前記装置は 複数個の光電倍増管を含み、前記光電倍増管の各々は全長に沿つた所定位置で前 記スロツトされた光ガイドを出るフオトンをカウントするため前記スロツトされ た光ガイドの内の選択されたスロツトと動作的に関係し、前記光電倍増管の数は 前記シンチレータ材部材の数より少い２次元フオトン位置エンコーダ装置。
3. ３．請求の範囲第１項記載の装置において、前記シンチレータ材部材は前記アレ イの各列と各行に所定数の結晶を有するアレイに配置されているビスマス・ジヤ ーマネート結晶を含む２次元フオトン位置エンコーダ装置。
4. ４．入射するフオトンの原点位置の空間分解能を強化したシンチレータ検出器を 含む２次元フオトン位置エンコーダ装置において、前記検出器は前記シンチレー タ材部材と動作的に関係する光ガイドを含み、さらに 前記光ガイドの全長に沿つた所定位置で走行するフオトンをカウントし、これに より前記フオトンの分布を決定可能な装置を含む２次元フオトン位置エンコーダ 装置。
5. ５．シンチレーシヨン検出器において、入射輻射線と相互作用して定量可能な数 のフオトンを発生する複数個のシンチレータ材部材であつて、アレイの各行と各 列に所定数の部材を有するアレイに配置した前記シンチレータ材部材と、 前記シンチレータ材部材と動作的に関係する調整した光ガイドであつて、所定数 のスロツトを定める複数個のバリヤを含み、少なくとも１個のスロツトは前記シ ンチレータ材部材の内の少なくとも１個と動作的に関係して、前記部材を出たフ オトンは前記スロツトされた光ガイドの前記スロツトへ入り、前記フオトンが前 記スロツトされた光ガイドを通過する時の前記フオトンの統計分布を制御するた め所定深さを有する前記スロツトを有する前記光ガイドと、 前記スロツトされた光ガイドと動作的に関係して、前記導波ガイドの所定部分を 出るフオトンをカウントする複数個の光電倍増管と、 を含むシンチレーシヨン検出器。
6. ６．請求の範囲第５項記載の検出器において、前記光電倍増管の数は前記シンチ レータ材部材の数より少いシンチレータ検出器。
7. ７．請求の範囲第５項記載の検出器において、前記シンチレータ材部材はビスマ ス・ジヤーマネート結晶を含むシンチレータ検出器。
8. ８．シンチレーシヨン検出器に入射するフオトンの原点位置の空間分解能を強化 した２次元フオトン位置決コード化方法において、 入射フオトンを受信するため所定位置に前記シンチレータ材部材を位置決する段 階であつて、前記シンチレータ材部材はアレイ状に配置され、シンチレータ材部 材上での入射フオトンの相互作用に応答して定量可能な数のフオトンを出力する 前記位置決段階と、調整光ガイドにより前記シンチレータ材部材アレイの部分か ら出るフオトンの統計的分布を制御する段階と、 前記光ガイドの所定断面位置で前記フオトンの分布を検出する段階であつて、こ れにより前記シンチレータ材部材に入る前記フオトンは前記光ガイド中に制御さ れた統計的パターンで分布され検出される前記検出段階と、 を含む２次元フオトン位置決コード化方法。
9. ９．請求の範囲第８項記載の方法において、前記フオトンは前記フオトンの統計 的分布を決定するためにカウントされる方法。
10. １０．請求の範囲第９項記載の方法において、カウントしたフオトンのパターン とその分布な認識して前記フオトンの原点の位置を決定する段階を含む方法。
11. １１．生体器官の生化学的及び／又は病理学的変化を検出し定量的に計測するポ ジトロン放射トモグラフィの方法において、アイソトープが器官中で代謝する間 にポジトロンがアイソトープから放射されるよう放射性アイソトープを含む放射 性複合物を前記生体器官に投与し、各放射ポジトロンは電子と出会つて両者は消 滅し、反対方向（１８０度）に消滅位置から放射される２個のフオトンの形式の ガンマ線の放射を生じさせ、複数個のシンチレータ材部材をアレイに配置して、 前記フオトンはこのアレイに入射し、前記シンチレータ材アレイから出る定量可 能な数のフオトンを発生するようにし、前記シンチレータ材部材を出る前記フオ トンの統計的分布を制御する段階と、 を含むポジトロン放射トモグラフイの方法。
12. １２．請求の範囲第１１項記載の方法において、前記シンチレータ材部材を出る フオトンをカウントし、選択したシンチレーシヨン材部材に入射するフオトンか ら生じるシンチレーシヨン事象に関する位置の情報を決定する情報を発生する段 階を含む方法。
13. １３．請求の範囲第１１項記載の方法において、カウントしたフオトンに関する 情報を所定のフオトン・カウントの統計的分布と比較してシンチレーシヨン事象 の位置を決定し、これにより前記位置情報をコンピユータヘ送つて断層像を発生 する段階を含む方法。
14. １４．請求の範囲第１１項記載の方法において、前記シンチレータ材部材は各列 に８個のシンチレータ材部材と各列に４個のシンチレータ部材を有するアレイに 配置されている方法。
15. １５．フオトン位置エンコーダ装置と関連して用いるスロツトを定める所定長の 複数個の光学的バリヤを有する調整した光ガイドを製造する方法において、シン チレーシヨン材から製造した結晶を所定深さに切断して所定数のスロツトを有す るアレイを定める段階であつて、前記切断は前記光ガイド中のフオトンの走行方 向に平行な方向である前記切断段階と、前記結晶の全ての面を化学的にエツチし 、フオトンがその光学面から反射又は透過するようにする段階と、前記スロツト のアレイを定める前記切断部内に光学的バリヤを作製する段階であつて、前記光 学的バリヤは前記光ガイドを走行するフオトンの統計的分布を制御する役割を果 たす前記作製段階と、 を含む調整した光ガイドを製造する方法。
16. １６．請求の範囲第１５項記載の方法において、前記光パイプ中の前記切断部に 、前記スロツトの部分を互いに光学的に分離する反射性塗料を挿入することによ り前記バリヤを作製する方法。
17. １７．シンチレーシヨン検出器において、シンチレーシヨン材から製造した複数 個の結晶であつて、選択した数の行と列を有するアレイに配置され互いに光学的 に分離されており、光子が入射する第１の２次元面とフオトンが前記結晶アレイ を出る対向２次元面とを定める前記複数個の結晶と、前記シンチレータ材部材と 動作的に関係する調整された光ガイドであつて、所定数のスロツトを定める複数 個のバリヤを含み、前記スロツトの各々は前記結晶の内の少なくとも１個と動作 的に関係し、前記光ガイドは各スロツトが各結晶と整合して前記結晶を出るフオ トンが前記光ガイドの整合スロツトに入るように前記結晶アレイの対向面と光学 的に接続されている第１面を定め、前記光ガイドはフオトンが前記光ガイドを出 る対向面を定め、その中の前記スロツトは所定深さを有して、前記光ガイド中を 走行する前記フオトンが前記対向面を出る時前記フオトンの統計的分布を制御す る前記光ガイドと、 前記フオトンが制御された統計分布パターンでその中を走行する前記スロツトさ れた光ガイドの前記対向面と動作的に関係する複数個の光電倍増管であつて、前 記光電倍増管は選択した数の行と列を有するアレイに配置され、前記光電倍増管 のアレイは前記結晶のアレイより少い数の要素を含み、これにより前記フオトン の統計的分布の検出はシンチレーシヨン事象の位置を唯一に定める情報を与える 前記光電倍増管と、を含むシンチレーシヨン検出器。
18. １８．入射するフオトンの原点位置の空間分解能を強化したシンチレーシヨン検 出器を含む２次元フオトン位置エンコーダ装置において、 入射ガンマ線と相互作用して定量可能な数のフオトンを発生する複数個のシンチ レータ材部材であつて、前記シンチレータ材部材はスロツトを定める所定長の複 数個の光学バリヤを有する調整された光ガイドを一体として備え、前記スロツト の各々は前記シンチレータ材部材の内の１つと動作的に関係して前記シンチレー タ材部材に入るフオトンは前記スロツトされた光ガイド中の動作的に関係するス ロツトに入り、前記スロツトは前記スロツトされた光ガイドの軸方向及び横断方 向次元に沿つたフオトンの分布を制御するための所定長を有している前記シンチ レータ材部材と、前記シンチレータ材部材から遠隔位置で前記光ガイドと動作的 に関係して前記スロツトされた光ガイド上の所定位置で前記フオトンの分布を検 出する装置であつて、これにより前記ガンマ線は前記調整された光ガイドにより 制御された統計的パターンで分布して前記フオトンの分布を検出する前記装置に より検出される光学的フオトンを発生する前記検出装置と、を含む２次元フオト ン位置エンコーダ装置。
19. １９．入射するフオトンの原点位置の空間分解能を強化したシンチレーシヨン検 出器を含む２次元フオトン位置エンコーダ装置において、 入射ガンマ線と相互作用して定量可能な数のフオトンを発生する複数個のシンチ レータ材部材を定めるシンチレータ材結晶であつて、前記シンチレータ材部材は 前記シンチレータ材部材の軸方向及び横断方向次元に沿つて前記シンチレータ材 部材に入るフオトンの分布を制御するため調整された光ガイドを一体的に定める よう所定深さの複数個の光学的バリヤにより分離されている前記シンチレータ材 結晶と、 前記シンチレータ材部材から遠隔位置で前記光ガイドと動作的に関係して前記ス ロツトされた光ガイド上の所定位置で前記フオトンの分布を検出する装置であつ て、これにより前記ガンマ線は前記調整光ガイドにより制御された統計パターン で分布しかつ前記フオトンの分布を検出する前記装置により検出される光学的フ オトンを発生する前記検出装置と、 を含む２次元フオトン位置エンコーダ装置。