(57)【要約】【課題】  本開示は、検出器システム及び放射線イメージング装置を提供する。【解決手段】  検出器システムは、重なり合う複数の検出器層を含む検出器であって、検出器層は検出器素子層を含み、少なくとも１つの検出器層が、検出器層の厚さ方向に沿って移動可能である、検出器と；少なくとも１つの検出器層に駆動接続された距離調整装置であって、少なくとも１つの検出器層を検出器層の厚さに沿って移動させることにより、検出器の隣接する検出器層の間の層間距離を調整する距離調整装置と；を含む。放射線イメージング装置は、上述した検出器システムを含む。本開示の検出器システム及び放射線イメージング装置は、高い角度分解能で全方向性且つ効率的な検出効果を実現するのに役立つ。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出器システム（２００）であって、当該検出器システムは、
重なり合う複数の検出器層（２１１）を含む検出器（２１０）であって、前記検出器層（２１１）は検出器素子層を含み、少なくとも１つの検出器層（２１１）が、前記検出器層（２１１）の厚さ方向に沿って移動可能である、検出器（２１０）と、
前記少なくとも１つの検出器層（２１１）に駆動接続された距離調整装置（２２０）であって、前記少なくとも１つの検出器層（２１１）を前記検出器層（２１１）の厚さに沿って移動させることにより、前記検出器（２１０）の隣接する検出器層（２１１）の間の層間距離を調整する距離調整装置（２２０）と、を含む、
検出器システム（２００）。
【請求項２】
前記検出器素子層は、シンチレータ検出素子層を含み、前記検出器層（２１１）は、前記シンチレータ検出素子層に接続された光電変換素子と、該光電変換素子に接続された集積回路チップとを含む、請求項１に記載の検出器システム（２００）。
【請求項３】
前記検出器（２１０）は、３つ以上の検出器層（２１１）を含む、請求項１に記載の検出器システム（２００）。
【請求項４】
前記検出器素子層は、シンチレータ検出素子層を含み、該シンチレータ検出素子層は、前記検出器層（２１１）の厚さに対して直交する方向に近接して並んで配置された複数のシンチレータ・バー（２１１１）を含む、請求項１に記載の検出器システム（２００）。
【請求項５】
前記シンチレータ・バー（２１１１）の長さ方向の両端以外の側面には、反射層が設けられる、請求項４に記載の検出器システム（２００）。
【請求項６】
前記シンチレータ・バーの長さ方向の両端以外の側面には、遮光層が設けられる、請求項４に記載の検出器システム（２００）。
【請求項７】
前記検出器層（２１１）は、シリコン光電子増倍管（２１１２）を含み、各シンチレータ・バー（２１１１）の両端には、それぞれ、１つの前記シリコン光電子増倍管（２１１２）が設けられる、請求項４に記載の検出器システム（２００）。
【請求項８】
前記検出器層は、前記検出器層（２１１）の前記シリコン光電子増倍管（２１１２）に接続された集積回路チップをさらに含み、前記検出器層（２１１）に前記集積回路チップが配置される、請求項７に記載の検出器システム（２００）。
【請求項９】
当該検出器システム（２００）は、前記検出器（２１０）に接続された電源装置及びデータ取得装置を含む、請求項１に記載の検出器システム（２００）。
【請求項１０】
前記距離調整装置（２２０）は、各検出器層（２１１）に接続された層間接続機構（２２１）を含み、該層間接続機構（２２１）は、前記距離調整装置（２２０）が層間距離を調整するときに、各２つの隣接する検出器層（２１１）の間に同じ前記層間距離を規定する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の検出器システム（２００）。
【請求項１１】
前記層間接続機構（２２１）は、複数のヒンジ接続ロッドによって形成されたロッド伸縮構造を含み、各検出器層（２１１）は、前記ロッド伸縮構造とヒンジ接続される、請求項１０に記載の検出器システム（２００）。
【請求項１２】
前記距離調整装置（２２０）は、前記少なくとも１つの検出器層（２１１）の動きを案内する案内機構（２２２）を含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の検出器システム（２００）。
【請求項１３】
前記距離調整装置（２２０）は、前記複数の検出器層（２１１）のうちの少なくとも１つの検出器層（２１１）と駆動接続される駆動機構をさらに含み、該駆動機構を使用して、前記少なくとも１つの検出器層（２１１）を前記検出器層（２１１）の厚さ方向に沿って移動させて前記層間距離を調整する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の検出器システム（２００）。
【請求項１４】
当該検出器システム（２００）は、検出器ブラケット（２３０）を含み、前記複数の検出器層（２１１）及び前記距離調整装置（２２０）が、前記検出器ブラケット（２３０）に配置される、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の検出器システム（２００）。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の検出器システム（２００）を含む放射線イメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、放射線検出技術の分野に関し、特に検出器システム及び放射線イメージング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線検出の分野では、ガンマ放射線核種の位置及び空間分布を決定するコンプトン・イメージング法が効果的な方法である。コンプトン・カメラは、コンプトン・イメージング法を採用した放射線イメージング装置である。
【０００３】
図１に示されるように、基本的なコンプトン・カメラの検出器２０は、散乱検出器として機能する第１の検出器層２１と、吸収検出器として機能する第２の検出器層２２とを含む２つの検出器層から構成される。各検出器層は、複数のボクセルに分割され、これらボクセルは、位置、エネルギー、及び時間情報を取得できる検出器アレイを構成する。
【０００４】
放射能源１０からのガンマ線は、散乱検出器でコンプトン散乱を受け、ここで、付与エネルギー（deposit  energy）はＥ１であり、散乱位置は（ｘ１、ｙ１、ｚ１）である。散乱光子は吸収検出器で光電反応を受け、次に、吸収検出器によって完全に吸収され、ここで、付与エネルギーはＥ２であり、散乱位置は（ｘ２、ｙ２、ｚ２）である。
【０００５】
コンプトン・イメージングの原理によれば、ガンマ線が放射される場所は、円錐の表面上の中心点で決定され、その円錐の頂点が（ｘ１、ｙ１、ｚ１）であり、軸線が位置（ｘ１、ｙ１、ｚ１）と位置（ｘ２、ｙ２、ｚ２）との間の接続線である。円錐角は、式（１）から取得できる。
【数１】
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ここで、Ｍｅｃ２は電子の静的エネルギーである。
【０００６】
放射線源が単一点源又は複数点源である場合に、複数の例によって、多数の円錐を取得され得る。これらの円錐の交点は、理論的には放射線源の位置である。
【０００７】
コンプトン・カメラは、角度分解能、検出効率、及びイメージング視野の３つの主要な指標の間でトレードオフが必要となる。散乱検出器と吸収検出器との間の距離は、角度分解能を向上させるために増大させる必要があり、これは必然的に検出効率及びイメージング視野の低下につながる。３Ｄ位置感知検出器が、検出効率を改善し且つ全方向性（無指向性）検出能力を獲得するために、散乱体と吸収体との両方として使用される場合に、散乱点と吸収点との間の距離が短くなるため、角度分解能が悪化する可能性がある（通常２０〜３０°のみ）。
【発明の概要】
【０００８】
本開示の目的は、検出器システム及び放射線イメージング装置を提供することである。
【０００９】
本開示の第１の態様は、検出器システム（detector  system）を提供し、この検出器システムは、
重なり合う複数の検出器層（detector  layers）を含む検出器であって、検出器層は検出器素子層（detector  element  layer）を含み、少なくとも１つの検出器層は検出器層の厚さ方向に沿って移動可能である、検出器と、
少なくとも１つの検出器層に駆動接続された距離調整装置であって、少なくとも１つの検出器層を検出器層の厚さに沿って移動させることにより、検出器の隣接する検出器層の間の層間距離を調整する距離調整装置と、を含む。
【００１０】
また、検出器素子層は、シンチレータ検出素子層を含み、検出器層は、シンチレータ検出素子層に接続された光電変換素子と、光電変換素子に接続された集積回路チップとを含む。
【００１１】
さらに、検出器は、３つ以上の検出器層を含む。
【００１２】
さらに、検出器素子層は、シンチレータ検出素子層を含み、シンチレータ検出素子層は、検出器層の厚さに対して直交する方向に近接して並んで配置された複数のシンチレータ・バーを含む。
【００１３】
さらに、シンチレータ・バーの長さ方向の両端以外の側面には、反射層が設けられる。
【００１４】
さらに、シンチレータ・バーの長さ方向の両端以外の側面には、遮光層が設けられる。
【００１５】
さらに、検出器層はシリコン光電子増倍管を含み、各シンチレータ・バーの両端には、それぞれ、１つのシリコン光電子増倍管が設けられる。
【００１６】
また、検出器層は、検出器層のシリコン光電子増倍管に接続された集積回路チップをさらに含み、検出器層に集積回路チップが配置される。
【００１７】
さらに、検出器システムは、検出器に接続された電源装置及びデータ取得装置を含む。
【００１８】
さらに、距離調整装置は、各検出器層に接続された層間接続機構を含み、層間接続機構は、距離調整装置が層間距離を調整するときに、各２つの隣接する検出器層の間に同じ層間距離を規定する。
【００１９】
さらに、層間接続機構は、複数のヒンジ接続ロッドによって形成されたロッド伸縮構造を含み、各検出器層は、ロッド伸縮構造とヒンジ接続される。
【００２０】
さらに、距離調整装置は、少なくとも１つの検出器層の動きを案内するための案内機構を含む。
【００２１】
また、距離調整装置は、複数の検出器層のうちの少なくとも１つの検出器層に駆動接続される駆動機構をさらに含み、この駆動機構を使用して、少なくとも１つの検出器層を検出器層の厚さ方向に沿って移動させて層間距離を調整する。
【００２２】
さらに、検出器システムは検出器ブラケットを含み、複数の検出器層及び距離調整装置が、検出器ブラケットに配置される。
【００２３】
本開示は、本開示の第１の態様について説明した検出器システムを含む放射線イメージング装置を提供する。
【００２４】
本開示で提供される検出器システムに基づいて、検出器の隣接する検出器層の間の層間距離を調整することができ、層間距離が最小のときに検出効率が最高に達する。層間距離が最大の場合に、検出効率は最低になり、視野は最小になるが、角度分解能は最高になる。層間距離が最大値と最小値との間にある場合に、検出効率、イメージング視野、及び角度分解能は、層間距離に応じて調整でき、これは、放射線測定の様々な要件を満たすのに役立つ。こうして、高い角度分解能で全方向性且つ効率的な検出効果を実現するのに役立つ。
【００２５】
本開示は、本開示の検出器システムを含む放射線イメージング装置も提供する。放射線イメージング装置は、本明細書に開示される検出器システムと同じ利点を有する。
【００２６】
他の特徴及び本開示の特徴の利点は、添付図面を参照して本発明の例示的な実施形態の以下の詳細な説明からより明確に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本願の一部を構成する添付図面は、本開示の更なる理解を与えることを意図している。本発明の例示的な実施形態及びその説明は、本開示を説明するのに役立つが、本開示に対する不適切な制限を構成するものではない。
【図１】従来技術のコンプトン・カメラ検出器の動作原理の概略図である。
【図２】隣接する検出器層の間の層間距離が最小である場合の、本開示の実施形態に示される検出器システムの検出器の構造図である。
【図３】隣接する検出器層の間の層間距離が最大である場合の、図２に示される実施形態における検出器の構造図である。
【図４】隣接する検出器層の間の層間距離が最小値と最大値との間にある場合の、図２に示される実施形態の特定の位置での検出器の構造図である。
【図５】図２に示される実施形態における検出器の１つの検出器層の構造図である。
【図６】図２に示される実施形態における検出器の動作原理図である。
【図７】図２に示される実施形態における検出器の放射線源イメージング効果図である。
【図８】図２に示される実施形態における検出器の放射線源イメージング効果図である。
【図９】検出器の隣接する検出器層の間の層間距離が最小である場合の、本開示の別の実施形態に示される検出器システムの構造図である。
【図１０】検出器の隣接する検出器層の間の層間距離が最大である場合の、図９に示される実施形態における検出器システムの構造図である。
【図１１】検出器の隣接する検出器層の間の層間距離が最小値と最大値との間にある場合の、図９に示される実施形態における検出器システムの構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下のテキストは、本開示の実施形態の図面と共に、本開示の実施形態で実施される技術的解決策を明確且つ完全に説明する。明らかに、説明する実施形態は、本開示で実施される実施形態の一部に過ぎず、全ての実施形態ではない。少なくとも１つの例示的な実施形態の以下の説明は、実際には例示に過ぎず、本開示及びその適用又は使用を限定することを決して意図するものではない。本開示の実施形態について、創作的な努力をすることなく当業者によって得られる他の全ての実施形態は、本発明の保護の範囲内に入る。
【００２９】
これらの実施形態に示される構成要素及びステップの相対的な配置、数値表現、及び数値は、特に明記しない限り、本開示に対する限定として解釈すべきではない。なお、添付図面に示されている様々な部分の寸法は説明のためのものであり、必ずしも実際の縮尺に従って描かれているわけではないことを理解されたい。関連技術の当業者に知られている技術、方法、及び装置は、詳細に議論しないことがあるが、適切な場合に、これらの技術、方法、及び装置は、本明細書の一部とみなすべきである。本明細書に示され議論される全ての実施形態において、特定の値は、単なる例示として解釈すべきであり、限定として解釈すべきではない。従って、例示的な実施形態の他の例は、異なる値を有し得る。以下の添付図面では、同様のラベル及び文字が同様のアイテムを表し、従って、１つの添付図面に既に規定されているアイテムは、後続の添付図面でさらに説明する必要がないことに留意されたい。
【００３０】
本開示を説明するときの「第１」、「第２」及び類似の用語の使用は、異なる部品同士の間を区別するためだけに使用され、特に明記しない限り特別な意味を有さないため、本開示の保護範囲の制限として解釈することはできない。
【００３１】
「前方、後方、上方、下方、左右」、「横方向、垂直方向、直交方向、水平方向」、「上部及び下部」等、本開示を説明するために使用される位置関係の名詞は、通常、本開示を説明し、且つ説明を簡略化するのみの便宜のために添付図面に示される向き又は位置関係を示し、そして反対の記述がない場合に、問題となる装置又は要素が特定の向きを有さなければならない又は、特定の向きで構築及び操作しななければならないことを示したり暗示したりするものではなく、従って、本開示の保護範囲に対する制限として理解することはできないことに留意されたい。「内側」及び「外側」という用語は、各コンポーネントのアウトラインの内側及び外側を指す。
【００３２】
本開示において、「複数」とは、２つ、３つ、又は４つ以上を意味し、例えば、「複数の層」とは、２つの層、３つの層、又は４つ以上の層を意味する。
【００３３】
図２〜図５及び図９〜図１１に示されるように、本開示の実施形態で提供される検出器システム２００は、主に、検出器２１０と、距離調整装置２２０とを含む。検出器２１０は、検出器層２１１の厚さ方向に沿って重なる複数の検出器層２１１を含み、複数の検出器層２１１の少なくとも１つの検出器層２１１が、検出器層２１１の厚さ方向に沿って移動可能である。検出器層２１１は、検出器素子層を含む。距離調整装置２２０は、少なくとも１つの検出器層２１１と駆動接続され、少なくとも１つの検出器層２１１を検出器層２１１の厚さに沿って移動させることにより、検出器２１０の隣接する検出器層２１１の間の層間距離を調整する。本開示で説明する層間距離は、隣接する検出器層２１１の対向する表面の間の距離である。
【００３４】
本開示の実施形態で提供される検出器システム２００では、隣接する検出器層２１１の間の層間距離を調整することができる。層間距離が最小の場合に、検出効率は最高に達する。層間距離が最大の場合に、検出効率は最低になり、視野は最小になるが、角度分解能は最高になる。層間距離が最大値と最小値との間にある場合に、検出効率、イメージング視野、及び角度分解能は、層間距離に応じて調整でき、これは、放射線測定の様々な要件を満たすのに役立つ。こうして、高い角度分解能で全方向性且つ効率的な検出効果を実現するのに役立つ。
【００３５】
検出器素子層は、例えば、シンチレータ検出素子層、半導体検出素子層、又はガス検出素子層等であり得る。シンチレータ検出素子は、例えば、ＧＡＧＧシンチレータ素子、ＬＳＯシンチレータ素子、ＮａＩシンチレータ素子、ＣｓＩシンチレータ素子、又はＬａＢｒ３シンチレータ素子であり得る。半導体検出素子は、高純度ゲルマニウム検出器素子、ＣｄＺｎＴｅ検出器素子等であり得る。
【００３６】
いくつかの実施形態では、検出器素子層はシンチレータ検出素子層を含み、各検出器層２１１は、シンチレータ検出素子層に接続された光電変換素子と、光電変換素子に接続された集積回路チップとを含む。
【００３７】
光電変換素子は、例えば、光電子増倍管（ＰＭＴ）、フォトダイオード（ＰＤ）、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）、又はシリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ又はマルチピクセル光子カウンター（ＭＰＰＣ））であり得る。光電変換素子は、シンチレータ検出素子層によって得られた光信号を電気信号に変換するように適合される。
【００３８】
検出器素子層が半導体検出素子層又はガス検出素子層である場合に、光電変換素子は不要である。
【００３９】
いくつかの実施形態では、検出器２１０は、３、４、６、７、９、１０、１４以上の層等の３つ以上の検出器層２１１を含むことができるが、８つ以上の層が好ましい。もちろん、検出器２１０は、２つの検出器層２１１のみを有してもよい。
【００４０】
いくつかの実施形態では、検出器層２１１の検出器素子層は、シンチレータ検出素子層を含む。シンチレータ検出素子層は、検出器層２１１の厚さに対して直交する方向に近接して並んで配置された複数のシンチレータ・バー２１１１を含む。この場合に、検出器層２１１は、シリコン光電子増倍管２１１２を含むことができ、各シンチレータ・バー２１１１の両端には、それぞれ、１つのシリコン光電子倍増管２１１２が設けられる。検出器層２１１は、検出器層２１１のシリコン光電子増倍管２１１２に接続される集積回路チップをさらに含んでもよく、検出器層２１１に集積回路チップが配置される。
【００４１】
いくつかの実施形態では、各シンチレータ・バー２１１１には、特に検出器層２１１の厚さ方向に平行な側面には、反射層が設けられる。反射層は、各シンチレータ・バー２１１１により生成されるシンチラント光（scintillant  light）を分離する（isolate）ために使用され、これは、異なるシンチレータ・バー２１１１の間の干渉を防ぐために有利である。
【００４２】
いくつかの実施形態では、各シンチレータ・バー２１１１には、特に検出器層２１１の厚さ方向に平行な側面には、遮光層が設けられ、これは、検出光線以外の光によって生じる干渉を防ぐ。
【００４３】
いくつかの実施形態では、検出器システム２００は、検出器２１０に接続された電源装置及びデータ取得装置を含む。
【００４４】
いくつかの実施形態では、距離調整装置２２０は、各検出器層２１１に接続される層間接続機構２２１を含み、層間接続機構２２１は、距離調整装置２２０が層間距離を調整するときに、各２つの隣接する検出器層２１１の間に同じ層間距離を規定する。
【００４５】
いくつかの実施形態では、層間接続機構２２１は、複数のヒンジ接続ロッドによって形成されるロッド伸縮構造を含み、各検出器層２１１は、ロッド伸縮構造とヒンジ接続される。いくつかの実施形態では、ロッド伸縮構造は、端から端まで順にヒンジ接続された複数の接続ロッドから構成される。或いは、他のいくつかの実施形態では、ロッド伸縮構造は、連続的に接続された複数のせん断フォーク構造も含んでもよい。
【００４６】
いくつかの実施形態では、距離調整装置２２０は、各検出器層２１１の動きを案内するための案内機構２２２を含む。案内機構２２２は、例えば案内ロッドを含むことができ、各検出器層２１１は、案内ロッドと一致する案内孔を含むことができる。案内機構２２２はまた、案内レールと、案内レールに沿って移動可能に嵌合される嵌合部とを含んでもよく、各検出器層２１１には、嵌合部が設けられる。
【００４７】
いくつかの実施形態では、距離調整装置２２０は、複数の検出器層２１１の少なくとも１つの検出器層２１１と駆動可能に接続される駆動機構２２３をさらに含み、駆動機構２２３は、層間距離を調整するために、少なくとも１つの検出器層２１１を検出器層２１１の厚さ方向に沿って移動させるように構成される。駆動機構２２３は、ねじ付きロッドと、ねじ付きロッドと一致するナットとを含むことができ、ナットは、検出器層２１１のうちの１つに固定して接続される。ねじ付きロッドは、手動で、又はねじ付きロッドを駆動して動作させるステップモータ等の動力源によって駆動することができる。
【００４８】
いくつかの実施形態では、検出器システム２００は、検出器ブラケット２３０、複数の検出器層２１０、及び検出器ブラケット２３０に配置された距離調整装置２２０を含む。検出器ブラケット２３０は、フレーム構造を有するのが好ましい。
【００４９】
本開示のいくつかの実施形態における検出器システム２００は、図２〜図１１に関連して以下で詳細に説明する。
【００５０】
図２〜図８は、本開示の実施形態による検出器システム２００の検出器２１０の構造、原理、及び効果を示している。
【００５１】
検出器システム２００は、主に、検出器２１０、距離調整装置、検出器ブラケット、電源装置、及びデータ取得装置を含む。
【００５２】
図２〜図５に示されるように、検出器２１０は、検出器層２１１の厚さ方向に沿って重ねられた８つの検出器層２１１を含む。検出器層２１１の厚さ方向は、図２〜図５と同様に上下方向である。８つの検出器層２１１のうちの、底部検出器層２１１を除く７つは、検出器層２１１の厚さ方向に沿って移動可能である。
【００５３】
距離調整装置は、複数の検出器層２１１のうちの少なくとも１つの検出器層２１１に駆動接続され、少なくとも１つの検出器層２１１を検出器層２１１の厚さ方向に沿って移動させることにより、隣接する検出器層２１１の間の層間距離を調整する。本実施形態は、検出器２１０の構造、機能、原理、及び効果に焦点を当てている。従って、図２〜４は、距離調整装置２２０の特定の構造ではなく、調整結果のみを示している。実施形態は、距離調整装置の構造を特定していない。検出器システム２００における検出器２１０の隣接する検出器層２１１の間の層間距離を調整できる調整装置は、本実施形態の範囲内にあり、本実施形態の全ての検出器層は、検出器２１０の機能が影響を受けない限り、距離調整装置の調整機能による適応的な変更を構造に加えることができる。
【００５４】
検出器層２１１の検出器素子層は、シンチレータ検出素子層、シンチレータ検出素子層に接続されたシリコン光電子増倍管２１１２、及びシリコン光電子増倍管２１１２に接続された集積回路チップを含む。
【００５５】
図２〜図５に示されるように、シンチレータ検出素子層は、検出器層２１１の厚さに対して直交する方向に近接して並んで配置された１６個のシンチレータ・バー２１１１を含む。シンチレータ・バー２１１１は、ＧＡＧＧシンチレータ・バーであり、３ミリメートル（ｍｍ）×３ｍｍ×４８ｍｍのサイズである。各シンチレータ・バー２１１１の４つの側面は、両端の正方形の面を除き、反射層及び遮光層で覆われている。各シンチレータ検出素子層上の複数のＧＡＧＧシンチレータ・バーは、隣接する検出器層の中心間の距離が検出器層の厚さに等しい場合に（層は緊密にフィットする）、より高い検出効率と全方向検出の効率のより良い一貫性を実現するために近接して配置される。
【００５６】
この場合に、検出器層２１１は３２個のシリコン光電子増倍管２１１２を含み、１６個のシンチレータ・バー２１１１のそれぞれの両端には、それぞれ、１つのシリコン光電子増倍管２１１２が設けられる。集積回路チップは、検出器層２１１の３２個のシリコン光電子増倍管２１１２に接続されるＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）チップであってもよく、検出器層２１１に集積回路チップが配置される。本実施形態では、シンチレータ・バー２１１１の両端の端面と協働して、シンチレータ・バー２１１１の両端の信号を、３ｍｍ×３ｍｍの有効面積を有するシリコン光電子増倍管２１１２で読み取る。各シンチレータ・バー２１１１とその両端の２つのシリコン光電子増倍管２１１２は、基本的な検出ユニットを構成する。
【００５７】
図６に示されるように、検出器システム２００の検出器２１０は、８つの検出器層２１１を含み、複数の位置で線源１００からの光線を検出する。各検出器層２１１は、検出されたケース（cases：事例）のエネルギー、時間、及び２次元位置情報を取得することができる。検出器２１０の検出器層２１１は同じ機能を有しており、各検出器層２１１は、同時検出法（coincidence  method：同時計数法）を使用して検出されたケースの関連情報を決定する吸収検出器又は散乱検出器のいずれかであり得る。同時検出法は、特定の幅の時間ウィンドウが指定され（例えば、１００ナノ秒（ｎｓ）の典型的な値をとる）、検出器層２１１のいずれか１つがトリガーされると開始される。このウィンドウに該当する全てのケースが均等に記録される。検出器の正確に２つの検出器層があるケースを検出した場合に、検出器はイメージングを許可され、どの検出器層２１１が吸収検出器として機能し、どの検出器層２１１が散乱検出器として機能するかを決定できる。
【００５８】
図２は、本実施形態における検出器２１０の検出器層２１１が密接にフィットする場合の、検出器２１０の構造を示す概略図である。この場合に、層間距離は最小になり、具体的にはゼロになり、隣接する検出器層２１１の中心間の距離は、検出器層２１１の厚さに等しくなる。アレイ内の各シンチレータ・バー２１１１の位置には２次元情報が含まれる。各シンチレータ・バー２１１１の両端のシリコン光電子増倍管２１１２によって、各シンチレータ・バー２１１１内の放射線源の作用点（action  point）の位置を決定でき、次に、３次元位置情報を取得できる。さらに、検出器層２１１は、独立して読み取られ、同時検出法の対象となり得る。この場合に、検出器２１０全体は、約４０度の角度分解能で全方向検出を可能にし、核種の種及びイメージング関心領域の高速（＜１秒）決定に使用される３Ｄ位置感知検出器２１０であり、この検出器２１０が最も効率的である。本実施形態の検出器２１０により、６６２ｋｅＶガンマ線の固有検出効率は２０％に達することができる。
【００５９】
図３は、本実施形態における検出器２１０の隣接する検出器層２１１の間の層間距離が最大に達した（例えば、隣接する検出器層の中心間の距離が、検出器層２１１の厚さの５倍である）ときの、検出器２１０の構造を示す概略図である。この場合に、検出器２１０は、１５０°の範囲に亘って高精度のイメージングを提供する。隣接する検出器層２１１の間の層間距離の拡大により生じる、残りの検出器層２１１に向かう各検出器層２１１の立体角の減少の結果として、検出効率は低下する。層同士の間の距離が拡大した後に、側面入射を効果的にイメージングすることができないため、視野は小さくなる。ただし、作用点の位置付けの不確実性が作用点によって形成されるラインの方向の決定に与える影響が少ないため、層間距離を拡大すると角度分解能が向上する。
【００６０】
図４は、本実施形態における検出器２１０の隣接する検出器層２１１の間の層間距離が最小値と最大値との間にある場合の、検出器２１０の構造を示す概略図である。隣接する検出器層２１１の間の層間距離が最小に達すると、作用点は互いに近くなるため、位置決めの不確実性は、作用点によって形成されるラインの方向の決定に大きな影響を与え、角度分解能は乏しくなる。層をさらに引き離すと、作用点は互いに遠くなり、角度分解能は向上するが、効率は低下し、視野は小さくなる。層間距離の柔軟な調整により、様々なシナリオでのイメージング視野、検出効率、角度分解能等の要件に対応できる。
【００６１】
図７及び図８は、それぞれ、隣接する検出器層２１１の間の層間距離が最大である場合の、図２〜図５に示される実施形態の検出器２１０によって実現される放射線源イメージング効果の図を提供する。具体的には、図７及び図８は、単純な逆投影法を使用して得られた１３７Ｃｓ放射線源のイメージング効果図である。
【００６２】
図７では、横軸は方位角を示し、縦軸は傾斜角を示し、ストリップカラーバンドは投影の相対強度を示す。図７の画像の中央にある強度の高い領域は、１３７Ｃｓ放射線源の位置に対応する、光線強度が高い再構成領域である。
【００６３】
図８では、横軸は、計算された逆投影角度と実際の放射線源の角度との間の差を示している。縦軸は、単位角度差あたりのケース数を示す。破線は統計的な棒グラフを構成する。滑らかな曲線は、角度分解能、つまりフィッティングによって得られたガウス分布の半値全幅（ＦＷＨＭ）に基づくガウスフィッティングの結果を示している。
【００６４】
シミュレーション計算では、検出器には８つの検出器層が設けられ、検出器層にはサイズが３ｍｍ×３ｍｍ×４８ｍｍの１６個のＧＡＧＧシンチレータ・バーが設けられる。隣接する検出器層の中心間の距離が１５ｍｍの場合に、合計１８０５ケースがカウントされ、固有の検出効率は１．８％に達し、角度分解能は１０度に達する。
【００６５】
図９〜図１１は、本開示の別の実施形態における検出器システム２００の構造図を示している。本実施形態の説明は、検出器システム２００の距離調整装置２２０の例に焦点を当てている。本開示及び前述した実施形態における検出器システム２００の検出器２１０の構造、機能、原理、及び効果に関して、前述した実施形態の検出器システムの説明を参照することができる。本実施形態の検出器２１０と前述した実施形態の検出器２１０との違いは、本実施形態では、検出器層２１１の数が１６個であり、距離調整装置２２０の検出器層２１１を接続する接続構造２１１３が示されていることである。接続構造２１１３は、光電変換素子が配置されていない検出器層２１１のシンチレータ検出素子層の両側に配置される。図９〜図１１に示されるように、本実施形態では、シリコン光電子増倍管２１１２は検出器層２１１の上下両側に配置され、接続構造２１１３は前後両側に配置される。図９〜図１１において、左右方向は、本実施形態における検出器層２１１の厚さ方向である。
【００６６】
図９〜図１１に示されるように、本実施形態における検出器システム２００の距離調整装置２２０は、層間接続機構２２１、案内機構２２２、及び駆動機構２２３を含む。本発実施形態の検出器システム２００は、検出器ブラケット２３０、検出器２１０の検出器層、及び検出器ブラケット２３０に配置された距離調整装置２２０をさらに含む。
【００６７】
層間接続機構２２１は、各２つの検出器層２１１の間の層間距離を等しく保つ制御機構である。層間接続機構２２１は各検出器層２１１に接続され、距離調整装置２２０が層間距離を調整するときに、層間接続機構２２１は、各２つの隣接する検出器層２１１の間に同じ層間距離を規定する。
【００６８】
図９〜図１１に示されるように、本実施形態の層間接続機構２２１は、複数のヒンジ接続ロッドによって形成されるロッド伸縮構造を含み、各検出器層２１１はロッド伸縮構造とヒンジ接続される。ロッド伸縮構造は、端から端まで順にヒンジ結合された複数の接続ロッドを含む。接続ロッドの中で、ロッド伸縮構造の最も外側（右と左）の２つの接続ロッドは、長さが短い、短い接続ロッドである。短い接続ロッドの両端は、隣接する接続ロッドと最も外側の検出器層２１１の中央部とにそれぞれヒンジ接続される。２つの短い接続ロッドの間の接続ロッドは、長さが長い、長い接続ロッドである。複数の長い接続ロッドが、最も外側の２つの検出器層２１１の間に設けられた複数の検出器層２１１に対応して１つずつ配置され、端と端が順に接続される。各長い接続ロッドの中央部は、対応する検出器層２１１の中央部にヒンジ接続される。図９〜図１１に示されるように、ロッド伸縮構造の各接続ロッドは、各対応する検出器層２１１の接続構造２１１３にヒンジ接続される。
【００６９】
各２つの隣接する検出器層２１１の間に同じ層間距離を規定する機能は、全ての検出器層２１１を接続する層間接続機構２２１によって各検出器層２１１の運動と変位とを関連付けることによって実現される。
【００７０】
検出器層２１１の層間距離を調整した後の精度を保証するために、本実施形態では、ロッド伸縮構造が、検出器層２１１の両側に対称的に配置される。
【００７１】
案内機構２２２は、各検出器層２１１の動きを案内する。図９〜図１１に示されるように、本実施形態の案内機構２２２は、案内ロッドを含み、各検出器層２１１は、案内ロッドに一致する案内孔を含む。案内孔は、各検出器層２１１の接続構造２１１３に配置される。各検出器層２１１のより良いサポート及び全ての検出器層２１１のより良い案内を提供するために、案内ロッドが、本実施形態の検出器２１０の四隅のそれぞれに配置される。４つの案内ロッドは、互いに平行であり、且つ層間接続機構２２１と協働し、これにより各検出器層２１１の位置の正確な調整が可能になる。
【００７２】
駆動機構２２３は、複数の検出器層２１１の少なくとも１つの検出器層２１１と駆動接続することができる。図９〜図１１に示されるように、本実施形態では、右端の検出器層２１１は固定されたままであり、駆動機構２２３は、複数の検出器層２１１のうちの左端の検出器層２１１と接続され、且つ隣接する検出器層検２１１の間の層間距離を調整する目的で、右端の検出器層２１１を除く全ての検出器層２１１を駆動して、右端の検出器層２１１に対して移動させる。具体的には、駆動機構２２３は、ねじ付きロッドと、ねじ付きロッドに一致するナットとを含み、ナットは、検出器層２１１の１つに固定して接続される。
【００７３】
ナットの外側輪郭及びナットの外側輪郭に対するねじ孔の位置は、各検出器層の相対変位を調整するために、１つのねじ孔がねじ付きロッドと協働する限り、本開示の説明では限定されない。例えば、ナットの形状は、六角形、円形、正方形、又は不規則であってもよい。図９〜図１１に示されるように、本実施形態のナットは、角形を有している。四角ナットは、左端の検出器層２１１の左側に固定され、ねじ孔は、四角ナットの外側輪郭の下部で検出器２１０の下にある。
【００７４】
図９〜図１１に示されるように、本実施形態では、検出器ブラケット２３０は矩形のフレーム構造を有し、案内機構２２２の各案内ロッド及び駆動機構２２３のねじ付きロッドは、検出器ブラケット２３０に配置される。各検出器層２１１は、案内孔と案内ロッドとの間の協働により、４つの案内ロッドに配置される。
【００７５】
検出器ブラケット２３０、距離調整装置２２０、及び検出器層の接続構造は、検出器ブラケット２３０、距離調整装置２２０、及び検出器層の接続構造が検出器２１０の検出放射源１００に影響を与えるのを防止するために、低Ｚ材料で作製され得る。低Ｚ材料は、高エネルギー線への影響が制限されており、検出器による放射線源の検出には影響を与えない。
【００７６】
本開示の実施形態は、本実施形態に含まれる検出器システム２００を含む放射線イメージング装置も提供する。放射線イメージング装置は、本開示の実施形態に開示される検出器システム２００と同じ利点を有する。本開示の実施形態における放射線イメージング装置は、位置感知検出器及びコンプトン・イメージング原理を利用し、核放射線検出、放射線イメージング、放射性核種モニタリング、及び核技術応用の分野に適用可能である。
【００７７】
最後に、上記の実施形態は、本発明の技術的解決策を説明するためにのみ使用され、限定として解釈すべきではないことに留意されたい。本開示は、好ましい実施形態を参照して詳細に説明されるが、当業者は、本開示の特定の実施形態が依然として修正され得るか、又はいくつかの技術的特徴が同等物に置き換えられ得ることを理解するはずである。本技術的解決策の技術的ソリューションの精神から逸脱することなく、全ての修正された実施形態及び置換された技術的特徴は、本開示の保護の範囲に含まれるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
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