(57)【要約】【課題】簡易な手法により飛来放射線の位置検出精度を向上することのできる放射線検出装置および飛来放射線の消滅位置特定方法を提供する。【解決手段】放射線（飛来放射線γ）との相互作用により発生する蛍光の波形が互いに異なる複数種類のシンチレータ２１〜２４を二次元に配列してなるシンチレータアレイ１０と、シンチレータ２１〜２４にて発生した蛍光を検出する受光素子３０と、受光素子３０が検出した蛍光の波形情報Ｄｉに基づいて、上記相互作用が生じたシンチレータ２１〜２４の種類ｉを判定する判定部と、を備え、受光素子３０による蛍光の検出位置と、判定部により判定されたシンチレータの種類ｉとから、飛来放射線γが飛来したシンチレータを特定する放射線検出装置５０。【選択図】図４
2010169516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線との相互作用により発生する蛍光の波形が互いに異なる複数種類のシンチレータを二次元に配列してなるシンチレータアレイと、
前記シンチレータにて発生した前記蛍光を検出する受光素子と、
前記受光素子が検出した前記蛍光の波形情報に基づいて、前記相互作用が生じたシンチレータの前記種類を判定する判定手段と、を備え、
前記受光素子による前記蛍光の検出位置と、前記判定手段により判定されたシンチレータの前記種類とから、前記放射線が消滅したシンチレータを特定することを特徴とする放射線検出装置。
【請求項２】
前記シンチレータのセルサイズが、前記受光素子による前記検出位置の位置精度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の放射線検出装置。
【請求項３】
前記複数種類のシンチレータの前記波形情報は、蛍光減衰時定数または立ち上がり時間が互いに相違することを特徴とする請求項１または２に記載の放射線検出装置。
【請求項４】
前記複数種類のシンチレータが、同一段に配列されている請求項１から３のいずれかに記載の放射線検出装置。
【請求項５】
放射線との相互作用により発生する蛍光の波形が互いに異なるＮ２（Ｎは２以上の整数）種類のシンチレータを含む請求項１から４のいずれかに記載の放射線検出装置であって、
第一の方向およびこれと交差する第二の方向に、前記シンチレータが、前記Ｎ２種類のうちＮ種類ずつ配列されていることを特徴とする放射線検出装置。
【請求項６】
前記受光素子が、前記第一の方向および前記第二の方向にそれぞれ延在する配線により構成されたダイノードを多段に含む光電子増倍管であって、
前記シンチレータのセルサイズが、前記配線の間隔の四分の一以下である請求項５に記載の放射線検出装置。
【請求項７】
前記受光素子が、フォトダイオードを二次元に配列したフォトダイオードアレイであって、
前記フォトダイオードの辺長が、それぞれ前記シンチレータのセルサイズの二倍以上である請求項５に記載の放射線検出装置。
【請求項８】
放射線との相互作用により発生する蛍光の波形が互いに異なる複数種類のシンチレータを二次元に配列してなるシンチレータアレイに入射した飛来放射線の消滅位置を特定する方法であって、
サンプル放射線の入射により前記シンチレータに生じる蛍光の波形に関する照合情報を、前記シンチレータの種類ごとにそれぞれ取得する予備取得工程と、
前記シンチレータアレイに入射した前記飛来放射線により生じる蛍光を受光して、前記蛍光の波形情報と、前記蛍光を受光した受光エリアとを取得する受光工程と、
前記波形情報と前記照合情報とを対比して、前記飛来放射線が消滅したシンチレータの前記種類を判定する判定工程と、
前記受光エリアに含まれる、前記種類のシンチレータの位置を特定する位置特定工程と、
を含む、飛来放射線の消滅位置特定方法。
【請求項９】
前記照合情報および前記波形情報として、前記蛍光の蛍光減衰時定数または立ち上がり時間を取得する請求項８に記載の飛来放射線の消滅位置特定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線検出装置および飛来放射線の消滅位置特定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シンチレーションとは、ガンマ線（γ線）やエックス線（Ｘ線）などの電離放射線（以下、放射線という。）が特定の物質（シンチレータ）に入射したとき、その放射線エネルギーが吸収されて蛍光を発する現象をいう。そして、かかる蛍光を検出することにより、飛来した放射線の消滅位置を特定する装置が知られている。
【０００３】
この種の技術に関し、下記特許文献１には、シンチレータを互いに平行方向に偏倚させて多段に積層したシンチレータアレイにより、放射線が入射して消滅したセル位置を、深さ位置情報ＤＯＩとともに同定する位置検出器の発明が記載されている。
【０００４】
図８は、同文献に記載のように、平行方向に偏倚させたシンチレータ１２０を二段に積層したシンチレータアレイを含む従来の位置検出器（放射線検出装置１５０）の正面図である。
同図（ａ）に示すように、放射線検出装置１５０は、互いに積層された、第一シンチレータ１２２，１２３，１２４を配列した第一アレイ１１１と、第二シンチレータ１２１を配列した第二アレイ１１２とからなるアレイユニット１１０とを有している。下段にあたる第一アレイ１１１の下方には、シンチレータ１２０に入射して消滅した飛来放射線γ1，γ2が生じた蛍光を検出する受光素子１３０が設けられている。
各シンチレータ１２０の側面には反射材（図示せず）が設けられており、蛍光は上下面より透過可能である。
同図に示すように、第一アレイ１１１と第二アレイ１１２とは、シンチレータ１２０のセルサイズの半分だけ互いにずれあっている。これにより、第二アレイ１１２にて消滅した飛来放射線γ2が生じる蛍光は、二つの隣接する第一シンチレータ１２３，１２４に分配されて受光素子１３０に至ることとなる。
【０００５】
ここで、シンチレータ１２０のセルサイズは、受光素子１３０の面内解像度（ピクセルサイズ）に対応している。すなわち、受光素子１３０によって蛍光を検出することにより、第一アレイ１１１または第二アレイ１１２のうち、いずれのシンチレータ１２０（第一および第二シンチレータ１２１〜１２４）から蛍光が入光したかが検知される。
第二シンチレータ１２１で消滅した飛来放射線γ2が生じた蛍光が受光素子１３０で検出された場合の強度分布Ｗ２は、同図に示すように二つのピークをもち、蛍光の重心位置は第一シンチレータ１２３，１２４の中間位置となる。一方、第一アレイ１１１にて消滅した飛来放射線γ1が生じる蛍光は、そのまま受光素子１３０に至るため、受光素子１３０で検出される蛍光の強度分布Ｗ１は同図に示すように一つのピークをもつとともに、蛍光の重心位置は第一シンチレータ１２２の中央位置となる。
したがって、受光素子１３０で検出される蛍光の重心位置を求めることにより、飛来放射線γ1，γ2が消滅したシンチレータが、深さ位置情報ＤＯＩとともに特定される。
【０００６】
なお、上記特許文献１では、さらにシンチレータ１２０（１２１〜１２４）を、蛍光減衰時定数の異なる二種類のシンチレータ材料を二段に積層して構成している。
これにより、受光素子１３０で検出された蛍光の蛍光減衰時定数を加味することで、シンチレータ１２０（１２１〜１２４）で消滅した飛来放射線γ1，γ2が、さらに各セルの上段で消滅したか、または下段で消滅したかが弁別可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２１６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の放射線検出装置１５０は、深さ位置情報ＤＯＩは詳細に検出可能であるものの、受光素子１３０の面内解像度が高くないという問題がある。
図８（ｂ）に示すように、任意のシンチレータ（例えば、第二シンチレータ１２１）における異なる位置に飛来放射線γ3，γ4が入射して消滅した場合、第一シンチレータ１２３，１２４を通じて受光素子１３０に至る蛍光の経路は図示のように共通となる。そして、受光素子１３０で検出される蛍光の強度分布Ｗ３は、同図（ａ）に示す強度分布Ｗ２と共通となる。
したがって、従来の放射線検出装置１５０では、一つのシンチレータ内における飛来放射線γ3，γ4の消滅位置の差異は区別することができず、飛来放射線の位置検出精度は受光素子１３０の面内解像度と同程度に留まることとなる。
【０００９】
一方、例えば受光素子として位置検出型の光電子増倍管を用いた場合、その面内解像度を向上するためには、シンチレータの微細化とともに、電荷集積用ワイヤやメッシュ電極の配線密度を増大させる必要がある。しかし、配線密度の増大は製造上の困難とコストの大幅上昇を招く。このため、受光素子の面内解像度の向上には限界がある。また、受光素子としてフォトダイオードを用いた場合には、フォトダイオードが位置敏感機能を持たないため、必要な解像度に相当する小型のダイオードをアンプ等とともに多数用意しなければならない。
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、簡易な手法により飛来放射線の消滅位置検出精度を向上することのできる放射線検出装置および飛来放射線の消滅位置特定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の放射線検出装置は、放射線との相互作用により発生する蛍光の波形が互いに異なる複数種類のシンチレータを二次元に配列してなるシンチレータアレイと、
前記シンチレータにて発生した前記蛍光を検出する受光素子と、
前記受光素子が検出した前記蛍光の波形情報に基づいて、前記相互作用が生じたシンチレータの前記種類を判定する判定手段と、を備え、
前記受光素子による前記蛍光の検出位置と、前記判定手段により判定されたシンチレータの前記種類とから、前記放射線が消滅したシンチレータを特定することを特徴とする。
【００１２】
上記発明によれば、受光素子にて特定されたピクセルに含まれる複数のシンチレータのうち、飛来放射線が消滅したシンチレータを判定することができるため、受光素子の面内解像度よりも高い位置精度で飛来放射線の消滅位置を特定することができる。
【００１３】
また本発明の飛来放射線の消滅位置特定方法は、放射線との相互作用により発生する蛍光の波形が互いに異なる複数種類のシンチレータを二次元に配列してなるシンチレータアレイに入射した飛来放射線の消滅位置を特定する方法であって、
サンプル放射線の入射により前記シンチレータに生じる蛍光の波形に関する照合情報を、前記シンチレータの種類ごとにそれぞれ取得する予備取得工程と、
前記シンチレータアレイに入射した前記飛来放射線により生じる蛍光を受光して、前記蛍光の波形情報と、前記蛍光を受光した受光エリアとを取得する受光工程と、
前記波形情報と前記照合情報とを対比して、前記飛来放射線が消滅したシンチレータの前記種類を判定する判定工程と、
前記受光エリアに含まれる、前記種類のシンチレータの位置を特定する位置特定工程と、
を含む。
【００１４】
上記発明によれば、複数種類のシンチレータごとに発光する蛍光の波形に関する照合情報を予め取得しておき、検査対象である飛来放射線により生じた蛍光に関する波形情報を照合することにより、飛来放射線が消滅したシンチレータの種類が判定できる。これにより、受光素子において検査対象の蛍光が検出された受光エリア（ピクセル）のうち、飛来放射線が消滅したシンチレータの位置が特定されるため、受光素子の面内解像度よりも高い位置精度で飛来放射線の消滅位置を特定することができる。
【００１５】
なお、上記各発明において、放射線がシンチレータに入射するとは、断りなき場合、飛来した放射線が当該シンチレータの内部で消滅して相互作用を生じることを意味するものである。
また、複数種類のシンチレータが二次元に配列されているとは、複数種類のシンチレータ同士が平面方向に重なり合いなく配置されていることをいい、シンチレータ同士が厚み方向に同一段にあるか、互いに一部同士が重なっているか、または乖離しているかは問わない。
【００１６】
また、本発明の各種の構成要素は、個々に独立した存在である必要はなく、複数の構成要素が一個の部材として形成されていること、一つの構成要素が複数の部材で形成されていること、ある構成要素が他の構成要素の一部であること、ある構成要素の一部と他の構成要素の一部とが重複していること、等でもよい。
【００１７】
また、本発明による飛来放射線の消滅位置特定方法を説明するにあたり、複数の工程を順番に記載することがあるが、明示の場合を除き、その記載の順番は工程を実行する順番を必ずしも限定するものではない。また、複数の工程は、明示の場合を除き、個々に相違するタイミングで実行されることに限定されず、ある工程の実行中に他の工程が発生すること、ある工程の実行タイミングと他の工程の実行タイミングとの一部ないし全部が重複していること、等でもよい。
また、本発明でいう面とは、平面を目標として物理的に形成した面を意味しており、当然ながら幾何学的な完全な平面であることは要しない。さらに、本発明では前後左右上下の方向を規定しているが、これは本発明の構成要素の相対関係を簡単に説明するために便宜的に規定したものであり、本発明を実施する場合の製造時や使用時の方向を限定するものではない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の放射線検出装置および飛来放射線の消滅位置特定方法によれば、受光素子の面内解像度よりも高い位置精度で飛来放射線の消滅位置を特定することができる。これにより、従来の受光素子を用いた場合には、放射線検出装置の解像度を向上することができる。一方、従来の放射線検出装置の解像度を維持した場合には、受光素子の面内解像度を下げることができるため、受光素子の素子密度を低減し、処理速度の向上およびコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態にかかる放射線検出装置の一例を示す正面図である。
【図２】（ａ）は本実施形態のシンチレータアレイの平面図であり、（ｂ）は従来の放射線検出装置におけるアレイユニットの平面図である。
【図３】（ａ）は本実施形態の放射線検出装置の構成図であり、（ｂ）はそのブロック図である。
【図４】シンチレータアレイに入射して消滅した飛来放射線より生じた蛍光が受光素子で検出される様子を示す模式図である。
【図５】（ａ）はフラッシュＡＤ変換器に入力されるアナログ信号の一例を示す波形グラフであり、（ｂ）はサンプリングマスクを示す図であり、（ｃ）は波形情報のデジタルデータを示す図である。
【図６】（ａ）はフォトダイオードに対して本実施形態のシンチレータユニットを光学的に接続した状態を示す模式図であり、（ｂ）は放射線検出装置の構成図である。
【図７】（ａ）はフォトダイオードアレイに対して、単一種のシンチレータを配列した従来のシンチレータユニットを光学的に接続した状態を示す模式図であり、（ｂ）はフォトダイオードアレイおよびシンチレータユニットを備える従来の放射線検出装置の構成図である。
【図８】従来の位置検出器の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２１】
＜放射線検出装置＞
図１は、本発明の実施形態にかかる放射線検出装置５０の一例を示す正面図である。同図では、フラッシュＡＤ変換器４０および判定部４２は図示を省略している。
図２（ａ）は、本実施形態のシンチレータアレイ１０の平面図である。なお、同図（ｂ）は、図８に示した従来の放射線検出装置１５０におけるアレイユニット１１０の平面図である。
図３（ａ）は本実施形態の放射線検出装置５０の構成図であり、同図（ｂ）はそのブロック図である。ただし、図３では、シンチレータアレイ１０は図示を省略している。
【００２２】
はじめに、本実施形態の放射線検出装置５０の概要について説明する。
本実施形態の放射線検出装置５０は、放射線（飛来放射線γ）との相互作用により発生する蛍光の波形が互いに異なる複数種類のシンチレータ２１〜２４を二次元に配列してなるシンチレータアレイ１０と、シンチレータ２１〜２４にて発生した蛍光を検出する受光素子３０と、受光素子３０が検出した蛍光の波形情報Ｄｉに基づいて、上記相互作用が生じたシンチレータ２１〜２４の種類ｉを判定する判定部４２と、を備えている。
そして、放射線検出装置５０は、受光素子３０による蛍光の検出位置Ｌと、判定部４２により判定されたシンチレータの種類ｉとから、飛来放射線γが消滅したシンチレータを特定する。
【００２３】
次に、本実施形態の放射線検出装置５０について詳細に説明する。
放射線検出装置５０は、飛来する各種放射線の到達位置情報を画像再構成に利用する陽電子放射断層撮像装置（ＰＥＴ）や単一光子放射撮影装置（ＳＰＥＣＴ）などに用いられる。
【００２４】
シンチレータアレイ１０を構成するシンチレータは組成が互いに異なり、放射線との相互作用により発する蛍光の波形情報Ｄｉが相違する。四種類のシンチレータ２１〜２４を用いる本実施形態においては、各シンチレータの波形情報Ｄｉは、種類ｉ（ｉ＝１〜４）ごとに蛍光減衰時定数τＳまたは立ち上がり時間τＴが互いに相違する。
【００２５】
なお、本発明において、所望の一方向（例えば第一の方向Ｘ）に関してのみ、飛来放射線γの消滅位置を高精度化すれば足りる場合には、複数種類のシンチレータを当該一方向にのみ配列すればよい。
ここで、シンチレータの二次元配列のパターンは特に限定されるものではない。シンチレータアレイ１０における各種類のシンチレータの配置位置が既知である限り、各種類のシンチレータを繰り返し規則的にパターン配置してもよく、または各種類のシンチレータを予め定められたマッピング位置に配置してもよい。
【００２６】
かかるシンチレータに用いられる材料は特に限定されず、ＬＹＳＯ、ＬｕＡＧ、ＬｕＡＰ、ＬｕＹＡＰ、ＢＧＯ、ＧＳＯ、ＬＳＯ、ＹＳＯ、ＹＡＰ、ＹＡＧ、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）などより適宜選択して用いることができる。
このうち、発生した蛍光の蛍光減衰時定数τＳまたは立ち上がり時間τＴの少なくとも一方が、互いに弁別可能な程度に相違するシンチレータの組み合わせを用いるとよい。
具体的には、二種類のシンチレータを用いる場合には、ＬｕＡＧおよびＬＹＳＯの組み合わせを選択するとよい。これらは、ＬｕＡＧの蛍光減衰時定数τＳが２０ｎｓｅｃであるのに対し、ＬＹＳＯの蛍光減衰時定数τＳが４０ｎｓｅｃであって、互いに二倍の関係にある。
また、四種類のシンチレータを用いる場合には、ＬｕＡＧ、ＬＹＳＯ、ＧＳＯ１およびＧＳＯ２の組み合わせを選択するとよい。なお、ＧＳＯ１とＧＳＯ２は、互いにＣｅ濃度を相違させて蛍光減衰時定数を変化させたＧｄ２ＳｉＯ５を意味する。
【００２７】
本実施形態の放射線検出装置５０は、放射線との相互作用により発生する蛍光の波形が互いに異なるＮ２（Ｎは２以上の整数）種類のシンチレータを含んでいる。そして、シンチレータアレイ１０は、第一の方向Ｘおよびこれと交差する第二の方向Ｙに、シンチレータが、上記Ｎ２種類のうちＮ種類ずつ配列されている。
これにより、二次元平面における飛来放射線γの消滅位置を、受光素子３０の面内解像度を超えてＮ倍の精度で特定することが可能となる。
なお、本実施形態では第一の方向Ｘと第二の方向Ｙとは直交しているが、本発明はこれに限られるものではなく、第一の方向Ｘと第二の方向Ｙとは互いに斜交していてもよい。
【００２８】
本実施形態の場合、具体的には、図２（ａ）に示すように、四種類の組成からなるシンチレータ（第一シンチレータ２１、第二シンチレータ２２、第三シンチレータ２３および第四シンチレータ２４）を、各象限に配置してシンチレータユニット２０が構成されている。本実施形態の場合、第四シンチレータ２４および第三シンチレータ２３が第一の方向Ｘに繰り返し配置された行と、第一シンチレータ２１および第二シンチレータ２２が第一の方向Ｘに繰り返し配置された行とが、第二の方向Ｙに交互に並んでいる。
【００２９】
シンチレータ２１〜２４は同一寸法の直方体状をなし、起立状態にて、第一および第二の方向Ｘ，Ｙにそれぞれ寄せ集められている。また、シンチレータ２１〜２４の長手方向の両端面の形状は正方形である。
よって、図２（ａ）に示すように、シンチレータ２１〜２４を寄せ集めたシンチレータユニット２０は、平面視正方形状をなす。
以下、シンチレータ２１〜２４の正方形端面の辺長をセルサイズＳＣという。
【００３０】
図１に示すように、四種類のシンチレータ２１〜２４は、同一段に配列されている。
各シンチレータ２１〜２４の高さは等しく、その上面にあたる入射面２６は、互いにほぼ面一である。四種類のシンチレータ２１〜２４を組み合わせたシンチレータユニット２０の上端開口面のサイズは、受光素子３０による蛍光の検出位置Ｌの最小単位にあたるピクセル２７と同等としている。
そして、シンチレータユニット２０をさらに二次元配列して、シンチレータアレイ１０を構成することにより、その上面にあたる検出面２８が平坦に形成されている。
【００３１】
シンチレータ２１〜２４の周面、すなわち長手方向の側面には、蛍光を反射する反射材（図示せず）がそれぞれ設けられている。よって、入射面２６より飛来放射線γがシンチレータ２１〜２４に入射してその内部で消滅しつつ蛍光を発すると、かかる蛍光は隣接する他のシンチレータには入光せず、反射材の表面で適宜反射して受光素子３０に至る。
【００３２】
受光素子３０としては、光電子増倍管（ＰＭＴ）、アバランシェ・フォト・ダイオード（ＡＰＤ）などのフォトダイオード、またはＣＣＤ素子を用いた光電変換器等を用いることができる。本実施形態では、光電子増倍管を受光素子３０として用いるものとする。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、受光素子３０は、第一の方向Ｘおよび第二の方向Ｙにそれぞれ延在する配線３１，３２により構成されたダイノード３３を多段に含む光電子増倍管である。
受光素子３０がクロスワイヤード型の場合、ダイノード３３の配線３１，３２は互いにねじれの位置にあって互いに交差しない。一方、受光素子３０がメッシュアノード型の場合、配線３１，３２が互いに交差点で連結されてダイノード３３はメッシュ状をなす。
受光素子３０は、後述する図４に示すように、ダイノード３３を多段に備えている。図３（ａ）では最下層のダイノード３３のみを図示している。
【００３４】
図３（ａ）に示すように、最下段のダイノード３３において配線３１，３２はそれぞれ抵抗チェーンＲによって互いに接続されている。
第一の方向Ｘに並ぶ配線３１を接続する抵抗チェーンＲ１，Ｒ２，Ｒ３・・・の両端には、増幅器と、出力端子Ｘ１およびＸ２が設けられている。一方、第二の方向Ｙに並ぶ配線３２を接続する抵抗チェーンＲａ，Ｒｂ，Ｒｃ・・・の両端には、増幅器と、出力端子Ｙ１およびＹ２が設けられている。
任意のシンチレータ２１〜２４より受光素子３０に入光した蛍光は、光電子増倍管にて光電子を増倍させ、ダイノード３３よりアナログ信号として出力端子Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２より取り出される。
【００３５】
具体的には、図３（ｂ）のブロック図に示すように、ダイノード３３からのアナログ信号は、調整器３４により配線３１，３２ごとにゲイン調整された上で、抵抗チェーンＲを介して出力端子Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２より出力される。出力されたアナログ信号は、和演算回路３５により加重和演算が行われ、最下段のダイノード３３における光電子の到達量の分布が第一および第二の方向Ｘ，Ｙごとに検出される。
【００３６】
かかるアナログ信号は、出力端子Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２より波形情報取得部に入力される。波形情報取得部は、受光素子３０が検出した蛍光に基づく光電子量に関する特性値を取得する手段である。波形情報取得部としては種々の手段を用いることができるが、本実施形態では図３に示すようにフラッシュＡＤ変換器（Ｆ−ＡＤＣ）４０を用いている。フラッシュＡＤ変換器４０では、ダイノード３３で検出された光電子量に関するアナログ信号の時刻歴的な波高に関する情報が、デジタルデータとして出力される。
なお、本発明においては、波形情報取得部として、アナログ入力信号を所定時間ごとに連続的にＡＤ変換するフラッシュＡＤ変換器４０のほか、電荷積分法や電荷比較法を測定原理とする市販のアナログ型装置を用いることができる。
電荷積分法とは、シンチレーション光による光電子電流を複数の時間区間において積分し、その違いからシンチレーション光の波形の違いを弁別する方法である。また、電荷比較法とは、光電子電流を異なる時定数を有する積分回路によって積分し、その値の違いからシンチレーション光の波形を弁別する方法である。波形の違いを立ち上がり時間やゼロクロス時間の違いに変換する手法も同様である。
【００３７】
ここで、飛来放射線γの消滅によって生じた蛍光に基づく光電子量の波高に関する情報を、「蛍光の波形情報Ｄｉ」という。また、最下段のダイノード３３における光電子の到達量の分布から求まる最大増倍位置を、「蛍光の検出位置Ｌ」という。また、特に断りなき場合、蛍光の波形情報Ｄｉは、アナログ信号またはデジタル信号の両方を意味する。
【００３８】
そして、本実施形態の放射線検出装置５０では、フラッシュＡＤ変換器４０の出力である波形情報Ｄｉを計算機（判定部４２）に取り込み、蛍光の波形情報Ｄｉに基づいてシンチレータ２１〜２４の種類ｉを判定する。
【００３９】
ここで、光電子増倍管である受光素子３０は、ダイノード３３における光電子到達量の分散形状やピーク位置に基づいて蛍光の検出位置Ｌを検出する。このため、受光素子３０の面内解像度は、隣接する配線３１，３２同士の間隔の数分の一程度となる。
本実施形態の放射線検出装置５０では、受光素子３０の面内解像度にあたるピクセル２７のピクセルサイズＳＰと、シンチレータユニット２０の上端面の辺長を同等としている。すなわち、本実施形態では、第一および第二の方向Ｘ，Ｙについて、配線３１，３２同士の間隔に対しシンチレータユニット２０を二個以上の割合で配置している。
【００４０】
そして、シンチレータユニット２０は、上記各方向について、複数個のシンチレータ２１〜２４によって構成されている。したがって、本実施形態の場合、シンチレータ２１〜２４のセルサイズＳＣは、配線３１，３２の間隔の四分の一以下である。
【００４１】
また、本実施形態においては、シンチレータ２１〜２４のセルサイズＳＣは、受光素子３０による検出位置Ｌの位置精度δよりも小さい。
【００４２】
本実施形態の放射線検出装置５０は、フラッシュＡＤ変換器４０の出力である蛍光の波形情報Ｄｉに基づいて、当該蛍光が生じたシンチレータ２１〜２４の種類ｉを判定することにより、受光素子３０の面内解像度よりも高い位置精度にて、蛍光の発生位置、すなわち飛来放射線γの消滅位置を特定することができる。
【００４３】
一方、図２（ｂ）に示す単一種のシンチレータ１２０を配列したアレイユニット１１０を、図１の受光素子３０および放射線検出装置５０と組み合わせた場合、各シンチレータ１２０にて消滅した飛来放射線γからは単一の波形情報しか得られない。このため、放射線検出装置５０により特定される飛来放射線γの消滅位置の位置精度は、受光素子３０の面内解像度を超えることができない。
【００４４】
＜飛来放射線の消滅位置特定方法＞
以下、本実施形態の放射線検出装置５０によりおこなう飛来放射線γの消滅位置特定方法について、図面を用いて説明する。
図４は、シンチレータアレイ１０に入射した飛来放射線γより生じた蛍光が受光素子３０で検出される様子を示す模式図である。同図（ａ）は、飛来放射線γが第四シンチレータ２４にて消滅した場合が示し、同図（ｂ）は、飛来放射線γが第三シンチレータ２３で消滅した状態を示している。
すなわち、図４は、シンチレータアレイ１０および受光素子３０を第二の方向Ｙに見た状態を示している。
【００４５】
はじめに、本実施形態による飛来放射線γの消滅位置特定方法（以下、「本方法」という場合がある。）の概要について説明する。
本方法は、放射線との相互作用により発生する蛍光の波形が互いに異なる複数種類のシンチレータ２１〜２４を二次元に配列してなるシンチレータアレイ１０に入射した飛来放射線γの消滅位置を特定する方法に関し、以下の予備取得工程、受光工程、判定工程および位置特定工程を含んでいる。
予備取得工程では、サンプル放射線γ０の入射によりシンチレータ２１〜２４に生じる蛍光の波形に関する照合情報Ｃｉを、シンチレータの種類ｉごとにそれぞれ取得する。
受光工程では、シンチレータアレイ１０に入射した飛来放射線γにより生じる蛍光を受光して、蛍光の波形情報Ｄｉと、蛍光を受光した受光エリアＡＲとを取得する。
判定工程では、波形情報Ｄｉと照合情報Ｃｉとを対比して、飛来放射線γが消滅したシンチレータの種類ｉを判定する。
そして、位置特定工程では、蛍光を受光した受光エリアＡＲに含まれる、上記種類ｉのシンチレータの位置を特定する。
【００４６】
次に、本方法についてより詳細に説明する。
図４に示すように、第四シンチレータ２４で生じる蛍光の波形情報Ｄ４と、第三シンチレータ２３で生じる蛍光の波形情報Ｄ３とは、蛍光減衰時定数τＳおよび立ち上がり時間τＴが相違している。
【００４７】
予備取得工程では、シンチレータ２１〜２４に対して、個別にサンプル放射線γ０を照射してシンチレーションを発生させ、フラッシュＡＤ変換器４０にて蛍光の波形を解析するとよい。そして、かかる波形より蛍光減衰時定数τＳまたは立ち上がり時間τＴの少なくとも一方を、照合情報Ｃｉ（Ｃ１〜Ｃ４）として取得し、判定部４２が備える記憶部（図示せず）に格納しておく。
なお、シンチレータで生じる蛍光の蛍光減衰時定数τＳおよび立ち上がり時間τＴは、シンチレータの組成によって固有である。したがって、予備取得工程においては、サンプル放射線γ０をシンチレータに実際に照射して蛍光の波形を解析する必要は必ずしもなく、シンチレータ２１〜２４ごとに既知の蛍光減衰時定数τＳまたは立ち上がり時間τＴを、単に記憶部に入力しておこなってもよい。
【００４８】
受光工程では、検出対象となる飛来放射線γをシンチレータアレイ１０の検出面２８に入射させる。そして、シンチレータ２１〜２４のいずれかの内部で飛来放射線γが消滅して生じる蛍光を受光素子３０によって受光する。
図４（ａ）は、第四シンチレータ２４にて消滅した飛来放射線γからの蛍光が、受光素子３０の内部に多層に設けられたダイノード３３から光電子を順次叩き出し、かかる光電子に誘起された電流のアナログ信号（電流信号）が最下段のダイノード３３の配線３１，３２より出力される様子を示している。個々の光電子が誘起する電流信号のプロファイルは波形情報Ｄ４である。また、叩き出された大量の光電子からの電流信号の総和である光電子増倍管（ＰＭＴ）の出力波形Ｗ２４は、飛来放射線γが消滅した第四シンチレータ２４の直下においてピークとなっている。
【００４９】
受光工程では、受光素子３０で蛍光を受光した受光エリアＡＲを特定する。受光エリアＡＲとしては、受光素子３０による蛍光の検出位置Ｌの最小単位にあたるピクセル２７を用いることができるが、必ずしもこれに限られない。すなわち、受光エリアＡＲとしては、ピクセル２７よりも広い領域を特定してもよい。なお、受光エリアＡＲの特定に際しては、受光素子３０にて検出した出力波形Ｗ２４のピーク位置を算出し、かかるピーク位置を含む受光エリアＡＲを特定すればよい。
【００５０】
図４（ｂ）は、上記第四シンチレータ２４に隣接する第三シンチレータ２３にて飛来放射線γが消滅して蛍光を発した状態を示す模式図である。かかる蛍光は受光素子３０のダイノード３３より光電子を叩き出して配線３１，３２より電流信号を出力させる。したがって、電流信号の出力波形Ｗ２３は第三シンチレータ２３の直下においてピークとなる。
ここで、本実施形態の受光素子３０の面内解像度を示すピクセルサイズＳＰは、シンチレータユニット２０の辺長と同等であり、セルサイズＳＣよりも大きい。したがって、受光素子３０は、隣接する第三シンチレータ２３または第四シンチレータ２４に入射した飛来放射線γに基づく光電子の電流信号の出力ピークの位置を互いに弁別することはできない。そして、受光素子３０で蛍光を受光した受光エリアＡＲとしては、当該第三シンチレータ２３および第四シンチレータ２４を含む、より広範囲の領域が、例えばシンチレータユニット２０単位にて指定される。
【００５１】
また、受光工程では、最下段のダイノード３３から出力されるアナログ信号ＩｉをフラッシュＡＤ変換器４０に入力して、電流信号の波形情報Ｄｉを取得する。
図５（ａ）は、フラッシュＡＤ変換器４０に入力されるアナログ信号Ｉｉ（Ｉ３，Ｉ４）の一例を示す波形グラフである。かかるアナログ信号Ｉｉを、同図（ｂ）に示すサンプリングマスクを用いてＡＤ変換することにより、同図（ｃ）に示す波形情報Ｄ３，Ｄ４のデジタルデータが得られる。
【００５２】
ここで、本方法においては、フラッシュＡＤ変換器４０におけるサンプリング間隔を、シンチレータ２１〜２４の蛍光減衰時定数τＳの最小値に対し、さらに半分以下とするとよい。これにより、受光素子３０がシンチレータ２１〜２４のいずれから蛍光を受光した場合も、受光素子３０から出力されるアナログ信号ＩｉをフラッシュＡＤ変換器４０にて好適にＡＤ変換することができる。
【００５３】
本方法では、波形情報Ｄｉとして、蛍光の蛍光減衰時定数τＳまたは立ち上がり時間τＴを取得する。アナログ信号ＩｉをＡＤ変換してなる波形情報Ｄｉより蛍光減衰時定数τＳまたは立ち上がり時間τＴを取得する方法は特に限定されないが、本実施形態では一例として以下の方法により行う。なお、下記方法のほか、上記のように電荷積分法や電荷比較法に基づいてアナログ信号Ｉｉより波形情報Ｄｉを取得してもよい。
【００５４】
まず、波形情報Ｄｉの非零の出力データのうち、最初の２つのデータを外挿して、波形情報Ｄｉの開始時刻Ｔ０を求める。つぎに、各波形情報Ｄｉについて、非零のデジタルデータが取得された最終時刻Ｔ２を求め、Ｔ２−Ｔ０をＴFULLと定める。
一方、波形情報Ｄｉの値が、ピーク値に対して所定の１以下の減衰比率となった時刻Ｔ１を求め、Ｔ１−Ｔ０をＴPARTIALと定める。
そして、ＴFULL／ＴPARTIALの値を算出することで蛍光減衰時定数τＳを求めることができる。また、時刻Ｔ０から、波形情報Ｄｉのピーク時刻までの時間を算出することで、立ち上がり時間τＴを求めることができる。
なお、上記の減衰比率は、シンチレータアレイ１０に用いるシンチレータ２１〜２４の組成に応じて適宜選択できる。
【００５５】
判定工程では、判定部４２に格納された、シンチレータの種類ｉごとの照合情報Ｃｉと、上記受光工程で得られた波形情報Ｄｉとを照合することで、波形情報Ｄｉにかかる蛍光を発したシンチレータの種類ｉ（例えば図４（ａ）の場合、第四シンチレータ２４）を判定する。
【００５６】
位置特定工程では、蛍光を受光した受光エリアＡＲの内部に存在するシンチレータのうち、上記判定工程にて判定された種類ｉのシンチレータ（例えば第四シンチレータ２４）の位置を特定する。これにより、飛来放射線γが消滅した消滅位置を、受光素子３０を用いたピクセルサイズＳＰ単位の概略位置のみならず、波形情報Ｄｉを用いたセルサイズＳＣ単位の詳細位置として特定することができる。
【００５７】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的が達成される限りにおける種々の変形、改良等の態様も含む。
例えば上記実施形態においては、受光素子３０として光電子増倍管（ＰＭＴ）を用いているが、本発明はこれに限られない。
図６（ａ）は、受光素子３０として用いるフォトダイオード３６（アバランシェ・フォト・ダイオード（ＡＰＤ））に対して、本実施形態のシンチレータユニット２０（図２（ａ）を参照）を光学的に接続した状態を示す模式図である。シンチレータユニット２０は、互いに組成の異なるシンチレータ２１〜２４を各象限に配置してなる。また、同図（ｂ）は、本変形例にかかる放射線検出装置５０の構成図である。ただし、同図（ｂ）では、シンチレータアレイ１０は図示を省略している。
【００５８】
本変形例にかかる受光素子３０は、フォトダイオード３６を二次元に配列したフォトダイオードアレイ３７であって、フォトダイオード３６の辺長Ｅ１が、それぞれシンチレータ２１〜２４のセルサイズＳＣの二倍以上である。
フォトダイオード３６にはそれぞれ出力端子Ｘ１〜ＸＭが個別に設けられ、シンチレータ２１〜２４のいずれかに入射して消滅した飛来放射線γに基づく光電流が出力される。したがって、出力端子の数（Ｍ）は、フォトダイオード３６の個数と等しい。
【００５９】
また、出力端子Ｘ１〜ＸＭからの電流信号は、それぞれプリアンプ（図示せず）で増幅されたうえで、波形情報取得部であるフラッシュＡＤ変換器４０に入力されて蛍光の波形情報Ｄｉが取得される。
かかる構成により、本変形例の放射線検出装置５０では、光電流の出力値の大きなフォトダイオード３６を特定することで、飛来放射線γが消滅した概要位置を、シンチレータユニット２０単位で特定することができる。さらに、波形情報Ｄｉを参照することで、当該シンチレータユニット２０のうち、蛍光を発したシンチレータ２１〜２４が特定される。したがって、本変形例によれば、辺長Ｅ１のフォトダイオード３６を用いて、これよりも精細な位置精度にて飛来放射線γの消滅位置を特定することができる。
【００６０】
一方、図７（ａ）は、フォトダイオードアレイ３７に対して、単一種のシンチレータ１２０を配列した従来のアレイユニット１１０（図２（ｂ）を参照）を光学的に接続した状態を示す模式図である。また、同図（ｂ）は、フォトダイオードアレイ３７およびアレイユニット１１０（同図では図示せず）を備える従来の放射線検出装置１５０の構成図である。
従来の放射線検出装置１５０におけるフォトダイオード３６の辺長をＥ２とする。
放射線検出装置１５０は、単一種のシンチレータ１２０を備えるため、蛍光の波形情報Ｄｉを取得する必要はなく、出力端子Ｘ１〜ＸＮからの電流信号はＡＤ変換器１４０に入力される。そして、ＡＤ変換器１４０でデジタル化された電流信号の大小をフォトダイオード３６ごとに求めることにより、蛍光の検出位置が特定される。
【００６１】
ここで、本変形例の放射線検出装置５０のように、各フォトダイオード３６に対して四種のシンチレータ２１〜２４を各象限に配置した場合、飛来放射線γの消滅位置の特定精度は辺長Ｅ１／２となる。一方、従来の放射線検出装置１５０における飛来放射線γの消滅位置の特定精度は、フォトダイオード３６の辺長Ｅ２となる。したがって、本変形例の放射線検出装置５０によって従来の放射線検出装置１５０と同等の面内解像度を得る場合、フォトダイオード３６の個数が四分の一で足りることとなる。図示の場合、本変形例に要するＡＤＣチャンネル数（Ｍ）は９チャンネルである（図６（ｂ）を参照）のに対し、従来の放射線検出装置１５０に要するＡＤＣチャンネル数（Ｎ）は３６チャンネルである（図７（ｂ）を参照）。
したがって、ＡＤＣチャンネルに対応して設けるプリアンプに関しても、本変形例の放射線検出装置５０は、従来の放射線検出装置１５０に対して各方向につき半数、全体として四分の一の数量で足りることとなる。
【００６２】
すなわち、本変形例にかかる放射線検出装置５０の場合、シンチレータユニット２０が、方向Ｘ，Ｙごとに二種類のシンチレータ２１〜２４よりなり、さらに、受光素子３０からの電流信号を波形解析するフラッシュＡＤ変換器４０を備えている。これにより、ＡＤＣチャンネル数およびプリアンプ数を各方向につき半分に低減しても、放射線検出装置１５０と同等の面内解像度を得ることができる。すなわち、従来の放射線検出装置１５０の面内解像度をシンチレータ２１〜２４のセルサイズＳＣと同等に得るためには、各シンチレータ１２０に対して方向Ｘ，Ｙごとに二倍の数のＡＤＣチャンネルおよびプリアンプを要することとなる。
また、換言すると、同数のＡＤＣチャンネルおよびプリアンプにて同等の面内解像度を得る場合には、本変形例の放射線検出装置５０におけるフォトダイオード３６の辺長Ｅ１を、従来の放射線検出装置１５０におけるフォトダイオード３６の辺長Ｅ２の二倍とすることができる。したがって、本変形例の放射線検出装置５０では、従来の放射線検出装置１５０に比して四倍の検出面積をカバーすることができる。
【００６３】
また、上記実施形態では、互いに異なる組成のシンチレータ２１〜２４を２×２のマトリクス状に配列してシンチレータアレイ１０を構成しているが、本発明はこれに限られず、種々の変形が可能である。
例えば、放射線検出装置５０における飛来放射線γの消滅位置の特定精度を更に向上するため、ピクセルサイズＳＰに対して、各方向に三個以上のシンチレータを組み合わせてもよい。
ここで、シンチレータユニット２０の辺長を、受光素子３０のピクセルサイズＳＰよりも小さくしても、受光素子３０の面内解像度を超える位置精度δを得ることはできない。しかし、シンチレータユニット２０の辺長を一定として、これに含まれるシンチレータのセルサイズＳＣを微細化するとともに、方向Ｘ，Ｙごとに、それぞれ異なる組成のシンチレータを配列することで、受光素子３０の面内解像度を超えて、放射線検出装置５０による位置特定精度を向上してゆくことができる。
【００６４】
また、上記の判定工程では、波形情報Ｄｉおよび照合情報Ｃｉとして、蛍光の蛍光減衰時定数τＳまたは立ち上がり時間τＴを用いているが、本発明はこれに限られない。
例えば、予備取得工程および受光工程では、サンプル放射線γ０または飛来放射線γに誘起された電流信号の波形画像をそれぞれ取得し、両画像の一致度を判定することでシンチレータの種類ｉを判定してもよい。また、電流信号の波形より、波形情報Ｄｉおよび照合情報Ｃｉとして、減衰時間分布または波高分布を取得し、これらを対比してシンチレータの種類ｉを弁別してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１０            シンチレータアレイ
２０            シンチレータユニット
２１〜２４，１２０〜１２４    シンチレータ
２６            入射面
２７            ピクセル
２８            検出面
３０，１３０    受光素子
３１，３２      配線
３３            ダイノード
３４            調整器
３５            和演算回路
３６            フォトダイオード
３７            フォトダイオードアレイ
４０            フラッシュＡＤ変換器
１４０            ＡＤ変換器
４２            判定部
５０，１５０    放射線検出装置
１１０            アレイユニット
【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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