(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を吸収したときに発光する、少なくとも一つの光学的に不連続な領域を有する外形が略直方体状のシンチレータブロックの隣り合う２面以上に受光素子を光学結合した放射線位置検出器の各受光素子の出力信号を演算して放射線吸収位置を特定する放射線位置検出器の位置演算方法において、
位置を特定したい軸方向の端部に受光素子がある場合は、該軸方向と交差する面上の受光素子の出力信号を除外することを特徴とする放射線位置検出器の位置演算方法。
【請求項２】
位置演算に際して、互いに直交するｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向について、ｘ軸方向の位置決めの際は、ｘ軸方向両端の少なくとも一方におけるｙｚ平面上の受光素子の出力信号を除外し、ｙ軸方向の位置決めの際は、ｙ軸方向両端の少なくとも一方におけるｘｚ平面上の受光素子の出力信号を除外し、ｚ軸方向の位置決めの際は、ｚ軸方向両端の少なくとも一方におけるｘｙ平面上の受光素子の出力信号を除外することを特徴とする請求項１に記載の放射線位置検出器の位置演算方法。
【請求項３】
放射線を吸収したときに発光する、少なくとも一つの光学的に不連続な領域を有する外形が略直方体状のシンチレータブロックの隣り合う２面以上に受光素子を光学結合した放射線位置検出器の各受光素子の出力信号を演算して放射線吸収位置を特定する放射線位置検出器の位置演算装置において、
位置を特定したい軸方向の端部に受光素子がある場合は、該軸方向と交差する面上の受光素子の出力信号を除外する手段を備えたことを特徴とする放射線位置検出器の位置演算装置。
【請求項４】
位置演算に際して、互いに直交するｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向について、ｘ軸方向の位置決めの際は、ｘ軸方向両端の少なくとも一方におけるｙｚ平面上の受光素子の出力信号を除外し、ｙ軸方向の位置決めの際は、ｙ軸方向両端の少なくとも一方におけるｘｚ平面上の受光素子の出力信号を除外し、ｚ軸方向の位置決めの際は、ｚ軸方向両端の少なくとも一方におけるｘｙ平面上の受光素子の出力信号を除外することを特徴とする請求項３に記載の放射線位置検出器の位置演算装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を吸収したときに発光する、少なくとも一つの光学的に不連続な領域を有する外形が略直方体状のシンチレータブロックの隣り合う２面以上に受光素子を光学結合した放射線位置検出器の各受光素子の出力信号を演算して放射線吸収位置を特定する放射線位置検出器の位置演算方法及び装置に係り、特に、放射線を吸収した時に発光する立方体もしくは直方体のシンチレータ素子を３次元配列したシンチレータブロックの表面に複数の受光素子を光学結合したＤｅｐｔｈ−ｏｆ−Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ（ＤＯＩ）検出器に用いるのに好適な、放射線位置検出器の位置演算方法及び装置に関する。ここで光学的に不連続な領域とは、例えば分割されたシンチレータ素子同士の接合部の他、特開２００９−２７０９７１に記載されたような、屈折率が周囲と異なる領域、光を散乱する領域、回折型レンズを構成する領域等、それにより光が進行方向を変えたり速度を変えたりする面状又は点状の領域を意味する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＰＥＴ検出器用の受光素子には光電子増倍管（ＰＭＴ）が用いられてきた。ＰＭＴはＰＥＴ装置に組み込まれたときに被検者の側（シンチレータの上面）に位置すると放射線検出の際の散乱体となり、シンチレータの側面に結合すると放射線を検出できない領域が増してＰＥＴ装置の感度が落ちるため、図１（ａ）に示す如く、ＰＭＴ１２をシンチレータ（図では細かなシンチレータ素子を配列したシンチレータブロック）１０の底面のみに結合していた。シンチレータブロック１０内の放射線を吸収した場所の２次元的な位置特定は、底面に複数のＰＭＴ、または位置弁別型ＰＭＴ（ＰＳ−ＰＭＴ）１２を結合し、その信号のアンガー計算によって行う。図１（ｂ）に例示する如く、アンガー計算の結果を表した２次元（２Ｄ）位置ヒストグラム上に、吸収した位置に対応した応答が現れるが、光学的に不連続な領域を内部に持たない一塊の１個のシンチレータブロックの代わりに細かなシンチレータ素子を配列したシンチレータブロックを用いる場合、各シンチレータ素子の応答が不連続に現れ、各シンチレータ素子位置を判別しやすくなって都合がよい。
【０００３】
ＰＭＴはシンチレータの底面にのみ結合するという条件の元、受光素子に対し深さ方向の位置（ＤＯＩ情報）を得るためにシンチレータブロックに様々な工夫がなされた。しかし、近年、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）やガイガーモードＡＰＤ（製品名としてＳｉ−ＰＭ、 ＭＰＰＣ（Ｍulti−Ｐixel Ｐhoton Ｃounter）などとも呼ばれる）などの半導体受光素子が急速な発展を遂げ、それを受けてＰＳ−ＰＭＴを半導体受光素子に置き換えたＰＥＴ検出器の研究がなされるようになってきた。小型で薄い半導体受光素子は新たな検出器の構造も可能であり、体積の小さい半導体受光素子では、例えば、検出器の上面に配置しても散乱体となることはない。そのことを利用し、図２（ａ）（ｂ）に示す如く、シンチレータブロック１０の上下面に受光素子（図２（ａ）では上面側のフォトダイオード１４と下面（底面）側のＰＳ−ＰＭＴ１２、図２（ｂ）では上下面共、位置弁別型ＡＰＤ１６）を結合し、それらの信号の比率でＤＯＩ情報を得るＤＯＩ検出法（非特許文献１、２参照）や、図２（ｃ）に示す如く、側面に受光素子（ＡＰＤ１６）を結合し、その信号よりＤＯＩ方向の位置を特定するＤＯＩ検出器の研究もなされている（非特許文献３参照）。図２（ｃ）のように側面に受光素子を接続する手法では、ＡＰＤ１６での検出位置がそのままＤＯＩ情報となるだけでなく、シンチレータの広い面を受光素子に結合するためシンチレーション光が効率よく得られ光量の損失が少ないが、受光素子の分だけＰＥＴ装置にしたときのパッキングフラクションが小さくなる。
【０００４】
又、発明者らは、図２（ｄ）に示す如く、立方体もしくは直方体のシンチレータ素子を
３次元配列したシンチレータブロックの表面に複数の半導体受光素子１８を光学結合したＤＯＩ検出器の研究を行っている（特許文献１、２、非特許文献４参照）。つまり、シンチレータブロック１０の辺に沿った３方向をｘ軸、ｙ軸、ｚ軸とすると、ｘｙ平面、ｘｚ平面、ｙｚ平面それぞれに受光素子が配置され、受光素子信号の演算により放射線検出位置のｘ軸成分、ｙ軸成分、ｚ軸成分を決定する。シンチレータブロックが１個の光学的に不連続な領域を内部に持たない一塊のシンチレータ素子で構成されｘｙ平面、ｘｚ平面、ｙｚ平面それぞれ１面ずつに位置弁別型でない受光素子を配置する検出器構造については、他のグループにより提案され、シミュレーションにより放射線検出位置特定の方法が考察されている（非特許文献５参照）が、未だ実験データの発表はなされていない。
【０００５】
受光素子を配置するシンチレータブロックが小さなシンチレータ素子の３次元配列で構成される場合、図３（ａ）に示す如く、あるシンチレータ素子が放射線を吸収して発したシンチレーション光は、シンチレータ素子間物質とシンチレータ素子との光学的不連続特性により、そのシンチレータ素子を含む列（シンチレータ素子が立方体の場合、前後、左右、上下方向の３方向の列）内に多く広がる傾向がある。また、その列の両端のシンチレータ素子から得られる光量は、発光点の位置に大きく依存するが、シンチレータ素子の表面が鏡面状態の場合は、伝搬途中の光量の減衰が少ないため、たとえ端のシンチレータ素子で発したシンチレーション光であっても、その近くの受光素子より得る信号と反対側の受光素子より得る信号との差は大きくない（非特許文献６、７参照）。図３（ｂ）は一列に配置したシンチレータブロック１０´の例であるが、シンチレータの両端に光学結合した受光素子１８をそれぞれＡ、Ｂとすると、シンチレータの受光素子Ｂ側から放射線照射位置を受光素子Ａ側にずらしていくと、図３（ｃ）に示す如く、ＡとＢそれぞれの受光量は照射位置までの距離に比例して増減するが、図３（ｃ）左側に示すシンチレータ表面が鏡面の場合は、同じく右側に示す粗面の場合と異なり、シンチレータの端に照射しても両側の受光素子Ａ、Ｂ間の出力差は小さい。放射線検出位置は受光素子ＡとＢの信号の出力の比で特定するため、照射位置による信号の変化量が少ないと位置識別の精度が悪くなる。つまり、検出器の位置分解能が悪くなる。ここで、シンチレータ素子間物質とは、空気や光学接着剤、あるいは、シンチレータ素子自体であるが、特開２００９−２７０９７１に記載されたような、屈折率が周囲と異なる領域、光を散乱する領域、回折型レンズを構成する領域等、それにより光が進行方向を変えたり速度を変えたりする面状又は点状の光学的に不連続な領域を指す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２７９０５７号公報
【特許文献２】特開２００９−１２１９２９号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】J. S.Huber, W. W.Moses, M. S. Andreaco, and O. Petterson, “An LSO scintillator array for a PET detector module with depth of interaction measurement,” IEEE Trans. Nucl. Sci., Vol. 48, No. 3, pp. 684-688, June 2001.
【非特許文献２】Y. Shao, R. W. Silverman, R. Farrell, L. Cirignano, R. Grazioso, K. S. Shah, G. Visser, M. Clajus, T. O. Tumer, and S. R. Cherry, “Design strudies of a high resolution PET detector using APD array,” IEEE Trans. Nucl. Sci., Vol. 47, No. 3, pp. 1051-1057, June 2000.
【非特許文献３】C. S. Levin, “Design of a high-resolution and high-sensitivity scintillation crystal array for PET with nearly complete light collection,” IEEE Trans. Nucl. Sci., Vol. 49, No. 5, pp. 2236-2243, October 2002.
【非特許文献４】Y. Yazaki, H. Murayama, N. Inadama, A. Ohmura, H. Osada, F. Nishikido, K. Shibuya, T. Yamaya, E. Yoshida, T. Moriya, T. Yamashita, H. Kawai, “Preliminary study on a new DOI PET detector with limited number of photo-detectors,” The 5th Korea-Japan Joint Meeting on Medical Physics, Sept 10-12, 2008, Jeju, Korea, YI-R2-3, 2008.
【非特許文献５】J. W. LeBlanc and R..A. Thompson, “A novel PET detector block with three dimensional hit position encoding” IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, J1-2, Portland, Oregon, 2003.
【非特許文献６】T. Umehara, H. Murayama, T. Omura, H. Ishibashi, H. Kawai, N. Inadama, T. Kasahara, N. Orita, and T. Tsuda, “Basic study on pulse height of distribution of DOI detectors constructed of stucked crystal element,” IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, M10-29, Norfolk, Virginia, 2002.
【非特許文献７】Y. Shao, K. Meadors, R. W. Silverman, R. Farrell, L. Cirignano, R. Grazioso, K. S. Shah, and S. R. Cherry, “Dual APD array readout of LSO crystals: optimization of crystal surface treatment,” IEEE Trans. Nucl. Sci., Vol. 49, No. 3, pp. 649-654, June 2002.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図１に例示したように、シンチレータブロック１０の１面に受光素子１２が結合している従来の検出器では、放射線検出位置の特定は、複数の受光素子、または位置弁別型ＰＭＴ（ＰＳ−ＰＭＴ）の位置演算の結果を表した２Ｄ位置ヒストグラム上で行う。図４（ａ）に示すように、シンチレーション光を複数の受光素子で検出する場合、位置演算は通常、各方向に対するアンガー計算によって行われ、例えばｘ軸方向の位置演算は、以下の式で表わされる。ここで、受光点（受光素子の位置またはＰＳ−ＰＭＴのアノードの位置）は、ｘ軸方向に対してｎ列（図４ではｎ＝４）あるとする。
【数１】
0005585094.tif 000002
Ｗxi：ｘ方向の位置演算の際にｉ列目の受光点の信号にかける係数
Ｓxi：ｘ方向に対しｉ列にある受光点の信号の和
【０００９】
重み付けを受光点のｘの原点からの距離に比例させると、演算結果は受光点の位置に対応した分布をとる。図４（ｂ）に示す如く、ｙ軸方向についても同様の演算をして、結果をｘ軸、ｙ軸の座標として表したものが２Ｄ位置ヒストグラムであり、多くの放射線を検出しイベント数をためると、シンチレータブロックが小さなシンチレータ素子配列で構成される場合、図４（ｃ）に示すように２Ｄ位置ヒストグラム上に各シンチレータ素子に対応した分布が現れる。この個々の分布を素子応答と呼ぶ。ここで、素子応答が重なると、それに対応する素子間の識別が不可能となり、素子サイズの検出位置分解能が保てなくなるので、各素子応答間の距離が離れているほど分離が良く、放射線を検出した素子の識別能、つまり検出位置の識別能が良いことになる。従って、２Ｄ位置ヒストグラム上に素子応答が均一に並ぶのが良い。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上、従来の検出器では受光点の位置は２次元（ｘ、ｙ）であったのに対し、発明者らが開発中のＤＯＩ検出器のように、受光素子配置により受光点が３次元に分布する検出器を考える。図５（ａ）に示すように、シンチレータブロック１０が光学的に不連続な領域を内部に持たない一塊のシンチレータで構成される場合、従来法通りｘ軸に直交する両端面の受光素子を含め得られた受光素子信号ｘ１〜ｘ４すべてを用い、受光点の位置に対応させたアンガー計算を行うと、ｘ軸に直交する両端面において受光素子（ｘ１およびｘ４）を除去して代わりに黒紙や反射材を貼る場合に比べ放射線検出位置の特定が改善されるが、シンチレータ素子で構成されるシンチレータブロックの場合、すべての信号を用いると２Ｄ位置ヒストグラム上で素子応答の分離が悪くなることが分かった。
【００１１】
受光点が３次元に分布する場合、シンチレータブロックが光学的に不連続な領域を内部に持たない一塊のシンチレータで構成される検出器では、ｘ軸方向の放射線検出位置特定でｘ軸に直交する面の受光素子は、図５（ｂ）に示す如く、シンチレータ１０の１面（底面）のみに配列した場合に受光するはずの光を手前で受光するのと等価であると考えてよい。
【００１２】
以下、シンチレータブロックと受光素子の構成について検討する。ここでは、次のように仮定し、これを理想的条件と称する。
（１）ＢＧＯシンチレータのようにシンチレータの屈折率が大きい。
（２）シンチレータ表面は鏡面とする。
（３）シンチレータ内で光の吸収や散乱は無い。
【００１３】
今、図６（ａ）に示す如く、光学的に不連続な領域を内部に持たない一塊のシンチレータブロック（モノリシックとも称する）の場合と、図６（ｂ）に示す如く、小さなシンチレータ素子を光学的不連続の面で３次元配列してブロックを構成した３次元配列の場合を考える。ここで、ブロック１０の６面を位置感応型受光素子２０で覆う。
【００１４】
シンチレータ内での発光状態を図７（ａ）及び（ｂ）に比較して示す。図７（ａ）に示すモノリシックの場合、シンチレーション光は広く広がるため、特に発光点が受光器から離れている場合、受光器からのＤ２信号はｘ軸方向の位置情報に鈍感であり、ｘ軸座標は、Ｄ２信号に加えて、Ｄ１信号とＤ３信号の強度比を用いて割り出す。一方、図７（ｂ）に示す３次元配列の場合、理想的条件下では、内部のシンチレータ素子を含む列（シンチレータ素子が立方体の場合、前後、左右、上下方向の３方向の列）に沿って、シンチレーション光が広がらずに直線的に伝わる。すなわち、Ｄ１信号とＤ３信号はｘ軸方向の位置情報に鈍感であるため、ｘ軸座標は、Ｄ２信号とＤ４信号を用いて割り出すことなる。
【００１５】
即ち、理想的条件下において、モノリシックと３次元配列には、次のような違いがある（非特許文献５参照）。
（１）モノリシックは、主に各座標ごとに直交する受光素子信号で演算する。
（２）３次元配列では、各座標ごとに、その軸方向の受光素子で演算する。
（３）すなわち、モノリシックと３次元配列は、両極端の位置演算となっている。
【００１６】
これに対し、理想的条件下ではなく現実の条件下において、３次元配列は、図８に示す如く、次のような違いがある。
（１）シンチレータ素子の属する列以外の受光素子にも光が分配される。
（２）光の配分のされ方がシンチレータ素子の配置に依存する。
（３）理想的条件下での３次元配列とモノリシックとの混合である。
【００１７】
３次元配列の利点は次のとおりである。
（１）一様な放射線照射で、個別のシンチレータ素子に対応する不連続な計数ピークが得られるため、位置の校正がし易く、保守が容易である。
（２）計数ピークのカウントは、シンチレータ素子の容積で物理的に規格化がされている。
（３）電子回路系の変動に対する性能の劣化を、比較的低く抑えることができる。
（４）６面を覆う受光器を、多数の小型受光素子と反射材との混合２次元配列に変更した場合、モノリシックでは反射材からの雑多な散乱光により、中央の位置弁別性能は大幅に低下すると考えられるが、３次元配列方式では、反射光の方向が３次元配列の光学的不連続性によって制限されるため、発光素子の判別性能に大きな影響を与えない。
【００１８】
簡単のため、受光素子は６×６×６の３次元結晶素子配列の各結晶素子に１つずつ結合しているものとする。ｘ方向に対してアンガー計算を行う場合、図９（ａ）に示すようにｘｙ平面とｘｚ平面の受光素子はｘ軸方向の受光点の位置としてはｘ１〜ｘ６に区別される。そしてｘ軸方向に直交するｙｚ平面のｘ軸方向両端のｙｚ左面とｙｚ右面の受光素子の出力信号は、それぞれｘ１またはｘ６に相当する位置情報であるため、それぞれｘ１またはｘ６に含まれることになると考える。図３（ａ）に示したように、例えば図９（ａ）のシンチレータ素子Ａで発光したシンチレーション光は、シンチレータ列に沿って広がる傾向にある。ｘ、ｙ、ｚ軸方向にそれぞれシンチレーション光が１／３ずつ広がるとすると、図９（ｂ）に示すように、シンチレータ素子Ａの位置するｘ５の他に、ｘ６だけでなく、ｘ５の位置と関係のないｘ１にも信号が出ることになる。その状態での位置演算の結果は中央に寄りｘ軸方向の素子識別能を劣化させる。つまり、シンチレータ素子間物質による光広がりの制御によって、シンチレータ素子Ａからｙ軸方向（図の上下方向）とｚ軸方向（図の前後方向）に伝搬する光により、シンチレータ素子サイズに相当する位置分解能が得られるのに対し、ｘ軸方向（図の左右方向）に伝搬する光の比率により求まる位置分解能が前述のように劣る傾向にあることにより、全ての信号を用いた位置演算では分解能が劣ることになる。
【００１９】
したがって、図１０に示す如く、位置演算の際にはx軸方向に伝搬する光を受光するｘ軸方向両端の２つのｙｚ平面に結合する受光素子の信号を故意に除外することにより、分解能の劣化を防ぐことができる。より明らかなのは図９（ｃ）に示すように端のシンチレータ素子Ｂで検出した場合であり、ｘ１の信号を位置演算に用いると、応答がｘ１側に引き寄せられ、隣の列のシンチレータ素子Ａの応答との分離が悪くなる。そこで、このように両端面ｘ１、ｘ６の出力信号しか無い場合は、出力信号が小さいｙｚ左面の受光素子の信号を除外する。
【００２０】
従来は、正確に放射線検出位置を決定するためには得られた信号のすべてを用いて演算するのが常識とされてきたが、本発明手法では３次元それぞれの軸方向の位置決めの際に一部の信号を使用しないで演算する点に特徴がある。ただし、使用しない信号は各軸方向の演算で異なるため、不必要な受光素子信号はなく、すべての信号がそれぞれ２方向の位置演算に使用されることになる。なお、検出する放射線のエネルギーやシンチレータの種類、シンチレータおよびシンチレータブロック全体の光学的条件などによっては、完全に除外することなく、低い値を重み係数として乗算して信号値を残すこともできる。
【００２１】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、放射線を吸収したときに発光する、少なくとも一つの光学的に不連続な領域を有する外形が略直方体状のシンチレータブロックの隣り合う２面以上に受光素子を光学結合した放射線位置検出器の各受光素子の出力信号を演算して放射線吸収位置を特定する放射線位置検出器の位置演算方法において、位置を特定したい軸方向の端部に受光素子がある場合は、該軸方向と交差する面上の受光素子の出力信号を除外するようにしたものである。
【００２４】
又、位置演算に際して、互いに直交するｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向について、ｘ軸方向の位置決めの際は、ｘ軸方向両端の少なくとも一方におけるｙｚ平面上の受光素子の出力信号を除外し、ｙ軸方向の位置決めの際は、ｙ軸方向両端の少なくとも一方におけるｘｚ平面上の受光素子の出力信号を除外し、ｚ軸方向の位置決めの際は、ｚ軸方向両端の少なくとも一方におけるｘｙ平面上の受光素子の出力信号を除外することができる。
【００２５】
本発明は、又、放射線を吸収したときに発光する、少なくとも一つの光学的に不連続な領域を有する外形が略直方体状のシンチレータブロックの隣り合う２面以上に受光素子を光学結合した放射線位置検出器の各受光素子の出力信号を演算して放射線吸収位置を特定する放射線位置検出器の位置演算装置において、位置を特定したい軸方向の端部に受光素子がある場合は、該軸方向と交差する面上の受光素子の出力信号を除外する手段を備えた放射線位置検出器の位置演算装置を提供するものである。
【００２６】
以下、シンチレータブロックの表面６面でｘｙ面に平行な２面をｘｙ上面、ｘｙ下面、ｘｚ面に平行な２面をｘｚ後面、ｘｚ前面、ｙｚ面に平行な２面をｙｚ右面、ｙｚ左面とし、ここでは、６面に受光素子が配置されている前提で説明する。なお、各面それぞれ受光点（受光素子の位置またはＰＳ−ＰＭＴのアノードの位置）はｊ（ｊ＝ｘ，ｙ，ｚ）方向に対してｎAｊ列あるとする（Ａ＝１（ｘｙ上面），２（ｘｙ下面），３（ｘｚ後面），４（ｘｚ前面），５（ｙｚ右面），６（ｙｚ左面））。
【００２７】
本発明では、面Ａ上の受光素子信号群ＳAから求められる放射線位置ｊ（ｊ＝ｘ，ｙ，ｚ）は、ｊ方向の位置演算を表す関数をｆj( )とすると、
ｊ＝ｆj(Ｃj,1×Ｓ1，Ｃj,2×Ｓ2，Ｃj,3×Ｓ3，Ｃj,4×Ｓ4，Ｃj,5×Ｓ5，Ｃj,6×Ｓ6 )
となる。
【００２８】
ここで、Ｃj,A：j方向の位置演算をする際のＡ面への重み係数
であり、各面への重み係数が求める位置方向ｊによって異なる点が最大の特徴となる。
【００２９】
各面への重み係数の例を以下に示す。
【００３０】
例えば図１１に示す受光素子配置でｘ方向の位置演算をする場合、ｘ軸に直交する面の信号を使わないとすると各面への重み係数は、
Ｃx,1＝１，Ｃx,2＝１，Ｃx,3＝１，Ｃx,4＝１，Ｃx,5＝０，Ｃx,6＝０
となる。同様に、ｙ方向の位置演算にはｙ軸に直交する面の信号を使わず、ｚ方向の位置演算にはｚ軸に直交する面の信号を使わないとすると、
Ｃy,1＝１，Ｃy,2＝１，Ｃy,3＝０，Ｃy,4＝０，Ｃy,5＝１，Ｃy,6＝１
Ｃz,1＝０，Ｃz,2＝０，Ｃz,3＝１，Ｃz,4＝１，Ｃz,5＝１，Ｃz,6＝１
となる。
【００３１】
ｆj( )は、問わないが、一般的なアンガー計算法を用いる場合、本発明による位置演算は、以下で表される。
【数２】
0005585094.tif 000003
ＷAji：面Ａでのｊ方向の位置演算の際にｉ列目の受光点の信号にかける係数
ＳAji：面Ａでｊ方向に対しｉ列にある受光点の信号の和
【００３２】
使用する４面の受光素子について、列の数ｎは、
ｎ1ｘ＝５，ｎ2ｘ＝４，ｎ3ｘ＝(４)（図では不明），ｎ4x＝４
となる。
【００３３】
したがって、例えばＷを受光素子の位置を比例的に表した係数とすると、ｘ方向の位置ｘは次式で計算される。
【数３】
0005585094.tif 000004
【００３４】
ここで、ＳNは、図１２に示される受光素子番号Ｎの出力である。図１２において、見えないｘｚ後面（Ａ＝３）とｙｚ左面（Ａ＝６）には、それぞれ４×４と２×２の受光素子配置を仮定している。
【発明の効果】
【００３５】
シンチレータブロックが光学的に不連続な領域を内部に持たない一塊のシンチレータで構成される場合、位置演算ではシンチレーション光の広がった先の受光素子信号が影響することになる。発光位置から離れるほど光量は減衰し、統計誤差が大きくなる。シンチレータブロックをシンチレータ素子または同等の光学条件により構成することで、光の広がりが抑制され、統計誤差の少ない信号が得られる。従来は、受光素子の３次元配置でもシンチレータブロックが光学的に不連続な領域を内部に持たない一塊のシンチレータの場合と同じ計算をすることにより、その利点が活かされなかったが、本発明手法により放射線検出位置特定の性能が改善された。
【００３６】
本発明は、受光素子の出力信号を、求めたい位置方向に応じて異なる重み付け又は選択するという新たな発想に基づくだけであり、新たな技術を導入したり処理を複雑にしたりすることなしに素子識別能の向上が可能となる。
【００３７】
また、本発明手法は、ＰＳ−ＰＭＴなど半導体受光素子以外の受光素子を３次元配列にした放射線検出器に対しても適用可能である。
また、本発明法による効果は、アンガー計算による位置演算に限ったものではなく、最尤推定による位置演算法など、多用な放射線位置演算法に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）シンチレータブロックを用いた従来の検出器の一例の斜視図、及び（ｂ）その２次元（２Ｄ）位置ヒストグラムを示す図
【図２】従来のＤＯＩ検出器の様々な例を示す斜視図
【図３】（ａ）シンチレータの３次元配列内の光広がりを示す斜視図、（ｂ）一連のシンチレータ内の光の伝搬を示す図、及び（ｃ）シンチレータの表面状態が鏡面の場合と粗面の場合の両端の受光素子の受光量を比較して示す図
【図４】アンガー計算の説明図
【図５】シンチレータブロックが１個のシンチレータで構成される場合の受光についての説明図
【図６】シンチレータブロックが（ａ）モノリシックの場合と（ｂ）３次元配列の場合の検出器を比較して示す図
【図７】同じく、シンチレータ内での発光を比較して示す図
【図８】同じく、現実の３次元配列の光の状態を示す図
【図９】細かなシンチレータ素子の３次元配列で構成されるシンチレータブロックの全表面に受光素子を結合させた場合の位置演算を示す図
【図１０】同じく本発明による位置演算の例を示す図
【図１１】同じく本発明による位置演算方法の一例を示す説明図
【図１２】同じく本発明による位置演算方法の具体例を示す説明図
【図１３】本発明の第１実施形態における（ａ）検出器の構成、及び、（ｂ）位置演算方法を示す図
【図１４】本発明の第２実施形態における検出器の構成を示す図
【図１５】（ａ）位置演算に全信号を用いた場合（従来）と（ｂ）選択した信号を用いた場合（本発明）の２Ｄ位置ヒストグラム（シミュレーション）を比較して示す図
【図１６】（ａ）位置演算に全信号を使用した場合（従来）と（ｂ）選択した信号を用いた場合（本発明）の中央と端のシンチレータ素子列の応答のプロファイルとpeak-to-valleyの値、及び、（ｃ）（ａ）と（ｂ）に示されている中央の応答のプロファイルのピーク位置を互いに合わせたものを示す図
【図１７】実験のセットアップを示す図
【図１８】実験により得られた、（ａ）位置演算に全信号を用いた場合（従来）と（ｂ）選択した信号を用いた場合（本発明）の２Ｄ位置ヒストグラムを比較して示す図
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００４０】
本発明の第１実施形態は、図１３（ａ）に示す如く、立方体のシンチレータ素子を３次元配列したシンチレータブロック１０の全表面に複数の受光素子２０を光学結合したＤＯＩ検出器において、図１３（ｂ）にフローを示す如く、ｘ軸方向の位置を演算をする際には、ｘ軸方向両端におけるｙｚ平面であるｙｚ右面及びｙｚ左面のデータを除外して（ステップ１００）、ｘ軸方向の位置ｘを演算し（ステップ１０２）、ｙ軸方向の位置を演算する際には、ｙ軸方向両端におけるｘｚ平面であるｘｚ後面及びｘｚ前面のデータを除外して（ステップ１１０）、ｙ軸方向の位置ｙを演算し（ステップ１１２）、ｚ軸方向の位置を演算する際には、ｚ軸方向の両端面であるｘｙ上面及びｘｙ下面のデータを除外して（ステップ１２０）、ｚ軸方向の演算する（ステップ１２２）ことにより、位置（ｘ、ｙ、ｚ）を決定する（ステップ１３０）ようにしたものである。
【００４１】
なお、受光素子は、図１４に示す第２実施形態の如く、まばらに配置されていてもよい。
【実施例】
【００４２】
本発明手法を受光素子が全表面に配設されたＤＯＩ検出器で実施し、計算機シミュレーションと実験の両方で検証した。３．０×３．０×３．０ｍｍ3のＬＧＳＯ結晶（Ｌｕ1.8Ｇｄ0.2ＳｉＯ5：Ｃｅ、日立化成工業社製）を６×６×６に配列し、各面の図２（ｄ）に示す９ヵ所に受光部を設けた。137Ｃｓ線源からの放射線をｘ、ｙ、ｚの３方向から一様照射し、得られた計５４か所からの受光素子信号を用いて３次元の位置演算を行い、特定の断面における２Ｄ位置ヒストグラム上で素子識別能を評価した。受光素子以外は反射材で覆った。配列内のシンチレータ素子間は空気で、反射材には反射率９８％の鏡面反射フィルムを用いた。
【００４３】
図１５（ａ）、（ｂ）は、計算機シミュレーションによる結果であり、（ａ）全受光素子信号を用いて計算した場合（従来）と、（ｂ）ｘ軸方向の位置決めの際には、ｘ軸方向両端におけるｙｚ平面上の受光素子の信号を除外し、ｙ軸方向の位置決めの際には、ｙ軸方向両端におけるｘｚ平面上の受光素子の信号を除外して計算した場合（本発明）の、ｘｙ平面についての２Ｄ位置ヒストグラムである。選んだ信号を除外することにより、図１５（ｂ）に示すように、素子識別能が回復していることがわかる。
【００４４】
図１６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１５（ａ）（全信号使用）と図１５（ｂ）（信号を選択）の中央と端のシンチレータ素子列の応答のプロファイルであり、どの位置の応答も信号を選択することによりpeak-to-valleyの値が下がりシンチレータ素子の識別能が向上していることが示されている。図１６（ｃ）は、図１６（ａ）と（ｂ）に示されている中央の応答のプロファイルを、ピーク位置が互いに合うように縮尺調整したのちに重ねあわせたものである。この図で、信号を選択した場合に応答の重なりが改善していることにより、本発明による位置弁別能の改善効果が定量的に示された。
【００４５】
実験は半導体受光素子の代わりにＰＳ−ＰＭＴ１２を用い、図１７（ａ）に示すようにシンチレータブロック１０の各表面に配置した。受光素子は反射材２２によって受光面を制限することで、半導体受光素子をタイル状に配置した場合と等価な状態を実現した。具体的には、９か所の受光部に相当する場所の反射材２２に穴をあけ、その穴からのみ光が受光されるようにした。ＰＳ−ＰＭＴ１２が大きく、隣のＰＳ−ＰＭＴとぶつかるため、図１７（ｂ）に示す如く、シンチレータ表面にはライトガイド２４を用いて間接的に結合した。得られた結果を図１８に示す。ライトガイドの導入により光量の損失はやむを得ないが、２Ｄ位置ヒストグラム上で素子識別が可能であるので、比較実験としてはライトガイドの影響は無視してよい。図１８（ａ）が全ての信号で演算した従来法による結果、図１８（ｂ）が信号の選択をした本発明法による結果であり、実験によっても本発明による素子識別能の向上が示された。
【００４６】
なお、前記実施形態では、放射線位置検出器として、受光素子が全表面に配設されたＤＯＩ検出器が用いられていたが、放射線位置検出器の種類は、これに限定されず、受光素子が、直交する２面、又は３〜５面に配設されていてもよい。位置決め方向も３軸方向に限定されず、例えばｘｙの２軸方向であっても良い。
【００４７】
又、シンチレータブロックも、立方体のシンチレータ素子を３次元配列したものに限定されず、直方体のシンチレータ素子を３次元配列したものや、特開２００１−２８３７１号公報や特開２００９−２７０９７１号公報に記載されているように、結晶成長法やレーザ光等を用いて、他の方法で光学的不連続部分が形成されたものであっても良い。直方体も当然完全な直方体である必要はなく、略直方体であればよい。光学的不連続部分による分割数も限定されない。
【００４８】
更に、位置計算も、アンガー計算以外に、最尤推定法等、他の計算手法を用いても良い。
【００４９】
適用対象もＰＥＴ検出器に限定されず、ＳＰＥＣＴ検出器やガンマカメラであってもよい。
【００５０】
又、深さ方向の位置検出を行なわないＤＯＩ以外の検出器にも同様に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る放射線位置検出器の位置演算方法は、ＰＥＴ検出器、ＳＰＥＣＴ検出器、ガンマカメラ等の放射線吸収位置の演算に用いることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０…シンチレータブロック
１２…ＰＳ−ＰＭＴ
２０…位置感応型受光素子
２２…反射材
２４…ライトガイド
【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１１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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