(57)【要約】  本発明の構成は、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタの代わりにリミッタ回路Ｌを用いて増幅器出力のノイズ成分を除去している。リミッタ回路Ｌは、増幅器ａから出力される増幅信号がリミットレベル以下の場合、この増幅信号を通過させない。したがって、蛍光検出に関係のない増幅器ａから出力されるノイズ成分は、リミッタ回路Ｌに阻まれて加算回路まで到達できない。一方、リミッタ回路Ｌは、増幅器ａから出力される増幅信号がリミットレベルより大きい場合、この増幅信号を通過させるので、増幅器ａが出力した蛍光検出に関する信号は、確実に蛍光発生時刻算出部１１に入力される。したがって、本発明によれば、より正確に蛍光発生時刻を算出することができる放射線検出器を提供することができる。
2016208295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線を蛍光に変換するシンチレータ結晶が配列されて構成されるシンチレータと、
蛍光を検出する前記検出素子が配列されているとともに、前記シンチレータ結晶で生じた蛍光を複数の検出素子により検出する構成となっている光検出器と、
前記検出素子から出力される素子信号を増幅する増幅器と、
前記検出素子が蛍光を検出していない場合に前記増幅器から出力されノイズにより変動する増幅信号よりも高くなるように設定されたリミットレベルを保持しており、前記増幅器から出力される増幅信号がリミットレベル以下の場合、リミットレベルに相当する信号を出力することにより増幅信号を通過させず、増幅信号がリミットレベルより大きい場合、増幅信号を通過させるリミッタ回路と、
前記光検出器に前記検出素子の各々に対応する前記リミッタ回路の各々から出力された信号を合計するリミッタ回路信号加算手段と、
前記リミッタ回路信号加算手段の出力に基づいて蛍光の発生時刻を算出する蛍光発生時刻算出手段を備えることを特徴とする放射線検出器。
【請求項２】
請求項１に記載の放射線検出器において、
前記光検出器に前記検出素子の各々に対応する前記増幅器の各々から出力された増幅信号に基づいて蛍光の発生位置を算出する蛍光発生位置算出手段を備えることを特徴とする放射線検出器。
【請求項３】
請求項１に記載の放射線検出器において、
前記光検出器に前記検出素子の各々に対応する前記増幅器の各々から出力された増幅信号を合計する増幅器信号加算手段と、
前記増幅器信号加算手段の出力に基づいて蛍光強度を算出する蛍光強度算出手段を備えることを特徴とする放射線検出器。
【請求項４】
請求項１に記載の放射線検出器において、
前記シンチレータ結晶の配列ピッチと前記検出素子の配列ピッチが互いに異なることを特徴とする放射線検出器。
【請求項５】
請求項１に記載の放射線検出器を備えることを特徴とする放射線撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線を蛍光に変換するシンチレータを有する放射線検出器およびそれを備えた放射線撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放射線を検出する放射線検出器としては、図１５に示すような構造を有しているものがある。この様な放射線検出器は、放射線を蛍光に変換するシンチレータ５２と、蛍光を検出する光検出器５３とを備えている。シンチレータ５２は、四角柱状のシンチレータ結晶が配列されて構成されており、光検出器５３は、複数の検出素子が配列されて構成されている（例えば特許文献１参照）。【０００３】
この様な放射線検出器には、シンチレータ５２におけるシンチレータ結晶の配列ピッチと光検出器５３における検出素子の配列ピッチとが一致していない構成を採用するものがある。この様な放射線検出器は、隣接する検出素子に跨がっているシンチレータ結晶を有している。このシンチレータ結晶で生じた蛍光は、図１６に示すように、２つ以上の検出素子に入射する。図１６の星印は蛍光の発生点を示している。つまり、図１５の放射線検出器は、シンチレータ結晶で生じた単一の蛍光を複数の検出素子で検出することが前提となっている。【０００４】
ちなみに図１５の構成は、単一の蛍光を複数の検出素子で検出する放射線検出器の一例である。例えシンチレータ結晶の配列ピッチと検出素子の配列ピッチが一致していたとしても、シンチレータ結晶で生じた蛍光が複数の検出素子で検出されることもある。シンチレータ結晶で生じた蛍光は、隣のシンチレータ結晶を通過しながら広がるからである。【０００５】
ところで、放射線検出器は、シンチレータ結晶で蛍光が発生した時刻（蛍光発生時刻）を算出することができる。仮に、シンチレータ結晶で発生した蛍光の全てが単一の検出素子に入射するような構成となっていれば、発生時刻を正確に算出することは容易である。蛍光入射に係る検出素子の出力だけをモニタすれば発生時刻の算出が可能だからである。しかしながら、図１５で説明したような単一の蛍光を複数の検出素子で検出するタイプの放射線検出器においてこの方法をそのまま適用することはできない。【０００６】
そこで、従来から図１７に示すような構成が考えられている。この構成においては、複数の検出素子の検出結果をデスクリミネータに通過させたあとＯＲ回路に入力するようにしている。シンチレータ２で蛍光が生じると、複数の検出素子のうちどれかが一番先に蛍光を検出する。図１７の構成はこの一番先に蛍光を検出した検出素子に基づいて蛍光の発生時刻を求める構成となっている。この様な構成によれば、蛍光発生時刻を正確に求められそうである。しかし、この方法には、次のような問題がある。すなわち、単一の蛍光を複数の検出素子で検出する場合、検出素子の各々が出力する信号は弱い。蛍光が複数に分かれて検出素子に検出されたからである。複数の検出素子のうち一番先に蛍光を検出した検出素子であっても蛍光の一部を検出したに過ぎない。検出素子から出力される検出信号は、蛍光の全てが単一の検出素子に入射する場合に比べて弱くなる。弱い信号に基づいて蛍光発生時刻を正確に知るのには限界がある。【０００７】
そこで、図１５で説明したような放射線検出器において図１７の構成より蛍光発生時刻を正確に知ることができる方法が考え出されている。すなわち、各検出素子から出力される出力信号は、図１８に示すように増幅器により個別に増幅された後、加算されて単一の信号が生成される。この加算により生成された信号は、光検出器５３全体が蛍光をどのように検出したかを示したものとなっている。この様に各検出素子から出力される出力信号を合計すれば、強い信号が得られ、蛍光発生時刻を正確に算出できる。【０００８】
図１９は、上述のような蛍光発生時刻の算出を実現する回路を表している。各検出素子６１の各々の出力は、対応する増幅器６２の各々に入力される。増幅器６２の出力の各々は、加算回路６３に入力される。加算回路６３の出力は蛍光発生時刻算出部６４に入力される。【０００９】
図２０は、蛍光が発生したときの回路の動作を示している。蛍光を検出するのは、光検出器５３に設けられている検出素子全てではない。図２０においては、網掛けで示す２つの検出素子６１のみが蛍光を検出したものとする。蛍光を検出した検出素子６１に接続された増幅器６２から出力された信号をよく見ると、シグナル成分の他にノイズ成分が含まれている。実は、このノイズ成分は、蛍光を検出していない他の検出素子６１に接続されている増幅器６２からも出力されてしまっている。加算回路６３がこれら信号を合計すると、シグナル成分以外にもノイズ成分も合計されてしまう。【００１０】
すると、加算回路６３の出力信号はかなり多くのノイズ成分が乗ったものとなってしまう。図２１は、加算回路６３の出力信号の理想を示している。蛍光は、だんだん強くなり消滅するのにも時間がかかるのが通常である。一方、図２２は、実際に加算回路６３が出力する信号を示している。加算回路６３は、蛍光を検出している検出素子に係るノイズ成分のみならず、蛍光を検出してもいない検出素子に係るノイズ成分までも足し込んで出力信号を生成するので、出力信号はかなり乱れる。【００１１】
この様な乱れた出力信号に基づいて正確に蛍光発生時刻を算出するのは極めて困難である。したがって、従来からこの出力信号の乱れを抑制する方法が考え出されている。すなわち、各増幅器６２の出力をローパスフィルタに通過させて、加算回路６３に入力させるのである。ローパスフィルタを通過させることで、高周波成分として信号に現れるノイズ成分が除去される。また、各増幅器６２の出力をハイパスフィルタに通過させることでノイズ成分を除去する方法もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平４−２７４７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、従来の放射線検出器は、次のような問題がある。
すなわち、従来の放射線検出器は、蛍光発生時刻を正確に算出するのに十分な構成を備えていない。【００１４】
増幅器６２の出力信号をハイパスフィルタやローパスフィルタに通過させると、出力信号に含まれるノイズ成分が除去されるのにとどまらず、シグナル成分に関する信号波形も整形されてしまう。すると、加算回路６３から出力される信号が本来の蛍光強度の時間変化を正確に表さなくなる。つまり、増幅器６２あるいは加算回路６３の出力信号をハイパスフィルタやローパスフィルタに通過させると、理想的には図２１で示すような信号が蛍光発生時刻算出部６４に入力されるはずであるところ、実際は、図２１の波形が崩れたかたちの信号が蛍光発生時刻算出部６４に入力されてしまう。このように、従来構成では、出力信号に基づいて正確に蛍光発生時刻を算出するのに十分であるとはいえない。【００１５】
フィルタによりシグナル成分に関する信号波形が整形されてしまう理由について説明する。ハイパスフィルタやローパスフィルタは、増幅器６２の出力信号に含まれる特定の周波数成分をカットする。しかしながら出力信号に含まれているシグナル成分は、多様な周波数成分を含んでいる。したがって、出力信号に含まれるノイズ成分を除去しようとして特定の周波数に係る成分をカットすると、シグナル成分におけるその周波数についての信号が除去されてしまう。つまり、ハイパスフィルタやローパスフィルタによって出力信号に含まれるシグナル成分は一部の周波数が抜き取られ、この影響がシグナル成分の波形に現れる。これがフィルタによりシグナル成分に関する信号波形が整形されてしまう理由となっている。【００１６】
本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的はより正確に蛍光発生時刻を算出することができる放射線検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る放射線検出器は、放射線を蛍光に変換するシンチレータ結晶が配列されて構成されるシンチレータと、蛍光を検出する検出素子が配列されているとともに、シンチレータ結晶で生じた蛍光を複数の検出素子により検出する構成となっている光検出器と、検出素子から出力される素子信号を増幅する増幅器と、検出素子が蛍光を検出していない場合に増幅器から出力されノイズにより変動する増幅信号よりも高くなるように設定されたリミットレベルを保持しており、増幅器から出力される増幅信号がリミットレベル以下の場合、リミットレベルに相当する信号を出力することにより増幅信号を通過させず、増幅信号がリミットレベルより大きい場合、増幅信号を通過させるリミッタ回路と、光検出器に検出素子の各々に対応するリミッタ回路の各々から出力された信号を合計するリミッタ回路信号加算手段と、リミッタ回路信号加算手段の出力に基づいて蛍光の発生時刻を算出する蛍光発生時刻算出手段を備えることを特徴とするものである。【００１８】
［作用・効果］本発明は、増幅器の出力に対する信号処理に改良がなされている。すなわち、本発明の構成は、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタの代わりにリミッタ回路を用いて増幅器出力のノイズ成分を除去しているのである。リミッタ回路は、増幅器から出力される増幅信号がリミットレベル以下の場合、この増幅信号を通過させない。したがって、蛍光検出に関係のない増幅器から出力されるノイズ成分は、リミッタ回路に阻まれて加算回路まで到達できない。一方、リミッタ回路は、増幅器から出力される増幅信号がリミットレベルより大きい場合、この増幅信号を通過させるので、増幅器が出力した蛍光検出に関する信号は、確実に蛍光発生時刻算出手段に入力される。したがって、本発明によれば、より正確に蛍光発生時刻を算出することができる放射線検出器を提供することができる。【００１９】
また、上述の放射線検出器において、光検出器に検出素子の各々に対応する増幅器の各々から出力された増幅信号に基づいて蛍光の発生位置を算出する蛍光発生位置算出手段を備えればより望ましい。【００２０】
［作用・効果］上述の構成は本発明をより具体的に示したものとなっている。本発明の蛍光発生位置算出手段は、リミッタ回路を介せずに増幅器から出力される増幅信号に基づいて動作する構成とすることができる。【００２１】
また、上述の放射線検出器において、光検出器に検出素子の各々に対応する増幅器の各々から出力された増幅信号を合計する増幅器信号加算手段と、増幅器信号加算手段の出力に基づいて蛍光強度を算出する蛍光強度算出手段を備えればより望ましい。【００２２】
［作用・効果］上述の構成は本発明をより具体的に示したものとなっている。本発明の蛍光強度算出手段は、リミッタ回路を介せずに増幅器から出力される増幅信号に基づいて動作する構成とすることができる。【００２３】
また、上述の放射線検出器において、シンチレータ結晶の配列ピッチと検出素子の配列ピッチが互いに異なればより望ましい。【００２４】
［作用・効果］上述の構成は本発明をより具体的に示したものとなっている。シンチレータ結晶の配列ピッチと検出素子の配列ピッチが互いに異なれば、１つのシンチレータ結晶に複数の検出素子が光学的に接続されていることになる。この様な構成は、シンチレータ結晶で生じた蛍光を複数の検出素子により検出することが前提となっており、本発明を適用する意義は大きい。【００２５】
また、上述の放射線検出器は、放射線撮影装置に備えるようにすることもできる。【００２６】
［作用・効果］本発明の放射線検出器は、放射線の入射時間を正確に算出することができるので、ＴＯＦ−ＰＥＴ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ  -  Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）等の装置に適している。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の構成は、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタの代わりにリミッタ回路を用いて増幅器出力のノイズ成分を除去している。リミッタ回路は、増幅器から出力される増幅信号がリミットレベル以下の場合、この増幅信号を通過させない。したがって、蛍光検出に関係のない増幅器から出力されるノイズ成分は、リミッタ回路に阻まれて加算回路まで到達できない。一方、リミッタ回路は、増幅器から出力される増幅信号がリミットレベルより大きい場合、この増幅信号を通過させるので、増幅器が出力した蛍光検出に関する信号は、確実に蛍光発生時刻算出手段に入力される。したがって、本発明によれば、より正確に蛍光発生時刻を算出することができる放射線検出器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施例１に係る放射線検出器の全体構成を説明する機能ブロック図である。
【図２】実施例１に係る光検出器を説明する模式図である。
【図３】実施例１に係るシンチレータから生じた蛍光が広がる様子を説明する模式図である。
【図４】実施例１に係る加算回路について説明する模式図である。
【図５】実施例１に係るリミッタ回路について説明する模式図である。
【図６】実施例１に係るリミッタ回路の動作について説明する模式図である。
【図７】実施例１に係るリミッタ回路の動作について説明する模式図である。
【図８】実施例１に係るリミッタ回路の動作について説明する模式図である。
【図９】実施例１に係るリミッタ回路の効果について説明する模式図である。
【図１０】実施例１に係るリミッタ回路の効果について説明する模式図である。
【図１１】実施例１に係る蛍光発生時刻算出部の動作について説明する模式図である。
【図１２】実施例１に係る蛍光発生位置算出部および蛍光強度算出部について説明する模式図である。
【図１３】実施例１に係るリミッタ回路が有する他の効果について説明する模式図である。
【図１４】実施例１に係るリミッタ回路が有する他の効果について説明する模式図である。
【図１５】従来構成に係る放射線検出器について説明する模式図である。
【図１６】従来構成に係る放射線検出器について説明する模式図である。
【図１７】従来構成に係る放射線検出器について説明する模式図である。
【図１８】従来構成に係る放射線検出器について説明する模式図である。
【図１９】従来構成に係る放射線検出器について説明する模式図である。
【図２０】従来構成に係る放射線検出器について説明する模式図である。
【図２１】従来構成に係る放射線検出器について説明する模式図である。
【図２２】従来構成に係る放射線検出器について説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以降、発明を実施するための形態としての実施例について説明する。実施例におけるγ線は、本発明の放射線に相当する。実施例で説明されている各手段は、各手段に対応する回路により実現することができる。
【実施例１】
【００３０】
＜放射線検出器の全体構成＞
放射線検出器１は、図１に示すようにγ線を蛍光に変換するシンチレータ結晶Ｃが縦横に配列されて一体化しているシンチレータ２と、シンチレータ２の下面に設けられているシンチレータ２から生じた蛍光を検出する光検出器３とを備えている。図１におけるシンチレータ２は、高さ方向に細長状のシンチレータ結晶Ｃが縦１０×横１０の二次元マトリックス状に配列されており、合計１００個のシンチレータ結晶Ｃを備えている。【００３１】
シンチレータ結晶Ｃは、セリウム元素を含有するＬＧＳＯ（Ｌｕ，Ｇｄ）２ＳｉＯ５で構成されており、γ線が入射すると、蛍光を発するような特性を有している。ＬＧＳＯに代えてシンチレータ結晶ＣをＧＳＯ（Ｇｄ２ＳｉＯ５）等の他の材料で構成するようにしてもよい。シンチレータ結晶Ｃは、γ線を蛍光に変換する。【００３２】
互いに隣接するシンチレータ結晶Ｃは、光学的に結合している。シンチレータ結晶Ｃ同士が結合することによりシンチレータ結晶Ｃは互いに一体化し、シンチレータ２をなしている。【００３３】
光検出器３は、図２左側に示すように複数の検出素子３ａを備えている。検出素子３ａは、シンチレータ２が発する蛍光を検出する光センサーである。光検出器３には検出素子３ａが縦８×横８の二次元マトリック状に配列されており、合計６４個の検出素子３ａが設けられている。光検出器３は、蛍光を検出する検出素子３ａが配列されているとともに、シンチレータ結晶Ｃで生じた蛍光を複数の検出素子３ａにより検出する構成となっている。【００３４】
図２右側は、シンチレータ２と光検出器３とが光学的に結合されている様子を示している。図２右側に示すように、シンチレータ２における結晶の配列ピッチと光検出器３における検出素子３ａの配列ピッチは異なっている。したがって、シンチレータ２は、複数の検出素子３ａが光学的に接続されているシンチレータ結晶Ｃを多く含んでいる。この様なシンチレータ結晶Ｃから蛍光が発生すると、蛍光はその結晶に光学的に接続された複数の検出素子３ａの各々によって検出されることになる。【００３５】
図１に示す蛍光発生時刻算出部１１は、光検出器３の検出素子３ａの各々が出力する蛍光の検出信号に基づいてシンチレータ２で発生した蛍光がシンチレータ２で発生した時刻を算出する構成である。蛍光発生位置算出部１２は、光検出器３の検出素子３ａの各々が出力する蛍光の検出信号に基づいてシンチレータ２で発生した蛍光がどのシンチレータ結晶Ｃで発生したのかを算出する構成である。蛍光強度算出部１３は、光検出器３の検出素子３ａの各々が出力する蛍光の検出信号に基づいてシンチレータ２で発生した蛍光の強度を算出する構成である。蛍光発生時刻算出部１１は本発明の蛍光発生時刻算出手段に相当し、蛍光発生位置算出部１２は本発明の蛍光発生位置算出手段に相当する。また、蛍光強度算出部１３は本発明の蛍光強度算出手段に相当する。【００３６】
＜複数の検出素子３ａによる蛍光の検出＞
図３は、複数の検出素子３ａによって蛍光が検出される様子を示している。図３左側において符号Ｃａで示すシンチレータ結晶は、２つの検出素子３ａに光学的に接続されている。このシンチレータ結晶Ｃａの星印で示す位置で蛍光が発生したとすると、蛍光は結晶に接続されている２つの検出素子３ａのいずれにも入射する。また、蛍光は、図３左側に示すように次第に広がりながら光検出器３に向かうので、結晶に接続されている２つの検出素子３ａに隣接する検出素子３ａにもわずかながら入射することもある。【００３７】
図３右側は、検出素子の二次元マトリックスにおいて蛍光がどのように入射するかを示している。蛍光は横方向のみならず縦方向にも広がりながら光検出器３に入射することを考えると、蛍光を検出する検出素子３ａは、それなりに相当な個数存在することが分かる。【００３８】
図４は、検出素子３ａの各々から出力された出力信号に基づいて蛍光発生時刻をどのように特定するかを示している。図４においては、説明を簡単にするため、検出素子３ａ１，３ａ２が蛍光を検出し、その他の検出素子３ａ３，３ａ４，３ａ５，……３ａ６４は蛍光を検出しなかったものとする。検出素子３ａの出力は全て加算回路１０に入力されて合計される。これにより、光検出器３をあたかもこれで一つの検出素子と考えたときに出力される検出信号を得ることができる。蛍光は複数の検出素子３ａ１，３ａ２によって分散されて検出されたので、検出素子３ａ１，３ａ２から出力される信号自体は弱いものとなる。検出素子３ａの出力信号を全て合計することで、蛍光を１つの検出素子３ａで検出すれば出力されるであろう強い信号を得ることができる。蛍光発生時刻算出部１１が正確に蛍光発生時刻を算出するには、算出の基になる信号がある程度強い必要がある。加算回路１０は本発明のリミッタ回路信号加算手段に相当する。【００３９】
図５は、図４では省略されていた加算回路１０の入力側の構成をより詳細に示したものとなっている。検出素子３ａ１の出力は、直接加算回路１０に入力されるわけではない。検出素子３ａ１が出力する素子信号は、増幅器ａ１に入力される。増幅器ａ１は、素子信号を所定の倍率で増幅して増幅信号を出力する。増幅器ａ１の出力はリミッタ回路Ｌ１の入力になっている。そしてこのリミッタ回路Ｌ１の出力が加算回路１０の入力になっている。【００４０】
検出素子３ａ１以外の検出素子についてもこれに対応する増幅器とリミッタ回路とが設けられている。すなわち、検出素子３ａ１と増幅器ａ１とリミッタ回路Ｌ１とが直列に接続された構造が、他の検出素子についても設けられている。検出素子３ａ２に接続される増幅器とリミッタ回路は、上述の増幅器ａ１，リミッタ回路Ｌ１と区別するため増幅器ａ２およびリミッタ回路Ｌ２と呼ぶことにする。その他の増幅器およびリミッタ回路についても同様である。加算回路１０は、光検出器３に検出素子の各々に対応するリミッタ回路Ｌの各々から出力された信号を合計する。【００４１】
＜リミッタ回路の動作＞
本発明における最も特徴的なのは、増幅器ａと加算回路１０との間にリミッタ回路Ｌが設けられていることにある。リミッタ回路には、リミット値という所定の電圧を示す設定値が保持されている。リミッタ回路Ｌは、入力信号がリミット値よりも低い場合およびリミット値と同じ場合、リミット値が示す電圧（リミットレベル電圧）を出力する。そして、リミッタ回路Ｌは、入力信号がリミット値よりも大きい場合、入力信号をそのまま出力する。リミッタ回路Ｌは、増幅器ａから出力される増幅信号がリミットレベル以下の場合、リミットレベルに相当する信号を出力することにより増幅信号を通過させず、増幅信号がリミットレベルより大きい場合、増幅信号を通過させる。【００４２】
図６は、このリミッタ回路Ｌの動作を示している。図６上側に示すような信号があったとする。この信号の電圧は、通常はベースレベルにある。そして、電圧は、ある時点から上がりはじめ、そして徐々に電圧が下がりだす。そして電圧は最後にベースレベルに戻る。リミッタ回路Ｌのリミットレベル電圧は、ベースレベルよりも高い電圧となるように設定される。したがって入力信号がベースレベル近辺にある場合、入力信号はリミットレベル以下なのでリミッタ回路Ｌの出力はリミットレベルとなる。そして、入力信号がベースレベルから離れ、リミット値より大きくなった場合、リミッタ回路Ｌの出力は、入力信号となる。【００４３】
一般に信号というものはノイズ成分を含む。図７は、ノイズ成分が重畳した蛍光の検出信号をリミッタ回路Ｌに入力するとどのような信号が出力されるかを示している。入力信号がベースレベルにある場合、リミッタ回路Ｌの出力はリミット値となる。このとき、ベースレベルにおいて重畳していたノイズ成分は除去される。そして、入力信号がベースレベルから離れ、リミット値より大きくなった場合、リミッタ回路Ｌの出力は、入力信号となる。【００４４】
この様な動作をするには、リミッタ回路Ｌのリミット値に工夫を加える必要がある。リミッタ回路Ｌの入力信号は、ノイズ成分により常に揺らいでいる。ノイズ成分の揺らぎにより、入力信号がリミット値を上回ってしまうと、ノイズ成分の一部が通過してリミッタ回路Ｌから出力されることになる。したがって、蛍光を検出していない状態でノイズ成分の揺らぎにより入力信号がリミット値を上回ることがないようにリミット値を設定する必要がある。そこで、リミッタ回路１１が保持するリミット値は、検出素子３ａが蛍光を検出していない場合に増幅器ａから出力されノイズにより変動する増幅信号よりも高く設定される。【００４５】
とはいえ、リミット値が高すぎるというのも問題である。リミッタ回路Ｌは、信号がベースレベルで推移している部分をリミットレベルにかさ上げして埋め立てるように動作する。したがって、リミット値が高すぎると、信号のかさ上げ幅が高くなり、それだけ、信号に含まれるピークが低くなってしまう。正確なシグナルを得ようとする場合、リミット値を高くしすぎるのは不都合である。そこで、リミッタ回路１１が保持するリミット値は、検出素子３ａが蛍光を検出している場合に増幅器ａから出力される増幅信号よりも低くなるように設定される。【００４６】
図８は、蛍光検出に関与しない検出素子３ａの出力をリミッタ回路Ｌに入力するとどうなるかを示している。蛍光検出に関与しない検出素子３ａの出力は、ベースレベル付近にあり、常にリミッタ回路Ｌのリミットレベルを下回る。したがって、リミッタ回路Ｌからはリミット値に対応するリミットレベル電圧が出力される。【００４７】
＜リミッタ回路Ｌの効果＞
続いてリミッタ回路Ｌを設けたことによる効果を説明する。図９は、リミッタ回路Ｌを介しないで、増幅器ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，……ａ６４の出力をそのまま加算回路１０に入力した場合を示している。蛍光の検出に関係するのは、増幅器ａ１，ａ２だけである。しかし、加算回路１０は、蛍光の検出に関与しているかどうかを区別せず全ての増幅器ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，……ａ６４の出力を足し合わせる。こうして得られた信号は、増幅器ａ１，ａ２に係るシグナル成分と全ての増幅器ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，……ａ６４に係るノイズ成分との総和になる。加算回路１０の出力信号は極めてノイズ成分が多いものとなる。【００４８】
図１０は、リミッタ回路Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３，Ｌａ４，Ｌａ５，……Ｌａ６４の出力を加算回路１０に入力した場合を示している。加算回路１０は、蛍光の検出に関与しているかどうかを区別せず全てのリミッタ回路Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３，Ｌａ４，Ｌａ５，……Ｌａ６４の出力を足し合わせる。このときノイズ成分の足し合わせは限定的である。すなわち、蛍光の検出に関係しないリミッタ回路Ｌａ３，Ｌａ４，Ｌａ５，……Ｌａ６４の出力にはリミット処理前に含まれていたノイズ成分が全て除去されている。結局、加算回路１０の出力信号に現れることができるのは、リミッタ回路Ｌａ１，Ｌａ２に係るノイズ成分のみである。加算回路１０の出力信号にはさほど多くのノイズ成分が含まれてはいない。【００４９】
リミッタ回路Ｌを用いたノイズの低減についてより定量的な考察を加えたのでこの点について説明する。
従来構成における加算回路１０の出力信号に含まれるノイズの大きさをＮｃとすると、Ｎｃは次のようにして算出される。
Ｎｃ＝（（Ｍ１／２×Ａ（Ｎｓ２＋Ｎａ２）１／２）２＋Ｍ２×Ｎｋ２）１／２
ただし、Ｍは検出素子３ａの個数（本実施例の場合は６４），Ａは、増幅器ａのゲイン、Ｎｓは検出素子由来のノイズ、Ｎａは増幅器由来のノイズ、Ｎｋは加算回路１０由来のノイズである。【００５０】
一方、実施例１における加算回路１０の出力信号に含まれるノイズの大きさをＮｉとすると、Ｎｉは次のようにして算出される。
Ｎｉ＝（Ｍ×Ｎｌ２＋Ｍ２×Ｎｋ２）１／２
ただしＮｌは、リミッタ回路Ｌ由来のノイズである。また上式は、リミット値を増幅器ａから出力されるノイズレベル以上に設定した場合を想定している。【００５１】
加算回路１０由来のノイズＮｋおよびリミッタ回路Ｌ由来のノイズＮｌは、増幅率が１のときの増幅器のノイズＮａとほぼ等しいと考えることができるので、ＮｃおよびＮｉは次のように書き換えることができる。
Ｎｃ＝（（Ｍ１／２×Ａ（Ｎｓ２＋Ｎａ２）１／２）２＋Ｍ２×Ｎａ２）１／２
Ｎｉ＝（Ｍ×Ｎａ２＋Ｍ２×Ｎａ２）１／２【００５２】
したがって、Ｎｃは、次のような式で表すことができる。
Ｎｃ＝（Ｍ×Ａ２（Ｎｓ２＋Ｎａ２）＋Ｍ２×Ｎａ２）１／２
＝（Ｍ×Ａ２Ｎｓ２＋Ｍ×Ｎａ２×（Ａ２＋Ｍ））１／２
検出素子由来のノイズＮａが十分小さいと考えると、Ｎｃは以下のように近似できる。
Ｎｃ≒（Ｍ×Ｎａ２×（Ａ２＋Ｍ））１／２……（１）【００５３】
一方、Ｎｉは次のように表すことができる。
Ｎｉ＝（Ｍ×Ｎａ２＋Ｍ２×Ｎａ２）１／２
＝（Ｍ×Ｎａ２×（１＋Ｍ））１／２……（２）【００５４】
（１）式と（２）式を比較すると、（１）式のＡ２の部分が（２）式においては１に置き換わっていることが分かる。したがって、（２）式に係る加算回路１０の出力に含まれるノイズ成分は、（１）式に係る増幅器のゲインを１（すなわち、増幅なし）としたときの加算回路１０の出力に含まれるノイズ成分に等しいことが分かる。増幅器は、蛍光発生時刻算出部１１，蛍光発生位置算出部１２および蛍光強度算出部１３が正常に動作するように信号に増幅を加えるというものであり、ゲインは１より大きい。このことから、Ｎｃ＞Ｎｉであることがいえる。Ｎｃは従来構成におけるノイズ成分、Ｎｉは本発明に係るノイズ成分を意味するから、実施例の構成における加算回路１０の方が、従来構成の加算回路１０よりもより少ないノイズ成分を出力することが分かる。【００５５】
＜蛍光発生時刻算出部１１の動作＞
加算回路１０の出力信号は、蛍光発生時刻算出部１１に出力される。蛍光発生時刻算出部１１は、所定の電圧を示す閾値を保持している。蛍光発生時刻算出部１１は、閾値を下回っていた信号の電圧が閾値と同じになる時点を探索する。蛍光発生時刻算出部１１は、この時点を蛍光発生時刻と認識する。蛍光発生時刻算出部１１は、加算回路１０の出力に基づいて蛍光の発生時刻を算出する。【００５６】
図１２は、蛍光発生時刻算出部１１，蛍光発生位置算出部１２および蛍光強度算出部１３が増幅器ａ１，ａ２，ａ３，…ａ６４とどのように接続されているかを示している。増幅器ａ１，ａ２，ａ３，…ａ６４がそれぞれに対応するリミッタ回路Ｌａ１，Ｌａ２，Ｌａ３，…Ｌａ６４を介して加算回路１０に接続され、加算回路１０の出力が蛍光発生時刻算出部１１の入力になっていることは上述の通りである。蛍光発生位置算出部１２は、増幅器ａ１，ａ２，ａ３，…ａ６４の出力が直接入力される。蛍光発生位置算出部１２では、加算回路１０に当たるような構成がなく、信号のノイズ成分が重畳することにはならないので、必ずしもリミッタ回路Ｌを設ける必要がない。蛍光発生位置算出部１２は、光検出器３に検出素子３ａの各々に対応する増幅器ａの各々から出力された増幅信号に基づいて蛍光の発生位置を算出する。【００５７】
また、蛍光強度算出部１３は、増幅器ａ１，ａ２，ａ３，…ａ６４の出力信号そのものを合計した信号を使って蛍光強度を算出する。この出力信号の合計を実行するのが加算回路９である。蛍光強度算出部１３には、図９で説明したようなノイズ成分を多く含む信号が入力されるわけである。蛍光強度算出部１３は、入力信号を積分する機能を有している。これにより、蛍光強度は正確に求めることができる。積分処理によって蛍光の発生時点が多少前後する。したがって積分処理をしてしまうと蛍光の発生時点は正確に知り得なくなる。しかし、この様な事情は、蛍光強度を求める際には特に問題を生じさせない。蛍光強度算出部１３には必ずしもリミッタ回路Ｌを設ける必要はない。加算回路９は、光検出器３に検出素子３ａの各々に対応する増幅器ａの各々から出力された増幅信号を合計し、蛍光強度算出部１３は、加算回路９の出力に基づいて蛍光強度を算出する。加算回路９は本発明の増幅器信号加算手段に相当する。【００５８】
＜本発明構成による他の効果＞
本発明の構成は、上述したように蛍光発生時刻を正確に算出できるという効果を有している。本発明の構成はこの効果以外に蛍光のパイルアップを抑制する効果があるのでこの点について説明する。蛍光のパイルアップとは、立て続けに蛍光が発生したときに、２つの異なる事象に係る蛍光があたかも１つの事象であるかのように誤認されてしまう現象をいう。【００５９】
わずかな時間の間に２つのγ線がシンチレータ２に入射した場合を考える。このときのシンチレータ２は、最初の蛍光が発生して、その後しばらくしてもう一度蛍光が発生することになる。一番目の蛍光は先にシンチレータ２に入射したγ線に由来しており、二番目の蛍光は後にシンチレータ２に入射したγ線に由来している。したがって、２つの蛍光は、互いに独立した事象である。【００６０】
図１３に示すように、一番目の蛍光は、検出素子３ａ１，３ａ２で検出されるものとし、二番目の蛍光は、一番目の蛍光の検出に携わった検出素子３ａ１，３ａ２以外の検出素子（検出素子３ａ３，３ａ４）で検出されるものとする。この様な場合の増幅器ａ１，ａ２，ａ３，ａ４の出力のタイムコースを示している。一番目の蛍光の検出に係る検出素子３ａ１，３ａ２に対応する増幅器ａ１，増幅器ａ２は、蛍光を検出した旨を示す信号を出力する。その後、検出素子３ａ１，３ａ２には蛍光の入力がないので、出力信号の電圧は最初の段階まで落ち着く。その後、二番目の蛍光の検出に係る検出素子３ａ３，３ａ４に対応する増幅器ａ３，増幅器ａ４は、蛍光を検出した旨を示す信号を出力する。その後、検出素子３ａ３，３ａ４には蛍光の入力がないので、出力信号の電圧は最初の段階まで落ち着く。図１３の場合、増幅器ａ１，増幅器ａ２の出力信号が落ち着くのは、増幅器ａ３，ａ４の出力信号の電圧が上がり始める前となってはいるものの、増幅器ａ１，増幅器ａ２の出力信号が落ち着く時点と、増幅器ａ３，ａ４の出力信号の電圧が上がり始める時点とはかなり近接しているものとする。【００６１】
この様な増幅器ａ１，ａ２，ａ３，ａ４の出力を加算回路１０に合計させると、図１３の下側のようになるはずである。一回目の蛍光に係るピークと二回目の蛍光に係るピークとの間にはインターバルがあり、二つのピークは異なる事象であることが理解できる。【００６２】
しかし実際には、加算回路１０の出力は、多くのノイズを含んでいる。この様な場合、一回目の蛍光に係るピークと二回目の蛍光に係るピークとがノイズ成分により繋がってきてしまう。蛍光の発生時刻を算出するには、図１１で説明したように、閾値を下回っていた加算回路１０の出力が閾値を上回ることが必要である。しかし、加算回路１０の出力に多くのノイズが乗っていると、１つ目のピークと２つ目のピークの境目が判然としなくなり、ピークの間で加算回路１０の出力が閾値を下回らないということが起こりえる。こうなると、蛍光発生時刻算出部１１は、これで一つのγ線の検出という扱いをしてしまう。したがって、蛍光発生時刻算出部１１は、２つ目のピークに関する蛍光の発生時刻を算出しなくなる。【００６３】
図１４は、本発明に係る構成で、加算回路１０の上流にリミッタ回路Ｌを設けた場合について説明している。この場合、増幅器ａ１，ａ２，ａ３，ａ４の出力は合計される前にリミッタ回路Ｌによりピークと関係がない部分についてフラットにされる。このピーク両脇におけるフラットな部分は、図１４に示すように信号の合計した後も生き残って加算回路１０の出力に現れる。このフラットな部分が１つ目のピークと２つ目のピークを明確に分ける機能を果たすことになる。したがって本発明によれば、加算回路１０の出力における１つ目のピークと２つ目のピークの境目が不明瞭となることがなく、蛍光発生時刻算出部１１が２つ目のピークを見落としてしまうことがなくなる。【００６４】
以上のように、本発明は、増幅器ａの出力に対する信号処理に改良がなされている。すなわち、本発明の構成は、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタの代わりにリミッタ回路Ｌを用いて増幅器出力のノイズ成分を除去しているのである。リミッタ回路Ｌは、増幅器ａから出力される増幅信号がリミットレベル以下の場合、この増幅信号を通過させない。したがって、蛍光検出に関係のない増幅器ａから出力されるノイズ成分は、リミッタ回路Ｌに阻まれて加算回路まで到達できない。一方、リミッタ回路Ｌは、増幅器ａから出力される増幅信号がリミットレベルより大きい場合、この増幅信号を通過させるので、増幅器ａが出力した蛍光検出に関する信号は、確実に蛍光発生時刻算出手段に入力される。したがって、本発明によれば、より正確に蛍光発生時刻を算出することができる放射線検出器を提供することができる。【００６５】
また、図２に示すようにシンチレータ結晶Ｃの配列ピッチと検出素子３ａの配列ピッチが互いに異なれば、１つのシンチレータ結晶Ｃに複数の検出素子３ａが光学的に接続されていることになる。この様な構成は、シンチレータ結晶Ｃで生じた蛍光を複数の検出素子３ａにより検出することが前提となっており、本発明を適用する意義は大きい。【００６６】
本発明は上述の構成に限られず下記のように変形実施することが可能である。【００６７】
（１）実施例１のシンチレータ２は、シンチレータ結晶Ｃ同士が光学的に結合されている構成であったが、本発明はこの構成に限られない。シンチレータ結晶同士の間に蛍光を反射する反射板を備える構成とすることもできる。この様な反射板を備える構成であっても、１つのシンチレータ結晶で生じた蛍光を複数の検出素子で検出する構成であれば、本発明は上述の効果を発揮する。【００６８】
（２）実施例１のシンチレータ２におけるシンチレータ結晶Ｃの配列ピッチと光検出器３における検出素子３ａの配列ピッチは互いに異なる構成となっていたが、本発明は、この構成に限られない。互いの配列ピッチが同じとなっていてもよい。この様な構成であっても、１つのシンチレータ結晶で生じた蛍光を複数の検出素子で検出する構成であれば、本発明は上述の効果を発揮する。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように、本発明は医用分野に適している。
【符号の説明】
【００７０】
ａ     増幅器
Ｃ     シンチレータ結晶
Ｌ     リミッタ回路
２     シンチレータ
３     光検出器
９     加算回路（増幅器信号加算手段）
１０   加算回路（リミッタ回路信号加算手段）
１１   蛍光発生時刻算出部（蛍光発生時刻算出手段）
１２   蛍光発生位置算出部（蛍光発生位置算出手段）
１３   蛍光強度算出部（蛍光強度算出手段）
【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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【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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2016208295.tif 000026
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