(57)【要約】【課題】ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる放射線位置検出器及びＰＥＴ装置を提供する。【解決手段】放射線位置検出器１０は、入射した放射線と相互作用することによって第１波長域の光及び第２波長域の光を発生させる媒質からなるラジエータ１２と、二次元に配列された複数の画素２１ｂを有し、第１波長域の光を検出する第１光検出器２１と、二次元に配列された複数の画素２２ｂを有し、第２波長域の光を検出する第２光検出器２２と、を備える。【選択図】図２
2018072144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した放射線と相互作用することによって第１波長域の光及び第２波長域の光を発生させる媒質からなるラジエータと、
二次元に配列された複数の第１画素を有し、前記第１波長域の前記光を検出する第１光検出器と、
二次元に配列された複数の第２画素を有し、前記第２波長域の前記光を検出する第２光検出器と、を備える、放射線位置検出器。
【請求項２】
前記ラジエータは、互いに対向する第１面及び第２面を有し、
複数の前記第１画素は、前記第１面に沿って配置されており、
複数の前記第２画素は、前記第２面に沿って配置されている、請求項１に記載の放射線位置検出器。
【請求項３】
複数の前記第１画素及び複数の前記第２画素は、少なくとも１つの前記第１画素を含む第１画素領域と少なくとも１つの前記第２画素を含む第２画素領域とが交互に配列されるように、前記ラジエータの所定面に沿って配置されている、請求項１に記載の放射線位置検出器。
【請求項４】
前記第１波長域の前記光は、チェレンコフ光であり、
前記第２波長域の前記光は、シンチレーション光である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の放射線位置検出器。
【請求項５】
前記第１光検出器から出力された信号に基づいて、前記チェレンコフ光を検出した複数の前記第１画素の位置情報及びその時刻情報を取得し、取得した前記位置情報及び前記時刻情報、並びに前記ラジエータにおける前記チェレンコフ光の伝播軌跡に基づいて、前記ラジエータにおける前記チェレンコフ光の発生位置及び時間を求め、前記第２光検出器から出力された信号に基づいて、前記シンチレーション光のエネルギーを求める、制御部を更に備える、請求項４に記載の放射線位置検出器。
【請求項６】
前記制御部は、前記媒質を構成する原子のうち最も光電効果を起こしやすい前記原子のＫ殻から光電子が放出された場合における前記チェレンコフ光の前記伝播軌跡を用いて、前記チェレンコフ光の前記発生位置を求める、請求項５に記載の放射線位置検出器。
【請求項７】
前記チェレンコフ光の前記伝播軌跡は、前記放射線が前記媒質と相互作用することによって放出された光電子の軌跡を中心とした円錐形状であり、
前記チェレンコフ光の前記発生位置は、前記円錐形状の頂点の位置である、請求項５又は６に記載の放射線位置検出器。
【請求項８】
前記制御部は、前記チェレンコフ光を検出した複数の前記第１画素にフィッティングする楕円に関する楕円情報に基づいて、前記円錐形状の前記頂点の前記位置を求める、請求項７に記載の放射線位置検出器。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項記載の放射線位置検出器を備える、ＰＥＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射線位置検出器及びＰＥＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、ゲルマニウム酸ビスマス（ＢＧＯ）をシンチレータとして用いて、光電子が放出するチェレンコフ光をシリコン光電子増倍管（Silicon Photo Multiplier）で検出する装置が開示されている。
【０００３】
非特許文献２には、チェレンコフ光を利用したＴＯＦ−ＰＥＴ装置が開示されている。この装置では、セグメントに分割されたラジエータで発生したチェレンコフ光を検出することによって、高い時間分解能で放射線が相互作用したセグメントが決定される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Sun K et al., "Bismuth germanate coupled to near ultravioletsilicon photomultipliers for time-of-flight PET", Phys. Med. Biol. p.61L38-47, 2016
【非特許文献２】S.Korpar et al.,"Study of TOF PET using Cherenkov light",Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A, vol.654, pp.532-538, 2011
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記非特許文献１及び上記非特許文献２に記載された技術では、シンチレータ又はラジエータを複数のセグメントに分割することによって、光電子が放出された相互作用位置を決定する。そのため、空間分解能がシンチレータセグメントにより制限されている。
【０００６】
本発明は、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる放射線位置検出器及びＰＥＴ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一形態の放射線位置検出器及びＰＥＴ装置は、入射した放射線と相互作用することによって第１波長域の光及び第２波長域の光を発生させる媒質からなるラジエータと、二次元に配列された複数の第１画素を有し、第１波長域の光を検出する第１光検出器と、二次元に配列された複数の第２画素を有し、第２波長域の光を検出する第２光検出器と、を備える。
【０００８】
この放射線位置検出器及びＰＥＴ装置では、ラジエータ内に放射線が入射すると、入射した放射線が媒質と相互作用することによって第１波長域の光及び第２波長域の光が発生し、発生した第１波長域の光及び第２波長域の光がそれぞれ第１光検出器及び第２光検出器によって検出される。これにより、例えば、第１波長域の光の検出信号に基づいて、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を求める際に、第２波長域の光の検出信号に基づいて、第２波長域の光のエネルギーを求めることで、必要な放射線の入射についてのみ、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を求めることができる。よって、この放射線位置検出器及びＰＥＴ装置によれば、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。
【０００９】
また、ラジエータは、互いに対向する第１面及び第２面を有し、複数の第１画素は、第１面に沿って配置されており、複数の第２画素は、第２面に沿って配置されていてもよい。これにより、第１光検出器及び第２光検出器のそれぞれの構成を簡易化することができる。
【００１０】
また、複数の第１画素及び複数の第２画素は、少なくとも１つの第１画素を含む第１画素領域と少なくとも１つの第２画素を含む第２画素領域とが交互に配列されるように、ラジエータの所定面に沿って配置されていてもよい。これにより、第１光検出器及び第２光検出器がラジエータの一方の側に集約されるため、配線の取回し等を簡易化することができる。
【００１１】
また、第１波長域の光は、チェレンコフ光であり、第２波長域の光は、シンチレーション光であってもよい。これにより、チェレンコフ光の検出信号に基づいて、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を求める際に、シンチレーション光の検出信号に基づいて、シンチレーション光のエネルギーを求めることで、必要な放射線の入射についてのみ、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く求めることができる。
【００１２】
また、第１光検出器から出力された信号に基づいて、チェレンコフ光を検出した複数の第１画素の位置情報及びその時刻情報を取得し、取得した位置情報及び時刻情報、並びにラジエータにおけるチェレンコフ光の伝播軌跡に基づいて、ラジエータにおけるチェレンコフ光の発生位置を求め、第２光検出器から出力された信号に基づいて、シンチレーション光のエネルギーを求める、制御部を更に備えてもよい。チェレンコフ光は、指向性が高いため、ラジエータ内で一方向に伝播する。そのため、チェレンコフ光を検出した複数の第１画素の位置情報及びその時刻情報、並びにチェレンコフ光の伝播軌跡から、チェレンコフ光の伝播軌跡を辿り、チェレンコフ光の発生位置及び時間を求めることができる。この発生位置は、光電子の発生位置、すなわち放射線の相互作用位置と略同じであると考えられる。したがって、求められたチェレンコフ光の発生位置から、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。
【００１３】
また、制御部は、媒質を構成する原子のうち最も光電効果を起こしやすい原子のＫ殻から光電子が放出された場合におけるチェレンコフ光の伝播軌跡を用いて、チェレンコフ光の発生位置を求めてもよい。チェレンコフ光の放出角度は、媒質の屈折率と、媒質で相互作用した放射線のエネルギーと、光電子を放出した原子のＫ殻の束縛エネルギーと、によって決定される。そのため、最も光電効果を起こしやすい原子のＫ殻から光電子が放出されたものと仮定することによって、チェレンコフ光の放出角度を複数考慮する必要がなくなる。
【００１４】
また、チェレンコフ光の伝播軌跡は、放射線が媒質と相互作用することによって放出された光電子の軌跡を中心とした円錐形状であり、チェレンコフ光の発生位置は、円錐形状の頂点の位置であってもよい。チェレンコフ光の発生位置を円錐形状の頂点の位置として求めることによって、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置を一意的に決定することができる。
【００１５】
また、制御部は、チェレンコフ光を検出した複数の第１画素にフィッティングする楕円に関する楕円情報に基づいて、円錐形状の頂点の位置を求めてもよい。チェレンコフ光は、光電子の進行軌跡を中心とした円錐状に広がる。これにより、光電子が光検出器に対して傾斜して進行する場合には、検出された複数の位置情報が示す位置は楕円の軌道上に配置される。そのため、実際にチェレンコフ光を検出した複数の第１画素によりフィッティングされる楕円に関する情報を用いることによって、円錐形状の頂点の位置をより正確に求めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
一形態の放射線位置検出器及びＰＥＴ装置によれば、ラジエータにおいて放射線が媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１の（ａ）は、第１実施形態のＰＥＴ装置の概略図である。図１の（ｂ）は、当該ＰＥＴ装置における検出器リングの断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態の放射線位置検出器の構成図である。
【図３】図３の（ａ）及び（ｂ）は、媒質内で放出されるチェレンコフ光及びシンチレーション光を説明するための模式図である。
【図４】図４の（ａ）及び（ｂ）は、媒質内での放射線の相互作用位置を特定する原理を説明するための図である。
【図５】図５は、媒質内での放射線の相互作用位置を特定する原理を説明するための図である。
【図６】図６は、制御部の処理を示すフローチャートである。
【図７】図７は、第２実施形態の放射線位置検出器の構成図である。
【図８】図８の（ａ）及び（ｂ）は、第３実施形態の放射線位置検出器の構成図である。
【図９】図９の（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、第４実施形態の放射線位置検出器の構成図である。
【図１０】図１０の（ａ）及び（ｂ）は、第５実施形態の放射線位置検出器の構成図である。
【図１１】図１１の（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、第６実施形態の放射線位置検出器の構成図である。
【図１２】図１０の（ａ）及び（ｂ）は、媒質内で放出されるチェレンコフ光の他態様を説明するための模式図である。
【図１３】図１１は、第１実施形態の制御部での相互作用位置を特定する処理フローの他態様を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。便宜上、実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００１９】
［第１実施形態］
図１の（ａ）は、第１実施形態のＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置の概略図である。図１の（ｂ）は、ＰＥＴ装置の検出器リングの断面図である。図１の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、ＰＥＴ装置１は、被検体Ｔが載置されるベッド（図示せず）と、断面円形状の開口を有するガントリ２と、ガントリ２内の検出器リングで検出されたデータが転送される画像処理部３と、を備えている。また、ＰＥＴ装置１のガントリ２内の検出器リングにおいては、所定線Ｌ０を中心線とする円周上に、複数の放射線位置検出器１０が互いに接触するようにリング状に配列されている。このＰＥＴ装置１は、複数のスライス位置において被検体Ｔの断層像を取得するために、陽電子放射核種（陽電子を放出する放射性同位元素）で標識された薬剤が投与された被検体Ｔから放出されるγ線（放射線）を検出する装置である。
【００２０】
図２は、放射線位置検出器１０の構成を示すブロック図である。図２に示されるように、放射線位置検出器１０は、ラジエータ１２及び光検出器２０を有する検出部１１と、信号処理回路１６、記憶媒体１７及び算出回路１８を有する制御部１５とを備えている。光検出器２０は、第１光検出器２１及び第２光検出器２２を含む。放射線位置検出器１０は、ラジエータ１２内において、被検体Ｔから放出されたγ線が媒質と相互作用した位置を三次元的に決定する。
【００２１】
ラジエータ１２は、互いに対向する表面（第２面）１２ａ及び裏面（第１面）１２ｂと、表面１２ａと裏面１２ｂとを接続する側面１２ｃと、を有する平板状をなしている。例えば、ラジエータ１２には、表面１２ａ側からγ線が入射する。なお、ＰＥＴ装置１では、複数の放射線位置検出器１０における各ラジエータ１２は、その表面１２ａ側が所定線Ｌ０に向くように配置される。
【００２２】
ラジエータ１２は、入射したγ線と相互作用することによって、第１波長域の光であるチェレンコフ光と、第２波長域の光であるシンチレーション光と、を発生させる。第１波長域及び第２波長域は、少なくとも第１波長域の中心波長と第２波長域の中心波長とが互いに異なる関係にあればよいが、第１波長域の全体と第２波長域の全体とが互いに重ならない関係にあったほうがよい。例えば、ラジエータ１２がＢＧＯ等の媒質によって形成される場合、チェレンコフ光の波長域（すなわち第１波長域）は、紫外領域（２５０ｎｍ以上）であり、シンチレーション光の波長域（すなわち第２波長域）は、可視域（３５０ｎｍ以上）である。
【００２３】
ラジエータ１２の表面１２ａ及び裏面１２ｂを除く外面である側面１２ｃには、ラジエータ１２内で発生したチェレンコフ光を吸収する光吸収層１２ｄが設けられている。光吸収層１２ｄは、例えば側面１２ｃに貼着されたブラックテープである。また、光吸収層１２ｄは、側面１２ｃに塗布された黒色の塗布膜であってもよい。光吸収層１２ｄは、チェレンコフ光以外の光を吸収してもよい。
【００２４】
第１光検出器２１は、ラジエータ１２の裏面１２ｂに設けられており、ラジエータ１２内で発生したチェレンコフ光を検出する。第１光検出器２１は、光電変換を行う複数の画素２１ｂが二次元に配列された検出面２１ａを有している。複数の画素２１ｂは、ラジエータ１２の裏面１２ｂに対応するように配置されている。より具体的には、第１光検出器２１は、裏面１２ｂと検出面２１ａとが互いに対面するように、ラジエータ１２にカップリングされている。これらの各画素２１ｂは、検出面２１ａにおける画素２１ｂの位置情報の一部であるセグメントアドレスと、当該セグメントアドレスでチェレンコフ光が検出された検出時刻と、を保持することができる。この検出時刻は、第１光検出器２１から出力された信号に基づいて取得される時刻情報である。第１光検出器２１は、セグメントアドレスと、検出時刻を示す時刻情報と、をリストデータとして制御部１５に出力する。各画素２１ｂは、例えばＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）によって構成され得る。
【００２５】
第１光検出器２１は、一例として、第１波長域の光にのみ感度を有し、シンチレーション光を検出せずチェレンコフ光のみを検出する。この場合、第１光検出器２１には、第１波長域以外の波長域の光をカットするフィルタを設ける必要がない。
【００２６】
第２光検出器２２は、ラジエータ１２の表面１２ａに設けられており、ラジエータ１２内で発生したシンチレーション光を検出する。第２光検出器２２は、光電変換を行う複数の画素２２ｂが二次元に配列された検出面２２ａを有している。複数の画素２２ｂは、ラジエータ１２の表面１２ａに対応するように配置されている。より具体的には、第２光検出器２２は、表面１２ａと検出面２２ａとが互いに対面するように、ラジエータ１２にカップリングされている。これらの各画素２２ｂは、検出面２２ａにおける画素２２ｂの位置情報の一部であるセグメントアドレスと、当該セグメントアドレスでシンチレーション光が検出された検出時刻と、当該セグメントアドレスで検出されたシンチレーション光のエネルギー（光量）と、を保持することができる。この検出時刻は、第２光検出器２２から出力された信号に基づいて取得される時刻情報である。第２光検出器２２は、セグメントアドレスと、検出時刻を示す時刻情報と、シンチレーション光のエネルギーと、をリストデータとして制御部１５に出力する。シンチレーション光のエネルギーは、例えば、シンチレーション光を検出した画素２２ｂにおけるシンチレーション光の光量（光子数）に基づいて求められる。各画素２２ｂは、例えばＳＰＡＤ（Single Photon Avalanche Diode）によって構成され得る。
【００２７】
第２光検出器２２は、一例として、第２波長域の光にのみ感度を有し、チェレンコフ光を検出せずシンチレーション光のみを検出する。この場合、第２光検出器２２には、第２波長域以外の波長域の光をカットするフィルタを設ける必要がない。
【００２８】
図３は、ラジエータ１２内で放出されるチェレンコフ光及びシンチレーション光を説明するための模式図である。図３の（ａ）は、ラジエータ１２及び光検出器２０を断面視で模式的に示し、図３の（ｂ）は、光検出器２０を平面視で模式的に示している。図３の（ａ）に示すように、表面１２ａ側からラジエータ１２にγ線Ｇが入射すると、γ線Ｇがラジエータ１２内で相互作用し、光電子Ｄが放出される。この光電子Ｄによってラジエータ１２内でチェレンコフ光Ｃ及びシンチレーション光Ｖが放出される。チェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴは、は、光電子Ｄの進行軌跡（軌跡）ＤＴを中心とした円錐形状である。光電子Ｄの進行軌跡ＤＴが検出面２１ａに対して傾斜している場合、図３の（ｂ）に示すように、チェレンコフ光Ｃを検出する画素２１ｂの位置Ｓの輪郭が楕円Ｎを形成する。光電子Ｄがラジエータ１２内を進むにつれて、光電子Ｄがラジエータ１２内で相互作用することが繰り返される。したがって、光電子Ｄがラジエータ１２内を進むにつれてチェレンコフ光Ｃ及びシンチレーション光Ｖが放出される。シンチレーション光Ｖは、ラジエータ１２内で光電子Ｄの相互作用位置から等方的に放出される。
【００２９】
図２に示されるように、制御部１５は、第１光検出器２１から出力された信号に基づいて、チェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂの位置情報及び時刻情報を取得する。制御部１５は、取得した位置情報及び時刻情報、並びにラジエータ１２におけるチェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴに基づいて、チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑを求める。また、制御部１５は、第２光検出器２２から出力された信号に基づいて、シンチレーション光Ｖのエネルギー（光量）を求める。
【００３０】
信号処理回路１６は、第１光検出器２１からリストデータを複数取得し、取得したリストデータを時刻情報に基づいてソートする。更に、信号処理回路１６は、取得したリストデータが有効であるか否かを判定する。そして、リストデータが有効であると判定された場合、信号処理回路１６は当該リストデータを記憶媒体１７に記憶させる。リストデータの有効性は、同じγ線Ｇに起因して放出されたシンチレーション光Ｖを検出した画素２２ｂのリストデータにおけるシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値以上であるか否かによって判定される。例えば、所定の時間幅をもったタイムウィンドウ内に入るリストデータにおけるシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値以上であるか否かによってリストデータの有効性を判定することができる。この場合、タイムウィンドウの時間幅は、同時刻にシンチレーション光Ｖを検出した画素２２ｂのみがタイムウィンドウ内に入るように設定されるものであり、例えば１０ｎｓである。
【００３１】
算出回路１８は、信号処理回路１６によって有効であると判定された複数のリストデータを記憶媒体１７から取得する。そして、ラジエータ１２中におけるチェレンコフ光Ｃの伝播軌跡に基づいて、複数のリストデータからチェレンコフ光Ｃの発生位置が算出される。算出回路１８は、例えば演算処理が行われるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read OnlyMemory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）といったメモリにより構成される記憶装置と、入出力装置と、を含むコンピュータである。また、算出回路１８は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）回路で構成されてもよい。算出回路１８では、後述する原理に基づいてチェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑを特定する処理が実行される。
【００３２】
図４及び図５を参照しつつ、ラジエータ１２内においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置を特定する原理について説明する。図４及び図５は、媒質内でのγ線Ｇの相互作用位置を特定する原理を説明するための図である。
【００３３】
図４の（ａ）の例では、検出面２１ａが実線で示され、光電子Ｄの進行軌跡ＤＴが破線で示され、光電子Ｄの進行軌跡ＤＴの延長線が一点鎖線で示されている。また、チェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴが二点鎖線で示されている。また、検出面２１ａの法線Ｈと進行軌跡ＤＴの延長線とのなす角度（入射角）はθｉであり、チェレンコフ光Ｃの放出角度はθｃである。図４の（ａ）では、チェレンコフ光Ｃを検出した第１光検出器２１の画素２１ｂの位置の輪郭が形成する楕円Ｎの長軸及び法線Ｈに沿った平面が示されている。図４の（ａ）では、チェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴのうち、発生位置Ｑから検出面２１ａまでの距離が最も短い軌跡（以下、「短辺ＳＴ」という場合がある）と、発生位置から検出面２１ａまでの距離が最も長い軌跡（以下、「長辺ＬＴ」という場合がある）とが示されている。なお、これらの短辺ＳＴと長辺ＬＴとの交点が発生位置Ｑに相当し、ラジエータ１２に入射したγ線Ｇは当該位置において相互作用をしている。
【００３４】
図４の（ｂ）の例では、第１光検出器２１の検出面２１ａ上の任意の位置に原点が設定されている。直交座標系ＸＹＺは、検出面２１ａ上に設定されたＸ軸及びＹ軸と、ラジエータ１２側に延びるＺ軸と、によって構成されている。図４の（ｂ）では、Ｘ−Ｙ平面が示されている。この場合、第１光検出器２１の検出面２１ａの法線Ｈは、Ｚ軸方向に沿っている。
【００３５】
図４の（ｂ）に示されるように、チェレンコフ光Ｃを検出した画素２１ｂの位置の輪郭にフィッティングする楕円Ｎは、円錐状をなすチェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴを入射角度θｉで切断した形状であり、長さをａとする長径と、長さをｂとする短径とを有する。図４の（ｂ）の例では、楕円Ｎの中心点の座標は（ｘ０，ｙ０）で示され、楕円Ｎの長軸とＸ軸とのなす角は角度θｅである。また、図４の（ｂ）では、楕円Ｎの長軸に沿った軸線Ｕ１と、短軸に沿った軸線Ｕ２とが示されている。この場合、軸線Ｕ１とＸ軸とのなす角は、角度θｅとなる。
【００３６】
図４に示されるように、チェレンコフ光Ｃは、光電子Ｄの進行軌跡ＤＴを中心として円錐状に広がる伝播軌跡ＣＴを描く。このようなチェレンコフ光Ｃの放出角度θｃは、ラジエータ１２の屈折率をｎとし、ラジエータ１２中での光電子の速度をβとすると、式（１）の関係を満たす。
【数１】
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【００３７】
本実施形態では、ラジエータ１２を構成する原子のうち最も光電効果を起こしやすい原子のＫ殻から光電子Ｄが放出された場合における、チェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴを用いて相互作用位置が算出される。媒質で相互作用したγ線ＧのエネルギーをＥγ、電子の質量をｍｅ、光電効果を起こす原子のＫ殻の束縛エネルギーをＥＢ．Ｅ．とすると、チェレンコフ光Ｃの放出角度θｃは、式（２）で示されるように、一定の角度となる。ただし、γ線Ｇと媒質との相互作用がコンプトン散乱である場合におけるＥＢ．Ｅ．は、０とする。
【数２】
2018072144.tif 000004
【００３８】
そのため、チェレンコフ光Ｃを検出した画素２１ｂの位置を示すセグメントアドレスに基づいて、当該チェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴを形成する円錐の形状を特定することができる。この円錐の頂点は、チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑであり、光電子Ｄの発生位置、すなわちγ線Ｇの相互作用位置と略同じである。
【００３９】
図４の（ａ）において、光電子Ｄの進行軌跡ＤＴに垂直な仮想線であって、長辺ＬＴと検出面２１ａとの交点を通る仮想線を線Ｋとする。ここで、線Ｋから発生位置Ｑまでの距離をＬとする。また、光電子Ｄの進行軌跡ＤＴの延長線と線Ｋとの交点から、短辺ＳＴの延長線又は長辺ＬＴと線Ｋとの交点までの距離をＲとする。また、光電子Ｄの進行軌跡ＤＴの延長線と検出面２１ａとの交点から線Ｋまでの距離をＬ’とする。また、光電子Ｄの進行軌跡ＤＴの延長線と検出面２１ａとの交点から、長辺ＬＴと線Ｋとの交点までの距離をｕとする。この場合、tanθｃ、Ｌ’、ｕは、それぞれ以下の式（３）、式（４）、式（５）によって表すことができる。
【数３】
2018072144.tif 000005
【数４】
2018072144.tif 000006
【数５】
2018072144.tif 000007
【００４０】
ここで、以下の式（６）に示すようにＰを定義すると、長径の長さａ及び短径の長さｂは、それぞれ式（７）、式（８）によって表される。
【数６】
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【数７】
2018072144.tif 000009
【数８】
2018072144.tif 000010
【００４１】
以上の式から、求める円錐形状の頂点の位置、すなわちチェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑの座標（ｘ，ｙ，ｚ）は、以下の式（９）、式（１０）の２通りに決定される。
【数９】
2018072144.tif 000011
【数１０】
2018072144.tif 000012
【００４２】
図５は、ラジエータ１２及び光検出器２０を断面視で模式的に示している。図５に示されるように、式（９）、（１０）によって決定される発生位置Ｑは、楕円Ｎの長軸方向の一方側と他方側との２か所に現れる。そのため、図３の（ｂ）に示されるような楕円Ｎの形状のみからでは、楕円Ｎの長軸方向の一方側と他方側との２つの発生位置Ｑの候補のうち、いずれが実際の発生位置Ｑであるかを決めることは困難である。そこで、ラジエータ１２内でシンチレーション光Ｖが等方的に放出され、第２光検出器２２の画素２２ｂがシンチレーション光Ｖを検出していることを利用して、式（９）、式（１０）に示される２通りの候補から一方を実際の発生位置として特定する。
【００４３】
図５に示されるように、画素２２ｂは、発生位置Ｑから等方的に放出されたシンチレーション光Ｖを検出している。これにより、検出面２２ａでは、シンチレーション光Ｖの光量（光子数）に応じた一定のエネルギー分布が生じている。このエネルギー分布は、シンチレーション光を検出した画素２２ｂの位置情報及び画素２２ｂが検出したシンチレーション光Ｖの光量（光子数）から取得される。そのため、位置情報及びその時刻情報と、を取得し、取得した位置情報及び時刻情報に基づいてエネルギー分布及びエネルギー分布の重心位置を求めることができる。この重心位置から式（９）、式（１０）に示される２通りの候補の発生位置Ｑまでの距離をそれぞれ比較し、距離が短い方の候補がチェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑであると決定してもよい。この場合の発生位置Ｑは、光電子Ｄの発生位置であると共に、γ線Ｇの相互作用位置と略同じ位置である。
【００４４】
次に、制御部１５による処理フローについて説明する。図６は、制御部１５の処理を示すフローチャートである。まず、信号処理回路１６が、第１光検出器２１の各画素２１ｂ及び第２光検出器２２の画素２２ｂから出力されたリストデータを取得する（ステップＳ１）。リストデータは、画素２１ｂがチェレンコフ光Ｃを検出した時刻を示す時刻情報と、当該画素２１ｂの位置を示すセグメントアドレスと、画素２２ｂがシンチレーション光Ｖを検出した時刻を示す時刻情報と、当該画素２２ｂの位置を示すセグメントアドレスと、当該シンチレーション光Ｖの光量の情報と、を含んでいる。信号処理回路１６は、取得したシンチレーション光Ｖの光量の情報に基づいて、シンチレーション光Ｖのエネルギーを求める。
【００４５】
信号処理回路１６は、取得した複数のリストデータを時刻情報に基づいてソートする（ステップＳ２）。そして、信号処理回路１６は、ソートされたリストデータからタイムウィンドウ内に入るリストデータ群を取得し、取得されたリストデータ群を構成するリストデータにおけるシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値以上か否かを判定する（ステップＳ３）。すなわち、信号処理回路１６は、エネルギー弁別を実行する。この場合、リストデータ群を構成する各リストデータにおける互いの時刻情報の差は、タイムウィンドウの時間幅に収まっている。ステップＳ３において、リストデータ群を構成するリストデータにおけるシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値以上の場合には、これらのリストデータが記憶媒体１７に転送され、記憶される（ステップＳ４）。また、リストデータ群を構成するリストデータにおけるシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値未満の場合には、これらのリストデータは無効なデータとして処理される。この場合には、チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑを求めない。一例として、ステップＳ３における所定値は、画素２１ｂがチェレンコフ光Ｃを検出する際にノイズ成分となる結晶間散乱及び被写体内散乱等のイベントを除去可能なエネルギーの値としてもよい。また、相互作用が光電効果である場合に相当するエネルギーよりもシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が小さいとき（例えば相互作用がコンプトン散乱である場合）に無効なデータであると判定してもよい。
【００４６】
続いて、算出回路１８によって、記憶媒体１７に記憶されたリストデータ群に基づく楕円フィッティングが行われる（ステップＳ５）。すなわち、算出回路１８は、リストデータ群を構成する各リストデータのセグメントアドレスが示す位置がフィッティングする楕円を導出する。楕円フィッティングは、例えばロバスト推定を用いた近似によって求めることができる。算出回路１８は、導出された楕円の情報から、楕円の中心（ｘ０，ｙ０）の座標、長径の長さａ、短径の長さｂ、及び、楕円Ｎの長軸とＸ軸とのなす角度θｅを取得する。
【００４７】
そして、算出回路１８は、取得された楕円の情報を用いて、上記の決定原理に基づいて円錐の頂点の座標を算出し（ステップＳ６）、この座標の位置を相互作用点（相互作用位置）の候補として出力する（ステップＳ７）。算出回路１８は、上記の決定原理に基づいてエネルギー分布における重心位置を取得する（ステップＳ８）。算出回路１８は、エネルギー分布の重心位置が存在する方の領域における相互作用点の候補を、実際の相互作用点の候補（チェレンコフ光の発生位置）であると決定する（ステップＳ９）。相互作用点の座標情報と検出された時刻情報とが画像処理部３に転送されると、ＰＥＴ装置１では、画像処理部３において断層像が生成される。
【００４８】
以上説明した放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１では、ラジエータ１２内にγ線Ｇが入射すると、入射したγ線Ｇが媒質と相互作用することによって第１波長域の光及び第２波長域の光が発生し、発生した第１波長域の光及び第２波長域の光がそれぞれ第１光検出器２１及び第２光検出器２２によって検出される。これにより、例えば、第１波長域の光の検出信号に基づいて、ラジエータ１２においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を求める際に、第２波長域の光の検出信号に基づいて、第２波長域の光のエネルギーを求めることで、必要なγ線Ｇの入射についてのみ、ラジエータ１２においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を求めることができる。よって、この放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１によれば、ラジエータ１２においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。
【００４９】
放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１では、ラジエータ１２は、互いに対向する表面１２ａ（第２面）及び（第１面）を有する。複数の画素２１ｂは、裏面１２ｂに沿って配置されており、複数の画素２２ｂは、表面１２ａに沿って配置されている。これにより、第１光検出器２１及び第２光検出器２２のそれぞれの構成を簡易化することができる。
【００５０】
放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１では、第１波長域の光は、チェレンコフ光Ｃであり、第２波長域の光は、シンチレーション光Ｖである。これにより、チェレンコフ光Ｃの検出信号に基づいて、ラジエータ１２においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を求める際に、シンチレーション光Ｖの検出信号に基づいて、シンチレーション光Ｖのエネルギーを求めることで、必要なγ線Ｇの入射についてのみ、ラジエータ１２においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く求めることができる。
【００５１】
放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１では、第１光検出器２１から出力された信号に基づいて、チェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂの位置情報及びその時刻情報を取得し、取得した位置情報及び時刻情報、並びにラジエータ１２におけるチェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴに基づいて、ラジエータ１２におけるチェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑを求め、第２光検出器２２から出力された信号に基づいて、シンチレーション光Ｖのエネルギーを求める、制御部１５を更に備える。チェレンコフ光Ｃは、指向性が高いため、ラジエータ１２内で一方向に伝播する。そのため、チェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂの位置情報及びその時刻情報、並びにチェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴから、チェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴを辿り、チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑ及び時間を求めることができる。この発生位置Ｑは、光電子Ｄの発生位置、すなわちγ線Ｇの相互作用位置と略同じであると考えられる。したがって、求められたチェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑから、ラジエータ１２においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。
【００５２】
なお、シンチレーション光Ｖのエネルギーが一定未満の場合、画素２１ｂによって検出されたチェレンコフ光Ｃは、結晶間散乱及び被写体内散乱等のイベントによるノイズ成分を含み得る。そこで、放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１では、上述のように、信号処理回路１６によりシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値以上か否かを判定する（すなわち、エネルギー弁別を行う）。これにより、シンチレーション光Ｖのエネルギーに基づいて、チェレンコフ光Ｃにノイズ成分が含まれるおそれがある場合には、このようなチェレンコフ光Ｃについての信号を除いて演算することができる。その結果、画素２１ｂがチェレンコフ光Ｃを検出した位置情報等のデータのＳ／Ｎを向上させることができる。
【００５３】
放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１では、制御部１５は、媒質を構成する原子のうち最も光電効果を起こしやすい原子のＫ殻から光電子Ｄが放出された場合におけるチェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴを用いて、チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑを求める。チェレンコフ光Ｃの放出角度θｃは、媒質の屈折率ｎと、媒質で相互作用したγ線Ｇのエネルギーと、光電子Ｄを放出した原子のＫ殻の束縛エネルギーをＥＢ．Ｅ．とによって決定される。そのため、最も光電効果を起こしやすい原子のＫ殻から光電子Ｄが放出されたとものと仮定することによって、チェレンコフ光Ｃの放出角度θｃを複数考慮する必要がなくなる。
【００５４】
放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１では、チェレンコフ光Ｃの伝播軌跡ＣＴは、γ線Ｇが媒質と相互作用することによって放出された光電子Ｄが直進する間の進行軌跡ＤＴを中心とした円錐形状であり、チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑは、円錐形状の頂点の位置である。チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑを円錐形状の頂点の位置として求めることによって、ラジエータ１２においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置を一意的に決定することができる。
【００５５】
放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１では、制御部１５は、チェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂにフィッティングする楕円Ｎに関する楕円情報に基づいて、円錐形状の頂点の位置を求める。チェレンコフ光Ｃは、光電子Ｄの進行軌跡ＤＴを中心とした円錐状に広がる。これにより、光電子Ｄが光検出器２０に対して傾斜して進行する場合には、検出された複数の位置情報が示す位置は楕円Ｎの軌道上に配置される。そのため、実際にチェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂによりフィッティングされる楕円Ｎに関する情報を用いることによって、円錐形状の頂点の位置をより正確に求めることができる。
【００５６】
［第２実施形態］
第１実施形態の放射線位置検出器１０における検出部１１は、図７に示される検出部１１Ａのように変形することができる。検出部１１Ａは、第１光検出器２１に代えて第１光検出器２３を有し、表面３０ａ及び裏面３０ｂを有するフィルタ３０が第１光検出器２３とラジエータ１２との間に介在されている点で、第１実施形態の検出部１１と相違している。以下、主として第１実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００５７】
第１光検出器２３は、ラジエータ１２の裏面１２ｂに設けられており、光電変換を行う複数の画素（第１画素）２３ｂが二次元に配列された検出面２３ａを有している。複数の画素２３ｂは、ラジエータ１２の裏面１２ｂに対応するように配置されている。
【００５８】
第１光検出器２３は、一例として、第１波長域の光及び第２波長域の光に感度を有する。この場合、第１光検出器２３がシンチレーション光（第２波長域の光）Ｖを検出せずチェレンコフ光（第１波長域の光）Ｃのみを検出するために、フィルタ３０をラジエータ１２の裏面１２ｂと第１光検出器２３との間に介在させる。フィルタ３０の表面３０ａは、ラジエータ１２の裏面１２ｂに対面するように配置されている。フィルタ３０の裏面３０ｂは、検出面２３ａに対面するように配置されている。フィルタ３０は、第２波長域の光をカットする。
【００５９】
したがって、第１光検出器２３は、第２波長域の光がフィルタ３０によりカットされた後の第１波長域の光を検出することで、シンチレーション光Ｖを検出せずチェレンコフ光Ｃのみを検出する。チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑの特定の原理、並びに制御部１５による処理は、第１実施形態と同様である。
【００６０】
このような検出部１１Ａを備える第２実施形態の放射線位置検出器１０によれば、第１実施形態と同様に、ラジエータ１２内でγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。
【００６１】
なお、第２実施形態の放射線位置検出器１０においては、第２光検出器として、第２光検出器２２に代えて上記第１光検出器２３と同じ光検出器を用いてもよい。この場合、当該第２光検出器がチェレンコフ光Ｃを検出せずシンチレーション光Ｖのみを検出するために、第１波長域の光をカットするフィルタがラジエータ１２の表面１２ａと第２光検出器との間に介在されてもよい。あるいは、チェレンコフ光Ｃのエネルギーがシンチレーション光Ｖのエネルギーよりも小さくエネルギー弁別への影響が小さいと考えられる場合には、第１波長域の光をカットするフィルタがラジエータ１２の表面１２ａと第２光検出器との間に介在されなくてもよい。
【００６２】
また、第１実施形態の第１光検出器２１を第１光検出器として用いると共に、上記第１光検出器２３と同じ光検出器を第２光検出器として用いる場合には、ラジエータ１２の裏面１２ｂと第１光検出器２３との間にフィルタ３０を介在させず、第１波長域の光をカットするフィルタがラジエータ１２の表面１２ａと第２光検出器との間に介在されてもよい。
【００６３】
［第３実施形態］
第１実施形態の放射線位置検出器１０における検出部１１は、図８に示される検出部１１Ｂのように変形することができる。検出部１１Ｂは、第１光検出器２１及び第２光検出器２２に代えて光検出器２４を有する点で、第１実施形態の検出部１１と相違している。以下、主として第１実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００６４】
光検出器２４は、ラジエータ１２の裏面（所定面）１２ｂに設けられており、光電変換を行う複数の画素（第１画素）２４ｂ及び複数の画素（第２画素）２４ｃを有する。光検出器２４は、複数の画素２４ｂ及び複数の画素２４ｃが二次元に配列された検出面２４ａを有している。光検出器２４は、ラジエータ１２の裏面１２ｂと検出面２４ａとが互いに対面するように、ラジエータ１２にカップリングされている。なお、ラジエータ１２の裏面１２ｂを除く外面である表面１２ａ及び側面１２ｃには、光吸収層１２ｄが設けられている。
【００６５】
複数の画素２４ｂ及び複数の画素２４ｃは、１つの画素２４ｂを含む第１画素領域Ｚ１と、１つの画素２４ｃを含む第２画素領域Ｚ２と、が交互に配列されるように、ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２は、一例として、市松模様状に配置されている。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２は、これに限定されない。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２が交互に配列される配置であれば、種々の配置を採用することができる。
【００６６】
画素２４ｂは、一例として、第１波長域の光にのみ感度を有し、シンチレーション光Ｖを検出せずチェレンコフ光Ｃのみを検出する。この場合、光検出器２４における画素２４ｂの部分には、第１波長域以外の波長域の光をカットするフィルタを設ける必要がない。
【００６７】
画素２４ｃは、一例として、第２波長域の光にのみ感度を有し、チェレンコフ光Ｃを検出せずシンチレーション光Ｖのみを検出する。この場合、光検出器２４における画素２４ｃの部分には、第２波長域以外の波長域の光をカットするフィルタを設ける必要がない。
【００６８】
したがって、検出部１１Ｂは、第１光検出器の機能と第２光検出器の機能とを兼ね備えており、シンチレーション光Ｖ及びチェレンコフ光Ｃを検出する。チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑの特定の原理、並びに制御部１５による処理は、第１実施形態と同様である。
【００６９】
このような第３実施形態の放射線位置検出器１０によれば、第１実施形態と同様に、ラジエータ１２内でγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。また、検出部１１Ｂでは、複数の画素２４ｂ及び複数の画素２４ｃは、少なくとも１つの画素２４ｂを含む第１画素領域Ｚ１と少なくとも１つの画素２４ｃを含む第２画素領域Ｚ２とが交互に配列されるように、ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。これにより、光検出器２４（第１光検出器及び第２光検出器）がラジエータ１２の一方の側（ここでは裏面１２ｂ側）に集約されるため、配線の取回し等を簡易化することができる。
【００７０】
なお、第３実施形態の放射線位置検出器１０においては、第１画素領域Ｚ１に１つの画素２５ｃが含まれると共に、第２画素領域Ｚ２に１つの画素２５ｂが含まれるように、光検出器２４が変形されてもよい。
【００７１】
［第４実施形態］
第３実施形態の放射線位置検出器１０における検出部１１Ｂは、図９に示される検出部１１Ｃのように変形することができる。検出部１１Ｃは、光検出器２４に代えて光検出器２５を有する点で、第３実施形態の検出部１１Ｂと相違している。以下、主として第３実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００７２】
光検出器２５は、ラジエータ１２の裏面（所定面）１２ｂに設けられており、光電変換を行う複数の画素（第１画素）２５ｂ及び複数の画素（第２画素）２５ｃを有する。光検出器２５は、複数の画素２５ｂ及び複数の画素２５ｃが二次元に配列された検出面２５ａを有している。光検出器２５は、ラジエータ１２の裏面１２ｂと検出面２５ａとが互いに対面するように、ラジエータ１２にカップリングされている。なお、ラジエータ１２の裏面１２ｂを除く外面である表面１２ａ及び側面１２ｃには、光吸収層１２ｄが設けられている。
【００７３】
複数の画素２５ｂ及び複数の画素２５ｃは、複数の画素２５ｂを含む第１画素領域Ｚ１と、１つの画素２５ｃを含む第２画素領域Ｚ２と、が交互に配列されるように、ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。画素２５ｂは、例えば、第１画素領域Ｚ１において、例えば行列状に配置されている。画素２５ｂは、第１画素領域Ｚ１における配置は、これに限定されない。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２は、一例として、市松模様状に配置されている。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２は、これに限定されない。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２が交互に配列される配置であれば、種々の配置を採用することができる。
【００７４】
画素２５ｂは、一例として、第１波長域の光にのみ感度を有し、シンチレーション光Ｖを検出せずチェレンコフ光Ｃのみを検出する。この場合、光検出器２５における画素２５ｂの部分には、第１波長域以外の波長域の光をカットするフィルタを設ける必要がない。図９の（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、画素２５ｂは、画素２５ｃよりも小さい。画素２５ｂは、一例として、画素２５ｃに対して約１６分の１の大きさの受光面を有する。画素２５ｂは、これに限定されず、画素２５ｃよりも小さければ、第１波長域の光にのみ感度を有する範囲で、種々の大きさとすることができる。
【００７５】
画素２５ｃは、一例として、第２波長域の光にのみ感度を有し、チェレンコフ光Ｃを検出せずシンチレーション光Ｖのみを検出する。この場合、光検出器２５における画素２５ｃの部分には、第２波長域以外の波長域の光をカットするフィルタを設ける必要がない。
【００７６】
したがって、検出部１１Ｃは、第１光検出器の機能と第２光検出器の機能とを兼ね備えており、シンチレーション光Ｖ及びチェレンコフ光Ｃを検出する。チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑの特定の原理、並びに制御部１５による処理は、第３実施形態と同様である。
【００７７】
このような第４実施形態の放射線位置検出器１０によれば、第３実施形態と同様に、ラジエータ１２内でγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。また、検出部１１Ｃでは、複数の画素２５ｂ及び複数の画素２５ｃは、少なくとも１つの画素２５ｂを含む第１画素領域Ｚ１と少なくとも１つの画素２５ｃを含む第２画素領域Ｚ２とが交互に配列されるように、ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。これにより、光検出器２５（第１光検出器及び第２光検出器）がラジエータ１２の一方の側（ここでは裏面１２ｂ側）に集約されるため、配線の取回し等を簡易化することができる。また、画素２５ｂの大きさに対して画素２５ｃの大きさが大きいため、検出面２５ａにおいて画素２５ｂの数に対して画素２５ｃの数が減少する。その結果、画素２５ｃの読み出しチャンネル数を画素２５ｂの読み出しチャンネル数に対して減少させることができる。
【００７８】
なお、第４実施形態の放射線位置検出器１０においては、第１画素領域Ｚ１に１つの画素２５ｂが含まれると共に、第２画素領域Ｚ２に複数の画素２５ｃが含まれるように、光検出器２５が変形されてもよい。この場合、画素２５ｂの読み出しチャンネル数を画素２５ｃの読み出しチャンネル数に対して減少させることができる。
【００７９】
［第５実施形態］
第３実施形態の放射線位置検出器１０における検出部１１Ｂは、図１０に示される検出部１１Ｄのように変形することができる。検出部１１Ｄは、光検出器２４に代えて光検出器２６を有する点で、第３実施形態の検出部１１Ｂと相違している。以下、主として第３実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００８０】
光検出器２６は、ラジエータ１２の裏面（所定面）１２ｂに設けられており、光電変換を行う複数の画素（第１画素）２６ｂ及び複数の画素（第２画素）２６ｃを有する。光検出器２６は、複数の画素２６ｂ及び複数の画素２６ｃが二次元に配列された検出面２６ａを有している。光検出器２６は、ラジエータ１２の裏面１２ｂと検出面２６ａとが互いに対面するように、ラジエータ１２にカップリングされている。なお、ラジエータ１２の裏面１２ｂを除く外面である表面１２ａ及び側面１２ｃには、光吸収層１２ｄが設けられている。
【００８１】
複数の画素２６ｂ及び複数の画素２６ｃは、１つの画素２６ｂを含む第１画素領域Ｚ１と、１つの画素２６ｃを含む第２画素領域Ｚ２と、が交互に配列されるように、ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２は、一例として、市松模様状に配置されている。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２は、これに限定されない。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２が交互に配列される配置であれば、種々の配置を採用することができる。
【００８２】
画素２６ｂは、一例として、第１波長域の光及び第２波長域の光に感度を有する。この場合、画素２６ｂがシンチレーション光（第２波長域の光）Ｖを検出せずチェレンコフ光（第１波長域の光）Ｃのみを検出するために、フィルタ３１をラジエータ１２の裏面１２ｂと光検出器２６との間に介在させる。フィルタ３１の表面３１ａは、ラジエータ１２の裏面１２ｂに対面するように配置されている。フィルタ３１の裏面３１ｂは、検出面２６ａに対面するように配置されている。フィルタ３１は、第２波長域の光をカットする複数のフィルタ要素３１ｃを有する。複数のフィルタ要素３１ｃは、検出面２６ａにおける画素２６ｂの位置と対応する位置に配置されている。画素２６ｂにおいて、光検出器２６は、第２波長域の光がフィルタ３１によりカットされた後の第１波長域の光を検出することで、シンチレーション光Ｖを検出せずチェレンコフ光Ｃのみを検出する。
【００８３】
画素２６ｃは、一例として、第２波長域の光にのみ感度を有し、チェレンコフ光Ｃを検出せずシンチレーション光Ｖのみを検出する。この場合、光検出器２６における画素２６ｃの部分には、第２波長域以外の波長域の光をカットするフィルタを設ける必要がない。
【００８４】
したがって、検出部１１Ｄは、第１光検出器の機能と第２光検出器の機能とを兼ね備えており、シンチレーション光Ｖ及びチェレンコフ光Ｃを検出する。チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑの特定の原理、並びに制御部１５による処理は、第３実施形態と同様である。
【００８５】
このような第５実施形態の放射線位置検出器１０によれば、第３実施形態と同様に、ラジエータ１２内でγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。また、検出部１１Ｄでは、複数の画素２６ｂ及び複数の画素２６ｃは、少なくとも１つの画素２６ｂを含む第１画素領域Ｚ１と少なくとも１つの画素２６ｃを含む第２画素領域Ｚ２とが交互に配列されるように、ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。これにより、光検出器２６（第１光検出器及び第２光検出器）がラジエータ１２の一方の側（ここでは裏面１２ｂ側）に集約されるため、配線の取回し等を簡易化することができる。
【００８６】
なお、第５実施形態の放射線位置検出器１０においては、画素２６ｃは、第１波長域の光及び第２波長域の光に感度を有していてもよい。この場合、画素２６ｃにおいて光検出器２６がチェレンコフ光Ｃを検出せずシンチレーション光Ｖのみを検出するために、第１波長域の光をカットするフィルタ要素が、画素２６ｃの位置と対応する位置に配置されていてもよい。あるいは、チェレンコフ光Ｃのエネルギーがシンチレーション光Ｖのエネルギーよりも小さくエネルギー弁別への影響が小さいと考えられる場合には、第１波長域の光をカットするフィルタ要素が画素２６ｃの位置と対応する位置に配置されなくてもよい。
【００８７】
また、画素２６ｂが第１波長域の光にのみ感度を有していると共に、画素２６ｃが第１波長域の光及び第２波長域の光に感度を有している場合には、画素２６ｂの位置と対応する位置に第１波長域以外の波長域の光をカットするフィルタ要素が配置されず、画素２６ｃの位置と対応する位置に第１波長域の光をカットするフィルタ要素が配置されていてもよい。
【００８８】
［第６実施形態］
第５実施形態の放射線位置検出器１０における検出部１１Ｄは、図１１に示される検出部１１Ｅのように変形することができる。検出部１１Ｅは、光検出器２６に代えて光検出器２７を有する点で、第５実施形態の検出部１１Ｄと相違している。以下、主として第５実施形態と相違する点について説明し、同一の要素や部材については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。
【００８９】
光検出器２７は、光電変換を行う複数の画素（第１画素）２７ｂと、複数の画素（第２画素）２７ｃを有する。光検出器２７は、複数の画素２７ｄ及び画素２７ｃが二次元に配列された検出面２７ａを有している。複数の画素２７ｂ及び複数の画素２７ｃは、複数の画素２７ｂを含む第１画素領域Ｚ１と、１つの画素２７ｃを含む第２画素領域Ｚ２と、が交互に配列されるように、ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。画素２７ｂは、例えば、第１画素領域Ｚ１において、例えば行列状に配置されている。画素２７ｂは、第１画素領域Ｚ１における配置は、これに限定されない。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２は、一例として、市松模様状に配置されている。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２は、これに限定されない。第１画素領域Ｚ１及び第２画素領域Ｚ２が交互に配列される配置であれば、種々の配置を採用することができる。
【００９０】
図１１の（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、画素２７ｂは、画素２７ｃよりも小さい。画素２７ｂは、一例として、画素２７ｃに対して約１６分の１の大きさの受光面を有する。画素２７ｂは、これに限定されず、画素２７ｃよりも小さければ、第１波長域の光にのみ感度を有する範囲で、種々の大きさとすることができる。
【００９１】
画素２７ｂは、一例として、第１波長域の光及び第２波長域の光に感度を有する。この場合、画素２７ｂがシンチレーション光（第２波長域の光）Ｖを検出せずチェレンコフ光（第１波長域の光）Ｃのみを検出するために、フィルタ３１をラジエータ１２の裏面１２ｂと光検出器２７との間に介在させる。フィルタ３１の裏面３１ｂは、検出面２７ａに対面するように配置されている。フィルタ３１は、第２波長域の光をカットする複数のフィルタ要素３１ｃを有する。複数のフィルタ要素３１ｃは、検出面２７ａにおける画素２７ｂの位置と対応する位置に配置されている。画素２７ｂにおいて、光検出器２７は、第２波長域の光がフィルタ３１によりカットされた後の第１波長域の光を検出することで、シンチレーション光Ｖを検出せずチェレンコフ光Ｃのみを検出する。
【００９２】
画素２７ｃは、一例として、第２波長域の光にのみ感度を有し、チェレンコフ光Ｃを検出せずシンチレーション光Ｖのみを検出する。この場合、光検出器２７における画素２７ｃの部分には、第２波長域以外の波長域の光をカットするフィルタを設ける必要がない。
【００９３】
したがって、検出部１１Ｅは、第１光検出器の機能と第２光検出器の機能とを兼ね備えており、シンチレーション光Ｖ及びチェレンコフ光Ｃを検出する。チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑの特定の原理、並びに制御部１５による処理は、第５実施形態と同様である。
【００９４】
このような第６実施形態の放射線位置検出器１０によれば、第５実施形態と同様に、ラジエータ１２内でγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。また、検出部１１Ｅでは、複数の画素２７ｂ及び複数の画素２７ｃは、少なくとも１つの画素２７ｂを含む第１画素領域Ｚ１と少なくとも１つの画素２７ｃを含む第２画素領域Ｚ２とが交互に配列されるように、ラジエータ１２の裏面１２ｂに沿って配置されている。これにより、光検出器２７（第１光検出器及び第２光検出器）がラジエータ１２の一方の側（ここでは裏面１２ｂ側）に集約されるため、配線の取回し等を簡易化することができる。また、画素２７ｂの大きさに対して画素２７ｃの大きさが大きいため、検出面２７ａにおいて画素２７ｂの数に対して画素２７ｃの数が減少する。その結果、画素２７ｃの読み出しチャンネル数を画素２７ｂの読み出しチャンネル数に対して減少させることができる。
【００９５】
なお、第６実施形態の放射線位置検出器１０においては、第１画素領域Ｚ１に１つの画素２７ｂが含まれると共に、第２画素領域Ｚ２に複数の画素２７ｃが含まれるように、光検出器２７が変形されてもよい。この場合、画素２７ｂの読み出しチャンネル数を画素２７ｃの読み出しチャンネル数に対して減少させることができる。
【００９６】
また、画素２７ｃは、第１波長域の光及び第２波長域の光に感度を有していてもよい。この場合、画素２７ｃにおいて光検出器２７がチェレンコフ光Ｃを検出せずシンチレーション光Ｖのみを検出するために、第１波長域の光をカットするフィルタ要素が、画素２７ｃの位置と対応する位置に配置されていてもよい。あるいは、チェレンコフ光Ｃのエネルギーがシンチレーション光Ｖのエネルギーよりも小さくエネルギー弁別への影響が小さいと考えられる場合には、第１波長域の光をカットするフィルタ要素が画素２７ｃの位置と対応する位置に配置されなくてもよい。
【００９７】
また、画素２７ｂが第１波長域の光にのみ感度を有していると共に、画素２７ｃが第１波長域の光及び第２波長域の光に感度を有している場合には、画素２７ｂの位置と対応する位置に第１波長域以外の波長域の光をカットするフィルタ要素が配置されず、画素２７ｃの位置と対応する位置に第１波長域の光をカットするフィルタ要素が配置されていてもよい。
【００９８】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、楕円Ｎの長軸方向の一方側と他方側との２つの発生位置の候補のうちいずれが発生位置であるかを決める方法として、エネルギー分布の重心位置を用いる例を示したが、その他の手法であってもよい。例えば、楕円Ｎの円周上における光子数が多い方の領域に存在する発生位置Ｑが実際の発生位置であると特定してもよい。
【００９９】
また、ラジエータ１２を構成する媒質として、ＢＧＯを挙げたが、これらに限定されない。検出の対象となる放射線のエネルギーに応じて屈折率、密度等を考慮して上記以外の材料をラジエータ１２として使用してもよい。
【０１００】
また、放射線位置検出器がＰＥＴ装置に用いられる例を示したが、これに限定されない。上記の放射線位置検出器は、発光に対する時間の揺らぎが殆ど生じないため、ＴＯＦ−ＰＥＴ装置に用いてもよい。
【０１０１】
光吸収層１２ｄは、例えば放出されるチェレンコフ光Ｃの拡がりに対してラジエータ１２が十分に平面状に広い場合には側面１２ｃによる光の反射を考慮せず、側面１２ｃの光吸収層１２ｄを省略してもよい。
【０１０２】
また、放射線としてγ線Ｇを例示したが、他の種類の放射線であってもよい。第１波長域の光は、チェレンコフ光であり、第２波長域の光は、シンチレーション光であったが、第１波長域の光及び第２波長域の光は、これらに限定されない。また、ラジエータ１２において、複数の第１画素は、表面１２ａに沿って配置されていたが、表面１２ａ又は側面１２ｃに沿って配置されていてもよい。複数の第２画素は、表面１２ａ又は裏面１２ｂに沿って配置されていたが、側面１２ｃに沿って配置されていてもよい。要は、入射した放射線と相互作用することによって第１波長域の光及び第２波長域の光を発生させる媒質からなるラジエータと、二次元に配列された複数の第１画素を有し、第１波長域の光を検出する第１光検出器と、二次元に配列された複数の第２画素を有し、第２波長域の光を検出する第２光検出器と、を備えていればよい。
【０１０３】
また、第１実施形態の制御部１５は、以下のように、チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑ（すなわち、光電子Ｄの発生位置、γ線Ｇの相互作用位置）を求めることができる（以下、「第１座標決定処理」という）。図１２は、ラジエータ１２内で放出されるチェレンコフ光の他態様を説明するための模式図である。図１２の（ａ）には、ラジエータ１２が断面視で模式的に示されており、図１２の（ｂ）には、第１光検出器２１が平面視で模式的に示されている。
【０１０４】
まず、図１２の（ｂ）に示されるように、制御部１５が、チェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂの位置Ｓについて重心Ａの位置を求める。一例として、ラジエータ１２の裏面１２ｂに平行なＸ軸方向及びＹ軸方向における重心Ａの位置（すなわち、重心ＡのＸ座標Ｘｃｍ及びＹ座標Ｙｃｍ）は、下記の式（１１）で求めることができる。ここで、Ｎは、チェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂの数であり、Ｅｉは、ｉ番目の光子の検出エネルギーであり、ｘｉ及びｙｉは、それぞれ、ｉ番目の光子を検出した画素２１ｂのＸ座標及びＹ座標である。
【数１１】
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【０１０５】
続いて、制御部１５が、重心Ａを中心とする楕円Ｎであって且つチェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂの位置Ｓにフィッティングする楕円Ｎを求める。そして、制御部１５が、楕円Ｎに関する楕円情報に基づいて、チェレンコフ光Ｃの伝播軌跡である円錐形状の頂点の位置を求める。ここでは、制御部１５は、ラジエータ１２の裏面１２ｂに垂直なＺ軸方向における円錐形状の頂点の位置（すなわち、円錐形状の頂点のＺ座標）を求める。
【０１０６】
続いて、制御部１５が、重心ＡのＸ座標Ｘｃｍ及びＹ座標Ｙｃｍを、Ｘ軸方向及びＹ軸方向におけるチェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑ（すなわち、チェレンコフ光Ｃの発生位置のＸ座標及びＹ座標）とし、円錐形状の頂点のＺ座標を、Ｚ軸方向におけるチェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑ（すなわち、チェレンコフ光Ｃの発生位置のＺ座標）とする。
【０１０７】
以上の第１座標決定処理によっても、ラジエータ１２においてγ線Ｇが媒質と相互作用した位置及び時間を精度良く特定することができる。このような発生位置Ｑの特定は、図１２の（ａ）に示されるように、γ線Ｇが媒質と相互作用することによって放出された光電子Ｄが直進しなかった場合に、特に有効である。
【０１０８】
また、制御部１５は、上述した第１座標決定処理、又は、図６のステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ７、ステップＳ８及びステップＳ９に相当する第２座標決定処理を、以下のように、第１光検出器２１の検出光子数に応じて実施することができる。図１３は、第１実施形態の制御部１５での相互作用位置を特定する処理フローの他態様を示すフローチャートである。なお、以下、第１実施形態の場合について説明するが、第２実施形態、第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態、及び、第６実施形態の場合についても同様である。
【０１０９】
まず、信号処理回路１６が、第１光検出器２１の各画素２１ｂ及び第２光検出器２２の画素２２ｂから出力されたリストデータを取得する（ステップＳ１）。リストデータは、画素２１ｂがチェレンコフ光Ｃを検出した時刻を示す時刻情報と、当該画素２１ｂの位置を示すセグメントアドレスと、画素２２ｂがシンチレーション光Ｖを検出した時刻を示す時刻情報と、当該画素２２ｂの位置を示すセグメントアドレスと、当該シンチレーション光Ｖの光量の情報と、を含んでいる。信号処理回路１６は、取得したシンチレーション光Ｖの光量の情報に基づいて、シンチレーション光Ｖのエネルギーを求める。
【０１１０】
信号処理回路１６は、取得した複数のリストデータを時刻情報に基づいてソートする（ステップＳ２）。そして、信号処理回路１６は、ソートされたリストデータからタイムウィンドウ内に入るリストデータ群を取得し、取得されたリストデータ群を構成するリストデータにおけるシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値以上か否かを判定する（ステップＳ３）。すなわち、信号処理回路１６は、エネルギー弁別を実行する。この場合、リストデータ群を構成する各リストデータにおける互いの時刻情報の差は、タイムウィンドウの時間幅に収まっている。ステップＳ３において、リストデータ群を構成するリストデータにおけるシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値以上の場合には、これらのリストデータが記憶媒体１７に転送され、記憶される（ステップＳ４）。また、リストデータ群を構成するリストデータにおけるシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が所定値未満の場合には、これらのリストデータは無効なデータとして処理される。この場合には、チェレンコフ光Ｃの発生位置Ｑを求めない。一例として、ステップＳ３における所定値は、画素２１ｂがチェレンコフ光Ｃを検出する際にノイズ成分となる結晶間散乱及び被写体内散乱等のイベントを除去可能なエネルギーの値としてもよい。また、相互作用が光電効果である場合に相当するエネルギーよりもシンチレーション光Ｖのエネルギーの和が小さいとき（例えば相互作用がコンプトン散乱である場合）に無効なデータであると判定してもよい。
【０１１１】
続いて、算出回路１８が、検出光子数（すなわち、チェレンコフ光Ｃを検出した複数の画素２１ｂの数）が第１閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０）。ステップＳ１０において、第１光検出器２１の検出光子数が第１閾値以上の場合には、算出回路１８が、図６のステップＳ５、ステップＳ６、ステップＳ７、ステップＳ８及びステップＳ９に相当する第２座標決定処理を実施する（ステップＳ１１）。ステップＳ１０において、検出光子数が第１閾値未満の場合には、算出回路１８が、上述した第１座標決定処理を実施する（ステップＳ１２）。
【符号の説明】
【０１１２】
１…ＰＥＴ装置、１０…放射線位置検出器、１２…ラジエータ（媒質）、１２ａ…表面（第２面）、１２ｂ…裏面（所定面、第１面）、１５…制御部、２０…光検出器、２１…第１光検出器、２１ｂ…画素（第１画素）、２２…第２光検出器、２２ｂ…画素（第２画素）、２３…第１光検出器、２３ｂ…画素（第１画素）、２４…光検出器（第１光検出器、第２光検出器）、２４ｂ…画素（第１画素）、２４ｃ…画素（第２画素）、２５…光検出器（第１光検出器、第２光検出器）、２５ｂ…画素（第１画素）、２５ｃ…画素（第２画素）、２６…光検出器（第１光検出器、第２光検出器）、２６ｂ…画素（第１画素）、２６ｃ…画素（第２画素）、２７…光検出器（第１光検出器、第２光検出器）、２７ｂ…画素（第１画素）、２７ｃ…画素（第２画素）、Ｃ…チェレンコフ光（第１波長域の光）、ＣＴ…伝播軌跡、ＤＴ…進行軌跡（軌跡）、Ｇ…γ線（放射線）、Ｎ…楕円、Ｑ…発生位置、Ｖ…シンチレーション光（第２波長域の光）、Ｚ１…第１画素領域、Ｚ２…第２画素領域。
【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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