(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線が入射する複数のシンチレータを有するシンチレータアレイと、
前記シンチレータアレイの各シンチレータに一対一で対応する複数の光検出器を有する光検出器アレイと、
前記光検出器アレイの各光検出器から出力されたアナログ信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換部と、
前記ＡＤ変換部によって変換された前記デジタルデータに基いて、放射線が入射された前記シンチレータの位置を特定する位置検出処理部と、を備え、
前記デジタルデータは、少なくとも、放射線が入射された時刻に対応した時刻データ、検出されたエネルギーの値に対応したエネルギー値データ、及び、シンチレータアレイにおけるシンチレータのアドレスに対応した位置データを有し、
前記位置検出処理部は、
同じ時刻を示す時刻データを有する異なる２つの前記デジタルデータが存在する場合に、当該２つのデジタルデータのエネルギー値データをコンプトンエッジのエネルギー値と比較するエネルギー比較部と、
前記エネルギー比較部の比較結果に基づいて、前記２つのデジタルデータのエネルギー値の両方がコンプトンエッジのエネルギー値よりも大きいときには、前記２つのデジタルデータの位置データに対応する前記シンチレータに放射線が入射したと判定し、前記２つのデジタルデータのエネルギー値のうち少なくとも一方がコンプトンエッジのエネルギー値よりも小さいときには、前記２つのデジタルデータのエネルギー値を互いに比較して、放射線が入射した前記シンチレータの前記アドレスを特定する位置判定部と、を有する、放射線位置検出器。
【請求項２】
前記位置検出処理部は、同じ時刻を示す時刻データを有する前記デジタルデータが１つのみ存在する場合に、当該デジタルデータの前記エネルギー値データを所定のエネルギー幅をもつウインドウと比較し、前記エネルギー値データが前記ウインドウの範囲内のときに、当該デジタルデータの位置データに基づいて、放射線が入射された前記シンチレータの前記アドレスを特定するウインドウ比較部を有する、請求項１に記載の放射線位置検出器。
【請求項３】
前記シンチレータアレイでは、複数の前記シンチレータがマトリクス状に配置されており、
前記エネルギー比較部では、前記２つのデジタルデータに対応したシンチレータ同士が、縦、横又は斜めに互いに隣り合っているか、当該互いに隣り合う位置からさらに縦、横又は斜めにシンチレータ１つ分だけ離れているときに、前記エネルギー比較部による比較を行う、請求項１又は２に記載の放射線位置検出器。
【請求項４】
前記シンチレータアレイでは、複数の前記シンチレータがマトリクス状に配置されており、
前記エネルギー比較部では、前記２つのデジタルデータに対応した前記シンチレータ同士が、縦、横又は斜めに互いに隣り合っているときに、前記エネルギー比較部による比較を行う、請求項１又は２に記載の放射線位置検出器。
【請求項５】
前記位置判定部は、
前記２つのデジタルデータのうちの一方のみがコンプトンエッジのエネルギー値以上の前記エネルギー値データを有するときに、他方のデジタルデータの位置データに対応したシンチレータに放射線が入射されたと判定し、
前記２つのデジタルデータの両方がコンプトンエッジのエネルギー値未満の前記エネルギー値データを有するときに、エネルギー値が高い方のデジタルデータの位置データに対応したシンチレータに放射線が入射されたと判定する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の放射線位置検出器。
【請求項６】
前記シンチレータアレイの前後に一対の前記光検出器アレイを有し、
前記位置検出処理部は、ＤＯＩ検出によって、前記２つのシンチレータにおける放射線の相互作用位置の深さを求めるとともに、前記シンチレータの延在方向に垂直な方向に対するこれら相互作用位置の２点間の角度を求める角度判定部をさらに有し、
前記位置判定部は、
前記２つのデジタルデータのうちの一方のみがコンプトンエッジのエネルギー値以上の前記エネルギー値データを有するときに、他方のデジタルデータのアドレスのシンチレータに放射線が入射されたと判定し、
前記２つのデジタルデータの両方がコンプトンエッジのエネルギー値未満の前記エネルギー値データを有するときに、当該２つのエネルギー値データの差と前記２点間の角度とに基いて、いずれのデジタルデータに対応するシンチレータに放射線が入射されたのかの判定を行う、請求項１〜４のいずれか一項に記載の放射線位置検出器。
【請求項７】
前記位置判定部は、
前記２つのデジタルデータのエネルギー値がいずれもコンプトンエッジのエネルギー未満であった場合において、前記角度判定部によって求められた前記２点間の角度が３０度より大きいときに、前記エネルギー値データが高い方のデジタルデータの前記位置データに対応するシンチレータに放射線が入射されたと判定し、
前記角度判定部によって求められた２点間の角度が３０度未満であるときは、２つのシンチレータにおけるエネルギー値データの差と前記２点間の角度とに基いて、いずれのデジタルデータに対応するシンチレータに放射線が入射されたのかの判定を行う、請求項６に記載の放射線位置検出器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の放射線位置検出器を備えたＰＥＴ装置。
【請求項９】
放射線が入射する複数のシンチレータを有するシンチレータアレイと、
前記シンチレータアレイの各シンチレータに一対一で対応する複数の光検出器を有する光検出器アレイと、
前記光検出器アレイの各光検出器から出力されたアナログ信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換部と、を有する放射線位置検出器において、
前記ＡＤ変換部によって変換され、少なくとも、放射線が入射された時刻に対応した時刻データ、検出されたエネルギーの値に対応したエネルギー値データ、及び、シンチレータアレイにおけるシンチレータのアドレスに対応した位置データを有する前記デジタルデータに基いて、放射線が入射された前記シンチレータの位置を特定する処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
同じ時刻を示す時刻データを有する異なる２つの前記デジタルデータが存在する場合に、当該２つのデジタルデータのエネルギー値データをコンプトンエッジのエネルギー値と比較するエネルギー比較ステップと、
前記エネルギー比較ステップの比較結果に基づいて放射線が入射した前記シンチレータの位置を前記デジタルデータの位置データから特定する位置判定ステップと、を有する、プログラム。
【請求項１０】
放射線が入射する複数のシンチレータを有するシンチレータアレイと、
前記シンチレータアレイの各シンチレータに一対一で対応する複数の光検出器を有する光検出器アレイと、
前記光検出器アレイの各光検出器から出力されたアナログ信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換部と、を有する放射線位置検出器において、
前記ＡＤ変換部によって変換され、少なくとも、放射線が入射された時刻に対応した時刻データ、検出されたエネルギーの値に対応したエネルギー値データ、及び、シンチレータアレイにおけるシンチレータのアドレスに対応した位置データを有する前記デジタルデータに基いて、放射線が入射された前記シンチレータの位置を特定する処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
同じ時刻を示す時刻データを有する異なる２つの前記デジタルデータが存在する場合に、当該２つのデジタルデータのエネルギー値データをコンプトンエッジのエネルギー値と比較するエネルギー比較ステップと、
前記エネルギー比較ステップの比較結果に基づいて放射線が入射した前記シンチレータの位置を前記デジタルデータの位置データから特定する位置判定ステップと、を有する、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【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、ＰＥＴ装置、プログラム及び記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数のシンチレータを有するシンチレータアレイに対する放射線の入射位置を検出する放射線位置検出器が知られている。このような放射線位置検出器では、シンチレータに入射した放射線に、コンプトン散乱が生じる場合がある。コンプトン散乱が生じると、シンチレータアレイにおける２つ以上のシンチレータに対して同時に放射線が入射することがある。この場合、最初に放射線が入射したシンチレータを検出することによって、放射線位置検出器の解像度を高めることができる。例えば、特許文献１に開示されている放射線位置検出器は、放射線が入射するシンチレータアレイと、シンチレータアレイの各シンチレータで生じる発光現象を光電変換信号に光電変換する光検出器とを備えている。この放射線位置検出器では、複数のシンチレータに対応する光電変換信号群のそれぞれのレベルを、異なる複数のしきい値で比較する。そして、その比較された光電変換信号群に対応する信号パターン群の特徴に基づいて、どのシンチレータに放射線が入射したのかを判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−４９３８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された放射線位置検出器では、隣接するシンチレータから検出された光電変換信号の出力をコンパレータで比較し、出力の高い光電変換信号の位置を捉える回路方式を採用している。そのため、同じエネルギーの入射を識別することができないので、同時に別々の放射線が入射した場合には、これらの放射線を区別することができない。また、回路の構造上、水平、垂直方向に配列されたアレイのうち、水平、垂直方向への散乱には対応できるものの、対角線上に散乱した場合には、放射線の入射位置の検出が困難であった。
【０００５】
本発明は、放射線の入射位置をより高精度に検出する放射線位置検出器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】
【０００６】
本発明の一形態に係る放射線位置検出器は、放射線が入射する複数のシンチレータを有するシンチレータアレイと、シンチレータアレイの各シンチレータに一対一で対応する複数の光検出器を有する光検出器アレイと、光検出器アレイの各光検出器から出力されたアナログ信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換部と、ＡＤ変換部によって変換されたデジタルデータに基いて、放射線が入射されたシンチレータの位置を特定する位置検出処理部と、を備え、デジタルデータは、少なくとも、放射線が入射された時刻に対応した時刻データ、検出されたエネルギーの値に対応したエネルギー値データ、及び、シンチレータアレイにおけるシンチレータのアドレスに対応した位置データを有し、位置検出処理部は、同じ時刻を示す時刻データを有する異なる２つのデジタルデータが存在する場合に、当該２つのデジタルデータのエネルギー値データをコンプトンエッジのエネルギー値と比較するエネルギー比較部と、エネルギー比較部の比較結果に基づいて、２つのデジタルデータのエネルギー値の両方がコンプトンエッジのエネルギー値よりも大きいときには、２つデジタルデータの位置データに対応するシンチレータに放射線が入射したと判定し、２つのデジタルデータのエネルギー値のうち少なくとも一方がコンプトンエッジのエネルギー値よりも小さいときには、２つのデジタルデータのエネルギー値を互いに比較して、放射線が入射したシンチレータのアドレスを特定する位置判定部と、を有する。
【０００７】
放射線位置検出器では、放射線がシンチレータに入射された際の発光現象をＡＤ変換部によってデジタルデータに変換する。このデジタルデータは、放射線の入射時刻、エネルギー値及びアドレスを有している。同じ入射時刻に異なる２つのシンチレータに対応するデジタルデータがある場合、同時に別々の放射線が入射したか、シンチレータに入射した後にコンプトン散乱したかの二通りが考えられる。放射線がコンプトン散乱した場合には、２つのデジタルデータの少なくとも一方のエネルギー値がコンプトンエッジのエネルギーよりも低い。これにより、デジタルデータに含まれるエネルギー値の両方がコンプトンエッジのエネルギーよりも大きい場合には、同時に別々の放射線が入射したと判定することができる。この場合、２つのデジタルデータのアドレスの両方を入射位置とすることができる。一方、いずれかのデジタルデータに含まれるエネルギー値がコンプトンエッジのエネルギーよりも小さい場合には、コンプトン散乱が発生したと判定することができる。この場合、２つのデジタルデータのエネルギー値を互いに比較して、放射線が入射したシンチレータのアドレスを特定することができる。したがって、同時に別々の放射線が入射した場合であっても、コンプトン散乱が起きた場合であっても、放射線の入射位置をより高精度に検出することができる。
【０００８】
また、位置検出処理部は、同じ時刻を示す時刻データを有する前記デジタルデータが１つのみ存在する場合に、当該デジタルデータのエネルギー値データを所定のエネルギー幅をもつウインドウと比較し、エネルギー値データがウインドウの範囲内のときに、当該デジタルデータの位置データに基づいて、放射線が入射されたシンチレータのアドレスを特定するウインドウ比較部を有する構成でもよい。この構成によれば、デジタルデータのエネルギー値がウインドウ範囲内に入っていない場合には、無効なデータとして扱われるので、ノイズ等を低減することができる。
【０００９】
また、シンチレータアレイでは、複数のシンチレータがマトリクス状に配置されており、エネルギー比較部では、２つのシンチレータが、縦、横又は斜めに互いに隣り合っているか、又は互いに隣り合う位置からさらに縦、横又は斜めにシンチレータ１つ分だけ離れているときに、エネルギー比較部よる比較を行う構成でもよい。また、シンチレータアレイでは、複数のシンチレータがマトリクス状に配置されており、エネルギー比較部では、２つのシンチレータが、縦、横又は斜めに互いに隣り合っているときに、エネルギー比較部よる比較を行う構成でもよい。これらの構成によれば、縦又は横方向に配置されるシンチレータ同士のみならず、斜め方向に配置されるシンチレータ同士であっても、エネルギー値の比較を行うことができる。また、２つのシンチレータ同士の位置が離れるにつれて、コンプトン散乱による発光現象は指数関数的に減少する。そのため、エネルギー比較部による比較対象を制限することによって、効率的な位置検出を行うことができる。
【００１０】
また、位置判定部は、２つのデジタルデータのうちの一方のみがコンプトンエッジのエネルギー値以上であったときに、他方のデジタルデータのアドレスのシンチレータに放射線が入射されたと判定し、２つのデジタルデータの両方がコンプトンエッジのエネルギー値未満であったときに、エネルギー値が高い方のデジタルデータのアドレスのシンチレータに放射線が入射されたと判定する構成でもよい。コンプトン散乱による発光現象の反応機序に基いて判定をすることによって、例えばエネルギー値が低い方のアドレスを入射位置であると判定する場合に比し、より精度よく位置検出を行うことができる。
【００１１】
また、シンチレータアレイの前後に一対の光検出器アレイを有し、位置検出処理部は、ＤＯＩ検出によって、２つのシンチレータにおける放射線の相互作用位置の深さを求めるとともに、シンチレータの延在方向に垂直な方向に対するこれら相互作用位置の２点間の角度を求める角度判定部をさらに有し、位置判定部は、２つのデジタルデータのうちの一方のみがコンプトンエッジのエネルギー値以上であった場合に、他方のデジタルデータのアドレスのシンチレータに放射線が入射されたと判定し、２つのデジタルデータのエネルギー値がいずれもコンプトンエッジのエネルギー未満であった場合に、２つのシンチレータにおけるエネルギー値差と２点間の角度とに基いて、いずれのシンチレータに放射線が入射されたのかの判定を行う構成でもよい。特に、位置判定部は、２つのデジタルデータのエネルギー値がいずれもコンプトンエッジのエネルギー未満であった場合において、角度判定部によって求められた２点間の角度が３０度より大きいときに、エネルギー値が高い方のアドレスのシンチレータに放射線が入射されたと判定し、角度判定部によって求められた２点間の角度が３０度未満であるときは、２つのシンチレータにおけるエネルギー値差と２点間の角度とに基いて、いずれのシンチレータに放射線が入射されたのかの判定を行う構成でもよい。この構成によれば、ＤＯＩ検出に基いて相互作用位置の２点間の角度を求めることによって、コンプトン散乱が前方散乱及び後方散乱のいずれであるのかをより正確に判定することができる。これにより、より精度よく位置検出を行うことができる。
【００１２】
本発明の一形態に係るプログラムは、放射線が入射する複数のシンチレータを有するシンチレータアレイと、シンチレータアレイの各シンチレータに一対一で対応する複数の光検出器を有する光検出器アレイと、光検出器アレイの各光検出器から出力されたアナログ信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換部と、を有する放射線位置検出器において、ＡＤ変換部によって変換され、少なくとも、放射線が入射された時刻に対応した時刻データ、検出されたエネルギーの値に対応したエネルギー値データ、及び、シンチレータアレイにおけるシンチレータのアドレスに対応した位置データを有するデジタルデータに基いて、放射線が入射されたシンチレータの位置を特定する処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、同じ時刻を示す時刻データを有する異なる２つのデジタルデータが存在する場合に、当該２つのデジタルデータのエネルギー値データをコンプトンエッジのエネルギー値と比較するエネルギー比較ステップと、エネルギー比較ステップの比較結果に基づいて放射線が入射したシンチレータの位置をデジタルデータの位置データから特定する位置判定ステップと、を有する。
【００１３】
本発明の一形態に係る記録媒体は、放射線が入射する複数のシンチレータを有するシンチレータアレイと、シンチレータアレイの各シンチレータに一対一で対応する複数の光検出器を有する光検出器アレイと、光検出器アレイの各光検出器から出力されたアナログ信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換部と、を有する放射線位置検出器において、ＡＤ変換部によって変換され、少なくとも、放射線が入射された時刻に対応した時刻データ、検出されたエネルギーの値に対応したエネルギー値データ、及び、シンチレータアレイにおけるシンチレータのアドレスに対応した位置データを有するデジタルデータに基いて、放射線が入射されたシンチレータの位置を特定する処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、同じ時刻を示す時刻データを有する異なる２つのデジタルデータが存在する場合に、当該２つのデジタルデータのエネルギー値データをコンプトンエッジのエネルギー値と比較するエネルギー比較ステップと、エネルギー比較ステップの比較結果に基づいて放射線が入射したシンチレータの位置をデジタルデータの位置データから特定する位置判定ステップと、を有する、プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一形態に係る放射線位置検出器によれば、放射線の入射位置をより高精度に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１（ａ）は、一の実施形態に係るＰＥＴ装置の概略図であり、図１（ｂ）はＰＥＴ装置におけるガントリの断面図である。
【図２】図２は、一の実施形態に係る放射線位置検出器の構成図である。
【図３】図３は、図２の放射線位置検出器における位置検出処理部の構成を示す機能ブロック図である。
【図４】図４（ａ）は、コンプトン散乱における前方散乱を模式的に示す図であり、図４（ｂ）は、コンプトン散乱における後方散乱を模式的に示す図である。
【図５】図５は、コンプトン散乱における散乱角とエネルギー値との関係を示す図である。
【図６】図６は、コンピュータを図３の位置検出処理部として機能させるプログラムを記録した記録媒体の一実施形態を示す図である。
【図７】図７は、図３の位置検出処理部における処理フローを示すフロー図である。
【図８】図８は、他の実施形態に係る放射線位置検出器の構成図である。
【図９】図９は、図８の放射線位置検出器における位置検出処理部の構成を示す機能ブロック図である。
【図１０】図１０（ａ）は、コンプトン散乱における前方散乱を模式的に示す図であり、図１０（ｂ）は、コンプトン散乱における後方散乱を模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、コンプトン散乱において相互作用を起こす２点間の角度と、当該２点間のエネルギー差との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、コンピュータを図９の位置検出処理部として機能させるプログラムを記録した記録媒体の一実施形態を示す図である。
【図１３】図１３は、図９の位置検出処理部における処理フローを示すフロー図である。
【図１４】図１４（ａ）及び（ｂ）は、実施例及び比較例の実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る実施の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。
【００１７】
［第１実施形態］
図１（ａ）は、一実施形態のＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置の概略図である。図１（ｂ）は、ＰＥＴ装置のガントリの断面図である。図１（ａ），（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、陽電子放出核種（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線を検出する装置である。
【００１８】
図２は、放射線位置検出器の構成を示すブロック図である。図２に示すように、放射線位置検出器１０は、シンチレータアレイ１１、光検出器アレイ１２、ＴｏＴ（Time over Threshold）回路１３、時間デジタル変換（Time to DigitalConvertor）回路１４、位置検出処理（Position Detection Processing）回路１５及びバッファ回路１６を有している。本実施形態における放射線位置検出器１０は、被検体Ｔから放出されるγ線の位置を検出する。位置検出処理回路１５及びバッファ回路１６は、例えば演算処理が行われるＣＰＵと、ＲＡＭ、及びＲＯＭといったメモリにより構成される記憶装置と、入出力装置などを含むコンピュータである。また、位置検出処理回路１５及びバッファ回路１６は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）回路で構成されても良い。
【００１９】
シンチレータアレイ１１は、放射線が入射する複数のシンチレータ１１ａを有する。シンチレータアレイ１１では、複数のシンチレータ１１ａがマトリクス状に配置されている。図示例では、８×８個のシンチレータ１１ａが水平方向及び垂直方向に整列している。シンチレータアレイ１１の出力面には、光検出器アレイ１２が設けられている。
【００２０】
光検出器アレイ１２は、複数の光検出器１２ａを有する。複数の光検出器１２ａは、シンチレータアレイ１１の各シンチレータ１１ａに一対一で対応する。すなわち、図示例では、８×８個の光検出器１２ａが水平方向及び垂直方向に整列してマトリクス状に配置されている。光検出器１２ａは、シンチレータ１１ａで発光現象が生じた場合に、当該発光の強度に応じて増幅された電気信号を出力する。光検出器１２ａから出力された電気信号は、ＴｏＴ回路１３に入力される。
【００２１】
ＴｏＴ回路１３は、入力された電気信号の大きさ（波高）に応じた時間幅のパルス信号を出力する。すなわち、ＴｏＴ回路１３は、シンチレータ１１ａにおける発光の強度に応じた時間幅のパルス信号を出力する。ＴｏＴ回路１３から出力されたパルス信号は、時間デジタル変換回路１４に入力される。
【００２２】
時間デジタル変換回路１４は、入力されたパルス信号をデジタルデータに変換する。デジタルデータは、少なくとも、時刻データ、エネルギー値データ及び位置データを有する。時刻データは、放射線が入射した時刻に対応する。時刻データは、例えば時間デジタル変換回路１４にパルス信号が入力された時刻であってもよい。エネルギー値データは、シンチレータ１１ａに入力された放射線のエネルギーに対応する。エネルギー値データは、例えば、時間デジタル変換回路１４に入力されるパルス信号の時間幅に比例する。位置データは、シンチレータアレイ１１におけるシンチレータ１１ａのアドレスに対応する。すなわち、位置データによって、シンチレータアレイ１１におけるシンチレータ１１ａの位置を特定することができる。
【００２３】
本実施形態では、ＴｏＴ回路１３及び時間デジタル変換回路１４によって、光検出器アレイ１２の各光検出器１２ａから出力されたアナログ信号をデジタルデータに変換するＡＤ変換部１７が構成されている。すなわち、放射線が入射した際のシンチレータ１１ａにおける発光現象は、ＡＤ変換部１７によって、時刻データ、エネルギー値データ及び位置データを有するデジタルデータに変換される。このデジタルデータは、位置検出処理回路（位置検出処理部）１５に入力される。
【００２４】
位置検出処理回路１５は、ＡＤ変換部１７によって変換されたデジタルデータに基いて、シンチレータアレイ１１における放射線が入射したシンチレータ１１ａの位置を特定する。図３は位置検出処理回路１５の機能ブロック図である。位置検出処理回路１５は、機能的な構成要素として、図３に示すように、例えば、タイムソート部２１、アドレス判定部２２、エネルギー比較部２３、位置判定部２４、データ合成部２５及びウインドウ比較部２６を有している。
【００２５】
タイムソート部２１は、ＡＤ変換部１７から入力されたデジタルデータを時刻データによってソートする。位置検出処理回路１５には、シンチレータ１１ａに放射線が入射する毎に、ＡＤ変換部１７からデジタルデータが入力される。タイムソート部２１は、入力されたデジタルデータの集合であるデジタルデータ群を時刻データに基づいてソートし、同じ時刻データを有するデジタルデータをピックアップする。
【００２６】
アドレス判定部２２は、２つのシンチレータ１１ａがシンチレータアレイ１１内において、孤立しているか、又は、隣接しているかの判定をする。この判定は、例えば、入力されたデジタルデータにおける位置データのアドレスが、隣接しているか否かによって実行される。２つのシンチレータ１１ａ同士が隣接しているとは、一方のシンチレータ１１ａと他方のシンチレータ１１ａとが水平方向又は垂直方向に隣り合っている場合と、一方のシンチレータ１１ａと他方のシンチレータ１１ａとが斜め方向（対角線方向）に隣り合っている場合との両方を含む。なお、本実施形態において、２つのシンチレータ１１ａ同士が隣接していない場合を、シンチレータ同士が孤立していると表現する。２つのシンチレータ１１ａ同士が孤立している場合には、２つのシンチレータ１１ａ間において、水平方向、垂直方向又は斜め方向に少なくとも１以上の他のシンチレータ１１ａが配置されている。
【００２７】
エネルギー比較部２３は、入力された２つのデジタルデータにおけるそれぞれのエネルギー値データをコンプトンエッジのエネルギー値（ＣＥＥ値）と比較する。本実施形態では、例えば、２つのデジタルデータが同じ時刻データを有し、且つ、アドレスが隣接している場合に、これら２つのデジタルデータのエネルギー値データがＣＥＥ値と比較される。
【００２８】
位置判定部２４は、エネルギー比較部２３の比較結果に基づいて、放射線が入射したシンチレータ１１ａのアドレスを特定する。図４は、シンチレータ１１ａに入射した放射線がコンプトン散乱する様子を模式的に示す。図４では、互いに隣接する２つのシンチレータ１１ａのみが描かれている。図４（ａ），（ｂ）は、一方のシンチレータ１１ａに入射した放射線が、コンプトン散乱によって隣接するシンチレータ１１ａ内に飛散した様子を示す。図４（ａ）に示されるように、最初にシンチレータ１１ａに入射した放射線の進行方向に対して、散乱による放射線の進行方向の角度（コンプトン散乱角θ）が９０度未満である場合を前方散乱という。また、図４（ｂ）に示されるように、コンプトン散乱角θが９０度以上である場合を後方散乱という。
【００２９】
図５は、コンプトン散乱角θとエネルギー値との関係を示す図である。コンプトン散乱角θにおける、散乱γ線エネルギーＥＳと反跳電子エネルギーＥＲＥ（散乱地点に付寄されたエネルギー）はエネルギー保存則に基づいて求まる。この場合、コンプトン散乱角θにおける、散乱γ線エネルギーＥＳと反跳電子エネルギーＥＲＥとの相対値（散乱γ線エネルギーＥＳの最大値を１００％とする）は、γ線のエネルギーをＥ（５１１ｋｅＶ）として、以下の式（１）及び式（２）によって、図５のように表される。
ＥＳ＝Ｅ／（２−ｃｏｓθ）  ・・・  （１）
ＥＲＥ＝Ｅ（１−ｃｏｓθ）／（２−ｃｏｓθ）  ・・・  （２）
【００３０】
図５に示されるように、散乱γ線エネルギーＥＳは、コンプトン散乱角が０度のとき（コンプトン散乱していないとき）に最大値（５１１ｋｅＶ）をとり、コンプトン散乱角が大きくなるにつれて低くなり、コンプトン散乱角が１８０度のときに最小値（１７０ｋｅＶ）をとる。一方、反跳電子エネルギーＥＲＥは、コンプトン散乱角が０度のときに最小であり、コンプトン散乱角が大きくなるにつれて大きくなり、コンプトン散乱角が１８０度のときに最大値（３４１ｋｅＶ）となる。この最大のエネルギー値（３４１ｋｅＶ）がＣＥＥ値であるため、反跳電子エネルギーＥＲＥは、ＣＥＥ値を上回ることがない。そして、コンプトン散乱角が６０度より小さいときには、散乱γ線エネルギーＥＳのみがＣＥＥ値よりも大きくなっている。これにより、位置判定部２４では、２つのデジタルデータのうちの一方のみがＣＥＥ値以上であったときに（コンプトン散乱角が０〜６０度のとき）、他方のデジタルデータの位置データに対応するシンチレータ１１ａに放射線が入射したと判定する。また、２つのデジタルデータの両方のエネルギー値がＣＥＥ値よりも大きい場合には、２つのシンチレータ１１ａに対して同時に別々の放射線が入射したと判定する。
【００３１】
また、コンプトン散乱角が６０度〜１８０度の範囲では、散乱γ線エネルギーＥＳと反跳電子エネルギーＥＲＥとの両方がＣＥＥ値を下回っている。この範囲内では、コンプトン散乱角が９０度のときに、散乱γ線エネルギーＥＳと反跳電子エネルギーＥＲＥとのエネルギーが逆転している。そのため、検出された２つのエネルギー値の大小の比較のみでは、コンプトン散乱角が前方散乱（６０〜９０度）及び後方散乱（９０〜１８０度）のいずれであるかの判別ができない。しかしながら、傾向としては、コンプトン散乱角が６０〜１８０度の範囲では、後方散乱の割合が多い。そこで、位置判定部２４は、感度を優先して、コンプトン散乱角が６０〜１８０度の範囲を後方散乱として判定する。すなわち、入力された２つのデジタルデータのエネルギー値データの両方がＣＥＥ値未満であったときには、位置判定部２４は、エネルギー値データが高い方の位置データに対応したシンチレータ１１ａにγ線が入射したと判定する。そして、位置判定部２４では、２つの位置データのうち、放射線が入射したと判定された位置データを有効なデータとして管理する。
【００３２】
データ合成部２５は、入力された２つのデジタルデータにおけるエネルギー値データを合算する。隣接するシンチレータ１１ａにおいてコンプトン散乱が観測された場合、入力された２つのデジタルデータの一方のエネルギー値データは、散乱γ線エネルギーＥＳであり、他方が反跳電子エネルギーＥＲＥである。そのため、２つのエネルギー値を合算した場合、理論上はγ線のエネルギーである５１１ｋｅＶとなる。
【００３３】
ウインドウ比較部２６は、入力されたデジタルデータにおけるエネルギー値データを所定のエネルギー幅をもつウインドウと比較する。ウインドウの範囲は、γ線のエネルギー値（５１１ｋｅＶ）を含み、例えば４５０〜６００ｋｅＶである。ウインドウ比較部２６は、入力されたエネルギー値データがウインドウ内であるときに、入力されたデジタルデータを有効なものと判定する。有効であると判定されたデジタルデータは、バッファ回路１６に出力される。一方、エネルギー値がウインドウ外であるときには、入力されたデジタルデータを無効なものと判定する。無効と判定されたデジタルデータは、例えば、ノイズデータとして保存されてもよい。
【００３４】
バッファ回路１６には、ウインドウ比較部２６によって有効であると判定されたデジタルデータが転送される。バッファ回路１６は、転送されたデジタルデータ群を一時的に保存し得る。バッファ回路１６に転送されたデジタルデータ群は、画像処理部３に転送される。
【００３５】
図６は、コンピュータを位置検出処理回路１５として機能させるための位置検出処理プログラムを記録する記録媒体の一実施形態を示す図である。記録媒体３０は、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＲＯＭ等の記録媒体又は半導体メモリによって構成されている。記録媒体３０におけるプログラム記録領域には、図３に示すように、位置検出処理プログラムＰが記録されている。位置検出処理プログラムＰは、メインモジュールＰ１と、タイムソートモジュールＰ２と、アドレス判定モジュールＰ３と、エネルギー比較モジュールＰ４と、位置判定モジュールＰ５と、データ合成モジュールＰ６と、ウインドウ比較モジュールＰ７と、を備えている。
【００３６】
メインモジュールＰ１は、位置検出処理を統括的に制御する部分である。タイムソートモジュールＰ２、アドレス判定モジュールＰ３、エネルギー比較モジュールＰ４、位置判定モジュールＰ５、データ合成モジュールＰ６及びウインドウ比較モジュールＰ７を実行することにより実現される機能は、上述したタイムソート部２１、アドレス判定部２２、エネルギー比較部２３、位置判定部２４、データ合成部２５及びウインドウ比較部２６の機能と同様である。なお、位置検出処理プログラムＰは、搬送波に重畳されたコンピュータデータ信号として通信ネットワークを介して提供されてもよい。
【００３７】
続いて、放射線位置検出器における位置検出処理の一例について説明する。
【００３８】
図７は、位置検出処理回路１５における位置検出処理フローを示すフロー図である。まず、位置検出処理回路１５では、ＡＤ変換部１７から入力されるデジタルデータが取得される（ステップＳ１）。デジタルデータには、時刻データ、エネルギー値データ及び位置データが含まれる。デジタルデータは、シンチレータ１１ａと光検出器１２ａによりγ線を検出する毎に、ＡＤ変換部１７から位置検出処理回路１５に入力される。デジタルデータの取得は、例えば、タイムソート部２１によって実行され得るが、別途デジタルデータ取得部を備えてもよい。
【００３９】
次に、取得されたデジタルデータは、タイムソート部２１によって時刻データに基づいてソートされる（ステップＳ２）。この処理は、複数のデジタルデータによって構成されるデジタルデータ群に対して行われる。
【００４０】
次に、タイムソート部２１は、ソートされたデジタルデータ群の中に、同じ時刻データを有する異なる２つのデジタルデータが存在するか否かの判定を行う（ステップＳ３）。同じ時刻データを有する異なるデジタルデータが存在しないと判定された場合には、当該デジタルデータの位置データに対応するシンチレータ１１ａに放射線の入射があったものと考えられる。そこで、当該デジタルデータのエネルギー値データがエネルギーウインドウ内にあるか否かが、ウインドウ比較部２６によって判定される（ステップＳ５）。エネルギー値データがウインドウ内であると判定された場合には、当該デジタルデータは有効なデータとして扱われる。この場合、デジタルデータはバッファ回路１６に転送される（ステップＳ６）。
【００４１】
一方、ステップＳ３において、同じ時刻データを有する異なる２つのデジタルデータが存在すると判定された場合には、コンプトン散乱が生じた可能性がある。そこで、アドレス判定部２２によって、これら２つのデジタルデータの位置データ同士が、隣接した関係にあるか否かの判定が行われる（ステップＳ４）。この結果、２つの位置データが隣接していないと判定された場合には、２つのシンチレータ１１ａに対して同時に別々の放射線が入射したものとして扱われる。そこで、２つのデジタルデータのエネルギー値データがエネルギーウインドウ内にあるか否かが、ウインドウ比較部２６によって判定される（ステップＳ５）。エネルギー値データがウインドウ内であると判定された場合には、デジタルデータはバッファ回路１６に転送される（ステップＳ６）。一方、エネルギー値データがウインドウ外であると判定された場合には、デジタルデータはノイズデータとして保存または破棄される。
【００４２】
ステップＳ４の結果、２つの位置データが隣接していると判定された場合には、コンプトン散乱が生じた可能性が高いと考えられる。そこで、この場合、エネルギー比較部２３によって、２つのデジタルデータにおける両方のエネルギー値データの値が、ＣＥＥ値と比較される（ステップＳ７）。
【００４３】
ステップＳ７において、両方のエネルギー値データの値がＣＥＥ値よりも高いと判定された場合、コンプトン散乱の発生ではなく、２つのシンチレータ１１ａに対して同時に別々の放射線が入射したものとして扱われる。そこで、２つのデジタルデータのエネルギー値データがエネルギーウインドウ内にあるか否かが、ウインドウ比較部２６によって判定される（ステップＳ５）。エネルギー値データがウインドウ内であると判定された場合には、デジタルデータはバッファ回路１６に転送される（ステップＳ６）。
【００４４】
ステップＳ７において、一方のエネルギー値データの値のみがＣＥＥ値よりも高いと判定された場合、前方散乱が生じたものとして扱われる。この場合、エネルギー値データが低い方のデジタルデータにおける位置データが、最初に放射線が入射したシンチレータ１１ａのアドレスとして選択される（ステップＳ８）。
【００４５】
ステップＳ７において、両方のエネルギー値データがＣＥＥ値よりも低いと判定された場合、後方散乱が生じたものとして扱われる。この場合、エネルギー値データが高い方のデジタルデータにおける位置データが、最初に放射線が入射したシンチレータ１１ａのアドレスとして選択される（ステップＳ９）。
【００４６】
ステップＳ８及びステップＳ９に続いて、データ合成部２５によって、２つのデジタルデータのエネルギー値データの値が合算される（ステップＳ１０）。そして、合算されたエネルギー値データがエネルギーウインドウ内にあるか否かが、ウインドウ比較部２６によって判定される（ステップＳ５）。エネルギー値データがウインドウ内であると判定された場合には、デジタルデータはバッファ回路１６に転送される（ステップＳ６）。バッファ回路１６に転送されるデジタルデータは、ステップＳ８又はステップＳ９で選択された位置データ及びステップＳ１０で合算されたエネルギー値データと、時刻データとを含んでいる。
【００４７】
以上説明した放射線位置検出器では、放射線がシンチレータ１１ａに入射した際の発光現象をＡＤ変換部１７によってデジタルデータに変換する。このデジタルデータは、入射時刻データ、エネルギー値データ及び位置データを有している。同じ時刻データをもつ２つのデジタルデータがある場合、２つのシンチレータ１１ａに対して同時に別々の放射線が入射したか、放射線がシンチレータ１１ａに入射した後にコンプトン散乱したかの二通りが考えられる。放射線がコンプトン散乱した場合には、２つのデジタルデータの少なくとも一方のエネルギー値がコンプトンエッジのエネルギーよりも低い。これにより、デジタルデータに含まれるエネルギー値の両方がコンプトンエッジのエネルギーよりも大きい場合には、同時に別々の放射線が入射したと判定することができる。この場合、２つのデジタルデータの位置データの両方を入射位置とすることができる。一方、いずれかのデジタルデータに含まれるエネルギー値データがコンプトンエッジのエネルギーよりも小さい場合には、コンプトン散乱が発生したと判定することができる。この場合、２つのデジタルデータのエネルギー値データを互いに比較して、放射線が入射したシンチレータ１１ａの位置を特定することができる。したがって、同時に別々の放射線が入射した場合であっても、コンプトン散乱が起きた場合であっても、放射線の入射位置をより高精度に検出することができる。
【００４８】
また、位置検出処理回路１５は、エネルギー値データがウインドウの範囲内のときに、デジタルデータの位置データに基づいて、放射線が入射したシンチレータ１１ａの位置を特定する。この構成によれば、デジタルデータのエネルギー値データがウインドウ範囲内に入っていない場合には、無効なデータとして扱われるので、ノイズ等を低減することができる。
【００４９】
また、エネルギー比較部２３では、アドレス判定部２２によって隣接すると判定された２つのデジタルデータの比較が行われる。すなわち、一つのシンチレータ１１ａに対して、当該シンチレータ１１ａを囲む８つのシンチレータ１１ａとの比較が行われ得る。これにより、解像度の向上が見込まれる。また、コンプトン散乱による発光現象は、２つのシンチレータ１１ａ同士の位置が離れるにつれて、指数関数的に減少する。そのため、エネルギー比較部２３による比較対象を制限することによって、効率的な位置検出を行うことができる。
【００５０】
また、位置判定部２４は、２つのデジタルデータのうちの一方のみがＣＥＥ値以上であったときに、他方のデジタルデータのアドレスのシンチレータ１１ａに放射線が入射したと判定する。また、位置判定部２４は、２つのデジタルデータの両方がＣＥＥ値未満であったときに、エネルギー値が高い方のデジタルデータのアドレスのシンチレータ１１ａに放射線が入射したと判定する。このように、コンプトン散乱による発光現象の反応機序に基いて判定をすることによって、精度の高い位置検出を行うことができる。
［第２実施形態］
本実施形態における放射線位置検出器１００は、隣接するシンチレータにおける放射線の相互作用位置の２点間の角度を検出位置の判定に用いる点で、第１実施形態の放射線位置検出器１０と相違する。以下、本実施形態における放射線位置検出器１００について、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。
【００５１】
図８は、放射線位置検出器の構成を示すブロック図である。図８に示すように、放射線位置検出器１００は、シンチレータアレイ１１、第１光検出器アレイ１１２Ａ、第２光検出器アレイ１１２Ｂ、ＴｏＴ回路１３、時間デジタル変換回路１４、ＤＯＩ（Depth  Of  Interaction）位置算出回路１１８、エネルギー合算回路１１９、位置検出処理回路１１５及びバッファ回路１６を有している。位置検出処理回路１１５及びバッファ回路１６は、例えば演算処理が行われるＣＰＵと、ＲＡＭ、及びＲＯＭといったメモリにより構成される記憶装置と、入出力装置などを含むコンピュータである。また、位置検出処理回路１１５及びバッファ回路１６は、ＦＰＧＡ回路で構成されても良い。
【００５２】
第１光検出器アレイ１１２Ａは、シンチレータアレイ１１の前側（放射線入射側）に設けられる。また、第２光検出器アレイ１１２Ｂは、シンチレータアレイ１１の後側に設けられる。第１光検出器アレイ１１２Ａ及び第２光検出器アレイ１１２Ｂは、光検出器アレイ１２と同じ構成を有しており、いずれもシンチレータ１１ａに対応した複数の光検出器１２ａを備えている。第１光検出器アレイ１１２Ａ及び第２光検出器アレイ１１２Ｂには、それぞれＴｏＴ回路１３が接続されている。また、これらのＴｏＴ回路１３のそれぞれには、時間デジタル変換回路１４が接続されている。そして、これらの時間デジタル変換回路１４は、ＤＯＩ位置算出回路１１８が接続されている。すなわち、ＤＯＩ位置算出回路１１８には、第１光検出器アレイ１１２Ａから出力される電気信号がＡＤ変換されたデジタルデータと、第２光検出器アレイ１１２Ｂから出力される電気信号がＡＤ変換されたデジタルデータとが入力される。
【００５３】
ＤＯＩ位置算出回路１１８は、ＤＯＩ値として、シンチレータ１１ａにおける発光現象が生じている位置（相互作用位置）の深さ（シンチレータ内における前後方向の位置）を求める。ＤＯＩ位置は、第１光検出器アレイ１１２Ａで検出されたエネルギー値と第２光検出器アレイ１１２Ｂによって検出されたエネルギー値とによって、算出される。ＤＯＩ位置算出回路１１８では、算出されたＤＯＩ位置をＤＯＩ位置データとして、デジタルデータに付加する。第１光検出器アレイ１１２Ａ側からのデジタルデータと、第２光検出器アレイ１１２Ｂ側からのデジタルデータとでは、同じ値の位置データ及び時刻データを有している。そこで、ＤＯＩ位置算出回路１１８は、入力される２つの位置データ及び時刻データを一つに統合する。位置データ及び時刻データが統合され、ＤＯＩ位置データが付加されたデジタルデータは、エネルギー合算回路１１９に入力される。
【００５４】
エネルギー合算回路１１９は、第１光検出器アレイ１１２Ａ側からのデジタルデータのエネルギー値データと、第２光検出器アレイ１１２Ｂ側からのデジタルデータのエネルギー値データとを合算する。これにより、ＤＯＩ位置が算出されたシンチレータ１１ａにおける全体でのエネルギー値データを取得することができる。エネルギー値データが合算されたデジタルデータ（時刻データ、エネルギー値データ、位置データ及びＤＯＩ位置データを含んでいる）は、位置検出処理回路１１５に入力される。
【００５５】
位置検出処理回路（位置検出処理部）１１５は、入力されたデジタルデータに基いて、シンチレータアレイ１１における放射線が入射したシンチレータ１１ａの位置を特定する。図９は位置検出処理回路１１５の機能ブロック図である。位置検出処理回路１１５は、機能的な構成要素として、図９に示すように、例えば、タイムソート部２１、アドレス判定部２２、エネルギー比較部２３、位置判定部１２４、データ合成部２５、ウインドウ比較部２６及び角度判定部１２７を有している。
【００５６】
角度判定部１２７は、入力された２つのＤＯＩ位置データに基づいて、２つの相互作用位置の２点間の角度（以下の説明において「２点間角度」という場合がある）を求める。図１０は、シンチレータに入射した放射線がコンプトン散乱する様子を模式的に示す。図１０では、互いに隣接する２つのシンチレータ１１ａのみが描かれている。図１０（ａ），（ｂ）は、一方のシンチレータ１１ａに入射した放射線が、コンプトン散乱によって隣接するシンチレータ１１ａ内に飛散した様子を示す。図１０（ａ），（ｂ）に示されるように、相互作用位置の２点間角度θ２は、シンチレータ１１ａの延在方向に垂直な方向を基準とする。すなわち、前方散乱の場合の２点間角度θ２は、９０度からコンプトン散乱角θを減じた角度となる。また、後方散乱の場合の２点間角度θ２は、コンプトン散乱角θから９０度を減じた角度となる。
【００５７】
位置判定部１２４は、エネルギー比較部２３の比較結果等に基づいて、放射線が入射したシンチレータの位置を特定する。位置判定部１２４では、２つのデジタルデータのうちの一方のみがＣＥＥ値以上であったときに、他方のデジタルデータのアドレスのシンチレータに放射線が入射したと判定する。また、２つのデジタルデータの両方のエネルギー値がＣＥＥ値以上である場合には、２つのシンチレータに対して同時に別々の放射線が入射したと判定する。
【００５８】
第１実施形態では、コンプトン散乱角が６０〜１８０度の範囲では、後方散乱の割合が多いため、感度を優先して、後方散乱であると判定していた。すなわち、入力された２つのデジタルデータのエネルギー値データの両方がＣＥＥ値未満であったときには、エネルギー値が高い方に対応したシンチレータに放射線が入射されたと判定していた。本実施形態では、より高い精度での位置検出を行うために、コンプトン散乱角が６０〜１８０度の範囲において、前方散乱か後方散乱かの判別を行う。
【００５９】
図１１は、γ線のコンプトン散乱において相互作用を起こす２点間の角度と、当該２点間のエネルギー差（絶対値）との関係を示す図である。図１１における前方散乱を示すプロットＧ１では、コンプトン散乱角θが９０〜６０度のときの散乱γ線エネルギーＥＳから反跳電子エネルギーＥＲＥを減じた値が、２点間の角度が０〜３０度のときのエネルギー差として描かれている。また、後方散乱を示すプロットＧ２では、コンプトン散乱角θが９０〜１８０度のときの反跳電子エネルギーＥＲＥから散乱γ線エネルギーＥＳを減じた値が、２点間角度が０〜９０度のときのエネルギー差として描かれている。この図１１から分かるように、２点間角度が０〜３０度の場合（コンプトン散乱角が６０〜１２０度）には、２点間角度と、２点間のエネルギー差とに基いて、前方散乱か後方散乱かの判別をすることができる。
【００６０】
本実施形態では、位置判定部１２４は、入力された２つのデジタルデータのエネルギー値データの両方がＣＥＥ値未満であった場合において、２点間角度が３０度以上のときには、コンプトン散乱角が１２０度以上であると判別する。この場合には、後方散乱であると判別され、位置判定部１２４は、エネルギー値が高い方のアドレスに放射線が入射されたと判定する。また、２点間角度が３０度未満の場合には、２点間角度と、エネルギー値データの差とを図１１のデータを対比することで、前方散乱か後方散乱かの判別をする。すなわち、２点間角度とエネルギー値データの差との関係がプロットＧ１の関係に近ければ、前方散乱であると判定する。また、２点間角度とエネルギー値データの差との関係がプロットＧ２の関係に近ければ、後方散乱であると判定する。前方散乱であると判別された場合には、エネルギー値データが低い方に対応したシンチレータに放射線が入射されたと判定する。一方、後方散乱であると判別された場合には、エネルギー値データが高い方に対応したシンチレータに放射線が入射されたと判定する。位置判定部１２４では、２つのデジタルデータに含まれる２つの位置データのうち、放射線が入射されたと判定された位置データを有効なデータとして管理する。なお、位置判定部１２４は、２点間角度と当該２点間のエネルギー差との関係を示すデータを、例えばグラフデータ、データベース、演算式等として有している。
【００６１】
図１２は、コンピュータを位置検出処理回路１１５として機能させるための位置検出処理プログラムを記録する記録媒体１３０の一実施形態を示す図である。記録媒体１３０は、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、ＲＯＭ等の記録媒体又は半導体メモリによって構成されている。記録媒体１３０におけるプログラム記録領域には、図１２に示すように、位置検出処理プログラムＰ１００が記録されている。位置検出処理プログラムＰ１００は、メインモジュールＰ１と、タイムソートモジュールＰ２と、アドレス判定モジュールＰ３と、エネルギー比較モジュールＰ４と、位置判定モジュールＰ１０５と、データ合成モジュールＰ６と、ウインドウ比較モジュールＰ７と、角度判定モジュールＰ１０８とを備えている。
【００６２】
メインモジュールＰ１は、位置検出処理を統括的に制御する部分である。タイムソートモジュールＰ２、アドレス判定モジュールＰ３、エネルギー比較モジュールＰ４、位置判定モジュールＰ１０５、データ合成モジュールＰ６、ウインドウ比較モジュールＰ７及び角度判定モジュールＰ１０８を実行することにより実現される機能は、上述したタイムソート部２１、アドレス判定部２２、エネルギー比較部２３、位置判定部１２４、データ合成部２５、ウインドウ比較部２６及び角度判定部１２７の機能と同様である。なお、位置検出処理プログラムＰ１００は、搬送波に重畳されたコンピュータデータ信号として通信ネットワークを介して提供されてもよい。
【００６３】
続いて、放射線位置検出器１００における位置検出処理の一例について説明する。
【００６４】
図１３は、位置検出処理回路１１５における位置検出処理フローを示すフロー図である。まず、位置検出処理回路１１５では、エネルギー合算回路１１９から入力されるデジタルデータが取得される（ステップＳ１）。デジタルデータには、時刻データ、エネルギー値データ、位置データ及びＤＯＩ位置データが含まれる。
【００６５】
次に、位置検出処理回路１１５で取得されたデジタルデータは、タイムソート部２１によって時刻データに基づいてソートされ、同じ時刻データを有する異なる２つのデジタルデータが存在するか否かの判定を行われる（ステップＳ２、ステップＳ３）。
【００６６】
次に、同じ時刻データを有する異なるデジタルデータが存在しないと判定された場合には、ウインドウ比較部２６によって、エネルギー値データがウインドウ内か否か判定される（ステップＳ５）。エネルギー値データがウインドウ内であると判定された場合には、当該デジタルデータは有効なデータとして扱われる。この場合、デジタルデータはバッファ回路に転送される（ステップＳ６）。
【００６７】
一方、ステップＳ３において、同じ時刻データを有する異なる２つのデジタルデータが存在すると判定された場合には、アドレス判定部２２によって、これら２つのデジタルデータの位置データ同士が、隣接した関係にあるか否かの判定が行われる（ステップＳ４）。この結果、２つの位置データが隣接していないと判定された場合には、２つのデジタルデータのエネルギー値データがウインドウ比較部２６によって判定される（ステップＳ５）。ウインドウ比較部２６によってエネルギー値データがウインドウ内であると判定された場合には、デジタルデータはバッファ回路１６に転送される（ステップＳ６）。一方、エネルギー値データがウインドウ外であると判定された場合には、デジタルデータはノイズデータとして保存または破棄される。
【００６８】
ステップＳ４の結果、２つの位置データが隣接していると判定された場合には、コンプトン散乱が生じた可能性が高いと考えられる。そこで、この場合、エネルギー比較部によって、２つのデジタルデータにおける両方のエネルギー値データの値が、ＣＥＥ値と比較される（ステップＳ７）。
【００６９】
ステップＳ７において、両方のエネルギー値データの値がＣＥＥ値よりも高いと判定された場合、コンプトン散乱の発生ではなく、２つのシンチレータに対して同時に別々の放射線が入射したものとして扱われる。そこで、２つのデジタルデータのエネルギー値データがエネルギーウインドウ内にあるか否かが、ウインドウ比較部によって判定される（ステップＳ５）。エネルギー値データがウインドウ内であると判定された場合には、デジタルデータはバッファ回路に転送される（ステップＳ６）。
【００７０】
ステップＳ７において、一方のエネルギー値データの値のみがＣＥＥ値以上であると判定された場合、前方散乱が生じたものとして扱われる。この場合、エネルギー値データが低い方のデジタルデータにおける位置データが、最初に放射線が入射したシンチレータのアドレスとして選択される（ステップＳ８）。
【００７１】
ステップＳ７において、両方のエネルギー値データがＣＥＥ値未満と判定された場合、前方散乱か後方散乱かの判別がなされる。まず、角度判定部１２７によって、２つのデジタルデータにおけるＤＯＩ位置データから２点間角度が算出される。そして、２点間角度が３０度未満か否かの判定がなされる（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１において、２点間角度が３０度以上の場合、後方散乱であると判定される。この場合、エネルギー値データが高い方のデジタルデータにおける位置データが、最初に放射線が入射したシンチレータのアドレスとして選択される（ステップＳ９）。
【００７２】
ステップＳ１０１において２点間角度が３０度未満であると判定された場合（コンプトン散乱角が６０〜１２０度の場合）、２点間角度と、２点間のエネルギー差とから、前方散乱か後方散乱かの判別がなされる（ステップＳ１０２）。後方散乱であると判定された場合、エネルギー値データが高い方のデジタルデータにおける位置データが、最初に放射線が入射したシンチレータのアドレスとして選択される（ステップＳ９）。一方、前方散乱であると判定された場合、エネルギー値データが低い方のデジタルデータにおける位置データが、最初に放射線が入射したシンチレータのアドレスとして選択される（ステップＳ８）。
【００７３】
ステップＳ８及びステップＳ９に続いて、データ合成部２５によって、２つのデジタルデータのエネルギー値データの値が合算される（ステップＳ１０）。そして、合算されたエネルギー値データがエネルギーウインドウ内にあるか否かが、ウインドウ比較部２６によって判定される（ステップＳ５）。エネルギー値データがウインドウ内であると判定された場合には、デジタルデータはバッファ回路１６に転送される（ステップＳ６）。バッファ回路１６に転送されるデジタルデータは、ステップＳ８又はステップＳ９で選択された位置データ及びステップＳ１０で合算されたエネルギー値データと、時刻データとを含んでいる。
【００７４】
以上説明した放射線位置検出器１００では、シンチレータアレイ１１の前後に一対の光検出器アレイ１１２Ａ，１１２Ｂを有しており、ＤＯＩ位置の検出が可能となる。これにより、２つのシンチレータにおける放射線の相互作用位置のＤＯＩ位置から、２点間角度を求めることができる。特に、２点間角度が３０度未満の場合には、コンプトン散乱角９０度を境にして、散乱γ線エネルギーＥＳと反跳電子エネルギーＥＲＥとが逆転する。そのため、散乱γ線エネルギーＥＳと反跳電子エネルギーＥＲＥとを単純に比較するのみでは、前方散乱と後方散乱との判別が困難であった。本実施形態では、２点間角度に加え、２つのシンチレータにおけるエネルギー値差を用いることによって、コンプトン散乱が前方散乱か後方散乱かの判定を行うことができる。これにより、より精度よく放射線の入射位置を検出することができる。
【００７５】
以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は各実施形態に限られるものではない。例えば、ＡＤ変換部が、ＴｏＴ回路、時間デジタル変換回路等によって構成されている例を示したが、これに限定されない。ＡＤ変換部は、アナログ信号をデジタル信号に変換できるものであれば、特に限定されない。
【００７６】
また、位置検出処理部において、アドレス判定部によって２つの位置データが隣接した関係にあるのかの判別がされる例を示したが、これに限定されない。例えば、アドレス判定部は、２つシンチレータ同士が隣接しているか、又は隣接する位置からさらに縦、横又は斜めにシンチレータ１つ分だけ離れているときに、エネルギー比較部よる比較を行う構成でもよい。また、アドレス判定部を備えない構成でもよい。この場合であっても、エネルギー比較部によって、同時に別々の放射線が入射したことを判別することができる。
【００７７】
また、タイムソート部によって、デジタルデータがソートされる例を示したが、これに限定されない。例えば、ＡＤ変換部からのデジタルデータが並列処理によって位置検出処理回路に入力される場合には、コンプトン散乱に伴う２つのデジタルデータは同時に位置検出回路に入力される。この場合、タイムソート部は、同時に入力されたデータがあるか否かの判定を行えばよい。
【００７８】
［実施例］
実施例及び比較例として、それぞれの放射線位置検出器の感度及び解像度を測定した。実施例は、第１実施形態に対応する。実施例の放射線位置検出装置は、８×８のシンチレータを有したシンチレータアレイと、８×８の光検出器を有した光検出器アレイとを有している。シンチレータのピッチと光検出器のピッチは、いずれも１．２ｍｍとした。比較例の放射線位置検出装置におけるシンチレータアレイ及び光検出器アレイは、実施例と同様である。また、比較例は、互いに同じ時刻データをもつデジタルデータがある場合に、両方のデジタルデータを削除する処理を行なう。すなわち、比較例では、第１実施形態におけるステップＳ４，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０の処理を行わない。
【００７９】
図１４（ａ）は実施例の測定結果であり、（ｂ）は比較例の測定結果である。測定では、対向配置された放射線位置検出器の中心線上に２２Ｎａ点線源を置いて、その点線源をスキャンしてＣＲＦ（Coincidence Response Function）を測定した。スキャンは０．１ｍｍステップで行われ、スキャンポイントでの計測時間は１２０ｍｉｎとした。測定における感度は、いわゆる重心演算処理を行った場合の感度を１００％として算出した。また、測定結果の半値幅の平均値、及び、１／１０幅の平均値を解像度の指標とした。実施例の感度は、７９．９％であった。また、実施例の半値幅は、０．７９８ｍｍであり、１／１０幅は、１．５７３ｍｍであった。比較例の感度は、５５．０％であった。また、比較例の半値幅は、０．７５１ｍｍであり、１／１０幅は、１．４３９ｍｍであった。
【００８０】
実施例では、比較例に比べて殆ど解像度を落とすことなく、飛躍的に感度を高めることができた。なお、上記の測定では、光クロストーク等によるノイズの影響を避けるために、検出するエネルギー値の下限を１００ｋｅＶに設定した。そのため、前方散乱の一部が有効なデータとして利用されず、感度の低下を招いたと考えられる。光クロストークを抑制し、検出するエネルギー値の下限を下げることによって、さらに感度が高まると考えられる。また、第２実施形態のように、ＤＯＩ検出による角度検出を行うことにより、さらに、解像度が高まると考えられる。
【符号の説明】
【００８１】
１…ＰＥＴ装置、１０…放射線位置検出器、１１…シンチレータアレイ、１１ａ…シンチレータ、１２…光検出器アレイ、１２ａ…光検出器、１５…位置検出処理回路（位置検出処理部）、１７…ＡＤ変換部、２３…エネルギー比較部、２４…位置判定部、１１２Ａ…第１光検出器アレイ、１１２Ｂ…第２光検出器アレイ、１２４…位置判定部、１２７…角度判定部。
【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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