(57)【要約】本発明にかかる放射物検出器は、放射物を受け取るため及びそれに応答して二次放射物を放つためのデュアルスピードシンチレータと、前記二次放射物を受け取るためのデュアルスピードシンチレータと通信する検出器とを含む。 【選択図】  図４
2010517045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射物を検出するための装置であって、前記放射物を受け取るため、及びそれに応答して二次放射物を放つためのデュアルスピードシンチレータと、前記二次放射物を受け取るためのデュアルスピードシンチレータと通信する検出器とを含む、放射物を検出するための装置。
【請求項２】
前記検出器と通信するプロセッサーであって、前記検出器から受け取った信号に応答して画像を生成するプロセッサーを更に含む、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
前記デュアルスピードシンチレータが固有のヨウ化セシウムを含む、請求項1、又は2に記載の装置。
【請求項４】
固有のヨウ化セシウムは、加熱及び急冷により格子欠陥を形成する、請求項3に記載の装置。
【請求項５】
前記デュアルスピードシンチレータがナトリウムをドープしたヨウ化セシウムを含む、請求項1、又は2に記載の装置。
【請求項６】
前記ヨウ化セシウムは濃度30ppmから200ppmのナトリウムでドープされた、請求項5に記載の装置
【請求項７】
前記ヨウ化セシウムは濃度約100ppmのナトリウムでドープされた、請求項5に記載の装置。
【請求項８】
前記デュアルスピードシンチレータがタリウム活性化ヨウ化セシウムを含む、請求項1、又は2に記載の装置。
【請求項９】
前記デュアルスピードシンチレータが臭化セシウムを含む、請求項1、又は2に記載の装置。
【請求項１０】
前記デュアルスピードシンチレータがヨウ化セシウム及び臭化セシウムを含む、請求項1、又は2に記載の装置。
【請求項１１】
前記シンチレータがおおよそ2%の臭素及び98%のヨー素を含む、請求項10に記載の装置。
【請求項１２】
前記デュアルスピードシンチレータがユーロピウムを含む、請求項1から請求項11の何れかに記載の装置。
【請求項１３】
前記デュアルスピードシンチレータがドープしたヨウ化セシウムを含む、請求項1、又は2に記載の装置。
【請求項１４】
放射物を検出するための方法であって、シンチレータから低速成分を表す第1データを受信するステップと、シンチレータから高速成分を表す第2データを受信するステップと、前記第1データを処理して前記シンチレータ内の事象の第1特性の推定を得るステップと、前記第2データを処理して前記シンチレータ内の事象の第2特性の推定を得るステップとを含む、放射物を検出するための方法。
【請求項１５】
少なくとも前記第1、及び第2データに部分的に基づいて、前記事象を一致事象として分類するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１６】
前記第1特徴を前記事象に関連するエネルギーとして選択するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１７】
前記第2特徴を前記事象の発生時間として選択するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。
【請求項１８】
前記事象の結果として放射された光子に関連した飛行時間を推定するステップをさらに含む、請求項14に記載の方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
米国特許法119条に基づき、本出願は、2007年1月24日付けで提出された米国仮出願番号60/886,409の優先権を主張し、その内容はここに引用して本開示の一部とする。
【０００２】
発明の分野
本開示は放射物検出器、特にPETスキャナに使用する放射物検出器に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
本発明の背景
ポジトロン放出断層撮影（以下「PET」）では、放射性物質が患者の体内に配置される。放射性崩壊の過程では、この放射性物質がポジトロンを放出する。このようなポジトロンは、電子に衝突するまで患者の体内を移動する。ポジトロンと電子とが衝突すると、互いを消滅させる。これによって、互いに逆方向に向かう2つのガンマ線光子が放出される。これらのガンマ線を検出することで、前記の患者の体内の放射性物質の分布を推測することができる。
【０００４】
シンチレータと呼ばれる物質は、ガンマ線がこれら物質と相互作用する点を中心として、シンチレーション光子を等方向スプレー状に放射する。これらのシンチレーション光子の中には、光検出器に向かって放射されるものもある。他のシンチレーション光子は、光検出器から離れたところに向かって放射されるが、それでも、シンチレータ結晶の内部構造により、方向を変えた後、光検出器に届くものもある。さらに、他のシンチレーション光子には、吸収されることで光検出器には決して届かないものもある。
【０００５】
ガンマ線光子を検出するために、患者はシンチレータ結晶のリングの中に配置される。結晶を観測する複数の光検出器は、シンチレーション光子を検出し、特定の間隔でどれだけの入射ガンマ線光子の対を受け取ったか、またそれらのガンマ線光子の対はどの位置で生じたかという情報をプロセッサーへ提供する。プロセッサーは、次いですべての光検出器から届いたそのようなデータを処理し、患者体内の放射線物質の空間分布を示す画像を作成する。
【０００６】
一態様において、本発明は放射物を検出するための装置という特色をなす。前記装置は、前記放射物を受け取るため、及びそれに応答して二次放射物を放つためのデュアルスピードシンチレータと、前記二次放射物を受け取るためのデュアルスピードシンチレータと通信する検出器とを含む。
【０００７】
いくつかの態様では、前記検出器と通信するプロセッサーを含む。前記プロセッサーは、前記検出器から受信した複数の信号に応答して画像を生成するよう構成されている。
【０００８】
他の態様では、前記デュアルスピードシンチレータは、固有のヨウ化セシウムを含む。それら態様のいくつかでは、前記固有のヨウ化セシウムは、加熱及び急冷されたりすることで、格子欠陥を形成する。
【０００９】
さらに他の態様は、デュアルスピードシンチレータに不純物が注入されることを含む。これらの態様では、ナトリウムをドープしたヨウ化セシウムを有するシンチレータを備えたものが含まれる。これらの態様の中には、前記ヨウ化セシウムに30ppmから200ppmの間の濃度でナトリウムをドープする様態もあり、さらに前記ヨウ化セシウムに約100ppmの濃度においてナトリウムをドープする様態もある。
【００１０】
いくつかの態様では、前記デュアルスピードシンチレータは、タリウム活性化ヨウ化セシウムを含む。他の態様では、前記デュアルスピードシンチレータは、臭化セシウムを含む。
【００１１】
更に他の態様では、前記デュアルスピードシンチレータは、ヨウ化セシウム及び臭化セシウムを含む。これらの態様の内には、前記シンチレータは、おおよそ2%の臭化物及び98%のヨウ素を含むものがある。
【００１２】
他の態様でもまた、前記シンチレータにユーロピウムを含む。
【００１３】
他の態様では、本発明は、放射物を検出するための方法を特徴としている。前記方法は、シンチレータから低速成分を表す第1データを受信するステップと、シンチレータから高速成分を表す第2データを受信するステップと、前記第1データを処理して前記シンチレータ内の事象の第1特性の推定を得るステップと、前記第2データを処理して前記シンチレータ内の事象の第2特性の推定を得るステップとを含む。
【００１４】
いくつかの実施例はまた、少なくとも前記第1、及び第2データに部分的に基づいて、前記事象を一致事象として分類するステップをさらに含んでいる。
【００１５】
他の実施例には、前記第1特徴を前記事象に関連するエネルギーとして選択するものや、前記第2特徴を前記事象の発生時間として選択するものも含まれる。
【００１６】
さらに他の実施例には、前記事象の結果として放射された光子に関連した飛行時間を推定するものも含まれる。
【００１７】
本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および添付の図面から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図1はモジュールのリングを示している。
【図２】図2A及び図2Bは、検出器ブロックを示している。
【図３】図3は様々なドーパント濃度におけるナトリウムにドープしたヨウ化セシウム結晶の波長応答を示している。
【図４】図4はデュアルスピードシンチレータ結晶の時間的応答を示している。 発明の詳細な説明
【００１９】
図1を参照すると、PETスキャナ10は、患者が横たわるベッド14を囲む検出器モジュール16A〜Kのリング12を含んでいる。各検出器モジュール16A〜K（以下、「モジュール」と呼ぶ）は、1つ又はそれ以上の並列した検出器ブロック17を含んでいる。検出器ブロック17は、図2Aに表しているように、例えば、シンチレータブロック21と光学的に連通する2x2アレーで配置された4つの光電子倍増管19A-Dを含む。シンチレータブロック21は典型的に、デュアルスピードシンチレータ結晶で構成されている。
【００２０】
シンチレーション結晶に使用する一般的な材料は、ナトリウム又はタリウムどちらかをドープしたヨウ化セシウムである。図3では、ナトリウムをドープしたドーパント濃度が10ppmのほぼ純粋なヨウ化セシウムから、ドーパント濃度が1000ppmのドーピングの度合いがより高いヨウ化セシウムまで、様々なレベルのドーパント濃度に関するヨウ化セシウム結晶のある事象に対する反応を示している。
【００２１】
ドーパント濃度が低いレベルの場合は、ナトリウムをドープしたヨウ化セシウムは、最初に紫外線領域の光子を放射することでガンマ線光子に反応する。これに続き、可視領域の光子が更に放射される。最初の組の光子、すなわち紫外線領域の光子は、反応の「高速成分」を形成する。第2の組の光子、すなわち可視領域の光子は、反応の「低速成分」を形成する。
【００２２】
ナトリウムにドープしたヨウ化セシウムは、高速成分から発生する反応（以下、「高速反応」）が、事象の発生後、おおよそ10ns(ナノ秒)で始まる。この高速反応の特徴は、高速の立ち上がり時間、及び高速の減少である。よって、事象が発生したときを正確に特定するために特に役に立つ。これは、2つの事象が一致しているかどうか決定するのに役立つ。
【００２３】
ナトリウムでドープしたヨウ化セシウムは、低速成分から発生する反応（以下、「低速反応」）が、現象の後、おおよそ100ns（ナノ秒）で始まる。この低速成分は、より低速の立ち上がり時間をもつ傾向にある。そのため、低速反応は、現象が発生したときを正確に決定するためには役には立たない。しかしながら、低速反応は、長い期間にわたって非常に多くの光子を供給する。結果、事象に関連したエネルギーを測定するのに役立つ。
【００２４】
事象発生からマイクロセカンド又はミリ秒後に付加的反応が発生する。これらの反応は、いわゆる「残光」に貢献する。この残光は、洞窟で爆発が起こった後に聞こえるような長い反響音と類似している。そのような残光は、さらにユーロピウムでシンチレーション結晶をドーピングすることによって、或る程度は抑制することができる。
【００２５】
低いレベルのドーパント濃度に関しては、そこでは高速成分と低速成分との顕著な区別が存在することが図3から明白である。ドーパント濃度が上がると、高速成分と低速成分とは、波長が重なる傾向にあり、検出システムでそれらを識別するのはより難しくなる。
【００２６】
シンチレーション結晶のドープレベルが低いPETスキャナに関しては、図4に示したように時間的応答の2つの異なる部分が存在する。上記したように、高速応答は、高速成分から発生する、短い立ち上がり時間パルスである。この高速応答は、低速応答が後に続き、より低速の崩壊を伴う長いパルスである。高速応答と低速応答を異なる作用を実行させるために別々に使用可能なシンチレーション結晶は、以降「デュアルスピード」とシンチレーション結晶と呼ぶものとする。
【００２７】
前記した特性を備えたデュアルスピードシンチレーション結晶は、ヨウ化セシウムにナトリウムを30ppmから200ppmの間の濃度でドープすることによって、製造できる。特に役立つデュアルスピードシンチレーション結晶は、ドーパント濃度が概ね100ppmであるナトリウムをドープしたヨウ化セシウム結晶である。この結果は、光子の約20%が高速成分から発生し、残りの80%の光子が低速成分から発生する応答となる。高速成分からの光子と光子の総数との比率が、50%よりも少なく、5%よりも多いことが望ましい。  
【００２８】
しかしながら、他のドーパントを使用して所望の特性を有するデュアルスピードシンチレーション結晶を形成できる。例えば、ヨウ化セシウムと臭化シシウムの混合物を有する結晶を形成し、次に得られた結晶をナトリウムでドープできる。そのような結晶では、ドーパント原子の2%が臭素であり、残りはナトリウムとなる。そのような混合物は、放出された光子の総計とナノ秒毎に放出される光子の数とを増加させることによって高速波成分をさらに高めると考えられる。
【００２９】
いくつかの場合、所望の特性を有する固有の結晶を形成することができる。例えば、純粋なヨウ化セシウムは加熱し、その後急冷できる。これは、ナトリウムドーパントと本質的に同じ機能を果たす結晶欠陥を形成するであろう。そのような結晶は、この結晶欠陥が徐々に消滅するまで、デュアルスピードシンチレーション結晶として機能する。
【００３０】
光電子倍増管19A-Bは、図2Aで示され、光電子倍増管19A-Cは、図2Bで示されている。残りの光電子倍増管19Dは、光電子倍増管19Aから対角線上にアレーを横切った位置にあり、図示されない。
【００３１】
一般に、光電子倍増管19A-Bは、高速成分と低速成分両方に関連する波長に対して高感度とすべきである。ナトリウムをドープしたヨウ化セシウムの場合、高速成分は紫外線領域であって、低速成分は可視領域である。しかしながら、他のデュアルスピードシンチレーション結晶は、異なる特性をもっている可能性がある。
【００３２】
そのような光電子倍増管を提供することを避けるための他の解決策としては、波長シフト繊維のような波長シフト装置を設けて、低速応答又は高速応答、もしくは両方の波長を、光電子倍増管19A-19Bの感度が高い波長にシフトすることである。
【００３３】
シンチレータブロック21は、個々の柱23に分岐され、それぞれデュアルスピードシンチレーション結晶でできている。柱23は、例えば、10x16アレーなどの中で配列される。柱23は、例えば、10x16アレーとして配列される。前記のアレーは、長さ3.22インチ（82ミリメーター）で幅が2.69インチ（68ミリメーター）の長方形断面を有する。
【００３４】
アレー内の各柱23は、長い面25及び短い面27を備えた横断面を有する直方柱である。長い面25と平行した軸は、シンチレータブロック21の「長軸」と呼び、短い面27と平行した軸は、シンチレータブロック21の「短軸」と呼ぶ。
【００３５】
PETスキャナ10によって前記の患者の一部を撮像する場合、前記の患者に放射性物質が導入される。放射性物質は、減衰する際ポジトロンを放出する。この結果起こる前記のポジトロンと前記の電子の消滅によって、互いに逆方向に進む2つのガンマ線光子が生成される。 これらの光子は、どちらも前記の患者の体内で偏向または吸収されない限りは、前記の患者から出て、2つの対向する柱23にぶつかるため、事象の発生を示す閃光が発生する。この事象の発生を示す閃光がどの柱23から発せられたかを特定することによって、この消滅事象が患者の体内のどこで起こったかを推定できる。
【００３６】
具体的には、再び図1を参照すると、これらのガンマ線光子の一方が、第1検出器モジュール16A内の柱にぶつかるとき、他方のガンマ線光子は、第1の検出器モジュールと向かい合う第2検出器モジュール16E、F、G又はH内の柱にぶつかる。この結果として2つの事象、すなわち、第1の検出器モジュール16Aでの一方の事象と、対向した第2の検出器モジュール16E、F、G、またはHでの他方の事象とが起こる。これらの事象はそれぞれ、ガンマ線光子の検出を示す。この2つの事象が第1の検出器モジュール16Aと第2の検出器モジュール16E、F、G、またはHで同時に検出された場合、これらの事象は、第1の検出器モジュール16Aと第2の検出器モジュール16E、F、G、またはHとを結ぶ線沿いのどこかで消滅が起こったことを示す可能性が高い。この2つの事象が第1の検出器モジュール16Aと第2の検出器モジュール16E、F、G、またはHでほぼ同時に検出された場合、これらの事象は、第1の検出器モジュール16Aと第2の検出器モジュール16E、F、G、またはHを結ぶ線沿いのどこかで消滅が起こったことを示す可能性が高い。
【００３７】
PETスキャナ10の重要な点は、ほぼ同じ時刻又は同じ時刻に対向する検出器モジュール16A、16E-Fによって検出される2つ一組の事象であることは、明白である。これら特性を有する2つ一組の事象は、「一致」と呼ばれる。PETスキャンを実行する過程で、各検出器モジュール16A-Kは数多くの事象を検出する。しかしながら、限られた数の前記の事象だけが一致を表す。
【００３８】
従って、PETスキャナ10の重要な課題は、一致をなす事象の対とそうでないものとを識別することである。この課題を実行するために利用可能な2つの測定基準は、(1)事象が発生した時刻と、(2)事象に関連したエネルギーとである。 
【００３９】
この2つの事象が実際に一致なのかを特定するには、高速応答を観察してこれら事象が十分に接近した時間で発生したかどうかを判断し、低速応答を観察して、これら2つの事象に関連したエネルギーが、これら2つの事象が同一ガンマ線相互作用から生じたという可能性と矛盾がないかを判断すればよい。
【００４０】
高速応答は、特に事象が発生したときを特定するのに役立つが、それは、高速応答の高速な立ち上がり時間及び狭幅が1つ以上の事象の発生した正確な時間の正確な評価を可能にするからである。その一方で、低速応答に関連する長い継続時間及び多くの光子の数によって、低速応答は事象に関連するエネルギーの正確な評価に特に適している。
【００４１】
デュアルスピードシンチレーション結晶は、この課題に適しているのは、このような結晶は、明確に異なる高速及び低速応答を維持するからである。
【００４２】
ドープ濃度が高いヨウ化セシウム結晶は、低速応答しか容易に得られない。そのような結晶は、イベントが発生したときを正確に特定する役には立たない。一方で、真性で、純粋なヨウ化セシウムでは、高速応答しか容易に得られない。それらのシングルスピード結晶は、故に事象に関連するエネルギーを正確に特定するのに、有用性が劣る。
【００４３】
ここに記載された前記方法とシステムは、PETスキャナの文脈で記載されている。しかしながら、デュアルスピードシンチレーション結晶の使用は、PETスキャナに限定されない。この分野以外でも、事象発生の時刻とその事象に関連したエネルギー両方の正確な測定とが求められる分野も存在する。多くのそのような応用例は、ここに記載したデュアルスピードシンチレーション結晶使用の利益が得られる。例えば、前記のデュアルスピードシンチレーション結晶は、非破壊試験装置又は高エネルギー素粒子物理学調査に使用する試験装置及び実験装置で使用することができる。
【００４４】
ここに記載した前記方法とシステムに関連する高性能時間分解能は、対向する光検出器で検出した光子に飛行時間分析を行うために使用することもできる。そのような飛行時間分析は、事象が発生した線をより簡単に推定するだけでなく、その線に沿った事象の位置も推定できる。
【００４５】
以上、本発明、及びその好適な実施例を記載する。
【図１】
2010517045.tif 000003
【図２Ａ】
2010517045.tif 000004
【図２Ｂ】
2010517045.tif 000005
【図３】
2010517045.tif 000006
【図４】
2010517045.tif 000007
【国際調査報告】
2010517045.tif 000008
2010517045.tif 000009
2010517045.tif 000010