ДЕТЕКТОР ИЗЛУЧЕНИЯ
RADIATION DETECTOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к детектору излучения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Детектор излучения используют в устройствах визуализации медицинской радиологии, таких как, например, позитронная эмиссионная томография (PET), однофотонная эмиссионная компьютерная томография (SPECT) и гамма-камера. Устройства медицинской радиологии являются устройствами, которые применяют свойство, при котором испускается аннигиляционное гамма-излучение, когда маркирующий агент позитронного радиоактивного изотопа (RI) введен пациенту, и применяют детектор излучения, чтобы обнаружить аннигиляционное гамма-излучение, тем самым получая изображение распределения RI пациента.
Здесь, в детекторе излучения, используемом в вышеописанных вариантах применения, желателен способ обнаружения светоизлучающего позитрона в направлении глубины (направлении длины) детектора излучения, чтобы воплотить дополнительное улучшение пространственного разрешения.
Патентный документ 1 раскрывает следующий детектор места падения излучения в трехмерном пространстве. Детектор места падения излучения в трехмерном пространстве включает в себя множество сцинтилляторов в форме колонн и элементы приема света, соединенные с соответствующими нижними поверхностями множества сцинтилляторов в форме колонн. Во множестве сцинтилляторов в форме колонн, множество ячеек сцинтилляторов, имеющих заранее заданную форму, сложены вертикально. Множество сцинтилляторов в форме колонн упорядочены так, что их боковые поверхности смежны друг с другом. Некоторые из боковых поверхностей, смежных друг с другом, обеспечены отражающими пластинами, и некоторые из боковых поверхностей, по меньшей мере, самых верхних ячеек сцинтилляторов не обеспечены отражающими пластинами, поэтому свет проходит туда и обратно. Дополнительно, детектор места падения излучения в трехмерном пространстве использует фотоэлектронный умножитель в качестве элемента приема света. Дополнительно, элементы приема света предусмотрены только на одной стороне структуры, в которой множество ячеек сцинтилляторов сложены вертикально.
Патентный документ 2 раскрывает следующий детектор позиции излучения. В детекторе позиции излучения, элементы сцинтиллятора упорядочены трехмерным образом так, что формируют почти прямоугольный монолитный блок. Дополнительно, элементы приема света соединены с двумя или более поверхностями почти прямоугольного монолита, например, всеми его поверхностями. Другими словами, способ предназначен для рассеивания света, излученного элементами сцинтиллятора трехмерным образом.
Патентный документ 3 раскрывает следующий детектор излучения. Детектор излучения включает в себя сцинтиллирующий кристалл, фотодетектор и участок оптического ослабления. Сцинтиллирующий кристалл сформирован в вытянутой форме, и излучение падает на один его конец. Фотодетектор расположен на другом конце сцинтиллирующего кристалла и обнаруживает интенсивность флуоресценции. Участок оптического ослабления частично расположен на внешней поверхности сцинтиллирующего кристалла и ослабляет интенсивность флуоресценции, которая проходит сквозь сцинтиллирующий кристалл. Детектор излучения использует фотоэлектронный умножитель в качестве фотодетектора. Дополнительно, фотодетектор предусмотрен только на одном конце сцинтиллирующего кристалла.
Патентный документ 4 раскрывает следующее устройство обнаружения трехмерной позиции излучения. Устройство обнаружения трехмерной позиции излучения включает в себя блок сцинтиллятора и элемент приема света. Блок сцинтиллятора получен путем наложения множества ячеек сцинтиллятора в форме слоев, вставления тонких прозрачных пластинок, имеющих показатель преломления, отличный от показателя преломления ячеек сцинтиллятора, между ячейками сцинтиллятора так, чтобы сформировать многослойный сцинтиллятор, и параллельного упорядочивания двух многослойных сцинтилляторов и вставления тонкой прозрачной пластинки, частично содержащей отражающий материал, между двумя сцинтилляторами так, чтобы связать их. Элемент приема света связан с одним концом многослойного сцинтиллятора.
Патентный документ 5 раскрывает детектор позиции излучения, в котором сцинтилляторы в форме пластинок или в форме колонн соединены с фотодетекторами. Детектор позиции излучения обнаруживает позицию распространения излучения на сцинтилляторе и позицию глубины светоизлучающей точки в сцинтилляторе путем связывания сцинтилляторов во многих слоях и оптического соединения слоев.
Патентный документ 6 раскрывает детектор трехмерной позиции излучения, в котором множество элементов сцинтиллятора уложены друг на друга на детекторе позиции света так, что их центральные позиции отклоняются в направлении, параллельном поверхности приема света детектора позиции света, а центроидальные позиции центра тяжести пространственных распределений выходящего света от детектора позиции света отличаются для каждого уложенного элемента сцинтиллятора, тем самым идентифицируя элемент сцинтиллятора, формирующий флуоресценцию, по падению излучения, на основании центроидной операции определения позиции. Дополнительно, сущность способа заключается в укладывании первых и вторых матрицах сцинтиллятора, имеющих данные постоянные времени затухания флуоресценции.
Патентный документ 7 раскрывает следующий детектор трехмерной позиции излучения. Детектор трехмерной позиции излучения включает в себя блок сцинтилляторов, элемент приема света и операционную часть. Блок сцинтиллятора обеспечен на плоскости распространения света элемента приема света и составлен путем последовательной укладки друг на друга четырех матриц сцинтилляторов в направлении, перпендикулярном плоскости падения света. Каждая из матриц сцинтилляторов составлена путем двумерного упорядочивания ячеек 8×8 сцинтилляторов. Дополнительно, оптическое условие, по меньшей мере, одной боновой плоскости ячейки сцинтилляторов, включенной в матрицу сцинтилляторов определенного слоя, отличается от оптического условия той же боковой плоскости ячейки сцинтилляторов, включенной в матрицу сцинтилляторов другого слоя.
Другой родственный способ раскрыт в непатентном документе 1. Дополнительно, непатентный документ 1 раскрывает, что позиционное разрешение в уровне техники равно примерно 1 мм.
Родственный документ
Патентный документ
[Патентный документ 1] Японская нерассмотренная патентная заявка № Н11(1999)-142523
[Патентный документ 2] Японская нерассмотренная патентная заявка № 2011-149883
[Патентный документ 3] Японская нерассмотренная патентная заявка № 2009-31132
[Патентный документ 4] Японская нерассмотренная патентная заявка № S63(1988)-47686
[Патентный документ 5] Японская нерассмотренная патентная заявка № Н5(1993)-75990
[Патентный документ 6] Японская нерассмотренная патентная заявка № 2003-21682
[Патентный документ 7] Японская нерассмотренная патентная заявка № 2004-279057
Непатентный документ
[Непатентный документ 1] National Institute of Radiological Sciences, Development of three-dimensional radiation detector for realizing PET resolution approaching theoretical limit», Онлайн, извлечено 7 декабря 2011 года, URL: http://www.nirs.go.jp/information/press/2011/10_05.shtml
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Позиционное разрешение в направлении глубины сцинтиллятора недостаточно в существующем уровне техники. Дополнительно, необходимо решить многие проблемы, как, например, трудность сборки вследствие сложной структуры и сложной схемы получения формы волны или схемы считывания, которые до сих пор остаются в реализации массового производства устройств.
Задачей настоящего изобретения является обеспечение детектора излучения, который реализует более высокое позиционное разрешение в направлении глубины сцинтиллятора, чем в уровне техники, и при этом с относительно простой конструкцией.
В соответствии с настоящим изобретением, предложен детектор излучения, включающий в себя трехмерный многослойный сцинтиллятор, который включает в себя множество блоков сцинтиллятора, упорядоченных в матрицу трехмерным образом так, чтобы сформировать призму, в которой вложенные слои, имеющие показатель преломления, отличный от показателя преломления блоков сцинтиллятора, и/или имеющие характеристику поглощения или рассеяния света, излученного блоками сцинтиллятора, расположены на граничных поверхностях между множеством блоков сцинтиллятора, причем эти граничные поверхности проходят в направлении, перпендикулярном направлению высоты призмы, и светоизолирующие слои, которые изолируют передачу света, излученного блоками сцинтиллятора, расположены, по меньшей мере, на некоторых из граничных поверхностей, проходящих в направлении, параллельном направлению высоты призмы; и элементы приема света, которые обеспечены так, чтобы образовывать пару на обеих торцевых поверхностях призмы трехмерного многослойного сцинтиллятора в направлении высоты и принимать свет, излученный блоками сцинтиллятора, с тем, чтобы преобразовать свет в электрические сигналы.
В соответствии с настоящим изобретением, возможно обеспечить детектор излучения, который воплощает более высокое позиционное разрешение в направлении глубины сцинтиллятора, чем в текущем уровне техники, и при этом с относительно простой структурой.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеописанная цель, а также другие цели, характеристики и преимущества, будут очевидны из предпочтительных воплощений, описанных ниже, и следующих сопровождающих чертежей.
Фиг. 1 является диаграммой, схематически изображающей пример конфигурации детектора излучения настоящего воплощения.
Фиг. 2 является диаграммой, изображающей выделенную часть трехмерного многослойного сцинтиллятора.
Фиг. 3 является диаграммой, изображающей выделенную часть трехмерного многослойного сцинтиллятора.
Фиг. 4 является примером функциональной блок-диаграммы элемента определения позиции.
Фиг. 5 является диаграммой, схематически изображающей конфигурацию части детектора излучения настоящего воплощения.
Фиг. 6 является диаграммой, изображающей эффект детектора излучения настоящего воплощения.
Фиг. 7 является диаграммой, схематически изображающей пример конфигурации детектора излучения настоящего воплощения.
Фиг. 8 является диаграммой, изображающей эффект детектора излучения настоящего воплощения.
Фиг. 9 является диаграммой, изображающей эффект детектора излучения настоящего воплощения.
Фиг. 10 является диаграммой, схематически изображающей пример конфигурации детектора излучения настоящего воплощения.
Фиг. 11 является диаграммой, изображающей эффект детектора излучения настоящего воплощения.
Фиг. 12 является диаграммой, изображающей данные сравнительного примера 1.
Фиг. 13 является диаграммой, изображающей данные сравнительного примера 1.
Фиг. 14 является диаграммой, изображающей данные сравнительного примера 2.
Фиг. 15 является диаграммой, изображающей данные сравнительного примера 2.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Здесь и далее, воплощение настоящего изобретения будет описано со ссылкой на чертежи. Дополнительно, одинаковым составляющим элементам даны одинаковые ссылочные позиции во всех чертежах, и их детальное описание не повторяется.
Фиг. 1 схематически изображает конфигурацию детектора 1 излучения согласно настоящему варианту осуществления. Как изображено на Фиг. 1, детектор 1 излучения включает в себя трехмерный многослойный сцинтиллятор 12, элементы 10 и 11 приема света и блок 16 определения позиции. Хотя на Фиг. 1 элемент 10 приема света и элемент 11 приема света отделены от трехмерного многослойного сцинтиллятора 12, практически элемент 10 приема света и элемент 11 приема света оптически соединены с трехмерным многослойным сцинтиллятором 12. Дополнительно, детектор 1 излучения согласно настоящему варианту осуществления может не включать в себя блок 16 определения позиции. Другими словами, блок 16 определения позиции может быть предусмотрен в другом устройстве, и это устройство и детектор 1 излучения могут быть соединены друг с другом. Здесь и далее будет описан каждый составляющий элемент.
В трехмерном многослойном сцинтилляторе 12 множество блоков 13 сцинтиллятора упорядочены в матрицу трехмерным образом так, чтобы сформировать призму.
Во-первых, будет описан блок 13 сцинтиллятора. Материал блока 13 сцинтиллятора не ограничен лишь бы этот материал поглощал излучение и излучал свет, и все материалы могут быть выбраны в соответствии с технологиями, относящимися к сцинтиллятору уровня техники.
Блок 13 сцинтиллятора может иметь форму призмы, может иметь кубическую форму, форму многогранной призмы, чья нижняя поверхность имеет многогранную форму, колоннообразную форму, призм, чьи нижние поверхности имеют другие формы, и тому подобное, дополнительно к изображенному телу с прямоугольными гранями.
Размер блока 13 сцинтиллятора предпочтительно небольшой с точки зрения улучшения позиционного разрешения. Например, верхний предел высоты (направление z на Фиг. 1) может быть 50 мм, а верхний предел длинного диаметра нижней поверхности (поверхности, параллельной плоскости x-y на Фиг. 1) может быть 50 мм.
Дополнительно, в настоящем изобретении, множество блоков 13 сцинтиллятора с одинаковой конфигурацией (по материалу, форме, размеру и тому подобному) могут быть уложены слоями так, чтобы сформировать трехмерный многослойный сцинтиллятор 12. По этой причине, детектор излучения, в соответствии с настоящим воплощением, имеет лучшую общую производительность.
Далее, будет описано трехмерное упорядочивание.
Во-первых, множество блоков 13 сцинтиллятора уложены слоями линейно в направлении высоты (направлении z (направлении Н), изображенном на Фиг. 1) трехмерного многослойного сцинтиллятора (призмы) 12. Другими словами, можно сказать, что трехмерный многослойный сцинтиллятор 12 имеет конфигурацию, в которой множество блоков 13 сцинтиллятора упорядочены линейно в направлении z (со ссылкой на Фиг. 1) (здесь и далее, называемый «модуль, уложенный слоями в направлении z»), и множество модулей, уложенных слоями в направлении z, упорядочены параллельно в направлении x и направлении у (со ссылкой на Фиг. 1). Когда модули, уложенные слоями в направлении z, наблюдаются с направления z (со ссылкой на Фиг. 1), множество блоков 13 сцинтиллятора почти полностью наложены друг на друга. Дополнительно, легкое отклонение не является проблемой, и термин «почти полностью» является концепцией, включающей в себя это состояние.
Дополнительно, множество блоков 13 сцинтиллятора предпочтительно упорядочены так, что зазоры в направлении x и зазоры в направлении у малы настолько, насколько возможно. С этой точки зрения, форма блока сцинтиллятора может быть многогранной призмой, такой как, например, трехгранная призма, четырехгранная призма и шестигранная призма. Дополнительно, нижние поверхности и верхние поверхности призм предпочтительно упорядочены так, чтобы быть параллельными плоскости x-y.
Множество блоков 13 сцинтиллятора необязательно могут быть упорядочены линейно в направлении x и в направлении y (со ссылкой на Фиг. 1). Дополнительно, множество модулей, уложенных слоями в направлении z, могут быть отклонены друг от друга в направлении z. Другими словами, соответственные позиции торцов множества модулей, уложенных слоями в направлении z, могут быть отклонены друг от друга. Однако, как изображено на Фиг. 1, предпочтительно, множество блоков 13 сцинтиллятора равномерно упорядочены так, чтобы быть на прямой линии в каждом из направления x, направления y и направления z, и чтобы соответственные позиции торцов множества модулей, уложенных слоями в направлении z, были выровнены по линии в направлении z. В этом случае, структура трехмерного многослойного сцинтиллятора 12 упрощена и, таким образом, имеет хорошую общую производительность.
Число множества блоков 13 сцинтиллятора, упорядоченных трехмерным образом, не ограничено конкретно. Например, блоки 13 сцинтиллятора из двух или более и 1000 или менее могут быть уложены слоями линейно в направлении z так, чтобы сформировать модуль, уложенный слоями в направлении z, и модули, уложенные слоями в направлении z, из четырех или более и 10000000000 или менее могут быть упорядочены так, чтобы быть размещенными бок о бок в направлении x и направлении y.
Здесь, как изображено на Фиг. 1, трехмерный многослойный сцинтиллятор 12 включает в себя вложенные слои 15 и светоизолирующие слои 14 на граничных поверхностях (здесь и далее, называемые «граничные поверхности блока сцинтиллятора») между множеством блоков 13 сцинтиллятора.
Светоизолирующий слой 14 имеет функцию изоляции (поглощения и/или отражения) света, излученного сцинтиллятором (блоками 13 сцинтиллятора), от передачи. Дополнительно, светоизолирующий слой 14 предпочтительно имеет функцию отражения света, излученного сцинтиллятором. Конфигурация светоизолирующего слоя 14 не ограничена конкретно лишь бы светоизолирующий слой имел эту функцию. Например, светоизолирующий слой 14 может быть выполнен включающим в себя светоотражающую пленку. Светоотражающая пленка, используемая в светоизолирующем слое 14, предпочтительно имеет высокий коэффициент отражения света и может быть, например, фторкаучуковой пленкой, пленкой, содержащей светоотражающий материал, как, например, сульфат бария, пленкой ESR и тому подобным. Дополнительно, светоизолирующий слой 14 может быть сформирован из клейкого материала, содержащего светоотражающий материал, как, например, сульфат бария или оксид титана.
Среди граничных поверхностей блока сцинтиллятора, светоизолирующие слои 14 расположены, по меньшей мере, на некоторых граничных поверхностях 14а (со ссылкой на Фиг. 2), которые протягиваются в направлении, параллельном направлению Н высоты трехмерного многослойного сцинтиллятора 12 (призмы). Например, светоизолирующие слои 14 могут быть предусмотрены на всех граничных поверхностях 14а (со ссылкой на Фиг. 2), которые идут в направлении, параллельном направлению Н высоты. Дополнительно, примеры, в которых светоизолирующие слои 14 расположены на некоторых граничных поверхностях 14а (со ссылкой на Фиг. 2) могут включать в себя случай, когда светоизолирующие слои 14 расположены на некоторых граничных поверхностях 14а между двумя блоками 13 сцинтиллятора, случай, когда светоизолирующие слои 14 расположены на всех граничных поверхностях 14а между первым и вторым блоками 13 сцинтиллятора, и светоизолирующие слои 14 не расположены на граничных поверхностях 14а между третьим и четвертым блоками 13 сцинтиллятора, и их комбинацию. Дополнительно, одновременно с расположением на, по меньшей мере, некоторых из граничных поверхностей 14а, светоизолирующие слои 14 могут быть расположены на, по меньшей мере, части боковых поверхностей (внешней периферийной поверхности) трехмерного многослойного сцинтиллятора 12, например, полностью расположены так, чтобы покрыть, по меньшей мере, часть боковых поверхностей трехмерного многослойного сцинтиллятора 12, например, полностью покрыть боковые поверхности.
Светоизолирующий слой 14 предотвращает рассеяние света, излучаемого первым блоком 13 сцинтиллятора, включенным в первый модуль, уложенный слоями в направлении z, в направлении x и направлении y (со ссылкой на Фиг. 1) и его проникновению в другие блоки 13 сцинтиллятора, включенные в другие модули, уложенные слоями в направлении z, или утечке во внешнее пространство. В результате, позиционное разрешение в направлении x и направлении y улучшается. Дополнительно, в случае, когда светоизолирующий слой 14 включает в себя светоотражающий материал, светоизолирующий слой 14 имеет не только вышеописанную функцию, но также и функцию направления света, излученного первым блоком 13 сцинтиллятора, включенным в первый модуль, уложенный слоями в направлении z, в направлении z (со ссылкой на Фиг. 1). В результате, свет, излученный сцинтиллятором, может эффективно достигать элементы 10 и 11 приема света на обоих торцах модуля, уложенного слоями в направлении z, в направлении Н высоты (направлении z). С этих точек зрения, светоизолирующие слои 14 предпочтительно обеспечены на всех граничных поверхностях 14а (со ссылкой на Фиг. 2), протяженных в направлении, параллельном направлению Н высоты. Однако, даже если светоизолирующий слой обеспечен частично, функционирование и эффект достигаются даже при разнице в степени по сравнению со случаем, когда он обеспечен полностью.
Вложенный слой 15 имеет показатель преломления, отличный от показателя преломления блока 13 сцинтиллятора, и/или имеет характеристику поглощения или рассеяния света, излученного сцинтиллятором. Дополнительно, вложенный слой 15 неограничен конкретно, лишь бы вложенный слой имел такую характеристику и имел степень свободы своей конфигурации (по материалу, толщине и так далее). Например, вложенный слой 15 может быть газом, таким как, например, воздух, жидкостью, такой как, например, вода, смазка либо жир и масло, или твердым телом, таким как, например, стекло, полиэтилен, клейкий материал на основе эпоксидной смолы или клейкий материал на основе силикона. Дополнительно, наложенный слой 15 может быть их комбинацией.
Среди граничных поверхностей блока сцинтиллятора, вложенные слои 15 расположены на граничных поверхностях 15а (со ссылкой на Фиг. 3), которые протягиваются в направлении, перпендикулярном направлению Н высоты трехмерного многослойного сцинтиллятора 12 (призмы). Другими словами, модуль, уложенный слоями в направлении z, получен путем упорядочивания множества блоков 13 сцинтиллятора линейно в направлении z (со ссылкой на Фиг. 1) с вложенными слоями 15, вставленными между соответственными блоками 13 сцинтиллятора.
Здесь, существуют случаи, когда свет, излученный первым блоком 13 сцинтиллятора, включенным в первый модуль, уложенный слоями в направлении z, перемещается по блокам 13 сцинтиллятора до тех пор, пока не достигнет одного из элементов 10 и 11 приема света, расположенных на обоих торцах модуля, уложенного слоями в направлении z. Когда свет перемещается по смежным блокам 13 сцинтиллятора, свет проходит сквозь вложенный слой 15. Вложенный слой 15 сокращает количество света, которое проходит сквозь него, дополнительно, по сравнению со случаем, когда свет проходит через блок 13 сцинтиллятора. Другими словами, свет, генерированный блоком 13 сцинтиллятора, может подвергаться сокращению количества света вследствие прохождения сквозь вложенный слой 15 до тех пор, пока не достигнет одного из элементов 10 и 11 приема света. После того, как свет излучен первым блоком 13 сцинтиллятора, величина сокращения количества света до его достижения одного из элементов 10 и 11 приема света увеличивается по мере того, как увеличивается число раз прохождения по блокам 13 сцинтиллятора (число раз прохождения сквозь вложенные слои 15). Дополнительно, число раз прохождения по блокам 13 сцинтиллятора (число раз прохождения сквозь вложенные слои 15) стремится к увеличению по мере того, как увеличивается расстояние от позиции, в котором свет был излучен, до каждого из элементов 10 и 11 приема света. По этой причине, в случае, когда расстояния от первого блока 13 сцинтиллятора, излучающего свет, до элементов 10 и 11 приема света отличаются, разница между количеством света, которое достигло элемента 10 приема света, и количеством света, которое достигло элемента 11 приема света, очевидна. В результате, есть улучшение точности процесса, описываемого ниже, в котором блок 16 определения позиции определяет позицию излучения света.
Со ссылкой снова на Фиг. 1, элементы 10 и 11 приема света принимают свет, излученный сцинтиллятором (блоком 13 сцинтиллятора) и преобразуют свет в электрические сигналы. Элементы 10 и 11 приема света обеспечены так, чтобы сформировать пару на обеих торцевых поверхностях трехмерного многослойного сцинтиллятора 12 (призмы) в направлении Н высоты. На Фиг. 1, элемент 10 приема света и элемент 11 приема света отделены от трехмерного многослойного сцинтиллятора 12, но на практике элемент 10 приема света и элемент 11 приема света оптически соединены с трехмерным многослойным сцинтиллятором 12. В качестве элементов 10 и 11 приема света могут быть использованы, например, силиконовый фотоэлектронный умножитель, фотоэлектрический преобразователь с использованием элемента CCD или тому подобного, фотоэлектронный умножитель, лавинный фотодиод, фотодиод и тому подобное.
Блок 16 определения позиции принимает электрические сигналы от двух элементов 10 и 11 приема света, образующих пару, и определят позицию, в которой свет, обеспечивающий основу электрических сигналов, был излучен, на основании принятых электрических сигналов.
Сперва будет сделано описание принципа определения позиции в направлении глубины (позиции в направлении z), когда блок 16 определения позиции определяет позицию излучения света.
Как описано выше, в случае, когда трехмерный многослойный сцинтиллятор 12 настоящего воплощения включает в себя светоизолирующие слои 14, свет, излученный первым блоком 13 сцинтиллятора, направляется так, чтобы быть рассеянным в направлении z (двух направлениях), и, таким образом, достигнуть одного из элементов 10 и 11 приема света.
Здесь, количество света, излученного первым блоком 13 сцинтиллятора, сокращается до тех пор, пока он не достигнет элементов 10 или 11 приема света, вследствие влияния поглощения, отражения и рассеивания. Величина сокращения увеличивается по мере того, как увеличивается расстояние от первого блока 13 сцинтиллятора, который излучил свет, до элементов 10 или 11 приема света. Дополнительно, так как присутствуют вложенные слои 15, как описано выше, то количество света, излученного первым блоком 13 сцинтиллятора, стремится к сокращению по мере того, как увеличивается расстояние от первого блока 13 сцинтиллятора, который излучил свет, до элементов 10 или 11 приема света. По этой причине, количество приема света (общее количество энергии света, принятого элементами 10 и 11 приема света) каждого из элементов 10 и 11 приема света относительно увеличивается, если позиция первого блока 13 сцинтиллятора, который излучил свет, находится близко, и, наоборот, относительно уменьшается, если его позиция находится далеко.
Блок 16 определения позиции определяет позицию излучения света в направлении глубины (позиция в направлении z блока 13 сцинтиллятора, излучившего свет) с помощью следующего уравнения (1) на основании предпосылки.
(Позиция по глубине) = (Высота трехмерного многослойного сцинтиллятора 12) × (общее количество энергии света, достигшего элемент 10 приема света)/{(общее количество энергии света, падающего элемент 11 приема света) + (общее количество энергии света, падающего элемент 10 приема света)} ---- (1)
Дополнительно, позиция излучения света в направлении, параллельном плоскости x-y, может быть определено в соответствии с существующим уровнем техники.
Здесь, Фиг. 4 изображает пример функциональной блок-схемы блока 16 определения позиции. Сигналы, выдаваемые с элементов 10 и 11 приема света, соответственно преобразуются в сигналы, указывающие информацию позиции и информацию высоты волны в направлении в плоскости (направлении в плоскости x-y) элементов 10 и 11 приема света с помощью функциональных схем 22 и 23 центра тяжести, а затем ответвляются. Первый и второй сигналы из ответвленных сигналов вводятся в ADC 30 через схемы 27 и 28 задержки. Дополнительно, третий и четвертый сигналы, ответвленные от схем 22 и 23 центроидной операции, проходят сквозь дискриминаторы 24 и 25 с тем, чтобы подвергнуться операции AND (схема 26 AND) и затем сформировать стробирующий сигнал (стробирующая схема 29 ADC). Три сигнала синхронизируются друг с другом в ADC 30, тем самым удаляя компоненты, отличные от сигналов, полученных из излучения. Информация позиции в направлении в плоскости (направлении в плоскости x-y) и направлении в глубину (направлении z) определяется путем выполнения центроидной операции в отношении сигналов из схем 27 и 28 задержки, и информация энергии определяется на основании суммы сигналов из схем 27 и 28 задержки.
Дополнительно, способ определения позиции излучения света в направлении по глубине не ограничен уравнением (1) и вышеописанной схемой, и могут быть применены другие способы использования позиции излучения света и разницы между количеством света, принятого элементами приема света (общего количества энергии света, принятой элементами приема света).
Далее, будет сделано описание примера способа изготовления трехмерного многослойного сцинтиллятора 12.
Способ 1 изготовления
В первую очередь, подготавливают множество сцинтиллирующих кристаллов (блоков 13 сцинтиллятора), чьи поверхности оптически отполированы и имеют заранее заданную форму (например, куб длиной 3 мм, шириной 3 мм и высотой 3 мм). Затем блоки 13 сцинтиллятора располагают и фиксируют на стеклянной пластине через заранее заданные интервалы (например, 0,2 мм) в М рядах × N столбцах (например, четыре ряда × четыре столбца). Далее, смешанный раствор (например, смешанный раствор сульфата бария, воды, клейкого материала и диспергатора), содержащий отражающий материал, капают в зазоры между множеством блоков 13 сцинтиллятора так, чтобы заполнить эти зазоры, в состоянии, в котором периферия группы блоков сцинтиллятора из М рядов × N столбцов была бы окружена оболочкой с заранее заданной высотой на стеклянной пластине. Далее, результат нагревают и отвердевают (например, нагревают и высушивают в печи при 50°С в течение 24 часов), чтобы сформировать светоизолирующие слои 14. В это время, светоизолирующие слои 14 могут быть частично сформированы путем выполнения капания и заполнения смешанного раствора после расположения, например, прозрачных пластин на некоторых зазорах множества блоков 13 сцинтиллятора. Затем, стеклянную пластину снимают, тем самым получая матрицу сцинтилляторов, в которой блоки сцинтиллятора из четырех блоков × четыре блока, имеющие светоизолирующий слой 14 толщиной 0,2 мм, упорядочивают в направлении плоскости x-y (со ссылкой на Фиг. 1).
Тем же образом изготавливают заранее заданное число (например, четыре) матриц сцинтилляторов, а затем множество матриц сцинтилляторов укладывают слоями так, чтобы вертикальные позиции (направление z на Фиг. 1) блоков 13 сцинтиллятора совпадали друг с другом. Когда укладка выполнена, вложенные слои 15, имеющие показатель преломления, отличный от показателя преломления блоков 13 сцинтиллятора, и/или имеющие характеристику поглощения или рассеяния света, излученного сцинтиллятором, обеспечиваются между матрицами с помощью использования воздуха, клейкого материала или тому подобного. При таком способе изготовления, матрицы могут быть просто подвешены друг над другом в воздухе и, таким образом, воздушные слои от нескольких мкм до нескольких десятков мкм естественным образом заполняют зазор между матрицами сцинтиллятора вследствие ограничения точности обработки поверхности элемента сцинтиллятора. Далее, отражатель из тефлоновой (зарегистрированный торговый знак) ленты прикрепляют к боковой поверхности матрицы многослойного сцинтиллятора для фиксации, тем самым получая трехмерный многослойный сцинтиллятор 12.
2
Далее, элементы 10 и 11 приема света оптически соединяют с верхней и нижней поверхностями (две поверхности на обоих торцах в направлении z) трехмерного многослойного сцинтиллятора 12. Например, матрицы многопиксельного счетчика фотонов (МРРС), которые имеют элементы приема света из четырех рядов × четыре столбца с площадью приема света в 3×3 мм, прикрепляют к трехмерному многослойному сцинтиллятору 12 с помощью оптической смазки.
Способ 2 изготовления
В первую очередь, подготавливают множество сцинтиллирующих кристаллов (блоков 13 сцинтиллятора), поверхности которых оптически отполированы и имеют заранее заданную форму (например, куб длиной 3 мм, шириной 3 мм и высотой 3 мм). Далее, изготавливают решетку путем использования, например, светоотражающей пленки, чтобы она совпадала по форме с блоками 13 сцинтиллятора в направлении × и направлении у (со ссылкой на Фиг. 1). Затем блоки 13 сцинтиллятора располагают внутри решетки так, чтобы они уложились в заранее заданное число слоев, тем самым производя многослойную матрицу, которая уложена слоями в направлении z (со ссылкой на Фиг. 1). В это время, клейкий материал (например, клейкий материал, содержащий светоотражающий материал) может заполнить зазоры между блоком 13 сцинтиллятора и светоотражающей пленкой (светоизолирующим слоем 14) для фиксации. Дополнительно, воздушный слой заранее заданной толщины, клейкий материал, через который передается свет сцинтиллятора, либо материал из светопередающей пластинки или тому подобного располагают между множеством блоков 13 сцинтиллятора в качестве вложенного слоя 15.
Подобным образом, изготавливают заранее заданное число многослойных матриц, которые упорядочивают параллельно, тем самым получая трехмерный многослойный сцинтиллятор 12. Эти этапы те же, что и при способе 1 изготовления.
Способ 3 изготовления
В первую очередь, подготавливают множество сцинтиллирующих кристаллов (блоков 13 сцинтиллятора), поверхности которых оптически отполированы и имеют заранее заданную форму (например, куб длиной 3 мм, шириной 3 мм и высотой 3 мм). Далее, множество блоков 13 сцинтиллятора укладывают слоями в направлении z (со ссылкой на Фиг. 1) с вложенным слоем 15 (воздушный слой заранее заданной толщины, клейкий материал, через который передается свет сцинтиллятора, светопередающая пластинка и тому подобное), вкладываемым между ними, тем самым получая вторую многослойную матрицу.
Подобным образом, производят заранее заданное число вторых многослойных матриц сцинтилляторов, а затем их располагают и фиксируют к стеклянной пластине через заранее заданные интервалы (например, 0,2 мм) в М рядах × N столбцах (например, четыре ряда × четыре столбца). Далее, смешанный раствор (например, смешанный раствор сульфата бария, воды, клейкого материала и диспергатора), содержащий отражающий материал, капают в зазоры между множеством вторых многослойных матриц так, чтобы заполнить эти зазоры, в состоянии, в котором периферия второй группы многослойных матриц из М рядов × N столбцов была бы окружена оболочкой с заранее заданной высотой на стеклянной пластинке. Далее, результат нагревают и отвердевают (например, нагревают и высушивают в печи при 50°C в течение 24 часов), чтобы сформировать светоизолирующие слои 14. В это время, светоизолирующие слои 14 могут быть частично сформированы путем выполнения капания и заполнения смешанного раствора после расположения, например, прозрачных пластин на некоторых из зазоров множества блоков 13 сцинтиллятора. Затем, стеклянную пластину снимают, тем самым получая трехмерный многослойный сцинтиллятор 12.
Способ 4 изготовления
В первую очередь, подготавливают множество сцинтиллирующих кристаллов, поверхности которых оптически отполированы и имеют заранее заданную форму (например, прямоугольное твердое тело длиной 3 мм, шириной 3 мм и высотой 12 мм). Затем вложенные слои 15 (вложенный слой, имеющий характеристику поглощения или рассеяния света, излученного сцинтиллятором; например, три вложенных слоя с интервалом 3 мм по отношению к высоте 12 мм) формируют путем облучения лазером, тем самым получая вторую многослойную матрицу.
Подобным образом, изготавливают заранее заданное число вторых многослойных матриц, которые затем располагают и фиксируют на стеклянной пластине через заранее заданные интервалы (например, 0,2 мм) в М рядах × N столбцах (например, четыре ряда × четыре столбца). Далее, смешанный раствор (например, смешанный раствор сульфата бария, воды, клейкого материала и диспергатора), содержащий отражающий материал, капают в зазоры между множеством вторых многослойных матриц так, чтобы заполнить эти зазоры, в состоянии, в котором периферия второй группы многослойных матриц из М рядов × N столбцов была бы окружена оболочкой с заранее заданной высотой на стеклянной пластине. Далее, результат нагревают и отвердевают (например, нагревают и высушивают в печи при 50°С в течение 24 часов), чтобы сформировать светоизолирующие слои 14. В это время, светоизолирующие слои 14 могут быть частично сформированы путем выполнения капания и заполнения смешанного раствора после расположения, например, прозрачных пластин на некоторых зазорах множества вторых многослойных матриц. Затем, стеклянную пластин снимают, тем самым получая трехмерный многослойный сцинтиллятор 12.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
В примере 1, как изображено на Фиг. 5, был изготовлен детектор излучения, в котором блоки 13 сцинтиллятора уложены слоями в направлении z. Фиг. 5 является схематической диаграммой поперечного сечения детектора излучения из примера 1.
3
2
3
12
Блок 13 сцинтиллятора является кристаллом Ce:GAGG (Ce: GdAlGaO) (здесь и далее называемым «Ce:GAGG») с добавлением церия. Его формой была форма куба длиной 3 мм, шириной 3 мм и высотой 3 мм.
Пять блоков 13 сцинтиллятора были уложены слоями с введением воздушных слоев (вложенных слоев 15), имеющих толщину 10 мкм, наложенными между ними в направлении z. Далее, вся внешняя периферия боковых поверхностей многослойного тела была покрыта фторкаучуковой пленкой (светоизолирующий слой 14) с толщиной 1 мм. Дополнительно, силиконовые фотоэлектронные умножители (элементы 10 и 11 приема света), имеющие поверхность приема света 3 мм × 3 мм, были оптически соединены с двумя торцами многослойного тела в направлении z, тем самым производя детектор излучения.
Детектор излучения был облучен гамма-лучами в 662 кэВ из источника излучения на основе цезия 137, и сигнал импульса напряжения, выдаваемый с каждого из силиконовых фотоэлектронных умножителей (элементы 10 и 11 приема света) был проанализирован с помощью уравнения (1), тем самым получая спектр позиционного разрешения, изображенный на Фиг. 6. Позиционным разрешением в направлении z было выполнено выявление позиции блока 13 сцинтиллятора, имеющего толщину 3 мм с разрешением FWHM (полная ширина на полувысоте) = 0,3 мм, и энергетическое разрешение было 8,3%.
Как описано выше, понятно, что детектор излучения согласно настоящему варианту осуществления, который получен путем упорядочивания множества детекторов излучения из примера 1 параллельно, имеет хорошее позиционное разрешение в направлении глубины (направлении z).
Пример 2
В примере 2, как изображено на Фиг. 7, был изготовлен детектор излучения, в котором блоки 13 сцинтиллятора были упорядочены трехмерным образом (4×4×4). Фиг. 7 является схематической диаграммой поперечного сечения детектора излучения в примере 2.
Блок 13 сцинтиллятора является кристаллом Ce:GAGG. Его формой была форма куба длиной 3 мм, шириной 3 мм и высотой 3 мм. Вложенный слой 15 был воздушным слоем толщиной 10 мкм. Светоизолирующий слой 14 имел толщину 0.2 мм и содержал сульфат бария. Дополнительно, светоизолирующие слои 14 были обеспечены, среди граничных поверхностей блока сцинтиллятора, на всех граничных поверхностях, которые протягиваются в направлении, параллельном направлению Н высоты (направление z на Фиг. 7) трехмерного многослойного сцинтиллятора 12 (призмы). Дополнительно, вся внешняя периферия боковых поверхностей трехмерного многослойного сцинтиллятора 12, полученного посредством трехмерного упорядочивания (4×4×4) блоков 13 сцинтиллятора, была покрыта светоизолирующим слоем 14. Дополнительно, элементы 10 и 11 приема света были силиконовыми фотоэлектронными умножителями, каждый из которых имел поверхность приема света 3 мм × 3 мм.
Детектор излучения был облучен гамма-лучами в 662 кэВ из источника излучения на основе цезия 137. Позиция излучения света было определено путем использования блока 16 определения позиции с конфигурацией, изображенной на Фиг. 4. Фиг. 8 изображает полученную трехмерную карту. На Фиг. 8 можно увидеть, что трехмерная информация позиции четко получена. Позиционное разрешение в направлении глубины (направлении z) выполнило дискриминацию позиции блока сцинтиллятора, имеющего толщину 3 мм, с разрешением FWHM = 0,3 мм. Дополнительно, энергетическое разрешение было 8,6% при 662 кэВ.
Пример 3
2
5
В примере 3, кристалл LYSO (Ce: (Lu,Y)SiO) (здесь и далее называемый «Ce:LYSO») с добавлением церия был использован в качестве блока 13 сцинтиллятора. Другие конфигурации являются теми же, что и для детектора излучения на примере 1.
Детектор излучения был облучен гамма-лучами в 662 кэВ из источника излучения на основе цезия 137, и сигнал импульса напряжения, выдаваемый с каждого из силиконовых фотоэлектронных умножителей, был проанализирован с помощью уравнения (1), тем самым получая спектр позиционного разрешения, изображенный на Фиг. 9. Позиционным разрешением в направлении z было выполнено выявления позиции блока 13 сцинтиллятора, имеющего толщину 3 мм, с разрешением FWHM = 0,4 мм, и энергетическое разрешение было 11,3%.
Как описано выше, понятно, что детектор излучения настоящего воплощения, который получен путем упорядочивания множества детекторов излучения в примере 3 параллельно, имеет хорошее позиционное разрешение в направлении глубины (направлении z).
Пример 4
Фиг. 10 является схематической диаграммой поперечного сечения детектора излучения примера 4. В примере 4, светоизолирующий слой 14 был обеспечен на некоторых граничных поверхностях, которые идут в направлении, параллельном направлению Н высоты (направлением z на Фиг. 10) трехмерного многослойного сцинтиллятора 12 (призмы). Другие конфигурации являются теми же, что и для детектора излучения в примере 2. Дополнительно, светопередающая пластинка 17 была расположена на граничных поверхностях, на которых светоизолирующий слой 14 не был предусмотрен. Светопередающая пластинка 17 была обеспечена только между блоками 13а и 13b сцинтиллятора, как показано на Фиг. 10.
Детектор излучения был облучен гамма-лучами в 662 кэВ из источника излучения на основе цезия 137. Позиция излучения света было определено путем использования блока 16 определения позиции с конфигурацией, изображенной на Фиг. 4. Фиг. 11 изображает полученную трехмерную карту. На Фиг. 11 можно увидеть, что карта искажена по отношению к информации позиции излучения света (со ссылкой на В на Фиг. 11), излученного блоками 13а и 13b сцинтиллятора, между которыми вложена светопередающая пластина 17, и характеристика позиционного разрешения в направлениях x и y ухудшается. Однако понятно, что информация позиции излучения света, излученного блоками 13 сцинтиллятора, четко получена. Другими словами, понятно, что влияние светопередающей пластины 17, расположенной между блоками 13а и 13b сцинтиллятора, ограничено только ее окрестностью, и информация позиции излучения света четко получена в других участках.
Сравнительный пример 1
В сравнительном примере 1, был изготовлен детектор излучения, в котором блоки сцинтиллятора были упорядочены трехмерным образом (4×4×4). Блок 13 сцинтиллятора является кристаллом Ce:GAGG. Вложенный слой, который сформирован клейким материалом на силиконовой основе, через который передается свет сцинтиллятора и который имеет толщину 100 мкм, был обеспечен на всех граничных поверхностях блока сцинтиллятора. Дополнительно, все боковые поверхности трехмерного многослойного сцинтиллятора, полученного посредством трехмерного упорядочивания (4×4×4) блоков 13 сцинтиллятора, были покрыты светоизолирующим слоем. Дополнительно, элементы приема света были силиконовыми фотоэлектронными умножителями, каждый из которых имел поверхность приема света 3 мм × 3 мм.
Детектор излучения был облучен гамма-лучами в 662 кэВ из источника излучения на основе цезия 137, и сигнал импульса напряжения, выдаваемый с каждого из силиконовых фотоэлектронных умножителей, был проанализирован с помощью уравнения (1). Фиг. 12 изображает полученную двумерную карту. Спектр позиционного разрешения в направлениях x и y искажен в направлении центра по сравнению с трехмерной картой на Фиг. 11, полученной в примере 4, и, таким образом, характеристика выявления позиции ухудшается.
Фиг. 13 изображает спектр позиционного разрешения в направлении глубины (направлении z), полученный в сравнительном примере 1. Понятно, что смежные спектры позиционного разрешения ближе друг к другу, чем в спектре на Фиг. 9, полученном в примере 3, и, таким образом, характеристика позиционного разрешения ухудшается.
Сравнительный пример 2
В сравнительном примере 2 был изготовлен детектор излучения, в котором блоки сцинтиллятора были упорядочены трехмерным образом (4×4×4). Блок 13 сцинтиллятора является кристаллом Ce:GAGG. Воздушный слой толщиной 10 мкм был обеспечен на всех граничных поверхностях блока сцинтиллятора в качестве вложенного слоя. Дополнительно, все боковые поверхности трехмерного многослойного сцинтиллятора, полученного посредством трехмерного упорядочивания (4×4×4) блоков 13 сцинтиллятора, были покрыты светоизолирующим слоем. Дополнительно, элементы приема света были силиконовыми фотоэлектронными умножителями, каждый из которых имел поверхность приема света 3 мм × 3 мм.
Детектор излучения был облучен гамма-лучами в 662 кэВ из источника излучения на основе цезия 137 и сигнал импульса напряжения, выдаваемый с каждого из силиконовых фотоэлектронных умножителей, был проанализирован с помощью уравнения (1). Фиг. 14 изображает полученную двумерную карту. Спектр позиционного разрешения искажен в направлении центра по сравнению с двумерной картой на Фиг. 11, полученной в примере 4, и, таким образом, характеристика дискриминации позиции ухудшается.
Фиг. 15 изображает спектр позиционного разрешения в направлении глубины (направлении z), полученный в сравнительном примере 2.
Когда «расстояние между пиками/FWHM», которое является показателем позиционного разрешения, и «максимальное значение счета пиков/значение счета впадин между пиками», которое является показателем отношения S/N позиционного разрешения, сравнивают между сравнительными примерами 1 и 2 и примером 3, то это приводит к характеристике позиционного разрешения в направлении глубины (направлении z) согласно Таблице 1.
Таблица 1
Расстояние между пиками/FWHM
Максимальное значение счета пиков/Значение счета долин между пиками
Пример 3
3,73
7,95
Сравнительный пример 1
1,53
2,85
Сравнительный пример 2
3,65
7,22
По отношению к характеристике «расстояние между пиками/FWHM», чем больше ее значение, тем лучше показатель выявления позиции, но значение в сравнительном примере 1 равно 1,53, что мало. В общем, в случае, когда значение равно или меньше, чем 2, показатель позиционного разрешения не оптимален, и, таким образом, он не может быть использован в устройстве визуализации, как, например, РЕТ. Дополнительно, по отношению к «максимальному значению счета пиков/значению счета долин между пиками», чем больше его значение, тем лучше показатель выявления позиции, и, таким образом, тем лучше отношение S/N, но значение в сравнительном примере 1 равно 2,85, что мало. Так как отношение S/N является малым, то около 1/3 всех значений счета не может быть использовано, когда выполняется выявление позиции, и, таким образом, чувствительность детектора ухудшается в случае использования в качестве детектора излучения. Позиционное разрешение в направлении глубины (направлении z) в сравнительном примере 2 выше, чем в сравнительном примере 1, но спектр позиционного разрешения в направлениях x и y искажен по направлению к центру, и, таким образом, характеристика выявления позиции ухудшается. В сравнительных примерах 1 и 2, граничная поверхность блоков сцинтиллятора в направлениях x и y служит не в качестве светоизолирующего слоя, но в качестве вложенного слоя, через который передается свет сцинтиллятора. Следовательно, свет сцинтиллятора, сгенерированный блоками сцинтиллятора, распространяется трехмерным образом не только в направлении z, но также и в направлениях x и y. По этой причине, считается, что в результате позиционное разрешение ухудшается.
Как указано выше, в соответствии с детектором излучения настоящего изобретения возможно получить точную информацию об излучении, которое исходит из слоя сцинтилляторов, оптически соединенного с элементами приема света, и возможно достигнуть детектора излучения, обеспеченного функцией трехмерного обнаружения позиции, имеющей высокую точность позиционного разрешения. Так как нет необходимости использовать различные типы элементов сцинтиллятора, имеющих различную долговечность эксплуатации флуоресценции или сложную трехмерную матрицу, в которой отражающий материал и светопередающая пластина скомбинированы, то, в отличие от способа существующего уровня техники, становится легче производить трехмерную матрицу, в которой уложенные слоями сцинтилляторы скомбинированы, и нет затруднения в том, что энергетическое разрешение ухудшается.
Детектор излучения типа трехмерного распознавания позиции согласно настоящему изобретению имеет конфигурацию, в которой элементы приема света скомбинированы с верхней и нижней поверхностями трехмерной матрицы, и не имеет конфигурацию, в которой элементы приема света скомбинированы с шестью поверхностями в кубической матрице, в отличие от способа существующего уровня техники. Следовательно, детекторы могут быть легко соединены друг с другом в форме, как, например, в форме пластины или в форме кольца. Если детектор излучения используют в позитронно-эмиссионной томографии (РЕТ), то возможно получить позиционную информацию реакции излучения с помощью простой конфигурации схемы.
Дополнительно, как раскрыто в непатентном документе 1, позиционное разрешение в существующем уровне техники равно около 1 мм. Напротив, как описано в примерах, в соответствии с настоящим изобретением, возможно реализовать разрешение около 0.3 мм, в принципе путем сокращения толщины блока сцинтиллятора. Дополнительно, в соответствии с настоящим изобретением, так как боковая поверхность модуля, уложенного слоями в направлении z, покрыта светоизолирующим слоем или светоизолирующим слоем, имеющим функцию отражения, то рассеивание света не происходит в направлениях x и y, и свет эффективно достигает элемента приема света. Следовательно, количество излученного света может быть увеличено, и, таким образом, энергетическое разрешение также может быть увеличено.
Как указано выше, в соответствии с настоящим изобретением, обеспечен детектор излучения, который реализует более высокое позиционное разрешение в направлении глубины сцинтиллятора и направлении плоскости, в отличие от существующего уровня техники, при этом с относительно простой структурой.
Настоящая заявка основана и притязает на приоритет японской заявки на патент №2011-289480, поданной 28 декабря 2011 года, полное содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.