JP2009121929A - 放射線位置検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線入射方向に対する放射線入射位置及び放射線量の検出精度のばらつきを抑えることができる放射線位置検出器を提供する。
【解決手段】放射線位置検出器１Ａは、放射線の吸収に応じてシンチレーション光を発生する複数のシンチレータセル１１がＭ行Ｎ列（ただし、Ｍ，Ｎは３以上の整数）に２次元配列されたシンチレータアレイがＫ層（ただし、Ｋは２以上の整数）積層されて成る多面体状のシンチレータブロック１０Ａと、シンチレータブロック１０Ａの表面と光学的に結合された複数の光センサ２０とを備える。各光センサ２０は、シンチレータブロック１０Ａにおける多面体の頂点を構成する全てのシンチレータセル１１のそれぞれに対応して設けられ、当該シンチレータセル１１の表面と光学的に結合されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、シンチレータブロックと光センサとを含む放射線位置検出器に関するものである。

放射線位置検出器は、例えばＰＥＴ（PositronEmission Tomography）装置に用いられる。ＰＥＴ装置に用いられる放射線位置検出器は、陽電子放出アイソトープ（ＲＩ線源）が投入された被検体内における電子・陽電子の対消滅に伴って発生し互いに逆方向に飛行する一対のガンマ線を検出する。ＰＥＴ装置は、複数の放射線位置検出器を利用した同時計数法により一対のガンマ線を検出し、この同時計数情報を蓄積してヒストグラムを作成する。そして、ＰＥＴ装置は、このヒストグラムに基づいて、測定空間における一対のガンマ線の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する。このＰＥＴ装置は核医学分野等で重要な役割を果たしており、これを用いて例えば生体機能や脳の高次機能の研究を行うことができる。

このようなＰＥＴ装置等において好適に用いられる放射線位置検出器として、複数のシンチレータセルを３次元に配列したシンチレータブロックと、光センサとを備えているものがある（例えば特許文献１を参照）。シンチレータブロックは、入射したガンマ線を吸収してシンチレーション光を発生する。光センサは、シンチレータブロック表面における複数の位置に取り付けられ、シンチレーション光を検出する。このような構成により、シンチレータブロックにおけるガンマ線入射位置およびガンマ線量が特定される。
特開２００７−９３３７６号公報

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、最下層に配置されたシンチレータ表面と対向するようにしか受光素子（光センサ）が配置されていないため、高さ方向（すなわち、底面を直交座標系におけるＸＹ平面と仮定したときのＺ軸方向）における放射線入射位置の検出精度が低い。また、受光素子側から入射した放射線における放射線入射位置の検出精度並びに放射線量の検出感度及び精度が低い。したがって、放射線位置検出器への放射線の入射方向によってこれらの検出精度がばらついてしまう。

本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、放射線入射方向に対する放射線入射位置及び放射線量の検出精度のばらつきを抑えることができる放射線位置検出器を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明による第１の放射線位置検出器は、放射線の吸収に応じてシンチレーション光を発生する複数のシンチレータセルがＭ行Ｎ列（ただし、Ｍ，Ｎは３以上の整数）に２次元配列されたシンチレータアレイがＫ層（ただし、Ｋは２以上の整数）積層されて成る多面体状のシンチレータブロックと、シンチレータブロックの表面と光学的に結合された複数の光センサとを備え、各光センサが、シンチレータブロックにおける多面体の頂点を構成する全てのシンチレータセルのそれぞれに対応して設けられ、当該シンチレータセルの表面と光学的に結合されていることを特徴とする。

また、本発明による第２の放射線位置検出器は、放射線の吸収に応じてシンチレーション光を発生する複数のシンチレータセルがＭ行Ｎ列（ただし、Ｍ，Ｎは３以上の整数）に２次元配列されたシンチレータアレイがＫ層（ただし、Ｋは２以上の整数）積層されて成る多面体状のシンチレータブロックと、シンチレータブロックの表面と光学的に結合された複数の光センサとを備え、各光センサが、シンチレータブロックにおける多面体の辺を構成し且つ頂点を構成しない全てのシンチレータセルのそれぞれに対応して設けられ、当該シンチレータセルの表面と光学的に結合されていることを特徴とする。

上記した第１及び第２の放射線位置検出器においては、複数の光センサの各々が、（１）シンチレータブロックにおける多面体の頂点を構成する全てのシンチレータセルのそれぞれに対応して設けられ、当該シンチレータセルの表面と光学的に結合されているか、或いは（２）複数の光センサの各々が、シンチレータブロックにおける多面体の辺を構成し且つ頂点を構成しない全てのシンチレータセルのそれぞれに対応して設けられ、当該シンチレータセルの表面と光学的に結合されている。これらの構成（１）、（２）のうち少なくとも一方の構成でもって複数の光センサが配置されることにより、シンチレータブロックの最下層に限らず全ての層に対してバランス良く且つ効率よく光センサが配置されるので、シンチレータブロックの列方向、行方向、及び積層方向それぞれにおける放射線入射位置及び放射線量の検出精度を均等に高めることができる。したがって、上記した第１及び第２の放射線位置検出器によれば、放射線入射方向に対する放射線入射位置及び放射線量の検出精度のばらつきを好適に抑えることができる。

なお、上記構成（１）には、上記構成（２）と比較してより少ない光センサによって放射線入射位置及び放射線量を好適に検出できるという利点がある。例えばシンチレータブロックが六面体である場合、上記構成（２）では１２本の辺に対応して少なくとも１２個の光センサが必要となるが、上記構成（１）では８つの頂点に対応する８個の光センサで済ませることができる。また、上記構成（２）には、上記構成（１）と比較してより高い精度で放射線線入射位置及び放射線量を検出できるという利点がある。例えば、シンチレータブロックが、直方体状のシンチレータセルを３行、３列、及び３層に配列して成る場合を考える。上記構成（１）では、光センサと光学的に結合されないシンチレータセル（以下、非結合セルという。但し、シンチレータブロックの中心に配置されたシンチレータセルを除く。）の面のうち、光センサと光学的に結合されるシンチレータセル（以下、結合セルという）に隣接する面の数が２であるのに対し、上記構成（２）では、非結合セルの面のうち結合セルに隣接する面の数は３または４となる。したがって、構成（２）では、非結合セルの発光に対する光検出精度が構成（１）より向上するので、より高い精度で放射線入射位置及び放射線量を検出できる。

また、放射線位置検出器は、シンチレータブロックにおける多面体の辺を構成せず頂点も構成しないシンチレータセルの表面と光学的に結合された別の光センサを更に備えることを特徴としてもよい。このように、シンチレータブロックの頂点や辺を構成しないシンチレータセルに対して上記複数の光センサとは別の光センサを補助的に設けることにより、放射線入射位置及び放射線量の検出精度を更に高めることができる。また、この場合、上記別の光センサが、シンチレータブロックにおける多面体の面の中心を構成するシンチレータセルの表面と光学的に結合されていると尚良い。

また、放射線位置検出器は、シンチレータブロックが立方体状であることを特徴としてもよい。すなわち、シンチレータブロックの行方向、列方向、および積層方向におけるシンチレータブロックの寸法を互いに等しくすることによって、各方向における検出精度のばらつきを効果的に抑えることができる。また、この場合、複数のシンチレータセルが立方体状であると尚良く、これによりシンチレータブロックの行方向、列方向、および積層方向におけるシンチレータセルの配列数が互いに等しくなり、各方向における放射線入射位置の分解能を均一にできる。

本発明による放射線位置検出器によれば、放射線入射方向に対する放射線入射位置及び放射線量の検出精度のばらつきを好適に抑えることができる。また、少ない受光素子で構成できるためコストを抑えることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明による放射線位置検出器の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図においては説明の便宜の為にＸＹＺ直交座標系が示されている。

（第１の実施の形態）
まず、本発明に係る放射線位置検出器の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る放射線位置検出器１Ａの外観を示す斜視図である。また、図２は、図１に示す放射線位置検出器１Ａの分解斜視図である。放射線位置検出器１Ａは、シンチレータブロック１０Ａ、複数の光センサ２０、及び反射材３０を備えている。

シンチレータブロック１０Ａは、複数のシンチレータセル１１からなる多面体状の外観を有している。本実施形態のシンチレータブロック１０Ａは、立方体状の外観を有しており、複数の立方体状のシンチレータセル１１が３行３列に配列されて成るシンチレータアレイ１２（図２参照）が３層積層されることにより構成されている。各シンチレータセル１１は、ガンマ線などの放射線を吸収し、その線量に応じた強さのシンチレーション光を発生する。このようなシンチレータセル１１は、例えばＣｅがドープされたＧｄ₂ＳｉＯ₅（ＧＳＯ）、Ｌｕ₂ＳｉＯ₅（ＬＳＯ）やＢｉ₄Ｇｅ₃Ｏ₁₂（ＢＧＯ）によって好適に構成される。

複数のシンチレータセル１１の全ての表面には、鏡面研磨処理もしくは粗研磨処理が施されている。具体的には、図２に示すように、複数のシンチレータセル１１の表面のうち、シンチレータブロック１０Ａの底面、側面、または上面を構成する面には粗研磨処理が施されている。但し、シンチレータブロック１０Ａの底面、側面、または上面を構成する面であっても、後述する光センサ２０が取り付けられる部分には鏡面研磨処理が施されている。また、複数のシンチレータセル１１の表面のうち、隣接するシンチレータセル１１と対向する面には鏡面研磨処理が施されている。なお、本実施形態では、互いに隣接するシンチレータセル１１同士の隙間には屈折率調整材等は配置されておらず、該隙間は空気層となっている。

複数の光センサ２０は、例えばＭＰＰＣ（Multi-Pixel Photon Counter）といった半導体光検出素子である。ＭＰＰＣは、複数のガイガーモードＡＰＤ（アバランシェフォトダイオード）のピクセルから成るフォトンカウンティングデバイスである。各光センサ２０は、その光検出面がシンチレータブロック１０Ａの表面と対向するようにシンチレータブロック１０Ａ上に取り付けられることにより、シンチレータブロック１０Ａと光学的に結合されている。具体的には、各光センサ２０は、それぞれ異なるシンチレータセル１１の一つの面上に配置されている。光センサ２０が配置されるシンチレータセル１１は、シンチレータブロック１０Ａにおける多面体（本実施形態では立方体）の頂点を構成する全てのシンチレータセルである。光センサ２０はこれらのシンチレータセル１１のそれぞれに対して一個ずつ配置され、対応するシンチレータセル１１の一つの面と光学的に結合されている。なお、本実施形態では、シンチレータブロック１０Ａにおいて立方体の頂点を構成する８個のシンチレータセル１１に取り付けられた８個の光センサ２０のうち、４個の光センサ２０が、当該立方体の一つの側面を構成するシンチレータセル１１の面上に配置され、他の４個の光センサ２０が、該一つの側面とは反対側の側面を構成するシンチレータセル１１の面上に配置されている。

ここで、シンチレータブロック１０Ａを構成する複数のシンチレータセル１１のうち、Ｘ座標、Ｙ座標、及びＺ座標が最も小さいシンチレータセル１１をＣ_1,1,1と表し、このＣ_1,1,1を基準としてＸ軸方向に第ｍ番目に配置され、Ｙ軸方向に第ｎ番目に配置され、Ｚ軸方向に第ｋ番目に配置されたシンチレータセル１１をＣ_m,n,kと表すと、光センサ２０は、複数のシンチレータセル１１のうちＣ_1,1,1、Ｃ_1,1,3、Ｃ_1,3,1、Ｃ_1,3,3、Ｃ_3,1,1、Ｃ_3,1,3、Ｃ_3,3,1、及びＣ_3,3,3の各シンチレータセル１１の面上に配置されている。また、これらの光センサ２０は、上記各シンチレータセル１１の露出面のうちＸＺ平面に沿った（Ｙ軸と交差する）面上に配置されている。

反射材３０は、シンチレータブロック１０Ａの表面のうち、光センサ２０が設けられていない部分を全て覆うように配置されている。前述したように、光センサ２０が設けられていないシンチレータブロック１０Ａの表面には粗研磨処理が施されており、反射材３０は、この粗研磨面に到達したシンチレーション光が外部へ洩れることを防ぐ。

以上の構成を備える放射線位置検出器１Ａを用いた、放射線入射位置および放射線量の検出方法を説明する。図３は、放射線位置検出器１Ａの側断面図である。図３において、例えばシンチレータブロック１０Ａ内の点Ｏでシンチレーション光Ｌが発生した場合、このシンチレーション光Ｌは周囲に均等に拡散する。そして、シンチレーション光Ｌの光子がいずれかの光センサ２０へ到達するまでの経路としては、以下の３つが考えられる。
１．光子が途中で反射することなく光センサ２０に直接到達する経路（図中の経路Ａ₁）

この場合、各光センサ２０において検出される光子数は点Ｏから当該光センサ２０までの距離に依存し、点Ｏからより近い光センサ２０ほど、該光子を検出する確率が高い。
２．光子がシンチレータセル１１の粗研磨面（拡散面）で拡散して光センサ２０に到達する経路（図中の経路Ａ₂）

この場合、拡散面に達した光子が反射する方向は不規則となるが、反射した位置からより近い光センサ２０で検出される確率が高くなる。その結果、点Ｏからより近い光センサ２０ほど、該光子を検出する確率が高くなる。
３．光子がシンチレータセル１１と空気層との境界面で全反射して光センサ２０に到達する経路（図中の経路Ａ₃）

光子がシンチレータセル１１と空気層との境界面に臨界角以上の角度で入射した場合には、該光子は全反射する。これにより、光の拡がりが抑制され、位置分解能が向上する。

このように、放射線位置検出器１Ａにおいては、放射線入射位置に近い光センサ２０ほどシンチレーション光Ｌの光子を多く検出することとなる。したがって、放射線入射位置を求める方法としては、次に示す重心演算が好適である。すなわち、或るシンチレータＣ_m,n,kに配置された光センサ２０において検出される光子数をＰ_m,n,kとすると、放射線入射位置（ｘ，ｙ，ｚ）は、
ｘ＝｛Ｐ_3,1,1＋Ｐ_3,1,3＋Ｐ_3,3,1＋Ｐ_3,3,3｝／Ｐ
ｙ＝｛Ｐ_1,3,1＋Ｐ_1,3,3＋Ｐ_3,3,1＋Ｐ_3,3,3｝／Ｐ
ｚ＝｛Ｐ_1,1,3＋Ｐ_1,3,3＋Ｐ_3,1,3＋Ｐ_3,3,3｝／Ｐ
（但し、Ｐは全ての光センサ２０に入射した総光子数）
として算出される。

本実施形態による放射線位置検出器１Ａにおいては、複数の光センサ２０の各々が、シンチレータブロック１０Ａにおける立方体の頂点を構成する全てのシンチレータセル１１（すなわち、Ｃ_1,1,1、Ｃ_1,1,3、Ｃ_1,3,1、Ｃ_1,3,3、Ｃ_3,1,1、Ｃ_3,1,3、Ｃ_3,3,1、及びＣ_3,3,3の各シンチレータセル１１）のそれぞれに対応して設けられ、当該シンチレータセル１１の表面と光学的に結合されている。これにより、シンチレータブロック１０Ａの最下層に限らず全ての層に対してバランス良く且つ効率よく光センサ２０が配置されるので、シンチレータブロック１０Ａの行方向（Ｘ軸方向）、列方向（Ｙ軸方向）、及び積層方向（Ｚ軸方向）それぞれにおける放射線入射位置及び放射線量の検出精度を均等に高めることができる。したがって、本実施形態の放射線位置検出器１Ａによれば、放射線入射方向に対する放射線入射位置及び放射線量の検出精度のばらつきを好適に抑えることができる。

また、本実施形態のように、シンチレータブロック１０Ａは立方体状であることが好ましい。すなわち、シンチレータブロック１０Ａの行方向（Ｘ軸方向）、列方向（Ｙ軸方向）、および積層方向（Ｚ軸方向）におけるシンチレータブロック１０Ａの寸法を互いに等しくすることによって、各方向における検出精度のばらつきを効果的に抑えることができる。また、この場合、複数のシンチレータセル１１が立方体状であることがより好ましい。これにより、シンチレータブロック１０Ａの行方向（Ｘ軸方向）、列方向（Ｙ軸方向）、および積層方向（Ｚ軸方向）におけるシンチレータセル１１の配列数が互いに等しくなり、各方向における放射線入射位置の分解能を均一にできる。

なお、本実施形態においてはシンチレータブロック１０Ａの一つの側面上に４個の光センサ２０を配置し、該側面とは反対側の側面上に他の４個の光センサ２０を配置した例を説明したが、光センサ２０の配置方向はこれに限られるものではなく、例えば図４に示された放射線位置検出器１Ｂのように、或る光センサ２０が上記２側面とは異なる面上（例えばシンチレータブロック１０Ａの上面上や底面上）に配置されてもよい。このような形態であっても、複数の光センサ２０の各々が、シンチレータブロック１０Ａにおける立方体の頂点を構成する全てのシンチレータセル１１それぞれの表面と光学的に結合されていれば、上記効果を好適に奏することができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明に係る放射線位置検出器の第２実施形態について説明する。図５は、本実施形態に係る放射線位置検出器１Ｃの外観を示す斜視図である。また、図６は、図５に示す放射線位置検出器１Ｃの分解斜視図である。放射線位置検出器１Ｃは、シンチレータブロック１０Ｃ、複数の光センサ２０、及び反射材３０を備えている。

本実施形態の放射線位置検出器１Ｃと第１実施形態の放射線位置検出器１Ａとの相違点は、シンチレータブロックの形状、およびシンチレータブロックに含まれるシンチレータセル１１の個数である。すなわち、本実施形態のシンチレータブロック１０Ｃは、直方体状の外観を有しており、複数の立方体状のシンチレータセル１１が４行３列に配列されて成るシンチレータアレイ１３（図６参照）が４層積層されることにより構成されている。なお、上記した第１実施形態と同様に、複数のシンチレータセル１１の表面のうち、シンチレータブロック１０Ｃの底面、側面、または上面を構成する面は、光センサ２０が取り付けられる部分を除いて粗研磨処理が施されており、残りの面には鏡面研磨処理が施されている。また、互いに隣接するシンチレータセル１１同士の隙間が空気層となっている点も、第１実施形態と同様である。

複数の光センサ２０は、シンチレータブロック１０Ｃにおける直方体の頂点を構成する全てのシンチレータセル１１のそれぞれに対応して一個ずつ配置され、対応するシンチレータセル１１の一つの面と光学的に結合されている。すなわち、本実施形態の光センサ２０は、複数のシンチレータセル１１のうちＣ_1,1,1、Ｃ_1,1,4、Ｃ_1,3,1、Ｃ_1,3,4、Ｃ_4,1,1、Ｃ_4,1,4、Ｃ_4,3,1、及びＣ_4,3,4の各シンチレータセル１１の面上に配置されている。これにより、シンチレータブロック１０Ｃの最下層に限らず全ての層に対してバランス良く且つ効率よく光センサ２０が配置されるので、シンチレータブロック１０Ｃの行方向（Ｘ軸方向）、列方向（Ｙ軸方向）、及び積層方向（Ｚ軸方向）それぞれにおける放射線入射位置及び放射線量の検出精度を均等に高めることができる。したがって、本実施形態の放射線位置検出器１Ｃによれば、放射線入射方向に対する放射線入射位置及び放射線量の検出精度のばらつきを好適に抑えることができる。

また、本実施形態の放射線位置検出器１Ｃは、第１実施形態の放射線位置検出器１Ａと比較して次のような利点がある。すなわち、シンチレータブロック１０Ｃの行方向（Ｘ軸方向）および積層方向（Ｚ軸方向）におけるシンチレータセル１１の個数（４個）が、第１実施形態のシンチレータブロック１０Ａにおける当該個数（３個）より多いにもかかわらず、光センサ２０の個数は互いに等しい。したがって、シンチレータブロックの体積に対し必要とする光センサ２０の個数の比が小さくて済むので、コストを低減できる。

これに対し、第１実施形態の放射線位置検出器１Ａは、本実施形態の放射線位置検出器１Ｃと比較して次のような利点がある。すなわち、シンチレータブロック１０Ａの体積が小さい分、シンチレーション光が光センサ２０に到達するまでの距離が短くなるので、放射線入射位置及び放射線量の検出精度を高めることができる。また、シンチレータブロック１０Ａを立方体状とし、行方向、列方向、および積層方向の寸法を同一とすることで、各方向における検出精度のばらつきを効果的に抑えることができる。更に、シンチレータブロック１０Ａの行方向、列方向、および積層方向におけるシンチレータセル１１の配列数を互いに等しくすることで、各方向における放射線入射位置の分解能を均一にできる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明に係る放射線位置検出器の第３実施形態について説明する。図７は、本実施形態に係る放射線位置検出器１Ｄの外観を示す斜視図である。また、図８は、図７に示す放射線位置検出器１Ｄの分解斜視図である。放射線位置検出器１Ｄは、シンチレータブロック１０Ａ、複数の光センサ２０、及び反射材３０を備えている。シンチレータブロック１０Ａの構成は第１実施形態と同様であり、シンチレータブロック１０Ａは、複数の立方体状のシンチレータセル１１が３行３列に配列されて成るシンチレータアレイ１２が３層積層されることにより構成されている。

本実施形態の放射線位置検出器１Ｄと第１実施形態の放射線位置検出器１Ａとの相違点は、光センサ２０の配置である。すなわち、本実施形態において、複数の光センサ２０は、シンチレータブロック１０Ａにおける立方体の辺を構成し且つ頂点を構成しない全てのシンチレータセル１１のそれぞれに対応して一個ずつ配置され、対応するシンチレータセル１１の一つの面と光学的に結合されている。また、これらの光センサ２０は、シンチレータブロック１０Ａの各側面、上面および底面のそれぞれに２個ずつ配置されている。

具体的には、本実施形態の光センサ２０は、複数のシンチレータセル１１のうちＣ_1,1,2、Ｃ_1,2,1、Ｃ_1,2,3、Ｃ_1,3,2、Ｃ_2,1,1、Ｃ_2,3,1、Ｃ_2,1,3、Ｃ_2,3,3、Ｃ_3,1,2、Ｃ_3,2,1、Ｃ_3,2,3、及びＣ_3,3,2の各シンチレータセル１１の面上に配置されている。Ｃ_1,1,2およびＣ_3,1,2の面上に配置された光センサ２０は、シンチレータブロック１０Ａの側面のうちＸＺ平面に沿っておりＹ軸の負方向を向く側面上に配置されている。Ｃ_1,3,2およびＣ_3,3,2の面上に配置された光センサ２０は、シンチレータブロック１０Ａの側面のうちＸＺ平面に沿っておりＹ軸の正方向を向く側面上に配置されている。Ｃ_1,2,1およびＣ_1,2,3の面上に配置された光センサ２０は、シンチレータブロック１０Ａの側面のうちＹＺ平面に沿っておりＸ軸の負方向を向く側面上に配置されている。Ｃ_3,2,1およびＣ_3,2,3の面上に配置された光センサ２０は、シンチレータブロック１０Ａの側面のうちＹＺ平面に沿っておりＸ軸の正方向を向く側面上に配置されている。Ｃ_2,1,1およびＣ_2,3,1の面上に配置された光センサ２０は、シンチレータブロック１０Ａの側面のうちＸＹ平面に沿っておりＺ軸の負方向を向く側面上に配置されている。Ｃ_2,1,3およびＣ_2,3,3の面上に配置された光センサ２０は、シンチレータブロック１０Ａの側面のうちＸＹ平面に沿っておりＺ軸の正方向を向く側面上に配置されている。

本実施形態による放射線位置検出器１Ｄにおいては、複数の光センサ２０の各々が、シンチレータブロック１０Ａにおける立方体の辺を構成し且つ頂点を構成しない全てのシンチレータセル１１（すなわち、Ｃ_1,1,2、Ｃ_1,2,1、Ｃ_1,2,3、Ｃ_1,3,2、Ｃ_2,1,1、Ｃ_2,3,1、Ｃ_2,1,3、Ｃ_2,3,3、Ｃ_3,1,2、Ｃ_3,2,1、Ｃ_3,2,3、及びＣ_3,3,2の各シンチレータセル１１）のそれぞれに対応して設けられ、当該シンチレータセル１１の表面と光学的に結合されている。これにより、シンチレータブロック１０Ａの最下層に限らず全ての層に対してバランス良く且つ効率よく光センサ２０が配置されるので、シンチレータブロック１０Ａの行方向（Ｘ軸方向）、列方向（Ｙ軸方向）、及び積層方向（Ｚ軸方向）それぞれにおける放射線入射位置及び放射線量の検出精度を均等に高めることができる。したがって、本実施形態の放射線位置検出器１Ｄによれば、放射線入射方向に対する放射線入射位置及び放射線量の検出精度のばらつきを好適に抑えることができる。

また、本実施形態の放射線位置検出器１Ｄには、第１実施形態の放射線位置検出器１Ａと比較してより高い精度で放射線線入射位置及び放射線量を検出できるという利点がある。すなわち、第１実施形態の放射線位置検出器１Ａおよび本実施形態の放射線位置検出器１Ｄは共に、シンチレータセル１１を３行、３列、及び３層に配列してなるシンチレータブロック１０Ａを備えている。そして、第１実施形態では、光センサ２０と光学的に結合されない非結合セル（但し、シンチレータブロック１０Ａの中心に配置されたシンチレータセルＣ_2,2,2を除く。）の面のうち、光センサ２０と光学的に結合される結合セルに隣接する面の数が２であるのに対し、本実施形態では、非結合セルの面のうち結合セルに隣接する面の数は３または４となる。したがって、本実施形態によれば、非結合セルの発光に対する光検出精度が第１実施形態より向上するので、より高い精度で放射線入射位置及び放射線量を検出できる。

これに対し、第１実施形態の放射線位置検出器１Ａには、本実施形態の放射線位置検出器１Ｄと比較してより少ない光センサ２０によって放射線入射位置及び放射線量を好適に検出できるという利点がある。すなわち、これらの実施形態のようにシンチレータブロック１０Ａが六面体である場合、本実施形態の放射線位置検出器１Ｄでは１２本の辺に対応して少なくとも１２個の光センサ２０が必要となるが、第１実施形態の放射線位置検出器１Ａでは８つの頂点に対応する８個の光センサ２０で済ませることができる。

なお、本実施形態においてはシンチレータブロック１０Ａの各側面、底面および上面に光センサ２０が２個ずつ配置された例を説明したが、光センサ２０の配置方向はこれに限られるものではなく、各面における光センサ２０の配置数に偏りがあってもよい。このような形態であっても、複数の光センサ２０の各々が、シンチレータブロック１０Ａにおける立方体の辺を構成し且つ頂点を構成しない全てのシンチレータセル１１それぞれの表面と光学的に結合されていれば、上記効果を好適に奏することができる。

（第４の実施の形態）
次に、本発明に係る放射線位置検出器の第４実施形態について説明する。図９は、本実施形態に係る放射線位置検出器１Ｅの外観を示す斜視図である。また、図１０は、図９に示す放射線位置検出器１Ｅの分解斜視図である。放射線位置検出器１Ｅは、シンチレータブロック１０Ｅ、複数の光センサ２０、及び反射材３０を備えている。

本実施形態の放射線位置検出器１Ｅと第１実施形態の放射線位置検出器１Ａとの相違点は、シンチレータブロックに含まれるシンチレータセル１１の個数、および光センサ２０の配置である。すなわち、本実施形態のシンチレータブロック１０Ｅは、立方体状の外観を有しており、立方体状のシンチレータセル１１が５行５列に配列されて成るシンチレータアレイ１４（図１０参照）が５層積層されることにより構成されている。なお、第１実施形態と同様に、複数のシンチレータセル１１の表面のうち、シンチレータブロック１０Ｅの底面、側面、または上面を構成する面は、光センサ２０が取り付けられる部分を除いて粗研磨処理が施されており、残りの面には鏡面研磨処理が施されている。また、互いに隣接するシンチレータセル１１同士の隙間が空気層となっている点も、第１実施形態と同様である。

複数の光センサ２０は、シンチレータブロック１０Ｅにおける立方体の頂点を構成する全てのシンチレータセル１１のそれぞれに対応して一個ずつ配置され、対応するシンチレータセル１１の一つの面と光学的に結合されている。すなわち、本実施形態の光センサ２０は、複数のシンチレータセル１１のうちＣ_1,1,1、Ｃ_1,1,5、Ｃ_1,5,1、Ｃ_1,5,5、Ｃ_5,1,1、Ｃ_5,1,5、Ｃ_5,5,1、及びＣ_5,5,5の各シンチレータセル１１の面上に配置されている。

また、放射線位置検出器１Ｅは、上記複数の光センサ２０の補助として、シンチレータブロック１０Ｅにおける立方体の辺を構成せず頂点も構成しないシンチレータセル１１の表面と光学的に結合された光センサ２０を更に備えている。本実施形態では、この光センサ２０は、シンチレータブロック１０Ｅにおける立方体の面の中心を構成するシンチレータセル１１の表面と光学的に結合されている。具体的には、この光センサ２０は、複数のシンチレータセル１１のうちＣ_1,3,3、Ｃ_3,1,3、Ｃ_3,3,1、Ｃ_5,3,3、Ｃ_3,5,3、及びＣ_3,3,5の各シンチレータセル１１の面上に配置されている。

本実施形態においては、複数の光センサ２０の各々が、シンチレータブロック１０Ｅにおける立方体の頂点を構成する全てのシンチレータセル１１（すなわち、Ｃ_1,1,1、Ｃ_1,1,5、Ｃ_1,5,1、Ｃ_1,5,5、Ｃ_5,1,1、Ｃ_5,1,5、Ｃ_5,5,1、及びＣ_5,5,5の各シンチレータセル１１）のそれぞれに対応して設けられ、当該シンチレータセル１１の表面と光学的に結合されている。これにより、シンチレータブロック１０Ｅの最下層に限らず全ての層に対してバランス良く且つ効率よく光センサ２０が配置されるので、シンチレータブロック１０Ｅの行方向（Ｘ軸方向）、列方向（Ｙ軸方向）、及び積層方向（Ｚ軸方向）それぞれにおける放射線入射位置及び放射線量の検出精度を均等に高めることができる。したがって、本実施形態の放射線位置検出器１Ｅによれば、放射線入射方向に対する放射線入射位置及び放射線量の検出精度のばらつきを好適に抑えることができる。

更に、本実施形態の放射線位置検出器１Ｅは、シンチレータブロック１０Ｅにおける立方体の辺を構成せず頂点も構成しないシンチレータセル１１の表面と光学的に結合された別の光センサ２０を更に備えている。このように、シンチレータブロック１０Ｅの頂点や辺を構成しないシンチレータセル１１に対して光センサ２０を補助的に設けることにより、放射線入射位置及び放射線量の検出精度を更に高めることができる。そして、本実施形態のように、この光センサ２０が、シンチレータブロック１０Ｅにおける立方体の面の中心を構成するシンチレータセル１１（すなわち、Ｃ_1,3,3、Ｃ_3,1,3、Ｃ_3,3,1、Ｃ_5,3,3、Ｃ_3,5,3、及びＣ_3,3,5の各シンチレータセル１１）の表面と光学的に結合されることで、シンチレータブロック１０Ｅに対してよりバランス良く且つ効率よく光センサ２０を配置できる。

図１１は、本実施形態の放射線位置検出器１Ｅを用いたＰＥＴ装置による計測を概念的に示す図である。図１１において、Ｐは被検体であり、Ｑは被検体Ｐにおいて陽電子放出アイソトープ（ＲＩ線源）が集まった部位である。陽電子放出アイソトープにおける電子・陽電子の対消滅に伴って発生したガンマ線Ｒは、被検者の周囲に配置された複数の放射線位置検出器１Ｅによって検出される。従来のＰＥＴ装置では放射線位置検出器を環状に敷き詰めていたが、本実施形態の放射線位置検出器１Ｅは全方向からの放射線の入射位置および線量をほぼ均一な精度で検出できるので、放射線位置検出器の配置の自由度が増し、関心領域のイメージングに最適な位置に最低限必要な数を配置することが可能となる。したがって、ＰＥＴ装置における放射線位置検出器の個数の低減に寄与できる。本実施形態に限らず、前述した第１〜第３実施形態の放射線位置検出器１Ａ〜１Ｄもまた、このような効果を同様に奏することができる。

本発明による放射線位置検出器は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記した各実施形態ではシンチレータブロックを構成するシンチレータセルの配列として３行３列３層、４行３列４層、及び５行５列５層の場合を例示したが、シンチレータセルの配列はこれらに限られるものではなく、Ｍ行Ｎ列Ｋ層（ただし、Ｍ，Ｎは３以上の整数であり、Ｋは２以上の整数）に配列されていれば、本発明の効果を好適に奏することができる。また、シンチレータブロックの形状は立方体や直方体に限られず、他の多面体であってもよい。また、シンチレータセルの形状は立方体に限られず、直方体や他の多面体であってもよい。

また、第１、第２および第４の実施形態において（１）シンチレータブロックにおける多面体の頂点を構成する全てのシンチレータセルのそれぞれに対応して複数の光センサの各々が設けられた形態を示し、第３実施形態において（２）シンチレータブロックにおける多面体の辺を構成し且つ頂点を構成しない全てのシンチレータセルのそれぞれに対応して複数の光センサの各々が設けられた形態を示したが、これらの形態（１）および形態（２）を組み合わせて放射線位置検出器を構成してもよい。

第１実施形態に係る放射線位置検出器の外観を示す斜視図である。 図１に示す放射線位置検出器の分解斜視図である。 図１に示す放射線位置検出器の側断面図である。 或る光センサがシンチレータブロックの一対の側面とは異なる面上（例えばシンチレータブロックの上面上や底面上）に配置された形態を示す図である。 図５は、第２実施形態に係る放射線位置検出器の外観を示す斜視図である。 図６は、図５に示す放射線位置検出器の分解斜視図である。 図７は、第３実施形態に係る放射線位置検出器の外観を示す斜視図である。 図８は、図７に示す放射線位置検出器の分解斜視図である。 図９は、第４実施形態に係る放射線位置検出器の外観を示す斜視図である。 図１０は、図９に示す放射線位置検出器の分解斜視図である。 図１１は、第４実施形態の放射線位置検出器を用いたＰＥＴ装置による計測を概念的に示す図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｅ…放射線位置検出器、１０Ａ，１０Ｃ，１０Ｅ…シンチレータブロック、１１…シンチレータセル、１２〜１４…シンチレータアレイ、２０…光センサ、３０…反射材、Ｌ…シンチレーション光、Ｐ…被検体、Ｒ…ガンマ線。

Claims (6)

1. 放射線の吸収に応じてシンチレーション光を発生する複数のシンチレータセルがＭ行Ｎ列（ただし、Ｍ，Ｎは３以上の整数）に２次元配列されたシンチレータアレイがＫ層（ただし、Ｋは２以上の整数）積層されて成る多面体状のシンチレータブロックと、
   前記シンチレータブロックの表面と光学的に結合された複数の光センサと
   を備え、
   各光センサが、前記シンチレータブロックにおける多面体の頂点を構成する全ての前記シンチレータセルのそれぞれに対応して設けられ、当該シンチレータセルの表面と光学的に結合されていることを特徴とする、放射線位置検出器。
2. 放射線の吸収に応じてシンチレーション光を発生する複数のシンチレータセルがＭ行Ｎ列（ただし、Ｍ，Ｎは３以上の整数）に２次元配列されたシンチレータアレイがＫ層（ただし、Ｋは２以上の整数）積層されて成る多面体状のシンチレータブロックと、
   前記シンチレータブロックの表面と光学的に結合された複数の光センサと
   を備え、
   各光センサが、前記シンチレータブロックにおける多面体の辺を構成し且つ頂点を構成しない全ての前記シンチレータセルのそれぞれに対応して設けられ、当該シンチレータセルの表面と光学的に結合されていることを特徴とする、放射線位置検出器。
3. 前記シンチレータブロックにおける多面体の辺を構成せず頂点も構成しない前記シンチレータセルの表面と光学的に結合された別の光センサを更に備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の放射線位置検出器。
4. 前記別の光センサが、前記シンチレータブロックにおける多面体の面の中心を構成する前記シンチレータセルの表面と光学的に結合されていることを特徴とする、請求項３に記載の放射線位置検出器。
5. 前記シンチレータブロックが立方体状であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の放射線位置検出器。
6. 前記複数のシンチレータセルが立方体状であることを特徴とする、請求項５に記載の放射線位置検出器。

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