JP6827316B2 - 放射線位置検出方法、放射線位置検出器及びｐｅｔ装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射線位置検出方法、放射線位置検出器及びＰＥＴ装置に関する。

ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置等においては、シンチレータアレイと、光検出器アレイと、を備える放射線位置検出器が用いられている。シンチレータアレイは、２次元に配置された複数のシンチレータを有しており、各シンチレータは、放射線の吸収に応じてシンチレーション光を発生する。光検出器アレイは、複数のシンチレータに対応するように配置された複数の光検出器を有しており、各光検出器は、シンチレーション光の強度に応じて電気信号を出力する。非特許文献１には、各光検出器から出力された電気信号に基づいて、シンチレーション光を検出した位置の重心位置を算出する方法が記載されている。

Thomas Frach,et al.,"The Digital Silicon Photomultiplier SystemArchitecture and Peformance Evaluation", Nuclear Science Symposium ConferenceRecord, IEEE, 2010, pp.1722 -1727.

上述したような放射線位置検出においては、放射線（例えばγ線或いはＸ線）がコンプトン散乱を起こすことで、互いに異なるシンチレータにおいてシンチレーション光が発生する場合がある。このような場合、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータを特定すべきである。しかし、シンチレーション光を検出した位置の重心位置に基づいてシンチレータを特定すると、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータではなく、放射線の散乱後にシンチレーション光を発生したシンチレータを特定するおそれがある。その理由は、コンプトン散乱によって放射線の散乱後に発生したシンチレーション光の強度の方が、最初に発生したシンチレーション光の強度よりも大きくなる傾向があるからである。

本発明は、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータを精度良く特定することができる放射線位置検出方法、放射線位置検出器及びＰＥＴ装置を提供することを目的とする。

本発明の放射線位置検出方法は、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が２次元に配置されたシンチレータアレイと、シンチレーション光の強度に応じて電気信号を出力する複数の光検出器が複数のシンチレータに対応するように配置された光検出器アレイと、を備える放射線位置検出器において実施される放射線位置検出方法であって、電気信号に基づいて、シンチレーション光を検出した位置の重心位置を算出する第１ステップと、複数のシンチレータを識別するための領域が示された２次元マップ、及び重心位置に基づいて、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータを特定する第２ステップと、を含み、２次元マップに示された領域は、複数のシンチレータの１つである第１シンチレータに対応付けられた第１領域と、複数のシンチレータのうち第１シンチレータに隣接する第２シンチレータに対応付けられた第２領域と、第１領域と第２領域との間において第１領域側に位置し且つ第２シンチレータに対応付けられた第３領域と、第１領域と第２領域との間において第２領域側に位置し且つ第１シンチレータに対応付けられた第４領域と、を有し、第２ステップでは、第１領域又は第４領域に重心位置が位置する場合には、第１シンチレータを、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータと特定し、第２領域又は第３領域に重心位置が位置する場合には、第２シンチレータを、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータと特定する。

本発明の放射線位置検出器及びＰＥＴ装置は、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が２次元に配置されたシンチレータアレイと、シンチレーション光の強度に応じて電気信号を出力する複数の光検出器が複数のシンチレータに対応するように配置された光検出器アレイと、電気信号に基づいて、シンチレーション光を検出した位置の重心位置を算出する算出部と、複数のシンチレータを識別するための領域が示された２次元マップ、及び重心位置に基づいて、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータを特定する特定部と、を備え、２次元マップには、複数のシンチレータのうち隣接する第１シンチレータ及び第２シンチレータが示されており、２次元マップに示された領域は、複数のシンチレータの１つである第１シンチレータに対応付けられた第１領域と、複数のシンチレータのうち第１シンチレータに隣接する第２シンチレータに対応付けられた第２領域と、第１領域と第２領域との間において第１領域側に位置し且つ第２シンチレータに対応付けられた第３領域と、第１領域と第２領域との間において第２領域側に位置し且つ第１シンチレータに対応付けられた第４領域と、を有し、特定部は、第１領域又は第４領域に重心位置が位置する場合には、第１シンチレータを、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータと特定し、第２領域又は第３領域に重心位置が位置する場合には、第２シンチレータを、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータと特定する。

本発明の放射線位置検出方法、放射線位置検出器及びＰＥＴ装置では、第１シンチレータのみにおいてシンチレーション光が発生した場合には、シンチレーション光を検出した位置の重心位置が、第１シンチレータに対応付けられた第１領域に位置するから、第１シンチレータが、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータと正しく特定される。第２シンチレータのみにおいてシンチレーション光が発生した場合にも同様に、第２シンチレータが、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータと正しく特定される。ここで、第１シンチレータにおいて放射線がコンプトン散乱を起こすことで、第１シンチレータ及び第２シンチレータのそれぞれにおいてシンチレーション光が発生すると、第２シンチレータにおいて発生したシンチレーション光の強度の方が、第１シンチレータにおいて発生したシンチレーション光の強度よりも大きくなる傾向がある。そのため、シンチレーション光を検出した位置の重心位置が、第１領域と第２領域との間において第２領域側に位置する第４領域に位置する傾向がある。このような場合であっても、第４領域が第１シンチレータに対応付けられているため、第１シンチレータが、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータと正しく特定される。第２シンチレータにおいて放射線がコンプトン散乱を起こすことで、第１シンチレータ及び第２シンチレータのそれぞれにおいてシンチレーション光が発生した場合にも同様に、第２シンチレータが、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータと正しく特定される。よって、本発明の放射線位置検出方法、放射線位置検出器及びＰＥＴ装置によれば、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータを精度良く特定することができる。

複数のシンチレータのそれぞれの間には、シンチレーション光を遮光する遮光層が設けられていてもよい。これにより、シンチレーション光を発生したシンチレータから、そのシンチレータに隣接するシンチレータにシンチレーション光が漏れることが防止されるため、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータをより精度良く特定することができる。

複数の光検出器のそれぞれは、抵抗チェーンに接続されていてもよい。これにより、シンチレーション光を検出した位置の重心位置を容易に且つ正確に算出することができる。

１つの第１シンチレータには、複数の第２シンチレータが隣接しており、複数の第２シンチレータにそれぞれ対応付けられた複数の第３領域は、第５領域を介して互いに離間しており、第２ステップでは、第５領域に重心位置が位置する場合には、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータの特定を行わなくてもよい。これにより、シンチレーション光を検出した位置の重心位置が第５領域に位置する場合を不適切な信号としてとしてキャンセルし、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータの特定を簡易化することができる。

１つの第１シンチレータには、複数の第２シンチレータが隣接しており、複数の第２シンチレータにそれぞれ対応付けられた複数の第３領域は、互いに接触していてもよい。これにより、シンチレーション光を検出した位置の重心位置がいずれの領域に位置する場合にも、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータの特定を実施することができる。

本発明によれば、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータを精度良く特定することができる。

（ａ）は、一実施形態のＰＥＴ装置の概略図である。（ｂ）は、（ａ）のＰＥＴ装置の検出器リングの概略図である。 一実施形態の放射線位置検出器の構成図である。 図２の放射線位置検出器で用いられる２次元マップの一例を示す図である。 一実施形態の放射線位置検出方法を示すフローチャートである。 フラッドマップを示す図である。 フラッドマップが重ねられた従来の２次元マップを示す図である。 コンプトン散乱の指向性を示す図である。 コンプトン散乱角と散乱γ線及び反跳電子のエネルギー値との関係を示す図である。 シンチレータアレイにおいて発生した前方散乱の様子を示す図である。 ＰＥＴ装置においてシンチレータが誤って特定されることによる影響を説明するための図である。 ２次元マップの他の例を示す図である。 ２次元マップの他の例を示す図である。 ２次元マップの他の例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について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。

図１の（ａ）に示されるように、ＰＥＴ装置１は、被検体Ｔが載置されるベッド（図示せず）と、断面円形状の開口を有するガントリ２と、ガントリ２内の検出器リングで検出されたデータが転送される画像処理部３と、を備えている。図１の（ｂ）に示されるように、ＰＥＴ装置１のガントリ２内の検出器リングにおいては、所定線Ｌ０を中心線とする円周上に、複数の放射線位置検出器１０が互いに接触するようにリング状に配置されている。ＰＥＴ装置１は、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（放射線）を検出する装置である。ＰＥＴ装置１によれば、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ことができる。

図２に示されるように、放射線位置検出器１０は、シンチレータアレイ２０と、光検出器アレイ３０と、算出部４０と、特定部５０と、記憶部６０と、を備えている。なお、図１においては、シンチレータアレイ２０及び光検出器アレイ３０が側面図として示されており、算出部４０、特定部５０及び記憶部６０がブロック図として示されている。

シンチレータアレイ２０は、複数のシンチレータ２１と、遮光層２２と、を有している。複数のシンチレータ２１は、２次元に配置されている。本実施形態では、複数のシンチレータ２１は、行方向及び列方向のそれぞれの方向に沿ってマトリックス状に配置されている。各シンチレータ２１は、γ線の吸収に応じてシンチレーション光を発生する。一例として、各シンチレータ２１は、四角柱状を呈している。

遮光層２２は、複数のシンチレータ２１のそれぞれの間、及び複数のシンチレータ２１の外側の表面に設けられている。つまり、遮光層２２は、シンチレータ２１と光検出器３１とが光学的に接続される面を除いてシンチレータ２１を覆っている。遮光層２２は、γ線を通過させる一方で、シンチレータ２１において発生するシンチレーション光を遮光する。遮光層２２は、例えば、テフロン（登録商標）テープや高反射多層膜フィルム等であり、各シンチレータ２１間に挿入されることで構成されている。

光検出器アレイ３０は、複数の光検出器３１と、出力取出部３２と、を有している。複数の光検出器３１は、複数のシンチレータ２１に対応するように配置されている。本実施形態では、複数の光検出器３１は、複数のシンチレータ２１と１対１で対応するように配置されている。シンチレータ２１は、対応する光検出器３１の光検出面上に光学的に接続されている。光検出器３１は、シンチレータ２１において発生したシンチレーション光を検出し、シンチレーション光の強度に応じて電気信号を出力する。一例として、光検出器３１は、ＳｉＰＭ（Silicon Photomultiplier）であり、シンチレーション光の強度に応じて増幅されたパルス状の電気信号を出力する。

出力取出部３２は、抵抗チェーン３３を含んでいる。抵抗チェーン３３には、複数の光検出器３１のそれぞれが接続されている。抵抗チェーン３３では、行方向に隣接する光検出器３１同士、行方向の一端側において列方向に隣接する光検出器３１同士、及び行方向の他端側において列方向に隣接する光検出器３１同士が抵抗３３ａを介して接続されている。各光検出器３１から出力された電気信号は、行方向の一端側において列方向に接続された複数の抵抗３３ａの両端のそれぞれ、及び行方向の他端側において列方向に接続された複数の抵抗３３ａの両端のそれぞれから取り出される。

算出部４０は、出力取出部３２と電気的に接続されている。算出部４０は、光検出器アレイ３０から取り出された電気信号に基づいて、シンチレーション光を検出した位置の重心位置を算出する。１つの光検出器３１から電気信号が出力された場合、シンチレーション光を検出した位置の重心位置は、その１つの光検出器３１の位置である。また、複数の光検出器３１から電気信号が出力された場合、シンチレーション光を検出した位置の重心位置は、その複数の光検出器３１のそれぞれの位置に電気信号の強度で重み付けすることで得られる重心位置である。ここで、算出部４０による重心位置の算出の一例について説明する。算出部４０は、出力取出部３２から取り出される電気信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４をモニタリングし、電気信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４のいずれかが閾値を超えた際に、次の式（１）及び式（２）、若しくは式（３）及び式（４）により比率Ｆ１及び比率Ｆ２を算出する。そして、算出部４０は、比率Ｆ１に基づいて行方向における重心位置Ｘを算出し、比率Ｆ２に基づいて列方向における重心位置Ｙを算出する。

特定部５０は、算出部４０と電気的に接続されている。特定部５０は、複数のシンチレータ２１を個々に識別するための領域が示された２次元マップ、及び算出部４０から出力された重心位置（Ｘ，Ｙ）に基づいて、最初にγ線と反応したシンチレータ２１、つまり、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１を特定する。１つのシンチレータ２１がシンチレーション光を発生した場合、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１は、その１つのシンチレータ２１である。また、複数のシンチレータ２１がシンチレーション光を発生した場合、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１は、その複数のシンチレータ２１のうち時間的に最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１である。

ここで、２次元マップの一例について説明する。なお、説明の便宜上、図３では、複数のシンチレータ２１にそれぞれ対応する複数のシンチレータ領域２１Ａが２次元マップＭ１に示されているが、複数のシンチレータ領域２１Ａが２次元マップＭ１に示されている必要はない。

図３に示されるように、各シンチレータ領域２１Ａは、正方形状を呈しており、１つのシンチレータ領域２１Ａには、行方向、列方向、及び２つの対角方向に８つのシンチレータ領域２１Ａが隣接している。図３において中央に示される１つのシンチレータ領域２１Ａを第１シンチレータ領域２１１とし、第１シンチレータ領域２１１に隣接する８つのシンチレータ領域２１Ａを第２シンチレータ領域２１２として、第１シンチレータ領域２１１及びその右側の第２シンチレータ領域２１２に着目すると、２次元マップＭ１には、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３及び第４領域Ｒ４が示されている。第１シンチレータ領域２１１は、複数のシンチレータ２１の１つである第１シンチレータに対応する。第２シンチレータ領域２１２は、複数のシンチレータ２１のうち第１シンチレータに隣接する第２シンチレータに対応する。

第１領域Ｒ１は、第１シンチレータのみにおいて発生したシンチレーション光に基づく重心分布（当該シンチレーション光を検出した位置の重心位置の分布）を含んでおり、第１シンチレータに対応付けられている。第１領域Ｒ１は、円形状を呈しており、第１シンチレータ領域２１１の中央に位置している。第２領域Ｒ２は、第２シンチレータのみにおいて発生したシンチレーション光に基づく重心分布を含んでおり、第２シンチレータに対応付けられている。第２領域Ｒ２は、円形状を呈しており、第２シンチレータ領域２１２の中央に位置している。

第３領域Ｒ３は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間において第１領域Ｒ１側に位置しており、第２シンチレータに対応付けられている。第３領域Ｒ３は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とを結ぶ直線に沿った方向を長手方向とする長尺形状を呈しており、第１シンチレータ領域２１１内において第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とを結ぶ直線上に位置している。第４領域Ｒ４は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間において第２領域Ｒ２側に位置しており、第１シンチレータに対応付けられている。第４領域Ｒ４は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とを結ぶ直線に沿った方向を長手方向とする長尺形状を呈しており、第２シンチレータ領域２１２内において第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とを結ぶ直線上に位置している。

以上の第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３及び第４領域Ｒ４の関係は、第１シンチレータ領域２１１と、第１シンチレータ領域２１１に隣接する複数の第２シンチレータ領域２１２のそれぞれとの間において成立する。第１シンチレータ領域２１１において、複数の第２シンチレータにそれぞれ対応付けられた複数の第３領域Ｒ３は、第５領域Ｒ５を介して互いに離間している。２次元マップＭ１において、いずれの１つのシンチレータ領域２１Ａを第１シンチレータ領域２１１と捉えても、以上の第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３及び第４領域Ｒ４の関係が成立する。

特定部５０は、算出部４０によって算出された重心位置（Ｘ，Ｙ）が、２次元マップＭ１のいずれの領域に位置するか、判定する。そして、特定部５０は、重心位置（Ｘ，Ｙ）が位置する領域に対応付けられたシンチレータ２１を、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１と特定する。図３に示される例では、特定部５０は、第１領域Ｒ１又は第４領域Ｒ４に重心位置（Ｘ，Ｙ）が位置する場合には、第１シンチレータを、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１と特定する。また、特定部５０は、第２領域Ｒ２又は第３領域Ｒ３に重心位置（Ｘ，Ｙ）が位置する場合には、第２シンチレータを、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１と特定する。なお、特定部５０は、第５領域Ｒ５に重心位置（Ｘ，Ｙ）が位置する場合には、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１の特定を行わない。

記憶部６０は、特定部５０と電気的に接続されている。記憶部６０は、ＲＯＭ（Read-only Memory）、ＲＡＭ（Random-Access Memory）等に代表される記憶媒体によって構成されている。記憶部６０は、２次元マップＭ１及びその他の情報を記憶している。

次に、放射線位置検出器１０において実施される放射線位置検出方法について、図４を参照しつつ説明する。

まず、算出部４０は、光検出器アレイ３０の出力取出部３２により取り出される電気信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に基づいて、シンチレーション光を検出した位置の重心位置（Ｘ，Ｙ）を算出する（第１ステップ、Ｓ１１）。具体的には、算出部４０は、上述したように、式（１）及び式（２））、若しくは式（３）及び式（４）を用いることにより、電気信号Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４から比率Ｆ１及び比率Ｆ２を算出し、比率Ｆ１及び比率Ｆ２に基づいて、重心位置（Ｘ，Ｙ）を算出する。

次に、特定部５０は、算出部４０によって算出された重心位置（Ｘ，Ｙ）が、２次元マップＭ１のいずれの領域に位置するか、判定する（第２ステップ、Ｓ１２）。そして、特定部５０は、重心位置（Ｘ，Ｙ）が位置する領域に対応付けられたシンチレータ２１を、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１と特定する（第２ステップ、Ｓ１３）。具体的には、特定部５０は、上述したように、第１領域Ｒ１又は第４領域Ｒ４に重心位置（Ｘ，Ｙ）が位置する場合には、第１シンチレータを、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１と特定する。また、特定部５０は、第２領域Ｒ２又は第３領域Ｒ３に重心位置（Ｘ，Ｙ）が位置する場合には、第２シンチレータを、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１と特定する。なお、特定部５０は、第５領域Ｒ５に重心位置（Ｘ，Ｙ）が位置する場合には、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１の特定を行わない。

以上のように構成された放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１、並びに放射線位置検出器１０において実施される放射線位置検出方法によって奏される効果について、従来技術の課題とともに説明する。

ＰＥＴ装置等に用いられている放射線位置検出器では、ＰＥＴ装置におけるイメージ分解能や定量性の向上のために、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータを精度良く特定することが望ましい。そこで、例えば個々のシンチレータの大きさを小さくすることにより、より多くのシンチレータを放射線位置検出器に配置させることが考えられる。そのようなシンチレータに１対１にて対応して配置することができる光検出器として、例えばＭＰＰＣ（Multi-Pixel Photon Counter、登録商標）等のＳｉＰＭがある。例えば非特許文献１に記載の放射線位置検出器の光検出器は、ＳｉＰＭである。この放射線位置検出器では、シンチレーション光を検出した位置の重心位置、及びシンチレータを個々に識別するための領域が示された２次元マップに基づいて、シンチレーション光を発生したシンチレータを特定することが考えられる。この放射線位置検出器により算出される重心位置は、図５のフラッドマップに示される円状分布Ａ１、及び隣接する円状分布Ａ１を結ぶ各長尺状分布Ａ２に現れることが知られている。

図５のフラッドマップには、説明の便宜上、複数のシンチレータにそれぞれ対応する複数のシンチレータ領域１００Ａが示されている。シンチレータ領域１００Ａは、行方向及び列方向のそれぞれの方向に沿ってマトリックス状に配置された４つのシンチレータの配置に対応する。各シンチレータ領域１００Ａには、円状分布Ａ１がそれぞれ含まれている。各長尺状分布Ａ２は、隣接する円状分布Ａ１を格子状又はクロス状に結んでいる。各シンチレータのうち１つのシンチレータのみにおいてシンチレーション光が発生した場合には、重心位置は、そのシンチレータに含まれる各円状分布Ａ１に現れる。また、シンチレータにおいてγ線がコンプトン散乱を起こした場合には、重心位置は、各長尺状分布Ａ２に現れる傾向がある。なお、シンチレータにおいてγ線がコンプトン散乱を起こしていなくても、或るシンチレータにおいて発生したシンチレーション光が、隣接するシンチレータへの光漏れを起こした場合においても、各長尺状分布Ａ２に重心位置が現れることがある。２次元マップには、このような各円状分布Ａ１及び各長尺状分布Ａ２を含むように複数の領域が設けられている。

図６の２次元マップには、図５と同様に、説明の便宜上、複数のシンチレータにそれぞれ対応する複数のシンチレータ領域１００Ａが行方向及び列方向のそれぞれの方向に沿って９つの正方形状の複数のシンチレータ領域１００Ａが設けられている。各シンチレータ領域１００Ａは、各シンチレータに対応付けられている。なお、図６には、理解容易の為、フラッドマップ上の重心分布（当該重心位置の分布）である各円状分布Ａ３及び各長尺状分布Ａ４が併せて示されている。各円状分布Ａ３は、１つのシンチレータのみにおいて発生したシンチレーション光に基づく重心分布である。各円状分布Ａ３は、各シンチレータ領域１００Ａに含まれている。一方、各長尺状分布Ａ２は、隣接する２つのシンチレータにおいて発生したシンチレーション光に基づく重心分布である。各長尺状分布Ａ２は、隣接する円状分布Ａ３を格子状又はクロス状に結んでいる。図６に示されるように、各シンチレータ領域１００Ａの境界は、隣接する円状分布Ａ３の間の中間に位置している。上述した放射線位置検出器は、この２次元マップのいずれの領域に重心位置が位置するか、判定する。そして、上述した放射線位置検出器は、その重心位置が位置するシンチレータ領域１００Ａに対応付けられたシンチレータを、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータと特定する。重心位置が、例えば２次元マップの中央に位置する領域（図６において斜線で示された領域）に含まれる円状分布Ａ３或いは長尺状分布Ａ４に位置する場合には、上述した放射線位置検出器は、そのシンチレータ領域１００Ａに対応付けられたシンチレータを、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータと特定する。

しかしながら、このような２次元マップでは、シンチレータにおいてγ線がコンプトン散乱を起こした場合に、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータを誤って特定してしまうという問題が生じることがある。以下、この問題について説明するために、コンプトン散乱を起こすγ線の特性について説明する。

図７に示されるように、最初にシンチレーション光を発生するまでにおける５１１ｋｅＶのγ線Ｈの進行方向の角度を０度とすると、この角度に対して、コンプトン散乱を起こしたγ線Ｈの進行方向の角度（コンプトン散乱角）は９０度以下の確率が高いことがわかる。なお、コンプトン散乱角が９０度未満である場合を前方散乱という。図８では、グラフＧ１０は、散乱γ線エネルギーＥ_Ｓを示し、グラフＧ２０は、反跳電子エネルギーＥ_ＲＥ（散乱地点に付寄されたエネルギー）を示す。また、縦軸は、散乱γ線エネルギーＥ_Ｓと反跳電子エネルギーＥ_ＲＥとの比率を表し、横軸は、コンプトン散乱角θを表している。コンプトン散乱角θにおける、散乱γ線エネルギーＥ_Ｓ及び反跳電子エネルギーＥ_ＲＥは、エネルギー保存則に基づいて求まる。図８に示されるように、散乱γ線エネルギーＥ_Ｓは、コンプトン散乱角が０度のとき（すなわち、コンプトン散乱していないとき）に最大値をとり、コンプトン散乱角θが大きくなるにつれて低くなり、コンプトン散乱角が１８０度のときに最小値をとる。一方、反跳電子エネルギーＥ_ＲＥ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度のときに最大値となる。従って、γ線が前方散乱を起こしたことにより、互いに異なるシンチレータにおいてシンチレーション光がそれぞれ発生した場合には、γ線Ｈの散乱後に発生したシンチレーション光の強度の方が、最初に発生したシンチレーション光の強度よりも大きくなる傾向があることがわかる。

図９では、互いに隣接する４つのシンチレータ１００が、列方向Ｘ１に沿って配置されている。図９に示されるように、１つのシンチレータ１００においてγ線Ｈ１が前方散乱を起こすことで、２つのシンチレータ１００のそれぞれにおいてシンチレーション光が発生している。すなわち、地点Ｐ１において最初にシンチレーション光が発生し、その後、地点Ｐ２においてシンチレーション光が発生している。この場合、上述したように、地点Ｐ２におけるシンチレーション光の強度の方が、地点Ｐ１におけるシンチレーション光の強度よりも大きくなる。従って、シンチレーション光を検出した位置の重心位置は、列方向Ｘ１において、最初にシンチレーション光が発生した地点Ｐ１よりも地点Ｐ２に近い位置に位置する。換言すれば、重心位置は、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ１００ではなく、γ線Ｈ１の散乱後にシンチレーション光を発生したシンチレータ１００に近い位置に位置する。

次に、このようなγ線の特性を踏まえた上で、再び図６を参照しつつ、上述した問題（すなわち、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ１００を誤って特定してしまうという問題）について説明する。

図６において、例えば２次元マップの中央のシンチレータ領域１００Ａ（斜線で示された領域）に対応付けられたシンチレータ１００においてγ線がコンプトン散乱を起こすことで、そのシンチレータ１００、及びそのシンチレータ領域１００Ａの右側のシンチレータ領域１００Ａに対応付けられるシンチレータ１００のそれぞれにおいてシンチレーション光が発生した場合を考える。すなわち、中央のシンチレータ領域１００Ａに対応付けられたシンチレータ１００において最初にシンチレーション光が発生し、その後、右側のシンチレータ領域１００Ａに対応付けられたシンチレータ１００においてシンチレーション光が発生した場合である。この場合、重心位置は、中央のシンチレータ領域１００Ａではなく、そのシンチレータ領域１００Ａの右側のシンチレータ領域１００Ａに位置する傾向がある。従って、上述した放射線位置検出器は、右側のシンチレータ領域１００Ａに対応付けられたシンチレータ１００を、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ１００と誤って特定してしまう。

図１０では、ＰＥＴ装置２００を構成する２つのシンチレータアレイ１０１，１０２が、地点Ｐ３を挟んで互いに対向する位置に配置されている。図１０に示されるように、地点Ｐ３において１つの消滅事象（annihilation event）が起こり、互いに逆方向に飛行する一対のγ線が発生している。一対のγ線のうち一方のγ線は、シンチレータアレイ１０１の地点Ｐ４に到達している。シンチレータアレイ１０１では、地点Ｐ４においてのみシンチレーション光が発生している。他方のγ線は、シンチレータアレイ１０２の地点Ｐ５に到達してコンプトン散乱を起こしている。シンチレータアレイ１０２では、地点Ｐ５及び地点Ｐ６においてそれぞれシンチレーション光が発生している。このような場合、上述したように、重心位置は、列方向Ｘ１において地点Ｐ５よりも地点Ｐ６に近い地点Ｐ７に位置する傾向がある。シンチレータアレイ１０２において、上述した放射線位置検出器は、地点Ｐ５を含むシンチレータ１００ではなく、地点Ｐ７を含むシンチレータ１００を最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ１００と特定してしまう。結果として、ＰＥＴ装置２００は、地点Ｐ７と地点Ｐ８とを結ぶ直線Ｌ１０上に消滅事象が発生したと誤って特定してしまう。

これに対し、本実施形態の２次元マップＭ１では、図３に示されるように、第１シンチレータのみにおいてシンチレーション光が発生した場合には、シンチレーション光を検出した位置の重心位置（Ｘ，Ｙ）が、第１シンチレータに対応付けられた第１領域Ｒ１に位置するから、第１シンチレータが、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１と正しく特定される。第２シンチレータのみにおいてシンチレーション光が発生した場合にも同様に、第２シンチレータが、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１と正しく特定される。また、第１シンチレータにおいてγ線がコンプトン散乱を起こすことで、第１シンチレータ及び第２シンチレータのそれぞれにおいてシンチレーション光が発生した場合には、上述したように、第２シンチレータにおいて発生したシンチレーション光の強度の方が、第１シンチレータにおいて発生したシンチレーション光の強度よりも大きくなる傾向がある。そのため、シンチレーション光を検出した位置の重心位置（Ｘ，Ｙ）が、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間において第２領域Ｒ２側に位置する第４領域Ｒ４に位置する傾向がある。このような場合であっても、第４領域Ｒ４が第１シンチレータに対応付けられているため、第１シンチレータが、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１と正しく特定される。第２シンチレータにおいてγ線がコンプトン散乱を起こすことで、第１シンチレータ及び第２シンチレータのそれぞれにおいてシンチレーション光が発生した場合にも同様に、第２シンチレータが、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１と正しく特定される。よって、本実施形態の放射線位置検出方法、放射線位置検出器１０及びＰＥＴ装置１によれば、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１を精度良く特定することができる。

また、本実施形態のように、複数のシンチレータ２１のそれぞれの間には、シンチレーション光を遮光する遮光層２２が設けられていてもよい。これにより、例えばシンチレーション光を発生した第１シンチレータから、第２シンチレータにシンチレーション光が漏れることが防止されるため、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１をより精度良く特定することができる。

また、本実施形態のように、複数の光検出器３１のそれぞれは、抵抗チェーン３３に接続されていてもよい。これにより、シンチレーション光を検出した位置の重心位置（Ｘ，Ｙ）を容易に且つ正確に算出することができる。

また、本実施形態のように、１つの第１シンチレータ領域２１１には、複数の第２シンチレータ領域２１２が隣接しており、複数の第２シンチレータにそれぞれ対応付けられた複数の第３領域Ｒ３は、第５領域Ｒ５を介して互いに離間しており、第２ステップＳ１３では、第５領域Ｒ５に重心位置（Ｘ，Ｙ）が位置する場合には、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１の特定を行わなくてもよい。これにより、シンチレーション光を検出した位置の重心位置（Ｘ，Ｙ）が第５領域Ｒ５に位置する場合を不適切な信号としてキャンセルし、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１の特定を簡易化することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されない。上述した実施形態では、２次元マップＭ１には、第５領域Ｒ５が示されていたが、図１１及び図１２に示されるように、２次元マップＭ２及び２次元マップＭ３には、第５領域Ｒ５が示されていなくてもよい。この場合、第３領域Ｒ３は、互いに接触している。すなわち、第１シンチレータ領域２１１には、第１領域Ｒ１の周りに第３領域Ｒ３が隙間なく並んでいる。また、例えば第１シンチレータ領域２１１の右側の第２シンチレータ領域２１２に含まれる第４領域Ｒ４についても、第３領域Ｒ３と同様に、互いに接触している。すなわち、第２シンチレータ領域２１２には、第２領域Ｒ２の周りに第４領域Ｒ４が隙間なく並んでいる。従って、２次元マップＭ２或いは２次元マップＭ３の全体にわたって第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３及び第４領域Ｒ４が隙間なく並んでいる。第１領域Ｒ１の右側に隣接する第３領域Ｒ３は、第１領域Ｒ１と第１中心点と第２中心点とによって囲まれた領域である。第２領域Ｒ２の左側に隣接する第４領域Ｒ４は、第２領域Ｒ２と第１中心点と第２中心点とによって囲まれた三角形領域である。第１中心点は、第１領域Ｒ１、第１シンチレータ領域２１１の右側の第２シンチレータ領域２１２に含まれる第２領域Ｒ２、及び、第１シンチレータ領域２１１の右上側の第２シンチレータ領域２１２に含まれる第２領域Ｒ２と第１領域Ｒ１との第１中点、を結ぶ三角形の中心（重心）である。第２中心点は、第１領域Ｒ１、第１シンチレータ領域２１１の右側の第２シンチレータ領域２１２に含まれる第２領域Ｒ２、及び、第１シンチレータ領域２１１の右下側の第２シンチレータ領域２１２に含まれる第２領域Ｒ２と第１領域Ｒ１との第２中点、を結ぶ三角形の中心（重心）である。また、第１領域Ｒ１の右上側に隣接する第３領域Ｒ３は、第１領域Ｒ１と第１中心点と第３中心点と第１中点とによって囲まれた方形領域である。第３中心点は、第１領域Ｒ１、第１シンチレータ領域２１１の上側の第２シンチレータ領域２１２に含まれる第２領域Ｒ２、及び第１中点、を結ぶ三角形の中心（重心）である。なお、第１中心点は、第１シンチレータ領域２１１の右側の第２シンチレータ領域２１２に含まれる第２領域Ｒ２と第１領域Ｒ１との第３中点、及び第１中点、の中点であってもよく、第２中心点は、第３中点と第２中点との中点であってもよい。また、第３中心点は、第１シンチレータ領域２１１の上側の第２シンチレータ領域２１２に含まれる第２領域Ｒ２と第１領域Ｒ１との第４中点、及び第１中点、の中点であってもよい。このように、２次元マップＭ２或いは２次元マップＭ３の全体にわたって第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３及び第４領域Ｒ４が隙間なく並んでいることにより、シンチレーション光を検出した位置の重心位置（Ｘ，Ｙ）が２次元マップＭ２或いは２次元マップＭ３のいずれの領域に位置する場合にも、最初にシンチレーション光を発生したシンチレータ２１の特定を実施することができる。

また、上述した実施形態では、２次元マップＭ１に示された各シンチレータ領域２１Ａは、マトリックス状に配置された各シンチレータ２１に対応していたが、図１３に示されるように、２次元マップＭ４に示された各シンチレータ領域２１Ａは、左右方向に隣接するシンチレータ２１同士が上下方向に半ピッチずれて配置されるような各シンチレータ２１に対応していてもよい。すなわち、２次元マップＭ４には、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２が三角格子点状に配置されてもよい。この場合、第３領域Ｒ３及び第４領域Ｒ４は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を三角格子状に結んでいる。これにより、各シンチレータ２１の配置に対応して２次元マップＭ４の第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３及び第４領域Ｒ４を配置させることができる。

本発明による放射線位置検出方法、放射線位置検出器及びＰＥＴ装置は、上述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、上述した実施形態では、複数のシンチレータ２１のそれぞれの間に、遮光層２２が設けられていたが、遮光層２２を設けなくてもよい。また、上述した実施形態では、γ線が検出されていたが、検出される放射線はγ線に限られない。放射線は、例えばＸ線であってもよい。

１…ＰＥＴ装置、１０…放射線位置検出器、２０…シンチレータアレイ、２１…シンチレータ、２２…遮光層、３０…光検出器アレイ、３１…光検出器、３３…抵抗チェーン、４０…算出部、５０…特定部、２１１…第１シンチレータ領域、２１２…第２シンチレータ領域、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４…電気信号、Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４…２次元マップ、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、Ｒ３…第３領域、Ｒ４…第４領域、Ｒ５…第５領域。

Claims (7)

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が２次元に配置されたシンチレータアレイと、前記シンチレーション光の強度に応じて電気信号を出力する複数の光検出器が前記複数のシンチレータに対応するように配置された光検出器アレイと、を備える放射線位置検出器において実施される放射線位置検出方法であって、
   前記電気信号に基づいて、前記シンチレーション光を検出した位置の重心位置を算出する第１ステップと、
   前記複数のシンチレータを識別するための領域が示された２次元マップ、及び前記重心位置に基づいて、最初に前記シンチレーション光を発生した前記シンチレータを特定する第２ステップと、を含み、
   前記２次元マップに示された前記領域は、
   前記複数のシンチレータの１つである第１シンチレータに対応付けられた第１領域と、
   前記複数のシンチレータのうち前記第１シンチレータに隣接する第２シンチレータに対応付けられた第２領域と、
   前記第１領域と前記第２領域との間において前記第１領域側に位置し且つ前記第２シンチレータに対応付けられた第３領域と、
   前記第１領域と前記第２領域との間において前記第２領域側に位置し且つ前記第１シンチレータに対応付けられた第４領域と、を有し、
   前記第２ステップでは、前記第１領域又は第４領域に前記重心位置が位置する場合には、前記第１シンチレータを、最初に前記シンチレーション光を発生した前記シンチレータと特定し、前記第２領域又は第３領域に前記重心位置が位置する場合には、前記第２シンチレータを、最初に前記シンチレーション光を発生した前記シンチレータと特定する、放射線位置検出方法。
2. 前記複数のシンチレータのそれぞれの間には、前記シンチレーション光を遮光する遮光層が設けられている、請求項１に記載の放射線位置検出方法。
3. 前記複数の光検出器のそれぞれは、抵抗チェーンに接続されている、請求項１又は２に記載の放射線位置検出方法。
4. １つの前記第１シンチレータには、複数の前記第２シンチレータが隣接しており、
   複数の前記第２シンチレータにそれぞれ対応付けられた複数の前記第３領域は、第５領域を介して互いに離間しており、
   前記第２ステップでは、前記第５領域に前記重心位置が位置する場合には、最初に前記シンチレーション光を発生した前記シンチレータの特定を行わない、請求項１〜３のいずれか一項に記載の放射線位置検出方法。
5. １つの前記第１シンチレータには、複数の前記第２シンチレータが隣接しており、
   複数の前記第２シンチレータにそれぞれ対応付けられた複数の前記第３領域は、互いに接触している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の放射線位置検出方法。
6. 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が２次元に配置されたシンチレータアレイと、
   前記シンチレーション光の強度に応じて電気信号を出力する複数の光検出器が前記複数のシンチレータに対応するように配置された光検出器アレイと、
   前記電気信号に基づいて、前記シンチレーション光を検出した位置の重心位置を算出する算出部と、
   前記複数のシンチレータを識別するための領域が示された２次元マップ、及び前記重心位置に基づいて、最初に前記シンチレーション光を発生した前記シンチレータを特定する特定部と、を備え、
   前記２次元マップには、前記複数のシンチレータのうち隣接する第１シンチレータ及び第２シンチレータが示されており、
   前記２次元マップに示された前記領域は、
   前記複数のシンチレータの１つである第１シンチレータに対応付けられた第１領域と、
   前記複数のシンチレータのうち前記第１シンチレータに隣接する第２シンチレータに対応付けられた第２領域と、
   前記第１領域と前記第２領域との間において前記第１領域側に位置し且つ前記第２シンチレータに対応付けられた第３領域と、
   前記第１領域と前記第２領域との間において前記第２領域側に位置し且つ前記第１シンチレータに対応付けられた第４領域と、を有し、
   前記特定部は、前記第１領域又は第４領域に前記重心位置が位置する場合には、前記第１シンチレータを、最初に前記シンチレーション光を発生した前記シンチレータと特定し、前記第２領域又は第３領域に前記重心位置が位置する場合には、前記第２シンチレータを、最初に前記シンチレーション光を発生した前記シンチレータと特定する、放射線位置検出器。
7. 請求項６に記載の放射線位置検出器を備える、ＰＥＴ装置。

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