JP2013246156A - Three-dimensional radiation position detector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3次元放射線位置検出器に係り、特に、陽電子放出断層装置(PET装置)に用いるのに好適な、放射線が入射した深さ方向の位置を検出可能な3次元放射線位置検出器(Depth of interaction(DOI)検出器とも称する)に関する。 The present invention relates to a three-dimensional radiation position detector, and in particular, a three-dimensional radiation position detector that is suitable for use in a positron emission tomography apparatus (PET apparatus) and can detect a position in the depth direction at which radiation is incident ( Depth of interaction (DOI) detector).
PET装置に用いられる放射線検出器として、放射線が入射した深さ方向の位置を検出可能なDOI検出器が開発されている(非特許文献1参照)。このDOI検出器に放射線が入射して発光した位置を検出するため、一般的に、アンガー計算により重心演算して発光事象(イベントと称する)の位置を近似する方法(重心演算法やアンガー法と称する)が知られている(特許文献1−5参照)。 As a radiation detector used in a PET apparatus, a DOI detector capable of detecting a position in a depth direction where radiation is incident has been developed (see Non-Patent Document 1). In order to detect the position where the radiation is incident on the DOI detector and emits light, generally, a method of calculating the center of gravity by anger calculation and approximating the position of the light emission event (referred to as an event) (the center of gravity calculation method or the anger method) Is known) (see Patent Documents 1-5).
図1にて、重心演算法の概念を説明する。図1(A)、(B)に示すように、シンチレータ10と多数の受光素子(読出しチャネル)12からなる放射線検出器では、ガンマ線が相互作用を起こした位置が異なると信号の強度分布が変化する。よって、信号強度分布の重心点から、ガンマ線の検出位置を推定することができる。 The concept of the center of gravity calculation method will be described with reference to FIG. As shown in FIGS. 1A and 1B, in the radiation detector composed of the scintillator 10 and a large number of light receiving elements (readout channels) 12, the intensity distribution of the signal changes when the position where the gamma rays interact with each other is different. To do. Therefore, the gamma ray detection position can be estimated from the barycentric point of the signal intensity distribution.
DOI検出器の実用的な実現方法は、シンチレータを縦・横・深さ方向に、数mmサイズの細かいセグメントに分割する方法である。シンチレータ・セグメントの間に、パターン化した反射膜を挿入すれば、シンチレータブロックの一面からの受光でも、重心演算によって、縦・横・深さのシンチレータ・セグメントの位置が特定可能である(非特許文献1参照)。あるいは、シンチレータブロックの多面から受光するようにすれば、シンチレータ・セグメント間に反射材を挿入しなくても、重心演算によって、縦・横・深さのシンチレータ・セグメントの位置が特定できる(非特許文献2参照)。 A practical implementation method of the DOI detector is a method in which the scintillator is divided into small segments of several mm in the vertical, horizontal, and depth directions. If a patterned reflective film is inserted between the scintillator segments, the position of the vertical, horizontal, and depth scintillator segments can be specified by calculating the center of gravity even when receiving light from one surface of the scintillator block (non-patented) Reference 1). Alternatively, if light is received from multiple sides of the scintillator block, the vertical, horizontal, and depth scintillator segments can be identified by center-of-gravity calculation without inserting a reflector between the scintillator segments (non-patented). Reference 2).
このようにシンチレータを分割する方法では、検出器の位置分解能はシンチレータ・セグメントのサイズと一致する。よって、位置分解能を高めるためには、シンチレータ・セグメントのサイズを小さくする必要があるが、小さなシンチレータ・セグメントほど、その加工やブロックへの組み上げに手間がかかってしまう。 In the method of dividing the scintillator in this way, the position resolution of the detector matches the size of the scintillator segment. Therefore, in order to increase the position resolution, it is necessary to reduce the size of the scintillator segment. However, the smaller the scintillator segment, the more time is required to process and assemble the block.
この問題を解決するために、図2に示すように、一塊のシンチレータ(モノリシックシンチレータと称する)を、セグメントに分割することなく、そのまま受光素子に光学結合する方法が研究されている(非特許文献3、4参照)。図2(a)は、モノリシックシンチレータ11の対向2面に受光素子12を結合した例、図2(b)は、モノリシックシンチレータ11の1面に受光素子12を結合した例である。シンチレータ・セグメントに分割しないため、分解能への物理的な制限が無くなるほか、製造プロセスも簡素化できるメリットがある。 In order to solve this problem, as shown in FIG. 2, a method of optically coupling a lump scintillator (referred to as a monolithic scintillator) directly to a light receiving element without being divided into segments has been studied (non-patent document). 3 and 4). 2A is an example in which the light receiving element 12 is coupled to two opposing surfaces of the monolithic scintillator 11, and FIG. 2B is an example in which the light receiving element 12 is coupled to one surface of the monolithic scintillator 11. FIG. Since it is not divided into scintillator segments, there are no physical restrictions on resolution, and the manufacturing process can be simplified.
モノリシックシンチレータの最大の欠点は、重心演算では、縦・横の位置弁別は可能であっても、深さ方向の位置弁別が困難な点である。図3は、ガンマ線が、モノリシックシンチレータ11の地点A、B、CおよびDにて、それぞれ光電吸収した(発光した)とした場合の、受光素子12面上での信号分布と、重心演算結果を示している。発光地点AとBは、横方向(x方向)の位置は同じであるが、深さ(z)が異なる。相互作用(光電吸収)位置が受光面から遠いほど、受光素子12面上での信号分布は広がる傾向にあるが、重心点は、深さz1、z2によらず同じになってしまう。 The biggest drawback of the monolithic scintillator is that it is difficult to discriminate the position in the depth direction in the center of gravity calculation, even though the position discrimination in the vertical and horizontal directions is possible. FIG. 3 shows the signal distribution on the surface of the light receiving element 12 and the centroid calculation result when the gamma rays are photoelectrically absorbed (emitted) at points A, B, C and D of the monolithic scintillator 11, respectively. Show. The light emitting points A and B have the same position in the horizontal direction (x direction), but have different depths (z). As the interaction (photoelectric absorption) position is farther from the light receiving surface, the signal distribution on the surface of the light receiving element 12 tends to be wider, but the center of gravity is the same regardless of the depths z1 and z2.
モノリシックシンチレータ11の検出器において相互作用位置を正しく演算するために、重心演算に代わり、パターンマッチングや最尤推定など統計的手法による位置演算手法も提案されている(非特許文献5〜8参照)。 In order to correctly calculate the interaction position in the detector of the monolithic scintillator 11, a position calculation method using a statistical method such as pattern matching or maximum likelihood estimation has been proposed instead of the centroid calculation (see Non-Patent Documents 5 to 8). .
しかしパターンマッチングや統計的手法による方法は、そもそも演算自体が複雑であることに加え、すべての相互作用位置について事前に計測しておく必要のある、各相互作用位置での発光に対する受光素子12の出力分布パターン(応答関数)の取得が容易ではない。応答関数の作成には、図4に例示する如く、コリメータ20を使用することでモノリシックシンチレータ11に入射する部分を制限して、モノリシックシンチレータ11の表面の1点にガンマ線をスポット照射するようにする。各位置での受光素子出力の分布の作成を行い、必要な位置の数だけ照射位置を動かして、それぞれの位置での応答関数の作成を行うことができるが、現実的には、相互作用位置がモノリシックシンチレータ11のある一点に集中するようにガンマ線を照射することは不可能である。 However, the method based on the pattern matching or statistical method is not only complicated in the first place, but also needs to be measured in advance for all interaction positions. Acquisition of output distribution pattern (response function) is not easy. In order to create the response function, as shown in FIG. 4, the collimator 20 is used to limit the portion that is incident on the monolithic scintillator 11 so that one point on the surface of the monolithic scintillator 11 is irradiated with gamma rays. . It is possible to create the distribution of the light receiving element output at each position, move the irradiation position by the required number of positions, and create the response function at each position, but in reality, the interaction position However, it is impossible to irradiate gamma rays so as to concentrate on a certain point of the monolithic scintillator 11.
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、重心演算によりシンチレータ内相互作用位置の縦・横・深さの3次元位置の特定が可能であり、且つ、構造を複雑化させることなく高分解能化できる3次元放射線位置検出器を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is possible to specify the three-dimensional position of the interaction position in the scintillator by the center of gravity calculation, and to complicate the structure. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional radiation position detector that can increase the resolution without causing it to occur.
本発明は、シンチレータブロックの少なくとも対向する平行な2面に光学結合された受光素子と、シンチレータブロック内部の受光素子面と平行な面のみに形成された、少なくとも1層の光学的不連続面と、を有することを特徴とする3次元放射線位置検出器により、前記課題を解決したものである。 The present invention includes a light receiving element optically coupled to at least two opposing parallel surfaces of the scintillator block, and at least one optical discontinuous surface formed only on a surface parallel to the light receiving element surface inside the scintillator block. The above-mentioned problem is solved by a three-dimensional radiation position detector.
ここで、前記シンチレータブロックを、2枚以上に積層された板状シンチレータから形成することができる。 Here, the scintillator block can be formed from a plate-like scintillator laminated in two or more.
また、前記板状シンチレータ間を、光学接着せず、薄い空気層とすることができる。 Further, a thin air layer can be formed between the plate scintillators without optical adhesion.
また、前記板状シンチレータ間を、光学接着することができる。 Further, the plate scintillators can be optically bonded.
また、前記シンチレータの受光素子が光学結合されていない面を覆うカバーを配設することができる。 Further, a cover that covers a surface of the scintillator where the light receiving element is not optically coupled can be provided.
また、前記カバーを吸光材又は反射材とすることができる。 Further, the cover can be a light absorbing material or a reflecting material.
また、放射線入射面側の受光素子を、半導体受光素子とすることができる。 The light receiving element on the radiation incident surface side can be a semiconductor light receiving element.
また、前記受光素子のうち少なくとも一つを、位置弁別型とすることができる。 Further, at least one of the light receiving elements may be a position discrimination type.
また、前記位置弁別型の受光素子を、位置弁別型でない受光素子を複数、マトリックス状に配置したものとすることができる。 Further, the position discriminating type light receiving elements may be a plurality of non-position discriminating light receiving elements arranged in a matrix.
また、前記シンチレータブロックと前記位置弁別型の受光素子の間にライトガイドを配設することができる。 In addition, a light guide can be disposed between the scintillator block and the position discrimination type light receiving element.
また、前記シンチレータブロックを、光学的不連続面により区画されたシンチレータ層が積層された複数のモノリシックシンチレータを重ねて形成することができる。 Further, the scintillator block can be formed by stacking a plurality of monolithic scintillators in which scintillator layers partitioned by optical discontinuous surfaces are stacked.
また、放射線入射面側の前記板状シンチレータの厚み又は光学的不連続面の間隔を、反対側の板状シンチレータの厚み又は光学的不連続面の間隔より薄くすることができる。 Further, the thickness of the plate scintillator on the radiation incident surface side or the interval between the optical discontinuous surfaces can be made thinner than the thickness of the plate scintillator on the opposite side or the interval between the optical discontinuous surfaces.
本発明によれば、単純な位置演算方法である重心演算により、シンチレータ内相互作用位置の縦・横・深さの3次元位置の特定が可能であり、且つ、構造を複雑化させることなく高分解能化できる3次元放射線位置検出器を実現できる。 According to the present invention, the center-of-gravity calculation, which is a simple position calculation method, can specify the three-dimensional position of the interaction position in the scintillator in the vertical, horizontal, and depth directions, and can be performed without complicating the structure. A three-dimensional radiation position detector capable of resolution can be realized.
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明の第1実施形態は、図5(a)(組立て前の状態を示す分解斜視図)、図5(b)(組立て後の状態を示す斜視図)に示す如く、複数(図では6枚)の板状シンチレータ24が積層されたシンチレータブロック22と、前記板状シンチレータ24の積層方向(図の上下方向)の両側の対向する2面(図では上面及び下面)に光学結合された、受光位置を弁別可能な受光素子12と、前記シンチレータブロック22の受光素子12が光学結合されていない前後左右の側面を覆うカバー26とを備えたものである。 As shown in FIG. 5 (a) (an exploded perspective view showing a state before assembly) and FIG. 5 (b) (a perspective view showing a state after assembly), the first embodiment of the present invention includes a plurality (6 in the drawing). A scintillator block 22 in which plate scintillators 24 are stacked, and optically coupled to two opposing surfaces (upper surface and lower surface in the drawing) on both sides in the stacking direction (vertical direction in the figure) of the plate scintillator 24, A light receiving element 12 capable of discriminating the light receiving position, and a cover 26 covering the front, rear, left and right side surfaces to which the light receiving element 12 of the scintillator block 22 is not optically coupled are provided.
このようなDOI検出器20の深さ(z)方向の分解能の限界値は、板状シンチレータ24の板厚によって物理的に制限されるが、縦・横方向(xy平面)については、分解能を物理的に制限する要素はないので、構造を複雑化することなく、xy平面の位置分解能を高めることができる。 The limit value of the resolution in the depth (z) direction of the DOI detector 20 is physically limited by the plate thickness of the plate scintillator 24, but the resolution is limited in the vertical and horizontal directions (xy plane). Since there are no physically limiting elements, the positional resolution of the xy plane can be increased without complicating the structure.
特に、図6に示す如く、DOI検出器20をリング状に並べたPET検出器リング30を用いるPET装置の場合、PET画像に最も影響するのが体軸方向とPET検出器リング30の周方向の分解能であり、PET検出器リング30の放射方向の分解能が多少制限されても、PET画像への影響は少ない。従って、図6(a)に示す如く、被検者8の体軸がDOI検出器20のy軸(またはx軸)と平行になるようし、主に受光素子12aの面から放射線が入射するようにすることが好ましい。 In particular, as shown in FIG. 6, in the case of a PET apparatus using a PET detector ring 30 in which DOI detectors 20 are arranged in a ring shape, the body axis direction and the circumferential direction of the PET detector ring 30 have the greatest influence on the PET image. Even if the radial resolution of the PET detector ring 30 is somewhat limited, the influence on the PET image is small. Therefore, as shown in FIG. 6A, the body axis of the subject 8 is made parallel to the y-axis (or x-axis) of the DOI detector 20, and radiation is incident mainly from the surface of the light receiving element 12a. It is preferable to do so.
なお、放射線の主な入射方向は、受光素子12aのある面とは限らず、DOI検出器20を横にして、受光素子の無い面とすることもできる。 Note that the main incident direction of radiation is not limited to the surface where the light receiving element 12a is present, but may be a surface where the DOI detector 20 is lateral and there is no light receiving element.
図6(b)は、体軸がz軸と平行になるようにDOI検出器20をリング状に配置した例である。体軸方向の放射線位置分解能をそれほど求めないときに適している。 FIG. 6B shows an example in which the DOI detector 20 is arranged in a ring shape so that the body axis is parallel to the z-axis. This is suitable when the radiation position resolution in the body axis direction is not so required.
同様に、体軸がy軸と平行になるようにするが、yz面など受光素子12aの無い面から放射線が入射するようにすることもできる。 Similarly, the body axis is made parallel to the y-axis, but radiation can also be incident from a surface without the light receiving element 12a such as the yz surface.
なお、検出器の配置は、必ずしもリング状である必要はなく、多角形であったり、スリット又は開口を有していたり、対向する板状であってもよい。 The arrangement of the detectors is not necessarily a ring shape, and may be a polygonal shape, a slit or an opening, or an opposing plate shape.
積層したシンチレータブロック22の受光素子12が光学結合されていない前後左右の4つの側面は、カバー26を配設して、黒紙等で吸光とするか、反射材や白紙等で反射とすることができる。エネルギ分解能を重視する場合は、反射材や白紙を用いてシンチレーション光の損失を少なくする。一方、xy方向分解能の均一性を重視する場合(xy方向端部での位置分解能を、中央部と同程度に高めたい場合)は、黒紙が望ましい。 The front, rear, left, and right side surfaces of the laminated scintillator block 22 where the light receiving element 12 is not optically coupled are provided with a cover 26 to absorb light with black paper or the like, or reflect with a reflective material or white paper or the like. Can do. When emphasizing energy resolution, the loss of scintillation light is reduced by using a reflective material or white paper. On the other hand, when importance is attached to the uniformity of the resolution in the xy direction (when it is desired to increase the position resolution at the end in the xy direction to the same extent as the central portion), black paper is desirable.
図7は、第1実施形態の詳細を示した断面図である。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing details of the first embodiment.
板状シンチレータ24の枚数は、任意でよく、シンチレータの種類や深さ方向に必要な分解能によって決めることができる。全体の厚みTは、DOI検出器20の感度を決める重要なファクターであり、LSO、LYSO、LGSO、GSO、BGOなど一般的なPET用シンチレータを用いる場合、全体の厚みTが10mmから30mm程度にするのがよい。たとえば、T=30mmで、DOI方向(深さ方向)の分解能を5mmにしたい場合、5mm厚の板状シンチレータ24が6枚必要になる。 The number of plate scintillators 24 may be arbitrary, and can be determined by the type of scintillator and the resolution required in the depth direction. The total thickness T is an important factor that determines the sensitivity of the DOI detector 20, and when a general PET scintillator such as LSO, LYSO, LGSO, GSO, BGO is used, the total thickness T is about 10 mm to 30 mm. It is good to do. For example, when T = 30 mm and the resolution in the DOI direction (depth direction) is 5 mm, six plate scintillators 24 having a thickness of 5 mm are required.
板状シンチレータ24の層間(図7のS−S)は、光が伝達するようにしながらも、光学的な不連続性を与えるために、層間物質の屈折率が、シンチレータの屈折率よりも小さくなるようにすることが望ましい。具体的には、光学接着剤又はグリース、あるいは何も層間に挿入せず、空気層とすることができる。積層したシンチレータブロック22の上下面と受光素子12の間S−Pは、なるべくスムーズに光が伝達するようにするのがよく、光学接着剤又はグリースで光学結合するのが望ましい。 The interlayer of the plate scintillator 24 (SS in FIG. 7) allows light to be transmitted, but in order to give an optical discontinuity, the refractive index of the interlayer material is smaller than the refractive index of the scintillator. It is desirable to be Specifically, an optical adhesive or grease, or nothing can be inserted between the layers, and an air layer can be formed. The SP between the upper and lower surfaces of the laminated scintillator block 22 and the light receiving element 12 is preferably configured to transmit light as smoothly as possible, and is desirably optically coupled with an optical adhesive or grease.
前記受光素子12は、光電子増倍管や半導体受光素子など種類を問わないが、少なくとも放射線入射面を覆う受光素子12aは、薄型が特徴である半導体受光素子が好ましい。半導体受光素子としては、Avalanche Photodiode(APD)や、ガイガーモードAPD(SiPMとも称する)が好適である。 The light receiving element 12 may be of any type such as a photomultiplier tube or a semiconductor light receiving element, but at least the light receiving element 12a covering the radiation incident surface is preferably a thin semiconductor light receiving element. As the semiconductor light receiving element, Avalanche Photodiode (APD) and Geiger mode APD (also referred to as SiPM) are suitable.
受光素子12、12a(以下、特に区別が必要な場合を除き、12で代表する)は、位置弁別型か、位置弁別型でないものを2×2以上のマトリクスで配置するものとする。一般的に、受光素子12の解像度は細かいほうが良いが、解像度が例えば2×2など少ない場合や、あるいは、解像度が高くても(素子数が多くても)、その間の隙間(不感領域)が広い場合は、図8に示す第2実施形態のように、シンチレータブロック22と受光素子12の間にライトガイド28を挿入するとよい。この場合は、シンチレータブロック22とライドガイド28の間S−L、及び/又は、ライトガイド28と受光素子12の間L−Pを、光学接着剤又はグリースで光学結合することが望ましい。 The light receiving elements 12 and 12a (represented by 12 except for the case where distinction is particularly necessary) are arranged in a 2 × 2 or more matrix of position discrimination type or non-position discrimination type. In general, the finer the resolution of the light receiving element 12, the better. However, when the resolution is small, such as 2 × 2, or even when the resolution is high (the number of elements is large), there is a gap (insensitive area) between them. If it is wide, a light guide 28 may be inserted between the scintillator block 22 and the light receiving element 12 as in the second embodiment shown in FIG. In this case, it is desirable to optically couple SL between the scintillator block 22 and the ride guide 28 and / or LP between the light guide 28 and the light receiving element 12 with an optical adhesive or grease.
板状シンチレータ24の縦横のサイズは任意であるが、受光素子12のサイズと同等、もしくはそれ以下にするとよい。板状シンチレータ24のサイズと受光素子12のサイズが異なる場合は、図9に示す第3実施形態のように、ライトガイド28でサイズの違いを吸収することができる。 The vertical and horizontal sizes of the plate scintillator 24 are arbitrary, but may be equal to or smaller than the size of the light receiving element 12. When the size of the plate scintillator 24 and the size of the light receiving element 12 are different, the difference in size can be absorbed by the light guide 28 as in the third embodiment shown in FIG.
図10は、板状シンチレータ24を積層する代わりに、モノリシックシンチレータ11に外部からレーザー加工を施し、板状シンチレータを積層したのと同様な光学的不連続面11aを形成した本発明の第4実施形態の製造方法を示す斜視図である。可視〜近赤外の波長帯のレーザー光を、集光レンズを用いてモノリシックシンチレータ11内部に集光させると、多光子吸収などの非線形な吸収が引き起こされ、直径数十μm程度のマイクロクラックをモノリシックシンチレータ11内部に導入することができる(非特許文献9参照)。ここでは、レーザー入射面と平行な面(レーザー照射軸と垂直な面)に沿って、光学的不連続面11aを形成している。その際、レーザー入射面から遠い面から光学的不連続面11aを順次形成していくが、モノリシックシンチレータ11の厚みがレーザー集光の妨げとなる場合は、図10に示すように、中央面から加工を形成し、片側が終わった段階で、裏返して反対側の加工を行えばよい。 FIG. 10 shows a fourth embodiment of the present invention in which instead of laminating the plate scintillator 24, the monolithic scintillator 11 is subjected to laser processing from the outside to form an optical discontinuous surface 11a similar to the laminating plate scintillator. It is a perspective view which shows the manufacturing method of a form. When laser light in the visible to near-infrared wavelength band is condensed inside the monolithic scintillator 11 using a condensing lens, nonlinear absorption such as multiphoton absorption is caused, and microcracks having a diameter of about several tens of μm are formed. It can be introduced into the monolithic scintillator 11 (see Non-Patent Document 9). Here, the optical discontinuous surface 11a is formed along a surface parallel to the laser incident surface (a surface perpendicular to the laser irradiation axis). At that time, the optical discontinuous surface 11a is sequentially formed from the surface far from the laser incident surface. However, when the thickness of the monolithic scintillator 11 hinders the laser focusing, as shown in FIG. When the processing is formed and one side is finished, the processing on the opposite side may be performed by turning it over.
図11は、レーザー入射面と垂直な面に沿って、光学的不連続面11aを形成した第5実施形態の製造方法を示す斜視図である。 FIG. 11 is a perspective view showing the manufacturing method of the fifth embodiment in which the optical discontinuous surface 11a is formed along a surface perpendicular to the laser incident surface.
本実施形態においても、モノリシックシンチレータ11の厚みがレーザー集光の妨げとなる場合は、図11に示すように、中央部から加工を形成し、片側が終わった段階で、裏返して反対側の加工を行えばよい。 Also in this embodiment, when the thickness of the monolithic scintillator 11 hinders laser focusing, as shown in FIG. 11, the processing is formed from the center, and when one side is finished, it is turned over and the processing on the opposite side is performed. Can be done.
図12、図13は、6層のシンチレータブロックを例として、一部にレーザー加工を取り入れた第6及び第7実施形態の製造方法を示す斜視図である。図12に示す第6実施形態は、モノリシックシンチレータ11に3層のレーザー加工を施したものを2つ組み合わせた場合、図13に示す第7実施形態は、モノリシックシンチレータ11に2層のレーザー加工を施したものを3つ組み合わせた場合である。 FIG. 12 and FIG. 13 are perspective views showing the manufacturing methods of the sixth and seventh embodiments in which a part of laser processing is incorporated by taking a six-layer scintillator block as an example. In the sixth embodiment shown in FIG. 12, when two monolithic scintillators 11 subjected to three-layer laser processing are combined, the seventh embodiment shown in FIG. 13 performs two-layer laser processing on the monolithic scintillator 11. This is a case where three of the applied ones are combined.
なお、z方向の分解能は、必ずしも均一である必要はなく、板状シンチレータ24の厚みを変えてもよい。特に、主に受光素子12aのある面から放射線が入射する場合、放射線が入射する面に近いほど、放射線が相互作用を起こす確率が高いため、放射線の入射面に近いほど、板厚を薄くするとよい。 Note that the resolution in the z direction is not necessarily uniform, and the thickness of the plate scintillator 24 may be changed. In particular, when radiation is incident mainly from a surface on which the light receiving element 12a is present, the closer the surface is to the surface where the radiation is incident, the higher the probability that the radiation will interact. Good.
図14に、z方向分解能を高分解能から低分解能へ少しずつ変えていくようにした第8実施形態の製造方法を示し、図15に、高分解能のレイヤーと低分解能のレイヤーに分けた第9実施形態の製造方法を示す。 FIG. 14 shows a manufacturing method of the eighth embodiment in which the z-direction resolution is gradually changed from high resolution to low resolution, and FIG. 15 shows a ninth method divided into a high resolution layer and a low resolution layer. The manufacturing method of embodiment is shown.
なお、前記実施形態においては、いずれも、対向する受光素子12、12aの解像度が同一とされていたが、受光素子の解像度は、必ずしも、対向する2面で同じである必要はない。 In the above-described embodiment, the resolution of the light receiving elements 12 and 12a facing each other is the same. However, the resolution of the light receiving elements is not necessarily the same between the two facing surfaces.
図16に示す如く、片側の受光素子12aは4×4の解像度であるが、反対側の受光素子12bを、図16(a)に示す如く2×2の解像度にしたり、図16(b)に示す如く1×1、すなわち位置弁別型でない受光素子としても良い。 As shown in FIG. 16, the light receiving element 12a on one side has a resolution of 4 × 4, but the light receiving element 12b on the opposite side has a resolution of 2 × 2 as shown in FIG. 16 (a), or FIG. 1 × 1, that is, a light receiving element that is not a position discrimination type may be used.
また、受光素子を結合するシンチレータブロック22の面は、図17(a)のように、対向2面を基本とするが、図17(b)〜(f)に示す変形例のように、受光素子12の面を増やすことによって、シンチレーション光を多く取得することができ、位置分解能およびエネルギ分解能をより高めることができる。 Further, the surface of the scintillator block 22 to which the light receiving element is coupled is basically two opposing surfaces as shown in FIG. 17A. However, as shown in the modified examples shown in FIGS. By increasing the surface of the element 12, more scintillation light can be acquired, and the position resolution and energy resolution can be further increased.
図18に、第1実施形態の実施例の詳細を示す。18mm×18mm×1mmのLYSOの板状シンチレータ24を8枚積層した。各板状シンチレータ24間には、光学接着剤又はグリースは挟んでおらず、ごく薄い空気層になっている。そして、シンチレータブロック22の上下に、受光素子12をグリースで光学結合した。受光素子12は、3mm×3mmの有感領域を持つMulti Pixel Photon counter(MPPC)素子(浜松ホトニクス株式会社製)を4×4のマトリクスに配列したものである。 FIG. 18 shows details of an example of the first embodiment. Eight LYSO plate scintillators 24 of 18 mm × 18 mm × 1 mm were stacked. No optical adhesive or grease is sandwiched between the plate scintillators 24, and a very thin air layer is formed. The light receiving elements 12 were optically coupled with grease on the upper and lower sides of the scintillator block 22. The light receiving element 12 is an array of Multi Pixel Photon counter (MPPC) elements (manufactured by Hamamatsu Photonics) having a sensitive area of 3 mm × 3 mm arranged in a 4 × 4 matrix.
図19は、実施例の位置弁別性能を示す実験結果である。図19(a)に示すように、直径2mmにコリメートした511keVのガンマ線をDOI検出器20の中央および中央から3mmずらした位置に照射した。図19(b)は、3次元重心演算の結果をz軸上およびx軸上に投影したものであり、平面方向および深さ方向に位置弁別できていることを示している。 FIG. 19 is an experimental result showing the position discrimination performance of the example. As shown in FIG. 19A, 511 keV gamma rays collimated to a diameter of 2 mm were irradiated to the center of the DOI detector 20 and a position shifted by 3 mm from the center. FIG. 19B is a projection of the result of the three-dimensional centroid calculation on the z-axis and the x-axis, and shows that position discrimination is possible in the plane direction and the depth direction.
図19は、約160,000カウントのガンマ線照射について、個々のガンマ線に対する位置演算結果を重ねて表示したものである。これは、ある特定の板状シンチレータ(ここでは中心付近のレイヤー)において相互作用を起こしたガンマ線の位置演算結果のみを表示すると、図20(a)のようになることを示しており、z方向の位置情報が特定されていることを意味している。これに対して、層状でないモノリシックシンチレータ11を用いた従来の場合には、特定の位置で相互作用したガンマ線の位置演算結果だけを表示したとしても、図20(b)のように鋭いピークは形成されず、深さ方向の位置弁別は困難である。 FIG. 19 shows the position calculation results for individual gamma rays superimposed on about 160,000 counts of gamma ray irradiation. This indicates that when only the position calculation result of the gamma ray that caused the interaction in a specific plate scintillator (here, the layer near the center) is displayed, it becomes as shown in FIG. This means that the position information of is specified. On the other hand, in the conventional case using the monolithic scintillator 11 that is not layered, a sharp peak is formed as shown in FIG. 20B even if only the position calculation result of the gamma rays interacting at a specific position is displayed. In other words, position discrimination in the depth direction is difficult.
なお、本発明に係るDOI検出器は、単純な重心演算であっても3次元放射線位置演算が可能であるが、非特許文献5〜8に示すようなパターンマッチングや最尤推定など統計的手法を適用すれば、位置演算の精度を高めることができる。 The DOI detector according to the present invention can perform three-dimensional radiation position calculation even with simple centroid calculation, but statistical methods such as pattern matching and maximum likelihood estimation as shown in Non-Patent Documents 5 to 8. If is applied, the accuracy of position calculation can be improved.
また、本発明に係るDOI検出器は、PET装置に用いるのに好適であるが、適用対象はこれに限定されず、医用の他、環境測定用や高エネルギ実験用などにも用いることができる。 Moreover, although the DOI detector according to the present invention is suitable for use in a PET apparatus, the application target is not limited to this, and it can be used not only for medical purposes but also for environmental measurements and high energy experiments. .
8…被検者
10…シンチレータ
11…モノリシックシンチレータ
11a…光学的不連続面
12、12a、12b…受光素子
20…DOI検出器
22…シンチレータブロック
24…板状シンチレータ
26…カバー
28…ライトガイド
30…PET検出器リング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 ... Subject 10 ... Scintillator 11 ... Monolithic scintillator 11a ... Optical discontinuous surface 12, 12a, 12b ... Light receiving element 20 ... DOI detector 22 ... Scintillator block 24 ... Plate scintillator 26 ... Cover 28 ... Light guide 30 ... PET detector ring
Claims (13)
シンチレータブロック内部の受光素子面と平行な面のみに形成された、少なくとも1層の光学的不連続面と、
を有することを特徴とする3次元放射線位置検出器。 A light receiving element optically coupled to at least two opposing parallel surfaces of the scintillator block;
At least one optical discontinuous surface formed only on a surface parallel to the light receiving element surface inside the scintillator block;
A three-dimensional radiation position detector.
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Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160144162A (en) * | 2015-06-08 | 2016-12-16 | 연세대학교 원주산학협력단 | Module for detecting 3-dimensional position of gamma interaction using cross-arranged scintillator array |
JP2016223951A (en) * | 2015-06-01 | 2016-12-28 | キヤノン株式会社 | Radiation imaging apparatus, control method for same, and program |
JP2017015471A (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-19 | 浜松ホトニクス株式会社 | Radiation detector and radiation detection method |
JP2017072573A (en) * | 2015-01-30 | 2017-04-13 | 浜松ホトニクス株式会社 | Radiation detector |
JP2019056700A (en) * | 2017-09-20 | 2019-04-11 | キヤノンメディカルシステムズ株式会社 | Medical image diagnostic device |
CN111624645A (en) * | 2020-06-11 | 2020-09-04 | 北京卫星环境工程研究所 | Double-end reading crystal detector and rapid generation method of depth-of-action scale thereof |
JP2020531183A (en) * | 2017-08-31 | 2020-11-05 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | Multilayer detector with monolithic scintillator |
WO2021006061A1 (en) | 2019-07-08 | 2021-01-14 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 | Radiation position detector |
CN114167479A (en) * | 2020-09-10 | 2022-03-11 | 深圳先进技术研究院 | PET detector unit and PET detector |
-
2012
- 2012-05-29 JP JP2012122417A patent/JP2013246156A/en active Pending
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2017072573A (en) * | 2015-01-30 | 2017-04-13 | 浜松ホトニクス株式会社 | Radiation detector |
JP2016223951A (en) * | 2015-06-01 | 2016-12-28 | キヤノン株式会社 | Radiation imaging apparatus, control method for same, and program |
KR101722314B1 (en) * | 2015-06-08 | 2017-03-31 | 연세대학교 원주산학협력단 | Module for detecting 3-dimensional position of gamma interaction using cross-arranged scintillator array |
KR20160144162A (en) * | 2015-06-08 | 2016-12-16 | 연세대학교 원주산학협력단 | Module for detecting 3-dimensional position of gamma interaction using cross-arranged scintillator array |
JP2017015471A (en) * | 2015-06-30 | 2017-01-19 | 浜松ホトニクス株式会社 | Radiation detector and radiation detection method |
JP7181283B2 (en) | 2017-08-31 | 2022-11-30 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | Multilayer detector with monolithic scintillator |
JP2020531183A (en) * | 2017-08-31 | 2020-11-05 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | Multilayer detector with monolithic scintillator |
JP2019056700A (en) * | 2017-09-20 | 2019-04-11 | キヤノンメディカルシステムズ株式会社 | Medical image diagnostic device |
JP7221623B2 (en) | 2017-09-20 | 2023-02-14 | キヤノンメディカルシステムズ株式会社 | Medical diagnostic imaging equipment |
WO2021006061A1 (en) | 2019-07-08 | 2021-01-14 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 | Radiation position detector |
US11982777B2 (en) | 2019-07-08 | 2024-05-14 | National Institutes for Quantum Science and Technology | Radiation position detector |
CN111624645A (en) * | 2020-06-11 | 2020-09-04 | 北京卫星环境工程研究所 | Double-end reading crystal detector and rapid generation method of depth-of-action scale thereof |
CN111624645B (en) * | 2020-06-11 | 2021-08-13 | 北京卫星环境工程研究所 | Double-end reading crystal detector and rapid generation method of depth-of-action scale thereof |
WO2022052090A1 (en) * | 2020-09-10 | 2022-03-17 | 深圳先进技术研究院 | Pet detector unit and pet detector |
CN114167479A (en) * | 2020-09-10 | 2022-03-11 | 深圳先进技术研究院 | PET detector unit and PET detector |
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