特許 7224649 核検出器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-10

(45)【発行日】2023-02-20

(54)【発明の名称】核検出器

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/20 20060101AFI20230213BHJP

   G01T 1/164 20060101ALI20230213BHJP

【ＦＩ】

G01T1/20 C

G01T1/20 E

G01T1/20 G

G01T1/164 D

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019568355

(86)(22)【出願日】2017-10-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-09-17

(86)【国際出願番号】 CN2017108097

(87)【国際公開番号】W WO2019019449

(87)【国際公開日】2019-01-31

【審査請求日】2020-02-07

(31)【優先権主張番号】201710631228.4

(32)【優先日】2017-07-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】512322380

【氏名又は名称】▲蘇▼州瑞派▲寧▼科技有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＲＡＹＣＡＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｂｕｉｌｄｉｎｇ １７， Ｎｏ．８ Ｊｉｎｆｅｎｇ Ｒｏａｄ， Ｓｕｚｈｏｕ Ｎｅｗ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｕｚｈｏｕ， Ｊｉａｎｇｓｕ， ２１５１６３， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100168583

【弁理士】

【氏名又は名称】前井 宏之

(72)【発明者】

【氏名】牛明

(72)【発明者】

【氏名】劉▲トォン▼

(72)【発明者】

【氏名】華越軒

(72)【発明者】

【氏名】孫意成

(72)【発明者】

【氏名】謝慶国

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０４２３７９２４（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２００４－３５４３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００７－５３２８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５１８２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－１５５１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０１６７６０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００８／００６３１３８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｔ １／２０

Ｇ０１Ｔ １／１６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シンチレーション結晶アレイと、ライトガイドと、光検出器アレイとを備え、前記シンチレーション結晶アレイは、順次に密接に配置されており同じサイズを有する複数のシンチレーション結晶ストリップを含み、前記光検出器アレイは、順次に配置される複数のシリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）を含み、前記光検出器の断面積は、前記シンチレーション結晶ストリップの断面積よりも大きく、前記ライトガイドは、互いに対向する上面及び底面と、側面とを含み、前記ライトガイドの上面は、前記シンチレーション結晶アレイとカップリングされ、前記ライトガイドの底面は、前記光検出器アレイの上面とカップリングされる核検出器において、
前記ライトガイドの厚さは、０．１ｍｍ～５．６ｍｍであり、
前記ライトガイドは、前記ライトガイドの縁に近い箇所に設けられているスリットをさらに有し、前記スリットは、前記ライトガイドの上面から前記ライトガイドの底面へ向かって延在し、前記スリットの深さは、前記ライトガイドの厚さの０．１～０．５倍であり、
前記ライトガイドは、直方体形状を有し、前記スリットの延在方向は、前記ライトガイドの前記上面及び前記底面と直交し、
前記光検出器アレイの上面の面積は、前記ライトガイドの底面の面積よりも小さいことを特徴とする、核検出器。

【請求項2】

前記ライトガイドの前記側面から前記スリットまでの距離は、前記シンチレーション結晶ストリップの幅の１．１～１．９倍であることを特徴とする、請求項１に記載の核検出器。

【請求項3】

前記スリットは、第１スリットと第２スリットとを有し、前記ライトガイドの前記側面から前記第１スリットまでの距離は、前記シンチレーション結晶ストリップの幅と等しく、前記ライトガイドの前記側面から前記第２スリットまでの距離は、前記シンチレーション結晶ストリップの幅の２倍と等しく、前記第１スリットの深さは、前記第２スリットの深さよりも大きくなっていることを特徴とする、請求項１に記載の核検出器。

【請求項4】

前記スリットの数が１～４０であり、前記スリットは、前記ライトガイドの側面から前記ライトガイドの中心に向かって順次に配置され、前記スリットの深さが、前記ライトガイドの側面から前記ライトガイドの中心に向かって順次に小さくなっていることを特徴とする、請求項１に記載の核検出器。

【請求項5】

前記シンチレーション結晶ストリップの幅は、０．５ｍｍ～４ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の核検出器。

【請求項6】

前記シンチレーション結晶ストリップの側面には、不透光性物質が塗布されていることを特徴とする、請求項１に記載の核検出器。

【請求項7】

前記不透光性物質は、硫酸バリウム粉末又は鏡面反射フィルムであることを特徴とする、請求項６に記載の核検出器。

【請求項8】

前記スリットの中及び前記ライトガイドの側面には、不透光性物質が塗布されていることを特徴とする、請求項１に記載の核検出器。

【請求項9】

前記不透光性物質は黒色ペンキであることを特徴とする、請求項８に記載の核検出器。

【請求項10】

前記ライトガイドの層数が１～４層であり、各層の前記ライトガイドの累積厚さが０．１ｍｍ～５．６ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の核検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放射線検出装置に関し、特に核検出器に関する。

【背景技術】

【0002】

ガンマカメラ、陽電子放出コンピュータ断層撮影（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＰＥＴと略称）システム、放射線検出器及び結晶特性検知装置等の核検出装置において、核検出器の空間分解能は、核検出装置の性能を示す重要な指標の一つである。例えばＰＥＴシステムにおいて、空間分解能は、微細組織に対するＰＥＴシステムの空間認識能力を反映しており、ＰＥＴシステムでの最も重要な２つの指標の１つであり、ＰＥＴ画像の品質を評価するための重要な指標の１つでもある。撮像システムとして、ＰＥＴシステムの最も基本的な評価基準は、再構成画像の品質である。高品質の再構成画像には良好な分解能が必要であるため、空間分解能は、過去１０年以上にわたってＰＥＴシステムの開発における最適化の焦点である。特に動物ＰＥＴシステムは、動物の大きさという理由で、システム撮像の空間分解能要件が臨床ＰＥＴシステムよりもはるかに高くなっている。

【0003】

従来技術では、一般的に結晶ストリップが２．０ｍｍ未満までに薄めに切断される核検出器を、高空間分解能の核検出器と呼ぶ。現在での高空間分解能の核検出器は、通常以下の設計を採用している。

【0004】

第１種は、位置感応型光電子増倍管（ＰＳＰＭＴと略称）とシンチレーション結晶アレイとをカップリングさせて、高空間分解能を実現する。位置感応型光電子増倍管は、高ゲイン（１０⁶）及び低ノイズという特徴を有し、非常に高い空間分解能を実現することができる。ある研究チームは、そのカップリング方法を用いて、非常に高い空間分解能が必要である小型動物ＰＥＴシステムを実現したことが知られている（「Ｌｕｙａｏ Ｗａｎｇ、Ｊｕｎ Ｚｈｕ、Ｘｉａｏ Ｌｉａｎｇ、Ｍｉｎｇ Ｎｉｕ、Ｘｉａｏｋｅ Ｗｕ、Ｃｈｉｅｎ－Ｍｉｎ Ｋａｏ、Ｈｅｅｊｏｎｇ Ｋｉｍ ａｎｄ Ｑｉｎｇｇｕｏ Ｘｉｅ、『Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｒａｎｓ－ＰＥＴ（登録商標） ＢｉｏＣａｌｉｂｕｒｎ（登録商標） ＬＨ ｓｙｓｔｅｍ－Ａ ｌａｒｇｅ ＦＯＶ ｓｍａｌｌ－ａｎｉｍａｌ ＰＥＴ ｓｙｓｔｅｍ』、Ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｙ［Ｊ］、２０１４」という文献を参照）。この小型動物ＰＥＴシステムは、優れたシステム性能を実現している。

【0005】

第２種は、アバランシェフォトダイオードアレイ（ＡＰＤ ａｒｒａｙと略称）と同じサイズを有するシンチレーション結晶アレイとを直接カップリングさせて、高空間分解能を実現する。位置感応型アバランシェフォトダイオードは、小型であり、通常の動作中に必要な電圧が高くなく、ＰＥＴ検出器の構築に対して強い柔軟性があり、かつシステム統合エンジニアリングの難しさを一部軽減することができる（「Ｂｅｒｇｅｒｏｎ Ｍ、Ｃａｄｏｒｅｔｔｅ Ｊ、Ｂｅａｕｄｏｉｎ Ｊ Ｆ、ｅｔ ａｌ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ＬａｂＰＥＴ ＡＰＤ－Ｂａｓｅｄ Ｄｉｇｉｔａｌ ＰＥＴ Ｓｃａｎｎｅｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ、２００９、５６（１）：１０～１６」という文献を参照）。

【0006】

第３種は、シリコン光電子増倍管アレイ（ＳｉＰＭ ａｒｒａｙと略称）と、同じサイズを有するシンチレーション結晶アレイとを１：１で直接カップリングさせて、ＰＥＴ検出器を構築する。シリコン光電子増倍管は、１０⁶のゲインを有するので、光電子増倍管に匹敵しており、かつ低ノイズ、小型、コンパクトな配置、優れた時間パフォーマンスという特徴を有する。ＳｉＰＭ ａｒｒａｙを用いてＰＥＴ検出器を構築する場合、フロントエンド検出器によって出力される信号が高い信号対雑音比を有し、検出器が強い柔軟性を有し、かつシステム統合エンジニアリングの難しさを軽減することができる。半導体デバイスであるため、大量生産すると安価になるというメリットがあり、検出器が多数配置されるＰＥＴのような機器での使用に特に適する。ある研究チームは、ＳｉＰＭアレイとシンチレーション結晶アレイとを１：１で直接カップリングさせて、ＰＥＴ検出器の設計と製造を実現し、そしてシステム統合を完了し、２．５ｍｍ程度のＰＥＴシステム空間分解能が得られたことが知られている（「Ｄａｏｍｉｎｇ Ｘｉ、Ｊｉｎｇｊｉｎｇ Ｌｉｕ、Ｙａｎｚｈａｏ Ｌｉ、Ｊｕｎ Ｚｈｕ、Ｍｉｎｇ Ｎｉｕ、Ｐｅｎｇ Ｘｉａｏ、Ｑｉｎｇｇｕｏ Ｘｉｅ、「Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ／ＳｉＰＭ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｆｏｒ ｌｏｃａｌ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｈｉｇｈ ｓｐａｔｉａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ＰＥＴ』、ｉｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ ｏｆ ｔｈｅ ２０１１ ＩＥＥＥ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ［Ｃ］、ｐｐ．４４２９～４４３２、２０１１」という文献を参照）。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、前述の核検出器は、設計上まだ多くの欠点がある。例えば、ＰＳＰＭＴとシンチレーション結晶とをカップリングさせる第１種の核検出器は、まずその光電子増倍管が非常に高価である。何千何万のチャネル数を持つＰＥＴシステムにとっては、使用される核検出器の数が非常に多く、機器のコストが高すぎる。次に、光電子増倍管自体は比較的大型であり、システムの構築に柔軟性が欠如する。更に、光電子増倍管の動作時に、一般的に千ボルト程度の高電圧が必要である。これにより、ＰＥＴシステムを構築する際のエンジニアリングの難しさが増す。ＡＰＤアレイとシンチレーション結晶アレイとをカップリングさせる第２種の核検出器は、アバランシェフォトダイオードに自然な欠陥があり、ゲインが十分に高くなく、ノイズも大きいため、フロントエンド検出器によって生成される電気パルス信号の信号対雑音比が低くなり、電子読み出し効果に悪影響を与え、最終的にＰＥＴ検出器のパフォーマンスが低下する。シリコン光電子増倍管アレイと同じサイズを有するシンチレーション結晶アレイとを１：１で直接カップリングさせる第３種のＰＥＴ検出器では、良好なエネルギー分解能及び時間分解能が得られるが、このカップリング方法では空間分解能がシリコン光電子増倍管のサイズによって制限され、結晶アレイの結晶ストリップを小サイズに切断することによってＰＥＴ検出器の空間分解能をさらに向上させることは困難である。

【0008】

まとめると、従来技術のうち、ＰＳＰＭＴとシンチレーション結晶とをカップリングさせる核検出器は、コストが高すぎるだけでなく、システム統合の柔軟性も高くなく、エンジニアリングの難しさも大きい。高空間分解能のＰＥＴシステムでは適用することができるが、研究開発費用と製造コストが比較的高い。ＡＰＤアレイとシンチレーション結晶アレイとをカップリングさせる核検出器は、アバランシェフォトダイオードのゲインが低く、信号の信号対雑音比も優れていないので、ＰＥＴ検出器のパフォーマンスを低下させる。ＳｉＰＭアレイとシンチレーション結晶アレイとを１：１で直接カップリングさせるＰＥＴ検出器は、上述の２種類の両方のメリットを有するが、ＳｉＰＭアレイ内の単一のＳｉＰＭのサイズによって制限され、結晶ストリップが２ｍｍ未満までに薄めに切断される高空間分解能の核検出器を得ることが困難である。

【0009】

従って、上記の技術的な問題を考慮し、前述の欠陥を克服するために、低コスト、高度なシステム統合の柔軟性、及びより高い空間分解能という特徴を有する核検出器を提案する必要がある。

【0010】

本発明は、従来技術においてコストが高く、システム統合の柔軟性が低く、空間分解能が高くない課題を解決できる核検出器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記の技術的な課題を解決するために、本発明は核検出器を提供している。前記核検出器は、シンチレーション結晶アレイと、ライトガイドと、光検出器アレイとを備え、前記シンチレーション結晶アレイは、順次に密接に配置されており同じサイズを有する複数のシンチレーション結晶ストリップを含み、前記光検出器アレイは、順次に配置される複数の光検出器を含み、前記光検出器の断面積は、前記シンチレーション結晶ストリップの断面積よりも大きく、前記ライトガイドは、互いに対向する上面及び底面と、側面とを含み、前記ライトガイドの上面は、前記シンチレーション結晶アレイとカップリングされ、前記ライトガイドの底面は、前記光検出器アレイとカップリングされ、前記ライトガイドの厚さは、０．１ｍｍ～４０ｍｍであり、前記ライトガイドは、前記ライトガイドの縁に近い箇所に設けられているスリットをさらに有し、前記スリットは、前記ライトガイドの上面から前記ライトガイドの底面へ向かって延在し、前記スリットの深さは、前記ライトガイドの厚さの０．１～０．５倍である。

【0012】

本発明の一実施例によれば、前記ライトガイドは、直方体形状を有し、前記スリットの延在方向は、前記ライトガイドの前記上面及び前記底面と直交する。

【0013】

本発明の一実施例によれば、前記ライトガイドの前記側面から前記スリットまでの距離は、前記シンチレーション結晶ストリップの幅の１．１～１．９倍である。

【0014】

本発明の一実施例によれば、前記ライトガイドは、錐台の形状を有し、前記ライトガイドの上面の面積は、前記ライトガイドの底面の面積よりも大きく、前記スリットの延在方向は、前記錐台の側面と平行である。

【0015】

本発明の一実施例によれば、前記スリットは、第１スリットと第２スリットとを有し、前記ライトガイドの前記側面から前記第１スリットまでの距離は、前記シンチレーション結晶ストリップの幅と等しく、前記ライトガイドの前記側面から前記第２スリットまでの距離は、前記シンチレーション結晶ストリップの幅の２倍と等しく、前記第１スリットの深さは、前記第２スリットの深さよりも大きくなっている。

【0016】

本発明の一実施例によれば、前記スリットの数は、１～４０であり、前記スリットは、前記ライトガイドの側面から前記ライトガイドの中心に向かって順次に配置され、前記スリットの深さは、前記ライトガイドの側面から前記ライトガイドの中心に向かって順次に小さくなっている。

【0017】

本発明の一実施例によれば、前記シンチレーション結晶ストリップの幅は、０．５ｍｍ～４ｍｍである。

【0018】

本発明の一実施例によれば、前記シンチレーション結晶ストリップの側面には、不透光性物質が塗布されている。

【0019】

本発明の一実施例によれば、前記不透光性物質は、硫酸バリウム粉末又は鏡面反射フィルムである。

【0020】

本発明の一実施例によれば、前記スリットの中及び前記ライトガイドの側面には、不透光性物質が塗布されている。

【0021】

本発明の一実施例によれば、前記不透光性物質は黒色ペンキである。

【0022】

本発明の一実施例によれば、前記ライトガイドの層数は、１～４層であり、各層の前記ライトガイドの累積厚さは、０．１ｍｍ～４０ｍｍである。

【発明の効果】

【0023】

本発明の核検出器によれば、シンチレーション結晶アレイの中でのシンチレーション結晶ストリップのサイズが明らかに光検出器のサイズよりも小さい場合、即ち、シンチレーション結晶ストリップと光検出器とを１：１で直接カップリングさせることを実現できない場合、スリットを有するライトガイドが両方の間に設けられることにより、高空間分解能の核検出器を実現することができる。ライトガイドの厚みが小さいので、シンチレーション結晶による毎回の発光に対して光子の損失が小さく、シンチレーション光子の信号対雑音比がほとんど損失しないから、核検出器の高空間分解能を実現することができるだけでなく、核検出器の性能を低下させることもない。これにより、当該核検出器のエネルギー分解能、及び同時計数時間分解能がいずれも高空間分解能のＰＥＴ検出器の要件を満たし、なおかつ生産が便利で、製造が容易で、コストが低い。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の好適な実施例による核検出器の概略正面図である。

【図2】図１に示される核検出器のライトガイドの概略斜視図である。

【図3】図１に示される核検出器の多重化回路の概略図である。

【図4】図１に示される核検出器の結晶位置スペクトルの概略図である。

【図5】図１に示される核検出器のエネルギースペクトルの概略図である。

【図6】図５に示される核検出器の中央シンチレーション結晶ストリップのエネルギースペクトルの概略図である。

【図7】図５に示される核検出器の縁部シンチレーション結晶ストリップのエネルギースペクトルの概略図である。

【図8】図５に示される核検出器のシンチレーション結晶ストリップの平均エネルギースペクトルの概略図であり、シンチレーション結晶ストリップの平均エネルギー分解能が１４．８％である。

【図9】図５に示される核検出器の同時計数時間分解能の概略図であり、同時計数時間分解能が９４１．４ｐｓである。

【図10】本発明の核検出器の別の実施例を示す概略正面図である。

【図11】本発明の核検出器の更に別の実施例を示す概略正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、具体的な実施例により、本発明を更に説明する。以下の実施例は、本発明を説明するために使用されるだけであり、本発明の範囲を限定するものではないと考えられる。

【0026】

図１は、本発明の好適な実施例による核検出器の概略正面図である。図２は、図１に示される核検出器のライトガイドの概略斜視図である。図１および図２に示すように、本発明の核検出器は、シンチレーション結晶アレイ１０と、ライトガイド２０と、光検出器アレイ３０とを備える。ライトガイド２０は、シンチレーション結晶アレイ１０と光検出器アレイ３０との間に設けられ、シンチレーション結晶アレイ１０および光検出器アレイ３０のそれぞれとカップリングされる。具体的には、シンチレーション結晶アレイ１０は、順次に密接に配置されており同じサイズを有するシンチレーション結晶ストリップ１１をｍ×ｎ個含み、ｍ及びｎがいずれも５以上の自然数である。単一のシンチレーション結晶ストリップ１１は、六面研磨の直方体である。単一のシンチレーション結晶ストリップ１１の側面には、例えばＢａＳＯ₄粉末のような不透光性の拡散反射材や鏡面反射フィルムが塗布されている。シンチレーション結晶ストリップ１１の各々の底面を組み合わせることにより、シンチレーション結晶アレイ１０の底面が形成される。図２に示すように、ライトガイド２０は、ライトガイド本体２１と、第１スリット２２と、第２スリット２３とを含む。ライトガイド本体２１は、直方体形状を有する。ライトガイド２０の上面が、シンチレーション結晶アレイ１０の底面とカップリングされる。ライトガイド２０の上面の面積が、シンチレーション結晶アレイ１０の底面の面積と同じである。ライトガイド２０の上面には、４本の第１スリット２２と４本の第２スリット２３とが設けられている。４本の第１スリット２２は、それぞれライトガイド２０の上面の４つの辺に平行する。４本の第２スリット２３も、それぞれライトガイド２０の上面の４つの辺に平行する。第１スリット２２と第２スリット２３とは、いずれもライトガイド２０の上面からライトガイド２０の厚さ方向に沿ってライトガイド２０の内部へ延在している。４本の第２スリット２３は、４本の第１スリット２２よりもライトガイド２０の中心に近くなっている。図１の実施例において、ライトガイド２０の縁から第１スリット２２までの距離が単一のシンチレーション結晶ストリップ１１の幅と等しく、第１スリット２２と第２スリット２３との間の距離が単一のシンチレーション結晶ストリップ１１の幅と等しく、第１スリット２２の深さが第２スリット２３の深さよりも大きくなっている。光検出器アレイ３０の上面が、ライトガイド２０の底面とカップリングされる。光検出器アレイ３０は、順次に配置されており同じサイズを有する光検出器３１をｘ×ｙ個含み、ｘ及びｙがいずれも自然数である。単一の光検出器３１の断面積が単一のシンチレーション結晶ストリップ１１の断面積よりも大きくなっており、光検出器アレイ３０の上面の面積がライトガイド２０の底面の面積よりも小さくなっている。

【0027】

より具体的には、図１の実施例において、シンチレーション結晶アレイ１０は、１３×１３個の単独のシンチレーション結晶ストリップ１１から形成される。シンチレーション結晶ストリップ１１の材料がイットリウムケイ酸ルテチウムのシンチレーション結晶（ＬＹＳＯと略称）であり、１本のシンチレーション結晶ストリップのサイズが１．８９ｍｍ×１．８９ｍｍ×１３ｍｍであり、シンチレーション結晶アレイ１０の全体サイズが２６．５ｍｍ×２６．５ｍｍ×１３．３ｍｍである。各シンチレーション結晶ストリップ１１の間に、ＢａＳＯ₄粉末が塗布されている。ライトガイド２０の厚さが１．４ｍｍである。第１スリット２２は、幅が０．２ｍｍであり、深さが１．０ｍｍである。第２スリットは、幅が０．２ｍｍであり、深さが０．４ｍｍである。第１スリット２２および第２スリット２３の中には、例えば黒色不透光性ペンキのような不透光性物質が充填される。特に、より良いライトガイド効果を得るために、ライトガイド２０の側面にも不透光性物質が塗布されている。光検出器アレイ３０は、６×６個のシリコン光電子増倍管３１を採用しており、単一のシリコン光電子増倍管３１のサイズが４ｍｍ×４ｍｍ×０．６５ｍｍである。隣接するシリコン光電子増倍管３１の間に隙間があり、隙間の幅が０．２ｍｍである。

【0028】

図３は、図１に示される核検出器の多重化回路の概略図である。図３に示すように、本発明の核検出器の多重化回路は、平衡電荷分布回路であり、１６本のチャネルを含む。各チャネルのシリコン光電子増倍管３１のシンチレーションパルス信号が、まず２つの抵抗器４０を通じ電荷を均等に分配して、８本の重み付け信号５０を生成する。抵抗器４０の抵抗が２２０オームである。この平衡電荷分布回路により、ｘ×ｙ本のシリコン光電子増倍管３１のシンチレーションパルス信号がｘ＋ｙまでに低減する。最後に、Ａｎｇｅｒ法によって位置スペクトルが生成される。なお、Ａｎｇｅｒ法は、本分野の通常の技術手法であるので、説明を省略する。

【0029】

図４は、本発明の一実施例である核検出器のエネルギースペクトルの概略図である。図４に示すように、シリコン光電子増倍管３１によって発生されるシンチレーションパルス信号は、多重化回路の処理を経た後、更にマルチ閾値（ＭＶＴ）デジタル化方法により処理される。ＭＶＴデジタル化方法は、固定時間で電圧サンプルを取る従来のＡＤＣ方法とは異なり、予めシステムに複数の電圧閾値を設定し、シンチレーションパルス信号が各電圧閾値に達する際の時間を記録し、更にシンチレーションパルスモデルに関する事前知識に基づき、フィッティングすることによりシンチレーションパルス信号の時間、エネルギー、ベースラインドリフト及び減衰時間情報が得られ、更にエネルギー情報により位置情報が得られるという方法である。図４は、ＭＶＴデジタル化方法による図１の核検出器の位置スペクトルである。図４に示すように、この核検出器における１３×１３個の結晶の位置スペクトルが明らかに見える。

【0030】

図５は、図１に示されるＳｉＰＭベースの核検出器に位置のルックアップテーブルアルゴリズムを適用して得られた、１３×１３個のシンチレーション結晶ストリップのエネルギースペクトルを示す。図５に示すように、エネルギースペクトルにおける光電ピークをガウス近似することにより、各シンチレーション結晶ストリップのエネルギー分解能が得られる。単一のシンチレーション結晶ストリップのエネルギー分解能は、１２．９％～３０．１％の間である。図６は、図５に示される核検出器の中央シンチレーション結晶ストリップのエネルギースペクトルの概略図である。図７は、図５に示される核検出器の縁部シンチレーション結晶ストリップのエネルギースペクトルの概略図である。図６と図７との比較から理解できるように、核検出器の縁に位置するシンチレーション結晶ストリップのエネルギー分解能は、核検出器の中央に位置するシンチレーション結晶ストリップのエネルギー分解能よりも劣化する。図８は、図５に示される核検出器のシンチレーション結晶ストリップの平均エネルギースペクトルの概略図である。図８に示すように、１３×１３個のシンチレーション結晶ストリップの平均エネルギー分解能は、１４．８％である。

【0031】

図９は、図５に示される核検出器の同時計数時間分解能の概略図である。図９に示すように、丁度対向するＳｉＰＭベースの核検出器から４５７３対の隣接する応答ライン（Ｌｉｎｅ ｏｆ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ、ＬＯＲと略称）を抽出して、同時計数時間分布スペクトルを算出する。全てのイベントが３５０～６５０ｋｅＶのエネルギーウィンドウを介して選別され、ガウス近似によって得られる同時計数時間分解能は９４１．４ｐｓである。

【0032】

図１０は、本発明の核検出器の別の実施例を示す概略正面図である。図１０の実施例において、核検出器のシンチレーション結晶アレイ１１０及び光検出器アレイ１３０はいずれも図１に示される実施例と同じであるので、説明を省略する。異なる点に関しては、図１０の実施例において、ライトガイド１２０の上面には４本の第１スリット１２２のみが設けられている。この第１スリット１２２は、ライトガイド１２０の上面おける４つの辺にそれぞれ平行するように切り取られている。第１スリット１２２は、ライトガイド１２０の上面からライトガイド１２０の厚さ方向に沿ってライトガイド１２０の内部へ延在している。対応するライトガイド１２０の縁から４本の第１スリット１２２までの距離は、シンチレーション結晶ストリップの幅の１．１～１．９倍である。第１スリット１２２の深さは、ライトガイド１２０の厚さの０．１～０．５倍である。例えば、図１０の実施例において、対応するライトガイド１２０の縁から第１スリット１２２までの距離は、シンチレーション結晶ストリップの幅の１．５倍であり、第１スリット１２２の深さは、０．４ｍｍであり、ライトガイド１２０の厚さは、１．４ｍｍである。

【0033】

図１１は、本発明の核検出器の更に別の実施例を示す概略正面図である。図１１の実施例において、核検出器のシンチレーション結晶アレイ２１０及び光検出器アレイ２３０はいずれも図１に示される実施例と同じであるので、説明を省略する。異なる点に関しては、図１１の実施例において、ライトガイド２２０は、錐台形状を有し、対向する上面及び底面と４つの側面とを含み、ライトガイド２２０の上面の面積が底面の面積よりも大きく、ライトガイド２２０の底面の面積が光検出器アレイ２３０の上面の面積と等しい。ライトガイド２２０の上面には、４本の第１スリット２２２と４本の第２スリット２２３とが設けられている。第１スリット２２２及び第２スリット２２３が位置する平面は、それぞれライトガイド２２０の４つの側面と平行である。対応するライトガイド２２０の側面から４本の第１スリット２２２までの距離は、単一のシンチレーション結晶ストリップの幅と等しい。対応するライトガイド２２０の側面から第２スリット２２３までの距離は、単一のシンチレーション結晶ストリップの幅の２倍と等しい。第１スリット２２２の深さは、第２スリット２２３の深さよりも大きくなっている。例えば、図１０の実施例において、第１スリット２２２は０．２ｍｍの幅、１．０ｍｍの深さを有し、第２スリット２２３は０．２ｍｍの幅、０．４ｍｍの深さを有する。

【0034】

本発明の一実施例によれば、ライトガイドに使用される材料は、通常の無機ガラス、有機ガラス、又はシンチレーション結晶等の透明部材である。

【0035】

本発明の一実施例によれば、ライトガイドの層数は２～４層であり、全てのライトガイドの累積厚さは０．１ｍｍ～４０ｍｍである。

【0036】

本発明の一実施例によれば、ライトガイドは、円錐台、円柱体や略錐状の多面体等の形状を有してもよい。ライトガイドの幅や直径は、シンチレーション結晶アレイの幅と光検出器アレイの幅との間である。

【0037】

本発明の一実施例によれば、ライトガイドにおける第１スリット又は第２スリットの中に充填される不透光性物質は、鏡面反射フィルム（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、ＥＳＲと略称）であってもよい。

【0038】

本発明の別の実施例によれば、ライトガイドのスリットの数は、２を超えてもよい。ライトガイドのスリットの数は、４０個を超えない。

【0039】

本発明の一実施例によれば、シンチレーション結晶ストリップは、ゲルマニウム酸ビスマス、ケイ酸ルテチウム、臭化ランタン、イットリウムケイ酸ルテチウム、ケイ酸ルテチウム、フッ化バリウム、ヨウ化ナトリウム及びヨウ化セシウム等の無機シンチレーション結晶である。

【0040】

本発明の更に別の実施例によれば、シンチレーション結晶アレイにおける単一のシンチレーション結晶ストリップの幅が０．５ｍｍ～４ｍｍである。

【0041】

本発明の一実施例によれば、光検出器アレイにおける光検出器として、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、マルチピクセルフォトンカウンタ（ＭＰＰＣ）及びガイガーモードアバランシェフォトダイオード（Ｇ－ＡＰＤ）を採用してもよい。

【0042】

本発明の核検出器によれば、シンチレーション結晶アレイの中でのシンチレーション結晶ストリップのサイズが明らかに光検出器のサイズよりも小さい場合、即ち、シンチレーション結晶ストリップと光検出器とを１：１で直接カップリングさせることを実現できない場合、スリットを有するライトガイドが両方の間に設けられることにより、高空間分解能の核検出器を実現することができる。ライトガイドの厚みが小さいので、シンチレーション結晶による毎回の発光に対して光子の損失が小さく、シンチレーション光子の信号対雑音比がほとんど損失しないから、核検出器の高空間分解能を実現することができるだけでなく、核検出器の性能を低下させることもない。これにより、当該核検出器のエネルギー分解能、及び同時計数時間分解能がいずれも高空間分解能のＰＥＴ検出器の要件を満たし、なおかつ生産が便利で、製造が容易である。

【0043】

上記の記載は、本発明の好適な実施例だけであり、本発明を限定するものではなく、上記の実施例に対する様々なバリエーションが可能である。即ち、本発明の特許請求の範囲及び明細書に基づき簡単、同等の変更や修正されるものは、いずれも本発明の特許請求の保護範囲に含まれると理解すべきである。本発明において詳細に記載されていないのは、いずれも従来の技術的内容である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】