以下、図面を参照して、本発明の実施形� ��を詳細に説明する。

 図1に示す如く、本発明に係るガンマ線検 出器の第1実施形態の検出器モジュール10は、 測定対象6内の放射性核種8から放出されるガ� ��マ線によるコンプトン電子を検出するため� ��有機シンチレータ12と、同じくコンプトン� �ンマ線を検出するための無機シンチレータ14 と、各シンチレータ12、14での発光を検出す� �ためのPMTあるいは半導体検出器等の光検出� �16、18と、前記2種のシンチレータ12、14にお� �て同期計測したガンマ線のエネルギー吸収� �を合算して測定対象から放出されたガンマ� �を再構築すると共に、前記有機シンチレー� �12に吸収されたコンプトン電子により到達時 刻を決定する演算装置20を含んで構成される� ��

 前記検出器モジュール10のサイズは、測� �したい放射線のエネルギーに合わせて変え� �ことができる。

 前記有機シンチレータ12としては、例え� �、プラスチックシンチレータやp-テルフェニ ル等を用いることができる。

 前記無機シンチレータ14としては、例え� �、BGO、GSO、NaI(Tl)、GaF2(EU)、CsI(TI)、CsI(pure)、B aF2等を用いることができる。

 前記有機シンチレータ12の光検出器16は、 光検出器の光検出部を有機シンチレータ12の� ��取出面の一部と光学対面するように設け、� ��光学対面部に蛍光分布解析法に基づくX方向 の発光分布を検出する光検出器とY方向の発� �分布を検出する光検出器とを設けることが� �きる。具体的には、図2(平面図)及び図3(斜視 図)に例示する如く、有機シンチレータ12の光 取出面のXY中心軸に沿って光検出器16の光検� �部163を配置することができる。図3は有機シ� ��チレータ12の、光検出器16の光検出部と光学 対面していない光取出面位置の上方(Z方向)で の蛍光発光位置121を、X方向に延びた光検出� �161とY方向に延びた光検出部162とで検出する� ��領を示す。なお、XY方向の交差部は互いに� �検出部を共有している。勿論、光取出面の� �面に光検出器を設けても良い。図3において� ��線163及び曲線164は、各々高さZ位置における 発光121をX方向の光検出部161が検出した光量� �布と、Y方向の光検出部162が検出した光量分� ��とを示す。

 多数の検出器モジュール10を、図4(全体断 面図)及び図5(図4のV部拡大図)に例示する如く 、測定対象(人体や物)6の周りに配置すること で、診断装置(例えばPET装置)や検出装置を構� ��する。図4のPET装置では、体内から放出され る2本の511keVガンマ線を同時計測するため、� �6(全体図)及び図7(VII部拡大図)に示す如く、� �いに対向するペアーとなる二つの検出器モ� �ュールで各々1モジュール当たり、1本の511keV のガンマ線を検出する。

 解析装置について、図8のブロック図、図 9のタイムチャート及び図10のフロー図を用い て説明する。

 図8において、検出器モジュールAは、有� �シンチレータ12A、二つの無機シンチレータ14 A及び各シンチレータの発光を光電変換する� �電変換器16A、18Aで構成され、光電変換器16A� �有機シンチレータ12Aに二つ、光電変換器18A� �各無機シンチレータ14Aに一つずつ光学結合� �れている例を示し、シンチレータで発光が� �こると光電変換し、後段へ出力する。

 処理回路A1は、上段の光電変換器16Aの出� �をA/D変換し、処理回路A2は、上段の光電変換 器18Aの出力をA/D変換して、それぞれ入力され る情報を時間情報(T情報)とエネルギー情報(E� ��報)に分離し、後段へ出力する。

 時間情報は、有機シンチレータ12Aと無機� ��ンチレータ14Aの各々の発光により入力され� ��信号の立ち上がりを検出してそれぞれの発� ��時間とし、その情報を後段へ出力する。ま� ��、図9に示すように、有機シンチレータ12Aか らの入力があるとその発光時間幅に見合う非 常に短い所定時間幅のショートタイムウイン ドウδTSWを生成し、一方処理回路A2では、無� �シンチレータの発光時間幅に見合う比較的� �い所定時間幅のロングタイムウインドウδTLW を生成し、それら二種類の時間幅間のエネル ギーウインドウ情報を後段へ出力する。

 同期計測回路Aは、上段の処理回路A2と処� ��回路A1の二系列から出力される時間情報に� �づき、両発光時間が同期計測ウインドウ内� �収まっているか否かにより同期計測の判定� �行う。すなわち、二系列の処理回路からの� �力の時間差が所定時間幅の同期計測ウイン� �ウ内に出力された1ペアーを探し、検出する� ��同一イベントに基づくペアー出力と判定し� ��そのペアー出力を同期計測とする。そして� ��同期計測と判定したペアー出力のイベント� ��生時間すなわち同期計測時間を算出し、後� ��にその同期計測時間を出力する。

 検出器モジュールBに対しても同様の処理 が行われる。

 演算回路ABでは、上段の処理回路A2と処理 回路A1の二系列の処理回路から出力されるエ� ��ルギー情報及と同時計測回路ABから出力さ� �る時間情報に基づき、後述のエネルギー解� �、空間解析及び時間解析を行い、放射線核� �の位置を求める。

 各処理回路、各同期計測回路、同時計測� ��路AB及び演算回路ABは、演算装置20内に設け� ��れている。

 次に、図10に示すフローチャートを用い� �ステップごとにより詳しく説明する。図に� �いて、放射性核種からガンマ線が放出され(S 0)、検出器モジュールAにおいて、有機シンチ レータ12Aと二つの無機シンチレータ14Aで発光 すると、光電変換されて(Sa1-1,Sa1-2)、処理回� �A1及び処理回路A2へ入力される(Sa2-1,Sa2-2)。有 機シンチレータ12Aでの発光は、コンプトン電 子による発光であり、無機シンチレータ14Aで の発光はコンプトンガンマ線による発光であ る。

 処理回路A1及び処理回路A2は、それぞれ光 電変換された出力信号を受けると、順次A/D変 換して時間情報(T情報)を同期回路Aへ、時間� �報(T情報)とエネルギー情報(E情報)を演算回� �ABへ出力する。また、光電変換された出力信 号を受信の際に、各々その入力順にイベント IDNo.を付与することで(Sa2-3)、ステップSa2-3以� ��の処理においてのデータの対応付けを可能� ��する。

 同期計測回路Aは、処理回路A1及び処理回� ��A2の出力を受け同期計測の判定を行う。す� �わち、まず、図9(C)に示すように、処理回路A 1から出力されるショートタイムウインドウδ TSWと処理回路A2から出力されるロングタイム� ��インドウδTLWの立ち上がり時間差がショー� �タイムウインドウδTSWの立ち上がりを基準に 作成される所定時間幅の同期計測ウインドウ 内に収まっているかを検出し(Sa3)、収まって� ��る場合にその1ペアーを同一イベントに基づ く発光と見なし、同期計測と判定し(Sa4)、そ� ��時間差の平均時間を同期計測時間と見なし� ��その情報を処理回路ABへ出力する(Sa5)。

 さらに、同期計測と判定すると検出ウイ� ��ドウδTの生成を行う。すなわち、図9(A)と図 9(B)において、ショートタイムウインドウδTSW と、ロングタイムウインドウδTLWの両ウイン� ��ウの時間的な重なりを検出し(Sa6)、重なっ� �いる場合は重なり時間幅を検出ウインドウδ Tとし(Sa7-1)、無機シンチレータの発光が遅れ� ��重なっていない場合はショートタイムウイ� ��ドウδTSWを検出ウインドウδTとする(Sa7-2)。� ��のように、有機シンチレータのガンマ線の� ��出ウインドウと無機シンチレータのガンマ� ��の検出ウインドウが重なっている場合と、� ��なっていない場合で、同期計測ウインドウ� ��生成幅を変えることでさらに計測精度を高� ��ることができる。二点差線で囲んだステッ� ��Sa3からSa7-1及びSa7-2までが同期計測のための 処理部となる。

 検出器モジュールBでも同様の処理が行わ れる。

 同時計測回路ABは、図9(D)に示すように、� ��期計測回路Aから次々と出力される同期時間 情報と同期計測回路Bから次々と出力される� �期時間情報に基づき、両時間情報が同時計� �ウインドウ内に収まっているか否かにより� �時計測の判定を行う。すなわち、それらの� �間差を検出し(S12)、所定時間幅の同時計測ウ インドウ内に出力された1ペアーの時間情報� �同時計測と判定し(S13)、その二つの同期計測 時間情報を1ペアーとして演算回路ABへ出力す る。図の例では、同期計測回路Aからの信号� �基準にその前後の所定時間内に同期計測回� �Bからの信号の入力があった場合に同時計測� ��判定している。二点差線で囲んだステップS a12からSa13までが同時計測のための処理部と� �る。

 この方法のように、同時計測の計測時間� ��、前記同期計測ウインドウを基準として同� ��計測イベントの判定を行うと、一対の検出� ��モジュールの両方に生成されている各々の� ��出ウインドウδTの時間幅が非常に短いので� ��効果的に偶発的なバックグランドを除去し� ��計測精度を高めることができる。

 次いで、演算回路ABでは、エネルギー解� �を行う。

 演算回路ABは、処理回路A1から出力される ショートタイムウインドウδTSWと処理回路A2� �ら出力されるロングタイムウインドウδTLWの 時間幅中に生成したエネルギー、すなわちコ ンプトン電子エネルギーの積算とコンプトン ガンマ線エネルギーの積算を合算してガンマ 線を構築することでエネルギー解析し、図11� ��示す如く、放射線核種8の位置を帯状の領域 Iの内部に限定する。

 すなわち、処理回路A1からショートタイ� �ウインドウδTSWの時間幅のエネルギー情報が 入力されるとそのエネルギーを積算し(Sa8)、� ��理回路A2からロングタイムウインドウδTLWの 時間幅のエネルギー情報が入力されるとその エネルギーを積算し(Sa9)、ステップSa2-3で付� �したIDNo.を参照してステップ4で同期計測と� �定したデータのみを選択し、二つのエネル� �ーを合算し総エネルギーを得る(Sa10)。次に� �た総エネルギー情報から後述の空間解析の� �法を用いてシンチレータ内の発光位置(P位置 )を算出する(Sa11)。

 次にステップS14でやはり同時計測情報と� ��応させて、同時計測イベントIDNo.順の発光� �間(T)、エネルギー(E)及び発光位置(P)リスト� �作成する(S14)。

 この方法によるエネルギー解析は、ノイ� ��とされてきたコンプトン散乱による信号を� ��記のように真の信号として扱うため、測定� ��たいガンマ線のエネルギー領域において、� ��ンプトン散乱によるノイズの影響は、考慮� ��る必要が無くなっている。

 次いでステップS15で空間解析して、有機� ��ンチレータ12に接続された光検出器16で得ら れたシンチレーション分布により、有機シン チレータ12A及び有機シンチレータ12B内でのガ ンマ線相互作用点の座標を求める。

 以下、ステップS15で用いる空間解析時に� ��るガンマ線相互作用点の座標を求める方法� ��ついて、詳細に説明する。

 図12に示すような蛍光板30の光源32を算出� ��る方法として、従来から重心法が使われて� ��る。この重心法とは、蛍光板30の左右に設� �した光検出器(例えば、光電子増倍管)で得ら れた光量の比から重心を求め位置を算出する 方法である。しかし、この方法は、光源の「 相対位置」(左右の光検出器のどちら側で蛍� �したのか)しか求めることが出来ない。この� ��来の方法と異なり、直接光源の絶対位置を� ��出する新しい分析法である蛍光分布解析法� ��以下に述べる。これは、炭素や水素のよう� ��質量数が小さな分子で構成される有機シン� ��レータ(例えば、プラスチックシンチレータ やp-テルフュニル)を使うことで、性能が発揮 される。蛍光板30にて発生した光は、図12(A)� �示す如く、全方向に一様に放出される。放� �された光は、図12(B)に示す如く、蛍光板30の� ��面で全反射を繰り返しながら側面に到達す� ��。有機シンチレータは、質量数が少ないた� ��に伝搬中における光の吸収が非常に小さい� ��そのため、側面で得られる光量の分布は、� ��出された時の光の立体角で記述することが� ��来る。(この方法を質量数の大きな無機シン チレータの場合に対して使うことも可能であ る。しかし、伝搬中での光の吸収や蛍光板中 の密度分布による影響の要素を考慮した計算 をせねばならず、立体角だけでは算出できな い。)

 そこで、光量分布を得るために、図12(B)� �あるように側面に複数の光検出器(例えば、� ��電子増倍管や複数のセルで構成されるマル� ��アノード光電子増倍管や半導体光検出器)を 1列に配置する。

 ある側面に配置された半径rの面積を持つ光 検出器(距離間隔dで、光検出器がi=1,8まであ� �場合)を光源から見た立体角ω _i は、次の式で表すことが出来る。
 ω _i  = (πr ² ×y)/(x _i ² +y ² ) ^3/2 …(8)
 ここで、iは光検出器の番号を示す。x _i は光源からi番目の光検出器までのx軸に対す� ��距離、yは光源から光検出器の配置された側 面までの距離を示す。

 ここで重要なのは、同じ面に配置されてい� ��光検出器の立体角において、yは光検出器の 場所(i=1,8)に依存することなく同じなことで� �る。またx _i は、光源から光検出器(i=1)までの距離x ₁ と光検出器間の距離dを用いることにより次� �ように表すことが出来る。
  x _i =x ₁ -d×(i-1)…(9)

 質量数が小さい有機シンチレータの場合、� ��検出器(i)で測定できる光量Piは、立体角で� �述できるので、次のように表すことが出来� �。
  P _i ∝ω _i =A×ω _i …(10)
 ここでAは、比例係数である。

 (8)、(9)、(10)式をまとめると、側面で得られ る光量分布は、3つの変数(A、x ₁ 、y)で表すことが出来る。

  P _i  = A × (πr ² ×y)/({x _i  - d×(i-1)} ² +y ² ) ^3/2 …(11)
 この(11)式を、実際に光検出器(i=1,8)で得ら� �た光量分布Piに対してフィッティングするこ とにより、蛍光の絶対位置(x ₁ 、y)を求めることが可能になる。

 この方法を用いることにより、図13(A)に� �す如く、2次元座標(X方向)を算出することが� ��きる。更に、図13(B)に示す如く、1枚の蛍光� ��を光学的に対向する数段の光検出群(図では 高さ方向に2段)で見るようにすれば、Z方向に 対する情報も得られる。

 そして、対称に配置された2つの有機シン チレータの相互作用点座標を線で結ぶことに より、図11に示したエネルギー情報でのみ特� ��した帯状の領域Iを、図14(全体図)及び図15(XV 部拡大図)にある線状の領域IIのライン上にま で特定できる。

 これに対して従来は、フーリエ解析を行� ��って、このラインを求めていたため、解析� ��間が長く必要で、場合によっては、検査当� ��に診断結果が出ない場合も多かった。本発� ��によれば、難しい解析を一切行なわず、計� ��時にラインまで求められるので、解析時間� ��大幅に短縮して、その日のうちに診断結果� ��出る。従って、患者の不安も解消できる。

 更に、ガンマ線の放出角が分かるため、� ��れまでのPETシステムに使用していたコリメ� ��タを必要としない。そのため、PETシステム� ��大幅な軽量化が図れる。

 次いでステップS16に進み、TOF原理を用い� ��時間解析を行って、図16に示す如く、対向� �て配置された2つの有機シンチレータに到着� ��たガンマ線の到着時間(飛行時間)I及びIIの� �から飛距離を絞り込むことで、エネルギー� �空間情報から得られた線状の領域IIのどの位 置に放射線核種8があるか特定することがで� �る(S17)。以上図10で示したプログラムは、コ� ��ピュータで読取可能な記憶媒体、例えばハ� ��ドディスクやROMなどに記憶させることがで� ��る。

 なお、図10においてステップSa11及びSa12の 処理の代わりに、従来のようにフーリエ変換 を用いて解析することで領域Iを領域IIのライ ン上にまで特定する事もできる。

 あるいは、領域Iに限定したのち、TOF解析 方法用いて、測定対象の有機シンチレータか らの距離を求めることが出来る。

 これまでのPET装置では、時間応答の遅い� ��機シンチレータでTOFを試みていたが、時間� ��答が早い有機シンチレータを導入したこと� ��より、PET装置におけるTOFの実用が可能にな� ��。偶発的に起こるノイズ信号の除去率は、� ��途の検出ウインドウの時間幅に比例する。� ��れまでの無機シンチレータと比べて検出ウ� ��ンドウδT幅が著しく狭くなった分だけ、ノ� ��ズ信号を除去できる。つまり、高S/Nでの測� ��が可能になる。

 なお、前記実施形態においては、モジュ� ��ルが直方体状とされていたが、図17に示す� �2実施形態の如く、図4のような円周状の配置 において無機シンチレータ14を測定対象側に� ��った楔状とすることが出来る。本実施形態� ��よれば、PET装置等において、モジュールを� ��率的に配置することができる。更に、有機� ��ンチレータ12を台形状とすることもできる� �

 又、前記実施形態においては、いずれも� ��有機シンチレータ12の両側に無機シンチレ� �タ14が配置されていたが、図18に示す第3実施 形態の如く、無機シンチレータ14を有機シン� ��レータ12の片側にのみ配置したり、図19に示 す第4実施形態の如く、有機シンチレータ12の 途中まで配置することも可能である。

 なお、前記説明では図10に示すPET装置を� �にとっていたが、本発明の適用対象は、こ� �に限定されず、図10においてその一部を点線 で囲んだSPECT装置や、他の断層像撮影装置、� ��射線診断装置等にも適用できる。

 また、光検出器に取り込むシンチレーシ� ��ン光を増やすために、有機シンチレータ12� �無機シンチレータ14、それぞれを反射材で囲 むことができる。