JP6654819B2 - 放射線検出器及び放射線検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、放射線検出器及び放射線検出方法に関する。

放射線検出器及び放射線検出方法に関する技術として、特許文献１〜４が知られている。例えば、特許文献１には、ポジトロンＣＴ装置が記載される。このポジトロンＣＴ装置は、柱状のシンチレータ要素を束ねたシンチレータ束と、当該シンチレータ束の両端に結合された位置検出型光検出器と、を含む検出ユニットを有する。そして、この検出ユニットをリング状に配置することにより、シンチレータ内におけるガンマ線の吸収位置を三次元的に検出する。

特公平６−５２９０号公報 再公表特許２０１２−１０５２９２号公報 特開２０１３−１４００２４号公報 特許第５５８５０９４号

特許文献１に記載されたような検出ユニットでは、シンチレータの延在方向における一次元の吸収位置と、シンチレータの延在方向に交差する面における二次元の吸収位置と、を別の処理によって取得する。検出ユニットは一対の位置検出型光検出器を有するので、二次元の吸収位置を取得する際には、２個の位置検出型光検出器の出力を利用し得る。このような技術の分野においては、シンチレーション光の位置検出における位置分離特性の向上が望まれている。

そこで、本発明は、位置分離特性の向上が可能な放射線検出器及び放射線検出方法を提供することを目的とする。

本発明の一形態は、放射線検出器である。この放射線検出器は、放射線を吸収してシンチレーション光を発生すると共に所定方向に延在するシンチレータ部と、所定方向と直交し、シンチレーション光に起因する第１の光を出射する第１の出射面と、第１の出射面に対して所定方向に離間して形成され、シンチレーション光に起因する第２の光を出射する第２の出射面と、を有するシンチレータと、第１の出射面に光学的に結合されると共に、第１の光に対応する第１の信号を出力する第１の位置検出型光検出器と、第２の出射面に光学的に結合されると共に、第２の光に対応する第２の信号を出力する第２の位置検出型光検出器と、第１の信号及び第２の信号を利用して、シンチレータにおける放射線が吸収された位置を取得する位置取得部と、を備え、位置取得部は、第１の信号又は第２の信号において一方の信号よりも大きい信号強度を有する他方の信号を利用して、所定方向と直交する面上における放射線が吸収された二次元位置を取得する二次元位置取得部を有する。

この放射線検出器では、シンチレータに放射線が入射されると、シンチレータ部が放射線を吸収してシンチレーション光を発生する。シンチレーション光は、第１の光として第１の位置検出型光検出器に入射すると共に、第２の光として第２の位置検出型光検出器に入射する。このシンチレーション光は、位置検出型光検出器に到達するまでに拡散する。この拡散の度合いは、シンチレーション光の発光位置から位置検出型光検出器までの距離に依存する。発光位置から位置検出型光検出器までの距離が大きい場合には、拡散の度合いも大きくなる。このような拡散の度合いが大きいシンチレーション光が位置検出型光検出器に入射すると、位置検出型光検出器から得られる信号は、信号強度が比較的小さく、信号間の強度の差が小さくなる場合がありえる。このような複数の信号を利用した重心演算結果は、結果の揺らぎが大きく、かつ重心位置がシンチレータの中心に寄る傾向にある。一方、発光位置から位置検出型光検出器までの距離が小さい場合には、拡散の度合いが小さい。そうすると、上述の場合とは逆に、位置検出型光検出器から得られる複数の信号は、信号間の強度の差が大きくなる場合がありえる。このような複数の信号を利用した重心演算結果は、結果の揺らぎが小さいので、良好な分離特性が得られる。そこで、放射線検出器では、位置取得部が、第１の信号及び第２の信号の信号強度を比較して、信号強度の大きい方の信号を利用する。従って、信号強度の大きい方の信号を利用することにより、光の拡散の影響が抑制されるので、位置分離特性を向上することができる。

位置取得部は、第１の出射面と第２の出射面との間において、所定方向における放射線が吸収された一次元位置を取得する一次元位置取得部をさらに有してもよい。この構成によれば、二次元位置取得部において放射線が吸収された二次元位置が取得され、さらに、一次元位置取得部において、放射線が吸収された一次元位置が取得される。従って、放射線が吸収された二次元位置と一次元位置とを組み合わせることにより、放射線が吸収された三次元位置を取得することができる。

位置取得部は、第１の信号を利用して、第１の出射面上における放射線が吸収された第１の位置を算出する第１の算出部と、第２の信号を利用して、第２の出射面上における放射線が吸収された第２の位置を算出する第２の算出部と、をさらに有し、二次元位置取得部は、一次元位置を利用して、第１の信号又は第２の信号において一方の信号よりも大きい信号強度を有する他方の信号を選択し、選択された信号から算出された第１の位置又は第２の位置の一方を二次元位置として取得してもよい。この構成によれば、位置取得部は、入力された第１の信号をデジタル信号に変換した後に、第１の算出部において第１の位置を算出する。また、位置取得部は、入力された第２の信号をデジタル信号に変換した後に、第２の算出部において第２の位置を算出する。そうすると、アナログ信号が伝送される伝送線路の長さを短くすることができるので、アナログ信号に対するノイズ対策のための構成を簡易にすることが可能になる。従って、放射線検出器の構成を簡易にすることができる。

また、本発明の別の形態は、放射線を吸収してシンチレーション光を発生すると共に所定方向に延在するシンチレータ部と、所定方向と直交し、シンチレーション光に起因する第１の光を出射する第１の出射面と、第１の出射面に対して所定方向に離間して形成され、シンチレーション光に起因する第２の光を出射する第２の出射面と、を有するシンチレータにおける放射線が吸収された位置を取得する放射線検出方法である。この検出方法は、第１の出射面に光学的に結合されると共に、第１の光に対応する第１の信号を出力する第１の位置検出型光検出器から第１の信号を取得する第１の工程と、第２の出射面に光学的に結合されると共に、第２の光に対応する第２の信号を出力する第２の位置検出型光検出器から第２の信号を取得する第２の工程と、第１の信号及び第２の信号を利用して、シンチレータにおける放射線が吸収された位置を取得する第３の工程と、を有し、第３の工程は、第１の信号又は第２の信号において一方の信号よりも大きい信号強度を有する他方の信号を利用して、所定方向と直交する面上における放射線が吸収された二次元位置を取得する第４の工程を含む。

この放射線検出方法は、上記放射線検出器と同様の効果を得ることができる。すなわち、第３の工程は、第１の信号及び第２の信号の信号強度を比較して、信号強度の大きい方の信号を利用する。従って、信号強度の大きい方の信号を利用することにより、光の拡散の影響が抑制されるので、位置分離特性を向上することができる。

第３の工程は、第１の出射面と第２の出射面との間において、所定方向に沿って放射線が吸収された一次元位置を取得する第５の工程をさらに含んでもよい。これらの工程によれば、第４の工程において、放射線が吸収された二次元位置が取得され、さらに、第５の工程において、放射線が吸収された一次元位置が取得される。従って、放射線が吸収された二次元位置と一次元位置とを組み合わせることにより、放射線が吸収された三次元的な位置を取得することができる。

第３の工程は、第１の信号を利用して、第１の出射面上における放射線が吸収された第１の位置を算出する第６の工程と、第２の信号を利用して、第２の出射面上における放射線が吸収された第２の位置を算出する第７の工程と、をさらに含み、第４の工程では、一次元位置を利用して、第１の信号又は第２の信号において一方の信号よりも大きい信号強度を有する他方の信号を選択し、選択された信号から算出された第１の位置又は第２の位置の一方を二次元位置として取得する。これらの工程によれば、第１又は第２の工程における処理により、第１又は第２の位置検出型光検出器から出力されたアナログ信号が、デジタル信号である第１又は第２の位置に変換される。そうすると、アナログ信号が伝送される伝送線路の長さを短くすることができるので、アナログ信号に対するノイズ低減のための構成を簡易にすることが可能になる。従って、放射線検出器の構成を簡易にすることができる。

本発明の一形態に係る放射線検出器及び本発明の別の形態に係る放射線検出方法によれば、放射線が吸収された位置の分離特性を向上することができる。

実施形態に係る放射線検出器の構成を示す図である。 図１の検出ユニットを分解及び拡大して示す斜視図である。 検出ユニットから出力される信号を利用して放射線が吸収された位置を得る処理を説明するための図である。 検出ユニットから出力される信号を利用して放射線が吸収された位置を得る処理を説明するための図である。 実施形態に係る放射線検出方法の主要な工程を示す図である。 比較例に係る放射線検出器の構成を示す図である。 シンチレーション光の拡散と検出精度との関係を説明するための図である。 シンチレーション光の拡散と検出精度との関係を説明するための図である。 変形例に係る放射線検出器が備える検出ユニットを示す図である。 変形例に係る放射線検出器が備える光散乱面を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。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に示されるように、放射線検出器１は、検出ユニット２と、位置取得部３とを備える。検出ユニット２は、ガンマ線等の放射線Ｈを吸収することにより、放射線Ｈの線量に対応するシンチレーション光を発生させる。検出ユニット２は、シンチレーション光を電気信号に変換した後に、位置取得部３に出力する。位置取得部３は、検出ユニット２から入力された電気信号を利用して、放射線Ｈが吸収された位置（以下、単に「放射線吸収位置」ともいう）の情報を出力する。従って、放射線検出器１によれば、放射線吸収位置の情報が得られる。

検出ユニット２は、シンチレータアレイ（シンチレータ）４と、光検出器６Ａ（第１の位置検出型光検出器）と、光検出器６Ｂ（第２の位置検出型光検出器）と、を有する。一対の光検出器６Ａ，６Ｂは、シンチレータアレイ４を挟むように、シンチレータアレイ４の両端に光学的に結合される。このような構成を有する検出ユニット２は、両端検出型と呼ばれる。シンチレータアレイ４は、放射線Ｈを吸収することにより、シンチレーション光を発生させる。光検出器６Ａ，６Ｂは、シンチレーション光の強度に対応する電気信号を発生させる。

図２に示されるように、シンチレータアレイ４は、第１の出射面４ａと、第２の出射面４ｂと、Ｚ方向（所定方向）に延在するように光散乱面８によって区分された複数のシンチレータ部７と、を有する。第１の出射面４ａは、Ｚ方向と直交するシンチレータアレイ４の一端面である。第２の出射面４ｂは、Ｚ方向と直交するシンチレータアレイ４の他端面である。なお、複数のシンチレータ部７は、光散乱面８に代えて、空気層によって区分されていてもよい。また、シンチレータは、光散乱面８や空気層によって区分されていない一塊（モノシリック）の構成であってもよい。

シンチレータアレイ４は、第１の出射面４ａと第２の出射面４ｂとの間に延在する側面４ｃを有する。この側面４ｃには、光反射層５が設けられる。すなわち、シンチレーション光は、第１の出射面４ａ及び第２の出射面４ｂの少なくとも一方からシンチレータアレイ４から出射され、側面４ｃから出射されることはない。この光反射層５は、例えば、テフロンテープ（テフロンは登録商標）、硫酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、ＥＳＲ（Enhanced Specular Reflector）フィルム、又はポリエステルフィルム等の材料によって構成される。

シンチレータアレイ４は、放射線吸収位置においてシンチレーション光を発生させる結晶塊である。このシンチレーション光の強度は、吸収した放射線Ｈの線量に対応する。結晶塊は、例えば、Ｂｉ_４Ｇｅ_３Ｏ_１２（ＢＧＯ）、ＣｅがドープされたＬｕ_２ＳｉＯ_５（ＬＳＯ）、Ｌｕ_{２（１−Ｘ）}Ｙ_２ＸＳｉＯ_５（ＬＹＳＯ）、Ｇｄ_２ＳｉＯ_５（ＧＳＯ）、ＰｒがドープされたＬｕＡＧ（Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）、ＣｅがドープされたＬａＢｒ_３（ＬａＢｒ_３）、ＣｅがドープされたＬａＣｌ_３（ＬａＣｌ_３）、又はＣｅがドープされたＬｕ_0.7Ｙ_0.3ＡｌＯ_３（ＬｕＹＡＰ）、Lutetium Fine Silicate（ＬＦＳ）等の結晶によって、構成される。

シンチレータ部７は、例えば、正角柱状をなす。シンチレータ部７は、Ｚ方向に対して直交するＸＹ平面に沿って、二次元配列される。光散乱面８は、第１の出射面４ａから第２の出射面４ｂまで延在し、複数の光散乱面８はＺ方向から見て格子状に組み合されている。光散乱面８は、シンチレータアレイ４を構成する結晶塊の一部を改質（例えばアモルファス化）させることにより形成される。この改質は、レーザ光の照射によって行われる。より具体的には、シンチレータアレイ４を構成する結晶塊に対して光透過性を有するレーザ光を集光させる。そして、結晶塊の所定の面に沿ってレーザ光の集光点を相対的に移動させる。これにより、結晶塊においてレーザ光の集光点において光吸収が発生し、結晶塊の所定の面に沿って改質領域が形成される。例えば、レーザ光がパルスレーザ光である場合には、１パルスのレーザ光の照射によって１つの改質スポットが形成される。そして、結晶塊の所定の面に沿って複数の改質スポットを形成することにより、面状の改質領域が形成される。改質スポットは、シンチレーション光を遮断したり吸収したりするものではない。従って、光散乱面８の全面に改質スポットが形成されていても、入射したシンチレーション光の一部は透過する。光散乱面８は、シンチレーション光の入射角度によってシンチレーション光の透過率が異なる。

位置検出型の光検出器６Ａは、例えば光学用の接着剤を介して、第１の出射面４ａに光学的に結合される。光検出器６Ａは、第１の出射面４ａから出射された第１の光Ｌ１（図４参照）の強度を検出し、検出値に応じた大きさの電気信号を出力する。位置検出型の光検出器６Ｂは、例えば光学用の接着剤を介して、第２の出射面４ｂに光学的に結合される。光検出器６Ｂは、第２の出射面４ｂから出射された第２の光Ｌ２（図４参照）の強度を検出し、検出値に応じた大きさの電気信号を出力する。光検出器６Ａ，６Ｂは、例えば、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Avalanche Photo Diode）又はＭＰＰＣ（Multi−Pixel Photon Counter）等を用いた半導体光検出器である。なお、ＭＰＰＣは、複数のガイガーモードＡＰＤ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。

図３及び図４に示されるように、光検出器６Ａは、複数の光検出部１１Ａと、出力取出部１２Ａと、を有する。光検出部１１Ａは、第１の出射面４ａに含まれたシンチレータ部７の端面に光学的に結合される。光検出部１１Ａの数は、シンチレータ部７の数と同数或いはシンチレータ部７の数よりも少ない。本実施形態では、光検出部１１Ａの数がシンチレータ部７の数と同じである。そうすると、１個の光検出部１１Ａには、１個のシンチレータ部７が結合される。出力取出部１２Ａは、抵抗チェーンと出力端子とを有する。抵抗チェーンでは、Ｘ方向において互いに隣接する光検出部１１Ａ同士が抵抗器を介して電気的に接続される（図３参照）。また、抵抗チェーンでは、Ｙ方向において互いに隣接する光検出部１１Ａ同士が抵抗器を介して電気的に接続される（図４参照）。出力取出部１２Ａは、第１の信号として、信号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４及び、信号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を足し合わせた第１の合成信号ＡＭ（＝Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４）を出力する（図２参照）。これらの信号は、アナログ信号である。

光検出器６Ｂは、光検出器６Ａと同様の構成を有する。光検出器６Ｂは、光検出部１１Ｂと、出力取出部１２Ｂと、を有する。光検出部１１Ｂは、第２の出射面４ｂに含まれたシンチレータ部７の端面に光学的に結合される。出力取出部１２Ｂは、第２の信号として、信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４及び、信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を足し合わせた第２の合成信号ＢＭ（＝Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３＋Ｂ４）を出力する（図２参照）。これらの信号は、アナログ信号である。

図１に示されるように、位置取得部３は、光検出器６Ａ，６Ｂから入力された第１の信号及び第２の信号を利用して、放射線吸収位置を示す情報を出力する。この位置情報は、シンチレータアレイ４における三次元的な位置を示す情報である。位置取得部３は、例えば、第１の信号及び第２の信号を処理する所定のソフトウエアにより実現される。このソフトウエアは、パーソナルコンピュータで実行されることにより、パーソナルコンピュータが位置取得部３として機能する。なお、位置取得部３は、所望の論理回路を実装可能なハードウエア（例えばＦＰＧＡ：Field-Programmable Gate Array）により実現されてもよい。

位置取得部３は、機能的構成要素として一次元位置取得部１３と、第１の算出部１４Ａと、第２の算出部１４Ｂと、二次元位置取得部１６と、アナログ‐デジタル変換部を有する。

一次元位置取得部１３は、第１の合成信号ＡＭ及び第２の合成信号ＢＭを利用して、Ｚ方向における放射線吸収位置を算出する。すなわち、一次元位置取得部１３で算出される位置情報は、一次元的な位置情報である。第１の合成信号ＡＭ及び第２の合成信号ＢＭは、アナログ‐デジタル変換部においてアナログ‐デジタル変換処理されることにより、デジタル信号化されて一次元位置取得部１３に入力される。一次元位置取得部１３は、Ｚ方向における放射線吸収位置の情報を位置取得部３の外部及び二次元位置取得部１６に出力する。一次元位置取得部１３における重心演算処理について説明する。まず、一次元位置取得部１３は、式（１）を利用して、比率Ｒ１を算出する。
Ｒ１＝ＢＭ／（ＡＭ＋ＢＭ）…（１）
ここで、
ＡＭ：第１の合成信号の信号値（＝Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４）
ＢＭ：第２の合成信号の信号値（＝Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３＋Ｂ４）
である。次に、比率Ｒ１を利用して、Ｚ方向における放射線吸収位置（発光位置）を特定する。

第１の算出部１４Ａは、第１の信号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４を利用して、第１の出射面４ａ上における放射線吸収位置を第１の位置として算出する。すなわち、第１の位置とは、二次元的な位置情報である。第１の信号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４は、アナログ‐デジタル変換部においてアナログ‐デジタル変換処理されることにより、デジタル信号化されて第１の算出部１４Ａに入力される。第１の算出部１４Ａは、Ｘ方向における放射線吸収位置を算出する重心演算と、Ｙ方向における放射線吸収位置を算出する重心演算とを行う。そして、第１の算出部１４Ａは、放射線Ｈが吸収された二次元位置を示す情報を二次元位置取得部１６に出力する。

第１の算出部１４Ａの動作を説明する。第１の算出部１４Ａは、Ｘ方向における放射線吸収位置を算出する。具体的には、まず、第１の算出部１４Ａは、式（２）を利用して、比率Ｒ２を算出する。
Ｒ２＝（Ａ１＋Ａ３）／ＡＭ…（２）
次に、比率Ｒ２とヒストグラムＧ２（図３参照）の横軸に示された値とを対応させることにより、Ｘ方向における放射線吸収位置を特定する。

第１の算出部１４Ａの動作をさらに説明する。第１の算出部１４Ａは、Ｙ方向における放射線吸収位置を算出する。具体的には、まず、第１の算出部１４Ａは、式（３）を利用して、比率Ｒ４を算出する。
Ｒ４＝（Ａ１＋Ａ２）／ＡＭ…（３）
次に、比率Ｒ４とヒストグラムＧ４（図４参照）の横軸に示された値とを対応させることにより、Ｙ方向における放射線吸収位置を特定する。

以上の動作により得られた、Ｘ方向における放射線吸収位置とＹ方向における放射線吸収位置とを利用することにより、第１の出射面４ａ上における放射線Ｈが吸収された二次元位置（第１の位置）が取得される。

第２の算出部１４Ｂは、第２の信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４を利用して、第２の出射面４ｂ上における放射線吸収位置を第２の位置として算出する。すなわち、第２の位置とは、二次元的な位置情報である。第２の信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４は、アナログ‐デジタル変換部においてアナログ‐デジタル変換処理されることにより、デジタル信号化されて第２の算出部１４Ｂに入力される。第２の算出部１４Ｂは、Ｘ方向における放射線吸収位置を算出する重心演算と、Ｙ方向における放射線吸収位置を算出する重心演算とを行う。そして、第２の算出部１４Ｂは、放射線Ｈが吸収された二次元位置を示す情報を二次元位置取得部１６に出力する。

第２の算出部１４Ｂの動作を説明する。第２の算出部１４Ｂは、Ｘ方向における放射線吸収位置を算出する。具体的には、まず、第２の算出部１４Ｂは、式（４）を利用して、比率Ｒ３を算出する。
Ｒ３＝（Ｂ１＋Ｂ３）／ＢＭ…（４）
次に、比率Ｒ３とヒストグラムＧ３（図３参照）の横軸に示された値とを対応させることにより、Ｘ方向における放射線吸収位置を特定する。

第２の算出部１４Ｂの動作をさらに説明する。第２の算出部１４Ｂは、Ｙ方向における放射線吸収位置を算出する。具体的には、まず、第２の算出部１４Ｂは、式（５）を利用して比率Ｒ５を算出する。
Ｒ５＝（Ｂ１＋Ｂ２）／ＢＭ…（５）
次に、比率Ｒ５とヒストグラムＧ５（図４参照）の横軸に示された値とを対応させることにより、Ｙ方向における放射線吸収位置を特定する。

以上の動作により得られた、Ｘ方向における放射線吸収位置とＹ方向における放射線吸収位置とを利用することにより、第２の出射面４ｂ上における放射線Ｈが吸収された二次元位置（第２の位置）が取得される。

二次元位置取得部１６は、光検出器６Ａから出力された第１の信号と、光検出器６Ｂから出力された第２の信号と、のいずれの信号を用いるかの判定を行う。換言すると、二次元位置取得部１６は、第１の位置又は第２の位置のいずれか一方をＸＹ平面上における放射線吸収位置として選択する。この処理では、光検出器６Ａから出力された第１の信号と、光検出器６Ｂから出力された第２の信号との比率Ｒ１、またはアナログ−デジタル変換された第１の合成信号ＡＭと第２の合成信号ＢＭの大小関係を比較することにより、放射線吸収位置から光検出器までの距離が近いほうの光検出器を判定する。そして、特定された光検出器の信号から算出された位置情報を選択し、当該位置情報を出力する。

続いて、図５を参照しつつ、放射線検出方法について説明する。この方法は、放射線検出器１によって実行される。

まず、第１の信号を取得する工程を実施する（第１の工程：Ｓ１）。工程Ｓ１は、光検出器６Ａによって実施される。工程Ｓ１では、上述したように、光検出器６Ａが第１の信号として、信号Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４及び、第１の合成信号ＡＭ（＝Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＋Ａ４）を取得する。そして、光検出器６Ａは、第１の信号を位置取得部３に出力する。

次に、第２の信号を取得する工程を実施する（第２の工程：Ｓ２）。工程Ｓ２は、光検出器６Ｂによって実施される。工程Ｓ２では、上述したように、光検出器６Ｂが第２の信号として、信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４及び、第２の合成信号ＢＭ（＝Ｂ１＋Ｂ２＋Ｂ３＋Ｂ４）を取得する。そして、光検出器６Ｂは、第２の信号を位置取得部３に出力する。

次に、放射線吸収位置を取得する工程を実施する（第３の工程：Ｓ３）。工程Ｓ３は、位置取得部３によって実施される。工程Ｓ３では、第１の信号及び第２の信号を利用して、シンチレータアレイ４において放射線Ｈが吸収された位置を示す情報を取得する。以下、この工程Ｓ３について詳細に説明する。

まず、Ｚ方向における放射線吸収位置を取得する（第５の工程：Ｓ４）。工程Ｓ４は、一次元位置取得部１３によって実施される。工程Ｓ４では、式（１）を利用して比率Ｒ１を算出する。比率Ｒ１を利用して、Ｚ方向における放射線吸収位置（発光位置）を特定する。

次に、第１の信号を利用して、第１の位置を取得する工程を実施する（第６の工程：Ｓ５）。工程Ｓ５は、第１の算出部１４Ａによって実施される。工程Ｓ５では、式（２）を利用した重心演算によって、Ｘ方向における放射線吸収位置を特定する。さらに、工程Ｓ５では、式（３）を利用した重心演算によって、Ｙ方向における放射線吸収位置を特定する。そして、Ｘ方向及びＹ方向における放射線吸収位置を利用して、放射線Ｈが吸収された第１の出射面４ａ上の二次元位置（第１の位置）を特定する。この二次元位置を示す信号は、デジタル信号である。

次に、第２の信号を利用して、第２の位置を取得する工程を実施する（第７の工程：Ｓ６）。工程Ｓ６は、第２の算出部１４Ｂによって実施される。工程Ｓ６では、式（４）を利用した重心演算によって、Ｘ方向における放射線吸収位置を特定する。さらに、工程Ｓ６では、式（５）を利用した重心演算によって、Ｙ方向における放射線吸収位置を特定する。そして、Ｘ方向及びＹ方向における放射線吸収位置を利用して、放射線Ｈが吸収された第２の出射面４ｂ上の二次元位置（第２の位置）を特定する。この二次元位置を示す信号は、デジタル信号である。

次に、放射線吸収位置を得る工程を実施する（第４の工程：Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９）。工程Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９は、二次元位置取得部１６によって実行される。工程Ｓ７では、光検出器６Ａから得られた第１の合成信号ＡＭと光検出器６Ｂから得られた第２の合成信号ＢＭを比較して、一方の信号強度よりも大きい信号強度を有する他方の信号を特定する。

工程Ｓ７では、例えば、第１の合成信号ＡＭは、第２の合成信号ＢＭよりも大きいか否かを判断する。この判断基準を満たす（工程Ｓ７：ＹＥＳ）場合には、ＸＹ平面上における放射線吸収位置として、第１の信号から得られた第１の位置を選択する（工程Ｓ８）。一方、この判断基準を満たさない（工程Ｓ７：ＮＯ）場合には、ＸＹ平面上における放射線吸収位置として、第２の信号から得られた第２の位置を選択する（工程Ｓ９）。

以上の工程Ｓ１〜Ｓ９を実行することにより、シンチレータアレイ４において、放射線Ｈが吸収された三次元位置が特定される。

以下、放射線検出器１の作用効果について、比較例に係る放射線検出器１００の作用効果と比較しつつ説明する。図６に示されるように、比較例に係る放射線検出器１００は、検出ユニット１０２と、位置取得部１０３とを備える。検出ユニット１０２は、検出ユニット２と同様の構成を有する。位置取得部１０３は、一次元位置取得部１１３と、信号加算部１１４と、二次元位置取得部１１６とを有する。一次元位置取得部１１３は、一次元位置取得部１３と同様の構成を有し、同様の動作を行う。二次元位置取得部１１６は、第１及び第２の信号を利用して、ＸＹ平面上における放射線吸収位置を取得する。しかし、その取得においては、信号加算部１１４において第１の信号に第２の信号が足し合わされた合成信号を利用する点で、放射線検出器１の二次元位置取得部１６と相違する。

ここで、シンチレーション光の発光位置と、分離特性との関係について図７及び図８を参照しつつ説明する。図７（ａ）、（ｂ）及び図８（ａ）、（ｂ）は、シンチレータアレイ４における発光位置と、それぞれの光検出部１１Ａにより取得された複数の信号における強度と、複数の信号を利用して算出された重心演算の結果とを示す。図７（ａ）は、発光位置から光検出部１１Ａまでの距離が大きい場合の例示である。図７（ｂ）は、発光位置から光検出部１１Ｂまでの距離が小さい場合の例示である。

まず、図７（ａ）に示されるように、シンチレーション光は、光検出部１１Ａに到達するまでに拡散する。この拡散の度合いは、発光位置から光検出部１１Ａまでの距離に依存する。図７（ａ）の例では、発光位置から光検出部１１Ａまでの距離が大きいので、拡散の度合いも大きくなる。このような拡散の度合いが大きいシンチレーション光が複数の光検出部１１Ａに入射する。そうすると、複数の光検出部１１Ａから得られる複数の信号は、信号強度が比較的小さく、信号間の強度の差が小さくなる場合がありえる。このような複数の信号を利用した重心演算結果は、結果の揺らぎが大きく、かつ重心位置がシンチレータアレイ４の中心に寄る傾向にある。また、図８（ａ）に示されるように、発光位置から光検出部１１Ａまでの距離が大きく、かつ、発光位置が外側に位置するシンチレータ部７である場合にも、同様の理由により分離特性の低下が生じ得る。

一方、図７（ｂ）に示されるように、発光位置から光検出部１１Ａまでの距離が小さい場合には、拡散の度合いが小さい。そうすると、上述の例とは逆に、複数の光検出部１１Ａから得られる複数の信号は、信号間の強度の差が大きくなる場合がありえる。このような複数の信号を利用した重心演算結果は、結果の揺らぎが小さいので、良好な分離特性が得られる。また、図８（ｂ）に示されるように、発光位置が外側に位置するシンチレータ部７であっても、発光位置から光検出部１１Ａまでの距離が小さい場合には、同様の理由により良好な分離特性が得られる。

従って、発光位置と光検出部１１Ａ，１１Ｂまでの距離が大きいほど、分離特性が低下する傾向にある。そこで、本実施形態の放射線検出器１では、位置取得部３が、第１の信号及び第２の信号の信号強度を比較して、信号強度の大きい方の信号を利用する。従って、信号強度の大きい方の信号を利用することにより、光の拡散の影響が抑制されるので、分離特性の低下を抑制できる。本実施形態に係る放射線検出器１及び放射線検出方法は、シンチレータ部７同士が完全に光学的に分離されていない構成（光散乱面８）において、シンチレーション光Ｌが光検出器６Ａ，６Ｂに到達するまでに拡散する場合に特に有効である。

位置取得部３は、第１の出射面４ａと第２の出射面４ｂとの間において、Ｚ方向における放射線Ｈが吸収された一次元位置を取得する一次元位置取得部１３をさらに有する。この構成によれば、二次元位置取得部１６において放射線Ｈが吸収された二次元位置が取得され、さらに、一次元位置取得部１３において、放射線Ｈが吸収された一次元位置が取得される。従って、放射線Ｈが吸収された二次元位置と一次元位置とを組み合わせることにより、放射線Ｈが吸収された三次元的な位置を取得することができる。

位置取得部３は、第１の信号を利用して、第１の出射面４ａ上における放射線Ｈが吸収された第１の位置を算出する第１の算出部１４Ａと、第２の信号を利用して、第２の出射面４ｂ上における放射線Ｈが吸収された第２の位置を算出する第２の算出部１４Ｂと、をさらに有する。二次元位置取得部１６は、一次元位置を利用して、第１の信号又は第２の信号において一方の信号よりも大きい信号強度を有する他方の信号を選択し、選択された信号から算出された第１の位置又は第２の位置の一方を二次元位置として取得する。
この構成によれば、位置取得部３は、入力された第１の信号をデジタル信号に変換した後に、第１の算出部１４Ａにおいて第１の位置を算出する。また、位置取得部３は、入力された第２の信号をデジタル信号に変換した後に、第２の算出部１４Ｂにおいて第２の位置を算出する。そうすると、アナログ信号が伝送される伝送線路の長さを短くすることができるので、アナログ信号に対するノイズ対策のための構成を簡易にすることが可能になる。従って、放射線検出器１の構成を簡易にすることができる。

以上、本発明の放射線検出器１及び放射線検出方法について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではない。

例えば、図９に示されるように、検出ユニット２Ａのシンチレータアレイ４Ａは、光散乱面８とは別の光散乱面９を有していてもよい。複数の光散乱面９は、Ｚ方向に沿って互いに間隔をあけて形成される。光散乱面９は、Ｚ方向に対して直交する面である。光散乱面９は、シンチレータ部７の端面と同じ形状を有し（図１０（ａ）参照）、Ｚ方向からみて互いに重なるように形成される。シンチレータ部７は、光散乱面９によって複数のセグメント領域に分割される。例えば、セグメント領域は、立方体の形状を有する。光散乱面９は、光散乱面９を通過するシンチレーション光の一部を散乱させることにより、シンチレーション光の強度を減衰させる。なお、光散乱面９は、シンチレータ部７の端面と同じ形状に限定されることはなく、種々の形状を取りえる。例えば、光散乱面９Ａは、シンチレータ部７をＺ方向から見たとき、シンチレータ部７の縁部に沿って形成された縁取り形状の光散乱部を有するものであってもよい（図１０（ｂ）参照）。

光散乱面９を有するシンチレータアレイ４Ａによれば、光散乱面９によってセグメント領域ごとに光量の分配が可能になり、ヒストグラムＧ６に示されるように各セグメント領域におけるカウント数に大小関係を設定することができる。このようなヒストグラムＧ６を利用することにより、式（１）により算出される比率Ｒ１がヒストグラムＧ６の横軸におけるどの値に対応するかを判別することにより、シンチレーション光が発生したセグメント領域を特定することが可能になる。例えば、比率Ｒ１がヒストグラムＧ６の３つ目の山の部分に対応する場合には、左から３つ目のセグメント領域７Ａ’においてシンチレーション光Ｌが発生したと判別される。

要するに、光散乱面９を有するシンチレータアレイ４Ａによれば、シンチレータアレイ４Ａの軸方向（Ｚ方向）に対して垂直方向のレーザ加工を施して光学的な領域分けがなされているので、領域分けを行っていないものと同様に重心演算を行うと、各領域に対応した明確な分布が得られる。

１…放射線検出器、２…検出ユニット、３…位置取得部、４…シンチレータアレイ、４ａ…第１の出射面、４ｂ…第２の出射面、６Ａ…光検出器（第１の位置検出型光検出器）、６Ｂ…光検出器（第２の位置検出型光検出器）、７…シンチレータ部、８…光散乱面、１１Ａ，１１Ｂ…光検出部、１２Ａ，１２Ｂ…出力取出部、１３…一次元位置取得部、１４Ａ…第１の算出部、１４Ｂ…第２の算出部、１６…二次元位置取得部、Ｈ…放射線、Ｌ…シンチレーション光、Ｌ１…第１の光、Ｌ２…第２の光。

Claims (2)

1. 放射線を吸収してシンチレーション光を発生すると共に所定方向に延在するシンチレータ部と、前記所定方向と直交し、前記シンチレーション光に起因する第１の光を出射する第１の出射面と、前記第１の出射面に対して前記所定方向に離間して形成され、前記シンチレーション光に起因する第２の光を出射する第２の出射面と、を有するシンチレータと、
   前記第１の出射面に光学的に結合されると共に、前記第１の光に対応する第１の信号を出力する第１の位置検出型光検出器と、
   前記第２の出射面に光学的に結合されると共に、前記第２の光に対応する第２の信号を出力する第２の位置検出型光検出器と、
   前記第１の信号及び前記第２の信号を利用して、前記シンチレータにおける前記放射線が吸収された位置を取得する位置取得部と、を備え、
   前記位置取得部は、前記第１の信号又は前記第２の信号において一方の信号よりも大きい信号強度を有すると共に拡散の度合いの小さい他方の信号を利用して、前記所定方向と直交する面上における前記放射線が吸収された二次元位置を取得する二次元位置取得部と、
   前記第１の出射面と前記第２の出射面との間において、前記所定方向における前記放射線が吸収された一次元位置を取得する一次元位置取得部と、
   前記第１の信号を利用して、前記第１の出射面上における前記放射線が吸収された第１の位置を算出する第１の算出部と、
   前記第２の信号を利用して、前記第２の出射面上における前記放射線が吸収された第２の位置を算出する第２の算出部と、を有し、
   前記二次元位置取得部は、前記一次元位置を利用して、前記第１の信号又は前記第２の信号において一方の信号よりも大きい信号強度を有する他方の信号を選択し、選択された信号から算出された前記第１の位置又は前記第２の位置の一方を前記二次元位置として取得する、放射線検出器。
2. 放射線を吸収してシンチレーション光を発生すると共に所定方向に延在するシンチレータ部と、前記所定方向と直交し、前記シンチレーション光に起因する第１の光を出射する第１の出射面と、前記第１の出射面に対して前記所定方向に離間して形成され、前記シンチレーション光に起因する第２の光を出射する第２の出射面と、を有するシンチレータにおける前記放射線が吸収された位置を取得する放射線検出方法であって、
   前記第１の出射面に光学的に結合されると共に、前記第１の光に対応する第１の信号を出力する第１の位置検出型光検出器から前記第１の信号を取得する第１の工程と、
   前記第２の出射面に光学的に結合されると共に、前記第２の光に対応する第２の信号を出力する第２の位置検出型光検出器から前記第２の信号を取得する第２の工程と、
   前記第１の信号及び前記第２の信号を利用して、前記シンチレータにおける前記放射線が吸収された位置を取得する第３の工程と、を有し、
   前記第３の工程は、前記第１の信号又は前記第２の信号において一方の信号よりも大きい信号強度を有すると共に拡散の度合いの小さい他方の信号を利用して、前記所定方向と直交する面上における前記放射線が吸収された二次元位置を取得する第４の工程と、
   前記第１の出射面と前記第２の出射面との間において、前記所定方向において前記放射線が吸収された一次元位置を取得する第５の工程と、
   前記第１の信号を利用して、前記第１の出射面上における前記放射線が吸収された第１の位置を算出する第６の工程と、
   前記第２の信号を利用して、前記第２の出射面上における前記放射線が吸収された第２の位置を算出する第７の工程と、を含み、
   前記第４の工程では、前記一次元位置を利用して、前記第１の信号又は前記第２の信号において一方の信号よりも大きい信号強度を有する他方の信号を選択し、選択された信号から算出された前記第１の位置又は前記第２の位置の一方を前記二次元位置として取得する、放射線検出方法。

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