JP6354127B2

JP6354127B2 - 放射線検出器

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Publication number: JP6354127B2
Application number: JP2013188223A
Authority: JP
Inventors: 誠之中澤
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2013-09-11
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2018-07-11
Anticipated expiration: 2033-09-11
Also published as: JP2015055523A

Description

本発明は、消滅放射線対の検出信号を補正する放射線検出器に係り、特に、放射線を蛍光に変換してこの蛍光を測定する構成となっている放射線検出器に関する。

従来の放射線薬剤の分布をイメージングするポジトロンエミッショントモグラフィー装置（ＰＥＴ）の具体的な構成について説明する。従来のＰＥＴ装置は、放射線を検出する放射線検出器が円環状に並んで構成される検出器リングが備えられている。この検出器リングは、被検体内の放射性薬剤から放出される互いが反対方向となっている一対の放射線（消滅放射線対）を検出する。

放射線検出器５１の構成について説明する。放射線検出器５１は、図１７に示すように、シンチレータ結晶が３次元的に配列されたシンチレータ５２と、シンチレータ５２に吸収された放射線から発した蛍光を検出する光検出器５３とを備えている。光検出器５３は、多数の光検出素子がマトリックス上に配列された検出面を備えている。そして、光検出器５３の検出面とシンチレータ５２の一面とが光学的に接続されている。

シンチレータ５２に放射線が入射すると、シンチレータ５２内部で蛍光が発する。この蛍光は、完全に減衰するのに時間を要する。したがって、シンチレータ５２は、放射線が入射するとしばらくは弱く発光し続けるということになる。

この様な蛍光を測定する方法として、一定時間ごとに蛍光強度のサンプリングを行う方法がある。この様な方法は、蛍光の検出を離散的に行うという単純なものであるので、それだけ放射線検出器５１の回路構成を単純化できるという利点がある。

図１８の上段は、従来の蛍光の測定方法を説明するものである。シンチレータ５２に蛍光が発生すると、蛍光強度は急峻に立ち上がり、その後徐々に減少する。放射線検出器５１は、図１８の上段の点線で示す時点のときにおける瞬間の蛍光の強度を計測する。そして、シンチレータ５２にある時間幅をもって蛍光がどの程度の強さを有していたかを評価するときは、異なる瞬間で得られた蛍光の強度を積算することで得られた積算値が用いられる。この積算値が高いほど発生した蛍光は強いものであったということができる。

積算値を求めるに当たり瞬間の蛍光強度を何個足し合わせるかは、蛍光の検出に先立って予め決められられている。図１８の下段の例では、７個の瞬間の蛍光強度を足し合わせて積算値をえるような構成となっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１０８７５０号公報

しかしながら、従来の放射線検出器には次のような問題点がある。
すなわち、従来の放射線検出器によれば、蛍光の強度によっては積算値を適切に算出することができない。

シンチレータ５２に発生した蛍光が強いものであったとする。この様な強い蛍光は、通常の強さの蛍光に比べて完全に消滅するまで時間がかかる。この様な強い蛍光の強さを評価しようとして積算値を算出する場合を考える。積算値は、所定回数（図１８の説明では７回）だけ瞬間の蛍光強度を足し合わせて算出される。この回数は、通常の強さの蛍光を基準に決められたものである。

この様にして得られた積算値は蛍光の強度を正確に表していない。強い蛍光の積算値を算出するときに積算が途中で打ち切られてしまうからである。図１９の下段は強い蛍光の積算値を算出する場合を示している。積算値を算出するときに用いられた瞬間の蛍光強度のうち、最後のものに注目すると、この瞬間の蛍光強度は相当に高いものとなっており、これから蛍光が完全に消滅するまで更なる時間が必要である。しかし、積算値を算出するときには、これ以降の時点における瞬間の蛍光強度は加味されない。したがって、強い蛍光の積算値は低く見積もられてしまう。

また、シンチレータ５２に発生した蛍光が弱いものであったとする。この様な弱い蛍光は、通常の強さの蛍光に比べて速やかに消滅する。この様な弱い蛍光の強さを評価しようとして積算値を算出する場合を考える。積算値は、所定回数（図１８の説明では７回）だけ瞬間の蛍光強度を足し合わせて算出される。この回数は、通常の強さの蛍光を基準に決められたものである。

この様にして得られた積算値は蛍光の強度を正確に表していない。蛍光が既に消滅した後も瞬間の蛍光強度が積算に用いられているからである。蛍光が消滅した後の蛍光の測定値は０になるのが理想である。しかしながら実際はノイズ成分により０とはならない。蛍光が消滅したのに瞬間の蛍光強度の積算を続けるとこのノイズ成分を収集しながら積算値の算出がなされてしまう。したがって、弱い蛍光の積算値はノイズの影響を大きく受けた不正確なものとなる。

この様な積算点数が固定となっていることで生じる不都合を解消できるものとして、パルス信号を積算する際に所定の閾値を設定しておき、積算の開始位置と終了位置とを決定する方式が放射線検出器とは別分野の分析装置等で使用されている。しかし、分析装置等がこのような方式を採用しているのは、多様なパルス形状に対応できるようにするのが目的である。放射線検出器の場合、パルス形状がほぼ一定であり、パルス同士の経時的間隔も長いので、積算を行う時間範囲を一定とした構成となっている。しかしこの様な構成は、上述のような積算の打ち切りにより蛍光強度が過小評価される問題や、ノイズ成分が足し合わされてしまう問題について何ら検討されていない。

本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、シンチレータに発生した蛍光の強弱によらず正確に積算値を算出することができる放射線検出器を提供することにある。

本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る放射線検出器は、放射線を蛍光に変換するシンチレータと、放射線がシンチレータに入射することにより生じた蛍光が発してから減衰していく一連の過程において、各検出時点における蛍光の強度を示す時点強度データを連続的に出力するデータモニタ手段と、時点強度データの積算の開始及び終了を閾値に基づいて決定し、シンチレータに発生した蛍光の強度を示す積算値を算出する積算手段と、放射線が前記シンチレータに入射することにより生じた蛍光が発してから減衰していく一連の過程における蛍光の強度の極大値である波高値と蛍光の強度を示す積算値とが関連したテーブルを記憶する記憶手段と、前記データモニタ手段が出力する前記時点強度データを基に前記波高値を取得する波高値取得手段と、放射線が前記シンチレータに入射して生じた蛍光が減衰していく過程で放射線が前記シンチレータに再び入射し、減衰を続けていた蛍光の強度が再び高まる現象であるパイルアップの発生を前記時点強度データの経時変化を基に判定するパイルアップ発生判定手段と、パイルアップの発生が判定されると、前記波高値取得手段が取得したパイルアップ発生前の前記波高値に対応する前記積算値を前記記憶手段より読み出すことによりパイルアップした二つの蛍光のうちの先に生じた蛍光の積算値を推定する先発推定手段と、前記先発推定手段により推定された積算値を前記積算手段が算出した前記積算値から減ずることによりパイルアップした二つの蛍光のうちの後に生じた蛍光の積算値を推定する後発推定手段とを備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］本発明の放射線検出器によれば、シンチレータで発生した蛍光の強弱によらず常に正確な積算値を算出することができる。すなわち、本発明のような積算値の算出方法を採用すれば、シンチレータで蛍光が発生するごとに足し合わされる時点強度データの個数は、蛍光が強いほど増加する。時点強度データの足し合わせは、蛍光強度が閾値未満となるまで続けられるからである。この様にすることで、強い蛍光がシンチレータで発生した場合でも、蛍光が十分に消滅するまで時点強度データの足し合わせが継続されるので、強い蛍光の強度が過小評価されることがない。
また、本発明の積算手段は、信頼性が高い積算値が算出できる。積算値の算出に用いられる時点強度データは、閾値以上となっており、十分にＳ／Ｎ比が高く、信頼性も高いからである。本発明においては、Ｓ／Ｎ比が低く、信頼性が低い閾値未満の時点強度データは、積算値の算出には用いられない。
また、蛍光のパイルアップが発生したとしても正確な積算値を算出することができる。すなわち、パイルアップした二つの蛍光のうち先に生じた蛍光の積算値は、先に生じた蛍光の波高値に基づいて推定し、後に生じた蛍光の積算値は、パイルアップした二つの蛍光を区別せずに算出した積算値から先の蛍光の積算値の推定値を減算することで推定される。パイルアップした二つの蛍光を区別せずに算出した積算値は、本発明における積算手段によって得られたものであるので、従来の積算値の取得方法に比べて正確である。したがって、本発明によれば、後発の蛍光の積算値を正確に求めることができる。

また、上述の放射線検出器において、積算手段が参照する閾値は、データモニタ手段が出力する時点強度データにおけるノイズ成分がシグナル成分に対して増加するにつれて大きくなるように設定されればより望ましい。

［作用・効果］上述のように、閾値がデータモニタ手段が出力する時点強度データにおけるノイズ成分がシグナル成分に対して増加するにつれて大きくなるように設定されれば、時点強度データのノイズ成分が増加したとしても、より正確な積算値を算出することができる。

また、上述の放射線検出器において、記憶手段が記憶する積算値は、パイルアップが発生しない状態で放射線をシンチレータに照射することによりデータモニタ手段がモニタした蛍光の強度の経時変化を基に生成されればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の放射線検出器をより具体的に表している。記憶手段が記憶する積算値がパイルアップが発生しない状態で放射線を実測したものであれば、より正確に蛍光強度の経時変化を推定できる。先発の蛍光強度の推定の基準となる蛍光のタイムコースを生成する際にパイルアップが生じると、蛍光の経時変化が乱れてしまうからである。

また、上述の放射線検出器において、記憶手段が記憶する積算値は、積算手段により算出されたものであればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の放射線検出器をより具体的に表している。記憶手段が記憶する積算値は、積算手段により算出されたものであれば、より正確に積算値の推定が可能である。したがって、本発明によれば、先発の蛍光の積算値を正確に求めることができる。

本発明の放射線検出器によれば、シンチレータで発生した蛍光の強弱によらず常に正確な積算値を算出することができる。すなわち、本発明のような積算値の算出方法を採用すれば、シンチレータで蛍光が発生するごとに足し合わされる時点強度データの個数は、蛍光が強いほど増加する。この様にすることで、強い蛍光の強度が過小評価されることがない。また、本発明の積算手段は、信頼性が高い積算値が算出できる。積算値の算出に用いられる時点強度データは、閾値以上となっており、十分にＳ／Ｎ比が高く、信頼性も高いからである。

実施例１に係る放射線検出器の全体構成を説明する機能ブロック図である。実施例１に係るシンチレータで発生する蛍光について説明する模式図である。実施例１に係る時点強度データについて説明する模式図である。実施例１に係る積算部の動作について説明する模式図である。実施例１に係る時点強度データについて説明する模式図である。実施例１に係る積算部の動作について説明する模式図である。実施例１に係る時点強度データについて説明する模式図である。実施例１に係る積算部の動作について説明する模式図である。実施例２に係る放射線検出器の全体構成を説明する機能ブロック図である。実施例２に係る蛍光のパイルアップについて説明する模式図である。実施例２に係る蛍光のパイルアップについて説明する模式図である。実施例２に係るパイルアップ発生判別部の動作について説明する模式図である。実施例２に係る波高値取得部の動作について説明する模式図である。実施例２に係る先発推定部の動作について説明する模式図である。実施例２に係る先発推定部の動作について説明する模式図である。実施例２に係る積算部の動作について説明する模式図である。従来に係る放射線検出器の構成を説明する模式図である。従来に係る放射線検出器の動作を説明する模式図である。従来に係る放射線検出器の問題点を説明する模式図である。

以降、本発明に係る放射線検出器の実施例について説明する。γ線は放射線の一例である。

＜放射線検出器の全体構成＞
図１に示すように、実施例１に係る放射線検出器１は、シンチレータ結晶Ｃが縦横に配列されて構成されたシンチレータ２と、シンチレータ２の下面に設けられ、シンチレータ２から発する蛍光を検知する光検出器３と、シンチレータ２と光検出器３との間に介在する位置に配置されたライトガイド４とを備える。シンチレータ結晶Ｃの各々は、Ｃｅが拡散したＬｕ_{２（１−Ｘ）}Ｙ_２ＸＳｉＯ_５（以下、ＬＹＳＯとよぶ）によって構成されている。シンチレータ２に放射線が入射すると、放射線は蛍光に変換される。

光検出器３は、シンチレータ２で生じた蛍光を検出する。この光検出器３は、位置弁別機能を有しており、シンチレータ２で生じた蛍光がどのシンチレータ結晶Ｃに由来するかを弁別することができるようになっている。ライトガイド４は、シンチレータ２で生じた蛍光を光検出器３に導くために設けられている。したがって、ライトガイド４は、シンチレータ２と光検出器３とに光学的に結合されている。

データモニタ部１１は、光検出器３に等間隔にサンプリング信号を送出する。このサンプリング信号は、光検出器３にデータを送出する命令となっており、光検出器３は、サンプリング信号が送出されるごとに蛍光の検出信号をデータモニタ部１１に算出する。このように、光検出器３が蛍光を検出する状況によらないで一定の時間幅で蛍光の発生をモニタする方式をフリーラン方式と呼ぶ。データモニタ部１１は、フリーラン方式で時点強度データｄをモニタする。データモニタ部１１は、各検出時点における蛍光の強度を示す時点強度データｄを連続的に出力する。データモニタ部１１は、本発明のデータモニタ手段に相当する。

光検出器３が出力する蛍光の検出信号（出力データ）は、実体としてはアナログデータとなっている。データモニタ部１１は、光検出器３の出力データを取得すると、これをデジタル化して蛍光の強度を示す時点強度データｄを生成する。時点強度データｄは、次々とデータモニタ部１１に入力される光検出器３の出力データを基に経時的に生成される。従って、データモニタ部１１は、時点強度データｄを経時的にモニタしているということになる。このデータモニタ部１１が出力する時点強度データｄは、ある時点における瞬間的なシンチレータ発光の強度を表している。この時点強度データｄがシンチレータ２で発生した蛍光の強度を評価する上で必要となる。

時点強度データｄは、そのままではシンチレータ２の蛍光の強度の評価には用いることができない。その理由について説明する。図２は、シンチレータ２に蛍光が発したときに、光の強度が経時的にどのように変化するかを表している。１つのγ線光子がシンチレータ２に入射すると、それがシンチレータ２で蛍光に変換される。その蛍光が発光する様子は、時間的な幅を有している。すなわち、蛍光が発生すると、シンチレータが次第に強く発光するようになり、それから時間をかけて発光が減衰していく。このように、シンチレータ２で蛍光が発生すると、シンチレータ２の発光が収まるまである程度の時間を要するのである。なお、図２中のＢは、シンチレータ２の発光が始まる前の発光強度である基底状態を表している。時点強度データｄがこの基底状態にあるときの蛍光強度は０であることが望ましいが、実際はノイズの影響により０とはならない。

シンチレータ２に発生する蛍光は時間的な幅を有しているので、シンチレータ２で生じた蛍光の強さを評価するには、工夫が必要である。すなわち、データモニタ部１１が出力する時点強度データｄは、ある時点における瞬間的なシンチレータ発光の強度を表しているにすぎないからである。したがって、シンチレータ２が蛍光で発光している間にデータモニタ部１１が出力した時点強度データｄは、蛍光が強まり出した時点で測定されたものかも知れないし、蛍光が最高に強くなった時点で測定されたのかも知れない。または、時点強度データｄは、蛍光が減衰している時点で測定されたのかも知れない。このように、単一の時点強度データｄだけでは、シンチレータ２で生じた蛍光の強さを評価できない。

そこで、放射線検出器１は、経時的に出力される時点強度データｄを積算して積算値Ｓを算出するようにしている。この積算値Ｓは、１つの蛍光が発生して強まりだし、最高に達した後徐々に減衰していく各場面で測定された複数の時点強度データｄを足し合わせることで取得されるものである。この様な積算値Ｓの算出は、積算部１５が行う。積算部１５には、データモニタ部１１から時点強度データｄが経時的に送られてきている。積算部１５は、これらの時点強度データｄのうち、何個かを足し合わせることで積算値Ｓを取得する。積算部１５は、本発明の積算手段に相当する。

図３は、シンチレータ２に蛍光が生じたときに出力される時点強度データｄと時間との関係を表している。時点強度データｄは、所定の時間ｔが経過する度にデータモニタ部１１により取得され、積算部１５に送出される。

＜本発明における特徴的な構成＞
本発明は、積算部１５が積算値Ｓを算出するごとに足し合わせる時点強度データｄの個数を変化させることに特徴がある。すなわち、シンチレータ２で蛍光が発生したときに積算部１５が積算値Ｓの算出に用いた時点強度データｄの個数は、次にシンチレータ２で蛍光が発生したときに積算部１５が積算値Ｓの算出に用いた時点強度データｄの個数と同じであるとは限らないのである。このように足し合わせる時点強度データｄを可変とすることで、積算値Ｓの信頼性を高めることができる。

積算部１５が積算値Ｓを算出する際に時点強度データｄを足し合わせるかどうかの判断は、閾値ａにより判断される。すなわち、積算部１５は、時点強度データｄのうち強度が閾値ａよりも小さいものは、破棄し、積算値Ｓの算出に用いない。そして、時点強度データｄのうち強度が閾値ａ以上のものは、積算値Ｓの算出に用いる。

積算部１５が行う実際の動作としては、データモニタ部１１より出力される時点強度データｄが閾値ａ未満となっている状態が連続する場合、何も行わず待機し、時点強度データｄが閾値ａ以上となったところで積算値Ｓの算出を開始し、以降、時点強度データｄの足し合わせを続ける。そして、時点強度データｄが閾値ａに満たなくなったときには、その閾値ａ未満の時点強度データｄの足し合わせを行わず、そのまま積算値Ｓの算出を終了する。

図４においては、閾値ａ以上となっている時点強度データｄは、時点強度データｄ３〜ｄ７である。したがって、積算部１５は、図４における閾値ａ未満の時点強度データｄ１，ｄ２，ｄ８，ｄ９，ｄ１０は破棄し、閾値ａ以上の時点強度データｄ３〜ｄ７を足し合わせる。この様な足し合わせによって得られるのが積算値Ｓである。このように、積算部１５は、蛍光強度が閾値ａ以上となっている時点強度データｄを積算して、シンチレータ２に発生した蛍光の強度を示す積算値Ｓを算出する。

この様な積算部１５が足し合わせる時点強度データｄの個数はシンチレータ２で生じた蛍光の強さによって変化するのでこの様子について説明する。

＜シンチレータ２で生じた蛍光が強い場合＞
図５は、シンチレータ２で生じた蛍光がより強かったときを表している。このような蛍光がシンチレータ２で発生すると消滅するのには、より長い時間が必要である。図６は、この様な場合の積算部１５の動作を説明している。図６において、閾値ａ以上となっている時点強度データｄは、時点強度データｄ２〜ｄ５０である。したがって、積算部１５は、図６における閾値ａ未満の時点強度データｄ１，ｄ５１は破棄し、閾値ａ以上の時点強度データｄ２〜ｄ５０を足し合わせる。この様な足し合わせによって得られるのが積算値Ｓである。この様に、シンチレータ２で生じた蛍光が強いと、それだけ閾値ａ以上の時点強度データｄの個数が増え、積算値Ｓを算出する時に用いられる時点強度データｄの個数は増加する。

このとき、積算部１５は、Ｓ／Ｎ比が十分に高い時点強度データｄの全てを足し合わせて積算値Ｓを算出している。このとき算出に用いられた時点強度データｄは、足し合わせることでより積算値Ｓの正確性に寄与するものである。図５のように強い蛍光が発生した場合、蛍光の消失に時間を要する。この様な事情があっても、積算部１５は、有効な時点強度データｄを全て積算値Ｓの算出に用いる構成となっている。したがって、積算部１５は、正確な積算値Ｓの算出をすることができる。

＜シンチレータ２で生じた蛍光が弱い場合＞
図７は、シンチレータ２で生じた蛍光がより弱かったときを表している。このような蛍光がシンチレータ２で発生すると消滅するのは、より短い時間で済む。図８は、この様な場合の積算部１５の動作を説明している。図８において、閾値ａ以上となっている時点強度データｄは、時点強度データｄ３〜ｄ５である。したがって、積算部１５は、図６における閾値ａ未満の時点強度データｄ１，ｄ２，ｄ６〜ｄ１０は破棄し、閾値ａ以上の時点強度データｄ３〜ｄ５を足し合わせる。この様な足し合わせによって得られるのが積算値Ｓである。この様に、シンチレータ２で生じた蛍光が弱いとそれだけ、閾値ａ以上の時点強度データｄの個数が減少し、積算値Ｓを算出する時に用いられる時点強度データｄの個数は減少する。

このとき、積算部１５は、Ｓ／Ｎ比が低すぎる時点強度データｄを足し合わせないで積算値Ｓを算出している。図７のように弱い蛍光が発生した場合、蛍光はすぐに消失する。この様な事情があっても、積算部１５は、Ｓ／Ｎ比が低すぎて無効な時点強度データｄを積算値Ｓの算出に用いない構成となっている。したがって、積算部１５は、正確な積算値Ｓの算出をすることができる。

閾値ａ未満の時点強度データｄが無効である点について説明する。閾値ａは、時点強度データｄの信頼性を表している。時点強度データｄが閾値ａに満たない場合、時点強度データｄはＳ／Ｎ比が低すぎることを表している。このような時点強度データｄは、僅かなシグナル成分と相当に大きいノイズ成分の両方を含んでいる。このようなシグナル成分に対するノイズ成分の割合が多い時点強度データｄを積算値Ｓに足し合わせてしまうと、僅かなシグナル成分と相当に大きいノイズ成分の両方が積算値Ｓに足し込まれてしまう。このような時点強度データｄは、むしろ積算値Ｓに足し合わせない方が正確な積算値Ｓを算出する上で有利である。そこで、積算部１５は、閾値ａに満たない時点強度データｄを積算値Ｓに足し合わせないような構成となっている。

したがって、放射線検出の状況により、データモニタ部１１が出力する時点強度データｄにより多くのノイズが含まれるようになった場合は、閾値ａは大きくなるように設定される。この様にすることで、例えデータモニタ部１１から出力されるノイズ成分が大きくなったとしても、Ｓ／Ｎ比が低すぎる時点強度データｄを確実に排除して確実に正確な積算値Ｓを算出することができる。積算部１５が参照する閾値ａは、データモニタ部１１が出力する時点強度データｄにおけるノイズ成分がシグナル成分に対して増加するにつれて大きくなるように設定されている。

＜放射線検出器が有するその他の構成＞
放射線検出器１は、各部を統括的に制御する主制御部２１を備えている。この主制御部２１は、ＣＰＵによって構成され、各種プログラムを実行することにより、各部１１，１５を実現する。なお、上述の各部はそれらを担当する制御装置に分割されて実現されてもよい。また、記憶部３５は、放射線検出器１の制御に関する閾値、テーブル等の一切を記憶する。記憶部３５は、本発明の記憶手段に相当する。

以上のように、本発明の放射線検出器１によれば、シンチレータ２で発生した蛍光の強弱によらず常に正確な積算値Ｓを算出することができる。すなわち、本発明のような積算値Ｓの算出方法を採用すれば、シンチレータ２で蛍光が発生するごとに足し合わされる時点強度データｄの個数は、蛍光が強いほど増加する。時点強度データｄの足し合わせは、蛍光強度が閾値未満となるまで続けられるからである。この様にすることで、強い蛍光がシンチレータ２で発生した場合でも、蛍光が十分に消滅するまで時点強度データｄの足し合わせが継続されるので、強い蛍光の強度が過小評価されることがない。

また、本発明の積算部１５は、信頼性が高い積算値Ｓが算出できる。積算値Ｓの算出に用いられる時点強度データｄは、閾値以上となっており、十分にＳ／Ｎ比が高く、信頼性も高いからである。本発明においては、Ｓ／Ｎ比が低く、信頼性が低い閾値未満の時点強度データｄは、積算値Ｓの算出には用いられない。

上述のように、閾値がデータモニタ部１１が出力する時点強度データｄにおけるノイズ成分がシグナル成分に対して増加するにつれて大きくなるように設定されれば、時点強度データｄのノイズ成分が増加したとしても、より正確な積算値Ｓを算出することができる。

続いて実施例２に係る放射線検出器について説明する。実施例２に係る放射線検出器は、図９に示すように、実施例１で説明した放射線検出器と同様な構成となっているが、パイルアップ発生判別部１２，波高値取得部１３，先発推定部１４および後発推定部１６とを備えている点が実施例１の放射線検出器とは異なる。これら各部１２，１３，１４は、蛍光が重なり合う現象であるパイルアップを考慮して設けられた構成である。パイルアップ発生判別部１２は、本発明のパイルアップ発生判定手段に相当し、波高値取得部１３は、本発明の波高値取得手段に相当する。先発推定部１４は、本発明の先発推定手段に相当すし、後発推定部１６は、本発明の後発推定手段に相当する。

実施例２の主制御部２１は、ＣＰＵによって構成され、各種プログラムを実行することにより、各部１１，１２，１３，１４，１５，１６を実現する。なお、上述の各部はそれらを担当する制御装置に分割されて実現されてもよい。

＜蛍光のパイルアップについて＞
各部１２，１３，１４の動作説明に先立ち、蛍光のパイルアップについて説明する。図１０は、放射線検出器１が放射線を一度だけ検出した場合の時点強度データｄの経時変化を表している。放射線がシンチレータ２に入射すると、図１０に示すように蛍光の強度が増加し、最大に達する。そして、蛍光の強度は、蛍光の強度が増加する時間よりも長い時間をかけて徐々に減衰する。

図１１は、放射線検出器１が放射線を二度検出した場合の時点強度データｄの経時変化を表している。まず、１回目の放射線がシンチレータ２に入射すると、図１０で説明した蛍光強度の増減が生じる。したがって、図１１で示す蛍光強度の経時変化は、蛍光が発し始める時点Ｔ０から時点Ｔ１までの間は図１０と同様の挙動を示す。ここで、時点Ｔ１のときに再び放射線がシンチレータ２に入射したとする。すなわち、蛍光が十分に減衰しないうちに２回目の放射線がシンチレータ２に入射してしまったのである。すると、図１１に示すようにこのまま減衰するはずであった蛍光の強度が時点Ｔ１から再び高まることになる。

このように放射線がシンチレータ２に入射して生じた蛍光が減衰していく過程で放射線がシンチレータ２に再び入射し、減衰を続けていた蛍光の強度が再び高まる現象を蛍光のパイルアップと呼ぶ。つまり、短い時間に２つの放射線がシンチレータ２に入射すると、蛍光のパイルアップが生じるというわけである。したがって、シンチレータ２の蛍光が十分に消滅した後に次の蛍光がシンチレータ２に生じたとしても、これはパイルアップとは言わないのである。

この様なパイルアップが生じると、データモニタ部１１が出力する時点強度データｄが乱れる。正確な放射線検出には、この乱れを取り除く必要がある。そこで、実施例２の構成によれば、パイルアップして重なった二つの蛍光を分離する構成を備えている。これを実現するのが、実施例２の放射線検出器１に備えられている各部１２，１３，１４である。以降、これらの動作について順を追って説明する。

＜パイルアップ発生判別部１２の動作＞
パイルアップ発生判別部１２は、蛍光のパイルアップの発生を時点強度データｄの経時変化を基に判定する。以降、その具体的な動作について説明する。パイルアップ発生判別部１２には、データモニタ部１１より時点強度データｄが逐次送出されている。これにより、パイルアップ発生判別部１２は、時点強度データｄの経時変化を知ることができる。

このパイルアップ発生判別部１２が動作するのに際し、閾値ｎを用いる。この閾値ｎは、記憶部３５に記憶されている設定値であり、パイルアップ発生判別部１２は、記憶部３５より閾値ｎを示すデータを読み出して動作する。記憶部３５は、本発明の記憶手段に相当する。

図１２は、パイルアップ発生判別部１２の動作を表している。パイルアップ発生判別部１２は、データモニタ部１１が出力した時点強度データｄの各々について、強度と、強度の微分値とを取得する。そして、パイルアップ発生判別部１２は、特定の条件が揃ったときに図１１で説明した蛍光のパイルアップが生じたと判別する。その条件とは、時点強度データｄの経時変化の極小値が閾値ｎ以上となっているかどうかである。具体的には、極小値が閾値ｎとなっている場合は、パイルアップが生じているものと判別される。

この様な条件を設定すれば、パイルアップの発生を的確に判別することができる。まず、強度に極小が存在しているということは、弱まっていた蛍光が途中から強くなったということを表している。ということは、放射線が２回に分けてシンチレータ２に入射したことを示している。より正確に言うならば、強度が極小になっている時点の前後で１回ずつ放射線がシンチレータ２に入射したということができる。

仮に、放射線が２回に分けてシンチレータ２に入射していたということが分かったからと言ってパイルアップが生じているかどうかまでは分からない。蛍光が十分に減衰した状態で放射線にシンチレータ２が入射したとも考えられるからである。この様な場合は、図１０で示した単一の放射線検出と考えたほうがより実際に近い。

そこで、パイルアップ発生判別部１２は、極小値が閾値ｎ以上であるかを基にパイルアップの判別を行っている。極小値が閾値ｎ以上であると、蛍光が十分に減衰しきっていない状態でシンチレータ２に放射線が入射したことが分かる。蛍光は、次第に弱まりながら減衰していくからである。この閾値ｎは、パイルアップを判別するのに必要なパラメータであり、放射線検出の状況に合わせて適宜調整することができる。

図１２のような時点強度データｄの経時変化が得られた場合におけるパイルアップ発生判別部１２の動作について説明する。パイルアップ発生判別部１２は、時点強度データｄの経時変化に極小点ｍの存在を認め、さらに、パイルアップ発生判別部１２は、この極小点ｍに関する極小値が閾値ｎ以上となっていることを認める。したがって、この様な場合、パイルアップ発生判別部１２は、極小点ｍが生じた時点の前後でパイルアップが生じたものと判別する。パイルアップ発生判別部１２は、放射線がシンチレータ２に入射して生じた蛍光が減衰していく過程で放射線がシンチレータ２に再び入射し、減衰を続けていた蛍光の強度が再び高まる現象であるパイルアップの発生を時点強度データｄの経時変化を基に判定する。

＜波高値取得部１３の動作＞
パイルアップ発生判別部１２がパイルアップの発生を認めた場合、その旨を波高値取得部１３に送信する。波高値取得部１３は、データモニタ部１１が出力する時点強度データｄを基に波高値を取得する。波高値とは、放射線がシンチレータ２に入射することにより生じた蛍光が発してから減衰していく一連の過程における蛍光の強度の極大値である。波高値取得部１３は、本発明の波高値取得手段に相当する。

波高値取得部１３の具体的な動作について説明する。波高値取得部１３は、データモニタ部１１より時点強度データｄが経時的に送出されている。そして、パイルアップ発生判別部１２がパイルアップの発生を判別すると、その旨を示す信号と、パイルアップの判別の基準となった極小点ｍの生じた時点を示すデータとを波高値取得部１３に送出する。波高値取得部１３は、パイルアップ発生判別部１２より上述の信号及びデータを送出すると、まず、図１３に示すように極小点ｍの生じた時点よりも先に現れる極大点ｐを取得する。この極大点ｐは、極小点ｍの生じた時点から時間を遡る方向に時点強度データｄを見ていって初めて現れる極大点と一致する。したがって、図１３に示す後発の蛍光に係る極大点ｑは、極小点ｍの生じた時点よりも後に現れているので、波高値取得部１３により極大点としての認定を受けない。

そして、波高値取得部１３は、極大点ｐの強度である極大値を取得し、これを波高値ｈ０として認識する。この様に波高値取得部１３に取得される波高値は、シンチレータ２に入射した２つの放射線のうち先に入射した放射線についての波高値である。つまり、波高値取得部１３は、パイルアップ発生直前の波高値を取得するということになる。

＜テーブルについて＞
先発推定部１４の動作の説明に先立って、先発推定部１４が使用するテーブルＴについて説明する。このテーブルＴは、記憶部３５に記憶されているものであり、先発推定部１４が記憶部３５より適宜読み出して用いる。図１４は、テーブルＴを模式的に表している。テーブルＴは、値の異なる波高値ｈとこれに対応する積算値Ｓａとが関連したテーブルとなっている。このテーブルＴは、シンチレータ２で生じた蛍光の経時変化を推定する目的で設けられている。記憶部３５は、放射線がシンチレータ２に入射することにより生じた蛍光が発してから減衰していく一連の過程における蛍光の強度の極大値である波高値と蛍光の強度を示す積算値Ｓとが関連したテーブルＴを記憶する。

図１５は、波高値ｈ０とこれに関連する積算値Ｓａについて説明している。この積算値Ｓａは、単一の放射線が放射線検出器１に検出されたときの実測値を基に構成されている。すなわち、積算値Ｓａは、放射線検出器１が蛍光のパイルアップがない状態で放射線を検出したときの検出結果を表しているのである。この積算値Ｓａは、図４で説明した方法で算出される。

仮に、シンチレータ２で生じた蛍光の強さが常に一定であるとすれば、蛍光が増減する様子を予想することは容易である。シンチレータ２で生じた蛍光は常に同じ経過を辿りながら経時変化するはずだからである。しかし、実際にシンチレータ２で生じる蛍光には、強いものと弱いものがある。この蛍光の強さに応じて蛍光が増減する様子は異なるのである。そこで、実施例２の構成によればシンチレータ２で生じた蛍光の経時変化を正確に推定する目的で、蛍光の強さに応じた複数の積算値Ｓａを用意することにしている。

その際、蛍光の強さの指標としては、波高値を用いることができる。つまり、蛍光の経時変化における波高値が大きい場合は、この経時変化は強い蛍光についてのものであることが分かる。同様に、蛍光の経時変化における波高値が小さい場合は、この経時変化は弱い蛍光についてのものであることが分かるのである。このように、波高値が同じであれば、蛍光の経時変化は定まる。したがって、波高値さえ分かればシンチレータ２で生じた蛍光の積算値を推定できるということになる。

図１５は、波高値ｈ０とこれに関連する蛍光のタイムコースＴｃ０について説明している。積算値Ｓ０は、タイムコースＴｃ０に基づいて算出されるものである。なお、テーブルＴの他の波高値ｈ１，ｈ２，ｈ３の各々には、それぞれに対応するタイムコースＴｃ１．Ｔｃ２，Ｔｃ３を基に算出された積算値Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓａ３が関連づけられている（図１４参照）。

したがって、実施例２の構成によれば、放射線検出の前にテーブルＴを用意しておく必要がある。このテーブルＴの生成方法について説明する。テーブルＴは、図１で説明した構成と同じ構成の放射線検出器１で放射線を検出することで得られる。このとき、蛍光のパイルアップが生じないように放射線の線量を十分に少なくして放射線の検出が行われる。放射線の検出を続けていくと様々な強さの蛍光が検出される。テーブルＴは、上述したデータモニタ部１１の動作と同じ要領でそれぞれの蛍光の時点強度データｄの経時変化をモニタし、この結果を波高値取得部１３に送出することで波高値とを取得して得られる。実際のテーブルＴは、波高値の大きさの順に積算値Ｓａがリストアップされている。

記憶部３５が記憶する積算値Ｓａは、積算部１５により算出されたものである。すなわち、積算値Ｓａは、図４の説明と同様、閾値ａ以上となっている時点強度データｄのみを足し合わせることにより算出されたものである。このように積算値Ｓａは、従来の算出方法と比べより信頼性の高いものとなっている。

また、テーブルＴを生成する際に蛍光のパイルアップが生じたときに得られる時点強度データｄをテーブルＴの生成に用いないように工夫することもできる。このときのパイルアップの発生の判断は、パイルアップ発生判別部１２が行う。いずれにせよ、記憶部３５が記憶する積算値Ｓａの基となった蛍光強度のタイムコースＴｃは、パイルアップが発生しない状態で放射線をシンチレータ２に照射することによりデータモニタ部１１がモニタした蛍光の強度の経時変化となっている。パイルアップが発生しない状態とは、放射線の発生源から発する放射線の線量を十分に減らすようにすることで実現できる。

テーブルＴを生成する際に、実際の検出に用いる放射線検出器１と同じ構成の検出器でテーブルＴを作成するようにすれば、蛍光の経時変化をより正確に推定することができる。蛍光を検出するときの時点強度データｄの経時変化は、放射線検出器の装置構成によって違いがある。したがって、放射線検出器の装置構成が違えば、シンチレータ２で生じた蛍光がたとえ同じであっても出力される時点強度データｄの経時変化が異なってしまう。実施例２の構成によれば、実際の放射線検出の条件と同じ条件で放射線を検出しテーブルＴを生成するようにしているので、蛍光の強度を示す積算値Ｓａが正確に予測できる。

＜先発推定部１４の動作＞
パイルアップ発生判別部１２がパイルアップの発生を認めた場合、波高値取得部１３は、波高値ｈ０を先発推定部１４に送出する。先発推定部１４は、パイルアップの発生が判定されると、テーブルＴを参照して波高値ｈ０に対応する積算値Ｓａ０を記憶部３５より読み出す。この積算値Ｓａ０は、２回に亘る放射線入射のうち先に入射した放射線についての蛍光強度の強度を表していることになる。先発推定部１４は、パイルアップの発生が判定されると、波高値取得部１３が取得したパイルアップ発生前の波高値ｈ０に対応する積算値Ｓａ０を記憶部３５より読み出すことによりパイルアップした二つの蛍光のうちの先に生じた蛍光の積算値を推定する。

＜積算部１５の動作＞
後に入射した放射線についての蛍光強度の強度は、積算部１５により算出されるのでこの動作について説明する。データモニタ部１１は、パイルアップ発生判別部１２，および先発推定部１４のみならず積算部１５にも時点強度データｄを送出している。積算部１５は、データモニタ部１１より出力される時点強度データｄが閾値ａ未満となっている状態が連続する場合、何も行わず待機し、時点強度データｄが閾値ａ以上となったところで積算値Ｓの算出を開始し、以降、時点強度データｄの足し合わせを続ける。そして、時点強度データｄが閾値ａに満たなくなると、時点強度データｄの足し合わせを中断する。

図１６は、このときの積算部１５の動作について説明している。積算部１５は、閾値パイルアップの発生の有無に係わらず、時点強度データｄが閾値ａ以上となった時点強度データｄ２から時点強度データｄの足し合わせを開始し、時点強度データｄが閾値ａ未満となった時点強度データｄ１３を発見すると、この時点強度データｄ１３の前の時点強度データｄ１２を最後に足し合わせを終了する。積算部１５は、パイルアップした２つの蛍光についての積算値Ｓを算出することになる。このとき得られる積算値Ｓは、先発の蛍光の積算値と後発の蛍光の積算値との合計となっている。

＜後発推定部１６の動作＞
積算部１５が算出した積算値Ｓと、先発推定部１４が推定した積算値Ｓａとは、後発推定部１６に送出される。後発推定部１６は、積算値Ｓから積算値Ｓａを減算することで積算値Ｓｂを算出する。積算値Ｓは、先発の蛍光と後発の蛍光とを１つとして考えたときの積算値であり、積算値Ｓａは先発の蛍光の積算値であるから、積算値Ｓｂは、後発の蛍光の積算値であることになる。この様にして後発推定部１６は、パイルアップした２つの蛍光のうち後発の蛍光についての積算値Ｓｂを算出する。このように、後発推定部１６は、先発推定部１４により推定された積算値Ｓａを積算部１５が算出した積算値Ｓから減ずることによりパイルアップした二つの蛍光のうちの後に生じた蛍光の積算値Ｓｂを推定する。

以上のように、本発明の放射線検出器１によれば、蛍光のパイルアップが発生したとしても正確な積算値Ｓａ，Ｓｂを算出することができる。すなわち、パイルアップした二つの蛍光のうち先に生じた蛍光の積算値Ｓａは、先に生じた蛍光の波高値に基づいて推定し、後に生じた蛍光の積算値Ｓｂは、パイルアップした二つの蛍光を区別せずに算出した積算値Ｓから先の蛍光の積算値Ｓａの推定値を減算することで推定される。パイルアップした二つの蛍光を区別せずに算出した積算値Ｓは、本発明における積算部１５によって得られたものであるので、従来の積算値Ｓの取得方法に比べて正確である。したがって、本発明によれば、後発の蛍光の積算値Ｓを正確に求めることができる。

上述の構成は、本発明の放射線検出器１をより具体的に表している。記憶部３５が記憶する積算値Ｓａがパイルアップが発生しない状態で放射線を実測したものであれば、より正確に蛍光強度の経時変化を推定できる。先発の蛍光強度の推定の基準となる蛍光のタイムコースを生成する際にパイルアップが生じると、蛍光の経時変化が乱れてしまうからである。

上述の構成は、本発明の放射線検出器１をより具体的に表している。記憶部３５が記憶する積算値Ｓａは、積算部１５により算出されたものであれば、より正確に積算値Ｓａの推定が可能である。したがって、本発明によれば、先発の蛍光の積算値Ｓａを正確に求めることができる。

本発明は、上述の構成に限られず、下記のように変形実施することができる。

（１）各実施例における各設定値は、例示である。従って、各設定値は自由に変更することができる。

（２）上述した各実施例のいうシンチレータ結晶は、ＬＹＳＯで構成されていたが、本発明においては、その代わりに、ＬＧＳＯ（Ｌｕ_{２（１−Ｘ）}Ｇ_２ＸＳｉＯ_５）やＧＳＯ（Ｇｄ_２ＳｉＯ_５）などの他の材料でシンチレータ結晶を構成してもよい。本変形例によれば、より安価な放射線検出器が提供できる放射線検出器の製造方法が提供できる。

（３）上述した各実施例において、光検出器は、光電子増倍管で構成されていたが、本発明はこれに限らない。光電子増倍管に代わって、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオードや半導体検出器などを用いてもよい。

２シンチレータ
１１データモニタ部（データモニタ手段）
１２パイルアップ発生判別部（パイルアップ発生判定手段）
１３波高値取得部（波高値取得手段）
１４先発推定部（先発推定手段）
１５積算部（積算手段）
１６後発推定部（後発推定手段）
３５記憶部（記憶手段）

Claims

放射線を蛍光に変換するシンチレータと、
放射線が前記シンチレータに入射することにより生じた蛍光が発してから減衰していく一連の過程において、各検出時点の蛍光の強度を示す時点強度データを連続的に出力するデータモニタ手段と、
前記時点強度データの積算の開始及び終了を閾値に基づいて決定し、前記シンチレータに発生した蛍光の強度を示す積算値を算出する積算手段と、
放射線が前記シンチレータに入射することにより生じた蛍光が発してから減衰していく一連の過程における蛍光の強度の極大値である波高値と蛍光の強度を示す積算値とが関連したテーブルを記憶する記憶手段と、
前記データモニタ手段が出力する前記時点強度データを基に前記波高値を取得する波高値取得手段と、
放射線が前記シンチレータに入射して生じた蛍光が減衰していく過程で放射線が前記シンチレータに再び入射し、減衰を続けていた蛍光の強度が再び高まる現象であるパイルアップの発生を前記時点強度データの経時変化を基に判定するパイルアップ発生判定手段と、
パイルアップの発生が判定されると、前記波高値取得手段が取得したパイルアップ発生前の前記波高値に対応する前記積算値を前記記憶手段より読み出すことによりパイルアップした二つの蛍光のうちの先に生じた蛍光の積算値を推定する先発推定手段と、
前記先発推定手段により推定された積算値を前記積算手段が算出した前記積算値から減ずることによりパイルアップした二つの蛍光のうちの後に生じた蛍光の積算値を推定する後発推定手段とを備えることを特徴とする放射線検出器。
請求項１に記載の放射線検出器において、
前記積算手段が参照する閾値は、前記データモニタ手段が出力する前記時点強度データにおけるノイズ成分がシグナル成分に対して増加するにつれて大きくなるように設定されることを特徴とする放射線検出器。
請求項１または２に記載の放射線検出器において、
前記記憶手段が記憶する前記積算値は、パイルアップが発生しない状態で放射線を前記シンチレータに照射することにより前記データモニタ手段がモニタした蛍光の強度の経時変化を基に生成されることを特徴とする放射線検出器。
請求項１から３のいずれかに記載の放射線検出器において、
前記記憶手段が記憶する前記積算値は、前記積算手段により算出されたものであることを特徴とする放射線検出器。