專利名稱：利用能量和位置信息的輻射檢測方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輻射檢測方法及裝置，特別涉及適于在正電子成像裝置或
正電子發(fā)射斷層攝影(PET)裝置中使用的、利用了能量和位置信息的輻 射檢測方法及裝置。
背景技術(shù)：
如圖1所示，由于+J3衰變而從正電子釋放核素8釋放的正電子，與 周圍的電子對湮沒，由此生成的一對511keV的湮沒輻射8a、 8b，通過符 合(coincidence)的原理以成對的輻射4企測器10a、 10b對該湮沒輻射8a、 8b進(jìn)行測定的PET裝置已為人所知。這時(shí)，為了僅利用賦予了 511keV的 能量的湮沒輻射，通過能量窗對取得的能量(信號)的下限和上限進(jìn)行限 制。由此，在連結(jié)成對的檢測器10a、 10b彼此的一根線段(響應(yīng)線 line-of-response: LOR)上能夠確定核素8的存在位置。當(dāng)將從被;險(xiǎn)測體 的頭部朝向足部的軸定義為體軸時(shí)，與體軸垂直地相交的平面上的核素的
分布，能夠根據(jù)在該平面上從各種各樣的方向測定的響應(yīng)線的數(shù)據(jù)，通過 二維圖像重建來求取。
PET用檢測器IO是剖面為5mm見方左右的微細(xì)的檢測元件的集合， 為了以高概率檢測從體內(nèi)相向地釋放的一對湮滅輻射8a、 8b，需要2 ~ 3cm 左右的厚度。此外，檢測器10為了捕捉一對湮沒輻射，如圖2所示，通 常以覆蓋被檢測者的方式環(huán)狀地配置?？墒牵捎趯τ跈z測器10傾斜入 射的輻射產(chǎn)生測定誤差，使空間分別率惡化，所以不得不使環(huán)徑比視野大 幅增大。
在PET裝置中，為了獲得更高的檢測能力，開發(fā)了一種對入射到檢 測元件的深度位置也進(jìn)行檢測的三維檢測器。如圖3中例示的那樣，將同 一種類的檢測元件21 ~ 24在光接收元件26上層疊，通過檢測元件間的光 學(xué)反射材料對光的前進(jìn)路徑進(jìn)行控制，由此能夠根據(jù)從光接收元件26輸 出的信號的差異，確定深度檢測位置和能量(參照日本專利申請?zhí)亻_ 2004-279057號公報(bào)(專利文獻(xiàn)1 ), H.Murayama， H.Ishibashi, H.Uchida, T.Omura， T.Yamashita, "Design of a depth of interaction detector with aPS-PMT for PET",正EE Trans, Nucl. Sci. , Vol.47, No3, 1045-1050, 2000(非 專利文獻(xiàn)l))。此外，通常在2層的深度識別中，按層的每一個層疊2種 類的檢測元件，根據(jù)從光接收元件26輸出的信號的時(shí)間差異，確定深處 檢測位置。
這樣的三維檢測器20能夠改善對于檢測元件傾斜地入射的輻射導(dǎo)致 的空間分辨率的惡化，與現(xiàn)有的PET裝置相比能夠4吏檢測器和被;險(xiǎn)測體 接近，因此能夠進(jìn)行更高靈敏度的檢測。
另一方面，作為使靈敏度提高的方法，可以考慮利用圖4 (A)所示 的檢測器散射，但在現(xiàn)有的二維檢測器10中，如圖4 (B)、 (C)所示， 由于不能與被檢測體(也稱為散射體)6的散射區(qū)別，如圖5和圖6所示， 通過將能量窗的下限與光電吸收A的能量的下限對準(zhǔn)，從而將兩方的事 件作為噪聲除去。
再有，如圖7所示，如果在檢測器10的上表面設(shè)置除去低能量的散 射輻射的遮蔽物12的話，能夠除去來自被檢測體6的散射輻射，但同時(shí) 光電吸收事件也被除去一部分(參照G.Muehllehner: "Positron camera with extended counting rate capability",丄Nucl.Med.Vol. 16, 663-657, 1975 (非專
利文獻(xiàn)2))。
因此，在安裝有三維檢測器的PET裝置中，能夠采取與現(xiàn)有的PET 裝置相比高靈敏度的檢測器配置，但即使如此，也存在沒有充分活用PET 裝置具有的原理性的高靈敏度計(jì)測方法及豐富的信息量的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述現(xiàn)有的問題而完成的，其課題在于，在現(xiàn)有 技術(shù)中拋棄的檢測器內(nèi)的散射成分能夠被取得，使檢測靈敏度提高。
在體內(nèi)散射的事件(event),在入射到檢測器之前引起能量損失，入 射到檢測器的時(shí)刻的能量比511keV越少，在檢測器的上層賦予全部能量 而停止的概率變高。另一方面，僅在檢測元件散射的事件，在入射的時(shí)刻 的能量是511keV,在結(jié)晶內(nèi)進(jìn)行一次或反復(fù)多次散射之后，最終賦予全 部511keV的能量，或賦予能量的一部分，而在保有剩余的能量的狀態(tài)下 向檢測器外逃逸。在不在體內(nèi)散射，而在檢測元件賦予511keV的全部能 量的情況下，在圖5所示的能量窗內(nèi)被檢測，但在僅賦予了一部分能量的 情況下，盡管具有有效的位置信息，但也存在脫離能量窗的情況。因此，
4在現(xiàn)有的PET裝置中，如圖4所示，由于不能夠識別在檢測器內(nèi)散射的 真的符合B和散射符合C，所以拋棄了具有有用的位置信息的B的大部分。
三維檢測器20如圖8所示，在下層的檢測元件中，能夠減少散射體 導(dǎo)致的散射(散射符合)C,因此通過將能量窗的下限降低到檢測器散射 能量的下限，檢測器散射B也能夠作為符合而利用。本發(fā)明提供一種有效 地活用這樣的事件來使輻射檢測裝置的靈敏度提高的方法。期待在被檢測 體導(dǎo)致的散射和在檢測器的散射的比率，根據(jù)檢測出輻射的深度和賦予的 能量而不同。因此，如果能夠取得在三維檢測器檢測出的深度方向的檢測 位置和能量信息，就能除去來自被檢測體的散射成分多的區(qū)域，取得在檢 測器的散射成分。進(jìn)而，通過取得在三維檢測器檢測出的深度方向的檢測 位置和能量信息，在來自被4企測體的散射成分多的能量中減小權(quán)重，在來 自被檢測體的散射成分少的能量中增大權(quán)重，進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，從而能夠一 邊使來自被檢測體的散射成分的混入比率為最小， 一邊取得在檢測器的散 射成分。
本發(fā)明正是著眼于這些方面而完成的，在使用能夠識別深度方向的檢 測位置和能量的檢測器對輻射進(jìn)行檢測時(shí)，通過對應(yīng)于深度方向的檢測位 置，使識別信號和噪聲的能量窗變化，從而能夠取得在檢測器內(nèi)的散射成 分，解決了上述課題。
本發(fā)明也提供一種利用了能量和位置信息的輻射檢測裝置，使用能夠 識別深度方向的檢測位置和能量的檢測器對輻射進(jìn)行檢測，其特征在于， 對應(yīng)于深度方向的檢測位置，使識別信號和噪聲的能量窗變化，能夠取得 在檢測器內(nèi)的散射成分。
在這里，能夠?qū)?yīng)于深度方向的檢測位置，具備不同的檢測元件。
本發(fā)明還在使用能夠識別深度方向的檢測位置和能量的三維檢測器 對輻射進(jìn)行檢測時(shí)，通過對檢測事件給予與深度方向的檢測位置和能量信 息對應(yīng)的加權(quán)，從而能夠取得在檢測器內(nèi)的散射成分，由此解決了上述課 題。
根據(jù)本發(fā)明，能夠取得在檢測器內(nèi)的散射成分，能夠提高檢測器的靈 敏度。因此，能夠提高PET裝置或正電子成像裝置等的靈敏度。
進(jìn)而，通過對4企測事件(detectionevent)給予與深度方向的檢測位置 和能量信息對應(yīng)的加權(quán)，利用更詳細(xì)的能量信息，從而能夠一邊減少被才聶
5體(散射體)導(dǎo)致的散射的混入比率， 一邊活用檢測器散射事件，改善信 號對噪聲比。


圖1是表示PET裝置的原理的圖。
圖2是表示現(xiàn)有的PET裝置的整體結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是表示在專利文獻(xiàn)1中提出的三維檢測器的立體圖。
圖4是為了說明本發(fā)明的原理的、表示伽馬射線的相互作用和能語的圖。
圖5是表示現(xiàn)有的利用能量窗的散射輻射的除去法的圖。 圖6是表示現(xiàn)有方法的數(shù)據(jù)處理的圖。 圖7是表示現(xiàn)有的利用遮蔽物的散射輻射的除去法的圖。 圖8是表示本發(fā)明的原理的圖。
圖9表示利用了本發(fā)明的PET裝置的第一實(shí)施方式的圖。 圖10是表示第 一 實(shí)施方式的數(shù)據(jù)處理順序的流程圖。 圖11是表示向第一實(shí)施方式的輻射的入射狀況的圖。 圖12是表示第一實(shí)施方式的符合順序的圖。 圖13表示利用了本發(fā)明的PET裝置的第二實(shí)施方式的圖。 圖14是同樣地表示第三實(shí)施方式的處理順序的圖。 圖15是同樣地表示第四實(shí)施方式的處理順序的圖。 圖16是實(shí)施例的能量窗的圖。
圖17同樣地對(A)真的符合和(B)散射符合的能譜進(jìn)行比較而表示 的圖。
圖18同樣地對(A)靈敏度和(B)散射分?jǐn)?shù)進(jìn)行比較而表示的圖。
具體實(shí)施例方式
以下參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式詳細(xì)地進(jìn)行說明。 本發(fā)明的第一實(shí)施方式如圖9所示，在安裝有三維檢測器20的PET 裝置等中，如圖IO所示，通過在低能量區(qū)域中也限制檢測深度從而利用 檢測器散射，如圖11所示，具有對在被檢測體6內(nèi)散射的事件C、和在 檢測器20中散射之后對檢測器20賦予了 一部分能量的事件B進(jìn)行識別的 機(jī)構(gòu)。由此，能夠在防止位置信息惡化的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)具有三維檢測器的
6PET裝置等的進(jìn)一 步高靈敏度化。 在圖12表示符合的順序。
此外，本發(fā)明在層疊檢測元件的情況下，不需要在全部層中使用相同 的檢測元件，如圖13所示的第二實(shí)施方式那樣，與需要有效原子序數(shù)較 高的昂貴的檢測元件20A的上層相比，在下層中利用有效原子序數(shù)較低 的廉價(jià)的檢測元件20B,由此能夠使用不同的檢測元件。這時(shí)，上層的檢 測元件20A的長度具有使散射輻射停止的充分的長度，但比下層的檢測 元件20B短，由此能夠?qū)崿F(xiàn)低成本高性能的PET裝置。
或者，也能夠?qū)崿F(xiàn)僅使用半導(dǎo)體檢測器那樣的有效原子序數(shù)較低的檢 測元件的PET裝置的高靈敏度化。
本發(fā)明的第三實(shí)施方式是在如圖9所示的安裝有三維檢測器20的 PET裝置等中，以圖14所示方式， 一邊對檢測事件施加與檢測位置和能 量對應(yīng)的加權(quán)， 一邊得到直方圖。
此外，如圖15所示的第四實(shí)施方式那樣，將檢測事件作為列表模式 數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，在圖像重建時(shí)， 一邊施加與檢測位置和能量對應(yīng)的加權(quán)， 一邊進(jìn)行重建。
這時(shí)，如圖8所示，在事先以仿真等對低能量區(qū)域中的散射體導(dǎo)致的 散射和檢測器散射的比率進(jìn)行計(jì)算，預(yù)先將與^r測深度(層)和能量對應(yīng) 的加權(quán)列表。權(quán)重例如與(檢測器散射的比率)/ (散射體導(dǎo)致的散射的 比率)成比例設(shè)定，或以在(檢測器散射的比率)/ (散射體導(dǎo)致的散射 的比率)超過固定值的情況下為1.0,除此之外為0.0的方式進(jìn)行計(jì)算。
如該第三、第四實(shí)施方式那樣，與第一、第二實(shí)施方式相比，通過利 用更詳細(xì)的能量信息，能夠一邊減少被攝體(散射體)導(dǎo)致的散射的混入 比率， 一邊活用檢測器散射事件，能夠改善信號對噪聲比。
對申請人等開發(fā)的頭部用PET裝置的實(shí)驗(yàn)機(jī)"jPET-D4" (E.Yoshida, K.Kitamura, T.Tsuda, et.al: "Energy Spectra analysis of four-layer DOI detector for brain PET scanner: jPET-D4" ， Nucl. Instr. Meth. A， 577， 664-669, 2006 (參照非專利文獻(xiàn)3))進(jìn)行了模擬仿真。本裝置使用層疊了 4層2.9 x 2.9 x 7.5mm的GSO閃爍體(scintillator)的三維檢測器20，構(gòu)成具有 39cm的環(huán)徑和26cm長度的檢測器環(huán)。作為模擬被檢測體6的模型 (phantom),以水灌滿直徑20cm、長度20cm的圓筒才莫型，在中心軸上 設(shè)置了 20cm的釋放一對511keV的輻射的線狀輻射源。
7在現(xiàn)有方法的能量窗中，所有的層相同，例如是400 600keV,但在 本發(fā)明中，如圖16所示，將第一層作為400 600keV,第二層~第四層 作為100~300keV以及400 600keV的兩個能量窗。也就是說，作為除 去300 ~ 400keV的100 ~ 600keV。像這樣對應(yīng)于需要，與現(xiàn)有的PET裝 置不同，能夠設(shè)置多個能量窗。
圖17中，表示(A)真的符合的能鐠和(B)散射符合的能譜?？芍?越往下層，(B)所示的被檢測體導(dǎo)致的散射輻射的影響變得越少。
圖18中表示使能量窗的下限變化時(shí)的(A)相對靈敏度和(B)散射 分?jǐn)?shù)(計(jì)測的數(shù)據(jù)中包含物體散射的比率)的變化。相對靈敏度將能量窗 的下限400keV作為100。從圖中;[艮明顯，通過使用本發(fā)明，能夠在抑制 散射分?jǐn)?shù)的增加的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高靈敏度。
再有，在上述說明中，本發(fā)明在PET裝置中應(yīng)用，但本發(fā)明的應(yīng)用 對象并不局限于此，通常能夠在正電子成像裝置等的其它的核醫(yī)學(xué)成像裝 置、或輻射檢測裝置中應(yīng)用。此外，三維檢測器的種類也不限定于圖3表 示的物體，例如是以模擬方式能夠識別深度方向位置的三維檢測器也可。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性
本發(fā)明在PET裝置之外，通常能夠在正電子成像裝置等的其它的核 醫(yī)學(xué)成像裝置、或輻射檢測裝置中應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種利用了能量和位置信息的輻射檢測方法，其特征在于，在使用能夠識別深度方向的檢測位置和能量的檢測器對輻射進(jìn)行檢測時(shí)，通過對應(yīng)于深度方向的檢測位置，使識別信號和噪聲的能量窗變化，從而能夠取得在檢測器內(nèi)的散射成分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用了能量和位置信息的輻射檢測方法， 其特征在于，對應(yīng)于深度方向的檢測位置，使用不同的檢測元件。
3. —種利用了能量和位置信息的輻射檢測裝置，使用能夠識別深度 方向的檢測位置和能量的檢測器對輻射進(jìn)行檢測，其特征在于，對應(yīng)于深 度方向的檢測位置，使識別信號和噪聲的能量窗變化，從而能夠取得在檢 測器內(nèi)的散射成分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用了能量和位置信息的輻射檢測裝置， 其特征在于，對應(yīng)于深度方向的檢測位置，具備不同的檢測元件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的輻射檢測裝置，其特征在于，對于單 能的輻射，對應(yīng)于深度方向的檢測位置，利用散射成分少的2個以上的能 量窗的輻射的信息。
6. —種利用了能量和位置信息的輻射檢測方法，其特征在于，在使 用能夠識別深度方向的檢測位置和能量的檢測器對輻射進(jìn)行檢測時(shí)，對檢 測事件給予與深度方向的檢測位置和能量信息對應(yīng)的加權(quán)，從而能夠取得 在檢測器內(nèi)的散射成分。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用了能量和位置信息的輻射檢測方法， 其特征在于，對應(yīng)于深度方向的檢測位置，使用不同的檢測元件。
8. —種利用了能量和位置信息的輻射檢測裝置，使用能夠識別深度 方向的檢測位置和能量的檢測器對輻射進(jìn)行檢測，其特征在于，對檢測事 件給予與深度方向的檢測位置和能量信息對應(yīng)的加權(quán)，從而能夠取得在檢 測器內(nèi)的散射成分。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用了能量和位置信息的輻射檢測裝置， 其特征在于，對應(yīng)于深度方向的檢測位置，具備不同的檢測元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及利用了能量和位置信息的輻射檢測方法及裝置，在使用能夠識別深度方向的檢測位置和能量的(三維)檢測器對輻射進(jìn)行檢測時(shí)，通過對應(yīng)于深度方向的檢測位置，使識別信號和噪聲的能量窗變化，從而能夠取得在檢測器內(nèi)的散射成分。此外，對檢測事件給予與深度方向的檢測位置和能量信息對應(yīng)的加權(quán)，從而能夠取得在檢測器內(nèi)的散射成分，提高檢測器的感度。這里，能夠?qū)?yīng)于深度方向的檢測位置，使用不同的檢測元件。
文檔編號G01T1/00GK101688918SQ20078005271
公開日2010年3月31日 申請日期2007年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月23日
發(fā)明者北村圭司, 吉田英治, 山谷泰賀, 村山秀雄, 澀谷憲悟 申請人:獨(dú)立行政法人放射線醫(yī)學(xué)綜合研究所;株式會社島津制作所