(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次元状に密着配置された複数本の短冊状のシンチレータと、前記シンチレータ群に対して光学的に結合され、かつ、前記シンチレータの本数より少ない複数個の光検出器を備え、その光検出器の出力比に基づいてγ線の入射位置を検出する検出器モジュールを被検者の体軸回りに周設した検出器部と、その検出器部からの信号によって前記被検者から放射されるγ線の入射位置を検出する位置検出手段と、前記各シンチレータで発光したエネルギーを算出する手段と、関心部位のＲＩ分布の断層像を作成する画像処理手段とを備えたＥＣＴ装置において、前記シンチレータ間にその先端部を残してスリット状のシールドを設け、該シールドが斜めから入射するγ線の突き抜けを最小限にして視野内の分解能を均一化するものであることを特徴とするＥＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検者に投与され関心部位に蓄積された放射性同位元素（ＲＩ）から放出された放射線（ガンマ線）の入射位置を検出し、関心部位のＲＩ分布の断層像を得るようにしたＥＣＴ装置に係わり、特に、ポジトロン放射トモグラフィ（ＰＥＴ）などのマルチリング型あるいは多角形型ＥＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＥＴ（Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）は、被検者に投与され関心部位に蓄積された放射性同位元素（ＲＩ）のポジトロン（陽電子）が消滅する時に発生する、一対のγ線（２個のフォトン）の発生を検出して、関心部位のＲＩ分布の断層像を得るようにしたＥＣＴ装置で、一対のフォトンが反対方向に出るため線源方向を特定することができ、分解能の高いコリメータを必要とせず、高感度でγ線を検出することができる。そして、生体の構成元素又は生体で代謝される物質に標識することができるので、生体の機能を検査する装置として用いられる。
また、ＰＥＴの核種は半減期が短いので、核種及び標識化合物を施設内でつくるため、高価なサイクロトロンや自動合成装置が必要である。また、これらの装置を運転するために多くの人手が必要となる。
【０００３】
図３に、ＰＥＴの原理図を示す。ＲＩを投与された被検者１０の周りの円周上に、検出器モジュール８ａを多数配列した検出器部９ａと、その各検出器モジュール８ａからの出力信号をデータ収集部２０ａに集め、画像処理部１４ａで画像を再構成し、モニタ１５ａ上に表示するものである。
従来のこの種の放射線検出器は検出分解能を高めるために、複数のシンチレータとそれよりも少ない数の光電子増倍管（ＰＭＴ）を結合し、シンチレータでの発光を複数個の光電子増倍管に距離に応じて分配し、各光電子増倍管の出力比からγ線の入射位置とエネルギーを決定している。
従来の放射線検出器を円周上に配列したＰＥＴでは、断面内の視野の中心から外れた位置から出たγ線はシンチレータに斜めから入射するため、シンチレータ間を突き抜けて検出されることになり、分解能が劣化していた。また、異なるリング間の同時計数をとる３次元収集では、体軸方向に斜めに入射するγ線が同様の突き抜けを起こすことになる。
【０００４】
この突き抜けによる分解能の劣化を防ぐために、図４に示すような、検出器モジュール８ａが考案された。これは異なる種類のシンチレータを多層化し、発光した減衰時間の違いなどを利用して、γ線が吸収された深さの情報を元に、ＲＩの位置をコーディングする検出器（ＤＯＩ検出器：Ｄｅｐｔｈ  ｏｆ  Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）である。
検出器モジュール８ａは、４個のＰＭＴ（光電子増倍管）４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに、発光した光の減衰時間の異なるシンチレータ１６、１７、１８を３層に光学的に形成したもので、４８個の第一のシンチレータ１８からなる第一のシンチレータ群が、光学的に結合され、その上部には第二のシンチレータ１７からなる第二のシンチレータ群が、それぞれ光学的に結合され、さらに第三のシンチレータ１６からなる第三のシンチレータ群が光学的に結合されている。
また、データ収集部２０ａは、位置検出回路１１でγ線の入射位置を検出し、波形分析回路１９で発光パルスの減衰時間をコンパレータなどで分析し、どのシンチレータで発光したのかを識別する。そして、分配回路２１はどのシンチレータ群であるかによって分配を決め、第一のメモリ２２か第二のメモリ２２ａか第三のメモリ２２ｂに分配する。また、位置検出回路１１ａ、波形分析回路１９ａの回路系統についても同様である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＥＣＴ装置は以上のように構成されているが、円筒状に配列した検出器では、視野の端に入射したγ線は、シンチレータ間を突き抜けることで、本来の入射位置とは異なる場所にコーディングされることになる。例えば、図３のγ線ｂはＢの位置に正しくコーディングされるが、γ線ａは突き抜けによってＡの位置にミスコーディングされてしまうという問題がある。
また、ＤＯＩ検出器では、例えば深さ毎に異なる種類のシンチレータ（１６、１７、１８）を用いることで、γ線が吸収された深さを弁別できるようになり、深さ情報を使ってγ線の入射位置を決めることで、γ線ａも正しくＢの位置にコーディングすることができるが、深さ方向のコーディングを行う必要があり、データ収集部２０ａが複雑になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、断面内の視野の中心から外れた位置から出たγ線、及び、体軸方向に斜めに入射するγ線が、シンチレータ間を突き抜けて検出されることによる分解能の劣化を防止したＥＣＴ装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を解決するために、本発明のＥＣＴ装置は、二次元状に密着配置された複数本の短冊状のシンチレータと、前記シンチレータ群に対して光学的に結合され、かつ、前記シンチレータの本数より少ない複数個の光検出器を備え、その光検出器の出力比に基づいてγ線の入射位置を検出する検出器モジュールを被検者の体軸回りに周設した検出器部と、その検出器部からの信号によって前記被検者から放射されるγ線の入射位置を検出する位置検出手段と、前記各シンチレータで発光したエネルギーを算出する手段と、関心部位のＲＩ分布の断層像を作成する画像処理手段とを備えたＥＣＴ装置において、前記シンチレータ間にその先端部を残してスリット状のシールドを設け、該シールドが斜めから入射するγ線の突き抜けを最小限にして視野内の分解能を均一化するものであることを特徴とする。
【０００８】
本発明のＥＣＴ装置は、上記のように構成されており、斜めから入射するγ線の突き抜けを最小限にするために、シンチレータ間にスリット状のシールドを設けている。そのため、シンチレータに垂直に入射したγ線は、従来通り検出されるが、斜めから入射したγ線はシールドに吸収され、本来の位置に近い場所で吸収されたγ線のみが計測される。これによって、分解能の劣化を最小限に押さえることができる。また、信号処理回路は従来使用しているものがそのまま使用できるため、提案されているＤＯＩ方式の検出器と比較して、回路を簡素化することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明のＥＣＴ装置の一実施例を図１を参照しながら説明する。図１は本発明のＥＣＴ装置の構成図を示す図である。本ＥＣＴ装置は、ＲＩを投与された被検者１０の周りの円周上に、検出器モジュール８を多数配列した検出器部９と、その各検出器モジュール８からの出力信号を取り入れるデータ収集部２０と、データ収集部２０のデータから画像を構成する画像処理部１４と、その画像を表示するモニタ１５とから構成されている。
検出器モジュール８は、４個（幅２個×奥行２個）のＰＭＴ（光電子増倍管）４に、光を良く通す材料からなるライトガイド３を光学的にカップリングさせ、３０個（幅５個×奥行６個）の短冊状のシンチレータ１からなるシンチレータ群が、ライトガイド３に光学的に結合され、各シンチレータ１の素子間のスリット５に、放射線を遮蔽するシールド２、例えば、鉛箔や鉛薄板、または、タングステンなどの薄板を接着、又は介在させたものである。
【００１０】
図２に検出器モジュール８の断面図を示す。（ａ）はＰＭＴ（光電子増倍管）４とシンチレータ１を、ライトガイド３で光学的にカップリングした構造のものを、（ｂ）はＰＳ−ＰＭＴ（光電子増倍管）７またはＡＰＤ（フォトダイオード）７ａあるいはＨＰＤ（フォトダイオード）７ｂと、シンチレータ１を光ファイバー６で光学的にカップリングしたものを示す。
シンチレータ１は、γ線が入射すれば発光するＢＧＯシンチレータ（Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２）、ＧＳＯシンチレータ（Ｇｄ２ＳｉＯ５）、ＮａＩ（Ｔｌ）、ＢａＦ２、ＣｓＦ等が用いられ、短冊状に成形されて、その側面にシールド２を接着し、斜めから入射するγ線を阻止して、垂直に入射するγ線、及び、その先端部で斜めから入射するγ線のみを検出して発光する。
シールド２は、Ｘ線の吸収が大きい材料、例えば、鉛の箔や板、タングステンの板、モリブデンの板等が用いられ、シンチレータ１の側面に接着又は介在させる。その厚さと深さは、突き抜けるγ線の割合と感度との兼ね合いで決める。
【００１１】
ライトガイド３は、プラスチックのものが用いられ、光ファイバ６は各シンチレータ１単位ごとに束になったものを光学的にシンチレータ１に接着される。
ＰＭＴ（光電子増倍管）４は、数百個からなる光子を１０７〜１０１０個の電子に増幅し、増倍管の出力段である陽極にその電子を収集し、利用可能な電流に変換するもので、感光層である光電陰極と電子増倍器から構成される。したがって光電陰極の波長特性はシンチレータ１の発光する波長に合せたマルチアルカリ光電面やバイアルカリ光電面のヘッドオンタイプのＰＭＴ４が用いられ、量子効率は通常２０〜３０％である。また、ＰＳ‐ＰＭＴ７は、位置感応型光電子増倍管（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  ＰＭＴ）といわれて、入射した光子のＸ‐Ｙ座標を分離して光電子を増倍するものである。
【００１２】
フォトダイオードは、ＰＭＴ４より量子効率は高くエネルギー分解能が良く、電力消費量が少なく、寸法も小さく、磁場の影響も受けにくい。フォトダイオードには光子を直接電子正孔に変換するものと電子なだれ型フォトダイオード（ＡＰＤ７ａ）、ハイブリッドフォトダイオード（ＨＰＤ７ｂ）がある。フォトダイオードの量子効率は、６０〜８０％であるが、素子内部での増幅がないので、全体の増幅率はＰＭＴ４に及ばない。スペクトル応答はＰＭＴ４のバイアルカリ光電面よりも長波長に広がって、感度が良くなっている。なだれ型フォトダイオード（ＡＰＤ７ａ）は、ダイオード内で生成される電荷を、半導体に高い電圧を印加することにより起きるなだれ過程（ａｖａｌａｎｃｈｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ）を利用して増幅するもので、Ｓｉ‐ＡＰＤ、Ｇｅ‐ＡＰＤなどがある。また、ヘテロ構造ＡＰＤは、ＩｎＧａＡｓで発生したキャリア（正孔）が増倍領域となるＩｎＰに注入されるもので、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰへテロ構造の高性能化されたものもある。ハイブリッドフォトダイオード（ＨＰＤ７ｂ）は、ｐｉｎフォトダイオードと前置増幅器としてのＦＥＴを同一基板上に集積したものである。
【００１３】
上記のような構造によって、シンチレータ１間にシールド２を設けることで、図２の矢印のように、斜め方向から入射したγ線の突き抜けを押さえることができる。そして、シールド２の深さと厚さは、突き抜けるγ線の割合と感度との兼ね合いで決められる。また、シンチレータ１から出た光は、ライトガイド３や光ファイバー６などに導かれ、光電子増倍管（ＰＭＴ４、ＰＳ−ＰＭＴ７）やフォトダイオード（ＡＰＤ７ａ、ＨＰＤ７ｂ）等の受光素子で検出される。したがって、提案されているＤＯＩ方式の検出器に用いられるような特殊な回路は不用である。
【００１４】
また、データ収集部２０は、同時計数回路２３とメモリ１３とから構成され、被検者１０に投与され関心部位Ｐに蓄積された放射性同位元素（ＲＩ）のポジトロン（陽電子）が消滅する時に発生する、一対のγ線（２個のフォトン）の発生が、Ｒ位置の検出器モジュール８とＱ位置の検出器モジュール８で検出される。検出器モジュール８の出力信号は、位置検出回路１１、１１ａに入力されて３０個のいずれのシンチレータにγ線が入射したかが検出され、γ線の入射位置Ｑ、Ｒがコーディングされ、位置検出回路１１、１１ａの出力信号が同時計数回路２３に入力される。
同時計数回路２３では、入力位置Ｑ、Ｒに対応するシンチレータ１に一対のγ線が同時に入射したことの検出が行なわれ、同時計数データとしてエネルギー算出回路１２、１２ａの波高分析データと共にメモリ１３に記憶される。なお、実際にはメモリ１３には同時計数回路２３で捉えられた検出器モジュール８におけるγ線の入射位置の組み合わせが記憶される。同時計数回路２３は１スライスだけでなく、体軸方向の複数スライス間の斜め方向でも判定するので、３次元的に入射方向が判定でき、感度をさらに上げることができる。この両者の情報から、放射性同位元素（ＲＩ）の位置Ｐとそのエネルギーを認識することができる。
【００１５】
画像処理部１４は、二つのＲ、Ｑ位置の検出器モジュール８から同時に検出されメモリ１３に記憶されたデータから、そのＲとＱを結ぶ線上に逆投影して画像を再構成し、断層像を得るものである。さらに画像の平滑化を行う画像スムージング、時間的に連続した画像間で、重みづけ加算を行う時間スムージングなども行われる。
モニタ１５は、大型のモニタ１５を用い、画像を１枚、４枚、１６枚のように複数枚表示するスプリット表示、異なる条件の画像を複数枚表示する複合表示、ダイナミック収集画像を連続して表示するシネ表示、カウント数が一定レベルのピクセルに特定の色付けをする輪郭表示、その他、プロファイル解析、三次元表示等を行うことができる。
【００１６】
次に、本ＥＣＴ装置の動作について説明する。被検者１０に投与され関心部位Ｐに蓄積された放射性同位元素（ＲＩ）のポジトロン（陽電子）が消滅する時に発生する、一対のγ線（２個のフォトン）がＲ位置の検出器モジュール８とそれと１８０度の方向のＱ位置の検出器モジュール８に入射する。その時、検出器モジュール８のシンチレータ１には斜めにγ線が入射する。斜めから入射したγ線はシールド２に吸収され、本来の位置に近い場所で吸収されたγ線のみが計測される。その両信号が、データ収集部２０の位置検出回路１１、１１ａでγ線の入射位置が検出され、該回路１１、１１ａの出力が同時計数回路２３に入力され、検出器信号の同時性が判定され、エネルギー算出回路１２、１２ａで、波高分析してエネルギーが検出され、各々メモリ１３に記憶される。そして、画像処理部１４は、二つのＲ、Ｑ検出器モジュール８から同時に検出されメモリ１３に記憶されたデータから、そのＲとＱを結ぶ線上に逆投影して画像を再構成し、断層像を得る。そしてモニタ１５上に、シールド２によって斜めから入射するγ線を、本来の位置に近い場所で吸収して、分解能の劣化を最小限に押さえた美しい断層画像を表示することができる。
【００１７】
上記の実施例では、マルチリング型のＥＣＴ装置について説明したが、多角形型のＥＣＴ装置についても同様に適用することができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明のＥＣＴ装置は上記のように構成されており、被検者に投与され関心部位に蓄積された放射性同位元素（ＲＩ）から放出された放射線（ガンマ線）は、シンチレータに垂直に入射するγ線については、従来通り検出されるが、断面内の視野の中心から外れた位置から出たγ線や、同時計数をとる３次元収集での、異なるリング間の体軸方向に斜めに入射するγ線に付いては、斜めから入射するγ線の突き抜けを最小限にするために、シンチレータ間にＸ線吸収の大きいスリット状のシールドを設けているため、斜めから入射するγ線はシールドに吸収され、本来の位置に近い場所で吸収されたγ線のみが計測される。これによって、分解能の劣化を最小限に押さえることができる。また、信号処理回路は従来使用しているものがそのまま使用できるため、検出器の交換のみで分解能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のＥＣＴ装置の一実施例を示す図である。
【図２】  本発明のＥＣＴ装置の検出器モジュールを示す図である。
【図３】  従来のＥＣＴ装置を示す図である。
【図４】  従来のＥＣＴ装置の検出器モジュールを示す図である。
【符号の説明】
１…シンチレータ
２…シールド
３…ライトガイド
４、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ…ＰＭＴ
５…スリット
６…光ファイバー
７…ＰＳ−ＰＭＴ
７ａ…ＡＰＤ
７ｂ…ＨＰＤ
８、８ａ…検出器モジュール
９、９ａ…検出器部
１０…被検者
１１、１１ａ…位置検出回路
１２、１２ａ…エネルギー算出回路
１３…メモリ
１４、１４ａ…画像処理部
１５、１５ａ…モニタ
１６、１７、１８…シンチレータ
１９、１９ａ…波形分析回路
２０、２０ａ…データ収集部
２１、２１ａ…分配回路
２２…第一のメモリ
２２ａ…第二のメモリ
２２ｂ…第三のメモリ
２３、２３ａ…同時計数回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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