(57)【要約】電荷結合素子またはＣＭＯＳ活性ピクセルセンサ装置と、電荷結合素子またはＣＭＯＳ活性ピクセルセンサ装置に直接に接触するシンチレータ層とを備え、シンチレータ層の厚さが２００μｍよりも大きく、好ましくは４００μｍよりも大きく、最も好ましくは約５００μｍよりも大きい、放射性核種放射を画像化する装置が開示されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷結合素子またはＣＭＯＳ活性ピクセルセンサ装置と、電荷結合素子またはＣＭＯＳ活性ピクセルセンサ装置に直接に接触するシンチレータ層とを備え、前記シンチレータ層の厚さが２００μｍよりも大きく、好ましくは４００μｍよりも大きく、最も好ましくは約５００μｍよりも大きいことを特徴とする放射性核種放射を画像化する装置。
【請求項２】
前記シンチレータ層が希土類燐を含んでいる請求項１に記載の装置。
【請求項３】
希土類燐がＧｄを含んでいる請求項２に記載の装置。
【請求項４】
希土類燐がＧｄ２Ｏ２Ｓ単位体を含んでいる請求項３に記載の装置。
【請求項５】
希土類燐がＧｄ２Ｏ２Ｓ（Ｔｂ）である請求項４に記載の装置。
【請求項６】
希土類燐がＧｄ２Ｏ２Ｓ（Ｐｒ，Ｃｅ，Ｆ）である請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記シンチレータ層がＣｓＩを含んでいる請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記シンチレータ層が装置上に直接にコーティングされている請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
コリメータをさらに備えている請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記コリメータがコード化された開口マスクを備えている請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
装置を光子計数モードで作動させる手段をさらに備えている請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
半導体ピクセルセンサ装置と、源と前記ピクセルセンサ装置との間に配置されたシンチレータと、ピクセルセンサ装置から出力を受けるように接続され、光子計数モードで作動するように構成可能な信号処理回路とを備え、１つの源からの放射性核種放射を画像化する装置。
【請求項１３】
前記半導体ピクセルセンサ装置は、電荷結合素子またはＣＭＯＳ活性ピクセルセンサ装置を備えている請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記信号処理回路は、ピクセルセンサ装置における読取速度を所定の値よりも小さく設定することにより、光子計数モードで作動するように構成可能である請求項１２または請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記所定の値が１秒を越えない請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記シンチレータの厚さが少なくとも４００ミクロンである請求項１２ないし請求項１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
活性ピクセルセンサを冷却するための冷却手段をさらに備えている請求項１２ないし請求項１６のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、放射性核種放射を画像化するための装置に関する。
【０００２】
従来、放射性同位体でラベル付けされた組織中のトレーサーの画像化（一般に、オートラジオグラフィーと称される）は、像を記録するフィルムを使用して行なわれてきた。フィルムを使用すると、時間がかかり、ダイナミックレンジが制限され、リニアな応答がなされないという欠点がある。また、この技術は、摘出された組織の画像化（イメージング）に限られる。
【０００３】
競合する技術は、「ガンマカメラ」として知られており、単一の結晶ＮａＩシンチレータが設けられた小さな光電子増倍管の列を備えている。しかしながら、この装置は、約３〜４ｍｍといった比較的限られた固有の空間分解能を有するという欠点がある。また、実際には、装置は、像を形成するために、コリメータを必要とする。その結果、分解能が約８〜１５ｍｍまで低下する。他の競合する技術では常温半導体列を使用する。しかしながら、そのような半導体列は定常的に入手できないので、高価である。また、そのような半導体列の空間分解能は、ガンマカメラを用いて得られる空間分解能と変わりない。
【０００４】
Ｋａｒｅｌｌａｓ等（原子物理学のＩＥＥＥ報告書、４０（１９９３）９７９）は、複数の電荷結合素子（ＣＣＤ）および多結晶Ｇｄ２Ｏ２Ｓ（Ｔｂ）シンチレータを使用した画像化を報告している。また、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ（Ｔｂ）は、「Ｇａｄｏｘ」として知られている。ＧａｄｏｘシンチレータをＣＣＤに結合するレンズを使用して像が得られた。すなわち、Ｋａｒｅｌｌａｓ等はＣＣＤとシンチレータとの直接的な接触またはシンチレータをＣＣＤに結合する光ファイバレジューサの使用の可能性も示唆しているが、シンチレータはＣＣＤから物理的に分離されていた。Ｋａｒｅｌｌａｓ等は、比較的薄い（＜１００μｍ）Ｇａｄｏｘ層を利用しており、約２００μｍを越える厚さが使用される場合には光吸収の問題が非常に重大であると言及している。言い換えると、Ｋａｒｅｌｌａｓ等は、当業者に薄いＧａｄｏｘ層を使用させようとしている。なお、Ｋａｒｅｌｌａｓ等は、０．０８〜０．１０のエネルギ分解能（ΔＥ／Ｅ）が１４０ｋｅＶの入射エネルギで得られることを暗示する計算を与えているが、このエネルギ分解能を得るために必要な実験条件の表示を全く与えていない。
【０００５】
薄い（１００μｍ）Ｇａｄｏｘ層で直接コーティングされたＣＣＤは知られている。このような装置は、歯科の用途、具体的には口腔内Ｘ線イメージングで広く使用されてきた。しかしながら、このような装置は、低エネルギ（２５〜４０ｋｅＶ）のγ線を用いた伝送イメージングにおいて使用されているだけであり、９９ｍＴｃから放射される１４０．５ｋｅＶといった高エネルギのγ線放射の画像化には適していない。
【０００６】
本発明は、前述した問題および欠点を解消し、体積が小さい組織中の放射性核種（例えば９９ｍＴｃ）を画像化できる、低コストで高性能な装置を提供する。空間分解能およびエネルギ分解能に関して高い性能が得られる。また、生体内イメージングが可能である。
【０００７】
本発明の第１の形態においては、放射性核種放射を画像化する装置であって、
電荷結合素子またはＣＭＯＳ活性ピクセルセンサ装置と、
電荷結合素子またはＣＭＯＳ活性ピクセルセンサ装置に直接に接触するシンチレータ層と、
を備え、
シンチレータ層の厚さが２００μｍよりも大きく、好ましくは４００μｍよりも大きく、最も好ましくは約５００μｍよりも大きい装置が提供される。
【０００８】
ＣＣＤまたはＣＭＯＳ活性ピクセルセンサ装置に直接に接触する比較的厚いシンチレータ層を使用すると、計数率を高めることができるとともに、３０〜１６０ｋｅＶの範囲にわたって優れたエネルギ分解能を得ることができる（しかし、この範囲が限られた範囲であると見なすべきではない）。これは、特に、厚い層を用いた場合に問題が生じると予想されるＫａｒｅｌｌａｓ等を思えば、驚くべきことである。わずか数ｍｍ（ｓｕｂ−ｍｍ）の空間分解能が可能である。また、装置は、便利で且つ経済的に製造できる。
【０００９】
シンチレータ層は、希土類燐を含んでいてもよく、また、希土類燐はＧｄやＧｄ２Ｏ２Ｓ単位体を含んでいてもよい。希土類燐は、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ（Ｔｂ）またはＧｄ２Ｏ２Ｓ（Ｐｒ，Ｃｅ，Ｆ）であってもよい。
【００１０】
シンチレータ層がＣｓＩを含んでいてもよい。
【００１１】
シンチレータ層が装置上に直接にコーティングされていてもよい。
装置は、コリメータをさらに備えていてもよい。コリメータがコード化された開口マスクであってもよい。
【００１２】
装置は、装置を光子計数モードで作動させる手段をさらに備えていてもよい。本発明の第２の形態においては、１つの源からの放射性核種放射を画像化する装置であって、半導体ピクセルセンサ装置と、前記源と前記ピクセルセンサ装置との間に配置されたシンチレータと、ピクセルセンサ装置から出力を受けるように接続され、光子計数モードで作動するように構成可能な信号処理回路とを備えている装置が提供される。
【００１３】
光子計数モードで作動することにより、画像器は、優れたエネルギ分解能を有する。
【００１４】
この装置は、本発明の第１の形態に係る装置を備えていてもよい。
【００１５】
ここで、図面を参照しながら、本発明に係る装置について説明する。
【００１６】
例えば４３μｍピクセルが６８４×４５６配列された標準的なＣＣＤ１０は、Ｇａｄｏｘから成る５００μｍの層１２によってコーティングされる。コーティング方法は、１００μｍ厚のＧａｄｏｘ層を有するＣＣＤの製造においてよく知られており、５００μｍ厚の層を形成するために使用できる。Ｇａｄｏｘ層上には、複数の開口１６を有するコリメータ１４が配置されている。開口のサイズは、装置の空間分解能を決定する主な要素である。一般に、直径が約５００μｍの開口を有するコリメータが利用されるが、要求に応じてそれよりも大きな開口または小さな開口を使用することができる。コリメータは、固定されてもよく、あるいは、取り外し可能であってもよい。後者の場合、開口サイズが異なる多数の対応するコリメータを有する単一の装置を提供することができる。このようにすれば、ユーザが望むように装置の空間分解能を変えることができる。コード化された開口を使用してもよい。そのようなマスクは、当業者によく知られており、放射性同位体でラベル付けされた領域の画像再構成法による３次元マッピングを可能にする。そのようなマスクは、ランダムパターンまたは円形、正方形、対角線形状の開口配列を含む一定のパターンを有していてもよい。
【００１７】
装置は、装置に電力を供給して装置の出力を測定する制御手段（図示せず）によって動作される。装置は、光子計数モードで動作されることが好ましい。ペルチェ冷却等の装置の冷却が可能である。そのような作動技術は、当業者によく知られている。
【００１８】
９９ｍＴｃ放射性核種（１４０．５ｋｅＶエネルギのγ線を生じる）を用いると、０．０４のエネルギ分解能ΔＥ／Ｅが可能であり、それに伴う空間分解能は０．３〜０．４ｍｍである。
【００１９】
図３は、本発明の実施態様に係る装置のブロック図を示している。装置は、装置の分解能を決定するように実験的な構成で示されているが、例えば生体内の放射性核種の像も同様に提供できる。
【００２０】
放射性核種源２０は、矢印２２で示される５９．５ｋｅＶのエネルギのγ線を放射するアメリシウム２４１を備えている。分解能実験の目的のため、これらの放射線は、直径が１ｍｍのピンホールを中央に有する鉛板２４に加えられる。
【００２１】
これらのγ線は、シンチレータ２６として作用する５００ミクロンのＧａｄｏｘ層に衝突する。Ｇａｄｏｘ層は、電荷結合素子（ＣＣＤ）２８上、具体的にはＭｔｅｃｈ  ＣＣＤ３８上に形成されている。ＣＣＤおよびＧａｄｏｘ層は、例えば装置を保護できるように、プラスチック等の適当な材料中に封入されていてもよい。ＣＣＤ２８は、駆動電子機器３６によって駆動されるとともに、低雑音プリアンプ３０を介して信号処理回路３２に出力を供給する。駆動電子機器３６は、信号処理回路３２から出力信号を受けるパーソナルコンピュータ（ＰＣ）３４によって高レベルで制御される。スポット像（すなわち、鉛板２４のピンホールを通過するγ線の像）は、ＰＣ３４のスクリーン上に表示される。アメリシウム源および鉛板を放射性トレーサーが投与された患者に置き換えると、生体内イメージング機能が得られる。
【００２２】
信号処理回路３２は、光子計数モードで構成することができる。これは、ＣＣＤ２８からの像を十分に読み取って、特定のピクセル位置で１つの光子を検知できるため、有効である。これを達成するために必要な読取速度は、統計的に決定することができる。この出願において、読取速度は１秒以下である。
【００２３】
ＣＣＤ２８上に形成されるＧａｄｏｘ層が示されているが、シンチレータ層中で生じた光子を、光ファイバ結合によって、ＣＣＤまたは他の活性ピクセルセンサ装置に結合することができる。しかしながら、直接に結合することが好ましい。これは、他の技術と比較すると、光子移送効率が実質的に良好であるからである。Ｇａｄｏｘ層の厚さは少なくとも４００ミクロンであることが好ましい。
【００２４】
図には明確に示されていないが、ＣＣＤ２８に対して冷却（例えば、ペルチェ冷却）が施される。冷却を行なわないと、装置のノイズ性能が低下する。
【００２５】
ＣＣＤ２８を適当なＣＭＯＳ活性ピクセルセンサ装置に取って代えることもできる。
【００２６】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、２４１Ａｍ源（５９．５ｋｅＶ）からの像を示している。像を得るため、５００μｍのＧａｄｏｘ層でコーティングされ且つその上に直径が１ｍｍのピンホールが配置されたＣＣＤを使用した。図２（ｂ）に示されたスポット像の断面は、０．７ｍｍよりも良好な空間分解能を示している。この分解能の導出について、図４を参照しながら説明する。
【００２７】
図４は、図３に示される本発明の実施態様に係る装置の分解能を測定するための図２に示された結果の解析を示している。図４（ａ）は、アメリシウム源および１ｍｍ幅の鉛「フラットトップ（ｆｌａｔ  ｔｏｐ）」中のピンホールの結果としてシンチレータ（したがって、ＣＣＤ）へ入射する放射線を示している。図４（ｂ）は、図２（ｂ）の結果の表示、すなわち、測定された強度分布を示している。
【００２８】
測定された強度分布は、入射強度分布の両側において、量ｄｘだけ広がっていた。この量は、空間分解能の上限を含んでいる（なお、この比較的大雑把な技術は、実際の値の過大評価を与える）。背景強度を差し引いた後、図４（ｂ）と図２（ｂ）とを比較すると、この実験におけるｄｘが０．７ｍｍであることが分かる。
【００２９】
ＣＣＤの代わりに、ＣＭＯＳ活性ピクセルセンサ装置を使用することもできる。そのような装置は、基本的にシリコンダイオードの列および対応するトランジスタを備えたシリコンデバイスである。
【００３０】
わずか数ｍｍ（ｓｕｂ−ｍｍ）の空間分解能および３０〜１６０ｋｅＶの範囲にわたる優れたエネルギ分解能を有する本発明の検出器は、小さな乳癌およびリンパ節中の腫瘍の検出に有用であり、したがって、乳癌の治療および黒色腫や他の病変の画像化において非常に重要である。
【００３１】
９９ｍＴｃからの１４０．５ｋｅＶのγ線放射を高い空間分解能で画像化する能力は、核医学の他の分野においても有益となり得る。これらには、特に新規な薬を評価するために放射性トレーサーを視覚化する単光子アニマルイメージングが含まれる。これには、高分解能ＰＥＴスキャナを開発する研究がある（Ｒ  Ｓｌａｔｅｓ等、１９９９年「小動物ＭＲ適合ＰＥＴスキャナ」ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  Ｎｕｃｌ．  Ｓｃｉ．  ＮＳ−４６  ５６５−５７０）。また、本発明の装置は、放射線ガイド癌手術における術中プローブのための基準を与えることができる。そのような検出器のモザイクは、甲状腺や骨格関節（膝、足関節、肘）といった小さな臓器の高分解能イメージングに有用となり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】
（ａ）は本発明に係る装置を示し、（ｂ）はコリメータを示している。
【図２】
（ａ）は本発明の装置を２４１Ａｍ源に対して晒すことによって得られる像を示し、（ｂ）は（ａ）に示されたスポット像の断面を示している。
【図３】
本発明のさらなる実施態様に係る画像化装置のブロック図を示している。
【図４】
（ａ）は入射を示し、（ｂ）は図３の像における測定された強度分布を示している。
【図１ｂ】
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【図２ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年12月6日(2002.12.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電荷結合素子またはＣＭＯＳ活性ピクセルセンサ装置と、電荷結合素子またはＣＭＯＳ活性ピクセルセンサ装置に直接に接触するシンチレータ層とを備え、前記シンチレータ層の厚さが２００μｍよりも大きく、好ましくは４００μｍよりも大きく、最も好ましくは約５００μｍよりも大きいことを特徴とする放射性核種放射を画像化する装置。
【請求項２】
前記シンチレータ層が希土類燐を含んでいる請求項１に記載の装置。
【請求項３】
希土類燐がＧｄを含んでいる請求項２に記載の装置。
【請求項４】
希土類燐がＧｄ２Ｏ２Ｓ単位体を含んでいる請求項３に記載の装置。
【請求項５】
希土類燐がＧｄ２Ｏ２Ｓ（Ｔｂ）である請求項４に記載の装置。
【請求項６】
希土類燐がＧｄ２Ｏ２Ｓ（Ｐｒ，Ｃｅ，Ｆ）である請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記シンチレータ層がＣｓＩを含んでいる請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記シンチレータ層が装置上に直接にコーティングされている請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
コリメータをさらに備えている請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記コリメータがコード化された開口マスクを備えている請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
装置を光子計数モードで作動させる手段をさらに備えている請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
半導体ピクセルセンサ装置と、源と前記ピクセルセンサ装置との間に配置されたシンチレータと、ピクセルセンサ装置から出力を受けるように接続され、光子計数モードで作動するように構成可能な信号処理回路とを備え、前記シンチレータの厚さが２００μｍより大きく、好ましくは４００μｍより大きく、最も好ましくは約５００μｍより大きいことを特徴とする１つの源からの放射性核種放射を画像化する装置。
【請求項１３】
前記半導体ピクセルセンサ装置は、電荷結合素子またはＣＭＯＳ活性ピクセルセンサ装置を備えている請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記信号処理回路は、ピクセルセンサ装置における読取速度を所定の値よりも小さく設定することにより、光子計数モードで作動するように構成可能である請求項１２または請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記所定の値が１秒を越えない請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記シンチレータの厚さが少なくとも４００ミクロンである請求項１２ないし請求項１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
活性ピクセルセンサを冷却するための冷却手段をさらに備えている請求項１２ないし請求項１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
コード化された開口マスクをさらに備えた請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の装置。
【国際調査報告】
2004515768.tif 000022
2004515768.tif 000023