(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体の周囲に、前記被検体から放射される放射線を検出可能であると共に、前記被検体の測定対象の走査を目的として首振り動作を行う２次元放射線検出器を複数備え、
各検出器は、前記被検体を略楕円状に取り囲む仮想楕円曲線上の少なくとも一部に配置されると共に、前記仮想楕円曲線上の同一位置において前記被検体の測定対象に応じて首振り角度が異なることを特徴とする放射線検出装置。
【請求項２】
前記検出器は、前記仮想楕円曲線上を移動可能であることを特徴とする請求項１記載の放射線検出装置。
【請求項３】
前記仮想楕円曲線上の長軸方向側における前記検出器の首振り角度は、短軸方向側における前記検出器の首振り角度よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２記載の放射線検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放射線検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
核医学診断装置として用いられるＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography；単一光子放射コンピュータ断層撮影）装置は、被検体内に取り込ませた放射性物質（放射性トレーサー）の分布を画像として得るというものであり、被検体から放射される放射線を２次元放射線検出器により検出することで被検体から生じるイメージデータを収集する放射線検出装置を備える。
【０００３】
この種の放射線検出装置としては、２次元放射線検出器をγカメラ（シンチレーションカメラ）として当該γカメラを、被検体の体軸を軸心として被検体の周囲に回転させることで、当該被検体から放射される放射線を検出するものが、例えば実公昭６１−１６５３７号公報、特開平９−５４４２号公報等に記載されている。
【０００４】
また、特公平４−３４１１４号公報には、被検体の周囲全周を円環状に取り囲むように多数の２次元放射線検出器を配置すると共に、これら検出器のコリメータ部分を保持リングに各々取り付け当該保持リングを回動することで、各検出器が同一の走査角で一律に被検体を走査する放射線検出装置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記実公昭６１−１６５３７号公報、特開平９−５４４２号公報、特公平４−３４１１４号公報に記載の装置にあっては、以下の問題がある。
【０００６】
すなわち、検出器を被検体の周囲に円軌道で回転させる、若しくは被検体の周囲に円環状に配置してデータ収集を行う構成では、人体の横断面は楕円体であることから、楕円体の長軸方向側と短軸方向側の検出器では被検体に対する距離が大きく異なり、特に短軸方向側の検出器では被検体との間の距離が長くなって、解像力が劣化するといった問題があった。
【０００７】
また、実公昭６１−１６５３７号公報に記載の装置では、１台のカメラで被検体を撮影する構成のため、必然的にカメラヘッドが大型化して重くなり、当該カメラを被検体の周囲に回転させる機構が複雑となって高価になるといった問題があった。また、このように重量が重いことから、カメラヘッドを首振りして走査するのが容易ではなく、短時間でのデータ収集が困難であった。
【０００８】
また、特公平４−３４１１４号公報に記載の装置では、各検出器が同一の走査角で一律に被検体を走査する構成のため、被検体の短軸方向側の検出器で被検体の長軸方向全体（被検体の片面略１８０°）を走査すると、被検体の長軸方向側の検出器が無駄な範囲（被検体の存在しない範囲）を走査することになり、有効データを効率良く収集できないといった問題がある。
【０００９】
また、被検体においては、長軸方向のパスが短軸方向に比して長く、長軸方向では放射線の体内での吸収が多くなるため、上記のように被検体の長軸方向側と短軸方向側の検出器で走査角度が同じ（単位角度当たりの測定時間が同じ）であると、長軸方向側の検出器で検出される放射線量が低下してしまい、長軸方向のデータの統計的ノイズが短軸方向に比して悪くなって、結果的に、Ｓ／Ｎ（Signal-to-noise ratio；信号対雑音比）が劣化するといった問題もある。なお、ここでいう雑音とは、信号の統計変動のことで、一般に計数値ではポアソン統計に従うため、計数Ｎの平方根がノイズの標準偏差となる。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、解像力を向上できると共に、検出器重量の軽減による低コスト化及びデータ収集時間の短縮化を図ることができ、しかも、被検体の有効データを効率良く収集でき、加えて、Ｓ／Ｎを向上できる放射線検出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による放射線検出装置は、被検体の周囲に、被検体から放射される放射線を検出可能であると共に、被検体の測定対象の走査を目的として首振り動作を行う２次元放射線検出器を複数備え、各検出器は、被検体を略楕円状に取り囲む仮想楕円曲線上の少なくとも一部に配置されると共に、仮想楕円曲線上の同一位置において被検体の測定対象に応じて首振り角度が異なることを特徴としている。
【００１２】
このように構成された放射線検出装置によれば、被検体の横断面形状は略楕円体を成し、この被検体から放射される放射線を検出可能な複数の検出器が、被検体を略楕円状に取り囲む仮想楕円曲線上の少なくとも一部に配置されるため、被検体と検出器との間の距離が検出器の仮想楕円曲線上の位置に拘わらず略同一にされる。
【００１３】
また、被検体を走査若しくは被検体の所定部位を指向すべく首振り動作が可能な検出器が複数用いられるため、実公昭６１−１６５３７号公報記載の装置に比して、検出器が小型・軽量化され得ると共に当該軽量化により検出器の首振り走査が容易になされ得る。
【００１４】
また、特公平４−３４１１４号公報記載の装置のように各検出器が同一の走査角で一律に被検体を走査するのではなく、各検出器は、仮想楕円曲線上の位置により首振り角度が異なる構成のため、被検体の長軸方向側の検出器の首振り角度を短軸方向側の検出器の首振り角度より小さく設定することで（この場合走査時間は同じ）、被検体の長軸方向側の検出器が無駄な範囲（被検体の存在しない範囲）を走査することが無くされると共に、被検体の長軸方向側の検出器での単位角度当たりの測定時間が短軸方向側の検出器での単位角度当たりの測定時間より長くされ、被検体の長軸方向側の検出器で検出される放射線量の低下が抑止される。
【００１５】
ここで、検出器は、仮想楕円曲線上を移動可能であるのが好ましい。
【００１６】
このような構成を採用した場合、検出器が仮想楕円曲線上全体に配置されていなくても、当該検出器が仮想楕円曲線上を移動されるため、被検体から生じるイメージデータは３６０°の方向から検出される。
また、仮想楕円曲線上の長軸方向側における検出器の首振り角度は、短軸方向側における検出器の首振り角度よりも大きいことが好ましい。このように被検体の長軸方向側の検出器の首振り角度を短軸方向側の検出器の首振り角度より小さいことで（この場合走査時間は同じ）、被検体の長軸方向側の検出器が無駄な範囲（被検体の存在しない範囲）を走査することが無くされると共に、被検体の長軸方向側の検出器での単位角度当たりの測定時間が短軸方向側の検出器での単位角度当たりの測定時間より長くされ、被検体の長軸方向側の検出器で検出される放射線量の低下が抑止される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る放射線検出装置の好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る放射線検出装置の概略を示す斜視図である。同図において、被検体テーブル１は、検査対象の被検体２を寝載するものであり、水平となるように固定部（不図示）に固定支持される。被検体テーブル１上の被検体２の周囲には、当該被検体２を取り囲むように円環状の検出器支持リング３が配置される。この検出器支持リング３は、被検体テーブル１上の被検体２の体軸と略同軸に配置され、固定部に固定支持された検出器支持リング回転モータ４の駆動により回転される。
【００１９】
検出器支持リング３には、周方向に沿って複数の検出器接離モータ６が並んで固定されると共に、図１及び図２に示すように、各検出器接離モータ６の回転駆動力が伝達されて回転する送り螺子７が各々螺合される。送り螺子７は、その軸線が被検体２の体軸に大凡向かうように配置され、対応する検出器接離モータ６の駆動により個々に独立して被検体２に接離する方向（図１及び図２に示す矢印Ａ方向）に回転しながら移動される。
【００２０】
送り螺子７の被検体側端部には、コの字状を成す支持アーム８が設けられる。この支持アーム８と上記送り螺子７とは互いに回転可能に連結される一方で、当該支持アーム８は、図示を省略した回り止め部材により送り螺子７と連れ回らないように検出器支持リング３に対して連結される。すなわち、支持アーム８は、検出器接離モータ６の駆動により、回転することなく被検体２に接離する方向Ａに移動される。
【００２１】
図２に示すように、支持アーム８の一方側の端部（図示手前側の端部）には、検出器首振りモータ９が固定され、この検出器首振りモータ９の出力軸１０に２次元放射線検出器５が固定される。この２次元放射線検出器５は、本実施形態では、放射線としてのγ線を検出するγカメラであり、被検体２から放射されるγ線を検出することで被検体２から生じるイメージデータを収集する。そして、これらの２次元放射線検出器（以下単に検出器と呼ぶ）５は、実公昭６１−１６５３７号公報に記載のカメラに比して個々に小型・軽量である。
【００２２】
検出器５は、その検出面が被検体２を向くように配置されると共に、上記検出器首振りモータ９の駆動により被検体２の外周面に沿って首振り動作する、すなわち図示矢印Ｂ方向に首振り動作するように構成される。なお、支持アーム８の他方側の端部（図２における奥側の端部）には、検出器首振りモータ９の出力軸１０と同軸に位置し検出器５に向かうピン（不図示）が突設され、当該検出器５を反対側から回転可能に支持する構成になされている。
【００２３】
検出器５は、図４及び図５に示すように、全体の外観が略直方体形状を成し、図４に示すように、その被検体側部分に、検出器面と垂直な方向から到来するγ線を通過させるコリメータ１１を有する。
【００２４】
検出器本体は、上記コリメータ１１が外部に突出するようにして遮光ケース１２内に収納され、コリメータ１１を介して入射されるγ線を受光しその受光量に応じた光子を発するシンチレータ１３と、このシンチレータ１３からの光子を光電面１４で受けこの受光量に応じた電気信号を前処理回路１５を介して出力する光電子倍増管（Photo-Multiplier-Tube；以下単にＰＭＴと記す）１６と、を備える。
【００２５】
コリメータ１１は、例えば鉛やタングステン等より構成される。シンチレータ１３としては、例えばＣｓＩ（Ｎａ）、ＣｓＩ（Ｔｌ）、ＹＳＯ、ＮａＩ（Ｔｌ）等が採用される。当該シンチレータ１３は、個々が分離したモザイク状で各セグメントの周りに反射材１７が設置される。なお、各セグメント間に反射材１７を用いずに、空気層と結晶との屈折率差を利用してセグメントを分離するようにしても良い。
【００２６】
ＰＭＴ１６は、チャンネル型ダイノード１８を用いた位置検出型ＰＭＴであり、後段にマルチアノード（クロスアノードでも可）１９が配置される。そして、遮光ケース１２内に対しては、給電を行う電圧供給線２０が接続されると共に前処理回路１５からの信号を出力する信号出力線２１が接続され、この出力に従ってＳＰＥＣＴ像が得られる構成になされている。
【００２７】
再び図１及び図２に戻って、前述した各検出器接離モータ６は、各検出器５を被検体２に対して接離する方向Ａに各々移動させて各検出器５が被検体２を略楕円状に取り囲む仮想楕円曲線Ｃ上（図３参照）に位置するように駆動される。これは、被検体２の横断面形状が、図３に示すように、略楕円体であり、この略楕円体と検出器５との距離を検出器５の位置に拘わらず略一定とするためである。そして、検出器５は、本実施形態では、被検体テーブル１上の被検体２の前面略１８０°をカバーすべく、被検体２の周りに略半周配置される（図３参照）。なお、図１においては、図が煩雑になるのを避けるために、検出器５、検出器首振りモータ９、支持アーム８、送り螺子７及び検出器接離モータ６より構成される検出器組は、３組しか示されていない。
【００２８】
また、上記各検出器接離モータ６は、検出器支持リング回転モータ４の駆動により検出器支持リング３が回転されて上記各検出器５の位置が移動しても、各検出器５が常時仮想楕円曲線Ｃ上に位置するように駆動される。
【００２９】
このように、検出器支持リング回転モータ４及び検出器支持リング３は、検出器組を回転させる検出器組回転機構に相当し、また、検出器接離モータ６、送り螺子７及び支持アーム８は、検出器５を仮想楕円曲線Ｃ上に位置させる検出器仮想楕円曲線上配置機構に相当し、また、この検出器仮想楕円曲線上配置機構及び上記検出器組回転機構は、検出器５を仮想楕円曲線Ｃ上で移動させて略楕円軌道を描かせる検出器楕円軌道形成機構に相当し、また、検出器５に連結された検出器首振りモータ６は、検出器５を首振り動作させる検出器首振り機構に相当する。
【００３０】
そして、この検出器首振りモータ６を駆動することで、検出器５を被検体２に対して首振り走査させる首振り走査角度は、検出器５の仮想楕円曲線Ｃ上の位置に応じて予め設定されており、各々の検出器５は独立して走査されると共に無駄なデータ収集範囲を走査しない構成になされている（詳しくは後述）。
【００３１】
加えて、本実施形態においては、上記検出器組回転機構を被検体２の全長方向に渡って並行移動させる並行移動機構（不図示）が備えられる。これにより、被検体２の前面全身のスキャンが可能とされている。
【００３２】
このように構成された放射線検出装置で被検体２の前面側を首振り走査する場合、先ず、予め設定されている各々の指向角度で被検体２を指向するように、各々の検出器５を首振りしてセットする（図３（ａ）参照）。次いで、予め設定されている個々の所定の首振り走査角度で検出器５を各々走査させる（図３（ｂ）参照）。この時、各検出器５は、被検体２をカバーするような首振り走査角度で被検体２を走査すると共に、その各首振り走査角度は仮想楕円曲線Ｃ上の位置により異なる。
【００３３】
ここで、各検出器５の仮想楕円曲線Ｃ上の位置により首振り走査角度を異ならせ得る理由について以下説明する。
【００３４】
図６は、円形体Ｐを対象として環状に配置された検出器を示す模式図、図７は、視野中心（検査対象物中心）と任意の点Ｒとの間の距離Ｔを横軸とし、任意の点Ｒの視野中心に対する角度θを縦軸とし、任意の点Ｒの移動範囲を円形体Ｐとした場合のサイノグラム表示であり、太線で囲まれる長方形内部分Ｘが円形体Ｐのデータ存在範囲を示す。図８は、楕円体Ｑを対象として環状に配置された検出器を示す模式図、図９は、楕円体対象のサイノグラム表示であり、太線で囲まれる双曲線内部分Ｙが楕円体のデータ存在範囲を示す。
【００３５】
図７には、図６に示す検出器Ｊ〜Ｎが収集するデータ範囲が各々示されており、図９には、図８に示す検出器Ｊ〜Ｎが収集するデータ範囲が各々示されている。図７に示すように、円形体Ｐのデータ存在範囲Ｘをカバーするには、各検出器全てを広い首振り走査角度Δθ１で走査する必要があるが、図９に示すように、楕円体Ｑのデータ存在範囲Ｙをカバーするには、楕円体Ｑの短軸方向側の検出器Ｊの首振り走査角度Δθ２に比して長軸方向側の検出器Ｋの首振り走査角度Δθ３は小さくて良い。
【００３６】
すなわち、被検体のように横断面形状が略楕円体を成す場合には、各検出器の位置により首振り走査角度を異ならせることができる。ここで、従来（特公平４−３４１１４号公報）においては、検出器全ての走査角度を同一として走査していたため、被検体２の長軸方向側の検出器では無駄な範囲（被検体２の存在しない範囲）を走査しており、被検体２の有効データを効率良く収集できなかったが、本実施形態においては、上述のように、被検体２の長軸方向側の検出器の首振り走査角度と短軸方向側の検出器の首振り走査角度とを異ならせて長軸方向側の検出器の首振り走査角度を短軸方向側の検出器の首振り走査角度に比して小さく設定しているため、長軸方向側の検出器が無駄な範囲を走査するのが無くされており、被検体２の有効データを効率良く収集できるようになっている。
【００３７】
しかも、本実施形態では、各検出器５が、被検体２を略楕円状に取り囲む仮想楕円曲線Ｃ上の一部に配置されているため、被検体２と検出器５との間の距離が検出器５の仮想楕円曲線Ｃ上の位置に拘わらず略同一となり、解像力を向上できるようになっている。
【００３８】
また、各検出器５の首振り走査角度が仮想楕円曲線Ｃ上の位置により異なり、前述のように、被検体２の長軸方向側の検出器５の首振り角度を短軸方向側の検出器５の首振り角度より小さく設定しているため（この場合走査時間は同じ）、被検体２の長軸方向側の検出器５での単位角度当たりの測定時間が短軸方向側の検出器５での単位角度当たりの測定時間より長くなり、被検体２の長軸方向側の検出器５で検出する放射線量の低下が抑止されるようになっている。その結果、Ｓ／Ｎを改善できるようになっている。なお、角度走査速度を非線形にコントロールして、γ線の通過厚さに依存したデータ収集を行うことも可能である。
【００３９】
また、検出器５を多数用いているため、実公昭６１−１６５３７号公報記載の装置に比して、検出器５が小型・軽量化されると共に当該軽量化により検出器５の首振り走査が容易に実施されるようになっている。その結果、低コスト化及びデータ収集時間の短縮化（データ収集の高速化）を図ることができるようになっている。
【００４０】
加えて、各検出器５が仮想楕円曲線Ｃ上を移動されるため、被検体２から生じるイメージデータは３６０°の方向から検出可能であり、検出器５が仮想楕円曲線Ｃ上全てに無くても被検体周り３６０°全周のデータが得られるようになっている。
【００４１】
ところで、被検体２に投与した放射性物質が特定器官のみに集積するような場合（例えば心筋の集積）には、図１０に示すように、上記仮想楕円曲線Ｃ上に配置された検出器５を、個々の検出器首振りモータ９の駆動により、対象とする器官（図１０では心臓）２ａに向けて指向させるのが良い。このように、被検体２に投与した放射性物質が特定器官２ａのみに集積するような場合でも、仮想楕円曲線Ｃ上の位置により首振り角度を異ならせて各検出器５が特定の器官に指向することにより、Ｓ／Ｎを向上できる。
【００４２】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、複数の検出器５が、仮想楕円曲線Ｃ上の被検体周りに略半周だけ配置されているが、勿論全周に配置するようにしても良い。また、各検出器５を１８０°以下の角度に設置したり、または、各検出器５を互いに離して離散的に被検体周りに設置するようにしても良い。
【００４３】
また、検出器（γカメラ）５を、ＣｄＺｎＴｅ等の半導体検出器を用いたものとしても良い。
【００４４】
【発明の効果】
本発明による放射線検出装置は、被検体（横断面形状が略楕円体を成す）から放射される放射線を検出可能な複数の検出器を、被検体を略楕円状に取り囲む仮想楕円曲線上の少なくとも一部に配置し、被検体と検出器との間の距離が検出器の仮想楕円曲線上の位置に拘わらず略同一となるように構成したものであるから、解像力を向上するのが可能となる。また、被検体を走査若しくは被検体の所定部位を指向すべく首振り動作が可能な検出器を複数用い、実公昭６１−１６５３７号公報記載の装置に比して、検出器を小型・軽量化し得ると共に当該軽量化により検出器の首振り走査を容易に実施し得るように構成したものであるから、低コスト化及びデータ収集時間の短縮化を図ることが可能となる。また、特公平４−３４１１４号公報記載の装置のように各検出器が同一の走査角で一律に被検体を走査するのではなく、各検出器の首振り角度を仮想楕円曲線上の位置により異ならせ、被検体の長軸方向側の検出器の首振り角度を短軸方向側の検出器の首振り角度より小さく設定することで（この場合走査時間は同じ）、被検体の長軸方向側の検出器が無駄な範囲を走査することを無くすと共に、被検体の長軸方向側の検出器での単位角度当たりの測定時間を短軸方向側の検出器での単位角度当たりの測定時間より長くし、被検体の長軸方向側の検出器で検出する放射線量の低下を抑止するように構成したものであるから、被検体の有効データを効率良く収集するのが可能となると共に、Ｓ／Ｎを向上するのが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る放射線検出装置の概略を示す斜視図である。
【図２】放射線検出装置を構成する検出器仮想楕円曲線上配置機構及び検出器首振り機構を拡大して示す斜視図である。
【図３】放射線検出装置を構成する検出器が被検体に対して首振り走査する場合の動作説明図である。
【図４】検出器を示す構成図である。
【図５】コリメータ及び遮光ケースを外した状態での検出器を示す外観斜視図である。
【図６】円形体を対象として環状に配置された検出器を示す模式図である。
【図７】図６に示す各検出器が収集するデータ範囲を示す説明図である。
【図８】楕円体を対象として環状に配置された検出器を示す模式図である。
【図９】図８に示す各検出器が収集するデータ範囲を示す説明図である。
【図１０】検出器が被検体の所定部位を指向する場合の動作説明図である。
【符号の説明】
１…被検体テーブル、２…被検体、２ａ…心臓（被検体の所定部位）、３…検出器支持リング、４…検出器支持リング回転モータ、５，Ｊ〜Ｎ…２次元放射線検出器、６…検出器接離モータ、７…送り螺子、８…支持アーム、９…検出器首振りモータ、Ｃ…仮想楕円曲線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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