(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の要素：
ａ）放射線を測定すべき流体を収容する測定エリア、
ｂ）前記測定エリアにおけるγ線を計測するために配置された、光学的に連結された２つのシンチレータのペア、および
ｃ）光学的に連結されたシンチレータによってγ線を同時計測するための電子回路
で構成される流体の放射線の測定装置であって、
４組の、光学的に連結された２つのシンチレータのペアを有し、
４つのシンチレータが、測定エリアを挟んで２つずつ並列に配置され、測定エリアを通過する対角線上と平行線上にあるシンチレータがそれぞれ光学的に連結されており、かつ
シンチレータの減衰時間が１５０n秒以下である、測定装置。
【請求項２】
シンチレータの幾何学的構造が、結晶の体積を８ｃｍ３とした場合、高さ２０ｍｍ×奥行き８ｍｍ×長さ５０ｍｍの形状のシンチレータを向かい合わせに２ｍｍの間隔で配置した構造に設計される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
測定エリアが、装置の中を通過する流体の流路の一部である、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
付加的に、各シンチレータのシグナルを独立して計測するための電子回路を有する請求項１に記載の装置。
【請求項５】
次の工程を含む、流体の放射活性物質の測定方法。
１）次の要素：
ａ）放射線を測定すべき流体を収容する測定エリア、
ｂ）前記測定エリアにおけるγ線を計測するために配置された、光学的に連結された２つのシンチレータのペア、および
ｃ）光学的に連結されたシンチレータによってγ線を同時計測するための電子回路
で構成される流体の放射線の測定装置であって、
４組の、光学的に連結された２つのシンチレータのペアを有し、
４つのシンチレータが、測定エリアを挟んで２つずつ並列に配置され、測定エリアを通過する対角線上と平行線上にあるシンチレータがそれぞれ光学的に連結されており、かつ
シンチレータの減衰時間が１５０n秒以下である、測定装置を用い、測定エリアに被検流体を導入する工程、および
２）同時計測されたγ線強度を流体中の放射活性物質濃度と関連付ける工程
【請求項６】
測定装置のシンチレータの幾何学的構造が、結晶の体積を８ｃｍ３とした場合、高さ２０ｍｍ×奥行き８ｍｍ×長さ５０ｍｍの形状のシンチレータを向かい合わせに２ｍｍの間隔で配置した構造に設計される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
流体が、ポジトロンＣＴの被検者から採取された血液である請求項５に記載の方法。
【請求項８】
放射線の測定装置として、付加的に、各シンチレータのシグナルを独立して計測するための電子回路を有する装置を用い、かつ流体がＳＰＥＣＴの被検者から採取された血液である請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の放射活性の測定装置、および測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射線検出器は、様々な分野で利用されている。特に気体や液体などの流体を試料とする放射線検出器は重要である。たとえば、ポジトロンCT装置およびシングルフォトンCT装置の付属品として、検査時に血中の放射能を連続的にモニターする装置が用いられている。この装置は、血中放射能連続モニター装置と呼ばれている。
ポジトロン（陽電子）は、電子と反対の電荷を有する反粒子である。電子との衝突により、ポジトロンはγ線を放出して消滅する（β+崩壊）。ポジトロンを原子核に有する元素は、ポジトロン核種と呼ばれる。ポジトロン核種は、軽元素に陽子ビームや重陽子ビームを照射して、陽子数が中性子数に対して相対的に大きな元素を作り出すことによって得ることができる。ポジトロン核種には、11Ｃ、13Ｎ、15Ｏ、18Ｆなどの存在が知られている。たとえば、通常元素である16Ｏの中性子数は８であるのに対して、ポジトロン核種である15Ｏの中性子数は７で、その陽子数８よりも少ない。そのため15Ｏはポジトロンを放出して陽子数が７に減少し、安定な窒素元素となる。
【０００３】
ポジトロン核種の半減期は、11Ｃでも約２０分、15Ｏでは１１８−１３０秒と、たいへん短い。急速に放射活性が低下するため、トレーサーの標識合成や、動態測定には時間的な制約を伴う。反面、次のような利点を有することから、核医学領域で生体の診断に応用されている。ポジトロン核種を利用した診断方法は、ポジトロン放出断層法（PET：Positron Emission Tomography）と呼ばれている。
（１）これらのポジトロン核種は、もともと生体中に存在する分子を構成する元素の同位元素である。したがって生体中に存在する分子を修飾することなくトレーサーとして、生体の代謝状態を観察することができる。
（２）半減期が短いため、生体の被曝が低い（反復検査や負荷検査が可能）。
（３）半減期が短いので、比放射能が高く、極微量の核種で診断が可能。
【０００４】
PETは次のような原理に基づいて、生体内のトレーサーの３次元空間における位置を画像化する。先に述べたように、ポジトロンは電子と衝突してγ線を放出する。γ線のエネルギーは５１１keVで、２本の電磁波（γ線）を互いに180゜方向に放出する。放出されるγ線を一直線上に設置した放射線検出器で測定し、同時計数回路で計数すれば、原子核崩壊がその直線上で起こったことがわかる。更にこの検出器を３６０゜方向に設置すると、X線CTとほぼ同じ原理でポジトロン核種の分布を断層画像化することができる。しかも放射線の検出量は定量的にとらえることができる。
【０００５】
またPETでは、体内のポジトロン核種の濃度を断層画像として蓄積しているため、任意の部分に関心領域(ROI)を設定すれば、その部分のポジトロン核種の濃度を知ることもできる。更に、使用したトレーサーの代謝経路が既知で、かつ体内動態の解析モデルが確立していれば、そのトレーサーの体内での挙動を定量的に把握することができる。PETのこのような特徴を利用して、各種の臓器の代謝状態を生体外から無侵襲で観察することができる。PETによる診断方法としては、例えば次のような診断が実用化されている。
トレーサー            診断目的
15Ｏガス            脳局所酸素代謝
[15O]COガス         脳局所血液量
[15O]CO2ガス        脳局所血流量
15Ｏ−Ｈ２Ｏ        脳局所血流量
18Ｆ−ＤＧ          グルコース代謝
18Ｆ−ＤＯＰＡ      ドーパミン系神経伝達機能
【０００６】
PET検査においては、生体に投与したトレーサーの血中濃度を把握しておく必要がある。特にトレーサーの体内での挙動（生理作用）を定量的に把握する場合には、トレーサーの血中濃度の定量は必須となる。PETのように、生体内に放射性核種を導入する検査方法において、投与された放射性核種の動脈血中濃度は動脈入力関数とよばれる。
【０００７】
入力関数は、生体に投与するトレーサーの量によって変動する。しかし、入力関数をトレーサーの投与量にもとづいて正確に予測することはできない。被検者の代謝機能、体格、あるいは血液量によって生体内のトレーサー濃度は変動するためである。したがって、生体内のトレーサー濃度を正しく把握するには、実際の被検者の体内におけるトレーサーの濃度を測定する必要がある。特に放射性核種の半減期が短いＰＥＴでは、放射線を計測しているときの入力関数の連続測定が重要な情報となる。血中の放射能を連続的に測定するための装置は、血中放射能連続的モニター装置と呼ばれる。
【０００８】
従来の血中放射能連続的モニター装置としては、プラスチックシンチレータを光電子増倍管に光学結合したシンチレーション検出器が最も一般的である。これは被検者の血管から引き出した血液を通すチューブをプラスチックシンチレータの表面に配置し、チューブ内の血液から放出されるβ線（ポジトロン）を検出する。この方式はシンプルであるが、被検者からのγ線もプラスチックシンチレータで検出してしまう場合がある。この現象を避けるために、測定するポジトロンは最もエネルギーの高い15Ｏに限定される。それに加えて、γ線による発光パルスより高い電圧に閾値を設定して測定するため、感度が低下するという問題点があった。
【０００９】
また異なる方式の装置としては２個のBGOシンチレーション検出器を用い、チューブ内のポジトロンが消滅した時に発生する消滅γ線を同時計数を行うことにより血中放射能濃度を測定する装置も存在する。この方式はβ線のエネルギーに関係なく測定できる利点はある。しかしBGO結晶は発光量が少ないことに加えて、発光後の減衰時間が比較的長いため、計数率特性が低い。従ってこの方式では、被検者からのγ線を遮蔽するための吸収係数の高い遮蔽体が必要となる。実際には、遮蔽体である鉛の厚みを増すことなどで対応しなければならない。その結果、検出器全体は大きくまた重くなり、被検者の近傍で測定することを妨げるという問題点があった。
【００１０】
被検者の近くにモニタリング装置を置くことは、動脈血中放射能濃度をリアルタイムに測定するために大切な条件である。被検者から離れた場所にあるモニタリング装置で測定するためには、カテーテル挿入部からモニタリング装置までの距離に応じて血液チューブの中における滞在時間（遅延時間）が長くなる。そのため、遅延時間に対する補正を行わなくてはならない。また遅延時間が長くなればなるほど形のなまりが生じてしまい、この補正をいっそう困難にしてしまう。以前の研究に基づくと、脳血流量などの機能画像の定量化において、遅延時間が重大な誤差を生じる原因となる危険性が指摘されている。
【００１１】
【文献１】
G. D. Hutchins, R.D. Hichwa, and R.A. Koeppe, CONTINUOUS FLOW INPUT FUNCTION DETECTOR FOR H215O BLOOD FLOW STUDIES IN POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY, IEEE Transaction on Nuclear Science, Vol. 33: pp546 -547, 1986.
【文献２】
H. Iida, I. Kanno, A. Inugami, S. Miura, M. Murakami, K. Takahashi, K. Kamimura, Continuous-monitoring Detector -system of Arterial H215O Concentration for Positron-emission Tomography: Construction of the System and Correction for the Dispersion and the time shift Nuclear Medicine 24, pp. 1587 -1594, 1987.
【文献３】
L. Eriksson, S. Holte, Chr. Bohm, M. Kesselberg, and B. Hovander, AUTOMATED BLOOD SAMPLING SYSTEM FOR POSITRON EMISSION TOMOGRAPHY, IEEE Transaction on Nuclear Science , Vol. 35: pp703-707, 1988.
【文献４】
L. Eriksson and I. Kanno, Blood sampling devices and measurements, Med. Prog. through Tech. 17: pp. 249 -257, 1991.
【文献５】
Votaw JR, Shulman SD. Performance evaluation of the Pico-Count flow-through detector for use in cerebral blood flow PET studies, J. Nucl. Med. 39: pp. 509-515, 1998.
【文献６】
Yamamoto S, Tarutani K, Suga M, Minato K, Watabe H, Iida H. Development of a Phoswich Detector for a Continuous Blood-Sampling System. IEEE Trans Med Image;48:1408-1411, 2001.
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、小型で高感度な、流体中の放射能測定装置、およびこの装置を用いた測定方法の提供を課題とする。より具体的には、使用する放射性核種の制限を受けず、高い感度と計数率特性で精度高く流体内の放射能濃度を計測することができる、放射能測定装置の提供を課題とする。
更に本発明は、放射能連続モニター装置として利用することができる放射能測定装置の提供を課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らはこの課題を解決すべく種々検討した結果、特定のシンチレータの配置、あるいは特定のシンチレータの利用により、放射線を高い効率で測定しうることを見出した。そしてこのような構成に基づいて、小型化が可能な放射線測定装置を実現できること明らかにして本発明を完成した。すなわち本発明は、以下の放射線の測定装置、並びに測定方法に関する。
〔１〕次の要素で構成される流体の放射線の測定装置。
ａ）放射線を測定すべき流体を収容する測定エリア、
ｂ）前記測定エリアにおけるγ線を計測するために配置された、光学的に連結された２つのシンチレータのペア、および
ｃ）光学的に連結されたシンチレータによってγ線を同時計測するための電子回路
〔２〕４組の、光学的に連結された２つのシンチレータのペアを有する〔１〕に記載の装置。
〔３〕４つのシンチレータが、測定エリアを挟んで２つづつ並列に配置され、測定エリアを通過する対角線上と平行線上にあるシンチレータがそれぞれ光学的に連結されている〔２〕に記載の装置。
〔４〕シンチレータの減衰時間が１５０n秒以下である〔１〕に記載の装置。
〔５〕測定エリアが、装置の中を通過する流体の流路の一部である、〔１〕に記載の装置。
〔６〕付加的に、各シンチレータのシグナルを独立して計測するための電子回路を有する〔１〕に記載の装置。
〔７〕次の工程を含む、流体の放射活性物質の測定方法。
１）次の要素で構成される流体の放射線の測定装置を用い、測定エリアに被検流体を導入する工程、および
ａ）放射線を測定すべき流体を収容する測定エリア、
ｂ）前記測定エリアにおけるγ線を計測するために配置された、光学的に連結された２つのシンチレータのペア、および
ｃ）光学的に連結されたシンチレータによってγ線を同時計測するための電子回路
２）同時計測されたγ線強度を流体中の放射活性物質濃度と関連付ける工程
〔８〕流体が、ポジトロンＣＴの被検者から採取された血液である〔７〕に記載の方法。
〔９〕血液を測定エリアに連続的に導入することによって、ポジトロンＣＴの入力関数を連続的にモニタする〔８〕に記載の方法。
〔１０〕放射線の測定装置として、付加的に、各シンチレータのシグナルを独立して計測するための電子回路を有する装置を用い、かつ流体がＳＰＥＣＴの被検者から採取された血液である〔７〕に記載の方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、次の要素で構成される流体の放射線の測定装置に関する。
ａ）放射線を測定すべき流体を収容する測定エリア、
ｂ）前記測定エリアにおけるγ線を計測するために配置された、光学的に連結された２つのシンチレータのペア、および
ｃ）光学的に連結されたシンチレータによってγ線を同時計測するための電子回路
【００１５】
本発明において、シンチレータの光学的な連結とは、独立した２つのシンチレータにおける発光の同時計測(coincidence)を意味する。光学的に連結された２つのシンチレータを、本発明においてペアという。本発明における１つのシンチレータは、複数の他のシンチレータとペアを構成することができる。本発明では、少なくとも１組のペアが用いられる。複数とは、少なくとも２組のペアを言う。本発明における望ましいペアの数は、３以上、あるいは４以上である。
【００１６】
本発明において、各シンチレータは、放射線を測定すべき流体を収容する測定エリアにおけるγ線を計測できるように配置される。測定エリアにおけるγ線を２つの光学的に連結されたシンチレータで計測するためには、測定エリアを挟んで直線上に前記２つのシンチレータを配置する。更に本発明においては、複数組のペアを用いた場合には、複数組のペアによって測定エリアのγ線が同時計測される。
【００１７】
ポジトロンは電子と衝突して２本のγ線を放出する。このとき放出される２本のγ線は、互いに180゜方向に放出される。したがって、流路を挟んで直線上に配置されたシンチレータでγ線が同時計測されれば、２つのシンチレータの間で１つのポジトロンからγ線が放出されたことがわかる。
本発明の測定装置における複数のシンチレータのペアは、相互に異なる位置、あるいは角度において、測定エリアのγ線を計測する。その結果、測定エリアのγ線の確実な捕捉により、高い感度が達成される。
【００１８】
本発明の測定装置において、たとえば４つのシンチレータが、測定対象である測定エリアを挟んで２つづつ並列に配置され、測定エリアを通過する対角線上と平行線上にあるシンチレータがそれぞれ光学的に連結された配置が用いられる。このようなシンチレータの配置を示したのが図５である。このような配置により、測定エリアに対して1/2、2/3、3/4、および4/1の４組のペアを配置することができる。
このような配置は、１つのシンチレータが複数のシンチレータとペアを構成することができる。つまり少ないシンチレータで、より多くのペア数を配置するための合理的な配置ということができる。
その他、測定エリアに沿って測定エリアを挟むようにシンチレータのペアを配置することで２組以上の同時計測が可能となる。
【００１９】
本発明の装置は、１組のシンチレータのペアを有する場合を含む。１組のシンチレータであっても、減衰時間が１５０n秒以下、望ましくは８０n秒以下で、かつ高い発光強度を有するシンチレータを使用することにより、装置の小型化と、高感度な測定を実現することができる。
【００２０】
本発明における測定エリアは、前記シンチレータに挟まれた位置に配置される、測定対象となる流体を保持するための空間を言う。測定エリアは、一時的に流体を保持するための形状を備えていれば良い。たとえば、本発明の装置内に、測定すべき流体を導入するための流路の任意の位置を測定エリアとすることができる。
測定エリアは、遅延を小さくするために、できるだけ小さいエリアとするのが望ましい。遅延とは、放射線の検知の時間的なずれを言う。より具体的には、本発明における複数組のペアを構成する、あるペアによるγ線の同時測定に対して、他のペアの同時測定に時間的なずれが生じた場合、このずれを遅延という。たとえばＰＥＴで用いる放射性核種は、極めて短時間で崩壊する。そのため、試料の放射線強度は時間とともに大きく変動している。
【００２１】
装置内を流体が移動している場合には、測定エリアの大きさが、遅延の原因となる。測定エリアに対して複数組のペアが時間的なずれをともなって同時測定する場合、得られる測定値は遅延時間の間に低下した放射線強度の平均値を意味している。したがって、測定エリアを小さくすることが、遅延を小さくするために重要な条件となる。
【００２２】
本発明において許容される測定エリアの長さは、一般に１０cm以下、たとえば５cm以下を例示することができる。この程度の大きさであれば、不安定な放射性核種を扱うPETであっても、本発明によって遅延時間の小さい測定が可能となる。また測定エリアの内径は、一般に0.5mm-1.5mmとする。測定エリアの容積は、測定感度や試料の取り扱い上の問題を生じない範囲で、できるだけ小さくすることによって、微量の試料による測定が可能となる。特に、PETなどの被検者の血液を試料とすると場合には、試料が少なくできることは、被検者の負担を小さくする上で重要な条件である。試料として血液を用い、測定エリアにつながる流路に血液を連続的に供給するとき、流路の内径は、採血量、吸引速度、単位時間当たりの計測数を考慮して決定することができる。これらの各要因の関係は、たとえば次式によって示すことができる。
採血量÷検査時間÷（ 内径×内径×3.14）＝ 吸引速度
内径×内径× 3.14 ×測定エリア長 × 血中濃度 × 検出効率 = 計測数
例として、図１に示すような装置を用いた場合には、各要素の数値は次のようになる。
測定エリア長 ＝ ４cm
検出効率     ＝ １０％
更にこの条件で、採血量１０cc、検査時間５分、血中濃度１０μCi/ccとすると、計測数=１０００counts/sec 以上、吸引速度１cm/sec 以上であれば、流路および測定エリアの内径は０．５mm以上１mm以下という条件となる。
【００２３】
測定エリアは、本発明の装置内を通過する流体試料の通過速度と、検知すべき放射性核種の崩壊速度とによって変化する。例えば通過速度が速く、かつ比較的安定な核種を測定対象とするときには、より大きな測定エリアとしても、大きな遅延は生じない。
【００２４】
本発明において、発光強度が大きく、かつ減衰時間が短いシンチレータを用いることによって、より効率的、かつ高感度な測定が期待できる。シンチレータは、放射線を光信号に変換する作用を有する化合物を言う。ポジトロン核種のγ線のエネルギーが５１１keVであるのに対して、SPECTで用いられる放射線核種のγ線エネルギーは７０〜１４０keVと小さい。エネルギーの小さいγ線を十分な感度で検出するには、発光強度の大きさが重要な条件となる。また、エネルギーの小さいγ線の検出には、シンチレータの減衰時間も大切な条件である。発光強度が十分であっても、減衰時間が長いシンチレータでは、高感度な測定は期待できない。
【００２５】
本発明において、望ましいシンチレータは、たとえば１５０n秒以下の減衰時間を有する。より具体的には、１００n秒以下、好ましくは８０n秒以下、より好ましくは７０n秒以下の減衰時間を有するシンチレータを示すことができる。このような減衰時間を有するシンチレータは公知である。具体的には、GSOと呼ばれるシンチレータを本発明における望ましいシンチレータとして示すことができる。GSOは、Cerium-doped gadorinium orthosilicate Gd2SiO5:Ce 化合物からなる市販のシンチレータ（日立化成株式会社製）である。GSOの減衰時間は化合物の合成比率により可変であるが６０ｎ秒以下に設定することが可能であり、本発明における望ましいシンチレータである。
この他に減衰時間の短いシンチレータとして、LSOを示すこともできる。LSOは、GSOよりも更に短い減衰時間を有するため、ポジトロン核種の測定には有用である。ただし、結晶自身が微量の放射線を発生しているため、エネルギーの弱いSPECTの測定には適さない。
【００２６】
本発明において、望ましいシンチレータを用いた場合、本発明の装置は、ＰＥＴのみならずＳＰＥＣＴに用いられる放射性核種を測定することもできる。SPECTで用いられる放射線核種のγ線エネルギーが小さいことは既に述べた。たとえばＳＰＥＣＴに用いられる代表的な放射性核種のγ線のエネルギーは次のとおりである。
99mTc：１４０keV
201Ti：７０keV
123I：１５９keV
【００２７】
このようなエネルギーの小さいγ線は、これまでPETの入力関数のモニタリングに利用されていた装置では、十分な感度で測定することはできなかった。そのため、PETとSPECTの測定には、別の放射線測定装置が用いられていた。これに対して本発明による放射線の測定装置は、望ましいシンチレータを利用することで、PETのみならずSPECTに用いられる放射性核種の高感度な測定が可能となる。例えば図４に示すエネルギースペクトルを有するシンチレータであるGSOでは、１４０keV、７０keV、あるいは１５９keVのγ線の測定が可能であることがわかる。
【００２８】
最近のSPECT装置では、PETと同程度の精度が実現されつつある。高精度化によって、PETと同様に機能画像の定量化が検討されている。機能画像の定量化のためには、PET検査で行われているような持続血中放射能濃度モニタリング装置が望まれる。しかしSPECTにおける血中放射濃度は、従来は注射筒で頻繁に採血を繰り返すことにより行っていた。SPECTで用いられていたプラスチックシンチレータでは、持続採血を実現することはできない。また公知のプラスチックシンチレータでは、同時計測回路も利用できない。加えてプラスチックシンチレータに用いられるBGO結晶は、発光量が少ないため一般のSPECT薬剤の放射線信号の検出には不向きでもあった。
【００２９】
本発明によるシンチレータとしてGSOを利用したモニタリング装置では、その高い発光量のために、SPECT用の薬剤でも放射能濃度検出できるようになった。また、チューブを囲む幾何学設計により、極めて高い感度が実現できる。また減衰時間の短いシンチレータの利用によって、高い計数率特性も実現できる。そのため本発明の装置をSPECTに応用する場合には、２つのシンチレータのみであっても、十分な測定感度を達成することができる。つまり本発明の測定装置における、１組のシンチレータのペアを構成する２つのシンチレータを用いて、SPECTのための放射線を測定することができる。
【００３０】
またこれらの望ましいシンチレータは、高い計数率特性を有するため、鉛などによるシールドも最小化することができる。減衰時間が短いためにバックグランドノイズを小さく抑えられる結果、外部からの放射線の影響を受けにくいのである。したがって、これらのシンチレータの使用により、本発明の測定装置の大きさは、たとえば従来のプラスチックシンチレーション検出器タイプの装置とそれほど変わらないサイズにすることができる。消滅ガンマ線を同時計数する方式の装置に比べ大きさおよび重さを大幅に減少することが可能となる。
【００３１】
共通の機器構成で、異なる放射性核種を測定できることは、経済的に有利である。たとえば放射線の測定装置を構成するシンチレータは、経時的に劣化する。２つの放射線測定装置を１つの装置で兼用できることは、シンチレータのコストを１／２にできることを意味している。
【００３２】
本発明において、光学的に連結されたシンチレータによってγ線を同時計測するための電子回路には、たとえば図２に示した電子回路図に基づく電子回路を用いることができる。図２に示した回路図からなる電子回路は、４個の個々のGSO検出器の信号を光電子増倍管(PMT)により電気信号に変換する。電気信号は増幅回路(AMP)によって増幅され、次いで弁別回路(Discriminator)によって信号を弁別し511keVのγ線による信号が取り出される。４個のシンチレータからの信号の中から２個の組合せを４組取り出し、同時に511keVのγ線を検出した組合せを同時検出(Coinsidence)回路によって識別する。そしてCoinsidence回路で識別された信号の回数を計数(scalar)回路によって計数する。
同時計数を可能とする部分は、２つの弁別された信号が同時に発生した時に、信号が出力され、これを計数する部分を指す。本発明において、同時とは、たとえば20n秒以下、より好ましくは10n秒程度の範囲で同時にシグナルが計測されることを言う。
【００３３】
本発明の測定装置において、測定エリアに試料を連続的に供給するために、装置の外部から装置内に至る流体の流路を用いることができる。本発明において、流路を設ける場合には、通常、流路の特定の領域が測定エリアとして利用される。本発明の測定エリアは、測定すべきγ線を透過し、測定対象の流体に対して不活性な素材で構成する。たとえば血液を測定対象流体とする場合には、ポリエチレンやシリコンのチューブなどが用いられる。
流路に用いるチューブのサイズは、一般的に臨床検査で用いられているもので、外径が4mm以下のものが使用可能である。素材は通常のポリエチレン製のものが用いられているが、その素材は制限されない。流路を構成する素材がγ線の透過性に劣る素材であっても、測定エリアに相当する領域をγ線透過性の素材とすることができれば問題は無い。
【００３４】
また本発明は、次の工程を含む、流体の放射活性物質の測定方法に関する。
１）次の要素で構成される流体の放射線の測定装置を用い、流路に被検流体を導入する工程、および
ａ）放射線を測定すべき流体を収容する測定エリア、
ｂ）前記測定エリアにおけるγ線を計測するために配置された、複数組の、光学的に連結された２つのシンチレータのペア、および
ｃ）光学的に連結されたシンチレータによってγ線を同時計測するための電子回路
２）同時計測されたγ線強度を流体中の放射活性物質濃度と関連付ける工程
【００３５】
本発明において、前記要素ａ）−ｃ）を有する流体の放射線の測定装置は、具体的には先に述べたようにして構成することができる。この装置を用い、本発明に基づいて流体試料の放射線を測定するには、まず前記測定エリアに流体を導入する。流体は、連続的に導入することもできるし、バッチで導入することもできる。試料を連続的に導入すれば、放射線の連続測定が可能である。連続的に試料を導入するためには、装置内に流体試料を導入するための流路を利用するのが有利である。
【００３６】
本発明において、工程１）で同時計測されたγ線強度を流体中の放射活性物質濃度と関連付ける工程は、測定エリアを占める流体の体積と計測されたγ線強度に基づいて、流体の放射活性物質濃度を決定することによって行われる。測定エリアを占める流体の体積は予めわかっている。また、通常、その流体中に含まれている核種もわかっているので、γ線強度の定量結果に基づいて、放射活性物質の量を知ることもできる。したがって、測定エリアのγ線の強度から、放射活性物質濃度を決定することができる。
【００３７】
本発明によって、たとえば、流体試料としてポジトロンＣＴの被検者から採取された血液のγ線を測定することができる。本発明の測定方法によれば、遅延の小さい測定が可能である。半減期の短い核種においては、遅延が測定精度に与える影響が特に大きい。したがって、本発明の測定方法は、半減期の短い核種を用いるPETの被検者の血液の、正確な放射活性物質濃度の測定に有用である。
【００３８】
更に本発明の方法においては、測定エリアに試料を連続的に供給することによって、放射活性物質濃度の経時的に追跡することもできる。PETにおいては、刻々と変化する血中の放射活性物質を常にモニタできることが望まれる。したがって、本発明の測定方法は、装置への血液の連続的導入によって、ポジトロンＣＴの入力関数を連続的にモニタする方法として有用である。
【００３９】
本発明の測定装置は、複数組のシンチレータの利用により、小さな測定エリアで高い感度を得ることができる。このことは、微量の試料で十分な感度を得られることを意味している。つまり本発明によれば、PETの被検者から採取された微量の血液によって、高感度な測定が可能となる。測定に必要な血液試料が少なければ、被検者の負担も小さくなる。
【００４０】
本発明の測定方法は、PETのみならずSPECTの被検者から採取された血液の放射活性物質濃度の測定に応用することもできる。既に述べたように、SPECTに用いられる核種のγ線のエネルギーは、PETよりも小さい。しかし、測定エリアに対して複数のシンチレータを配置した本発明の測定装置を用いれば、微量の血液試料であっても、高感度にγ線を検出できる。したがって、本発明の放射活性物質濃度の測定方法は、SPECTの被検者から採取された血液を試料とする測定においても有用である。
【００４１】
なおSPECTにおいて測定が必要な放射性核種は、γ線を１方向にしか放出しないので、PETにおける放射性核種のように同時測定の必要はない。放射活性の測定装置を構成するシンチレータで、SPECTに用いられる放射性核種のγ線を計測する場合には、各シンチレータのシグナルを独立に計測すればよい。
実際の機器構成としては、たとえば図２の電子回路図において、CFDの出力を同時計数回路（coincidence）をバイパスして、直接スケーラーに入力することで、それぞれの検出器の計数率をモニターすることができる。あるいは同時計数回路において、シグナルをANDではなくOR処理をすることで、SPECT用の核種の測定が可能である。具体的には、シグナルのor処理によって、1/2のシンチレータ、および3/4のシンチレータの計数率をモニターできる。
なお本発明の測定装置において、SPECT用の核種から発せられる放射線を測定する場合には、本発明の装置が備える複数のシンチレータのうち、任意のシンチレータを検出器として用いることができる。したがって、たとえば４つのシンチレータを備えた装置であっても、そのうちの一部のシンチレータのみを用いて、測定することができる。
【００４２】
本発明の放射活性物質の測定方法は、実際のPETにおいて、たとえば次のように利用される。脳局所酸素代謝の検査は、PETによる生体機能検査として代表的なものである。脳局所酸素代謝の検査には、トレーサーとして合成された、被検者が吸引した15Ｏガスの、血液から脳組織への移行、更に脳から血液への移行が観察される。このとき、血中の15Ｏ濃度は、各組織における酸素の移行レベルの評価にあたって必須の情報となる。PETによる脳局所酸素代謝の検査においては、血中の15Ｏ濃度は、血中入力関数に相当する。
以下に実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明の内容は実施例に限定されるものではない。
【００４３】
【実施例】
〔実施例１〕
本発明の放射線測定装置として、図１に示す構造の装置を作成した。この装置は、４つのシンチレータＡＢＣ、およびＤを有する。４つのシンチレータはＡＢとＣＤの２列に配置される。一方、装置内の流路は、４つのシンチレータに対して、ＡＢ間およびＣＤ間の間を通過するように配置した。このような配置とすることにより、シンチレータＡＢ間からＣＤ間にかけてのエリアが、測定エリアとなる。更に流路を挟むシンチレータＡ−Ｂ、Ｃ−Ｄに加えて、対角線上に位置するシンチレータＢ−ＣとＤ−Ａをも光学的に連結することによって、４組のシンチレータのペアによる同時計測が可能となっている。
【００４４】
シンチレータには、ＧＳＯ（Cerium-doped gadorinium orthosilicate Gd2SiO5:Ce 化合物、日立化成株式会社製）を用いた。ＧＳＯは、図３（５１１keV光子）および図４（１４０keV光子）のようなエネルギースペクトルを示す。つまりGSOは、511keVのγ線に対するエネルギー分解能１２%、140keVのγ線に対するエネルギー分解能２１%を有する。511keVのγ線がPET用トレーサーに、140keVはSPECTトレーサー(99mTc)に相当する。
【００４５】
更に、シンチレータ毎に光電子倍増管（photomultiplier tube；ＰＭＴ）を配置した。各ＰＭＴの信号は、図２に示すような電子回路図に基づく回路で同時計測した。すなわち 、４個の個々のGSO検出器の信号を光電子増倍管により電気信号に変換する。電気信号はAMPのよって増幅し、Disciriminatorによって信号を弁別し511keVのγ線による信号を取り出す。４個検出器からの信号の中から２個の組合せを４組取りだし、同時に511keVのγ線を検出した組合せをCoinsidence回路によって識別する。Coinsidence回路で識別された信号の回数をscalar回路によって計数する。
シンチレータ全体は外界からのγ線の影響から遮蔽するために、適当な遮蔽材で覆われている。実際には、２cm厚の鉛材で遮蔽した。この測定装置に対して、放射活性物質を測定すべき血液は、流路に対して矢印方向に供給される。
【００４６】
この装置の測定エリアに、 11Cフルマゼニル(FMZ)の入ったチューブ（カニューレ）を配置してγ線の同時測定を行った結果を図５に示した。この図は、４つのシンチレータ１−４の全ての組み合せ（すなわち、１−２、３−４、１−４、および２−３）について、同時計測の結果をまとめたものである。測定エリアに対する各シンチレータの配置と、光学的な連結の組み合せを図中に示した。図中の４つの四角形（１−４）に挟まれた矢印が測定エリアに相当する。この測定エリアに対して、両矢印で示した４方向に配置されたシンチレータで同時計測が行われる。いずれのシンチレータ間の計測結果も、ほぼ同じ形で推移している。この結果から、本発明の装置によって、複数組のシンチレータによる同時計測を、遅延無く計数できることが明らかである。
【００４７】
〔実施例２〕
実施例１に示した本発明の装置を用いて、実際にラットの血中の放射活性物質濃度を測定した。次の成分を投与したラットの血中の各核種の濃度を測定した。
ラットに次のトレーサーを投与し、持続動脈採血をモニターした。
[18F]フルオロデオキシグルコース(Fluoro-2-deoxy-glucose;FDF)
[11C]フルマゼニル(Flumazenil;FMZ)
[15O]H2O
[99mTc]エイチエムパオ(hexamethyl propyleneamine oxime;HMPAO)
【００４８】
各トレーサーを０．５−１．０mLの生理食塩水で希釈し、ペントバルビタール麻酔下のラット（雄性SDラット８週令）の尾静脈に投与した。投与したトレーサー量は、次のとおりである。
[18F]FDG      0.5mCi
[11C]FMZ      1.0mCi
[15O]H2O      0.5mCi
[99mTc]HMPAO  0.18mCi
【００４９】
各トレーサーを投与したラットの大腿動脈にカニューレを挿入して採血した。採取血液をヘパリン処理し、実施例１の持続モニター装置の検出部にカニューレを配置し、γ線を計測した。シリンジポンプで一定速度で吸引することにより、経時的に動脈採血し、γ線を連続測定した。なおこれらのトレーサーのうち、[99mTc]HMPAOはポジトロン核種ではないので、同時計測ではなく、各シンチレータの計数結果の総計である。
測定結果を図６−図９に示した。いずれの核種についても、十分な統計量が計測でき、矛盾のない形の入力関数が得られていることがわかる。
【００５０】
〔実施例３〕
シンチレータのサイズの至適条件を明らかにするために、モンテカルロシミュレーションにより、シンチレータの幾何学的構造について検討した。シンチレータ結晶の体積（８cm3）を一定とした時の、長さおよび奥行きと計数率の関係をシミュレーションした。シンチレータの高さは次の式によって決まる。
高さ＝体積÷長さ÷奥行き
シンチレータ結晶の長さ４cm、４．５cm、および５cmに、また奥行きを５mm〜１５mmに変化させて計数率の変化を予測した。測定エリアには内径１mmの血液チューブを用い、測定エリア中には５００kBq/mLの放射線量を有する試料が存在すると想定した。２つのシンチレータの間隔は２mmとし、シンチレータの間に測定エリアを配置した。シンチレータと測定エリアの配置と、高さ、長さ、および奥行きがシンチレータのどの部分のサイズに相当するのかを図１０に示した。シミュレーションの結果は図１０のとおりである。
シンチレータの幾何学的構造は、高さ20 mm×奥行き8 mm×長さ50 mmの形状のシンチレータ結晶を向い合せに2 mmの間隔で配置すると絶対検出効率が最も良いことが確かめられた。このようにして、シンチレータの幾何学的構造を設計することができる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明により、高感度にγ線の測定が可能な装置が提供される。本発明の装置は、小型化が可能である。本発明の測定装置は、特にポジトロン核種の測定に有用である。本発明の測定装置は、小さい測定エリアに対して、複数組のシンチレータのペアを配置することができる。その結果、遅延の少ない測定結果を得ることができる。更に複数組のシンチレータの利用によって、微量の試料であっても高感度な測定が可能である。
【００５２】
また本発明の測定装置は、測定エリアに対して複数のシンチレータを配置した構造を有している。その結果、本発明の装置をポジトロン核種以外の核種から放出されるγ線の計測に用いた場合には、より高感度な測定が可能となる。たとえば、SPECTに用いられる、低エネルギー核種も、本発明の装置を用いれば、高感度に測定することができる。
【００５３】
本発明の測定装置は、流体中の放射活性物質の測定に有用である。たとえば、PETによる生体の検査においては、入力関数のモニタリングが必須である。公知の測定方法では、測定核種が制限される、測定感度を高めにくい、モニタリング装置の配置が制限されるなどの問題点を有していた。これに対して本発明の測定装置は、小型化と高感度化が同時に達成される。その結果、装置の配置が制限されない。たとえば被検者の近くに本発明の測定装置を配置することもできる。被検者の近くで入力関数のモニタリングを行うことにより、より短時間で、測定試料の採取から実際の測定までを完了できる。この特徴は、入力関数を正しく把握する上で、大きな利点である。
【００５４】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の放射線測定装置の一部断面斜視図を示す。ＡＢＣＤが４つのGSOシンチレータを、PMTは光電子倍増管を示す。矢印は、試料である血液の導入方向を示す。
【図２】本発明の放射線測定装置に装備された、複数組のシンチレータのペアでγ線を同時測定するための電子回路の回路図。[PM-AMP]は光電子倍増管とその信号を増幅する増幅器、[CFD]はdiscriminator、[COIN]は各シンチレータのシグナルから同時に検出されたシグナルを識別する装置、[SCALAR]は、[COIN]で識別されたシグナルを計数する装置である。
【図３】ＧＳＯシンチレータの、５１１keVのγ線に対するエネルギースペクトルを示す図。出力信号をオシロスコープにより観測し、デジタルカメラでディスプレーを画像化した。縦軸は発光強度、横軸はγ線の放射エネルギー強度を示す。
【図４】ＧＳＯシンチレータの、１４０keVのγ線に対するエネルギースペクトルを示す図。出力信号をオシロスコープにより観測し、デジタルカメラでディスプレーを画像化した。縦軸は発光強度、横軸はγ線の放射エネルギー強度を示す。
【図５】11Cフルマゼニル(FMZ)を、４つのシンチレータを有する本発明の測定装置によって測定した結果を示す図。縦軸は計数値(count/秒)、横軸は時間（秒）を示す。
【図６】トレーサーとして[18F]FDGを投与したラットの動脈入力関数を測定した結果を示す図。縦軸は計数値(MBq/cc)、横軸は計測時間（秒）を示す。図中に示したグラフは、横軸を拡大した図である。
【図７】トレーサーとして[11C]FMZを投与したラットの動脈入力関数を測定した結果を示す図。縦軸は計数値(MBq/cc)、横軸は計測時間（秒）を示す。図中に示したグラフは、横軸を拡大した図である。
【図８】トレーサーとして[15O]H2Oを投与したラットの動脈入力関数を測定した結果を示す図。縦軸は計数値(MBq/cc)、横軸は計測時間（秒）を示す。
【図９】トレーサーとして[99mTc]HMPAOを投与したラットの動脈入力関数を測定した結果を示す図。縦軸は計数値(MBq/cc)、横軸は計測時間（秒）を示す。
【図１０】シンチレータのサイズと計数率の関係を示す図。図中、縦軸は計数率(cps)を、横軸はシンチレータの奥行き(cm)を示す。グラフの上に示した図は、シンチレータの奥行き、高さ、および長さが、それぞれ測定エリアに対してどの方向のサイズに相当するのかを示している。
【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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