JP2009085652A - 核医学診断装置の校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
検出器校正を例えば¹⁸Ｆ水溶液を内部充填した円筒ファントムを用いて行うと、γ線が円筒ファントム内の水溶液自身で散乱されるリスクがある。その散乱線を補正する方法はあるが、それによって校正が不十分になる欠点がある。また、棒状線源をトンネル内で回転させると、棒状なので上記のような散乱を生じるリスクは非常に少ない。しかし、ある半径の軌道を回転するのみで、結果的に内部に空洞のあるリング状線源になる。
【解決手段】
上記の課題を解決する手段は、棒状線源または点線源を、その半径を変えながら回転させて校正作業を行うことである。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射線を利用した放射線検出装置の校正方法に関する。

放射線を利用した検査技術は、被検体内部を非破壊で検査することができる。特に、人
体に対する放射線検査技術には、Ｘ線ＣＴ，ＰＥＴ，ＳＰＥＣＴ単光子放出型ＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography、以下、「ＳＰＥＣＴ」という）等がある。放射線検査装置を稼動するに於いて、予め装置の校正を行うことは、装置の画質性能を確保する上で必須のプロセスである。校正が十分になされていないと、断層画像が大きく劣化する恐れがある。

校正を行う技術として、特許文献１では棒状線源が回転セプタに配置され、ガントリの円筒状空間を周回する校正用棒状線源を有するＰＥＴが記載されている。

特開２００２−７１８１３号公報

検出効率の校正は、装置に含まれる多数の検出器の感度ばらつきの校正（検出器効率校正）と、検出器の位置ばらつき等に起因する感度ばらつきの校正（幾何学的効率校正）の２種に大別される。

前者の検出器効率校正は、例えば¹⁸Ｆ水溶液を内部充填した円筒ファントムを用いて行われる。これは、円筒ファントムをガントリトンネル内に配置してγ線検出データを収集するだけなので、測定が容易である。その反面、γ線が円筒ファントム内の水溶液自身で散乱されるリスクがある。その散乱線を補正する方法はあるが、それによって校正が不十分になる欠点がある。

後者の幾何学的効率校正は、例えば⁶⁸Ｇｅ−⁶⁸Ｇａ棒状線源をトンネル内で回転させて行われる。これは、棒状なので上記のような散乱を生じるリスクは非常に少ない。しかし、ある半径の軌道を回転するのみで、結果的に内部に空洞のあるリング状線源になる。

従って、校正作業は２つの線源を用意しなければ完了せず、これは非常に手間がかかる作業である。校正方法としては、両者の欠点を補完しあったものが望まれている。その方法として理想的なのは、「内部でγ線を散乱しない円筒型ファントム」を擬似的に実現させることである。

上記の課題を解決する手段は、棒状線源または点線源を、その半径を変えながら回転させて校正作業を行うことである。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。

散乱線が無い円筒型ファントムを擬似的に実現させ、検出効率校正精度が向上し、断層画像の質が向上する。

次に、本発明の一実施形態である核医学診断装置について、適宜図面を参照して詳細に説明する。

放射線を利用した検査技術は、いずれも、検査対象の物理量を放射線飛翔方向の積分値として計測し、その積分値を逆投影することにより被検体内の各ボクセルの物理量を計算し画像化する技術である。これらの技術では、膨大なデータを処理する必要があり、近年のコンピュータの技術の急速な発達に伴い、高速・高詳細画像が提供されるようになってきた。

Ｘ線ＣＴ技術は、被検体を通過したＸ線強度を測定し、Ｘ線の体内通過率から被検体の形態情報を画像化する技術である。Ｘ線源からＸ線を被検体に照射し、体内を通過したＸ線強度を被検体の反対側に配置した検出素子により測定し、被検体の積分吸収係数の分布を測定する。この積分吸収係数からフィルタードバックプロジェクション法（Filtered Back Projection Method）などを用いて各ボクセルの吸収係数を求め、その値をＣＴ値に変換する。Ｘ線ＣＴによく用いられる線源は約８０ｋｅＶ前後である。

一方、ＰＥＴ及びＳＰＥＣＴは、Ｘ線ＣＴ等では検出できない分子生物学レベルでの機能や代謝の検出が可能な手法であり、身体の機能画像を提供することが可能である。ＰＥＴは、¹⁸Ｆ，¹⁵Ｏ，¹¹Ｃ，といったポジトロン放出核種で標識した放射性薬剤を投与し、その分布を計測して画像化する手法である。薬剤には、フルオロデオキシグルコース（２−［Ｆ−１８］fluoro−２−deoxy−Ｄ−glucose、¹⁸ＦＤＧ）等があり、これは、薬剤が糖代謝により腫瘍組織に高集積することを利用し、腫瘍部位の特定に使用される。

体内に取り込まれた放射線核種は、崩壊してポジトロン（β＋）を放出する。放出されたポジトロンは電子と結合して消滅する際に、それぞれ５１１ｋｅＶのエネルギーを有する一対の消滅γ線（消滅γ線対）を放出する。この消滅γ線対は、ほぼ反対方向（１８０度±０.６度）に放射されるので、被検体の周りを取り囲むように配置した検出素子で消滅γ線対を同時検出し、その放射方向データを蓄積することで投影データを得ることができる。投影データを逆投影（前記フィルタードバックプロジェクション法等を使用）することにより放射位置（放射線核種の集積位置）を同定し画像化することが可能となる。

ＳＰＥＣＴは、シングルフォトン放出核種で標識した放射性薬剤を投与し、その分布を計測して画像化する手法である。薬剤からは１００ｋｅＶ程度のエネルギーをもった単一γ線が放出され、この単一γ線を検出素子で計測している。単一γ線の計測では、その飛翔方向を同定できないので、ＳＰＥＣＴでは検出素子の前面にコリメータを挿入し、特定の方向からのγ線のみを検出することにより投影データを得る。ＰＥＴ同様、フィルタードバックプロジェクション法等を利用し投影データを逆投影して画像データを得る。ＰＥＴと異なるところは、単一γ線の計測に起因して同時計測の必要がなく、検出素子の数が少なくて済むこと等であり、装置構成が簡単で比較的安価な装置である。

なお、本実施形態では、核医学診断装置を構成する撮像装置としてＰＥＴ装置を例にとって説明する。

本実施例は、棒状線源または点線源を、その半径を変えながら回転させて校正作業を行うことである。半径を変えながら回転させることにより、半径が違う複数リング状線源の集合体、結果的に「円筒」を模擬できる。それでいて棒状及び点線源ならば内部散乱が非常に少ない。結果的に上記の「内部でγ線を散乱しない円筒型ファントム」を実現できることになる。

図１にＰＥＴ装置全体構成を示す。ＰＥＴ装置１は、主に撮像装置１１（ここではカメラと呼称する），ベッド１４，データ処理装置１２，表示装置１３から構成される。その内、少なくとも表示装置１３は検査室外に配置されている。被検者は、ベッド１４に載せられてカメラ１１で撮影される。データ処理装置１２は、カメラ１１で撮影されたデータを受信し、それらデータを処理して画像データを作成する。表示装置１３はデータ処理装置１２で作成された画像データを表示する。

データ処理装置１２は、同時計測処理及び断層像情報作成処理を行う。データ処理装置１２は、検出したγ線の波高値、検出時刻のデータ及び検出器（チャンネル）ＩＤを含むパケットデータを取り込む。同時計測処理は、本パケットデータ、特に検出時刻のデータ及び検出器ＩＤに基づいて同時計測を行い、５１１ＫｅＶのγ線の検出位置を特定し記憶装置に記憶する。断層像情報作成処理は、この特定した位置に基づいて機能画像を作成して、表示装置１３に表示する。

以下に本実施例の具体的構成及び校正方法を以下に記載する方法１〜方法４で説明する。

（方法１）ガントリの前面に回転装置を配置する。回転装置は、異なる複数の半径位置ｒ₁・・・ｒ_nに棒状線源を着脱できるようになっている。ｒ₁・・・ｒ_nの複数半径位置でγ線測定を行う。以下、図２を用いて説明する。

図２に、カメラ１１のトンネル中心軸方向の断面と、異なる複数の半径位置に棒状線源を着脱させて線源を回転させる回転機構の図を示す。カメラ１１は、放射線を検出する検出器２、ガントリ３、エンドシールド４を備える。カメラ１１は、多数の検出器２（図２参照）を内蔵しており、被検者の体内から放出されるγ線を検出器２で検出する。カメラ１１は、図示しない回路基盤を有し、検出器２から得られるγ線の波高値、検出時刻を計測するための集積回路（ＡＳＩＣ）を設置しており、検出した放射線（γ線）の波高値や検出時刻を測定するようになっている。ガントリ３は検出器２を保持している。また、ガントリ３は被検体が挿入されるトンネル５が形成されている。ここではトンネル５を示したが、オープンタイプの撮像装置であり、検出器２が上部と下部のみに配置され、ガントリの側面部が解放されていても良い。エンドシールド４はガントリ３の外部からのノイズとなる放射線を遮蔽するものである。

回転装置６は、校正用線源である棒状線源１０を回転させる装置である。回転装置６は、棒状線源１０を取り付けた線源取付け部である回転部８を回転軸７を中心として回転させる。回転装置６は後述する図４の吸収補正用回転装置１６の様にガントリ３の内部に設けても良い。線源着脱部９は回転部８の内、破線で示されたガントリ側に面する部分であり、中心軸７から半径方向へ異なる複数の半径位置ｒ₁・・・ｒ_nに棒状線源を着脱できるようになっている。棒状線源１０は、線源の本体である線源本体部が金属等による外部被膜で覆われた構造である。

回転装置６で校正用線源を回転させると、図２の右に図示したように、同心円の異なる複数の半径位置ｒ₁・・・ｒ_nで線源の回転軌道の集合が得られる。ガントリの前面または後面に回転機構を配置し、回転機構の異なる複数の半径位置に線源を着脱して核医学診断装置の校正をすることで、散乱線が無い円筒型ファントムを擬似的に実現でき、検出効率校正精度が向上し、断層画像の質が向上する。

（方法２）ガントリの前面に回転装置を配置する。回転装置は、自動的に回転半径を可変できる機能を有しており、ｒ₁・・・ｒ_nにかけて複数の回転半径で棒状線源を回転させられるようになっている。これにより複数半径位置でγ線測定を行う。以下、図３を用いて説明する。図２と同じ構成は説明を省略する。図２の線源着脱部９に代えて、半径自動可変スライダ１５を設けた。半径自動可変スライダ１５は、中心軸７から半径方向へ異なる複数の半径位置に棒状線源を滑るように移動できるようになっている。また、半径自動可変スライダ１５は、機械的に又は電気的に駆動され、予め設定された位置や速度等の動作で自動で棒状線源を移動させる。

ガントリの前面または後面に回転装置を配置し、回転装置は自動的に線源の回転半径を変更し、校正用線源を回転させ、装置を校正することにより、散乱線が無い円筒型ファントムを擬似的に実現でき、検出効率校正精度が向上し、断層画像の質が向上する。

（方法３）ＰＥＴ装置に内蔵されている吸収補正用回転機構に、半径可変装置を取り付ける。この半径可変装置は、異なる複数の半径位置ｒ₁・・・ｒ_nに棒状線源を着脱できるようになっている。ｒ₁・・・ｒ_nの複数半径位置でγ線測定を行う。以下、図４を用いて説明する。図２と同じ構成は説明を省略する。図２の回転装置６に代えて、吸収補正用回転装置１６を設けた。吸収補正用回転装置１６は、吸収補正用線源ホルダ１７とモータ１８とギア１９を有する。吸収補正用線源ホルダ１７は半径可変装置２０と棒状線源１０を保持し、吸収補正のための放射線吸収体で構成されている。モータ１８はギア１９を介して吸収補正用線源ホルダ１７を回転させる。半径可変装置２０は、図２の線源着脱部９の様に異なる複数の半径位置に線源を着脱する。構造ギア１９は、棒状線源１０の位置に応じて変速することができる。

核医学診断装置に内蔵されている吸収補正用回転装置に、半径可変装置を取り付け、前記半径可変装置の異なる複数の半径位置に前記線源を着脱させ、装置を校正することにより、散乱線が無い円筒型ファントムを擬似的に実現でき検出効率校正精度が向上し、断層画像の質が向上する。

（方法４）ＰＥＴ装置に内蔵されている吸収補正用回転機構に、半径可変装置を取り付ける。この半径可変装置は、自動的に半径を可変できる機能を有しており、ｒ₁・・・ｒ_nにかけて複数の回転半径で棒状線源を回転させられるようになっている。これにより複数半径位置でγ線測定を行う。以下、図５を用いて説明する。前述と同じ構成は説明を省略する。半径可変装置２０は、図３の半径自動可変スライダ１５の様に中心軸から半径方向へ異なる複数の半径位置に棒状線源を滑るように移動できる構造を有する。

核医学診断装置に内蔵されている吸収補正用回転装置に、半径可変装置を取り付け、半径可変装置の線源の回転半径を自動的に変更し、装置の校正をすることにより、散乱線が無い円筒型ファントムを擬似的に実現できる。

上述した方法１〜４により、校正用線源からの放射線を検出し、検出されたデータに基づいて各検出器を校正する。校正は、複数検出器の感度のばらつきを補正するために、校正用線源を回転させて放射線を検出し、この検出データに基づいて各検出器の感度補正計数を算定してメモリに記憶させておき、この感度補正計数を用いて測定後のデータの感度補正を行う。この感度補正計数を記憶するメモリは、検出器からの信号を増幅するアンプを有する回路基板に設けても良いし、データ処理装置１２に設けても良い。

本実施例の核医学診断装置の校正方法は、ガントリの空間内部において、異なる複数の回転半径軌道で放射線源を回転させながら、放射線検出データを収集して、装置の校正をする。これにより以下の効果を有する。

（１）散乱線が無い円筒型ファントムを擬似的に実現させ、検出効率校正精度が向上し、断層画像の質が向上する。

（２）検出器効率校正と幾何学的効率校正を同時に行うことができる。即ち、校正作業の手間（＝作業コスト）が大幅に低減される。

図６に点線源を用いた場合の校正方法について説明する。図２〜図５は棒状線源を用いた場合であり、点線源を用いた場合は、体軸方向に可動となる部分を図２〜図５へ追加すればよい。例えば図２の（方法１）であれば回転機構に体軸方向スライド機構を設け、体軸位置ｚ₁・・・ｚ_nとずらしながら、次々と回転させていけばよい。以下、図６を用いて説明する。前述と同じ構成は説明を省略する。図６の回転装置６は、回転軸方向スライド装置２２と点線源２１を有する。図２の棒状線源１０の代わりに点線源２１を校正用線源として用いた。回転軸方向スライド装置２２は、点線源２１を回転軸７の軸方向へ移動させるものである。回転軸方向スライド装置２２は、機械的又は電気的な駆動により点線源２１を移動させる。回転軸方向スライド装置２２の回転軸方向の移動は、予め設定された位置や速度等の移動内容に基づいて自動的に移動することができる。

核医学診断装置に内蔵されている吸収補正用回転装置に、半径可変装置を取り付け、半径可変装置の異なる複数の半径位置に線源を着脱し、装置の校正を行うことにより、散乱線が無い円筒型ファントムを擬似的に実現でき、検出効率校正精度が向上し、断層画像の質が向上する。

実施例１で記載した棒状線源及び点線源は固体状でなく、¹⁸Ｆ水溶液のような液状にしても良い。従来の⁶⁸Ｇｅ−⁶⁸Ｇａのような固体状の棒線源はその製作等の都合で、棒の長さ方向に対して放射能がばらつき易く（例えば±１０％程度）、その結果校正が不十分になる恐れがある。液状の線源を用いることにより、放射能が空間的に均一化され、より正確な校正が確保される。

本実施例の核医学診断装置の校正方法は、線源として液体状の線源を用い、放射線検出データを収集するガントリのトンネル内部において、異なる複数の回転半径軌道で前記液体状の放射線源を回転させながら、放射線検出データを収集して、装置の校正をする。これにより、実施例１の（１）と（２）の効果のほか、以下の効果を有する。

（３）水溶液状の線源を用いることにより、空間的（主に体軸方向）に放射能が均一化される。即ち検出効率校正精度が向上し、断層画像の質が向上する。

核医学診断装置の一例であるＰＥＴ装置の構成を示す図。 カメラ１１のトンネル中心軸方向の断面と、異なる複数の半径位置に棒状線源を着脱させて線源を回転させる回転機構の図。 カメラ１１のトンネル中心軸方向の断面と、異なる半径位置に棒状線源を可変として線源を回転させる回転機構の図。 カメラ１１のトンネル中心軸方向の断面と、線源の回転機構と異なる複数の半径位置に棒状線源を着脱させた図。 カメラ１１のトンネル中心軸方向の断面と、線源の回転機構と異なる複数の半径位置に棒状線源を着脱させた図。 回転装置に回転軸方向スライド装置を設けた図。

符号の説明

１ ＰＥＴ装置
２ 検出器
３ ガントリ
４ エンドシールド
５ トンネル
６ 回転装置
７ 回転軸
８ 回転部
９ 線源着脱部
１０ 棒状線源
１１ 撮像装置
１２ データ処理装置
１３ 表示装置
１４ ベッド
１５ 半径自動可変スライダ
１６ 吸収補正用回転装置
１７ 吸収補正用線源ホルダ
１８ モータ
１９ ギア
２０ 半径可変装置
２１ 点線源
２２ 回転軸方向スライド装置

Claims (7)

1. ガントリの空間内部において、異なる複数の回転半径軌道で放射線源を回転させながら、放射線検出データを収集して、装置の校正をする事を特徴とする核医学診断装置の校正方法。
2. 前記ガントリの前面または後面に回転装置を配置し、前記回転装置の異なる複数の半径位置に線源を着脱する事を特徴とする請求項１に記載の核医学診断装置の校正方法。
3. 上記ガントリの前面または後面に回転装置を配置し、前記回転装置は自動的に前記線源の回転半径を変更する事を特徴とする請求項１に記載の核医学診断装置の校正方法。
4. 前記核医学診断装置に内蔵されている吸収補正用回転装置に、半径可変装置を取り付け、前記半径可変装置の異なる複数の半径位置に前記線源を着脱する事を特徴とする請求項１に記載の核医学診断装置の校正方法。
5. 前記核医学診断装置に内蔵されている吸収補正用回転装置に、半径可変装置を取り付け、前記半径可変装置の前記線源の回転半径を自動的に変更する事を特徴とする請求項１に記載の核医学診断装置の校正方法。
6. 前記線源が点線源であり、前記回転機構は回転軸方向可変スライド機構を備え、体軸位置をずらしながら回転させ、放射線検出データを収集する事を特徴とする請求項１に記載の核医学診断装置の校正方法。
7. 前記線源として液体状の線源を用いて、放射線検出データを収集する事を特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の核医学診断装置の校正方法。

Images