JP2009216716A - Nuclear medicine diagnostic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、生体に放射性同位元素(ラジオアイソトープ;以下、RIと略称する)を注入し、生体内のRIの濃度分布を検出器で捕らえ、病変部や血流量、さらに脂肪酸代謝量等の有益な診断情報を提供し得る核医学診断装置に関する。 The present invention injects a radioisotope (radioisotope; hereinafter abbreviated as RI) into a living body, captures the concentration distribution of RI in the living body with a detector, and is useful for lesions, blood flow, and fatty acid metabolism. The present invention relates to a nuclear medicine diagnostic apparatus that can provide diagnostic information.
核医学診断装置においては、検出器は、被検体に注入された放射線同位元素RI)からのガンマ線を検出する最前線の最も重要な構成要素のーつであり、この性能が装置全体の空間分解能やエネルギー分解能、さらには計数特性等の性能を左右するといっても過言ではない。 In a nuclear medicine diagnostic device, the detector is one of the most important components on the front line for detecting gamma rays from the radioisotope (RI) injected into the subject, and this performance is the spatial resolution of the entire device. It is no exaggeration to say that it affects the performance such as energy resolution and counting characteristics.
現在、主流を占めているのは、シンチレーション型検出器であり、これは周知の通り、ガンマ線の入射によりシンチレータ(蛍光体)で発生した光を、その背面に稠密に配列された複数の光電子増倍管(PMT)又はホトダイオードアレイで検出する構造になっており、非常に大型で重いばかりでなく、エネルギー分解能も低いものであった。 Currently, the scintillation type detectors occupy the mainstream, and as is well known, this is a method of increasing the number of photoelectrons that are densely arranged on the back of the light generated by the scintillator (phosphor) by the incidence of gamma rays. The detection is performed by a double tube (PMT) or a photodiode array, which is not only very large and heavy, but also has low energy resolution.
これに対して、近年脚光を浴びているのが、半導体検出器であり、これはガンマ線を直接的に検出するので、ガンマ線一光一電気という2段階の変換過程を経る従来のシンチレーション型検出器よりも電気信号への変換効率が高く、しかも半導体セルでガンマ線を個別に検出できるので、エネルギー分解能や計数能力が著しく向上するものと期待されている。 On the other hand, semiconductor detectors have been in the spotlight in recent years, because they directly detect gamma rays, which is more than a conventional scintillation type detector that undergoes a two-step conversion process of gamma rays, light and electricity. However, it is expected that the energy resolution and the counting capability are remarkably improved since the conversion efficiency into the electric signal is high and the gamma rays can be individually detected by the semiconductor cell.
この半導体検出器の構造及び検出の仕組みとしては、周知の通り、例えば、CdTe(テルル化カドミウム)といった化合物半導体に電極が形成され、その両面電極にバイアス電極と信号電極とを貼り合わせてなり、このような構造に対して、バイアス電圧を印加した状態で、ガンマ線が入射すると、電子と正孔の対が多数発生し、それぞれが正電極と負電極に移動する際に誘導される誘導電荷が正電極側に設置されるチャージアンプに蓄積され、これがエネルギーに比例した信号として出力される。 As is well known, the structure of this semiconductor detector and the detection mechanism include, for example, an electrode formed on a compound semiconductor such as CdTe (cadmium telluride), and a bias electrode and a signal electrode are bonded to both surface electrodes. For such a structure, when a gamma ray is incident with a bias voltage applied, a large number of electron-hole pairs are generated, and the induced charge induced when each moves to the positive electrode and the negative electrode. It is accumulated in a charge amplifier installed on the positive electrode side, and this is output as a signal proportional to energy.
このような半導体検出器では、(1)空間分解能が半導体素子の大きさにより限定されてしまう、具体的には空間分解能が、隣り合う半導体素子の中心点間距離に決まってしまう、(2)隣り合う半導体素子の間には絶縁体を挟み込んでいるが、このギャップ部分ではデータが採れない、つまりデータが欠損するという改善すべき課題がある。 In such a semiconductor detector, (1) the spatial resolution is limited by the size of the semiconductor element. Specifically, the spatial resolution is determined by the distance between the center points of adjacent semiconductor elements. (2) An insulator is sandwiched between adjacent semiconductor elements, but there is a problem to be improved that data cannot be obtained in this gap portion, that is, data is lost.
上記(2)の課題を解決する手法としては、現在のところウォーブリングという検出器を微小に動かす又は振動させる技術が知られている。しかし、アンガー型に比べて非常の軽量化しているとはいえ、20kgに達しようかという半導体検出器を安定的に微小に動かすことは容易なことではなく、不安定な動きにより誤差が発生したり増大する事態が起こりかねないし、しかもこれを実現するための耐荷重の大きな機構やスタンドは高コストでしかも大型になってしまう。 As a technique for solving the problem (2), there is currently known a technique of minutely moving or vibrating a detector called wobbling. However, although it is much lighter than the Anger type, it is not easy to stably move the semiconductor detector to reach 20 kg, and an error occurs due to unstable movement. In addition, a mechanism and a stand having a large load resistance for realizing this may be expensive and large in size.
本発明の目的は、2次元半導体検出器を装備した核医学診断装置において、半導体素子の中心点間距離よりも空間分解能を向上すること及び素子間のギャップによるデータ欠損を解消することにある。 An object of the present invention is to improve the spatial resolution rather than the distance between the central points of semiconductor elements and to eliminate data loss due to gaps between elements in a nuclear medicine diagnostic apparatus equipped with a two-dimensional semiconductor detector.
本発明のある局面は、被検体に放射性同位元素を投与し、この放射性同位元素から放出されるガンマ線を直接的に検出する半導体素子を2次元状に配列してなる少なくとも1台の2次元半導体検出器と、前記2次元半導体検出器を前記被検体の体軸に略平行な回転軸回りに回転させる回転機構と、前記2次元半導体検出器を前記回転軸に対して傾斜させる傾斜機構と、前記2次元半導体検出器の出力に基づいて、前記被検体の断面に関する前記放射性同位元素の濃度分布を再構成する再構成手段と、前記回転機構と前記傾斜機構とを制御する制御手段とを具備する核医学診断装置において、前記制御手段による制御によって、前記2次元半導体検出器は前記回転軸に対して傾斜されることを特徴とする核医学診断装置を提供する。 One aspect of the present invention is that at least one two-dimensional semiconductor formed by two-dimensionally arranging semiconductor elements that administer a radioisotope to a subject and directly detect gamma rays emitted from the radioisotope. A detector, a rotation mechanism for rotating the two-dimensional semiconductor detector around a rotation axis substantially parallel to the body axis of the subject, and an inclination mechanism for tilting the two-dimensional semiconductor detector with respect to the rotation axis; Reconstructing means for reconstructing the concentration distribution of the radioisotope with respect to the cross section of the subject based on the output of the two-dimensional semiconductor detector; and control means for controlling the rotation mechanism and the tilt mechanism. In the nuclear medicine diagnosis apparatus, the nuclear medicine diagnosis apparatus is characterized in that the two-dimensional semiconductor detector is tilted with respect to the rotation axis under the control of the control means.
本発明によれば、2次元半導体検出器を装備した核医学診断装置において、半導体素子の中心点間距離よりも空間分解能を向上すること及び素子間のギャップによるデータ欠損を解消することができる。 According to the present invention, in a nuclear medicine diagnostic apparatus equipped with a two-dimensional semiconductor detector, it is possible to improve the spatial resolution rather than the distance between the center points of the semiconductor elements and to eliminate data loss due to gaps between the elements.
以下、図面を参照して、本発明による核医学診断装置を好ましい実施形態により説明する。図1は本実施形態に係る核医学診断装置の構成を示している。2次元半導体検出器1,2は、図2に示すように、例えば、CdTe(テルル化カドミウム)といった化合物半導体片にバイアス電極と信号電極とを貼り合わせてなる半導体素子が2次元的に配列されてなる。なお、2次元半導体検出器1,2は、必ずしも2器必要ではなく、1器だけでも良いし、3期でも、それ以上でも良い。
Hereinafter, a nuclear medicine diagnostic apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings according to a preferred embodiment. FIG. 1 shows the configuration of a nuclear medicine diagnostic apparatus according to this embodiment. In the two-
2次元半導体検出器1,2は、移動・傾斜・シフト機構16に支持されている。さらに、移動・傾斜・シフト機構16は、回転フレーム4に支持されている。回転フレーム4は、2次元半導体検出器1,2を、被検体Pの体軸に略平行な回転軸回りに回転させるために必要な構造及び駆動源を有していて、全体回転制御部6により制御される。
The two-
移動・傾斜・シフト機構16は、2次元半導体検出器1,2を回転軸に沿って移動及びシフトさせるために必要な構造及び駆動源と、2次元半導体検出器1,2を回転軸に対して略直交する直交軸に沿ってシフトさせるために必要な構造及び駆動源と、2次元半導体検出器1,2を回転軸に対して傾斜させるために必要な構造及び駆動源とを有していて、検出器移動・傾斜・シフト制御部7により制御される。
The moving / tilting /
寝台3は、被検体Pを載置した状態で回転軸に沿って移動及びシフトするために必要な構造及び駆動源と、被検体Pを載置した状態で回転軸に対して略直交する直交軸に沿ってシフトするために必要な構造及び駆動源とを有していて、寝台検出器移動・傾斜・シフト制御部7により制御される。
The bed 3 has a structure and a driving source necessary for moving and shifting along the rotation axis in a state where the subject P is placed, and an orthogonality which is substantially orthogonal to the rotation axis in a state where the subject P is placed. It has a structure and a driving source necessary for shifting along the axis, and is controlled by the bed detector movement / tilt /
検出器素子毎の時間制御回路8,9は、2次元半導体検出器1,2を傾斜した状態で撮影する際に、計数期間の始期を半導体素子毎に制御するために設けられている。なお、撮影とは、被検体に投与された放射性同位元素からのガンマ線をフォトン数として計数する動作のことである。
The
位置・エネルギー計算回路10,11は、2次元半導体検出器1,2〜の出力に基づいて、ガンマ線が入射する毎に、その入射位置及び角度を表す位置信号とそのエネルギーを表すエネルギー信号とを出力する。イメージメモリ12は、位置信号とエネルギー信号とに基づいて、入射位置と角度とエネルギー毎にガンマ線をフォトン数として計数する。データ処理回路13は、イメージメモリ12に保持されている計数結果に基づいて、ホールボディ撮影時(全身撮影時)には放射性同位元素の平面的な濃度分布(プレーナ像)を生成し、またSPECT撮影時には被検体の断面内の放射性同位元素の濃度分布(断層像)を再構成する。これらプレーナ像や断層像は表示回路14に送られ例えば濃淡で表示される。コン卜ローラ15は、これら装置全体の動きを統括制御するために設けられている。
The position /
このような本実施形態に係る核医学診断装置は、ホールボディ撮影とSPECT撮影とを選択的に行うことができる。以下、各々の撮影動作について順番に説明する。 Such a nuclear medicine diagnostic apparatus according to the present embodiment can selectively perform whole body imaging and SPECT imaging. Hereinafter, each photographing operation will be described in order.
(ホールボディ撮影)
図3には、本実施形態のホールボディ撮影時の動作手順を示しており、図4には、ホールボディ撮影時のある半導体素子の中心点の軌道を示している。まず、ホールボディ撮影時の基本的な動きは、2次元半導体検出器1,2を被検体Pに対して相対的に回転軸(体軸)方向に沿って連続的に移動させ、この連続的な移動と並行して一定の計数期間Tで計数動作を繰り返すというもので、このような動きにより、被検体Pのほぼ全身を対象として多数の位置でガンマ線を計数することができる。
(Hole body shooting)
FIG. 3 shows an operation procedure at the time of hole body photographing according to the present embodiment, and FIG. 4 shows a trajectory of a central point of a certain semiconductor element at the time of hole body photographing. First, the basic movement at the time of whole body imaging is the continuous movement of the two-
本実施形態では、このような基本的な動きを、2次元半導体検出器1,2を一定のストロークで往復移動させながら繰り返すというもので、特に、往路から復路及びその逆の移動方向が反転する間に、回転軸に対して略直交する直交軸の方向に、d/nの距離だけシフトさせることに特徴がある。ここで、dは、直交軸の方向に関する隣り合う半導体素子の中心点間の距離であり、nは2以上の整数である。
In this embodiment, such basic movement is repeated while reciprocating the two-
このようなシフトにより、直交軸の方向に関する空間分解能は、図5に示すように、シフトしない場合の空間分解能dに比べて、1/nに向上する。 As a result of such a shift, the spatial resolution in the direction of the orthogonal axis is improved to 1 / n as compared with the spatial resolution d in the case of no shift, as shown in FIG.
次に、図6に示すように、2次元半導体検出器1,2を回転軸(体軸)に対して、だけ傾斜させる場合の動作について説明する。このように2次元半導体検出器1,2を回転軸(体軸)に対して、θ゜だけ傾斜させた状態で、上述のホールボディ撮影の基本的な動きを行うことにより、直交軸の方向に関する空間分解能は、傾斜させない場合の空間分解能dから、d・cosθに向上する。例えば、θ=11.5゜のとき、直交軸の方向に関する空間分解能は、略d/5になる。
Next, the operation when the two-
このような傾斜撮影において、基本的なホールボディ撮影と同様に、全半導体素子で一律に同期して計数動作を繰り返すと、図7(a)に示すように、計数期間Tに半導体素子が移動する範囲(太線)は、直交軸の方向に関して隣り合う半導体素子A,Bの間でずれが生じてしまう。このずれを解消して、隣り合う半導体素子 A,Bの間で計数範囲が一致するように、図7(b)に示すように、時間制御回路8,9では、計数期間Tの始期を半導体素子A,Bの間で、移動速度Vと中心点間距離dと傾斜角θに応じた時間、具体的には、(d・cosθ)/Vだけずらすように、計数期間Tの始期を半導体素子毎に個別に制御している。
In such tilt photography, as in basic hole body photography, when the counting operation is repeated in a uniform manner for all semiconductor elements, the semiconductor element moves during the counting period T as shown in FIG. In the range (thick line) to be produced, a deviation occurs between the semiconductor elements A and B adjacent to each other in the direction of the orthogonal axis. As shown in FIG. 7 (b), the
なお、2次元半導体検出器1,2を傾斜させた状態で、2次元半導体検出器1,2を往復移動し、その反転の間に直交軸方向に少しシフトする動きを行うようにしても良い。この場合、シフトする距離は、(d・cosθ)/nになり、この方向の空間分解能も(d−cosθ)/nに向上させることができる。
Note that the two-
(SPECT撮影)
図8には、本実施形態のSPECT撮影時の動作手順を示しており、図9には、SPECT撮影時のある半導体素子の中心点の軌道を示している。まず、SPECT撮影時の基本的な動きは、2次元半導体検出器1,2を被検体Pの周囲を連続的に回転させ、この連続的な回転と並行して一定の計数期間Tで計数動作を繰り返すというもので、このような動きにより、被検体Pに対して多方向からガンマ線を計数することができる。
(SPECT photography)
FIG. 8 shows an operation procedure at the time of SPECT imaging according to this embodiment, and FIG. 9 shows a trajectory of a center point of a certain semiconductor element at the time of SPECT imaging. First, the basic movement at the time of SPECT imaging is that the two-
本実施形態では、このような基本的な動きを、2次元半導体検出器1,2を被検体の周囲を複数回転させながら、繰り返すというもので、特に、2次元半導体検出器1,2を被検体の周囲を1周回転する毎に、回転軸(体軸)の方向に沿って、d/nの距離だけシフトさせることに特徴がある。この場合、dは回転軸の方向に関する隣り合う半導体素子の中心点間の距離になる。
In the present embodiment, such basic movement is repeated while rotating the two-
このようなシフトにより、回転軸(体軸)の方向に関する空間分解能は、図5に示したように、シフトしない場合の空間分解能dに比べて、1/nに向上する。 By such a shift, the spatial resolution in the direction of the rotation axis (body axis) is improved to 1 / n as compared with the spatial resolution d in the case of no shift, as shown in FIG.
このSPECT撮影においても、図6に示したように、2次元半導体検出器1,2を回転軸(体軸)に対して、θ゜だけ傾斜させた状態で、上述のSPECT撮影の基本的な動きを行うことにより、回転軸の方向に関する空間分解能は、傾斜させない場合の空間分解能dから、d・cosθに向上する。ここでも、θ=11.5゜のと き、回転軸の方向に関する空間分解能は、略d/5になる。
Also in this SPECT imaging, as shown in FIG. 6, the two-
このようなSPECTの傾斜撮影においても、基本的なSPECT撮影と同様に、全半導体素子で一律に同期して計数動作を繰り返すと、図10(a)に示すように、計数期間Tに半導体素子が回転する角度範囲(太線)は、回転軸の方向に関して隣り合う半導体素子A,Bの問でずれが生じてしまう。このずれを解消して、隣り合う半導体素子A,Bの間で角度範囲が一致するように、図10(b)に示すように、時間制御回路8,9では、計数期間Tの始期を半導体素子A,Bの間で、回転速度ωと中心点間距離dと傾斜角0に応じた時間、具体的には、(d・cosθ)/ωだけずらすように、計数期間Tの始期を半導体素子毎に個別に制御している。
Also in such SPECT tilt imaging, as in basic SPECT imaging, when the counting operation is repeated in a uniform manner for all semiconductor elements, the semiconductor elements are counted during the counting period T as shown in FIG. The angular range (thick line) in which the rotation of the semiconductor element is shifted due to the adjacent semiconductor elements A and B with respect to the direction of the rotation axis. As shown in FIG. 10B, the
なお、2次元半導体検出器1,2を傾斜させた状態で、2次元半導体検出器1,2を複数回転し、1周毎に回転軸方向に少しシフトする動きを行うようにしても良い。この場合、シフトする距離は、(d・cosθ)/nになり、この方向の空間分解能も(d・cosθ)/nに向上させることができる。
Note that the two-
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施可能であるのは言うまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with various modifications.
本発明は、の分野に利用可能性がある。 The present invention has potential applications in the field of
1,2…2次元半導体検出器、3…寝台、4…回転フレーム、5…寝台移動・シフト・上下制御部、6…全体回転制御部、7…検出器移動・傾斜・シフト制御部、8,9…時間制御回路、10,11…位置・エネルギー計算回路、12…イメージメモリ、13…データ処理回路、14…表示回路、15…コントローラ、16…移動・傾斜・シフト機構
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記被検体に対する前記2次元半導体検出器の相対的な位置を移動させる移動機構と、
前記2次元半導体検出器を前記相対的な位置の移動方向に対して傾斜させる傾斜機構と、
前記2次元半導体検出器の出力に基づいて、前記被検体の断面に関する前記放射性同位元素の濃度分布を再構成する再構成手段と、
前記移動機構と前記傾斜機構とを制御する制御手段とを具備する核医学診断装置において、
前記制御手段による制御によって、前記2次元半導体検出器は前記相対的な位置の移動方向に対して傾斜した状態で前記所定方向に移動することを特徴とする核医学診断装置。 At least one two-dimensional semiconductor detector formed by two-dimensionally arranging semiconductor elements that administer a radioisotope to a subject and directly detect gamma rays emitted from the radioisotope;
A moving mechanism for moving a relative position of the two-dimensional semiconductor detector with respect to the subject;
An inclination mechanism for inclining the two-dimensional semiconductor detector with respect to a moving direction of the relative position;
Reconstructing means for reconstructing a concentration distribution of the radioisotope with respect to a cross section of the subject based on an output of the two-dimensional semiconductor detector;
In a nuclear medicine diagnostic apparatus comprising a control means for controlling the moving mechanism and the tilt mechanism,
The nuclear medicine diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the two-dimensional semiconductor detector is moved in the predetermined direction while being inclined with respect to the movement direction of the relative position by the control by the control means.
前記制御手段による制御によって、前記被検体の周囲を1周回転する毎に、前記2次元半導体検出器と前記被検体との少なくとも一方が前記回転軸に沿ってd/nの距離を移動することを特徴とする請求項1記載の核医学診断装置。 The moving mechanism rotates at least one of the two-dimensional semiconductor detector and the subject, and a rotational movement mechanism that rotates the two-dimensional semiconductor detector around a rotation axis substantially parallel to the body axis of the subject. A first translation mechanism that moves along the axis,
By the control by the control means, at least one of the two-dimensional semiconductor detector and the subject moves a distance of d / n along the rotation axis every time it rotates around the subject. The nuclear medicine diagnosis apparatus according to claim 1.
前記制御手段による制御によって、前記2次元半導体検出器が前記回転軸に沿って往復移動すると共に、前記往復移動の中で移動の向きが反転するに際して前記2次元半導体検出器が前記直交軸に沿ってd/nの距離を移動することを特徴とする請求項3記載の核医学診断装置。 The moving mechanism includes: a first parallel moving mechanism that moves at least one of the two-dimensional semiconductor detector and the subject along the rotation axis; and at least one of the two-dimensional semiconductor detector and the subject. And a second translation mechanism that moves the axis along an orthogonal axis that is substantially orthogonal to the rotation axis,
By the control by the control means, the two-dimensional semiconductor detector reciprocates along the rotation axis, and the two-dimensional semiconductor detector moves along the orthogonal axis when the direction of movement is reversed during the reciprocation. 4. The nuclear medicine diagnosis apparatus according to claim 3, wherein the distance is d / n.
前記制御手段による制御によって、前記2次元半導体検出器は前記回転軸に対して傾斜した状態で前記回転軸に沿って往復移動する請求項5記載の核医学診断装置。 An inclination mechanism for inclining the two-dimensional semiconductor detector with respect to the rotation axis;
6. The nuclear medicine diagnosis apparatus according to claim 5, wherein the two-dimensional semiconductor detector reciprocates along the rotation axis while being inclined with respect to the rotation axis by the control by the control means.
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