JP2009243998A - 放射線検査装置及び校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】補正データ収集の時間の短縮を図る。
【解決手段】放射線のエネルギーを測定する測定装置を有し、測定装置は、放射線を測定しない場合の出力値をエネルギーの零点として出力させるトリガ発生装置を備え、測定装置は、零点とエネルギーの判明した線源からの放射線のエネルギーの測定点からの補間により、校正される。
【選択図】図５

Description

本発明は放射線検出装置に関するものであり、特にガンマカメラ，ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography），ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）等、多チャンネルの放射線検出器を有する放射線検査装置に対するゲイン，オフセットの補正収集の高速化に関するものである。

従来の装置では、ガンマカメラの検出器にガンマ線を光に変換するＮａＩ（ヨウ化ナトリウム）と光を電気信号に変換する光電子増倍管を組み合わせたものを使用していた。装置では複数の光電子増倍管を用い、光の発生場所、すなわちガンマ線の入射位置を光電子増倍管の出力信号から計算により求める。校正方法は、一般的にはエネルギーの異なる２つの線源を用いて補正用のデータ収集を行うが、測定にかかる時間と手間が増える問題があった。Ｘ線測定装置の効率的な校正方法については、ＵＳ３５１９８２１に、放射線源を用いて１つのＸ線測定装置を校正し、校正した条件を記憶させて、他のＸ線測定装置で先の記憶させた条件を用いて校正することが記載されている。

ＵＳ３５１９８２１

回路規模が小さく、フロントエンド回路の数が少ない場合は、個別部品を用いて回路が形成されており、回路の零点のずれは小さく、補正の必要は小さかった。回路規模が大きくなり、多チャンネルのフロントエンド回路が要求されるようになるとＡＳＩＣが使われるようになったが、ＡＳＩＣを用いるとチャンネル間の特性のばらつきが大きくなる。このため、チャネル毎の特性を予め測定し、補正を行うことが必要である。チャネル数が多くなるにつれ長時間の補正データ収集が必要になる。一般的にはエネルギーの異なる２つの線源を用いて補正用のデータ収集を行うが、測定にかかる時間と手間が増える問題があった。

本発明は、データ収集回路に擬似的なトリガを掛けることで、オフセットのデータ収集を行い、エネルギーの判明した１つの線源の測定結果を組み合わせて校正を行う。

補正データ収集の時間の短縮を図ることができる。

本発明の実施例を適宜図面を用いて説明する。なお、実施例はガンマカメラを主体に説明しているが、ＰＥＴなどでも同様の形態をとることが可能である。
（実施例１）
放射線の利用分野の１つとしてＰＥＴ，ガンマカメラ，ＳＰＥＣＴ，Ｘ線透視撮影，Ｘ線ＣＴなどの画像診断がある。これらの画像診断技術は目的に応じて使い分けられており、たとえばＰＥＴ装置はがん検診に広く用いられている。

ガンマカメラは被験者に放射性薬剤を投与し、それから放出されるガンマ線を計測することで血流量や代謝量などを測定するものである。ガンマカメラの検査に用いられる薬剤は^99mＴｃを含むものが広く用いられているが、その他にも²⁰¹Ｔｌ，¹²³Ｉ，⁶⁷Ｇａなどを含む薬剤が用いられる。この薬剤の種類により、集積の部位や薬剤の動態が変わるため、さまざまな種類の情報を取得することができる。

ガンマカメラはこれらの薬剤から放出されたガンマ線をコリメータを通して撮像する。コリメータは六角柱や四角柱の穴を多数開けた鉛板やピンホールなどを用いて特定の方向のガンマ線のみを透過させるものである。これにより検出器で撮像されたガンマ線が被験者のどの部位から放出されたものであるかを特定する。ＳＰＥＣＴはガンマカメラを用いて被験者をさまざまな方向から撮像し、コンピュータで画像再構成することで、断層像を撮像する方法である。

従来の装置では、ガンマカメラの検出器にガンマ線を光に変換するＮａＩ（ヨウ化ナトリウム）と光を電気信号に変換する光電子増倍管を組み合わせたものを使用していた。装置では複数の光電子増倍管を用い、光の発生場所、すなわちガンマ線の入射位置を光電子増倍管の出力信号から計算により求める。しかし、ノイズによる誤差の影響のため位置分解能が上がらない問題があった。このため、近年、個別ピクセルを用いたガンマカメラが開発され、位置分解能の向上をもたらした。

個別ピクセルを用いたガンマカメラでは、ピクセルごとに読み出し用のフロント回路が必要になり、回路規模が増大する。このため、マトリクス読み出しを行うなど、回路規模を縮小するなどの工夫がなされるが、従来の装置に比べると２〜３桁程度回路規模が増加する。

図１に本発明を用いたガンマカメラの一実施例を示す。装置は大きく分けてガンマカメラヘッド１，ＤＡＱ７（データ収集装置），制御・表示用ＰＣ８からなり、ガンマカメラヘッド１で撮像されたデータはＤＡＱ７を経由して制御・表示用ＰＣ８に送られる。ガンマカメラヘッド１からは検出された放射線のイベントごとに位置，検出時間，検出エネルギーを含むデータパケットを生成する。ＤＡＱ７はそのデータパケットに対しエネルギーや均一性の補正を行い、データを制御・表示用ＰＣ８に転送する。制御・表示用ＰＣ８はデータパケット内の検出エネルギーが所定の範囲内であるデータを用いてある位置における放射線のイベントの発生数を求め、画像化する。制御・表示用ＰＣ８は初期設定や収集モードにあわせた設定をＤＡＱ７およびガンマカメラヘッド１に対して行う。実施例ではＤＡＱ７とガンマカメラヘッド１を明示的に分離したが、ガンマカメラヘッド１内部にＤＡＱ７を取り込むこともできる。またＤＡＱ７で行う処理の一部を制御・表示用ＰＣにて行うことも可能である。

ガンマカメラヘッド１はコリメータ２，検出器搭載基板４，検出器搭載基板４に搭載された放射線検出器３、同じく検出器搭載基板４に搭載されたフロントエンドＡＳＩＣ５，制御用ＦＰＧＡ６で構成される。またガンマカメラヘッド１はコリメータ２および検出器搭載基板４を固定し、また外部からの不要な放射線を遮蔽する筐体（図示せず）を含む。放射線検出器３はＳｉ，ＣｄＴｅ，ＣＺＴなどの半導体検出器のほか、シンチレータにフォトダイオードを組み合わせたものが使用できる。

図２は検出器搭載基板上に形成された回路の概略である。複数の放射線検出器３がマトリクス上に並んでおり、放射線検出器３の２つの端子のうち、一方を横方向に走る低圧側読み出し線２３に、もう一方を高圧側読み出し線２４に接続する。低圧側読み出し線２３，高圧側読み出し線２４とも複数存在し、その組み合わせにより放射線に反応した検出器３を特定する。低圧側読み出し線２３は高い抵抗値を持った接地抵抗１１を介してグランドに接続される。高圧側読み出し線２４は同じく接地抵抗１１を介して高圧電源のラインに接続される。放射線検出器３に半導体検出器を用いた場合、検出器は逆バイアスで用いられるため、本実施例では高圧電源のラインは負の電圧となるが、低圧側読み出し線を正の高圧電源に、高圧側読み出し線をグランドに接地してもよい。

図３は放射線が検出器に入射した際に読み出し線に発生する信号を示したものである。放射線が放射線検出器３のうちの１つである３ａに入射すると、放射線検出器３ａは放射線の強さに応じた電気信号を発生する。発生した信号は放射線検出器３ａに接続された低圧側読み出し線２３ｂおよび高圧側読み出し線２４ｂで計測され、それ以外の読み出し線は反応しない。信号が検出された読み出し線に共通でつながっている検出器を特定することで信号の入射位置を特定する。エネルギーは２つの読み出し線の信号出力の平均を用いるが、加重平均など別の手法を用いても良い。

図２において、低圧側読み出し線２３，高圧側読み出し線２４ともそれぞれＤＣカットコンデンサ１０を介してフロントエンドＡＳＩＣ５内のフロントエンド回路２０に接続される。フロントエンド回路２０からは、トリガ信号、および波高値信号が出ており、トリガ信号はトリガ統合回路２１にてフロントエンドＡＳＩＣ５内の複数のフロントエンド回路２０からの信号をまとめて出力される。また波高値信号はアナログマルチプレクサ２２につながっており、フロントエンドＡＳＩＣ５内の複数のフロントエンド回路２０からの信号のうち一つが外部からの制御信号により選択され、出力される。

トリガ統合回路２１から出力された信号は制御用ＦＰＧＡ６内のトリガ検出回路３０にて検出される。トリガ検出回路３０はフロントエンドＡＳＩＣ５内の複数のトリガ統合回路２１，他の複数のＡＳＩＣのトリガ統合回路からの信号を受け取り、優先順位に基づき制御・パケット生成回路３２に伝える。制御・パケット生成回路３２ではトリガが検出されたチャンネルを特定し、フロントエンドＡＳＩＣ５内のアナログマルチプレクサ２２を制御することで所定のチャンネルの波高値信号を出力させ、その波高値信号をＡＤＣ９にてデジタル値に変換する。その後、チャンネル位置，エネルギーおよび制御用ＦＰＧＡ６が持つタイマーに基づいた検出時刻を含む１つのパケットデータを生成し、後段のＤＡＱ７に転送する。読み出しが終了したチャンネルにはリセット信号を送り、次の信号検出が可能になるようにする。

図４はフロントエンド回路の詳細図である。フロントエンド回路２０は放射線検出器３に接続されるチャージアンプ４０，チャージアンプ４０に接続された極性アンプ４１，極性アンプ４１に接続されたシェーピングアンプ４２、および、シェーピングアンプ４２に接続されたトリガ回路４３，ピークホールド回路４４からなる。

チャージアンプ４０は検出器で発生した電荷信号を電圧信号に変換する。コンデンサによりフィードバックがかかったアンプにより、電荷をコンデンサに蓄積し、それに対応する電圧信号を出力する。アンプを連続して動作させるため、信号に対し十分に長い時間（たとえば１００ｕsecから１msec程度）で蓄積した電荷を放電するための抵抗をコンデンサに並列に接続するほか、強制的に電荷を放電させることにより、放射線の入射レートが高い場合においてもアンプを安定させるチャージアンプリセット用スイッチを持つ。

極性アンプ４１はチャージアンプ４０の電圧信号を増幅するほか、低圧側読み出し線２３につながったフロントエンド回路２０では信号の向きが負になっているため、信号を反転する。

シェーピングアンプ４２では信号の周波数帯域を制限することで信号のＳ／Ｎを向上させる。本実施例ではＣＲ−ＲＣによるバンドパスフィルタの図を示しているが、ガウス型フィルタや台形フィルタといったフィルタ回路を用いても良い。なお、シェーピングアンプ４２に関してもチャージアンプ４０と同様、放射線の入射レートが高い際にアンプを強制的にリセットし、速やかに定常状態に戻すためのシェーピングアンプリセット用スイッチ４６をもつ。

トリガ回路４３はある基準電圧とシェーピングアンプ４２の電圧を比較し、シェーピングアンプ４２の電圧のほうが高くなった際に、信号が到達したと判断し、デジタル信号であるトリガを発生する。

ピークホールド回路４４はシェーピングアンプＶref４２から出力された電圧のピーク値を読み出しが行われるまで保持する。読み出し後、リセットがかかると、ピークホールド回路リセット用スイッチ４７がＯＮされ、保持していた電圧が０に戻り、次の信号のピーク値を保持できるようになる。

図５は補正データ収集の手順を示している。補正データの収集では、はじめにエネルギーの分かった基準線源を用いてデータの収集を行う（Step１）。ガンマカメラの場合、線源には実際に検査に使用する^99mＴｃや⁵⁷Ｃｏを使用する。制御・表示用ＰＣ８では図６の基準線源のデータ収集に示すように、計測されたデータを用いて、全検出器のチャネルごとのエネルギースペクトルを求める（Step２）。チャネルごとのスペクトルからそれぞれフォトピークの位置を求める（Step３）。

次に回路のオフセットを収集する（Step４）。オフセット収集の前にフロントエンド回路２０の内、チャージアンプ４０のみをリセット状態にする。これにより、回路のノイズが減少し、オフセットの測定が正確に行えるようになる。なお本実施例ではチャージアンプをリセットするが、フロントエンドＡＳＩＣのＤＣ特性に影響を与えない回路、たとえばシェーピングアンプの一部をリセットするようにしても良い。

オフセットの収集ではトリガ検出回路に制御・パケット生成回路から擬似的にトリガを入れて強制的に読み出しを行う。この擬似的トリガによる強制的な読み出しは、放射線を測定しない場合の出力値をエネルギーの零点として出力させるトリガ発生装置により行われる。スペクトルの求め方は、トリガを多数発生させ、出力された複数の信号からヒストグラムを作成して求める。この際、読み出し線のうち１本のみからの信号をＤＡＱ７を介して制御・表示用ＰＣ８に転送する。次に制御・表示用ＰＣ８において、収集されたデータから図７に示すような各読み出しラインのエネルギースペクトルを計算する（Step５）。その後、スペクトルの中心位置を求め（Step６）、検出器毎の各読み出し線のオフセット量を求める（Step７）。線源のエネルギーとして２つの読み出し線の信号の平均を用いている場合、ある検出器のオフセット量として、同じく関係する２つの読み出し線の信号の平均を用いる。エネルギーの計算に別の手法を用いる場合にはそれに応じた計算を行う。このようにマトリクス型の放射線検出器を用いる場合、各検出器の零点は、その点に関与する読み出し線の零点を用いて計算される。

求められたフォトピークの位置およびオフセットの位置からチャネルに対する補正データを作成する。図８に示すように、エネルギー０に対応するＡＤＣ変換値の値であるオフセットと、エネルギーが判明した基準線源のフォトピークのＡＤＣ変換値が判明すれば補間によりすべてのエネルギーを計算することができる。図では直線での補間を示しているが、線形の線が確保できていない場合は、精度が落ちるものの、非線形の曲線を用いて補間を行うこともできる。

求められたフォトピークの位置およびオフセットの位置、もしくは生成された補正データが装置の動作範囲であることを確認し、もし、動作範囲外であれば装置の故障として操作者に通知する。正常な動作範囲は、予め定めた所定の範囲である。正常な動作範囲であれば生成した保管データを制御・表示用ＰＣ８に保存し、その後のデータ収集の際に用いる。

尚、上述した例では、基準線源を用いたデータ収集をオフセットのデータ収集より前に実行したが、逆の順序でも良い。

上述した例では、検出器からの信号読み出し線をマトリクス型の配線としたが、個別の信号読み出し線を設けた個別読み出しとしても良い。

放射線のエネルギーを測定する測定装置が、放射線を測定しない場合の出力値をエネルギーの零点として出力するトリガを発生させ、零点とエネルギーの判明した線源からの放射線のエネルギーの測定点からの補間により、校正される校正方法により、補正データ収集の時間の短縮を図ることができる。

本発明の一実施形態における装置の構成。 ガンマカメラヘッド部の回路図。 放射線検出時の信号を示した図。 フロントエンド回路の詳細図。 補正データ収集手順。 基準線源のデータ収集を示す図。 オフセットのデータ収集を示す図。 補正の方法。

符号の説明

１ ガンマカメラヘッド
２ コリメータ
３ 放射線検出器
４ 検出器搭載基板
５ フロントエンドＡＳＩＣ
６ 制御用ＦＰＧＡ
７ ＤＡＱ
８ 制御・表示用ＰＣ
９ ＡＤＣ
１０ ＤＣカットコンデンサ
１１ 接地抵抗
２０ フロントエンド回路
２１ トリガ統合回路
２２ アナログマルチプレクサ
２３ 低圧側読み出し線
２４ 高圧側読み出し線
３０ トリガ検出回路
３１ ＡＤＣ制御回路
３２ 制御・パケット生成回路
４０ チャージアンプ
４１ 極性アンプ
４２ シェーピングアンプ
４３ トリガ回路
４４ ピークホールド回路
４５ チャージアンプリセット用スイッチ
４６ シェーピングアンプリセット用スイッチ
４７ ピークホールド回路リセット用スイッチ

Claims (8)

1. 放射線のエネルギーを測定する測定装置を有し、
   前記測定装置は、放射線を測定しない場合の出力値をエネルギーの零点として出力させるトリガ発生装置を備え、
   前記測定装置は、前記零点とエネルギーの判明した線源からの放射線のエネルギーの測定点からの補間により、校正されることを特徴とする放射線検査装置。
2. 請求項１記載の装置であって、マトリクス型の放射線検出器を用いるものであり、各検出器の零点はその点に関与する読み出し線の零点を用いて計算されることを特徴とする放射線検査装置。
3. 零点を測定する前に、放射線検出器に接続されるフロントエンド回路の一部をリセット状態にすることを特徴とする請求項１もしくは２記載の放射線検査装置。
4. 零点を決定する際に、チャネルごとのエネルギースペクトルを計算し、そのピークを補正用の零点とする請求項１もしくは２記載の放射線検査装置。
5. 出力された零点の位置を確認することにより装置の故障を判定する機構を備えた請求項１ないし２の放射線検査装置。
6. 放射線のエネルギーを測定する測定装置と、マトリクス型の放射線検出器と、放射線を測定しない場合の出力値をエネルギーの零点として出力させるトリ発生装置を備え、前記測定装置は、各検出器の零点をその点に関与する読み出し線の零点を用いて計算し、前記零点とエネルギーの判明した線源による測定点からの補間により、測定値とエネルギーの関係を校正するガンマカメラ装置。
7. 請求項１に記載の放射線検査装置は、ＰＥＴ装置であることを特徴とするＰＥＴ装置。
8. 放射線のエネルギーを測定する測定装置の校正方法において、
   前記測定装置は、放射線を測定しない場合の出力値をエネルギーの零点として出力するためのトリガを入力し、前記零点とエネルギーの判明した線源からの放射線のエネルギーの測定点からの補間により、校正されることを特徴とする校正方法。

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