JP2010243395A - X ray-gamma ray imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、X線とガンマ線とを併用して被検体の内部の画像を撮影するX線・ガンマ線撮像装置に関する。 The present invention relates to an X-ray / gamma ray imaging apparatus that captures an image inside a subject using both X-rays and gamma rays.
医療の分野では、2次元のX線検出器として入射X線のフルエンスを計測するエネルギー信号積分形の検出器が一般に用いられている。これは、X線の場合、検出器に入射する光子数が1M〜2Gcps/mm2と大変に多く、核医学などで用いられている個々の光子をそのエネルギー毎に計数する光子計数技術を適用することが困難なためである。例としては、核医学診断の分野で用いられているシンチレーションカメラでは、ガンマ線の光子数が検出器当たり200〜300kcps程度であり、医療用のX線検出で求められるカウンティング能力の1/10,000の計数能力にも満たない。この結果、医療用X線フラットパネルやX線CTスキャナで光子計数技術を用いるのは極めて困難であり、X線とガンマ線を同時に計数する能力を有する検出器は存在していない。 In the medical field, an energy signal integrating detector that measures the fluence of incident X-rays is generally used as a two-dimensional X-ray detector. This is because, in the case of X-ray, very much, apply the photon counting technique for counting individual photons are used such as in nuclear medicine for respective energy photon number 1M~2Gcps / mm 2 incident on the detector This is because it is difficult to do. For example, in a scintillation camera used in the field of nuclear medicine diagnosis, the number of photons of gamma rays is about 200 to 300 kcps per detector, and the count is 1 / 10,000 of the counting ability required for medical X-ray detection. It is less than ability. As a result, it is extremely difficult to use the photon counting technique in medical X-ray flat panels and X-ray CT scanners, and there is no detector capable of simultaneously counting X-rays and gamma rays.
また、体内の臓器の機能を映像化するSPECT(Single Photon Emission Computed Tomography)で行われている光子検出技術は、ヨウ化ナトリウムなどのシンチレータと光電子像倍管を用いたものであるが、このような光子検出方法は、光の拡散や光子エネルギーの揺らぎ、光電子増倍管の位置特定などにより検出器の固有空間分解能が低くなり、この結果、SPECT画像の空間分解能は臨床用で5mmから8mmとなっており、小さな病変部への放射性医薬品の検出を不可能にしているばかりでなく、SPECT画像単独からでは集積位置の同定は非常に困難なものとなっている。正確な定量ができず、治療計画や治療効果判定に用いるには支障を来すものとなっている。 In addition, the photon detection technology used in SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography), which visualizes the function of internal organs, uses a scintillator such as sodium iodide and a photomultiplier tube. In the photon detection method, the intrinsic spatial resolution of the detector is lowered due to the diffusion of light, fluctuation of the photon energy, and the position of the photomultiplier tube. As a result, the spatial resolution of the SPECT image is 5 to 8 mm for clinical use. In addition to making it impossible to detect a radiopharmaceutical in a small lesion, it is very difficult to identify an accumulation position from a SPECT image alone. Accurate quantification is not possible, and this makes it difficult to use for treatment planning and treatment effect determination.
このようなSPECT画像の低い空間分解能を補うためSPECT装置に併設してX線CT装置を設置し、SPECTによる機能情報とX線CTによる形態情報を重ね合わせた一枚の画像を作成することが行われている。しかし、これらの装置は単に2種類のモダリティを隣接させたに過ぎず、異なるジオメトリで再構成される画像の位置合わせが煩雑なものとなっている。また、このようなSPECT/CT一体型装置を用いて、SPECT画像の定量性を向上させるには、ガンマ線の正確な減衰補正が必要となるが、現行の入射X線のエネルギー全体を積分する信号処理方式で得られたX線CT画像を用いても、正確な線減衰係数を求めることができないという問題もあり、単に従来のX線CT装置を用いても真の定量的SPECT画像を得ることもできないのが現状である。 In order to compensate for such a low spatial resolution of the SPECT image, an X-ray CT apparatus is installed in addition to the SPECT apparatus, and a single image in which functional information by SPECT and morphological information by X-ray CT are superimposed can be created. Has been done. However, these devices simply have two types of modalities adjacent to each other, and the alignment of images reconstructed with different geometries is complicated. Further, in order to improve the quantitative property of a SPECT image by using such an SPECT / CT integrated apparatus, accurate attenuation correction of gamma rays is necessary, but a signal that integrates the entire energy of the current incident X-rays. Even if X-ray CT images obtained by the processing method are used, there is a problem that an accurate line attenuation coefficient cannot be obtained, and a true quantitative SPECT image can be obtained simply by using a conventional X-ray CT apparatus. The current situation is not possible.
近年、モノクロナール抗体にイメージング用核種(ガンマ線放出核種)と治療用核種(ベータ線放出核種)をそれぞれ標識し、最初にイメージング用核種を標識した抗体で腫瘍の大きさやその広がりを正確に把握し正常臓器への集積が行われていないことを確認した後に、治療用核種を標識した抗体を投与するアイソトープ内用療法が使用されてきている。これは、低侵襲かつ特定のがんをその細胞レベルで特異的に破壊することが可能なため今後のがんの治療において最も注目されている技術である。そして、このようなイメージング核種は陽電子放出核種では実現できないためPET(Positron Emission Tomography)の使用は不可能であり、SPECT技術に頼らざるをえない。一方、前述したようにSPECT画像は現行の光子検出方式による画像では空間分解能も低く、また、X線CTを利用したガンマ線の減衰補正で定量化をはかろうとしても、X線CTにおける現行の光子計測方式では正確な線減衰係数の分布を求めることができないので、モノクロナール抗体の正確な位置を同定できず、治療計画や治療効果の判定に十分ではない。 In recent years, monoclonal antibodies are labeled with imaging nuclides (gamma-emitting nuclides) and therapeutic nuclides (beta-emitting nuclides), respectively, and the size and spread of tumors are accurately grasped with the first labeled antibodies. After confirming that accumulation in a normal organ has not been performed, an isotope internal therapy in which an antibody labeled with a therapeutic nuclide is administered has been used. This is a technique that has received the most attention in the future cancer treatment because it is minimally invasive and can specifically destroy a specific cancer at the cellular level. Since such imaging nuclides cannot be realized with positron emitting nuclides, it is impossible to use PET (Positron Emission Tomography), and it is necessary to rely on SPECT technology. On the other hand, as described above, the SPECT image has a low spatial resolution in the image by the current photon detection method, and even if an attempt is made to quantify with the gamma ray attenuation correction using the X-ray CT, Since the photon measurement method cannot obtain an accurate distribution of the linear attenuation coefficient, the exact position of the monoclonal antibody cannot be identified, which is not sufficient for the treatment plan and the determination of the treatment effect.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、とくに、同一被検体に対する、ガンマ線による機能情報とX線による形態情報とを位置合わせをすることなく確実に得ることができる、X線及びガンマ線を用いたX線・ガンマ線撮像装置と呼ぶべき新規なモダリティを提供することを、その目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and in particular, X-rays and gamma rays can be reliably obtained without aligning functional information by gamma rays and morphological information by X-rays with respect to the same subject. It is an object of the present invention to provide a new modality to be called an X-ray / gamma-ray imaging apparatus using the.
上記目的を達成するため、本発明に係るX線・ガンマ線撮像装置は、画素を2次元的に配置した放射線検出器において放射線エネルギーのディスクリミネータを二本以上有する光子計数形放射線検出回路を画素毎に有し、かつ各画素の信号検出情報とディスクリミネータによるエネルギー所属情報を画素単位で独立に出力する出力構造を有し、この検出器に対向して設置されたX線管からのX線ビームのみに指向させるコーンビーム状のコリメータを前記検出器の前面に配置し、当該コリメータが視野内の物体から放射され前記検出器に入射するガンマ線を同時にコリメートするようにしたことを基本的な特徴とする。 In order to achieve the above object, an X-ray / gamma-ray imaging apparatus according to the present invention includes a photon counting radiation detection circuit having two or more radiation energy discriminators in a radiation detector in which pixels are two-dimensionally arranged. And an output structure for independently outputting signal detection information of each pixel and energy affiliation information by a discriminator in units of pixels, and an X-ray from an X-ray tube installed facing this detector. Basically, a cone beam collimator for directing only to a line beam is arranged in front of the detector, and the collimator collimates gamma rays emitted from an object in the field of view and incident on the detector at the same time. Features.
以上のように、X線及びガンマ線をそれぞれ用いた単独の撮像装置の不都合を解消し、画像計測の定量性を実現できる従来にない画期的な画像と使用法を提供することができる。 As described above, it is possible to solve the disadvantages of a single imaging apparatus using X-rays and gamma rays, and to provide an unprecedented epoch-making image and usage that can realize the quantitativeness of image measurement.
以下の添付図面を参照して、本発明に係るX線・ガンマ線撮像装置の一つの実施形態を説明する。 An embodiment of an X-ray / gamma ray imaging apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1に、この実施形態に係るX線・ガンマ線撮像装置の概要を示す。このX線・ガンマ線撮像装置は、X線を用いたX線CTスキャナとガンマカメラを用いたSPECT装置とを一体化した複合形の撮像装置である。ここで、一体化とは、両方のモダリティを単に一つの架台に収めたという意味ではなく、「X線及びガンマ線の収集系の一体化、及び、それら異なる種類の放射線の収集データの処理系を一体化(一部の一体化も含む)若しくは互いに利用可能な状態で併設した」ことを言う。 FIG. 1 shows an outline of an X-ray / gamma ray imaging apparatus according to this embodiment. This X-ray / gamma-ray imaging apparatus is a composite imaging apparatus in which an X-ray CT scanner using X-rays and a SPECT apparatus using a gamma camera are integrated. Here, the term “integration” does not mean that both modalities are simply placed on one stand, but “integration of X-ray and gamma-ray collection systems and processing systems for collected data of these different types of radiation”. It is integrated (including some integrations) or in a state where it can be used mutually. "
図1に示ように、このX線・ガンマ線撮像装置は、ガントリ1を備え、このガントリ1を貫通する状態で形成される撮像空間Sに寝台2の天板2Aが進退可能に遊挿されるようになっている。天板2Aには、被検体Pが載置され、この被検体Pの断層像を撮像したり、及び/又は、SPECT像を撮像したりすることになる。 As shown in FIG. 1, the X-ray / gamma-ray imaging apparatus includes a gantry 1 so that a top plate 2A of a bed 2 is loosely inserted in an imaging space S formed in a state of penetrating the gantry 1 so as to advance and retreat. It has become. The subject P is placed on the top board 2A, and a tomographic image of the subject P is taken and / or a SPECT image is taken.
さらに、このX線・ガンマ線撮像装置には、ガントリ1の内部に支持体11により互いに対向して設置されるX線管12(X線源)と検出器13とを備える。支持体11が回転すると、かかる対向した幾何学的関係を保持した状態で、X線管12と検出器13との対が被検体Pの体軸方向の周りを回転することができる。検出器13の放射線(X線、ガンマ線)の入射面に、X線管のX線曝射位置に収束する幾何学形状を有するコーンビーム形コリメータ14が配設されている。
The X-ray / gamma-ray imaging apparatus further includes an X-ray tube 12 (X-ray source) and a
この他に、X線・ガンマ線撮像装置は、架台1に設置されたX線管用高電圧発生器15、寝台駆動器16、検出系駆動器17、及びデータ収集器18を備える。さらに、X線・ガンマ線撮像装置は、架台1の外部にX線制御器21、CPUによるプログラム演算のもとで動作するコンピュータ22、このコンピュータ22と操作者との間のインターフェースとしてのコンソール23(入力器24及び表示器25を備える)と、画像記憶装置26とを備える。
In addition, the X-ray / gamma ray imaging apparatus includes an X-ray tube
上述した構成要素のうち、X線管12は、高電圧発生器13から供給されるパルス状又は連続波の高電圧信号に応答してX線を曝射する。高電圧発生器13は、X線制御器21からの所定のパルスシーケンスに基づくX線制御信号を生成し、この信号を高電圧発生器13に送る。このため、高電圧発生器13は、X線制御信号に応じて高電圧信号をX線管2に供給するので、上述したX線曝射が可能になる。コンピュータ22は、X線曝射のための上記パルスシーケンスを起動させて、そのシーケンス情報をX線制御装置21に送るようになっており、これにより、X線制御器21が動作する。
Among the components described above, the
架台駆動器16は、コンピュータ22から与えられる制御信号に応答して動作し、その結果、架台2の天板2Aをその上下又はその長手方向に移動させることができる。検出系駆動器17は、コンピュータ22から与えられる制御信号に応答して動作し、支持体11を回転駆動させることができる。
The
データ収集器18は、検出器13で検出されたX線及びガンマ線の光子数に応じたデータを収集し、このデータをコンピュータ22に送る。
The
コンピュータ22は、CPUの他、メモリなどのコンピュータとして動作するための構成要素を備え、CPUがメモリに予め格納されているプログラムを起動させて、データ収集器18を介して収集されたX線及びガンマ線の光子数に応じたデータに基づいて断層像を再構成又は作成するとともに、X線制御器21、架台駆動器16、及び検出系駆動器17の動作を制御する。そのための各種のプログラムが予め、一例として、コンピュータ22のメモリに格納されている。コンソール23の表示器25には、コンピュータ22に制御下において、再構成又は作成された断層像や必要な情報が表示される。入力器24はオペレータが操作上の指示や被検体情報を入力するためにオペレータによって使用される。画像記憶装置26はコンピュータ22の外部記憶手段として機能するもので、再構成又は作成された画像のデータなどが格納される。
The
なお、図1に示す装置構成の場合、X線管12及び検出器13の対は一つであるが、必ずしもこれ限定されることはなく、例えば図3に示ように、X線管12A(12B,12C)と検出器13A(13B,13C)の対を3つ、ガントリ1の撮像空間Sの周囲に等角度間隔で配置するようにしてもよい。これにより、X線管12及び検出器13の移動量を少なくして短時間のうちにデータ収集を行うことができる。
In the case of the apparatus configuration shown in FIG. 1, the number of pairs of the
前述した図1のX線・ガンマ線撮像装置の構成要素のうち、検出器13について更に詳しく説明する。
Of the components of the X-ray / gamma-ray imaging apparatus of FIG. 1 described above, the
検出器13は、被検体Pを透過してきたX線を入射させ、その入射光子の数に応答した電気信号を出力する。その一方で、この検出器13は、被検体に投与される99mTc, 201Tl, 123I, 133Xeなどのガンマ線放出核種から放出される単一光子(シングルフォトン)を計数し、その計数結果に応じた電気信号を出力する。
The
つまり、この検出器13は、画素を2次元的に配置した放射線検出器として構成されている。この検出器13は、放射線エネルギーのディスクリミネータTH1,TH2,…(図4、図6参照)を2本以上有する光子計数形放射線検出回路を画素毎に有し、かつ各画素の信号検出情報とディスクリミネータによるエネルギー所属情報を画素単位で独立に出力する出力構造を有する。
That is, the
ここで図7を参照して、この検出器13の電気的な概略構成をブロック図として説明する。
Here, with reference to FIG. 7, a schematic electrical configuration of the
この検出器13は、X線及びガンマ線を受けるシンチレータ121、FOS(Fiber Optics Plate)122、CMOS形の光電変換器123、及びCMOS形のプリアンプを含む処理回路124から成る4つの要素及び電気回路をプレート状または層状に形成し、相互に積層した構造を採用している。このシンチレータ121から処理回路124までのブロック図を図7に示す。
The
シンチレータ121は、放射線を光に変換するCsI材料をプレート状に形成したもので、放射線を入射させる入射面と光を出射する出射面と互いに背中合わせの状態で有する。FOS122は、径の細い(直径5〜10μm)光ファイバを束ね且つ面状に直立して敷き詰めた束体であり、この束体を、各光ファイバの軸方向が放射線の入射方向となるように、シンチレータ121及び光電変換器123の間に介在させている。
The
光電変換器123は、FOS22を通して入射する光を電気信号に変換する半導体層であり、基板上にCMOSで光電変換素子が各画素に作り込まれる。つまり、作り込まれる個々の光電変換素子の大きさが画素に対応しており、画素のサイズは例えば200μm×200μmになっている。なお、各画素の縦、横のサイズは互いに異なっていてもよい。
The
さらに、処理回路124も、基板上にCMOSで形成され、光電変換器123から出力される画素毎の電気信号を増幅する。この画素毎の電気信号は、次いで、図7に示す如く、6種類の比較器1251〜1256の比較入力端に並列に入力する。これらの比較器1251〜256の基準入力端には、エネルギー弁別のための互いに異なる閾値DC1〜DC6(例えばDC1<DC2、…、DC5<DC6)が与えられている。このため、ある画素に入力したX線の光子のエネルギーレベルに応じた6個のディスクリミネータが形成される。比較器1251〜1256の出力端はカウンタ1261〜1266に夫々接続され、それらのカウンタ1261〜1266の計数値はシリアルフォーマットで読み出される。したがって、上記ディスクリミネータで画素毎のX線(光子)のエネルギーが弁別され、各エネルギー領域に属するエネルギーを有するX線の光子数が次段のカウンタ1261(〜1266)で計測され、デジタル量の計測値としてシリアルに出力される。
Further, the
この検出器13の前面、すなわち放射線入射面には前述したようにコリメータ14が配設されている。このコリメータ14は、検出器13に対向して設置されたX線管12からのX線ビームのみに指向させるコーンビーム状のコリメータとして構成されている。これにより、X線は勿論のこと、検出器13、すなわちコリメータ14の視野内の物体から放射され検出器13に入射するガンマ線を並行して(同時に)コリメートすることができる。
As described above, the
ここで、X線と使用するガンマ線放出核種とのエネルギースペクトルの典型例を挙げると図3,4のようになる。これらの図において、横軸は放射線のエネルギーであり、縦軸は光子数(計数値)を示す。これらから分かるように、X線の光子数はガンマ線のそれに比べて圧倒的に多い。その次の傾向として、図3に示すように「X線とガンマ線のスペクトル分布がエネルギーを表す軸上で互いにオーバーラップする」と言える場合と、図4に示ように「オーバーラップせずに互いに分離していると言える」場合とがある。本実施形態の場合、図3に示ように、「X線とガンマ線のスペクトル分布が互いにオーバーラップする」場合には、収集シーケンスは図5のものが使用される。また、図4に示ように、「X線とガンマ線のスペクトル分布が互いにオーバーラップしていない」場合には、収集シーケンスは図6のものが使用される。 Here, typical examples of energy spectra of X-rays and gamma-ray emitting nuclides to be used are shown in FIGS. In these figures, the horizontal axis represents the energy of radiation, and the vertical axis represents the number of photons (count value). As can be seen from these, the number of X-ray photons is overwhelmingly larger than that of gamma rays. As the next trend, as shown in FIG. 3, it can be said that the spectral distributions of X-rays and gamma rays overlap each other on the axis representing energy, and as shown in FIG. It can be said that they are separated. In the case of the present embodiment, as shown in FIG. 3, when “the spectral distributions of X-rays and gamma rays overlap each other”, the acquisition sequence shown in FIG. 5 is used. Further, as shown in FIG. 4, when “the spectral distributions of X-rays and gamma rays do not overlap each other”, the acquisition sequence shown in FIG. 6 is used.
図5の収集シーケンスの場合、X線曝射とガンマ線の収集とを交互に時分割で実行する。X線の曝射はX線管12にパルス状の高電圧を供給すればよく、被検体Pを透過したときX線の光子がほぼ粒子と見做されて検出器13により検出される。一方、被検体Pに投与されたガンマ線放出核種からはガンマ線が常に放出されているので、このガンマ線の光子も検出器13によりほぼ粒子と見做されて検出器13により検出される。しかしながら、X線光子はガンマ線のそれに比べて圧倒的に多いため、X線光子の収集中にガンマ線の光子が検出器13に入射しても、その影響は無視できる。このため、X線曝射期間TxがX線管へパルス高電圧の印加期間として設定され、このX線曝射期間Txが終わると一定期間のガンマ線収集期間Tγが設定される。検出器13はかかる両期間Tx及びTγの区別は無く継続して収集する。両期間Tx及びTγはコンピュータ22で識別するようになっているから、それぞれの期間Tx及びTγにおいて収集されたデータをX線及びガンマ線の光子数を表す情報として認識できる。
In the case of the acquisition sequence of FIG. 5, X-ray exposure and gamma ray acquisition are alternately performed in a time division manner. X-ray exposure may be performed by supplying a pulsed high voltage to the
反対に、図6の収集シーケンスの場合、X線曝射とガンマ線の収集とが並行して実行される。X線の収集時にガンマ線の収集も行われており、X線光子の収集データにガンマ線の光子もノイズとして入り込むこともあるが、その量は無視できるので、このように並行収集を行うことができるのである。なお、図6に示す放射エネルギーのディスクリミネータTH1,TH2,…の場合、X線とガンマ線のエネルギースペクトルが分離しているため、例えばエネルギーが下側のディスクリミネータTH1,TH2,TH3、TH4によりX線エネルギーの弁別を画素毎に行なうことができ、上側のディスクリミネータTH4,TH5,TH6によりガンマ線エネルギーの弁別を画素毎に行なうことができる。なお、ディスクリミネータTH1,TH2,…の数や値、すなわちエネルギーウィンドウの幅は任意である。 On the contrary, in the case of the acquisition sequence of FIG. 6, X-ray exposure and gamma ray acquisition are executed in parallel. Gamma rays are also collected at the time of X-ray collection, and gamma ray photons may also enter the X-ray photon collection data as noise, but the amount can be ignored, so parallel collection can be performed in this way. It is. In the case of the radiant energy discriminators TH1, TH2,... Shown in FIG. 6, the energy spectra of the X-rays and the gamma rays are separated. For example, the lower discriminators TH1, TH2, TH3, TH4. Thus, discrimination of X-ray energy can be performed for each pixel, and discrimination of gamma-ray energy can be performed for each pixel by the upper discriminators TH4, TH5, TH6. The number and value of the discriminators TH1, TH2,..., That is, the energy window width is arbitrary.
このようにして、図5の収集シーケンスのように、X線は間欠照射されて検出器13で検出され、ガンマ線は常時物体から放出され検出器13で検出され、ほぼ数え落しによる計数特性の劣化がなく、かつX線撮像時はほぼX線透過画像とみなせ、ガンマ線のみの撮像時はガンマ線の放射画像とみなせ、X線とガンマ線とをディスクリミネータで分離し収集できる。
In this way, as in the collection sequence of FIG. 5, X-rays are intermittently irradiated and detected by the
また、検出器13とX線管12が物体に対向して設置され、回転データ収集機構、すなわち支持体11、検出系駆動系17、コンピュータ22)によりX線CTとSPECTの同時断層撮影が可能になる。この場合、X線CT画像とSPECT画像とを画像の拡大や縮小、位置あわせなどの処理を行うことなしに重ね合わせ表示することができる。
In addition, the
また、当該のSPECT画像の対象が、モノクロナール抗体をイメージング用ガンマ線放出核種で標識し、その集積量と部位をSPECT画像から定量的に把握し、同一抗体を治療用放射線放出核種で標識したアイソトープ内用療法において、その治療計画並びに治療効果判定を当該SPECT画像およびX線CT画像から行うことも可能になる。 In addition, the target of the SPECT image is an isotope in which a monoclonal antibody is labeled with a gamma-ray emitting nuclide for imaging, its accumulation amount and site are quantitatively grasped from the SPECT image, and the same antibody is labeled with a therapeutic radiation-emitting nuclide. In internal therapy, the treatment plan and treatment effect determination can be performed from the SPECT image and the X-ray CT image.
また、本実施形態では、エネルギーディスクリミネータをSPECT収集における使用核種のエネルギーウィンドウ設定と同様に設定し、別途、X線データ収集において設定されたエネルギーウィンドウ情報から得られたX線CTの画像から、当該核種のエネルギーの線減衰係数を算出し、SPECT画像の定量化を行うことができる。 In this embodiment, the energy discriminator is set in the same manner as the energy window setting of the nuclide used in SPECT acquisition, and separately from the X-ray CT image obtained from the energy window information set in X-ray data acquisition. The linear attenuation coefficient of the energy of the nuclide can be calculated, and the SPECT image can be quantified.
なお、前述した検出器に使用するX線やガンマ線などの放射線を検出する検出素子として、CdTe, CdZnTe, TlBr, HgI2などの直接変換型の半導体検出素子を用いることができる。勿論、このような直接変換型のものに代えて、CsIなどのシンチレータと光電変換素子を組み合わせた放射線検出器を用いてもよい。さらには、シンチレータと光電変換素子の間にFOS(ファイバーオプティックプレート)を介在させることで集光効率のアップや散乱光を防止を図ることもできる。 A direct conversion type semiconductor detection element such as CdTe, CdZnTe, TlBr, or HgI 2 can be used as a detection element for detecting radiation such as X-rays or gamma rays used in the above-described detector. Of course, instead of such a direct conversion type, a radiation detector combining a scintillator such as CsI and a photoelectric conversion element may be used. Furthermore, it is possible to increase the light collection efficiency and prevent scattered light by interposing an FOS (fiber optic plate) between the scintillator and the photoelectric conversion element.
また、放射線検出素子は、柱状に加工されたZnO、GOSなどのシンチレータであり、かつこの柱状シンチレータを光学的に分離し二次元状に配置したものに光電変換素子を組み合わせたものであってもよい。光電変換素子としては、CMOSまたはCCDなどの2次元素子を用いることができる。さらに、光電変換素子は、フォトダイオードから構成された2次元素子であってもよい。 In addition, the radiation detection element is a scintillator such as ZnO or GOS processed into a columnar shape, and the columnar scintillator is optically separated and arranged in a two-dimensional shape and a photoelectric conversion element combined. Good. As the photoelectric conversion element, a two-dimensional element such as a CMOS or a CCD can be used. Further, the photoelectric conversion element may be a two-dimensional element composed of a photodiode.
さらに、本実施形態に係るX線・ガンマ線撮像装置によれば、X線管12と検出器13の位置を固定し、撮像物体のみを相対的にその体軸方向に動かすことによって得られたX線画像、あるいはX線の照射を行わずに検出器13の位置を固定して撮像物体のみを相対的にその体軸方向に動かすことによって得られるガンマ線のプラナー画像を用いた診断も可能である。さらには、X線の照射を行わずに、検出器13の位置を固定し、かつ、撮像物体を動かさないで固定した状態で撮影する静止画像を取得することもできる。これらの種々の撮像法は、コンピュータ22が予め有する撮影シーケンスの元で実行される。この診断の場合、X線画像およびガンマ線のプラナー画像を同時に撮影し、拡大・縮小や位置あわせの処理を行わずに、これらの2種類の画像を重ね合わせて診断することもできる。また、この重ね合わせ診断に代えて、X線画像あるいはガンマ線のプラナー画像ならびに本X線・ガンマ線撮像装置によって得られたX線CT画像あるいはSPECT画像を組み合わせた診断も可能である。
Furthermore, according to the X-ray / gamma-ray imaging apparatus according to the present embodiment, the X-ray obtained by fixing the positions of the
さらに本実施形態によれば、ガンマ線のデータを収集する際に、複数のエネルギーウィンドウを指定し、このデータからSPECT画像における散乱線補正を行なうことができる。 Furthermore, according to the present embodiment, when collecting gamma ray data, a plurality of energy windows can be designated, and the scattered ray correction in the SPECT image can be performed from this data.
また、X線およびガンマ線の光子を収集する際に、これらを同時に収集し、かつX線の照射時以外に当該のウィンドウを用いて、SPECT画像の散乱補正のためのデータ収集を例えばTEW法:Triple Energy Window法)で行うこともできる。 Further, when collecting photons of X-rays and gamma rays, these are collected at the same time, and data collection for scattering correction of a SPECT image is performed using, for example, the TEW method other than at the time of X-ray irradiation: Triple Energy Window method).
さらに、設定したエネルギーウィンドウ内のX線およびガンマ線の光子数を計測する代わりに、光子エネルギーの積分値を計測して、このデータを活用することもできる。 Further, instead of measuring the number of photons of X-rays and gamma rays within the set energy window, it is also possible to use this data by measuring the integrated value of photon energy.
さらには、X線のデータを収集する際に複数のエネルギーウィンドウを設け、これらのデータからX線画像におけるビームハードニングの影響、低コントラスト部のコントラスト強調、石灰化の強調やその程度を表す指標の算出に活用することもできる。 Furthermore, when collecting X-ray data, multiple energy windows are provided, and these data are used to indicate the effects of beam hardening on X-ray images, contrast enhancement in low-contrast areas, enhancement of calcification, and the extent of the index. It can also be used to calculate
以上を要約すると、以下のようになる。本発明では検出器系を一新し、放射線検出器を、ピクセル構造を有する微細画素(50μm×50μm〜1000μm×1000μm)で構成し、画素毎にプリアンプと2本以上のディスクリミネータを実装し、各画素が独立にエネルギー情報とカウント値を出力できると共に、各画素の計数率特性で1M〜2Gcps/mm2を実現する。このことによって、光子計数形でありながら医療用X線計測にも十分に耐えられる計数率特性を持ち、X線とガンマ線のどちらも対応できる検出器を実現する。同時にX線の発生位置を焦点とするコーンビーム状のコリメータを検出器の前面に配置することで、映像化の対象となる物体から発生する散乱線を除去し、さらにこのコリメータがガンマ線計測時には体内からのガンマ線の画像化に必要なガンマ線にげ限定する働きを併せ持つものとする。コリメータの孔の大きさ、長さ、隔壁厚などは、画像化したいガンマ線の検出感度並びに分解能、さらには、X線の散乱線除去の効果などを鑑みてさまざまに用意される。 The above is summarized as follows. In the present invention, the detector system is renewed, and the radiation detector is composed of fine pixels (50 μm × 50 μm to 1000 μm × 1000 μm) having a pixel structure, and a preamplifier and two or more discriminators are mounted for each pixel. Each pixel can output energy information and a count value independently, and realize 1 M to 2 Gcps / mm 2 in the count rate characteristic of each pixel. This realizes a detector that is capable of handling both X-rays and gamma rays with a counting rate characteristic that can withstand medical X-ray measurement despite being a photon counting type. At the same time, a cone-beam collimator focusing on the X-ray generation position is placed in front of the detector to remove scattered rays generated from the object to be imaged. It also has the function of limiting to the gamma rays necessary for imaging of gamma rays from. The size, length, partition wall thickness, and the like of the collimator hole are variously prepared in consideration of the detection sensitivity and resolution of gamma rays to be imaged and the effect of removing scattered X-rays.
例えば医療用途では、このような検出器を用いてX線CTとSPECTにおける同一断面に対するデータ収集を同時に、あるいは時分割で行うことが可能となり、患者の移動がないので2種の再構成画像の重ね合わせにおける位置合わせが不要となる。この際、X線エネルギーとSPECTの核種のエネルギーが類似する場合は、時分割でX線を照射し、X線を照射していない時にSPECTデータ収集を、X線を照射している時には光子の量が支配的なX線のデータ収集を行うことになる。これは、投与される放射性医薬品の放射能が決まっており、その放射能から発せられる光子の数は、通常のX線撮影の光子の数の1/10000程度であるため、同時収集を行ってもガンマ線の影響は無視できるからである。もしも、X線エネルギー領域とガンマ線の光電ピークエネルギーが異なれば、収集のためのエネルギーウィンドウを区別することで同時に種類のデータ収集が可能になる。このような場合でも、たとえば、X線収集用のエネルギーウィンドウで、X線照射時以外でガンマ線のデータを収集して、ガンマ線の散乱線補正などに活用することもできる。 For example, in medical applications, it is possible to collect data for the same cross section in X-ray CT and SPECT using such a detector simultaneously or in a time-sharing manner, and there is no movement of the patient. Positioning in superposition becomes unnecessary. At this time, if the X-ray energy and the SPECT nuclide energy are similar, the X-ray is irradiated in a time-sharing manner, SPECT data collection is performed when the X-ray is not irradiated, and the photon of the photon is irradiated when the X-ray is irradiated. The amount of X-ray data will be collected. This is because the radioactivity of the radiopharmaceutical to be administered is determined, and the number of photons emitted from the radioactivity is about 1 / 10,000 of the number of photons in normal X-ray photography. This is because the effect of gamma rays can be ignored. If the photoelectric peak energies of the X-ray energy region and the gamma ray are different, different types of data can be collected simultaneously by distinguishing the energy windows for collection. Even in such a case, for example, gamma ray data can be collected in an energy window for collecting X-rays other than at the time of X-ray irradiation, and can be used for correcting scattered rays of gamma rays.
また、エネルギーディスクリミネータをX線とガンマ線とで類似に設定すればX線CT画像から得られた線減衰計数の値をSPECT画像の補正に利用することができ、かりに、同様に設定できない場合であっても、エネルギーウィンドウを複数設定し、計測されたX線データから媒質の同定を行い、その媒質に対する当該ガンマ線エネルギーの値を参照することで線減衰係数の分布を求めることも可能である。これにより、真のSPECT画像の定量化が実現できることになり、診断や治療の領域においても画期的な効果が予想される。 Also, if the energy discriminator is set to be similar for X-rays and gamma rays, the value of the line attenuation coefficient obtained from the X-ray CT image can be used for correction of the SPECT image. Even so, it is also possible to determine the distribution of the line attenuation coefficient by setting multiple energy windows, identifying the medium from the measured X-ray data, and referring to the value of the gamma ray energy for that medium. . Thereby, quantification of a true SPECT image can be realized, and an epoch-making effect is expected also in the area of diagnosis and treatment.
さらに、このようなX線光子をエネルギー毎に弁別して収集できる特徴を利用して、X線CT画像に発生する、ビームハードニングアーチファクトの低減、軟部組織などの低コントラスト部のコントラスト強調、血管内などの石灰化の度合いを表示するための指標などの算出に用いることも可能である。 Furthermore, by utilizing such features that X-ray photons can be discriminated and collected for each energy, reduction of beam hardening artifacts generated in X-ray CT images, contrast enhancement of low-contrast areas such as soft tissues, intravascular It is also possible to use for calculation of an index for displaying the degree of calcification such as.
また、一般的な光子計数手法によるX線画像は、処理回路系に起因するノイズの混入を抑えられることや、X線強度がカウント値として表現できるという効果により、照射X線の量を数分の一に減らせる効果もあり、患者の被ばく線量も抑えることも期待できる。また画素が微細であることで、高い空間分解能を実現できることも特徴である。 In addition, X-ray images obtained by a general photon counting method can reduce the amount of irradiated X-rays by several minutes due to the effect of suppressing noise contamination caused by the processing circuit system and the ability to express the X-ray intensity as a count value. It is also possible to reduce the radiation dose to patients. Another feature is that high spatial resolution can be realized by the fine pixels.
このような特徴は、放射線源とモノクロナール抗体を組み合わせたアイソトープ内用療法の適用において今までにない特徴を発揮し、治療部位を高分解能画像として映像化しながら、投与線量も定量的に把握できることから、正確な治療計画からフォローアップまでを実現することができる。このように、診断画像として機能・形態情報の同時映像化を可能とするのみならず、治療までも同時に行える装置は存在しておらず、新たなアイソトープ内用製剤の開発を促すことにもつながると考えられる。 Such features demonstrate unprecedented features in the application of isotope therapy that combines a radiation source and a monoclonal antibody, and allows the dose to be quantitatively grasped while the treatment site is visualized as a high-resolution image. From accurate treatment planning to follow-up. In this way, there is no device that can simultaneously visualize function / morphological information as a diagnostic image, and there is no device that can perform treatment at the same time, which leads to the development of a new isotope preparation. it is conceivable that.
このX線・ガンマ線撮像装置は医学面で活用できるのは当然のこととして、この検出器は工業応用、リバースエンジニアリングの領域でも利用価値がある。その一例は、X線をエネルギー毎に弁別して収集できる能力をもつ検出器をつかった、非破壊定量分析装置としての位置付けである。さまざまなエネルギー領域の線減衰係数を、この検出器はCT画像として表現でき、これらの値から媒質を構成している元素や化合物を特定することができる。この点に関しても、今まで全く存在していなかった計測器の一種としてこの検出器を利用した装置を位置づけることもできる。 As a matter of course, this X-ray / gamma-ray imaging apparatus can be used in medical fields, and this detector is also useful in the fields of industrial application and reverse engineering. One example of this is positioning as a non-destructive quantitative analyzer using a detector capable of discriminating and collecting X-rays by energy. The detector can express the linear attenuation coefficients of various energy regions as a CT image, and the elements and compounds constituting the medium can be specified from these values. Also in this regard, a device using this detector can be positioned as a kind of measuring instrument that has never existed until now.
以上のように、本発明に係るX線・ガンマ線撮像装置は、医療分野のみならず産業用においても、X線及びガンマ線をそれぞれ用いた単独の撮像装置の不都合を解消し、極めて有用な機器とである。 As described above, the X-ray / gamma ray imaging apparatus according to the present invention eliminates the disadvantages of a single imaging apparatus using X-rays and gamma rays, not only in the medical field but also in industrial use, and is extremely useful equipment. It is.
1 ガントリ
2 寝台
12 X線管(放射線源)
13 検出器(放射線検出器)
14 コリメータ
15 高電圧発生器
16 架台駆動器
17 検出系駆動器
18 データ収集器
21 X線制御器
22 コンピュータ
23 コンソール
P 被検体
1 Gantry 2
13 Detector (Radiation detector)
14
Claims (6)
前記X線と前記ガンマ線は同時に入射し、ほぼ数え落としによる計数特性劣化がなく、かつ当該X線と当該ガンマ線をディスクリミネータで分離し収集するようにしたことを特徴とするX線・ガンマ線撮像装置。 The X-ray / gamma ray imaging apparatus according to claim 1,
X-ray / gamma-ray imaging characterized in that the X-ray and the gamma-ray are incident at the same time, there is almost no degradation in counting characteristics due to counting down, and the X-ray and the gamma ray are separated and collected by a discriminator. apparatus.
前記X線は間欠照射して前記検出器で検出され、前記ガンマ線は常時被検体から放出され前記検出器で検出され、ほぼ数え落しによる計数特性の劣化がなく、かつX線撮像時はほぼX線透過画像とみなせ、ガンマ線のみの撮像時はガンマ線の放射画像とみなせ、X線とガンマ線とをディスクリミネータで分離し収集するようにしたことを特徴とするX線・ガンマ線撮像装置。 The X-ray / gamma ray imaging apparatus according to claim 1,
The X-rays are intermittently irradiated and detected by the detector, and the gamma rays are always emitted from the subject and detected by the detector, and there is almost no deterioration of the counting characteristics due to counting off, and at the time of X-ray imaging, there is almost X An X-ray / gamma ray imaging apparatus characterized in that it can be regarded as a ray transmission image and can be regarded as a gamma ray radiation image when only gamma rays are imaged, and X-rays and gamma rays are separated and collected by a discriminator.
前記検出器と前記X線管が被検体に対向して設置され、回転データ収集機構によりX線CTとSPECTの同時断層撮影を行うようにしたことを特徴とするX線・ガンマ線撮像装置。 The X-ray / gamma ray imaging apparatus according to any one of claims 1 to 3,
An X-ray / gamma-ray imaging apparatus, wherein the detector and the X-ray tube are placed opposite to a subject, and simultaneous tomography of X-ray CT and SPECT is performed by a rotation data acquisition mechanism.
前記X線管と前記検出器の位置を固定し、前記被検体のみをその体軸方向に動かすことによって得られたX線画像、あるいはX線の照射を行わずに前記検出器の位置を固定して前記被検体のみをその体軸方向に動かすことによって得られるガンマ線のプラナー画像を得るようにしたことを特徴とするX線・ガンマ線撮像装置。 The X-ray / gamma ray imaging apparatus according to claim 3,
The position of the X-ray tube and the detector is fixed, and the X-ray image obtained by moving only the subject in the body axis direction, or the position of the detector is fixed without performing X-ray irradiation. An X-ray / gamma ray imaging apparatus characterized in that a gamma ray planar image obtained by moving only the subject in the body axis direction is obtained.
前記X線の照射を行わずに前記検出器の位置を固定して前記被検体を動かさない得られるガンマ線のプラナー画像を得るようにしたことを特徴とするX線・ガンマ線撮像装置。
The X-ray / gamma ray imaging apparatus according to claim 3,
An X-ray / gamma-ray imaging apparatus characterized in that a gamma-ray planar image obtained without fixing the position of the detector without moving the X-ray and without moving the subject is obtained.
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