JP2541925B2 - 放射線像検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は生物試料内に含まれる放射性同位元素の２次
元的な拡がりおよび密度を測定する放射線像検出装置に
関する。

〔従来の技術〕

生物試料内の放射性同位元素の存在を定量する方法と
して多くの提案がされ、実施されている。

例えば、生体組織等を切断して作成した生物試料切片
中の放射性同位元素を定量し、その分布を計測するため
に、試料表面に液状のシンチレータを塗布し、その上に
感光フィルムを配置し、試料からの放射線により発生さ
せられるシンチレーション光により感光フィルムにシン
チレーション光の二次元分布を記録する方法がある。ま
た、試料からの放射線のエネルギーに直接感応するファ
ルムを試料に密着させ、放射線の二次元分布を記録する
方法もある。さらに、試料上にガスを流し、放射線エネ
ルギーによりガスが電離されてイオン化した状態を記録
する方法（ガスチャンバー法）もある。

前述した何れの方法も、検出感度が小さいために測定
に長い時間を要する。特に、シンチレーション光または
放射線に感度をもつ感光乳剤を使用するときは、「露光
途中でモニタできない」という問題がある。例えば、オ
ートラジオグラフィにより薬理学上の知見を得るのに、
一般にフィルムを数週間から数ヶ月露光させる必要があ
るようなとき、途中で露光状態を知ることができないと
いう不都合がある。

そして、感光したフィルムの黒化度から放射線量を正
しく定量するためには、精密な現像の過程と、現像した
フィルムの透過率をミクロホトメータ等で慎重に測定す
る必要がある。

〔発明を解決しようとする課題〕

このように、従来の方法では、検出すべき放射線の線
量が極めて少ないにも拘らず、感光フィルム等による検
出感度が低いため、測定に長い時間を要することになっ
ていた。このため、生物試料から薬学上の知見を得るの
が難しいという解決すべき課題があった。

ところで、マイクロチャンネルプレートを内蔵した光
学像増強管として、例えばイメージインテンシファイヤ
管と呼ばれるものが知られており、これにシンチレータ
のような放射線を例えば可視光に変換する部材を組み合
わせれば、感光フィルムを用いることなく、放射線の二
次元分布を測定することが可能である。そして、このよ
うな従来技術として、例えば特開昭57−137870号公報や
特開昭58−189574号公報が知られている。

特開昭57−137870号公報では、高速増殖炉などの核関
連施設におけるプルトニウムやポロニウムの二次元分布
を、像増強管により測定する技術が示されている。特開
昭58−189574号公報では、Ｘ線の透過光像を、同様の像
増強管により測定する技術が示されている。

しかし、これらの従来技術を生物試料の測定に応用し
ても、その生体試料中の放射性同位元素を定量化するの
は困難である。なぜなら、これら従来技術は、放射線の
入射位置と入射量に応じて１枚の感光フィルムに潜像を
形成する「写真の原理」を、そのまま像増強管という電
子管デバイスで実現しただけのものであって、この原理
に従う限りは、ある程度の強度の放射線の二次元分布は
測定できるとしても、生物試料の放射性同位元素を定量
することにより、例えば薬理学上の知見を得る目的には
全く適用できない。

そこで、本発明は、これら従来の方法とは全く異なる
方法により、極めて微弱な放射線しか放出されない生物
試料内の放射性同位元素の定量化を可能にする放射線像
検出装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明による放射線像
変換装置は、¹⁴Cなどの放射性同位元素を含む生体組織
の切片などの生物試料の表面に接して配置された板状の
シンチレータと、ここからのシンチレーション光を光電
面で光電変換し、チャンネルの傾きをそれぞれ異なるよ
うにして組み合せた２枚のマイクロチャンネルプレート
で増倍して蛍光面に前記シンチレータに入射した１放射
線量子単位対応の像を形成する像増強装置と、シンチレ
ータの発光を像増強装置の光電面に二次元的な位置を対
応させて接続する光学手段（例えば結像レンズ系や光フ
ァイバプレート）と、像増強装置の蛍光面の像を撮像す
るテレビジョン撮像装置と、これによる撮像ごとに得ら
れた蛍光像の発生位置を示すビデオ信号を処理してフレ
ームメモリに記憶し、発生位置ごとの頻度を記憶する画
像処理装置と、これによる処理結果を出力するモニタあ
るいは記録媒体などの出力装置から構成されている。

〔作用〕

本発明によれば、シンチレータは板状であって生物試
料に接して配置されるので、生物試料中の放射性同位元
素からの放射線（例えば¹⁴Cからのβ線）の発生位置に
対応し、上記の板状シンチレータからシンチレーション
光が発生される。そして、このシンチレーション光は像
増強装置の光電面に入射されるが、この光電面とシンチ
レータの間には二次元的な位置を対応させて結像するレ
ンズ、光ファイバプレート等の光学手段が設けられてい
るので、生物試料からシンチレータに放射線が入射した
ことにより１放射線（例えば１単位のβ線）量子単位対
応のシンチレーション光（シンチレータでの発光）は、
対応する光電面上の一点に結像される。

つまり、生物試料上の例えば３点から放射線がシンチ
レータに入射すれば、３点でシンチレーション発光が生
じ、光電面上の３点に集光される。このため、光電面の
３点から光電子が放出されてマイクロチャンネルプレー
トで増倍され、増倍された電子は螢光面に入射され、３
点で発光する。つまり、板状のシンチレータへの放射線
入射位置に対応して、螢光面が発光する（例えば、３点
で放射線が入射すれば３点で発光する）。

ここにおいて、本発明において特徴的なことは、板状
のシンチレータの発光パターン（二次元平面上のパター
ン）が像増強管の光電面に二次元平面上のパターンとし
て結像されるよう、結像レンズあるいは光ファイバプレ
ートなどの光学手段が設けられていることがある。この
ため、板状シンチレータの例えばＡ点、Ｂ点、Ｃ点の３
点で放射線入射があるときは、このシンチレータからの
光は光電面上の対応するａ点、ｂ点、ｃ点の３点に入射
することになり、しかも、例えばＡ点では単一量子の放
射線入射によって５個の可視光量子が生成しても、これ
ら５個の可視光量子は単一の点ａにおいて光電面に入射
する。また、Ｂ点で単一量子の放射線入射により２個の
可視光量子が生成しても、同様に一点ｂに入射する。

このように、本発明の構成によれば、単一量子の放射
線入射によるシンチレータの一点でのシンチレーション
発光は、その一点で生成したシンチレーション光量子の
個数に拘らず光電面の一点に入射されるので、像増強管
におけるマイクロチャンネルプレートの構造と相まっ
て、特徴点な放射線像検出が可能になる。

すなわち、本発明に用いられる像増強管では、チャン
ネルの傾きをそれぞれ異なるようにして組み合せた２枚
のマイクロチャンネルプレートの組が用いられている
が、これによれば10⁶程度の電子増倍（１個の光電子が
入力されると10⁶個の電子が出力される）が可能にな
り、いわゆる「飽和」を起こす。つまり、光電面からあ
るチャンネルに入射される光電子が１個、２個あるいは
５個と異なっても、そのチャンネルから出力される増倍
電子の数はほぼ同等となる。さらに、チャンネルの入口
と出口の間の中間部分で熱電子が放出されて出口に至ま
での間に増倍されても、このノイズ成分（熱電子に起因
する増倍電子）のレベルは「飽和」する程度にはなら
ず、信号成分すなわち光電子に起因する増倍電子（「飽
和」する程度のレベルの信号）との区別は容易である。

このため、螢光面の像が例えば３点での輝き（光点）
を含むものであるときには、３点の発光レベルは各点の
光電子の数に拘りなく同等となり、これらを計数するこ
とが可能になる。つまり、本発明では、この螢光面の像
をテレビジョン撮像装置で撮像し、この「撮像ごとに得
られた螢光像の発生位置を示すビデオ信号を処理してフ
レームメモリに記憶し、発生位置ごとの頻度を記憶」し
ているので、１放射線単位対応の像が蓄積され、放射線
像が形成されることになる。

したがって、生物試料に含まれる放射性同位元素から
の放射線が極めて微弱であっても、この二次元的な拡が
りおよび密度を、単一量子の放射線によってシンチレー
ション光が何量子放出されたかという事に関係なく、正
確に定量することができる。

〔実施例〕

以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明す
る。

第１図は本発明による放射線像検出装置の実施例を示
すブロック図である。

本発明による装置は、放射性同位元素を含む物質（生
物試料）の表面からの一つの放射線粒子（単一量子の放
射線）に原因する極めて微弱なシンチレーション光（板
状シンチレータからの発光）の集積により形成される像
（螢光像）を記録することにより、物質（生体試料）内
の放射性同位元素の二次元的分布を定量するものであ
る。

以下、試料２として放射性同位元素¹⁴Cを含んだ実験
動物の生体組織（20cm×20cm×数10μｍのラットの組
織）を用いる例について説明する。

図１に示すように、試料台１の上に載置された試料２
の上に接して板状のプラスチックシンチレータ３を配置
する。試料２に含まれる放射性同位元素¹⁴Cが発生する
β線量子１個につき、１個あるいは複数個の可視（ある
いは紫外）光量子がシンチレータ３内において発生させ
られる。ここで、シンチレータ３は板状であるため、シ
ンチレーション発光は二次元の平面上において生じる。
このシンチレーション光像は光学レンズ４により像増強
装置５の光電変換面に結像させられる。つまり、シンチ
レータ３におけるシンチレーション発光の二次元的分布
は、この光電変換面に投影される。

第２図に像増強装置５と撮像管６を取り出して示して
ある。

像増強装置５の真空容器50の入射窓50aの内面には、
上記の光電変換面すなわち光電面51、出射窓50bの内面
には電子の入射により螢光を生じる螢光面55が配置され
ている。

真空容器内には、光電面51に近接して光電子を加速す
るメッシュ52、続いて光電子を集束する電子レンズ電極
53、光電子を入射して二次電子増倍するマイクロチャン
ネルプレート54が、この順に配置されている。マイクロ
チャンネルプレート54は無数の連続ダイノードをもつ２
次元電子像増倍装置である。特に、この発明では２次電
子増倍の感度を大きくするために、管の軸に対してそれ
ぞれ異なる傾きをもつチャンネルをもつマイクロチャン
ネルプレートを２枚組にして用いている。このようにし
たマイクロチャンネルプレート２枚で、いわゆる「飽
和」を生じさせる10⁶程度の電子増倍が可能である。つ
まり、チャネルの内部抵抗に起因して、電子がもはや増
倍されなくなるに至る（飽和する）までの二次電子増倍
ができる。

この像増強管５の各部電極には像増強装置の電源８か
ら動作電圧が供給されており、光電面51から放出された
光電子はメッシュ電極52の発生する加速電界により加速
され、電子レンズ電極53により集束されることにより、
発生位置に対応する関係を保ってマイクロチャンネルプ
レート54の入射面に入射させられる。そして、異なる傾
きのチャンネルをもつ２枚組みのマイクロチャンネルプ
レート54で飽和領域まで増倍された電子群は、この像増
強管５で最も高い電位が与えられている螢光面55に入射
させられて、その位置で螢光を発生する。この螢光の光
量は、各発光位置においてほぼ同等であり、かつ発光位
置は板状シンチレータ３の発光位置と対応している。

この螢光面55の発光はレンズ60を介して撮像管６によ
り撮像されている。本実施例では、撮像管６として低残
像性ビジコンを使用している。残像があると、定量化の
妨げとなるからである。撮像管６は受光面板の内面のタ
ーゲットに電子ビームを偏向走査する電子銃を有し、走
査および動作電源供給回路７から動作電圧と偏向電流が
供給されている。なお、ここにおける走査は標準テレビ
ジョン走査で行う。

撮像管６から出力されるビデオ信号、すなわち撮像管
６による撮像ごとに得られた螢光像の発生位置を示すビ
デオ信号は画像処理装置９に入力される。この画像処理
装置９には、標準テレビジョン走査に従う螢光像の撮像
ごとに得られたビデオ信号をA/D変換するA/Dコンバー
タ、ディジタル化された信号に２値化等の画像処理をす
るCPU、処理結果を格納する画素対応のフレームメモリ9
1が設けられている。

第４図は、像増強装置５の出力面50aに現れる螢光面
の映像（第４図（Ｉ））と、画像処理装置９のフレーム
メモリ91（第４図（II））との対応を示す説明図であ
る。第４図（Ｉ）において平行の左右方向の線はテレビ
ジョンの水平走査線を対応させたものであり、３点にお
いて同等の光量の螢光が生じており、３点において板状
シンチレータ３にβ線が入射されたことがわかる。ま
た、同図（II）は同図（Ｉ）の１点の螢光について、画
素対応のフレームメモリ91中の領域を黒塗りで示す。

第４図に現れている同心円状に光強度が変る像は、１
個のβ線粒子に原因する１個または複数のシンチレーシ
ョン光量子が光電面に入射することで発生させられた１
個または複数個の光電子が、２枚組みのマイクロチャン
ネルプレート54により、その各チャンネルで飽和レベル
まで増倍された結果の像である。そして、第４図（Ｉ）
には、β線粒子３個が、３点においてほぼ同時に発生し
たときの像が示されている。

フレームメモリ91の内容はテレビジョンモニタ13に常
に表示され、したがって、使用者は常に撮影開始から蓄
積した螢光像（蓄積光像）を観測することができる。つ
まり、フレームメモリ91には、撮像管６の標準テレビジ
ョン走査に従う撮像ごとに得られた螢光像の発生位置を
示すビデオ信号が所定の処理をされ、第４図（II）のよ
うに画素対応の領域（メモリ領域）に記憶されるが、さ
らにこの螢光像の発生位置ごとに頻度も記憶される。し
たがって、螢光像の発生が標準テレビジョン走査に従う
撮像の繰り返しに従って何度も繰り返される位置では、
繰り返される数だけ記憶される頻度が高くなる。このた
め、放射線の発生頻度の高い位置ほど、テレビジョンモ
ニタ13には明るく表示されることになる。また測定終了
時に、フレームメモリ91に記憶された螢光の発生位置ご
との頻度を示す内容を画像記録装置12に記録することが
できる。

この全体のシステムの起動停止等の指令はオペレータ
により操作卓11から入力され、制御信号発生回路10から
前述の各部に制御信号が伝達される。

以上詳しく説明したように、本発明については、本発
明の範囲内で種々の変形を施すことができる。

板状のシンチレータ３のシンチレーション光像を像増
強装置５の光電面51に反映させる光学系は、第３図に示
すファイバプレート41を用いるようにすることもでき
る。ファイバプレートは一方の面の像を他方の面に転送
する光学部品であり、実施例の光学レンズと同等の役割
を果たす。

上記実施例については、単一放射線量子の出力パター
ンの累積による画像形成の例について詳細に説明した。
この出力パターンの重心を算出して画質の向上を計る演
算などを施すことができる。あらかじめ、RI量と光電子
数との関係を調べておけば、感心領域中の光電子数を求
めることにより、RI量を定量できる。また前記装置によ
り、試料を通常の照明光で照明し、あらかじめその構造
を記憶しておいて、その後に同一カメラで前述した計測
を行い、放射線像を重ね合わせて検討することができ
る。

〔発明の効果〕

以上詳しく説明したように、本発明によれば、たとえ
放射線量子１個あたりのシンチレーション光量子の数が
異なっても、またシンチレーション光量子１個あたりの
光電面からの光電子の放出数が異なっても、放射線量子
１個１個に対応する螢光像はビデオ信号の中に良好の信
号対雑音比でもって取り出すことができる。そして、こ
れをテレビジョン撮像装置の標準テレビジョン走査に従
う撮像ごとに、画素単位でフレームメモリに記憶して頻
度として加算することにより、像検出結果のダイナミッ
クレンジを極めて大きくすることができ、精度の高い定
量化が可能となる。

本発明による像増強装置は前述したように、極めて高
い感度を持つものであるから、前述したいずれの測定方
法よりも、短い時間で微弱な放射線像の検出をすること
ができる。

本発明による装置は、撮像部分と出力部を全く別に構
成してあるから、操作やモニタを別の部屋で行うことが
できる。また、前述したように検出状態をリアルタイム
でモニタすることができるので、像検出の失敗等は未然
に防止できる。従来は、多くの場合フィルム現像を終了
するまではどのように検出が進行しているかを知ること
ができなかったが、本発明によれば、このような不具合
を克服して薬理学上の知見等を得るのに適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による放射線検出装置の実施例を示すブ
ロック図である。 第２図は前記装置の像増強装置と撮像装置を取り出して
示した図であって、像増強装置を管軸を含む平面で破断
して示してある。 第３図は光学装置のさらに他の実施例を示す略図であ
る。 第４図は像増強管の出力面と、画像記憶装置の内容に対
比して示した略図である。 １……試料台、２……試料、３……シンチレータ、４…
…レンズ、５……像増強装置、６……撮像管、７……走
査制御装置、８……像増強装置の電源、９……画像処理
装置、10……制御装置、11……操作卓、12……画像記憶
装置、13……モニタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大須賀 慎二 浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホトニ クス株式会社内 (72)発明者 松本 亮 静岡市小鹿２−２―１ 静岡薬科大学生 化学教室内 (72)発明者 岡田 昌二 静岡市小鹿２−２―１ 静岡薬科大学生 化学教室内 (72)発明者 三輪 匡男 静岡市小鹿２−２―１ 静岡薬科大学生 化学教室内 (72)発明者 手塚 雅勝 静岡市小鹿２−２―１ 静岡薬科大学生 化学教室内

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放射性同位元素を含む生物試料の表面に接
   して配置される板状のシンチレータと、 前記シンチレータからのシンチレーション光を光電面で
   光電変換し、チャンネルの傾きをそれぞれ異なるように
   して組み合せた２枚のマイクロチャンネルプレートで増
   倍して蛍光面に前記シンチレータに入射した１放射線量
   子単位対応の像を形成する像増強装置と、 前記シンチレータの発光を前記像増強装置の光電面に二
   次元的な位置を対応させて接続する光学手段と、 前記像増強装置の蛍光面の像を撮像するテレビジョン撮
   像装置と、 前記テレビジョン撮像装置による撮像ごとに得られた蛍
   光像の発生位置を示すビデオ信号を処理してフレームメ
   モリに記憶し、さらに前記螢光像の発生位置ごとの頻度
   を記憶する画像処理装置と、 前記画像処理装置の処理結果を出力する出力装置とを備
   える放射線像検出装置。
2. 【請求項２】前記シンチレータは放射性同位元素¹⁴Cが
   発生するβ線により発光する特許請求の範囲第１項記載
   の放射線像検出装置。
3. 【請求項３】前記光学手段は前記シンチレータの表面を
   前記像増強装置の光電面に結像させるレンズ系である特
   許請求の範囲第１項記載の放射線像検出装置。
4. 【請求項４】前記光学手段は前記シンチレータの表面と
   前記像増強装置の光電面間に配置されたファイバプレー
   トである特許請求の範囲第１項記載の放射線像検出装
   置。
5. 【請求項５】前記出力装置は、前記フレームメモリの内
   容を常時表示するモニタと検出終了時に前記フレームメ
   モリの内容を記録する記録媒体を有する特許請求の範囲
   第１項記載の放射線像検出装置。