JP2838213B2 - ポジトロンct装置 - Google Patents

ポジトロンct装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はポジトロンCT装置の計測データの収集とデー
タ処理の手段に係り、とくに計測データに雑音波分とし
て含まれる散乱ガンマ線の寄与を除き定量性の高い医学
的診断を可能にするポジトロンCT装置に関する。
〔従来の技術〕
ポジトロンCT装置は、被検者に投与したポジトロン
(陽電子)放出核種の体内分布を断層画像として描出す
る装置であり、生体の代謝機能に関する情報を定量的に
得ることができると期待されている。しかし、ポジトロ
ンCT装置でこの定量化を実現するためには、装置の検出
系内の放射線の挙動によつて生ずる計測データの雑音成
分を低く抑えることが必要である。この計測データの雑
音成分の一つとして散乱ガンマ線の混入がある。
この散乱ガンマ線の寄与を計測データから除去する方
法の一つが文献に記載されている(M.Bergstrm,et a
l.:A Procedure for Calibrating and Correcting Data
to Achieve Accurate Quantitative Values in Positr
om Emission Tomography:IEEE Trans.NS,Vol.NS−29,N
o.1,pp.555−557,1982)。ここに示されている方法で
は、散乱ガンマ線に関するデータを被検体を模擬するフ
アントムによつて得ている。しかし、実際の散乱ガンマ
線の挙動は、被検体の形状,大きさ,ポジトロン放出核
種の分布によつて変化するので散乱ガンマ線量を検査の
実行時に計測データの一部として収集できることが望ま
しい。
この要求に応える一つの方法が特開昭61−264280号で
提案されている。この提案では、検出器の出力信号の波
高値が検出器に入射するガンマ線のエルネギーに関する
情報をもつことを利用し、通常の計測データのほかに散
乱ガンマ線量の推定を可能にする計測データを収集し、
その結果に基づいて計測データに含まれる非散乱ガンマ
線成分と散乱ガンマ線成分とを分離し、散乱ガンマ線の
寄与を除去する。
第3図はポジトロンCT装置の計測データ収集系の一部
を示す。検出器11…12,13…14はそれぞれ一つの検出器
グループに属する。検出器出力信号の前処理回路2′は
検出器出力信号を増幅し、同時計数のためのタイミング
信号21と検出器出力信号の波高値を示すアナログ信号22
を出力する。タイミング信号21は検出器アドレスエンコ
ーダ3に入力し、検出器グループのタイミング信号31と
検出器アドレスデータ32とを生成する。一方、アナログ
信号22は入力回路5を経由して波高分析器6に入力し、
AD変換により波高値を示すデイジタル信号61に変換され
る。二つの検出器間で同時計数が検出されたとき1対の
検出器アドレスデータと波高値データとがメモリ8に記
録される。例として、検出器128ケを円環状に配列した
ポジトロンCT装置で、検出器出力信号の波高分析チヤネ
ルを8としたとき、一つの同時計数に対応するメモリの
入力データは第4図に示すように20ビツトで表現され
る。このように一つの同時計数に伴うデータが大きくな
ることは計測系における信号線が多くなり、そのデータ
を一時的に格納するメモリの容量も増大し、実用性とい
う点で好ましくない。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、ポジトロンCT装置の計測データに含
まれる散乱ガンマ線の寄与を除き、ポジトロン放出核種
分布の定量的測定を実現するため、検査の実施時に散乱
ガンマ線の寄与を推定できるデータを収集する実用性の
高い手段を備えたポジトロンCT装置を提供することにあ
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、本発明では以下に説明す
る手段を採用する。
第3図で説明した計測データ収集系では検出器出力信
号の波高分析チヤネルを8としたが、本発明では2と
し、波高分析器6の代りに検出器出力信号の前処理回路
のなかに二つの波高選別器をおき、高い波高選別電圧を
もつ波高選別器の出力信号に対応してメモリの異なる領
域に計測データを収集する。
いま、一つの検出器対を考え、検出器をg,hで表わ
す。検出器に入射するガンマ線を二つに区分し、一次
線,二次線とする。一次線は非散乱ガンマ線,二次線は
散乱ガンマ線である。検出器出力信号の波高選別器i=
1は一次線の観測を目的とし、その光電吸収ピークを含
むように波高選別電圧を設定する。一方、波高選別器i
=2は二次線の観測を目的とし、散乱ガンマ線を計数す
るのに十分な波高選別電圧を設定する。
このようにすると、検出器対g,hに入射するガンマ線
は4つの場合に区別される。そのガンマ線入射数をAjk
と表わす。jは検出器gに入射するガンマ線の次数を表
わし、kは検出器hに入射するガンマ線の次数を表わ
す。
さらに、同時計数データ(計数値)も4つの場合に区
別される。その計数値をNjkと表わす。jは検出器gの
出力信号が波高選別器i=jの出力信号として得られた
ことを表わし、kは検出器hの出力信号が波高選別器i
=kの出力信号として得られたことを表わす。
ここで、検出器g,hについて、k次線が入射したとき
波高選別器i=jの出力信号が得られる確率をgjk,hjk
と表わすと次の関係式が得られる。
散乱線除去補正とは、観測値N11,N12,N21,N22からA11
を求めることであるということができる。gjk,hjkは検
出器の性質として求めることができるので、上記の行列
〔gh〕の逆行列の要素αjkを求め、次の式で計算すれば
よい。
A11=α11N11+α12N12+α13N21+α14N22 検出器の特性は検出器によらず一定と考えられるの
で、gjk=hjkとしてよい。ポジトロンCT装置は通常散乱
ガンマ線の割合を全体の20%以下になるよう設計されて
いる。このことから α12=α1312N12+α13N21≫α14N22 と考えられるので、A11は次式のようになる。
A11=α11N11+α12(N12+N21) A11の相対値だけを問題にする場合には計数N11に対し
次式のような計算をすればよい。ここで、α=−α12/
α11=−α1311>0とおく。
N11−α(N12+N21) …(1) 本発明では、上記の結果に基づき、計数値N11をメモ
リの一つの領域に格納し、計数値(N12+N21)をメモリ
の他の一つの領域に格納するようにする。そしてデータ
収集の終了後に式(1)の計算を行う。この式の計算で
αの値は検出器の特性と波高選別電圧の値から評価して
おくことができる。
〔実施例〕
本発明の一実施例を第1図に示す。また、第1図に記
載されている検出器11等および検出器出力信号の前処理
回路2の詳細を第2図に示す。
第2図に示されている検出器出力信号の前処理回路の
回路構成は、ポジトロンCT装置でしばしば採用されてい
るものであるが、本発明で特に必要とする機能は、波高
選別電圧の異なる二つの波高選別器109,111が設けら
れ、一方の波高選別器の出力信号が次段の回路へ出力さ
れることである。
第2図の前処理回路の動作は以下に説明するとおりで
ある。シンチレータ101に入射したガンマ線はシンチレ
ータとの相互作用によりそのエネルギーの全部または一
部を失い、そのエネルギーは光に変換される。この光が
光電子増倍管102によつて電気信号に変換され増幅され
る。光電子増倍管102の出力信号は増幅器103で増幅さ
れ、一つは波高選別器104に入力して同時計数のための
タイミング信号を発生する。端子105は波高選別電圧を
与える。この電圧は一度設定すればその後変更する必要
はない。増幅器103の出力信号の他の一方は波形整形回
路108に入力し、ここで比較的長い時定数で積分してガ
ンマ線のエネルギー損失に比例する波高値の信号に変換
する。この信号については波高選別器109,111で波高選
別を行う。波高選別器109では端子110から与える電圧を
こえる入力信号があつたとき信号を出力し、ゲート回路
107でタイミング信号を通過させる。波高選別器111では
端子112から与える電圧をこえる入力信号があつたとき
信号「1」を出力し、こえていないときには信号「0」
を出力し、この出力信号は次段の回路へ送られる。波高
選別器111の波高選別電圧は波高選別器109のそれより高
い電圧に設定される。なお、遅延回路106は波高選別器1
04と他の波高選別器109,111の出力信号の時間差を調節
するために設ける。
第5図は第2図の波高選別器109,111の入力信号の波
高分布を示す。この入力信号はシンチレータにおけるガ
ンマ線のエネルギー損失を表す。第5図の(a)は非散
乱ガンマ線の場合、(b)は散乱ガンマ線の場合を示
す。波高選別電圧をV1,V2としたとき(V2<V1)、得ら
れる計数値は、斜線を施した部分に相当するものであ
る。
第1図は本発明に基づく計測系の一部を示している。
この計測系のうち、同時計数回路7,メモリ8の機能を第
3図で説明したものと同一である。前処理回路2は第2
図に示したとおりである。検出器アドレスエンコーダ3
は第3図で説明したものとほぼ同じであるが、前処理回
路2の波高選別器111から出力される1ビツトの波高デ
ータ21′も入力し、これを含めて検出器アドレスエンコ
ーダの出力データ32′として出力するようになつている
点が異なる。例えば、検出器128ケを円環状に配列した
ポジトロンCT装置の場合、検出器アドレスエンコーダの
出力データ32′は第6図に示すようになる。
上記の検出器アドレスエンコーダの出力データ32′は
データ変換回路10に入力し、同時計数回路7から同時計
数信号71が出力されたとき、二つの検出器アドレスエン
コーダの出力データを合体して、一つの同時計数アドレ
スデータ81を生成する。このとき2組の検出器アドレス
エンコーダの出力データ32′に含まれる波高データを第
1表に示すように変換する。出力データのうち、計数フ
ラグはメモリ8へデータを出力するときのストローブ信
号として用い、計数フラグが「1」のとき、データ変換
回路10の出力データ81に対応するメモリ8のアドレスに
あるデータに計数値1を加算する。計数フラグが「0」
のときはこの動作は行わず、この同時計数データは無視
される。データ変換回路10の出力データ81は第7図に示
すようになる。メモリ領域を指定する1ビツトはアドレ
ス・データの最上位に位置し、メモリ8を二つの領域に
分割して考えるときそのいずれの領域であるかを指定す
る。この場合、メモリ領域指定が「1」のときは先に説
明した計数値N11に対応するデータをメモリ領域「1」
に記録し、メモリ領域の指定が「0」のときは計数値
(N12+N21)に対応するデータをメモリ領域「0」に記
録する。
第1表に示したような波高データの変換を実現する回
路の例を第8図に示す。データ変換回路10は第8図の回
路と検出器番号(アドレス)データを結合する回路とか
らなる。
上記したようにして計数値N11,N12+N21の各々に対応
するメモリの領域にそれぞれの同時計数値が記録され
る。データ収集後各々のメモリ領域の計数値に対し、式
(1)に示した計算を行い、散乱ガンマ線の計数を含ま
ない計測データを得ることができる。ポジトロンCT装置
ではこの処理は第1図に示されているデータ処理装置9
で実行する。このようにして散乱ガンマ線の寄与を除い
た同時計数値を得ることができる。これを実行するとき
必要なメモリ容量の通常の2倍になるがこれは大きく経
済性を損うことはない。
〔発明の効果〕
本発明によればポジトロンCT装置で収集される計測デ
ータから散乱ガンマ線の寄与を除くことができる。とく
に、散乱ガンマ線量は被検体とその内部のポジトロン放
出核種により変化する可能性があるが、そのような場合
でも散乱ガンマ線の寄与を推定して除くことができる。
本発明によればこの機能を経済性を損うことなく実現す
ることができ実用的である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明に基づく計測データ収集系の一部を示
す図、第2図は、第1図に記載されている検出器と検出
器出力信号の前処理回路の構成を示す図、第3図は、従
来の計測データ収集系の一部を示す図、第4図は、第3
図に示されている計測データ収集系でメモリの入力デー
タとなる検出器対データの例、第5図は、検出器出力信
号の波高分布を説明する図、第6図は、第1図の検出器
アドレスエンコーダの出力データの例、第7図は、第1
図のデータ変換回路の出力データの例、第8図は、デー
タ変換回路のうち波高データの変換を行う回路の例、第
9図は、その変換の内容である。 2,2′……検出器出力信号の前処理回路、3,3′……検出
器アドレスエンコーダ、7……同時計数回路、8……メ
モリ、9……データ処理装置、10……データ変換回路、
11〜14……検出器。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】検出器などを含む計測データ収集手段と、
    検出器出力信号の波高を選別する手段とを有するポジト
    ロンCT装置において、検出器出力信号の波高を二つに選
    別しその選別結果を波高データとして出力する手段と、
    同時計数が検出された検出器対のアドレスデータと前記
    検出器対に対応する波高データの組合せから計測データ
    を2種類に区分し、各々の計測データを蓄積するメモリ
    の一つの領域を指定する手段と、メモリの二つに分けた
    領域に収集された2種類の計測データに基づいて同時計
    数の計数値から散乱ガンマ線の寄与を除去する手段とを
    具備することを特徴とするポジトロンCT装置。
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