JP3566384B2 - ガンマカメラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、例えばガンマカメラ等の放射線を検出して、その観測量を電気的信号に変換する放射線検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射性同位体によって標識された放射性医薬品が体内に投与されると、その放射性医薬品の性質によって定まる特定の臓器や組織に吸収され集中する性質を利用し、ガンマカメラは体内から放射された放射線（ γ線 ）を一定時間検出して、放射性同位体の分布を撮影することにより、臓器の形状や機能、病巣の有無、代謝機能などの診断に使用されている。
【０００３】
例えば図７に示すように、アンガー型ガンマカメラ１は、被測定物として例えば患者の体内から放射された放射線（ γ線 ）を、鉛材からなるコリメータ２を介して、所定の厚さのシンチレータ３に入射させ、γ線がシンチレータ３内を通過する間にそのエネルギーが光子に変換する。この変換して放射した光子を複数本の光電子増倍管４によって測定し、γ線の位置計算することにより画像を作成するものである。
【０００４】
γ線が体内から放射するときの散乱、減衰や漏洩は、ＴＷ（ トリプルウィンドウ ）法などが提案され、実際に臨床データにも用いられるようになった。しかし、γ線が体内から対外へ放射された後、検出器内部のシンチレータに入射して光子に変換し、この光子が電気信号に変換されるまでのγ線及び変換された光子の散乱、減衰及び漏洩を補正する方法は確立されていない。なお、ここでγ線の散乱及び光子の散乱というのは、図８に示すように、γ線の全エネルギーが全て光子に変換せずにγ線がシンチレータを貫通してしまった状態及び、図９に示すように変換した光子が全て光電子増倍管に入射されない状態を含む。
【０００５】
また、将来ガンマカメラがシンチレータ及び光電子増倍管からなる検出器は、小型（ 薄型 ）・低コスト化が実現でき、エネルギー分解能に優れた半導体検出器に置き換えることが予想される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、γ線が体内から対外へ放射された後、検出器内部のシンチレータに入射して光子に変換し、この光子が電気信号に変換されるまでのγ線及び変換された光子の散乱、減衰及び漏洩を補正する方法は確立されていないため、散乱線が全く含まれていない単色のエネルギーのγ線を入射しても、検出器により検出して出力する信号には、図１０（ ａ ）に示すようなスペクトラムになるべきところが、図１０（ ｂ ）に示すような散乱線を含むスペクトラムになるという問題があった。
【０００７】
すなわち、散乱線の中には本来のエネルギーピークのチャンネルでカウントされるべきγ線を含む可能性があり、カウントされるべきカウント数がカウントされていないという検出効率が低下しているという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、ガンマ線が検出器内へ入射されてから検出信号に変換されるまでの放射線及び変換された光子又は電子の散乱、減衰及び漏洩を補正する方法を確立して、検出効率を向上させることができるガンマカメラを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１対応の発明は、所定の核種による放射性同位元素で標識された薬剤を被検体に投与し、前記被検体の所定部位に集積した前記薬剤から輻射される放射線を検出して画像を生成する核医学診断において使用されるガンマカメラであって、入射する放射線に基づいて光子を発生するシンチレータと、前記シンチレータで発生した光子を検出し、当該検出された光子に対応する信号を出力する光電子増倍管と、前記光電子増倍管から出力される信号に基づいて、前記シンチレータに入射する放射線のカウント値をエネルギー毎に示すカウント値分布情報を生成する生成手段と、予め算出される割合であって、前記シンチレータに入射する放射線のうち、第１のエネルギー範囲に含まれる放射線を、当該第１のエネルギー範囲とは異なる第２のエネルギー範囲に転入させる割合を示す転入割合を記憶する記憶手段と、前記光電子増倍管からの出力信号から得られるエネルギー毎のカウント値の分布を最も高いカウント値のエネルギーピークを中心にして一定のエネルギー幅の複数個の領域に分割し、前記エネルギーピークを含む領域以外の領域における各カウント値から前記記憶手段に記憶された転入割合に基づいて前記カウント値分布情報のカウント値を補正する補正手段と、を具備することを特徴とするガンマカメラである。
【００１０】
請求項２対応の発明は、所定の核種による放射性同位元素で標識された薬剤を被検体に投与し、前記被検体の所定部位に集積した前記薬剤から輻射される放射線を検出して画像を生成する核医学診断において使用されるガンマカメラであって、放射線を入射して電子を放出し、この電子を検出し、当該検出された電子に対応する信号を出力する半導体検出器と、前記半導体検出器から出力される信号に基づいて、前記半導体検出器に入射する放射線のカウント値をエネルギー毎に示すカウント値分布情報を生成する生成手段と、予め算出される割合であって、前記半導体検出器に入射する放射線のうち、第１のエネルギー範囲に含まれる放射線を、当該第１のエネルギー範囲とは異なる第２のエネルギー範囲に転入させる割合を示す転入割合を記憶する記憶手段と、前記半導体検出器より出力される信号から得られるエネルギー毎のカウント値の分布を最も高いカウント値のエネルギーピークを中心にして一定のエネルギー幅の複数個の領域に分割し、前記エネルギーピークを含む領域以外の領域における各カウント値から前記記憶手段に記憶された転入割合に基づいて前記カウント値分布情報のカウント値を補正する補正手段と、を具備することを特徴とするガンマカメラである。
【００１１】
【作用】
請求項１対応の発明によれば、補正手段により、光電子増倍管からの出力信号から得られるエネルギー毎のカウント値の分布を最も高いカウント値のエネルギーピークを中心にして一定のエネルギー幅の複数個の領域に分割し、エネルギーピークを含む領域以外の領域における各カウント値から前記記憶手段に記憶された転入割合に基づいて前記カウント値分布情報のカウント値が補正される。この補正により、ガンマ線や光子の散乱、減衰や漏洩によるエネルギーの減少を原因として、本来含まれるべきエネルギーピークを含む領域に含まれず散乱成分としてカウントされたカウント値が、エネルギーピークを含む領域に転入される。
【００１２】
また、請求項２対応の発明によれば、補正手段により、半導体検出器からの出力信号から得られるエネルギー毎のカウント値の分布を最も高いカウント値のエネルギーピークを中心にして一定のエネルギー幅の複数個の領域に分割し、エネルギーピークを含む領域以外の領域における各カウント値から前記記憶手段に記憶された転入割合に基づいて前記カウント値分布情報のカウント値が補正される。この補正により、ガンマ線や光子の散乱、減衰や漏洩によるエネルギーの減少を原因として、本来含まれるべきエネルギーピークを含む領域に含まれず散乱成分としてカウントされたカウント値が、エネルギーピークを含む領域に転入される。
【００１３】
【実施例】
この発明の第１実施例を図１乃至図４を参照して説明する。
図１は、ガンマカメラの要部構成を示すブロック図である。
１１は、制御部本体を構成する制御部であり、図示しないがＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）等から構成されている。被測定物から放射されるγ線は、鉛材等から形成されたコリメータ１２を介して検出器１３へ入射される。検出器１３は、シンチレータ１４及び複数個の光電子増倍管から構成された光電子増倍管部１５を備え、γ線はシンチレータ１４に入射され、そのエネルギーが光子エネルギーに変換される。この光子エネルギーは光電子増倍管部１５により検出される。
なお、前記シンチレータ１４は、一般的にはＮａＩ（ ヨウ化ナトリウム結晶 ）を使用したものが多いが、他の種類のシンチレータでも良い。
【００１４】
非線形回路部１６は、前記光電子増倍管部１５の光電子増倍管と一致する個数の非線形回路から構成されており、前記光電子増倍管部１５の各光電子増倍管から出力された信号は、それぞれ非線形回路を通して演算部１７へ出力される。
【００１５】
この演算部１７では、チャンネル設定部１８で設定されたチャンネル設定に基いて、同時に得られた複数の信号の波高値をチャンネルに変換して（ 量子化して ）、各光電子増倍管での検出状態からγ線の発生位置及びそのエネルギーの大きさを算出する。そして、このγ線の発生数をそのエネルギー（ チャンネル ）毎にカウントする。
【００１６】
前記検出器１３及び前記コリメータ１２は、ＳＰＥＣＴ撮影の場合等において被測定物（ 人 ）の周囲を回転するので、それらを回転駆動するための検出器支持機構部１９が設けられている。
【００１７】
また、前記制御部１１には、各種データを記憶するためのメモリ２０が設けられ、このメモリ２０には、さらに前記非線形回路部１６の各非線形回路の傾きを調整する係数が各核種毎に設定される非線形回路設定エリア２１が形成されている。
さらに、前記制御部１１には操作部２２及び撮影した画像を表示するための表示部２３が接続されている。
【００１８】
このような構成の第１実施例においては、検出器１３から得られるエネルギースペクトラムのエネルギーピークを含む領域に対してかける通常のメインウィンドウの外側を、一定のエネルギー幅のサブウィンドウに分割してエネルギースペクトラムの散乱補正を行う。
【００１９】
まず、各サブウィンドウ毎に本来メインウィンドウの領域に含まれるべき散乱成分の割合を算出する。
図２は、前記制御部１１が行う割合算出処理の流れを示す図である。
まず、ステップ１（ ＳＴ１ ）の処理として、γ線が検出器１３に入射するところからシンチレータ１４中で光子のエネルギーに変換されるまでの幾何学的な構造（ 材料構造 ）を考慮してエネルギーによる散乱断面積を計算することによりγ線の輸送計算を行う。
【００２０】
ステップ２（ ＳＴ２ ）の処理として、そのγ線の輸送計算に基いて、単色エネルギーのγ線が散乱によりどのようなスペクトラムとして出力されるかを、単色エネルギーのγ線が散乱などにより示すエネルギースペクトラムとして計算する。なお、このとき計算するエネルギー領域は、臨床で実際に使用するエネルギーの全領域にわたることが望ましく、そのエネルギー幅（ 後述するサブウィンドウのエネルギー幅と一致する ）はなるべく薄くする方が望ましいが、薄くすると計算量が増えて計算時間が長くなりまた計算の誤差が増加するので、高画質を得るための精度と処理時間とのバランスが取れるエネルギー幅を採用する。
【００２１】
例えば、このステップ２の処理で得られた散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｃとし、測定されるγ線のエネルギースペクトラムを行列Ａ、実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｂと表現すれば、行列式Ａ＝ＢＣとして関係付けられる。
【００２２】
ステップ３（ ＳＴ３ ）の処理として、シンチレータ１４中で変換された光子が光電子増倍管で受光されるまで幾何学的な構造を考慮して光子の散乱断面積を計算することにより光子の輸送計算を行う。
【００２３】
ステップ４（ ＳＴ４ ）の処理として、その光子の輸送計算に基いて、単色エネルギーの光子が散乱によりどのようなスペクトラムとして出力されるかを、単色エネルギーの光子が散乱などにより示すエネルギースペクトラムとして計算する。
【００２４】
例えば、このステップ４の処理で得られた単色エネルギーの光子が散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｆとし、測定される光子のエネルギースペクトラムを行列Ｄ、実際に入射した光子のエネルギースペクトラムを行列Ｅと表現すれば、行列式Ｄ＝ＥＦとして関係付けられる。
【００２５】
ステップ５（ ＳＴ５ ）の処理として、前述したステップ２の処理で得られた単色エネルギーのγ線が散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｃとし、前述したステップ４の処理で得られた単色エネルギーの光子が散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｆとして表現した時の行列式ＣＦの逆行列Ｒを算出する。
【００２６】
すなわち、光電子増倍管により測定されるγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｇ、実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｈとして表現すれば、行列式Ｇ＝ＨＣＦとして関係付けられるので、上記行列式ＣＦの逆行列Ｒを算出すれば、行列式ＧＲ＝Ｈとして、実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムの行列Ｈを算出することができる。
【００２７】
ステップ６（ ＳＴ６ ）の処理として、ステップ５の処理で得られた測定されるγ線のエネルギースペクトラムから実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムを得る逆行列Ｒに基いて、各サブウィンドウに対するメインウィンドウに転入するカウント値の割合を算出し、各サブウィンドウに対して設定する。すなわちこの割合は、逆行列をサブウィンドウのエネルギー幅でスペクトル分解したものである。
このステップ６の処理を終了すると、この割合算出処理を終了するようになっている。
【００２８】
なお、この割合算出処理で、予め核種毎に（ γ線のエネルギー毎に ）算出した各サブウィンドウに対する設定データをメモリ２０等に記憶しておき、測定毎に使用する核種に対応する設定データをメモリ２０から読出して設定し直せば、この割合算出処理を行う必要はない。
【００２９】
次に、実際の測定により光電子増倍管から得られたγ線のエネルギースペクトラムに対して散乱補正を行う。
図３は、前記制御部１１が行う散乱補正処理の流れを示す図である。
まず、ステップ７（ ＳＴ７ ）の処理として、実際の測定による光電子増倍管からの信号に基いて得られたエネルギースペクトラムを、図４に示すように、通常用いるメインウィンドウＭ及びこのメインウィンドウの外側に一定のエネルギー幅の複数のサブウィンドウＳ１，…，Ｓ１０に分割する。なお、サブウィンドウの個数は、図４では１０個しか示していないがこれ以上でも良いものであり、限定されるものではない。
【００３０】
ステップ８（ ＳＴ８ ）の処理として、各サブウィンドウのカウント値（ 画像データ ）に対して、割合算出処理で設定された割合に基いて本来メインウィンドウ中に含まれているべき散乱成分を算出する。
【００３１】
ステップ９（ ＳＴ９ ）の処理として、そのステップ８の処理で得られた各サブウィンドウの散乱成分を減算し、メインウィンドウに転入させて撮影イメージの散乱補正を行う。
このステップ９の処理を終了すると、この散乱補正処理を終了するようになっている。
【００３２】
このように第１実施例によれば、検出器１３から得られたγ線のエネルギースペクトラムをメインウィンドウ及び一定のエネルギー幅の複数のサブウィンドウに分割して、シンチレータ中のγ線の輸送計算及びγ線により発生した光子の輸送計算に基いて算出された割合に基いて、各サブウィンドウにおけるカウント値における本来メインウィンドウ中に含まれるべき散乱成分を算出して、メインウィンドウに転入して、撮影イメージの散乱補正を行うことによりγ線がシンチレータ１４に入射されてから検出信号に変換されるまでのγ線及び変換された光子の散乱、減衰及び漏洩を補正する方法を確立することができる。従って、γ線の検出効率を向上させることができる。
【００３３】
この発明の第２実施例を図５及び図６を参照して説明する。なおこの第２実施例は、前述した第１実施例がシンチレータ１４及び光電子増倍管部１５とからなる検出器１３を使用していたのに対して、エネルギー分解能は高いが検出効率が比較的に低い半導体検出器を使用したことに特徴がある。従って、この第２実施例においても他の構成については前述した第１実施例とほとんど同一構成なので、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
【００３４】
図５は、ガンマカメラの要部構成を示すブロック図である。
半導体検出器２４は、入射されたγ線のエネルギーを電子のエネルギー（ 電気エネルギー ）に変換するものである。検出器支持機構部１９は、その半導体検出器２４をＳＰＥＣＴ撮影の場合等において被測定物（ 人 ）の周囲を回転駆動させるためのものである。
【００３５】
このような構成の第２実施例においては、まず各サブウィンドウ毎に本来メインウィンドウの領域に含まれるべき散乱成分の割合を算出する。
図６は、前記制御部１１が行う割合算出処理の流れを示す図である。
まず、ステップ１１（ ＳＴ１１ ）の処理として、γ線のが半導体検出器２４に入射するところから半導体検出器２４中で電子のエネルギーに変換されるまでの幾何学的な構造（ 材料構造 ）を考慮してエネルギーによる散乱断面積を計算することによりγ線の輸送計算を行う。
【００３６】
ステップ１２（ ＳＴ１２ ）の処理として、そのγ線の輸送計算に基いて、単色エネルギーのγ線が散乱によりどのようなスペクトラムとして出力されるかを、単色エネルギーのγ線が散乱などにより示すエネルギースペクトラムとして計算する。
【００３７】
例えば、このステップ１２の処理で得られた散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｌとし、測定されるγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｊ、実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｋと表現すれば、行列式Ｊ＝ＫＬとして関係付けられる。
【００３８】
ステップ１３（ ＳＴ１３ ）の処理として、半導体検出器２４中で変換された電子が検出されるまでの幾何学的な構造を考慮して電子の散乱断面積を計算することにより電子の輸送計算を行う。
【００３９】
ステップ１４（ ＳＴ１４ ）の処理として、その電子の輸送計算に基いて、単色エネルギーの電子が散乱によりどのようなスペクトラムとして出力されるかを、単色エネルギーの電子が散乱などにより示すエネルギースペクトラムとして計算する。
【００４０】
例えば、このステップ１４の処理で得られた単色エネルギーの電子が散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｐとし、測定される光子のエネルギースペクトラムを行列Ｍ、実際に入射した光子のエネルギースペクトラムを行列Ｎと表現すれば、行列式Ｍ＝ＮＰとして関係付けられる。
【００４１】
ステップ１５（ ＳＴ１５ ）の処理として、前述したステップ１２の処理で得られた単色エネルギーのγ線が散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｌとし、前述したステップ１４の処理で得られた単色エネルギーの電子が散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｐとして表現した時の行列式ＬＰの逆行列Ｓを算出する。
【００４２】
すなわち、半導体検出器２４により測定されるγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｔ、実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｖとして表現すれば、行列式Ｔ＝ＶＬＰとして関係付けられるので、上記行列式ＣＦの逆行列Ｒを算出すれば、行列式ＴＳ＝Ｖとして、実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムの行列Ｖを算出することができる。
【００４３】
ステップ１６（ ＳＴ１６ ）の処理として、ステップ１５の処理で得られた測定されるγ線のエネルギースペクトラムから実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムを得る逆行列Ｓに基いて、各サブウィンドウに対するメインウィンドウに転入するカウント値の割合を算出し、各サブウィンドウに対して設定する。すなわちこの割合は、逆行列をサブウィンドウのエネルギー幅でスペクトル分解したものである。
このステップ１６の処理を終了すると、この割合算出処理を終了するようになっている。
【００４４】
なお、この割合算出処理で、予め核種毎に（ γ線のエネルギー毎に ）算出した各サブウィンドウに対する設定データをメモリ２０等に記憶しておき、測定毎に使用する核種に対応する設定データをメモリ２０から読出して設定し直せば、この割合算出処理を行う必要はない。
【００４５】
次に、実際の測定により半導体検出器２４から得られたγ線のエネルギースペクトラムに対して、前述した第１実施例の図３に示す散乱補正処理により散乱補正を行う。
【００４６】
このように第２実施例によれば、第１実施例と同様な効果を得ることができると共に、エネルギー分解能が高くしかも検出効率が改善された半導体検出器を使用したガンマカメラを提供することができる。
【００４７】
なお、上述した第１実施例及び第２実施例では、γ線を測定するガンマカメラについて説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、他の放射線を検出する放射線検出器についても適用できるものである。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ガンマ線が検出器内へ入射してから検出信号に変換されるまでの放射線及び変換された光子又は電子の散乱、減衰及び漏洩を補正する方法を確立して、検出効率を向上させることができるガンマカメラを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例のガンマカメラの要部構成を示すブロック図。
【図２】同実施例のガンマカメラで行われる割合算出処理の流れを示す図。
【図３】同実施例のガンマカメラで行われる散乱補正処理の流れを示す図。
【図４】同実施例のガンマカメラで測定されたγ線のエネルギースペクトラムに対して設定されたメインウィンドウ及びサブウィンドウを示す図。
【図５】この発明の第２実施例のガンマカメラの要部構成を示すブロック図。
【図６】同実施例のガンマカメラで行われる割合算出処理の流れを示す図。
【図７】アンガ型ガンマカメラの概略の要部構成を示す図。
【図８】ガンマカメラのシンチレータ中におけるγ線の散乱を説明するための図。
【図９】ガンマカメラのシンチレータ中で発生した光子の散乱を説明するための図。
【図１０】単色エネルギーのγ線のエネルギースペクトラム及び従来のガンマカメラにより測定された単色エネルギーのγ線のエネルギースペクトラムを示す図。
【符号の説明】
１１…制御部、
１３…検出器、
１４…シンチレータ、
１５…光電子増倍管部、
２４…半導体検出器。
【産業上の利用分野】
この発明は、例えばガンマカメラ等の放射線を検出して、その観測量を電気的信号に変換する放射線検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放射性同位体によって標識された放射性医薬品が体内に投与されると、その放射性医薬品の性質によって定まる特定の臓器や組織に吸収され集中する性質を利用し、ガンマカメラは体内から放射された放射線（ γ線 ）を一定時間検出して、放射性同位体の分布を撮影することにより、臓器の形状や機能、病巣の有無、代謝機能などの診断に使用されている。
【０００３】
例えば図７に示すように、アンガー型ガンマカメラ１は、被測定物として例えば患者の体内から放射された放射線（ γ線 ）を、鉛材からなるコリメータ２を介して、所定の厚さのシンチレータ３に入射させ、γ線がシンチレータ３内を通過する間にそのエネルギーが光子に変換する。この変換して放射した光子を複数本の光電子増倍管４によって測定し、γ線の位置計算することにより画像を作成するものである。
【０００４】
γ線が体内から放射するときの散乱、減衰や漏洩は、ＴＷ（ トリプルウィンドウ ）法などが提案され、実際に臨床データにも用いられるようになった。しかし、γ線が体内から対外へ放射された後、検出器内部のシンチレータに入射して光子に変換し、この光子が電気信号に変換されるまでのγ線及び変換された光子の散乱、減衰及び漏洩を補正する方法は確立されていない。なお、ここでγ線の散乱及び光子の散乱というのは、図８に示すように、γ線の全エネルギーが全て光子に変換せずにγ線がシンチレータを貫通してしまった状態及び、図９に示すように変換した光子が全て光電子増倍管に入射されない状態を含む。
【０００５】
また、将来ガンマカメラがシンチレータ及び光電子増倍管からなる検出器は、小型（ 薄型 ）・低コスト化が実現でき、エネルギー分解能に優れた半導体検出器に置き換えることが予想される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、γ線が体内から対外へ放射された後、検出器内部のシンチレータに入射して光子に変換し、この光子が電気信号に変換されるまでのγ線及び変換された光子の散乱、減衰及び漏洩を補正する方法は確立されていないため、散乱線が全く含まれていない単色のエネルギーのγ線を入射しても、検出器により検出して出力する信号には、図１０（ ａ ）に示すようなスペクトラムになるべきところが、図１０（ ｂ ）に示すような散乱線を含むスペクトラムになるという問題があった。
【０００７】
すなわち、散乱線の中には本来のエネルギーピークのチャンネルでカウントされるべきγ線を含む可能性があり、カウントされるべきカウント数がカウントされていないという検出効率が低下しているという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、ガンマ線が検出器内へ入射されてから検出信号に変換されるまでの放射線及び変換された光子又は電子の散乱、減衰及び漏洩を補正する方法を確立して、検出効率を向上させることができるガンマカメラを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１対応の発明は、所定の核種による放射性同位元素で標識された薬剤を被検体に投与し、前記被検体の所定部位に集積した前記薬剤から輻射される放射線を検出して画像を生成する核医学診断において使用されるガンマカメラであって、入射する放射線に基づいて光子を発生するシンチレータと、前記シンチレータで発生した光子を検出し、当該検出された光子に対応する信号を出力する光電子増倍管と、前記光電子増倍管から出力される信号に基づいて、前記シンチレータに入射する放射線のカウント値をエネルギー毎に示すカウント値分布情報を生成する生成手段と、予め算出される割合であって、前記シンチレータに入射する放射線のうち、第１のエネルギー範囲に含まれる放射線を、当該第１のエネルギー範囲とは異なる第２のエネルギー範囲に転入させる割合を示す転入割合を記憶する記憶手段と、前記光電子増倍管からの出力信号から得られるエネルギー毎のカウント値の分布を最も高いカウント値のエネルギーピークを中心にして一定のエネルギー幅の複数個の領域に分割し、前記エネルギーピークを含む領域以外の領域における各カウント値から前記記憶手段に記憶された転入割合に基づいて前記カウント値分布情報のカウント値を補正する補正手段と、を具備することを特徴とするガンマカメラである。
【００１０】
請求項２対応の発明は、所定の核種による放射性同位元素で標識された薬剤を被検体に投与し、前記被検体の所定部位に集積した前記薬剤から輻射される放射線を検出して画像を生成する核医学診断において使用されるガンマカメラであって、放射線を入射して電子を放出し、この電子を検出し、当該検出された電子に対応する信号を出力する半導体検出器と、前記半導体検出器から出力される信号に基づいて、前記半導体検出器に入射する放射線のカウント値をエネルギー毎に示すカウント値分布情報を生成する生成手段と、予め算出される割合であって、前記半導体検出器に入射する放射線のうち、第１のエネルギー範囲に含まれる放射線を、当該第１のエネルギー範囲とは異なる第２のエネルギー範囲に転入させる割合を示す転入割合を記憶する記憶手段と、前記半導体検出器より出力される信号から得られるエネルギー毎のカウント値の分布を最も高いカウント値のエネルギーピークを中心にして一定のエネルギー幅の複数個の領域に分割し、前記エネルギーピークを含む領域以外の領域における各カウント値から前記記憶手段に記憶された転入割合に基づいて前記カウント値分布情報のカウント値を補正する補正手段と、を具備することを特徴とするガンマカメラである。
【００１１】
【作用】
請求項１対応の発明によれば、補正手段により、光電子増倍管からの出力信号から得られるエネルギー毎のカウント値の分布を最も高いカウント値のエネルギーピークを中心にして一定のエネルギー幅の複数個の領域に分割し、エネルギーピークを含む領域以外の領域における各カウント値から前記記憶手段に記憶された転入割合に基づいて前記カウント値分布情報のカウント値が補正される。この補正により、ガンマ線や光子の散乱、減衰や漏洩によるエネルギーの減少を原因として、本来含まれるべきエネルギーピークを含む領域に含まれず散乱成分としてカウントされたカウント値が、エネルギーピークを含む領域に転入される。
【００１２】
また、請求項２対応の発明によれば、補正手段により、半導体検出器からの出力信号から得られるエネルギー毎のカウント値の分布を最も高いカウント値のエネルギーピークを中心にして一定のエネルギー幅の複数個の領域に分割し、エネルギーピークを含む領域以外の領域における各カウント値から前記記憶手段に記憶された転入割合に基づいて前記カウント値分布情報のカウント値が補正される。この補正により、ガンマ線や光子の散乱、減衰や漏洩によるエネルギーの減少を原因として、本来含まれるべきエネルギーピークを含む領域に含まれず散乱成分としてカウントされたカウント値が、エネルギーピークを含む領域に転入される。
【００１３】
【実施例】
この発明の第１実施例を図１乃至図４を参照して説明する。
図１は、ガンマカメラの要部構成を示すブロック図である。
１１は、制御部本体を構成する制御部であり、図示しないがＣＰＵ（ｃｅｎｔｒａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）等から構成されている。被測定物から放射されるγ線は、鉛材等から形成されたコリメータ１２を介して検出器１３へ入射される。検出器１３は、シンチレータ１４及び複数個の光電子増倍管から構成された光電子増倍管部１５を備え、γ線はシンチレータ１４に入射され、そのエネルギーが光子エネルギーに変換される。この光子エネルギーは光電子増倍管部１５により検出される。
なお、前記シンチレータ１４は、一般的にはＮａＩ（ ヨウ化ナトリウム結晶 ）を使用したものが多いが、他の種類のシンチレータでも良い。
【００１４】
非線形回路部１６は、前記光電子増倍管部１５の光電子増倍管と一致する個数の非線形回路から構成されており、前記光電子増倍管部１５の各光電子増倍管から出力された信号は、それぞれ非線形回路を通して演算部１７へ出力される。
【００１５】
この演算部１７では、チャンネル設定部１８で設定されたチャンネル設定に基いて、同時に得られた複数の信号の波高値をチャンネルに変換して（ 量子化して ）、各光電子増倍管での検出状態からγ線の発生位置及びそのエネルギーの大きさを算出する。そして、このγ線の発生数をそのエネルギー（ チャンネル ）毎にカウントする。
【００１６】
前記検出器１３及び前記コリメータ１２は、ＳＰＥＣＴ撮影の場合等において被測定物（ 人 ）の周囲を回転するので、それらを回転駆動するための検出器支持機構部１９が設けられている。
【００１７】
また、前記制御部１１には、各種データを記憶するためのメモリ２０が設けられ、このメモリ２０には、さらに前記非線形回路部１６の各非線形回路の傾きを調整する係数が各核種毎に設定される非線形回路設定エリア２１が形成されている。
さらに、前記制御部１１には操作部２２及び撮影した画像を表示するための表示部２３が接続されている。
【００１８】
このような構成の第１実施例においては、検出器１３から得られるエネルギースペクトラムのエネルギーピークを含む領域に対してかける通常のメインウィンドウの外側を、一定のエネルギー幅のサブウィンドウに分割してエネルギースペクトラムの散乱補正を行う。
【００１９】
まず、各サブウィンドウ毎に本来メインウィンドウの領域に含まれるべき散乱成分の割合を算出する。
図２は、前記制御部１１が行う割合算出処理の流れを示す図である。
まず、ステップ１（ ＳＴ１ ）の処理として、γ線が検出器１３に入射するところからシンチレータ１４中で光子のエネルギーに変換されるまでの幾何学的な構造（ 材料構造 ）を考慮してエネルギーによる散乱断面積を計算することによりγ線の輸送計算を行う。
【００２０】
ステップ２（ ＳＴ２ ）の処理として、そのγ線の輸送計算に基いて、単色エネルギーのγ線が散乱によりどのようなスペクトラムとして出力されるかを、単色エネルギーのγ線が散乱などにより示すエネルギースペクトラムとして計算する。なお、このとき計算するエネルギー領域は、臨床で実際に使用するエネルギーの全領域にわたることが望ましく、そのエネルギー幅（ 後述するサブウィンドウのエネルギー幅と一致する ）はなるべく薄くする方が望ましいが、薄くすると計算量が増えて計算時間が長くなりまた計算の誤差が増加するので、高画質を得るための精度と処理時間とのバランスが取れるエネルギー幅を採用する。
【００２１】
例えば、このステップ２の処理で得られた散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｃとし、測定されるγ線のエネルギースペクトラムを行列Ａ、実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｂと表現すれば、行列式Ａ＝ＢＣとして関係付けられる。
【００２２】
ステップ３（ ＳＴ３ ）の処理として、シンチレータ１４中で変換された光子が光電子増倍管で受光されるまで幾何学的な構造を考慮して光子の散乱断面積を計算することにより光子の輸送計算を行う。
【００２３】
ステップ４（ ＳＴ４ ）の処理として、その光子の輸送計算に基いて、単色エネルギーの光子が散乱によりどのようなスペクトラムとして出力されるかを、単色エネルギーの光子が散乱などにより示すエネルギースペクトラムとして計算する。
【００２４】
例えば、このステップ４の処理で得られた単色エネルギーの光子が散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｆとし、測定される光子のエネルギースペクトラムを行列Ｄ、実際に入射した光子のエネルギースペクトラムを行列Ｅと表現すれば、行列式Ｄ＝ＥＦとして関係付けられる。
【００２５】
ステップ５（ ＳＴ５ ）の処理として、前述したステップ２の処理で得られた単色エネルギーのγ線が散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｃとし、前述したステップ４の処理で得られた単色エネルギーの光子が散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｆとして表現した時の行列式ＣＦの逆行列Ｒを算出する。
【００２６】
すなわち、光電子増倍管により測定されるγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｇ、実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｈとして表現すれば、行列式Ｇ＝ＨＣＦとして関係付けられるので、上記行列式ＣＦの逆行列Ｒを算出すれば、行列式ＧＲ＝Ｈとして、実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムの行列Ｈを算出することができる。
【００２７】
ステップ６（ ＳＴ６ ）の処理として、ステップ５の処理で得られた測定されるγ線のエネルギースペクトラムから実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムを得る逆行列Ｒに基いて、各サブウィンドウに対するメインウィンドウに転入するカウント値の割合を算出し、各サブウィンドウに対して設定する。すなわちこの割合は、逆行列をサブウィンドウのエネルギー幅でスペクトル分解したものである。
このステップ６の処理を終了すると、この割合算出処理を終了するようになっている。
【００２８】
なお、この割合算出処理で、予め核種毎に（ γ線のエネルギー毎に ）算出した各サブウィンドウに対する設定データをメモリ２０等に記憶しておき、測定毎に使用する核種に対応する設定データをメモリ２０から読出して設定し直せば、この割合算出処理を行う必要はない。
【００２９】
次に、実際の測定により光電子増倍管から得られたγ線のエネルギースペクトラムに対して散乱補正を行う。
図３は、前記制御部１１が行う散乱補正処理の流れを示す図である。
まず、ステップ７（ ＳＴ７ ）の処理として、実際の測定による光電子増倍管からの信号に基いて得られたエネルギースペクトラムを、図４に示すように、通常用いるメインウィンドウＭ及びこのメインウィンドウの外側に一定のエネルギー幅の複数のサブウィンドウＳ１，…，Ｓ１０に分割する。なお、サブウィンドウの個数は、図４では１０個しか示していないがこれ以上でも良いものであり、限定されるものではない。
【００３０】
ステップ８（ ＳＴ８ ）の処理として、各サブウィンドウのカウント値（ 画像データ ）に対して、割合算出処理で設定された割合に基いて本来メインウィンドウ中に含まれているべき散乱成分を算出する。
【００３１】
ステップ９（ ＳＴ９ ）の処理として、そのステップ８の処理で得られた各サブウィンドウの散乱成分を減算し、メインウィンドウに転入させて撮影イメージの散乱補正を行う。
このステップ９の処理を終了すると、この散乱補正処理を終了するようになっている。
【００３２】
このように第１実施例によれば、検出器１３から得られたγ線のエネルギースペクトラムをメインウィンドウ及び一定のエネルギー幅の複数のサブウィンドウに分割して、シンチレータ中のγ線の輸送計算及びγ線により発生した光子の輸送計算に基いて算出された割合に基いて、各サブウィンドウにおけるカウント値における本来メインウィンドウ中に含まれるべき散乱成分を算出して、メインウィンドウに転入して、撮影イメージの散乱補正を行うことによりγ線がシンチレータ１４に入射されてから検出信号に変換されるまでのγ線及び変換された光子の散乱、減衰及び漏洩を補正する方法を確立することができる。従って、γ線の検出効率を向上させることができる。
【００３３】
この発明の第２実施例を図５及び図６を参照して説明する。なおこの第２実施例は、前述した第１実施例がシンチレータ１４及び光電子増倍管部１５とからなる検出器１３を使用していたのに対して、エネルギー分解能は高いが検出効率が比較的に低い半導体検出器を使用したことに特徴がある。従って、この第２実施例においても他の構成については前述した第１実施例とほとんど同一構成なので、同一部材には同一符号を付してその説明は省略する。
【００３４】
図５は、ガンマカメラの要部構成を示すブロック図である。
半導体検出器２４は、入射されたγ線のエネルギーを電子のエネルギー（ 電気エネルギー ）に変換するものである。検出器支持機構部１９は、その半導体検出器２４をＳＰＥＣＴ撮影の場合等において被測定物（ 人 ）の周囲を回転駆動させるためのものである。
【００３５】
このような構成の第２実施例においては、まず各サブウィンドウ毎に本来メインウィンドウの領域に含まれるべき散乱成分の割合を算出する。
図６は、前記制御部１１が行う割合算出処理の流れを示す図である。
まず、ステップ１１（ ＳＴ１１ ）の処理として、γ線のが半導体検出器２４に入射するところから半導体検出器２４中で電子のエネルギーに変換されるまでの幾何学的な構造（ 材料構造 ）を考慮してエネルギーによる散乱断面積を計算することによりγ線の輸送計算を行う。
【００３６】
ステップ１２（ ＳＴ１２ ）の処理として、そのγ線の輸送計算に基いて、単色エネルギーのγ線が散乱によりどのようなスペクトラムとして出力されるかを、単色エネルギーのγ線が散乱などにより示すエネルギースペクトラムとして計算する。
【００３７】
例えば、このステップ１２の処理で得られた散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｌとし、測定されるγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｊ、実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｋと表現すれば、行列式Ｊ＝ＫＬとして関係付けられる。
【００３８】
ステップ１３（ ＳＴ１３ ）の処理として、半導体検出器２４中で変換された電子が検出されるまでの幾何学的な構造を考慮して電子の散乱断面積を計算することにより電子の輸送計算を行う。
【００３９】
ステップ１４（ ＳＴ１４ ）の処理として、その電子の輸送計算に基いて、単色エネルギーの電子が散乱によりどのようなスペクトラムとして出力されるかを、単色エネルギーの電子が散乱などにより示すエネルギースペクトラムとして計算する。
【００４０】
例えば、このステップ１４の処理で得られた単色エネルギーの電子が散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｐとし、測定される光子のエネルギースペクトラムを行列Ｍ、実際に入射した光子のエネルギースペクトラムを行列Ｎと表現すれば、行列式Ｍ＝ＮＰとして関係付けられる。
【００４１】
ステップ１５（ ＳＴ１５ ）の処理として、前述したステップ１２の処理で得られた単色エネルギーのγ線が散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｌとし、前述したステップ１４の処理で得られた単色エネルギーの電子が散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｐとして表現した時の行列式ＬＰの逆行列Ｓを算出する。
【００４２】
すなわち、半導体検出器２４により測定されるγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｔ、実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｖとして表現すれば、行列式Ｔ＝ＶＬＰとして関係付けられるので、上記行列式ＣＦの逆行列Ｒを算出すれば、行列式ＴＳ＝Ｖとして、実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムの行列Ｖを算出することができる。
【００４３】
ステップ１６（ ＳＴ１６ ）の処理として、ステップ１５の処理で得られた測定されるγ線のエネルギースペクトラムから実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムを得る逆行列Ｓに基いて、各サブウィンドウに対するメインウィンドウに転入するカウント値の割合を算出し、各サブウィンドウに対して設定する。すなわちこの割合は、逆行列をサブウィンドウのエネルギー幅でスペクトル分解したものである。
このステップ１６の処理を終了すると、この割合算出処理を終了するようになっている。
【００４４】
なお、この割合算出処理で、予め核種毎に（ γ線のエネルギー毎に ）算出した各サブウィンドウに対する設定データをメモリ２０等に記憶しておき、測定毎に使用する核種に対応する設定データをメモリ２０から読出して設定し直せば、この割合算出処理を行う必要はない。
【００４５】
次に、実際の測定により半導体検出器２４から得られたγ線のエネルギースペクトラムに対して、前述した第１実施例の図３に示す散乱補正処理により散乱補正を行う。
【００４６】
このように第２実施例によれば、第１実施例と同様な効果を得ることができると共に、エネルギー分解能が高くしかも検出効率が改善された半導体検出器を使用したガンマカメラを提供することができる。
【００４７】
なお、上述した第１実施例及び第２実施例では、γ線を測定するガンマカメラについて説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、他の放射線を検出する放射線検出器についても適用できるものである。
【００４８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、ガンマ線が検出器内へ入射してから検出信号に変換されるまでの放射線及び変換された光子又は電子の散乱、減衰及び漏洩を補正する方法を確立して、検出効率を向上させることができるガンマカメラを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例のガンマカメラの要部構成を示すブロック図。
【図２】同実施例のガンマカメラで行われる割合算出処理の流れを示す図。
【図３】同実施例のガンマカメラで行われる散乱補正処理の流れを示す図。
【図４】同実施例のガンマカメラで測定されたγ線のエネルギースペクトラムに対して設定されたメインウィンドウ及びサブウィンドウを示す図。
【図５】この発明の第２実施例のガンマカメラの要部構成を示すブロック図。
【図６】同実施例のガンマカメラで行われる割合算出処理の流れを示す図。
【図７】アンガ型ガンマカメラの概略の要部構成を示す図。
【図８】ガンマカメラのシンチレータ中におけるγ線の散乱を説明するための図。
【図９】ガンマカメラのシンチレータ中で発生した光子の散乱を説明するための図。
【図１０】単色エネルギーのγ線のエネルギースペクトラム及び従来のガンマカメラにより測定された単色エネルギーのγ線のエネルギースペクトラムを示す図。
【符号の説明】
１１…制御部、
１３…検出器、
１４…シンチレータ、
１５…光電子増倍管部、
２４…半導体検出器。
Claims (5)
- 所定の核種による放射性同位元素で標識された薬剤を被検体に投与し、前記被検体の所定部位に集積した前記薬剤から輻射される放射線を検出して画像を生成する核医学診断において使用されるガンマカメラであって、
入射する放射線に基づいて光子を発生するシンチレータと、
前記シンチレータで発生した光子を検出し、当該検出された光子に対応する信号を出力する光電子増倍管と、
前記光電子増倍管から出力される信号に基づいて、前記シンチレータに入射する放射線のカウント値をエネルギー毎に示すカウント値分布情報を生成する生成手段と、
予め算出される割合であって、前記シンチレータに入射する放射線のうち、第１のエネルギー範囲に含まれる放射線を、当該第１のエネルギー範囲とは異なる第２のエネルギー範囲に転入させる割合を示す転入割合を記憶する記憶手段と、
前記光電子増倍管からの出力信号から得られるエネルギー毎のカウント値の分布を最も高いカウント値のエネルギーピークを中心にして一定のエネルギー幅の複数個の領域に分割し、前記エネルギーピークを含む領域以外の領域における各カウント値から前記記憶手段に記憶された転入割合に基づいて前記カウント値分布情報のカウント値を補正する補正手段と、
を具備することを特徴とするガンマカメラ。 - 所定の核種による放射性同位元素で標識された薬剤を被検体に投与し、前記被検体の所定部位に集積した前記薬剤から輻射される放射線を検出して画像を生成する核医学診断において使用されるガンマカメラであって、
放射線を入射して電子を放出し、この電子を検出し、当該検出された電子に対応する信号を出力する半導体検出器と、
前記半導体検出器から出力される信号に基づいて、前記半導体検出器に入射する放射線のカウント値をエネルギー毎に示すカウント値分布情報を生成する生成手段と、
予め算出される割合であって、前記半導体検出器に入射する放射線のうち、第１のエネルギー範囲に含まれる放射線を、当該第１のエネルギー範囲とは異なる第２のエネルギー範囲に転入させる割合を示す転入割合を記憶する記憶手段と、
前記半導体検出器より出力される信号から得られるエネルギー毎のカウント値の分布を最も高いカウント値のエネルギーピークを中心にして一定のエネルギー幅の複数個の領域に分割し、前記エネルギーピークを含む領域以外の領域における各カウント値から前記記憶手段に記憶された転入割合に基づいて前記カウント値分布情報のカウント値を補正する補正手段と、
を具備することを特徴とするガンマカメラ。 - 前記記憶手段は、前記転入割合を、前記薬剤に使用される前記放射性同位元素の核種毎に記憶し、
前記補正手段は、当該診断において使用される前記放射性同位元素の核種に対応する前記転入割合に基づいて、前記カウント値分布情報のカウント値を補正すること、
を特徴とする請求項１又は２記載のガンマカメラ。 - 前記転入割合は、入射する放射線の散乱その他の放射線の物理的現象によって示すエネルギースペクトラム計算、前記シンチレータが発生する光子の輸送計算、単色エネルギーの光子が散乱その他の物理的現象によって示すエネルギースペクトラム計算と、に基づいて求められるることを特徴とする請求項１又は３のうちいずれか一項記載のガンマカメラ。
- 入射する放射線の散乱その他の放射線の物理的現象によって示すエネルギースペクトラム計算、前記半導体検出器が発生する電子の輸送計算、単色エネルギーの電子が散乱その他の物理的現象によって示すエネルギースペクトラム計算と、に基づいて求められるることを特徴とする請求項２又は３のうちいずれか一項記載のガンマカメラ。
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