JP5158053B2 - 放射線断層撮影装置 - Google Patents
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すなわち、従来構成によれば、同時計数に関わる幾何学的要素即ち棒状線源で取得されるデータは、被検体の診断時に発生する散乱線(間接放射線)に対する検出効率の影響を無視した構成となっている。被検体から発した消滅放射線対は、直線的に進行して検出器リング62に入射する。この様な放射線を直接放射線と呼ぶ。しかし、消滅放射線対には、進行中に被検体により散乱されて進行方向が変更されたものも生じている。この様な進行方向が変更された放射線が散乱放射線である。散乱放射線は、直接放射線に比べて検出器リング62に入射するまでの飛行距離が長く、エネルギーも低いので、直接放射線とは異なる物理的性質を有している。
すなわち、本発明に係る放射線断層撮影装置は、放射線を光に変換するシンチレータ結晶が2次元的に配列されたシンチレータと光を検出する光検出器とを備えた放射線検出器が円環状に配列されることにより構成される消滅放射線対を検出する検出器リングと、検出器リングから出力された検出信号の検出効率のムラを補正することで画像上の偽像を除去する偽像除去手段と、偽像除去手段が動作するときに参照する偽像の出現パターンを表した補正データを記憶する補正データ記憶手段と、検出効率が補正された検出信号を基に消滅放射線対の発生位置を空間的にイメージングして断層画像を生成する画像生成手段とを備え、補正データは、偽像を発生する原因に応じた各因子から構成されており、補正データを構成する因子には、消滅放射線対が検出器リングに到達する前に散乱することにより、これらが入射する2つのシンチレータ結晶の間の干渉、および突き抜けの結晶の位置に応じた異なり具合が攪乱されることに起因する偽像を補正させる散乱結晶干渉因子が含まれており、散乱結晶干渉因子は、散乱線を含んだ消滅放射線対を放射する検出器リングの中心軸方向に伸びた円柱または円筒形状のファントムを検出器リングの開口に挿入した状態で取得されることを特徴とするものである。
以下、本発明に係る放射線断層撮影装置の各実施例を図面を参照しながら説明する。実施例1におけるγ線は、本発明の放射線の一例である。図1は、実施例1に係る放射線断層撮影装置の構成を説明する機能ブロック図である。実施例1に係る放射線断層撮影装置9は、被検体Mを載置する天板10と、天板10をその長手方向(z方向)から導入させる開口を有するガントリ11と、ガントリ11の内部に設けられた天板10をz方向に導入させるリング状の検出器リング12とを備えている。検出器リング12に設けられた開口は、z方向(天板10の長手方向、被検体Mの体軸方向)に伸びた円筒形となっている。したがって、検出器リング12自身もz方向に延伸している。
次に、画像生成部22が参照する補正データの取得方法について説明する。図6は、補正データの取得方法を示すフローチャートである。図6のフローを大まかに説明すると、まず、棒状の線源を用いて第1の検出を行い、これを基に、幾何学因子の取得を行う。次に、リングファントムを用いて第2の検出を行い、散乱結晶干渉因子・時間分解能的因子の取得を行う。そして、円柱ファントムを用いて第3の検出を行い、検出器固有因子の取得を行う。これらの動作は、被検体の診断に先立って行われるのであり、補正データの取得中は、被検体、および天板10を検出器リング12の開口に挿入させない。
幾何学因子取得部25は、検出器リング12の動径方向のどこで消滅γ線対の発生したかによって異なる放射線の検出感度の変化を取得する。その際には、図9に示すように、検出器リング12の中心軸方向に伸びた棒状線源Ph1を線源回転機構33により回転されながら得られた検出データA1が用いられる。棒状線源Ph1は、検出器リング12の内壁に沿うように円の軌跡を描きながら回転移動する。棒状線源Ph1には、放射性薬剤が含まれているので、棒状線源Ph1からは、消滅γ線対が検出器リング12に向けて放射される。ちなみに、棒状線源Ph1からの消滅γ線は、散乱線成分が含まれていない。線源回転制御部34は、線源回転機構33を制御するものである。動径方向因子gは、本発明の幾何学因子に含まれる。
幾何学因子取得部25は、動径方向因子gを取得するとともに、別の幾何学因子を取得する。すなわち、上述の動径方向因子gを断層画像に重ね合わせただけでは、偽像を十分に取り除くことができないからである。結晶干渉因子dは、本発明の幾何学因子の一種である。結晶干渉因子dは、図8のθ1,θ2が変動することに起因して変動する幾何学因子である。
リングファントムPh2から放射された消滅γ線対の検出データA2は、散乱結晶干渉因子・時間分解能的因子取得部26に送られる。ここで、検出器リング12に入射する前の消滅放射線対に散乱線が存在するが故に結晶干渉因子dが撹乱する影響を示す散乱結晶干渉因子Dを取得する。この散乱線反映結晶干渉因子Dは、今まで求めた因子とは異なる偽像の原因となっている。散乱線反映部28は、リングファントムPh2から放射された消滅γ線対の検出データA2を検出器リング12より受け取って、これに上述の動径方向因子g,結晶干渉因子dを作用させる。すると、検出データA2の偽像成分に含まれていた各因子g,dが補正される。
上述の幾何学因子g,d及び散乱結晶干渉因子Dを断層画像に作用させても取り除くことができない偽像がある。それは、消滅γ線対を検出する時間応答レスポンスがシンチレータ結晶のペアによって異なる場合があることに由来する偽像である。時間応答のフラツキがすくないシンチレータ結晶のペアについては、同時計数の時間分解能が高く一定の時間窓内に正しく同時計数される。しかし、時間応答のフラツキが大きいシンチレータ結晶のペアでは、同時計数の時間分解能が低く、同じ時間窓で計数されるイベントが減少する事態が生じうる。この様な事情を参酌しないで断層画像を生成すると、同時計数の時間分解能の違いにより、画像上に画素の濃淡が生じる。この様な偽像の要因を時間分解能的因子hと呼ぶ。
上述の幾何学因子g,d,散乱結晶干渉因子D,時間分解能的因子hを断層画像に作用させるだけでは、偽像を完全に取り除くことができない。シンチレータ結晶の放射線検出特性が固有に異なるからである。幾何学因子g,d,散乱結晶干渉因子D,時間分解能的因子hは、シンチレータ結晶のペアが消滅γ線対を検出する場合における同時計数時の検出効率ムラを表している。これから求めようとするシンチレータ結晶の放射線検出特性の違いは、シンチレータ結晶1つ1つを比較した場合における放射線検出特性のバラツキである。断層画像に表れる偽像のうち、固有のシンチレータ結晶のバラツキに由来する因子を検出器固有因子と呼ぶ。検出器固有因子には、ブロック因子bと、結晶固有因子eがある。ブロック因子b,結晶固有因子eは、本発明の検出器固有因子に相当する。
ブロック因子bを求めるには、図15に示すような、円柱ファントムPh3を検出器リング12の内部に載置することにより行う。円柱ファントムPh3の伸びる方向は、検出器リング12の中心軸と一致しており、円柱ファントムPh3には、放射性薬剤が含まれているので、円柱ファントムPh3からは、検出器リング12に向けて消滅γ線対が放射される。ちなみに、このとき生じた消滅γ線対の一部は、円柱ファントムPh3の一部に当たって散乱するので、検出器リング12に入射する消滅γ線対には散乱線成分が含まれている。なお、円柱ファントムPh3には中空が設けられておらず、消滅γ線対の検出中は移動しない。
ブロック因子bをシンチレータ結晶の位置に応じて2次元配列させると図19の上側のようになっている。つまり、b11=b61=b66=b16となっている。検出器固有因子取得部27は、検出データA3に幾何学因子g,d,散乱結晶干渉因子D,時間分解能的因子hを作用させるとともに、自らが求めたブロック因子bをも作用させ、もう一度ファン・サム法により合計値を取得する。すると、図19の下側のように、6×6のデータマトリックスが取得される。このマトリックスは結晶毎に異なる検出感度のバラツキを表しており、マトリックスを構成するe11〜e66が結晶固有因子eである。
次に、実施例1に係る放射線断層撮影装置の動作について説明する。まず、被検体Mに放射性薬剤が注射される。この時点から所定の時間が経過した時点で、被検体Mが天板10に載置され、被検体Mが検出器リング12の内穴に挿入される。術者が操作卓35を通じて、消滅γ線対に検出を指示すると、検出器リング12は、同時計数部20に検出データの送出を開始する。同時計数部20は、検出データの同時計数を行い、偽像除去部21は、設定記憶部37に記憶されている補正データに基づいて、偽像が写りこんだ断層画像の補正を行う。偽像除去部21は、動径方向因子g,結晶干渉因子d,散乱結晶干渉因子D,時間分解能的因子h,ブロック因子b,および結晶固有因子eの全てを断層画像に作用させ、断層画像に写りこんだ偽像を完全に除去して補正済みの検出データを画像生成部22に送出する。
D 散乱結晶干渉因子
b,e ブロック因子、結晶固有因子(検出器固有因子)
g,d 動径方向因子、結晶干渉因子(幾何学因子)
h 時間分解能的因子
1 放射線検出器
2 シンチレータ
3 光検出器
12 検出器リング
21 偽像除去部(偽像除去手段)
22 画像生成部(画像生成手段)
25 幾何学因子取得部(幾何学因子取得手段)
26 散乱結晶干渉因子・時間分解能的因子取得部(散乱結晶干渉因子・時間分解能的因子取得手段)
27 検出器固有因子取得部(検出器固有因子取得手段)
37 設定記憶部(補正データ記憶手段)
Claims (6)
- 放射線を光に変換するシンチレータ結晶が2次元的に配列されたシンチレータと光を検出する光検出器とを備えた放射線検出器が円環状に配列されることにより構成される消滅放射線対を検出する検出器リングと、
前記検出器リングから出力された検出信号の検出効率のムラを補正することで画像上の偽像を除去する偽像除去手段と、
前記偽像除去手段が動作するときに参照する偽像の出現パターンを表した補正データを記憶する補正データ記憶手段と、
前記検出効率が補正された検出信号を基に消滅放射線対の発生位置を空間的にイメージングして断層画像を生成する画像生成手段とを備え、
前記補正データは、偽像を発生する原因に応じた各因子から構成されており、
前記補正データを構成する因子には、消滅放射線対が検出器リングに到達する前に散乱することにより、これらが入射する2つのシンチレータ結晶の間の干渉、および突き抜けの結晶の位置に応じた異なり具合が攪乱されることに起因する偽像を補正させる散乱結晶干渉因子が含まれており、
前記散乱結晶干渉因子は、散乱線を含んだ消滅放射線対を放射する前記検出器リングの中心軸方向に伸びた円柱または円筒形状のファントムを前記検出器リングの開口に挿入した状態で取得されることを特徴とする放射線断層撮影装置。 - 請求項1に記載の放射線断層撮影装置において、
前記補正データを構成する因子には、個々の前記放射線検出器の間で放射線の検出感度が異なることに起因して表れる断層画像のムラを補正させる検出器固有因子が含まれており、
前記検出器固有因子を取得する場合におけるファントムは、中空を有しないとともに、前記検出器リングの中心軸方向に沿って伸びた円柱形となっていることを特徴とする放射線断層撮影装置。 - 請求項1または請求項2に記載の放射線断層撮影装置において、
前記補正データを構成する因子には、幾何学的因子の一種として、消滅放射線対の発生点が前記検出器リングの中心から内壁に近づくにつれ、放射線の検出感度が変動することに起因して表れる断層画像のムラを補正させる動径方向因子が含まれており、
前記動径方向因子は、消滅放射線対を放射するとともに前記検出器リングの中心軸に伸びた棒状の線源を前記検出器リングの開口に挿入して、これを前記検出器リングの内壁に沿って回転させながら取得されたものであることを特徴とする放射線断層撮影装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の放射線断層撮影装置において、
前記補正データを構成する因子には、幾何学的因子の一種として、隣接する放射線検出器のシンチレータ結晶間の干渉により検出器リング内で生じる散乱、および突き抜けの影響を補正する結晶干渉因子が含まれており、
前記結晶干渉因子は、消滅放射線対を放射するとともに前記検出器リングの中心軸に伸びた棒状の線源を前記検出器リングの開口に挿入して、これを前記検出器リングの内壁に沿って回転させながら取得されたものであることを特徴とする放射線断層撮影装置。 - 請求項4に記載の放射線断層撮影装置において、
前記検出器リングが出力する検出データから前記幾何学因子を取得する幾何学因子取得手段と、
前記幾何学因子を前記検出器リングが出力する検出データに作用させることにより前記散乱結晶干渉因子と、各放射線検出器の時間応答のフラツキに起因する偽像を補正する時間分解能的因子とを取得する散乱結晶干渉因子・時間分解能的因子取得手段と、
前記幾何学因子、前記散乱結晶干渉因子および前記時間分解能的因子を前記検出器リングが出力する検出データに作用させることにより前記検出器固有因子を取得する検出器固有因子取得手段とを備えていることを特徴とする放射線断層撮影装置。 - 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の放射線断層撮影装置において、
被検体を載置するとともに前記検出器リングの内穴に挿入される天板を備え、
さらに、
(α)前記天板に対し中心軸周りに回転可能な放射線源と、
(β)前記天板に対し中心軸周りに回転可能な放射線検出手段と、
(γ)前記放射線源と前記放射線検出手段とを支持する支持手段と、
(δ)前記支持手段を回転させる回転手段と、
(ε)前記回転手段を制御する回転制御手段を備えた画像生成装置が前記中心軸を前記検出器リングの中心軸を共有して前記中心軸方向から隣接して設けられることを特徴とする放射線断層撮影装置。
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