JP5837724B2 - 可変型ピンホールタイプコリメータ装置及びこれを用いた放射線画像装置 - Google Patents

Description

本発明は、可変型ピンホールタイプコリメータ装置及びこれを用いた放射線画像装置に関するもので、より詳細には、ガンマカメラやＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：単一光子放出断層撮影）装置のような放射線画像装置で放射線の通過領域や方向を決定する可変型ピンホールタイプコリメータ装置及びこれを用いた放射線画像装置に関するものである。

放射線画像装置は、放射線同位元素を利用して画像を得る装置で、核医学診断の分野をはじめ、非破壊検査の分野で広く使用されている機器の一つである。

核医学診断の分野で使用される放射線画像装置、例えば、ガンマ線を利用するガンマ線カメラやＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：単一光子放出断層撮影）装置は、人体の構造の情報を提供する他の診断装置、例えば、磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）や超音波診断装置とは異なり、放射性医薬品を利用して人体の機能の情報を提供する。

図１は、一般的なガンマカメラ１の構成を示す図面である。一般的なガンマカメラ１は、コリメータ１０（Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）、シンチレーション光の決定、すなわちシンチレータ３０（Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）、そして光電子増倍管５０（ＰＭＴ）で構成される。

コリメータ１０は、生体内の追跡子から放出されるガンマ線の中でカメラと同じ方向のガンマ線のみを通過させ、他の方向から来るガンマ線を遮断する照準器としての働きをする。つまり、コリメータ１０は、生体部位から放出されるガンマ線を幾何学的に制限して、必要な部位で放出されるガンマ線だけがシンチレータ３０に入射されるようにする。

ここで、コリメータ１０を通過してシンチレータ３０と反応したガンマ線は、シンチレータ３０によって検出しやすい形態の低エネルギー電磁波、例えば可視光に変換され、光電子増倍管５０で増幅及び電気信号に変換され、検出された位置やエネルギーなどがコンピュータ７０に保存されることによって、画像を獲得する。

このようなガンマカメラの例は、韓国登録特許第０８４１１２３号に開示されている。

一方、ＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：単一光子放出断層撮影）装置は、１９７６年、Ｗ．Ｉ．Ｋｅｙｓによって最初に開発され、１９７９年、Ｒ．Ｊ．Ｊａｓｚｃｚａｋによって脳専用装備が開発された。

ＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：単一光子放出断層撮影）装置は、ガンマカメラ１の動作原理と同様だが、生体内に単一光子、例えば、ガンマ線を放出する放射性医薬品を注入して、生体内で発生するガンマ線が生体を透過したことを生体の周りを回転するヘッドに設置された閃光カメラで様々な角度から測定し、検出された信号を画像再構成アルゴリズムによって断層画像を獲得する。したがって、ＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：単一光子放出断層撮影）装置にもガンマカメラ１と同様に、コリメータ１０（Ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）、シンチレータ３０（Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）、そして光電子増倍管５０（ＰＭＴ）が適用される。

ガンマカメラ１やＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：単一光子放出断層撮影）装置は、前述のように、ガンマ線を選択的に通過させるためのコリメータ１０が使用され、一般的に鉛やタングステンを主成分とし、形状が固定された形で製作される。

図２は、ガンマカメラ１やＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：単一光子放出断層撮影）装置に適用される従来のピンホールコリメータ１０の構成を示す図面である。

ピンホールコリメータ１０は、全体の構造を形成する本体１１とガンマ線が通過するピンホール１２とを含む。ピンホール１２は、図２に示すように、第１コーン領域１３、通過ホール領域１５、そして、第２コーン領域１４に区分される。

図３は、従来のマルチピンホールコリメータ１０ａの例を示す図面である。図３に示すように、本体１１ａに複数のピンホール１２ａが形成されているが、複数のピンホール１２ａはその位置に応じて垂直方向に形成されたり（図２の（ｂ）参照）、または一定の角度で形成されたりする（図７の（ａ）参照）。

ここで、ピンホール１２ａの形状は、第１コーン領域１３及び第２コーン領域１４の放射角度、通過ホール領域１５の直径及び長さなどによって決定され、撮影対象のサイズや位置、シンチレータ３０（Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ）の大きさや位置、そしてガンマ線のエネルギーの大きさに応じてその形状が決定される。

ところが、従来のピンホールコリメータ１０は、図２及び図３に示すように、その形状が固定されており、撮影対象のサイズや位置が変わるなどの撮影条件が変わると、それに合わせてピンホールコリメータ１０を毎回交換して使用しなければならないことが不便である。

そこで、本発明は、前記のような問題点を解消するために案出されたものであって、ガンマカメラやＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：単一光子放出断層撮影）装置のような放射線画像装置に適用される可変型ピンホールタイプコリメータ装置として、ピンホール形状の変化が可能で、様々な形のピンホールコリメータの具現が可能な可変型ピンホールタイプコリメータ装置及びこれを用いた放射線画像装置を提供することにその目的がある。

前記の目的は、本発明に係り、放射線画像装置に適用される可変型ピンホールタイプコリメータ装置において、放射線の照射方向へ積層され、それぞれの放射線が通過する通過領域を形成する複数の絞りを含むピンホール形成モジュールと；前記各々の絞りの前記通過領域を互いに独立して可変させる複数の駆動モジュールと；前記各々の絞りの前記通過領域が独立して可変され、前記ピンホール形成モジュールが放射線の通過するピンホールを形成するように前記駆動モジュールを制御するコリメーティング制御部を含むことを特徴とする放射線画像装置に適用される可変型ピンホールタイプコリメータ装置によって達成される。

ここで、前記各々の絞りによって形成される前記通過領域は円形または楕円形であることができる。

そして、前記各々の絞りは放射線を遮蔽する材質からなることができる。

一方、前記の目的は、本発明の他の実施形態に係り、前記の可変型ピンホールタイプコリメータ装置が適用される放射線画像装置によっても達成される。

前記のような構成により、本発明によれば、ガンマカメラやＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：単一光子放出断層撮影）装置のような放射線画像装置に適用される可変型ピンホールタイプコリメータ装置として、ピンホール形状の変化が可能で、様々な形のピンホールコリメータの具現が可能な可変型ピンホールタイプコリメータ装置及びこれを用いた放射線画像装置が提供される。

一般的なガンマカメラの構成を示す図面である。 従来のピンホールコリメータを示す図面である。 従来のマルチピンホールコリメータの構成を示す図面である。 本発明に係る可変型ピンホールタイプコリメータ装置の構成を示す図面である。 本発明に係るピンホール形成モジュールの絞りの動作状態を示す図面である。 本発明に係る可変型ピンホールタイプコリメータ装置のピンホール形成モジュールの動作原理を説明するための図面である。 本発明に係る可変型ピンホールタイプコリメータ装置のピンホール形成モジュールの動作原理を説明するための図面である。

本発明に係る放射線画像装置に適用される可変型ピンホールタイプコリメータ装置は、放射線の照射方向へ積層され、それぞれの放射線が通過する通過領域を形成する複数の絞りを含むピンホール形成モジュールと；前記各々の絞りの前記通過領域を互いに独立して可変させる複数の駆動モジュールと；前記各々の絞りの前記通過領域が独立して可変され、前記ピンホール形成モジュールが放射線が通過するピンホールを形成するように前記駆動モジュールを制御するコリメーティング制御部を含むことを特徴とする。

以下、添付された図面を参照して、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。本発明に係る可変型ピンホールタイプコリメータ装置は、ガンマカメラやＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：単一光子放出断層撮影）装置のような放射線画像装置に適用される。本発明では、核医学用放射線画像装置に適用されることを例にしているが、ガンマ線を利用した非破壊検査用放射線画像装置にも本発明に係る可変型ピンホールタイプコリメータ装置が適用可能である。

本発明に係る可変型ピンホールタイプコリメータ装置は、図４に示すように、ピンホール形成モジュール１１０、複数の駆動モジュール１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｎ及びコリメーティング制御部１３０を含む。

ピンホール形成モジュール１１０は、放射線の照射方向へ積層される複数の絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎを含む。そして、複数の絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎはそれぞれ、放射線が通過する通過領域Ｆを形成する。ここで、それぞれの絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎは、放射線を遮蔽する材質、例えば、鉛やタングステンを含む材料からなることができる。

ここで、それぞれの駆動モジュール１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｎは、各々の絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎの通過領域Ｆを互いに独立して可変させる。すなわち、駆動モジュール１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｎの動作に応じて絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１ｃ１、１１１ｎが動作して、各々の絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎの通過領域Ｆのサイズが可変される。図５は、本発明に係るピンホール形成モジュール１１０の絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎの動作状態を示す図面であり、一つの絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎが駆動モジュール１２１ａ、 １２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｎによって調節されて通過領域Ｆが調節される例を示す図面である。

コリメーティング制御部１３０は、各々の絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎの通過領域Ｆが独立して可変されるように、複数の駆動モジュール１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｎを制御する。より具体的に説明すると、コリメーティング制御部１３０は、それぞれの絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎの通過領域Ｆが互いに独立して可変されるように、複数の駆動モジュール１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｎを制御することにより、ピンホール形成モジュール１１０が放射線の通過するピンホール１１３，１１４，１１５を形成するようにする。

図６及び図７は、本発明に係る可変型ピンホールタイプコリメータ装置のピンホール形成モジュール１１０の動作原理を説明するための図面であり、本発明に係るピンホール形成モジュール１１０の放射線の透過方向への断面を示す図面である。

図６及び図７を参照して説明すると、ピンホール形成モジュール１１０は、前述のように、複数の絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎが放射線の照射方向へ積層されて構成される。ここで、それぞれの絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎが、各々の駆動モジュール１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｎの駆動に応じて通過領域Ｆが互いに独立して可変されると、図６及び図７に示すような放射線の照射方向への断面形状が調節可能になる。

図６は、絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎの通過領域Ｆの調節により、図２の（ｂ）に図示された従来のピンホールコリメータ１０の形状を具現した例を示している。図６の上部から絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎの通過領域Ｆを漸進的に減少させ第１コーン領域１１３を形成し、中間部分の絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎを利用して通過ホール領域１１５を形成し、同様に通過ホール領域１１５から絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎの通過領域Ｆを漸進的に増加させて第２コーン領域１１４を形成することにより、図２の（ｂ）に図示された従来のピンホールコリメータ１０の形状を具現することができる。

図７の（ａ）は、従来のピンホールコリメータ１０の断面を示す図面で、図３に示すマルチピンホールコリメータ１０ａに適用される例を示す図面である。図７の（ａ）に示すように、ピンホール１１３，１１４，１１５が垂直方向に対して一定の角度を持つように形成された例を示す図面である。

図７の（ａ）に示すピンホールコリメータ１０のピンホール１２は、図７の（ｂ）に示すように、本発明に係る可変型ピンホールタイプコリメータ装置のピンホール形成モジュール１１０によって具現が可能になる。

ここで、ピンホール形成モジュール１１０を構成するそれぞれの絞り１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎによって形成される通過領域Ｆは、楕円形を持つように設けることができる。これにより、図７の（ｂ）に示すようなピンホール形状の具現がより円滑になることができる。

前記のような構成により、本発明に係る可変型ピンホールタイプコリメータ装置は、様々な形状のピンホール１１３，１１４，１１５の具現が可能になり、ピンホールコリメータ１０の交換がなくても撮影対象のサイズや位置、シンチレータ（Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒ ）の大きさや位置、そしてガンマ線のエネルギーの大きさなどの変化にも適応的に対応可能になる。また、ピンホールコリメータ１０の交換なしピンホール形成モジュール１１０の調節に応じて撮影された画像の拡大と縮小が可能になる。

そして、マルチピンホールコリメータ１０ａの具現時、光検出器の大きさもピンホール１１３，１１４，１１５のＦＯＶに対応して大きくなければならないが、本発明により光電子増倍管（ＰＭＴ）の大きさはそのまま維持したまま、従来のマルチピンホールコリメータ１０ａの機能を代わりになることができる。

そして、低エネルギーから高エネルギーまで様々なエネルギーのガンマ線に対応が可能で、ピンホールコリメータ１０の交換なく、さまざまな同位元素の撮影が可能になる。

ただし、本発明のいくつかの実施形態が示され、説明されたが、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する当業者であれば、本発明の原則や精神から逸脱せず、本実施形態を変形できることを知ることができるだろう。発明の範囲は、添付された請求項とその均等物によって定められるものである。

本発明に係る可変型ピンホールタイプコリメータ装置及びこれを用いた放射線画像装置は、ガンマカメラやＳＰＥＣＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：単一光子放出断層撮影）装置のような放射線画像装置で放射線の通過領域や方向を決定するのに適用することができる。

１１０：ピンホール形成モジュール
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎ：絞り
１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｎ：駆動モジュール
１３０：コリメーティング制御部

Claims (4)

1. 放射線画像装置に適用される可変型ピンホールタイプコリメータ装置において、
   放射線の照射方向へ積層され、それぞれの放射線が通過する通過領域を形成する複数の絞りを含むピンホール形成モジュールと；
   前記各々の絞りの前記通過領域を互いに独立して可変させる複数の駆動モジュールと；
   前記各々の絞りの前記通過領域が独立して可変され、前記ピンホール形成モジュールが放射線の通過するピンホールを形成するように前記駆動モジュールを制御するコリメーティング制御部を含むことを特徴とする放射線画像装置に適用される可変型ピンホールタイプコリメータ装置。
2. 前記各々の絞りによって形成される前記通過領域は円形または楕円形であることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像装置に適用される可変型ピンホールタイプコリメータ装置。
3. 前記各々の絞りは放射線を遮蔽する材質からなることを特徴とする請求項１に記載の放射線画像装置に適用される可変型ピンホールタイプコリメータ装置。
4. 請求項１による可変型ピンホールタイプコリメータ装置が適用される放射線画像装置。

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