JPH04175684A

JPH04175684A - ポジトロンｃｔ装置

Info

Publication number: JPH04175684A
Application number: JP30367390A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Sugihara; 杉原　栄伸
Original assignee: Hitachi Medical Corp
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1990-11-08
Filing date: 1990-11-08
Publication date: 1992-06-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野コ本発明は、いわゆるポジトロンＣＴ装ｒ１１（以下、Ｐ
ＣＴ装置と略称する）と呼ばれる装置の検出器に関し、
特に、そのシンチレータの位置を弁別する弁別装置の改
良構造に関する。

［従来の技術］ＰＣＴ装厘は、被検者に投与されたポジトロン放出核種
の体内濃度分布を検出し、その検出信号を処理し、もっ
て横断層像として出力する装置である。この様なＰＣＴ
装置の検出器は、被検体から放出されるガンマ線を検出
するために、例えばゲルマニウム酸ビスマス（以下、　
ＢＧＯと略称する）等の直方体のシンチレータ納品を、
被検体の周囲に円環状に配列して構成されている。そし
て、このシンチレータに入射したガンマ線は、　ここで
ンンチレーノッン光に変換され、これを光電子増倍管を
介して電気信号に変換し、さらに、後段の処理回路等に
出力する。

ところで、　この様なＰＣＴ装置では、得られる横断層
像の空間分解能は、上記シンチレータ結晶の大きさに依
存し、そのため、このシンチレータ結晶は、近年、小型
化され従来の円環の大きさを維持するため多数化される
傾向にある。

しかしながら、光電子増倍管は、その小型化には限界が
ある上、その使用本数の増加は装置自体の著しい価格上
昇につながるため、従来、複数のシンチレータと、それ
よりも少ない数の光電子増倍管とを組み合わせることに
より、もって、この光電子増信管の使用本数の低減を図
った検出器の構造が提案されている。

この様な従来の検出器の構造を、添付の第７図に示す。

図において、符号１はＢＧＯンンチレータを、符号２は
ライトガイドを、符号３は光電子増倍管を、そして、符
号４は２本の光電子増信管の出力信号から４つの／ンチ
レータにおける入射シンチレータの位置を弁別するため
の弁別回路である。　また、　これらシンチレータ１１
　　ライトガイド２及び光電子増倍管３は、各々、光学
的に結合されており、　さらに、　シンチレータ１は、
添イ１の第８図（ａ）、　（ｂ）及び（ｃ）の三面ｇに
も示される様に、　ライトガイドに接する面以外は、反
射剤５が薄く塗布されている。　さらに、上記のライト
ガイド２も、　／フチレータ１や光電子増信管の光電面
に接する面以外には、同様に、反射剤が塗布されている
。

次に、添付の第９図及び第１Ｏ図より、上記の検出器に
おけるガンマ線入射シンチレータの位置の弁別原理を及
び動作を説明する。第９図は上記の第７図に示した検出
器のＡ−Ａ断面を示しており、また、第１０１１ｍは上
記の第８図で示した各シンチレータＣｌ−Ｃ４にガンマ
線が入射して／ンチレーンーンが生じた場合に、各光電
子増幅管ＴＬＴ２が出力する信号を模式的に示した図で
ある。この第１０図にも示す様に、例えばシンチレータ
Ｃ１でガンマ線を検出した場合には、はぼ全部のノンチ
レー７．ン光が光電子増倍管Ｔ１にによって受光され、
その出力信号Ｘとして大きな信号が生じるのに対し、　
シンチレータＣ４でガンマ線を検出した場合には、反対
に、全部のシンチレーフ１ン光が光電子増倍管Ｔ２に受
光されて大きな出力信号Ｙが生じる。次に、シンチレー
タで０２でガンマ線を検出した場合には、その大半のシ
ンチレーシーン光は光電子増倍管Ｔｌに受光されるが、
その一部のシンチレーシ冒ン光は他方の光電子増信管Ｔ
２でも受光されるため、図にも示すように、光電子増倍
管Ｔ１からは上記の場合よりもやや小さな出力信号Ｘが
、そして他方の光電子増倍管Ｔ２からはそれよりもさら
に小さな出力信号Ｙが生じる。さらに、シンチレータＣ
３でガンマ線を検出した場合には、光電子増倍管Ｔ１と
Ｔ２の出力信号ＸとＹは図に示される様になることにな
る。

次に、第１１図には、以上に述べた様な出力信号Ｘ、　
　Ｙから、シンチレータＣｌ−Ｃ４の中からガンマ線を
受光しているシンチレータを識別し、その識別したシン
チレータの位置を示すためのディジタル信号ＰＯ１ＰＩ
を出力するための、いわゆる位１１３１別回Ｎ４の回路
構造が示されている。

すなわち、図中の符号６．６は上記の信号Ｘ、　　Ｙを
に倍する回路を示しており、このＫの値については後述
する。符号７ａｓ　　７ｂ１７ｃは入力される２つの信
号の差をとり、その結果が正の値の場合は「０」のディ
ジタル信号を、負の場合には「」のディジタル信号を出
力するコンパレータである。また、符号８はオア（ＯＲ
）ゲートである。

また、第１２図は、上記第１０図の出力信号を数値化し
、併せて、これらと上記位置弁胴回１１１１４が出力す
る信号ＰＯ１ＰＩのビットパターンとの関係を示す図で
ある。この中で、ＰＩのビットパターンは図の関係から
明かであろう。また、ＰＯのビットパターンは上記にの
値に依存し、またこの値は調整されるが、今、例えばに
＝０．４とすれば、シンチレータＣＩあるいはＣ４がガ
ンマ線を検出した場合には、Ｘ−ＫＹｌ　Ｙ−ＫＸの信
号処理を行うコンパレータ７ｂ、７ｃの出力のいずれか
一万はｒｌＪの信号を出力することがらオアゲート８の
出力ＰＯは「１」となり、一方、ノツチレータＣ２ある
いはＣ３がガンマ線を検出した場合には、両方のコンパ
レータ７ａ１７ｂの出力は「０」となるため、　ＰＯは
図に示す様なパターンとなる。

Ｃ発明が解決しようきする課題］この様に、上記の従来技術になる検出器では、上記１２
図に示した様な理想的な条件下では問題なくガンマ線が
入射するノツチレータを識別することが出来るが、しか
しながら、例えばシンチレータｌと、　ライトガイド２
と、光電子増倍管３との間の光学的結合が幾何学的にず
れたり、あるいは、複数（二つ）の光電子増倍管の受光
面の感度が不均一であった場合には、誤った位置信号Ｐ
ｏ１Ｐ１を生じてしまう。

この様な場合の一例として、特にシンチレータ１と、　
ライトガイド２と、光電子増倍管３との間の光学的結合
がずれた場合の状態及びその時の出力が第１３図及び第
１４図に示されている。すなわち、二つの光電子増倍管
ＴＬＴ２からの出力Ｘ、　　Ｙが上記光学的結合のずれ
によって第１４図に示す様になった場合には、図の下側
に示されるビットパターンＰＩ、ＰＯはＣ３とＣ４の識
別が不可能になってしまう。この様な場合にも、第１１
図の増倍回路６．６のＫの値を細かく調整することによ
ってＲ別可能にすることが可能ではあるが、　しかしな
がら、この調整はアナログ信号処理となり、自動化には
馴染みにくいという問題くがあった。また、この１１ｉ
整は比較的単純な作業ではあるが、ＰＣＴ装宜では多数
の検出器が使用されているため、その調整作業のための
工程数も大幅に増大してしまい、現実的にはその自動化
は困難であり、また、装置の価格の上昇にもつながると
いう問題点があった。

さらに、近年のＰＣＴ装置では、被検体の横断面の様な
二次元情報だけではなく、　さらに、立体的な三次元情
報を収集する試みも行われており、そのようなＰＣＴ装
置の検出器としては、シンチレータを＃１慣に複数平面
的に配列した構造の検出器が考案されており、この場合
、各光電子増倍管と組み合わせられるノツチレータの数
も従来に比較して大幅に増大する。このような検出器の
場合にも、上記の従来技術を拡張して適用することによ
ってノツチレータの位置を識別することは可能ではある
が、しかしながら、その場合、ノツチレータの位置弁別
回路のＫの値の調整は更に複雑なものとなり、やはり、
上記と同様の問題点が生じる。

そこで、本発明では、上記の従来技術における問題点に
鑑み、装置の調整作業を自動化することが容易で、かつ
、三次元情報を得るために使用される検出器にも容易に
適用することが可能な弁別回路を備えたポジトロンＣＴ
装置を提供することをその目的とするものである。

［課題を解決するための手段〕上記の目的は、本発明によれば、略円環状のガンマ線用
検出器により被検体から放射されるガンマ線を検出し、
得られたポジトロン放出核種の被検体内の濃度分布を所
定の形式の像を形成して表示するポジトロンＣＴ装置で
あって、上記ガンマ線用検出器は、複数の円環状に配置
されたノツチレータと、上記ノツチレータの数よりも少
ない数の複数の光電子像倍管と、上記ノツチレータと上
記光電子像倍管とを光学的に結合するライトガイドと、
　さらに、上記光電子増倍管の出力信号により上記複数
のノツチレータの中からガンマ線が入射されたノツチレ
ータの位置を識別する位置弁別回路を備え、かつ、上記
位置弁別回路は、上記光電子増倍管の出力信号に所定の
重み係数を付与して所定のアナログ演算を行うアナログ
演算手段と、得られたアナログ信号をディジタル信号に
変換する変換器と、ディジタル信号と位ａＳ別信号との
間の関係を予め記憶した記憶手段と、上記変換されたデ
ィジタル信号に基づいて上記記憶手段に記憶された位ｗ
Ｊｌ別信号を出力する手段とを育することを特徴とする
ポジトロンＣＴＨＩによつて達成される。

［作　　用コすなわち、上記の本発明になるボットロンＣＴ装置によ
れば、アナログ演算手段で光電子増倍管の出力信号に所
定の重み係数を付与して所定のアナログ演算を行った後
、この得られたアナログ信号をディジタル信号に変換し
、この変換されたディジタル信号に基づき、変換された
ディジタル信１号とシンチレータの位ｆｌｊｌ別信号と
の間の関係をノ予め記憶した記憶手段を参照し、読み出した位置識別信
号を出力することにより、正確な位置の識別が可能にな
ると共に、ディノタル化による調整の自動化が可能にな
る。

［実　　施　　例コ以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照しな
がら詳細に説明する。

まず、添付の第２ＦＩ！Ｊには本発明が適用されたポジ
トロンＣＴＨ１１のシンチレータのガンマ線の検出器の
構造が示されている。なお、この実施例では、ガンマ線
を検出する検出器としては、第２図に示す様に、上記第
７図に示したと同様の構造の検出器が使用されており、
この検出器は被検体の二次元情報を得るための＃１Ｉｒ
Ｉのものである。すなわち、ＢＧＯノンチレータ１は横
方向に直列に配列された４つのシンチレータから構成さ
れてわり、−ライトガイド２を介して、２本の光電子増
倍１ＩＩ３．３に光学的に結合されており、そして、こ
の２本の光電子増倍管３．３からは出力信号Ｘ、　　Ｙ
が出力される。また、シンチレータｌは、添付の第８図
（ａ　）、（ｂ　）及び（Ｃ）の三面図にも示されると
同様に、ライトガイドに接する重置外は、反射剤が薄り
塗布されており、　さらに、上記のライトガイド２も、
シンチレータｌや光電子増倍管の光電面に接する重置外
には、同様に、反射剤が塗布されている。

第１図には、本発明が適用されたポジトロンＣ子装置の
シンチレータの位置弁別回路４の詳細な回路構成が示さ
れている。この図におＩＩ）で、符号６．６は上記と同
様に、検出器からの出力信号Ｘ１ＹをＮ１倍、Ｎ２倍す
ることにより上記Ｘ、　　Ｙ信号に重み係数Ｎｌ、Ｎ２
を付与する回路である。

符号９八及び９Ｂは、入力された信号を加算する加算器
を、符号１０は、いわゆるアナログ−ディジタル（Ａ／
Ｄ）変換器であり、これには変換するアナログ信号（Ｉ
Ｎ）と基準信号（ＲＥＦ）とが入力され、もって、変換
する信号（ＩＮ）と基準信号（ＲＥＦ）の大きさの比（
ＩＮ／ＲＥＦ）がディジタル信号として出力信号（ＯＬ
ＩＴ）として出力される。また、符号１１Ａ、ＩＩＢは
グー１回路であり、後に詳述されるコンピュータ（ＣＰ
Ｕ）１３からのゲート信号に応じて、入力されるディジ
タル信号を出力側へ伝達する。符号１２は、電気信号に
よりその記憶内容を書換可能な記憶素子（例えばＲＡ　
Ｍ：　　ランダム−アクセス・メモリ）であり、その書
き込み状態ではアドレス信号で指定される記憶領域にデ
ータ信号の内容を書き込み、出力状態では、アドレス信
号で指定された記憶領域の内容をデータ信号として出力
する。

そして、符号１３は、上記のゲート回Ｉｌｌ　１１　Ａ
。

１１Ｂや上記記憶素子１３を制御し、かつ、データを取
り込んで必要な数値演算処理を施すコンピュータ（ＣＰ
Ｕ：　セントラル・プロセッシング・ユニット）である
。また、図中の符号１４．１４・・・はディジタルデー
タを転送するための、いわゆるデータバスラインである
。

次に、上記にその詳細な構成を説明したシンチレータの
位置弁胴回Ｎ４の動作について、添付の第３図及び第４
図を参照しながら以下に詳細に説明する。

まず、第３１！Ｉには、　シンチレータ１と、　ライト
ガイド２と、光電子増倍管３との間の光学的結合が理想
的な状態であり、かつ、二つの光電子増倍管Ｔｌ、Ｔ２
の感度も同じである場合（上記の第９図及び第１Ｏ図を
参照）の各部の出力信号が示されている。なお、各シン
チレータ０１〜Ｃ４の出力信号Ｘ、　　Ｙの大きさはは
図に示した値であり、重み付は回路６Ａ、６Ｂの重み付
は係数は、Ｎ１＝ＬＮ２＝４である。この場合、加算Ｗ
９Ａの出力信号Ｚは、上記の第３ｒＩＩＪに示すように
なる。

これをもう一方の加算器９Ｂの出力信号を基準にして（
すなわち、ＲＥＦ信号として）Ａ／Ｄ変換！１１０でデ
ィジタル信号に変換して得られたビフトバターノは、図
の下側にＤ２〜ＤＯで示す様になる。すなわち、このＡ
／Ｄ変換器１０の出力信号の値（あるいは、そのビット
パターン）によって、上記４つのノ“ンチレータＣ１〜
Ｃ４がら受光しているシンチレータの位置を識別するこ
とが可能になる。　この例では、　シンチレータＣＩが
受光している場合には、ディジタル信号１＝（００１）
が、　シンチレータＣ２の場合には２＝　（０１０）が
、　シンチレータＣ３の場合には３＝（０１１）が、そ
して、　シンチレータＣ４の場合には４＝（１００）が
出力されることとなる。

そこで、　コンピュータＩ３、ゲート回路１１　Ａ。

１１Ｂによって、各シンチレータが受光した場合の上記
のディジタル変換出力を予め記憶回路１２に記憶してお
き、このデータと実際に変換された出力とを比較参照し
ながら、受光シンチレータの位置を示すディジタル信号
ＰＯ１Ｐ１を出力することとなる。

しかしながら、以上にその動作を述べた様な場合はむし
ろ理想的な状態での動作であり、次には、例えば組立過
程においてシンチレータ、　ライトガイド、光電子増倍
管の配置関係にずれが生じ、あるいは複数の光電子増倍
管の感度に違いがある場合などの場合にも、補正して正
確に入射シンチレータの位置を識別する動作を、第４図
を参照しながら詳細に説明する。

）この場合、重み付は回路６Ａ、６Ｂの重み付は係数は
、例えば、Ｎ１＝ＩＯ１Ｎ２＝４０に設定されている。

まず、検出器単体の調整段階において、上記シンチレー
タＣ１〜Ｃ４に個別にガンマ線を照射し、その時のＡ／
Ｄ変換器１０のディジタル変換出力をコノピユータ１３
によって収集する。すなわち、この時には、ゲート回路
１１Ｂを開き、他方、ゲート回路１１Ａは閉じた状態に
する。第４図の例では、例えばシンチレータＣ１にガン
マ線が入射した場合には、加算器９Ａの出力にはＺ＝３
６という大きな値が表れ、Ａ／Ｄ変換器１０は、これを
加算器９Ｂの出力（＝３）を基準ニした比の値としてデ
ィジタル信号１’１２＝００１１００Ｊを出力し、これ
がコンビコータ１３ム収集される。次いで、シンチレー
タＣ２，Ｃ３、Ｃ４についても上記と同様にして、各々
の場合の変換ディジタル出力がコンピュータ１３に収集
され　る。

続いて、　コンピュータ１３は、ゲート回路ｌＩＡ、Ｉ
ＩＢの両者を閉じた状態にし、記憶口ｌ！ＩＩ２である
メモリ（ＲＡＭ）を書き込み状態にして位置識別信号で
あるＰＯ，ＰＩを書き込む。すなわち、収集したＡ／Ｄ
変換器１０のディジタル信号をアドレス信号として出力
し、同時に、　シンチレータの位置を識別する信号ＰＯ
１ＰＩをデータ信号として出力してこれを書き込む。例
えば、図の例では、シンチレータＣＩの場合には、「０
０１１００Ｊをアドレス信号として「００」というデー
タを、シンチレータＣ２の場合には、「０１０１１１Ｊ
をアドレス信号として「Ｏｌ」というデータを、シンチ
レータＣ３の場合には、「１０００００Ｊをアドレス信
号として「１０」というデータを、シンチレータＣ４の
場合には、「＋０１０００Ｊをアドレス信号として「１
１」というデータを書き込む。

次に、上記の調整を終了してＰＣＴ装置に実装した状態
では、ゲート回路１１Ｂを閉じ、ゲート回路１１Ａを開
き、また、記憶回路１２は読み出し状態とする。この様
な状態において、各シンチレータ０１〜Ｃ２がガンマ線
を入射すると、それに対応したディジタル信号（Ｄｏ〜
Ｄ５）がＡ／Ｄ変換器１０から出力され、このディジタ
ル出力をアドレスにして記憶回路１２から対応する位置
識別信号（ＰＯ，ＰＩ）が読み出されて出力され、もっ
て、ガンマ線を検出したシンチレータの位置が弁別出来
ることとなる。例えば、シンチレータＣ１にガンマ線が
入射すると、Ａ／Ｄ変換器１０はディジタル変換信号ｒ
ｏ０１１００Ｊを出力し、これに基づいて、記憶回路１
２からは「００」というシンチレータＣＩの位置を示す
位置信号が出力され、　また、他のシンチレータＣ２〜
Ｃ４についても同様である。

また、上記の実施例から明らかなように、上記Ａ／Ｄ変
換器ｌＯの出力（Ｄｏ〜Ｄ５）のビット数は位置識別信
号（ＰＯ，ＰＩ）のビット数よりも大きいことが重要で
ある。

さらに、添付の第５図及び第６図には、本発明ゝの他の
実施例になる２０丁装置の検出部及びノンーチレータの
位置弁別回路４の詳細な回路構成が示されている。　こ
の検出部は、第５図からも明らかなように、複数（１６
個）のノツチレータを縦横平面に二次元的に配置したも
のであり、これに対して４４１の光電子増倍管３が設け
られている。この検出部は、いわゆる、被検体の横断面
の様な二次元情報だけではなく、さらに、立体的な三次
元情報を収集するのに適したものである。

また、そのため、第６図に示す位置弁別回路４は上記４
個の光電子増倍管からの４つの出力信号Ａ、　　Ｂ、　
　ＣＳＤを人力とする構造となっており、その位置諧調
出力は４ピツ）　（ＰＯ〜Ｐ３）のディジタル信号とな
っているが、その原理及び動作は上記の実施例と同様で
ある。

以上のように、本発明の実施例によれば、回路の信号処
理がデインタル化されているため、各ノツチレータに個
別にガンマ線を一射する手段を川意するだけで調整工程
を容易に自動化することが可能であり、　さらに、　よ
り多くのノツチレータの位置を弁別する場合にも基本構
成を変えずに容易に適用することが可能である。

［発明の効果コ以上の説明からも明らかな様に、本発明になるボットロ
ンＣＴ装厘によれば、その位置認識が正確であり、特に
位置弁別回路の回路構成がデインタル化されており、従
来のアナログ位置弁別回路を備えたＰＣＴ装置に比較し
、ａ！ｉの自動化が容易であり、そのため、その制作費
用を大幅に低減することが可能になり、さらには、被検
体の立体的な三次元情報を収集するＰＣＴ＠置の検出器
にも容易に拡張して適用することが出来るという技術的
にも優れた効果を発揮することとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になるボットロンＣＴ装置の位置弁別回
路の詳細な回路構成を示す回路図、第２図は上記の位置
弁別回路と共に使用される検出部の構造を示す剥視図、
第３図及び第４図は、上記位置弁別回路の動作を説明す
るため、各部の出力信号の関係を示す出力関係図、第５
図及び第６図は本発明の他の実施例になる三次元情報を
α集す４ＰＣＴ装置の検出部の＃Ｉｍ及び位置弁別回路
の橘路構成を示す斜視図及び回路図、第７図は従来のＰ
ＣＴ装置の概略を示す模式図、第８図（ａ）、（ｂ）及
び（Ｃ）は上記ＰＣＴ装置の検出部のノツチレータの構
造を説明する三面図、第９図は上記第８図の検出部の内
部構造を説明するＡ−Ａ断面図、第１０図は上記検出部
の各ノツチレータの出力関係を示す図、１ｉｌ１図及び
第１２図は位置弁別回路の詳細回路構成を示す回路図及
びその各部の出力間係を示す図、そして、第１３図及び
第１４図は組立過程で位置ずれが生じた場合の検出器の
断面図及びその時の各部の出力関係を示す出力関係図で
ある。く符号の説明〉１　（０１〜Ｃ４）・・・ノツチレータ　２・・・ライ
トガイド　３・・・光電子増倍管　４・・・位１１Ｉ弁
別回路　６＼・・・重み付は回路　９Ａ、９Ｂ・・・加算器　１０・
・・Ａ／／Ｄ変換器　１２・・・記憶回路（ＲＡＭ）　　ｌ　３
・・・コンピュータ　−４・・・データバスライン特許
出願人　株式会社日立メディコ代　理　人　弁理士　高崎　芳紘第２図ＸＹ第３図第４図第５図ＣＤ第７図第９図第１０図第１１図第１２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）略円環状のガンマ線用検出器により被検体から放
射されるガンマ線を検出し、得られたポジトロン放出核
種の被検体内の濃度分布を所定の形式の像を形成して表
示するポジトロンＣＴ装置であって、上記ガンマ線用検
出器は、複数の円環状に配置されたシンチレータと、上
記シンチレータの数よりも少ない数の複数の光電子像倍
管と、上記シンチレータと上記光電子像倍管とを光学的
に結合するライトガイドと、さらに、上記光電子増倍管
の出力信号により上記複数のシンチレータの中からガン
マ線が入射したシンチレータの位置を識別する位置弁別
回路を備え、かつ、上記位置弁別回路は、上記光電子増
倍管の出力信号に所定の重み係数を付与して所定のアナ
ログ演算を行うアナログ演算手段と、得られたアナログ
信号をディジタル信号に変換する変換器と、ディジタル
信号と位置識別信号との間の関係を予め記憶した記憶手
段と、上記変換されたディジタル信号に基づいて上記記
憶手段に記憶された位置識別信号を出力する手段とを有
することを特徴とするポジトロンＣＴ装置。