JPH06201832A - シンチレーションカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明目的は多方向から入射するγ線入射方向
を特定することによってメカニカルコリメータを不要と
するシンチレーションカメラを提供すること。 【構成】本発明によるシンチレーションカメラは、被検
体の放射性同位元素からのγ線入射位置と損失エネルギ
とを測定する前段検出系２と、この検出系２を通過した
γ線到達位置を測定する後段検出系３と、この入射位置
と到達位置とを結ぶ結線を計算すると共に損失エネルギ
に基づいて前段検出系２を通過するに際して生じる散乱
角度を計算するコンプトンテレスコープ９と、三次元実
空間に対応したメモリ空間を有し上記結線を中心線とし
散乱角度を拡がり角とした円錐の錐面上の各位置の計数
値をγ線入射毎にカウントアップする第１メモリ手段
と、このメモリ空間に対応したメモリ空間を有し上記各
位置の計数値が所定値に一致したとき当該位置の計数値
をカウントアップする第２メモリ手段とを具備した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特定の臓器や組織に吸
収され又は集中する医薬品を放射性同位元素（radioiso
tope；以下単に「ＲＩ」という）で標識（ラベル）して
被検体内に投与し、そこからランダムに放出されるγ線
を一定期間検出することにより被検体内における放射性
同位元素の分布画像（シンチグラム）を求めるシンチレ
ーションカメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のシンチレーションカメラ
は、被検体からランダムに放射される僅微のγ線を多孔
性のメカニカルコリメータで特定方向からのγ線だけに
コリメートした後、検出器において例えばヨウ化ナトリ
ウム(NaI) を発光物質としたシンチレータで受け、その
蛍光像を複数本の高電子増倍管で検出するようにしてい
た。

【０００３】ところで、メカニカルコリメータは、１５
０kev 以下の低エネルギ用コリメータや、１５０kev 〜
３００kev の中エネルギ用コリメータなどがあり、γ線
のエネルギによって適したものが選べるようになってい
る。

【０００４】また、メカニカルコリメータは、各孔の方
向がスライス面に集中するファンビームコリメータや、
各孔の方向が平行なパラレルホールコリメータなどがあ
り、それぞれ一長一短の特性を有しており、適宜選択で
きるようになっている。すなわちファンビームコリメー
タは有効視野が狭い反面高感度であるので精度の要求さ
れる頭部撮影に適しており、一方、パラレルホールコリ
メータは低感度である反面有効視野が広いので体躯撮影
に適している。このようにメカニカルコリメータには、
エネルギ特性や感度特性の相違に応じて各種準備されて
おり、適宜選択できるようになっていて非常に便利であ
る。

【０００５】しかし、このようなメカニカルコリメータ
は、そのコリメート原理が特定方向以外の方向から入射
したγ線を孔内壁にて吸収消滅せしめるものであるた
め、非常に収集効率が悪いという問題があった。

【０００６】また、シンチレーションカメラに固有の空
間分解能は、検出器の検出精度等に依存するのではな
く、主にメカニカルコリメータの孔精度に依存する。現
在、この孔精度は、製造精度の限界に伴って限界に達し
ており、したがって固有空間分解能を飛躍的に向上する
ことは困難であった。

【０００７】なお、以上のような収集効率や固有空間分
解能の問題を解決するには、メカニカルコリメータを用
いないことが効果的であるが、あらゆる方向から入射す
るγ線の入射方向を特定する方法がないため、実現化に
至っていない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した事
情に対処すべくなされたもので、その目的は、あらゆる
方向から入射するγ線の入射方向を特定する手段を実現
し、それによってメカニカルコリメータを用いることな
く、収集効率や固有空間分解能の向上を実現し得るシン
チレーションカメラを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によるシンチレー
ションカメラは、被検体内に投与した放射性同位元素か
らのγ線の入射位置と損失エネルギとを測定する第１の
検出器と、上記第１の検出器を通過したγ線の到達位置
を測定する第２の検出器と、

【００１０】上記入射位置と上記到達位置とを結ぶ結線
を計算すると共に上記損失エネルギに基づいて上記第１
の検出器を通過するに際して発生する散乱の散乱角度を
計算する手段と、

【００１１】三次元実空間に対応したメモリ空間を有
し、上記結線を中心線とし上記散乱角度を拡がり角とし
た円錐の錐面上の各位置の計数値をγ線入射毎にカウン
トアップする第１のメモリ手段と、

【００１２】上記第１のメモリ手段の上記メモリ空間に
対応したメモリ空間を有し、上記位置の計数値が所定の
値に一致したときに当該位置の計数値をカウントアップ
することにより三次元の分布画像を生成する第２のメモ
リ手段とを具備したことを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明によるシンチレーションカメラによれ
ば、被検体内に投与した放射性同位元素からのγ線を第
１の検出器で受けてその入射位置と損失エネルギとを測
定し、上記第１の検出器を通過したγ線を第２の検出器
で受けてその到達位置を測定し、そして、これら入射位
置と到達位置とから両者の結線を計算し、また損失エネ
ルギに基づいて第１の検出器を通過するに際して生じる
散乱角度を計算することにより、γ線源の位置をその可
能性のある範囲として上記結線を中心として上記散乱角
度を拡がり角とした円錐の錐面として認識できる。

【００１４】したがって、この円錐の錐面上の各位置の
計数値をγ線入射毎にカウントアップして第１のメモリ
手段で記憶し、ある位置の計数値が所定の値に一致した
ときに当該位置にγ線源が存在する可能性が高いものと
して当該位置の計数値を第２のメモリ手段でカウントア
ップすることによりγ線源の３次元の分布画像を得るこ
とができる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を用いて本発明一実施例を説明す
る。図１は、第１実施例のブロック図であり、図２は検
出器の概略構造を示す図であり、（ａ）はその断面図、
（ｂ）は前段の検出系の平面図である。検出器１は、γ
線が入射する側の前段とその後方に位置する後段との２
つの検出系２，３を備えていて、その構造は図２に示す
通りである。

【００１６】すなわち、図２（ａ），（ｂ）に示すよう
に、前段の検出系２は、両端に２本の光電子増倍管（Ｐ
ＭＴ）５を対向させて配置した例えばファイバーシンチ
レータ４を、交差させてかつ多層に配列してなる位置検
出型検出器である。

【００１７】したがって、このシンチレータ４に入射し
たγ線は、ここでのコンプトン散乱（以下説明の便宜
上、この前段のシンチレータ４でのコンプトン散乱を、
「１回目のコンプトン散乱」と称するものとする）によ
り電子を反跳させた分エネルギを減ぜられた後、後方に
通過するようになっていて、ここで減ぜられたエネルギ
は各光電子増倍管５で検出されるようになっている。

【００１８】一方、後段の検出系３は、前段のシンチレ
ータ４に対して所定の距離だけ離間して対向配置され、
例えばヨウ化ナトリウム(NaI) を発光物質としたシンチ
レータ６の背面に、複数の光電子増倍管７をちょう密に
配列してなる。したがって、前段のシンチレータ４を通
過したγ線は、シンチレータ６で２回目のコンプトン散
乱を行い、そのエネルギが各光電子増倍管７で検出され
るようになっている。なお、上記、シンチレータ４，６
および光電子増倍管５，７らは、シールド８に収容さ
れ、不要な放射線や光の入射から保護されている。この
検出系２，３の検出信号は、コンプトンテレスコープ９
に出力される。

【００１９】このコンプトンテレスコープ９は、従来検
出器に不可欠とされていたメカニカルコリメータに代わ
るものであり、ランダムな方向から入射するγ線の入射
方向を求めるためのものである。

【００２０】その基本原理は、散乱現象を２個の弾性衝
突として説明したコンプトン散乱の考え方に立脚したも
ので、すなわち図３（ａ）に示すように、あるエネルギ
ｈνを持つγ線が電子Ｅに衝突すると、この電子Ｅを入
射方向線ＣＬに対してある角度θの方向に反跳させ、そ
の分エネルギをｈν´に減ぜられ（波長が長くなり）、
かつその方向が電子Ｅの反跳方向と入射方向線ＣＬを挟
んで反対側に同じ散乱角度θだけ散乱される。このとき
の角度θは、Klein および仁科らにより明らかにされた
以下のKlein-仁科の式（１）により求めることができ
る。なお、ｍ₀ は電子の静止質量、Ｃは光速度を示す。 cos θ＝１−ｍ₀ ・Ｃ² ・（１／ｈν´−１／ｈν） …（１） この式（１）から明らかなように、散乱角度θは、衝突
によるγ線のエネルギ損失、つまり（ｈν−ｈν´）か
ら求めることができる。

【００２１】なお、上記説明は、二次元平面での説明で
あったが、これを三次元にあてはめると、図３（ｂ）に
示すように、コンプトン散乱されたγ線は、衝突点Ｐか
ら散乱角度θだけ拡がる円錐Ｔの錐面に沿ったいずれか
の方向に散乱される。

【００２２】このことを衝突後のγ線の飛跳線側から見
ると、図３（ｃ）に示すように、衝突前のγ線は、衝突
後の飛跳線Ｓが規定されると、この飛跳線Ｓを中心に散
乱角度θだけ拡がる円錐Ｔ´の錐面に沿ったいずれかの
方向から入射したものであることを特定することができ
る。つまり、換言するとγ線源は、上記円錐Ｔ´の錐面
のいずれかの位置に存在するものと特定することができ
る。図１に戻る。コンプトンテレスコープ９は、上記円
錐Ｔ´を計算するものである。

【００２３】すなわち、位置計算部１０は、前段の検出
系２の各光電子増倍管５の出力を受けて、１回目のコン
プトン散乱の位置Ｐ1 （Ｘ，Ｙ）を計算するものであ
る。加算部１１は、前段の検出系２の各光電子増倍管５
の出力を受けて、それらを加算することで、１回目のコ
ンプトン散乱によるγ線のエネルギ損失Ｈνを計算す
る。

【００２４】また、位置計算部１２は、後段の検出系３
の各光電子増倍管７の出力を受けて、２回目のコンプト
ン散乱の位置、つまり前段のシンチレータ４を通過した
γ線のシンチレータ６への到達位置Ｐ2 （ｘ，ｙ）を計
算するものである。

【００２５】円錐計算部１３は、位置計算部１０，１２
とからの１回目のコンプトン散乱の位置Ｐ1 （Ｘ，Ｙ）
および２回目のコンプトン散乱の位置、つまり到達位置
Ｐ2（ｘ，ｙ）並びに前後段のシンチレータ４と６との
距離に基づいて、両点を結ぶ結線、つまり衝突後の飛跳
線Ｓを計算すると共に、加算部１１からの１回目のコン
プトン散乱によるγ線のエネルギ損失Ｈνを受けて散乱
角度θを計算することで、円錐Ｔ´を求める。この円錐
Ｔ´を特定するためのパラメータは、中心線（飛跳線
Ｓ）を規定する以下の式（２）のα，β，γ，ａ，ｂ，
ｃと、散乱角度θである。 （ｘ−α）／ａ＝（ｙ−β）／ｂ＝（ｚ−γ）／ｃ …（２）

【００２６】メモリ制御部１４は、コンプトンテレスコ
ープ９の円錐計算部１３から上記パラメータを受けて、
実空間に対応した三次元のメモリ空間を有し、多数の記
憶要素（以下ボクセルという）を三次元的に配列した第
１の３次元メモリ１５に、このメモリ空間の円錐Ｔ´の
錐面上に相当する複数のボクセルを特定するためのアド
レスと、上記パラメータを供給し、当該各ボクセルのＲ
値（計数値）を１カウントアップせしめると共に、当該
各ボクセルに上記パラメータを記憶せしめる。

【００２７】線源推定部１６は、いわゆる比較器であ
り、第１の３次元メモリ１５の各ボクセルで計数されて
いるＲ値をあらかじめ設定した比較値δに比較し、Ｒ値
が比較値δに到達したとき、第１の３次元メモリ１５の
メモリ空間に対応するメモリ空間を有する第２の３次元
メモリ１７の当該ボクセルにδを記憶せしめる。また、
線源推定部１６は、このＲ値が比較値δに到達したボク
セルの位置データをメモリ制御部１４に送る。メモリ制
御部１４は、この位置データを受けて、第１の３次元メ
モリ１５に対し、当該ボクセルを通過するすべての円錐
上の他のボクセルのＲ値を１カウントダウンせしめる。
このような動作を所定期間γ線が入射する毎に繰り返す
ことにより第２の３次元メモリ１７には、被検体内のγ
線源の３次元分布画像が生成される。この分布画像は、
図示しない３次元画像処理装置を介して画像情報記憶装
置やモニタに送られ、そこで記憶や表示に共される。以
上のように構成された本実施例の作用について説明す
る。図４は、本実施例による３次元分布画像の生成処理
の流れを示す流れ図である。データ収集が開始される
と、被検体に投与され特定の臓器等に集中した放射性同
位元素からγ線がランダムに放射される（Ｓ１）。

【００２８】このγ線のうち検出器１に向かうγ線は、
従来のようにメカニカルコリメータを介してその一部が
消滅されることなく、すべて検出器１に入射し、前段の
検出系２のシンチレータ４で１回目のコンプトン散乱さ
れて蛍光を発し、電子を反跳させた分エネルギを減ぜら
れた後、後方に通過する。このとき減ぜられたエネル
ギ、つまり損失エネルギは、各光電子増倍管５で検出さ
れ、各光電子増倍管５の出力が、位置計算部１０および
加算部１１に供給される。

【００２９】そして、前段の検出系２のシンチレータ４
を通過したγ線は、後段の検出系３のシンチレータ６に
到達し、そこで２回目のコンプトン散乱されて蛍光を発
し、各光電子増倍管７で検出され、各光電子増倍管７の
出力が、位置計算部１２に供給される。

【００３０】そして、１回目のコンプトン散乱の位置Ｐ
1 （Ｘ，Ｙ）と２回目のコンプトン散乱の位置Ｐ2
（ｘ，ｙ）とが、位置計算部１０，１２それぞれで計算
されると共に、１回目のコンプトン散乱による損失エネ
ルギＨνが、加算部１１で各光電子増倍管５の出力が加
算されることにより求められる（Ｓ２）。

【００３１】これら１回目のコンプトン散乱の位置Ｐ1
（Ｘ，Ｙ）と２回目のコンプトン散乱の位置Ｐ2 （ｘ，
ｙ）とは円錐計算部１３に送られ、そこで両点を結ぶ結
線、つまり衝突後の飛跳線Ｓが計算され、この飛跳線Ｓ
を規定する上述した式（２）のα，β，γ，ａ，ｂ，ｃ
とが求められる。また、１回目のコンプトン散乱による
損失エネルギＨνから、上述した式（１）を適用され
て、散乱角度θが計算される（Ｓ３）。これら円錐Ｔ´
を特定するパラメータ、つまりα，β，γ，ａ，ｂ，ｃ
およびθは、メモリ制御部１４に送られる。

【００３２】メモリ制御部１４は、コンプトンテレスコ
ープ９の円錐計算部１３からの上記パラメータを、第１
の３次元メモリ１５のメモリ空間の円錐Ｔ´の錐面上に
対応する複数のボクセルを特定するためのアドレスに変
換し、このアドレスと共に上記パラメータを第１の３次
元メモリ１５に供給する。第１の３次元メモリ１５は、
このアドレスに対応する複数のボクセルの各Ｒ値を１カ
ウントアップすると共に、当該各ボクセルに上記パラメ
ータを記憶する（Ｓ４）。

【００３３】そして、各ボクセルのＲ値は、線源推定部
１６であらかじめ設定された比較値δ（例えば「３」）
と比較され、あるボクセルのＲ値が比較値δに一致した
とき（Ｒ値が３になったとき）には次ステップＳ６に行
き、また各ボクセルのＲ値が比較値δに一致していない
ときにはステップＳ１に戻り、次のγ線の入射を待機す
る（Ｓ５）。

【００３４】そして、あるボクセルのＲ値が比較値δに
一致したときには、第２の３次元メモリ１７の当該ボク
セルのＲ値が、比較値δだけカウントアップされる（Ｓ
６）。つまり、ここで行うことは、図５に示すように、
γ線の入射する毎に作成される円錐Ｔ1 、Ｔ2 ・・・が
何度（δ回）も交差する点を、γ線源の存在する確度の
高い点として抽出することである。

【００３５】また、このとき、当該ボクセルに記憶され
ているδ個の円錐パラメータが、メモリ制御部１４に供
給され、各パラメータにより特定されるすべての第１の
３次元メモリ１５のボクセル、つまり換言すると、当該
ボクセルと共にカウントアップされた第１の３次元メモ
リ１５の他のボクセルが、１カウントダウンされると共
に、当該各ボクセルの当該パラメータが消去され、γ線
源の存在しないとされた円錐の錐面上の各点がクリアさ
れる（Ｓ７）。

【００３６】そして、あらかじめ設定したデータ収集の
ための所定期間が経過したかどうか判断され（Ｓ８）、
経過していないときにはステップＳ１に戻り、次のγ線
の入射を待機して、ステップＳ２からＳ７までの同様の
動作を、所定期間経過するまでγ線が入射する毎に繰り
返すことにより、第２の３次元メモリ１７に、γ線源の
存在する確度の高い点が蓄積され、被検体内のγ線源の
３次元分布画像が生成される。この分布画像は、図示し
ない３次元画像処理装置を介して画像情報記憶装置やモ
ニタに送られ、そこで記憶や表示に共される。

【００３７】以上のように本実施例によれば、あらゆる
方向から入射するγ線の線源位置を従来のようにメカニ
カルコリメータを用いないで求めることができ、したが
って収集効率や固有空間分解能を向上することができ
る。また本実施例で生成できる分布画像には、奥行き情
報も含まれるので、従来のように検出器を被検体の周囲
を回転させる必要もない。さらには、仮に、不要な散乱
線が入射しても、この散乱線のエネルギは被検体に投与
した放射性同位元素からのγ線のエネルギより低いの
で、そのエネルギから求まる散乱角度は特異的であり、
その結果、なんども交差することがなく、分布画像に表
れることは非常にまれになり、したがって特に散乱線除
去の手段を設けなくても有効に散乱線を除去することが
できる。次に第２の実施例について説明する。

【００３８】本実施例は図６に、そのブロック図を示す
如く構成されている。なお、この図７は図１に対応した
図であり、図１と同じ部分には同符号を付して説明は省
略する。

【００３９】検出器１の前面には、図７（ａ）にその断
面を、また（ｂ）に平面を示した複数のコリメータ板１
８を平行に並設した一次元のメカニカルコリメータ１９
を装着する。したがって、コリメータ板１８に交差する
方向から入射してくるγ線は、コリメータ板１８で吸収
消滅され、コリメータ板１８に沿って入射してくるγ線
だけが検出器１に到達する。

【００４０】したがって、本実施例では、上述の第１実
施例でγ線入射方向に相当する円錐を、図８に示すよう
に、ＹＺ軸からなる二次平面上の入射位置Ｐ11やＰ12で
散乱角度θで交差する２直線として取り扱うことができ
計算処理規模を縮小できると共に、第１の三次元メモリ
１５をＹＺ面に対応した複数の二次元メモリ２０からな
る比較的安価な二次元メモリ群２１に置換して装置規模
を縮小することができる。

【００４１】本発明は上述した実施例に限定されること
なく、種々変形して実施可能である。例えば、コンプト
ンテレスコープの検出誤差による円錐の中心線からの散
乱角度の誤差を実測することにより図９に示すように直
線に垂直な方向に分布する積分値が１である関数を得
て、この関数を用いて上述した実施例のようにＲ値に１
づつカウントアップするのではなく、この関数値をＲ値
に加算することにより、検出精度を向上させるようにし
てもよい。

【００４２】

【発明の効果】本発明によるシンチレーションカメラ
は、被検体内に投与した放射性同位元素からのγ線の入
射位置と損失エネルギとを測定する第１の検出器と、上
記第１の検出器を通過したγ線の到達位置を測定する第
２の検出器と、

【００４３】上記入射位置と上記到達位置とを結ぶ結線
を計算すると共に上記損失エネルギに基づいて上記第１
の検出器を通過するに際して発生する散乱の散乱角度を
計算する手段と、

【００４４】三次元実空間に対応したメモリ空間を有
し、上記結線を中心線とし上記散乱角度を拡がり角とし
た円錐の錐面上の各位置の計数値をγ線入射毎にカウン
トアップする第１のメモリ手段と、

【００４５】上記第１のメモリ手段の上記メモリ空間に
対応したメモリ空間を有し、上記位置の計数値が所定の
値に一致したときに当該位置の計数値をカウントアップ
することにより三次元の分布画像を生成する第２のメモ
リ手段とを具備したことを特徴とする。

【００４６】したがって、被検体内に投与した放射性同
位元素からのγ線を第１の検出器で受けてその入射位置
と損失エネルギとを測定し、上記第１の検出器を通過し
たγ線を第２の検出器で受けてその到達位置を測定し、
そして、これら入射位置と到達位置とから両者の結線を
計算し、また損失エネルギに基づいて第１の検出器を通
過するに際して生じる散乱角度を計算することにより、
γ線源の位置をその可能性のある範囲として上記結線を
中心として上記散乱角度を拡がり角とした円錐の錐面と
して認識できる。

【００４７】その結果、この円錐の錐面上の各位置の計
数値をγ線入射毎にカウントアップして第１のメモリ手
段で記憶し、ある位置の計数値が所定の値に一致したと
きに当該位置にγ線源が存在する可能性が高いものとし
て当該位置の計数値を第２のメモリ手段でカウントアッ
プすることによりγ線源の３次元の分布画像を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第１実施例のブロック図。

【図２】図１の検出器の構造を示す図。

【図３】第１実施例によるγ線入射方向を求める基本原
理を説明する図。

【図４】第１実施例の処理手順を示す流れ図。

【図５】第１実施例によるγ線源の位置を特定する基本
原理を説明する図。

【図６】本発明第２実施例のブロック図。

【図７】図６の一次元メカニカルコリメータの構造を示
す図。

【図８】第２実施例によるγ線源の位置を特定する基本
原理を説明する図。

【図９】コンプトンテレスコープの検出精度の向上を実
現する関数の一例を示す図。

【符号の説明】 １…検出器、２…前段の検出系、３…後段の検出系、
４，６…シンチレータ、５，７…光電子増倍管、８…シ
ールド、９…コンプトンテレスコープ、１０，１２…位
置計算部、１１…加算部、１３…円錐計算部、１４…メ
モリ制御部、１５…第１の三次元メモリ、１６…線源推
定部、１７…第２の三次元メモリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検体内に投与した放射性同位元素から
   のγ線の入射位置と損失エネルギとを測定する第１の検
   出器と、 前記第１の検出器を通過したγ線の到達位置を測定する
   第２の検出器と、 前記入射位置と前記到達位置とを結ぶ結線を計算すると
   共に前記損失エネルギに基づいて前記第１の検出器を通
   過するに際して発生する散乱の散乱角度を計算する手段
   と、 三次元実空間に対応したメモリ空間を有し、前記結線を
   中心線とし前記散乱角度を拡がり角とした円錐の錐面上
   の各位置の計数値をγ線入射毎にカウントアップする第
   １のメモリ手段と、 前記第１のメモリ手段の前記メモリ空間に対応したメモ
   リ空間を有し、前記位置の計数値が所定の値に一致した
   ときに当該位置の計数値をカウントアップすることによ
   り三次元の分布画像を生成する第２のメモリ手段とを具
   備したことを特徴とするシンチレーションカメラ。