JPH0731247B2 - 放射線検出器のゲイン校正方法および装置 - Google Patents

放射線検出器のゲイン校正方法および装置

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JPH0731247B2
JPH0731247B2 JP59016891A JP1689184A JPH0731247B2 JP H0731247 B2 JPH0731247 B2 JP H0731247B2 JP 59016891 A JP59016891 A JP 59016891A JP 1689184 A JP1689184 A JP 1689184A JP H0731247 B2 JPH0731247 B2 JP H0731247B2
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シーメンス，アクチエンゲゼルシヤフト
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    • G01T1/1642—Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions using one or several scintillating elements; Radio-isotope cameras using a scintillation crystal and position sensing photodetector arrays, e.g. ANGER cameras
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の理由分野〕 この発明は、放射線検出系の放射線検出器のゲインの校
正、特にガンマ・シンチレーションカメラの光電子増倍
管のゲイン校正方法と装置に関するものである。
〔従来の技術〕
放射線検出器は例えば人体器管の核医学診断の場合のよ
うに対象物体内の放射物質の分布の解析に広く利用され
ている。この発明が関係している典型的な放射線検出器
はアンガー型のシンチレーションカメラの市販品であ
り、その基本原理は米国特許第3,011,057号明細書に記
載されている。
この種のシンチレーションカメラは対象物例えば放射性
同位体の所要量を摂取した人体器官全体の放射能分布の
像を撮影する。対象物内に分布した放射能からγ線が放
出され、これがコリメータを通過すると、薄い平板型シ
ンチレーション結晶内にシンチレーション事象を起す。
この事象は結晶の背後に置かれた光検出器によって検出
される。
光検出器の出力は電子回路によって結晶内の各事象の位
置を表わすＸならびにＹ座標信号と一般に事象のエネル
ギーを表わし、特に事象が特定のエネルギー範囲（窓）
内に収まるか否かの決定に使用されるＺ信号（エネルギ
ー信号）に翻訳される。対象物内の放射能の分布像は陰
極線オッシロスコープ等のディスプレイのあらかじめ定
められたエネルギー窓すなわち特定のエネルギー領域内
に存在するＸ信号とＹ信号を組合せることによって得ら
れる。ディスプレイは個々のシンチレーション事象をそ
の座標信号に対応した位置にスポットとして表示する。
検出回路は通常多数のスポットを写真フィルム上に統合
表示するようにする。
エネルギーに関するひずみと線形空間ひずみの補正回路
を備える最近型のシンチレーションカメラは例えば米国
特許第4,298,944号、第4,323,977号および第4,316,257
号の各明細書に記載されている。これらの最近型カメラ
は実際上完全に精確な空間応答性と一様なエネルギー応
答性即ち空間に対する線形性とフラット（一定）なＺマ
ップ（Ｚ信号の空間的分布）を示すようにすることがで
きる。
しかし放射線検出装置に使用される放射線検出器例えば
γシンチレーションカメラの光電子増倍管はそのゲイン
が使用時間、温度、瞬間電流、高電圧条件、外部電界の
外に電圧・電流に関する経歴のようなそれ程目立たない
影響の下に変化することはよく知られている。このゲイ
ンの変化により実質的なチューニング誤差が生ずる。カ
メラの総ての光電子増倍管が一斉に変化する場合には正
味の信号振幅のシフトが唯一の効果として認められる。
このような効果は米国特許第4,296,320号明細書又は雑
誌（Nucleonics Vol 13,No.7、July 1955、p.36−41）
に掲載されているH.de Waardの論文に記載された回路に
よって対処することができる。この場合アナライザは、
シンチレーション結晶に埋め込まれそのエネルギースペ
クトルによく知られたピークがある放射源に応答する。
高電圧調整器により光電子増倍管の電圧を調整してエネ
ルギー・スペクトル中のピークが所望のパルス高に対応
するようにする。
同様な校正法と回路が文献（Nuclear Instruments and
Methods,10、1961、p.234−236）および米国特許第3,90
3,417号明細書に記載されている。前者は一定光源を使
用し、後者はベータ光と呼ばれているものを校正に使用
する。
しかし光電子増倍管は均等なゲイン変化を起こすという
ものではない。一組中の個々の光電子増倍管のゲイン移
動はその組の平均ゲイン移動とは異なったものであり、
ある型式の光電子増倍管では短時間著しい局部的なＺマ
ップ誤差を生ずることがある。このＺマップ誤差は局部
的な感度変動の原因となる。この変動は光ピークがアナ
ライザ窓の中心にあるオン・ピーク・イメージングにお
いてはゆるやかであり、140keVの光ピークにおいて感度
低下は1keVシフト当り約１％である。これに対し光ピー
クがアナライザ窓の中心の外側に存在するオフ・ピーク
・イメージングに際しては、これより相当大きい感度変
化が起る（第３図により後述する）。これらの効果は、
140keVの光ピークの高エネルギー側に窓が7keVだけシフ
トするとき容易に1keV当り８％よりも大きくない得る。
カメラ技術者によるチューニングと呼ばれている周期的
ゲイン校正は逐次チューニング・アルゴリズムを利用す
るもので、その一例は欧州特許願第0,023,639号に述べ
られている。この種のアルゴリズムは反復型である。大
部分の工場および技術者は現在カメラチューニングにこ
の方法を採用している。
逐次チューニング・アルゴリズムの主な難点は一組内の
光電子増倍管のコンボリューション効果に関係してい
る。このコンボリューション効果はカメラ系内の光電子
増倍管のゲインを簡単に直接調整することを不可能にす
る。他の難点は、光電管電流の変化に基く総合的な応答
の乱れと検出ヘッド内の光電子増倍管の選択照射にコン
パクト光源が使用されるときのシンチレータの残光特性
に関係している。
〔発明が解決しようとする課題〕
この発明の目的は、放射線検出装置の放射線検出器のゲ
イン校正方法とそれを実施する装置を改良して迅速な直
接のゲイン調整を可能にすることである。特にγシンチ
レーションカメラの光電子増倍管に対してこのように改
良されたゲイン校正方法とその装置を提供することがこ
の発明の別の目的である。
〔課題を解決するための手段〕
上述の目的を達成するため、本発明の方法においては、 （ａ） 各放射線検出器に対して、あらかじめ定めた校
正点に点放射基準線源を配置してエネルギー・マップ情
態を並列に測定し、それによりエネルギー応答ベクトル
を求め、そのエネルギー応答ベクトルの要素は各基準線
源の配置状態毎の全検出器出力に相当し、各あらかじめ
定めた校正点は放射線検出器の一つの対応した規定の位
置である過程と、 （ｂ） エネルギー応答ベクトルにあらかじめ定めたデ
コンボリューション・マトリックスを乗じ、このデコン
ボリューション・マトリックスはマトリックス要素Ｃij
を含むコントリビューション・マトリックスの反転であ
り、このコントリビューション・マトリックスの各マト
リックス要素Ｃijは、位置ｉに置かれた点放射線源に対
する検出器ｊの相対的なコントリビューション・レベル
を表わし、それにより前記放射線検出器に対しゲインベ
クトル積を求める過程と、 （ｃ） 放射線検出器のゲインを、少なくとも近似的に
単一ゲインベクトルが得られるように調整する過程と、 （ｄ） 前記過程ａによりエネルギー・マップ情態を再
び測定する過程と からなり、エネルギー・マップ情態が単一ゲインベクト
ルを得るのに十分でないときは単１ゲインベクトルが得
られるまで前記過程ａ〜ｄを繰り返す。
また本発明の他の方法においては、 （ａ） 各放射線検出器に対して、あらかじめ定めた校
正点に点放射基準線源を配置してエネルギー出力信号を
並列に測定し、放射線検出器に対しエネルギー応答誤差
ベクトルを求め、エネルギー応答誤差ベクトルの要素は
全放射線検出器出力に相当する過程と、 （ｂ） このエネルギー応答誤差ベクトルに予め定めら
れたデコンボリューション・マトリックスを乗じ、この
デコンボリューション・マトリックスはマトリックス要
素Ｃijを含むコントリビューション・マトリックスの反
転であり、このコントリビューション・マトリックスの
各マトリックス要素Ｃijは、位置ｉに置かれた点放射線
源に対する検出器ｊの相対的なコントリビューション・
レベルを表わし、それにより計算されたゲイン誤差ベク
トルを求める過程と、 （ｃ） 得られたゲイン誤差ベクトルを用いて放射線検
出器のゲインを単一ゲインベクトルが得られるように調
整する過程と、 （ｄ） 前記過程ａによりエネルギー・マップ情態を再
び測定する過程と からなり、エネルギー・マップ情態が単一ゲインベクト
ルを得るのに十分でないときは単一ゲインベクトルが得
られるまで前記過程ａ〜ｃを繰り返す。
また上述の目的を達成するため本発明の装置において
は、 （ａ） 各放射線検出器に対して、あらかじめ定めた校
正点に点放射基準線源を配置して複数の放射線検出器の
各々のエネルギー・マップ情態を並列に測定し、その個
々の値の組合せがエネルギー応答ベクトルを形成する測
定及び計算手段と、 （ｂ） エネルギー応答ベクトルにあらかじめ定めたデ
コンボリューション・マトリックスを乗じ、このデコン
ボリューション・マトリックスはマトリックス要素Ｃij
を含むコントリビューション・マトリックスの反転であ
り、このコントリビューション・マトリックスの各マト
リックス要素Ｃijは、位置ｉに置かれた放射線点源に対
する検出器ｊの相対的なコントリビューション・レベル
を表わし、それにより前記放射線検出器に対し計算され
たゲインベクトル積を求める手段と、 （ｃ） 計算されたゲインベクトル積について放射線検
出器のゲインを単一ゲインベクトルが得られるように調
整する手段とを含む。
また本発明の他の装置においては、 （ａ） 各放射線検出器に対して、あらかじめ定めた校
正点に点放射基準線源を配置してエネルギー出力を並列
に測定し、それによりエネルギー応答誤差ベクトルを求
める手段と、 （ｂ） このエネルギー応答誤差ベクトルにあらかじめ
定められたデコンボリューション・マトリックスを乗
じ、このデコンボリューション・マトリックスはマトリ
ックス要素Ｃijを含むコントリビューション・マトリッ
クスの反転であり、このコントリビューション・マトリ
ックスの各マトリックス要素Ｃijは、位置ｉに置かれた
点放射線源に対する検出器ｊの相対的なコントリビュー
ション・レベルを表わし、それにより計算されたゲイン
誤差ベクトルを求める手段と、 （ｃ） 計算されたゲイン誤差ベクトルにより放射線検
出器のゲインを理想的なゲインベクトルが得られるよう
に調整する手段とを含む。
上記の方法と装置によりマトリックス計算法に基いて並
列チューニングを実施することができる。並列チューニ
ングは迅速な直接ゲイン調整を可能にする。必要な補正
ステップ数が放射線検出器の総数に対応して比較的大き
い逐次チューニングと異なり、この発明による並列チュ
ーニングでは１ステップ補正が可能である。
本発明の好ましい実施態様は、特許請求の範囲第２〜５
項、第７〜９項に記載したとおりである。
放射線検出器により各放射事象に対し位置とエネルギー
内容が得られるが、そのエネルギーの分布状態をエネル
ギー・マップを称する。このエネルギー・マップで決定
されたエネルギー値はベクトルとみなすことができ、こ
れをエネルギー応答ベクトルという。このベクトルの要
素は各放射線検出器の出力として得られる。
各放射位置に対する個々の放射線検出器の出力信号の相
対的な寄与分をマトリックスとして表わすことによりコ
ントリビューション・マトリックスが得られる。個々の
放射線検出器のエネルギー信号の、全放射線検出器の全
エネルギー信号に対する成分は、放射線検出器の相対的
なコントリビューション・レベルとして表わされる。
理想的にはすべての放射線検出器に対してエネルギー応
答は等しくなければならない。すなわちエネルギー応答
ベクトルは単一ベクトルでなければならない。しかしな
がら実際には単一ベクトルからずれている。このずれは
エネルギー応答誤差ベクトルで表わされる。
個々の放射線検出器によって測定されるエネルギーは実
際のエネルギーと一致しないが、この差はエネルギー誤
差信号として表わされ、シンチレーションカメラ技術に
おいてはエネルギー信号がＺ信号と称されているのでＺ
マップ誤差ともいう。
〔実施例〕
次に本発明を図面に示した実施例により説明する。
γシンチレーションカメラは通常37個から75個の間の光
電子増倍管（PMT）を含むが、記述を簡単にするため第
１図に示すような理想化された７個のPMTカメラについ
て従来の逐次チューニングとこの発明による並列チュー
ニングとの差異を説明することにする。この理想化され
たカメラではその７個の光電子増倍管PMT1からPMT7まで
のそれぞれが放射源位置１乃至７を持ち、これらの点の
総てを合せたものが7PMTカメラのチューニング・ポイン
トを構成する。すなわち各光電子増倍管には一つのチュ
ーニング・ポイントが所属し、このチューニング・ポイ
ントにそれぞれ放射源が置から、均一なエネルギー感度
が生じるように光電子増倍管のゲインの調整が行われ
る。
一つの放射源が例えば位置１（光電子増倍管PMT1に対す
るチューニング・ポイント）に置かれると全信号の22％
光電子増倍管PMT1に集められ、光電子増倍管PMT2と光電
子増倍管PMT3にそれぞれ14％が、光電子増倍管PMT4に38
％が、光電子増倍管PMT5とPMT6にそれぞれ５％が、僅か
２％が光電子増倍管PMT7に集められる。光電子増倍管PM
T4が受取る分が光電子増倍管PMT1のそれより大きい理由
は次の二つの重要な影響に基く。すなわち先ず始めに光
電子増倍管PMT1に対するチューニング・ポイントは光電
子増倍管PMT1上の死中心（デッド・センター）ではな
く、光電子増倍管PMT4の中心に向って内方に移動してい
る。これによって光電子増倍管PMT1直接の相対信号が低
下する。第二の影響は結晶が円形で光を内側に反射し光
電子増倍管PMT4の信号を昇圧することである。これら二
つの影響が組合わされて光電子増倍管PMT4の信号を異常
に高くする。
しかし第１図に示したカメラには次のユニット線源位置
と相対PMT信号コントリビューションの間の関係のマト
リックス表示に示すように多数の対称性が存在する。
このマトリックスが示すように７個の光電子増倍管PMT1
乃至PMT7の中６個は光電子増倍管PMT1の場合のように互
に新しい対称関係を示すから、第４列を除く残りの総て
の列は第１列の値をかき混ぜただけのものである。第４
列の値は光電子増倍管PMT4が中心位置にあってこの光電
子増倍管の上に置かれた線源に対して信号の46％を受取
り、残りの６個の光電子増倍管はそれぞれ信号の９％ず
つを受取ることを反映している。
上記のマトリックスは個々の光電子増倍管のゲイン・レ
ベルを変えあるいはその組合せを変えたときのカメラの
エネルギー応答の予測に使用される。例えば総ての光電
子増倍管が精確に等しいゲインを持ち、G1＝G2……＝G7
＝１であるとすれば、チューニング・ポイント１におい
てＺマップレベルZ1は７個の積の和として計算される。
第１の積はマトリックスの第１列の第１値0.22と第１の
光電子増倍管PMT1のゲインG1の積、第２の積は第１列の
第２値0.14と光電子増倍管PMT2のゲインG2の積等等であ
り、最後は第１列の最終値0.02と光電子増倍管PMT7のゲ
インG7の積である。
これらの積の和Z1の値は1.000となる。この計算は総て
の光電子増倍管について繰り返され、この場合総てのチ
ューニング・ポイントにおいて同じＺマップ値即ち1.00
00が得られる。その詳細を次の表に示す。
G1＝1,G2＝1,…G7＝１とおくと Z1＝0.22×１＋0.14×１＋…＋0.02×１＝1.0000 ……………… ……………… Z7＝0.22×１＋0.05×１＋…＋0.22×１＝1.0000 第２例として各光電子増倍管が次に示すように５％、10
％又は15％のチューニング誤差を持つ場合を考える。
G1＝1.05、G2＝1.10、G3＝0.85、G4＝0.90、 G5＝0.90、G6＝1.15、G7＝1.05 とおくと、 Z1＝0.22×1.05＋0.14×1.10＋…＋0.22×1.05＝0.9695 ……………… ……………… Z7＝0.02×1.05＋0.05×1.10……＋0.22×1.05＝0.9785 即ちZ1の計算には上記のマトリックスの第１列の値をと
りその第１値0.22と光電子増倍管PMT1のゲイン1.05の
積、第２値0.14と光電子増倍管PMT2のゲイン1.10の積、
第３値0.14と光電子増倍管PMT3のゲイン0.85の積，…
…，最後に第７値0.02と光電子増倍管PMT7のゲイン1.05
の積を作り、これらの積の総和をとると0.9695となる。
この値は最初の総てのゲインを１としたときの値と実施
的に差異がある。マトリックスの対応列をとり対応する
ゲインレベルを採用して上記の計算を繰り返すことによ
り、総てのチューニング・ポイントにおいてＺマップ推
定値を求めることができる。７個のチューニング・ポイ
ントは総て実質上Ｚマップ誤差を示す。
従来の逐次チューニング操作の場合検査員は任意に点源
を中央の光電子増倍管（上記の例では光電子増倍管PMT
4）の上に置いた後Ｚマップ誤差がこの点に存在しない
ようにこの光電子増倍管のゲインを調整する操作を進め
ていた。この操作は機械的に単純である。即ちチューニ
ング用のポテンショメータを確かめチューニングメータ
上でＺマップ誤差が零となるようにいずれかの向きに回
す。次いで管理技術者は線源を光電子増倍管の次の内方
環内のチューニング・ポイントの上に置き、対応する光
電子増倍管PMTのゲインを調整してこの点のＺマップ誤
差が零として示されるようにする。第１の環に沿って点
から点へ移動して最後の光電子増倍管PMT7に達すると、
そのゲインを調整して光電子増倍管PMT7のチューニング
・ポイントに置かれた線源に対してＺマップ誤差を零と
する。ここでアルゴリズムはＺマップを調べ、個々の光
電子増倍管の調整を総てのＺマップ誤差が小さくなるま
で繰り返すことによって進行する。通常0.3％以下のＺ
マップ誤差は小さいものと考える。上記の逐次チューニ
ング・アルゴリズムの詳細を次の表に示す。
逐次チューニング・アルゴリズム １）線源を光電子増倍管PMT4上に置きＺマップ誤差０と
する。
２）線源を光電子増倍管PMT1上に置きＺマップ誤差０と
する。
………… ………… ７）線源を光電子増倍管PMT7上に置きＺマップ誤差０と
する。
８）ＺマップをチェックしＺ誤差が小さく（＜0.003）
なるまで１）−７） を繰り返す。
このアルゴリズムを7PMTカメラについてテストするため
次のゲイン組を考える。G1:10％誤差で1.1、G2乃至G7:
無誤差で1.00。チューニング・アルゴリズムのステップ
１に進み、Z4の読みは調整前0.9％過大、零にした後光
電子増倍管PMT4のゲインG4の続みは２％過少。ステップ
２に進み、1.5％過大であったZ1を調整して3.4％過大の
G1とする。これは最初の10％過大に比べて著しい低下で
ある。この逐次チューニング・アルゴリズムを遂行する
とＺマップのチェッキングステップではＺ誤差範囲は0.
5％までになった。従って１から７までのゲイン調整操
作全体を繰り返す必要がある。
上記のテスト例の詳細を次表に示す。
G1＝1.10;Gｉ＝1.00,i＝2,…,7とおく。
１）Z4の読みは調整前1.0090 G4の続みは調整後0.9804 ２）Z1の続みは調整前1.0146 G1の続みは調整後1.0338 ３）Z2の続みは調整前0.9983 G2の続みは調整後1.0123 ………… ………… ７）Z7の読みは調整前0.9989 G7の読みは調整後1.0051 ８） 1.0048 1.0035 1.0027 Ｚ 0.9994 更にチューニングが必要 1.0015 1.0021 1.0000 これから分るように各光電子増倍管が他の光電子増倍管
に及ぼすコンボリューション効果が逐次チューニング・
アルゴリズムの著しく不利な条件である。逐次チューニ
ング・アルゴリズムにおいてのコンボリューション効果
に基き良好なチューニング状態への収斂がかなりゆるや
かになる。
これに対してこの発明による並列チューニング法では迅
速な直接ゲイン調整が可能である。
並列チューニング法ではマトリックス計算が要求され
る。記述を簡略にするためこの発明の方法に使用される
一般的なマトリックス記号次表にまとめて示す。
要素:Cij＝相対コントリビューション・レベル ｉ＝チューニング・ポイント線源位置指標 ｊ＝PMT位置指標 要素:Gｉ＝相対PMTゲイン・レベル i＝PMT位置指標 要素:Zｉ＝Ｚマップ値 i＝チューニング・ポイント線源位置指標 要素Ｃijからなるコントリビューション・マトリックス を考える。その各要素はチューニング・ポイント位置ｉ
に置かれた点線源に対する光電子増倍管ｊの相対コント
リビューション・レベルを表わしている。次にカメラの
光電子増倍管の数Ｎに等しい個数の要素から成るゲイン
ベクトル を考える。その要素Ｇｉは管ｉの相対ゲインレベルを表
わす。Ｚ信号ベクトル又はＺマップの要素はＺｊであ
り、ｊはこのＺマップを与える線源の位置を表わす。こ
れらのマトリックスに対してその計算法が与えられる。
例えばマトリックスの積即ちコンボリューションは個々
の要素の積とその順次加算であり、逐次チューニング法
の操作に対応する。
を使用すると記号が更に簡略化される。単位マトリック
スでは対角線上の要素がいずれも１であり、残りは全部
０である。単位ベクトルではいずれの要素も１である。
この場合ゲインベクトルＧは一つの単位ベクトルとゲイ
ン誤差ベクトルの和で表わされる。同様にＺマップ・ベ
クトルＺは単位ベクトルとＺマップ誤差ベクトルの和と
なる。Ｚマップ誤差ベクトルはゲイン誤差ベクトルにコ
ントリビューション・マトリックスを掛け合せることに
よって計算される。
マトリックスの反転は、マトリックス は通常よく作用するからこのマトリックス に対して行うことができる。
の逆行列はＺマップ要素をデコンボルブすることがで
き、それによって直接光電子増倍管ゲインレベルが求め
られる。
コントリビューション・マトリックスは一度にオフライ
ン測定で求められる。これは次の過程による。
（１） 線源をチューニング・ポイント１に置く。
（２） 総ての放射線検出器信号Ｚijを測定する（ｊは
検出器指標であり、検出器は信号の振幅測定器即ち電圧
系である）。
（３） Ｚijは全部加え合わせてチューニング・ポイン
トｉに対する総信号Ｚｉとする。
（４） Ｎ個のチューニング・ポイントに対して（１）
から（３）までを繰り返す。
（５） Ｃijを次式 で計算する。
（６） 次のマトリックス （７） デコンボリューション・マトリックス を計算する。
前記の7PMTカメラのコントリビューション・マトリック
スの逆行列となっているデコンボリューション・マトリ
ックス の一例を次の表に示す。
デコンボリューション・マトリックスを の逆行列に等しいマトリックス と定義すると、デコンボリューション・マトリックス の積は単位マトリックス となる。ゲインベクトル は単にコンボリューション・マトリックス をＺマップベクトル に掛け合わせることによって求められる。
並列チューニング・アルゴリズムはこれらのマトリック
ス算法を使用して定義することができる。逐次チューニ
ング・アルゴリズムと異なりＺマップベクトル の各値は一つの測定段階において測定される。従ってＺ
マップベクトルを最高度に利用するためにはデコンボリ
ューション・マトリックス に作用させて直接ゲインベクトル を求める。この推定値は光電子増倍管１乃至７のそれぞ
れの調整に使用される。最後の再測定段階において の各要素が再測定され、必要があれば の作用とそれに続く光電子増倍管ゲイン調整をＺ誤差が
小さくなるまで繰り返す。
並列チューニングの詳細を次表に示す。
並列チューニング・アルゴリズム １）Ｚマップベクトル を測定する。
２）デコンボリューション・マトリックス に作用させてゲインベクトルの推定値 を求める。
３）これに応じて光電子増倍管ゲインを調整する。
４）Ｚマップ を求め２）から３）までをＺ誤差が小さく（＜0.003）
なるまで繰り返す。
一つの試験として前記と同じサンプルを考える。
まずゲインG1を1.10とし、残りのゲインは総て１に等し
いとする。Ｚマップは0.2％から2.2％の間の測定要素誤
差を持つ。この にデコンボリューション・マトリックス を掛け合せるとベクトル が求められる。ここでは丸めによる誤差があり、ゲイン
推定値は試験条件を忠実に反映していることを注意しな
ければならない。ゲイン調整の結果丸め誤差のない新し
いゲインベクトル が得られる。最後にＺマップ要素が再度チェックされ、
リスティング精度の範囲内で１に等しいことが見出され
た。
上記の試験条件の詳細を次表に示す。
シンチレーションカメラの放射検出器例えば光電子増倍
管のチューニング回路の実施例を第２図に示す。
アンガー型のシンチレーションカメラは８として示され
ている。このカメラはシンチレーション結晶10、光伝送
管12およびＮ個の光電子増倍管PMT1乃至PMT（Ｎ＝37又
は75）の組を含む。光電子増倍管PMT1乃至PMTNの出力信
号Z1乃至ＺＮは電子回路16に入れられ、信号Z1乃至ＺＮ
が補正された空間座標ＸｃおよびＹｃと補正されたエネ
ルギー信号Ｚｃに翻訳される。この種の電子回路はこの
分野でよく知られているものである。その一つは例えば
米国特許第4,323,977号、同第4,316,257号明細書に記載
されているから、その詳細な説明は不必要であろう。
第２図に示すように位置座標信号ＸｃおよびＹｃはブラ
ウン管22の水平偏向倍増管18と垂直偏向倍増管20に導か
れる。アンブランク・コントロール信号ＵＢにより事象
位置に対応するブラウン管スクリーン上の点が発光し、
シンチレーションカメラのルーチン表示が行なわれる。
Ｘｃ、Ｙｃ信号は又AD変換器24と26にも送られ、それら
の出力はレジスタ選択テーブル28に加えられる。
チューニング操作のためにはエネルギー信号Ｚｃが第一
エネルギー窓アナライザ30と第二エネルギー窓アナライ
ザ31に加えられる。第一エネルギー窓アナライザ30は上
限Ｕと下限Ｃを持つ調整された第一（上位）エネルギー
窓ＷＵに入る各エネルギー信号に対して一つのロジック
パルスを作り出す。第二エネルギー窓アナライザ31は上
限Ｃ（これは第一窓の下限に等しい）と下限Ｌを持つ調
整された第二（下位）エネルギー窓ＷＬに入る各エネル
ギー信号に対して一つのロジックパルスを作り出す。こ
の情況は第３図のダイヤフラムに詳細に示されている。
第３図は局部的のＺ信号スペクトルＡ（Ｚ）を示すもの
で、上下限Ｕ、Ｃの間にはさまれた第一（上位）窓ＷＵ
と上下限Ｃ、Ｌの間にはさまれた第二（下位）窓ＷＬ持
つ光ピークＰを構成する。第３図において例えば窓ＷＬ
の下限Ｌは光ピークＰの中心Z0にあり、上限Ｃは光ピー
クの頂点から右側に約1/4だけ下った点にある。下位窓
ＷＬよりも約６倍広い上位窓ＷＵは下限が窓ＷＬの上限
Ｃに一致し、上限Ｕは光ピークがほぼ消滅する個所にあ
る。
第１エネルギー窓アナライザ30の出力信号は計数管34a
から34Nまでの第一計数管組に送られ、第二エネルギー
窓アナライザ31の出力信号は計数管36aから36Nまでの第
二計数管組に送られる。計数管34a乃至34Nと計数管36a
乃至36Nはそれぞれ一対のコントロール入力端を持ち、
各対の第一のものは選択入力端38a乃至38N、40a乃至40N
であり、第二のものはリセット入力端42a乃至42N、44a
乃至44Nである。選択コントロール入力端38a乃至38Nお
よび40a乃至40Nはレジスタ選択テーブル28から導線46を
通して選択パルスを受け取り、リセットコントロール入
力端42a乃至42Nおよび44a乃至44Nは選択されたカウント
の終りにおいて線48を通してレジスタ選択テーブル28か
らリセットパルスを受け取る。
各計数管対はレジスタ選択テーブル28を通して事象の位
置（Ｘｃ、Ｙｃ）に対応する各光電子増倍管PMT1乃至PM
TNのチューニング・ポイントに関係づけられる。例えば
計数管34aと36aの対は光電子増倍管PMT1のチューニング
・ポイントに関係し、計数管34bと36bの対は光電子増倍
管PMT2のチューニング・ポイントに関係し、以下同様に
して最後に計数管34Nと36Nの対は光電子増倍管PMTNのチ
ューニング・ポイントに関係する。
選択はレジスタ選択テーブル28だけによって行われる。
従って放射線源60が例えば第２図に示すように光電子増
倍管PMT2上に置かれていると、ほとんど総ての事象座標
はPMT2の中心（即ちチューニング・ポイント）の付近に
あってほとんど総ての事象は選択テーブル28により導線
46と選択入力端38a、40a及び38N、40Nを通してレジスタ
対（34b、36b）を選択する。
選択された各計数管対は第一（上位）窓アナライザ30の
窓内の計数率ＮUiと第二（下位）窓アナライザ31の窓内
の計数率ＮLiとを集める。
一例として光電子増倍管PMT1のチューニング・ポイント
に関して計数管34aが計数率ＮU1（PMT1）を与え、計数
管36aが計数率ＮL1（PMT1）を与えるとする。これらの
計数率は光電子増倍管PMT1付近の放射線イメージングの
速さの尺度となるものである。同様にして光電子増倍管
PMT2のチューニング・ポイントに関して計数管34bと36b
がそれぞれ計数率ＮU2（PMT2）又はＮL2（PMT2）を与え
るとする。このＮUiとＮLiの和はその大きさにおいて対
応するチューニング・ポイントｉでシンチレーションカ
メラの視野内の放射源活動度の分布に関係して入射する
放射線束に対応する。このようにしてシンチレーション
カメラ８の光電子増倍管PMT1乃至PMTNの総てのチューニ
ング・ポイントに関する計数率の大きさが計数管34a乃
至34Nと36a乃至36Nの出力端において並列に与えられ
る。
数計率ＮUi（PMTｉ）とＮLi（PMTｉ）は計算回路62a乃
至62Nにより次式に従って処理される。
Ｋは10に近い定数、ΔＺｉは各チューニング・ポイント
において測定されたＺ誤差である。
前に述べたようにΔＺｉはＺマップ誤差 を構成し、掛
算ユニット64においてデコンボリューション・マトリッ
クスＣに掛け合わされる。その結果はゲイン誤差ベクト
ル である。次いで光電子増倍管のゲインは表示ユニット66
（デイジタル・コンソールの数字表示）に表示された について調整されて理想的なＺマップの平担性を示す理
想的ベクトル が上記の過程で求められる。Ｚマップ情況をチェックす
るためΔＺｉは表示ユニット68に導かれる。
コンボリューション・マトリックス はデコンボリューション・マトリックス・メモリ70から
読み出され、 に掛け合わされる。上記のようにこのマトリックスはオ
フライン測定により各カメラに対して一度だけ測定され
計算される。
この場合加算デバイス72、比形成器74、計算器76および
マトリックスメモリ70から構成された回路84が各光電子
増倍管の出力信号Z1乃至Ｚｎの出力端に信号線78と信号
AD変換器80を通して接続可能である。これらは総てオフ
ライン測定だけに使用される校正手段である。
加算デバイス72は各光電子増倍管位置ｉの上に順次に置
かれる校正源60の各位置に対して次式により全エネルギ
ー情況信号を作り出す。
比形成器74は比Ｃij＝Ｚij/Zｉを線源位置ｉとPMT番号
ｊの総ての組合せについて作る。
最後に計算器76はコントリビューション・マトリックス に従ってデコンボリューション・マトリックス を計算する。このデコンボリューション・マトリックス はデコンボリューション・マトリックス・メモリ70に蓄
積されオンライン測定において利用される。
このようにして24から28までと34から68までの総ての要
素が合わさった放射線検出系の放射線検出器例えばシン
チレーションカメラの光電子増倍管の並列チューニング
・アルゴリズムにおけるチューニング回路69を構成す
る。しかし要素70乃至80はチューニング回路69にデコン
ボリューション・マトリックスＤを与える回路84を構成
する。
回路69はこの発明の一つの実施例である。第２図に示し
たものの変形である別の実施例は第４図に示されてい
る。
第４図に一例として示したこの発明の実施形態ではエネ
ルギー窓アナライザ30と31の分割された窓に関して計数
差ＮUi（PMTｉ）−ＮLi（PMTｉ）を直接計算するための
上昇計数管90aと下降計数管90Nが設けられている。計数
管92a乃至92NはＮUi（PMTｉ）＋ＮLi（PMTｉ）に従って
両方の窓の計数を直接集めるためのものである。第２図
に示した計数回路62a乃至62Nは第４図においては簡略化
されて比形成回路94a乃至94Nとなっている。
第５図に光電子増倍管PMTｉの代表的な構成を示す。真
空容器110には光入射窓112があり、第２図に示すように
カメラ８のシンチレーション結晶10に光学結合される。
この光電子増倍管は光電陰極114を備え、これに地電位
に対して１乃至2kVの負電圧が加えられる。更に複数の
ダイノードと呼ばれる中間電極116があり、電子増倍作
用によって増強された電子は陽極118に向けられてシン
チレーション・エネルギーに対応する出力信号が出力線
120に送り出される。ダイノードには電位分布用の抵抗1
22がそれらの間に接続されている。抵抗124を含む一つ
の抵抗群は可変抵抗又はポテンショメータを構成し、そ
の腕126を動かして光電子増倍管のゲインを調整するこ
とができる。このポテンショメータはこの発明による校
正又はチューニングに際して調整される。
第５図には更に代表的な前置増幅器128が示され、その
非反転入力端には抵抗130と132で構成される分圧器を通
して光電子増倍管から信号が導かれる。前置増幅器128
の出力は抵抗回路網134に導かれるが、この回路網は第
２図の電子回路16に含まれるものである。
光電子増倍管PMT1乃至PMTNにはそれぞれ一つの抵抗回路
網が所属する。この回路網の各抵抗の値は重みが付けら
れ、全体としてこの回路網に信号を送った光電子増倍管
のｘおよびｙ座標に対応する。それぞれの回路網から出
た−ｘと＋ｘ信号および−ｙと＋ｙ信号の総ては組合わ
されて処理され、それによって第２図の電子回路16の出
力端において信号Ｘｃ、ＹｃおよびＺｃが得られる。
有利な実施形態についてこの発明を説明したが、この方
面の専門家にとってはこの発明の要旨を理解した後はこ
の発明の特許請求の範囲の限定から逸脱することなく種
々の変更を加えることが可能である。例えば実施例中の
種々の部品の選定、接続および配置は各自の好みと要求
に応じて変えることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はγシンチレーションカメラのヘッドに設けられ
る７個の光電子増倍管の配置図、第２図はこの発明によ
る放射線検出器のチューニング回路のブロック図、第３
図はエネルギー窓アナライザの窓によって限定されたＺ
信号のスペクトル図、第４図は第２図の回路の変形回
路、第５図は代表的な光電子増倍管の構成を示す。第２
図において、８はアンガー型シンチレーションカメラ、
PMTは光電子増倍管、16は信号変換電子回路、18は水平
偏向増幅器、20は垂直偏向増幅器、22はブラウン管であ
る。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ） 各放射線検出器に対して、あらか
    じめ定めた校正点に点放射基準線源を配置してエネルギ
    ー・マップ情態を並列に測定し、それによりエネルギー
    応答ベクトルを求め、そのエネルギー応答ベクトルの要
    素は各基準線源の配置状態毎の全検出器出力に相当し、
    各あらかじめ定めた校正点は放射線検出器の一つの対応
    した規定の位置である過程と、 （ｂ） エネルギー応答ベクトルにあらかじめ定めたデ
    コンボリューション・マトリックスを乗じ、このデコン
    ボリューション・マトリックスはマトリックス要素Ｃij
    を含むコントリビューション・マトリックスの反転であ
    り、このコントリビューション・マトリックスの各マト
    リックス要素Ｃijは、位置ｉに置かれた点放射線源に対
    する検出器ｊの相対的なコントリビューション・レベル
    を表わし、それにより前記放射線検出器に対しゲイン・
    ベクトル積を求める過程と、 （ｃ） 放射線検出器のゲインを、少なくとも近似的に
    単一ゲインベクトルが得られるように調整する過程と、 （ｄ） 前記過程ａによりエネルギー・マップ情態を再
    び測定する過程と からなり、エネルギー・マップ情態が単一ゲインベクト
    ルを得るのに十分でないときは単一ゲインベクトルが得
    られるまで前記過程ａ〜ｄを繰り返すことを特徴とする
    放射線検出系の放射線検知器のゲイン校正方法。
  2. 【請求項２】コントリビューション・マトリックスが既
    知の放射線源を用いて始めにオフライン測定で決定され
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】デコンボリューション・マトリックス がコントリビューション・マトリックス により計算されることを特徴とする特許請求の範囲第２
    項記載の方法。
  4. 【請求項４】（ａ） 放射線源をＮ個の放射線検出器毎
    にあらかじめ定めた校正点の一つに置く過程と、 （ｂ） Ｎ個の放射線検出器のそれぞれに対して、ｊを
    検出器番号、ｉを線源の配置場所としてエネルギー値Ｚ
    ijを測定する過程と、 （ｃ） 総てのＮ個のエネルギー値Ｚijを加え合せ次式
    に従って全エネルギー情態信号Ｚｉを求める過程と、 （ｄ） 前記過程ａ〜ｃを検出器のＮ個の校正点毎に繰
    り返す過程と、 （ｅ） 次式 によりコントリビューション・マトリックスＣのマトリ
    ックス要素Ｃijを計算する過程と からなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
    方法。
  5. 【請求項５】放射線検出のためガンマ・シンチレーショ
    ンカメラが有する光電子増倍管を使用することを特徴と
    する特許請求の範囲第１項記載の方法。
  6. 【請求項６】（ａ） 各放射線検出器に対して、あらか
    じめ定めた校正点に点放射基準線源を配置してエネルギ
    ー出力信号を並列に測定し、放射線検出器に対しエネル
    ギー応答誤差ベクトルを求め、エネルギー応答誤差ベク
    トルの要素は全放射線検出器出力に相当する過程と、 （ｂ） このエネルギー応答誤差ベクトルに予め定めら
    れたデコンボリューション・マトリックスを乗じ、この
    デコンボリューション・マトリックスはマトリックス要
    素Ｃijを含むコントリビューション・マトリックスの反
    転であり、このコントリビューション・マトリックスの
    各マトリックス要素Ｃijは、位置ｉに置かれた点放射線
    源に対する検出器ｊの相対的なコントリビューション・
    レベルを表わし、それにより計算されたゲイン誤差ベク
    トルを求める過程と、 （ｃ） 得られたゲイン誤差ベクトルを用いて放射線検
    出器のゲインを単一ゲインベクトルが得られるように調
    整する過程と、 （ｄ） 前記過程ａによりエネルギー・マップ情態を再
    び測定する過程とからなり、エネルギー・マップ情態が
    単一ゲインベクトルを得るのに十分でないときは単一ゲ
    インベクトルが得られるまで前記過程ａ〜ｃを繰り返す
    ことを特徴とする放射線検出系の放射線検出器のゲイン
    校正方法。
  7. 【請求項７】（ａ） 各放射線検出器に対して、あらか
    じめ定めた校正点に点放射基準線源を配置して複数の放
    射線検出器の各々のエネルギー・マップ情態を並列に測
    定し、その個々の値の組合せがエネルギー応答ベクトル
    を形成する測定及び計算手段と、 （ｂ） エネルギー応答ベクトルにあらかじめ定めたデ
    コンボリューション・マトリックスを乗じ、このデコン
    ボリューション・マトリックスはマトリックス要素Ｃij
    を含むコントリビューション・マトリックスの反転であ
    り、このコントリビューション・マトリックスの各マト
    リックス要素Ｃijは、位置ｉに置かれた点放射線源に対
    する検出器ｊの相対的なコントリビューション・レベル
    を表わし、それにより前記放射線検出器に対し計算され
    たゲインベクトル積を求める手段と、 （ｃ） 計算されたゲインベクトル積について放射線検
    出器のゲインを単一ゲインベクトルが得られるように調
    整する手段とを含む ことを特徴とする放射線検出系の放射線検出器のゲイン
    校正装置。
  8. 【請求項８】（ａ） 放射線検出器のあらかじめ定めら
    れた校正点に順次置かれる放射線源と、 （ｂ） 各放射線検出器に対して、ｊを検出器番号、ｉ
    を線源の配置場所としてエネルギー値Ｚijを測定する手
    段と、 （ｃ） 総てのエネルギー値Ｚijを加え合せて次式 に従って全エネルギー情態信号Ｚｉとする手段と、 （ｄ） コントリビューション・マトリックスの位置ｉ
    に置かれた点放射線源に対する検出器ｊの相対的なコン
    トリビューション・レベルを表わすマトリックス要素Ｃ
    ijを により計算する手段と、 （ｅ） デコンボリューション・マトリックスＤをＤ＝
    C-1によりコントリビューション・マトリックスＣから
    計算する手段と、 （ｆ） デコンボリューション・マトリックスを蓄積す
    る手段と、 （ｇ） 単一ゲインベクトルを得るべく前記エネルギー
    応答ベクトルとデコンボリューション・マトリックスを
    乗ずるため蓄積装置からデコンボリューション・マトリ
    ックスを読み出す手段と を含むことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載の装
    置。
  9. 【請求項９】放射線検出のためガンマ・シンチレーショ
    ンカメラが有する光電子増倍管を使用することを特徴と
    する特許請求の範囲第７項記載の装置。
  10. 【請求項１０】（ａ） 各放射線検出器に対して、あら
    かじめ定めた校正点に点放射基準線源を配置してエネル
    ギー出力を並列に測定し、それによりエネルギー応答誤
    差ベクトルを求める手段と、 （ｂ） このエネルギー応答誤差ベクトルに予め定めら
    れたデコンボリューション・マトリックスを乗じ、この
    デコンボリューション・マトリックスはマトリックス要
    素Ｃijを含むコントリビューション・マトリックスの反
    転であり、このコントリビューション・マトリックスの
    各マトリックス要素Ｃijは、位置ｉに置かれた点放射線
    源に対する検出器ｊの相対的なコントリビューション・
    レベルを表わし、それにより計算されたゲイン誤差ベク
    トルを求める手段と、 （ｃ） 計算されたゲイン誤差ベクトルにより放射線検
    出器のゲインを理想的なゲインベクトルが得られるよう
    に調整する手段と を含むことを特徴とする放射線検出系の放射線検出器の
    ゲイン校正装置。
JP59016891A 1983-02-02 1984-02-01 放射線検出器のゲイン校正方法および装置 Expired - Lifetime JPH0731247B2 (ja)

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