JPH08271633A - 放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】放射線が検出器内へ入射されてから検出信号に
変換されるまでの放射線及び変換された光子又は電子の
散乱、減衰及び漏洩を補正する方法を確立して、検出効
率を向上させる。 【構成】検出器１３から得られたγ線のエネルギースペ
クトラムをメインウィンドウ及び一定のエネルギー幅の
複数のサブウィンドウに分割して、シンチレータ中のγ
線の輸送計算及びγ線により発生した光子の輸送計算に
基いて算出された割合に基いて、各サブウィンドウにお
けるカウント値における本来メインウィンドウ中に含ま
れるべき散乱成分を算出して、メインウィンドウに転入
して、撮影イメージの散乱補正を行うもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばガンマカメラ
等の放射線を検出して、その観測量を電気的信号に変換
する放射線検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】放射性同位体によって標識された放射性
医薬品が体内に投与されると、その放射性医薬品の性質
によって定まる特定の臓器や組織に吸収され集中する性
質を利用し、ガンマカメラは体内から放射された放射線
( γ線 )を一定時間検出して、放射性同位体の分布を撮
影することにより、臓器の形状や機能、病巣の有無、代
謝機能などの診断に使用されている。

【０００３】例えば図７に示すように、アンガー型ガン
マカメラ１は、被測定物として例えば患者の体内から放
射された放射線( γ線 )を、鉛材からなるコリメータ２
を介して、所定の厚さのシンチレータ３に入射させ、γ
線がシンチレータ３内を通過する間にそのエネルギーが
光子に変換する。この変換して放射した光子を複数本の
光電子増倍管４によって測定し、γ線の位置計算するこ
とにより画像を作成するものである。

【０００４】γ線が体内から放射するときの散乱、減衰
や漏洩は、ＴＷ( トリプルウィンドウ )法などが提案さ
れ、実際に臨床データにも用いられるようになった。し
かし、γ線が体内から対外へ放射された後、検出器内部
のシンチレータに入射して光子に変換し、この光子が電
気信号に変換されるまでのγ線及び変換された光子の散
乱、減衰及び漏洩を補正する方法は確立されていない。
なお、ここでγ線の散乱及び光子の散乱というのは、図
８に示すように、γ線の全エネルギーが全て光子に変換
せずにγ線がシンチレータを貫通してしまった状態及
び、図９に示すように変換した光子が全て光電子増倍管
に入射されない状態を含む。

【０００５】また、将来ガンマカメラがシンチレータ及
び光電子増倍管からなる検出器は、小型( 薄型 )・低コ
スト化が実現でき、エネルギー分解能に優れた半導体検
出器に置き換えることが予想される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、γ線
が体内から対外へ放射された後、検出器内部のシンチレ
ータに入射して光子に変換し、この光子が電気信号に変
換されるまでのγ線及び変換された光子の散乱、減衰及
び漏洩を補正する方法は確立されていないため、散乱線
が全く含まれていない単色のエネルギーのγ線を入射し
ても、検出器により検出して出力する信号には、図１０
( ａ )に示すようなスペクトラムになるべきところが、
図１０( ｂ )に示すような散乱線を含むスペクトラムに
なるという問題があった。

【０００７】すなわち、散乱線の中には本来のエネルギ
ーピークのチャンネルでカウントされるべきγ線を含む
可能性があり、カウントされるべきカウント数がカウン
トされていないという検出効率が低下しているという問
題があった。

【０００８】そこでこの発明は、ガンマ線が検出器内へ
入射されてから検出信号に変換されるまでの放射線及び
変換された光子又は電子の散乱、減衰及び漏洩を補正す
る方法を確立して、検出効率を向上させることができる
放射線検出装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明は、放射線を入
射するシンチレータと、このシンチレータに放射線が入
射されたことにより発生する光子を検出する複数個の光
電子増倍管と、放射線がシンチレータ中でその全エネル
ギーが光子に変換されない散乱割合を算出するシンチレ
ータ散乱割合算出手段と、放射線が入射されたことによ
りシンチレータで変換された光子が光電子増倍管により
検出されない散乱割合を算出する光散乱割合算出手段
と、光電子増倍管からの出力信号から得れるエネルギー
毎のカウント値の分布を最も高いカウント値のエネルギ
ーピークを中心にして一定のエネルギー幅の複数個の領
域に分割し、エネルギーピークを含む領域以外の領域に
おける各カウント値からシンチレータ散乱割合算出手段
及び光散乱割合算出手段により算出された散乱割合に基
いて得られる数値をエネルギーピークを含む領域へ転入
させる散乱補正手段とを設けたものである。

【００１０】また、別の発明は、放射線を入射して電子
を放出し、この電子を検出する半導体検出器と、放射線
が半導体検出器中でその全エネルギーが電子に変換され
ない散乱割合を算出する半導体散乱割合算出手段と、放
射線が入射されたことにより半導体検出器で変換された
電子が検出されない散乱割合を算出する電子散乱割合算
出手段と、半導体検出器からの出力信号から得られるエ
ネルギー毎のカウント値の分布を最も高いカウント値の
エネルギーピークを中心にして一定のエネルギー幅の複
数個の領域に分割し、エネルギーピークを含む領域以外
の領域における各カウント値から半導体散乱割合算出手
段及び電子散乱割合算出手段により算出された散乱割合
に基いて得られる数値をエネルギーピークを含む領域へ
転入させる散乱補正手段とを設けたものである。

【００１１】

【作用】この発明においては、散乱補正手段により、光
電子増倍管からの出力信号から得られるエネルギー毎の
カウント値の分布を最も高いカウント値のエネルギーピ
ークを中心にして一定のエネルギー幅の複数個の領域に
分割し、エネルギーピークを含む領域以外の領域におけ
るカウント値から、シンチレータ散乱割合算出手段及び
光散乱割合算出手段により算出された散乱割合に基い
て、散乱、減衰や漏洩によりエネルギーが小さくなっ
て、本来含まれるべきエネルギーピークを含む領域に含
まれずに散乱成分としてカウントされたカウント値が、
エネルギーピークを含む領域に転入される。

【００１２】また、別の発明においては、散乱補正手段
により、半導体検出器からの出力信号から得られるエネ
ルギー毎のカウント値の分布を最も高いカウント値のエ
ネルギーピークを中心にして一定のエネルギー幅の複数
個の領域に分割し、エネルギーピークを含む領域以外の
領域におけるカウント値から、半導体散乱割合算出手段
及び電子散乱割合算出手段により算出された散乱割合に
基いて、散乱、減衰や漏洩によりエネルギーが小さくな
って、本来含まれるべきエネルギーピークを含む領域に
含まれずに散乱成分としてカウントされたカウント値
が、エネルギーピークを含む領域に転入される。

【００１３】

【実施例】この発明の第１実施例を図１乃至図４を参照
して説明する。図１は、ガンマカメラの要部構成を示す
ブロック図である。１１は、制御部本体を構成する制御
部であり、図示しないがＣＰＵ(centralprocessing uni
t)、ＲＯＭ(read only memory)、ＲＡＭ(random access
memory)等から構成されている。被測定物から放射され
るγ線は、鉛材等から形成されたコリメータ１２を介し
て検出器１３へ入射される。検出器１３は、シンチレー
タ１４及び複数個の光電子増倍管から構成された光電子
増倍管部１５を備え、γ線はシンチレータ１４に入射さ
れ、そのエネルギーが光子エネルギーに変換される。こ
の光子エネルギーは光電子増倍管部１５により検出され
る。なお、前記シンチレータ１４は、一般的にはＮａＩ
( ヨウ化ナトリウム結晶 )を使用したものが多いが、他
の種類のシンチレータでも良い。

【００１４】非線形回路部１６は、前記光電子増倍管部
１５の光電子増倍管と一致する個数の非線形回路から構
成されており、前記光電子増倍管部１５の各光電子増倍
管から出力された信号は、それぞれ非線形回路を通して
演算部１７へ出力される。

【００１５】この演算部１７では、チャンネル設定部１
８で設定されたチャンネル設定に基いて、同時に得られ
た複数の信号の波高値をチャンネルに変換して( 量子化
して)、各光電子増倍管での検出状態からγ線の発生位
置及びそのエネルギーの大きさを算出する。そして、こ
のγ線の発生数をそのエネルギー( チャンネル )毎にカ
ウントする。

【００１６】前記検出器１３及び前記コリメータ１２
は、ＳＰＥＣＴ撮影の場合等において被測定物( 人 )の
周囲を回転するので、それらを回転駆動するための検出
器支持機構部１９が設けられている。

【００１７】また、前記制御部１１には、各種データを
記憶するためのメモリ２０が設けられ、このメモリ２０
には、さらに前記非線形回路部１６の各非線形回路の傾
きを調整する係数が各核種毎に設定される非線形回路設
定エリア２１が形成されている。さらに、前記制御部１
１には操作部２２及び撮影した画像を表示するための表
示部２３が接続されている。

【００１８】このような構成の第１実施例においては、
検出器１３から得られるエネルギースペクトラムのエネ
ルギーピークを含む領域に対してかける通常のメインウ
ィンドウの外側を、一定のエネルギー幅のサブウィンド
ウに分割してエネルギースペクトラムの散乱補正を行
う。

【００１９】まず、各サブウィンドウ毎に本来メインウ
ィンドウの領域に含まれるべき散乱成分の割合を算出す
る。図２は、前記制御部１１が行う割合算出処理の流れ
を示す図である。まず、ステップ１( ＳＴ１ )の処理と
して、γ線が検出器１３に入射するところからシンチレ
ータ１４中で光子のエネルギーに変換されるまでの幾何
学的な構造( 材料構造 )を考慮してエネルギーによる散
乱断面積を計算することによりγ線の輸送計算を行う。

【００２０】ステップ２( ＳＴ２ )の処理として、その
γ線の輸送計算に基いて、単色エネルギーのγ線が散乱
によりどのようなスペクトラムとして出力されるかを、
単色エネルギーのγ線が散乱などにより示すエネルギー
スペクトラムとして計算する。なお、このとき計算する
エネルギー領域は、臨床で実際に使用するエネルギーの
全領域にわたることが望ましく、そのエネルギー幅( 後
述するサブウィンドウのエネルギー幅と一致する )はな
るべく薄くする方が望ましいが、薄くすると計算量が増
えて計算時間が長くなりまた計算の誤差が増加するの
で、高画質を得るための精度と処理時間とのバランスが
取れるエネルギー幅を採用する。

【００２１】例えば、このステップ２の処理で得られた
散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｃと
し、測定されるγ線のエネルギースペクトラムを行列
Ａ、実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムを行
列Ｂと表現すれば、行列式Ａ＝ＢＣとして関係付けられ
る。

【００２２】ステップ３( ＳＴ３ )の処理として、シン
チレータ１４中で変換された光子が光電子増倍管で受光
されるまで幾何学的な構造を考慮して光子の散乱断面積
を計算することにより光子の輸送計算を行う。

【００２３】ステップ４( ＳＴ４ )の処理として、その
光子の輸送計算に基いて、単色エネルギーの光子が散乱
によりどのようなスペクトラムとして出力されるかを、
単色エネルギーの光子が散乱などにより示すエネルギー
スペクトラムとして計算する。

【００２４】例えば、このステップ４の処理で得られた
単色エネルギーの光子が散乱などにより示すエネルギー
スペクトラムを行列Ｆとし、測定される光子のエネルギ
ースペクトラムを行列Ｄ、実際に入射した光子のエネル
ギースペクトラムを行列Ｅと表現すれば、行列式Ｄ＝Ｅ
Ｆとして関係付けられる。

【００２５】ステップ５( ＳＴ５ )の処理として、前述
したステップ２の処理で得られた単色エネルギーのγ線
が散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｃ
とし、前述したステップ４の処理で得られた単色エネル
ギーの光子が散乱などにより示すエネルギースペクトラ
ムを行列Ｆとして表現した時の行列式ＣＦの逆行列Ｒを
算出する。

【００２６】すなわち、光電子増倍管により測定される
γ線のエネルギースペクトラムを行列Ｇ、実際に入射し
たγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｈとして表現す
れば、行列式Ｇ＝ＨＣＦとして関係付けられるので、上
記行列式ＣＦの逆行列Ｒを算出すれば、行列式ＧＲ＝Ｈ
として、実際に入射したγ線のエネルギースペクトラム
の行列Ｈを算出することができる。

【００２７】ステップ６( ＳＴ６ )の処理として、ステ
ップ５の処理で得られた測定されるγ線のエネルギース
ペクトラムから実際に入射したγ線のエネルギースペク
トラムを得る逆行列Ｒに基いて、各サブウィンドウに対
するメインウィンドウに転入するカウント値の割合を算
出し、各サブウィンドウに対して設定する。すなわちこ
の割合は、逆行列をサブウィンドウのエネルギー幅でス
ペクトル分解したものである。このステップ６の処理を
終了すると、この割合算出処理を終了するようになって
いる。

【００２８】なお、この割合算出処理で、予め核種毎に
( γ線のエネルギー毎に )算出した各サブウィンドウに
対する設定データをメモリ２０等に記憶しておき、測定
毎に使用する核種に対応する設定データをメモリ２０か
ら読出して設定し直せば、この割合算出処理を行う必要
はない。

【００２９】次に、実際の測定により光電子増倍管から
得られたγ線のエネルギースペクトラムに対して散乱補
正を行う。図３は、前記制御部１１が行う散乱補正処理
の流れを示す図である。まず、ステップ７( ＳＴ７ )の
処理として、実際の測定による光電子増倍管からの信号
に基いて得られたエネルギースペクトラムを、図４に示
すように、通常用いるメインウィンドウＭ及びこのメイ
ンウィンドウの外側に一定のエネルギー幅の複数のサブ
ウィンドウＳ１，…，Ｓ１０に分割する。なお、サブウ
ィンドウの個数は、図４では１０個しか示していないが
これ以上でも良いものであり、限定されるものではな
い。

【００３０】ステップ８( ＳＴ８ )の処理として、各サ
ブウィンドウのカウント値( 画像データ )に対して、割
合算出処理で設定された割合に基いて本来メインウィン
ドウ中に含まれているべき散乱成分を算出する。

【００３１】ステップ９( ＳＴ９ )の処理として、その
ステップ８の処理で得られた各サブウィンドウの散乱成
分を減算し、メインウィンドウに転入させて撮影イメー
ジの散乱補正を行う。このステップ９の処理を終了する
と、この散乱補正処理を終了するようになっている。

【００３２】このように第１実施例によれば、検出器１
３から得られたγ線のエネルギースペクトラムをメイン
ウィンドウ及び一定のエネルギー幅の複数のサブウィン
ドウに分割して、シンチレータ中のγ線の輸送計算及び
γ線により発生した光子の輸送計算に基いて算出された
割合に基いて、各サブウィンドウにおけるカウント値に
おける本来メインウィンドウ中に含まれるべき散乱成分
を算出して、メインウィンドウに転入して、撮影イメー
ジの散乱補正を行うことによりγ線がシンチレータ１４
に入射されてから検出信号に変換されるまでのγ線及び
変換された光子の散乱、減衰及び漏洩を補正する方法を
確立することができる。従って、γ線の検出効率を向上
させることができる。

【００３３】この発明の第２実施例を図５及び図６を参
照して説明する。なおこの第２実施例は、前述した第１
実施例がシンチレータ１４及び光電子増倍管部１５とか
らなる検出器１３を使用していたのに対して、エネルギ
ー分解能は高いが検出効率が比較的に低い半導体検出器
を使用したことに特徴がある。従って、この第２実施例
においても他の構成については前述した第１実施例とほ
とんど同一構成なので、同一部材には同一符号を付して
その説明は省略する。

【００３４】図５は、ガンマカメラの要部構成を示すブ
ロック図である。半導体検出器２４は、入射されたγ線
のエネルギーを電子のエネルギー( 電気エネルギー )に
変換するものである。検出器支持機構部１９は、その半
導体検出器２４をＳＰＥＣＴ撮影の場合等において被測
定物( 人 )の周囲を回転駆動させるためのものである。

【００３５】このような構成の第２実施例においては、
まず各サブウィンドウ毎に本来メインウィンドウの領域
に含まれるべき散乱成分の割合を算出する。図６は、前
記制御部１１が行う割合算出処理の流れを示す図であ
る。まず、ステップ１１( ＳＴ１１ )の処理として、γ
線のが半導体検出器２４に入射するところから半導体検
出器２４中で電子のエネルギーに変換されるまでの幾何
学的な構造( 材料構造 )を考慮してエネルギーによる散
乱断面積を計算することによりγ線の輸送計算を行う。

【００３６】ステップ１２( ＳＴ１２ )の処理として、
そのγ線の輸送計算に基いて、単色エネルギーのγ線が
散乱によりどのようなスペクトラムとして出力されるか
を、単色エネルギーのγ線が散乱などにより示すエネル
ギースペクトラムとして計算する。

【００３７】例えば、このステップ１２の処理で得られ
た散乱などにより示すエネルギースペクトラムを行列Ｌ
とし、測定されるγ線のエネルギースペクトラムを行列
Ｊ、実際に入射したγ線のエネルギースペクトラムを行
列Ｋと表現すれば、行列式Ｊ＝ＫＬとして関係付けられ
る。

【００３８】ステップ１３( ＳＴ１３ )の処理として、
半導体検出器２４中で変換された電子が検出されるまで
の幾何学的な構造を考慮して電子の散乱断面積を計算す
ることにより電子の輸送計算を行う。

【００３９】ステップ１４( ＳＴ１４ )の処理として、
その電子の輸送計算に基いて、単色エネルギーの電子が
散乱によりどのようなスペクトラムとして出力されるか
を、単色エネルギーの電子が散乱などにより示すエネル
ギースペクトラムとして計算する。

【００４０】例えば、このステップ１４の処理で得られ
た単色エネルギーの電子が散乱などにより示すエネルギ
ースペクトラムを行列Ｐとし、測定される光子のエネル
ギースペクトラムを行列Ｍ、実際に入射した光子のエネ
ルギースペクトラムを行列Ｎと表現すれば、行列式Ｍ＝
ＮＰとして関係付けられる。

【００４１】ステップ１５( ＳＴ１５ )の処理として、
前述したステップ１２の処理で得られた単色エネルギー
のγ線が散乱などにより示すエネルギースペクトラムを
行列Ｌとし、前述したステップ１４の処理で得られた単
色エネルギーの電子が散乱などにより示すエネルギース
ペクトラムを行列Ｐとして表現した時の行列式ＬＰの逆
行列Ｓを算出する。

【００４２】すなわち、半導体検出器２４により測定さ
れるγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｔ、実際に入
射したγ線のエネルギースペクトラムを行列Ｖとして表
現すれば、行列式Ｔ＝ＶＬＰとして関係付けられるの
で、上記行列式ＣＦの逆行列Ｒを算出すれば、行列式Ｔ
Ｓ＝Ｖとして、実際に入射したγ線のエネルギースペク
トラムの行列Ｖを算出することができる。

【００４３】ステップ１６( ＳＴ１６ )の処理として、
ステップ１５の処理で得られた測定されるγ線のエネル
ギースペクトラムから実際に入射したγ線のエネルギー
スペクトラムを得る逆行列Ｓに基いて、各サブウィンド
ウに対するメインウィンドウに転入するカウント値の割
合を算出し、各サブウィンドウに対して設定する。すな
わちこの割合は、逆行列をサブウィンドウのエネルギー
幅でスペクトル分解したものである。このステップ１６
の処理を終了すると、この割合算出処理を終了するよう
になっている。

【００４４】なお、この割合算出処理で、予め核種毎に
( γ線のエネルギー毎に )算出した各サブウィンドウに
対する設定データをメモリ２０等に記憶しておき、測定
毎に使用する核種に対応する設定データをメモリ２０か
ら読出して設定し直せば、この割合算出処理を行う必要
はない。

【００４５】次に、実際の測定により半導体検出器２４
から得られたγ線のエネルギースペクトラムに対して、
前述した第１実施例の図３に示す散乱補正処理により散
乱補正を行う。

【００４６】このように第２実施例によれば、第１実施
例と同様な効果を得ることができると共に、エネルギー
分解能が高くしかも検出効率が改善された半導体検出器
を使用したガンマカメラを提供することができる。

【００４７】なお、上述した第１実施例及び第２実施例
では、γ線を測定するガンマカメラについて説明した
が、この発明はこれに限定されるものではなく、他の放
射線を検出する放射線検出器についても適用できるもの
である。

【００４８】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
ガンマ線が検出器内へ入射されてから検出信号に変換さ
れるまでの放射線及び変換された光子又は電子の散乱、
減衰及び漏洩を補正する方法を確立して、検出効率を向
上させることができる放射線検出装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例のガンマカメラの要部構
成を示すブロック図。

【図２】同実施例のガンマカメラで行われる割合算出処
理の流れを示す図。

【図３】同実施例のガンマカメラで行われる散乱補正処
理の流れを示す図。

【図４】同実施例のガンマカメラで測定されたγ線のエ
ネルギースペクトラムに対して設定されたメインウィン
ドウ及びサブウィンドウを示す図。

【図５】この発明の第２実施例のガンマカメラの要部構
成を示すブロック図。

【図６】同実施例のガンマカメラで行われる割合算出処
理の流れを示す図。

【図７】アンガ型ガンマカメラの概略の要部構成を示す
図。

【図８】ガンマカメラのシンチレータ中におけるγ線の
散乱を説明するための図。

【図９】ガンマカメラのシンチレータ中で発生した光子
の散乱を説明するための図。

【図１０】単色エネルギーのγ線のエネルギースペクト
ラム及び従来のガンマカメラにより測定された単色エネ
ルギーのγ線のエネルギースペクトラムを示す図。

【符号の説明】

１１…制御部、 １３…検出器、 １４…シンチレータ、 １５…光電子増倍管部、 ２４…半導体検出器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射線を入射するシンチレータと、 このシンチレータに放射線が入射されたことにより発生
   する光子を検出する複数個の光電子増倍管と、 放射線が前記シンチレータ中でその全エネルギーが光子
   に変換されない散乱割合を算出するシンチレータ散乱割
   合算出手段と、 放射線が入射されたことにより前記シンチレータで変換
   された光子が前記光電子増倍管により検出されない散乱
   割合を算出する光散乱割合算出手段と、 光電子増倍管からの出力信号から得れるエネルギー毎の
   カウント値の分布を最も高いカウント値のエネルギーピ
   ークを中心にして一定のエネルギー幅の複数個の領域に
   分割し、前記エネルギーピークを含む領域以外の領域に
   おける各カウント値から前記シンチレータ散乱割合算出
   手段及び前記光散乱割合算出手段により算出された散乱
   割合に基いて得られる数値を前記エネルギーピークを含
   む領域へ転入させる散乱補正手段とを設けたことを特徴
   とする放射線検出装置。
2. 【請求項２】 放射線を入射して電子を放出し、この電
   子を検出する半導体検出器と、 放射線が前記半導体検出器中でその全エネルギーが電子
   に変換されない散乱割合を算出する半導体散乱割合算出
   手段と、 放射線が入射されたことにより前記半導体検出器で変換
   された電子が検出されない散乱割合を算出する電子散乱
   割合算出手段と、 前記半導体検出器からの出力信号から得られるエネルギ
   ー毎のカウント値の分布を最も高いカウント値のエネル
   ギーピークを中心にして一定のエネルギー幅の複数個の
   領域に分割し、前記エネルギーピークを含む領域以外の
   領域における各カウント値から前記半導体散乱割合算出
   手段及び前記電子散乱割合算出手段により算出された散
   乱割合に基いて得られる数値を前記エネルギーピークを
   含む領域へ転入させる散乱補正手段とを設けたことを特
   徴とする放射線検出装置。