JPH10268053A - 核医学診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、エネルギー分解能のばらつき
を補償することのできる核医学診断装置を提供すること
にある。 【解決手段】本発明は、ガンマ線を検出し、入射位置信
号とエネルギー信号とを出力する半導体検出器１と、入
射位置信号と前記エネルギー信号とに基づいてエネルギ
ースペクトラムを入射位置毎に収集するスペクトラム収
集回路５と、基準線源に関するスペクトラムに基づいて
メインウインドウを入射位置毎に計算する計算回路１１
と、被検体に投与された放射性同位元素に関するスペク
トラムからメインウインドウ内の散乱線成分を入射位置
毎に計算する回路１５と、被検体に投与された放射性同
位元素に関するスペクトラムからメインウインドウ内の
計数値合計を入射位置毎に計算する回路１３と、この計
数値合計から散乱線成分を減算して、放射性同位元素の
体内分布を生成する減算器１７とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体に投与され
た放射性同位元素から放射されるガンマ線を検出し、こ
の放射性同位元素の体内分布を画像化する核医学診断装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】核医学診断装置は、シングルフォトン核
種を用いて放射性同位元素の崩壊時の一個のガンマ線の
検出を行い、この検出データに基づいて２次元的なガン
マ線蓄積画像を生成することを特徴としたシングルフォ
トンカメラと、ポジトロン核種を用いて陽電子が消滅す
る際に反対方向に一対のガンマ線を放出することを利用
し、放出場所を特定することにより２次元的なガンマ線
の蓄積画像を得ることを特徴としたポジトロンカメラと
に分類される。

【０００３】また、近年、複数の角度でガンマ線を検出
し、それに基づいて断層像を再構成する断層イメージン
グの技術（ＥＣＴ(emission computed tomography)が実
用化されている。このＥＣＴは、シングルフォトンＥＣ
Ｔ（ＳＰＥＣＴ）と、ポジトロンＥＣＴ（ＰＥＴ）とに
大別される。

【０００４】ところで、従来のガンマ線の検出器として
は、アンガー型検出器が主流である。アンガー型検出器
とは、ガンマ線の入射方向を制限するためのコリメータ
を通ったガンマ線を、そのエネルギーに応じた光量の光
にシンチレータ（ＮａＩの単結晶）で変換し、この光を
ライトガイドを経由して複数の光電子増倍管に導き、こ
れら複数の光電子増倍管でこの光を電気信号に変換し、
複数の光電子増倍管からの電気信号を合計したエネルギ
ー信号とガンマ線の入射位置を表す位置信号とを出力す
るというものである。

【０００５】しかしアンガー型検出器では、ガンマ線を
一旦光に変換してから電気信号として取り出すこと、さ
らにエネルギー信号を複数の光電子増倍管からの電気信
号の合計により求めること等のため、エネルギー分解能
は非常に悪ものであった。

【０００６】しかし、近年、ガンマ線を直接的に電気信
号に変換するＣｄＺｎＴｅ等の半導体素子が開発され、
この半導体素子を２次元的に配列した半導体素子アレイ
構造が今後の主流を占めるものと考えられている。

【０００７】このような半導体素子アレイ構造において
は、１つのガンマ線は１つの半導体素子のみで検出され
るのでこの素子の出力信号がそのまま当該ガンマ線に関
するエネルギー信号になること、また上述したようにガ
ンマ線を直接的に電気信号に変換するのでガンマ線の変
換効率が向上すること等の理由により、エネルギー分解
能は向上する。

【０００８】しかし、反面、半導体素子アレイ構造にお
いては、半導体素子間のエネルギー分解能にばらつきが
生じるという問題がある。このようにエネルギー分解能
が大きくばらつ状態で、各ピクセルからのエネルギー信
号に固定ウインドウを設定すると、そのウインドウ幅を
越えるＦＷＴＭを有するピクセルからのエネルギー信号
は一部ウインドウから外れて、一部収集したいガンマ線
の計測ができなくなる。

【０００９】現在では、この問題は、半導体素子アレイ
をモジュール化し、アレイモジュール毎にエネルギー分
解能の均一さを検査し、このエネルギー分解能が比較的
均一なアレイモジュールだけを選別して実装するという
方法が考えられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このようにエネルギー
分解能が比較的均一なアレイを選別しているため、エネ
ルギー分解能の均一さを獲得するために、歩留りを犠牲
にしているというのが現状であった。本発明の目的は、
入射位置に応じたエネルギー分解能のばらつきを補償す
ることのできる核医学診断装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガンマ線を検
出し、入射位置信号とエネルギー信号とを出力する検出
器と、前記入射位置信号と前記エネルギー信号とに基づ
いてエネルギースペクトラムを入射位置毎に収集する手
段と、基準線源から放出されたガンマ線に関するエネル
ギースペクトラムに基づいてエネルギーウインドウを入
射位置毎に計算する手段と、被検体に投与された放射性
同位元素に関するエネルギースペクトラムから前記エネ
ルギーウインドウ内の散乱先成分を入射位置毎に計算す
る手段と、前記被検体に投与された放射性同位元素に関
する前記エネルギースペクトラムから前記エネルギーウ
インドウ内の計数値合計を入射位置毎に計算する手段
と、前記計数値合計から前記散乱線成分を減算して、前
記放射性同位元素の体内分布を生成する手段とを具備す
る。 （作用）本発明では、入射位置毎にエネルギーウインド
ウを設定することができるので、入射位置間でのエネル
ギー分解能のばらつきを補償することができ、これによ
り歩留まりの低下を抑えながら、画質の向上を図ること
ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明に係る核医学診断装
置を一実施形態により説明する。なお、核医学診断装置
には、“従来の説明”で説明した通り、シングルフォト
ンカメラ、ポジトロンカメラ、シングルフォトンＥＣＴ
（ＳＰＥＣＴ）、ポジトロンＥＣＴ（ＰＥＴ）等様々な
タイプが含まれるが、本発明はそれらのいずれのタイプ
にも適用できるものである。ここでは説明の便宜上、一
般的にガンマカメラと呼ばれているシングルフォトンカ
メラを一例に説明するものとする。

【００１３】図１に本実施形態によるガンマカメラの構
成を示している。図２に図１の半導体検出器の構造を示
している。図３に図１の半導体検出器のブロック図を示
している。

【００１４】検出器の主要な構成要素である半導体検出
器１は、ＣｄＺｎＴｅやＣｄＴｅなどの入射ガンマ線の
エネルギーに応じて出力信号が変化する複数（Ｎ個）の
半導体素子（２３−１〜２３−Ｎ）が２次元状にアレイ
されたアレイ構造２３を有する。１個の半導体素子は、
例えば２ｍｍ〜３ｍｍ角の大きさを有している。

【００１５】このアレイ構造２３のガンマ線入射側（表
側）にはガンマ線の入射方向を制限するためのコリメー
タ２１が配置される。また、アレイ構造２３の裏側に
は、半導体素子各々の出力信号を個別に増幅するための
複数（Ｎ個）のプリアンプ（２５−１〜２５−Ｎ）が２
次元状にアレイされたアレイ構造２５が配置される。さ
らに鉛製シールド２７が、半導体素子アレイ構造２３の
表側以外からの不要なガンマ線の入射を防止するために
設けられる。

【００１６】なお、図１では、検出器には１つの半導体
検出器１を装備しているが、勿論、複数の半導体検出器
１を装備するようにしてもよい。この場合は、鉛製シー
ルド２７はモジュール１に個々に設けられるのではな
く、複数の半導体検出器１の全体を覆うように設けられ
る。

【００１７】リードアウト回路２９は、例えばマルチプ
レクサで構成され、プリアンプ（２５−１〜２５−Ｎ）
から信号を順番に読み出し、読み出した信号に基づい
て、ガンマ線の入射位置を表す位置アドレス信号、つま
り半導体素子個々の識別コードをディジタル信号で出力
し、またガンマ線のエネルギーに応じた振幅のエネルギ
ー信号をアナログ信号のままで出力する。このリードア
ウト回路２９の読み出し方式は、セルフトリガー方式
と、基本クロックに同期して順番に読み出す方式とのい
ずれでも良い。

【００１８】なお、ガンマ線の入射位置やエネルギー
は、半導体素子単位でも良いし、近隣の幾つかの半導体
素子のグループ単位でも良い。前者の場合、位置アドレ
スは、ガンマ線が入射したＮ個の半導体素子のいずれか
１つを特定するための数ビットの信号で表現され、エネ
ルギーは当該１つの半導体素子で検出されプリアンプで
増幅された信号がそのまま出力される。後者の場合、位
置アドレスは、ガンマ線が入射したいずれかのグループ
を特定するための数ビットの信号で表現され、エネルギ
ーは当該グループに含まれる幾つかの半導体素子で検出
されプリアンプで増幅された信号の加算信号として出力
される。ここでは、ガンマ線の入射位置やエネルギー
を、半導体素子単位で計測するものとして説明する。

【００１９】半導体検出器１から出力される位置アドレ
ス信号は直接的に、またエネルギー信号はアナログディ
ジタルコンバータ３を介して間接的にスペクトラム収集
回路５に供給される。

【００２０】スペクトラム収集回路５は、例えばメモリ
回路として構成され、位置アドレス信号とエネルギー信
号とをアドレスとして入力し、入射位置毎及びエネルギ
ーチャンネル毎にガンマ線の入射回数を計数することに
より、エネルギー軸に関するガンマ線の頻度分布、つま
りエネルギースペクトラムを入射位置毎に収集する。

【００２１】エネルギーピーク補正回路７は、最大頻度
のエネルギー（ピークエネルギー）をエネルギースペク
トラム間で、つまり入射位置間で揃えることにより、エ
ネルギーピークを補正する。

【００２２】エネルギーピーク補正を受けたエネルギー
ウインドウは、切り替え器９を介してＡ，Ｂ端子に送ら
れる。Ｂ端子にはメインウインドウ計算回路１１が接続
され、Ａ端子にはメインウインドウ内計数値合計計算回
路１３と散乱線成分計算回路１５とが接続される。切り
替え器９はシステムコントローラ２３の切り替え制御信
号に従ってメインウインドウを計算するためにガンマ線
が一様頻度で放射される面状の基準線源を撮影（以下、
基準的撮影という）するときには、Ｂ端子に接続され、
実際に被検体に放射性同位元素を投与して撮影（以下、
実際的撮影という）するときには、Ａ端子に接続され
る。

【００２３】メインウインドウ計算回路１１は、基準的
撮影時のエネルギースペクトラムそれぞれからエネルギ
ー分解能を求め、この分解能に基づいてエネルギーウイ
ンドウ（メインウインドウ）を入射位置毎に計算する。
さらに、メインウインドウ計算回路１１は、本動作にお
いて、基準線源のガンマ線種類と実際に被検体に投与す
る放射性同位元素からのガンマ線の種類とが相違すると
き、このメインウインドウをその種類の相違に応じて修
正する。

【００２４】メインウインドウ内計数値合計計算回路１
３は、実際的撮影時のエネルギースペクトラムから、基
準的撮影時に計算されたメインウインドウ内の計数値合
計を入射位置毎に計算する。

【００２５】また、散乱線成分計算回路１５は、実際的
撮影時のエネルギースペクトラムから、基準的撮影時に
計算されたメインウインドウの両側にエネルギー分解能
に関わらず、つまり入射位置間で固定的なサブウインド
ウ内それぞれの計数値合計を入射位置毎に計算し、これ
ら計数値から台形近似により、メインウインドウ内に混
入している散乱線成分量を入射位置毎に計算（推定）す
る。

【００２６】減算器１７は、メインウインドウ内計数値
合計計算回路１３で計算されたメインウインドウ内の計
数値合計から、散乱線成分計算回路１５で推定された散
乱線成分量を減算することにより、散乱線補正を完了す
る。この散乱線補正は、いわゆるＴＥＷ法（トリプルエ
ネルギーウインドウ法）と呼ばれている周知の方法であ
る。

【００２７】画像メモリ１９は、減算器１７による減算
結果をシステムコントローラ２３からの入射位置アドレ
スに書き込み、全ての入射位置に関するこの書き込みが
終了した時点で放射性同位元素の体内分布を表す画像デ
ータを生成する。この画像データは、ディスプレイ２１
に送られ表示される。

【００２８】次に本実施形態の動作を説明する。この動
作には、半導体素子間のエネルギー分解能のばらつきを
補償するためにメインウインドウを入射位置毎に求める
ための基準的撮影を伴う事前動作と、この事前動作で求
めた入射位置毎のメインウインドウを使って実際に被検
体を撮影する実際的撮影を伴う本動作とがある。 （事前動作）事前動作では、上述したような一様な頻度
でガンマ線を放射する面状の基準線源が、半導体検出器
１に向かい合って設置される。基準線源から放出される
ガンマ線は、その入射位置にある半導体検出器１の半導
体素子で検出され、この半導体素子に対応するプリアン
プを通ってリードアウト回路２９に取り込まれる。リー
ドアウト回路２９からは、当該ガンマ線を検出した半導
体素子の位置を特定する位置アドレス信号と、当該半導
体素子からの出力信号に応じたエネルギー信号とを出力
する。

【００２９】半導体検出器１から出力される位置アドレ
ス信号は直接的に、またエネルギー信号はアナログディ
ジタルコンバータ３を介して間接的にスペクトラム収集
回路５に供給される。

【００３０】位置アドレス信号とエネルギー信号とに基
づいて、スペクトラム収集回路５において入射位置及び
エネルギーチャンネル毎にガンマ線の入射が計数され
る。そして、この計数動作が所定時間継続されると、エ
ネルギースペクトラムが入射位置毎に作成される。図４
に半導体検出器１内のＡ素子とＢ素子に対応するエネル
ギースペクトラムＳA,ＳB を示している。

【００３１】エネルギースペクトラムは、ピーク補正回
路７で個別にピーク補正を受けて、図５に示すように、
それぞれのエネルギーピークが基準線源からのガンマ線
種類に固有のエネルギーピーク（エネルギーチャンネ
ル；Ｎ）に揃えられる。

【００３２】ピーク補正を受けたエネルギースペクトラ
ムＳ’A,Ｓ’B は、切り替え器９を介してメインウイン
ドウ計算回路１１に送られる。メインウインドウ計算回
路１１では、ピーク補正を受けたエネルギースペクトラ
ムからエネルギー分解能を入射位置毎に計算する。エネ
ルギー分解能とは、例えば、半値幅をピークエネルギー
で割り算した値として与えられる。Ａ素子に関するエネ
ルギー分解能は、ＨＷA ／Ｎ＝ａ％、Ｂ素子に関するエ
ネルギー分解能は、ＨＷB ／Ｎ＝ｂ％で得られる。

【００３３】次に、メインウインドウ計算回路１１で
は、計算した入射位置毎のエネルギー分解能ＥＲ（％）
から、次の式に従って、メインウインドウを入射位置毎
に計算する。なお、ＷL はメインウインドウの下限値、
ＷH はメインウインドウの上限値をそれぞれ表してい
る。また、Ｗは基準のメインウインドウの幅（ピークエ
ネルギーに対する比率）を表し、Ｎ’は、被検体に投与
する使用元素の理論上のピークエネルギーを表し、αは
全半導体素子のエネルギー分解能の代表値から算出され
る係数を表している。

【００３４】 ＷL ＝Ｎ’・（１−α・（（ＥＲ・Ｗ）／２００）） ＷH ＝Ｎ’・（１＋α・（（ＥＲ・Ｗ）／２００）） 図６にＡ素子とＢ素子について個々に求められたメイン
ウインドウの下限チャンネルＡL ，ＢL と、上限チャン
ネルＡH ，ＢH を示している。

【００３５】このように全ての入射位置に関して、入射
位置毎にそれぞれのエネルギー分解能に応じてメインウ
インドウを求めることにより、事前動作は終了し、次に
こうして求めたメインウインドウを使って被検体を実際
に検査する本動作が実施される。なお、この事前動作は
本動作の直前に逐次行う必要はなく、最初に１回だけ行
えばよい。ただし、エネルギー分解能の長期的な変動を
考慮して、定期的に行うようにしてもよい。

【００３６】基準線源に使用する元素と被検体に投与す
る元素とが異なるときは、基準のウインドウ幅Ｗと使用
元素のエネルギーピークＮ’とを、被検体に投与する元
素に応じて切り替えることにより、近似的にウインドウ
の上限値及び下限値を求めることができる。このとき、
基準のウインドウ幅Ｗ及びエネルギーピークＮ’は、操
作者が操作パネルで使用元素の種類を選択することによ
り、設定するようにしてもよいし、被検体のエネルギー
ピークから使用元素を自動的に判定して設定するように
してもよい。 （本動作）上述したように、本動作は実際に被検体に放
射性同位元素を投与して、そこからのガンマ線を入射位
置毎に所定時間計数することにより、放射性同位元素の
生体内分布を取得する動作である。生体内の放射性同位
元素から放出されるガンマ線は、その入射位置にある半
導体検出器１内の半導体素子で検出される。

【００３７】その後のエネルギースペクトラム収集、ピ
ーク補正については、事前動作と同じであるので省略す
る。Ａ、Ｂ素子に関するピーク補正を受けた後のエネル
ギースペクトラムを図７に示す。

【００３８】メインウインドウ内計数値合計計算回路１
３において、ピーク補正を受けた後のエネルギースペク
トラムから、事前に計算されたメインウインドウ内の計
数値合計が、入射位置毎に計算される。

【００３９】また、散乱線成分計算回路１５において、
ピーク補正を受けた後のエネルギースペクトラムから、
事前に計算されたメインウインドウの両側にエネルギー
分解能に関わらず、つまり入射位置間で固定的なサブウ
インドウ内それぞれの計数値合計が入射位置毎に計算さ
れ、これら計数値から図７に示すように台形近似によ
り、メインウインドウ内に混入している散乱線成分量が
入射位置毎に計算（推定）される。

【００４０】そして減算器１７において、メインウイン
ドウ内計数値合計計算回路１３で計算されたメインウイ
ンドウ内の計数値合計から、散乱線成分計算回路１５で
推定された散乱線成分量が減算される。これにより散乱
線補正が完了して、入射位置毎のガンマ線入射数が高精
度で得られる。このガンマ線入射数は、画像メモリ１９
に書き込まれる。

【００４１】全ての入射位置に関するこの書き込みが終
了した時点で放射性同位元素の体内分布を表す画像デー
タが生成される。この画像データは、ディスプレイ２１
に送られ表示される。

【００４２】このように本実施形態では、全ての入射位
置に関して、入射位置毎にそれぞれのエネルギー分解能
に応じてメインウインドウ（エネルギーウインドウ）を
設定することにより、半導体素子間でのエネルギー分解
能のばらつきを補償することができるので、歩留まりの
低下を抑えながら、空間分布の画質を向上させることが
できる。なお我々の実験ではこのような処理により、エ
ネルギー分解能の３％−６％の範囲でのばらつきを良好
に補償できることが実証された。本発明は上述した実施
形態に限定されることなく種々変形して実施可能であ
る。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、エネルギー分解能が入
射位置間で多少のばらつきがあった場合でも、このばら
つきを補償して、半導体素子アレイの生産歩留りの低下
を抑制し、しかも画質を劣化させることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるガンマカメラの構成
を示すブロック図。

【図２】図１の半導体検出器の概略的な構造を示す斜視
図。

【図３】図１の半導体検出器の構成を示すブロック図。

【図４】事前動作時に図１のスペクトラム収集回路に収
集されるＡ素子とＢ素子に関するエネルギースペクトラ
ムを示す図。

【図５】図１のピーク補正回路でピーク補正を受けた図
４のエネルギースペクトラムを示す図。

【図６】図１のメインウインドウ計算回路で計算された
メインウインドウを示す図。

【図７】本動作時のメインウインドウの使用例と散乱線
補正の説明図。

【符号の説明】

１…半導体検出器、 ３…アナログディジタルコンバータ、 ５…スペクトラム収集回路、 ７…ピーク補正回路、 ９…切り替え器、 １１…メインウインドウ計算回路、 １３…メインウインドウ内計数値合計計算回路、 １５…散乱成分計算回路、 １７…減算器、 １９…画像メモリ、 ２１…ディスプレイ、 ２３…システムコントローラ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガンマ線を検出し、入射位置信号とエネ
   ルギー信号とを出力する検出器と、 前記入射位置信号と前記エネルギー信号とに基づいてエ
   ネルギースペクトラムを入射位置毎に収集する手段と、 基準線源から放出されたガンマ線に関するエネルギース
   ペクトラムに基づいてエネルギーウインドウを入射位置
   毎に計算する手段と、 被検体に投与された放射性同位元素に関するエネルギー
   スペクトラムから前記エネルギーウインドウ内の散乱線
   成分を入射位置毎に計算する手段と、 前記被検体に投与された放射性同位元素に関する前記エ
   ネルギースペクトラムから前記エネルギーウインドウ内
   の計数値合計を入射位置毎に計算する手段と、 前記計数値合計から前記散乱線成分を減算して、前記放
   射性同位元素の体内分布を生成する手段とを具備したこ
   とを特徴とする核医学診断装置。
2. 【請求項２】 前記ウインドウ計算手段は、前記求めた
   エネルギーウインドウを前記放射性同位元素の種類に応
   じて修正する手段をさらに有することを特徴とする請求
   項１記載の核医学診断装置。
3. 【請求項３】 前記散乱線成分計算手段は、前記エネル
   ギーウインドウの両側に入射位置に関わらず固定的に設
   けられているサブウインドウ内の計数値を計算し、この
   計数値に基づいて前記エネルギーウインドウ内の前記散
   乱線成分を計算することを特徴とする請求項１記載の核
   医学診断装置。
4. 【請求項４】 前記検出器は、ガンマ線のエネルギーに
   応じて出力信号が変化する複数の半導体素子のアレイ構
   造を有することを特徴とする請求項１記載の核医学診断
   装置。