JPH11109040A

JPH11109040A - 放射線情報収集装置

Info

Publication number: JPH11109040A
Application number: JP9266594A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Yamakawa; 勉山河
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-09-30
Filing date: 1997-09-30
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の目的は、検出セルアレイ上のギャップ
に起因した画像の歪みやアーチファクトを軽減すること
を可能とする放射線情報収集装置を提供することにあ
る。【解決手段】本発明は、単一の半導体結晶２０上に電極
２１を設けることにより検出セル１を構成した複数の検
出セルモジュール２をマトリクス状に配列した検出ユニ
ット４と、このユニット４からの出力に基づいて検出セ
ル１の幅より短い空間分解能で且つ検出セル１の数より
多い画素数で画像を得る補間計算回路７とを備え、半導
体結晶２０の幅と半導体結晶２０間のギャップの距離と
を加算した長さが、空間分解能の整数倍となるように構
成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線撮影装置、Ｘ
線コンピュータ断層撮影装置（ＣＴスキャナ）、ガンマ
カメラ、骨塩定量装置などの放射線を検出し画像化する
ための装置の心臓部を構成する放射線情報収集装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】例えばガンマカメラでは、近年、ＲＩの
濃度分布を一方向へ投影したようなプレーナ画像だけで
なく、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置のようなＲＩの断
層面内の濃度分布を撮影できるガンマカメラシステムが
多く市販されている。このＲＩの断層面内の濃度分布の
撮影技法は、使用する核種の違いで、ＳＰＥＣＴ(singl
e photon emission computed tomography)とＰＥＴ(pos
itron emission computed tomography) とに大別されて
いる。

【０００３】ＳＰＥＣＴは、シングルフォトン核種を被
検体に投与し、それから崩壊時に放出されるガンマ線を
体外から１個１個のフォトン（光子）として計数し、そ
の核種の断層面内の濃度分布を再構成するという技法で
ある。また、ＰＥＴは、ポジトロン核種を被検体に投与
し、それから放出されるポジトロンが近傍の陰電子と結
合して消滅する際に互いに反対方向に発生する２個のフ
ォトンを同時計数して、その核種の断層面内の濃度分布
を再構成するという技法である。

【０００４】最近、ＣｄＺｎＴｅ（ＣａｄｍｉｕｍＺ
ｉｎｃＴｅｌｌｕｒｉｄｅ）あるいはＣｄＴｅ（Ｃａ
ｄｍｉｕｍＴｅｌｌｕｒｉｄｅ）などの検出セルが登
場し、ガンマカメラのシーンでもこの検出セルをマトリ
クスに配列したアレイが、従来のアンガー型のものに今
後、取って代わっていくであろうと予想されている。

【０００５】ところで、このような放射線情報収集装置
をガンマカメラなどで実用化する上で非常に大きなマト
リクススケールのアレイが要求されており、このような
大きなマトリクススケールを実現するには、その製造過
程上の問題などから、小さいマトリクススケールの放射
線情報収集装置（モジュール）を多数作っておき、そし
てこのモジュールを幾つか縦横に配列して１つのモジュ
ールアレイを作り、さらに複数のモジュールアレイをや
はり縦横に配列するという２段階の過程を経る必要があ
る。

【０００６】モジュールやモジュールアレイを配列する
とき、隣り合うモジュールの間やモジュールアレイの間
に、ある程度のギャップ（空隙）が必要になるが、この
ギャップを配列精度の限界まで少なくしようとするあま
り、ギャップがばらつき、これにより画像が機械的に歪
んだり、ギャップ付近にアーチファクトが発生すること
になり、アンガー型のような、アナログ的で自然な画像
を出すのは困難であった。

【０００７】また、１ピクセルが検出セルの形状やサイ
ズに依存してしまう傾向が強くなり、ディジタル的なモ
アレ縞が見えてしまうという欠点もあった。このような
問題は、ガンマカメラに限らず、Ｘ線撮影装置やＣＴス
キャナ等で放射線情報収集装置を採用する場合にも同様
につきまとう問題であった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、放射
線情報収集装置のギャップの存在に起因した画像の歪み
やアーチファクトを軽減することを可能とする放射線情
報収集装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による放射線情報
収集装置は、単一の半導体結晶上に電極を設けることに
より検出セルを構成した複数の検出セルモジュールを、
マトリクス状に配列してなる放射線検出ユニットと、前
記放射線検出ユニットから出力される情報に基づいて、
前記検出セルの幅より短い空間分解能で、且つ前記検出
セルの数より多い画素数の画像情報を得る演算手段と、
前記演算手段で得られた画像情報を記憶する画像メモリ
とを備え、前記半導体結晶の幅と前記半導体結晶間のギ
ャップの幅とを加算した長さが、前記空間分解能の整数
倍となるように構成される。

【００１０】また、本発明による放射線情報収集装置
は、単一の半導体結晶上に電極を設けることにより検出
セルを構成した複数の検出セルモジュールを、マトリク
ス状に配列してなる放射線検出ユニットを有する放射線
情報収集装置において、前記放射線検出ユニットは、前
記検出セルの中心間の距離と前記半導体結晶間のギャッ
プの幅との比が２０以下の整数比になるように構成され
ている。。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
よる放射線情報収集装置を、好ましい実施形態により説
明する。本実施形態では、放射線情報収集装置として、
ガンマカメラシステムを例に説明するが、Ｘ線撮影装
置、Ｘ線コンピュータ断層撮影装置（ＣＴスキャナ）、
骨塩定量装置などの放射線を検出し画像化するための装
置全般に適用可能である。

【００１２】図１には本実施形態によるガンマカメラシ
ステムの構成を示している。このガンマカメラシステム
は、ＣＰＵ９を制御中枢として、放射線検出ユニット
４、アドレス発生回路５、補間前収集メモリ６、補間計
算回路７、補間後収集メモリ８、ウォーブリング機構１
０、エンコーダ１１、ＸＹ移動量計算回路１２、アドレ
ス補正回路１３とから構成される。

【００１３】図２に図１の放射線検出ユニット４の斜視
図を示し、図３に図１の放射線検出ユニット４の平面図
を示し、図４に図３の中の１つの検出セルモジュールの
側面図を示している。被検体に投与された放射性同位元
素から放射される放射線、ここではガンマ線を検出する
ための放射線検出ユニット４は、ＣＺＴ（Ｃａｄｍｉｕ
ｍＺｉｎｃＴｅｌｌｕｒｉｄｅ）あるいはＣｄＴｅ
（ＣａｄｍｉｕｍＴｅｌｌｕｒｉｄｅ）等の半導体結
晶板２０を有している。この半導体結晶板２０の表面に
は複数の個別電極２１が、ここでは４×４のマトリクス
状に形成され、裏面には共通電極２２が形成されてい
る。このように１枚の半導体結晶板２０に形成した４×
４の検出セルアレイを、１つの検出セルモジュール２と
して、製造上の物理的な最小単位として取り扱ってい
る。

【００１４】そして、４つの検出セルモジュール２をモ
ジュールアレイ用基板２３の上に２×２のマトリクス状
に配置することにより、１つの検出セルモジュールアレ
イ３を構成し、さらに、複数の検出セルモジュールアレ
イ３をメイン基板２４の上にマトリクス状に配列するこ
とにより、放射線検出ユニット４の中核をなす最終的な
例えばｍ×ｎマトリクスの検出セルアレイを構成してい
る。

【００１５】なお、上記では、１枚の半導体結晶板２０
に４×４の検出セルアレイを形成して、これを１つの検
出セルモジュール２としたが、図５（ａ）に示すよう
に、１検出セル分の電極２１，２２を表裏面に形成した
半導体結晶２０を縦横それぞれの方向に所定のギャップ
を設けて、ｍ×ｎのマトリクス状に配置したものや、図
５（ｂ）に示すように、１つの半導体結晶２０の一面に
共通電極２２を設け、他の面にｍ×１分の電極２１を設
けることにより、１行分の検出セルを構成し、この１行
の検出セルを所定のギャップを設けて、ｎ行分配置する
ことにより、ｍ×ｎのマトリクスを形成したものを用い
てもよい。

【００１６】このようなｍ×ｎマトリクスの放射線検出
ユニット４にガンマ線が入射すると、対応する位置に在
る検出セルから、入射ガンマ線のエネルギーに応じた波
高値で電気信号が出力される。エネルギーウインドウ回
路１４は、波高値（エネルギー）に従って、被検体に投
与された放射性同位元素からのガンマ線を外乱ガンマ線
と弁別するために、波高値をウインドウ処理して、エネ
ルギーが所定のエネルギーウインドウに入ったとき、投
与された放射性同位元素からのガンマ線が入射したとい
う事象（イベント）の発生を表すイベント信号を、補間
前収集メモリ６に出力する。

【００１７】補間前収集メモリ６では、所定期間中に起
こったイベントの回数を、アドレス発生回路５からのア
ドレスに従って、検出セルごとに、そのアレイと同じｍ
×ｎマトリクスで計数する。各計数値は、それぞれの検
出セルの視野内にある放射性同位元素の体内濃度を表し
ていて、所定期間終了後には、この濃度の空間的な分布
（一般的に、プレーナ画像と呼ばれている）が、ｍ×ｎ
マトリクスで補間前収集メモリ６に収集される。このプ
レーン画像データは、補間計算回路７で補間される。こ
の補間により、図６に示すように、検出セルの中心間距
離より短い空間分解能（横方向空間分解能；Ａ、縦方向
空間分解能；Ｂ）で、且つ検出セルの数より画素数の多
いＭ×Ｎ（Ｍ＞ｍ、Ｎ＞ｎ）というマトリクスで、高精
細のプレーン画像データに変換され、補間後収集メモリ
８に保持される。

【００１８】なお、補間処理は、図７（ａ）に示すよう
に、Ｍ×Ｎマトリクスの中の検出セルが存在しないギャ
ップ上の画素のデータを、その隣の検出セルの実測デー
タをコピーするような処理でもよいし、ＣＴスキャナ等
の濃淡画像でよく使われている図７（ｂ）に示すような
ギャップ周辺の実測データから補間カーブを使ってギャ
ップ上の画素データを推定するような処理であってもよ
い。

【００１９】ここで本実施形態で重要なのは、任意に決
めた長さ、ここでは補間後のＭ×Ｎマトリクスの空間分
解能（Ａ，Ｂ）を基準寸法として、検出セルアレイの全
ての寸法、例えば、検出セル１の幅、隣り合う検出セル
１の中心点間距離、検出セルモジュール２の幅（半導体
結晶板２０の幅）、モジュールアレイ用基板２３上で隣
り合う検出セルモジュール２間のギャップ（モジュール
アレイ用基板２３上で隣り合う半導体結晶板２０間のギ
ャップ）、検出セルモジュールアレイ３の幅、メイン基
板２４上で隣り合う検出セルモジュールアレイ間のギャ
ップ、さらに上位概念では、半導体結晶板２０の幅と半
導体結晶板２０間のギャップの幅とを加算した長さを、
それぞれ基準寸法の整数倍にしたことにある。

【００２０】つまり、ａ₁ 、ａ₂ 、ａ₃ 、ｂ₁ 、ｂ₂ 、
ｂ₃ を１以上の整数として、検出セル１の幅及び隣り合
う検出セル１の中心点間距離を、横方向に関して、ａ₁
×Ａ、縦方向に関して、ｂ₁ ×Ｂに設定し、モジュール
アレイ用基板２３上で隣り合う検出セルモジュール２間
のギャップ（モジュールアレイ用基板２３上で隣り合う
半導体結晶板２０間のギャップ）を、横方向に関して、
ａ₂ ×Ａ、縦方向に関して、ｂ₂ ×Ｂに設定する。ま
た、メイン基板２４上で隣り合う検出セルモジュールア
レイ間のギャップを、横方向に関して、ａ₃ ×Ａ、縦方
向に関して、ｂ₃×Ｂに設定する。

【００２１】さらに、ａ₁ 、ａ₂ 、ａ₃ 、ｂ₁ 、ｂ₂ 、
ｂ₃ を適当に調整することにより、検出セル１の中心間
の距離と、隣り合う半導体結晶２０間のギャップの幅と
の比が、４：１９とか、５：１８とかの２０以下の整数
比になるように、また、隣り合う検出セル１の中心間距
離が、隣り合う半導体結晶２０間のギャップの幅の整数
倍になるように、また隣り合う検出セル１の中心間距離
が、隣り合う半導体結晶２０間のギャップの幅の整数倍
になるように、また隣り合う検出セルモジュールアレイ
３間のギャップの幅が、隣り合う検出セルモジュール２
間のギャップの幅の整数倍となるように設定することが
できる。

【００２２】このように全ての寸法を、基準寸法の整数
倍に設定したことにより、補間後のＭ×Ｎマトリクスに
おける実際の空間分解能と、装置側で認識している信号
処理上の空間分解能との不一致に起因する画像の歪みを
解消することができる。

【００２３】上述したような補間処理とは別に、或いは
併用して、ギャップを埋める方法として、検出ユニット
４を物理的に振るいわゆる“ウォーブリング”がある。
ウォーブリング機構１０は、検出ユニット４を縦横両方
向に関して移動するのであるが、その動きとしては、縦
横移動の組み合わせによって、例えば図８（ａ）に示す
ようにセル１の対角線と平行に直線的に反復移動する、
図８（ｂ）に示すように円軌道に沿って移動する、図８
（ｃ）に示すようにセル１の縦横交互に四角形軌道に沿
って移動するのいずれでもよい。このウォーブリングの
横方向の移動距離は、横方向に関して最も大きなギャッ
プの幅に設定し、また同様に、縦方向の移動距離は、縦
方向に関して最も大きなギャップの幅に設定するのが効
率的である。

【００２４】このとき、検出セル１の出力を、検出ユニ
ット４が横方向にＡ、縦方向にＢの距離を動くのに要す
る時間の逆数に応じた周波数でサンプリングすることに
より、横方向にＡ、縦方向にＢという一定の空間分解能
でデータを収集できる。

【００２５】なお、図９に示すように、検出セルを行毎
にその幅の半分だけずらして配置することにより、縦方
向の空間分解能を略１／２に向上させることができる。
このようなウォーブリング最中であってもアドレス発生
回路５は検出ユニット４が基準位置に在るときの各セル
に固有のアドレスを発生するのみであるので、エンコー
ダ１１で検出した実際の検出ユニット４の位置に従って
ＸＹ移動量計算回路１２で基準位置からの縦横方向の変
位を計算し、そしてその変位に従ってアドレスの補正信
号を計算し、この補正信号でアドレス発生回路５から出
力されるアドレスを加算器１３等で補正することが必要
になる。なお、これらデータ収集及びウォーブリングの
全ての動きはＣＰＵ９で制御される。

【００２６】このように本実施形態によると、補間され
た画像の空間分解能を基準寸法として、検出ユニットの
全ての寸法をその整数倍に決定しているので、補間後の
Ｍ×Ｎマトリクスにおける実際の空間分解能と、装置側
で認識している信号処理上の空間分解能との不一致に起
因する画像の歪みを解消することができる。また、この
ように検出セルを粗にアレイしても、十分な空間分解能
を得ることができるので、検出セルを必要な空間分解能
に従って稠密にアレイする必要がなく、このため、検出
セルアレイを安価で実現することができる。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。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、半導体結晶の幅と半導
体結晶間のギャップの距離とを加算した長さが、得られ
る画像の空間分解能の整数倍となるように構成されてい
るので、画像に歪みが生じるのを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る放射線情報収集装置の
構成図。

【図２】図１の検出ユニットの斜視図。

【図３】図１の検出ユニットの平面図。

【図４】図３の検出セルモジュールの側面図。

【図５】他の検出セルモジュールの側面図。

【図６】図１の補間計算回路で補間された画像のマトリ
クスを示す図。

【図７】図１の補正計算回路の補正処理の説明図。

【図８】図１のウォーブリング機構によるウォーブリン
グ軌道を示す図。

【図９】行毎にずらされた検出セルアレイとそれに対応
するウォーブリング軌道を示す図。

【符号の説明】

１・・・検出セル、２・・・検出セルモジュール、３・・・検出セルモジュールアレイ。４・・・放射線検出ユニット、５・・・アドレス発生回路、６・・・補間前用収集メモリ、７・・・補間計算回路、８・・・補間後用収集メモリ、９・・・ＣＰＵ、１０・・・ウォーブリング機構、１１・・・エンコーダ、１２・・・ＸＹ移動量計算回路、１３・・・加算器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単一の半導体結晶上に電極を設けること
により検出セルを構成した複数の検出セルモジュール
を、マトリクス状に配列してなる放射線検出ユニット
と、前記放射線検出ユニットからの出力に基づいて、前記検
出セルの幅より短い空間分解能で、且つ前記検出セルの
数より多い画素数で画像情報を得る演算手段とを備え、前記半導体結晶の幅と、隣り合う半導体結晶間のギャッ
プの幅とを加算した長さが、前記空間分解能の整数倍と
なるように構成されることを特徴とする放射線情報収集
装置。
【請求項２】前記半導体結晶の幅が前記空間分解能の
整数倍となり、且つ前記半導体結晶間のギャップの幅が
前記空間分解能の整数倍となるように構成されることを
特徴とする請求項１記載の放射線情報収集装置。
【請求項３】単一の半導体結晶上に電極を設けること
により検出セルを構成した複数の検出セルモジュール
を、マトリクス状に配列してなる放射線検出ユニットを
有する放射線情報収集装置において、前記放射線検出ユニットは、前記検出セルの中心間の距
離と、隣り合う半導体結晶間のギャップの幅との比が２
０以下の整数比になるように構成されていることを特徴
とする放射線情報収集装置。
【請求項４】前記放射線検出ユニットは、隣り合う検
出セルの中心間距離が、前記半導体結晶間のギャップの
幅の整数倍になるように構成されることを特徴とする請
求項３記載の放射線情報収集装置。
【請求項５】前記検出セルモジュールは、前記単一の
半導体結晶上に電極をマトリクス状に設けることにより
複数の検出セルを構成したものであり、前記放射線検出ユニットは、前記検出セルモジュール内
で隣り合う検出セルの中心間距離が、前記半導体結晶間
のギャップの幅の整数倍になるように構成されることを
特徴とする請求項４記載の放射線情報収集装置。
【請求項６】前記放射線検出ユニットは、前記検出セ
ルモジュールがマトリクス状に配置されてなる複数の検
出セルモジュールアレイを、マトリクス状に配置するこ
とにより構成されたものであり、前記隣り合う検出セルモジュールアレイ間のギャップの
幅が、隣り合う検出セルモジュール間のギャップの幅の
整数倍となるように構成されることを特徴とする請求項
５記載の放射線情報収集装置。
【請求項７】前記放射線検出ユニットを、前記半導体
結晶間のギャップの幅とほぼ等しい距離で反復移動する
ウォーブリング機構を備えることを特徴とする請求項２
乃至６のいずれか１項記載の放射線情報収集装置。
【請求項８】前記ウォーブリング機構は、前記放射線
検出ユニットを、前記検出セルの対角方向に平行な直線
軌道、円軌道、楕円軌道、四角形軌道のいずれか１つの
軌道上を反復移動するものであることを特徴とする請求
項７記載の放射線情報収集装置。