JPS62500957A - 2次元フォトン・カウント位置エンコ−ダ装置とその方法 - Google Patents

2次元フォトン・カウント位置エンコ−ダ装置とその方法

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JPS62500957A JP61500249A JP50024985A JPS62500957A JP S62500957 A JPS62500957 A JP S62500957A JP 61500249 A JP61500249 A JP 61500249A JP 50024985 A JP50024985 A JP 50024985A JP S62500957 A JPS62500957 A JP S62500957A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は1984年12月4日句出願の米国出願筒677,931号の部分継続 出願に関する。
技術分野 本発明は一般に位置エンコーダに関係し、特に空間。
分解能特性について■要な改良のなされた2次元7オトン・カウント位置エンコ ーダ装置とその方法に関係する。本発明のを徴は、人体又は他の生命器官の生物 学的及び/又は生理学的変化を検出し定量的に計測するための改良されたポジト ロン放射トモグラフィに特定の応用例上見出すが、その使用はこの応用例に限定 されるものではない。
背景技術 ポジ)oン放Mトモグラフィ(PET )は多くの応用例、特に医療3断と研究 投影法に用いられる一種の核投影法である。標準的な現代のポジトロン放射トモ グラフィ装置では、放射薬剤用のフルオロデオキシグルコース(fluorod eoxy glucose) (FDG)のような一種の放射性物質を監視下の 患者又は他の生物器官に施す。
正に帯電した粒子であるポジトロンは人体内でアイソトープが崩壊するにつれて 放射性物質のアイソトーフ0により放射される。放射時にポジトロンが電子と会 うと、両者は消滅する。1回の消滅の結果として、2個のフォトンの形式でガン マ線が発生する。約30年前に2個の7オトンは互いに大体反対方向(約180 iに放射されることが発見された。これらのフォトンを監視することによりポジ トロン放射アイソトープの正確な位置が決定可能である。伝統的に、PET走査 器は監視下の人体周囲の異なる角度で放射フォトンの走行線に関する情報を累計 し、コンピュータ全弁してこの情報全処理してアイソトープの分布と濃度の断層 像を発生する。これに関連して、pgφ走査器は人体内で自然にかつ混乱して生 じる生物学的かつ生理学的変化全観察し定量化可能である。
従来、ポジトロン放射トモグラフィ装置は環状に配置した通常ビスマス・ジャー マネートである離散シンチレータを用いている。代表的には1リング当り約10 0個以上の検出器が設けられ、1つの検出装置構造体には5本以下のリングが設 けられる。一致事象とは、ポジトロン消滅が発生したに違いない1本の線として 画定される物体軸に沿ってガンマ線が放出される事象である。現在のPET走査 装置の空間分解能は検出器分解能能力により限定される。加えて、現在のPET 走査装置は複雑で製造保守が非常に高価である。さらに、現在の位置エンコーダ はアナログ技術音用いてフォトン放射を検出解析している。このようなアナログ 技術は不安定で信号全解析する際に用いる検出器利得により変化する。
従って、本発明の目的は改良された空間分解能特性を有する2次元フォトン計数 位置エンコーダ装置とその方法全提供することである。
本発明の他の目的は製造と保守に相当経費のかからない方法と装置全提供するこ とである。
本発明のさらに他の目的はコード化過程を容易にするためスロットされた又は調 整された光ガイドを含む7オトン検出器を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、断層像形成用の情報の累計時に安定度の低いアナロ グ位置処理技術ではなくフォトン・カウント用の技術と装置を用いることである 。さらに、パターン認識技術が1実施例で用いられて検出器収集情報全デコード する。
発明の開示 本発明の他の目的と利点は、2次元7オトン・カウント位置エンコーダ装置とそ の方法に関する以下の詳細な説明と関連図面により明らかとなるであろう。入射 放射線と相互作用してカウント可能な数の7オトンを発生する結晶のような複数 個のシンチレータ材料部材を含むシンチレーション検出器が提供される。調整さ れたスロット光ガイドが結晶と作動時に連係し所定数のスロットを定める。少な くとも1個のスロットが各結晶と関係している。シンチレーション後フォトンは 結晶を出てスロット光ガイげに入り、ここでフォトンはガイドの全長に渡って制 御された子側性で分布される。光ガイドの全長に渡る所定位置でフォトンを検出 する装置が提供される。1実施例では、光電子をカウントするため光電倍増管が 提供される。パターン認識技術音用いてポジトロンの消滅の結果として放射され るフォトンの位置、すなわちポジトロン放射アイソトープの位置を定める。本発 明の6稼の特徴を実施する方法、と装置はPET走査装置のようないくつかの応 用例で利用可能である。
本発明の上記特徴は添附図面?参照して以下の説明からより明らかに理解できる であろう。添附図面中、第1図は本発明のいくつかの特徴を含む2次元フォトン ・カウント位置エンコーダ装置を実施したホゾトロン放射トモグラフィ走査器の 斜視図である。
第2図は第1図に図示した装置の走査器部分のリングの端面図で、シンチレーシ ョン検出器の位置決を図示する。
第3図は第1図に図示した走査器のリング部分の断面図を図示する。
第4A図は図示するように結晶に動作時間連するスロット光ガイp2含むシンチ レーション検出器の斜視図である。
第4B図と第4C図は本発明の各種の特徴を実施した検出器と従来技術の検出器 の斜視図である。これらの検出器の比較と共に詳細な仕様書の読取は本発明の検 出器の改良された空間分解能機能を説明している。
第4D図は本発明の検出器の別な実施例の斜視図でした検出器の前面、側面、底 面図である。
第6図は所定の結晶/シンチレータ位置で生じる7オトン(光電子)の確率密度 のグラフ金図示する。
第7図は装置のカウント及びパターン認識過程のある部分を実行する際に用いる 回路図を図示する。
第8図は本発明のいくつかの特徴を含む2次元フォトン・カウント位置エンコー ダの別な実施例全図示する。
第9図は本発明の特徴を含む方法のブロック線図を図示する。
発明全実施するための最良の態様 2次元フォトン位置エンコーダ装置は第1図で全体音10で指示する。この図で 、装置tt10は本発明の各種の特徴金倉み、一般に医療診断投影や研究投影応 用に用いられる?シトロン放射トモグラフィ(PET )走査器12に応用され る。特に、本発明のフォトン位置エンコーダ装置10の利用以外は実質的に従来 のものであるこの走査器12は、医療診断投影操作の間患者16(第2図参照) を支持する患者用ベッド14全含む。図示の患者用ベッド14は走査器の診断操 作用に思考16を適所(第2図参照)へ移動させるよう選択的に動作するスライ ド・キャリッジ18を含む。前記位置で、診断される患者人体の選択位置が、以 後より一般的に説明するようにエンコーダ装置10のシンチレーション材料部材 22により定まる面内に配置される。
第1図に図示するフォトン位置エンコーダ装置10は以下で詳細に記述するリン グ24に取付けられる。
このリングは従来設計のガントリ26により担持される。ガントリはU字形取付 プラクット28によシ水平軸のまわシに回転可能に取付けられる。この取付ブラ ケット28はガントIJ 26 k支持する回転装置30により垂直軸のまわり に回転可能である。
全体t32で指示するコンピュータ・コンソールは走査器12に電気的に接続さ れ、水平及び/又は垂直軸のまわフにガントリ26全回転させるドライブのよう な走査器12に通常関係する移動や電子制御を制御する。このコンピュータ32 は従来設計のキーギード34とモニタ36全含む。さらに、トモグラフィ・モニ タ38はコンざユータ・コンソール32に座る操作員が走査器12により生じる 人体断面トモグラフィを見ること全可能とする。
患者の人体16の選択部分の断面断層@全形成するため、患者は思考用開口部4 0の中へ移動される。放射薬剤等の放射性アイソトープは通常患者用開口部40 へ移動する前に患者へ投与される。放射性アイソトープが人体内に存在する間に 、ポジトロンが放射される。これらのポジトロンの各々は電子と結合されて消滅 する。消滅位置から反対方向に2個の7オトンの形式のがンマ線が発生される。
これらのフォトンは反対方向すなわち180度離九九方向に走行する。フォトン の存在、走行方向、分布の検出は人体断面の断層像又は走査器内に配置した他の 生体器官の断面全形成するのに必要な情報を与える。
第1図、第2図、第3図で図示したリング24には、検出器が1つまたは複数の 面上に配置され、患者の人体を完全に取囲んでいる。このリングは第2図に概略 的に図示されている。従来設計の検出器の支持リングの断面図は第3図に図示さ れている。この図では、リング支持機構は全体を42で指示する。この機構は、 シールド46.4Bと調節可能な軸方向シールディング50を支持するフレーム 44?!−含む。全体を52で示す検出器プレイは患者開口部40に外接し、全 体を54で示す破線に沿って走行する7オトンを相互作用する。これらのフォト ンは開口部56を通過し、シンチレータ材部材22と相互作用して、7才トン位 置エンコーダ装置にフォト/の分布と空間分解能及びその原点の位置を決定する のに必要な情報の累計を開始させる。
従って、改良された2次元フォトン位置エンコーダ装置10の標準的応用例は第 1図、第2図、第3図に示し、ここで他の点では従来設計のホゾトロン放射計の ものであるから、走査器の動作、ガントリの回転移動や他の特徴の詳細は本明細 書では詳細に記述しないが、先行技術に関する情報から容易に知ることができる 。2次元フォトン位置エンコーダ装置10を用いた走査器12のような走査器は 現在の装置に対していくつかの改良点を有している。従って、改良された位置エ ンコーダ装置10?!−以下に図面と関連して説明する。
本発明の各種の特徴に従って構成された2次元フォトン位置エンコーダ装置は第 4図に全体を10で図示しである。エンコーダ装置10は医療応用に用いられる 前述したようなポジトロン放射トモグラフィ(PET)と関連して用いられるの に特に適している。しかしながら、本装置の使用と本装置により用いられる方法 はポジトロン放射トモグラフィ応用に限定されるものではないことは容易に理解 できる。例えば、本装置は単フォトン・ガンマ投影装置、核研究「結晶ボール」 実験、医療投影、材料解析と関連して使用するのに適している。他の応用例は当 業者には容易に明らかとなる。
2次元フォトン位置エンコーダ装置10は改良された空間分解能特性ケ有する検 出器20?I−含む。特に、検出器20は@4図に示すようにマトリクス形状の 所定位置に取付けた複数個の、シンチレータ材部材22を含む。複数個の検出器 はアレイ状に配置され、第2図に示すように監視下の人体16のような生体器官 に外接するが、検出器20の位置決めは第8図に図示する形状と関連して詳細に 指摘するような特定の応用例に従って変更できる。第4図に図示する実施例では 、検出器20はマトリクス形状に配置した複数個のビスマス・ジャーマネート結 晶64を含む複数個のシンチレータ材部材22を含む。図示の結晶材は4×8プ レイである。
特に、検出器20は第5A図で番号1′から62′まで連続して付番した複数個 のビスマス・ジャーマネート(BGO)結晶を含む。これらの結晶は断面形状が 実質的に矩形で、光電倍増管25から見られる光ガイド68に取付けられる。こ れまでいくつかのEGO結晶を単一の光電倍増管に取付るのが一般的であり、そ の位置は個々の結晶に取付けた光ダイオードでコード化される。この従来技術装 置の主要な欠点は光ダイオードを冷却する必要性であり、この必要のため装置の 実用化の可能性を減少きせる。芒らに、多1シンチレータからの光分割音用いて シンチレータを位置決めするために用いることが一般的であった。この設計では 、各光電倍増管によ94個のシンチレータが見られている。
既知の従来技術でのスロットされない光ガイドの使用のため、あるシンチレータ では他より位置分解能が悪ぃ。換言すると、従来技術で用いていた連続リング光 分割検出器では位置分解能は最適化されていない。
隣接する光電倍増管からのアナログ差信号はこれまでガンマ線事象を検出するシ ンチレータの正確な位置全決定するために用いられてきた。この投射の主調な欠 点はこのような検出器全構成造するコストと複雑度である。アナログ信号の使用 はシンチレータ位置の決定置不安定性?生じる。アナログ処理は光電倍増管の高 電圧変化と光電倍増管利得の固有の不安定性によシトリフ)k生じる。さらに、 検出器間隔の高度の一様性に保持しつつ連続光ガイドに数百側の結晶ケ取付ける という大きな困難がある。
結晶64はブラケット、接着剤等により従来方法で光ガイド68に固定される。
通常、全検出器20は余分な光源による干渉全防止する補助となるようその構成 の完了後硫化バリウム反射塗料のような反射塗料を塗布される。もち論、結晶の 寸法と種類は特定の応用例國従って変更可能であることが認められる。例えば、 ふつ化バリウムは結晶として使用可能である。第5A図に図示した図示実施例で に、フォトンが検出器に入る検出器面の全体寸法は50.8cTnX 50.8 cmで、各僧門の結晶の長さは250である。もち論、これは単に例示寸法で、 他の寸法も必要に応じて使用可能である。
第4A図及び第4B図に図示するような検出器全構成することにより、光ガイド 全見る際に用いる光電倍増管の数を既知の従来技術に対して8の因子だけ減少さ せることが可能である。特に、第4A図から第4D図及び第5A図から第5C図 に図示するように、4個の光電倍増管、すなわち70Aから70Dk用いて光ガ イド68を見ることが可能である。各々(1′)から(32’)と番号付けらi また結晶64のアl/イは第5A図でより明らかに描かれている。矢印72は軸 方向、すなわち監視下の人体16のような器官の長軸を描いている。従って、第 1図に図示した種類のPET走査器応用例の場合のよ5に検出器のリング・アレ イゲ用いた時に人体断面断層像全形成可能な面が4面ある。矢印74は横断方向 を図示している。
第5A図は、各光−17倍増管が8個の結晶により収集した情報全分担するよう にした複数の光電倍増管70A〜70Dの配置全図示している。すなわち、光電 倍増管70Aは結晶(1′〜4′)と(9″〜12′)と動作的に関係する。光 電倍増管70Bは結晶(5′柵′)と(13′〜16′ンと動作的に関係する。
光電倍増管70Cは結晶(21′〜24′〕と(29′〜32′)と動作的に関 係する。光電倍増管70Dは結晶(17′〜20′)と(25′〜28′)と動 作的に関係する。
第4図と第5A図〜第5C図に図示した検出器は例示の検出器であることが認め られる。しかしながら、結晶アレイは各種の形状を取りつる。例えば、結晶の5 ×7アレイ又は他の各種寸法のアレイも使用可能である。しかしながら、結晶の 数が光電倍増管の数を越えていることがN要であり、これがコスト’l減少させ る特徴となっている。今指摘したように、光電倍増管の数のこの減少は収集した データの質に有害には影響しない。
一般的に上記したように、光パイプ、すなわちガイド68は結晶64のバンクに 動作的に関係している。
特國、光゛バイブロ8は中実の透明材から製造され、又は1実施例では中実の透 明材断面のマ) IJクスから製造され、これに結晶22の端部80により定ま る並置面に光学的に接続した光パイゾロ8の面78から光音透過する。従って、 光又はフォトンはフォトン源に最も近く位置した端面82から結晶64へ入る。
これらのフォトンは、結晶プレイの面78ケ出て光バイブロ8へ入る結晶内の光 電子を発生する。フォトンは光バイブロ8の而78からその透明材を通して光パ イプの反対又は遠隔面84へ走行し、ここで動作時に関係する光電倍増管により 検出又は観6+11される。
第5B図と第5C図に図示した光ガイド68は88で全体を指示する調整装置金 倉み、これは分布、!¥jに光パイプケ通過するフォトンの統計的分布全制御す る役割を果たし、これにより以下で詳細に説明するように装置の空間分解能を強 化する。特に、光バイア’6Bは第5B図に図示するように一方向(横断方向) に8個のスロットと第5C図に図示するように他の方向(軸方向)tc4個のス ロットヲ備え、これによシ図示検出器の32個の結晶の各々は光がイrの1個の スロットと動作的に関係する。スロット90.90′は光ガイrの選択位置に挿 入した光/幅射腺(この場合フォトン)不透過パネル、又はバリヤ92.92’ により定められる。スロットの深さは、第6図に図示するように隣接する光電倍 増管によフ検出されるフォトンの分布が等しい重なりで分離きれるように配置さ れている。
各スロットは動作時に関係する光学的に接続した結晶と整合していることに注意 されたい。
1例とじて、入射511 KeVガンマ線の結果として光電子作用が発生した時 任意の1つの結晶64で70個の光電子が発生(エネルギ分解能は28%FWH Mに等しい)するという標準的な場合を考える。このような事象が結晶番号(2 )に発生した場合、65個の光電子が平均して光電倍増管70Aに発生され、5 個の光電子が平均して光電倍増管70B(第6図参照)に発生するようにスロッ トが設計されている。これに対応して、この事象が結晶番号(6′)で発生した 場合、分布は光電倍増管70Bに15個の光電子と光電倍増管70Aに55個の 光電子となる。この事象が結晶番号(4′)で発生した場合、光電倍増管70B に30個の光電子が、光電倍増管70Aに40個の光電子がある。
この分布は光電子分布に等しい重な!ll?r生じるため第6図で最適であるこ とが示されている。同様に、第50図に示すように第2次元である軸方向の光電 子の分布を制御するため、調整装置88′が設けられている。
横断調整装置88′はこの第5C図に示すように4個のスロットを含む。第5C 図のプライムをつけた番号は第5B図の同じ番号と同様の検出器の部品ではある が、横断方向に見た部品であることを図示している。
隅の結晶(1’ )、(8’ )、(25’ )、(32’ )は光電子カウン トによりユニークに識別され、唯一の動作時に関係する光電倍増管を有する。例 えば、結晶(1′)のシンチレーション事象は光電倍増管70 Aにのみ信号を 発生する。同様に、結晶(8′)のシンチレーション事象は光電倍増管70Bに のみ信号を発生する。結晶(25’)の事象は光電倍増管70Dに信号全発生し 、結晶(32’)の事象は光電倍増管70Cにのみ信号全発生する。結晶(2’  、7’ )は光電倍増管70A、70Bにのみ信号を発生する。結晶(26′ 〜61′ンは光電倍増管70 D 、 70Cにのみ信号を発生する。
第5A図で結晶(9’ )、(17’ ) k含む結晶列により表わされる各面 内での光子/ガンマ線事象の位置全決定するため処理しなければならない主位置 決情報を与える6個のシンチレータ又は結晶があることが認められる。特に、結 晶(1’ )、(3’ )、(17’ )、(25’ )會含む結晶列により表 わされる各面内で、シンチレーションが発生する結晶をフォトンの統計分布から 決定しなければならない。
第5B図に関連して図示し、上述したように、結晶(1’)t−含む列の上部及 び底部結晶(1’ 、8’ )は1個の光電倍増管によってのみ見られるという 点で他にないものである。結晶(1′〕は光電倍増管70Aのみに見られ、結晶 (8′)は光電倍増管70Bにのみ見られる。
同様に、第5A図に見られるように横断方向の上部結晶(3’ 、17’ 、2 5’ )と底部結晶(16’ 、24’ 、32’ )は第5A図に図示するよ うに1個の光電倍増管のみで見られる。
従って第5B図は断)曽像七発生するのに必要な位置決情報を決定するため検出 器によって見られている4断面の各々の結晶列の各々を表わしている。
矢印72に図示する軸方向に延びる結晶の列は端部結晶(1′刈’、25’〜3 2’)′に含み、これらは単一の光電倍増管によりユニークに見られる。この例 は第5C図に図示され、この図は結晶(8’ )、(16’ )、(24’ ) 、(32’ )を含む結晶列の横断方向の図である。結晶(8’ )、(32’  )は各々光電倍増管70B、70Cによってのみ単独に見られることに注意さ れたい。同様に、横断方向に見られる結晶列の端部の各々、すなわち列(1’− 8’)と(25′〜32′〕は図示するように図示バリヤ92′のため単一の光 電倍増管によってのみ見られる。
説明全明瞭にするため、位置決め情報は一時に一方向について説明した、すなわ ち、第5B図の横断方向と第5C図の軸方向である。例示の2次元位置決情報は 表Aと関連して以下に与えられる。
第6図を再び参照すると、隣接する光電倍増管により見られるフォトンの統計分 布の標準的な図が図示されている。例えは、光電子の最小数に結晶(7′)のシ ンチレーション事象の結果として光電倍増管8(第5B図参照)によυ見られる 。シンチレーション事象によシフ0個の電子が発生する典凰的な例では、光電子 は横断方向の光電倍増管70A、70B間に分布する。
隣接する光電倍増管は殆んど光電子を受取ら力い。結晶(7′ンの事象の例では 、5個の光電子が光電倍増管70Aによって見られ、光電子の残りが光電倍増管 70Bによって見られるように、光バイブロ8はスロットを定めるバリヤ92の 同調装置により設計されている。従って、結晶(7′)で事象が発生した時、5 個の光電子が光電倍増管70 Aにより見られ、65個の光電子が光電倍増管7 0Bにより見られる。同様に、結晶(6′)で事象が発生した場合、平均して1 5個の光電子が光電倍増管70Aにより発生又は見られ、55個の光電子が光電 倍増管70Bにより見られるように、調整光バイブロ8のスリット高又はバリヤ 高を選択する。同様に、結晶(5′)で事象が発生した場合、30個の光電子が 光電倍増管70Aで見られ、40個の光電子が光電倍増管70I]によって見ら れる。第6図に見られるように、分布に等しい重なりがあるように分布は選択さ れている、すなわち光パイプは調整されている。
これらの例はシンチレーション事象により一定数の光電子が発生していること全 参照している。すなわち、コンゾトン効果がない511 xev事象により同数 の電子又は同量のエネルギが発生されている。上側は同数の光電子がある場合で あった。しかしながら、事象から発生する光電子数は変化する。5:65や15 :55や30 : 40というようなその比は、しかしながら変化しない。これ らの比率は調整光パイゾロ8のバリヤ92により定まるスリットの幾何形状によ り固定される。従って、位置決め情報の収集時に、例えば1つの光電倍増管によ り65個の光電子が観測され、もう1つの光電倍増管によフ5個の光電子が観測 されるようなパターン、又に上記の比率が得られるような任意の組合せのパター ンを定めるため分布範囲全検査する。
比率の数は限定されているし、又一般゛的な興味の範囲は511 KeVから2 50 KeVである(この場合パルス高は通常光電子の全数として70から35 まで変化する)ため、特定位置の光電子の発生の全ての可能な組合せは有限で比 較的小さな数の組である。従って、特定のシンチレータが発生可能なカウントの 全ての可能な組合せはコンぎユータに記憶゛可能である。例えば、シンチレータ 6′で事象が発生した場合、シンチレータの各々に付随する4個のチャネルのカ ウントの比は以後第7図と関連して詳細に説明するが、シンチレーション事象の 位1it−シンチレータ6′と唯一に限定するカラントの組合せの有限な組があ る。同様に、4×8結晶アレイの32個の結晶の各々でのシンチレーション事象 の位置を唯一に指定する光電子カウントの有限な数がある。
第4B図は第4A図に示した検出器20の拡大図全図示する。この検出器20で は、光ガイド又はバイブロ8は、一般的に上述したように、光ガイド及び結晶ア レイの隣接した光学的接続面を介して光学的に関係する結晶64から光パイ70 68へ入るフォトンの統計的分布を制御するようにスロット又は調整される。特 に、光バイブロ8は正円円筒インゴット形状で成長したBGO結晶から製造可能 である。一実施例では、このインゴットは25−30cm高である。結晶と光パ イプの各面は化学的にエッチされる。これは、結晶と光パイプ0?11−塩酸中 に約45秒置くことにより成される。このエツチング過程は、結晶及び/又は光 パイプの面に当る時゛にフォトンが反射又は透過されるか吸収されないように光 パイ70と結晶の光学面の各々を研磨する。
この化学的エツチング段階は光学品質面を発生するためのN要な特徴である。
望ましい実施例ではBGOのような材料の正円円筒インゴットは、刃が平行で光 バイブロ8の面78を切断する多刃のこぎりにより切断される。切断又はスロッ トの深嘔はのこぎり刃の位置決により決定される。例えば第4B図に図示した実 施例では、矢印72の方向(第5A図参照)に結晶全切断するために9枚の刃を 用い、矢印γ4の方向(第5A図参照)には光パイプ金形成するため5枚刃を用 いて結晶ゲ切断する。これらの刃は互いに平行に配置てれ、光バイン068の矩 形又は他の所要の形状ケ形成するI9f定深さの切断部金石し、さらにスロット 90の深さケ定める役割ケ果たす。
光パイf 68 を切断し、て、その断面外形とスロット深さを定めた後、結晶 の全面は化学的(心エツザされて光学的に滑らかな面7r形成する。化学的エツ チングは通常塩酸(HCL )溶液により実施する。 BGO結晶は通常酸溶液 中(、lこ約45秒間つけて化学エツチングに実行する。他の酸や浸水時間も当 業者にン工容易に認められるように使用可能である。この化学的エツチングはと flまで実行されてきた結晶?i−機械的に研摩する段階に代るものである。機 械的研摩は時間がかかり、切断部又はスロットの区域では、たとえiiJ能であ −′つだとしCも極度に困難である。
エツチング後、適当なバリヤtこれらの切断部に挿入する。一実施例では、とi lらのバリヤは前記バリーヤを形成する反射媒体としての役割を果たす硫化バリ ウム反射塗料金含む。もち論、他の反射媒体も前記バリヤに使用可能であること が当業者には認められる。図示実施例では、光バイブロ8にFs、4X8アレイ のスロットが用いられているが、前記光バイブロ8の反対面から出るフォトンの 制御された分布?保持しつつとのプレイの形状と寸法は変更可能であることが認 められる。
第4D図全参照すると、望ましい1実施例ではシンチレータ材部材22と光ガイ ド68は一体形成されている。この一体構成は、シンチレータ材部材が光ガイド 68に固定されている表面78で、こうしないと発生するフォトンの屈折全除去 する。この一体構造ヶ達成するため、スロット全切断し、光ガイド68に関して 上述したように硫化バリウム反射塗料のような適切な反射媒体で前記スロットを 充てんすることにより作製したバリヤ93と共に単一の結晶64′が使用可能で あることが認められる。従って、バリヤ93は個々のシンチレータ材部材22全 光学的に分離するばかシでなく、光ガイド68の調整装置88としても機能する 。
フォトンの可能な屈折を除去することに加えて、この一体構造は検出器20の製 造を簡単にし、生産コストケ低下させることが当業者には認められる。
本発明の]℃要な特徴は、既知の従来技術に対して改良された空間分解能特性t iする2次元フォトン・カウント位置コード化装置とその方法が提供されること である。従来設計の検出器は第4c図の130に図示しである。この検出器では 、単一の結晶132 、132’が各々単一の光電倍増管134 、134’と 動作的に関係している。これらの結晶132 、132’は各光電倍増管の周囲 136 、136’に近接して取付けられる。
これに関連して、矢印14.0の方向の組合せ結晶132゜132′の面138 の厚さは第4C図に図示する別の検出器組合せの幾何学的間隔全制御する。従っ て矢印40の方向のこの面138の厚さに従来技術の光電倍増管134 、13 4’の直径により制御される。当業者にはよ(知られているように、結晶の間隔 が光電倍増管の寸法の関数である限り、光電倍増管の寸法が従来技術の装置の空 間分解能全制御する。反対に第4B図に図示するように、各光電倍増管と動作的 に関係している複数個の結晶とスロットされた又は調整された光バイブロ8を用 いて結晶から出るフォトンの分布を制御しつつ、結晶の位置分解fm ’、c決 定する能力全保持で第4A図と第4B図に示すように検出器20?11−構成す る際に、光バイブロ8の面78に従来の光学的エポキシにより結晶64のアレイ により定まる隣接面に光学的に接続される。同様に、光バイブロ8の対向面84 は従来の適当な光学的エポキシみより光電倍増管により定まる隣接面と光学的に 接続さtする。光ガイド68中の各スロットu一方の結晶と光学的に接続され、 又適当な反射塗料等により光パイプと結合された面を除いて各面を塗布すること により望ましい実施例ではこれらの結晶に光学的に互いに分捕されていることに 注意・されたい。
与えられたシンチレータ、すなわち結晶(1′〜32′)と相互作用するフォト ンよシ生じる光電子をカウントするため、全体音100で指示子る装置が提供さ れる。
特に、第7図に図示する装置1ooは光電子事象全カウントする電子処理装置を 含み、この関連で入力IJ−ド線74’Vi横断方向位置決情報を供給する光電 倍増管70A、70Bの出力に接続される。入力リード線72′は軸方向位置決 情報全供給する光電倍増管70C。
70Dの出力に接続される。図示するように、計数装置100は各々が各動作的 に関係する光電倍増管用の4個のチャネルを含む。各チャネルは高速増幅弁別器 102A〜102Dk各々含み、これは光電倍増管からのノイズとシンチレータ のシンチレーション事象から生じる単一光電子とを弁別するために用いられる。
各チャネルの単一光電子事象は、MECL 10.000カウンタのような各高 速カウンタ104A〜104Dと% MECL 対TTL イア タフ −1− −ス装置108 A 〜108Dを介して接続されたTTL 74 F 269 のような低速カウンタ106A〜106D?!″加えた1段間によpカウントさ れる。各チャネルは望ましい実施例では200MHzの最下速度でカウントする 。4個の主カウンタは5ビツトの情報まで数え上げられる。
各光電倍増管によって見られるように光電子全カウントした後、光電子の分布を 処理してシンチレーション事象の位置全決定する。このため、パターン認識装置 110が設けられている。特に、各カウンタの内容(グプログラム可能な読取専 用メモリ(FROM )の1つへ渡される。PROM iは2つの出力を有する 。一方の出力は6ビツト語で光電倍増管70A、70Dの和である。第2の出力 は最大カウント数のチャネルを定める2ビツト語である。PROlT(2は光電 倍増管70B。
70Ct−加算し、最大カウント数のチャネルを定める。
PROM 3ばPROM 1とPROM2からの加算語を受信し、2つの語を出 力する。一方の6ビツト語は8個の横断位置の内のどれか、すなわち8個の横断 方向結晶の内のどの1つが光音発生したかを定める。他方の1ビツト語はどちら の和が最大であるかを定める。112に図示する簡単な論理回路の出力は軸方向 のどの結晶が光音発生したかを決定する。FROMは出会う全てのカウントのパ ターンを認識し処理するようプログラムされている。
各光電倍増管からの出力の和から信号會得る高速一致タイミング・チャネルも文 官まれる。標準のタイミング・チャネルも利用されるが、説明を明確にするため 図示していない。又、受取る入力ガンマ線のエネルギ範囲を限定する回路も含ま れる。
光電子事象をカウントし、特定のパターン又は数の事象が発生した結晶の場所を 決定することによシ、従来の方法で断層像全発生するのに必要な位置決情報全発 生し、断層像を作製しこれ全モニタ38のようなモ送る(第1図参照ン。
表Aはカウントが発生した結晶(シンチレータ)の位置に対応する光電倍増管( PMT ) 70 A〜70Dのカウント数全図示する。
パターン認識回路装置110により認識されるカウントされたパターンは位置決 情報を決定するためのカウント組合せ用PROM t”含むことが当業者には認 められる。このようなFROMは説明の目的のためのみに含まれ、各種の他の装 置が光電子カウント組合せを実装するために使用可能であり、例えば又は代替と してパターン認識応用にプログラムされた場合コンピュータも同様の目的に使用 できる。しかしながら、回路110により実施されるパターン認識は図示実施例 の実装時に相当なコスト節約が可能となる。現在の実装例では、各結晶位置の記 号は回路110へ送られ、この記号は記憶された記号と比較されて、回路110 の出力はシミュレーション事象の発生した結晶の位置又は位置決情報を指示する 。従って、比較は特定の結晶位置全識別し、この情報が断層像の作製用に出力さ れる。FROMにプログラムされた元々の記号は、特定位置に事象を注入し、特 定の結晶位置情報を発生する組合せを決定することによる経験データによって最 初に通常改善された計算により決定される。
第8図は人体内器官の断# D k作製する応用例で用いる2次元フォトン位置 エンコーダ装置10′の別な実施例を図示する。この図では、検出器は隣接位置 に取付けられて放射性アイソトープの代謝作用により発生したガンマ線事象を検 出する。従って、第8図は、PET走査装置に一般に用いられるようにリング以 外の装aに位置エンコーダ装置が配置さrlている実施例を図示する。
本発明の一般的過程は、2次元フ第1・ン位置決エンコーダの各部品に関連して 以上に詳細に説明してきたように、第9図に図示されている。この図では、位置 120で放射性アイソトープの代謝作用の結果としてガンマ線が放射きれている ことがわかる。これらのガンマ線はシンチレータ又は結晶の位置122で示すよ うに相互作用し、フォトンを発生する。シンチレータ上山るフォトンの分布は位 置124で示すように調整光パイプを含む望ましい実施例の調整装置によ多制御 される。光電子はPMT陰極で発生され、所定のスロットに対応する光パイプ0 に沿った所定位置でカウントされる。これらの選択位置でカウントした光電子数 は光電子が発生したシンチレータを決定するために比較され、フォトン発生事象 の位置に関する情報を得る。このパターン認識技術は一般に128で示される。
以上の詳細な説明から、既知の従来技術((対しである種の改良ケ施した2次元 フォトン位置エンコーダ装置を図示記述してきたことが認められる。特に、図示 のフォトン位置エンコーダは製造保守の経費がかからない。これに関連して、複 数個の結晶が1個の光電倍増管又は他の適当なシンチレータ検出器と動作的かつ 光学的に関係している。複数個のシンチレータは所定のマトリクス形式に配置さ れている。これらのシンチレー〕は複数個で:・ま、シ)るがより少いaの光電 倍増管と動作的に関係している。パターン認識技術(′こより望”ましい実施例 では光電子γカランl−L、位置情報を決定する。
従って、本発明は改良された2次元)第1・ン位1n決エンコーダケ提洪する特 定の方法と装置に関して記述してきたが、以下の請求の範囲に記載されているも の?除いてこのよう”t!特定の参照全発明の範囲に対する限定として考える意 図のものではない3、<N −−→ Nu) −各イ仔モ4【辛3CF1 国際調査報告

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.入射するフオトンの原点位置の空間分解能を強化したシンチレーシヨン検出 器を含む2次元フオトン位置エンコーダ装置において、 入射ガンマ線と相互作用して定量可能な数のフオトンを発生する複数個のシンチ レータ材部材と、スロツトを定める所定長の複数個の光バリヤを有する調整され た光ガイドであつて、その各々が前記シンチレータ材部材の内の1個と動作的に 関係していて、これにより前記シンチレータ材部材から出たフオトンは前記スロ ツトされた光ガイド中の動作的に関係するスロツトに入り、前記スロツトされた 光ガイドの軸方向及び横断方向寸法に沿つてフオトンの分布を制御するため所定 深度を有する前記スロツトと、前記シンチレータ材部材から遠隔位置で前記光ガ イドと動作的に関係する装置であつて、前記スロツトされた光ガイドの所定位置 で前記フオトンの分布を検出し、これにより前記ガンマ線は、制御された統計的 パターンで前記調整光ガイドにより分布され、前記フオトンの分布を検出する前 記装置により検出される光学フオトンを発生する前記装置と、 を含む2次元フオトン位置エンコーダ装置。
  2. 2.請求の範囲第1項記載の装置において、前記フオトンを検出する前記装置は 複数個の光電倍増管を含み、前記光電倍増管の各々は全長に沿つた所定位置で前 記スロツトされた光ガイドを出るフオトンをカウントするため前記スロツトされ た光ガイドの内の選択されたスロツトと動作的に関係し、前記光電倍増管の数は 前記シンチレータ材部材の数より少い2次元フオトン位置エンコーダ装置。
  3. 3.請求の範囲第1項記載の装置において、前記シンチレータ材部材は前記アレ イの各列と各行に所定数の結晶を有するアレイに配置されているビスマス・ジヤ ーマネート結晶を含む2次元フオトン位置エンコーダ装置。
  4. 4.入射するフオトンの原点位置の空間分解能を強化したシンチレータ検出器を 含む2次元フオトン位置エンコーダ装置において、前記検出器は前記シンチレー タ材部材と動作的に関係する光ガイドを含み、さらに 前記光ガイドの全長に沿つた所定位置で走行するフオトンをカウントし、これに より前記フオトンの分布を決定可能な装置を含む2次元フオトン位置エンコーダ 装置。
  5. 5.シンチレーシヨン検出器において、入射輻射線と相互作用して定量可能な数 のフオトンを発生する複数個のシンチレータ材部材であつて、アレイの各行と各 列に所定数の部材を有するアレイに配置した前記シンチレータ材部材と、 前記シンチレータ材部材と動作的に関係する調整した光ガイドであつて、所定数 のスロツトを定める複数個のバリヤを含み、少なくとも1個のスロツトは前記シ ンチレータ材部材の内の少なくとも1個と動作的に関係して、前記部材を出たフ オトンは前記スロツトされた光ガイドの前記スロツトへ入り、前記フオトンが前 記スロツトされた光ガイドを通過する時の前記フオトンの統計分布を制御するた め所定深さを有する前記スロツトを有する前記光ガイドと、 前記スロツトされた光ガイドと動作的に関係して、前記導波ガイドの所定部分を 出るフオトンをカウントする複数個の光電倍増管と、 を含むシンチレーシヨン検出器。
  6. 6.請求の範囲第5項記載の検出器において、前記光電倍増管の数は前記シンチ レータ材部材の数より少いシンチレータ検出器。
  7. 7.請求の範囲第5項記載の検出器において、前記シンチレータ材部材はビスマ ス・ジヤーマネート結晶を含むシンチレータ検出器。
  8. 8.シンチレーシヨン検出器に入射するフオトンの原点位置の空間分解能を強化 した2次元フオトン位置決コード化方法において、 入射フオトンを受信するため所定位置に前記シンチレータ材部材を位置決する段 階であつて、前記シンチレータ材部材はアレイ状に配置され、シンチレータ材部 材上での入射フオトンの相互作用に応答して定量可能な数のフオトンを出力する 前記位置決段階と、調整光ガイドにより前記シンチレータ材部材アレイの部分か ら出るフオトンの統計的分布を制御する段階と、 前記光ガイドの所定断面位置で前記フオトンの分布を検出する段階であつて、こ れにより前記シンチレータ材部材に入る前記フオトンは前記光ガイド中に制御さ れた統計的パターンで分布され検出される前記検出段階と、 を含む2次元フオトン位置決コード化方法。
  9. 9.請求の範囲第8項記載の方法において、前記フオトンは前記フオトンの統計 的分布を決定するためにカウントされる方法。
  10. 10.請求の範囲第9項記載の方法において、カウントしたフオトンのパターン とその分布な認識して前記フオトンの原点の位置を決定する段階を含む方法。
  11. 11.生体器官の生化学的及び/又は病理学的変化を検出し定量的に計測するポ ジトロン放射トモグラフィの方法において、アイソトープが器官中で代謝する間 にポジトロンがアイソトープから放射されるよう放射性アイソトープを含む放射 性複合物を前記生体器官に投与し、各放射ポジトロンは電子と出会つて両者は消 滅し、反対方向(180度)に消滅位置から放射される2個のフオトンの形式の ガンマ線の放射を生じさせ、複数個のシンチレータ材部材をアレイに配置して、 前記フオトンはこのアレイに入射し、前記シンチレータ材アレイから出る定量可 能な数のフオトンを発生するようにし、前記シンチレータ材部材を出る前記フオ トンの統計的分布を制御する段階と、 を含むポジトロン放射トモグラフイの方法。
  12. 12.請求の範囲第11項記載の方法において、前記シンチレータ材部材を出る フオトンをカウントし、選択したシンチレーシヨン材部材に入射するフオトンか ら生じるシンチレーシヨン事象に関する位置の情報を決定する情報を発生する段 階を含む方法。
  13. 13.請求の範囲第11項記載の方法において、カウントしたフオトンに関する 情報を所定のフオトン・カウントの統計的分布と比較してシンチレーシヨン事象 の位置を決定し、これにより前記位置情報をコンピユータヘ送つて断層像を発生 する段階を含む方法。
  14. 14.請求の範囲第11項記載の方法において、前記シンチレータ材部材は各列 に8個のシンチレータ材部材と各列に4個のシンチレータ部材を有するアレイに 配置されている方法。
  15. 15.フオトン位置エンコーダ装置と関連して用いるスロツトを定める所定長の 複数個の光学的バリヤを有する調整した光ガイドを製造する方法において、シン チレーシヨン材から製造した結晶を所定深さに切断して所定数のスロツトを有す るアレイを定める段階であつて、前記切断は前記光ガイド中のフオトンの走行方 向に平行な方向である前記切断段階と、前記結晶の全ての面を化学的にエツチし 、フオトンがその光学面から反射又は透過するようにする段階と、前記スロツト のアレイを定める前記切断部内に光学的バリヤを作製する段階であつて、前記光 学的バリヤは前記光ガイドを走行するフオトンの統計的分布を制御する役割を果 たす前記作製段階と、 を含む調整した光ガイドを製造する方法。
  16. 16.請求の範囲第15項記載の方法において、前記光パイプ中の前記切断部に 、前記スロツトの部分を互いに光学的に分離する反射性塗料を挿入することによ り前記バリヤを作製する方法。
  17. 17.シンチレーシヨン検出器において、シンチレーシヨン材から製造した複数 個の結晶であつて、選択した数の行と列を有するアレイに配置され互いに光学的 に分離されており、光子が入射する第1の2次元面とフオトンが前記結晶アレイ を出る対向2次元面とを定める前記複数個の結晶と、前記シンチレータ材部材と 動作的に関係する調整された光ガイドであつて、所定数のスロツトを定める複数 個のバリヤを含み、前記スロツトの各々は前記結晶の内の少なくとも1個と動作 的に関係し、前記光ガイドは各スロツトが各結晶と整合して前記結晶を出るフオ トンが前記光ガイドの整合スロツトに入るように前記結晶アレイの対向面と光学 的に接続されている第1面を定め、前記光ガイドはフオトンが前記光ガイドを出 る対向面を定め、その中の前記スロツトは所定深さを有して、前記光ガイド中を 走行する前記フオトンが前記対向面を出る時前記フオトンの統計的分布を制御す る前記光ガイドと、 前記フオトンが制御された統計分布パターンでその中を走行する前記スロツトさ れた光ガイドの前記対向面と動作的に関係する複数個の光電倍増管であつて、前 記光電倍増管は選択した数の行と列を有するアレイに配置され、前記光電倍増管 のアレイは前記結晶のアレイより少い数の要素を含み、これにより前記フオトン の統計的分布の検出はシンチレーシヨン事象の位置を唯一に定める情報を与える 前記光電倍増管と、を含むシンチレーシヨン検出器。
  18. 18.入射するフオトンの原点位置の空間分解能を強化したシンチレーシヨン検 出器を含む2次元フオトン位置エンコーダ装置において、 入射ガンマ線と相互作用して定量可能な数のフオトンを発生する複数個のシンチ レータ材部材であつて、前記シンチレータ材部材はスロツトを定める所定長の複 数個の光学バリヤを有する調整された光ガイドを一体として備え、前記スロツト の各々は前記シンチレータ材部材の内の1つと動作的に関係して前記シンチレー タ材部材に入るフオトンは前記スロツトされた光ガイド中の動作的に関係するス ロツトに入り、前記スロツトは前記スロツトされた光ガイドの軸方向及び横断方 向次元に沿つたフオトンの分布を制御するための所定長を有している前記シンチ レータ材部材と、前記シンチレータ材部材から遠隔位置で前記光ガイドと動作的 に関係して前記スロツトされた光ガイド上の所定位置で前記フオトンの分布を検 出する装置であつて、これにより前記ガンマ線は前記調整された光ガイドにより 制御された統計的パターンで分布して前記フオトンの分布を検出する前記装置に より検出される光学的フオトンを発生する前記検出装置と、を含む2次元フオト ン位置エンコーダ装置。
  19. 19.入射するフオトンの原点位置の空間分解能を強化したシンチレーシヨン検 出器を含む2次元フオトン位置エンコーダ装置において、 入射ガンマ線と相互作用して定量可能な数のフオトンを発生する複数個のシンチ レータ材部材を定めるシンチレータ材結晶であつて、前記シンチレータ材部材は 前記シンチレータ材部材の軸方向及び横断方向次元に沿つて前記シンチレータ材 部材に入るフオトンの分布を制御するため調整された光ガイドを一体的に定める よう所定深さの複数個の光学的バリヤにより分離されている前記シンチレータ材 結晶と、 前記シンチレータ材部材から遠隔位置で前記光ガイドと動作的に関係して前記ス ロツトされた光ガイド上の所定位置で前記フオトンの分布を検出する装置であつ て、これにより前記ガンマ線は前記調整光ガイドにより制御された統計パターン で分布しかつ前記フオトンの分布を検出する前記装置により検出される光学的フ オトンを発生する前記検出装置と、 を含む2次元フオトン位置エンコーダ装置。
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