JPS6358283A - マトリツクスアレイ型ガンマカメラ - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、体内へ投与されたＲ１（放射性同位元素）か
ら発生するγ線を検出して画像診断を行うガンマカメラ
に関する。

（従来の技術） 従来よりガンマカメラとして多用されているアンガー型
ガンマカメラは、Ｔ線を吸収して光に変換する１枚の大
面積のシンチレータ（ＮａＩが一般的）と、発光した光
を受光して電気信号に変換する多数個のホトマルチプラ
イヤ（以下、ＰＭＴと略記する）とから成る検出器を有
している。さらに、ＰＭＴ出力値からγ線の入射位置を
計算する位置検出回路及び入射γ線を判別する計算回路
から成る演算部を有し、検出器面上での入射γ線個数を
計測して２次元画像として表示するようになっている。

即ち、体内へ投与されたＲ１の臓器への集積量を検出す
ることにより、臓器の形態並びに機能の診断を行うもの
である。

（発明が解決しようとする問題点） 上述したアンガーカメラでは、Ｔ線を単板のシンチレー
タで受け、このシンチレータで発光した光を複数個のＰ
ＭＴで検出して位置信号とエネルギー信号とを生成して
いる。このように、−個の入射フォトンの計数を複数個
のＰＭＴ出力より行なっているため、γ線の計数率が低
く、かつ、位置分解能も劣っていた。また、複数個のＰ
　Ｍ　Ｔ出力を加算してエネルギー信号を生成している
ため、ノイズに対して弱くエネルギー弁別能が劣化する
という欠点があった。

このような欠点のため、例えば臓器の速い動きを画像化
するのが困難であり、また臓器の微細構造が判別できな
いボケた画像しか得られないのが実情であった。

そこで、本発明の目的とするところは上述した従来のガ
ンマカメラの欠点を克服し、位置分解能。

γ線計数率及びエネルギー弁別能が向上するガンマカメ
ラを提供することにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、シンチレータからの光を検出する光検出器を
、フォトトランジスタを単位素子として複数配列して形
成し、かつ、前記シンチレータからの光入射位置を検出
するフォトトランジスタの電極を、マトリックスアレイ
状に配列してガンマカメラを構成している。

（作　用） フォトトランジスタがマトリックスアレイ状に配列され
ているため、マトリックス単位でγ線の検出が可能とな
り、位置分解能が向上する。さらに、マトリックス単位
で位置検出を行うため従来のものより計数率が向上する
。また、従来のように複数個のＰＭＴ出力よりエネルギ
ー信号を生成する必要がないため、後段での散乱線除去
効果が向上して解像度が向上し、動的な変化もリアルに
画像化することができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図は、本発明の第１実施例であるマトリックス構成
のフォトトランジスタの接続を示す回路図、第２図は実
施例装置の全体構成を示すブロック図である。

先ず、本実施例の全体構成について第２図を参照して説
明する。

同図において、１はγ線検出部であり、Ｔ線を光に変換
するシンチレータ１１と、光増幅率の大きなフォトトラ
ンジスタから成るマトリックス配列型の光検出器１２と
で構成されている。尚、光検出器１２については詳細を
後述する。

２は位置検出部であり、前記マトリックスアレイ状の各
フォトトランジスタからの出力に基づき、γ線が入射し
た位置を検出する。３は同時計数判定部であり、同時に
２個以上のγ線が入射した場合にはこれを同時計数と判
定し、インヒビット信号を出力するものである。具体的
には、第１図に示すようにＸ、Ｙ方向の各判定回路３１
．３２から成り、同時計数と判定された場合にはインヒ
ビット信号１．又は■、を出力する。

４はアドレス発生部であり、前記位置検出部２の出力に
基づきＸ、Ｙのアドレス信号を発生するものである。尚
、このアドレス発生部４は、前記インヒビソト信号Ｉｘ
又はＩ、が入力された場合には、計数が行なわれないよ
うにアドレス信号を発生しない。

メモリ５及び加算器６は計数回路を構成するもので、γ
線が入射する毎に前記アドレス発生部４で指定されるア
ドレスの計数値を１づつ加算して記憶するようになって
いる。そして、この計数値の２次元分布は即ちＲＴの集
積像に反映するため、前記メモリ５内の計数値をＤ／Ａ
変換するＤ／Ａ変換器７及びこのアナログ出力に基づき
前記集積像を表示する表示用ディスプレイ装置８が設け
られている。尚、このシステム全体のタイミング制御は
、タイミングコントロール部９によって実行されてる。

次に、前記光検出器１２の詳細構造を第１図を参照して
説明する。

第１図において、この光検出器１２はＮＸＮ個のフォト
トランジスタＴｒをマトリックスアレイ状に配列するこ
とにより構成している。尚、本実施例ではフォトトラン
ジスタとして静電誘導トランジスタ（以下、ＳＩＴとも
称する）を採用している。

ここで、このＳＩＴはゲートＧへの印加電圧に比例して
、ソースＳ、ドレインＤ間に増幅電流が流れるもので、
ゲートＧは一般のフォトトランジスタのベースに相当し
、同様にソースＳはエミッタ、ドレインＤはコレクタに
それぞれ相当している。

マトリックスアレイ状に配列された各ＳＩＴの接続形態
としては、第１図に示すように各行のトランジスタのソ
ースＳは、各行毎に共通接続され、また、ソースＳには
抵抗ＲＬを介して電源電圧Ｅが印加されている。

一方、各列のトランジスタのドレインＤは、各列毎に共
通接続され、このドレインＤは抵抗ＲＬを介して接地さ
れている。

また、各トランジスタのゲートＧにはそれぞれコンデン
サＣが接続され、このコンデンサＣの一端は全チャンネ
ル短絡されてここに信号読み出しクロックφ、が入力さ
れるようになっている。

そして、このようなＮ　Ｘ　Ｎ個のＳＩＴをマトリック
スアレイ状に配列した大面積の構造を作るために、ＳＩ
Ｔは例えばアモルファスシリコンを素材として作成され
ている。

前記ＳＩＴのソースＳ側の共通出力線の出力端をＹｌ乃
至ＹＮとし、ドレインＤ側の共通出力線の出力端をＸｌ
乃至ＸＮとし、各出力端の前段にはディスクリミネータ
２１が挿入接続されている。

このディスクリミネータ２１は、所定のスレッショール
ドレベル以下の信号をカントすることにより、散乱γ線
による信号をカットするものである。

即ち、被写体内で生じた散乱γ線は直接γ線に比べてレ
ベルが低いので、所定のスレッショールドレベルを闇値
として散乱γ線による信号を除去している。

そして、ディスクリミネータ後の前記出力端Ｘ１乃至Ｘ
Ｎ、Ｙｌ乃至ＹＮからの信号が、前記位置検出力部２及
び前記同時計数判定部３に入力するようになっている。

ここで、前記同時計数判定部３は前述したようにＸライ
ン側の判定回路３１とＹライン側の判定回路３２とから
成り、各ライン別に２以上の出力端から同時に信号出力
があった場合には、これを同時計数とみなしてインヒビ
ット信号■８又はＩＹを出力するようになっている。

次に、上記構成のマトリックスガンマカメラの作用につ
いて説明する。

γ線の計数率は、前記タイミングコントロール部９から
の信号読み出しクロックφ。によって決まり、第３図に
示すように信号の蓄積期間Ｔ、と信号の読み出し期間Ｔ
Ｒとが、繰り返される。

ここで、信号蓄積期間Ｔ、中にトランジスタＴｒ（Ｘｉ
、Ｙｌ）に、シンチレータ１１で発光された光が入射す
ると、光の強度に比例した電荷がコンデンサＣに蓄積さ
れる。その後、信号読み出しクロックφ。により電圧パ
ルスを印加すると、トランジスタＴｒ　（ＸＩ　、　Ｙ
ｌ　）のゲートＧにはパルス印加電圧とコンデンサＣに
蓄積された電荷によって生じた電圧との加算値が印加さ
れる。ＳＩＴは、ゲートＧへの印加電圧に比例してソー
スＳ。

ドレインＤ間に増幅電流が流れるので、微弱な光強度に
比例して大きな信号電流が流れることになる。そして、
この信号電流が直接γ線によるものであれば、負荷抵抗
を介して電圧として読み出された信号はディスクリミネ
ータ２１でカットされることなく出力されることになる
。この結果、列信号出力端Ｘ１乃至ＸＮのうちのＸｌの
みがある信号値で他の端子は「０」の信号が出力され、
同様に行信号出力端Ｙｌ乃至ＹＮのうちのＹｌのみがあ
る信号値で他の端子は「０」の信号が出力されることに
なる。この列信号、行信号は第２図の位置検出部２に出
力されることになる。

ところで、前記信号蓄積期間Ｔ、内にトランジスタＴｒ
（ＸＩ、Ｙｌ）とトランジスタＴｒ（Ｘ２゜Ｙ２）に光
が入射する可能性がある。この場合には、上述した動作
に従いＸｉ、Ｘ２とＹｌ、Ｙ２とに信号値が出力される
ことになる。しかし、この信号から位置を決定すると誤
計算が生ずる恐れがある。即ち、（Ｘｉ、Ｙｌ）と（Ｘ
２．Ｙ２）とに同時に入射したのか、（Ｘ２．Ｙｌ）と
（ＸＩ　。

Ｙ２）とに同時に入射したのか区別することができない
。このように、信号蓄積期間Ｔ、内に２個以上の光が入
射した場合には計数を禁止する機能を持つ判定回路３１
．３２が設けられている。この回路は、例えば行信号及
び列信号をそれぞれ加算する加算器と、一つの出力端よ
り得られる場合の信号レベルを比較レベルとし、これと
前記加算値とを比較する比較器とから成り、加算値が比
較レベルを越えた場合には２以上の信号があったと判定
してインヒビソト信号１．．Ｉ、を出力するようになっ
ている。そして、このインヒビット信号１、、Ｉ、がア
ドレス発生器４に入力されることによってアドレス発生
が禁止され、誤計算が防止されることになる。

このようにして、光検出器１２に入射した光は、該入射
位置に対応するＳＩＴで検出され、そのＸ。

Ｙ出力が位置検出部２に入力されてγ線入射位置が決め
られ、これに対応したアドレスがアドレス発生部４より
出力されることになる。そして、メモリ５上の前記アド
レスに、「１」が記憶されることになる。

そして、順次信号の蓄積と読み出しとをクロックφ。に
よって繰り返し行い、それぞれ光が検出された位置がメ
モリ５上に記憶されることになる。

尚、加算器６はメモリ５上の記憶値に新たにカウントさ
れた値を加算する機能を持ち、φ、のタイミングでメモ
リの値を更新することになる。この結果、光検出器１２
に入射した光の度数がメモリ５に記憶され、このメモリ
５の値が通常のビデオレイトで読み出されてＤ／Ａ変換
器７でアナログ信号に変換され、表示用ディスプレイ装
置８に表示されることにより、Ｒ１の集積像を認識する
ことができる。

このように、ＳＩＴをマトリックス状に配列することに
より、マトリックス単位でγ線の検出が可能になるため
位置分解能が向上する。さらに、マトリックス単位で位
置検出を行うため従来のものより計数率が向上し、また
、この計数率はクロック周波数φ。で決定されるため従
来のガンマカメラよりも計数率が格段に向上する。また
、従来のように複数個のＰＴＭ出力よりエネルギー信号
を生成するようなことがないので、散乱線除去効果も向
上し解像度が向上し、さらに動的な変化もリアルに画像
化することができる。

次に、本発明の第２実施例について説明する。

この第２実施例では、フォトダイオードの一例である前
記ＳＩＴの特性として、例えば第４図に示すようにゲー
ト電位が０未満では動作せず、ゲート電位が０以上にな
ったときに動作するスソイチング特性を有している。

そして、この１５ｓＩＴのゲートに印加する電圧を第５
図に示すクロックφ、として供給する。同図において、
充電パルス間隔Ｔ、がγ線の計数間隔である。そして、
第５図での特徴的なパルスは、充電パルスａ印加後Ｔ１
時間経過後に発生する読み出しパルスｂである。

このようなりロックφ、をゲートに印加した場合のゲー
ト電圧ｖＧの変化を第５図に示す。即ち、充電パルス期
間にコンデンサＣは充電され、充電パルスａの印加終了
直後にＶＧは−ｖ０となる。ここで、Ｖｏは充電パルス
値である。充電パルス印加後にγ線が入射して光が発生
すると、ＳＩＴ内で電荷（ホール）が生じ、コンデンサ
Ｃに充電されている電荷を放電する。その結果、ｖｏは
上昇することになる。■６の上昇の程度は入射光量に比
例している。従って直接γ線入射の場合には、第５図の
一発目の充電パルス後に示すように■６が一■いとなり
、散乱γ線入射の場合には第５図の二発目の充電パルス
後に示すように■６が−Ｖ＠Ｃ（Ｖ　ｐｈ＜Ｖ　ｉｃ）
となる。ここで、さらに前記読み出しパルスｂ（値ｖｂ
）が印加されると、その期間だけＶＣ，は７１分増加す
る。そして、ＳＩＴのスイッチング特性が第４図に示す
ものである場合、■５の値をＶ、ｈ＜Ｖ、＜Ｖ、ｃと設
定しておけば、直接γ線入射時はｖ６が正の値となり、
散乱Ｔ線入対峙はｖ６が負の値となるため、直接γ線入
射時のみソース・ドレイン電流ｒｓｏが流れることにな
る。従って、直接γ線入射時にのみ信号を取り出させる
ことができる。

上記のように動作するＳＩＴを用いてマトリックスガン
マカメラを構成する場合、第６図に示すようにディスク
リミネータ２１は不要となり、装置の簡略化を計ること
ができる。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでな（、本発
明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

上述した第１．第２実施例ではフォトダイオードとして
ＳＩＴを用いたが、もちろんベース、エミッタ、コレク
タから成る一般のフォトダイオードを用いてよいことは
言うまでもない。この際、クロックφ。をベース電位と
して印加すればよい。

尚、マトリックス状に配列したフォトダイオードの２つ
の端子をそれぞれ行１列で共通接続しているが、これは
このような装置の構成上の配慮であり、例えば２００Ｘ
２００のマトリックス構成とした場合、出力線は２００
＋２００＝４００本となり実現性が十分であるが、個々
のフォトトランジスタから出力を取るとすれば２００Ｘ
２００＝４００００本の出力を必要とし実現性に乏しい
ためである。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、フォトトランジス
タをマトリックスアレイ状に配列した構成により、位置
分解能、計数率及び分解能を大幅に向上することのでき
るガンマカメラを提供することができる。さらに、電極
電圧制御によりフォトトランジスタ自体に散乱線を除去
するディスクリミネート機能を持たせることもでき、回
路構成を簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例であるマトリックス構成の
フォトトランジスタの接続を示す回路図、第２図は実施
例装置の全体構成を示すブロック図、第３図は信号読み
出し期間と信号蓄積期間とを示すタイミングチャート、
第４図はフォトトランジスタのスイッチング特性の一例
を示す特性°図、第５図は第２実施例におけるクロック
φ。とゲート電位■、との変化を示すタイミングチャー
ト、第６図は第２実施例によるフォトトランジスタのマ
トリックス構成を示す回路図である。 １１・・・シンチレータ、１２・・・光検出器。 第４図 第５図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）体内に投与されたラジオアイソトープからのγ線
   を光に変換するシンチレータと、このシンチレータの発
   光を電気信号に変換する光検出器とを有するガンマカメ
   ラにおいて、前記光検出器は単位素子としてのフォトト
   ランジスタを複数配列して成り、かつ、前記シンチレー
   タからの光入射位置を検出する前記フォトトランジスタ
   の電極がマトリックスアレイ状に配列されていることを
   特徴とするマトリックスアレイ型ガンマカメラ。
2. （２）光検出器は、フォトトランジスタをアモルファス
   シリコンにより大面積でマトリックスアレイ状に形成し
   た特許請求の範囲第１項記載のマトリックスアレイ型ガ
   ンマカメラ。
3. （３）光検出器は、マトリックスの各行のフォトトラン
   ジスタのエミッタを各行毎に共通接続し、各列のフォト
   トランジスタのコレクタを各列毎に共通接続し、各共通
   接続端を光検出器の出力端とした特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載のマトリックスアレイ型ガンマカメラ。
4. （４）光検出器は、フォトトランジスタとして静電誘導
   トランジスタを用いた特許請求の範囲第１項乃至第３項
   のいずれか１項記載のマトリックスアレイ型ガンマカメ
   ラ。
5. （５）フォトトランジスタは電極電圧が所定レベル以上
   で動作するスイッチング特性を有し、かつ、前記電極電
   圧を制御して直接γ線により発生した光に対してのみ信
   号電流が得られるようにした特許請求の範囲第１項乃至
   第４項のいずれか１項記載のマトリックスアレイ型ガン
   マカメラ。