JP2009085683A - 核医学装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギーウィンドウを、光子検出手段それぞれごとに個別に設定して、極力精度の高い計数を行うとともに位置情報を収集して得られる画像の画質を向上する。
【解決手段】光子検出手段４を、シンチレータ６と光電子倍増管７とから構成し、光電子倍増管７それぞれにエネルギーウィンドウ設定手段８および同時計数回路部９を順に接続し、同時計数回路部９にデータ収集回路部１０、画像処理部１１およびモニタ１２を順に接続する。エネルギーウィンドウ設定手段８において、各シンチレータ６から光電子倍増管７を経て出力される電気信号を蓄積することによって形成されるエネルギースペクトルの半値幅を求め、その半値幅に基づいて、例えば、下限を半値幅の１．５倍、上限を半値幅の２倍と設定するようにして、エネルギーウィンドウを設定する。
【選択図】図３

Description

この発明は、被検体を挿入・離脱するガントリ内に、シンチレータと光電子倍増管とから成る光子検出手段を設け、被検体に投与された放射性同位元素を含んだ放射性薬剤などの放射性線源から発生するガンマ線などの光子を検出して電気信号に変換し、その電気信号に基づいて光子を検出し、放射性線源の被検体内での位置を求めて画像化処理するように構成した核医学装置に関する。

この種の核医学装置としては、次のようなものがあった。
すなわち、デュアルのカメラヘッドを備え、そのカメラヘッドが、ガンマ線を受けて閃光するシンチレータを設け、その後方に光電子倍増管を配列して構成されている。カメラヘッドから信号が出力されたとき、その入射ガンマ線のエネルギーを計算し、２チャンネルのウィンドウ回路に出力するように構成されている。
ウィンドウ回路では、そのエネルギーウィンドウが、放射性線源から放出されるガンマ線の光電ピークに従って設定され、エネルギー計算器からのエネルギー信号がエネルギーウィンドウの範囲内にあるとき、１つのパルスをカウンタ回路に出力するように構成されている。
カウンタ回路での計算値に基づいて、被検体の断面内の放射性同位元素の濃度分布を再構成するように構成されている（特許文献１参照）。

また、２種類以上の異なる減衰時間を有するシンチレータを深さ方向に積層したものを複数個束ねてシンチレータブロックを形成し、そのシンチレータブロックを位置有感型光センサーに結合し、深さ方向およびＸ、Ｙ方向の位置情報を得ることができるように構成されたＰＥＴ用検出器もあった（特許文献２参照）。
特開平１１−３５２２３３号公報 特開２０００−５６０２３号公報

しかしながら、上述従来例の場合に、次のような課題があった。
例えば、ポジトロンエミッショントモグラフ（ＰＥＴ）では、５１１ｋｅＶの対消滅光子を検出することから、光子検出手段からのエネルギー出力に対して、そのエネルギーウィンドウを４００ｋｅＶ〜７００ｋｅＶに設定するなど、従来ではエネルギーウィンドウをすべての光子検出手段に対して共通の値に設定していた。

ところが、自己放射能を持つ光子検出手段では、上記の様な共通のエネルギーウィンドウではその設定が最適化されていても、不要な成分（散乱線やノイズ成分）をより多く含んでしまい、このような不要な同時計数は誤った位置情報となり、得られる画像の画質が低下する不都合があった。
一方、分解能の悪い光子検出手段に対してエネルギーウィンドウを狭く設定してしまうと、真の計数を落としてしまうことになり、このような場合も、得られる画像の画質が低下する不都合があった。

この発明は、上述のような事情に鑑みてなされたものであって、エネルギーウィンドウを、光子検出手段それぞれごとに個別に設定して、極力精度の高い計数を行うとともに位置情報を収集して得られる画像の画質を向上できるようにすることを目的とする。

請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、ガントリーに被検体を囲むようにリング状に配列されて、放射性線源から発生する光子を検出して発光するとともにその発光エネルギーを電気信号に変換する光子検出手段と、前記光子検出手段からの電気信号に対するエネルギーウィンドウを設定するエネルギーウィンドウ設定手段と、前記エネルギーウィンドウ設定手段を経たデータを収集するデータ収集回路部と、前記データ収集回路部で収集されたデータに基づいて画像再構成を行い画像データを作成する画像処理部とを備えた核医学装置であって、
前記エネルギーウィンドウ設定手段が、各光子検出手段ごとに、その発光量または／および発光特性に基づいてエネルギーウィンドウを設定するものであることを特徴としている。

（作用・効果）
請求項１に係る発明の核医学装置の構成によれば、各光子検出手段ごとに、エネルギーウィンドウを設定し、光子検出手段それぞれの分解能の違いに対応させて、各光子検出手段からの情報に基づいて、適切な計数を行うと共に適切な位置情報を収集することができる。
したがって、エネルギーウィンドウを、光子検出手段それぞれごとにその発光量または／および発光特性に基づいて個別に設定するから、光子検出手段相互の分解能の相違のいかんにかかわらず、極力精度の高い計数を行うとともに位置情報を精度良く収集して得られる画像の画質を向上できる。

また、請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の核医学装置において、
エネルギーウィンドウ設定手段を、各光子検出手段ごとに、エネルギースペクトルの半値幅に基づいてエネルギーウィンドウを設定するように構成する。

（作用・効果）
請求項２に係る発明の核医学装置の構成によれば、光子検出手段の分解能の相違の規準としてエネルギースペクトルの半値幅に着目し、そのエネルギースペクトルの半値幅に基づいてエネルギーウィンドウを設定するから、極力精度の高い計数を行うとともに位置情報を精度良く収集して得られる画像の画質を向上できる。

また、請求項３に係る発明は、
請求項１または請求項２に記載の核医学装置において、
エネルギーウィンドウ設定手段を、各光子検出手段ごとに、エネルギースペクトルの半値幅に基づいてエネルギーウィンドウの上限および下限を設定するように構成する。

（作用・効果）
請求項３に係る発明の核医学装置の構成によれば、光子検出手段の分解能の相違の規準としてエネルギースペクトルの半値幅に加えて、その上下限に着目し、半値幅の中心をピーク値とせずに、適宜ピーク値から上限側および下限側それぞれの幅を所望の値に設定できる。
したがって、例えば、半値幅が大きい場合に、半値幅の中心をピーク値よりも大きい側に設定して、ノイズ成分（散乱線やノイズ）が多く含まれる傾向にある下限側の幅の割合を上限側の幅よりも小さくし、ノイズ成分を効果的に除去できるなど、光子検出手段それぞれの分解能の相違に効果的に対応させることができるから、一層精度の高い計数を行うとともに位置情報を精度良く収集して得られる画像の画質を向上できる。

また、請求項４に係る発明は、
請求項１に記載の核医学装置において、
エネルギーウィンドウ設定手段を、各光子検出手段ごとに、対消滅光子の検出感度に基づいてエネルギーウィンドウを設定するように構成する。

（作用・効果）
請求項４に係る発明の核医学装置の構成によれば、光子検出手段の分解能の相違の規準として対消滅光子の検出感度に着目し、その対消滅光子の検出感度に基づいてエネルギーウィンドウを設定するから、極力精度の高い計数を行うとともに位置情報を精度良く収集して得られる画像の画質を向上できる。

また、請求項５に係る発明は、
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４のいずれかに記載の核医学装置において、
光子検出手段をシンチレータを深さ方向に複数個積層して構成し、各深さ方向のシンチレータそれぞれに対応させてエネルギーウィンドウ設定手段を備えて構成する。

（作用・効果）
請求項５に係る発明の核医学装置の構成によれば、シンチレータを深さ方向に複数個積層して構成する光子検出手段を用いる場合、深さ方向で位置が異なるシンチレータとそこからの発光エネルギーを電気信号に変換する光電子倍増管までの光路長に違いが生じ、そのことに起因して分解能に相違を生じる。このことに着目し、シンチレータごとにエネルギーウィンドウを設定するから、極力精度の高い計数を行うとともに位置情報を精度良く収集して得られる画像の画質を向上でき、シンチレータを深さ方向に複数個積層して構成する光子検出手段を用いる場合に適用する上で一層有用である。

以上説明したように、請求項１に係る発明の核医学装置の構成によれば、各光子検出手段ごとに、エネルギーウィンドウを設定し、光子検出手段それぞれの分解能の違いに対応させて、各光子検出手段からの情報に基づいて、適切な計数を行うと共に適切な位置情報を収集することができる。
したがって、エネルギーウィンドウを、光子検出手段それぞれごとにその発光量または／および発光特性に基づいて個別に設定するから、光子検出手段相互の分解能の相違のいかんにかかわらず、極力精度の高い計数を行うとともに位置情報を精度良く収集して得られる画像の画質を向上できる。

次に、この発明の実施例について、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明に係る核医学装置の実施例の一部破断全体側面図、図２は要部の拡大横断面図であり、支持台１に水平方向に移動可能に被検体Ｈを搭載するベッド２が設けられ、ベッド２に搭載された被検体Ｈを挿入・離脱するガントリー３が設けられるとともに、そのガントリー３に、被検体Ｈを囲むようにリング状に光子検出手段４が配列されている。図中５は、装置を操作するコンソールを示している。

光子検出手段４は、放射性線源から発生する光子を検出して発光するシンチレータ６と、そのシンチレータ６での発光エネルギーを電気信号に変換する光電子倍増管７とから構成されている。シンチレータ６が深さ方向に２層積層され、各シンチレータ６それぞれに対応させて光電子倍増管７が設けられている。

図３の画像処理構成のブロック図に示すように、光電子倍増管７それぞれにエネルギーウィンドウ設定手段８が接続されるとともにエネルギーウィンドウ設定手段８それぞれが同時計数回路部９に接続されている。同時計数回路部９にデータ収集回路部１０が接続され、そのデータ収集回路部１０に画像処理部１１が、そして画像処理部１１にモニタ１２がそれぞれ接続されている。

エネルギーウィンドウ設定手段８では、光電子倍増管７からの電気信号に対してエネルギーウィンドウを設定するように構成されている。その設定の仕方については後述する。
同時計数回路部９では、エネルギーウィンドウ設定手段８を経た電気信号に基づいて、同時とみなされる時間、いわゆるコインシデンスタイムウィンドウ内で得られたデータを同時計数データとして抽出するように構成されている。
データ収集回路部１０では、同時計数回路部９で抽出された同時計数データを収集して蓄積するように構成されている。
画像処理部１１では、データ収集回路部１０で収集された同時計数データに基づいて画像再構成を行って画像データを作成し、作成した画像データをモニタ１２に出力して表示できるように構成されている。

次に、エネルギーウィンドウ設定手段８によるエネルギーウィンドウの設定の仕方について説明する。
図４のエネルギースペクトルと半値幅との関係を示すグラフ（縦軸にイベント数であるＣＯＵＮＴをとり、横軸にエネルギー：単位ｋｅＶをとっている）で示すように、各シンチレータ６から光電子倍増管７を経て出力される電気信号を蓄積することによって形成されるエネルギースペクトルのピーク値ｈに着目し、半値幅としてピーク値ｈの半分の高さｈ／２でのエネルギーの幅ΔＥを求める。

その一例を示せば、図５のエネルギースペクトルのグラフ（縦軸にイベント数であるＣＯＵＮＴをとり、横軸にエネルギー：単位ｋｅＶをとっている）に示すように、半値幅ΔＥとしては、８２ｃｈにおいて半値幅ΔＥが約１０ｃｈ分となり、分解能が１２％（≒１０ｃｈ÷８２ｃｈ×１００）と求められ、この分解能を５１１ｋｅＶの放射線に対応させることにより、ΔＥ＝（５１１ｋｅＶ×１２÷１００）６１．３２ｋｅＶが求められ、その半値幅ΔＥを記録しておく。
次いで、記録した半値幅ΔＥを元に、適宜、例えば、下限を１．５×ΔＥ、上限を２×ΔＥと設定し、エネルギーウィンドウを４１８ｋｅＶ〜６３５ｋｅＶ（５１１ｋｅＶ−１．５×ΔＥ〜５１１ｋｅＶ＋２×ΔＥ）と設定する。なお、半値幅ΔＥの３倍の幅の領域（分解能１２％の場合、４１８ｋｅＶ〜６０４ｋｅＶ）に正規分布の９９％の計数データが含まれている。

上述設定に際して、分解能が極端に悪い場合に対処するために、予めエネルギーウィンドウの制限範囲として４００ｋｅＶ〜７００ｋｅＶと設定しておくのが望ましい。この範囲を外れて正規分布の計数データが含まれることがほとんど無いからである。このようにすると、分解能の悪い光子検出手段４（例えば、分解能１８％）では、４００ｋｅＶ〜６９５ｋｅＶとなり、分解能の良い光子検出手段４（例えば、分解能１０％）では、４３５ｋｅＶ〜５８８ｋｅＶと狭く設定できることになる。

また、上述のようにシンチレータ６を２層積層するタイプの光子検出手段４の場合、光電子倍増管７から離れる側（被検体Ｈに近い側）のものでは、光電子倍増管７に近い側（被検体Ｈから離れる側）のものよりも分解能が低下することに鑑み、例えば、光電子倍増管７から離れる側のものでは、下限を１．５×ΔＥ、上限を２×ΔＥ（制限範囲４００ｋｅＶ〜７００ｋｅＶ）に、そして、光電子倍増管７に近い側（被検体Ｈから離れる側）のものでは、下限を１．５×ΔＥ、上限を１．７×ΔＥ（制限範囲４２０ｋｅＶ〜６８０ｋｅＶ）にといったように各層ごとで、制限範囲とともにエネルギーウィンドウを異ならせて設定するようにしても良い。これにより、分解能に対応したエネルギーウィンドウの設定ができる。

エネルギーウィンドウ設定手段８が、各光子検出手段４ごとに、対消滅光子の検出感度に基づいてエネルギーウィンドウを設定するように構成されている。
すなわち、設定時間内に各光子検出手段４から出力されて同時計数回路部９に入力されるイベントの数を計測し、その入力イベント数の平均値を求め、平均値よりも多い光子検出手段４では、単位時間内に同時計数回路部９に入力されるイベントの数を１個など減少させ、一方、平均値よりも少ない光子検出手段４では、単位時間内に同時計数回路部９に入力されるイベントの数を１個など増加させるように構成されている。

すなわち、エネルギーウィンドウ設定手段８において、単位時間内に通過するイベントの数を調整し、感度の高い光子検出手段４に対してはエネルギーウィンドウを実質的に狭くし、不要な成分（散乱線やノイズ成分）を効果的に除去し、得られる画像の画質を向上する。
一方、感度の低い光子検出手段４に対してはエネルギーウィンドウを実質的に広くし、真の計数を落とすことを極力回避し、得られる画像の画質を向上する。

上記実施例では、被検体Ｈに対して遠近する方向に２個のシンチレータ６を積層した核医学装置を示したが、この発明としては、１個だけ周方向に配列する場合や、３個以上積層する場合にも適用できる。

また、この発明としては、光子検出手段４それぞれに対するエネルギーウィンドウの設定を個別に初期設定する場合に限らず、例えば、通常の運転時に、各光子検出手段４から同時計数回路部９に入力される電気信号を蓄積し、所定時間ごとにエネルギースペクトルの半値幅を求め、その半値幅に基づいて予め各光子検出手段４に与えられている上限および下限の算出式（上述した１．５ΔＥや２ΔＥなど）に代入し、適宜エネルギーウィンドウ設定手段８でのエネルギーウィンドウの設定を自動的に変更するなど、運転中において微調整していくように構成しても良い。

この発明に係る核医学装置の実施例１の一部破断全体側面図である。 要部の拡大横断面図である。 画像処理構成を示すブロック図である。 エネルギースペクトルと半値幅との関係を示すグラフである。 エネルギースペクトルの一例を示すグラフである。

符号の説明

３…ガントリ
４…光子検出手段
６…シンチレータ（光子検出手段）
７…光電子倍増管（光子検出手段）
８…エネルギーウィンドウ設定手段
１０…データ収集回路部
１１…画像処理部
Ｈ…被検体

Claims (5)

1. ガントリーに被検体を囲むようにリング状に配列されて、放射性線源から発生する光子を検出して発光するとともにその発光エネルギーを電気信号に変換する光子検出手段と、前記光子検出手段からの電気信号に対するエネルギーウィンドウを設定するエネルギーウィンドウ設定手段と、前記エネルギーウィンドウ設定手段を経たデータを収集するデータ収集回路部と、前記データ収集回路部で収集されたデータに基づいて画像再構成を行い画像データを作成する画像処理部とを備えた核医学装置であって、
   前記エネルギーウィンドウ設定手段が、各光子検出手段ごとに、その発光量または／および発光特性に基づいてエネルギーウィンドウを設定するものであることを特徴とする核医学装置。
2. 請求項１に記載の核医学装置において、
   エネルギーウィンドウ設定手段が、各光子検出手段ごとに、エネルギースペクトルの半値幅に基づいてエネルギーウィンドウを設定するものである核医学装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の核医学装置において、
   エネルギーウィンドウ設定手段が、各光子検出手段ごとに、エネルギースペクトルの半値幅に基づいてエネルギーウィンドウの上限および下限を設定するものである核医学装置。
4. 請求項１に記載の核医学装置において、
   エネルギーウィンドウ設定手段が、各光子検出手段ごとに、対消滅光子の検出感度に基づいてエネルギーウィンドウを設定するものである核医学装置。
5. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４のいずれかに記載の核医学装置において、
   光子検出手段をシンチレータを深さ方向に複数個積層して構成し、各深さ方向のシンチレータそれぞれに対応させてエネルギーウィンドウ設定手段を備えている核医学装置。

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