JPH0141951B2 - - Google Patents

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JPH0141951B2
JPH0141951B2 JP55148296A JP14829680A JPH0141951B2 JP H0141951 B2 JPH0141951 B2 JP H0141951B2 JP 55148296 A JP55148296 A JP 55148296A JP 14829680 A JP14829680 A JP 14829680A JP H0141951 B2 JPH0141951 B2 JP H0141951B2
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JP
Japan
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time
circuit
integration
pulse
signal
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JP55148296A
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JPS5772217A (en
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Hideho Tabuchi
Masatoshi Tanaka
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Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Original Assignee
Hitachi Medical Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシンチレーシヨンカメラの位置計算回
路の改良に関する。
シンチレーシヨンカメラに使われるNaI(Tl)
シンチレータのけい光の減衰時間は約250nsであ
る。このけい光は光電子増倍管で電流に変換さ
れ、γ線を検出するたびに第1図aに模式的に示
すように電流パルスとして出力する。γ線の位置
情報は、この電流パルスの全電荷量に相当してお
り、位置計算の便宜上、この電流パルスの電荷量
を電圧パルスの高さで表現するための波形製形と
呼ばれる処理をする。従来、もつとも一般に行わ
れている波形整形は、まず、電流パルスの幅より
は十分に大きい時定数(例えば10μs)をもつ積分
回路(例えばC、Rによる積分)を通して、第1
図bに示すような電圧信号にする。このときの電
圧信号の高さは電流パルスの全電荷量に比例す
る。次に波形を短縮するための微分回路を通す。
得られる信号は第1図cに示すような時間幅が短
縮された電圧パルスになる。この場合、微分は、
C、Rによる微分回路(例えば時定数1μs)ある
いは遅延線による波形短縮を利用して1〜数μsの
幅をもつている。
こうして得られたパルスはγ線の入射位置を計
算する位置計算回路に入力される。このパルスの
幅は、位置計算回路の時間分解能(つづけて検出
された2つのγ線を正常に処理し得る最低の時
間)にほぼ比例的に影響する。
前記従来の波形整形では、γ線の単位時間あた
りの計数(以後、計数率と呼ぶ)を高めることを
狙つて、パルス幅を短縮しすぎると、γ線のエネ
ルギ分解能が低下することによるγ線像の空間分
解能を低下させる要因となることが知られてい
る。
シンチレーシヨンカメラに限らず、放射線を計
測する分野では、高いエネルギ分解能と高精度化
の要求から、種々の回路技術上の発展があつた。
その1つに、エネルギ分解能を犠性にすることな
く高い計数率まで使用できるように、増幅の段階
で幅の狭いパルス信号をデイレーラインを使つた
微分回路でつくり、さらに測定の対象のパルス信
号だけゲートを開いて積分する方式のゲート・イ
ンテグレータがすでに提案されている。(N.
Karlovac and T.V.Blalock、IEEE Trans on
Nuclear Science、Vol.NS−22、
February1975、452−456) 上記のエネルギ分解能を最低限におさえてパル
ス幅を短縮する方法は時間分解能を向上させるこ
とで、計数率特性を大幅(たとえば3倍以上)に
改善できるが、装置の複雑さと、この複雑さによ
る信類性およびコストに関する不利がある。特に
後述の実施例の如き同種回路を多チヤネル化した
回路系を有する装置ではその難点の影響は大き
い。
本発明の目的は上記従来装置の難点を改善し、 (1) エネルギ分解能を低下させることなく、時間
分解能の高い、高計数率に対応できるシンチレ
ーシヨンカメラ。
(2) パルス短縮のための波形整形法が単純化さ
れ、コスト、信頼性などの点に優れたシンチレ
ーシヨンカメラ。
を提供することにある。
以下本発明を説明するに当り、まず従来装置の
特性上から得た着眼点並びにその具体化について
説明する。
第2図は上記の方法により計数率特性を改善し
た従来の放射線計測装置のパルス信号処理のブロ
ツク図である。すなわち、図示していない放射線
検出器(たとえば、ヨウ化ナトリウム・シンチレ
ータと上記シンチレータの発光特性を保持して、
電気信号に変換する光電子増倍管と前置増幅器)
からのパルス信号を入力端1に入力し、1つの系
はデイレーラインあるいはCRで微分してパルス
信号を短縮する微分回路2、他の系との時間の調
整をする遅延回路3、パルス信号を後述のゲート
時間だけ積分するゲート付積分回路4、積分の結
果を短かい時間幅にしてとり出すサンプラー5、
出力端6と系全体を制御するために設けた別の系
は入力端1にパルス信号が到来したことと、その
パルス高が必要な一定レベルを越えたことを検出
するデイスクリミネータ7、このデイスクリミネ
ータ7の出力を制御の時刻の原点にして上記のゲ
ート付積分回路4の積分開始と終了およびサンプ
ラー5のサンプリング時刻とサンプリングの時間
幅をきめる制御回路8から構成されている。ま
た、第2図のブロツク図に対応した波形とタイミ
ングを第3図に示す。1Sは入力端1に到来する
パルス信号である。2Sは微分回路2の出力波形
で遅延回路により微分時間をTcとした微分波形
である。S3は遅延回路3の出力波形で、デイス
クリミネータ7の出力波形と対応させた遅延時間
をとつている。4Sはゲート付積分回路4の出力
波形で、積分開始および終了時刻は制御回路8か
らの信号により決められる。5Sはサンプラー5
の出力波形で、ゲート付積分回路5の出力波形4
Sについてサンプリング開始時刻をTsだけ遅ら
せてサンプリングしたものである。7Sはデイス
クリミネータ7の出力波形で、その波形の立下が
り側を時刻の原点として使用する。この出力波形
はゲート付積分回路5の積分開始時刻を決めるも
のである。8Saの制御回路8の一方の出力波形
で、これによりゲート付積分回路5の積分開始と
終了時刻を決める。また、8Saの立下がり側は
積分終了を示すリセツト信号として使用される。
8Sbは制御回路8の他方の出力波形で、サンプ
ラー5のサンプリング開始と終了時刻を決める。
前者がTsとなる。上記TsとTcとの関係を考えた
場合、4Sの積分波形が飽和した点でサンプリン
グすることが有効であるので、通常はTs≧Tcが
良い。しかし、TcやTsを小さくした場合、サン
プリング波形のエネルギ分解能が悪くなる。Tc
をパラメータとしてTsとエネルギ分解能との関
係を調べた所第4図が得られた。。縦軸のKRはエ
ネルギ分解能に対応する値で、KRが大きくなる
ことはエネルギ分解能が低下することに対応す
る。第4図でTc=0.1、0.2、0.4μsについて見た
とき、それぞれサンプリング開始時間Tsの減少
にしたがつてエネルギ分換能が低下するが、Ts
=Tcの条件を満たす実線の範囲でエネルギ分解
能の低下が最も小さくなることを示している。ま
た、エネルギ分解能の低下を10%以下におさえよ
うとしたとき(KR≦1.1に対応)、Tsを極端に小
さくすることはできず、第4図の場合にはTs≧
0.42μsとなる。以上のごとく、Tsの下限値はエ
ネルギ分解能の許容値との関係で決める必要があ
る。
本発明は、従来のパルス信号を微分回路で幅の
狭い信号をつくり、さらに測定の対象のパルス信
号だけゲートを開いて積分し、積分終了後にサン
プリングする方式において、サンプリング時刻
Tsと微分時刻Tcが等しいときにエネルギ分解能
の低下が最も小さくなることに着目してエネルギ
分解能を低下させることなく、かつ時間分解能の
優れた高い計数率をもつ放射線計測装置を提供す
ることにある。以下、本発明の実施例を原理的な
構成を示す第5図とタイムチヤートを示す第6図
と具体的な回路例を示す第7図と本発明をシンチ
レーシヨンカメラに応用したブロツク図である第
9図とで説明する。
第5図と第6図を用いて本発明の実施例を原理
的な構成と動作について説明する。第5図は本発
明の実施例を示すパルス短縮手段のブロツク構成
図である。放射線検出器からのパルス信号を入力
端21に入力し、1つの系は別の系との時間の調
整する遅延回路22、パルス信号を後述のゲート
時間だけ積分するゲート付積分回路23、積分結
果を短い時間幅にしてとり出すサンプラー24、
出力端27と、系全体を制御するために設けた別
の系は入力端21にパルス信号が到来したこと
と、そのパルス高が必要な一定レベルを越えたこ
とを検出するデイスクリミネータ25、このデイ
スクリミネータ25の出力波形の立上り側を制御
の時刻の原点として上記のゲート付積分回路23
の積分開始と終了時刻およびサンプラー24のサ
ンプリング開始時刻とサンプリングの時間幅を決
める制御回路26とから構成されている。
第6図は第5図の各部出力波形のタイムチヤー
トである。21Sは入力端21に入力したパルス
信号波形である。22Sは制御回路26による制
御のタイミングを調整するために遅延回路22で
遅延した信号パルスである。25Sはデイスクリ
ミネータ25の出力波形であるが、この信号の立
上り側の時刻の原点、すなわちパルス信号22S
の積分開始時刻とする。26Saは制御回路26
の一方の出力波形で、これによりゲート付積分回
路24の積分開始と終了時刻を決める。26Sb
は制御回路26の他方の出力波形で、サンプラー
24のサンプリング開始時刻Tsとサンプリング
終了時刻を決める。また、26Saの立下り側は
サンプリング終了後のそれまでの積分値をリセツ
トする信号として使用される。23Sはゲート付
積分回路23の出力波形で、積分時間は制御回路
26の制御信号26Saにより制御されている。
24Sはサンプラー24の出力波形で、サンプリ
ング時間は制御回路26の制御信号26Sbに制
御されている。サンプリング開始時刻Tsの上限
は第4図の結果から0.8μs以下が好ましく、1μs以
下に選ぶのが良い。これ以上長くしてもエネルギ
ー分解能の改善は望めず、時間の無駄となる。ま
た、Tsの下限値としては短かい程良いが、エネ
ルギ分解能の低下を生ずるので、前記の如くエネ
ルギ分解能の許容値との関係で選定されることに
なる。
本発明の場合、従来の構成において遅延回路の
前または後に設けられていた微分回路によるパル
ス幅の端縮機能が付加されていないことに特徴が
ある。さらに別の特徴は、従来の微分時間Tcに
相当する時刻にサンプリングの時刻Tsを設定す
ることで、入力パルス信号の立上りから時刻Ts
まで情報を有効に利用して積分するだけでなく、
サンプリングの間も積分を続行していることで実
効的な積分時間の延長による入力パルス信号のも
つ情報の利用率が高まり、エネルギ分解能の向上
に寄与する。
つぎに本動作原理による実施例を第7図による
具体的な回路で説明する。
検出器の回路部分である光電子増倍管PMTと
前置増幅器A1で構成する検出器31と、検出器
31の出力信号を受ける入力バツフアB1と遅延
時間をつくるデイレーラインD増幅器A2からな
る遅延回路と高い計数率で実用的にするのに必要
なベースラインを安定化するベースライン安定器
BLRと積分の時間をコントロールするゲートG1
G2と積分容量Cと積分増幅器A3からなるゲート
付積分器とサンプリングのためのゲートG3とゲ
ート増幅器A4からなるサンプラーとで構成する
パルス短縮回路32と、検出器出力31の出力信
号を受ける入力バツフアB2と増幅器A5とコンパ
レータCOからなる時刻の原点をつくるデイスク
リミネータと上記ゲートG1・G2のゲート時間信
号をつくるモノステーブル・マルチバイブレータ
MM1と上記ゲートG3のゲート時間をつくるモノ
ステーブル・マルチバイブレータMM2とで構成
するタイミング制御回路33からなつている。さ
らに、主要点41〜46の出力波形41S〜46
Sを第8図に示す。また、本実施例の回路には、
ゲートG1,G2,G3で発生するスイツチングノイ
ズを消去する補償回路が付加してあり、ゲート
G1についてはスイツチG1′とその付加抵抗と増幅
器A3の差動入力特性、ゲートG2についてはスイ
ツチG2′とその付加抵抗と容量で増幅器A3の差動
入力特性、ゲートG3についてはその付加容量C
と抵抗と増幅器A4の差動入力特性でそれぞれス
イツチングノイズを補償している。この補償回路
は本発明の波形整形回路を放射線イメージングに
応用した場合のいわゆるスイツチンノイズに原因
する人工的な偽像に不可欠なものである。
さらに、これまでの実施例にさらに拡大応用し
た例として、放射線の入射位置を計算して放射線
像を表示するシンチレーシヨンカメラがある。
次に本発明をシンチレーシヨンカメラに適用し
た実施例を第9図のブロツク図を参照にして説明
する。第9図において平板状のヨウ化ナトリウム
結晶のシンチレータ51に入射したγ線によるシ
ンチレーシヨンを上記シンチレータに稠密に配列
した61本(複数であれば原理的には可)の光電子
増倍管52により電流パルスに変換してさらに前
置増幅器53で増幅される。この場合、光電子増
倍管52と前置増幅器53の回路は前記実施例第
7図の検出器31がそのまま利用できる。さら
に、これら前置増幅器53の出力は位置演算のた
めの行・列マトリクス54に入力する。この行列
マトリクス54の出力は前記の実施例で示した第
7図のバルス短縮回路32と同じパルス短縮回路
55に入りパルスの縮縮を主にた波形整形処理が
施される。他方γ線の1事象について全シンチレ
ーシヨンの情報となる行・列マトリクス54のも
う1つの出力Z信号は前記の実施例に示した第7
図のタイミング制御回路33と同じタイミング制
御回路57に入力され、その出力はパルス短縮回
路の制御信号としてパルス短縮回路55に入力さ
れる。さらにZ信号のもう1つの系は波高分折器
58に入力され、この出力と上記のパルス短縮回
路55の出力信号とで従来の一般的なシンチレー
シヨンカメラの位置演算回路56で位置演算して
2次元の位置信号に変換したのちCRT59に入力
してγ線のシンチレータ51への入射位置を再現
かつ表示する。
以上本発明の装置は従来装置に比して、 (1) エネルギ分解能を低下させることなく、さら
に時間分解能の高い高計数率に対応できる放射
線計測装置を提供できる。
(2) パルス信号を微分する操作を不要にしたこと
によりパルス短縮のための波形整形法が単純化
され、コスト、信頼性などの点に優れた放射線
計測装置を提供できる。
の利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のγ線検出信号の波形説明図、第
2図は従来のシンチレーシヨンカメラのパルス短
縮法の一例を示すブロツク図、第3図は第2図の
各部波形のタイムチヤート、第4図は第2図の従
来法によるパルス短縮の特性図、第5図は本発明
の実施例を示すパルス短縮法のブロツク図、第6
図は第5図の各部出力波形のタイムチヤート、第
7図は本発明の実施例を示す具体的な回路図、第
8図は第7図の主要点の出力波形図、第9図は本
発明をシンチレーシヨンカメラに適用したブロツ
ク図である。 21……入力端子、22……遅延回路、23…
…ゲート付積分回路、24……サンプラー、25
……デイスクリミネータ、26……タイミング制
御回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 板状シンチレータに光学的に結合した複数の
    光電子増倍管とシンチレータの発光位置を求める
    位置計算回路からなるシンチレーシヨンカメラに
    おいて、放射線によるシンチレータの発光特性を
    保持して電気信号に変換する光電子増倍管と電流
    増幅回路からなるパルス電流変換手段と、該パル
    ス電流変換手段が出力する電流パルスを検出する
    検出手段と、前記パルス電流変換手段の出力信号
    を積分する積分手段と、該積分手段の積分出力を
    積分開始後のあらかじめ設定した時間の経過後に
    設定した時間幅でサンプリングするサンプリング
    手段と、このサンプリング終了時に同期して前記
    積分手段による積分操作を終了させるリセツト手
    段とを有し、前記検出手段の出力信号を時刻の原
    点として、前記積分手段と前記サンプリング手段
    と前記リセツト手段の時間制御を行うことによ
    り、前記位置計算回路の基本入力となる信号波形
    の時間幅を短縮する手段を備えたことを特徴とす
    るシンチレーシヨンカメラ。 2 前記あらかじめ設定した時間が1μs以下であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    シンチレーシヨンカメラ。
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FR2540995B1 (fr) * 1983-02-14 1985-09-27 Labo Electronique Physique Dispositif de mesure de radiations a scintillateur et tube photomultiplicateur, et camera a scintillation equipee d'un tel dispositif

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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