JPH0430554B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 この発明はシンチレーシヨンカメラの改良に関
する。

(ロ) 従来技術 シンチレーシヨンカメラは、よく知られている
ように、シンチレータに放射線を入射させてシン
チレーシヨン光を発生させ、この光をシンチレー
タ裏面に多数配列された光電子増倍管（以下
PMTと略す）に導き、この各PMTより出力され
る電流出力を各プリアンプにより電圧出力に変換
し、この各プリアンプ出力を重み付け加算回路よ
になる位置演算回路に入力することにより、シン
チレーシヨン光の発生位置を計算して画像を得る
ものである。

従来より、このシンチレーシヨンカメラにおい
て、空間分解能を向上させるため、各プリアンプ
に、低入力信号に対する増幅率を零または充分小
さくした所謂スレツシヨルド型非線形特性を持た
せることが提案されている（特公昭51−29839号
公報参照）。しかし、この従来例では、エネルギ
信号も非線形特性を有するプリアンプの全ての力
を加算して得るため、発光量がみかけ上減少した
ことによるエネルギ分解能の低下と、エネルギ信
号波高がPMTの真上の位置で高く、PMTの間の
位置で低くなるような位置依存性やそれに起因す
る不均一性の助長とがもたらされてしまう。

ところで、このシンチレーシヨンカメラにおい
て、シンチレータとPMTとの間隔を狭くすれば、
空間分解能は向上するが、PMTの真上の位置で
所謂ホツトパターンとなるような空間的歪（非直
線性）が著しくなる。そこで、従来より、シンチ
レータとPMTとの間の間隔を狭くして空間分解
能の向上を図りながら、空間的歪を改善するよ
う、高入力信号対する増幅率を小さくした所謂抑
圧型の非線系回路を各プリアンプの後に接続する
ことが提案されている（特公昭56−51312、特開
昭53−84378、特開昭55−44998等の各公報参照）。
このように非線形回路を線形なプリアンプの後に
接続することにより、エネルギ分解能や、エネル
ギ信号波高の位置依存性およびこれに起因する不
均一性とは無縁のものとなる。しかし、この従来
例では、プリアンプに積分特性を持たせて波形整
形後に非線形回路に入力するよう構成されている
ため、抑圧特性を温度変化に対して安定に滑らか
に保つことが難しい。また、具体的にはダイオー
ドクリツプにより抑圧特性を得ているので、抑圧
点の温度依存性が鋭敏で、非線形特性が滑らかに
なるようにダイオードのスレツシヨルド電圧（シ
リコンの場合室温で0.6〜0.7ボルト）比べて入力
信号波高の最大値を充分大きくしないよう構成す
ると、この抑圧非線形特性の温度依存性が著しい
（なお、入力信号の波高がダイオードのスレツシ
ヨルド電圧より充分大きな場合は滑らかな非線形
特性が得れ難く、低エネルギから高エネルギまで
のダイナミツクレンジも取り難い）という欠点が
ある。

(ハ) 目的 この発明は、シンチレーシヨンカメラにおい
て、基本的には空間分解能を向上させるとともに
空間的歪およびそれに基く不均一性を改善し、さ
らにこれらが広いエネルギ範囲の放射線に関して
および多重スペクトルや多核種の測定時にも実現
されるようにし、しかも温度変化に対しても上記
各事項が安定に達成されるようにすることを目的
とする。

(ニ) 構成 この発明によるシンチレーシヨンカメラでは、
第１種のスレツシヨルドレベル以上の信号を増幅
する特性を有しこのスレツシヨルドレベルが放射
線入射事象毎に得られるエネルギ信号によつて変
化させられる第１種の高レベルフイルタ回路と、
第２種のスレツシヨルドレベル以上の信号を増幅
する特性を有しこのスレツシヨルドレベルが放射
線入射事象毎に得られるエネルギ信号によつて変
化させられる第２種の高レベルフイルタ回路と
が、各プリアンプの出力端毎に遅延成分を介して
それぞれ並列に接続され、位置演算回路が、各高
レベルフイルタ回路の出力に、光電子増倍管位置
に対応する重みと上記第１種高レベルフイルタ回
路および第２種高レベルフイルタ回路のそれぞれ
に対応する重みと積を乗じて加算した信号を一定
時間積分した後規格化して位置信号を得るよう構
成されている。

(ホ) 実施例 第１図に示すように、シンチレータ１裏面にラ
イトガイド２を介して多数のPMT３が配列され
ている。このライトガイド２の厚さ（およびシン
チレータ１の厚さ）を薄くし、これにより高分解
能を得る代り各PMT３の真上でホツトスポツト
となるような空間的歪（非直線性）およびこれに
起因する不均一性が著しくなるような構成とし、
後述の高レベルフイルタ回路群７の作用によりこ
の空間的歪およびこれに起因する不均一性を改善
するようにし、結果的に空間分解能と空間的歪
（およびこれに起因する不均一性）の両方を改善
することができるようにしている。

シンチレータ１放射線が入射するとこのシンチ
レータ１のなかでシンチレーシヨン光が発生し、
この光がライトガイド２を経てPMT３の各々に
導かれる。こうしてPMTの各々から電流信号が
生じ、この各電流信号がそれぞれ対応するプリア
ンプ４により線形にかつあまり積分されない形で
電圧信号変換される。各プリアンプ４からの電圧
信号は加算回路５で加算された後（この加算され
た後の信号は近似的に入射した放射線のエネルギ
に比例し、厳密にはシンチレータ１、ライトガイ
ド２およびPMT３における種々の統計誤差と
PMT３の配列等に関係するエネルギ信号波高位
置依存性つまり不均一性によつてばらつく）、積
分回路９４に送られて一定時間積分されエルギ信
号が得られる。このエネルギ信号Ｚは波高分器１
１０に入力され、波高分析器１１０によりこのエ
ネルギ信号Ｚが所定エネルギウインド内に入つて
いるか否かが判別され、入つている場合アンブラ
ンク信号がこの波高分析器１１０から生する。ま
た、各プリアンプ４からの電圧信号は対応する各
高レベルフイルタ回路群７にも入力され、得られ
た複数出力信号が位置演算回路８に導かれ、３種
類の信号ｘ，ｙ，ｚが得られる。スレツシヨルド
レベル制御電圧供給回路６は、入力された加算回
路５からの信号（またはこの信号に積分回路９４
の出力信号を加えてもよい）に応じて、高レベル
フイルタ回路群７におけるスレツシヨルドレベル
を制御するための制御電圧を発生する。信号ｘ，
ｙ，は積分回路９１〜９３の各々で一定時間積分
され、得られた各信号x′，y′，′がサンプルホー
ルド回路１０１〜１０３を通つて除算回路１１
１，１１２に導かれてx′／z′，y′／z′除算が行な
われ、画像寸法が放射線エネルギに依存しないよ
うに規格化がなされ、位置信号Ｘ，Ｙを得る。

高レベルフイルタ回路群７および位置演算回路
８は、第２図に示すように構成されている。高レ
ベルフイルタ回路群７は、PMT３の数（たとえ
ば37個または61個など）だけ備えられており、高
レベルフイルタ回路群７のそれぞれは同じ数だけ
の高レベルフイルタ回路を含み、それらが並列に
接続され、その数は２個または３個以上である。
この第２図では特に２個の例を示しているが、３
個以上とすることも同様に可能である。ｉ番目の
PMT３の信号をｉ番目のプリアンプ４を介して
受ける高レベルフイルタ回路群７ｉは、遅延成分
７０１ｉとこの出力端に並列接続される第１種高
レベルフイルタ回路７１ｉおよび第２種高レベル
フイルタ回路７１２ｉとからなり、第１種高レベ
ルフイルタ回路７１１ｉにおける第１種スレツシ
ヨルドレベルと、第２種高レベルフイルタ回路７
１２ｉにおける第２種スレツシヨルドレベルと
が、スレツシヨルドレベル制御電圧供給回路６か
ら供給される第１、第２の制御電圧で制御される
ようになつている。高レベルフイルタ回路７１１
ｉ，７１２ｉは入力電圧がスレツシヨルドレベル
を越えたときにだけ増幅する特性を有するもので
ある。このスレツシルドレベルは第１種と第２種
は異なるが、各PMT３に関しては原則的に共通
である。しかし、視野周辺部に空間的歪やエネル
ギ信号波高の位置依存性に基く不均一性を改善す
るため、周辺部PMT３についてのみ中心部PMT
３に比べてプリアンプ４出力信号が大きく（また
は小さく）なるように調整することに応じて、ス
レツシヨルドレベルも周辺部のPMT３に関する
ものについて中心部のPMT３とに関するもの比
べて高く（または低く）なるよう、スレツシルド
レベル制御用第１、第２制御電圧を多少異らせる
構成とする方が好ましい。遅延成分７０１ｉは第
２図に示すように高レベルフイルタ回路７１１
ｉ，７１２ｉついて共通としてもよいが、後述す
るように別個にしてもよい。

高レベルフイルタ回路７１１ｉ，７１２ｉの出
力は位置演算回路８内の各増幅器８０ｉ，８０６
ｉに入力され、所定の増幅率Gx１ｉ，Gy１ｉ，
Gz１ｉ，Gx２ｉ，Gy２ｉ，Gz２ｉの各々を乗
じられて各加算回路８１１〜８１３のいずれかに
入力され、図では省略しているｉ番目以外の同様
の増幅器の各出力と加算される。加算回路８１１
〜８１３の各出力は、対応する電圧電流変換器８
２１〜８２３の各々を経て、電流信号ｘ，ｙ，ｚ
となる。上記増幅器８０１〜８０６の各増幅率Ｇ
添字のｘ，ｙ，ｚは座標ｘ，ｙおよびエネルギ信
号Ｚと正の相関関係を持つ量ｚにそれぞれ対応
し、添字１，は高レベルフイルタ回路７１１ｉ，
７１２ｉが第１種のものか第２種のものかに対応
し、添字ｉはｉ番目のPMT３に対応する。そし
て、この増幅率の各々は、通常のアンガー型シン
チレーシヨンカメラ、ｘ，ｙ，ｚに関するｉ番目
PMT３位置によつて決定される重みと、本発明
に特有な高レベルフイルタ回路の種類によつて異
なる重みとの積に対応したものとなつている。

なお、第２図に示した位置演算回路８の中の構
成は概念を表わすために便宜的に表現したもので
あり、たとえば増幅器８０１〜８０６と加算回路
８１１〜８１３の組合せは、重み付け抵抗と差動
増幅器で置換することができ、電圧電流変換器特
性を加算回路８１１〜８１３または上記差動増幅
器に兼備させることも可能である。また、第３図
に示すように、同種類の高レベルフイルタ回路は
その種類毎、つまり第１種の高レベルフイルタ回
路７１１ｉ，７１１ｊ等だけで、および第２種の
高レベルフイルタ回路７１２ｉ，７１２ｊ等だけ
でそれぞれPMT３の位置に応じた重み付け加算
を加算回路８３１〜８３６の各々で行ない、その
後高レベルフイルタ回路の種類に応じた重み付け
加算を加算回路８４１〜８４３の各々で行なう構
成や、さらにこの２つの重み付け加算の順序を逆
にして第４図に示すようにまず加算回路８５０
ｉ，８５０ｊ等で高レベルフイルタ回路の種類に
関する重み付け加算を行ない、つぎに加算回路８
５１〜８５３でPMT３の位置に関する重み付け
加算を行なう構成などが可能である。この第４図
の場合、高レベルフイルタ回路の種類に関する重
み付け加算回路８５０の部分にオープンコレクタ
による電流出力信号の加算回を使用することもで
きる。

ここで述べた重みとは、一般に正負の符号も含
めており、特高レベルフイルタ回路の種類によつ
て異なる重みは必ず異符号を必要とする（詳細は
後述）。したがつて、第２図高レベルフイルタ回
路群７ｉの遅延成分７０１ｉの部分を、第５図の
ように、一方を遅延線などを利用した遅延回路７
２１ｉで、他方を反転増幅器７２２ｉで、それぞ
れ構成し、両者の遅延時間がほぼ等しいようにす
ることもできる。

遅延成分７０１ｉは、プリアンプ出力信号を遅
らせ、このプリアンプ出力信号が高レベルフイル
タ回路７１１ｉ，７１２ｉに入力する前にこれら
のスレツシヨルドレベルが安定となるようにする
ものである。すなわち、これらのスレツシヨルド
レベルはスレツシヨドレベル制御電圧供給回路６
から供給される第１、第２制御電圧で制御されて
るが、上述のようにこのスレツシヨルドレベル制
御電圧供給回路６には加算回路５の出力信号（ま
たはこの信号積分回路９４出力信号を加えたも
の）が入力されてエネルグ信号に応じて第１、第
２の制御電圧が変化するようになつているので、
これら制御電圧が安定するまでプリアンプ出力信
号を遅らせるようにしているのである。特にこれ
ら高レベルフイルタ回路が動作中は制御電圧が安
定となるようにするためには、前述のように加算
回路５の出力信号と積分回路９４の出力信号とを
混合させてスレツシヨルドレベル制御電圧供給回
路に入力させることが考えられる。

高レベルフイルタ回路の入出力特性の一例を第
６図に示す。第１種の高レベルフイルタ回路のス
レツシヨルドレベルを第１種のスレツシヨルドレ
ベルと呼び、第２種の高レベルフイルタ回路のス
レツシヨルドレベルを第２種のスレツシヨルドレ
ベルと呼ぶことにし、低い方から第１、第２，…
…と言う。実線は高エネルギの場合、１点鎖線は
低エネルギの場合をそれぞれ示し、各スレツシヨ
ルドレベルはエネルギ信号に対して連続的にまた
は不連続的に変化するよう構成される。スレツシ
ヨルドレベルとエネルギ信号との関係は一般的に
は線形に比例するよう構成すればよいが、厳密に
は、高エネルギの放射線程シンチレータ１におけ
る発光位置が深くなり易くそのためPMT３の真
上でホツトスポツトが生じるような傾向が強調さ
れ易くなるので、これを修正するように多少非線
形に変化させてもよい。第７図Ａ，Ｂは、ある位
置のPMT３の中心軸上の位置で放射線がシンチ
レータ１内で吸収、発光したときのこのPMT３
に関するプリアンプの出力波形と各スレツシヨル
ドレベルとの関係を例示したもので、Ａが低エネ
ルギの場合で、Ｂが高エルギの場合である。

このように、エネルギ信号に応じて放射線入射
の各事象毎にそれぞれのスレツシヨルドレベルを
変化させるようしているため、単一エネルギ測定
においてエネルギに依らず空間的歪が著しく改善
されるばかりでなく、他核種測定や多重スペクト
ル測定の場合も空間的歪が著しく改善される。

そして、高レベルフイルタ回路群７を通過した
信号を位置演算回路８で重み付け加算した後積分
回路９１〜９３で一定時間積分しているので、つ
ぎのような効果を得る。まず、あるエネルギに関
しては各高レベルフイルタ回路の入出力特性は第
８図Ａのようになり、そのためこれら高レベルフ
イルタ回路出力を一定時間積分した場合のその積
分値（位置演算回路８での重み付け加算の効果を
除去した場合積分回路９１〜９３の出力）とプリ
アンプ出力との関係は第８図Ｂのようになる。プ
リアンプ出力波形は方形波でない（第７図Ａ，Ｂ
参照）ので、この第８図Ｂに示すようにプリアン
プ出力がスレツシヨルドレベルに比べて少し大き
い程度の範囲では滑らかな特性になつている。つ
ぎに、重み付け加算を加えた場合について説明す
る。説明の便宜上第４図に示すように高レベルフ
イルタ回路群７ｉの各出力がまず高レベルフイル
タ回路の種類に関する重み付け加算回路８５０ｉ
入力されるものとして説明する。このように第１
種、第２種の高レベルフイルタ回路７１１ｉ，７
１２ｉの各出力（第８図Ａに示す）が重み付け加
算回路８５０ｉで加算されるので、加算回路８５
０ｉの出力は第８図Ｃ示すようなる。なお、第１
種の高レベルフイルタ回路７１１ｉ関する重み
は、一般に他の高レベルフイルタ回路７１２ｉな
どに関する重みと比べて絶対値を大きくしかも異
符号とする。この第８図Ｃで実線は第１種の高レ
ベルフイルタ回路と第２種高レベルフイルタ回路
だけの場合を、点線はさらに第３種の高ベルフイ
ルタ回路を含む場合を示す。そしてこの第８図Ｃ
で示す加算回路８５０ｉの出力を一定時間積分し
た場合積分値とプリアンプ出力との関係は、第８
図Ｄに示すように、第８図Ｂと同様の理由で滑ら
かなものとなる。なおこの第８図Ｄでも実線は第
１種の高レベルフイルタ回路と第２種の高レベル
フイルタ回路だけの場合を、点線はさらに第３種
の高レベルフイルタ回路を含む場合を示す。結
局、この第８図Ｄで示したように、滑らかなスレ
ツシヨルド効果と滑らかな抑圧効果とが得られる
ことがわかる。このように抑圧効果が滑らかとな
るため、通常は抑圧用の高レベルフイルタ回路は
１種類（ここでは第２種の高レベルフイルタ回路
７１２ｉ）だけで充分であり、空間的歪が著しく
改善され、アーチフアクトも現われない。特別の
場合、つまりシンチレータ１やライトガイド２を
著しく薄くした場合でも２種類の高レベルフイル
タ回路（ここでは第２種および第３種の高レベル
フイルタ回路）で充分な効果が得られる。なお、
説明の便宜上第４図の構成について説明したが、
高レベルフイルタ回路の種類に関する重み付け加
算と積分のみを取り出せば他の構成でも同じこと
である。

第１種高レベルフイルタ回路７１１ｉによるス
レツシヨルド効果は、空間分解能を改善する結果
をもたらすが、PMT３の真上の位置においてホ
ツトスポツトとなるような空間的歪をさらに助長
させる結果をもきたすので、第２種高レベルフイ
ルタ回路７１２ｉ（あるいはさらに第３種高レベ
ルフイルタ回路）による抑圧効果を一段と深くす
ることが必要である。

そして、高レベルフイルタ回路としては電流切
換式スレツシヨルド回路などを用いることによ
り、第８図Ａに示すようにスレツシヨルドレベル
付近で特性が鋭敏でかつ温度変化に対する依存性
がほとんどない安定な特性の高レベルフイルタ回
路を容易に構成することができる。そのため、第
８図Ｂ、Ｄに示すとうり滑らかな積分後の特性を
温度に対して安定なものとすることが容易であ
る。

なお、この実施例では、第１図の積分回路９１
〜９４の積分時間を長短種類以上設けて選択でき
るようにしている（第１図のブロツク図ではタイ
ミングに関する回路等は省略している）。そして、
低係数率測定用の場合は長時間積分を選択し、高
係数測定用の場合は短時間積分を選択する。こう
して低係数率時には高分解能等を得ることができ
るとともに、高係数率測定時には優れた係数率特
性と高係数率の割に比較的良好な分解能等を得る
ことが可能となる。ちなみに、最初に述べた従来
例（前述の各公報）では、一般に積分時間が一定
のため、低係数率時の高分解能および高エネルギ
分解能を維持するために積分時間を長くとると係
数率特性が低く抑えられ、逆に短くとれば空間分
解能およびエネルギ分解能が低下するという問題
があつた（また積分しないでピーク検出する構成
もあるが空間分解能が劣る）。

ここで注意しなければらないのは、高レベルフ
イルタ回路群７において複数の高レベルフイルタ
回路を並列接続する点である。これを、もし、従
来（最初に述べた公報参照）のように、スレツシ
ヨルド回路と抑圧回路（通常２段）とを直列に接
続し、その後にPMT位置に関する重み付け加算、
電圧電流変換および積分を行なうとすると、この
のスレツシルド回路と抑圧回路との直列回路を通
過する際に信号波形が２重になまるため、短積分
時間とすることができない。高レベルフイルタ回
路を並列接続することにより波形のなまりが少な
くなり、短積分時間とすることが可能となるので
ある。

なお、上記第１図のブロツク図では、タイミン
グに関する回路等は省略してあるが、それぞれの
回路が適切なタイミングで動作するよう構成され
ているものとし、また、積分回路９１〜９３と積
分回路９４との各積分時間のタイミングが同時と
なるように積分回路９４の前遅延回路を設けても
よいし、または積分回路９４だけ先行して積分
し、波高分を早く行なうようにしてもよい（なお
後者の場合は積分回路９１〜９３に比て積分回路
９４積分時間を短くしてタイミングを適当に調整
することにより、高係数率特性の割に高分解能を
得ることも可能である。

(ヘ) 効果 この発明によれば、第１に、空間分解能を向上
と空間的歪およびそれに基く不均一性改善とを達
成でき、第２に、これらを広いエネルギ範囲の放
射線に関しておよび多重スペクトルや多核種の測
定時も満足させることができ、しかも第３に、こ
れら第１、第２を温度変化に対しても安定に実現
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明一実施例のブロツク図、第２
図はこの実施例の要部を示すブロツク図、第３
図、第４図および第５図はそれぞれ変形例の要部
を示すブロツク図、第６図は高レベルフイルタ回
路の入出力特性を示すグラフ、第７図Ａ、Ｂはプ
リアンプ出力波形とスレツシヨルドレベルとの関
係を示すグラフ、第８図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは動作説
明のためのグラフで、第８図Ａは高レベルフイル
タ回路の入出力特性を示すグラフ、第８図Ｂは高
レベルフイルタ回路出力の積分値とプリアンプ出
力との関係を示すグラフ、第８図Ｃは第８図Ａの
高レベルフイルタ回路出力が加算回路を経たとき
の出力とプリアンプ出力との関係を示すグラフ、
第８図Ｄは第８図Ｃ加算回路出力の積分値とプリ
アンプ出力との関係を示すグラフである。 １……シンチレータ、２……ライトガイド、３
……PMT、４……プリアンプ、５，８１１〜８
１３……加算回路、６……スレツシヨルドレベル
制御電圧供給回路、７，７ｉ……高レベルフイル
タ回路群、８……位置演算回路、９１〜９４……
積分回路、１０１〜１０３……サンプルホールド
回路、１１０……波高分析器、１１１，１１２…
…除算回路、７０１ｉ，７２１ｉ……遅延成分、
７１１ｉ，７１１ｊ……第１種高レベルフイルタ
回路、７１２ｉ，７１２ｊ……第２種高レベルフ
イルタ回路、７７２２ｉ……反転増幅器、８０１
ｉ〜８０６ｉ……増幅器、８３１〜８３６，８４
１〜８４３，８５０ｉ，８５０ｊ，８５０〜８５
３……重み付け加算回路、８２１〜８２３……電
圧電流変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ シンチレータと、このシンチレータの裏面に
   配列される多数の光電子増倍管と、この各光電子
   増倍管より出力される電流信号を電圧信号に変換
   するプリアンプと、上記多数のプリアンプの出力
   の全てを加算することによりエネルギ信号を得る
   加算回路と、この加算回路から得られるエネルギ
   信号の波高があらかじめ設定されたエネルギウイ
   ンドに入つているか否かを判別し入つているとき
   にアンブランク信号を生じる波高分析器と、上記
   各プリアンプの出力によりシンチレーシヨン位置
   を演算する位置演算回路とを有し、上記シンチレ
   ータと多数の光電子増倍管との距離を短くしたシ
   ンチレーシヨンカメラにおいて、第１種のスレツ
   シヨルドレベル以上の信号を増幅する特性を有し
   このスレツシヨルドレベルが放射線入射事象毎に
   得られる上記エネルギ信号によつて変化させられ
   る第１種の高レベルフイルタ回路と、第２種のス
   レツシヨルドレベル以上の信号を増幅する特性を
   有しこのスレツシヨルドレベルが放射線入射事象
   毎に得られる上記エネルギ信号によつて変化させ
   られる第２種の高レベルフイルタ回路とを、上記
   各プリアンプの出力端毎に遅延成分を介してそれ
   ぞれ並列に接続し、上記位置演算回路は、上記各
   高レベルフイルタ回路の出力に、光電子増倍管位
   置に対応する重みと上記第１種高レベルフイルタ
   回路および第２種高レベルフイルタ回路のそれぞ
   れに対応する重みとの積を乗じて加算した信号を
   一定時間積分した後規格化して位置信号を得るよ
   う構成したことを特徴とするシンチレーシヨンカ
   メラ。