JPS5814071A - ポジトロンｃｔ装置における同時計数回路 - 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】 本発明はコンピュータトモグラフィ（ＣＴ）装置に係り
、さらに詳しくは、ポジトロンＣＴ装置の、特にポジト
ロンの消滅放射線を検出するのに好適な同時計数回路に
関するものである。

ポジトロンＣＴ装置は、人体などの被検体内に′投与さ
れたポットロン放出核種の被検体内分布なブラウン管な
どの表示装置に描出する装置である。

被検体に投与されるポジトロン放出核種としては、たと
えば、１１Ｃ、１５Ｎ　　、　　１８Ｆなどが利用され
る。

これらのポジトロン放出核種から放出されるポットロン
は物質内を数龍飛行し、そのエネルギーを失い静止し、
ついにはその近傍にある電子と結合して消滅する。その
結果、２個のガンマ光子（装置（あるいは分布）の検出
は被検体をはさんで互いに対向するように配置された放
射線検出器群、とくに、シンチレーションカウンタ（以
下、単に検出器と呼ぶ）を用いて多方向から上記消滅放
射線の同時計数を測定することによって行われる。

この方式は消滅放射線同時検出法、ＡＣＤ法（Ａｎｎｉ
ｈｉｌａｔｉｏｎ　Ｃｏ１ｎｃｉｄｅｎｃｅ　Ｄｅｔｅ
ｃｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄ）と呼ばれ、すでに公知の技
法である。

第１図は消滅放射線の同時計数検出の原理と、ポジトロ
ンＣＴ装置の概略を示している。図において、１は被検
体、２．２’、２／／は検出器、３，３′は複数の検出
器２〜．２’　、　２＃によって構成される検出器群で
検出器３，３′は対向設置しである。（この１図では説
明の簡略化のため検出器は５対になっている）。４はポ
ジトロンの消滅に伴って放出される消滅放射線、５は同
時計数回路、６は検出器の番地決定回路、７はデータ収
集記録装置、８はデータ処理装置、９はイメージ表示装
置をそれぞれ示している。いま、被検体１の外側に互い
に対向して配置された検出器群３のうち、検出器２′と
２〃の間で同時に消滅放射線４が同時計数回路５で検出
されたとすると、ポジトロンの消滅位置、近似的にポジ
トロン放出核種の位置は検出器２′と２〃とを結ぶ直線
上のどこかに存在することになる。以下、これらの対向
する２個の検出器で結ばれる各直線を同時計数対と呼ぶ
ことにする。また、同時計数対なつくる一対の検出器を
検出器対と呼ぶことにする。上記、消滅放射線４の同時
計数に関与した一対の検出器の番地は適宜、検出器番地
決定回路る。続いて、データ処理装置８によって再構成
され、対向する検出器群３，３′によって見込まれる被
検体１の平面内におけるポジトロン放出核種の分布、す
なわち断層イメージが合成され、イメージ表示装置９に
よって表示される。上記一連のデータ処理は、すでに公
知であるＸ線ＣＴ装置と同じ技術を用いて一般的に行わ
れている。

近年、商用化されたポジトロンＣＴ装置には被検体位置
を中心に検出器を六角形状に配列したものや、円形状に
配列したものがある。

第２図は前記の検出器をリング状に配列した一例を示し
ている。図において、１は被検体、２は検出器、３は前
記検出器２をリング状に複数配列した検出器群、４は前
記した消滅放射線であり、対向する２個の検出器間の同
時計数対をそれぞれ示している。また、図において便宜
上、検出器の数は４０個になっているが、実際には例え
ば、頭部用のポジトロンＣＴ装置では関個〜２００個程
度、上記の全身用ポットロンＣＴ装置では１００個〜３
００個程度で検出器リングの直径や検出器の寸法に依存
する。第２図に示すように複数個の検出器２？リング状
に配列した場合、六角形状の配列とくらべて同時計数対
を検出する対向検出器の数をかなり任意に選べること、
及び第２図に示すようｊに、検出器２を密接して配列す
ることにより被検体を見込む立体角をムダなく有効にと
れるため、検出器の幾何学的な効率、すなわち感度を大
きくできる利点などが規る。第２図に示すように、いま
リング状に等間隔に配列される検出器２の数を４０個、
被検体をはさんで各検出器と対向する検出−の数７２０
個（例えば検出器２ａに対して検出器群２ｂ　）とする
と、得られる同時計数対の総数は２０　Ｘ４０／２　＝
　４００本となる。これらすべての同時計数対を検出す
るには同様に４００個の同時計数回路およびそれらに対
応する数の伝送線路が必要となる。この場合、得られる
同時計数対と検出器対の番地が１対ｌで対応するためデ
ータの扱いが単純になる長所をもっている反面、高速ノ
４ルスな扱゛−９同時計数回路数や伝送線路の数を増や
すことは≦母ルス波形の忠実な伝送を困難にするばかり
でなく、ハルス相互の厳密なタイミングの調整箇所の□
増加、電力消費量の増加、設置のためのスペースの増加
など回路設計の経済性、および実装技術の面からみて好
ましくない短所がある。

これらの欠点な避けるため、従来装置では、検出器？い
くつかのグループに分け、グループ間で同時計数を検出
する方法が一般に実施されている。

第３図はその方法を説明する図であって、グループ間の
同時計数対を検出するため、１グループあたりの検出器
数を４個、対向検出器グループ数な１グループとした場
合を例にとって示している。

グループ間の同時計数対の検出方法は、本質的には六角
形状配列であっても、リング状配列であつても同一のも
のである。同図において前述、第１図、第２図と同一符
号を付しであるものは同一のものを示す。図中、ｌＯは
検出器２のアナログ出力信号？一定の・ぐルス幅のディ
ジタル信号に変換するタイムピックオフ回路で、検出器
例々に対応して設けである。１１は各検出器群の出力を
入力とするＯＲ回路、１２は同時計数を十分な精度でも
って検出するために、ＯＲ回路１１の出カッＪ？ルス幅
’Ｙ　一定幅の狭いパルスにする波形整形回路、１３は
波形整形回路１２の出力の一致をとるＡＮＤ回路で、そ
のｉ出力段にはＡＮＤ回路１３の出力な取扱い易いよう
に任意のノ４ルス幅に引き延ばす波形整形回路２１が設
けである。また、２２は消滅放射線が入射した検出器の
番地（アドレス）を決めるエンコーダ回路、乙はエンコ
ーダ回路出力をラッチするラッチ回路、冴はラッチ時間
を限定するリセット回路、δはこの実施例の場合、２ビ
ツトで表わされる検出器の番地信号をそれぞれ示してい
る。

いま、対向する２個の検出器群３中にある１個あるいは
それ以上の検出器２に消滅放射線が入射すると、それら
の出力は各タイムピックオフ回路１０、ＯＲ回路１１．
波形整形回路１２を経てＡＮＤ回路３に入力される。こ
のとき、消滅放射線が同時にＥ記検出器群に入射したな
らばＡＮＤ回路１３で一致７が検出される。ＡＮＤ回路
１３の出カッ４ルスの幅は長くても、せいぜい波形整形
回路１２のそれと同じ幅であるからさらに後段の波形整
形回路２１で適当な幅に変換される。２１の出力はリセ
ット回路ムに入力される。冴のリセット信号は２１の出
力パルス幅に相当する時間経過後、ラッチ回路おをリセ
ットする。

このようにして得られた、同時計数事象信号、すなわち
２１の出力そして対向する２個の検出器グループのうち
、同時計数検出に関与した各検出器の番地信号５は同時
に後段のデータ収集配録装置７（第１図）に伝送される
。このようにグループ分けを行うことは各１・検出器群
３に含まれる個々の検出器２の出力４ＯＲする結果、す
べて一括して扱うことになり、あたかも１個の検出器群
を１個の検出器とみなして同時計数対を検出するのと同
じである。グループ分けには付随的に検出器群を１個の
検出器とみなす結果、入力の計数率が増加することによ
り放射線計測技術でよく知られている、いわゆる数え落
としの割合が前記の１対１に対応の場合と比較して増加
する欠点がある。したがって、図において１個の検出器
によって得られる計数率をｎＱ　　とすると、ｋ個の検
出器からなるグルーｆ１個によって得られる計数率は、
近似的にｋｎｏになる。タイムピックオフ回路ｌＯの出
カッ母ルスの幅ｌ￥：Ｔとすると、ＯＲ回路１１は入力
の１パルス毎に死時間Ｔｇもつことになるので、回路の
死時間はｋｎｏＴとなり、ｋの値が大きくなるにつれて
この死時間は長くなる。さらに、同時計数な′検出する
ＡＮＤ回路１３の各入力はｋｎ６となるため、同時計数
の数え落しはに２倍になる。すなわち、グループ内の検
出器数および対向グループ数を増すにしたがって数え落
とされる同時計数対数の割合が大きくなる。

前述の第２図は、−例として１グループあたりの検出器
数をａｔ　４　ｎ、全グループ数を′″１０＃とじ、そ
して、対向グループ数？１゛５”にした場合にできる扇
状の同時計数対な示している。同図で示したよ・うにグ
ループ分けによってグループ間の同時計数対の数は５本
となり、同時計数回路の数は１０回路に減少することに
なる。このように検出器をグループ分けすることによっ
ていかに同時計数回路の数が減少できるかがわかる。

、また、第４図は、検出器リングの直径、検出器枠寸法
および被検体の直径が与えられた場合に、要求されるグ
ループ分けの諸条件な示している。

図において、１４は複数の検出器で成るリングの外径、
４は同時計数対、１は被検体、Ｆは被検体のメース 外径、Ｄは検出器リングの直径、弧ａｂはグループ分け
によって１グループに含まれる検出器群が占める領域、
点ａ、ｂはそのグループ内に含まれる検出器群のうち両
端にある検出器の各位置、角度θは点ａにある検出器が
被検体１を見込むのにρ 必要な開口角、弧ａｈは上記開口角θを得るのに必要と
なる対向検出器群が占める領域、点ｅ、ｈは上記対向検
出器群のうち最とも外側にある検出器の各位置、弧ｄｇ
は同様に点すにある検出器に要求される対向検出器群が
占める領域、点ｄ、ｇにグループ分はケ行った場合、弧
ｎに属する検出器のグループが被検体１を見込むために
は対向検出器のグループは弧ｎに等しいか、あるいはそ
れより大きい領域を占めていなければならない。

さらに、図かられかるように、点ａにある検出器○ とそれに対向する弧ｄｅ内に含まれる検出器群とによっ
てつくられる同時計数対（線分菖に対応する同時計数対
を除く）は、被検体の外側にあり、これらはいわば無駄
な同時計数対である。同様に、点すにある検出器にとっ
ては弧ｇｈ内の同時計数対が無駄分に相当する。このよ
うな無駄な同時計数対は検出器リング１４上の各検パ出
器から被検体を見込む場合にかならず、できることは自
明であろう。

いま、検出器のグルーグ数ＹＭ、グルーゾあたりの検出
器の数をＫ、対向する検出器のグループ数ｉＮとすると
、１個の検出器が被検体Ｆを見込む場合に得られる同時
計数対の数は次式で与えられる。

（１）式において、第１項は得られる同時計数対の全一
孔 ′数を、第２項は上記のグループ分げによりできる無駄
分に相当する同時計数対の数を表わしている。

各′検出器から被検体３を見込むための開口角θは次式
で与えられる。

また、検出器リングの直径りおよび上記グループ分けに
よって開口角θが決められた場合、見込みうる被検体の
直径Ｆは、次式で与えられる。

従来、被検体を見込む同時計数対の対称性の見地がら、
グループ数Ｍが奇数の場合、対向グループ数Ｎは偶数、
反対にＭが偶数の場合、Ｎは奇数になるようにグループ
分けが行われてきている。

実際、ｌ　Ｔｈｅ　Ｄｏｎｎｅｒ　２８０−ｃｒｙｓｔ
ａｌ　Ｐｏ５ｉｔｒｏｎ　Ｒｉｎｇ　Ｊ　　装置の場合
は２８０個の検出器を１グループあたり８個の検出器か
らなる３５グループに分割し、対向グループ数７に１４
としている例がある。

いま、前述した（１）〜（３）式を用いて検出器リング
の直径Ｄ５および検出器の数を任意に選びそれぞれ、Ｄ
　＝　８５０　ｙｎｙｒφ　、１６０個とした場合の最
適なグループ分けを検討すると表１のようになる。

表１において、＊印は参考のため「Ｔｈｅ　Ｄｏｎｎｅ
ｒ１’２８０−ｃｒｙｓｔａｌ　Ｐｏ５ｉｔｒｏｎ　Ｒ
ｉｎｇ　Ｊ装置の場合？示している。

表　　　１ ここで選ばれた各数値は前述した全身用のポジトロンＣ
Ｔ装置のそれらと比較してかけ離れたものではなく、実
際的な数値であることは言うまでもない。表１において
、記されている視野開口角θおよび視野Ｆは、１個の検
出器が被検体を見込むのに必要な開口角θ、そして検出
器リング直径Ｄ、および開口角θが決められた場合に見
込みうる被検体の直径Ｆをそれぞれ言い換えたものであ
る。対向グループ数Ｎは与えられたグループ数Ｍに対し
て、視野Ｆが４００〜４５０顛程度になるように選ばれ
ている。この数値は人体の横断イメージゼつくるのに妥
当な値である。表１かられかるように、グループ数Ｍ＝
１０のとき、視野開口角θが最大になり、それにともな
って視野Ｆおよび同時計数対の数も増大する。いま、視
野が４００〜４５０闘程度で十分であるとするならば、
グループ数Ｍ傘１０の場合の視野Ｆは５００朋、Ｍ＝加
、４０の場合はそれぞれ３８６　Ｈｚ　、　４４４　ｍ
ｒｘであり、Ｍ＝４０のときが最適な値になる。−万、
必要な同時計数回路の数はグループ数Ｍに対応し、グル
ープ数が少なくなるほど少なくてすみ前述したように実
装上、非常に有利となる。表１の例では回路の実装面か
らみてグループ数が１０の場合に最とも有利となるが、
Ｆが大きい分だけムダな同時計数対を検出することにな
る。また、グループ数を少なくするにしたがって対向グ
ループ数をわずかに１あるいは２グループ増減するだけ
で視野開口角、視野および同時計数対の数が大きく変わ
る。このことはとくに与えられた検出器配列の諸条件か
ら任意に視野を示したものである。

表　　　２ （検出器リングの直径−８５０ｍ１ｃφとする。）表２
かられかるように、従来性なわれているようなグループ
分けでは前述したように視野などのことは高計数率のも
とで行われる動態機能検査にとって、不利になるのは言
うまでもない。

本発明の目的は、上記の従来技術の欠点をなくした検出
器群のグループ分けに基づく同時計数回路を提供するこ
とにある。

本発明はリング状に配列された前記検出器群のグループ
分けに関するもので、前記のグループ分げに基づくグル
ープとちょうどＡグループずつずらしてつくったあらた
なグループとの２種類のグループを設け、異なった種類
のグループ間で同時計数対を検出することによって上記
目的を達成しんものである。以下、本発明を具体的な実
施例によって説明する。

本発明の詳細な説明する前に表３によって本発明に基づ
く同時計数回路の原理を説明する。

表３は一例としてグループ数Ｍ＝１０、対向グループ数
Ｎ＝４．４．５および５としたとき得られる視野開口角
、視野および同時計数対の数をそれぞれ示している。

表　　　３ （検出器り／グの直径＝　８５０　ｍｙｎφとする。）
表３かられかるように、回路の実装面から見てグループ
数が最少になるように固定されていても対向グループ数
を任意に選ぶことによって、グループ数を多くとった場
合と同じ効果を得ることができる。たとえば、表３に示
す対向グループ数Ｎ＝４．５の場合と、表１に示すグル
ープ数Ｍ＝４０、対向グループ数Ｎ＝１５のそれらを比
較すると、各値が一致しているのがわかる。したがって
、グルここではＮ＝４の場合について本発明による実施
例を説明する。

第５図は本発明によるグループ分けの方法を説明するた
めの図であって、同図ではリング状に配列された検出器
群（１グループあたりの検出器数は偶数個であり、この
例では４個である。）は１０グループに分割されている
。図において、１は被検体、１４は検出器リング、１５
　、１５’は検出器グループ、検出器グループ１５　、
１５’の内の数字１〜１０　、１’〜１０′は検出器グ
ループ番号、４１　、４１’　、　４２　、４２’はリ
ングと被検体１の中心、ｌ、ｊは検出器グループ番号１
内の検出器群のうち両端にある検出器の位置、ｋ、ｔは
検出器グループ番号８および４内の検出器群のうち最と
も検出器グループ１に近い所にある検出器の位置、ｑお
よびｐは検出器グルーｆ７′および４′のうち最とも検
出器グループ１に近いところにある検出器の位置をそれ
ぞれ示している。

るグループ番号４〜８とによってつくられる同時計数対
がそれらに対応する。このとき得られる扇状の同時計数
対は同時計数対４１　、４１’のそれぞれまで広がるこ
とがわかる。

本実施例によるグループ分けの方法は、単に複数グルー
プに分けるだけではなく、対向グループの数を偶数個に
することであって、これを実現するために図に示すよう
に互いに凭グループずつずれた２種類のグループをつく
り、種類の異なったグループ間で同時計数を検出するこ
とにすれば対向グループの数を偶数に設定することが許
される。

１ すなわち、検出器グループ番号１に対向する検出器グル
ープとしてはあらたにつくった検出器グループ番号４′
〜７′ソとればよい。図からｉ、ｊ、ｋ。

ｔのつくる扇形とくらべてｌ、ｊ、ｑ、ｐのつくる扇形
の方が視野開口角が小さくなり、むだな同時計数対を検
出しなくて済むことは明らかである。

かくのごとく上記の方法により従来のグループ分けの形
式を損わないで、かつ対向グループ数を任意に奇数ある
いは偶数に選べるため従来技術に伴うむだな同時計数対
の検出による回路の死時間の短縮化が達成される。

図において、グループ番号１にある検出器群をＡグルー
プ、グループ番号４′〜７′にある検出器群をＢグルー
プと以下、呼ぶことにする。前述したように各検出器群
はＡグループにもなり、さらにＢグループにもなること
は明らかである。但し、Ａグループになりうるのはグル
ープ番号１〜１０であり、Ｂグループになりうるのはグ
ループ番号１′〜１０′であることに留意されたい。

第６および７図は本発明によるグループ分けの具体的な
実施例を示したものである。なお、ここでは回路の原理
はすでに第３図において言及されているので省略する。

第６図において、２は検出器、３　、３’は４個の検出
器を１グループとしたＡ。

Ｂグループの検出器群、１０は検出器２に対応して設け
たタイムピックオフ回路、ｌ１ｍ　、ｌｌｂはＡグルー
プおよびＢグループの検出器群の出力のＯＲなとるＯＲ
回路、１６ａ、１６ｂはＯＲ回路１１ｍおよびｌｌｂの
ＯＲ出力をそれぞれ示している。図かられかるようにグ
ループＡ、Ｂはちょうど凭グループずつ第７図は第６図
に示されているＡ、Ｂ両グループのＯＲ出力１６ｍ、１
６ｂによるグループ間の同時針□数対を検出する一例を
示している。図において、２は検出器、３．３′は４個
の検出器ｔ１グループとしたＡおよびＢグループの検出
器群、１０は検出器２に対応して設けたタイムピックオ
フ回路４１１　ａ　Ｔ１１ｂはＡグループおよびＢグル
ープの検出器群の出力のＯＲをとるＯＲ回路、ｌｌｃは
各ＯＲ回路１１ｂの出力のＯＲをとるＯＲ回路、１２は
ＯＲ回路１１ａおよび１１ＣのＯＲ出力のノ母ルスの幅
を一定にする波形整形回路、１３は波形整形回路１２の
出力のＡＮＤをとるＡＮＤ回路、２１はＡＮＤ回路１３
の出力のノ４ルス宜上、Ａ、Ｂグループが分離して別々
に記載されている。すなわち任意に選んだ１個のＡグル
ープに対向して偶数個のＢグループなとり、それらのグ
ループ間における同時計数対の検出を行えばよいＯ 上記実施例ではグループあたりの検出器の数を４個とし
ているがその他の任意に選んだ数であっても偶数個であ
れば何ら問題はなく同様な方法でもって拡張できるのは
明らかである。また、本回路手段は検出器の等間隔配列
および不均等間隔配列の場合においても有効であること
は明らかである。

上記実施例で示すグループ分けの方法は、検出メージを
つくる機能を有すポジトロンＣＴ装置に対しても適用で
きることは言うまでもない。

上述の実施例からも明らかなように本発明によれば、複
数個の検出器のグループ分けによる利点を損うことなく
、対向グループ数を偶数あるいは奇数個と任意に選ぶこ
とができる故、同時計数回路の数を増やすことなくより
最適なグループ分けができ、かつ、むだな同時計数対を
検出しなくて済み、さらには同時計数回路における信号
の数え落としを減らすことができる等の利点並びに効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は消滅放射線の同時計数検出の原理とポジトロン
ＣＴ装置の概略構成図、第２図は公知のポジトロンＣＴ
装置におけるガンマ線検出器の配列な示す図、第３図は
グループ分けした検出器によって同時計数を行なうこと
を説明するブロック図、第４図は検出器をグループ分け
した場合、与えられた検出器リングの直径、検出器の寸
法および被検体の直径に対して要求されるグループ分け
の諸条件を示す図、第５図は本発明による検出器のグル
ープ分は方法を説明するための図、第６図は第５図の原
理に基ずく検出器のグループ分けの具体的な回路構成図
、第７図は第６図に示されて１゜ １・・・被検体、２　、２’　、　２〃・・・検出器、
３，３′・・・検出器群、４・・・消滅放射線、５・・
・同時計数回路、１０・・・タイムピックオフ回路、ｌ
ｌａ、ｌｌｂ・・・ＯＲ回路、１２・・・波形整形回路
、１３・・・椰回路、１４・・・検出器リング、１５　
、１５’・・・検出器グループ。 第１図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検体なはさんで互いに対向して配置された複数個の放
   射線検出器を複数個のグループに分割し、そのうちの１
   個のグループの出力信号と、それに対向する複数個のグ
   ループの出力の論理和をとった出力信号との同時計数な
   検出するポジトロンＣＴ装置における同時計数回路にお
   いて、前記グループとは棒グループずつずらした同数個
   のグループなつくり、前［！ｅ　１個のグループの出力
   信号と対向する新たにつくった複数個のグループの出力
   信号の論理和をとつ定出力信号との同時計数を検出する
   ように構成したことｆ！：４！徴とするポジトロンＣＴ
   装置における同時計数回路。