JP3418402B2 - 改良された結像方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は、ベータ粒子といった放射線を放出する放
射性同位体で標識づけられた物質を検出するための方法
および装置に関する。

この発明は、放射性同位体診断および分析の分野にお
ける応用に関し、標識イムノアッセイ、組織部、微生物
学標本、細胞標本、細胞単層、レポータ遺伝子、DNA、
および／またはタンパク質ゲル、およびブロットについ
ての測定および分析を行なうためのものである。

この発明はサンプルの診断分析への特定的な応用に関
し、放射性同位体の濃度は視野において１つの領域から
別の領域へと大きく変化し、および／または２つ以上の
異なる放射性同位体が用いられてサンプルにおける異な
る物質を標識づけ、いくつかのまたはすべての異なる放
射性同位体が視野の中に存在し得る。このタイプの分化
的な標識づけにおいては、異なる放射性同位体が選択さ
れ、大きく異なる放射性エネルギを有して識別を可能と
し、結果としてサンプル内にダイナミックレンジの大き
なエネルギレベルが表われる。

定義 この明細書中で用いられる蛍光体という用語は、アル
ファもしくはベータ粒子によりまたはガンマ放射により
衝撃されるとこの入射エネルギに応答して可視範囲の電
磁スペクトルで電磁エネルギのフォトンを放射する、硫
化亜鉛カドミウム：銀といった従来認識されている蛍光
体に制限されることを意図するものではなく、入射エネ
ルギにより誘導されるとCCDカメラ上のチャージパター
ンを直接的または間接的に変化させることができ、入射
誘導エネルギと同じタイプ（または異なるタイプ）であ
り得れエネルギを放出するいかなる物質をもまた含むこ
とが意図され、アクティベータまたは波長シフト装置を
伴いまたは伴わずに、希土キレートまたはその他のシン
チレーション物質でドープされたポリマ媒体を含む。

発明の背景 たとえば医療診断、研究、および薬理学的アッセイに
おいて、２つの例として、（ａ）組織および／または細
胞により取込まれる薬物の量、（ｂ）抗原部位およびレ
セプタ結合部位の検出が、薬物または抗原をトリチウム
または炭素14、または硫黄35またはリン32といった放射
性同位体で標識づけ、上記のまたはその他の検定からの
生体またはサンプルを標識づけられた薬物（または標識
づけられた抗原または抗体またはその他の生物学的マー
カ）に露出させ、取込期間の後、サンプル内に存在する
何らかの同位体から放出されたベータ粒子、ガンマ線ま
たはその他の放射線を求めてサンプルを検査することに
より、決定できる、歴史的には、写真乾板をサンプルに
接触するように露出させ、現像すると、放射線が放出さ
れなかった領域に対応する視覚的に異なる領域により取
囲まれる、放出された何らかの放射線に対応する視覚的
に明瞭な領域を含むようにすることにより達成された。
通常は小さなサンプルに対する代替のアプローチは、蛍
光体の膜を、感度の増大および／または直接的な電子に
よる検出を容易にする手段として、サンプルとその乾板
との間に導入することである。典型的には、露出および
現像の後、放射線（たとえばベータ粒子放出）に対応す
る単色の写真乾板における黒い領域と、明るい領域とは
逆である。しかしながら、採用される写真乳剤および現
像プロセス次第で、コントラストは逆になり得る。

不運にも、このような技術における標識づけに適切と
される、典型的なサンプルに存在する放射性同位体は少
量であり、そのような同位体からの（ベータ粒子放出と
いった）放射の速度では、何日もまたは何週間もの写真
の露出時間が必要であり、これは写真乳剤のダイナミッ
クレンジが優秀でないこととも合わさり、代替技術の研
究に繋がった。

先行技術 （シャロン（Charon）らによる）WO92/03836ではとり
わけ、ベータ粒子の衝突に応答してフォトンを放射する
１次蛍光体に、放射性同位体で標識づけられた物質を露
出させるシステムについて述べている。１次蛍光体は、
イメージ増倍管の光電陰極に結像され、その光出力は光
をカメラにおけるCCDアレイに与える。イメージ増倍管
の最終発光蛍光体上の導電膜により集められた電荷は、
調査される電気信号に変換され、そこからトリガ信号が
電気信号のしきい値処理をすることにより得られる。

しきい値は、もしベータ粒子が１次蛍光体上に衝突し
なければ、電気信号がしきい値を満たさないようなレベ
ルに設定される。

もしベータ粒子が１次蛍光体に衝突すれば、導電膜上
に結果として生じる電荷はしきい値を満たす電気信号を
発生し、トリガ信号が生成される。

この信号は、CCDアレイ上のチャージパターンをクリ
アし、すぐ後に続くCCDの電荷蓄積期間および読出サイ
クルを生じさせるために用いられる。

イメージ増倍管の最終発光蛍光体として十分な長崩壊
蛍光体を用いることにより、CCDアレイは、発生を同じ
くする事象から生じる蛍光体からのフォトンになおも十
分な時間晒されて、続く読出サイクルの間に有効信号が
CCDから得られることが可能になることが要求される。

このシステムの開発により、（滅多に発生しない）ベ
ータ粒子放出事象の検出が可能になった。このシステム
は事象間の静止期間の間、イメージ増倍管出力に晒され
るCCD上の雑音蓄積の問題を克服する。しかしながら、
このシステムの成功は、CCDアレイのクリアに必要な時
間に対して崩壊時間の長い蛍光体のイメージ増倍管にお
ける使用にかかっている。これは、もしベータ放出事象
が用いられてトリガ信号を生成しCCDをクリアするなら
ば必要である、というのもCCDはこの後事象を発生させ
る信号の崩壊する部分しか見ず、続く読出しに対してCC
D上にチャージパターンを生成するのに用いられるのは
この信号であるからである。

その性質上このプロセスは有用な情報を廃棄し、トリ
ガ信号間の最小時間、またしたがって別々に識別される
ことができる事象間の最小時間を最終的に決定する、比
較的長い蛍光体の崩壊時間およびCCD読出時間が必要で
ある。Y.シャロンらにより、「核による機器および方法
（Nuclear Instruments and Methods）」、『物理学研
究（Physics Reserach）』A292（1990）、頁179−186、
およびA310（1991）、頁379−384、北オランダエルスバ
イア サイエンス出版社（North−Holland Elsevier Sc
ience Publishers）BV、において報告されているよう
に、事象間のこの最小時間は現在、0.1ないし１秒のオ
ーダである。したがってその性質上、シャロンらのシス
テムは現在、１秒当り10よりも小さな事象の頻度に制限
される。

「核による機器および方法」A273（1988）、頁748−7
53にまた述べられるように、シャロンらによるシステム
はピクセルごとではなく、全体のフレームを考慮に入
れ、フレームにおける何らかの高密度の領域からのデー
タを考慮する。同じフレームの間に２つの事象が発生し
ないようにするため、事象間には１秒の期間が必要であ
る。しかしながら、この期間が短縮されれば、不正確な
結果が得られる可能性が大きい。

「リサーチレポート（Research Reports）」17巻、N
o.2（1994）におけるY.シャロンらによる、ベータイメ
ージャ（Imager）を検討すると、343頁のコラム３の第
１行ないし13行にこの技術の制限が示されている。トリ
ガプロセスに関連する無駄時間は、処理できる事象の数
を事象速度への無駄時間の補正における６％のエラーに
対し51dpm/mm²に制限する。

この発明の目的は、これらの欠格の影響を受けない方
法および装置を提供することである。

この発明のさらなる目的は、サンプルにおける複数の
異なるポイントから高事象速度で発生する放射性同位体
の壊変の検出および２次元におけるマッピングが可能で
あり、数、および／または放出の頻度および／または関
連するエネルギレベルに関して量を定めることが可能と
なる、改良された方法および装置を提供することであ
る。

この発明のさらなる目的は、高事象速度の場合と同様
のサンプルにおいて低事象速度で発生する放射性同位体
壊変の点の検出およびマッピングを行なうことのできる
上記のような方法および装置を提供することである。

発明の説明 この発明の１つの局面に従えば、サンプルにおける放
射性物質の存在および位置を検出する方法は、サンプル
を蛍光体に露出させるステップと、蛍光体をイメージ増
倍CCDカメラ上に繰返し結像させるステップと、各露出
に続いてカメラのCCDアレイをスキャンしその上のチャ
ージパターンの調査をするステップと、得られたデータ
信号についての測定を行ない、イメージ増倍管により領
域に放出された光により生じたアレイの近接する領域か
らのデータの値のクラスタを識別するステップと、この
測定をしきい値とパラメータ値と比較して、その他の光
発生事象から、蛍光体にエネルギを与える放射性同位体
崩壊の結果として放出された光から生じたクラスタを区
別し、データの値のクラスタを生成した各放射能崩壊の
セントロイドをカメラアレイに関連して計算するステッ
プと、セントロイド座標を、同じ調査の間に識別された
クラスタを生成する何らかのその他の放射能崩壊のセン
トロイド座標とともにメモリ内に記憶するステップとを
含む。

この方法は、累算記憶装置に、同じサンプルの連続す
る調査の各々からの座標を記憶するステップを含んでも
よく、これは読出されて記録された事象のリストを与
え、および／またはサンプルの輪郭上に重ね合わせられ
得る事象のディスプレイを生成するのに用いられること
ができる。

この発明のさらなる局面に従えば、サンプルのある領
域における放射能で標識づけられた物質の存在および位
置を検出する方法は、以下の１−６のステップを含む。

1.蛍光体のある領域にサンプルのある領域を露出させ、
放射能崩壊事象がフォトン放射事象を生成するようにす
るステップ。

2.蛍光体をイメージ増倍管手段の光電陰極に結像させ、
その出力がCCDカメラに対する光入力を与えるようにす
るステップ。

3.カメラのCCDアレイを繰返しスキャンし、各スキャン
がアレイ上のチャージパターンの調査に対応し、露出期
間がそれに先行し、その後にリセットステップが続き、
次に続く露出期間の開始となるようにするステップ。

4.各調査の間に、アレイ上のチャージパターンを示す値
を有するデータ信号を発生するステップ。

5.データ信号についての測定を行ない、イメージ増倍管
からのフォトン放射がその上に衝突したことを示すアレ
イの近接する領域からのデータの値のクラスタを識別す
るステップ。

6.そのようなデータの値の識別されたクラスタの各々の
中心位置を識別し、その中心座標を同じ調査の間に発生
する識別されたその他の何らかのクラスタの中心座標と
ともにメモリ内に記憶するステップ。

好ましくは、各調査に対して発生したデータ信号の値
は、記憶され、続いて同じ測定を行なうために計算およ
びデータ処理手段により読出される。

好ましくは、同じサンプルの調査の連続の各々からの
座標は、累算記憶装置内に記憶される。

この発明はまた、記憶された座標を読出し、そのリス
トを生成するさらなるステップを含む。

この方法はまた、視覚ディスプレイシステムを動作し
てそこにCCDアレイのスキャンされた領域を再発生し、
ディスプレイシステムの光発生素子を変調して記憶され
た座標により規定される位置においてディスプレイに視
覚的に区別できる特徴を生成するさらなるステップを含
む。

サンプルの選択 好ましくは、厚みが10ミクロンまたはそれよりも小さ
なオーダの非常に薄いサンプルが採用され、最適空間解
像度を達成する。

蛍光体の選択および位置 一般的に、蛍光体は、もし光の散乱がイメージの品質
および解像度を損なわないならば、イメージ増倍管の光
電陰極に近接して結合されることが必要な薄膜上で支持
される。

物理的な分離が要求される場合、これは、蛍光体と光
電陰極との間のウィンドウとして薄い光ファイバ板を用
いて好ましくは達成される。

その代わりとして、もし蛍光体が各データ壊変から十
分な光を発生するならば、レンズが用いられて光の放出
をイメージ増倍管の光電陰極に集中させてもよい。

同様に、サンプルは通常蛍光体と接触してイメージの
品質および解像度を保つことが必要であり、通常生物学
的標本において用いられる放射性同位体のベータ粒子壊
変のエネルギレベルは非常に低い可能性があるので、蛍
光体にエネルギを与えるにはあまり十分ではない。

用いられ得る蛍光体の例としては、P20（硫化亜鉛カ
ドミウム：銀）またはP47（ケイ酸イットリウム：セリ
ウム）がある。

イメージ増倍管 いわゆる第１世代のイメージ増倍管が好ましい。

イメージ増倍管の光電陰極として低雑音の材料が選択
されれば、雑音を大きく減少させることができる。

好ましくは、低雑音のビーアルカリ（二アルカリ）材
料の光電陰極を有する第１世代のイメージ増倍管が選択
される。

CCDカメラ動作 好ましくは、CCDカメラはいわゆる「反転モード」で
動作し、そのため、室温においての、CCDアレイの熱雑
音における無秩序からの背景への寄与（いわゆる「ショ
ット雑音」）は、減少させることができる。

無駄時間を短縮するために、CCDアレイのチャージパ
ターンの各調査およびCCDアレイの関連するリセットの
長さは、好ましくはできるだけ短く、通常は先行する露
出期間の長さよりもはるかに短いであろう。

この発明の好ましい特徴に従えば、カメラアレイの光
についての感度の高い領域をともに形成する複数のサブ
領域を規定するように、CCDアレイのアドレス指定が編
成される。露出期間の間の各サブ領域へのフォトンエネ
ルギ入射の量は、続く調査の間にサブ領域上で発見され
ることになる電荷を決定し、そのため各サブ領域上のフ
ォトンエネルギ入射を示す電気信号は、各サブ領域に対
する電気情報信号として獲得され、記憶されることがで
きる。

CCDカメラ信号のディスプレイ ディスプレイの目的のため、スキャンディスプレイシ
ステムの光を発生する素子が、CCDアレイの調査により
入手可能な前記電気情報信号により変調されてもよく、
そうして先行する露出期間の間のCCDアレイの対応する
サブ領域におけるフォトンの活動のレベル次第で、ディ
スプレイの１つの部分と別の部分との間に視覚的な差異
を生成する。

この事象においてディスプレイはサンプルからの現在
の放射活動を示す。

もしその代わりとして、先に言及した座標累積記憶装
置を繰返し読出すことにより得られる信号によりディス
プレイシステムが変調されれば、サンプルにおいて放射
活動が検出された位置の絶え間なく更新された像を表わ
すだろう。

しきい値が情報信号に与えられて、最も単純な場合に
は変調は２つの状態であり、したがってたとえばＫとい
う値よりも大きなフォトンエネルギを受取ったサブ領域
は１色でディスプレイされ、その他すべての領域は対比
色でディスプレイされてもよい。前記１色でディスプレ
イされた領域は、より高いレベルの放射活動がサンプル
における対応する領域から発生したことを示す、という
のもCCDへの光入射の量は、第１に蛍光体にエネルギを
与える放射性崩壊のエネルギに結びついているからであ
る。

CCD出力信号の処理 サブ領域に関連する情報信号が採用されて、事象が発
生した座標のリストを生成してもよい。

各調査に対するそのような事象の座標のすべてを記憶
することにより、リストはある期間の放射活動に関連す
る事象の累積を含み、CCDアレイの各調査から絶え間な
く更新されるだろう。

１つの調査または連続調査からの情報信号を解析する
ことにより、放射性物質を含むサンプルのそれら領域の
大きさ、形状および位置が明らかになるであろう。

システム感度 結像システム（またしたがって信号処理およびイメー
ジ解析システム全体）の感度は、光ファイバ結合板とい
う手段を用いて、サンプル−蛍光体の組合せをイメージ
増倍管の光電陰極に光学的に結合させることにより高め
ることができ、この光ファイバ結合板は有利にも、断面
において、サンプル−蛍光体の組合せの領域に相応する
サンプル−蛍光体の組合せに結合された面から、イメー
ジ増倍管の入力ウィンドウの領域に相応するイメージ増
倍管に結合する面へと変化することができる。

もしサンプル−蛍光体の領域がイメージ増倍管の入力
ウィンドウの領域よりも大きく、適切な光ファイバ板が
選択されれば、縮小が達成され、サンプルのより大きな
領域（または同時に多くの異なるサンプル）が、ひとつ
のイメージ増倍管より見ることができる。

もしサンプルとイメージ増倍管との間で増大する領域
を有する光ファイバ板が選択されれば、（イメージ増倍
管の領域はなおもイメージ増倍管の入力に相応する）イ
メージ増倍管は効果的にサンプルの拡大されたイメージ
を検証し、拡大率は２つの領域の比率により決定され
る。

テーパリング（収束または発散）光ファイバ板を用い
ることにより、レンズシステムを用いた場合と同程度の
拡大または縮小が達成可能であるが、光の損失ははるか
に小さいであろう。光のレベルが低い場合、これは非常
に重要である。

蛍光体支持 この発明のさらなる特徴に従えば、蛍光体物質はサン
プルに結合する光ファイバ板の表面上に直接コーティン
グされ、したがって蛍光体に対する別個の支持媒体の必
要を排除することができる。

このことは先行技術に対して非常に有利である、とい
うのも先行技術においては蛍光体は通常、蛍光体の発生
する光の広がりおよび解像度の損失を最小限にするため
に非常に薄くなければならない（５〜10ミクロンのオー
ダ）マイラ（Mylar）シート（登録商標）の上に支持さ
れるからである。このような薄い膜は壊れやすいだけで
なく、皺ができたり巻いたりすることがあり、ベータ粒
子壊変事象といった放射線放出のロケーションおよび定
量化に、この発明において可能なレベルと同じレベルの
正確性を持たせるのに十分なほど通常は均一的ではな
い。

典型的にはガラスからなる光ファイバ板上で蛍光体を
支持することにより、この発明では、典型的にはわずか
10ミクロンの不確定性を伴い、ベータ壊変事象の位置を
CCD上のチャージパターンより計算することができる。

光ファイバ結合板は、拡大しても、縮小しても、また
は１対１であってもよく、ウィンドウに加えて、または
拡大／縮小光ファイバ結合板上（必要であれば）または
カメラそのものの光ファイバ入力ウィンドウに接触させ
て設置することができる第２の光ファイバ板としての、
入力ウィンドウを含んでもよい。

蛍光体コーティング（前述のとおり）を有する別個
の、さらなる光ファイバ板は、厚みにおいてわずか1mm
であってもよく、したがってコストを削減し、蛍光体物
質の選択、およびサンプル提示に対する万能性、ならび
にカメラ光学全体とは関連しない使捨て可能なデバイス
の可能性を提供する。

この発明のさらに好ましい特徴に従えば、蛍光体の層
は、蒸着により直接光ファイバ結合板に与えられること
ができる。このプロセスにより、厚みが均一的な非常に
薄い（たとえば厚み１ミクロン）の層が、板の表面の上
に与えられることが可能である。

光ファイバ板の上に直接設けられたこのように非常に
薄く、非常に均一的な蛍光体層は、マイラ（Mylar）
（登録商標）膜または類似するデバイスにより支持され
る蛍光体層についての結像品質に対し利点を有する。ベ
ータ粒子壊変またはその他の放射線発生ソースのエネル
ギ堆積は、光ファイバにより近接するより薄い層に集中
するため空間解像度は改善され、蛍光体の正確なタイプ
および厚みは、各同位体に関連するベータ粒子またはそ
の他の放射エネルギの範囲に最適化されることができ
る。たとえば、トリチウムに対する層は、炭素14に対す
る層よりも薄いであろう。

この発明はさらに、板の表面上に密度は高いが非常に
薄い蛍光体の層を蒸着させた使捨て可能な光ファイバ結
合板を意図する。

望ましくない事象、雑音などに関連するデータの排除 低濃度の標識づけられた物質、および放射速度が小さ
く（たとえばベータ壊変速度が小さい）低エネルギであ
る放射性同位体物質を扱うときには、たとえば、イメー
ジ増倍管の光電陰極での熱により誘起された雑音電子放
出に起因する信号から、蛍光体からのフォトンの活動を
開始した放射性崩壊により引き起こされた事象に起因す
る信号を区別することは困難となる可能性がある。

イメージ増倍管内における熱により誘起された雑音電
子放出の特性を有する信号を除去する第１のステップと
して、単独の、小さな数値の情報信号は拒否され、続く
処理および解析のために、近接するサブ領域からの信号
のグループのみが保持される。

そのようなグループを規定するための好ましい方策
は、調査により、第１のしきい値T1を超えるフォトン活
動信号の値を有する単一のサブ領域を識別し、もし識別
されたサブ領域の近接するサブ領域が第２の、より小さ
なしきい値T2を超えるフォトン活動信号を有すれば、グ
ループを形成することである。

異なるソース−蛍光体の組合せに対し、異なるしきい
値レベルを採用することが必要であり、典型的な例はト
リチウム−P20、炭素14−P20、および炭素14−P47であ
る。

識別されたグループに対してサイズ基準を与え、予め
定められた数のサブ領域よりも少ないグループを拒否す
ることにより、雑音信号の排除が行なわれてもよい。こ
れは一般的に、雑音と顕著に関連する単一の光電子を特
徴するすべてのグループを拒否するものであろう。

ベータ粒子壊変事象としての事象の選択は、各調査か
ら識別された近接するサブ領域の各グループからの信号
の値を調べ、もしグループに対するフォトン活動信号の
総和が要求される光電子の数に等しいしきい値よりも大
きければ、そのグループに対応する座標信号を受入れる
ことにより、行なわれる。

各トリチウム放射性崩壊に対し、平均として、〜５−
10の光電子のみが光電陰極で発生する可能性があるた
め、トリチウムに対しては非常に低いしきい値が必要で
ある。典型的にトリチウムに対するしきい値は、崩壊に
対応するCCDのサブ領域のグループにつき、光電陰極で
の３または４の光電子の等価物に設定されねばならな
い。

クラスタ中心、すなわちサンプルにおける放射性粒子の
位置の決定 ベータ事象として、分類に対する可能な候補としてグ
ループまたはクラスタを識別した後、発生したと思われ
る放射からのサブ領域を包囲する領域内の点の位置座標
が、壊変しつつある粒子が発生するサンプル内の点の位
置の最良の推定として識別されねばならない。

グループにより規定される領域のセントロイドは、最
良の推定として用いられ得る。セントロイド位置座標は
いかなる所望される正確度のレベルまでも計算でき、典
型的には浮動小数点座標が用いられ、解像度はサブ領域
の解像度に制限されることはない。

イオン事象 一般的に、イメージ増倍管において発生するイオン事
象は通常、ベータ粒子壊変事象からの放射による信号に
匹敵する大きさの信号に至り、可能ならばこれらのイオ
ン事象信号は識別され、ゲートアウトされねばならな
い。この発明に従えば、これは、適切なしきい値処理ア
ルゴリズムを、各調査および実時間での識別の間に発見
される識別されたサブ領域の各グループからの信号に適
用することにより、達成される。

事象に関連するグループのCCDサブ領域上の電荷合計
に注目し、グループのサイズ（たとえばグループ内のサ
ブ領域の数）に注目することにより、識別は達成可能で
ある。両方の情報を用いることにより、発生の事象の性
質の決定が可能である。したがって関連するグループ
を、サンプルにおける放射性崩壊から生じるものとして
識別でき、その位置座標は記憶され、および／またはデ
ィスプレイされ、またはこの場合は拒否されるイオン事
象から発生するものとして識別できる。

通常採用されるものよりも低い動作電圧をイメージ増
倍管に対して用いることは有益であると発見されてい
る、というのも第１世代のイメージ増倍管の場合におい
ては、その効果は、蛍光体からの光電陰極でのフォトン
事象に対する感度に影響することなく、増倍管における
内部イオン事象のサイズおよび数を低減することである
からである。

発明の特定的な応用 （１） 単一の同位体の標識づけ この発明の方法により、サンプルに存在する標識づけ
放射性同位体物質分布の解析を、前記分布を示す電気信
号の計算解析を行なうことにより、視覚的および電子的
に行なうことが可能になる。これは、組織および／また
は細胞による薬物の取込み、およびDNA、RNAまたはタン
パク質ハイブリッド形成を決定するために用いることが
できる。

実際、各ベータ壊変の結果としてのイメージ増倍管か
らの光は、CCDカメラアレイの２つ以上のアドレス可能
領域にわたる電荷の配置を生じさせるため、この発明に
従う方法は好ましくは、単一のベータ壊変事象に結びつ
くものとして識別されたそのようなサブ領域のグループ
からの信号をセントロイド処理し、ベータ粒子壊変が生
じた点のサンプルにおける位置を推定し、関連する電荷
分布を生じさせるステップと、その位置をベータ壊変が
発生する重要な位置として識別するステップと、サンプ
ルからのベータ放出の続くマッピングに対し、その位置
の座標を記憶するステップとを含む。

実際、同じ同位体の異なるベータ壊変のエネルギ（し
たがってCCD電荷）は同一ではないが、それらは特定の
分布に従う、特定的な範囲内のものである。つまり、所
与の同位体から発生するCCDアレイ上の電荷は、その同
位体に特徴的である測定されたエネルギの分布を発生
し、各調査の間にチャージパターンを読出すことにより
得られるフォトン活動に関連する信号の校正は、続く調
査の信号が同位体エネルギ分布のルックアップテーブル
と比較され、もし存在するならば同位体の未知の量を決
定することを可能にする。

（２） 複数の同位体の標識づけ もしサンプル内の異なる標識づけをされた２つ以上の
物質の存在および位置の決定が要求されれば、異なる同
位体が用いられて異なる物質の識別を可能とせねばなら
ず、サンプル内の２つ以上の異なる放射性同位体の存在
は、上記のようにクラスタを識別し、各クラスタととも
に、中心座標のみでなく、クラスタを形成するサブ領域
から総和をとられたフォトン活動関連信号を異なる放射
性同位体に対する値のルックアップテーブルと比較する
ことにより得られる同位体についての表示を記憶するこ
とにより、検査できる。サンプル内の２つ以上の異なる
同位体の分布はもちろん、もし１つの同位体の実際の放
射能崩壊エネルギの範囲がその他の放射性崩壊エネルギ
の範囲と十分に異なっている場合のみ、解析することが
できる。

したがってこの発明はまた、適切に異なる粒子壊変エ
ネルギ分布を有する同位体を選択し、複数の標識づけ解
析を可能とするステップを含む。

この明細書中における放射性同位体への言及は、同位
体、同位体の混合物またはその他のいかなる放射性物質
をも含むことが意図される。

この発明はまた、器官組織内の薬物の分布といった、
ベース物質における第１の物資の分布を決定する方法を
意図し、以下の１−９のステップを含む。

（１） 第１の物質を放射性物質で標識づけるステッ
プ。

（２） ベースによる第１の物質の取込みが予期される
態様で、ベース物質を第１の物質（薄いスライスの形状
であってもよい）に露出させ、もし薄いスライスの形状
でなければ前記露出の後前記ベース物質から薄いスライ
スを取除くステップ。

（３） 露出されたベース物質の薄いスライスを蛍光体
層およびイメージ増倍管の光電陰極入力ウィンドウと結
合させるステップ。

（４） 光電陰極の出力をCCDアレイ上に結像させるス
テップ。

（５） 露出期間の各連続の最初にCCDアレイ上に均一
的なチャージパターンを確立し、露出期間の各連続の最
後にアレイは調査され、その上にチャージパターンが均
一的なチャージパターンを復元する前に読出されるステ
ップ。

（６） 読出されたチャージパターンをアレイの電荷に
おける変動を示す電気信号に変換するステップ。

（７） 電気信号の位置をアレイに関連づけ、イメージ
増倍管からのフォトン活動の場所の存在および位置（し
たがってサンプル領域における放射性崩壊事象の位置）
が、前記電気信号から識別できるようにするステップ。

（８） 光電陰極からの背景電気的雑音に関連する電気
信号の解析から、イメージ増倍管内で発生しているイオ
ン事象およびCCDアレイ内で発生した背景雑音事象を決
定し、そのようなすべての事象に関連する信号を取除く
ステップ。

（９） 放射性崩壊が発生した点の座標として、電気信
号がCCDアレイにおけるそれらの位置に関連して残って
いる各場所のおよそ中心に存在する点の座標を記憶する
ステップ。

記憶された中心の点の座標から誘導される信号は、２
次元のディスプレイにおいて点をディスプレイするため
に視覚的ディスプレイ装置を制御するのに用いられるこ
とができる。

CCDアレイの各調査の間に決定される中心点は、累積
記憶装置内に累積され、２次元のディスプレイは通常の
ベースで記憶装置から更新され、所与のサンプルからの
放射性崩壊に起因するフォトン活動に対するすべての点
を示すようにしてもよい。

この発明はまた、前記の方法を意図し、ここにおいて
前記のベース物質はまた、異なる放射性物質で標識づけ
られた第２の物質に露出され、前記ベース物質における
２つの異なるように標識づけられた物質の存在および分
布は、以下のステップにより決定される。

（１） CCD調査から、放射性崩壊から生じるものとし
て識別される各場所を規定するフォトン活動関連信号の
大きさを測定する。

（２） フォトン活動場所の中心の座標に関連づけて、
その場所を規定するフォトン活動関連信号の測定された
大きさを記憶する。

（３） フォトン活動関連信号の少なくとも１つのパラ
メータを、異なる放射性物質に対し生じ得る値の範囲の
ルックアップテーブルと比較することにより、各場所を
分類する。

（４） 読出しのために、記憶されたその場所の中心座
標に従ってその分類を記憶する。

サンプルおよび蛍光体の装着 この発明により提示される蛍光体コーティングを施さ
れた光ファイバ板は、イメージ増倍CCDカメラの入力ウ
ィンドウに、またはサンプルと接触するように設置され
た中間光ファイバ板（おそらくはテーパリング板）に取
付けられてもよく、またはその代わりとして、イメージ
増倍CCDカメラへの続く提示に対して高度のサンプルの
スループットが得られることを可能にするために、サン
プルがその上に装着され、および／または各々がサンプ
ルを有するそのような光ファイバ板の大きなアレイの一
部を形成してもよい。

生物学的アッセイ解析 この発明は、器官の組織内での薬物の分布といったベ
ース物質における第１の物質の分布を決定する方法にお
ける特定的な応用に関する。この目的のため、この発明
は以下のステップを含む前記の方法を含む。

（１） 第１の物質を放射性物質で標識づけする。

（２） ベースによる第１の物質の取込みが予期できる
ような態様でベース物質を第１の物質に露出させる。

（３） 所与の時間の後、その期間の間にベースにより
取込まれたいかなる標識づけられた第１の物質も含むベ
ース物質の薄いスライスを前記ベース物質から取除く。

（４） ベース物質の薄いスライスを蛍光体の層と結合
させ、蛍光体の層をイメージ増倍CCDカメラ入力ウィン
ドウと結合させる。

（５） 露出期間の連続の各々の最初にCCDアレイ上に
均一的なチャージパターンを確立し、その露出期間の連
続の各々の最後にアレイが調査され、その上のチャージ
パターンは均一的なチャージパターンを復元する前に読
出される。

（６） 読出されたチャージパターンを、アレイの電荷
における変動を示す電気信号に変換する。

（７） 電気信号の位置をアレイに関連づけ、イメージ
増倍管からのフォトン活動の場所の存在および位置（し
たがってサンプル領域における放射性崩壊事象の位置）
が、前記電気信号から識別されることを可能にする。

（８） 光電陰極からの背景電気的雑音に関連する電気
信号の解析から、イメージ増倍管内で発生しているイオ
ン事象、およびCCDアレイ内で発生した背景雑音事象を
決定し、このようなすべての事象に関連する信号を排除
する。

（９） 電気信号がCCDアレイにおけるその位置に関連
して残存している各場所のおよそ中心に存在する点の座
標を、放射性崩壊が発生した点の座標として記憶する。

記憶された中心点座標より誘導される信号は、２次元
ディスプレイでその点をディスプレイするために視覚的
ディスプレイ装置を制御するように用いられてもよい。

CCDアレイの各調査の間に決定された中心点は、累算
記憶装置内で累算され、２次元ディスプレイは通常のベ
ースで記憶装置から更新され、所与のサンプルからの放
射性崩壊に起因するフォトン活動に対するすべての点を
示してもよい。

生物学的アッセイにおける異なる物質の複数の標識づけ 複数の標識づけへの応用として、この発明は、生物学
的組織が２つの異なる放射性物質で個別に標識づけられ
た第１および第２の物質（たとえば薬物）に露出させ、
組織内の異なるように標識づけられた２つの物質の存在
および分布が以下のステップにより決定される方法を提
供する。

（１） CCD調査より、放射性崩壊から発生したものと
して識別された各場所を規定するフォトン活動関連信号
の大きさを測定する。

（２） フォトン活動場所の中心の座標に関連づけて、
その場所を規定するフォトン活動関連信号の測定された
大きさを少なくとも記憶する。

（３） その大きさの値を異なる放射性物質に対する値
のルックアップテーブルと比較することにより各場所を
分類する。

（４） 読出しのために、その場所の記憶された中心座
標に関連づけてその分類を記憶する。

CCDアレイのサブ領域についての定義 CCDアレイは数多くの容量性接合を含み、ここにおい
てはフォトンエネルギが存在すれば電荷が発生する。容
量性接合におけるフォトン事象の数が多ければ、電荷の
発生も大きくなる。容量性接合は密に収められているた
め、1cm²のオーダの領域においては、その領域にわたり
均一的に分布する300,000のピクセルが存在し得る。CCD
アレイは、各接合における均一的な電荷を確実なものに
することにより初期化される。アレイは次に光に露出さ
せられ、所与の露出期間の最後に、各接合において発生
した電荷は、各接合をアドレスし、残留する電荷を読出
すことにより決定される。高速で接合をアドレスするた
めに様々な技術が開発され、信号の読出しに必要な時間
は非常に短くなり、いわゆるデュアルモードのCCDアレ
イを用いることにより、情報の読出しに関連する無駄時
間は、接合の半分をブランキングし、元の接合が初期化
され再び露出される一方で、他方の半分からの電荷を次
に読出されることができるブランキングされた接合に転
送して、大幅に短縮できる。このようにして、わずかな
無駄時間でまたは無駄時間を伴わずに、比較的高速の繰
返し速度が達成できる。

CCDにおいて色識別が要求されなければ、CCDアレイ上
への光入射は単色性であると考えられ、CCDアレイ上の
イメージの輝度内容のみが考慮される必要がある。CCD
の反転モード動作において、これは露出の間のゼロフォ
トンから接合を電荷で完全に飽和させるのに十分なフォ
トンへと変化する可能性がある。これら２つの極値は黒
と白の飽和に対応し、これら２つの極値間の電荷を測定
する能力は、CCDアレイのグレーレベル解像度能力を決
定する。典型的には黒と白との間の256までのグレーレ
ベルが測定できるが、低い光のレベルが関連し、比較的
明るい事象からの電荷の減少が接合あたりの電荷におけ
る最小の変化しか生じさせない場合、256のグレーレベ
ルのスライシングがより小さなダイナミックレンジの電
荷の変動に適用され、したがってグレーレベルのレンジ
がより小さいにもかかわらず、ゼロフォトンとCCDアレ
イに達すると思われる、事象につき数個と予期されるフ
ォトンとの間の、同じグレーレベルの解像度を確実なも
のとする。

もちろん、より多くのまたはより少ない量子化を利用
してもよく、256という数字は単に例示として用いられ
るものである。

XY方向における解像度は、接合のサイズおよび空間に
制限され、この制限において、解像可能な最小点は各接
合である。たとえばCRTディスプレイを変調することに
より像をディスプレイし、そのためCCDアレイにおける
対応する点に対するCCDからの量子化された電荷信号に
従い、スキャンのスポットが、ディスプレイにおける各
点においていくらかの光を発生するとき、最終的なディ
スプレイにおける解像度（ディスプレイ領域に関するス
キャンのスポットのサイズはCCDアレイの全体の領域へ
の接合の領域よりも比率にして大きくないと仮定する）
は、CCDアレイにおける接合のサイズおよび空間により
制限されるだろう。従来は、CRTディスプレイ全体を形
成する点は、ピクセルと称され、この事象においては、
１対１の関係があるためアレイの接合はまた、ピクセル
として考えることができる。その代わりとして、接合の
グループがともに連結され、同時に読出され、そのため
実際各ピクセルは、CCDアレイにおける単一の接合では
なく、接合のグループに対応するようにしてもよい。

以下の解析において、サブ領域という用語よりもむし
ろピクセルという用語が用いられる。CCDに関連してピ
クセルについて言及する場合、上記の理由により、CCD
アレイにおける個々の接合または接合のグループを意味
し得ることが理解されるだろう。

もしディスプレイの解像度がCCDアレイの解像度より
も大きければ（たとえばディスプレイにおいて1024×76
8ピクセル、CCDにおいて385×288ピクセル）、CCDにお
けるピクセルの値のクラスタのセントロイドの位置を示
すディスプレイにおける点は、同じ解像度が採用される
場合よりも高度の正確性をもってディスプレイされるこ
とが可能である。

暗レベル変動および補正 個々の接合でも、または接合のグループでも、ピクセ
ルとしてアドレスされる場合、アレイの読出しの間のピ
クセルあたりの電荷（いかなる光にも装置が露出されて
いない場合でも）は、アレイの１つの領域から別の領域
へと変化することがが発見されるだろう。この変動はし
ばしば、暗レベルの変動と称され、ビジコンテレビカメ
ラにおけるいわゆる「シェーディング」の問題と類似す
る。

この変動は製造時に決定でき、CCDアレイの続くアド
レス指定の間にルックアップテーブルを同期的に読出す
ことにより得ることができる補正信号のルックアップテ
ーブルが提供される。

補正信号は、CCDアレイの調査の間の各ピクセルに対
するディジタル値へのオフセットとして与えられてもよ
く、またはピクセルのディジタル値が比較されることに
なるしきい値へのオフセットとして与えられてもよい。
ネット効果は同じである。

暗レベルのルックアップテーブルの値は、単にCCDア
レイを照明に晒さず、ピクセルの値を読出し、ルックア
ップテーブルにおける信号を校正の読出しから得られた
新しいピクセル信号から誘導された信号と置換えること
により、いつでも再校正できる。

この発明を実施する方法および装置において使用する
ためのCCDアレイはしばしば、低レベルの光に関連する
ため、暗レベルの補正はカメラに対して提供されると仮
定されるだろう。

クラスタ識別およびセントロイド標識づけアルゴリズム 事象を識別し、背景雑音信号から区別するアルゴリズ
ムを以下により詳細に説明する。

上述のように識別した事象に属するピクセルの如何な
るクラスタについても、任意の１回の調査から各ピクセ
ルｉについて個々のカウントq_iが利用可能である。ピク
セルｉに関する暗レベル補正、すなわちb_iは、上述のよ
うにして得られる暗レベルルックアップテーブルファイ
ルから読出すことができ、CCDの既知の寸法および既知
のピクセル密度を仮定して調査から得られる情報に一連
の受容基準を適用することができる。

1.クラスタＮにおけるピクセルの数は、ベータ壊変事象
として考慮する候補としてクラスタを受入れるためには
上しきい値と下しきい値との間になくてはならない。ト
リチウムでは、下しきい値は典型的には４であり、上し
きい値は典型的には、120である。上限は、蛍光体と相
互作用して大量の光を生成するイメージ増倍管の入力光
ファイバフェースプレートからのアルファ粒子等の異常
事象から生じるクラスタを候補となるもののリストから
排除する目的を果たす。下限は、個々のまたは少数のピ
クセルにのみ影響を与える現象から生じる事象、たとえ
ばイメージ増倍管システムにおいて生起するイオンによ
って、または熱電子によって、またはCCDのシリコンに
おける暗レベル生成の変動から、またはそこを通る宇宙
線によって起こる事象を除去する役割を果たす。

2.（各ピクセルについて暗レベル値と同じ程度と低くな
くてはならない可能性がある）選択された下限を上回る
フォトンの活動を表わすピクセル信号の過剰が、クラス
タ内のすべてのピクセルに関して加算され、和Ｓをもた
らす。選択された下限（典型的にはいくつかの光電子に
対応するものに対して）をＳが上回ることを要求するこ
とで、イメージ増倍管におけるイオン事象および熱電子
事象によるクラスタを排除することが可能であり得る。

低エネルギ同位元素（たとえばトリチウム）について
は、いくつかのイオン事象および真のベータ事象が同様
のＳ値を有するので問題があり、イオン事象（すなわち
前のしきい値が適用された後で残っているもの）を除去
するためにしきい値を調整すると、多数の真のベータ事
象をも除去する傾向がある。

3.一般に、イオン事象は、これらの事象がベータ粒子壊
変事象よりも狭い空間分布を有するという認められた事
実を用いることによって、排除できることが見出され
た。この目的のため、クラスタに関する重みづけ判定が
計算され、 として規定され、ここでσ_ｘおよびσ_ｙは、クラスタに
属するピクセルの、CCDアレイの列および行軸に対応す
るｘおよびｙ軸へのq_i重みづけ投射の標準偏差である。
たとえば、あるカメラでは38ミクロンであった、実験に
よって見出された特定の値≦Ｒであれば、ベータ壊変事
象としてクラスタの候補となるものが確認されるよう
に、半径Ｒがある寸法（カメラ入力と称する）を超える
ように要求することによって、イオン事象を実質的に排
除することができる。

4.放射性崩壊によって起こったクラスタはまた、（たと
えば歪みまたは尖り等の）純粋なガウス形状からの離脱
を定量化する他の形状依存パラメータを用いることによ
ってイオン事象から区別することができる。イオン事象
は、典型的には、狭いガウス形状となる一方、ベータ壊
変事象は、ガウス分布とは著しく異なる形状を有する傾
向にある。したがって、クラスタの候補となるものの電
荷パターンの分布をチェックすることによって、その候
補がイオン事象（すなわちガウス）またはベータ事象
（すなわち非ガウス）のいずれとして確認され得るかを
判断することができる。

上述のカットに関するパラメータの値はカメラの動作
条件、同位元素の崩壊および蛍光体の選択に依存し、こ
れらのファクタを考慮に入れ、補正／修正をそれに従っ
て行なう必要があることに注目されたい。

5.クラスタを識別するのに用いられる上しきい値T1およ
び下しきい値T2がピクセルに依存する（ルックアップテ
ーブルから）と仮定すると、ベータ事象を認識する、ま
たは規定するのに用いる基準のさらなる改善は、カメラ
の状態（暗レベル、温度および利得を含む）を定期的に
モニタして動作条件における何らかのドリフトを補償
し、このような何らかのドリフトを考慮に入れて適用す
るしきい値の値を調整する、または定期的に更新するこ
とを伴なう。このような改善によって、ベータ事象のよ
り正確で効率的な検出を可能しに、「背景」として考え
られる他の事象によって引起こされたクラスタとベータ
粒子壊変事象によって引起こされたクラスタとの識別を
向上する。

6.第１世代のイメージ増倍管が用いられるのであれば、
イメージ増倍管の動作電圧を低減してベータ識別のため
に上述のしきい値の使用を最適化することが望ましいこ
とがわかった。このような増倍管は、広範囲の動作電圧
にわたって安定して動作できる。発生する任意のイオン
事象と関連するＳの大きさおよび発生するイオン事象の
数の両方ともが、動作電圧が低減されるにつれて迅速に
低下する。しかしながら、ベータ事象から起こるクラス
タの半径およびベータ壊変事象クラスタの数は比較的変
化せず、そのためベータ事象クラスタに関するＳの大き
さは、イオン起生事象に関する対応する和（Ｓ）よりも
動作電圧の低下に応答しての低下が遅い。

7.クラスタの候補が、２つまたはそれ以上の重なるクラ
スタから何らかのものが生じるかどうかを調べるために
解析されてもよく、もしそうであれば分離可能なクラス
タが記憶され、個々に分類される。

8.識別および分類を可能にするためにチェックされるべ
き値および測定されるべきパラメータは、既知の蛍光体
イメージ増倍管CCDカメラの組合せを既知の事象に施
し、CCD出力となるクラスタを構成する信号の異なるパ
ラメータの値を決定することによって、決定され得る。

マルチレーベリング さらなる改善として、パラメータによるクラスタ選択
およびしきい値の選択によるクラスタ発見の手順は、異
なる放射性同位元素で標識づけされるサンプルの解析を
可能にするように適合され得る（マルチレーベリングま
たはデュアルレーベリング）。事象のリストおよび別個
のイメージは、生成される何らかのリストに従って標識
づけされた、異なって識別された同位元素事象または別
個の放射性同位元素の各々に関連して生成され、単一の
ディスプレイにおいて異なる色で表示され得る。

サンプルイメージの表示 ベータマッピングの解析を補助するために、本発明
は、それについて座標が記憶される放射性崩壊誘起事象
の位置を視覚表示装置上に表示するステップを提供する
だけでなく、それから放射能が検出されたサンプルのイ
メージをこれらの点と正確にあわせて表示させ、そこか
ら放射能が生じたサンプル内の領域を見やすくするステ
ップを提供する。

サンプルのイメージは、輪郭としてまたは背景として
表示され得て、座標によって規定される位置に対応する
ディスプレイ内の画像内容は、好ましくは、サンプルの
イメージの画像内容に先立つ。

本発明を実施する装置の特徴 最初に説明した方法を実行するための装置は、好都合
には （１） CCDアレイの別個にアドレス可能なサブ領域に
アドレスするための手段と、 （２） CCDアレイの各調査中に各サブ領域における電
荷を調べ、先行する露出期間中に各サブ領域がそれに露
出されたフォトン放射活動を示す電気信号を生成するよ
うに適合される電荷読出手段と、 （３） 先行する露出期間の間に複数のすぐに隣接する
サブ領域における電荷に光が影響を与えたことを示す電
気信号のクラスタを識別するように適合される信号処理
手段と、 （４） 隣接するサブ領域の識別されたクラスタの各々
の中心にある座標を決定するように適合されるさらなる
回路手段と、 （５） サブ領域の各クラスタの中心に関連する信号を
記憶するためのメモリ手段と、 （６） 識別されたクラスタの中心の座標をメモリ手段
から読出すためのメモリアドレス手段とを含む。

上述のような装置は、先行する露出期間の間にカメラ
のCCDアレイに光が当たった位置に対応する記憶された
座標値によって規定される位置で視覚的に区別される点
をディスプレイにおいて生成するように、スキャンと同
期してメモリアドレス手段からの信号が与えられ得るス
キャン表示システムを含み得る。後続のメモリアドレス
からの情報で定期的にディスプレイを更新することによ
って、放射性壊変が起こるとこれを既に起こったものと
ともに示す画像をディスプレイに生成することができ
る。

本発明はまた、サンプル中の壊変放射性物質の存在お
よび位置を検出するための装置にあり、この装置は （１） CCDカメラ手段およびイメージ増倍管手段を含
み、後者の出力はCCDカメラへの入力を与え、さらに （２） 放射性同位元素で標識づけされたサンプルのた
めのサンプルポート手段と、 （３） 放射性同位元素で標識づけされたサンプルと接
触し、サンプル内の放射性物質の放射性崩壊に応答して
フォトンを放射するように適合される蛍光体膜とを含
み、各崩壊が事象を含み、さらに （４） CCDカメラのCCDアレイを反復的にスキャンする
ための手段を含み、各スキャンはアレイの調査に対応
し、その後にリセットするステップが続き、かつその前
に露出ステップがあり、さらに （５） CCDアレイの各調査中に見出された電荷パター
ンに対応するデータ信号をスキャンから発生するための
手段と、 （６） 信号処理手段および計算手段とを含み、これら
にデータ信号が各調査後に供給され、これらの手段は、
それに対して測定を行なってすぐ隣接するデータ値の何
らかのクラスタを識別するように適合され、その各々は
調査の直前の露出期間中にCCDのすぐ隣接する別個にア
ドレス可能な領域にイメージ増倍器から放射された光が
入射したことを表わし、さらに （７） スキャンされたCCDアレイを参照して、クラス
タの中心のｘ、ｙ座標を識別された各クラスタのデータ
信号から計算するための手段と、 （８） 識別されたクラスタの各々の少なくとも中心座
標を、CCDアレイの同じ調査中に識別された他の何らか
のクラスタの少なくとも中心座標とともに記憶するため
のメモリ手段とを含む。

本発明に従う装置はさらに、メモリ内のデータを読出
し、そこに記憶される中心座標のリストを生成するため
の手段を含む。

本発明に従う装置はまた、メモリ手段から読出された
信号に応答する視覚表示システムを含み、視覚ディスプ
レイにおいてCCDアレイのスキャンされた領域の再現を
行い、メモリ手段から読出された信号は、中央のメモリ
に記憶された座標によって規定される位置でディスプレ
イ内に視覚的に区別できる特徴を発生するように視覚デ
ィスプレイを変調する役割を果たす。

本発明はまた、イメージ増倍管の入力ウィンドウ光電
陰極と接触する薄い膜の上に蛍光体が支持される上述の
ような装置にある。解析されるサンプルは、好ましくは
蛍光体と接して位置される。典型的な蛍光体は、P20
（硫化亜鉛カドミウム：銀）およびP47（ケイ酸イット
リウム：セリウム）である。

好ましくは、イメージ増倍管はビ−アルカリ物質の陰
極を有し、CCDはいわゆる反転モードで動作するように
適合し、それによって室温でのCCDアレイにおける熱雑
音の変動によるその出力信号における寄与を低減する。

本発明はまた、サンプルの詳細および輪郭に対応する
情報がその中に記憶されるアドレス可能メモリと、メモ
リからスキャン表示装置と同期して信号を読出すための
メモリアドレス手段とをさらに含み、メモリから読出さ
れる信号はスキャン表示装置に供給されて、CCDカメラ
によってそこから放射能が検出されたサンプルのイメー
ジと組合せて、かつその上に重ねて第１のメモリに記憶
される座標に位置的に対応する視覚的に区別できる点を
ディスプレイに生成して、そのため、重ねられた点はそ
こから放射能が検出されるサンプルのイメージと正確に
合い、放射能が生じたサンプルの領域を見やすくする装
置にある。

本発明を実施する装置および方法の主な特徴の概要 本発明は、放射性同位元素で標識づけされたサンプル
によって放射される高および低エネルギ（³H0−18keVな
いし³²P0−1700keV以上）のベータ粒子壊変放射の撮像
方法を提供する。同じサンプルからの低および高事象速
度（典型的には0.01ev/sないし1000ev/s）の双方ともが
連続した動作でリアルタイムで処理され得る。サンプル
の活性領域は、1cm²のオーダであり得る。非ベータ壊変
事象と所与のフレームの間で互いからおよび雑音から起
こるベータ粒子壊変事象とを区別するためにイメージデ
ータにアルゴリズムが適用され、位置および事象速度デ
ータが記憶され、サンプルにおける事象のマッピングを
可能しに、これが表示され得る。

マッピングおよび表示は連続する露出から累算された
データからの、またはCCDの単一フレーム露出に関連し
得る。CCDアレイの調査が各露出に続き、ともに単一の
フレームを構成し、プロセスが反復的なものであれば、
ビデオ信号として考えられるフレームのシーケンスを構
成する。

典型的には１−100Hzの範囲である適切なフレーム速
度を有する、連続的に動作するCCDカメラが用いられ、
かつリアルタイムで所与のフレームの間に多くの事象
（典型的には1000まで）を解像できる回路を設けること
によって、迅速に起こる壊変（高事象速度）を扱うこと
ができる。これによって、先行技術の装置の事象速度処
理能力を大きく制限する（典型的には10ev/sのオーダの
事象速度）結果としての無駄時間（典型的には10msのオ
ーダ）を伴なう先行技術の特徴である事象トリガ手法を
用いるのを避け、サンプル領域およびサンプルの強度を
撮像することができる。

CCD雑音は問題ではない、というのは各フレームが順
番に解析され、CCDにおいてある期間にわたって集中す
るであろう前のフレームからの信号は、各露出および調
査に先立ってCCDを再初期化することによってそうする
ことを防がれるからである。

イメージ増倍管内のイオンの放出は、背景「事象」信
号の重大な源となる可能性があり、第１世代のイメージ
増倍管の場合には特に、これと放射性崩壊によって起こ
る事象とを区別しなくてはならない。したがって、放射
性崩壊によって起こる事象を識別するためにリアルタイ
ムアルゴリズムが提案されている。これらのアルゴリズ
ムは、典型的には事象によって影響されるような連続す
るピクセルの数によって表わされる事象に関する電荷の
空間的広がりおよび各事象に起因するCCDにおける全電
荷である、いくつかの測定パラメータに基づく。この広
がりは、電荷重みづけサブ領域の、セントロイドの周り
のクラスタの二次モーメントとして表わされ得る。アル
ゴリズムは事象を放射性崩壊として標識づけでき、クラ
スタ事象、イオン事象またはショット雑音を構成する。

サンプル内の放射性崩壊事象の位置は、事象に関する
CCDアレイでの電荷の分布のセントロイドとして計算す
ることができ、カメラの入力フェースプレートに関して
不確実性がわずか10ミクロンの精度を達成することがで
きる。

事象エネルギが強ければ、サンプルをイメージ増倍管
の光電陰極に結像させるのにレンズ系を用いて、縮小す
ることによってサンプルの大きな領域（またはいくつか
の別個のサンプル）を見てもよい。弱い事象エネルギし
か放出しないサンプルについては、サンプルおよび蛍光
体をイメージ増倍管の光ファイバ入射ウィンドウと接触
させることが必要であるかもしれない。

光ファイバテーパを、結像系のフェースプレートとし
て、またはこれと接触させて用いてもよく、この場合、
テーパ状にされた領域は入射ウィンドウの光電陰極フェ
ースプレートの領域に対応し、テーパの入力端の大きな
領域はサンプルの領域に対応する。

本発明が適用できるサンプルは以下を含む 1.動物または植物の組織等の組織学的切片 2.その目的が以下のようなアレイの特定のターゲットの
生体分子の検出である、オリゴヌクリド、ペプチド、DN
A、蛋白質、炭水化物または多糖類の高密度アレイ 3.たとえば³²Pまたは¹²⁵I等で標識づけされる抗体また
は核酸等の標識づけされるプローブおよび小さくされた
パターンを含む、分離された生体分子のパターンを測定
するのに結像系が用いられる場合、電気泳動技術または
クロマトグラフィを用いる生体分子の識別 4.成育可能な（成長）細胞−たとえば細胞の単層、細胞
培養物および組織培養物であり、ペトリ皿または顕微鏡
のスライドに接着される。

本発明は初めて分離された生体分子の小さい高密度パ
ターンがアドレスされることを可能にするので、例３は
特に重要である。

標識づけのために用いられる得る放射性同位元素は以
下を含む。

トリチウム （³H） 炭素14 （¹⁴C） 硫黄35 （³⁵S） ヨウ素125 （¹²⁵I） リン32または33 （³²Pまたは³³P） クロム51 （⁵²Cr） 後者はγ線エミッタを含み、細胞を標識づけするのに
用いられ得る。

標識づけ これはいくつかの異なる態様で達成することができ
る。

1.動物に薬物を投与してもよく、その後で生検または死
体解剖の後で得られる脳または肝臓の組織等での、動物
における薬物の分布を見る。

2.組織または器官の一部を切断し、10ないし20ミクロン
のオーダの厚さの薄い切片とし、細胞における受容体の
識別等の薬物またはプローブ等の標識または標識リガン
ドでこの薄い切片をインキュベートするか、または露出
する。

3.標識づけされた核酸プローブが（上の２のように）組
織切片にハイブリッド形成される場合には、インシチュ
ーハイブリッド形成技術を用いてもよい。標識づけはた
とえば炭素14またはトリチウムを用いて行なうことがで
きる。

4.標識づけされた物質の分布および摂取を測定してもよ
い。たとえば、組織の切片または細胞の単層等のサンプ
ル中の細胞内の細胞小器官または細胞への薬物または他
の生体分子の摂取を測定して、たとえば脳内の神経伝達
物質等の活動または細胞の機能を識別してもよい。

5.炭素14またはトリチウム等で標識づけされた抗体が、
組織の切片または細胞における抗原部位等をプローブす
るのに用いられる場合には、免疫結合法を用いてもよ
い。

6.細胞の機能に対する毒物または生体分子の影響を識別
するための毒物学的研究、たとえば細胞培養物または細
胞の単層または組織の切片のサンプルに対する化学物質
の使用。その一例は、皮膚の組織等の切片に対する化粧
品または化粧品における化合物の使用であり、標識づけ
された炭素14またはトリチウム化合物または化学物質を
識別して、化合物の結合の分布および化合物が摂取され
る細胞または特定の領域を判断する。

7.所与のサンプルで２つ以上の特定のターゲット分子を
識別するために２つ以上の標識が用いられる場合には、
デュアルレーベリング技術を用いてもよい。撮像技術
は、同じサンプル中の２つ以上の標識の位置を測定する
のに用いてもよい。

本発明を添付の図面に関連して以下に例として説明す
る。

図１（ａ）は、サンプル中の放射性同位元素壊変を検
出するための本発明を実施する装置の概略のブロック図
であり、 図１（ｂ）は、本発明の別の実施例の概略的なブロッ
ク図であり、 図２は、図１（ａ）または図１（ｂ）のCCDカメラか
らの信号を処理するための信号処理システムの概略のブ
ロック図であり、 図３（ａ）は、図２の処理システムのアルゴリズムお
よび論理意思決定ハイアラーキを示し、 図３（ｂ）は、図３（ａ）の処理論理を詳細に示した
ものであり、 図３（ｃ）は異なる典型的な事象に関してCCDアレイ
で見出されるフォトン関連活動および結果としての電荷
パターンの３次元的表現を示し、 図４は、より高速のデータ処理のための図２に示され
るシステムの変形であり、 図５は、１、２…Ｎの範囲のすべてをピクセルに関し
て異なる値r^cent、c^cent、ＳおよびＮがいかに計算され
るかを示す概略のブロック論理図であり、 図６は、DSPがソフトウェアの制御下にあり、かつ一
連の単純な算術機能を単に形成すると仮定した上で、値
r^cent、c^cent、ＳおよびＮがわかった後、二次モーメン
トＲをいかに計算するかを示す同様の概略論理図であ
り、 図７（ａ）、７（ｂ）および７（ｃ）は、サンプル、
蛍光体スクリーンおよびイメージ増倍管の３つの好まし
い組合せを示し、 図８は、いくつかのサンプルを測定するのにシステム
をいかに自動化できるかを示し、 図９は、異なる事象に関しての、CCDアレイにおける
１つのピクセルと関連する「カウント」の典型的分布を
グラフで示し、 図10は、デュアルレーベリングアッセイからのピクセ
ル電荷測定から形成され得る２つの異なる放射性エネル
ギの分布を示す。

図面の説明 図１において、放射性同位元素で標識づけされたサン
プル内の放射性ベータ粒子壊変を検出するための装置が
示される。典型的には、サンプルは、10で示されるガラ
スの顕微鏡スライド等によって支持され、厚さに関して
かなり大きな尺度で示されているのはサンプル11であ
る。スライド10は表を下にして置かれ、サンプル11が蛍
光体層12と接触するようにし、蛍光体層12もやはり断面
の厚さが拡大されており、イメージ増倍管16の入力ウィ
ンドウ14、または薄い膜（図示せず）、または入力ウィ
ンドウ14と接触して置かれる光ファイバプレート（図示
せず）によって支持される。

ウィンドウ14に入射する光のイメージ増倍された表現
は、出力ウィンドウ18に現れ、包括的に22で示されるCC
DカメラのCCDアレイ20に転送される。

24で示されるイメージ増倍管の光電陰極は、好ましく
は低ノイズ材料から形成され、好ましくはビ−アルカリ
物質である。

CCDアレイ20にサンプルの光学像を与えるために、光
源26を配置して、サンプルおよび蛍光体の組合せのエッ
ジを照射し、このように照射する際にイメージ増倍管16
がさほど敏感でないようにしてもよく、イメージ増倍管
の動作電圧は可変電圧源28の調整によって低減される。

比較的低い光レベルしか要求されないので、光源26に
「ベータライト」（BETA−LIGHT）（登録商標）ソース
を用いてもよく、図示されていないが、光源とサンプル
との間に拡散および減衰フィルタを用いてもよい。これ
も図示されないが、光源26の位置およびこれとサンプル
との間の光のビームの角度を調整するための手段を設け
てもよい。

「ベータライト」（登録商標）ソースを用いる場合に
は、シャッタ27が設けられて、サンプルの最適な結像の
ためにエッジ照射の間に必要とされる以外には光がサン
プルに達さないようにする。

光源26は、典型的には、イメージ増倍管入力の端部に
かかるフードを形成するハウジング内に収容され、さも
なければイメージ増倍管の動作に影響を及ぼし得る光ま
たは他の放射が入るのを制限する。ベータ事象によって
起こった蛍光体からの光を検出するために用いられる場
合には、源28によって与えられる動作電圧はより高い値
に高められて、増倍管の利得を増す。

サンプル11のコントラストが十分であるか、または色
付されており、サポート10自体が透明であるか、または
少なくとも半透明である場合には、光源が図示されるよ
うにサンプルのエッジの並べて置かれるのではなく、サ
ポート10の上方に位置され得る。

典型的には、イメージ増倍管およびCCDカメラは一体
のアセンブリとして形成され、「イメージ増倍カメラ」
を含み、この目的のため２つの部材は点線29によって併
わせて示される。

偏光等の反射光を用いてカメラによってサンプルが視
覚的に区別できさえすればよい場合には、サンプルを結
像し、図２に関して後に説明するように記憶および表示
のための出力信号を与えるのに、イメージ増倍カメラ16
/22の代わりに所定の位置に移動可能な第２のCCDカメラ
31を設けることが必要かもしれない。この場合には、カ
メラ31および16/22は互いに簡単に入れ換えられるよう
に装着されることが期待され、それによってサンプルの
イメージはカメラ31を用いて得られ、サンプルの放射能
はイメージ増倍カメラ16/22によって検出されることが
可能となる。

CCDアレイ20は、電子装置30にアドレスすることによ
って既知の態様で制御され、CCDカメラの各調査サイク
ル中にアレイのアドレス指定によって読出された信号
が、増幅器32によって増幅される。カメラからの出力は
ライン34および36に沿って与えられ、ビデオ出力信号は
ライン34に沿って、同期化（クロック）信号はライン36
に沿って供給される。

オシロスコープまたは他の視覚表示装置38は、何らか
の処理が起こる前にCCDカメラからのビデオ出力信号を
表示するのを可能にし、装置の動作のチェックおよび設
定を補助するために設けられる。

ライン34に沿った信号はアナログ信号であると仮定さ
れ、このたけ高速アナログ−デジタルコンバータ（FAD
C）40が、コンピュータ42に供給するためのデジタル化
されたビデオ信号を与えるために設けられ、コンピュー
タ42はたとえば、ホストプロセッサ44、ホストメモリ4
6、大容量ハードディスクドライブ48、および関連の視
覚表示装置またはモニタ50を含む標準的なパーソナルコ
ンピュータ等を含む。PCの処理力は、包括的に52で示さ
れるプリプロセッサ／ビデオ圧縮ボードを用いて高める
ことができ、FADC40からの信号の代わりに、処理された
信号がPCバス54に供給されることとなる。

バス54を介したデータ転送の速度がCCDの速いフレー
ム速度でのリアルタイムの処理を可能にするには不十分
な場合、すなわち、データの次のフレームの到着し始め
る前にPCにCCDの各読出からのデータを転送すること可
能にするほどには十分に離れていない時間間隔でCCDの
調査が起こる場合には、バス54の前にさらなる処理力を
与えることが非常に重要である。この場合には、プロセ
ッサ52の機能の１つは、コンピュータバス54に与えられ
る前にデータを圧縮またはコンパクト化することであ
る。

図1aに示される構成は、各ベータ粒子壊変から利用可
能なエネルギがごくわずかである、低エネルギ放射性同
位元素物質で標識づけされるサンプルには特に適してい
る。蛍光体がサンプルときっちりと接触していれば、こ
のような壊変の各々からのエネルギの損失を最小にする
ことが確実である。

非常に低いエネルギの放射性同位元素材料が用いられ
る場合には、結果として蛍光体に与えるエネルギも同じ
ように小さく、このような材料の各ベータ粒子壊変から
の蛍光体から利用可能な光も、したがって非常に小さ
い。このため、蛍光体をイメージ増倍管16の光電陰極エ
ントリウィンドウ24と密に接着させることが重要であ
る。

より高いエネルギの放射性同位元素材料が用いられ得
る場合には、図1bに示されるような代替の結像構成を用
いてもよく、サンプル10が顕微鏡のスライド10等によっ
て支持され、典型的には薄い膜によって支持される蛍光
体12と接触し、蛍光体からの光をイメージ増倍管光電陰
極の入力ウィンドウ24に結像させるためにレンズ56が設
けられる。

図1Dに示されるシステムの残りは、図1aに示されるの
と本質的に同じであり、２つのシステムに共通する特徴
を示すのに同じ参照番号が用いられている。

データ処理コンピュータの詳細 図２は、８メガバイトのRAM46およびタイプ486プロセ
ッサ44を含むIBM互換パーソナルコンピュータに典型的
には基づく、図1aおよび1bの計算およびデータ処理装置
42の概略のブロック図である。ホストハードディスク48
は、320メガバイトのオーダの容量でなくてはならな
い。視覚表示装置は、好ましくはSVGAディスプレイであ
る。

ホストメモリ46は、カメラによって生成されたデータ
を記憶してその後でそれを処理するための異なるセクシ
ョンに分割されるが、ハードディスク48は検出された事
象の座標のリストのために最終記憶装置として、およ
び、上述の予備結像ステップからまたは31等の代替的な
カメラから得られたサンプルのイメージをSVGAディスプ
レイ50に再現するのに用いられるデータの長期記憶装置
として構成される。

コンピュータの拡張スロットの１つは、ノイズ低減を
達成するためのしきい値処理を行ないFADC40からのデー
タを圧縮またはコンパクト化するための専用プロセッサ
を含むと先に定義した専用ビデオ処理ボード52と適合す
る。

そこから離れて装着されるように図示されるが、アナ
ログ−デジタルコンバータ40はボード52に組込まれても
よい。FADC40として機能するのに適切な装置は、コード
AD1671KQのもとで、アナログ・デバイシズ（Analogue D
evices）が製造している12ビットアナログ−デジタルコ
ンバータである。

カードには、１つだけ用いるよりも高速の処理速度を
達成するために２つの処理経路が設けられる。このた
め、一方の経路はプロセッサ58および関連のフレームバ
ッファ60を含み、他方はプロセッサ62および関連のフレ
ームバッファ64を含む。さらに速い動作速度が要求され
る場合には、同様の部品をさらに用いてもよい。

動作速度の向上は、CCDの調査と同期して動作し、か
つCCDアレイの連続する調査から生じるデジタル化され
たビデオ信号をプロセッサ58と62とに交互に切換えるス
イッチ66を設けることによって達成される。プロセッサ
58および62は入来するデータに対して同一の機能を行な
い、その各々は、典型的にはテキサスインスツルメンツ
（Texas Instruments）のタイプDSP TMS 320C50であ
る。

各プロセッサの機能は、スイッチ66を介してそれに与
えられたデータのコンパクト化または圧縮である。後者
は典型的には、ゲートアレイタイプXILINX XC3030を含
む。

入来するデータの第１のレベルの圧縮およびノイズ低
減は、しきい値T3を下回るデータ値（およびそれらの対
応するアドレス）を拒否することによってプロセッサ5
8、62の各々によって達成される。T3しきい値テストを
通ったデータ値（および対応するアドレス）はそれぞれ
フレームバッファ60または64に記憶され、典型的にはそ
の各々は、タイプNo.MT5C1008のもとでミクロン（Micro
n）によって供給されるような高速スタティックランダ
ムアクセスメモリ（SRAM）を含む。

交互のCCDフレーム期間の間（すなわち調査の前に露
出）データはFADC40およびスイッチ66によってDSP58に
与えられ、これがリアルタイムでデータに対してプログ
ラムされたアルゴリズムを適用し、そのフレーム期間中
に関連のフレームバッファ60にすぐに転送するために処
理された信号が利用可能となり、そのためフレーム期間
の終わりに、DSP58は、フレームバッファ60内の処理さ
れたデータをISAコンピュータバス67を介してホストメ
モリ46内のフレーム記憶装置68に転送する状態となる。

典型的には、データ転送はISAバス67における直接メ
モリアドレス指定（DMA）によって行なわれる。

このデータが転送される時間は小さなものではなく、
プロセッサはフレーム記憶装置にすべてのデータを転送
してしまうまでは次のフレームからの信号を処理できな
いので、交互のフレームの他方の組からのデータがスイ
ッチ66の適切な動作によって他方のプロセッサ62に送ら
れる。DSP62およびフレームバッファ64の動作は、58お
よび60の動作と類似しており、一方または他方のプロセ
ッサが入来するデータを処理する、または処理データを
フレーム記憶装置68に転送するのに各フレーム期間の全
体が利用可能であることがわかるであろう。各転送によ
って、他方のプロセッサによって先に記憶されたデータ
は取って変わられる。したがって、58等の一方のプロセ
ッサがデータをそのフレームバッファから転送している
際に、スイッチ66は、FADC40からの入来するデジタル化
データを他方のプロセッサに送り、次のフレーム期間の
間にはプロセスはスイッチ66の動作によって逆になり、
入来するデータは今度は他方のプロセッサに供給され、
第１のプロセッサがその関連するフレームバッファ内の
処理データをフレーム記憶装置68に転送する。

T3を上回る別個のアドレスおよびデータ値の数が各フ
レームを構成する可能なアドレスのすべての50％を下回
るのであれば、T3しきい値処理アルゴリズムは、各フレ
ームあたりのデータの量を低減する。フレーム速度は、
この減少した量のデータを関連のフレームバッファ60お
よび64からフレーム記憶装置68に転送するのに必要な時
間によって決定される。

CCDの有用なフレーム反復速度を達成できるほどFADC4
0からのビデオ信号データが速く転送されるのを可能に
するのに、（通常はそうであるが）ホストプロセッサI/
Oバス66のデータ転送速度が不十分である場合には、DSP
58および62によって行なわれる圧縮／コンパクト化の機
能が必要である。ホストプロセッサI/Oバスデータ転送
速度が十分に速い場合には、データコンパクト化を可能
にする特殊入力カードは必要とされないかもしれない。

フィールドが事象を多く含みすぎないのであれば、転
送されるべきデータからしきい値T3を満たすすぐ隣接す
るピクセルのアドレスを省くことによって、さらなるデ
ータの圧縮を得ることができる。データがアドレス、デ
ータ、アドレス、データ等のシーケンスにある場合に
は、以下の論理によってさらなる圧縮が可能である。

（１） 各CCDフレームの始めに、現在のピクセルアド
レスをゼロに設定する。

（２） 次のワードがデータであれば、そのデータをそ
のアドレスに記憶し、現在のアドレスに１を加える。

（３） 次のワードがアドレスであれば、現在のアドレ
スをこの新しいアドレスに設定し、次のアイテムを得
る。

（４） 回収されたアイテムがデータであれば、これを
現在のアドレスで記憶し、現在のアドレスを１だけ更新
する。

（５） 次のアイテムが新しいアドレスであれば、現在
のアドレスをこの新しいアドレスに設定し、フレームの
終わりが認められるまで、ステップ３から繰返す。

上述のスキームは、各データアイテムをアドレスまた
はデータ値として識別する手段を必要とする。各データ
アイテムにおけるさもなければ未使用のビットをこの目
的のたに用いることができる。

ホストプロセッサ44は、複数の異なるモードで動作す
るようにプログラムされ、そのうちの１つは、T3を上回
るデータ値（およびそれらの対応アドレス）のクラスタ
を識別することであり、この識別を達成するためにプロ
セッサが取るデータ処理経路の詳細は、以下に図３
（ａ）および３（ｂ）を参照して説明する。クラスタ発
見動作は、ホストプロセッサと関連するいくつかのワー
キングデータ記憶装置を必要とする。ホストRAMはした
がって、入来するデータ値およびアドレスがそこに記憶
されるフレーム記憶装置68のみならず、クラスタピクセ
ル記憶装置70、クラスタの中心の計算された座標が記憶
されるクラスタ記憶装置72、しきい値記憶装置74、フレ
ームクラスタ記憶装置76、およびマルチクラスタピクセ
ル記憶装置78をも設けるように構成され、これらの各々
の機能は、以下により詳細にアルゴリズムを説明する際
に説明する。各フレームの終わりにクラスタ記憶装置72
にある座標は、ハードディスク48の累積クラスタ記憶装
置80に転送されると言うに留めておく。座標はデータベ
ースのフォーマットとして、または単にリストとして累
積クラスタ記憶装置80に記憶され得る。

プロセッサ44は、カメラによって認められるようなサ
ンプルのイメージと正確に合わせて、累積クラスタ記憶
装置80内にそれと関する座標が記憶されるすべての事象
のイメージをそこに生成するようにSVGAディスプレイ50
を駆動するように構成される。このため、ホストプロセ
ッサ44は、フレーム記憶装置79内のハードディスクに先
に記憶されており、かつ少なくともサンプルの輪郭に関
連するデータを、RAM46の一部を形成するスクリーン記
憶装置81に転送し、かつハードディスクの累積クラスタ
記憶装置80に記憶された座標をRAMのさらに別の部分を
含む第２のスクリーン記憶装置82に転送するように適合
される。記憶装置81および82の同期高速反復アドレス指
定によって、SVGAディスプレイ50を制御するため、およ
びサンプルの輪郭に重ねられた事象の所望の表示をそこ
で与えるためにビデオ信号が形成されることを可能にす
る。

サンプルの輪郭に関連するデータはCCDアレイの１回
の調査からのみ導出される必要はなく、有利にはサンプ
ルが光源26等によって適切に照射されている間に連続す
る調査によって導出され得ることを理解されたい。これ
らの調査中に生じるデータはほとんど、または全く処理
が必要でないため、ビデオ入力ボード52においてスイッ
チ66からバッファ増幅器86を介してISAバス67に至る直
接のリンクが設けられ得る。プロセッサ44は、CCDアレ
イの適切な調査中に直接のリンクを起こし、データをIS
Aバスを介してハードディスクに送るようにプログラム
され、そこから必要なときにスクリーン記憶装置81に読
出すことができる。

サンプルが次のサンプルに取って代わられると、ハー
ドディスクにおけるサンプルイメージデータは、CCDカ
メラによって新しいサンプルの後続の撮像によって上書
きされなくてはならない。第１のサンプルは必要に応じ
てハードディスクの他の場所にセーブされ得る。

クラスタ記憶装置72内の座標によって決定され、記憶
装置82から反復的に読出される事象は、対照的な色また
は態様でディスプレイ50に表示される。定期的に記憶装
置82を更新することによって、サンプルを評価し始めた
ときから起こるベータ放射性崩壊のすべてを表わすもの
が、リアルタイムで表示され得る。

クラスタ発見機能（図２において84で示される）を行
なうためのホストプロセッサ44のプログラミングは、図
3aの論理フローチャートを検証することによって最もよ
く理解される。

この機能は、あるしきい値基準を満たすデータ値のク
ラスタを発見し、解析することであり、この解析の目的
のため、露光の後のアレイにおける電荷パターンを表わ
すデジタルデータ値とCCDアレイとの関係を検討するこ
とが有用である。

アレイ内の別個にアドレス可能な感光領域の各々から
の電荷がデジタル化されれば、このような領域の各々は
１対１の関係で表示装置内の対応する領域とマッピング
され、後者の各領域によって生成された光は、CCDアレ
イの対応する領域に関連するデジタル値によって制御さ
れ、ディスプレイにおける最も小さい解像可能な点（通
常はピクセルと称する）は、CCDアレイからそれにマッ
ピングされる別個にアドレス可能な領域に対応する。CC
Dカメラの別個のアドレス可能な領域の各々は、したが
ってピクセルと考えることができる。

デジタル値のシーケンスを生成するか、または同期し
て動作するＡ−Ｄコンバータによってデジタル化される
アナログ値を生成して、その各々がディスプレイ内の対
応する点のアドレス指定から起こったかなようにアナロ
グ信号値をデジタル化するような態様でCCDアレイがア
ドレスされるかどうかについても同じ理由づけが当て嵌
まる。

ｑの値（各ピクセルの電荷のデジタル化された値）
は、アナログ−デジタルコンバータ40によって得られ
る。これは、CCDアレイの調査中に得られた電荷関連電
圧信号を各ピクセルについて１つの割合で一連のデジタ
ル値に変換するように動作し、12ビットアナログ−デジ
タルコンバータが用いられる場合には、各ピクセルの飽
和電荷は4095の値を与えられ、飽和を下回るｑの中間値
は、０ないし4095の範囲の値を与えられる。

クラスタ発見のためのプロセスは、フレームレディ信
号を受取るボックス102で始まる。制御はまずボックス1
04に移り、次に106に移って、行アドレスｒおよび列ア
ドレスｃの各々が、フレームの最初のピクセルをアドレ
スするように１に設定される。

フレームにおけるピクセルのステップ単位の調査 104、106、108、110、112および114と記されるボック
スは、フレームにおいて各ピクセルが順番に調べられる
ためにｒおよびｃがどのように増分するかを示す。各ピ
クセルが処理される際、制御はボックス114に到達し、
そこで列アドレスｃは１だけ増分される。ｃのこの値は
ボックス110でテストされ、ｃが許容される最大値（つ
まり値Ｃ）より小さいかまたは等しければ処理はボック
ス112で継続される。ｃがＣを超える場合には制御はボ
ックス108へ送られ、そこで行アドレスｒは１だけ増分
され列アドレスは１にリセットされ（ボックス106）。

制御は次にボックス110に戻りそこからボックス112へ
進んで、そこで行アドレスｒは最大行アドレス値Ｒに対
してテストされる。ｒがＲを超えれば、それは、CCDア
レイにおけるピクセルの最後のピクセルが見られて、CC
Dフレームにおけるすべてのピクセルがテストされたこ
とを意味する。

ボックス116はこの時点で、（後に説明される）累算
クラスタ記憶装置80へのデータの転送を行なうことを一
時的に引継ぐ。制御は次いでボックス102に戻り、この
プロセスが繰返される場合の次のフレームの始まりを示
すフレームレディ信号を待つ。

こうしてすべての有効なｒおよびｃの組合せが順次ボ
ックス118に到達し、そこで、各識別されたピクセルに
対して、関連するデジタルピクセル電荷値ｑがしきい値
記憶装置74に記憶されるしきい値T1と比較される。

ｑがT1より下である場合には、制御は一時的にボック
ス114に戻って、次のピクセルアドレスが発生され次の
ピクセルｑ値が決定され得るようにする。

識別されたピクセルのｑがT1を超える場合には、制御
は、クラスタピクセル記憶装置70において新しいクラス
タがスタートされるボックス120に移る。

識別されたピクセルに対するｒ、ｃおよびｑ値（新し
いクラスタの種ピクセルとなる）は、次に制御をとるボ
ックス122に送られる。

122のｒ、ｃおよびｑの値を用いて、ボックス124は次
にこの種ピクセルの周囲にクラスタを作り上げようとす
る。この種ピクセルから始めて、このクラスタを作り上
げるアルゴリズムは、ｑ値が第２の（下）しきい値T2を
超え、したがって新しいクラスタの一部を形成すること
となる、種ピクセルに隣接するピクセルに対してチェッ
クを行なう。このアルゴリズムは、種ピクセルおよびク
ラスタに属すると既に識別されている任意のピクセルの
両方のごく近傍のピクセルのｒおよびｃ値を、T2を超え
るｑ値を有するごく近傍のピクセルが全く見いだせなく
なるまでクラスタに加え続けることによって進む。この
プロセス中、ボックス126の動作は、クラスタピクセル
記憶装置70において、クラスタを形成するすべてのピク
セルのｒ、ｃおよびｑ値を集めることである。

クラスタの終わりに到達すると、ボックス128はクラ
スタ記憶装置70にあるすべての関連のピクセルのｒ、
ｃ、ｑ値を用いて、クラスタのピクセルの、電荷により
重みづけされた分布の、ピクセルの数（Ｎ）、カウント
の和（Ｓ）、クラスタのセントロイドおよび半径（Ｒ）
を含む、各クラスタに対してのあるパラメータを計算す
る。

ピクセルの数（Ｎ）は、クラスタピクセル記憶装置に
入れられる異なるｒ、ｃ座標の数を単にカウントするこ
とによって計算される。

カウントの和（Ｓ）は同じピクセルのｑ値を加えるこ
とによって計算される。

クラスタセントロイド座標（r^cent,c^cent）は次の等
式を用いて計算される： 計算されたクラスタセントロイド座標（r^cent,
c^cent）はクラスタ記憶装置72に置かれる。これらの式
において用いられる値は通常、まず適当な暗レベル値b_i
を減ずることによるように、暗レベル変動に対して補正
される。

これらの等式において、加算されるピクセルの指数ｉ
は値１、２、３などからＮまでをとり、ここでＮはクラ
スタにおけるピクセルの総数である。したがって、
（r_i,c_i,q_i）はクラスタにおけるｉ番目のピクセルに対
する行アドレス、列アドレス、およびピクセル「カウン
ト」値を指す。ｒおよびｃはそれぞれ１ないしＲおよび
１ないしＣの範囲にある整数値でありかつCCDの構造
（つまりアレイにおいて別々にアドレス可能な領域の
数）によって定義される一方で、r^centおよびc^centは整
数値に限定されない浮動小数点値であることに注目する
のは重要である。このゆえに、セントロイド位置はサブ
ピクセルの正確度にまで計算されることが可能である。

別の計算されるべきクラスタのパラメータはクラスタ
の領域および電荷領域の尺度であるクラスタ半径Ｒであ
り、これは２段階で計算される。まず、各ピクセルに対
するｑ値と、セントロイドからクラスタの各ピクセルま
での距離のｒおよびｃの投射の二乗との積が計算され、
各々は、クラスタのすべてのピクセルに対して加算さ
れ、その和をクラスタに対するカウントの和（Ｓ）で除
算することによって正規化される。これにより、ｒ投射
の場合にはσ_y ²が与えられ、ｃ投射の場合にはσ_x ²が与
えられる。有効半径Ｒは等式 を用いて計算され、σ_x ²およびσ_y ²の値は次の等式を用
いて計算される。

Ｒの結果として出る値つまりクラスタ「半径」はクラ
スタのための他のパラメータ値とともにクラスタ記憶装
置72に置かれる。

ボックス130は、クラスタ記憶装置72にあるパラメー
タ値を、しきい値記憶装置74に保持されるこれらのパラ
メータに対する予め定義される許容値と比較する。ピク
セルの数Ｎが小さすぎるかもくしくは大きすぎる場合、
または計算された半径Ｒが小さすぎるかもしくは大きす
ぎる場合には、クラスタは拒否される。たとえば光電陰
極からの熱電気的活動から、またはイメージ増倍管から
のイオン事象から生じたとしてＲおよび／またはＮ値が
それらを識別する事象の（r,c）座標は取除くが、サン
プル中のベータ崩壊によって引起こされる事象の（r,
c）座標は保持するよう、許容値は選択されてもよい。

ボックス132は130での比較テストの全体の結果を判断
し、クラスタが受容されるべきであると判断されれば制
御をボックス134に移し、クラスタが拒否されるならば
ボックス136に移る。

ボックス134は、１つの特定のフレーム中に見つけら
れる、「ベータ事象クラスタ」として識別されるすべて
のクラスタのパラメータを記録するよう働くフレームク
ラスタ記憶装置76にクラスタ記憶装置の内容を置く。

ボックス136は処理されたばかりの「ベータ事象クラ
スタ」に属するすべてのピクセルに関連するディジタル
ピクセルカウント値ｑを０にセットして、１つのクラス
タに結びつけられている任意のピクセルが種ピクセルと
して識別されてそれによりピクセル値の次の解析中に偽
のクラスタが生じることを防ぐ。ｑ値を０にセットする
ことによって、これらのピクセルT1およびT2よりも小さ
くなり、したがってフレームデータがボックス118また
は124でチェックされる場合にT1、T2テストに通らな
い。

制御は次いでボックス114に戻って、次のピクセルが
識別され処理されることを許可する。

既に述べたように、フレーム中のすべてのピクセルが
考慮された後、制御はボックス116に移される。これに
より、フレームクラスタ記憶装置76の内容はハードディ
スク48上の累積クラスタ記憶装置80に転送されて、すべ
てのフレームからのすべての「ベータ事象クラスタ」の
パラメータ値が保持される。

この手順において用いられるしきい値T1およびT2は、
前もっての較正によって決定され、一定であってもよい
しまたはｒおよびｃの値に依存してもよいことに注目さ
れるべきことである。

一定値のT1およびT2は、CCDアレイの（１つの領域と
他の領域との間のような）暗レベル変動を意味し、考慮
されないため、これにより、クラスタに属するピクセル
の選択において誤りが生じる結果となる可能性がある。

これを補償するために、T1およびT2は任意の瞬間での
当該するピクセルの位置に依存して変化させられ、その
ためには、CCDアレイにおけるピクセル位置の各々に対
する暗レベル「補正」値の探索テーブルが、ホストメモ
リ46の一部を便宜上形成するさらなる記憶装置137に記
憶される。

CCDアレイの較正調査中にCCDアレイの適当な調査から
引出された探索テーブルデータはハードディスク48上に
永久的な形式で記憶されてもよい。

暗レベル補正データは、こうしてハードディスク上で
利用可能となり、コンピュータがオンにされたときはい
つでも使用できるようにホストメモリ46の記憶装置137
に読込まれ得る。ハードディスク上のデータは当然のこ
とながら、正規の間隔で、またはCCDアレイの温度のよ
うなモニタされるパラメータが予め設定される制限を超
えて上昇するかもしくはそれより下に下がる場合には、
CCDアレイの適当な調査によって更新され得る。

CCDアレイが次の暗レベル調査によって得られる新し
い値は記憶装置137の値の代わりとなる。この変更がよ
り永久的な性質のものである場合、ハードディスク上の
値は書換えられてもよい。

T1およびT2を計算するのに、それらがアレイ全体にわ
たる暗レベルの変動に従って変化するよう、任意のピク
セルにおける暗レベルにT1およびT2のための異なるオフ
セットを加えることによって暗レベル補正信号を用いて
もよい。しきい値はゆえにカメラの「暗レベル」におけ
る変動に対応するようピクセル毎に変化させられる。こ
の手段によって、ピクセルをクラスタの種またはクラス
タのメンバーとして識別するための手順がカメラの視野
全体にわたって実質的に一定なものとなり得る。

代替的に、オフセット自体がCCDアレイ全体にわたっ
てカメラの利得変動に比例してピクセル毎に変化するよ
うにされてもよい。これにより、視野全体にわたってピ
クセルをクラスタの種またはクラスタのメンバーとして
識別するための基準は実質的に一定なものとなって、暗
レベル変動と利得変動との両方を可能にする。

代替的に、各ピクセルに関連する暗レベル補正信号お
よび利得変動を用いて、しきい値T1およびT2が一定のま
まであってもよい次の読出しにおいて、ピクセルのｑ値
を変更してもよい。

図3bは図3aに関連して説明されたクラスタ発見プロセ
スの好ましいバージョンを示し、ここでは、図3aの論理
を用いて発見されるかもしれないいくつかのクラスタが
実は１つより多い放射崩壊事象からなるという可能性を
見越すためのさらなる特徴が組込まれている。

「マルチクラスタ」形成を生じさせるこのような重複
事象の可能性はサンプルの活動とともに増す。

図3aのボックス126と128との間の経路は、図3bにおい
てはボックス138における重複するクラスタのためのテ
ストを含むよう延長されている。

ボックス138はボックス126から送られたクラスタ値が
実際に１つより多い放射崩壊事象を含んだか否かをチェ
ックするためのアルゴリズムを実行する。この状態は、
ｑ値が両方ともしきい値T1より大きい２つ以上の十分に
分離しているピクセルを図3aの論理によって識別される
クラスタが含んでいるとわかれば生じているものとして
定義される。

そのためには、クラスタピクセル記憶装置にあるクラ
スタのピクセルに属するｑ値の２次元的プロファイルを
調べて、それが１つの山かまたは間にはっきりとした谷
を有する２つ以上の山と対応するかどうかを見る（ここ
で「谷」は、ピーク値よりも値が有意に小さいひと続き
の結合されるピクセルを意味する）。

クラスタに対して山が１つだけ識別される場合には、
それは１つだけのクラスタとして受入れられるためそれ
以上の動作はとられない。

しかしながら、（上に定義されるような）２つ以上の
「山」が検出される場合には、制御はボックス140に移
り、そこでクラスタピクセル記憶装置を構成するピクセ
ルは、２つの（またはそれより多い）別個のクラスタに
分けられ、個々の山を中心として、図２のマルチクラス
タピクセル記憶装置78に記憶される。

山と山との間の値は各分離しているクラスタ間の境界
を定義するのに用いられ、谷にあるまたは谷付近のピク
セルはそれらの値が２つ以上のそのような重複するクラ
スタの間に割当てられるだろう。

ボックス142でカウンタは別々のクラスタの数Ｍにセ
ットされ、ボックス146で分離しているクラスタの各々
はひと続きの１ないしＭのある数でもって独自に識別さ
れる。Ｍ個の別々のクラスタの各々のパラメータが（上
述のように）計算されてそれがベータ事象クラスタとし
てまたはそうでないものとして分類されるように、ボッ
クス146はＭ個の別々のクラスタの各々に属するピクセ
ルに対する「r,c,q」値を順番にボックス128へ送る。Ｍ
番目のクラスタが解析されて分類された後、制御はボッ
クス114に戻る。

倍増されたCCDカメラの選択 好ましいカメラは、図２を参照して説明されたデータ
処理回路にインタフェースするための完全な倍増された
CCDカメラアセンブリに一体化される、すべてのEEV設計
および製造である３つのコンポーネントからなる。

主要な好ましいコンポーネントは： 1. 30kVまで拡張される光碍子への出力を用いることに
よって、倍増管スタックが両端において接地される状態
で、全体の一部として必要不可欠な高圧乗算器と組合さ
れる、EHIおよび赤外線に対して低い感度を与えるビ−
アルカリ型の修正された陰極を用いる、EEV/8870A/25:1
8mm縮小の、第１世代の、静電的に焦点を合わせる２つ
のイメージ倍増管からなるイメージ増倍管スタック。

2.以下の特性を有するEEV/CCD 02−06フレーム転送科
学イメージセンサを含むCCDイメージセンサ： a.1フィールドにつき288ラインで、１ラインにつき385
のアドレス可能な領域（ピクセル）であり、 b.各アドレス可能領域（ピクセル）は22ミクロン平方で
あり、 c.いわゆる反転モード処理で作動するように適合され
て、20℃で約10pA/cm²まで暗電流を減少させ、 d.ピクセル容量は100,000個の電子よりも大きく、 e.100％フィルファクタに対して非アンチブルーミング
され、 f.イメージ領域にボンディングされる光ファイバ入力ウ
ィンドーである。

3.以下の特性を有する、CCD 02−06センサを駆動する
ために1MHzピクセル出力レートが可能であるCCDドライ
バ： a.CCDが1MHzピクセルレンジで作動する状態での、１ピ
クセルにつき20の電子RMSより小さい読出雑音性能（暗
電流ショット雑音を除く）と、 b.アナログの低インピーダンスビデオ出力および論理レ
ベル同期パルスと、 c.CCDセンサーを駆動して図２の処理システムと正しく
かつ効率的にインタフェースするのに必要とされる信号
を与えるようプログラムされる、電気的に再プログラム
可能なゲートアレイ。

しきい値T3の調整 通常図２に関連し説明されるしきい値T3の値はしきい
値T2よりも小さいかまたはそれを超えない値に設定され
るが、これはそうしなければクラスタに属するピクセル
が失われるかもしれないためである。T1およびT2がCCD
暗レベル変動（および利得変動）を考慮するようピクセ
ル依存値である場合には、各調査ステップ中にアレイが
アドレスされる際にアレイの異なるアドレス可能な領域
（ピクセル）に対してT3の適当な値が与えられるよう、
T3の値もピクセルに依存（し利得に依存）するようにさ
れる必要があり、T3のための値の探索テーブル（または
T3を増大させるためにオフセット値のテーブル）が与え
られる必要があり、プロセッサ44はCCDアレイの調査と
同期して適当な値の読出しを生じさせるようプロクラム
されなければならない。

この発明は、複数のパラメータが異なる同位元素から
のベータ事象の異なるエネルギをプロファイルして区別
するために用いられるのを可能にする。蛍光体および／
または存在が決定されるべき物質に標識づけするのに用
いられる同位元素に依っては、使用されるであろう異な
る同位元素を考慮するために、異なるエネルギ、および
したがってベータ事象としてのクラスタの受容または拒
否を決定するのに用いられるＲ、Ｎ、Ｓの値が調整可能
である必要があるため、半径Ｒ、ピクセルの数Ｎ、また
はカウントの和Ｓは異なるかもしれない。異なる同位元
素が用いられる際に使用されるであろう異なる値の探索
テーブルは必要に応じて読出され得るハードディスク48
上の別の記憶装置に備えられてもよく、適当な値がRAM
のしきい値記憶装置74に記憶されてもよい。図３（ｃ）
は、２つのベータ事象が生じ（電荷暴走141および14
3）、かつ４の背景雑音により誘発されるフォトンの活
動が生じ（電荷暴走145a、145b、145cおよび145d）、か
つフォトン活動を生じる結果となって147で電荷暴走を
生じさせるイメージ倍増管内の１つのイオン事象が生し
た、その１つが139で識別されるところの、サンプルに
反応する蛍光体からのフォトン活動に晒された後CCD
「ピクセル」上に残る典型的な電荷分布を示す。

ｒおよびｃが測定される方向が図示されている。電荷
量ｑはCCD表面（ピクセル139）上の一定の（０）電荷の
「平坦な」面上の暴走の高さによって示される。

イオン事象のフォトン活動の幅の狭いガウス形状は、
ベータ事象により誘発されるフォトン活動関連の暴走に
よって生じる非ガウス電荷分布そのものと比較して、は
っきりと示される。

しきい値T1およびT2が適用されるかもしれないレベル
は電荷暴走に関して示される。

より高速なオプション 図４は図1aの計算およびデータ処理部42の変形を示
す。

各ひと続きのフレームから各々がデータを与えられる
一連の並列処理ラインを用いて、クラスタ発見およびク
ラスタ識別ステップがライブデータで行なわれるのによ
り多くの時間がとれるようにすることによって、この異
なるアプローチはデータがさらに高速で処理されること
を可能にする。

このために、カメラ22からの出力はFADC40を介してマ
ルチプレクサ152に与えられ、マルチプレクサ152は点線
154でその１つが示される一連の並列データ処理ライン
のまず１つに、次いで別のラインに順次データを転送す
るためのデータスイッチとして働く。各ラインは、フレ
ーム記憶装置156と、図２のホストプロセッサ44がクラ
スタを発見するのにプログラムされるのと同様の方法で
プログラムされるプロセッサ158と、フレーム記憶装置1
56に一時的に保持されるデータのフレームからの識別さ
れたクラスタに関連するデータを記憶するためのフレー
ムクラスタ記憶装置160とを含む。

ｎ個の並列ラインを設けることにより、クラスタを発
見して欲されるクラスタを欲されないクラスタから識別
するための処理に利用できる時間を、CCDカメラ22のフ
レーム期間のｎ倍と等しくすることが可能である。

ｎ個のフレームクラスタ記憶装置160の各々は第２の
マルチプレクサ162によって連続して同期的にアドレス
指定され、第２のマルチプレクサ162は次いでクラスタ
データをフレームクラスタ記憶装置160の各々からホス
トコンピュータのハードディスク上の累積クラスタ記憶
装置80に転送する。この動作はホストプロセッサ44の全
体的な制御下にあり、それは次いでスクリーン記憶装置
81と累積クラスタ記憶装置80とからのデータを前述した
ようにSVGAディスプレイモニタ50で表示させ、さらにフ
ォトン活動に関連するデータを有するまたは有さないx,
y座標がたとえばプリンタ164を介するプリントアウトと
して数値分析のために出力されることを可能にする。

可能な最高速度を得ることを可能にするために、便宜
上各々がテキサス・インスツルメンツDSP（Texas Instr
uments DSP）である各プロセッサと関連するフレーム記
憶装置およびフレームクラスタ記憶装置を設けるよう、
ライン154の各々は好ましくは適当なデジタル信号プロ
セッサとそれに関連する高速読出可能かつアドレス指定
可能なランダムアクセスメモリとを用いて独立して構成
される。

図５は、44のような単一のプログラムされたプロセッ
サの代わりに用いられてもよい、クラスタにあるピクセ
ルの群に対するＳ、r^centおよびc^centを計算するための
論理アレイを示す。

（r_i,c_i,q_i）値のリストはRAM40において実現される
クラスタピクセル記憶装置70に記憶される。

インデックス記憶装置ボックス71は、クラスタピクセ
ル記憶装置70に記憶されているとわかっているＮ個のピ
クセル値をカウンする論理であり、（r_i,c_i,q_i）値の各
組が記憶装置70の出力上に順次表われるようにする。

これらの値は乗算ボックス73,75に送り出されてそこ
でq_ir_iおよびq_ic_iが計算される。

q_ir_iおよびq_ic_iの和は加算ボックス73a、75aおよびバ
ッファからのフィードバックを介して２つのバッファ7
7、79で累算される（バッファは計算の開始で０に初期
化されるものとする）。

バッファおよびフィードバックはコードフラグメント
を実現する：バッファ＝73aのためのバッファ＋q_ir_i等
およびバッファ＝75aのための（バッファ＋q_ic_i）。

加算の終わりで最終的なバッファの内容は２つの除算
ボックス83aおよび83bに送られ、そこでＳによる除算が
行なわれる。

加算ボックス85a、バッファ85b、およびファンアウト
ボックス85cの中央経路は同様の態様でq_i値の和を計算
して図に示される除算に必要なＳの値を与える。

85cおよび85dのようなファンアウトボックスは１つの
入力から同一の並列する出力を生ずる単純な装置であ
る。

加算ボックス87aおよびバッファ87bの最後の経路は値
「１」をＮ回加算することによってＮの値を計算する。

加算バッファメモリの最終的な内容を除算ボックスに
送るための初期化およびゲート動作は図示されない。最
終的な結果は同じく図示されていないメモリ（またはラ
ッチ）に送られる。

図６は、44のような単一のプログラムされるプロセッ
サの代わりに再び論理素子を用いる半径Ｒの計算のため
の実現例を示す。

この実現例では、r^cent、c^centおよびＳのための、図
3aおよび図3bに関連して既に与えられている式を用いて
r^cent、c^cent、ＮおよびＳが既知となると、半径Ｒが計
算される。

図６の個々の機能ボックスは、図中のそれらの印から
それらの個々の性質および目的ならびにそれらがどのよ
うに相互作用するかが明らかであるため、ここでは詳細
には説明しない。

図６には図示されていないが、バッファメモリおよび
フィードバックは、前の図にあるように、加算ボックス
89aおよび89bの各々の後に続くべきである。

図５の回路によって計算されたパラメータは適当な時
点で（たとえばラッチを介して）与えられる。

実現 すべての論理機能は、たとえばTMS320C50のような好
適にプログラムされるテキサスDSP装置のように実現さ
れてもよい。これらのチップをプログラムするためのア
ルゴリズムと、関連のメモリ（RAM）および入出力装置
のインタフェースの十分な詳細とは、TMS320C5X・ユー
ザーズ・ガイド・1993（TMS320C5X Users Guide 1993）
（パート番号SPRU056B）、およびTMS320ファミリーに関
するデジタル信号処理アリケーション（Digital Signal
Processing Applications with the TMS320 Family）
（1989パート番号SPRA012A）を含む、テキサス・インス
ツルメンツ発行の一連の技術マニュアルに与えられてい
る。

代替的な実現例は別個の論理チップ、たとえばトラン
ジスタ対トランジスタ（TTL）論理コンポーネントを用
いるだろう。

サンプルの呈示 図7a、図7bおよび図7cはサンプルと蛍光体膜と光ファ
イバ結合板との３つの異なる構成を示す。

図7aにおいて、放射に応答して蛍光体166によって発
生される信号はテーパされた光ファイバ板168に入射す
る。板168は、サンプル領域と同じ大きさの広い領域を
呈し、かつイメージ増倍管の光電陰極172への光ファイ
バ入力170の領域と同じ大きさのより小さい領域へとテ
ーパしている。この縮小により、そうでない場合よりも
広いサンプル領域がCCDカメラ174によって見られること
ができる。

テーパされる光ファイバ板168の広い領域が光電陰極1
72に対して呈されるようテーパが逆となると、サンプル
領域の拡大が可能となる。

図7bに示される別の好ましい実施例では、蛍光体コー
ティング166が光ファイバ結合板176に直接堆積される。
これにより、蛍光体166のための別個のサポート媒体の
必要性がなくなる。フランジ178はそれを扱いやすくす
るために板176の周端に設けられる。

板176は図7cに示されるように、テーパされた光ファ
イバ板168と分離して用いられてもよい。

図８は、測定されるべきサンプルを呈示するための自
動化されたシステムを示す。システムは、イメージ増倍
管184の光ファイバ結合板182の真上を通るフィードコン
ベア180に間隔をおいて置かれる多数のカートリッジ179
を含む。各カートリッジ179は、190の下側に付けられた
サンプル188が上に置かれるサポート物質に載せられる
１つ以上の蛍光体膜186を含む。カートリッジは自動フ
ィーダによる処理を容易にするようにくぼみをつけられ
てもよい。サンプル188は自動的にスキャンされ、そこ
からの放射は、マッピングされ、放射を生ずる標識づけ
された同位元素を含む標本の形状を示すデータとおそら
くは組合される一連の座標として記憶される。サンプル
は次いで、スキャンおよびそれに関する座標データのそ
の後の解析および記憶のために次のサンプルが呈示され
るよう、インデックスが付けられる。

暗レベルおよびしきい値補正 通常、各ピクセルの暗レベル応答は、光または他の放
射がない状態で適度な数のフレーム（たとえば1,000）
に対するそのピクセルにおけるカウントの統計的分布の
測定から得られる。これらの測定の結果はしきい値記憶
装置74（または専用暗レベル補正信号記憶装置137）に
記憶されホストプロセッサ44を用いて解析されてもよ
い。暗レベル探索テーブルはしたがって、アドレスｒお
よびｃにより定義される各ピクセルからの暗レベル応答
の平均値を入力することによって、しきい値記憶装置74
（または記憶装置137）において作られてもよい。同様
に、典型的な熱電子、イオン、および他の背景事象の統
計学的分布、ならびに他のソースからの放射崩壊事象の
統計学的分布の測定に必要に応じて基づく適当なオフセ
ットを、任意のピクセルの暗レベル値に対応するカウン
トに加えることによって、しきい値T1、T2およびT3の各
々のための他の探索テーブルが74で作られて記憶され得
る。

これらのオフセットは視野全体にわたって一定であっ
てもよいし、またはピクセルのアドレスｒおよびｃに関
連して変動することが可能であってもよい。ピクセルの
アドレスに関連するオフセットのこのような変動は、視
野全体にわたって一様である放射源にシステムが晒され
るときに応答をピクセル間で比較することによって得ら
れてもよい。

時間のある期間にわたって生じ得る事象の異なるタイ
プに対する、ここで記載されるようなCCDアレイにおけ
る１つのピクセルに関連するフォトンエネルギ／電荷
「カウント」の典型的な分布が、図3cと関連させて見ら
れるべき図９に示されている。

複数の標識づけ クラスタのエネルギは直接には測定できない。代わり
に、既に説明されたパラメータ、つまり生起するデータ
壊変のエネルギに各々が関連するＮ、ＳおよびＲが各ク
ラスタに対して測定される。

次に処理例が続く。量Ｓに分布する、選択されるサブ
領域内のＣ事象をＣ（Ｓ）として測定するとする。これ
を次のように表わす。

Ｃ（Ｓ）＝C_3H（Ｓ）＋C_14C（Ｓ） …（図10参照） Ｃはmm²単位での、１分単位でのカウントを意味するC
PM/mm²の単位で表わし得る。２つの同位元素への統計学
的分割をなすために、³Hおよび¹⁴Cに対する個々の分布
が何であるかをアプリオルに知る必要がある。我々はこ
れらを、サンプルに可能な限り近いものとして表現され
るマトリックスから作られる各同位元素中にある、活動
が既知の別個の較正サンプルを測定することによって得
る。組織サンプルを表わすこのようなマトリックスは、
たとえばアマーシャム・インターナショナル（Amersham
International）製造の、「放射自動記録式マイクロス
ケール（radioautographic micro−scales）」と呼ばれ
るものであり、シンチレーションのカウントによって個
々に測定される、異なる量の既知の放射能を含む放射性
ポリマの層から構成される。nCi/mg（ナノキュリー／ミ
リグラム）で表わされる基準の単位活動につきCPm/mm²
の単位で測定される、標準的トリチウムのサンプルから
の分布である量n_3H（Ｓ）、および同様に¹⁴Cに対して測
定を行なうとする。これを次のように表わすことができ
る： Ｃ（Ｓ）＝a_3Hn_3H（Ｓ）＋a_14Cn_14C（Ｓ） ここで、各ａは、見つけられる、nCi/mgで表わされる
同位元素の実際の量を表わす。ａ値は、「最尤法」のよ
うな標準的な統計学的方法を用いて、測定された分布Ｃ
（Ｓ）に対する最もよい適合として得られる。実際に
は、そのような適合を行なう際には背景の影響を考慮に
入れなければならず、そのような影響を最小限にするた
めに、たとえば背景寄与を含むかもしれないあるしきい
値より下の小さいＳ値を取除いて、Ｓ値の範囲を選択し
なければならない。

他の測定される量ＮおよびＲにおける分布はＣ（Ｎ）
およびＣ（Ｒ）として表わすことができ、既に得られた
ａ値と互換性のあるはずのａ値を与えるために同様に解
析される。

代替的に、ａ値は、３つの分布Ｃ（Ｓ）、Ｃ（Ｎ）お
よびＣ（Ｒ）を同時に最尤解法にかけることによって得
られ得る。

上記のような解析から、サンプルの任意の小さなサブ
領域に関係する活動a_3Hを得ることができ、所望される
場合には色の強度がその活動に関連するように色の表示
を生じさせることができる。サンプル全体にわたる選択
された同位元素の活動の分布を比較し対照することを望
むなら、同じディスプレイ上で活動a_14Cを別の色で同様
に表わしてもよい。

個々のクラスタは例のわずか１部において１つのまた
は他の同位元素として独自に識別され得る。たとえば、
³Hは０〜18keVのレンジで、および¹⁴Cは０〜156keVのレ
ンジで、ベータ粒子を生ずる。これは、18keVより上の
エネルギのベータ粒子を反映するＳ値の上側のレンジは
論理上は¹⁴Cからのみ来ているはずであるということに
なる。同位元素からのエネルギ値のスペクトルはエネル
ギとともに急激し減少し、２つの同位元素の活動の比は
実際には10:1にもなり得るため、明白なクラスタの割合
はわずかであり得る（たとえば10〜20％）ことがわか
る。一般に、統計学的な答えは与えられなければならな
いが、ディスプレイ上にイメージを描くだけで十分であ
る。したがって、たとえばサンプルの所与の小さなサブ
領域においては、クラスタのパラメータでなされた測定
により、100個のクラスタが存在しそのうち30はおそら
く³Hであり70はおそらく¹⁴Cであると判断され得るかも
しれない。

実際には、サブ領域の次元は、解像度および統計学的
意味合いを考慮して決定されなければならない。0.01な
いし0.1mm²のオーダのサブ領域が好適であることがわか
っている。これは、空間的解像度の視点から見て許容可
能であり、平均して統計学的分析にまさに十分な100個
のクラスタを含むかもしれない。当然、分析の目的で、
もし所望されるならば、より大きな領域での２つの同位
元素の平均的活動を知るために、サブ領域のデータを後
でより大きな領域に集合させてもよい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラッシュブローク，ジョン・ゴードン イギリス、シィ・ビィ・２ ２・ティ・ ワイ ケンブリッジ、サウスエイカー・ ロード、サウスエイカー・パーク、バリ ントン・ハウス、10 (72)発明者 ホーパー，クレイラ・エリザベス イギリス、シィ・ビィ・１ ４・アー ル・エックス ケンブリッジ、ロザーウ ィック・ウェイ、５ (72)発明者 ニール，ウィリアム・レイ イギリス、シィ・ビィ・１ ５・ジェ イ・ディ ケンブリッジ、グレイト・ウ ィルブラハム、ハイ・ストリート、53 (72)発明者 アンソージ，リチャード・エリック イギリス、シィ・ビィ・４ ３・ピィ・ エフ ケンブリッジ、ギルバート・ロー ド、６ (56)参考文献 特開 昭56−76689（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−111638（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−209637（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−205693（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−20771（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭60−176186（ＪＰ，Ｕ) 特表 平７−504497（ＪＰ，Ａ) 国際公開92／003836（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01T 1/29 G01T 1/20

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サンプルの中の、放射能により標識づけら
   れた物質の存在および位置を検出するための方法であっ
   て、サンプルの領域は蛍光体の領域に露出され、それに
   より放射性崩壊事象がフォトン放射事象を生成し、かつ
   蛍光体がイメージ増倍管手段の光電陰極上に結像され、
   その出力はCCDカメラのための光学入力を与え、 （１） カメラのCCDアレイを繰返しスキャンするステ
   ップを備え、各スキャンはアレイの調査に対応しかつス
   キャンの前に露出の期間があり、スキャンの後に続いて
   リセットのステップがあり、このリセットステップは次
   に続く露出期間を開始させ、さらに （２） 各調査の間にその値がアレイ上の電荷パターン
   を記述するデータ信号を発生するステップと、 （３） データ信号の測定を行なって、アレイの近接し
   た別個にアドレス指定可能な領域から、イメージ増倍管
   からのフォトンの放射がアレイのアドレス指定可能な領
   域に衝突したことを示すデータ値のクラスタを識別する
   ステップと、 （４） データ値の識別されたクラスタの各々の中心位
   置を識別し、中心座標を、同じ調査の間に起こる他の識
   別されたクラスタがあればその中心座標とともにメモリ
   に記憶するステップとを特徴とする、方法。
2. 【請求項２】蛍光体は、イメージ増倍管の入力光ファイ
   バウィンドウと接する薄膜上に支持される、請求項１に
   記載の方法。
3. 【請求項３】サンプルは蛍光体と接する、請求項１に記
   載の方法。
4. 【請求項４】各クラスタに関連の、アレイの近接した別
   個にアドレス指定可能な領域に入射するフォトンの活動
   の量が各調査期間の間に測定され、それに比例するフォ
   トン活動信号が発生される、請求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】フォトン活動信号値は、関連の領域の中心
   座標と関連して、各クラスタごとのさらなる電気情報信
   号としてメモリに記憶される、請求項４に記載の方法。
6. 【請求項６】イメージ増倍管内で起こり得る、熱に刺激
   された雑音電子放出に特有の信号が識別され、出力電気
   信号から除去される、請求項１に記載の方法。
7. 【請求項７】前記識別および除去はあるしきい値を適用
   することによって行なわれ、当該しきい値は、一つの小
   さい数値の情報信号が無視されるようにしかつ、当該し
   きい値よりも大きくかつＫ個の光電子活動の事象と同等
   のクラスタの一部である、情報信号の数値を有するクラ
   スタから中心座標信号のみを生成するようなしきい値で
   あり、それによりこのようなクラスタの中心座標のみが
   記憶され、リストとして生成されかついかなるディスプ
   レイにおいても特徴を生成する手段となる、請求項６に
   記載の方法。
8. 【請求項８】異なる光源−蛍光体の組合せにより異なる
   しきい値が用いられる、請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】調査で見出された連続したサブ領域のクラ
   スタをリアルタイムで検査し、クラスタ内にＫ個の光電
   子活動に相当する量よりも大きな活動信号の和が存在す
   ることが見出された場合には、その中心座標信号を生成
   するステップを含む、請求項６に記載の方法。
10. 【請求項１０】検査のステップは、第１のしきい値より
    も上の信号値を有する任意のサブ領域を識別し、識別さ
    れたサブ領域の各々と連続したサブ領域を検討すること
    で、フォトン活動に関連した信号値が第２のしかしより
    低いしきい値よりも上である次の隣接したサブ領域のグ
    ループが存在するか否かを判断するステップを含む、請
    求項９に記載の方法。
11. 【請求項１１】サブ領域の各々の識別されたクラスタに
    大きさの基準を適用し、もしクラスタが予め定められた
    数よりも少ないサブ領域を有する場合にはこれを拒絶し
    て、そのための中心座標がリストに追加されないように
    するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
12. 【請求項１２】事象として識別された各クラスタに関連
    するCCDサブ領域上の総電荷を判断し、各クラスタのサ
    イズに注目し、これら両方の情報を各クラスタごとに組
    合わせ、クラスタの性質を判断するためのしきい値を決
    定するためのアルゴリズムを適用して、生起する事象が
    放射性崩壊事象であるか否かを分類するステップをさら
    に含み、サイズはクラスタを構成するサブ領域の数によ
    って測定される、請求項１に記載の方法。
13. 【請求項１３】情報アレイに向けてアドレス指定された
    CCDの各領域はピクセルとして規定され、各調査の間に
    得られた各ピクセルのフォトンの活動に関する信号q_iは
    しきい値T3と比較され、もし値q_iがT3よりも大きけれ
    ば、ピクセル座標およびq_i値はさらなる処理のために保
    持され、ここで各ピクセルはより高いしきい値およびよ
    り低いしきい値（T1およびT2）と比較され、近接したピ
    クセルのq_i値が比較され、もしすべてがT2を満足させる
    q_i値を有するすぐに近接したピクセルのグループ内に、
    より高いしきい値T1を満足するものが少なくとも１つあ
    る場合には、ピクセルはクラスタに属すると識別され
    る、請求項１に記載の方法。
14. 【請求項１４】値q_iがより低いしきい値T2を満足するピ
    クセルの座標およびq_i値がフレームに対して保持されか
    つ記憶され、グループ内のピクセルの数がn₁よりも大き
    くかつn₂よりも小さければクラスタは放射性崩壊事象に
    よって引き起こされたものと分類され、さらにn₁および
    n₂の値は、用いられる放射性物質に依存して、必要に応
    じて用いるためにルックアップテーブルに記憶される、
    請求項13に記載の方法。
15. 【請求項１５】識別されたグループ内の各ピクセルのq_i
    値は、グループ内のすべての他のピクセルのq_i値に加算
    され、グループは、グループのq_i値の和（Ｓ）が予め定
    められた値Ｗよりも大きい場合には放射性崩壊事象が対
    応するものとさらに確認され、Ｗの値はルックアップテ
    ーブルメモリに記憶される、請求項13に記載の方法。
16. 【請求項１６】識別されたクラスタの各々の重み付けら
    れた半径がアルゴリズム を用いて計算され、式中、σ_ｘおよびσ_ｙは、クラスタ
    に属するピクセルのCCDアレイのｘおよびｙ軸上へのq₁
    の重み付けられた投射の標準偏差である、請求項13に記
    載の方法。
17. 【請求項１７】サンプル内の壊変する放射性物質の存在
    と位置とを検出するための装置であって、 （１） CCDカメラ手段とイメージ増倍管手段とを含
    み、後者の出力がCCDカメラへの入力を与え、さらに （２） 放射性同位元素で標識づけられたサンプルのた
    めのサンプル支持手段と、 （３） 放射性同位元素で標識づけられたサンプルと接
    し、サンプル内の放射性物質の放射性崩壊であって各崩
    壊が事象を含むものに応答して、フォトンを放射するよ
    うに適合された蛍光体膜とを含み、装置は、 （４） カメラのCCDアレイを繰返しスキャンするため
    の手段を特徴とし、各スキャンはアレイの調査に対応
    し、その後にリセットステップが続き、その前に露出ス
    テップがあり、さらに （５） CCDアレイの前記調査の各々の間に見出された
    電荷パターンに対応するデータ信号をスキャンから発生
    させる手段と、 （６） 各調査の後で前記データ信号が与えられ、それ
    に対して測定を行ない、調査にすぐ先立つ露出期間の間
    に、CCDのすぐ近接した別個にアドレス指定可能な領域
    にイメージ増倍管によって放射された光が入射したこと
    を各々が示す、すぐに近接したデータ値のクラスタのい
    ずれかを識別するように適合された信号処理手段および
    計算手段と、 （７） 識別されたクラスタの各々のデータ信号から、
    スキャンされたCCDアレイを参照して、クラスタの中心
    のｘ、ｙ座標を計算するための手段と、 （８） 識別されたクラスタの各々の少なくとも中心座
    標を、CCDアレイの同じ調査の間に識別されたいずれか
    の他のクラスタの少なくとも中心座標とともに記憶する
    ためのメモリ手段とをさらに備える、装置。
18. 【請求項１８】各事象に関連したデータからその事象に
    関連するCCDアレイ上のフォトンの活動の測定を計算す
    るように適合された信号処理および計算手段をさらに含
    み、前記計算された値を受取ってその値にしきい値の基
    準を適用し、関連の事象であってその計算された値がし
    きい値の基準を満たさないものを事象の座標値のリスト
    から除去し、それによりイメージ増倍管内で起こり得
    る、熱によって刺激された雑音電子放出によって生じる
    事象に関する座標信号を、事象のリストから除去するた
    めのしきい値手段が設けられる、請求項17に記載の装
    置。
19. 【請求項１９】サンプル−蛍光体の組合せをイメージ増
    倍管の光電陰極に結合するように適合された光ファイバ
    板をさらに含む、請求項17に記載の装置。
20. 【請求項２０】光ファイバ板の断面は、サンプル−蛍光
    体の組合せに結合する面から、イメージ増倍管に結合す
    る面まで変化し、後者はイメージ増倍管入力ウィンドウ
    の領域と等しく、前者はサンプル−蛍光体の組合せの領
    域と等しい、請求項19に記載の装置。