JP4365762B2 - 核医学診断装置および核医学診断装置の冷却方法 - Google Patents
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Description
これらの技術は、いずれも、検査対象の物理量を放射線飛翔方向の積分値として計測し、その積分値を逆投影することにより被検体内の各ボクセルの物理量を計算し画像化する技術である。これらの技術では、膨大なデータを処理する必要があり、近年のコンピュータの技術の急速な発達に伴い、高速・高詳細画像が提供されるようになってきた。
体内に取り込まれた放射線核種は、崩壊してポジトロン(β+)を放出する。放出されたポジトロンは電子と結合して消滅する際に、それぞれ511keVのエネルギーを有する一対の消滅γ線(消滅γ線対)を放出する。この消滅γ線対は、ほぼ反対方向(180度±0.6度)に放射されるので、被検体の周りを取り囲むように配置した複数の放射線検出器で消滅γ線対を同時検出し、その放射方向データを蓄積することで投影データを得ることができる。投影データを逆投影(前記フィルタードバックプロジェクション法等を使用)することにより放射位置(放射線核種の集積位置)を同定し画像化することが可能となる。
時間分解能の特性が向上すると、前記同時計測時間窓を小さくすることが可能となる。そうすると、真の消滅γ線対ではない、γ線を偶発的に捕らえてしまう確率が低減されることとなる。偶発的に捕らえられたγ線対(偶発同時イベント)は、真の位置情報を保持していないので、このようなノイズ成分が排除されることにより、画質および画像情報の定量性が向上する。また、エネルギー分解能の特性が向上すると、前記のような体内散乱によるγ線を排除することができ、画質および画像情報の定量性が向上する。
はじめに、図1、図2を参照して、本実施形態の核医学診断装置(PET装置1)の概略構成を説明する。PET装置1は、撮像装置11と、この撮像装置11が撮像して得た検出データを処理して画像データに変換するデータ処理装置12と、このデータ処理装置12が出力する画像データを二次元または三次元的に表示する表示装置13と、被検者(被検体)H(図2参照)を体軸方向に進退動可能に載せるベッド14とを備えている。
撮像装置11は、多数の半導体放射線検出器(以下、単に検出器という(図3(a)(b)、図4参照、以下同様)、詳細は後記する)21を有する検出器ユニット2を備えている。検出器ユニット2は、撮像装置11のケーシング11A内に配置され、図2に示すように、撮像装置11の空間S内に挿入されたベッド14を取り囲むように、被検者Hの体軸Zを中心として周方向に多数配置されている。撮像装置11には、さらに冷却装置50(図2に構成要素の一部を図示)が設けられている。
まず、図3(a)(b)を参照して、検出器ユニット2について説明する。検出器ユニット2は、複数のユニット基板20を収納部材である筐体30内に収納して構成される。ちなみに、撮像装置11(図2参照)は、この検出器ユニット2が周方向に60〜70個着脱自在に配置されて構成されており、保守点検が容易なようにされている。
ユニット基板20は、第1の基板としての検出器基板20Aと、第2の基板としての信号処理基板20Bとを含んでいる。ユニット基板20は、図2に示した被検者Hの体軸Z方向(ベッド14の長手方向)に複数枚並べられた状態で、筐体30内に配置されている。本実施形態では、図3(b)に示すように、ユニット基板20が計15枚設けられている。
このように、検出器基板20Aと信号処理基板20Bとの電気的接続は、コネクタC1によって行われることから、基板同士の接続・接続の解除(結合・結合の解除)は容易である。したがって、例えば、後記する検出器21やアナログASIC24,デジタルASIC26に不具合が生じた場合には、不具合のある部分だけを取り替えれば済む。よって、一部に不具合があるために、ユニット基板20全体を新しいものに取り替えるといったような無駄を無くすことができ、保守費用を低減することができる。
なお、ユニット基板20は、前記構成に限らず、例えば、1枚の基板から構成して前記検出器基板20Aおよび信号処理基板20Bに設けられている後記する各エレメントを、この1枚の基板上に設けるように構成してもよい。このようなユニット基板20では、コネクタC1がない分、コストが低減されるとともに、組み立てが簡単になる。
本実施形態では、撮像装置11において、各ユニット基板20は、基板本体20aに設けられた各検出器21がベッド14の長手方向を向くように配置されているが、この構造には限定されない。例えば、基板本体20aに設けられた各検出器21が撮像装置11の周方向を向くように各ユニット基板20を配置してもよい。
筐体30は、横断面が矩形(好ましくは、長方形)の筒状体であり、撮像装置11のケーシング11A内に設けられるリング状(環状)のユニット支持部材40(図4参照)に周方向に取り付けられる。筐体30は、図3(a)(b)に示すように、側部31がユニット基板20の信号処理基板20Bを覆う大きさに形成されているとともに、下端部に開口が形成されている。これにより、筐体30内にユニット基板20を設置すると、ユニット基板20の信号処理基板20Bが筐体30内に配置されるが、検出器基板20Aの大部分、すなわち検出器基板20Aの、検出器21が設置された部分が筐体30の開口から下方(外側)に突出する。すなわち、基板本体20a上の全検出器21は、筐体30で覆われることなく、筐体30の外部に位置する。このため、後記するように、ユニット支持部材40に検出器ユニット2を取り付けた状態では、検出器21が、ユニット支持部材40内の第1導風路41に露出された状態で配置されることとなる。
なお、本実施形態では、撮像装置11が設置される部屋内の空気を吸い込んで、冷却空気として利用し、冷却後に再び部屋内に排出するように構成したが、部屋の外部から空気を吸い込んで冷却後の空気を再び部屋の外へ排出するように構成してもよい。
(1)この核医学診断装置によれば、ユニット基板20が、検出器21を設置した検出器基板20A(第1の基板)と、信号処理装置を設置した信号処理基板20B(第2の基板)とからなり、検出器21が配置された第1の領域Aと信号処理装置が配置された第2の領域Bとが、断熱部材35でお互いに分離された構成となっているので、集積回路(デジタルASIC26等)により生じた熱が、断熱部材35で遮断され、検出器21側に伝わることを著しく抑制できる。これにより、第1の領域Aにある検出器21の温度上昇を著しく抑制することができ、検出器21を低温に維持することができる。これにより、時間分解能およびエネルギー分解能を向上させることができる。また、時間分解能を向上させることができるので、γ線の同時計測時間窓を小さくすることが可能となり、γ線を偶発的に捕らえてしまう確率が低減される。さらに、エネルギー分解能を向上させることができるので、体内散乱が除去(ノイズが低減)されるようになる。したがって、PET画像の画質および定量性が向上して、高精度の診断を行うことができる核医学診断装置が得られる。
しかも、検出器基板20Aと信号処理基板20BとがコネクタC1を介して結合されているので、信号処理基板20B側からの熱が検出器基板20A側に直接的に伝わり難くなり、検出器基板20Aに設置した検出器21の温度上昇を著しく抑制することができる。これにより、時間分解能やエネルギー分解能がより一層向上された核医学診断装置が得られる。
また、検出器21の温度上昇を抑制できるので、検出器21の経時変化が抑えられ、故障率を低下させることができる。したがって、検出器21の特性が安定したものとなり、撮像装置11の信頼性が向上するとともに、ランニングコストの低減を図ることができる。
さらに、検出器21が低温に維持されることとなるので、結合基板22の高圧電源27から供給される電圧が安定するという利点も得られる。
(2)この核医学診断装置によれば、冷却装置50により供給される冷却空気により、第1,第2の領域A,Bを好適に冷却することができる。しかも、冷却空気は、冷却装置50により第1の領域Aから第2の領域Bに供給されるようになっているので、発熱要素のない温度の低い側である検出器21側が冷却された後に、温度の高い側である集積回路(デジタルASIC26等)側が冷却される。このため、前記した断熱部材35による検出器21の温度上昇を抑制することができる効果と相俟って、検出器21の温度上昇をより一層抑制することができる。
(3)この核医学診断装置によれば、ユニット基板20を筐体30内に複数枚収納して検出器ユニット2を構成し、被検者Hを支持したベッド14が挿入されるリング状のユニット支持部材40の周方向に検出器ユニット2が複数配置された構成となっているので、検出器21の高密度実装化を図ることができ、空間分解能が向上すると共に実質的な感度向上による検査時間の短縮された核医学診断装置が得られる。特に、検出器基板20Aの、検出器21が存在する部分を、筐体30の外側に配置しているため、隣り合う検出器ユニット2のユニット基板20の相互間の間隔を狭くでき、撮像装置11の周方向において検出器21をより稠密に配置することができる。したがって、撮像装置11におけるγ線の検出感度が向上し、検査時間を短縮できる。
検出器基板20Aの、検出器21が存在する部分を、筐体30の外側に配置しているため、図7の構成に比べて検出器21の冷却効率が向上する。
また、検出器ユニット2が、ユニット支持部材40に保持されて固定されるので、検出器ユニット2の取り付け取り外しが行い易く、保守性が高い。
(4)この核医学診断装置によれば、検出器21の配置される第1の領域Aが、第2の領域Bから断熱部材35によりお互いに分離されているとともに、検出器ユニット2の下部に露出した状態に配置されているので、検出器21の時間分解能やエネルギー分解能がより向上された核医学診断装置が得られる。
(5)この核医学診断装置によれば、ユニット支持部材40に検出器21を冷却するための第1導風路41が形成されているので、ユニット支持部材40を冷却空気の供給路として有効に利用することができ、冷却を行うための機構をシンプルに構成することができる。
(6)この核医学診断装置によれば、検出器21として半導体放射線検出器を使用しているので、エネルギー分解能が向上し、体内散乱によるγ線を除去することができる。したがって、高精度の診断を行なうことができる核医学診断装置が得られる。特に、3D撮像時において、体内散乱によるγ線の増加が抑えられPET画像の高画質化が図れると共に定量性のある検査が可能となる。
(7)この核医学診断装置によれば、検出器21として半導体放射線検出器を使用しているので、位置分解能が向上する。従来のようなシンチレータにおいては、数十個のシンチレータの信号を1つのホトマルで増幅し、重心計算等を用いて検出したシンチレータ位置を算出しているために、位置分解能が劣化し易い。また、ホトマルを使用しているのでシンチレータ微細化には限界がある。
一方、本実施形態の核医学診断装置では、検出器21毎に増幅回路が形成されているので、位置分解能が劣化しない。さらに、ASIC(24,26)等を使用して信号処理装置を用いているので、検出器21の微細化が容易であり、位置分解能の更なる向上が可能となっている。
(8)この核医学診断装置では、検出器21として半導体放射線検出器を使用し、その信号処理にASIC(24,26)を使用しているために、シンチレータで使用しているホトマルに比べて検出器21周りの小型化が実現される。したがって、第1導風路41が大型化するのを防止することができ、冷却装置50を備えた構成であるにもかかわらず、撮像装置11の小型化を図ることができる。また、検出器21と集積回路(デジタルASIC26等)とをユニット基板20上に順序良く配置しているので、検出器ユニット2の小型化が可能となり、これによって、第2導風路42の小型化も可能となり、冷却装置50を備えた構成であるにもかかわらず、撮像装置11の小型化を図ることができる。
(9)ユニット支持部材40は、検出器ユニット2を支持する部材であり、第1導風路41と第2導風路42を分離する部材でもある。このため、検出器ユニット2を支持する部材と、第1導風路41と第2導風路42を分離する部材を別々に設ける必要がなく、撮像装置11の構造を単純化できる。断熱部材35も、第1の領域Aと第2の領域Bを分離する部材だけでなく、第1導風路41と第2導風路42を分離する部材でもある。この断熱部材35の設置も、撮像装置11の構造をさらに単純化する。
〔実施形態2〕
他の実施形態である核医学診断装置としてのPET装置10を説明する。本実施形態の核医学診断装置は、図6(a)(b),図7に示すように、検出器ユニット2の収納部材である筐体60がユニット基板20の全体を覆う大きさに形成されている点が実施形態1と異なる。具体的には、同図に示すように、筐体60は、底部60aを有する箱型形状とされており、実施形態1で説明した筐体30(図3(a)(b)参照)のように下部に開口が設けられていない。つまり、筐体60内には、断熱部材35で仕切られる第1の領域Aと第2の領域Bとが形成されるようになっている。
(10)本実施形態の核医学診断装置によれば、ユニット基板20の全体が筐体60内に収納される構成となっているので、遮光性に優れ、冷却装置50による冷却効果と相俟って、検出器21の時間分解能やエネルギー分解能がより一層向上されるという効果が得られる。
この場合、冷却装置は、第1,第2の領域A,B毎に2つ(第1,第2の冷却装置)設けるようにしてもよい。このように構成することにより、温度の制御性をより高めることができ、第1,第2の領域A,Bの温度管理をより厳密に行うことができる。また、検出器21を冷却するために、第2の領域Bが必要以上に冷却されてしまうことを防止することができ、冷却効率を向上させることができる。さらに、2つの独立した冷却装置を備えている構成でありながら、ランニングコストを抑えることができるという利点も得られる。
2 検出器ユニット
11 撮像装置
11A ケーシング
12 データ処理装置
12A 同時計測装置
12B 画像情報作成装置
13 表示装置
14 ベッド
20 ユニット基板
20A 検出器基板(第1の基板)
20B 信号処理基板(第2の基板)
21 検出器(半導体放射線検出器)
22 結合基板
24 アナログASIC
25 ADC
26 デジタルASIC
27 高圧電源
28 結合FPGA
29 データ転送装置
30 筐体
32 基板固定棒
33 ユニットファン
34 通気孔
35 断熱部材
40 ユニット支持部材
40c 円筒板
41 第1導風路
42 第2導風路
43 排気ダクト
43a 排気口
44 排気ファン
50 冷却装置
51 送風装置
A 第1の領域
B 第2の領域
C1 コネクタ
H 被検者(被検体)
R1 連絡線
S 空間
Z 体軸
Claims (15)
- 被検体を支持するベッドと、撮像装置とを備え、
前記撮像装置は、複数の放射線検出器、および前記放射線検出器の検出信号を入力する信号処理装置を含むユニット基板を有し、
前記撮像装置内に形成される、前記放射線検出器が配置される第1の領域および前記信号処理装置が配置される第2の領域をお互いに分離する断熱部材を、前記撮像装置に設けたことを特徴とする核医学診断装置。 - 被検体を支持するベッドと、撮像装置とを備え、
前記撮像装置は、放射線検出器を含む第1の基板、および前記放射線検出器の検出信号を入力する信号処理装置を含み、前記第1の基板とコネクタを介して結合される第2の基板を有するユニット基板を有し、
前記撮像装置内に形成される、前記放射線検出器が配置される第1の領域および前記信号処理装置が配置される第2の領域をお互いに分離する断熱部材を、前記撮像装置に設けたことを特徴とする核医学診断装置。 - 冷却材を前記第2の領域に供給する冷却装置を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の核医学診断装置。
- 冷却材を前記第1の領域から前記第2の領域に供給する通路を有する冷却装置を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の核医学診断装置。
- 冷却材を前記第1の領域に供給する第1の冷却装置と、冷却材を前記第2の領域に供給する第2の冷却装置とを備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の核医学診断装置。
- 前記放射線検出器は、半導体放射線検出器であることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の核医学診断装置。
- 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の核医学診断装置であって、
複数の前記ユニット基板を収納部材内に設けた検出器ユニットを備え、複数の前記検出器ユニットを、被検体を支持するベッドの周囲に配置し、前記断熱部材が前記収納部材内に配置されたことを特徴とする核医学診断装置。 - 前記ユニット基板の、前記放射線検出器が存在する部分が前記収納部材の外側に位置することを特徴とする請求項7に記載の核医学診断装置。
- 請求項1または請求項2に記載の核医学診断装置であって、
冷却材を供給する冷却装置と、複数の前記ユニット基板を収納部材内に設けた検出器ユニットと、を備え、複数の前記検出器ユニットが、被検体を支持するベッドの周囲に配置され、前記断熱部材が前記収納部材内に配置されており、
前記撮像装置は前記ベッドの周囲を取り囲む環状の支持部材を備え、前記複数の検出器ユニットは前記支持部材に取り付けられ、
前記冷却装置は、前記支持部材より内側で前記撮像装置内に形成された第1冷却材通路、および前記支持部材より外側で前記撮像装置内に形成され、前記第1冷却材通路内の前記冷却材が供給される第2冷却材通路を有し、
前記検出器ユニットの、前記第1の領域の部分が前記第1冷却材通路内に配置され、前記検出器ユニットの、前記第2の領域の部分が前記第2冷却材通路内に配置されることを特徴とする核医学診断装置。 - 請求項1または請求項2に記載の核医学診断装置であって、
冷却材を供給する冷却装置と、複数の前記ユニット基板を収納部材内に設けた検出器ユニットと、を備え、複数の前記検出器ユニットが、被検体を支持するベッドの周囲に配置され、前記断熱部材が前記収納部材内に配置されており、
前記撮像装置は前記ベッドの周囲を取り囲む環状の支持部材を備え、前記複数の検出器ユニットは前記支持部材に取り付けられ、
前記冷却装置は、前記支持部材より内側で前記撮像装置内に形成された第1冷却材通路、および前記支持部材より外側で前記撮像装置内に形成され、前記第1冷却材通路内の前記冷却材が供給される第2冷却材通路を有し、
前記検出器ユニットの、前記第2の領域の部分が前記第2冷却材通路内に配置され、前記検出器ユニットに設けられた前記ユニット基板の、前記放射線検出器が存在する部分が、前記収納部材の外側に位置し前記第1冷却材通路内に配置されたことを特徴とする核医学診断装置。 - 複数の放射線検出器及び前記放射線検出器の検出信号を入力する信号処理装置を含むユニット基板、及び前記放射線検出器が配置される第1の領域及び前記信号処理装置が配置される第2の領域をお互いに分離する断熱部材を有する撮像装置を備えた核医学診断装置の冷却方法であって、
前記第2の領域に冷却材を供給するステップを具備したことを特徴とする核医学診断装置の冷却方法。 - 複数の放射線検出器及び前記放射線検出器の検出信号を入力する信号処理装置を含むユニット基板、及び前記放射線検出器が配置される第1の領域及び前記信号処理装置が配置される第2の領域をお互いに分離する断熱部材を有する撮像装置を備えた核医学診断装置の冷却方法であって、
前記第1の領域に冷却材を供給するステップと、
前記第1の領域に供給された冷却材を前記第1の領域から前記第2の領域へ供給するステップと、を具備したことを特徴とする核医学診断装置の冷却方法。 - 被検体を支持するベッドと、撮像装置とを備え、
前記撮像装置は、前記ベッドの周囲を取り囲む環状の支持部材、および前記支持部材に取り付けられた複数の検出器ユニットを有し、
前記検出器ユニットは、複数の放射線検出器および前記放射線検出器の検出信号を入力する信号処理装置を含む複数のユニット基板を、収納部材内に設け、
前記支持部材より内側で前記撮像装置内に形成された第1冷却材通路、および前記支持部材より外側で前記撮像装置内に形成された第2冷却材通路を有する冷却装置を備え、
前記収納部材内に設けられた断熱部材が、前記放射線検出器が配置される第1の領域および前記信号処理装置が配置される第2の領域を分離し、
前記検出器ユニットの、前記第1の領域の部分が前記第1冷却材通路内に配置され、前記検出器ユニットの、前記第2の領域の部分が前記第2冷却材通路内に配置されている核医学診断装置の冷却方法であって、
前記第1冷却材通路に冷却材を供給し、前記第1冷却材通路内の前記冷却材を前記第2冷却材通路に供給することを特徴とする核医学診断装置の冷却方法。 - 被検体を支持するベッドと、撮像装置とを備え、
前記撮像装置は、前記ベッドの周囲を取り囲む環状の支持部材、および前記支持部材に取り付けられた複数の検出器ユニットを有し、
前記検出器ユニットは、複数の放射線検出器および前記放射線検出器の検出信号を入力する信号処理装置を含む複数のユニット基板を、収納部材内に設け、
前記支持部材より内側で前記撮像装置内に形成された第1冷却材通路、および前記支持部材より外側で前記撮像装置内に形成された第2冷却材通路を有する冷却装置を備え、
前記収納部材内に設けられた断熱部材が、前記放射線検出器が配置される第1の領域および前記信号処理装置が配置される第2の領域を分離し、
前記検出器ユニットの、前記第2の領域の部分が前記第2冷却材通路内に配置され、前記検出器ユニットに設けられた前記ユニット基板の、前記放射線検出器が存在する部分が、前記収納部材の外側に位置し前記第1冷却材通路内に配置されている核医学診断装置の冷却方法であって、
前記第1冷却材通路に冷却材を供給し、前記第1冷却材通路内の前記冷却材を前記第2冷却材通路に供給することを特徴とする核医学診断装置の冷却方法。 - 前記ユニット基板は、前記放射線検出器を含む第1の基板および前記放射線検出器の検出信号を入力する前記信号処理装置を含んでいる第2の基板を有することを特徴とする請求項13または請求項14に記載の核医学診断装置の冷却方法。
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