検出器システムとその臨床応用

(1)

‑ 46‑

動態機能測定用テルル化カドミウム

(CdTe)

検出器システムとその臨床応用

鈴木豊

1. はじめに

プローブ型検出器は,核医学の初期の時代には, 主流の座を占めていたが,現在においては,その座をシンチカメラに譲って,その使用頻度はきわめて低い｡しかし,プローブ型検出器には,機構の簡便さ故に小型,軽量の測定器を容易に作れるという特長がある｡特に,近年開発された常温で使用可能な半導体検出器と発展普及の著しいマイクロコンピュータとを組み合わせることで,新しい利用方法が開発されつつある1 ) 2 ) 3 ) 4 ) ｡コンピュータ化された半導体検出器を用いることで,今まで不可能であった日常生活中の各種臓器の動態機能を連続的に観測することが実現するのではないかと大きな期待が寄せられている｡われわれの施設でも,過去数年来, シングルプローブシステムの臨床応用に取組んできたが5 ) 6 ) ,その応用範囲をさらに拡大するために新たにテルル化カドミウム

(CdTe)

検出器を用いたシステムを開発しつつある｡そこで, この機会にわれわれの開発中のシステムの概要とその臨床応用の一端を紹介することにする｡

2.

ガンマ線検出器としての

CdTe

の特性

臨床で使用する場合の

CdTe

の最大の長所は, 常温で使用できることである｡これは,バンドギャ

ップエネルギーが

1.45eV

と十分大きなためであり

,30oC

までは温度によって特性が変化しないと報告されている7 ) ｡次に,ガンマ線検出器として考えた場合

,CdTe

の長所は,他の半導体素子と比較して原子番号が

50

と高く,その減弱係数が大きいことである｡これは,小型で検出効率のよい検出器の

作成にあたって考慮すべき重要な条件である｡

3.

システムの構成

われわれの施設で現在使用中の装置のブロックダイアグラムを

Fig.1

に示す｡使用した

CdTe

検出器は

,RMD

社製

A‑116

型で,直径

16mm

,厚さ

2 mm

で金属内に封入されており,全重量

17g

であ

る｡これに装着するためのコリメータとして,内径

16mm

で,高さがそれぞれ

5mm,16mm

のストレート型二重類を作成した｡コリメータと検出器はプラスチックの筒の中に格納されている

(Fig.2)

0

CdTe

検出器より得られた信号は,前置増幅器

(Fig.2)

およびバッファーアンプで増幅され携帯型データ収集装置に入力される

(Fig.1)

｡携帯型データ収集装置は,マイクロプロセッサー,波高分析装置, ランダムアクセスメモリーなどを内蔵し,重さ約

800g

である｡波高分析器により

40KeV

未満の信号は除去され

,0.05

秒ごとのデータが,マイクロコンピュータ

(LSト11/23)

に転送され, フロッピーディスクに記録される｡本システムの特性については,既に報告

8)

したので詳細について割愛するが,計数率特性としては

,40KeV

以上の積分計数モードの計測で

,100Kcps

で約

20

%の数え落としであった｡感度については,絶対値は求められていないが,われわれの施設にある焦点型コリメータを装着した直径

2

インチの

NaI

検出器のそれと比較すると,高さ

5mm,16mm

のコリメータを使用した場合,それぞれ,約

1/2,1/5

という値が得られている｡

Adynamicmonitoringsystemwithcadmiumtelluride(CdTe)detectorsanditsclinicalapplication YutakaSuzuki

DepartmentofRadiology,TheSchoolofMedicine,TokaiUniversity

,

東海大学医学部放射線医学教室〒 259‑11神奈川県伊勢原市望星台

(2)

核医学画像診断

Vol.2No.21987.7

PORTABLE DATA ACQ UNIT

Fig.1 Schematicdiagram ofthesystem.PREAMP:preamplifier,AMP:amplifier, PAH:pulseheightanalyser,RAM :random accessmemory,MPU:mainprocess･ ingunit,I/0:in‑putandout‑putdevice,ROM :readonlymemory,LC.D.:liquid

crystalarisplay, Fig.

2

Detectormoduleandpr

eamplifier. A:collimat

or,B:CdTedetector,C:

plastichouslng,D:preamplifie

r .

4.臨 ‑ 47‑

床応用

臨床応用としてこれまでに,脳脊髄液

( CSF)短

絡流量の測定,各種負荷時の左室ポンプ

機能の測定を試みてきたので, これらの一端を紹介す

る｡

1)

CSF短絡流CSF短絡流量の測定

量

(F)は,短絡装置のリザーバー内

に

RI

を注入後,同部の

時間放射能曲線を求めると, リザーバー内容量

(Ⅴ

)

と時間放射能曲線の半減時間 ( Tl / 2) より,理論的には次式

で算出される｡即ち

,F‑0.698V/T^l

/

2

, しかし,現実には, リザーバー内の

CSF

と

RI

が完全に混和しないた

め, この関係式が成立しないこ

(3)

48

O O L

O9

0 9 等

ON

0

(%)^ヒ^LIL

U

V

0⁵

¹ ⁰ ¹ ⁵

²⁰ ²⁵ ³⁰ ³⁵ ⁴⁰ ⁴⁵

DEGREES

Fig･3Changesinatime‑activ itycurveobtainedduringheadbeingcontinuouslyraised.At25degreeh eadraisedposition,CSFhassuddenlystartedtoflow.寸Z.NL寸ト.LL寸N.寸ト.OL寸Z.OL寸ト.0(××

d X 山 ) (9 0

.i)^1J≧ト

O

V

0

246

810

121 4161820

TIME︻MIN

Fig.4 Flowratechangesbypat

】

ientposi‑ tion.0.36ml/minflow rateinrecum‑

bentbecomesnearly ze

ro in sitting positionbutrestoredits

rateof0.38 ml/mininuprightposition

.

読み出した時間放射能曲線について,任意の関心

時間区域を指定すると,その間の

T

l/2

が求められ,

それにもとづいて流量が自動的に算出され

(4)

核医学画像診断

Vol.2No.21987･7･ ‑ 49‑

0.00 0.01 0.82 0.eO O.也‑ 0.06 0.e6 0.07 0.09

●.1○^○.ll

TI‑ (AIrl)

Fig.6 Smoothedbeat‑by‑beatleftventricularcurvean

d estimatedLVEF.

Fig.5 Amodelpersonputo

naspecially designedvesta

ndprobesattachedto it:oneovertheleftven

tricleandthe otherintherigh

tupperlung.

vivo標識した後,患者

に専用のベストを着用させ, シンチカメラ下で,左室およ

びバックグラウンド領域として右上肺野にそれぞれ

16mm

長のコリメータを装着した

CdTe

検出器を固

定する

(Fig.5)

｡サンプリング間隔

0.05

秒で任意の

時間 ( 最長

3

時間) データを収集する｡得られたデータは,以下類の解析法によって処理される｡ i)1ブロの三種

ック分のデータ

(6.4

秒間,1

28

データポイント)につ

いてその平均値と標準偏差より左室駆出率

(LVEF)

Count̀(Ⅹ〉

を求め, トレンドグラムとして表示する｡バックグラウンドは,

右上肺の時間放射能曲線の同一ブロック内の平均カウントとする｡

物理学的減衰は,ブロック単位に補正する

｡ ii

)任意の 1ブロックに

つい

て

,3

点スムージングを

10

回施行し,カーブ上の

山とそ

(5)

:, ,

● 之

^く

● ●

Iく一O.●.

l

S‑7

○ 5

レ′5

く ○

i

○

●

● ●

I‑.

く 1 レく S ′

l ● ら ■ ■ ■ ● ヽ ■ 1 ̲ . , : ′ ■ 血∴ 血止‑ l こ , hl 血 J . . . LV‑CURVE 一

.

故

...

∴一

.‥

. .

^○￠●

〜

■

▼ T

I . ' , ▼ ー .

.Li

. W

hJ

d t i

l

一

.

‑ , 一̀ I , Ti 甲■

.

̲ ∫

..

● .

^.

m f E im . L .

.

▼

･▼■

珊

丁

; 7 ‑

.

l n

.

'

E X

E

R C

Ⅰ SE

門 ‑‑.I

.

‑ ‑. ,

ー

J ..ノ

BKG

0 3

I el C.一色 9.

‑ et 之

Tl一^■ ^く一l^n〉

H e a r

t

^{R a t e}

●

t 〉

コ●1 6

ー一色 9.●2 1

〜

E F 1/ 3

E

F

○

IC

○コ

>つ

4

16.●29.●2‑2

●

16.名臣9.delZ

PFR

■ t }

e c >

▼l‑く

● l n 〉

pER ^F^q

T

i me to

PFR

T

i m

e t o P

ER

●

.

o

● 3.●1 6.●2

9 .

●2 12.●3 15

.

0■

l

B.05

l

l.●6

2 ●

.06Tl

之

‑7.

0

7く■l

3

〇･n〉〇8

Fig.8 Changesofleftventricular and background curves

,

and left ventricularparameterse,stim

ateddur‑

ingandafterexercise.

ムとし

ても表示する

10)0

種々の心疾患を有する患者

33

例で,本システムで測定した

LVEF

およびそ

の他の指標とシンチカメラ･コンピュータシステムで測定し

た値とを比較した結果, よい相関関係が得られてい

る

11

)

1

2 ) ｡本システムの臨床的意義は,各種

負荷時の左室機能の変化を,負荷前,中,後と連続的に観

測できる点にある

｡Fig.8は,エルゴメータに

よる運動負荷時の左室ポンプ機能をモニターしたも

のであるOポンプ機能の各種指標の経時的変化を

容易に観察することができる｡また,興味のある時

相のデータを詳細に分析することも可能である｡運

動負荷に伴なうこのような左室ポンプ機能の急激な変化を,カメラ

･コンピュータシステムで連続的に観測することは

不可能と思われる｡われわれは,現在主として

,薬剤負荷時,運動負荷時の左室機能の変化を観測

することを目的として研究を進めているが,次の課

題としては,左室機能の長時間モニターがある. こ

のためにわれわれは, 新に携帯型データ収集装置

からマイクロコンピュータへ信号を無線で転送する

システムを開発中である｡このシステムを完成すれば,検査のフレキシビリティーはさらに増し,長時間モニターも容易にな

るものと考えている｡以上の他,臨床応用として

,種々の条件下での肺血液量の変化,肝動脈血流量の変化などの測定を試みているが, それらについては, ま

たの機会に紹介することにする｡

5.おわりに

われわれの開発した

Cd

Te検出器システムとそ

の臨床応用の一端を紹介し

た｡このシステムにより,従来のカメラ･コンピュ

ータシステムでは,不可能であった種々の状況下で

の動態機能の観測が可能になった｡このことは,核医学に新しい分野

を持たらすものであると考える｡ 1

)HofferPB,Berge

文献

rHJ,Steidley∫,etal:Aminia‑

turecadmium

telluridedetectormoduleforcon‑

tinuousmonitoringofleftventricularfunctio n.

Radiolgy138:477‑481,198

1.

2)OwenJE,Wal

kerRG,WillemsD,etal:Cadmium telluridede

tectorsinexternalmeasurementof glomerular

filtrationrateusingTc‑99m DTPA (Sn):com

parisonwithCr‑51EDTAandTc‑99m DTPA (S

(6)

phrology18:200‑203,1982.

3)WilsonRA,SullivanPJ,MooreRH,etal:An ambulatoryventricularfunctionmonitor:valida‑

tionandpreliminaryclinicalresults.Am ∫Car‑ dio152:60ト606,1983.

4)LahiriA,Crawley JCW,JonesRI,etal:A noninvasivetechniqueforcontinuousmonitoring ofleftventricularfunctionusinganewsolidstate mercuriciodideradiationdetector.ClinScience 66:551‑556,1984.

5)

鈴木豊,小野容明,木下栄治ほか :シングルプローブ装置による左室駆出率測定法の基礎的研究.核医学

21:353‑360,1984.

6)

井出満,兼本成武,五島雄一郎,鈴木豊 :オムニスコープ.呼と循

32:1039‑1044,1984. 7)Palms JM :Newer developments in detector

designandmaterials.In:HofferPB,BeckRN

,

GttschalkAeds.Semiconductordetectorsinthe futureofnuclearmedicine.NewYork,Societyof

核医学画像診断

Vol.2No.21987.7. ‑ 51‑

NuclearMedicine1971:p57‑78.

8)村上

剛,福田利雄,梅本亨他 :テルル化カドミウム検出器を用いた動態機能検査装置

Radioisotope 35:20‑23,1986.

9)SuzukiY,MatsumaeM,MurakamiT,etal:

Assessmentofcerebrospinalfluid shuntflow ratesby computerized semiconductordetector system.∫NucIMed27:1025,1986.

10)SuzukiY,IdeM,MurakamiT,etal:Radionu‑

Clidecardiacmonitoringsystem usingdualcad‑

mium telluride (CdTe)detectors:specification andsomeclinicalapplications.NucIMedCom一 munications:inpress.

ll)IdeM,KanemotoN,GotoU,SuzukiY:Evaluza‑

tionofleftventricularfunctionuslngaCadmium tellurideprobe.Nu

c

IMed25:A 47‑48,1986. 12)

井出満,兼本威武,五島雄一郎,鈴木豊 :テル

ル化カドミウムを用いたシングルプローブによる左

室機能の計測.核医学

23:1675‑1682,1986.

検出器システムとその臨床応用

動態機能測定用テルル化カ ドミウム

検出器システムとその臨床応用

鈴 木 豊

1. はじめに

検出器 を用いた シ ステムを開発 しつつある｡そこで, この機会 にわれ われの開発中のシステムの概要 とその臨床応用の一 端 を紹介することにす る｡

ガンマ線検出器 としての

の特性

臨床 で使 用す る場合 の

の最大 の長所 は, 常温で使用できることである｡ これは,バ ン ドギャ

ップエネルギーが

と十分大 きなためで あ り

までは温度 によって特性が変化 しない と報 告 されている7 ) ｡次 に,ガ ンマ線検出器 として考 え た場合

の長所 は,他の半導体素子 と比較 し て原子番号が

と高 く,その減弱係数が大 きい こ とである｡ これは,小型で検出効率のよい検出器の

作成 にあたって考慮すべ き重要な条件である｡

システムの構成

われわれの施設で現在使用中の装置のブロックダ イアグラムを

に示す｡使用 した

検出 器 は

社製

型で,直径

,厚 さ

で金属内に封入 されてお り,全重量

であ

る｡ これに装着するためのコリメータ として,内径

で,高 さがそれぞれ

のス トレ ー ト型二重類 を作成 した｡ コリメータ と検出器 はプ ラスチ ックの筒の 中 に格納 され て い る

0

検 出器 よ り得 られ た信 号 は,前 置増 幅器

およびバ ッファーアンプで増幅 され携帯型 データ収集装置に入力 され る

｡携帯型 デー タ収集装置は,マイクロプロセ ッサー,波高分析装 置, ランダムアクセスメモ リーな どを内蔵 し,重 さ 約

である｡波高分析器 により

未満の 信号 は除去 され

秒 ご との デー タが,マイ ク ロコンピュータ

に転送 され, フロ ッ ピーディスクに記録 される｡本 システムの特性 につ いては,既 に報告

したので詳細 について割愛す る が,計数率特性 としては

以上の積分計数 モー ドの計測で

で約

%の数え落 とし であった｡感度 については,絶対値 は求められてい ないが,われわれの施設 にある焦点型 コリメータを 装着 した直径

インチの

検 出器 のそれ と比較 す ると,高 さ

のコリメータを使用 し た場合,それぞれ,約

とい う値が得 られ ている｡

,

核 医学画像診 断

2

r .

臨床応用 として これ までに,脳脊髄液

絡流量の測定,各種負荷時の左室 ポンプ

機能の測定 を試みてきたので, これ らの一端 を紹介す

る｡

1)

量

に

を注入後,同部 の

時 間放射能 曲線 を求 め る と, リザーバー内容量

と時間放射能 曲線の半 減時間 ( Tl / 2) よ り,理論的 には次式

で算 出 され る｡即 ち

/

, しか し,現 実 に は, リザーバー内の

と

が完全 に混和 しないた

め, この関係式が成立 しない こ

O O L

0 9 等

0

U

1 0 1 5

DEGREES

d X 山 ) (9 0

O

0

810

TIME︻MIN

】

読み出 した時間放射能曲線 について,任意の関心

時 間区域 を指定す る と,その間の

が求 め られ,

それにもとづいて流量が自動的に算出され

動態機能測定用テルル化カドミウム

鈴木豊

検出器を用いたシステムを開発しつつある｡そこで, この機会にわれわれの開発中のシステムの概要とその臨床応用の一端を紹介することにする｡

ガンマ線検出器としての

臨床で使用する場合の

の最大の長所は, 常温で使用できることである｡これは,バンドギャ

と十分大きなためであり

までは温度によって特性が変化しないと報告されている7 ) ｡次に,ガンマ線検出器として考えた場合

の長所は,他の半導体素子と比較して原子番号が

と高く,その減弱係数が大きいことである｡これは,小型で検出効率のよい検出器の

作成にあたって考慮すべき重要な条件である｡

われわれの施設で現在使用中の装置のブロックダイアグラムを

に示す｡使用した

検出器は

,厚さ

で金属内に封入されており,全重量

る｡これに装着するためのコリメータとして,内径

で,高さがそれぞれ

のストレート型二重類を作成した｡コリメータと検出器はプラスチックの筒の中に格納されている

検出器より得られた信号は,前置増幅器

およびバッファーアンプで増幅され携帯型データ収集装置に入力される

｡携帯型データ収集装置は,マイクロプロセッサー,波高分析装置, ランダムアクセスメモリーなどを内蔵し,重さ約

である｡波高分析器により

未満の信号は除去され

秒ごとのデータが,マイクロコンピュータ

に転送され, フロッピーディスクに記録される｡本システムの特性については,既に報告

したので詳細について割愛するが,計数率特性としては

以上の積分計数モードの計測で

%の数え落としであった｡感度については,絶対値は求められていないが,われわれの施設にある焦点型コリメータを装着した直径

検出器のそれと比較すると,高さ

のコリメータを使用した場合,それぞれ,約

という値が得られている｡

核医学画像診断

臨床応用としてこれまでに,脳脊髄液

絡流量の測定,各種負荷時の左室ポンプ

機能の測定を試みてきたので, これらの一端を紹介す

を注入後,同部の

時間放射能曲線を求めると, リザーバー内容量

と時間放射能曲線の半減時間 ( Tl / 2) より,理論的には次式

で算出される｡即ち

, しかし,現実には, リザーバー内の

が完全に混和しないた

め, この関係式が成立しないこ

¹ ⁰ ¹ ⁵

読み出した時間放射能曲線について,任意の関心

時間区域を指定すると,その間の

が求められ,

核医学画像診断

に専用のベストを着用させ, シンチカメラ下で,左室およ

びバックグラウンド領域として右上肺野にそれぞれ

長のコリメータを装着した

検出器を固

定する

｡サンプリング間隔

時間) データを収集する｡得られたデータは,以下類の解析法によって処理される｡ i)1ブロの三種

ック分のデータ

秒間,1

データポイント)につ

いてその平均値と標準偏差より左室駆出率

を求め, トレンドグラムとして表示する｡バックグラウンドは,

右上肺の時間放射能曲線の同一ブロック内の平均カウントとする｡

物理学的減衰は,ブロック単位に補正する

)任意の 1ブロックに

点スムージングを

回施行し,カーブ上の

山とそ

く 1 レく S ′