JPH06347555A - ポジトロンイメージング装置 - Google Patents

ポジトロンイメージング装置

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JPH06347555A
JPH06347555A JP5138740A JP13874093A JPH06347555A JP H06347555 A JPH06347555 A JP H06347555A JP 5138740 A JP5138740 A JP 5138740A JP 13874093 A JP13874093 A JP 13874093A JP H06347555 A JPH06347555 A JP H06347555A
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JP
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detector array
detector
annihilation
numerical aperture
pair
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JP5138740A
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Takashi Yamashita
貴司 山下
Eiichi Tanaka
栄一 田中
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Hamamatsu Photonics KK
Original Assignee
Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
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    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/17—Circuit arrangements not adapted to a particular type of detector
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computed tomography [CT]
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
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    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2914—Measurement of spatial distribution of radiation
    • G01T1/2985—In depth localisation, e.g. using positron emitters; Tomographic imaging (longitudinal and transverse section imaging; apparatus for radiation diagnosis sequentially in different planes, steroscopic radiation diagnosis)

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被測定物内の関心のある特定部位を、位置や
大きさに合わせて、効率的に測定できるポジトロンイメ
ージング装置を提供する。 【構成】 対消滅に伴う２光子は、被測定物を挟んで配
置された検出器アレイ１１１、１１２のγ線検出器２０
０に入射する。γ線検出器２００から出力された電気パ
ルス信号は対消滅推定部３００に入力され、同時計数条
件により電子・陽電子対消滅が起こったことが推定さ
れ、対消滅発生通知と検出器の情報が画像再構成部５２
０へ通知される。γ線検出器２００から出力された電気
パルス信号は飛行時間差計測部４００に入力され、検出
器間の検出時間差が計測され、画像再構成手段５２０へ
通知される。画像再構成部５２０は、入力した情報に基
いて対消滅位置を推定し蓄積する。蓄積した位置情報を
逐次近似法などにより実質的に測定誤差を補償するアル
ゴリズムにより、特定部位の断層像を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被測定体の内部物質分
布を計測するポジトロンイメージング装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】人体や動物の体などの被測定物にポジト
ロンを放出する放射性同位元素で標識された試薬を投入
し、放射性同位元素から放出される陽電子と通常物質中
の電子の対消滅により生成される一対の光子（γ線）を
計測し、被測定物の内部物質分布を測定する、ポジトロ
ンイメージング装置が注目されている。この場合の対消
滅における各光子エネルギは陽電子あるいは電子の質量
エネルギ（0.511Mev）とほぼ同一である。また、２光子
は互いに反対方向に放出される。以上のような、特徴的
な光子対を計測し、被測定物内の各点近傍での対消滅頻
度を求めることによって標識物質の被測定物内分布を測
定する。個々の光子は、そのエネルギと現状の測定手段
を鑑みて、該光子でγ線検出素子内シンチレーション発
光をさせた後、このシンチレーション光を光検出器によ
り検出する測定系が一般的である。
【０００３】上記の方式を採用した装置として、ポジト
ロンＣＴ装置（あるいはＰＥＴ（Positron Emission To
mography）装置）がある。このようなＰＥＴ装置は、γ
線検出素子（例えば、ＢＧＯシンチレータ）と光検出器
からなるγ線検出器多数を所定の軸に対して多層リング
状に配列する。上記の特定エネルギ（0.511Mev）の光子
を２つのγ線検出器が同時計数することにより、陽電子
・電子の対消滅が起きたことを認識し、各光子のシンチ
レーション発光位置を空間的に結んで対消滅の発生位置
がその上にある直線を推定する。対消滅ごとに推定した
対消滅の発生位置が存在する直線を多数求め、演算処理
を行って、被測定物内の物質分布を測定する。
【０００４】また、電子・陽電子の対消滅に伴う２光子
を検出する方式を採用している装置として、２光子を検
出する２検出器の光子検出時刻の差を測定して、２検出
器を結ぶ直線上の対消滅発生位置を推定する、光子の飛
行時間を利用したポジトロンプローブ装置（以後、ＴＯ
Ｆポジトロンプローブと呼ぶ）が報告されている（M.Ya
mamoto et al.:IEEE TRANSACTION ON NUCLEAR SIENCE,
Vol.36, No.1, 1989,pp998-1002 など）。このＴＯＦポ
ジトロンプローブでは、対消滅ごとに推定した対消滅の
発生位置を多数求め、演算処理を行って、被測定物内の
物質分布を測定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来のポ
ジトロンイメージング装置においては、以下のような問
題点があった。
【０００６】ＰＥＴ装置は、人体や動物の体などの被測
定物の全体を測定対象とし、被測定物の全体をγ線検出
器を円筒状に配設したγ線検出部の中空部に設置する構
造を有する。したがって、被測定物の特定部位にのみ関
心があり、その特定部位に関して測定を行いたい場合で
あっても、装置サイズが大きくなりγ線検出器の数が膨
大となる問題点があった。また、少数のγ線検出器を使
用し、例えば１層リング構造あるいは１層リングの対向
する弧状にγ線検出器を配設したγ線検出部で測定を行
う場合には、γ線検出部を被測定物の周りを回転したり
走査したりする必要があるので、機械的に繁雑となった
り、計測時間が長くなるといった問題点があった。
【０００７】また、報告されているＴＯＦポジトロンプ
ローブは、検出器の位置が固定されているので、例えば
人体の脳の計測に最適化されたＴＯＦポジトロンプロー
ブは人体の他の特定器官（例えば心臓）の測定には不向
きである、という問題点があった。また、画像再構成ア
ルゴリズムとして、電子・陽電子の対消滅に伴う２光子
を検出した検出器対を結ぶ直線上に、２光子の飛行時間
差の情報（以後、ＴＯＦ情報と呼ぶ）で与えられる対消
滅位置の分布を単純に使用する方式がとられている。こ
の方式には、ＴＯＦ情報に含まれるＴＯＦ情報の計測に
おける時間分解能の限界に伴う計測誤差により、小型の
検出器を用いる場合には検出器の配列と平行な方向の解
像力に比較して、検出器の配列と垂直な方向の解像力が
劣ってしまうことが避けられないという問題点があっ
た。
【０００８】本発明は、上記の問題点を解消するために
なされたものであり、被測定物内の関心のある特定部位
の位置や大きさに合わせて、関心部位の情報を有効に測
定できるポジトロンイメージング装置を提供することを
目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のポジトロンイメ
ージング装置は、被測定物内の関心のある特定部位の位
置や大きさに合わせて、γ線検出器を配設して構成した
２つの検出器アレイを被測定物を挟んで対向する位置に
配置する。この配設態様および配置位置は、特定部位の
計測にあたって、被測定物から検出器アレイまでの距離
に応じて、都度、最適化されるように決定される。本発
明の第１のポジトロンイメージング装置では、電子・陽
電子の対消滅に伴って発生した２光子を検出した検出器
の情報に基づき、いわゆる焦点面法で画像を再構成す
る。また、本発明の第２のポジトロンイメージング装置
では、電子・陽電子の対消滅に伴って発生した２光子を
検出した検出器の情報および検出時刻の差の情報に基づ
き、いわゆるＴＯＦ法あるいは逐次近似による改良ＴＯ
Ｆ法で画像を再構成する。
【００１０】すなわち、本発明の第１のポジトロンイメ
ージング装置は、（ａ）第１の数の第１の開口数を有す
るγ線検出器が配設されて構成される第１の検出器アレ
イと、（ｂ）被測定物を挟んで、第１の検出器アレイと
対向して配置された、第２の数の第２の開口数を有する
γ線検出器が配設されて構成される第２の検出器アレイ
と、（ｃ）第１の検出器アレイと前記第２の検出器アレ
イとから出力された入力光子のエネルギを反映した信号
を入力して、電子・陽電子対消滅に伴って発生した光子
対を推定する対消滅推定手段と、（ｄ）対消滅推定手段
から出力される対消滅発生通知に同期して、電子・陽電
子対消滅に伴って発生した光子対として推定された第１
の検出器アレイの受光検出器情報および第２の検出器ア
レイの受光検出器情報を収集し、蓄積し、蓄積した検出
器情報から算出される対消滅の発生位置を通る直線情報
に基づいて所定の画像再構成アルゴリズムに従って演算
する画像再構成手段と、を含んで構成され、第１の数と
第２の数、第１の開口数と第２の開口数、あるいは第１
の検出器アレイにおける検出器の空間配設密度と第２の
検出器アレイにおける検出器の空間配設密度、の少なく
ともいずれか一つが異なり、対向する全てのγ線検出器
対について同時計数することを特徴とする。
【００１１】ここで、所定の画像再構成アルゴリズム
は、仮想焦点面を設定後、仮想焦点面と対消滅の発生位
置を通る直線との交点を求め、この交点の分布の集中度
を判断して画像を再構成する焦点面法である、ことを特
徴としてもよい。
【００１２】また、本発明の第２のポジトロンイメージ
ング装置は、（ａ）第１の数の第１の開口数を有するγ
線検出器が配設されて構成される第１の検出器アレイ
と、（ｂ）被測定物を挟んで、第１の検出器アレイと対
向して配置された、第２の数の第２の開口数を有するγ
線検出器が配設されて構成される第２の検出器アレイ
と、（ｃ）第１の検出器アレイと第２の検出器アレイと
から出力された入力光子のエネルギを反映した信号を入
力して、電子・陽電子対消滅に伴って発生した光子対の
候補を推定する対消滅発生推定手段と、（ｄ）第１の検
出器アレイと第２の検出器アレイとから出力された対消
滅に伴う２光子の検出信号に関して、第１の検出器アレ
イでの光子検出時刻と第２の検出器アレイでの光子検出
時刻との間の時間を計測する飛行時間差計測手段と、
（ｅ）対消滅推定手段から出力される対消滅発生通知に
同期して、電子・陽電子対消滅に伴って発生した光子対
として推定された第１の検出器アレイの受光検出器情報
および第２の検出器アレイの受光検出器情報と、飛行時
間差計測手段から出力された飛行時間差情報とを収集
し、受光検出器情報と飛行時間差情報とを使用して対消
滅発生位置を算出し、対消滅発生位置を蓄積し、蓄積し
た対消滅位置に基づいて所定の画像再構成アルゴリズム
に従って演算する画像再構成手段と、を含んで構成さ
れ、第１の数と第２の数、第１の開口数と第２の開口
数、あるいは第１の検出器アレイにおける検出器の空間
配設密度と第２の検出器アレイにおける検出器の空間配
設密度、の少なくともいずれか一つが異なり、対向する
全てのγ線検出器対について同時計数することを特徴と
する。
【００１３】ここで、所定の画像再構成アルゴリズム
は、所定の画像を初期画像として、蓄積した対消滅発生
位置を空間分解能を考慮して画像の補正を順次実施する
逐次近似法である、ことを特徴としてもよい。
【００１４】また、本発明の第１および第２のポジトロ
ンイメージング装置は、第１の検出器アレイと被測定物
との間の距離が前記第２の検出器アレイと被測定物との
間の距離より大きい場合には、第１の数は前記第２の数
よりも大きく、第１の検出器アレイと被測定物との間の
距離が前記第２の検出器アレイと被測定物との間の距離
より小さい場合には、前記第１の数は前記第２の数より
も小さい、ことを特徴としてもよい。ここで、第１の開
口数と第２の開口数とは略同一であり、第１の検出器ア
レイと被測定物との間の距離と第１の数との比は、第２
の検出器アレイと被測定物との間の距離と第２の数との
比と略同一である、ことを特徴としてもよい。
【００１５】また、本発明の第１および第２のポジトロ
ンイメージング装置は、第１の検出器アレイと被測定物
との間の距離が第２の検出器アレイと被測定物との間の
距離より大きい場合には、第１の検出器アレイにおける
γ線検出器の空間配置密度は前記第２の検出器アレイに
おけるγ線検出器の空間配置密度よりも大きく、第１の
検出器アレイと被測定物との間の距離が第２の検出器ア
レイと被測定物との間の距離より小さい場合には、第１
の検出器アレイにおけるγ線検出器の空間配置密度は第
２の検出器アレイにおけるγ線検出器の空間配置密度よ
りも小さい、ことを特徴としてもよい。ここで、第１の
検出器アレイと被測定物との間の距離が第２の検出器ア
レイと被測定物との間の距離より大きい場合には、第１
の開口数は第２の開口数よりも大きく、第１の検出器ア
レイと被測定物との間の距離が第２の検出器アレイと被
測定物との間の距離より小さい場合には、第１の開口数
は第２の開口数よりも小さい、ことを特徴としてもよ
い。
【００１６】
【作用】陽電子標識化合物を被測定物（人体など）に投
与すると、化合物の性質を反映して特定部位に投与した
化合物が集まる。この化合物から放出された陽電子は周
囲物質中の電子と対消滅して互いに反対方向に進行す
る、個々のエネルギが０．５１１ＭｅＶである２光子を
発生する。
【００１７】本発明の第１のポジトロンイメージング装
置では、特定部位の大きさ、特定部位の被測定物内の位
置、γ線検出器の受光面の大きさ、要求される計測精度
（位置分解能）、および検出効率（計測視野）などを勘
案して、複数のγ線検出器を配設した検出器アレイを２
つ互いに対向して配置される。電子・陽電子対消滅に伴
って２光子が各検出器アレイのγ線検出器に入射する
と、入射光子のエネルギに応じた電気パルス信号に変換
される。
【００１８】γ線検出器から出力された電気パルス信号
は対消滅推定手段に入力され、まず入射光子のエネルギ
が略０．５１１ＭｅＶであるかがチェックされる。次
に、各検出器アレイでエネルギが略０．５１１ＭｅＶで
ある光子が夫々１つづつ、特定部位の大きさ、各検出器
と特定部位の距離、および光速度を考慮して、同一の対
消滅に伴う２光子でありうる入射時刻の差以内に入射し
たかがチェックされる（いわゆる、同時計数）。以上の
２点を満足した場合、対消滅推定手段は電子・陽電子対
消滅が起こったと推定し、対消滅発生通知とともに、こ
のとき光子を入射した検出器の情報を画像再構成手段へ
通知する。
【００１９】画像再構成手段は、入力した検出器情報に
基いて、２検出器の光子入射面の中心点を結んで、対消
滅位置が存在する直線を推定し、この直線情報を１イベ
ントとして蓄積する。対消滅の計測中あるいは計測後
に、それまで蓄積したイベントに関する情報を焦点面法
と呼ばれる、仮想焦点面を想定し、その仮想焦点面です
べての対消滅が発生したとして、仮想焦点面上に画像を
再構成し、焦点があっていると判断される画像のみを選
択するアルゴリズムなどにより、特定部位の断層像を得
る。
【００２０】本発明の第２のポジトロンイメージング装
置では、上記の第１のポジトロンイメージング装置と同
様に、特定部位の大きさ、特定部位の被測定物内の位
置、γ線検出器の受光面の大きさ、要求される計測精度
（位置分解能）、および検出効率（計測視野）などを勘
案して、複数のγ線検出器を配設した検出器アレイを２
つ互いに対向して配置される。電子・陽電子対消滅に伴
って２光子が各検出器アレイのγ線検出器に入射する
と、入射光子のエネルギに応じた電気パルス信号に変換
される。
【００２１】γ線検出器から出力された電気パルス信号
は対消滅推定手段に入力され、まず入射光子のエネルギ
が略０．５１１ＭｅＶであるかがチェックされる。次
に、各検出器アレイでエネルギが略０．５１１ＭｅＶで
ある光子が夫々１つづつ、特定部位の大きさ、各検出器
と特定部位の距離、および光速度を考慮して、同一の対
消滅に伴う２光子でありうる入射時刻の差以内に入射し
たかがチェックされる。以上の２点を満足した場合、対
消滅推定手段は電子・陽電子対消滅が起こったと推定
し、対消滅発生通知とともに、このとき光子を入射した
検出器の情報を画像再構成手段へ通知する。
【００２２】また、γ線検出器から出力された電気パル
ス信号は飛行時間差計測手段に入力し、第１の検出器ア
レイと第２の検出器アレイとから出力された対消滅に伴
う２光子の検出信号に関して、第１の検出器アレイでの
光子検出時刻と第２の検出器アレイでの光子検出時刻と
の間の時間を計測し、画像再構成手段へ通知する。
【００２３】画像再構成手段は、対消滅推定手段から入
力した２検出器の情報に基いて、２検出器の光子入射面
の中心点を結んで対消滅位置が存在する直線を推定する
とともに、飛行時間差計測手段から入力した光子検出時
刻差に基いて、推定直線上の対消滅位置を推定し、この
対消滅位置情報を１イベントとして蓄積する。対消滅の
計測中あるいは計測後に、それまで蓄積したイベントに
関する位置情報を逐次近似法などにより実質的に測定誤
差を補償するアルゴリズムにより、特定部位の断層像を
得る。
【００２４】
【実施例】本発明に係る実施例の個別の説明に先立っ
て、本発明のポジトロンイメージング装置の概要につい
て説明する。図１は本発明の係るポジトロンイメージン
グ装置の概要構成図である。図１（ａ）は、人体を被測
定物とし脳の一部を測定対象である特定部位とした場合
の装置の構成であり、図１（ｂ）は、人体を被測定物と
し心臓を測定対象である特定部位とした場合の装置の概
要構成である。
【００２５】図１に示す様に、本発明のポジトロンイメ
ージング装置は、入射した光子のエネルギを検出する、
２つの検出器アレイからなる検出部と、検出部から出力
された信号を入力し処理する信号処理部と、信号処理部
から出力された情報を蓄積し、蓄積した情報データを処
理して画像再構成を行う画像再構成部と、から構成され
る。本発明の第１のポジトロンイメージング装置では信
号処理部が同時計数法により対消滅の発生を推定しする
対消滅推定部から構成され、本発明の第２のポジトロン
イメージング装置では、信号処理部が同時計数法により
対消滅の発生を推定しする対消滅推定部と、２光子の発
生から検出までの飛行時間の差を計測する飛行時間差計
測部と、から構成される。
【００２６】以下、添付図面を参照して本発明の実施例
を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には
同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２７】（第１実施例）この装置は、本発明の第１
のポジトロンイメージング装置に属するものであり、電
子と陽電子との対消滅の同定を同時計数法により行い、
対消滅位置を通る直線を計測する。
【００２８】図２は、本実施例のポジトロンイメージン
グ装置の構成図である。図示の様に、本発明のポジトロ
ンイメージング装置は、入射した光子のエネルギを検出
する検出部１１０と、検出部１１０から出力された信号
を入力し同時計数法により対消滅の発生を推定しする対
消滅推定部３００と、対消滅推定部３００から出力され
た検出器情報信号と対消滅検出信号を入力して、蓄積
し、蓄積した直線情報データを焦点面法により処理して
画像再構成を行う画像再構成部５１０と、から構成され
る。
【００２９】ここで、検出部１１０は、検出器アレイ１
１１と検出器アレイ１１２とを対向させて構成される。
各検出器アレイは複数のγ線検出器２１０を１次元に配
列して（図示の装置では４個と８個）構成される。各γ
線検出器２１０は、ＢａＦ2シンチレータ２１１と光電
子増倍管２１２とから構成される。この装置では、γ線
検出器は同一仕様のもの使用し、特定部位の大きさ、特
定部位の被測定物内の位置、γ線検出器２１０の受光面
の大きさ、要求される計測精度（位置分解能）、および
検出効率（計測視野）などを勘案するとともに、測定対
象である特定部位から各検出器アレイまでの距離に比例
して各検出器アレイの有するγ線検出器の数を決定して
いる。
【００３０】対消滅推定部３００は、各γ線検出器２１
０ごとに設置され、入射光子のエネルギが略０．５１１
ＭｅＶであることをチェックするディスクリミネータ３
１０と、全ディスクリミネータ３１０から出力された信
号を入力するコインシデンス回路３２０と、から構成さ
れる。コインシデンス回路３２０は、特定部位の大き
さ、各検出器と特定部位の距離、および光速度を考慮し
て、同一の対消滅に伴う２光子でありうる入射時刻の差
以内に各検出器アレイごとに１つずつ略０．５１１Ｍｅ
Ｖのエネルギを有する光子を検出したことを判断する。
【００３１】画像再構成部５１０は、対消滅推定部３０
０から出力された信号を入力し、蓄積し、演算処理する
データ処理装置５１１と、データ処理装置５１１の演算
結果である断層像を表示するイメージ表示装置５１２
と、断層像を印刷するイメージ印刷装置５１３と、から
構成される。
【００３２】被測定物９００の特定部位９１０での電子
・陽電子の対消滅に伴う２光子が検出器アレイ１１１の
１つのγ線検出器２００と検出器アレイ１１２の１つの
γ線検出器２００とに入射する。入射光子によりシンチ
レータ２１１ではシンチレーション発光し、このシンチ
レーション光が光電子増倍管２２１に入力して、入射光
子のエネルギに応じた波高を有する電気パルス信号に変
換される。
【００３３】夫々のγ線検出器２１０から出力された電
気パルス信号は対消滅推定部３００に入力される。対消
滅推定部３００では、まず閾値の範囲が略０．５１１Ｍ
ｅＶの入射光子エネルギに応じた電気信号パルス高の付
近に設定されたディスクリミネータ３１０によって、入
射光子のエネルギが略０．５１１ＭｅＶであるかがチェ
ックされる。次に、各検出器アレイでエネルギが略０．
５１１ＭｅＶである光子が夫々１つづつ、特定部位の大
きさ、各検出器と特定部位の距離、および光速度を考慮
して、同一の対消滅に伴う２光子でありうる入射時刻の
差以内に入射したかがコインシデンス回路３２０によっ
てチェックされる。以上の２点を満足した場合、対消滅
推定部３００は電子・陽電子対消滅が起こったと推定
し、この旨と全てのディスクリミネータ３１０の出力信
号とを画像再構成部５１０へ通知する。
【００３４】画像再構成部５１０では、対消滅推定部３
００から出力された対消滅発生通知（すなわち、イベン
ト発生通知）を受信すると、データ処理装置５１１がデ
ィスクリミネータ２００に出力をパラレルのデジタル信
号として入力する。このとき、このデジタル信号は２ビ
ットが有意であり、他のビットは非有意となっている。
検出部１００および対消滅推定部２００による計測の結
果発生したイベントについて、データ処理装置５１１
は、対消滅推定部２００から報告された各イベントを蓄
積する。
【００３５】データ処理装置５１１は、対消滅の計測中
あるいは計測後に、それまで蓄積したイベントに関する
情報を以下の手順で処理して画像を再構成する。まず、
蓄積された１つのイベント情報（すなわち、各検出器ア
レイで１つのγ線検出器に対応するビットが有意となっ
ているデータ）を読みだし、有意ビットに対応するγ線
検出器の入射面の中央同士を結んで、対消滅の発生位置
を通る直線を算出する。次に、仮想焦点面を想定し、そ
の仮想焦点面で対消滅が発生したとして、仮想焦点面と
算出した直線の交点を対消滅発生位置と仮定してプロッ
トする。上記のイベント情報の読みだしから仮定プロッ
トまでを、蓄積した全てのイベントに関して実施する。
【００３６】図３に示す様に、実際に仮想焦点面の上あ
るいは付近に対消滅点が存在すれば、その対消滅点での
対消滅イベントに伴う複数のプロット点は、あたかも焦
点が合ったかのよう集中する。一方、対消滅点が実際に
は仮想焦点面から離れた位置に存在すれば、プロット点
は集中せず、あたかも焦点が合わないためにぼやけた像
となる。次いで、焦点があっていると判断される画像の
みを選択し、特定部位の仮想焦点面での断層像を得る。
この断層像は、イメージ表示装置５１２に表示された
り、イメージ印刷装置５１３に印刷されたりして、ユー
ザに提供される。
【００３７】引き続き、仮想焦点面を別に設定して断層
像を得ることにより、別の仮想焦点面での断層像を得る
ことができる。
【００３８】更に、検出部を移動させて走査することに
より、特定部位の３次元的な構造を知ることができる。
なお、検出器アレイを２次元構成とすれば、走査を行わ
ずに特定部位の３次元的な構造を観測することができ
る。
【００３９】（第２実施例）本実施例のポジトロンイメ
ージング装置は、第１実施例と同様に、本発明の第１の
ポジトロンイメージング装置に属するものであり、電子
と陽電子との対消滅の同定を同時計数法により行い、対
消滅位置を通る直線を計測する。
【００４０】図４は、本実施例のポジトロンイメージン
グ装置の構成図である。この装置の構成は、検出部の構
成を除いて第１実施例の装置と同一である。第１実施例
の装置の検出部１１０における２つの検出器アレイは共
通の仕様のγ線検出器を、測定対象である特定部位と検
出器アレイと距離に比例した数だけ配設して構成した。
一方、本実施例のポジトロンイメージング装置の検出部
１２０では、特定部位から見込む検出器アレイ１２１の
外縁の立体角と特定部位から見込む検出器アレイ１２２
の外縁の立体角とを略同一とするとともに、測定対象で
ある特定部位により近い検出器アレイ１２１のγ線検出
器２１０の配設密度が、より遠い検出器アレイ１２２の
γ線検出器２１０の配設密度よりも大きく設定される。
【００４１】第１実施例で説明し、本実施例の装置でも
使用する画像再構成法である焦点面法は、測定対象であ
る特定部位から見込む各検出器アレイの外縁の立体角が
大きいほど有効に焦点の結びを判断できる。本実施例の
装置は、特定部位からより遠くに配置される検出器アレ
イ１２２のγ線検出器２１０の数を削減しつつ、焦点面
法を有効とする装置を実現する。なお、本実施例の装置
は、第１実施例の装置に比べて光子収集効率が低下する
短所があるが、γ線検出器２１０の総数を減らせる長所
がある。
【００４２】被測定物の特定部位で発生した電子・陽電
子の対消滅に伴う２光子は、検出器アレイ１２１の１つ
のγ線検出器２１０と検出器アレイ１２２の１つのγ線
検出器２１０に、夫々入射する。以後、第１実施例と同
様に、対消滅推定部３００で対消滅イベントが選択さ
れ、画像再構成部５００でデータ処理されて断層像が得
られる。
【００４３】なお、第１実施例と同様に、検出器アレイ
を２次元構成とすれば、走査を行わずに特定部位の３次
元的な構造を観測することができる。
【００４４】（第３実施例）この装置は、第１実施例と
同様に、本発明の第１のポジトロンイメージング装置に
属するものであり、電子と陽電子との対消滅の同定を同
時計数法により行い、対消滅位置を通る直線を計測す
る。
【００４５】図５は、本実施例のポジトロンイメージン
グ装置の構成図である。この装置の構成は、検出部の構
成を除いて第１実施例の装置と同一である。第１実施例
の装置の検出部１１０における２つの検出器アレイは共
通の仕様のγ線検出器を配設して構成したが、本実施例
のポジトロンイメージング装置の検出部１３０では検出
器アレイ１３１を構成するγ線検出器２２０と検出器ア
レイ１３２を構成するγ線検出器２３０とでは開口数が
異なり、測定対象である特定部位により近い検出器アレ
イ１３１のγ線検出器２２０の開口数は、より遠い検出
器アレイ１３２のγ線検出器２３０の開口数よりも小さ
く設定される。ここで、γ線検出器２２０はＢａＦ2 シ
ンチレータ２２１と光電子増倍管２２２とからなり、γ
線検出器２３０はＢａＦ2 シンチレータ２３１と光電子
増倍管２３２とからなる。
【００４６】検出器アレイ１３１の任意の１つのγ線検
出器２２０と検出器アレイ１３２の任意の１つのγ線検
出器２３０とからなる同時計数検出器対を考えた場合、
特定部位付近における空間分解能は、ほぼ特定部位から
各γ線検出器を見込む立体角に依存する。また、特定部
位における対消滅に伴う２光子の収集効率も特定部位か
ら各γ線検出器を見込む立体角に依存する。ところで、
特定部位から各γ線検出器を見込む立体角は特定部位か
ら各γ線検出器までの距離に比例する。したがって、特
定部位からの距離に比例して開口数を設定すれば、光子
の収集効率を低下させずに、且つ、測定対象である特定
部位付近の空間分解能を低下させずに計測が可能であ
る。なお、特定部位からの距離に開口数を比例させなく
とも、距離の増大に対して比例よりは少ない割合で開口
数を増大させることにすれば、空間分解能を低下せずに
収集効率を確保できる。
【００４７】被測定物の特定部位で発生した電子・陽電
子の対消滅に伴う２光子は、検出器アレイ１３１の１つ
のγ線検出器２２０と検出器アレイ１３２の１つのγ線
検出器２３０に、夫々入射する。以後、第１実施例と同
様に、対消滅推定部３００で対消滅イベントが選択さ
れ、画像再構成部５００でデータ処理されて断層像が得
られる。
【００４８】なお、第１実施例と同様に、検出器アレイ
を２次元構成とすれば、走査を行わずに特定部位の３次
元的な構造を観測することができる。
【００４９】（第４実施例）この装置は、本発明の第２
のポジトロンイメージング装置に属するものであり、電
子と陽電子との対消滅の同定を同時計数法により行い、
ＴＯＦ法を組み合わせて対消滅位置を計測する。
【００５０】図６は、本実施例のポジトロンイメージン
グ装置の構成図である。図示の様に、本発明のポジトロ
ンイメージング装置は、入射した光子のエネルギを検出
する検出部１１０と、検出部１１０から出力された信号
を入力し同時計数法により対消滅の発生を推定しする対
消滅推定部３００と、検出部１１０から出力された信号
を入力し、各γ線検出器から出力信号を各検出器アレイ
ごとに束ねた信号の時間差を求める飛行時間差計測部４
００と、対消滅推定部３００から出力された対消滅発生
信号および検出器情報信号と、飛行時間差計測部４００
から出力された時間差情報を入力し、対消滅位置情報と
して蓄積し、蓄積した位置情報データを逐次近似法によ
り処理して画像再構成を行う画像再構成部５２０と、か
ら構成される。
【００５１】ここで、検出部１１０および対消滅推定部
３００は第１実施例と同様に構成される。
【００５２】飛行時間差計測部４００は、γ線検出器２
１０ごとに設置され各γ線検出器２１０の出力信号を入
力する前段増幅器４１０と、前段増幅器４１０の出力信
号を検出器アレイごとに束ねて入力するコンスタント・
フラクション・ディスクリミネータ（以後、ＣＦＤと呼
ぶ）４２１および４２２と、検出器アレイ１３０側のＣ
ＦＤ４２１の出力を入力して一定時間の遅延を施す遅延
回路４３０と、ＣＦＤ４２２の出力信号と遅延回路４３
０の出力信号とを入力し、双方の信号間の時間差を波高
値に変換する時間−波高変換器（Time to Amplitude Co
nverter ：以後、ＴＡＣと呼ぶ）４４０と、ＴＡＣ４４
０から出力される信号の波高をデジタル化するアナログ
・デジタル・コンバータ（以後、ＡＤＣと呼ぶ）４５０
と、から構成される。
【００５３】画像再構成部５２０は、第１実施例の装置
の画像再構成部５１０とほぼ同様に構成されるが、画像
を再構成する処理方法が異なり、これに伴い演算資源で
あるデータ処理装置が異なる。
【００５４】被測定物９００の特定部位９１０での電子
・陽電子の対消滅に伴う２光子が検出器アレイ１１１の
１つのγ線検出器２００と検出器アレイ１１２の１つの
γ線検出器２１０とに入射する。入射光子によりシンチ
レータ２１１ではシンチレーション発光し、このシンチ
レーション光が光電子増倍管２１２に入力して、入射光
子のエネルギに応じた波高を有する電気パルス信号に変
換される。
【００５５】夫々のγ線検出器２００から出力された電
気パルス信号は対消滅推定部３００に入力される。対消
滅推定部３００では、まず閾値の範囲が略０．５１１Ｍ
ｅＶの入射光子エネルギに応じた電気信号パルス高の付
近に設定されたディスクリミネータ３１０によって、入
射光子のエネルギが略０．５１１ＭｅＶであるかがチェ
ックされる。次に、各検出器アレイでエネルギが略０．
５１１ＭｅＶである光子が夫々１つづつ、特定部位の大
きさ、各検出器と特定部位の距離、および光速度を考慮
して、同一の対消滅に伴う２光子でありうる入射時刻の
差以内に入射したかがコインシデンス回路３２０によっ
てチェックされる。以上の２点を満足した場合、対消滅
推定部３００は電子・陽電子対消滅が起こったと推定
し、この旨と全てのディスクリミネータ３１０の出力信
号とを画像再構成部５２０へ通知する。
【００５６】また、夫々のγ線検出器２１０から出力さ
れた電気パルス信号は飛行時間差計測部４００に入力さ
れる。入力した各信号は前段増幅器４１０を介した後、
各検出器アレイごとに束ねられる。検出器アレイ１１１
側として束ねられた信号群はＣＦＤ４２１に入力し、検
出器アレイ１１２側として束ねられた信号群はＣＦＤ４
２２に入力する。ＣＦＤ４２１は入力した信号群を１つ
の高速タイミングに変換して出力する。ＣＦＤ４２１か
ら出力された高速タイミング信号は、遅延器４３０を介
することにより一定時間の遅延が施されてＴＡＣ４４０
に入力する。ＣＦＤ４２２は入力した信号群を１つの高
速タイミングに変換してＴＡＣ４４０へ出力する。ＴＡ
Ｃ４４０は、入力した２つのタイミング信号の入力時間
差に比例した波高を有するパルス信号に変換して出力す
る。このパルス信号はＡＤＣ４５０に入力し、デジタル
化されて画像再構成部５２０へ通知される。
【００５７】画像再構成部５２０では、対消滅推定部３
００から出力された対消滅発生通知（すなわち、イベン
ト発生通知）を受信すると、データ処理装置５２１が飛
行時間差を示すＡＤＣ４５０の出力信号と対消滅を検出
した２つのγ線検出器を示すディスクリミネータ３１０
の出力信号とをパラレルのデジタル信号として入力す
る。このとき、ディスクリミネータ３１０の出力信号で
あるデジタル信号は２ビットが有意であり、他のビット
は非有意となっている。検出部１００および対消滅推定
部３００による計測の結果発生したと判断される対消滅
イベントについて、データ処理装置５２１は順次イベン
トに伴って計測した情報データを収集し、蓄積する。
【００５８】データ処理装置５２１は、対消滅の計測中
あるいは計測後に、それまで蓄積したイベントに関する
情報を以下の手順で処理して画像を再構成する。まず、
蓄積された１つのイベント情報（すなわち、各検出器ア
レイで１つのγ線検出器に対応するビットが有意となっ
ているデータおよび飛行時間差データ）を読みだし、有
意ビットに対応するγ線検出器の入射面の中央同士を結
んで、対消滅の発生位置を通る直線を算出後、飛行時間
差データに基いて直線上の対消滅発生位置を算出する
（図７参照）。
【００５９】次に、以下の式で表現される逐次近似演算
を実行しながら、対消滅発生位置データ処理し、近似の
収束を判断して断層像を得る。
【００６０】
【数１】
【００６１】ここで、サンブリングマトリックスＷ
（ｘ，ｙ）は以下の式から得られる。
【００６２】
【数２】
【００６３】すなわち、画素（ｘ，ｙ）を通る経路Ｋ−
Ｌの数が、その画素（ｘ，ｙ）における値となる。
【００６４】上記の（１）式は、経路Ｋ−Ｌに沿って測
定された対消滅発生の空間分布データと IOLD (x,y) を
使用して計算した対消滅発生の空間分布データとの全体
的な比を「１」に近付けように修正する。このとき、Ｗ
（ｘ，ｙ）は各画素に対するサンプリング密度の不均一
性を補正し、各画素に対する補正値を規格化する役割を
果たす。結果として IOLD (x,y) と INEW (x,y) との一
致度が高ければ、ＴＯＦ分解能分が補正されたと判断さ
れ、実際の断層像に近い画像となる。
【００６５】この逐次近似を開始するにあたり、初期画
像を適当に設定する。典型的な例であり、最も一般的な
ものは、全対消滅数を画素数で除算した平均値を全画素
に振り分ける方式である。次に、算出した対消滅発生位
置データを使用し、（１）式に従って第１回目の逐次近
似を行う。 IOLD (x,y) と新たに得られた INEW (x,y)
とを比較して一致度を判定する。この判定法としては分
散分析法などが使用される。一致度が高ければ、この I
OLD (x,y) あるいは INEW (x,y) を断層像として採用す
る。一致度が低ければ、この INEW (x,y) を新たな I
OLD (x,y) として、（１）に従って逐次近似を続行す
る。以上の逐次近似の続行と一致度の判定を、一致度が
充分高くなるまで、すなわち逐次近似値が収束するまで
繰り返す。こうして得た収束値を断層像として採用する
（図８参照）。
【００６６】この断層像は、イメージ表示装置５１１に
表示されたり、イメージ印刷装置５１２に印刷されたり
して、ユーザに提供される。
【００６７】引き続き、検出部を移動させて走査するこ
とにより、特定部位の３次元的な構造を知ることができ
る。なお、検出器アレイを２次元構成とすれば、走査を
行わずに特定部位の３次元的な構造を観測することがで
きる。
【００６８】ところで、（１）式は測定データの雑音や
誤差が小さい場合には有効であるが、雑音や誤差が多く
含まれる場合には雑音や誤差が強調される傾向がある。
したがって、雑音や誤差が大きい、または雑音や誤差の
大きさが不明な場合には、次の式で逐次近似を行うのが
実用的である。
【００６９】
【数３】
【００７０】この（３）式での R1 (t) は（１）式の R
(t) よりも半値幅が小さいので、ＴＯＦ分解能の補正効
果は低減し画像の解像力は低下するが、統計雑音を低減
する効果がある。また、 R2 (t) は各経路に沿って補正
値を平滑化することにより、補正値に伴う統計雑音の高
周波成分を抑制するためのもので、幅の比較的大きな関
数であり、一般にはガウス関数が用いられる。 R2 (t)
の幅が大きい程、雑音抑制効果が大きいが、近似速度が
遅くなる。 R1 (t) および R2 (t) は、測定系、計測時
間、および測定対象などを考慮して決定される。
【００７１】ＴＯＦ分解能は、一般的にはγ線検出器の
受光面の大きさで決まる空間分解能よりも低い。しか
し、上記のような逐次近似を行うとＴＯＦ分解能を考慮
の上で統計的な補正を実施するので、ＴＯＦ分解能が向
上したものと同一の結果を得ることができる。
【００７２】なお、本実施例においても、第１実施例に
おける第２および第３実施例のような検出部の構成の変
更が可能であり、同様の効果を得ることができる。
【００７３】本発明は上記の実施例に限定されるもので
はなく、様々の変形が可能である。たとえば、測定対象
となる特定部位は脳または心臓に限らず、肝臓や腎臓な
どでもよい。また、シンチレータの材質はＢａＦ2 に限
らずＢＧＯなどでもよい。更に、検出部を構成する２つ
の検出器アレイは測定対象の特定部位に応じて最適とな
るように構成すればよい。
【００７４】
【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の第
１のポジトロンイメージング装置によれば、関心のある
被測定物の特定部位の大きさ、特定部位の被測定物内の
位置、γ線検出器の受光面の大きさ、要求される計測精
度（位置分解能）、および検出効率（計測視野）などを
勘案して、複数のγ線検出器を配設した検出器アレイを
２つ互いに対向して配置する。こうして構成された検出
部を使用して、同時計数法により電子と陽電子との対消
滅位置を通る直線を推定し、焦点面法により画像を再構
成するので、従来のＰＥＴ装置に比べて低コストかつ小
型の装置で、良好な解像力や画質を有する断層像を得る
ことができる。
【００７５】また、本発明の第２のポジトロンイメージ
ング装置によれば、関心のある被測定物の特定部位の大
きさ、特定部位の被測定物内の位置、γ線検出器の受光
面の大きさ、要求される計測精度（位置分解能）、およ
び検出効率（計測視野）などを勘案して、複数のγ線検
出器を配設した検出器アレイを２つ互いに対向して配置
する。こうして構成された検出部を使用して、同時計数
法およびＴＯＦ法により電子と陽電子との対消滅位置を
推定し、逐次近似法により画像を再構成するので、従来
のＰＥＴ装置に比べて小型の装置で、良好な解像力や画
質を有する断層像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポジトロンイメージング装置の概要構
成図である。
【図２】本発明の第１実施例に係るポジトロンイメージ
ング装置の構成図である。
【図３】焦点面法の説明図である。
【図４】本発明の第２実施例に係るポジトロンイメージ
ング装置の構成図である。
【図５】本発明の第３実施例に係るポジトロンイメージ
ング装置の構成図である。
【図６】本発明の第４実施例に係るポジトロンイメージ
ング装置の構成図である。
【図７】ＴＯＦ法による対消滅位置の算出の説明図であ
る。
【図８】逐次近似法の説明図である。
【符号の説明】
１１０，１２０，１３０…検出部、１１１，１１２，１
２１，１２２，１３１，１３２…検出器アレイ、２１
０，２２０，２３０…γ線検出器、２１１，２２１，２
３１…シンチレータ、２１２，２２２，２３２…光電子
増倍管、３００…津消滅発生推定部、３１０…ディスク
リミネータ、３２０…コインシデンス回路、４００…飛
行時間差計測部、４１０…前段増幅器、４２１，４２２
…コンスタント・フラクション・ディスクリミネータ、
４３０…遅延器、４４０…時間−波高変換器、４５０…
ＡＤ変換器、５１０，５２０…画像再構成部、５１１，
５２１…データ処理装置、５１１…イメージ表示装置、
５１２…イメージ印刷装置。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１の数の第１の開口数を有するγ線検
    出器が配設されて構成される第１の検出器アレイと、 被測定物を挟んで、前記第１の検出器アレイと対向して
    配置された、第２の数の第２の開口数を有するγ線検出
    器が配設されて構成される第２の検出器アレイと、 前記第１の検出器アレイと前記第２の検出器アレイとか
    ら出力された入力光子のエネルギを反映した信号を入力
    して、電子・陽電子対消滅に伴って発生した光子対を推
    定する対消滅推定手段と、 前記対消滅推定手段から出力される対消滅発生通知に同
    期して、電子・陽電子対消滅に伴って発生した光子対と
    して推定された前記第１の検出器アレイの受光検出器情
    報および前記第２の検出器アレイの受光検出器情報を収
    集し、蓄積し、蓄積した検出器情報から算出される対消
    滅の発生位置を通る直線情報に基づいて所定の画像再構
    成アルゴリズムに従って演算する画像再構成手段と、 を含んで構成され、前記第１の数と前記第２の数、前記
    第１の開口数と前記第２の開口数、あるいは前記第１の
    検出器アレイにおける検出器の空間配設密度と前記第２
    の検出器アレイにおける検出器の空間配設密度、の少な
    くともいずれか一つが異なり、対向する全てのγ線検出
    器対について同時計数することを特徴とするポジトロン
    イメージング装置。
  2. 【請求項２】 前記所定の画像再構成アルゴリズムは、
    仮想焦点面を設定後、前記仮想焦点面と前記対消滅の発
    生位置を通る直線との交点を求め、前記交点の分布の集
    中度を判断して画像を再構成する焦点面法である、こと
    を特徴とする請求項１記載のポジトロンイメージング装
    置。
  3. 【請求項３】 第１の数の第１の開口数を有するγ線検
    出器が配設されて構成される第１の検出器アレイと、 被測定物を挟んで、前記第１の検出器アレイと対向して
    配置された、第２の数の第２の開口数を有するγ線検出
    器が配設されて構成される第２の検出器アレイと、 前記第１の検出器アレイと前記第２の検出器アレイとか
    ら出力された入力光子のエネルギを反映した信号を入力
    して、電子・陽電子対消滅に伴って発生した光子対を推
    定する対消滅推定手段と、 前記第１の検出器アレイと前記第２の検出器アレイとか
    ら出力された対消滅に伴う２光子の検出信号に関して、
    前記第１の検出器アレイでの光子検出時刻と前記第２の
    検出器アレイでの光子検出時刻との間の時間を計測する
    飛行時間差計測手段と、 前記対消滅推定手段から出力される対消滅発生通知に同
    期して、電子・陽電子対消滅に伴って発生した光子対と
    して推定された前記第１の検出器アレイの受光検出器情
    報および前記第２の検出器アレイの受光検出器情報と、
    前記飛行時間差計測手段から出力された飛行時間差情報
    とを収集し、前記受光検出器情報と前記飛行時間差情報
    とを使用して対消滅発生位置を算出し、前記対消滅発生
    位置を蓄積し、蓄積した前記対消滅位置に基づいて所定
    の画像再構成アルゴリズムに従って演算する画像再構成
    手段と、 を含んで構成され、前記第１の数と前記第２の数、前記
    第１の開口数と前記第２の開口数、あるいは前記第１の
    検出器アレイにおける検出器の空間配設密度と前記第２
    の検出器アレイにおける検出器の空間配設密度、の少な
    くともいずれか一つが異なり、対向する全てのγ線検出
    器対について同時計数することを特徴とするポジトロン
    イメージング装置。
  4. 【請求項４】 前記所定の画像再構成アルゴリズムは、
    所定の画像を初期画像として、前記蓄積した対消滅発生
    位置を空間分解能を考慮して画像の補正を順次実施する
    逐次近似法である、ことを特徴とする請求項３記載のポ
    ジトロンイメージング装置。
  5. 【請求項５】 前記第１の検出器アレイと被測定物との
    間の距離が前記第２の検出器アレイと被測定物との間の
    距離より大きい場合には、前記第１の数は前記第２の数
    よりも大きく、 前記第１の検出器アレイと被測定物との間の距離が前記
    第２の検出器アレイと被測定物との間の距離より小さい
    場合には、前記第１の数は前記第２の数よりも小さい、 ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記
    載のポジトロンイメージング装置。
  6. 【請求項６】 前記第１の開口数と前記第２の開口数と
    は略同一であり、前記前記第１の検出器アレイと被測定
    物との間の距離と前記第１の数との比は、前記第２の検
    出器アレイと被測定物との間の距離と前記第２の数との
    比と略同一である、ことを特徴とする請求項５記載のポ
    ジトロンイメージング装置。
  7. 【請求項７】 前記第１の検出器アレイと被測定物との
    間の距離が前記第２の検出器アレイと被測定物との間の
    距離より大きい場合には、前記第１の検出器アレイにお
    けるγ線検出器の空間配置密度は前記第２の検出器アレ
    イにおけるγ線検出器の空間配置密度よりも大きく、 前記第１の検出器アレイと被測定物との間の距離が前記
    第２の検出器アレイと被測定物との間の距離より小さい
    場合には、前記第１の検出器アレイにおけるγ線検出器
    の空間配置密度は前記第２の検出器アレイにおけるγ線
    検出器の空間配置密度よりも小さい、 ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記
    載のポジトロンイメージング装置。
  8. 【請求項８】 前記第１の検出器アレイと被測定物との
    間の距離が前記第２の検出器アレイと被測定物との間の
    距離より大きい場合には、前記第１の開口数は前記第２
    の開口数よりも大きく、 前記第１の検出器アレイと被測定物との間の距離が前記
    第２の検出器アレイと被測定物との間の距離より小さい
    場合には、前記第１の開口数は前記第２の開口数よりも
    小さい、 ことを特徴とする請求項７記載のポジトロンイメージン
    グ装置。
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