CN110501738B - Pet装置及pet装置中的散射符合计数的伽马射线产生位置的取得方法 - Google Patents

Pet装置及pet装置中的散射符合计数的伽马射线产生位置的取得方法 Download PDF

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Abstract

一种PET装置，其具备具有检测器信号处理部的多个检测器和取得伽马射线产生位置的数据处理电路。检测器信号处理部具备将由一对检测器检测的伽马射线的入射方向作为第一及第二康普顿锥推定的康普顿锥推定部。数据处理部具备：取得伽马射线的符合计数信息的符合计数取得部、推定伽马射线的散射面的散射面推定部、判定第一及第二康普顿锥的表面彼此重合的第一交线的有无的第一交线判定部、判定第一交线及散射面重合的第二交点的有无的第二交点判定部、以及根据散射符合计数的测量线及伽马射线的TOF信息取得伽马射线产生位置的伽马射线产生位置取得部。

Description

PET装置及PET装置中的散射符合计数的伽马射线产生位置的 取得方法
技术领域
本发明涉及一种PET装置及PET装置中的散射符合计数的伽马射线产生位置的取得方法。
背景技术
生物功能的观察、及恶性肿瘤的诊断等中，可以使用实施正电子发射断层成像(PET：Positron Emission Tomography)的PET装置。专利第4588042号公报所示的核医学拍摄装置中公开如下方式，在对湮没伽马射线(pair annihilation gamma-ray，以下简称为“伽马射线”)的符合计数的判定的基础上，通过康普顿散射的运动学推定伽马射线的入射方向，由此，推定伽马射线的产生部位(伽马射线产生位置)。专利第4588042号公报中实现，通过上述的伽马射线产生位置的推定，将偶然符合计数及散射符合计数作为噪声除去。
另外，非专利文献(Hamidreza Hemmati,et al.,"Compton scatter tomographyin TOF-PET,"Phys.Med.Biol.62 7641(2017))所示的PET装置中公开了，基于由检测器取得的能量信息和符合计数的信息推定散射面及伽马射线入射方向的方式。另外，上述非专利文献中，基于上述推定和TOF(飞时测距，Time Of Flight)信息推定伽马射线产生位置。上述非专利文献1中的上述伽马射线产生位置从呈现环形状的多个候补通过蒙特卡罗模拟(Monte Carlo simulation)的计算进行推定。
如上所述，专利第4588042号公报中，仅将偶然符合计数及散射符合计数设为噪声进行除去。与之相对，上述非专利文献中，通过推定散射符合计数的伽马射线产生位置，意图实际的灵敏度提高。由此，意图高精细的图像拍摄的实现。但是，在通过上述非专利文献所示的方法从多个候补高精度地推定伽马射线产生位置的情况下，需要较长的计算时间。
发明内容
本发明的一个方面是鉴于上述技术问题而完成的，其目的在于，提供一种可在短时间内进行高精细的图像拍摄的PET装置及PET装置中的散射符合计数的伽马射线产生位置的取得方法。
本发明的一个方面提供一种PET装置中的散射符合计数的伽马射线产生位置的取得方法，具备：利用配置于被摄体的周围并且夹着该被摄体的一对检测器检测伽马射线的工序；将由一对检测器检测的伽马射线的入射方向作为第一及第二康普顿锥进行推定的工序；取得由一对检测器检测的伽马射线的符合计数信息的工序；根据基于符合计数信息的符合计数的测量线及伽马射线的能量信息，推定伽马射线的散射面的工序；判定第一及第二康普顿锥的表面彼此重合的第一交线的有无的工序；在存在第一交线且第一及第二康普顿锥的任一个均不与符合计数的测量线重合的情况下，判定第一交线及散射面重合的第二交点的有无的工序；以及在存在第二交点的情况下，根据第二交点计算散射符合计数的测量线，且根据散射符合计数的测量线及伽马射线的TOF信息取得伽马射线产生位置的工序。
根据该PET装置的取得方法，在存在上述第二交点的情况下，散射符合计数能够作为用于取得伽马射线产生位置的数据来利用。由此，与将所有的散射符合计数仅作为噪声除去的情况相比，实质性地提高检测器的灵敏度。另外，例如在上述第二交点存在1点的情况下，不需要追加了受验体的形状、线源分布等的复杂的条件的蒙特卡罗模拟等的计算，能够使用直接测量的散射符合计数的信息推定伽马射线产生位置。因此，根据上述取得方法，可在短时间内进行高精细的图像拍摄。
在存在第一交线且第一交线及符合计数的测量线重合的情况下，也可以根据TOF信息和符合计数的测量线取得伽马射线产生位置。在该情况下，能够明确地选择真符合计数，因此，可进行更高精细的图像拍摄。
在判定为不存在第一交线的情况下，也可以不实施以下工序：判定第二交点的有无的工序；计算散射符合计数的测量线的工序；以及取得伽马射线产生位置的工序。在该情况下，能够将不需要的偶然符合计数作为噪声除去，因此，可进行高精细的图像拍摄。
在判定为不存在第二交点的情况下，也可以不实施以下工序：计算散射符合计数的测量线的工序；以及取得伽马射线产生位置的工序。在该情况下，能够将不需要的散射符合计数作为噪声除去，因此，可进行高精细的图像拍摄。
本发明的另一方面提供一种PET装置，具备：多个检测器，其配置于被摄体的周围，且具有信号处理部；数据处理部，其基于由多个检测器检测的信息取得伽马射线产生位置，信号处理部具备将在多个检测器中分别入射于夹着被摄体的一对检测器各自的伽马射线的入射方向作为第一及第二康普顿锥推定的康普顿锥推定部，数据处理部具备：符合计数取得部，其取得由一对检测器检测的伽马射线的符合计数信息；散射面推定部，其根据基于符合计数信息的符合计数的测量线及伽马射线的能量信息，推定伽马射线的散射面；第一交线判定部，其判定第一及第二康普顿锥的表面彼此重合的第一交线的有无；第二交点判定部，其在存在第一交线且第一及第二康普顿锥的任一个均不与符合计数的测量线重合的情况下，判定第一交线及散射面重合的第二交点的有无；符合计数线计算部，其在存在第二交点的情况下，根据第二交点计算散射符合计数的测量线；以及伽马射线产生位置取得部，其根据散射符合计数的测量线及伽马射线的TOF信息取得伽马射线产生位置。
根据该PET装置，在由第二交点判定部判定为存在第二交点的情况下，伽马射线产生位置取得部能够利用散射符合计数，作为用于取得伽马射线产生位置的数据。由此，与将所有的散射符合计数仅作为噪声除去的情况相比，实质性地提高检测器的灵敏度。另外，例如在判定为上述第二交点存在1点的情况下，不需要追加了受验体的形状、线源分布等的复杂的条件的蒙特卡罗模拟等的计算，伽马射线产生位置取得部能够使用散射符合计数的信息推定伽马射线产生位置。因此，根据上述PET装置，可在短时间内进行高精细的图像拍摄。
多个检测器各自也可以具有在伽马射线的入射方向上层叠的多个伽马射线检测部，多个伽马射线检测部各自具有闪烁器及光传感器阵列。在该情况下，能够提高各检测器的伽马射线的位置分辨率、时间分辨率等的检测性能。
伽马射线检测部中包含的闪烁器的厚度也可以越靠近被摄体越薄。在该情况下，不仅高时间分辨率性能，还能够提高由康普顿锥推定部推定的康普顿锥的分辨率。
闪烁器各自也可以由同一材料构成，材料可以包含LSO：Ce结晶或LYSO：Ce结晶。在该情况下，降低制造成本，且能够提高闪烁器中的伽马射线的灵敏度。
位于靠近伽马射线产生位置一侧的闪烁器的康普顿散射比率也可以比位于远离伽马射线产生位置一侧的闪烁器的康普顿散射比率高。另外，位于靠近伽马射线产生位置一侧的闪烁器也可以包含LaBr3：Ce结晶，位于远离伽马射线产生位置一侧的闪烁器包含LSO：Ce结晶或LYSO：Ce结晶。在该情况下，由位于靠近伽马射线产生位置一侧的闪烁器提高康普顿散射比率，且能够提高位于远离伽马射线产生位置一侧的闪烁器中的伽马射线的灵敏度。
闪烁器的厚度也可以为2mm以上且5mm以下。在该情况下，能够得到充分的符合计数定时分辨率。另外，能够确保伽马射线的灵敏度并且能够良好地推定康普顿锥。
附图说明
图1A是本实施方式的PET装置的概略图，图1B是PET装置的检测器环的概略图；
图2是放射线位置检测器及检测器信号处理部的结构图；
图3是表示数据处理部的方块图；
图4是用于说明散射符合计数的伽马射线产生位置的取得方法的示意图；
图5是沿着图4的α-α射线的截面图；
图6是散射符合计数的伽马射线产生位置的取得方法的流程图；
图7是表示图6所示的步骤S1的具体例的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图详细地说明本发明的一个方面的优选的实施方式。此外，以下的说明中，对相同要素或具有相同功能的要素，使用相同符号并省略重复的说明。
图1A是本实施方式的PET装置的概略图。图1B是PET装置的检测器环的概略图。图1A所示的PET装置1是检测从受验体(被摄体)T发射的放射线的装置。受验体T是例如给药了以正电子发射核素(发射正电子的放射性同位元素)标识的药剂的生物或物体。根据PET装置1，基于检测的放射线，能够在多个切割位置取得受验体T的断层图像。
PET装置1具备：载置受验体T的床(未图示)、具有截面呈现圆形状的开口的跨线桥2、传送由跨线桥2内的检测器环检测的数据的数据处理部3、以及基于由数据处理部3处理的数据再构成图像的图像处理部4。如图1B所示，PET装置1的跨线桥2内的检测器环中，在以规定线L0为中心线的圆周上环状地配置有多个放射线位置检测器(检测器)10。检测器环中，相邻的放射线位置检测器10彼此相互接触。利用PET装置1检测从受验体T发射的伽马射线时，受验体T位于跨线桥2的开口内。此时，多个放射线位置检测器10配置于受验体T的周围。
图2是放射线位置检测器及检测器信号处理部的结构图。图2所示的放射线位置检测器10是用于取得入射的伽马射线的入射位置、入射能量、入射时刻及入射方向的传感器。放射线位置检测器10具备：利用DOI(作用深度，Depth Of Interaction)技术的伽马射线检测部11～14、对从伽马射线检测部11～14发送的信号进行处理的检测器信号处理部(信号处理部)SP。伽马射线检测部11～14是探测入射的伽马射线并生成电信号的装置，在伽马射线的入射方向上相互层叠。伽马射线检测部11设置于最靠近受验体T的位置，伽马射线检测部14设置于最远离受验体T的位置。图2中，伽马射线检测部11～14作为侧视图表示，检测器信号处理部SP作为方块图表示。此外，以下中，将伽马射线检测部11～14相互层叠的方向均称为“层叠方向”或“伽马射线的入射方向”。
伽马射线检测部11具有闪烁器21a、光传感器阵列22a、和印刷电路基板23a。
闪烁器21a是根据伽马射线的吸收产生闪烁光的部件，具备沿着与层叠方向正交的方向二维地配置的多个闪烁器部(未图示)。多个闪烁器部配置成例如矩阵状。各闪烁器部也可以相互物理性地分离，也可以通过激光加工处理相互光学性地分离。在各闪烁器部相互物理性地分离的情况下，也可以在相邻的闪烁器部彼此之间设置遮光层。从确保伽马射线的灵敏度并且良好地推定康普顿锥的观点来看，闪烁器21a的厚度例如为2mm以上。另外，从得到充分的符合计数定时分辨率(CTR：Coincidence Timing Resolution)的观点来看，闪烁器21a的厚度例如为5mm以下。充分的CTR例如为100ps以下。构成闪烁器21a的材料是例如LSO：Ce结晶、LYSO：Ce结晶、或LaBr3：Ce结晶等。从成本及伽马射线的灵敏度的观点来看，闪烁器21a也可以利用LSO：Ce结晶或LYSO：Ce结晶构成。从良好的CTR及康普顿散射比率的观点来看，闪烁器21a也可以由LaBr3：Ce结晶构成。
光传感器阵列22a是探测由闪烁器21a产生的闪烁光的部件，包含沿着与层叠方向正交的方向二维地配置的多个光传感器(未图示)。各光传感器与闪烁器21a的各闪烁器部对应地设置。本实施方式中，光传感器阵列22a为MPPC(多像素光子计数器，Multi-PixelPhoton Counter)。各传感器的间距例如为约1mm以上且约4mm以下。
印刷电路基板23a是将由光传感器阵列22a探测的光作为电信号处理的部件。印刷电路基板23a例如包含放大电路、转换器等。将由印刷电路基板23a处理的电信号经由配线W1向检测器信号处理部SP发送。印刷电路基板23a汇总来自各光传感器的阴极的输出，并设为拾取其定时的数字信号(定时拾取信号)，并向检测器信号处理部SP发送该定时拾取信号。另外，印刷电路基板23a将来自各光传感器的阳极的输出设为转换成可重心运算的4个输出的模拟信号(4ch模拟信号)，并向检测器信号处理部SP发送该4ch模拟信号。此外，配线W1例如为柔性扁平电缆(FFC)。
伽马射线检测部12～14与伽马射线检测部11一样，具有对应的闪烁器21b～21d、对应的光传感器阵列22b～22d、对应的印刷电路基板23b～23d。闪烁器21b～21d具有与闪烁器21a一样的结构。光传感器阵列22b～22d具有与光传感器阵列22a一样的结构。印刷电路基板23b～23d具有与印刷电路基板23a一样的结构，并经由对应的配线W2～W4连接于检测器信号处理部SP。
伽马射线检测部11～14中，闪烁器21a～21d的厚度也可以相互相同，也可以相互不同。或，闪烁器21a～21d中的一部分厚度也可以与其它不同。在闪烁器21a～21d的厚度相互不同的情况下，也可以越靠近受验体T，闪烁器越薄。即，伽马射线检测部11～14中，闪烁器21a的厚度最薄，闪烁器21d的厚度最厚。在闪烁器的厚度较薄的情况下，能够得到良好的TOF信息。另外，根据PET装置1的规格，能够调整放射线位置检测器10的灵敏度和时间分辨率性能。此外，闪烁器21b～21d的厚度也可以大于5mm。另外，闪烁器21a～21d也可以利用相互相同的材料构成，也可以利用相互不同的材料构成。另外，一部分闪烁器也可以利用与其它闪烁器不同的材料构成。在闪烁器21a～21d利用相互相同的材料构成的情况下，该材料可利用例如LSO：Ce结晶或LYSO：Ce结晶构成。在构成闪烁器21a～21d的材料相互不同的情况下，或一部分闪烁器由与其它闪烁器不同的材料构成的情况下，例如位于靠近伽马射线产生位置(例如，受验体T的规定部分)一侧的闪烁器的康普顿散射比率也可以比位于远离伽马射线产生位置一侧的闪烁器的康普顿散射比率高。具体而言，位于靠近伽马射线产生位置一侧的闪烁器也可以由LaBr3：Ce结晶构成，位于远离伽马射线产生位置一侧的闪烁器也可以由LSO：Ce结晶或LYSO：Ce结晶构成。在该情况下，利用位于靠近伽马射线产生位置一侧的闪烁器可提高康普顿散射比率，且能够提高位于远离伽马射线产生位置一侧的闪烁器中的伽马射线的灵敏度。此外，本实施方式中，位于靠近伽马射线产生位置一侧的闪烁器为闪烁器21a、21b，位于远离伽马射线产生位置一侧的闪烁器为闪烁器21c、21d，但不限于此。位于靠近伽马射线产生位置一侧的闪烁器也可以仅为闪烁器21a，位于远离伽马射线产生位置一侧的闪烁器仅为闪烁器21d。
检测器信号处理部SP是根据伽马射线检测部11～14中生成的信号，取得(计算)伽马射线的入射位置信息、伽马射线的入射能量信息、伽马射线的入射时刻信息、伽马射线的入射角度信息的信号处理电路。以下，对图2的检测器信号处理部SP的功能结构进行说明。图2所示的检测器信号处理部SP具备：入射位置取得部SP1、能量取得部SP2、入射时刻取得部SP3、康普顿锥推定部SP4。
入射位置取得部SP1取得入射于放射线位置检测器10的伽马射线的入射位置信息。入射位置取得部SP1根据伽马射线检测部11～14各自取得伽马射线的入射位置信息。入射位置取得部SP1将例如从印刷电路基板23a～23d接收的4ch模拟信号转换成数字信号，并使用该数字信号进行重心位置运算。由此，入射位置取得部SP1取得分别入射于伽马射线检测部11～14各自的伽马射线的入射位置信息。该入射位置信息例如相当于由闪烁器21a～21d探测的闪烁器链段的位置信息。
能量取得部SP2取得入射于放射线位置检测器10的伽马射线的能量信息。能量取得部SP2从伽马射线检测部11～14的各自取得伽马射线的能量信息。此时，能量取得部SP2实施由各伽马射线检测部11～14取得的能量的相对值一致的校正。能量取得部SP2将例如从印刷电路基板23a～23d接收的4ch模拟信号转换成数字信号，并取得该数字信号的总和，由此，取得伽马射线的能量信息。
入射时刻取得部SP3取得入射于放射线位置检测器10的伽马射线的入射时刻信息。入射时刻取得部SP3从伽马射线检测部11～14各自取得伽马射线的入射时刻信息。此时，入射时刻取得部SP3实施与各伽马射线检测部11～14的位置的差异、闪烁器21a～21d的厚度的差异、及配线W1～W4的长度的差异等相应的延迟时间的校正。入射时刻取得部SP3使用例如TDC(时间数字转换器，Time-to-Digital Converter)电路，将从印刷电路基板23a～23d接收的定时拾取信号转换成伽马射线的入射时刻数据。
康普顿锥推定部SP4将入射于各放射线位置检测器10的伽马射线的入射方向作为康普顿锥进行推定。康普顿锥推定部SP4基于由康普顿散射施加于电子的能量、散射的伽马射线的能量、产生康普顿散射的场所、光电吸收散射的伽马射线的场所的信息，将入射于放射线位置检测器10的伽马射线的入射方向推定为具有角度(散射角度)的圆锥面即康普顿锥。推定的康普顿锥的角度分辨率例如为5度以下。
康普顿锥是表示伽马射线的1个光子飞来的方向的区域。光子的康普顿散射是引起光子与电子弹性散射的现象。在光子的能量高的情况下(例如，在光子的能量为511keV的情况下)，前向散射(forward scattering)占主导地位。因此，本实施方式中，将检测到伽马射线的检测器中最靠近受验体T的检测器中产生康普顿散射的场所设为FIP(FirstInteraction Point)，并使用该FIP推定康普顿锥。FIP也可以根据康普顿散射中的反冲电子(recoil electron)及散射伽马射线的能量与散射角度的关系来计算。
数据处理部3是根据放射线位置检测器10中生成的信号，取得(计算)受验体T中的伽马射线的产生部位信息(伽马射线产生位置)的信号处理电路。数据处理部3是例如具有CPU(中央处理器，Central Processing Unit)、ROM(只读存储器，Read Only Memory)、RAM(随机存储器，Random Access Memory)等的电子控制单元。这种数据处理部3中，例如将存储于ROM的程序加载于RAM，并利用CPU执行加载于RAM的程序，由此，实现各种功能。
接着，使用图3对数据处理部3的功能结构进行说明。图3是表示数据处理部的方块图。图3所示的数据处理部3具备：符合计数取得部31、散射面推定部32、第一交线判定部33、第二交点判定部34、符合计数线计算部35、伽马射线产生位置取得部36。
符合计数取得部31取得由各放射线位置检测器10检测的伽马射线的符合计数信息。符合计数信息是表示在规定的时间范围内，两个放射线位置检测器10检测到伽马射线的现象(事件)的信息。因此，符合计数取得部31首先根据从各放射线位置检测器10发送的电信号，判定各放射线位置检测器10是否同时或在规定的时间范围内检测到伽马射线。在上述判定为正的情况下，取得从各放射线位置检测器10发送的伽马射线的信息。然后，符合计数取得部31基于取得的符合计数的伽马射线的信息，计算符合计数的测量线LOR1(参照后述的图4)。此外，规定的时间范围为例如8×10-9秒以内。
散射面推定部32依据基于符合计数信息计算的符合计数的测量线和入射于放射线位置检测器10的伽马射线的能量信息，推定伽马射线的散射面。散射面推定部32基于例如由夹着受验体T的一对放射线位置检测器10取得的伽马射线的能量信息和符合计数的测量线LOR1，推定伽马射线的散射面SS(参照后述的图4)。作为具体例，散射面推定部32首先根据从探测到未散射的伽马射线的一个放射线位置检测器10取得的能量Ea、和从在任意的位置(散射位置)探测到一次散射的伽马射线的另一放射线位置检测器10取得的能量Eb，计算散射角度θab。然后，通过沿着一对放射线位置检测器10的检测位置描绘散射角度θab成立的所有的位置，从而推定作为长条椭圆体表面的散射面SS。散射面SS相当于图4中的由虚线表示的部分。散射角度θab由式“θab＝cos-1(2-Ea/Eb)”表示。能量Ea相当于作为电子的静止质量能量的511keV。能量Eb比例如能量Ea的1/3大，比能量Ea小。
第一交线判定部33判定推定的康普顿锥的表面彼此重合的交线(第一交线)的有无。第一交线判定部33判定例如由夹着受验体T的一对放射线位置检测器10推定的、第一康普顿锥CCA及第二康普顿锥CCB(参照后述的图4)的表面彼此重合的第一交线CL1(参照后述的图4)的有无。第一交线也可以呈现线形状，也可以呈现点形状。另外，在该第一交线或第一及第二康普顿锥CCA、CCB的任一项与符合计数的测量线一致的情况下，该符合计数线设为未散射的真符合计数线。在该情况下，根据上述测量线和TOF信息求得伽马射线产生位置。
第二交点判定部34在存在上述第一交线，且各康普顿锥的任一个均不与符合计数的测量线重合的情况下，判定上述第一交线及上述散射面重合的第二交点的有无。第二交点判定部34在例如存在第一交线CL1，且第一及第二康普顿锥CCA、CCB的任一个均不与符合计数的测量线LOR1重合的情况下，判定第一交线CL1及散射面SS重合的第二交点CP2(参照后述的图4)的有无。该第二交点作为康普顿散射点推定。第二交点判定部34在不存在第一交线的情况下，不判定上述第二交点的有无。在该情况下，数据处理部3将由一对放射线位置检测器10探测的伽马射线判定为偶然符合计数。或，第二交点判定部34在第一及第二康普顿锥CCA、CCB的至少一方与符合计数的测量线LOR1重合的情况下，不判定上述第二交点的有无。在该情况下，将由符合计数取得部31取得的符合计数设为真符合计数。本实施方式中，第一及第二康普顿锥CCA、CCB的至少一方与测量线LOR1重合也可以设为测量线LOR1的整体与第一及第二康普顿锥CCA、CCB的至少一方重合。
符合计数线计算部35在判定为存在上述第二交点的情况下，根据第二交点计算散射符合计数的测量线。符合计数线计算部35在例如存在第二交点CP2的情况下，根据第二交点CP2计算散射符合计数的测量线LOR2(参照后述的图4)。测量线LOR2相当于例如连结放射线位置检测器10和第二交点的直线。在不存在第二交点的情况下，符合计数线计算部35不计算散射符合计数的测量线。在该情况下，数据处理部3将散射符合计数作为噪声进行处理。此外，在判定为存在多点第二交点的情况下，符合计数线计算部35计算各第二交点的散射符合计数的测量线。
伽马射线产生位置取得部36根据散射符合计数的测量线及伽马射线的TOF信息取得散射符合计数的伽马射线产生位置。伽马射线产生位置取得部36根据例如计算的散射符合计数的测量线LOR2和伽马射线的TOF信息取得伽马射线产生位置AP(参照后述的图4)。另外，伽马射线产生位置取得部36在例如存在第一交线CL1，且第一及第二康普顿锥CCA、CCB的至少一方与符合计数的测量线LOR1重合的情况下，根据符合计数的测量线LOR1和TOF信息取得伽马射线产生位置。伽马射线产生位置取得部36在判定为不存在第二交点的情况下，不使用散射符合计数取得伽马射线产生位置。在该情况下，数据处理部3还将散射符合计数作为噪声处理。此外，在判定为存在多点第二交点的情况下，伽马射线产生位置取得部36通过例如使用了各第二交点的散射符合计数的测量线和上述TOF信息的蒙特卡罗模拟等，推定伽马射线产生位置。
接着，参照图4～图6对使用了本实施方式的PET装置1的散射符合计数的伽马射线产生位置的取得方法的一例进行说明。图4是用于说明散射符合计数的伽马射线产生位置的取得方法的示意图。图5是沿着图4的α-α射线的截面图。图6是散射符合计数的伽马射线产生位置的取得方法的流程图。以下，如图4所示，说明使用了一对放射线位置检测器10A、10B的情况下的散射符合计数的伽马射线产生位置的取得方法。图4所示的放射线位置检测器10A、10B以相对于规定线L0(参照图1B)未配置成点对称，且夹着受验体T的方式配置。图4中，省略了放射线位置检测器10A、10B以外的放射线位置检测器。
如图4～图6所示，取得入射于放射线位置检测器10A、10B各自的伽马射线的入射位置、入射能量及入射时刻，并且将该伽马射线的入射方向作为第一及第二康普顿锥CCA、CCB进行推定(步骤S1)。步骤S1中，首先，检测入射于放射线位置检测器10A、10B各自的伽马射线，并生成各电信号(例如，4ch模拟信号，定时拾取信号等)。接着，入射位置取得部SP1、能量取得部SP2及入射时刻取得部SP3从上述电信号取得表示放射线位置检测器10A、10B各自中入射的伽马射线的入射位置、入射能量、及入射时刻的信息。接着，康普顿锥推定部SP4根据取得的伽马射线的能量和入射位置，将伽马射线的入射方向作为第一康普顿锥CCA及第二康普顿锥CCB进行推定。
在此，参照图7对上述步骤S1进行详细地说明。图7是表示图6所示的步骤S1的具体例子的流程图。如图7所示，首先，向放射线位置检测器10A入射伽马射线(步骤S101)。接着，在放射线位置检测器10A具备的伽马射线检测部11～14各自中，检测入射的伽马射线的入射位置、入射能量、及入射时刻(步骤S102a～S102d)。接着，校正伽马射线检测部11～14各自中检测的伽马射线的入射能量和入射时刻(步骤S103a～S103d)。接着，检测器信号处理部SP判定伽马射线检测部11～14各自的入射时刻是否符合(步骤S104)。步骤S104中的“入射时刻符合”也可以不限于完全的符合。例如，也可以存在1×10-10秒程度的时间范围。
接着，在判定为各入射时刻符合的情况下(步骤S104：YES)，使用伽马射线检测部11～14中生成的信号计算第一康普顿锥CCA(步骤S105)。判定为各入射时刻为符合的事件是横跨伽马射线检测部11～14的康普顿散射，例如取得两个事件。另外，步骤S105中，根据步骤S104中被符合判定了的各个事件的能量信息计算能量的总和。另外，康普顿锥推定部SP4根据从伽马射线检测部11～14接收的伽马射线的入射位置信息及能量信息计算FIP(第一交互点，First Interaction Point)。基于该计算的FIP和散射的伽马射线被光电吸收的场所的信息，将入射于放射线位置检测器10A的伽马射线的入射方向的推定结果作为第一康普顿锥CCA计算。
接着，判定放射线位置检测器10A中取得的能量是否有效(步骤S106)。步骤S106中，基于能量窗口判定计算的能量的总和是否有效。接着，FIP、能量总和信息、入射时刻信息及推定的第一康普顿锥CCA等的信息转换成数字数据(步骤S107)。步骤S107中，上述信息发送至例如缓存器及串行数据转换电路。然后，转换的数据被发送并记录于数据处理部3(步骤S108)。
与之相对，在判定为各入射时刻不符合的情况下(步骤S104：NO)，不实施步骤S105而实施步骤S106。此时，步骤S106中，从伽马射线检测部11～14各自取得的能量基于能量窗口判定是否有效。判定为不符合的事件是例如在伽马射线检测部11～14的任一项进行光电吸收的事件。在步骤S106中判定为能量有效的情况下，实施上述步骤S107、S108。由此，有效的能量的数据与入射位置信息及入射时刻信息一起被发送并记录于数据处理部3。
放射线位置检测器10B中，沿着图7所示的流程图计算的FIP、入射位置信息、能量的总和、入射时刻信息以及推定的第二康普顿锥CCB等的信息也作为数据记录。
返回图4～图6，上述步骤S1后，取得由放射线位置检测器10A、10B检测的伽马射线的符合计数信息(步骤S2)。步骤S2中，符合计数取得部31根据从放射线位置检测器10A、10B发送的电信号，判定放射线位置检测器10A、10B进行的伽马射线的检测是否构成符合计数。在取得符合计数信息的情况下，基于该符合计数信息计算符合计数的测量线LOR1。另外，还取得放射线位置检测器10A、10B的入射时刻的差分即伽马射线的TOF信息。在未取得符合计数信息的情况下，由放射线位置检测器10A、10B检测的伽马射线判定为不是从相同的伽马射线产生位置产生的放射线。在该情况下，也可以不实施以下说明的步骤S3～S9。
接着，对取得了符合计数的放射线位置检测器10A、10B的信息判定第一及第二康普顿锥CCA、CCB的存在的有无(步骤S3)。在存在第一及第二康普顿锥CCA、CCB的情况下(步骤S3：YES)，实施后述的步骤S4。在第一及第二康普顿锥CCA、CCB的至少任一项不存在的情况下(步骤S3：NO)，入射于放射线位置检测器10A、10B的伽马射线判定为包含通常的PET装置中也取得的偶然及散射符合计数的符合计数(步骤E1)。在该情况下，不进行偶然符合计数、散射符合计数的识别而结束，因此，不实施后述的步骤S4～S9。
接着，根据符合计数的测量线LOR1及放射线位置检测器10A、10B取得的能量，推定伽马射线的散射面SS(步骤S4)。步骤S4中，根据从放射线位置检测器10A取得的能量和从放射线位置检测器10B取得的能量，计算散射角度。然后，沿着放射线位置检测器10A、10B中的入射位置描绘上述散射角度成立的所有的位置，由此，推定作为长条椭圆体表面的散射面SS(相当于图4中的由虚线表示的部分)。
与上述步骤S4不同，判定推定的第一康普顿锥CCA及第二康普顿锥CCB的表面彼此重合的第一交线CL1的有无(步骤S5)。在步骤S5中判定为存在第一交线CL1的情况下(步骤S5：YES)，实施后述的步骤S6。另一方面，在步骤S5中判定为不存在第一交线CL1的情况下(步骤S5：NO)，入射于放射线位置检测器10A、10B的伽马射线判定为偶然符合计数(步骤E2)。在该情况下，不进行伽马射线产生位置的取得而结束，因此，不实施后述的步骤S6～S9。此外，步骤S4、S5也可以在相同的时刻实施，也可以在不同的时刻实施。例如，步骤S4也可以在步骤S5的实施后实施。
接着，判定第一康普顿锥CCA及第二康普顿锥CCB的至少一方是否与符合计数的测量线LOR1重合(步骤S6)。在判定为第一康普顿锥CCA及第二康普顿锥CCB的至少一方与符合计数的测量线LOR1重合的情况下(步骤S6：YES)，将步骤S2中计算的符合计数作为真符合计数取得(步骤E3)。步骤E3后，伽马射线产生位置取得部36根据放射线位置检测器10A、10B的TOF信息和符合计数的测量线LOR1取得伽马射线产生位置。因此，不实施后述的步骤S7～S9。
在第一康普顿锥CCA及第二康普顿锥CCB的任一项均不与符合计数的测量线LOR1重合的情况下(步骤S6：NO)，判定第一交线CL1及散射面SS重合的第二交点CP2的有无(步骤S7)。在判定为不存在第二交点CP2的情况下(步骤S7：NO)，判定为伽马射线的任一项进行了多次散射。在该情况下，数据处理部3将散射符合计数判定为噪声(步骤E4)，不实施后述的步骤S8、S9。此外，若伽马射线在被摄体内多次散射并到达放射线位置检测器10的事件多，则入射伽马射线的能量由于多次的散射而变低。能量较低的入射伽马射线在能量窗口判定(上述步骤S106)中设为无效。与伽马射线进行一次散射并到达放射线位置检测器10的事件相比，伽马射线进行多次散射并到达放射线位置检测器10的事件的比例较低。因此，步骤S7中判定为不存在第二交点CP2的事象的比例也较低。因此，可以说包含后述的步骤S8、S9的步骤S1～S9作为推定伽马射线产生位置AP的方法是有用的。
在判定为存在第二交点CP2的情况下(步骤S7：YES)，将第二交点CP2判定为伽马射线的一方散射的位置(散射位置)(步骤S8)。步骤S8中，判定为伽马射线的任一方仅进行了一次散射。另外，符合计数线计算部35根据第二交点CP2计算散射符合计数的测量线LOR2。
接下来，根据散射符合计数的测量线LOR2及伽马射线的TOF信息取得散射符合计数的伽马射线产生位置AP(步骤S9)。步骤S9中，伽马射线产生位置取得部36根据散射符合计数的测量线LOR2和伽马射线的TOF信息取得伽马射线产生位置AP。通过对多个放射线位置检测器10各自实施以上的步骤，图像处理部4能够根据取得的伽马射线产生位置的信息形成断层图像。图像处理部4基于数据处理部3中设为有效的散射符合计数、步骤E3中得到的真符合计数、包含步骤E1中得到的散射及偶然符合计数的符合计数，实施图像再构成，由此，取得断层图像。
对以上说明的本实施方式的PET装置1中的散射符合计数的伽马射线产生位置的取得方法的作用效果进行说明。本实施方式中，不是仅取得第一康普顿锥CCA和第二康普顿锥CCB的表面彼此重合的第一交线CL1，还取得伽马射线的散射面SS与第一交线CL1的交点即第二交点CP2。然后，将该第二交点CP2设为伽马射线的康普顿散射点。因此，在存在第二交点CP2的情况下，散射符合计数能够用作用于取得线源产生位置AP的数据。由此，与将所有的散射符合计数仅作为噪声除去的情况相比，实质性地提高放射线位置检测器10的灵敏度。另外，不需要追加了例如受验体的形状、及线源分布等的复杂的条件的蒙特卡罗模拟等的计算，能够使用直接测量的散射符合计数的信息推定伽马射线产生位置AP。因此，根据本实施方式，可在短时间内进行高精细的图像拍摄。
本实施方式中，在存在第一交线CL1，且第一交线CL1及符合计数的测量线LOR1重合的情况下，也可以根据TOF信息和符合计数的测量线LOR1取得伽马射线产生位置。
本实施方式中，在判定为不存在第一交线CL1的情况下，也可以不实施第二交点CP2的有无的判定、散射符合计数的测量线LOR2的计算、根据散射符合计数的测量线LOR2及TOF信息的伽马射线产生位置AP的取得。在该情况下，能够将不需要的偶然符合计数及不能推定的散射符合计数作为噪声除去，因此，可进行高精细的图像拍摄。
本实施方式中，在判定为不存在第二交点CP2的情况下，也可以不实施散射符合计数的测量线LOR2的计算和根据散射符合计数的测量线LOR2及TOF信息的伽马射线产生位置AP的取得。在该情况下，能够将不需要的散射符合计数作为噪声除去，因此，可进行高精细的图像拍摄。
本实施方式中，多个放射线位置检测器10的各自也可以具有伽马射线的入射方向上层叠的伽马射线检测部11～14，伽马射线检测部11～14各自具有闪烁器21a～21d及光传感器阵列22a～22d。在该情况下，能够提高各放射线位置检测器10中的伽马射线的检测性能。
本实施方式中，伽马射线检测部11～14中包含的闪烁器21a～21d的厚度也可以越靠近受验体T越薄。在该情况下，可实现具有高时间分辨率性能的放射线位置检测器10。另外，能够提高由康普顿锥推定部SP4推定的康普顿锥的分辨率。
本实施方式中，闪烁器21a～21d各自也可以由相同的材料构成，该材料包含LSO：Ce结晶或LYSO：Ce结晶。在该情况下，能够降低制造成本，且提高闪烁器中的伽马射线的灵敏度。
本实施方式中，位于靠近伽马射线产生位置一侧的闪烁器的康普顿散射比率也可以比位于远离伽马射线产生位置一侧的闪烁器的康普顿散射比率高。另外，位于靠近伽马射线产生位置一侧的闪烁器也可以包含LaBr3：Ce结晶，位于远离伽马射线产生位置一侧的闪烁器包含LSO：Ce结晶或LYSO：Ce结晶。在该情况下，利用位于靠近伽马射线产生位置一侧的闪烁器提高康普顿散射比率，且能够提高位于远离伽马射线产生位置一侧的闪烁器中的伽马射线的灵敏度。
本实施方式中，闪烁器21a～21d的厚度也可以为2mm以上且5mm以下。在该情况下，能够得到充分的符合计数定时分辨率。另外，可确保伽马射线的灵敏度并且能够良好地推定第一及第二康普顿锥CCA、CCB。
以上，基于上述实施方式详细地说明了本发明的一个方面。但是，本发明的一个方面不限定于上述实施方式。本发明的一方面可在不脱离其宗旨的范围内进行进一步变形。例如上述实施方式中，在第一及第二康普顿锥的重合为一点交点的情况下，能够将该交点推定为散射点。在该情况下，也可以不求得第二交点。
另外，上述实施方式中，决定了伽马射线的康普顿散射点即第二交点于一点，但不限于此。第一交线及散射面的第二交点(即，康普顿散射点)也可以存在数点(例如2点等)。在该情况下，例如也可以实施将得到的各第二交点设为候补的上述非专利文献1所示那样的蒙特卡罗模拟，并推定伽马射线产生位置。由此，将伽马射线产生位置的候补预先缩小成小数，之后能够实施上述蒙特卡罗模拟。因此，与仅实施例如上述蒙特卡罗模拟等，且根据多个候补推定伽马射线产生位置的情况相比，能够在低负荷且短时间内推定伽马射线产生位置。因此，即使在第二交点存在数点的情况下，也能实现与上述实施方式一样的作用效果。此外，在第二交点存在数点的情况下，例如上述步骤S8中计算各第二交点的散射符合计数的测量线。接着，上述步骤S9中，伽马射线产生位置取得部36也可以通过例如使用了各第二交点的散射符合计数的测量线和上述TOF信息的蒙特卡罗模拟等，推定伽马射线产生位置。
另外，上述实施方式中，也可以未必实施步骤S4。例如，在步骤S5后实施步骤E2的情况、及在步骤S6后实施步骤E3的情况下，也可以不实施步骤S4。
本实施方式中，放射线位置检测器具备4个伽马射线检测部，但不限于此。从伽马射线的灵敏度提高的观点来看，放射线位置检测器也可以具有5个以上的伽马射线检测部。另外，从成本的观点来看，放射线位置检测器也可以具有3个以下的伽马射线检测部。

Claims (11)

1.一种PET装置中的散射符合计数的伽马射线产生位置的取得方法，具备：
利用配置于被摄体的周围并且夹着该被摄体的一对检测器检测伽马射线的工序；
将由所述一对检测器检测的所述伽马射线的入射方向作为第一及第二康普顿锥进行推定的工序；
取得由所述一对检测器检测的伽马射线的符合计数信息的工序；
根据基于所述符合计数信息的符合计数的测量线、以及所述伽马射线的能量信息，推定所述伽马射线的散射面的工序；
判定所述第一及第二康普顿锥的表面彼此重合的第一交线的有无的工序；
在存在所述第一交线且所述第一及第二康普顿锥的任一个均不与所述符合计数的测量线重合的情况下，判定所述第一交线及所述散射面重合的第二交点的有无的工序；
在存在所述第二交点的情况下，根据所述第二交点计算散射符合计数的测量线，并根据所述散射符合计数的测量线及所述伽马射线的TOF信息取得伽马射线产生位置的工序。
2.根据权利要求1所述的伽马射线产生位置的取得方法，其中，
在存在所述第一交线且所述第一及第二康普顿锥的至少一方与所述符合计数的测量线重合的情况下，根据所述TOF信息和所述符合计数的测量线取得伽马射线产生位置。
3.根据权利要求1或2所述的伽马射线产生位置的取得方法，其中，
在判定为不存在所述第一交线的情况下，不实施以下工序：判定所述第二交点的有无的所述工序；计算所述散射符合计数的测量线的所述工序；以及取得所述伽马射线产生位置的所述工序。
4.根据权利要求1或2所述的伽马射线产生位置的取得方法，其中，
在判定为不存在所述第二交点的情况下，不实施以下工序：计算所述散射符合计数的测量线的所述工序；以及取得所述伽马射线产生位置的所述工序。
5.一种PET装置，具备：
多个检测器，其配置于被摄体的周围，且具有信号处理部；和
数据处理部，其基于由所述多个检测器检测的信息取得伽马射线产生位置，
所述信号处理部具备将在所述多个检测器中分别入射于夹着所述被摄体的一对检测器各自的伽马射线的入射方向作为第一及第二康普顿锥进行推定的康普顿锥推定部，
所述数据处理部具备：
符合计数取得部，其取得由所述一对检测器检测的伽马射线的符合计数信息；
散射面推定部，其根据基于所述符合计数信息的符合计数的测量线及所述伽马射线的能量信息，推定所述伽马射线的散射面；
第一交线判定部，其判定所述第一及第二康普顿锥的表面彼此重合的第一交线的有无；
第二交点判定部，其在存在所述第一交线且所述第一及第二康普顿锥的任一个均不与所述符合计数的测量线重合的情况下，判定所述第一交线及所述散射面重合的第二交点的有无；
符合计数线计算部，其在存在所述第二交点的情况下，根据所述第二交点计算散射符合计数的测量线；以及
伽马射线产生位置取得部，其根据所述散射符合计数的测量线及所述伽马射线的TOF信息取得散射符合计数的伽马射线产生位置。
6.根据权利要求5所述的PET装置，其中，
所述多个检测器各自具有在所述伽马射线的入射方向上层叠的多个伽马射线检测部，
所述多个伽马射线检测部各自具有闪烁器及光传感器阵列。
7.根据权利要求6所述的PET装置，其中，
所述伽马射线检测部中包含的所述闪烁器的厚度越靠近所述被摄体越薄。
8.根据权利要求6或7所述的PET装置，其中，
所述闪烁器各自由相同材料构成，
所述材料包含LSO：Ce结晶或LYSO：Ce结晶。
9.根据权利要求6或7所述的PET装置，其中，
位于靠近所述伽马射线产生位置一侧的所述闪烁器的康普顿散射比率比位于远离所述伽马射线产生位置一侧的所述闪烁器的康普顿散射比率高。
10.根据权利要求9所述的PET装置，其中，
位于靠近所述伽马射线产生位置一侧的所述闪烁器包含LaBr3：Ce结晶，
位于远离所述伽马射线产生位置一侧的所述闪烁器包含LSO：Ce结晶或LYSO：Ce结晶。
11.根据权利要求6～9中任一项所述的PET装置，其中，
所述闪烁器的厚度为2mm以上且5mm以下。
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