JP2000284051A

JP2000284051A - Ｐｅｔ装置

Info

Publication number: JP2000284051A
Application number: JP8634899A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Tanaka; 栄一田中; Takashi Yamashita; 貴司山下; Hiroyuki Okada; 裕之岡田
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1999-03-29
Filing date: 1999-03-29
Publication date: 2000-10-13
Anticipated expiration: 2019-03-29
Also published as: JP4344038B2

Abstract

(57)【要約】【課題】２次元投影データおよび３次元投影データを
同時に獲得して高感度な光子対同時計数および有効な散
乱補正等を可能とすることができるＰＥＴ装置を提供す
る。【解決手段】検出部１０は、シールド１１とシールド
１２との間に積層された検出器リングＲ₁〜Ｒ₁₀を有す
る。検出器リングＲ₁〜Ｒ₁₀は、中心軸に垂直な面上に
リング状に配されたＮ個の光子検出器Ｄ₁〜Ｄ_Nを有す
る。検出部１０の内側すなわち測定空間１側に設けられ
たスライスセプタ２０は、隣接する検出器リングの間の
位置に配された９枚のシールド板Ｓ₁〜Ｓ₉を含み、コリ
メート作用を奏する。スライスセプタ２０を回転させな
がら測定を行うことにより、２次元投影データおよび３
次元投影データを同時に獲得する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、陽電子放出アイソ
トープ（ＲＩ線源）で標識された極微量物質の挙動を画
像化することができるＰＥＴ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＰＥＴ（positron emission tomograph
y）装置は、ＲＩ線源が投入された生体（被検体）内に
おける電子・陽電子の対消滅に伴って発生し互い逆方向
に飛行する光子対を検出することにより、その被検体内
の極微量物質の挙動を画像化することができる装置であ
る。ＰＥＴ装置は、被検体が置かれる測定空間の周囲に
配列された多数の小型の光子検出器を有する検出部を備
えており、電子・陽電子の対消滅に伴って発生する光子
対を同時計数法で検出して蓄積し、この蓄積された多数
の同時計数情報すなわち投影データに基づいて、測定空
間における光子対の発生頻度の空間分布を表す画像を再
構成する。このＰＥＴ装置は核医学分野等で重要な役割
を果たしており、これを用いて例えば生体機能や脳の高
次機能の研究を行うことができる。このようなＰＥＴ装
置は、２次元ＰＥＴ装置、３次元ＰＥＴ装置およびスラ
イスセプタ撤去可能型３次元ＰＥＴ装置に大別される。

【０００３】図１３は、２次元ＰＥＴ装置の検出部の構
成を説明する図である。この図は、中心軸を含む面で検
出部を切断したときの断面を示している。２次元ＰＥＴ
装置の検出部１０は、シールド１１とシールド１２との
間に積層された検出器リングＲ₁〜Ｒ₇を有している。検
出器リングＲ₁〜Ｒ₇それぞれは、中心軸に垂直な面上に
リング状に配された複数の光子検出器を有している。各
光子検出器は、例えばＢＧＯ（Ｂｉ₄Ｇｅ₃Ｏ₁₂）等のシ
ンチレータと光電子増倍管とを組み合わせたシンチレー
ション検出器であり、中心軸を含む測定空間から飛来し
て到達した光子を検出する。また、この検出部１０の内
側にはスライスセプタ２０が備えられている。このスラ
イスセプタ２０は、隣接する検出器リングの間の位置に
配された６枚のリング状のシールド板Ｓ₁〜Ｓ₆からな
る。このように構成される２次元ＰＥＴ装置の検出部１
０は、スライスセプタ２０のコリメート作用により、中
心軸との角度が略９０度の方向から飛来した光子対のみ
を同時計数することができる。すなわち、２次元ＰＥＴ
装置の検出部１０により得られ蓄積された同時計数情報
すなわち２次元投影データは、同一の検出器リングまた
は隣接する（若しくは極めて近い）検出器リングに含ま
れる１対の光子検出器によるものに限られる。したがっ
て、２次元ＰＥＴ装置は、測定空間外の位置で発生した
光子対が散乱された散乱線を効率よく除外することがで
き、また、２次元投影データに対して吸収補正や感度補
正を容易に行うことができる。

【０００４】図１４は、３次元ＰＥＴ装置の検出部の構
成を説明する図である。この図も、中心軸を含む面で検
出部を切断したときの断面を示している。３次元ＰＥＴ
装置の検出部１０の構成は、２次元ＰＥＴ装置の場合と
同様である。しかし、３次元ＰＥＴ装置ではスライスセ
プタが備えられていない。このように構成される３次元
ＰＥＴ装置の検出部１０は、あらゆる方向から飛来した
光子対を同時計数することができる。すなわち、３次元
ＰＥＴ装置の検出部１０により得られ蓄積される同時計
数情報すなわち３次元投影データは、任意の検出器リン
グに含まれる１対の光子検出器によるものが可能であ
る。したがって、３次元ＰＥＴ装置は、２次元ＰＥＴ装
置と比較して５倍〜１０倍程度に高い感度で、光子対を
同時計数することができる。

【０００５】図１５は、スライスセプタ撤去可能型３次
元ＰＥＴ装置の検出部の構成を説明する図である。この
図も、中心軸を含む面で検出部を切断したときの断面を
示している。スライスセプタ撤去可能型３次元ＰＥＴ装
置の検出部１０の構成は、２次元ＰＥＴ装置の場合と同
様である。しかし、スライスセプタ撤去可能型３次元Ｐ
ＥＴ装置では、スライスセプタ２０は、シールド１２の
側に設けられた待避空間に待避が可能である。すなわ
ち、スライスセプタ撤去可能型３次元ＰＥＴ装置は、ス
ライスセプタ２０が検出器リングＲ₁〜Ｒ₅の内側の位置
にあるときには２次元ＰＥＴ装置と同等のものとなり
（図１５（ａ））、スライスセプタ２０が待避空間に待
避しているときには３次元ＰＥＴ装置と同等のものとな
る（図１５（ｂ））。したがって、スライスセプタ撤去
可能型３次元ＰＥＴ装置は、目的に応じて、２次元ＰＥ
Ｔ装置および３次元ＰＥＴ装置の何れか一方として用い
られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のＰＥＴ装置は以下のような問題点を有している。す
なわち、２次元ＰＥＴ装置は、中心軸との角度が略９０
度の方向から飛来した光子対のみを同時計数するもので
あることから、高感度に光子対を同時計数することがで
きない。一方、３次元ＰＥＴ装置は、測定空間以外の空
間で発生した光子対が散乱された散乱線を効率よく除外
することができず、また、散乱補正、吸収補正および感
度補正が困難または複雑であることから、良好な画像を
再構成することができない。

【０００７】また、スライスセプタ撤去可能型３次元Ｐ
ＥＴ装置は、２次元投影データおよび３次元投影データ
それぞれを別の測定で獲得するものであることから、上
述した２次元ＰＥＴ装置および３次元ＰＥＴ装置それぞ
れが有する問題点を同時に解決することができない。ま
た、装置構成が複雑となり高価であるという問題点を有
する。

【０００８】本発明は、上記問題点を解消する為になさ
れたものであり、２次元投影データおよび３次元投影デ
ータを同時に獲得して高感度な光子対同時計数および有
効な散乱補正等を可能とすることができるＰＥＴ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】本発明に係るＰＥＴ装置
は、(1) 中心軸を含む測定空間から飛来してきた光子を
各々検出する複数の光子検出器が中心軸に垂直な面上に
配された検出器リングを複数組含み、これら複数組の検
出器リングが中心軸に平行な方向に積層された検出部
と、(2) 複数組の検出器リングそれぞれを構成する複数
の光子検出器のうち一部のものの測定空間の側に、中心
軸を中心に回転自在に配され、飛来してきた光子のうち
中心軸に略垂直なもののみを通過させるスライスセプタ
と、(3) 検出部に含まれる光子検出器のうち１対の光子
検出器が光子対を同時計数したときに、その１対の光子
検出器のうち少なくとも一方の測定空間の側にスライス
セプタが存在しているか否かを判定するスライスセプタ
位置判定手段と、(4) １対の光子検出器のうち少なくと
も一方の測定空間の側にスライスセプタが存在している
とスライスセプタ位置判定手段により判定されたとき
に、１対の光子検出器による光子対の同時計数情報を蓄
積する２次元投影データ蓄積手段と、(5) １対の光子検
出器のうち何れの測定空間の側にもスライスセプタが存
在していないとスライスセプタ位置判定手段により判定
されたときに、１対の光子検出器による光子対の同時計
数情報を蓄積する３次元投影データ蓄積手段と、(6) ２
次元投影データ蓄積手段により同時計数情報が蓄積され
て生成された３次元投影データ、および、３次元投影デ
ータ蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成され
た３次元投影データに基づいて、測定空間における光子
対の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する画像再
構成手段と、を備えることを特徴とする。

【００１０】このＰＥＴ装置によれば、測定空間から飛
来した光子対が検出部の１対の光子検出器により同時計
数されると、その１対の光子検出器のうち少なくとも一
方の測定空間の側にスライスセプタが存在しているか否
かがスライスセプタ位置判定手段により判定される。こ
の判定は、例えば、回転位置検出センサにより検出され
たスライスセプタの回転位置に基づいて行われる。も
し、スライスセプタ位置判定手段により少なくとも一方
の測定空間の側にスライスセプタが存在していると判定
されたときには、その１対の光子検出器による光子対の
同時計数情報は、２次元投影データ蓄積手段により蓄積
される。逆に、スライスセプタ位置判定手段により何れ
も測定空間の側にスライスセプタが存在していないと判
定されたときには、１対の光子検出器による光子対の同
時計数情報は、３次元投影データ蓄積手段により蓄積さ
れる。そして、画像再構成手段により、２次元投影デー
タ蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された
３次元投影データ、および、３次元投影データ蓄積手段
により同時計数情報が蓄積されて生成された３次元投影
データに基づいて、測定空間における光子対の発生頻度
の空間分布を表す画像が再構成される。このように、２
次元投影データおよび３次元投影データは１回の測定で
同時に得られる。したがって、このように２次元投影デ
ータおよび３次元投影データを同時に獲得して画像再構
成を行うことにより、光子対を高感度に同時計数するこ
とができ、且つ、散乱補正等を行うことができる。

【００１１】本発明に係るＰＥＴ装置の画像再構成手段
は、２次元投影データのうち空間周波数が低い成分、お
よび、３次元投影データのうち空間周波数が高い成分に
基づいて、画像の再構成を行うことを特徴とする。この
場合には、光子対を高感度に同時計数して３次元投影デ
ータを得ることが好適にでき、且つ、２次元投影データ
に基づいて散乱補正を有効に行うことが好適にできる。
しかも、大きい傾斜角の投影データにおける散乱補正が
可能となる。

【００１２】本発明に係るＰＥＴ装置は、スライスセプ
タの測定空間の側に中心軸と平行な棒状の校正線源を設
けて、２次元投影データ蓄積手段に蓄積された２次元投
影データに基づいて、画像再構成手段により再構成され
る画像を補正する補正手段を更に備えることを特徴とす
る。この場合には、検出器感度補正および吸収補正が好
適に行われ、良好な再構成画像が得られる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施の形態を詳細に説明する。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。

【００１４】図１は、本実施形態に係るＰＥＴ装置の検
出部およびスライスセプタの構成を説明する図である。
図１（ａ）は、中心軸に平行な方向に検出部１０を見た
ときの図を示しており、図１（ｂ）は、中心軸を含む面
で検出部１０を切断したときの断面を示している。

【００１５】本実施形態に係るＰＥＴ装置の検出部１０
は、シールド１１とシールド１２との間に積層された検
出器リングＲ₁〜Ｒ₁₀を有している。検出器リングＲ₁〜
Ｒ₁₀それぞれは、中心軸に垂直な面上にリング状に配さ
れたＮ個の光子検出器Ｄ₁〜Ｄ_Nを有している。光子検出
器Ｄ₁〜Ｄ_Nそれぞれは、例えばＢＧＯ（Ｂｉ₄Ｇｅ
₃Ｏ₁₂）等のシンチレータと光電子増倍管とを組み合わ
せたシンチレーション検出器であり、中心軸を含む測定
空間１から飛来してきて到達した光子を検出する。

【００１６】この検出部１０の内側すなわち測定空間１
側にはスライスセプタ２０が備えられている。スライス
セプタ２０は、隣接する検出器リングの間の位置に配さ
れた９枚のシールド板Ｓ₁〜Ｓ₉を含む。シールド板Ｓ₁
〜Ｓ₉それぞれは、電子・陽電子の対消滅に伴って発生
し互い逆方向に飛行する光子対すなわちエネルギ５１１
ｋｅＶのγ線を吸収する材料（例えば、タングステン、
鉛）からなる。スライスセプタ２０は、コリメート作用
を奏し、中心軸との角度が略９０度の方向から飛来した
光子対のみを、その後方にある光子検出器に入射させ
る。

【００１７】シールド板Ｓ₁〜Ｓ₉それぞれは、リング状
ではなく、各検出器リングそれぞれを構成するＮ個の光
子検出器Ｄ₁〜Ｄ_Nのうち一部のもの（図１では光子検出
器Ｄ ₃〜Ｄ₁₀）の測定空間１側に設けられている。な
お、スライスセプタ２０の後方にある光子検出器の個数
をｎ（図１では８個）とすると、ｎ／Ｎの値は、１／２
以下が好適であり、１／１０〜１／６程度が特に好適で
ある。また、スライスセプタ２０は、中心軸を中心に回
転自在であって、連続回転、ステップ回転または往復回
転を行う。スライスセプタ２０の回転位置は、回転位置
検出センサにより検出され、或いは、その回転を制御す
るセプタ回転駆動部により把握される。

【００１８】検出部１０では、１対の光子検出器のうち
少なくとも一方がスライスセプタ２０の後方にある場合
には、これら１対の光子検出器は、中心軸との角度が略
９０度の方向から飛来した光子対のみを同時計数する。
また、これらの１対の光子検出器は、測定空間外の位置
で発生した光子対が散乱された散乱線を効率よく除外す
ることができる。すなわち、これら１対の光子検出器に
より得られる同時計数情報は、２次元ＰＥＴ装置におい
て得られるものと同等のものである。以下では、この同
時計数情報を２次元同時計数情報と呼ぶ。

【００１９】一方、１対の光子検出器の何れもスライス
セプタ２０の後方にない場合には、これら１対の光子検
出器は、あらゆる方向から飛来した光子対を同時計数す
ることができる。すなわち、これら１対の光子検出器に
より得られる同時計数情報は、３次元ＰＥＴ装置におい
て得られるものと同等のものである。以下では、この同
時計数情報を３次元同時計数情報と呼ぶ。

【００２０】２次元同時計数情報の幾何学的検出効率
は、同一検出器リング面（ダイレクトプレーン）内で最
も高く、検出器リング番号（検出器リングの符号Ｒｎに
おける値ｎ）の差すなわちリング差δが大きいほど、ス
ライスセプタ２０の遮蔽効果に因り減少する。その実効
的な軸方向視野角φ_2Dは、

【００２１】

【数１】なる式で表される。ここで、Ｄは検出器リングの内径、
ｄは光子検出器の軸方向の幅、ε(δ)はダイレクトプレ
ーンに対して傾斜する投影の相対的な検出感度、δ_max
は２次元同時計数情報の蓄積における最大リング差であ
る。

【００２２】一方、３次元同時計数情報の蓄積における
軸方向視野角をφ_3Dとし、全ての光子検出器の個数Ｎに
対するスライスセプタ２０の後方に存在する光子検出器
の個数ｎの比をｓ（＝ｎ／Ｎ）とする。このとき、３次
元同時計数情報および２次元同時計数情報それぞれの検
出感度の比Ｒは、

【００２３】

【数２】なる近似式で表される。ここで、ｗはスライスセプタ２
０の径方向の幅である。なお、この式の導出に際して
は、光子の吸収および散乱の効果を無視した。例えば、
φ_2D＝１°、φ_3D＝１０°、ｓ＝１／８、ｄ＝６ｍｍ、
ｗ＝１ｍｍとすると、Ｒ＝３６となる。

【００２４】図２は、本実施形態に係るＰＥＴ装置の全
体構成を概念的に説明するブロック図である。セプタ回
転駆動部３０は、中心軸を中心にしてスライスセプタ３
０を回転駆動させるものであり、回転位置検出センサ４
０は、スライスセプタ２０の回転位置を検出するもので
ある。測定空間１に被検体２をおいて行う１回の測定の
期間中、スライスセプタ２０はセプタ回転駆動部３０に
より駆動されて回転しており、また、スライスセプタ２
０の回転位置は回転位置検出センサ４０により常に把握
されている。そして、１対の光子検出器が光子対を同時
計数したときに、その１対の光子検出器のうち少なくと
も一方がスライスセプタ２０の後方に位置するか否かが
判定される。この判定は、回転位置検出センサ４０によ
り検出されたスライスセプタ２０の回転位置に基づいて
なされる。

【００２５】もし、一方の光子検出器がスライスセプタ
２０の後方に位置すると判定されれば、その１対の光子
検出器が検出した同時計数情報は２次元同時計数情報で
あると判断され、その２次元同時計数情報は２次元投影
データ蓄積部５１に蓄積される。一方、そうでなけれ
ば、その１対の光子検出器が検出した同時計数情報は３
次元同時計数情報であると判断され、その３次元同時計
数情報は３次元投影データ蓄積部５２に蓄積される。こ
のようにして、２次元同時計数情報および３次元同時計
数情報それぞれは互いに個別に蓄積されてヒストグラム
が作成される。以下では、２次元同時計数情報のヒスト
グラムを２次元投影データと呼び、また、３次元同時計
数情報のヒストグラムを３次元投影データと呼ぶ。

【００２６】データ処理部６０は、２次元投影データお
よび３次元投影データに基づいて、被検体２内における
光子対の発生頻度の空間分布を示す画像を再構成する。
また、データ処理部６０は、検出器感度補正、吸収補正
および散乱補正をも行う。画像表示部７０は、データ処
理部６０により再構成された画像を表示する。

【００２７】次に、ブランク測定およびトランスミッシ
ョン測定について説明する。図３は、校正線源を用いた
ブランク測定およびトランスミッション測定の説明図で
ある。図４は、校正線源の説明図である。これらの図
は、図１（ａ）と同様に、中心軸に平行な方向に見たと
きの図を示している。

【００２８】校正線源３は、例えば⁶⁸Ｇｅの棒状のもの
であって、スライスセプタ２０の測定空間１側の中央付
近に接して中心軸に平行に配置される。また、校正線源
３を挟んで２つのシールド３Ａおよび３Ｂが設けられて
いる。スライスセプタ２０ならびにシールド３Ａおよび
３Ｂにより、検出部１０により３次元同時計数情報が検
出されることなく、２次元同時計数情報のみが検出され
る。このようにすることにより、散乱線の寄与が減少さ
れ、校正線源３の近くの光子検出器の計数率の異常な上
昇が防止される。また、スライスセプタ撤去可能型３次
元ＰＥＴ装置のために開発された吸収補正法を適用する
ことができる。

【００２９】測定空間１に被検体２を置くことなく、校
正線源３とともにスライスセプタ２０を回転させてブラ
ンク測定を行う。そして、このようにして２次元投影デ
ータ蓄積部２０に蓄積された２次元投影データがブラン
クデータであり、このブランクデータに基づいて検出器
感度補正が行われる。また、測定空間１に被検体２を置
いて、校正線源３とともにスライスセプタ２０を回転さ
せてトランスミッション測定を行う。そして、このよう
にして２次元投影データ蓄積部２０に蓄積された２次元
投影データがトランスミッションデータであり、このト
ランスミッションデータに基づいて吸収補正が行われ
る。なお、ＲＩ線源が投入された被検体２を測定空間１
に置き、校正線源３とともにスライスセプタ２０を回転
させて、エミッション測定とトランスミッション測定と
を同時に行ってもよい。

【００３０】また、検出器感度補正に際しては、「間接
的感度校正法」を用いるのが好適である。図５および図
６それぞれは、検出器感度補正の説明図である。校正線
源３から発生した光子対が飛行する直線すなわち同時計
数線Ｌに対する検出感度は、その光子対を同時計数する
１対の光子検出器Ｄ_iおよびＤ_jそれぞれの検出効率と種
々の幾何学的因子ε_ijとの積として推定される（図５参
照）。ここで、幾何学的因子ε_ijは、検出器リング差δ
や、測定空間の中心点から同時計数線Ｌまでの距離等が
考慮された因子である。これらの因子の中でも光子検出
器それぞれの検出効率は、時間的に安定しておらず変動
するので、定期的に校正を行う必要がある。

【００３１】本実施形態に係るＰＥＴ装置は、棒状の校
正線源３を用いた測定により、スライスセプタ２０によ
りコリメートされた光子検出器Ｄ_jおよびコリメートさ
れない光子検出器Ｄ_iにより光子対を同時計数するの
で、各光子検出器がコリメートされたときの検出効率
と、各光子検出器がコリメートされないときの検出効率
とを、１回のブランク測定から「fun sum法」を用いて
同時に求めることができる（図６参照）。すなわち、コ
リメートされた光子検出器Ｄ_iを通る多数の同時計数線
に関する同時計数情報の平均値に基づいて光子検出器Ｄ
_iの検出効率を求める。同様にして、コリメートされた
光子検出器Ｄ_jの検出効率を求める。２次元投影データ
の校正は、光子検出器がコリメートされたときの検出効
率に基づいて行われ、一方、３次元投影データの校正
は、光子検出器がコリメートされないときの検出効率に
基づいて行われる。

【００３２】次に、散乱補正および画像再構成について
説明する。一般に、散乱線のレスポンス（点状線源また
は棒状線源に対する投影データにおける散乱同時計数の
分布）は、２次元投影データと３次元投影データとでは
大きく異なっている。すなわち、２次元投影データにお
ける散乱線は、主に検出部１０の内側すなわち測定空間
１内または極近傍での散乱に起因し、中心軸に平行に置
かれた棒状線源３に対する散乱レスポンスは、指数関数
によってよく近似される。一方、３次元投影データにお
ける散乱線は、主に測定空間１から離れた場所での散乱
に起因する。３次元投影データにおける散乱線の散乱レ
スポンスは、高い空間周波数成分を殆ど含まず、極低い
空間周波数成分を主に含み、ガウス関数または放物線関
数によってよく近似される。そこで、本実施形態に係る
ＰＥＴ装置では、以下に説明するように、２次元投影デ
ータを利用することにより、３次元投影データにおける
散乱線の寄与を正確に補正（散乱補正）して画像再構成
する。

【００３３】以下に説明する方法は、「差分法（differ
ence method）」呼ばれるものである。この方法では、
或るダイレクトプレーンに対して、２次元同時計数情報
の蓄積から３次元同時計数情報の蓄積に変更したときの
散乱成分の増加分が、３次元投影データと２次元投影デ
ータとの差から推定できると仮定する。すなわち、この
散乱成分の増加分Ｓ'(ｒ,θ)は、

【００３４】

【数３】なる式で与えられると仮定する。ここで、ｒは投影の位
置座標であり、θは投影の方位角であり、ｐ_2D(ｒ,θ)
は２次元投影データであり、ｐ_3D(ｒ,θ)は３次元投影
データであり、ε(ｒ,θ)は効率補正因子である。

【００３５】さらに、２次元投影データに含まれる散乱
成分の影響を補正するために、３次元投影データの全散
乱成分Ｓ(ｒ,θ)は上記(3)式の散乱分布Ｓ'(ｒ,θ)に補
正因子ｋ(θ)を乗じて、

【００３６】

【数４】なる式で表される。補正因子ｋ(θ)は、線源が存在する
領域以外の領域における２次元投影データおよび３次元
投影データそれぞれの分布を比較することにより決定さ
れる。

【００３７】各々の検出器リング番号がｎ，ｍである２
つの検出器リングＲ_n，Ｒ_mの間で得られる傾斜した投影
における散乱分布ｐ_n,m(ｒ,θ)は、検出器リング番号が
int((n+m)/2) であるダイレクトプレーンの散乱分布
と、検出器リング番号が int((n+m)/2)+1 であるダイレ
クトプレーンの散乱分布とから、直線補間により得られ
る。ここで、int は、整数化を行うことを表す演算記号
である。ここでは、小さい傾斜角の投影の散乱分布は、
その中央位置付近のダイレクトプレーンの散乱分布に略
等しいと仮定している。

【００３８】このようにして推定された散乱分布を、例
えば半値幅２５ｍｍのガウス型フィルタにより充分に平
滑化して、３次元投影データから差し引く。この差し引
いた結果、散乱補正された３次元投影データが得られ
る。そして、この３次元投影データについて、吸収補正
を行い、適当な３次元再構成アルゴリズムにより画像が
再構成される。

【００３９】以上に説明した「差分法」は、スライスセ
プタ撤去可能型ＰＥＴ装置の為に提案されたものであ
り、その妥当性が実際の装置で確認されている。しか
し、スライスセプタ撤去可能型ＰＥＴ装置における「差
分法」には、以下のような２つの大きな限界がある。第
１の限界は、２次元投影データと３次元投影データとは
互いに別の測定により蓄積されることから、線源の陽電
子放出能の分布が速く変化する場合や動態研究の場合に
は応用できないことである。第２の限界は、大きい傾斜
角の投影の散乱分布の推定精度が悪いことである。しか
し、本実施形態に係るＰＥＴ装置では、２次元投影デー
タと３次元投影データとは１回の測定により同時に蓄積
されることから、第１の限界は問題にはならない。ま
た、本実施形態に係るＰＥＴ装置は、以下の方法（「加
算法」と呼ぶ）により第２の限界を克服する。

【００４０】図７は、散乱補正および画像再構成の手順
を説明するフローチャートである。このフローチャート
で説明する「加算法」は、２次元投影データに基づいて
低い空間周波数成分の画像を再構成するとともに、３次
元投影データに基づいて高い空間周波数成分の画像を再
構成し、これら２つの再構成画像を加算して、最終的な
再構成画像を得るものである。このようにすることによ
り、大きい傾斜角の投影データにおける散乱補正が可能
となる。また、低い空間周波数成分の画像は、２次元投
影データに基づいて得られるので、測定空間１以外の空
間からの散乱の寄与が小さい。

【００４１】３次元投影データについては、初めに、上
記の「差分法」またはより簡便な方法（例えば「ガウス
関数フィッティング法」など）により、散乱補正が施さ
れる。この散乱補正は近似的なもので充分である。「ガ
ウス関数フィッティング法」は、被検体以外の領域（散
乱のみが計測される領域）の投影データをガウス関数で
フィッティングすることにより、被検体における散乱成
分を推定する方法である。なお、この散乱補正は、続く
吸収補正を適切に行う為に必要である。続いて、この散
乱補正された３次元投影データについて、通常の吸収補
正が施され、ハイパスフィルタｈ(ｒ)により低周波数成
分が除去され、３次元再構成アルゴリズムにより高周波
画像が画像再構成される。ハイパスフィルタは、３次元
投影データに含まれる散乱成分の殆どを除去するように
設計される。

【００４２】一方、２次元投影データについては、例え
ば「２エネルギーウィンドウ法」や「重畳積分差し引き
法」等により散乱補正が施され、続いて、吸収補正が施
され、ローパスフィルタｇ(ｒ)により高周波数成分が除
去され、２次元再構成アルゴリズムにより低周波画像が
画像再構成される。このローパスフィルタｇ(ｒ)の周波
数レスポンスＦ[ｇ(ｒ)]は、ハイパスフィルタｈ(ｒ)の
周波数レスポンスＦ[ｈ(ｒ)]に対し相補的であるように
設計される。すなわち、Ｆ[ｇ(ｒ)]＋Ｆ[ｈ(ｒ)]＝１な
る関係式が成り立つ。なお、Ｆ[・]はフーリエ変換を表
す。

【００４３】最終的な再構成画像は、３次元同時計数情
報および２次元同時計数情報それぞれの検出感度を考慮
した上で、３次元投影データに基づいて得られた高周波
画像と、２次元投影データに基づいて得られた低周波画
像とを、適当な荷重をかけて加算することにより得られ
る。

【００４４】図８は、散乱補正および画像再構成の他の
手順を説明するフローチャートである。このフローチャ
ートで説明する方法は、上記「加算法」で３次元投影デ
ータについて「フーリエリビニング（Fourier rebinnin
g:ＦＲＢ）法」を採用したものであり、計算効率が大幅
に改善される。

【００４５】３次元投影データについては、初めに、上
記の「差分法」またはより簡便な方法（例えば「ガウス
関数フィッティング法」など）により散乱補正が施され
る。この散乱補正は近似的なもので充分である。なお、
この散乱補正は、続く吸収補正を適切に行う為に必要で
ある。続いて、この散乱補正された３次元投影データに
ついて、通常の吸収補正が施され、「ＦＲＢ法」による
処理がなされる。

【００４６】図９は、ＦＲＢ法を説明する図である。Ｆ
ＲＢ法では、ダイレクトプレーンに対して傾斜した投影
（図９（ａ））について得られた３次元投影データ（図
９（ｂ））は変数ｒおよびθに関して２次元フーリエ変
換されて、変数ｎおよびωに関する２次元フーリエ変換
マップ（図９（ｃ））が得られる。この２次元フーリエ
変換マップは、「周波数の距離の関係（Frequency-dist
ance relation）」すなわち「γ＝−ｎ／ω」を用い
て、ダイレクトプレーンの２次元フーリエ変換マップ
（図９（ｄ））に変換される。このようにして得られた
各ダイレクトプレーンの２次元フーリエ変換マップは２
次元逆フーリエ変換されて、ダイレクトプレーンの投影
データ（図９（ｅ））が得られる。そして、この各ダイ
レクトプレーンの投影データは、２次元画像再構成され
て、再構成画像（図９（ｆ））が得られる。

【００４７】図８に示したフローチャートでは、近似的
な散乱補正および吸収補正が施された３次元投影データ
に基づいてＦＲＢ法により作成されたダイレクトプレー
ンの投影データ（図９（ｅ））は、ハイパスフィルタｈ
(ｒ)により低周波数成分が除去される。このハイパスフ
ィルタは、３次元投影データに含まれる散乱成分の殆ど
を除去するように設計される。

【００４８】一方、２次元投影データについては、例え
ば「２エネルギーウィンドウ法」や「重畳積分差し引き
法」等により散乱補正が施され、続いて、吸収補正が施
され、ローパスフィルタｇ(ｒ)により高周波数成分が除
去される。このローパスフィルタｇ(ｒ)の周波数レスポ
ンスＦ[ｇ(ｒ)]は、ハイパスフィルタｈ(ｒ)の周波数レ
スポンスＦ[ｈ(ｒ)]に対し相補的であるように設計され
る。すなわち、Ｆ[ｇ(ｒ)]＋Ｆ[ｈ(ｒ)]＝１なる関係式
が成り立つ。

【００４９】そして、３次元投影データの低周波数成分
と２次元投影データの高周波数成分とは、各ダイレクト
プレーン毎に、３次元同時計数情報および２次元同時計
数情報それぞれの検出感度を考慮した上で、適当な加重
をかけて加算される。最終的な再構成画像は、この加算
された投影データに基づいて、２次元再構成アルゴリズ
ムにより得られる。

【００５０】以上のように、この方法では３次元画像再
構成を行わないので計算時間が短い。また、ＦＲＢ法
は、ダイレクトプレーンに対して傾斜した投影について
得られた３次元投影データに含まれる非常に低い周波数
成分について誤差を生ずることが知られているが、本実
施形態では低周波数成分が除去されるので、この欠点は
問題とはならない。

【００５１】次に、同時計数情報の統計的変動に因る低
周波画像のｒｍｓ（root mean square）誤差について述
べる。低周波画像のｒｍｓ誤差の大きさは、高周波画像
のｒｍｓ誤差の大きさと比較して充分に小さいことが望
ましい。「フィルタ逆投影（filtered backprojectio
n）法」による通常の２次元画像再構成では、解像力
（半値幅）をａとし、全計数値をＴとすると、得られる
画像の相対的ｒｍｓ雑音は、（ａ³Ｔ）^-1/2に略比例す
る。したがって、低周波画像および高周波画像それぞれ
のｒｍｓ雑音の比ratio_rmsは、

【００５２】

【数５】なる式で与えられる。ここで、ａ_3Dは、３次元投影デー
タに基づいて得られる画像の解像力であり、ａ_2Dは、２
次元投影データに基づいて得られる画像の解像力であ
る。Ｒ'は、３次元同時計数情報および２次元同時計数
情報それぞれの全計数値の比である。それぞれの場合の
散乱比率が異なることから、Ｒ'は、３次元同時計数情
報および２次元同時計数情報それぞれの検出感度の比Ｒ
（上記(２)式）より幾らか大きい。

【００５３】例えば、断面有効視野が直径２５６ｍｍで
ある頭部（脳）用ＰＥＴ装置を考えると、３次元投影デ
ータに含まれる散乱成分のガウス関数成分の最も狭い半
値幅は約１００ｍｍ以上であると想定される。そこで、
もし、ａ_2D＝５０ｍｍとし、ａ_3D＝３ｍｍとし、Ｒ'＝
５０とすれば、ratio_rmsは０．１０４となる。この数値
例は、充分な計数値が得られる高解像度測定の場合のも
のである。計数値が少ない場合には、ａ_3Dを大きくする
必要があり、その結果、ratio_rmsは増大する。例えば、
ａ_3D＝１０ｍｍとすると、ratio_rmsは０．６３２とな
る。

【００５４】以上のように、本実施形態に係るＰＥＴ装
置は、２次元投影データおよび３次元投影データを１回
の測定で同時に得ることができるので、線源の陽電子放
出能の分布が速く変化する場合や動態研究を行う場合に
応用が可能である。また、本実施形態に係るＰＥＴ装置
は、光子対を高感度に同時計数して３次元投影データを
得ることができ、且つ、２次元投影データに基づいて散
乱補正を有効に行うことができる。すなわち、本実施形
態に係るＰＥＴ装置は、低い空間周波数成分の画像を２
次元投影データに基づいて再構成し、高い空間周波数成
分の画像を３次元投影データに基づいて再構成し、これ
ら２つの再構成画像を加算して、最終的な再構成画像を
得ることにより、大きい傾斜角の投影データにおける散
乱補正が可能となる。

【００５５】なお、本実施形態に係るＰＥＴ装置におい
ては、全て光子検出器の個数Ｎに対するスライスセプタ
２０の後方に存在する光子検出器の個数ｎの比ｓ（＝ｎ
／Ｎ）が重要な設計事項となる。(２)式から判るよう
に、ｓの値を大きくすると、(１−２ｓ)に比例して３次
元同時計数情報の検出感度が低下し、２ｓに比例して２
次元同時計数情報の検出感度が増大する。したがって、
ｓの値は、３次元同時計数情報の検出感度と散乱補正の
正確度とのバランスを考慮して決定される必要がある。
ｓの好適な値は１／２以下であり、より好適な値は１／
１０〜１／６程度である。

【００５６】本発明は、上記実施形態に限定されるもの
ではなく種々の変形が可能である。特に、検出部および
スライスセプタの構成は、以下のように種々の変形が可
能である。

【００５７】図１０は、検出部およびスライスセプタの
構成の第１の変形例を説明する図である。この図は、中
心軸に平行な方向に検出部を見たときの図を示してい
る。この変形例では、検出部１０の内側に、スライスセ
プタ２０Ａ，２０Ｂおよび２０Ｃを備えている。スライ
スセプタ２０Ａ，２０Ｂおよび２０Ｃそれぞれは、図１
におけるスライスセプタ２０と同様の構成のものであ
り、中心軸を中心とする円周上に略等間隔で配置されて
いる。この変形例では、スライスセプタ２０Ａ，２０Ｂ
および２０Ｃそれぞれの回転バランスが優れているので
好適である。

【００５８】図１１は、検出部およびスライスセプタの
構成の第２の変形例を説明する図である。図１１（ａ）
は、中心軸に平行な方向に検出部を見たときの図を示し
ており、図１１（ｂ）は、中心軸を含む面で検出部を切
断したときの断面を示している。この変形例では、検出
部１０Ａおよび１０Ｂそれぞれは、平面上に光子検出器
が２次元配列されたものである。また、スライスセプタ
２０は、回転軸に垂直な複数のシールド板からなり、一
方の検出部１０Ａの一部の内側に固定して設けられてい
る。そして、検出部１０Ａおよび１０Ｂそれぞれは、相
対的位置関係を保持したまま被検体２の周りを回転する
ことで、２次元同時計数情報および３次元同時計数情報
を検出する。

【００５９】図１２は、検出部およびスライスセプタの
構成の第３の変形例を説明する図である。この図は、中
心軸に平行な方向に検出部を見たときの図を示してい
る。この変形例では、検出部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃお
よび１０Ｄそれぞれは、平面上に光子検出器が２次元配
列されたものである。また、スライスセプタ２０Ａおよ
び２０Ｄそれぞれは、回転軸に垂直な複数のシールド板
からなり、検出部１０Ａ，１０Ｄの一部の内側に固定し
て設けられている。そして、検出部１０Ａ〜１０Ｄそれ
ぞれは、相対的位置関係を保持したまま被検体２の周り
を回転することで、２次元同時計数情報および３次元同
時計数情報を検出する。

【００６０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、本発明に
よれば、複数組の検出器リングそれぞれを構成する複数
の光子検出器のうち一部のものの測定空間の側に回転自
在のスライスセプタを設けたことにより、２次元投影デ
ータおよび３次元投影データが１回の測定で同時に得ら
れる。したがって、このように２次元投影データおよび
３次元投影データを同時に獲得して画像再構成を行うこ
とにより、光子対を高感度に同時計数することができ、
且つ、散乱補正等を行うことができる。また、線源の陽
電子放出能の分布が速く変化する場合や動態研究を行う
場合に応用が可能である。

【００６１】特に、２次元投影データのうち空間周波数
が低い成分、および、３次元投影データのうち空間周波
数が高い成分に基づいて、画像の再構成を行うことによ
り、光子対を高感度に同時計数して３次元投影データを
得ることが好適にでき、且つ、２次元投影データに基づ
いて散乱補正を有効に行うことが好適にできる。しか
も、大きい傾斜角の投影データにおける散乱補正が可能
となる。

【００６２】本発明に係るＰＥＴ装置は、スライスセプ
タの測定空間の側に中心軸と平行な棒状の校正線源を設
けて２次元投影データを蓄積し、この２次元投影データ
に基づいて再構成画像を補正することにより、検出器感
度補正および吸収補正が好適に行われ、良好な再構成画
像が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係るＰＥＴ装置の検出部およびス
ライスセプタの構成を説明する図である。

【図２】本実施形態に係るＰＥＴ装置の全体構成を概念
的に説明するブロック図である。

【図３】回転校正線源を用いたブランク測定およびトラ
ンスミッション測定の説明図である。

【図４】校正線源の説明図である。

【図５】検出器感度補正の説明図である。

【図６】検出器感度補正の説明図である。

【図７】散乱補正および画像再構成の手順を説明するフ
ローチャートである。

【図８】散乱補正および画像再構成の手順を説明するフ
ローチャートである。

【図９】ＦＲＢ法を説明する図である。

【図１０】検出部およびスライスセプタの構成の第１の
変形例を説明する図である。

【図１１】検出部およびスライスセプタの構成の第２の
変形例を説明する図である。

【図１２】検出部およびスライスセプタの構成の第３の
変形例を説明する図である。

【図１３】２次元ＰＥＴ装置の検出部の構成を説明する
図である。

【図１４】３次元ＰＥＴ装置の検出部の構成を説明する
図である。

【図１５】スライスセプタ撤去可能型３次元ＰＥＴ装置
の検出部の構成を説明する図である。

【符号の説明】

１…測定空間、２…被検体、３…校正線源、１０…検出
部、１１，１２…シールド、２０…スライスセプタ、３
０…セプタ回転駆動部、４０…回転位置検出センサ、５
１…２次元投影データ蓄積部、５２…３次元投影データ
蓄積部、６０…データ処理部、７０…画像表示部、Ｄ₁
〜Ｄ_N…検出器、Ｒ₁〜Ｒ₁₀…検出器リング、Ｓ₁〜Ｓ₉…
シールド板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田裕之静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内Ｆターム(参考） 2G088 EE02 FF04 GG09 JJ02 JJ15 JJ22 KK33 LL08 LL09 LL15 LL28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中心軸を含む測定空間から飛来してきた
光子を各々検出する複数の光子検出器が前記中心軸に垂
直な面上に配された検出器リングを複数組含み、これら
複数組の検出器リングが前記中心軸に平行な方向に積層
された検出部と、前記複数組の検出器リングそれぞれを構成する前記複数
の光子検出器のうち一部のものの前記測定空間の側に、
前記中心軸を中心に回転自在に配され、飛来してきた光
子のうち前記中心軸に略垂直なもののみを通過させるス
ライスセプタと、前記検出部に含まれる光子検出器のうち１対の光子検出
器が光子対を同時計数したときに、その１対の光子検出
器のうち少なくとも一方の前記測定空間の側に前記スラ
イスセプタが存在しているか否かを判定するスライスセ
プタ位置判定手段と、前記１対の光子検出器のうち少なくとも一方の前記測定
空間の側に前記スライスセプタが存在していると前記ス
ライスセプタ位置判定手段により判定されたときに、前
記１対の光子検出器による光子対の同時計数情報を蓄積
する２次元投影データ蓄積手段と、前記１対の光子検出器のうち何れの前記測定空間の側に
も前記スライスセプタが存在していないと前記スライス
セプタ位置判定手段により判定されたときに、前記１対
の光子検出器による光子対の同時計数情報を蓄積する３
次元投影データ蓄積手段と、前記２次元投影データ蓄積手段により同時計数情報が蓄
積されて生成された３次元投影データ、および、前記３
次元投影データ蓄積手段により同時計数情報が蓄積され
て生成された３次元投影データに基づいて、前記測定空
間における光子対の発生頻度の空間分布を表す画像を再
構成する画像再構成手段と、を備えることを特徴とするＰＥＴ装置。
【請求項２】前記画像再構成手段は、前記２次元投影
データのうち空間周波数が低い成分、および、前記３次
元投影データのうち空間周波数が高い成分に基づいて、
前記画像の再構成を行うことを特徴とする請求項１記載
のＰＥＴ装置。
【請求項３】前記スライスセプタの前記測定空間の側
に前記中心軸と平行な棒状の校正線源を設けて、前記２
次元投影データ蓄積手段に蓄積された前記２次元投影デ
ータに基づいて、前記画像再構成手段により再構成され
る前記画像を補正する補正手段を更に備えることを特徴
とする請求項１記載のＰＥＴ装置。