JP2004151105A - クリスタルベースの一致タイミング較正法 - Google Patents

Abstract

【課題】 クリスタルベースの一致タイミング較正法を提供する。
【解決手段】 各検出器のための検出器調整値を求め、各検出器内の各クリスタルのためのクリスタル調整値を求め、各クリスタルのためのクリスタル調整値を離散化して各クリスタルのクリスタル調整離散値を計算することが含まれる。各検出器内の各クリスタルのためのクリスタル調整離散値を一致事象を示す収集されたタイミングデータに適用することによって、各検出器を較正する。
【選択図】 図１

Description

本発明は一般的に陽電子放出型断層撮影法（ＰＥＴ）に関し、特に、ＰＥＴシステムの一致タイミングの較正に関する。

陽電子は電子の反粒子であって、サイクロン等の装置によって作られた放射性核種から放出される。この放射性核種は、患者に投与され、ぶとう糖代謝や脂肪酸代謝や蛋白合成などのプロセスに関与する物質に取り込まれることによって、「放射性医薬品」と呼ばれる放射性トレーサとして用いられる。

放射性核種は崩壊時に陽電子を放出する。陽電子は非常に短い距離を進んだ後に電子と出会って反粒子の対消滅が起き、陽電子は２つの光子、即ち、ガンマ線に変換される。この陽電子消滅事象には、ＥＴスキャナに関連する２つの特徴がある。それは、各ガンマ線が５１１ｋｅＶというエネルギーを有し、２本のガンマ線が互にほぼ逆方向に向かうことである。視野内の各位置でそうした陽電子消滅事象の数を測定することにより、画像が作成される。

ＰＥＴ撮像システム、即ち、ＰＥＴスキャナには１つ以上の検出リングが含まれる。検出リングは患者を囲み、５１１ｋｅＶの光子のエネルギーを光電子増倍管（ＰＭＴ）で検知される閃光に変換する。通常、各検出器は、縦横６×６個に配列された３６個のクリスタルから構成される。一致検出回路が検出器に接続されており、患者を挟んで向かい合う２つの検出器によって同時に検出される光子だけが記録される。このような同時事象の数は、対面する２つの検出器を結ぶ線に沿って生じた陽電子消滅の数を示す。数分の間に数百万の事象が記録されるが、これは、リング内の検出器対を結ぶ線に沿った陽電子消滅の数を示すものである。このデータを用いて画像が再構成される。
米国特許第５、２７２、３４４号

ＰＥＴスキャナの重要な較正処置の１つは一致タイミング較正（「ＣＴＣ」）である。ＣＴＣの目的は、ＰＥＴスキャナの検出器とフロントエンド電子機器の相対的なタイミング差を補正することである。ＰＥＴスキャナの中には、ＰＥＴスキャナの検出リング内の各検出器の時間調整値を計算するＣＴＣ方式を使っているものもある。この方式は、「ＰＥＴスキャナ用自動一致タイミング較正」と題する米国特許第５、２７２、３４４号に記載されている。しかし、ＰＭＴの陰極反応に不均一さがあり、また、異なる陽極からくる信号は様々な電子回路や構成部品を通過するなどの様々な要因から、各検出器内のクリスタル間でタイミングの変動が発生する。一致事象の発生時間と場所はクリスタルを使って特定されるので、検出器だけでなくクリスタルのタイミング精度が、真の一致事象を受入れてランダム事象を除外する性能に直接的な影響を与える。従って、ＰＥＴスキャナの検出リングに配備された各検出器内の各クリスタルのクリスタル調整値を求める正確で効率的な方法が必要とされている。

本発明は、周知のシステムと方法の欠点を克服する、ＰＥＴシステムの一致タイミングの較正を行うシステムと方法を提供するものである。

本発明の一実施形態によれば、ＰＥＴスキャナの検出リング内の検出器の較正する方法が開示される。尚、各検出器は複数のクリスタルを備え、ＰＥＴスキャナは特定の視野を備えている。本方法には、視野内のクリスタルの各ペア間で発生した一致事象を示すタイミングデータを収集することが含まれる。さらに本方法には、各検出器のための検出器調整値を求めて、各検出器内の各クリスタルのためのクリスタル調整値を求め、各クリスタルのためのクリスタル調整値を離散化して、各クリスタルのためのクリスタル調整離散値を計算することが含まれる。最後に、本方法には、各検出器内の各クリスタルのためのクリスタル調整離散値を、一致事象を表す収集されたタイミングデータに適用することによって各検出器を較正することが含まれる。

本発明の別の実施形態によれば、複数の検出リングを備えたＰＥＴ撮像システムの一致タイミングを較正する方法が開示され、各検出リングは複数の検出器クリスタルを有する複数の検出器を備える。本方法には、撮像システムの視野内のクリスタルペア間で発生する一致事象を示すタイミングデータを収集し、各検出器の検出器調整値を求め、各検出器内の各クリスタルのためのクリスタル調整値を求め、各検出器の平均クリスタル調整値を求め、各検出器内の各クリスタルのモデルクリスタル調整値を求めることが含まれる。さらに本方法には、第１の閾値を用いて各クリスタルのためのモデルクリスタル調整値を離散化して、各クリスタルのための第１のクリスタル調整離散値を計算し、各検出器の第１の平均クリスタル調整離散値を求め、第１の平均クリスタル調整離散値から検出器調整値を引いた値を表す各検出器の第１の差を求めることが含まれる。さらに本方法には、第１の差を用いて各検出器の第２の閾値を求め、第２の閾値を用いて各クリスタルのためのモデルクリスタル調整値を離散化して、各クリスタルのための第２のクリスタル調整離散値を計算し、各検出器の第２の平均クリスタル調整離散値を求め、第２の平均クリスタル調整離散値から検出器調整値を引いた値を表す各検出器の第２の差を求めることが含まれる。最後に、本方法には、第２の差が第１の差より小さい場合に、検出器の各クリスタルのための第２のクリスタル調整離散値を、一致事象を示す収集されたタイミングデータに適用し、第２の差が第１の差以上の場合に、検出器内の各クリスタルのための理想的な第１のクリスタル調整離散値を一致事象を示す収集タイミングデータに適用させることによって、各検出器を較正することが含まれる。

本発明のその他の実施形態によれば、ＰＥＴ撮像システム内の複数の検出器クリスタルを備える検出器の一致タイミングを較正する方法が開示される。本方法には、撮像システムの視野内のクリスタルペア間で発生する一致事象を示すタイミングデータを収集し、検出器のための検出器調整値を求め、検出器内の各クリスタルのためのクリスタル調整値を求め、検出器の平均クリスタル調整値を求め、検出器内の各クリスタルのためのモデルクリスタル調整値を求めることが含まれる。さらに本方法には、第１の閾値を用いて各クリスタルのモデルクリスタル調整値を離散化して、各クリスタルのための第１のクリスタル調整離散値を計算し、各検出器の第１の平均クリスタル調整離散値を求め、第１の平均クリスタル調整離散値から検出器調整値を引いた値を表す検出器の第１の差を求めることが含まれる。さらに本方法には、第１の差を用いて検出器の第２の閾値を求め、第２の閾値を用いて各クリスタルのモデルクリスタル調整値を離散化して、各クリスタルのための第２のクリスタル調整離散値を計算し、検出器の第２の平均クリスタル調整離散値を求め、第２の平均クリスタル調整離散値から検出器調整値を引いた値を表す各検出器の第２の差を求めることが含まれる。最後に、本方法には、第２の差が第１の差より少ない場合に、検出器の各クリスタルのための第２のクリスタル調整離散値を一致事象を示す収集されたタイミングデータに適用し、第２の差が第１の差以上の場合に、検出器内の各クリスタルのための理想的な第１のクリスタル調整離散値を一致事象を示す収集タイミングデータに適用することによって、検出器を較正することが含まれる。

本発明は、同じ参照番号を使って同じ構成要素を示す添付図面と共に、現状で好適な実施形態の詳細な説明を読めば、十分に理解することができる。

ＰＥＴスキャナの検出リング内の検出器を較正する方法を開示する。尚、各検出器は複数のクリスタルを備え、ＰＥＴスキャナには特定の視野がある。本方法には、視野内の各ペアのクリスタル間で生じた一致事象を表すタイミングデータを収集することが含まれる。さらに本方法には、各検出器の検出器調整値を求めて、各検出器内の各クリスタルのためのクリスタル調整値を求め、各クリスタルのクリスタル調整値を離散化して、各クリスタルのクリスタル調整離散値を計算することが含まれる。最後に、本方法には、各検出器内の各クリスタルのためのクリスタル調整離散値を一致事象を表す収集されたタイミングデータに適用することによって各検出器を較正することが含まれる。

図１は、本発明の一実施形態のＰＥＴシステムの概略図である。図１に示すように、ＰＥＴ撮像システム８は、獲得システム１０と、オペレータ作業ステーション１５と、獲得ロケータと、一致（「ＡＬＣ」）回路３０と、画像再構成プロセッサ４０とを備える。

システム１０は、撮像領域１２を画定する中央の内腔の回りの検出リングアセンブリ１１を支持するガントリ９を備える。（不図示の）患者用寝台はガントリ９の前に配置され、撮像領域１２と位置合わせされる。（不図示の）患者寝台用コントローラは、通信リンク１８を介して作業ステーション１５から受け取ったコマンドに応答して、作業用患者寝台を撮像領域１２へ移動させる。

ガントリコントローラ１７はガントリ９内に搭載され、リンク１８を介してオペレータ作業ステーション１５から受けたコマンドに応答して、ガントリ９を操作する。例えば、オペレータからのコマンドに基づいてガントリ９を垂直方向に上下させたり、較正された放射性核種源を用いて透過スキャンを行って減衰測定値を獲得したり、一致タイミング較正（「ＣＴＣ」）スキャンを行って補正データを獲得したり、通常の放射スキャンを行なって陽電子消滅事象を計数することができる。

図２は、本発明の一実施形態の検出器とそれに関連するＰＭＴ信号の斜視図である。図１に示したように、検出リングアセンブリ１１は複数の検出器２０を備える。図示していないが、検出器２０はモジュールの形で配列され、各モジュールには８個の検出器２０がある。一実施形態では、検出リングアセンブリ１１には、３５個の独立したモジュールが備えられており、検出リングアセンブリ１１には、軸方向に４個、横断方向に７０個整列させた合計２８０個の検出器２０がある。図２に示すように、各検出器２０には、例えば、ビスマスゲルマニウム酸化物（「ＢＧＯ」）クリスタルなどの複数のシンチレータクリスタル２１があり、それらは縦横６×６に並べられ、２２と総称する４個の光電子増倍管（「ＰＭＴ」）Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの前に配置されている。

図３は、本発明の一実施形態を示すフローチャートである。本プロセスは、ステップＳ２００から始まり、一致事象のタイミングデータを収集するステップＳ２２０に進む。図２を参照して、光子がクリスタル２１に当たると、シンチレーション事象が発生し、クリスタルはＰＭＴ２２に向かう光を発する。シンチレーション事象が起きると、各ＰＭＴ２２はシンチレーション事象によって発生した光のうちの少なくとも一部を受けて、急峻に立ち上がってからほぼ３００ナノ秒の時定数で次第に下がるアナログ信号２３Ａ〜２３Ｄを発生する。アナログ信号２３Ａ〜２３Ｄの相対的な大きさは、シンチレーション事象が起きたクリスタル行列（６×６）内の位置によって決まり、それらの信号の大きさの合計は事象を発生させた光子のエネルギーによって決まる。

図１と２を引き続き参照すると、獲得回路２５がガントリ９内に搭載されており、アセンブリ１１内の各検出器ユニット２０から４つの信号２３Ａ〜２３Ｄを受けとる。獲得回路２５は、信号２３Ａ〜２３Ｄをデータバス２６を介してＡＬＣ回路３０に与える。検出されたエネルギーが光子に適切に対応している場合には、ＡＬＣ回路３０は、信号２３Ａ〜２３Ｄを使って、検出した事象のエネルギーを測定し（即ち、事象の全エネルギーが５１１ｋｅＶから±２０パーセントの範囲から外れる検出事象を除外し）、ＢＧＯクリスタル２１のブロック内で検出事象の実座標とその事象の時刻を求め（即ち、タイムスタンプを生成して）、事象時刻を比較して一致データパケットとして記憶された一対の一致事象を選択する。各一致データパケットには、関係する事象を検出する２つのクリスタル２１のアドレスを正確に特定する一対のデジタル数が含まれている。ＡＬＣ回路３０の動作を、以下で詳細に説明する。

一致事象に関するタイミングデータの収集時にそのタイミングデータがソートされ、ステップＳ２４０でさらに処理される。１対の検出器のクリスタルで測定されたタイミングデータはソートされるが、これは、複数の検出器の相対的な時間差だけでなく、個々のクリスタルの相対的な時間差を求めるために行われる。ソートされた情報を用いて、各クリスタルと各検出器の一致タイミングの較正を調整することができる。しかし、相互を比較したタイミング差の有効性を保つために、ある種のタイミングデータを除外する必要がある。一連の測定値を使って、測定された事象の２つのクリスタルのタイミング差を表すタイミングデータを採用すべきか除外すべきかを決定する。また、各クリスタルの検出リングが軸方向に隣接しているか同じリングであるかどうかと、検出器のファンもしくは横断方向視野（「ＴＦＯＶ」）内にクリスタルがあるかどうかという２つの関連条件もある。

図４は、本発明の一実施形態の「一致事象に関するデータをソートする」工程を詳細に示すフローチャートである。図４に示すように、本プロセスはステップＳ２４０から始まりステップＳ２４２に進む。このプロセスで透過マスクを使用するかどうかを判断する。透過マスクを使用する場合、ステップＳ２４４では、事象観測した２つのクリスタルが透過マスク内にあるかどうかを調べる。特定のクリスタルが透過マスク内にある場合、本プロセスはステップＳ２４６に進む。特定のクリスタルが透過マスク内にない場合、本プロセスはステップＳ２５７に進むが、そこでは、その事象は破棄され、タイミングデータは記憶されない。透過マスクを使用しない場合には、本プロセスはステップＳ２４６にスキップする。

ステップＳ２４６では、各クリスタルの具体的な位置が分析されるが、これには、各クリスタルが配備された検出器と、クリスタルを保持する検出器が配置した検出リングが含まれる。そして、ステップＳ２４８では、検出リング内の１対の各クリスタルが隣接しているか、もしくは、２つののクリスタルが同じリング内に位置しているかどうかを調べる。一実施形態では、各検出リングにはリング識別子が割り当てられ、その結果、軸方向に隣接して配列された検出リングは、主リング０、１、２、３とそれぞれ呼ばれる。関連する各クリスタルのリング識別子の差を求め、そのリング差が１以下の場合には本プロセスはステップＳ２５０に進む。そうでない場合は、本事象はステップＳ２５７で棄却される。

ステップＳ２５０では、検出器が、互いのファン、即ち、横断方向視野（「ＴＦＯＶ」）内にあるかどうかを調べる。図１に示したように、検出リングアセンブリ１１は複数の検出器２０から成る。本実施形態の検出リング１１は、横断面に７０個の検出器を備える。タイミングデータを受理するかどうかを決定する際には、ＴＦＯＶは、それぞれの側で同数の検出器２０をリジェクトするという意味で対照である。本実施形態のＴＦＯＶは３７個の検出器を備え、そのどちらか一方の側の１６個の検出器からのデータが除外される。各検出器内の各クリスタルは同じＴＦＯＶで拘束されることを理解されたい。検出器がＴＦＯＶ内にある場合、本プロセスはステップＳ２５２に進む。そうでない場合は、本事象はステップＳ２５７で棄却される。ステップＳ２５２では、事象データを用いて図１に示した投影角度θと距離Ｒを求める。

図１を参照すると、プロセッサ４０には、ソータ３４とメモリモジュール４３とアレイプロセッサ４５と画像ＣＰＵ４２と、その他の全てのプロセッサコンポーネントを接続するバックプレーンバス４１が備えられている。ソータ３４は、一致データパケットのメモリアドレスを作成して一致事象のタイミングデータを効率的に記憶する。同方向に向かってスキャナの撮像領域１２を通過する一連の全投影光によって、投影、即ち「ビュー」が行われる。特定の投影光から撮像領域１２の中心までの距離Ｒから、撮像領域１２内の投影光の位置が特定される。

図１に示すように、例えば、陽電子消滅（以下「事象」）５０’は、投影角度θと距離Ｒの視界内の投影光５１’に沿って発生する。ソータ３４は、光線５１’上の２個のＢＧＯクリスタルによって事象を示す一致データパケットをソートすることによって、獲得期間にこの投影光（Ｒ、θ）で発生する全ての事象を計数する。

タイミングデータ収集時に、一致事象は、一連の２次元配列もしくはヒストグラムとしてメモリ４３に編成される。各事象の次元の１つには投影角度θがあり、その他の次元には距離Ｒがある。一致事象はランダムに発生し、ソータ３４は各一致データパケットの２個のクリスタルのアドレスからθとＲの値を決める。θとＲの値は次のように計算することができる。
θ＝（Ф₁＋Ф₂）／２＋９０° （１）
Ｒ＝ｒ₀ｃｏｓ［（Ф₂−Ф₁）／２］ （２）
ここで、
Ф₁ ＝第１の検出器クリスタルの角方向
Ф₂ ＝第２の検出器クリスタルの角方向
ｒ₀ ＝検出リングの半径
獲得期間が過ぎると、メモリ４３は、ヒストグラムの各光線（Ｒとθ）に沿って発生した事象の総数を記憶する。

各検出器に対するヒストグラムを作成し、タイミングデータを分析して各クリスタルのためのクリスタル調整値を求める。ステップＳ２５４では、一致するクリスタル対が同じ検出リング内にあるかどうか、即ち、主リング番号の違いが無いかどうかを調べる。それらの一致するクリスタル対が同じ検出リング内にある場合、本プロセスはステップＳ２５５に進み、事象を分析して、クリスタルタイミング領域内にあるかどうかを判断する。本実施形態のクリスタルタイミング領域は−１５ＬＳＢ〜＋１５ＬＳＢである。クリスタルタイミング領域内にない一致する各クリスタル対は、各クリスタルの合計と総数の計算には使用されないため、各クリスタルのためのクリスタル調整値で表されることはない。そのような一致する対がクリスタルタイミング領域内にある場合は、本プロセスはステップＳ２５６に進む。そうでない場合は、本プロセスはステップＳ２５８にスキップする。

ステップＳ２５６で、ＰＥＴシステム内の各クリスタルの合計と総数を求める。θとＲに基づくクリスタルタイミングデータを利用して、１つのクリスタルと、その検出リング内にあってＴＦＯＶの範囲内の各クリスタル間でのタイミング差を求めることができる。リング内のその他のクリスタルとのタイミング差を利用し、各クリスタルの浮動少数調整値を比較して、所望の検出器調整値を維持すると同時に、以下で詳述する各クリスタルの調整値を明確に示して一致タイミングの較正をより適切に行うことができる。

合計_iと総数_iの値を用いて、本システムの各検出器の各クリスタル（ｉ）のためのクリスタル調整値を求める。合計_iは、クリスタル（ｉ）と、ＴＦＯＶ_i内にある同一リング内のその他の全てのクリスタル間の測定タイミング差の合計を表す。総数_iは、同一リング内で同じＴＦＯＶ_i内にあるクリスタル（ｉ）とその他のクリスタルとのタイミング差を累積したクリスタルの総数を表す。従って、各クリスタルのためのクリスタル調整値は、クリスタル（ｉ）の合計_iを総数_iで割ることによって求めることができる。各クリスタルの合計と総数が求められると、本プロセスはステップＳ２５８に進み、ステップＳ２６０に戻る。

ステップＳ２６０では、各検出器のための検出器調整値を求める。各検出器のための検出器調整値は、各検出器のための相対的なタイミング調整値であって、これは、隣接する検出リングもしくは同一のリング（即ち、リング差１以下）内に位置し、その検出器のファン、即ち、ＴＦＯＶ内にある各検出器と比較した結果得られたものである。データ収集によって作成されたヒストグラムを用いて、検出器相互間のタイミング差を測定する。本願の援用文献である米国特許第５、２７２、３４４号に記載されているように、本発明の一実施形態では、検出器間のタイミング差（即ち、時間遅延調整値）が計算される。

図５は、検出リングアセンブリの概略図である。各検出器２０を較正するには、検出リング１１内の他の検出器２０とのタイミング差が重要である。前述したように、本実施形態の検出リング１１は、横断面に７０個の検出器２０を備えている。検出器（ｋ）が、測定された検出器調整値（Ｔ_k）、即ち、基準調整値として割り当てられた浮動少数値を使った初期の検出器である場合、検出器（ｋ＋１）に関する検出器調整値（Ｔ_k+1）を求めることができる。これは、検出器（ｋ）と、検出器（ｋ＋１）と、ＴＦＯＶ_kとＴＦＯＶ_k+1の両方にあるその他の検出器の間のタイミング差を比較することによって行われる。これには、検出器（ｋ）と検出器（ｋ＋１）の両方によって捉えられＴＦＯＶ内にある光線（θ、Ｒ）のタイミング値が含まれる。図５に示すように、ＴＦＯＶ_k（次式（３）のファンｋ）には検出器〔０、Ｎ−１〕が含まれ、ＴＦＯＶ_k+1には検出器〔＋１、Ｎ〕が含まれる。従って、ＴＦＯＶ_kとＴＦＯＶ_k+1でオーバラップするタイミング差には、検出器〔＋１、Ｎ−１〕が含まれる。その結果、初期の基準補正値Γをゼロに設定することによって、
Γ_-1＝０
最後の検出器に対するｋが０の場合、以下のようになる。

上述したように、検出リング１１内の検出器（ｋ）が最初に求められ、その調整値（Ｔ_k）が、リング１１内の較正される他の全ての検出器に対する基準値になる。リング１１内の残りの６９個の検出器に対して、各検出器の基準補正値Γが次々求められる。基準補正値Γとは、検出器（ｋ）から得られた平均値と次の検出器（ｋ＋１）から得られた平均値の差である。一連の時間差と基準補正値を用い、各検出器のために計算された検出器調整値を使って、検出リング１１の周りで検出器調整値を求める。

図３を参照すると、検出器調整値を求めた後で、ステップＳ２８０では、各クリスタルのためのクリスタル調整値を求める。各クリスタルのクリスタル調整値とは、合計を総数で割った値である。具体的には、クリスタル調整値とは、あるクリスタルと、そのＴＦＯＶ内にあって同じ検出リング内にあるその他の全てのクリスタルとのタイミング差の合計を、検出器（３６）内のクリスタルの数で割った値である。従って、クリスタル調整値を次のように表すことができる。

ここで、
ｗ＝基準線間感度差

クリスタルのＴＦＯＶには、クリスタルのホスト検出器のための複数の検出器のＴＦＯＶ内に位置する全てのクリスタルが含まれることを理解されたい。本実施形態では、クリスタルのＴＦＯＶには２２２個のクリスタルが含まれる。しかしながら、クリスタルのレベルでは、どちらか一方の側でリジェクトされるクリスタルの数が等しくない場合がある。

そして、ステップＳ３００では、クリスタル調整値を離散化する。図６は、図３の「クリスタル調整値を離散化する」工程を本発明の一実施形態に基づいて詳細に示したフローチャート図である。図６に示すように、本プロセスはステップＳ３００から始まり、ステップＳ３０２に進む。ここでは、各クリスタルのためのモデルクリスタル調整値が求められる。各クリスタルのためのモデルクリスタル調整値を用いて、同じ検出器内のその他の全てのクリスタルから各クリスタルを関連づけることができる。モデルクリスタル調整値は、検出器調整値を関連付ける方法と同じ方法で各調整値を関連付ける。

前述したように、クリスタル（ｋ）のクリスタル調整値は次のように表わされる。

このクリスタル調整値をクリスタル（ｌ）のためのクリスタル調整値と比べると、オーバラップするＴＦＯＶ内の全ての同じクリスタル（ｉ）に関して、クリスタル（ｋ）と（ｌ）の差が、それらのクリスタル調整値間の差になる。従って、クリスタル（ｉ）のモデルクリスタル調整値（ＭＣＡ）を次のように表すことができる。
ＭＣＡ_i＝ａｖｅ（Ｔ_i）−ａｖｅ（Ｔ_j）＋ＤＡＶ_i （５）
ここで、
ＭＣＡ_i＝クリスタル（ｉ）のためのモデルクリスタル調整値
ａｖｅ（Ｔ_i）＝クリスタル（ｉ）のためのクリスタル調整値
ａｖｅ（Ｔ_j）＝クリスタル（ｉ）と同じ検出器内の全てのクリスタル調整値（ｊ）の平均値
ＤＡＶ_i＝クリスタル（ｉ）をもつ検出器のための検出器調整値

従って、各クリスタルのためのモデルクリスタル調整値とは、各クリスタルのクリスタル調整値から同じ検出器内の全てのクリスタル調整値の平均値を引き、検出器のための検出器調整値を加えた値になる。各クリスタルのためのモデルクリスタル調整値は、検出したタイミングデータ、即ち、タイムスタンプを補正するためのＬＳＢの整数値を記憶する獲得ハードウェアで用いられる（浮動少数）時間単位（即ち、「ＬＳＢ」）で計算される。本実施形態での各ＬＳＢは１．３ナノ秒を表し、事象に対して生成されたタイムスタンプのデジタル調整を行うために、各クリスタルの浮動少数値が離散化され、ＬＳＢの整数値が得られる。

ステップＳ３０４では、第１の閾値を用いて各クリスタルのモデルクリスタル調整値を離散化して、各クリスタルの第１のクリスタル調整離散値を生成する。モデルクリスタル調整値を離散化するにあたって、一実施形態の各値はより正確な調整を行うために正数であることが望ましい。離散化のために、各モデルクリスタル調整値と検出器調整値に所定の係数を加算する。次いで、モデルクリスタル調整値を、一定カットオフ値、即ち、第１の閾値を用いて離散化する。各クリスタルのモデルクリスタル調整値に第１の閾値を加算し、その計算結果から整数を得る。本実施形態の第１の閾値は０．５ＬＳＢである。従って、０．５ＬＳＢを用いて各クリスタルの浮動少数モデルクリスタル調整値を離散化すると、各クリスタルは、−０．５ＬＳＢ〜＋０．５ＬＳＢの範囲の非一様分布の量子化誤差をもつ。

次に、ステップＳ３０６では、検出器内の各クリスタルのための第１のクリスタル調整離散値を用いて、第１の平均クリスタル調整離散値を求める。ステップＳ３０８では、各検出器の第１の平均クリスタル調整離散値を用いて、第１の平均クリスタル調整離散値から検出器調整値を引いた値を表す各検出器の第１の差を求める。第１の差は、第１のクリスタル調整離散値を用いて各クリスタルを較正した時に生じた誤差量を表す。しかし、各モデルクリスタル調整値を離散化して検出器調整値を保持した場合は、検出器調整値の量子化誤差をより減少させることができる。

ステップＳ３０９では、第１の差を用いて、モデルクリスタル調整値を離散化するための第２の閾値を求める。第２の閾値は以下のように求められる。
第２の閾値＝（ＬＳＢ−０．５×（ＬＳＢ＋第１の差）） （６）
ステップＳ３１０では、第２の閾値を用いて各クリスタルのためのモデルクリスタル調整値を離散化して、各クリスタルの第２のクリスタル調整離散値を計算する。離散化するために、各モデルクリスタル調整値と検出器調整値に所定の係数を加算する。次いで、第２閾値を用いてモデルクリスタル調整値を離散化する。第２の閾値を各クリスタルのモデルクリスタル調整値に加えることによって整数値が得られる。本実施形態の第２の閾値は、０．５ＬＳＢ−（第１の差／２）で求められる。

次に、ステップＳ３１２では、各検出器内の各クリスタルのための第２のクリスタル調整離散値を用いて、各検出器の第２の平均クリスタル調整離散値を求める。ステップＳ３１４では、各検出器の第２の平均クリスタル調整離散値を用いて、第２の平均クリスタル調整離散値から検出器調整値を引いた値を表す各検出器の第２の差を求める。次に、ステップＳ３１９では、本プロセスはステップＳ３２０に戻る。最後に、ステップＳ３２０では、クリスタル調整離散値を各クリスタルに適用する。

図７は、本発明の一実施形態に基づく図３の「クリスタル調整離散値を各クリスタルに適用する」プロセスを示すフローチャートである。図７に示すように、本プロセスはステップＳ３２０から始まり、ステップＳ３２２に進む。本プロセスでは、各検出器の第２の差が第１の差より小さいかどうかを判断する。第２の差が第１の差より小さい場合は、本プロセスはステップＳ３２４に進む。ステップＳ３２４では、検出器の一致タイミングは、各検出器内の各クリスタルの第２のクリスタル調整離散値を一致事象を表す収集されたタイミングデータに適用することによって較正される。

ステップＳ３２６では、第２の差が第１の差以上である場合に、検出器の一致タイミングは、検出器内の各クリスタルの第１の離散化理想クリスタル調整値を一致事象を表す収集タイミングデータに適用することによって較正される。離散化時に加算される所定値は、各クリスタルを較正するために各値を記憶する前に、クリスタル調整離散値から引かれることを理解されたい。各クリスタルに適用させるクリスタル調整離散値を求めた後に、ＡＬＣ回路３０がそれらの値を各一致事象データパケットのタイムスタンプに適用することを理解されたい。図８は、本発明の一実施形態のＡＬＣ回路の略図である。

各検出器のＡＬＣ回路３０は、プリアンプ６０と加算器６２とタイミングピックオフ回路（「ＴＰＣ」）６４と事象ロケータ６６と時間／デジタル変換器（「ＴＤＣ」）６８とマスタークロック７０とクリスタル遅延ユニット７２と一致検出回路７４とを備える。プリアンプ６０は各検出器２０の各ＰＭＴ２２に個別に設けられる。各プリアンプ６０は、バス２６を介し輝度信号２３Ａ〜２３Ｄのうちの１つを受けて増幅し、その結果生じた信号を信号処理に適したレベルにする。各検出器２０の４個のＰＭＴに対応した増幅信号は加算器６２に提供され、そこで増幅信号の総和を求めて、検出器２０の総エネルギー信号Ｔを生成する。信号ＴはＴＰＣ６４に提供される。

ＴＰＣ６４は、事象（即ち、シンチレーション事象）の発生を適切に示す閾値エネルギー値と受信信号Ｔを比較する。本実施形態での閾値エネルギーレベルは１００ｋｅＶである。信号Ｔが閾値エネルギーレベルを超えると、ＴＰＣ６４は事象検出パルス（「ＥＤＰ」）Ｑを発生し、そのパルスは事象ロケータ６６に提供される。事象ロケータ６６は、それらの事象に関与するクリスタルのクリスタルアドレスを求め、クリスタル識別子Ｃｉをパスする。次いで、ＱはＴＤＣ６８に提供され、そこでは、マスタークロック７０からのマスタークロック信号も受けとる。ＴＤＣ６８は、最近のマスタークロック信号を参照して８ビットのタイムスタンプＴｓを生成し、タイムスタンプＴｓをクリスタル遅延ユニット７２に提供する。クリスタル遅延ユニット７２は、Ｔｓにクリスタル調整離散値を加えて、一致検出回路７４に提供される補正タイムスタンプＴｓ_corrを生成する。補正タイムスタンプＴｓ_corrは、シンチレーション事象が発生した正確な時刻を約ナノ秒で示す。図７を参照すると、クリスタル調整離散値がタイミングデータに適用された時に、本プロセスはステップＳ３２８に進み、ステップＳ４００に戻って終了する。

離散化クリスタルレベル調整値を求める方法をより一層理解するために、代替（第２の）閾値を用いてより適切な調整を行うことが可能な次例を検討する。図９は、本発明の他の実施形態の検出リングを図示したものである。この例では、検出リング５００には、（図５で示された実施形態の上述の（横断方向に）７０個×（軸方向に）４個で、合わせて２８０個の検出器とは異なり）５個の検出器Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅだけが備えられている。それらは図９で横断面で示されている。各検出器Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅはそれぞれ、クリスタルを２つ、Ａ₁、Ａ₂とＢ₁、Ｂ₂とＣ₁、Ｃ₂とＤ₁、Ｄ₂とＥ₁、Ｅ₂を備える。この例では、検出器Ａの視野ＴＦＯＶ_Aには検出器ＣとＤが含まれ、検出器Ｂの視野ＴＦＯＶ_Bには検出器ＤとＥが含まれる。

検出器Ａ、Ｂのための検出器調整値を求めるために、検出器間のタイミング差を分析する必要がある。検出器ＡについてはＡＣ間とＡＤ間の差を、検出器ＢについてはＢＤ間とＢＥ間の差を次のように求めることができる。
Ａ−Ｃ ＝ ［（Ａ₁−Ｃ₁）＋（Ａ₁−Ｃ₂）＋（Ａ₂−Ｃ₁）＋（Ａ₂−Ｃ₂）］／差の数
Ａ−Ｄ ＝ ［（Ａ₁−Ｄ₁）＋（Ａ₁−Ｄ₂）＋（Ａ₂−Ｄ₁）＋（Ａ₂−Ｄ₂）］／差の数
Ｂ−Ｄ ＝ ［（Ｂ₁−Ｄ₁）＋（Ｂ₁−Ｄ₂）＋（Ｂ₂−Ｄ₁）＋（Ｂ₂−Ｄ₂）］／差の数
Ｂ−Ｅ ＝ ［（Ｂ₁−Ｅ₁）＋（Ｂ₁−Ｅ₂）＋（Ｂ₂−Ｅ₁）＋（Ｂ₂−Ｅ₂）］／差の数
従って、ＡとＣの差は２．６ＬＳＢとなり、ＡとＤの差は−２．４ＬＳＢとなり、ＢとＤの差は−４．３ＬＳＢとなり、ＢとＥの差は−２．３ＬＳＢとなる。次に、上記の式（３）を用いて、検出器Ａ、Ｂの検出器調整値を次のように示すことができる。

Ｔ_A＝［（Ａ−Ｃ）−Γ_A］ ／ １ ＝ ２．６ ＬＳＢ
ここで、
Γ_A＝０ ＬＳＢ （初期の検出器の場合）
従って
Ｔ_B＝［（Ｂ−Ｄ）−Γ_B］ ／ １ ＝０．７ ＬＳＢ
ここで、
Γ_B＝［（Γ_A）−（Ａ−Ｄ）−（Ａ−Ｃ）］ ＝ −５．０ ＬＳＢ
従って、検出器Ａの検出器調整値は２．６ＬＳＢとなって、その値が基準となる。−５．０ＬＳＢという時間遅延の増分が更新されて、検出器Ｂの検出器調整値は０．７ＬＳＢとなる。次に、クリスタルレベル調整値を求める必要がある。

上述したように各クリスタルのタイミング差が収集され、それを表１に示す。各クリスタルレベル調整値を次のように表すことができる。
Ａ₁ ＝ ［（Ａ₁−Ｃ₁）＋（Ａ₁−Ｃ₂）＋（Ａ₁−Ｄ₁）＋（Ａ₁−Ｄ₂）］／差の数
Ａ₂ ＝ ［（Ａ₂−Ｃ₁）＋（Ａ₂−Ｃ₂）＋（Ａ₂−Ｄ₁）＋（Ａ₂−Ｄ₂）］／差の数
Ｂ₁ ＝ ［（Ｂ₁−Ｄ₁）＋（Ｂ₁−Ｄ₂）＋（Ｂ₁−Ｅ₁）＋（Ｂ₁−Ｅ₂）］／差の数
Ｂ₂ ＝ ［（Ｂ₂−Ｄ₁）＋（Ｂ₂−Ｄ₂）＋（Ｂ₂−Ｅ₁）＋（Ｂ₂−Ｅ₂）］／差の数
従って、Ａ₁のクリスタルレベル調整値は−１．４ＬＳＢとなり、Ａ₂は１．６ＬＳＢとなり、Ｂ₁は−３．４ＬＳＢとなり、Ｂ₂は−３．２ＬＳＢとなる。検出器Ａの平均クリスタルレベル調整値は０．１ＬＳＢとなり、検出器Ｂについては−３．３ＬＳＢとなる。各クリスタルのためのモデルクリスタルレベル調整値を次のように表すことができる。

ＭＣＡ_A1 ＝ Ａ₁ − ａｖｅ（検出器Ａ） ＋ Ｔ_A ＝ ［（−１．４） − （０．１） ＋ （２．６）］ ＝１．１ＬＳＢ
ＭＣＡ_A2＝ Ａ₂ − ａｖｅ（検出器Ａ） ＋ Ｔ_A ＝ ［（１．６） − （０．１） ＋ （２．６）］ ＝４．１ＬＳＢ
ＭＣＡ_B1 ＝ Ｂ₁ − ａｖｅ（検出器Ｂ） ＋ Ｔ_B ＝ ［（−３．４） − （−３．３） ＋ （０．７）］ ＝０．６ＬＳＢ
ＭＣＡ_B2 ＝ Ｂ₂ − ａｖｅ（検出器Ｂ） ＋ Ｔ_B ＝ ［（−３．２） − （−３．３） ＋ （０．７）］ ＝０．８ＬＳＢ
尚、ここで、モデルクリスタル調整値（ＭＣＡ_A1が１．１、ＭＣＡ_A2が４．１、ＭＣＡ_B1が０．６、ＭＣＡ_B2が０．８）の差は、最初に想定した値（Ａ₁は−０．９、Ａ₂は２．１、Ｂ₁は−１．４、Ｂ₂は−１．２）と同じである。従って、計算されたモデルクリスタル調整値は、オフセット法を用いて観測された調整値と同じである。

これが、タイミング調整のために必要な全てである。

次に、モデルクリスタル調整値を離散化する。最初に、所定数量、即ち、値の大きな整数値が各値に加算されるので、正数値になる。この例では、各値に加算される値は１０ＬＳＢである。次に、第１の閾値（０．５ＬＳＢ）を各計算結果に加算する。そして各値の整数値が次のように求められる。

ＤＣＡ_A1 ＝ Ｉ［（ＭＣＡ_A1） ＋ （１０） ＋ （０．５）］ ＝ １１ＬＳＢ
ＤＣＡ_A2 ＝ Ｉ［（ＭＣＡ_A2） ＋ （１０） ＋ （０．５）］ ＝ １４ＬＳＢ
ＤＣＡ_B1 ＝ Ｉ［（ＭＣＡ_B1） ＋ （１０） ＋ （０．５）］ ＝ １１ＬＳＢ
ＤＣＡ_B2 ＝ Ｉ［（ＭＣＡ_B2） ＋ （１０） ＋ （０．５）］ ＝ １１ＬＳＢ
次に、第１のクリスタル調整離散値を用いて、検出器Ａ、Ｂそれぞれの第１の平均クリスタル調整離散値を求める。それらは１２．５ＬＳＢと１１ＬＳＢとなる。従って、検出器ＡとＢの第１の差はそれぞれ−０．１ＬＳＢと０．３ＬＳＢとなる。

第１の差を用いて新しい（第２の）閾値を求める。第２の閾値を次のように表すことができる。

第２の閾値_A＝（ＬＳＢ−０．５×（ＬＳＢ＋第１の差_A））＝０．５５ ＬＳＢ
第２の閾値_B＝（ＬＳＢ−０．５×（ＬＳＢ＋第１の差_B））＝０．３５ ＬＳＢ
第２のクリスタル調整離散値は次のように求めることができる。

ＳＤＣＡ_A1＝Ｉ［（ＭＣＡ_A1） ＋ （１０） ＋ （第２の閾値_A）］＝１１ＬＳＢ
ＳＤＣＡ_A2＝Ｉ［（ＭＣＡ_A2） ＋ （１０） ＋ （第２の閾値_A）］＝１４ＬＳＢ
ＳＤＣＡ_B1＝Ｉ［（ＭＣＡ_B1） ＋ （１０） ＋ （第２の閾値_B）］＝１０ＬＳＢ
ＳＤＣＡ_B2＝Ｉ［（ＭＣＡ_B2） ＋ （１０） ＋ （第２の閾値_B）］＝１１ＬＳＢ
上記のように、クリスタルＡ₁とＡ₂のための第２のクリスタル調整離散値は変化がないので、第２の差_Aが第１の差_Aより小さくなることはない。従って、検出器Ａの場合、離散化するために加算される所定数量より小さい第１クリスタル調整離散値をクリスタルＡ₁（１ＬＳＢ）とＡ₂（４ＬＳＢ）に適用する。

しかしながら、検出器Ｂの場合、第２の平均クリスタル調整離散値は１０．５ＬＳＢである。従って、検出器Ｂの第２の差_Bは−０．２ＬＳＢとなり、その絶対値は第１の差_Bの絶対値より小さくなる。この状態では、離散化するために加算される所定数量より小さい第２のクリスタル調整離散値を、クリスタルＢ₁（０ＬＳＢ）とＢ₂（１ＬＳＢ）に適用する。

本発明の様々な実施形態について説明したように、ＰＥＴシステムもしくはそのシステムの様々なコンポーネントは、処理マシンから入力を受けたり処理マシンに出力を送ったりして、本発明の所望の機能を達成する。ＰＥＴシステムもしくはそのコンポーネントは、処理マシンか、もしくは処理マシンに電気的に接続されたその他の機械部品もしくは処理マシンと通信するその他の機械部品を介して、コントローラワークステーションからコマンドを受けることが可能なことを理解されたい。本願で用いた「処理マシン」という用語は、少なくとも１つのメモリを使用して少なくとも１つのプロセッサを備えたものと理解されたい。そのメモリには一連の命令が記憶されている。命令は、処理マシンの１つもしくは複数のメモリに永続的にもしくは一時的に記憶することができる。プロセッサは、データを処理するために、１つもしくは複数のメモリに記憶された命令を実行する。一連の命令には、説明したタスクなどの特定のタスクもしくは複数のタスクを実行する様々な命令が含まれていてもよい。特定のタスクを実行するそのような一連の命令は、プログラム、ソフトウェアプログラム、もしくは単にソフトウェアとして特徴づけられる。先に触れた処理マシンは、１つもしくは複数のメモリに記憶された命令を実行してデータを処理する。このデータ処理作業は、例えば、処理マシンの１人もしくは複数のユーザからのコマンドに応答しても、前の処理に応答しても、別の処理マシンやその他の入力からのリクエストに応答してもよい。

本発明の実現のために使用される処理マシンは汎用コンピュータでもよい。しかしながら、上述の処理マシンは、特定用途向けコンピュータや、マイクロコンピュータやミニコンピュータやメインフレームを含むコンピュータシステムや、プログラムマイクロプロセッサや、マイクロコントローラや、集積回路や、ロジック回路や、デジタル信号プロセッサや、プログラマブルロジックデバイスや、本発明を実現可能なその他の装置や装置構成を含む、その他の多種多様な技術を利用してもよい。

本発明の趣旨や範囲から逸脱することなく、本発明や上述の説明によって、本願で説明した以外の本発明の多くの実施形態や、改造ならびに多くの変更形態や修正形態やそれと等価な構成を当業者が明らかにしたり当業者に合理的に指摘することができる。

本願で本発明の複数の模範的な実施形態に関して詳細に説明してきたが、この開示内容は本発明の例示や模範にすぎず、本発明を公開するために開示したものであることを理解されたい。従って、上述の開示内容は本発明を解釈したり限定するものではなく、その他の実施形態や改造や変更形態や修正形態や等価の構成などを除外するものではない。

図１は、本発明の一実施形態のＰＥＴシステムの概略図である。 図２は、本発明の一実施形態の検出器とそれに関連したＰＭＴ信号の斜視図である。 図３は、本発明のシステムと方法を用いた一実施形態を示すフローチャートである。 図４は、本発明の一実施形態に基づく「一致事象に関するデータをソートする」工程をより詳細に示す図解フローチャートである。 図５は、本発明の一実施形態の検出リングアセンブリの概略図である。 図６は、本発明の一実施形態に基づく図３の「クリスタル調整値を離散化する」工程をより詳細に示した図解フローチャート図である。 図７は、本発明の一実施形態に基づく図３の「離散化されたクリスタル調整値を各クリスタルに適用する」工程を示した図解フローチャート図である。 図８は、本発明の一実施形態のＡＬＣ回路の略図である。 図９は、本発明の一実施形態の検出リングアセンブリの概略図である。

Claims (10)

1. ＰＥＴスキャナの検出リング内の検出器を較正する方法であって、各検出器は複数のクリスタルを備え、前記ＰＥＴスキャナには視野があり、
   前記視野内の各ペアのクリスタル間で生じた一致事象を示すタイミングデータを収集する工程と、
   各検出器のための検出器調整値を求める工程と、
   各検出器内の各クリスタルのためのクリスタル調整値を求める工程と、
   各クリスタルのための前記クリスタル調整値を離散化して、各クリスタルのためのクリスタル調整離散値を計算する工程と、
   各検出器内の各クリスタルのための前記クリスタル調整離散値を一致事象を示す前記収集タイミングデータに適用することによって各検出器を較正する工程を備える方法。
2. 複数の検出リングを備えたＰＥＴ撮像システムの一致タイミングを較正する方法であって、各検出リングは複数の検出器クリスタルを有する複数の検出器を備え、
   前記撮像システムの視野内の各ペアのクリスタル間で生じた一致事象を示すタイミングデータを収集する工程と、
   各検出器の検出器調整値を求める工程と、
   各検出器内の各クリスタルのためのクリスタル調整値を求める工程と、
   各検出器のための平均クリスタル調整値を求める工程と、
   各検出器内の各クリスタルのためのモデルクリスタル調整値を求める工程と、
   第１の閾値を用いて、各クリスタルのための前記モデルクリスタル調整値を離散化して、各クリスタルのための第１のクリスタル調整離散値を計算する工程と、
   各検出器のための第１の平均クリスタル調整離散値を求める工程と、
   各検出器の第１の差を求める工程であって、前記第１の差は、前記第１の平均クリスタル調整離散値から前記検出器調整値を引いた値を表す、当該工程と、
   前記第１の差を用いて、各検出器の第２の閾値を求める工程と、
   前記第２の閾値を用いて、各クリスタルのための前記モデルクリスタル調整値を離散化して、各クリスタルのための第２のクリスタル調整離散値を計算する工程と、
   各検出器のための第２の平均クリスタル調整離散値を求める工程と、
   各検出器の第２の差を求める工程であって、前記第２の差は、前記第２の平均クリスタル調整離散値から前記検出器調整値を引いた値を表す、当該工程と、
   前記第２の差が前記第１差より小さい場合に、前記検出器内の各クリスタルのための前記第２のクリスタル調整離散値を一致事象を示す前記収集タイミングデータに適用し、前記第２の差が前記第１の差以上の場合に、前記検出器内の各クリスタルのための前記第１の離散化理想クリスタル調整値を一致事象を示す前記収集タイミングデータに適用することによって各検出器を較正する工程を備える方法。
3. クリスタル（ｉ）の前記クリスタル調整値は、前記クリスタル（ｉ）と、クリスタル（ｉ）のＴＦＯＶ（ｉ）内に位置するクリスタル（ｉ）を含む検出リング内のその他の全てのクリスタル（ｊ）との間の測定タイミング差の合計に等しい、請求項２に記載の方法。
4. クリスタル（ｉ）のための前記モデルクリスタル調整値は、クリスタル（ｉ）のための前記クリスタル調整値からクリスタル（ｉ）を含む検出器のための前記平均クリスタル調整値を引いて、クリスタル（ｉ）を含む検出器のための前記検出器調整値を加えた値である、請求項２に記載の方法。
5. 各クリスタルのための前記モデルクリスタル調整値は、時間ＬＳＢの浮動少数単位で計算される、請求項２に記載の方法。
6. 各ＬＳＢは１．３ナノ秒に相当する、請求項５に記載の方法。
7. 第１の閾値を用いて、各クリスタルのための前記モデルクリスタル調整値を離散化する前記工程は、
   前記第１の閾値を各クリスタルのための前記モデルクリスタル調整値に加算して、第１の閾値の結果を計算し、
   前記第１の閾値の結果の整数値を求めて、各クリスタルのための第１のクリスタル調整離散値を計算することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
8. 前記第１の閾値はＬＳＢを２で割った値である、請求項２に記載の方法。
9. 前記第２の閾値は、前記第１の閾値から、前記第１の差を２で割った値を引いた値を表す、請求項２に記載の方法。
10. 前記第２の閾値を用いて、各クリスタルのための前記モデルクリスタル調整値を離散化する前記工程は、前記第２の閾値を各クリスタルのための前記モデルクリスタル調整値に加算して、第２の閾値の結果を計算し、前記第２の閾値の結果の整数値を求めて、各クリスタルのための第２のクリスタル調整離散値を計算することをさらに含む、請求項２に記載の方法。

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