JP2009098120A - 撮像装置および光源位置算出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した弁別能力を確保することができる撮像装置および光源位置算出方法を提供することを目的とする。
【解決手段】光子検出器によって実際に得られた光源に関する分布に基づいて、減衰時間が互いに異なる各々のシンチレータ群ごとに光源に関する分布関数としてガウス(Gauss)関数からなるFitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）をそれぞれ求め、それぞれ求められたFitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）における各々の計数ピークａ_１，ａ_２がともにｎ分の一となる位置を弁別パラメータｋとして求めるので、安定した弁別能力を確保することができる。
【選択図】図７

Description

この発明は、減衰時間が互いに異なる検出素子を複数組み合わせて構成された検出器を備えた撮像装置および光源位置算出方法に係り、特に、検出素子によって変換された光の発生源である光源の位置を弁別するための弁別物理量を求めることで光源位置を求めて撮像を行う技術に関する。

撮像装置として、核医学診断装置、すなわちＥＣＴ(Emission Computed Tomography)装置を例に採るとともに、核医学診断装置として、ＰＥＴ(Positron Emission Tomography)装置を例に採って説明する。また、相互作用を起こした深さ方向の光源位置(DOI: Depth of Interaction)を弁別するためのＤＯＩ検出器を有する装置として、ＤＯＩ−ＰＥＴ装置を例に採って説明する（例えば、特許文献１−３、非特許文献１−４参照）。ＰＥＴ装置は、陽電子（Positron）、すなわちポジトロンの消滅によって発生する複数本の光子を検出して複数個の検出器で光子を同時に検出したときのみ被検体の断層画像を再構成するように構成されている。

具体的には、陽電子放出核種を含んだ放射性薬剤を被検体内に投与して、投与された被検体内から放出される511KeVの対消滅光子を多数の検出素子（例えばシンチレータ）群からなる検出器で検出する。そして、２つの検出器で一定時間内に光子を検出した場合に同時に検出したとして、それを一対の対消滅光子として計数し、さらに対消滅発生地点を、検出した検出器対の直線上と特定する。このような同時計数情報を蓄積して再構成処理を行って、陽電子放出核種分布画像（すなわち断層画像）を得る。

このように、検出器の位置情報から光源の情報を求めて、その情報から画像を得て撮像を行う装置では、検出器の詳細な位置情報を得ることで画像の質を向上させている。例えば、上述した特許文献３のように平面方向の検出器には検出器を細分化したマルチアノードの光電子増倍管(PMT: Photo Multiplier Tube)を使用する手法、上述した特許文献２のようにシンチレータと光電子増倍管との間に介在するライトガイドに埋め込まれた光反射材あるいは光遮蔽材からなる区画壁の深さ方向を調整する手法、上述した非特許文献１のように検出素子を深さ方向に多層化する手法、上述したように深さ方向に多層化して、さらに上述した特許文献１や非特許文献２のように深さ方向に減衰時間が互いに異なる検出素子を複数組み合わせて検出器を構成する手法などがある。

その他にも、上述した特許文献４のようにＤＯＩ検出器において深さ方向の各層の波形を求める波形弁別法がある。
特開２０００−５６０２３号公報 特開２００４−２４５５９２号公報 特表２００６−５２２９２５号公報 稲玉 直子、"第4章 DOI測定装置"、[online]、独立行政法人 放射線医学総合研究所(National Institute of Radiological Sciences)、インターネット< URL : http://www.nirs.go.jp/usr/medical-imaging/ja/study/nextgeneration-pet2000/ninadama.html> 田中栄一（浜松ホトニクス、元放医研）、菅野 巌（秋田脳研）、"MIT Virtual Museum PET text14"、[online]、ACADEMIA、インターネット< URL : http://www.ricoh.co.jp/net-messena/ACADEMIA/JAMIT/MITVM/PET/TANAKA04/text14.html> A GSO depth of interaction detector for PET: IEEE Trans. Nucl. Sci., 45: 1078-1082, 1998. S. Yamamoto and H. Ishibashi, A GSO depth of interaction detector for PET, IEEE Trans. Nucl. Sci., 45:1078-1082, 1998. 、[online] 、インターネット< URL : http://ieeexplore.ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?arnumber=681982>

しかしながら、このような従来例の場合には、次のような問題がある。上述した特許文献１のように減衰時間が互いに異なる検出素子を複数組み合わせて構成された検出器を有し、波形を表す出力に対して弁別パラメータを用いてDOI判定を行う場合において、その弁別パラメータの精度はDOI精度に大きく寄与する。一般に、各検出器からの波形を表す出力には、検出素子（シンチレータ）に依存する出力、ノイズ成分などによる出力、検出器周辺にある論理回路やそれらが搭載された基板などによって発生する出力など多数の成分を持っている。これらの成分によって弁別パラメータは変化する場合がある。

また、入射される消滅光子の多層化された各層での相互作用する割合が数倍以上に異なっていた場合には、相互作用する割合の少ない層の波形を表す出力は、相互作用する割合の多い層の波形を表す出力に引きずられて、弁別パラメータが変化、またはその算出精度が落ちる場合がある。さらに、同種の検出素子でも、その出力には個々の検出器（特に検出器の作成精度）に依存するので、検出器毎に弁別パラメータを決定する必要、または検出器系の経年変化に伴って定期的な弁別パラメータの調整が必要である。

このように、様々な要因によって変動する弁別パラメータであるが、仮にそれをある程度に適当な値で設定したとしても、相互作用を起こさないNon-DOI検出器と比較するとDOI検出器の位置分解能は得られる。しかし、弁別パラメータをある程度に適当な値で設定した場合には、DOIの性能を十分に引き出すことができない。また、自己放射能を持つ結晶素子（例えばＬｕを含むＧＳＯ）を用いた場合には、Back Groundによる出力が弁別パラメータの算出を極めて困難にしている。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、安定した弁別能力を確保することができる撮像装置および光源位置算出方法を提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、入射された放射線を光に変換することで放射線を検出するように構成され、かつ減衰時間が互いに異なる検出素子を複数組み合わせて構成された検出器を備え、前記検出素子によって変換された光の発生源である光源の位置を弁別するための弁別物理量を求めることで光源位置を求めて撮像を行う撮像装置であって、前記装置は、 (A)前記検出器によって実際に得られた光源に関する分布に基づいて、前記減衰時間が互いに異なる各々の検出素子ごとに光源に関する分布関数をそれぞれ求め、(B)それぞれ求められた前記分布関数に基づいて前記弁別物理量を求める前記(A),(B)の演算処理を行う演算手段を備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項１に記載の発明によれば、入射された放射線を光に変換することで放射線を検出するように構成され、かつ減衰時間が互いに異なる検出素子を複数組み合わせて構成された検出器を有している場合において、下記(A),(B)の演算処理を行う演算手段を備えている。すなわち、(A) 検出器によって実際に得られた光源に関する分布に基づいて、減衰時間が互いに異なる各々の検出素子ごとに光源に関する分布関数をそれぞれ求め、(B)それぞれ求められた分布関数に基づいて弁別物理量を求める。複数の成分からなる波形を表す出力を、複数の成分で表現できる分布関数で設定して、実際に得られた光源に関する分布に基づいて、減衰時間が互いに異なる各々の検出素子ごとに分布関数を求めて、それぞれ求められた分布関数に基づいて弁別物理量を求めるので、波形を表す出力の波形分布に柔軟に対応し、波形を表す出力の各成分比やピークに依存しない弁別物理量を得ることができる。その結果、安定した弁別能力を確保することができる。その結果、撮像においても安定した撮像能力を確保することができる。

また、請求項２に記載の発明は、入射された放射線を光に変換することで放射線を検出するように構成され、かつ減衰時間が互いに異なる検出素子を複数組み合わせて構成された検出器を有している場合において、前記検出素子によって変換された光の発生源である光源の位置を弁別するための弁別物理量を求めることで光源位置を算出する方法であって、(A)前記検出器によって実際に得られた光源に関する分布に基づいて、前記減衰時間が互いに異なる各々の検出素子ごとに光源に関する分布関数をそれぞれ求め、(B)それぞれ求められた前記分布関数に基づいて前記弁別物理量を求めることを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項２に記載の発明によれば、入射された放射線を光に変換することで放射線を検出するように構成され、かつ減衰時間が互いに異なる検出素子を複数組み合わせて構成された検出器を有している場合において、(A) 検出器によって実際に得られた光源に関する分布に基づいて、減衰時間が互いに異なる各々の検出素子ごとに光源に関する分布関数をそれぞれ求め、(B)それぞれ求められた分布関数に基づいて弁別物理量を求めるので、安定した弁別能力を確保することができる。

上述した発明において、(C)上述した(B)で求められるべき弁別物理量が適切であるか否かを判定するのが好ましい（請求項３に記載の発明）。具体的な判定手法の例としては以下のようなものである。すなわち、(C)での判定では、検出器によって光に変換されるときに計数される放射線の計数が所定範囲にあれば弁別物理量が適切であるとし、上述した所定範囲になければ弁別物理量が適切でないとする（請求項４に記載の発明）。また、(C)での判定では、上述した(A)でそれぞれ求められた分布関数における各々の計数ピーク位置の間に弁別物理量が存在すれば弁別物理量が適切であるとし、上述した各々の計数ピーク位置の間に弁別物理量が存在しなければ弁別物理量が適切でないとする（請求項５に記載の発明）。このように適切であるか否かを判定することで、全算出結果を目視にて確認する必要でなく、適切でない弁別物理量のみを調整するだけでよく、手間を大幅に省くことができる。

また、(D)上述した(C)での判定結果を出力するのがより好ましい（請求項６に記載の発明）。判定結果を出力することで、多数（例えば数万個）の弁別物理量についての判定結果の閲覧に供することができる。出力の形態は、モニタに代表される表示手段に表示出力する形態であってもよいし、プリンタに代表される印刷手段に印刷出力する形態であってもよい。

また、(E)上述した(C)での判定で弁別物理量が適切でないと判定された場合には、その弁別物理量を調整するのがより好ましい（請求項７に記載の発明）。弁別物理量を調整することで、より一層安定した弁別性能を確保することができる。また、請求項６に記載の発明のように(D)上述した(C)での判定結果を出力し、さらに、その判定結果の出力に基づいて上述した(E)での調整を行うのがより好ましい（請求項８に記載の発明）。判定結果を出力することで、多数の弁別物理量についての判定結果の閲覧に供することができ、その判定結果の出力に基づいて(E)での調整を行いやすくすることができる。

上述したこれらの発明において、(F)上述した(B)での算出では、上述した(A)でそれぞれ求められた分布関数における各々の計数ピークの所定割合となる位置を弁別物理量としてもよいし（請求項９に記載の発明）、(F´)上述した(B)での算出では、上述した(A)でそれぞれ求められた分布関数が互いに交わる交点を弁別物理量としてもよい（請求項１０に記載の発明）が、前者の発明（請求項９に記載の発明）の方が弁別物理量をより正確に求める上で好ましい。すなわち、後者の発明（請求項１０に記載の発明）の場合には、各分布関数が互いに同程度でなく、一方が極端に大きく他方が極端に小さいと弁別物理量が正確に求められない恐れがあるが、前者の発明の場合には、各分布関数が互いに同程度でなく、一方が極端に大きく他方が極端に小さかったとしても、各々の計数ピークの所定割合となる位置を弁別物理量とすることで、弁別物理量をより正確に求めることができる。要約すると、前者の発明の場合には、各々の分布関数の統計差が影響しないので、結晶の組み合わせやその結晶長の組み合わせなどに対して柔軟に対応することができるとともに、弁別物理量を求めることができる。

上述したこれらの(F)、(F´)以外に、(F´´)上述した(B)での算出では、上述した(A)でそれぞれ求められた分布関数の面積比を表す計数比が、予め求められた検出器の構造に依存した計数比と等しくなる位置を弁別物理量としてもよい（請求項１１に記載の発明）。上述したこれらの(F)、(F´)と比較すると、(F´´)では演算時間の短縮、分布関数の統計依存性の低減が可能になる。

上述したこれらの発明において、上述した(A)での算出に用いられる検出器によって実際に得られた光源に関する分布は、放射線源を使用して得られたデータから放射線源を使用せずに得られたデータを除いたデータであるのが好ましい（請求項１２に記載の発明）。放射線源を使用して得られたデータから放射線源を使用せずに得られたデータを除いたデータ、すなわちBack Groundを除いたデータを(A)での算出に用いることで、弁別物理量を容易に算出することができる。

上述したこれらの発明において、上述した分布関数の横軸は光の減衰を表す減衰物理量であり、縦軸は放射線の計数値である（請求項１３に記載の発明）。なお、これに限定されずに、例えば、横軸を検出位置として、縦軸を放射線の計数値とした分布関数でもよく、分布を表す関数であれば特に限定されない。

この発明に係る撮像装置および光源位置算出方法によれば、入射された放射線を光に変換することで放射線を検出するように構成され、かつ減衰時間が互いに異なる検出素子を複数組み合わせて構成された検出器を有している場合において、(A) 検出器によって実際に得られた光源に関する分布に基づいて、減衰時間が互いに異なる各々の検出素子ごとに光源に関する分布関数をそれぞれ求め、(B)それぞれ求められた分布関数に基づいて弁別物理量を求めるので、安定した弁別能力を確保することができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例１を説明する。
図１は、各実施例に係るＰＥＴ(Positron Emission Tomography)装置の側面図およびブロック図である。なお、後述する実施例２も含めて、本実施例１では、撮像装置として、核医学診断装置を例に採って説明するとともに、核医学診断装置として、ＰＥＴ装置を例に採って説明する。

後述する実施例２も含めて、本実施例１に係るＰＥＴ装置は、図１に示すように、被検体Ｍを載置する天板１を備えている。この天板１は、上下に昇降移動、被検体Ｍの体軸Ｚに沿って平行移動するように構成されている。このように構成することで、天板１に載置された被検体Ｍは、後述するガントリ２の開口部２ａを通って、頭部から順に腹部、足部へと走査されて、被検体Ｍの投影データや断層画像といった診断データを得る。

天板１の他に、本実施例１に係るＰＥＴ装置は、開口部２ａを有したガントリ２と、投影データ（『エミッションデータ』とも呼ばれる）用の光子検出器３とを備えている。光子検出器３は、被検体Ｍの体軸Ｚ周りを取り囲むようにしてリング状に配置されており、ガントリ２内に埋設されている。本実施例１の光子検出器３は、後述するシンチレータブロック３ａや光電子増倍管３ｃなどで構成されている（図２を参照）。

また、本実施例１では、点線源４と後述する吸収補正データ（『トランスミッションデータ』とも呼ばれる）用の光子検出器５を備えている。吸収補正データ用の光子検出器５は、投影データ用の光子検出器３と同様にシンチレータブロックや光電子増倍管などで構成されている。点線源４は、被検体Ｍに投与する放射性薬剤、すなわち放射性同位元素（ＲＩ）と同種の放射線（本実施例１ではγ線）を照射させる線源であって、被検体Ｍの外部に配設されている。本実施例１では、ガントリ２内に埋設されている。点線源４は被検体Ｍの体軸Ｚ周りに回転する。

その他にも、本実施例１に係るＰＥＴ装置は、天板駆動部６とコントローラ７と入力部８と出力部９と投影データ導出部１０と吸収補正データ導出部１１と吸収補正部１２と再構成部１３とメモリ部１４と弁別パラメータ導出部１５とを備えている。天板駆動部６は、天板１の上述した移動を行うように駆動する機構であって、図示を省略するモータなどで構成されている。

コントローラ７は、本実施例１に係るＰＥＴ装置を構成する各部分を統括制御する。コントローラ７は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成されている。

入力部８は、オペレータが入力したデータや命令をコントローラ７に送り込む。入力部８は、マウスやキーボードやジョイスティックやトラックボールやタッチパネルなどに代表されるポインティングデバイスで構成されている。出力部９はモニタなどに代表される表示部やプリンタなどで構成されている。

メモリ部１４は、ＲＯＭ（Read-only Memory）やＲＡＭ（Random-Access Memory）などに代表される記憶媒体で構成されている。本実施例１では、投影データ導出部１０や再構成部１３で処理された診断データや、吸収補正データ導出部１１で求められた吸収補正データや、弁別パラメータ導出部１５で求められた後述するFitting関数や弁別パラメータなどについてはＲＡＭに書き込んで記憶し、必要に応じてＲＡＭから読み出す。ＲＯＭには、各種の核医学診断を含めて撮像を行うためのプログラム等を予め記憶しており、そのプログラムをコントローラ７が実行することでそのプログラムに応じた核医学診断を含む撮像をそれぞれ行う。

投影データ導出部１０と吸収補正データ導出部１１と吸収補正部１２と再構成部１３と弁別パラメータ導出部１５とは、例えば上述したメモリ部１４などに代表される記憶媒体のＲＯＭに記憶されたプログラムあるいは入力部８などに代表されるポインティングデバイスで入力された命令をコントローラ７が実行することで実現される。

放射性薬剤が投与された被検体Ｍから発生した光子をシンチレータブロック３ａ（図２を参照）が光に変換して、変換されたその光を光電子増倍管３ｃ（図２を参照）が光電変換して電気信号に出力する。その電気信号を画像情報（画素）として、弁別パラメータ導出部１５を介して投影データ導出部１０に送り込む。

具体的には、被検体Ｍに放射性薬剤を投与すると、ポジトロン放出型のＲＩのポジトロンが消滅することにより、２本の光子が発生する。投影データ導出部１０は、シンチレータブロック３ａ（図２を参照）の位置と光子の入射タイミングとをチェックし、被検体Ｍを挟んで互いに対向位置にある２つのシンチレータブロック３ａで光子が同時に入射したときのみ、送り込まれた画像情報を適正なデータと判定する。一方のシンチレータブロック３ａのみに光子が入射したときには、投影データ導出部１０は、ポジトロンの消滅により生じた光子ではなくノイズとして扱い、そのときに送り込まれた画像情報もノイズと判定してそれを棄却する。なお、シンチレータブロック３ａでの入射位置を求めることで、対消滅発生地点を通り、シンチレータブロック３ａでの入射位置を通る検出器対の直線を正確に求めることができるが、このシンチレータブロック３ａでの入射位置、すなわち入射位置に関する弁別パラメータについては、弁別パラメータ導出部１５で詳しく後述する。

投影データ導出部１０に送り込まれた画像情報を投影データとして、吸収補正部１２に送り込む。吸収補正部１２に送り込まれた投影データに、吸収補正データ導出部１１から吸収補正部１２に送り込まれた吸収補正データ（トランスミッションデータ）を作用させて、被検体Ｍの体内での光子の吸収を考慮した投影データに補正する。

なお、点線源４が被検体Ｍの体軸Ｚの周りを回転しながら被検体Ｍに向けて光子を照射し、照射された光子を吸収補正データ用の光子検出器５のシンチレータブロック（図示省略）が光に変換して、変換されたその光を光子検出器５の光電子増倍管（図示省略）が光電変換して電気信号に出力する。その電気信号を画像情報（画素）として吸収補正データ導出部１１に送り込む。

吸収補正データ導出部１１に送り込まれた画像情報に基づいて吸収補正データを求める。吸収補正データ導出部１１は、光子またはＸ線の吸収係数とエネルギーとの関係を表す演算を利用することで、ＣＴ用の投影データ、すなわちＸ線吸収係数の分布データを光子吸収係数の分布データに変換して、光子吸収係数の分布データを吸収補正データとして求める。導出された吸収補正データは上述した吸収補正部１２に送られる。

補正後の投影データを再構成部１３に送り込む。再構成部１３がその投影データを再構成して、被検体Ｍの体内での光子の吸収を考慮した断層画像を求める。このように、吸収補正部１２、再構成部１３を備えることで、吸収補正データに基づいて投影データを補正するとともに、断層画像を補正する。補正された断層画像を、コントローラ７を介して出力部９やメモリ部１４などに送り込む。

次に、本実施例１に係る投影データ用の光子検出器３や吸収補正データ用の光子検出器５の具体的な構成について、図２を参照して説明する。図２は、光子検出器の具体的構成の概略図である。図２では、投影データ用の光子検出器３を図示しているが、吸収補正データ用の光子検出器５も同様である。

光子検出器３は、深さ方向に減衰時間が互いに異なる検出素子であるシンチレータを複数組み合わせて構成されたシンチレータブロック３ａと、シンチレータブロック３ａに光学的に結合されたライトガイド３ｂと、ライトガイド３ｂに光学的に結合された光電子増倍管３ｃとを備えて構成されている。シンチレータブロック３ａ中の各シンチレータは、入射された光子によって発光して光に変換することで光子を検出する。光子検出器３は、この発明における検出器に相当する。

本実施例１では、深さ方向（図２ではｒ）に減衰時間が互いに異なるシンチレータ群を２つ組み合わせて構成しており、深さ方向に対して入射側から順にシンチレータ群Ａ，シンチレータ群Ｂとする。このように、深さ方向に減衰時間が互いに異なる検出素子であるシンチレータを複数（図２では２つ）組み合わせて構成することで、深さ方向の光源位置を弁別する。また、本実施例１では、深さ方向に直交する平面に対してシンチレータを複数個組み合わせて構成しており、深さ方向に直交する平面に対しても光源位置を弁別する。後述するBack Groundを除くために自己放射能を持つ結晶素子（例えばＬｕを含むＧＳＯ）を光子検出器３のシンチレータとして使用するのが好ましい。

ライトガイド３ｂは、シンチレータブロック３ａによって変換された光を光電子増倍管３ｃに案内する。光電子増倍管３ｃは、ライトガイド３ｂで案内された光を光電変換して電気信号に出力して、弁別パラメータ導出部１５（図１を参照）に送り込む。

次に、弁別パラメータ導出部１５およびそれに関する光源位置算出方法について、図３〜図９を参照して説明する。図３は、実施例１に係る光源位置算出方法を含んだ一連の撮像の流れを示すフローチャートであり、図４は、実施例１に係る一連の光源位置算出方法の流れを示すフローチャートであり、図５は、減衰時間が互いに異なる場合の光量の時間変化（波形を表す出力）を模式的にそれぞれ示したグラフであり、減衰率を求めるためのグラフであり、図６は、横軸を減衰率として、縦軸を光子の計数値とした実際のデータおよび各関数を示したグラフであり、図７は、２つのガウス関数（Fitting関数）を構成するパラメータと弁別パラメータとの関係を模式的に示したグラフであり、図８は、表示出力態様の一例を模式的に示した図であり、図９は、表示出力態様の一例および弁別パラメータの調整を模式的に示した図である。

弁別パラメータ導出部１５（図１を参照）は、(A)光子検出器３によって実際に得られた光源に関する分布に基づいて、減衰時間が互いに異なる各々のシンチレータ群Ａ，Ｂごとに光源に関する分布関数としてガウス(Gauss)関数からなるFitting関数をそれぞれ求め、(B)それぞれ求められたFitting関数に基づいて弁別パラメータを求める。Fitting関数は、この発明における光源に関する分布関数に相当し、弁別パラメータは、この発明における弁別物理量に相当し、弁別パラメータ導出部１５は、この発明における演算手段に相当する。

（ステップＳ１）放射性薬剤（放射線源）を使用して収集
先ず、被検体Ｍに放射性薬剤を投与して、投与された被検体内から放出される光子を光子検出器３で検出する。光子を光子検出器３で検出することで放射線源を使用してデータを収集する。なお、光子検出器３のシンチレータには、自己放射能を持つ結晶素子（例えばＬｕを含むＧＳＯ）を使用している。

（ステップＳ２）放射性薬剤（放射線源）を使用せずに収集
次に、放射性薬剤を使用せずに、その自己放射能を持つ結晶素子から発生した光子を光子検出器３自身が検出する。自己放射能を持つ結晶素子から発生した光子を光子検出器３自身で検出することで放射線源を使用せずにデータを収集する。

（ステップＳ３）Back Groundを除く
ステップＳ１で放射線源を使用して得られたデータからステップＳ２で放射線源を使用せずに得られたデータを減算することで、放射線源を使用せずに得られたデータを除く。すなわちBack Groundを除く。このBack Groundを除いたデータを弁別パラメータ導出部１５（図１を参照）に送り込み、次のステップＳ４での算出に用いる。

（ステップＳ４）光源位置算出処理
ステップＳ４での光源位置算出処理は、下記のステップＴ１〜Ｔ１０からなり、弁別パラメータ導出部１５（図１を参照）によって、Fitting関数を求めて（ステップＴ４）、弁別パラメータを求める（ステップＴ５）。

（ステップＴ１）計数ピークａ_２、ピーク位置ｂ_２を探す
上述したステップＳ３で求められたBack Groundを除いたデータを用いて、図５に示すように波形を表す出力を求める。図５の横軸は時間で、縦軸は光子検出器３（図１、図２を参照）によって実際に得られた光量（ただしBack Groundを除く）である。すなわち、波形の出力はBack Groundを除いた光量の時間変化を表す。図２に示すように減衰時間が互いに異なるシンチレータ群Ａ，Ｂを光子検出器３で用いたときには、例えば図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、減衰時間が互いに異なる場合の光量の時間変化をそれぞれ出力する。図５に示すように減衰率をＲとする。

具体的には、光量をＩとしたときに、図５のグラフにおいてｔ_０からｔ_１までの総面積（光量時間的総和）のときにｔ_０からｔ_ｘまでの総面積（光量時間的総和）がどの程度変化（すなわち減衰）したのかを求める。なお、ｔ_０およびｔ_１のタイミングについては限定されないが、ｔ_０についてはピークから光が減衰を始めた直後を設定するのが好ましい。ｔ_０からｔ_１までの総面積をＳ_ａｌｌとするとともに、ｔ_０からｔ_ｘまでの総面積をＳ_ｘとすると、減衰率ＲはＲ＝Ｓ_ｘ／Ｓ_ａｌｌで表される。減衰率Ｒは、この発明における光の減衰を表す減衰物理量に相当する。

総面積Ｓ_ａｌｌＳ_ｘを連続的に求める場合には時間積分で求める。すなわち、Ｓ_ａｌｌ＝∫Ｉｄｔ（ただし、ｔ_０〜ｔ〜ｔ_１までの積分）およびＳ_ｘ＝∫Ｉｄｔ（ただし、ｔ_０〜ｔ〜ｔ_ｘまでの積分）で求める。もちろん、総面積Ｓ_ａｌｌＳ_ｘを離散的に求める場合には時間総和で求める。すなわち、Ｓ_ａｌｌ＝ΣＩ（ただし、ｔ＝ｔ_０〜ｔ_１までの総和）およびＳ_ｘ＝ΣＩ（ただし、ｔ＝ｔ_０〜ｔ_ｘまでの総和）で求める。

この減衰率Ｒを横軸とするとともに、縦軸を光子の計数値としたグラフは、図６に示す通りである。ただし、図６では、減衰時間が互いに異なる検出素子であるシンチレータを３つ組み合わせたときのグラフである。実際に得られたBack Groundを除いたデータを用いて横軸を減衰率Ｒとして、縦軸を光子の計数値としたグラフを、図６では実線として図示する。同じく、横軸を減衰率Ｒとして、縦軸を光子の計数値とした、減衰時間が互いに異なるシンチレータごとのFitting関数を、図６では一点鎖線として図示する。これら３つのFitting関数を加算して得られた関数を、図６では点線として図示する。すると、この加算して得られた関数（図６の点線を参照）が、実際に得られたBack Groundを除いたデータのグラフ（図６の実線を参照）に近づくように各々のFitting関数を構成するパラメータを調整することになる。

具体的には、Fitting関数として、減衰時間が互いに異なるシンチレータの個数分のガウス関数をそれぞれ定義する。上述した図６の場合には、減衰時間が互いに異なる検出素子であるシンチレータを３つ組み合わせているので、Fitting関数として３つのガウス関数をそれぞれ定義する。一方、図２に示すように減衰時間が互いに異なるシンチレータ群Ａ，Ｂを光子検出器３で用いたときには、減衰時間が互いに異なる検出素子であるシンチレータを２つ組み合わせているので、Fitting関数として２つのガウス関数をそれぞれ定義する。図２に示すような減衰時間が互いに異なるシンチレータ群Ａ，Ｂを光子検出器３で用いたときを例に採って、以下を説明する。シンチレータ群Ａに関するFitting関数をｆ（ｘ）とするとともに、シンチレータ群Ｂに関するFitting関数をｇ（ｘ）として、下記（１）、（２）式のようにガウス関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）としてそれぞれ表す。

ｆ（ｘ）＝ａ_１×ｅｘｐ｛−（ｘ−ｂ_１）^２／ｃ_１ ^２｝ …（１）
ｇ（ｘ）＝ａ_２×ｅｘｐ｛−（ｘ−ｂ_２）^２／ｃ_２ ^２｝ …（２）
ただし、ｘ＝Ｒである。このｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）をグラフで表すと、図７のようになる。図７に示すように、シンチレータ群Ａに関するFitting関数ｆ（ｘ）では、計数ピークはａ_１となり、そのピーク位置はｂ_１となる。一方、シンチレータ群Ｂに関するFitting関数ｇ（ｘ）では、計数ピークはａ_２となり、そのピーク位置はｂ_２となる。図７では、各々のFitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）を点線で図示するとともに、これら２つのFitting関数を加算して得られた関数を実線で図示する。

弁別パラメータ導出部１５（図１を参照）によって後述するステップＴ５で求められる弁別パラメータをｋとすると、図７に示すように、Fitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）における各々の計数ピークａ_１，ａ_２のｎ分の一（すなわちａ_１／ｎ，ａ_２／ｎ）となる位置を弁別パラメータｋとするのが好ましい（図１０（ａ）も参照）。すなわち、Fitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）における各々の計数ピークａ_１，ａ_２がともにｎ分の一となる位置を弁別パラメータｋとしている。この計数ピークのｎ分の一は、この発明における計数ピークの所定割合に相当する。

具体的には、図７に示すように、シンチレータ群Ａに関するFitting関数ｆ（ｘ）における計数ピークａ_１のｎ分の一（ａ_１／ｎ）となる幅をσ_１（ｎ）とするとともに、シンチレータ群Ｂに関するFitting関数ｇ（ｘ）における計数ピークａ_２のｎ分の一（ａ_２／ｎ）となる幅をσ_２（ｎ）とすると、下記（３）、（４）式のように表される。

σ_１（ｎ）＝ｃ_１×√（ｌｏｇ_ｅｎ） …（３）
σ_２（ｎ）＝ｃ_２×√（ｌｏｇ_ｅｎ） …（４）
このｎ分の一となる幅σ_１（ｎ），σ_２（ｎ）を用いると、弁別パラメータｋの関係式は、下記（５）、（６）式のように表される。

ｋ＝ｂ_１＋σ_１（ｎ） …（５）
ｋ＝ｂ_２−σ_２（ｎ） …（６）
これらの（３）〜（６）式を解くと、弁別パラメータｋは、下記（７）式のように求められる。

ｋ＝（ｃ_２×ｂ_１＋ｃ_１×ｂ_２）／（ｃ_１＋ｃ_２） …（７）
これは、Fitting関数を構成するパラメータｂ_１，ｂ_２，ｃ_１，ｃ_２から弁別パラメータｋを容易に求めることができることを示している。

したがって、弁別パラメータｋを求めるのに、Fitting関数を構成するパラメータについて適当な初期値を設定するのが好ましい。光子検出器３（図１、図２を参照）によって実際に得られた光量に関する分布（ヒストグラム）（本実施例１では実際に得られたBack Groundを除いたデータを用いて横軸を減衰率Ｒとして、縦軸を光子の計数値としたグラフ）は、検出素子を構成するシンチレータの結晶毎に異なるが、その傾向は同じである。したがって、ある部分を基準としてFitting関数を構成するパラメータを決定する。

図７のグラフを例に採ると、ａ_２＞ａ_１であり、計数ピークａ_２は、最大のカウント（計数値）であり、そのピーク位置ｂ_２は、そのときの出力値であるので容易に検索することができる。つまり、図７のグラフ（実際に得られたBack Groundを除いたデータの最大のカウント（計数値）とそのときの出力値）から、計数ピークａ_２、ピーク位置ｂ_２を探す。

（ステップＴ２）ピークａ_２≧ＴＨ？
ステップＴ１で得られた計数ピークａ_２、ピーク位置ｂ_２から後述するステップＴ３で初期値を設定して他のパラメータを決定すればよいが、計数ピークａ_２がしきい値(Threshold)ＴＨを超えているか否かをこのステップＴ２で統計的に確認する。計数ピークａ_２がしきい値ＴＨを超えた範囲（計数ピークａ_２がしきい値ＴＨと等しい場合も含む：ａ_２≧ＴＨ）にあれば後述するステップＴ５で求められる弁別パラメータｋが適切であるとして、次のステップＴ３に進む。一方、もし、計数ピークａ_２がしきい値ＴＨを超えた範囲になければ（ａ_２＜ＴＨ）、弁別パラメータｋが適切でないとしてステップＴ７に進む。しきい値ＴＨを本実施例１では“３０”とする。本実施例１では、実際に求められる適切な弁別パラメータｋに対して顕著に異なるようにして区別するために、ステップＴ７では弁別パラメータをｋ＝１で設定する。このしきい値ＴＨを超えた範囲は、この発明における所定範囲に相当する。このステップＴ２は、この発明における(C)に相当する。

また、計数ピークａ_２に限定されずに、ピーク位置ｂ_１，ｂ_２についても、計数ピークａ_２と同様にしきい値などによる判定条件を設けてもよい。例えば、１４０＜ｂ_１＜１６０，１６０＜ｂ_２＜２００を設定することで、より高精度でFitting関数を構成するパラメータを調整するFittingの合否の判定を行うことができる。

（ステップＴ３）初期値の設定
ステップＴ２で計数ピークａ_２がしきい値を超えた範囲（ａ_２≧ＴＨ）にあると判定された場合には、弁別パラメータｋが適切であるとして、ステップＴ１で得られた計数ピークａ_２、ピーク位置ｂ_２から、下記（８）、（９）式のように初期値を設定して他のパラメータａ_１，ｂ_１を決定する。

ａ_１＝ａ_２×α …（８）
ｂ_１＝ｂ_２−Δβ …（９）
図７のグラフを例に採ると、計数ピークａ_２よりも低いピークが、計数ピークａ_１で、そのときのピーク位置が、ピーク位置ｂ_２であるので容易に検索することができる。つまり、図７のグラフ（実際に得られたBack Groundを除いたデータの２番目に大きいカウント（計数値）とそのときの出力値）から、計数ピークａ_１、ピーク位置ｂ_１を探す。上記（８）式中のαを本実施例１では“０．６”とするとともに、上記（９）式中のΔβを本実施例１では“３０”とする。

ところで、Fitting関数を構成するパラメータを調整するFitting範囲については、調整を行うのに必要な領域のみで行うのが好ましい。すなわち、パラメータのとり得る全領域から検索するのでなく、実際に得られたパラメータ（ここでは既に求められたａ_１，ａ_２，ｂ_１，ｂ_２）から適切な範囲（本実施例１ではｂ_２から−９０〜４０までの範囲）についてのみ調整を行って絞り込む。また、ｂ_１についても調整を行い、Fitting範囲をｂ_１からｂ_２までの範囲に限定して絞り込むことで、弁別パラメータｋを求めるまでの時間や演算量を低減させて、高速かつ高精度な弁別パラメータｋを求めることができる。

これらの初期値やFitting範囲の限定については必ずしも設定する必要はないが、高速かつ高精度な弁別パラメータｋを求めることを考慮すれば、初期値を設定したり、Fitting範囲を限定するのが好ましい。このように初期値やFitting範囲の限定について設定した状態で絞り込んで、減衰時間が互いに異なるシンチレータの個数分（図６では３つ、図２や図７ではシンチレータ群Ａ，Ｂの２つ）のFitting関数を加算して得られた関数（図６の点線を参照）が実際に得られたBack Groundを除いたデータのグラフ（図６の実線を参照）に近づくように各々のFitting関数を構成するパラメータを調整することで、残りのパラメータをそれぞれ求める。

（ステップＴ４）Fitting関数を求める
このように求められたパラメータから、弁別パラメータ導出部１５（図１を参照）は各々のFitting関数をそれぞれ求める。図７のグラフを例に採ると、シンチレータ群Ａに関するFitting関数ｆ（ｘ）およびシンチレータ群Ｂに関するFitting関数ｇ（ｘ）をそれぞれ求める。このステップＴ４は、この発明における(A)に相当する。

（ステップＴ５）弁別パラメータを求める
ステップＴ４のようにFitting関数が求められると、Fitting関数を構成するパラメータも既知となっているので、各パラメータを上記（７）式に代入することで、弁別パラメータ導出部１５（図１を参照）は弁別パラメータｋを求める。このステップＴ５は、この発明における(B)に相当する。また、Fitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）における各々の計数ピークａ_１，ａ_２のｎ分の一となる位置を弁別パラメータｋとしていることから、このステップＴ５は、この発明における(F)にも相当する。

（ステップＴ６）ｂ_１≦ｋ≦ｂ_２？
ステップＴ５で求められた弁別パラメータｋは、図７のグラフを例に採ると、ｂ_１とｂ_２との間にあるはずなので、ステップＴ４でそれぞれ求められたFitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）における各々のピーク位置ｂ_１，ｂ_２の間に弁別パラメータｋが存在するか否かをこのステップＴ６で統計的に確認する。ｂ_１とｂ_２との間に弁別パラメータｋが存在すれば（ｂ_１≦ｋ≦ｂ_２）、弁別パラメータｋが適切であるとして、その弁別パラメータｋに基づいて光子の入射位置を求める。弁別パラメータｋに基づく光子の入射位置の算出方法については、後述する。一方、もし、ｂ_１とｂ_２との間に弁別パラメータｋが存在しなければ（ｋ＜ｂ_１、またはｂ_２＜ｋ）、弁別パラメータｋが適切でないとしてステップＴ８に進む。ステップＴ２でも述べたように、本実施例１では、実際に求められる適切な弁別パラメータｋに対して顕著に異なるようにして区別するために、ステップＴ８では弁別パラメータをｋ＝２５６で設定する。このステップＴ６も、ステップＴ２と同様に、この発明における(C)に相当する。

弁別パラメータｋに基づいて光子の入射位置を求めるには、実際に得られたBack Groundを除いた光量の時間的変化（図６を参照）において、１イベント（放射線検出事象）に対してそのイベントのときの減衰率Ｒを実測で求めることができる。図７のグラフを例に採ると、その実測で得られた減衰率Ｒが弁別パラメータｋよりも大きいと、弁別パラメータｋよりも大きい範囲で分布しているシンチレータ群Ｂに関するFitting関数ｇ（ｘ）に減衰率Ｒが属しているとして、シンチレータ群ＢとしてDOI判定（すなわち位置換算）される。一方、実測で得られた減衰率Ｒが弁別パラメータｋよりも小さいと、弁別パラメータｋよりも小さい範囲で分布しているシンチレータ群Ａに関するFitting関数ｆ（ｘ）に減衰率Ｒが属しているとして、シンチレータ群ＡとしてDOI判定される。

（ステップＴ７）弁別パラメータをｋ＝１で設定
上述したステップＴ２で計数ピークａ_２がしきい値ＴＨを超えた範囲になければ（ａ_２＜ＴＨ）、弁別パラメータｋが適切でないとして、弁別パラメータをｋ＝１で設定する。

（ステップＴ８）弁別パラメータをｋ＝２５６で設定
上述したステップＴ６でｂ_１とｂ_２との間に弁別パラメータｋが存在しなければ（ｋ＜ｂ_１、またはｂ_２＜ｋ）、弁別パラメータｋが適切でないとして、弁別パラメータをｋ＝２５６で設定する。

（ステップＴ９）弁別パラメータは不適切
弁別パラメータｋが適切でない（不適切）として、ステップＴ７で弁別パラメータをｋ＝１で設定、ステップＴ８で弁別パラメータをｋ＝２５６で設定した場合には、ステップＴ２，Ｔ６での判定結果をモニタなどに代表される表示部やプリンタなどの出力部９（図１を参照）に出力する。

（ステップＴ１０）弁別パラメータの調整
この判定結果の出力は、例えば図８のようになる。このとき、図８に示すように、判定結果のみならず、各々のシンチレータごと、あるいは複数のシンチレータからなる１つの集合体（例えばブロック）ごとの図７と同様のFitting関数などのグラフを出力部９に出力してもよい。本実施例１でのブロックとは、複数の光電子増倍管３ｃ（図２を参照）に対応付けられた複数のシンチレータからなる１つの集合体として説明する。

出力部９のモニタ９Ａには、例えば、図８に示すように、左側の領域９ａに各々のシンチレータごと、あるいはブロックごとのFitting関数を一覧表示する。そして、マウスやキーボードやジョイスティックやトラックボールやタッチパネルなどに代表されるポインティングデバイスの入力部８（図１を参照）で拡大表示させたいシンチレータでの、あるいはブロックでのFitting関数を指定することで、指定されたシンチレータでの、あるいはブロックでのFitting関数のみが右側の領域９ｂに拡大表示される。また、シンチレータごとのFitting関数を左側の領域９ａに一覧表示して、あるシンチレータでのFitting関数を指定する場合には、指定されたシンチレータが属するブロックでのFitting関数を右側の領域９ｂに拡大表示してもよい。この場合には、１ブロック分の各シンチレータごとのFitting関数を総加算することで、指定されたシンチレータが属するブロックでのFitting関数が表示される。また、各々のシンチレータごと、あるいはブロックごとにFitting関数の色を変えて重ねて表示してもよい。弁別パラメータについても、各々のシンチレータごと、あるいはブロックごとに色を変えて重ねて表示すればよい。

特に、図９に示すように、弁別パラメータｋが適切でない判定結果をモニタ９Ａに表示させる場合には、例えばｋ＝２５６で設定された（適切でない）弁別パラメータを有したFitting関数を拡大表示させて、その拡大表示された表示態様を９Ｂとする。このとき、図９（ａ）に示すように、比較となる適切な弁別パラメータを有したFitting関数を拡大表示させて、その拡大表示された表示態様を９Ｃとして、図９（ｂ）に示すように、適切でない弁別パラメータを有したFitting関数の表示態様９Ｂと、適切な弁別パラメータを有したFitting関数の表示態様９Ｃとを比較して、適切でない弁別パラメータを図９（ｃ）に示すように、マウスやキーボードやジョイスティックやトラックボールやタッチパネルなどに代表されるポインティングデバイスの入力部８（図１を参照）で入力することで弁別パラメータを調整する。例えば、マウスでドラッグして弁別パラメータを適切な位置にまで移動させることで調整してもよいし、キーボード等で弁別パラメータに適切な値を入力することで調整してもよい。このステップＴ９は、この発明における(D)に相当し、この発明における(E)にも相当する。

上述の構成を備えた本実施例１に係るＰＥＴ装置によれば、入射された光子を光に変換することで光子を検出するように構成され、かつ減衰時間が互いに異なる検出素子であるシンチレータを複数組み合わせて構成された光子検出器３を有している場合において、下記(A),(B)の演算処理を行う弁別パラメータ導出部１５を備えている。すなわち、弁別パラメータ導出部１５は、(A)光子検出器３によって実際に得られた光源に関する分布に基づいて、減衰時間が互いに異なる各々のシンチレータ群Ａ，Ｂごとに光源に関する分布関数としてガウス(Gauss)関数からなるFitting関数をそれぞれ求め、(B)それぞれ求められたFitting関数に基づいて弁別パラメータｋを求める。複数の成分からなる波形を表す出力（図５を参照）を、複数の成分で表現できる分布関数としてFitting関数で設定して、実際に得られた光源に関する分布に基づいて、減衰時間が互いに異なる各々のシンチレータ群Ａ，ＢごとにFitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）を求めて、それぞれ求められたFitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）に基づいて弁別パラメータｋを求めるので、たとえ多種類の結晶素子からなる波形であっても、波形を表す出力の波形分布に柔軟に対応し、波形を表す出力の各成分比やピークに依存しない弁別パラメータｋを得ることができる。その結果、安定した弁別能力を確保することができる。その結果、撮像においても安定した撮像能力を確保することができる。

本実施例１では、好ましくは、上述したステップＴ５で求められるべき弁別パラメータｋが適切であるか否かを判定している。具体的には、ステップＴ２では、光子検出器３によって光に変換されるときに計数される光子の計数（すなわち計数ピーク）が所定範囲（実施例１ではしきい値ＴＨを超えた範囲）にあれば弁別パラメータｋが適切であるとし、上述した所定範囲になければ弁別パラメータｋが適切でないとしている。また、ステップＴ６では、ステップＴ４でそれぞれ求められたFitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）における各々の計数ピーク位置ｂ_１，ｂ_２の間に弁別パラメータｋが存在すれば弁別パラメータｋが適切であるとし、上述した各々の計数ピーク位置ｂ_１，ｂ_２の間に弁別パラメータｋが存在しなければ弁別パラメータｋが適切でないとしている。このように適切であるか否かを判定することで、全算出結果を目視にて確認する必要でなく、適切でない弁別パラメータｋのみを調整するだけでよく、手間を大幅に省くことができる。

本実施例１では、好ましくは、上述したステップＴ２，Ｔ６での判定結果を出力（実施例１では表示出力）している。判定結果を出力することで、多数（例えば数万個）の弁別パラメータｋについての判定結果の閲覧に供することができる。本実施例１では、出力の形態は、モニタ９Ａ（図８、図９を参照）に代表される表示手段に表示出力する形態であったが、プリンタに代表される印刷手段に印刷出力する形態であってもよい。

本実施例１では、好ましくは、上述したステップＴ２，Ｔ６で弁別パラメータｋが適切でないと判定された場合には、その弁別パラメータｋを調整している。弁別パラメータｋを調整することで、より一層安定した弁別性能を確保することができる。また、本実施例１では、好ましくは、上述したようにステップＴ２，Ｔ６での判定結果を出力し、さらに、その判定結果の出力に基づいてステップＴ１０での調整を行っている。判定結果を出力することで、多数の弁別パラメータｋについての判定結果の閲覧に供することができ、その判定結果の出力に基づいてステップＴ１０での調整を行いやすくすることができる。

上述したステップＴ５での算出では、上述したステップＴ４でそれぞれ求められたFitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）における各々の計数ピークａ_１，ａ_２の所定割合（実施例１ではｎ分の一）となる位置を弁別パラメータｋとしている。なお、上述したステップＴ５での算出では、図１０（ｂ）に示すように、上述したステップＴ４でそれぞれ求められたFitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）が互いに交わる交点を弁別パラメータｋとしてもよい。ただ、図７、図１０（ａ）のように、Fitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）における各々の計数ピークａ_１，ａ_２の所定割合（ｎ分の一）となる位置を弁別パラメータｋとする手法の方が弁別パラメータｋをより正確に求める上で好ましい。すなわち、図１０（ｂ）に示すように、Fitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）が互いに交わる交点を弁別パラメータｋとする手法の場合には、各Fitting関数が互いに同程度でなく、一方が極端に大きく他方が極端に小さいと弁別パラメータｋが正確に求められない恐れがあるが、図７、図１０（ａ）の場合には、各Fitting関数が互いに同程度でなく、一方が極端に大きく他方が極端に小さかったとしても、各々の計数ピークの所定割合となる位置を弁別パラメータｋとすることで、弁別パラメータｋをより正確に求めることができる。要約すると、図７、図１０（ａ）の場合には、２つの各Fitting関数である分布の統計差が影響しないので、結晶の組み合わせやその結晶長の組み合わせなどに対して柔軟に対応することができるとともに、弁別パラメータｋを求めることができる。

本実施例１では、好ましくは、上述したステップＴ４を含んだステップＳ４での算出に用いられる光子検出器３によって実際に得られた光源に関する分布は、放射線源を使用して得られたデータから放射線源を使用せずに得られたデータを除いたデータである。放射性薬剤（放射線源）を使用して得られたデータから放射性薬剤（放射線源）を使用せずに得られたデータを除いたデータ、すなわちBack Groundを除いたデータを、ステップＴ４を含んだステップＳ４での算出に用いることで、弁別パラメータｋを容易に算出することができる。

実際に、Back Groundを除いたデータを用いて求められた各々のFitting関数と、そのBack Groundを除いたデータとを重ね合わせて図１１で確認している。図１１は、Back Groundを除いたデータを用いたときの結果を示したグラフである。図１１（ａ）は、光子検出器３の全体のブロックを総加算して平均値を求めたときのグラフであり、図１１（ｂ）は、１つのブロックのときのグラフである。なお、図１１では、自己放射能を持つ結晶素子（Ｌｕを含むＧＳＯ）を使用したシンチレータで、かつ図２に示すように減衰時間が互いに異なるシンチレータ群Ａ，Ｂを光子検出器３で用いて確認している。また、図１１では、Back Groundを除いたデータを実線として図示するとともに、Fitting関数を点線として図示している。放射線源を使用して得られたデータを用いたときの結果を示したグラフ（図示省略）や放射線源を使用せずに自己放射能を持つ結晶素子から発生した光子に基づいて得られたデータを用いたときの結果を示したグラフ（図示省略）と比べて、各々のFitting関数と、そのBack Groundを除いたデータとの差が少なく、弁別パラメータｋを容易に算出することができるのが確認されている。

次に、図面を参照してこの発明の実施例２を説明する。
図１２は、Fitting関数の面積比（計数比）が、予め求められた光子検出器の構造に依存した計数比と等しくなる位置を弁別パラメータとする手法のときのグラフである。上述した実施例１と共通する箇所についてはその説明を省略する。

上述した実施例１で述べた弁別パラメータおよび複数の成分からなる波形を表す出力（図５を参照）を蓄積したデータを解析したところ、深さ方向（図２ではｒ）に減衰時間が互いに異なるシンチレータ群を複数層（図２ではシンチレータ群Ａ，シンチレータ群Ｂの２層）積層した光子検出器３において、各層（すなわちＤＯＩ層）毎の計数比は光子検出器３の構造（光子検出器のジオメトリ（幾何学的な検出器の配置）や光子検出器を構成する結晶の種類（例えば密度）や結晶の大きさや長さ（例えば結晶の体積、結晶の深さ方向の長さ））に依存する。すなわち、各層（ＤＯＩ層））毎の計数比は、ジオメトリや結晶の種類や大きさや長さから予め求められた理論値，シミュレーションあるいは経験則にほぼ一致する（参照文献１：“γ線と物質との相互作用 放射線測定 MandC 計測と制御のポータルサイト”、[online]、社団法人 日本電気計測器工業会（ＪＥＭＩＡ）、インターネット< URL : http://www.mandc.org/MandC/include/html/tech/5020209.htm>、参照文献２：”GATE - Geant4 Application for Emission Tomography” 、[online] 、インターネット< URL :http://opengatecollaboration.healthgrid.org/>）。

そこで、光子検出器３の構造に応じて各層（ＤＯＩ層））毎に計数比を、上述した理論値，シミュレーションあるいは経験則から事前に求める。理論値やシミュレーションに基づいて弁別パラメータを求めた場合に実際の弁別パラメータに一致しない場合には、経験則に基づいて弁別パラメータを求めるのがより好ましい。各層毎の計数比を光子検出器３の構造ごとにテーブルとしてメモリ部１４（図１を参照）に書き込んで記憶する。このように求められた計数比は、シンチレータ群Ａ，シンチレータ群Ｂの２層の結晶素子が光子のエネルギに対して相互作用して検出することができる確率にも相当する。

一方、上述した実施例１における図７と同様に、図１２に示すようにFitting関数を求める。実施例１でも述べたように、シンチレータ群Ａに関するFitting関数ｆ（ｘ）およびシンチレータ群Ｂに関するFitting関数ｇ（ｘ）をそれぞれ求める。実施例１における図７と同様に、図１２においても、各々のFitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）を点線で図示するとともに、これら２つのFitting関数を加算して得られた関数を実線で図示すると、実線で図示されたFitting関数の面積の総和を求める。

このFitting関数の面積の総和は総計数を表す。総和を求める場合には、図５の総面積を求める手法と同様に、連続的に求めるために積分（∫）を用いてもよいし、離散的に求めるために総和（Σ）を用いてもよい。この総和（総計数）から境界を描画して、境界に区切られた面積比が境界の位置に応じてどのように変化するのか境界を動かす。この面積比は計数比を表す。図１２の左側の面積をＳ_１とするとともに、右側の面積をＳ_２とすると、面積比（すなわち計数比）はＳ_１：Ｓ_２となり、境界を左側に動かすとＳ_１が狭くなるとともにＳ_２が広くなり、逆に境界を右側に動かすとＳ_１が広くなるとともにＳ_２が狭くなる。

この面積比（計数比）が、予め求められたテーブルを参照して、光子検出器３の構造に依存した計数比と等しくなるように境界を動かす。光子検出器３の構造に依存した計数比が、例えば１：２の場合には、Ｓ_１：Ｓ_２＝１：２となるように境界を動かし、その境界の位置が弁別パラメータｋとなる。

このように、本実施例２では、それぞれ求められたFitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）の面積比を表す計数比が、予め求められた光子検出器３の構造に依存した計数比と等しくなる位置を弁別パラメータｋとしている。上述した実施例１のように、それぞれ求められたFitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）における各々の計数ピークａ_１，ａ_２の所定割合（実施例１ではｎ分の一）となる位置を弁別パラメータｋとする場合（図７、図１０（ａ）を参照）や、それぞれ求められたFitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）が互いに交わる交点を弁別パラメータｋとする場合（図１０（ｂ）を参照）と比較すると、本実施例２では、演算時間の短縮、Fitting関数ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ）の統計依存性の低減が可能になる。したがって、高速、かつ、分布の形状を問わず、また総面積が狭く（統計が少なく）ても安定した弁別パラメータの算出を行うことができる。減衰時間が互いに異なる検出素子であるシンチレータを３つ以上組み合わせた場合（３層以上の場合）においても、同様に計数比に基づいて弁別パラメータを求めることができる。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した各実施例では、撮像装置として、核医学診断装置を例に採って説明するとともに、核医学診断装置として、ＰＥＴ装置を例に採って説明したが、この発明は、光子以外の放射線を光に変換することで放射線を検出するように構成され、かつ減衰時間が互いに異なる検出素子を複数組み合わせて構成された検出器を備え、検出素子によって変換された光の発生源である光源の位置を弁別するための弁別物理量を求めることで光源位置を求めて撮像を行う撮像装置であれば、例えばＸ線透視撮影装置やＸ線ＣＴ装置などにも適用することができる。また、ＰＥＴ装置とＸ線ＣＴ装置とを備えたＰＥＴ−ＣＴにも適用することができる。

（２）上述した各実施例では、核医学診断装置として、ＰＥＴ装置を例に採って説明したが、この発明は、単一の光子を検出して被検体の断層画像を再構成するＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission CT）装置などにも適用することができる。

（３）上述した各実施例では、シンチレータブロック３ａおよび光電子増倍管３ｃから構成される投影データ用の光子検出器３が静止したままで光子を検出する静止型であったが、シンチレータブロック３ａおよび光電子増倍管３ｃが被検体Ｍの周りを回転しながら光子を検出する回転型でもよい。

（４）上述した各実施例では、ＰＥＴ装置が点線源４（図１を参照）を備え、点線源４が放射性薬剤と同じ光子を照射して被検体Ｍを透過することで、その放射線に基づいて生体形態画像として吸収補正データを求めたが、ＣＴなどから吸収補正データを求めてもよい。また、必ずしも吸収補正を行う必要はない。したがって、吸収補正されない生体機能画像を用いて核医学診断を行えばよい。

（５）上述した各実施例では、光源に関する分布関数として、横軸を減衰の減衰率として、縦軸を光子の計数値とした関数を用いたが、横軸を検出位置として、縦軸を計数値とした関数を用いてもよい。このときには、弁別物理量は、検出位置に関するパラメータとなる。また、実施例のような減衰率に限定されず、光の減衰を表す減衰物理量（減衰パラメータ）であれば、例えば、図１３に示すような減衰の時間的傾きであってもよい。図５と同様に、図１３（ａ）、図１３（ｂ）に示すように、減衰時間が互いに異なる場合の光量の時間変化をそれぞれ出力する。図１３に示すように減衰の時間的傾きをＲとする。

（６）上述した各実施例では、ガウス関数のみを用いたが、多種の関数を組み合わせてもよい。例えば、ノイズのオフセットに対しては、横軸を減衰率として、縦軸をノイズ成分に関する光子の計数値（散乱同時計数や偶発同時計数など）をした一次関数を適用するとともに、検出素子の出力に対してはガウス関数を適用することなどが挙げられる。

（７）上述した各実施例では、放射線源を使用せずに得られたデータ（すなわちBack Groundデータ）については、撮像毎に測定してもよいし、前回あるいは過去の撮像で得られたデータを規格化して使用してもよい。

（８）上述した各実施例では、Back Groundを除いたデータを用いたが、放射性薬剤を使用して得られたデータをそのまま用いてもよい。また、自己放射能を持つ結晶素子を持つ検出器を必ずしも用いる必要はない。

各実施例に係るＰＥＴ(Positron Emission Tomography)装置の側面図およびブロック図である。 光子検出器の具体的構成の概略図である。 実施例１に係る光源位置算出方法を含んだ一連の撮像の流れを示すフローチャートである。 実施例１に係る一連の光源位置算出方法の流れを示すフローチャートである。 （ａ），（ｂ）は、減衰時間が互いに異なる場合の光量の時間変化（波形を表す出力）を模式的にそれぞれ示したグラフであり、減衰率を求めるためのグラフである。 横軸を減衰率として、縦軸を光子の計数値とした実際のデータおよび各関数を示したグラフである。 ２つのガウス関数（Fitting関数）を構成するパラメータと弁別パラメータとの関係を模式的に示したグラフである。 表示出力態様の一例を模式的に示した図である。 （ａ）は、表示出力態様の一例を模式的に示した図、（ｂ）、（ｃ）は、弁別パラメータの調整を模式的に示した図である。 （ａ）は、Fitting関数における各々の計数ピークの所定割合となる位置を弁別パラメータとする手法のときのグラフ、（ｂ）は、Fitting関数が互いに交わる交点を弁別パラメータとする手法のときのグラフである。 （ａ）、（ｂ）は、Back Groundを除いたデータを用いたときの結果を示したグラフである。 Fitting関数の面積比（計数比）が、予め求められた光子検出器の構造に依存した計数比と等しくなる位置を弁別パラメータとする手法のときのグラフである。 （ａ），（ｂ）は、減衰時間が互いに異なる場合の光量の時間変化（波形を表す出力）を模式的にそれぞれ示したグラフであり、減衰の時間的傾きを求めるためのグラフである。

符号の説明

３ … 光子検出器
１５ … 弁別パラメータ導出部
ＴＨ … しきい値(Threshold)
ｆ（ｘ）、ｇ（ｘ） … Fitting関数
ｋ … 弁別パラメータ
Ｒ … 減衰率

Claims (13)

1. 入射された放射線を光に変換することで放射線を検出するように構成され、かつ減衰時間が互いに異なる検出素子を複数組み合わせて構成された検出器を備え、前記検出素子によって変換された光の発生源である光源の位置を弁別するための弁別物理量を求めることで光源位置を求めて撮像を行う撮像装置であって、前記装置は、 (A)前記検出器によって実際に得られた光源に関する分布に基づいて、前記減衰時間が互いに異なる各々の検出素子ごとに光源に関する分布関数をそれぞれ求め、(B)それぞれ求められた前記分布関数に基づいて前記弁別物理量を求める前記(A),(B)の演算処理を行う演算手段を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 入射された放射線を光に変換することで放射線を検出するように構成され、かつ減衰時間が互いに異なる検出素子を複数組み合わせて構成された検出器を有している場合において、前記検出素子によって変換された光の発生源である光源の位置を弁別するための弁別物理量を求めることで光源位置を算出する方法であって、(A)前記検出器によって実際に得られた光源に関する分布に基づいて、前記減衰時間が互いに異なる各々の検出素子ごとに光源に関する分布関数をそれぞれ求め、(B)それぞれ求められた前記分布関数に基づいて前記弁別物理量を求めることを特徴とする光源位置算出方法。
3. 請求項２に記載の光源位置算出方法において、(C)前記(B)で求められるべき前記弁別物理量が適切であるか否かを判定することを特徴とする光源位置算出方法。
4. 請求項３に記載の光源位置算出方法において、前記(C)での判定では、前記検出器によって光に変換されるときに計数される放射線の計数が所定範囲にあれば前記弁別物理量が適切であるとし、前記所定範囲になければ前記弁別物理量が適切でないとすることを特徴とする光源位置算出方法。
5. 請求項３または請求項４に記載の光源位置算出方法において、前記(C)での判定では、前記(A)でそれぞれ求められた前記分布関数における各々の計数ピーク位置の間に前記弁別物理量が存在すれば前記弁別物理量が適切であるとし、前記各々の計数ピーク位置の間に前記弁別物理量が存在しなければ前記弁別物理量が適切でないとすることを特徴とする光源位置算出方法。
6. 請求項３から請求項５のいずれかに記載の光源位置算出方法において、(D)前記(C)での判定結果を出力することを特徴とする光源位置算出方法。
7. 請求項３から請求項６のいずれかに記載の光源位置算出方法において、(E)前記(C)での判定で前記弁別物理量が適切でないと判定された場合には、その弁別物理量を調整することを特徴とする光源位置算出方法。
8. 請求項７に記載の光源位置算出方法において、(D)前記(C)での判定結果を出力し、その判定結果の出力に基づいて前記(E)での調整を行うことを特徴とする光源位置算出方法。
9. 請求項２から請求項８のいずれかに記載の光源位置算出方法において、(F)前記(B)での算出では、前記(A)でそれぞれ求められた前記分布関数における各々の計数ピークの所定割合となる位置を前記弁別物理量とすることを特徴とする光源位置算出方法。
10. 請求項２から請求項８のいずれかに記載の光源位置算出方法において、(F´)前記(B)での算出では、前記(A)でそれぞれ求められた前記分布関数が互いに交わる交点を前記弁別物理量とすることを特徴とする光源位置算出方法。
11. 請求項２から請求項８のいずれかに記載の光源位置算出方法において、(F´´)前記(B)での算出では、前記(A)でそれぞれ求められた前記分布関数の面積比を表す計数比が、予め求められた前記検出器の構造に依存した計数比と等しくなる位置を前記弁別物理量とすることを特徴とする光源位置算出方法。
12. 請求項２から請求項１１のいずれかに記載の光源位置算出方法において、前記(A)での算出に用いられる前記検出器によって実際に得られた光源に関する分布は、放射線源を使用して得られたデータから放射線源を使用せずに得られたデータを除いたデータであることを特徴とする光源位置算出方法。
13. 請求項２から請求項１２のいずれかに記載の光源位置算出方法において、前記分布関数の横軸は光の減衰を表す減衰物理量であり、縦軸は放射線の計数値であることを特徴とする光源位置算出方法。

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