JP2013257320A - ガンマ線検出器の利得較正のための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ガンマ線検出器の利得較正のための方法およびシステムを提供する。
【解決手段】ガンマ線検出器の１つまたは複数の光センサの暗電流を測定するステップと、測定された暗電流を使用して１つまたは複数の暗電流曲線を生成するステップとを含む。この方法は、１つまたは複数の暗電流曲線における遷移点を識別するステップと、識別された遷移点を使用して１つまたは複数の光センサの降伏電圧を決定するステップとをさらに含む。この方法は、決定された降伏電圧に基づいて１つまたは複数の光センサのバイアスを設定するステップをさらに含む。
【選択図】図１

Description

本明細書で開示される主題は一般にガンマ線検出器に関し、より詳細には、ガンマ線検出器の利得較正のためのシステムおよび方法に関する。

ガンマ線検出器は、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）システムなどの様々な用途で使用することができる。ＰＥＴシステムは、体内の機能プロセスの３次元画像または写真を生成する核医学画像化を行う。例えば、ＰＥＴシステムは、患者の体の内部の陽電子放出核種の分布を表す画像を生成する。陽電子が消滅によって電子と相互作用するとき、陽電子−電子対の全質量は２つの５１１ｋｅＶ光子に変換される。光子は、応答線に沿って反対方向に放出される。消滅光子は、応答線に沿って検出器リングに設置された検出器で検出される。これらの光子が同時に検出器要素に到達して検出される場合、これは同時発生と呼ばれる。次に、消滅光子検出情報を含む取得画像データに基づいて画像が生成される。

ＰＥＴシステムでは、ガンマ線が走査システムのシンチレータで検出され、シンチレータは光を生成し、その光はフォトセンサ（例えば、光電子増倍管（ＰＭＴ）、シリコンアバランシェフォトダイオード、または固体光電子増倍管）で検出される。真空光電子増倍管フォトセンサに基づくＰＥＴ検出器は、適切に動作させるのに利得／エネルギー較正を必要とする。マルチアノード（例えば、２×３アレイの６つのアノード）をもつ固体光電子増倍管ベースＰＥＴ検出器に面して小さい結晶アレイ（例えば、４×４アレイ）を使用する場合、その配置はアノードに対する結晶の相対的位置づけに非常に敏感であるので基準結晶を画定することが多くの場合困難である。さらに、アノード数が増加するとき、例えば、６つ以上のアノードが使用される場合、利得およびエネルギー較正を行うのに従来のＰＥＴ反復アルゴリズムを適用することは一層困難である。例えば、そのプロセスはより複雑となり、多くの時間を要することがある。

固体光電子増倍管ベースＰＥＴ検出器のフォトセンサと検出器結晶（例えば、セリウムドープルテチウムイットリウムオルソシリケート（ＬＹＳＯ）結晶）との間の１対１結合の場合には、５１１ｋｅＶエネルギーピークまたは既知のＬＹＳＯ固有バックグラウンドピークを較正に使用することができる。しかし、いくつかの設計、例えば、多数のアノード間の光共有ブロック設計では、これは可能ではない。さらに、固体光電子増倍管ベースＰＥＴ検出器の典型的な利得較正は、ダークカウント／暗電流が小さい場合、単一光子パルス波高を測定することによって行うことができる。これらの測定を行うには、非常に高い利得／低い雑音の増幅器が必要である。しかし、これらの固体光電子増倍管ベースＰＥＴ検出器のフォトセンサのサイズが増大し、例えば、３×３ｍｍ²よりも大きい場合、または１００万ダークカウント／秒を超えて生成される場合、これらの測定は、やはり、カウントパイルアップに起因して単一光子パルスを適切に識別することができないので行うことができない。例えば、４×６ｍｍ²デバイスでは、１０００万カウント／秒を超えて検出されることがある。

したがって、利得またはエネルギー較正の既知のプロセスは、例えば、固体光電子増倍管ベースＰＥＴ検出器におけるようなフォトセンサと組み合わせて使用されるガンマ検出器などのガンマ検出器のいくつかの構成では十分に働かないことがある。

米国特許出願公開第２００８／０２５１７０９号明細書

１つの実施形態では、ガンマ線検出器を較正する方法が提供される。この方法は、ガンマ線検出器の１つまたは複数の光センサによって生成された信号を測定するステップと、測定された信号を使用してバイアス電圧の関数として１つまたは複数の導曲線を生成するステップと、１つまたは複数の導曲線における遷移点（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）を識別するステップとを含む。この方法は、識別された遷移点を使用して１つまたは複数の光センサの降伏電圧を決定するステップと、決定された降伏電圧に基づいて１つまたは複数の光センサのバイアスを設定するステップとをさらに含む。

別の実施形態では、走査データを取得するように構成された複数のガンマ線検出器要素であり、複数の光センサとともにシンチレータ結晶を有する、複数のガンマ線検出器要素を含む陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）システムが提供される。ＰＥＴシステムは、ガンマ線検出器の複数の光センサの１つまたは複数によって生成された信号を測定し、測定された信号を使用してバイアス電圧の関数として１つまたは複数の導曲線を生成し、１つまたは複数の導曲線における遷移点を識別し、識別された遷移点を使用して複数の光センサの１つまたは複数の降伏電圧を決定し、決定された降伏電圧に基づいて複数の光センサのうちの１つまたは複数のバイアスを設定するように構成されたプロセッサをさらに含む。

一実施形態による陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）検出器アセンブリの斜視図である。 一実施形態に従って形成された検出器ユニットの斜視図である。 一実施形態によるシリコン光電子増倍管（ＳＩＰＭ）の概略ブロック図である。 一実施形態による暗電流のグラフである。 一実施形態による読出しエレクトロニクスのブロック図である。 一実施形態による暗電流のグラフである。 一実施形態による暗電流のグラフである。 一実施形態による暗電流のグラフである。 一実施形態による暗電流のグラフである。 様々な実施形態によるガンマ検出器を較正する方法の流れ図である。 暗電流対印加バイアス電圧の正規化比率のプロットのグラフである。 バイアスの関数としての測定平均ベースラインのプロットのグラフである。 暗電流対バイアスの正規化変化率に対応するプロットのグラフである。 一実施形態によるＰＥＴシステムの図である。

いくつかの実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面とともに読まれるとき一層よく理解されるであろう。図が様々な実施形態の機能モジュールのダイアグラムを示す範囲内において、機能ブロックはハードウェア回路間の仕切りを必ずしも示していない。したがって、例えば、機能ブロック（例えば、プロセッサまたはメモリ）の１つまたは複数は単体のハードウェア（例えば、汎用信号プロセッサもしくはランダムアクセスメモリのブロック、ハードディスクなど）で実施することができる。同様に、プログラムは、独立型プログラムとすることができ、オペレーティングシステムにサブルーチンとして組み込むことができ、インストールされたソフトウェアパッケージの機能とすることができる、などである。様々な実施形態は図面に示された配置および手段に限定されないことが理解されるべきである。

本明細書で使用されるとき、単数形で記載されており、「ａ」または「ａｎ」という語が先行する要素またはステップは、特に断らない限り、複数の前記要素またはステップを除外するものではないとして理解されるべきである。さらに、本発明の「１つの実施形態」というとき、記載された特徴を同様に組み込んでいる追加の実施形態の存在を除外するものと解釈されることを意図していない。さらに、そうでないことが明確に述べられない限り、特定の性質を有する１つの要素または複数の要素を「備える」または「有する」実施形態は、その性質を有していない追加の要素を含むことができる。

様々な実施形態は、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）システム用などのガンマ線検出器の較正（例えば、エネルギーおよび利得較正）を行うためのシステムおよび方法を提供する。様々な実施形態は、いくつかの実施形態ではシリコン光電子増倍管（ＳＩＰＭ）であるガンマ検出器のフォトセンサの降伏電圧を測定するために、自然バックグラウンド放射線または外部信号から付加されるあらゆる信号をさらに含むことがある暗電流からのものを含む電流を使用する。次に、利得がその測定に基づいて調整される。例えば、電流の増加は、サンプルエレクトロニクスのベースラインシフトまたは平均ピークシフトとして提示されることになる。様々な実施形態の少なくとも１つの技術的効果は、多数のアノードを有するＳＩＰＭに対して利得および／またはエネルギー較正を行うことであり、それは光共有ブロック設計の中で行うことができる。

様々な実施形態は、図１の斜視図に示されるＰＥＴ検出器アセンブリ２０を有するＰＥＴシステムのガンマ線検出器（本明細書ではガンマ検出器とも呼ぶ）と組み合わせて使用することができる。しかし、ガンマ検出器および様々な実施形態は異なるタイプの画像化および非画像化システムで実施することができることが認識されるべきである。図示の実施形態では、ＰＥＴ検出器アセンブリ２０は、ＰＥＴ検出器アセンブリ２０のＳＩＰＭなどの光電子増倍管フォトセンサを較正するために、暗電流を含む受け取った電流測定値を処理するためのエレクトロニクスを含む利得較正モジュール５０（またはアセンブリ）に結合される。例えば、利得較正モジュール５０は、ＰＥＴ検出器アセンブリ２０に接続された複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）から１つまたは複数の測定信号を受け取ることができる。したがって、ＰＥＴ検出器リングアセンブリ２０を利用して、利得較正モジュール５０に信号を供給することができる。

様々な実施形態において、ＰＥＴ検出器アセンブリ２０は、ＰＥＴ検出器リングアセンブリ２０を形成するためにリングに配列された複数の検出器モジュール２２を含む。各検出器モジュール２２は複数の検出器ユニット２４から組み立てられる。したがって、複数の検出器ユニット２４を組み立てて単一の検出器モジュール２２を形成し、複数の検出器モジュール２２を組み立てて検出器リングアセンブリ２０を形成する。１つの実施形態では、検出器アセンブリ２０は、検出器アセンブリ２０がリング形状を有するように一緒に結合された２８個の検出器モジュール２２を含む。実施形態によっては、各検出器モジュール２２は、４×５マトリクスに配列された２０個の検出器ユニット２４を含む。検出器アセンブリ２０を形成するのに利用される検出器モジュール２２の量は例示であり、検出器アセンブリ２０は、２８個よりも多いまたは少ない検出器モジュール２２を有することができることが理解されるべきである。さらに、各検出器モジュール２２を形成するのに利用される検出器ユニット２４の量は例示であり、検出器モジュール２２は、２０個よりも多いまたは少ない検出器ユニット２４を有することができることが理解されるべきである。

図２は、図１に示された検出器モジュール２２の一部を形成することができる例示の検出器ユニット２４の斜視図である。様々な実施形態では、検出器ユニット２４は、ｘ軸およびｚ軸に沿って配列される１つまたは複数のシンチレータ結晶３２を有するシンチレータブロック３０を含む。１つの実施形態では、シンチレータブロック３０は、４×９マトリクスに配列された３６個の結晶３２を有する。しかし、シンチレータブロック３０は、３６個よりも少ないまたは多い結晶３２を有することができ、結晶３２は任意の好適なサイズのマトリクスに配列することができることが理解されるべきである。シンチレータ結晶３２は、数ある中で、ビスマスゲルマネート（ＢＧＯ）、セリウムドープルテチウムイットリウムオルソシリケート（ＬＹＳＯ）、またはガドリニウムオキシオルソシリケート（ＧＳＯ）などの任意の好適な材料から形成することができることにも留意すべきである。

検出器ユニット２４は複数のフォトセンサとして示された複数の光センサ３４をさらに含み、光センサ３４は光または他の電磁エネルギーを感知または検出する任意の好適なフォト検出器とすることができる。図示の実施形態では、光センサ３４はＳＩＰＭである。複数の光センサ３４は、検出器面３８の反対側のシンチレータブロック３０の端部で結合される。光センサ３４に結合されない結晶ブロック３０の表面は、テフロン(登録商標)、ＴｉＯ₂充填エポキシ、またはスペクトル反射器などの反射層で覆われる。実施形態によっては、反射器または反射材料は結晶ブロック３０のいくつかの結晶の間に設置することができることに留意すべきである。

様々な実施形態において、検出器ユニット２４は、シンチレータブロック３０の端部ごとに、３×６マトリクスに配列された１８個の光センサ３４を有する。しかし、検出器ユニット２４は１８個よりも少ないまたは多い光センサ３４を有することができ、光センサ３４は任意の好適なサイズのマトリクスに配列することができることが理解されるべきである。例えば、いくつかの実施形態は、３６個、５４個、または１００個の結晶３２を含み、それぞれ、６×６マトリクス、９×６マトリクス、または１０×１０マトリクスに配列された対応する光センサ３４を有する。様々な実施形態では、光センサ３４（例えば、フォトセンサ）と結晶３２との間の１対１結合が行われず、その結果、光センサ３４と結晶３２との間に１対多結合が存在することに留意すべきである。しかし、他の実施形態では、光センサ３４（例えば、フォトセンサ）と結晶３２との間で１対１結合を行うことができる。さらに、光センサ３４は異なるサイズまたは形状を有することができる。実施形態によっては、光センサ３４は３×３ｍｍ²よりも大きい。しかし、他の実施形態では、より大きいまたはより小さい光センサ３４を使用することができ、例えば、４×６ｍｍ²光センサ３４などを使用することができる。

１つの実施形態では、光センサ３４は、並列に接続され、かつガイガーモードで降伏電圧より上で動作されるアバランシェフォトダイオードである。例えば、光センサ３４は、様々な実施形態では、シリコン基板上のアバランシェフォトダイオードアレイから形成された単一光子感受性デバイスとして構成されるＳＩＰＭとすることができる。しかし、光センサ３４は任意のタイプの光センサとすることができ、暗電流対バイアス電圧の正規化変化率はピークを有し、利得は印加電圧とこのピークの位置とから決定することができることに留意すべきである。

動作時に、シンチレータ結晶３２は、シンチレータ結晶３２に突き当たるガンマ線によって堆積されたエネルギーを可視（または近紫外）光光子に変換する。次に、光子は光センサ３４によって電気アナログ信号に変換される。より具体的には、ガンマ線が検出器ユニット２４のシンチレータ結晶３２のうちの任意のものに突き当たると、ガンマ線を検出するシンチレータはガンマ線のエネルギーを可視光に変換し、可視光は検出器ユニット２４の光センサ３４で検出される。したがって、例示的な実施形態では、各検出器ユニット２４は「ｎ個」のアナログ信号４０を出力するように構成される。

動作時に、適切な利得を達成するために、光センサ３４、例えばＳＩＰＭは、ガイガーモードでＳＩＰＭの降伏電圧より上の動作電圧にバイアスされる。図３は、一実施形態によるＳＩＰＭ６２のアレイ６０（２×３アレイとして示される）を示す。ＳＩＰＭ６２の各々は別個のアノードを示し、ＳＩＰＭ６２の各々はバイアスされ、すなわち、それに印加されるバイアス電圧を有する。図４のグラフ７０は、アノードの各々、すなわち、ＳＩＰＭ６２の各々に対応するＩ−Ｖ曲線７２を示す。グラフ７０の横軸は電圧を示し、縦軸は暗電流を示すことに留意すべきである。見て分かるように、曲線７２の各々の遷移点は約７１．５ボルトであり、それは降伏電圧を表す。しかし、本明細書でより詳細に説明するように、１つを超える遷移点が存在することがある。さらに見て分かるように、ＳＩＰＭ６２の各々の降伏電圧はわずかに異なる。

動作電圧と降伏電圧との間の差は過電圧と呼ばれ、利得に比例する。特に、利得＝過電圧×キャパシタンスである。したがって、この特性が示すところによれば、降伏電圧より下で、ほとんど暗電流は存在せず、降伏電圧より上で、利得は、ＳＩＰＭ６２（例えば、１つ１つのアノードまたはセル）のキャパシタンスが固定されているので過電圧とともに増加する。したがって、Ｉ−Ｖ曲線７２（図４に示されるような）は、一般に、降伏電圧以上で線形増加を有するべきであるが、しかし、グラフ７０（図４に示される）で見て分かるように、自由電子に対する雪崩の確率の高まり、空乏領域の増加、マイクロセル間の光クロストーク、およびアフタパルス（これらはバイアスに対して線形でない）の結果として、Ｉ−Ｖ曲線７２は指数関数形を有する。

したがって、暗電流または全電流は以下のように定義することができる。

暗電流（または全電流）＝ｆ（利得）またはｆ（過電圧）
様々な実施形態において、暗電流のＩ−Ｖ曲線７２の特性形状を使用して降伏電圧を計算し、次に、その降伏電圧は利得較正モジュール５０（図１に示した）で利得較正に使用される。様々な実施形態において、降伏電圧が決定された後、同一の過電圧がバイアスとしてＳＩＰＭ６２の各々に印加される。

様々な実施形態において、Ｉ−Ｖ曲線７２の１つまたは複数は、降伏電圧を超えてバイアス電圧を掃引している間の読出しエレクトロニクスからの出力信号のベースラインの変化から得ることができる。様々な実施形態において、Ｉ−Ｖ曲線７２は、自然バックグラウンド放射線または外部放射線源からの信号と暗電流との組合せから得ることができる。これらの実施形態において、読出しエレクトロニクスの時間平均出力信号の変化が印加バイアス電圧の関数として測定される。光子に起因してＳＩＰＭ６２によって生成される信号はダークカウント事象によって生成される信号と同じであるので、時間平均信号から生成されたＩ−Ｖ曲線の形状は、出力信号のベースラインの変化から生成されたＩ−Ｖ曲線の形状と実質的に同じことになる。読出しエレクトロニクスからの時間平均信号出力はその信号のベースラインよりも大きいことになる。したがって、バイアス電圧の所与の変化では、時間平均信号の変化は信号のベースラインの変化よりも大きくなる。したがって、ＳＩＰＭ６２からの暗電流が非常に低い場合、時間平均信号値を使用すると、Ｉ−Ｖ曲線のより正確な測定値が与えられることになる。

様々な実施形態により、例えばＳＩＰＭベースＰＥＴ検出器に利得較正が行われる。利得較正モジュール５０は、ＳＩＰＭアノードのサブセットが作動されるときにベースライン信号対印加電圧を測定できるようにするインタフェースエレクトロニクス５２を含むことができる。さらに、様々な実施形態において、利得較正モジュール５０は、得られた暗電流／ベースライン信号のバイアス依存性から降伏電圧も計算する。動作時に、利得のオンライン較正および／または連続モニタリングを行うことができる。

読出しエレクトロニクス８０の１つの実施形態が図５に示される。読出しエレクトロニクス８０は複数のバッファ増幅器８２を含む。図示の実施形態では、１つのバッファ増幅器８２は、１つの実施形態では電流であるＳＩＰＭ６２の出力が入力としてバッファ増幅器８２に供給されるようにそれぞれのＳＩＰＭ６２に接続される。さらに、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）８４もまたバッファ増幅器８２の入力部に接続され、バッファ増幅器８２はいくつかの実施形態ではアノードバイアス制御信号が供給される。バッファ増幅器８２の出力部は、デジタイザ、積分器、および／または比較器を含むことができる信号プロセッサ８６に接続される。バイアス源８８が、本明細書でより詳細に説明するように、カソードバイアス電圧を供給するためにＳＩＰＭ６２の各々に接続される。

動作時に、カソードバイアス源８８からのバイアス電圧とＤＡＣ８４からのアノードバイアスを使用して、ＳＩＰＭ６２へのバイアスを調整する。カソードバイアス、すなわち、ＳＩＰＭ６２に印加されるバイアス、および／またはＤＡＣ８４からのアノードバイアスを調整することによって、Ｉ−Ｖ曲線、例えば、ＳＩＰＭ６２のＩ−Ｖ曲線７２（図４に示される）を測定することができる。いくつかの実施形態では、ＳＩＰＭ６２からの測定電流（Ｉ）は、ダークパルスからの電流、およびシンチレーション結晶３２で生じた光子によって生成された電流を表すことに留意すべきである。

様々な実施形態において、電流Ｉは、バッファ増幅器８２からの出力信号のベースラインシフト（デジタル化または集積化により）として測定することができる。オフセットのいくつかのランダムサンプルの平均は測定を改善するのに使用することができ、その測定は、自然またはバックグラウンド放射源が平均測定信号を増幅するのでいかなる自然またはバックグラウンド放射源も含むことができることに留意すべきである。ベースラインのいくつかのランダムサンプルが測定される場合、ベースラインの変動を計算することができる。次に、図８および９に示されたものなどのバイアス電圧の関数としてのベースラインの変動の変化を使用して降伏電圧を決定することができる。その後、Ｉ−Ｖ曲線を外挿することによって、降伏電圧を測定し、ＳＩＰＭ６２の各々に同一の過電圧を設定することができる。

様々な実施形態において、信号プロセッサ８６は、較正記録（例えば、１つまたは複数の較正測定値）を記憶するように構成することができ、さらに、必要または所望に応じて再プログラムすることができるフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含む。さらに、ＦＰＧＡは、１つまたは複数の測定Ｉ−Ｖ曲線を使用して降伏電圧を計算するために使用することができる。降伏電圧は任意の好適な方法を使用してＩ−Ｖ曲線から計算することができることに留意すべきである。いくつかの実施形態では、Ｉ−Ｖ曲線は生成および処理されず、代わりに、読出しエレクトロニクスからの出力信号のベースラインまたは時間平均値の目標レベルを決定し、バイアス電圧を適切な範囲にわたって掃引して、選んだ目標に等しいベースライン（または時間平均信号）をもたらすバイアス電圧値を決定することにも留意すべきである。次に、降伏電圧はこのバイアス電圧値から決定することができる。検出器の様々なＳＩＰＭ６２は異なる目標値を有することができる。例えば、ＳＩＰＭ６２の目標値は、非常に低いバイアス電圧で測定されたベースライン（または、時間平均信号）の値の１倍を超える定数に等しくすることができる。読出しエレクトロニクスからの出力信号をデジタル化した後に比較を行うことができ、または出力信号をデジタル化する前にアナログコンパレータを出力信号に使用することができることにも留意すべきである。

したがって、様々な実施形態において、ベースライン測定、時間平均信号測定、および変動測定を較正に使用することができる。例えば、図６および７は、それぞれ、ＳＩＰＭ６２の測定ベースライン対過電圧のグラフ９０、および７０ボルトのバイアス電圧で曲線がゼロの値を有するようにシフトしたベースライン曲線のグラフ９２を示す。さらに、図８および９は、それぞれ、測定ベースライン変動のグラフ９４、および７０ボルトのバイアス電圧で１の値に正規化したグラフ９６を示す。さらに、図６〜９は、シフトしたベースラインおよび正規化したベースライン変動（グラフ９４および９６に示されるような）が一般に同じ傾向または曲線特性に従うことを示している。様々な実施形態において、遷移点１００〜１０７は、曲線１０８、１１０、１１２、１１４の組の曲線が概してまたは実質的に平坦または水平（ほとんどまたはまったく増加しない）から湾曲へと変化する点を識別する任意の方法を使用して決定することができる。すなわち、曲線の一次微分がゼロに近い値から実質的により大きい値に変化する。異なるアノードからの曲線の遷移点（例えば、遷移点１００および１０１）は異なるバイアス電圧で生じることがあるが、様々なグラフからの遷移点は所与のアノードでは実質的に同じである（例えば、遷移点１００、１０２、１０４、および１０６）ことに留意すべきである。

様々な実施形態において、遷移点は曲線当てはめ関数を適用することによって決定することができる。いくつかの実施形態では、遷移点１００〜１０７は、所定の降伏電流値に基づくなどして、規定値より上に増加したことを決定することによって識別することができる。例えば、１つの実施形態では、遷移点１００および１０１は、ベースライン値が７０ボルトのバイアス値での値より２０マイクロアンペア上の曲線上の点として決定される。

様々な他の実施形態では、異なる遷移点、例えば、それぞれ、曲線１０８、１１０、１１２、１１４の組の遷移点１１６、１１８、１２０、および１２２を使用することができることに留意すべきである。遷移点１１６、１１８、１２０、および１２２は、一般に、曲線１０８、１１０、１１２、１１４の湾曲の鋭い変化に対応し、その結果、曲線１０８、１１０、１１２、１１４は、遷移点１１６、１１８、１２０、および１２２の後、概してまたは実質的に垂直に延びる。さらに、遷移点１００、１０２、１０４、１０６と遷移点１１６、１１８、１２０、および１２２との組合せを使用することができる。

ＳＩＰＭ６２の各々は複数のマイクロセル（例えば、１００００個のマイクロセル）を含むことができることに留意すべきである。したがって、例えば、測定ベースライン電流は、製造プロセスなどによりＳＩＰＭ６２ごとに変化することがある。

ガンマ検出器を較正する方法１３０が図１０に示される。方法１３０は１３２において１つまたは複数の光センサの暗電流を測定することを含む。例えば、様々な実施形態において、ガンマ検出器の１つまたは複数のＳＩＰＭの暗電流は、本明細書で説明したように測定され（それは測定バックグラウンド放射線を含むことができる）、バイアスの関数とすることができる。その後、１３４において、測定された暗電流に基づいて生成された１つまたは複数のＩ−Ｖ曲線に沿った１つまたは複数の遷移点が決定される。例えば、遷移点は、曲線が略水平から変化し、上方へ傾斜し始める点、または曲線が略垂直に延び始める点として決定することができる。このように、様々な実施形態において、曲線のうちの１つまたは複数の傾斜の所定の変化を決定することができる。

決定した遷移点を使用して、ＳＩＰＭの降伏電圧が１３６において決定される。例えば、降伏電圧は、遷移点での、またはその点より所定量下での測定値に基づいて決定することができる。次に、決定した降伏電圧を使用して、１３８において、本明細書で説明するように、例えば、遷移点の測定電圧より規定量上の電圧にＳＩＰＭのバイアスを設定する。

変更および変形が考えられる。例えば、いくつかの実施形態では、第１の降伏現象を超えている１つまたは複数の代替の遷移点を使用することができる。特に、過電圧に対する暗電流の変化率（ｄｉ／ｄｖ）を最初に取得して、Ｉ−Ｖ曲線の微分がもたらされ、それにより、暗電流でさらに正規化された（ｄｉ／ｄｖ）／Ｉの場合に利得変化の標準指標が与えられる。これらの代替の遷移点または移行点を代替の基準点として使用して、ＳＩＰＭの動作電圧を設定することができ、それは、これらの点が第１の降伏点から既知のオフセットの状態にあるからである。例えば、図１１のグラフ１４０は、暗電流対印加バイアスの正規化比率のプロットを示す。見て分かるように、第１のピーク１４２は電子雪崩降伏に起因しており、第２のピーク１４４は主として電界アシストトンネリングに起因する。したがって、見て分かるように、降伏パルス（第１のピーク１４２での）の後の電界アシストトンネリングに起因する発現が１４６において識別される。したがって、様々な実施形態は代替の遷移点または移行点を使用することができる。

遷移点の決定は、測定データに適切なモデル形状を適合させることを介して（図１２に示されるように）、または所与の閾値に対して最も近い２つの測定点を補間する方法を介して（図１３に示される）行うことができることに留意すべきである。例えば、図１２のグラフ１５０はバイアスの関数としての測定平均ベースラインのプロット１５２を示し、図１３のグラフ１６０は暗電流対印加バイアスの正規化変化に対応するプロット１６２を示す。様々な実施形態において、発現での電圧は閾値に対する補間によって決定され、閾値は図示の実施形態では３０パーセントである（図１３の点１６４で識別される）。

したがって、様々な実施形態では、Ｉ−Ｖ曲線の微分を取得し、遷移点を決定することができる。例えば、第２のピークの遷移点を第１のピーク（第１の降伏）に加えて測定し、代替の基準点として使用することができる。

したがって、様々な実施形態では、電流は各ＳＩＰＭにかかる印加電圧の関数として測定され、測定された関係を分析してＳＩＰＭの降伏電圧の位置を特定する。各ＳＩＰＭの降伏電圧が分かった後、固定オフセットを加えて、すべてのＳＩＰＭの利得を任意の所望の共通値に設定することができる。したがって、様々な実施形態はＳＩＰＭを使用するガンマ線検出器などのガンマ線検出器のための利得較正の方法を提供することができる。少なくとも１つの実施形態を実行することによって、検出器ブロック内のＳＩＰＭの利得は、検出器ブロックのエネルギーおよびタイミング分解能が損なわれないように等しくされる。さらに、ＳＩＰＭアレイの利得を等しくするのに必要とされる最適バイアス電圧に関する事前情報がアレイの製造業者によって提供されていない場合でさえ、現場に配備されたＰＥＴスキャナ内の各検出器ブロックの較正を行うことができる。さらに、様々な実施形態では、外部較正源は使用されない。

図１４は、本発明の様々な実施形態を実施することができるＰＥＴシステム２００の例示的な実施形態のブロック図である。ＰＥＴシステム２００は、ＰＥＴスキャナ２０１と、制御画像再構成プロセスを制御するためのコントローラ２０３とを含む。コントローラ２０３は、さらに、本明細書でより詳細に説明するような利得較正を行うように構成され、利得較正は利得較正モジュール５０（図１に示される）で部分的に行うか、または利得較正モジュール５０として具現することができる。コントローラ２０３はオペレータワークステーション２０４およびプロセッサ２０５を含む。プロセッサ２０５はデータ取得プロセッサ２０６および画像再構成プロセッサ２０８を含む。ＰＥＴスキャナ２０１、オペレータワークステーション２０４、データ取得プロセッサ２０６、および画像再構成プロセッサ２０８は、通信リンク２１０（例えば、シリアル通信または無線リンク）を介して相互接続される。一般にガントリ（図示せず）を含むＰＥＴスキャナ２０１は、走査データを取得し、そのデータをデータ取得プロセッサ２０６に送出する。ＰＥＴスキャナ２０１の動作はオペレータワークステーション２０４から制御される。データ取得プロセッサ２０６で取得されたデータは画像再構成プロセッサ２０８を使用して再構成される。

ＰＥＴスキャナ２０１は、例えば、複数の検出器リングを使用して動作させることができる。そのような１つの検出器リングである検出器リング２１２が図１１に示され、それは検出器リングアセンブリ２０（図１に示された）として具現することができる。検出器リング２１２は中央開口を含み、その中に物体２１４（例えば、患者）を、例えば、リング２１２の中心軸に位置合わせされた電動テーブルを使用して位置づけることができる。電動テーブルは、オペレータワークステーション２０４から受け取った１つまたは複数のコマンドに応じてリング２１２の検出器の中央開口に物体２１４を移動する。ガントリコントローラとも呼ばれるＰＥＴスキャナコントローラ２１６がＰＥＴスキャナ２０１に設けられる（例えば、取り付けられる）。ＰＥＴスキャナコントローラ２１６は、通信リンク２１０を通してオペレータワークステーション２０４から受け取ったコマンドに応答する。したがって、ＰＥＴスキャナ２０１の動作はＰＥＴスキャナコントローラ２１６を通してオペレータワークステーション２０４から制御される。

検出器リング２１２は、物体２１４のＰＥＴ走査を行うための複数の検出器要素を含む。例えば、スキャナ内にリング当たり４２０個の結晶と２４個のリングとが存在できる。図１１に示すように、検出器リング２１２は、第１の検出器要素２１７、第２の検出器要素２１９、およびいくつかの他の検出器を含む。検出器要素は、図１４において、場所を区別するためにのみ第１の検出器要素および第２の検出器要素と呼ばれることに留意すべきである。他の検出器と同じような第１の検出器要素２１７は、本明細書でより詳細に説明するように、複数のフォトセンサ（例えば、光センサ３４）の前に配置されているマトリクスに配列された１組のシンチレータ結晶を含む。光子が検出器の結晶と衝突すると、光子は結晶にかすかな痕跡を生成する。各フォトセンサは、シンチレーション事象が生じると通信線路２１８にアナログ信号を生成する。１組の取得回路２２０が、これらのアナログ信号を受け取るためにＰＥＴスキャナ２０１内に設けられる。取得回路２２０は、アナログ信号をデジタル化するためのアナログ−デジタル変換器と、事象信号を定量化するための処理エレクトロニクスと、システムにおける他の事象に対して事象の時間を決定するための時間測定ユニットとを含む。例えば、この情報は、事象が発生した時間と、事象を検出したシンチレーション結晶の識別とを示す。取得回路は、事象の場所、時間、および全エネルギーを示すデジタルデータを生成する。この事象データは、通信リンク、例えばケーブルを通して同時検出器またはプロセッサ２２６に送出される。

同時検出器２２６は取得回路２２０から事象データパケットを受け取り、検出した事象のうちの任意の２つが同時発生であるかどうかを決定する。この状況において、同時発生はいくつかの要因によって決定される。第１に、事象データパケットごとのタイムマーカーが互いの所定の期間内、例えば６ｎｓ内に存在しなければならない。第２に、同時事象を検出する２つの検出器を連結する直線によって形成されるＬＯＲが、ＰＥＴスキャナ２０１の視野を通過すべきである。対になることができない事象は廃棄される。同時事象対は同時データパケットとして記録され、それは通信リンクを通して画像再構成プロセッサ２０８のソータ２３０に伝達される。

画像再構成プロセッサ２０８は、ソータ２３０、メモリモジュール２３２、画像ＣＰＵ２３４、アレイプロセッサ２３６、およびバックプレーンバス２３８を含む。ソータ２３０は、各投影射線に沿って生じるすべての事象を計数し、それらを同時データセットに組織化する。１つの実施形態では、このデータセットはデータアレイ２４０として組織化され、サイノグラムと呼ばれる。データアレイ２４０はメモリモジュール２３２に記憶される。バックプレーンバス２３８は画像ＣＰＵ２３４を通して通信リンク２１０にリンクされ、それにより、バックプレーンバス２３８を通して通信が制御される。アレイプロセッサ２３６もバックプレーンバス２３８に接続され、データアレイ２４０を入力として受け取り、画像アレイ２４２の形態の画像を再構成する。結果として生じる画像アレイ２４２はメモリモジュール２３２に記憶される。

画像アレイ２４２に記憶された画像は、画像ＣＰＵ２３４によってオペレータワークステーション２０４に伝達される。オペレータワークステーション２０４は、ＣＰＵ２４４、表示デバイス２４６、および入力デバイス２４８を含む。ＣＰＵ２４４は通信リンク２１０に接続し、例えば、キーボード、マウス、またはタッチスクリーンパネルとすることができる入力デバイス２４８からの入力（例えば、ユーザコマンド）を受け取る。オペレータは、入力デバイス２４８および関連する制御パネルスイッチを通して、ＰＥＴスキャナ２０１の較正、ＰＥＴスキャナ２０１の構成、および走査のための物体２１４の位置決めを制御することができる。同様に、オペレータは、さらに、表示デバイス２４６上の結果として生じる画像の表示を制御し、ワークステーションＣＰＵ２４４によって実行されるプログラムを使用して画像増強機能を行うことができる。

プロセッサ２０５は検出器要素から受け取った走査データを処理するように構成される。走査データは、例えば、画像診断走査中にプロセッサ２０５が検出器要素から受け取るサイノグラムおよびタイミング情報を含む。１つの実施形態におけるタイミング情報は、消滅事象で放出される２つの光子が検出器要素で検出される時間の差である。タイミング情報は、１対の検出器要素で、例えば、ＰＥＴシステム２００では第１の検出器要素２１７および第２の検出器要素２１９で検出される測定光子事象に関連するタイムスタンプ情報を含むことができる。タイムスタンプ情報は、様々な実施形態において各光子が検出器要素で検出される時間である。

タイミング情報は、例えば、フォトセンサのアレイに取り付けられた３６個のシンチレータ結晶のブロックを含む検出器で受け取られる。シンチレータ結晶は、患者からの入来光子を複数の（例えば、数千の）光光子（ｌｉｇｈｔ ｐｈｏｔｏｎ）（例えば、可視または近紫外）に変換し、それはフォトセンサで検出される。各フォトセンサチャネルで検出された光光子の比率を使用して、３６個の結晶のうちのどれが入来光子を受け取ったかを決定する。信号の前縁部を処理することによってタイミング信号を決定して、例えばＳＩＰＭの光センサ３４への光光子の到着を推定する。次に、このタイミング信号はデジタル化され、続いて処理される。

エネルギーおよびタイミング情報を使用して、ＰＥＴシステム２００によって走査された物体２１４の画像を再構成する。再構成は、例えば、２次元または３次元再構成を含むことができる。各検出器要素のタイミングデータは、ＰＥＴシステム２００の投影射線の組ごとのタイミング回復値をもつタイミングバイアスマトリクスとして構成することができる。検出器要素対は光子事象からの投影射線を検出することに留意すべきである。投影射線に対応する各検出器要素対のタイミングバイアスデータは、ＰＥＴシステム２００のメモリモジュール２３２に記憶される。

様々な実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組合せで実施することができることに留意すべきである。様々な実施形態および／または構成要素、例えばモジュール、またはその中の構成要素およびコントローラは、１つまたは複数のコンピュータまたはプロセッサの一部として実施することもできる。コンピュータまたはプロセッサは、コンピューティングデバイス、入力デバイス、表示ユニット、および例えばインターネットへのアクセスのためのインタフェースを含むことができる。コンピュータまたはプロセッサはマイクロプロセッサを含むことができる。マイクロプロセッサは通信バスに接続することができる。コンピュータまたはプロセッサはメモリをさらに含むことができる。メモリは、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および読取り専用メモリ（ＲＯＭ）を含むことができる。コンピュータまたはプロセッサは、ハードディスクドライブ、またはソリッドステートドライブ、光ディスクドライブなどのようなリムーバブル記憶ドライブとすることができる記憶デバイスをさらに含むことができる。記憶デバイスは、さらに、コンピュータプログラムまたは他の命令をコンピュータまたはプロセッサにロードするための他の同様の手段とすることもできる。

本明細書で使用される「コンピュータ」または「モジュール」という用語は、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）、ＡＳＩＣ、論理回路、および本明細書で説明される機能を実行することができる任意の他の回路またはプロセッサを使用するシステムを含む任意のプロセッサベースまたはマイクロプロセッサベースシステムを含むことができる。上述の例は単なる例示であり、したがって、「コンピュータ」という用語の定義および／または意味を決して限定するものではない。

コンピュータまたはプロセッサは、入力データを処理するために１つまたは複数の記憶要素に記憶された１組の命令を実行する。記憶要素は、さらに、所望または必要に応じてデータまたは他の情報を記憶することができる。記憶要素は、処理機械内の情報源または物理的メモリ要素の形態とすることができる。

命令の組は、本発明の様々な実施形態の方法およびプロセスなどの特定の動作を行うために処理機械としてのコンピュータまたはプロセッサに命じる様々なコマンドを含むことができる。命令の組は、ソフトウェアプログラムの形態とすることができる。ソフトウェアはシステムソフトウェアまたはアプリケーションソフトなどの様々な形態とすることができ、有形で非一時的なコンピュータ読取り可能媒体として具現することができる。さらに、ソフトウェアは、別個のプログラムもしくはモジュールの集合、より大きいプログラム内のプログラムモジュール、またはプログラムモジュールの一部の形態とすることができる。ソフトウェアは、オブジェクト指向プログラミングの形態のモジュラプログラミングをさらに含むことができる。処理機械による入力データの処理は、オペレータコマンドに応答するか、前の処理の結果に応答するか、または別の処理機械によってなされた要求に応答することができる。

本明細書で使用される「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は交換可能であり、ＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、および不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含む、コンピュータによる実行のためにメモリに記憶されたあらゆるコンピュータプログラムを含む。

上述の説明は例証であり、限定するものではないことが理解されるべきである。例えば、上述の実施形態（および／またはその態様）は互いに組み合わせて使用することができる。さらに、様々な実施形態の教示に特定の状況または材料を適合させるためにその範囲から逸脱することなく多くの変形を行うことができる。本明細書で説明した材料の寸法およびタイプは様々な実施形態のパラメータを規定するものであるが、それらは決して限定するものではなく、単に例示である。他の多くの実施形態は、上述の説明を調査する際に当業者には明らかになるであろう。したがって、様々な実施形態の範囲は、添付の特許請求の範囲を、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる均等物の全範囲とともに参照しながら決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」および「ここで（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」という用語は「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「ここで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」というそれぞれの用語の平易な英語の均等物として使用される。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１の」、「第２の」、および「第３の」などの用語は単にラベルとして使用され、それらの対象物に数的な要求を課するものではない。さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、ミーンズプラスファンクションフォーマットで記載されておらず、そのような請求項の限定が「手段（ｍｅａｎｓ ｆｏｒ）」という句とそれに続くさらなる構造のない機能の記述を特に使用していない限り、米国特許法第１１２条第６段落（３５ Ｕ．Ｓ．Ｃ． §１１２，ｓｉｘｔｈ ｐａｒａｇｒａｐｈ）に基づいて解釈されるものではない。

本明細書は、最良の形態を含む様々な実施形態を開示し、さらに、任意のデバイスまたはシステムを製作および使用することと、任意の組み込まれた方法を行うこととを含む様々な実施形態を当業者が実施できるようにするために例を使用している。様々な実施形態の特許の範囲は特許請求の範囲によって規定され、当業者なら思いつく他の例を含むことができる。そのような他の例は、その例が特許請求の範囲の文字通りの言葉と異ならない構造要素を有するか、またはその例が特許請求の範囲の文字通りの言葉と実質的に差がない均等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあるものである。

２０ ＰＥＴ検出器アセンブリ、ＰＥＴ検出器リングアセンブリ
２２ 検出器モジュール
２４ 検出器ユニット
３０ シンチレータブロック、結晶ブロック
３２ シンチレータ結晶、シンチレーション結晶
３４ 光センサ
３８ 検出器面
４０ アナログ信号
５０ 利得較正モジュール
５２ インタフェースエレクトロニクス
６０ シリコン光電子増倍管のアレイ
６２ シリコン光電子増倍管（ＳＩＰＭ）
７０ グラフ
７２ Ｉ−Ｖ曲線
８０ 読出しエレクトロニクス
８２ バッファ増幅器
８４ デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）
８６ 信号プロセッサ
８８ バイアス源、カソードバイアス源
９０ ＳＩＰＭの測定ベースライン対過電圧のグラフ
９２ シフトしたベースライン曲線のグラフ
９４ 測定ベースライン変動のグラフ
９６ 正規化した変動のグラフ
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７ 遷移点
１０８、１１０、１１２、１１４ 曲線
１１６、１１８、１２０、１２２ 遷移点
１３０ 方法
１４０ グラフ
１４２ 第１のピーク
１４４ 第２のピーク
１５０ グラフ
１５２ 測定平均ベースラインのプロット
１６０ グラフ
１６２ 暗電流対印加バイアスの正規化変化に対応するプロット
１６４ 点
２００ ＰＥＴシステム
２０１ ＰＥＴスキャナ
２０３ コントローラ
２０４ オペレータワークステーション
２０５ プロセッサ
２０６ データ取得プロセッサ
２０８ 画像再構成プロセッサ
２１０ 通信リンク
２１２ 検出器リング
２１４ 物体
２１６ ＰＥＴスキャナコントローラ
２１７ 第１の検出器要素
２１８ 通信線路
２１９ 第２の検出器要素
２２０ 取得回路
２２６ 同時検出器またはプロセッサ
２３０ ソータ
２３２ メモリモジュール
２３４ 画像ＣＰＵ
２３６ アレイプロセッサ
２３８ バックプレーンバス
２４０ データアレイ
２４２ 画像アレイ
２４４ ワークステーションＣＰＵ
２４６ 表示デバイス
２４８ 入力デバイス

Claims (10)

1. ガンマ線検出器を較正する方法（１３０）であって、
   ガンマ線検出器の１つまたは複数の光センサの暗電流を測定するステップ（１３２）と、
   前記測定された暗電流を使用して１つまたは複数の暗電流曲線を生成するステップ（１３４）と、
   前記１つまたは複数の暗電流曲線における遷移点を識別するステップ（１３４）と、
   前記識別された遷移点を使用して前記１つまたは複数の光センサの降伏電圧を決定するステップ（１３６）と、
   前記決定された降伏電圧に基づいて前記１つまたは複数の光センサのバイアスを設定するステップ（１３８）と
   を含む、方法。
2. 前記遷移点は、前記曲線の傾斜がほぼ水平から湾曲へと変化する、前記１つまたは複数の暗電流曲線に沿った点である、請求項１記載の方法（１３０）。
3. 前記遷移点は、前記曲線の傾斜がほぼ垂直へと変化する前記１つまたは複数の暗電流曲線に沿った点である、請求項１記載の方法（１３０）。
4. 前記暗電流曲線がＩ−Ｖ曲線を含み、Ｉ−Ｖ曲線がベースライン曲線または平均パルス波高曲線を含む、請求項４記載の方法（１３０）。
5. 前記暗電流曲線がＩ−Ｖ曲線を含み、Ｉ−Ｖ曲線がベースライン変動曲線を含む、請求項４記載の方法（１３０）。
6. 前記遷移点が、複数の暗電流曲線の複数の遷移点を平均化することによって決定される、請求項１記載の方法（１３０）。
7. 前記遷移点が、閾値より規定量上の点として決定される、請求項１記載の方法（１３０）。
8. 前記測定された暗電流が、自然バックグラウンド放射線または外部放射線源の少なくとも一方からの信号を含む、請求項１記載の方法（１３０）。
9. 走査データを取得するように構成された複数のガンマ線検出器要素（２２、２４）であり、複数の光センサ（３４）とともにシンチレータ結晶（３２）を有する、複数のガンマ線検出器要素（２２、２４）と、
   前記複数の光センサの１つまたは複数の暗電流を測定し、前記測定された暗電流を使用して１つまたは複数の暗電流曲線を生成し、前記１つまたは複数の暗電流曲線における遷移点を識別し、前記識別された遷移点を使用して前記１つまたは複数の光センサの降伏電圧を決定し、前記決定された降伏電圧に基づいて前記１つまたは複数の光センサのバイアスを設定するように構成されたプロセッサ（５０）と
   を備える陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）システム（２００）。
10. 前記遷移点は、前記曲線の傾斜がほぼ水平から湾曲へと変化する前記１つまたは複数の暗電流曲線に沿った点、または前記曲線の傾斜がほぼ垂直へと変化する前記１つまたは複数の暗電流曲線に沿った点である、請求項９記載のＰＥＴシステム（２００）。