JP2014516411A - シンチレーションパルス情報取得のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

次のステップを有するシンチレーションパルス情報取得のための方法 １．あるエネルギースペクトルにおける、シンチレーションパルスのピーク値を取得し、ピーク値に基づき、少なくとも３つの閾値電圧を設定し、２．シンチレーションパルスがそれぞれの閾値電圧を超えた時の時間を判定するとともに、それぞれの時間値及び該時間値に対応する閾値電圧が、サンプリングポイントを形成し、３．再構成のためのサンプリングポイントとして複数のサンプリングポイントを選択し、パルス波形を再構成し、４．再構成されるパルス波形を使用することで、オリジナルシンチレーションパルスのデータを取得する。シンチレーションパルス情報を取得するための装置は、閾値電圧設定モジュール（１００）、時間サンプリングモジュール（２００）、パルス再構成モジュール（３００）及び情報取得モジュール（４００）を有する。

Description

本発明は、高エネルギー物理検出装置及び信号処理、特に、高エネルギー分子検出や核医学画像装置に適用できるシンチレーションパルス情報を取得するための方法及び装置に関する。

コンピューター断層撮影法（ＣＴ）、陽電子放出断層撮影法（ＰＥＴ）及び単光子放出コンピューター断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）等のほとんどの高エネルギー分子検出分野及び医療画像分野において、データ取得システムによって収集、処理されるシンチレーションパルス信号は、光電子変換機によって可視光に変換されることで取得される可視電気信号であり、可視光は、シンチレーションクリスタルによって高エネルギー分子（γ線やＸ線など）に変換されることで、取得される。典型的なシンチーションパルス波形を図１に示す。シンチレーションパルスの時間情報はパルス上の比較的に安定したポイントの時間を測定することによって取得される。シンチレーションパルスのエネルギー情報は、パルスによって運ばれる電気量の総量、例えばパルス波形の領域、を算出することによって取得される。シンチレーションパルスの位置情報は、検出装置によって発生する４つの“角度信号”を比較することによって取得される検出装置上のシンチレーションパルスの相対的位置（Ｘ，Ｙ）である。

従来のシンチレーションパルスデータ取得システムにおいて、情報取得はアナログ回路やアナログ−デジタルの混合回路に基づいている。高速シンチレーションパルス信号は、アナログ増幅（ａｎａｌｏｇ−ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ）、フィルタリング、統合などの作業によって処理される必要があり、温度や時間の変化によって、アナログ回路にドリフトが起きる可能性があり、そのため、検出装置の性能を最良の状態で維持することは難しい。さらに、アナログ増幅（ａｎａｌｏｇ−ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ）、フィルタリング及び統合は、検出装置の特性に基づいて行われており、そのため、従来のシンチレーションパルス情報取得方法は、異なる検出装置への適用性が乏しい。

シンチレーションパルス取得のための現存するデジタルのシンチレーションパルス情報取得方法のほとんどは、アナログからデジタルへのコンバーター（ＡＤＣ）に基づいている。シンチレーションパルスの立ち上がり時間は、一般的に１ｎｓから１０ｎｓであり、減衰時間定数は、一般的に１０ｎｓから３００ｎｓ（検出装置のタイプに起因する）であるため、許容可能な時間分解能のためには、ＡＤＣのサンプリングスピードを、１ＧＨｚ以上とすることが要求され、許容可能なエネルギー分解能及び空間分解能のためには、ＡＤＣのサンプリングスピードを、２００ＧＨｚ以上とすることが要求される。また、高いＡＤＣサンプリングレートは、データ取得システムの構造を複雑にする高い処理速度及び高い伝送帯幅（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）を要求する。現存するデジタルのシンチレーションパルス情報取得システムでは、フィルタリングやシェイピングのための一部のアナログ回路は、サンプリングを低速ＡＤＣで行うため、いまだに高速シンチレーションパルスを低速信号に変換する必要がある。従って、シンチレーションパルスサンプリングのためのＡＤＣに基づく全デジタルのデータ取得システム（ａｌｌ−ｄｅｇｉｔａｌ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）は、従来の技術で到達できない。

現在、ガンマ光子検出のための方法及び装置が提供されている（米国特許第７１９９３７０号）。当該方法を利用することにより、ＡＤＣを使用することなく、エネルギー、ピークタイム及び減衰時間定数を取得することができる。当該方法によると、２つの参考電圧Ｖ_ｉ及びＶ_ｊが、事前にＶ_ｊ＜Ｖ_ｉとなるように設定され、パルスの立ち下りエッジ電圧がＶ_ｉの時と、パルスの立ち下りエッジ電圧がＶ_ｊの時との時差ｔ_ｉｊが測定され、シンチレーションパルスの減衰時間定数Ｔを、次の式によって計算することができる。


また、２つの参考電圧Ｖ_ｋ及びＶ_ｌが事前に設定され、パルス電圧の振幅がＶ_ｋより大きい期間ｔ_ｋと、パルス電圧の振幅がＶ_ｌより大きい期間ｔ_ｌとを測定し、シンチレーションパルスのピーク振幅Ｖ_ｐが、次の式によって計算できる。


上記式においてｓ＝Ｖ_ｌ／Ｖ_Ｋ−１であり、Ｖ_ｐはパルスエネルギーの相対的値を表すことができる。そして、参考電圧Ｖ_ｍが事前に設定され、パルスの立ち上がり電圧がＶ_ｍの時と、パルスの立ち上がりが電圧Ｖ_ｉの時との時差ｔ_ｍｉが測定され、シンチレーションパルスのピークタイムｔ_ｐが、次の式によって計算できる。


しかしながら、この方法は次の３つの問題を有している。（１）当該方法により測定される時間は、パルス上の２つのポイントの期間であり、２つのポイントの絶対的時間でなく、従って、当該方法によって取得されるパルスのピークタイムｔ_ｐは、パルスが生じる絶対的時間を表すことに代えて、全パルスの相対的時間、言い換えればピークが生じるパルスの期間を表しているだけであり、（２）シンチレーションパルスの位置情報は、当該方法では取得できず、（３）パルスエネルギーを取得するために、２つの参考電圧だけしか使用しないので、当該方法では、大きな誤差のパルスエネルギーが取得される。

時間サンプリング原理に基づくＭＶＴサンプリング方法という、新たなサンプリング方法が、２００５年にＱｉｎｇｇｕｏ Ｘｉｅ ｅｔｃ．によって提唱された。ＭＶＴサンプリング法は、既定のサンプリング時間によって電圧をサンプルするＡＤＣサンプリング方法とは異なり、サンプリングポイントを取得するため、既定のサンプリング電圧によって時間をサンプルする。

ＭＶＴサンプリング方法を使用してシンチレーションパルスの立ち上がりエッジをサンプルすることと、取得したサンプリングポイント上に直線当てはめ（ｌｉｎｅａｒ ｆｉｔｔｉｎｇ）を行うことで、オリジナルパルスの時間情報（Ｑｉｎｇｇｕｏ Ｘｉｅ，Ｃｈｉｅｎ−Ｍｉｎ Ｋａｏ，Ｘｉ Ｗａｎｇ，Ｎｉｎｇ Ｇｕｏ，Ｃａｉｇａｎｇ Ｚｈｕ，Ｈｅｎｒｙ Ｆｒｉｓｃｈ，Ｗｉｌｌｉａｍ Ｗ． Ｍｏｓｅｓ及びＣｈｉｎ−Ｔｕ Ｃｈｅｎ,“Ｐｏｔｅｎｔｉａｌｓ ｏｆ Ｄｉｇｉｔａｌｌｙ Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｉｏｎ Ｐｕｌｓｅｓ ｉｎ Ｔｉｍｉｎｇ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ＰＥＴ，”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｎｕｃｌ． Ｓｃｉ．， ２００９年，第５６巻，第５号，２６０７−２６１３ページ）及びあるエネルギー波長領域におけるエネルギー情報（Ｈ． Ｋｉｍ，Ｃ． Ｋａｏ，Ｑ． Ｘｉｅ， Ｃ． Ｃｈｅｎ，Ｌ． Ｚｈｏｕ，Ｆ． Ｔａｎｇ，Ｈ． Ｆｒｉｓｃｈ，Ｗ． Ｍｏｓｅｓ，Ｗ． Ｃｈｏｏｎｇ，“Ａ ｍｕｌｔｉ−ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｏｆ−ｐｅｔ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，”Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｅｃｔｉｏｎ Ａ： Ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓ， Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｓ， Ｄｅｔｅｃｔｏｒｓ ａｎｄ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，２００９年，第６０２巻，第２号，６１８−６２１ページ）を取得することができる。しかし、公表された当該２つの方法は、閾値電圧の数が少なく、設定方法が簡素であり、サンプリングポイントの全てが計測に用いられており、そのため、特にシンチレーションパルスの振幅が小さいとき、限られた閾値電圧によって、全てのエネルギー波長領域におけるシンチレーションパルスが十分に計測できないという欠点に至る。標準的振幅のシンチレーションパルスを抵抗回路により異なるサイズの４つのシンチレーションパルス（角度信号）に分割すること、４つのシンチレーションパルスの振幅（エネルギー）の比率を比較することにより、シンチレーションパルスの位置情報が取得できるが、４つのパルスの全ての振幅は小さいため、上記２つの方法を使用して、シンチレーションパルスの位置情報を取得することはできない。

一般的シンチレーションパルス波形が図１に示され、当該波形は急に上昇する立ち上がりエッジとゆっくり降下する立ち下りエッジとを有する。立ち上がりエッジの上昇速度は、シンチレーションクリスタル及び光電子変換機によって決まり、立ち下りエッジの減衰スピードは、シンチレーションクリスタルの特性によって決まる。

ノイズに関係なく、単体のシンチレーションパルスモデルは、複数の方法で表現することができる。一般に、単体のシンチレーションパルスは、直線的に上昇する立ち上がりエッジと急激に降下する立ち下りエッジとを有する仮想の信号モデルとして考えられる。当該仮想のシンチレーションパルス波形は図２に示され、当該波形モデルは、次の方程式（１）で表現される。
上記式において、ＬｉｎｅＫは、立ち上がりエッジの直線の傾斜を示し、ＬｉｎｅＫ＞０であり、ＬｉｎｅＢは、任意の値とすることができる立ち上がりエッジの切片（ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）であり、立ち上がりエッジの開始時間と直線的関係をもち、ＥｘｐＫは、減衰時間定数であり、ＥｘｐＫ＜０であり、パラメーターＥｘｐＢは、任意の値とすることができ、立ち下がりエッジの開始時間と直線的関係をもち、ｔｐは、パルスのピークタイムである。従って、仮想上のシンチレーションパルスは、ＬｉｎｅＫ、ＬｉｎｅＢ、ＥｘｐＫ及びＥｘｐＢの４つのパラメーターによって表現される。シンチレーションパルス信号の開始時間、ピークタイム、ピーク振幅、エネルギー及び減衰定数等の情報は、それら４つのパラメーターから、次の式によって計算される。
（ａ）パルスの開始時間ｔ０
（ｂ）ピークタイムｔｐ、方程式（３）を解くことによって近似解が得られる。
（ｃ）ピーク振幅Ｖｐ
（ｄ）エネルギーＥ
（ｅ）位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）
上記式において、Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３及びＥ_４は、それぞれパルスを構成する４つの角度信号のそれぞれのエネルギー値である。
（ｆ）減衰定数τ

本発明の対象は、デジタルでシンチレーションパルス情報を取得する方法を提供することである。当該方法によれば、閾値電圧及び高精度タイマーを使用することによってシンチレーションパルスをサンプルし、シンチレーションパルス波形を再構成するために適切なサンプリングポイントが選択され、オリジナルパルスの時間情報、エネルギー情報、位置情報及び減衰時間定数等の情報が取得される。シンチレーションパルスデータ取得システムの安定性及び異なるタイプの検出装置への適応性を改善する当該方法によれば、アナログ回路とは完全に無関係に、デジタルで、シンチレーションパルスデータを取得及び処理できる。当該方法を満たす装置もまた、本発明によって提供される。

本発明によって提供されるデジタルでシンチレーションパルス情報を取得する方法は、次のステップを有する。（１）シンチレーションパルスの特性に基づき複数の閾値電圧を設定し、（２）シンチレーションパルスの電圧がそれぞれの閾値電圧に上昇及び降下する時の時間を収集し、各時間及び各時間に対応する閾値電圧は、サンプリングポイントを形成し、（３）トリガーされる閾値電圧の数に基づき、適切なサンプリングポイントを選び、当該サンプリングポイントを使用することによって、シンチレーションパルス波形を再構成し、（４）再構成されたシンチレーションパルス波形から、オリジナルシンチレーションパルスの時間情報、エネルギー情報、位置情報及び減衰時間定数等の情報を取得する。

デジタルでシンチレーションパルス情報を取得する本発明によって提供される装置は、閾値電圧設定モジュール、時間サンプリングモジュール、パルス再構成モジュール及び情報取得モジュールを有する。

閾値電圧設定モジュールは、アナログインターフェースとしてのフロントエンド検出器に接続され、検出器によって生じるパルスの特徴に基づき、振幅をそれぞれの閾値電圧に設定することができる。

時間サンプリングモジュールは、シンチレーションパルス電圧がそれぞれの閾値電圧に上昇する時の時間とシンチレーションパルス電圧がそれぞれの閾値電圧に降下する時の時間とを取得し、当該時間と該時間に対応する閾値電圧からなるサンプリングポイントを、パルス再構成モジュールに送信する。

パルス再構成モジュールは、パルスモデルに基づき、サンプリングポイントを使用し、オリジナルのパルス波形を再構成し、

情報取得モジュールは、再構成されたパルス波形を使用し、オリジナルパルスの時間情報、エネルギー情報、位置情報及び減衰時間定数等の情報を取得する。

本発明に係る、デジタルでシンチレーションパルス情報を取得する方法において、検出されたシンチレーションパルスの特性に基づき複数の閾値電圧が初めに設定され、シンチレーションパルス電圧がそれぞれの閾値電圧に上昇又は降下する時の時間が正確に測定されるとともに、計測された時間及び計測された時間に対応する閾値電圧がサンプリングポイントを形成し、シンチレーションパルスによってトリガーされる閾値電圧の数とに基づき、適切なサンプリングポイントが選択され、シンチレーションパルスモデルに基づき、当該サンプリングポイントを使用することによって、オリジナルシンチレーションパルスが再構成され、そして、再構成されたシンチレーションパルス波形からオリジナルパルスの時間情報、エネルギー情報、位置情報及び減衰時間定数の情報が取得される。当該方法に基づき、シンチレーションパルスデータ取得システムの安定性及び異なるタイプの検出装置への適応性を改善する全デジタルのシンチレーションパルスデータ取得及び処理システムが達成される。当該方法を実行する装置もまた、本発明により提供される。

図１は、一般的なシンチレーションパルス信号である。 図２は、仮想のシンチレーションパルスモデルである。 図３は、本発明に係る、シンチレーションパルス情報のための方法のフローチャートである。 図４は、本発明に係る、シンチレーションパルス情報のための装置のシステム構成ダイアグラムである。 図５は、本発明によって取得される時間分布のヒストグラムである。 図６は、本発明によって取得されるエネルギースペクトルのヒストグラムである。 図７は、本発明によって取得される位置分析結果である。 図８は、本発明によって取得されるシンチレーションパルスの減衰定数のヒストグラムである。

本発明の技術的解決法を、添付図面と実施様態とを併せて、以下に詳述する。

図３に示す様に、本発明に係る方法は、次のステップ（１）から（４）を有する。

（１）次のステップ（１．１）から（１．２）を有し、シンチレーションパルスの特性に基づき、少なくとも３つの閾値電圧の設定を行う。

（１．１）シンチレーションパルスの特性の取得、つまり、あるエネルギースペクトル領域における、シンチレーションパルスのピークの平均振幅ピークを取得する。当該エネルギースペクトル領域は、経験に基づき、ターゲットシンチレーションパルスのエネルギーに準じて設定され、通常は目的とするターゲットシンチレーションパルスエネルギーの−４０％から＋４０％を超えない。

（１．２）シンチレーションパルスのピークの平均振幅ピークに準じて、少なくとも３つの閾値電圧の振幅を設定する。通常、もっとも高い閾値電圧はピーク以下、０．７ピーク以上に設定され、通常、最も低い閾値電圧は、０．１ピーク以下、０以上に設定される。０．１ピークから０．６ピークの間の閾値電圧の数は、１つ以上である。閾値電圧の数は、３以上であり、通常、閾値電圧の数に上限はない。他の閾値電圧は、閾値電圧の最も低いものと最も高いものとの間のどこにでも設定できる。

（２）パルスの立ち上がりエッジが閾値電圧のそれぞれに上昇する時の時間と、パルスの立ち下りエッジがそれぞれの閾値電圧に降下する時の時間とを記録し、それぞれの時間と該時間に対応する閾値電圧がサンプリングポイントを形成する。

シンチレーションパルスの電圧が閾値電圧Vを超える（言い換えれば、閾値電圧Vをトリガーする）時の時間ｔを記録する。ｔはすべての検出処理で、一次元データである。ｔのカウント精度は１ｎｓ以下であり、その誤差は５００ｐｓ未満である。立ち上がりエッジのサンプリングポイントと立ち下りエッジのサンプリングポイントそれぞれに対応する、閾値Ｖ_ｉに係るパルスの２つの時間サンプリングポイントＳ_ｉ１（Ｖ_ｉ，ｔ_ｉ１）とＳ_ｉ２（Ｖ_ｉ，ｔ_ｉ２）とが取得されるように、閾値Ｖ_ｉに関し、シンチレーションパルスの電圧がＶ_ｉに上昇する時の時間ｔ_ｉ１とシンチレーションパルスの電圧Ｖ_ｉに降下する時の時間ｔ_ｉ２とを記録する。

（３）次のステップ（３．１）から（３．４）を有することで、再構成サンプリングポイントとして適切なサンプリングポイントを選択し、シンチレーションパルスモデルに基づきシンチレーションパルス波形を再構成する。

（３．１）パルスによってトリガーされる閾値電圧の数Ｎが３を超える場合、トリガーされる閾値電圧のもっとも小さいものと大きいものとの間の少なくとも２つの閾値電圧によって発生するサンプリングポイントを再構成サンプリングポイントとして選択し、その際は、再構成サンプリングポイントとしてより多くのサンプリングポイントが選択されることが望ましく、パルスによってトリガーされる閾値電圧の数Ｎが３以下である場合、トリガーされる閾値電圧すべてによって発生するサンプリングポイントを再構成サンプリングポイントとして選択する

（３．２）立ち上がりエッジ再構成パラメーターＬｉｎｅＫ及びＬｉｎｅＢを得るため、次の方程式に基づき、シンチレーションパルスの立ち上がりエッジから生じる再構成サンプリングポイント上に、直線当てはめ（ｌｉｎｅａｒ ｆｉｔｔｉｎｇ）を行う。

上記式において、ＬｉｎｅＫは立ち下りエッジの直線の傾斜であり、ＬｉｎｅＫ＞０であり、ＬｉｎｅＢは立ち上がりエッジの切片であり、任意の値とすることができ、ｘは時間サンプリングによって取得された時間であり、ｙ（ｘ）は時間ｘに対応する閾値電圧である。当該方法によると、パルスの立ち上がりエッジは他のシンチレーションパルスに基づき再構成される。

（３．３）再構成のための立ち下りエッジ再構成パラメーターＥｘｐＫ及びＥｘｐＢを得るため、次の方程式に基づき、シンチレーションパルスの立ち下りエッジから発生する再構成サンプリングポイント上に指数関数当てはめ（ｅｘｐｏｎｅｔ ｆｉｔｔｉｎｇ）を行う。

上記式において、ＥｘｐＫは減衰時間定数であり、ＥｘｐＫ＜０であり、パラメーターＥｘｐＢは任意の値とすることができ、ｘは時間サンプリングにより取得された時間であり、ｙ（ｘ）は、時間ｘに対応する閾値電圧である。当該方法によれば、パルスの立ち下りエッジもまた他のシンチレーションパルスモデルに基づき再構成される。

（３．４）パルス波形再構成のための４つのパラメーターＬｉｎｅＫ、ＬｉｎｅＢ、ＥｘｐＫ及びＥｘｐＢを取得する。

（４）次のステップ（４．１）から（４．４）を有することで、再構成シンチレーションパルス波からオリジナルパルスの時間情報、エネルギー情報、位置情報及び減衰時間定数等の情報を取得する。

（４．１）パルス時間ｔ０を取得

（４．２）パルスエネルギーＥを取得

（４．３）パルス位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）を取得
上記式において、Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３及びＥ_４は、それぞれパルスを形成する４つの角度信号のエネルギー値である。

（４．４）パルスの減衰時間定数τを取得

図５は、本発明によって提供される方法を使用した、シンチレーションパルスの時間情報を取得することによって得られる時間分解能に準拠する結果のダイアグラムである。図６は、本発明によって提供される方法を使用した、シンチレーションパルスのエネルギー情報を取得することによって得られるガンマ光子エネルギー分解能の結果のダイアグラムである。図７は、本発明によって提供される方法を使用した、シンチレーションパルスの位置情報を取得することによって得られるＰＥＴ検出器位置スペクトルの結果のダイアグラムである。図８は、本発明によって提供される方法を使用した、シンチレーションパルスの減衰時間定数を取得することによって得られる減衰時間定数分布の結果のダイアグラムである。

本発明に係る、シンチレーションパルス情報を取得する装置のシステム構成ダイアグラムは図４に示される。当該装置は閾値電圧設定モジュール１００、時間サンプリングモジュール２００、パルス再構成モジュール３００及び情報取得モジュール４００を有する。

閾値電圧設定モジュール１００は、シンチレーションパルスの特徴に基づき、それぞれ区別された少なくとも３つの個別の閾値電圧を設定し、シンチレーションパルスの電圧がそれぞれの閾値電圧に上昇した時及びシンチレーションパルスの電圧がそれぞれの閾値電圧に降下した時にトリガー信号を発生し、トリガー信号を時間サンプリングモジュール２００に送信するように構成されている。

閾値電圧設定モジュール１００は、電圧設定モジュール１１０と弁別器モジュール１２０の２つのサブモジュールを有する。電圧設定モジュール１１０は、シンチレーションパルスの特性に基づき、少なくとも３つの閾値電圧を自動または手動で設定するように構成されている。弁別器モジュール１２０は、シンチレーションパルスの立ち上がりエッジがそれぞれの閾値電圧に上昇した時及びシンチレーションパルスの立ち下がりエッジがそれぞれの閾値電圧に降下した時に、直ちにトリガー信号を発生し、トリガー信号を時間サンプリングモジュール２００に送信するように設定されている。

上記電圧設定モジュール１１０において、閾値電圧の数は少なくとも３である。閾値電圧の数は多い方が好ましいが、コストや技術開発の困難性等の要因によって制限される。閾値電圧の値は、シンチレーションパルスのピークの平均振幅の経験に基づき設定される。通常、最も高い閾値電圧は、ピーク以下、０．７ピーク以上に設定され、通常、最も低い閾値電圧は、０．１ピーク以下、０以上に設定され、０．１ピークから０．６ピークの間の閾値電圧の数は、１以上であり、他の閾値電圧は、最も高い閾値電圧と最も低い閾値電圧との間に設定することができる。

時間サンプリングモジュール２００は、閾値電圧設定モジュール１００がトリガー信号を発生させた時の時間を計測するよう構成されるとともに、計測時間及び計測時間に対応する閾値電圧がサンプリングポイントを形成し、取得したサンプリングポイントをパルス再構成モジュール３００に送信するように構成されている。

パルス再構成モジュール３００は、時間サンプリングモジュール２００から取得したサンプリングポイントから、再構成サンプリングポイントを選択し、パルスモデルに基づき、シンチレーションパルス波形を再構成し、パラメーターとしてのシンチレーションパルス波形を情報取得モジュール４００に送信する。

パルス再構成モジュール３００は、サンプリングポイント選択モジュール３１０とフィッティング再構成モジュール３２０を有する。

サンプリングポイント選択モジュール３１０は、トリガー信号を発生した閾値電圧の数に基づき、適切なサンプリングポイントを選択するように構成され、適切なサンプリングポイントをフィッティング再構成モジュール３２０に送信するように構成されている。

上記サンプリングポイント選択モジュール３１０は、トリガー信号を発生した閾値電圧の数に基づき適切なサンプリングポイントを選択する。当該選択において、

パルスによってトリガーされる閾値電圧の数Ｎが３を超える場合、トリガーされる閾値電圧の最も高いものと最も低いものとの間の少なくとも２つの閾値電圧から発生するサンプリングポイントを再構成サンプリングポイントとして選択し、パルスによってトリガーされる閾値電圧の数Ｎが３以下の場合、トリガーされる閾値電圧のすべてから発生するサンプリングポイントを再構成サンプリングポイントとして選択する。

フィッティング再構成モジュール３２０は次のステップ（ａ）から（ｃ）を行うように構成されている。

（ａ）立ち上りエッジ再構成パラメーターＬｉｎｅＫ及びＬｉｎｅＢを得るため、次の方程式に基づき、シンチレーションパルスの立ち上がりエッジによって発生する再構成サンプリングポイント上に直線当てはめ（ｌｉｎｅａｒ ｆｉｔｔｉｎｇ）を行う。

上記式において、ＬｉｎｅＫは立ち上がりエッジの直線の傾斜であり、ＬｉｎｅＫ＞０であり、ＬｉｎｅＢは立ち上がりエッジの切片（ｉｎｔｅｒｃｅｐｔ）であり、任意の値とすることができ、ｘは時間サンプリングによって取得された時間であり、ｙ（ｘ）は時間ｘに対応する閾値電圧である。当該モジュールもまた、他のシンチレーションパルスモデルに基づき、パルスの立ち上がりエッジを再構成することができる。

（ｂ）再構成のための立ち下りエッジ再構成パラメーターＥｘｐＫ及びＥｘｐＢを得るため、次の方程式に基づき、シンチレーションパルスの立ち下りエッジから発生する再構成サンプリングポイント上に指数関数当てはめ（ｅｘｐｏｎｅｔ ｆｉｔｔｉｎｇ）を行う。

上記式において、ＥｘｐＫは減衰時間定数であり、ＥｘｐＫ＜０であり、ＥｘｐＢは任意の値とすることができ、ｘは時間サンプリングにより取得された時間であり、ｙ（ｘ）は、時間ｘに対応する閾値電圧である。当該モジュールもまた、他のシンチレーションパルスに基づき、パルスの立ち下りエッジを再構成することができる。

（ｃ）４つのパラメーターＬｉｎｅＫ、ＬｉｎｅＢ、ＥｘｐＫ及びＥｘｐＢを情報取得モジュール４００に送信する。

情報取得モジュール４００は、パルス再構成モジュール３００から取得した４つのパルス波形再構成パラメーターＬｉｎｅＫ、ＬｉｎｅＢ、ＥｘｐＫ及びＥｘｐＢを使用することで、オリジナルパルスの時間情報、エネルギー情報、位置情報及び減衰時間定数等の情報を取得するように構成されている。

情報取得モジュール４００は、パルス時間情報取得モジュール４１０、パルスエネルギー情報取得モジュール４２０、パルス位置情報取得モジュール４３０及びパルス減衰定数取得モジュール４４０の４つのサブモジュールを有する。パルス時間情報取得モジュール４１０は、再構成された波形からオリジナルパルスの時間情報を取得するように構成されている。パルスエネルギー情報取得モジュール４２０は、再構成された波形からオリジナルパルスのエネルギー情報を取得するように構成されている。パルス位置情報取得モジュール４３０は、再構成された波形からオリジナルパルスの位置情報を取得するように構成されている。パルス減衰定数取得モジュール４４０は、再構成された波形からオリジナルパルスの減衰時間定数を取得するように構成されている。

パルス時間情報取得モジュール４１０は、パルス時間ｔ０で表されるパルス時間を取得する。

パルスエネルギー情報取得モジュール４２０は、エネルギーＥで表されるパルスエネルギーを取得する。

パルス位置情報取得モジュール４３０は、パルス位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）で表されるパルス位置を取得する。
上記式において、Ｅ_１、Ｅ_２、Ｅ_３及びＥ_４は、それぞれパルスを形成する４つの角度信号のエネルギー値である。

パルス減衰定数取得モジュール４４０は、減衰定数τで表されるパルス減衰時間定数を取得する。

本発明の方法及び装置は、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）システム、単光子放出コンピューター断層撮影（ＳＰＥＣＴ）システム及びコンピューター断層撮影（ＣＴ）システム等の様々な高エネルギー分子検出システム及び大型核医学画像装置に適用することができる。

本発明は上記実施形態に限られない。当業者は、本開示内容に基づき、他の実施形態を使用することで、本発明を実施できる。従って、本発明の設計構成とコンセプトに基づき、単純な変更や修正をしたどんな設計も、本発明の保護範囲に含まれる。

本発明によって提供される、シンチレーションパルス情報取得のための方法及び装置は、いくつかのパラメーターが関与する。優れた性能に到達するため、それらパラメーターは、特定の処理データに応じて調整される必要がある。ここでは、本実施形態の処理データのパラメーターが記載されている。

ステップ（１．１）において、入力デジタルパルスは、１０×１０ ＬＹＳＯ ａｒｒａｙ ｃｒｙｓｔａｌ及びＨａｍａｍａｔｓｕ Ｒ８９００ ＰＭＴを使用することで取得したシンチレーションパルスであり、典型的な波形が図１に示され、サンプリングレートは１０ＧＳｐｓであり、４つの角度信号が収集され、５００ＫｅＶから５５０ＫｅＶ（ターゲットシンチレーションパルスのエネルギーは５１１ＫｅＶである）のエネルギースペクトル領域の高エネルギー光子は、平均ピーク約３００ｍＶ、平均立ち上がりエッジ時間約５ｎｓ、検出器減衰時間定数４７ｎｓであるパルスを発生する。

ステップ（１．２）において、４つの閾値電圧が設定され、閾値電圧の振幅はそれぞれ２３ｍＶ、６３ｍＶ、１３５ｍＶ及び２３９ｍＶである。

ステップ（２．１）において、カウント確度は１６０ｐｓであり、誤差は１６０ｐｓである。

Claims (10)

1. （１）あるエネルギースペクトル領域におけるシンチレーションパルスの平均ピーク値を取得し、前記ピーク値に基づき少なくとも３つの閾値電圧を設定し、
   （２）前記シンチレーションパルスの電圧がそれぞれの前記閾値電圧を超える時の時間を判定するとともに、前記時間と該時間に対応する閾値電圧がサンプリングポイントを形成し、
   （３）複数の前記サンプリングポイントを再構成サンプリングポイントとして選び、パルス波形を再構成し、
   （４）前記再構成パルス波形を使用することで、オリジナルシンチレーションパルスデータを取得することを特徴とする、
   シンチレーションパルス情報取得のための方法。
2. ステップ（１）に示す、前記閾値電圧の設定において、
   （１．１）前記閾値電圧のうち最も高いものが前記ピーク値以下、前記ピーク値の０．７倍以上であり、
   （１．２）前記閾値電圧のうち最も低いものが前記ピーク値の０．１倍以下、０以上であり、
   （１．３）前記ピーク値の０．１倍から前記ピーク値の０．６倍の間の前記閾値電圧が１つ以上ある、
   請求項１記載のシンチレーションパルス情報取得のための方法。
3. ステップ（３）に示す、前記再構成サンプリングポイントの選択において、
   前記パルスによってトリガーされる前記閾値電圧の数が３を超える場合、前記トリガーされる閾値電圧の最も高いものと前記トリガーされる閾値電圧の最も低いものとの間の少なくとも２つの前記閾値電圧によって発生する前記サンプリングポイントが前記再構成サンプリングポイントとして選択され、
   前記パルスによってトリガーされる前記閾値電圧の数が３以下の場合、前記トリガーされる閾値電圧の全てから発生する前記サンプリングポイントが前記再構成サンプリングポイントとして選択される、
   請求項１又は２に記載のシンチレーションパルス情報取得のための方法。
4. 前記再構成パルス波形は、
   （ａ）シンチレーションパルスモデルに基づき、前記パルスの立ち上がりエッジによって発生する前記再構成サンプリングポイントを使用することによって、前記シンチレーションパルスの立ち上がりエッジを再構成し、
   （ｂ）前記シンチレーションパルスモデルに基づき、前記パルスの立ち下がりエッジによって発生する前記再構成サンプリングポイントを使用することによって、前記シンチレーションパルスの立ち下りエッジを再構成することを特徴とする、
   請求項１から３のうちいずれか１に記載のシンチレーションパルス情報取得のための方法。
5. ステップ（４）に示す前記シンチレーションパルスデータは、時間情報、エネルギー情報、位置情報及び減衰時間定数を有し、
   前記時間情報は、前記再構成パルス波形の立ち上がりエッジがゼロレベルと交差する時の時間であり、
   前記エネルギー情報は、前記再構成パルス波形上でデジタル積分を行うことで取得され、
   前記位置情報は、４つの角度パルスの再構成波形のそれぞれのエネルギーを取得し比較することで取得され、
   前記減衰時間定数は、前記再構成パルス波形の立ち下りエッジの減衰指数を計算することで取得されることを特徴とする、
   請求項１記載のシンチレーションパルス情報取得のための方法。
6. アナログインターフェースとしてのフロントエンド検出器に接続され、あるエネルギースペクトル領域におけるシンチレーションパルスの平均ピーク値に基づき、少なくとも３つの閾値電圧が設定されるように構成される閾値電圧設定モジュール（１００）と、
   前記シンチレーションパルスの立ち上がりエッジの電圧と前記シンチレーションパルスの立ち下りエッジの電圧がそれぞれの前記閾値電圧に到達した時の時間を取得し、複数のサンプリングポイントを形成するように構成され、それぞれの前記サンプリングポイントは前記時間と該時間に対応する閾値電圧からなる時間サンプリングモジュール（２００）と、
   前記時間サンプリングモジュール（２００）で形成される前記複数のサンプリングポイントから、いくつかのサンプリングポイントを再構成サンプリングポイントとして選択するように構成され、パルスモデルに基づきシンチレーションパルス波形を再構成するように構成されるパルス再構成モジュール（３００）と、
   前記再構成シンチレーションパルス波形に基づき、オリジナルシンチレーションパルスのパルスデータを取得するように構成されている情報取得モジュール（４００）とを有することを特徴とする、
   シンチレーションパルス情報取得のための装置。
7. 請求項６に記載の装置において、
   前記閾値電圧設定モジュール（１００）は、電圧設定モジュール（１１０）と弁別器モジュール（１２０）とを有し、
   前記電圧設定モジュール（１１０）は、前記あるエネルギースペクトル領域における前記シンチレーションパルスの前記ピーク値に基づき、前記閾値電圧を設定するように構成され、
   前記弁別器モジュール（１２０）は、前記シンチレーションパルスの前記電圧を前記閾値電圧と比較し、前記シンチレーションパルスの前記電圧が前記閾値電圧に到達した時にトリガー信号を発生するように構成される装置。
8. 請求項６又は７に記載の装置において、
   前記パルス再構成モジュール（３００）は、サンプリングポイント選択モジュール（３１０）とフィッティング再構成モジュール（３２０）とを有し、
   前記サンプリングポイント選択モジュール（３１０）は、前記トリガー信号を発生した閾値電圧の数に基づき、適切なサンプリングポイントを選択し、前記適切なサンプリングポイントを前記フィッティング再構成モジュール（３２０）に送信するように構成され、
   前記フィッティング再構成モジュール（３２０）は、前記シンチレーションパルスモデルを再構成するように構成され、該再構成において
   （ａ）前記シンチレーションパルスモデルに基づき、前記パルスの立ち上がりエッジによって発生する前記再構成サンプリングポイントを使用することで、前記シンチレーションパルスの立ち上がりエッジを再構成し、
   （ｂ）前記シンチレーションパルスモデルに基づき、前記パルスの立ち下がりエッジによって発生する前記再構成サンプリングポイントを使用することで、前記シンチレーションパルスの立ち下がりエッジを再構成する装置。
9. 前記再構成サンプリングポイントを選択するように構成されている前記サンプリングポイント選択モジュールにおいて、
   前記パルスによって前記トリガーされる前記閾値電圧の数Ｎが３を超える場合、前記トリガーされる閾値電圧の最も高いものと最も低いものとの間の少なくとも２つの閾値電圧によって発生する前記サンプリングポイントが、前記再構成サンプリングポイントとして選択され、
   前記パルスによってトリガーされる前記閾値電圧の数Ｎが３以下の場合、前記トリガーされる閾値電圧の全てによって発生する前記サンプリングポイントが、前記再構成サンプリングポイントとして選択される、請求項８に記載の装置。
10. 前記情報取得モジュール（４００）は、パルス時間情報取得モジュール（４１０）と、パルスエネルギー情報取得モジュール（４２０）と、パルス位置情報取得モジュール（４３０）と、パルス減衰時間定数取得モジュール（４４０）とを有し、
    前記パルス時間情報取得モジュール（４１０）は、前記シンチレーションパルス波形を再構成することによって、前記オリジナルシンチレーションパルスの時間情報を取得するように構成され、
    前記パルスエネルギー情報取得モジュール（４２０）は、前記シンチレーションパルス波形を再構成することによって、前記オリジナルシンチレーションパルスのエネルギー情報を取得するように構成され、
    パルス位置情報取得モジュール（４３０）は、前記シンチレーションパルス波形を再構成することによって、前記オリジナルシンチレーションパルスの位置情報を取得するように構成され、
    前記パルス減衰時間定数取得モジュール（４４０）は、前記シンチレーションパルス波形を再構成することによって、前記オリジナルシンチレーションパルスの減衰時間定数を取得するように構成される、
    請求項６から９のうちいずれか１に記載の装置。