JP2022184295A - データ処理装置、データ処理方法およびデータ処理プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】簡便かつ低コストで事象発生時刻の推定精度を向上すること。【解決手段】本実施形態に係るデータ処理装置は、取得部と、特定部と、を備える。取得部は、チェレンコフ光に基づく第１の成分とシンチレーション光に基づく第２の成分とを含む検出器信号を取得する。特定部は、前記第１の成分に対するカーブフィッティングにより、前記検出器信号の発生に関するタイミング情報を特定する。【選択図】図４

Description

本実施形態は、データ処理装置、データ処理方法およびデータ処理プログラムに関する。

陽電子放出断層撮像装置（ＰＥＴ（ｐｏｓｉｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置）等、検出器信号を用いて時間分解計測を行う場合、信号帯域により立ち上がりが鈍化することがある。この鈍化により、検出器信号の波形が閾値を横切るタイミングが、出力信号の強度に依存して遅延する。このため、本来の事象（イベント）発生時刻の推定結果を劣化させる。事象（イベント）発生時刻の推定結果の劣化は、トリガータイムウォーク（ｔｒｉｇｇｅｒ－ｔｉｍｅ－ｗａｌｋ）と称される。トリガータイムウォークのばらつきは、ＰＥＴ装置において生成されるＰＥＴ画像の画質においてしばしば問題となる。従来、ＰＥＴ装置において、検出信器信号の強度とトリガータイムウォークとの関係が予めキャリブレーションされる。次いで、ガンマ線の検出時において、ＰＥＴ装置は、当該キャリブレーションを用いて、ガンマ線の検出に関する事象発生時刻を補正する。このとき、高時間分解能なＴＤＣ（Ｔｉｍｅ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：時間デジタル変換器）が必要となる。高時間分解能なＴＤＣは、コストを上昇させることがある。

従来、ＰＥＴ装置において、検出器信号と放射線エネルギーとの関係を表すゲインは、一般的にバラつきを有する。このゲインのバラつきにより、トリガータイムウォークとエネルギーとの関係は、検出器毎にバラつく。このため、上述の複雑なキャリブレーションを検出器全体で行う必要があり、手間がかかる問題がある。また、事象発生時刻の補正は、学習済みのニューラルネットワークなどの学習済みモデルを用いて実行されることがある。このとき、学習が予め必要であり、かつ学習時に膨大なメモリ容量が必要となる。

特表２０２０－５１６８８９号公報

本発明が解決しようとする課題は、簡便かつ低コストで事象発生時刻の推定精度を向上することにある。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

本実施形態に係るデータ処理装置は、取得部と、特定部と、を備える。取得部は、チェレンコフ光に基づく第１の成分とシンチレーション光に基づく第２の成分とを含む検出器信号を取得する。特定部は、前記第１の成分に対するカーブフィッティングにより、前記検出器信号の発生に関するタイミング情報を特定する。

図１は、第１実施形態に係るデータ処理装置の構成の一例を示す図。 図２は、第１実施形態に係るタイミング取得処理の手順の一例を示すフローチャート。 図３は、第１実施形態に係り、遅延および増幅された第２出力波形に対するカーブフィッティングの一例を示す図。 図４は、第１実施形態に係り、波形サンプルに対するカーブフィッティング後のフィッティング関数の時間変化の一例を示す図。 図５は、第１実施形態に係り、出力信号とフィッティング波形との一例を示す図。 図６は、第１実施形態に係り、図４における点線の枠内において、発光体からの出力による光子数の時間分布を示す図。 図７は、第１実施形態に係り、チェレンコフ光に対応する波形サンプルに対するカーブフィッティングの一例を示す図。 図８は、放射線エネルギーに対する遅延時間（トリガータイムウォーク）のグラフを、比較例および第１実施形態に関して示す図。 図９は、検出頻度に対する相関時間を示す時間分解スペクトルを、比較例および第１実施形態に関して示す図。 図１０は、第２実施形態に係り、第１実施形態におけるデータ処理装置を搭載したチェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置の構成の一例を示す図。 図１１は、第２実施形態に係り、パイルアップの発生時のタイミング取得処理において、出力信号と整形波形と新たな整形波形とフィッティング波形との一例を示す図。 図１２は、第２実施形態に係るチェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置における計数処理について説明した図。 図１３は、第２実施形態に係るチェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置における計数処理について説明した図。 図１４は、第２実施形態に係るチェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置における処理の流れについて説明したフローチャート。 図１５は、第２実施形態に係るチェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置における処理の流れについて説明したフローチャート。 図１６は、比較例および第２実施形態に関して振幅（波高値）に対するカウント数（観測頻度）の分布（振幅頻度分布）を示すグラフと、比較例に関して振幅の推定誤差を示すグラフとを示す図。 図１７は、第１実施形態の応用例に係り、エネルギーＥ_ｄｅｐの一例を示す図。 図１８は、第１実施形態の応用例に係り、式（５）に関して、観測γ線エネルギーに対するチェレンコフ光子数Ｎの依存性の一例を示す図。

以下、図面を参照しながら、データ処理装置、データ処理方法およびデータ処理プログラムの実施形態について詳細に説明する。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をおこなうものとして、重複する説明を適宜省略する。説明を具体的にするために、実施形態に係るデータ処理装置は、チェレンコフ光を検出可能であって、一対の消滅放射線の飛行時間差を画像再構成に利用する、いわゆるタイムオブフライト（以下、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）と呼ぶ）型の陽電子放出断層撮像装置（以下、チェレンコフＴＯＦＰＥＴ（ｐｏｓｉｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置に搭載されるものとして説明する。チェレンコフ光は、発光体内における電子と非弾性散乱することにより、当該電子が発光体中の光の位相速度よりも速い速度で動くことに伴って発生する。チェレンコフ光の放射は、発光体内での発光後、例えば、１ｎｓ以下の短時間で完了する。

このとき、データ処理装置は、チェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置におけるデータ収集システム（ＤＡＳ（Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）に相当するものとなる。なお、データ収集装置は、チェレンコフ光を検出可能な他の放射線診断装置に搭載されてもよい。このとき、放射線は、例えば、ガンマ線である。なお、放射線は、チェレンコフ光を生成可能な放射線であれば、ガンマ線に限定されない。以下、説明の都合上、データ処理装置の構成及び処理手順についてまず説明し、次いで本データ処理装置が搭載されたチェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置について説明する。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係るデータ処理装置１の構成の一例を示す図である。図１に示すように、データ処理装置１は、取得部１１と、メモリ１３と、特定回路１５とを有する。取得部１１は、分流器２１と、波形整形回路２３と、比較器２５と、判定回路２７と、遅延増幅回路２９と、アナログデジタルコンバータ（Ａｎａｌｏｇ－ｔｏ－ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：以下、ＡＤＣと呼ぶ）に対応する変換器３１とを有する。データ処理装置１における分流器２１の入力端には、例えば、検出器５における光センサ５１が電気的に接続される。また、データ処理装置１における特定回路１５の出力端には、チェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置における処理回路などに、電気的に接続される。

検出器５は、発光体５０と光センサ５１とを有する。発光体５０は、例えば、シンチレータにより実現される。シンチレータは、例えば、シンチレーション光を発生しにくい媒質、例えば、ゲルマニウム酸ビスマス（Ｂｉｓｍｕｔｈ Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ：ＢＧＯ）や、鉛ガラス（ＳｉＯ２＋ＰｂＯ）、フッ化鉛（ＰｂＦ２）、ＰＷＯ（ＰｂＷＯ４）等の鉛化合物を用いることができる。また、シンチレータは、上記シンチレーション光を発生しにくい媒質に加えて、ＬａＢｒ３（Ｌａｎｔｈａｎｕｍ Ｂｒｏｍｉｄｅ）、ＬＹＳＯ（Ｌｕｔｅｔｉｕｍ Ｙｔｔｒｉｕｍ Ｏｘｙｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、ＬＳＯ（Ｌｕｔｅｔｉｕｍ Ｏｘｙｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）、ＬＧＳＯ（Ｌｕｔｅｔｉｕｍ Ｇａｄｏｌｉｎｉｕｍ Ｏｘｙｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）等やＢＧＯ等の、ＴＯＦ計測およびエネルギー計測に適するシンチレータ結晶を２層構造として実現されてもよい。なお、発光体は、シンチレータに限定されず、ガンマ線の入射に応じて光を放射する放射体であってもよい。

光センサ５１は、発光体５０により生成された光を検出する。光センサ５１は、例えば、ＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）または、光電子増倍管に相当し、例えば、アバランシェ・フォトダイオード（ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：以下、ＡＰＤと呼ぶ）により実現される。なお、光センサ５１は、ＳｉＰＭや光電子増倍管に限定されず、光を検出可能であれば、他の受光センサにより実現されてもよい。

分流器２１は、光センサ５１から出力された出力波形を、第１出力波形ＷＦ１と第２出力波形ＷＦ２とに分流する。出力波形は、チェレンコフ光に基づく第１の成分とシンチレーション光に基づく第２の成分とを含む検出器信号に相当する。分流器２１の回路構成は既存のものが利用可能であるため、説明は省略する。図１に示すように、検出器信号の分流のうち第１出力波形ＷＦ１は、波形整形回路２３に出力される。また、検出器信号の分流のうち第２出力波形ＷＦ２は、遅延増幅回路２９に出力される。

波形整形回路２３は、例えば、第１出力波形ＷＦ１の周波数特性を調整し、かつゲイン及びオフセットを与えることによって第１出力波形ＷＦ１の波形を整形する。なお、波形整形回路２３は、第１出力波形ＷＦ１におけるノイズを除去してもよい。波形整形回路２３は、整形された第１出力波形（以下、整形波形と呼ぶ）ＷＳを、比較器２５に出力する。波形整形回路２３の回路構成は、例えば、図１に示すように、アンプＡＭＰと、アンプＡＭＰに電気的に直列接続された抵抗器Ｒ１およびキャパシタＣ１と、アンプＡＭＰに電気的に直並接続された抵抗器Ｒ２およびキャパシタＣ２とを有する。なお、波形整形回路２３における回路構成は、図１に示す回路構成に限定されず、他の回路構成で実現されてもよい。

比較器２５は、整形された第１出力波形（以下、整形波形ＷＳと呼ぶ）を所定の閾値（電圧Ｖｒｅｆに対応）と比較する。比較器２５は、図１に示すように、例えば、オペアンプＯＰと可変抵抗器ＶＲとにより構成される。なお、比較器２５の回路構成は、図１に示す回路構成に限定されず、他の回路構成により実現されてもよい。オペアンプＯＰは、可変抵抗器ＶＲから出力された電圧Ｖｒｅｆと比較する。これにより、比較器２５は、整形波形ＷＳと閾値の電圧Ｖｒｅｆとの比較結果を、判定回路２７に出力する。比較結果は、例えば、整形波形ＷＳの電圧値が電圧Ｖｒｅｆ未満であれば、０となる信号値であり、整形波形ＷＳの電圧値が電圧Ｖｒｅｆ以上であれば、１となる信号値に相当する。なお、閾値に対応する電圧Ｖｒｅｆは、可変抵抗器ＶＲにおける抵抗を変更することにより、適宜設定、調整可能である。

判定回路２７は、比較器２５から出力に基づいて、第２出力波形ＷＦ２のサンプリングの要否を判定する。例えば、比較器２５からの出力として０の信号値が入力された場合、判定回路２７は、サンプリングを停止する信号をＡＤＣ３１に出力する。このとき、ＡＤＣ３１は、遅延増幅回路２９から出力された信号に対するサンプリングの動作を停止する。また、比較器２５からの出力として１の信号値が入力された場合、判定回路２７は、サンプリングを実行する信号を、ＡＤＣ３１に出力する。このとき、ＡＤＣ３１は、遅延増幅回路２９から出力された信号に対するサンプリングの動作を開始する。すなわち、判定回路２７は、比較器２５から出力された信号に応じて、ＡＤＣ３１の動作を制御する。判定回路２７は、判定部に対応する。

遅延増幅回路２９は、第２出力波形ＷＦ２に対して所定の遅延及び所定の増幅を付与する。所定の遅延とは、例えば、第１出力波形ＷＦ１が波形整形回路２３に入力してから、判定回路２７によりＡＤＣ３１の動作が開始されるまでの時間間隔より、少なくとも１サンプリング時間だけ長い時間間隔である。また、所定の増幅は、第２出力波形ＷＦ２の振幅に対する増幅率に相当する。所定の増幅および所定の遅延は、適宜設定可能である。

ＡＤＣ３１は、判定回路２７による判定結果に基づいて、増幅および遅延された第２出力波形ＷＦ２をデジタル波形に変換する。具体的には、ＡＤＣ３１は、判定回路２７から１が出力されると、遅延増幅された第２出力波形ＷＦ２に対して、所定のサンプリング周波数によりサンプリングを実行する。図１に示す複数の四角で示された波形サンプルＷＳＲは、遅延および増幅された第２出力波形ＷＦ２に対するサンプリングの結果を示している。図１に複数の四角を示す波形サンプルＷＳＲにおいて、最短の時刻のサンプル（四角）ＳＳの時刻は、整形波形ＷＳが閾値Ｖｒｅｆを超える時刻から所定の遅延に対応する時間だけ過去に遡った時刻に対応する。ＡＤＣ３１は、波形サンプルＷＳＲを特定回路１５に出力する、ＡＤＣ３１の回路構成は既存のものが利用可能であるため、説明は省略する。

メモリ１３は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ（ｆｌａｓｈ ｍｅｍｏｒｙ）等の半導体メモリ素子により実現される。なお、メモリ１３は、ＲＡＭ等の半導体メモリ素子等との間で種々の情報を読み書きする駆動装置であってもよい。メモリ１３は、本実施形態における各種回路を制御する制御プログラムを記憶する。

メモリ１３は、例えば、波形サンプルＷＳＲに対してカーブフィッティングされる関数（以下、フィッティング関数と呼ぶ）の形状、フィッティング関数における時定数、および所定の閾値を記憶する。フィッティング関数は、チェレンコフ光とシンチレーション光とによる検出器信号（例えば振幅）の時間的変化を示す解析的な関数である。なお、メモリ１３は、フィッティング関数に対応するテーブルを記憶してもよい。フィッティング関数は、例えば、シンチレーション光の発生およびチェレンコフ光の発生に関する確率過程の物理的な平均として解析された解析結果と、ＡＰＤなどの間接型検出器（光センサ５１）による伝達関数の等価回路とのコンボリューションにより、ガンマ線の検出に伴う光センサ５１からの出力波形を、解析解として記述する。このとき、フィッティング関数は、検出器信号の振幅（波高値）と検出器信号の発生に関するタイミング情報とを、カーブフィッティングに関するパラメータとして有する。当該タイミング情報は、具体的には、シンチレーション光の発生およびチェレンコフ光の発生に関する時刻、換言すれば、発光体５０へのガンマ線の到来時刻に相当する。なお、フィッティング関数は、チェレンコフ光による検出器信号への寄与に関するパラメータをさらに有していてもよい。

以下の式（１）は、フィッティング関数Ｆ（Ａ、ｔ_０；ｔ）の一例を示している。

式（１）におけるＡは、フィッティング関数の振幅に相当する。また、式（１）におけるｔ_０は、タイミング情報に対応する。式（１）におけるｔは、ガンマ線の到来時刻以降の時間に対応する。

式（１）の右辺における括弧内の第１項は、以下の式で表される。

上式におけるτ_１とτ_２とは、例えば、第２成分（シンチレーション光による光センサ５１からの出力）の振幅の減衰に関する時定数に対応する。時定数τ_１とτ_２とについては、例えば、実験的に取得される。

式（１）の右辺における括弧内の第２項は、以下の式で表される。

上式におけるτ_３とτ_４とは、例えば、第１成分（チェレンコフ光による光センサ５１からの出力）に関する時定数に対応する。時定数τ_３とτ_４とについては、例えば、実験的に取得される。また、上式におけるβは、チェレンコフ光による検出器信号への寄与に関するパラメータに対応する。当該パラメータは、予め設定されてもよい。

なお、フィッティング関数は、式（１）に限定されず、例えば、以下の式（２）で記述されてもよい。

上式（２）は、ガウシアンに相当する。式（２）におけるＢは、第１成分と第２成分とに関する時定数に対応する。すなわち、式（２）におけるＢは、チェレンコフ光とシンチレーション光とに関する時定数に相当する。

特定回路１５は、波形サンプルＷＳＲにおける第１の成分に対するカーブフィッティングにより、検出器信号の発生に関するタイミング情報を特定する。例えば、特定回路１５は、出力信号においてチェレンコフ光が優勢となる図４における点線の枠の期間（第１の成分）において、チェレンコフ光の発生の元となるガンマ線の検出器５への到来時刻（式（１）におけるｔ_０）を、タイミング情報として特定する。具体的には、特定回路１５は、フィッティング関数を用いたカーブフィッティングにより、検出器信号の振幅すなわちガンマ線のエネルギー（式（１）におけるＡ）をさらに特定する。なお、特定回路１５は、当該カーブフィッティングにより、チェレンコフ光による検出器信号への寄与に関するパラメータβを特定してもよい。また、特定回路１５は、第１の成分と第２の成分とに対するカーブフィッティングにより、タイミング情報、検出器信号の振幅、チェレンコフ光による検出器信号への寄与を特定してもよい。

具体的には、特定回路１５は、メモリ１３からフィッティング関数を読み出す。次いで、特定回路１５は、サンプリングされたデジタル波形（波形サンプルＷＳ）に対して、式（１）を用いてカーブフィッティングを実行する。デジタル波形に対するカーブフィッティングにより、特定回路１５は、出力波形の発生に関するタイミング情報（ガンマ線の検出器５への到来時刻）を特定する。また、特定回路１５は、ガンマ線のエネルギーとチェレンコフ光による検出器信号への寄与（式（１）におけるβ）とをさらに特定する。特定回路１５は、特定部に対応する。

なお、判定回路２７および特定回路１５などは、処理回路として実現されてもよい。このとき、処理回路は、判定回路２７により実行される機能（判定機能）と、特定回路１５により実行される機能（特定機能）とを有する。判定機能および特定機能を実現する処理回路は、判定部および特定部にそれぞれ対応する。なお、特定機能は、メモリ１３に複数の波形サンプルが記憶された後、例えば、データ処理装置１が光センサ５１とはオフラインとなった後で、すなわちガンマ線の検出に関する非リアルタイムで、実行されてもよい。このとき、波形サンプルＷＳは、メモリ１３に記憶されることとなる。

判定回路２７および特定回路１５は、ハードウェア資源として、ＣＰＵやＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサとＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等のメモリとを有する。また、判定回路２７および特定回路１５は、ＡＳＩＣやフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ：ＦＰＧＡ）、他の複合プログラマブル論理デバイス（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＣＰＬＤ）、単純プログラマブル論理デバイス（Ｓｉｍｐｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ：ＳＰＬＤ）により実現されてもよい。

以上、データ処理装置１の構成について説明した。以下、タイミング情報を取得する処理（以下、タイミング取得処理とよぶ）について説明する。図２は、タイミング取得処理の手順の一例を示すフローチャートである。

（タイミング取得処理）
（ステップＳ２０１）
ガンマ線が発光体５０に入射すると、発光体５０は、シンチレーション光およびチェレンコフ光を発生する。光センサ５１は、シンチレーション光およびチェレンコフ光を検知する。光センサ５１は、チェレンコフ光に基づく第１の成分とシンチレーション光に基づく第２の成分とを含む検出器信号を、出力波形として分流器２１に出力する。分流器２１は、光センサ５１から出力された出力波形を、第１出力波形ＷＦ１と第２出力波形ＷＦ２とに分流する。第１出力波形ＷＦ１は、波形整形回路２３に出力される。第２出力波形ＷＦ２は、遅延増幅回路２９に出力される。

（ステップＳ２０２）
波形整形回路２３は、第１出力波形ＷＦ１を整形し、整形波形ＷＳを生成する。整形波形ＷＳは、比較器２５に出力される。

（ステップＳ２０３）
比較器２５は、整形波形ＷＳにおける電圧値と閾値Ｖｒｅｆとを比較する。なお、閾値Ｖｒｅｆは、タイミング取得処理の実行前において、適宜調整、設定されてもよい。比較器２５は、比較結果を判定回路２７に出力する。

（ステップＳ２０４）
整形波形ＷＳの電圧値が閾値Ｖｒｅｆ以上である場合（ステップＳ２０４のＹｅｓ）、ステップＳ２０５の処理が実行される。整形波形ＷＳの電圧値が閾値Ｖｒｅｆ未満である場合（ステップＳ２０４のＮｏ）、ステップＳ２０３の処理が実行される。

（ステップＳ２０５）
判定回路２７は、比較結果として１の信号値を受信すると、サンプリング実行信号を、ＡＤＣ３１に出力する。

（ステップＳ２０６）
遅延増幅回路２９は、第２出力波形ＷＦ２に対して、所定の遅延と所定の増幅とを付与する。遅延および増幅された第２出力波形ＷＦ２は、ＡＤＣ３１に出力される。

（ステップＳ２０７）
ＡＤＣ３１は、増幅および遅延された第２出力波形ＷＦ２を、サンプリングする。これにより、ＡＤＣ３１は、波形サンプルＷＳＲを生成する。波形サンプルＷＳＲは、特定回路１５に出力される。なお、特定回路１５によるカーブフィッティングがオフラインで実行される場合、ＡＤＣ３１は、波形サンプルＷＳＲをメモリ１３に出力する。このとき、波形サンプルＷＳＲは、メモリ１３に記憶させる。

（ステップＳ２０８）
比較器２５に入力された新たな整形波形が閾値Ｖｒｅｆ超えていれば（ステップＳ２０８のＹｅｓ）、ステップＳ２０９の処理が実行される。このとき、新たな整形波形に関しては、ステップＳ２０５以降の処理が実行される。比較器２５に入力された新たな整形波形が閾値Ｖｒｅｆ未満であれば（ステップＳ２０８のＮｏ）、ステップＳ２０７の処理が繰り返される。

（ステップＳ２０９）
特定回路１５は、メモリ１３からフィッティング関数（式（１））を読み出す。特定回路１５は、波形サンプルＷＳＲに対してフィッティング関数によるカーブフィッティングを実行する。具体的には、特定回路１５は、最小二乗法または最尤推定法を用いて、波形サンプルＷＳＲとフィッティング関数との間で、カーブフィッティングを実行する。なお、カーブフィッティングの実行手法は、最小二乗法または最尤推定法に限定されず、例えば、予め学習されたコンボリューションニューラルネットワークなどの学習済みモデルを用いてもよい。

特定回路１５は、上記カーブフィッティングにより、式（１）における複数のパラメータの値を特定する。具体的には、特定回路１５は、複数のパラメータ値、すなわちタイミング情報（ガンマ線の検出器５への到来時刻ｔ_０）と、検出器信号の振幅すなわちガンマ線のエネルギー（式（１）におけるＡ）と、チェレンコフ光による検出器信号への寄与（式（１）におけるβ）とを特定する。特定回路１５は、特定された複数のパラメータの値を、チェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置の処理回路などに出力する。以上により、発光体５０へのガンマ線の入射に伴うタイミング取得処理は終了する。

図３は、遅延および増幅された第２出力波形ＷＦ２に対するカーブフィッティングの一例を示す図である。図３に示すように、整形波形ＷＳが閾値を超えた場合、遅延および増幅された第２出力波形ＷＦ２に対してサンプリングが実行され、波形サンプルＷＳＲが生成される。波形サンプルＷＳＲに対してフィッティング関数をカーブフィッティングすることにより、波形サンプルＷＳＲに対するカーブフィッティング後のフィッティング関数（以下、フィッティング波形と呼ぶ）が決定される。フィッティング波形により、タイミング情報が特定される。図３におけるタイミング情報は、波形フィッティングにおけるｔ_０に対応する。

図４は、フィッティング波形の時間変化の一例を示す図である。図４に示すフィッティング波形の時間変化は、シンチレーション光による出力とチェレンコフ光による出力とのうち少なくも一方に光センサ５１に関する伝達関数を、コンボリューションさせたものに相当する。図４に示すように、発光体５０に入射したガンマ線に対する出力信号へ応答において、チェレンコフ光に由来する第１成分に対応する実線のフィッティング波形は、シンチレーション光に由来する第２成分に対応する点線のフィッティング波形より、速い応答となる。このため、発光体５０へのガンマ線の到来時刻を正確に特定するためには、検出器信号における第１成分（例えば、図４における点線の枠）に対するカーブフィッティングにより、検出器信号の発生に関するタイミング情報を特定することが肝要となる。

図５は、出力信号とフィッティング波形との一例を示す図である。図５に示す点線の出力信号と実線のフィッティング波形との残差は、破線で示されている。図５に示すように、出力信号の立ち上がり近辺において残差は小さくなっている。このため、フィッティング波形は、出力信号における第１成分（チェレンコフ成分）において、精度よくカーブフィッティングできている。このため、特定回路１５は、遅延および増幅後の第２出力波形ＷＦ２から、精度よくタイミング情報を特定することができる。

図６は、図４における点線の枠内において、発光体５０からの出力による光子数の時間分布を示す図である。図６に示すように、発光体５０へのガンマ線の到来時刻の近辺では、チェレンコフ光による光子数は、シンチレーション光による光子数より例えば１桁程度多くなる。このため、波形サンプルＷＳＲにおけるチェレンコフ光に対応する第１成分（図６における実線の丸印）に対するカーブフィッティングにより、シンチレーション光によるタイミング情報の推定に比べて揺らぎが小さくなり、特定回路１５は、精度よくタイミング情報を特定することができる。なお、発光体５０の特性などにより、出力信号としてチェレンコフ光に対応する第１成分が選択的に取得される場合、シンチレーション光に由来する第２成分に対するカーブフィッティングは無視されることとなる。

図７は、チェレンコフ光に対応する波形サンプルＣＳＲに対するカーブフィッティングの一例を示す図である。このとき、フィッティング関数は、シンチレータ光に関する畳み込みが行われていない状態、すなわち式（１）の右辺における括弧内の第１項が省略された形状となる。図７に示すように、点線の複数の丸印を示す波形サンプルＣＳＲに対するカーブフィッティングにより、フィッティング波形は、波形サンプルＣＳＲに良好にフィッティングしている。これにより、特定回路１５は、チェレンコフ光に対応するフィンティング関数のパラメータである振幅（光子数）とタイミング（ｔ_０）とを、精度よく特定することができる。

以上に述べた第１の実施形態に係るデータ処理装置１によれば、チェレンコフ光に基づく第１の成分とシンチレーション光に基づく第２の成分とを含む検出器信号を取得し、第１の成分に対するカーブフィッティングにより、検出器信号の発生に関するタイミング情報を特定する。例えば、本データ処理装置１によれば、チェレンコフ光の発生の元となるガンマ線の検出器５への到来時刻を、タイミング情報として特定する。具体的には、本データ処理装置１によれば、チェレンコフ光とシンチレーション光とによる検出器信号の時間的変化を示す解析的な関数を用いて、カーブフィッティングを実行する。

より詳細には、本データ処理装置１によれば、光センサ５１からの出力された出力波形を、第１出力波形ＷＦ１と第２出力波形ＷＦ２とに分流し、第１出力波形ＷＦ１を整形し、整形された第１出力波形ＷＳを所定の閾値Ｖｒｅｆと比較し、比較結果である出力に基づいて、第２出力波形ＷＦ２のサンプリングの要否を判定し、当該要否の判定結果に基づいて増幅・遅延された第２出力波形をデジタル波形ＷＳＲに変換し、デジタル波形ＷＳＲに対するカーブフィッティングにより、出力波形の発生に関するタイミング情報を特定する。また、本データ処理装置１によれば、第１の成分と第２の成分とに対するカーブフィッティングにより、タイミング情報を特定する。

これらのことから、本データ処理装置１によれば、シンチレーション光に由来する第２成分より応答性が高いチェレンコフ光に由来する第１成分に対して、ガンマ線の検出器５への到来時刻であるタイミング情報（ｔ_０）をパラメータとして有する解析解を用いてカーブフィッティングすることで、正確なタイミング情報を特定することができる。これにより、本データ処理装置１によれば、簡便かつ低コストで事象発生時刻であるガンマ線の検出器５への到来時刻の推定精度を向上することができる。

また、第１の実施形態に係るデータ処理装置１によれば、チェレンコフ光による検出器信号への寄与に関するパラメータβをさらに有するフィッティング関数を用いたカーブフィッティングにより当該寄与に関するパラメータβを特定する。これにより、本データ処理装置１によれば、ガンマ線の検出器５への到来時刻の推定精度をさらに向上することができる。

以下、図８および図９を用いて、本願効果について説明する。

図８は、放射線エネルギーに対する遅延時間（トリガータイムウォーク）のグラフを、未カーブフィッティングの比較例および本実施形態に関して示す図である。図８に示すように、本実施形態における遅延時間の幅は、比較例に比べて、あらゆるエネルギーにおいて明らかに狭くなっている。このため、本実施形態によれば、ガンマ線の検出に関する時間分布を先鋭化させることができ、エネルギーに対するトリガータイムウォークのばらつきを改善することができる。

図９は、検出頻度に対する相関時間を示す時間分解スペクトルを、未カーブフィッティングの比較例および本実施形態に関して示す図である。図９に示すように、本実施形態に係るデータ処理装置１による出力結果における時間分解スペクトルの半値幅は、比較例における時間分解スペクトルの半値幅より大幅に小さくなっている。このため、図９に示すように、本実施形態に係るデータ処理装置１によれば、事象発生時刻の推定精度を向上することができる。

（第２実施形態）
本実施形態において、第１実施形態で説明したデータ処理装置１を搭載したチェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置について説明する。なお、データ処理装置１が搭載されるモダリティは、チェレンコフ光を検出可能な装置であれば、いかなる装置であってもよい。

図１０は、チェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置１００の構成の一例を示す図である。図１０に示すように、チェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置１００は、架台装置１０１と、コンソール装置２０１とを備える。

架台装置１０１は、第１の検出器１０３と、第２の検出器１０５と、第１のタイミング情報取得回路１０７と、第２のタイミング情報取得回路１０９と、天板１１１と、寝台１１３と、寝台駆動部１１５と、を備える。第１の検出器１０３と第２の検出器１０５とは、被検体Ｐの周囲をリング状に取り囲むように配置される。

第１の検出器１０３は、被検体Ｐ内の陽電子と電子とによる対消滅により対生成された一対のガンマ線（以下、対消滅ガンマ線と呼ぶ）により生成されたチェレンコフ光を検出する。すなわち、第１の検出器１０３は、チェレンコフ光を用いたガンマ線の検出器である。これにより、第１の検出器１０３は、対消滅ガンマ線に係る計数情報を取得する。チェレンコフ光は、図４の点線の枠内で示すように、シンチレーション光と比較してごく短時間で発生する。

第１の検出器１０３は、シンチレーション光を用いた対消滅ガンマ線の検出器と比較して、エネルギーに関する感度という点では不利である。しかしながら、チェレンコフ光によるガンマ線の検出は、図４の点線の枠内で示すように、時間に対して高い応答性がある。このため、第１の検出器１０３は、シンチレーション光を検出する検出器と比較して、時間分解能という点で有利である。

換言すると、第１の検出器１０３は、シンチレーション光を検出する第２の検出器１０５と比較して、時間分解能という点で有利であるという特性を有する一方、シンチレーション光を検出する第２の検出器１０５は、第１の検出器１０３と比較して、エネルギー分解能という点で有利であるという特性を有する。

したがって、チェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置１００は、第１の検出器１０３と第２の検出器１０５とを用いて計数情報を生成する。これにより、エネルギー分解能を保ちつつ高い時間分解能を保った計数情報を生成する。

第１の検出器１０３は、発光体（ラジエータ）５０と、光センサ５１とを有する。発光体（ラジエータ）５０は、入射した放射線との相互作用によって光電効果がおこりやすい性質を持つ、原子番号の大きな原子を含む。また、発光体５０は、シンチレーション光を発生しにくい媒質、例えば、ＢＧＯ、鉛ガラス、フッ化鉛（ＰｂＦ２）、ＰＷＯ（ＰｂＷＯ４）等の鉛化合物により実現される。換言すると、第１の検出器１０３における発光体５０は、例えば、光電効果が起こりやすいが、放射線によるシンチレーションは抑制する媒質で構成される。

光センサ５１は、発光体５０において発生したチェレンコフ光を検出する。光センサ５１は、例えば、ＡＰＤアレイであるＳｉＰＭにより実現され、ガイガーモードで動作する。また、別の例として、光センサ５１は、光電変換を行う複数の画素からなり、これらの画素それぞれは、例えばＳＰＡＤ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ）で構成される。

なお、第１の検出器１０３における発光体５０の厚さは、発光体５０を通過するガンマ線が全エネルギーを消失しないようにするため、例えば第２の検出器１０５に設けられるシンチレータの厚さより小さく設計されてもよい。これにより、対消滅ガンマ線は第１の検出器１０３でチェレンコフ光を発生させながら、エネルギーの大部分を保持したまま第２の検出器１０５へ入射し、第２の検出器１０５でシンチレーション光を発生させる。

第２の検出器１０５は、当該一対のガンマ線により生成されたシンチレーション光を検出する。シンチレーション光は、対消滅ガンマ線が第２の検出器１０５における発光体（シンチレータ）と相互作用することにより励起状態となった電子が再び基底状態に遷移する際に再放出される光（蛍光）である。第２の検出器１０５は、被検体Ｐ内の陽電子から放出された対消滅ガンマ線のエネルギー情報を検出する。

第２の検出器１０５は、チェレンコフ光を検出する第１の検出器１０３に対して、被検体Ｐ内の陽電子から放出された対消滅ガンマ線の発生源から遠い側に対向して設けられる。すなわち、第２の検出器１０５は第１の検出器１０３と同様にリング状の検出器であり、第２の検出器１０５の径は第１の検出器１０３の径より大きい。

図４に示すように、シンチレーション光の発生は、チェレンコフ光の発生と比較して、遅い過程である。一方で、対消滅ガンマ線のエネルギーの大部分がシンチレーション光に変換されるので、対消滅ガンマ線のエネルギー測定という観点では、シンチレーション光を用いた第２の検出器１０５のほうが、チェレンコフ光を用いた第１の検出器１０３より有利となる。

第２の検出器１０５は、例えば、フォトンカウンティング方式、アンガー型の検出器である。第２の検出器１０５は、例えば、発光体としてのシンチレータと、光センサと、ライトガイドとを有する。第２の検出器１０５に設けられるシンチレータの厚さは、第１の検出器１０３に設けられる発光体５０の厚さより大きくすることができる。

シンチレータは、対消滅ガンマ線をシンチレーション光に変換する。シンチレータは、例えば、ＬａＢｒ３、ＬＹＳＯ、ＬＳＯ、ＬＧＳＯ、ＢＧＯ等の、ＴＯＦ計測およびエネルギー計測に適するシンチレータ結晶によって形成され、例えば、２次元に配列される。

光センサは、例えば前述のＳｉＰＭ、または光電子増倍管により実現される。光電子増倍管は、シンチレーション光を受光して光電子を発生させる光電陰極、発生した光電子を加速する電場を与える多段のダイノード、及び、電子の流れ出し口である陽極を有する。光電子増倍管は、シンチレータから出力されたシンチレーション光を増倍して電気信号に変換する。

ライトガイドは、光透過性に優れたプラスチック素材等によって形成され、シンチレータから出力されたシンチレーション光を、ＳＩＰＭまたは光電子増倍管などの光センサに伝達する。

第１のタイミング情報取得回路１０７は、第１の検出器１０３の出力信号をデジタルデータに変換し、計数情報を生成する。この計数情報には、対消滅ガンマ線の検出位置及び検出時間が含まれる。第１の実施形態におけるデータ処理装置１は、第１のタイミング情報取得回路１０７に組み込まれる。このとき、上記検出時間は、タイミング情報ｔ_０に対応する。第１のタイミング情報取得回路１０７は、チェレンコフ光を同じタイミングで電気信号に変換した複数の光センサを特定する。そして、第１のタイミング情報取得回路１０７は、特定した各光センサの位置及び電気信号の強度を用いて、重心の位置を計算する。続いて、第１のタイミング情報取得回路１０７は、対消滅ガンマ線が入射した発光体５０の位置を示す検出素子番号（Ｐ）を特定する。

第１のタイミング情報取得回路１０７は、第１の検出器１０３によって対消滅ガンマ線により発生したチェレンコフ光が検出された検出時間（Ｔ）を特定する。なお、検出時間（Ｔ）は、絶対時刻であってもよいし、撮影開始時点からの経過時間であってもよい。このように、第１のタイミング情報取得回路１０７は、検出素子番号（Ｐ）及び検出時間（
Ｔ）を含む計数情報を生成する。

第２のタイミング情報取得回路１０９は、第２の検出器１０５の出力信号から計数情報を生成し、生成した計数情報を、コンソール装置２０１のメモリ１４２に格納する。第２のタイミング情報取得回路１０９は、第２の検出器１０５の出力信号をデジタルデータに変換し、計数情報を生成する。この計数情報には、対消滅ガンマ線の検出位置、エネルギー値、及び検出時間が含まれる。例えば、第２のタイミング情報取得回路１０９は、シンチレーション光を同じタイミングで電気信号に変換した複数の光検出素子を特定する。そして、第２のタイミング情報取得回路１０２は、対消滅ガンマ線が入射したシンチレータの位置を示すシンチレータ番号（Ｐ）を特定する。

第１の実施形態におけるデータ処理装置１は、第２のタイミング情報取得回路１０９に組み込まれる。第２のタイミング情報取得回路１０９は、フィッティング関数の振幅を積分計算することで、第２の検出器１０５に入射した対消滅ガンマ線のエネルギー値（Ｅ）を特定する。また、第２のタイミング情報取得回路１０９は、フィッティング関数におけるタイミング情報ｔ_０を、第２の検出器１０５によって対消滅ガンマ線によるシンチレーション光が検出された検出時間（Ｔ）として特定する。なお、検出時間（Ｔ）は、絶対時刻であってもよいし、撮影開始時点からの経過時間であってもよい。このように、第２のタイミング情報取得回路１０９は、シンチレータ番号（Ｐ）、エネルギー値（Ｅ）、及び検出時間（Ｔ）を含む計数情報を生成する。

第１のタイミング情報取得回路１０７及び第２のタイミング情報取得回路１０９は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ或いは、特定用途向け集積回路、プログラマブル論理デバイス等の回路またはプロセッサにより実現される。

第１の検出器１０３および第２の検出器１０５においてパイルアップが発生した場合、特定回路１５は、出力信号からフィッティング関数を差分する。次いで、特定回路１５は、当該差分により生成された波形ＤＤに対する波形サンプル（パイルアップ波形）に対して、フィッティング関数を用いてカーブフィッティングを実行する。パイルアップの判定の有無は、ステップＳ２０８のＹｅｓの判定に対応する。このとき、特定回路１５は、上記差分後のパイルアップ波形に対して、カーブフィッティングを実行する。

図１１は、パイルアップの発生時のタイミング取得処理において、出力信号ＯＳと整形波形ＷＳと新たな整形波形ＮＷＳとフィッティング波形との一例を示す図である。図１１に示すように、整形波形ＷＳを出力後の新たな整形波形ＮＷＳが閾値Ｖｒｅｆを超えたこと（以下、次ガンマ線超過時刻と呼ぶ）を契機として、特定回路１５は、次ガンマ線超過時刻までにサンプリングされた波形サンプルＷＳＲに対して、フィッティング関数を用いてカーブフィッティングを実行する。

このとき、特定回路１５は、出力信号ＯＳからフィッティング波形を差分する。特定回路１５は、当該差分により生成された波形ＤＤに対する波形サンプル（パイルアップ波形）に対して、フィッティング関数を用いてカーブフィッティングを実行する。これらにより、特定回路１５は、パイルアップ波形に対しても、タイミング情報、ガンマ線のエネルギー、およびチェレンコフ光による検出器信号への寄与（式（１）におけるβ）をさらに特定する。

天板１１１は、被検体Ｐが載置されるベッドであり、寝台１１３の上に配置される。寝台駆動部１１５は、処理回路２０５の寝台制御機能２０５ｄによる制御の下、天板１１１を移動させる。例えば、寝台駆動部１１５は、天板１１１を移動させることで、被検体Ｐを架台装置１０１の撮影口内に移動させる。

コンソール装置２０は、操作者によるチェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置１００の操作を受け付け、ＰＥＴ画像の撮影を制御するとともに、架台装置１０によって収集された計数情報を用いてＰＥＴ画像を再構成する。図１０に示すように、コンソール装置２０１は、処理回路２０５と、入力装置１４０と、ディスプレイ１４１と、メモリ１４２とを備える。なお、コンソール装置２０１が備える各部は、バスを介して接続される。

同時計数情報生成機能２０５ａ、画像生成機能２０５ｂ、システム制御機能２０５ｃ、寝台制御機能２０５ｄにて行われる各処理機能は、プロセッサによって実行可能なプログラムの形態でメモリ１４２へ記憶されている。処理回路２０５はプログラムをメモリ１４２から読み出し、実行することで各プログラムに対応する機能を実現するプロセッサである。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路２０５は、図１０の処理回路２０５内に示された各機能を有することになる。

なお、図１０においては単一の処理回路２０５にて、同時計数情報生成機能２０５ａ、画像生成機能２０５ｂ、システム制御機能２０５ｃ、寝台制御機能２０５ｄにて行われる処理機能が実現されるものとして説明するが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路２０５を構成し、各プロセッサがプログラムを実行することにより機能を実現するものとしても構わない。換言すると、上述のそれぞれの機能がプログラムとして構成され、１つの処理回路２０５が各プログラムを実行する場合であってもよい。別の例として、特定の機能が専用の独立したプログラム実行回路に実装される場合であってもよい。

なお、図１０において、同時計数情報生成機能２０５ａ、画像生成機能２０５ｂ、システム制御機能２０５ｃ、寝台制御機能２０５ｄは、それぞれ同時計数情報生成部、画像生成部、システム制御部、寝台制御部の一例である。上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ或いは、特定用途向け集積回路、プログラマブル論理デバイス等の回路を意味する。プロセッサはメモリ１４２に保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。

処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、第１のタイミング情報取得回路１０７により取得された、第１の検出器１０３に関する計数情報と、第２のタイミング情報取得回路１０９２により取得された、第２の検出器１０５に関する計数情報とに基づいて、同時計数情報を生成し、生成した同時計数情報を、メモリ１４２に格納する。同時計数情報生成機能２０５ａの詳細な処理については後述する。

処理回路２０５は、画像生成機能２０５ｂにより、ＰＥＴ画像を再構成する。具体的には、処理回路２０５は画像生成機能２０５ｂにより、メモリ１４２に記憶された同時計数
情報の時系列リストを読み出し、読み出した時系列リストを用いてＰＥＴ画像を再構成する。また、処理回路２０５は、再構成したＰＥＴ画像をメモリ１４２に格納する。

処理回路２０５は、システム制御機能２０５ｃにより、架台装置１０１及びコンソール装置２０１を制御することによって、チェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置１００の全体制御を行う。例えば、処理回路２０５は、システム制御機能２０５ｃにより、チェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置１００における撮影を制御する。

処理回路２０５は、寝台制御機能２０５ｄにより、寝台駆動部１１５を制御する。

入力装置１４０は、チェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置１００の操作者によって各種指示や各種設定の入力に用いられるマウスやキーボード等であり、入力された各種指示や各種設定を、処理回路２０５に転送する。例えば、入力装置１４０は、撮影開始指示の入力に用いられる。

ディスプレイ１４１は、操作者によって参照されるモニター等であり、処理回路２０５による制御の下、被検体の呼吸波形やＰＥＴ画像を表示したり、操作者から各種指示や各種設定を受け付けるためのＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）を表示したりする。

メモリ１４２は、チェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置１００において用いられる各種データを記憶する。メモリ１４２は、例えば、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子や、ハードディスク、光ディスク等によって実現される。メモリ１４２は、シンチレータ番号（Ｐ）、エネルギー値（Ｅ）、及び検出時間（Ｔ）が対応づけられた情報である計数情報、同時計数情報の通し番号であるコインシデンスＮｏ．に計数情報の組が対応づけられた同時計数情報、再構成されたＰＥＴ画像等を記憶する。

図１２乃至図１５を用いて、実施形態に係るチェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置１００が行う同時計数情報の生成処理について説明する。

図１２に示されているように、対消滅点Ｑから対生成された一対のガンマ線由来のチェレンコフ光を一対の第１の検出器１ｘ、１ｙで検出し、対消滅点Ｑから対生成された一対のガンマ線由来のシンチレーション光を一対の第２の検出器２ｘ、２ｙで、検出した場合について説明する。このとき、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、一対の第１の検出器と、一対の第２の検出器とにより得られたデータを用いて、同時計数情報を生成する。

同時計数情報の生成方法には、例えば図１３に示されているように、まず第１の検出器１０３において同時計数を行ったのち、第２の検出器１０５において得られたデータと照合して最終的な同時計数情報を生成する方法と、まず第２の検出器１０５において同時計数を行ったのち、第１の検出器１０３において得られたデータと照合して最終的な同時計数情報を生成する方法とがある。前者の方法については図１３及び図１４を用いて、後者の方法については図１５を用いて説明する。

はじめに、同時計数情報の生成方法として、最初に第１の検出器１０３において同時計数を行う方法を、図１３及び図１４を用いて説明する。この方法では、時間分解能が良い第１の検出器１０３から得られるデータを先に使用して同時計数情報の生成処理を行う。具体的には、図１３に示されているように、処理回路２０５は、まず、第１の検出器１ｘ、１ｙを用いて処理を用い、その後、第２の検出器２ｘ、２ｙを用いて処理を行い、対消滅イベントであるか否かの特定、及び対消滅イベントである場合には対消滅位置及び時刻を特定する。図１４は、当該処理手順の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１００において、第１のタイミング情報取得回路１０７は、第１の検出器１０３における対消滅ガンマ線の第１のタイミング情報を取得する。また、第１のタイミング情報取得回路１０７は、取得した第１のタイミング情報を、コンソール装置２０の処理回路２０５に送信する。ここで、第１の検出器における対消滅ガンマ線の第１のタイミング情報とは、例えば検出素子番号（Ｐ）及び、検出時間（Ｔ）のリストである。

図１３に示されているように、第１のタイミング情報取得回路１０７は、ある一つの方向の第１の検出器１ｘと、当該第１の検出器１ｘとおおむね反対側の第１の検出器１ｙとから、対消滅ガンマ線に関する一対の第１のタイミング情報を取得する。これにより、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、対消滅ガンマ線の生成位置を推定可能となる。

一対の第１のタイミング情報から、対消滅ガンマ線の生成位置を推定する手順については以下の通りである。対消滅ガンマ線は、陽電子と電子の対消滅に伴う運動量保存の関係でそれぞれ反対側に放出されるため、コンプトン散乱などを無視すると、第１の検出器１ｘと第１の検出器１ｙとを結ぶ直線上に、対消滅ガンマ線の生成位置が存在する。

次に、第１の検出器１ｘと対消滅ガンマ線の生成位置との間の距離をｘ_１、第１の検出器１ｙと対消滅ガンマ線の生成位置との間の距離ｙ_１、第１の検出器１ｘにおいてチェレンコフ光を観測した検出時刻をｔ_１、第１の検出器１ｙにおいてチェレンコフ光を観測した検出時刻をｔ_２、光速度をｃとする。このとき、第１の検出器１ｘと第１の検出器１ｙとにおける検出時刻による距離の差は、生成位置からの距離の差を光が進む時刻の差で規定できる。このため、ｘ_１－ｙ_１＝ｃ（ｔ_１－ｔ_２）となる。また、第１の検出器１ｘと第１の検出器１ｙとの間の距離Ｌ_１は既知であり、ｘ_１＋ｙ_１＝Ｌ_２となる。

上記２つの式を連立することにより、第１の検出器１ｘと対消滅ガンマ線の生成位置との間の距離であるｘ_１及び第１の検出器１ｙと対消滅ガンマ線の生成位置との間の距離であるｙ_１を算出することが可能である。従って、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、これらの一対のタイミング情報に基づいて、対消滅ガンマ線の生成位置及び生成時刻を推定することができる。

なお、上の式からわかる通り、対消滅ガンマ線の生成位置が、撮像範囲の中心付近であれば、第１の検出器１ｘと第１の検出器１ｙとにおける検出時刻はほぼ等しくなる。一方、対消滅ガンマ線の生成位置が、撮像範囲の中心付近からずれればずれるほど、第１の検出器１ｘと第１の検出器１ｙとにおける検出時刻の差は大きくなる。従って、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、第１の検出器１ｘと第１の検出器１ｙとにおける検出時刻の差が、閾値Ｔ未満であるようなトリガを用いて対消滅ガンマ線の生成イベントを抽出することで、撮像範囲の中心から距離Ｒ以内で生成された対消滅ガンマ線のイベントを抽出することができる。

かかる処理回路２０５の同時計数情報生成機能２０５ａにおける対消滅ガンマ線のイベントの抽出プロセス及び対消滅ガンマ線の生成位置の推定プロセスにおいて、検出器の応答速度や、そのばらつきは、誤差を生じさせる要因となる。しかしながら、チェレンコフ光を検出する第１の検出器１０３は、シンチレーション光を検出する第２の検出器１０５と比較して、対消滅ガンマ線が発光体５０と相互作用してチェレンコフ光を発生してから、発生したチェレンコフ光を光センサ５１が検出するまでの時間が短いので、第１の検出器１０３の応答速度は短く、従って、対消滅ガンマ線のイベントの抽出及び対消滅ガンマ線の生成位置の推定精度が高いものとなる。

続いて、ステップＳ１１０において、第２のタイミング情報取得回路２０９は、ステップＳ１００で取得された第１のタイミング情報に基づいて第１のタイミング情報が取得された対消滅ガンマ線のイベントを特定するために、第２の検出器１０５における対消滅ガンマ線の第２のタイミング情報を取得する。処理回路２０５は、同時計数情報生成機能１０５ａにより、第１の検出器１０３により得られた第１のタイミング情報と、第２の検出器１０５により得られた第２のタイミング情報との両方を用いて、同時計数情報を生成する。

また、第２のタイミング情報取得回路１０９は、取得した第２のタイミング情報を、コンソール装置２０の処理回路２０５に送信する。ここで、第２の検出器における対消滅ガンマ線の第２のタイミング情報とは、例えばシンチレータ番号（Ｐ）、検出時間（Ｔ）を含む計数情報である。さらに、第２の検出器１０５における対消滅ガンマ線の第２のタイミング情報は、これに加えて、シンチレータに入射した対消滅ガンマ線のエネルギー値（Ｅ）を含む計数情報であってよい。

なお、ステップＳ１００及びステップＳ１１０において、第１のタイミング情報取得回路１０７及び第２のタイミング情報取得回路１０９は、通常、それぞれステップＳ１００及びステップＳ１１０の処理を逐次的に実行するのではなく、それぞれのタイミング情報取得回路が、それぞれの処理を同時並列的に実行する。

なお、検出時間（Ｔ）の例としては、例えば第２の検出器１０５がシンチレーション光を観測した時刻であるが、実施形態はこれに限られず、例えば第２の検出器１０５がシンチレーション光を観測した時刻に基づいて推定された、対消滅ガンマ線と第２の検出器１０５のシンチレータとの相互作用によりチェレンコフ光が生成された時刻の推定時刻であってもよい。第２の検出器１０５において、対消滅ガンマ線と第２の検出器１０５がシンチレーション光を観測した時刻は、対消滅ガンマ線が第２の検出器１０５のシンチレータと相互作用し励起状態が生成された時刻から若干遅延する。また、先に述べたように、検出時間（Ｔ）は、絶対時刻であってもよいし、撮影開始時点からの経過時間であってもよい。

図１３に戻ると、第２のタイミング情報取得回路１０９は、第２の検出器２ｘと、当該第２の検出器２ｘとおおむね反対側の第２の検出器２ｙとから、対消滅ガンマ線に関する一対の第２のタイミング情報を取得する。これにより、第１の検出器１０３の場合と同様に、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、対消滅ガンマ線の生成位置を推定可能となる。

すなわち、第２の検出器２ｘと対消滅ガンマ線の生成位置との間の距離をｘ_２、第２の検出器２ｙと対消滅ガンマ線の生成位置との間の距離ｙ_２、第２の検出器２ｘにおいてシンチレーション光を観測した検出時刻をｔ_３、第２の検出器２ｙにおいてシンチレーション光を観測した検出時刻をｔ_４、光速度をｃとする。このとき、第２の検出器２ｘと第２の検出器２ｙとにおける検出時刻による距離の差は、生成位置からの距離の差を光が進む時刻の差で規定できる。このため、ｘ_２－ｙ_２＝ｃ（ｔ_３－ｔ_４）となる。また、第２の検出器２ｘと第２の検出器２ｙとの間の距離Ｌ_２は既知であり、ｘ_２＋ｙ_２＝Ｌ_２となる。

上記２つの式を連立することにより、第２の検出器２ｘと対消滅ガンマ線の生成位置との間の距離であるｘ_２及び第２の検出器２ｙと対消滅ガンマ線の生成位置との間の距離であるｙ_２を算出することが可能である。従って、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、これらの一対のタイミング情報に基づいて、対消滅ガンマ線の生成位置及び生成時刻を推定することができる。

なお、上の式からわかる通り、対消滅ガンマ線の生成位置が、撮像範囲の中心付近であれば、第２の検出器２ｘと第２の検出器２ｙとにおける検出時刻はほぼ等しくなる。一方、対消滅ガンマ線の生成位置が、撮像範囲の中心付近からずれればずれるほど、第２の検出器２ｘと第２の検出器２ｙとにおける検出時刻の差は大きくなる。従って、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、第２の検出器２ｘと第２の検出器２ｙにおける検出時刻の差が、閾値Ｔ未満であるようなトリガを用いて対消滅ガンマ線生成イベントを抽出することで、撮像範囲の中心から距離Ｒ以内で生成された対消滅ガンマ線のイベントを抽出することができる。

かかる処理回路２０５の同時計数情報生成機能２０５ａにおける対消滅ガンマ線のイベントの抽出プロセス及び対消滅ガンマ線の生成位置の推定プロセスにおいて、検出器の応答速度や、そのばらつきは、誤差を生じさせる要因となる。ここで、第２の検出器１０５においては、対消滅ガンマ線がシンチレータと相互作用してシンチレーション光を発生してから、第２の検出器１０５の光センサが発生したシンチレーション光を検出するまでの時間が比較的長くなる。

しかしながら、第２の検出器１０５においては、対消滅ガンマ線は、光電効果によりシンチレータと相互作用した後、系が基底状態に戻るまで、対消滅ガンマ線のエネルギーのうち大部分をシンチレーション光として再放出する。このため、第２のタイミング情報取得回路１０９は、再放出されたシンチレーション光の数を計数することにより、対消滅ガンマ線のエネルギーに関する情報を取得することができる。ステップＳ１２０において、第２のタイミング情報取得回路１０９は、第２の検出器１０５で検出された対消滅ガンマ線のエネルギー情報を更に取得する。

対消滅ガンマ線のエネルギーは、陽電子電子の静止質量に対応した所定のエネルギーである５１１ｋｅＶである。このため、観測されたガンマ線のエネルギーが、当該所定のエネルギーから大きくずれている場合、観測されたガンマ線は、コンプトン散乱等により生じたガンマ線である。従って、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、観測されたガンマ線のエネルギー情報を用いて、コンプトン散乱等の散乱イベントを取り除くことができる。

続いて、ステップＳ１３０において、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、第１のタイミング情報と第２のタイミング情報とが所定の時間ウィンドウ内に含まれる場合か否かを判定する。これにより、同時計数情報生成機能２０５ａは、第１のタイミング情報と第２のタイミング情報とが、同一の対消滅ガンマ線に係る情報であるか否かを判定する。

ここで、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、第１のタイミング情報と第２のタイミング情報とが所定の時間ウィンドウ内に含まれる場合に、第１のタイミング情報と第２のタイミング情報とは同一の対消滅ガンマ線に基づいて取得されたタイミング情報であると特定し、処理はステップＳ１３５に進む。

一例として、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、ステップＳ１００により取得された第１のタイミング情報に基づいて算出された対消滅ガンマ線の生成時刻と、ステップＳ１１０により取得された第２のタイミング情報に基づいて算出された対消滅ガンマ線の生成時刻との差が、所定の閾値未満であり、所定の時間ウィンドウ内に含まれる場合に、第１のタイミング情報と第２のタイミング情報とが同一の対消滅ガンマ線に基づいて取得したと特定する。

また、更に、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、更に、ステップＳ１００により取得された第１のタイミング情報に基づいて、算出された対消滅ガンマ線の生成位置と、ステップＳ１１０により取得された第２のタイミング情報に基づいて算出された対消滅ガンマ線の生成位置との差が、所定の閾値未満である場合にのみ、第１のタイミング情報と第２のタイミング情報とが同一の対消滅ガンマ線に基づいて取得したと特定してもよい。

また、別の例として、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、図１３に示されているように、第１の検出器１０３における検出時間と第２の検出器１０５とにおける検出時間との差が、所定の時間ウィンドウ内に含まれる場合に、第１のタイミング情報と第２のタイミング情報とは同一の対消滅ガンマ線に基づいて取得されたタイミング情報であると特定する。例えば、図１３において、第１の検出器１ｘと、第２の検出器２ｘとの距離がＬである場合、第１の検出器１ｘでの検出時刻ｔ１と、第２の検出器２ｘでの検出時刻ｔ_３との差ｔ_３－ｔ_１は、光速度をｃとして、概ねＬ／ｃ程度である。

したがって、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、第１の検出器１０３での検出時刻と第２の検出器１０５での検出時刻の差ｔ_３－ｔ_１と、検出器同士の距離から推定される時間Ｌ／ｃとの差が所定の時間ウィンドウに含まれる場合に、第１のタイミング情報と第２のタイミング情報とは同一の対消滅ガンマ線に基づいて取得されたタイミング情報であると特定する。

続いて、ステップＳ１３５において、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、取得したエネルギー情報が、所定のエネルギーウィンドウに含まれるか否かを判定する。ここで、対消滅ガンマ線のエネルギーは、生成時には核種によらず常に５１１ｋｅＶである。従って、観測されたガンマ線のエネルギーが、５１１ｋｅＶを大幅に下回っている場合、観測されたガンマ線は、コンプトン散乱等を受けたものと判断することができる。

従って、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、取得されたエネルギー情報が、所定のエネルギーウィンドウに含まれるか否かを判定することにより、散乱の影響を受けたデータを、再構成の対象から除外することができる。

一例として、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、ステップＳ１２０において第２の検出器１０５で検出された対消滅ガンマ線の推定エネルギーと、対消滅ガンマ線の生成時のエネルギーである５１１ｋｅＶとの差が、所定の閾値未満であり、所定のエネルギーウィンドウに含まれるか否かを判定する。

処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、取得したエネルギー情報が、所定のエネルギーウィンドウ内に含まれる場合（ステップＳ１３５のＹｅｓ）、処理はステップＳ１４０に進み、第１のタイミング情報と第２のタイミング情報とは同一の対消滅ガンマ線に基づいて取得されたと特定する。一方、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、取得したエネルギー情報が、所定のエネルギーウィンドウ内に含まれない場合（ステップＳ１３５のＮｏ）、かかるデータは例えば散乱の影響を受けていると判断し、再構成の対象から除外する。

続いて、図１５を用いて、処理回路２０５が、同時計数情報生成機能２０５ａにより、先に第２のタイミング情報を用いてコインシデンスを決定し、その後第１のタイミング情報を用いて最終的な計数情報を生成する場合について説明する。図１５においては、図１４と処理は同様であるが、処理の順番が図１４と異なる。以下、図１４と共通の処理については重ねての説明を省略する。図１４と図１５では、最終的な処理の内容は概ね同じであるが、処理の順番が異なるため、例えば計算処理に要する時間が異なりうる。従って、例えば第１の検出器１０３及び第２の検出器１０５のイベント数や、散乱イベントのイベント数の数に応じて、例えば図１４の処理を用いるか図１５の処理を用いるかが選択される。

はじめに、ステップＳ２００において、第２のタイミング情報取得回路１０９は、第２の検出器１０５における対消滅ガンマ線の第２のタイミング情報を取得する。また、ステップＳ２１０において、第２のタイミング情報取得回路１０９は、第２の検出器１０５で検出された対消滅ガンマ線のエネルギー情報を更に取得する。ステップＳ２００及びステップＳ２１０の処理は、図１４のステップＳ１１０及びステップＳ１２０と同様の処理である。

続いて、ステップＳ２２０において、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、第２の検出器１０５で検出された対消滅ガンマ線のエネルギー情報に基づいてコインシデンスを決定する。一例として、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、ステップＳ１３５と同様に、取得したエネルギー情報が、所定のエネルギーウィンドウ内に含まれるか否かを判定する。一例として、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、第２の検出器１０５で検出された対消滅ガンマ線の推定エネルギーと、対消滅ガンマ線の生成時のエネルギーである５１１ｋｅＶとの差が、所定の閾値未満であり、所定のエネルギーウィンドウに含まれるか否かを判定する。処理回路２０５は、所定のエネルギーウィンドウに含まれないデータについては、散乱の影響を受けたデータであると判定し、再構成の対象から除外する。

一方、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、取得したエネルギー情報が、所定のエネルギーウィンドウ内に含まれる場合、例えば、図１４で前述した手順を用いて、シンチレータ番号（Ｐ）と検出時間（Ｔ）の組に基づいて、対消滅ガンマ線の生成位置と生成時刻を推定する。また、例えば、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、第２の検出器１０５のうち対向する検出器の検出時刻の差が、閾値Ｔ未満であるようなトリガを用いて対消滅ガンマ線の生成イベントを抽出することで、撮像範囲の中心から距離Ｒ以内で生成された対消滅ガンマ線のイベントを、同時計数情報として抽出する。

続いて、ステップＳ２３０において第１のタイミング情報取得回路１０７は、第１の検出器１０３における対消滅ガンマ線の第１のタイミング情報を取得する。また、第１のタイミング情報取得回路１０７は、取得した第１のタイミング情報を、コンソール装置２０の処理回路２０５に送信する。ここで、第１の検出器１０３における対消滅ガンマ線の第１のタイミング情報とは、例えば検出素子番号（Ｐ）及び、検出時間（Ｔ）である。ステップＳ２３０の処理は、図１４のステップＳ１００と同様の処理である。

続いて、ステップＳ２４０において、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、第１のタイミング情報と第２のタイミング情報とが所定の時間ウィンドウ内に含まれるか否かを判定し、第１の検出器１０３におけるタイミング情報である第１のタイミング情報と第２の検出器１０５におけるタイミング情報とが所定の時間ウィンドウに含まれる場合（ステップＳ２４０のＹｅｓ）、処理はステップＳ２５０に進む。このとき、同時計数情報生成機能２０５ａは、第１の検出器１０３におけるタイミング情報である第１のタイミング情報と第２の検出器１０５におけるタイミング情報である第２のタイミング情報とが同一の対消滅ガンマ線に基づいて取得されたと、特定する。なお、ステップＳ２４０の処理は、ステップＳ１３０と同様の処理である。

このようにして、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、決定されたコインシデンスに基づいて、第２の検出器１０５で検出された対消滅ガンマ線のイベントに対応する第１の検出器１０３におけるタイミング情報を特定する。以上のように、処理回路２０５は、同時計数情報生成機能２０５ａにより、第１の検出器１０３における第１のタイミング情報と、第２の検出器１０５における第２のタイミング情報とを用いて、同時計数情報を生成する。ここで、同時計数情報とは、例えば、消滅ガンマ線の対生成が生じた時刻及び位置が記載された情報である。処理回路２０５は、画像生成機能２０５ｂにより、かかる同時計数情報を基に、ＰＥＴ画像を生成する。

以上に述べた第２の実施形態に係るチェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置１００によれば、チェレンコフ光に基づく第１の成分とシンチレーション光に基づく第２の成分とを含む検出器信号を取得し、第１の成分に対するカーブフィッティングにより、検出器信号の発生に関するタイミング情報を特定する。これにより、本チェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置１００によれば、第１の実施形態と同様な効果をことができる。

また、本チェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置１００によれば、図１１に示すように、パイルアップが発生したとしても、出力信号からフィッティング関数を差分することで、パイルアップ波形に対してカーブフィッティングを実行することができる。これにより、本チェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置１００によれば、パイルアップの発生時においても正解にタイミング情報を特定することができる。これにより、出力信号において別のガンマ線に起因する波形が重畳されたとしても、すなわちパイルアップが発生したとしても、容易にパイルアップ補正を実行することができる。

また、本チェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置１００によれば、検出器信号に回路ノイズが重畳されていたとしても、尤もらしいタイミング情報と検出器信号の振幅（波高値）とを、特定することができる。これにより、波高値に対するカウント数のスペクトルが鋭くなり、ＰＥＴ画像におけるＳ／Ｎを向上することができる。

図１６は、未カーブフィッティングの比較例および本実施形態に関して振幅（波高値）に対するカウント数（観測頻度）の分布（振幅頻度分布）を示すグラフと、当該比較例に関して振幅の推定誤差を示すグラフとを示す図である。振幅の大きさは、観測されるフォトン数に依存する。図１６における振幅の推定誤差を示すグラフに示すように、比較例における振幅ＰＥは、伝送線路および熱などによる回路ノイズの影響で、正確に出力信号ＰＯＳに対する振幅を推定できていない。すなわち、比較例において推定された振幅は、回路ノイズにより推定誤差を有するため、実際の出力信号ＰＯＳに対して小さくなっている。

このため、図１６に示す振幅頻度分布において、比較例に対して本実施形態の方が、小さい半値幅で大きいカウント数を有することとなる。これらのことから、本実施形態によれば、振幅頻度分布において、波高値に対するカウント数のスペクトルが鋭くなり、すなわち波高値の推定誤差を低減することで比較例に比べて正確な光子数を推定でき、ＰＥＴ画像におけるＳ／Ｎを向上することができる。

また、本実施形態によれば、高時間分解能なＴＤＣは不要となり、かつトリガータイムウォークの改善に関する検出器ごとすなわち複数の画素ごとのキャリブレーション、および学習に必要な大きなメモリ容量も不要となる。これらのことから、本実施形態によれば、簡便かつ容易に、さらには低コストで、トリガータイムウォークの改善、パイル補正およびＳ／Ｎの向上を実現することができる。

（応用例）
本応用例は、第１の実施形態の応用例に係り、式（１）などにおけるβの初期値を設定することにある。γ線が放射体においてエネルギーＥ_ｄｅｐを付与して発生するチェレンコフ光子数Ｎは、Ｆｒａｎｋ－Ｔａｍｍの公式に従って、次式（３）で与えられることが知られている。

上式（３）の右辺において、Ａはγ線の阻止能を表す比例係数、αは微細構造定数（１／１３７）、Ｚはチェレンコフ（Ｃｈｅｒｅｎｋｏｖ）放射を起こす荷電粒子の電荷、λ_１、λ_２はチェレンコフ（Ｃｈｅｒｅｎｋｏｖ）放射の可視光波長の両端、そしてｎは媒質の屈折率である。

図１７は、エネルギーＥ_ｄｅｐの一例を示す図である。図１７に示すように、シンチレータなどの放射体へのガンマ線の入射により生じたパルスの面積、すなわちＡ／Ｄ変換値の和などは、当該ガンマ線の観測エネルギーに対応する。観測エネルギーは、概ね、シンチレータなどの放射体に付与されたエネルギーＥ_ｄｅｐに対応する。

式（３）の右辺におけるβは、物質中の荷電粒子の真空中の光子速度に対する相対速度であり、以下の式（４）で定義される。

式（４）の右辺において、ｍ_０は電子の静止質量、ｃは光速である。式（３）と式（４）とを用いることでチェレンコフ光子数Ｎの検出器観測エネルギー（Ｅ_ｄｅｐ）依存性を知ることが出来る。式（３）からチェレンコフ光の発生条件はβ×ｎ＞１であり、β＝１／ｎを満たすエネルギーが図１７に示す閾エネルギーＥ_ｔｈとなり、Ｅ_ｄｅｐ≧Ｅ_ｔｈのときにチェレンコフ光が発生する。

式（４）を式（３）へ代入して得られるＮに関する微分方程式を解析的に解くことは難しいが、数値的に解くことは可能である。数値解を用いない方法としては、例えば、閾エネルギーＥ_ｔｈを切片とする直線で近似することができる。当該直線は、例えば、以下の式（５）で示される。

図１８は、式（５）に関して、観測γ線エネルギーに対するチェレンコフ光子数Ｎの依存性の一例を示す図である。式（５）は、図１８に示すように、γ線入射によって放射体へ付与したおおよそのエネルギーを知ることで、おおよそのチェレンコフ光子数Ｎを予測できることを意味する。この性質を利用し、特定回路１５は、図１７に示す観測パルスの積分を実行し、おおよその付与エネルギーを測定する。特定回路１５は、観測エネルギーが閾エネルギーＥ_ｔｈ以上か否かを判定し、観測エネルギー閾エネルギーＥ_ｔｈ以上であれば、式（５）からチェレンコフ光子数Ｎを推定し、式（１）におけるβの初期値を設定する。改めて、特定回路１５は、パルス全体を式（３）で評価する。これらのことから、第１実施形態の応用例によれば、観測時刻ｔ_０の推定精度を向上することができる。

実施形態における技術的思想をデータ処理方法で実現する場合、当該データ処理方法は、チェレンコフ光に基づく第１の成分とシンチレーション光に基づく第２の成分とを含む検出器信号を取得し、第１の成分に対するカーブフィッティングにより、検出器信号の発生に関するタイミング情報を特定する。データ処理方法における効果は、実施形態と同様なため、説明は省略する。

実施形態における技術的思想をデータ処理プログラムで実現する場合、当データ処理プログラムは、コンピュータに、チェレンコフ光に基づく第１の成分とシンチレーション光に基づく第２の成分とを含む検出器信号を取得し、第１の成分に対するカーブフィッティングにより、検出器信号の発生に関するタイミング情報を特定すること、を実現させる。

例えば、チェレンコフＴＯＦＰＥＴ装置やデータ処理サーバなどにおけるコンピュータにデータ処理プログラムをインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても、タイミング取得処理を実現することができる。このとき、コンピュータに当該タイミング取得処理を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク（ハードディスクなど）、光ディスク（ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤなど）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することも可能である。データ処理プログラムにおける処理手順および効果は、第１の実施形態または第２の実施形態と同様なため、説明は省略する。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、簡便かつ低コストで事象発生時刻の推定精度を向上することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ データ処理装置
５ 検出器
１１ 取得部
１３ メモリ
１５ 特定回路
２１ 分流器
２３ 波形整形回路
２５ 比較器
２７ 判定回路
２９ 遅延増幅回路
３１ 変換器（ＡＤＣ）
５０ 発光体
５１ 光センサ
１００ チェレンコフＴＯＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）ＰＥＴ（ｐｏｓｉｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置
１０１ 架台装置
１０３ 第１の検出器
１０５ 第２の検出器
１０７ 第１のタイミング情報取得回路
１０９ 第２のタイミング情報取得回路
１１１ 天板
１１３ 寝台
１１５ 寝台駆動部
１４０ 入力装置
１４１ ディスプレイ
１４２ メモリ
２０１ コンソール装置
２０５ 処理回路
２０５ａ 同時計数情報生成機能
２０５ｂ 画像生成機能
２０５ｃ システム制御機能
２０５ｄ 寝台制御機能

Claims (9)

1. チェレンコフ光に基づく第１の成分とシンチレーション光に基づく第２の成分とを含む検出器信号を取得する取得部と、
   前記第１の成分に対するカーブフィッティングにより、前記検出器信号の発生に関するタイミング情報を特定する特定部と、
   を備えるデータ処理装置。
2. 前記特定部は、前記チェレンコフ光の発生の元となるガンマ線の検出器への到来時刻を、前記タイミング情報として特定する、
   請求項１に記載のデータ処理装置。
3. 前記特定部は、前記カーブフィッティングにより、前記ガンマ線のエネルギーをさらに特定する、
   請求項２に記載のデータ処理装置。
4. 前記特定部は、前記チェレンコフ光と前記シンチレーション光とによる前記検出器信号の時間的変化を示す解析的な関数を用いて、前記カーブフィッティングを実行し、
   前記関数は、前記検出器信号の振幅と前記タイミング情報とを、前記カーブフィッティングに関するパラメータとして有する、
   請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載のデータ処理装置。
5. 前記関数は、前記チェレンコフ光による前記検出器信号への寄与に関するパラメータをさらに有し、
   前記特定部は、前記カーブフィッティングにより前記寄与に関するパラメータを特定する、
   請求項４に記載のデータ処理装置。
6. 前記特定部は、前記第１の成分と前記第２の成分とに対する前記カーブフィッティングにより、前記タイミング情報を特定する、
   請求項１乃至５のうちいずれか一項に記載のデータ処理装置。
7. 光センサからの出力された出力波形を、第１出力波形と第２出力波形とに分流する分流器と、
   前記第１出力波形を整形する波形整形回路と、
   前記整形された第１出力波形を所定の閾値と比較する比較器と、
   前記比較器から出力に基づいて、前記第２出力波形のサンプリングの要否を判定する判定回路と、
   前記判定回路による判定結果に基づいて、前記第２出力波形をデジタル波形に変換する変換器と、
   前記デジタル波形に対するカーブフィッティングにより、前記出力波形の発生に関するタイミング情報を特定する特定部と、
   を備えるデータ処理装置。
8. チェレンコフ光に基づく第１の成分とシンチレーション光に基づく第２の成分とを含む検出器信号を取得し、
   前記第１の成分に対するカーブフィッティングにより、前記検出器信号の発生に関するタイミング情報を特定する、
   ことを備えるデータ処理方法。
9. コンピュータに、
   チェレンコフ光に基づく第１の成分とシンチレーション光に基づく第２の成分とを含む検出器信号を取得し、
   前記第１の成分に対するカーブフィッティングにより、前記検出器信号の発生に関するタイミング情報を特定すること、
   を実現させるデータ処理プログラム。

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