JP4377536B2

JP4377536B2 - Ｐｅｔ装置

Info

Publication number: JP4377536B2
Application number: JP2000261526A
Authority: JP
Inventors: 栄一田中; 貴司山下; 裕之岡田
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2020-08-30
Also published as: WO2002018974A1; AU2001282535A1; CN1223866C; US7038210B2; US20030189174A1; CN1449502A; JP2002071813A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽電子放出線源で標識された極微量物質の挙動を画像化することができるＰＥＴ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＥＴ（positron emission tomography）装置は、陽電子放出線源が投与された生体（被検体）内における電子・陽電子の対消滅に伴って発生し互い逆方向に飛行するエネルギ５１１ｋｅＶの光子（ガンマ線）の対を検出することにより、その被検体内の極微量物質の挙動を画像化することができる装置である。ＰＥＴ装置は、被検体が置かれる測定視野の周囲に配列された多数の小型の光子検出器を有する検出部を備えており、電子・陽電子の対消滅に伴って発生する光子対を同時計数法で検出して蓄積し（この測定を以下「放射測定」と言う）、この放射測定で蓄積された多数の同時計数情報すなわち投影データ（以下「放射データ」と言う）に基づいて、測定視野における光子対の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する。ＰＥＴ装置は核医学分野等で重要な役割を果たしており、これを用いて例えば生体機能や脳の高次機能の研究を行うことができる。
【０００３】
また、被検体内におけるエネルギ５１１ｋｅＶの光子の吸収を補正するために、以下のようにして放射データの吸収補正を行う。すなわち、測定視野に置かれた被検体の周囲に校正用の陽電子放出線源（例えば ⁶⁸Ｇｅ-⁶⁸Ｇａ）を回転させて、光子対を同時計数法で検出して蓄積し（この測定を以下「透過測定」と言う）、この透過測定で蓄積された多数の同時計数情報すなわち投影データ（以下「透過データ」と言う）を獲得する。そして、この透過データに基づいて放射データの吸収補正を行う。
【０００４】
また、多数の光子検出器それぞれの感度のばらつきを補正するために、以下のようにして各光子検出器の感度補正を行う。すなわち、測定視野に被検体を置くこと無く校正用の陽電子放出線源を回転させて、光子対を同時計数法で検出して蓄積し（この測定を以下「ブランク測定」と言う）、このブランク測定で蓄積された多数の同時計数情報すなわち投影データ（以下「ブランクデータ」と言う）を獲得する。そして、このブランクデータに基づいて各光子検出器の感度補正係数を算定してメモリに記憶させておき、この感度補正係数を用いて放射測定や透過測定の投影データの感度補正を行う。なお、このブランク測定は各光子検出器の感度の安定性に応じて適当な期間毎（たとえば１週間毎）に行われる。
【０００５】
このようなＰＥＴ装置は、２次元ＰＥＴ装置および３次元ＰＥＴ装置に大別される。また、２次元ＰＥＴ装置および３次元ＰＥＴ装置の何れとしても利用することが可能なセプタ撤去型ＰＥＴ装置が現在では広く利用されている。図９は、セプタ撤去型ＰＥＴ装置の検出部１０およびスライスセプタ２０の構成を説明する図である。同図（ａ）は、中心軸に平行な方向に検出部１０を見たときの図を示し、同図（ｂ）は、中心軸を含む面で検出部１０を切断したときの断面図を示す。
【０００６】
セプタ撤去型ＰＥＴ装置の検出部１０は、中心軸方向に積層された検出器リングＲ₁〜Ｒ₈を有している。各検出器リングＲは、中心軸に垂直なスライス面上にリング状に配された複数の光子検出器Ｄ₁〜Ｄ_Nを有している。各光子検出器Ｄは、例えばＢＧＯ（Ｂｉ₄Ｇｅ₃Ｏ₁₂）等のシンチレータと光電子増倍管とを組み合わせたシンチレーション検出器であり、中心軸を含む測定視野１から飛来して到達した光子を検出する。また、この検出部１０の内側にはスライスセプタ２０が備えられている。このスライスセプタ２０は、隣接する検出器リングＲの間の位置に配された９枚のリング状のシールド板Ｓ₁〜Ｓ₉からなり、中心軸方向に移動可能である。さらに、スライスセプタ２０が退避する空間を有するセプタ撤去部３０が設けられている。
【０００７】
測定視野１内にスライスセプタ２０が配置されているときには、セプタ撤去型ＰＥＴ装置の検出部１０は、スライスセプタ２０のコリメート作用により、中心軸との角度が略９０度の方向（すなわち、スライス面に略平行な方向）から飛来した光子対のみを同時計数することができる。すなわち、検出部１０により得られ蓄積された同時計数情報すなわち２次元投影データは、同一の検出器リングまたは隣接する（若しくは極めて近い）検出器リングに含まれる１対の光子検出器によるものに限られる。したがって、この場合には、測定視野１外の位置で発生した光子対が散乱された散乱線を効率よく除外することができ、また、２次元投影データ（放射データ）の吸収補正や感度補正を容易に行うことができる。
【０００８】
一方、測定視野１からセプタ撤去部３０の退避空間へスライスセプタ２０が撤去されているときには、セプタ撤去型ＰＥＴ装置の検出部１０は、あらゆる方向から飛来した光子対を同時計数することができる。すなわち、検出部１０により得られ蓄積される同時計数情報すなわち３次元投影データは、任意の検出器リングに含まれる１対の光子検出器によるものが可能である。したがって、この場合には、測定視野１内にスライスセプタ２０が配置されているときと比較して５倍〜１０倍程度に高い感度で光子対を同時計数することができる。
【０００９】
このようなセプタ撤去型ＰＥＴ装置は、目的に応じて、測定視野１内にスライスセプタ２０を配置して２次元の投影データを獲得し、或いは、測定視野１からスライスセプタ２０を撤去して３次元の投影データを獲得する。例えば、測定視野１内にスライスセプタ２０を配置するとともに、測定視野１内に被検体２を置き、被検体２の周囲に校正用の陽電子放出線源３を回転させて、透過測定を行って２次元の透過データを獲得する。また、測定視野１からスライスセプタ２０を撤去するとともに、校正用の陽電子放出線源３を取り除いて、陽電子放出線源を含む放射性薬剤が投与された被検体２を測定視野１内に置き、３次元放射測定を行って３次元の放射データを獲得する。なお、測定視野１内にスライスセプタ２０を配置したまま２次元放射測定を行って２次元の放射データを獲得してもよい。そして、透過データに基づいて放射データの吸収補正を行って画像再構成を行う。
【００１０】
図１０は、放射測定および透過測定のタイムスケジュールを説明する図である。この図には３通りのタイムスケジュールが示されている。図１０（ａ）に示すタイムスケジュールでは透過測定の後に放射測定を行う。先ず、測定視野１内にスライスセプタ２０を挿入した状態で被検体２を測定視野１内に置き、校正用の陽電子放出線源３を被検体２とセプタ２０との間に中心軸に平行に配置し、中心軸を中心にして陽電子放出線源３を回転させて透過測定を行って２次元の透過データを獲得する。次に、陽電子放出線源３を撤去して、被検体２に放射性薬剤を投与し、この放射性薬剤が被検体２の目標臓器へ集積するのに必要な時間だけ待機した後に、放射測定を行って放射データを獲得する。この放射測定では、測定視野１からスライスセプタ２０を撤去して３次元の放射データを獲得してもよいし、測定視野１内にスライスセプタ２０を配置して２次元の放射データを獲得してもよい。
【００１１】
２次元の放射データを獲得した場合には、２次元の透過データから直ちに放射データの吸収補正を行って、２次元画像再構成を行うことができる。一方、３次元の放射データを獲得した場合には、以下のようにして吸収補正を行う。すなわち、２次元の透過データに基づいてＸ線ＣＴの原理によりスライス毎に２次元画像再構成を行ってスライス毎の吸収係数画像を計算し、このスライス毎の吸収係数画像の積み重ねとして３次元の吸収係数画像を作成する。次に、この３次元の吸収係数画像に基づいて、種々の３次元的投影方向についての吸収透過率を計算し、この得られた吸収透過率に基づいて放射データの吸収補正を行って、３次元画像再構成を行う。
【００１２】
以上に説明した図１０（ａ）に示すタイムスケジュールでは、透過測定と放射測定とが互いに独立に行われるので、最も確実に測定を行うことが可能である。しかし、測定視野１内のベッドに被検体２を拘束する時間が最も長く、したがって、被検体２の負担が大きく、検査のスループットが最も低い。また、透過測定および放射測定それぞれの期間において被検体２の位置が互いにずれ易く、これに因りアーチファクト（偽像）が生じ易い。
【００１３】
図１０（ｂ）に示すタイムスケジュールでは放射測定の後に透過測定を行う（この測定を以下「投与後透過測定」と言う）。この投与後透過測定における測定視野１内のベッドに被検体２を拘束する時間は、図１０（ａ）に示したタイムスケジュールと比較すると短い。しかし、投与後透過測定では、例えば ¹⁸Ｆ（半減期１１０分）のように放射性薬剤の半減期が比較的長い場合には、透過測定により得られる透過データには、校正用の陽電子放出線源３に由来するデータだけでなく、被検体２に投与された放射性薬剤に由来するデータも含まれることから、透過データを補正する必要がある。
【００１４】
また、図１０（ｃ）に示すタイムスケジュールでは放射測定と透過測定とを同時に行う（この測定を以下「放射・透過同時測定」と言う）。この放射・透過同時測定における測定視野１内のベッドに被検体２を拘束する時間は、投与後透過測定と比較すると更に短い。検査のスループットは最も高い。また、被検体２の位置ずれに因るアーチファクトが生じ難い。したがって、被検体２の負担が大きく軽減される。しかし、放射・透過同時測定では、投与後放射測定の場合と同様に、被検体２に投与された放射性薬剤に由来するデータが透過データに含まれるだけでなく、さらに放射データにも校正用の陽電子放出線源３に由来するデータが含まれるから、これらの影響を補正する必要がある。
【００１５】
投与後透過測定または放射・透過同時測定のように被検体２内に放射性薬剤が存在する状態で透過測定を行う場合に、透過データおよび放射データを互いに区別して獲得するには、以下に説明するサイノグラムウィンドウ法が用いられる。図１１は、サイノグラムウィンドウ法を説明する図である。同図（ａ）は、測定視野１内にスライスセプタ２０を配置して２次元の放射・透過同時測定を行って得られる投影データを示し、同図（ｂ）は、この投影データのサイノグラムを示す。なお、投影データは、同図（ａ）に示すように、各投影方向（投影角度θの各値）について、この投影方向に直交するｔ軸上における同時計数情報分布を表すものである。また、サイノグラムは、同図（ｂ）に示すように、投影角度θの値の順に投影データを配列したものであり、ｔ−θ平面上における同時計数情報分布を表すものである。
【００１６】
校正用の陽電子放出線源３に由来するデータは、図１１（ｂ）に示すようにサイノグラム上において正弦曲線の形で現われ、その正弦曲線が陽電子放出線源３の回転に従ってθ方向に移動する。陽電子放出線源３に由来するデータが現れるサイノグラム上の正弦曲線の位置は、陽電子放出線源３の角度位置を検出することにより知ることができる。そこで、陽電子放出線源３に由来するデータが現れるサイノグラム上の正弦曲線を含む所定幅の領域をサイノグラムウィンドウとし、このサイノグラムウィンドウ内のデータを透過データとするとともに、このサイノグラムウィンドウ外のデータを放射データとして、透過データおよび放射データそれぞれを互いに別個に収集する。
【００１７】
このようにして得られた透過データには放射データの一部も含まれるが、サイノグラムウィンドウの近傍の放射データより推定したものを透過データから差し引くことで、透過データを補正することができる。また、散乱に因って透過データの一部が放射データに含まれるが、透過データに所定の係数を乗じたものを放射データから差し引くことで、放射データを補正することができる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、２次元の放射・透過同時測定を行う場合、以下のような問題点があった。すなわち、校正用の陽電子放出線源３の近くにある光子検出器には、被検体２に投与された放射性薬剤に由来する光子の入射頻度より高い頻度で、陽電子放出線源３に由来する光子が入射する。したがって、光子検出器における光子検出の時間分解能の限界に応じて、被検体２に投与される放射性薬剤および校正用の陽電子放出線源３それぞれの放射能強度が制限され、これに因り測定に長時間を要する。
【００１９】
測定視野からスライスセプタを撤去した状態で３次元の透過測定を行う場合には、上記の問題が更に深刻であるだけでなく、透過データに多量の散乱同時計数が混入することから正確な吸収補正を行うことができない。したがって、３次元の透過測定を行うことは事実上不可能である。また、スライスセプタを有しない３次元ＰＥＴ装置では、¹³⁷Ｃｓのコリメートした点状線源を被検体の周囲に螺旋軌道に沿って走査して、ヘリカルＸ線ＣＴの原理で透過データを得る方法が実用化されているが、サイノグラムウィンドウ法を利用することができないので放射・透過同時測定を行うことができない。
【００２０】
なお、文献「C. J. Thompson, et al., "Simultaneous Transmission and Emission Scans in Positron Emission Tomography", IEEE Trans. Nucl. Sci., Vol.36, No.1, pp.1011-1016 (1989)」に、ＰＥＴ装置を用いた放射・透過同時測定について記載されている。このＰＥＴ装置は、リング状のスライスセプタとは別に点状線源を挟んだサブコリメータを設け、このサブコリメータで挟んだ点状線源を回転させながら放射・透過同時測定を行うものである。しかし、この文献に記載されたＰＥＴ装置でも、上記の問題点を解決することができない。
【００２１】
また、特開平５−２０９９６４号公報には、ターボファン型のコリメータを有するエミッションＣＴ装置が開示されている。この装置では、コリメータが設けられていないシールド部に貫通孔が設けられ、この貫通孔に感度補正用放射線源が挿入される。しかし、この公報に開示された発明は、感度補正の為の線源の取り付け方法および収納方法に関するものであって、本願発明の目的とは異なる。また、この公報に開示された発明は、ガンマ線放出核種を用いるＳＰＥＣＴ（single photon emission computed tomography）装置であって、陽電子放出線源を用いて光子対を同時計数する本願発明のＰＥＴ装置とは異なる。
【００２２】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、短時間に測定することができ高精度の再構成画像を得ることができるＰＥＴ装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＰＥＴ装置は、(1) 中心軸を含む測定視野から飛来してきた光子を各々検出する複数の光子検出器が中心軸に垂直なスライス面上に配された検出器リングを複数含み、これら複数の検出器リングが中心軸に平行な方向に積層された検出部と、(2) 複数組の検出器リングそれぞれを構成する複数の光子検出器のうち一部のものの測定視野の側に、中心軸を中心に回転自在に配され、飛来してきた光子のうちスライス面に略平行なもののみをコリメートして通過させる複数のシールド板を含む回転セプタと、(3) 校正用の陽電子放出線源を、この陽電子放出線源から放出された陽電子により発生した光子が回転セプタによりスライス面に平行な全ての方向に亘ってコリメートされる位置に、着脱自在に支持する線源支持手段と、(4) 検出部に含まれる光子検出器のうち１対の光子検出器が光子対を同時計数したときに、その１対の光子検出器のうち少なくとも一方の測定視野の側に回転セプタが存在しているか否かを判定する回転セプタ位置判定手段と、(5) １対の光子検出器のうち少なくとも一方の測定視野の側に回転セプタが存在していると回転セプタ位置判定手段により判定されたときに、１対の光子検出器による光子対の同時計数情報を蓄積する２次元投影データ蓄積手段と、(6) １対の光子検出器のうち何れの測定視野の側にも回転セプタが存在していないと回転セプタ位置判定手段により判定されたときに、１対の光子検出器による光子対の同時計数情報を蓄積する３次元投影データ蓄積手段と、(7) ２次元投影データ蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された２次元投影データ、および、３次元投影データ蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された３次元投影データに基づいて、測定視野における光子対の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する画像再構成手段と、を備えることを特徴とする。
【００２４】
このＰＥＴ装置によれば、測定空間から飛来した光子対が検出部の１対の光子検出器により同時計数されると、その１対の光子検出器のうち少なくとも一方の測定空間の側に回転セプタが存在しているか否かが回転セプタ位置判定手段により判定される。この判定は、例えば、回転位置検出センサにより検出された回転セプタの回転位置に基づいて行われる。もし、回転セプタ位置判定手段により少なくとも一方の測定空間の側に回転セプタが存在していると判定されたときには、その１対の光子検出器による光子対の同時計数情報は２次元投影データ蓄積手段により蓄積される。逆に、回転セプタ位置判定手段により何れも測定空間の側に回転セプタが存在していないと判定されたときには、１対の光子検出器による光子対の同時計数情報は３次元投影データ蓄積手段により蓄積される。そして、画像再構成手段により、２次元投影データ蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された２次元投影データ、および、３次元投影データ蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された３次元投影データに基づいて、測定空間における光子対の発生頻度の空間分布を表す画像が再構成される。
【００２５】
例えば、放射・透過同時測定を行う場合には、放射性薬剤が投与された被検体を測定視野内に置くとともに、校正用の陽電子放出線源を回転セプタの所定位置に線源支持手段により支持して、測定を行う。この測定に際しては、校正用の陽電子放出線源とともに回転セプタを回転させるとともに、回転セプタ位置判定手段により回転セプタの回転位置を検出する。そして、この検出結果に基づいて、検出部の１対の光子検出器により検出された同時計数情報が２次元のものであるか３次元のものであるかを判定し、また、サイノグラムウィンドウ法に基づく分離を行って、２次元放射データと透過データとを２次元投影データ蓄積部にそれぞれ別個のメモリに蓄積していき、また、３次元放射データを３次元投影データ蓄積部に蓄積していく。測定が終了すると、透過データに基づいて放射データの吸収補正を行い、この補正された放射データに基づいて３次元画像を再構成する。このように、２次元透過データおよび３次元放射データは１回の測定で同時に得られる。
【００２６】
また、本発明に係るＰＥＴ装置は、線源支持手段により支持された陽電子放出線源から放出された陽電子により発生した光子を遮蔽する遮蔽板が回転セプタの側面に設けられていることを特徴とする。この場合には、回転セプタの周方向の一部を通過することに起因して生ずる不完全にコリメートされた光子を遮蔽することによって、２次元投影データと３次元投影データを明確に区別することができる。また、校正用の陽電子放出線源を用いた透過測定及びブランク測定の際に、回転セプタの近傍の（回転セプタの後方に位置しない）光子検出器への光子の入射を防止し、これらの光子検出器の計数率の異常な上昇を避けることができる。
【００２７】
また、本発明に係るＰＥＴ装置は、測定視野内への回転セプタの配置および測定視野からの回転セプタの撤去を行う回転セプタ撤去手段を更に備えることを特徴とする。この場合には、例えば賦活試験の場合のように厳密な吸収補正や散乱補正を必要としない場合、全ての光子検出器を利用して測定視野内に置かれた被検体に投与された放射性薬剤に由来する光子を検出して、３次元の放射データを３次元投影データ蓄積部に蓄積することによって、より高感度の３次元放射測定が可能である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２９】
（第１の実施形態）
先ず、本発明に係るＰＥＴ装置の第１の実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係るＰＥＴ装置の検出部１０および回転セプタ２０の構成を説明する図であり、同図（ａ）は、中心軸に平行な方向に検出部１０を見たときの図を示し、同図（ｂ）は、中心軸を含む面で検出部１０を切断したときの断面図を示す。図２は、第１の実施形態に係るＰＥＴ装置の回転セプタ２０の構成をより詳細に説明する図であり、同図（ａ）は斜視図を示し、同図（ｂ）は断面図を示す。
【００３０】
この検出部１０は、シールド板１１とシールド板１２との間に積層された検出器リングＲ₁〜Ｒ₈を有している。各検出器リングＲは、中心軸に垂直なスライス面上にリング状に配されたＮ個の光子検出器Ｄ₁〜Ｄ_Nを有している。各光子検出器Ｄは、例えばＢＧＯ（Ｂｉ₄Ｇｅ₃Ｏ₁₂）等のシンチレータと光電子増倍管とを組み合わせたシンチレーション検出器であり、中心軸を含む測定視野１から飛来してきて到達した光子を検出する。
【００３１】
この検出部１０の内側すなわち測定視野１側には回転セプタ２０が備えられている。回転セプタ２０は、隣接する検出器リングＲの間の位置に互いに平行に配された９枚のシールド板Ｓ₁〜Ｓ₉を含む。シールド板Ｓ₁〜Ｓ₉それぞれは、電子・陽電子の対消滅に伴って発生し互い逆方向に飛行する光子対すなわちエネルギ５１１ｋｅＶのガンマ線を吸収する材料（例えば、タングステン、鉛）からなる。回転セプタ２０は、コリメート作用を奏し、スライス面に略平行に飛来した光子対のみを、その後方にある光子検出器Ｄに入射させる。
【００３２】
シールド板Ｓ₁〜Ｓ₉それぞれは、リング状ではなく、各検出器リングＲを構成するＮ個の光子検出器Ｄ₁〜Ｄ_Nのうち一部のもの（図１では７個の光子検出器）の測定視野１側に設けられている。回転セプタ２０は、中心軸を中心に回転自在であって、一定速度の連続回転、ステップ回転または往復回転を行う。回転セプタ２０の回転位置は、回転位置検出センサにより検出され、或いは、その回転を制御するセプタ回転駆動部により把握される。
【００３３】
また、回転セプタ２０の各シールド板Ｓには、棒状の陽電子放出線源３を挿入して支持し得る線源支持手段として棒状線源挿入孔２０ａおよび２０ｂが設けられている。すなわち、回転セプタ２０の各シールド板Ｓに設けられた棒状線源挿入孔２０ａおよび２０ｂそれぞれは、校正用の陽電子放出線源３を、中心軸に平行な直線上であって、この陽電子放出線源３から放出された陽電子により発生した光子が回転セプタ２０によりスライス面に平行な全ての方向に亘ってコリメートされる位置に、着脱自在に支持する。
【００３４】
なお、本実施形態では、線源支持手段として複数の棒状線源挿入孔が設けられている。これは、校正用の陽電子放出線源３の半減期（例えば ⁶⁸Ｇｅ-⁶⁸Ｇａでは半減期２７１日）を考慮して、複数の陽電子放出線源を用いることで、最も減衰した陽電子放出線源から順次に更新することにより、線源維持費を低減する為である。
【００３５】
また、回転セプタ２０の各シールド板Ｓの大きさ及び形状は、棒状線源挿入孔２０ａまたは２０ｂにより支持された校正用の陽電子放出線源３を用いて行う透過測定において得られる透過データが測定視野１を充分にカバーするように設計される（図１（ａ）中の点線を参照）。回転セプタ２０の後方にある光子検出器Ｄの個数をｎとすると、ｎ／Ｎの値は、１／２以下が好適であり、１／１０〜１／６程度が特に好適である。
【００３６】
さらに、回転セプタ２０の側面には遮蔽板２１および２２が設けられている。これら遮蔽板２１および２２は、回転セプタ２０の周方向の両側面に設けられていて、線源支持手段（棒状線源挿入孔２０ａまたは２０ｂ）により支持された陽電子放出線源３から放出された陽電子により発生した光子を遮蔽して、この光子が回転セプタ２０の後方にある光子検出器Ｄ以外の光子検出器Ｄに入射するのを防止する。これら遮蔽板２１および２２も、エネルギ５１１ｋｅＶのガンマ線を吸収する材料（例えば、タングステン、鉛）からなる。
【００３７】
全身用（体躯部用）を想定したＰＥＴ装置の検出部１０および回転セプタ２０の具体的寸法の１例は下記のとおりである。例えば、各検出器リングＲの内径は９００ｍｍであり、各検出器リングＲの軸方向ピッチは５ｍｍであり、検出器リングＲの数は４８であり、測定視野１の軸方向長さが２４０ｍｍである。このとき、回転セプタ２０の各シールド板Ｓは、材質がタングステンであり、厚さが１ｍｍであり、奥行きが１２０ｍｍであり、棒状線源挿入孔２０ａおよび２０ｂの位置が前縁より３０ｍｍ〜４０ｍｍ程度であるのが好適である。また、遮蔽板２１および２２は、材質が鉛であり、厚さが４ｍｍ〜６ｍｍであるのが好適である。以上のような寸法の検出部１０および回転セプタ２０を用いた場合、測定視野１内に被検体２を置かない状態で、軸方向視野の中央であって陽電子放出線源３に近い光子検出器Ｄにおいてシングル計数率が最高となり、放射測定に寄与する光子検出器Ｄ（すなわち、回転セプタ２０の後方にある光子検出器Ｄ以外の光子検出器Ｄ）におけるシングル計数率は上記最高計数率の３０％以下に抑えられる。
【００３８】
図３は、第１の実施形態におけるＰＥＴ装置の検出部１０における同時計数を説明する図である。図３（ａ）は、中心軸に平行な方向に検出部１０を見たときの図を示す。
【００３９】
図３（ｂ）は、図３（ａ）中の破線Ａ-Ａ'における断面図を示す。破線Ａ-Ａ'は、中心軸および回転セプタ２０を通過するものである。図３（ｂ）には、線源支持手段（棒状線源挿入孔２０ａまたは２０ｂ）により支持された陽電子放出線源３に由来する光子対の同時計数ラインが示されている。陽電子放出線源３に由来する光子対は、回転セプタ２０によりコリメートされるので、同一の検出器リングＲまたは隣接する（若しくは極めて近い）検出器リングＲに含まれる１対の光子検出器により検出される。すなわち、この場合には、測定視野１内に被検体２が置かれている状態では２次元の透過データが得られ、測定視野１内に被検体２が置かれていない状態では２次元のブランクデータが得られる。
【００４０】
図３（ｃ）は、図３（ａ）中の破線Ｂ-Ｂ'における断面図を示す。破線Ｂ-Ｂ'は、中心軸を通過するが回転セプタ２０を通過しないものである。図３（ｃ）には、測定視野１内に置かれている被検体２に投与された放射性薬剤に由来する光子対の同時計数ラインが示されている。被検体２に投与された放射性薬剤に由来する光子対は、回転セプタ２０によりコリメートされることなく、任意の検出器リングＲに含まれる１対の光子検出器により検出される。すなわち、この場合には、３次元の放射データが得られる。
【００４１】
図４は、第１の実施形態に係るＰＥＴ装置の全体構成を概念的に説明するブロック図である。セプタ回転駆動部４０は、中心軸を中心にして回転セプタ２０を回転駆動させるものであり、回転位置検出センサ５０は、回転セプタ２０の回転位置を検出するものである。測定視野１に被検体２をおいて行う１回の測定の期間中、回転セプタ２０はセプタ回転駆動部４０により駆動されて回転しており、また、回転セプタ２０の回転位置は回転位置検出センサ５０により常に把握されている。そして、１対の光子検出器が光子対を同時計数したときに、その１対の光子検出器のうち少なくとも一方が回転セプタ２０の後方に位置するか否かが判定される。この判定は、回転位置検出センサ５０により検出された回転セプタ２０の回転位置に基づいてなされる。
【００４２】
もし、一方の光子検出器が回転セプタ２０の後方に位置すると判定されれば、その１対の光子検出器が検出した同時計数情報は２次元同時計数情報であると判断され、その２次元同時計数情報は２次元投影データ蓄積部６１に蓄積される。一方、そうでなければ、その１対の光子検出器が検出した同時計数情報は３次元同時計数情報であると判断され、その３次元同時計数情報は３次元投影データ蓄積部６２に蓄積される。このようにして、２次元同時計数情報および３次元同時計数情報それぞれは互いに別個に蓄積されて、２次元投影データ（透過データまたはブランクデータ）および３次元投影データ（放射データ）が作成される。データ処理部７０は、これらの２次元投影データおよび３次元投影データに基づいて、感度補正、散乱補正及び吸収補正された３次元放射データを作成し、被検体２内における光子対の発生頻度の空間分布を示す３次元画像を再構成する。画像表示部８０は、データ処理部７０により再構成された画像を表示する。
【００４３】
なお、放射・透過同時測定または投与後透過測定では、上記の２次元投影データには放射データと透過データとが混在して蓄積されるが、以下に説明するサイノグラムウィンドウ法により分離して、これらをそれぞれ別のメモリに収集される。図５は、第１の実施形態に係るＰＥＴ装置におけるサイノグラムウィンドウ法を説明する図である。同図（ａ）は、中心軸に直角なスライス面における投影データを示し、同図（ｂ）は、この投影データのサイノグラムを示す。なお、同図（ｂ）には、２次元投影データおよび３次元投影データそれぞれのサイノグラムが互いに重ねられて表示されているが、実際には、回転位置検出センサ５０により検出された回転セプタ２０の回転位置に基づいて、２次元投影データは２次元投影データ蓄積部６１に収集され、３次元投影データは３次元投影データ蓄積部６２に収集される。
【００４４】
校正用の陽電子放出線源３に由来するデータは、図５（ｂ）に示すようにサイノグラム上において正弦曲線の形で現われ、その正弦曲線が回転セプタ２０および陽電子放出線源３の回転に従ってθ方向に移動する。陽電子放出線源３に由来するデータが現れるサイノグラム上の正弦曲線の位置は、回転位置検出センサ５０により検出された回転セプタ２０の回転位置に基づいて知ることができる。そこで、陽電子放出線源３に由来するデータが現れるサイノグラム上の正弦曲線を含む所定幅の領域をサイノグラムウィンドウとし、このサイノグラムウィンドウ内のデータを２次元透過データとするとともに、このサイノグラムウィンドウ外のデータを２次元放射データとして、両者を互いに別個に収集する。サイノグラムウィンドウ内のデータ（２次元透過データ）には被検体２に投与された放射性薬剤に由来するデータが混入するが、サイノグラムウィンドウの近傍の２次元透過データより推定したものを２次元透過データから差し引くことで補正することができる。回転セプタ２０のコリメート作用により、被検体２に投与された放射性薬剤に由来するデータの２次元投影データへの寄与は、３次元投影データへの寄与と比べて著しく小さいため、上記の補正の量は従来の２次元ＰＥＴ装置の場合に比較してはるかに少なく、正確な透過データを得ることができる。
【００４５】
また、校正用の陽電子放出線源３に由来するデータ（本来２次元透過データとなるべきもの）の一部が散乱に因ってサイノグラムウィンドウ外の２次元放射データに含まれるが、２次元透過データに所定の係数を乗じたものを２次元放射データから差し引くことで補正することができる。校正用の陽電子放出線源３に由来するデータの３次元放射データへの混入は極めて少なく無視してもよい。
【００４６】
第１の実施形態に係るＰＥＴ装置を用いた放射・透過同時測定（図１０（ｃ）参照）は以下のように行われる。被検体２に放射性薬剤を投与し、この放射性薬剤が被検体２の目標臓器へ集積するのに必要な時間だけ待機した後に、この被検体２を測定視野１内に置くとともに、校正用の陽電子放出線源３を回転セプタ２０の棒状線源挿入孔２０ａまたは２０ｂに挿入して、測定を行う。この測定に際しては、セプタ回転駆動部４０により回転セプタ２０を回転させるとともに、回転位置検出センサ５０により回転セプタ２０の回転位置を検出する。そして、この検出結果に基づいて、検出部１０の１対の光子検出器により検出された同時計数情報が２次元のものであるか３次元のものであるかを判定し、また、上記のサイノグラムウィンドウ法に基づく分離を行って、２次元透過データを２次元投影データ蓄積部６１に蓄積していき、また、３次元放射データを３次元投影データ蓄積部６２に蓄積していく。測定が終了すると、データ処理部７０により、透過データに基づいて放射データの吸収補正を行い、この補正された放射データに基づいて３次元画像を再構成して、画像表示部８０により、この再構成された画像を表示する。
【００４７】
第１の実施形態に係るＰＥＴ装置を用いた投与後透過測定（図１０（ｂ）参照）は以下のように行われる。被検体２に放射性薬剤を投与し、この放射性薬剤が被検体２の目標臓器へ集積するのに必要な時間だけ待機した後に、この被検体２を測定視野１内に置いて、放射測定を行う。この放射測定に際しては、セプタ回転駆動部４０により回転セプタ２０を回転させるとともに、回転位置検出センサ５０により回転セプタ２０の回転位置を検出する。そして、この検出結果に基づいて、検出部１０の１対の光子検出器により検出された同時計数情報が２次元のものであるか３次元のものであるかを判定して、２次元放射データを２次元投影データ蓄積部６１に蓄積していき、また、３次元放射データを３次元投影データ蓄積部６２に蓄積していく。
【００４８】
放射測定の後に、校正用の陽電子放出線源３を回転セプタ２０の棒状線源挿入孔２０ａまたは２０ｂに挿入して、透過測定を行う。この透過測定の際には、セプタ回転駆動部４０により回転セプタ２０を回転させるとともに、回転位置検出センサ５０により回転セプタ２０の回転位置を検出する。そして、この検出結果に基づいて、検出部１０の１対の光子検出器により検出された同時計数情報が２次元のものであるか３次元のものであるかを判定し、また、上記のサイノグラムウィンドウ法に基づく分離を行って、２次元透過データを２次元投影データ蓄積部６１に蓄積していく。測定が終了すると、データ処理部７０により、前記の放射測定で得られた２次元放射データおよび３次元放射データに基づいて散乱補正を行い、さらに上記の透過データに基づいて放射データの吸収補正を行い、この補正された放射データに基づいて３次元画像を再構成して、画像表示部８０により、この再構成された画像を表示する。この投与後透過測定法では、散乱同時計数の影響の少ない２次元放射データを利用して散乱補正を行うことによって、前記の放射・透過同時測定法と比較して定量性が高いＰＥＴ画像を得ることができる。
【００４９】
また、第１の実施形態に係るＰＥＴ装置を用いたブランク測定は以下のように行われる。被検体２を測定視野１内に置くことなく、校正用の陽電子放出線源３を回転セプタ２０の棒状線源挿入孔２０ａまたは２０ｂに挿入して、ブランク測定を行う。このブランク測定に際しては、セプタ回転駆動部４０により回転セプタ２０を回転させるとともに、回転位置検出センサ５０により回転セプタ２０の回転位置を検出する。そして、この検出結果に基づいて、検出部１０の１対の光子検出器により検出された同時計数情報のうち２次元のもののみを選択して、その２次元投影データ（ブランクデータ）を２次元投影データ蓄積部６１に蓄積していく。ブランク測定が終了すると、データ処理部７０により、ブランクデータに基づいて各光子検出器の感度補正係数を算出してメモリに記憶し、各光子検出器の感度補正に使用する。
【００５０】
本実施形態に係るＰＥＴ装置によれば、放射・透過同時測定または投与後透過測定の場合、回転セプタ２０の後方にある光子検出器Ｄに入射する光子の大部分は、校正用の陽電子放出線源３に由来するものであり、一方、これ以外の光子検出器Ｄに入射する光子の大部分は、被検体２に投与された放射性薬剤に由来するものである。したがって、各光子検出器Ｄの最大許容シングル計数率の範囲内において、陽電子放出線源３および被検体２に投与する放射性薬剤それぞれの放射能を互いに略独立に最適な値に選ぶことができる。その結果、放射データおよび透過データそれぞれの統計精度を従来より大きく向上することができる。そして、測定時間を短縮することができ、被検体２の拘束時間を短くすることができる。また、放射・透過同時測定の実用化により、被検体２の位置ずれに因るアーチファクトの発生を抑制することができる。
【００５１】
以上のように、本実施形態に係るＰＥＴ装置によれば、高感度の３次元放射測定と高精度の２次元透過測定とを同時に行うことができ、短時間に測定することができてスループットが改善され、また、高精度の再構成画像を得ることができる。被検体２の拘束時間が大幅に短縮されることにより、身体が不自由な高齢者や障害者にもＰＥＴ診断が容易となる。
【００５２】
また、従来の２次元ＰＥＴ装置を用いて放射・透過同時測定を行う場合と比較すると、本実施形態に係るＰＥＴ装置を用いて放射・透過同時測定を行う場合には、放射測定の検出感度が高い。また、放射データと透過データとの間の相互のデータ混入（クロストーク）が少ないので、高い精度で透過データが得られる。さらに、校正用の陽電子放出線源３に由来する光子は、回転セプタ２０により被検体２に対してもコリメートされるので、被検体２の放射線被爆量が大幅に低減される。
【００５３】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係るＰＥＴ装置の第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態に係るＰＥＴ装置の検出部１０および回転セプタ２０の構成を説明する図であり、同図（ａ）は、中心軸に平行な方向に検出部１０を見たときの図を示し、同図（ｂ）は、中心軸を含む面で検出部１０を切断したときの断面図を示す。
【００５４】
第１の実施形態のものと比較すると、第２の実施形態に係るＰＥＴ装置は、回転セプタ２０が退避する空間を有するセプタ撤去部３０が設けられ、また、測定視野１内への回転セプタ２０の配置およびセプタ撤去部３０への回転セプタ２０の撤去を行う回転セプタ撤去手段が設けられている点で異なっている。
【００５５】
この第２の実施形態に係るＰＥＴ装置は、第１の実施形態に係るものの作用および効果に加えて、以下のような作用および効果を奏することができる。すなわち、透過測定とは別に放射測定を行う場合（図１０（ａ），（ｂ）参照）に、測定視野１内で回転セプタ２０を回転させた状態だけでなく、セプタ撤去部３０へ回転セプタ２０を撤去した状態でも、測定視野１内に置かれた被検体２に投与された放射性薬剤に由来する光子を検出して、３次元の放射データを３次元投影データ蓄積部６３に蓄積することができる。セプタ撤去部３０へ回転セプタ２０を撤去した状態で放射測定を行うことで、より高感度の３次元放射測定が可能である。
【００５６】
（第３の実施形態）
次に、本発明に係るＰＥＴ装置の第３の実施形態について説明する。図７は、第３の実施形態に係るＰＥＴ装置の検出部１０および回転セプタ２０の構成を説明する図であり、同図（ａ）は、中心軸に平行な方向に検出部１０を見たときの図を示し、同図（ｂ）は、中心軸を含む面で検出部１０を切断したときの断面図を示す。
【００５７】
第１の実施形態のものと比較すると、第３の実施形態に係るＰＥＴ装置は、検出部１０のシールド板１１とシールド板１２との間に粗いスライスコリメータ１３〜１５が設けられ、シールド板１１とスライスコリメータ１３との間に検出器リングＲ₁₁〜Ｒ₁₈および回転セプタ２０₁が設けられ、スライスコリメータ１３とスライスコリメータ１４との間に検出器リングＲ₂₁〜Ｒ₂₈および回転セプタ２０₂が設けられ、スライスコリメータ１４とスライスコリメータ１５との間に検出器リングＲ₃₁〜Ｒ₃₈および回転セプタ２０₃が設けられ、また、スライスコリメータ１５とシールド板１２との間に検出器リングＲ₄₁〜Ｒ₄₈および回転セプタ２０₄が設けられている点で異なる。検出器リングＲ₁₁〜Ｒ₁₈、Ｒ₂₁〜Ｒ₂₈、Ｒ₃₁〜Ｒ₃₈およびＲ₃₁〜Ｒ₄₈それぞれは、第１の実施形態における。検出リングＲと同様のものである。また、回転セプタ２０₁〜２０₄それぞれは、第１の実施形態における回転セプタ２０と同様のものである。
【００５８】
この第３の実施形態に係るＰＥＴ装置は、第１の実施形態に係るものの作用および効果に加えて、以下のような作用および効果を奏することができる。すなわち、複数の検出器リングＲ毎に粗いスライスコリメータ１３，１４または１５が設けられていることにより、スライス面に対して大きい角度の方向から入射する光子を遮蔽することによって、散乱同時計数の影響を軽減することができるともに、光子検出器Ｄの計数率を低減して数え落としに因る計数損失を軽減することができる。
【００５９】
また、本実施形態では、測定視野１内に置かれた被検体２に対して相対的に検出部１０および回転セプタ２０₁〜２０₄を一体として中心軸に平行な方向に移動させるのが好適である。このようにすることで、被検体２の体軸方向について均一な感度で光子対を検出することができ、また、再構成画像における定量性を均一にすることができる。
【００６０】
（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、回転セプタ２０において校正用の陽電子放出線源３を支持する線源支持手段は、既に図２で説明したように回転セプタ２０の各シールド板Ｓに設けた棒状線源挿入孔２０ａおよび２０ｂであってもよいが、他の態様のものであってもよい。図８は、回転セプタおよび校正用の陽電子放出線源の変形例を説明する図である。
【００６１】
図８（ａ）に示した回転セプタ２０Ａは、第１部材２０１と第２部材２０２とに軸２０３を中心にして２分割可能であって、第１部材２０１と第２部材２０２とが合わさったときに、棒状線源挿入孔２０ａおよび２０ｂが形成されるようになっている。すなわち、この回転セプタ２０Ａは、第１部材２０１と第２部材２０２とにより棒状線源挿入孔２０ａまたは２０ｂの位置に挟むことで校正用の陽電子放出線源３を支持することができる。
【００６２】
図８（ｂ）に示した回転セプタ２０Ｂは、各シールド板Ｓにおいて、陽電子放出線源３を支持する位置から縁に到るまで溝２０ｃが形成されている。この回転セプタ２０Ｂは、各シールド板Ｓの縁から溝２０ｃに沿って陽電子放出線源３を差し込むことで、校正用の陽電子放出線源３を支持することができる。なお、溝２０ｃが曲線状に設けられていることで、陽電子放出線源３から放出された陽電子により発生した光子が回転セプタ２０Ｂによりスライス面に平行な全ての方向に亘ってコリメートされるようになっている。
【００６３】
図８（ｃ）に示した回転セプタ２０Ｃは、支持具２３により支持された点線源３₁〜３₇がシールド板Ｓの間に挿入されたものである。支持具２３は、ガンマ線吸収が少ない材料からなるのが好適である。
【００６４】
また、図２，図８（ａ）および図８（ｂ）それぞれ用いられる校正用の陽電子放出線源３は、図８（ｄ）に示したような長手方向に一様な線源であってもよいし、図８（ｅ）に示したようなシールド板Ｓのピッチと等しいピッチで線源が配置された数珠状のものであってもよい。
【００６５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係るＰＥＴ装置によれば、高感度の３次元放射測定と高精度の２次元透過測定とを同時に行うことができ、短時間に測定することができてスループットが改善され、また、高精度の再構成画像を得ることができる。
【００６６】
また、線源支持手段により支持された陽電子放出線源から放出された陽電子により発生した光子を遮蔽する遮蔽板が回転セプタの側面に設けられている場合には、不完全にコリメートされた光子を除去することができるとともに、放射・透過同時測定を行う場合に、回転セプタの近傍の（回転セプタの後方に位置しない）光子検出器を校正用の陽電子放出線源から遮蔽することによって放射能の高い校正用の陽電子放出線源を使用することができ、統計精度の高い放射・透過同時測定が可能となる。
【００６７】
また、測定視野内への回転セプタの配置および測定視野からの回転セプタの撤去を行う回転セプタ撤去手段を更に備える場合には、例えば、透過測定とは別に放射測定を行う場合に、回転セプタ撤去手段により回転セプタを撤去した状態で放射測定を行って、３次元の放射データを３次元投影データ蓄積部に蓄積することができ、これにより、より高感度の３次元放射測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るＰＥＴ装置の検出部および回転セプタの構成を説明する図である。
【図２】第１の実施形態に係るＰＥＴ装置の回転セプタの構成をより詳細に説明する図である。
【図３】第１の実施形態におけるＰＥＴ装置の検出部における同時計数を説明する図である。
【図４】第１の実施形態に係るＰＥＴ装置の全体構成を概念的に説明するブロック図である。
【図５】第１の実施形態に係るＰＥＴ装置におけるサイノグラムウィンドウ法を説明する図である。
【図６】第２の実施形態に係るＰＥＴ装置の検出部および回転セプタの構成を説明する図である。
【図７】第３の実施形態に係るＰＥＴ装置の検出部および回転セプタの構成を説明する図である。
【図８】回転セプタおよび校正用の陽電子放出線源の変形例を説明する図である。
【図９】セプタ撤去型ＰＥＴ装置の検出部およびスライスセプタの構成を説明する図である。
【図１０】放射測定および透過測定のタイムスケジュールを説明する図である。
【図１１】サイノグラムウィンドウ法を説明する図である。
【符号の説明】
１…測定視野、２…被検体、３…校正用の陽電子放出線源、１０…検出部、１１，１２…シールド板、２０…セプタ、２０ａ，２０ｂ…棒状線源挿入孔、２１，２２…遮蔽板、３０…セプタ撤去部、４０…セプタ回転駆動部、５０…回転位置検出センサ、６１…２次元投影データ蓄積部、６２…３次元投影データ蓄積部、７０…データ処理部、８０…画像表示部、Ｄ…光子検出器、Ｒ…検出器リング、Ｓ…シールド板。

Claims

中心軸を含む測定視野から飛来してきた光子を各々検出する複数の光子検出器が前記中心軸に垂直なスライス面上に配された検出器リングを複数含み、これら複数の検出器リングが前記中心軸に平行な方向に積層された検出部と、
前記複数組の検出器リングそれぞれを構成する前記複数の光子検出器のうち一部のものの前記測定視野の側に、前記中心軸を中心に回転自在に配され、飛来してきた光子のうち前記スライス面に略平行なもののみをコリメートして通過させる複数のシールド板を含む回転セプタと、
校正用の陽電子放出線源を、この陽電子放出線源から放出された陽電子により発生した光子が前記回転セプタにより前記スライス面に平行な全ての方向に亘ってコリメートされる位置に、着脱自在に支持する線源支持手段と、
前記検出部に含まれる光子検出器のうち１対の光子検出器が光子対を同時計数したときに、その１対の光子検出器のうち少なくとも一方の前記測定視野の側に前記回転セプタが存在しているか否かを判定する回転セプタ位置判定手段と、
前記１対の光子検出器のうち少なくとも一方の前記測定視野の側に前記回転セプタが存在していると前記回転セプタ位置判定手段により判定されたときに、前記１対の光子検出器による光子対の同時計数情報を蓄積する２次元投影データ蓄積手段と、
前記１対の光子検出器のうち何れの前記測定視野の側にも前記回転セプタが存在していないと前記回転セプタ位置判定手段により判定されたときに、前記１対の光子検出器による光子対の同時計数情報を蓄積する３次元投影データ蓄積手段と、
前記２次元投影データ蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された２次元投影データ、および、前記３次元投影データ蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された３次元投影データに基づいて、前記測定視野における光子対の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する画像再構成手段と、
を備えることを特徴とするＰＥＴ装置。
前記線源支持手段により支持された陽電子放出線源から放出された陽電子により発生した光子を遮蔽する遮蔽板が前記回転セプタの側面に設けられていることを特徴とする請求項１記載のＰＥＴ装置。
前記測定視野内への前記回転セプタの配置および前記測定視野からの前記回転セプタの撤去を行う回転セプタ撤去手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載のＰＥＴ装置。