JP4588042B2 - Nuclear medicine diagnostic equipment - Google Patents

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    • G01T1/1641Static instruments for imaging the distribution of radioactivity in one or two dimensions using one or several scintillating elements; Radio-isotope cameras
    • G01T1/1647Processing of scintigraphic data

Description

本発明は、核医学診断装置に関し、詳しくは、ガンマ線を検出してガンマ線の発生場所を特定し、ガンマ線源の空間分布を画像化する装置に関する。   The present invention relates to a nuclear medicine diagnostic apparatus, and more particularly to an apparatus for detecting a gamma ray to identify a place where the gamma ray is generated and imaging a spatial distribution of the gamma ray source.

被検者に投与された放射性標識薬剤から発生するガンマ線を検出して放射性同位元素の空間分布画像を取得するイメージング機器が、病院等の臨床分野の画像診断に利用されている。   Imaging devices that detect a gamma ray generated from a radiolabeled drug administered to a subject and acquire a spatial distribution image of a radioisotope are used for diagnostic imaging in clinical fields such as hospitals.

代表的な装置としては、陽電子断層撮影法(Positron Emission Tomography:PET)を行うPET装置がある。PET装置は、被検者に投与された陽電子放出型の放射性標識薬剤の集積箇所から、体外に放射される1対のエネルギー511keVの消滅ガンマ線を、対向配置したガンマ線検出器で検出し、同時計数判定を実施するような構成になっている。具体的には、同時計数したと見なされた1対の消滅ガンマ線の計測情報に基づき、消滅ガンマ線の発生箇所を、同時計数した検出器を繋ぐ線上に推定するようになっている。PET装置は、このようにして得られたガンマ線の方向情報をもとに画像再構成を行い、そして、放射性同位元素の体内分布画像を取得するような装置になっている。
特開2006−189274号公報
As a typical apparatus, there is a PET apparatus that performs positron emission tomography (PET). The PET device detects a pair of 511 keV annihilation gamma rays radiated outside the body from the accumulation site of the positron emission type radiolabeled drug administered to the subject by a gamma ray detector arranged oppositely, and performs simultaneous counting. The configuration is such that the determination is performed. Specifically, based on the measurement information of a pair of annihilation gamma rays regarded as being simultaneously counted, the location where the annihilation gamma rays are generated is estimated on the line connecting the simultaneously counted detectors. The PET apparatus is an apparatus that performs image reconstruction based on the gamma-ray direction information obtained in this way, and acquires an in-vivo distribution image of the radioisotope.
JP 2006-189274 A

同時計数判定のみを基にガンマ線の方向を推定する装置を用いた陽電子断層撮影では、原理的に角度揺動に起因する画質劣化を防ぐことができないという問題点を有している。また、この問題点に加えて、効率的に同時偶発事象や被検者体内散乱事象の影響を除去することができず、偽信号が発生して画質および画像の定量性が悪くなるという問題点を有している。   Positron tomography using a device that estimates the direction of gamma rays based only on coincidence determination has the problem that image quality deterioration due to angular fluctuation cannot be prevented in principle. In addition to this problem, it is impossible to efficiently remove the effects of simultaneous incidents and subject internal scattering events, and false signals are generated, resulting in poor image quality and image quantification. have.

尚、上記の角度揺動に起因する画質劣化に関して以下、補足説明をする。放射性標識薬剤から放出された陽電子と、被検者体内の電子とが反応し、1対の消滅ガンマ線が発生する。一般的に、放射性同位元素から放出される陽電子は運動量を持っている(つまり、静止していない)。陽電子と電子の重心系(陽電子と電子の運動量ベクトルの総和がゼロの系)において、1対の消滅ガンマ線が180度対向に発生するのであって、陽電子が運動量を持っている場合、実験室系では1対の消滅ガンマ線は180度対向に発生しない。この180度からのズレが角度揺動である。従来のPET装置では、陽電子はその初期運動量を体内での電離作用によりすべて損失した後に(静止した後に)、体内の電子と対消滅反応を起こすと仮定し、角度揺動を陽電子の体内飛程(薬剤集積箇所からの移動距離)に換算する。この換算された陽電子の体内飛程が、従来のPET装置におけるPET画像の解像度の原理的な限界であり、画質劣化の一因となる。   A supplementary explanation will be given below regarding the image quality deterioration due to the above-mentioned angle fluctuation. A positron released from the radiolabeled drug reacts with an electron in the body of the subject, and a pair of annihilation gamma rays is generated. In general, positrons emitted from radioisotopes have momentum (ie, are not stationary). In a positron-electron centroid system (a system in which the sum of positron-electron momentum vectors is zero), a pair of annihilation gamma rays are generated 180 degrees opposite to each other. Then, a pair of annihilation gamma rays do not occur 180 degrees opposite each other. The deviation from 180 degrees is the angle swing. In the conventional PET apparatus, it is assumed that the positron loses its initial momentum due to ionization in the body (after resting) and then undergoes a pair annihilation reaction with the electron in the body, and the angle fluctuation is the range of the positron in the body. Convert to (movement distance from drug accumulation point). The converted range of the positron in the body is the fundamental limit of the resolution of the PET image in the conventional PET apparatus, and contributes to the deterioration of the image quality.

加えて、従来の同時計数判定のみを用いたPET装置では、対をなさない消滅ガンマ線が偶発的に同時計数される事象(偶発同時事象)や、消滅ガンマ線が被検者の体内で散乱して、消滅ガンマ線の本来の方向が変わってしまう事象(被検者体内散乱事象)の影響を効率的に除去することができない。これらの事象は偽信号となり、画像の画質および定量性を悪化させる要因となる。   In addition, in the conventional PET apparatus using only coincidence determination, an event in which annihilation gamma rays that do not make a pair are accidentally coincidentally counted (incident coincidence event), or annihilation gamma rays are scattered in the body of the subject. The effect of an event (scattering event in the subject) that changes the original direction of annihilation gamma rays cannot be removed efficiently. These events become false signals and cause deterioration in image quality and quantitativeness.

本発明の目的は、上述した事情に鑑みてなされたもので、従来のPET装置の計測法の原理的限界を克服し、高精細かつ高い定量性を有するPET画像を得ることのできる核医学診断装置を提供することにある。   The object of the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and overcomes the fundamental limitations of the measurement method of the conventional PET apparatus and can obtain a high-definition PET image having high quantitativeness. To provide an apparatus.

上記課題を解決するためになされた請求項1記載の本発明の核医学診断装置は、コンプトン散乱の運動学を用いて被検者から放出された光子の発生箇所を算出し、この算出した情報に応じて異なる画像再構成を行うことを特徴としている。   The nuclear medicine diagnostic apparatus according to claim 1, which has been made in order to solve the above-mentioned problem, calculates a generation location of photons emitted from a subject using Compton scattering kinematics, and calculates the calculated information. It is characterized in that different image reconstruction is performed according to the above.

本発明によれば、コンプトン散乱の運動学により入射ガンマ線の方向を一意に決定する装置(コンプトンカメラと呼ぶ)を基本的に構成に含む。コンプトンカメラは、被検者に投与された放射性標識薬剤の集積箇所から体外に放射される任意のガンマ線(光子)を、前段検出器でコンプトン散乱させ、後段検出器でコンプトン散乱したガンマ線を検出するとともに、前段検出器でガンマ線により反跳された電子を検出する。散乱ガンマ線と反跳電子の運動学的情報を基に、ガンマ線の検出器に対する入射方向を算出し、ガンマ線の発生箇所を算出した方向の線上に推定する。また、本発明では、1対の消滅ガンマ線を同時計測することで、ガンマ線の発生箇所を算出した2つの方向の線により交差する点に推定する。本発明は、これらの推定した情報に応じて異なる画像再構成を行う。   According to the present invention, an apparatus (referred to as a Compton camera) that uniquely determines the direction of incident gamma rays by Compton scattering kinematics is basically included in the configuration. The Compton camera scatters any gamma rays (photons) emitted from the collection site of the radiolabeled drug administered to the subject to the Compton scatter by the front detector, and detects the Compton scattered gamma rays by the back detector. At the same time, the electrons rebounded by the gamma rays are detected by the former detector. Based on the kinematic information of the scattered gamma rays and recoil electrons, the incident direction of the gamma rays with respect to the detector is calculated, and the generation location of the gamma rays is estimated on the calculated line. In the present invention, a pair of annihilation gamma rays is simultaneously measured to estimate a point where the gamma ray is generated as a point intersected by the calculated two directional lines. The present invention performs different image reconstruction according to the estimated information.

初期運動量の比較的大きな陽電子について考える場合、陽電子の体内での対消滅反応の割合が電離反応の割合に比べて、無視できるほど小さくはない(つまり、陽電子が静止する前に対消滅反応が生じる場合がある)が、このような場合、本発明ではコンプトンカメラにより1対の消滅ガンマ線を同時計測すれば、陽電子の角度揺動の影響を陽電子の体内飛程にすべて換算する必要はない。つまり、角度揺動のすべてが画質を劣化させる原因にならないことになる。また、本発明では、単ガンマ線の情報のみでガンマ線の発生箇所を推定することもできるため、偶発同時事象が画質劣化や定量性低下の原因にならないことになる。   When considering a positron with a relatively large initial momentum, the rate of pair annihilation in the body of the positron is not negligibly small compared to the rate of ionization (that is, the pair annihilation occurs before the positron comes to rest). In such a case, however, in the present invention, if a pair of annihilation gamma rays are simultaneously measured by a Compton camera, it is not necessary to convert all the influences of the positron angular fluctuations into the range of the positron in the body. That is, all of the angle fluctuations do not cause deterioration in image quality. Further, in the present invention, the location where a gamma ray is generated can be estimated using only information on a single gamma ray, so that an accidental coincidence event does not cause deterioration in image quality or quantification.

本発明のように、コンプトンカメラの構成により1対の消滅ガンマ線を同時計測すれば、角度揺動の影響を低減することができ、結果、画質劣化を防ぐことができる。また、1対の消滅ガンマ線の方向が180度からずれた場合、本発明では3次元空間上の一点にガンマ線の発生箇所を推定でき、結果、画像の定量性を向上させることができる。   If a pair of annihilation gamma rays is simultaneously measured by the configuration of the Compton camera as in the present invention, the influence of angular fluctuation can be reduced, and as a result, image quality deterioration can be prevented. In addition, when the direction of a pair of annihilation gamma rays deviates from 180 degrees, the present invention can estimate the occurrence location of gamma rays at one point in the three-dimensional space, and as a result, the image quantitativeness can be improved.

本発明によれば、1対の消滅ガンマ線の方向が180度からずれてない場合においても、同時計数判定とコンプトン散乱の運動学に基づく判定を課す(後に発明を実施するための最良の形態の欄で詳細に説明する)ことで、偶発同時事象と被検者体内散乱事象を効率的に除去することができ、偽信号を軽減できるため、結果、画質および画像の定量性を向上させることができる。本発明によれば、偽信号を軽減して真信号を生成することができるので、撮影時間を短縮することができる。同様に、被検者への薬剤投与量を低減できるので、被検者の被爆を低減することもできる。   According to the present invention, even when the direction of a pair of annihilation gamma rays is not deviated from 180 degrees, a judgment based on the coincidence counting judgment and the Compton scattering kinematics is imposed (the best mode for carrying out the invention later). (Explained in detail in the column), the simultaneous coincidence event and the in-subject scattering event can be efficiently removed, and the false signal can be reduced. As a result, the image quality and the quantitativeness of the image can be improved. it can. According to the present invention, since a false signal can be reduced and a true signal can be generated, the shooting time can be shortened. Similarly, since the dose of the drug to the subject can be reduced, the exposure of the subject can also be reduced.

本発明によれば、従来PET装置の計測法の原理的限界を克服し、高精細かつ高い定量性を有するPET画像が得られる核医学診断装置を提供することができるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that it is possible to provide a nuclear medicine diagnostic apparatus that can overcome the fundamental limitations of the measurement method of a conventional PET apparatus and obtain a PET image having high definition and high quantitativeness.

以下、図面を参照しながら本発明について説明する。ここでは、本発明を核医学診断装置に応用した場合、つまり、放射性同位元素で標識された薬剤が被検者に投与され、被検者から放出されるガンマ線の情報を基に薬剤の体内分布を画像化する場合の例を示して説明する。特に、放射性標識薬剤として陽電子放出型の放射性同位元素が使用され、これにより消滅ガンマ線を検出する場合の例について説明する。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings. Here, when the present invention is applied to a nuclear medicine diagnostic apparatus, that is, a drug labeled with a radioisotope is administered to a subject, and the distribution of the drug in the body is based on information on gamma rays emitted from the subject. An example in the case of imaging will be described. In particular, an example in which a positron emission type radioisotope is used as a radiolabeled drug and thereby annihilation gamma rays are detected will be described.

<第1実施形態>
図1は本発明の核医学診断装置の装置構成を被検者を含めた状態で示す構成図である。図1において、引用符号150は放射性薬剤が投与され、図示しない診察台に横臥する被検者を示す。また、引用符号100、100′は検出器ヘッド(検出手段)を示す。検出器ヘッド100、100′は、主な構成として前段検出器101、101′と、後段検出器102、102′とを備える。検出器ヘッド100、100′は、被検者150の周囲に対向配置される。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a block diagram showing the apparatus configuration of the nuclear medicine diagnosis apparatus of the present invention including a subject. In FIG. 1, reference numeral 150 indicates a subject who is administered a radiopharmaceutical and lies on an examination table (not shown). Reference numerals 100 and 100 'denote detector heads (detection means). The detector heads 100 and 100 'mainly include front-stage detectors 101 and 101' and rear-stage detectors 102 and 102 'as main components. The detector heads 100 and 100 ′ are arranged opposite to each other around the subject 150.

本発明の核医学診断装置は、検出器ヘッド100、100′の他に、この各検出器ヘッド100、100′からの信号を収集して処理する信号処理装置(信号処理手段)110と、処理した信号から画像を再構成する画像再構成装置(画像再構成手段)120と、再構成した画像を表示する画像表示装置130とを備える。信号処理装置110、画像再構成装置120、及び画像表示装置130は、CPUやメモリ等を備えておりマイクロコンピュータの機能を有する。すなわち、制御や演算の機能を有する。   In addition to the detector heads 100 and 100 ', the nuclear medicine diagnostic apparatus of the present invention collects signals from the detector heads 100 and 100' and processes them, and a processing unit 110 (signal processing means). An image reconstruction device (image reconstruction means) 120 for reconstructing an image from the reconstructed signal, and an image display device 130 for displaying the reconstructed image. The signal processing device 110, the image reconstruction device 120, and the image display device 130 include a CPU, a memory, and the like, and have a microcomputer function. That is, it has control and calculation functions.

検出器ヘッド100、100′は、図示の如く少なくとも2台あればよい。検出器ヘッド100、100′の配置は、検出器ヘッド100、100′と被検者150との間の立体角が大きいほど望ましい。図示しない診察台には、駆動機構があってもよい。前段検出器101、101′は、各検出器ヘッド100、100′に少なくとも1台あればよいが、複数台あってもよい。前段検出器101、101′は、気体検出器でもよいし、液体検出器でもよいし、固体検出器でもよい。また、これらの組み合わせであってもよい。後段検出器102、102′は、各検出器ヘッド100、100′に少なくとも1台あればよいが、複数台あってもよい。後段検出器102、102′は、前段検出器101、101′と同様に、気体検出器でもよいし、液体検出器でもよいし、固体検出器でもよい。また、これらの組み合わせであってもよい。   There may be at least two detector heads 100, 100 'as shown. The arrangement of the detector heads 100, 100 ′ is desirable as the solid angle between the detector heads 100, 100 ′ and the subject 150 increases. An examination table (not shown) may have a drive mechanism. There may be at least one upstream detector 101, 101 ′ for each detector head 100, 100 ′, but there may be a plurality of detectors 101, 101 ′. The upstream detectors 101 and 101 ′ may be gas detectors, liquid detectors, or solid state detectors. Moreover, these combinations may be sufficient. There may be at least one post-stage detector 102, 102 'in each detector head 100, 100', but there may be a plurality of post-stage detectors 102, 102 '. The post-stage detectors 102 and 102 ′ may be gas detectors, liquid detectors, or solid-state detectors similarly to the pre-stage detectors 101 and 101 ′. Moreover, these combinations may be sufficient.

各検出器ヘッド100、100′は、コンプトンカメラ(アドバンスド・コンプトンカメラ法に基づく装置)を構成する一装置であり、前段検出器101、101′は、被検者150に投与された放射性標識薬剤の集積箇所から体外に放射される任意のガンマ線をコンプトン散乱させるとともに、ガンマ線により反跳された電子を検出する装置であり、後段検出器102、102′は、前段検出器101、101′でコンプトン散乱したガンマ線を検出する装置である。   Each detector head 100, 100 ′ is one device constituting a Compton camera (device based on the advanced Compton camera method), and the front detectors 101, 101 ′ are radiolabeled drugs administered to the subject 150. Compton scatters arbitrary gamma rays radiated outside the body from the accumulation point of the laser beam and detects electrons recoiled by the gamma rays. The rear detectors 102 and 102 'are Compton detectors at the front detectors 101 and 101'. It is a device that detects scattered gamma rays.

このような構成の各検出器ヘッド100、100′を備え、信号処理装置110及び画像再構成装置120では次のようなデータ処理を行う。図2は図1の信号処理装置110及び画像再構成装置120にて行うデータ処理の説明に係るブロック図である。尚、必要に応じて図1も参照する。   The detector heads 100 and 100 ′ having such a configuration are provided, and the signal processing device 110 and the image reconstruction device 120 perform the following data processing. FIG. 2 is a block diagram relating to data processing performed by the signal processing device 110 and the image reconstruction device 120 of FIG. Note that FIG. 1 is also referred to if necessary.

図2において、引用符号200は各検出器ヘッド100、100′から得られたガンマ線のデータ、引用符号300はガンマ線のデータ200から対向配置された各検出器ヘッド100、100′に同時にガンマ線が入射したか否かを判定する同時判定手段(方法および装置)、引用符号400はコンプトン散乱の運動学に基づいて、各ガンマ線のエネルギー、および2個のガンマ線が交わっていることを保証し、それらのガンマ線がなす角(交差角)を算出し、それらのエネルギーおよび交差角が設定範囲内であるか否かを判定する運動学判定手段(方法および装置)をそれぞれ示す。   In FIG. 2, reference numeral 200 is gamma ray data obtained from each detector head 100, 100 ′, and reference numeral 300 is gamma ray incident on each detector head 100, 100 ′ oppositely arranged from gamma ray data 200. Based on the Compton scattering kinematics, reference numeral 400 guarantees that the energy of each gamma ray and the two gamma rays intersect, Kinematic determination means (method and apparatus) for calculating an angle (crossing angle) formed by gamma rays and determining whether the energy and the crossing angle are within a set range are shown.

また、引用符号500は同時計数され、エネルギーおよび交差角が設定範囲内の1対のガンマ線を用いて、コンプトン散乱の運動学からガンマ線の発生箇所を、1事象で3次元空間のある点に推定し、画像再構成を行う二光子コンプトンカメラ画像再構成装置、引用符号600は同時計数されなかったガンマ線、およびエネルギーと交差角とが設定範囲外であったガンマ線を用いて、コンプトン散乱の運動学からガンマ線の発生箇所を、1事象で3次元空間のある線上に推定し、画像再構成を行う単光子コンプトンカメラ画像再構成装置をそれぞれ示す。尚、上記の「単光子」、「二光子」とは「1つの光子」に基づく、「2つの光子」に基づく、の意味合いからつけたコンプトンカメラ画像再構成における名称である。   In addition, the reference numeral 500 is simultaneously counted, and a gamma ray generation point is estimated as a certain point in a three-dimensional space by one event from Compton scattering kinematics using a pair of gamma rays whose energy and crossing angle are within a set range. A two-photon Compton camera image reconstruction device that performs image reconstruction, reference numeral 600 is a gamma ray that is not simultaneously counted, and a gamma ray whose energy and crossing angle are outside the set range, and the kinematics of Compton scattering 1 shows a single-photon Compton camera image reconstruction device that estimates an occurrence point of a gamma ray on a certain line in a three-dimensional space in one event and performs image reconstruction. The above-mentioned “single photon” and “two photon” are names in Compton camera image reconstruction based on the meaning of “two photons” based on “one photon”.

さらに、引用符号700は二光子コンプトンカメラ画像再構成装置500または単光子コンプトンカメラ画像再構成装置600により得られた画像を示す。画像700は画像表示装置130の画面上に表示される。   Further, reference numeral 700 indicates an image obtained by the two-photon Compton camera image reconstruction device 500 or the single-photon Compton camera image reconstruction device 600. The image 700 is displayed on the screen of the image display device 130.

図2から分かるように、事象選別を行い、二光子コンプトンカメラ画像再構成装置500または単光子コンプトンカメラ画像再構成装置600での画像再構成が行われる。言い換えれば、事象選別に応じて異なる画像再構成が行われる。   As can be seen from FIG. 2, event selection is performed, and image reconstruction is performed by the two-photon Compton camera image reconstruction device 500 or the single-photon Compton camera image reconstruction device 600. In other words, different image reconstruction is performed according to event selection.

以上のような構成により、角度揺動の影響を低減し、偶発同時事象および体内散乱事象を効率的に除去でき、偽信号の影響を軽減でき、高精細で定量性の良い、良好な画像が得られる装置になる。この点について具体的に以下で説明する。   With the configuration described above, the effects of angular fluctuations can be reduced, accidental simultaneous events and internal scattering events can be efficiently removed, the effects of false signals can be reduced, and high-definition, good quantitative images can be obtained. The resulting device. This point will be specifically described below.

先ずはじめに、図2に示すように事象選別を行い、二光子コンプトンカメラ画像再構成装置500を用いて画像再構成を実施することにより画像の定量性が向上する理由について説明する。図3は画像の定量性が向上する理由についての説明図である。尚、必要に応じて図1や図2も参照する。   First, the reason why the image quantification is improved by performing event selection as shown in FIG. 2 and performing image reconstruction using the two-photon Compton camera image reconstruction apparatus 500 will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the reason why the quantitativeness of the image is improved. In addition, FIG.1 and FIG.2 is also referred as needed.

図3において、被検者150に投与された放射性標識薬剤から比較的大きな初期運動量を持った陽電子2002が放出され、直後に、被検者150体内の電子2003と対消滅反応を起こすと、1対の消滅ガンマ線2004および2004′が生じる。消滅ガンマ線2004(2004′)は、前段検出器101(101′)に入射してコンプトン散乱する。コンプトン散乱により生じた散乱ガンマ線2005(2005′)は、後段検出器102(102′)において検出される。コンプトン散乱で反跳された反跳電子2006(2006′)は、前段検出器101(101′)において検出される。   In FIG. 3, when a positron 2002 having a relatively large initial momentum is released from the radiolabeled drug administered to the subject 150 and immediately after that, a pair annihilation reaction occurs with the electron 2003 in the subject 150. A pair of annihilation gamma rays 2004 and 2004 'are produced. The annihilation gamma ray 2004 (2004 ′) is incident on the front detector 101 (101 ′) and Compton scattered. Scattered gamma rays 2005 (2005 ′) generated by Compton scattering are detected by the post-stage detector 102 (102 ′). Recoil electrons 2006 (2006 ′) recoiled by Compton scattering are detected by the front detector 101 (101 ′).

このような場合において、同時判定手段300のみを実施(実行)すると、言い換えれば従来の同時計数判定のみの装置であると、ガンマ線の発生箇所は、消滅ガンマ線2004および2004′の各前段検出器101および101′への入射点を結ぶ線3001上に一様に推定されてしまう(3001は同時計数判定のみで推定されるガンマ線の発生箇所)。このように、従来では線3001上にガンマ線源を推定するので、ガンマ線源が存在しない箇所にもガンマ線源があるかのように計数し、画像の定量性が悪化する。   In such a case, if only the simultaneous determination means 300 is implemented (executed), in other words, in the case of the conventional apparatus only for simultaneous counting determination, the generation location of the gamma rays is detected by the preceding detectors 101 of the annihilation gamma rays 2004 and 2004 ′. And 101 'are estimated uniformly on a line 3001 connecting the incident points to 101' (3001 is a generation point of a gamma ray estimated only by coincidence determination). As described above, since the gamma ray source is estimated on the line 3001 in the related art, counting is performed as if there is a gamma ray source even in a place where the gamma ray source does not exist, and the quantitativeness of the image deteriorates.

しかしながら、本発明では、運動学判定手段400により同時計数された事象にコンプトン散乱の運動学に基づく判定を課すことで、消滅ガンマ線2004(2004′)の前段検出器101(101′)への入射方向がコンプトン散乱の運動学より算出された推定方向4002(4002′)上に推定され、推定方向4002と4002′の交点4001が、ガンマ線の発生箇所に推定される(4001は同時計数判定および運動学判定により推定されるガンマ線の発生箇所)。このように、本発明では、3次元的な点にガンマ線源を局所的に推定して、ガンマ線を計数することができるので、画像の定量性が向上する。   However, the present invention imposes the annihilation gamma ray 2004 (2004 ′) on the front-stage detector 101 (101 ′) by imposing a determination based on the kinematics of Compton scattering on the events simultaneously counted by the kinematic determination unit 400. The direction is estimated on the estimated direction 4002 (4002 ′) calculated from the Compton scattering kinematics, and the intersection 4001 of the estimated directions 4002 and 4002 ′ is estimated at the location where the gamma ray is generated (4001 is a coincidence determination and motion) Gamma-ray generation location estimated by academic judgment). As described above, according to the present invention, the gamma ray source can be locally estimated at a three-dimensional point and the gamma rays can be counted, so that the quantitativeness of the image is improved.

図4および図5を参照しながら同時判定手段300および運動学判定手段400の処理について説明する。図4は図2の同時判定手段300に係る「同時判定」のフローチャート、図5は図2の運動学判定手段400に係る「運動学判定」のフローチャートである。   Processing of the simultaneous determination unit 300 and the kinematic determination unit 400 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. 4 is a flowchart of “simultaneous determination” according to the simultaneous determination unit 300 of FIG. 2, and FIG. 5 is a flowchart of “kinematic determination” according to the kinematic determination unit 400 of FIG.

図4において、同時判定手段300では、各検出器ヘッド100、100′が収集したガンマ線データに基づき、設定された時間内でデータ収集時刻が同期しているか否かを判断する。そして、同期している場合には、図中Yesで示す如く「同時計数事象」として判定し、同期していない場合には、図中Noで示す如く「同時計数でない事象」として判定する。「同時計数事象」の判定は図2のYESに相当し、「同時計数でない事象」の判定は図2のNOに相当する。   In FIG. 4, the simultaneous determination means 300 determines whether or not the data collection times are synchronized within the set time based on the gamma ray data collected by the detector heads 100 and 100 ′. If they are synchronized, they are determined as “simultaneous counting events” as indicated by Yes in the figure, and if they are not synchronized, they are determined as “events that are not coincident counting” as indicated by No in the figure. The determination of “simultaneous counting event” corresponds to YES in FIG. 2, and the determination of “event not simultaneous counting” corresponds to NO in FIG. 2.

図5において、運動学判定手段400では、既に各検出器ヘッド100、100′がガンマ線データを収集していることから、収集したガンマ線データから、すなわち計測データからコンプトン散乱の運動学に基づきガンマ線の方向A、方向A′を算出してこのガンマ線の方向A、方向A′が空間的に重なるか否かを判断する。そして、空間的に重なっている場合には、図中Yesで示す如く「ガンマ線の発生箇所を方向A、方向A′の重なった点に推定する」として判定し、空間的に重なってない場合には、図中Noで示す如く「ガンマ線の発生箇所をそれぞれの方向A、方向A′の線上に推定する」として判定する。「ガンマ線の発生箇所を方向A、方向A′の重なった点に推定する」の判定は図2のYESに相当し、「ガンマ線の発生箇所をそれぞれの方向A、方向A′の線上に推定する」の判定は図2のNOに相当する。   In FIG. 5, in the kinematic determination means 400, since each detector head 100, 100 'has already collected gamma ray data, the gamma ray is determined from the collected gamma ray data, that is, from the measurement data based on the Compton scattering kinematics. The direction A and the direction A ′ are calculated to determine whether the direction A and the direction A ′ of the gamma rays are spatially overlapped. Then, if they are spatially overlapped, it is determined as “estimate the point where the gamma rays are generated in the direction A and the direction A ′” as indicated by Yes in the figure. Is determined as “estimate the location where the gamma ray is generated on each line in the direction A and the direction A ′” as indicated by No in the figure. The determination “estimate the point where the gamma ray is generated at the point where the direction A and the direction A ′ overlap” corresponds to YES in FIG. 2, and “determine the point where the gamma ray is generated on each line in the direction A and the direction A ′. Is equivalent to NO in FIG.

次に、図2に示すように事象選別を行い、二光子コンプトンカメラ画像再構成装置500を用いて画像再構成を実施することにより画像の画質が向上する理由について説明する。図6は画像の画質が向上する理由についての説明図である。尚、必要に応じて図1や図2も参照する。   Next, the reason why the image quality is improved by performing event selection as shown in FIG. 2 and performing image reconstruction using the two-photon Compton camera image reconstruction apparatus 500 will be described. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the reason why the image quality is improved. In addition, FIG.1 and FIG.2 is also referred as needed.

図6において、被検者150に投与された放射性標識薬剤から比較的大きな初期運動量を持った陽電子2002が放出され、被検者150体内の電子2003と対消滅反応を起こすと、1対の消滅ガンマ線2004および2004′が生じる。   In FIG. 6, when a positron 2002 having a relatively large initial momentum is released from the radiolabeled drug administered to the subject 150 and causes a pair annihilation reaction with the electron 2003 in the subject 150, a pair of annihilation occurs. Gamma rays 2004 and 2004 'are generated.

ここで、図6の上図(a)は、消滅ガンマ線2004(2004′)を従来の同時計数判定機能のみを備えたガンマ線検出器1001(1001′)で検出した場合の例を示し、また、図6の下図(b)は、本発明に示すような検出器ヘッド100(100′)で消滅ガンマ線2004(2004′)を検出した場合の例、すなわちコンプトンカメラを用いた場合の例を示すものとする。   Here, the upper diagram (a) of FIG. 6 shows an example in which the annihilation gamma ray 2004 (2004 ′) is detected by a conventional gamma ray detector 1001 (1001 ′) having only the coincidence counting determination function, The lower diagram (b) of FIG. 6 shows an example in which the annihilation gamma ray 2004 (2004 ′) is detected by the detector head 100 (100 ′) as shown in the present invention, that is, an example in which a Compton camera is used. And

図6の(a−1)および(b−1)は、陽電子2002が薬剤集積箇所2000と同じ箇所で被検者150体内の電子2003と対消滅反応を起こした場合を示す図である。また、図6の(a−2)および(b−2)は、陽電子2002が薬剤集積箇所2000から距離2001離れた箇所まで移動し、ゼロではない運動量を持って電子2003と対消滅反応を起こした場合を示す図である。さらに、図6の(a−3)および(b−3)は、陽電子2002が薬剤集積箇所2000から距離2001′離れた箇所まで移動し、運動エネルギーを全損失した後(運動量がゼロになり)、電子2003と対消滅反応を起こした場合を示す図である。   (A-1) and (b-1) of FIG. 6 are diagrams showing a case where the positron 2002 has caused a pair annihilation reaction with the electron 2003 in the subject 150 at the same location as the drug accumulation location 2000. Further, (a-2) and (b-2) in FIG. 6 show that the positron 2002 moves from the drug accumulation point 2000 to a position away from the distance 2001 and causes a pair annihilation reaction with the electron 2003 with a non-zero momentum. FIG. Furthermore, (a-3) and (b-3) in FIG. 6 show that after the positron 2002 has moved to a location away from the drug accumulation location 2000 by a distance of 2001 ′ and lost all kinetic energy (the momentum becomes zero). It is a figure which shows the case where a pair annihilation reaction is caused with the electron 2003. FIG.

先ず、図6(a−1)と図6(b−1)を比較する。従来に係る図6(a−1)では、ガンマ線の発生箇所が図示の線3001上に推定され、推定箇所から対消滅反応が生じた箇所までの距離3002だけ、実際の発生箇所となる薬剤集積箇所2000からずれる。このずれは画像の解像度に直接影響して、結果、画質が劣化する。しかし、本発明に係る図6(b−1)では、このような影響はなく、画質は悪化しない。すなわち、コンプトン散乱の運動学に基づく判定を課すことで、消滅ガンマ線2004(2004′)の入射方向が図3に示す如くコンプトン散乱の運動学より算出された推定方向4002(4002′)上に推定され、推定方向4002と4002′の交点が、ガンマ線の発生箇所となる薬剤集積箇所2000に推定されることから、画質が劣化することはない。   First, FIG. 6 (a-1) and FIG. 6 (b-1) are compared. In FIG. 6 (a-1) related to the prior art, the occurrence location of the gamma ray is estimated on the line 3001 shown in the figure, and the drug accumulation that becomes the actual occurrence location by the distance 3002 from the estimated location to the location where the pair annihilation reaction has occurred. Deviation from point 2000. This shift directly affects the resolution of the image, and as a result, the image quality deteriorates. However, in FIG. 6B-1 according to the present invention, there is no such influence, and the image quality does not deteriorate. That is, by imposing a determination based on the Compton scattering kinematics, the incident direction of the annihilation gamma ray 2004 (2004 ′) is estimated on the estimated direction 4002 (4002 ′) calculated from the Compton scattering kinematics as shown in FIG. Then, since the intersection of the estimated directions 4002 and 4002 ′ is estimated at the medicine accumulation location 2000 where the gamma ray is generated, the image quality is not deteriorated.

次に、図6(a−2)と図6(b−2)を比較する。従来に係る図6(a−2)では、ガンマ線の発生箇所が図示の線3001上に推定され、推定箇所から対消滅反応が生じた箇所までの距離3002′と、薬剤集積箇所2000から対消滅反応が生じた箇所までの距離2001だけ、実際の発生箇所の薬剤集積箇所2000からずれる。これに対して本発明に係る図6(b−2)では、ガンマ線の発生箇所が薬剤集積箇所2000から消滅反応が生じた箇所までの距離2001の点に推定され、距離2001のみしか実際の発生箇所としての薬剤集積箇所2000からずれないので、従来に係る場合と比べて画質劣化は軽減される。   Next, FIG. 6A-2 is compared with FIG. 6B-2. In FIG. 6 (a-2) according to the prior art, the location where a gamma ray is generated is estimated on the line 3001, and the distance 3002 ′ from the estimated location to the location where the pair annihilation reaction occurs and the pair annihilation from the drug accumulation location 2000 are shown. Only the distance 2001 to the place where the reaction has occurred is deviated from the actual drug accumulation place 2000. On the other hand, in FIG. 6B-2 according to the present invention, the location where the gamma rays are generated is estimated at the point of the distance 2001 from the drug accumulation location 2000 to the location where the annihilation reaction has occurred, and only the distance 2001 is actually generated. Since it does not deviate from the medicine accumulation location 2000 as a location, image quality degradation is reduced compared to the conventional case.

続いて、図6(a−3)と図6(b−3)を比較する。この場合、両者とも推定されるガンマ線の発生箇所は、薬剤集積箇所2000から対消滅反応が生じた箇所までの距離2001′だけ、実際の薬剤集積箇所2000からずれる。   Subsequently, FIG. 6A-3 is compared with FIG. 6B-3. In this case, the gamma ray generation location estimated for both is shifted from the actual drug accumulation location 2000 by a distance 2001 ′ from the drug accumulation location 2000 to the location where the pair annihilation reaction has occurred.

以上のような考察から、二光子コンプトンカメラ画像再構成装置500を用いて画像再構成を実施することにより画像の画質が向上することが分かる。   From the above considerations, it can be seen that image quality is improved by performing image reconstruction using the two-photon Compton camera image reconstruction device 500.

次に、図2に示すように事象選別を行い、単光子コンプトンカメラ画像再構成装置600を用いて画像再構成を実施することにより、偶発同時事象が効率的に除去でき、画像の画質および定量性が向上する理由について説明する。図7は画像の画質および定量性が向上する理由についての説明図である。尚、必要に応じて図1や図2も参照する。   Next, event selection is performed as shown in FIG. 2, and image reconstruction is performed using the single photon Compton camera image reconstruction device 600, so that the coincident coincidence event can be efficiently removed, and the image quality and quantification of the image can be eliminated. The reason why the property is improved will be described. FIG. 7 is an explanatory diagram showing the reason why the image quality and quantitativeness of an image are improved. In addition, FIG.1 and FIG.2 is also referred as needed.

ここで、図7では2対の消滅ガンマ線(2004と2004′が対、2014と2014′が対)について、対をなさない消滅ガンマ線2004と2014′が同時計数された場合を示すものとする。また、図7(a)では、従来の同時計数判定機能のみを持ったガンマ線検出器1001(1001′)で計測した場合を示し、図7(b)では、本発明の前段検出器101、101′および後段検出器102、102′の構成で計測した場合を示すものとする。尚、図中の引用符号2015は散乱ガンマ線、引用符号2016反跳電子を示し、これ以外の引用符号は上記と同じであるものとする。   Here, FIG. 7 shows a case where two pairs of annihilation gamma rays (2004 and 2004 ′ are a pair and 2014 and 2014 ′ are a pair) are counted simultaneously. FIG. 7A shows a case where measurement is performed by a conventional gamma ray detector 1001 (1001 ′) having only a coincidence determination function, and FIG. 7B shows the former detectors 101 and 101 of the present invention. It is assumed that measurement is performed with the configuration of 'and the subsequent detectors 102 and 102'. In the figure, reference numeral 2015 indicates scattered gamma rays and reference numeral 2016 recoil electrons, and the other reference numerals are the same as described above.

従来に係る図7(a)の場合では、ガンマ線の発生箇所が線3001上に推定され、この事象では偽信号を生成する。従って、画像の画質と定量性を悪化させる。これに対して、本発明に係る図7(b)の場合では、ガンマ線の発生箇所が線4002および4002′上に推定される。従って、明らかに図7(a)の場合と異なり、偽信号を生成せずに真信号を生成することになり、結果、画像の画質と定量性とを向上させる。   In the case of FIG. 7A according to the prior art, the occurrence location of the gamma ray is estimated on the line 3001, and a false signal is generated in this event. Therefore, the image quality and quantitativeness of the image are deteriorated. On the other hand, in the case of FIG. 7B according to the present invention, the locations where gamma rays are generated are estimated on the lines 4002 and 4002 ′. Therefore, clearly, unlike the case of FIG. 7A, a true signal is generated without generating a false signal, and as a result, the image quality and quantitativeness of the image are improved.

続いて、図2に示すように事象選別を行い、単光子コンプトンカメラ画像再構成装置600を用いて画像再構成を実施することにより、被検者体内散乱事象が効率的に除去でき、画像の画質および定量性が向上する理由について説明する。図8は被検者体内散乱事象の場合において画像の画質および定量性が向上する理由についての説明図である。尚、必要に応じて図1や図2も参照する。   Subsequently, as shown in FIG. 2, event selection is performed, and image reconstruction is performed using the single photon Compton camera image reconstruction device 600, so that the in-vivo scattering event can be efficiently removed, and the image The reason why the image quality and the quantitativeness are improved will be described. FIG. 8 is an explanatory diagram showing the reason why the image quality and quantitativeness of an image are improved in the case of a subject internal scattering event. In addition, FIG.1 and FIG.2 is also referred as needed.

ここで、図8では1対の消滅ガンマ線2004と2004′の片方2004′が被検者150体内で散乱され、散乱線2025となった場合を示すものとする。また、図8(a)では、従来の同時計数判定機能のみを持ったガンマ線検出器1001(1001′)で計測した場合を示し、図8(b)では、本発明の前段検出器101、101′および後段検出器102、102′の構成で計測した場合を示すものとする。尚、図中の引用符号2035は散乱ガンマ線を示し、これ以外の引用符号は上記と同じであるものとする。   Here, FIG. 8 shows a case where one of the pair of annihilation gamma rays 2004 and 2004 ′ is scattered inside the subject 150 to become scattered rays 2025. 8A shows a case where measurement is performed by a conventional gamma ray detector 1001 (1001 ′) having only the coincidence counting determination function, and FIG. 8B shows the former detectors 101 and 101 of the present invention. It is assumed that measurement is performed with the configuration of 'and the subsequent detectors 102 and 102'. In the figure, reference numeral 2035 indicates scattered gamma rays, and other reference numerals are the same as described above.

従来に係る図8(a)の場合では、ガンマ線の発生箇所が線3001上に推定され、この事象では偽信号を生成する。従って、画像の画質と定量性を悪化させる。これに対して、本発明に係る図8(b)の場合では、ガンマ線の発生箇所が線4002上に推定される。散乱線2025は、このエネルギーにより判断されてガンマ線の発生箇所の推定対象とはならない。従って、明らかに図8(a)の場合と異なり、偽信号を生成せずに真信号を生成することになり、結果、画像の画質と定量性とを向上させる。   In the case of FIG. 8A according to the prior art, the occurrence location of the gamma ray is estimated on the line 3001, and a false signal is generated in this event. Therefore, the image quality and quantitativeness of the image are deteriorated. On the other hand, in the case of FIG. 8B according to the present invention, the occurrence location of the gamma ray is estimated on the line 4002. The scattered radiation 2025 is determined by this energy and is not an estimation target of the location where gamma rays are generated. Therefore, obviously, unlike the case of FIG. 8A, a true signal is generated without generating a false signal, and as a result, the image quality and quantitativeness of the image are improved.

<第2実施形態>
第1実施形態では、同時判定手段300とコンプトン散乱の運動学に基づく運動学判定手段400を課して、二光子コンプトンカメラ画像再構成装置500を用いた画像再構成を実施する例を示したが、本形態では、図9に示す如く、二光子コンプトンカメラ画像再構成装置500に替えてPET再構成装置800を用いる。このPET再構成装置800は、同時計数した2個の検出器を結ぶ線上にガンマ線の発生箇所を推定した場合に用いられて画像再構成をする装置である。PET再構成装置800は、公知のPET装置の画像再構成方法を用いる装置構成を有するものとする。
<Second Embodiment>
In the first embodiment, an example in which the simultaneous determination unit 300 and the kinematic determination unit 400 based on Compton scattering kinematics are imposed to perform image reconstruction using the two-photon Compton camera image reconstruction device 500 is shown. However, in this embodiment, as shown in FIG. 9, a PET reconstruction apparatus 800 is used instead of the two-photon Compton camera image reconstruction apparatus 500. This PET reconstruction apparatus 800 is an apparatus for reconstructing an image that is used when a gamma ray generation location is estimated on a line connecting two detectors that have been counted simultaneously. The PET reconstruction apparatus 800 has an apparatus configuration that uses a known image reconstruction method of a PET apparatus.

第2実施形態での運動学判定手段400は、第1実施形態のものと若干処理手順が異なるので、以下この点について図10を参照しながら説明する。図10は図9の運動学判定手段400に係る「運動学判定」のフローチャートである。   The kinematics determination means 400 in the second embodiment has a slightly different processing procedure from that of the first embodiment, and this point will be described below with reference to FIG. FIG. 10 is a flowchart of “kinematic determination” according to the kinematic determination means 400 of FIG.

図10において、第2実施形態での運動学判定手段400では、各検出器ヘッド100、100′(図1参照)によって収集したガンマ線データから(計測データから)、コンプトン散乱の運動学に基づきガンマ線の方向A、方向A′を算出してこのガンマ線の方向Aと方向A′のなす角度が180度であるか否かを判断する。そして、方向Aと方向A′のなす角度が180度である場合には、図中Yesで示す如く「ガンマ線の発生箇所を1つの方向の線上に推定する」として判定し、方向Aと方向A′のなす角度が180度でない場合には、図中Noで示す如く「ガンマ線の発生箇所をそれぞれの方向A、方向A′の線上に推定する」として判定する。「ガンマ線の発生箇所を1つの方向の線上に推定する」の判定は図9の運動学判定手段400のYESに相当し、「ガンマ線の発生箇所をそれぞれの方向A、方向A′の線上に推定する」の判定は図9の運動学判定手段400のNOに相当する。   In FIG. 10, the kinematic determination means 400 in the second embodiment uses gamma rays based on Compton scattering kinematics from gamma ray data (measured data) collected by each detector head 100, 100 ′ (see FIG. 1). The direction A and the direction A ′ are calculated, and it is determined whether or not the angle formed by the direction A and the direction A ′ of the gamma ray is 180 degrees. If the angle between the direction A and the direction A ′ is 180 degrees, it is determined as “estimate the location where the gamma ray is generated on one line” as indicated by Yes in the figure, and the direction A and the direction A If the angle formed by ′ is not 180 degrees, it is determined as “estimate the location where the gamma rays are generated on the lines of the respective directions A and A ′” as indicated by No in the figure. The determination of “estimating the occurrence location of gamma rays on a line in one direction” corresponds to YES of the kinematics determination unit 400 in FIG. 9, and “estimating the occurrence location of gamma rays on the lines in the respective directions A and A ′. The determination of “Yes” corresponds to NO of the kinematics determination means 400 of FIG.

図9に戻り、第2実施形態では、運動学判定手段400の判定により、ガンマ線の発生箇所を1つの方向の線上に推定した場合に、言い換えれば、同時計数した2個の検出器を結ぶ線上にガンマ線の発生箇所を推定した場合に、PET再構成装置800を用いた画像再構成を実施する。これに対し、運動学判定手段400の判定において、ガンマ線の発生箇所をそれぞれの方向A、方向A′の線上に推定した場合には、単光子コンプトンカメラ画像再構成装置600を用いた画像再構成を実施する。   Returning to FIG. 9, in the second embodiment, when the kinematics generation unit 400 estimates the location where the gamma ray is generated on a line in one direction, in other words, on the line connecting two detectors that are simultaneously counted. When the location where gamma rays are generated is estimated, image reconstruction using the PET reconstruction device 800 is performed. On the other hand, in the determination by the kinematics determination means 400, when the location where the gamma rays are generated is estimated on the lines of the respective directions A and A ′, the image reconstruction using the single photon Compton camera image reconstruction device 600 is performed. To implement.

第2実施形態についてもう少し詳しく説明すると、例えば、運動学判定手段400において、ガンマ線のエネルギーを511keV、交差角を180度に設定し、この条件を満たした事象(例えば図11参照)にPET再構成装置800を用いた画像再構成を実施する。条件を満たさなかった事象については、単光子コンプトンカメラ画像再構成装置600を用いて画像再構成を実施する。このような第2実施形態では、偶発同時事象および体内散乱事象を除去でき、偽信号の生成を抑制することができるので、結果、画像の画質および定量性を向上させる。   The second embodiment will be described in more detail. For example, in the kinematics determination unit 400, the gamma ray energy is set to 511 keV, the crossing angle is set to 180 degrees, and PET reconstruction is performed for an event (for example, see FIG. 11) that satisfies this condition. Image reconstruction using the device 800 is performed. For events that do not satisfy the conditions, image reconstruction is performed using the single-photon Compton camera image reconstruction device 600. In the second embodiment as described above, the coincidence coincidence event and the internal scattering event can be removed and the generation of the false signal can be suppressed. As a result, the image quality and quantitativeness of the image are improved.

<第3実施形態>
第3実施形態は、図12に示す如く、コンプトン散乱の運動学に基づく運動学判定手段400によって事象をより詳細に分類し、そして、分類した事象に応じて、二光子コンプトンカメラ画像再構成装置500を用いた画像再構成、単光子コンプトンカメラ画像再構成装置600を用いた画像再構成、PET再構成装置800を用いた画像再構成をそれぞれ実施する。
<Third Embodiment>
As shown in FIG. 12, the third embodiment classifies events in more detail by a kinematic determination means 400 based on the kinematics of Compton scattering, and according to the classified events, a two-photon Compton camera image reconstruction device. Image reconstruction using 500, image reconstruction using the single photon Compton camera image reconstruction device 600, and image reconstruction using the PET reconstruction device 800 are performed.

第3実施形態での運動学判定手段400は、第1実施形態、第2実施形態のものと若干処理手順が異なるので、以下この点について図13を参照しながら説明する。図13は図12の運動学判定手段400に係る「運動学判定」のフローチャートである。   The kinematics determination means 400 in the third embodiment has a slightly different processing procedure from that in the first embodiment and the second embodiment, and this will be described below with reference to FIG. FIG. 13 is a flowchart of “kinematic determination” according to the kinematic determination means 400 of FIG.

図13において、第3実施形態での運動学判定手段400では、各検出器ヘッド100、100′(図1参照)によって収集したガンマ線データから(計測データから)、コンプトン散乱の運動学に基づきガンマ線の方向A、方向A′を算出してこのガンマ線の方向Aと方向A′のなす角度が180度であるか否かを判断する。そして、方向Aと方向A′のなす角度が180度である場合には、図中Yesで示す如く「ガンマ線の発生箇所を1つの方向の線上に推定する」として判定する。一方、方向Aと方向A′のなす角度が180度でない場合には、図中Noで示す如くの処理に移行し、ガンマ線の方向Aと方向A′のなす角度の180度からのズレが設定した範囲内(角度範囲内)であるか否かを判断する。   In FIG. 13, the kinematics determination means 400 in the third embodiment uses gamma rays based on Compton scattering kinematics from gamma ray data (from measurement data) collected by each detector head 100, 100 ′ (see FIG. 1). The direction A and the direction A ′ are calculated, and it is determined whether or not the angle formed by the direction A and the direction A ′ of the gamma ray is 180 degrees. When the angle between the direction A and the direction A ′ is 180 degrees, it is determined as “estimate the location where a gamma ray is generated on one line” as indicated by Yes in the drawing. On the other hand, if the angle formed by the direction A and the direction A ′ is not 180 degrees, the process proceeds to the process indicated by No in the figure, and the deviation from the angle formed by the direction A and the direction A ′ of the gamma ray from 180 degrees is set. It is determined whether it is within the range (angle range).

方向Aと方向A′のなす角度の180度からのズレが設定した範囲内である場合には、図中Yesで示す如く「ガンマ線の発生箇所を重なった点(方向Aと方向A′の重なった点)に推定する」として判定する。方向Aと方向A′のなす角度の180度からのズレが設定した範囲内でない場合には、図中Noで示す如く「ガンマ線の発生箇所をそれぞれの方向A、方向A′の線上に推定する」として判定する。   When the deviation from 180 degrees of the angle between the direction A and the direction A ′ is within the set range, as indicated by Yes in the figure, “the point where the gamma ray generation points overlap (the overlap between the direction A and the direction A ′). It is determined as “estimated to the point)”. In the case where the deviation from the angle formed by the direction A and the direction A ′ from 180 degrees is not within the set range, as indicated by No in the figure, “Gamma ray generation location is estimated on the lines of the respective directions A and A ′. Is determined.

「ガンマ線の発生箇所を1つの方向の線上に推定する」の判定は図12の運動学判定手段400の「180度」に相当し、「ガンマ線の発生箇所を重なった点に推定する」の判定は図12の運動学判定手段400の「範囲内」に相当し、「ガンマ線の発生箇所をそれぞれの方向A、方向A′の線上に推定する」の判定は図12の運動学判定手段400の「範囲外」に相当する。   The determination of “estimating the occurrence location of gamma rays on a line in one direction” corresponds to “180 degrees” of the kinematics determination unit 400 in FIG. 12, and the determination of “estimating the occurrence location of gamma rays to the overlapping point”. Corresponds to “within range” of the kinematics determination unit 400 of FIG. 12, and the determination of “estimating the location where the gamma rays are generated on the lines of the respective directions A and A ′” is performed by the kinematics determination unit 400 of FIG. Corresponds to “out of range”.

第3実施形態についてもう少し詳しく説明すると、例えば、運動学判定手段400では交差角が複数設定される。交差角が180度の場合はPET再構成装置800を用いた画像再構成を実施し、交差角が陽電子の初期運動量から推定される角度揺動の範囲内の場合は二光子コンプトンカメラ画像再構成装置500を用いた画像再構成を実施し、範囲外の場合は単光子コンプトンカメラ画像再構成装置600を用いた画像再構成を実施すれば、偶発同時事象および体内散乱事象を除去でき、偽信号の生成を抑制することができるので、結果、画像の画質および定量性を向上させる。   Explaining the third embodiment in more detail, for example, the kinematics determination unit 400 sets a plurality of crossing angles. When the crossing angle is 180 degrees, image reconstruction using the PET reconstruction apparatus 800 is performed, and when the crossing angle is within the range of angular fluctuation estimated from the initial momentum of the positron, two-photon Compton camera image reconstruction If image reconstruction is performed using the apparatus 500, and if the image reconstruction is performed using the single photon Compton camera image reconstruction apparatus 600 when out of the range, it is possible to remove the coincidence coincidence event and the internal scattering event, and the false signal As a result, the image quality and quantitativeness of the image are improved.

<第4実施形態>
上記の第1実施形態では、被検者の周囲に固定された複数の検出器ヘッドの場合について示した。これに対し本形態では、図14に示す如く、被検者150の周囲を回転する機構を備えた検出器ヘッド100(100′)の場合についての例を示す。本形態において、回転軌道5000は、円軌道でもよいし、楕円軌道でもよいし、被検者最近接軌道でもよい。このように被写体周囲に配置することで、3次元等方的なデータ収集を迅速に行うことができ、撮影時間の短縮に寄与する。
<Fourth embodiment>
In the first embodiment, the case of a plurality of detector heads fixed around the subject has been described. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 14, an example of the case of the detector head 100 (100 ′) having a mechanism for rotating around the subject 150 is shown. In the present embodiment, the rotary track 5000 may be a circular track, an elliptical track, or a subject closest track. By arranging the object around the subject in this way, three-dimensional isotropic data can be collected quickly, which contributes to shortening of the photographing time.

<第5実施形態>
上記の第1実施形態では、被検者の周囲に固定された複数の検出器ヘッドの場合について示した。これに対し本形態では、図15および図16に示す如く、被検者150の周囲に環状に配置した検出器ヘッド100の場合についての例を示す。このように被写体周囲に配置することで、3次元等方的なデータ収集を迅速に行うことができ、撮影時間の短縮に寄与する。
<Fifth Embodiment>
In the first embodiment, the case of a plurality of detector heads fixed around the subject has been described. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIGS. 15 and 16, an example in the case of the detector head 100 arranged in a ring around the subject 150 is shown. By arranging the object around the subject in this way, three-dimensional isotropic data can be collected quickly, which contributes to shortening of the photographing time.

その他、本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。   In addition, it goes without saying that the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.

以下、本発明に関しての補足説明をする。   Hereinafter, a supplementary explanation regarding the present invention will be given.

近年、ポジトロン断層撮影装置(以下、PET装置)およびFDG(ガン細胞の活発な糖代謝によりガン細胞に特異的に集積する放射性薬剤)の普及にともない、核医学診断に対する期待は非常に高まっている。また、分子生物学や細胞生物学の急速な進展に伴い、病理や薬理を基礎科学的に解明するために、放射性同位元素で標識された化合物を広く利用しようという新しい分野、分子イメージングが登場した。このように多様化する診断や臨床実験や動物実験に対応できる、高性能なイメージング機器の開発が求められている。   In recent years, with the spread of positron tomography equipment (hereinafter referred to as PET equipment) and FDG (radiopharmaceuticals that accumulate specifically in cancer cells due to active sugar metabolism of cancer cells), expectations for nuclear medicine diagnosis have increased greatly. . In addition, with the rapid progress of molecular biology and cell biology, a new field, molecular imaging, has emerged in which radioisotope-labeled compounds are widely used to elucidate the pathology and pharmacology from a basic scientific perspective. . Development of a high-performance imaging device that can cope with such diversified diagnosis, clinical experiment, and animal experiment is demanded.

多種の薬剤が開発されるにつれ、診断上または研究上、それらの薬剤を複数同時に使用し、体内動態を観測したいというニーズが高まりつつある。現に、ガンマカメラ(SPECT装置を含む)を用いた心筋の核医学診断では、2種類の薬剤を同時に使用する診断方法がある。   As various types of drugs are developed, there is an increasing need for using these drugs simultaneously and observing the pharmacokinetics for diagnosis or research. Actually, in the nuclear medicine diagnosis of the myocardium using a gamma camera (including a SPECT device), there is a diagnostic method using two kinds of drugs simultaneously.

PET装置では、検出原理的に、多種の放射性薬剤から同時に放出されるガンマ線を選別して測定することはできない。ポジトロン崩壊の結果として発生する(陽電子が物質中の電子と対消滅反応を起こす)、対向した1対のガンマ線のエネルギーは、放射性同位元素の種類によらず一定である。PET装置では、対向した1対のガンマ線から得られる直線の情報をもとに、画像再構成を行う。従って、PET装置では、ガンマ線のエネルギーによって、異種の放射性同位元素を区別した画像を得ることができない。   In the PET apparatus, in principle, it is not possible to select and measure gamma rays simultaneously emitted from various radiopharmaceuticals. The energy of a pair of opposed gamma rays generated as a result of positron decay (a positron causes a pair annihilation reaction with an electron in the material) is constant regardless of the type of radioisotope. In the PET apparatus, image reconstruction is performed based on straight line information obtained from a pair of opposed gamma rays. Therefore, the PET apparatus cannot obtain an image in which different types of radioisotopes are distinguished by gamma ray energy.

ガンマカメラ(SPECT装置を含む)は、機械コリメータの孔を直線的に通過したガンマ線の情報をもとに、画像再構成を行う。従って、ガンマ線のエネルギーによって、異種の放射性同位元素を区別することができる。しかしながら、ガンマカメラは、機械コリメータを用いるために、例えばPET用の放射性薬剤を使用する場合、厚いコリメータが必要になる。その結果、空間解像度または検出効率が著しく低下する。一般的に、ガンマカメラでは、ガンマ線のエネルギーが高くなるにつれ、空間解像度は劣化する。   A gamma camera (including a SPECT device) performs image reconstruction based on information on gamma rays that have linearly passed through the holes of the mechanical collimator. Therefore, different radioisotopes can be distinguished by the energy of gamma rays. However, since a gamma camera uses a mechanical collimator, for example, when using a radiopharmaceutical for PET, a thick collimator is required. As a result, spatial resolution or detection efficiency is significantly reduced. Generally, in a gamma camera, the spatial resolution deteriorates as the energy of gamma rays increases.

本発明は、検出原理的に、既存のPET用製剤とSPECT用製剤の両方を使用でき、かつ新規の放射性薬剤にも対応できる装置であることから有用である。   The present invention is useful because it is a device capable of using both existing PET preparations and SPECT preparations and capable of dealing with new radiopharmaceuticals in terms of detection principle.

本発明の核医学診断装置の装置構成を被検者を含めた状態で示す構成図である。It is a block diagram which shows the apparatus structure of the nuclear medicine diagnostic apparatus of this invention in the state including a subject. 図1の信号処理装置及び画像再構成装置にて行うデータ処理の説明に係るブロック図である。FIG. 2 is a block diagram relating to data processing performed by the signal processing device and the image reconstruction device in FIG. 1. 画像の定量性が向上する理由についての説明図である。It is explanatory drawing about the reason which the quantitative property of an image improves. 図2の同時判定手段に係る「同時判定」のフローチャートである。It is a flowchart of "simultaneous determination" concerning the simultaneous determination means of FIG. 図2の運動学判定手段に係る「運動学判定」のフローチャートである。3 is a flowchart of “kinematic determination” according to the kinematic determination means of FIG. 2. 画像の画質が向上する理由についての説明図である。It is explanatory drawing about the reason which the image quality of an image improves. 画像の画質および定量性が向上する理由についての説明図である。It is explanatory drawing about the reason for which the image quality and quantitative property of an image improve. 被検者体内散乱事象の場合において画像の画質および定量性が向上する理由についての説明図である。It is explanatory drawing about the reason why the image quality and quantitative property of an image improve in the case of a subject internal scattering event. 第2実施形態に係る図であり、信号処理装置及び画像再構成装置にて行うデータ処理の説明に係るブロック図である。It is a figure which concerns on 2nd Embodiment, and is a block diagram which concerns on description of the data processing performed with a signal processing apparatus and an image reconstruction apparatus. 図9の運動学判定手段に係る「運動学判定」のフローチャートである。10 is a flowchart of “kinematic determination” according to the kinematic determination means of FIG. 9. 第2実施形態での条件を満たした事象の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the event which satisfy | filled the conditions in 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る図であり、信号処理装置及び画像再構成装置にて行うデータ処理の説明に係るブロック図である。It is a figure which concerns on 3rd Embodiment, and is a block diagram which concerns on description of the data processing performed with a signal processing apparatus and an image reconstruction apparatus. 図12の運動学判定手段に係る「運動学判定」のフローチャートである。13 is a flowchart of “kinematic determination” according to the kinematic determination means of FIG. 12. 第4実施形態に係る図であり、被検者の周囲を回転する機構を備えた検出器ヘッドの場合についての例を示す図である。It is a figure which concerns on 4th Embodiment, and is a figure which shows the example about the case of the detector head provided with the mechanism which rotates the circumference | surroundings of a subject. 第5実施形態に係る図であり、被検者の周囲に環状に配置した検出器ヘッドの場合についての例を示す図である。It is a figure which concerns on 5th Embodiment, and is a figure which shows the example about the case of the detector head arrange | positioned circularly around the subject. 第5実施形態に係る図であり、被検者の周囲に環状に配置した検出器ヘッドの場合についての例を示す図である。It is a figure which concerns on 5th Embodiment, and is a figure which shows the example about the case of the detector head arrange | positioned circularly around the subject.

符号の説明Explanation of symbols

100、100′ 検出器(検出手段)
101、101′ 前段検出器
102、102′ 後段検出器
110 信号処理装置(信号処理手段)
120 画像再構成装置(画像再構成手段)
130 画像表示装置
150 被検者
300 同時判定手段
400 運動学判定手段
500 二光子コンプトンカメラ画像再構成装置
600 単光子コンプトンカメラ画像再構成装置
700 画像
800 PET再構成装置
2000 薬剤集積箇所
2002 陽電子
2003 電子
2004、2004′ 消滅ガンマ線
2005、2005′ 散乱ガンマ線
2006、2006′ 反跳電子
4001 交点
4002、4002′ コンプトン散乱の運動学より算出された推定方向
100, 100 'detector (detection means)
101, 101 ′ Pre-stage detector 102, 102 ′ Sub-stage detector 110 Signal processing device (signal processing means)
120 Image reconstruction device (image reconstruction means)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 130 Image display apparatus 150 Subject 300 Simultaneous determination means 400 Kinematic determination means 500 Two-photon Compton camera image reconstruction apparatus 600 Single-photon Compton camera image reconstruction apparatus 700 Image 800 PET reconstruction apparatus 2000 Drug accumulation location 2002 Positron 2003 Electron 2004, 2004 'annihilation gamma ray 2005, 2005' scattered gamma ray 2006, 2006 'recoil electron 4001 intersection 4002, 4002' estimated direction calculated from Compton scattering kinematics

Claims (1)

コンプトン散乱の運動学を用いて被検者から放出された光子の発生箇所を算出し、この算出した情報に応じて異なる画像再構成を行う
ことを特徴とする核医学診断装置。
A nuclear medicine diagnostic apparatus characterized by calculating a generation location of photons emitted from a subject using Compton scattering kinematics and performing different image reconstruction according to the calculated information.
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