JP4605303B2 - 光子検出器の弁別パラメータ算出方法及びそれを用いた核医学診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ線やγ線などの光子を検出する光子検出器の弁別パラメータ算出方法及びそれを用いた核医学診断装置に係り、特に、種類が異なる光子検出素子を多層に備えた光子検出器あるいはDOI(Depth Of Interaction)検出器とも呼ばれる)において、光子が相互作用を生じた深さ情報を決定するのに用いられる弁別パラメータを算出するための技術に関する。

従来、DOI検出器を有する装置として、DOI-PET（Positron Emission Tomography）装置が挙げられる。この装置では、まず陽電子放出核種が投与された被検体の内部から放出されたエネルギーが５１１[keV]の対消滅光子を多数のDOI検出器群にて検出する。そして、二つのDOI検出器にて一定時間内に光子を検出した場合に、それらを一対の対消滅光子として計数し、さらに対消滅発生地点を検出したDOI検出器対の直線上として特定する。このような同時計数情報を蓄積して画像の再構成処理を行うことにより、RI(Radio Isotope)分布像を作成する。

このように、DOI検出器の位置情報から光源（＝放射線源）の位置情報を算出して、その情報から医学画像を作成する装置では、詳細なDOI検出器の位置情報を得ることにより、医学画像の質を向上させている。例えば、平面方向の位置検出では、検出器を細分化したり、マルチアノード型の光電子増倍管(PMT)を使用したりする手法（例えば、非特許文献１，２参照）があり、深さ方向の検出では、種類が異なる光子検出素子を多層化したDOI検出器を用いる手法（例えば、非特許文献３、特許文献１〜３参照）などがある。
http://www.nirs.go.jp/use/medical-imaging/ja/study/nextgeneration-pet2000/ninadama.html http://www.ricoh.co.jp/net-messensa/ACADEMIA/JAMIT/MITVM/PET/TANAKA04/text14.html A GSO depth of interaction detector for PET: IEEE Trans. Nucl. Sci., 45: 1078-1082, 1998. 特開２０００−５６０２３号公報 特開２００４−２４５５９２号公報 特表２００６−５２２９２５号公報

しかしながら、収集したDOI検出器の出力波形信号に弁別パラメータを用いてDOI判定を行う場合には、その弁別パラメータの精度が相互作用の深さ情報の精度に大きく影響する。

一般的に、各DOI検出器からの出力波形信号には、DOI検出器を構成している光子検出素子に依存する成分と、ノイズ成分と、論理回路や基板などから発生する成分などの多数の成分が含まれている。また、放射線の相互作用する割合が、各光子検出素子の層において数倍以上異なっていた場合には、相互作用する割合の少ない層の波形を表す出力は、相互作用する割合が多い層の波形を表す出力に引きずられるようにして、弁別パラメータが変化したり、またはその算出精度が低下したりすることがある。さらに、同種の光子検出素子であっても、その出力波形信号には、固体差（個性）が存在するので、DOI検出器ごとに弁別パラメータを決定する必要があったり、また検出器系の経年変化に伴って定期的な弁別パラメータの調整が必要になったりする。

このように種々の要因によって変動する弁別パラメータであるが、仮に、それをある程度適当な値で設定した場合であっても、非DOI検出器に比較して、相互作用の深さ情報に関する位置分解能に改善が見られるが、それではDOI検出器の性能を充分に引き出すことができないという問題がある。また、そのような弁別パラメータを用いた核医学診断装置では、高品質のＲＩ分布像を得ることができないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、光子検出器の性能を充分に引き出すことができる弁別パラメータを比較的容易に求めることができる光子検出器の弁別パラメータ算出方法及びそれを用いた核医学診断装置を提供することを目的とする。

また、本発明のもう一つの目的は、光子検出器の性能を充分に引き出すことができる弁別パラメータを用いることにより、高品質のＲＩ分布像を得ることができる核医学診断装置を提供することを目的とする。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、種類が異なる光子検出素子を光源側とその奥側に多層にして備えた光子検出器について、その出力波形信号を波形弁別して、光子と相互作用した光子検出素子を特定するための弁別パラメータを算出する光子検出器の弁別パラメータ算出方法において、出力波形信号を蓄積したデータを対象にして、エネルギーレシオに対するカウント数の波形を近似する二種類のフィッティング関数を適用する過程と、前記両フィッティング関数のフィッティングパラメータを算出する過程と、前記両フィッティングパラメータに基づいて、前記両フィッティング関数のピークの１／ｎとなるカウント数を求めるとともに、それらに対応する両フィッティング関数のエネルギーレシオの値を弁別パラメータとして算出する過程と、を備えていることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によると、まず、出力波形信号を蓄積したデータを対象にして、エネルギーレシオに対するカウント数の波形を近似する二種類のフィッティング関数を適用する。そして、両フィッティング関数のフィッティングパラメータを算出し、両フィッティングパラメータに基づいて、両フィッティング関数のピークの１／ｎとなるカウント数を求めるとともに、そのカウント数に対応する両フィッティング関数のエネルギーレシオの値を弁別パラメータとして算出する。つまり、それぞれの光子検出素子にて光子が検出される確率分布において、１／ｎを両方の確率分布から除くことになるカウント数に対応する両フィッティング関数のエネルギーレシオの値を弁別パラメータとして求める。このように光子検出素子がどのようなものであっても、フィッティング関数でフィッティングした後に、フィッティングパラメータに基づいて弁別パラメータを自動的に算出するので、高精度で弁別パラメータを算出することができる。したがって、光子検出器の性能を充分に引き出すことができる弁別パラメータを比較的容易に求めることができる。

また、本発明において、前記両フィッティング関数のピークにおけるカウント数の合計値が所定値に満たない場合には、弁別パラメータとしてエネルギーレシオの下限値または上限値を設定することが好ましい（請求項２）。

請求項２に記載の発明によると、カウント数が所定値に満たない場合には、精度良く弁別パラメータを求めることができないので、弁別パラメータとしてエネルギーレシオの下限値または上限値を設定することで、精度良く算出された弁別パラメータと容易に区別することができる。

なお、エネルギーレシオは、ある時間内に光子検出器で検出されたエネルギーを全体のエネルギーで除したものであり、ハード的に、ある下限値とある上限値との間の値をとる。したがって、通常、弁別パラメータが上限値あるいは下限値となることはないので、正常に算出された弁別パラメータと区別することができる。

また、本発明において、前記フィッティングパラメータを算出した後、前記両フィッティングパラメータが予め実験値から求められた所定範囲内にあるか否かに基づいて、前記両フィッティングパラメータの適否を判定する過程をさらに備え、いずれかのフィッティングパラメータが不適であると判定された場合には、弁別パラメータとしてエネルギーレシオの下限値または上限値を設定することが好ましい（請求項３）。

請求項３に記載の発明によると、予め実験を行って、フィッティングパラメータがどの程度の範囲に収まるのかを調べておき、その範囲外であれば、フィッティングパラメータの算出に失敗したか、光子検出器自体に問題が生じたなど、何らかの問題が生じている可能性が高い。そこで、フィッティングパラメータが不適であると判定された場合には、フィッティングパラメータに基づいて精度良く弁別パラメータを求めることは不可能であるので、通常は生じ得ない上限値または下限値とすることで、正常に求められた弁別パラメータと区別しやすくできる。

また、本発明において、前記フィッティング関数を適用する過程では、一方のピークを基準として、その基準を含む、予め実験値から求められた所定の範囲内のみでフィッティングを行うことが好ましい（請求項４）。

請求項４に記載の発明によると、弁別パラメータを求めるためには、少なくとも二つのフィッティング関数のピーク間のデータがあればよいので、予め実験を行って、いずれか一方のピーク位置のおおよその位置と、他方のピーク付近が含まれる範囲を予め設定しておく。そして、その範囲外ではフィッティングを行わないようにすることで、弁別パラメータの算出処理における負荷を軽減することができるとともに、算出処理に要する時間を短縮することができる。

また、本発明において、前記弁別パラメータを算出した後、前記弁別パラメータが、前記両フィッティング関数のピークに対応するエネルギーレシオの間であるか否かに基づいて、前記弁別パラメータの適否を判定する過程をさらに備えていることが好ましい（請求項５）。

請求項５に記載の発明によると、弁別パラメータを算出した後、弁別パラメータが両フィッティング関数のピーク間に相当する値であるか否かによって、弁別パラメータの適否を判断する。したがって、弁別パラメータの適否を容易に判定することができる。

また、本発明において、前記弁別パラメータが不適と判定された場合には、弁別パラメータとしてエネルギーレシオの上限値または下限値を設定することが好ましい（請求項６）。

請求項６に記載の発明によると、弁別パラメータが不適である場合には、その値として上限値または下限値を設定することにより、正常に求められた弁別パラメータとの区別をつけやすくすることができる。

また、本発明において、前記弁別パラメータを算出した後に、前記光子検出素子を複数個に分割してなる個別のブロックを対象にして、全ブロックの弁別パラメータ及びフィッティング関数をクリスタル表示部に表示する過程と、前記クリスタル表示部における任意のブロックを特定ブロックとして選択する過程と、前記特定ブロックのフィッティング関数と弁別パラメータとを調整表示部に表示する過程と、前記全ブロック分のフィッティング関数を加算した合成関数と、前記特定ブロックの弁別パラメータとをブロック表示部に表示する過程と、を備え、さらに、前記全過程の後に、前記特定ブロックの弁別パラメータが任意に調整された場合には、前記調整された弁別パラメータを前記調整表示部及び前記ブロック表示部に表示して、前記特定ブロックの弁別パラメータを微調整する過程を備えていることが好ましい（請求項７）。

請求項７に記載の発明によると、弁別パラメータを算出した後に、光子検出素子を複数個に分割してなる個別のブロックを対象にして、全ブロックの弁別パラメータ及びフィッティング関数をクリスタル表示部に表示する。さらに、クリスタル表示部における任意のブロックを特定ブロックとして選択すると、その特定ブロックのフィッティング関数と弁別パラメータとを調整表示部に表示する。そして、全ブロック分のフィッティング関数を加算した合成関数と、特定ブロックの弁別パラメータとをブロック表示部に表示する。その後、特定ブロックの弁別パラメータが任意に調整された場合には、調整された弁別パラメータを調整表示部及びブロック表示部に表示するので、特定ブロックの弁別パラメータを視覚的に容易に微調整することができる。

また、請求項８に記載の発明は、被検体からの光子を検出する核医学診断装置において、被検体を載置するベッドと、種類が異なる光子検出素子を前記ベッド側とその奥側に多層にして備え、被検体に投与された放射性核種から放出される光子を検出する光子検出器と、出力波形信号を蓄積したデータを対象にして、エネルギーレシオに対するカウント数の波形を近似する二種類のフィッティング関数を適用し、前記両フィッティング関数のフィッティングパラメータを算出し、前記両フィッティングパラメータに基づいて、前記両フィッティング関数のピークの１／ｎとなるカウント数を求めるとともに、それらに対応する両フィッティング関数のエネルギーレシオの値を弁別パラメータとして算出する弁別パラメータ算出手段と、前記データ及び前記弁別パラメータに基づいてＲＩ分布像を再構成する再構成手段と、を備えていることを特徴とするものである。

請求項８に記載の発明によると、ベッドに載置された被検体から放射された光子が多層の光子検出器によって検出されるが、その弁別パラメータは次のようにして求められたものである。
すなわち、まず、出力波形信号を蓄積したデータを対象にして、エネルギーレシオに対するカウント数の波形を近似する二種類のフィッティング関数を適用し、両フィッティング関数のフィッティングパラメータを算出し、両フィッティングパラメータに基づいて、両フィッティング関数のピークの１／ｎとなるカウント数を求めるとともに、そのカウント数に対応する両フィッティング関数のエネルギーレシオの値を弁別パラメータとして算出する。換言すると、それぞれの光子検出素子にて光子が検出される確率分布において、１／ｎを両方の確率分布から除くことになるカウント数に対応する両フィッティング関数のエネルギーレシオの値を弁別パラメータとして求める。このように光子検出素子がどのようなものであっても、フィッティング関数でフィッティングした後に、フィッティングパラメータに基づいて弁別パラメータを自動的に算出するので、高精度で弁別パラメータを算出することができる。したがって、光子検出器の性能を充分に引き出すことができる弁別パラメータを比較的容易に求めることができる。このようにして求めた高精度の弁別パラメータとデータとに基づき再構成手段がＲＩ分布像を再構成するので、精度が高い深さ位置情報を用いた高品質のＲＩ分布像を得ることができる。

本発明に係る光子検出器の弁別パラメータ算出方法によれば、まず、出力波形信号を蓄積したデータを対象にして、エネルギーレシオに対するカウント数の波形を近似する二種類のフィッティング関数を適用する。そして、両フィッティング関数のフィッティングパラメータを算出し、両フィッティングパラメータに基づいて、両フィッティング関数のピークの１／ｎとなるカウント数を求めるとともに、そのカウント数に対応する両フィッティング関数のエネルギーレシオの値を弁別パラメータとして算出する。つまり、それぞれの光子検出素子にて光子が検出される確率分布において、１／ｎを両方の確率分布から除くことになるカウント数に対応する両フィッティング関数のエネルギーレシオの値を弁別パラメータとして求める。このように光子検出素子がどのようなものであっても、フィッティング関数でフィッティングした後に、フィッティングパラメータに基づいて弁別パラメータを自動的に算出するので、高精度で弁別パラメータを算出することができる。したがって、光子検出器の性能を充分に引き出すことができる弁別パラメータを比較的容易に求めることができる。

実施例に係るポジトロンＣＴ装置の概略構成を示すブロック図である。 光子検出器の概略構成を示す縦断面図である。 エネルギーレシオに対するカウント数のヒストグラムの一例を示すグラフである。 ディスプレイ装置における表示例を示す図である。 動作例を示すフローチャートである。

符号の説明

Ｍ … 被検体
１ … ガントリ部
３ … データ収集システム
５ … データ処理部
７ … ベッド
９ … ガントリ
１７ … 光子検出器
１９ … データ収集部
２１ … 弁別部
２３ … 位置情報算出部
２５ … 再構成部
２７ … 制御部
２９ … ディスプレイ装置
３１ … 指示部
３４ … 弁別パラメータ算出部
３５ … 第１の光子検出素子
３７ … 第２の光子検出素子
４１ … 光電子増倍管
ｋ … 弁別パラメータ

それぞれの光子検出素子にて光子が検出される確率分布から、１／ｎを両方の確率分布から除き、そのカウント数に対応する両フィッティング関数のエネルギーレシオの値を弁別パラメータとして求める。このように光子検出素子がどのようなものであっても、フィッティング関数でフィッティングした後に、フィッティングパラメータに基づいて弁別パラメータを算出するので、高精度で弁別パラメータを算出することができる。これにより、光子検出器の性能を充分に引き出すことができる弁別パラメータを比較的容易に求めることができるという目的を実現した。

以下、図面を参照して本発明の実施例1を説明する。図１は、実施例に係るポジトロンＣＴ装置の概略構成を示すブロック図であり、図２は、光子検出器の概略構成を示す縦断面図である。

このポジトロンＣＴ装置は、ガントリ部１と、データ収集システム３と、データ処理部５とを備えている。ガントリ部１は、陽電子放出核種が投与された被検体Ｍを載置するベッド７とガントリ９とを備えている。ベッド７は、昇降自在の基台１１と、基台１１の上部で水平方向に進退自在の天板１３を備えている。

ガントリ９は、中央部に天板１３とともに被検体Ｍが収容可能な開口部１５を備えている。開口部１５の周囲には、被検体Ｍから放出された陽電子（光子）を検出する光子検出器１７（詳細後述）が複数個埋設されている。複数個の光子検出器１７からの出力は、データ収集システム３に与えられる。

データ収集システム３は、データ収集部１９と、弁別部２１と、位置情報算出部２３とを備えている。データ収集部１９は、アンプ、ＡＤＣ（アナログ・デジタル変換器）、ＴＤＣ（タイム・デジタル変換器）、遅延回路やダブルイベント判定部などを備え、一対の光子検出器１７に同時に入射する光子に係る信号を収集してデジタル化する。弁別部２１は、後述するように、予め設定されている弁別パラメータ（詳細後述）に基づいて、光子検出器１７から出力されて、データ収集部１９で収集された出力波形信号のデータを対象にして波形弁別を行い、光子と相互作用した光子検出器１７内における光子検出素子を特定する。位置情報算出部２３は、出力波形信号のデータ及び相互作用の深さ情報（ｚ）とに基づき光子が相互作用を起こした位置情報（ｘ，ｙ，ｚ）を求める。

データ処理部５は、再構成部２５と、制御部２７と、ディスプレイ装置２９と、指示部３１と、駆動部３３とを備えている。再構成部２５は、位置情報算出部２３からの位置情報、及びデータ収集部１９からの出力波形信号のデータ、並びに別途収集したトランスミッションデータなどに基づき、被検体ＭのＲＩ分布像を再構成する。制御部２７は、弁別パラメータ算出部３４を備え、後述する弁別パラメータの自動算出処理、求めた弁別パラメータの適否を自動的に判定する自動判定処理、弁別パラメータの微調整する微調整処理、再構成部２５のデータに基づいてＲＩ分布像をディスプレイ装置２９に表示させる処理、マウスなどの指示部３１を介した指示に基づき駆動部３３を介して天板１３を進退駆動する処理、データ収集システム３に対する収集開始の指示などを行う。

なお、上記の再構成部２５が本発明における再構成手段に相当し、上記の弁別パラメータ算出部３４が本発明における弁別パラメータ算出手段に相当する。

光子検出器１７は、例えば、図２に示すように構成されている。
すなわち、光子検出器１７は、種類が異なる複数の光子検出素子を組み合わせ、さらにそれらを積層して構成された、いわゆる２層ＤＯＩ検出器である。具体的には、光子が放出されてくる方向（ベッド７側）から順に、第１の光子検出素子３５及び第２の光子検出素子３７を備えている。第２の光子検出素子３７側にはライトガイド３９が配設されており、さらにライドガイド３９には複数個の光電子増倍管４１が配設されている。光電子増倍管４１は、いわゆるモノアノード型であることが好ましい。また、第１の光子検出素子３５及び第２の光子検出素子３７は、各々の検出素子が複数のブロックから構成されている。なお、第１の光子検出素子３５は、例えば、ＬＳＯ（ルチウム・シリコン・オキサイド）で構成され、例えば、第２の光子検出素子３７は、ＧＳＯ（ケイ酸・ガトリニウム）で構成されている。

ここで、図３を参照する。図３は、エネルギーレシオに対するカウント数のヒストグラムの一例を示すグラフである。エネルギーレシオは、ある時間内に光子検出器１７で検出されたエネルギーを全体のエネルギーで除したものであり、ハード的に、ある上限値（例えば、２５６）とある下限値（例えば、１）との間の値をとる。

光子検出器１７からの出力波形信号のデータは、検出素子に依存する出力や、ノイズ成分などによる出力等の多数の成分が含まれている。ここでは、それらの波形を表す出力を蓄積したヒストグラムにおいて、各成分がガウス分布（正規分布）をとるものとする。上記のようなヒストグラム（例えば、二つの成分からなる）において、二つのガウス分布からなるフィッティング関数を適用すると、ヒストグラムをフィッティング関数でうまく表現できることは周知のとおりである。

上記のようにフィッティングした後、弁別パラメータを算出する方法について以下に説明する。ここでは、説明の理解を容易にするために、図２に示した２層ＤＯＩ検出器（光子検出器１７）を例に採って説明する。

この場合、その出力波形信号を蓄積したデータのヒストグラムＤＨには、第１の検出素子３５の成分によるガウス分布と、第２の検出素子３７の成分によるガウス分布とが描かれる。そこで、以下の説明では、二つのガウス分布を用いて弁別パラメータｋを算出する。以下で説明する、弁別パラメータｋの算出方法における基本的な考え方は、二つのガウス分布がともに１／ｎ（ｎは実数をとる）となる部分を弁別パラメータｋとする、というものである。

ここで、以下のようにフィッティング関数として、二つのガウス関数を定義する。なお、各符号ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２は、各フィッティング関数におけるフィッティングパラメータを表している。

ｆ（ｘ）＝ａ１×exp{−（ｘ−ｂ１）^２／ｃ１^２}
ｇ（ｘ）＝ａ２×exp{−（ｘ−ｂ２）^２／ｃ２^２}

このとき、両ガウス関数の１／ｎ幅は、次の式によって与えられる。

σ１（ｎ）＝ｃ１×√（ｌｎ ｎ）
σ２（ｎ）＝ｃ２×√（ｌｎ ｎ）

このピークの１／ｎ幅を用いると、弁別パラメータｋは次のように表される。

ｋ＝ｂ１＋σ１（ｎ）
ｋ＝ｂ２−σ２（ｎ）

上記の式を解くと、
ｋ＝（ｃ２×ｂ１＋ｃ１×ｂ２）／（ｃ１＋ｃ２）
となる。

上述したように、フィッティング関数のフィッティングパラメータａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２から容易に弁別パラメータｋを求められることが判る。

次に、自動算出方法と自動判定方法について説明する。
弁別パラメータｋの自動算出に必要なのは、フィッティングを行うのに適当な初期フィッティングパラメータを自動で決定することである。波形を表す出力を蓄積したヒストグラムは、光子検出器１７の第１の光子検出素子３５及び第２の光子検出素子３７ごとに異なるが、その傾向は同じであるのが一般的であるので、ある部分を基準としてフィッティングパラメータを決定する。

図３を例にとると、ガウス関数ｇ（ｘ）のフィッティングパラメータａ２とｂ２は、エネルギーレシオに対するカウント数のヒストグラムにおける最大カウント値（ピーク）と、それに対応する各出力値（エネルギーレシオ）なので、容易に検索することができる。そこで、他方のガウス関数ｆ（ｘ）のフィッティングパラメータａ１とｂ１とを、一方のガウス関数ｇ（ｘ）のフィッティングパラメータａ２とｂ２に基づいて、以下の式によって求める。

ａ１＝ａ２×０．６
ｂ１＝ｂ２−３０

なお、上記の０．６や３０という定数は、実機により予め実験を行って決めたものである。

ところで、フィッティングを行う範囲は、フィッティングを行うのに必要な領域だけに限定して行うことが好ましい。そこで、得られたフィッティングパラメータから、適切な範囲についてのみフィッティングを行うようにする。具体的には、図３に示すヒストグラムにおいて、フィッティングパラメータｂ２の位置を基準として、その基準を含む、予め実験値から求められた所定の範囲内のみでフィッティングを行う。例えば、フィッティングパラメータｂ２を基準として、−９０〜４０の範囲である。このようにフィッティングを行う範囲を限定することにより、弁別パラメータの算出処理における負荷を軽減することができるとともに、算出処理に要する時間を短縮することができる。

また、フィッティング関数のピークにおけるカウント数の合計値（ａ１＋ａ２）が所定値に満たない場合には、弁別パラメータとしてエネルギーレシオの下限値または上限値を設定することが好ましい。カウント数が所定値に満たない場合には、精度良く弁別パラメータを求めることができない。そこで、弁別パラメータとしてエネルギーレシオの下限値または上限値を設定することで、精度良く算出された弁別パラメータと容易に区別することができる。

次に、上記の条件を満たした場合には、自動的に算出された弁別パラメータｋの適否について自動的に判定を行う。

つまり、弁別パラメータｋは、フィッティング関数ｆ（ｘ），ｇ（ｘ）のピーク間にあるので、弁別パラメータｋが次の条件、
ｂ１≦ｋ≦ｂ２
を満たすはずである。

上記の条件を満たさない場合には、自動算出された弁別パラメータｋに対して、例えば、上限値を設定する。つまり、ｋ＝２５６とする。

また、各フィッティングパラメータａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２について、実機による実験を予め行って、各フィッティングパラメータａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２がどのような範囲の値をとるのか調べておき、その範囲内に各各フィッティングパラメータａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２，ｃ１，ｃ２があるか否かによって、弁別パラメータｋの適否を厳密に判定するようにしてもよい。上記の範囲としては、例えば、１４０＜ｂ１＜１６０、１６０＜ｂ２＜２００などである。

そして、フィッティングパラメータがその範囲外であれば、フィッティングパラメータの算出に失敗したか、光子検出器１７自体に問題が生じたなど、何らかの問題が生じている可能性が高い。そこで、フィッティングパラメータが不適であると判定された場合には、フィッティングパラメータに基づいて精度良く弁別パラメータｋを求めることは不可能であるので、通常は生じ得ない上限値（例えば、ｋ＝３５６）または下限値（例えば、ｋ＝１）とすることで、正常に求められた弁別パラメータｋと区別しやすくできる。

上記のようにして制御部２７の弁別パラメータ算出部３４で算出され、適否が判別された弁別パラメータｋは、検出器ブロックごとにデータファイルに記憶される。そして、そのデータファイルを開き、検出器ブロックを指定すると、弁別パラメータｋがディスプレイ装置２９に表示される。

ここで図４を参照する。なお、図４は、ディスプレイ装置における表示例を示す図である。

このディスプレイ装置２９には、主なものとして三つの表示領域が設定されている。
すなわち、クリスタル表示部４３と、調整表示部４５と、ブロック表示部４７とが設けられている。また、クリスタル表示部４３の下方には、検出器ブロックを指定する指定領域４９と、弁別パラメータ入力部５１とが設けられている。

クリスタル表示部４３は、光子検出器１７の第１の光子検出素子３５と第２の光子検出素子３７を複数個に分割してなる個別のブロックを対象にして、全ブロックの弁別パラメータｋ及びフィッティング関数を表示するための領域である。なお、上述したように不適と判断された弁別パラメータｋは、赤枠で表示させたり点滅表示させたりして、不適と判断されたものであることが目立つように表示させることが好ましい。

調整表示部４５は、クリスタル表示部４３における任意のブロックのうち、指示部３１で指示された特定ブロックについて、そのフィッティング関数及び弁別パラメータとを表示するための領域である。

ブロック表示部４７は、クリスタル表示部４３に表示されている全ブロック分のフィッティング関数を加算した合成関数と、特定ブロックの弁別パラメータとを表示するための領域である。

例えば、クリスタル表示部４３に表示されているブロックを対象にして、指示部３１で所望のブロックを選択し、その特定ブロックのフィッティング関数と弁別パラメータとが調整表示部４５に表示される。その表示を見て、操作者は自動算出で求められた弁別パラメータｋの適否を判断し、調整が必要であると判断した場合には、指示部３１を操作して、カーソル５３で調整表示部４５に表示されている弁別パラメータｋをドラッグして、所望の値に微調整する。または、弁別パラメータ入力部５１に数値を直接入力して、弁別パラメータｋを微調整する。

なお、上記の指示部３１が本発明における選択手段及び調整手段に相当する。

上記のようにして算出及び適否判定を自動で実行され、その後、微調整された弁別パラメータｋは、指示部３１の指示により保存されるとともに弁別部２１の弁別パラメータｋとして設定される。

上述したように本実施例に係る光子検出器１７の弁別パラメータ算出方法によれば、まず、出力波形信号を蓄積したデータを対象にして、エネルギーレシオに対するカウント数の波形を近似する二種類のフィッティング関数を適用する。そして、両フィッティング関数のフィッティングパラメータを算出し、両フィッティングパラメータに基づいて、両フィッティング関数のピークの１／ｎとなるカウント数を求めるとともに、そのカウント数に対応する両フィッティング関数のエネルギーレシオの値を弁別パラメータｋとして算出する。つまり、第1の光子検出素子３５及び第２の光子検出素子３７にて光子が検出される確率分布において、１／ｎを両方の確率分布から除くことになるカウント数に対応する両フィッティング関数のエネルギーレシオの値を弁別パラメータとして求める。このように第1の光子検出素子３５及び第２の光子検出素子３７がどのようなものであっても、フィッティング関数でフィッティングした後に、フィッティングパラメータに基づいて弁別パラメータｋを自動的に算出するので、高精度で弁別パラメータを算出することができる。したがって、光子検出器１７の性能を充分に引き出すことができる弁別パラメータｋを比較的容易に求めることができる。

次に、図５を参照して、上述した構成のポジトロンＣＴ装置における動作について説明する。なお、図５は、動作例を示すフローチャートである。

ステップＳ１
制御部２７は、各部を操作して所定の線源から放射線を放出させ、その状態でデータ収集部１９にてデータ収集を行わせる。

ステップＳ２，Ｓ３
制御部２７の弁別パラメータ算出部３４は、上述した算出方法によってフィッティング関数を適用し、フィッティングパラメータを自動的に求める。

ステップＳ４〜Ｓ８
フィッティングパラメータの適否を判断し、適切なら弁別パラメータｋを算出し、不適であるならば弁別パラメータｋに上限値を設定する。そして、その弁別パラメータｋ等をディスプレイ装置２９に表示する。

ステップＳ９〜Ｓ１１
ディスプレイ装置２９に表示された弁別パラメータｋ等を見て、微調整が必要であるならば微調整を行う。そして、最終的には、弁別部２１に弁別パラメータｋを設定する。

ステップＳ１２
被検体Ｍをベッド７に載置した状態で撮影を行い、収集データを弁別パラメータｋで波形弁別して深さ情報（ｚ）を得るとともに、収集データの位置情報（ｘ、ｙ）に基づいて再構成部２５がＲＩ分布像を再構成する。そのＲＩ分布像は、ディスプレイ装置２９に表示される。

このように、上述した弁別パラメータ算出方法を用いた本実施例装置によると、弁別パラメータ算出部３４において、フィッティング関数でフィッティングした後に、フィッティングパラメータに基づいて弁別パラメータｋを自動的に算出するので、高精度で弁別パラメータｋを算出することができる。したがって、光子検出器１７の性能を充分に引き出すことができる弁別パラメータｋを比較的容易に求めることができる。このようにして求めた高精度の弁別パラメータとデータとに基づき再構成部２５がＲＩ分布像を再構成するので、精度が高い深さ位置情報を用いた高品質のＲＩ分布像を得ることができる。

本発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した実施例では、弁別パラメータｋを求める際に、フィッティング関数としてガウス関数を用いているが、その他の関数を用いてもよい。例えば、ノイズのオフセットに対して一次関数を用いるようにしてもよい。

（２）上述した実施例では、不適な弁別パラメータに上限値または下限値を設定するようにしているが、例えば、それ以外の特定の値を設定するようにしてもよい。

（３）上述した実施例では、特定の範囲でのみフィッティングを行うようにしているが、全範囲にてフィッティングを行うようにしてもよい。

（４）上述した実施例では、一つの光子検出器１７がモノアノード型であるとしたが、例えば、マルチアノード型としてもよい。これにより、光電子増倍管４１を少なくすることができ、コストを抑制することができる。

（５）上述した実施例では、ポジトロンＣＴ装置を例に採って説明したが、単光子放出核種を用いた核医学診断装置（ＳＰＥＣＴ装置）であっても適用することができる。

以上のように、本発明は、光子検出器を備え、光子の相互作用の深さ情報に基づくＲＩ分布像を生成するための核医学診断を行う装置に適している。

Claims (14)

1. 種類が異なる光子検出素子を光源側とその奥側に多層にして備えた光子検出器について、その出力波形信号を波形弁別して、光子と相互作用した光子検出素子を特定するための弁別パラメータを算出する光子検出器の弁別パラメータ算出方法において、出力波形信号を蓄積したデータを対象にして、エネルギーレシオに対するカウント数の波形を近似する二種類のフィッティング関数を適用する過程と、前記両フィッティング関数のフィッティングパラメータを算出する過程と、前記両フィッティングパラメータに基づいて、前記両フィッティング関数のピークの１／ｎとなるカウント数を求めるとともに、それらに対応する両フィッティング関数のエネルギーレシオの値を弁別パラメータとして算出する過程と、を備えていることを特徴とする光子検出器の弁別パラメータ算出方法。
2. 請求項１に記載の光子検出器の弁別パラメータ算出方法において、前記両フィッティング関数のピークにおけるカウント数の合計値が所定値に満たない場合には、弁別パラメータとしてエネルギーレシオの下限値または上限値を設定することを特徴とする光子検出器の弁別パラメータ算出方法。
3. 請求項１または２に記載の光子検出器の弁別パラメータ算出方法において、前記フィッティングパラメータを算出した後、前記両フィッティングパラメータが予め実験値から求められた所定範囲内にあるか否かに基づいて、前記両フィッティングパラメータの適否を判定する過程をさらに備え、いずれかのフィッティングパラメータが不適であると判定された場合には、弁別パラメータとしてエネルギーレシオの下限値または上限値を設定することを特徴とする光子検出器の弁別パラメータ算出方法。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の光子検出器の弁別パラメータ算出方法において、前記フィッティング関数を適用する過程では、一方のピークを基準として、その基準を含む、予め実験値から求められた所定の範囲内のみでフィッティングを行うことを特徴とする光子検出器の弁別パラメータ算出方法。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の光子検出器の弁別パラメータ算出方法において、前記弁別パラメータを算出した後、前記弁別パラメータが、前記両フィッティング関数のピークに対応するエネルギーレシオの間であるか否かに基づいて、前記弁別パラメータの適否を判定する過程をさらに備えていることを特徴とする光子検出器の弁別パラメータ算出方法。
6. 請求項５に記載の光子検出器の弁別パラメータ算出方法において、前記弁別パラメータが不適と判定された場合には、弁別パラメータとしてエネルギーレシオの上限値または下限値を設定することを特徴とする光子検出器の弁別パラメータ算出方法。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の光子検出器の弁別パラメータ算出方法において、前記弁別パラメータを算出した後に、前記光子検出素子を複数個に分割してなる個別のブロックを対象にして、全ブロックの弁別パラメータ及びフィッティング関数をクリスタル表示部に表示する過程と、前記クリスタル表示部における任意のブロックを特定ブロックとして選択する過程と、前記特定ブロックのフィッティング関数と弁別パラメータとを調整表示部に表示する過程と、前記全ブロック分のフィッティング関数を加算した合成関数と、前記特定ブロックの弁別パラメータとをブロック表示部に表示する過程と、を備え、さらに、前記全過程の後に、前記特定ブロックの弁別パラメータが任意に調整された場合には、前記調整された弁別パラメータを前記調整表示部及び前記ブロック表示部に表示して、前記特定ブロックの弁別パラメータを微調整する過程を備えていることを特徴とする光子検出器の弁別パラメータ算出方法。
8. 被検体からの光子を検出する核医学診断装置において、被検体を載置するベッドと、種類が異なる光子検出素子を前記ベッド側とその奥側に多層にして備え、被検体に投与された放射性核種から放出される光子を検出する光子検出器と、出力波形信号を蓄積したデータを対象にして、エネルギーレシオに対するカウント数の波形を近似する二種類のフィッティング関数を適用し、前記両フィッティング関数のフィッティングパラメータを算出し、前記両フィッティングパラメータに基づいて、前記両フィッティング関数のピークの１／ｎとなるカウント数を求めるとともに、それらに対応する両フィッティング関数のエネルギーレシオの値を弁別パラメータとして算出する弁別パラメータ算出手段と、前記データ及び前記弁別パラメータに基づいてＲＩ分布像を再構成する再構成手段と、を備えていることを特徴とする核医学診断装置。
9. 請求項８に記載の核医学診断装置において、前記パラメータ算出手段は、前記両フィッティング関数のピークにおけるカウント数の合計値が所定値に満たない場合には、弁別パラメータとしてエネルギーレシオの下限値または上限値を設定することを特徴とする核医学診断装置。
10. 請求項８または９に記載の核医学診断装置において、前記パラメータ算出手段は、前記フィッティングパラメータを算出した後、前記両フィッティングパラメータが予め実験値から求められた所定範囲内にあるか否かに基づいて、前記両フィッティングパラメータの適否を判定し、いずれかのフィッティングパラメータが不適であると判定された場合には、弁別パラメータとしてエネルギーレシオの下限値または上限値を設定することを特徴とする核医学診断装置。
11. 請求項８から１０のいずれかに記載の核医学診断装置において、前記パラメータ算出手段は、前記フィッティング関数を適用する際に、一方のピークを基準として、その基準を含む、予め実験値から求められた所定の範囲内のみでフィッティングを行うことを特徴とする核医学診断装置。
12. 請求項８から１１のいずれかに記載の核医学診断装置において、前記パラメータ算出手段は、前記弁別パラメータを算出した後、前記弁別パラメータが、前記両フィッティング関数のピークに対応するエネルギーレシオの間であるか否かに基づいて、前記弁別パラメータの適否を判定することを特徴とする核医学診断装置。
13. 請求項１２に記載の核医学診断装置において、前記パラメータ算出手段は、前記弁別パラメータが不適と判定された場合には、弁別パラメータとしてエネルギーレシオの上限値または下限値を設定することを特徴とする核医学診断装置。
14. 請求項８から１３のいずれかに記載の核医学診断装置において、前記光子検出素子を複数個に分割してなる個別のブロックを対象にして、全ブロックの弁別パラメータ及びフィッティング関数を表示するクリスタル表示部と、前記クリスタル表示部における任意のブロックを特定ブロックとして選択する選択手段と、前記特定ブロックのフィッティング関数と弁別パラメータとを表示する調整表示部と、前記全ブロック分のフィッティング関数を加算した合成関数と、前記特定ブロックの弁別パラメータとを表示するブロック表示部と、前記特定ブロックの弁別パラメータを調整する調整手段と、をさらに備え、前記特定ブロックの弁別パラメータが任意に調整された場合には、前記調整された弁別パラメータを前記調整表示部及び前記ブロック表示部に表示して、前記特定ブロックの弁別パラメータを微調整することを特徴とする核医学診断装置。

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