JP4803257B2

JP4803257B2 - ポジトロンｃｔ装置

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Publication number: JP4803257B2
Application number: JP2008528757A
Authority: JP
Inventors: 篤大谷
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2007-07-11
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2027-07-11
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Description

本発明はポジトロンＣＴ装置（Positron Emission Computed-Tomography : 以下、「ＰＥＴ装置」ともいう）に係り、特に、ＰＥＴ装置に備わるγ線などの光子を検出するための複数個の検出器におけるエネルギー情報の較正（Energy Calibration : エネルギー・キャリブレーション）と、各検出器が光子を検出した時間に関する情報の出力タイミングの較正（Time Calibration : タイム・キャリブレーション）に関する。

ＰＥＴ装置では、まず陽電子放出核種を投与された被検体で発生した陽電子が近くの電子と結合して１８０度方向に放出する５１１keVの対消滅光子を多数の検出器で検出する。そして、２つの検出器で一定時間幅以内に光子を検出した場合にそれを１対の対消滅光子として計数し、その検出した検出器対を結ぶ直線上に対消滅発生地点があると特定する。このような同時計数情報を蓄積して画像再構成処理を行って陽電子放出核種分布画像（ＲＩ分布画像）を作成する。

しかし、散乱した対消滅光子を同時計数した場合（以下、「散乱同時計数」ともいう）、真の対消滅発生地点は、検出した検出器対を結ぶ線上にないので、この散乱同時計数は再構成画像の画質を劣化させる。そこで、測定した光子のエネルギー情報を用いて散乱成分を見積もり、再構成処理を行う時に差引くことで画質を向上している（例えば、特許文献１〜３参照）。
特開平７−１１３８７３号公報特開２００１−３５６１７２号公報特開２０００−２８７２７号公報

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、次のような問題がある。
一般に、ＰＥＴ装置に備わる光子検出用の検出器の検出出力は、周囲の温度や湿度によって変化するので、ＰＥＴ検査室には大掛かりな空調管理が望まれ、またＰＥＴ装置には２４時間の通電が推奨されている。更に、ノイズ変化や経時変化などによる出力の変化に対応するために、一定期間ごとにエネルギー・キャリブレーションやタイム・キャリブレーション用の計測を行っている。

ここでエネルギー・キャリブレーションとは、光子検出用の多数の検出器のゲインとオフセットを調整して揃えることである。各検出器は、入射した光子のエネルギーに比例したアナログ・エネルギー出力を与える。ＰＥＴ検査に使用される放射性核種から放出される光子のエネルギーは５１１keVである。したがって、同時計数された光子の多くのエネルギーは５１１keVである。一方、同時計数された光子の中には、散乱同時計数といったノイズ成分となる光子も計数される。このノイズ成分となる光子のエネルギー値は、真に同時計数された光子のネルギー値よりも低い。そこで、各検出器で同時計数された光子のエネルギー出力に関してエネルギー閾値を設定し、このエネルギー閾値を越えるエネルギー出力をもつものを真の同時計数とし、エネルギー閾値に満たないものはノイズ成分として排除している。しかし、各検出器のゲインやオフセットが変動すると、真の同時計数として収集されるべきデータが無駄に捨てられたり、あるいは真の同時計数として収集されるべきデータの中にノイズ成分が混入してしまう。したがって、各検出器についてエネルギー・キャリブレーションを行うことは良好なＲＩ分布画像を得る上で重要である。

従来装置のエネルギー・キャリブレーションは次のようにして行われている。エネルギー・キャリブレーション用のファントムを用いて、キャリブレーション用のデータ（同時計数データ）を収集している。そして、検出器ごとに光子のエネルギー・スペクトルを収集し、各エネルギー・スペクトル中のピークが５１１keVになるように各検出器のゲインを調整している。各検出器のエネルギー出力に含まれるノイズ成分は別に見積もって、各検出器のオフセットを調整するようにしている。

しかしながら、上述した従来装置のエネルギー・キャリブレーションによると、キャリブレーション中にＰＥＴ装置を本来の診断に使用できないので、装置の稼動効率が低下するという問題点がある。

一方、タイム・キャリブレーションとは、検出器が光子を検出したときに出力される時間情報（パルス信号）の出力タイミングを検出器間で揃えることである。これにより同時計数と判定するタイムウィンドウの精度を上げて偶発同時イベントをカットする。また、ＴＯＦ（time of flight）型ＰＥＴ装置では、同時計数された消滅光子の検出時間の差を測定して、光子の放射位置を求めている。このような装置において、検出器が光子を検出したときに出力される時間情報（パルス信号）の出力タイミングが検出器間で揃っており、しかも、時間差測定の絶対的な精度が良くないと、光子の放射位置の検出精度が悪くなり画質が低下する。したがって、各検出器についてタイム・キャリブレーションを行うことは良好なＲＩ分布画像を得る上で重要である。

従来装置のタイム・キャリブレーションは、次のようにして行われている。タイム・キャリブレーション用のファントムを用いて、キャリブレーション用のデータ（同時計数データ）を収集している。そして、検出器ごとに光子のタイム・スペクトルを収集して相互に照合して、スペクトル中の真の同時計数のピークが揃うように、各検出器の時間情報（パルス信号）の出力タイミングを調整している。

しかしながら、上述した従来装置のタイム・キャリブレーションによると、キャリブレーション中にＰＥＴ装置を本来の診断に使用できないので、装置の稼動効率が低下するという問題点がある。また、タイム・キャリブレーションによって、検出器間の時間情報（パルス信号）の出力タイミングが揃っても、時間差測定の絶対的な精度が保証されないので、充分精度の高い較正とは言いがたい。

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、ＰＥＴ装置の稼働率を低下させることがなく、しかも精度良くキャリブレーションを行うことができるＰＥＴ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、本発明のポジトロンＣＴ装置は、（Ａ）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複数個の検出手段と、（Ｂ）各検出手段の検出出力の一つであるアナログ・エネルギー出力を所定チャンネル数のデジタル情報に変換するアナログ・デジタル変換手段と、（Ｃ）各検出手段の検出出力を与えられ、その検出出力を発生する契機となった当該検出手段への光子の入射事象であるイベントが、消滅対の光子が一対の検出手段へ同時に入射する事象であるダブルイベントであるか、あるいは単一の光子が単一の検出手段に入射する事象であるシングルイベントであるかを判定するイベント判定手段と、（Ｄ）イベント判定手段が、あるイベントをダブルイベントであると判定したときに、そのときのアナログ・デジタル変換手段の出力情報を取り込んで蓄積するダブルイベント・エネルギー情報蓄積手段と、（Ｅ）イベント判定手段が、あるイベントをシングルイベントであると判定したときに、そのときのアナログ・デジタル変換手段の出力情報を取り込んで、シングルイベントに係る入射光子の計数値の分布をエネルギー・チャンネル軸上で表したエネルギー・チャンネル・スペクトルを検出手段ごとに蓄積するシングルイベント・エネルギー情報蓄積手段と、（Ｆ）シングルイベント・エネルギー情報蓄積手段に蓄積された各検出手段のエネルギー・チャンネル・スペクトルを適時に読み出し、バックグランドのノイズレベルに相当するエネルギー基準ピークと、放射性核種に固有の固有エネルギー・ピークとを検出するエネルギー・ピーク検出手段と、（Ｇ）検出手段ごとに検出されたエネルギー基準ピークと固有エネルギー・ピークとのエネルギー間隔に相当するチャンネル数と、放射性核種に固有のエネルギー値との関係から、単位エネルギー当りのチャンネル数であるエネルギー変換係数を検出手段ごとに算出するエネルギー変換係数算出手段と、（Ｈ）各検出手段のエネルギー基準ピークの位置に基づき、各検出器のオフセット・エネルギーに相当するチャンネル数を求めるオフセット・エネルギー検出手段と、（Ｉ）各検出手段のエネルギー変換係数とオフセット・エネルギーとに基づき、各検出器のゲインとオフセット、および／またはアナログ・デジタル変換手段のエネルギー・チャンネル軸とオフセットを調整するエネルギー較正手段と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明のポジトロンＣＴ装置は、エネルギー・キャリブレーションに係る。本発明に係るエネルギー・キャリブレーションの特徴は、臨床中にキャリブレーション用のデータを収集すること、および、従来装置では廃棄されていた臨床中のシングルイベントデータをキャリブレーション用のデータとして用いる点にある。具体的には、臨床中に被検体に投与された放射性核種から放出された光子は複数個の検出手段によって検出される。各検出手段は入射した光子のエネルギーに応じたアナログ・エネルギー出力を出力する。これらのアナログ・エネルギー出力は、アナログ・デジタル変換手段とイベント判定手段に与えられる。アナログ・デジタル変換手段は、アナログ・エネルギー出力を所定チャンネル数のデジタル情報に変換する。一方、イベント判定手段は、ある検出手段が検出出力を発生する契機となった当該検出手段への光子の入射事象であるイベントが、消滅対の光子が一対の検出手段へ同時に入射する事象であるダブルイベントであるか、あるいは単一の光子が単一の検出手段に入射する事象であるシングルイベントであるかを判定する。イベント判定手段が、あるイベントをダブルイベントであると判定したときは、そのときのアナログ・デジタル変換手段の出力情報をダブルイベント・エネルギー情報蓄積手段に取り込んで蓄積する。このデータはエミッションデータとしてＲＩ分布画像の再構成に供される。

一方、イベント判定手段が、あるイベントをシングルイベントであると判定したときは、そのときのアナログ・デジタル変換手段の出力情報をシングルイベント・エネルギー情報蓄積手段に取り込んで、シングルイベントに係る入射光子の計数値の分布をエネルギー・チャンネル軸上で表したエネルギー・チャンネル・スペクトルを収集・蓄積する。シングルイベントに係るデータは、以下に説明するようにキャリブレーションデータとして用いられる。まず、エネルギー・ピーク検出手段は、シングルイベント・エネルギー情報蓄積手段に蓄積された各検出手段のエネルギー・チャンネル・スペクトルを適時に読み出し、バックグランドのノイズレベルに相当するエネルギー基準ピークと、放射性核種に固有の固有エネルギー・ピークとを検出する。エネルギー基準ピークは、入射した光子のエネルギーがゼロの状態に対応する。また、エネルギー基準ピークから固有エネルギー・ピークまでの間隔に相当するチャンネル数は、放射性核種に固有のエネルギー（５１１keV）に対応する。また、エネルギー基準ピークのゼロ・チャンネルからのズレ量は、オフセットに相当する。したがって、エネルギー変換係数算出手段は、検出手段ごとに検出されたエネルギー基準ピークと固有エネルギー・ピークとのエネルギー間隔に相当するチャンネル数と、放射性核種に固有のエネルギー値との関係から、単位エネルギー当りのチャンネル数であるエネルギー変換係数を検出手段ごとに算出する。また、オフセット・エネルギー検出手段は、各検出手段のエネルギー基準ピークの位置に基づき、各検出器のオフセット・エネルギーに相当するチャンネル数を求める。そして、エネルギー較正手段は、各検出手段のエネルギー変換係数とオフセット・エネルギーとに基づき、各検出器のゲインとオフセット、および／またはアナログ・デジタル変換手段のエネルギー・チャンネル軸とオフセットを調整する。

また、本発明のポジトロンＣＴ装置は、（Ｊ）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複数個の検出手段と、（Ｋ）各検出手段の検出出力の一つである、光子を検出した時間に関する情報を所定チャンネル数のデジタル情報に変換するタイム・デジタル変換手段と、（Ｌ）各検出手段の検出出力を与えられ、その検出出力を発生する契機となった当該検出手段への光子の入射事象であるイベントが、消滅対の光子が一対の検出手段へ同時に入射する事象であるダブルイベントであるか、あるいは単一の光子が単一の検出手段に入射する事象であるシングルイベントであるかを判定するイベント判定手段と、（Ｍ）イベント判定手段が、あるイベントをダブルイベントであると判定したときに、そのときのタイム・デジタル変換手段の出力情報を取り込んで蓄積するダブルイベント・時間情報蓄積手段と、（Ｎ）イベント判定手段が、あるイベントをシングルイベントであると判定したときに、光子を検出した時間に関する情報と、あるイベントをシングルイベントであると判定するまでに要した時間に関する情報とを、タイム・デジタル変換手段から取り込んで、シングルイベントに係る入射光子の計数値の分布をタイム・チャンネル軸上で表したタイム・チャンネル・スペクトルを検出手段ごとに蓄積するシングルイベント・時間情報蓄積手段と、（Ｏ）シングルイベント・時間情報蓄積手段に蓄積された各検出手段のタイム・チャンネル・スペクトルを適時に読み出し、光子を検出した時間に相当する時間基準ピークと、あるイベントをシングルイベントであると判定するまでに要した時間に相当する判定時間ピークとを検出する時間ピーク検出手段と、（Ｐ）検出手段ごとに検出された時間基準ピークと判定時間ピークとの時間間隔に相当するチャンネル数と、あるイベントがダブルイベントであるかシングルイベントであるかを判定するために、予め定められた消滅対光子の最大入射時間差である基準判定時間との関係から、単位時間当りのチャンネル数である時間変換係数を検出手段ごとに算出する時間変換係数算出手段と、（Ｑ）各検出手段の時間基準ピークの位置に基づき、各検出器のオフセット・タイムに相当するチャンネル数を求めるオフセット・タイム検出手段と、（Ｒ）各検出手段の時間変換係数とオフセット・タイムとに基づき、各検出器に対応するタイム・デジタル変換手段の時間軸とオフセットを調整する時間較正手段と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明のポジトロンＣＴ装置は、タイム・キャリブレーションに係る。本発明に係るタイム・キャリブレーションの特徴は、上記のエネルギー・キャリブレーションと同様に、臨床中にキャリブレーション用のデータを収集すること、および、従来装置では廃棄されていた臨床中のシングルイベントデータをキャリブレーション用のデータとして用いる点にある。具体的には、臨床中に被検体に投与された放射性核種から放出された光子は複数個の検出手段によって検出される。各検出手段は、検出出力の一つとして、光子を検出した時間に関する情報を出力する。これらの時間に関する情報は、タイム・デジタル変換手段とイベント判定手段に与えられる。タイム・デジタル変換手段は、各検出器の光子を検出した時間に関する情報を所定チャンネル数のデジタル情報に変換する。一方、イベント判定手段は、ある検出手段が検出出力を発生する契機となった当該検出手段への光子の入射事象であるイベントが、消滅対の光子が一対の検出手段へ同時に入射する事象であるダブルイベントであるか、あるいは単一の光子が単一の検出手段に入射する事象であるシングルイベントであるかを判定する。イベント判定手段が、あるイベントをダブルイベントであると判定したときは、そのときのタイム・デジタル変換手段の出力情報をダブルイベント・時間情報蓄積手段に取り込んで蓄積する。このデータはエミッションデータとしてＲＩ分布画像の再構成に供される。

一方、イベント判定手段が、あるイベントをシングルイベントであると判定したときは、光子を検出した時間に関する情報と、あるイベントをシングルイベントであると判定するまでに要した時間に関する情報とを、タイム・デジタル変換手段からシングルイベント・時間情報蓄積手段に取り込んで、シングルイベントに係る入射光子の計数値の分布をタイム・チャンネル軸上で表したタイム・チャンネル・スペクトルを検出手段ごとに蓄積する。シングルイベントに係るデータは、以下に説明するようにキャリブレーションデータとして用いられる。まず、時間ピーク検出手段は、シングルイベント・時間情報蓄積手段に蓄積された各検出手段のタイム・チャンネル・スペクトルを適時に読み出し、光子を検出した時間に相当する時間基準ピークと、あるイベントをシングルイベントであると判定するまでに要した時間に相当する判定時間ピークとを検出する。時間基準ピークは、検出手段が光子を検出した時間に対応する。また、時間基準ピークから判定時間ピークまでの間隔に相当するチャンネル数は、あるイベントがダブルイベントであるかシングルイベントであるかを判定するために、予め定められた消滅対光子の最大入射時間差である基準判定時間に対応する。また、時間基準ピークのゼロ・チャンネルからのズレ量は、オフセットに相当する。したがって、時間変換係数算出手段は、検出手段ごとに検出された時間基準ピークと判定時間ピークとの時間間隔に相当するチャンネル数と、あるイベントがダブルイベントであるかシングルイベントであるかを判定するために、予め定められた消滅対光子の最大入射時間差である基準判定時間との関係から、単位時間当りのチャンネル数である時間変換係数を検出手段ごとに算出する。また、オフセット・タイム検出手段は、各検出手段の時間基準ピークの位置に基づき、各検出器のオフセット・タイムに相当するチャンネル数を求める。そして、時間較正手段は、各検出手段の時間変換係数とオフセット・タイムとに基づき、各検出器に対応するタイム・デジタル変換手段の時間軸とオフセットを調整する。

本発明に係るポジトロンＣＴ装置は、キャリブレーションデータを収集するためにファントムなどを用いた特別のデータ収集操作を行う必要がなく、臨床中にキャリブレーションデータを収集している。したがって、キャリブレーションのためにＰＥＴ装置を停止させる期間を短くすることができ、装置の稼動効率を向上することができる。また、臨床ごとにキャリブレーションデータを収集してＰＥＴ装置を頻繁に較正することができるので、ＰＥＴ装置を高精度に維持することができる。さらに、臨床に用いられるダブルイベントに係るデータ（エミッションデータ）と、臨床には使用されずに一般には廃棄されるシングルイベントに係るデータとを並行して収集し、比較的にデータ量の多いシングルイベントに係るデータを用いてキャリブレーションを行っているので、装置の較正を効率よく行うことができる。特にエネルギー・キャリブレーションに係る前者の発明によれば、各検出器のエネルギー情報の較正を精度よく行うことができる。また、タイム・キャリブレーションに係る後者の発明によれば、各検出器の時間情報の較正を精度よく行うことができる。

本発明の一実施例に係るＰＥＴ装置の概略構成を示したブロックである。実施例装置におけるデータ収集処理の流れを示したフローチャートである。エネルギー・キャリブレーション処理の流れを示したフローチャートである。エネルギー・キャリブレーション処理の過程で収集されたＡＤＣスペクトルの図である。エネルギー・キャリブレーション処理で得られたエネルギー・スペクトルの図である。タイム・キャリブレーション処理の流れを示したフローチャートである。タイム・キャリブレーション処理の過程で収集されたＴＤＣスペクトルの図である。ダブルイベントにより収集されたＴＤＣスペクトルの図である。タイム・キャリブレーション処理で得られたタイム・スペクトルの図である。検出器の異常検出処理の流れを示したフローチャートである。

符号の説明

４ … 検出器
５ … 増幅器
６ … アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）
８ … タイム・デジタル変換器（ＴＤＣ）
９ … イベント判定部
１０ … 位置演算回路
１１ … データ処理部
１２ … ダブルイベント・エネルギー情報蓄積部
１３ … タブルイベント・時間情報蓄積部
１４ … 位置情報蓄積部
１５ … シングルイベント・エネルギー情報蓄積部
１６ … シングルイベント・時間情報蓄積部
１７ … 変換係数蓄積部

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
図１は、実施例に係るＰＥＴ装置の要部構成を示したブロック図である。
本実施例に係るＰＥＴ装置は、大きく分けてガントリ１とデータ収集システム２とデータ処理システム３とから構成されている。ガントリ１は、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複数個の検出器４を備えている。検出器４は、光子を可視光に変換するシンチレータ（図示せず）と、可視光を電気信号に変換する光電子増倍管（図示せず）などから構成されている。このような検出器４の多数個が、被検体が挿入されるガントリ１の開口の周りにリング状に整列配置されている。但し、図１では、作図の便宜上、2個の検出器４だけを示してある。

データ収集システム２は、検出器４で検出された光子のエネルギー情報や、光子を検出した時間に関する情報や、光子の入射位置に関する情報を収集するシステムである。具体的には、各検出器４の検出出力の一つであるアナログ・エネルギー出力は、増幅器５を介してアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）６に与えられる。ＡＤＣ６は、入力されたアナログ・エネルギー信号を所定チャンネル数（本実施例では、１２８チャンネル）のデジタル情報に変換する。

また、各検出器４の検出出力の一つである、光子を検出した時間に関する情報（光子入射により発生するパルス信号）はタイム・デジタル変換器（ＴＤＣ）８に与えられる。ＴＤＣ８は、光子を検出した時間に関する情報を所定チャンネル数（本実施例では、１２８チャンネル）のデジタル情報(デジタル・タイム出力）に変換する。

また、スタート信号は、各検出器４ごとのＴＤＣ８に共通に与えられる。ストップ信号は、後述するイベント判定部９からＴＤＣ８に与えられる。スタート信号は、検出器４からの信号であってもよいし、全体を統括制御するマスタークロックに同期した信号であってもよい。

さらに、各検出器４から出力された、光子を検出した時間に関する情報は、イベント判定部９に与えられる。イベント判定部９は、各検出器４が検出出力を発生する契機となった当該検出器４への光子の入射事象であるイベントが、消滅対の光子が一対の検出器４へ同時に入射する事象であるダブルイベントであるか、あるいは単一の光子が単一の検出器４に入射する事象であるシングルイベントであるかを判定する。
イベント判定部９には、あるイベントがダブルイベントであるかシングルイベントであるかを判定するために、予め定められた消滅対光子の最大入射時間差である基準判定時間が設定されている。本実施例では、基準判定時間として１０nsecが設定されている。したがって、光子を検出した時間に関する情報（光子入射時間情報）が最初にイベント判定部９に入ってから１０nsec以内に、次の光子入射時間情報が入ってくれば、そのイベントはダブルイベント（真の同時計数）であると判断する。逆に、１０nsec以内に次の光子入射時間情報が入ってこなければ、最初の光子入射時間情報はシングルイベントであると判断する。このような判断結果は、ＡＤＣ６、ＴＤＣ８、後述する位置演算回路１０などに与えられる。特に、上述したストップ信号は、ＴＤＣ８に与えられる。

各検出器４の検出出力は位置演算回路１０に与えられる。位置演算回路１０は、光子の入射事象がダブルイベントであると判定されたときに、各検出器４の検出出力の比率から
光子の入射位置を演算する。

データ処理システム３について説明する。データ処理システム３はコンピュータから構成されるデータ処理部１１を備えている。データ処理部１１は、蓄積されたエミッションデータ（ダブルイベントによって収集されたデータ）に基づいてＲＩ分布画像を再構成したり、本実施例装置の特徴であるキャリブレーション処理を実行する。データ処理システム３はさらに、画像再構成のためにダブルイベントによって生じたデータを蓄積するための要素として、ダブルイベント・エネルギー情報蓄積部１２と、タブルイベント・時間情報蓄積部１３と、位置情報蓄積部１４とを備えている。また、データ処理システム３は、キャリブレーションを行うためにシングルイベントによって生じたデータを蓄積するための要素として、シングルイベント・エネルギー情報蓄積部１５と、シングルイベント・時間情報蓄積部１６と、変換係数蓄積部１７とを備えている。

ダブルイベント・エネルギー情報蓄積部１２は、イベント判定部９が光子の入射事象をダブルイベントであると判定したときに、そのときのＡＤＣ６の出力であるデジタル・エネルギー情報を蓄積する。タブルイベント・時間情報蓄積部１３は、ダブルイベント時のＴＤＣ８の出力であるデジタル・時間情報を蓄積する。位置情報蓄積部１４は、ダブルイベント時の位置演算回路１０の出力である光子の入射位置情報を蓄積する。

シングルイベント・エネルギー情報蓄積部１５は、イベント判定部９が光子の入射事象をシングルイベントであると判定したときに、そのときのＡＤＣ６の出力情報を取り込んで、シングルイベントに係る入射光子の計数値の分布をエネルギー・チャンネル軸上で表したエネルギー・チャンネル・スペクトル（図４参照）を検出器４ごとに蓄積する。シングルイベント・時間情報蓄積部１６は、イベント判定部９が光子の入射事象をシングルイベントであると判定したときに、光子を検出した時間に関する情報と、あるイベントをシングルイベントであると判定するまでに要した時間（本実施例では１０nsec）に関する情報とを、ＴＤＣ８から取り込んで、シングルイベントに係る入射光子の計数値の分布をタイム・チャンネル軸上で表したタイム・チャンネル・スペクトル（図７参照）を検出器４ごとに蓄積する。変換係数蓄積部１７は、エネルギー・キャリブレーション処理の過程で得られたエネルギー変換係数と、タイム・キャリブレーション処理の過程で得られた時間変換係数とを経時的に蓄積する。

その他にデータ処理システム１１は、再構成されたＲＩ分布画像や、キャリブレーション処理で収集されたデータなどを表示するための画像表示器１８や図示しない操作入力部などを備えている。

以下、実施例装置の動作を説明する。

＜データ収集処理＞
図２のフローチャートを参照する。臨床時に放射性核種が投与された被検体がガントリ１の開口に挿入される。ガントリ１の各検出器４は被検体内の放射性核種から放出される光子を検出する。このとき、イベント判定部９が、検出器４への光子の入射事象がダブルイベントであるか、あるいはシングルイベントあるかを判定する（ステップＳ１）。ダブルイベントであると判定されたときは、そのときのＡＤＣ６、ＴＤＣ８、および位置演算回路１０の各データをエミッションデータとして、ダブルイベント・エネルギー情報蓄積部１２、タブルイベント・時間情報蓄積部１３、および位置情報蓄積部１４に個別に蓄積する（ステップＳ２）。蓄積されたエミッションデータは、データ処理部１１で画像再構成処理に供される（ステップＳ３）。一方、イベント判定部９が、光子入射事象をシングルイベントであると判定したときは、そのときのＡＤＣ６およびＴＤＣ８の各データをキャリブレーション用データとしてシングルイベント・エネルギー情報蓄積部１５およびシングルイベント・時間情報蓄積部１６に個別に蓄積する（ステップＳ４）。蓄積されたキャリブレーション用データは、データ処理部１１で適時に実行されるキャリブレーション処理に供される（ステップＳ５）。以下、本実施例装置の特徴部分であるキャリブレーション処理について説明する。

＜エネルギー・キャリブレーション処理＞
上述したように、シングルイベント・エネルギー情報蓄積部１６は、イベント判定部９が光子の入射事象をシングルイベントであると判定したときに、そのときのＡＤＣ６の出力情報を取り込んで、シングルイベントに係る入射光子の計数値の分布をエネルギー・チャンネル軸上で表したエネルギー・チャンネル・スペクトルを検出器４ごとに蓄積する。図４は、収集されたエネルギー・チャンネル・スペクトルの一例を示す。図４において、横軸は、ＡＤＣ６の出力単位であるチャンネル軸（エネルギー・チャンネル軸）であり、縦軸はシングルイベント（光子の入射）頻度である。スペクトル中のピークＥＰ_１は、放射性核種に固有のエネルギー値（５１１keV）に対応した固有エネルギー・ピークである。また、ピークＥＰ_２は、バックグランドのノイズレベルに相当するエネルギー基準ピークである。

以下、図３のフローチャートを参照して説明する。エネルギー・キャリブレーションは、データ処理部１１がシングルイベント・エネルギー情報蓄積部１５からエネルギー・チャンネル・スペクトルを適時に読み出すことによって行われる（ステップS１１）。本実施例では、臨床中にキャリブレーションデータが収集されるので、最も頻繁には臨床ごとにキャリブレーションを行うことができるが、1日に1回程度であってもよい。

データ処理部１１は、読み出した各検出器４のエネルギー・チャンネル・スペクトルの中から、固有エネルギー・ピークとエネルギー基準ピークとを検出する（ステップS１２）。このようなピーク検出機能を有するデータ処理部１１は、本願発明のエネルギー・ピーク検出手段に相当する。

データ処理部１１は、検出器４ごとに検出されたエネルギー基準ピークと固有エネルギー・ピークとのエネルギー間隔に相当するチャンネル数と、放射性核種に固有のエネルギー値との関係から、単位エネルギー当りのチャンネル数であるエネルギー変換係数を検出器４ごとに算出する（ステップS１３）。このようなエネルギー変換係数算出機能を有するデータ処理部１１は、本願発明のエネルギー変換係数算出手段に相当する。具体的には、次式によって、エネルギー変換係数を算出する。
エネルギー変換係数［ch/keV］＝（固有エネルギー・ピーク［ch］−エネルギー基準ピーク［ch］）／511［keV］

図４から理解できるように、固有エネルギー・ピークｃｈ_１とエネルギー基準ピークｃｈ_２との間隔に相当するチャンネル数（ｃｈ_１−ｃｈ_２）は、放射性核種の固有エネルギー値（５１１keV）に相当するので、両ピーク間隔（ｃｈ_１−ｃｈ_２）を５１１keVで除算すれば、単位エネルギー当りのチャンネル数であるエネルギー変換係数を得ることができる。

さらに、データ処理部１１は、各検出器４のエネルギー基準ピークＥＰ_２の位置に基づき、各検出器４のオフセット・エネルギーに相当するチャネル数を求める（ステップＳ１４）。このような機能を有するデータ処理部１１は、本願発明のオフセット・エネルギー検出手段に相当する。具体的には、図４において、０ｃｈからエネルギー基準ピークｃｈ_２までの間隔に相当するチャンネル数を求めることになり、この間隔は、いわゆるバックグランドのノイズに基づくオフセットである。

このようにして得られたエネルギー変換係数とオフセット・エネルギーを用いて、データ処理部１１が各検出器４のエネルギー・キャリブレーションを行う（ステップＳ１５）。エネルギー・キャリブレーションは、各検出器４（具体的には図１に示した増幅器５）のゲインとオフセット、および／または各ＡＤＣ６のエネルギー・チャンネル軸とオフセットを調整することにより行われる。本実施例は、後者のキャリブレーション処理をソフト的に行っている。以下、この処理について説明する。

本実施例では、ＡＤＣ６のデジタル・エネルギー出力を、ステップＳ１３およびＳ１４で求められたエネルギー変換係数［ch/keV］とオフセット・エネルギー［ch］を用いて、チャンネル単位［ch］からエネルギー単位［keV］に戻すことによって、エネルギー出力を較正している。具体的には、ＡＤＣ６のデジタル・エネルギー出力［ch］からオフセット・エネルギー［ch］を差引き、その減算値をエネルギー変換係数［ch/keV］で除算することにより、エネルギー出力［keV］を較正している。式で示せば以下のとおりである。
エネルギー［keV］＝（ＡＤＣ［ch］−エネルギー基準ピーク［ch］）／エネルギー変換係数［ch/keV］

以上のようにして較正されたエネルギー・スペクトルを図５に示す。図５から理解できるように、ＡＤＣ６のデジタル・エネルギー出力［ch］からオフセット・エネルギー［ch］を差引くことにより、各検出器４のオフセットが結果的に較正されたことになり、較正後のバックグランドのノイズレベルが基準値（０keV）に揃えられる。また、ＡＤＣ６のデジタル・エネルギー出力［ch］からオフセット・エネルギー［ch］を差引いた減算値をエネルギー変換係数［ch/keV］で除算することにより、各検出器４のゲインが結果として較正されたことになり、較正後の放射性核種の固有のエネルギー値が５１１keVに揃えられる。

＜タイム・キャリブレーション処理＞
上述したように、シングルイベント・時間情報蓄積部１６は、イベント判定部９が光子の入射事象をシングルイベントであると判定したときに、光子を検出した時間に関する情報と、あるイベントをシングルイベントであると判定するまでに要した時間（本実施例では１０nsec）に関する情報とを、ＴＤＣ８から取り込んで、シングルイベントに係る入射光子の計数値の分布をタイム・チャンネル軸上で表したタイム・チャンネル・スペクトルを検出器４ごとに蓄積する。図７に収集されたタイム・チャンネル・スペクトルの一例を示す。横軸は、ＴＤＣ８の出力単位であるチャンネル軸（タイム・チャンネル軸）であり、縦軸はシングルイベント（光子の入射）頻度である。スペクトル中のピークＴＰ_１は、あるイベントをシングルイベントであると判定するまでに要した時間（本実施例では１０nsec）に相当する判定時間ピークである。ピークＴＰ_２は、光子を検出した時間に相当する時間基準ピークである。

以下、図６のフローチャートを参照して説明する。タイム・キャリブレーションは、データ処理部１１がシングルイベント・時間情報蓄積部１６からタイム・チャンネル・スペクトルを適時に読み出すことによって行われる（ステップＴ１１）。

データ処理部１１は、読み出した各検出器４のタイム・チャンネル・スペクトルの中から、時間基準ピークと判定時間ピークとを検出する（ステップＴ１２）。このようなピーク検出機能を有するデータ処理部１１は、本願発明の時間ピーク検出手段に相当する。

データ処理部１１は、検出器４ごとに検出された時間基準ピークと判定時間ピークとの時間間隔に相当するチャンネル数と、あるイベントがダブルイベントであるかシングルイベントであるかを判定するために、予め定められた消滅対光子の最大入射時間差である基準判定時間（10nsec）との関係から、単位時間当りのチャンネル数である時間変換係数を検出器４ごとに算出する（ステップＴ１４）。このような時間変換係数算出機能を有するデータ処理部１１は、本願発明の時間変換係数算出手段に相当する。具体的には、次式によって、時間変換係数を算出する。
時間変換係数［ch/nsec］＝（判定時間ピーク［ch］−時間基準ピーク［ch］）／10［nsec］

なお、上述したスタート信号がＴＤＣ８に与えられたタイミングで光子を検出したと判定する。また、上述したストップ信号がＴＤＣ８に与えられたタイミングで、あるイベントがシングルイベントであると判定する。スタート信号が、検出器４からの信号の場合には、光子を検出した方の検出器４からトリガとしてスタート信号を出力して、各検出器４ごとのＴＤＣ８に共通に与える。スタート信号がマスタークロックに同期した信号の場合には、光子を検出してから、マスタークロックに同期したスタート信号を出力して、各検出器４ごとのＴＤＣ８に共通に与える。あるイベントがシングルイベントであると判定すると、上述したストップ信号を出力して、ＴＤＣ８に与える。したがって、判定時間ピーク［ch］−時間基準ピーク［ch］は、スタート信号とストップ信号との出力差となる。

図７から理解できるように、判定時間ピークＴＰ_１と時間基準ピークＴＰ_２との間隔に相当するチャンネル数（ｃｈ_１−ｃｈ_２）は、基準判定時間（10nsec）に相当するので、両ピーク間隔（ｃｈ_１−ｃｈ_２）を基準判定時間（10nsec）で除算すれば、単位時間［nsec］当りのチャンネル数である時間変換係数を得ることができる。

さらに、データ処理部１１は、各検出器４の時間基準ピークの位置に基づき、各検出器４のオフセット・タイムに相当するチャネル数を求める（ステップＳ１４）。このような機能を有するデータ処理部１１は、本願発明のオフセット・タイム検出手段に相当する。具体的には、図７において、０ｃｈから時間基準ピークＴＰ_２までの間隔に相当するチャンネル数を求める。

このようにして得られた時間変換係数とオフセット・タイムを用いて、データ処理部１１が各検出器４のタイム・キャリブレーションを行う（ステップＴ１５）。タイム・キャリブレーションは、ＴＤＣ８のタイム・チャンネル軸とオフセットを調整することにより行われる。以下、この処理について説明する。

本実施例では、ＴＤＣ８のデジタル・タイム出力を、ステップＴ１３およびＴ１４で求められた時間変換係数［ch/nsec］とオフセット・タイム［ch］を用いて、チャンネル単位［ch］から時間単位［nsec］に戻すことによって、各検出器４の時間情報を較正している。具体的には、ＴＤＣ８のデジタル・タイム出力［ch］からオフセット・タイム［ch］を差引き、その減算値を時間変換係数［ch/nsec］で除算することにより、時間情報［nsec］を較正している。式で示せば以下のとおりである。
時間情報［nsec］＝（TＤＣ［ch］−時間基準ピーク［ch］）／時間変換係数［ch/nsec］

図８は、ダブルイベントと判定されたときに得られた時間情報（ＴＤＣ８のデジタル・タイム出力）のスペクトルである。図８において、中央のピークAが真の同時計数であり、裾領域Bが散乱同時計数である。このような各検出器４に対応したＴＤＣ８のチャンネル・スペクトルが、上記のタイム・キャリブレーション処理を受けることにより、図９に示すようなタイム・スペクトルになる。すなわち、図８のピークAのチャンネル値は、オフセット・タイムの調整によって、「０」nsecに移行し、また、時間変換係数の除算によって、各検出器４に対応したタイム・スペクトルの時間軸のスケールが揃えられる。

このように、時間変換係数を求めて、時間変換係数の除算によって時間情報を得ることは、上述したＴＯＦ（time of flight）型ＰＥＴ装置に適用した場合に、特に有用である。すなわち、時間変換係数の除算によって、タイム・スペクトルの時間軸のスケールが揃えられ、時間差測定の絶対的な精度が保証されるので、同時計数された消滅光子の検出時間の差を精度良く測定することができる。

以上のように、本実施例装置によれば、臨床中にダブルイベントに係るデータ（エミッションデータ）を収集するとともに、臨床には使用されずに一般には廃棄されるシングルイベントに係るデータとを並行して収集し、このシングルイベントに係るデータを使ってキャリブレーションを行っているので、装置の稼働率を下げることなく装置を較正することができる。

＜検出器の異常検出処理＞
上記のキャリブレーション処理の過程で算出されたエネルギー変換係数や、時間変換係数を用いてＰＥＴ装置の検出器の異常検出を行うことができる。以下、図１０のフローチャートを参照して説明する。

ステップＵ１において、エネルギー変換係数や、時間変換係数が算出されると、これらの変換係数が正常か否かを次のステップＵ２で判定する。具体的には、前回のキャリブレーション処理で算出された変換係数を基準値とし、今回のキャリブレーション処理で算出された変換係数が基準値に対して予め定められた値以上に変化していた場合には装置異常と判断する。変換係数が正常であれば。その変換係数を変換係数蓄積部１７のパラメータファイルに書き込み記憶しておく（ステップＵ３）。一方、変換係数が異常であれば、検出器に異常が発生したものと判断して報知する（ステップＵ４）。変換係数は検出器ごとに算出されるので、変換係数の変化を監視することによって、多数の検出器の異常を容易に発見することができる。

なお、変換係数の正常・異常を判定するための基準値は、経時的に変換係数を記録している変換係数蓄積部１７のパラメータファイルを参照して、短期比較（例えば、検査毎）、中期比較（例えば、一日単位）、長期比較（例えば、週単位）から作成するのが好ましい。また、各キャリブレーション処理において得られたＡＤＣスペクトル（図４）やＴＤＣスペクトル（図７）を画像表示器１８に表示して、各較正が妥当であるかを視覚的に評価できるようにしてもよい。

Claims

ポジトロンＣＴ装置において、前記装置は、（Ａ）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複数個の検出手段と、（Ｂ）各検出手段の検出出力の一つであるアナログ・エネルギー出力を所定チャンネル数のデジタル情報に変換するアナログ・デジタル変換手段と、（Ｃ）各検出手段の検出出力を与えられ、その検出出力を発生する契機となった当該検出手段への光子の入射事象であるイベントが、消滅対の光子が一対の検出手段へ同時に入射する事象であるダブルイベントであるか、あるいは単一の光子が単一の検出手段に入射する事象であるシングルイベントであるかを判定するイベント判定手段と、（Ｄ）イベント判定手段が、あるイベントをダブルイベントであると判定したときに、そのときのアナログ・デジタル変換手段の出力情報を取り込んで蓄積するダブルイベント・エネルギー情報蓄積手段と、（Ｅ）イベント判定手段が、あるイベントをシングルイベントであると判定したときに、そのときのアナログ・デジタル変換手段の出力情報を取り込んで、シングルイベントに係る入射光子の計数値の分布をエネルギー・チャンネル軸上で表したエネルギー・チャンネル・スペクトルを検出手段ごとに蓄積するシングルイベント・エネルギー情報蓄積手段と、（Ｆ）シングルイベント・エネルギー情報蓄積手段に蓄積された各検出手段のエネルギー・チャンネル・スペクトルを適時に読み出し、バックグランドのノイズレベルに相当するエネルギー基準ピークと、放射性核種に固有の固有エネルギー・ピークとを検出するエネルギー・ピーク検出手段と、（Ｇ）検出手段ごとに検出されたエネルギー基準ピークと固有エネルギー・ピークとのエネルギー間隔に相当するチャンネル数と、放射性核種に固有のエネルギー値との関係から、単位エネルギー当りのチャンネル数であるエネルギー変換係数を検出手段ごとに算出するエネルギー変換係数算出手段と、（Ｈ）各検出手段のエネルギー基準ピークの位置に基づき、各検出器のオフセット・エネルギーに相当するチャンネル数を求めるオフセット・エネルギー検出手段と、（Ｉ）各検出手段のエネルギー変換係数とオフセット・エネルギーとに基づき、各検出器のゲインとオフセット、および／またはアナログ・デジタル変換手段のエネルギー・チャンネル軸とオフセットを調整するエネルギー較正手段と、を備えたことを特徴とするポジトロンＣＴ装置。
ポジトロンＣＴ装置において、前記装置は、（Ｊ）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複数個の検出手段と、（Ｋ）各検出手段の検出出力の一つである、光子を検出した時間に関する情報を所定チャンネル数のデジタル情報に変換するタイム・デジタル変換手段と、（Ｌ）各検出手段の検出出力を与えられ、その検出出力を発生する契機となった当該検出手段への光子の入射事象であるイベントが、消滅対の光子が一対の検出手段へ同時に入射する事象であるダブルイベントであるか、あるいは単一の光子が単一の検出手段に入射する事象であるシングルイベントであるかを判定するイベント判定手段と、（Ｍ）イベント判定手段が、あるイベントをダブルイベントであると判定したときに、そのときのタイム・デジタル変換手段の出力情報を取り込んで蓄積するダブルイベント・時間情報蓄積手段と、（Ｎ）イベント判定手段が、あるイベントをシングルイベントであると判定したときに、光子を検出した時間に関する情報と、あるイベントをシングルイベントであると判定するまでに要した時間に関する情報とを、タイム・デジタル変換手段から取り込んで、シングルイベントに係る入射光子の計数値の分布をタイム・チャンネル軸上で表したタイム・チャンネル・スペクトルを検出手段ごとに蓄積するシングルイベント・時間情報蓄積手段と、（Ｏ）シングルイベント・時間情報蓄積手段に蓄積された各検出手段のタイム・チャンネル・スペクトルを適時に読み出し、光子を検出した時間に相当する時間基準ピークと、あるイベントをシングルイベントであると判定するまでに要した時間に相当する判定時間ピークとを検出する時間ピーク検出手段と、（Ｐ）検出手段ごとに検出された時間基準ピークと判定時間ピークとの時間間隔に相当するチャンネル数と、あるイベントがダブルイベントであるかシングルイベントであるかを判定するために、予め定められた消滅対光子の最大入射時間差である基準判定時間との関係から、単位時間当りのチャンネル数である時間変換係数を検出手段ごとに算出する時間変換係数算出手段と、（Ｑ）各検出手段の時間基準ピークの位置に基づき、各検出器のオフセット・タイムに相当するチャンネル数を求めるオフセット・タイム検出手段と、（Ｒ）各検出手段の時間変換係数とオフセット・タイムとに基づき、各検出器に対応するタイム・デジタル変換手段の時間軸とオフセットを調整する時間較正手段と、を備えたことを特徴とするポジトロンＣＴ装置。