JP7437050B2 - 核医学撮像装置 - Google Patents

Description

本開示は、ＰＥＴ検査及びＳＰＥＣＴ検査を行う核医学撮像装置に関する。
本出願は、２０１９年３月２８日の日本出願第２０１９－０６２５４４号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

従来、核医学撮像装置としては、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置、及びＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）装置が知られている。ＳＰＥＣＴ装置では、シングルフォトン放射性同位元素を含む放射性薬剤を被検体に投与し、核種から放出されるγ線をγ線検出器で検出する。ＰＥＴ装置では、ポジトロン放射性同位元素を含む放射性薬剤を被検体に投与し、核種から放出されるポジトロンによる消滅γ線をγ線検出器で検出する。

特許文献１には、ＳＰＥＣＴ機能とＰＥＴ機能とを持つ検出器が共通化されている核医学診断装置が記載されている。被検体には、シングルフォトンを放出する核種を用いた第１の薬剤と、ポジトロンを放出する核種とを用いた第２の薬剤とが投与される。核医学診断装置は、これらの薬剤の位置を同時に撮像する。この核医学診断装置は、複数のγ線検出器と、コリメータと、コリメータ位置検出手段と、同時計測手段とを備える。複数のγ線検出器は、環状に配置されると共に入射したγ線を電気信号に変換する。コリメータは、γ線検出器よりも被検体側において回転可能であると共にシングルフォトンの一部を遮蔽する。コリメータ位置検出手段は、コリメータの位置を検出する。同時計測手段は、複数のγ線検出器から同時に出力される電気信号を同時計測信号として出力する。

核医学診断装置は、エネルギー弁別手段と、第１の位置特定手段と、第２の位置特定手段とを備える。エネルギー弁別手段は、複数の電気信号を、第１の薬剤から放出されるシングルフォトンに起因する第１の信号と、第２の薬剤から放出されるポジトロンに起因する第２の信号とに弁別する。第１の位置特定手段は、第１の信号及びコリメータの位置に基づいて第１の薬剤の位置を特定する。第２の位置特定手段は、上記同時計測信号及び第２の信号に基づいて第２の薬剤の位置を特定する。第１の位置特定手段が第１の薬剤の位置を特定し、第２の位置特定手段が第２の薬剤の位置を特定することにより、シングルフォトンを放出する核種を用いた第１の薬剤の位置、及びポジトロンを放出する核種を用いた第２の薬剤の位置の同時特定が行われる。

特許文献２には、ＳＰＥＣＴ撮影及びＰＥＴ撮影を行う２つの検出器を具備するガンマカメラシステムが記載されている。２つの検出器のそれぞれには、シングルフォトン核種から放出される低エネルギーのガンマ線をコリメートするコリメータが設けられている。ＳＰＥＣＴ撮影は所定の空間分解能で行われる。一方、ＰＥＴ撮影では、ポジトロン核種に起因して発生するガンマ線のうち入射角が大きいものがコリメータを透過しないことにより、検出器の中央付近に対する視野角が実質的に狭められる。そして、当該視野角と検出器の辺縁付近の視野角との差が小さくなる。その結果、検出器の中央付近と辺縁付近との検出感度の差が軽減されるので、ＰＥＴ撮影における広い視野の確保を図りつつ、ＳＰＥＣＴとＰＥＴとの同時撮影を図っている。

国際公開第２００８／０３５３９９号公報 特開平１１－７２５６６号公報

ところで、ＰＥＴ撮影とＳＰＥＣＴ撮影を同時に行う場合、ＳＰＥＣＴ装置においてＰＥＴ核種から一対に放出される高エネルギーのγ線を低エネルギーのγ線とは別のものとして扱い、ＳＰＥＣＴと同一の原理でコリメータを用いて撮像する方法が挙げられる。しかしながら、この方法では、ＰＥＴ核種から放出されるγ線のほとんどをコリメータにおいてカットするため、純粋なＰＥＴ装置と比較して感度が低下するという問題が生じうる。この場合、必要な画質を得るための測定時間が長くなったり、投与する薬剤の量を増やさなければならなくなったりする問題が生じる。

本開示は、ＰＥＴの感度の低下を抑制することができると共に、ＰＥＴとＳＰＥＣＴの同時計測を行うことができる核医学撮像装置を提供することを目的とする。

本開示に係る核医学撮像装置は、撮像対象物を囲む位置に配置される複数のコリメータ検出器と、撮像対象物との間で複数のコリメータ検出器をそれぞれ挟んで対向する位置に配置される複数のγ線検出部と、を有する複数の検出器ユニットを備える。複数の検出器ユニットは、撮像対象物を挟んで対向する位置に配置される一対の検出器ユニットを少なくとも含む。コリメータ検出器は、シンチレータ結晶素子からなるシンチレータブロックと、シンチレータブロックに取り付けられた光検出器と、を有する。シンチレータブロックは、撮像対象物から出射したγ線が通過するホールを有し、γ線検出部は、ホールを通過したγ線を検出する。

この核医学撮像装置では、コリメータ検出器がシンチレータ結晶素子からなるシンチレータブロックを有し、シンチレータブロックは撮像対象物から出射したγ線が通過するホールを有する。シンチレータブロックのホールを通過したγ線は、コリメータ検出器から見て撮像対象物の反対側に位置するγ線検出部によって検出される。コリメータ検出器ではＰＥＴ計測を行う。コリメータ検出器のシンチレータブロックのホールを通過したγ線をγ線検出部で検出することにより、γ線の到来方向が決定されるので、ＳＰＥＣＴ計測を行うことができる。従って、ＰＥＴ核種の計測と、ＳＰＥＣＴ核種の計測とを同時に行うことができる。その結果、この核医学撮像装置ではＰＥＴ計測及びＳＰＥＣＴ計測を同時に行うことができるので、患者及び臨床現場の負担を軽減させることができる。この核医学撮像装置では、ＰＥＴ計測を行うことができるコリメータ検出器自体をＳＰＥＣＴ核種計測のためのコリメータとして機能させる。これにより、従来の方法では必須であったＰＥＴの感度の低下を招くＳＰＥＣＴ計測用のコリメータをＰＥＴ計測を行う検出器の前方に追加で配置する必要がない。従って、ＰＥＴの感度の低下を抑制することができる。

前述した核医学撮像装置において、コリメータ検出器は、複数層のシンチレータブロックが配列されたＤＯＩ（Depth Of Interaction）検出器であってもよい。この場合、γ線の検出位置をシンチレータブロックの深さ方向を含めて３次元で特定することができる。

前述した核医学撮像装置において、シンチレータブロックは、複数のホールを有してもよい。この場合、シンチレータブロックが複数のホールを有することにより、γ線検出部が検出するγ線が増える。その結果、ＳＰＥＣＴ装置の視野を広げたり、感度を向上させたりすることができる。

前述した核医学撮像装置において、検出器ユニットは、撮像対象物から離れるに従って広がる台形状とされていてもよい。この場合、例えば複数の検出器ユニットを環状に配置した場合において、複数の検出器ユニットのそれぞれが撮像対象物から離れるに従って台形状に広がることで、ＳＰＥＣＴ撮像の視野を広げることができる。シンチレータブロックが台形状とされていることにより、ＰＥＴの感度を最大化することができる。

前述した核医学撮像装置において、コリメータ検出器は、他の核医学撮像装置に取り付け可能とされていてもよい。この場合、コリメータ検出器を既存の核医学撮像装置に取り付けることができるので、既存の核医学撮像装置においてＰＥＴとＳＰＥＣＴとの同時計測を行うことができる。光検出器は、ホールの径方向に沿ってシート状に広がった形状を有していてもよい。

前述した核医学撮像装置は、シンチレータブロックを貫通する貫通孔の壁部に取り付けられた後付部を有し、後付部は、シンチレータブロックの厚さ方向に対して傾斜する傾斜面を有し、傾斜面は、ホールの内壁面の少なくとも一部を構成してもよい。この場合、ホールを有するシンチレータブロックが後付部を有することにより、シンチレータブロックにおけるγ線が通過する部分の形状及び大きさを調整することができ、γ線の遮蔽能力を向上させることができる。

前述した核医学撮像装置は、撮像対象物の画像を処理する画像処理部を備えてもよい。この場合、画像処理部が撮像対象物の画像処理を行うことにより、より高精度なＰＥＴ画像及びＳＰＥＣＴ画像を取得することができる。

本開示によれば、ＰＥＴの感度の低下を抑制することができると共に、ＰＥＴとＳＰＥＣＴの同時計測を行うことができる。

本開示の実施形態に係る核医学撮像装置を示す図である。 図１の核医学撮像装置のコリメータ検出器とγ線検出部とを示す図である。 本開示の別の例に係る核医学撮像装置を示す図である。 図３の核医学撮像装置における一対のコリメータ検出器と一対のγ線検出部とを示す図である。 図４のコリメータ検出器及びγ線検出部を拡大させた図である。 図５のコリメータ検出器におけるシンチレータブロックの例を示す図である。 図５のコリメータ検出器におけるシンチレータブロックの変形例を示す図である。 図５のコリメータ検出器のシンチレータブロックの別の変形例を示す図である。 図７のシンチレータブロックとγ線検出部とを示す図である。 図５のコリメータ検出器におけるシンチレータブロックの更に別の変形例を示す図である。 シンチレータブロックの更なる変形例を示す図である。 シンチレータブロックの更なる変形例を示す図である。 シンチレータブロックの更なる変形例を示す図である。 シンチレータブロックの更なる変形例を示す図である。 シンチレータブロックの更なる変形例を示す図である。 シンチレータブロックの更なる変形例を示す図である。 シンチレータブロックの更なる変形例を示す図である。 シンチレータブロックの更なる変形例を示す図である。 シンチレータブロックの更なる変形例を示す図である。 シンチレータブロックの更なる変形例を示す図である。 本開示の更に別の変形例に係る核医学撮像装置を示す図である。 本開示の更に別の変形例に係る核医学撮像装置を示す図である。 本開示の更に別の変形例に係る核医学撮像装置を示す図である。 本開示の更に別の変形例に係る核医学撮像装置を示す図である。 図１８の核医学撮像装置のコリメータ検出器とγ線検出部とを示す図である。

以下では、図面を参照しながら、本開示に係る核医学撮像装置の実施形態について説明する。本発明は、以下の例に限定されるものではなく、請求の範囲に示され、請求の範囲と均等の範囲における全ての変更が含まれることが意図される。図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。図面は、理解の容易のため、一部を簡略化又は誇張している場合があり、寸法比率等は図面に記載のものに限定されない。

図１は、本実施形態に係る核医学撮像装置１を模式的に示す図である。核医学撮像装置１は、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography：ポジトロン断層撮影）検出器とＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography：単一光子放射断層撮影）検出器としての機能を併せ持つ装置である。

ＳＰＥＣＴは、放射性核種であるＳＰＥＣＴ核種Ｓにおいて標識された化合物から放出される数十ｋｅＶ～百数ｋｅＶの低エネルギーγ線であるγ線Ｌ１を様々な角度から検出することによって当該化合物の分布を画像化する撮像手法である。ＳＰＥＣＴでは、コリメータの穴を通過し、シンチレータと光検出器、又は半導体放射線検出器等からなるγ線検出部１２に到達したγ線Ｌ１を検出することによって、γ線Ｌ１の到来方向を特定する。

核医学撮像装置１は、例えば、撮像空間Ｋに配置された撮像対象Ｔを環状に囲むように設けられる複数の検出器ユニット１０と、撮像対象Ｔの画像を処理する画像処理部１００とを備える。複数の検出器ユニット１０は、複数のコリメータ検出器１１と、コリメータ検出器１１の外側においてγ線Ｌ１を検出する複数のγ線検出部１２とを備える。複数のコリメータ検出器１１は、撮像対象Ｔを囲む位置に配置される。複数のγ線検出部１２は、撮像対象Ｔとの間で複数のコリメータ検出器１１をそれぞれ挟んで対向する位置に配置される。複数の検出器ユニット１０は、撮像対象Ｔを挟んで対向する位置に配置される一対の検出器ユニット１０を少なくとも含んでいる。

核医学撮像装置１では、複数のコリメータ検出器１１、及び複数のγ線検出部１２が共に環状に配置されている。本開示において、「環状」とは、あるものを囲むことが可能な形状を示しており、円環状だけでなく、楕円状、半円状、半楕円状及び多角形状等、種々の形状を含んでいる。「撮像対象物を囲む」とは、撮像対象物の全周を囲む場合、及び撮像対象物の一部を囲む場合、の両方を含む。

図１及び図２に示されるようにコリメータ検出器１１は、消滅放射線Ｌ２を、撮像空間Ｋを挟んで互いに対向するシンチレータブロック１３で同時検出することによってＰＥＴ撮像を行う。本開示において「シンチレータブロック」とは、一塊となったシンチレータを示している。シンチレータブロックの形状は、例えば直方体状であるが、直方体状に限られず適宜変更可能である。ＰＥＴは、極微量の陽電子放出核種であるＰＥＴ核種Ｐで標識した化合物を投与し、陽電子が電子と対消滅を起こしたときに互いに反対方向に放出される２本の消滅放射線Ｌ２を同時検出することによって当該化合物の分布を画像化する撮像手法である。

すなわち、ＰＥＴでは、陽電子崩壊によってＰＥＴ核種Ｐから放出された陽電子が周囲の電子と対消滅することによって生じる一対の５１１ｋｅＶの消滅放射線Ｌ２をコリメータ検出器１１で同時計測することによって撮像を行う。消滅放射線Ｌ２は、略１８０°反対方向に放出され、ＰＥＴ核種Ｐの位置を、消滅放射線Ｌ２が通る一対のコリメータ検出器１１を結ぶ線分上の位置として特定することが可能である。

ＳＰＥＣＴ撮像及びＰＥＴ撮像では、共に、３次元の画像再構成手法によって放射性核種分布を画像化する。ＳＰＥＣＴ撮像及びＰＥＴ撮像では、共に、糖代謝、酸素分布、神経受容体の状態、及び血流分布等をイメージングすることが可能である。ＳＰＥＣＴ撮像及びＰＥＴ撮像は、病理の客観的な診断に有効である。

例えば、ＳＰＥＣＴ撮像及びＰＥＴ撮像は、脳の機能情報を取得し、パーキンソン病又は認知症等の診断に用いられることがある。認知症には、アルツハイマー型認知症、レビー小体型認知症、血管性認知症又は前頭側頭型認知症等、様々な認知症が存在する。それぞれの鑑別は、治療方針を決定する上で非常に重要である。

上記のように、脳に関する病理の診断には、ＳＰＥＣＴ撮像及びＰＥＴ撮像は有用である。一方、従来から臨床の現場では、病理の鑑別のため、ＳＰＥＣＴ撮像及びＰＥＴ撮像の両方を行うことがある。確実な診断のためには複数回の撮像が必要なことがあり、複数回の撮像を行う場合には特に患者Ｍの負担が大きくなる。すなわち、従来の方法では、患者Ｍは、ＰＥＴ撮像及びＳＰＥＣＴ撮像の両方を受けるために少なくとも複数回核医学撮像装置による撮像を受ける必要があり、患者Ｍにかかる負担が大きかった。

これに対し、本実施形態に係る核医学撮像装置１は、一度の検査でＰＥＴ撮像及びＳＰＥＣＴ撮像の両方を受けることができるため、患者Ｍの負担を大幅に軽減できる。γ線を放出するＳＰＥＣＴ診断薬及びＰＥＴ診断薬による同時撮像により、治療と診断を融合したセラノスティクス（Theranostics）の高度化にも寄与することが可能である。

以上のように、核医学撮像装置１はＰＥＴ核種ＰとＳＰＥＣＴ核種Ｓの同時計測を行う。本実施形態に係る核医学撮像装置１のように、ＰＥＴとＳＰＥＣＴの同時撮像によってＰＥＴ検査及びＳＰＥＣＴ検査の両検査を同時にできれば、検査時間が短縮できる上、両画像の位置合わせも不要とすることができる。その結果、患者Ｍの負担軽減、及びワークフローの改善が可能となる。

更に、核医学撮像装置１では、ＳＰＥＣＴ検査の結果と、ＰＥＴ検査の結果との両方を同時に取得できるので、複数の機能情報の相関関係を取得することも可能である。核医学撮像装置１は、例えば、複数の機能情報の取得が望まれる小動物又は植物の動態イメージングの解析にも応用できる。核医学撮像装置１では、検出器ユニット１０がコリメータ検出器１１及びγ線検出部１２を備えることによってＰＥＴ核種Ｐ及びＳＰＥＣＴ核種Ｓの同時撮像を行う。

検出器ユニット１０は、例えば、撮像対象Ｔ（撮像空間Ｋ）から離れるに従って広がる台形状とされている。すなわち、検出器ユニット１０は、外側に向かうに従って広がる台形状とされ、γ線検出部１２の撮像対象Ｔ側を向く面１２ｂの面積は、コリメータ検出器１１の撮像対象Ｔ側を向く面１１ｂの面積よりも広い。複数の検出器ユニット１０の間に遮蔽壁１６が介在してもよい。遮蔽壁１６は、γ線検出部１２への視野外からの放射線を遮蔽するために設けられる。

コリメータ検出器１１は、シンチレータ結晶素子１３ｂからなるシンチレータブロック１３と、シンチレータブロック１３に取り付けられた光検出器１４と、を備える。シンチレータ結晶素子１３ｂは、一例として、１．５ｍｍ×１．５ｍｍ×５．０ｍｍの直方体状とされている。コリメータ検出器１１は、例えば、複数層のシンチレータブロック１３が深さ方向である方向Ｄ１に沿って配列されたＤＯＩ（Depth Of Interaction）検出器である。シンチレータブロック１３は、低エネルギーγ線であるγ線Ｌ１が通過できない厚みを有する一方、これを通過させる部分（ホール１５）を有する。なお、本開示で述べる「ホール」とは、ＳＰＥＣＴ撮像用の低エネルギーγ線を透過する部分を指し、望ましくはシンチレータブロックに穿たれた穴として形成される。

例えば、光検出器１４は、シンチレータブロック１３のγ線検出部１２側に配置される。光検出器１４は、コリメータ検出器１１とγ線検出部１２とが対向する方向Ｄ１に対して直交する方向に沿って面状に広がった形状を有する。換言すると、光検出器１４は、ホール１５の径方向に沿ってシート状に広がった形状を有する。ホール１５及び光検出器１４を通過したγ線Ｌ１はγ線検出部１２によって検出される。コリメータ検出器１１がホール１５を備えることにより、ホール１５を通ったγ線Ｌ１がγ線検出部１２に投影される。γ線検出部１２に投影された像からＳＰＥＣＴ撮像の原理によってγ線Ｌ１の線源分布が得られる。

図３は、変形例に係る核医学撮像装置２１の構成を模式的に示している。核医学撮像装置２１は、環状に配置された複数の検出器ユニット２２を備える。例えば、各検出器ユニット２２はコリメータ検出器２３、γ線検出部２４及び遮蔽壁２８を有する。コリメータ検出器２３、γ線検出部２４及び遮蔽壁２８の構成は、例えば、前述したコリメータ検出器１１、γ線検出部１２及び遮蔽壁１６の構成と同様であってもよいし、異なっていてもよい。一例として、コリメータ検出器２３はシンチレータブロック２５及び光検出器２６を備える。光検出器２６はシンチレータブロック２５の撮像空間Ｋ側に設けられる。

図４に示されるように、核医学撮像装置２１では、一対のコリメータ検出器２３が撮像対象Ｔを挟むように配置される。一対のγ線検出部２４が一対のコリメータ検出器２３を挟むように配置される。コリメータ検出器２３のシンチレータブロック２５には、前述と同様、ホール２７が形成されており、光検出器２６及びホール２７を通過したγ線Ｌ１をγ線検出部２４が検出する。γ線検出部２４のエネルギー分解能は、一例として、１３％である。

核医学撮像装置２１では、前述した核医学撮像装置１と同様、ＳＰＥＣＴ核種Ｓにおいて標識された化合物から放出される低エネルギーのγ線Ｌ１が光検出器２６及びホール２７を通過してγ線検出部２４によって検出される。陽電子破壊によってＰＥＴ核種Ｐから放出された陽電子が周囲の電子と対消滅することによって生じる一対の５１１ｋｅＶの消滅放射線Ｌ２は、コリメータ検出器２３によって同時計測される。

図５は、コリメータ検出器２３を拡大した図である。シンチレータブロック２５は、例えば、３層構造とされており、３層のそれぞれにホール２７が形成されている。但し、シンチレータブロック２５は、３層構造でなくてもよく、１層、２層構造、又は４層以上の構造であってもよい。

コリメータ検出器２３及びγ線検出部２４が並ぶ方向Ｄ１に沿って撮像空間Ｋ側から見たホール２７の形状は、例えば、正方形状とされている。以降の説明では「方向Ｄ１に沿って撮像空間Ｋ側から見た」を単に「方向Ｄ１に沿って見た」と記載することがある。例えば、方向Ｄ１に沿って見たｎ－１層目（ｎは２以上の自然数）のシンチレータブロック２５におけるホール２７の一辺の長さＷ１と、方向Ｄ１に沿って見たｎ＋１層目のシンチレータブロック２５におけるホール２７の一辺の長さＷ２とは、互いに異なっている。例えば、長さＷ２は長さＷ１より長くてもよい。この場合、方向Ｄ１に直交する平面でホール２７を切断したときのホール２７の面積は、γ線検出部２４に向かうに従って広くなる。

シンチレータブロック２５の撮像対象Ｔ側（撮像空間Ｋ側）を向く面は、一例として、正方形状とされており、当該面の一辺の長さは４９．５ｍｍである。シンチレータブロック２５の厚さｔは、例えば、４ｍｍ以上且つ６ｍｍ以下である。但し、シンチレータブロック２５の当該面の形状及び面積、並びにシンチレータブロック２５の厚さｔの値は適宜変更可能である。

γ線Ｌ１が入射するホール２７の入射面（方向Ｄ１に沿って見た１層目のシンチレータブロック２５におけるホール２７の上面）からγ線Ｌ１が入射するγ線検出部２４の上面までの距離は、一例として、８０ｍｍである。しかしながら、当該距離の値も適宜変更可能である。

図６Ａに示されるように、一例として、方向Ｄ１に沿って見た３層目のシンチレータブロック２５におけるホール２７の一辺の長さＷ２は、方向Ｄ１に沿って見た１層目のシンチレータブロック２５におけるホール２７の一辺の長さＷ１の５倍であってもよい。図６Ｂに示されるように、方向Ｄ１に沿って見た２層目のシンチレータブロック２５におけるホール２７の一辺の長さが、方向Ｄ１に沿って見た３層目のシンチレータブロック２５におけるホール２７の一辺の長さＷ２と同一であってもよい。

以上のように、シンチレータブロック２５に形成されるホール２７の大きさは、適宜変更可能である。方向Ｄ１に沿って見たホール２７の形状は、正方形に限られず、例えば、長方形等の他の四角形、六角形等の他の多角形、又は円形状等であってもよく、適宜変更可能である。

本実施形態に係る核医学撮像装置において、シンチレータブロックに形成されるホールの数は、１つであってもよいし、複数であってもよい。図７は、複数のホール２７が形成された例示的なシンチレータブロック３５を示している。シンチレータブロック３５は、前述したシンチレータブロック１３又はシンチレータブロック２５から置換することも可能である。

図７及び図８に示される例において、核医学撮像装置は、検出器ユニット１０，２２と同様の検出器ユニット３０を備える。検出器ユニット３０はコリメータ検出器３１、γ線検出部１２及び遮蔽壁１６を備える。前述したシンチレータブロック３５はコリメータ検出器３１に設けられている。シンチレータブロック３５は、例えば、コリメータ検出器３１及びγ線検出部１２が並ぶ方向Ｄ１に直交する方向Ｄ２に延在する面３５ｂに沿って配置された複数のホール２７を有する。

シンチレータブロック３５が複数のホール２７を有することにより、例えば、患者Ｍの体軸方向のＳＰＥＣＴ撮像の視野拡大が可能となる。一例として、シンチレータブロック３５において、複数のホール２７は分散して配置されている。「分散して配置」されることは、格子状に配置されている状態、千鳥状に配置されている状態、及び同心円状に配置されている状態を含んでいる。

一例として、図７では、複数のホール２７が格子状に配置されている状態を示している。但し、複数のホール２７の配置態様（配置位置）は適宜変更可能である。シンチレータブロック３５のホール２７の数は、一例として、１２（３×４）であるが、適宜変更可能である。

図９は、変形例に係るシンチレータブロック４５を示す図である。シンチレータブロック４５は、前述したシンチレータブロック１３，２５，３５から置換することも可能である。シンチレータブロック４５はγ線Ｌ１が通過するホール４７を有する。シンチレータブロック４５は、当該シンチレータブロック４５を貫通する貫通孔４５ｂの壁部に取り付けられた後付部４８と、貫通孔４５ｂにおける開口端の周縁部に取り付けられた後付部４９と、を有する。後付部４８，４９は、例えば、後付けコリメータであり、鉛又はタングステンによって構成されている。例えば、貫通孔４５ｂは、図９に示すように、段付きの貫通孔であり、後付部４９が取り付けられている前記壁部は、実質的には貫通孔４５ｂの内壁部（内壁面）である。

後付部４８は、例えば、第１後付部４８ｂと第２後付部４８ｃとを含んでいる。第１後付部４８ｂは、方向Ｄ１に沿って見た１層目のシンチレータブロック４５の貫通孔４５ｂの壁部に取り付けられている。第２後付部４８ｃは、方向Ｄ１に沿って見たｎ層目のシンチレータブロック４５の貫通孔４５ｂの壁部に取り付けられている。第１後付部４８ｂは、例えば、貫通孔４５ｂに面接触する外側面４８ｄと、γ線Ｌ１が通過する孔４８ｋを画成する内側面４８ｆとを有する。後付部４９は、シンチレータブロック４５の撮像対象Ｔ（撮像空間Ｋ）との反対側に設けられており、γ線Ｌ１が通過する孔４９ｂを有する。

第１後付部４８ｂの内側面４８ｆは、撮像空間Ｋ側に位置する第１傾斜面４８ｇと、撮像空間Ｋとの反対側に位置する第２傾斜面４８ｈと、第１傾斜面４８ｇ及び第２傾斜面４８ｈの間において方向Ｄ１に延びる頂面４８ｊとを含む。方向Ｄ２に沿って切断した孔４８ｋの開口面積は、第１傾斜面４８ｇ及び第２傾斜面４８ｈのそれぞれから頂面４８ｊに向かうに従って徐々に小さくなる。すなわち、方向Ｄ２に沿って切断した孔４８ｋの開口面積は、頂面４８ｊにおいて最も小さい。

第２後付部４８ｃは、例えば、方向Ｄ１に沿って見たｎ層目のシンチレータブロック４５の貫通孔４５ｂに面接触する外側面４８ｍと、γ線Ｌ１が通過する孔４８ｑを画成する内側面４８ｐとを有する。内側面４８ｐは、方向Ｄ１に沿って見た１層目のシンチレータブロック４５から離れる（γ線検出部に向かう）に従って孔４８ｑが拡大する方向に傾斜する傾斜面とされている。よって、方向Ｄ２に沿って切断した孔４８ｑの開口面積は、方向Ｄ１に沿って見た１層目のシンチレータブロック４５から離れるに従って広くなっている。つまり、図９に示すように、シンチレータブロック４５が有するγ線通過用のホール４７は、シンチレータブロック４５の貫通孔４５ｂの壁部にそれぞれ取り付けられた後付部４８における第１後付部４８ｂの第１傾斜面４８ｇ、第２傾斜面４８ｈ、及び頂面（非傾斜面で構成された内壁面）４８ｊと、第２後付部４８ｃの内側面（傾斜面）４８ｐと、後付部４９の孔４９ｂの内壁面（非傾斜面）と、で包囲される空間によって構成されている。換言すれば、後付部４８を構成している第１後付部４８ｂの第１傾斜面４８ｇ、第２傾斜面４８ｈ、及び第２後付部４８ｃの内側面（傾斜面）４８ｐは、ホール４７の内壁面の少なくとも一部を構成している。

後付部４８は、例えば、第１後付部４８ｂの第２傾斜面４８ｈと第２後付部４８ｃの内側面４８ｐとが連続するようにシンチレータブロック４５の貫通孔４５ｂに取り付けられる。後付部４８は、方向Ｄ１に沿って見たｎ層目のシンチレータブロック４５の内側面４８ｐと、方向Ｄ１に沿って見たｎ＋１層目のシンチレータブロック４５の内側面４８ｐとが連続するように貫通孔４５ｂに取り付けられてもよい。以上のように、シンチレータブロック４５に後付部４８，４９が取り付けられることにより、γ線が通過するホールの開口面積の調整、及びγ線の遮蔽能力の向上が可能となる。

以下では、図１０Ａ～図１４を参照しながらコリメータ検出器の種々の変形例を順を追って説明する。図１０Ａ及び図１０Ｂに示されるように、コリメータ検出器は、モノリシック型のシンチレータブロック５１と光検出器５２（受光素子）とを備えていてもよい。

シンチレータブロック５１は、前述したホール１５，２７，４７と同様のホール５３を有する。ホール５３は、例えば、光検出器５２に向かうに従って徐々に縮小するテーパ面５３ｂによって画成される。ホール５３の数は、図１０Ａに示されるように１つであってもよいし、図１０Ｂに示されるように複数であってもよい。

図１１Ａ及び図１１Ｂに示されるように、コリメータ検出器は、積層型のシンチレータブロック５６と光検出器５７とを備え、シンチレータブロック５６は視野角傾斜型のホール５８を有してもよい。ホール５８は、例えば、コリメータ検出器及びγ線検出部が並ぶ方向Ｄ１に対して傾斜する方向に延びている。このホール５８の数は、図１１Ａに示されるように１つであってもよいし、図１１Ｂに示されるように複数であってもよい。

図１２Ａ及び図１２Ｂに示されるように、コリメータ検出器は、シンチレータブロック６１と光検出器６２と遮蔽材６３とを備えてもよい。シンチレータブロック６１、光検出器６２及び遮蔽材６３は、この順で撮像空間Ｋからγ線検出部に向かう方向に沿って並んでいる。例えば、シンチレータブロック６１、光検出器６２及び遮蔽材６３は互いに接触している。遮蔽材６３は、例えば、鉛又はタングステンによって構成されている。

シンチレータブロック６１はγ線Ｌ１が通過するホール６４を有する。遮蔽材６３はγ線Ｌ１が通過するホール６５を有する。シンチレータブロック６１、光検出器６２及び遮蔽材６３を備えるコリメータ検出器において、シンチレータブロック６１は、図１２Ａに示されるような積層型であってもよいし、図１２Ｂに示されるようなモノリシック型であってもよい。

図１３Ａに示されるように、コリメータ検出器は、一層検出器積層型であってもよい。すなわち、コリメータ検出器は、シンチレータブロック６６及び光検出器６７を含む複数の組Ｃ１を備えていてもよい。複数の組Ｃ１のそれぞれにおいてシンチレータブロック６６はγ線Ｌ１が通過するホール６８を有する。一例として、方向Ｄ１から見たｎ－１層目の組Ｃ１のホール６８は、方向Ｄ１から見たｎ層目の組Ｃ１のホール６８よりも大きい。

図１３Ｂに示されるように、コリメータ検出器は、方向Ｄ１に沿って積層された複数のホール７３付きのシンチレータブロック７１と、複数のシンチレータブロック７１を方向Ｄ１から挟み込む一対の光検出器７２とを備えていてもよい。すなわち、シンチレータブロック７１の方向Ｄ１の両面に光検出器７２が配置された両面読み出しのコリメータ検出器であってもよい。図１３Ｃに示されるように、コリメータ検出器は、方向Ｄ１に沿って積層された複数のシンチレータブロック７１と、複数のシンチレータブロック７１を方向Ｄ１に直交する方向Ｄ２から挟み込む一対の光検出器７４を備えていてもよい。

図１４に示されるように、コリメータ検出器は、積層された複数のホール７８付きのシンチレータブロック７６と光検出器７７と遮蔽材７９を含む複数の組Ｃ２と、複数の組Ｃ２の間に形成された隙間Ｘとを有する検出器であってもよい。すなわち、コリメータ検出器は、シンチレータブロック７６、光検出器７７及び遮蔽材７９を含む組Ｃ２の間に隙間Ｘが形成された検出器間隙コリメータ方式であってもよい。

次に、変形例に係る核医学撮像装置８１について図１５を参照しながら説明する。図１５に示されるように、核医学撮像装置８１は、ＰＥＴ装置８２と、前述した複数のコリメータ検出器２３とを備える。核医学撮像装置８１は、例えば、心臓Ｙを含む撮像対象Ｔを撮像するために用いられる。ＰＥＴ装置８２は、例えば、他（既存、又は従来型）のＰＥＴ装置である。複数のコリメータ検出器２３がＰＥＴ装置８２に組み込まれている。

複数のコリメータ検出器２３は、環状とされたＰＥＴ装置８２の内側において、撮像空間Ｋを囲むように半楕円状に配置され、前述と同様、γ線Ｌ１を透過するホール２７付きのシンチレータブロック２５を有する。撮像空間Ｋを挟んで互いに対向するコリメータ検出器２３及びＰＥＴ装置８２のそれぞれにおいて消滅放射線Ｌ２が同時検出される。従って、他のＰＥＴ装置８２にコリメータ検出器２３が取り付けられた核医学撮像装置８１では、ＰＥＴ核種Ｐ及びＳＰＥＣＴ核種Ｓの両方を同時計測可能であり、ＰＥＴ撮像及びＳＰＥＣＴ撮像の双方の高感度化を実現する。

図１６は、別の変形例に係る核医学撮像装置８６を示している。核医学撮像装置８６は、放射線源Ｒを挟む一対のコリメータ検出器２３と、一対のコリメータ検出器２３を挟む一対のγ線検出部２４とを備える。放射線源Ｒには粒子線治療ビームＢが照射される。放射線源Ｒに粒子線治療ビームＢが照射されると、γ線Ｌ３が放射線源Ｒから放出される。γ線Ｌ３は、サブＭｅＶ～数ＭｅＶのエネルギーを有しており、コリメータ検出器２３を透過すると共にγ線検出部２４によって検出される。

核医学撮像装置８６では、前述と同様、ＳＰＥＣＴ核種Ｓにおいて標識された化合物から放出された低エネルギーのγ線Ｌ１の検出による画像化、及びＰＥＴ核種Ｐにおいて標識された化合物から放出された５１１ｋｅＶの消滅放射線Ｌ２の同時検出による可視化と共に、サブＭｅＶ～数ＭｅＶのγ線Ｌ３の検出による可視化を行うことができる。

従って、核医学撮像装置８６では、粒子線治療ビームＢによるモニタリングを行うことが可能となる。すなわち、粒子線治療のビームモニタリングによって、陽電子放出核種分布、制動放射線の分布、及び即発γ線の分布のそれぞれをＰＥＴ、ＳＰＥＣＴ及びコンプトンカメラの原理を用いて取得することができる。

図１７は、更に別の変形例に係る核医学撮像装置９１を示している。核医学撮像装置９１は、撮像対象Ｔを挟む一対のコリメータ検出器２３と、コリメータ検出器２３を挟む一対のγ線検出部２４と、撮像対象ＴにＸ線Ｌ４を照射するＸ線管９２と、これを投影するＸ線検出器９３とを備える。核医学撮像装置９１において、撮像対象Ｔは、例えば、ラット、ウサギ又はサル等、大きめの動物であり、核医学撮像装置９１は動物用である。

核医学撮像装置９１は、ＰＥＴ撮像と同時にＸ線ＣＴ撮像及び蛍光Ｘ線撮像を同時に行うことが可能である。撮像対象Ｔに蛍光Ｘ線ＣＴのトレーサとして数十～９０ｋｅＶの蛍光Ｘ線を放出する金粒子又はヨウ素を投与した上で、Ｘ線Ｌ４の照射によって撮像対象ＴのＸ線ＣＴ撮像が行われる。そして、Ｘ線Ｌ４により励起されたトレーサから、脱励起によって放出されコリメータ検出器２３のホール２７を透過した蛍光Ｘ線Ｌ５をγ線検出部２４により計測し、ＳＰＥＣＴ撮像と同様の原理で蛍光Ｘ線ＣＴの撮像を行う。この核医学撮像装置９１でも、核医学撮像装置８６等と同様、ＳＰＥＣＴ撮像及びＰＥＴ撮像の両方を同時に行うことが可能である。

次に、本実施形態に係る核医学撮像装置の作用効果について詳細に説明する。図１及び図２に示されるように、核医学撮像装置１では、コリメータ検出器１１がシンチレータ結晶素子１３ｂからなるシンチレータブロック１３を有し、シンチレータブロック１３は撮像対象Ｔから出射したγ線Ｌ１が通過するホール１５を有する。シンチレータブロック１３のホール１５を通過したγ線Ｌ１は、γ線検出部１２によって検出される。

コリメータ検出器１１ではＰＥＴ計測を行う。コリメータ検出器１１のシンチレータブロック１３のホール１５を通過したγ線Ｌ１をγ線検出部１２で検出することにより、γ線Ｌ１の到来方向が決定されるので、ＳＰＥＣＴ計測を行うことができる。従って、ＰＥＴ核種Ｐの計測と、ＳＰＥＣＴ核種Ｓの計測とを同時に行うことができる。

その結果、核医学撮像装置１ではＰＥＴ計測及びＳＰＥＣＴ計測を同時に行うことができるので、患者Ｍ及び臨床現場の負担を軽減させることができる。核医学撮像装置１では、ＰＥＴ計測を行うことができるコリメータ検出器１１自体をＳＰＥＣＴ核種計測のためのコリメータとして機能させる。これにより、従来の方法では必須であったＰＥＴの感度の低下を招くＳＰＥＣＴ計測用のコリメータを、ＰＥＴ計測を行う検出器の前方に追加で配置する必要がない。従って、ＰＥＴの感度の低下を抑制することができる。以上の効果は、核医学撮像装置１だけでなく、核医学撮像装置２１等、前述した本実施形態の核医学撮像装置の全てから得られる。

本実施形態に係る核医学撮像装置において、コリメータ検出器１１は、複数のシンチレータブロック１３が配列されたＤＯＩ（Depth Of Interaction）検出器であってもよい。この場合、γ線の検出位置をシンチレータブロック１３の深さ方向（方向Ｄ１）を含めて３次元で特定することができる。

本実施形態に係る核医学撮像装置において、図７に例示されるように、シンチレータブロック３５は、複数のホール２７を有してもよい。この場合、シンチレータブロック３５が複数のホール２７を有することにより、γ線検出部１２が検出するγ線Ｌ１が増えるので、ＳＰＥＣＴの感度向上や視野の拡大が可能となる。

本実施形態に係る核医学撮像装置において、図１及び図２に例示されるように、検出器ユニット１０は、撮像対象Ｔから離れるに従って台形状に広がっていてもよい。この場合、例えば複数の検出器ユニット１０を環状に配置した場合において、複数の検出器ユニット１０のそれぞれが撮像対象Ｔから離れるに従って台形状に広がる。これにより、ＰＥＴ感度を最大化し、ＳＰＥＣＴ撮像の視野を広くすることができる。

図１８及び図１９に示されるように、検出器ユニット１１０のシンチレータブロック１１３が台形状であることにより、ＰＥＴの感度を更に高めることができる。更に、シンチレータ結晶素子１１３ｂを含むシンチレータブロック１１３が台形状に配置される場合、コリメータ検出器１１１の素子を多く配置することができ、ＰＥＴに対する高感度化も可能となる。すなわち、シンチレータブロック１１３が台形状に配置される場合、ＰＥＴ計測可能な検出器の素子数を、シンチレータブロックが直方体状に配置される場合と比較して増やすことができる。

図１５に例示されるように、本実施形態に係る核医学撮像装置において、コリメータ検出器２３は、他のシングル測定が可能なＰＥＴ装置８２に取り付け可能とされていてもよい。この場合、コリメータ検出器２３を既存のＰＥＴ装置８２に取り付けることができるので、既存のＰＥＴ装置８２においてＰＥＴとＳＰＥＣＴの同時計測を行うことができる。

図９に例示されるように、本実施形態に係る核医学撮像装置において、ホール４７を有するシンチレータブロック４５は、シンチレータブロック４５を貫通する貫通孔４５ｂに面して取り付けられる後付部４８を有してもよい。後付部４８は、シンチレータブロック４５の厚さ方向（方向Ｄ１）に対して傾斜する傾斜面（例えば、第１傾斜面４８ｇ、第２傾斜面４８ｈ及び内側面４８ｐ）を有してもよい。この場合、ホール４７が後付部４８を有することにより、シンチレータブロック４５におけるγ線Ｌ１が通過する部分の形状及び大きさを調整することができ、γ線の遮蔽能力を向上させることも可能となる。

図１に例示されるように、核医学撮像装置１は、撮像対象Ｔの画像を処理する画像処理部１００を備えてもよい。この場合、画像処理部１００がＰＥＴ撮像による画像とＳＰＥＣＴ撮像による画像とを共に処理することにより、高精度なＰＥＴ画像及びＳＰＥＣＴ画像を同時に取得することができる。

以上、本実施形態では、種々の例の核医学撮像装置及びコリメータ検出器等について説明した。本開示において、前述した例示的な各核医学撮像装置及び各コリメータ検出器は適宜組み合わせることが可能である。本開示に係る核医学撮像装置は、前述した実施形態の各例に限定されることなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲において適宜変更することが可能である。すなわち、核医学撮像装置の各部の形状、大きさ、数、材料及び配置態様は、前述した各例に限られず適宜変更可能である。

例えば、図１５に例示される核医学撮像装置８１では、他のＰＥＴ装置８２に取り付け可能なコリメータ検出器２３について説明した。しかしながら、本開示に係る核医学撮像装置は、他のＳＰＥＣＴ装置に取り付け可能なコリメータ検出器を備えていてもよい。このように、コリメータ検出器が取り付けられる核医学撮像装置の種類は適宜変更可能である。

前述した実施形態では、図９に例示されるように、第１傾斜面４８ｇ、第２傾斜面４８ｈ及び内側面４８ｐを有する孔４８ｋ，４８ｑを備えた後付部４８について説明した。しかしながら、後付部に形成された孔の形状、大きさ、数及び配置態様は適宜変更可能である。

前述した実施形態では、図１に示されるように、複数の検出器ユニット１０が撮像対象Ｔを囲むように環状に配置される例について説明した。しかしながら、複数の検出器ユニットは、例えば、撮像対象物の一部を囲むように配置されてもよく、環状以外の配置とされていてもよい。

１，２１，８１，８６，９１…核医学撮像装置、１０，２２，３０…検出器ユニット、１１，２３，３１…コリメータ検出器、１２，２４…γ線検出部、１３，２５，３５，４５，５１，５６，６１，６６，７１，７６…シンチレータブロック、１３ｂ…シンチレータ結晶素子、１４，２６，５２，５７，６２，６７，７２，７４，７７…光検出器、１５，２７，４７，５３，５８，６４，６５，６８，７３…ホール、１６…遮蔽壁、３５ｂ…面、４５ｂ…貫通孔、４８…後付部、４８ｂ…第１後付部、４８ｃ…第２後付部、４８ｄ…外側面、４８ｆ…内側面、４８ｇ…第１傾斜面、４８ｈ…第２傾斜面、４８ｊ…頂面、４８ｋ…孔、４８ｍ…外側面、４８ｐ…内側面、４８ｑ…孔、５３ｂ…テーパ面、６３，７９…遮蔽材、８２…ＰＥＴ装置、９２…Ｘ線管、９３…Ｘ線検出器、１００…画像処理部、Ｂ…粒子線治療ビーム、Ｃ１，Ｃ２…組、Ｄ１，Ｄ２…方向、Ｋ…撮像空間、Ｌ１…γ線、Ｌ２…消滅放射線、Ｌ３…γ線、Ｌ４…Ｘ線、Ｍ…患者、Ｐ…ＰＥＴ核種、Ｒ…放射線源、Ｓ…ＳＰＥＣＴ核種、Ｔ…撮像対象（撮像対象物）、Ｘ…隙間、Ｙ…心臓。

Claims (6)

1. 撮像対象物を囲む位置に配置される複数のコリメータ検出器と、前記撮像対象物との間で前記複数のコリメータ検出器をそれぞれ挟んで対向する位置に配置される複数のγ線検出部と、を有する複数の検出器ユニットを備え、
   複数の前記検出器ユニットは、前記撮像対象物を挟んで対向する位置に配置される一対の前記検出器ユニットを少なくとも含み、
   前記コリメータ検出器は、シンチレータ結晶素子からなるシンチレータブロックと、前記シンチレータブロックに取り付けられた光検出器と、を有し、
   前記シンチレータブロックは、前記撮像対象物から出射したγ線が通過するホールを有し、
   前記γ線検出部は、前記ホールを通過した前記γ線を検出し、
   前記コリメータ検出器は、複数層の前記シンチレータブロックが配列されたＤＯＩ（Depth Of Interaction）検出器である、
   核医学撮像装置。
2. 撮像対象物を囲む位置に配置される複数のコリメータ検出器と、前記撮像対象物との間で前記複数のコリメータ検出器をそれぞれ挟んで対向する位置に配置される複数のγ線検出部と、を有する複数の検出器ユニットを備え、
   複数の前記検出器ユニットは、前記撮像対象物を挟んで対向する位置に配置される一対の前記検出器ユニットを少なくとも含み、
   前記コリメータ検出器は、シンチレータ結晶素子からなるシンチレータブロックと、前記シンチレータブロックに取り付けられた光検出器と、を有し、
   前記シンチレータブロックは、前記撮像対象物から出射したγ線が通過するホールを有し、
   前記γ線検出部は、前記ホールを通過した前記γ線を検出し、
   前記シンチレータブロックを貫通する貫通孔の壁部に取り付けられた後付部を有し、
   前記後付部は、前記シンチレータブロックの厚さ方向に対して傾斜する傾斜面を有し、
   前記傾斜面は、前記ホールの内壁面の少なくとも一部を構成する、
   核医学撮像装置。
3. 前記シンチレータブロックは、複数の前記ホールを有する、
   請求項１又は２に記載の核医学撮像装置。
4. 前記検出器ユニットは、前記撮像対象物から離れるに従って広がる台形状とされている、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の核医学撮像装置。
5. 前記コリメータ検出器は、他の核医学撮像装置に取り付け可能とされている、
   請求項１～４のいずれか一項に記載の核医学撮像装置。
6. 前記光検出器は、前記ホールの径方向に沿ってシート状に広がった形状を有する、
   請求項１～５のいずれか一項に記載の核医学撮像装置。

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