JPH07113873A - Scattering simultaneous counting measuring method by gamma-ray absorber of positron tomograph and the same tomograph - Google Patents
Scattering simultaneous counting measuring method by gamma-ray absorber of positron tomograph and the same tomographInfo
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- JPH07113873A JPH07113873A JP5256985A JP25698593A JPH07113873A JP H07113873 A JPH07113873 A JP H07113873A JP 5256985 A JP5256985 A JP 5256985A JP 25698593 A JP25698593 A JP 25698593A JP H07113873 A JPH07113873 A JP H07113873A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、陽電子断層撮影装置の
測定方法の改良を提案するもので、被写体を通る線上に
一対の検出器を多数対リング状に対向配置し、該検出器
内にγ線吸収体を被写体を取囲む同心円周上に回転させ
ながら、被写体中に注入された陽電子放出核種で標識さ
れた薬剤より放出される陽電子と被写体中の電子と結合
して互に正反対方向に放出されるγ線を検出し、散乱同
時計数値のみを散乱同時計数値と真の同時計数値とを含
む測定値より分離して、両測定値より真の同時計数値を
求める測定方法に係る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention proposes an improvement of a measuring method for a positron emission tomography apparatus, in which a large number of pairs of detectors are arranged opposite to each other in a ring shape on a line passing through a subject, While rotating the γ-ray absorber on a concentric circle that surrounds the subject, the positrons emitted from the drug labeled with the positron-emitting nuclide injected into the subject and the electrons in the subject are combined in opposite directions. A method for detecting emitted γ-rays, separating only the scattered same clock value from the measured value containing the scattered same clock value and the true same clock value, and obtaining the true same clock value from both measured values .
【0002】[0002]
【従来の技術】陽電子断層撮影装置は、陽電子と生体内
の電子とが結合し陽電子消滅するに際し、180 度正反対
の2つのγ線を放出する特性を利用してγ線を検出する
ことによって、陽電子の分布画像を求める装置である。
陽電子放出核種で薬剤等を標識して生体内に注入し、陽
電子断層撮影装置で陽電子分布画像の時間的の変化等を
測ることによって、細胞の新陳代謝等の機能を定量的に
調べることを目的とする。このため、陽電子分布画像に
は、定量性が要求される。2. Description of the Related Art A positron emission tomography apparatus detects γ-rays by utilizing the characteristic of emitting two γ-rays that are 180 degrees opposite to each other when the positron and the electron in the living body are combined to annihilate the positron. This is a device for obtaining a distribution image of positrons.
The purpose of this study is to quantitatively investigate the functions such as metabolism of cells by labeling drugs with positron-emitting radionuclides and injecting them into the body, and measuring temporal changes in positron distribution images with a positron emission tomography device. To do. Therefore, the positron distribution image is required to be quantitative.
【0003】図1は従来の陽電子断層撮影装置1の構成
の概略を示す説明図である。図1において、2はサイク
ロトロン、3は標識化合物自動合成装置で、標識薬剤自
動合成装置3中に循環する化合物にサイクロトロン2よ
り高エネルギーの放射線を当て陽電子標識薬剤4を造
り、この陽電子標識薬剤4を被写体5内に注入し、この
薬剤より発せられる陽電子が生体内の電子と結合して消
滅する時に発せられるγ線を同一線上の互に反対位置の
円周上に多数設けた検出器リング6により計測し、この
計測値をデータ収集システム7及びデータ処理システム
8により収集処理し、陽電子分布画像を求めるのが陽電
子断層撮影装置の原理である。FIG. 1 is an explanatory view showing the outline of the configuration of a conventional positron emission tomography apparatus 1. In FIG. 1, 2 is a cyclotron, 3 is a labeling compound automatic synthesizer, and the compound circulating in the labeling drug automatic synthesizer 3 is irradiated with radiation of higher energy than the cyclotron 2 to make a positron labeled drug 4, and this positron labeled drug 4 is produced. Is injected into the subject 5, and a large number of γ-rays emitted when the positrons emitted from this drug are combined with the electrons in the living body and disappeared are provided on the circumference of mutually opposite positions on the same line. It is the principle of the positron emission tomography apparatus that obtains a positron distribution image by measuring the measured values, collecting and processing the measured values by the data collecting system 7 and the data processing system 8.
【0004】被写体5内に陽電子標識薬剤4を注入する
のは、例えばぶどう糖等に担持させて注入できる。被写
体内に注入された薬剤より放出される陽電子は生体内の
電子と結合し一緒に消滅して、一対のγ線を生成する性
質を持つ。これら2つのγ線は、互いに180 度方向に放
出されるので、2つのγ線検出器で図2のように測定す
ると、2つのγ線が同時に計数される。図2において、
9は生体内に放出された陽電子、10は生体内の電子で、
11はγ線、12はγ線検出器、13はタイムピックオフ回
路、14は同時計回路を示す。ここで陽電子が生体内の電
子と衝突すると一対のγ線が生ずるのである。放出され
るγ線の同時の程度は、検出器系の時間分解能によって
異なり、通常は数ナノ(n)秒以内の時間である。逆
に、図2のように配置された2つの検出器12,12が同時
計数すれば、陽電子はこの2つの検出器の対向線上にあ
ったことになる(これを、真の同時計数と呼び、この対
向線をコインシデンス線と呼ぶ)。The injection of the positron-labeled drug 4 into the subject 5 can be carried out, for example, by supporting it on glucose. Positrons emitted from the drug injected into the subject have the property of combining with the electrons in the living body and disappearing together to generate a pair of γ rays. Since these two γ rays are emitted in a direction of 180 degrees with respect to each other, two γ rays are simultaneously counted when measured with two γ ray detectors as shown in FIG. In FIG.
9 is a positron emitted in the living body, 10 is an electron in the living body,
Reference numeral 11 is a γ ray, 12 is a γ ray detector, 13 is a time pick-off circuit, and 14 is a clock circuit. Here, when a positron collides with an electron in the living body, a pair of γ rays is generated. The degree of simultaneous emission of gamma rays depends on the time resolution of the detector system and is typically within a few nanoseconds. On the contrary, if the two detectors 12 and 12 arranged as shown in FIG. 2 perform coincidence counting, the positron was on the opposite line of these two detectors (this is called true coincidence counting). , This opposite line is called coincidence line).
【0005】従って、γ線検出器をリング状に並べ、リ
ング内にある陽電子からのγ線を測定すれば、陽電子の
分布関数の情報が得られることになる。従来の陽電子断
層撮影装置は、図3のようにγ線検出器12が円周上に多
数並べられたガントリーと言われるγ線検出部15と、ガ
ントリー15からのデータを収集分析するデータ収集シス
テム7、そのデータで画像を作り出し、また画像の解析
を行なうデータ処理システム8からなる。Therefore, if the γ-ray detectors are arranged in a ring and the γ-rays from the positrons in the ring are measured, information on the distribution function of the positrons can be obtained. The conventional positron emission tomography apparatus includes a γ-ray detector 15 called a gantry in which a large number of γ-ray detectors 12 are arranged on the circumference as shown in FIG. 3, and a data collection system for collecting and analyzing data from the gantry 15. 7. A data processing system 8 that creates an image from the data and analyzes the image.
【0006】図3において、データ収集システム7は円
周上に対称に配置された多数対のγ線検出器12により検
出器リング6を形成し、この検出器リング6を設けた部
分をガントリー部15といい、この検出器リング6内に被
写体5の例えば頭部又は胸部或は腹部その他を位置させ
て、γ線の検出を行なうのである。In FIG. 3, the data collection system 7 forms a detector ring 6 by a large number of pairs of γ-ray detectors 12 symmetrically arranged on the circumference, and the portion provided with the detector ring 6 is a gantry part. The gamma ray is detected by positioning the subject 5, for example, the head, chest, abdomen or the like in the detector ring 6.
【0007】従来の陽電子断層撮影装置はサイクロトロ
ンからの高エネルギーの放射線により生成された陽電子
放出核種と注入すべき薬剤又は化合物(例えばブドウ
糖)を合成することにより陽電子標識して被写体内に注
入して、この陽電子標識を付した薬剤より放出された陽
電子が生体内の所要電子(例えば脳腫瘍又は癌細胞等)
と衝突し消滅した際、生成されるγ線を検出するので、
サイクロトロンで陽電子放出核種を生成して薬剤に陽電
子標識を付与するためにはサイクロトロンを所有する研
究所等の近傍にないとサイクロトロンを利用できない。
本邦では十数台の陽電子断層撮影装置があるだけである
が、この装置による測定値は真の同時計数値に散乱同時
計数値が混入し偽像を生ずる欠点がある。従って、従来
の装置が散乱同時計数値と真の同時計数値とを分けて測
定できるとその価値は天文学的に飛躍したものとなる。The conventional positron emission tomography apparatus synthesizes a positron-emitting nuclide generated by high-energy radiation from a cyclotron and a drug or compound (eg glucose) to be injected by positron labeling and injection into a subject. , The positrons released from this positron-labeled drug are required electrons in the living body (for example, brain tumor or cancer cells)
When it collides with and disappears, the generated γ rays are detected, so
In order to generate a positron-emitting nuclide with a cyclotron and attach a positron label to a drug, the cyclotron cannot be used unless it is near a laboratory or the like that owns the cyclotron.
Although there are only a dozen or so positron emission tomography devices in Japan, the measured value by this device has a drawback that the scattered same clock value is mixed with the true same clock value to cause a false image. Therefore, if the conventional device can separately measure the scattered same clock value and the true same clock value, its value becomes an astronomical leap.
【0008】従来の陽電子断層撮影装置は、図4のよう
に、ある方向について同時計数の分布S0 (x,θ)
(これをシノグラムと言う)を求め、計算機を用いて次
式により、陽電子分布関数ρ(X,Y)を画像として求
める。As shown in FIG. 4, the conventional positron emission tomography apparatus has a distribution S 0 (x, θ) of coincidence counts in a certain direction.
(This is called a sinogram) is obtained, and the positron distribution function ρ (X, Y) is obtained as an image by the following equation using a computer.
【数1】 ここで、A(x,θ)は被写体中でのγ線の吸収の効果
を補正する因子、f(x)はフィルター関数と呼ばれる
画像再構成のための数学的因子である。S0 (x,θ)
は、ρ(X,Y)と次式で関係づけられている。[Equation 1] Here, A (x, θ) is a factor that corrects the effect of absorption of γ rays in the subject, and f (x) is a mathematical factor for image reconstruction called a filter function. S 0 (x, θ)
Is related to ρ (X, Y) by the following equation.
【数2】 [Equation 2]
【0009】さらに、検出器リング6を幾重にも重ね合
わせて、各々のリング内の平面又は2つの検出リングの
間の平面の陽電子分布画像を同時に測り、陽電子の空間
分布ρ(X,Y,Z)が求められる。Further, the detector rings 6 are overlapped in multiple layers, and positron distribution images of a plane in each ring or a plane between two detection rings are simultaneously measured, and the spatial distribution of positrons ρ (X, Y, Z) is required.
【0010】以上は、従来の陽電子分布の平面画像再構
成法によって陽電子の分布画像を得る原理と装置につい
て概略説明したものであるが、検出器リングが幾重にも
重ね合わせて設けられた陽電子断層撮影装置は、陽電子
を含む断面の平面方向だけでなく3次元的に放出された
γ線も捕らえて同時計数している。従って、平面ではな
く従来装置では3次元の同時計数から陽電子分布画像を
再構成して、検出効率を飛躍的に上げるように設計され
ており、これによって、体内に投与する放射性同位体の
量を少なくしている。しかしながら、3次元同時計数測
法による測定値は真の同時計数値に散乱同時計数が多く
混入し偽像(誤差)の生ずる可能性を大きくしている欠
点がある。The above is a brief description of the principle and apparatus for obtaining a distribution image of positrons by the conventional planar image reconstruction method of positron distribution. A positron tomographic layer in which detector rings are stacked in multiple layers is described. The imaging device simultaneously captures not only the plane direction of the cross section containing the positron but also the three-dimensionally emitted γ-rays. Therefore, it is designed to reconstruct a positron distribution image from three-dimensional coincidence counting in a conventional device rather than a plane to dramatically increase the detection efficiency, and thereby to determine the amount of radioisotope to be administered into the body. I am less. However, the measurement value obtained by the three-dimensional coincidence counting method has a drawback in that there is a large possibility that false coincidence (error) occurs due to a large amount of scattered coincidence counting mixed into the true same clock value.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】従来の陽電子断層撮影
装置で得られた陽電子濃度は、陽電子放出核種で標識さ
れた薬剤による細胞の新陳代謝の度合を表す。陽電子分
布濃度を定量的に測定し解析して、器官の機能を診断す
るので、陽電子分布画像には定量性が要求される。この
定量性を損なう主要な原因として、散乱同時計数があ
る。すなわち、対向する2つの検出器でγ線を同時計数
したからといって、必ずしもその対向線上にあった陽電
子からのγ線のみを計測しているとは言えない。真の同
時計数でないものとして主として、次の同時計数があ
る。The positron concentration obtained by a conventional positron emission tomography apparatus shows the degree of metabolism of cells by a drug labeled with a positron emitting nuclide. Since the function of the organ is diagnosed by quantitatively measuring and analyzing the positron distribution concentration, the positron distribution image needs to be quantitative. Scatter coincidence is a major cause of impairing the quantitative property. That is, just because γ-rays are simultaneously counted by two opposing detectors, it cannot be said that only γ-rays from positrons on the opposing line are measured. There are mainly the following coincidences that are not true coincidences.
【0012】(A)散乱同時計数;- 被写体内で発せられたγ線は、被写体内の電子によって
散乱されることがある。この散乱をコンプトン散乱と呼
んでいる。図5(B)に示した散乱では、検出器12A,
12Cが同時計数し、陽電子が一対の検出器12A,12Cの
対向線上にあったように測定される。これは誤作動であ
る。真の同時計数が検出器リングの平面にある陽電子の
みを測定するものであるのに対して、この散乱同時計数
はその平面を含んだある体積内にある陽電子からのγ線
も測定するのでその寄与すなわち、散乱同時計数の値は
真の同時計数に比べて無視できない。(A) Simultaneous Scattering Counting: -γ rays emitted in the subject may be scattered by electrons in the subject. This scattering is called Compton scattering. In the scattering shown in FIG. 5B, the detector 12A,
12C simultaneously counts, and the positrons are measured as if they were on the opposite lines of the pair of detectors 12A and 12C. This is a malfunction. While true coincidence only measures positrons in the plane of the detector ring, this scatter coincidence also measures gamma rays from positrons in a volume containing that plane, so The contribution, ie the value of the scatter coincidence, is not negligible compared to the true coincidence.
【0013】現在、この散乱同時計数に対する補正方法
として、次の方法が考えられている。 (1)セプタムの使用 検出器リングの検出器が、検出器リングのつくる平面内
にある陽電子以外からのγ線を検出しないように、多層
型陽電子断層撮影装置(以下ポジトロンCT装置と言
う)においては、図6に示すようにコリメーター23を検
出器リングの両側に取り付ける。図6で24は層間同時計
数のイメージ、25は層内同時計数のイメージを示す。こ
のコリメーター23はセプタムと呼ばれており、これは一
種のスライドシールド板とも称されているもので検出器
リング平面以外からの散乱同時計数を遮断して取り除く
ことはできるが、リング平面内からの散乱同時計数を取
り除くことはできない。またこのセプタムを設けてコリ
メートするため、感度が落ちる。特に3次元画像再構成
の陽電子断層撮影装置では、3次元空間で同時計数でき
る検出器の組み合わせを排除してしまうので使用できな
い。At present, the following method is considered as a correction method for the simultaneous scattering count. (1) Use of septum In order to prevent the detector of the detector ring from detecting γ-rays other than positrons in the plane formed by the detector ring, in a multilayer positron tomography device (hereinafter referred to as positron CT device) Attach collimators 23 to both sides of the detector ring as shown in FIG. In FIG. 6, reference numeral 24 shows an image of inter-layer simultaneous counting, and 25 shows an image of intra-layer simultaneous counting. This collimator 23 is called a septum, which is also called a kind of slide shield plate, and it is possible to block and remove coincidence scattering from other than the detector ring plane, but from within the ring plane. The scatter coincidence count of cannot be eliminated. Moreover, since the septum is provided for collimation, the sensitivity is lowered. In particular, a positron emission tomography apparatus for three-dimensional image reconstruction cannot be used because it eliminates a combination of detectors that can be simultaneously counted in a three-dimensional space.
【0014】(2)シュミュレーション法 散乱同時計数を含んだ同時計数から得られた画像から、
計算によって散乱同時計数の影響を求める方法である
が、これは測定値が実測値でないので、その信頼度は低
い。(2) Simulation Method From images obtained from coincidence counting including scatter coincidence counting,
This is a method of obtaining the influence of the scattering coincidence count by calculation, but this method has low reliability because the measured value is not the actual measured value.
【0015】(3)γ線のエネルギーの選別による方法 陽電子から発生したγ線のエネルギーは511 keVであ
るが、散乱すると511keVより小さくなる。そこで、
ある閾値以上のエネルギーを持つγ線の同時計数を採る
ことによって、散乱同時計数を少なくしている。γ線の
エネルギーの範囲を2つに分けて測定すると、散乱同時
計数と真の同時計数(散乱されなかった同時計数)とを
分けることができる。しかし、この方法においては、測
定回路は非常に複雑になり、その弁別は検出器のエネル
ギー分解能に大きく左右される。従って、現在の検出器
の精度では、良く弁別できない。(3) Method of selecting energy of γ-rays The energy of γ-rays generated from positrons is 511 keV, but when scattered, it becomes smaller than 511 keV. Therefore,
The scatter coincidence count is reduced by taking the coincidence count of γ-rays having an energy above a certain threshold. When the gamma ray energy range is divided into two and measured, it is possible to separate scattered coincidence counting and true coincidence counting (unscattered coincidence counting). However, in this method, the measuring circuit becomes very complicated and its discrimination depends largely on the energy resolution of the detector. Therefore, it is not possible to make a good discrimination with the current accuracy of the detector.
【0016】(B)偶発同時計数;- 散乱同時計数と同様に真の同時計数でない同時計数とし
て偶発同時計数がある。これは、2つの陽電子が同時に
(測定システムの時間分解能内に)消滅し、図5(C)
のように4つのγ線のうち2つが検出され、他の2つは
検出されなかった場合で、検出器12A,12Bの対向線上
に陽電子が一つあったように測定される同時計数であ
る。しかし、この偶発同時計数は、測定システムが同時
でないと判断できる時間間隔で2つのγ線を同時計数す
ることによって測定できる。この方法が現在偶発同時計
数の測定に一般に用いられている。(B) Random coincidence counting: -Similar to scatter coincidence counting, there is random coincidence counting as a coincidence counting that is not a true coincidence counting. This is because two positrons disappear at the same time (within the time resolution of the measurement system),
When two of the four γ-rays are detected and the other two are not detected, the coincidence count is measured as if there was one positron on the opposite line of the detectors 12A and 12B. . However, this coincidence coincidence can be measured by coincidentally counting two γ-rays at a time interval at which the measurement system can determine that they are not coincident. This method is currently commonly used to measure contingency coincidences.
【0017】(C)散乱同時計数が陽電子画像に与える
影響;- 散乱同時計数の寄与をBsc(x,θ)とすると、実際に
測定される同時計数の分布S(x,θ)は次式で与えら
れる。(C) Effect of scattering coincidence counting on positron image; -If the contribution of scattering coincidence counting is B sc (x, θ), the distribution S (x, θ) of coincidence counting actually measured is as follows. Given by the formula.
【数3】 ここで、偶発同時計数は、上述した方法でハード的に取
り去ることができるので、 (3)式はその寄与が取り除か
れた同時計数とする。また、Bsc(x,θ)は被写体内
での吸収の効果も含んでいるものとする。[Equation 3] Here, since the coincidence coincidence count can be removed by hardware by the method described above, the formula (3) is a coincidence coincidence count with its contribution removed. Further, B sc (x, θ) also includes the effect of absorption in the subject.
【0018】従って、このS(x,θ)から求めた陽電
子分布画像ρ1 (X,Y)はTherefore, the positron distribution image ρ 1 (X, Y) obtained from this S (x, θ) is
【数4】 となる。ここで、Δρ(X,Y)は[Equation 4] Becomes Where Δρ (X, Y) is
【数5】 で与えられる散乱同時計数による偽像である。[Equation 5] It is a false image by the coincidence counting of scattering given by.
【0019】陽電子断層撮影装置を用いた研究及び診断
では、画像の定量性が重要であるので、この偽像は大き
な障害であり、これを取り除くために多くの努力が払わ
れ、上述した方法が考え出されている。In research and diagnosis using a positron emission tomography apparatus, since the quantification of images is important, this false image is a great obstacle, and many efforts have been made to eliminate it, and the method described above is used. Has been figured out.
【0020】ここでは、2次元画像再構成法を例にとっ
て、散乱同時計数の影響を説明したが、3次元画像再構
成法においては、より一層画像に対する偽像の影響は大
きくなる。Here, the influence of the scattering coincidence counting has been described by taking the two-dimensional image reconstruction method as an example. However, in the three-dimensional image reconstruction method, the influence of the false image on the image becomes larger.
【0021】[0021]
【課題を解決するための手段】本発明は、円周上に配置
した互に対称の位置にある多数対の検出器リングの各一
対の検出器の間にγ線吸収体を置きこれを検出器リング
と同心円上に沿い回転することによって、陽電子断層撮
影装置の陽電子画像における散乱同時計数を、簡単に精
度良く測定する方法であり、測定された同時計数から散
乱同時計数を取り除いて、真の同時計数を求め、定量性
の高い陽電子画像を与えるものである。According to the present invention, a γ-ray absorber is placed between each pair of detectors of a multiplicity of pairs of detector rings which are arranged symmetrically with respect to each other on the circumference of a circle, and detect this. It is a simple and accurate method of measuring the scattering coincidence count in the positron image of a positron tomography apparatus by rotating it along a concentric circle with the instrument ring. Simultaneous counting is required to give a highly quantitative positron image.
【0022】本発明は、陽電子断層撮影装置の検出器と
検出器の対向線上にγ線吸収体を位置させて適当な支持
装置に支持させこのγ線吸収体を被写体を取囲む同心円
周上に回転させながら被写体中の陽電子から発せられる
γ線のうち、真の同時計数値を排除して散乱同時計数値
のみを測定すると同時に、真の同時計数値と散乱同時計
数値の和を同時計数し、両者の差より真の同時計数を求
めることを特徴とする陽電子断層撮影装置におけるγ線
吸収体による散乱同時計数測定法である。According to the present invention, the detector of the positron emission tomography apparatus and the γ-ray absorber are positioned on opposite lines of the detector and supported by an appropriate supporting device, and the γ-ray absorber is arranged on a concentric circle surrounding the subject. Of the γ rays emitted from the positrons in the subject while rotating, the true same-clock value is excluded and only the scattered same-clock value is measured, and at the same time, the sum of the true same-clock value and the scattered same-clock value is simultaneously counted. , Is a simultaneous coincidence counting measurement method using a γ-ray absorber in a positron emission tomography apparatus, which is characterized in that true coincidence counting is obtained from the difference between the two.
【0023】本発明は、被写体中の陽電子から発せられ
るγ線を多数対のγ線検出器リングにより検出するよう
にした陽電子断層撮影装置のγ線検出部において、対向
配置された多数対の検出器リングの内方に位置するγ線
吸収体を装着した回転体を設け、該γ線吸収体を前記検
出器リングの内方に同心円上で回転するようにしたこと
を特徴とする陽電子断層撮影装置にある。According to the present invention, in a γ-ray detector of a positron emission tomography apparatus in which γ-rays emitted from positrons in a subject are detected by a large number of pairs of γ-ray detector rings, a large number of pairs of detectors arranged opposite to each other are detected. Positron tomography, characterized in that a rotator equipped with a γ-ray absorber located inside the detector ring is provided, and the γ-ray absorber is rotated concentrically inside the detector ring. On the device.
【0024】[0024]
【作用】以下図について、本発明の構成及び作用につき
説明する。本発明は、図7に示すように、リング状に配
列されたγ線検出器リング6の内側に、γ線吸収体26を
置きこれを検出器リング6と同心の円周上を回転させ、
被写体からの2つのγ線を同時計数する。検出器リング
6が幾重にも重ね合わされている多重型陽電子断層撮影
装置では、図7(B)のように例えば棒状のγ線吸収体
26を回転させて、被写体からの2つのγ線を同時計数す
る。2つのγ線を同時計数した2つの検出器12A,12B
の対向線上にγ線吸収体26があった場合、これを散乱同
時計数とラベルして記録保存する。γ線吸収体26がなか
った場合は、通常の同時計数として記録し保存する。γ
線吸収体26を回転することによって、散乱同時計数と通
常の同時計数を同時に測定する。The structure and operation of the present invention will be described below with reference to the drawings. According to the present invention, as shown in FIG. 7, a γ-ray absorber 26 is placed inside a γ-ray detector ring 6 arranged in a ring shape, and the γ-ray absorber 26 is rotated on a circle concentric with the detector ring 6.
Two gamma rays from the subject are counted simultaneously. In the multiplex positron emission tomography apparatus in which the detector rings 6 are overlapped in multiple layers, for example, as shown in FIG.
Rotate 26 to simultaneously count two gamma rays from the subject. Two detectors 12A and 12B that simultaneously count two γ rays
If there is a γ-ray absorber 26 on the opposite line of (1), this is labeled as scattering coincidence counting and recorded and stored. If the γ-ray absorber 26 was not present, it is recorded and stored as a normal coincidence count. γ
By rotating the line absorber 26, scatter coincidence and normal coincidence are measured simultaneously.
【0025】図8に示すように、2つのγ線を同時計数
した2つの検出器12A,12Bの対向線上にγ線吸収体26
があった場合、これは明らかに、検出器12A,12Bの対
向線上にあった陽電子消滅からのγ線でなく、検出器の
対向線以外の場所にあった陽電子からのγ線がコンプト
ン散乱(C)したため検出されたものである。このよう
にして得られた散乱同時計数を用いて、散乱同時計数を
含まない真の同時計数からの画像を再構成する。As shown in FIG. 8, the γ-ray absorber 26 is placed on the line opposite to the two detectors 12A and 12B which simultaneously count the two γ-rays.
If this is the case, this is clearly not the γ-rays from the positron annihilation that were on the opposite lines of the detectors 12A and 12B, but the γ-rays from the positrons other than the opposite lines of the detector are Compton scattering ( It was detected because of C). The scatter coincidence thus obtained is used to reconstruct the image from the true coincidence count, which does not include the scatter coincidence.
【0026】本発明のγ線吸収体を使用した陽電子断層
撮影装置は、多層型陽電子断層撮影装置において、図6
に示すようなコリメーター(遮蔽板)23を全て使用しな
い構成とし、かつ、γ線吸収体を検出器リング6の内側
の同心円上に回転させ、検出器リング6の各一対の検出
器12A,12Bの対向線がγ線吸収体を通るとき、この一
対の検出器12A,12Bによる同時計数値を散乱同時計数
であるとして測定するものである。本発明装置による同
時計数測定で得られた散乱同時計数を用いて、散乱同時
計数を含まない真の同時計数の画像再構成する原理は次
の通りである。A positron tomography apparatus using the γ-ray absorber of the present invention is a multilayer positron tomography apparatus as shown in FIG.
The collimator (shielding plate) 23 as shown in FIG. 4 is not used, and the γ-ray absorber is rotated on a concentric circle inside the detector ring 6 to detect each pair of detectors 12A, When the opposite line of 12B passes through the γ-ray absorber, the same clock value by the pair of detectors 12A and 12B is measured as the scattering coincidence count. The principle of image reconstruction of true coincidence counting not including scatter coincidence counting using scatter coincidence counting obtained by coincidence counting measurement by the device of the present invention is as follows.
【0027】(1)2次元画像再構成 本発明の方法によって、得られた散乱同時計数をB
(x,θ)とすると、これは、(1) Two-dimensional image reconstruction The scatter coincidence count obtained by the method of the present invention is B
If (x, θ), this is
【数6】 で表される。ここで、右辺の第2項はγ線吸収体が吸収
しきれなかったか又は対向線上にある検出器をγ線吸収
体が隠しきれなかったため測定した真の同時計数S
0 (x,θ)の一部分である。α,βは、計算又はファ
ントムを測定して求められる幾何学的因子である。Bac
(x,θ)は、偶発同時計数である。Bac(x,θ)の
測定値を用いてそれを取り除いた散乱同時計数を改めて
B(x,θ)とすると、[Equation 6] It is represented by. Here, the second term on the right side is the true coincidence count S measured because the γ-ray absorber could not be completely absorbed or the detector on the opposite line could not be hidden by the γ-ray absorber.
It is a part of 0 (x, θ). α and β are geometric factors obtained by calculation or measuring a phantom. B ac
(X, θ) is the coincidence coincidence count. Using the measured value of B ac (x, θ) and removing the scatter coincidence count again, B (x, θ)
【数7】 (3)と (6)式より、散乱同時計数と真の同時計数が次式
で求められる。[Equation 7] From Eqs. (3) and (6), the scatter coincidence count and the true coincidence count can be calculated by the following equation.
【数8】 この真の同時計数を用いて、散乱同時計数による偽像の
ない正しい画像が得られる。[Equation 8] This true coincidence count is used to obtain a correct image without spurious coincidence counts.
【0028】(2)3次元画像再構成 上述した散乱同時計数法は2次元画像再構成に関するも
のであるが、3次元画像再構成に対しては、図7(B)
のようになる。つまり、棒状のγ線吸収体26を検出器リ
ング6と同心円で回転させて被写体からのγ線の同時計
数を行なう。同時計数及び散乱同時計数は3次元なので
例えば、S(x,θ,N1 ,N2 )とB SC(x,θ,N
1 ,N2 )にそれぞれ表せられ、 (8)と (9)に対応した
式が次式で表せられる。(2) Three-dimensional image reconstruction The above-mentioned scattering coincidence counting method also relates to two-dimensional image reconstruction.
However, for 3D image reconstruction, FIG.
become that way. In other words, the rod-shaped γ-ray absorber 26 is
The same clock of γ-ray from the subject by rotating concentrically with the ring 6.
Make a number. Since coincidence counting and scatter coincidence counting are three-dimensional
For example, S (x, θ, N1, N2) And B SC(X, θ, N
1, N2), Which correspond to (8) and (9)
The formula can be expressed by the following formula.
【数9】 ここで、N1 ,N2 は検出器のリング番号を表す。θは
0度から360 度までである。N1 =N2 のときは、θは
0度から180 度までである。[Equation 9] Here, N 1 and N 2 represent the ring numbers of the detector. θ is from 0 to 360 degrees. When N 1 = N 2 , θ is 0 to 180 degrees.
【0029】図7は図1に示す本発明に使用する陽電子
断層撮影装置の検出器リング6を設けたガントリー部の
詳細を示すもので、本発明においては、陽電子断層撮影
装置の検出器リング6の内方にγ線吸収体26を片持梁の
ように回転体27により支持して、γ線吸収体26を検出器
リング6の内方で、これと同心円上を回転するように支
持し、γ線吸収体26を回転しながら、γ線吸収体26の位
置をアングルエンコーダー28により測定し、検出器リン
グ6に360 度に多数円環状に配置した1番ないしN番の
多数の検出器をそれぞれの各回線により同時計数回路16
に送られるよう配線し、γ線吸収体の円周上の位置を位
置エンコーダ28よりのγ線吸収体の位置情報と合せて同
時計数回路16に送り、ここで、同時計数と、散乱同時計
数とを測定し、このようにして同時データ収集プロセッ
サーシステム7で同時計測データを収集し、得られたデ
ータをデータ処理システム8においてデータ処理し、デ
ータを分類し、メモリーし、画像再構成するのである。FIG. 7 shows the details of the gantry portion provided with the detector ring 6 of the positron tomography apparatus used in the present invention shown in FIG. 1. In the present invention, the detector ring 6 of the positron tomography apparatus is shown. The γ-ray absorber 26 is supported inward by a rotating body 27 like a cantilever, and the γ-ray absorber 26 is supported inside the detector ring 6 so as to rotate concentrically therewith. While rotating the γ-ray absorber 26, the position of the γ-ray absorber 26 is measured by the angle encoder 28, and a large number of detectors No. 1 to N arranged in the detector ring 6 in a multiplicity of circles at 360 degrees. Simultaneous counting circuit 16
The position on the circumference of the γ-ray absorber is sent to the coincidence counting circuit 16 together with the position information of the γ-ray absorber from the position encoder 28, where the coincidence counting and the scattering coincidence counting are performed. Since the simultaneous measurement data is collected by the simultaneous data collection processor system 7 and the obtained data is processed by the data processing system 8, the data is classified, memorized, and the image is reconstructed. is there.
【0030】本発明では、γ線吸収体26を鉛を主成分と
する合金(例えば90%鉛−10%タンタル合金)あるいは
ビスマスを主成分とする合金(例えば90%ビスマス−10
%タンタル合金)で構成することが、特に、有効であ
る。更に、またγ線吸収体26の機械的強度を保持する目
的でステンレスパイプ(厚さ0.1 〜0.2 mm)に鉛を充填
してγ線吸収体26を形成することもできる。In the present invention, the γ-ray absorber 26 is an alloy containing lead as a main component (eg 90% lead-10% tantalum alloy) or an alloy containing bismuth as a main component (eg 90% bismuth-10).
% Tantalum alloy) is particularly effective. Further, in order to maintain the mechanical strength of the γ-ray absorber 26, the γ-ray absorber 26 can be formed by filling a stainless pipe (thickness 0.1 to 0.2 mm) with lead.
【0031】γ線吸収体26を回転体27に取付装着するに
際し、γ線吸収体26の取付位置を回転体27の半径方向に
調整可能に装着できる構成をする。即ち、γ線吸収体26
を被写体(例えば生体の頭部、胸部、腹部等)の大きさ
に応じて接近又は離間可能に装置する。When mounting the γ-ray absorber 26 on the rotating body 27, the mounting position of the γ-ray absorbing body 26 is adjustable in the radial direction of the rotating body 27. That is, the γ-ray absorber 26
Is made to be able to approach or separate according to the size of the subject (for example, the head, chest, abdomen of the living body, etc.).
【0032】図8は本発明装置によるγ線吸収体を設け
た検出器リング6におけるγ線吸収体26の回転位置は一
対の検出器12−N1 と12−N2 とを結ぶγ線吸収体の回
転中心を通る線によりγ線吸収体の位置の座標が図7
(B)に示すように、γ線吸収体の位置エンコーダー28
により測定できる。一対の検出器12−N1 と12−N2 と
を結ぶ線上にγ線吸収体26が来た場合、陽電子を含んだ
被写体30のうち点29に陽電子があったとすると、被写体
に含まれる陽電子が被写体の電子(例えば患部の組織)
と衝突し、γ線を180 度に配置された検出器12−N1 と
12−N2 との方向に放出しても、一方の検出器12−N1
の方向ではγ線吸収体26に衝突して吸収され、他方の検
出器12−N2 の方向に向ったγ線のみが検出器12−N2
で検出される。従って、真の同時計数値(A)は測定で
きないが、31に示す散乱同時計数値(B)が、両検出器
12−N1 と12−N2 とで測定できる。リングの平面内だ
けでなく、検出器リング6は図7に示すように1,2,
3,4層の如く、多重層並列して円形リング状に配列さ
れるので隣の順位の電子から来る3次元的な散乱同時計
数値も測定される。FIG. 8 shows the rotation position of the γ-ray absorber 26 in the detector ring 6 provided with the γ-ray absorber according to the present invention. The γ-ray absorption connecting the pair of detectors 12-N 1 and 12-N 2 The coordinates of the position of the γ-ray absorber are shown in FIG.
As shown in (B), the position encoder 28 of the γ-ray absorber
Can be measured by When the γ-ray absorber 26 comes on the line connecting the pair of detectors 12-N 1 and 12-N 2 , if there is a positron at the point 29 of the subject 30 containing the positron, the positron included in the subject Is the electronic subject (for example, the tissue of the affected area)
Colliding with the detector 12-N 1 which arranges γ rays at 180 degrees.
Even if it emits in the direction of 12-N 2 , one of the detectors 12-N 1
In direction it is absorbed by colliding with the gamma ray absorber 26, only the other of the detector 12-N gamma rays toward the direction of the two detectors 12-N 2
Detected in. Therefore, the true same clock value (A) cannot be measured, but the scattered same clock value (B) shown in 31 is
It can be measured with 12-N 1 and 12-N 2 . Not only in the plane of the ring, but the detector ring 6, as shown in FIG.
Like the 3rd and 4th layers, multiple layers are arranged in parallel and arranged in a circular ring shape, so that the three-dimensional scattering same clock values coming from the electrons of the adjacent ranks are also measured.
【0033】従来の陽電子断層撮影装置においては上述
のように、各検出器リングの間に鉛できた鉛コリメータ
ー又はセプタムと呼ばれスライドシールド板を各層間に
嵌挿して、散乱同時計数値の同時測定による偽像(すな
わち測定誤差)の発生を防止するようにしていたが、上
述のように、このセプタムを設けてコリメートすると、
散乱同時計数を遮断して或る程度取り除くことができる
が、検出器リング平面内からの散乱同時計数を完全には
取り除くことができない共に測定感度が落ちる欠点があ
る。In the conventional positron emission tomography apparatus, as described above, a lead collimator made of lead or a slide shield plate called a septum is inserted between the respective detector rings so that the scattering same clock numerical value can be obtained. I tried to prevent the generation of false images (that is, measurement errors) due to simultaneous measurement, but as mentioned above, when this septum is provided and collimation is performed,
Although the scatter coincidences can be blocked and removed to some extent, the scatter coincidences from within the detector ring plane cannot be completely eliminated and the measurement sensitivity is reduced.
【0034】本発明では測定感度をあげて鮮明な画像情
報を作るためにセプター等の鉛コリメーターで検出器リ
ング間を遮断することをやめて、検出器リングの円環状
に配置した円座標上の位置がγ線吸収体の移動に応じて
測定できるようにし、真の同時計数値Rと散乱同時計数
値Sとの和と散乱同時計数Sのみの測定値を差引するこ
とにより真の同時計数値Rが求められるようにしたもの
である。In the present invention, in order to increase the measurement sensitivity and produce clear image information, the lead collimator such as a sceptor is used to stop the gap between the detector rings, and the circular coordinates of the detector rings are arranged on the circular coordinates. The position can be measured according to the movement of the γ-ray absorber, and the true same-clock numerical value is obtained by subtracting the sum of the true same-clock numerical value R and the scattered same-clock numerical value S and the measured value of only the scattering coincidence count S. R is required.
【0035】すなわち、検出器12−N1 ,12−N2 の対
向線上をγ線吸収体26が通るときこの2つの検出器12−
N1 ,12−N2 による同時計数は散乱同時計数である。That is, when the γ-ray absorber 26 passes on the line opposite to the detectors 12-N 1 and 12-N 2 , these two detectors 12-
N 1, 12-N coincidence by 2 is a scatter coincidence.
【0036】例えば頭部のポジトロンCTをする場合に
は、γ線吸収体の径を小さくして被写体の周りを回転す
るようにし、例えば生体の胸部又は腹部をポジトロンC
Tで測定するときは、その径を大きくして測定する必要
がある。従って、γ線吸収体を支持する固定位置をγ線
吸収体の回転の半径方向に移動できるようにし、γ線吸
収体の固定位置を変えて、γ線吸収体が被写体になるべ
く近づけるように回転半径を変えられるよう構成するこ
とが大切である。これは測定上の感度を向上するため
と、偽像の作成をできるだけ防止するためである。For example, when performing positron CT of the head, the diameter of the γ-ray absorber is reduced so that it rotates around the subject, and for example, the chest or abdomen of the living body is positron C.
When measuring with T, it is necessary to increase the diameter and measure. Therefore, the fixed position that supports the γ-ray absorber can be moved in the radial direction of rotation of the γ-ray absorber, the fixed position of the γ-ray absorber can be changed, and the γ-ray absorber can be rotated as close to the subject as possible. It is important to configure so that the radius can be changed. This is to improve the sensitivity in measurement and to prevent the formation of false images as much as possible.
【0037】図9は本発明の陽電子断層撮影装置のガン
トリの一部断面を示すものである。図9において、5は
検査する生体の被写体を示し、被写体5は架台53上に乗
せられて、ガントリー部32の検出器リング54の円形空洞
中に出入できるようにし、アングルエンコーダー28を取
り付けた回転支持部56に棒状のγ線吸収体26を検出器リ
ング6より内方の同心円上を回転するよう片持梁状に突
設して支持する。本発明の装置においては、検出器リン
グ6を構成する多重層状に配置した検出器の対間に鉛コ
リメーター(セプタム)の如きγ線遮断板を設けず各層
間においても散乱同時計数が測定されるようにし、真の
同時計数値と散乱同時計数値との和より散乱同時計数値
を差引いて、真の同時計数値を求めるようにしたもので
ある。FIG. 9 shows a partial cross section of the gantry of the positron emission tomography apparatus of the present invention. In FIG. 9, reference numeral 5 denotes a subject of a living body to be inspected. The subject 5 is placed on a pedestal 53 so that the subject 5 can move in and out of the circular cavity of the detector ring 54 of the gantry unit 32, and the rotation with the angle encoder 28 attached. The rod-shaped γ-ray absorber 26 is projected and supported on the support portion 56 in a cantilever shape so as to rotate on a concentric circle inward of the detector ring 6. In the device of the present invention, the simultaneous coincidence of scattering is measured even between the respective layers without providing a gamma ray blocking plate such as a lead collimator (septum) between the pairs of the detectors constituting the detector ring 6 and arranged in multiple layers. In this way, the scattered same-clock value is subtracted from the sum of the true same-clock value and the scattered same-clock value to obtain the true same-clock value.
【0038】従来は散乱同時計数を少しでも除去したい
ために、γ線検出器の閾値エネルギーを高くして測定し
ている。従って、検出器に入ったγ線は必ずしもそのエ
ネルギーがすべて電気信号に変換されないために、閾値
エネルギー以上のγ線でも閾値以下となり信号が出力さ
れない。従って、真の同時計数も除去されることがあ
り、検出感度が落ちる欠点がある。Conventionally, the threshold energy of the γ-ray detector is set to be high in order to remove the scattering coincidence count as much as possible. Therefore, all the energy of the γ-rays entering the detector is not necessarily converted into an electric signal, so that even a γ-ray having a threshold energy or more is below the threshold and no signal is output. Therefore, the true coincidence count may be removed, resulting in a decrease in detection sensitivity.
【0039】本発明の方法によると、γ線のエネルギー
に関係なく散乱同時計数を測定できるので、閾値を下げ
て検出できるので装置の感度が高くなる。According to the method of the present invention, since the scattering coincidence count can be measured irrespective of the energy of γ-rays, the threshold value can be lowered and detection can be performed, so that the sensitivity of the apparatus is increased.
【0040】従来のX−線CT装置及びMRI−CT装
置が形態画像を与えるのに対して、本発明の陽電子断層
撮影装置は、生体の器官の機能画像を与えることができ
る画期的装置である。しかし、機能画像を得るには定量
性のあるデータを収集しなければならない。この画像の
定量性の問題で、取り残されていたのが、散乱同時計数
に因る偽像を如何にして除くかである。本発明は、この
問題を解決し、しかも、効率良く簡単にできる方法で偽
像を取除き真の同時計数値のみが得られる測定方法及び
装置を提案するものである。Whereas the conventional X-ray CT apparatus and MRI-CT apparatus give a morphological image, the positron emission tomography apparatus of the present invention is an epoch-making apparatus capable of giving a functional image of a living organ. is there. However, quantitative data must be collected to obtain functional images. What was left behind due to the problem of the quantitative nature of the image is how to eliminate the false image due to the scattering coincidence counting. The present invention proposes a measuring method and apparatus which solves this problem and which can remove false images and obtain only true same-clock numerical values by a method that can be efficiently and easily performed.
【0041】また、体内被曝の軽減及び統計精度の高い
画像を得るために、従来の2次元画像再構成の陽電子断
層撮影装置より、数倍から十数倍感度が高くなる3次元
画像再構成ができる陽電子断層撮影装置が開発されてい
る。しかし、この装置は3次元のデータを収集して3次
元画像を得るため散乱同時計数が2次元より、大きな偽
像(誤差)となってあらわれ、画像の定量性は期待でき
ないと言う大きな問題を持っている。本発明を利用する
ことによって、この問題が解決されるので、本発明によ
ると3次元画像再構成用陽電子断層撮影装置の測定精度
を天文学的に飛躍に改良できることになり、その開発に
大なる寄与が行なわれることが期待される。In order to reduce the exposure to the body and to obtain an image with high statistical accuracy, a three-dimensional image reconstruction that is several times to ten times more sensitive than a conventional positron emission tomography apparatus for two-dimensional image reconstruction is performed. A positron emission tomography device capable of being developed has been developed. However, since this device collects three-dimensional data and obtains a three-dimensional image, the scattering coincidence count appears as a false image (error) larger than that in the two-dimensional case, and a major problem that the quantitativeness of the image cannot be expected. have. By using the present invention, this problem is solved. Therefore, according to the present invention, the measurement accuracy of the positron emission tomography apparatus for three-dimensional image reconstruction can be dramatically improved astronomically, which greatly contributes to its development. Is expected to take place.
【0042】[0042]
【実施例】本発明の陽電子断層撮影装置(以下ポジトロ
ンCTと言う)は、γ線を検出するための検出器、検出
器を動かし充分な数のデータを収得するための走査機
構、同時計数を行いデータをコンピュータに転送するた
めの電子回路、送られてきた同時計数データを処理し、
画像を表示するためのコンピュー・システムなどからな
る。EXAMPLE A positron emission tomography apparatus (hereinafter referred to as positron CT) of the present invention comprises a detector for detecting γ-rays, a scanning mechanism for moving the detector to obtain a sufficient number of data, and a simultaneous counting. Electronic circuit for transferring the data to the computer, processing the sent coincidence count data,
It is composed of a computer system for displaying images.
【0043】(1)検出器 ポジトロンCTで用いられるγ線検出器は、無機結晶を
シンチレータとして用いるシンチレーション検出器を使
用できる。シンチレーション検出器22は図10に示すよう
に、γ線を可視光に変えるシンチレータ22Aと、可視光
を電気信号に変える光電子増倍管22Bよりなる。図10で
22Gは光電面、22Cは前置増幅器、22Dはパルス出力端
子、22Eは高電圧入力端子である。(1) Detector As the γ-ray detector used in positron CT, a scintillation detector using an inorganic crystal as a scintillator can be used. As shown in FIG. 10, the scintillation detector 22 includes a scintillator 22A that converts γ-rays into visible light and a photomultiplier tube 22B that converts visible light into an electric signal. In Figure 10
22G is a photocathode, 22C is a preamplifier, 22D is a pulse output terminal, and 22E is a high voltage input terminal.
【0044】ポジトロンCTでは扱うγ線のエネルギー
が通常の核医学機器に比べて高く、また同時計数のため
に高速性が要求される。そのため、γ線検出器として多
用されているNaI(Tl)のほかに、Bi4 Ge3 O
12(BGO)やCsFが使用される。これらの特性を表
1に示す。BGOはNaI(Tl)に比べて511 keV
光子に対する吸収係数が大きく(約2.7 倍)、このため
高感度である。In positron CT, the energy of γ-rays handled is higher than that of ordinary nuclear medicine equipment, and high speed is required for simultaneous counting. Therefore, in addition to NaI (Tl), which is often used as a γ-ray detector, Bi 4 Ge 3 O
12 (BGO) and CsF are used. These characteristics are shown in Table 1. BGO is 511 keV compared to NaI (Tl)
It has a high absorption coefficient for photons (about 2.7 times), and is therefore highly sensitive.
【0045】[0045]
【表1】 [Table 1]
【0046】また、結晶を小さくしても感度の低下が少
ないため、小さい寸法の結晶が利用でき、空間分解能を
よくすることができる。しかし、比蛍光出力が小さく発
光減衰時間も比較的長いので、同時計数を行う際のタイ
ム・ウインドウの幅を余り小さくできない。タイム・ウ
インドウの幅は2〜20ns位にできる。Further, even if the size of the crystal is made small, the sensitivity does not decrease so much, so that a crystal having a small size can be used and the spatial resolution can be improved. However, since the specific fluorescence output is small and the light emission decay time is relatively long, the width of the time window for simultaneous counting cannot be made very small. The width of the time window can be around 2-20 ns.
【0047】CsFは蛍光減衰時間が5nsと非常に速
いことに特徴がある。このため、検出器の時間分解能は
0.5 ns程度にすることができる。しかし、このような
高速検出器では、消滅光子の飛行時間も考慮せねばなら
ず、タイム・ウインドウの幅は2ns程度より小さくは
できない。それにしても、タイム・ウインドウの幅は、
BGOに比べて1/5〜1/10程度であるため、偶発同
時計数の影響を減らすことが可能で高計数特性をよくす
ることができる。また、検出器自身の時間分解能がγ線
光子の飛行時間よりも小さいことから、2つのγ線光子
の飛行時間差の計測が可能で、CTの原理によらないポ
ジトロン陽電子放出核種(RI)分布の測定(飛行時間
法−time of flight method,TOF法)の可能性が考え
られる。しかし、CsFの吸収係数はNaI(Tl)程
度であり、結晶を小さくして、高い空間分解能を実現す
るには適していない。ポジトロンCT用のシンチレータ
は、現在、高感度高分解能装置用のBGOと、高計数率
特性に優れ、TOF法の可能なCsFとに分かれてきて
いる。CsF is characterized by a very fast fluorescence decay time of 5 ns. Therefore, the time resolution of the detector is
It can be about 0.5 ns. However, in such a high-speed detector, the flight time of annihilation photons must be taken into consideration, and the width of the time window cannot be smaller than about 2 ns. Even so, the width of the time window is
Since it is about 1/5 to 1/10 of that of BGO, it is possible to reduce the influence of coincidence coincidence counting and improve high counting characteristics. Moreover, since the time resolution of the detector itself is smaller than the flight time of γ-ray photons, it is possible to measure the time difference of flight between two γ-ray photons, and the positron positron emission nuclide (RI) distribution that does not depend on the CT principle can be measured. The possibility of measurement (time of flight method-TOF method) is considered. However, the absorption coefficient of CsF is about NaI (Tl), which is not suitable for making the crystal small and realizing high spatial resolution. Scintillators for positron CT are currently being divided into BGO for high-sensitivity and high-resolution devices and CsF, which has excellent high count rate characteristics and is capable of the TOF method.
【0048】シンチレータには光電子倍増管が接続され
ており、発生する光を電気的パルスに変換する。X線C
Tなどで用いられている他の光電変換素子(光ダイオー
ド等)は、同時計数に要求される高速性や忠実性の点で
光電子倍増管に劣るため使用できない。A photomultiplier tube is connected to the scintillator and converts generated light into electric pulses. X-ray C
Other photoelectric conversion elements (photodiodes, etc.) used in T and the like cannot be used because they are inferior to the photomultiplier tube in terms of high speed and fidelity required for coincidence counting.
【0049】(2)電子回路 通常のγ線計測では、1つのγ線光子により発生する電
気パルスを1μs(10-6s)程度の時間で計数すればよ
い。しかし、ポジトロンCT装置では、同時計数をする
必要があり、電子回路には格段の正確さと高速性が要求
される。蛍光効率の小さいBi4 G3 O12(BGO)を
シンチレータとして使用するときや、CsFを用いて飛
行時間差の計測を行うときは特に条件がきびしい。前者
は一つ一つの光電子パルス(γ線光子によるパルスはこ
の集まりである)を区別することが可能なほどの正確さ
が必要である。また後者では、時間計測に0.1 ns(1
nsは10-9s)の桁の精度が必要である。(2) Electronic Circuit In normal γ-ray measurement, the electric pulse generated by one γ-ray photon may be counted in a time of about 1 μs (10 −6 s). However, in the positron CT apparatus, it is necessary to perform coincidence counting, and the electronic circuit is required to have extremely high accuracy and high speed. The conditions are particularly severe when using Bi 4 G 3 O 12 (BGO), which has a low fluorescence efficiency, as a scintillator or when measuring the time difference of flight using CsF. The former needs to be accurate enough to be able to distinguish each photoelectron pulse (the pulse due to γ-ray photons is this cluster). In the latter case, 0.1 ns (1
ns requires an accuracy of the order of 10 -9 s).
【0050】図11はポジトロンCT装置の電子回路の概
念図をブロックダイアグラムで示したものである。検出
器12A,12Bより発生した信号は前置増幅器33に入る。
通常、光電子増倍管29の出力信号は充分大きく増幅の必
要はない。しかし、一般に出力抵抗が大きいため、前置
増幅器33A,33Bをインピーダンス変換器として使い出
力抵抗を小さくするために使用する。FIG. 11 is a block diagram showing a conceptual diagram of an electronic circuit of the positron CT apparatus. The signals generated by the detectors 12A and 12B enter the preamplifier 33.
Normally, the output signal of the photomultiplier tube 29 is sufficiently large that it does not need to be amplified. However, since the output resistance is generally large, the preamplifiers 33A and 33B are used as impedance converters to reduce the output resistance.
【0051】前置増幅器33A,33Bを出たパルス信号に
対してその発生した時間を同定するためにそれぞれタイ
ム・ピックオフ回路34A,34B、遅延回路35A,35B及
びこれと並列にエネルギー弁別回路36A,36B及びこれ
らのゲート回路37A,37Bを介して時間信号をゲートし
て同時計数回路38に送る共に、パルスが雑音によるもの
ではなく、確かに511 keVのγ線光子によるものであ
ることを、エネルギー弁別回路36A,36Bにより判定す
る。エネルギー弁別回路36A,36Bは、パルス信号を積
分し、積分値がある一定値以上の信号のみを選択するこ
とにより行われ、蛍光減衰時間(BGOの場合は300 n
s)程度の時間を必要とする。一方、時間信号はタイム
・ピックオフ回路34A,34Bによりパルスの立ち上がり
と同時に発生する。時間信号が発生した段階では、エネ
ルギー弁別は完成していないため、時間信号は遅延回路
35A,35Bにより一定の遅延を受ける。一定時間経過
後、エネルギーがしきい値に達しているときは、ゲート
37A,37Bが開き、信号は同時計数回路38に入る。一
方、エネルギーがしきい値以下のときはゲートが開かず
以後の処理は行われない。タイム・ピックオフ回路34
A,34Bでの分解時間は同時計数回路38のタイムウイン
ドウ幅を決める重要な因子であり、可能な限り短くする
必要がある。BGOの場合、比蛍光効率が小さく蛍光減
衰時間が長いため、光電子パルスは数nsに一つしか発
生しない。そこで、最初の光電子パルスのみで時間信号
を発生させた場合、タイム・ピックオフ回路34A,34B
の分解時間は、そのパルスの到達時間のゆらぎによって
決まり最小2〜3nsである。CsFの場合には、光電
子パルスは非常に早く発生するため、タイム・ピックオ
フ回路の分解時間は0.5 ns以下にすることができる。The time pick-off circuits 34A and 34B, the delay circuits 35A and 35B, and the energy discriminating circuit 36A, which are arranged in parallel with the time pick-off circuits 34A and 34B, respectively, are used to identify the time when the pulse signals are output from the preamplifiers 33A and 33B. 36B and these gate circuits 37A and 37B gate the time signal and send it to the coincidence counting circuit 38. It is confirmed that the pulse is not due to noise but is due to 511 keV γ-ray photons. Judgment is made by the discrimination circuits 36A and 36B. The energy discriminating circuits 36A and 36B are performed by integrating the pulse signals and selecting only the signals whose integrated value is a certain value or more, and the fluorescence decay time (300 n in the case of BGO).
It takes about s). On the other hand, the time signal is generated by the time pick-off circuits 34A and 34B at the same time when the pulse rises. Since the energy discrimination has not been completed at the stage when the time signal is generated, the time signal is delayed.
Receives a certain delay due to 35A and 35B. If the energy reaches the threshold value after a certain period of time, the gate
37A and 37B are opened, and the signal enters the coincidence counting circuit 38. On the other hand, when the energy is below the threshold value, the gate is not opened and the subsequent processing is not performed. Time pickoff circuit 34
The decomposition time in A and 34B is an important factor that determines the time window width of the coincidence counting circuit 38, and it is necessary to make it as short as possible. In the case of BGO, since the specific fluorescence efficiency is small and the fluorescence decay time is long, only one photoelectron pulse is generated every few ns. Therefore, when the time signal is generated only by the first photoelectron pulse, the time pickoff circuits 34A, 34B
The decomposition time of is determined by the fluctuation of the arrival time of the pulse and is a minimum of 2 to 3 ns. In the case of CsF, since the photoelectron pulse is generated very early, the decomposition time of the time pickoff circuit can be 0.5 ns or less.
【0052】同時計数回路38では、2つの検出器12A,
12Bからの時間信号が同時にきたものであるかを判定
し、“同時”にきた場合にはアドレス・エンコーダー39
に信号を送る。しかし、陽電子消滅によるγ線からの時
間信号は全く同じ時間に同時計数回路38に入るわけでは
ない。そこで、同時計数回路38では、ある一定時間内に
入ってきた信号は“同時”であると判定している。この
時間をタイムウインドウ幅と言う。タイムウインドウ幅
は、BGOの場合はタイム・ピックオフ回路の分解時間
や遅延回路の誤差などのため、10〜20nsが必要であ
る。一方、CsFの場合は、主として、飛行時間差のた
め2ns程度が必要である。In the coincidence counting circuit 38, the two detectors 12A,
It is judged whether the time signals from 12B come at the same time. If they come at the same time, the address encoder 39
Send a signal to. However, the time signals from the γ-rays due to positron annihilation do not enter the coincidence counting circuit 38 at exactly the same time. Therefore, the coincidence counting circuit 38 determines that the signals that have entered within a certain period of time are "simultaneous". This time is called the time window width. In the case of BGO, the time window width needs to be 10 to 20 ns due to the decomposition time of the time pickoff circuit and the error of the delay circuit. On the other hand, in the case of CsF, mainly about 2 ns is required due to the flight time difference.
【0053】同時計数回路38は、原理的には検出器12の
対の数だけ必要であり、その出力はすべてアドレス・エ
ンコーダー39に結線される。アドレス・エンコーダー39
は、同時計数を行った検出器12の対のアドレスを2進数
として出力し、図12に示すコンピュータ40に送る。しか
し、各検出器対ごとに同時計数回路38を付加すると、そ
の数は膨大なものとなる。そこで、実際には、同時計数
回路38を節約するため、検出器12をいくつかのグループ
に分け、グループごとの同時計数を取るよう構成するよ
うにしてもよい。In principle, the coincidence counting circuit 38 is required for the number of pairs of the detectors 12, and the outputs thereof are all connected to the address encoder 39. Address encoder 39
Outputs the address of the pair of detectors 12 that have been simultaneously counted as a binary number and sends it to the computer 40 shown in FIG. However, if the coincidence counting circuit 38 is added to each detector pair, the number becomes enormous. Therefore, in actuality, in order to save the coincidence counting circuit 38, the detectors 12 may be divided into some groups, and the coincidence counting may be performed for each group.
【0054】(3)コンピュータ・システム ポジトロンCT装置のコンピュータ・システムはX線C
T装置やシンチレーションカメラに付属するコンピュー
タ・システムとよく似ていて両者の特徴を兼ねそなえた
ものである。(3) Computer system The computer system of the positron CT system is an X-ray C
It is very similar to the computer system attached to the T-apparatus and the scintillation camera, and has both features.
【0055】図12はポジトロンCT装置のコンピュータ
・システムの概念図を示したものである。ガントリー部
41には、検出器12、電子回路(図11に示すもの等)が内
蔵され、走査機構も付加されている。ガントリー部41か
らは同時計数した検出器対のアドレスが出力される。FIG. 12 is a conceptual diagram of a computer system of the positron CT system. Gantry department
The detector 41, an electronic circuit (such as that shown in FIG. 11) are built in 41, and a scanning mechanism is also added. The gantry unit 41 outputs the address of the detector pair that is simultaneously counted.
【0056】ポジトロンCTでは、高速かつ大量のデー
タ収集を行い、また次に述べるように、検出器アドレス
の変換等もデータ収集の際に行う必要がある。このた
め、通常の汎用計算機の命令実行速度では対応できない
ことがあり、ガントリー41を出たアドレス情報は一時的
に外部のバッファメモリー42に記憶させる。In the positron CT, it is necessary to collect a large amount of data at high speed, and as described below, it is necessary to convert detector addresses and the like when collecting data. Therefore, it may not be possible to cope with the instruction execution speed of an ordinary general-purpose computer, and the address information output from the gantry 41 is temporarily stored in the external buffer memory 42.
【0057】バッファメモリー42に一時、記憶され、ア
ドレス変換等の処理を受けた計測データは、データ収集
の終了と同時にコンピュータ40に送られる。計測データ
はコンピュータ40内でいくつかの前処理を受けた後、上
述の計算法により図15に示すようなポジトロンCT画像
に変換される。この手法を画像復元と言うが、画像復元
には大量の計算処理が必要である。従って、高速演算装
置43は画像復元計算を短時間で行うために付加されたも
のであり、マトリックス・サイズが128 ×128の画像で
あれば、秒単位で計算が行える。専用の演算装置を設け
ない場合でも、最低でも分単位の時間で計算することが
可能なようにする必要がある。The measurement data temporarily stored in the buffer memory 42 and subjected to processing such as address conversion is sent to the computer 40 at the same time as the end of data collection. The measurement data is subjected to some pre-processing in the computer 40 and then converted into a positron CT image as shown in FIG. 15 by the above-mentioned calculation method. This method is called image restoration, but a large amount of calculation processing is required for image restoration. Therefore, the high-speed arithmetic unit 43 is added in order to perform the image restoration calculation in a short time, and if the matrix size is 128 × 128, the calculation can be performed in units of seconds. Even if a dedicated arithmetic unit is not provided, it is necessary to be able to calculate in minutes at a minimum.
【0058】復元された画像はイメージ表示装置44にデ
ィスプレイされ診断に供される。イメージ表示装置44に
は、通常CRTモニタ(ブラウン管)が使用され、白黒
(グレースケール)の場合には、16〜32レベル程度の階
調認識能がある。X線CTと同様に表示装置の階調はウ
インド及びレベルにより制御される。The restored image is displayed on the image display device 44 and used for diagnosis. A CRT monitor (CRT) is usually used as the image display device 44, and in the case of black and white (gray scale), it has a gradation recognition capability of about 16 to 32 levels. Similar to the X-ray CT, the gradation of the display device is controlled by the window and the level.
【0059】表示された画像は、マルチフォーマット・
カメラ等でフィルム上に記録される。磁気ディスク46に
は、計測データや画像データが一時的に記憶されてい
て、必要に応じてコンピュータ40から即時に呼び出され
る。磁気テープ装置47はこれらのデータを記録して保存
するものである。従って、画像データはフィルム上に人
間の目に見えるように変換できる形で、また磁気テープ
上にコンピュータ40の理解できる形で、二重に記録保存
される。コンソール48はこのようなシステム全体をオペ
レータが制御するためのもので、対話のためのキーボー
ド、キャラクタディスプレイ及び専用のファンクション
キー等からなる。The displayed image is a multi-format
It is recorded on the film with a camera. Measurement data and image data are temporarily stored in the magnetic disk 46 and are immediately called from the computer 40 when necessary. The magnetic tape device 47 records and stores these data. Therefore, the image data is duplicated and stored on the film in a form that can be converted so that it can be seen by human eyes and on the magnetic tape in a form understandable by the computer 40. The console 48 is for the operator to control the entire system, and includes a keyboard for interaction, a character display, dedicated function keys, and the like.
【0060】データ処理;- ポジトロンCT装置におけるデータ処理は、すべて装置
に付属するコンピュータシステムにより行われ、データ
収集、前処理、画像復元、復元された画像の処理及びフ
ァイル管理等からなる。ファイル管理は、画像データや
投影データを効率よく蓄積、利用するために重要であ
る。 (1)データ収集 データ収集とは、ガントリー41内の電子回路から送られ
てくる同時計数した検出器のアドレスを、コンピュータ
処理に便利な形に変換し蓄積することを言う。データ収
集の方式は通常のシンチレーションカメラと同様に、リ
ストモード収集と、フレームモード収集との2つが考え
られる。Data Processing: Data processing in the Positron CT apparatus is all performed by a computer system attached to the apparatus, and consists of data collection, preprocessing, image restoration, restoration image processing, file management and the like. File management is important to efficiently store and use image data and projection data. (1) Data Collection Data collection refers to conversion and storage of coincidentally counted detector addresses sent from an electronic circuit in the gantry 41 into a form convenient for computer processing. As in the case of a normal scintillation camera, there are two possible data acquisition methods: list mode acquisition and frame mode acquisition.
【0061】リストモード収集とは、ガントリーより出
てくる同時計数アドレスをコンピュータ経由でそのまま
磁気ディスク内に蓄積する方式である。アドレスデータ
はデータ収集終了後、コンピュータにより投影データに
変換される。この方式では、データ収集中はデータ転送
以外の処理を行わないため高速の収集ができ、データ変
換はデータ収集後、一括してソフト的に行うため柔軟性
がある。しかし、アドレスデータをすべてディスク内に
蓄積するため、余り大量の計数は扱えない。The list mode acquisition is a method of accumulating coincidence counting addresses coming out of the gantry as they are in the magnetic disk via a computer. The address data is converted into projection data by the computer after the data collection is completed. In this method, high-speed collection can be performed because no processing other than data transfer is performed during data collection, and data conversion is flexible because it is collectively performed after software collection. However, since all the address data is stored in the disk, it is impossible to handle a large number of counts.
【0062】一方、フレームモード収集では、アドレス
データがガントリーより出てくる度に、測定系の座標に
変換し、その座標に対応するメモリーの内容に1を加え
る。データ収集の終了と同時にメモリー内には投影デー
タが2次元の配列として得られる。フレームモード収集
では必要なメモリー容量は、フレームサイズ(128 ×12
8 くらい)でよく、計数値によらないため、大量のデー
タを収集できる。しかし、データ収集と同時に比較的複
雑なデータ変換処理を行う必要があり、ソフトウェア的
に行う場合には相当の時間を要する。例えば、従来装置
の場合、一つの同時計数を収集する時間は30μs程であ
り、収集できる計数率の上限はこれにより決められる。
この欠点は、大容量かつ高速のバッファメモリーを用
い、データ変換処理を専用のハードウェアで行うことに
より克服される。この場合、設計値では1μsで一つの
計数を収集できる。On the other hand, in the frame mode acquisition, each time the address data comes out of the gantry, it is converted into the coordinates of the measuring system and 1 is added to the contents of the memory corresponding to the coordinates. Simultaneously with the end of data collection, projection data is obtained as a two-dimensional array in the memory. The memory size required for frame mode acquisition is the frame size (128 × 12
8)), and it does not depend on the count value, so a large amount of data can be collected. However, it is necessary to perform a relatively complicated data conversion process at the same time as the data collection, and it takes a considerable amount of time to perform it by software. For example, in the case of the conventional device, the time for collecting one simultaneous count is about 30 μs, and the upper limit of the count rate that can be collected is determined by this.
This drawback is overcome by using a large-capacity and high-speed buffer memory and performing data conversion processing by dedicated hardware. In this case, one count can be collected in 1 μs as the designed value.
【0063】最後に、アドレスデータから投影データへ
の変換処理の概要をリング型検出器をもった本発明の陽
電子断層撮影装置について述べる。図13はアドレスデー
タから測定系座標への変換の一例を示したものである。
図で検出器12kと検出器12lとが同時計数している。コ
ンピュータ40にはアドレス対(k,l)が送られる。コ
ンピュータ44では、まず(k,l)から2つの検出器12
k,12lを結ぶ直線の座標(tkl,θkl)を求める。次
いで、検出器12の系全体の位置情報(回転角など)を付
加することにより測定系の座標(t,θ)を求め、それ
に対応する2次元配列に1を加える。データ収集中に得
られたすべてのアドレスデータに対して、この変換処理
を行うと、配列の各要素は直線(t,θ)で観測した陽
電子放出核種(RI)分布の積算値(線和)となる。リ
ストモード収集では、このような処理をデータ収集後に
行っているのに対し、フレームモード収集では収集と並
行して行っている。Finally, the outline of the conversion process from address data to projection data will be described for the positron emission tomography apparatus of the present invention having a ring type detector. FIG. 13 shows an example of conversion from address data to measurement system coordinates.
In the figure, the detector 12k and the detector 12l simultaneously count. The address pair (k, l) is sent to the computer 40. In the computer 44, first the two detectors 12 from (k, l)
The coordinates (t kl , θ kl ) of the straight line connecting k and 12l are obtained. Next, the coordinates (t, θ) of the measurement system are obtained by adding position information (rotation angle, etc.) of the entire system of the detector 12, and 1 is added to the corresponding two-dimensional array. When this conversion processing is performed on all address data obtained during data collection, each element of the array is the integrated value (line sum) of the positron-emitting nuclide (RI) distribution observed on the straight line (t, θ). Becomes In the list mode collection, such processing is performed after the data collection, whereas in the frame mode collection, it is performed in parallel with the collection.
【0064】(2)前処理 一般に被写体から直接測定される投影データは、検出器
の感度のばらつき、被写体でのγ線の吸収、偶発同時計
数、散乱同時計数等を含んでいて、被写体内の陽電子放
出核種(RI)分布を積分しただけの理想的な投影とは
大きく異なっている。このような測定データの歪みを除
去するのが前処理である。前処理は測定された投影デー
タに対して行われ、画像データに対して行われる後処理
(狭い意味での画像処理)と区別される。(2) Pre-processing Generally, projection data directly measured from a subject includes variations in detector sensitivity, absorption of γ-rays in the subject, coincidence coincidence counting, scatter coincidence counting, etc. The projection is very different from the ideal projection obtained by simply integrating the positron emission nuclide (RI) distribution. The preprocessing is to remove such distortion of the measurement data. The pre-processing is performed on the measured projection data and is distinguished from the post-processing (image processing in a narrow sense) performed on the image data.
【0065】ポジトロンCTの検出器配列と走査方式に
は多くの形式が考えられる。画像の質をよくし定量性を
向上するためにはそれぞれの装置に適した前処理を行う
必要がある。そのため、前処理の方法や順序は装置によ
り微妙に異なる。There are many possible types of detector arrays and scanning methods for positron CT. In order to improve the image quality and improve the quantitativeness, it is necessary to perform pre-processing suitable for each device. Therefore, the pretreatment method and order differ slightly depending on the device.
【0066】散乱同時計数は、復元画像の定量性に大き
な影響を与えるが、現在のところその除去法は確立して
いない。従来、行っている方法は1)エネルギー弁別の
しきい値を高くし、ハードウェア的に除去する。2)視
野の端(被写体の存在しないところ)の計測データを散
乱線成分として差し引きする2つであり、完全なものと
は言えない。The scatter coincidence has a great influence on the quantitativeness of the restored image, but its removal method has not been established at present. Conventional methods are: 1) Increase the threshold for energy discrimination and remove it by hardware. 2) The measurement data at the edge of the field of view (where the subject does not exist) is subtracted as the scattered ray component, which cannot be said to be perfect.
【0067】本発明ではγ線吸収体を検出器リングの内
方でこれと同心円状に回転することによりこの散乱同時
計数値を分離して測定できるようにしたもので、従来分
離不能としていたものを分離できるようにした点で企期
的発明であると言える。In the present invention, the γ-ray absorber is rotated concentrically with the inside of the detector ring so that the scattered and same clock values can be measured separately. It can be said that this is an intentional invention in that the above can be separated.
【0068】これに対し、偶発同時計数はハードウェア
的に推定できる。すなわち、タイムウインドウの位置を
“同時”ではなく一定時間ずらした同時計数回路を作る
と、ここでの計数はすべて偶発同時計数に由来するもの
を測定することになる。従って、偶発同時計数を除去す
るには、この計数を別に求めておき通常の同時計数回路
の出力から差し引けばよい。On the other hand, the coincidence coincidence count can be estimated by hardware. That is, if a coincidence counting circuit in which the positions of the time windows are shifted not by "simultaneous" but by a fixed time is created, all the counts here are measured by random coincidences. Therefore, in order to remove the coincidence coincidence count, this count may be obtained separately and subtracted from the output of the normal coincidence count circuit.
【0069】被写体内でのγ線の吸収と検出器の感度の
ばらつきは、外部線源により測定されるトランスミッシ
ョン陽電子放出核種データ及び較正用のブランクデータ
により補正される。いま、被写体に陽電子放出核種(R
I)を投与したときの計測データをエミッションデータ
E(t,θ)とし、トランスミッションデータをT
(t,θ)、ブランクデータをB(t,θ)とする(図
14参照)。図14において、49は外部線源、50は被写体、
51は陽電子放出核種(RI)を投与された被写体を示
す。ここで、θは投影角であり、tは線和の位置座標で
ある。これらの測定データは真の線和P(t,θ)、被
写体の吸収A(t,θ)、検出器の感度のばらつきD
(t,θ)及び外部線源の投影R(t)によりThe γ-ray absorption in the object and the variation in the sensitivity of the detector are corrected by the transmission positron emission nuclide data measured by the external radiation source and the blank data for calibration. Now, the positron emitting nuclide (R
I) is measured and the measured data is emission data E (t, θ), and the transmission data is T
(T, θ), and the blank data is B (t, θ) (Fig.
14). In FIG. 14, 49 is an external radiation source, 50 is a subject,
Reference numeral 51 represents a subject to which a positron emitting nuclide (RI) was administered. Here, θ is the projection angle, and t is the position coordinate of the line sum. These measurement data are the true line sum P (t, θ), the absorption A (t, θ) of the subject, and the dispersion D of the sensitivity of the detector.
(T, θ) and projection R (t) of the external source
【数10】 のようにあらわされる。ここで、外部線源49は通常、円
形でありその投影Rは投影角θに依存しない。[Equation 10] It is expressed like. Here, the external radiation source 49 is usually circular, and its projection R does not depend on the projection angle θ.
【0070】真の線和P(t,θ)は式 (12) 〜 (14)
よりThe true line sum P (t, θ) is obtained by the equations (12) to (14)
Than
【数11】 のように測定データ(t,θ),T(t,θ)及び外部
線源49の半径から算出可能なR(t)で表現される。こ
のように、トランスミッションデータだけで吸収補正が
可能なことがポジトロンCTの著しい特色の一つであ
る。[Equation 11] As described above, the measurement data (t, θ), T (t, θ) and the radius of the external radiation source 49 are represented by R (t). As described above, one of the remarkable features of the positron CT is that the absorption correction can be performed only by the transmission data.
【0071】しかし、T(t,θ)は一般に統計が非常
に悪く、式 (15) のP(t,θ)をそのまま復元する
と、得られる結果の画質は非常に悪くなる。そこでT
(t,θ)をB(t,θ)で較正した後、平滑化する処
理が必要である。この前処理により平滑化した画像が得
られ、画質は格段に向上する。However, the statistics of T (t, θ) are generally very poor, and if P (t, θ) in Eq. (15) is restored as it is, the resulting image quality becomes very poor. So T
After calibrating (t, θ) with B (t, θ), smoothing processing is required. An image smoothed by this pre-processing is obtained, and the image quality is significantly improved.
【0072】(3)画像復元 画像復元は、X線CTの画像復元と全く同様な方法によ
り行われる。この計算法は重畳積分と逆投影の2つの処
理に分けることができる。(3) Image Restoration Image restoration is performed by the same method as the image restoration of X-ray CT. This calculation method can be divided into two processes: convolution integral and backprojection.
【0073】逆投影は、図15に示すように投影をそれぞ
れ元の方向に戻すことにより行われる。この操作により
作られる分布を逆投影像と言うが、逆投影像はもとの画
像そのものではなく、それをぼかしたものとなる。ぼけ
ない正しい画像を得るためには、あらかじめ図16に示す
ように投影データにある種の高周波強調処理を施してお
けばよい。これは数学的にはフィルター関数を重畳積分
することにより行われる(数1参照)。重畳積分された
投影を逆投影することで正しい分布を求めることができ
る。また、補正関数の形を変化させると、画像の輪郭を
強調しその鮮鋭度を上げたり、逆に平滑化してなめらか
な画像が得られる。The back projection is performed by returning the projections to their original directions as shown in FIG. The distribution created by this operation is called a backprojection image. The backprojection image is not the original image itself, but a blurred version of it. In order to obtain a correct image without blurring, it is only necessary to subject the projection data to a certain high frequency enhancement process as shown in FIG. This is done mathematically by superimposing the filter function (see Eq. 1). The correct distribution can be obtained by backprojecting the projection that has been superposed and integrated. When the shape of the correction function is changed, the contour of the image is emphasized to increase its sharpness, and conversely smoothed to obtain a smooth image.
【0074】(4)画像の後処理 できあがった画像に対して、コンソールでの操作を介し
て、種々の処理をコンピュータにより行うことを後処理
または画像処理と言う。後処理は他の画像機器(X線C
T,シンチレーションカメラ等)と共通のものも多い
が、ポジトロンCTに特有のものもある。画像処理に
は、極めて多数の種類があるが、ここでは代表的なもの
のみをあげる。(4) Post-processing of images Performing various processes on a completed image by a computer through operations on the console is called post-processing or image processing. Post-processing is performed with other image equipment (X-ray C
T, scintillation camera, etc.), but some are unique to positron CT. There are an extremely large number of types of image processing, but only typical ones are given here.
【0075】1.他の画像と共通の処理 (単一画像に対する処理) 画像の表示(レベルとウインドウの調節) 画像の拡大、縮小 画像の平行移動、回転、左右(上下)反転 画像の平滑化、輪郭強調 ROI(region of interest)の設定 ROI内の統計量(平均値、分散、面積等)の計測 (複数画像に対する処理) 複数画像の多フレーム表示 複数画像の重畳表示(異なる核種の画像を色を変えて表
示するなど) 画像間の演算(加減乗除及び定数倍) ROI内の統計量の画像間変化のグラフ(特に時間変化
する画像から動態曲線を求めるなど)1. Processing common to other images (processing for a single image) Image display (level and window adjustment) Image enlargement / reduction Image translation, rotation, left / right (vertical) inversion Image smoothing , Contour enhancement ROI (region of interest) setting Measurement of statistical amount (average value, variance, area, etc.) in ROI (processing for multiple images) Multi-frame display of multiple images Superimposition display of multiple images (images of different nuclides are displayed) Calculations between images (addition, subtraction, multiplication and division, and multiplication by a constant) Graphs of changes in statistics of ROIs between images (especially dynamic curve is obtained from images that change with time)
【0076】2.ポジトロンCT画像特有の処理 (単一画像に対する処理)18F−フルオロデオキシグル
コース(18FDG)画像より、グルコース代謝率分布を
求める。 (複数画像に対する処理)局所血流量(C 15O2 画
像)と15O2 画像より、酸素代謝率分布を求める。時間
的に変化する18FDG画像より、デオキシグルコースの
代謝速度定数を求める。ポジトロンCTでは、生理的、
生化学的研究が重要なため、この種の画像処理が他の画
像機器にもまして要求される。特に、ポジトロンCT画
像に特有な画像処理は、研究の進展に伴い、今後、ます
ます、改良されていくものと思われる。2. Processing peculiar to positron CT image (processing on a single image) A glucose metabolism rate distribution is obtained from an 18 F-fluorodeoxyglucose ( 18 FDG) image. (Processing for Multiple Images) An oxygen metabolism rate distribution is obtained from the local blood flow (C 15 O 2 image) and the 15 O 2 image. The metabolic rate constant of deoxyglucose is determined from 18 FDG images that change with time. In positron CT,
Due to the importance of biochemical research, this type of image processing is required more than other imaging equipment. In particular, image processing peculiar to positron CT images is expected to be further improved in the future as research progresses.
【0077】[0077]
【発明の効果】従来法では、散乱同時計数を少しでも除
去したいために、γ線検出器の閾値エネルギーを高くし
て測定している。しかし、検出器に入ったγ線は必ずし
もそのエネルギーがすべて電気信号に変換されないため
に、閾値エネルギー以上のγ線でも閾値エネルギー以下
となり信号が出力されない。従って、真の同時計数も除
去されることがあり、検出感度が落る欠点がある。According to the conventional method, the threshold energy of the γ-ray detector is increased to measure the scattering coincidence count in order to remove it as much as possible. However, since all the energy of the γ-rays entering the detector is not converted into an electric signal, even a γ-ray having a threshold energy or more is below the threshold energy and no signal is output. Therefore, the true coincidence count may be removed, resulting in a decrease in detection sensitivity.
【0078】本発明によると、γ線吸収体を検出器リン
グの内方でこれと同心円をなすように回転することによ
りγ線のエネルギーの大小に関係なく散乱同時計数を測
定できるので、閾値を下げて検出できるために装置の感
度が非常に高くなる。また従来のX−線CT装置及び陽
電子断層撮影装置(MRI−CT)が形態画像を与える
のに対して、本発明の陽電子断層撮影装置は、生体の器
官の機能画像を与えることができる画期的装置である。
しかし、機能画像を得るには定量性のあるデータを収集
しなければならない。この画像の定量性の問題で、取り
残されていたのが、散乱同時計数に因る偽像であった。
本発明は、この偽像の発生を防止するようにして、この
問題を解決し、しかも、効率良く簡単にできる方法であ
る。現在、主として使われている2次元画像再構成の陽
電子撮影装置の画像に定量性を与えることができる。According to the present invention, by rotating the γ-ray absorber inside the detector ring so as to form a concentric circle with the γ-ray absorber, it is possible to measure the scattering coincidence count regardless of the magnitude of the γ-ray energy. The sensitivity of the device is very high because it can be detected by lowering it. Further, while the conventional X-ray CT apparatus and positron tomography apparatus (MRI-CT) give a morphological image, the positron tomography apparatus of the present invention is an epoch capable of giving a functional image of a living organ. Device.
However, quantitative data must be collected to obtain functional images. Due to the problem of quantitativeness of this image, what was left behind was a false image due to the coincidence of scattering.
The present invention is a method capable of solving this problem by preventing the generation of the false image and efficiently and easily. It is possible to give quantitativeness to the image of a positron imaging apparatus for two-dimensional image reconstruction which is mainly used at present.
【0079】また、生体内被曝の軽減及び統計精度の高
い画像得るために、従来の2次元画像再構成の陽電子撮
影装置より、数倍から十数倍感度が高くなる3次元画像
再構成ができる陽電子断層撮影装置を更に改良したもの
が開発できる。しかし、この3次元画像再構成装置は3
次元のデータを収集して3次元画像を得るため散乱同時
計数が2次元より、大きな誤差となってあらわれ、画像
の定量性は期待できないと言う大きな課題があった。本
発明のγ線吸収体を検出器リング内方で同心円上に回転
し、その位置のデータと同時計数値とを測定することに
よって、この問題が解決されたので、3次元画像再構成
用陽電子断層撮影装置の改良及び開発がこれから益々行
なわれることになる工業上大なる効果がある。Further, in order to reduce the exposure in the living body and obtain an image with high statistical accuracy, it is possible to perform three-dimensional image reconstruction which is several times to ten times more sensitive than the conventional positron imaging apparatus for two-dimensional image reconstruction. A further improved version of the positron emission tomography system can be developed. However, this 3D image reconstruction device
Since three-dimensional data is collected and three-dimensional images are acquired, the simultaneous coincidence of scattering appears as a larger error than in two-dimensional, and there is a big problem that the quantitativeness of images cannot be expected. This problem was solved by rotating the γ-ray absorber of the present invention on a concentric circle inside the detector ring, and measuring the data of the position and the same clock numerical value, so that the positron for three-dimensional image reconstruction was solved. The improvement and development of the tomography apparatus have an industrially great effect, which will be carried out more and more from now on.
【0080】本発明の方法によると、感度が高くなるの
で、3次元画像再構成法で偽像(誤差)の生じないよう
に改良がされるので、感度が数十倍にも向上される方式
の開発が容易となる。本発明の陽電子断層撮影装置を利
用すると、肝機能検査においては、腫瘍性病変の検出に
利用されるだけでなく、深部の腫瘍検出能が向上でき、
肝動態イメージング、脳腫瘍、脳梗塞、精神分裂病、髄
膜腫等の治療に応用して顕著な医療上の効果がある。According to the method of the present invention, since the sensitivity is increased, the three-dimensional image reconstruction method is improved so as not to generate a false image (error), so that the sensitivity is improved several tens of times. Development becomes easier. By using the positron emission tomography apparatus of the present invention, in the liver function test, not only is it used for the detection of neoplastic lesions, but it is also possible to improve the ability to detect deep tumors,
It has a remarkable medical effect when applied to liver dynamics imaging, brain tumor, cerebral infarction, schizophrenia, meningioma and the like.
【図1】図1は従来の陽電子断層撮影装置のシステム説
明用図である。FIG. 1 is a system explanatory view of a conventional positron emission tomography apparatus.
【図2】図2は従来の陽電子断層撮影装置の原理説明用
図である。FIG. 2 is a diagram for explaining the principle of a conventional positron emission tomography apparatus.
【図3】図3は従来の陽電子断層撮影装置の原理説明用
図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the principle of a conventional positron emission tomography apparatus.
【図4】図4は従来の陽電子断層撮影装置の原理説明用
図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of a conventional positron emission tomography apparatus.
【図5】図5は従来の陽電子断層撮影装置の原理説明用
図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of a conventional positron emission tomography apparatus.
【図6】図6は従来の陽電子断層撮影装置の検出リング
の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a detection ring of a conventional positron emission tomography apparatus.
【図7】図7(A)は本発明の陽電子断層撮影装置のシ
ステム説明用図であり、図7(B)は同装置の検出器リ
ング及び同時計測回路の概略を示す回路図である。7A is a system explanatory view of a positron emission tomography apparatus of the present invention, and FIG. 7B is a circuit diagram showing an outline of a detector ring and a simultaneous measurement circuit of the apparatus.
【図8】図8は本発明による散乱同時計数の測定原理を
示す原理説明図である。FIG. 8 is a principle explanatory view showing a measurement principle of scatter coincidence counting according to the present invention.
【図9】図9は本発明による陽電子断層撮影装置のガン
トリー部の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a gantry unit of the positron emission tomography apparatus according to the present invention.
【図10】図10は本発明装置に使用するシンチレーショ
ン検出器の一例を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of a scintillation detector used in the device of the present invention.
【図11】図11は本発明装置の電子回路のブロック・ダ
イヤブラム図である。FIG. 11 is a block diagram of an electronic circuit of the device of the present invention.
【図12】図12は本発明装置のコンピュータシステムの
概略説明用概念図である。FIG. 12 is a conceptual diagram for schematically explaining the computer system of the device of the present invention.
【図13】図13は本発明装置におけるアドレスデータか
ら測定系座標への変換方法を示す説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram showing a method of converting address data into measurement system coordinates in the device of the present invention.
【図14】図14は本発明の装置における計測データの
(a)ブランクデータ、(b)トランスミッションデー
タ、(c)エミッションデータを示す説明図である。FIG. 14 is an explanatory diagram showing (a) blank data, (b) transmission data, and (c) emission data of measurement data in the device of the present invention.
【図15】図15は本発明装置による逆投影法による2次
元画像の作成方法を示す説明図である。FIG. 15 is an explanatory diagram showing a method of creating a two-dimensional image by the back projection method according to the device of the present invention.
【図16】図16は本発明装置において、重量積分による
投影の補正特性を示す説明図である。FIG. 16 is an explanatory diagram showing a correction characteristic of projection by weight integration in the device of the present invention.
1 従来の陽電子断層撮影装置 2 サイクロトロン 3 標識化合物自動合成装置 4 陽電子標識薬剤 5 被写体 6 検出器リング 7 データ収集システム 8 データ処理システム 9 陽電子 10 生体中の電子 11 γ線 12 γ線検出器 12N1 ,12N2 一対の検出器 12A,12B 一対の検出器 12k,12l 一対の検出器 13 タイムピックオフ回路 14 同時計数回路 15 γ線検出部(ガントリー部) 16 同時計数回路 17 コインシデンス線決定回路 18A シノグラム収集メモリー 18B 画像再構成プロセッサー 18C 画像ディスプレイ 18D 電子計算機CPU 18E その他周辺機器 19 陽電子 20 被写体 21 他の陽電子 22 シンチレーション検出器 22A シンチレータ 22B 光電子増倍管 22C 前置増幅器 22D パルス出力端子 22E 高電圧力端子 22F γ線 22G 光電面 23 コリメーター(セプタム,Pb遮蔽板) 24 層間同時計数 25 層内同時計数 26 γ線吸収体 27 回転体 28 γ線吸収体の位置エンコーダー 29 陽電子 30 被写体 31 他の陽電子 32 ガントリー部 33A,33B 前置増幅器 34A,34B タイムピックオフ回路 35A,35B 遅延回路 36A,36B エネルギー弁別回路 37A,37B ゲート回路 38 同時計数回路 39 アドレスエンコーダー回路 40 コンピュータ 41 ガントリー 42 バッファメモリ− 43 高速演算装置 44 イメージ表示装置 45 マルチフォマットカメラ 46 磁気ディスク 47 磁気テープ 48 コンソル 49 外部線源 50 被写体 51 陽電子放出核種 52 投影 53 架台 54 検出器リング 55 回転体 56 回転支持部 56M モーター1 Conventional positron tomography apparatus 2 Cyclotron 3 Automatic compound synthesizing device 4 Positron labeling drug 5 Subject 6 Detector ring 7 Data acquisition system 8 Data processing system 9 Positron 10 Electron in living body 11 γ ray 12 γ ray detector 12N 1 , 12N 2 A pair of detectors 12A, 12B A pair of detectors 12k, 12l A pair of detectors 13 Time pick-off circuit 14 Simultaneous counting circuit 15 γ-ray detection unit (gantry unit) 16 Simultaneous counting circuit 17 Coincidence line determination circuit 18A Sinogram collection Memory 18B Image reconstruction processor 18C Image display 18D Computer CPU 18E Other peripherals 19 Positron 20 Subject 21 Other positron 22 Scintillation detector 22A Scintillator 22B Photomultiplier tube 22C Preamplifier 22D Power Output terminal 22E High voltage power terminal 22F γ-ray 22G Photocathode 23 Collimator (septum, Pb shielding plate) 24 Inter-layer simultaneous counting 25 In-layer simultaneous counting 26 γ-ray absorber 27 Rotating body 28 γ-ray absorber position encoder 29 Positron 30 Subject 31 Other positron 32 Gantry part 33A, 33B Preamplifier 34A, 34B Time pick-off circuit 35A, 35B Delay circuit 36A, 36B Energy discrimination circuit 37A, 37B Gate circuit 38 Simultaneous counting circuit 39 Address encoder circuit 40 Computer 41 Gantry 42 buffer memory-43 high-speed arithmetic unit 44 image display unit 45 multi-format camera 46 magnetic disk 47 magnetic tape 48 consol 49 external source 50 subject 51 positron emitting nuclide 52 projection 53 mount 5 Detector ring 55 rotating body 56 rotating support 56M Motor
Claims (4)
対向線内にγ線吸収体を位置させて適当な支持装置に支
持させこのγ線吸収体を被写体を取囲む同心円周上に回
転させながら被写体中の陽電子から発せられるγ線のう
ち、真の同時計数値を排除して散乱同時計数値のみを測
定すると同時に、真の同時計数値と散乱同時計数値の和
を同時計数し、両者の差より真の同時計数を求めること
を特徴とする陽電子断層撮影装置におけるγ線吸収体に
よる散乱同時計数測定法。1. A detector of a positron emission tomography apparatus and a γ-ray absorber positioned in a line opposite to the detector and supported by an appropriate supporting device, and the γ-ray absorber rotates on a concentric circle surrounding an object. Of the γ-rays emitted from the positrons in the subject while excluding the true same-clock numerical value and measuring only the scattered same-clock numerical value, simultaneously counting the true same-clock numerical value and the scattered same-clock numerical value, A simultaneous coincidence counting measurement method using a γ-ray absorber in a positron emission tomography apparatus, which is characterized by obtaining a true coincidence count from the difference between the two.
を多数対のγ線検出器リングにより検出するようにした
被写体の陽電子断層撮影装置において、対向配置された
多数対の検出器リングの内方に位置するγ線吸収体を装
着した回転体を設け、該γ線吸収体を前記検出器リング
の内方に同心円上で回転するようにしたことを特徴とす
る陽電子断層撮影装置。2. A positron emission tomography apparatus for a subject in which γ-rays emitted from positrons in a subject are detected by a large number of pairs of γ-ray detector rings. A positron emission tomography apparatus, characterized in that a rotator equipped with a γ-ray absorber located on one side is provided, and the γ-ray absorber is rotated inward of the detector ring on a concentric circle.
で構成したことを特徴とする前記請求項2記載の陽電子
断層撮影装置。3. The positron emission tomography apparatus according to claim 2, wherein the γ-ray absorber is made of an alloy containing lead as a main component.
る合金で構成したことを特徴とする前記請求項2記載の
陽電子断層撮影装置。4. The positron emission tomography apparatus according to claim 2, wherein the γ-ray absorber is made of an alloy containing bismuth as a main component.
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