WO2002018974A1

WO2002018974A1 - Pet device

Info

Publication number: WO2002018974A1
Application number: PCT/JP2001/007425
Authority: WO
Inventors: Eiichi Tanaka; Takaji Yamashita; Hiroyuki Okada
Original assignee: Hamamatsu Photonics K.K.
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2002-03-07
Also published as: US7038210B2; JP4377536B2; CN1449502A; AU2001282535A1; CN1223866C; JP2002071813A; US20030189174A1

Description

明糸田書

P E T装置

技術分野

本発明は、陽電子放出線源で標識された極微量物質の挙動を画像化することができる P E T装置に関するものである。

背景技術

P E T (positron emission tomography) 装置は、陽電子放出線源が投与された生体（被検体）内における電子 '陽電子の対消滅に伴って発生し互い逆方向に飛行するエネルギ 5 1 I k e Vの光子（ガンマ線）の対を検出することにより、その被検体内の極微量物質の挙動を画像化することができる装置である。

P E T装置は、被検体が置かれる測定視野の周囲に配列された多数の小型の光子検出器を有する検出部を備えており、電子 ·陽電子の対消滅に伴って発生する光子対を同時計数法で検出して蓄積し（この測定を以下「放射測定」と言う）、この放射測定で蓄積された多数の同時計数情報すなわち投影デ一夕（以下「放射デ一夕」と言う）に基づいて、測定視野における光子対の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する。

P E T装置は核医学分野等で重要な役割を果たしており、これを用いて例えば生 f«能や脳の高次機能の研究を行うことができる。

また、被検体内におけるエネルギ 5 1 I k e Vの光子の吸収を補正するために、以下のようにして放射デ一夕の吸収補正を行う。すなわち、測定視野に置かれた被検体の周囲に校正用の陽電子放出線源（例えば ^S8 G e - ^S8 G a)を回転させて、光子対を同時計数法で検出して蓄積し（この測定を以下「透過測定」と言う）、この透過測定で蓄積された多数の同時計数情報すなわち投影デ一夕（以下「透過デ一夕」と言う）を獲得する。そして、この透過データに基づいて放射データの吸収補正を行う。

また、多数の光子検出器それそれの感度のばらつきを補正するために、以下のようにして各光子検出器の感度補正を行う。すなわち、測定視野に被検体を置くこと無く校正用の陽電子放出線源を回転させて、光子対を同時計数法で検出して蓄積し（この測定を以下「プランク測定」と言う）、このブランク測定で蓄積された多数の同時計数情報すなわち投影デ一夕（以下「ブランクデ一夕」と言う）を獲得する。

そして、このブランクデ一夕に基づいて各光子検出器の感度補正係数を算定してメモリに記憶させておき、この感度補正係数を用いて放射測定や透過測定の投影デ一夕の感度補正を行う。なお、このブランク測定は各光子検出器の感度の安定性に応じて適当な期間毎（たとえば 1週間毎）に行われる。

このような PET装置は、 2次元 PET装置および 3次元 PET装置に大別される。また、 2次元 PET装置および 3次元 PET装置の何れとしても利用することが可能なセプ夕撤去型 PET装置が現在では広く利用されている。

図 9A、図 9Bは、セプ夕撤去型 PET装置の検出部 1◦およびスライスセプ夕 20の構成を説明する図である。図 9 Aは、中心軸に平行な方向に検出部 10 を見たときの図を示し、図 9Bは、中心軸を含む面で検出部 10を切断したときの断面図を示す。

セプ夕撤去型 P E T装置の検出部 10は、中心軸方向に積層された検出器リング 1^〜11₈を有している。各検出器リング Rは、中心軸に垂直なスライス面上にリング状に配された複数の光子検出器 D DNを有している。各光子検出器 Dは、例えば BGO (B i₄Ge₃0₁₂)等のシンチレ一夕と光電子増倍管とを組み合わせたシンチレ一シヨン検出器であり、中心軸を含む測定視野 1から飛来して到達した光子を検出する。

また、この検出部 10の内側にはスライスセプ夕 20が備えられている。このスライスセプ夕 20は、隣接する検出器リング Rの間の位置に配された 9枚のリング状のシールド板 Si Ssからなり、中心軸方向に移動可能である。さらに、スライスセプ夕 20が退避する空間を有するセプ夕撤去部 30が設けられている < 測定視野 1内にスライスセプ夕 2 0が配置されているときには、セプ夕撤去型 P E T装置の検出部 1 0は、スライスセプ夕 2 0のコリメ一ト作用により、中心軸との角度が略 9 0度の方向（すなわち、スライス面に略平行な方向）から飛来した光子対のみを同時計数することができる。

すなわち、検出部 1 0により'得られ蓄積された同時計数情報すなわち 2次元投影デ一夕は、同一の検出器リングまたは隣接する（若しくは極めて近い）検出器リングに含まれる 1対の光子検出器によるものに限られる。したがって、この場合には、測定視野 1外の位置で発生した光子対が散乱された散乱線を効率よく除外することができ、また、 2次元投影デ一夕（放射デ一夕）の吸収補正や感度補正を容易に行うことができる。

一方、測定視野 1からセプ夕撤去部 3 0の退避空間ヘスライスセプ夕 2 0が撤去されているときには、セプ夕撤去型 P E T装置の検出部 1 0は、あらゆる方向から飛来した光子対を同時計数することができる。すなわち、検出部 1 0により得られ蓄積される同時計数情報すなわち 3次元投影デ一夕は、任意の検出器リングに含まれる 1対の光子検出器によるものが可能である。したがって、この場合には、測定視野 1内にスライスセプ夕 2 0が配置されているときと比較して 5倍〜 1 0倍程度に高い感度で光子対を同時計数することができる。

このようなセプ夕撤去型 P E T装置は、目的に応じて、測定視野 1内にスライスセプ夕 2 0を配置して 2次元の投影データを獲得し、或いは、測定視野 1からスライスセプ夕 2 0を撤去して 3次元の投影デ一夕を獲得する。例えば、測定視野 1内にスライスセプ夕 2 0を配置するとともに、測定視野 1内に被検体 2を置き、被検体 2の周囲に校正用の陽電子放出線源 3を回転させて、透過測定を行つて 2次元の透過デ一夕を獲得する。

また、測定視野 1からスライスセプ夕 2 0を撤去するとともに、校正用の陽電子放出線源 3を取り除いて、陽電子放出線源を含む放射性薬剤が投与された被検体 2を測定視野 1内に置き、 3次元放射測定を行って 3次元の放射デ一夕を獲得する。なお、測定視野 1内にスライスセプ夕 2 0を配置したまま 2次元放射測定を行って 2次元の放射データを獲得してもよい。そして、透過データに基づいて放射デ一夕の吸収補正を行って画像再構成を行う。

図 1 0 A、図 1 0 B、図 1 0 Cは、放射測定および透過測定の夕ィムスケジュ —ルを説明する図である。これらの図には 3通りのタイムスケジュールが示されている。図 1 O Aに示すタイムスケジュールでは透過測定の後に放射測定を行う _c 先ず、測定視野 1内にスライスセプ夕 2 0を挿入した状態で被検体 2を測定視野 1内に置き、校正用の陽電子放出線源 3を被検体 2とセプ夕 2 0との間に中心軸に平行に配置し、中心軸を中心にして陽電子放出線源 3を回転させて透過測定を行って 2次元の透過デ一夕を獲得する。

次に、陽電子放出線源 3を撤去して、被検体 2に放射性薬剤を投与し、この放射性薬剤が被検体 2の目標臓器へ集積するのに必要な時間だけ待機した後に、放射測定を行って放射デ一夕を獲得する。この放射測定では、測定視野 1からスライスセプ夕 2 0を撤去して 3次元の放射デ一夕を獲得してもよいし、測定視野 1 内にスライスセプ夕 2◦を配置して 2次元の放射デ一夕を獲得してもよい。

2次元の放射デ一夕を獲得した場合には、 2次元の透過データから直ちに放射デ一夕の吸収補正を行って、 2次元画像再構成を行うことができる。一方、 3次元の放射デ一夕を獲得した場合には、以下のようにして吸収補正を行う。すなわち、 2次元の透過デ一夕に基づいて X線 C Tの原理によりスライス毎に 2次元画像再構成を行ってスライス毎の吸収係数画像を計算し、このスライス毎の吸収係数画像の積み重ねとして 3次元の吸収係数画像を作成する。

次に、この 3次元の吸収係数画像に基づいて、種々の 3次元的投影方向についての吸収透過率を計算し、この得られた吸収透過率に基づいて放射デ一夕の吸収補正を行って、 3次元画像再構成を行う。

以上に説明した図 1 0 Aに示すタイムスケジュールでは、透過測定と放射測定とが互いに独立に行われるので、最も確実に測定を行うことが可能である。しかし、測定視野 1内のベッドに被検体 2を拘束する時間が最も長く、したがつて、被検体 2の負担が大きく、検査のスループットが最も低い。また、透過測定ぉよび放射測定それぞれの期間において被検体 2の位置が互いにずれ易く、これに因りアーチファクト（偽像）が生じ易い。

図 1 0 Bに示すタイムスケジュールでは放射測定の後に透過測定を行う（この測定を以下「投与後透過測定」と言う）。この投与後透過測定における測定視野 1内のべヅドに被ネ食体 2を拘束する時間は、図 1 O Aに示したタイムスケジュ一ルと比較すると短い。しかし、投与後透過測定では、例えば ¹⁸ F (半減期 1 1 0 分）のように放射性薬剤の半減期が比較的長い場合には、透過測定により得られる透過デ一夕には、校正用の陽電子放出線源 3に由来するデータだけでなく、被検体 2に投与された放射性薬剤に由来するデ一夕も含まれることから、透過デー夕を補正する必要がある。

また、図 1 0 Cに示すタイムスケジュールでは放射測定と透過測定とを同時に行う（この測定を以下「放射'透過同時測定」と言う）。この放射 ·透過同時測定における測定視野 1内のべッドに被検体 2を拘束する時間は、投与後透過測定と比較すると更に短い。検査のスループットは最も高い。また、被検体 2の位置ずれに因るアーチファクトが生じ難い。したがって、被検体 2の負担が大きく軽減される。しかし、放射'透過同時測定では、投与後放射測定の場合と同様に、被検体 2に投与された放射性薬剤に由来するデ一夕が透過デ一夕に含まれるだけでなく、さらに放射デ一夕にも校正用の陽電子放出線源 3に由来するデ一夕が含まれるから、これらの影響を補正する必要がある。

投与後透過測定または放射 ·透過同時測定のように被検体 2内に放射性薬剤が存在する状態で透過測定を行う場合に、透過デ一夕および放射デ一夕を互いに区別して獲得するには、以下に説明するサイノグラムウィンドゥ法が用いられる。図 1 1 A、図 1 1 Bは、サイノグラムウィンドウ法を説明する図である。図 1

1 Aは、測定視野 1内にスライスセプ夕 2 0を配置して 2次元の放射 ·透過同時測定を行って得られる投影デ一夕を示し、図 1 1 Bは、この投影デ一夕のサイノグラムを示す。

なお、投影データは、時 1 1 Aに示すように、各投影方向（投影角度 0の各値）について、この投影方向に直交する t軸上における同時計数情報分布を表すものである。また、サイノグラムは、図 1 1 Bに示すように、投影角度 0の値の順に投影デ一夕を配列したものであり、 t— 0平面上における同時計数情報分布を表すものである。

校正用の陽電子放出線源 3に由来するデ一夕は、図 1 1 Bに示すようにサイノグラム上において正弦曲線の形で現われ、その正弦曲線が陽電子放出線源 3の回転に従って 0方向に移動する。陽電子放出線源 3に由来するデ一夕が現れるサイノグラム上の正弦曲線の位置は、陽電子放出線源 3の角度位置を検出することにより知ることができる。

そこで、陽電子放出線源 3に由来するデ一夕が現れるサイノグラム上の正弦曲線を含む所定幅の領域をサイノグラムウィンドウとし、このサイノグラムウィンドウ内のデータを透過デ一夕とするとともに、このサイノグラムウィンドウ外のデ一夕を放射デ一夕として、透過デ一夕および放射デ一夕それぞれを互いに別個に収集する。

このようにして得られた透過デ一夕には放射デ一夕の一部も含まれるが、サイノグラムウィンドウの近傍の放射デ一夕より推定したものを透過データから差し引くことで、透過デ一夕を補正することができる。また、散乱に因って透過デー夕の一部が放射デ一夕に含まれるが、透過デ一夕に所定の係数を乗じたものを放射デ一夕から差し引くことで、放射デ一夕を補正することができる。

発明の開示

しかしながら、 2次元の放射 ·透過同時測定を行う場合、以下のような問題点があった。すなわち、校正用の陽電子放出線源 3の近くにある光子検出器には、被検体 2に投与された放射性薬剤に由来する光子の入射頻度より高い頻度で、陽電子放出線源 3に由来する光子が入射する。したがって、光子検出器における光子検出の時間分解能の限界に応じて、被検体 2に投与される放射性薬剤および校正用の陽電子放出線源 3それぞれの放射能強度が制限され、これに因り測定に長時間を要する。

測定視野からスライスセプ夕を撤去した状態で 3次元の透過測定を行う場合には、上記の問題が更に深刻であるだけでなく、透過データに多量の散乱同時計数が混入することから正確な吸収補正を行うことができない。したがって、 3次元の透過測定を行うことは事実上不可能である。また、スライスセプ夕を有しない 3次元 P E T装置では、 ¹³⁷ C sのコリメ一トした点状線源を被検体の周囲に螺旋軌道に沿って走査して、ヘリカル X線 CTの原理で透過デ一夕を得る方法が実用化されているが、サイノグラムウィンドウ法を利用することができないので放射 ·透過同時測定を行うことができない。

なお、文献「C. J. Thompson, et al . , "Simultaneous Transmission and Emission Scans in Positron Emission Tomography" , IEEE Trans . Nucl. Sci., Vol.36, No.l, pp.1011-1016 (1989)」【こ、 PET装置を用いた放射.透過同時測定について記載されている。この PET装置は、リング状のスライスセプ夕とは別に点状線源を挟んだサブコリメ一夕を設け、このサブコリメ一夕で挟んだ点状線源を回転させながら放射 ·透過同時測定を行うものである。しかし、この文献に記載された PET装置でも、上記の問題点を解決することができない。

また、特開平 5— 209964号公報には、夕一ボファン型のコリメ一夕を有するエミヅシヨン CT装置が開示されている。この装置では、コリメ一夕が設けられていないシールド部に貫通孔が設けられ、この貫通孔に感度補正用放射線源が揷入される。しかし、この公報に開示された発明は、感度補正の為の線源の取り付け方法および収納方法に関するものであって、本願発明の目的とは異なる。また、この公報に開示された発明は、ガンマ泉放出核種を用いる SPECT (s ingle photon emis sion computed tomography) 装置であって、陽 ¾ 子放出線源を用いて光子対を同時計数する本願発明の P E T装置とは異なる。本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、短時間に測定することができ高精度の再構成画像を得ることができる P E T装置を提供することを目的とする。

本発明に係る P E T装置は、（1 ) 中心軸を含む測定視野から飛来してきた光子を各々検出する複数の光子検出器が中心軸に垂直なスライス面上に配された検出器リングを複数含み、これら複数の検出器リングが中心軸に平行な方向に積層された検出部と、（2 )複数組の検出器リングそれぞれを構成する複数の光子検出器のうち一部のものの測定視野の側に、中心軸を中心に回転自在に配され、飛来してきた光子のうちスライス面に略平行なもののみをコリメートして通過させる複数のシールド板を含む回転セプ夕と、（3 )校正用の陽電子放出線源を、この陽電子放出線源から放出された陽電子により発生した光子が回転セプ夕によりスライス面に平行な全ての方向に亘つてコリメ一トされる位置に、着脱自在に支持する線源支持手段と、（4 )検出部に含まれる光子検出器のうち 1対の光子検出器が光子対を同時計数したときに、その 1対の光子検出器のうち少なくとも一方の測定視野の側に回転セプ夕が存在しているか否かを判定する回転セプ夕位置判定手段と、（5 ) 1対の光子検出器のうち少なくとも一方の測定視野の側に回転セプ夕が存在していると回転セプ夕位置判定手段により判定されたときに、 1対の光子検出器による光子対の同時計数情報を蓄積する 2次元投影デ一夕蓄積手段と、（6 ) 1対の光子検出器のうち何れの測定視野の側にも回転セプ夕が存在していないと回転セプ夕位置判定手段により判定されたときに、 1対の光子検出器による光子対の同時計数情報を蓄積する 3次元投影データ蓄積手段と、（7 ) 2次元投影デー夕蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された 2次元投影デ一夕、および、 3次元投影デ一夕蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された 3次元投影デ一夕に基づいて、測定視野における光子対の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する画像再構成手段と、を備えることを特徴とする。

この P E T装置によれば、測定空間から飛来した光子対が検出部の 1対の光子検出器により同時計数されると、その 1対の光子検出器のうち少なくとも一方の測定空間の側に回転セプ夕が存在しているか否かが回転セプ夕位置判定手段により判定される。この判定は、例えば、回転位置検出センサにより検出された回転セプ夕の回転位置に基づいて行われる。

回転セプ夕位置判定手段により少なくとも一方の測定空間の側に回転セプ夕が存在していると判定されたときには、その 1対の光子検出器による光子対の同時計数情報は 2次元投影デ一夕蓄積手段により蓄積される。

これとは逆に、回転セプ夕位置判定手段により何れも測定空間の側に回転セプ夕が存在していないと判定されたときには、 1対の光子検出器による光子対の同時計数情報は 3次元投影デ一夕蓄積手段により蓄積される。

そして、画像再構成手段により、 2次元投影デ一夕蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された 2次元投影デ一夕、および、 3次元投影デ一夕蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された 3次元投影デ一夕に基づいて、測定空間における光子対の発生頻度の空間分布を表す画像が再構成される。

例えば、放射 ·透過同時測定を行う場合には、放射性薬剤が投与された被検体を測定視野内に置くとともに、校正用の陽電子放出線源を回転セプ夕の所定位置に線源支持手段により支持して、測定を行う。この測定に際しては、校正用の陽電子放出線源とともに回転セプ夕を回転させるとともに、回転セプ夕位置判定手段により回転セプ夕の回転位置を検出する。

そして、この検出結果に基づいて、検出部の 1対の光子検出器により検出された同時計数情報が 2次元のものであるか 3次元のものであるかを判定し、また、サイノグラムウィンドゥ法に基づく分離を行って、 2次元放射デ一夕と透過デ一夕とを 2次元投影デ一夕蓄積部にそれそれ別個のメモリに蓄積していき、また、 3次元放射デ一夕を 3次元投影データ蓄積部に蓄積していく。測定が終了すると、透過データに基づいて放射デ一夕の吸収補正を行い、この補正された放射デ一夕に基づいて 3次元画像を再構成する。このように、 2次元透過データおよび 3次元放射デ一夕は 1回の測定で同時に得られる。

また、本発明に係る P E T装置は、線源支持手段により支持された陽電子放出線源から放出された陽電子により発生した光子を遮蔽する遮蔽板が回転セプ夕の側面に設けられていることを特徴とする。この場合には、回転セプ夕の周方向の一部を通過することに起因して生ずる不完全にコリメートされた光子を遮蔽することによって、 2次元投影デ一夕と 3次元投影デ一夕を明確に区別することがでぎる。

また、校正用の陽電子放出線源を用いた透過測定及びブランク測定の際に、回転セプ夕の近傍の（回転セプ夕の後方に位置しない）光子検出器への光子の入射を防止し、これらの光子検出器の計数率の異常な上昇を避けることができる。また、本発明に係る P E T装置は、測定視野内への回転セプ夕の配置および測定視野からの回転セプ夕の撤去を行う回転セプ夕撤去手段を更に備えることを特徴とする。この場合には、例えば賦活試験の場合のように厳密な吸収補正や散乱補正を必要としない場合、全ての光子検出器を利用して測定視野内に置かれた被検体に投与された放射性薬剤に由来する光子を検出して、 3次元の放射デ一夕を 3次元投影デ一夕蓄積部に蓄積することによって、より高感度の 3次元放射測定が可能である。

図面の簡単な説明

図 1 A、図 1 Bは第 1の実施形態に係る P E T装置の検出部および回転セプ夕の構成を説明する図である。

図 2 A、図 2 Bは第 1の実施形態に係る P E T装置の回転セプ夕の構成をより詳細に説明する図である。

図 3 A、図 3 B、図 3 Cは第 1の実施形態における P E T装置の検出部における同時計数を説明する図である。図 4は第 1の実施形態に係る P E T装置の全体構成を概念的に説明するプロヅク図である。

図 5 A、図 5 Bは第 1の実施形態に係る P E T装置におけるサイノグラムウインドウ法を説明する図である。

図 6A、図 6Bは第 2の実施形態に係る PET装置の検出部および回転セプ夕の構成を説明する図である。

図 7 A、図 7 Bは第 3の実施形態に係る P E T装置の検出部および回転セプ夕の構成を説明する図である。

図 8A、図 8B、図 8C、図 8D、図 8 Eは回転セプ夕および校正用の陽電子放出線源の変形例を説明する図である。

図 9 A、図 9 Bはセプ夕撤去型 P E T装置の検出部およびスライスセプ夕の構成を説明する図である。

図 10A、図 10B、図 10 Cは放射測定および透過測定のタイムスケジュ一ルを説明する図である。

図 11A、図 11Bはサイノグラムウィンドウ法を説明する図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

(第 1の実施形態）

先ず、本発明に係る PET装置の第 1の実施形態について説明する。

図 1 A、図 1 Bは第 1の実施形態に係る P E T装置の検出部および回転セプ夕の構成を説明する図である。図 1Aは、中心軸に平行な方向に検出部 10を見たときの図を示し、図 1Bは、中心軸を含む面で検出部 10を切断したときの断面図を示す。

図 2 A、図 2 Bは第 1の実施形態に係る P E T装置の回転セプ夕の構成をより詳細に説明する図である。図 2Aは斜視図を示し、図 2Bは断面図を示す。この検出部 1 0は、シールド板 1 1とシールド板 1 2との間に積層された検出器リング 1^〜1 ₈を有している。各検出器リング Rは、中心軸に垂直なスライス面上にリン

している。各光子検出器 Dは、例えば B G O (B i ₄ G e₃0₁₂) 等のシンチレ一夕と光電子増倍管とを組み合わせたシンチレ一シヨン検出器であり、中心軸を含む測定視野 1から飛来してきて到達した光子を検出する。

この検出部 1 0の内側すなわち測定視野 1側には回転セプ夕 2 0が備えられている。回転セプ夕 2 0は、.隣接する検出器リング Rの間の位置に互いに平行に配された 9枚のシールド板 S S sを含む。シールド板 S i S sそれぞれは、電子■ 陽電子の対消滅に伴って発生し互い逆方向に飛行する光子対すなわちエネルギ 5 1 1 k e Vのガンマ線を吸収する材料（例えば、タングステン、鉛）からなる。回転セプ夕 2 0は、コリメ一ト作用を奏し、スライス面に略平行に飛来した光子対のみを、その後方にある光子検出器 Dに入射させる。

シ一ルド板 Si S sそれぞれは、リング状ではなく、各検出器リング Rを構成する N個の光子検出器 D i DNのうち一部のもの（図 1 Aでは 7個の光子検出器）の測定視野 1側に設けられている。回転セプ夕 2 0は、中心軸を中心に回転自在であって、一定速度の連続回転、ステップ回転または往復回転を行う。回転セプ夕 2 0の回転位置は、回転位置検出センサにより検出され、或いは、その回転を制御するセプ夕回転駆動部により把握される。

また、回転セプ夕 2 0の各シ一ルド板 Sには、棒状の陽電子放出線源 3を挿入して支持し得る線源支持手段として棒状線源挿入孔 2 0 aおよび 2 0 bが設けられている。すなわち、回転セプ夕 2 0の各シールド板 Sに設けられた棒状線源揷入孔 2 0 aおよび 2 O bそれそれは、校正用の陽電子放出線源 3を、中心軸に平行な直線上であって、この陽電子放出線源 3から放出された陽電子により発生した光子が回転セプ夕 2 0によりスライス面に平行な全ての方向に亘つてコリメ一卜される位置に、着脱自在に支持する。なお、本実施形態では、線源支持手段として複数の棒状線源揷入孔が設けられている。これは、校正用の陽電子放出線源 3の半減期（例えば ⁶⁸G e - ^S8G aでは半減期 2 7 1日）を考慮して、複数の陽電子放出線源を用いることで、最も減衰した陽電子放出線源から順次に更新することにより、線源維持費を低減する為である。

また、回転セプ夕 2 0の各シールド板 Sの大きさ及び形状は、棒状線源揷入孔 2 0 aまたは 2 O bにより支持された校正用の陽電子放出線源 3を用いて行う透過測定において得られる透過デ一夕が測定視野 1を充分にカバ一するように設計される（図 1 A中の点線を参照）。回転セプ夕 2 0の後方にある光子検出器 Dの個数を nとすると、 nZNの値は、 1ノ2以下が好適であり、 1 / 1 0〜； L / 6 程度が特に好適である。

さらに、回転セプ夕 2 0の側面には遮蔽板 2 1および 2 2が設けられている。これら遮蔽板 2 1および 2 2は、回転セプ夕 2 0の周方向の両側面に設けられていて、線源支持手段（徹線源揷入孔 2 0 aまたは 2 O b) により支持された陽電子放出線源 3から放出された陽電子により発生した光子を遮蔽して、この光子が回転セプ夕 2 0の後方にある光子検出器 D以外の光子検出器 Dに入射するのを防止する。これら遮蔽板 2 1および 2 2も、エネルギ 5 1 I k e Vのガンマ糸泉を吸収する材料（例えば、タングステン、鉛）からなる。

全身用（体躯部用）を想定した P E T装置の検出部 1 0および回転セプ夕 2 0 の具体的寸法の 1例は下記のとおりである。例えば、各検出器リング Rの内径は 9 0 0 mmであり、各検出器リング; Rの軸方向ピッチは 5 mmであり、検出器リング Rの数は 4 8であり、測定視野 1の軸方向長さが 2 4 0 mmである。このとき、回転セプ夕 2 0の各シールド板 Sは、材質がタングステンであり、厚さが 1 mmであり、奥行きが 1 2 0 mmであり、棒状線源挿入孔 2 0 aおよび 2 0 の位置が前縁より 3 0 mm〜 4 0 mm程度であるのが好適である。

また、遮蔽板 2 1および 2 2は、材質が鉛であり、厚さが 4 mn！〜 6 mmであるのが好適である。以上のような寸法の検出部 1 0および回転セプ夕 2 0を用いた場合、測定視野 1内に被検体 2を置かない状態で、軸方向視野の中央であって陽電子放出線源 3に近い光子検出器 Dにおいてシングル計数率が最高となり、放射測定に寄与する光子検出器 D (すなわち、回転セプ夕 2 0の後方にある光子検出器 D以外の光子検出器 D ) におけるシングル計数率は上記最高計数率の 3 0 % 以下に抑えられる。

図 3 A、図 3 B、図 3 Cは第 1の実施形態における P E T装置の検出部における同時計数を説明する図である。図 3 Aは、中心軸に平行な方向に検出部 1 0を見たときの図を示す。図 3 Bは、図 3 A中の破線 A- A 'における断面図を示す。破線八-八'は、中心軸および回転セプ夕 2 0を通過するものである。図 3 Bには、線源支持手段（棒状線源挿入孔 2 0 aまたは 2 0 b ) により支持された陽電子放出線源 3に由来する光子対の同時計数ラインが示されている。

陽電子放出線源 3に由来する光子対は、回転セプ夕 2 0によりコリメートされるので、同一の検出器リング Rまたは隣接する（若しくは極めて近い）検出器リング Rに含まれる 1対の光子検出器により検出される。すなわち、この場合には、測定視野 1内に被検体 2が置かれている状態では 2次元の透過デ一夕が得られ、測定視野 1内に被検体 2が置かれていない状態では 2次元のブランクデ一夕が得られる。

図 3 Cは、図 3 A中の破線; B -B 'における断面図を示す。破線 B-B 'は、中心軸を通過するが回転セプ夕 2 0を通過しないものである。図 3 Cには、測定視野 1内に置かれている被検体 2に投与された放射性薬剤に由来する光子対の同時計数ラインが示されている。被検体 2に投与された放射性薬剤に由来する光子対は、回転セプ夕 2 0によりコリメ一トされることなく、任意の検出器リング: Rに含まれる 1対の光子検出器により検出される。すなわち、この場合には、 3次元の放射データが得られる。

図 4は、第 1の実施形態に係る P E T装置の全体構成を概念的に説明するプロヅク図である。セプ夕回転駆動部 4 0は、中心軸を中心にして回転セプ夕 2 0を回転駆動させるものであり、回転位置検出センサ 5 0は、回転セプ夕 2 0の回転位置を検出するものである。測定視野 1に被検体 2をおいて行う 1回の測定の期間中、回転セプ夕 2 0はセプ夕回転駆動部 4 0により駆動されて回転しており、また、回転セプ夕 2 0の回転位置は回転位置検出センサ 5 0により常に把握されている。

そして、 1対の光子検出器が光子対を同時計数したときに、その 1対の光子検出器のうち少なくとも一方が回転セプ夕 2 0の後方に位置するか否かが判定される。この判定は、回転位置検出センサ 5 0により検出された回転セプ夕 2 0の回転位置に基づいてなされる。

一方の光子検出器が回転セプ夕 2 0の後方に位置すると判定されれば、その 1 対の光子検出器が検出した同時計数情報は 2次元同時計数情報であると判断され、その 2次元同時計数倩報は 2次元投影デ一夕蓄積部 6 1に蓄積される。

一方、そうでなければ、その 1対の光子検出器が検出した同時計数情報は 3次元同時計数情報であると判断され、その 3次元同時計数情報は 3次元投影デ一夕蓄積部 6 2に蓄積される。

このようにして、 2次元同時計数情報および 3次元同時計数情報それそれは互いに別個に蓄積されて、 2次元投影デ一夕（透過デ一夕またはブランクデ一夕）および 3次元投影デ一夕（放射データ）が作成される。データ処理部 7 0は、これらの 2次元投影デ一夕および 3次元投影デ一夕に基づいて、感度補正、散乱補正及び吸収補正された 3次元放射デ一夕を作成し、被検体 2内における光子対の発生頻度の空間分布を示す 3次元画像を再構成する。画像表示部 8 0は、デ一夕処理部 7 0により再構成された画像を表示する。

なお、放射 ·透過同時測定または投与後透過測定では、上記の 2次元投影デー夕には放射デ一夕と透過データとが混在して蓄積されるが、以下に説明するサイノグラムウィンドゥ法により分離して、これらをそれぞれ別のメモリに収集される。

図 5 A、図 5 Bは、第 1の実施形態に係る P E T装置におけるサイノグラムゥインドウ法を説明する図である。図 5 Aは、中心軸に直角なスライス面における投影データを示し、図 5 Bは、この投影データのサイノグラムを示す。なお、図 5 Bには、 2次元投影データおよび 3次元投影デ一夕それそれのサイノグラムが互いに重ねられて表示されているが、実際には、回転位置検出センサ 5 0により検出された回転セプ夕 2 0の回転位置に基づいて、 2次元投影デ一夕は 2次元投影デ一夕蓄積部 6 1に収集され、 3次元投影デ一夕は 3次元投影デ一夕蓄積部 6 2に収集される。

校正用の陽電子放出線源 3に由来するデ一夕は、図 5 Bに示すようにサイノグラム上において正弦曲線の形で現われ、その正弦曲線が回転セプ夕 2 0および陽電子放出線源 3の回転に従って 0方向に移動する。陽電子放出線源 3に由来するデ一夕が現れるサイノグラム上の正弦曲線の位置は、回転位置検出センサ 5 0により検出された回転セプ夕 2 0の回転位置に基づいて知ることができる。

そこで、陽電子放出線源 3に由来するデ一夕が現れるサイノグラム上の正弦曲線を含む所定幅の領域をサイノグラムウィンドウとし、このサイノグラムウィンドウ内のデ一夕を 2次元透過デ一夕とするとともに、このサイノグラムウインドゥ外のデ一夕を 2次元放射デ一夕として、両者を互いに別個に収集する。

サイノグラムウィンドウ内のデ一夕（2次元透過デ一夕）には被検体 2に投与された放射性薬剤に由来するデ一夕が混入するが、サイノグラムウインドウの近傍の 2次元透過デ一夕より推定したものを 2次元透過データから差し引くことで補正することができる。回転セプ夕 2 0のコリメ一ト作用により、被検体 2に投与された放射性薬剤に由来するデ一夕の 2次元投影デ一夕への寄与は、 3次元投影デ—夕への寄与と比べて著しく小さいため、上記の補正の量は従来の 2次元 P E T装置の場合に比較してはるかに少なく、正確な透過デ一夕を得ることができる。また、校正用の陽電子放出線源 3に由来するデ一夕（本来 2次元透過デ一夕となるべきもの）の一部が散乱に因ってサイノグラムウインドウ外の 2次元放射デ —夕に含まれるが、 2次元透過データに所定の係数を乗じたものを 2次元放射デ一夕から差し引くことで補正することができる。校正用の陽電子放出線源 3に由来するデ一夕の 3次元放射デ一夕への混入は極めて少なく無視してもよい。

第 1の実施形態に係る P E T装置を用いた放射 ·透過同時測定（図 1 0 C参照）は以下のように行われる。被検体 2に放射性薬剤を投与し、この放射性薬剤が被検体 2の目標臓器へ集積するのに必要な時間だけ待機した後に、この被検体 2を測定視野 1内に置くとともに、校正用の陽電子放出線源 3を回転セプ夕 2 0の棒状線源挿入孔 2 0 aまたは 2 0 bに挿入して、測定を行う。この測定に際しては、セプ夕回転駆動部 4 0により回転セプ夕 2 0を回転させるとともに、回転位置検出センサ 5 0により回転セプ夕 2 0の回転位置を検出する。

そして、この検出結果に基づいて、検出部 1 0の 1対の光子検出器により検出された同時計数情報が 2次元のものであるか 3次元のものであるかを判定し、また、上記のサイノグラムウィンドウ法に基づく分離を行って、 2次元透過デ一夕を 2次元投影デ一夕蓄積部 6 1に蓄積していき、また、 3次元放射デ一夕を 3次元投影デ一夕蓄積部 6 2に蓄積していく。測定が終了すると、データ処理部 7 0 により、透過データに基づいて放射デ一夕の吸収補正を行い、この補正された放射デ一夕に基づいて 3次元画像を再構成して、画像表示部 8 0により、この再構成された画像を表示する。

第 1の実施形態に係る P E T装置を用いた投与後透過測定（図 1 0 B参照）は以下のように行われる。被検体 2に放射性薬剤を投与し、この放射性薬剤が被検体 2の目標臓器へ集積するのに必要な時間だけ待機した後に、この被検体 2を測定視野 1内に置いて、放射測定を行う。この放射測定に際しては、セプ夕回転駆動部 4 0により回転セプ夕 2 0を回転させるとともに、回転位置検出センサ 5 0 により回転セプ夕 2 0の回転位置を検出する。そして、この検出結果に基づいて、検出部 1 0の 1対の光子検出器により検出された同時計数情報が 2次元のものであるか 3次元のものであるかを判定して、 2次元放射デ一夕を 2次元投影デ一夕蓄積部 6 1に蓄積していき、また、 3次元放射デ一夕を 3次元投影デ一夕蓄積部 6 2に蓄積していく。

放射測定の後に、校正用の陽電子放出線源 3を回転セプ夕 2 0の棒状線源挿入孔 2 0 aまたは 2 O bに揷入して、透過測定を行う。この透過測定の際には、セプ夕回転駆動部 4 0により回転セプ夕 2 0を回転させるとともに、回転位置検出センサ 5 0により回転セプ夕 2◦の回転位置を検出する。そして、この検出結果に基づいて、検出部 1 0の 1対の光子検出器により検出された同時計数情報が 2 次元のものであるか 3次元のものであるかを判定し、また、上記のサイノグラムウィンドウ法に基づく分離を行って、 2次元透過データを 2次元投影データ蓄積部 6 1に蓄積していく。

測定が終了すると、データ処理部 7 0により、前記の放射測定で得られた 2次元放射デ一夕および 3次元放射デ一夕に基づいて散乱補正を行い、さらに上記の透過データに基づいて放射デ一夕の吸収補正を行い、この補正された放射デ一夕に基づいて 3次元画像を再構成して、画像表示部 8 0により、この再構成された画像を表示する。この投与後透過測定法では、散乱同時計数の影響の少ない 2次元放射デ一夕を利用して散乱補正を行うことによって、前記の放射 ·透過同時測定法と比較して定量性が高ヽ P E T画像を得ることができる。

また、第 1の実施形態に係る P E T装置を用いたブランク測定は以下のように行われる。被検体 2を測定視野 1内に置くことなく、校正用の陽電子放出線源 3 を回転セプ夕 2 0の棒状線源挿入孔 2 0 aまたは 2 0 bに揷入して、ブランク測定を行う。このブランク測定に際しては、セプ夕回転駆動部 4 0により回転セプ夕 2 0を回転させるとともに、回転位置検出センサ 5 0により回転セプ夕 2 0の回転位置を検出する。

そして、この検出結果に基づいて、検出部 1◦の 1対の光子検出器により検出された同時計数情報のうち 2次元のもののみを選択して、その 2次元投影デ一夕 (ブランクデ一夕）を 2次元投影デ一夕蓄積部 6 1に蓄積していく。ブランク測定が終了すると、デ一夕処理部 7 0により、ブランクデ一夕に基づいて各光子検出器の感度補正係数を算出してメモリに記憶し、各光子検出器の感度補正に使用する。

本実施形態に係る P E T装置によれば、放射 ·透過同時測定または投与後透過測定の場合、回転セプ夕 2 0の後方にある光子検出器 Dに入射する光子の大部分は、校正用の陽電子放出線源 3に由来するものであり、一方、これ以外の光子検出器 Dに入射する光子の大部分は、被検体 2に投与された放射性薬剤に由来するものである。

したがって、各光子検出器 Dの最大許容シングル計数率の範囲内において、陽電子放出線源 3および被検体 2に投与する放射性薬剤それそれの放射能を互いに略独立に最適な値に選ぶことができる。その結果、放射デ一夕および透過デ一夕それぞれの統計精度を従来より大きく向上することができる。そして、測定時間を短縮することができ、被検体 2の拘束時間を短くすることができる。また、放射 ·透過同時測定の実用化により、被検体 2の位置ずれに因るアーチファクトの発生を抑制することができる。

以上のように、本実施形態に係る P E T装置によれば、高感度の 3次元放射測定と高精度の 2次元透過測定とを同時に行うことができ、短時間に測定することができてスループットが改善され、また、高精度の再構成画像を得ることができる。被検体 2の拘束時間が大幅に短縮されることにより、身体が不自由な高齢者や障害者にも P E T診断が容易となる。

また、従来の 2次元 P E T装置を用いて放射 ·透過同時測定を行う場合と比較すると、本実施形態に係る P E T装置を用いて放射 ·透過同時測定を行う場合に 'は、放射測定の検出感度が高い。また、放射デ一夕と透過デ一夕との間の相互のデ一夕混入（クロストーク）が少ないので、高い精度で透過デ一夕が得られる。さらに、校正用の陽電子放出線源 3に由来する光子は、回転セプ夕 2 0により被検体 2に対してもコリメートされるので、被検体 2の放射線被爆量が大幅に低減される。

(第 2の実施形態）

次に、本発明に係る P E T装置の第 2の実施形態について説明する。図 6 A、図 6 Bは第 2の実施形態に係る P E T装置の検出部 1 0および回転セプ夕 2 0の構成を説明する図である。図 6 Aは中心軸に平行な方向に検出部 1 0を見たときの図を示し、図 6 Bは中心軸を含む面で検出部 1 0を切断したときの断面図を示す。

第 1の実施形態のものと比較すると、第 2の実施形態に係る P E T装置は、回転セプ夕 2 0が退避する空間を有するセプ夕撤去部 3 0が設けられ、また、測定視野 1内への回転セプ夕 2 0の配置およびセプ夕撤去部 3 0への回転セプ夕 2 0 の撤去を行う回転セプ夕撤去手段が設けられている点で異なっている。

この第 2の実施形態に係る P E T装置は、第 1の実施形態に係るものの作用および効果に加えて、以下のような作用および効果を奏することができる。すなわち、透過測定とは別に放射測定を行う場合（図 1 0 A、図 1 0 B参照）に、測定視野 1内で回転セプ夕 2 0を回転させた状態だけでなく、セプ夕撤去部 3 0へ回転セプ夕 2 0を撤去した状態でも、測定視野 1内に置かれた被検体 2に投与された放射性薬剤に由来する光子を検出して、 3次元の放射デ一夕を 3次元投影デ一夕蓄積部 6 3に蓄積することができる。

セプ夕撤去部 3 0へ回転セプ夕 2 0を撤去した状態で放射測定を行うことで、より高感度の 3次元放射測定が可能である。

(第 3の実施形態）

次に、本発明に係る P E T装置の第 3の実施形態について説明する。図 7 A、図 7 Bは第 3の実施形態に係る P E T装置の検出部 1 0および回転セプ夕 2 0の構成を説明する図であり、図 7 Aは、中心軸に平行な方向に検出部 1 0を見たときの図を示し、図 7 Bは、中心軸を含む面で検出部 1 0を切断したときの断面図を示す。

第 1の実施形態のものと比較すると、第 3の実施形態に係る P E T装置は、検出部 1 0のシールド板 1 1とシールド板 1 2との間に粗いスライスコリメ一夕 1 3〜1 5が設けられ、シールド板 1 1とスライスコリメ一夕 1 3との間に検出器リング Ru Risおよび回転セプ夕 2 が設けられ、スライスコリメ一夕 1 3とスライスコリメ一夕 1 4との間に検出器リング R₂₁〜R₂₈および回転セプ夕 2 0 ₂が設けられ、スライスコリメ一夕 1 4とスライスコリメ一夕 1 5との間に検出器リング R₃₁〜R₃₈および回転セプ夕 2 0₃が設けられ、また、スライスコリメ一夕 1 5とシールド板 1 2との間に検出器リング R₄₁〜R₄₈および回転セプ夕 2 0₄ が設けられている点で異なる。

検出器リング Ru〜R₁₈、 R₂₁〜R₂₈、 R₃₁〜R₃₈および R₃₁〜R_4Bそれそれは、第 1の実施形態における。検出リング Rと同様のものである。また、回転セプ夕 2 ( S 0₄それぞれは、第 1の実施形態における回転セプ夕 2 0と同様のものである。

この第 3の実施形態に係る P E T装置は、第 1の実施形態に係るものの作用および効果に加えて、以下のような作用および効果を奏することができる。すなわち、複数の検出器リング R毎に粗いスライスコリメ一夕 1 3 , 1 4または 1 5が設けられていることにより、スライス面に対して大きい角度の方向から入射する光子を遮蔽することによって、散乱同時計数の影響を軽減することができるともに、光子検出器 Dの計数率を低減して数え落としに因る計数損失を軽減することができる。

また、本実施形態では、測定視野 1内に置かれた被検体 2に対して相対的に検出部 1 0および回転セプ夕 2 (^〜2 0₄を一体として中心軸に平行な方向に移動させるのが好適である。このようにすることで、被検体 2の体軸方向について均一な感度で光子対を検出することができ、また、再構成画像における定量性を均一にすることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、回転セプ夕 2 0において校正の陽電子放出線源 3を支持する線源支持手段は、既に図 2で説明したように回転セプ夕 2 0の各シールド板 Sに設けた棒状線源挿入孔 2 0 aおよび 2 O bであってもよいが、他の態様のものであってもよい。

図 8 A、図 8 B、図 8 C、図 8 D、図 8 Eは、回転セプ夕および校正用の陽電子放出線源の変形例を説明する図である。

図 8 Aに示した回転セプ夕 2 O Aは、第 1部材 2 0 1と第 2部材 2 0 2とに軸 2 0 3を中心にして 2分割可能であって、第 1部材 2 0 1と第 2部材 2 0 2とが合わさったときに、棒状線源揷入孔 2 0 aおよび 2 0 bが形成されるようになつている。すなわち、この回転セプ夕 2 O Aは、第 1部材 2 0 1と第 2部材 2 0 2 とにより線源揷入孔 2 0 aまたは 2 O bの位置に挟むことで校正用の陽電子 • 放出線源 3を支持することができる。

図 8 Bに示した回転セプ夕 2 0 Bは、各シールド板 Sにおいて、陽電子放出線源 3を支持する位置から縁に到るまで溝 2 0 cが形成されている。この回転セプ夕 2 0 Bは、各シールド板 Sの縁から溝 2 0 cに沿って陽電子放出線源 3を差し込むことで、校正用の陽電子放出線源 3を支持することができる。なお、溝 2 0 cが曲線状に設けられていることで、陽電子放出線源 3から放出された陽電子により発生した光子が回転セプ夕 2 0 Bによりスライス面に平行な全ての方向に亘つてコリメ一トされるようになつている。

図 8 Cに示した回転セプ夕 2 0 Cは、支持具 2 3により支持された点泉源 3！〜3₇がシールド板 Sの間に挿入されたものである。支持具 2 3は、ガンマ線吸収が少な L、材料からなるのが好適である。

また、図 2 A, 図 2 B、図 8 A及び図 8 Bそれそれ用いられる校正用の陽電子放出線源 3は、図 8 Dに示したような長手方向に一様な線源であってもよいし、図 8Eに示したようなシールド板 Sのピッチと等しいピヅチで線源が配置された数珠状のものであってもよい。

産業上の利用可能性

本発明は、 PET装置に利用することができる。

Claims

言青求の範囲

1 . 中心軸を含む測定視野から飛来してきた光子を各々検出する複数の光子検出器が前記中心軸に垂直なスライス面上に配された検出器リングを複数含み、これら複数の検出器リングが前記中心軸に平行な方向に積層された検出部と、

前記複数組の検出器リングそれそれを構成する前記複数の光子検出器のうち一部のものの前記測定視野の側に、前記中心軸を中心に回転自在に配され、飛来してきた光子のうち前記スライス面に略平行なもののみをコリメートして通過させる複数のシールド板を含む回転セプ夕と、

校正用の陽電子放出線源を、この陽電子放出線源から放出された陽電子により発生した光子が前記回転セプ夕により前記スラィス面に平行な全ての方向に亘ってコリメ一トされる位置に、着脱自在に支持する線源支持手段と、

前記検出部に含まれる光子検出器のうち 1対の光子検出器が光子対を同時計数したときに、その 1対の光子検出器のうち少なくとも一方の前記測定視野の側に前記回転セプ夕が存在しているか否かを判定する回転セプ夕位置判定手段と、前記 1対の光子検出器のうち少なくとも一方の前記測定視野の側に前記回転セプ夕が存在していると前記回転セプタ位置判定手段により判定されたときに、前記 1対の光子検出器による光子対の同時計数情報を蓄積する 2次元投影デ一夕蓄積手段と、

前記 1対の光子検出器のうち何れの前記測定視野の側にも前記回転セプ夕が存在していないと前記回転セプ夕位置判定手段により判定されたときに、前記 1対の光子検出器による光子対の同時計数情報を蓄積する 3次元投影デ一夕蓄積手段と、

前記 2次元投影データ蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された 2 次元投影デ一夕、および、前記 3次元投影デ一夕蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された 3次元投影データに基づいて、前記測定視野における光子対の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する画像再構成手段と、

を備えることを特徴とする P E T装置。

2 . 前記線源支持手段により支持された陽電子放出線源から放出された陽電子により発生した光子を遮蔽する遮蔽板が前記回転セプ夕の側面に設けられていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の P E T装置。

3 . 前記測定視野内への前記回転セプ夕の配置および前記測定視野からの前記回転セプ夕の撤去を行う回転セプ夕撤去手段を更に備えることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の P E T装置。