(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に配列された第１の数のガンマ線検出器からなり、測定対象における電子・陽電子対消滅に伴って発生する光子対の第１の光子が入射すると前記第１の光子を検出する第１の検出器アレイと、
前記測定対象を挟んで前記第１の検出器アレイと対向して配され、前記一方向に配列された第２の数の前記ガンマ線検出器からなり、前記光子対の第２の光子が入射すると前記第２の光子を検出する第２の検出器アレイと、
前記第１の検出器アレイから出力された信号と前記第２の検出器アレイから出力された信号とを入力して、電子・陽電子対消滅の発生位置を算出する信号処理手段と
を備えるポジトロンイメージング装置であって、
前記第１の検出器アレイの第１の端にある第１のガンマ線検出器の受光面中心点と、前記第１のガンマ線検出器の隣のガンマ線検出器の受光面中心点とは、前記ガンマ線検出器の前記一方向に関する受光面の幅の２倍以下である第１の距離を隔てて配され、
前記第１の検出器アレイの第２の端にある第２のガンマ線検出器の受光面中心点と、前記第２のガンマ線検出器の隣のガンマ線検出器の受光面中心点とは、前記ガンマ線検出器の前記一方向に関する受光面の幅の２倍以下である第２の距離を隔てて配され、
前記第２の検出器アレイの第１の端にある第３のガンマ線検出器の受光面中心点と、前記第３のガンマ線検出器の隣のガンマ線検出器の受光面中心点とは、前記ガンマ線検出器の前記一方向に関する受光面の幅の２倍以下である第３の距離を隔てて配され、
前記第２の検出器アレイの第２の端にある第４のガンマ線検出器の受光面中心点と、前記第４のガンマ線検出器の隣のガンマ線検出器の受光面中心点とは、前記ガンマ線検出器の前記一方向に関する受光面の幅の２倍以下である第４の距離を隔てて配され、
前記第１ないし前記第４のガンマ線検出器を除く任意の隣同士の２つのガンマ線検出器の受光面中心点間距離は、前記第１ないし前記第４の距離のうちの最大距離より大きく、且つ、前記第１ないし前記第４の距離のうちの最小距離の２倍以下である
ことを特徴とするポジトロンイメージング装置。
【請求項２】
前記第１ないし前記第４の距離は全て等しいことを特徴とする請求項１記載のポジトロンイメージング装置。
【請求項３】
前記第１ないし前記第４のガンマ線検出器を除く任意の隣同士の２つのガンマ線検出器の受光面中心点間距離は全て等しいことを特徴とする請求項１記載のポジトロンイメージング装置。
【請求項４】
前記第１の数と前記第２の数とは同数であることを特徴とする請求項１記載のポジトロンイメージング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被測定物の内部物質分布を計測するポジトロンイメージング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
人体や動物の体などの測定対象にポジトロンを放出する放射性同位元素（ＲＩ）で標識された物質をトレーサとして投入し、放射性同位元素から放出される陽電子と通常物質中の電子との対消滅により生成される一対の光子（ガンマ線）を計測し、測定対象の内部物質分布やその経時変化を測定するポジトロンイメージング装置が注目されている。この場合の電子・陽電子対消滅に伴って発生する光子のエネルギは、陽電子あるいは電子の質量エネルギ（５ｌｌｋｅＶ）とほぼ同一である。また、この２つの光子は互いに反対方向に放出される。以上のような特徴的な光子対を計測し、測定対象内の各点近傍での電子・陽電子対消滅の頻度を求めることによって、標識物質の測定対象内分布を測定する。光子対の個々の光子の測定は、そのエネルギと現状の測定手段を鑑みて、この光子をガンマ線検出器のシンチレータ内でシンチレーション光に変換し、このシンチレーション光を光検出器により検出する測定系が一般的である。
【０００３】
ポジトロンイメージング装置としていくつかのタイプのものが提案されているが、その中でも簡易型のポジトロンイメージング装置としてポジトロンプローブ装置（以降、ＴＯＦポジトロンプローブ装置と呼ぶ）が報告されている（例えば、ＵＳＰ４７１２５６１、ＵＳＰ４７７２７９１、特開平６−３４７５５０、  Ｍ．  Ｙａｍａｍｏｔｏ，  ｅｔ  ａｌ．  ：  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  Ｖｏｌ．３６，  Ｎｏ．１，
１９８９，  ｐｐ．９９８−１００２）。
【０００４】
図７は、ＴＯＦポジトロンプローブ型のポジトロンイメージング装置の構成図である。図８は、従来の検出器アレイの配置図である。尚、図８では、それぞれの検出器アレイは４個のガンマ線検出器を備えるものとして説明する。
【０００５】
図７（ａ）は、測定対象が人体の脳である場合の装置構成であり、検出器アレイ２１０と検出器アレイ２２０は人体頭部を挟んで互いに受光面を対向して配される。図７（ｂ）は、測定対象が人体の心臓である場合の装置構成であり、検出器アレイ２１０と検出器アレイ２２０は人体胸部を挟んで互いに受光面を対向して配される。図７（ｃ）は、測定対象が人体の全身である場合の装置構成であり、互いに受光面を対向して配された２つの検出器アレイ２１０、２２０を移動してスキャン計測する。何れの場合においても、ＴＯＦポジトロンプローブ装置の検出器アレイ２１０と検出器アレイ２２０は、測定対象１００を挟んで互いに受光面を対向して配置され、測定対象１００内にあるＲＩ集積部位１１０における電子・陽電子対消滅に伴って発生し互いに反対方向に放出された光子が入射するとその光子を検出する。
【０００６】
検出器アレイ２１０においてはガンマ線検出器２１１  ないし２１４  が受光面中心点間距離Ｌで一列に等間隔で固定配置され、検出器アレイ２２０においてはガンマ線検出器２２１  ないし２２４  が受光面中心点間距離Ｌで一列に等間隔で固定配置される。１つのガンマ線検出器、例えば、ガンマ線検出器２１１  にガンマ線が入射すると、シンチレータ２１１  ａ  でシンチレーション光を発生させ、光検出器２１１  ｂ  でそのシンチレーション光を検出することによって、ガンマ線入射を検出する。
【０００７】
電子・陽電子対消滅により生じた光子対の内の一方の光子は検出器アレイ２１０の内の１つのガンマ線検出器により検出される。他方の光子はもう一方の検出器アレイ２２０の内の１つのガンマ線検出器により検出される。これら２つのガンマ線検出器で検出された光子検出時刻の差を測定して得られる光子の飛行時間差を利用して、これら２つのガンマ線検出器の間を結ぶ直線上の電子・陽電子対消滅位置を推定する。光子対を検出する毎に推定した電子・陽電子対消滅の発生位置を多数求め演算処理を行って測定対象内の物質分布を測定する。従って、他のタイプのポジトロンイメージング装置では必要であった画像再構成演算処理は必要ない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例のＴＯＦポジトロンプローブ装置においては、以下のような問題点があった。
【０００９】
電子・陽電子対消滅により生じた光子対は、検出器アレイ２１０内の１つのガンマ線検出器と、測定対象１００を挟んで対向して配されている検出器アレイ２２０内の１つのガンマ線検出器との組み合わせで検出される。これら２つのガンマ線検出器それぞれの受光面中心を結ぶ線を同時計数ラインと呼ぶ。同時計数ラインは、これら２つのガンマ線検出器で光子対を同時計側することが可能な領域の中央位置（サンプリング位置）を表している。例えば、図８に示したように、検出器アレイ２１０、２２０それぞれが４個のガンマ線検出器を有する場合には、１６（＝４×４）本の同時計数ラインが存在する。等間隔でガンマ線検出器を配列した検出器アレイ２１０、２２０では、検出器アレイ２１０と検出器アレイ２２０との間の中心線Ｃ上で同時計数ラインが重なり合う。この中心線Ｃ上では、サンプリングピッチが検出器アレイ２１０、２２０それぞれのガンマ線検出器の受光面中心点間距離の半分であり、検出器アレイ２１０、２２０の視野領域（検出感度を有する領域）内で最もサンプリング密度が粗い。
【００１０】
又、受光面が互いに対面する１対のガンマ線検出器の視野領域では一律に平坦な検出感度を持つのでない。図９は、互いに対面する１対のガンマ線検出器の検出感度分布の説明図である。この図に示すように、受光面が互いに対面する１対のガンマ線検出器２１１  、２２１  の視野領域では一律に平坦な検出感度を持つのでない。ガンマ線検出器２１１  とガンマ線検出器２２１  との間の中央では中心で最大検出感度を有する三角形状の検出感度分布となり、ガンマ線検出器２１１  あるいはガンマ線検出器２２１  に近い領域においては台形状の検出感度分布となる。
【００１１】
そこで、対面する２つの検出器アレイ２１０と検出器アレイ２２０との間の視野領域における検出感度分布をシミュレーション計算した。図１０は、従来の検出器アレイの検出感度分布の説明図である。ガンマ線検出器２１１  ないし２１４  、および、ガンマ線検出器２２１  ないし２２４  それぞれの配列方向の受光面の幅を２０ｍｍとし、シンチレータを長さ２５ｍｍのフッ化バリウム（ＢａＦ２  ）とし、それぞれ４個のガンマ線検出器を３５ｍｍピッチで配列して検出器アレイ２１０、２２０とし、検出器アレイ２１０と検出器アレイ２２０とを４００ｍｍ離して対面させた場合の検出感度分布のシミュレーション計算を行なった。視野領域中央の検出感度分布は、視野領域内で最も検出感度の不均一性が大きいことがわかる。即ち、従来の検出器アレイにおいては、ガンマ線検出器が等間隔で配置されるので、検出器アレイ２１０、２２０の視野領域中央において検出感度の不均一性が大きいという問題点があった。
【００１２】
又、検出器アレイ方向（同時計数ラインを横切る方向）の視野領域はガンマ線検出器の受光面中心点間距離で決まり、この受光面中心点間距離を広げるにしたがって視野領域も拡大するが、ガンマ線検出器の受光面中心点間距離を大きくし過ぎると不感部分が生ずる。図１１は、検出器アレイの視野領域の説明図である。
【００１３】
光子対が発生しても対として検出され得ない不感部分を有しない範囲で得られる検出器アレイの最大視野領域の大きさは、検出器アレイを構成するガンマ線検出器の受光面中心点間距離と受光面幅に依存する。ガンマ線検出器の受光面中心点間距離をＬとし、配列方向のガンマ線検出器の受光面の幅をＷとすると、Ｌ＞２Ｗの場合には、光子対が検出され得る有感部分Ａ（図中の斜線部）に挟まれて不感部分Ｂが生じる（図１１（ａ））。Ｌ≦２Ｗの場合には不感部分が生じない（図１１（ｂ））。等間隔でｎ個のガンマ線検出器を配列した検出器アレイにおいて、不感部分を有しないで得られる最大視野領域の大きさは、ガンマ線検出器の受光面中心点間距離Ｌがガンマ線検出器の受光面の幅Ｗの２倍である（Ｌ＝２Ｗ）時である。即ち、従来の検出器アレイにおいては、ガンマ線検出器が等間隔で配置されるので、検出器アレイの視野領域の大きさＦは狭く、Ｆ＝（２ｎ−１）Ｗに限られるという問題点もあった。
【００１４】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、視野領域内の検出感度分布の均一性を向上でき、且つ、視野領域を従来よりも広くとることができるポジトロンイメージング装置（ＴＯＦポジトロンプローブ装置）を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るポジトロンイメージング装置は、（１）一方向に配列された第１の数のガンマ線検出器からなり、測定対象における電子・陽電子対消滅に伴って発生する光子対の第１の光子が入射すると前記第１の光子を検出する第１の検出器アレイと、（２）前記測定対象を挟んで前記第１の検出器アレイと対向して配され、前記一方向に配列された第２の数のガンマ線検出器からなり、前記光子対の第２の光子が入射すると前記第２の光子を検出する第２の検出器アレイと、  （３）前記第１の検出器アレイから出力された信号と前記第２の検出器アレイから出力された信号とを入力して、前記電子・陽電子対消滅の発生位置を算出する信号処理手段とを備え、▲１▼前記第１の検出器アレイの第１の端にある第１のガンマ線検出器の受光面中心点と、前記第１のガンマ線検出器の隣のガンマ線検出器の受光面中心点とは、前記ガンマ線検出器の前記一方向に関する受光面の幅の２倍以下である第１の距離を隔てて配され、▲２▼前記第１の検出器アレイの第２の端にある第２のガンマ線検出器の受光面中心点と、前記第２のガンマ線検出器の隣のガンマ線検出器の受光面中心点とは、前記ガンマ線検出器の前記一方向に関する受光面の幅の２倍以下である第２の距離を隔てて配され、▲３▼前記第２の検出器アレイの第１の端にある第３のガンマ線検出器の受光面中心点と、前記第３のガンマ線検出器の隣のガンマ線検出器の受光面中心点とは、前記ガンマ線検出器の前記一方向に関する受光面の幅の２倍以下である第３の距離を隔てて配され、▲４▼前記第２の検出器アレイの第２の端にある第４のガンマ線検出器の受光面中心点と、前記第４のガンマ線検出器の隣のガンマ線検出器の受光面中心点とは、前記ガンマ線検出器の前記一方向に関する受光面の幅の２倍以下である第４の距離を隔てて配され、▲５▼前記第１ないし前記第４のガンマ線検出器を除く任意の隣同士の２つのガンマ線検出器の受光面中心点間距離は、前記第１ないし前記第４の距離のうちの最大距離以上であり、且つ、前記第１ないし前記第４の距離のうちの最小距離の２倍以下であることを特徴とする。
【００１６】
本発明は以上のように構成されるので以下のように作用する。
【００１７】
測定対象において電子・陽電子対消滅が発生すると光子対が発生し、光子対の２つの光子は互いに反対方向に放出される。一方向に配列された第１の数のガンマ線検出器からなる第１の検出器アレイと、第１の検出器アレイと同方向に配列された第２の数のガンマ線検出器からなる第２の検出器アレイは測定対象を挟んで対向して配置され、第１の検出器アレイは光子対の第１の光子が入射するとその光子を検出し、第２の検出器アレイは光子対の第２の光子が入射するとその光子を検出する。信号処理手段は、第１の検出器アレイから出力された信号と第２の検出器アレイから出力された信号とを入力して、電子・陽電子対消滅の発生位置を算出する。
【００１８】
この測定に際して、ガンマ線検出器は以下のように配置される。第１の検出器アレイの第１の端にあるガンマ線検出器とその隣にあるガンマ線検出器との受光面中心点間距離Ｌ１、第１の検出器アレイの第２の端にあるガンマ線検出器とその隣にあるガンマ線検出器との受光面中心点間距離Ｌ２、第２の検出器アレイの第１の端にあるガンマ線検出器とその隣にあるガンマ線検出器との受光面中心点間距離Ｌ３、および、第２の検出器アレイの第２の端にあるガンマ線検出器とその隣にあるガンマ線検出器との受光面中心点間距離Ｌ４は、ガンマ線検出器の配列方向に関する受光面の幅の２倍以下である。又、第１の検出器アレイのそれぞれ端にあるガンマ線検出器以外のガンマ線検出器、及び、第２の検出器アレイのそれぞれ端にあるガンマ線検出器以外のガンマ線検出器の内、任意の隣同士の２つのガンマ線検出器の受光面中心点間距離Ｌは、Ｌｍａｘ＜Ｌ≦２Ｌｍｉｎなる条件式を満たす。但し、ＬｍａｘはＬ１ないしＬ４の最大値であり、ＬｍｉｎはＬ１ないしＬ４の最小値である。以上の条件を満たして第１および第２の検出器アレイを構成するガンマ線検出器それぞれが配置されることにより、電子・陽電子対消滅の発生が広視野で測定され、不感部分を有しないとともに、測定感度分布の均一性が改善される。
【００１９】
又、本発明に係るポジトロンイメージング装置は、前記第１ないし前記第４の距離は全て等しくてもよいし、前記第１ないし前記第４のガンマ線検出器を除く任意の隣同士の２つのガンマ線検出器の受光面中心点間距離は全て等しくてもよいし、前記第１の数と前記第２の数とは同数であってもよい。これらの場合には、上述と同様の作用が得られるだけでなく、検出器アレイの設計・製作が容易となり、信号処理手段における信号処理も容易になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。尚、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。
【００２１】
先ず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係るポジトロンイメージング装置の構成図である。
【００２２】
検出器アレイ２１０は、ｎ個のガンマ線検出器２１１  、２１２  、．．．、２１ｎ  がこの順に一次元状に配列され、それぞれのガンマ線検出器２１１  、２１２  、．．．、２１ｎ  の受光面は測定対象１００に対面している。同様に、検出器アレイ２２０は、ｎ個のガンマ線検出器２２１  、２２２  、．．．、２２ｎ  がこの順に一次元状に配列され、それぞれのガンマ線検出器２２１  、２２２  、．．．、２２ｎ  の受光面は測定対象１００に対面している。検出器アレイ２１０と２２０とは、測定対象１１０を挟んで対向して配置される。
【００２３】
検出器アレイ２１０において、ガンマ線検出器２１１  と２１２  、および、ガンマ線検出器２１ｎ−１  と２１ｎ  は、それぞれの受光面の中心位置が距離Ｌを隔てて配置され、ガンマ線検出器２１ｋ  と２１ｋ＋１    （ｋ＝２，３，．．．，ｎ−２）は、それぞれの受光面の中心位置が距離Ｌ’を隔てて配置されている。検出器アレイ２２０において、ガンマ線検出器２２１  と２２２  、および、ガンマ線検出器２２ｎ−１  と２２ｎ  は、それぞれの受光面の中心位置が距離Ｌを隔てて配置され、ガンマ線検出器２２ｋ  と２２ｋ＋１    （ｋ＝２，３，．．．，ｎ−２）は、それぞれの受光面の中心位置が距離Ｌ’を隔てて配置されている。又、配列方向のガンマ線検出器２１ｋ  、２２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）の受光面の幅をＷとする。本発明に係る検出器アレイ２１０と２２０においては、
Ｌ≦２Ｗ、    Ｌ＜Ｌ’≦２Ｌ            …  （１）
なる関係を満たして、それぞれのガンマ線検出器２１ｋ  、２２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）が配置される。
【００２４】
ガンマ線検出器２１ｋ  、２２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）のそれぞれは、シンチレータと光検出器とからなる。例えば、ガンマ線検出器２１１  は、シンチレータ２１１  ａ  と光検出器２１１  ｂ  とからなる。それぞれのシンチレータは、例えばフッ化バリウム（ＢａＦ２  ）もしくはフッ化セシウム（ＣｓＦ）で形成される。それぞれの光検出器として例えば、高感度に光子を検出することが可能な光電子増倍管が用いられる。１つのガンマ線検出器において、シンチレータと光検出器との間は例えばシリコングリスやシリコン系ＲＴＶゴムにより光学結合され、また、シンチレータの光検出器との結合面以外の面には、例えば、テフロンテープ、硫酸バリウム、酸化アルミ、酸化チタン等の反射剤が塗布される。
【００２５】
測定対象１００内のＲＩ集積部位１１０において電子・陽電子対消滅が発生すると、それに伴って１対の光子（ガンマ線）が発生し、それぞれの光子は互いに反対方向に放出される。光子対の一方の光子が検出器アレイ２１０内の１つのガンマ線検出器に入射すると、そのガンマ線検出器はその光子を検出する。光子対の他方の光子が検出器アレイ２２０内の１つのガンマ線検出器に入射すると、そのガンマ線検出器はその光子を検出する。光子が入射したガンマ線検出器では、そのシンチレータで入射光子のエネルギに応じた量のシンチレーション光が発生し、光検出器でこのシンチレーション光の光量に応じた波高を有する電気パルス信号が発生し、この電気パルス信号が出力される。それぞれのガンマ線検出器から出力された電気パルス信号は、対消滅発生推定部３００と飛行時間差計測部４００に入力される。
【００２６】
対消滅発生推定部３００は、ガンマ線検出器２１ｋ  、２２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）それぞれから出力された電気パルス信号を入力するディスクリミネータ３１ｋ  、３２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）と、ディスクリミネータ３１ｋ  、３２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）それぞれから出力された信号を入力する同時計数回路３３０とからなる。
【００２７】
ディスクリミネータ３１ｋ  、３２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）のそれぞれの入力端子は、ガンマ線検出器２１ｋ  、２２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）の出力端子に１対１に対応して接続される。例えば、ガンマ線検出器２１１  から出力された電気パルス信号は、ディスクリミネータ３１１  に入力される。
【００２８】
ディスクリミネータ３１ｋ  、３２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）のそれぞれは、電子・陽電子対消滅に伴って発生するガンマ線の光子エネルギである５１１ｋｅＶの付近に閾値を設定され、入力された電気パルス信号をこの閾値と比較する。これにより、それぞれのガンマ線検出器２１ｋ  、２２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）に入射した光子が、散乱過程を経たものであるか否かを判断し、散乱過程を経ていない光子のみを真の信号として採用する。これは、散乱された光子を検出しても真の電子・陽電子対消滅を検出することができないからである。ディスクリミネータ３１ｋ  、３２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）のそれぞれは、ガンマ線入射を検出したガンマ検出器の位置情報を表す受光検出器情報を出力する。
【００２９】
同時計数回路３３０は、ディスクリミネータ３１ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）から出力された受光検出器情報と、ディスクリミネータ３２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）から出力された受光検出器情報とを入力する。検出器アレイ２１０内の１つのガンマ線検出器で検出された光子と検出器アレイ２２０内の１つのガンマ線検出器で検出された光子とが、検出器アレイ２１０と検出器アレイ２２０との間で発生した電子・陽電子対消滅に伴う光子対のそれぞれの光子であるか否かを、それぞれの光子検出の時刻、光子を検出した２つの検出器の間の距離、および光速を考慮して判断する。その結果を対消滅発生通知情報として出力する。
【００３０】
対消滅発生推定部３００は、以上の２つの判断から電子・陽電子対消滅が発生したと推定し、その旨（対消滅発生通知情報）と全てのディスクリミネータ３１ｋ  、３２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）からの出力信号（受光検出器情報）とをデータ収集処理部５００へ出力する。
【００３１】
飛行時間差計測部４００は、ガンマ線検出器２１ｋ  、２２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）それぞれから出力された電気パルス信号を入力し増幅する前段増幅器４１ｋ  、４２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）と、前段増幅器４１ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）から出力された信号を束ねた信号を入力するコンスタント・フラクション・ディスクリミネータ  （以降、ＣＦＤと呼ぶ）４３０と、前段増幅器４２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）から出力された信号を束ねた信号を入力するＣＦＤ４４０と、ＣＦＤ４３０から出力された信号を入力し一定時間だけ遅延させる遅延回路４５０と、遅延回路４５０から出力された信号とＣＦＤ４４０から出力された信号を入力しその時間差に応じた波高値を有するパルス信号を出力する時間−波高変換器（Ｔｉｍｅ  ｔｏ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ；  以降、ＴＡＣと呼ぶ）４６０と、ＴＡＣ４６０から出力されたパルス信号の波高値をデジタル変換するアナログ・デジタル・コンバータ（以降、ＡＤＣと呼ぶ）４７０とからなる。
【００３２】
前段増幅器４１ｋ  、４２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）のそれぞれの入力端子は、ガンマ線検出器２１ｋ  、２２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）の出力端子に１対１に対応して接続される。例えば、ガンマ線検出器２１１  から出力された電気パルス信号は、前段増幅器４１１  に入力される。前段増幅器４１ｋ  、４２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）それぞれは、入力された電気パルス信号を増幅する。
【００３３】
ＣＦＤ４３０は前段増幅器４１ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）から出力された信号を束ねて入力し、入力された信号群を１つの高速タイミングに変換し、遅延回路４５０へ出力する。ＣＦＤ４４０は前段増幅器４２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）から出力された信号を束ねて入力し、入力された信号群を１つの高速タイミングに変換し、ＴＡＣ４６０へ出力する。遅延回路４５０は、ＣＦＤ４３０から出力された信号を入力して、一定時間の遅延を施し、ＴＡＣ４６０へ出力する。
【００３４】
ＴＡＣ４６０は、遅延回路４５０から出力された信号とＣＦＤ４４０から出力された信号とを入力し、双方のタイミング信号の間の時間差に応じた波高値を有するパルス信号に変換しＡＤＣ４７０へ出力する。ＡＤＣ４７０は、ＴＡＣ４６０から出力されたパルス信号の波高値をデジタル変換し、このデジタル信号（飛行時間差情報）をデータ収集処理部５００へ出力する。
【００３５】
データ収集処理部５００は、対消滅発生推定部３００から出力された信号と飛行時間差計測部４００から出力された信号を蓄積し演算処理するデータ収集処理装置５１０と、データ収集処理装置５１０における演算結果を表示するイメージ表示装置５２０、及び、その演算結果を印刷出力するイメージ印刷装置５３０とからなる。
【００３６】
データ収集処理装置５１０は、対消滅発生推定部３００から出力された対消滅発生通知情報（電子・陽電子対消滅が発生した旨の情報）を受信すると、飛行時間差計測部４００から出力された飛行時間差情報（２光子を検出した時刻差）、および対消滅発生推定部３００から出力された受光検出器情報（光子対を検出した２つのガンマ線検出器の位置の情報）とを入力する。このようにして、データ収集処理装置５１０は順次、電子・陽電子対消滅に伴って計測された受光検出器情報および飛行時間差情報を収集し蓄積する。
【００３７】
データ収集処理装置５１０は、計測中あるいは計測後にそれまで蓄積した個々の電子・陽電子対消滅に関する受光検出器情報および飛行時間差情報を基に、以下の手順で処理をして電子・陽電子対消滅発生位置分布を表す画像を構成する。先ず、蓄積された１つの電子・陽電子対消滅に対応する受光検出器情報に基づいて、光子対を検出した２つのガンマ線検出器の受光面の中央同士を結んで、電子・陽電子対消滅の発生位置を通る直線を算出する。次に、それに対応する飛行時間差情報に基づいて、この直線上の電子・陽電子対消滅が発生した位置を算出する。蓄積された全ての受光検出器情報と飛行時間差情報に対して以上の手順で電子・陽電子対消滅が発生した位置を算出すれば、電子・陽電子対消滅発生位置分布を表す画像が得られる。データ収集処理装置５１０は、この画像をイメージ表示装置５２０とイメージ印刷装置５３０へ送る。
【００３８】
イメージ表示装置５２０は、データ収集処理装置５１０で算出された電子・陽電子対消滅発生位置分布を表す画像を表示する。イメージ印刷装置５３０は、データ収集処理装置５１０で算出された電子・陽電子対消滅発生位置分布を表す画像を印刷する。
【００３９】
次に、本発明に係る検出器アレイにおけるガンマ線検出器の配置およびその作用について更に詳細に説明する。図２は、本発明に係る検出器アレイの配置図である。
【００４０】
説明を簡便にするため、検出器アレイ２１０、２２０それぞれは４個のガンマ線検出器からなるものとして説明する。
【００４１】
検出器アレイ２１０は４個のガンマ線検出器２１１  ないし２１４  からなり、検出器アレイ２２０は４個のガンマ線検出器２２１  ないし２２４  からなるものとする。又、ガンマ線検出器２１１  と２２１  、ガンマ線検出器２１２  と２２２  、ガンマ線検出器２１３  と２２３  、ガンマ線検出器２１４  と２２４  は互いに受光面が対面しているものとする。
【００４２】
ガンマ線検出器２１１  と２１２  、ガンマ線検出器２１３  と２１４  、ガンマ線検出器２２１  と２２２  、ガンマ線検出器２２３  と２２４  は、それぞれの受光面の中心点が距離Ｌだけ隔てて配されるものとする。ガンマ線検出器２１２  と２１３  、ガンマ線検出器２２２  と２２３  は、それぞれの受光面の中心点が距離Ｌ’だけ隔てて配されるものとする。配列方向のガンマ線検出器の受光面の幅をＷとする。
【００４３】
検出器アレイ２１０の内の１つのガンマ線検出器と検出器アレイ２２０の内の１つのガンマ線検出器それぞれ受光面の中心を結ぶ直線は、同時計数ラインを表す。同時計数ラインは、これら２つのガンマ線検出器で光子対を同時計側することが可能な領域の中央位置（サンプリング位置）を表す。検出器アレイ２１０と検出器アレイ２２０との間の中心線Ｃを一点鎖線で表す。
【００４４】
図２（ａ）では、ＬとＬ’とは、
Ｌ≦２Ｗ、    Ｌ＜Ｌ’＜２Ｌ        …  （２）
なる関係にある。この場合における同時計数ラインを、従来例の検出器アレイにおける等間隔にガンマ線検出器を配置した場合（図８）と比べる。ガンマ線検出器２１１  と２２３  との間の同時計数ライン、ガンマ線検出器２１２  と２２２  との間の同時計数ライン、および、ガンマ線検出器２１３  と２２１  との間の同時計数ラインの３本が、従来例においては中心線Ｃ上で１点で交わるが、図２（ａ）では２点に分離される。同様に、ガンマ線検出器２１２  と２２４  との間の同時計数ライン、ガンマ線検出器２１３  と２２３  との間の同時計数ライン、および、ガンマ線検出器２１４  と２２２  との間の同時計数ラインの３本が、従来例においては中心線Ｃ上で１点で交わるが、図２（ａ）では２点に分離される（図２中において、符号Ｄで指示した箇所）。従って、中心線Ｃ付近の検出感度分布は、従来例に比べて均一であることが期待できる。
【００４５】
図２（ｂ）では、ＬとＬ’とは、
Ｌ≦２Ｗ、    Ｌ＜Ｌ’＝２Ｌ        …  （３）
なる関係にある。この場合、検出器アレイ２１０と検出器アレイ２２０との間の中心線Ｃ上における同時計数ラインの交点は等間隔となり、一層の検出感度分布の均一化が期待できる。
【００４６】
検出器２１０、２２０の視野領域の大きさについて従来例の場合と比較する。従来例の検出器アレイにおける等間隔にガンマ線検出器を配置した場合（図８）の視野領域の幅Ｆ’は、
Ｆ’＝３Ｌ＋Ｗ            …  （４）
であり、一方、本発明による検出器アレイの視野領域の幅Ｆは、
Ｆ    ＝４Ｌ＋Ｗ            …  （５）
となり、本発明における視野領域は従来例における視野領域に比べてＬだけ大きい。
【００４７】
次に、本発明に係る検出器アレイの検出感度分布について説明する。図３は、本発明に係る検出器アレイの検出感度分布の説明図である。
【００４８】
検出感度分布をシミュレーション計算で求めた。シミュレーション計算に際して、
Ｌ    ＝３５ｍｍ            …  （６ａ）
Ｌ’＝７０ｍｍ            …  （６ｂ）
Ｗ    ＝２０ｍｍ            …  （６ｃ）
とした。これらの値は、（３）式を満たすものである。更に、検出器アレイ２１０と検出器アレイ２２０それぞれの受光面の間隔を４００ｍｍとした。視野領域中央付近の検出感度分布は、従来例の検出器アレイにおける等間隔配列の場合の検出感度分布（図１０）と比べて、検出感度の凹凸が滑らかなっていることが認められる。また視野領域も拡大されていることも認められる。
【００４９】
次に、本発明に係るガンマ線検出器の別の配置について説明する。図４は、本発明に係るガンマ線検出器の配置図である。
【００５０】
検出器アレイ２１０は、７個のガンマ線検出器２１１  ないし２１７  からなり、検出器アレイ２２０は、７個のガンマ線検出器２２１  ないし２２７  からなる。
【００５１】
ガンマ線検出器２１１  と２１２  、ガンマ線検出器２１６  と２１７  、ガンマ線検出器２２１  と２２２  、ガンマ線検出器２２６  と２２７  は、それぞれの受光面の中心点が距離Ｌだけ隔てて配される。ガンマ線検出器２１ｋ  と２１ｋ＋１  、ガンマ線検出器２２ｋ  と２２ｋ＋１    （ｋ＝２，３，４，５）は、それぞれの受光面の中心点が距離Ｌ’だけ隔てて配される。４９（＝７×７）本の同時計数ラインも示す。
【００５２】
この場合も従来例に比べると、中心線Ｃ上において同時計数ラインの重なりが解け、従って、検出感度分布の均一性が得られる。
【００５３】
次に、本発明に係る検出器アレイそれぞれが一般にｎ個のガンマ線検出器からなる場合について説明する。
【００５４】
検出器アレイ２１０と検出器アレイ２２０それぞれにおいて、ｎ個のガンマ線検出器２１１  ないし２１ｎ  、及び、ｎ個のガンマ線検出器２２１  ないし２２ｎ  は、既に図１の説明で述べたとおりの間隔で配置されるとする。
【００５５】
この場合も、検出器アレイ２１０と検出器アレイ２２０との間の中心線Ｃ上におけるｎ２  本の同時計数ラインの重なりを分散させ、検出感度分布を均一化することができる。又、検出器アレイ２１０、２２０の視野領域の拡大を図ることができる。従来例のガンマ線検出器が等間隔に配置されている場合の視野領域の幅Ｆ’は、
Ｆ’＝  Ｌ（ｎ−１）＋Ｗ            …  （７）
であるのに対し、本発明に係るガンマ線検出器の配置では視野領域の幅Ｆは、
Ｆ    ＝  ２Ｌ（ｎ−２）＋Ｗ          …  （８）
である。即ち、検出器アレイ２１０、２２０それぞれがｎ個のガンマ線検出器からなる場合には、従来例に対する本発明の視野領域の拡大割合は、
Ｆ／Ｆ’＝  （２Ｌ（ｎ−２）＋Ｗ）／（Ｌ（ｎ−１）＋Ｗ）        …  （９）
であり、拡大されている。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係るポジトロンイメージング装置の構成図である。
【００５７】
本実施形態では、前述の第１の実施形態の構成に対して、検出器アレイ２１０を構成するｎ個のガンマ線検出器２１１  ないし２１ｎ  それぞれの位置を設定しこれらの位置の情報をデータ収集処理部５１０へ送る検出器位置設定装置２３０と、検出器アレイ２２０を構成するｎ個のガンマ線検出器２２１  ないし２２ｎ  それぞれの位置を設定しこれらの位置の情報をデータ収集処理部５１０へ送る検出器位置設定装置２４０とが加えられる。データ収集処理部５１０は、それぞれのガンマ線検出器の位置情報をも考慮して、電子・陽電子対消滅発生位置分布を表す画
像を構成する。他の構成要素は第１の実施形態の場合と同様の作用を行う。
【００５８】
ガンマ線検出器２１ｋ  、２２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）は、その位置が固定されてなく自由に設定できる構造となっている。
【００５９】
検出器位置設定装置２３０は、ガンマ線検出器２１ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）それぞれの位置を設定し、ガンマ線検出器２１ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）の位置の情報（検出器位置情報）をデータ収集処理部５１０へ送る。同様に、検出器位置設定装置２４０は、ガンマ線検出器２２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）それぞれの位置を設定し、ガンマ線検出器２２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）の位置の情報（検出器位置情報）をデータ収集処理部５１０へ送る。但し、ガンマ線検出器それぞれの位置は第１の実施形態で述べた（１）式の条件を満たす範囲に限られる。
【００６０】
対消滅発生推定部３００は、第１の実施形態の場合と同様に、電子・陽電子対消滅が発生した旨（対消滅発生通知情報）と、光子対を検出した２つのガンマ線検出器の位置情報（受光検出器情報）とをデータ収集処理部５００へ出力する。
【００６１】
飛行時間差計測部４００は、第１の実施形態の場合と同様に、光子対を検出した２つのガンマ線検出器それそれの光子検出時刻の差（飛行時間差情報）をデータ収集処理部５００へ出力する。
【００６２】
データ収集処理部５１０は、対消滅発生推定部３００から出力された対消滅発生通知情報と受光検出器情報、および、飛行時間差計測部４００から出力された飛行時間差情報に加えて、検出器位置設定装置２３０と２４０から送られてきた検出器位置情報をも入力して、これらの情報に基づいて、電子・陽電子対消滅発生位置分布を表す画像を構成する。
【００６３】
本実施形態に係るポジトロンイメージング装置は以下のように使用される。先ず、ガンマ線検出器２１ｋ  および２２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）の間隔を広げることにより視野領域を広げて、測定対象１００の広い測定領域を計測する。次に、ガンマ線検出器２１ｋ  および２２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）の間隔を狭めることにより視野領域を狭め検出感度を高めて、前の計測により判明した特定のＲＩ集積部位１１０付近のみを計測する。次第にガンマ線検出器２１ｋ  および２２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）の間隔を狭めることにより更に視野領域を狭め検出感度を高めて計測してもよい。
【００６４】
電子・陽電子対消滅発生位置分布は、ガンマ線検出器２１ｋ  および２２ｋ    （ｋ＝１，２，３，．．．，ｎ）の間隔を最も狭めた時に、最も高感度に計測することができる。図６は、本発明に係る検出器アレイの検出感度分布の説明図である。
【００６５】
この図では、検出器アレイ２１０は、４個のガンマ線検出器２１１  ないし２１４  からなり、４個のガンマ線検出器２１１  ないし２１４  は、隣同士で接して配置される。同様に、検出器アレイ２２０は、４個のガンマ線検出器２２１  ないし２２４  からなり、４個のガンマ線検出器２２１  ないし２２４  は、隣同士で接して配置される。
【００６６】
検出器アレイ２１０と検出器アレイ２２０それぞれの受光面の間隔を４００ｍｍとし、
Ｌ＝Ｌ’＝Ｗ＝２０ｍｍ            …（１０）
なる条件の下に、検出器アレイ２１０、２２０の検出感度分布についてシミュレーション計算した結果を図６に示す。尚、この条件は（１）式を満たすものである。
【００６７】
この図と図３とを比べると、検出器アレイ２１０、２２０それぞれにおいて隣同士のガンマ線検出器の間隔を狭めて配置した方が、視野領域は狭くなるものの、検出感度は高くなり検出感度分布はなめらかになることが認められる。
【００６８】
以上のように、検出器２１０、２２０それぞれにおいてガンマ線検出器を任意位置に配置可能とし、又、データ収集処理部５００においてそれぞれのガンマ線検出器の検出器位置情報をも考慮して電子・陽電子対消滅発生位置分布を表す画像を構成することとして、段階的にガンマ線検出器の間隔を狭めて測定することにより、ＲＩ集積部位１１０の位置を迅速に検出することができ、且つ、ＲＩ集積部位１１０付近における電子・陽電子対消滅発生位置分布を高感度に計測することができる。
【００６９】
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、検出器アレイの一方の端にあるガンマ線検出器とその隣のガンマ線検出器との間の間隔と、他方の端にあるガンマ線検出器とその隣のガンマ線検出器との間の間隔とが異なってもよい。検出器アレイの両端を除くガンマ線検出器が等間隔に配置されなくてもよい。一方の検出器アレイを構成するガンマ線検出器の配置間隔と、他方の検出器アレイを構成するガンマ線検出器の配置間隔とが異なってもよい。一方の検出器アレイを構成するガンマ線検出器の個数と、他方の検出器アレイを構成するガンマ線検出器の個数とが異なってもよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり本発明によれば、測定対象を挟んで対向して配される２つの検出器アレイそれぞれを構成するガンマ線検出器に関して、検出器アレイのそれぞれの端にあるガンマ線検出器とその隣のガンマ線検出器との間の受光面中心点間距離Ｌを、配列方向のガンマ線検出器の受光面の幅Ｗの２倍以下とし、検出器アレイの両端にあるガンマ線検出器を除く隣同士の２つのガンマ線検出器の間の受光面中心点間距離Ｌ’について、Ｌ＜Ｌ’≦２Ｌなる条件を満たす配置としたので、測定対象における電子・陽電子対消滅発生位置分布の測定を、従来例に比べて均一感度分布で且つ広視野で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るポジトロンイメージング装置の構成図である。
【図２】本発明に係る検出器アレイの配置図である。
【図３】本発明に係る検出器アレイの検出感度分布の説明図である。
【図４】本発明に係るガンマ線検出器の配置図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るポジトロンイメージング装置の構成図である。
【図６】本発明に係る検出器アレイの検出感度分布の説明図である。
【図７】ポジトロンイメージング装置の構成図である。
【図８】従来の検出器アレイの配置図である。
【図９】互いに対面する１対のガンマ線検出器の検出感度分布の説明図である。
【図１０】従来の検出器アレイの検出感度分布の説明図である。
【図１１】検出器アレイの視野の説明図である。
【符号の説明】
１００…測定対象、１１０…ＲＩ集積部位、２１０，２２０…検出器アレイ、２１１  ，２１２  ，．．．，２２１  ，２２２  ，．．．…ガンマ線検出器、２３０，２４０…検出器位置設定装置、３００…対消滅発生推定部、３１１  ，３１２  ，．．．，３２１  ，３２２  ，．．．…ディスクリミネータ、３３０…同時計数回路、４００…飛行時間差計測部、４１１  ，４１２  ，．．．，４２１  ，４２２  ，．．．…前段増幅器、４３０，４４０…コンスタント・フラクション・ディスクリミネータ（ＣＦＤ）、４５０…遅延回路、４６０…時間−波高変換器（ＴＡＣ）、４７０…アナログ・デジタル・コンバータ（ＡＤＣ）、５００…データ収集処理部、５１０…データ収集処理装置、５２０…イメージ表示装置、５３０…イメージ印刷装置。
【図１】
0003545103.tif 000002
【図２】
0003545103.tif 000003
【図３】
0003545103.tif 000004
【図４】
0003545103.tif 000005
【図５】
0003545103.tif 000006
【図６】
0003545103.tif 000007
【図７】
0003545103.tif 000008
【図８】
0003545103.tif 000009
【図９】
0003545103.tif 000010
【図１０】
0003545103.tif 000011
【図１１】
0003545103.tif 000012