(57)【要約】  体軸方向に並んだマルチリングでなる複数の検出器リングを含む開放型ＰＥＴ装置において、少なくとも１つの検出器リングを被検者に対して相対的に体軸方向に移動させながら放射線計測を行なうことによって、開放領域における同時放射線を分散させて、局所的な感度低下を抑制する。検出器リングの構成、移動方向や移動速度を最適化することによって、感度分布のばらつきの低減、開放領域の隙間の拡大、体軸方向視野の拡大が可能となる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
体軸方向に並んだマルチリングでなる複数の検出器リングを含む開放型ＰＥＴ装置において、
少なくとも１つの検出器リングを被検者に対して相対的に体軸方向に移動させながら放射線計測を行なうようにされていることを特徴とする開放型ＰＥＴ装置。
【請求項２】
検出器リングの移動によって時々刻々変化する開放領域隙間の少なくとも一部が、放射線計測中に常に重なるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の開放型ＰＥＴ装置。
【請求項３】
少なくとも１つの一定幅の開放領域隙間が、放射線計測中に被検者に対して位置が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の開放型ＰＥＴ装置。
【請求項４】
検出器リングの移動方向や移動速度を、各々の検出器リングによって変えることを特徴とする請求項１乃至３に記載の開放型ＰＥＴ装置。
【請求項５】
複数の検出器リングを互いに接近及び／又は離隔させることを特徴とする請求項４に記載の開放型ＰＥＴ装置。
【請求項６】
複数の検出器リングを体軸方向の距離を一定に保ったまま移動させることを特徴とする請求項４に記載の開放型ＰＥＴ装置。
【請求項７】
複数の検出器リングを同じ方向に片道または往復で移動させつつ、互いに接近及び／又は離隔させることを特徴とする請求項４に記載の開放型ＰＥＴ装置。
【請求項８】
移動する検出器リングがガントリに内包され、ガントリ自体は放射線計測中に被検者に対して固定されていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の開放型ＰＥＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチリングでなる複数の検出器リングを含む開放型ＰＥＴ装置に係り、特に検出器数を増やさずに、局所的な感度低下を抑制したり、検出器リング間の開放領域隙間や体軸方向視野を拡大したりすることが可能な開放型ＰＥＴ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
癌や脳血管障害、認知症等の早期診断に有効と注目されている陽電子放射断層撮像法（ＰＥＴ）は、極微量の陽電子放出核種で標識した化合物を投与し、体内から放出される消滅放射線を検出することで、糖代謝等、代謝機能を画像化し、病気の有無や程度を調べる検査法であり、これを実施するためのＰＥＴ装置が実用化されている。【０００３】
ＰＥＴの原理は次のとおりである。陽電子崩壊によって陽電子放出核種から放出された陽電子が周囲の電子と対消滅し、それによって生じる一対の５１１ｋｅＶの消滅放射線を、対の放射線検出器で同時計数の原理によって測定する。これにより、核種の存在位置を、対の検出器同士を結ぶ１本の線分（同時計数線）上に特定することができる。患者の頭から足の方向に向かう軸を体軸と定義すると、体軸と垂直に交わる平面上の核種の分布は、その平面上において様々な方向から測定された同時計数線のデータから、２次元画像再構成によって求められる。【０００４】
よって、初期のＰＥＴ装置は、視野とする平面上に、視野を囲むように密に検出器をリング状に配置したシングルリング型検出器から構成されていた。その後、多数のシングルリング型検出器を体軸方向に密に配置したマルチリング型検出器の登場によって、２次元の視野が３次元化された。更に１９９０年代に入ると、検出器リング間においても同時計数測定を行うことによって、感度を大幅に高めた３ＤモードのＰＥＴ装置の開発が盛んに行われ、現代に至っている。【０００５】
ＰＥＴ装置の感度を高めるためには、図１（ａ）に例示する如く、検出器をトンネル状に密に配置してマルチリング型検出器１０を構成し、立体角を高める必要があるが、長いトンネル状の患者ポートは、検査中の患者６の心理的ストレスを高めると共に、患者への手当ての障害にもなる。これに対して、出願人は、図１（ｂ）に例示する如く、患者６の体軸方向に複数に分割したマルチリング型検出器１１、１２を離して配置し、物理的に開放された視野領域（開放視野とも称する）を有する開放型ＰＥＴ装置を提案している。開放領域は、図２に示す如く、残存するマルチリング型検出器１１、１２間の同時計数線から、画像が再構成される。図において、８はベッドである。【０００６】
これまでに、図１（ｂ）や図２に示すように、検出器を均等幅に２分割した開放型ＰＥＴ装置の設計が行なわれている（Ｔaiga  Ｙamaya，Ｔaku  Ｉnaniwa，Ｓhinichi  Ｍinohara，Ｅiji  Ｙoshida，Ｎaoko  Ｉnadama，Ｆumihiko  Ｎishikido，Ｋengo  Ｓhibuya，Ｃhih  Ｆung  Ｌam  and  Ｈideo  Ｍurayama，“Ａproposal  of  an  open  ＰＥＴ  geometry，”Ｐhy．Ｍed．Ｂiol．，53，pp．757-773，2008．）。【０００７】
ここで、図３に示す如く、それぞれの検出器１１、１２の体軸方向寸法（幅とも称する）をＷとして、間の開放領域の体軸方向寸法（隙間とも称する）をＧとすると、体軸方向視野は２Ｗ＋Ｇとなる。図３（ｃ）に示す如く、開放領域隙間ＧがＷを越えると、画像化できる領域が体軸方向に断続してしまうため、体軸方向に連続した視野を得るための開放領域隙間Ｇの上限は、図３（ｂ）に示す如く、Ｗとなる。しかし、開放領域の中央に感度が集中し、開放領域の周辺で感度が極端に低下してしまう。開放領域の両端における極端な感度低下を抑制するためには、図３（ａ）に示すように、ＧをＷより小さく設定する必要があるが、開放領域隙間及び体軸方向視野が減少してしまう（上記文献参照）。【０００８】
このように、出願人が先に提案した開放型ＰＥＴ装置では、開放領域の中央に感度が集中し、開放領域の周辺で感度が極端に低下してしまう問題があるため、この局所的な感度低下を抑制するためには、Gに対して相対的にWを拡大する必要があった。また、開放領域隙間及び体軸方向視野の最大値は、それぞれＷ及び３Ｗに制限されるため、開放領域隙間や体軸方向視野を更に拡大するためにも、Ｗ自体を拡大する必要があった。しかし、いずれにおいても、１つのマルチリング型検出器を構成する検出器数の増加により、装置が高価格化、複雑化してしまうという問題点を有していた。【０００９】
開放型ではない従来のＰＥＴ装置においては、限られた視野の検出器リングで、より広い視野を計測する目的で、ベッドまたはＰＥＴ装置自体を相対的に移動させながら放射線計測を行う方法が用いられている（特開２００７−２０６０９０号公報、Kitamura K, Takahashi S, Tanaka A et al: 3D continuous emission and spiral transmission scanning for high-throughput whole-body PET. Conf. Rec. IEEE NSS & MIC. M3-2, 2004）が、開放型ＰＥＴ装置の問題点を解決するものでは無かった。
【発明の開示】
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、検出器数を増やすことなく、局所的な感度低下を抑制したり、検出器リング間の開放領域隙間や体軸方向視野を拡大したりすることを課題とする。
【００１１】
本発明では、検出器リングの少なくとも一部を被検者に対して相対的に体軸方向に移動させながら放射線計測を行うことによって、開放領域における同時計数線を分散させて、局所的な感度低下を抑制する開放型ＰＥＴ装置を提供する。
【００１２】
ここで、検出器リングの移動によって時々刻々変化する開放領域隙間の少なくとも一部が、放射線計測中に常に重なるようにすることができる。
【００１３】
又、少なくとも１つの一定幅の開放領域隙間を、放射線計測中に被検者に対して位置を固定することができる。
【００１４】
又、検出器リングの構成、移動方向や移動速度を最適化することによって、感度分布のむらの低減、開放領域隙間の拡大、体軸方向視野の拡大を可能とすることができる。
【００１５】
又、複数の検出器リングを互いに接近及び／又は離隔させることができる。
【００１６】
又、複数の検出器リングを体軸方向の距離を一定に保ったまま移動させることができる。
【００１７】
又、複数の検出器リングを同じ方向に片道または往復で移動させつつ、互いに接近及び／又は離隔させることができる。
【００１８】
又、移動する検出器リングをガントリに内包し、ガントリ自体は放射線計測中に被検者に対して固定することができる。
【００１９】
本発明は、体軸方向に並んだマルチリングでなる複数の検出器リングを含む開放型ＰＥＴ装置において、少なくとも１つの検出器リングを被検者に対して相対的に体軸方向に移動させながら放射線計測を行うことで、開放領域を横切る同時計数線を分散させる点に特徴がある。
【００２０】
図４に、検出器リングの構成及び移動方向について、代表的なパターンを例示する。図４（ａ）は、２分割した検出器リング１１、１２の両者を可動とし、その間を開放領域とする構成である。図４（ｂ）は、２分割した検出器リング（２１、２２）、（２３、２４）を左右に配置し、外側の２つの検出器リング２１、２４を可動とし、固定した中央の２つの検出器リング２２、２３で挟まれる空間を開放領域とする構成である。図４（ｃ）は、３分割した検出器リング（３１、３２、３３）、（３４、３５、３６）を左右に配置し、外側の２つの検出器リング３１、３６と中央の２つの検出器リング３３、３４を固定とし、残る２つの検出器リング３２、３５を可動とする構成である。この場合、中央の固定検出器リング３３、３４に挟まれる空間が開放領域となる。
【００２１】
いずれの場合にも、可動検出器リングの移動方向については、図４に示すように、両者を遠ざけるように移動する方法（隙間を拡大）、近づけるように移動する方法（隙間を縮小）、一定距離を保ってシフトする方法（平行）、同じ方向に移動しつつ間隙を拡大又は縮小する方法等が考えられ、それぞれ片道または往復の移動をすることができる。
【００２２】
図５は、可動検出器リングの数や分割数を増やした構成例である。
【００２３】
図４、図５は、ベッドを固定させて検出器リングのみを移動させる場合を図示しているが、ベッドと検出器リングを相対的に移動させてもよい。
【００２４】
移動は、連続的に移動しながら計測する方法と、静止・計測のステップを細かく繰り返す方法がある。更に、移動速度を変化させたり、ステップ幅を変化させることもできる。
【００２５】
開放型ＰＥＴ装置は、頭部のＰＥＴ検査において、被検者が受ける視覚的な圧迫によるストレスを低減できる。又、開放空間から例えば癌治療を行うなど、これまでは不可能であった治療中のＰＥＴ診断を可能にすると期待される。
【００２６】
本発明は、開放領域の局所的な感度低下を抑制することで、開放空間の中央だけでなく周辺も含めて、開放空間全体の画質を高めることができる。
【００２７】
本発明は、検出器総数を変えずに視野範囲を拡大できることも可能であり、全身を一度に診断できるＰＥＴ装置を比較的価格を抑えて実現できる。全身同時視野のＰＥＴ装置は、医薬品の開発効率を高める方法として近年注目されているマイクロドージング試験の推進に不可欠とされる。マイクロドージング試験は、効率的な新医薬品開発を促進するために、開発の早期段階において、超微量の化合物を投与して、ヒトにおいて最適な薬物動態を示す開発候補の化合物を選択する方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）従来の一般的なＰＥＴ装置、及び、（ｂ）出願人が先に提案した開放型ＰＥＴ装置の構成を示す斜視図及び断面図
【図２】開放型ＰＥＴ装置における画面再構成の原理を示す断面図
【図３】開放型ＰＥＴ装置の開放領域隙間と感度の関係を示す断面図及びグラフ
【図４】本発明の構成例を示す図
【図５】同じく他の構成例を示す図
【図６】本発明の構成例における（ａ）接近シフト、（ｂ）平行シフト及び（ｃ）片側シフトの状態を示す図
【図７】接近シフトにおける（ａ）感度分布と（ｂ）開放領域隙間の縮小・拡大パターンを示す図
【図８】平行シフトにおける（ａ）感度分布と（ｂ）平行シフトのパターンを示す図
【図９】片側シフトにおける（ａ）感度分布と（ｂ）検出器中心の体軸上位置の座標を示す図
【図１０】同じく他の（ａ）感度分布と（ｂ）検出器中心の体軸上位置の座標を示す図
【図１１】本発明の実施例の構成を示す図
【図１２】実施例で最適化したパラメータと感度分布の例を示す図
【図１３】本発明の第１実施形態を示す図
【図１４】同じく第２実施形態を示す図
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。【００３０】
市販のＰＥＴ装置を基にして、図６に示す如く、直径８２７ｍｍの円周上に５７６個の検出素子（シンチレータ）が並んだ３２本の検出素子リング（幅４．８ｍｍ）から構成される検出器リング１１、１２を左右に離して配置した計算機シミュレーションを行なった。検出器リング幅Ｗは１５３．６ｍｍである。【００３１】
移動方向は、図６（ａ）に示すように開放領域隙間Ｇを縮小・拡大する場合と、図６（ｂ）に示すように開放領域隙間Ｇを一定に保ったまま左右の検出器リングをＳだけシフトする場合と、図６（ｃ）に示すように片側だけシフトする場合をテストした。【００３２】
図７は、接近シフトを試行した結果である。図７（ａ）は、ＡからＥまでの５通りの移動方法による感度分布の結果であり、図７（ｂ）は開放領域隙間Ｇの時間変化を図示したものである。ＡはＧ＝１５３ｍｍのまま検出器リングを移動させない従来の場合であり、感度分布に極端な低下が見られる。Ｂ及びＣは、Ｇを１５３ｍｍからそれぞれ７７ｍｍ及び０ｍｍまで一定速度で縮小させた後、再び１５３ｍｍまで一定速度で拡大した場合であり、従来の場合で見られた感度低下が抑制されることが分かる。Ｅは、Ｃにおいて移動速度を２倍にすると共に、Ｇ＝０ｍｍにおける静止を追加した場合であり、検出器リングの装置中央での滞在時間を増やすことによって、感度特性が更に改善されることを示している。なおＤは、Ｃにおいて移動速度に緩急をつけた例であり、Ｅと同様に感度特性が改善されると共に、検出器リングを折り返す際の機械的な負担を低減することも期待できる。いずれの場合においても、接近シフトでは感度分布の中央のピーク値は変わらない点が特徴的である。【００３３】
図８は、Ｇ＝３０７ｍｍに固定して、平行シフトを試行した結果である。図８（ａ）は、ＡからＥまでの５通りの移動方法による感度分布の結果であり、図８（ｂ）は平行シフトのパターンを図示したものである。一定の移動速度にて、往復で検出器リングをシフトさせている。ＡはＧ＝３０７ｍｍのまま検出器リングを移動させない従来の場合であり、感度分布の極端な低下及び感度ゼロの領域が見られる。ＢからＤは、それぞれ７７ｍｍ、１５３ｍｍ、２３０ｍｍだけシフトさせた場合であり、シフト量を増やすほど感度分布のピーク値が分散され、感度分布の一様性が高まることが分かる。Ｅは３０７ｍｍまでシフトさせた場合であるが、Ｄと比べ、むしろ感度のピークが新たに発生してしまうことがわかる。【００３４】
図９は、片側シフトを試行した結果である。図９（ａ）は、AからＣまでの３通りの移動方法による感度分布の結果であり、図９（ｂ）は左右の検出器リング（検出器１及び検出器２）の検出器中心の体軸上位置の座標を図示したものである。いずれの場合も検出器１は固定、検出器２のみ可動とし、時刻０における隙間はＧ＝１５３ｍｍである。ＡからＣは、それぞれ隙間を０ｍｍ、７７ｍｍ、１１５ｍｍまで縮めた場合であり、シフトさせた側（図の右側）の検出器２の感度ピークを分散させることで、開放領域の局所的な感度低下が抑制される。【００３５】
図１０は、片側シフトにおいて、固定する検出器リングを入れ替えて試行した結果である。図１０（ａ）は、AからＣまでの３通りの移動方法による感度分布の結果であり、図１０（ｂ）は左右の検出器リング（検出器１及び検出器２）の検出器中心の体軸上位置の座標を図示したものである。いずれの場合も、時刻０から１０の間では検出器１を固定、検出器２を可動とし、時刻１０から時刻２０の間では検出器２を固定、検出器１を可動とした。時刻０における隙間はＧ＝１５３ｍｍとし、ＡからＣは、それぞれ最小の隙間を０ｍｍ、７７ｍｍ、１１５ｍｍとした場合である。感度ピークが分散されて局所的な感度低下が抑制されており、その効果は左右対称であり、かつシフト量が大きいほど大きいことが分かる。【００３６】
２分割の検出器リングによる開放型ＰＥＴ装置では、感度分布は、中央ピークに加えて左右に半分程度のピークを持つ。接近シフトは、中央ピークを維持したまま、左右のピークを中央よりにシフトさせることで感度の溝を埋めることから、開放領域に絞って画質を高めようとする方法である。一方、平行シフトは、それぞれの感度ピークを削って感度の溝を埋める効果があることから、開放領域だけでなく体軸視野全体において画質を高める方法である。よって、接近シフトは治療融合に、平行シフトは全身同時視野イメージングに適していると言える。【００３７】
次に、2分割の検出器リングを左右に配置した計４分割の検出器リングにおいて、内側の２検出器リングを固定し、外側の２検出器リングを可動にした場合において、検出器構成および移動方向・量を最適化した例を示す。具体的には、図１１に示すように、開放領域隙間をＧ０、内側の固定検出器リング２２、２３の幅をＷ１、固定検出器リング２２、２３から隙間Ｇ１を隔てて配置した外側の可動検出器リング２１、２４の幅をＷ２として、Ｇ１をＧ１startからＧ１endまで変化させた。そして、Ｇ０＝１５０ｍｍ、Ｗ１＋Ｗ２＝１５０ｍｍの条件下において、開放領域内における感度分布の標準偏差（ばらつき）が最小になるＷ１、Ｗ２、Ｇ１start、Ｇ１endの組み合わせを求めた。【００３８】
図１２に最適化したパラメータと感度分布を示す。図１２（ａ）は、参考として、検出器リングをシフトさせない（Ｇ１start＝Ｇ１end）条件下において、Ｗ１、Ｗ２、Ｇ１を最適化した結果である。図３（ｂ）の感度分布に示されるような開放領域両端における極端な感度低下は無いものの、感度の鋭いピークと谷が存在している。これに対し、図１２（ｂ）は、Ｇ１endの最大値を１４０ｍｍに設定してパラメータの最適化を行った結果であり、幅Ｗ２＝１１０ｍｍの可動検出器リング２１、２４を、Ｇ１start=０ｍｍからＧ１end＝１４０ｍｍまで平行にシフトする構成が、開放領域における感度分布のばらつきを最小化することが示された。又、検出器シフトは、局所的な感度低下の抑制に加えて、体軸方向視野の拡大にも効果的であることが分かる。【００３９】
次に、本発明による検出器シフトを実装する実施形態について述べる。検出器リングを内包するガントリ自体を移動させてもよいが、被検者に対して相対的にガントリがシフトするため、被検者に対して不動な開放領域を十分に確保することが難しい他、ガントリと被検者や操作者との接触を回避するための安全装置の装着が必要となる等、装置の構成が複雑化してしまう。【００４０】
よって、ガントリ自体は少なくとも計測中は被検者に対して固定された状態にあって、検出器リングの移動はガントリの内部で行われる方式が望ましい。【００４１】
図１３は、図１２（ｂ）で最適化したパラメータに基づいて、ガントリ１００内部で検出器リングをシフトさせる方式を実装した第１実施形態である。図において、１０２は車輪、１０４はサーボモータである。【００４２】
一定の開放領域が確保される他、被検者と接触する可能性のある可動部が無く、検出器リング移動に関わる安全装置を簡略化することができる。【００４３】
図１４は、検出器リングを６分割（3分割した検出器リングを左右に配置）し、端（図では左端）から数えて２番目と５番目の検出器リング３２、３５のみを可動とする構成を例にとって、ガントリ１００内部で検出器リングをシフトさせる方式を実装した第２実施形態である。【００４４】
前記実施形態においては、いずれも、移動検出器リング（２１、２４）（３２、３５）がガントリ１００に内包され、ガントリは固定されているので、安全性が高い。なお、ガントリを移動することも可能である。
【産業上の利用の可能性】
【００４５】
体軸方向に並んだマルチリングでなる複数の検出器リングを含む開放型ＰＥＴ装置で、検出器数を増やさずに、局所的な感度低下を抑制したり、検出器リング間の開放領域隙間や体軸方向視野を拡大したりすることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
2009133628.tif 000017
2009133628.tif 000018