(57)【要約】      （修正有）【課題】データの廃棄を少なくして高い位置分解能を達成するノイズ除去方法及び放射線源位置推定方法を提供する。【解決手段】本発明の一観点に係るノイズ除去方法は、平板状のシンチレーターと、前記シンチレーターの一方の面に配置される第一の光ファイバー層と、シンチレーターの他方の面に配置される第二の光ファイバー層と、シンチレーターの側面に配置される複数の受光素子と、シンチレーターユニットを複数積層したシンチレーターブロックを筒状に配置した放射線検出装置において適用されるノイズ除去方法であって、シンチレーターユニットにおける発光の発光位置及び受光素子の受光時刻の組を複数記録するステップ、二箇所目の発光における発光位置及び受光時刻の組を除去するステップ、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状のシンチレーターと、前記シンチレーターの一方の面に配置される第一の光ファイバー層と、前記シンチレーターの他方の面に配置される第二の光ファイバー層と、前記シンチレーターの側面に配置される複数の受光素子と、備えたシンチレーターユニットを複数積層したシンチレーターブロックを筒状に配置した放射線検出装置において適用されるノイズ除去方法であって、
前記シンチレーターユニットにおける発光の発光位置及び前記受光素子の受光時刻の組を複数記録するステップ、
二箇所目の発光における前記発光位置及び前記受光時刻の組を除去するステップ、を備えるノイズ除去方法。
【請求項２】
前記二箇所目の発光を除去するステップの前に、
複数の前記発光位置及び前記受光時刻の組に基づき二箇所目の発光であることを判定するステップ、を備える請求項１記載のノイズ除去方法。
【請求項３】
複数の前記発光位置及び前記受光時刻の組に基づき二箇所目の発光であることを判定するステップは、
前記発光位置及び前記受光時刻の組間における前記受光時刻が所定の時間内にあるか否かで判定する、請求項２記載のノイズ除去方法。
【請求項４】
平板状のシンチレーターと、前記シンチレーターの一方の面に配置される第一の光ファイバー層と、前記シンチレーターの他方の面に配置される第二の光ファイバー層と、前記シンチレーターの側面に配置される複数の受光素子と、備えたシンチレーターユニットを複数積層したシンチレーターブロックを筒状に配置した放射線検出装置において適用される放射線源位置推定方法であって、
前記シンチレーターユニットにおける発光の発光位置及び前記受光素子の受光時刻の組を複数記録するステップ、
二箇所目の発光における前記発光位置及び前記受光時刻の組を除去するステップ、
前記発光位置及び前記受光時刻に基づき、放射線源位置を推定するステップ、を備える放射線源位置推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノイズ除去方法及び放射線源位置推定方法に関する。より具体的には、Ｐｏｓｉｔｒｏｎ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＥＴ）において好適に適用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
ＰＥＴは、生体内に１１Ｃや１８Ｆなどの陽子過剰核を含んだＰＥＴ薬剤を投与し、β＋崩壊によって生じる陽電子が体内の電子と対消滅する際に１８０度逆方向に発生する２本の５１１ｋｅＶγ線を測定することによって、体内のＰＥＴ薬剤分布を得る核医学診断法であって、原理的には微小な初期がんでも診断可能である。
【０００３】
しかしながら現在市販されている全身ＰＥＴ装置の中にはカタログ値で位置分解能１〜３ｍｍとしている製品もあるが、現実に医師が手にするＰＥＴ画像は大きくぼやけてしまっている。実際の位置分解能は良好な製品で１０ｍｍ程度、大部分の市販品では５０ｍｍ程度である。
【０００４】
また、公知のＰＥＴ装置に関しては、例えば下記特許文献１に記載の技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１３３３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、５１１ｋｅＶγ線が測定器内でコンプトン散乱し測定器内の複数個所で発光があった事象は、最初のγ線入射位置が判明すれば断層画像再構成に利用できるが、このためには測定器を細かく分割し、小ブロックごとの発光量を正確に測定しなければならない。
【０００７】
既存のＰＥＴ装置の代表的なブロックの大きさは１０ｍｍ〜５０ｍｍであり、この大きさは必要としている位置分解能よりはるかに大きい。そのため、既存のＰＥＴ装置ではコンプトン散乱を含む事象は断層画像再構成に利用できず廃棄せざるを得ない。
【０００８】
全身がん診断用ＰＥＴ装置では位置分解能３ｍｍ程度で十分であると考えられるが、より早期治療の観点から、更には、脳内異常診断用や新薬開発時の薬効動物実験判定の必要性から、０．１ｍｍの桁で示せるような高い位置分解能のＰＥＴ装置が求められている。
【０００９】
γ線計測の位置分解能が１ｍｍより高性能なＰＥＴの場合、再構成断層画像の分解能は統計量で決定されることを示す。通常のＰＥＴ検査では被験者の被曝量が３ｍＳｖ程度になるように１８Ｆ−ＦＤＧの濃度を３ＭＢｑ／Ｌ程度とする。この場合、検査時間中で崩壊する事象密度は３０００事象／ｍｍ３程度である。このうちの１０％は２本のγ線が共に生体内でコンプトン散乱せずに対外に放射され、そのうち５０％が測定器に入射し、８０％が測定器で反応し、４％が２本とも光電吸収なので、正常組織から放出され、２本とも光電事象として観測される事象密度は５事象／ｍｍ３である。この他に生体内で小角度コンプトン散乱を起こしたが測定器内で４２０ｋｅＶ以上のエネルギーで光電吸収される事象が同数程度存在するので、測定器で観測される正常組織の事象密度は１０事象／ｍｍ３である。一方、がん組織には正常組織と比べて５倍の濃度でブドウ糖が集積するので、がん組織の事象密度は２５事象／ｍｍ３である。この差は標準偏差の２．５倍であり、１ｍｍの癌がぎりぎり診断可能である。０．５ｍｍのがんを診断するには、被験者の被曝量を２０ｍＳｖとするか、通常のＰＥＴ再構成断層画像の計算では廃棄しなければならないコンプトン散乱事象を積極的に利用する必要がある。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、データの廃棄を少なくして高い位置分解能を達成するノイズ除去方法及び放射線源位置推定方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明の一観点に係るノイズ除去方法は、平板状のシンチレーターと、シンチレーターの一方の面に配置される第一の光ファイバー層と、シンチレーターの他方の面に配置される第二の光ファイバー層と、シンチレーターの側面に配置される複数の受光素子と、備えたシンチレーターユニットを複数積層したシンチレーターブロックを筒状に配置した放射線検出装置において適用されるノイズ除去方法であって、シンチレーターユニットにおける発光の発光位置及び受光素子の受光時刻の組を複数記録するステップ、二箇所目の発光における発光位置及び受光時刻の組を除去するステップ、を備えるものである。
【００１２】
また、本発明の他の一観点に係る放射線源位置推定方法は、平板状のシンチレーターと、シンチレーターの一方の面に配置される第一の光ファイバー層と、シンチレーターの他方の面に配置される第二の光ファイバー層と、シンチレーターの側面に配置される複数の受光素子と、備えたシンチレーターユニットを複数積層したシンチレーターブロックを筒状に配置した放射線検出装置において適用される放射線源位置推定方法であって、シンチレーターユニットにおける発光の発光位置及び受光素子の受光時刻の組を複数記録するステップ、二箇所目の発光における発光位置及び受光時刻の組を除去するステップ、発光位置及び受光時刻に基づき、放射線源位置を推定するステップ、を備える。
【発明の効果】
【００１３】
以上、本発明によって、データの廃棄を少なくして高い位置分解能を達成するノイズ除去方法及び放射線源位置推定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る放射線検出装置の概略を示す図である。
【図２】実施形態に係る放射線検出装置のシンチレーターブロックの概略を示す図である。
【図３】実施形態に係る放射線検出装置のシンチレーターユニットの概略を示す図である。
【図４】シンチレーターユニットにおける発光のイメージを示す図である。
【図５】シンチレーターブロック内における複数発光の場合のイメージを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は多くの異なる形態による実施が可能であり、以下に示す実施形態に記載された例に限定されるわけではない。
【００１６】
（装置）
図１は、本実施形態に係る放射線源位置推定方法を用いる装置の断面の概略を示す。
【００１７】
本図で示すように、本実施形態に係る放射線検出装置（以下「本装置」という。）１は、放射線源から放出される放射線γを受け、この放射線源Ｃを推定し、この放射線源を複数蓄積することによって、可視化された画像を作成することができる装置である。すなわち、複数のシンチレーターブロック２と、この複数のシンチレーターブロック２に接続された制御装置３と、を備えた構造となっている。具体的には、シンチレーターブロック２によって放射線を受けて信号として出力し、制御装置３で各種信号処理を行い、画像を作成する。本装置は、具体的には、上記の通り、ＰＥＴ装置であることが最も適用しやすい装置である。
【００１８】
本装置は、本図で示すように、複数のシンチレーターブロック２が筒状に配置されている。より具体的には、中心に測定対象者をベッド等に寝かせ、この測定対象者の体内から発せられる放射線の線源位置を特定する。上記の通り、測定対象者には、予め１１Ｃや１８Ｆなどの陽子過剰核を含んだＰＥＴ薬剤を投与されており、この薬剤から放射線が放出されることとなる。
【００１９】
また図２は、本装置において用いられるシンチレーターユニット２１の概略を示す図である。本図で示すように、シンチレーターブロック２は、複数のシンチレーターユニット２１が積層されて配置されている。また、本図で示すように同一の層においても、複数のシンチレーターユニット２１が配置されていることが好ましい。このようにすることで、シンチレーターユニット２１を細かく分け、分解能を高めることが可能となる。そして、本シンチレーターユニット２１のそれぞれは、制御装置３に信号を出力し、制御装置３による信号処理を施される。
【００２０】
また、図３は、本装置１におけるシンチレーターユニット２１のより具体的な構造を示す。本図で示すように、シンチレーターユニット２１は、平板状のシンチレーター２１１と、シンチレーター２１１の一方の面に配置される第一の光ファイバー層２１２と、シンチレーター２１１の他方の面に配置される第二の光ファイバー層２１３と、シンチレーター２１１の側面に配置される複数の受光素子２１４と、備えたものとなっており、この結果、シンチレーター２１１における発光位置及び受光時間を特定することが可能となる。
【００２１】
またシンチレーターユニット２１におけるシンチレーター２１１は、平板状であり、放射線（γ線）が入射された場合に、発光するものである。シンチレーター２１１の材質は、この機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、例えば、ポリスチレンやポリビニルトルエン等のプラスチック中に蛍光物質が分散された有機シンチレーターであってもよいが、焼結シンチレーターであることが好ましい。
【００２２】
ここで焼結シンチレーターとは、無機の個体物質を焼結することによって形成したものであって、放射線が当たった場合に、その放射線のエネルギーを吸収することにより光を発することができるものである。焼結シンチレーターの材質としては、上記の機能を有する限りにおいて限定されず、例えばＬａ−ＧＰＳ（（Ｇｄ０．７５Ｌａ０．２４Ｃｅ０．０１）２Ｓｉ２Ｏ７）等を用いることができる。
【００２３】
また上記有機シンチレーターにおいて、蛍光物質としては、限定されるわけではないが、例えば有機蛍光物質、無機蛍光物質であることが好ましい。有機蛍光物質の場合は、例えばアントラセンやスチルベン等を例示することができるがこれに限定されない。また、無機蛍光物質の場合は、例えばケイ酸ガドリニウム、ヨウ化セシウム、ゲルマニウム酸ビスマス、ケイ酸ルテチウム、タリウム活性化ヨウ化ナトリウム、フッ化セリウム、タングステン酸鉛、フッ化バリウム、タングステン酸鉛、フッ化バリウム、フッ化鉛等を例示することができるがこれに限定されない。
【００２４】
なおシンチレーターユニット２１のサイズは、装置の大きさや必要とされる精度に応じて適宜調整可能であるが、例えば一辺２０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の矩形であることが好ましい。また厚さは、受光素子を配置することができる限りにおいて限定されるわけではないが、１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５ｍｍ以下である。
【００２５】
また第一の光ファイバー層２１２は、上記の通り、シンチレーター２１１の一方の面に配置されるものであり、シンチレーター２１１によって発せられた光を外部に取り出すことができるものである。光ファイバー層２１２は、本図からも明らかなように、複数の光ファイバーが並列に配置されたものとなっている。そして、シンチレーター２１１中で光が生じた場合、この近傍の光ファイバーに光が入射され、外部に導かれていくこととなる。この結果、一軸方向において、どの領域が光っているのかを大まかに確認することができる。
【００２６】
なお、光ファイバー層２１２の材質としては特に限定されるわけではないが、波長変換ファイバーであることが好ましい。ここで「波長変換ファイバー」とは、入射された光を吸収し、入射された光の波長とは異なる波長の光を放出することのできるものである。波長変換を行うことによって、より効率よく外部に光を信号として出力することができる。
【００２７】
また、本装置１において、光ファイバー層２１２は、光ファイバー単層で配置されていてもよいが、複数層積層されていてもよい。このようにすることで、検出精度をより高めることが可能となる。
【００２８】
また本装置１において、第二の光ファイバー層２１３は、上記の第一の光ファイバー層２１２と、光ファイバーの配置（軸）方向が異なる以外はほぼ同じである。より具体的には、第一の光ファイバー層２１２の光ファイバーと第二の光ファイバー層２１３の光ファイバーは交差する方向であることが好ましく、より好ましくは略垂直な方向となっている。このようにすることで、縦軸により縦座標値を、横軸により横座標値を求めることが可能となり、この交点が発光位置に近い領域であると推定することが可能となる。このより詳細な処理については後述する。
【００２９】
また、本装置１では、平板状のシンチレーター２１１の側面に、複数の受光素子２１４が配置されている。受光素子２１４は、限定されるわけではないが、シンチレーター２１１によって発せられた光を取り出すことができるものであることが好ましく、例えばＭＰＰＣ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｉｘｅｌ  Ｐｈｏｔｏ  Ｃｏｕｎｔｅｒ）等の光子計測デバイスを用いることが好ましい。また、本装置１で受光素子２１４は、限定されるわけではないが、側面全体、矩形であれば四側面全てに配置されていることが好ましい。このようにすることで、シンチレーター２１１によって発せられた光をもれなく検出することができる。また、後述するが、この受光素子２１４によって光が検出された場合、その時刻についても制御装置３において記録されることになる。
【００３０】
本装置１の制御装置３は、上記シンチレーターブロック２、より具体的には各シンチレーターユニット２１の光ファイバー及び受光素子に接続されており、出力された信号に基づいてデータ処理を行うことができるものである。本装置１の制御装置３の構成としては、上記機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、ハードディスク等の記録装置、中央演算装置（ＣＰＵ）、メモリ等の一時記録装置、及び、キーボードやマウス等の入力装置、液晶ディスプレイ等の表示装置、を有するいわゆるコンピュータを用いることができる。なお、このデータ処理の具体的な流れについては後述する。
【００３１】
そして以上の構成により、本装置１は、放射線源位置推定方法を実現することができる。
なお、上記の通り、本装置１において、シンチレーターユニットの積層数は適宜調整可能であるが、例えば無機シンチレーターは３４ｍｍ×３４ｍｍ×３ｍｍで、８×８＝６４枚で一層、８層で１ブロック、６ブロックで全身ＰＥＴ装置とすることは好ましい一例であり。また頭部用や小動物用ＰＥＴでは一層を４×４＝１６枚か５×５＝２５枚とすることが好ましい。また、無機シンチレーター板の上下面には直径０．２ｍｍの波長変換ファイバーシートを接着して発光位置を測定することが好ましい一例である。
【００３２】
（放射線源位置推定方法）
ここで次に、本装置に適用される放射線源位置推定方法（以下「本推定方法」という。）について説明する。本推定方法は、ノイズ除去ステップ（Ｓ１）と、放射線位置ステップ（Ｓ２）とを備えている。以下、各ステップについて説明していく。
【００３３】
なお本推定方法は、上記の記載から明らかなように、制御装置３によって実行される。より具体的には、情報処理装置としての制御装置３におけるハードディスク等の記録媒体に記録されたプログラムを、使用者の操作によって実行することによって実現可能である。
【００３４】
ノイズ除去ステップ（Ｓ１）は、ノイズ除去方法でもあり、（Ｓ１１）シンチレーターユニットにおける発光の発光位置及び受光素子の受光時刻の組を複数記録するステップ、（Ｓ１２）複数の前記発光位置及び前記受光時刻の組に基づき二箇所目の発光であることを判定するステップ、（Ｓ１３）二箇所目の発光における前記発光位置及び前記受光時刻の組を除去するステップ、を備える。
【００３５】
まず、（Ｓ１１）シンチレーターユニットにおける発光の発光位置及び受光素子の受光時刻の組を複数記録するステップは、上述の本装置の構造から明らかであるが、シンチレーターユニットにおけるシンチレーターが光った位置（発光位置）を、第一の光ファイバー層及び第二の光ファイバー層の発光位置に基づき推定する処理を含む。具体的には、図４で示すように、あるシンチレーターにおいて放射線が入射し、発光した場合、この発光位置から光が広がり、第一の光ファイバー層及び第二の光ファイバー層それぞれのうちの一部に光が入射され、外部に出力される。そして、この出力された信号を処理することで、第一の光ファイバー層及び第二の光ファイバー層の光った光ファイバーを特定し、発光位置を推定することが可能となる。特に、第一の光ファイバー層及び第二の光ファイバー層は交差して配置されている場合、この交差により領域が特定され、更にそれぞれの発光領域の広がりに基づき所定の計算を行うことで、シンチレーター内の発光位置を推定することが可能となる。
【００３６】
また、この発光において、シンチレーター内を光が全反射する場合、光は全反射を繰り返し、最終的に受光素子に光が入射され、信号として外部に出力される。そして、受光素子に光が入射された時刻も記録され、上記発光位置の情報とともに組とされ、記録される。すなわちこの結果、どの時刻にどの位置で発光したのかを確認することができるようになる。なお、この発光において、シンチレーター内において発光した光が全反射条件を満たさない場合は、発光位置の情報のみ記録することとなる。
【００３７】
またこの処理は、発光するごとにこの組を順次記録する。このようにすることで後述のように、一の放射線で二箇所発光した場合、いずれが先で、いずれが後に発光したのかを認識することができるようになる。
【００３８】
次に、本推定方法では、（Ｓ１２）複数の前記発光位置及び前記受光時刻の組に基づき二箇所目の発光であることを判定するステップを備えている。具体的には、上記のステップにおいて順次記録した発光位置とその受光時刻の組を比較し、二つの組が所定の関係を満たす場合、一の放射線によって二箇所発光したと判断し、後ろの発光を二箇所目の発光であると判定することができる。この所定の関係としては、単純に受光時刻の差とすることができ、所定の時間内で発光している場合は、近接の二箇所で発光したものと考えることができる。すなわち、発光位置及び受光時刻の組間における受光時刻が所定の時間内にあるか否かで判定することが好ましい。この二箇所で発光する場合のイメージ図を図５に示しておく。本図の場合、異なる二つのシンチレーターユニットで発光が行われている例を示している。
【００３９】
そしてまた本推定方法では、（Ｓ１３）二箇所目の発光における発光位置及び受光時刻の組を除去するステップを備えている。このように、二箇所目の発光であると判断されれば、二箇所目はノイズとなるためこれを除去する。これにより、高精度な放射線源位置推定方法を提供することができる。このように二箇所で発光した場合、二箇所ともデータとして採用してしまうと精度が下がる一方、二箇所ともデータの削除としてしまうと精度を高くすることができない。これに対し、本推定方法では、二箇所で発光したと把握されたとしても、一方のデータの削除のみを行うことで対応できるため、データの廃棄を少なくして高い位置分解能を達成するノイズ除去方法及び放射線源位置推定方法を提供することができる。
【００４０】
また、本推定方法では、上記求めた発光位置及び受光時刻に基づき、放射線源位置を推定する放射線位置ステップ（Ｓ２）を備える。具体的に説明すると、放射線源から放射線が放出されるが、ＰＥＴ装置では１８０度逆方向に二本の放射線が放出される。すなわち、筒状中空部を挟んで対向する位置に近いシンチレーターブロックにおいてほぼ同時刻に発光位置が存在する。そのため、この二つの発光位置を結ぶことによって、放射線源の位置を推定することができる。なおこの方法自体は公知の方法を採用することができる。
【００４１】
以上、本推定方法によって、データの廃棄を少なくして高い位置分解能を達成する放射線源位置推定方法を提供することができる。また本推定方法によると、光電吸収反応の位置分解能０．２ｍｍ（ＦＷＨＭ）を維持しつつ、コンプトン散乱事象の過半数を画像再構成に利用することによって、本方法を用いないＰＥＴ装置と比べて感度１０倍を達成することも可能である。
【００４２】
また、本装置では、発光量を側面に接着した多数の微少受光阻止で独立して測定するため、γ線入射時刻も独立して測定することとなり、従来装置と比べて時間分解能１／５が達成できる。一般に独立な測定が複数ならば平均値の誤差は測定数の平方根に反比例する。本発明品では側面に合計３２個程度の微小受光素子を接着し、それらが独立に発光時刻を測定するため、従来装置と全く同じ受光素子を使用しても時間分解能は１／５以下に向上する。現在のＰＥＴ装置の欠点の一つに、断層画像計算はデータ収集完了後にしか開始できす、断層画像計算に必要な時間はデータ収集時間より長いため、診断結果が判明し被験者に通知できるのが検査翌日〜翌週となる。もし時間分解能が１００ｐｓｅｃ以下となればデータ収集と並行して断層画像計算が実施でき、検査終了直後に断層画像が表示できる。医師は精密検査の必要性を即時に判定できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、ＰＥＴ装置等の本社線検出装置において適用可能であり、またこれに適用されるノイズ除去方法及び放射線源位置推定方法に用いることができ産業上利用可能性がある。
【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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