(57)【要約】【課題】撮像対象内部の解析の詳細化を図る。【解決手段】撮像対象に陽電子放出に続けて脱励起ガンマ線を放出する核種が投与される。ＰＥＴ装置は、陽電子の対消滅（オルソポジトロニウムの対消滅）の際に生成される３本の追消滅ガンマ線とは別に脱励起ガンマ線を検出する。各対消滅ガンマ線の検出エネルギー（ＥＤＥＴγ１〜ＥＤＥＴγ３）及び検出位置（ＰＤＥＴγ１〜ＰＤＥＴγ３）、並びに、対消滅ガンマ線の検出時刻（ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３）及び脱励起ガンマ線の検出時刻（ｔＤＥＴγＥ）に基づいて、撮像対象における核種の分布状態を三次元で導出するとともに、導出した分布位置に対応付けて陽電子の寿命情報を決定する。【選択図】図８
2018189598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に脱励起ガンマ線を放出する核種を含んだ撮像対象から、陽電子と電子の対消滅による３本の対消滅ガンマ線を受けることで前記３本の対消滅ガンマ線を検出する第１ガンマ線検出器と、
前記脱励起ガンマ線を検出する第２ガンマ線検出器と、
前記第１ガンマ線検出器による各対消滅ガンマ線の検出エネルギー及び検出位置、並びに、前記第１ガンマ線検出器による前記対消滅ガンマ線の検出時刻及び前記第２ガンマ線検出器による前記脱励起ガンマ線の検出時刻に基づいて、前記撮像対象における前記核種の分布状態を三次元で導出するとともに、導出した分布位置に対応付けて前記陽電子の寿命情報を決定する処理部と、を備えた
ことを特徴とする陽電子寿命測定機能付きＰＥＴ装置。
【請求項２】
前記処理部は、各対消滅ガンマ線の検出エネルギー及び検出位置、並びに、前記対消滅ガンマ線の検出時刻及び前記脱励起ガンマ線の検出時刻に基づいて、前記撮像対象における前記核種の三次元分布像を生成するとともに、前記三次元分布像中の複数の位置における前記陽電子の寿命情報を個別に導出する
ことを特徴とする請求項１に記載の陽電子寿命測定機能付きＰＥＴ装置。
【請求項３】
前記処理部は、
前記脱励起ガンマ線の検出時刻から所定時間内に前記３本の対消滅ガンマ線が同時計測されたイベントごとに、各対消滅ガンマ線の検出エネルギー及び検出位置に基づき当該イベントにおける陽電子消滅位置を推定するとともに、前記脱励起ガンマ線の検出時刻から前記３本の対消滅ガンマ線が同時計測された検出時刻までの時間差を当該イベントにおける陽電子の寿命として導出し、
複数のイベントについて推定した位置及び導出した陽電子の寿命に基づき、前記三次元分布像を生成するとともに、前記三次元分布像中の複数の位置における前記陽電子の寿命情報を個別に導出する
ことを特徴とする請求項２に記載の陽電子寿命測定機能付きＰＥＴ装置。
【請求項４】
前記処理部は、各対消滅ガンマ線の検出エネルギー及び検出位置、並びに、前記対消滅ガンマ線の検出時刻及び前記脱励起ガンマ線の検出時刻に基づいて、前記撮像対象中の前記核種の分布及び前記撮像対象中の前記核種の各分布位置における陽電子の寿命情報を三次元で示す陽電子寿命像を生成する
ことを特徴とする請求項１に記載の陽電子寿命測定機能付きＰＥＴ装置。
【請求項５】
前記処理部は、
前記脱励起ガンマ線の検出時刻から所定時間内に前記３本の対消滅ガンマ線が同時計測されたイベントごとに、各対消滅ガンマ線の検出エネルギー及び検出位置に基づき当該イベントにおける陽電子消滅位置を推定するとともに、前記脱励起ガンマ線の検出時刻から前記３本の対消滅ガンマ線が同時計測された検出時刻までの時間差を当該イベントにおける陽電子の寿命として導出し、
複数のイベントについて推定した位置及び導出した陽電子の寿命に基づき、前記陽電子寿命像を生成する
ことを特徴とする請求項４に記載の陽電子寿命測定機能付きＰＥＴ装置。
【請求項６】
前記第２ガンマ線検出器は、前記第１ガンマ線検出器とは別に設けられたガンマ線検出器にて構成される
ことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の陽電子寿命測定機能付きＰＥＴ装置。
【請求項７】
前記第２ガンマ線検出器は、前記第１ガンマ線検出器を形成するガンマ線検出器の群の少なくとも一部を用いて構成される
ことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の陽電子寿命測定機能付きＰＥＴ装置。
【請求項８】
ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に脱励起ガンマ線を放出する核種を含んだ撮像対象から、陽電子と電子の対消滅による３本の対消滅ガンマ線を受けることで前記３本の対消滅ガンマ線を検出する第１ガンマ線検出器と、前記脱励起ガンマ線を検出する第２ガンマ線検出器と、を備えたＰＥＴ装置にて用いられる方法であって、
前記第１ガンマ線検出器による各対消滅ガンマ線の検出エネルギー及び検出位置、並びに、前記第１ガンマ線検出器による前記対消滅ガンマ線の検出時刻及び前記第２ガンマ線検出器による前記脱励起ガンマ線の検出時刻に基づいて、前記撮像対象における前記核種の分布状態を三次元で導出するとともに、導出した分布位置に対応付けて前記陽電子の寿命情報を決定する
ことを特徴とする、ＰＥＴ装置における陽電子寿命測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽電子寿命測定機能付きＰＥＴ装置、及び、ＰＥＴ装置における陽電子寿命測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
第１参考技術：診断装置の一つとして陽電子放射断層撮影（Positron emission tomography；ＰＥＴ）装置が実用化されている。ＰＥＴ装置では、陽電子放出核をトレーサーとし、陽電子が電子と対消滅する際に生じる２本のガンマ線の対を利用してトレーサー分布を画像化する。陽電子の対消滅により生じる２本の各ガンマ線は核種によらず一定のエネルギー（５１１ｋｅＶ）を有するため、測定対象となる陽電子放出核の種類を識別することはできず、撮像対象に複数種類のトレーサーを同時に投与しても、それらを区別してイメージングすることができないのが一般的であった。しかし、近年、複数種類のトレーサーを、核種を同定可能な態様で一度にイメージングできるＰＥＴ装置の開発が進められている。ＰＥＴにおいてトレーサーとして用いる陽電子放出核としては、陽電子のみを放出するタイプの核種と、陽電子放出の後に脱励起ガンマ線を放出するタイプの核種があるが、後者のタイプの核種をトレーサーとして用い、対消滅によるガンマ線だけでなく、陽電子に続けて放出された脱励起ガンマ線（核種に固有のエネルギーを持つ）も計測することにより、トレーサーを同定することができる（下記特許文献１及び非特許文献１参照）。
【０００３】
第２参考技術：他方、陽電子消滅寿命法（Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy；ＰＡＬＳ）は、陽電子が電子と対消滅を起こす際、周辺の環境に依存して陽電子の寿命が変化することを利用して物質構造を解析する方法である。物質中で放射性核種から放出された陽電子は、周辺の電子と衝突を繰り返しながら自身の運動量を低下させてゆき、自身の運動量がほぼゼロになったところで電子と結び付いて対消滅を起こす。この対消滅の直前には、陽電子と電子は電気的に互いに束縛された一種の分子状態であるポジトロニウムを形成する。ポジトロニウムの崩壊寿命は、周辺の電子からの電場に大きく影響されるため、電子配置を決める物質や形状（分子構造）、温度などに依存して変化することになる。ＰＡＬＳでは、この寿命の変化を利用して物質を解析する。特に、金属中における空孔の存在などにより寿命が大きく変わるため、半導体材料等の材料工学分野における解析にＰＡＬＳが用いられている（下記非特許文献２及び３参照）。また、近年は、加速器を用いて照射した陽電子による研究も進められている。
【０００４】
第３参考技術：陽電子及び電子の夫々は１／２の固有スピンを持つ。故に、ポジトロニウムには、陽電子と電子の固有スピンの向きが揃ったパラポジトロニウムと、陽電子と電子の固有スピンの向きが逆向きとなるオルソポジトロニウムと、がある。オルソポジトロニウムはパラポジトロニウムの生成確率の１％以下でしか出現しないが、オルソポジトロニウムの寿命は真空中において１４２ｎｓ（ナノ秒）であり、パラポジトロニウムの寿命よりも１０００倍程度長い。また、パラポジトロニウムは、偶数本のガンマ線（主として２本のガンマ線）に崩壊するのに対し、オルソポジトロニウムは奇数本のガンマ線（主として３本のガンマ線）に崩壊することが知られている。このオルソポジトロニウムの寿命の変化を調べることにより、上記の材料工学分野以外にも、液体中の酸素濃度など、ライフサイエンス分野に関連する解析が可能となることが分かってきている（下記非特許文献４及び５参照）。
【０００５】
第４参考技術：上述したように、主として、パラポジトロニウムは２本のガンマ線を放出して対消滅する一方でオルソポジトロニウムは３本のガンマ線を放出して対消滅する。ＰＥＴでは、２本のガンマ線に崩壊したイベントを利用してイメージングを行うことが一般的である。これは、陽電子がオルソポジトロニウムを構成する確率がパラポジトロニウムを構成する確率の１％以下であり、大部分の陽電子対消滅の際には２本のガンマ線が放出されるためである。しかしながら、２本のガンマ線を利用する場合には２箇所の検出点を結ぶ直線として対消滅位置を推定するのに対して、３本のガンマ線を利用する場合には３本のガンマ線のエネルギーに基づいた運動量から運動方程式を解くことにより、対消滅位置を点として推定することが可能である。そのため、近年の放射線検出器の高精度化（位置の推定精度に影響するエネルギー分解能及び位置分解能の向上）に伴って、３本のガンマ線を用いたＰＥＴが提案されている（下記非特許文献６及び７参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５５２６４３５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】A. Andreyev, A. Celler, “Dual-isotope PET using positron-gamma emitters”，Physics in Medical and Biology, 2011, 56, pp. 4539-4556
【非特許文献２】R. B. Bell, R. L. Graham, “Time Distribution of Positron Annihilation in Liquids and Solids”，Phys. Rev., 1953, 90, pp. 644-654
【非特許文献３】“Principles and Applications of Positron and Positronium Chemistry”, edited by: Y. C. Jean, P. E. Mallon, D. M. Schrader，World Scientific, 2003, ISBN:978-981-238-144-6
【非特許文献４】A. M. Cooper, G. J. Laidlaw, B. G. Hogg, “Oxygen quenching of positron lifetimes in liquids”，J. Chem. Phys., 1967, 46, 2441-2442
【非特許文献５】B. Hopkins, T. W. Zerda, “Oxygen quenching of positronium in silica gels”，Phys. Lett., 1990, A45, 141-145
【非特許文献６】M. D. Harpen, “Positronium: Review of symmetry, conserved quantities and decay for the radiological physicist”, Medical Physics, 2004, 31(1), pp. 57-61
【非特許文献７】K. Kacperski, M. N. Spyrou, “Performance of three-photon PET imaging: Monte Carlo simulations”, Phys. Med. Biol., 2005, 50, pp. 5679-5696
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＰＥＴは、がんの検査等、各種の診断に有益であるが、従来のＰＥＴではトレーサーの分布情報しか得ることができない。仮に、ＰＥＴ装置においてトレーサーの分布情報に対応付けて陽電子の寿命情報を得ることができたならば、トレーサーの分布情報だけでなくトレーサーの各分布位置における周辺環境（酸素濃度や構造等）を詳細に知る手がかりが得られる。これは、ライフサイエンス分野等に新たな解析手法をもたらすと考えられる。
【０００９】
そこで本発明は、撮像対象の解析の詳細化に寄与する陽電子寿命測定機能付きＰＥＴ装置、及び、ＰＥＴ装置における陽電子寿命測定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一側面に係る陽電子寿命測定機能付きＰＥＴ装置は、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に脱励起ガンマ線を放出する核種を含んだ撮像対象から、陽電子と電子の対消滅による３本の対消滅ガンマ線を受けることで前記３本の対消滅ガンマ線を検出する第１ガンマ線検出器と、前記脱励起ガンマ線を検出する第２ガンマ線検出器と、前記第１ガンマ線検出器による各対消滅ガンマ線の検出エネルギー及び検出位置、並びに、前記第１ガンマ線検出器による前記対消滅ガンマ線の検出時刻及び前記第２ガンマ線検出器による前記脱励起ガンマ線の検出時刻に基づいて、前記撮像対象における前記核種の分布状態を三次元で導出するとともに、導出した分布位置に対応付けて前記陽電子の寿命情報を決定する処理部と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
当該装置によれば、核種の分布状態と共に核種の各分布位置における陽電子の寿命情報を得ることができるため、撮像対象内の各位置の特性（酸素濃度や分子構造等）を非侵襲で知ることが可能となると期待される。これは、ライフサイエンス分野等に新たな解析手法をもたらすと考えられる。
【００１２】
本発明の一側面に係る、ＰＥＴ装置における陽電子寿命測定方法は、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に脱励起ガンマ線を放出する核種を含んだ撮像対象から、陽電子と電子の対消滅による３本の対消滅ガンマ線を受けることで前記３本の対消滅ガンマ線を検出する第１ガンマ線検出器と、前記脱励起ガンマ線を検出する第２ガンマ線検出器と、を備えたＰＥＴ装置にて用いられる方法であって、前記第１ガンマ線検出器による各対消滅ガンマ線の検出エネルギー及び検出位置、並びに、前記第１ガンマ線検出器による前記対消滅ガンマ線の検出時刻及び前記第２ガンマ線検出器による前記脱励起ガンマ線の検出時刻に基づいて、前記撮像対象における前記核種の分布状態を三次元で導出するとともに、導出した分布位置に対応付けて前記陽電子の寿命情報を決定することを特徴とする。
【００１３】
当該方法によれば、核種の分布状態と共に核種の各分布位置における陽電子の寿命情報を得ることができるため、撮像対象内の各位置の特性（酸素濃度や分子構造等）を非侵襲で知ることが可能となると期待される。これは、ライフサイエンス分野等に新たな解析手法をもたらすと考えられる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、撮像対象の解析の詳細化に寄与する陽電子寿命測定機能付きＰＥＴ装置、及び、ＰＥＴ装置における陽電子寿命測定方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】Ａタイプの放射性崩壊の様式を示す図である。
【図２】Ｂタイプの放射性崩壊の様式を示す図である。
【図３】Ａタイプの放射性崩壊の具体例を示す図である。
【図４】Ｂタイプの放射性崩壊の具体例を示す図である。
【図５】陽電子放出核からの陽電子放出に続けて脱励起ガンマ線が放出される一方で、陽電子の対消滅の際に３本の対消滅ガンマ線が発生する様子を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係るＰＥＴ装置に概略構成図である。
【図７】図６のＰＥＴ検出器及び脱励起ガンマ線検出器の夫々が複数のガンマ線検出器から構成されることを説明するための図である。
【図８】図６の信号処理部の内部ブロック図である。
【図９】本発明の実施形態に係る４γイベントデータの生成手順例を示す図である。
【図１０】複数組の４γイベントデータが記録されている様子を示す図である。
【図１１】陽電子放出核と３本の対消滅ガンマ線との関係を示す図である。
【図１２】イベントごとに核種位置及び陽電子寿命が求められる様子を示す図である。
【図１３】実際の陽電子放射核の分布と、画像再構成により得られた陽電子放出核の分布像と、を示す図である。
【図１４】実際の陽電子放射核の分布と、画像再構成により得られた陽電子放出核の分布像と、陽電子寿命タイムスペクトルと、を示す図である。
【図１５】実際の陽電子放射核の分布と、画像再構成により得られた陽電子放出核の分布像と、領域ごとに導出された陽電子寿命タイムスペクトルと、陽電子寿命像と、を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態の例を、図面を参照して具体的に説明する。参照される各図において、同一の部分には同一の符号を付し、同一の部分に関する重複する説明を原則として省略する。尚、本明細書では、記述の簡略化上、情報、信号、物理量又は部材等を参照する記号又は符号を記すことによって、該記号又は符号に対応する情報、信号、物理量又は部材等の名称を省略又は略記することがある。
【００１７】
図１及び図２を参照し、まず、陽電子放出核（放射性崩壊によって陽電子を放出する核種）の放射性崩壊における２つの様式を説明する。図１はＡタイプの放射性崩壊の様式を示し、図２はＢタイプの放射性崩壊の様式を示している。Ａタイプ、Ｂタイプの様式にて放射性崩壊を行う陽電子放出核を、夫々、Ａタイプ核種、Ｂタイプ核種と称する。また、陽電子放出核について、ベータ崩壊前の核種を親核と称し、ベータ崩壊後の核種を娘核と称する。
【００１８】
図１に示す如く、Ａタイプ核種では、親核にてベータ崩壊が生じることで陽電子の放出を伴いつつ娘核の基底状態に遷移する。即ち、Ａタイプ核種は、ベータ崩壊によって親核から娘核の基底状態のエネルギー準位に直接遷移し、この遷移の際に陽電子が放出される。
【００１９】
図２に示す如く、Ｂタイプ核種では、親核にてベータ崩壊が生じることで陽電子の放出を伴いつつ娘核の励起状態に遷移した後、続けて、ガンマ崩壊により当該Ｂタイプ核種に固有のエネルギーを有する脱励起ガンマ線を放出することで娘核の励起状態から娘核の基底状態に遷移する。Ｂタイプ核種の娘核における励起状態と基底状態のエネルギー差が、脱励起ガンマ線のエネルギーとなる。Ｂタイプ核種において、脱励起ガンマ線が放出されるタイミングは、核の構造に依存した量子力学的な確率に従う。娘核の励起状態から娘核の基底状態への寿命の指標は半減期として与えられる。本発明の実施形態に係るＰＥＴ装置では、Ｂタイプの陽電子放出核が利用される。
【００２０】
図３に、Ａタイプの放射性崩壊の一例を示す。Ａタイプ核種の親核である１８Ｆにてベータ崩壊が生じると、１００％の確率で、娘核である１８Ｏの基底状態に遷移する。当該ベータ崩壊の際に陽電子が放出される。
【００２１】
図４に、Ｂタイプの放射性崩壊の一例を示す。Ｂタイプ核種の親核である２２Ｎａは、娘核である２２Ｎｅの基底状態に遷移するまでに、９９．９６％の確率で２２Ｎｅの励起状態を経由する。この際、ガンマ崩壊により３．６３ｆｓ（フェムト秒）の半減期にて２２Ｎｅの励起状態から２２Ｎｅの基底状態へと遷移し、当該遷移のときに、エネルギーが１２７５ｋｅＶ（キロエレクトロンボルト）の脱励起ガンマ線を放出する。２２Ｎａから２２Ｎｅの励起状態への遷移をもたらすベータ崩壊の際に陽電子が放出される。尚、Ｂタイプ核種では、親核から娘核の基底状態に遷移するまでの過程において、娘核における複数の励起状態を経由し複数の脱励起ガンマ線を放出することもある。
【００２２】
また、上述したように、物質中で陽電子放出核から放出された陽電子は、周辺の電子と衝突を繰り返しながら自身の運動エネルギーを失って行き、自身の運動エネルギーがほぼゼロになったところで電子と結び付いて対消滅を起こす。この対消滅の直前には、陽電子と電子は電気的に互いに束縛された一種の分子状態であるポジトロニウムを形成する。ポジトロニウムには、陽電子と電子の固有スピンの向きが揃ったパラポジトロニウムと、陽電子と電子の固有スピンの向きが逆向きとなるオルソポジトロニウムとがあって、オルソポジトロニウムはパラポジトロニウムの生成確率の１％以下でしか出現しないが、オルソポジトロニウムの寿命はパラポジトロニウムのそれよりも１０００倍程度長い。また、パラポジトロニウムは、偶数本のガンマ線（主として２本のガンマ線）に崩壊するのに対し、オルソポジトロニウムは奇数本のガンマ線（主として３本のガンマ線）に崩壊することが知られている。陽電子と電子とが対消滅する際に放出されるガンマ線を対消滅ガンマ線と称する。
【００２３】
図５に示すように、Ｂタイプの陽電子放出核がベータ崩壊する際に陽電子が放出され、それに続けて脱励起ガンマ線が放出される。放出された陽電子が周辺の電子とオルソポジトロニウムを形成した場合、それらの対消滅の際に３本の対消滅ガンマ線が放出される。以下、単に３本の対消滅ガンマ線と記した場合、それは、オルソポジトロニウムを形成する陽電子と電子とが対消滅した際に放出される３本の対消滅ガンマ線を指すものとする。３本の対消滅ガンマ線の合計エネルギーは、陽電子と電子の静止質量の合計に相当する１０２２ｋｅＶ（キロエレクトロンボルト）となる。
【００２４】
図６に、本実施形態に係るＰＥＴ装置１の概略構成図を示す。ＰＥＴ装置１は、ＰＥＴ検出器１０と、脱励起ガンマ線検出器２０と、信号処理部３０と、を備えて構成される。ＴＧは、ＰＥＴ装置１における撮像対象を表している。撮像対象ＴＧは、Ｂタイプの陽電子放出核を含む物体であり、生体を撮像対象ＴＧとすることができる。撮像対象ＴＧ内においてＢタイプの陽電子放出核が分布している。
【００２５】
実空間において、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸により三次元空間を定義し、当該三次元空間をＸＹＺ空間と称する。或る位置のＸ軸成分、Ｙ軸成分、Ｚ軸成分を、夫々、ｘ、ｙ、ｚにて表すと共に、或る点のＸＹＺ空間上での位置を（ｘ，ｙ，ｚ）にて表す。
【００２６】
上述したように、本発明の実施形態に係るＰＥＴ装置１では、Ｂタイプの陽電子放出核が利用される。その上で、オルソポジトロニウムの対消滅の際に放出される計３本の対消滅ガンマ線の検出と、脱励起ガンマ線の検出とを介して、陽電子放出核の分布推定と共に陽電子の寿命情報の取得を行う。従来のＰＥＴ装置にて画像化に主に利用されるパラポジトロニウムの寿命は１００ｐｓ（ピコ秒）のオーダーであるため、その寿命に対し、既存のＰＥＴ検出器の時間分解能では寿命の測定が容易ではない。そこで、本実施形態では、計測が相対的に容易な時間オーダー（１００ｎｓ（ナノ秒）程度）において、オルソポジトロニウムの寿命を計測する。以下、ＰＥＴ装置１の構成要素について詳説する。
【００２７】
［ＰＥＴ検出器］
ＰＥＴ検出器１０は、撮像対象ＴＧ中の陽電子放出核から放出された陽電子と当該陽電子の周辺の電子とが対消滅する際に放出される対消滅ガンマ線（主として３本の対消滅ガンマ線）を受けることができるよう、撮像対象ＴＧを取り囲む位置に配置され、対消滅ガンマ線を含むガンマ線を受けることで当該ガンマ線を検出する。具体的には、図７に示す如く、ＰＥＴ検出器１０は、従来のＰＥＴ装置におけるＰＥＴ検出器と同様に、リング状に配列された複数のガンマ線検出器１１にて構成される。即ち、概ね円筒面を成す曲面上に複数のガンマ線検出器１１を分散配置することでＰＥＴ検出器１０が形成され、検出器１０で囲まれた撮像可能な空間は一般にＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ）と呼ばれ、そのＦＯＶの内側に撮像対象ＴＧが配置される。図６及び図７において、円筒面をなすＦＯＶの軸はＺ軸に平行となっている。尚、図示の簡略化上、図７においては、ＰＥＴ検出器１０を構成する一部のガンマ線検出器に対してのみ符号１１を付している。
【００２８】
各ガンマ線検出器１１は、ガンマ線を検出可能な放射線検出器であって、ＦＯＶの内側から飛来するガンマ線の入射を受けたとき、入射したガンマ線と自身との相互作用に応じたＰＥＴ検出信号を出力する。各ガンマ線検出器１１において、ガンマ線と検出器１１とが相互作用を起こした位置と、入射したガンマ線のエネルギーとを検出可能となっており、検出された位置を示す位置情報と検出されたエネルギーを示すエネルギー情報とが、検出器１１の出力信号に含まれる。ＰＥＴ検出信号に含まれる位置情報が示す位置は、ＰＥＴ検出器が細分化されているために得られるもので、ガンマ線の検出位置のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸成分を、細分化された検出器のサイズを単位として含んでいる。
【００２９】
ＰＥＴ検出器１０は、複数のガンマ線検出器１１から構成されているため、ＰＥＴ検出器１０の全体の動作としては、何れかのガンマ線検出器１１にてＦＯＶの内側から飛来するガンマ線の入射を受けたとき、入射したガンマ線の検出位置（即ち、入射したガンマ線と相互作用を起こした検出器１０を構成する検出器の位置）と、入射したガンマ線のエネルギーとを検出し、検出した位置を示す位置情報と検出されたエネルギーを示すエネルギー情報とを含んだＰＥＴ検出信号を出力することになる。複数のガンマ線検出器１１の夫々にてガンマ線が入射及び検出されたときには、各々の検出に対応した複数のＰＥＴ検出信号がＰＥＴ検出器１０から出力されることになる。
【００３０】
［脱励起ガンマ線検出器］
脱励起ガンマ線検出器２０は、撮像対象ＴＧ中の陽電子放出核から放出された脱励起ガンマ線を受けることができるよう、撮像対象ＴＧを取り囲む位置に配置され、脱励起ガンマ線を含むガンマ線を受けることで当該ガンマ線を検出する。脱励起ガンマ線検出器２０は、ＰＥＴ検出器１０が配置されていない空間の内の任意の位置に配置される。具体的には例えば、図７に示す如く、複数のガンマ線検出器１１の配置面に相当する円筒面と同軸の円筒面上に複数のガンマ線検出器２１を分散配置する。複数のガンマ線検出器２１はリング状に配置され、且つ、ガンマ線検出器１１の群を上記円筒面の軸方向において両側から挟み込むように配置される。尚、図示の簡略化上、図７においては、脱励起ガンマ線検出器２０を構成する一部のガンマ線検出器に対してのみ符号２１を付している。
【００３１】
各ガンマ線検出器２１は、ガンマ線を検出可能な放射線検出器であって、ＦＯＶの内側から飛来するガンマ線の入射を受けたとき、入射したガンマ線と自身との相互作用に応じた追加検出信号を出力する。各ガンマ線検出器２１において、入射したガンマ線のエネルギーを検出可能となっており、検出されたエネルギーを示すエネルギー情報が、検出器２１の出力信号に含まれる。ガンマ線検出器２１は、ＰＥＴ検出器１０と異なり、位置感応性を必要としない。
【００３２】
脱励起ガンマ線検出器２０は、複数のガンマ線検出器２１から構成されているため、脱励起ガンマ線検出器２０の全体の動作としては、何れかのガンマ線検出器２１にてガンマ線の入射を受けて当該ガンマ線を検出したとき、入射したガンマ線のエネルギーを検出し、検出されたエネルギーを示すエネルギー情報を含んだ信号を出力することになる。ここでは、脱励起ガンマ線検出器２０の出力信号としてのガンマ線検出信号を、追加検出信号と称する。また、脱励起ガンマ線検出器２０の出力信号としてのガンマ線検出信号の内、脱励起ガンマ線検出器２０にて脱励起ガンマ線を検出した場合におけるガンマ線検出信号を、特に、脱励起ガンマ線検出信号と称する。
【００３３】
例えば、Ｇｅ（ゲルマニウム）による半導体検出器にてガンマ線検出器１１及び２１を構成することができる。この場合、ガンマ線検出器１１及び２１は、０．２〜０．５％程度のエネルギー分解能にて、ガンマ線のエネルギーを検出することが可能である。但し、Ｇｅ以外の半導体材料（例えば、Ｓｉ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ）を用いて構成される半導体検出器をガンマ線検出器１１及び２１として用いても良いし、シンチレーション検出器を用いてガンマ線検出器１１及び２１を構成しても良い。
【００３４】
ガンマ線検出器２１のサイズやガンマ線検出器２１が検出すべきガンマ線の線量を考慮して、脱励起ガンマ線検出器２０を構成するガンマ線検出器２１の個数が設定されるが、場合によっては、その個数は１つでありうる。
【００３５】
［信号処理部］
信号処理部３０は、ＰＥＴ検出器１０から出力されるＰＥＴ検出信号及び脱励起ガンマ線検出器２０から出力される追加検出信号に基づいて、撮像対象ＴＧに含まれる対象核種の分布像の再構成等を行う。対象核種とは、撮像対象ＴＧに含まれ且つ分布の画像化の対象となる核種を指す。ここでは、特に断りなき限り、撮像対象ＴＧ中にＢタイプの陽電子放出核が１種類のみ含まれているものとし、当該Ｂタイプの陽電子放出核が対象核種であるとする。対象核種の分布像は、ＸＹＺ空間における対象核種の三次元の分布を示す三次元分布像である。Ｂタイプの陽電子放出核によって薬剤を標識することができ、Ｂタイプの陽電子放出核は薬剤に取り込まれた状態で撮像対象ＴＧに含まれていても良い。この場合、対象核種の分布像は、当該陽電子放出核により標識された薬剤（プローブ）の分布像とも言える。
【００３６】
―――３γ判定処理―――
図８に示す如く、信号処理部３０は、３γ同時計測判定部３１を有する。３γ同時計測判定部３１は、ＰＥＴ検出器１０にて３本のガンマ線が検出されたことを示すＰＥＴ検出信号が入力されたとき、当該ＰＥＴ検出信号が３本の対消滅ガンマ線の同時計測を示しているか否かを判定する３γ判定処理を行う。
【００３７】
具体的には、ＰＥＴ検出器１０における互いに異なる３つの位置にて計３本のガンマ線が検出されたことを示す３つのＰＥＴ検出信号ＳＧγ１、ＳＧγ２及びＳＧγ３が信号検出部３０（ここでは３γ同時計測判定部３１）に入力されたとき、３γ同時計測判定部３１は、ＰＥＴ検出信号ＳＧγ１、ＳＧγ２及びＳＧγ３の入力タイミングから当該３本のガンマ線の検出時刻ｔＤＥＴγ１、ｔＤＥＴγ２及びｔＤＥＴγ３を特定すると共に、ＰＥＴ検出信号ＳＧγ１、ＳＧγ２及びＳＧγ３に含まれるエネルギー情報から当該３本のガンマ線の検出エネルギーＥＤＥＴγ１、ＥＤＥＴγ２及びＥＤＥＴγ３を特定する。
【００３８】
ここで、ＰＥＴ検出信号ＳＧγ１に基づくガンマ線の検出時刻ｔＤＥＴγ１とは、当該ガンマ線とＰＥＴ検出器１０とが相互作用を起こした時刻を指す。検出時刻ｔＤＥＴγ２及びｔＤＥＴγ３についても同様である。但し、実際には、ＰＥＴ検出信号ＳＧγ１〜ＳＧγ３が信号処理部３０に入力された時刻を検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３として取り扱うことができる（これについては後にも述べられる）。尚、ＰＥＴ検出信号ＳＧγ１、ＳＧγ２及びＳＧγ３には、ＰＥＴ検出器１０によるガンマ線の検出位置ＰＤＥＴγ１〜ＰＤＥＴγ３を表す位置情報も含まれているが、３γ判定処理において位置情報は用いられない。
【００３９】
３γ同時計測判定部３１は、３γ判定処理において、検出時刻ｔＤＥＴγ１、ｔＤＥＴγ２及びｔＤＥＴγ３が同時であって、且つ、検出エネルギーＥＤＥＴγ１、ＥＤＥＴγ２及びＥＤＥＴγ３の合計が１０２２ｋｅＶと一致する場合、３本の対消滅ガンマ線が同時計測されたと判定し、そうでない場合、３本の対消滅ガンマ線が同時計測されたと判定しない。
但し、検出エネルギーの合計についての判別はオフラインで行うことが一般的である。このため、通常は、３γ判定処理において、検出時刻ｔＤＥＴγ１、ｔＤＥＴγ２及びｔＤＥＴγ３が同時である場合には３本の対消滅ガンマ線が同時計測された可能性があると判定する一方で、そうでない場合には３本の対消滅ガンマ線が同時計測された可能性はないと判定し、その後、オフラインにて、同時計測された可能性があると判定した３本の対消滅ガンマ線の検出エネルギーＥＤＥＴγ１、ＥＤＥＴγ２及びＥＤＥＴγ３を参照して、検出エネルギーＥＤＥＴγ１、ＥＤＥＴγ２及びＥＤＥＴγ３の合計が１０２２ｋｅＶと一致する場合に３本の対消滅ガンマ線が同時計測されたと判定すると良い。
ここにおける同時とは、所定の時間幅を有する概念であり、検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３間の差の最大値が、検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３を特定する系の時間分解能を考慮して定められる所定値以下であるならば、検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３が同時であると判断され、そうでなければ、検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３が同時であると判断されない。
【００４０】
１本以上のガンマ線がＰＥＴ検出器１０及び脱励起ガンマ線検出器２０の少なくとも一方で検出される事象を、イベントと称する。対消滅ガンマ線が検出されるイベントの内、大多数のイベントは、５１１ｋｅＶの２本の対消滅ガンマ線が生成される陽電子消滅イベントであり、ＰＥＴ検出器１０にて３本のガンマ線が同時計測されるイベントとしては、偶発的な同時計測イベントや脱励起ガンマ線の散乱イベント（脱励起ガンマ線がＰＥＴ検出器１０に入射して散乱する現象が、３本のガンマ線の検出の一部として取り扱われることになるイベント）など、多数の偽イベントを含むことになる。しかしながら、画像再構成の前処理として、３本のガンマ線のエネルギーの合計が１０２２ｋｅＶになるかを判定することで、大部分の偽イベントを除去することが可能である。
ここで、“３本のガンマ線のエネルギーの合計が１０２２ｋｅＶになる”とは、“検出エネルギーＥＤＥＴγ１、ＥＤＥＴγ２及びＥＤＥＴγ３の合計が１０２２ｋｅＶと一致する”という意味である。“検出エネルギーＥＤＥＴγ１、ＥＤＥＴγ２及びＥＤＥＴγ３の合計が１０２２ｋｅＶと一致する”という表現における一致は、所定の幅を有する概念であり、検出エネルギーＥＤＥＴγ１〜ＥＤＥＴγ３の合計が、例えば、（１０２２―ΔＥ１）ｋｅＶ以上且つ（１０２２＋ΔＥ１）ｋｅＶ以下のエネルギー範囲に収まっているとき、検出エネルギーＥＤＥＴγ１〜ＥＤＥＴγ３の合計が１０２２ｋｅＶと一致していると判定され、そうでないとき、検出エネルギーＥＤＥＴγ１〜ＥＤＥＴγ３の合計が１０２２ｋｅＶと非一致であると判定される。ΔＥ１は、ＰＥＴ検出器１０のエネルギー分解能を考慮して設定される所定エネルギーを表す。
また、上記判定を実施した場合においても、５１１ｋｅＶの２本の対消滅ガンマ線が生成される陽電子消滅イベントによる対消滅ガンマ線が、ＰＥＴ検出器１０を構成する何れかのガンマ線検出器１１で散乱し、散乱された対消滅ガンマ線の残りの全エネルギーがＰＥＴ検出器１０を構成する他のガンマ線検出器１１にて吸収された場合、３γイベント（３本の対消滅ガンマ線が同時計測されたイベント）として誤判定されることがある。対消滅により３本のガンマ線を放出する際には、３本いずれのガンマ線もエネルギー５１１ｋｅＶ以下であり、また５１１ｋｅＶちょうどになる事は稀である。そのため、この様な誤判定イベントは、３本のガンマ線のエネルギーの合計が１０２２ｋｅＶであるという条件に加えて、３本のガンマ線の何れのエネルギーも５１１ｋｅＶより小さいという条件を課す（即ち、それら２つの条件が満たされない限り、３本の対消滅ガンマ線が同時計測されたと判定しない）ことにより大部分が除去可能である。
【００４１】
―――４γ判定処理―――
信号処理部３０は、４γイベント判定部３２を更に備える。４γイベント判定部３２は、３γ同時計測判定部３１の判定結果と、脱励起ガンマ線検出器２０からの追加検出信号ＳＧγＥに基づき、４γイベントが発生したか否かを判定する４γ判定処理を行う。４γイベントは、特定の条件を満たすイベントを指す。具体的には、４γイベントとは、脱励起ガンマ線が脱励起ガンマ線検出器２０にて検出され且つ脱励起ガンマ線の検出時刻を基準として所定時間ＴＷＩＮＤＯＷ内に３本の対消滅ガンマ線が同時計測されたイベントを指す。
【００４２】
単一の陽電子放出核から放出された脱励起ガンマ線と、当該単一の陽電子放出核から放出された陽電子が対消滅したときに発生する３本の対消滅ガンマ線と、に基づいて発生した真４γイベントのみが、４γイベントと判定されることが理想的である。
所定時間ＴＷＩＮＤＯＷが長すぎると、或る陽電子放出核から放出された脱励起ガンマ線と、他の陽電子放出核から放出された陽電子が対消滅したときに発生する３本の対消滅ガンマ線とが偶発的に同時判定される偽４γイベントを、４γイベントと誤判定することも有り得る。これらのイベントは画像ノイズとして現れることになるが、既存のＰＥＴイメージングと同様の遅延同時測定などの手法により補正することが可能である。しかし、補正の精度を上げるためには偽４γイベントは可能な限り少ない方が良い。一方で、所定時間ＴＷＩＮＤＯＷが短すぎると、判定漏れにより、真４γイベントが４γベントとして判定されないこともある。誤判定や判定漏れがなるべく生じないように、所定時間ＴＷＩＮＤＯＷを、半減期が最長となる真空中のオルソポジトロニウムの半減期、又は、撮像対象ＴＧ内で想定されるオルソポジトロニウムの半減期の最大値に基づいて設定しておくと良い。
【００４３】
具体的には、脱励起ガンマ線検出器２０にてガンマ線が検出されたことを示す追加検出信号ＳＧγＥが信号検出部３０（ここでは４γイベント判定部３２）に入力されたとき、４γイベント判定部３２は、追加検出信号ＳＧγＥの入力タイミングから当該ガンマ線の検出時刻ｔＤＥＴγＥを特定すると共に、追加検出信号ＳＧγＥに含まれるエネルギー情報から当該ガンマ線の検出エネルギーＥＤＥＴγＥを特定する。ここで、追加検出信号ＳＧγＥに基づくガンマ線の検出時刻ｔＤＥＴγＥとは、当該ガンマ線と脱励起ガンマ線検出器２０とが相互作用を起こした時刻を指す。
【００４４】
ここで、検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３及びｔＤＥＴγＥについて付言しておく。実際には、ＰＥＴ検出信号ＳＧγ１〜ＳＧγ３が信号処理部３０に入力された時刻を検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３として取り扱うことができると共に、追加検出信号ＳＧγＥが信号処理部３０に入力された時刻を検出時刻ｔＤＥＴγＥとして取り扱うことができる。ガンマ線とガンマ線検出器（１１、２１）とが相互作用を起こしてから、その相互作用による信号（ＰＥＴ検出信号、追加検出信号）が信号入力部３０に入力されるまでには所定の応答時間がかかるが、その応答時間を複数のガンマ線検出器（１１、２１）間で共通にするべく、必要に応じ、複数のガンマ線検出器の内、何れか１以上のガンマ線検出器と信号入力部３０の間に信号遅延回路が挿入される。信号処理部３０での処理において重要となるのは検出時刻間の差であるため、応答時間が複数のガンマ線検出器（１１、２１）間で揃っていれば問題は無い。
【００４５】
４γイベント判定部３２は、４γ判定処理において、以下の第１及び第２の４γ判定条件の双方を満たすイベントのみを４γイベントであると判定する。ここで、撮像対象ＴＧに分布している陽電子放出核における脱励起ガンマ線のエネルギーをＥγＥにて表す。エネルギーＥγＥは、信号処理部３０にとって既知である。
【００４６】
第１の４γ判定条件は、検出エネルギーＥＤＥＴγＥが脱励起ガンマ線のエネルギーＥγＥと一致しているという条件である。
ここにおける一致も、所定の幅を有する概念であり、検出エネルギーＥＤＥＴγＥが、例えば、（ＥγＥ―ΔＥ２）以上且つ（ＥγＥ＋ΔＥ２）ｋｅＶ以下のエネルギー範囲に収まっているとき、検出エネルギーＥＤＥＴγＥは脱励起ガンマ線のエネルギーＥγＥと一致していると判断され、そうでないとき、検出エネルギーＥＤＥＴγＥは脱励起ガンマ線のエネルギーＥγＥと一致していないと判断される。ΔＥ２は、脱励起ガンマ線検出器２０のエネルギー分解能を考慮して設定される所定エネルギーを表す。
第１の４γ判定条件が満たされるとき、検出エネルギーＥＤＥＴγＥに対応する、脱励起ガンマ線検出器２０にて検出されたガンマ線は、脱励起ガンマ線であると判断される。
【００４７】
第２の４γ判定条件は、脱励起ガンマ線検出器２０によるガンマ線の検出時刻ｔＤＥＴγＥから所定時間ＴＷＩＮＤＯＷ内に３本の対消滅ガンマ線が同時計測されているという条件である。尚、第１の４γ判定条件が満たされる場合に限って、第２の４γ判定条件の判定を行えば足る。
つまり、第１の４γ判定条件が成立しているとの仮定の下、３γ判定処理にて検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３に対応する３本の対消滅ガンマ線が同時計測されたと判定されており、且つ、検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３に基づく３本の対消滅ガンマ線の検出時刻が、検出時刻ｔＤＥＴγＥに相当する脱励起ガンマ線の検出時刻よりも後であって、且つ、脱励起ガンマ線の検出時刻と３本の対消滅ガンマ線の検出時刻との時間差が所定時間ＴＷＩＮＤＯＷ内であるとき、第２の４γ判定条件が満たされ、そうでないとき、第２の４γ判定条件が満たされない。
検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３に基づく３本の対消滅ガンマ線の検出時刻とは、検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３の平均時刻であっても良いし、検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３の内の何れか１つであっても良い。
【００４８】
４γイベント判定部３２は、ＰＥＴ検出信号ＳＧγ１〜ＳＧγ３及び追加検出信号ＳＧγＥに対応するイベントが４γイベントであると判定した場合、ＰＥＴ検出信号ＳＧγ１〜ＳＧγ３及び追加検出信号ＳＧγＥに基づくデータを４γイベントデータとして作成し、作成した４γイベントデータを信号処理３０に設けられたデータメモリ３３に記録する。
【００４９】
ＰＥＴ検出信号ＳＧγ１〜ＳＧγ３及び追加検出信号ＳＧγＥに基づく４γイベントデータは、上述の検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３及びｔＤＥＴγＥ並びに検出エネルギーＥＤＥＴγ１〜ＥＤＥＴγ３及びＥＤＥＴγＥを含むと共に、ＰＥＴ検出信号ＳＧγ１〜ＳＧγ３に含まれる位置情報にて示される検出位置ＰＤＥＴγ１〜ＰＤＥＴγ３を含む。
【００５０】
或る１つの４γイベントに関し、
検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３は当該４γイベントにおける３本の対消滅ガンマ線の検出時刻を表し、検出時刻ｔＤＥＴγＥは当該４γイベントにおける脱励起ガンマ線の検出時刻を表し、
検出エネルギーＥＤＥＴγ１〜ＥＤＥＴγ３は当該４γイベントにおける３本の対消滅ガンマ線の検出エネルギーを表し、検出エネルギーＥＤＥＴγＥは当該４γイベントにおける脱励起ガンマ線の検出エネルギーを表し、
検出位置ＰＤＥＴγ１〜ＰＤＥＴγ３は、当該４γイベントにおける３本の対消滅ガンマ線の検出位置（対消滅ガンマ線とＰＥＴ検出器１０との相互作用位置）を表す。
【００５１】
ＰＥＴ検出信号ＳＧγ１〜ＳＧγ３及び追加検出信号ＳＧγＥに基づくデータに対し、共通のタイムスタンプを付与して記録を行うことで、検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３及びｔＤＥＴγＥの記録を含む４γイベントデータの記録を行い、オフラインにて同時計測の判定を行うことが可能である。
【００５２】
図８に示す構成では、３γ同時計測判定部３１及び４γイベント判定部３２が別個のブロックとして設けられているが、それらを統合した１つのブロックを構成し、その１つのブロックにて上述の３γ判定処理及び４γ判定処理を行うようにしても良い。
【００５３】
図９に、３γ判定処理及び４γ判定処理を含む判定処理の流れの一例を簡単に示す。当該判定処理においては、ステップＳ１１にて、追加検出信号に基づき脱励起ガンマ線が検出されたか否かが判定される。そして、追加検出信号に基づき脱励起ガンマ線が検出されたと判定された場合（ステップＳ１１のＹ）、１つのイベントが発生したと判断されて（ステップＳ１２）、ステップＳ１３に進む。ステップ１３にて、追加検出信号及びＰＥＴ検出信号に基づき脱励起ガンマ線の検出時刻から所定時間ＴＷＩＮＤＯＷ内に３本の対消滅ガンマ線が同時計測されたか否かが判定される。そして、ステップＳ１３の判定結果が“肯定”であるとき、当該イベントが４γイベントであると判定されて、当該イベントの追加検出信号及びＰＥＴ検出信号に基づき４γイベントデータが作成及び記録される。
【００５４】
各イベントに対して３γ判定処理及び４γ判定処理を次々と行っていくことにより、複数の４γイベントデータが作成及び記録される。図１０に、データメモリ３３に記憶されたｎ組の４γイベントデータを示す。ｎは２以上の整数である。ｉ番目に作成された４γイベントデータのイベント番号は“ｉ”にて表される（ｉは自然数）。イベント番号ｉの４γイベントデータにおけるＰＤＥＴγ１〜ＰＤＥＴγ３、ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３、ＥＤＥＴγ１〜ＥＤＥＴγ３、ｔＤＥＴγＥ、ＥＤＥＴγＥは、夫々、ＰＤＥＴγ１［ｉ］〜ＰＤＥＴγ３［ｉ］、ｔＤＥＴγ１［ｉ］〜ｔＤＥＴγ３［ｉ］、ＥＤＥＴγ１［ｉ］〜ＥＤＥＴγ３［ｉ］、ｔＤＥＴγＥ［ｉ］、ＥＤＥＴγＥ［ｉ］にて表される。
【００５５】
尚、脱励起ガンマ線の全エネルギー吸収が脱励起ガンマ線検出器２０にて生じた場合には、脱励起ガンマ線のエネルギーＥγＥが検出エネルギーＥＤＥＴγＥとして得られることになるが、実際には、脱励起ガンマ線検出器２０において、全エネルギー吸収の他に、コンプトン散乱などによる部分エネルギー吸収も生じる。脱励起ガンマ線検出器２０において、脱励起ガンマ線の部分エネルギー吸収が生じたとき、検出エネルギーＥＤＥＴγＥは脱励起ガンマ線のエネルギーＥγＥよりも小さくなる。この場合において、上述の第１の４γ判定条件を採用すると、４γイベントとして判定されるべきイベントが４γイベントとして判定されなくなる。一方で、各々の対消滅ガンマ線のエネルギーが５１１ｋｅＶを超えることは無いため、５１１ｋｅＶを超えるエネルギーが検出されたとき、その検出は脱励起ガンマ線に基づくものと考えられる。そこで、脱励起ガンマ線のエネルギーＥγＥが５１１ｋｅＶより大きい陽電子放出核（例えば２２Ｎａ）を用いる場合においては、検出エネルギーＥＤＥＴγＥが５１１ｋｅＶより大きければ、第１の４γ判定条件を満たすと判断するようにしても良い（即ち、検出エネルギーＥＤＥＴγＥに対応する、脱励起ガンマ線検出器２０にて検出されたガンマ線は、脱励起ガンマ線であると判断するようにしても良い）。
【００５６】
―――画像再構成―――
図８を再度参照し、信号処理部３０は、画像再構成部３４を更に備える。画像再構成部３４は、複数の４γイベントデータに基づいて画像の再構成処理を行うことで対象核種の分布像を生成する。本実施形態において、対象核種は撮像対象ＴＧ中の陽電子放出核であるため、対象核種の分布像として、陽電子放出核の分布像が生成される。上述したように、陽電子放出核の分布像は、ＸＹＺ空間における陽電子放出核の三次元の分布を示す三次元分布像である。実際には、４γイベントごとに、４γイベントデータに含まれる３本の対消滅ガンマ線の検出位置ＰＤＥＴγ１〜ＰＤＥＴγ３及び検出エネルギーＥＤＥＴγ１〜ＥＤＥＴγ３に基づき、当該４γイベントにて陽電子を放出した陽電子放出核の位置を求め、４γイベントごとに求めた位置を、或る長さを単位として分割されたＸＹＺ空間のボクセルにヒストグラミングしていく。これにより、陽電子放出核による放射能の三次元強度分布を、陽電子放出核の分布像として得ることができる。
【００５７】
図１１を参照して、陽電子放出核の分布像を生成する方法について補足する（図１１に関して非特許文献７中の図面を引用（但し一部改変））。図１１に示される円筒面は、ＰＥＴ検出器１０を構成する複数のガンマ線検出器１１の配置面を模式的に示したものである。或る注目イベントにおいて、撮像対象ＴＧ中の位置ｒに存在する陽電子放出核ＮＮから陽電子が放出されて当該陽電子が対消滅する際に３本の対消滅ガンマ線が生成され、当該３本の対消滅ガンマ線が夫々ＰＥＴ検出器１０における位置ベクトルｒ１、ｒ２、ｒ３にて検出され（検出器１０と相互作用を起こし）且つ当該３本の対消滅ガンマ線のエネルギーが夫々Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３であったとする。このとき、対消滅時における陽電子と電子の合計運動量はゼロであるから、ｘ、ｙ、ｚ、の各運動量成分において、以下の式（１）〜（３）による運動量保存の式が成り立つ。
【００５８】
【数１】
2018189598.tif 000003
【００５９】
式（１）〜（３）において、ｃは、光速を表す定数である。３本の対消滅ガンマ線は、第１〜第３の対消滅ガンマ線から成るが、ｐｘi、ｐｙi、ｐｚiは、夫々、第ｉの対消滅ガンマ線の運動量のＸ軸成分、Ｙ軸成分、Ｚ軸成分を表す。実際には対消滅の際、陽電子と電子はわずかな運動量を持っているが、ここでは、これを０とすると、３本の対消滅ガンマ線の運動量のベクトル和は０となり、各軸成分の和も０となる。
式（１）〜（３）において、ｒは対消滅が起きた位置の位置ベクトルを表し、ｘ，ｙ，ｚは、夫々、位置ｒのＸ軸成分、Ｙ軸成分、Ｚ軸成分を表し、ｒｊはエネルギーＥｊを有する対消滅ガンマ線の検出位置を表し、ｘｊ，ｙｊ，ｚｊは、夫々、検出位置ｒｊのＸ軸成分、Ｙ軸成分、Ｚ軸成分を表す（ここでｊは１、２又は３）。故に、｜ｒ−ｒｊ｜は、対消滅が起きた位置ｒと対消滅ガンマ線の検出位置ｒｊとの距離を表し、この距離で、“ｘ−ｘｊ”、“ｙ−ｙｊ”、“ｚ−ｚｊ”を割った値は、３本のガンマ線の運動量方向についての単位ベクトルのＸ、Ｙ、Ｚ軸成分となる。
また、距離｜ｒ−ｒｊ｜をＸ、Ｙ、Ｚ座標における対消滅位置及び検出位置で表した式は上記（４）となる。
【００６０】
画像再構成部３４は、イベント番号ｉの４γイベントについて、３本の対消滅ガンマ線の検出位置ＰＤＥＴγ１［ｉ］〜ＰＤＥＴγ３［ｉ］及び検出エネルギーＥＤＥＴγ１［ｉ］〜ＥＤＥＴγ３［ｉ］を、夫々、位置ｒ１〜ｒ３及びエネルギーＥ１〜Ｅ３として用いて、式（１）〜式（４）を解くことにより、位置ｒを、イベント番号ｉの４γイベントにて陽電子を放出した陽電子放出核ＮＮの位置として求める。位置ｒは、陽電子の対消滅位置を表すが、通常のＰＥＴでは、撮像対象ＴＧ中における陽電子の飛程は小さいとみなし、陽電子の対消滅位置ｒを、陽電子を放出した陽電子放出核の位置として求めることとなるため、陽電子の飛程分だけ、求められたプローブ分布と実際のプローブ分布との間にずれが生じる。しかし、本発明で求めたいのは陽電子放出核の分布ではなく、対消滅が起きた位置の周辺環境であるため、陽電子消滅位置を利用することに不都合は無く、対消滅が起きた位置の酸素濃度や分子構造等の情報を、飛程による誤差なく求めることができる。
【００６１】
求められた陽電子放出核の位置を核種位置とも称し、記号ＮＰにて表す。イベント番号ｉについての核種位置ＮＰを、特にＮＰ［ｉ］にて表すこともある。４γイベントごとに核種位置ＮＰを求めることで、図１２に示す如く、核種位置ＮＰ［１］、ＮＰ［２］、ＮＰ［３］、・・・、及び、ＮＰ［ｎ］が得られる。
【００６２】
―――陽電子寿命導出―――
図８を再度参照し、信号処理部３０は、陽電子寿命導出部３５を更に備える。陽電子寿命導出部３５は、４γイベントごとに、４γイベントデータに含まれる対消滅ガンマ線の検出時刻と脱励起ガンマ線の検出時刻に基づき、陽電子寿命を導出する。４γイベントごとに導出される陽電子寿命は、１つのイベントにおいて、陽電子放出核から陽電子が放出されてから当該陽電子が対消滅により消滅するまでの時間を表す。
【００６３】
４γイベントごとに導出される陽電子寿命を、記号ＬＴにて表す。イベント番号ｉについての陽電子寿命ＬＴを、特にＬＴ［ｉ］にて表すこともある。４γイベントごとに陽電子寿命ＬＴを求めることで、図１２に示す如く、陽電子寿命ＬＴ［１］、ＬＴ［２］、ＬＴ［３］、・・・、及び、ＬＴ［ｎ］が得られる。
【００６４】
イベント番号ｉについて、脱励起ガンマ線の検出時刻ｔＤＥＴγＥ［ｉ］から見た、３本の対消滅ガンマ線の検出時刻までの時間差が、陽電子寿命ＬＴ［ｉ］として求められる。この時間差の導出に用いられる３本の対消滅ガンマ線の検出時刻として、検出時刻ｔＤＥＴγ１［ｉ］〜ｔＤＥＴγ３［ｉ］の平均時刻、又は検出時刻ｔＤＥＴγ１［ｉ］〜ｔＤＥＴγ３［ｉ］の何れか１つを用いても良い。
【００６５】
図１３において、斜線領域で表された像２００は、撮像対象ＴＧ内における実際の陽電子放出核の分布を示しており、像２１０は、画像再構成部３４により生成された当該陽電子放出核の分布像を示している。イベント番号１〜ｎについて求められた核種位置ＮＰ［１］〜ＮＰ［ｎ］をＸＹＺ空間上のボクセルにヒストグラミングすることにより、撮像対象ＴＧ内における陽電子放出核の分布像２１０が生成される。図１３において、像２００及び２１０は二次元像として図示されているが、それらは実際には三次元像である（撮像対象ＴＧ内における実際の陽電子放出核の分布及び陽電子放出核の分布像を示す、後述の他の図面においても同様）。
【００６６】
撮像対象ＴＧ中の或る陽電子放出核ＮＮの放射性崩壊に基づきイベント番号ｉの４γイベントが発生すると、陽電子の対消滅が起きた位置に相当する分布像２１０中の位置ＮＰ［ｉ］に、陽電子放出核ＮＮの存在を示すボクセル値が加算される一方で、位置ＮＰ［ｉ］に存在していた陽電子放出核ＮＮからの陽電子の寿命がＬＴ［ｉ］として求められる。陽電子放出核ＮＮ以外の陽電子放出核による、他の４γイベントについても同様である。
【００６７】
このように、信号処理部３０は、ＰＥＴ検出信号及び追加検出信号に基づいて複数の４γイベントにおける複数の４γイベントデータを生成し、複数の４γイベントデータに基づいて、撮像対象ＴＧにおける陽電子放出核の分布状態を三次元で導出すると共に、導出した各分布位置に対応付けて陽電子寿命を決定することができる。
【００６８】
より具体的には、信号処理部３０は、脱励起ガンマ線の検出時刻（ｔＤＥＴγＥ）から所定時間ＴＷＩＮＤＯＷ内に３本の対消滅ガンマ線が同時計測された４γイベントごとに、ＰＥＴ検出器１０による３本の対消滅ガンマ線の検出エネルギー（ＥＤＥＴγ１〜ＥＤＥＴγ３）及び検出位置（ＰＤＥＴγ１〜ＰＤＥＴγ３）に基づき当該４γイベントにおける陽電子消滅位置を当該４γイベントにて陽電子を放出した陽電子放出核の位置（ＮＰ）として導出すると共に、脱励起ガンマ線の検出時刻（ｔＤＥＴγＥ）から３本の対消滅ガンマ線が同時計測される検出時刻（ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３の平均等）までの時間差を当該４γイベントにおける陽電子寿命（ＬＴ）として決定する。
【００６９】
そして、信号処理部３０は、複数の４γイベントについて推定した陽電子放出核の位置（ＮＰ［１］〜ＮＰ［ｎ］）及び導出した陽電子寿命（ＬＴ［１］〜ＬＴ［ｎ］）に基づき、陽電子放出核の三次元分布像を生成できると共に、三次元分布像中の各位置における陽電子の寿命情報を個別に導出することができる。陽電子の寿命情報とは、陽電子の寿命を表す指標であり、例えば陽電子の半減期である。陽電子の半減期の導出例に関しては後述する。
【００７０】
上述したＰＥＴ装置１の構成及び動作等を、便宜上、基本実施例と称する。以下、複数の実施例の中で、ＰＥＴ装置１の応用例、変形例などを説明する。特に記述無き限り且つ矛盾無き限り、基本実施例に記載の事項が後述の各実施例に適用され、各実施例において基本実施例と矛盾する事項については、各実施例での記載が優先される。また矛盾無き限り、以下に述べる複数の実施例の内、任意の実施例に記載した事項を、他の任意の実施例に適用することもできる（即ち複数の実施例の内の任意の２以上の実施例を組み合わせることも可能である）。
【００７１】
＜＜第１実施例＞＞
第１実施例を説明する。図１４において、線２３０は、イベント番号１〜ｎについて求めた陽電子寿命ＬＴ［１］〜ＬＴ［ｎ］をヒストグラミングして得られる陽電子寿命タイムスペクトルを表す。陽電子寿命タイムスペクトル２３０は、イベント番号１〜ｎについて求めた陽電子寿命ＬＴ［１］〜ＬＴ［ｎ］について、横軸に時間をとり、縦軸に度数をとったヒストグラムである。
【００７２】
陽電子寿命導出部３５は、陽電子寿命タイムスペクトル２３０を生成すると共に、陽電子寿命タイムスペクトル２３０の傾きから、撮像対象ＴＧ中の陽電子放出核の存在領域における平均的な陽電子の半減期を求めることができる。陽電子寿命タイムスペクトル２３０を含む陽電子寿命タイムスペクトル（ヒストグラム）において、陽電子寿命タイムスペクトルの傾きは陽電子の半減期に依存する。陽電子寿命タイムスペクトルの傾きが大きいほど陽電子の半減期は短い。尚、陽電子寿命タイムスペクトルの傾きから陽電子の半減期を求める方法自体は、陽電子消滅寿命法（ＰＡＬＳ；Positron Annihilation Lifetime Spectroscopy）にて公知である（上記非特許文献２及び３参照）。
【００７３】
尚、実際の陽電子寿命タイムスペクトルは、指数関数的グラフになり、半減期成分が単一の場合は片対数グラフにおいて直線となり、半減期成分が複数ある場合は曲線になるが、図１４では、簡単化のため、陽電子寿命タイムスペクトルを線分にて表現している。陽電子寿命タイムスペクトルを図示した後述の他の図面においても同様である。また、位置ごとの陽電子寿命タイムスペクトルを作成するのとは逆に、全イベントについての陽電子寿命タイムスペクトルを作成し、このタイムスペクトルについて時間範囲を分割し、各時間範囲における対消滅発生位置の分布画像を得る方法もある。
【００７４】
＜＜第２実施例＞＞
第２実施例を説明する。図１５を参照する。説明の具体化のため、ここでは、撮像対象ＴＧ内の互いに分離した領域２０１及び２０２の夫々に陽電子放出核が分布しているものとする。そうすると、陽電子放出核の分布像２１０において、領域２１１には領域２０１に対応する分布像が現れ、領域２１２には領域２０２に対応する分布像が現れる。
【００７５】
陽電子寿命導出部３５は、撮像対象ＴＧ中の任意の領域における陽電子寿命タイムスペクトル及び陽電子の半減期を求めることができる（但し、当該領域中の陽電子放出核の放射性崩壊に基づき複数の４γイベントが発生しているものとする）。領域２０１中の陽電子放出核の放射性崩壊に基づく４γイベントデータから、領域２０１又は２１１についての陽電子寿命タイムスペクトル２３１及び陽電子の半減期を求めることができ、領域２０２中の陽電子放出核の放射性崩壊に基づく４γイベントデータから、領域２０２又は２１２についての陽電子寿命タイムスペクトル２３２及び陽電子の半減期を求めることができる。
【００７６】
説明の具体化のため、イベント番号１〜ｎ／２の４γイベントは領域２０１中の陽電子放出核の放射性崩壊に基づくイベントであって、且つ、イベント番号（ｎ／２＋１）〜ｎの４γイベントは領域２０２中の陽電子放出核の崩壊に基づくイベントであったとする。そうすると、陽電子寿命タイムスペクトル２３１は、イベント番号１〜ｎ／２について求めた陽電子寿命ＬＴ［１］〜ＬＴ［ｎ／２］をヒストグラミングして得られるタイムスペクトルである（陽電子寿命ＬＴ［１］〜ＬＴ［ｎ／２］について、横軸に時間をとり、縦軸に度数をとったヒストグラムである）。陽電子寿命タイムスペクトル２３２は、イベント番号（ｎ／２＋１）〜ｎについて求めた陽電子寿命ＬＴ［ｎ／２＋１］〜ＬＴ［ｎ］をヒストグラミングして得られるタイムスペクトルである（陽電子寿命ＬＴ［ｎ／２＋１］〜ＬＴ［ｎ］について、横軸に時間をとり、縦軸に度数をとったヒストグラムである）。
【００７７】
陽電子寿命タイムスペクトル２３１の傾きに基づき、領域２０１内の陽電子の半減期を求めることができ、陽電子寿命タイムスペクトル２３２の傾きに基づき、領域２０２内の陽電子の半減期を求めることができる。つまり、分布像２１０中の、領域２１１の位置における陽電子の寿命情報と領域２１２の位置における陽電子の寿命情報を個別に導出することができる。陽電子の寿命情報は、陽電子の寿命を表す指標であり、ここでは陽電子の半減期である。
【００７８】
ここでは、領域２１１及び２１２に属するボクセル数が、各々に１つ以上であることを想定している。このため例えば、領域２１１が第１〜第１００ボクセルから成る場合、実空間における撮像対象ＴＧ中の領域２０１は、分布像２１０中では第１〜第１００ボクセルにて構成されることになる。但し、領域２１１に属するボクセル数は１つであっても構わない。領域２１２についても同様である。
【００７９】
また、２つの領域にのみ注目し、２つの領域における陽電子の寿命情報（ここでは半減期）を個別に導出する例について述べたが、３以上の領域における陽電子の寿命情報（ここでは半減期）を個別に導出するようにしても良い。また、位置ごとの陽電子寿命タイムスペクトルを作成するのとは逆に、全イベントについての陽電子寿命タイムスペクトルを作成し、このタイムスペクトルについて時間範囲を分割し、各時間範囲における対消滅発生位置の分布画像を得る方法もある。
【００８０】
信号処理部３０において、分布像２１０中の各位置における陽電子の寿命情報（ここでは半減期）を求めて、分布像２１０中の各位置におけるボクセル値を、対応する位置の陽電子の寿命情報に置き換えれば、陽電子の寿命情報を三次元画像化した陽電子寿命像（三次元陽電子寿命画像）２５０が得られる（図１５参照）。陽電子寿命像２５０は、撮像対象ＴＧ中の陽電子放出核の分布及び撮像対象ＴＧ中の陽電子放出核の各分布位置における陽電子の寿命情報（より詳細には、撮像対象ＴＧ中で陽電子放射核が存在している領域内の各位置における陽電子の寿命情報）を三次元で示す像となる。
【００８１】
尚、本発明において、陽電子の寿命情報は、陽電子の寿命を表す指標であれば、半減期でなくても構わない。例えば、上記具体例においては、陽電子寿命ＬＴ［１］〜ＬＴ［ｎ／２］の平均寿命（自然対数により表した寿命）を領域２０１、２１１及び領域２０２、２１２における陽電子の寿命情報として求めるようにしても良い。
【００８２】
＜＜第３実施例＞＞
第３実施例を説明する。幾つかの研究により、液体中での陽電子の寿命は液体中の酸素濃度に依存し、その陽電子の寿命は液体中の酸素濃度が高まるほど短くなるという知見が得られている（上記非特許文献４参照）。この知見を利用し、例えば、以下のような応用例が考えられる。
【００８３】
生体の血液に集積する薬剤（血流に乗る薬剤）をＢタイプの陽電子放出核によって標識することで、陽電子放出核プローブを生成し、陽電子放出核プローブが投与された生体を撮像対象ＴＧとする。そうすると、４γイベントデータの群から生体の各位置における陽電子の寿命情報を求めることができ、生体の各位置における陽電子の寿命情報から生体の各位置における血中酸素濃度を推定することができる。つまり、生体内の血中酸素濃度を非侵襲にて三次元画像化することが可能となる。赤外光の吸収を利用して体表付近の血中酸素濃度を測定する手法は存在するが、生体深部の血中酸素濃度を非侵襲にてダイレクトに可視化する技術は、従来に無く、極めて有益である。
【００８４】
例えば、撮像対象ＴＧとしての生体の脳内の血中酸素濃度を三次元画像化すれば、脳機能の詳細な診断を非侵襲で行うことが可能となる。より具体的には例えば、脳内の第１部位における血中酸素濃度は通常であるが、脳内の第２部位における血中酸素濃度が異常に低いことが分かれば、脳内の第２部位に病変がある可能性を特定できる。
【００８５】
また例えば、撮像対象ＴＧとしての生体の心臓における血中酸素濃度を三次元画像化すれば、心臓の診断（心疾患の有無診断）を非侵襲で詳細に行うことが可能となる。現状、心臓における血中酸素濃度を測定する検査として、血管の中にカテーテルを挿入する心臓カテーテル検査があるが、ＰＥＴ装置１によれば、心臓カテーテル検査よりも生体に対して遥かに少ない負担で心疾患の有無診断を行うことが可能となる。
【００８６】
また例えば、嫌気性菌感染症の診断にＰＥＴ装置１を利用することも考えられる。生体内の或る部位において嫌気性菌が多く存在すればするほど当該部位の血中酸素濃度は低くなると考えられるため、生体内の血中酸素濃度の三次元画像化は、嫌気性菌感染症の診断や治療に有益な情報をもたらすと考えられる。
【００８７】
＜＜第４実施例＞＞
第４実施例を説明する。ＰＡＬＳでは、陽電子の寿命測定を介して物質の構造を解析することが可能である。例えば、固体中における空孔の存在などにより、陽電子の寿命が大きく変わることが分かっており、材料工学分野における半導体材料等の解析にＰＡＬＳが用いられる（上記非特許文献２及び３参照）。この手法を生体に応用してＰＥＴ装置１を用いれば、生体内の構造に応じた情報を非侵襲で得ることが可能となる。例えば、以下のような応用例が考えられる。
【００８８】
生体の癌細胞に集積する薬剤をＢタイプの陽電子放出核によって標識することで、陽電子放出核プローブを生成し、陽電子放出核プローブが投与された生体を撮像対象ＴＧとする。そうすると、４γイベントデータの群から生体の癌細胞における陽電子の寿命情報を求めることができ、その寿命情報から癌細胞の物理的構造を推定することで病変の進行状態を診断するなど、病理学的な情報を得ることもできる。また、前述の酸素濃度の変化による陽電子寿命の変化の他にも、酸素以外の気体濃度や、水素イオン濃度を始めとするイオン濃度、温度など様々なパラメータにより変化することが考えられる。そのため本発明は、これらのパラメータを計測することによる様々な応用が考えられる。
【００８９】
＜＜第５実施例＞＞
第５実施例を説明する。上述の基本実施例においては、既存のＰＥＴ装置にも備えられるＰＥＴ検出器１０に対し脱励起ガンマ線を検出するための脱励起ガンマ線検出器２０を別途に設けているが（図６参照）、ＰＥＴ検出器１０に脱励起ガンマ線検出器２０の機能を兼用させても良い。即ち、ＰＥＴ検出器１０を構成するガンマ線検出器１１の群の少なくとも一部に脱励起ガンマ線検出器２０の機能を担わせ（換言すれば、脱励起ガンマ線検出器２０を、ガンマ線検出器１１の群の少なくとも一部を用いて構成し）、ＰＥＴ検出器１０において、上述してきたＰＥＴ検出器１０の動作及び脱励起ガンマ線検出器２０の動作の双方を実現するようしても良い。これにより、既存のＰＥＴ装置において本発明を利用することも可能となる。
【００９０】
＜＜第６実施例＞＞
第６実施例を説明する。ＰＥＴ装置１に利用可能であって撮像対象ＴＧに含めることのできるＢタイプの陽電子放出核として、１４Ｏ、２２Ｎａ、３４ｍＣｌ、３８Ｋ、４４Ｓｃ、４８Ｖ、５２Ｍｎ、５２ｍＭｎ、５２Ｆｅ、６０Ｃｕ、７２Ａｓ、７６Ｂｒ、８２ｍＲｂ、９４ｍＴｃ、１０４ｍＡｇ、１１０ｍＩｎ、及び、１２４Ｉ、が挙げられる。但し、ここで挙げた核種は、脱励起ガンマ線の放出率が９割前後と高い代表的なものであり、放出率がこれらよりも低い他の核種についても利用可能である。
【００９１】
Ｂタイプの陽電子放出核において陽電子が放出されてから脱励起ガンマ線が放出されるまでには時間差が存在するが、娘核の励起状態が特別に長い半減期を持たない限りは、その時間はフェムト秒からピコ秒のオーダーであり、一般的な放射線検出器の時間分解能よりも短い。
【００９２】
ＰＥＴ装置１では、脱励起ガンマ線の検出時刻を陽電子の放出時刻として捉えた上で、オルソポジトロニウムの寿命としての陽電子寿命を求めるため、その寿命に対し、娘核の励起状態から基底状態への半減期は十分に小さくあるべきである。物質中のオルソポジトロニウムの半減期は数ナノ〜数１０ナノ秒程度であるので、娘核の励起状態から基底状態への半減期として、フェムト秒からピコ秒のオーダーの時間を持つ陽電子放出核であれば、問題なく、ＰＥＴ装置１に利用できる。Ｂタイプの放射性崩壊を行う核種によっては、励起状態の寿命として非常に長い寿命を持つもの（核異性体又はアイソマーと呼ばれる）もあり、そのような核種はＰＥＴ装置１に適さない。
【００９３】
また、陽電子放出核において、ベータ崩壊が起きた際には必ず陽電子が放出されるわけではなく、陽電子放出は電子捕獲（原子核の周りを回る電子を陽子が吸収して中性子に変わる現象）との競合過程となる。即ち、陽電子放出及び電子捕獲の２つの過程が競合して、どちらか一方の過程のみが起こる。陽電子放出が起こる確率及び電子捕獲が起こる確率は、核種によって決まっているが、前者の確率がなるべく高いものを、ＰＥＴ装置１に利用することが好ましい。
【００９４】
＜＜第７実施例＞＞
第７実施例を説明する。信号処理部３０において、以下のような処理を行うようにしても良い。
【００９５】
ＰＥＴ検出器１０にて３本のガンマ線が検出されたことを示すＰＥＴ検出信号が入力されたとき、上述の基本実施例における３γ判定処理では、３本の対消滅ガンマ線が同時計測されたか否か判定するが、第７実施例における３γ判定処理では、３本の対消滅ガンマ線でありうる３本のガンマ線が同時計測されたか否か判定する。つまり、第７実施例に係るγ同時計測判定部３１は、ＰＥＴ検出器１０にて３本のガンマ線が検出されたことを示すＰＥＴ検出信号が入力されたとき、当該ＰＥＴ検出信号が３本のガンマ線の同時計測を示しているか否かを判定する３γ判定処理を行う。
【００９６】
具体的には（図８参照）、ＰＥＴ検出器１０における互いに異なる３つの位置にて計３本のガンマ線が検出されたことを示す３つのＰＥＴ検出信号ＳＧγ１、ＳＧγ２及びＳＧγ３が信号処理部３０に入力されたとき、３γ同時計測判定部３１は、ＰＥＴ検出信号ＳＧγ１、ＳＧγ２及びＳＧγ３の入力タイミングから当該３本のガンマ線の検出時刻ｔＤＥＴγ１、ｔＤＥＴγ２及びｔＤＥＴγ３を特定すると共に、ＰＥＴ検出信号ＳＧγ１、ＳＧγ２及びＳＧγ３に含まれるエネルギー情報から当該３本のガンマ線の検出エネルギーＥＤＥＴγ１、ＥＤＥＴγ２及びＥＤＥＴγ３を特定する。
【００９７】
同時計測された３本のガンマ線が対消滅ガンマ線である場合、それらの各々のガンマ線のエネルギーが５１１ｋｅＶを越えることはない。そのため、検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３が同時であって、且つ、検出エネルギーＥＤＥＴγ１〜ＥＤＥＴγ３の夫々が５１１ｋｅＶ以下である場合、３γ判定処理において、３γ同時計測判定部３１は、３本の対消滅ガンマ線でありうる３本のガンマ線が同時計測されたと判定し、そうでない場合、そのような判定を行わない。ここにおける同時が、所定の時間幅を有する概念であることは上述した通りである。
【００９８】
また、検出エネルギーが５１１ｋｅＶ以下であることを示すエネルギー情報を有するＰＥＴ検出信号のみが３γ同時計測判定部３１に入力されるように、ＰＥＴ検出器１０又は信号処理部３０を構成しておいても良い。この場合、３つのＰＥＴ検出信号ＳＧγ１、ＳＧγ２及びＳＧγ３が３γ同時計測判定部３１に入力されたとき、３γ同時計測判定部３１は、単に、検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３が同時であるか否かのみを判断し、検出エネルギーＥＤＥＴγ１〜ＥＤＥＴγ３に依らず、検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３が同時である場合には、３本の対消滅ガンマ線でありうる３本のガンマ線が同時計測されたと判定する。
【００９９】
３γ同時計測判定部３１は、ＰＥＴ検出信号ＳＧγ１〜ＳＧγ３の入力に基づき、３本の対消滅ガンマ線でありうる３本のガンマ線が同時計測されたと判定した場合、その３本のガンマ線を３本の候補ガンマ線と捉えて、ＰＥＴ検出信号ＳＧγ１〜ＳＧγ３を参照しつつ、３本の候補ガンマ線の検出位置ＰＤＥＴγ１〜ＰＤＥＴγ３、検出エネルギーＥＤＥＴγ１〜ＥＤＥＴγ３及び検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３を含む３γイベントデータをデータメモリ３３に記録する。
【０１００】
一方で、信号処理部３０に設けておくことのできる脱励起ガンマ線用判定部（不図示）は、脱励起ガンマ線検出器２０にてガンマ線が検出されたことを示す追加検出信号ＳＧγＥが入力されたとき、追加検出信号ＳＧγＥの入力タイミングから当該ガンマ線の検出時刻ｔＤＥＴγＥを特定すると共に、追加検出信号ＳＧγＥに含まれるエネルギー情報から当該ガンマ線の検出エネルギーＥＤＥＴγＥを特定する。そして、脱励起ガンマ線用判定部は、検出エネルギーＥＤＥＴγＥが上述した第１の４γ判定条件を満たしているかのみを判断し、検出エネルギーＥＤＥＴγＥが第１の４γ判定条件を満たしている場合、対消滅ガンマ線が検出されたと判断して、追加検出信号ＳＧγＥを参照しつつ、対消滅ガンマ線の検出エネルギーＥＤＥＴγＥ及び検出時刻ｔＤＥＴγＥを含む１γイベントデータをデータメモリ３３に記録する。尚、すでに判定に用いられた検出エネルギーＥＤＥＴγＥは１γイベントデータに含められていなくても良い。
【０１０１】
ＰＥＴ検出信号ＳＧγ１〜ＳＧγ３及び追加検出信号ｔＤＥＴγＥに基づくデータに対し、共通のタイムスタンプを付加して記録を行うことで、検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３及びｔＤＥＴγＥの記録を含む、ＰＥＴ検出器１０の３γイベントデータ及び脱励起ガンマ線検出器２０の１γイベントデータの記録が可能である。このような記録動作を所定の撮像時間中に繰り返し行うことで、複数のイベントデータがデータメモリ３３に記録されることになる。
【０１０２】
その後、オフライン解析において、信号処理部３０は、データメモリ３３に記録されたデータの中から、４γイベントを構成する４γイベントデータを抽出してデータメモリ３３に記録する。
【０１０３】
例えば、データメモリ３３に記録された特定の３γイベントデータである３γイベントデータＤＴ３及び特定の１γイベントデータである１γイベントデータＤＴ１に注目すると、信号処理部３０は、以下の第１及び第２条件が満たされるかを判断する。
【０１０４】
第１条件は、３γイベントデータＤＴ３に含まれる検出エネルギーＥＤＥＴγ１〜ＥＤＥＴγ３の合計が１０２２ｋｅＶに一致するという条件である。ここにおける一致が、ＰＥＴ検出器１０のエネルギー分解能を考慮した所定の幅を有する概念であることは上述した通りである。第１条件を満たすことにより、３γイベントデータＤＴ３に対応する３本のガンマ線は３本の対消滅ガンマ線であると判断される。第１条件が満たされない場合、第２条件の成否を判断する必要は無いので、３γイベントデータＤＴ３に対応する３本のガンマ線が３本の対消滅ガンマ線であることを前提として、以下の第２条件を記述する。
【０１０５】
第２条件は、３γイベントデータＤＴ３に含まれる検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３の平均時刻又は検出時刻ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３の何れか１つを３本の対消滅ガンマ線の検出時刻とし、１γイベントデータＤＴ１に含まれる検出時刻ｔＤＥＴγＥを脱励起ガンマ線の検出時刻として捉えた上で、脱励起ガンマ線の検出時刻と３本の対消滅ガンマ線の検出時刻との時間差が所定時間ＴＷＩＮＤＯＷ内であるという条件である。
【０１０６】
信号処理部３０（例えば４γイベント判定部３２）は、３γイベントデータＤＴ３及び１γイベントデータＤＴ１について、第１条件及び第２条件の双方が満たされる場合に限り、３γイベントデータＤＴ３に対応する３本のガンマ線の検出イベント及び１γイベントデータＤＴ１に対応する１本のガンマ線の検出イベントは４γイベントを構成すると判断し、３γイベントデータＤＴ３と１γイベントデータＤＴ１を組み合わせたものを４γイベントデータとしてデータメモリ３３に記録する。
【０１０７】
このような処理を、データメモリ３３に記録された３γイベントデータ及び１γイベントデータの全ての組み合わせについて行っていくことで、複数の４γイベントデータがデータメモリ３３に記録される。但し、或る４γイベントデータの構成に利用された３γイベントデータは、他の４γイベントデータの構成に利用されない。１γイベントデータについても同様である。４γイベントデータが記録された後の動作は、上述した通りである。
【０１０８】
また、検出エネルギーが５１１ｋｅＶ以下であることを示すエネルギー情報を有するＰＥＴ検出信号が信号処理部３０に入力されるごとに、当該ＰＥＴ検出信号に含まれる位置情報及びエネルギー情報を上記タイムスタンプを付加した上でデータメモリ３３に記録させると共に、第１の４γ判定条件を満たす追加検出信号が信号処理部３０に入力されるごとに、当該追加検出信号に含まれるエネルギー情報を上記タイムスタンプを付加した上でデータメモリ３３に記録させるようにしても良い。このような記録動作は所定の撮像時間中に繰り返し行われる。その後、任意のタイミングにおいて、信号処理部３０は、データメモリ３３の記録内容の中から、４γイベントを構成するデータを抽出し、抽出したデータによる４γイベントデータに基づき、陽電子放出核の分布像の生成及び陽電子の寿命情報の導出を含む、上述の各種処理を行うようにしても良い。
【０１０９】
何れにせよ、基本実施例で示した４γイベントデータが最終的に得られる限り、検出ガンマ線が対消滅ガンマ線であるかの判定や、同時計測の判定等は、どの段階で行われても良い。
【０１１０】
＜＜第８実施例＞＞
第８実施例を説明する。脱励起ガンマ線のエネルギーが互いに異なる２種類以上のＢタイプ核種（Ｂタイプの陽電子放出核）を撮像対象ＴＧに含めるようにしても良い。この場合、追加検出信号に含まれるエネルギー情報を参照することで、脱励起ガンマ線検出器２０にて検出されたガンマ線が、上記２種類以上のＢタイプ核種中の、何れのＢタイプ核種から放出されたものであるのかを同定可能である。その同定結果をも用いれば、三次元分布像及び陽電子の寿命情報等を、Ｂタイプ核種の種類ごとに導出することが可能となる。
【０１１１】
＜＜第９実施例＞＞
第９実施例を説明する。信号処理部３０にて行われる各種処理は、基本的にハードウェアとソフトウェアの組み合わせにて実現されるが、信号処理部３０にて実現される機能の一部は、ハードウェアで実現される場合もあるし、ソフトウェアで実現される場合もある。特定の機能をソフトウェアにて実現する場合、その特定の機能をプログラムとして記述しておき、該プログラムをプログラム実行装置（例えば、信号処理部３０を構成するマイクロコンピュータ）上で実行することによって、その特定の機能を実現するようにしてもよい。上記プログラムは任意の記録媒体に記憶及び固定されうる。上記プログラムを記憶及び固定する記録媒体は信号処理部３０と異なる機器（サーバ機器等）に搭載又は接続されても良い。
【０１１２】
＜＜発明の考察＞＞
本発明について考察する。
【０１１３】
本発明の一側面に係るＰＥＴ装置Ｗ１は（特に例えば図６、図８、図１０、図１２参照）、陽電子寿命測定機能付きＰＥＴ装置であって、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に脱励起ガンマ線を放出する核種を含んだ撮像対象（ＴＧ）から、陽電子と電子の対消滅による３本の対消滅ガンマ線を受けることで前記３本の対消滅ガンマ線を検出する第１ガンマ線検出器（１０）と、前記脱励起ガンマ線を検出する第２ガンマ線検出器（２０）と、前記第１ガンマ線検出器による各対消滅ガンマ線の検出エネルギー（ＥＤＥＴγ１〜ＥＤＥＴγ３）及び検出位置（ＰＤＥＴγ１〜ＰＤＥＴγ３）、並びに、前記第１ガンマ線検出器による前記対消滅ガンマ線の検出時刻（ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３）及び前記第２ガンマ線検出器による前記脱励起ガンマ線の検出時刻（ｔＤＥＴγＥ）に基づいて、前記撮像対象における前記核種の分布状態を三次元で導出するとともに、導出した分布位置に対応付けて前記陽電子の寿命情報を決定する処理部（３０）と、を備えたことを特徴とする。
【０１１４】
これにより、核種の分布状態と共に核種の各分布位置における陽電子の寿命情報を得ることができるため、撮像対象内の各位置の特性（酸素濃度や分子構造等）を非侵襲で知ることが可能となると期待される。これは、ライフサイエンス分野等に新たな解析手法（脳機能や心疾患の診断等に資する）をもたらすと考えられる。
【０１１５】
具体的には例えば、ＰＥＴ装置Ｗ１において、前記処理部は、各対消滅ガンマ線の検出エネルギー及び検出位置、並びに、前記対消滅ガンマ線の検出時刻及び前記脱励起ガンマ線の検出時刻に基づいて、前記撮像対象における前記核種の三次元分布像（例えば分布像２１０）を生成するとともに、前記三次元分布像中の複数の位置における前記陽電子の寿命情報（例えば半減期）を個別に導出すると良い。
【０１１６】
より具体的には例えば、ＰＥＴ装置Ｗ１において、前記処理部は、前記脱励起ガンマ線の検出時刻から所定時間内に前記３本の対消滅ガンマ線が同時計測されたイベント（４γイベント）ごとに、各対消滅ガンマ線の検出エネルギー及び検出位置に基づき当該イベントにおける陽電子消滅位置（図１２の例においてＮＰ［ｉ］）を推定するとともに、前記脱励起ガンマ線の検出時刻から前記３本の対消滅ガンマ線が同時計測された検出時刻までの時間差を当該イベントにおける陽電子の寿命（図１２の例においてＬＴ［ｉ］）として導出し、複数のイベントについて推定した位置（図１２の例においてＮＰ［１］〜ＮＰ［ｎ］）及び導出した陽電子の寿命（図１２の例においてＬＴ［１］〜ＬＴ［ｎ］）に基づき、前記三次元分布像を生成するとともに、前記三次元分布像中の複数の位置における前記陽電子の寿命情報を個別に導出すると良い。
【０１１７】
或いは例えば、ＰＥＴ装置Ｗ１において、前記処理部は、各対消滅ガンマ線の検出エネルギー及び検出位置、並びに、前記対消滅ガンマ線の検出時刻及び前記脱励起ガンマ線の検出時刻に基づいて、前記撮像対象中の前記核種の分布及び前記撮像対象中の前記核種の各分布位置における陽電子の寿命情報を三次元で示す陽電子寿命像（例えば陽電子寿命像２５０）を生成しても良い。
【０１１８】
より具体的には例えば、ＰＥＴ装置Ｗ１において、前記処理部は、前記脱励起ガンマ線の検出時刻から所定時間内に前記３本の対消滅ガンマ線が同時計測されたイベント（４γイベント）ごとに、各対消滅ガンマ線の検出エネルギー及び検出位置に基づき当該イベントにおける陽電子消滅位置（図１２の例においてＮＰ［ｉ］）を推定するとともに、前記脱励起ガンマ線の検出時刻から前記３本の対消滅ガンマ線が同時計測された検出時刻までの時間差を当該イベントにおける陽電子の寿命（図１２の例においてＬＴ［ｉ］）として導出し、複数のイベントについて推定した位置（図１２の例においてＮＰ［１］〜ＮＰ［ｎ］）及び導出した陽電子の寿命（図１２の例においてＬＴ［１］〜ＬＴ［ｎ］）に基づき、前記陽電子寿命像を生成しても良い。
【０１１９】
また例えば、ＰＥＴ装置Ｗ１において、前記第２ガンマ線検出器は、前記第１ガンマ線検出器とは別に設けられたガンマ線検出器にて構成されていて良い。
【０１２０】
或いは例えば、ＰＥＴ装置Ｗ１において、前記第２ガンマ線検出器は、前記第１ガンマ線検出器を形成するガンマ線検出器の群の少なくとも一部を用いて構成されていても良い。
【０１２１】
本発明の一側面に係る、ＰＥＴ装置における陽電子寿命測定方法Ｗ２は、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に脱励起ガンマ線を放出する核種を含んだ撮像対象（ＴＧ）から、陽電子と電子の対消滅による３本の対消滅ガンマ線を受けることで前記３本の対消滅ガンマ線を検出する第１ガンマ線検出器（１０）と、前記脱励起ガンマ線を検出する第２ガンマ線検出器（２０）と、を備えたＰＥＴ装置（１）にて用いられる方法であって、前記第１ガンマ線検出器による各対消滅ガンマ線の検出エネルギー（ＥＤＥＴγ１〜ＥＤＥＴγ３）及び検出位置（ＰＤＥＴγ１〜ＰＤＥＴγ３）、並びに、前記第１ガンマ線検出器による前記対消滅ガンマ線の検出時刻（ｔＤＥＴγ１〜ｔＤＥＴγ３）及び前記第２ガンマ線検出器による前記脱励起ガンマ線の検出時刻（ｔＤＥＴγＥ）に基づいて、前記撮像対象における前記核種の分布状態を三次元で導出するとともに、導出した分布位置に対応付けて前記陽電子の寿命情報を決定することを特徴とする。
【０１２２】
尚、本発明の実施形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。以上の実施形態は、あくまでも、本発明の実施形態の例であって、本発明ないし各構成要件の用語の意義は、以上の実施形態に記載されたものに制限されるものではない。上述の説明文中に示した具体的な数値は、単なる例示であって、当然の如く、それらを様々な数値に変更することができる。
【符号の説明】
【０１２３】
１  ＰＥＴ装置
１０  ＰＥＴ検出器
１１  ガンマ線検出器
２０  脱励起ガンマ線検出器
２１  ガンマ線検出器
３０  信号処理部
【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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【図１５】
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