(57)【要約】  ＰＥＴ断層撮影装置において、真の散乱（ＴＳ）および偶発の（Ｒ）崩壊イベントを包含するイベントに関する真の（Ｔ）崩壊イベントの選別を提供する新規な方法を提供する。これにより、ＰＥＴスキャナーの感度および分解能を向上させることができる。上記の方法は、検出器において受信されたＸ線の放射角を決定するため、検知器においてコンプトン散乱相互作用を再構成する手段を含んでいる。また、上記の方法には、γ線の偏光効果および陽子崩壊およびコンプトン散乱と関連する電子の反跳データが用いられることができる。γ線の偏光効果を使用することによって、ＰＥＴを用いている際における、Ｔイベントに相当する選択されたデータの質を向上させることができる。一方、ＴＳおよびＲイベントに相当するデータを同時に抑制することもできる。
2008522168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続して光子が放出された陽子崩壊イベントに関する同時計数データを収集する方法において、
第１のγ線および第２のγ線は、それぞれのエネルギー閾値が抑制され、第１のγ線は、第１の検出器内においてコンプトン散乱されるコンプトンカメラアレイ内の同時計数イベントを選択し、
第２のγ線は、コンプトン散乱され、または、光吸収され、さらに、第２の検知器内で検知され、
第１の検知器および第２の検知器は、対向する構造に配置されており、
第１の検知器および第２の検知器の少なくとも何れかにおいて、第１のγ線または第２のγ線の少なくとも何れかに対し、生じる放射角に相当する円錐体の表面を再構成し、
対向した検知器において、再構成された円錐体を予想し、
コンプトンカメラアレイの角分解能および位置分解能の範囲内にて、対向した検知器において検出された第１のγ線および第２のγ線の位置に基づき再構成された円錐体の表面に相当する確率を決定し、
採用可能な閾値の確率を有する同時計数イベントに相当するデータを保持することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載された同時計数データを収集する方法において、
第１のγ線および第２のγ線はコンプトン散乱されており、
散乱された第１のγ線および第２のγ線の残存したエネルギーおよび反射した散乱角を検知し、
第１のγ線および第２のγ線の残存したエネルギーおよび散乱角に相当する偏光情報を用いることによって、部分的な円錐体の円弧表面を再構成することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載された同時計数データを収集する方法において、
第１のγ線は少なくとも２回のコンプトン散乱イベントにより反射されており、
第１のγ線によって電子が散乱される方向に相当に相当する反跳方向のデータを決定し、
上記反跳方向のデータを用いることによって、部分的な円錐体の円弧表面を再構成することを特徴とする方法。
【請求項４】
同時計数データを収集する方法において、
第１のγ線および第２のγ線は、エネルギー閾値が抑制され、第１のγ線は、第１の検出器内においてコンプトン散乱され、第２のγ線は、第２の検出器内においてコンプトン散乱されているコンプトンカメラアレイ内の同時計数イベントを選択し、
第１のγ線に対し生じる放射角に相当する第１の円錐体の表面を再構成し、
対向した検知器において、第１の再構成された円錐体を予想し、
コンプトンカメラアレイの角分解能および位置分解能内において、第２の検知器に付随して再構成された円錐体の表面に相当する第１の確率を決定し、
対向した検知器において、第２の再構成された円錐体を予想し、
コンプトンカメラアレイの角分解能および位置分解能の範囲内において、第２の検知器に基づき再構成された円錐体の表面に相当する第２の確率を決定し、
採用可能な閾値の第１の確率および第２の確率を有する同時計数イベントに相当するデータを保持することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔背景技術〕
陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）は、２次元的および３次元的な断層画像を発達させるために用いられてきた撮像技術である。この断層画像は、対象物の内部に同位体元素の陽電子を放射し分布させることにより得られたものである。対象物としては、医療画像を撮影されている人間の患者が挙げられる。この医療画像は、最終的にＰＥＴの画像が供給する、撮影対象物の中にある組織の違いを示す画像である。
【０００２】
ＰＥＴの手順としては、一般的には、１またはそれ以上の放射標識された薬学的なトレーサー化合物を対象物に導入する工程が含まれる。通常、導入は注入または吸引によって行われる。放射標識された薬学的なトレーサー化合物に組み込まれた放射性同位体元素が崩壊すると共に、陽電子が放出されることとなる。
【０００３】
陽子と電子とが消滅する崩壊イベントにおいて電子と結合する前に、これらの陽電子は周囲の物質に衝突する。一方、対になっている検知器において、崩壊イベントからガンマ線の光子対が生成する。
【０００４】
仮に、対向しているガンマ線検知器の両方が、ガンマ線の光子を所定の時間内に検出した場合、γ線の光子を検出する対向した検知器同士の間において、軸に沿った方向の一方において崩壊イベント（annihilation event）が生じた条件に基づき、‘同時計数イベント’（coincidence event）は記録される。
【０００５】
従来のＰＥＴスキャナーはγ線検知器のアレイを含んでおり、γ線検知器としては、様々な構成とすることができる。例えば、計測ライン（lines of response）（以下「ＬＯＲ」と称する）における１またはそれ以上の位置合わせされたリングもしくは１またはそれ以上の対向しており、対になっている検出プレートを挙げることができる。ＰＥＴスキャナーの操作中、ＰＥＴスキャナーは、各ＬＯＲに基づいた一連の崩壊イベントを検出し、蓄積することによって、対象物内の放射活性な配置の情報を収集する。
【０００６】
特定のＰＥＴスキャナーの配置に係わらず、対象物は一般的に検知器アレイの中心、検知器アレイの中心付近、または、サンプル量を適切な比率にし、解像度および画像の質を向上させることができるよう、検出プレートが備えられている軸の近傍に配置されることとなる。一旦、十分な崩壊イベントの配置データが収集されると、対象物内における放射認識された調合剤の配置に相当する、一連の２次元的または３次元的画像を生成するために、上記データは処理されることとなる。
【０００７】
従来のＰＥＴシステムの設計において、ＰＥＴシステムの空間分解能は多くの要素を含んでいる。例えば、固有の検出空間解像度、γ線の光子の非直線性（acolinearity）および薬学的なトレーサー化合物が導入された放射性同位体の陽子の範囲が挙げられる。γ線の光子および陽子の範囲の非直線性（共直線性でない）は、用いられる放射性同位体に依存するので、ＰＥＴスキャナーにおいて、スキャナーの空間分解能を改良することに焦点が置かれる傾向にある。
【０００８】
最も一般的に用いられているＰＥＴスキャナーでは、多数の離散したシンチレーション結晶が光検知器として対になって備えられている。この光検知器は、空間分解能を向上されるために用いられる。シンチレーション結晶および／または光検出器を備えた設計にすることによって、空間分解能を向上させることができる。しかし、検知器において、離散したシンチレーション結晶が活用される幅の少なくとも半分の幅である固有の空間分解能によって、空間分解の向上は制限される。
【０００９】
従来のＰＥＴスキャナーにおいて、リング状の検知器は対称に備えられている。対になっている検知器は、シンチレーション結晶の約半分の距離であるサンプルの平均距離を有するサンプリングラインに規定される。
【００１０】
これは、ナイキストのサンプリング定理に従ったものである。この定理によれば、画像システムによって撮像することができる最小の対象物は、サンプル距離の２倍の大きさである。画像の空間分解能の限界に近づけるようサンプル距離を減少させるためには、従来のＰＥＴスキャナーに様々な改良を施す必要がある。たとえば、検知器または対象物の設計を、一連のオフセット層において離散した水晶を積層する検知器の幅および設計の構成によって変化させることが含まれる。
【００１１】
対象物内の構造の分解能を改良するためにさらなる方法が開発されており、これらは、検知器の固有の空間分解能を越える方法である。一つの方法としては、‘ピンホール’コリメーターと対になっているγカメラを使用する構成を含む方法であり、この方法によれば、対象物から効果的に拡大像を得ることができる。その結果、検知器固有の空間分解能よりも小さな対象物の効率的な分解能を得ることができる。
【００１２】
他の撮像装置は、‘コンプトンカメラ’ (Compton camera) と言われるものであり、一般的には、光子源（対象物）の一方の側において、対として連携できるよう備えられている少なくとも２つの検知器が含まれている。この連携する検知器の配置は、少なくとも２つの検知器が相互作用する、光子の逐次検出を可能にする。第１の検知器内における光子の相互作用は、コンプトン効果の結果によるものである。一方、第２の検知器内における光子の相互作用は、光電効果の結果によるものである。２つの検知器による光子の逐次検出は、従来用いられているγカメラのような機械的なコリメーターを用いることなく、コンプトンカメラを光子の進路が決定される構成にすることができる。
【００１３】
このように、コンプトンカメラは、従来のγカメラよりが達成してきた分解能および識別能よりも、より高い性能を示す傾向にある。しかしながら、このような検出感度（γ線を検知する構成）を実現するには高いコストが必要となる傾向がある。
【００１４】
これらの制限にも係わらず、ＰＥＴ画像は、医療用画像装置として重要性を増している。ＰＥＴは、スキャンされる対象物内における組織および構造の内容が考慮され、さらなる適切な情報をもたらすよう、特に、検出感度および／または分解能は改善され、スキャナーはより向上されている。使用されている装置は、画像が公知のアルゴリズムとなるような計測ライン（ＬＯＲ）を構成するように配置されている。
【００１５】
さらに、分解能を低下させる要因として、たとえば、対象物内における陽子の範囲および崩壊するγ線には、共直線性が本来欠如していることが挙げられる。また、ＰＥＴ撮像は、空間分解能およびエネルギー分解能の検知器によって障害が生じる。すなわち、γ線が検知器に到達する前に、対象物中におけるγ線が散乱するのである。さらに、偶発の（random）または偶然の（accidental）の同時計数（つまり、真の同時計数でない）は、検出される。すなわち、分離した崩壊イベントからの２またはそれ以上のγ線は、所定の分割された時間窓（time window）において、対向する対の検知器内にて検知される。これら‘虚’（false）の同時計数を検出および集積することによって、画像を再構成する上で、統計上の正確性を制限されることとなる。
【００１６】
従来のＰＥＴ断層撮影装置において記録されたイベントは以下の（１）〜（３）を含む。（１）所望の散乱されていない真の同時計数イベント（Ｔ）、（２）検知器に到達する前に、対象物中において分散された単独の消滅イベントからの１または両方のγ線における同時計数イベント（ＴＳ）、（３）真の偶発同時計数（Ｒ）。これらの用語を用いた場合、Ｔイベントは望ましい画像情報を反映している。この画像情報は、対象物内における放射性同位元素の配列に相当するものである。
【００１７】
一方、散乱されたＴＳおよび偶発Ｒイベントは、得られた画像の質を低下させる傾向にある‘ノイズ’の原因となるだけの‘同時計数’として計測される。しかしながら、複雑な技術およびアルゴリズムの多くは、ＰＥＴ画像のノイズによる効果を和らげる効果があるものの、ＴＳおよびＲのノイズの課題によって、得られるＰＥＴ画像の分解能および正確性は制限され続けることとなる。
【００１８】
〔発明の開示〕
本発明は、ＰＥＴスキャナーの検出感度および／または分解能の改善のため、ＰＥＴ断層撮影装置において、真の散乱された（ＴＳ）および偶発の（Ｒ）崩壊イベントを包含する崩壊イベントに関連して、真の（Ｔ）崩壊イベントの選択性を高める新規な方法を提供するものである。
【００１９】
上記方法は、検知器において検知されるγ線の発生する角度を決定し、γ線検知器内におけるコンプトン散乱の相互作用の再構成を含む方法である。また、上記方法は、陽子崩壊およびコンプトン散乱と関連するγ線の偏光効果を活用する方法である。ＰＥＴを用いている間、γ線の偏光効果を用いることによって、Ｔイベントに相当する選択的データに対する改良を実現することができ、一方、同時に、ＴＳおよびＲのイベントに相当するデータを抑制することができる。
【００２０】
本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明によって明白になるであろう。
【００２１】
また、添付図面によって後述するように本発明の実施形態は詳細に説明される。また、本願発明は、添付図面によって不当に制限されるものではない。特に、種々の要素である、相対的な間隔、配置、大きさおよび容量は、図面において正確に記載されておらず、拡大、縮小または、明瞭にするための修正を行うことができる。
【００２２】
また、当分野における通常の知識に基づいて、明確にし、図面の総枚数を制限するため、代替できる構成を削除することも可能である。さらに、本発明の目的および精神から離れることなく、半導体デバイスの製造方法を得るよう、他の有用な方法を創作するために、当分野における通常の知識に基づいて、実施の形態において図示または記述されている所定の種々の工程を、選択的におよび独立して組み合わせてもよい。
【００２３】
〔発明を実施するための最良の形態〕
本発明に係る実施の形態は、後述する本発明の方法に関する添付図面に基づき詳細に説明されている。当分野の通常の知識に基づけば、本発明は種々の形式において具体的に記載されており、記載された実施の形態に限定されると解すべきではない。むしろ、これらの具体例は、詳細かつ完全に開示されるよう記載されている。そして、当業者は、本発明の目的を十分に奏することができるであろう。
【００２４】
＜コンプトンカメラ＞
従来のコンプトンカメラは、スキャンがなされる対象物（および光子源）において画像領域の同じ側に配置された第１の検知器および第２の検知器を含んでいる。第１および第２の検知器は特定の配置で配列されている。第１の検知器または第１の検知器に付属する散乱部材の内部において、第１検知器の材料および構造は、通過した光子のコンプトン散乱を生じさせる（つまり、散乱イベントを生じさせる）ように設計されている。
【００２５】
第１検知器において、第１の検知機から放出された光子の軌道およびエネルギーは、第１の検知機に同じ光子の軌道およびエネルギーに応じて修正される。第１の検知器は一般的に散乱イベントの陽子、散乱イベント中に吸収されたエネルギーおよび散乱イベントの時間を検知できるよう構成されている。
【００２６】
これに応じて、第１の検知器は通常相対的薄い。これにより第１の検知器内にある（放出されない）光子の総数は、比較的少ない数である。第１の検知器の厚みが減少すると、第２および第３の散乱イベントの生じる可能性が減少する傾向があり、さらに、第１の検知器内において、異なる深度にて生じる散乱イベントの影響が減少する傾向がある。
【００２７】
従来の第２の検知器は、第２の検知器の中へ入る傾向にある第１の検知器内において、光子が分散する可能性が増加するよう、構成および配置されている。第１の検知器から放出される光子の角度は、広範囲に可変であるので、第２の検知器の多くは、半球体、開放箱または他の規則正しい形状として配置される。散乱角の通常の範囲を含む空間を定義し、散乱された光子が検出される可能性を増加させる第１の検知器に、第２の検知器を連結させることが可能である。
【００２８】
第２の検知器内における吸収部材が散乱された光子を吸収する（つまり、吸収イベント(absorption event)）。この散乱された光子は、吸収イベントの配置を特定し、
吸収イベントおよび吸収イベントが生じた時にエネルギーを吸収する。同時に生じる散乱および吸収イベントのエネルギーおよび配置は、光子の所望のエネルギーについての知見に組み合わせることができる。
【００２９】
円錐状の不確定性（conical ambiguity）における、第１の検知器との衝突前に、検知された光子によって形成された経路の範囲を定義するため、上記光子は放射性核種光子源によって発生したものである。
【００３０】
検知された多数の光子に相当する円錐状の可能性に関するデータは、解析のためのものであり、発生し、収集された後、種々の断層撮影技術は、多くの異なる通過可能な円錐体の共通部分を発見することによって、計測ライン（ＬＯＲ）に相当する検知された光子の開始時点におけるグループの位置を採用している。関連文献において、これらの由来となる広く記載および議論されたデータは、スキャンされる目的物の２次元または３次元画像を得るために、組み合わせられ、加工されることができる。
【００３１】
放射性核種画像の正確性を向上させる技術として、陽子源および検知器の間の距離を減少させることが挙げられる。例えば、コンプトンカメラの場合、第１の検知器をスキャンされる対象物に近づけるよう移動させることは、定められた角度の不確定性に相当する空間的な不確定性を減少させることとなる。また、測定対象のさらに正確および／または短時間での計算を可能にすることとなる。
【００３２】
さらに、スキャンされる対象物に第１の検知器を近づけるよう移動させることによって、光子源から検知器によって、範囲が定められた立体角は増加される。角度の不確定性を減少させることによって、カメラの感度が増加されることとなる。それに応じて、多くのコンプトンカメラでは、走査方向上において、スキャンされる対象物に関連して、再配置できる検知器を備えるフリー・バランス・アームが実装される。
【００３３】
スキャンされる対象物において、材料および／または組織の特定の構成および配置によって、崩壊イベントにより放出されたγ線のうち１または両方が吸収されるまたは散乱される（屈折される）時、さらなるリスクが生じる。重要な臓器から放射される光子と、組織または器官の周囲部分から放射される光子との間において、特に重要であり、識別の困難性を向上させる器官または器官系以外の他の組織および器官によって、結果として、放射性医薬品のトレーサー化合物は吸収される。
【００３４】
上記の事項についての留意すべき点には、材料、組織および／または器官において、放射性不透過の遮蔽体（例えば、鉛遮蔽体）またはコリメーターを用い、組織および器官の周囲部分から、光子を遮断することによって、生成された光子の衝突を抑制することが含まれている。
【００３５】
不都合なことに、上記の例において、重要な器官、第１の検知器および遮蔽体の間に間隔が設けられることによって、所定の角度において、第１の検知器に影響を与えることができる重要な器官に隣接する組織および器官からの光子により、通常、より効果が低減されることとなる。
【００３６】
さらに、スキャンされる対象物の一部が、重要な器官ではない、または、配置を合わせられていない場合、第１の検知器に隣接する、有用なコリメーターには、通常、非常に小さな開口が必要となる。上記コリメーターは、重要な組織および器官からの角度を有する光子を遮蔽することができるものである。小さな開口の長軸方向に実質的に平行な光子のみが、光子として用いられる。また、コンプトン系に関する優位点の一つを最小限とすることになるため、このようなコリメーターを使用すると、実質的にコンプトンカメラの感度が減少することとなる。
【００３７】
＜散乱イベントおよび偶発の同時計数＞
図１Ａおよび図１Ｂは、従来のＰＥＴ分光計１００を示す側面図および端面図である。ＰＥＴ分光計１００には、画像感受装置に相当する位置感知型シンチレーション結晶検知器のようなγ線リングまたは光子検出器１０２が対になって備えられている。リング状の検知器１０２は対象物１０４を取り囲んでいる。対象物１０４としては、例えば、患者が挙げられ、標的放射性同位元素が高い密度および／または高蓄積となっている領域１０６を含んでいる。
【００３８】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、陽子の崩壊イベント１０８から両方向へのγ線において、真の同時計数イベント（Ｔ）は、対向して対になっている断層撮影装置の検知器１０２ａおよび検知器１０２ｂの中で検知される。これによって、真のイベントにおいて、γ線が検知された場合に関するデータが、崩壊イベントに関する実際のＬＯＲ１１２を決定することに用いられる。
【００３９】
図２Ａおよび図２Ｂは、従来のＰＥＴ分光計１００を示す側面図および端面図である。ＰＥＴ分光計１００には、画像感受装置に相当する位置感知型シンチレーション結晶検知器のようなγ線リングまたは光子検出器１０２が対になって備えられている。リング状の検知器１０２は対象物１０４を取り囲んでいる。対象物１０４としては、例えば、患者が挙げられ、標的放射性同位元素が高い密度および／または高蓄積となっている領域１０６を含んでいる。
【００４０】
図２Ａおよび図２Ｂに図示されているように、陽子崩壊イベント１０８からのγ線の１または両方（図示されていない）が、断層撮影装置の対向して対になっている検知器１０２ｃおよび検知器１０２ｂの中で検知された時、散乱された同時計数イベント（ＴＳ）は計測される。これにより、散乱された同時計数イベントＴＳにおいて、検出されたγ線に関するデータはシフトＬＯＲ１１２’に相当することとなる。仮に、これが除外されない場合、シフトしたまたは虚の崩壊イベントの位置１０８’は影響を及されることとなる。それゆえ、蓄積されたデータの質は低下し、ＰＥＴスキャナーの分解能の効果は減少することとなる。
【００４１】
図３Ａおよび図３Ｂは、従来のＰＥＴ分光計１００を示す側面図および端面図である。ＰＥＴ分光計１００には、画像感受装置に相当する位置感知型シンチレーション結晶検知器のようなγ線リングまたは光子検出器１０２が対になって備えられている。リング状の検知器１０２は対象物１０４を取り囲んでいる。対象物１０４としては、例えば、患者が挙げられ、標的放射性同位元素が高い密度および／または高蓄積となっている領域１０６を含んでいる。
【００４２】
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、断層撮影装置における、対向して対になっている検知器１０２ａおよび検知器１０２ｂ内において、２つの異なる陽子崩壊イベント１０８ａおよび陽子崩壊イベント１０８ｂからのγ線１１０ａおよびγ線１１０ｂが検知された時、偶発の同時計数イベント（Ｒ）が生じる。残存したγ線１１０ａ’およびγ線１１０ｂ’は、検知を妨げるリング１０２上のある角度またはある位置にて放出される。
【００４３】
これによって、偶発の同時計数イベントにおいて、検知されたγ線と関連するデータは、虚のＬＯＲ１１２’に相当する。そして、これが除外されない場合、シフトしたまたは虚の崩壊イベント位置１０８’は影響を及されることとなる。それゆえ、蓄積されたデータの質は低下し、ＰＥＴスキャナーの分解能の効果は減少することとなる。
【００４４】
当分野における通常の知識を考慮すると、適切に測定された真の同時計数イベントに関するγ線の位置は、多くの要素によって阻害される傾向にあることがいえる。これらの要素としては、例えば、検知器の設計、検知器に到達する前のγ線の散乱性、検知器を通過するエネルギーの位置のみを計測および／または集積された、不十分なエネルギーを検知器が検知する範囲が挙げられる。
【００４５】
従来のＰＥＴ断層撮影装置では、信号が特定の同時計数時間窓τ内において生じた場合、検出器の対になっている構成一式に選択された信号は受信される。各検出器の構成は、他の検知器の一部（または集合）の対となっている可能性がある。検出器の構成は、一般的に、リング状またはスキャンされる対象物を囲むリングとすることができる。上記対象物として、通常は患者である。
【００４６】
リング内のｉ番目およびｊ番目の検知器からの同時計数の信号、ＰｉおよびＰｊは、時間窓τ内において許容されるものであり、単一のＬＯＲに相当する真の崩壊イベントＴの結果とみなされる。検知された光子データは、ｉ番目およびｊ番目の検知器からの信号に対するエネルギー情報（例えば、エネルギー閾値）を用いることによって、変換され変化させる。この変換は、検知器までの過程で、初期のエネルギーの一部が散乱および喪失された、γ線の計算の負担を軽減するためになされる。
【００４７】
単一の陽子が崩壊することによって、二つのγ線が生じる。この２つのγ線は、ほぼ同時に検知され、検出前の患者または対象物内において散乱されたγ線が生じていない場合に‘Ｔ’イベントは生じることとなる。つまり、有限時間の区分内に、崩壊が生じた点から光速度、および、検知器の反応性能に起因して、Ｔイベントによって検知器内において相互作用が生じる。
【００４８】
検知器（‘ＴＳ’）における相互作用が生じる前に、１または両方の散乱（本過程においてエネルギーが失われる）されたγ線におけるイベントは、許容された時間窓内において通常生じることとなる。許容されたイベントのための検出されたγ線におけるエネルギー閾値を求めることによって、ＴＳイベントは通常抑制される。種々のアルゴリズムおよびシミュレーションは、散乱イベントの影響を減少させるために、通常用いられる。
【００４９】
偶発の同時計数によって、画質を低下させる画像再構成アルゴリズムに対するノイズが招来され、断層撮影装置の品質が低下する。偶発イベントの第１の要因は、同時計数時間窓および装置のエネルギー許容量の範囲内で生じる２またはそれ以上の崩壊イベントである。２つのγ線（一方は、イベントに関連がない）は、有効な対になっている検知器の構成によって検知される。時間切れのイベントをサンプリングし、適宜、データを収集することによって、または、シミュレーションすることによって、偶発イベントの確率は、通常決定される。
【００５０】
様々なアルゴリズムが、偶発イベントおよび散乱イベントの効果を最小限にするために発達されているが、これらのイベントの存在および修正措置は、画像の再構成の分解能および品質を低下させる傾向にある。
【００５１】
＜コンプトン散乱の再構成−コンプトンカメラ＞
γ線は約Ｅ＝５１１ＫｅＶのエネルギーを有しているため、γ線およびほとんどの物質の間における、γ線が通過することによる主要な相互作用は、コンプトン散乱および光吸収である。
【００５２】
検知器内においてコンプトン散乱が生じた場合の検知器上における低エネルギーのγ線入射の確率は、ｆｃ＝１−ｆＰの式によって特定される。上記式において、ｆＰは光吸収におけるイベントの確率であり、ｆｃ＋ｆＰ≒１である。ｆｃおよびｆＰの相対的な値は、検知器を構成する材料に依存する。表１は、同時に生じるＰＥＴγ線を検知するために用いられる十分な効果を有する検知器において、様々なイベントの確率を示している。
【００５３】
上記γ線について、両方のγ線が検知器内に最大のエネルギーを蓄積することが考慮されている。ここで、‘コンプトン相互作用’とは、γ線の１またはそれ以上のコンプトン散乱が、入射したγ線の最大のエネルギーが集積された光吸収によって生じることをいう。
【００５４】
【表１】
2008522168.tif 000003
【００５５】
コンプトン散乱において、入射したγ線は、原子内電子と集積されたエネルギーおよび角度θｃにて放出された第２の（散乱された）γ線と相互作用を生じる。放射された方向は、以下の数式（Ｉ）による。
【００５６】
【数１】
2008522168.tif 000004
上記式（Ｉ）中、ｍは電子の質量、ｃは光速度、Ｅ１は第１の相互作用に集積されたエネルギー、Ｅは放射されたγ線のエネルギーである。第２のγ線は、光吸収によって、および、これに続くコンプトン散乱によって相互作用するものである。
【００５７】
第１の相互作用におけるエネルギーおよび状態は、第２のγ線のエネルギーおよび状態に従って決定されるとすると、入射したγ線の初期の方向は、円錐体（または天文学において空を観測するために用いられる‘イベントサークル’）の表面に位置することによって決定される。
【００５８】
この技術はよく知られており、コンプトンカメラおよび医療用画像に以前から採用されている。例えば、以下の文献、R. W. Todd, et al., Nature, 251, (1974) pp. 132-34、  T. Tomitani and M. Hirasawa, IEEE Trans. Nucl. Sci. 50, (2003) 1602 and the references cited therein, and γ-ray astronomy および E. Aprile et al., Proc. SPIE 4851 (2002) 140; ArXiv:astro-ph/0212005 を挙げることができる。これらの文献は開示された範囲内で組み合わせることも可能である。
【００５９】
ある研究者は、γ線の方向を再構成する技術について議論している。このγ線の方向は、初期のコンプトン散乱において放出された電子の逆方向を測定することによって、再構成された円錐体（円）の‘円弧’（または角度の範囲）の位置とするものである。上記技術に係る文献としては、T. Schopper, et al.、 IEEE Nuc. Sci. Symp. Conf. Proc., Lyon, France, Vol. 3., 122 (2000) および T. J. O’Neill, et al., AIP Conf. Proc. 510 (2000) 804 を挙げることができる。これらの文献は開示された範囲内で組み合わせることも可能である。この技術は主に高いエネルギーを有するγ線を利用する技術であるが、以下に示すように利用することが可能である。
【００６０】
コンプトンカメラは、単一の無偏光のγ線から生じる画像を割り出すものである。A. Braem, et al. Nucl. Instr. Meth. A 525 (2004) 268 および European Patent Application PCT/EP 02/07967の両文献において、コンプトン強化されたＰＥＴスキャナーが提案されている。上記ＰＥＴスキャナーでは、水晶性のシンチレーター検知器に基づいて、ＰＥＴスキャナーの同時計数能（coincidence efficiency）を付与するために、コンプトンイベントが用いられている。両文献は開示された範囲内で組み合わせることも可能である。
【００６１】
＜コンプトン散乱および偏光効果＞
また、コンプトンカメラにおいて、２回のコンプトン散乱（double Compton scattering）を再構成することが示されている。これは特に、無偏光のγ線源を使用するための画質を改良できる望遠鏡への使用に関するものである。この技術において、無偏光のγ線は、２つの連続するコンプトン相互作用によって検知される。このコンプトン相互作用は完全吸収（full absorption）によって続いて生じるものである。
【００６２】
文献としては、 S.E. Boggs, Nucl. Instr. Meth. A 503 (2003) 563 を挙げることができる。本文献は開示された範囲内で、その記載を組み合わせることも可能である。第１の散乱されたγ線は、散乱平面に対して垂直な方向において、部分的に偏光している。第２の散乱されたγ線は偏光する方向に対し垂直な平面上、または、この平面と同等な、第１および第２の相互作用が生じる位置である、光源を含む初期の散乱と同じ平面上において、大部分が散乱される。これらの効果については、N. Dogan, et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. NS−39 (1992) 1427; N. Dogan, Ph.D. thesis, University of Michigan (1993) を挙げることができる。また、さらなる実験結果として、A. Curioni and E. Aprile, arXiv:hep−ex/0306040 (2003) において、モンテカルロのシミュレーションが用いられ、説明されている。これらの文献は開示された範囲内で組み合わせることも可能である。
【００６３】
このように、検出器内における、２またはそれ以上のコンプトン散乱が存在するイベントにとって、円錐体の表面についての特定の角度である‘円弧’ （または角度の範囲）は、ほとんどが光源（または同等な、光源の位置および相互作用の位置によって決定される直線）を含むものとして特定されると表されている。電子が反対に移動する方向を測定されれば、部分的な円弧は特定され得る。
【００６４】
＜崩壊放射の偏光＞
２つのγ線が放出された結果、陽子電子対が０の角運動量を有することによって、陽子電子対の崩壊が顕著に示される。仮に一方のγ線が、ある平面において直線的に偏光しているとすると、他方のγ線は、確立された量子電磁力学の理論に基づき、水平な平面上で直線的に偏光している。
【００６５】
陽子崩壊における、放出されたγ線の偏光に関する水平性は、広く知られており、A. Curioni and E. Aprile, arXiv:hep-ex/0306040 (2003) に記載されているように、実験観察を確認することができる。本文献は開示された範囲内で、その記載を組み合わせることも可能である。
【００６６】
一例として、対で崩壊した崩壊γ線Ａがｘ偏光であり、ｙ線ＢがＹ偏光である。ここで、ｘ方向およびｙ方向は互いに垂直であって、γ線が伝播する方向である。偏光されたγ線に対するコンプトン散乱の断面は、その平面へ顕著に大きく散乱される。放射されたγ線の電界（Ｅ）のベクトルと、上記平面との角度は直角（すなわち、偏光する角度に対し９０°）である。以下の数式（II）は、Klein-Nishinaの公式と呼ばれ、散乱断面は以下のように近似される。
【００６７】
【数２】
2008522168.tif 000005
ここで、φは、散乱面と放射されたγ線のベクトルＥとがなす角度である。
【００６８】
両方のコンプトン散乱を受けた、陽子崩壊によるγ線に対し、以下の関係は、H. Snyder et al., Phys. Rev. 73 440 (1948) にて提案および開示されている。ここで、立体角ｄΩ１および立体角ｄΩ２への２つのγ線が散乱されるそれぞれの確率は、下記の数式（III）のように表される。
【００６９】
【数３】
2008522168.tif 000006
【００７０】
数式（III）において、
【数４】
2008522168.tif 000007
は、散乱されたγ線のエネルギー（角度）を示し、φは、散乱の二つの平面間における角度を示している。
【００７１】
γ線Ａの散乱方向を観測することによって、Ｐ（θ１、θ２、φ）による周知の確率分布を用い、散乱されたγ線Ｂの方向を予想することができる。例えば、θ１＝θ２＝９０°であり、φが９０°の場合、φが０°で散乱されるよりも２．６倍以上の確率分布となる。
【００７２】
＜ＰＥＴにおける真の同時計数の選択＞
本発明は、Ｔイベントを優先的に選択し、ＴＳおよびＲイベントを抑制または減少させるための新規な方法を提供する。また、本発明はＰＥＴスキャナーとしてコンプトンカメラアレイを用い、ＰＥＴ断層撮影装置に適用されることができる。本発明によれば、同時係数内で観測される１または両方のγ線に係るコンプトン散乱イベントの再構成は、ほぼＴイベントである可能性の高い同時計数イベントを特定するために用いられる。
【００７３】
これらの方法に使用するために適するコンプトンカメラは、従来のＰＥＴスキャナー内に消滅放射線源である患者または対象物を囲んでいる、または、上記患者または対象物の周囲を移動することができる。当業者は、平面状検知器などの他の構成を想到することができ、他の構成を用いることもできる。Ａにおける検知器では、A. Curioni et al., arXiv:hep−ex/0306040 (2003) に記載されているように、ガスまたは液体のキセノンまたはアルゴンを一例として用いることが可能である。また、本文献は開示された範囲内で、その記載を組み合わせることも可能である。さらに、ＣａＺＴｅおよびＧｅ、さらに他の物質などの陽子を検知できる固体状の検知器であれば適切に用いてもよい。
【００７４】
本発明に係る実施の形態の方法について、表１に示されるイベントタイプ２および３を適用することができる。タイプ２のイベント（コンプトン散乱によるγ線と、光吸収による他方のγ線における場合）としては、以下に示す方法として示される。
【００７５】
一定の閾値（または特定のエネルギー窓（energy window））を越えるそれぞれの検知されたγ線について観測された総エネルギーにおける、同時計数イベントを選択する（装置の時間窓τ内であることを満たす）。
【００７６】
カメラにおける光吸収によって、続いて生じる、カメラにおける１またはそれ以上のコンプトン散乱によって生じる第１のγ線（Ａ）に対する可能性のある放射角度の円錐体の表面を再構成する。
【００７７】
カメラの反対側に対する再構成された円錐体を予想する。上記カメラでは、第２のγ線（Ｂ）の光吸収相互作用が行われる。偏光から生じる制限された円錐状の円弧表面のみを使用するγ線Ａによる２またはそれ以上のコンプトン散乱が存在する場合、Boggs および Dogan の参考文献に記載されているように、限定された円錐体の円弧表面を用いることによって、２回のコンプトン散乱の情報を生じさせることができる。
【００７８】
コンプトンカメラは、電子の反跳方向を測定する構成であるイベント、または、構成であってもよいイベントにおいて、再構成された円錐体上における部分的な円弧を選択するため、２回の散乱は必要というわけではない。
【００７９】
装置に係る角度の分解能および位置の分解能の範囲内において、γ線Ｂに対する光吸収相互作用の位置に基づく好ましい円錐体の表面領域についての重複部分の確率を決定する。
【００８０】
好ましい円錐体の表面領域との重複部分の効果のある高い確率を有するこれらのイベントを考慮して、選択的にデータを保管する。なお、上記円錐体の表面領域は、γ線Ｂに対する光吸収相互作用の位置に付随する。例えば、画像の構成における使用について、散乱されていないＴイベントの高い確率を用いることが挙げられる。
【００８１】
当業者の知識に基づけば、これらの技術を変形すること、および１または両方の検知器における情報を用いたコンプトン散乱の再構成を利用することによって、類似の情報得ることが可能である。この類似の情報は、放射された光子の真の角度または複数の角度が選択されるために用いられる。
【００８２】
Ｔイベント（ＴＳおよびＲイベントとは区別される）の選択について最も良い‘断面’（cut）は、試験データを用い、カメラの性能をシュミレーションすることによって決定される。（その代わりに、例えば、可能性のある技術または神経回路網コンピュータプログラムを用いてもよい。上記神経回路網コンピュータプログラムは、Ｔイベントを与え、ＴＳおよびＲイベントを抑制するアンサンブルイベント（ensemble event）に基づく大部分の画像位置を選択するために用いられる）Ｔイベントは、第２のγ相互作用の位置とともに、予想された円錐体（または円錐体の領域）の重複部分の高い可能性を有している。入射する方向は、第２のγ線の軌道と、相関性を特に有していない（ＴＳ）または相関性を有さない（Ｒ）ので、ＴＳおよびＲイベントは、重複部分を有する可能性は低い。
【００８３】
表１のタイプ３のイベント（検知器内において、両方のγ線がコンプトン散乱を受けるイベント）に対し、Ｔイベントの選択性を向上させるために、本発明に係る他の実施の形態として、以下のデータを示す。
【００８４】
上述した手段またはそれと同様の手段を二度用いてもよい。始めに、第２のγ線（Ｂ）の第２の相互作用が生じる位置とともに、一方の検知されたγ線（Ａ）は、コンプトン散乱および円錐体（または円錐体部分）の重複部分として取り扱われる。第２のγ線（Ｂ）は上述するように評価されるものである。γ線Ａおよびγ線Ｂが交換されたとみなされれば、上記手段は繰り返される。この二つの場合のデータを組み合わせ、Ｔイベントの選択性を向上させるために用いることができる。
【００８５】
また、表１のタイプ３のイベント（検知器内において、両方のγ線がコンプトン散乱を受けるイベント）に対し、Ｔイベントの選択性を向上させるために、本発明に係る他の実施の形態として、以下のデータを示す。
【００８６】
上記手段にさらに付言すると、上述した崩壊γ線対の偏光相関をも適用することが可能である。一旦、γ線Ａおよびγ線Ｂに対するコンプトン散乱相互作用が、再構成されると、θ１、θ２、φの値を観測することによって生じるＴイベントの結果生じるγ線の確率Ｐ（θ１、θ２、φ）が用いられることもできる。これは、Ｔイベントの改善および優先選択されるため、および、‘虚の’ＴＳおよびＲイベントを抑制または生じないようにするために行われる。また、ＴＳおよびＲイベントは、相関関係が十分でない、または、相関関係がない場合のイベントである。換言すると、ＴＳイベントを抑制する効果は、検知器内での散乱角に依存するといえる。
【００８７】
代わりに、妥当な‘遮断’（cut-off）点を決定することによって、確率分布を構成するまたは計算することも可能である。上記遮断点は、適切な感度を維持している間におけるＴイベントの選択性の程度を改善するための検出データに対するものである。同じように、標準標的物を用いた、または、コンプトンカメラ特有の構造に係る性能のシミュレーションから得られたテストデータは、標的物の物性および閾値を選択するために用いられ得る。
【００８８】
さらに、確率測定技術、神経回路網コンピュータプログラムおよび／または他のデータの処理または解析技術は、ＴＳおよびＲイベントに関するデータが抑制されている間、Ｔイベントを増加させる大部分の画像の位置を選択することに用いられる。
【００８９】
当業者であれば、コンプトン散乱の再構成に利用できる、上述した技術または手法を変形することを理解できるであろう。上記技術または手法は、放射された光子の真の角度または複数の真の角度を選択するために用いることができる情報を得ることができる、１または両方側の検知器における情報を用いるものである。
【００９０】
＜シミュレーション＞
γ線検知器およびコンプトンカメラの設計および操作の程度は、当業者に知られているが、本明細書に記載されている事項については知られていない。検出媒体として、液体のキセノンおよびその他の物質が用いられたコンプトンカメラは、コンプトン散乱イベントを再構成する機能とともに、E. Aprile et al., Proc. SPIE 4851 (2002) 140; ArXiv:astro-ph/0212005 により、関連のあるエネルギーに関する手法として説明されている。同様に、当業者であれば、理論および実験の両方による上記文献において記載されている、偏光効果に十分精通することができるであろう。
【００９１】
一例として、Ｅ＝５１１ｋｅＶのγ線に対するＴイベントが関連するＴＳおよびＲイベントを抑制するシミュレーションがＡｐｒｉｌｅの文献に記載されている。これによれば、例えば、Ｔイベントの２１％が受容される間、ＴＳおよびＲイベントの９２％は取り除かれる。当業者は、他の応用例として、必要なシステムおよび性能に応じて、大抵の抑制または受容がなされることを当然に理解することができる。また、上記本発明に係る方法によれば、高い分解能を有する画像を構成するにあたり、用いることのできるＴイベントに相当する非常に質の高いデータの収集のための技術およびシステムを提供することができる。
【００９２】
本発明は、医療用の手術またはＰＥＴ断層撮影装置などの工業的な画像スキャナーに用いることができる。上記ＰＥＴ断層撮影装置は、検出器に到達する前の１またはそれ以上のγ線が散乱されるイベントによって生じる、突発的なまたは偶発の同時計数を予想する、または、散乱された確率によって、品質の低下を防ぐ同時計数放射線測定によるものである。さらに、本発明は、全ての種類のコンプトンカメラ（検知器として、液体状の希ガス、ガス、固体、シンチレーション結晶など、または、これらの組み合わせ）に適用することができる。上記コンプトンカメラは、ＰＥＴまたは他の撮像技術を同時に適用することができるものである。
【００９３】
本発明は、本実施の形態を参照することによって、十分に理解されることであろう。また、本発明は、上述した発明の実施の形態に制限されるものではない。本発明の好ましい実施形態を例証として開示してきたが、当業者は、特許請求の範囲に開示したような発明の範囲および精神から離れずに、様々な変型、付加、および、置き換えが可能であることを理解するであろう。
【００９４】
また、当業者は、他の開示された実施の形態、または、付加することのできる代替の構成のうち何れかの側面から、本発明の開示された実施形態を組み合わせることができるであろう。上記付加することのできる代替の構成とは、図示されていない、請求項に記載された発明を組み合わせた具体例ではなく、発明の目的または必要な性能を得るために、より適応できる構成である。それに応じて、当業者は、特許請求の範囲に開示したような発明の範囲および精神から離れずに、様々な変型、付加、および、置き換えが可能であることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１Ａ】対向して対になっている検知器による単独の崩壊イベントに相当する真の（Ｔ）崩壊イベントを示す図である。
【図１Ｂ】実際の検知器、または、対向して対になっている検知器によって、単独の崩壊イベントに相当する真の（Ｔ）崩壊イベントを示す図である。
【図２Ａ】検知器に到達する前に散乱された光子の一方または両方（図示されていない）における、対向して対になっている検知器によって、単独の崩壊イベントに相当する方向が変更されたまたは散乱された真の（ＴＳ）崩壊イベントを示す図である。
【図２Ｂ】検知器に到達する前に散乱された光子の一方または両方（図示されていない）における、対向して対になっている検知器によって、単独の崩壊イベントに相当する方向が変更されたまたは散乱された真の（ＴＳ）崩壊イベントを示す図である。
【図３Ａ】対の崩壊イベントに相当する対向している対になっている検知器による、虚のまたは偶発の（Ｒ）崩壊イベントを示す図である。上記イベントは、許容される時間窓内にある対向する検知器の一方に到達する各崩壊イベントからの光子のみにおけるものである。
【図３Ｂ】対の崩壊イベントに相当する対向している対になっている検知器による、虚のまたは偶発の（Ｒ）崩壊イベントを示す図である。上記イベントは、許容される時間窓内にある対向する検知器の一方に到達する各崩壊イベントからの光子のみにおけるものである。
【図４】コンプトンカメラの従来の作用を示す図である。
【図１Ａ】
2008522168.tif 000008
【図１Ｂ】
2008522168.tif 000009
【図２Ａ】
2008522168.tif 000010
【図２Ｂ】
2008522168.tif 000011
【図３Ａ】
2008522168.tif 000012
【図３Ｂ】
2008522168.tif 000013
【図４】
2008522168.tif 000014
【国際調査報告】
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