(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸に沿って配列された複数の検出器リングを具備するＴＯＦ―ＰＥＴ装置であって、
前記複数の検出器リングの各々は、前記中心軸の周りの略円周上に配列され、被検体からの対消滅ガンマ線に応答してシンチレーション光を発生する複数のシンチレータと、前記発生されたシンチレーション光に応じた電気信号を発生する複数の光電子増倍管と、を有し、
前記複数のシンチレータ各々の前記略円周の径方向に沿う長さは、シンチレータの総体積が一定となる条件下で、消滅ガンマ線との相互作用確率が８０％に調整された基準シンチレータを用いる場合よりも、対消滅ガンマ線のコインシデンスイベントの総カウント数／時間分解能の値が向上する範囲に設定される、
ＴＯＦ―ＰＥＴ装置。
【請求項２】
前記基準シンチレータを用いる場合の対消滅ガンマ線のコインシデンスイベントの総カウント数／時間分解能の値に対する、前記複数のシンチレータ各々の対消滅ガンマ線のコインシデンスイベントの総カウント数／時間分解能の値の比が１よりも大きい、請求項１記載のＴＯＦ―ＰＥＴ装置。
【請求項３】
前記複数のシンチレータの材料にＬＹＳＯを用いた場合、前記複数のシンチレータ各々の前記略円周の径方向に沿う長さは、１０ｍｍから１８ｍｍまでの範囲のいずれかの値を有する、請求項１記載のＴＯＦ―ＰＥＴ装置。
【請求項４】
前記複数の検出器リングの各々は、前記中心軸に沿って配列された複数のシンチレータリングを有し、
前記複数のシンチレータリングは、前記中心軸に沿って隙間を空けて配列される、
請求項１記載のＴＯＦ―ＰＥＴ装置。
【請求項５】
前記複数の検出器リングの各々は、前記中心軸に沿って配列された第１のシンチレータリングと第２のシンチレータリングとを有し、
前記第１のシンチレータリングは、前記中心軸の周りの略円周上に互いに隙間を空けて配列された前記複数のシンチレータを有し、
前記第２のシンチレータリングは、前記中心軸の周りの略円周上に互いに隙間を空けて配列された前記複数のシンチレータを有し、
前記第１のシンチレータリングと前記第２のシンチレータリングとは、前記中心軸から見て前記隙間が埋まるように前記中心軸沿って互い違いに配列される、
請求項１記載のＴＯＦ―ＰＥＴ装置。
【請求項６】
中心軸の周りの略円周上に配列され、被検体からの消滅ガンマ線に応答してシンチレーション光を発生する複数のシンチレータと、
前記発生されたシンチレーション光に応じた電気信号を発生する複数の光電子増倍管と、を具備する検出器リングであって、
前記複数のシンチレータ各々の略円周の径方向に沿う長さは、シンチレータの総体積が一定となる条件下で、消滅ガンマ線との相互作用確率が８０％に調整された基準シンチレータを用いる場合よりも、対消滅ガンマ線のコインシデンスイベントの総カウント数／時間分解能の値が向上する範囲に設定される、
検出器リング。
【請求項７】
前記基準シンチレータを用いる場合の対消滅ガンマ線のコインシデンスイベントの総カウント数／時間分解能の値に対する、前記複数のシンチレータ各々の対消滅ガンマ線のコインシデンスイベントの総カウント数／時間分解能の値の比が１よりも大きい、請求項６記載の検出器リング。
【請求項８】
前記複数のシンチレータの材料にＬＹＳＯを用いた場合、前記複数のシンチレータ各々の前記略円周の径方向に沿う長さは、１０ｍｍから１８ｍｍまでの範囲のいずれかの値を有する、請求項６記載の検出器リング。
【請求項９】
被検体からの消滅ガンマ線に応答してシンチレーション光を発生する複数のシンチレータと、
前記発生されたシンチレーション光に応じた電気信号を発生する複数の光電子増倍管と、を具備する検出器であって、
前記複数のシンチレータ各々の長軸方向に沿う長さは、シンチレータの総体積の一定下において、消滅ガンマ線との相互作用確率が８０％に調整された基準シンチレータを用いる場合よりも、対消滅ガンマ線のコインシデンスイベントの総カウント数／時間分解能の値が向上する範囲に設定される、
検出器。
【請求項１０】
前記基準シンチレータを用いる場合の対消滅ガンマ線のコインシデンスイベントの総カウント数／時間分解能の値に対する、前記複数のシンチレータ各々の対消滅ガンマ線のコインシデンスイベントの総カウント数／時間分解能の値の比が１よりも大きい、請求項９記載の検出器。
【請求項１１】
前記複数のシンチレータの材料にＬＹＳＯを用いた場合、前記複数のシンチレータ各々の前記長軸方向に沿う長さは、１０ｍｍから１８ｍｍまでの範囲のいずれかの値を有する、請求項９記載の検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ＴＯＦ―ＰＥＴ装置、検出器リング、及び検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
核医学診断装置は、リング形状に配列された複数の検出器からなる検出器リングを有している。核医学診断装置は、放射性同位体を投与された被検体から放射される放射線を、検出器リング内の検出器により検出する。この種の装置としてはＰＥＴ(Positron Emission computed Tomography)装置が代表的である。特に、ＴＯＦ（Time of Flight）−ＰＥＴ装置に関する技術開発が盛んである。ＴＯＦ−ＰＥＴ装置は、１対の消滅ガンマ線の検出時刻差を画像再構成に利用する。そのため、ＴＯＦ―ＰＥＴ装置において時間分解能が非常に重要である。
【０００３】
ＴＯＦ―ＰＥＴ装置の検出器は、ＬＹＳＯ、ＬＳＯ、又はＬＧＳＯ等のシンチレータ材料で形成されたシンチレータを含んでいる。検出器リングの径方向に沿うシンチレータの長さ、すなわち、シンチレータの厚さは、２０ｍｍを超えるように設定されている。これは、消滅ガンマ線のシンチレータ内での平均自由行程を考慮したためである。平均自由行程とは、対消滅ガンマ線がシンチレータに入射した時点からシンチレータと相互作用を起こす時点（シンチレーション光が発生する時点）までの消滅ガンマ線の平均移動距離である。十分なガンマ線の検出効率を得るために、シンチレータは２０ｍｍを超える厚さに設定されている。
【０００４】
しかしながらシンチレータの厚さの増大に伴い、シンチレータ内における消滅ガンマ線の深さ方向に関する相互作用位置のばらつきが増大してしまう。深さ方向に関する相互作用位置のばらつきの増大に伴い、ＴＯＦ−ＰＥＴ装置の時間分解能が劣化してしまう。時間分解能の劣化に伴い、画質が低下してしまう。また、シンチレータは高価である。そのため、シンチレータの厚さが増大すると、ＴＯＦ―ＰＥＴ装置に利用されるシンチレータ量が増大し、ＴＯＦ―ＰＥＴ装置の製造コストも増加してしまう。
【０００５】
ＴＯＦ−ＰＥＴ装置は、非ＴＯＦ―ＰＥＴ装置に比して、少ないカウント数で臨床に十分な画質を得ることができ、検査時間を短縮できる。このためＴＯＦ―ＰＥＴ装置の有用な臨床応用として、ダイナミック撮影が期待されている。しかしながら、視野サイズの拡大のために検出器リングの列数を増加させると、シンチレータ量が増加するため、製造コストが上昇してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９―４２０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
目的は、ＴＯＦ―ＰＥＴにおける製造コストと画質との最適なバランスを実現するＴＯＦ―ＰＥＴ装置、検出器リング、及び検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態に関るＴＯＦ―ＰＥＴ装置は、中心軸に沿って配列された複数の検出器リングを具備するＴＯＦ―ＰＥＴ装置であって、前記複数の検出器リングの各々は、前記中心軸の周りの略円周上に配列され、被検体からの対消滅ガンマ線に応答してシンチレーション光を発生する複数のシンチレータと、前記発生されたシンチレーション光に応じた電気信号を発生する複数の光電子増倍管と、を有し、前記複数のシンチレータ各々の前記略円周の径方向に沿う長さは、シンチレータの総体積が一定となる条件下で、消滅ガンマ線との相互作用確率が８０％に調整された基準シンチレータを用いる場合よりも、対消滅ガンマ線のコインシデンスイベントの総カウント数／時間分解能の値が向上する範囲に設定される、ことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に関るＴＯＦ―ＰＥＴ装置の構成を示す図。
【図２】図１のガントリに搭載される検出器リングの模式的な横断面図。
【図３】図２の検出器リングの模式的な縦断面図。
【図４】図１の再構成部により利用されるＴＯＦ―ＰＥＴ再構成法の原理を説明するための図。
【図５】本実施形態に係るＬＹＳＯシンチレータのシミュレーションの結果の一例を示す図。
【図６】図５のシミュレーションにおけるジオメトリを示す図。
【図７】図５のシミュレーションを説明するためのシンチレータの配列例を示す図。
【図８】図５のシミュレーションを説明するための、シンチレータの他の配列例を示す図。
【図９】本実施形態に係わるシンチレータの他の配列例を示す図。
【図１０】本実施形態に係わるシンチレータの他の配列例を示す図。
【図１１】図１０のシンチレータリング３５０Ａを示す図。
【図１２】図１０のシンチレータリング３５０Ｂを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係るＴＯＦ―ＰＥＴ装置について詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係るＴＯＦ―ＰＥＴ装置１の構成を示す図である。図１に示すように、ＴＯＦ―ＰＥＴ装置１は、制御部１０を中枢としてガントリ２０、信号処理部３０、同時計数部４０、記憶部５０、再構成部６０、表示部７０、及び操作部８０を有する。
【００１２】
図２は、ガントリ２０に搭載される検出器リング１００の模式的な横断面図である。図３は、図２の検出器リング１００の模式的な縦断面（図２の２―２断面）図である。ガントリ２０は、円周の中心軸Ｚに沿って配列された複数の検出器リング１００を有する。検出器リング１００は、中心軸Ｚ周りの円周上に配列される複数の検出器２００を有する。検出器リング１００の開口部には、画像視野（ＦＯＶ：field of view）が形成される。被検体Ｐの撮像部位がＦＯＶに入るように、被検体Ｐが載置された天板５００が検出器リング１００の開口部に挿入される。被検体Ｐは、体軸が中心軸Ｚに一致するように天板５００に載置される。被検体Ｐには、ＰＥＴ撮影のため、放射性同位元素で標識された薬剤が注入される。検出器２００は、被検体Ｐ内部から放出される対消滅ガンマ線を検出し、検出された対消滅ガンマ線の光量に応じたパルス状の電気信号を生成する。
【００１３】
具体的には、検出器２００は、複数のシンチレータ３００と複数の光電子増倍管４００とを有する。シンチレータ３００は、被検体Ｐ内の放射性同位元素に由来する対消滅ガンマ線を受けてシンチレーション光を発生する。各シンチレータは、各シンチレータの長軸方向が検出器リングの径方向に略一致するように配置される。光電子増倍管４００は、中心軸Ｚに直交する径方向に関する、シンチレータ３００の一端部に設けられている。典型的には、シンチレータ３００と光電子増倍管４００との間には、ライトガイド（図示せず）が設けられている。検出器リング１００に含まれる複数のシンチレータ３００と複数の光電子増倍管４００とは、同心円（同心円筒）状に配列される。シンチレータ３００において発生されたシンチレーション光は、シンチレータ３００を伝播し光電子増倍管４００に向かう。光電子増倍管４００は、シンチレーション光の光量に応じたパルス状の電気信号を発生する。発生された電気信号は、図１に示すように、信号処理部３０に供給される。
【００１４】
信号処理部３０は、光電子増倍管４００からの電気信号に基づいてシングルイベントデータを生成する。具体的には、信号処理部３０は、検出時刻計測処理、位置計算処理、及びエネルギー計算処理を施す。検出時刻計測処理において信号処理部３０は、検出器２００によるガンマ線の検出時刻を計測する。具体的には、信号処理部３０は、光電子増倍管４００からの電気信号の波高値をモニタリングする。そして信号処理部３０は、電気信号の波高値が予め設定された閾値を超える時刻を検出時刻として計測する。すなわち、信号処理部３０は、電気信号の強度が閾値を超えたことを検知することによって、電気的に消滅ガンマ線を検出する。位置計算処理において信号処理部３０は、光電子増倍管４００からの電気信号に基づいて、消滅ガンマ線の入射位置を計算する。消滅ガンマ線の入射位置は、消滅ガンマ線が入射したシンチレータ３００の位置座標に対応する。エネルギー計算処理において信号処理部３０は、光電子増倍管４００からの電気信号に基づいて、シンチレータ３００に入射した消滅ガンマ線のエネルギー値を計算する。シングルイベントに関する検出時刻のデータと位置座標のデータとエネルギー値のデータとは、関連付けられている。シングルイベントに関するエネルギー値のデータと位置座標のデータと検出時刻のデータとの組合せは、シングルイベントデータと呼ばれている。シングルイベントデータは、消滅ガンマ線が検出される毎に次々に生成される。生成されたシングルイベントデータは、同時計数部４０に供給される。
【００１５】
同時計数部４０は、複数のシングルイベントに関するシングルイベントデータに同時計数処理を施す。具体的には、同時計数部４０は、繰り返し供給されるシングルイベントデータの中から、予め定められた時間枠内に収まる２つのシングルイベントに関するイベントデータを繰り返し特定する。時間枠は、例えば６ｎｓ〜１８ｎｓ程度に設定される。この対のシングルイベントは、同一の対消滅点から発生された対消滅ガンマ線に由来すると推定される。対のシングルイベントは、まとめてコインシデンスイベントと呼ばれる。この対消滅ガンマ線を検出した対の検出器２００（より詳細にはシンチレータ３００）を結ぶ線は、ＬＯＲ（line of response）と呼ばれる。このようにして同時計数部４０は、コインシデンスイベントをＬＯＲ毎にカウントする。ＬＯＲを構成する対のイベントに関するイベントデータ（以下、コインシデンスイベントデータと呼ぶことにする。）は、記憶部５０に記憶される。
【００１６】
再構成部６０は、複数のコインシデンスイベントに関するコインシデンスイベントデータに基づいて、被検体内の放射性同位元素の濃度の空間分布を表現する画像データを再構成する。再構成部６０は、１対の消滅ガンマ線の検出時刻差を利用した再構成法（以下、ＴＯＦ―ＰＥＴ再構成法と呼ぶことにする。）を実行する。ＴＯＦ―ＰＥＴ再構成法において、ＬＯＲ上の各画素における対消滅点の存在確率は、コインシデンスイベントの検出時刻差に応じて異なる。
【００１７】
図４は、ＴＯＦ―ＰＥＴ再構成法の原理を説明するための図である。図４に示すように、１対の消滅ガンマ線が検出時刻ｔ１において検出器Ｐ１により検出され、検出時刻ｔ２において第２検出器Ｐ２により検出されたとする。この場合、ＬＯＲの中心点ＣＰから対消滅点ＡＰまでの距離ｄは、以下の（１）で表される。なおｃは、光速である。
【００１８】
ｄ＝ｃ（ｔ１−ｔ２）／２  ・・・（１）
再構成部６０は、（１）式を利用して、コインシデンスイベント毎にＬＯＲ上の対消滅点の位置を算出する。なおＬＯＲの位置は、ＬＯＲを構成する２つのイベントの２つの検出位置に基づいて再構成部６０により算出される。対消滅点の位置が算出されると再構成部６０は、対消滅点の存在確率に応じた重みをＬＯＲ上の画素毎に設定する。対象画素の重みは、対消滅点からの距離が離れるにつれて小さくなるように設定される。時間分解能が良いほど、算出された対消滅点の分布の確度が高い。従って、時間分解能が良いほど、算出された対消滅点の画素には、他の画素に対して相対的に高い重みが設定される。再構成部６０は、このように設定された重みを利用してコインシデンスイベントデータから画像データを再構成する。例えば、再構成部６０は、コインシデンスイベントデータに基づいてＬＯＲの位置とカウント数とを表現するＰＥＴ用の投影データを生成する。そして再構成部６０は、生成された投影データからＴＯＦ―ＰＥＴ再構成法を利用して画像データを生成する。再構成された画像データは、記憶部５０に供給される。このように、ＴＯＦ―ＰＥＴ再構成法は、コインシデンスイベントの検出時刻差を利用し、検出時刻差を利用しない再構成法に比してＳ／Ｎ比を向上させることができる。すなわち、ＴＯＦ―ＰＥＴ再構成法において時間分解能は、重要なパラメータである。
【００１９】
表示部７０は、画像データに対応する画像を表示機器に表示する。表示機器としては、ＣＲＴディスプレイや、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイ等が適宜利用可能である。
【００２０】
操作部８０は、操作者による入力機器を介した各種指令や情報入力を受け付ける。入力機器としては、キーボード、マウス、各種ボタン、タッチキーパネル等が適宜利用可能である。
【００２１】
次に、本実施形態に係る検出器リング１００の構造について詳細に説明する。
【００２２】
図３に示すように、ガントリ２０は、Ｚ軸に沿って配列された複数の検出器リング１００を備えている。図３においては、例示のため、３つの検出器リング１００が示されている。各検出器リング１００は、Ｚ軸に沿って配列された複数のシンチレータリング３５０を有している。シンチレータリング３５０は、Ｚ軸周りの略円周上に沿って配列された複数のシンチレータ３００により構成される。図３においては、例示のため、各検出器リング１００について３つのシンチレータリング３５０が示されている。以下、中心軸Ｚに配列される複数の検出器リングに含まれる全てのシンチレータリング３５０の数を列数と呼ぶことにする。図３の場合、シンチレータリング３５０の列数、すなわち、シンチレータ３００の列数は、９である。また、ガントリ２０内に含まれる全てのシンチレータ３００をまとめてシンチレータ群３６０と呼ぶことにする。なお、シンチレータリング３５０の列数（シンチレータ３００の列数）、検出器リング１００内の検出器２００の数、検出器２００内のシンチレータ３００の数は、図３に示される数に限定されない。
【００２３】
検出器２００において複数のシンチレータ３００は、例えば２次元状に配列される。本実施形態に係るシンチレータ３００は、既存の如何なる種類のシンチレータ材料により形成されてもよい。例えば、シンチレータ３００は、ＮａＩ（ヨウ化ナトリウム）やＢＧＯ（ビスマス酸ジャーマネイト）、ＬＳＯ（ケイ酸ルテチウムにセリウムを一定量添加したもの）、ＬａＢｒ３：Ｃｅ、ＬＹＳＯ（ＬＳＯとケイ酸イットリウムの混晶）等のシンチレータ材料により形成される。シンチレータ３００の材料としては、ルテチウム結晶がよく用いられる。上述の材料以外にも、例えば、シンチレータ３００は、例えば、ガリウム系結晶やガーネット系結晶により形成されてもよい。
【００２４】
次に、シンチレータ３００と製造コストと画質との関係について説明する。
【００２５】
典型的には、画質は、対消滅ガンマ線の検出効率の増加に伴って向上する。主な画質の決定因子としては、コインシデンスイベントの総カウント数と時間分解能とが挙げられる。ここで、コインシデンスイベントの総カウント数を決定づけるＰＥＴ装置の因子として、ＰＥＴ装置の感度とシンチレータの検出効率を挙げる。
【００２６】
以下に、感度に関して説明する。被写体からは上述のように対消滅ガンマ線が発せられている。この対消滅ガンマ線のうち、ＰＥＴ装置の検出器で検出されるものもあれば、検出されないものもある。感度とは、この対消滅ガンマ線の総数に対して、ＰＥＴ装置の検出器が検出できた割合のことをいう。
【００２７】
次に、シンチレータの検出効率について説明する。ガンマ線がシンチレータに入射した場合、シンチレータの素材や、入射したシンチレータのエネルギーに応じて、一定の確率でガンマ線がシンチレータと相互作用を起こし、発光する。なお、相互作用を起こさなかった場合は、ガンマ線はシンチレータを通過する。このとき、シンチレータの検出効率とは、この相互作用を起こす確率のことをいう。
【００２８】
シンチレータの物理的性質により、検出器リングの径方向に沿うシンチレータの長さが長いほど、ガンマ線がシンチレータと相互作用する確率が向上するため、ガンマ線に対するシンチレータの検出効率が向上する。以下、検出器リングの径方向に沿うシンチレータの長さを、単に厚さと呼ぶことにする。上述のようにシンチレータの検出効率は、シンチレータに入射した消滅ガンマ線の数に対する、シンチレータと相互作用した消滅ガンマ線の数の比に規定される。従来においてシンチレータの厚さは、十分な検出効率を得るために、平均自由行程を考慮して決定されている。このため、一般的なシンチレータの厚さは２０ｍｍを超える厚さに設定されている。
【００２９】
シンチレータの厚さが増すにつれ、ガントリ内の総シンチレータ体積が増加する。一方、シンチレータは、高価である。従って、シンチレータの厚さの増加に伴い、ＴＯＦ―ＰＥＴ装置１の製造コストが上昇してしまう。
【００３０】
消滅ガンマ線とシンチレータとの相互作用により、シンチレーション光が発生する。シンチレーション光は、シンチレータ内を伝播し、光電子増倍管に向かう。この際、シンチレーション光は、シンチレータ内で乱反射する。かかる乱反射によりシンチレーション光のエネルギーが減衰する。シンチレータ内での消滅ガンマ線とシンチレータとの相互作用位置（すなわち、シンチレーション光の発生位置）は、シンチレータの厚さが長いほどばらつく。相互作用位置のばらつきの増加に伴い、シンチレーション光の乱反射回数のばらつきが増加し、ひいては、ＴＯＦ―ＰＥＴ装置１の時間分解能が劣化する。
【００３１】
すなわち、シンチレータの厚さが長いほど、相互作用確率が高くなりシンチレータの検出効率は向上するが、製造コストが上昇し、時間分解能が劣化してしまう。
【００３２】
また、シンチレータの厚さが一定という条件下においては、ＰＥＴ装置の感度を向上するために、シンチレータの列数を増加することが考えられる。しかしながら、シンチレータの厚さを延長したりシンチレータの列数を増加したりすることは、ガントリ内のシンチレータ群の総体積の増加を招く。従って、シンチレータの列数が増加するに従って、ＴＯＦ―ＰＥＴ装置１の製造コストが上昇してしまう。
【００３３】
本実施形態に係るシンチレータ３００の厚さは、ＴＯＦ―ＰＥＴ装置における、製造コストと画質との最適なバランスの実現という思想のもとに設定されている。なお、本実施形態において、画質は、対消滅ガンマ線のコインシデンスイベントの総カウント数／時間分解能により評価される。この理由は、以下の通りである。なお、簡便のため、以下の説明において、対消滅ガンマ線のコインシデンスイベントの総カウント数／時間分解能を、単に総カウント数／時間分解能と呼ぶことにする。ＴＯＦ―ＰＥＴ再構成法は、検出時刻差を利用するので、検出時刻差を利用しない非ＴＯＦ−ＰＥＴ装置の再構成法に比して、時間分解能に影響されやすい。従って、ＴＯＦ―ＰＥＴ装置１の画質の評価は、カウント数のみでは足りず、時間分解能が必要不可欠だからである。また、画質のパラメータであるＳ／Ｎ比は、対消滅ガンマ線のコインシデンスイベントの総カウント数の平方根に比例し、時間分解能の平方根に反比例する。総カウント数／時間分解能は、シンチレータでカウントされた対消滅ガンマ線のコインシデンスイベントの総カウント数を、シンチレータの厚さに応じた固有の時間分解能で割った値である。
【００３４】
本発明者達は、ＰＥＴ装置の感度を意識して、シンチレータ群に含まれるシンチレータの総体積一定の条件で、シンチレータの厚さをパラメータとしたシミュレーションを行った。比較対象として、非ＴＯＦ―ＰＥＴ装置の標準的なシンチレータを基準シンチレータとして用いた。基準シンチレータは、消滅ガンマ線との相互作用確率が８０％であるシンチレータであるとした。
【００３５】
以下、ＬＹＳＯシンチレータを具体例に挙げてシンチレータのシミュレーションについて説明する。なお、シンチレータの組成に関らず、従来のＰＥＴ装置のシンチレータの厚さは、相互作用確率を考慮し、２０ｍｍから２６ｍｍまでの範囲が標準的である。すなわち、ＬＹＳＯシンチレータの厚さが２４ｍｍ以上の場合、このＬＹＳＯシンチレータに入射した消滅ガンマ線のうちの略８０％の消滅ガンマ線が検出可能である。すなわち、厚さが２４ｍｍ以上のＬＹＳＯシンチレータの相互作用確率は、８０％以上である。この経験則のもと、本実施形態においてＬＹＳＯシンチレータの基準シンチレータの厚さは、２４ｍｍであるとする。
【００３６】
図５は、ＬＹＳＯシンチレータのシミュレーションの結果の一例を示す図である。図６は、図５のシミュレーションに係るジオメトリを示す図である。図５のシミュレーションは、シンチレータの総体積一定の下、シンチレータの厚さと列数とを変化された場合におけるシンチレータの各種パラメータを示している。パラメータは、厚さ[ｍｍ]、シンチレータ時間分解能［ｐｓ］、システム時間分解能[ｐｓ]、コインシデンスイベントの総カウント数、列数、Ｚ軸方向に沿うシンチレータ群の長さ（Ｚ方向の長さ）[ｍｍ]、総カウント数／時間分解能、及び相対Ｓ／Ｎ比である。なお、シンチレータ時間分解能は、シンチレータ単体での時間分解能である。
【００３７】
図６に示すように、このシミュレーションにおいては、ＦＯＶの中心に点線源が配置され、点線源の周囲に複数のシンチレータがリング状に配列された。シンチレータリングの直径は、点線源を中心として７８０ｍｍに設定された。また、図５のシミュレーションにおいて、各シンチレータのＺ軸方向に沿う長さは、４ｍｍに設定された。
【００３８】
ここで、ＰＥＴ装置の感度を意識した場合にシンチレータの総体積を一定にすることの理由について説明する。
【００３９】
図７と図８とは、シンチレータの厚さの低減に伴う列数の増加を示す図である。図７には、シンチレータの厚さを基準厚さ２４ｍｍから１２ｍｍ（２４ｍｍの１／２）へ変更する例が示されている。図８には、シンチレータ３００の厚さを基準厚さ２４ｍｍから１８ｍｍ（２４ｍｍの２／３）へ変更する例が示されている。時間分解能を向上させる場合、シンチレータの厚さは薄い方が良い。しかし、単にシンチレータの厚さを薄くした場合、シンチレータの検出効率が小さくなるため検出器によるカウント数が減少し、ＰＥＴ装置の感度が低下してしまう。シンチレータの列数を増加することにより、消滅ガンマ線の検出に関わる立体角が増加（Ｚ軸方向のＦＯＶサイズの増大）する。従って、ＰＥＴ装置の感度の低下を抑え、且つシンチレータの厚さを薄くするためには、シンチレータの列数を増加すれば良い。
【００４０】
具体的には、図７の場合、シンチレータの厚さを２４ｍｍから１２ｍｍに変更し、シンチレータの列数を６列から１２列にしている。図８の場合、シンチレータの厚さを２４ｍｍから１８ｍｍに変更し、シンチレータの列数を６列から９列にしている。このように、ＰＥＴ装置の感度の低下を防止するためには、厚さの低減に伴い列数を増加させる必要がある。すなわち、ＰＥＴ装置の感度の劣化を防止しつつ、時間分解能を向上させたい場合、シンチレータの厚さを低減しつつ、且つシンチレータの列数を増加する必要がある。換言すれば、ＰＥＴ装置の感度の劣化を防止しつつ、時間分解能を向上させたい場合、総体積一定のもとでシンチレータの厚さを低減する必要がある。シンチレータの総体積を維持することで、ＴＯＦ―ＰＥＴ装置の製造コストが維持される。
【００４１】
図５に示したシミュレーション結果について検討した結果、本発明者達は、シンチレータの総体積一定の条件下で厚さと列数とを変化させた場合、ＰＥＴ画像の画質を示す指標である総カウント数／時間分解能が基準シンチレータよりも向上する厚さ範囲が存在することを見出した。
【００４２】
図５に示すように、総カウント数／時間分解能の欄には、シンチレータの総体積一定の条件下で厚さと列数とを変化させた場合における、総カウント数／時間分解能の値が示されている。基準シンチレータの総カウント数／時間分解能の値は、６６．９である。従って、ＬＹＳＯシンチレータの場合、シンチレータの総カウント数／時間分解能の値が６６．９よりも大きい場合、基準シンチレータよりも画質が良いことを意味している。図５の厚さ１０ｍｍから１８ｍｍに注目する。厚さ１０ｍｍから１８ｍｍの場合、総カウント数／時間分解能の値が６６．９よりも大きい。この厚さ範囲は、消滅ガンマ線の平均自由行程を考慮して設定された基準シンチレータの厚さ（２４ｍｍ）よりも短い。すなわち、図５のシミュレーションにおいて、厚さ１０ｍｍ〜１８ｍｍを有するシンチレータは、厚さ２４ｍｍを有する基準シンチレータよりも時間分解能が良い。また、図５のシミュレーションは、総体積一定なので、厚さ１０ｍｍ〜１８ｍｍを有するシンチレータは、基準シンチレータよりもコインシデンスイベントの総カウント数が極端に劣化することはない。すなわち、製造コストを基準シンチレータと同一に維持し、画質を基準シンチレータよりも向上させる場合、本実施形態に係るシンチレータ３００の厚さは、１０ｍｍから１８ｍｍまでの範囲の何れかの値に設定されると良い。
【００４３】
上述のように、図５のシミュレーションは、ＬＹＳＯシンチレータを利用して行われた。シンチレータの特性は、シンチレータの組成に応じて異なる。しかしながら、厚さに対する各種パラメータの変化傾向は、シンチレータの組成によらず同一の傾向を示す。すなわち、シンチレータの組成によらず、基準シンチレータの総カウント／時間分解能の値よりも、総カウント／時間分解能の値が向上する厚さ範囲が存在する。
【００４４】
これは、シンチレータの厚さの設定において、従来考慮されていなかった、時間分解能を考慮したためである。つまり時間分解能の優先度が高いＴＯＦ―ＰＥＴ装置の画質を最良化するためには、カウント数の維持のためにシンチレータの列数を増加させ、且つ、非ＴＯＦ―ＰＥＴ装置に用いられている基準シンチレータよりも薄い厚さを有するシンチレータを用いる方が良い。
【００４５】
上述の考察により、本実施形態に関るシンチレータ３００の厚さは、シンチレータ群３６０の総体積を一定に保つように厚さと列数とを変化させた場合、基準シンチレータの総カウント数／時間分解能の値よりも総カウント数／時間分解能の値が向上する厚さ範囲内に設定される。この場合、基準シンチレータを利用したシンチレータ群の総カウント／時間分解能の値に対する、本実施形態に係るシンチレータ３００を利用したシンチレータ群３６０の総カウント／時間分解能の値の比は、１よりも大きい。これにより本実施形態に係るＴＯＦ―ＰＥＴ装置１は、基準シンチレータを利用した従来のＴＯＦ―ＰＥＴ装置の製造コストを維持し、且つ従来のＴＯＦ―ＰＥＴ装置に比して画質を向上することができる。
【００４６】
また、シンチレータの総体積が一定の場合、シンチレータ３００が基準シンチレータよりも薄くすると、シンチレータ３００（シンチレータリング３５０）の列数が増加する。従って、本実施形態に係るＴＯＦ―ＰＥＴ装置１のＺ軸方向に沿うＦＯＶサイズは、基準シンチレータを有する装置よりも拡大する。
【００４７】
なお図５のシミュレーション結果において、シンチレータ３００の厚さが比較的厚い範囲において、ダイナミック撮影のＦＯＶサイズとしては列数が不十分となる場合がある。この場合、図９に示すように、Ｚ軸に沿うＦＯＶサイズの拡大のため、複数のシンチレータリング３５０をＺ軸に沿って隙間を空けて配列するとよい。このように複数のシンチレータ３００をＺ軸に沿って隙間を空けて配列することにより、シンチレータリング３５０の列数の増加と製造コストの上昇とを抑制したうえで、Ｚ軸方向のＦＯＶサイズを拡大することができる。従って、列数の増加と製造コストの上昇とを抑制したうえで、大ＦＯＶサイズを要するダイナミック撮影に十分なＦＯＶサイズを実現できる。
【００４８】
また、本実施形態に係るＴＯＦ−ＰＥＴ装置１によれば、従来の画質を維持したうえで製造コストを安くすることができる。例えば、本実施形態に係る総カウント数／時間分解能の値を基準シンチレータの総カウント数／時間分解能の値に固定させた場合において、本実施形態に係るシンチレータの厚さを基準厚さよりも薄い範囲に設定させても良い。例えば、図７に示すように、１２ｍｍの厚さを有するＬＹＳＯシンチレータの場合、総カウント数／時間分解能は８６．４である。一方、基準厚さ２４ｍｍを有するＬＹＳＯシンチレータの場合、総カウント数／時間分解能は６６．９である。総カウント数／時間分解能は、シンチレータの総体積が減少するにつれて劣化する。すなわち、総カウント数／時間分解能を８６．４から６６．９に変更するために、ＬＹＳＯシンチレータの厚さをさらに薄くする、あるいはシンチレータリングの列数を減少させることが可能であり、従来の画質を維持したうえで製造コストを減少することができる。
【００４９】
近年、大きな被検体を撮像するため、パイルアップの防止のため、あるいは、ガントリによる被検体への圧迫感低減等の目的のため、比較的大きな内径を有する検出器リングが望まれている。しかし、大開口を有するガントリを製造するには、シンチレータの増量が避けられない。本実施形態に係るＴＯＦ―ＰＥＴ装置１は、上述のように、従来装置に比して低量のシンチレータを利用することにより、従来装置と略同一の画質を実装することができる。従って本実施形態によれば、従来装置に比して低価格で大開口を有するガントリを提供することができる。
【００５０】
このように、本実施形態に係るＴＯＦ―ＰＥＴ装置１は、シンチレータの設定において、従来装置のように平均自由行程（相互作用確率）のみを考慮するのではなく、時間分解能も考慮することにより、高い設定の自由度を獲得している。従って本実施形態によれば、従ってユーザ等の好みに応じて画質と製造コストとを最適化することができる。
【００５１】
なお、Ｚ軸方向に沿うＦＯＶサイズの拡大のための方策は、図９の配列例のみに限定されない。図１０、１１、及び１２は、本実施形態に係わるシンチレータ３００の他の配列例を示す図である。図１０、図１１、及び図１２は、シンチレータ３００を図２と同じ方向から見た状態を示す。図１０は、図１１のシンチレータリング３５０Ａと図１２のシンチレータリング３５０Ｂとの投影図である。図１１に示すように、シンチレータリング３５０Ａは、略円周に沿って隙間を空けて配列された複数のシンチレータ３００を有している。図１２に示すように、シンチレータリング３５０Ｂは、略円周に沿って隙間を空けて配列された複数のシンチレータ３００を有している。シンチレータリング３５０Ａとシンチレータリング３５０Ｂとは、Ｚ軸に沿って交互に配列される。シンチレータリング３５０Ａとシンチレータリング３５０Ｂとは、Ｚ軸方向から見て単一のシンチレータリング３５０Ａ，３５０Ｂ内シンチレータ３００間の隙間が埋まるように、Ｚ軸に沿って互い違いに配列される。この配置例によれば、製造コストを保持したうえで、Ｚ軸に沿うＦＯＶサイズを拡大することができる。
【００５２】
上述のように、本実施形態に係るＴＯＦ―ＰＥＴ装置１に用いられるシンチレータ３００の厚さは、ガントリ２０に含まれる全てのシンチレータ３００の総体積を一定に保つように厚さと列数とを変化させた場合に、基準シンチレータの総カウント数／時間分解能の値よりも、総カウント数／時間分解能の値が向上する厚さ範囲内に設定される。すなわち、シンチレータ３００の厚さは、消滅ガンマ線との相互作用確率だけではなく、時間分解能を考慮した値に設定される。これにより、ＴＯＦ―ＰＥＴ装置１は、基準シンチレータよりも薄い厚さを有するシンチレータ３００を有しながら、良好な時間分解能を提供できる。従来においては、フロントエンド回路の改善により時間分解能の向上を図っていたが、本実施形態においては、シンチレータ３００の厚さを薄くすることにより、時間分解能の向上を実現している。これにより、ＴＯＦ―ＰＥＴ装置１は、基準シンチレータを利用した従来装置と同一の製造コストを維持しつつ、従来装置に比して画質を向上することができる。
【００５３】
また、ＴＯＦ―ＰＥＴ装置１は、従来装置の画質を維持しつつ、従来装置に比して製造コストを安くすることができる。さらには、本実施形態に係るＴＯＦ―ＰＥＴ装置１は、従来装置の画質と同等の画質を有する場合、従来装置に比して検査時間を短縮でき、１日に診断可能な患者数を増やせる。また、本実施形態に係るＴＯＦ―ＰＥＴ装置は、従来装置に比して検査時間が短縮されるので、ダイナミック撮影により適している。
【００５４】
かくして本実施形態によれば、ＴＯＦ―ＰＥＴにおける製造コストと画質との最適なバランスを実現するＴＯＦ―ＰＥＴ装置１、検出器リング１００、及び検出器２００を提供することが可能となる。
【００５５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５６】
１…ＴＯＦ―ＰＥＴ装置、１０…制御部、２０…ガントリ、３０…信号処理部、４０…同時計数部、５０…記憶部、６０…再構成部、７０…表示部、８０…操作部、１００…検出器リング、２００…検出器、３００…シンチレータ、３５０…シンチレータリング、３６０…シンチレータ群、４００…光電子増倍管
【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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