(57)【要約】【課題】  低コストかつ実用的な水準で無固定で計測することが可能とする。【解決手段】  被検体に運動検出用のガンマ線源を固定し、そのガンマ線源の位置を追跡することにより被検体の運動を推定し、推定された被検体の運動を用いて被計測ガンマ線検出事象を補正する。【選択図】  図１３
2005331467.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体中の被計測ガンマ線源の分布を測定するガンマ線撮像方法において、
被検体に固定された運動検出用ガンマ線源から発生されたガンマ線及び前記被計測ガンマ線源から発生されたガンマ線を検出するステップと、
検出されたガンマ線のエネルギーをもとに被計測ガンマ線検出事象と運動検出用ガンマ線検出事象を分離するステップと、
前記運動検出用ガンマ線検出事象を用いて前記運動検出用ガンマ線源の位置を時間の関数として求めるステップと、
前記運動検出用ガンマ線源の位置の時間変化から被検体の運動を推定するステップと、
前記推定された被検体の運動を用いて被計測ガンマ線検出事象を補正するステップと、
補正された被計測ガンマ線検出事象を用いて被検体中の被計測ガンマ線源の分布を算出するステップと、
を含むことを特徴とするガンマ線撮像方法。
【請求項２】
請求項１記載のガンマ線撮像方法において、前記被計測ガンマ線検出事象及び運動検出用ガンマ線検出事象は、検出時刻、被検体に近い側に配置された第１のガンマ線検出器によって検出された放出エネルギー、前記第１のガンマ線検出器中における相互作用点の３次元座標、被検体から遠い側に配置された第２のガンマ線検出器によって検出された放出エネルギー、前記第２の検出器中における相互作用点の３次元座標、及びコンプトン散乱角によって表されることを特徴とするガンマ線撮像方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載のガンマ線撮像方法において、前記被検体の運動の推定は、基準時刻の前後における所定数の運動検出用ガンマ線検出事象から得られたガンマ線源の推定位置と方位及び注目する時刻の前後における所定数の運動検出用ガンマ線検出事象から得られたガンマ線源の推定位置と方位の差をその間における被検体の運動とするものであることを特徴とするガンマ線撮像方法。
【請求項４】
請求項３記載のガンマ線撮像方法において、前記被計測ガンマ線事象の補正は、前記第１のガンマ線検出器中における前記相互作用点と前記第２のガンマ線検出器中における前記相互作用点によって定められる３次元座標系を前記相対運度によって補正するものであることを特徴とするガンマ線撮像方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載のガンマ線撮像方法において、前記運動検出用ガンマ線源は前記被計測ガンマ線源とエネルギーの異なる核種の点線源であることを特徴とするガンマ線撮像方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載のガンマ線撮像方法において、前記運動検出用ガンマ線源としてそれぞれ被検体の異なる位置に固定された複数のガンマ線源を用いることを特徴とするガンマ線撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガンマ線撮像方法に関し、特に無固定放射断層撮影法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無固定放射断層撮影法（以下、METという）は、光子あるいはガンマ線（陽電子から派生する消滅ガンマ線を計測するものも含む）放射断層撮影において、計測試料の動きによるアーチファクトを高精度で補正することにより、実用水準で、無固定での計測を可能にする方法である。生体のガンマ線放射断層撮影では、被検体（試料）の動きによるアーチファクトを補正するために、光学カメラで被検体の動きを記録し、この動き情報を用いて、計測されたＲＩ分布情報を補正することが試みられている。
【０００３】
【非特許文献１】Lopresti BJ et al., “Implementation and performance of an optical motion tracking system for high resolution Brain PET imaging”: IEEE Trans. Nucl. Sci. 46(6), 2059-2067 (1999)
【非特許文献２】Fulton RR et al., “Correction for head movements in positron emission tomography using an optical motion-tracking system”: IEEE Trans. Nucl. Sci. 49(1), 116-123 (2002)
【非特許文献３】Bloomfield PM et al., “The development of a motion correction system in neurological PET using list mode data acquisition and a polaris tracking system”: Neuroimage, 16(3), S15 (2002)
【非特許文献４】Goldstein SR et al., “A head motion measurement system suitable for emission computed tomography”: IEEE Trans. Med. Imaging 16(1), 17-27 (1997)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光学カメラから得られる画像情報は、被検体の運動とは関連のない情報が混淆した複雑なものであるため、被検体の運動情報の抽出に高度な情報処理技術が要求される。また、光学カメラで計測できる範囲が狭いこと、光学カメラの性能に限界があることなどから精度が低いこと、光学カメラを付加するため装置の操作が煩雑になること、及び装置が高価であることなどから、実用的な水準には達していない。
【０００５】
本発明は、低コストで、実用的な水準で無固定で計測することが可能なガンマ線撮像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】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明では、被検体に運動検出用のガンマ線源を固定し、そのガンマ線源の位置を追跡することにより被検体の運動を推定し、推定された被検体の運動を用いて被計測ガンマ線検出事象を補正する。
【０００７】
すなわち、本発明による被検体中の被計測ガンマ線源の分布を測定するガンマ線撮像方法は、被検体に固定された運動検出用ガンマ線源から発生されたガンマ線及び前記被計測ガンマ線源から発生されたガンマ線を検出するステップと、検出されたガンマ線のエネルギーをもとに被計測ガンマ線検出事象と運動検出用ガンマ線検出事象を分離するステップと、運動検出用ガンマ線検出事象を用いて運動検出用ガンマ線源の位置を時間の関数として求めるステップと、運動検出用ガンマ線源の位置の時間変化から被検体の運動を推定するステップと、推定された被検体の運動を用いて被計測ガンマ線検出事象を補正するステップと、補正された被計測ガンマ線検出事象を用いて被検体中の被計測ガンマ線源の分布を算出するステップとを含む。
【０００８】
被計測ガンマ線検出事象及び運動検出用ガンマ線検出事象は、検出時刻、被検体に近い側に配置された第１のガンマ線検出器によって検出された放出エネルギー、第１のガンマ線検出器中における相互作用点の３次元座標、被検体から遠い側に配置された第２のガンマ線検出器によって検出された放出エネルギー、第２の検出器中における相互作用点の３次元座標、及びコンプトン散乱角によって表される。被検体の運動の推定では、基準時刻の前後における所定数の運動検出用ガンマ線検出事象から得られたガンマ線源の単純逆投影像及び注目する時刻の前後における所定数の運動検出用ガンマ線検出事象から得られたガンマ線源の単純逆投影像の位置の差をその間における被検体の運動とする。そして、被計測ガンマ線事象の補正は、第１のガンマ線検出器中における相互作用点の３次元座標を推定された被検体の運度によって補正するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、低コストかつ高精度に無固定で計測することが可能なガンマ線撮像方法が得られる。特に、多核種同時ガンマ線放射断層撮影が可能な装置を用いると、付加的な装置を必要とせず、また、装置の操作にほとんど変更を加えることもなく、動きによるアーチファクトを主計測と同様に高い時空間分解能と精度で補正することができる。従って、試料が生体など動くものの場合でも、撮影範囲の外へ出ない限り、実用的な水準で無固定で計測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
METは、運動計測、事象分離、運動推定、事象補正から構成される。運動計測では、試料に固定されたガンマ線放射運動指標と主計測装置及び主計測装置制御ソフトウェアを用いて、運動指標から放射されるガンマ線（運動計測事象）と試料から放射されるガンマ線（主計測事象）を同時並行して計測する。事象分離では、計測事象を、同期を保ったまま運動計測事象と主計測事象に分離する。運動推定では、個々の主計測事象又は主計測事象のグループ（関心事象と呼ぶ）ごとに、関心事象に時間的に対応する運動計測事象又は運動計測事象のグループを抜き出し、計測開始その他の指定された時点から関心事象が計測された時点までの相対運動を推定する。事象補正では、個々の関心事象ごとに、推定した相対運動をもとに主計測事象の計測内容を補正する。
【００１１】
とくに、METでは、運動計測に、可視光ではなくガンマ線を用い、ガンマ線放射運動指標としてガンマ線を放射する核種の密封された点線源と、光学カメラその他の付加的な装置ではなく、主計測装置及び主計測装置制御ソフトウェアそのものを用いることによって、計測範囲を試料と同じ大きさの空間とし、計測性能を試料と同じ時空間分解能・精度とし、装置の取り扱いにもほとんど変更を加えることなく、試料の運動の計測を実現する。また、事象の計測を多核種同時ガンマ線放射断層撮影によって行い、ガンマ線放射運動指標に主計測事象とは異なるエネルギーレベルのガンマ線を放射する点線源を２個以上、より好ましくは３個用いることによって、事象分離を、計測事象のエネルギーレベルによる区分けだけで行うこと、及び、運動推定を、点線源の場所の最尤推定として、関心事象の時間的近傍の運動事象のグループの単純逆投影が最大値をとる点から求める方法で行うことを可能にし、処理に必要な情報と無関連の情報の分離と、運動情報の抽出を、数学的にきわめて単純な問題に還元している。
【００１２】
最初に、本発明の放射断層撮影法を適用するのに好適なガンマ線撮像装置の例について説明する。このガンマ線撮像装置は、平板型の電極分割型ゲルマニウム半導体検出器を前後に２台平行に並べた構造を有し、複数の放射性核種の分布像を同時に得ることができる（特願2003-433779号として出願済み）。
【００１３】
図１は、本発明に用いるのに好適なガンマ線撮像装置の検出部の概略構成図と、ガンマ線源の検出原理を示した図である。検出部１０は、平行に並べた２台の電極分割型平板ゲルマニウム半導体検出器１１，１２を備え、その前方に位置するガンマ線源から放出されるガンマ線を測定する。第１のゲルマニウム半導体検出器１１の前方にガンマ線を放出する核種（ガンマ線源）１３が存在するものとする。同一核種は１種類又は複数種類の決まったエネルギーのガンマ線１４，１５，…を放出する（ガンマ線１４とガンマ線１５は別々の時間に検出部１０に入射したものである）。いま、ガンマ線１４が前方の第１の検出器１１でコンプトン散乱してエネルギーＥ１を付与し、後方の第２の検出器１２にエネルギーＥ２を付与して完全に吸収された事象を考える。このような事象は、後述する信号処理回路にて同時計測を行うことにより検出可能である。このとき、次式（１）より元のガンマ線のエネルギーが分かり、そのエネルギーによって核種を識別することができる。
Ｅ＝Ｅ１＋Ｅ２                (1)
【００１４】
次に、コンプトン散乱の運動学から、コンプトン散乱角θは次式（２）によって計算される。ここでｍｃは電子の静止質量、ｃは光速度である。
【００１５】
【数１】
2005331467.tif 000003
【００１６】
これらの関係からガンマ線源１３は、第１のゲルマニウム半導体検出器１１中でガンマ線１４がコンプトン散乱を起こした相互作用点と、散乱されたガンマ線が第２のゲルマニウム半導体検出器１２で吸収された相互作用点を結ぶ直線に対して、頂点が第１のゲルマニウム半導体検出器１１中の相互作用点に位置し頂角が２θの円錐面上にあることが分かる。従って、このような事象を２組以上計測し、夫々の組み合わせに対して円錐面を作り、それらの円錐面が重なり合う位置を求めることにより、ガンマ線源の存在位置を求めることができる。
【００１７】
図２は、図１に示した電極分割型平板ゲルマニウム半導体検出器１１，１２の構造例を示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。図示のようにＸ、Ｙ、Ｚ座標系を設定して説明する。この検出器は、寸法ａ×ｂ×ｃの平板型のゲルマニウム結晶２０の両面に短冊状に分割された電極を形成したものである。平板型のゲルマニウム結晶２０の一方の表面には、幅ｄで長さがａのＸ方向に細長い電極ストリップ２１が複数本、密に並べて形成されている。また、平板型のゲルマニウム結晶２０の反対側の表面には、幅ｄで長さがｂのＹ方向に細長い電極ストリップ２２が複数本、密に並べて形成されている。一方の表面の電極ストリップは陽極（以下、陽極ストリップという）とされ、反対側の表面の電極ストリップは陰極（以下、陰極ストリップという）とされる。このように平板型のゲルマニウム結晶２０の表面と裏面には、互いに直交する方向に延びる陽極ストリップ２１と陰極ストリップ２２がそれぞれ複数本設けられており、ガンマ線とゲルマニウム結晶との相互作用による信号が強く検出される陽極ストリップと陰極ストリップの組み合わせによって、相互作用点の大まかなＸＹ座標が分かる。
【００１８】
以下では、一例として、ａ＝３９ｍｍ、ｂ＝３９ｍｍ、ｃ＝２０ｍｍ、ｄ＝３ｍｍとし、ガンマ線入射側の電極を陽極、反対側の電極を陰極とした例によって説明する。最初に、平板型のゲルマニウム結晶２０内におけるガンマ線の相互作用点の結晶表面からの深さ方向の位置ＤＯＩ（Depth of interaction）を求める方法について説明する。
【００１９】
図３は、電極分割型平板ゲルマニウム検出器の内部でガンマ線がゲルマニウム結晶と相互作用したとき、陽極ストリップ及び陰極ストリップから発生する出力信号をシミュレートした図である。図示した信号は相互作用点に最も近い陽極ストリップ及び陰極ストリップからの信号である。ガンマ線の相互作用点の深さ方向の位置（ＤＯＩ：Depth of interaction）によって信号波形が変化する。ガンマ線入射側の陽極ストリップ２１によって検出される信号波形は、ＤＯＩがゲルマニウム結晶の入射側表面から浅い位置にあって陽極ストリップ２１に近ければ素早く立ち上がり、ＤＯＩが深くなって陽極ストリップから遠ざかるに従って立ち上がりのタイミングが遅くなる。逆に、裏面側の陰極ストリップ２２によって検出される信号波形は、ＤＯＩがゲルマニウム結晶の入射側表面から遠い位置にあって陰極ストリップ２２に近ければ素早く立ち下がり、ＤＯＩがゲルマニウム結晶の入射側表面から近い位置にあって陰極ストリップ２２から遠いほど立ち下がりのタイミングが遅くなる。
【００２０】
図４は、１つの検出事象について、陽極ストリップ２１で検出された信号波形の振幅が最大値の５０％に達するまでの時間と陰極ストリップ２２で検出された信号波形の振幅が最大値の５０％に達するまでの時間の差と、ＤＯＩとの関係を図示したものである。この時間差とＤＯＩとがほぼ直線関係にあることが分かる。従って、図４の関係を記憶しておき、測定された時間差を図４の関係に当てはめることによってＤＯＩ、すなわち相互作用点のゲルマニウム結晶の表面からの深さを知ることができる。
【００２１】
電極分割型平板ゲルマニウム半導体検出器内でガンマ線がゲルマニウム結晶と相互作用すると、検出器の表面（ガンマ線入射側）に設けられた複数の陽極ストリップから信号が発生されるが、相互作用点に最も近い位置にある陽極ストリップから発生される信号が最大の振幅を示す。同様に、陽極ストリップと直交するようにして検出器の裏面に設けられた複数の陰極ストリップから発生される信号も、相互作用点に最も近い陰極ストリップから発生される信号が最大の振幅を示す。従って、複数の陽極ストリップの中で信号振幅が最大の陽極ストリップの位置と、複数の陰極ストリップの中で信号振幅が最大の陰極ストリップの位置から相互作用点のＸＹ座標を知ることができるが、電極ストリップは幅ｄを有するため、この方法によって知ることのできる相互作用点のＸ座標及びＹ座標は、それぞれ最大ｄ／２（図示の例ではｄ＝３ｍｍ）の誤差を含んでいる。そこで、以下に説明する方法により、相互作用点のＸＹ座標を電極ストリップの幅より小さな精度で決定する。
【００２２】
電極分割型平板ゲルマニウム半導体検出器内でガンマ線がゲルマニウム結晶と相互作用すると、前述のように、検出器の表面に設けられた複数の陽極ストリップから信号が検出され、相互作用点に最も近い陽極ストリップから発生される信号が最大の振幅を示す。同様に、検出器の裏面に設けられた複数の陰極ストリップからも信号が検出されるが、相互作用点に最も近い陰極ストリップから発生される信号が最大の振幅を示す。ここで、その最大振幅の信号を発生する電極ストリップの両隣の電極ストリップによって検出される信号波形に着目する。
【００２３】
図５は、最大の信号振幅を示す電極ストリップの両隣の電極ストリップによって検出される信号波形を示した図である。図５の左側のグラフは最大の信号振幅を示す電極ストリップの左隣の電極ストリップの信号波形、右側のグラフは最大の信号振幅を示す電極ストリップの右隣の電極ストリップの信号波形であり、上からＤＯＩ＝１ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍのときをシミュレーションしたものである。相互作用点の、幅３ｍｍの電極ストリップの中心線からのずれ量（ＴＯＩ：Transverse position of interaction）は全て同じで１ｍｍである。右隣の電極ストリップの信号波形の最大振幅をＡ+、左隣の電極ストリップの信号波形の最大振幅をＡ-として、次式で表されるパラメータＬを計算する。
【００２４】
【数２】
2005331467.tif 000004
【００２５】
図６は、ＴＯＩと上式（３）で定義したパラメータＬの関係を示す図である。図示するように、ＴＯＩとパラメータＬはほぼ直線の関係を有する。従って、図６の関係を記憶しておき、最大の信号振幅を示す電極ストリップの両隣の電極ストリップの信号波形から測定された振幅Ａ+、Ａ-をもとに計算されるパラメータＬを図６の関係に当てはめることによってＴＯＩ、すなわち電極ストリップの幅ｄ内におけるガンマ線の相互作用点の位置を高精度に知ることができる。これをＸ方向に細長い陽極ストリップ２１に関して行うことにより相互作用点のＹ座標位置を高精度に求めることができ、またＹ方向に細長い陰極ストリップ２２に関して行うことにより相互作用点のＸ座標位置を高精度に求めることができる。
【００２６】
相互作用点に最も近いストリップであるか、その両隣のストリップであるかは、それらのストリップから得られる信号波形の違いを使って識別することができる。相互作用点に最も近いストリップの信号は、図３で例えば５００ｎｓのところで波高が±１００になっているのに対し、両隣のストリップからの信号は、図５で例えば３００ｎｓのところで波高が０になっている。そこで、この波形の違いを識別するための波形弁別器を製作し適用すれば両者を識別でき、ＤＯＩを検出するためのストリップ（ＤＯＩストリップ）であるか、ＴＯＩを検出するためのストリップ（ＴＯＩストリップ）であるかがわかる。
【００２７】
図７は、ガンマ線撮像装置の信号処理部の例を示す概略ブロック図である。検出部１０の第１及び第２のゲルマニウム検出器１１，１２は液体窒素容器内の液体窒素で冷却される銅製コールドフィンガーに固定されて冷却されている。第１の検出器１１に設けられた複数の陽極ストリップ及び複数の陰極ストリップからの信号はそれぞれの前置増幅器によって増幅される。同様に、第２の検出器１２に設けられた複数の陽極ストリップ及び複数の陰極ストリップからの信号もそれぞれの前置増幅器によって増幅される。図には、第１の検出器１１の陰極ストリップ及び陽極ストリップに接続されている前置増幅器を、それぞれ前置増幅器１及び前置増幅器３で代表させて表示し、第２の検出器１２の陰極ストリップ及び陽極ストリップに接続されている前置増幅器を、それぞれ前置増幅器２及び前置増幅器４で代表させて表示した。
【００２８】
それぞれの前置増幅器の出力信号は、図８に詳細を示す信号処理回路３２に入力される。この信号処理回路３２は、入力信号がＤＯＩストリップのものであったならば出力Ａにエネルギー信号を出力し、出力Ｔに時間信号を出力する。ＤＯＩストリップのものでなかったならば出力Ａの信号はＴＯＩの測定に利用され、出力Ｔには信号を出力しない。図８に図示するように、信号処理回路３２に入力された信号は４つに分けられ、それぞれ波形弁別器４１、振幅測定器４２、成形増幅器４３、ＴＦＡ４４に入力される。
【００２９】
ここで、図７及び図８に示した各要素回路の動作について説明する。前置増幅器３１について説明すると、ここで使用している前置増幅器は電荷感応型前置増幅器と呼ばれるもので、ガンマ線の相互作用によって検出器中に生成される電荷量に比例した波高の信号を出力する。波形弁別器４１は、前置増幅器３１の出力波形が、ある閾値を超えた後、３００ｎｓ後にもある波高を保っていればゲート信号を出力し、そうでなければ何も出力しないように設定されている。振幅測定器４２は、前置増幅器３１の出力の、最大値と最小値の差を出力する回路である。成形増幅器４３は、前置増幅器３１の波高に比例した波高の出力を精度良く出力するため、セミガウシアン型の波形を生成する。この回路は、ＣＲの微分回路の後にＲＣの積分回路を多段つなげて実現される。ＴＦＡ（タイミング・フィルタ・アンプ）４４は、帯域通過回路になっている。ここでは、低域通過の時定数を５０ｎｓ、高域通過の時定数を５００ｎｓとした。
【００３０】
ＣＦＤ４５は、コンスタント・フラクション・ディスクリミネータと呼ばれる市販の回路であり、その動作原理を図９より説明する。（ａ）に示す入力信号５１を２つに分け、（ｂ）に示すように、入力信号５１をｔｄだけ遅らせた信号５２と、（ｃ）に示すように、入力信号５１を反転させ振幅をｆ倍した信号５３を作る。その後、（ｄ）に示すように、信号５２と信号５３を足し合わせた信号５４を作ると、その波高が０になる時間ｔｆ  は、入力信号５１の波高が最大値のｆ倍になる時間にｔｄを加えた時間になる。こうして、立ち上がり波形あるいは立ち下がり波形の信号をＣＦＤに通すことにより、波高の最大値のｆ倍になるまでの時間を知ることができる。
【００３１】
同時計測回路３３は、入力信号の時間差がある設定値より短かった場合、ゲート信号を出力する回路である。ゲート信号の幅と遅延時間は可変である。時間差記録器３５は、同時計測回路３３のゲート信号出力をスタート信号として使い、信号処理回路３２の出力Ｔを遅延回路３４で遅らせた信号をストップ信号として使い、スタート信号とストップ信号の時間差を記録する回路である。波高記録器３６は、同時計測回路３３のゲート信号が出力されている間の、信号処理回路３２の出力Ａの信号の波高の最大値を記録する回路である。
【００３２】
次に、図７及び図８に示した信号処理部の動作について説明する。波形弁別器４１では、入力された信号がＤＯＩストリップのものであるか、そうでないかが調べられる。もしＤＯＩストリップであったならばゲート信号を出力し、振幅測定器４２の出力信号を出力しないようにすると同時に、成形増幅器４３及びＣＦＤ４４の出力信号を出力できるようにする。逆に、ＤＯＩストリップでなかったならば、ゲート信号を出力せず、振幅測定器４２の出力信号を出力できるようにし、成形増幅器４３及びＣＦＤ４４の出力信号を出力しないようにする。振幅測定器４２では、ＤＯＩストリップではなかった場合に、入力信号の最大値と最小値の差が測定され出力される。成形増幅器４３からは、エネルギーの測定に適した波形の信号が生成される。ＴＦＡ４４では、時間の測定に適した波形の信号が生成される。ＴＦＡ４４の出力はＣＦＤ４５に入力され、波高の最大値の５０％になったときに出力信号を生成する。
【００３３】
信号処理回路１及び信号処理回路２の信号がＤＯＩストリップのものであったとすると、それぞれの出力Ｔの信号が同時計測回路３３に入力される。それらの入力信号の間の時間差が、ある設定値よりも短かったならば、同時計測回路３３からゲート信号が出力され、時間差記録器３５及び波高記録器３６を作動させる。時間差記録器３５のストップ信号は、出力Ｔの信号を、遅延回路３４を通して作られる。波高記録器３６の入力には、出力Ａの信号が入力される。
【００３４】
上述のようにＤＯＩストリップの信号に対してのみ、信号処理回路３２の出力Ｔが出力される。つまり、時間差記録器３５の、ＤＯＩストリップに対応するチャンネルにのみデータが作られる。そして、データ転送の処理により、波高記録器３６のデータのうちで、このチャンネルに対応するデータと、その両隣のチャンネルのデータを転送する。時間差記録器３５及び波高記録器３６のデータは、測定事象ごとにコンピュータ３７に転送され、画像生成のための処理が行われる。転送されるデータの内訳を図１０に示す。
【００３５】
図１０において、ｔ１からｔ４は時間差記録器３５のデータである。ｔ１及びｔ３は第１の検出器１１の陰極ストリップ及び陽極ストリップのデータであり、ｔ２及びｔ４は第２の検出器１２の陰極ストリップ及び陽極ストリップのデータである。Ｅ１以降は波高記録器３６のデータである。Ｅ１及びＥ３は第１の検出器１１のそれぞれ陰極及び陽極のＤＯＩストリップによるデータであり、Ｅ２及びＥ４は第２の検出器１２のそれぞれ陰極及び陽極のＤＯＩストリップによるデータである。Ａ１＋及びＡ１−は、第１の検出器１１の陰極のＤＯＩストリップの両隣のストリップ（ＴＯＩストリップ）によるデータである。Ａ２＋及びＡ２−は、第２の検出器１２の陰極のＤＯＩストリップの両隣のストリップ（ＴＯＩストリップ）によるデータである。Ａ３＋及びＡ３−は、第１の検出器１１の陽極のＤＯＩストリップの両隣のストリップ（ＴＯＩストリップ）によるデータである。Ａ４＋及びＡ４−は、第２の検出器１２の陽極のＤＯＩストリップの両隣のストリップ（ＴＯＩストリップ）によるデータである。
【００３６】
コンピュータ３７によるデータの処理の流れを図１１に示す。この処理は、検出事象の数だけ繰り返し行われる。ステップ１１にてデータを読み込んだのち、ステップ１２で検出パターンの検査を行う。この検出パターンの検査は、時間差記録器３５のデータにより行う。時間差記録器３５のあるチャンネルにデータが存在した場合、そのデータの元となったストリップはＤＯＩストリップであったことになる。ここでは、第１の検出器１１及び第２の検出器１２のそれぞれの陰極及び陽極のストリップのうちでそれぞれ１つだけがＤＯＩストリップであった場合にのみ次の処理に進む。検出器に同時に２個のガンマ線が入射するなどしてＤＯＩストリップの信号が２つ以上となった場合、その事象は後の解析から除外する。次に、ステップ１３においてエネルギーの検査を行う。このエネルギーの検査は、波高記録器３６のＥ１及びＥ２を使って行う。Ｅ１とＥ２の和が目的のγ線のエネルギーと等しい場合にのみ次の処理に進む。ステップ１４のＤＯＩの演算は、時間差記録器３５のデータを使って行う。ｔ１とｔ３の差から第１の検出器１１におけるＤＯＩが計算され、ｔ２とｔ４の差から第２の検出器１２におけるＤＯＩが計算される。続くステップ１５のＴＯＩの演算は、波高記録器３６のデータを使って行う。ここでは、陰極の分割の方向をＸ方向、陽極の分割の方向をＹ方向とする。Ａ１＋及びＡ１−から第１の検出器１１のＸ方向のＴＯＩが計算され、Ａ３＋及びＡ３−から第１の検出器１１のＹ方向のＴＯＩが計算される。同様にして、Ａ２＋及びＡ２−から第２の検出器１２のＸ方向のＴＯＩが計算され、Ａ４＋及びＡ４−から第２の検出器１２のＹ方向のＴＯＩが計算される。こうして、第１の検出器１１中と第２の検出器１２中での相互作用点が高精度に求められる。次に、ステップ１６に進み、第１の検出器１１で検出されたエネルギーＥ１と第２の検出器１２で検出されたエネルギーＥ２を上式（２）に当てはめてコンプトン散乱角θを計算する。
【００３７】
こうして複数の検出事象の各事象毎に、第１の検出器１１中での相互作用点、第２の検出器１２中での相互作用点、コンプトン散乱角θの情報をもとに図１に示したような円錐面が計算される。そこで、検出されたガンマ線エネルギーＥ（＝Ｅ１＋Ｅ２）をもとに同一核種から放出されたガンマ線に起因すると判断される事象を集め、その事象の集合に属する円錐面を重ねることによってその核種の存在位置を求めることができ、線源の空間分布を像として表示することができる。
【００３８】
Ｅ１とＥ２の和が複数あってガンマ線源として複数の核種が存在する場合には、コンプトン散乱の運動学で計算された円錐面をエネルギーによって核種毎にグループ化し、それぞれの核種に対して独立して円錐面を重ねることによって各核種の存在位置を分離して求めることができる。
【００３９】
次に、上述のガンマ線撮像装置を用いた本発明の測定方法について説明する。ここでは、マウスに投与された放射線同位元素のマウス頭部における分布を測定する場合を例にとって説明する。図１２に示すように、マウスの頭部には、ガンマ線放射運動指標としてＣｓ−１３７（Ｅ＝６６１）、Ｍｎ−５４（Ｅ＝８３４）及び、Ｆｅ−５９（Ｅ＝１０９９又は１２９１）の３個の密封点線源６１〜６３をそれぞれ離れた位置に固定する。マウスにはＺｎ−６５（Ｅ＝１１１５）が投与されており、この分布を求めたいものとする。ここでＥはガンマ線エネルギーであり、単位はｋｅＶである。
【００４０】
図１３に示すように、本発明の測定方法は、運動計測（Ｓ２１）、事象分離（Ｓ２２）、運動推定（Ｓ２３）、事象補正（Ｓ２４）の各工程から構成される。ステップ２１の運動計測では、ガンマ線放射運動指標６１〜６３を固定した被検体から放出されるガンマ線を上述のガンマ線撮像装置を用いて、図１１の手順に従って計測する。このとき、運動指標６１〜６３から放出されたガンマ線に起因する運動計測事象と被検体に投与されたＺｎ−６５（Ｅ＝１１１５）に起因する主計測事象とが同期的に計測される。計測された事象は、計測事象ファイルに格納される。
【００４１】
図１４は、計測事象ファイルの内容を示す図である。計測事象ファイルは、計測時刻ｔ、第１のゲルマニウム半導体検出器１１での放出エネルギーＥ１と相互作用点の位置ＴＯＩＸ１（Ｘ方向のＴＯＩ）、ＴＯＩＹ１（Ｙ方向のＴＯＩ）、ＤＯＩ１、及び第２のゲルマニウム半導体検出器１２での放出エネルギーＥ２と相互作用点の位置ＴＯＩＸ２、ＴＯＩＹ２、ＤＯＩ２、Ｅ＝Ｅ１＋Ｅ２とＥ１をもとに式（２）のコンプトン散乱の運動学からを求めたコンプトン散乱の散乱角θを事象ごとにリストしたものであり、最高１Ｋｃｐｓ（１秒間に１０００事象の速度）でデータを収集するものとする。
【００４２】
次に、ステップ２２の事象分離では、事象ごとに全放出エネルギー（Ｅ１＋Ｅ２）に基くグループ化により事象の分離を行い、計測事象ファイルを運動計測事象ファイルと主計測事象ファイルに分割する。運動計測事象ファイルと主計測事象ファイルは、図１４に示した計測事象ファイルと同じ形式で、主計測事象ファイルは、Ｅ＝Ｅ１＋Ｅ２＝１１１５の事象だけを抜き出して集めたものであり、運動計測事象ファイルはＥ＝Ｅ１＋Ｅ２＝６６１、８３４、１０９９または１２９１の事象だけを抜き出して集めたものである。運動計測事象ファイルは、核種ごとのファイルにするために、さらにＥ＝６６１の事象だけを抜き出して集めたもの（運動計測事象ファイルＣｓ）、Ｅ＝８３４の事象だけを抜き出して集めたもの（運動計測事象ファイルＭｎ）、Ｅ＝１０９９または１２９１の事象だけを抜き出して集めたもの（運動計測事象ファイルＦｅ）の３つに分割する。
【００４３】
ステップ２３の運動推定では、主計測事象ファイル中の個々の主計測事象または主計測事象のグループ（関心事象と呼ぶ）ごとに、運動計測事象ファイル中から、計測時刻が関心事象に対応する運動計測事象のグループを抜き出し、計測開始その他の指定された時点から関心事象が計測された時点までの相対運動を推定し、推定運動ファイルに格納する。具体的には、まず個々の関心事象ごとに、３つの運動計測事象ファイルのそれぞれについて、関心事象の前後それぞれ100ずつの運動計測事象を抽出し、運動計測事象からコンプトン散乱の運動学で計算される円錐面の重ね合わせを行う。これは運動指標としたガンマ線源の単純逆投影像を求めることであるので、重ね合わせすなわち単純逆投影像が最大値をとる点を各運動指標ガンマ線源の位置の最尤推定とする。これを、３個の指標（Ｃｓ、Ｍｎ、Ｆｅ）のそれぞれについて行ない、最初の主計測事象が計測された時刻における運動指標の位置と、関心事象が計測された時刻における運動指標の位置の差を求め、３個の指標（Ｃｓ、Ｍｎ、Ｆｅ）のそれぞれの推定相対運動とする。計測の始めと終わりの主計測事象で、前後に各運動指標100の事象がないものは、処理から除外する。こうして求めた運動指標の推定相対運動から、主計測事象の相対運動を導出し、図１５に示した内容の推定運動ファイルに格納する。ｔからθまでは主計測事象ファイルの内容と同じものであり、ＴＸ，ＴＹ、およびＴＺは、主計測事象の推定相対運動の導出において、並進成分の導出に用いる運動指標の位置であり、ΔＸ、ΔＹ、およびΔＺは運動指標の推定相対運動である。ＲＸ、ＲＹ、およびＲＺは、回転成分の導出に用いる運動指標の位置であり、δＸ、δＹ、およびδＺは主計測事象の推定相対運動の回転成分を導出するための項であり、次式から計算される。
【００４４】
【数３】
2005331467.tif 000005
【００４５】
運動指標の相対運動から主計測事象の相対運動は、以下のように導出する。まず、３つの指標からいずれか２つ（ＭｎとＦｅとする）を選ぶ。２つの運動指標うち、一方（Ｍｎ）の推定相対運動ΔＸ、ΔＹ、およびΔＺをそのまま主計測事象の相対運動の並進成分とする。そうすると、両者（ＭｎとＦｅ）の推定相対運動の差分δＸおよびδＹをもとに次式から計算されるものが、主計測事象の相対運動の回転成分に対応するものとなる。主計測事象の相対運動の回転成分をεＸ、εＹとすると、次式のようになる。
【００４６】
【数４】
2005331467.tif 000006
【００４７】
εＺは計算しない。精度を上げるために、３つの指標から２つを選ぶ組み合わせを３通りに変えて同じ計算を３回行い、その平均値を最終的な主計測事象の推定運動とする。
【００４８】
続くステップ２４の事象補正では、個々の関心事象ごとに、推定運動ファイルの推定相対運動をもとに主計測事象の計測内容を補正し、補正結果を補正主計測事象ファイルに格納する。具体的には、推定相対運動の並進成分ΔＸ、ΔＹ、およびΔＺを、第１のゲルマニウム半導体検出器１１での相互作用点ＴＯＩＸ１、ＴＯＩＹ１、ＤＯＩ１から引き、ＴＯＩＸ１’＝ＴＯＩＸ１-ΔＸ、ＴＯＩＹ１’＝ＴＯＩＹ１-ΔＹ、ＤＯＩ１’＝ＤＯＩ１-ΔＺとして、並進成分ΔＸ、ΔＹ、およびΔＺと回転成分εＸおよびεＹを、第２のゲルマニウム半導体検出器１２での相互作用点ＴＯＩＸ２、ＴＯＩＹ２、ＤＯＩ２に算入し、ＴＯＩＸ２’＝ＴＯＩＸ２-ΔＸ＋εＸ、ＴＯＩＹ２’＝ＴＯＩＹ２-ΔＹ＋εＹ、ＤＯＩ２’＝ＤＯＩ２-ΔＺとして、図１６に示した内容の補正主計測事象ファイルに格納する。
【００４９】
この方法により、計測試料の動きによるアーチファクトを高精度で補正し、実用水準で、無固定での計測が可能となる。
【００５０】
なお、本例では、ガンマ線放射運動指標として各々異なる線源を密封した３個の密封点線源を用いたが、３点の位置を誤りなく識別できれば線源の種類は１種類でもよい。但し、その場合でも、運動指標として被検体に固定する線源は、主計測事象を計測するために被検体に投与する線源と異なる必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明によるガンマ線撮像装置の検出部の概略構成図と、ガンマ線源の検出原理を示した図。
【図２】本発明による電極分割型平板ゲルマニウム半導体検出器の構造例を示す図。
【図３】電極分割型平板ゲルマニウム検出器の陽極及び陰極の出力信号をシミュレーションした図。
【図４】陽極と陰極間における、信号波形の振幅が最大値の５０％に達するまでの時間の差とＤＯＩの関係を示す図。
【図５】ガンマ線の相互作用点の横方向の位置の測定法の説明図。
【図６】ＴＯＩと図６で定義したパラメータの関係を示す図。
【図７】本発明によるガンマ線撮像装置の信号処理部の例を示す概略ブロック図。
【図８】信号処理回路の詳細図。
【図９】ＣＦＤの動作原理を説明する図。
【図１０】コンピュータに転送されるデータの内訳を示す図。
【図１１】データの処理の流れを示す図。
【図１２】被検体の例を示す図。
【図１３】本発明の測定方法の手順を説明する図。
【図１４】計測事象ファイルの内容を示す図。
【図１５】推定運動ファイルの内容を示す図。
【図１６】補正主計測事象ファイルの内容を示す図。
【符号の説明】
【００５２】
１０:検出部、１１，１２：電極分割型平板ゲルマニウム半導体検出器、１３：ガンマ線源、１４，１５:ガンマ線、２０:ゲルマニウム結晶、２１：陽極ストリップ、２２：陰極ストリップ、３１：前置増幅器、３２：信号処理回路、３３：同時計測回路、３４：遅延回路、３５：時間差記録器、３６：波高記録器、３７：コンピュータ、４１：波形弁別器、４２：振幅測定器、４３：成形増幅器、４４：ＴＦＡ、４５：ＣＦＤ
【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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【図１６】
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