(57)【要約】      （修正有）【課題】アナログ／デジタル変換器を使用せず、ＰＥＴイベント検出時に生成される電圧パルスをデジタル化する。【解決手段】電圧パルスを緩慢な指数型減衰に先立つ高速な線形増加辺縁としてモデル化する。この電圧パルスのパラメーターとして、減衰定数、ピーク電圧値及びピーク期間が電圧パルスの時間間隔測定により得られる。時間間隔測定は抵抗器２０２−１から４、コンパレータ２０４−１から５、インバータ２０８−１から４、カウンタ２０６−１から４および運算ユニット２１０で構成されるデジタル化装置の概念的電子実行２００によって行われる。コンパレータの第一入力端は電圧パルスＶ（ｔ）を受け、運算ユニット２１０にて減衰期間定数Ｔ、ピーク期の振幅Ｖｐおよびピーク期間ｔｐを計算する。【選択図】図５
2005308737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
PET検出器から発生する電圧パルス摸式を定義する段階と、
PETイベント探知に関わり、電圧パルス摸式のパラメーターとして減衰期間定数とピーク期の振幅とピーク期間を確定する段階と、
発生した電圧パルスの確定されたパラメーターを計算する段階と、
を含むことを特徴とするポジトロン断層法（PET）に適用するアナログ／デジタル変換器を使用せず、ガンマ線エネルギーをデジタル化する装置の使用法。
【請求項２】
模式を定義するステップは、電圧パルスを緩慢な指数型減衰に先立つ高速な線形増加辺縁としてモデル化することを含むことを特徴とする請求項１に記載の使用法。
【請求項３】
確定方法は、
多数個の参考電圧を提供する段階と、
参考電圧を基礎にして発生した電圧パルスから導出された多数個の時間間隔を測定する段階と、
多数個の時間間隔により、発生した電圧パルスを定義するパラメーターを計算する段階と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載の使用法。
【請求項４】
確定方法は、
電圧パルスV(t)、減衰期間定数T、ピーク期の振幅Vpとピーク期間tpを定義する段階と、
減衰期間定数Ｔ例えばtij(e)/ln(Vi/Vj)を検知し、そのうちのViとVjは予め確定された参考電圧パルスであり、かつVj<Viであり、VjとViは電圧パルスのピーク期の振幅Vpより小さく、tij(e)は電圧パルスV(t)がVj以下に減少するまでの時間と電圧パルスV(t) がVi以下に減少するまでの時間との時間間隔とするステップと、
ピーク期の振幅Vp例えば下記の式１を定義し、そのうちのs = Vl/Vk _ 1、Vl かつVk（例えばVl とVkはVpより小さい）は予め確定された電圧パルスであり、tiは電圧パルスV(t)がVl以下に減少するまでの時間と電圧パルスV(t)がVl以上に増加するまでの時間との時間間隔であり、tkは電圧パルスV(t)がVk以下に減少するまでの時間と電圧パルスV(t)がVk以上に増加するまでの時間との時間間隔とするステップと、
ピーク期間tp例えば(Vp/(Vi _ Vm))tmi(b)を定義し、そのうちのVm（例えばVmがVpより小さい）は予め確定された参考電圧パルスであり、t mi(b)は電圧パルスV(t)がVi以上に増加するまでの時間と電圧パルスV(t)がVm以上に増加するまでの時間との時間間隔とするステップと、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の使用法。
【数１】
2005308737.tif 000013
【請求項５】
カウンタにより多数個の時間間隔を測定することを含むことを特徴とする請求項３に記載の使用法。
【請求項６】
定義されたパラメーターを計算するステップは、測定された多数個の時間間隔により減衰期間定数を求めることを含むことを特徴とする請求項３に記載の使用法。
【請求項７】
定義されたパラメーターを計算するステップは、測定された多数個の時間間隔により電圧パルスのピーク期の振幅を求めることを含むことを特徴とする請求項３に記載の使用法。
【請求項８】
定義されたパラメーターを計算するステップは、測定された多数個の時間間隔により電圧パルスのピーク期間を求めることを含むことを特徴とする請求項３に記載の使用法。
【請求項９】
PET検出器から発生する電圧パルスを、緩慢な指数型減衰に先立つ高速な線形増加辺縁を呈し、かつ特徴付けられた減衰期間定数とピーク期の振幅とピーク期間を有する電圧パルスに定義するステップと、
多数個の参考電圧を基礎にした上でPETにより電圧パルスを発生させる時から電圧パルスを受ける時までの時間間隔を測定するステップと、
多数個の時間間隔により減衰期間定数、ピーク期の振幅と電圧パルスを受けるピーク期間を計算するステップと、
計算結果をデジタル化して出力するステップと、
を含むことを特徴とするポジトロン断層法（PET）に適用するアナログ／デジタル変換器を使用せず、ガンマ線エネルギーをデジタル化する装置の使用法。
【請求項１０】
演算ユニットにより計算を完成させることを含むことを特徴とする請求項９に記載の使用法。
【請求項１１】
蓄積表に保存されているデーターにより計算を完成させることを含むことを特徴とする請求項９に記載の使用法。
【請求項１２】
連結されることで第一入力端のPET電圧パルスと第二入力端の第一参考電圧を受けることが可能である多数個のコンパレータと、
少なくとも一つの起動入力端と一つの開始入力端と一つの出力端を有する多数個のカウンタと、
コンパレータの出力端とカウンタの開始または停止入力端の間に結合される多数個のコンバーターとを備え、
そのうちのコンパレータの一つの出力端はカウンタの開始または停止入力端に接続し、コンパレータの出力電圧と受けた最小の参考電圧が結合されてプラス数値を呈する場合、多数個のカウンタは許可期間内に起動され、かつ許可期間内の上述のすべてのカウンタは入力を起動した時の一つ目の電圧パルス増加辺縁が現れた時から計算開始し、かつ入力を停止させる時の最後の増加辺縁が現れるまで持続的に計算し、またカウンタのそれぞれの出力によりイベント検出時にPET電圧パルスのパラメーターをデジタル化する時間間隔を測定することが可能であることを特徴とするポジトロン断層法（PET）に適用するアナログ／デジタル変換器を使用せず、ガンマ線エネルギーをデジタル化する装置。
【請求項１３】
少なくとも一つのカウンタにより出力された時間間隔の計算単位により電圧パルスパラメーターを計算・出力することを含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
電圧パルスパラメーターは減衰期間定数とピーク期の振幅とピーク期間を含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
電圧パルスパラメーターを計算するために満足させる参考電圧位置を提供可能である工具を含むことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
請求項１２に記載の装置を含むことを特徴とするPETシステム。
【請求項１７】
請求項１に記載の使用法を採用することを特徴とするPETシステム。
【請求項１８】
ポジトロン断層法システムに適用され、少なくとも一つの開始入力端と一つの停止入力端を有し、かつPET検出器から発生する電圧パルスが参考電圧の増加辺縁に達する時と参考電圧の減少辺縁に達する時との時間間隔をデジタル化するカウンタであって、
起動入力端により一つ目の増加辺縁の現出を受けたシステム記録時間を保存し、かつ許可期間内に変更せず維持する第一記録器と、
許可期間内に増加辺縁が停止入力端に現れた時のシステム記録時間を保存する第二記録器と、を備えることで、カウンタの出力と第一、第二記録器に保存されているシステム記録時間の差異とを一致させることが可能であることを特徴とするカウンタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
該優先権請求特許案は2004年4月2日付アメリカ合衆国臨時請求案第60/558,709で、該発明の内容がすでに周知の技術に整合したものである。
本発明は、ポジトロン断層法（PET）技術分野に関し、特にPET前端電子に適用する信号処理装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ポジトロン断層法（PET）は臨床医学および生物医学に適用する技術で、解剖学上の構造および部分的な組織を表示しかつそれぞれの部分組織がどのような生理学的機能を発揮可能であるかの映像を形成する。放射線原子核の表記により追跡される分子が体内に注入された後、これらの原子核から放射される陽子は組織内の電子と相互衝撃する。衝撃、即ち相殺現象が起こるたびに二つのガンマ光子が生じる。ガンマ光子を検出し、その結果を映像処理装置により処理することで組織内の活性的映像を生じることが可能である。これにより生理学的機能を表示する。
【０００３】
最新のPETシステムでは、相殺作用による光子相互作用が生じたシンチレーションパルスはシンチレーション装置に伴い光電子倍増管（PET）または雪崩型光電二極管（APD）に収集され、電荷パルスに変換される。続いてPMTを詳しく説明するために、本文内容と参考文献「Hamamatsu Photonics K.K. Electron Tube Center, Fundamental and Applications  of  Photomultiplier Tube, JP:Hamamatsu Photonics K.K. 1995  」を整合する。電荷パルスは通常増幅され新しい電圧パルスに形成され、電圧パルスは本来のシンチレーションパルス下で面積に正比例するピーク時の振幅を有するため、相互作用期間内、シンチレーション装置に配置された光子エネルギーの総数に比例する。つづいてピーク時の振幅に対しデーターを取り、後続処理過程ではアナログデジタル変換器（ADCｓ）により、データーをデジタル化する。イベント時間は定比率弁別器（constant fraction discriminators, CDFs）により得られる。
【０００４】
空間性の高い解像度および大きい結像体積を実現させるために、小型化したシンチレーション装置をPETに採用する傾向がある。シンチレーション装置ごとに出力が単独に処理される必要があるため、最新のPETシステムにおけるADC回路の数は急速に増加している。また急速化したシンチレーション装置および３D映像方法の汎用に伴い、高速ADCｓは上述の需要を満足させるようになっている。しかし、高速ADCｓを大量採用するPETシステムは大量エネルギーを消費するだけでなく、これを応用するコストが高すぎる。
【発明の開示】
【０００５】
本発明と実施例が一致するのは、PETシステム内で発生したガンマ線エネルギーに対し、デジタル化しかつ、ADCｓを使用せずピーク期間と減衰期間定数の特性を表示可能である方法及び装置を提供することである。
本発明と実施例と一致するのは、PETシステムに適用するガンマ線エネルギーをデジタル化する方法を提供することである。この方法はPET検出器からの電圧パルスを定義すること、減衰期の定数、ピーク期の振幅およびピーク期を測定することで電圧パルスを形成するパラメーター、PETにかかわるイベント検出を求めること、発生した電圧パルスから測定のパラメーターを計算することを含む。
【０００６】
本発明ともう一つの視点が一致するのは、PETシステムに適用するガンマ線エネルギーをデジタル化する方法を提供することである。この方法はPET検出器から発生する緩慢な指数型減衰に先立つ高速な線形増加を呈する電圧パルスを定義し、減衰期定数、ピーク時の振幅及びピーク期を特徴とすることや、多数の参考電圧を基準にしたうえでPET検出器から発生する電圧パルスを受けた多数個の時間間隔を測定し、最小の減衰期定数、ピーク期の振幅及び多数個の時間間隔により受けられた電圧パルスのピーク期間を計算することや、その計算結果をデジタル化して出力することを含む。
【０００７】
本発明ともう一つ視点が一致するのは、PETシステムに適用するガンマ線エネルギーをデジタル化する装置を提供することである。この装置は第一出力端のPET電圧パルスと第二出力端の第一参考電圧を受ける多数個のコンパレータと、少なくとも一つの許可入力端、起動入力端、停止線及び出力端を有する多数個のカウンタと、コンパレータの出力端に接続し、かつカウンタの出力端を起動させたり停止させたりする大量のインバータを備え、そのうちのコンパレータの出力端はカウンタの起動または許可入力端に接続し、コンパレータの出力電圧と受けた最小の参考電圧が結合されてプラス数値を呈する場合、多数個のカウンタは許可期間内に起動され、かつ許可期間内の上述のすべてのカウンタは起動された入力端の一つ目の電圧パルス増加辺縁が現れた時から計算開始し、かつ停止入力端の最後の増加辺縁が現れるまで持続的に計算し、またカウンタのそれぞれの出力によりイベント検出時にPET電圧パルスのパラメーターをデジタル化する時間間隔を測定することが可能である。
【０００８】
本発明ともう一つの視点が一致するのは、上述の装置を具体化させることでPETを完成させるPETシステムを提供することである。
本発明ともう一つの視点が一致するのは、上述の方法を採用することでPETを完成させるPETシステムを提供することである。
本発明ともう一つの視点が一致するのは、PETシステムに適用され、PET検出器から発生する電圧パルスが参考電圧の増加辺縁に達する時と参考電圧の減少辺縁に達する時の間の時間間隔をデジタル化するカウンタを提供することである。このカウンタは少なくとも一つの起動入力端と停止入力端、第一記録器と第二記録器を備える。第一記録器は起動入力端により一つ目の増加辺縁の現出を受けたシステム記録時間を保存し、かつ許可期間内に変更せず保持する。第二記録器は許可期間内に増加辺縁が停止入力端に現出した時のシステム記録時間を保存する。これにより、カウンタの出力と第一、第二記録器の間に保存されているシステム記録時間の差異とを一致させることが可能である。
【０００９】
本発明の付加目的と特徴は、一部が次の叙述に伴い掲示され、一部が叙述の内容に現れるか本発明の実施例から判明する。かつ実施例の方法と請求範囲により本発明の特徴を表現し、本発明の目的を実現させることが可能である。
【００１０】
また本発明により掲示される比較的好ましい実施例は本発明を制限するものではない。この技術を熟知する人達は本発明の精神と範囲を逸脱せず変更と修正をすることが可能である。上述の解釈の通り発明の精神に背くことなく変更と修正をすることが可能である。したがって、本発明の保護範囲は後で記載される請求範囲によるものであるとされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の比較的好ましい実施例を以下の付図に基づいて説明する。なお本発明は付図または下記の記載により掲示される特定実施例に制限されるものではない。
図１に示すのは本発明の実施例による例示的ポジトロン断層法システム１００である。ポジトロン断層法システム１００はシンチレーション装置（図中未表示）の光パルスを探知し、探知結果を電荷パルスに変換する光電倍増管（PMT）探知器１０２を有する。探知器１０２は電荷パルスを増幅・ろ過する回路を有することで電圧パルスを提供可能である。ポジトロン断層法システム１００はアナログ部１０４により電圧パルスを受けて処理可能である。アナログ部１０４は電圧パルスをデジタル化するデジタル化装置１０６と、デジタル化の方法でポジトロン断層法イベント検出時の電圧パルスを提供するデジタル部１０８のパラメーターを有する。デジタル部１０８はポジトロン断層法システム１００から生成される信号をデジタル化する過程を完成させることが可能である。
【００１２】
デジタル部１０８によりデジタル化された結果は通信部１１０によりほかのシステムに伝送されるか、操作台と映像再現部１１３により表示される。通信部１１０は任意の適切な方法による通信システムまたはデジタル化された結果を伝送する装置のいずれでもよい。操作台と映像再現部１１２は任意の適切な方法による操作装置またはデジタル部１０８によりデジタル化された結果を表示するコンピューターシステムのいずれでもよい。
【００１３】
図２に示すのは光電倍増管探知器１０２、特にガンマ線光子とLSOの交互作用によるp-酸化ケイ酸ルテチウム光電倍増管探知器（LSO/PMT）から生成される例示的電圧パルスである。パルスはLSO/PMT探知器に接続する抵抗器により測定される。かつ例示的電圧パルスは５GHｚサンプル抽出速度の下でデジタル化波長表示器により抽出される。ピーク期間と減衰期間の定数はたくさんの約10nsパルスと40-45nsパルスの中から観察される。
【００１４】
図３に示すのは電圧パルスの一般機能についての説明である。ノイズが無視されている場合、電圧パルスは緩慢な指数型減衰に先立つ高速な線形増加を呈する辺縁により計算することが可能である。したがって光電倍増管探知器１０２から生成される電圧パルスは抵抗器により探知されたか、探知器１０２の安定増加プリアンプの出力端に接続した後、下記の数学的模式を呈する。
【００１５】
【数１】
2005308737.tif 000003
【００１６】
そのうちのＴはPMT探知器１０２のシンチレーション装置の減衰時間定数、tpはピーク期間、VPはパルスのピーク期の振幅である。通常、tp＜＜Ｔとなる。
この模式からPET検出の下で信号を提供しなければならない三つのパルスパラメーターを導出することが可能である。この三つのパルスパラメーターはパルスピーク期の振幅VP、減衰期間定数Ｔ、ピーク期間tPと命名される。以下、非制限性の例を挙げてなぜパルスピーク期の振幅VP、減衰期間定数Ｔ、ピーク期間tPを電圧パルスにより電圧パルスを表示するかという理由を説明する。減衰期間定数Ｔはシンチレーション装置を識別するための情報を提供することが可能である。多数個のシンチレーション装置はPETシステムに使用されている場合、特別な探知情況に置かれる。ピーク期間tPはイベント時間、例えばパルス振幅を検出する単独イベントの即時情報を提供することが可能である。検出目的に対応するイベント時間は定比率弁別器（CDFs）により得られる。
【００１７】
このパルス模式を基礎にすれば、パルスV(t)から導出されたいくつか時間間隔によりこの三つのパルスパラメーターを算出することが可能である。またこれらの時間間隔は高価でないコンパレータまたは計算機により測定される。
【００１８】
図４に示すのは三つの電圧パルスパラメーターを導出するステップについての説明である。ステップＳ１は参考電圧Viを選択することである。例えばVi<Vpとなる場合、模式方程式V(t)=Viは下記通り二つの解答法がある。
【００１９】
ti(b)=tp(Vi/Vp)      （２）
ti(e)=tp-Tln(Vi/Vp)      （３）
そのうちのti(b)はV(t)がVi以上に増加した時間、ti(e) はV(t)がVi以下に減衰した時間である。参考電圧VjはVj < Vi < Vpであるとされる。したがってtj(e) > ti(e)、時間間隔tij(e) = tj(e)- ti(e) = T|n(Vi/Vj) > 0となる。ステップＳ２は時間間隔tij(e)を測定することである。ステップＳ３は下記の方程式により減衰期間定数を計算することである。
T=tij(e)/ln(Vi/Vj)      （４）
ステップＳ４はほかの二種類の参考電圧Vk（Vk < Vp）とVi（Vi < Vp）を選択し、その時間間隔をtk = tk(e)- tk(b)とtl = tl(e)- tl(b)に定義することである。V(t)がVk以上に増加した場合、tk(b)を時間数値とする。V(t)がVk以下に減衰した場合、tk(e)を時間数値とする。そのうちのtl(b)はV(t)がVl以上に増加した時の時間数値、tl(e)はV(t)がVl以下に減衰した時の時間数値である。ステップＳ５は二つの時間間隔tkとtlを測定することである。ステップＳ６はピーク期の振幅Vpを計測することである。
【００２０】
下記の方程式は上記の方程式（２）と（３）から導出される。
tk+TlnVi=(tp+TlnVp)-Vk(tp/Vp)      （５）
tl+TlnVl=(tp+TlnVp)-Vl(tp/Vp)      （６）
また方程式（6）から方程式（５）を引いてから(Vl/Vk)を掛けると下記の方程式が得られる。
(s+1)tk-tl=s(tp+Tln(Vp/Vk))+Tln(s+1)      （７）
そのうちのs はs= Vl/Vk _ 1である。またtpが方程式（７）において無視された場合、下記の方程式が得られる。
【００２１】
【数２】
2005308737.tif 000004
【００２２】
時間定数ＴがステップＳ３において計算された後、近似値はtp << Tln(Vp/Vk) = Tln((s+1)Vp/Vl) の時、例えば下記のような状況に限り有効である。
【００２３】
【数３】
2005308737.tif 000005
電圧Vl はたくさんのシンチレーション装置によりVl < Vpとtp <<Tと定義され、方程式(9)に示すような状況においてsより小さい値で満たされることが可能である。例えばtp = 10 nsとT = 40 nsの場合、Vl が1.3(Vl/Vp) _ 1となる。Vlが300 keV と定義され、350 keV のVpに対応する場合、任意のs >> 0.1という条件で上述の状況を満たすことが可能である。またtp/T値の比較的小さいシンチレーション装置によりこの状況を緩和することが可能である。例えばsが１である場合、ある状況に使用されることが可能である。本発明の範囲を逸脱しない限りほかの数値を使用することも可能である。
【００２４】
ステップＳ７はほかの参考電圧Vm（例えばVm < Vp）を定義し、tm(b) をV(t)が Vm以上に増加するまでの時間と定義することである。ステップＳ８は測量得時間間距tmi(b) = ti(b) _ tm(b)で時間間隔を測定することである。最後、ステップＳ９はVi = Vp(ti(b)/tp) かつ Vm = Vp(tm(b)/tp)である場合、ピーク期間tp を下記の通り計算することである。
tp=(Vp/(Vi-Vm))tmi(b)      （１０）
【００２５】
アナログ／デジタル変換器（ADCs）と定比率弁別器（CFDs）を使用せず、使用した時間間隔から三つの電圧パルスを導出することが可能である。さらに速度を計算する場合、tij(e)、((s + 1)tk _ tl)/tij(e)及びtmi(b)しか得られない。続いて表（LUTs）を調べてこれらの数値によりT、 Vp及びtpを計算することが可能である。
【００２６】
制限性のない例を挙げて説明する。参考電圧をVl/Vk = Vi/Vj = 2かつVm = Vi/4で満たす場合、比較的に簡単な計算方式を使用することが可能である。この状況がs = Vl/Vk _ 1 = 1である場合、ステップ３、ステップ６、ステップ９の方程式の計算は下記の通りである。
【００２７】
【数４】
2005308737.tif 000006
【００２８】
【数５】
2005308737.tif 000007
【００２９】
【数６】
2005308737.tif 000008
【００３０】
図４に示す方法により掲示されたのは三つの電圧パルスパラメーター、五つの参考電圧値と九つの探知ステップしかないが、電圧パルスパラメーター、参考電圧値と探知ステップは制限的傾向がなく例示的であることを予め認識する必要がある。以上の通り、参考電圧数を減少させることに適用する仮設を立てることが可能である。また本発明の範囲を逸脱しない限りほかのパラメーターと参考電圧、またはほかのステップを加えるかステップの順番を変えることも可能である。
【００３１】
図５に示すのは図１におけるデジタル化装置１０６の概念的電子実行２００についての説明である。この実行は任意の適切な機械類型、例えば特殊用途向け集積回路（ASIC）、現場でプログラミング可能なゲートアレイ(FPGA）および／或いはソフトウェアとマイクロプロセッサーの組み合わせなどをを基礎にする。図５に示すようにデジタル化装置２００は多数個の抵抗器２０２−１から２０２−５と、多数個のコンパレータ２０４−１から２０４−５と、多数個のカウンタ２０６−１から２０６−４と、多数個のインバータ２０８−１から２０８−４と、一つの運算ユニット２１０を備える。カウンタ２０６−１から２０６−４は“起動”、“停止”、“許可”、“ＣＬＫ”入力端および“出力”の出力端を含む。インバータ２０８−１、２０８−２、２０８−３、及び２０８−４の出力端は別々にカウンタ２０６−１、２０６−４、２０６−３及び２０６−２の“停止”入力端に接続する。コンパレータ２０４−１から２０４−４の出力端は別々にインバータ２０８−１から２０８−４の入力端に接続する。コンパレータ２０４−１から２０４−３の出力端はカウンタ２０６−１から２０６−３の“起動”入力端に接続する。インバータ２０８−２の出力端はカウンタ２０６−２の“起動”入力端に接続する。コンパレータ２０４−５の出力端はカウンタ２０６−４の“起動”入力端とカウンタ２０６−１から２０６−４の“許可”入力端に接続する。またカウンタ２０６−１から２０６−４の“ＣＬＫ”記録入力端は記録システムの入力端に接続する。
【００３２】
コンパレータ２０４−１から２０４−５の第一入力端は電圧パルスV(t)を受ける。抵抗器２０２−１から２０２−５は背景値の入力端の間に直列に接続され、参考電圧V0と背景値を受ける入力端の間に直列に繋がるように接続する。実行では、抵抗器２０２−１、２０２−２の抵抗値は抵抗器２０２−３、２０２−４、２０２−５の抵抗値の二倍である。コンパレータ２０４−１の第二入力端は参考電圧V0を受ける。図５に示すようにコンパレータ２０４−２から２０４−５の第二入力端は一つまたはそれ以上の抵抗器２０２−１から２０２−５により接続され、参考電圧V0を受ける。カウンタ２０６−１から２０６−４の出力端は別々にti、tij(e)、tk及びtmi(b)で表示される。これらの記号はすべて前述の定義の通りである。出力端は前述計算を執行する運算ユニット２１０に適用され、三つのデジタル化された電圧パルスパラメーター、例えば減衰期間定数T、ピーク期の振幅Vp及びピーク期間tpを測定する。
【００３３】
出力された電圧パルスV(t) はプリアンプによって増幅されるか、増幅されずそのまま出力される。出力の参考電圧 V0は測定可能な最低の光子エネルギーを決める。電圧V0の中の五つの参考電圧は抵抗器２０２−１から２０２−５の直列により形成される簡単な抵抗式分圧器から生成される。したがってコンパレータ２０４−１から２０４−５は別々に第二入力端によりVl、Vi、 Vk、Vj 及びVmを受けることが可能である。柔軟性のある参考電圧を選択するためにプログラムの制御による抵抗器を使用することが可能である。
【００３４】
抵抗器２０２−１から２０２−５はプログラムの制御が得られる抵抗器またはプログラムの制御が得られない抵抗器のいずれでもよい。抵抗器２０２−１から２０２−５を選択することが可能であるため、図４に示すような五つの参考電圧をVl/Vk = Vi/Vj = 2、かつ Vm = Vi/4に満足させることが可能である。
【００３５】
デジタル化装置２００の運転期間内に、コンパレータ２０４−５の出力信号の増加辺縁は探知イベントの発生を表示する。またすべてのカウンタ２０６−１から２０６−４はコンパレータ２０４−５の出力がプラスである期間内に限り、例えば入力電圧V(t) Vmより高い場合、起動する。カウンタ２０６−１から２０６−４は起動期間内に接続されて制御され、カウンタは“起動”入力端の一つ目の増加辺縁が現れた時から計算を始め、“停止”入力端の最後の増加辺縁が現れるまで持続的に計算する。イベントが完了した後、カウンタ２０６−１から２０６−４は論理パルス（logic pulse）の減少辺縁によりゼロに復元され、次のイベントを処理する。カウンタ２０６−１から２０６−４は“設定し直す”入力端により説明され、設定し直す論理はここに表示されない。設定し直す論理は任意の適切な設定し直す論理類型を含むことが可能である。設定し直す論理パルスはコンパレータ２０４−５の出力端の増加辺縁により生成される。例えばLSOシンチレーション装置にとって持続的な100nsのパルスが足りる。
【００３６】
カウンタ２０６−１から２０６−４は二つの抵抗器により執行される。二つの記録器のうちの一つは、カウンタの“起動”入力端の一つ目の増加辺縁が現れた時のシステムの記録時間を保存し、起動が許可された期間内に変わらないように維持する。起動時間内に増加辺縁がカウンタの“停止”入力端に発生するたびに二つ目の記録器はシステムの記録時間を保存する。カウンタの出力は二つの抵抗器の間の容量差となる。ノイズがない電圧パルスは起動期間内の一つの増加辺縁と一つの減少辺縁がコンパレータ２０４−１から２０４−５の出力端に発生する。したがって、カウンタ２０６−１から２０６−４の容量は別々に連接しない時間間隔tij(e)、tl、tkと tmi(b)に至る近似値を提供することが可能である。しかし、ノイズ電圧パルスにとって、多重の増加と減少辺縁が起動期間内において一つまたはそれ以上のコンパレータ２０４−１から２０４−５の出力端に発生し、かつカウンタにより実際の持続的間隔よりも短い時間間隔を測定することを防止することが可能である。例えば、適切な遅滞コンパレータ類型はこの類の目的に使用されることが可能である。
【００３７】
運算ユニット２１０はカウンタ２０６−１から２０６−４から出力される時間間隔tij(e)、tl、tkと tmi(b)により図４に示す方法で減衰期間定数T、ピーク期の振幅Vp及びピーク期間tpを計算する。かつ上述の方程式を用いるか表を調べることで計算過程を早く完成させて計算結果を得ることが可能である。
【００３８】
LSOの高速シンチレーション装置のtj、tl、tk及 ti値は40−100nsの範囲内にあると予測される。したがって、一つの１GHzの記録速度は生成された所要の時間間隔の正確な計算を満たすことが可能である。電圧値V0は校正期間内において測定される。例えば校正源（例えばGe-68）により511 keVに相当するVpと極めて小さい最初のV0を得てから、新しいV0（例えば300 keVに相当する）を算出することが可能である。
【００３９】
図６Ａ−９に示すのはコンピューターシミュレーションによる結果についての説明で、本発明の実施例の実行を処理計算することに関わるものである。コンピューターシミュレーション研究は上述の方程式により実行される。実行に影響する要素は少なくとも（１）パルス摸式における錯誤（模式錯誤）、（２）パルス中のノイズ、（３）制限されている記録速度がある。模式錯誤は導出されたパルスパラメーターの計算が不正確であることにより起こる。ノイズは生成された時間間隔の不定時の誤差を起こる。制限されている記録はノイズが存在している場合でも、ノイズが存在していない場合でも量子化測定された時間間隔の誤差を入力する恐れがある。コンピューターシミュレーション研究はノイズと制限されている記録速度の要素がもたらす影響を測定するためである。
【００４０】
コンピューターシミュレーションによりノイズから出力されたパルスを得た時、ショットノイズと考えることが可能である。ショットノイズはシンチレーション装置／PET検出器から発生する電荷パルスの主なノイズから組成される。ノイズの組成はPMTにおいてシンチレーション光子が発生し、電子が増幅されるという不定時的な特性により起こされる。ノイズを発生する要素（例えば電子ノイズまたは熱ノイズ）は適切な電子設計により減少させることが可能であるが、このシミュレーション研究には含まれていない。PMTの暗電流はパルス測定において重要ではないため、無視されている。
【００４１】
PMTに接続し、抵抗器に電流を出力することで電圧パルスV(t)を得ることが可能であるという仮説を立てた場合、ショットノイズは下記の方程式により算出される。
【００４２】
【数７】
2005308737.tif 000009
【００４３】
そのうちのＹ=η/((tp + 2T)FB)、Nは検知イベントに発生したシンチレーション光子の総数、ηはPMTの量子効率、FはPMTのノイズ指数、Bは測定システムの帯域幅である。
シミュレーションでは、一般η= 0.2 かつ F = 1.2 という条件はPMTに適用する。シンチレーション装置の光パルスにおいて、光子はLSOとBGOにおけるMeVにエネルギー保存する総量が2.7 x 104と8.2 x 103である。減衰期間定数と電圧パルスのピーク期間はシンチレーション装置の種類により決まるだけでなく、計算システムのアナログ部の帯域幅により決まる。LSO/PMTとBGO/PMTから生成されるパルスの40nsと300ns減衰期間定数はよく使用されている。また一つの10 nsピーク期間は二つの探知器に使用される。特に計算システムの帯域幅Ｂはコンパレータの帯域幅により制限される。かつB=40MHzを採用する理由は二つある。一つはコンパレータに高い値を提供し、かつ10ns増加時間を維持することを可能にして40nsと300ns減衰期間が比較的長いことである。もう一つは安いコンパレータに対応することが可能である。これらの設定により、電圧パルスを測定するには、LSO/PMTのＹ≒0.05かつBGO/PMTのＹ≒0.007に伴いSNRΦ(t)を測定することが可能である。Φ(t)が測定された場合、tの時間内に，標準的な偏差V(t)/√Φ(t) を有するノイズはV(t)まで増加することでノイズパルスを得ることが可能である。最後、パルスを生成した発生時間とシステム記録は不定なタイミングに応じて発生する。
【００４４】
光エネルギーEの範囲が350keVから700keVである場合、LSO/PMTは1000のノイズを発生する。図６Ａ、６Ｂと６Ｃに示すのは二つのシステム記録速度3.5GHZ及び1GHzを使用し、かつ光子エネルギーの範囲を300keVから700 keVに設定する関数として結果のばらつきを判断することである。図６Ａに示すのは減衰期間定数Ｔ=40nsかつピーク期間tp=10nsの時の光子エネルギーの関数としてLSO/PMTにより結果のばらつきを判断することである。図６Ｂに示すのは減衰期間定数Ｔ=40 nsかつピーク期間tp=10 nsの時の光子エネルギーの関数としてLSO/PMTのピーク期間tpのばらつきを判断することである。図６Ｃは減衰期間定数Ｔ=40 nsかつピーク期間tp=10 nsの時の光子エネルギーの関数としてLSO/PMTの減衰期間定数Ｔのばらつきを判断することである。図６Ａから図６Ｃでは記号「＊」は3.5GHz記録速度による結果、記号「＜＞」は1GHz記録速度による結果を表示する。
【００４５】
一般的に、ばらつきが小さくて速度が3.5GHzと1GHzであるカウンタの計数結果は違いがはっきりしていないが、注目すべきなのは光子エネルギーの動向を探知するには速度が1 GHzであるカウンタを使用するよりも速度が3.5 GHzであるカウンタを使用するほうが高いと判断されることである。
【００４６】
かつ光子エネルギーは511 KeVを基準にする。エネルギーが511 KeV以下である場合、高いと判断される。エネルギーが511 keV以上である場合、低いと判断させる。
【００４７】
図７Ａ、７Ｂと７Ｃに示すのは二つのシステム記録速度3.5GHZ及び1GHzを使用する光子エネルギーの関数の標準的な偏差として結果のばらつきを判断することである。図７Ａに示すのは減衰期間定数Ｔ=40 nsかつピーク期間tp=10 nsの時の光子エネルギーの関数としてLSO/PMTにより結果の標準的な偏差を判断することである。図７Ｂに示すのは減衰期間定数Ｔ=40 nsかつピーク期間tp=10 nsの時の光子エネルギーの関数としてLSO/PMTのピーク期間tpの標準的な偏差を判断することである。図７Ｃは減衰期間定数Ｔ=40 nsかつピーク期間tp=10 nsの時の光子エネルギーの関数としてLSO/PMTの減衰期間定数Ｔの標準的な偏差を判断することである。図７Ａから図７Ｃでは記号「＊」は3.5GHz記録速度による結果、記号「＜＞」は1GHz記録速度による結果を表示する。
【００４８】
図７Ａから図７Ｃに示す結果により、結果を判断するには1GHz記録速度を使用するよりも3.5GHz記録速度を使用するほうが標準的な偏差が明らかに小さいであることが判明した。これはシステム時間におけるイベント時間を図ることができないという点を狙っているからである。時間間隔tij(e)、tl、tk及tmi(b) を任意の時に測定するには任意のタイミングに対応する誤差を用い、この数量により広げることが可能である。まとめてみると比較的低いカウンタを使うと誤差が比較的大きい。つまり判断された光子エネルギーとピーク期間の標準的な偏差は光子エネルギーとともに線形増加を呈し、3.5 GHzを例とする場合、比較的低い増加速度を呈する。実質と一致するのは電圧パルスのノイズエネルギーと光子エネルギーが線形増加を呈することである。逆に判断された減衰期間定数の標準的な偏差は光子エネルギーに接近することが明らかである。
【００４９】
表１に示すのは3.5 GHzと1GHzの記録速度を採用する場合、E = 511 keV 下でのLSO/PMT(tp = 10 nsかつＴ= 40 ns)の動向と半値幅である。
【００５０】
【表１】
2005308737.tif 000010
【００５１】
表１はE=511KeVの下で光子エネルギーイベント時間と減衰期間定数の動向と半値幅（FHMs）を測定した結果によるものである。これらの結果により測定された光子エネルギーと現在の値と一致することが判明した。別々に3.5GHzと1GHzの記録速度を採用し、FHMsにより511KeV以下の光子エネルギーを観察する場合、エネルギー解析度は約30％と33％である。また別々に3.5GHzと1GHz記録速度を採用する場合、イベント時間におけるFHMsにより表示されたのは10 nsと12nsを満たす視界を採用したかも知れず、真実性の喪失が明らかではない実際状況である。最後、イベント時間における比較的小さいFHMsをPMT内のシンチレーションチップに使用すれば減衰期間定数を基礎にした上で有効に識別することが可能である。
【００５２】
表２に示すのは速度が1GHzのカウンタを使用する場合、E = 511keVの下でのBGO/PMT (tp = 10nsかつT= 300ns)の動向と半値幅である。
【００５３】
【表２】
2005308737.tif 000011
【００５４】
表２はE=511 KeVの下で、1GHz記録速度を採用してBGO/PMT光子エネルギーイベント時間および減衰期間定数の動向とHMsを測定した結果によるものである。表中のSNRx10とのはパルスを生成するSNRが１０層積層された場合の得られる結果を示す。比較的高いSNR値は総エネルギー効率の比較的高いPMTを使用するか、測定システムの帯域幅を減少させることで得ることが可能である。比較的高いSNRに伴い合理的な結果を得ることが可能である。またBGO/PMTを一般的な模式とすればいい。例えば8.5％光線は60ns減衰期間定数を放出し、残りの91.5％光線は300ns減衰期間定数を放出する。
【００５５】
表３に示すのは速度が1GHz のカウンタを採用して一つの生成されたパルスと一つの300ns減衰定数を有する場合、E = 511keVの下でのBGO/PMT (tp = 10nsかつT= 300ns)の動向と半値幅である。
【００５６】
【表３】
2005308737.tif 000012
【００５７】
表３により、本発明の方法により生成されたパルスと二重の指数型減衰定数の模式は8.5％光線が60ns減衰期間定数を放出し、残りの91.5％光線が300ns減衰期間定数を放出しかつx10 SNRの時に得た結果と一致することが判明した。つまり本発明の方法にしたがい単一指数型摸式から広げ、結果としてパルスSNRが対応することが可能であれば良好だと判断される。
【００５８】
図８に示すのはE = 511 keVの下で3.5GHzカウンタを使用した上でLSO/PMTにより操作したイベント速度の関数と光子エネルギーの標準的な偏差についての説明である。図９に示すのはE = 511 keVの下で1GHzカウンタを使用しかつx10 SNRとう状況に置いた上でLSO/PMTにより操作したイベント速度の関数と光子エネルギーの標準的な偏差についての説明である。カウンタの速度が高い場合、イベントを累積することは無視してはいけなくなり，時間間隔の測定、特に小さい参考電圧から使用することで生成された時間間隔の測定は正確ではなくなる。したがって本発明の具体的な実施例により高い計数速度を採用すれば大きい参考電圧を合理的に使用して時間間隔を測定する時、効果を累積することを緩和することが可能である。しかし参考電圧が増加すると時間間隔の持続時間が減少する。結果として時間間隔を測定することで結果を分析すればさらにノイズから影響される恐れがある。図８と図９に示すのはLSO/PMTにおいて一秒2000万計数（Mcps）で計数の速度を操作し、BGO/PMTにおいて400万計数で計数の速度を操作することを可能にすることである。
【００５９】
また本発明により掲示された前述の比較的好ましい実施例は本発明を制限するものではない。この技術を熟知する人達は本発明の精神と範囲を逸脱せず変更と修正をすることが可能である。上述の解釈の通り発明の精神に背くことなく変更と修正をすることが可能である。したがって、本発明の保護範囲は後で記載される請求範囲によるものであるとされる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明による例示的ポジトロン断層法システムの概要を示す模式図である。
【図２】p-酸化ケイ酸ルテチウム／光電倍増管探知器（LSO/PMT）から発生する電圧パルスを示す模式図である。
【図３】シンチレーション装置／光電倍増管探知器から発生する電圧パルス機能を説明する模式図である。
【図４】模式により電圧パルスの基本特性を導出する例示的プロセッサを示す模式図である。
【図５】本発明による例示的電子実行の概念を示す模式図である。
【図６Ａ】p-酸化ケイ酸ルテチウム／光電倍増管探知器（LSO/PMT）において光子エネルギーを計算する電子エネルギーの関数、ピック期間と減衰期間定数の基本分布を示す模式図である。
【図６Ｂ】p-酸化ケイ酸ルテチウム／光電倍増管探知器（LSO/PMT）において光子エネルギーを計算する電子エネルギーの関数、ピック期間と減衰期間定数の基本分布を示す模式図である。
【図６Ｃ】p-酸化ケイ酸ルテチウム／光電倍増管探知器（LSO/PMT）において光子エネルギーを計算する電子エネルギーの関数、ピック期間と減衰期間定数の基本分布を示す模式図である。
【図７Ａ】p-酸化ケイ酸ルテチウム／光電倍増管探知器（LSO/PMT）において光子エネルギーを計算する電子エネルギーの関数、ピック期間と減衰期間定数の標準的な偏差を示す模式図である。
【図７Ｂ】p-酸化ケイ酸ルテチウム／光電倍増管探知器（LSO/PMT）において光子エネルギーを計算する電子エネルギーの関数、ピック期間と減衰期間定数の標準的な偏差を示す模式図である。
【図７Ｃ】p-酸化ケイ酸ルテチウム／光電倍増管探知器（LSO/PMT）において光子エネルギーを計算する電子エネルギーの関数、ピック期間と減衰期間定数の標準的な偏差を示す模式図である。
【図８】E = 511 keVの下でp-酸化ケイ酸ルテチウム／光電倍増管探知器（LSO/PMT）において操作速度の関数により光子エネルギーの標準的な偏差を判断する模式図である。
【図９】E = 511 keVの下でビスマス化ゲルマニウム結晶／光電倍増管探知器において操作速度の関数により光子エネルギーの標準的な偏差を判断する模式図である。
【図１】
2005308737.tif 000014
【図２】
2005308737.tif 000015
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
2005308737.tif 000019
【図６Ｂ】
2005308737.tif 000020
【図６Ｃ】
2005308737.tif 000021
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
2005308737.tif 000024
【図８】
2005308737.tif 000025
【図９】
2005308737.tif 000026
【外国語明細書】
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