(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸を含む測定空間から飛来してきた光子を各々検出する複数の光子検出器が前記中心軸に垂直な面上に配された検出器リングを複数組含み、これら複数組の検出器リングが前記中心軸に平行な方向に積層された検出部と、
前記複数組の検出器リングそれぞれを構成する前記複数の光子検出器のうち一部のものの前記測定空間の側に、前記中心軸を中心に回転自在に配され、飛来してきた光子のうち前記中心軸に略垂直なもののみを通過させるスライスセプタと、
前記検出部に含まれる光子検出器のうち１対の光子検出器が光子対を同時計数したときに、その１対の光子検出器のうち少なくとも一方の前記測定空間の側に前記スライスセプタが存在しているか否かを判定するスライスセプタ位置判定手段と、
前記１対の光子検出器のうち少なくとも一方の前記測定空間の側に前記スライスセプタが存在していると前記スライスセプタ位置判定手段により判定されたときに、前記１対の光子検出器による光子対の同時計数情報を蓄積する２次元投影データ蓄積手段と、
前記１対の光子検出器のうち何れの前記測定空間の側にも前記スライスセプタが存在していないと前記スライスセプタ位置判定手段により判定されたときに、前記１対の光子検出器による光子対の同時計数情報を蓄積する３次元投影データ蓄積手段と、
前記２次元投影データ蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された２次元投影データ、および、前記３次元投影データ蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された３次元投影データに基づいて、前記測定空間における光子対の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する画像再構成手段と、
を備えることを特徴とするＰＥＴ装置。
【請求項２】
前記画像再構成手段は、前記２次元投影データのうち空間周波数が低い成分、および、前記３次元投影データのうち空間周波数が高い成分に基づいて、前記画像の再構成を行うことを特徴とする請求項１記載のＰＥＴ装置。
【請求項３】
前記スライスセプタの前記測定空間の側に前記中心軸と平行な棒状の校正線源を設けて、前記２次元投影データ蓄積手段に蓄積された前記２次元投影データに基づいて、前記画像再構成手段により再構成される前記画像を補正する補正手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載のＰＥＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陽電子放出アイソトープ（ＲＩ線源）で標識された極微量物質の挙動を画像化することができるＰＥＴ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＥＴ（positron emission tomography）装置は、ＲＩ線源が投入された生体（被検体）内における電子・陽電子の対消滅に伴って発生し互い逆方向に飛行する光子対を検出することにより、その被検体内の極微量物質の挙動を画像化することができる装置である。ＰＥＴ装置は、被検体が置かれる測定空間の周囲に配列された多数の小型の光子検出器を有する検出部を備えており、電子・陽電子の対消滅に伴って発生する光子対を同時計数法で検出して蓄積し、この蓄積された多数の同時計数情報すなわち投影データに基づいて、測定空間における光子対の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する。このＰＥＴ装置は核医学分野等で重要な役割を果たしており、これを用いて例えば生体機能や脳の高次機能の研究を行うことができる。このようなＰＥＴ装置は、２次元ＰＥＴ装置、３次元ＰＥＴ装置およびスライスセプタ撤去可能型３次元ＰＥＴ装置に大別される。
【０００３】
図１３は、２次元ＰＥＴ装置の検出部の構成を説明する図である。この図は、中心軸を含む面で検出部を切断したときの断面を示している。２次元ＰＥＴ装置の検出部１０は、シールド１１とシールド１２との間に積層された検出器リングＲ1〜Ｒ7を有している。検出器リングＲ1〜Ｒ7それぞれは、中心軸に垂直な面上にリング状に配された複数の光子検出器を有している。各光子検出器は、例えばＢＧＯ（Ｂｉ4Ｇｅ3Ｏ12）等のシンチレータと光電子増倍管とを組み合わせたシンチレーション検出器であり、中心軸を含む測定空間から飛来して到達した光子を検出する。また、この検出部１０の内側にはスライスセプタ２０が備えられている。このスライスセプタ２０は、隣接する検出器リングの間の位置に配された６枚のリング状のシールド板Ｓ1〜Ｓ6からなる。このように構成される２次元ＰＥＴ装置の検出部１０は、スライスセプタ２０のコリメート作用により、中心軸との角度が略９０度の方向から飛来した光子対のみを同時計数することができる。すなわち、２次元ＰＥＴ装置の検出部１０により得られ蓄積された同時計数情報すなわち２次元投影データは、同一の検出器リングまたは隣接する（若しくは極めて近い）検出器リングに含まれる１対の光子検出器によるものに限られる。したがって、２次元ＰＥＴ装置は、測定空間外の位置で発生した光子対が散乱された散乱線を効率よく除外することができ、また、２次元投影データに対して吸収補正や感度補正を容易に行うことができる。
【０００４】
図１４は、３次元ＰＥＴ装置の検出部の構成を説明する図である。この図も、中心軸を含む面で検出部を切断したときの断面を示している。３次元ＰＥＴ装置の検出部１０の構成は、２次元ＰＥＴ装置の場合と同様である。しかし、３次元ＰＥＴ装置ではスライスセプタが備えられていない。このように構成される３次元ＰＥＴ装置の検出部１０は、あらゆる方向から飛来した光子対を同時計数することができる。すなわち、３次元ＰＥＴ装置の検出部１０により得られ蓄積される同時計数情報すなわち３次元投影データは、任意の検出器リングに含まれる１対の光子検出器によるものが可能である。したがって、３次元ＰＥＴ装置は、２次元ＰＥＴ装置と比較して５倍〜１０倍程度に高い感度で、光子対を同時計数することができる。
【０００５】
図１５は、スライスセプタ撤去可能型３次元ＰＥＴ装置の検出部の構成を説明する図である。この図も、中心軸を含む面で検出部を切断したときの断面を示している。スライスセプタ撤去可能型３次元ＰＥＴ装置の検出部１０の構成は、２次元ＰＥＴ装置の場合と同様である。しかし、スライスセプタ撤去可能型３次元ＰＥＴ装置では、スライスセプタ２０は、シールド１２の側に設けられた待避空間に待避が可能である。すなわち、スライスセプタ撤去可能型３次元ＰＥＴ装置は、スライスセプタ２０が検出器リングＲ1〜Ｒ5の内側の位置にあるときには２次元ＰＥＴ装置と同等のものとなり（図１５（ａ））、スライスセプタ２０が待避空間に待避しているときには３次元ＰＥＴ装置と同等のものとなる（図１５（ｂ））。したがって、スライスセプタ撤去可能型３次元ＰＥＴ装置は、目的に応じて、２次元ＰＥＴ装置および３次元ＰＥＴ装置の何れか一方として用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＰＥＴ装置は以下のような問題点を有している。すなわち、２次元ＰＥＴ装置は、中心軸との角度が略９０度の方向から飛来した光子対のみを同時計数するものであることから、高感度に光子対を同時計数することができない。一方、３次元ＰＥＴ装置は、測定空間以外の空間で発生した光子対が散乱された散乱線を効率よく除外することができず、また、散乱補正、吸収補正および感度補正が困難または複雑であることから、良好な画像を再構成することができない。
【０００７】
また、スライスセプタ撤去可能型３次元ＰＥＴ装置は、２次元投影データおよび３次元投影データそれぞれを別の測定で獲得するものであることから、上述した２次元ＰＥＴ装置および３次元ＰＥＴ装置それぞれが有する問題点を同時に解決することができない。また、装置構成が複雑となり高価であるという問題点を有する。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、２次元投影データおよび３次元投影データを同時に獲得して高感度な光子対同時計数および有効な散乱補正等を可能とすることができるＰＥＴ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＰＥＴ装置は、(1) 中心軸を含む測定空間から飛来してきた光子を各々検出する複数の光子検出器が中心軸に垂直な面上に配された検出器リングを複数組含み、これら複数組の検出器リングが中心軸に平行な方向に積層された検出部と、(2) 複数組の検出器リングそれぞれを構成する複数の光子検出器のうち一部のものの測定空間の側に、中心軸を中心に回転自在に配され、飛来してきた光子のうち中心軸に略垂直なもののみを通過させるスライスセプタと、(3) 検出部に含まれる光子検出器のうち１対の光子検出器が光子対を同時計数したときに、その１対の光子検出器のうち少なくとも一方の測定空間の側にスライスセプタが存在しているか否かを判定するスライスセプタ位置判定手段と、(4) １対の光子検出器のうち少なくとも一方の測定空間の側にスライスセプタが存在しているとスライスセプタ位置判定手段により判定されたときに、１対の光子検出器による光子対の同時計数情報を蓄積する２次元投影データ蓄積手段と、(5) １対の光子検出器のうち何れの測定空間の側にもスライスセプタが存在していないとスライスセプタ位置判定手段により判定されたときに、１対の光子検出器による光子対の同時計数情報を蓄積する３次元投影データ蓄積手段と、(6) ２次元投影データ蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された２次元投影データ、および、３次元投影データ蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された３次元投影データに基づいて、測定空間における光子対の発生頻度の空間分布を表す画像を再構成する画像再構成手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
このＰＥＴ装置によれば、測定空間から飛来した光子対が検出部の１対の光子検出器により同時計数されると、その１対の光子検出器のうち少なくとも一方の測定空間の側にスライスセプタが存在しているか否かがスライスセプタ位置判定手段により判定される。この判定は、例えば、回転位置検出センサにより検出されたスライスセプタの回転位置に基づいて行われる。もし、スライスセプタ位置判定手段により少なくとも一方の測定空間の側にスライスセプタが存在していると判定されたときには、その１対の光子検出器による光子対の同時計数情報は、２次元投影データ蓄積手段により蓄積される。逆に、スライスセプタ位置判定手段により何れも測定空間の側にスライスセプタが存在していないと判定されたときには、１対の光子検出器による光子対の同時計数情報は、３次元投影データ蓄積手段により蓄積される。そして、画像再構成手段により、２次元投影データ蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された２次元投影データ、および、３次元投影データ蓄積手段により同時計数情報が蓄積されて生成された３次元投影データに基づいて、測定空間における光子対の発生頻度の空間分布を表す画像が再構成される。このように、２次元投影データおよび３次元投影データは１回の測定で同時に得られる。したがって、このように２次元投影データおよび３次元投影データを同時に獲得して画像再構成を行うことにより、光子対を高感度に同時計数することができ、且つ、散乱補正等を行うことができる。
【００１１】
本発明に係るＰＥＴ装置の画像再構成手段は、２次元投影データのうち空間周波数が低い成分、および、３次元投影データのうち空間周波数が高い成分に基づいて、画像の再構成を行うことを特徴とする。この場合には、光子対を高感度に同時計数して３次元投影データを得ることが好適にでき、且つ、２次元投影データに基づいて散乱補正を有効に行うことが好適にできる。しかも、大きい傾斜角の投影データにおける散乱補正が可能となる。
【００１２】
本発明に係るＰＥＴ装置は、スライスセプタの測定空間の側に中心軸と平行な棒状の校正線源を設けて、２次元投影データ蓄積手段に蓄積された２次元投影データに基づいて、画像再構成手段により再構成される画像を補正する補正手段を更に備えることを特徴とする。この場合には、検出器感度補正および吸収補正が好適に行われ、良好な再構成画像が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係るＰＥＴ装置の検出部およびスライスセプタの構成を説明する図である。図１（ａ）は、中心軸に平行な方向に検出部１０を見たときの図を示しており、図１（ｂ）は、中心軸を含む面で検出部１０を切断したときの断面を示している。
【００１５】
本実施形態に係るＰＥＴ装置の検出部１０は、シールド１１とシールド１２との間に積層された検出器リングＲ1〜Ｒ10を有している。検出器リングＲ1〜Ｒ10それぞれは、中心軸に垂直な面上にリング状に配されたＮ個の光子検出器Ｄ1〜ＤNを有している。光子検出器Ｄ1〜ＤNそれぞれは、例えばＢＧＯ（Ｂｉ4Ｇｅ3Ｏ12）等のシンチレータと光電子増倍管とを組み合わせたシンチレーション検出器であり、中心軸を含む測定空間１から飛来してきて到達した光子を検出する。
【００１６】
この検出部１０の内側すなわち測定空間１側にはスライスセプタ２０が備えられている。スライスセプタ２０は、隣接する検出器リングの間の位置に配された９枚のシールド板Ｓ1〜Ｓ9を含む。シールド板Ｓ1〜Ｓ9それぞれは、電子・陽電子の対消滅に伴って発生し互い逆方向に飛行する光子対すなわちエネルギ５１１ｋｅＶのγ線を吸収する材料（例えば、タングステン、鉛）からなる。スライスセプタ２０は、コリメート作用を奏し、中心軸との角度が略９０度の方向から飛来した光子対のみを、その後方にある光子検出器に入射させる。
【００１７】
シールド板Ｓ1〜Ｓ9それぞれは、リング状ではなく、各検出器リングそれぞれを構成するＮ個の光子検出器Ｄ1〜ＤNのうち一部のもの（図１では光子検出器Ｄ3〜Ｄ10）の測定空間１側に設けられている。なお、スライスセプタ２０の後方にある光子検出器の個数をｎ（図１では８個）とすると、ｎ／Ｎの値は、１／２以下が好適であり、１／１０〜１／６程度が特に好適である。また、スライスセプタ２０は、中心軸を中心に回転自在であって、連続回転、ステップ回転または往復回転を行う。スライスセプタ２０の回転位置は、回転位置検出センサにより検出され、或いは、その回転を制御するセプタ回転駆動部により把握される。
【００１８】
検出部１０では、１対の光子検出器のうち少なくとも一方がスライスセプタ２０の後方にある場合には、これら１対の光子検出器は、中心軸との角度が略９０度の方向から飛来した光子対のみを同時計数する。また、これらの１対の光子検出器は、測定空間外の位置で発生した光子対が散乱された散乱線を効率よく除外することができる。すなわち、これら１対の光子検出器により得られる同時計数情報は、２次元ＰＥＴ装置において得られるものと同等のものである。以下では、この同時計数情報を２次元同時計数情報と呼ぶ。
【００１９】
一方、１対の光子検出器の何れもスライスセプタ２０の後方にない場合には、これら１対の光子検出器は、あらゆる方向から飛来した光子対を同時計数することができる。すなわち、これら１対の光子検出器により得られる同時計数情報は、３次元ＰＥＴ装置において得られるものと同等のものである。以下では、この同時計数情報を３次元同時計数情報と呼ぶ。
【００２０】
２次元同時計数情報の幾何学的検出効率は、同一検出器リング面（ダイレクトプレーン）内で最も高く、検出器リング番号（検出器リングの符号Ｒｎにおける値ｎ）の差すなわちリング差δが大きいほど、スライスセプタ２０の遮蔽効果に因り減少する。その実効的な軸方向視野角φ2Dは、
【００２１】
【数１】
0004344038.tif 000002
なる式で表される。ここで、Ｄは検出器リングの内径、ｄは光子検出器の軸方向の幅、ε(δ)はダイレクトプレーンに対して傾斜する投影の相対的な検出感度、δmaxは２次元同時計数情報の蓄積における最大リング差である。
【００２２】
一方、３次元同時計数情報の蓄積における軸方向視野角をφ3Dとし、全ての光子検出器の個数Ｎに対するスライスセプタ２０の後方に存在する光子検出器の個数ｎの比をｓ（＝ｎ／Ｎ）とする。このとき、３次元同時計数情報および２次元同時計数情報それぞれの検出感度の比Ｒは、
【００２３】
【数２】
0004344038.tif 000003
なる近似式で表される。ここで、ｗはスライスセプタ２０の径方向の幅である。なお、この式の導出に際しては、光子の吸収および散乱の効果を無視した。例えば、φ2D＝１°、φ3D＝１０°、ｓ＝１／８、ｄ＝６ｍｍ、ｗ＝１ｍｍとすると、Ｒ＝３６となる。
【００２４】
図２は、本実施形態に係るＰＥＴ装置の全体構成を概念的に説明するブロック図である。セプタ回転駆動部３０は、中心軸を中心にしてスライスセプタ３０を回転駆動させるものであり、回転位置検出センサ４０は、スライスセプタ２０の回転位置を検出するものである。測定空間１に被検体２をおいて行う１回の測定の期間中、スライスセプタ２０はセプタ回転駆動部３０により駆動されて回転しており、また、スライスセプタ２０の回転位置は回転位置検出センサ４０により常に把握されている。そして、１対の光子検出器が光子対を同時計数したときに、その１対の光子検出器のうち少なくとも一方がスライスセプタ２０の後方に位置するか否かが判定される。この判定は、回転位置検出センサ４０により検出されたスライスセプタ２０の回転位置に基づいてなされる。
【００２５】
もし、一方の光子検出器がスライスセプタ２０の後方に位置すると判定されれば、その１対の光子検出器が検出した同時計数情報は２次元同時計数情報であると判断され、その２次元同時計数情報は２次元投影データ蓄積部５１に蓄積される。一方、そうでなければ、その１対の光子検出器が検出した同時計数情報は３次元同時計数情報であると判断され、その３次元同時計数情報は３次元投影データ蓄積部５２に蓄積される。このようにして、２次元同時計数情報および３次元同時計数情報それぞれは互いに個別に蓄積されてヒストグラムが作成される。以下では、２次元同時計数情報のヒストグラムを２次元投影データと呼び、また、３次元同時計数情報のヒストグラムを３次元投影データと呼ぶ。
【００２６】
データ処理部６０は、２次元投影データおよび３次元投影データに基づいて、被検体２内における光子対の発生頻度の空間分布を示す画像を再構成する。また、データ処理部６０は、検出器感度補正、吸収補正および散乱補正をも行う。画像表示部７０は、データ処理部６０により再構成された画像を表示する。
【００２７】
次に、ブランク測定およびトランスミッション測定について説明する。図３は、校正線源を用いたブランク測定およびトランスミッション測定の説明図である。図４は、校正線源の説明図である。これらの図は、図１（ａ）と同様に、中心軸に平行な方向に見たときの図を示している。
【００２８】
校正線源３は、例えば68Ｇｅの棒状のものであって、スライスセプタ２０の測定空間１側の中央付近に接して中心軸に平行に配置される。また、校正線源３を挟んで２つのシールド３Ａおよび３Ｂが設けられている。スライスセプタ２０ならびにシールド３Ａおよび３Ｂにより、検出部１０により３次元同時計数情報が検出されることなく、２次元同時計数情報のみが検出される。このようにすることにより、散乱線の寄与が減少され、校正線源３の近くの光子検出器の計数率の異常な上昇が防止される。また、スライスセプタ撤去可能型３次元ＰＥＴ装置のために開発された吸収補正法を適用することができる。
【００２９】
測定空間１に被検体２を置くことなく、校正線源３とともにスライスセプタ２０を回転させてブランク測定を行う。そして、このようにして２次元投影データ蓄積部２０に蓄積された２次元投影データがブランクデータであり、このブランクデータに基づいて検出器感度補正が行われる。また、測定空間１に被検体２を置いて、校正線源３とともにスライスセプタ２０を回転させてトランスミッション測定を行う。そして、このようにして２次元投影データ蓄積部２０に蓄積された２次元投影データがトランスミッションデータであり、このトランスミッションデータに基づいて吸収補正が行われる。なお、ＲＩ線源が投入された被検体２を測定空間１に置き、校正線源３とともにスライスセプタ２０を回転させて、エミッション測定とトランスミッション測定とを同時に行ってもよい。
【００３０】
また、検出器感度補正に際しては、「間接的感度校正法」を用いるのが好適である。図５および図６それぞれは、検出器感度補正の説明図である。校正線源３から発生した光子対が飛行する直線すなわち同時計数線Ｌに対する検出感度は、その光子対を同時計数する１対の光子検出器ＤiおよびＤjそれぞれの検出効率と種々の幾何学的因子εijとの積として推定される（図５参照）。ここで、幾何学的因子εijは、検出器リング差δや、測定空間の中心点から同時計数線Ｌまでの距離等が考慮された因子である。これらの因子の中でも光子検出器それぞれの検出効率は、時間的に安定しておらず変動するので、定期的に校正を行う必要がある。
【００３１】
本実施形態に係るＰＥＴ装置は、棒状の校正線源３を用いた測定により、スライスセプタ２０によりコリメートされた光子検出器Ｄjおよびコリメートされない光子検出器Ｄiにより光子対を同時計数するので、各光子検出器がコリメートされたときの検出効率と、各光子検出器がコリメートされないときの検出効率とを、１回のブランク測定から「fun sum法」を用いて同時に求めることができる（図６参照）。すなわち、コリメートされた光子検出器Ｄiを通る多数の同時計数線に関する同時計数情報の平均値に基づいて光子検出器Ｄiの検出効率を求める。同様にして、コリメートされた光子検出器Ｄjの検出効率を求める。２次元投影データの校正は、光子検出器がコリメートされたときの検出効率に基づいて行われ、一方、３次元投影データの校正は、光子検出器がコリメートされないときの検出効率に基づいて行われる。
【００３２】
次に、散乱補正および画像再構成について説明する。一般に、散乱線のレスポンス（点状線源または棒状線源に対する投影データにおける散乱同時計数の分布）は、２次元投影データと３次元投影データとでは大きく異なっている。すなわち、２次元投影データにおける散乱線は、主に検出部１０の内側すなわち測定空間１内または極近傍での散乱に起因し、中心軸に平行に置かれた棒状線源３に対する散乱レスポンスは、指数関数によってよく近似される。一方、３次元投影データにおける散乱線は、主に測定空間１から離れた場所での散乱に起因する。３次元投影データにおける散乱線の散乱レスポンスは、高い空間周波数成分を殆ど含まず、極低い空間周波数成分を主に含み、ガウス関数または放物線関数によってよく近似される。そこで、本実施形態に係るＰＥＴ装置では、以下に説明するように、２次元投影データを利用することにより、３次元投影データにおける散乱線の寄与を正確に補正（散乱補正）して画像再構成する。
【００３３】
以下に説明する方法は、「差分法（difference method）」呼ばれるものである。この方法では、或るダイレクトプレーンに対して、２次元同時計数情報の蓄積から３次元同時計数情報の蓄積に変更したときの散乱成分の増加分が、３次元投影データと２次元投影データとの差から推定できると仮定する。すなわち、この散乱成分の増加分Ｓ'(ｒ,θ)は、
【００３４】
【数３】
0004344038.tif 000004
なる式で与えられると仮定する。ここで、ｒは投影の位置座標であり、θは投影の方位角であり、ｐ2D(ｒ,θ)は２次元投影データであり、ｐ3D(ｒ,θ)は３次元投影データであり、ε(ｒ,θ)は効率補正因子である。
【００３５】
さらに、２次元投影データに含まれる散乱成分の影響を補正するために、３次元投影データの全散乱成分Ｓ(ｒ,θ)は上記(3)式の散乱分布Ｓ'(ｒ,θ)に補正因子ｋ(θ)を乗じて、
【００３６】
【数４】
0004344038.tif 000005
なる式で表される。補正因子ｋ(θ)は、線源が存在する領域以外の領域における２次元投影データおよび３次元投影データそれぞれの分布を比較することにより決定される。
【００３７】
各々の検出器リング番号がｎ，ｍである２つの検出器リングＲn，Ｒmの間で得られる傾斜した投影における散乱分布ｐn,m(ｒ,θ)は、検出器リング番号が int((n+m)/2) であるダイレクトプレーンの散乱分布と、検出器リング番号が int((n+m)/2)+1 であるダイレクトプレーンの散乱分布とから、直線補間により得られる。ここで、int は、整数化を行うことを表す演算記号である。ここでは、小さい傾斜角の投影の散乱分布は、その中央位置付近のダイレクトプレーンの散乱分布に略等しいと仮定している。
【００３８】
このようにして推定された散乱分布を、例えば半値幅２５ｍｍのガウス型フィルタにより充分に平滑化して、３次元投影データから差し引く。この差し引いた結果、散乱補正された３次元投影データが得られる。そして、この３次元投影データについて、吸収補正を行い、適当な３次元再構成アルゴリズムにより画像が再構成される。
【００３９】
以上に説明した「差分法」は、スライスセプタ撤去可能型ＰＥＴ装置の為に提案されたものであり、その妥当性が実際の装置で確認されている。しかし、スライスセプタ撤去可能型ＰＥＴ装置における「差分法」には、以下のような２つの大きな限界がある。第１の限界は、２次元投影データと３次元投影データとは互いに別の測定により蓄積されることから、線源の陽電子放出能の分布が速く変化する場合や動態研究の場合には応用できないことである。第２の限界は、大きい傾斜角の投影の散乱分布の推定精度が悪いことである。しかし、本実施形態に係るＰＥＴ装置では、２次元投影データと３次元投影データとは１回の測定により同時に蓄積されることから、第１の限界は問題にはならない。また、本実施形態に係るＰＥＴ装置は、以下の方法（「加算法」と呼ぶ）により第２の限界を克服する。
【００４０】
図７は、散乱補正および画像再構成の手順を説明するフローチャートである。このフローチャートで説明する「加算法」は、２次元投影データに基づいて低い空間周波数成分の画像を再構成するとともに、３次元投影データに基づいて高い空間周波数成分の画像を再構成し、これら２つの再構成画像を加算して、最終的な再構成画像を得るものである。このようにすることにより、大きい傾斜角の投影データにおける散乱補正が可能となる。また、低い空間周波数成分の画像は、２次元投影データに基づいて得られるので、測定空間１以外の空間からの散乱の寄与が小さい。
【００４１】
３次元投影データについては、初めに、上記の「差分法」またはより簡便な方法（例えば「ガウス関数フィッティング法」など）により、散乱補正が施される。この散乱補正は近似的なもので充分である。「ガウス関数フィッティング法」は、被検体以外の領域（散乱のみが計測される領域）の投影データをガウス関数でフィッティングすることにより、被検体における散乱成分を推定する方法である。なお、この散乱補正は、続く吸収補正を適切に行う為に必要である。続いて、この散乱補正された３次元投影データについて、通常の吸収補正が施され、ハイパスフィルタｈ(ｒ)により低周波数成分が除去され、３次元再構成アルゴリズムにより高周波画像が画像再構成される。ハイパスフィルタは、３次元投影データに含まれる散乱成分の殆どを除去するように設計される。
【００４２】
一方、２次元投影データについては、例えば「２エネルギーウィンドウ法」や「重畳積分差し引き法」等により散乱補正が施され、続いて、吸収補正が施され、ローパスフィルタｇ(ｒ)により高周波数成分が除去され、２次元再構成アルゴリズムにより低周波画像が画像再構成される。このローパスフィルタｇ(ｒ)の周波数レスポンスＦ[ｇ(ｒ)]は、ハイパスフィルタｈ(ｒ)の周波数レスポンスＦ[ｈ(ｒ)]に対し相補的であるように設計される。すなわち、Ｆ[ｇ(ｒ)]＋Ｆ[ｈ(ｒ)]＝１なる関係式が成り立つ。なお、Ｆ[・]はフーリエ変換を表す。
【００４３】
最終的な再構成画像は、３次元同時計数情報および２次元同時計数情報それぞれの検出感度を考慮した上で、３次元投影データに基づいて得られた高周波画像と、２次元投影データに基づいて得られた低周波画像とを、適当な荷重をかけて加算することにより得られる。
【００４４】
図８は、散乱補正および画像再構成の他の手順を説明するフローチャートである。このフローチャートで説明する方法は、上記「加算法」で３次元投影データについて「フーリエリビニング（Fourier rebinning:ＦＲＢ）法」を採用したものであり、計算効率が大幅に改善される。
【００４５】
３次元投影データについては、初めに、上記の「差分法」またはより簡便な方法（例えば「ガウス関数フィッティング法」など）により散乱補正が施される。この散乱補正は近似的なもので充分である。なお、この散乱補正は、続く吸収補正を適切に行う為に必要である。続いて、この散乱補正された３次元投影データについて、通常の吸収補正が施され、「ＦＲＢ法」による処理がなされる。
【００４６】
図９は、ＦＲＢ法を説明する図である。ＦＲＢ法では、ダイレクトプレーンに対して傾斜した投影（図９（ａ））について得られた３次元投影データ（図９（ｂ））は変数ｒおよびθに関して２次元フーリエ変換されて、変数ｎおよびωに関する２次元フーリエ変換マップ（図９（ｃ））が得られる。この２次元フーリエ変換マップは、「周波数の距離の関係（Frequency-distance relation）」すなわち「γ＝−ｎ／ω」を用いて、ダイレクトプレーンの２次元フーリエ変換マップ（図９（ｄ））に変換される。このようにして得られた各ダイレクトプレーンの２次元フーリエ変換マップは２次元逆フーリエ変換されて、ダイレクトプレーンの投影データ（図９（ｅ））が得られる。そして、この各ダイレクトプレーンの投影データは、２次元画像再構成されて、再構成画像（図９（ｆ））が得られる。
【００４７】
図８に示したフローチャートでは、近似的な散乱補正および吸収補正が施された３次元投影データに基づいてＦＲＢ法により作成されたダイレクトプレーンの投影データ（図９（ｅ））は、ハイパスフィルタｈ(ｒ)により低周波数成分が除去される。このハイパスフィルタは、３次元投影データに含まれる散乱成分の殆どを除去するように設計される。
【００４８】
一方、２次元投影データについては、例えば「２エネルギーウィンドウ法」や「重畳積分差し引き法」等により散乱補正が施され、続いて、吸収補正が施され、ローパスフィルタｇ(ｒ)により高周波数成分が除去される。このローパスフィルタｇ(ｒ)の周波数レスポンスＦ[ｇ(ｒ)]は、ハイパスフィルタｈ(ｒ)の周波数レスポンスＦ[ｈ(ｒ)]に対し相補的であるように設計される。すなわち、Ｆ[ｇ(ｒ)]＋Ｆ[ｈ(ｒ)]＝１なる関係式が成り立つ。
【００４９】
そして、３次元投影データの低周波数成分と２次元投影データの高周波数成分とは、各ダイレクトプレーン毎に、３次元同時計数情報および２次元同時計数情報それぞれの検出感度を考慮した上で、適当な加重をかけて加算される。最終的な再構成画像は、この加算された投影データに基づいて、２次元再構成アルゴリズムにより得られる。
【００５０】
以上のように、この方法では３次元画像再構成を行わないので計算時間が短い。また、ＦＲＢ法は、ダイレクトプレーンに対して傾斜した投影について得られた３次元投影データに含まれる非常に低い周波数成分について誤差を生ずることが知られているが、本実施形態では低周波数成分が除去されるので、この欠点は問題とはならない。
【００５１】
次に、同時計数情報の統計的変動に因る低周波画像のｒｍｓ（root mean square）誤差について述べる。低周波画像のｒｍｓ誤差の大きさは、高周波画像のｒｍｓ誤差の大きさと比較して充分に小さいことが望ましい。「フィルタ逆投影（filtered backprojection）法」による通常の２次元画像再構成では、解像力（半値幅）をａとし、全計数値をＴとすると、得られる画像の相対的ｒｍｓ雑音は、（ａ3Ｔ）-1/2に略比例する。したがって、低周波画像および高周波画像それぞれのｒｍｓ雑音の比ratiormsは、
【００５２】
【数５】
0004344038.tif 000006
なる式で与えられる。ここで、ａ3Dは、３次元投影データに基づいて得られる画像の解像力であり、ａ2Dは、２次元投影データに基づいて得られる画像の解像力である。Ｒ'は、３次元同時計数情報および２次元同時計数情報それぞれの全計数値の比である。それぞれの場合の散乱比率が異なることから、Ｒ'は、３次元同時計数情報および２次元同時計数情報それぞれの検出感度の比Ｒ（上記(２)式）より幾らか大きい。
【００５３】
例えば、断面有効視野が直径２５６ｍｍである頭部（脳）用ＰＥＴ装置を考えると、３次元投影データに含まれる散乱成分のガウス関数成分の最も狭い半値幅は約１００ｍｍ以上であると想定される。そこで、もし、ａ2D＝５０ｍｍとし、ａ3D＝３ｍｍとし、Ｒ'＝５０とすれば、ratiormsは０．１０４となる。この数値例は、充分な計数値が得られる高解像度測定の場合のものである。計数値が少ない場合には、ａ3Dを大きくする必要があり、その結果、ratiormsは増大する。例えば、ａ3D＝１０ｍｍとすると、ratiormsは０．６３２となる。
【００５４】
以上のように、本実施形態に係るＰＥＴ装置は、２次元投影データおよび３次元投影データを１回の測定で同時に得ることができるので、線源の陽電子放出能の分布が速く変化する場合や動態研究を行う場合に応用が可能である。また、本実施形態に係るＰＥＴ装置は、光子対を高感度に同時計数して３次元投影データを得ることができ、且つ、２次元投影データに基づいて散乱補正を有効に行うことができる。すなわち、本実施形態に係るＰＥＴ装置は、低い空間周波数成分の画像を２次元投影データに基づいて再構成し、高い空間周波数成分の画像を３次元投影データに基づいて再構成し、これら２つの再構成画像を加算して、最終的な再構成画像を得ることにより、大きい傾斜角の投影データにおける散乱補正が可能となる。
【００５５】
なお、本実施形態に係るＰＥＴ装置においては、全て光子検出器の個数Ｎに対するスライスセプタ２０の後方に存在する光子検出器の個数ｎの比ｓ（＝ｎ／Ｎ）が重要な設計事項となる。(２)式から判るように、ｓの値を大きくすると、(１−２ｓ)に比例して３次元同時計数情報の検出感度が低下し、２ｓに比例して２次元同時計数情報の検出感度が増大する。したがって、ｓの値は、３次元同時計数情報の検出感度と散乱補正の正確度とのバランスを考慮して決定される必要がある。ｓの好適な値は１／２以下であり、より好適な値は１／１０〜１／６程度である。
【００５６】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。特に、検出部およびスライスセプタの構成は、以下のように種々の変形が可能である。
【００５７】
図１０は、検出部およびスライスセプタの構成の第１の変形例を説明する図である。この図は、中心軸に平行な方向に検出部を見たときの図を示している。この変形例では、検出部１０の内側に、スライスセプタ２０Ａ，２０Ｂおよび２０Ｃを備えている。スライスセプタ２０Ａ，２０Ｂおよび２０Ｃそれぞれは、図１におけるスライスセプタ２０と同様の構成のものであり、中心軸を中心とする円周上に略等間隔で配置されている。この変形例では、スライスセプタ２０Ａ，２０Ｂおよび２０Ｃそれぞれの回転バランスが優れているので好適である。
【００５８】
図１１は、検出部およびスライスセプタの構成の第２の変形例を説明する図である。図１１（ａ）は、中心軸に平行な方向に検出部を見たときの図を示しており、図１１（ｂ）は、中心軸を含む面で検出部を切断したときの断面を示している。この変形例では、検出部１０Ａおよび１０Ｂそれぞれは、平面上に光子検出器が２次元配列されたものである。また、スライスセプタ２０は、回転軸に垂直な複数のシールド板からなり、一方の検出部１０Ａの一部の内側に固定して設けられている。そして、検出部１０Ａおよび１０Ｂそれぞれは、相対的位置関係を保持したまま被検体２の周りを回転することで、２次元同時計数情報および３次元同時計数情報を検出する。
【００５９】
図１２は、検出部およびスライスセプタの構成の第３の変形例を説明する図である。この図は、中心軸に平行な方向に検出部を見たときの図を示している。この変形例では、検出部１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃおよび１０Ｄそれぞれは、平面上に光子検出器が２次元配列されたものである。また、スライスセプタ２０Ａおよび２０Ｄそれぞれは、回転軸に垂直な複数のシールド板からなり、検出部１０Ａ，１０Ｄの一部の内側に固定して設けられている。そして、検出部１０Ａ〜１０Ｄそれぞれは、相対的位置関係を保持したまま被検体２の周りを回転することで、２次元同時計数情報および３次元同時計数情報を検出する。
【００６０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、複数組の検出器リングそれぞれを構成する複数の光子検出器のうち一部のものの測定空間の側に回転自在のスライスセプタを設けたことにより、２次元投影データおよび３次元投影データが１回の測定で同時に得られる。したがって、このように２次元投影データおよび３次元投影データを同時に獲得して画像再構成を行うことにより、光子対を高感度に同時計数することができ、且つ、散乱補正等を行うことができる。また、線源の陽電子放出能の分布が速く変化する場合や動態研究を行う場合に応用が可能である。
【００６１】
特に、２次元投影データのうち空間周波数が低い成分、および、３次元投影データのうち空間周波数が高い成分に基づいて、画像の再構成を行うことにより、光子対を高感度に同時計数して３次元投影データを得ることが好適にでき、且つ、２次元投影データに基づいて散乱補正を有効に行うことが好適にできる。しかも、大きい傾斜角の投影データにおける散乱補正が可能となる。
【００６２】
本発明に係るＰＥＴ装置は、スライスセプタの測定空間の側に中心軸と平行な棒状の校正線源を設けて２次元投影データを蓄積し、この２次元投影データに基づいて再構成画像を補正することにより、検出器感度補正および吸収補正が好適に行われ、良好な再構成画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るＰＥＴ装置の検出部およびスライスセプタの構成を説明する図である。
【図２】本実施形態に係るＰＥＴ装置の全体構成を概念的に説明するブロック図である。
【図３】回転校正線源を用いたブランク測定およびトランスミッション測定の説明図である。
【図４】校正線源の説明図である。
【図５】検出器感度補正の説明図である。
【図６】検出器感度補正の説明図である。
【図７】散乱補正および画像再構成の手順を説明するフローチャートである。
【図８】散乱補正および画像再構成の手順を説明するフローチャートである。
【図９】ＦＲＢ法を説明する図である。
【図１０】検出部およびスライスセプタの構成の第１の変形例を説明する図である。
【図１１】検出部およびスライスセプタの構成の第２の変形例を説明する図である。
【図１２】検出部およびスライスセプタの構成の第３の変形例を説明する図である。
【図１３】２次元ＰＥＴ装置の検出部の構成を説明する図である。
【図１４】３次元ＰＥＴ装置の検出部の構成を説明する図である。
【図１５】スライスセプタ撤去可能型３次元ＰＥＴ装置の検出部の構成を説明する図である。
【符号の説明】
１…測定空間、２…被検体、３…校正線源、１０…検出部、１１，１２…シールド、２０…スライスセプタ、３０…セプタ回転駆動部、４０…回転位置検出センサ、５１…２次元投影データ蓄積部、５２…３次元投影データ蓄積部、６０…データ処理部、７０…画像表示部、Ｄ1〜ＤN…検出器、Ｒ1〜Ｒ10…検出器リング、Ｓ1〜Ｓ9…シールド板。
【図１】
0004344038.tif 000007
【図２】
0004344038.tif 000008
【図３】
0004344038.tif 000009
【図４】
0004344038.tif 000010
【図５】
0004344038.tif 000011
【図６】
0004344038.tif 000012
【図７】
0004344038.tif 000013
【図８】
0004344038.tif 000014
【図９】
0004344038.tif 000015
【図１０】
0004344038.tif 000016
【図１１】
0004344038.tif 000017
【図１２】
0004344038.tif 000018
【図１３】
0004344038.tif 000019
【図１４】
0004344038.tif 000020
【図１５】
0004344038.tif 000021