(57)【要約】【課題】  呼吸及び心拍の影響を受けて動く部位を対象としたより鮮明なエミッション画像情報を短時間に得ることができる。【解決手段】  ＰＥＴ薬剤に起因して体内で発生する第１γ線及びγ線源から放射されて体内を透過する第２γ線が放射線検出器で検出される。検出された第１γ線から得られた各情報を用いて心拍・呼吸周期を区分した各体動位相区間０，１，２のそれぞれのエミッション画像情報（Ｅ画像情報）Ｅ0，Ｅ1，Ｅ2を作成する。検出された第２γ線から得られた各情報を用いて各体動位相区間０，１，２のそれぞれのトランスミッション画像情報（Ｔ画像情報）Ｔ0，Ｔ1，Ｔ2を作成する。Ｔ画像情報Ｔ0に他のＴ画像情報Ｔ1，Ｔ2をそれぞれ重ね合わせることによって相対変位Ｆ10，Ｆ20を求める。この相対変位を用いてＥ画像情報Ｅ1，Ｅ2をＥ画像情報Ｅ0に重ね合わせる。【選択図】図１
2009236793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある周期を時間的に区分して得られる複数の第１位相区間と前記ある周期とは他の周期を時間的に区分して得られる複数の第２位相区間が個々に組み合わさって定まる複数の時間区間で第１断層画像情報を作成し、
前記複数の時間区間で生体の構造を画像化した第２画像情報を作成し、
前記複数の時間区間のうちある１つの前記時間区間の前記第２画像情報に他の前記時間区間の前記第２画像情報を重ね合わせてそれらの第２画像情報間の相対変位情報を求め、
前記ある１つの時間区間の前記第１画像情報に前記他の時間区間の前記第１画像情報を、前記相対変位情報を用いて重ね合わせることによって、重ね合わせ第１画像情報を作成することを特徴とする画像処理装置の画像情報作成方法。
【請求項２】
放射性薬剤に起因した第１放射線を入力するときにベッドを取り囲んでいる複数の放射線検出器から出力される複数の第１放射線検出信号より得られる複数の第１情報に基づいて、ある周期を時間的に区分して得られる複数の第１位相区間と前記ある周期とは他の周期を時間的に区分して得られる複数の第２位相区間が個々に組み合わさって定まる複数の時間区間で第１断層画像情報を作成し、
放射線源から放出される第２放射線を入力するときに前記複数の放射線検出器から出力される複数の第２放射線検出信号より得られる複数の第２情報に基づいて、前記時間区間で第２断層画像情報を作成し、
前記複数の時間区間のうちある１つの前記時間区間の前記第２断層画像情報に他の前記時間区間の前記第２断層画像情報を重ね合わせてそれらの第２断層画像情報間の相対変位情報を求め、
前記ある１つの時間区間の前記第１断層画像情報に前記他の時間区間の前記第１断層画像情報を、前記相対変位情報を用いて重ね合わせることによって、重ね合わせ第１断層画像情報を作成することを特徴とする断層撮影装置の断層画像情報作成方法。
【請求項３】
前記第１情報と前記第２情報が、前記第１放射線検出信号と前記第２放射線検出信号のエネルギーの違いにより弁別され、弁別された前記第１情報を用いて前記第１断層画像情報を作成し、弁別された前記第２情報を用いて前記第２断層画像情報を作成する請求項２に記載の断層撮影装置の断層画像情報作成方法。
【請求項４】
前記第２断層画像情報間の相対変位情報は非線形の相対変位情報であり、前記非線形の相対変位情報を用いて前記重ね合わせ第１断層画像情報を作成することを特徴とする請求項２に記載の断層撮影装置の断層画像情報作成方法。
【請求項５】
前記時間区間の前記第１断層画像情報の作成は、この時間区間の前記第２断層画像情報を用いてこの時間区間に該当する前記第１情報を減弱補正することによって行われる請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載の断層撮影装置の断層画像情報作成方法。
【請求項６】
前記第１情報は前記第１放射線の第１検出時刻情報を含んでおり、前記第２情報は前記第２放射線の第２検出時刻情報を含んでおり、前記時間区間ごとの前記第１断層画像情報の作成は前記第１検出時刻情報により特定された前記第１情報を用いて行われ、前記時間区間ごとの前記第２断層画像情報の作成は前記第２検出時刻情報により特定された前記第２情報を用いて行われる請求項２ないし請求項５のいずれか１項に記載の断層撮影装置の断層画像情報作成方法。
【請求項７】
前記ベッドの回りの旋回方向における前記放射線源の位置を検出し、検出された複数の放射線源位置情報を前記第２断層画像情報の作成に用いる請求項２ないし請求項６のいずれか１項に記載の断層撮影装置の断層画像情報作成方法。
【請求項８】
放射性薬剤に起因した第１放射線を入力するときにベッドを取り囲んでいる複数の放射線検出器から出力される複数の第１放射線検出信号より得られる、前記第１放射線の第１検出時刻情報、前記第１放射線検出信号が出力された前記放射線検出器の第１位置情報及び前記第１放射線検出信号の第１エネルギー情報を含む複数の第１情報を生成し、
複数の前記第１情報に含まれる前記検出時刻情報に基づいて同時計数を行って、設定時間内で、前記第１放射線検出信号を出力した一対の前記放射線検出器を特定し、
特定された前記一対の放射線検出器の前記第１位置情報及び前記第１検出時刻情報に基づいて、ある周期を時間的に区分して得られる複数の第１位相区間と前記ある周期とは異なる他の周期を時間的に区分して得られる複数の第２位相区間が個々に組み合わさって定まる複数の時間区間で第１断層画像情報を作成し、
放射線源から放出される第２放射線を入力するときに前記複数の放射線検出器から出力される複数の第２放射線検出信号より得られる複数の第２情報を生成し、
前記ベッドの回りの旋回方向における前記放射線源の位置を検出し、
複数の前記第２情報及び検出された複数の放射線源位置情報に基づいて、前記複数の位相区間に対し前記位相区間ごとに第２断層画像情報を作成し、
前記複数の時間区間のうちある１つの前記時間区間の前記第２断層画像情報に他の前記時間区間の前記第２断層画像情報を重ね合わせてそれらの第２断層画像情報間の相対変位情報を求め、
前記ある１つの時間区間の前記第１断層画像情報に前記他の時間区間の前記第１断層画像情報を、前記相対変位情報を用いて重ね合わせることによって、重ね合わせ第１断層画像情報を作成することを特徴とする断層撮影装置の断層画像情報作成方法。
【請求項９】
前記第２情報は前記第２放射線の第２検出時刻情報、前記第２放射線検出信号が出力された前記放射線検出器の第２位置情報及び前記第２放射線検出信号の第２エネルギー情報を含んでおり、
前記第１情報と前記第２情報が前記第１エネルギー情報及び前記第２エネルギー情報によって弁別され、
前記同時計数が弁別された前記第１情報の前記第１検出時刻情報を用いて行われ、前記第２断層画像情報の作成が弁別された前記第２情報を用いて行われる請求項８に記載の断層撮影装置の断層画像情報作成方法。
【請求項１０】
前記放射線検出器は半導体放射線検出器である請求項２ないし請求項９のいずれか１項に記載の断層撮影装置の断層画像情報作成方法。
【請求項１１】
被検体を乗せるベッドと、
前記ベッドの周囲を旋回する放射線源と、
前記ベッドの周囲に配置され、放射性薬剤に起因して前記被検体から放出される第１放射線を検出して第１放射線検出信号を出力し、前記放射線源から放出される第２放射線を検出して第２放射線検出信号を出力する複数の放射線検出器と、
複数の前記第１放射線検出信号より得られる複数の第１情報に基づいて、前記被検体の呼吸周期を時間的に区分して得られる複数の第１体動位相区間と心拍周期を時間的に区分して得られる複数の第２体動位相区間が個々に組み合わさって定まる時間区間で第１断層画像情報を作成する第１断層画像情報作成装置と、
複数の前記第２放射線検出信号から得られる複数の第２情報に基づいて、前記複数の時間区間で第２断層画像情報を作成する第２断層画像情報作成装置と、
前記複数の時間区間のうちのある１つの前記時間区間の前記第２断層画像情報に他の前記時間区間の前記第２断層画像情報を重ね合わせてそれらの第２断層画像情報間の相対変位情報を求める相対変位情報生成装置と、
前記ある１つの時間区間の前記第１断層画像情報に前記他の時間区間の前記第１断層画像情報を、前記相対変位情報を用いて重ね合わせることによって、重ね合わせ第１断層画像情報を作成する断層画像情報重ね合わせ装置とを備えたことを特徴とする断層撮影装置。
【請求項１２】
前記第１情報及び前記第２情報を入力し、前記第１情報及び前記第２情報を前記第１放射線検出信号と前記第２放射線検出信号のエネルギーの違いにより弁別する弁別装置を備え、前記第１断層画像情報作成装置は弁別された前記第１情報を用いて前記第１断層画像情報を作成し、前記第２断層画像情報作成装置は弁別された前記第２情報を用いて前記第２断層画像情報を作成する請求項１１に記載の断層撮影装置。
【請求項１３】
前記第１断層画像情報作成装置は、前記時間区間の前記第２断層画像情報を用いてこの時間区間に該当する前記第１情報を減弱補正することによって前記時間区間の前記第１断層画像情報の作成を行う請求項１１または請求項１２に記載の断層撮影装置。
【請求項１４】
前記第１断層画像情報作成装置は、前記時間区間ごとの前記第１断層画像情報の作成を、前記第１情報に含まれる前記第１放射線検出信号の第１検出時刻情報により特定した前記第１情報を用いて行い、前記第２断層画像情報作成装置は、前記時間区間ごとの前記第２断層画像情報の作成を、前記第２情報に含まれる前記第２放射線検出信号の第２検出時刻情報により特定した前記第２情報を用いて行う請求項１１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の断層撮影装置。
【請求項１５】
前記ベッドの回りの旋回方向における前記放射線源の位置を検出する放射線源位置検出装置を備え、
前記第２断層画像情報作成装置は、前記第２断層画像情報の作成に検出された複数の放射線源位置情報を用いる請求項１１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の断層撮影装置。
【請求項１６】
前記放射線源を、前記ベッドの周囲を旋回させる回転装置と、
前記被検体の呼吸計測信号及び心拍計測信号を入力し、これらの計測信号によって得られる前記呼吸周期及び前記心拍周期に基づいて、前記放射線源の回転周期の情報を求める回転周期情報生成装置と、
前記回転周期情報に基づいて前記回転装置の回転を制御する回転制御装置とを備えた請求項１１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の断層撮影装置。
【請求項１７】
被検体を乗せるベッドと、
前記ベッドの周囲を旋回する放射線源と、
前記ベッドの周囲に配置され、放射性薬剤に起因して前記被検体から放出される第１放射線を検出して第１放射線検出信号を出力し、前記放射線源から放出される第２放射線を検出して第２放射線検出信号を出力する複数の放射線検出器と、
前記第１放射線の第１検出時刻情報、前記第１放射線検出信号が出力された前記放射線検出器の第１位置情報及び前記第１放射線検出信号の第１エネルギー情報を含む第１情報を、前記複数の放射線検出器から出力される前記第１放射線検出信号から生成し、前記第２放射線より得られる第２情報を前記複数の放射線検出器から出力される前記第２放射線検出信号から生成する放射線信号処理装置と、
複数の前記第１情報に含まれる前記検出時刻情報に基づいて同時計数を行って、設定時間内で、前記第１放射線検出信号を出力した一対の前記放射線検出器を特定する同時計数装置と、
特定された前記一対の放射線検出器の各前記第１位置情報及び前記第１検出時刻情報に基づいて、前記被検体の呼吸周期を時間的に区分して得られる複数の第１体動位相区間と心拍周期を時間的に区分して得られる複数の第２体動位相区間が個々に組み合わさって定まる時間区間で第１断層画像情報を作成する第１断層画像情報作成装置と、
前記ベッドの回りの旋回方向における前記放射線源の位置を検出する放射線源位置検出装置と、
複数の前記第２情報及び検出された複数の放射線源位置情報に基づいて、前記複数の時間区間で第２断層画像情報を作成する第２断層画像情報作成装置と、
前記複数の時間区間のうちある１つの前記時間区間の前記第２断層画像情報に他の前記時間区間の前記第２断層画像情報を重ね合わせてそれらの第２断層画像情報間の相対変位情報を求める相対変位情報生成装置と、
前記ある１つの時間区間の前記第１断層画像情報に前記他の時間区間の前記第１断層画像情報を、前記相対変位情報を用いて重ね合わせることによって、重ね合わせ第１断層画像情報を作成する断層画像情報重ね合わせ装置とを備えたことを特徴とする断層撮影装置。
【請求項１８】
前記第１放射線検出信号より得られ、前記第２放射線の第２検出時刻情報、前記第２放射線検出信号が出力された前記放射線検出器の第２位置情報及び前記第２放射線検出信号の第２エネルギー情報を含む前記第２情報を、前記複数の放射線検出器から出力される前記第２放射線検出信号から生成する前記放射線信号処理装置と、
前記第１情報及び前記第２情報を入力し、前記第１情報及び前記第２情報を前記第１エネルギー情報及び前記第２エネルギー情報によって弁別する弁別装置を備え、
前記同時計数装置は、前記同時計数を弁別された前記第１情報の前記第１検出時刻情報を用いて行い、
前記第２断層画像情報作成装置は、前記第２断層画像情報の作成を弁別された前記第２情報を用いて行う請求項１７に記載の断層撮影装置。
【請求項１９】
前記放射線検出器は半導体放射線検出器である請求項１１ないし請求項１８のいずれか１項に記載の断層撮影装置。
【請求項２０】
前記半導体放射線検出器がカドミウムテルル（ＣｄＴｅ），ガリウムヒ素（ＧａＡｓ），カドミウムテルル亜鉛（ＣＺＴ），沃化鉛（ＰｂＩ２），臭化タリウム（ＴｌＢｒ）のいずれか、またはその組み合わせである請求項１９に記載の断層撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像の処理装置による画像情報の作成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、放射線計測技術を応用して非観血的に被検体の体内の画像情報を得る放射線画像診断装置の代表的なものとして、陽電子放出型断層像撮像装置（以下、ＰＥＴ装置）及び単光子放出断層像撮像装置（以下、ＳＰＥＣＴ装置）等の核医学診断装置、及びＸ線ＣＴ装置（以下、ＣＴ装置という）がある。
【０００３】
これらの放射線画像診断装置は、検出対象の物理量を放射線飛翔方向の積分値として計測し、その積分値を基に被検体の体内の各位置における物理量をそれぞれ用いて断層画像情報を再構成する。Ｘ線ＣＴ装置は、Ｘ線源を被検体の周囲を旋回させ、Ｘ線源から放出されたＸ線を周囲の各位置から被検体である被検者に照射する。各Ｘ線照射方向において、被検者を透過した各Ｘ線を放射線検出器で検出し、それぞれのＸ線検出信号に基づいて各照射方向毎の放射線透過率が求められる。これらの放射線透過率を用いて被検者の体内における放射線減弱率の空間的な分布を断層画像化するものである。詳細な形態画像が得られるので、医療分野において広く利用されている。
【０００４】
ＰＥＴ装置及びＳＰＥＣＴ装置等の核医学診断装置は、被検者に注入された放射性薬剤に由来して被検者の体内から放出されるγ線を放射線検出器で検出し、検出されたγ線検出信号を基に得られた計測情報を用いて被検者の体内における放射性薬剤の分布を断層画像化する。得られた断層画像情報は代謝機能及び生理機能の診断に用いられる。
【０００５】
これらの技術では膨大なデータを処理する必要があるため、データ処理の制約から得られる画像情報の質が制限されていた。しかしながら、近年の信号処理回路及びコンピュータ技術の急速な発達に伴い、質の高い画像情報が得られるようになった。
【０００６】
Ｘ線ＣＴ装置は、前述したように、放射線検出器から出力されたＸ線検出信号を用いて様々な方向におけるＸ線の透過率を得る。これらの透過率の計測データを例えば非特許文献１に記載されているフィルタード・バック・プロジェクション法（Filtered Back Projection Method）などの画像再構成アルゴリズムを用いて処理することによって、体内の各部での線減弱係数の分布を三次元的な画像情報として得ることができる。
【０００７】
ＰＥＴ装置を用いた検査（ＰＥＴ検査）は、陽電子放出核種（15Ｏ，13Ｎ，11Ｃ，18Ｆ等）で標識した、体内の特定の部位に特異的に集積する放射性薬剤（以下、ＰＥＴ薬剤と呼ぶ）を被検者に投与し、ＰＥＴ薬剤の被検者の体内での分布を調べるものである。被検者に投与されたＰＥＴ薬剤から放出された陽電子は、体内の付近の電子と結合して陽電子消滅し、５１１ＫｅＶのエネルギーを有する一対のγ線（以下、対γ線と呼ぶ）を放出する。対γ線のそれぞれは互いにほぼ正反対の方向に放出されるため、双方のγ線をそれぞれの放射線検出器で計測し、これらの検出器から出力されるそれぞれのγ線検出信号を基に得られる各情報を用いて同時計測することによって、陽電子消滅イベントがどの直線上で起こったかを特定することができる。このようにして統計的に十分な数の対γ線を検出した後、前述のフィルタード・バック・プロジェクション法などの画像再構成アルゴリズムを用いて、対γ線の発生頻度分布、すなわちＰＥＴ薬剤の被検者の体内での分布を断層画像化することができる。
【０００８】
上記した体内のＰＥＴ薬剤に起因して生じるγ線の計測をエミッション計測（以下、Ｅ計測という）、及びエミッション計測で得られたγ線検出信号を基に再構成された画像情報をエミッション画像情報（以下、Ｅ画像情報という）と呼ぶ。Ｅ画像情報は、一般的には単にＰＥＴ画像と呼ばれるが、本明細書では後述のトランスミッション画像情報（以下、Ｔ画像情報という）と区別するためＥ画像情報と呼ぶ。またＥ計測から再構成までの一連のプロセスをまとめてエミッション撮像と呼ぶ。
【０００９】
ところで、定量性を要求する、ＰＥＴ装置を用いた検査（ＰＥＴ検査）では、Ｅ計測とは別に、ＰＥＴ装置に設けられたトランスミッション線源であるγ線源を用いたトランスミッションと呼ばれる計測（トランスミッション計測（以下、Ｔ計測という））も行われる。ＰＥＴ計測におけるγ線の減弱とは、放射性薬剤由来のγ線が被検者の体外に出るまでに体内の物質と相互作用を及ぼす結果、画像化に有効な同時計測データとして検出されない現象のことを指す。このγ線の減弱分を補正するプロセスは、減弱補正と呼ばれ、現在では大部分のＰＥＴ検査で実施されている。
【００１０】
減弱補正は、通常、γ線源をベッド上に乗っている被検者の周囲で旋回させるＴ計測で得られるデータを用いて行われる。γ線源の替りに、非特許文献１に記載されているＸ線源を用いることも可能である。
【００１１】
Ｅ画像情報の画質を低下させる大きな要因として被検者の動き（体動）の影響が挙げられる。体動には、不随意な呼吸及び心臓の鼓動に伴う周期的な動き、及び随意な姿勢変化がある。例えば、ＰＥＴ検査は計測時間が、通常、数分から数十分近く掛かるため、被検者にストレスを与えることなく体動を抑制することは難しい。特に、呼吸を止めた状態で長時間に亘ってＰＥＴ検査を行うことは不可能なため、呼吸による動き（呼吸動）は抑制が困難である。それゆえ、肺野に近い部位でのＥ画像情報はボケてしまうことが知られている。特に、ＰＥＴ検査の検査対象を心臓とする場合には、拍動を抑制，制御することは不可能である。したがって、心臓の動きの影響によりＥ画像情報の画質が損なわれてしまう。
【００１２】
呼吸及び心臓の鼓動などの周期的な体動に伴う画像情報のボケを補償する方法として、ゲート撮像と呼ばれる方法が知られている。ゲート撮像とは、複数の体動周期分にわたって計測したＥ計測のデータを各体動位相のデータごとに区分けし、区分けしたこれらのデータを用いて各体動位相区間ごとのＥ画像情報をそれぞれ再構成する方法である。例えば呼吸動に対するゲート撮像においては、非特許文献３に記載されているように息の温度の微小な変化を捉える、及び非特許文献４に記載されているように胸部体表面の動きを赤外線ステレオカメラで追跡するなどによって呼吸の位相区間情報を得て、この位相区間情報を基にＥ計測で得られたデータを体動位相区間ごとに区分けする。心臓のゲート撮像では通常、ＥＣＧ（Eco Cardio-Graphy）から鼓動の位相区間を表すトリガー信号を得る。ゲート撮像は現在では特に心臓の検査に対して一般的に行われている（特許文献２及び３）ほか、呼吸動に対しても試みられるようになってきた。
【００１３】
このゲート撮像法によれば周期的な体動に伴う影響を原理的には補償することが可能である。しかしながら、必要検査時間が長いという欠点がある。長時間検査は被検者（多くの場合は疾患を持つ患者である）にとって苦痛であることから、通常は２０〜３０分程度で計測を終了する。このとき、例えば、非特許文献３が指摘しているように、各々の体動位相区間に対してはたかだか数分間分しか計測が行われないため、十分な統計精度のＥ画像情報を作成するために必要なデータを得ることが難しい。したがって、得られるＥ画像情報は統計ノイズを多分に含んでいる。体動周期当りの体動位相区間の数を少なくすることによってＥ画像情報の統計精度は向上するが、一つの体動位相区間内での体動が大きくなり、結局は体動補償としての精度向上はさほど期待できない。さらに、心拍及び呼吸の双方を補償するためには、それぞれの体動位相区間ごとに計測を行う必要がありＰＥＴ検査時間はさらに長くなってしまう。
【００１４】
特に、ＰＥＴ検査では、減弱補正を行うことが多く、理想的にはＥ計測及びＴ計測がそれぞれ同一の体動位相にて計測されるべきである。しかし、前述のように位相ゲートして撮像するためには長時間の計測が必要となるため、一般にはＴ計測は呼吸を止めた状態か呼吸をしたままの状態で行い、その単一データで複数位相ゲート撮像したエミッション画像の減弱補正を行う。これでは、異なる状態の計測データを用いて減弱補正を行うことになり、Ｅ計測とＴ計測の間での被検者の位置ズレに起因するアーチファクトが得られた画像情報に生じてしまう。
【００１５】
呼吸動を補償する他の方法として、複合ＰＥＴ／ＣＴ装置を用いる方法がある（非特許文献５参照）。非特許文献５では、複合ＰＥＴ／ＣＴ装置においてＸ線ＣＴ撮像をシネモードで行って呼吸位相ごとのＥ画像情報を得て、ゲート計測したＥ画像情報のそれぞれの位相画像情報を作成する際に、対応する呼吸位相のＸ線ＣＴ画像を用いて減弱補正している。トランスミッションのゲート計測は通常は行われないが、発明者の知るところでは、非特許文献６にその報告がある。非特許文献６のゲート計測は２０分の長時間を要している。ＣＴ装置を用いた心臓ゲート撮像は、特許文献２及び３に記載されている。これらの心臓ゲート撮像は、単一の周期的体動のゲート撮像である。心拍動の補償をするためにはその動きの大きさゆえ、前述のように呼吸動の補償も行う必要があり、この二つの体動に対して単純にゲート撮像を行うと、より長い計測時間が必要になることは容易に想像できる。なお、非特許文献７は断層画像情報の再構成法であるフーリエリビニング法及び３次元逐次近似再構成法を説明している。非特許文献８は２つの画像情報の非線形の重ね合わせ技術（Non-rigid image registration 法）を開示している。
【００１６】
【特許文献１】特開２００６−２３１０８３号公報
【特許文献２】特開２００４−６５９８２号公報
【特許文献３】特開２０００−１０７１７４号公報
【非特許文献１】IEEE Transactions on Nuclear Science、ＮＳ−２１巻の２２８頁，２２９頁
【非特許文献２】The Journal of Nuclear Medicine、Vol.45、No.1の4S頁〜14S頁
【非特許文献３】The Journal of Nuclear Medicine、Vol.45、No.2の214頁〜219頁
【非特許文献４】The Journal of Nuclear Medicine、Vol.43、No.7 の876頁〜881頁
【非特許文献５】The Journal of Nuclear Medicine、Vol.45、No.8、1287頁〜1292頁
【非特許文献６】IEEE Transactions on Nuclear Science、Vol.44、No.6 2473頁〜2476頁
【非特許文献７】IEEE transactions on Medical Imaging 第18巻、657頁
【非特許文献８】IEEE transactions on Medical Imaging 第18巻、712頁〜720頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
Ｅ計測時において前述したようにゲート撮像を行うことによって、周期的な体動に伴う影響を原理的には補償することが可能である。しかしながら、それぞれの体動位相区間ごとに十分な統計精度のデータを得るためには、必要な計測時間が長くなる。しかしながら、長時間のＰＥＴ検査は被検者（多くの場合は疾患を持つ患者である）にとって苦痛である。
【００１８】
非特許文献３は、（１）Ｅ画像情報がボケること及び（２）Ｅ画像情報の定量性が低下することの問題に対し、ゲート計測にて得たＥ画像情報を、ある決まった位相の画像情報に非線形的に変形して重ね合わせ、画素値を重畳することによって統計精度を向上させることが可能であると述べている。しかし、非特許文献３は、Ｅ画像情報を変形して互いに重ね合わせることの困難性を認識していない。Ｘ線ＣＴにより再構成される画像情報、及びＴ画像情報などの形態画像と異なり、Ｅ画像情報は体内の構造を描出することを意図していない。このため体動位相ごとのＥ画像情報を変形して互いに重ね合わせることは一般に極めて困難である。
【００１９】
本発明の目的は、呼吸及び心拍の影響を受けて動く部位を対象としたより鮮明な生体の機能画像情報を短時間に得ることができる画像情報作成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記した目的を達成する本発明の特徴は、ある周期を時間的に区分して得られる複数の第１位相区間と前記ある周期とは他の周期を時間的に区分して得られる複数の第２位相区間が個々に組み合わさって定まる複数の時間区間で第１断層画像情報を作成し、前記複数の時間区間で生体の構造を画像化した第２画像情報を作成し、前記複数の時間区間のうちある１つの前記時間区間の前記第２画像情報に他の前記時間区間の前記第２画像情報を重ね合わせてそれらの第２画像情報間の相対変位情報を求め、前記ある１つの時間区間の前記第１画像情報に前記他の時間区間の前記第１画像情報を、前記相対変位情報を用いて重ね合わせることによって、重ね合わせ第１画像情報を作成する画像情報作成方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、呼吸及び心拍の影響を受けて動く部位を対象としたより鮮明な生体の機能画像情報を短時間に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施の形態である陽電子放出型断層撮影装置について、適宜図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２３】
体動による画像情報のボケは、下記の点において問題となっている。
（１）体輪郭及び臓器，腫瘍の輪郭がボケる。
（２）放射性薬剤の集積度の高い部位ではその集積度が実際よりも低く評価され、診断能が低下する。
（３）複数モダリティによる画像情報の重ね合わせがうまくゆかない。
以上の問題点は体動が画像情報に与える根本的な影響である。（１）及び（２）は、ＰＥＴ装置の空間分解能が飛躍的に高まった現在、画質を損ねる最も大きな要因として関心の対象となっている。（３）については、近年登場した複合ＰＥＴ／ＣＴ装置（非特許文献５参照）によって画像情報の重ね合わせが身近になった現在においても、放射線治療及び生体検査など、悪性腫瘍の位置をより精度良く特定する必要がある分野を中心に解決を望む声が高い。
【００２４】
（１）の問題は、臓器及び悪性腫瘍、あるいは他の疾病部位の領域が不鮮明になることで、放射線治療計画、及び治療の効果の評価を困難にする。また、小さくかつ比較的集積度の高くない悪性腫瘍も、体動がない場合には表示されたＥ画像情報内に鮮明に見える。しかし、体動がある場合には、その悪性腫瘍は、Ｅ画像情報に含まれる統計ノイズに埋もれてしまい、存在の認識すら困難になる。
【００２５】
（２）の問題は、例えば動きの大きい悪性腫瘍では一般に集積度が低く見積もられることである。Ｅ画像情報において、体動の大きな位置におけるある画素に示される集積度は、周辺部位の時間平均的な集積度になるため、結果として集積度が実際の値からはずれてくる。このため、上記のように集積度が低くなる。
【００２６】
（３）の問題は、自然に呼吸をしたまま数分間撮像して得られるＥ画像情報と、息止めして短時間に撮像されるＸ線ＣＴ画像を重ね合わせた時に起こる問題である。この重ね合わせ画像情報は診断上有用であるが、肺野周辺では最大で１cm程度まで画像上にずれがあるように見えてしまう。これは、呼吸に対する取り扱いがＰＥＴ検査と通常のＸ線ＣＴ検査では異なるために位置的な対応が必ずしもとれないからである。ＰＥＴ／ＣＴ装置においてもこの問題は指摘されており、解決が望まれている。
【００２７】
Ｅ計測時において前述したようにゲート撮像を行うことによって、周期的な体動に伴う影響を原理的には補償することが可能である。しかしながら、それぞれの体動位相区間ごとに十分な統計精度のデータを得るためには、必要な計測時間が長くなる。しかしながら、長時間のＰＥＴ検査は被検者（多くの場合は疾患を持つ患者である）にとって苦痛である。
【００２８】
非特許文献３は、（１）及び（２）の問題に対し、ゲート計測にて得たＥ画像情報を、ある決まった位相の画像情報に非線形的に変形して重ね合わせ、画素値を重畳することによって統計精度を向上させることが可能であると述べている。しかし、非特許文献３は、具体的な方法には触れていない。Ｘ線ＣＴにより再構成される画像情報、及びＴ画像情報などの形態画像と異なり、Ｅ画像情報は体内の構造を描出することを意図していない。このため体動位相ごとのＥ画像情報を変形して互いに重ね合わせることは一般に極めて困難である。
【００２９】
さらに、例えば非特許文献３が指摘しているように、Ｅ計測においてゲート撮像を行った場合においても、減弱補正は、ＰＥＴ装置では非ゲート撮像によって得られたＴ計測のデータを用いて行い、複合ＰＥＴ／ＣＴ装置では呼吸を止めた状態か呼吸をしたままの状態で撮られたＸ線ＣＴ画像を用いて行っている。このため、Ｅ計測によって得られたデータとＴ計測によって得られたデータの間において被検者の呼吸状態の差に起因して、減弱補正においてアーチファクトが発生したり、補正が正しく行われないために定量性が悪化するという問題が発生する。非特許文献３は、この問題については、γ線源を用いたＴ計測、またはＸ線ＣＴでのゲート撮像が解決策になることを示唆している。しかしながら、引用文献３は、その解決策の具体的な方法を示していない。
【００３０】
非特許文献５に記載された複合ＰＥＴ／ＣＴ装置を用いる方法は、そもそも高線量の照射を要するＸ線ＣＴ撮像を比較的長い時間行うため、被曝量が高くなるという問題が生じる。この方法も、Ｅ画像情報において非特許文献３に述べられた統計精度不足の問題が残され、（１）及び（２）の問題を根本的に解決することはできない。さらに、その複合ＰＥＴ／ＣＴ装置は、ＰＥＴによるＥ計測とＸ線ＣＴによる計測が時間的にずれている。このため、複合ＰＥＴ／ＣＴ装置は、両計測における被検者の姿勢変化及び呼吸の変動などの、その時間的なずれに基づいた影響を受け、減弱補正及び画像情報の位置合わせにおいてずれを生じる可能性がある。
【００３１】
呼吸動に加えて心拍動をも考慮し、心拍動及び呼吸動を共に補償するＰＥＴ検査を短時間で精度良く実施する方法は知られていない。心拍動を補償するためにはその動きの大きさゆえ、心拍動及び呼吸動の二つの体動に対して単純にゲート撮像を行った場合には、より長いＰＥＴ検査時間が必要になることは容易に想像できる。ゲート撮像に要する時間を短縮することが望まれる。
【００３２】
本発明の目的は、呼吸及び心拍の影響を受けて動く部位を対象としたより鮮明なエミッション画像情報を短時間に得ることができる陽電子放出断層撮影装置の断層画像情報作成方法及び陽電子放出断層撮影装置を提供することにある。
【００３３】
前述したように、肺野周辺のＰＥＴ検査では体動、特に呼吸動の影響を取り除くことが質の良いＥ画像情報を得るために不可欠である。このためには、上記した（１）〜（３）以外に、以下に示す課題も解決することが望ましい。
（４）被検体に無理な息止めを強いない。
（５）減弱補正に由来するアーチファクト，定量性悪化を起こさない。
（６）被検体の苦痛とならない程度に短時間で検査を行う。
【００３４】
ところで、非特許文献３に記述されているように、Ｅ画像情報をゲート撮像し、それぞれの体動位相区間の画像情報をある一つの体動位相区間の画像情報に非線形的に歪ませながら変形させて重ね合わせ、対応する画素の画素値を足し合わせることで、統計精度の高い、呼吸動を補償した画像情報が得られるであろうとの示唆がなされている。もし、これが実現できれば、上記した課題のうち（１）〜（４）及び（６）が解決できる。しかしながら、前述したように、形態情報の乏しいＥ画像情報を手掛かりに非線形の画像情報の重ね合わせを行うことは一般には不可能である。したがって、これを解決するために何らかの工夫が必要となる。また、好ましくは（５）の問題も解決する必要がある。
【００３５】
本発明の発明者らは、Ｅ画像情報の非線形の重ね合わせを行うことができる手法について検討を行った。この検討結果を以下に説明する。
【００３６】
被検体における周期的体動（呼吸動及び心臓の拍動）の体動位相区間ごとに統計精度の高い計測データを得るためには、長時間に亘るＰＥＴ検査が必要になる。このため、一般的な被検体が苦痛を生じることなく耐えられる計測時間内で、その計測データを得ることは困難である。そこで、本発明者らは、より短い時間のエミッション計測におけるゲート撮像（以下、Ｅゲート計測という）によって得られた各体動位相区間ごとのＥ画像情報をある一つの体動位相区間のその画像情報に重ね合わせ、それぞれの画素値を重畳することで統計精度が向上させられることに着目した。しかしながら、Ｅ画像情報はそもそも形態情報が乏しく、そして、短い時間でのゲート撮像で得られるデータに基づいて得ることができる、体動位相区間ごとのＥ画像情報は、統計精度が不足している。このため、体動位相区間ごとのＥ画像情報の間で直接的にＥ画像情報の非線形の重ね合わせを行うことは難しい。
【００３７】
トランスミッション計測におけるゲート撮像（以下、Ｔゲート計測という）を行うＰＥＴ検査で長時間を要する理由は、γ線源が被検体の周囲を旋回していることにある。アーチファクトがより少ないＥ画像情報を再構成するためには、あらゆる角度方向から略均一な時間で被検体にγ線を照射することが必要である。
【００３８】
図２は、γ線源の旋回及び体動周期を示し、（ａ）はγ線源の旋回状態を示す説明図、（ｂ）は体動周期を示す説明図である。あらゆる角度方向から略均一な時間で被検体にγ線を照射することが必要であるが、γ線源である放射線源２６が被検者２９の周囲をゲート撮像の対象である体動位相区間ａ，ｂとは無関係に旋回しているため、ある１つの体動位相区間に着目した場合、放射線源２６の周方向における位置は不連続に変化している。すなわち、同一の体動位相区間である図２（ｂ）に示す体動位相区間ａ，ｂにおける放射線源２６の位置６９ａ，６９ｂは、その連続性及び一定期間での撮像において全てのγ線源位置を取ることを保障されていない。すなわち、例えば外部線源回転周期と体動周期が同期してしまった場合、いくら時間をかけても、ある決まった外部線源位置からしか撮像ができないなど、全ての体動位相区間において様々な角度方向から略均一時間照射したデータが得られるまでには相当の長時間を要する。
【００３９】
種々検討を行った発明者らは、Ｅゲート計測と並行してＴゲート計測を行って各体動位相区間ごとのＴ画像情報を再構成すれば良いことに気が付いた。この結果、発明者らは、体動位相区間ごとのＴ画像情報同士を非線形に重ね合わせて得られたトランスミッション重ね合わせ画像情報（以下、Ｔ重ね合わせ画像情報という）を利用して、間接的に、それらの体動位相区間ごとのＥ画像情報同士を非線形に重ね合わせることにより、エミッション重ね合わせ画像情報（以下、Ｅ重ね合わせ画像情報という）を得るという新たな方法を見出したのである。この新たな方法によって、Ｅ画像情報の非線形の重ね合わせを行うことができることが分かった。
【００４０】
発明者らが見出した上記の新たな方法の基本概念を、図１の呼吸動補償方法の説明図を用いて以下に詳細に説明する。図１には、理解を得やすくするために、体動周期である呼吸周期を３つの体動位相区間に分けた場合を一例として示している。図１において、Ｂは背骨、Ｃは悪性腫瘍及びＬは肺を表す。
【００４１】
図１の上段のＴ1，Ｔ2及びＴ3は、それぞれ、体動位相区間１，２及び３に対応したＴ画像情報である。これらの画像情報は、Ｔゲート計測で得られた第２パケット情報を再構成することで得られる。ここで、Ｔゲート計測で得られた情報は、後述の時刻情報及び線源位置情報を含む第２検出情報と時刻情報が付与されている体動位相区間情報である。図１の下段のＥ1，Ｅ2及びＥ3は、それぞれ、体動位相区間１，２及び３に対応したＥ画像情報である。これらの画像情報は、Ｅゲート計測で得られた情報第１パケット情報を再構成することで得られる。ここで、Ｅゲート計測で得られた情報は、後述の時刻情報を含む第１検出情報と時刻情報が付与されている体動位相区間情報である。Ｔ画像情報Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3は形態画像情報であるので骨及び内臓等の輪郭が鮮明であるのに対し、Ｅ画像情報Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3は機能画像情報であるためその輪郭が不鮮明である。図１ではＴ画像情報の輪郭を実線で、Ｅ画像情報の輪郭を破線で示した。
【００４２】
γ線源として、陽電子消滅によって被検体の体内で発生するγ線のエネルギーと異なるエネルギーのγ線を放出する線源を使用し、半導体放射線検出器などのエネルギー分解能の良い放射線検出器を用いる。放射線検出器から出力される放射線検出信号をエネルギーに基づいて弁別するので、Ｅ計測とＴ計測を並行して行うことができる。これらの計測によって得られ弁別されたそれぞれのデータ（後述の第１パケット情報及び第２パケット情報）を、知られているゲート撮像と同様に取得した体動位相情報に基づいて体動位相区間ごとに区分けする。区分けされた各データを用いて、体動位相区間ごとのＥ画像情報及びＴ画像情報をそれぞれ再構成する。これによって、Ｔ画像情報Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3及びＥ画像情報Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3を得ることができる。
【００４３】
区分する体動位相区間の数にもよるが、Ｔゲート計測には一般に非常に長い時間が掛かってしまう。しかしながら、体動位相区間の周期とγ線源の回転周期との関係を意図的にずらすことによって、Ｔ計測においても短時間のゲート撮像が可能である。発明者らのシミュレーションにおいては、１つの呼吸周期あたりの体動位相区間の数を８としたとき、例えばγ線源の回転周期を被検体の呼吸周期の（整数±０.１）倍とすれば、ベッドをある一つの位置に位置決めした場合において、たかだか１０分程度で再構成条件を満足するＴ計測データが得られるという結果を得ている。
【００４４】
Ｅゲート計測、及び体動位相区間の周期とγ線源の回転周期との関係を意図的にずらしたＴゲート計測により体動位相区間ごとに得られたそれぞれのＥ画像情報及びＴ画像情報は、同じ被検体の同一部位（例えば体動により影響を受ける部位）に対してそれらの計測を並行して（同時に）行った場合に得られる画像情報である。並行して行われるＥ計測とＴ計測の間では、本質的に被検体の形態の差はない。すなわち、Ｅゲート計測での２つの体動位相区間で対応した２つのＥ画像情報の間の空間的な相対変位は、Ｔゲート計測でのそれらの体動位相空間で対応した２つのＴ画像情報の間のそれと同一になる。例えば、Ｅゲート計測における体動位相区間１（参照位相区間）のＥ画像情報Ｅ1と体動位相区間２のＥ画像情報Ｅ2の間での空間的相対変位Ｆ21は、参照位相区間のＴ画像情報Ｔ1と体動位相区間２のＴ画像情報Ｔ2の間でのその変位と同一である。このため、Ｔゲート計測での２つの体動位相区間の間でその相対変位の情報（例えば、Ｆ21またはＦ31）を求め、この相対変位の情報をその２つの体動位相空間における２つのＥ画像情報に適用することによって、一方の体動位相区間のＥ画像情報を、他方の体動位相区間（例えば、参照位相空間）のＥ画像情報に非線形に重ね合わせることができるのである。この結果、非線形に重ね合わせたエミッション重ね合わせ画像情報を得ることができる。
【００４５】
なお、Ｔ画像情報は体輪郭，肺野及び骨などの形態情報を取得できるので、例えば非特許文献８に記載されている非線形の重ね合わせ技術を用いることによって、それぞれの体動位相区間のＴ画像情報を非線形的に歪ませながら参照位相区間の画像に重ね合わせることができる。
【００４６】
図１はエミッション重ね合わせ画像情報を得るプロセスを示している。図１では被検体の息を吐いた状態に対応する呼吸位相区間を参照位相区間とし、その区間でのＴ画像情報を参照画像情報Ｔ1としている。この参照画像情報Ｔ1に他の呼吸位相区間（位相区間ｊとする）のＴ画像情報Ｔjを空間的に重ね合わせたとき、参照画像情報Ｔ1に重ね合わせられたＴ画像情報Ｔjは（１）式のような写像として表すことができる（説明のため区分する位相数は３としてある）。
【００４７】
【数１】
2009236793.tif 000003
【００４８】
ここで、Ｆj1は体動位相区間ｊに対する画像Ｔjから参照位相画像Ｔ1への相対変位を表す変換行列である。Ｔ重ね合わせ画像情報Ｔj1は体動位相区間ｊのＴ画素情報Ｔjを体動位相区間１のＴ画像情報Ｔ1の形態上にマッピングして得られたＴ画像情報である。これらのＴ画像情報はそれぞれベクトル表示になっている。形態の不明瞭なＥ画像情報の重ね合わせはＴ画像情報の重ね合わせから得られた変換行列Ｆj1を用いて行われる。この変換行列を用いて行われた参照画像情報Ｅ1への他の体動位相区間のＥ画像情報の重ね合わせは（２）式で表される。
【００４９】
【数２】
2009236793.tif 000004
【００５０】
ここで、Ｅ重ね合わせ画像情報Ｅj1は体動位相区間ｊのＥ画像情報Ｅjを体動位相区間１参照画像情報Ｅ1へ非線形に重ね合わせて得られたＥ画像情報である。このようにして得られたＥ重ね合わせ画像情報の対応する各画素値を（３）式のように足しこむことにより統計精度の高いＥ画像情報Ｅ1′が得られる。
【００５１】
【数３】
2009236793.tif 000005
【００５２】
Ｅ計測とＴ計測を並列に行っており、Ｔ計測のある体動位相区間、及びこの体動位相区間に対応するＥ計測における体動位相区間のそれぞれの時刻が略同時であるため、ＰＥＴ検査にて標準的に用いられる減弱補正においても、被検体の位置ずれがほとんどない精度の良い減弱補正を行うことができる。
【００５３】
以上の処理により、統計精度がより高いＰＥＴ画像情報を得ることができる。
【００５４】
以上に述べた、２つの体動位相区間での該当するＴ画像情報間の相対変位を基に、それらの体動位相区間での該当するＥ画像情報を非線形に重ね合わせることによって、上記した（５）以外の課題を改善することができる。課題（５）、すなわち減弱補正時の形態のずれに起因する問題は、各体動位相区間ごとにＥ画像情報と形態の一致したＴ画像情報が得られるので、これらＴ画像情報に基づいた投影計算、またはＴ画像情報を再構成する際に用いた計測データ（投影データ）を用いて減弱補正することで解決できる。
【００５５】
上述した呼吸動補償方法（体動補償方法）は、後述する図３のデータ処理装置３０により計算処理される。ある２つの体動位相区間でのＴ画像情報間の相対変位を基に、それらの体動位相区間に対応するＥ画像情報を重ね合わせた画像情報は、表示装置３３へ出力されるか、別の表示情報を更に重ねて表示する処理等のために記憶装置３５へ出力され、記録される。
【実施例２】
【００５６】
本発明の好適な一実施例である陽電子放出断層撮影装置１（ＰＥＴ装置）を、図３〜図１０を用いて説明する。図３は一実施例の陽電子放出断層撮影装置の概略構成図である。本実施例のＰＥＴ装置は、図３に示すように、撮像装置２，被検体である被検者２９を支持するベッド２７，データ処理装置３０及び表示装置３３を備えている。
【００５７】
撮像装置２は、計測空間Ｒを取り囲む筐体４５（図６参照），計測空間Ｒを取り囲むように配置された複数の検出器ユニット６（図４，図６参照）を有する。
【００５８】
図７は検出器ユニットを撮像装置に装着する状態の説明図である。検出器ユニット６は、計測空間Ｒを取り囲んで配置され筐体４５に設置されたユニット支持部材３によって保持される。これらの検出器ユニット６は、ユニット支持部材３に設けられ周方向に配置された複数の開口部４内に挿入されている。検出器ユニット６が開口部４内に装着された後、環状の前面エンドシールド５が検出器ユニット６の前面を覆って筐体４５に取り付けられる。
【００５９】
図８は検出器ユニット６の詳細構成を示す斜視図である。検出器ユニット６は、内部区空間が形成され直方体をした収納部材１９，収納部材１９内に配置された複数の半導体放射線検出器（以下、検出器９という），信号処理装置である複数のアナログＡＳＩＣ１０及びディジタルＡＳＩＣ１２、及び電圧調整装置２１を有する。ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）は特定用途向けのＩＣである。複数の検出器９，複数のアナログＡＳＩＣ１０，複数のディジタルＡＳＩＣ１２及びアナログ信号をディジタル信号へ変換するアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ１１）は基板部材８に取り付けられている。１枚のモジュール基板７は、複数の検出器９，複数のアナログＡＳＩＣ１０，ディジタルＡＳＩＣ１２及び基板部材８を有する。収納部材１９内の空間は、その内部に配置される仕切り部材２０によって、第１領域２２及び第２領域２３に分割されている。複数のモジュール基板７が、第１領域２２内に配置され、収納部材１９に着脱可能に取り付けられる。これらのモジュール基板７は、それぞれの基板面（検出器９，ディジタルＡＳＩＣ１２等が設置される）が収納部材１９の長手方向、すなわちベッド２７の長手方向（被検者の体軸方向）を向いて配置され、その長手方向において並列に配置されている。電圧調整装置２１が、第２領域２３内に配置され、収納部材１９に取り付けられる。
【００６０】
各検出器９は、エネルギー分解能に優れる半導体素子部にカドミウムテルル（ＣｄＴｅ）を用いている。半導体素子部には、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ），沃化鉛（ＰｂＩ２），臭化タリウム（ＴｌＢｒ），カドミウムテルル亜鉛（ＣＺＴ）などを用いることも可能である。半導体素子部は、前述した素材の組み合わせを用いてもよい。各検出器９は、ＰＥＴ薬剤に起因して被検者２９から放出される５１１ｋｅＶのγ線（第１γ線）及び後述の放射線源である放射線源２６（図４，図６参照）から放出されて被検者２９を透過したγ線（第２γ線）を検出する。これらの検出器９は、アナログＡＳＩＣ１０及びディジタルＡＳＩＣ１２よりも計測空間Ｒ側に位置している。蓋部材１９ａを含む収納部材１９はアルミニウム及びアルミニウム合金等の遮光性を有する材料によって構成されている。
【００６１】
収納部材１９の一部である蓋部材１９ａが収納部材１９の一端部に着脱自在に取り付けられる。ユニット統合ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array、以下、ＦＰＧＡ１７という）、コネクタ１８，２４，２５及びＣ２が、蓋部材１９ａに設けられる。複数のコネクタＣ２の信号配線（図示せず）はＦＰＧＡ１７に接続され、これらのコネクタＣ２の電源配線（図示せず）はコネクタ２５に接続される。コネクタ１８の信号配線（図示せず）はＦＰＧＡ１７に、コネクタ１８の電源配線（図示せず）はコネクタ２４に接続される。電圧調整装置２１はコネクタ２４及びコネクタ２５に接続されている。
【００６２】
図９はモジュール基盤の詳細構成を示す図である。検出器９，アナログＡＳＩＣ１０，アナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ１１），ディジタルＡＳＩＣ１２及びコネクタＣ１は、信号配線によりこの順に接続されている。
【００６３】
１個のアナログＡＳＩＣ１０は、複数のアナログ信号処理回路（アナログ信号処理装置）１０ａを備えている。ファースト系及びスロー系を有するアナログ信号処理回路１０ａが検出器９ごとに設けられる。ファースト系は、γ線の検出時刻を特定するためのタイミング信号を出力するタイミングピックオフ回路１０ｂを有する。スロー系は、検出したγ線の波高値を求めることを目的として、極性アンプ（線形増幅器）１０ｄ，バンドパスフィルタ（波形整形装置）１０ｅ，ピークホールド回路（波高値保持装置）１０ｆがこの順序に接続されて設けられている。アナログ信号処理回路１０ａはタイミングピックオフ回路１０ｂ及び極性アンプ１０ｄに接続されるチャージアンプ（前置増幅器）１０ｃを有する。チャージアンプ１０ｃは、１個の検出器９に接続される。
【００６４】
ディジタルＡＳＩＣ１２は、図９に示すように、複数の時刻決定回路（時刻情報生成装置）１４及び１個のパケットデータ生成器１５を含む複数のパケットデータ生成装置１３、及びデータ転送回路（データ送信装置）１６を有しており、これらをＬＳＩ化したものである。陽電子放出断層撮影装置１に設けられた全てのディジタルＡＳＩＣ１２は、５００ＭＨｚのクロック発生装置（図示せず）からのクロック信号を入力し、同期して動作している。ディジタルＡＳＩＣ１２に入力されたクロック信号は、パケットデータ生成装置１３内の各時刻決定回路１４に入力される。パケットデータ生成装置１３内の各時刻決定回路１４は、別々のアナログ信号処理回路１０ａ内のタイミングピックオフ回路１０ｂに接続される。
【００６５】
入射したγ線を検出した検出器９はγ線検出信号を出力する。検出器９は、そのγ線が第１γ線である場合には第１γ線検出信号を、そのγ線が第２γ線である場合には第２γ線検出信号を出力する。以降において、第１γ線及び第２γ線と区別しないで単にγ線と記載する場合には両方のγ線を意味し、第１γ線検出信号及び第２γ線検出信号と区別しないで単にγ線検出信号と記述する場合には両方のγ線検出信号を意味する。検出器９から出力されたγ線検出信号は、チャージアンプ１０ｃ，極性アンプ１０ｄで増幅される。増幅されたγ線検出信号はバンドパスフィルタ１０ｅを経てピークホールド回路１０ｆに入力される。ピークホールド回路１０ｆは、γ線検出信号の波高値を保持する。
【００６６】
ピークホールド回路１０ｆから出力された波高値信号は、ＡＤＣ１１でディジタル信号に変換されてパケットデータ生成器１５に入力される。タイミングピックオフ回路１０ｂは、チャージアンプ１０ｃで増幅されたγ線検出信号を入力し、γ線を検出したタイミングを示すタイミング信号を出力する。このタイミング信号は該当する時刻決定回路１４に入力される。時刻決定回路１４はタイミング信号を入力した時のクロック信号に基づいてγ線の検出時刻を決定し、検出時刻情報を出力する。
【００６７】
パケットデータ生成器１５は、検出時刻情報を入力したときこの検出時刻情報を出力した時刻決定回路１４に対応する検出器９の検出器ＩＤを特定する。パケットデータ生成器１５は、１個の検出器９に対応する検出時刻情報，検出器ＩＤ情報（検出器位置情報）及び波高値情報（γ線検出信号のエネルギー情報）を含むディジタル情報であるパケット情報を生成する。このパケット情報は、データ転送回路１６に入力される。データ転送回路１６に接続される信号配線（図示せず）は、コネクタＣ１を介してコネクタＣ２に接続された信号配線に接続される。なお、コネクタＣ２に接続された電源配線は、コネクタＣ１に接続された電源配線（図示せず）に接続される。後者の電源配線は、基板部材８内に配置され、検出器９及びタイミングピックオフ回路１０ｂ等のモジュール基板７に設けられた各エレメントに接続される。
【００６８】
１つの検出器ユニット６内に配置された各モジュール基板７のデータ転送回路１６は、それぞれ、パケット情報をその検出器ユニット６のＦＰＧＡ１７に出力する。撮像装置２に設けられた全検出器ユニット２の各ＦＰＧＡ１７から出力された各パケット情報は、各コネクタ１８に接続された情報伝送用配線（図示せず）を介してデータ処理装置３０の信号弁別装置３１に送信される。
【００６９】
図６は、図１に示す撮像装置２の縦断面図である。撮像装置２は、図６に示すように、さらに、γ線源装置（放射線源装置４８），線源旋回装置５４及び線源直進移動装置５３を備えている。環状の後面エンドシールド６０が後述の回転部材５６に取り付けられる。検出器ユニット６は、撮像装置２の軸方向において前面エンドシールド５と後面エンドシールド６０の間に配置される。前面エンドシールド５及び後面エンドシールド６０は放射線遮へい体である。
【００７０】
線源旋回装置５４は、回転駆動装置５５（例えば、モータ），回転部材５６，環状の歯車部材５７，軸支持部材５８及び転動部材５９を有する。回転部材５６は、筐体４５の後端部に配置される。回転部材５６の一部は、筐体４５と後面エンドシールド６０の間に配置され、筐体４５に取り付けられた転動部材５９（例えばスラスト軸受）に取り付けられる。転動部材５９は回転部材５６を支持している。回転駆動装置５５が筐体４５に取り付けられている。回転駆動装置５５の回転軸に設けられた歯車が、回転部材５６の外周部を取り囲んで回転部材５６に設けられた歯車部材５７と噛み合っている。後面エンドシールド６０は回転部材５６と共に回転する。回転駆動装置５５に取り付けられたエンコーダ６３は回転駆動装置５５の回転軸に連結される。
【００７１】
放射線源装置４８は、γ線源である放射線源２６，線源支持軸４９及び保持部材５０を有する。放射線源２６は線源支持軸４９の一端に取り付けられ、保持部材５０は線源支持軸４９の他端に取り付けられる。線源支持軸４９は撮像装置２の中心軸（計測空間Ｒの中心軸）Ｚと平行になるように配置される。放射線源２６は検出器ユニット６よりも中心軸Ｚ側、すなわち、検出器ユニット６とベッド２７の間に配置される。線源支持軸４９は回転部材５６に設置された軸支持部材５８を貫通している。軸支持部材５８は、放射線遮へい体であり、回転部材５６の内部に形成される線源収納室６１の一端部を封鎖している。線源収納室６１に収納される放射線源２６が通過するための切欠部６０ａが後面エンドシールド６０に設けられている。放射線遮へい体である線源シールド６４，６５が設けられる。線源シールド６４が切欠部６０ａに対向して、線源シールド６５が線源収納室６１の位置に対向してそれぞれ配置される。
【００７２】
放射線源２６は、第１γ線とはエネルギーの異なる第２γ線を放出する放射性同位元素を備えている。この放射性同位元素としては、６６２ｋｅＶのγ線を放出するセシウム１３７を用いる。セシウム１３７の替りに、コバルト５７（１２２ｋｅＶの第２γ線を放出），テクネチウム９９ｍ（１４０ｋｅＶの第２γ線を放出），テルル１２３ｍ（１５９ｋｅＶの第２γ線を放出）、セリウム１３９（１６６ｋｅＶの第２γ線を放出），ガドリニウム１５３（１５３ｋｅＶの第２γ線を放出）及びアメリシウム２４１（５７ｋｅＶの第２γ線を放出）などを用いてもよい。他の放射線源であるＸ線源などを用いても良い。
【００７３】
線源直進移動装置５３は、移動装置５１及びガイド部材５２を備える。ガイド部材５２は、撮像装置２の軸方向に伸びており、筐体４５の後端の側面に取り付けられる。移動装置５１は、ガイド部材５２に沿ってその軸方向に移動し、保持部材５０が挿入される溝６２を有する。放射線源２６が最も低い位置にある状態で、すなわち、保持部材５０が溝６２内に入っている状態で、移動装置５１はその軸方向に移動できる。移動装置５１の移動によって、放射線源２６が、撮像装置２の軸方向において前面エンドシールド５と軸支持部材５８との間で移動される。放射線源２６はＴ計測を行っていないときには線源収納室６１内に収納される。Ｔ計測を行うときには、回転駆動装置５５を駆動させて回転部材５７を回転させることによって、保持部材５０が溝６２から抜け出して放射線源２６がベッド２７に乗っている被検者２９の周囲を旋回する。
【００７４】
図４は、図３に示す陽電子放出断層撮影装置の詳細構成図である。データ処理装置３０は、図４に示すように、信号弁別装置３１，同時計数装置３２，第２放射線処理装置３４（トランスミッションデータ処理装置），記憶装置３５，第１断層画像情報作成装置３６（エミッション画像情報作成装置），第２断層画像情報作成装置３７（トランスミッション画像情報作成装置），体動補償装置３８，線源位置検出装置４１，体動位相情報取得装置４３，位相情報付加装置４４，線源回転制御装置４２を備えている。これらの装置はコンピュータ及び回路基板などによって構成されている。
【００７５】
図５は、図４に示す断層画像情報作成装置４６及び体動補償装置３８の詳細構成図である。図５に示すように、断層画像情報作成装置４６は、第１断層画像情報作成装置３６（エミッション画像情報作成装置）及び第２断層画像情報作成装置３７（トランスミッション画像情報作成装置）を含んでいる。体動補償装置３８も、図５に示すように、相対変位情報生成装置３９及び断層画像重畳装置４０を含んでいる。図５の断層画像情報作成装置４６と体動補償装置３８により図１の体動補償方法が実行される。第１断層画像情報作成装置３６が記憶装置３５のＥ計測の情報にもとづいて図１のエミッション画像Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3を作成する。第２断層画像情報作成装置３７が記憶装置３５のＴ計測の情報にもとづいて図１のトランスミッション画像Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3を作成する。相対変位情報生成装置３９が図１の相対変位情報であるＦ21，Ｆ31を生成する。断層画像重畳装置４０が図１の参照位相区間のＥ1へ、Ｆ21，Ｆ31を用いてＥ2，Ｅ3を重ね合わせる。
【００７６】
図４において、信号弁別装置３１は、各検出器ユニット６のそれぞれのコネクタ１８に接続され、さらに、同時計数装置３２及び第２放射線処理装置３４にそれぞれ接続される。線源位置検出装置４１は、エンコーダ６３，第２放射線処理装置３４及び線源回転制御装置４２にそれぞれ接続される。線源回転制御装置４２は回転駆動装置５５の駆動を制御する。演算装置（図示せず）は、線源回転制御装置４２，呼吸モニタ装置２８及び心拍計測装置６７にそれぞれ接続される。位相情報付加装置４４は、記憶装置３５に接続され、同時計数装置３２，第２放射線処理装置３４，体動位相情報取得装置４３からの情報を取得する。データ処理装置３０内の装置の相互の情報は、記憶装置３５を介さずに装置間で直接取得しても良い。体動位相情報取得装置４３は、呼吸モニタ装置２８及び心拍計測装置６７にそれぞれ接続される。記憶装置３５は、第１断層画像情報作成装置３６，第２断層画像情報作成装置３７，相対変位情報生成装置３９，断層画像重畳装置４０，位相情報付加装置４４及び情報出力装置６６にそれぞれ接続される。情報出力装置６６は、表示装置３３に接続される。相対変位情報生成装置３９は、第２断層画像情報作成装置３７及び断層画像重畳装置４０にそれぞれ接続される。断層画像重畳装置４０は第１断層画像情報作成装置３６に接続される。
【００７７】
呼吸モニタ装置２８は、被検者２９の息の温度をモニタリングする装置であり、被検者２９の顔に装着される。体動位相情報取得装置４３は、呼吸モニタ装置２８で計測した息の温度情報を入力し、呼気から吸気に変わるタイミングで息の温度がピークとなる時点の間隔を呼吸周期として求める。呼吸モニタ装置として、被検者２９の胸部表皮の変位を測定する赤外線カメラまたは光学的ステレオカメラを用いることができる。赤外線カメラまたは光学的ステレオカメラを用いる場合には、三脚等の支持部材に設置した該当するカメラを撮像装置２の近くで被検者２９を撮影できる位置に配置する。この場合には、体動位相情報取得装置４３は、赤外線カメラまたは光学的ステレオカメラから入力する映像情報に基づいて胸部表皮の変位波形を解析し、呼吸周期を求める。または、別途、呼吸モニタ可能な装置を用意し、この装置から出力された、位相情報解析の手掛かりとなる信号を体動位相情報取得装置４３に入力してもよい。
【００７８】
心拍計測装置６７は、被検者２９の腕に装着され、被検者２９の心拍を計測して体動位相情報取得装置４３に計測された心拍情報を出力する。
【００７９】
本実施例のＰＥＴ装置を用いたＰＥＴ検査及びこの検査によって得られた情報に基づいた画像情報の作成について、詳細に説明する。
【００８０】
オペレータ（医師または放射線技師）は、ＰＥＴ検査に必要な情報をオペレータコンソール（図示せず）に設けられた入力装置（図示せず）から入力する。この入力情報は、被検者２９及びＰＥＴ薬剤に関する情報，ＰＥＴ検査の時間情報（例えば、１２分）、さらには呼吸動補償のための情報及び心拍動駆動補償のための情報が含まれる。例えば、呼吸補償の情報には１つの呼吸周期当りの第１体動位相区間数（呼吸動位相区間数）である８を含んでおり、１つの心拍周期当りの第２体動位相区間数（心拍動位相区間数）である４を含んでいる。オペレータは、さらに、検査開始指令をその入力装置から入力する。この検査開始指令を入力したベッド駆動装置（図示せず）は、ＰＥＴ薬剤を投与された被検者２９が乗っているベッド２７をその長手方向に移動させ、被検者２９を計測空間Ｒ内に挿入する。被検者２９は、計測空間Ｒ内で軸方向の所定位置に位置決めされる。
【００８１】
上記の検査開始指令を入力した呼吸モニタ装置２８は被検者２９の呼吸のモニタリングを開始する。上記の検査開始指令を入力した心拍計測装置６７は被検者２９の心拍のモニタリングを開始する。呼吸モニタ装置２８の計測情報、すなわち、被検者２９の息の温度測定値及び心拍計測装置６７で計測された心拍情報は、データ処理装置３０の演算装置及び体動位相情報取得装置４３に入力される。演算装置は、息の温度測定値に基づいて呼吸周期を求め、心拍情報に基づいて心拍周期を求める。演算装置は、求めた各呼吸周期の呼吸波形情報及び求めた各心拍周期の心拍波形情報を記憶装置３５に記憶させる。演算装置は、短時間で心拍及び呼吸の位相カバー率、すなわち計測された体動位相区間数÷全体動位相区間数が最大になるγ線源である放射線源２６の回転周期を求める。例えば、呼吸周期を心拍周期で割った値が自然数でなければ、放射線源２６の回転周期を呼吸周期の整数倍から少しずらすなどの演算を行ってその回転周期が求められる。演算装置は、求めた放射線源２６の回転周期を回転周期設定値として線源回転制御装置４２に出力する。演算装置は、算出された回転周期設定値に基づいて、被検者２９の呼吸周期を微調整する必要が生じた場合には、音声によるガイド情報を呼吸ガイド装置６８に出力する。このガイド情報は、呼吸ガイド装置６８から音声で出力され、被検者２９に伝えられる。
【００８２】
情報出力装置６６は記憶装置３５から読み出した被検者２９の呼吸周期ごとの呼吸波形情報及び心拍周期ごとの心拍波形情報を表示装置３３に出力する。情報出力装置６６による関係情報の表示装置３３への出力は、上記の入力装置から入力されたオペレータからの要求指令によって行われる。表示装置３３に表示された被検者２９の呼吸波形情報及び心拍情報が安定したとき、オペレータが、Ｔ計測を開始するために、入力装置にＴ計測開始指令を入力する。呼吸波形情報及び心拍情報は数分間で安定する。Ｔ計測は、Ｅ計測が行われている期間内で、Ｅ計測と並行に行われる。
【００８３】
Ｔ計測開始指令は、入力装置から、体動位相情報取得装置４３，線源直進移動制御装置（図示せず）及び線源回転制御装置４２にそれぞれ入力される。
【００８４】
Ｔ計測開始指令を入力した体動位相情報取得装置４３は、入力した温度測定値に基づいて呼吸周期を求め、求められた各呼吸周期の呼吸波形情報を入力装置から入力された第１体動位相区間数に基づいて時間軸で区分する。第１体動位相区間数（例えば５）に基づいて時間軸で区分された第１体動位相区間（呼吸位相区間）ごとに第１時間情報を付与する。また、体動位相情報取得装置４３は、入力した心拍情報に基づいて心拍周期を求め、求められた各心拍周期の心拍波形情報を入力装置から入力された第２体動位相区間数（例えば４）に基づいて時間軸で区分する。第２体動位相区間数に基づいて時間軸で区分された第２体動位相区間（心拍位相区間）ごとに第２時間情報を付与する。例えば、求められた呼吸周期が３秒である場合、入力された第１体動位相区関数が５であるので、１つの第１体動位相区間の時間幅が０.６秒となる。０.６秒ごとに分割された５つの第１体動位相区間ごとに第１時刻情報が付与される。この処理が呼吸周期ごとに繰り返される。呼吸周期ごとに第１時刻情報が付与された各第１体動位相区間の情報が位相情報付加装置４４に入力される。例えば、求められた心拍周期が０.８秒である場合、入力された第２体動位相区関数が４であるので、１つの第２体動位相区間の時間幅が０.２秒となる。０.２秒ごとに分割された４つの第２体動位相区間ごとに第２時刻情報が付与される。この処理が心拍周期ごとに繰り返される。心拍周期ごとに第２時刻情報が付与された各第２体動位相区間の情報が位相情報付加装置４４に入力される。
【００８５】
Ｔ計測開始指令を入力した線源直進移動装置５３を制御する制御装置は、駆動指令を移動装置５１に出力する。駆動制御指令を入力した移動装置５１は、ガイド部材５２に沿って筐体４５に向かって移動する。移動装置５１と噛み合っている線源支持軸４９が前面エンドシールド５に向かって移動する。これにより、放射線源２６が、線源収納室６１から外部に移動し、前面エンドシールド５と後面エンドシールド６０の間の所定位置に設定される。
【００８６】
Ｔ計測開始指令を入力した線源回転制御装置４２は、放射線源２６が上記の所定位置に設定された後、放射線源２６の回転周期が演算装置から入力した回転周期設定値になるように、回転駆動装置５５の回転を制御する。回転駆動装置５５の回転力は、歯車部材５７を介して回転部材５６に伝えられ、回転部材５６を回転させる。放射線源２６は、回転部材５６と共に回転し、回転周期設定値になるように、被検者２９の周囲を旋回する。放射線源２６から放出される６６２ｋｅＶの第２γ線は、放射線源２６の旋回に伴って周囲からベッド２７上の被検者２９に照射される。Ｔ計測は放射線源２６を旋回させながら実行される。
【００８７】
例えば、放射線源２６の旋回が開始されたとき、オペレータは、上記した入力装置にデータ収集開始指令を入力する。このデータ開始指令が信号弁別装置３１に入力されたとき、信号弁別装置３１は各検出器ユニット６から出力された各パケット情報の入力を開始する。
【００８８】
信号弁別装置３１に入力される、Ｅ計測及びＴ計測におけるそれぞれのパケット情報の生成について説明する。
【００８９】
被検者２９が計測空間Ｒ内に挿入されているとき、全検出器９が被検者２９の周囲を取り囲んでいる。この状態で、Ｅ計測が実施される。悪性腫瘍の患部に集積したＰＥＴ薬剤に起因して発生した陽電子の消滅時に発生する対γ線（一対の第１γ線）が、撮像装置２の約１８０°反対方向に位置する一対の検出器９に入射され、これらの検出器９で検出される。第１γ線を検出した検出器９は、第１γ線検出信号を出力する。この第１γ線信号を入力するアナログ信号処理回路１０ａのタイミングピックオフ回路１０ｂがタイミング信号を、ピークホールド回路１０ｆが波高値信号を出力する。このタイミング信号を入力する時刻決定回路１４は、前述したように、そのタイミング信号に基づいて決定した、第１γ線の検出時刻情報を生成する。ＡＤＣ１１でディジタル信号に変換された波高値情報、及び検出時刻情報を入力したパケットデータ生成器１５は、検出された第１γ線に対するパケット情報（以下、第１パケット情報という）を生成する。この第１パケット情報は、第１γ線に対する検出時刻情報，検出器ＩＤ情報及び波高値情報を含んでいる。Ｅ計測で得られた第１パケット情報は信号弁別装置３１に入力される。
【００９０】
Ｔ計測において、放射線源２６から放出されて被検者２９を透過した第２γ線は、検出器９で検出される。第２γ線を検出した検出器９から出力された第２γ線検出信号は、第１γ線検出信号と同様に、アナログ信号処理回路１０ａ及びパケットデータ生成装置１３で処理される。パケットデータ生成器１５は、検出された第２γ線に対するパケット情報（以下、第２パケット情報という）を生成する。この第２パケット情報は、第２γ線に対する検出時刻情報，検出器ＩＤ情報及び波高値情報を含んでいる。Ｔ計測で得られた第２パケット情報も信号弁別装置３１に入力される。
【００９１】
Ｔ計測を終了するときには、オペレータが、上記した入力装置からＴ計測終了指令を入力する。Ｔ計測終了指令を入力した線源回転制御装置４２は、回転駆動装置５５に停止制御指令を出力し、γ線源である放射線源２６が最も下方の位置に到達したときに回転駆動装置５５を停止させる。この状態で、保持部材５０が移動装置５１の溝６２内に位置している。Ｔ計測終了指令を入力した線源直進移動制御装置は、移動装置５１を、筐体４５から遠ざかるように移動させるように制御する。移動装置５１が筐体４５から遠ざかるように移動するので、放射線源２６が線源収納室６１内に収納され、第２γ線の被検者２９への照射が停止される。
【００９２】
データ開始指令を入力した後、信号弁別装置３１は、Ｅ計測及びＴ計測が並行して実行されているので、各検出器ユニット６から出力された第１パケット情報及び第２パケット情報の両方を入力し、検出したγ線のエネルギー、すなわち、波高値情報に基づいてそれらのパケット情報を弁別する。信号弁別装置３１は、第１γ線のエネルギーに相当する波高値情報、すなわち、例えば４５０〜５５０ｋｅＶのエネルギーに相当する範囲の波高値情報を含む第１パケット情報を同時計数装置３２に出力する。第２γ線のエネルギーに相当する波高値情報、すなわち、例えば５７０〜６５０ｋｅＶのエネルギーに相当する範囲の波高値情報を含む第２パケット情報は、第２放射線処理装置３４に出力される。これらのパケット情報の出力先の切替えは、信号弁別装置３１内に設けられた切替スイッチ（図示せず）の切替えによって行われる。Ｅ計測及びＴ計測が並行して実行される場合の時間情報の付与に際しては、呼吸周期の開始時刻と、時刻決定回路１４で決定されるγ線の検出時刻は、同期をとらないとずれてしまい、第１断層画像情報作成装置３６，第２断層画像情報作成装置３７での体動位相区間毎のＥ画像情報及びＴ画像情報の作成に支障が出る。Ｅゲート計測とＴゲート計測の同期の仕方を説明する。検出器ユニット６からデータ処理装置３０に時刻情報を含むパケットが送られる。体動位相情報取得装置４３は記憶装置３５を介してリアルタイムに時刻情報を含むパケットを取得する。位相情報付加装置４４は体動位相情報取得装置４３から時刻情報を得る。
【００９３】
同時計数装置３２は、第１γ線検出信号に基づいて得られた検出時刻情報及び検出器ＩＤを用いて同時計数を行い、一個の陽電子の消滅によって発生した一対の第１γ線を検出した一対の検出器９を特定する。同時計数装置３２は、特定された一対の検出器９の、第１パケット情報に含まれる各検出器ＩＤ情報及び検出時刻情報を位相情報付加装置４４に出力する。同時計数によって得られた各検出器ＩＤ情報及び検出時刻情報を第１検出情報という。
【００９４】
線源位置検出装置４１は、エンコーダ６３の出力信号（回転駆動装置５５の回転角度情報）を入力し、この出力信号に基づいて旋回している放射線源２６の位置情報（以下、線源位置情報という）を求める。線源位置情報は第２放射線処理装置３４及びフィードバック情報として線源回転制御装置４２に入力される。線源回転制御装置４２は、回転周期設定値及びフィードバックされた線源位置情報に基づいて回転駆動装置５５を制御する。
【００９５】
第２放射線処理装置３４は、第２パケット情報に含まれる第２γ線を検出した検出器９の検出器ＩＤ情報及び検出時刻情報、及び付加された線源位置情報を位相情報付加装置４４に出力する。第２放射線処理装置３４から出力される検出器ＩＤ情報，検出時刻情報及び線源位置情報を第２検出情報という。
【００９６】
位相情報付加装置４４は、第１体動位相区間情報に付与された第１時間情報及び第２体動位相区間情報に付与された第２時間情報を用いて、同時計数装置３２から入力した第１検出情報に、該当する第１体動位相区間情報を付与し、記憶装置３５に記憶させる。すなわち、位相情報付加装置４４は、第１検出情報に含まれている検出時刻情報とマッチングする第１時間情報の第１体動位相区間情報及び第２時間情報の第２体動位相区間情報を、第１検出情報に付与する。尚、この位相情報付加処理は、位相情報付加装置４４内の一時記憶領域、または記憶装置３５に一旦、第１検出情報と第１体動位相区間情報，第２体動位相区間情報を記憶してから改めて行っても良い。前述の第１検出情報は、記憶装置３５内の二次元テーブル（図１０参照）７１に記憶される。
【００９７】
図１０は、図４に示す記憶装置３５内の二次元テーブルを示す説明図である。図１０の横軸は第１体動位相区間（呼吸位相区間）を表し、縦軸は第２体動位相区間（心拍位相区間）を表している。第１検出情報は、第１及び第２体動位相区間情報に基づいて、該当する第１体動位相区画と該当する第２体動位相区間の交点の体動位相区間（以下、区間領域７２という）に記憶される。このようにして、同時計数装置３２から出力される各第１検出情報は二次元テーブル７１内の該当する区間領域７２に、順次、記憶される。
【００９８】
位相情報付加装置４４は、第１体動位相区間情報に付与された第１時間情報及び第２体動位相区間情報に付与された第２時間情報を用いて、第２放射線処理装置３４から入力した第２検出情報に、該当する第１体動位相区間情報を付与し、記憶装置３５に記憶させる。すなわち、位相情報付加装置４４は、第２検出情報に含まれている検出時刻情報とマッチングする第１時間情報の第１体動位相区間情報及び第２時間情報の第２体動位相区間情報を、第２検出情報に付与する。尚、この位相情報付加処理は、位相情報付加装置４４内の一時記憶領域、または記憶装置３５に一旦、第２検出情報と第１体動位相区間情報，第２体動位相区間情報を記憶してから改めて行っても良い。前述の第１検出情報は、記憶装置３５内の二次元テーブル７１に記憶される。第１検出情報は、第１及び第２体動位相区間情報、及び第２検出情報に含まれた線源位置情報に基づいて、該当する区間領域７２に記憶される。このようにして、第２放射線処理装置３４から出力される各第２検出情報は二次元テーブル７１内の該当する区間領域７２に、順次、記憶される。
【００９９】
二次元テーブル７１の各区間領域７２は、被検者２９の呼吸周期を時間的に区分して得られる複数の第１体動位相区間のそれぞれと心拍周期を時間的に区分して得られる複数の第２体動位相区間のそれぞれが個々に組み合わさって定まる時間区間に該当する。
【０１００】
区間領域７２の二次元テーブル７１内での位置は、（ｍ，ｎ）で表す。ここで、ｍは第２体動位相区間の数、ｎは第１体動位相区間の数を表している。例えば、二次元テーブル７１において、区間領域（３，２）は、「３」の第１体動位相空間と「２」の第２体動位相空間の交点の体動位相空間である区間領域７２を意味している。
【０１０１】
第２断層画像作成装置３６ｂは、二次元テーブル７１の区間領域７２ごとに、それぞれの区間領域７２に記憶された第２検出情報に含まれた検出器ＩＤ情報及び線源位置情報を用いてそれぞれのＴ画像情報を再構成する。二次元テーブル７１を例にとって説明すると、区間領域（１，１），…，区間領域（２，１），…，区間領域（４，１），…，区間領域（４，５）のそれぞれにおけるＴ画像情報Ｔ(1,1)，…，Ｔ画像情報Ｔ(2,1)，…，Ｔ画像情報Ｔ(4,1)，…，Ｔ画像情報Ｔ(4,5)がそれぞれ作成される。これらのＴ画像情報は、図１に示すＴ画像情報Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，…に相当する。第２断層画像作成装置３６ｂは、作成した各第２領域のＴ画像情報を該当する二次元テーブル７１内の区間領域（ｍ，ｎ）にそれぞれ記憶させる。
【０１０２】
第１断層画像情報作成装置３６ａは、二次元テーブル７１の区間領域７２ごとに、それぞれの区間領域７２に記憶された第１検出情報に含まれた、同時計数によって得られた各検出器ＩＤ情報を用いてそれぞれのＥ画像情報を再構成する。二次元テーブル７１を例にとって説明すると、区間領域（１，１），…，区間領域（２，１），…，区間領域（４，１），…，区間領域（４，５）のそれぞれにおけるＥ画像情報Ｅ(1,1)，…，Ｅ画像情報Ｅ(2,1)，…，Ｅ画像情報Ｅ(4,1)，…，Ｅ画像情報Ｅ(4,5)がそれぞれ作成される。これらのＥ画像情報は、図１に示すＥ画像情報Ｅ1，Ｅ2，Ｅ3，…に相当する。第１断層画像情報作成装置３６は、作成した各区間領域のＥ画像情報を該当する二次元テーブル７１内の区間領域（ｍ，ｎ）にそれぞれ記憶させる。
【０１０３】
ある区間領域（ｍ，ｎ）（例えば、区間領域（２，３））におけるＥ画像情報を再構成する際には、その区間領域（ｍ，ｎ）（例えば、第２領域（２，３））において再構成された第２γ線の透過率に関するＴ画像情報Ｔ(m,n)を基に、第１検出情報に対する減弱補正を行い、Ｅ画像情報Ｅ(m,n)を再構成する。
【０１０４】
第１断層画像情報作成装置３６及び第２断層画像情報作成装置３７は、例えばフィルタード・バック・プロジェクション法などの断層画像再構成アルゴリズムを用いて二次元テーブル７１の第１領域ごとのＥ画像情報及びＴ画像情報並びに二次元テーブル７３の第２領域ごとのＥ画像情報及びＴ画像情報をそれぞれ作成する。Ｅ画像情報及びＴ画像情報は、それぞれ断層画像情報である。本実施例は、Ｅ計測及びＴ計測の並列計測（実質的に同時計測）によって、被検者２９の形態の同一性が保証されている。このため、本実施例は、減弱補正におけるＥゲート計測とＴゲート計測での位置ずれに伴うアーチファクト及び定量性の悪化が、従来のＥゲート計測に比較して格段に少なくなっている。
【０１０５】
３次元撮像を行った場合は、上記したＴ画像情報及びＥ画像情報は、例えば非特許文献７に説明されているフーリエリビニング法または３次元逐次近似再構成法などを用いて再構成される。
【０１０６】
図１を用いて述べた体動位相区間ごとのＴ画像情報同士及びＥ画像情報同士をそれぞれ非線形に重ね合わせる、本実施例での具体的な処理を説明する。これらの処理は、体動補償装置３８で行われる。相対変位情報生成装置３９は、記憶装置３５の二次元テーブル７１に記憶されている各区間領域のＴ画像情報（例えば、Ｔ画像情報Ｔ(1,1)，…，Ｔ画像情報Ｔ(4,5)）、及び各区間領域の情報（例えば、区間領域（１，１），…，区間領域（４，５））を入力する。相対変位情報生成装置３９は、ある１つの呼吸周期及びある１つの心拍周期の１つのセットを対象に、区間領域（１，２），…，区間領域（２，１），…，区間領域（４，１），…，区間領域（４，５）のそれぞれにおけるＴ画像情報Ｔ(1,2)，…，Ｔ画像情報Ｔ(2,1)，…，Ｔ画像情報Ｔ(4,1)，…，Ｔ画像情報Ｔ(4,5)を、区間領域（１，１）（参照区間領域）のＴ画像情報Ｔ(1,1)に重ね合わせ、１つの呼吸周期及び１つの心拍周期に対するＴ重ね合わせ画像情報を作成する。この画像情報の非線形な重ね合わせ処理は、非特許文献８に記載されているNon-rigid Image Registration法と呼ばれるアルゴリズムを用いて行われる。それらのＴ画像情報の重ね合わせによって、参照区間領域のＴ画像情報（例えばＴ画像情報Ｔ(1,1)）と他の各区間領域のそれぞれのＴ画像情報（例えばＴ画像情報Ｔ(1,2)，…，Ｔ画像情報Ｔ(4,1)，…，Ｔ画像情報Ｔ(4,5)）の間のそれぞれの相対変位情報、すなわち、変換行列情報（図１に示す変換行列情報Ｆj1に相当）を得ることができる。これらの相対変位情報は、記憶装置３５に記憶される。この参照区間領域のＴ画像情報Ｔ(1,1)への重ね合わせ処理において、１つの呼吸周期及び１つの心拍周期の１つのセットにおける他の各区間領域の各Ｔ画像情報を用い、それらのＴ画像情報の、空間的に同じ位置にある各画素の画素値を足し合わせる。この処理は、Ｔ重ね合わせ画像情報の全ての画素に対して行われる。このような画素値の情報を有するＴ重ね合わせ画像情報は記憶装置３５に記憶される。以上に述べたＴ重ね合わせ画像情報の作成処理は、呼吸周期及び心拍周期のセットごとに行われる。相対変位情報生成装置３９は、ＰＥＴ検査の期間内の呼吸周期及び心拍周期のセットごとに、参照位相空間（参照区間領域）でのそれぞれのＴ重ね合わせ画像情報及び各変換行列情報を作成する。
【０１０７】
さらに、相対変位情報生成装置３９は、呼吸周期及び心拍周期のセットごとに作成された参照区間領域に対する各Ｔ重ね合わせ画像情報を用い、これらの画像情報の、空間的に同じ位置にある各画素の画素値を足し合わせる処理を、ある１つのＴ重ね合わせ画像情報の全ての画素に対して実行する。このような画素値の足し合わせによって得られた最終Ｔ重ね合わせ画像情報は、統計精度が高く、より鮮明な画像情報となる。最終Ｔ重ね合わせ画像情報は、記憶装置３５に記憶される。断層画像重畳装置４０は、記憶装置３５の二次元テーブル７１に記憶されている各区間領域のＥ画像情報（例えば、Ｅ画像情報Ｅ(1,1)，……，Ｅ画像情報Ｅ(4,5)）、及び各区間領域の情報（例えば、区間領域（１，１），……，区間領域（４，５））を入力する。断層画像重畳装置３７ｂは、ある１つの呼吸周期及びある１つの心拍周期の上記セットにおいて、上記した区間領域（１，２），…，区間領域（２，１），…，区間領域（４，１），…，区間領域（４，５）のそれぞれにおけるＥ画像情報Ｅ(1,2)，…，Ｅ画像情報Ｅ(2,1)，…，Ｅ画像情報Ｅ(4,1)，…，Ｅ画像情報Ｅ(4,5)を、相対変位情報生成装置３９によって求められたそれぞれの変換行列情報（図１に示す変換行列情報Ｆj1に相当）を用いて、図１に示す処理概念と同様に、区間領域（１，１）（参照区間領域）のＥ画像情報Ｅ(1,1)に非線形に重ね合わせ、１つの呼吸周期及び１つの心拍周期のセットに対する重ね合わせＥ画像情報を作成する。この画像情報の非線形な重ね合わせ処理は、上記したNon-rigid Image Registration法と呼ばれるアルゴリズムを用いて行われる。断層画像重畳装置４０は、各区間領域の各Ｅ画像情報を用いて、これらのＥ画像情報の、空間的に同じ位置にある各画素の画素値を足し合わせる処理を、参照区間領域のＥ画像情報の全ての画素に対して実行する。得られた重ね合わせＥ画像情報は記憶装置３５に記憶される。以上に述べた重ね合わせＥ画像情報の作成処理は、ＰＥＴ検査の期間内における呼吸周期及び心拍周期のセットごとに行われる。
【０１０８】
断層画像重畳装置４０は、さらに、呼吸周期及び心拍周期のセットごとに作成された参照区間領域に対する各Ｅ重ね合わせ画像情報を用いて、これらの重ね合わせＥ画像情報の、空間的に同じ位置にある各画素の画素値を足し合わせる処理を、ある１つの重ね合わせＥ画像情報の全ての画素に対して実行する。このような画素値の足し合わせによって得られた最終の重ね合わせＥ画像情報は、統計精度が高く、より鮮明な画像情報となる。最終の重ね合わせＥ画像情報は、記憶装置３５に記憶される。
【０１０９】
情報出力装置６６は、各区間領域の各Ｅ画像情報及び各Ｔ画像情報，呼吸周期及び心拍周期のセットごとの各重ね合わせＥ画像情報及び各重ね合わせＴ画像情報、及び最終重ね合わせＥ画像情報及び最終重ね合わせＴ画像情報を、それぞれの画像情報を単独で、または複数種類の画像情報を一緒に、記憶装置３５から読み出して表示装置３３に出力する。表示装置３３は、入力した画像情報を表示する。表示装置３３に表示する画像情報は、オペレータがオペレータコンソールの入力装置から入力する画像情報表示指令に基づいて情報出力装置６６が記憶装置３５から読み出される。
【０１１０】
本実施例は、ある１つの第１体動位相区間及びある１つの第２体動位相区間によって特定される１つの体動位相区間領域（例えば参照区間領域）のＴ画像情報への他の体動位相区間領域（他の区間領域）のＴ画像情報の重ね合わせによって得られる相対変位情報、すなわち、変換行列情報を用いて、その１つの体動位相区間領域（参照区間領域）のＥ画像情報に上記の他の体動位相区間領域（他の区間領域）のＥ画像情報を重ね合わせるので、１つの呼吸周期及び１つの心拍周期のセットにおける各体動位相区間領域のＥ画像情報を全て重ね合わせることができる。このため、呼吸動及び心拍動の影響を受ける部位においてもより鮮明なＥ画像情報（最終Ｅ重ね合わせ画像情報）をより短時間に得ることができる。本実施例によって得られるより鮮明なＥ画像情報（最終Ｅ重ね合わせ画像情報）によれば、呼吸及び心拍の影響を受けて動く部位に存在する悪性腫瘍の診断を精度良く行うことができる。本実施例におけるこのＥ画像情報に期待される統計精度は１２分のＥ計測に対応する。通常、１２分のＥ計測を行えば、統計精度は十分に満足できる。また、この最終Ｅ重ね合わせ画像情報は、本実施例において、各体動位相区間領域における各Ｔ画像情報により呼吸動及び心拍動が補償されているため、ボケの少ない、定量性の高い鮮明な画像情報となっている。また、本実施例は、減弱補正時のＴ計測とＥ計測において被験者２９の位置ずれが発生しないので、その位置ずれに伴うアーチファクトも発生しない。被検者２９は、本実施例でのＰＥＴ検査の期間において、安静な呼吸を続けることができ、息を止める必要がない。
【０１１１】
上記のように体動位相区間領域の各Ｔ画像情報に基づいて得られた相対変位情報を異なる体動位相区間領域のＥ画像情報の重ね合わせに利用することができるのは、Ｅ計測とＴ計測を並列して行うからであり、１つの検出器９で第１γ線及び第２γ線を検出することに起因する。１つの検出器９は、時間的にずれて第１γ線検出信号及び第２γ線検出信号を出力するケースが多い。これらのγ線検出信号を基に作成された第１パケット情報と第２パケット情報は、信号弁別装置３１によってγ線検出信号のエネルギーに基づいて容易に弁別することができる。すなわち、信号弁別装置３１が、ピークホールド回路（波高値生成装置）１０ｆで得られた、γ線検出信号のエネルギーに相当する波高値を入力しているので、求めるピークホールド回路（波高値生成装置）１０ｆで得られる、第１パケット情報と第２パケット情報を容易に仕分けすることができる。
【０１１２】
必要ならば、他の体動位相区間領域のＥ画像情報の画素値を参照位相区間領域（参照区間領域）のＥ画像情報の画素値に足し合わせる際に、非線形的にゆがめられるＥ画像情報の伸縮度合いを考慮して画素値を調整して足し合わせる処理を行うと、ＰＥＴ薬剤の集積度の定量性をさらに向上させることができる。
【０１１３】
オペレータコンソールに設けられた１つまたは複数の表示装置３３に、同じ体動位相区間領域のＥ画像情報及びＴ画像情報または参照位相区間領域の重ね合わせＴ画像情報及び重ね合わせＴ画像情報を、最終重ね合わせＥ画像情報と共に表示することができる。このような表示により最終Ｅ重ね合わせ画像情報を評価することができる。
【０１１４】
尚、核医学診断装置においては、被験者からのガンマ線がある放射線検出器内で散乱され、別の放射線検出器にて吸収されることによって、複数の放射線検出器にエネルギーを附与する場合がある。このような場合に対し、二つ、あるいはそれ以上の放射線検出器での放射線検出情報を元に、散乱される前のガンマ線が被検体Ｐに投与した放射性薬剤からのガンマ線かどうかを判定し、そうであった場合は有効な信号として処理することが考えられる。以下、このような手法を散乱線処理と呼ぶ。核医学診断装置は、放射線検出器から出力された出力信号に基づいて、放射線検出器で散乱した放射線による複数の放射線信号を一つの放射線信号として特定する散乱線処理手段を有する。ここで散乱線処理手段は、パケットデータ生成器１５，ＦＰＧＡ１７のいずれでも良い。また、散乱線処理手段をデータ処理装置３０の信号弁別装置３１よりデータ処理の上流側に設置しても良い。散乱線処理により有効な信号が増えるため、精度の良い診断画像が期待できる。
【０１１５】
尚、上述した実施例では、陽電子放出断層撮影装置の例を示したが、ＳＰＥＣＴ装置でもよく、生体の機能画像を撮像できれば良い。また、２次元の断層像だけではなく、３次元の生体の機能画像と構造画像の関係にも同様に適用できる。上述した画像情報作成方法は、体動の影響で医療画像に影響が出るコンピュータ撮影画像に適用できる。つまり、体動の影響を受ける部位を対象としたより鮮明な生体の機能画像情報を短時間に得る為に、ある周期を時間的に区間して得られる複数の第１位相区間と前記ある周期とは他の周期を時間的に区間して得られる複数の第２位相区間が個々に組み合わさって定まる複数の時間区間で第１断層画像情報を作成し、前記複数の時間区間で生体の構造を画像化した第２画像情報を作成し、前記複数の時間区間のうちある１つの前記時間区間の前記第２画像情報に他の前記時間区間の前記第２画像情報を重ね合わせてそれらの第２画像情報間の相対変位情報を求め、前記ある１つの時間区間の前記第１画像情報に前記他の時間区間の前記第１画像情報を、前記相対変位情報を用いて重ね合わせることによって、重ね合わせ第１画像情報を作成する画像処理装置の画像情報作成方法を行う。
【０１１６】
尚、上述した実施例では、Ｅ画像情報とＴ画像情報についての呼吸周期の分割数を３分割や８分割とし、心拍周期の分割数を４分割としたが、指定した任意の分割数とすることができる。また、呼吸周期の時間の分割は等分割の例を示したが、等分割でなくとも良く、ある分割区間の時間を他の分割区間の時間より短く、又は長くしても良い。例えば、体動の影響が大きい区間は時間を短くして、体動の影響が小さい区間は時間を長くすることにより、体動の影響が少ない区間と体動の影響が大きい区間を区別して、画像処理をすることができ、より鮮明な画像を得ることができる。心拍周期の分割も同様である。ある分割区間の時間を他の分割区間の時間より短く、又は長くした場合、式（３）の右辺にてｎで割っている点について、ｎで割らずに、足された分の撮像時間で割ることで重ねあわせた画像を得ることができる。また、ある分割区間の時間を他の分割区間の時間より短く、又は長くした場合、図１０の２次元テーブルの各升目の長さを時間単位で表示させると、各升目が正方形ではなく長方形の表となり、異なる体動の関係を把握しやすくることができる。
【０１１７】
呼吸位相区間及び心拍位相区間のセットで定まる区間領域について、全ての区間領域を重ね合わせに使う必要はなく、一部の区間領域を指定して重ね合わせに使っても良い。例えば、全ての区間領域の内、体動の影響が小さい区間領域である空気を吐き終わった時点を含む区間領域と空気を吸いきった時点を含む区間領域を指定して重ね合わせることにより、体動の影響の少ない画像で、かつ、早い計測が可能である。また、呼吸位相区間については指定せず、特定の心拍位相区間を指定することで心拍の動きのボケ防止を重視した画像を得ることができる。同様に、特定の呼吸位相区間について指定し、心拍位相区間については指定しなければ呼吸の動きのボケ防止を重視した画像を得ることができる。また、特定の呼吸位相区間と、特定の心拍位相区間を指定することで両方の体動によるボケ防止を重視した画像をえることができる。また、体動の影響が大きく、ボケの程度を表す指標が所定値を超えた画像区間について排除することで、早い計測を重要視しながら、画像の精度を向上させることができる。
【０１１８】
尚、上述した実施例では、生体の機能画像であるＥ画像情報と、生体の構造画像であるＴ画像情報を１台の撮像装置で撮影することにより体動の周期の同期を取る例を示したが、ある撮像装置で撮影した生体の機能画像と、別の撮像装置で撮影した生体の構造画像の体動の周期の同期を取ることもできる。例えば、機能画像の周期を特定し、構造画像の周期を特定し、それぞれの周期の開始点と周期の長さを揃える様に分割する区間を割り当てることにより機能画像と構造画像の同期を取ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】呼吸動補償方法の説明図である。
【図２】γ線源の旋回及び体動周期を示し、（ａ）はγ線源の旋回状態を示す説明図、（ｂ）は体動周期を示す説明図である。
【図３】一実施例の陽電子放出断層撮影装置の概略構成図である。
【図４】図３に示す陽電子放出断層撮影装置の詳細構成図である。
【図５】図４に示す断層画像情報作成装置及び体動補償装置の詳細構成図である。
【図６】図３に示す撮像装置の縦断面図である。
【図７】検出器ユニットを撮像装置に装着する状態の説明図である。
【図８】図４に示す検出器ユニットの詳細構成を示す斜視図である。
【図９】図８に示すモジュール基盤の詳細構成を示す図である。
【図１０】図４に示す記憶装置内の二次元テーブルを示す説明図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１  陽電子放出断層撮影装置
２  撮像装置
３  ユニット支持部材
４  開口部
５  前面エンドシールド
６  検出器ユニット
７  モジュール基板
８  基板部材
９  検出器
１０  アナログＡＳＩＣ
１０ａ  アナログ信号処理回路
１０ｂ  タイミングピックオフ回路
１０ｃ  チャージアンプ
１０ｄ  極性アンプ
１０ｅ  バンドパスフィルタ
１０ｆ  ピークホールド回路
１１  ＡＤＣ
１２  ディジタルＡＳＩＣ
１３  パケットデータ生成装置
１４  時刻決定回路
１５  パケットデータ生成器
１６  データ転送回路
１７  ＦＰＧＡ
１８，２４，２５，Ｃ２  コネクタ
１９  収納部材
１９ａ  蓋部材
２０  仕切り部材
２１  電圧調整装置
２２  第１領域
２３  第２領域
２６  放射線源
２７  ベッド
２８  呼吸モニタ装置
２９  被検者
３０  データ処理装置
３１  信号弁別装置
３２  同時計数装置
３４  第２放射線処理装置
３５  記憶装置
３６  第１断層画像情報作成装置
３７  第２断層画像情報作成装置
３８  体動補償装置
３９  相対変位情報生成装置
４０  断層画像重畳装置
４１  線源位置検出装置
４２  線源回転制御装置
４３  体動位相情報取得装置
４４  位相情報付加装置
４５  筐体
４６  断層画像情報作成装置
４８  放射線源装置
４９  線源支持軸
５１  移動装置
５３  線源直進移動装置
５４  線源旋回装置
５５  回転駆動装置
５６  回転部材
６０  後面エンドシールド
６７  心拍計測装置
７１  二次元テーブル
７２  区間領域
【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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