特許 5944644 陽電子放射断層撮影装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5944644

(24)【登録日】2016年6月3日

(45)【発行日】2016年7月5日

(54)【発明の名称】陽電子放射断層撮影装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/161 20060101AFI20160621BHJP

   G01T 1/172 20060101ALI20160621BHJP

【ＦＩ】

   G01T1/161 A

   G01T1/172

【請求項の数】6

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2011-224294(P2011-224294)

(22)【出願日】2011年10月11日

(65)【公開番号】特開2013-83580(P2013-83580A)

(43)【公開日】2013年5月9日

【審査請求日】2014年9月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】594164542

【氏名又は名称】東芝メディカルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】梅原 隆哉

【審査官】 伊藤 昭治

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−０６４４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Krzysztof Kacperski，Three-Gamma Annihilations as a New Modality in PET，Nuclear Science Symposium Conference Record，２００４年，Vol. 6，Pages 3752 - 3756

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ １／１６１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガンマ線に由来する光を計数する複数の検出器モジュールを有する検出器の計数情報として、ガンマ線の検出位置とエネルギーと検出時間とを出力する計数情報出力部と、
対消滅現象により放出された３つ以上の所定数のガンマ線を略同時に計数した前記所定数の計数情報を、エネルギーの値の総和が対消滅現象によって発生するエネルギーの総和と略等しくなることを条件に探索し、探索した前記所定数の計数情報の組み合わせを第１同時計数情報として生成し、更に、対消滅現象により放出された２つのガンマ線を略同時に計数した２つの計数情報を探索し、探索した２つの計数情報の組み合わせを第２同時計数情報として生成する同時計数情報生成部と、
前記第１同時計数情報を構成する各計数情報の検出位置から特定される対消滅現象の発生箇所に基づいて、第１画像を生成し、更に、前記第２同時計数情報を再構成処理することで第２画像を生成する画像生成部と、
前記第１画像と前記第２画像とを表示部に並列表示させる、又は、前記第１画像と前記第２画像とを互いの色調を変化させたうえで重畳した重畳画像を前記表示部に表示させる制御部と
を備えたことを特徴とする陽電子放射断層撮影装置。

【請求項2】

前記所定数が３であることを特徴とする請求項１に記載の陽電子放射断層撮影装置。

【請求項3】

ガンマ線に由来する光を計数する複数の検出器モジュールを有する検出器の計数情報として、ガンマ線の検出位置とエネルギーと検出時間とを出力する計数情報出力部と、
対消滅現象により放出された３つ以上の所定数のガンマ線を略同時に計数した前記所定数の計数情報を、エネルギーの値の総和が対消滅現象によって発生するエネルギーの総和と略等しくなることを条件に探索し、探索した前記所定数の計数情報の組み合わせを第１同時計数情報として生成し、更に、対消滅現象により放出された２つのガンマ線を略同時に計数した２つの計数情報を探索し、探索した２つの計数情報の組み合わせを第２同時計数情報として生成する同時計数情報生成部と、
前記第１同時計数情報を構成する各計数情報の検出位置から特定される対消滅現象の発生箇所に基づいて、第１画像を生成し、更に、前記第２同時計数情報を再構成処理することで第２画像を生成する画像生成部と、
前記第１画像の情報に基づいて、前記第２画像を修正した修正画像を生成し、生成した修正画像を表示部に表示させる制御部と
を備えたことを特徴とする陽電子放射断層撮影装置。

【請求項4】

ガンマ線に由来する光を計数する複数の検出器モジュールを有する検出器の計数情報として、ガンマ線の検出位置とエネルギーと検出時間とを出力する計数情報出力部と、
対消滅現象により放出された３つ以上の所定数のガンマ線を略同時に計数した前記所定数の計数情報を、エネルギーの値の総和が対消滅現象によって発生するエネルギーの総和と略等しくなることを条件に探索し、探索した前記所定数の計数情報の組み合わせを第１同時計数情報として生成し、更に、対消滅現象により放出された２つのガンマ線を略同時に計数した２つの計数情報を探索し、探索した２つの計数情報の組み合わせを第２同時計数情報として生成する同時計数情報生成部と、
前記第１同時計数情報を構成する各計数情報の検出位置から特定される対消滅現象の発生箇所に基づいて、第１画像を生成し、更に、前記第１同時計数情報に基づく情報を再構成処理に反映させて前記第２同時計数情報を再構成処理することで第２画像を生成する画像生成部と、
を備えたことを特徴とする陽電子放射断層撮影装置。

【請求項5】

前記第１画像と前記第２画像とを表示部に並列表示させる、又は、前記第１画像と前記第２画像とを互いの色調を変化させたうえで重畳した重畳画像を前記表示部に表示させる制御部を更に備えることを特徴とする請求項４に記載の陽電子放射断層撮影装置。

【請求項6】

ガンマ線に由来する光を計数する複数の検出器モジュールを有する検出器の計数情報として、ガンマ線の検出位置とエネルギーと検出時間とを出力する計数情報出力ステップと、
対消滅現象により放出された３つ以上の所定数のガンマ線を略同時に計数した前記所定数の計数情報を、エネルギーの値の総和が対消滅現象によって発生するエネルギーの総和と略等しくなることを条件に探索し、探索した前記所定数の計数情報の組み合わせを第１同時計数情報として生成し、更に、対消滅現象により放出された２つのガンマ線を略同時に計数した２つの計数情報を探索し、探索した２つの計数情報の組み合わせを第２同時計数情報として生成する同時計数情報生成ステップと、
前記第１同時計数情報を構成する各計数情報の検出位置から特定される対消滅現象の発生箇所に基づいて、第１画像を生成し、更に、前記第２同時計数情報を再構成処理することで第２画像を生成する画像生成ステップと、
前記第１画像と前記第２画像とを表示部に並列表示させる、又は、前記第１画像と前記第２画像とを互いの色調を変化させたうえで重畳した重畳画像を前記表示部に表示させる制御ステップと
を含んだことを特徴する陽電子放射断層撮影方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、陽電子放射断層撮影装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

被検体の生体組織における機能診断を行なうことができる医用画像診断装置として、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ：Positron Emission computed Tomography）装置が知られている。ＰＥＴ検査では、陽電子放出核種で標識された薬剤が被検体に投与される。従来、ＰＥＴ装置は、薬剤から放出された陽電子が電子と結合して対消滅する際に、２つの光子（２つのガンマ線）が略反対方向に放出されることを利用して、薬剤を取り込んだ被検体の組織分布を示すＰＥＴ画像を再構成している。

【0003】

具体的には、ＰＥＴ装置は、略反対方向に放出された２光子を略同時に検出した２つの検出位置を結ぶ線上に対消滅が生じた箇所が存在すると仮定して、ＰＥＴ画像を再構成している。なお、２つの検出位置を結ぶ線は、ＬＯＲ（Line Of Response）と呼ばれる。従来では、対消滅が生じた箇所をＬＯＲ上で一意的に決定できないことが、ＰＥＴ画像の分解能劣化の要因となっていた。

【0004】

このため、ＰＥＴ画像の分解能を向上させるための技術の開発が進められている。例えば、近年、対消滅により放出された２つのガンマ線の検出時間の差を利用して、ＬＯＲ上で対消滅が生じた可能性の高い箇所を特定するＴＯＦ（Time Of Flight）−ＰＥＴ装置の開発が進められている。しかし、ＴＯＦ−ＰＥＴを行なうためには、検出時間を、例えば、ピコ秒（picosecond）オーダの精度で計測することが求められる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９−４２０２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、画像分解能を向上させることができる陽電子放射断層撮影装置及び方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態の陽電子放射断層撮影装置は、計数情報出力部と、同時計数情報生成部と、画像生成部と、制御部とを備える。計数情報出力部は、ガンマ線に由来する光を計数する複数の検出器モジュールを有する検出器の計数情報として、ガンマ線の検出位置とエネルギーと検出時間とを出力する。同時計数情報生成部は、対消滅現象により放出された３つ以上の所定数のガンマ線を略同時に計数した前記所定数の計数情報を、エネルギーの値の総和が対消滅現象によって発生するエネルギーの総和と略等しくなることを条件に探索し、探索した前記所定数の計数情報の組み合わせを第１同時計数情報として生成し、更に、対消滅現象により放出された２つのガンマ線を略同時に計数した２つの計数情報を探索し、探索した２つの計数情報の組み合わせを第２同時計数情報として生成する。画像生成部は、前記第１同時計数情報を構成する各計数情報の検出位置から特定される対消滅現象の発生箇所に基づいて、第１画像を生成し、更に、前記第２同時計数情報を再構成処理することで第２画像を生成する。制御部は、前記第１画像と前記第２画像とを表示部に並列表示させる、又は、前記第１画像と前記第２画像とを互いの色調を変化させたうえで重畳した重畳画像を前記表示部に表示させる。また、別の実施形態に係る陽電子放射断層撮影装置は、計数情報出力部と、同時計数情報生成部と、画像生成部と、制御部とを備える。計数情報出力部は、ガンマ線に由来する光を計数する複数の検出器モジュールを有する検出器の計数情報として、ガンマ線の検出位置とエネルギーと検出時間とを出力する。同時計数情報生成部は、対消滅現象により放出された３つ以上の所定数のガンマ線を略同時に計数した前記所定数の計数情報を、エネルギーの値の総和が対消滅現象によって発生するエネルギーの総和と略等しくなることを条件に探索し、探索した前記所定数の計数情報の組み合わせを第１同時計数情報として生成し、更に、対消滅現象により放出された２つのガンマ線を略同時に計数した２つの計数情報を探索し、探索した２つの計数情報の組み合わせを第２同時計数情報として生成する。画像生成部は、前記第１同時計数情報を構成する各計数情報の検出位置から特定される対消滅現象の発生箇所に基づいて、第１画像を生成し、更に、前記第２同時計数情報を再構成処理することで第２画像を生成する。制御部は、前記第１画像の情報に基づいて、前記第２画像を修正した修正画像を生成し、生成した修正画像を表示部に表示させる。また、別の実施形態に係る陽電子放射断層装置は、計数情報出力部と、同時計数情報生成部と、画像生成部とを備える。計数情報出力部は、ガンマ線に由来する光を計数する複数の検出器モジュールを有する検出器の計数情報として、ガンマ線の検出位置とエネルギーと検出時間とを出力する。同時計数情報生成部は、対消滅現象により放出された３つ以上の所定数のガンマ線を略同時に計数した前記所定数の計数情報を、エネルギーの値の総和が対消滅現象によって発生するエネルギーの総和と略等しくなることを条件に探索し、探索した前記所定数の計数情報の組み合わせを第１同時計数情報として生成し、更に、対消滅現象により放出された２つのガンマ線を略同時に計数した２つの計数情報を探索し、探索した２つの計数情報の組み合わせを第２同時計数情報として生成する。画像生成部は、前記第１同時計数情報を構成する各計数情報の検出位置から特定される対消滅現象の発生箇所に基づいて、第１画像を生成し、更に、前記第１同時計数情報に基づく情報を再構成処理に反映させて前記第２同時計数情報を再構成処理することで第２画像を生成する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本実施形態に係るＰＥＴ装置の構成例を説明するための図である。

【図2】図２は、本実施形態に係る検出器モジュールの構成例を説明するための図である。

【図3】図３は、本実施形態に係るＦＥ回路の処理例を説明するための図（１）である。

【図4】図４は、本実施形態に係るＦＥ回路の処理例を説明するための図（２）である。

【図5】図５は、本実施形態に係るＦＥ回路の処理例を説明するための図（３）である。

【図6】図６は、本実施形態に係る計数情報収集記憶部の一例を説明するための図である。

【図7】図７は、２光子同時計数情報を説明するための図である。

【図8】図８は、３光子同時計数情報を説明するための図である。

【図9】図９は、本実施形態に係る画像生成部が行なう対消滅現象発生箇所の特定処理を説明するための図である。

【図10】図１０は、本実施形態に係る制御部の表示制御の具体例を説明するための図である。

【図11】図１１は、本実施形態に係るＰＥＴ装置の処理を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ：Positron Emission computed Tomography）装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下では、陽電子放射断層撮影装置を、ＰＥＴ装置と省略して記載する。

【0010】

（実施形態）
図１は、本実施形態に係るＰＥＴ装置の構成例を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態に係るＰＥＴ装置は、架台装置１０及びコンソール装置２０を有する。

【0011】

架台装置１０は、被検体Ｐに投与され、被検体Ｐの生体組織に選択的に取り込まれた陽電子放出核種により放出されるガンマ線を所定のモニタリング期間において計数する装置である。図１に示すように、架台装置１０は、天板１１と、寝台１２と、寝台駆動部１３と、検出器モジュール１４と、ＦＥ（Front End）回路１５と、計数情報収集部１６とを有する。なお、架台装置１０は、図１に示すように、撮影口となる空洞を有する。

【0012】

天板１１は、被検体Ｐが横臥するベッドであり、寝台１２の上に配置される。寝台駆動部１３は、後述する寝台制御部２３の制御のもと、寝台１２を移動させることにより、被検体Ｐを架台装置１０の撮影口内に移動させる。

【0013】

検出器モジュール１４は、被検体Ｐから放出されるガンマ線を検出するフォトンカウンティング（Photon Counting）方式の検出器である。例えば、本実施形態に係る架台装置１０は、図１に示すように、被検体Ｐの周囲をリング状に取り囲むように配置された複数の検出器モジュール１４を有する検出器を備える。図２は、本実施形態に係る検出器モジュールの構成例を説明するための図である。

【0014】

例えば、検出器モジュール１４は、図２に示すように、シンチレータ１４１と、光電子増倍管（ＰＭＴ：Photomultiplier Tube）１４２と、ライトガイド１４３とを有するアンガー型の検出器モジュールである。

【0015】

シンチレータ１４１は、被検体Ｐから放出されて入射したガンマ線を可視光に変換するＮａＩやＬＹＳＯ、ＢＧＯ等の結晶である。検出器モジュール１４では、図２に示すように、複数のシンチレータ１４１が、２次元に配列されている。また、光電子増倍管１４２は、シンチレータ１４１から出力された可視光を増倍して電気信号に変換する装置であり、図２に示すように、ライトガイド１４３を介して稠密に複数個配置されている。ライトガイド１４３は、シンチレータ１４１から出力された可視光を光電子増倍管１４２に伝達するために用いられ、例えば、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）のように光透過性に優れたプラスチック素材等からなる。

【0016】

なお、光電子増倍管１４２は、シンチレーション光を受光し光電子を発生させる光電陰極、発生した光電子を加速する電場を与える多段のダイノード、および電子の流れ出し口である陽極から成っている。光電効果により光電陰極から放出された電子は、ダイノードに向って加速されてダイノードの表面に衝突し、複数の電子を叩き出す。この現象が多段のダイノードに渡って繰り返されることにより、なだれ的に電子数が増倍され、陽極での電子数は、約１００万にまで達する。かかる例では、光電子増倍管１４２の利得率は、１００万倍となる。また、なだれ現象を利用した増幅のためにダイノードと陽極との間には、通常６００ボルト以上の電圧が印加される。

【0017】

このように、検出器モジュール１４は、ガンマ線をシンチレータ１４１により可視光に変換し、変換した可視光を光電子増倍管１４２により電気信号に変換することで、被検体Ｐから放出されたガンマ線を計数する。

【0018】

図１に示すＦＥ回路１５は、ガンマ線に由来する光を計数する複数の検出器モジュール１４それぞれが有する複数の光電子増倍管１４２それぞれの後段に接続され、計数情報収集部１６の前段（Front End）に接続される。ＦＥ回路１５は、複数の検出器モジュール１４を有する検出器の計数情報として、ガンマ線の検出位置とエネルギーと検出時間とを出力する。すなわち、ＦＥ回路１５は、計数情報出力部として機能する。例えば、ＦＥ回路１５は、各光電子増倍管１４２が出力した電気信号から、以下の計測処理を行なってガンマ線の検出位置とエネルギーと検出時間との計測データを生成し、かかる計測データを計数情報として計数情報収集部１６に出力する。図３〜図５は、本実施形態に係るＦＥ回路の処理例を説明するための図である。

【0019】

ＦＥ回路１５は、各光電子増倍管１４２が出力した電気信号のアナログ波形データに対して波形整形処理を行なうことで、検出（計数）されたガンマ線のエネルギーを計測する。例えば、ＦＥ回路１５は、図３に示すように、各光電子増倍管１４２が出力した電気信号のアナログ波形に対して演算処理（積分処理および微分処理）を行なうことで、波高がエネルギーとなるデータを生成する。かかるデータを用いて、ＦＥ回路１５は、可視光に変換されたガンマ線のエネルギー（Ｅ）を計測する。

【0020】

また、ＦＥ回路１５は、各光電子増倍管１４２が出力した電気信号のアナログ波形データから、ガンマ線が検出された時間（検出時間）を計測する。例えば、ＦＥ回路１５は、図４に示すように、アナログ波形データにおいて、予め設定された電圧値の閾値（ＴＨ）となった時点をガンマ線の検出時間（Ｔ）として計測する。例えば、ＦＥ回路１５は、検出時間（Ｔ）を１０^−１２秒（ｐｓｅｃ）単位の精度にて計測する。ここで、検出時間（Ｔ）は、絶対時間（時刻）である場合であってもよいし、ＰＥＴ画像の撮影開始時点からの相対時間であっても良い。

【0021】

また、ＦＥ回路１５は、例えば、アンガー型位置計算処理により、ガンマ線の入射位置を弁別する。具体的には、ＦＥ回路１５は、シンチレータ１４１から出力された複数の可視光を略同じタイミングで電気信号に変換出力した光電子増倍管１４２の位置と、これら各電気信号の強度に対応するガンマ線のエネルギーとから重心の位置を演算する。そして、ＦＥ回路１５は、演算結果として得られた重心の位置からガンマ線が入射したシンチレータの位置を示すシンチレータ番号（Ｐ）を決定する。なお、光電子増倍管１４２が位置検出型光電子増倍管である場合、検出位置の計測データは、光電子増倍管１４２から出力される。

【0022】

そして、ＦＥ回路１５は、上記した計測処理により生成した計測データを検出器の計数情報として、計数情報収集部１６に出力する。例えば、ＦＥ回路１５は、図５に示すように、検出器モジュール１４を一意に特定するための「モジュールＩＤ」に対応付けた『「Ｐ：シンチレータ番号」、「Ｅ：エネルギー」および「Ｔ：検出時間」』を計数情報として、計数情報収集部１６に出力する。

【0023】

図１に示す計数情報収集部１６は、ＦＥ回路１５が出力した計測情報を収集し、収集した計数情報を、コンソール装置２０に送信する。

【0024】

図１に示すコンソール装置２０は、操作者によるＰＥＴ装置の操作を受け付けるとともに、架台装置１０によって収集された計数情報からＰＥＴ画像を生成する装置である。

【0025】

コンソール装置２０は、図１に示すように、入力部２１と、表示部２２と、寝台制御部２３と、計数情報記憶部２４と、同時計数情報生成部２５と、画像生成部２６と、データ記憶部２７と、制御部２８とを有し、コンソール装置２０が有する各部は、内部バスを介して接続される。

【0026】

入力部２１は、ＰＥＴ装置の操作者が各種指示や各種設定の入力に用いるマウスやキーボードなどを有し、操作者から受け付けた指示や設定の情報を、制御部２８に転送する。例えば、入力部２１は、操作者からＰＥＴ画像を生成する際の条件等を受け付ける。

【0027】

表示部２２は、操作者によって参照されるモニタであり、制御部２８による制御のもと、ＰＥＴ画像を表示したり、入力部２１を介して操作者から各種指示や各種設定などを受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示したりする。

【0028】

寝台制御部２３は、寝台駆動部１３を制御することで、被検体Ｐを架台装置１０の撮影口内に移動させる。

【0029】

計数情報記憶部２４は、計数情報収集部１６が収集した計数情報を記憶する。図６は、本実施形態に係る計数情報記憶部の一例を説明するための図である。

【0030】

例えば、計数情報記憶部２４は、図６に示すように、「モジュールＩＤ：Ｄ１」の検出器モジュール１４による計数結果から収集された計数情報として、「Ｐ：Ｐ１１、Ｅ：Ｅ１１、Ｔ：Ｔ１１」や「Ｐ：Ｐ１２、Ｅ：Ｅ１２、Ｔ：Ｔ１２」等を記憶する。なお、図中の「Ｐ」、「Ｅ」及び「Ｔ」は、それぞれ「シンチレータ番号」、「エネルギー」および「検出時間」を示す。

【0031】

また、計数情報記憶部２４は、図６に示すように、「モジュールＩＤ：Ｄ２」や「モジュールＩＤ：Ｄ３」の検出器モジュール１４による計数結果から収集された計数情報についても同様に記憶する。

【0032】

図１に示す同時計数情報生成部２５は、計数情報記憶部２４が記憶する計数情報から、対消滅現象により放出された複数のガンマ線を略同時に計数した複数の計数情報を探索する。そして、同時計数情報生成部２５は、探索した複数の計数情報の組み合わせを同時計数情報として生成する。

【0033】

ここで、改めて、ＰＥＴ装置を用いたＰＥＴ検査について説明する。ＰＥＴ検査では、陽電子放出核種で標識された薬剤が被検体Ｐに投与される。例えば、癌検診用のＰＥＴ検査では、陽電子放出核種である「１８Ｆ（フッ素）」で標識された１８Ｆ標識デオキシグルコースが被検体Ｐに投与される。かかる薬剤は、被検体Ｐの腫瘍部位等、特定の部位に集積し、陽電子を放出する。陽電子は、周囲の電子と結合して対消滅し、対消滅により、多光子（複数のガンマ線）が放出される。対消滅により発生するエネルギーの総和が「１０２２ｋｅＶ」であることから、対消滅により放出される多光子のエネルギーの総和は「１０２２ｋｅＶ」となる。また、運動量保存の法則から、多光子それぞれの運動ベクトルの和は、ゼロベクトルとなる。

【0034】

従来では、対消滅現象により、５１１ｋｅＶのエネルギーを有する２光子（２つのガンマ線）が略反対方向に放出されることを利用して、薬剤を取り込んだ被検体の組織分布を示すＰＥＴ画像を再構成している。２光子放出では、個々の光子（ガンマ線）のエネルギーの値は、それぞれ「５１１ｋｅＶ」であり、運動量保存の法則から、２つの光子の運動ベクトル間の角度は、１８０度となる。図７は、２光子同時計数情報を説明するための図である。従来では、図７の（Ａ）に示すように、２光子を略同時に検出した２つの検出位置（シンチレータ番号）を結ぶ線上に対消滅が生じた箇所が存在すると仮定して、ＰＥＴ画像を再構成していた。なお、２つの検出位置を結ぶ線は、ＬＯＲ（Line Of Response）と呼ばれる。

【0035】

例えば、２光子の同時計数情報を生成する場合、同時計数情報生成部２５は、操作者により設定された、又は、初期設定された条件（２光子同時計数情報生成条件）により、２光子を略同時に計数した２つの計数情報を探索する。そして、同時計数情報生成部２５は、探索した２つの計数情報の組み合わせを２光子の同時計数情報として生成する。一例を挙げれば、２光子同時計数情報生成条件として、時間ウィンドウ幅「ｔ」が設定される。また、２光子同時計数情報生成条件として、更に、エネルギーウィンドウ幅「（５１１−ｅ１）≦Ｅ≦（５１１＋ｅ２）」が設定される場合もある。なお、「ｔ」、「ｅ１」及び「ｅ２」は、例えば、ＦＥ回路１５の時間計測及びエネルギー計測にかかる計測精度に応じて設定される。

【0036】

例えば、同時計数情報生成部２５は、図７の（Ｂ）に示すように、『「｜Ｔｎ１−Ｔｍ２｜≦ｔ」、「（５１１−ｅ１）≦Ｅｎ１≦（５１１＋ｅ２）」、「（５１１−ｅ１）≦Ｅｍ２≦（５１１＋ｅ２）」』となる２つの計数情報を探索する。これにより、同時計数情報生成部２５は、図７の（Ｂ）に示すように、「モジュールＩＤ：ｎ」の検出器モジュール１４由来の計数情報「Ｐ：Ｐｎ１、Ｅ：Ｅｎ１、Ｔ：Ｔｎ１」と、「モジュールＩＤ：ｍ」の検出器モジュール１４由来の計数情報「Ｐ：Ｐｍ２、Ｅ：Ｅｍ２、Ｔ：Ｔｍ２」との組み合わせを、２光子を略同時に検出した２光子同時計数情報として生成する。

【0037】

２光子同時計数情報を生成することで、対消滅が生じた箇所は、例えば、「Ｐｎ１」と「Ｐｍ２」とを結ぶＬＯＲ上に存在すると特定される。しかし、従来では、対消滅が生じた箇所をＬＯＲ上で一意的に決定できないことが、ＰＥＴ画像の分解能劣化の要因となっていた。

【0038】

ここで、対消滅現象により放出されるガンマ線の数は、２つだけでなく、３つ以上の場合もあることが知られている。例えば、２光子（２つのガンマ線）が放出される確率の約「１／３７０」の確率で、対消滅現象により３光子（３つのガンマ線）放出が発生することが知られている。

【0039】

そこで、本実施形態に係る同時計数情報生成部２５は、対消滅現象により放出された３つ以上の所定数のガンマ線を略同時に計数した所定数の計数情報を、エネルギーの値の総和が対消滅現象によって発生するエネルギーの総和と略等しくなることを条件に探索する。そして、本実施形態に係る同時計数情報生成部２５は、探索した所定数の計数情報の組み合わせを第１同時計数情報として生成する。具体的には、本実施形態に係る同時計数情報生成部２５は、所定数を「３」とし、３光子同時計数情報を第１同時計数情報として生成する。図８は、３光子同時計数情報を説明するための図である。

【0040】

上述したように、対消滅により放出される多光子のエネルギーの総和は「１０２２ｋｅＶ」となる。すなわち、図８に示すように、対消滅現象により同時に放出された３光子を略同時に検出した３つの計数情報のエネルギーの値の総和は、「１０２２ｋｅＶ」に略等しくなる。

【0041】

３光子同時計数情報を生成する場合、同時計数情報生成部２５は、操作者により、又は、初期設定された３光子同時計数情報生成条件により、３光子を略同時に計数した３つの計数情報を探索する。そして、同時計数情報生成部２５は、探索した３つの計数情報の組み合わせを３光子同時計数情報として生成する。

【0042】

一例を挙げれば、３光子同時計数情報生成条件は、２光子同時計数情報生成条件と同様に、時間ウィンドウ幅「ｔ」が設定され、更に、エネルギーウィンドウ幅として「３つのエネルギーの値の総和が、（１０２２−ｅ３）以上、かつ、（１０２２＋ｅ４）以下」が設定される。

【0043】

なお、「ｔ」、「ｅ３」及び「ｅ４」は、例えば、ＦＥ回路１５の時間計測及びエネルギー計測にかかる計測精度に応じて設定される。更に、「ｅ３」及び「ｅ４」は、同時に放出された２光子のうちの一方の計数情報を、同時に放出された３光子の３つの計数情報の１つとして、３光子同時計数情報に組み込まないように、設定される値である。

【0044】

例えば、同時計数情報生成部２５は、図８の（Ｂ）に示すように、『「｜Ｔｋ３−Ｔｊ４｜≦ｔ」、「｜Ｔｋ３−Ｔｗ４｜≦ｔ」、「｜Ｔｊ４−Ｔｗ４｜≦ｔ」』、かつ、「（１０２２−ｅ３）≦（Ｅｋ３＋Ｅｊ４＋Ｅｗ４）≦（１０２２＋ｅ４）」となる３つの計数情報を探索する。これにより、同時計数情報生成部２５は、図８の（Ｂ）に示すように、「モジュールＩＤ：ｋ」の検出器モジュール１４由来の計数情報「Ｐ：Ｐｋ３、Ｅ：Ｅｋ３、Ｔ：Ｔｋ３」と、「モジュールＩＤ：ｊ」の検出器モジュール１４由来の計数情報「Ｐ：Ｐｊ４、Ｅ：Ｅｊ４、Ｔ：Ｔｊ４」と、「モジュールＩＤ：ｗ」の検出器モジュール１４由来の計数情報「Ｐ：Ｐｗ４、Ｅ：Ｅｗ４、Ｔ：Ｔｗ４」とを３光子を同時に検出した３光子同時計数情報として生成する。

【0045】

本実施形態に係る同時計数情報生成部２５は、図８の（Ｂ）で一例として説明した３光子同時計数情報生成条件を用いた探索処理により、計数情報記憶部２４が記憶する計数情報から、第１同時計数情報として３つの計数情報を組み合わせた３光子同時計数情報を生成する。

【0046】

更に、本実施形態に係る同時計数情報生成部２５は、図７の（Ｂ）で一例として説明した２光子同時計数情報生成条件を用いた探索処理により、計数情報記憶部２４が記憶する計数情報から、第２同時計数情報として、従来と同様、２光子同時計数情報を生成する。

【0047】

そして、同時計数情報生成部２５は、第１同時計数情報及び第２同時計数情報を、図１に示すデータ記憶部２７の同時計数情報データ２７ａに格納する。例えば、同時計数情報生成部２５は、第１同時計数情報に３光子同時計数情報であることを示す付帯情報を付与し、第２同時計数情報に２光子同時計数情報であることを示す付帯情報を付与して、同時計数情報データ２７ａに格納する。換言すると、同時計数情報生成部２５は、第２同時計数情報に、ガンマ線の投影データ（サイノグラム）であることを示す付帯情報を付与して、同時計数情報データ２７ａに格納する。

【0048】

なお、同一の検出器モジュール１４に同時に入射した複数のガンマ線に由来する複数の可視光の出力は、通常、ＦＥ回路１５にて計測対象から除外される。従って、本実施形態に係る同時計数情報生成部２５が生成する第１同時計数情報（３光子同時計数情報）は、異なる３つの検出器モジュール１４に同時に入射した３つのガンマ線を計数した３つの計数情報を組み合わせたデータとなる。ただし、３光子が放出される角度がランダムであることから、３光子放出の際に、２つの光子、又は、３つの光子が同一の検出器モジュール１４に入射する確率は低い。このため、本実施形態で生成される第１同時計数情報は、３光子放出現象を略網羅したデータと見なすことができる。

【0049】

図１に示す画像生成部２６は、同時計数情報データ２７ａに格納された同時計数情報を用いて、ＰＥＴ画像を生成する。具体的には、画像生成部２６は、第１同時計数情報を構成する各計数情報の検出位置から特定される対消滅現象の発生箇所に基づいて、３光子のＰＥＴ画像を生成する。以下、３光子同時計数情報である第１同時計数情報に基づく３光子のＰＥＴ画像を「第１画像」、又は、「３光子画像」と記載する。図９は、本実施形態に係る画像生成部が行なう対消滅現象発生箇所の特定処理を説明するための図である。

【0050】

上述したように、運動量保存の法則から、多光子それぞれの運動ベクトルの和は、ゼロベクトルとなる。従って、３光子以上の複数光子の検出位置が特定されれば、対消滅現象の発生箇所は、一意に特定することができる。例えば、図９に示すように、「Ｐｋ３」の位置を点Ａとし、「Ｐｊ４」の位置を点Ｂとし、「Ｐｗ４」の位置を点Ｃとし、対消滅現象の発生箇所を点Ｇとする。画像生成部２６は、「ベクトルＧＡの単位ベクトルＧＡ’」と「ベクトルＧＢの単位ベクトルＧＢ’」と「ベクトルＧＣの単位ベクトルＧＣ’」との和が「ゼロベクトル」となる位置を演算処理により求めることで、対消滅現象の発生箇所「Ｇ」を特定する。換言すると、「Ｇ」は、「三角形Ａ’Ｂ’Ｃ’」の重心となる。

【0051】

画像生成部２６は、上記の重心演算を行なうことで、各第１同時計数情報で発生箇所を特定する。そして、画像生成部２６は、特定頻度に応じた画素値を、特定した各発生箇所に対応する画素に割り振ることで、第１画像を生成する。

【0052】

更に、画像生成部２６は、第２同時計数情報を再構成処理することでＰＥＴ画像を生成する。以下、２光子同時計数情報である第２同時計数情報に基づく２光子のＰＥＴ画像を「第２画像」、又は、「２光子画像」と記載する。

【0053】

具体的には、画像生成部２６は、ガンマ線の投影データ（サイノグラム）である第２同時計数情報を用いた逐次近似法により、第２画像を再構成する。例えば、画像生成部２６は、逐次近似法として、ＭＬＥＭ（Maximum Likelihood Expectation Maximization）法や、ＯＳＥＭ（Ordered Subset MLEM）法を用いて第２画像を再構成する。

【0054】

そして、画像生成部２６は、第１画像（３光子画像）及び第２画像（２光子画像）を、図１に示すデータ記憶部２７の画像データ２７ｂに格納する。

【0055】

図１に示す制御部２８は、架台装置１０およびコンソール装置２０の動作を制御することによって、ＰＥＴ装置の全体制御を行う。具体的には、制御部２８は、寝台１２の移動や、計数情報収集部１６における計数情報の収集処理を制御する。また、制御部２８は、同時計数情報生成部２５における同時計数情報生成処理や画像生成部２６における画像生成処理を制御する。また、制御部２８は、画像データ２７ｂに格納された画像データを、表示部２２に表示するように制御する。図１０は、本実施形態に係る制御部の表示制御の具体例を説明するための図である。

【0056】

具体的には、制御部２８は、図１０の（Ａ）に示すように、第１画像である３光子画像と第２画像である２光子画像とを表示部２２に並列表示させる。

【0057】

或いは、制御部２８は、第１画像と第２画像とを互いの色調を変化させたうえで重畳した重畳画像を表示部２２に表示させる。例えば、画像生成部２６は、第１画像である３光子画像をグレースケールから赤を基調としたカラースケールの画像に変換する。そして、画像生成部２６は、変換後の３光子画像とグレースケールの２光子画像とを重畳した重畳画像を生成する。これにより、表示部２２は、図１０の（Ｂ）に示す重畳画像を表示する。なお、重畳画像を表示する際、２光子画像をグレースケールからカラースケールの画像に変換し、変換後の２光子画像とグレースケールの３光子画像とを重畳した重畳画像を表示しても良い。

【0058】

上述したように、対消滅現象により３つのガンマ線が放出される確率は、対消滅現象により２つのガンマ線が放出される確率の「１／３７０」である。すなわち、第１画像は、薬剤が多く集積したことで対消滅現象の発生頻度が高くなっている領域が、点の集合として高分解能で描出されたＰＥＴ画像となる。一方、第２画像は、対消滅現象により高い確率で発生する２光子放出を検出することで形成されるＬＯＲを用いることで、低分解能であるものの、消滅現象が発生した可能性のある領域を網羅したＰＥＴ画像となる。

【0059】

操作者は、例えば、図１０の（Ａ）に示す２光子画像と３光子画像とを比較参照したり、図１０の（Ｂ）に示す重畳画像を参照したりすることで、画像診断を効率的に行なうことができる。すなわち、操作者は、２光子画像により、薬剤が集積した組織や組織内の分布を大まかに把握することができる。そして、操作者は、更に、３光子画像により、薬剤が集積した組織内の位置を細かい粒度で特定することができる。例えば、図１０の（Ｂ）に示す重畳画像を参照することで、操作者は、２光子画像で描出された集積領域の中心箇所（高集積箇所）が、実際には、数ｍｍ（ミリメートル）左側にずれていることを、把握することができる。また、重畳画像を参照することで、操作者は、例えば、２光子画像で描出された集積領域が、実際には、複数の高集積箇所により形成された領域であることを把握することができる。

【0060】

なお、本実施形態は、第１画像、すなわち、３光子画像のみを生成表示する場合であっても適用可能である。

【0061】

次に、図１１を用いて、本実施形態に係るＰＥＴ装置の処理について説明する。図１１は、本実施形態に係るＰＥＴ装置の処理を説明するためのフローチャートである。なお、以下では、第１画像と第２画像との重畳表示が設定されている場合について説明する。

【0062】

図１１に示すように、本実施形態に係るＰＥＴ装置は、被検体Ｐを架台装置１０の撮影口内に移動させたのちに、操作者から入力部２１を介してＰＥＴ画像の撮影要求を受け付たか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ここで、撮影要求を受け付けない場合（ステップＳ１０１Ｎｏ）、本実施形態に係るＰＥＴ装置は、撮影要求を受け付けるまで待機する。

【0063】

一方、撮影要求を受け付けた場合（ステップＳ１０１Ｙｅｓ）、計数情報収集部１６は、ＦＥ回路１５から出力された計数情報を収集する（ステップＳ１０２）。すなわち、ＦＥ回路１５は、各検出器モジュール１４の所定のモニタリング期間における計数結果に基づいて、ガンマ線の検出位置、エネルギー及び検出時間を計測した計数情報を生成する。そして、計数情報収集部１６は、ＦＥ回路１５から出力された計数情報を、例えば、複数の検出器モジュール１４ごとに収集する。

【0064】

そして、計数情報収集部１６は、収集した計数情報をコンソール装置２０の計数情報記憶部２４に格納し（ステップＳ１０３）、同時計数情報生成部２５は、２光子同時計数情報生成条件及び３光子同時計数情報生成条件に基づいて、２光子同時計数情報（第２同時計数情報）及び３光子同時計数情報（第１同時計数情報）を生成する（ステップＳ１０４）。

【0065】

その後、画像生成部２６は、２光子画像（第２画像）及び３光子画像（第１画像）を生成する（ステップＳ１０５）。すなわち、画像生成部２６は、２光子同時計数情報を再構成処理することで２光子画像を生成する。また、画像生成部２６は、３光子同時計数情報を構成する３つの計数情報の検出位置から対消滅現象の発生箇所を特定することで３光子画像を生成する。

【0066】

続いて、制御部２８の制御により、画像生成部２６は、２光子画像と３光子画像との重畳画像を生成する（ステップＳ１０６）。そして、制御部２８の制御により、表示部２２は、重畳画像を表示し（ステップＳ１０７）、処理を終了する。

【0067】

上述してきたように、本実施形態では、エネルギーの値の総和を探索条件として、３光子以上の多光子を略同時に検出した位置を特定し、特定した３以上の検出位置から、対消滅現象の発生箇所を一意に特定する。そして、本実施形態では、特定した対消滅現象の発生箇所を用いて、ＰＥＴ画像である第１画像を生成する。すなわち、第１画像は、対消滅現象の発生頻度が高くなっている領域が、点の集合として高分解能で描出されたＰＥＴ画像となる。すなわち、本実施形態では、対消滅現象の発生箇所を１画素又は数画素の範囲で特定する。従って、本実施形態では、画像分解能を向上させることができる。また、例えば、対消滅現象により発生した３光子放出の検出効率を高めることができれば、画像出力の時間短縮を実現することができる。

【0068】

また、本実施形態では、低分解能であるものの、消滅現象が発生した可能性のある領域を網羅した従来のＰＥＴ画像である第２画像を、第１画像と並列表示、或いは、重畳表示させる。すなわち、医師である操作者は、例えば、図１０の（Ａ）に示す２光子画像と３光子画像とを比較参照したり、図１０の（Ｂ）に示す重畳画像を参照したりすることで、薬剤が集積された組織内の分布を高精度で特定することができる。従って、本実施形態では、ＰＥＴ検査における画像診断を効率的に支援することができる。

【0069】

なお、第２画像（２光子画像）は、ＴＯＦ（Time Of Flight）により生成されたＰＥＴ画像である場合でも良い。ＴＯＦの場合も、ＬＯＲ上で２光子放出の箇所を一意に特定できるが、特定箇所の精度は、検出時間の計測精度に大きく依存する。また、ＴＯＦで特定されるＬＯＲ上の箇所は、対消滅現象の発生個所である確率が高い箇所である。一方、本実施形態で行なわれる３つ以上の多光子放出の検出位置の特定処理は、ＴＯＦで要求される時間計測精度より低い精度でも実行可能である。また、本実施形態では、対消滅現象の発生箇所を一意に特定できるので、本実施形態で特定される対消滅現象の発生箇所の分解能は、ＴＯＦと比較しても、高い。

【0070】

なお、本実施形態では、所定数を「３」とし、対消滅現象により放出される３つのガンマ線を対象として第１同時計数情報を生成する場合について説明した。しかし、本実施形態は、対消滅現象により放出される４つ以上のガンマ線を対象とする場合であっても適用可能である。だたし、対消滅現象の発生箇所の特定は、ガンマ線の検出位置を３つ以上特定することで可能である。また、多光子の発生確率は、発生する光子の数が１つ増えるごとに、例えば、２桁ずつ減少する。従って、本実施形態は、所定数を３とすることが望ましい。

【0071】

なお、上記では、コンソール装置２０に計数情報を蓄積し、コンソール装置２０内で、例えば、ソフトウェア処理により、同時計数情報（第１及び第２同時計数情報）を生成する場合について説明した。しかし、本実施形態は、架台装置１０において、ハードウェア処理により、同時計数情報（第１及び第２同時計数情報）を生成し、生成した同時計数情報をコンソール装置２０に送信する場合であっても良い。

【0072】

ただし、本実施形態に係るＰＥＴ装置では、上記のように、コンソール装置２０に計数情報を蓄積しておくことで、ＰＥＴ画像（第１画像及び第２画像）の生成後においても、ＰＥＴ画像の撮影中に収集された計数情報を保持することができる。かかる構成とすることで、例えば、第１同時計数情報生成条件や第２同時計数情報生成条件を変更して、ＰＥＴ画像（第１画像や第２画像）を再度生成することができる。

【0073】

また、第１同時計数情報の探索処理には、従来の同時計数情報（第２同時計数情報）の探索処理と比較して、３つ以上の組み合わせで探索を行なう必要があるため、処理負荷が増大する。すなわち、第１同時計数情報の生成は、ＰＥＴ検査終了の時点で完了しない場合も想定される。このことから、ＰＥＴ検査後でも第１同時計数情報を生成可能なように、コンソール装置２０内で計数情報を保持する本実施形態の構成とすることが望ましい。

【0074】

なお、上記では、２光子画像を用いた画像診断において３光子画像を補助的に用いるために、２光子画像と３光子画像とを並列表示或いは重畳表示する場合について説明した。しかし、本実施形態は、３光子画像の情報に基づいて、２光子画像を修正した画像を生成表示する場合であっても良い。かかる場合、例えば、制御部２８の制御により、画像生成部２６は、２光子画像で陽性（薬剤集積）とされた領域を、３光子画像で陽性とされた箇所に置換した修正画像を生成する。そして、制御部２８の制御により、表示部２２は、修正画像を表示する。

【0075】

或いは、本実施形態は、投影データである２光子同時計数情報の再構成処理に、３光子同時計数情報に基づく情報を反映させる場合であっても良い。かかる場合、例えば、制御部２８の制御により、画像生成部２６は、３光子同時計数情報から特定した箇所「Ｇ」を通るＬＯＲを、２光子同時計数情報から特定する。そして、制御部２８の制御により、画像生成部２６は、逐次近似法を行う際に、特定したＬＯＲについては、「Ｇ」へ投影及び逆投影する重み付けを高くする処理を行なうことで、第２画像の再構成を行ない、表示部２２は、かかる第２画像を表示する。

【0076】

なお、本実施形態で説明した陽電子放射断層撮影方法は、計数情報記憶部２４からＰＥＴ検査ごとの計数情報が転送されたパーソナルコンピュータやワークステーション等で実行される場合であっても良い。すなわち、本実施形態で説明した陽電子放射断層撮影方法は、あらかじめ用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することによって実現することができる。

【0077】

以上、説明したとおり、本実施形態によれば、画像分解能を向上させることができる。

【0078】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0079】

１０ 架台装置
１１ 天板
１２ 寝台
１３ 寝台駆動部
１４ 検出器モジュール
１４１ シンチレータ
１４２ 光電子増倍管
１４３ ライトガイド
１５ ＦＥ（Front End）回路
１６ 計数情報収集部
２０ コンソール装置
２１ 入力部
２２ 表示部
２３ 寝台制御部
２４ 計数情報記憶部
２５ 同時計数情報生成部
２６ 画像生成部
２７ データ記憶部
２７ａ 同時計数情報データ
２７ｂ 画像データ
２８ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】