特許 6986487 ＰＥＴ装置及びＰＥＴ装置における散乱同時計数のガンマ線発生位置の取得方法

(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】6986487

(24)【登録日】2021年12月1日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】ＰＥＴ装置及びＰＥＴ装置における散乱同時計数のガンマ線発生位置の取得方法

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/161 20060101AFI20211213BHJP

【ＦＩ】

   G01T1/161 A

   G01T1/161 C

【請求項の数】11

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2018-95599(P2018-95599)

(22)【出願日】2018年5月17日

(65)【公開番号】特開2019-200162(P2019-200162A)

(43)【公開日】2019年11月21日

【審査請求日】2021年1月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000236436

【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100186761

【弁理士】

【氏名又は名称】上村 勇太

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 光男

(72)【発明者】

【氏名】森谷 隆広

(72)【発明者】

【氏名】大村 知秀

【審査官】 遠藤 直恵

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／０２５２８２５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２３２６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Victor ILISIE et al.，Improving PET Sensitivity and Resolution by Photon Interaction Sequence Timing Discrimination，IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference，2017年，https://ieeexpore.ieee.org/document/8532644

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ １／１６１−１／１６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被写体の周囲に配置されると共に当該被写体を挟む一対の検出器によって、ガンマ線を検出する工程と、
前記一対の検出器にて検出される前記ガンマ線の入射方向を第１および第２コンプトンコーンとして推定する工程と、
前記一対の検出器にて検出されるガンマ線の同時計数情報を取得する工程と、
前記同時計数情報に基づいた同時計数の計測ライン、および前記ガンマ線のエネルギー情報から、前記ガンマ線の散乱面を推定する工程と、
前記第１および第２コンプトンコーンの表面同士が重なる第１交線の有無を判定する工程と、
前記第１交線が存在し、且つ、前記第１および第２コンプトンコーンのいずれも前記同時計数の計測ラインに重ならない場合、前記第１交線および前記散乱面が重なる第２交点の有無を判定する工程と、
前記第２交点が存在する場合、前記第２交点から散乱同時計数の計測ラインを算出し、前記散乱同時計数の計測ラインおよび前記ガンマ線のＴＯＦ情報からガンマ線発生位置を取得する工程と、
を備える、ＰＥＴ装置における散乱同時計数のガンマ線発生位置の取得方法。

【請求項2】

前記第１交線が存在し、且つ、前記第１および第２コンプトンコーンの少なくとも一方が前記同時計数の計測ラインに重なる場合、前記ＴＯＦ情報と前記同時計数の計測ラインとからガンマ線発生位置を取得する、請求項１に記載のガンマ線発生位置の取得方法。

【請求項3】

前記第１交線が存在しないと判定された場合、前記第２交点の有無を判定する前記工程と、前記散乱同時計数の計測ラインを算出する前記工程と、前記ガンマ線発生位置を取得する前記工程とは、実施されない、請求項１又は２に記載のガンマ線発生位置の取得方法。

【請求項4】

前記第２交点が存在しないと判定された場合、前記散乱同時計数の計測ラインを算出する前記工程と、前記ガンマ線発生位置を取得する前記工程とは、実施されない、請求項１又は２に記載のガンマ線発生位置の取得方法。

【請求項5】

被写体の周囲に配置され、信号処理部を有する複数の検出器と、
前記複数の検出器にて検出された情報に基づいてガンマ線発生位置を取得するデータ処理部と、
を備え、
前記信号処理部は、前記複数の検出器において前記被写体を挟む一対の検出器のそれぞれに入射されるガンマ線の入射方向を、第１および第２コンプトンコーンとして推定するコンプトンコーン推定部を備え、
前記データ処理部は、
前記一対の検出器にて検出されるガンマ線の同時計数情報を取得する同時計数取得部と、
前記同時計数情報に基づいた同時計数の計測ラインおよび前記ガンマ線のエネルギー情報に基づいて、前記ガンマ線の散乱面を推定する散乱面推定部と、
前記第１および第２コンプトンコーンの表面同士が重なる第１交線の有無を判定する第１交線判定部と、
前記第１交線が存在し、且つ、前記第１および第２コンプトンコーンのいずれも前記同時計数の計測ラインに重ならない場合、前記第１交線および前記散乱面が重なる第２交点の有無を判定する第２交点判定部と、
前記第２交点が存在する場合、前記第２交点から散乱同時計数の計測ラインを算出する同時計数ライン算出部と、前記散乱同時計数の計測ラインおよび前記ガンマ線のＴＯＦ情報から散乱同時計数のガンマ線発生位置を取得するガンマ線発生位置取得部と、
を備える、ＰＥＴ装置。

【請求項6】

前記複数の検出器のそれぞれは、前記ガンマ線の入射方向において積層される複数のガンマ線検出部を有し、
前記複数のガンマ線検出部のそれぞれは、シンチレータ及び光センサアレイを有する、請求項５に記載のＰＥＴ装置。

【請求項7】

前記ガンマ線検出部に含まれる前記シンチレータの厚さは、前記被写体に近いほど薄い、請求項６に記載のＰＥＴ装置。

【請求項8】

前記シンチレータのそれぞれは、同一の材料から構成され、
前記材料は、ＬＳＯ：Ｃｅ結晶もしくはＬＹＳＯ：Ｃｅ結晶を含む、請求項６又は７に記載のＰＥＴ装置。

【請求項9】

前記ガンマ線発生位置に近い側に位置する前記シンチレータのコンプトン散乱比率は、前記ガンマ線発生位置から遠い側に位置する前記シンチレータのコンプトン散乱比率よりも高い、請求項６又は７に記載のＰＥＴ装置。

【請求項10】

前記ガンマ線発生位置に近い側に位置する前記シンチレータは、ＬａＢｒ_３：Ｃｅ結晶を含み、
前記ガンマ線発生位置から遠い側に位置する前記シンチレータは、ＬＳＯ：Ｃｅ結晶もしくはＬＹＳＯ：Ｃｅ結晶を含む、請求項９に記載のＰＥＴ装置。

【請求項11】

前記シンチレータの厚さは、２ｍｍ以上５ｍｍ以下である、請求項６〜９のいずれか一項に記載のＰＥＴ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＰＥＴ装置及びＰＥＴ装置における散乱同時計数のガンマ線発生位置の取得方法に関する。

【背景技術】

【0002】

生体機能の観察、及び悪性腫瘍の診断等には、陽電子断層撮影（ＰＥＴ：PositronEmission Tomography）を実施するＰＥＴ装置が用いられる。下記特許文献１に示される核医学撮像装置では、対消滅ガンマ線（以下、単に「ガンマ線」とする）の同時計数の判定に加えて、コンプトン散乱の運動学によりガンマ線の入射方向を推定することによって、ガンマ線の発生箇所（ガンマ線発生位置）を推定する態様が開示されている。下記特許文献１では、上述したガンマ線発生位置の推定によって、偶発同時計数及び散乱同時計数をノイズとして除去することを図っている。

【0003】

また、下記非特許文献１に示されるＰＥＴ装置では、検出器によって取得されたエネルギー情報と、同時計数の情報とに基づいて散乱面及びガンマ線入射方向を推定する態様が開示されている。加えて下記非特許文献１では、上記推定と、ＴＯＦ（Time Of Flight）情報とに基づいてガンマ線発生位置を推定する。非特許文献１における上記ガンマ線発生位置は、環形状を呈する多数の候補からモンテカルロシミュレーションの算出により推定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第４５８８０４２号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】Hamidreza Hemmati, et al., "Comptonscatter tomography in TOF-PET," Phys. Med. Biol. 627641(2017)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述したように、上記特許文献１においては、偶発同時計数及び散乱同時計数をノイズとして単に除去する。これに対して上記非特許文献１では、散乱同時計数のガンマ線発生位置を推定することによって実質的な感度向上を図り、これにより高精細な画像撮影の実現を図っている。しかしながら、上記非特許文献１に示される手法にてガンマ線発生位置を多数の候補から精度よく推定する場合、長い計算時間を要してしまう。

【0007】

本発明の一側面は、上記課題に鑑みてなされたものであり、短時間で高精細な画像撮影が可能なＰＥＴ装置及びＰＥＴ装置における散乱同時計数のガンマ線発生位置の取得方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一側面に係るＰＥＴ装置における散乱同時計数のガンマ線発生位置の取得方法は、被写体の周囲に配置されると共に当該被写体を挟む一対の検出器によって、ガンマ線を検出する工程と、一対の検出器にて検出されるガンマ線の入射方向を第１および第２コンプトンコーンとして推定する工程と、一対の検出器にて検出されるガンマ線の同時計数情報を取得する工程と、同時計数情報に基づいた同時計数の計測ライン、およびガンマ線のエネルギー情報から、ガンマ線の散乱面を推定する工程と、第１および第２コンプトンコーンの表面同士が重なる第１交線の有無を判定する工程と、第１交線が存在し、且つ、第１および第２コンプトンコーンのいずれも同時計数の計測ラインに重ならない場合、第１交線および散乱面が重なる第２交点の有無を判定する工程と、第２交点が存在する場合、第２交点から散乱同時計数の計測ラインを算出し、散乱同時計数の計測ラインおよびガンマ線のＴＯＦ情報からガンマ線発生位置を取得する工程と、を備える。

【0009】

このＰＥＴ装置の取得方法によれば、上記第２交点が存在する場合、散乱同時計数が、ガンマ線発生位置を取得するためのデータとして利用できる。これにより、全ての散乱同時計数を単にノイズとして除去する場合と比較して、検出器の感度が実質的に向上する。加えて、例えば上記第２交点が１点存在する場合、被検体の形状、線源分布等の複雑な条件を加味したモンテカルロシミュレーション等による計算を要することなく、直接計測される散乱同時計数の情報を用いてガンマ線発生位置を推定できる。したがって上記取得方法によれば、短時間で高精細な画像撮影が可能になる。

【0010】

第１交線が存在し、且つ、第１交線および同時計数の計測ラインが重なる場合、ＴＯＦ情報と同時計数の計測ラインとからガンマ線発生位置を取得してもよい。この場合、真の同時計数が明確に選択できるので、より高精細な画像撮影が可能になる。

【0011】

第１交線が存在しないと判定された場合、第２交点の有無を判定する工程と、散乱同時計数の計測ラインを算出する工程と、ガンマ線発生位置を取得する工程とは、実施されなくてもよい。この場合、不要な偶発同時計数をノイズとして除去できるので、高精細な画像撮影が可能になる。

【0012】

第２交点が存在しないと判定された場合、散乱同時計数の計測ラインを算出する工程と、ガンマ線発生位置を取得する工程とは、実施されなくてもよい。この場合、不要な散乱同時計数をノイズとして除去できるので、高精細な画像撮影が可能になる。

【0013】

本発明の他の一側面に係るＰＥＴ装置は、被写体の周囲に配置され、信号処理部を有する複数の検出器と、複数の検出器にて検出された情報に基づいてガンマ線発生位置を取得するデータ処理部と、を備え、信号処理部は、複数の検出器において被写体を挟む一対の検出器のそれぞれに入射されるガンマ線の入射方向を、第１および第２コンプトンコーンとして推定するコンプトンコーン推定部を備え、データ処理部は、一対の検出器にて検出されるガンマ線の同時計数情報を取得する同時計数取得部と、同時計数情報に基づいた同時計数の計測ラインおよびガンマ線のエネルギー情報に基づいて、ガンマ線の散乱面を推定する散乱面推定部と、第１および第２コンプトンコーンの表面同士が重なる第１交線の有無を判定する第１交線判定部と、第１交線が存在し、且つ、第１および第２コンプトンコーンのいずれも同時計数の計測ラインに重ならない場合、第１交線および散乱面が重なる第２交点の有無を判定する第２交点判定部と、第２交点が存在する場合、第２交点から散乱同時計数の計測ラインを算出する同時計数ライン算出部と、散乱同時計数の計測ラインおよびガンマ線のＴＯＦ情報からガンマ線発生位置を取得するガンマ線発生位置取得部と、を備える。

【0014】

このＰＥＴ装置によれば、第２交点判定部にて第２交点が存在すると判定された場合、ガンマ線発生位置取得部は、ガンマ線発生位置を取得するためのデータとして散乱同時計数を利用できる。これにより、全ての散乱同時計数を単にノイズとして除去する場合と比較して、検出器の感度が実質的に向上する。加えて、例えば上記第２交点が１点存在すると判定された場合、被検体の形状、線源分布等の複雑な条件を加味したモンテカルロシミュレーション等による計算を要することなく、ガンマ線発生位置取得部は、散乱同時計数の情報を用いてガンマ線発生位置を推定できる。したがって上記ＰＥＴ装置によれば、短時間で高精細な画像撮影が可能になる。

【0015】

複数の検出器のそれぞれは、ガンマ線の入射方向において積層される複数のガンマ線検出部を有し、複数のガンマ線検出部のそれぞれは、シンチレータ及び光センサアレイを有してもよい。この場合、各検出器におけるガンマ線の位置分解能、時間分解能等の検出性能を向上できる。

【0016】

ガンマ線検出部に含まれるシンチレータの厚さは、被写体に近いほど薄くてもよい。この場合、高時間分解能性能に加えて、コンプトンコーン推定部によって推定されるコンプトンコーンの分解能を向上できる。

【0017】

シンチレータのそれぞれは、同一の材料から構成され、材料は、ＬＳＯ：Ｃｅ結晶もしくはＬＹＳＯ：Ｃｅ結晶を含んでもよい。この場合、製造コストを低減しつつ、シンチレータにおけるガンマ線の感度を向上できる。

【0018】

ガンマ線発生位置に近い側に位置するシンチレータのコンプトン散乱比率は、ガンマ線発生位置から遠い側に位置するシンチレータのコンプトン散乱比率よりも高くてもよい。また、ガンマ線発生位置に近い側に位置するシンチレータはＬａＢｒ_３：Ｃｅ結晶を含み、ガンマ線発生位置から遠い側に位置するシンチレータはＬＳＯ：Ｃｅ結晶もしくはＬＹＳＯ：Ｃｅ結晶を含んでもよい。この場合、ガンマ線発生位置に近い側に位置するシンチレータにてコンプトン散乱比率を向上させ、且つ、ガンマ線発生位置から遠い側に位置するシンチレータにおけるガンマ線の感度を向上できる。

【0019】

シンチレータの厚さは、２ｍｍ以上５ｍｍ以下であってもよい。この場合、十分な同時計数タイミング分解能を得ることができる。加えて、ガンマ線の感度を確保すると共にコンプトンコーンを良好に推定できる。

【発明の効果】

【0020】

本発明の一側面によれば、短時間で高精細な画像撮影が可能なＰＥＴ装置及びＰＥＴ装置における散乱同時計数のガンマ線発生位置の取得方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１（ａ）は、本実施形態のＰＥＴ装置の概略図である。図１（ｂ）は、ＰＥＴ装置の検出器リングの概略図である。

【図2】図２は、放射線位置検出器及び検出器信号処理部の構成図である。

【図3】図３は、データ処理部を示すブロック図である。

【図4】図４は、散乱同時計数のガンマ線発生位置の取得方法を説明するための模式図である。

【図5】図５は、図４のα−α線に沿った断面図である。

【図6】図６は、散乱同時計数のガンマ線発生位置の取得方法のフローチャートである。

【図7】図７は、図６に示されるステップＳ１の具体例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付図面を参照して、本発明の一側面の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

【0023】

図１（ａ）は、本実施形態のＰＥＴ装置の概略図である。図１（ｂ）は、ＰＥＴ装置の検出器リングの概略図である。図１（ａ）に示されるＰＥＴ装置１は、被検体（被写体）Ｔから放出される放射線を検出する装置である。被検体Ｔは、例えば、陽電子放出核種（陽電子を放出する放射性同位元素）で標識された薬剤が投与された生物もしくは物体である。ＰＥＴ装置１によれば、検出した放射線に基づいて、複数のスライス位置において被検体Ｔの断層像を取得できる。

【0024】

ＰＥＴ装置１は、被検体Ｔが載置されるベッド（図示せず）と、断面円形状を呈する開口を有するガントリ２と、ガントリ２内の検出器リングで検出されたデータが転送されるデータ処理部３と、データ処理部３にて処理されたデータに基づいて画像を再構成する画像処理部４と、を備えている。図１（ｂ）に示されるように、ＰＥＴ装置１のガントリ２内の検出器リングにおいては、所定線Ｌ０を中心線とする円周上に、複数の放射線位置検出器（検出器）１０がリング状に配置されている。検出器リングでは、隣り合う放射線位置検出器１０同士は、互いに接触している。ＰＥＴ装置１にて被検体Ｔから放出されるガンマ線を検出するとき、被検体Ｔは、ガントリ２の開口内に位置している。このとき、複数の放射線位置検出器１０は、被検体Ｔの周囲に配置されている。

【0025】

図２は、放射線位置検出器及び検出器信号処理部の構成図である。図２に示される放射線位置検出器１０は、入射されたガンマ線の入射位置、入射エネルギー、入射時刻及び入射方向を取得するためのセンサである。放射線位置検出器１０は、ＤＯＩ（Depth Of Interaction）技術を利用するガンマ線検出部１１〜１４と、ガンマ線検出部１１〜１４から送信される信号を処理する検出器信号処理部（信号処理部）ＳＰと、を備えている。ガンマ線検出部１１〜１４は、入射されたガンマ線を検知して電気信号を生成する装置であり、ガンマ線の入射方向において互いに積層されている。ガンマ線検出部１１が被検体Ｔに最も近い位置に設けられ、ガンマ線検出部１４が被検体Ｔから最も遠い位置に設けられる。図２においては、ガンマ線検出部１１〜１４が側面図として示されており、検出器信号処理部ＳＰはブロック図として示されている。なお、以下ではガンマ線検出部１１〜１４が互いに積層される方向を、単に「積層方向」もしくは「ガンマ線の入射方向」とする。

【0026】

ガンマ線検出部１１は、シンチレータ２１ａと、光センサアレイ２２ａと、プリント回路基板２３ａとを有する。

【0027】

シンチレータ２１ａは、ガンマ線の吸収に応じてシンチレーション光を発生する部材であり、積層方向に直交する方向に沿って２次元に配置される複数のシンチレータ部（不図示）を備える。複数のシンチレータ部は、例えばマトリクス状に配置される。各シンチレータ部は、互いに物理的に分離してもよいし、レーザ加工処理によって互いに光学的に分離されてもよい。各シンチレータ部が互いに物理的に分離する場合、隣り合うシンチレータ部同士の間には遮光層が設けられてもよい。ガンマ線の感度を確保すると共にコンプトンコーンを良好に推定する観点から、シンチレータ２１ａの厚さは、例えば２ｍｍ以上である。また、十分な同時計数タイミング分解能（ＣＴＲ：Coincidence Timing Resolution）を得る観点から、シンチレータ２１ａの厚さは、例えば５ｍｍ以下である。十分なＣＴＲは、例えば１００ｐｓ以下である。シンチレータ２１ａを構成する材料は、例えばＬＳＯ：Ｃｅ結晶、ＬＹＳＯ：Ｃｅ結晶、もしくはＬａＢｒ_３：Ｃｅ結晶等である。コスト及びガンマ線の感度の観点から、シンチレータ２１ａは、ＬＳＯ：Ｃｅ結晶もしくはＬＹＳＯ：Ｃｅ結晶から構成されてもよい。良好なＣＴＲ及びコンプトン散乱比率の観点から、シンチレータ２１ａは、ＬａＢｒ_３：Ｃｅ結晶から構成されてもよい。

【0028】

光センサアレイ２２ａは、シンチレータ２１ａにて発生したシンチレーション光を検知する部材であり、積層方向に直交する方向に沿って２次元に配置される複数の光センサ（不図示）を含む。各光センサは、シンチレータ２１ａの各シンチレータ部に対応して設けられる。本実施形態では、光センサアレイ２２ａは、ＭＰＰＣ（Multi-Pixel Photon Counter）である。各センサのピッチは、例えば約１ｍｍ以上約４ｍｍ以下である。

【0029】

プリント回路基板２３ａは、光センサアレイ２２ａにて検知された光を電気信号として処理する部材である。プリント回路基板２３ａは、例えば増幅回路、コンバータ等を含む。プリント回路基板２３ａにて処理された電気信号を、配線Ｗ１を介して検出器信号処理部ＳＰに送信する。プリント回路基板２３ａは、各光センサのカソードからの出力をまとめ、そのタイミングをピックオフしたデジタル信号（タイミングピックオフ信号）とし、検出器信号処理部ＳＰに当該タイミングピックオフ信号を送信する。また、プリント回路基板２３ａは、各光センサのアノードからの出力を重心演算可能な４出力に変換されたアナログ信号（４ｃｈアナログ信号）とし、検出器信号処理部ＳＰに当該４ｃｈアナログ信号を送信する。なお、配線Ｗ１は、例えばフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）である。

【0030】

ガンマ線検出部１２〜１４は、ガンマ線検出部１１と同様に、対応するシンチレータ２１ｂ〜２１ｄと、対応する光センサアレイ２２ｂ〜２２ｄと、対応するプリント回路基板２３ｂ〜２３ｄとを有する。シンチレータ２１ｂ〜２１ｄは、シンチレータ２１ａと同様の構成を有する。光センサアレイ２２ｂ〜２２ｄは、光センサアレイ２２ａと同様の構成を有する。プリント回路基板２３ｂ〜２３ｄは、プリント回路基板２３ａと同様の構成を有し、対応する配線Ｗ２〜Ｗ４を介して検出器信号処理部ＳＰに接続されている。

【0031】

ガンマ線検出部１１〜１４において、シンチレータ２１ａ〜２１ｄの厚さは、互いに同一でもよいし、互いに異なってもよい。もしくは、シンチレータ２１ａ〜２１ｄのうち一部の厚さが、他と異なってもよい。シンチレータ２１ａ〜２１ｄの厚さが互いに異なる場合、被検体Ｔに近いシンチレータほど薄くてもよい。すなわち、ガンマ線検出部１１〜１４において、シンチレータ２１ａの厚さが最も薄く、シンチレータ２１ｄの厚さが最も厚くてもよい。シンチレータの厚さが薄い場合、良好なＴＯＦ情報を得ることができる。加えて、ＰＥＴ装置１の仕様に合わせて、放射線位置検出器１０の感度と時間分解能性能とを調整できる。なお、シンチレータ２１ｂ〜２１ｄの厚さは、５ｍｍより大きくてもよい。また、シンチレータ２１ａ〜２１ｄは、互いに同一の材料から構成されてもよいし、互いに異なる材料から構成されてもよい。また、一部のシンチレータが他のシンチレータと異なる材料から構成されてもよい。シンチレータ２１ａ〜２１ｄが互いに同一の材料から構成される場合、当該材料は、例えばＬＳＯ：Ｃｅ結晶もしくはＬＹＳＯ：Ｃｅ結晶によって構成される。シンチレータ２１ａ〜２１ｄを構成する材料が互いに異なる場合、もしくは一部のシンチレータが他のシンチレータと異なる材料から構成される場合、例えばガンマ線発生位置（例えば、被検体Ｔの所定部分）に近い側に位置するシンチレータのコンプトン散乱比率は、ガンマ線発生位置から遠い側に位置するシンチレータのコンプトン散乱比率よりも高くしてもよい。具体的には、ガンマ線発生位置に近い側に位置するシンチレータはＬａＢｒ_３：Ｃｅ結晶から構成され、ガンマ線発生位置から遠い側に位置するシンチレータはＬＳＯ：Ｃｅ結晶もしくはＬＹＳＯ：Ｃｅ結晶から構成されてもよい。この場合、ガンマ線発生位置に近い側に位置するシンチレータにてコンプトン散乱比率を向上させ、且つ、ガンマ線発生位置から遠い側に位置するシンチレータにおけるガンマ線の感度を向上できる。なお本実施形態では、ガンマ線発生位置に近い側に位置するシンチレータはシンチレータ２１ａ，２１ｂであり、ガンマ線発生位置から遠い側に位置するシンチレータはシンチレータ２１ｃ，２１ｄであるが、これに限られない。ガンマ線発生位置に近い側に位置するシンチレータはシンチレータ２１ａのみであってもよいし、ガンマ線発生位置から遠い側に位置するシンチレータはシンチレータ２１ｄのみであってもよい。

【0032】

検出器信号処理部ＳＰは、ガンマ線検出部１１〜１４にて生成された信号から、ガンマ線の入射位置情報、ガンマ線の入射エネルギー情報、ガンマ線の入射時刻情報、ガンマ線の入射角度情報を取得（算出）する信号処理回路である。以下では、図２の検出器信号処理部ＳＰの機能的構成について説明する。図２に示される検出器信号処理部ＳＰは、入射位置取得部ＳＰ１と，エネルギー取得部ＳＰ２と、入射時刻取得部ＳＰ３と、コンプトンコーン推定部ＳＰ４とを備える。

【0033】

入射位置取得部ＳＰ１は、放射線位置検出器１０に入射されたガンマ線の入射位置情報を取得する。入射位置取得部ＳＰ１は、ガンマ線検出部１１〜１４のそれぞれからガンマ線の入射位置情報を取得する。入射位置取得部ＳＰ１は、例えば、プリント回路基板２３ａ〜２３ｄから受信する４ｃｈアナログ信号をデジタル信号に変換し、当該デジタル信号を用いて重心位置演算をする。これにより、入射位置取得部ＳＰ１は、ガンマ線検出部１１〜１４のそれぞれに入射したガンマ線の入射位置情報を取得する。この入射位置情報は、例えば、シンチレータ２１ａ〜２１ｄにて検知したシンチレータセグメントの位置情報に相当する。

【0034】

エネルギー取得部ＳＰ２は、放射線位置検出器１０に入射されたガンマ線のエネルギー情報を取得する。エネルギー取得部ＳＰ２は、ガンマ線検出部１１〜１４のそれぞれからガンマ線のエネルギー情報を取得する。このとき、エネルギー取得部ＳＰ２は、各ガンマ線検出部１１〜１４にて取得したエネルギーの相対値が一致する補正を実施する。エネルギー取得部ＳＰ２は、例えば、プリント回路基板２３ａ〜２３ｄから受信する４ｃｈアナログ信号をデジタル信号に変換し、当該デジタル信号の総和を取得することでガンマ線のエネルギー情報を取得する。

【0035】

入射時刻取得部ＳＰ３は、放射線位置検出器１０に入射されたガンマ線の入射時刻情報を取得する。入射時刻取得部ＳＰ３は、ガンマ線検出部１１〜１４のそれぞれからガンマ線の入射時刻情報を取得する。このとき、入射時刻取得部ＳＰ３は、各ガンマ線検出部１１〜１４の位置の違い、シンチレータ２１ａ〜２１ｄの厚さの違い、及び配線Ｗ１〜Ｗ４の長さの違い等に応じた遅延時間の補正を実施する。入射時刻取得部ＳＰ３は、例えばＴＤＣ（Time-to-Digital Converter）回路を用いて、プリント回路基板２３ａ〜２３ｄから受信するタイミングピックオフ信号をガンマ線の入射時刻データに変換する。

【0036】

コンプトンコーン推定部ＳＰ４は、各放射線位置検出器１０に入射されたガンマ線の入射方向をコンプトンコーンとして推定する。コンプトンコーン推定部ＳＰ４は、コンプトン散乱によって電子に加わるエネルギーと、散乱されたガンマ線のエネルギーと、コンプトン散乱が発生した場所と、散乱されたガンマ線が光電吸収された場所との情報に基づいて、放射線位置検出器１０に入射されたガンマ線の入射方向を、角度（散乱角度）を持つ円錐面であるコンプトンコーンに推定する。推定されるコンプトンコーンの角度分解能は、例えば５度以下である。

【0037】

コンプトンコーンとは、ガンマ線の１光子が飛来する方向を示す領域である。光子のコンプトン散乱は、光子が電子と弾性散乱を起こす現象である。光子のエネルギーが高い場合（例えば、光子のエネルギーが５１１ｋｅＶである場合）、前方散乱が支配的である。このため本実施形態では、ガンマ線が検出された検出器のうち被検体Ｔに最も近い検出器にてコンプトン散乱が発生した場所をＦＩＰ（First Interaction Point）とし、当該ＦＩＰを用いてコンプトンコーンが推定される。ＦＩＰは、コンプトン散乱における反跳電子及び散乱ガンマ線のエネルギーと、散乱角度との関係から算出してもよい。

【0038】

データ処理部３は、放射線位置検出器１０にて生成された信号から、被検体Ｔにおけるガンマ線の発生箇所情報（ガンマ線発生位置）を取得（算出）する信号処理回路である。データ処理部３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read OnlyMemory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有する電子制御ユニットである。このようなデータ処理部３では、例えばＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＲＡＭにロードされたプログラムをＣＰＵで実行することにより各種の機能を実現する。

【0039】

次に、図３を用いながらデータ処理部３の機能的構成について説明する。図３は、データ処理部を示すブロック図である。図３に示されるデータ処理部３は、同時計数取得部３１と、散乱面推定部３２と、第１交線判定部３３と、第２交点判定部３４と、同時計数ライン算出部３５と、ガンマ線発生位置取得部３６とを備える。

【0040】

同時計数取得部３１は、各放射線位置検出器１０にて検出されたガンマ線の同時計数情報を取得する。同時計数情報は、所定の時間幅内に２つの放射線位置検出器１０がガンマ線を検出した事象（イベント）を示す情報である。このため、同時計数取得部３１は、まず、各放射線位置検出器１０から送信された電気信号から、各放射線位置検出器１０が、同時もしくは所定の時間幅内にガンマ線を検出したか否かを判定する。上記判定がポジティブであった場合、各放射線位置検出器１０から送信されるガンマ線の情報を取得する。そして、同時計数取得部３１は、取得した同時計数されたガンマ線の情報に基づいて、同時計数の計測ラインＬＯＲ１（後述する図４を参照）を算出する。なお、所定の時間幅は、例えば８×１０^−９秒以内である。

【0041】

散乱面推定部３２は、同時計数情報に基づいて算出された同時計数の計測ラインと、放射線位置検出器１０に入射されたガンマ線のエネルギー情報とに基づいて、ガンマ線の散乱面を推定する。散乱面推定部３２は、例えば、被検体Ｔを挟む一対の放射線位置検出器１０にて取得されたガンマ線のエネルギー情報と、同時計数の計測ラインＬＯＲ１とに基づいて、ガンマ線の散乱面ＳＳ（後述する図４を参照）を推定する。具体例としては、散乱面推定部３２は、まず、散乱されなかったガンマ線を検知した一方の放射線位置検出器１０から取得されるエネルギーＥａと、任意の位置（散乱位置）にて１回散乱されたガンマ線を検知した他方の放射線位置検出器１０から取得されるエネルギーＥｂとから、散乱角度θａｂを算出する。そして、一対の放射線位置検出器１０の検出位置に沿って散乱角度θａｂが成立する全ての位置を描くことによって、長尺楕円体表面である散乱面ＳＳを推定する。散乱面ＳＳは、図４における破線で示した部分に相当する。散乱角度θａｂは、式「θａｂ＝ｃｏｓ^−１（２−Ｅａ／Ｅｂ）」によって示される。エネルギーＥａは電子の静止質量エネルギーである５１１ｋｅＶに相当する。エネルギーＥｂは、例えば、エネルギーＥａの１／３よりも大きく、エネルギーＥａよりも小さい。

【0042】

第１交線判定部３３は、推定されたコンプトンコーンの表面同士が重なる交線（第１交線）の有無を判定する。第１交線判定部３３は、例えば、被検体Ｔを挟む一対の放射線位置検出器１０にて推定された、第１コンプトンコーンＣＣＡ及び第２コンプトンコーンＣＣＢ（後述する図４を参照）の表面同士が重なる第１交線ＣＬ１（後述する図４を参照）の有無を判定する。第１交線は、線状を呈してもよいし、点状を呈してもよい。加えて、この第１交線あるいは第１及び第２コンプトンコーンＣＣＡ，ＣＣＢのいずれかが同時計数の計測ラインと一致する場合、当該同時計数ラインは、散乱ではない真の同時計数ラインとされる。この場合、上記計測ラインとＴＯＦ情報とによってガンマ線発生位置が求められる。

【0043】

第２交点判定部３４は、上記第１交線が存在し、且つ、各コンプトンコーンのいずれも同時計数の計測ラインに重ならない場合、上記第１交線および上記散乱面が重なる第２交点の有無を判定する。第２交点判定部３４は、例えば、第１交線ＣＬ１が存在し、且つ、第１及び第２コンプトンコーンＣＣＡ，ＣＣＢのいずれも同時計数の計測ラインＬＯＲ１に重ならない場合、第１交線ＣＬ１および散乱面ＳＳが重なる第２交点ＣＰ２（後述する図４を参照）の有無を判定する。この第２交点は、コンプトン散乱点として推定される。第２交点判定部３４は、第１交線が存在しない場合、上記第２交点の有無を判定しない。この場合、データ処理部３は、一対の放射線位置検出器１０にて検知されたガンマ線を偶発同時計数と判定する。もしくは、第２交点判定部３４は、第１及び第２コンプトンコーンＣＣＡ，ＣＣＢの少なくとも一方が同時計数の計測ラインＬＯＲ１に重なる場合、上記第２交点の有無を判定しない。この場合、同時計数取得部３１にて取得された同時計数を真の同時計数とする。本実施形態では、第１及び第２コンプトンコーンＣＣＡ，ＣＣＢの少なくとも一方が計測ラインＬＯＲ１に重なるとは、計測ラインＬＯＲ１の全体が第１及び第２コンプトンコーンＣＣＡ，ＣＣＢの少なくとも一方に重なるとしてもよい。

【0044】

同時計数ライン算出部３５は、上記第２交点が存在すると判定された場合、第２交点から散乱同時計数の計測ラインを算出する。同時計数ライン算出部３５は、例えば、第２交点ＣＰ２が存在する場合、第２交点ＣＰ２から散乱同時計数の計測ラインＬＯＲ２（後述する図４を参照）を算出する。計測ラインＬＯＲ２は、例えば、放射線位置検出器１０と第２交点とを結ぶ直線に相当する。第２交点が存在しない場合、同時計数ライン算出部３５は、散乱同時計数の計測ラインを算出しない。この場合、データ処理部３は、散乱同時計数をノイズとして扱う。なお、第２交点が数点存在すると判定された場合、同時計数ライン算出部３５は、各第２交点の散乱同時計数の計測ラインを算出する。

【0045】

ガンマ線発生位置取得部３６は、散乱同時計数の計測ラインおよびガンマ線のＴＯＦ情報から散乱同時計数のガンマ線発生位置を取得する。ガンマ線発生位置取得部３６は、例えば、算出された散乱同時計数の計測ラインＬＯＲ２と、ガンマ線のＴＯＦ情報とからガンマ線発生位置ＡＰ（後述する図４を参照）を取得する。また、ガンマ線発生位置取得部３６は、例えば第１交線ＣＬ１が存在し、且つ、第１及び第２コンプトンコーンＣＣＡ，ＣＣＢの少なくとも一方が同時計数の計測ラインＬＯＲ１に重なる場合、同時計数の計測ラインＬＯＲ１とＴＯＦ情報とからガンマ線発生位置を取得する。ガンマ線発生位置取得部３６は、第２交点が存在しないと判定された場合、散乱同時計数を用いてガンマ線発生位置を取得しない。この場合もまた、データ処理部３は、散乱同時計数をノイズとして扱う。なお、第２交点が数点存在すると判定された場合、ガンマ線発生位置取得部３６は、例えば各第２交点の散乱同時計数の計測ラインと、上記ＴＯＦ情報とを用いたモンテカルロシミュレーション等によって、ガンマ線発生位置を推定する。

【0046】

次に、図４〜図６を参照しながら、本実施形態に係るＰＥＴ装置１を用いた散乱同時計数のガンマ線発生位置の取得方法の一例について説明する。図４は、散乱同時計数のガンマ線発生位置の取得方法を説明するための模式図である。図５は、図４のα−α線に沿った断面図である。図６は、散乱同時計数のガンマ線発生位置の取得方法のフローチャートである。以下では、図４に示されるように、一対の放射線位置検出器１０Ａ，１０Ｂを用いた場合における散乱同時計数のガンマ線発生位置の取得方法を説明する。図４に示される放射線位置検出器１０Ａ，１０Ｂは、所定線Ｌ０（図１（ｂ）を参照）に対して点対称に配置されておらず、且つ、被検体Ｔを挟むように配置されている。図４においては、放射線位置検出器１０Ａ，１０Ｂ以外の放射線位置検出器は、省略されている。

【0047】

図４〜図６に示されるように、放射線位置検出器１０Ａ，１０Ｂのそれぞれに入射されたガンマ線の入射位置、入射エネルギーおよび入射時刻を取得すると共に、当該ガンマ線の入射方向を第１及び第２コンプトンコーンＣＣＡ，ＣＣＢとして推定する（ステップＳ１）。ステップＳ１では、まず、放射線位置検出器１０Ａ，１０Ｂのそれぞれに入射されたガンマ線を検出し、各電気信号（例えば、４ｃｈアナログ信号、タイミングピックオフ信号等）を生成する。続いて、入射位置取得部ＳＰ１、エネルギー取得部ＳＰ２及び入射時刻取得部ＳＰ３は、放射線位置検出器１０Ａ，１０Ｂのそれぞれにおいて入射されたガンマ線の入射位置、入射エネルギー、及び入射時刻を示す情報を、上記電気信号から取得する。続いて、コンプトンコーン推定部ＳＰ４は、取得したガンマ線のエネルギーと、入射位置とから、ガンマ線の入射方向を第１コンプトンコーンＣＣＡ及び第２コンプトンコーンＣＣＢとして推定する。

【0048】

ここで、図７を参照しながら、上記ステップＳ１について詳細に説明する。図７は、図６に示されるステップＳ１の具体例を示すフローチャートである。図７に示されるように、まず、放射線位置検出器１０Ａにガンマ線が入射される（ステップＳ１０１）。続いて、放射線位置検出器１０Ａが備えるガンマ線検出部１１〜１４のそれぞれにおいて、入射されたガンマ線の入射位置、入射エネルギー、及び入射時刻を検出する（ステップＳ１０２ａ〜Ｓ１０２ｄ）。続いて、ガンマ線検出部１１〜１４のそれぞれにおいて検出されたガンマ線の入射エネルギーと入射時刻とを補正する（ステップＳ１０３ａ〜Ｓ１０３ｄ）。続いて、検出器信号処理部ＳＰは、ガンマ線検出部１１〜１４のそれぞれの入射時刻が同時であるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４における「入射時刻が同時」とは、完全な同時に限られなくてもよい。例えば、１×１０^−１０秒程度の時間幅が存在してもよい。

【0049】

続いて、各入射時刻が同時であると判定された場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、ガンマ線検出部１１〜１４にて生成される信号を用いて第１コンプトンコーンＣＣＡを算出する（ステップＳ１０５）。各入射時刻が同時であると判定されるイベントは、ガンマ線検出部１１〜１４に跨がるコンプトン散乱であり、例えば２個のイベントが取得される。また、ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で同時判定されたそれぞれのイベントのエネルギー情報から、エネルギーの総和を算出する。加えて、コンプトンコーン推定部ＳＰ４は、ガンマ線検出部１１〜１４から受信したガンマ線の入射位置情報及びエネルギー情報から、ＦＩＰ（First Interaction Point）を算出する。この算出されたＦＩＰと、散乱されたガンマ線が光電吸収された場所との情報に基づいて、放射線位置検出器１０Ａに入射されたガンマ線の入射方向の推定結果を第１コンプトンコーンＣＣＡとして算出する。

【0050】

続いて、放射線位置検出器１０Ａで取得されたエネルギーが有効か否かを判定する（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０６では、算出されたエネルギーの総和がエネルギーウィンドウに基づいて有効か否かを判定する。次に、ＦＩＰ、エネルギー総和情報、入射時刻情報および推定された第１コンプトンコーンＣＣＡ等の情報は、デジタルデータに変換される（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０７では、上記情報は、例えばバッファ及びシリアルデータ変換回路に送られる。そして、変換されたデータは、データ処理部３に送信され記録される（ステップＳ１０８）。

【0051】

これに対して、各入射時刻が同時ではないと判定された場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、ステップＳ１０５を実施せずにステップＳ１０６を実施する。このときステップＳ１０６では、ガンマ線検出部１１〜１４のそれぞれから取得されたエネルギーが、エネルギーウィンドウに基づいて有効か否かを判定する。同時でないと判定されたイベントは、例えば、ガンマ線検出部１１〜１４のいずれかひとつで光電吸収されたイベントである。ステップＳ１０６にてエネルギーが有効であると判定される場合、上記ステップＳ１０７，Ｓ１０８が実施される。これにより、有効とされたエネルギーのデータが、入射位置情報及び入射時刻情報と共にデータ処理部３に送信され記録される。

【0052】

放射線位置検出器１０Ｂにおいても、図７に示されるフローチャートに沿って、算出されたＦＩＰ、入射位置情報、エネルギーの総和、入射時刻情報並びに推定された第２コンプトンコーンＣＣＢ等の情報は、データとして記録される。

【0053】

図４〜図６に戻って、上記ステップＳ１後、放射線位置検出器１０Ａ，１０Ｂにて検出されるガンマ線の同時計数情報を取得する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、同時計数取得部３１が、放射線位置検出器１０Ａ，１０Ｂから送信された電気信号から、放射線位置検出器１０Ａ，１０Ｂによるガンマ線の検出が、同時計数を構成するか否かを判定する。同時計数情報が取得される場合、当該同時計数情報に基づいて同時計数の計測ラインＬＯＲ１を算出する。また、放射線位置検出器１０Ａ，１０Ｂの入射時刻の差分であるガンマ線のＴＯＦ情報も取得する。同時計数情報が取得されない場合、放射線位置検出器１０Ａ，１０Ｂにて検出されるガンマ線は、同一のガンマ線発生位置から発生した放射線ではないと判定される。この場合、以下にて説明するステップＳ３〜Ｓ９を実施しなくてもよい。

【0054】

次に、同時計数が取得された放射線位置検出器１０Ａ，１０Ｂの情報に、第１及び第２コンプトンコーンＣＣＡ，ＣＣＢの存在の有無を判定する（ステップＳ３）。第１及び第２コンプトンコーンＣＣＡ，ＣＣＢが存在する場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、後述するステップＳ４を実施する。第１及び第２コンプトンコーンＣＣＡ，ＣＣＢの少なくともいずれかが存在しない場合（ステップＳ３：ＮＯ）、放射線位置検出器１０Ａ，１０Ｂに入射されたガンマ線は、通常のＰＥＴ装置で取得される偶発および散乱同時計数を含んだ同時計数と判定される（ステップＥ１）。この場合、偶発同時計数、散乱同時計数の識別はなされずに終了するので、後述するステップＳ４〜Ｓ９は実施されない。

【0055】

次に、同時計数の計測ラインＬＯＲ１および放射線位置検出器１０Ａ，１０Ｂが取得したエネルギーから、ガンマ線の散乱面ＳＳを推定する（ステップＳ４）。ステップＳ４では、放射線位置検出器１０Ａから取得されるエネルギーと、放射線位置検出器１０Ｂから取得されるエネルギーとから、散乱角度を算出する。そして、放射線位置検出器１０Ａ，１０Ｂにおける入射位置に沿って上記散乱角度が成立する全ての位置を描くことによって、長尺楕円体表面である散乱面ＳＳ（図４における破線で示される部分に相当）を推定する。

【0056】

上記ステップＳ４とは別に、推定された第１コンプトンコーンＣＣＡ及び第２コンプトンコーンＣＣＢの表面同士の重なる第１交線ＣＬ１の有無を判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５にて第１交線ＣＬ１が存在すると判定される場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、後述するステップＳ６を実施する。一方、ステップＳ５にて第１交線ＣＬ１が存在しないと判定される場合（ステップＳ５：ＮＯ）、放射線位置検出器１０Ａ，１０Ｂに入射されたガンマ線は、偶発同時計数と判定される（ステップＥ２）。この場合、ガンマ線発生位置の取得はなされずに終了するので、後述するステップＳ６〜Ｓ９は実施されない。なお、ステップＳ４，Ｓ５は、同一のタイミングにて実施されてもよいし、異なるタイミングにて実施されてもよい。例えば、ステップＳ４は、ステップＳ５の実施後に実施されてもよい。

【0057】

次に、第１コンプトンコーンＣＣＡおよび第２コンプトンコーンＣＣＢの少なくとも一方が同時計数の計測ラインＬＯＲ１に重なるか否かを判定する（ステップＳ６）。第１コンプトンコーンＣＣＡおよび第２コンプトンコーンＣＣＢの少なくとも一方が、同時計数の計測ラインＬＯＲ１に重なると判定される場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、ステップＳ２にて算出された同時計数を真の同時計数として取得する（ステップＥ３）。ステップＥ３後、ガンマ線発生位置取得部３６は、放射線位置検出器１０Ａ，１０ＢのＴＯＦ情報と、同時計数の計測ラインＬＯＲ１とからガンマ線発生位置を取得する。このため、後述するステップＳ７〜Ｓ９は実施されない。

【0058】

第１コンプトンコーンＣＣＡおよび第２コンプトンコーンＣＣＢのいずれも同時計数の計測ラインＬＯＲ１に重ならない場合（ステップＳ６：ＮＯ）、第１交線ＣＬ１および散乱面ＳＳが重なる第２交点ＣＰ２の有無を判定する（ステップＳ７）。第２交点ＣＰ２が存在しないと判定される場合（ステップＳ７：ＮＯ）、ガンマ線のいずれかは複数回散乱したと判定される。この場合、データ処理部３は、散乱同時計数をノイズと判定し（ステップＥ４）、後述するステップＳ８，Ｓ９は実施されない。なお、ガンマ線が被写体内で複数回散乱して放射線位置検出器１０に到達するイベントの多くは、複数回の散乱により入射ガンマ線のエネルギーが低くなっている。エネルギーの低い入射ガンマ線はエネルギーウインドウ判定（上記ステップＳ１０６）で無効とされるため、ガンマ線が１回散乱して放射線位置検出器１０に到達するイベントと比較してその割合は低い。このため、ステップＳ７にて第２交点ＣＰ２が存在しないと判定される事象もまたその割合は低い。したがって、後述するステップＳ８，Ｓ９を含むステップＳ１〜Ｓ９は、ガンマ線発生位置ＡＰを推定する方法として有用と言える。

【0059】

第２交点ＣＰ２が存在すると判定される場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、第２交点ＣＰ２をガンマ線の一方が散乱した位置（散乱位置）と判定する（ステップＳ８）。ステップＳ８では、ガンマ線のいずれかが１回のみ散乱したと判定される。また、同時計数ライン算出部３５は、第２交点ＣＰ２から散乱同時計数の計測ラインＬＯＲ２を算出する。

【0060】

次に、散乱同時計数の計測ラインＬＯＲ２およびガンマ線のＴＯＦ情報から散乱同時計数のガンマ線発生位置ＡＰを取得する（ステップＳ９）。ステップＳ９では、ガンマ線発生位置取得部３６が、散乱同時計数の計測ラインＬＯＲ２と、ガンマ線のＴＯＦ情報とからガンマ線発生位置ＡＰを取得する。以上のステップを複数の放射線位置検出器１０のそれぞれに実施することによって、画像処理部４は、取得されたガンマ線発生位置の情報から断層画像を形成できる。画像処理部４は、データ処理部３にて有効とされた散乱同時計数と、ステップＥ３にて得られた真の同時計数と、ステップＥ１にて得られた散乱および偶発同時計数を含んだ同時計数とに基づいて画像再構成を実施することによって、断層画像を取得する。

【0061】

以上に説明した本実施形態に係るＰＥＴ装置１における散乱同時計数のガンマ線発生位置の取得方法による作用効果について説明する。本実施形態では、単に第１コンプトンコーンＣＣＡと第２コンプトンコーンＣＣＢとの表面同士が重なる第１交線ＣＬ１を取得するだけではなく、ガンマ線の散乱面ＳＳと第１交線ＣＬ１との交点である第２交点ＣＰ２を取得する。そして、この第２交点ＣＰ２をガンマ線のコンプトン散乱点としている。このため、第２交点ＣＰ２が存在する場合、散乱同時計数が、線源発生位置ＡＰを取得するためのデータとして利用できる。これにより、全ての散乱同時計数を単にノイズとして除去する場合と比較して、放射線位置検出器１０の感度が実質的に向上する。加えて、例えば被検体の形状、及び線源分布等の複雑な条件を加味したモンテカルロシミュレーション等による計算を要することなく、直接計測された散乱同時計数の情報を用いてガンマ線発生位置ＡＰを推定できる。したがって本実施形態によれば、短時間で高精細な画像撮影が可能になる。

【0062】

本実施形態では、第１交線ＣＬ１が存在し、且つ、第１交線ＣＬ１および同時計数の計測ラインＬＯＲ１が重なる場合、ＴＯＦ情報と同時計数の計測ラインＬＯＲ１とからガンマ線発生位置を取得してもよい。

【0063】

本実施形態では、第１交線ＣＬ１が存在しないと判定された場合、第２交点ＣＰ２の有無の判定と、散乱同時計数の計測ラインＬＯＲ２の算出と、散乱同時計数の計測ラインＬＯＲ２およびＴＯＦ情報からのガンマ線発生位置ＡＰの取得とは、実施されなくてもよい。この場合、不要な偶発同時計数及び推定できない散乱同時計数をノイズとして除去できるので、高精細な画像撮影が可能になる。

【0064】

本実施形態では、第２交点ＣＰ２が存在しないと判定された場合、散乱同時計数の計測ラインＬＯＲ２の算出と、散乱同時計数の計測ラインＬＯＲ２およびＴＯＦ情報からのガンマ線発生位置ＡＰの取得とは、実施されなくてもよい。この場合、不要な散乱同時計数をノイズとして除去できるので、高精細な画像撮影が可能になる。

【0065】

本実施形態では、複数の放射線位置検出器１０のそれぞれは、ガンマ線の入射方向において積層されるガンマ線検出部１１〜１４を有し、ガンマ線検出部１１〜１４のそれぞれは、シンチレータ２１ａ〜２１ｄ及び光センサアレイ２２ａ〜２２ｄを有してもよい。この場合、各放射線位置検出器１０におけるガンマ線の検出性能を向上できる。

【0066】

本実施形態では、ガンマ線検出部１１〜１４に含まれるシンチレータ２１ａ〜２１ｄの厚さは、被検体Ｔに近いほど薄くてもよい。この場合、高時間分解能性能を有する放射線位置検出器１０が実現可能になる。加えて、コンプトンコーン推定部ＳＰ４によって推定されるコンプトンコーンの分解能を向上できる。

【0067】

本実施形態では、シンチレータ２１ａ〜２１ｄのそれぞれは、同一の材料から構成され、当該材料はＬＳＯ：Ｃｅ結晶もしくはＬＹＳＯ：Ｃｅ結晶を含んでもよい。この場合、製造コストを低減しつつ、シンチレータにおけるガンマ線の感度を向上できる。

【0068】

本実施形態では、ガンマ線発生位置に近い側に位置するシンチレータのコンプトン散乱比率は、ガンマ線発生位置から遠い側に位置するシンチレータのコンプトン散乱比率よりも高くてもよい。また、ガンマ線発生位置に近い側に位置するシンチレータはＬａＢｒ_３：Ｃｅ結晶を含み、ガンマ線発生位置から遠い側に位置するシンチレータはＬＳＯ：Ｃｅ結晶もしくはＬＹＳＯ：Ｃｅ結晶を含んでもよい。この場合、ガンマ線発生位置に近い側に位置するシンチレータにてコンプトン散乱比率を向上させ、且つ、ガンマ線発生位置から遠い側に位置するシンチレータにおけるガンマ線の感度を向上できる。

【0069】

本実施形態では、シンチレータ２１ａ〜２１ｄの厚さは、２ｍｍ以上５ｍｍ以下であってもよい。この場合、十分な同時計数タイミング分解能を得ることができる。加えて、ガンマ線の感度を確保すると共に第１及び第２コンプトンコーンＣＣＡ，ＣＣＢを良好に推定できる。

【0070】

以上、本発明の一側面を上記実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明の一側面は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の一側面は、その要旨を逸脱しない範囲でさらなる変形が可能である。例えば上記実施形態において、第１及び第２コンプトンコーンの重なりが１点の交点である場合、当該交点を散乱点と推定できる。この場合、第２交点を求めなくてもよい。

【0071】

また、上記実施形態では、ガンマ線のコンプトン散乱点である第２交点が１点に定められているが、これに限られない。第１交線及び散乱面の第２交点（すなわち、コンプトン散乱点）は、数点（例えば２点等）存在してもよい。この場合、例えば得られた各第２交点を候補とした、上記非特許文献１に示されるようなモンテカルロシミュレーションを実施し、ガンマ線発生位置を推定してもよい。これにより、ガンマ線発生位置の候補を予め小数に絞った上で、上記モンテカルロシミュレーションを実施できる。このため、例えば上記モンテカルロシミュレーション等を単に実施し、多数の候補からガンマ線発生位置を推定する場合と比較して低負荷かつ短時間にてガンマ線発生位置を推定できる。したがって、第２交点が数点存在する場合であっても、上記実施形態と同様の作用効果が奏される。なお、第２交点が数点存在する場合、例えば上記ステップＳ８にて各第２交点の散乱同時計数の計測ラインを算出する。続いて、上記ステップＳ９にて、ガンマ線発生位置取得部３６が、例えば各第２交点の散乱同時計数の計測ラインと、上記ＴＯＦ情報とを用いたモンテカルロシミュレーション等によって、ガンマ線発生位置を推定してもよい。

【0072】

また、上記実施形態にて、ステップＳ４は必ず実施されなくてもよい。例えば、ステップＳ５後にステップＥ２が実施される場合、及び、ステップＳ６後にステップＥ３が実施される場合、ステップＳ４は実施されなくてもよい。

【0073】

本実施形態では、放射線位置検出器は、４つのガンマ線検出部を備えるが、これに限られない。ガンマ線の感度向上の観点から、放射線位置検出器は、ガンマ線検出部を５つ以上有してもよい。また、コストの観点から、放射線位置検出器は、３つ以下のガンマ線検出部を有してもよい。

【符号の説明】

【0074】

１…ＰＥＴ装置、２…ガントリ、３…データ処理部、４…画像処理部、１０，１０Ａ，１０Ｂ…放射線位置検出器（検出器）、１１〜１４…ガンマ線検出部、２１ａ〜２１ｄ…シンチレータ、２２ａ〜２２ｄ…光センサアレイ、２３ａ〜２３ｄ…プリント回路基板、３１…同時計数取得部、３２…散乱面推定部、３３…第１交線判定部、３４…第２交点判定部、３５…同時計数ライン算出部、３６…ガンマ線発生位置取得部、ＡＰ…ガンマ線発生位置、ＣＣＡ…第１コンプトンコーン、ＣＣＢ…第２コンプトンコーン、ＣＬ１…第１交線、ＣＰ２…第２交点、Ｌ０…所定線、ＬＯＲ１…同時計数の計測ライン、ＬＯＲ２…散乱同時計数の計測ライン、ＳＳ…散乱面、ＳＰ…検出器信号処理部（信号処理部）、ＳＰ１…入射位置取得部、ＳＰ２…エネルギー取得部、ＳＰ３…入射時刻取得部、ＳＰ４…コンプトンコーン推定部、Ｔ…被検体（被写体）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】