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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022189746
(43)【公開日】2022-12-22
(54)【発明の名称】核医学診断装置、方法、回路及びプログラム
(51)【国際特許分類】
G01T 1/161 20060101AFI20221215BHJP
G01T 1/20 20060101ALI20221215BHJP
【ＦＩ】
G01T1/161 C
G01T1/161 A
G01T1/20 G
G01T1/20 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022083920
(22)【出願日】2022-05-23
(31)【優先権主張番号】17/345,823
(32)【優先日】2021-06-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＶＥＲＩＬＯＧ
２．Ｌｉｎｕｘ
３．ＳＯＬＡＲＩＳ
４．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ
(71)【出願人】
【識別番号】594164542
【氏名又は名称】キヤノンメディカルシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001771
【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】イ チャン
(72)【発明者】
【氏名】ケント・シー・バー
(72)【発明者】
【氏名】ペン ペン
(72)【発明者】
【氏名】シャオリ リ
【テーマコード（参考）】
2G188
4C188
【Ｆターム（参考）】
2G188AA02
2G188BB04
2G188BB07
2G188CC12
2G188CC23
2G188DD02
2G188DD05
2G188EE07
2G188EE08
2G188EE16
2G188EE22
2G188EE37
2G188EE39
2G188FF28
4C188EE02
4C188FF07
4C188GG19
4C188JJ02
4C188KK01
4C188KK15
4C188KK22
4C188KK24
4C188KK33
4C188KK35
(57)【要約】
【課題】検出器アレイに生じる電荷分布に基づいて、時間分解能及び空間分解能を向上させるための有用な情報を提供すること。
【解決手段】実施形態に係る核医学診断装置は、複数の検出素子が配列された検出器アレイと、前記検出器アレイに接続された回路とを備える。前記回路は、第１、第２、第３及び第４の加算回路を含む。第１の加算回路は、各検出素子から出力される信号に基づいて、信号の総エネルギーに対応する第１の出力を生成する。第２の加算回路は、各検出素子から出力される信号に基づいて、検出器アレイの第１の次元における信号の位置に対応する第２の出力を生成する。第３の加算回路は、各検出素子から出力される信号に基づいて、検出器アレイの第２の次元における信号の位置に対応する第３の出力を生成する。第４の加算回路は、各検出素子から出力される信号に基づいて、信号の電荷分布の半径に対応する第４の出力を生成する。
【選択図】図６Ａ
【解決手段】実施形態に係る核医学診断装置は、複数の検出素子が配列された検出器アレイと、前記検出器アレイに接続された回路とを備える。前記回路は、第１、第２、第３及び第４の加算回路を含む。第１の加算回路は、各検出素子から出力される信号に基づいて、信号の総エネルギーに対応する第１の出力を生成する。第２の加算回路は、各検出素子から出力される信号に基づいて、検出器アレイの第１の次元における信号の位置に対応する第２の出力を生成する。第３の加算回路は、各検出素子から出力される信号に基づいて、検出器アレイの第２の次元における信号の位置に対応する第３の出力を生成する。第４の加算回路は、各検出素子から出力される信号に基づいて、信号の電荷分布の半径に対応する第４の出力を生成する。
【選択図】図６Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ガンマ線を光に変換する結晶と、
前記光を検出して当該光に基づく信号を出力する複数の検出素子が配列された検出器アレイと、
前記検出器アレイに接続された回路と
を備え、
前記回路は、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第１の重みで重み付けして加算することで、前記信号の総エネルギーに対応する第１の出力を生成する第１の加算回路と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第２の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第１の次元における前記信号の位置に対応する第２の出力を生成する第２の加算回路と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第３の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第２の次元における前記信号の位置に対応する第３の出力を生成する第３の加算回路と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第４の重みで重み付けして加算することで、前記信号の電荷分布の半径に対応する第４の出力を生成する第４の加算回路と
を含む、核医学診断装置。
前記光を検出して当該光に基づく信号を出力する複数の検出素子が配列された検出器アレイと、
前記検出器アレイに接続された回路と
を備え、
前記回路は、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第１の重みで重み付けして加算することで、前記信号の総エネルギーに対応する第１の出力を生成する第１の加算回路と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第２の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第１の次元における前記信号の位置に対応する第２の出力を生成する第２の加算回路と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第３の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第２の次元における前記信号の位置に対応する第３の出力を生成する第３の加算回路と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第４の重みで重み付けして加算することで、前記信号の電荷分布の半径に対応する第４の出力を生成する第４の加算回路と
を含む、核医学診断装置。
【請求項2】
前記第１の加算回路は、前記第１の重みとして、前記複数の検出素子それぞれから出力される信号ごとに等しい重みを用いて、前記第１の出力を生成し、
前記第２の加算回路は、前記第２の重みとして、前記複数の検出素子それぞれから出力される信号ごとに前記検出器アレイの前記第１の次元における位置に対応する重みを用いて、前記第２の出力を生成し、
前記第３の加算回路は、前記第３の重みとして、前記複数の検出素子それぞれから出力される信号ごとに前記検出器アレイの前記第２の次元における位置に対応する重みを用いて、前記第３の出力を生成し、
前記第４の加算回路は、前記第４の重みとして、前記複数の検出素子それぞれから出力される信号ごとに前記検出器アレイの前記第１の次元における位置及び前記第２の次元における位置の分散に対応する重みを用いて、前記第４の出力を生成する、
請求項１に記載の核医学診断装置。
前記第２の加算回路は、前記第２の重みとして、前記複数の検出素子それぞれから出力される信号ごとに前記検出器アレイの前記第１の次元における位置に対応する重みを用いて、前記第２の出力を生成し、
前記第３の加算回路は、前記第３の重みとして、前記複数の検出素子それぞれから出力される信号ごとに前記検出器アレイの前記第２の次元における位置に対応する重みを用いて、前記第３の出力を生成し、
前記第４の加算回路は、前記第４の重みとして、前記複数の検出素子それぞれから出力される信号ごとに前記検出器アレイの前記第１の次元における位置及び前記第２の次元における位置の分散に対応する重みを用いて、前記第４の出力を生成する、
請求項１に記載の核医学診断装置。
【請求項3】
前記第１の出力、前記第２の出力、前記第３の出力及び前記第４の出力に基づいて、前記電荷分布の合計された分散を導出する処理回路をさらに備える、
請求項１又は２に記載の核医学診断装置。
請求項１又は２に記載の核医学診断装置。
【請求項4】
前記処理回路は、前記電荷分布の合計された分散に基づいて、前記ガンマ線の相互作用の深さをさらに導出する、
請求項３に記載の核医学診断装置。
請求項３に記載の核医学診断装置。
【請求項5】
前記検出器アレイは、前記複数の検出素子が前記第１の次元及び前記第２の次元にそれぞれ対応するｘ及びｙの２次元に配列された検出素子のマトリクスで構成されており、
位置（ｘ，ｙ）にある検出素子から出力される信号の値をＥｘｙとした場合に、
前記第１の加算回路は、前記第１の出力として、次の式を用いて信号Ｅを生成し、
Ｅ＝ΣＥｘｙ
前記第２の加算回路は、前記第２の出力として、次の式を用いて信号Ｘを生成し、
Ｘ＝ΣｘＥｘｙ
前記第３の加算回路は、前記第３の出力として、次の式を用いて信号Ｙを生成し、
Ｙ＝ΣｙＥｘｙ
前記第４の加算回路は、前記第４の出力として、次の式を用いて信号Ｒを生成する、
Ｒ＝Σ（ｘ２＋ｙ２）Ｅｘｙ
請求項２に記載の核医学診断装置。
位置（ｘ，ｙ）にある検出素子から出力される信号の値をＥｘｙとした場合に、
前記第１の加算回路は、前記第１の出力として、次の式を用いて信号Ｅを生成し、
Ｅ＝ΣＥｘｙ
前記第２の加算回路は、前記第２の出力として、次の式を用いて信号Ｘを生成し、
Ｘ＝ΣｘＥｘｙ
前記第３の加算回路は、前記第３の出力として、次の式を用いて信号Ｙを生成し、
Ｙ＝ΣｙＥｘｙ
前記第４の加算回路は、前記第４の出力として、次の式を用いて信号Ｒを生成する、
Ｒ＝Σ（ｘ２＋ｙ２）Ｅｘｙ
請求項２に記載の核医学診断装置。
【請求項6】
前記信号Ｅ、前記信号Ｘ、前記信号Ｙ及び前記信号Ｒに基づいて、次の式を用いて前記電荷分布の合計された分散σｘを導出する処理回路をさらに備える、
σｘ ２＝Ｒ／Ｅ－（Ｘ２＋Ｙ２）／Ｅ２
請求項５に記載の核医学診断装置。
σｘ ２＝Ｒ／Ｅ－（Ｘ２＋Ｙ２）／Ｅ２
請求項５に記載の核医学診断装置。
【請求項7】
前記回路は、次の式を用いて歪度の信号Ｓを生成する第５の加算回路をさらに含む、
Ｓ＝Σ（ｘ３＋ｙ３）Ｅｘｙ
請求項５又は６に記載の核医学診断装置。
Ｓ＝Σ（ｘ３＋ｙ３）Ｅｘｙ
請求項５又は６に記載の核医学診断装置。
【請求項8】
前記第４の加算回路によって用いられる前記第４の重みは、前記検出器アレイの次元に対して非線形である、
請求項１又は２に記載の核医学診断装置。
請求項１又は２に記載の核医学診断装置。
【請求項9】
前記回路は、前記複数の検出素子のうちの一つの検出素子の出力を受け取るようにそれぞれ構成された複数のバッファ回路をさらに含み、
前記第１の加算回路、前記第２の加算回路、前記第３の加算回路及び前記第４の加算回路は、それぞれ、
前記複数のバッファ回路のうちの一つの出力を受け取るようにそれぞれ構成された複数の重み付け回路と、
前記複数の重み付け回路それぞれからの出力を受け取るように構成された加算アンプと
を含む、請求項１又は２に記載の核医学診断装置。
前記第１の加算回路、前記第２の加算回路、前記第３の加算回路及び前記第４の加算回路は、それぞれ、
前記複数のバッファ回路のうちの一つの出力を受け取るようにそれぞれ構成された複数の重み付け回路と、
前記複数の重み付け回路それぞれからの出力を受け取るように構成された加算アンプと
を含む、請求項１又は２に記載の核医学診断装置。
【請求項10】
前記加算アンプは、前記複数の重み付け回路と一体化されるように構成されている、
請求項９に記載の核医学診断装置。
請求項９に記載の核医学診断装置。
【請求項11】
前記回路は、
前記複数の検出素子のうちの一つの検出素子の出力を受け取るようにそれぞれ構成された複数のバッファ回路と、
前記複数のバッファ回路のうちの一つの出力を受け取るようにそれぞれ構成された複数の第１の重み付け回路と、
前記複数の第１の重み付け回路それぞれからの出力を受け取るようにそれぞれ構成された複数の第１の加算アンプと
をさらに含み、
前記第１の加算回路、前記第２の加算回路、前記第３の加算回路及び前記第４の加算回路は、それぞれ、
前記複数の第１の加算アンプのうちの一つの出力を受け取るようにそれぞれ構成された複数の第２の重み付け回路と、
前記複数の第２の重み付け回路それぞれからの出力を受け取るように構成された第２の加算アンプと
を含む、請求項１又は２に記載の核医学診断装置。
前記複数の検出素子のうちの一つの検出素子の出力を受け取るようにそれぞれ構成された複数のバッファ回路と、
前記複数のバッファ回路のうちの一つの出力を受け取るようにそれぞれ構成された複数の第１の重み付け回路と、
前記複数の第１の重み付け回路それぞれからの出力を受け取るようにそれぞれ構成された複数の第１の加算アンプと
をさらに含み、
前記第１の加算回路、前記第２の加算回路、前記第３の加算回路及び前記第４の加算回路は、それぞれ、
前記複数の第１の加算アンプのうちの一つの出力を受け取るようにそれぞれ構成された複数の第２の重み付け回路と、
前記複数の第２の重み付け回路それぞれからの出力を受け取るように構成された第２の加算アンプと
を含む、請求項１又は２に記載の核医学診断装置。
【請求項12】
ガンマ線を光に変換する結晶と、
前記光を検出して当該光に基づく信号を出力する複数の検出器が配列された検出器アレイと、
前記検出器アレイに接続された回路と
を備え、
前記回路は、前記複数の検出器それぞれから出力される信号を所定の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第１の次元における前記信号の位置に対応する出力、前記検出器アレイの第２の次元における前記信号の位置に対応する出力、及び、前記信号の電荷分布の半径に対応する出力のうちの少なくとも１つを生成する加算回路を含む、核医学診断装置。
前記光を検出して当該光に基づく信号を出力する複数の検出器が配列された検出器アレイと、
前記検出器アレイに接続された回路と
を備え、
前記回路は、前記複数の検出器それぞれから出力される信号を所定の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第１の次元における前記信号の位置に対応する出力、前記検出器アレイの第２の次元における前記信号の位置に対応する出力、及び、前記信号の電荷分布の半径に対応する出力のうちの少なくとも１つを生成する加算回路を含む、核医学診断装置。
【請求項13】
ガンマ線を光に変換する結晶と、前記光を検出して当該光に基づく信号を出力する複数の検出素子が配列された検出器アレイとを備えた核医学診断装置に適用される方法であって、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第１の重みで重み付けして加算することで、前記信号の総エネルギーに対応する第１の出力を生成し、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第２の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第１の次元における前記信号の位置に対応する第２の出力を生成し、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第３の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第２の次元における前記信号の位置に対応する第３の出力を生成し、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第４の重みで重み付けして加算することで、前記信号の電荷分布の半径に対応する第４の出力を生成する
ことを含む、方法。
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第１の重みで重み付けして加算することで、前記信号の総エネルギーに対応する第１の出力を生成し、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第２の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第１の次元における前記信号の位置に対応する第２の出力を生成し、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第３の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第２の次元における前記信号の位置に対応する第３の出力を生成し、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第４の重みで重み付けして加算することで、前記信号の電荷分布の半径に対応する第４の出力を生成する
ことを含む、方法。
【請求項14】
ガンマ線を光に変換する結晶と、前記光を検出して当該光に基づく信号を出力する複数の検出素子が配列された検出器アレイとを備えた核医学診断装置に適用される方法であって、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を所定の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第１の次元における前記信号の位置に対応する出力、前記検出器アレイの第２の次元における前記信号の位置に対応する出力、及び、前記信号の電荷分布の半径に対応する出力のうちの少なくとも１つを生成することを含む、方法。
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を所定の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第１の次元における前記信号の位置に対応する出力、前記検出器アレイの第２の次元における前記信号の位置に対応する出力、及び、前記信号の電荷分布の半径に対応する出力のうちの少なくとも１つを生成することを含む、方法。
【請求項15】
ガンマ線を光に変換する結晶と、前記光を検出して当該光に基づく信号を出力する複数の検出素子が配列された検出器アレイとを備えた核医学診断装置に適用される回路であって、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第１の重みで重み付けして加算することで、前記信号の総エネルギーに対応する第１の出力を生成する第１の加算回路と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第２の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第１の次元における前記信号の位置に対応する第２の出力を生成する第２の加算回路と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第３の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第２の次元における前記信号の位置に対応する第３の出力を生成する第３の加算回路と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第４の重みで重み付けして加算することで、前記信号の電荷分布の半径に対応する第４の出力を生成する第４の加算回路と
を含む、回路。
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第１の重みで重み付けして加算することで、前記信号の総エネルギーに対応する第１の出力を生成する第１の加算回路と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第２の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第１の次元における前記信号の位置に対応する第２の出力を生成する第２の加算回路と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第３の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第２の次元における前記信号の位置に対応する第３の出力を生成する第３の加算回路と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第４の重みで重み付けして加算することで、前記信号の電荷分布の半径に対応する第４の出力を生成する第４の加算回路と
を含む、回路。
【請求項16】
ガンマ線を光に変換する結晶と、前記光を検出して当該光に基づく信号を出力する複数の検出素子が配列された検出器アレイとを備えた核医学診断装置に適用されるプログラムであって、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第１の重みで重み付けして加算することで、前記信号の総エネルギーに対応する第１の出力を生成する手順と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第２の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第１の次元における前記信号の位置に対応する第２の出力を生成する手順と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第３の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第２の次元における前記信号の位置に対応する第３の出力を生成する手順と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第４の重みで重み付けして加算することで、前記信号の電荷分布の半径に対応する第４の出力を生成する手順と
をコンピュータに実行させる、プログラム。
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第１の重みで重み付けして加算することで、前記信号の総エネルギーに対応する第１の出力を生成する手順と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第２の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第１の次元における前記信号の位置に対応する第２の出力を生成する手順と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第３の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第２の次元における前記信号の位置に対応する第３の出力を生成する手順と、
前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第４の重みで重み付けして加算することで、前記信号の電荷分布の半径に対応する第４の出力を生成する手順と
をコンピュータに実行させる、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書及び図面に開示の実施形態は、核医学診断装置、方法、回路及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来のポジトロン放射断層撮影（Positron Emission Tomography：ＰＥＴ）検出器は、入射したガンマ線の位置を判定するために結晶アレイを用いる。結晶アレイとともに複数のシリコン光電子増倍管（Silicon Photomultiplier：ＳｉＰＭ）を用いることによって、ピクセル化された複数の検出素子で形成された検出器アレイが得られる。検出器アレイのＳｉＰＭからの信号が個別にデジタル化又は重みを付けて合計されて、結果として、信号の総エネルギー及び検出されたガンマ線の２次元（Two Dimensional：２Ｄ）座標に対応する信号が得られる。
【0003】
検出器アレイでは、結晶及びＳｉＰＭの間における散乱及び光の共有によって、入射したガンマ線が複数のＳｉＰＭによって検出される場合があり、その結果、検出器アレイにわたって電荷分布が生じることがある。この電荷分布は、時間分解能及び空間分解能を向上させるための有用な情報を提供することができる。図１に、散乱の概略図を示す。矢印２０によって示されるように、ある結晶１０ａで５１１ｋｅＶの光子が受け取られ、別の結晶１０ｂに散乱される。図１では、ＳｉＰＭアレイ３０によって受け取られた、結晶アレイ１０からの電荷が、曲線４０及び曲線４１によって概略的に示されている。
【0004】
また、検出器アレイでは、モノリシック結晶を用いることも可能である。その場合に、電荷分布は、ガンマ線の相互作用の深さ（Depth Of Interaction：ＤＯＩ）を導出するために用いることができる。図２は、モノリシック結晶における散乱及び電荷の共有情報を示す。異なる深さでの５１１ｋｅＶの光子がモノリシック結晶５０によって吸着され、ＳｉＰＭ７０によって検出される。図２では、２つの光子の電荷分布が、曲線８０及び曲線８１として示されている。ＤＯＩは、矢印６０として示されている。
【0005】
このような検出器アレイにおいて、より高い空間分解能を得るためには、結晶を小さくする必要があり、その結果、ＳｉＰＭの数が多くなる。読み出すＳｉＰＭが著しく多い場合、アンガーロジックを用いて総出力数を減少させることができる。しかしながら、アンガーロジックを用いた場合、電荷分布の損失が生じる。
【0006】
例えば、従来の重み付け加算回路が特許文献１に記載されている。当該特許文献１の図２には、読み出し回路が示されている。このシステムでは、結晶アレイからの利用可能な情報を限定する位置情報に対して２つの合計チャネルしかない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】米国特許第９９４５９６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、検出器アレイに生じる電荷分布に基づいて、時間分解能及び空間分解能を向上させるための有用な情報を提供することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置付けることもできる。
【課題を解決するための手段】
【0009】
実施形態に係る核医学診断装置は、ガンマ線を光に変換する結晶と、前記光を検出して当該光に基づく信号を出力する複数の検出素子が配列された検出器アレイと、前記検出器アレイに接続された回路とを備える。前記回路は、第１の加算回路と、第２の加算回路と、第３の加算回路と、第４の加算回路とを含む。前記第１の加算回路は、前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第１の重みで重み付けして加算することで、前記信号の総エネルギーに対応する第１の出力を生成する。前記第２の加算回路は、前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第２の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第１の次元における前記信号の位置に対応する第２の出力を生成する。前記第３の加算回路は、前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第３の重みで重み付けして加算することで、前記検出器アレイの第２の次元における前記信号の位置に対応する第３の出力を生成する。前記第４の加算回路は、前記複数の検出素子それぞれから出力される信号を第４の重みで重み付けして加算することで、前記信号の電荷分布の半径に対応する第４の出力を生成する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
本願は、添付の図面を伴う非限定的な方法で示す説明に照らして、より理解されるであろう。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しながら、核医学診断装置、方法、回路及びプログラムの実施形態について詳細に説明する。
【0012】
一実施形態は、結晶によって生成された信号を検出するように配置された光検出器アレイから信号を受信する回路であって、重み付け回路を有する複数の加算回路を含む回路に関するものであり、当該加算回路は、信号の総エネルギー、光検出器アレイの第１の次元における信号の位置、光検出器アレイの第２の次元における信号の位置、及び信号の電荷分布の半径に対応する出力を生成するように構成されている。
【0013】
一実施形態は、ガンマ線を受け取るように構成された結晶、及び結晶によって生成された信号を検出するように配置された光検出器アレイを有するＰＥＴ装置に関するものであり、光検出器アレイに接続された回路が、重み付け回路を有する複数の加算回路を含み、当該加算回路は、信号の総エネルギー、光検出器アレイの第１の次元における信号の位置、光検出器アレイの第２の次元における信号の位置、及び、信号の電荷分布の半径に対応する出力を生成するように構成されている。
【0014】
一実施形態は、結晶内のガンマ線の相互作用から情報を抽出する方法に関するものであり、当該方法は、相互作用から出力信号を生成し、出力信号の総エネルギーに対応する第１の信号、結晶の第１の次元における出力信号の位置に従って重み付けされた出力信号のエネルギーに対応する第２の信号、結晶の第２の次元における出力信号の位置に従って重み付けされた出力信号のエネルギーに対応する第３の信号、及び、第１及び第２の方向における出力信号の位置の分散に従って重み付けされた出力信号のエネルギーに対応する第４の信号を生成することを含む。
【0015】
一実施形態は、結晶内のガンマ線の相互作用の位置を判定する方法に関するものであり、当該方法は、相互作用から出力信号を生成し、出力信号の総エネルギーに対応する第１の信号、結晶の第１の次元における出力信号の位置に従って重み付けされた出力信号のエネルギーに対応する第２の信号、結晶の第２の次元における出力信号の位置に従って重み付けされた出力信号のエネルギーに対応する第３の信号、及び、第１及び第２の方向における出力信号の位置の分散に従って重み付けされた出力信号のエネルギーに対応する第４の信号を生成することを含み、第１の信号に対する第２の信号の比、第１の信号に対する第３の信号の比、及び、第１の信号に対する第４の信号の比から引かれた第１の信号の二乗に対する、第１の信号の二乗と第２の信号の二乗の合計の比の少なくとも１つを用いて、相互作用の位置が判定される。
【0016】
図３～図４に、本願に係るＰＥＴ装置を示す。ＰＥＴ装置１００は、それぞれが矩形の検出器モジュールとして構成された複数のガンマ線検出器（Gamma-Ray Detector：ＧＲＤ）１０１（例えば、ＧＲＤ１、ＧＲＤ２～ＧＲＤＮ）を含む。一実施態様によれば、検出器は、ガントリ１０４を中心とした円形のボア１０２を形成するリング内に配置される。この例では、リングは４０個のＧＲＤ１０１を含む。リングは、ボア１０２の所望のサイズなどの要因に応じて、異なる数のＧＲＤ１０１を有してもよい。ＧＲＤ１０１は、ガンマ線を光検出器によって検出されるシンチレーション光子（例えば、光学的、赤外線、及び紫外線の波長）に変換するための、シンチレータ結晶アレイを含む。各ＧＲＤ１０１は、ガンマ線を吸収してシンチレーション光子を放射する個々の検出器結晶の２次元アレイを含むことができ、又は、モノリシックアレイ若しくはスラットのあるアレイを含むことができる。シンチレーション光子は、同じくＧＲＤ１０１内に配置されたＳｉＰＭなどのデバイス（図示せず）の２次元アレイによって検出することができる。検出結晶のアレイとＳｉＰＭの間に、ライトガイドを配置することができる。本願に係る結晶及びＳｉＰＭの配置を、以下でより詳細に説明する。
【0017】
図３は、被検体ＯＢＪから放射されるガンマ線を検出するように配置されたＧＲＤを有するＰＥＴ装置１００の概略図を示す。ＧＲＤ１０１は、検出された各ガンマ線に対応するタイミング、位置及びエネルギーを測定することができる。なお、図３の単一のＰＥＴ検出器リングをＰＥＴ装置の軸長に沿って外挿することで、任意の数のＰＥＴ検出器リングを含むようにしてもよい。
【0018】
図４は、ＰＥＴ装置１００の配置の一例を示し、ここでは画像化されるべき被検体ＯＢＪが寝台２０６上に置かれており、ＧＲＤ１０１（ＧＲＤ１～ＧＲＤＮ）が被検体ＯＢＪ及び寝台２０６の周囲に円周方向に配置されている。ＧＲＤ１０１は、ＰＥＴ検出器リングを含んでもよく、ガントリ２０４に固定接続されている円筒形のボア２０２に固定接続されてもよい。ガントリ２０４は、ＰＥＴ装置の多くの部品を収容する。ＰＥＴ装置のガントリ２０４はまた、被写体ＯＢＪ及び寝台２０６が通過することができる、円筒形のボア２０２によって定義される、開いた開口部を含み、対消滅イベントにより被検体ＯＢＪから反対方向に放射されるガンマ線をＧＲＤ１０１によって検出することができ、タイミング及びエネルギー情報を用いてガンマ線のペアの同時計数を判定することができる。
【0019】
図４では、ガンマ線検出データを取得、記憶、処理、及び分配するための回路及びハードウェアも示されている。この回路及びハードウェアは、プロセッサ２０７、ネットワークコントローラ２０３、メモリ２０５、及びデータ取得システム（Data Acquisition System：ＤＡＳ）２０８を含む。ＰＥＴ撮像装置はまた、ＧＲＤ１０１からの検出測定結果を、ＤＡＳ２０８、プロセッサ２０７、メモリ２０５、及びネットワークコントローラ２０３にルーティングするデータチャネルも含む。ＤＡＳ２０８は、検出器からの検出データの取得、デジタル化、及びルーティングを制御することができる。一実施形態において、ＤＡＳ２０８は、寝台２０６の動きを制御する。プロセッサ２０７は、配置エラーの識別、検出データの前再構成処理、画像再構成、及び、画像データの後再構成処理を含む機能を実行する。ここで、プロセッサ２０７は、処理回路の一例である。
【0020】
一実施形態によれば、図３及び図４のＰＥＴ装置１００のプロセッサ２０７が、本明細書に記載される方法を実行するように構成される。プロセッサ２０７は、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ）、又は、他の複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）など、個々の論理ゲートとして実行可能なＣＰＵ（Central Processing Unit）を含むことができる。ＦＰＧＡ又はＣＰＬＤの実装は、ＶＨＤＬ、Ｖｅｒｉｌｏｇ又はその他のハードウェア記述言語でコード化されていてもよく、そのコードはＦＰＧＡ又はＣＰＬＤで直接電子メモリ内に記憶されてもよく、又は、個別の電子メモリとして記憶されてもよい。さらに、メモリ３０５は、ハードディスクドライブ、ＣＤ-ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、フラッシュドライブ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、又は、当技術分野において既知の、任意のその他の電子記憶装置とすることができる。メモリ２０５は、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、又は、フラッシュメモリなどの不揮発性であってもよい。メモリ２０５はまた、静的又は動的ＲＡＭなど揮発性であることが可能であり、マイクロコントローラ又はマイクロプロセッサなどのプロセッサは、ＦＰＧＡ又はＣＰＬＤと、メモリとの間の相互作用と同様に、電子メモリを管理するために提供されていてもよい。
【0021】
または、プロセッサ２０７内のＣＰＵは、本明細書に記載された方法を実行する一連のコンピュータ可読命令を含むコンピュータプログラムを実行することができ、そのプログラムは、任意の上述の非一時的電子メモリ及び／又はハードディスクドライブ、ＣＤ、ＤＶＤ、フラッシュドライブ、又は、その他の任意の既知の記憶媒体に記憶されている。さらに、コンピュータ可読命令は、ユーティリティアプリケーション、バックグラウンドデーモン若しくはオペレーティングシステムの構成要素、又は、それらの組み合わせで提供されてもよく、インテル社製のＸｅｎｏｎ又はＡＭＤ社製のＯｐｔｅｒｏｎプロセッサ、及びＭｉｃｒｏｓｏｆｔ ＶＩＳＴＡ、ＵＮＩＸ（登録商標）、Ｓｏｌａｒｉｓ、ＬＩＮＵＸ、Ａｐｐｌｅ、ＭＡＣ－ＯＳ、ならびに当業者に既知の他のオペレーティングシステムなどのプロセッサと協働して実行される。さらに、ＣＰＵは、命令を実行するために並行して協同的に動作する、複数のプロセッサとして実行することができる。命令は、メモリ２０５に、又は、ネットワークコントローラ２０３に位置したメモリ（図示せず）内に記憶されてもよい。
【0022】
一実施形態において、ＰＥＴ装置は、再構成画像などを表示するためのディスプレイを含んでもよい。ディスプレイは、ＬＣＤディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＯＬＥＤ、ＬＥＤ、又は、当業者にとって既知のその他のディスプレイであることが可能である。
【0023】
インテル社からのインテルイーサネットＰＲＯネットワークインタフェースカードなどのネットワークコントローラ２０３は、ＰＥＴ撮像装置の様々な部分の間でインタフェースすることができる。さらに、ネットワークコントローラ２０３はまた、外部ネットワークとインタフェースすることもできる。理解できるように、この外部ネットワークは、インターネットなどの公共ネットワーク、又は、ＬＡＮ若しくはＷＡＮネットワークなどのプライベートネットワーク、又は、これらの任意の組み合わせであることができ、ＰＳＴＮ若しくはＩＳＤＮサブネットワークを含むこともできる。外部ネットワークはまた、イーサネットネットワークなどの有線とすることができ、又は、ＥＤＧＥ、３Ｇ、及び４Ｇ無線セルラーシステムを含むセルラーネットワークなどの無線とすることもできる。無線ネットワークは、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、又は、既知の任意のその他の無線通信形式とすることもできる。
【0024】
本願に係るＧＲＤ１０１では、ＳｉＰＭアレイなどの光検出器が、結晶アレイ、スラット結晶のスタック、又は、モノリシック結晶に結合される。図５Ａ～図５Ｄに、これらの構造を示す。これらの図は例であり、代表的な数の結晶及びＳｉＰＭ素子を示す。結晶及びＳｉＰＭ素子の数は、ＰＥＴ装置の必要性及び要件に従って変化することができる。図５Ａ及び図５Ｂは、１－１結合のＳｉＰＭアレイ３０及び不一致結合のＳｉＰＭアレイ３１に結合された結晶アレイ１０を示している。ここで、不一致結合とは、結晶の数とＳｉＰＭの数とが異なることである。図５Ｂの例では、ＳｉＰＭアレイ３１は、アレイ内の結晶の数よりも大きなピッチ（又は、少ない素子）を有している。ＳｉＰＭアレイ３０及び３１は、複数の検出器素子で構成され、結晶アレイ１０は、複数の結晶で構成されている。図５Ｃに、モノリシック結晶５０を用いた実施形態を示し、図５Ｄに、スラット結晶のスタックを用いた結晶アレイ９０を有する実施形態を示す。
【0025】
結晶アレイにおいて、結晶は、空隙、リフレクタ、又は、不透明な材料によって互いに分離されてもよい。結晶間の分離は、結晶を透過する光を完全に分離する必要はない。例えば、結晶の長さよりも短いリフレクタが隙間に配置されている場合に、結晶間でいくらかの光が共有されてもよい。
【0026】
光検出器アレイの個々のチャネルからの信号は、受信信号に関する情報を導出するために合計される。本願では、光検出器アレイからの信号は、有利なことに、特別に設計された重みを有する複数の加算回路のグループに供給される。加算回路は、ＤＡＳ２０８の一部であるか、又は、ＧＲＤ１０１に配置されてもよい。例えば、４つ以上の加算回路のグループが配置されてもよい。この例では、１つのグループが、等しい重みを加えて１つのエネルギーの信号を生成するように設計されている。また、２つのグループが、チャネルに依存した重みを用いて、座標の信号を生成する。また、４つ目のグループが、チャネルに依存した重みを用いて、電荷分布の半径の信号を生成する。
【0027】
原理的には、電荷分布は、全ての次数のモーメントの合計として表現することができる。有界区間内における確率分布、本願では電荷分布は、全てのモーメント（全ての次数のｍｎ＝∫ｘｎｆ（ｘ）ｄｘ、ｎ＝０～∞）の集まりによって一意に判定される（ハウスドルフのモーメント問題、モーメント（数学）、Wikipedia；https://en.wikipedia.org/wiki/Moment_(mathematics)）。したがって、電荷分布のより多くの特徴を抽出する必要がある場合には、さらにグループが追加されてもよい。
【0028】
図６Ａに、本願に係る加算回路の第１の実施形態を示す。この配置は、１段の加算回路である。３×３のマトリクスに配置されたＳｉＰＭ Ｄ１１～Ｄ３３が、一例として示されている。典型的には、より多数のＳｉＰＭが合計される。ＳｉＰＭの各出力は、まずバッファ回路１１０を用いてバッファされ、次に重み付け回路１１１のアレイに転送される。バッファ回路１１０は、ＳｉＰＭの電極を終端させ、重み付け処理用の出力を駆動するために用いられるアンプで構成されている。ＳｉＰＭに用いられる典型的なバッファ回路は、トランスインピーダンス入力アンプ（Transimpedance Input Amplifier：ＴＩＡ）である。これは、ＳｉＰＭからの電流信号を、所望の振幅を有する電圧信号に変換する。重み付け回路１１１は、加算アンプ１１２で合計される前の信号に適用される重みを制御する。なお、図６Ａでは、図を見やすくするために、バッファ回路１１０と重み付け回路１１１との間の接続については、エネルギー及びＸの信号のみを示しているが、ＳｉＰＭ Ｄ１１～Ｄ３３に接続されたバッファ回路の出力は、Ｙ及び半径の信号の重み付け回路１１１にも供給される。
【0029】
図７に、重み付け回路１１１の一例を示す。重み付け回路１１１は、可変抵抗器又は可変インピーダンスデバイスとして実装されてもよく、プロセッサによって制御可能である。重み付け回路は、要求に応じて調整されて、ＳｉＰＭによって生成された信号から加算アンプへの適切な入力を提供する。重み付け回路の制御については、以下でより詳細に記載する。
【0030】
重み付け回路１１１のそれぞれは、機器チャネルに接続することができ、プロセッサ２０７によって制御されて、適切な重みを設定及び調整する。また、バッファ回路１１０も、ゲインの制御のために機器チャネルに接続することができる。当該ゲインは、ＳｉＰＭのゲインの変動を補正するために調整することができる。また、ＳｉＰＭのゲインの変動を補正するために、重みを調整することも可能である。なお、図６Ａでは、図を見やすくするために、１つのバッファ回路１１０及び１つの重み付け回路１１１のみが機器チャネルに接続されているように示している。
【0031】
重み付け回路１１１の出力が加算アンプ１１２に入力されて、エネルギーの信号が提供される。また、座標の信号を表すＸ及びＹの信号がチャネルに依存した重みで生成され、半径の信号がチャネルに依存した重みで生成される。加算アンプ１１２は、入力した信号を集約し、入力信号の合計に比例した信号を出力する。例えば、重み付け回路１１１によって出力された信号の電圧値が合計されて、合計電圧値が生成される。合計された出力は、補正マトリクス１１３に出力される。補正マトリクス１１３は、ハードウェア、ＦＰＧＡ、プロセッサに組み込まれたプログラム又はメモリ２０５に記憶されたプログラムを実行するように構成されたプロセッサ、変換テーブル、又は、ニューラルネットワークで構成することができる。補正マトリクス１１３の動作については、以下でより詳細に記載する。補正マトリクス１１３を省略して、合計された出力を補正せずに用いてもよい。
【0032】
なお、一変形例として、重み付け回路１１１は、加算アンプの一部であってもよい。図８に、重み付け回路１１１及び加算器１１４を有する加算アンプ１１５を示す。例えば、加算アンプ１１５は、複数の重み付け回路１１１及び加算器１１４と一体化されるように構成されている。
【0033】
ここで、信号の重み付けについて、より詳細に説明する。まず、エネルギー（Ｅ）のチャネルについては、等しい重みが用いられ、次の式で求められる。
Ｅ＝ΣＥｘｙ
Ｅ＝ΣＥｘｙ
【0034】
この式において、ｘ及びｙは、ＳｉＰＭアレイ内のＳｉＰＭの２次元位置を表し、Ｅｘｙは、位置（ｘ，ｙ）でのバッファ回路からの信号の値である。また、Ｘのチャネルについては、重みは水平方向の位置ｘに比例し、次の式で求められる。
Ｘ＝ΣｘＥｘｙ
Ｘ＝ΣｘＥｘｙ
【0035】
同様に、Ｙのチャネルについては、重みは垂直方向の位置ｙに比例し、次の式で求められる。
Ｙ＝ΣｙＥｘｙ
Ｙ＝ΣｙＥｘｙ
【0036】
最後に、半径（Ｒ）のチャネルについては、重みは（ｘ２＋ｙ２）に比例し、次の式で求められる。
Ｒ＝Σ（ｘ２＋ｙ２）Ｅｘｙ
Ｒ＝Σ（ｘ２＋ｙ２）Ｅｘｙ
【0037】
また、プロセッサ２０７によって、以下の式を用いて、電荷分布の合計された分散を導出することができる。
σｘ ２＝Ｒ／Ｅ－（Ｘ２＋Ｙ２）／Ｅ２
σｘ ２＝Ｒ／Ｅ－（Ｘ２＋Ｙ２）／Ｅ２
【0038】
ここで、合計された分散は、散乱又はＤＯＩ（Ｚ）の指標となる。例えば、プロセッサ２０７が、電荷分布の合計された分散に基づいて、ガンマ線のＤＯＩを導出する。
【0039】
また、一変形例として、ｘ方向及びｙ方向の双方の電荷分布の分散を分離する必要がある場合は、以下のように２つの半径のチャネルが用いられてもよい。
Ｒｘ＝Σｘ２Ｅｘｙ
Ｒｙ＝Σｙ２Ｅｘｙ
Ｒｘ＝Σｘ２Ｅｘｙ
Ｒｙ＝Σｙ２Ｅｘｙ
【0040】
本変形例では、合計された分散は、次の式で求められる。
σｘ ２＝Ｒｘ／Ｅ－Ｘ２／Ｅ２
σｙ ２＝Ｒｙ／Ｅ－Ｙ２／Ｅ２
σｘ ２＝Ｒｘ／Ｅ－Ｘ２／Ｅ２
σｙ ２＝Ｒｙ／Ｅ－Ｙ２／Ｅ２
【0041】
また、モノリシック結晶を用いる場合は、ＤＯＩ及び散乱の両方によって電荷の共有が生じるが、それぞれの電荷分布は異なる。そこで、これらの２つの要因を分離するために、以下の式に従って、高次の加算回路のグループ（３次のモーメント、歪度）が追加されてもよい。
Ｓ＝Σ（ｘ３＋ｙ３）Ｅｘｙ
Ｓ＝Σ（ｘ３＋ｙ３）Ｅｘｙ
【0042】
図６Ｂは、歪度の加算回路を有する場合の第１の実施形態の簡略化された一部を示す。図６Ｂでは、アレイの図示を省略している。なお、これとは別の方法として、４つのグループのうちの１つが、プロセッサ２０７によって調整された重みを有して、歪度の信号Ｓを生成してもよい。エネルギーの信号を用いて、タイミング情報を測定することもできる。タイミング情報は、例えば、図６Ａに示すように、ＳｉＰＭアレイからの別の信号を用いて測定することもできる。図６Ａでは、バイアス電圧の印加がタイミングチャネルに送られる。
【0043】
ＳｉＰＭ Ｄ１１～Ｄ３３からの各出力は、特定の出力であるエネルギー、Ｘ、Ｙ及び半径に対応する重み付け回路のグループそれぞれに供給される。図９に、重み付けの一例を示す。重み付けを示すために、４×４のＳｉＰＭアレイが用いられている。図９の表には、Ｘの出力についての重み（Ｗ＿Ｘ）、Ｙの出力についての重み（Ｗ＿Ｙ）、エネルギーの出力についての重み（Ｗ＿Ｅ）、及び、半径の出力についての重み（Ｗ＿Ｒ）が示されている。図１０Ａ～図１０Ｄは、４×４のＳｉＰＭアレイに対応する重みを示す。上述したように、Ｘ及びＹの重みは位置ｘ及びｙに比例し、エネルギーの重みは一定であり、半径の重みは（ｘ２＋ｙ２）に応じて変化する。半径の重みは、非線形であることに留意されたい。このような非線形の重みは、座標であるＸ及びＹ、並びに、エネルギーに適用することもでき、それにより、より良い精度に調整することができる。例えば、ある位置のＳｉＰＭが他の位置と比べて低いゲインを有することがあるが、関連するチャネルに適用される重みをＳｉＰＭのゲインに反比例する係数を用いて適宜にスケーリングすることで、ゲインが低いＳｉＰＭの位置を補償することができる。結果として、重みは、もはやＸ又はＹの座標に対して線形ではない。
【0044】
なお、図６Ａの１段の加算回路は、バッファ回路と重み付け回路との間に多数の接続を必要とする。これに対し、図１１に、より少ない接続を有する２段の加算回路を含む第２の実施形態を示す。図１１では、図を見やすくするために、ＳｉＰＭ Ｄ１１～Ｄ３３の３×３のマトリクスを示しているが、これとは異なる数のＳｉＰＭを用いることもできる。本実施形態では、信号は、まずバッファ回路１２０を用いてバッファされ、次に重み付け回路１２１を用いて局所的に重み付けされる。重み付け回路１２１によって重み付けされた信号が加算アンプ１２２に供給されて、一連の局所的なエネルギー、Ｘ及びＹの信号であるＥｙｎ、Ｘｙｎ及びＲｙｎが生成される。この例では、Ｘ方向に沿った同じ行に並ぶＳｉＰＭの各出力が、まず、３つの信号Ｅｙ、Ｘｙ及びＲｙに合計される。ここで、Ｅｙは、当該行の総エネルギーを表し、Ｘｙは、当該行の重み付けされた位置ｘを表し、Ｒｙは、半径を表す。これら３つの信号は、以下の式に従って判定される。
Ｅｙ＝ΣｙＥｘｙ
Ｘｙ＝ΣｙｘＥｘｙ
Ｒｙ＝Σｙ（ｘ２＋ｙ２）Ｅｘｙ
Ｅｙ＝ΣｙＥｘｙ
Ｘｙ＝ΣｙｘＥｘｙ
Ｒｙ＝Σｙ（ｘ２＋ｙ２）Ｅｘｙ
【0045】
次に、これらの信号が重み付け回路１２３に入力され、その後、加算アンプ１２４で合計されて、エネルギー（Ｅ）、Ｘ、Ｙ及び半径（Ｒ）の信号が生成される。これらの信号は、以下の式に従って生成される。
Ｅ＝ΣＥｙ
Ｘ＝ΣＸｙ
Ｙ＝ΣｙＥｙ
Ｒ＝ΣＲｙ
Ｅ＝ΣＥｙ
Ｘ＝ΣＸｙ
Ｙ＝ΣｙＥｙ
Ｒ＝ΣＲｙ
【0046】
バッファ回路１２０並びに重み付け回路１２１及び１２３は、第１の実施形態と同様に、重み付け値の制御のために、機器チャネルを介してプロセッサ２０７及びＤＡＳ２０８に接続される。また、第１の実施形態と同様に、図８のような重み付け回路を集積した加算回路が用いられてもよい。
【0047】
第１の実施形態と比較すると、加算回路に送られる信号の最大数及び必要な重みの数は、１段の実施形態ではｎ２であるが、２段の実施形態では３ｎとなる。ここで、ｎは、ｘ方向に沿ったＳｉＰＭの数である。加算アンプの数は、１段の実施形態では４であるが、２段の実施形態では３ｎ＋４となる。バッファアンプの数（ｎ２）は、１段の実施形態及び２段の実施形態で同じである。２段の実施形態では、加算アンプの数は多くなるが、その一方で、アレイ内のＳｉＰＭの数が多い場合でも、必要な重みの数を大幅に低減することができる。大きなサイズのアレイでは、重みの数を減少することができることにより、回路内のトレース数を減少させることができ、設計及びトレースのルーティングを管理しやすくなる。
【0048】
図１２に、位置の復号の一例を示す。これは、第１及び第２の実施形態の両方に適用することができる。ここでは、図９及び図１０Ａ～図１０Ｄに示す重みを有する４×４のアレイが一例として用いられている。説明を容易にするために、１つのマトリクスにつき最大２つのヒットを有する６つの異なる事例が図示されている。図１２は、合計出力と復号位置とを含む。合計出力は、重みから、以下のように判定される。
Ｘｓｕｍ＝ΣｘｉＥｉ
Ｙｓｕｍ＝ΣｙｉＥｉ
Ｅｓｕｍ＝ΣＥｉ
Ｒｓｕｍ＝Σ（ｘｉ ２＋ｙｉ ２）Ｅｉ
Ｘｓｕｍ＝ΣｘｉＥｉ
Ｙｓｕｍ＝ΣｙｉＥｉ
Ｅｓｕｍ＝ΣＥｉ
Ｒｓｕｍ＝Σ（ｘｉ ２＋ｙｉ ２）Ｅｉ
【0049】
復号位置は、以下のように判定される。
ＰＸ＝Ｘｓｕｍ／Ｅｓｕｍ
ＰＹ＝Ｙｓｕｍ／Ｅｓｕｍ
ＰＥ＝Ｅｓｕｍ
ＰＲ＝Ｒｓｕｍ／Ｅｓｕｍ－（ｘｓｕｍ ２＋ｙｓｕｍ ２）／Ｅｓｕｍ ２
ＰＸ＝Ｘｓｕｍ／Ｅｓｕｍ
ＰＹ＝Ｙｓｕｍ／Ｅｓｕｍ
ＰＥ＝Ｅｓｕｍ
ＰＲ＝Ｒｓｕｍ／Ｅｓｕｍ－（ｘｓｕｍ ２＋ｙｓｕｍ ２）／Ｅｓｕｍ ２
【0050】
事例１では、マトリクスの（１，１）でヒット１が発生している。Ｘ、Ｙ及びＥに対する重みは、（１，１）の位置で全て１である。復号位置の情報（Ｘ＝Ｙ＝１）は、ヒットが（１，１）で発生したことを示している。また、事例２では、（２，２）でヒット１が発生しており、Ｘ及びＹに対する重みはそれぞれ２であり、復号位置の情報（Ｘ＝Ｙ＝２）は、ヒットが（２，２）で発生したことを示している。事例３～６は、それぞれ、ヒット１及びヒット２の２つのヒットを含む。各ヒットの位置から、Ｘ、Ｙ及びＲに対する固有の値のセットが得られる。Ｘ、Ｙ及びＲに対する固有の値のセットから、ヒット１及びヒット２のそれぞれの位置を判定することができる。プロセッサ２０７は、サンプリング期間中に得られたＸ、Ｙ及びＲの計算値を、例えば、経験的に事前に判定されてメモリ２０５内に記憶された値と比較することで、ヒット（単数又は複数）の位置（単数又は複数）を判定することができる。上記の解析は、サンプリングマトリクス内の２つよりも大きい他の数のヒットについても実行することができ、プロセッサ２０７が計算値を記憶された値と比較されることで、ヒットの位置を判定することができる。
【0051】
また、検出されたヒットの位置をＸ、Ｙ及びＲの値の固有の組み合わせによって理解することにより、復号位置の情報を用いて、ヒットの間の距離を判定することができる。後続の画像再構成において、当該距離の情報を用いて適切な飛行時間（Time-Of-Flight：ＴＯＦ）及び点像分布関数（Point-Spread Function：ＰＳＦ）カーネルを選択することで、画質を向上させることができる。時間分解能及び空間分解能は、どちらも電荷分布の影響を受ける。従来、画像再構成は、全てのイベントの平均的なＴＯＦカーネル及びＰＳＦカーネルを用いている。これに対し、本願は、与えられたイベントに対して、適切な（時間分解能用の）ＴＯＦ及び（空間分解能用の）ＰＳＦカーネルを選択するための電荷分布情報を提供することができる。
【0052】
第１及び第２の実施形態では、加算回路のグループは、モーメント数学（Moment （mathematics） Wikipedia）に基づいて、モーメントとして表現することができる。エネルギーのチャネルは、０次のモーメント、つまり積分である。Ｘ及びＹのチャネルは、１次のモーメント、つまり平均値である。半径のチャネルは、２次のモーメント、つまりアレイにわたる電荷分布の分散であり、電荷の広がりのレベルに対応する。
【0053】
第１及び第２の実施形態における電荷分布のモーメント及び結晶中の電荷堆積の位置を導出するための上記の式は、結晶及びＳｉＰＭに不均一性がないと考えた場合の最も単純な形式である。実際には、検出器の応答の変動、結晶の不均一性、及び、結晶の境界によって、生の合計値を物理的な測定値に変換するためのさらなる補正が必要となる。生のＸ、Ｙ、半径及びエネルギーそれぞれの合計を物理的な値（Ｘ、Ｙ、Ｚ及びエネルギー）に変換する一般的な形式は、線形マトリクス、複数のマトリクスの積、多次の変換テーブル、ルックアップテーブル、又は、ニューラルネットワークを含むが、これらに限定されない。ここで、Ｚは、アプリケーションに応じて、相互作用の深さ、又は、コンプトンヒットの空間的分離のいずれかを表す。
【0054】
ＳｉＰＭからの信号に対する重みをさらに最適化することで、最も効率的かつ正確な方法で関連情報を抽出することができる。例えば、シミュレーションの結果又はキャリブレーションの測定を用いて、重みを較正してもよい。（個別又はスラットの）結晶アレイの場合、当該関連情報は、エネルギー、Ｘ及びＹの位置、並びに、同じガンマ線からのヒットの間の距離である。モノリシック結晶の場合、当該関連情報は、エネルギー、Ｘ及びＹの位置、ＤＯＩ、並びに、同じガンマ線からのヒットの間の距離を含み得る。製造上の差異について、重みを補償することもできる。この補償のために、キャリブレーションの測定が用いられてもよい。
【0055】
図１３に、空間情報のためのデータ処理及び較正のプロセスを示す。この例では、このプロセスがモノリシック結晶に適用されて、空間情報が抽出される。モノリシック結晶の場合、ガンマ線の相互作用点の３次元位置（Ｘ、Ｙ及びＺ）に対応する空間情報が抽出される。また、通常、Ｘ及びＹの位置とともにＲのチャネルを用いて、ＤＯＩが抽出される。
【0056】
まず、ステップ１３０において、光検出器に加算の重みが設定される。続いて、ステップ１３１において、コリメートされたガンマ線源、例えばピンホールコリメーションを露出することによって、検出器マトリクスの離散した位置にガンマ線が照射される。図３に示すシステムでは、コリメートされたガンマ線源がボア１０２内に配置され、選択されたＧＲＤ１０１にガンマ線が照射される。続いて、ステップ１３２において、生の合計された出力（Ｘ＿ｓｕｍ、Ｙ＿ｓｕｍ、Ｅ＿ｓｕｍ及びＲ＿ｓｕｍ）が生成される。続いて、ステップ１３３において、合計された出力が補正マトリクス１１３／１２５で処理されることによって補正され、ステップ１３４において、物理的な変数であるＸ、Ｙ、Ｚ及びＥが生成される。
【0057】
典型的には、加重の重みは、抽出されることが望まれる情報の検出器の解像力が最大となるように最適化される。図１３では、好ましくは、ステップ１３５において、性能マトリクスを用いた最適化処理がプロセッサ２０７で実行される。ＤＯＩ又はＺの情報が求められるモノリシック結晶について、加算の重みを最適化する１つの方法は、補正された物理的なＺの値の山谷比を評価することである。例えば、コリメートされたガンマ線源を２つの離散した深さに配置することによって、データのセットが取得される。図１４を参照すると、所与の重みに基づいて補正された物理的なＺの値の分布がプロットされている。２つのキャリブレーションの深さを表す山部の高さ１４０／１４１と、当該２つの深さの間の曖昧さを表す谷部の高さ１４２とが比較されて、山谷比が最大となるように、加算の重みが最適化される。
【0058】
ここで、最適化の方法としては、重みを変化させながら結果を比較することによる試行錯誤法、又は、反復により最適な設定を見つける方法のいずれかを用いることができる。別のアプローチは、異なる重みで予測される検出器の応答をモデル化することであり、それにより、より少ない反復で最適化を達成することができる。同様の手順を、Ｘ及びＹのチャネルに用いてもよい。
【0059】
また、グランドトゥルース（ground truth）に近い物理的な値を再構成するために、補正マトリクスが用いられる。既知の離散的な位置に配置されたガンマ線源で収集したデータを用いてコスト関数を最小化することにより、当該補正マトリクスを較正することができる。ここで、コスト関数は、グランドトゥルースと測定値との間のカイ二乗関数（chi-square function）などである。図１５に、補正マトリクスを較正するプロセスを示す。まず、図１３について上述したステップ１３０～ステップ１３４が実行され、ステップ１３４において、物理的な変数であるＸ、Ｙ、Ｚ及びＥが生成される。続いて、ステップ１３６において、物理的な値を用いて、コスト関数の最小化による補正が行われる。ステップ１３６で行われる補正は、ステップ１３３で実行された補正を較正するために用いられる。
【0060】
また、異なる重みでモデル化された検出器の応答を用いて、重みの最適化及び補正マトリクスの較正を一緒に実行することで、全体性能を向上させてステップ数を減少させることができる。将来的に、利用可能な数学的な最適化／最小化／最大化の方法として、最小二乗法、最尤、及び、機械学習があるが、これらに限定されない。
【0061】
なお、上述した第１及び第２の実施形態は、正方形（ｎ×ｎ）アレイに基づくが、本願は、行及び列の数が不均等なｎ×ｍアレイにも適用可能である。また、重みをゼロに設定して、所望に応じてマトリクスの一部又はチャネルを効果的に無効にすることも可能である。
【0062】
また、上記実施形態はＰＥＴ装置の例であるが、当該実施形態は、ＳＰＥＣＴ（Single-Photon Emission Computerized Tomography）装置などの他の核医学診断装置にも適用することが可能である。
【0063】
本願は、光検出器アレイからのデジタル化される信号の数を大幅に減少させることができる。また、本願は、検出器アレイにわたる電荷分布を測定し、散乱されたヒットの間の距離に関する情報を提供することもできる。また、本願は、モノリシック結晶の場合に、ＤＯＩ情報を提供することもできる。
【0064】
また、本願は、モノリシック結晶のデジタル化されたチャネル数を減少させるための読み出し設計を簡素化し、一般に個々のＳｉＰＭの読み出しを必要としながらも、ＤＯＩ情報を提供することもできる。
【0065】
さらに、本願は、光共有設計を有する結晶アレイにおけるＤＯＩの評価を可能にする。
【0066】
なお、本願は、上述した説明を考慮して、多くの修正及び変形が可能であることが自明である。したがって、本願は、添付の請求の範囲内で、本明細書に具体的に記載されている以外の方法で実施し得ることを理解されたい。
【0067】
以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、検出器アレイに生じる電荷分布に基づいて、時間分解能及び空間分解能を向上させるための有用な情報を提供することができる。
【0068】
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】
【0069】
１００ ポジトロン放射断層撮影装置
１０１ ガンマ線検出器
１０、９０ 結晶アレイ
５０ モノリシック結晶
３０、３１ ＳｉＰＭアレイ
１１０、１２０ バッファ回路
１１１、１２１、１２３ 重み付け回路
１１２、１１５、１２２ 加算アンプ
２０７ プロセッサ
１０１ ガンマ線検出器
１０、９０ 結晶アレイ
５０ モノリシック結晶
３０、３１ ＳｉＰＭアレイ
１１０、１２０ バッファ回路
１１１、１２１、１２３ 重み付け回路
１１２、１１５、１２２ 加算アンプ
２０７ プロセッサ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図10D】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】