特開 2024-109474 信号処理装置、信号処理方法、信号処理プログラム、および陽電子放出断層撮影装置

(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】P2024109474

(43)【公開日】2024-08-14

(54)【発明の名称】信号処理装置、信号処理方法、信号処理プログラム、および陽電子放出断層撮影装置

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/20 20060101AFI20240806BHJP

   G01T 1/161 20060101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

G01T1/20 F

G01T1/20 J

G01T1/20 E

G01T1/20 G

G01T1/161 C

G01T1/161 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023014284

(22)【出願日】2023-02-01

(71)【出願人】

【識別番号】301032942

【氏名又は名称】国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】吉田 英治

(72)【発明者】

【氏名】山谷 泰賀

【テーマコード（参考）】

2G188

4C188

【Ｆターム（参考）】

2G188AA02

2G188BB04

2G188BB07

2G188BB15

2G188CC23

2G188DD05

2G188EE12

2G188EE16

2G188EE29

2G188EE39

2G188FF16

2G188FF30

4C188EE02

4C188FF07

4C188GG19

4C188JJ02

4C188KK01

4C188KK09

4C188KK15

4C188KK21

4C188KK33

4C188KK35

(57)【要約】

【課題】受光素子での検出タイミングを効率的に補正可能な信号処理装置を実現する。
【解決手段】信号処理装置は、複数の検出ユニットの各々により検出された蛍光強度の重心位置を算出し、算出された重心位置に基づいて、放射線が入射した検出ユニット、及び、放射線が属するエネルギーウィンドウを特定し、特定された検出ユニット、及び、エネルギーウィンドウに基づいて、放射線が検出ユニットに入射した時刻を補正する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マトリクス状に配置された複数の検出ユニットを含み、各検出ユニットがシンチレータと該シンチレータからの蛍光を検出する受光素子とにより構成された放射線検出装置からの出力信号を処理する信号処理装置であって、
前記複数の検出ユニットの各々により検出された蛍光強度の重心位置を算出する算出処理と、
前記算出処理にて算出された重心位置に基づいて、放射線が入射した検出ユニット、及び、前記放射線が属するエネルギーウィンドウを特定する特定処理と、
前記特定処理にて特定された検出ユニット、及び、前記特定処理にて特定されたエネルギーウィンドウに基づいて、前記放射線が当該検出ユニットに入射した時刻を補正する補正処理と、を実行するプロセッサを備えている、
ことを特徴とする信号処理装置。

【請求項2】

前記重心位置は、前記複数の検出ユニットの各々に対応する領域に区間された二次元面であって、前記複数の領域の各々が複数のエネルギーウィンドウの各々に対応する小領域に区画された二次元面上の位置であり、
前記特定処理において、前記プロセッサは、前記複数の領域のうち前記重心位置を含む領域に対応する検出ユニットを、前記放射線が入射した検出ユニットとして特定すると共に、前記複数の小領域のうち前記重心位置を含む小領域に対応するエネルギーウィンドウを、前記放射線が属するエネルギーウィンドウとして特定し、
前記補正処理において、前記プロセッサは、前記複数の検出ユニットの各々、及び、前記複数のエネルギーウィンドウの各々に対応する補正係数のうち、前記特定処理にて特定された検出ユニット、及び、前記特定処理にて特定されたエネルギーウィンドウに対応する補正係数を用いて、前記時刻を補正する、
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。

【請求項3】

前記プロセッサは、前記放射線検出装置からの出力信号、及び、前記放射線検出装置と同様に構成された他の放射線検出装置であって、前記放射線検出装置と対向して配置された他の放射線検出装置からの出力信号に基づいて、前記複数の検出ユニットの各々、及び、前記複数のエネルギーウィンドウの各々に対応する補正係数を校正する校正処理を更に実行する、
ことを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。

【請求項4】

前記放射線は、γ線である、
ことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の信号処理装置。

【請求項5】

マトリクス状に配置された複数の検出ユニットを含み、各検出ユニットがシンチレータと該シンチレータからの蛍光を検出する受光素子とにより構成された放射線検出装置からの出力信号を処理する信号処理方法であって、
プロセッサが、前記複数の検出ユニットの各々により検出された蛍光強度の重心位置を算出する算出処理と、
前記プロセッサが、前記算出処理にて算出された重心位置に基づいて、放射線が入射した検出ユニット、及び、前記放射線が属するエネルギーウィンドウを特定する特定処理と、
前記プロセッサが、前記特定処理にて特定された検出ユニット、及び、前記特定処理にて特定されたエネルギーウィンドウに基づいて、前記放射線が当該検出ユニットに入射した時刻を補正する補正処理と、を含んでいる、
ことを特徴とする信号処理方法。

【請求項6】

コンピュータを請求項１に記載の信号処理装置として動作させるための信号処理プログラムであって、前記コンピュータが備えるプロセッサに、前記算出処理、前記特定処理、及び前記補正処理を実行させる、
ことを特徴とする信号処理プログラム。

【請求項7】

請求項４に記載の信号処理装置と、前記放射線検出装置と、を備えている、
ことを特徴とする陽電子放出断層撮影装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、信号処理装置、信号処理方法、信号処理プログラム、および陽電子放出断層撮影装置に関する。

【背景技術】

【0002】

測定対象（例えば、人体）から放射される放射線（例えば、γ線）を計測して、測定対象の状態を観測する放射線撮影装置（例えば、ＰＥＴ装置）が知られている（特許文献１参照）。

【0003】

放射線撮影装置は、放射線を光（蛍光）に変換する変換素子と、変換素子によって変換された光を検出する複数の受光素子と、を有する。複数の受光素子それぞれでの蛍光の検出のタイミングの差（ＴＯＦ）に基づいて、測定対象上での放射線の発生個所を特定することができる。このため、各受光素子での検出タイミングを特定することが重要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－５６７００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、受光素子での検出タイミングには、例えば、タイムウォーク（Time walk）、タイムスキュー（time skew）に起因する誤差がある。ここで、各受光素子での検出信号毎に検出タイミングを補正することが考えられるが、専用のハードウェアを用いて、誤差要因ごとに補正を実施する等、処理が煩雑となる。

【0006】

本発明の一態様は、受光素子での検出タイミングを効率的に補正可能な信号処理装置を実現することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る信号処理装置は、マトリクス状に配置された複数の検出ユニットを含み、各検出ユニットがシンチレータと該シンチレータからの蛍光を検出する受光素子とにより構成された放射線検出装置からの出力信号を処理する信号処理装置であって、前記複数の検出ユニットの各々により検出された蛍光強度の重心位置を算出する算出処理と、前記算出処理にて算出された重心位置に基づいて、放射線が入射した検出ユニット、及び、前記放射線が属するエネルギーウィンドウを特定する特定処理と、前記特定処理にて特定された検出ユニット、及び、前記特定処理にて特定されたエネルギーウィンドウに基づいて、前記放射線が当該検出ユニットに入射した時刻を補正する補正処理と、を実行するプロセッサを備えている。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、受光素子での検出タイミングを効率的に補正可能な信号処理装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態に係る放射線撮影装置の構成を示す図である。

【図2】放射線撮影装置の放射線検出装置の構成を示す図である。

【図3】信号処理方法での処理の流れを示すフロー図である。

【図4】タイムウォークを表す図である。

【図5】検出部に対応する領域での放射線の検出結果の一例を表す図である。

【図6】図５の領域を拡大して表す図である。

【図7】γ線のエネルギースペクトルを表す図である。

【図8】検出マップを表す図である。

【図9】校正時の放射線検出装置の配置の一例を表す図である。

【図10】素子番号、ＲＯＩ番号と補正係数の関係を表す図である。

【図11】重畳したアナログ検出信号を表す図である。

【図12】領域Ａｉｊの区分数が異なる検出マップを表す図である。

【図13】重畳したアナログ検出信号を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の一実施形態について、図１を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る放射線撮影装置１０の構成を示す図である。図１の左右方向、上下方向、紙面の表裏方向それぞれに、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向が設定されている。図２は、放射線撮影装置１０の放射線検出装置２０の構成を示す図である。図２は、図１のＹ正方向から放射線検出装置２０を見た図である。

【0011】

放射線撮影装置１０は、放射線検出装置２０、信号処理装置３０を有する。放射線撮影装置１０は、放射線（例えば、γ線）を用いて測定対象を撮像する、例えば、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ：Positron Emission Tomography）装置である。

【0012】

放射線検出装置２０は、検出部４０、検出回路５０を有する。

【0013】

検出部４０は、マトリクス状に配置された複数の検出ユニット４０（ｉ，ｊ）を含み、検出ユニット４０（ｉ，ｊ）それぞれが放射線を検出したアナログ検出信号Ｓａを出力する。ここでは、検出部４０は、Ｘ方向にｍ個、Ｙ方向にｎ個の、検出ユニット４０（１，１）～４０（ｎ，ｍ）を含む（ｍ、ｎは、２以上の整数、ｉは、１以上、ｍ以下の整数、ｊは、１以上ｎ以下の整数）。ここでは、ｍ、ｎは、８であり、検出部４０は、８＊８＝６４個の検出ユニット４０（ｉ，ｊ）を有する。

【0014】

検出ユニット４０（ｉ，ｊ）は、シンチレータ４１（ｉ，ｊ）と、受光素子４２（ｉ，ｊ）を有する。シンチレータ４１（ｉ，ｊ）は、受光素子４２（ｉ，ｊ）と１対１で光学接続されている。具体的には、シンチレータ４１（ｉ，ｊ）の底面は、受光素子４２（ｉ，ｊ）の受光面に光学接続されている。この結果、シンチレータ４１（ｉ，ｊ）で発生した蛍光は、受光素子４２（ｉ，ｊ）に到達して、検出信号が出力される。すなわち、シンチレータ４１（ｉ，ｊ）に入射した放射線が検出される。

【0015】

シンチレータ４１（ｉ，ｊ）は、放射線（例えば、γ線）を光（蛍光）に変換する変換素子（例えば、結晶）である。シンチレータ４１（ｉ，ｊ）は、Ｘ方向にｍ個、Ｙ方向にｎ個配置され、シンチレータアレー４１を構成する。なお、シンチレータ４１（ｉ，ｊ）の間に反射材４３が配置されてもよい。

【0016】

本実形態では、シンチレータ４１（ｉ，ｊ）に、Ｆａｓｔ－ＬＧＳＯ（Ｃｅ：Ｌｕ_ｘＧｄ_{（２－ｘ）}ＳｉＯ_５）を用いる。この他のシンチレータ材料として、ＬＹＳＯ（Lutetium Yttrium Orthosilicate)、ＧＡＧＧ（Ｇｄ_３（Ｇａ，Ａｌ）_５Ｏ_１２（Ｃｅ））及びＬＦＳ（Lutetium Fine Silicate）が挙げられる。

【0017】

受光素子４２（ｉ，ｊ）は、受光素子４２（ｉ，ｊ）から発生する蛍光を増幅した後、受光して、アナログ検出信号Ｓａを出力する。受光素子４２（ｉ，ｊ）は、Ｘ方向にｍ個、Ｙ方向にｎ個配置され、受光素子アレー４２を構成する。アナログ検出信号Ｓａは、検出ユニット４０（ｉ，ｊ）が放射線を検出したことを表す信号として、検出部４０から出力される。

【0018】

本実施形態においては、受光素子４２（ｉ，ｊ）として、ＳｉＰＭ（Silicon Photo Multiplier）の一種であるＭＰＰＣ（Multi Pixel photon counter）を用いているが、その他のＳｉＰＭも利用可能である。

【0019】

検出回路５０は、受光素子４２（ｉ，ｊ）から出力されるアナログ検出信号ＳａをＡＤ変換してデジタル検出信号Ｓｂを出力する。デジタル検出信号Ｓｂは、素子識別子ＩＤｅ、蛍光強度Ｉ、検出時刻Ｔｄ（タイムスタンプ値）を含む。
素子識別子ＩＤｅは、蛍光を検出した受光素子４２（ｉ，ｊ）、すなわち、放射線を検出した検出ユニット４０（ｉ，ｊ）を識別する情報である。素子識別子ＩＤｅは、例えば、受光素子４２（ｉ，ｊ）に付与した素子番号ｋである。素子番号ｋは、例えば、「ｋ＝ｉ＋（ｊ－１）＊ｎ」と規定できる。

【0020】

蛍光強度Ｉは、受光素子４２（ｉ，ｊ）が検出した蛍光の強度である。
検出時刻Ｔｄは、受光素子４２（ｉ，ｊ）が蛍光を検出した時刻、いわゆるタイムスタンプ値である。既述のように、検出時刻Ｔｄは、タイムウォーク、タイムスキュー等に起因する誤差を含む。

【0021】

ここで、デジタル検出信号Ｓｂは、受光素子４２（ｉ，ｊ）毎に、１イベント、すなわち、１の放射線の入射に対応する時間幅（例えば、ｐｓオーダ）を単位として、アナログ検出信号Ｓａを処理することで生成される。放射線検出装置２０上で、より多くのイベントを処理するためである。

【0022】

信号処理装置３０は、検出回路５０から出力されるデジタル検出信号Ｓｂを処理する装置であり、プロセッサ３１，一次メモリ３２，二次メモリ３３，入出力インタフェース３４，バス３５を有する。プロセッサ３１、一次メモリ３２、二次メモリ３３、及び入出力インタフェース３４は、バス３５を介して相互に接続されている。

【0023】

二次メモリ３３には、信号処理プログラムＰ１と、後述の検出マップＭ０、および補正係数Ｒ（ｋ，ｐ）とが格納（不揮発記憶）されている。プロセッサ３１は、二次メモリ３３に格納されている信号処理プログラムＰ１を一次メモリ３２上に展開する。そして、プロセッサ３１は、一次メモリ３２上に展開された信号処理プログラムＰ１に含まれる命令に従って、後述する信号処理方法Ｓ１に含まれる各ステップを実行する。

【0024】

プロセッサ３１として利用可能なデバイスとしては、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を挙げることができる。また、一次メモリ３２として利用可能なデバイスとしては、例えば、半導体ＲＡＭ（Random Access Memory）を挙げることができる。また、二次メモリ３３として利用可能なデバイスとしては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）を挙げることができる。

【0025】

入出力インタフェース３４には、入力デバイス及び／又は出力デバイスが接続される。入出力インタフェース３４に接続される入力デバイスとしては、例えば、キーボードなどが挙げられる。また、入出力インタフェース３４に接続される出力デバイスとしては、例えば、ディスプレイが挙げられる。ディスプレイは、例えば、後述する信号処理結果を出力するために利用される。

【0026】

入出力インタフェース３４として利用可能なインタフェースとしては、例えば、ＰＣＩ（Peripheral Component Interconnect）インタフェースやＵＳＢ（Universal Serial Bus）などを挙げることができる。

【0027】

なお、信号処理プログラムＰ１は、コンピュータ読み取り可能な一時的でない有形の記録媒体に記録され得る。この記録媒体は、二次メモリ３３であってもよいし、その他の記録媒体であってもよい。例えば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブル論理回路などが、その他の記録媒体として利用可能である。

【0028】

（信号処理方法の流れ）
信号処理装置３０が実施する信号処理方法Ｓ１の流れについて、図３を参照して説明する。図３は、信号処理方法Ｓ１での処理の流れを示すフロー図である。

【0029】

信号処理方法Ｓ１は、算出処理Ｓ１１、特定処理Ｓ１２、および補正処理Ｓ１３を含み、検出回路５０から出力されるデジタル検出信号Ｔｂを処理して、検出時刻を補正する。

【0030】

ここで、デジタル検出信号Ｔｂの検出時刻Ｔｄに含まれる誤差について説明する。この誤差要因には、タイムウォーク、タイムスキューを挙げることができる。

【0031】

タイムウォークは、アナログ検出信号Ｓａの波高、すなわち、蛍光強度に起因する、検出時刻の誤差を意味する。図４は、タイムウォークを表す図である。波高の異なるアナログ検出信号Ｓａの波形ＰＷ１、ＰＷ２が表される。波形ＰＷ１、ＰＷ２が所定の閾値Ｔｈに到達した時刻を検出時刻Ｔｄとしている。図に示すように、ピークとなる時刻が同一であっても、波高の高い波形ＰＷ２が波高の低い波形ＰＷ１よりも先に閾値Ｔｈに達し、波形ＰＷ１、ＰＷ２間でタイムウォークＴｗだけの検出時刻Ｔｄのずれが発生する。すなわち、エネルギーが低い波形は、検出時刻Ｔｄが遅れる傾向となる。

【0032】

タイムスキューは、基本的には、受光素子４２（ｉ，ｊ）から出力された検出信号が検出回路５０に至る時間の相違に起因する検出時刻Ｔｄの誤差を意味する。タイムスキューは、例えば、受光素子４２（ｉ，ｊ）から検出回路５０に至る配線長等に応じて変化する。

【0033】

検出時刻Ｔｄの誤差は、タイムウォーク、およびタイムスキューのみならず、検出素子や受光素子自体の個性に起因しても、発生する。このため、検出時刻Ｔｄの誤差は、検出素子や受光素子自体の個性をも含めた、受光素子４２（ｉ，ｊ）に応じて変化する検出時刻Ｔｄの誤差として把握することが合理的である。

【0034】

図５は、検出部４０に対応して、ｋ個の入力を重心演算によって２次元に投影した領域Ａ０上での放射線の検出結果の一例を表す図である。領域Ａ０は、検出ユニット４０（ｉ，ｊ）に対応する領域Ａｉｊに区分される。図６の（ａ）は、図５の領域Ａｉｊを拡大して表す図である。

【0035】

ガンマ線の作用は、受光素子４２（ｉ，ｊ）に全エネルギーを付与する光電吸収と一部のエネルギーのみを付与するコンプトン散乱とに分類される。図５に示すように、光電吸収は、領域Ａ０上にシンチレータごとに局所的に分布する。コンプトン散乱は、エネルギーウィンドウによって、その大部分は、ノイズとして除去される。しかし、コンプトン散乱には、複数の受光素子４２で検出され、最終的に全エネルギーを付与するイベント（結晶内散乱ＩＣＳ）も存在し、この結晶内散乱ＩＣＳは、放射線検出装置２０のエネルギーウィンドウでは除去できない。すなわち、図６に示すように、領域Ａｉｊで発生した蛍光は、結晶内散乱ＩＣＳによって、一般に、隣接する領域Ａｉｊに散乱される。このため、１のイベント（１のγ線の入射）に対して、互いに隣接する複数の受光素子４２がこのγ線からの蛍光を受光することになる。この結果、後述のように、１のイベントの範囲で重心演算を行うと（後述の式（１）参照）、重心位置（ｘ，ｙ）は、領域Ａｉｊの中心からずれる傾向となる。

【0036】

図６に示すように、領域Ａｉｊは、領域Ａｉｊの中心を基準とする領域ＲＯＩ１，ＲＯＩ２、ＲＯＩ３に区分される。領域ＲＯＩ１の外側に、領域ＲＯＩ２が、領域ＲＯＩ２の外側に、領域ＲＯＩ３が配置される。ここでは、領域Ａｉｊを３つの領域ＲＯＩ１～ＲＯＩ３に区分しているが、この区分の数は、２、または４以上としてもよい。

【0037】

図７は、γ線のエネルギースペクトルを表す図である。図７には、素子番号１～ｋの受光素子４２それぞれのエネルギースペクトルＳＰ１～ＳＰｋと、放射線検出装置２０でのエネルギースペクトルＳＰＴが示される。なお、蛍光を検出しなかった受光素子４２は、エネルギースペクトルＳＰを出力しない。エネルギースペクトルＳＰ１～ＳＰｋを加算することで、エネルギースペクトルＳＰＴが得られる。ここで、エネルギーウィンドウＷ１～Ｗ３の範囲は、個々の受光素子４２でのエネルギースペクトルを分割したものである。エネルギーウィンドウＷ１、Ｗ２、Ｗ３は、この順に、エネルギーが大きい。放射線検出装置２０で取得するイベントは、エネルギーウィンドウＷ４内のイベントであり、エネルギーウィンドウＷ４内には結晶内散乱ＩＣＳも含まれる。

【0038】

ここで、図６に示す領域ＲＯＩ１～ＲＯＩ３は、図７に示すγ線のエネルギースペクトルのエネルギーウィンドウＷ１～Ｗ３と対応する。すなわち、エネルギーの高いγ線での重心位置（ｘ，ｙ）は、領域Ａｉｊの中心に近く、エネルギーの低いγ線での重心位置（ｘ，ｙ）は、領域Ａｉｊの中心から離れる傾向となる。γ線のエネルギーは、蛍光のエネルギーと対応するため、領域ＲＯＩ１～ＲＯＩ３は、蛍光のエネルギー、さらには、タイムウォークと対応することになる。

【0039】

（１）算出処理Ｓ１１
プロセッサ３１は、複数の検出ユニット４０（ｉ，ｊ）の各々により検出された蛍光強度（放射線の強度）Ｉｉｊの重心位置（ｘ，ｙ）を算出する。重心位置（ｘ，ｙ）は、次の式（１）に基づく重心演算によって算出できる。なお、この重心位置の演算は、時間を区切って、１イベントの範囲で行われる。
ｘ＝Σ_ｉ ^ｎΣ_ｊ ^ｍ（ｉ＊Ｉ_ｉｊ）／Σ_ｉ ^ｎΣ_ｊ ^ｍ（Ｉ_ｉｊ）
ｙ＝Σ_ｉ ^ｎΣ_ｊ ^ｍ（ｊ＊Ｉ_ｉｊ）／Σ_ｉ ^ｎΣ_ｊ ^ｍ（Ｉ_ｉｊ） …式（１）
Ｉ_ｉｊ： 検出ユニット４０（ｉ，ｊ）で検出された蛍光の強度

【0040】

（２）特定処理Ｓ１２
プロセッサ３１は、算出された重心位置（ｘ，ｙ）に基づいて、放射線が入射した検出ユニット４０（ｉ，ｊ）、及び、領域ＲＯＩ１～ＲＯＩ３を特定する。すなわち、重心位置（ｘ，ｙ）が属する領域Ａｉｊおよび領域Ａｉｊ内での領域Ｒ０Ｉ１～０Ｉ３が特定される。

【0041】

重心位置（ｘ，ｙ）は、検出部４０に対応する平面を有する検出マップＭ０上に表すことができる。図８は、検出マップＭ０を表す図である。検出マップＭ０は、検出部４０上の平面を検出ユニット４０（ｉ，ｊ）の各々に対応する領域Ａｉｊに区分した二次元面である。領域Ａｉｊは、領域Ｒ０Ｉ１～Ｒ０Ｉ３に区分される。検出マップＭ０上に重心位置（ｘ，ｙ）を表すことで、重心位置（ｘ，ｙ）が属する領域Ａｉｊ、Ｒ０Ｉ１～０Ｉ３を特定できる。既述のように、検出マップＭ０は、二次メモリ３３に記憶されている。

【0042】

（３）補正処理Ｓ１３
プロセッサ３１は、特定処理にて特定された検出ユニット４０（ｉ，ｊ）、及び、領域ＲＯＩ１～ＲＯＩ３に基づいて、放射線が検出ユニット４０（ｉ，ｊ）に入射した時刻（検出時刻Ｔｄ）を補正する。

【0043】

プロセッサ３１は、複数の検出ユニット４０（ｉ，ｊ）の各々、及び、領域ＲＯＩ１～ＲＯＩ３の各々に対応する補正係数Ｒを用いて、検出時刻Ｔｄを補正する。

【0044】

具体的には、次の式（２）に基づいて検出時刻Ｔｄを補正できる。
Ｔｄ１（ｋ，ｐ）＝Ｔｄ０（ｋ，ｐ）＋Ｒ（ｋ，ｐ） …式（２）
Ｔｄ０：補正前の検出時刻Ｔｄ
Ｔｄ１：補正後の検出時刻Ｔｄ
Ｒ：補正係数
ｋ：素子番号（ｋ＝（ｊ－１）＊ｍ＋ｉ）
ｐ：ＲＯＩ識別子（１：ＲＯＩ１，２：ＲＯＩ２，３：ＲＯＩ３）

【0045】

Ｂ．校正処理
以下、放射線検出装置２０に対応して補正係数を校正する校正処理を一対の放射線検出装置２０からなるシンプルな系を用いて説明する。
（１）校正用デジタル検出信号Ｓｂ１、Ｓｂ２の取得
放射線検出装置２０ａからの出力信号（デジタル検出信号Ｓｂ１）、及び、放射線検出装置２０ａと対向して配置された他の放射線検出装置２０ｂからの出力信号（デジタル検出信号Ｓｂ２）を取得する。放射線検出装置２０ｂは、放射線検出装置２０ａと同様に構成される。

【0046】

校正用線源ＳＰからの放射線（具体的には、後述の同時計測線）を放射線検出装置２０ａ、２０ｂによって検出することで、校正用デジタル検出信号Ｓｂ１、Ｓｂ２を取得する。図９は、校正時の放射線検出装置２０ａ、２０ｂの配置の一例を表す図である。図８に示すように、複数の放射線検出装置２０がリング状に配置される。この内、放射線検出装置２０ａ、２０ｂ（検出部４０ａ、４０ｂ）は、校正用線源ＳＰを挟んで互いに対向し、校正用線源ＳＰからの放射線を検出する。このとき、放射線検出装置２０ａ、２０ｂは、校正用線源ＳＰからの距離が略等しいことが好ましい。また、放射線検出装置２０ａ、２０ｂは、略同等の装置であることが好ましい。ここでは、複数の放射線検出装置２０をリング状に配置したが、他の配置としてもよい。例えば、１対の放射線検出装置２０ａ、２０ｂを対向配置してもよい。

【0047】

校正用線源ＳＰから一対の放射線（例えば、γ線）が逆方向に同時に発せられることがある。例えば、γ線源は、電子、陽電子の衝突によって、１対のγ線を逆方向に放射する。この一対の放射線は、検出部４０ａ、４０ｂにおいて、事実上同一時刻に検出され得るため、同時計数線と呼ばれる。この同時計数線を用いることで、デジタル検出信号Ｓｂの校正が可能となる。

【0048】

校正用線源ＳＰは、ここでは、γ線源である^２２Ｎａの点線源とするが、回転する線源、円筒線源でもよい。なお、回転する線源、円筒線源は、点線源よりも多様な同時計測線のデータを取得できる。

【0049】

放射線検出装置２０ａ、２０ｂからの出力信号（デジタル検出信号Ｓｂ１、Ｓｂ２）に基づいて、複数の検出ユニット４０（ｉ，ｊ）の各々、及び、複数のエネルギーウィンドウＷ１～Ｗ３の各々に対応する補正係数Ｒを校正する。具体的には、次のように、（２）重心演算、（３）重心位置（ｘ，ｙ）の区分、（４）補正係数Ｒの特定が行われる。

【0050】

（２）重心演算
複数の検出ユニット４０（ｉ，ｊ）の各々により検出された蛍光強度（放射線の強度）Ｉｉｊの重心位置（ｘ，ｙ）が算出される。この算出は、算出処理Ｓ１１と同様、式（１）を用いることができる。なお、算出処理Ｓ１１では、１のイベントについて、重心位置（ｘ，ｙ）を算出すれば足りたのに対して、ここでは、複数のイベントそれぞれについて、重心位置（ｘ，ｙ）を算出する。この結果、多数の重心位置（ｘ，ｙ）が算出される。

【0051】

（３）重心位置（ｘ，ｙ）の区分
演算された各重心位置（ｘ，ｙ）を検出ユニット４０ａ、４０ｂの領域Ａｉｊ、および領域Ｒ０Ｉ１～Ｒ０Ｉ３に区分する。１対の同時計測線は、同一のエネルギーを有し、重心位置（ｘ，ｙ）は、領域Ａｉｊが異なっていても、基本的に同一の領域Ｒ０Ｉ１～Ｒ０Ｉ３に配置されると考えられる。

【0052】

（４）補正係数Ｒの特定
以上のように分類された領域Ａｉｊおよび領域ＲＯＩ１～ＲＯＩ３毎に、同時計測線の検出時刻のずれに基づき、補正係数Ｒｋｌを特定する。例えば、同時計測によって取得される検出時間差分布（タイミングヒストグラム）のピーク中心が検出ユニット４０ａの素子番号ｋ１の領域ＲＯＩｐおよび素子番号ｋ２の領域ＲＯＩｐである場合、これらの間での検出時刻の差は、両者の補正係数Ｒ（ｋ１，ｐ）、Ｒ（ｋ２，ｐ）の差に対応すると考えられる。なお、検出時間差分布（タイミングヒストグラム）は、同時計数によって算出した時間差をヒストグラム化したものである。個々の補正係数Ｒの特定は、複数の同時計測線を用いて、種々の素子番号ｋ（および領域ＲＯＩｐ）での結果を統計的に処理することで行うことができる。

【0053】

図１０は、素子番号ｋ、ＲＯＩ番号ｐと補正係数Ｒの対応関係を表す図である。（ａ１）～（ｃ１）は、素子番号１２，６４で，ＲＯＩ１のとき、（ａ２）～（ｃ２）は、素子番号１２，６４で，ＲＯＩ２のとき、（ａ３）～（ｃ３）は、素子番号１２，６４で，ＲＯＩ３のときのタイミングヒストグラム、補正係数Ｒｋｐを表す。

【0054】

このように本実施形態では、検出ユニット４０（ｉ，ｊ）に対応する領域Ａｉｊをエネルギーウィンドウに対応する略同心円の領域ＲＯＩ１～ＲＯＩ３に区分し、区分した領域毎に補正係数を割り当てることでタイムウォーク及びタイムスキューを一括で補正できる。

【0055】

図１１は、重畳したタイミングヒストグラムを表す図である。領域ＲＯＩ１～ＲＯＩ３でのタイミングヒストグラムを重ね合わせている。（ａ）では、検出時刻Ｔｄを補正せずにタイミングヒストグラムを重ね合わせ、（ｂ）では、検出時刻Ｔｄを補正したタイミングヒストグラムを重ね合わせている。（ａ）と（ｂ）を比較すれば、判るように、検出時刻Ｔｄを補正することでタイミングヒストグラムの幅が減少し、時間分解能が向上していることが分かる。

【0056】

図１２は、領域Ａｉｊの区分数が異なる検出マップを表す図である。（ａ）は、領域Ａｉｊを区分せず、（ｂ）～（ｄ）では領域Ａｉｊを２～４に区分している。図１３は、重畳したタイミングヒストグラムを表す図である。図１３（ａ）～（ｄ）は、図１２（ａ）～（ｄ）に対応する。このように、領域Ａｉｊの区分数を増やすことで、時間分解能が向上し、区分数を４とすることで、区分しない場合と比べて、時間分解能が５３．２ｐｓ向上した。なお、図１３にも示されるように、区分数を増加するにつれて、時間分解能の向上の程度は低減する。すなわち、統計誤差との兼ね合いもあり、区分数の増加による時間分解能の向上には限界がある。

【0057】

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【0058】

（まとめ）

【0059】

態様１の信号処理装置は、マトリクス状に配置された複数の検出ユニットを含み、各検出ユニットがシンチレータと該シンチレータからの蛍光を検出する受光素子とにより構成された放射線検出装置からの出力信号を処理する信号処理装置であって、前記複数の検出ユニットの各々により検出された蛍光強度の重心位置を算出する算出処理と、前記算出処理にて算出された重心位置に基づいて、放射線が入射した検出ユニット、及び、前記放射線が属するエネルギーウィンドウを特定する特定処理と、前記特定処理にて特定された検出ユニット、及び、前記特定処理にて特定されたエネルギーウィンドウに基づいて、前記放射線が当該検出ユニットに入射した時刻を補正する補正処理と、を実行するプロセッサを備えている。これにより、特定された検出ユニット、及び、エネルギーウィンドウに基づいて、放射線が入射した時刻を効率的に補正できる。

【0060】

態様２の信号処理装置は、態様１の信号処理装置において、前記重心位置は、前記複数の検出ユニットの各々に対応する領域に区間された二次元面であって、前記複数の領域の各々が複数のエネルギーウィンドウの各々に対応する小領域に区画された二次元面上の位置であり、前記特定処理において、前記プロセッサは、前記複数の領域のうち前記重心位置を含む領域に対応する検出ユニットを、前記放射線が入射した検出ユニットとして特定すると共に、前記複数の小領域のうち前記重心位置を含む小領域に対応するエネルギーウィンドウを、前記放射線が属するエネルギーウィンドウとして特定し、前記補正処理において、前記プロセッサは、前記複数の検出ユニットの各々、及び、前記複数のエネルギーウィンドウの各々に対応する補正係数のうち、前記特定処理にて特定された検出ユニット、及び、前記特定処理にて特定されたエネルギーウィンドウに対応する補正係数を用いて、前記時刻を補正する。これにより、特定された検出ユニット、及び、エネルギーウィンドウに対応する補正係数を用いて、放射線が入射した時刻を効率的に補正できる。

【0061】

態様３の信号処理装置は、態様２の信号処理装置において、前記プロセッサは、前記放射線検出装置からの出力信号、及び、前記放射検出装置と同様に構成された他の放射線検出装置であって、前記放射線検出装置と対向して配置された他の放射線検出装置からの出力信号に基づいて、前記複数の検出ユニットの各々、及び、前記複数のエネルギーウィンドウの各々に対応する補正係数を校正する校正処理を更に実行する。これにより、特定された検出ユニット、及び、エネルギーウィンドウに対応する補正係数を用いて、放射線が入射した時刻を効率的に補正できる。

【0062】

態様４の信号処理装置は、態様１～３何れかの信号処理装置において、前記放射線は、γ線である。これにより、特定された検出ユニット、及び、エネルギーウィンドウに対応する補正係数を用いて、γ線が入射した時刻を効率的に補正できる。

【0063】

態様５の信号処理方法は、マトリクス状に配置された複数の検出ユニットを含み、各検出ユニットがシンチレータと該シンチレータからの蛍光を検出する受光素子とにより構成された放射線検出装置からの出力信号を処理する信号処理方法であって、プロセッサが、前記複数の検出ユニットの各々により検出された蛍光強度の重心位置を算出する算出処理と、前記プロセッサが、前記算出処理にて算出された重心位置に基づいて、放射線が入射した検出ユニット、及び、前記放射線が属するエネルギーウィンドウを特定する特定処理と、前記プロセッサが、前記特定処理にて特定された検出ユニット、及び、前記特定処理にて特定されたエネルギーウィンドウに基づいて、前記放射線が当該検出ユニットに入射した時刻を補正する補正処理と、を含んでいる。これにより、特定された検出ユニット、及び、エネルギーウィンドウに基づいて、放射線が入射した時刻を効率的に補正できる。

【0064】

態様６の信号処理プログラムは、コンピュータを態様１～４何れかの信号処理装置として動作させるための信号処理プログラムであって、前記コンピュータが備えるプロセッサに、前記算出処理、前記特定処理、及び前記補正処理を実行させる。これにより、コンピュータを用いて、放射線が入射した時刻を効率的に補正できる。

【0065】

態様７の陽電子放出断層撮影装置は、態様１～４いずれかに記載の信号処理装置と、前記放射線検出装置と、を備えている。これにより、陽電子放出断層撮影装置において、γ線が入射した時刻を効率的に補正できる。

【符号の説明】

【0066】

１０ 放射線撮影装置
２０ 放射線検出装置
３０ 信号処理装置
３１ プロセッサ
３２ 一次メモリ
３３ 二次メモリ
３４ 入出力インタフェース
３５ バス
４０ 検出部
４０（ｉ，ｊ） 検出ユニット
４１ シンチレータアレー
４１（ｉ，ｊ） シンチレータ
４２ 受光素子アレー
４２（ｉ，ｊ） 受光素子
４３ 反射材
５０ 検出回路
Ｓａ アナログ検出信号
Ｓｂ デジタル検出信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】