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(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】
(24)【登録日】2024-03-14
(45)【発行日】2024-03-25
(54)【発明の名称】ＴＯＦ－ＰＥＴ装置および断層画像取得方法
(51)【国際特許分類】
G01T 1/161 20060101AFI20240315BHJP
G01T 1/172 20060101ALI20240315BHJP
G01T 1/22 20060101ALI20240315BHJP
G01T 1/164 20060101ALI20240315BHJP
A61B 6/03 20060101ALI20240315BHJP
【ＦＩ】
G01T1/161 A
G01T1/172
G01T1/22
G01T1/164 D
A61B6/03 577
A61B6/03 560J
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2020157287
(22)【出願日】2020-09-18
(65)【公開番号】P2022051038
(43)【公開日】2022-03-31
【審査請求日】2023-08-03
(73)【特許権者】
【識別番号】504145320
【氏名又は名称】国立大学法人福井大学
(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】100110582
【弁理士】
【氏名又は名称】柴田 昌聰
(72)【発明者】
【氏名】小川 泉
(72)【発明者】
【氏名】玉川 洋一
(72)【発明者】
【氏名】中島 恭平
(72)【発明者】
【氏名】大田 良亮
(72)【発明者】
【氏名】下井 英樹
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 寛
(72)【発明者】
【氏名】西澤 寛仁
(72)【発明者】
【氏名】嶋野 賢志
【審査官】蔵田 真彦
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－３４４１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１７０１８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭６０－１６５８７６（ＪＰ，Ｕ）
【文献】米国特許第５８４１１４０（ＵＳ，Ａ）
【文献】OTA et al.，Precise analysis of the timing performance of Cherenkov-radiator-integrated MCP-PMTs: analytical deconvolution of MCP direct interactions，Physics in Medicine & Biology，2020年05月29日，65，10NT03
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｔ １／００－７／１２
Ａ６１Ｂ ６／００－６／５８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＲＩ線源が投入されて測定空間に置かれた被検体において電子・陽電子の対消滅に伴って発生するγ線の光子対を同時計数法で検出して同時計数情報を収集し、この収集した同時計数情報に基づいて前記被検体の断層画像を取得する装置であって、入射したγ線との相互作用により光を発生させる輻射体と、前記輻射体で発生した光の入射に応じて電子を放出する光電変換部と、前記光電変換部から放出された電子を増倍して出力する１以上のマイクロチャネルプレートを有する電子増倍部と、前記電子増倍部により増倍されて出力された電子を収集して電気パルス信号を出力するアノードと、を各々含む複数の放射線検出器が前記測定空間の周囲に設けられた検出部と、
前記検出部の前記複数の放射線検出器それぞれの前記光電変換部と前記電子増倍部との間に、前記被検体の外径に基づいて設定した印加電圧を与える電圧印加部と、
前記検出部の前記複数の放射線検出器それぞれから出力される電気パルス信号に基づいて同時計数情報を収集し、この収集した同時計数情報に基づいて前記被検体の断層画像を取得する信号処理部と、
を備えるＴＯＦ-ＰＥＴ装置。
【請求項2】
前記被検体の外径に関する情報を入力する入力部を更に備え、前記電圧印加部は、前記入力部により入力された前記被検体の外径に基づいて前記印加電圧を設定する、
請求項１に記載のＴＯＦ-ＰＥＴ装置。
【請求項3】
前記被検体の外径を測定する測定部を更に備え、前記電圧印加部は、前記測定部により測定された前記被検体の外径に基づいて前記印加電圧を設定する、
請求項１に記載のＴＯＦ-ＰＥＴ装置。
【請求項4】
Ｘ線ＣＴ装置と一体化されており、前記電圧印加部は、前記Ｘ線ＣＴ装置による測定により得られた前記被検体の外径に基づいて前記印加電圧を設定する、
請求項１に記載のＴＯＦ-ＰＥＴ装置。
【請求項5】
前記輻射体は、γ線との相互作用によりチェレンコフ光を発生させるチェレンコフ輻射体、または、γ線との相互作用によりシンチレーション光を発生させるシンチレータである、請求項１～４の何れか１項に記載のＴＯＦ-ＰＥＴ装置。
【請求項6】
ＲＩ線源が投入されて測定空間に置かれた被検体において電子・陽電子の対消滅に伴って発生するγ線の光子対を同時計数法で検出して同時計数情報を収集し、この収集した同時計数情報に基づいて前記被検体の断層画像を取得する方法であって、入射したγ線との相互作用により光を発生させる輻射体と、前記輻射体で発生した光の入射に応じて電子を放出する光電変換部と、前記光電変換部から放出された電子を増倍して出力する１以上のマイクロチャネルプレートを有する電子増倍部と、前記電子増倍部により増倍されて出力された電子を収集して電気パルス信号を出力するアノードと、を各々含む複数の放射線検出器が前記測定空間の周囲に設けられた検出部を備えるＴＯＦ-ＰＥＴ装置を用い、
前記検出部の前記複数の放射線検出器それぞれの前記光電変換部と前記電子増倍部との間に、前記被検体の外径に基づいて設定した印加電圧を与えた後、
前記検出部の前記複数の放射線検出器それぞれから出力される電気パルス信号に基づいて同時計数情報を収集し、この収集した同時計数情報に基づいて前記被検体の断層画像を取得する、
断層画像取得方法。
【請求項7】
前記ＴＯＦ-ＰＥＴ装置が、前記被検体の外径に関する情報を入力する入力部を更に備えており、前記入力部により入力された前記被検体の外径に基づいて前記印加電圧を設定する、
請求項６に記載の断層画像取得方法。
【請求項8】
前記ＴＯＦ-ＰＥＴ装置が、前記被検体の外径を測定する測定部を更に備えており、前記測定部により測定された前記被検体の外径に基づいて前記印加電圧を設定する、
請求項６に記載の断層画像取得方法。
【請求項9】
前記ＴＯＦ-ＰＥＴ装置がＸ線ＣＴ装置と一体化されており、前記Ｘ線ＣＴ装置による測定により得られた前記被検体の外径に基づいて前記印加電圧を設定する、
請求項６に記載の断層画像取得方法。
【請求項10】
前記輻射体は、γ線との相互作用によりチェレンコフ光を発生させるチェレンコフ輻射体、または、γ線との相互作用によりシンチレーション光を発生させるシンチレータである、請求項６～９の何れか１項に記載の断層画像取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＴＯＦ-ＰＥＴ装置および断層画像取得方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置は、ＲＩ（Radio Isotope）線源が投入された被検体を測定空間に置き、その被検体における電子・陽電子の対消滅に伴って発生するγ線の光子対を同時計数法で検出して同時計数情報を収集し、この収集した同時計数情報に基づいて被検体の断層画像を取得することができる。通常のＰＥＴ装置は、収集した同時計数情報に基づいて所定のアルゴリズムに従って反復計算を行うことで被検体の断層画像を再構成する。
【0003】
これに対して、次世代のＰＥＴ装置として期待されているＴＯＦ（Time of Flight）-ＰＥＴ装置は、被検体における電子・陽電子の対消滅の事象毎に、光子対を検出した２つの放射線検出器の間の光子検出時刻の差に基づいて、これら２つの放射線検出器を互いに結ぶ線分（同時計数ライン）上における対消滅位置を求める。ＴＯＦ-ＰＥＴ装置は、被検体における電子・陽電子の対消滅の事象毎に求めた対消滅位置から被検体の断層画像を取得する。ＴＯＦ-ＰＥＴ装置では、通常のＰＥＴ装置で必要であった所定のアルゴリズムに従う反復計算が不要である。
【0004】
通常のＰＥＴ装置またはＴＯＦ-ＰＥＴ装置においてγ線を検出する放射線検出器として、輻射体、光電変換部、電子増倍部およびアノードを含む構成のものが用いられ得る（特許文献１，２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１９－１９１０４７号公報
【文献】特開２０２０－３４４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ＴＯＦ-ＰＥＴ装置において上記のような構成を有する放射線検出器を用いてγ線を検出した場合、取得される被検体の断層画像は、その放射線検出器の構成に起因する画質劣化が生じる。
【0007】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、画質が改善された断層画像を取得することができるＴＯＦ-ＰＥＴ装置および断層画像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ＴＯＦ-ＰＥＴ装置は、ＲＩ線源が投入されて測定空間に置かれた被検体において電子・陽電子の対消滅に伴って発生するγ線の光子対を同時計数法で検出して同時計数情報を収集し、この収集した同時計数情報に基づいて被検体の断層画像を取得する装置である。本発明のＴＯＦ-ＰＥＴ装置は、(1) 入射したγ線との相互作用により光を発生させる輻射体と、輻射体で発生した光の入射に応じて電子を放出する光電変換部と、光電変換部から放出された電子を増倍して出力する１以上のマイクロチャネルプレートを有する電子増倍部と、電子増倍部により増倍されて出力された電子を収集して電気パルス信号を出力するアノードと、を各々含む複数の放射線検出器が測定空間の周囲に設けられた検出部と、(2) 検出部の複数の放射線検出器それぞれの光電変換部と電子増倍部との間に、被検体の外径に基づいて設定した印加電圧を与える電圧印加部と、(3) 検出部の複数の放射線検出器それぞれから出力される電気パルス信号に基づいて同時計数情報を収集し、この収集した同時計数情報に基づいて被検体の断層画像を取得する信号処理部と、を備える。
【0009】
本発明のＴＯＦ-ＰＥＴ装置は、被検体の外径に関する情報を入力する入力部を更に備え、電圧印加部は、入力部により入力された被検体の外径に基づいて印加電圧を設定するのが好適である。本発明のＴＯＦ-ＰＥＴ装置は、被検体の外径を測定する測定部を更に備え、電圧印加部は、測定部により測定された被検体の外径に基づいて印加電圧を設定するのが好適である。また、本発明のＴＯＦ-ＰＥＴ装置は、Ｘ線ＣＴ装置と一体化されており、電圧印加部は、Ｘ線ＣＴ装置による測定により得られた被検体の外径に基づいて印加電圧を設定するのが好適である。輻射体は、γ線との相互作用によりチェレンコフ光を発生させるチェレンコフ輻射体であってもよいし、γ線との相互作用によりシンチレーション光を発生させるシンチレータであってもよい。
【0010】
本発明の断層画像取得方法は、ＲＩ線源が投入されて測定空間に置かれた被検体において電子・陽電子の対消滅に伴って発生するγ線の光子対を同時計数法で検出して同時計数情報を収集し、この収集した同時計数情報に基づいて被検体の断層画像を取得する方法である。本発明の断層画像取得方法は、(1) 入射したγ線との相互作用により光を発生させる輻射体と、輻射体で発生した光の入射に応じて電子を放出する光電変換部と、光電変換部から放出された電子を増倍して出力する１以上のマイクロチャネルプレートを有する電子増倍部と、電子増倍部により増倍されて出力された電子を収集して電気パルス信号を出力するアノードと、を各々含む複数の放射線検出器が測定空間の周囲に設けられた検出部を備えるＴＯＦ-ＰＥＴ装置を用い、(2) 検出部の複数の放射線検出器それぞれの光電変換部と電子増倍部との間に、被検体の外径に基づいて設定した印加電圧を与えた後、(3) 検出部の複数の放射線検出器それぞれから出力される電気パルス信号に基づいて同時計数情報を収集し、この収集した同時計数情報に基づいて被検体の断層画像を取得する。
【0011】
本発明の断層画像取得方法では、ＴＯＦ-ＰＥＴ装置が、被検体の外径に関する情報を入力する入力部を更に備えており、入力部により入力された被検体の外径に基づいて印加電圧を設定するのが好適である。本発明の断層画像取得方法では、ＴＯＦ-ＰＥＴ装置が、被検体の外径を測定する測定部を更に備えており、測定部により測定された被検体の外径に基づいて印加電圧を設定するのが好適である。また、本発明の断層画像取得方法では、ＴＯＦ-ＰＥＴ装置がＸ線ＣＴ装置と一体化されており、Ｘ線ＣＴ装置による測定により得られた被検体の外径に基づいて印加電圧を設定するのが好適である。輻射体は、γ線との相互作用によりチェレンコフ光を発生させるチェレンコフ輻射体であってもよいし、γ線との相互作用によりシンチレーション光を発生させるシンチレータであってもよい。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、画質が改善された断層画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0015】
図１は、ＴＯＦ-ＰＥＴ装置において用いられる放射線検出器１０の構成を示す図である。放射線検出器１０は、輻射体１１、中間層１２、光電変換部１３、電子増倍部１４、アノード１５および筐体１６を含む。放射線検出器１０は、入射したγ線と輻射体１１との相互作用の事象毎にアノード１５から電気パルス信号を出力する。
【0016】
輻射体１１は、入射したγ線との相互作用により光を発生させる。輻射体１１は、厚みが一様である平板形状を有するのが好ましい。輻射体１１は、γ線との相互作用によりチェレンコフ光を発生させるチェレンコフ輻射体、または、γ線との相互作用によりシンチレーション光を発生させるシンチレータである。シンチレータの材料は、任意であるが、例えばＢＧＯ（Ｂｉ４Ｇｅ３Ｏ１２）等である。
【0017】
チェレンコフ輻射体は、屈折率が既知であってチェレンコフ効果が生じ得る材料からなる。チェレンコフ輻射体の材料は、任意であるが、例えば鉛ガラス（ＳｉＯ２＋ＰｂＯ）、フッ化鉛（ＰｂＦ２）、ＰＷＯ（ＰｂＷＯ４）、フッ化ビスマス（ＢｉＦ３）、合成石英、フッ化マグネシウム等である。鉛ガラスは、数％以上の鉛を含む非晶質ガラスである。鉛ガラスは、加工性が良好な材料であり、様々な形状および厚さに容易に加工することができる。鉛ガラスは、鉛含有率が大きいほど、γ線をチェレンコフ光に変換する効率が高く、波長４００ｎｍ以下の光の透過率および屈折率が高くなる特徴を有する。
【0018】
γ線がチェレンコフ輻射体に入射すると、チェレンコフ輻射体中において光電効果により電子等の荷電粒子が発生する。そして、その荷電粒子の移動速度がチェレンコフ輻射体中の光速度より速いと、荷電粒子とチェレンコフ輻射体との間の相互作用によりチェレンコフ光が放射される。
【0019】
中間層１２は、輻射体１１と光電変換部１３との間に設けられている。中間層１２は、輻射体１１に含まれる鉛と光電変換部１３との反応を遮るバリア層である。なお、輻射体１１と光電変換部１３との間の反応が問題にならなければ、中間層１２は不要である。
【0020】
中間層１２の材料は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化チタン（ＴｉＯ２）等である。中間層１２は、厚みが一様である緻密層であるのが好ましい。中間層１２の厚さは、γ線が輻射体１１と相互作用することにより放出される光の波長以下であるのが好ましい。中間層１２の厚さは、当該光の波長よりも十分に小さいのが好ましく、例えば１０ｎｍ程度であるのが好ましい。中間層１２は、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ： Atomic Layer Deposition）によって輻射体１１上に形成される。
【0021】
光電変換部１３は、輻射体１１との間に中間層１２を挟んで設けられている。光電変換部１３は、輻射体１１で発生した光の入射に応じて光電子を放出する。光電変換部１３の材料は、アルカリ金属元素を含み、例えばアルカリ－アンチモン等である。光電変換部１３の厚みは、一様であり、数十ｎｍである。輻射体１１、中間層１２および光電変換部１３は、この順に積層されて一体化されていてもよい。
【0022】
光電変換部１３と電子増倍部１４との間には、光電変換部１３で放出された電子が電子増倍部１４に向かうように電界が形成される。電子増倍部１４は、光電変換部１３から放出された電子を入力し、電子を増倍して出力する。電子増倍部１４は、１以上のマイクロチャネルプレート（ＭＣＰ: Micro Channel Plate）を有する。ＭＣＰの両面（光電変換部１３の側の面、および、アノード１５の側の面）の間には、電子を増倍するための高電圧が印加される。１個のＭＣＰによる電子増倍率が十分でない場合には、２個以上のＭＣＰを積層して用いるのが好ましい。２個のＭＣＰを積層することで、１０６程度の電子増倍率が得られる。ＭＣＰの母材は、鉛を含んでいてもよいし、鉛を含んでいなくてもよい。γ線とＭＣＰの母材との間の相互作用により電子が放出される場合がある。
【0023】
電子増倍部１４とアノード１５との間には、電子増倍部１４で増倍されて出力された電子がアノード１５に向かうように電界が形成される。アノード１５は、電子増倍部１４により増倍されて出力された電子を収集して電気パルス信号を外部へ出力する。なお、電気パルス信号は、負のパルスであるので、この図では下向きのパルスとして表示されている。
【0024】
筐体１６の内部に少なくとも電子増倍部１４およびアノード１５が配置される。筐体１６は気密性を有し、筐体１６の内部は真空（または非常に低い気圧）に維持される。光電変換部１３が筐体１６の窓であってもよく、この場合、筐体１６および光電変換部１３が気密性を有する閉空間を形成する。また、輻射体１１が筐体１６の窓であってもよく、この場合、筐体１６および輻射体１１が気密性を有する閉空間を形成する。
【0025】
輻射体１１の外側の面（光電変換部１３とは反対側の面）に、輻射体１１で生じた光を吸収する遮蔽膜が設けられているのが好ましい。このような遮蔽膜が設けられていることにより、輻射体１１で生じた光が輻射体１１の外側の面で反射された後に光電変換部１３に入射することを抑制することができる。
【0026】
電圧印加部２は、光電変換部１３から放出された電子が電子増倍部１４に向かうように電界を形成するために、光電変換部１３と電子増倍部１４との間に電圧を印加する。電圧印加部２は、電子増倍部１４が電子を増倍することができるように、ＭＣＰの両面間に電圧を印加する。また、電圧印加部２は、電子増倍部１４により増倍されて出力された電子がアノード１５に向かうように電界を形成するために、電子増倍部１４とアノード１５との間に電圧を印加する。
【0027】
以下では、放射線検出器１０の輻射体１１がチェレンコフ輻射体である場合について主に説明するが、輻射体１１がシンチレータである場合も同様である。
【0028】
図２は、２つの放射線検出器１０Ａ，１０Ｂによるγ線の光子対の同時検出を説明する図である。放射線検出器１０Ａ，１０Ｂそれぞれは、図１に示された構成を有するものである。放射線検出器１０Ａおよび放射線検出器１０Ｂは、それぞれのγ線入射面が対向するように配置されている。放射線検出器１０Ａと放射線検出器１０Ｂとを互いに結ぶ線分上にＲＩ線源が置かれている。
【0029】
ＲＩ線源から放出された陽電子が近傍の電子と対消滅すると、γ線の光子対が発生する。光子対を構成する２つの光子は互いに反対方向に飛行する。したがって、放射線検出器１０Ａ，１０Ｂのうち一方がγ線を検出すると、それと殆ど同時に他方もγ線を検出する。放射線検出器１０Ａ，１０Ｂそれぞれによるγ線検出時刻の差の絶対値が或る閾値より小さければ、電子・陽電子の対消滅に伴って発生したγ線の光子対が放射線検出器１０Ａ，１０Ｂにより同時検出されたと判断される。このとき、放射線検出器１０Ａ，１０Ｂそれぞれによるγ線検出時刻の差は、放射線検出器１０Ａと放射線検出器１０Ｂとを互いに結ぶ線分（同時計数ライン）上における電子・陽電子の対消滅位置を表している。例えば、放射線検出器１０Ａ，１０Ｂそれぞれによるγ線検出時刻の差が０であれば、同時計数ラインの中央位置で電子・陽電子の対消滅が発生したことが分かる。
【0030】
図３は、図２に示される構成において２つの放射線検出器１０Ａ，１０Ｂそれぞれによるγ線検出時刻の差の頻度分布を示すグラフである。横軸は、放射線検出器１０Ａ，１０Ｂそれぞれによるγ線検出時刻の差であり、縦軸は、γ線の光子対の同時検出の頻度である。同時計数ラインの中央位置にＲＩ線源が置かれていると、γ線検出時刻の差が０である位置に、γ線光子対の同時検出の頻度のピーク（以下「メインピーク」という。）がある。しかし、このグラフに示されるように、γ線検出時刻の差が±２５０ｐｓである位置にも、γ線光子対の同時検出の頻度のピーク（以下「サイドピーク」という。）がある。ＴＯＦ-ＰＥＴ装置において、このようなサイドピークが存在すると、同時計数ライン上の電子・陽電子の対消滅の位置を誤ることになる結果、取得される断層画像の画質を悪化させることになる。
【0031】
【0032】
２つの放射線検出器１０Ａ，１０Ｂのうちの一方の放射線検出器１０Ａでは、到来したγ線が輻射体１１と相互作用するものとする、γ線が輻射体１１と相互作用すると、輻射体１１において電子が発生する。その電子の移動速度が輻射体１１中の光速度より速いと、その電子が輻射体１１と相互作用してチェレンコフ光νが放射される。輻射体１１で発生したチェレンコフ光νが光電変換部１３に入射すると、光電変換部１３から光電子ｅが放出される。光電変換部１３から放出された光電子ｅは、光電変換部１３と電子増倍部１４との間の電界によって電子増倍部１４に到達して、電子増倍部１４により増倍される。電子増倍部１４により増倍されて出力された電子は、電子増倍部１４とアノード１５との間の電界によってアノード１５に到達する。電子増倍部１４により増倍されて出力された電子がアノード１５により収集されて、アノード１５から電気パルス信号が外部へ出力される。
【0033】
他方の放射線検出器１０Ｂでは、到来したγ線は、輻射体１１と相互作用することなく電子増倍部１４まで到達して、電子増倍部１４のＭＣＰの母材と相互作用するものとする。γ線がＭＣＰの母材と相互作用すると、その母材において電子が発生する。その電子は、電子増倍部１４により増倍される。電子増倍部１４により増倍されて出力された電子は、電子増倍部１４とアノード１５との間の電界によってアノード１５に到達する。電子増倍部１４により増倍されて出力された電子がアノード１５により収集されて、アノード１５から電気パルス信号が外部へ出力される。
【0034】
同時計数ラインの中央位置で電子・陽電子の対消滅によりγ線光子対が発生すると、その光子対を構成する２つの光子のうちの一方のγ線光子が到来した放射線検出器１０Ａでは、その光子が輻射体１１で相互作用した後に幾つかの過程を経て光電変換部１３から電子増倍部１４まで電子が飛行するのに対して、他方のγ線光子が到来した放射線検出器１０Ｂでは、その光子が電子増倍部１４まで飛行する。その結果、放射線検出器１０Ａのアノード１５から電気パルス信号が出力される時刻より、放射線検出器１０Ｂのアノード１５から電気パルス信号が出力される時刻が早くなる。これが原因となって、サイドピークが現れて、同時計数ライン上の電子・陽電子の対消滅の位置の誤りを生じることになる。
【0035】
仮に、放射線検出器１０Ｂにおいてγ線が電子増倍部１４まで飛行したことを検知することができるのであれば、そのときに得られた同時計数情報を破棄すればよい。しかし、そのような検知は不可能である。
【0036】
メインピークに対するサイドピークの高さの比は、電子増倍部１４のＭＣＰの母材によって異なる。母材の材料が鉛ガラスである場合と比較すると、母材の材料が硼珪酸ガラスである場合には、γ線と母材との間で相互作用が生じる確率は小さいので、メインピークに対するサイドピークの高さの比は小さい。しかし、ＭＣＰの母材の材料を適切に選択したとしても、サイドピークを完全に無くすことはできないので、取得される断層画像の画質は悪化せざるをえない。
【0037】
ところで、図３に示されるγ線検出時刻の差の頻度分布におけるメインピークおよびサイドピークそれぞれのピーク時刻の差Δｔは、下記（１）式で表される。ここで、ｍｅは電子の静止質量であり、ｑは素電荷である。Ｌは光電変換部１３と電子増倍部１４の電子入射面との間の距離であり、Ｖは光電変換部１３と電子増倍部１４の電子入射面との間に印加される電圧である（図１参照）。この式から分かるように、ピーク時刻差Δｔは距離Ｌおよび印加電圧Ｖに依存する。
【0038】
【数1】
【0039】
図５は、ピーク時刻差Δｔと印加電圧Ｖとの関係を示すグラフである。このグラフにおいて、黒丸は実験値を示し、実線は上記（１）式の理論曲線を示す。距離Ｌを２.０ｍｍとし、距離Ｌの誤差を０.１ｍｍとした。このとき、ピーク時刻差Δｔが下記（２）式で表されるとしたときの係数Ｃ０は、理論予想では６７４９±３３７であるのに対して、実験結果では６９３５±３７であった。両者は、誤差の範囲で互いに一致している。したがって、ＴＯＦ-ＰＥＴ装置に設けられた複数の放射線検出器１０それぞれにおいて、距離Ｌおよび印加電圧Ｖの双方または何れか一方を調整することにより、ピーク時刻差Δｔを調整することができる。
【0040】
【数2】
【0041】
図６および図７は、ＴＯＦ-ＰＥＴ装置１の構成を示す図である。これらの図は被験者の体軸方向に見たものである。ＴＯＦ-ＰＥＴ装置１は、電圧印加部２、検出部３および信号処理部４を備える。これらの図には、被験者も示され、また、図３に示されるγ線検出時刻の差の頻度分布も示されている。検出部３において、複数の放射線検出器１０は、測定空間に置かれた被検体から到来するγ線光子を検出することができるように測定空間の周囲に配置されている。電圧印加部２は、検出部３の複数の放射線検出器１０それぞれに対して、光電変換部１３と電子増倍部１４との間に電圧Ｖを印加し、電子増倍部１４のＭＣＰの両面間に電圧を印加し、また、電子増倍部１４とアノード１５との間に電圧を印加する。電圧印加部２は、特に、検出部３の複数の放射線検出器１０それぞれの光電変換部１３と電子増倍部１４との間に、被検体の外径に基づいて設定した印加電圧Ｖを与える。信号処理部４は、検出部３の複数の放射線検出器１０それぞれから出力される電気パルス信号に基づいて同時計数情報を収集し、この収集した同時計数情報に基づいて被検体の断層画像を取得する。
【0042】
本実施形態の断層画像取得方法は、このような複数の放射線検出器１０が測定空間の周囲に設けられた検出部３を備えるＴＯＦ-ＰＥＴ装置１を用い、複数の放射線検出器１０それぞれの光電変換部１３と電子増倍部１４との間に被検体の外径に基づいて設定した印加電圧Ｖを与えた後、複数の放射線検出器１０それぞれから出力される電気パルス信号に基づいて同時計数情報を収集し、この収集した同時計数情報に基づいて被検体の断層画像を取得する。
【0043】
検出部３の複数の放射線検出器１０それぞれにおいて距離Ｌおよび印加電圧Ｖの双方または何れか一方を調整することにより、図６中に示されたγ線検出時刻の差の頻度分布に対して、図７中に示されたγ線検出時刻の差の頻度分布においては、メインピークおよびサイドピークそれぞれのピーク時刻の差Δｔを大きくすることができる。被検体の断層画像においてサイドピークの影響が現れない程度までピーク時刻差Δｔが大きくなるように、検出部３の複数の放射線検出器１０それぞれにおいて距離Ｌおよび印加電圧Ｖの双方または何れか一方を調整すればよい。一般には、ＴＯＦ-ＰＥＴ装置１に取り付けられた各放射線検出器１０においては、距離Ｌを調整することは構造上容易でないから、電圧印加部２により印加電圧Ｖを調整するのが好ましい。上記（１）式に示されるように、印加電圧Ｖを小さくすることで、ピーク時刻差Δｔを大きくすることができる。
【0044】
また、被験者の身体のうち断層画像を取得しようとする部分（被検体）の外径に応じて、電圧印加部２により各放射線検出器１０における印加電圧Ｖを調整して、ピーク時刻差Δｔを大きくすればよい。例えば、被験者の身体のうち頭部を被検体として断層画像を取得しようとする場合には、その頭部の外径に応じて、電圧印加部２により各放射線検出器１０における印加電圧Ｖを調整する。被験者の身体のうち胸部を被検体として断層画像を取得しようとする場合には、その胸部の外径に応じて、電圧印加部２により各放射線検出器１０における印加電圧Ｖを調整する。また、被験者の身体のうち一部の臓器を被検体として断層画像を取得しようとする場合には、その臓器の外径に応じて、電圧印加部２により各放射線検出器１０における印加電圧Ｖを調整する。
【0045】
被検体の外径をＤとすると、各放射線検出器１０における印加電圧Ｖは下記（３）式を満たせばよい。ｃは真空中の光速である。また、サイドピークが或る時間幅（図３では数十ｐｓ）を有していることを考慮して、ピーク時刻差Δｔにサイドピーク時間幅を加えた時間に基づいて、各放射線検出器１０における印加電圧Ｖを設定するのが好適である。
【0046】
【数3】
【0047】
例えば、被検体の外径Ｄを４５ｃｍとすれば、ピーク時刻差Δｔは３.０ｎｓより長いことが必要である。その為には、放射線検出器における距離Ｌを１２.６ｍｍとすれば、その放射線検出器における印加電圧Ｖを２００Ｖより低くとすることが必要である。従来のＰＥＴ装置で用いられる放射線検出器では、距離Ｌは短い方が好ましいとされており、例えば距離Ｌは２ｍｍであり、印加電圧Ｖの推奨値は２００～６００Ｖとされている。これと比べると、本実施形態のＴＯＰ-ＰＥＴ装置１における放射線検出器の距離Ｌおよび印加電圧Ｖは有意に相違する。
【0048】
被験者の身体のうち胸部を被検体とする場合には、一般に、被検体の外径は方向によって異なる。図６および図７に示されたように被験者がベッドに寝かされた状態であるとき、被検体（胸部）の上下方向の外径と水平方向の外径とは互いに異なる。上下方向の同時計数ラインのうち被検体を通過する部分と比べて、水平方向の同時計数ラインのうち被検体を通過する部分は長い。このような場合、複数の放射線検出器１０それぞれは、配置された位置によって距離Ｌまたは印加電圧Ｖが異なっていてもよい。
【0049】
また、同一リング内の２つの放射線検出器により同時計数情報を収集する２次元ＰＥＴと比べると、互いに異なるリングに属する２つの放射線検出器によっても同時計数情報を収集する３次元ＰＥＴでは、光子対を同時計数する２つの放射線検出器を結ぶ同時計数ラインのうち被検体を通過する部分が長い場合がある。このような点も考慮した上で、複数の放射線検出器１０それぞれは、配置された位置によって距離Ｌまたは印加電圧Ｖが異なっていてもよい。
【0050】
何れの場合であっても、検出部３の各放射線検出器１０は、他の放射線検出器との間の同時計数ラインのうち被検体を通過する部分の長さに基づいて、取得しようとする被検体の断層画像においてサイドピークの影響が現れない程度までピーク時刻差Δｔが大きくなるように、距離Ｌおよび印加電圧Ｖの双方または何れが設定される。これにより、画質が改善された断層画像を取得することができる。
【0051】
被検体の外径として平均的な値（または、平均的な値より余裕を持った値）を採用して、これに基づいて各放射線検出器１０における印加電圧Ｖを設定してもよい。また、被験者毎に被検体の外径を測定して、その測定値に基づいて各放射線検出器１０における印加電圧Ｖを設定してもよい。後者の場合、図８または図９に示される構成とすることができる。
【0052】
図８は、ＴＯＦ-ＰＥＴ装置１Ａの構成を示す図である。ＴＯＦ-ＰＥＴ装置１Ａは、電圧印加部２、検出部３および信号処理部４に加えて、入力部５および測定部６を備える。入力部５は、被験者の身体のうち断層画像を取得しようとする部分（被検体）の外径に関する情報を入力する。電圧印加部２は、入力部５により入力された被検体の外径に基づいて、検出部３の各放射線検出器１０における印加電圧Ｖを設定する。測定部６は、被検体の外径を測定して、その測定結果を入力部５に与える。測定部６は、例えば光学的手法により被検体の外径を測定することができる。被験者の身体のうち一部の臓器を被検体とする場合には、その臓器の外径を直接には測定することができないが、その臓器の周囲の身体の外形の測定値に基づいて臓器の外径を推定すればよい。
【0053】
図９は、ＴＯＦ-ＰＥＴ装置１Ｂの構成を示す図である。ＴＯＦ-ＰＥＴ装置１Ｂは、電圧印加部２、検出部３および信号処理部４に加えて、入力部５およびＸ線ＣＴ装置７を備える。これは、Ｘ線ＣＴ装置とＰＥＴ装置とが一体化されたＰＥＴ／ＣＴ装置の構成を有する。Ｘ線ＣＴ装置７は、ＰＥＴ装置と同様に被験者の断層画像を取得することができ、その断層画像に基づいて被験者の各部の外径を求めることができる。したがって、Ｘ線ＣＴ装置７は、ＰＥＴにより断層画像を取得しようとする被検体の外径を求めることができる。入力部５は、Ｘ線ＣＴ装置７により求められた被検体の外径に関する情報を入力する。電圧印加部２は、入力部５により入力された被検体の外径に基づいて、検出部３の各放射線検出器１０における印加電圧Ｖを設定する。
【0054】
【符号の説明】
【0055】
１，１Ａ，１Ｂ…ＴＯＦ-ＰＥＴ装置、２…電圧印加部、３…検出部、４…信号処理部、５…入力部、６…測定部、７…Ｘ線ＣＴ装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ…放射線検出器、１１…輻射体、１２…中間層、１３…光電変換部、１４…電子増倍部、１５…アノード、１６…筐体。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】