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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】2024-11-05
(45)【発行日】2024-11-13
(54)【発明の名称】核医学診断装置
(51)【国際特許分類】
G01T 1/161 20060101AFI20241106BHJP
G01T 1/164 20060101ALI20241106BHJP
G01T 1/20 20060101ALI20241106BHJP
【ＦＩ】
G01T1/161 C
G01T1/164 B
G01T1/20 E
G01T1/20 G
G01T1/20 J
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020115852
(22)【出願日】2020-07-03
(65)【公開番号】P2022013348
(43)【公開日】2022-01-18
【審査請求日】2023-05-15
(73)【特許権者】
【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】井上 寛裕
【審査官】亀澤 智博
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－００７６９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２４８１７５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００８－２８１４４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－３３７６４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０９１２７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－１３３４５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１２２０２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－０１７１４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表平１０－５１２３７２（ＪＰ，Ａ）
(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】
入射ガンマ線をカウントする半導体ガンマ線検出器であって、前記入射ガンマ線を光に変換するシンチレータ、及び、前記光を電気信号に変換し出力する光電子増倍装置を備える半導体ガンマ線検出器と、ガンマ線のカウントレートに関する情報として前記半導体ガンマ線検出器に流れる電流の値を取得する取得部と、
前記カウントレートに関する情報に基づいて、前記半導体ガンマ線検出器の前記光電子増倍装置に負荷されるバイアス電圧値を制御する制御部と、
を備える、核医学診断装置。
【請求項2】
入射ガンマ線をカウントする半導体ガンマ線検出器であって、前記入射ガンマ線を光に変換するシンチレータ、及び、前記光を電気信号に変換し出力する光電子増倍装置を備える半導体ガンマ線検出器と、
ガンマ線のカウントレートに関する情報として撮影対象の被検体の部位に関する情報を取得する取得部と、
前記カウントレートに関する情報に基づいて、前記半導体ガンマ線検出器の前記光電子増倍装置に負荷されるバイアス電圧値を制御する制御部と、
を備える、核医学診断装置。
【請求項3】
入射ガンマ線をカウントする半導体ガンマ線検出器であって、前記入射ガンマ線を光に変換するシンチレータ、及び、前記光を電気信号に変換し出力する光電子増倍装置を備える半導体ガンマ線検出器と、
ガンマ線のカウントレートに関する情報として撮影対象の被検体に投与される薬剤の種類に関する情報を取得する取得部と、
前記カウントレートに関する情報に基づいて、前記半導体ガンマ線検出器の前記光電子増倍装置に負荷されるバイアス電圧値を制御する制御部と、
を備える、核医学診断装置。
【請求項4】
入射ガンマ線をカウントする半導体ガンマ線検出器であって、前記入射ガンマ線を光に変換するシンチレータ、及び、前記光を電気信号に変換し出力する光電子増倍装置を備える半導体ガンマ線検出器と、
ガンマ線のカウントレートに関する情報を取得する取得部と、
前記カウントレートに関する情報に基づいて、前記半導体ガンマ線検出器の前記光電子増倍装置に負荷されるバイアス電圧値を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、制御されたバイアス電圧値に基づいて、前記ガンマ線のエネルギーを算出する際に用いられるパラメータの値を制御する、
核医学診断装置。
【請求項5】
入射ガンマ線をカウントする半導体ガンマ線検出器であって、前記入射ガンマ線を光に変換するシンチレータ、及び、前記光を電気信号に変換し出力する光電子増倍装置を備える半導体ガンマ線検出器と、
ガンマ線のカウントレートに関する情報を取得する取得部と、
前記カウントレートに関する情報に基づいて、前記半導体ガンマ線検出器の前記光電子増倍装置に負荷されるバイアス電圧値を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、制御されたバイアス電圧値に基づいて、前記ガンマ線の検出タイミングを補正する際に用いられるパラメータの値を制御する、
核医学診断装置。
【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、核医学診断装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、被検体の生体組織における機能診断を行うことができる核医学診断装置として、ＰＥＴ（Positron Emission computed Tomography）装置（陽電子断層撮影装置）が知られている。ＰＥＴ装置では、半導体ガンマ線検出器（半導体検出器）が用いられる。例えば、半導体ガンマ線検出器は、シンチレータと、光電子増倍装置とを有する。シンチレータは、被検体内の内部組織から放出されたガンマ線を紫外領域にピークを有する光に変換して出力する。光電子増倍装置は、シンチレータから出力された光を電気信号に変換する。光電子増倍装置としてＳｉＰＭ（Silicon Photomultipliers）が用いられる。例えば、ＰＥＴ装置の検出器では、シンチレータごとにＳｉＰＭが設けられる。
【0003】
ここで、ＳｉＰＭの時間分解能は、ＳｉＰＭに印加される逆バイアス電圧の大きさに影響を受ける。ＳｉＰＭの温度が上がると、信号の立ち上がりを調整するために、例えば、逆バイアス電圧の値が大きくされる。しかしながら、逆バイアス電圧の値を大きくすることは、ＳｉＰＭの温度が更に上昇してしまう一因となる。また、時間分解能は、ＳｉＰＭが一定以上の温度になると、指数関数的に劣化してしまう場合がある。そもそも、回路自体が、消費電力の増加に対応できない場合も想定される。
【0004】
また、ＰＥＴ装置における撮影では、被検体の体格、測定部位、及び、被検体に投与される薬剤の種類等に起因して、ガンマ線のカウントレート（計数率）が変化する。ここで、ＳｉＰＭに印加される最適な逆バイアス電圧の値は、カウントレートに応じて異なると考えられる。しかしながら、ＰＥＴ装置における撮影では、ガンマ線のカウントレートに関わらず、ＳｉＰＭに印加される逆バイアス電圧の値が一定である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２４８１７５号明細書
【文献】米国特許出願公開第２０１２／０３０５７８４号明細書
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２７６８０８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
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、半導体ガンマ線検出器本来の性能と安定性とを両立させることである。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づけることもできる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
実施形態に係る核医学診断装置は、半導体ガンマ線検出器と、取得部と、制御部とを備える。半導体ガンマ線検出器は、入射ガンマ線をカウントする。取得部は、ガンマ線のカウントレートに関する情報を取得する。制御部は、前記カウントレートに関する情報に基づいて、前記半導体ガンマ線検出器に負荷されるバイアス電圧値を制御する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付図面を参照して、核医学診断装置の実施形態を詳細に説明する。また、本願に係る核医学診断装置は、以下に示す実施形態によって限定されるものではない。また、実施形態は、内容に矛盾が生じない範囲で他の実施形態及び他の変形例や従来技術との組み合わせが可能である。また、以下の説明において、同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する場合がある。
【0010】
（実施形態）
まず、実施形態に係る核医学診断装置の構成について説明する。実施形態では、核医学診断装置の一例としてＰＥＴ装置を例に挙げて説明する。
まず、実施形態に係る核医学診断装置の構成について説明する。実施形態では、核医学診断装置の一例としてＰＥＴ装置を例に挙げて説明する。
【0011】
図１は、実施形態に係るＰＥＴ装置１００の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、実施形態に係るＰＥＴ装置１００は、架台装置１０と、コンソール装置２０とを備える。架台装置１０とコンソール装置２０とは、有線又は無線で接続されており、互いに通信可能である。
【0012】
架台装置１０は、被検体Ｐ内で放出された陽電子が電子と結合して対消滅した際に放出された一対のガンマ線（対消滅ガンマ線）を、半導体ガンマ線検出器（半導体検出器）１４によって検出し、半導体ガンマ線検出器１４から出力された出力信号から計数情報を生成することにより計数情報を収集する。被検体Ｐには、例えば、陽電子放出核種で標識された放射性薬剤（放射性医薬品）が投与されている。なお、ガンマ線は、放射線の一例である。
【0013】
図１に示すように、架台装置１０は、天板１１と、寝台１２と、寝台ドライバ１３と、半導体ガンマ線検出器１４と、計数情報収集回路１５と、処理回路１６と、電源制御回路１７と、冷却装置（冷却モジュール）１８とを備える。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。
【0014】
天板１１は、被検体Ｐが載置されるベッドであり、寝台１２の上に配置される。寝台ドライバ１３は、後述する寝台制御回路２３による制御の下、天板１１を移動させる。例えば、寝台ドライバ１３は、天板１１を移動させることで、被検体Ｐを架台装置１０の撮影口内に移動させる。
【0015】
半導体ガンマ線検出器１４は、被検体Ｐ内から放出されたガンマ線（対消滅ガンマ線）をカウントし検出する。すなわち、半導体ガンマ線検出器１４は、入射されたガンマ線（入射ガンマ線）をカウントする。図１に示すように、半導体ガンマ線検出器１４は、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１４ａを有する。検出器モジュール１４ａは、被検体Ｐ内から放出されたガンマ線を光に変換し、変換した光を電気信号に変換する。
【0016】
ここで、検出器モジュール１４ａの構成の一例について説明する。図２は、実施形態に係る検出器モジュール１４ａの構成の一例を示す図である。図２に示すように、検出器モジュール１４ａは、シンチレータアレイ１４ｂと、ＳｉＰＭアレイ１４ｃとを有する。
【0017】
シンチレータアレイ１４ｂは、２次元状に配列された複数のシンチレータ１４ｄを有する。シンチレータ１４ｄは、被検体Ｐの内部組織から放射されたガンマ線を紫外領域にピークを有する光（シンチレーション光）に変換して出力する。
【0018】
ＳｉＰＭアレイ１４ｃは、２次元状に配列された複数のＳｉＰＭ１４ｅを有する。複数のＳｉＰＭ１４ｅのそれぞれは、複数のシンチレータ１４ｄのそれぞれに光学的に接続されている。ＳｉＰＭ１４ｅは、光学的に接続されたシンチレータ１４ｄから出力されたシンチレーション光を電気信号に変換し、この電気信号を出力する。なお、ＳｉＰＭ１４ｅは、所定の利得率で、シンチレーション光を電気信号として増倍する。１つのシンチレータ１４ｄと、このシンチレータ１４ｄに光学的に接続された１つのＳｉＰＭ１４ｅとの組が、１つの検出器画素に対応する。
【0019】
図３は、実施形態に係るＳｉＰＭ１４ｅの模式的な回路図である。図３の例に示すように、各ＳｉＰＭ１４ｅには、複数のＡＰＤ（Avalanche Photo Diode）セル１４ｆが２次元状に配列されている。ＡＰＤセル１４ｆは、光電変換素子であり、シリコンをベースとした半導体である。ＡＰＤセル１４ｆは、シンチレータ１４ｄからのシンチレーション光の入射を受けて電子・正孔対を爆発的に生成する。この現象は電子雪崩と呼ばれる。電子雪崩によりＡＰＤセル１４ｆは、電流パルスを発生する。
【0020】
各ＳｉＰＭ１４ｅに含まれる複数のＡＰＤセル１４ｆは、共通の出力回路１４ｇを介して波形成形回路１４ｈに接続されている。出力回路１４ｇは、複数のＡＰＤセル１４ｆにより発生された電流パルスを重ね合せて、上述した１つの検出器画素に入射したガンマ線のエネルギーに応じた電流パルスであるエネルギー信号を発生する。そして、出力回路１４ｇは、発生されたエネルギー信号を波形成形回路１４ｈに出力する。波形成形回路１４ｈは、出力回路１４ｇからのエネルギー信号の波形を整形し、整形されたエネルギー信号を計数情報収集回路１５に出力する。このようにして波形成形回路１４ｈから出力されるエネルギー信号が、半導体ガンマ線検出器１４の出力信号である。
【0021】
計数情報収集回路１５は、半導体ガンマ線検出器１４の出力信号から計数情報を生成し、生成した計数情報を、後述するメモリ２４に格納する電気回路である。
【0022】
例えば、計数情報収集回路１５は、半導体ガンマ線検出器１４の出力信号から計数情報を生成することにより、計数情報を収集する。この計数情報には、ガンマ線の検出位置、エネルギー値、及び検出時間が含まれる。例えば、計数情報には、シンチレータ番号（Ｐ）、エネルギー値（Ｅ）、及び検出時間（Ｔ）が含まれる。シンチレータ番号（Ｐ）は、ガンマ線をシンチレーション光に変換したシンチレータ１４ｄを識別する番号である。なお、シンチレータ番号（Ｐ）に代えて、シンチレータ１４ｄにおいてガンマ線がシンチレーション光に変換された空間位置を示す情報が用いられてもよい。また、エネルギー値（Ｅ）は、ガンマ線のエネルギー値である。また、検出時間（Ｔ）は、ガンマ線がシンチレーション光に変換された時間である。
【0023】
計数情報収集回路１５は、半導体ガンマ線検出器１４の出力信号からシンチレータ番号（Ｐ）及び検出時間（Ｔ）を特定するとともに、エネルギー値（Ｅ）を算出する。そして、計数情報収集回路１５は、特定されたシンチレータ番号（Ｐ）及び検出時間（Ｔ）並びに算出されたエネルギー値（Ｅ）を含む計数情報を生成する。
【0024】
ここで、計数情報収集回路１５は、閾値超過時間（ＴＯＴ：time-over-threshold）法を用いてエネルギー値（Ｅ）を算出する。例えば、計数情報収集回路１５は、閾値超過時間法により、半導体ガンマ線検出器１４の出力信号が閾値を超えた時間を計測し、計測された時間に基づいてエネルギー値（Ｅ）を算出する。このような閾値超過時間法において用いられる閾値は、ガンマ線のエネルギーを算出する際に用いられるパラメータの値の一例である。
【0025】
また、計数情報収集回路１５は、ガンマ線がシンチレーション光に変換された実際の時間を特定し、特定された実際の時間を公知のタイムオフセット（timing offset）及び公知のタイムウォーク（timing walk）を用いて補正する。そして、計数情報収集回路１５は、補正された時間を検出時間（Ｔ）として特定する。このようなタイムオフセット及びタイムウォークは、ガンマ線の検出タイミングを補正する際に用いられるパラメータの値の一例である。
【0026】
なお、図１においては図示を省略しているが、複数の検出器モジュール１４ａは、複数のブロックに区分けされ、ブロック毎に計数情報収集回路１５を備える。例えば、１つの検出器モジュール１４ａが１つのブロックに属する場合には、計数情報収集回路１５は、検出器モジュール１４ａ毎に備えられる。
【0027】
処理回路１６は、取得機能１６ａと、制御機能１６ｂとを備える。取得機能１６ａは、半導体ガンマ線検出器１４に入射されるガンマ線のカウントレートに関する情報を取得する。制御機能１６ｂは、取得されたガンマ線のカウントレートに関する情報に基づいて、半導体ガンマ線検出器１４に印加（負荷）される逆バイアス電圧の値（逆バイアス電圧値）を制御する。取得機能１６ａ及び制御機能１６ｂの詳細については後述する。
【0028】
ここで、例えば、図１に示す処理回路１６の構成要素である取得機能１６ａ及び制御機能１６ｂの各処理機能は、コンピュータによって実行可能なプログラムの形態で、処理回路１６が備えるメモリに記録されている。処理回路１６は、各プログラムをメモリから読み出し、読み出した各プログラムを実行することで各プログラムに対応する機能を実現する。換言すると、各プログラムを読み出した状態の処理回路１６は、図１の処理回路１６内に示された各機能を有することとなる。処理回路１６は、例えば、プロセッサにより実現される。
【0029】
なお、取得機能１６ａ及び制御機能１６ｂの全ての処理機能がコンピュータによって実行可能な１つのプログラムの形態で、メモリに記録されていてもよい。この場合、処理回路１６は、プログラムをメモリから読み出し、読み出したプログラムを実行することでプログラムに対応する取得機能１６ａ及び制御機能１６ｂを実現する。取得機能１６ａは、取得部の一例である。制御機能１６ｂは、制御部の一例である。
【0030】
電源制御回路１７は、逆バイアス電圧をＳｉＰＭ１４ｅに印加（負荷）する。例えば、処理回路１６の制御機能１６ｂによる制御を受けて、電源制御回路１７は、電源（図示せず）から供給された電力に基づいて、制御機能１６ｂにより指定された電力をＳｉＰＭ１４ｅに供給することにより、逆バイアス電圧をＳｉＰＭ１４ｅに印加する。ここで、ＳｉＰＭ１４ｅに印加される逆バイアス電圧の値（逆バイアス電圧値）は、制御機能１６ｂにより制御される。逆バイアス電圧はバイアス電圧の一例であり、逆バイアス電圧値はバイアス電圧値の一例である。
【0031】
なお、処理回路１６及び電源制御回路１７は、半導体ガンマ線検出器１４内にあってもよい。すなわち、半導体ガンマ線検出器１４が、処理回路１６及び電源制御回路１７を備えてもよい。
【0032】
冷却装置１８は、ＰＥＴ装置１００の一部を冷却する。例えば、冷却装置１８は、制御機能１６ｂによる制御を受けて、半導体ガンマ線検出器１４を冷却する。ここで、冷却装置１８による冷却の度合い（冷却レベル）は、制御機能１６ｂにより制御される。
【0033】
コンソール装置２０は、操作者によるＰＥＴ装置１００の操作を受け付け、ＰＥＴ画像データの撮影を制御するとともに、架台装置１０によって収集された計数情報を用いてＰＥＴ画像データを再構成する。図１に示すように、コンソール装置２０は、入力インターフェース２１と、ディスプレイ２２と、寝台制御回路２３と、メモリ２４と、同時計数情報生成回路２５と、画像再構成回路２６と、システム制御回路２７とを備える。なお、コンソール装置２０が備える各回路は、バスを介して接続される。
【0034】
入力インターフェース２１は、トラックボール、スイッチ、ダイヤル、フットスイッチ、ジョイスティック等により実現される。入力インターフェース２１は、ＰＥＴ装置１００の操作者によって各種指示や各種設定の入力に用いられ、入力された各種指示や各種設定を、システム制御回路２７に転送する。例えば、入力インターフェース２１は、撮影開始指示の入力に用いられる。
【0035】
ディスプレイ２２は、システム制御回路２７による制御の下、ＰＥＴ画像データに基づくＰＥＴ画像を表示したり、操作者から各種指示や各種設定を受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示したりする。ディスプレイ２２は、表示部の一例である。ディスプレイ２２は、液晶モニタやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）モニタ等によって実現される。寝台制御回路２３は、寝台ドライバ１３を制御する電気回路である。
【0036】
メモリ２４は、ＰＥＴ装置１００において用いられる各種データを記憶する。メモリ２４は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（flash memory）等の半導体メモリ素子や、ハードディスク、光ディスク等によって実現される。
【0037】
メモリ２４は、各計数情報収集回路１５によって生成された計数情報のリストを記憶する。メモリ２４が記憶する計数情報のリストは、同時計数情報生成回路２５による処理に用いられる。なお、メモリ２４が記憶する計数情報のリストは、同時計数情報生成回路２５による処理に用いられた後に削除されてもよいし、所定期間記憶されていてもよい。
【0038】
図４は、実施形態における計数情報のリストの一例を説明するための図である。図４に示すように、メモリ２４は、検出器モジュール１４ａを識別するモジュールＩＤに対応付けて、シンチレータ番号（Ｐ）、エネルギー値（Ｅ）、及び検出時間（Ｔ）を含む計数情報を記憶する。
【0039】
また、メモリ２４は、同時計数情報生成回路２５によって生成された同時計数情報の時系列リストを記憶する。また、メモリ２４が記憶する同時計数情報の時系列リストは、画像再構成回路２６による処理に用いられる。なお、メモリ２４が記憶する同時計数情報の時系列リストは、画像再構成回路２６による処理に用いられた後に削除されてもよいし、所定期間記憶されていてもよい。
【0040】
図５は、実施形態における同時計数情報の時系列リストの一例を説明するための図である。図５に示すように、メモリ２４は、同時計数情報の通し番号であるコインシデンスＮｏ．（コインシデンスナンバー）に対応付けて、計数情報の組を記憶する。なお、同時計数情報の時系列リストは、計数情報の検出時間（Ｔ）に基づき概ね時系列順に並んでいる。
【0041】
また、メモリ２４は、画像再構成回路２６によって再構成されたＰＥＴ画像データを記憶する。また、メモリ２４が記憶するＰＥＴ画像データに基づくＰＥＴ画像は、システム制御回路２７によってディスプレイ２２に表示される。
【0042】
図１に戻り、同時計数情報生成回路２５は、計数情報収集回路１５によって生成された計数情報のリストを用いて同時計数情報の時系列リストを生成する。例えば、同時計数情報生成回路２５は、メモリ２４に記憶された計数情報のリストから、一対のガンマ線を略同時に計数した計数情報の組を、計数情報の検出時間（Ｔ）に基づいて検索する。また、同時計数情報生成回路２５は、検索した計数情報の組毎に同時計数情報を生成し、生成した同時計数情報を、概ね時系列順に並べながら、メモリ２４に格納する。
【0043】
例えば、同時計数情報生成回路２５は、操作者によって入力された同時計数情報を生成する際の条件（同時計数情報生成条件）に基づいて、同時計数情報を生成する。同時計数情報生成条件として、時間ウィンドウ（時間ウィンドウ幅）が指定される。例えば、同時計数情報生成回路２５は、時間ウィンドウに基づいて、同時計数情報を生成する。
【0044】
例えば、同時計数情報生成回路２５は、メモリ２４を参照し、検出時間（Ｔ）の時間差が時間ウィンドウ以内にある計数情報の組を、検出器モジュール１４ａ間で検索する。例えば、同時計数情報生成回路２５は、同時計数情報生成条件を満たす組として、「Ｐ１１、Ｅ１１、Ｔ１１」と「Ｐ２２、Ｅ２２、Ｔ２２」との組を検索すると、この組を同時計数情報として生成し、メモリ２４に格納する。なお、同時計数情報生成回路２５は、時間ウィンドウとともにエネルギーウィンドウ（エネルギーウィンドウ幅）を用いて同時計数情報を生成してもよい。例えば、同時計数情報生成回路２５は、メモリ２４を参照し、検出時間（Ｔ）の時間差が時間ウィンドウ以内にあり、かつ、エネルギー値（Ｅ）がエネルギーウィンドウ内にある計数情報の組を、検出器モジュール１４ａ間で検索する。エネルギーウィンドウの幅は、ガンマ線のエネルギーを算出する際に用いられるパラメータの値の一例である。また、同時計数情報生成回路２５は、架台装置１０内に設けられていてもよい。同時計数情報生成回路２５は、例えば、プロセッサにより実現される。
【0045】
画像再構成回路２６は、ＰＥＴ画像データを再構成する。例えば、画像再構成回路２６は、メモリ２４に記憶された同時計数情報の時系列リストを読み出し、読み出した時系列リストを用いてＰＥＴ画像データを再構成する。また、画像再構成回路２６は、再構成したＰＥＴ画像データをメモリ２４に格納する。画像再構成回路２６は、例えば、プロセッサにより実現される。
【0046】
システム制御回路２７は、架台装置１０及びコンソール装置２０を制御することによって、ＰＥＴ装置１００の全体制御を行う。例えば、システム制御回路２７は、ＰＥＴ装置１００における撮影を制御する。システム制御回路２７は、例えば、プロセッサにより実現される。
【0047】
以上、実施形態に係るＰＥＴ装置１００の全体構成について説明した。ここで、仮に、ＰＥＴ装置による撮影において、ガンマ線のカウントレートに関わらず、ＳｉＰＭに印加される逆バイアス電圧の値が一定である場合について説明する。この場合、低カウントレート又は高カウントレートでＳｉＰＭの性能を最大限活かすことができなくなる。また、ＳｉＰＭの性能を最大限活かそうとする場合には、高カウントレートの場合でもＳｉＰＭを備える検出器の性能が劣化し難くなるように設計する制約がある。
【0048】
そこで、上述した構成のもと、ＰＥＴ装置１００は、以下に説明するように、半導体ガンマ線検出器１４の本来の性能と安定性とを両立させることができるように構成されている。
【0049】
図６は、実施形態に係るＰＥＴ装置１００が実行する処理の流れの一例を示すフローチャートである。図６に示す処理は、例えば、ＰＥＴ装置１００が被検体ＰのＰＥＴ画像データの撮影を開始した場合に実行される。なお、撮影の開始時には、ＳｉＰＭ１４ｅに印加される逆バイアス電圧の値はデフォルト値「Ｖ２」であり、冷却装置１８による冷却のレベルは、デフォルトの冷却レベル「ＦＲ２」である。また、撮影の開始時には、タイムオフセットはデフォルト値「ＴＯＦＦＳＥＴ２」であり、タイムウォークはデフォルト値「ＴＷＡＬＫ２」である。また、撮影の開始時には、エネルギーウィンドウの幅はデフォルト値「Ｗ２」であり、閾値超過時間法において用いられる閾値はデフォルト値「Ｔｈ２」である。
【0050】
図６に示すように、取得機能１６ａは、半導体ガンマ線検出器１４に入射されたガンマ線のカウントレートに関する情報を取得する（ステップＳ１０１）。そして、制御機能１６ｂは、入射されたガンマ線のカウントレートに関する情報に基づいて、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートであるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。
【0051】
ここで、入射されたガンマ線のカウントレートに関する情報として、以下、具体例を挙げて説明する。図７～９は、図６に示すステップＳ１０１及びステップＳ１０２の処理の一例を説明するための図である。例えば、取得機能１６ａは、ステップＳ１０１において、入射されたガンマ線のカウントレートに関する情報として、図７に示すように、半導体ガンマ線検出器１４に流れる電流の値を取得する。より具体的には、取得機能１６ａは、ＳｉＰＭ１４ｅに流れる電流の値を、半導体ガンマ線検出器１４に流れる電流の値として取得する。
【0052】
例えば、電源制御回路１７とＳｉＰＭ１４ｅとの間で電流が流れている。電流値が大きくなるほどカウントレートが高くなると考えられる。そこで、電流測定器（図示せず）が、ＳｉＰＭ１４ｅに入力される電流の値又はＳｉＰＭ１４ｅから出力される電流の値を測定する。そして、取得機能１６ａは、電流測定器により測定された電流の値を半導体ガンマ線検出器１４に流れる電流の値として取得する。
【0053】
そして、制御機能１６ｂは、ステップＳ１０２において、図７に示すように、取得機能１６ａにより取得された電流の値が閾値を超えているか否かを判定する。制御機能１６ｂは、電流の値が閾値を超えている場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）には、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートであると判定する。制御機能１６ｂは、電流の値が閾値を超えていない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）には、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートではないと判定する。
【0054】
また、カウントレートが所定値以上の高カウントレートとなるような特定の種類の放射性薬剤が投与された被検体ＰのＰＥＴ画像データを撮影する場合には、カウントレートが所定値以上の高カウントレートとなると考えられる。そこで、図８に示すように、取得機能１６ａは、ステップＳ１０１において、撮影対象の被検体Ｐに投与された放射性薬剤の種類に関する情報を取得してもよい。例えば、メモリ２４には、検査情報が記憶されている。そして、検査情報には、被検体Ｐに投与された放射性薬剤の種類が含まれている。そこで、取得機能１６ａは、ステップＳ１０１において、メモリ２４に記憶された検査情報から撮影対象の被検体Ｐに投与された放射性薬剤の種類を取得してもよい。
【0055】
そして、制御機能１６ｂは、ステップＳ１０２において、図８に示すように、取得機能１６ａにより取得された放射性薬剤の種類が、高カウントレートとなる特定の種類であるか否かを判定する。制御機能１６ｂは、放射性薬剤の種類が特定の種類である場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）には、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートであると判定する。また、制御機能１６ｂは、放射性薬剤の種類が特定の種類ではない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）には、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートではないと判定する。
【0056】
また、放射性薬剤が投与された被検体Ｐの撮影対象の部位が、心臓等の放射性薬剤が集積しやすい部位である場合には、カウントレートが所定値以上の高カウントレートとなると考えられる。そこで、図９に示すように、取得機能１６ａは、ステップＳ１０１において、放射性薬剤が投与された被検体Ｐの撮影対象の部位に関する情報を取得してもよい。例えば、メモリ２４に記憶された検査情報には、撮影対象の部位が含まれている。そこで、取得機能１６ａは、ステップＳ１０１において、メモリ２４に記憶された検査情報から撮影対象の部位を取得してもよい。なお、取得機能１６ａは、スカウト画像データ又はＰＥＴ画像データから、撮影対象の部位を抽出してもよい。
【0057】
そして、制御機能１６ｂは、ステップＳ１０２において、図９に示すように、取得機能１６ａにより取得又は抽出された撮影対象の部位が、高カウントレートとなる特定の部位であるか否かを判定する。制御機能１６ｂは、撮影対象の部位が特定の部位である場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）には、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートであると判定する。また、制御機能１６ｂは、撮影対象の部位が特定の部位ではない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）には、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートではないと判定する。
【0058】
なお、取得機能１６ａは、ステップＳ１０１においてガンマ線の線量を示す線量情報を取得してもよい。この場合、制御機能１６ｂは、ステップＳ１０２において線量情報が示す線量が閾値を超えたか否かを判定することにより、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートであるか否かを判定してもよい。具体的には、制御機能１６ｂは、線量情報が示す線量が閾値を超えた場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）には、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートであると判定する。また、制御機能１６ｂは、線量情報が示す線量が閾値を超えていない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）には、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートではないと判定する。
【0059】
また、取得機能１６ａは、ステップＳ１０１において逆バイアス電圧の値を取得してもよい。この場合、制御機能１６ｂは、ステップＳ１０２において逆バイアス電圧の値が閾値を超えたか否かを判定することにより、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートであるか否かを判定してもよい。具体的には、制御機能１６ｂは、逆バイアス電圧の値が閾値を超えた場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）には、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートであると判定する。また、制御機能１６ｂは、逆バイアス電圧の値が閾値を超えていない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）には、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートではないと判定する。
【0060】
また、取得機能１６ａは、ステップＳ１０１において、入力インターフェース２１を介してユーザから入力された高カウントレートであるか否かを示す情報を取得してもよい。この場合、ステップＳ１０２において、制御機能１６ｂは、ステップＳ１０１で取得された情報が高カウントレートであることを示すか否かを判定することにより、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートであるか否かを判定してもよい。
【0061】
具体的には、制御機能１６ｂは、ステップＳ１０１で取得された情報が高カウントレートであることを示す場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）には、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートであると判定する。また、制御機能１６ｂは、ステップＳ１０１で取得された情報が高カウントレートであることを示さない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）には、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートではないと判定する。
【0062】
図６の説明に戻り、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートでない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、制御機能１６ｂは、上述した各種のデフォルト値やデフォルトの冷却レベルを変更せずに維持する（ステップＳ１０３）。そして、制御機能１６ｂは、図６に示す処理を終了する。
【0063】
図１０は、実施形態に係る逆バイアス電圧とＳｉＰＭ１４ｅの時間分解能との関係の一例を示すグラフである。図１０に示すグラフでは、横軸が逆バイアス電圧の値を示し、縦軸がＳｉＰＭ１４ｅの時間分解能を示す指標を示す。図１０の例では、ＳｉＰＭ１４ｅの時間分解能を示す指標が小さくなるほど、時間分解能が高くなる。図１０の例に示すように、ガンマ線のカウントレートが高カウントレートでない場合には、ＳｉＰＭ１４ｅの時間分解能が最大（最高）となるように（すなわち、指標が最小値「ＴＲ２」となるように）、ＳｉＰＭ１４ｅに印加される逆バイアス電圧のデフォルト値として「Ｖ２」が用いられる。
【0064】
一方、入射されたガンマ線のカウントレートが高カウントレートである場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、制御機能１６ｂは、ＳｉＰＭ１４ｅに流れる電流の値を小さくするために、デフォルト値「Ｖ２」よりも小さい値「Ｖ１」の逆バイアス電圧をＳｉＰＭ１４ｅに印加するように、電源制御回路１７を制御する（ステップＳ１０４）。これにより、電源制御回路１７は、値が「Ｖ１」である逆バイアス電圧をＳｉＰＭ１４ｅに印加する。図１０の例に示すように、逆バイアス電圧の値が「Ｖ１」である場合には、ＳｉＰＭ１４ｅの時間分解能を示す指標が、「ＴＲ２」よりも大きい「ＴＲ１」となる。このように、ステップＳ１０４では、制御機能１６ｂは、入射されたガンマ線のカウントレートに関する情報に基づいて、半導体ガンマ線検出器１４に負荷される逆バイアス電圧値を制御する。
【0065】
ここで、ガンマ線のカウントレートが高カウントレートである場合には、半導体ガンマ線検出器１４の消費電力が大きくなり発熱量が多くなる。そこで、制御機能１６ｂは、冷却装置１８による半導体ガンマ線検出器１４に対する冷却のレベルが、デフォルトの冷却レベル「ＦＲ２」よりも高い冷却レベル「ＦＲ１」となるように、冷却装置１８を制御する（ステップＳ１０５）。
【0066】
そして、制御機能１６ｂは、ステップＳ１０４において変更された逆バイアス電圧の値「Ｖ１」に基づいて、各種のパラメータ等を制御する（ステップＳ１０６）。そして、制御機能１６ｂは、図６に示す処理を終了する。
【0067】
【0068】
例えば、逆バイアス電圧の値に応じてダークカウントレートが変更される。ダークカウントレートとは、例えば、ＳｉＰＭ１４ｅに流れる暗電流に基づくカウントレートである。例えば、逆バイアス電圧の値が大きくなるとダークカウントレートも大きくなり、逆バイアス電圧の値が小さくなるとダークカウントレートも小さくなる。上述した閾値超過時間法において用いられる閾値は、入射されたガンマ線に基づくカウントレートとダークカウントレートとを区別するために用いられる。すなわち、かかる閾値は、暗電流に基づいてガンマ線をカウントせずに、実際に入射されたガンマ線をカウントするために用いられる。ここで、ステップＳ１０４で逆バイアス電圧の値が「Ｖ１」に変更されているため、閾値超過時間法において用いられる閾値は、変更されることが好ましい。
【0069】
そこで、制御機能１６ｂは、ステップＳ１０６において、図１１に示すように、閾値超過時間法において用いられる閾値を変更する。例えば、処理回路１６のメモリには、複数の逆バイアス電圧のそれぞれと、各逆バイアス電圧に対応する最適な閾値とが対応付けられて記憶されている。ここで、最適な閾値の一例について説明する。例えば、最適な閾値とは、ダークカウント（ＳｉＰＭ１４ｅに流れる暗電流に基づくカウント）ではなく、実際に入射されたガンマ線（ガンマ線イベント）によるカウントである確率が統計学的に所定の確率よりも高くなるような閾値を指す。例えば、熱雑音の増加や逆バイアス電圧の増加により、ダークカウントレートが高くなる場合には、最適な閾値は高くなる。そして、ステップＳ１０６において、制御機能１６ｂは、メモリの記憶内容を参照し、逆バイアス電圧の値「Ｖ１」に対応する最適な閾値「Ｔｈ１」を特定する。そして、ステップＳ１０６において、制御機能１６ｂは、閾値超過時間法において用いられる閾値を、デフォルト値「Ｔｈ２」から閾値「Ｔｈ１」に変更するように、計数情報収集回路１５を制御する。例えば、閾値「Ｔｈ１」は、デフォルト値「Ｔｈ２」よりも小さい。このような制御を受けて、計数情報収集回路１５は、閾値超過時間法において用いられる閾値を、デフォルト値「Ｔｈ２」から閾値「Ｔｈ１」に変更する。このように、制御機能１６ｂは、ステップＳ１０４で制御された逆バイアス電圧値に基づいて、閾値を制御する。
【0070】
また、上述したタイムオフセット及びタイムウォークも、逆バイアス電圧の値の変更の影響を受ける。具体的には、逆バイアス電圧の値が変更されるとＳｉＰＭ１４ｅのキャリアの移動速度も変更されるので、タイムオフセット及びタイムウォークも影響を受ける。そこで、制御機能１６ｂは、ステップＳ１０６において、図１２に示すように、タイムオフセット及びタイムウォークを変更する。例えば、処理回路１６のメモリには、複数の逆バイアス電圧のそれぞれと、各逆バイアス電圧に対応する最適なタイムオフセット及び最適なタイムウォークとが対応付けられて記憶されている。ここで、最適なタイムオフセット及び最適なタイムウォークの一例について説明する。例えば、最適なタイムオフセットとは、基準とする時間（例えば、信号処理遅延を排し、ガンマ線が相互作用したと推測される時間）が、いずれのチャンネルも同一になるように設定されたタイムオフセットを指す。また、例えば、最適なタイムウォークとは、ゲインが変化した場合において、ガンマ線のエネルギーと立ち上がり時間の関係を適切に補正するタイムウォークを指す。そして、ステップＳ１０６において、制御機能１６ｂは、メモリの記憶内容を参照し、逆バイアス電圧の値「Ｖ１」に対応する最適なタイムオフセット「ＴＯＦＦＳＥＴ１」及び最適なタイムウォーク「ＴＷＡＬＫ１」を特定する。
【0071】
そして、ステップＳ１０６において、制御機能１６ｂは、タイムオフセットを、デフォルト値「ＴＯＦＦＳＥＴ２」から「ＴＯＦＦＳＥＴ１」に変更するように、計数情報収集回路１５を制御する。また、ステップＳ１０６において、制御機能１６ｂは、タイムウォークを、デフォルト値「ＴＷＡＬＫ２」から「ＴＷＡＬＫ１」に変更するように、計数情報収集回路１５を制御する。これらの制御を受けて、計数情報収集回路１５は、タイムオフセットをデフォルト値「ＴＯＦＦＳＥＴ２」から「ＴＯＦＦＳＥＴ１」に変更し、タイムウォークをデフォルト値「ＴＷＡＬＫ２」から「ＴＷＡＬＫ１」に変更する。このように、制御機能１６ｂは、ステップＳ１０４で制御された逆バイアス電圧値に基づいて、タイムオフセット及びタイムウォークを制御する。
【0072】
また、上述したエネルギーウィンドウも、逆バイアス電圧の値の変更の影響を受ける。そこで、制御機能１６ｂは、ステップＳ１０６において、図１３に示すように、エネルギーウィンドウの幅や位置を変更する。例えば、処理回路１６のメモリには、複数の逆バイアス電圧のそれぞれと、各逆バイアス電圧に対応する最適なエネルギーウィンドウの幅とが対応付けられて記憶されている。ここで、最適なエネルギーウィンドウの幅の一例について説明する。例えば、最適なエネルギーウィンドウの幅とは、エネルギースペクトルがシフト又は縮んでしまっても、総カウント数が変化しないように調整されるエネルギーウィンドウを指す。そして、ステップＳ１０６において、制御機能１６ｂは、メモリの記憶内容を参照し、逆バイアス電圧の値「Ｖ１」に対応する最適なエネルギーウィンドウの幅「Ｗ１」を特定する。
【0073】
そして、ステップＳ１０６において、制御機能１６ｂは、図１３に示すように、エネルギーウィンドウの幅を、デフォルト値「Ｗ２」から「Ｗ１」に変更するように、同時計数情報生成回路２５に通知する。具体的には、制御機能１６ｂは、変更後のエネルギーウィンドウの幅「Ｗ１」を計数情報のリストに付加し、変更後のエネルギーウィンドウの幅「Ｗ１」が付加された計数情報のリストをメモリ２４に記憶させる。同時計数情報生成回路２５は、計数情報のリストに付加されたエネルギーウィンドウの幅「Ｗ１」を取得する。そして、同時計数情報生成回路２５は、エネルギーウィンドウの幅を、デフォルト値「Ｗ２」から、取得された「Ｗ１」に変更する。このように、ステップＳ１０６では、制御機能１６ｂは、ステップＳ１０４で制御された逆バイアス電圧値に基づいて、エネルギーウィンドウの幅を制御する。
【0074】
なお、メモリ２４に複数のファイルが記憶され、複数のファイルのそれぞれには複数のエネルギーウィンドウの幅のそれぞれが登録されていてもよい。そして、同時計数情報生成回路２５は、複数のファイルのうちいずれかのファイルに登録されたエネルギーウィンドウの幅を、同時計数情報の時系列リストを生成する際に用いるエネルギーウィンドウの幅として設定してもよい。このような場合、ステップＳ１０６で、制御機能１６ｂは、変更後のエネルギーウィンドウの幅「Ｗ１」が登録されたファイルの識別子を計数情報のリストに付加する。そして、制御機能１６ｂは、ファイルの識別子が付加された計数情報のリストをメモリ２４に記憶させる。そして、同時計数情報生成回路２５は、計数情報のリストに付加されたファイルの識別子を取得する。そして、同時計数情報生成回路２５は、メモリ２４に記憶された複数のファイルのうち、取得された識別子が示すファイルに登録されたエネルギーウィンドウの幅「Ｗ１」を取得する。そして、同時計数情報生成回路２５は、エネルギーウィンドウの幅を、デフォルト値「Ｗ２」から、取得された「Ｗ１」に変更する。
【0075】
以上、実施形態に係るＰＥＴ装置１００について説明した。実施形態によれば、高カウントレートの場合に、半導体ガンマ線検出器１４において、カウントレートに応じて逆バイアス電圧を変更するとともに、変更後の逆バイアス電圧に応じて各種のパラメータや冷却レベルを変更することで、ＳｉＰＭ１４ｅを備える半導体ガンマ線検出器１４の本来の性能と安定性を両立させることができる。
【0076】
また、実施形態によれば、異なるカウントレートの条件下でも、ＳｉＰＭ１４ｅを備える半導体ガンマ線検出器１４の性能を安全に最大限活かせるだけでなく、電源系を含む後段回路をそのまま異なる仕様のＳｉＰＭに使えるようにすることができる。
【0077】
また、上述した実施形態によれば、臨床検査において、被検体Ｐの撮影を行った後に、時間をおいて、再度、被検体Ｐの撮影を行う場合には、被検体Ｐ内の放射性薬剤の濃度が低くなっているため、図６のステップＳ１０２で否定判定される。このため、再度、被検体Ｐの撮影を行う場合には、デフォルトの設定で撮影が行われる。
【0078】
なお、第１の実施形態において、ＰＥＴ装置１００がカウントレートに応じて、逆バイアス電圧の値を２段階に変更する場合について説明した。しかしながら、ＰＥＴ装置１００は、カウントレートに応じて逆バイアス電圧の値を２段階よりも多い複数段階に変更してもよい。また、ＰＥＴ装置１００は、カウントレートに応じて、ＳｉＰＭ１４ｅの特性に合わせて、所定の計算式により逆バイアス電圧の値を連続的に変更してもよい。
【0079】
上記説明において用いた「プロセッサ」という文言は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、若しくは、プログラマブル論理デバイス（例えば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、又は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ））等の回路を意味する。プロセッサは、プロセッサの回路内のメモリに保存されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、プロセッサの回路内のメモリにプログラムを保存する代わりに、プロセッサの回路とは別に設けられたメモリにプログラムを保存しても構わない。この場合、プロセッサは、このメモリに記憶されたプログラムを読み出し実行することで機能を実現する。なお、本実施形態の各プロセッサは、プロセッサごとに単一の回路として構成される場合に限らず、複数の独立した回路を組み合わせて１つのプロセッサとして構成し、その機能を実現するようにしてもよい。
【0080】
以上述べた少なくとも１つの実施形態のＰＥＴ装置１００によれば、半導体ガンマ線検出器１４の本来の性能と安定性とを両立させることができる。
【0081】
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、実施形態同士の組み合わせ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】
【0082】
１４ 半導体ガンマ線検出器
１６ａ 取得機能
１６ｂ 制御機能
１６ａ 取得機能
１６ｂ 制御機能
【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】