JP5996847B2 - 放射線断層撮影装置 - Google Patents

Description

本発明は、被検体から照射されたγ線をイメージングする放射線断層撮影装置に関し、特にγ線のエネルギーを識別できる放射線断層撮影装置に関する。

従来の放射線断層撮影装置の具体的な構成について説明する。従来の放射線断層撮影装置５０は、図１５に示すように被検体Ｍを載置する天板５２と、同時入射のγ線を検出する検出器リング６２とを備えている。検出器リング６２の開口は天板５２ごと被検体Ｍを挿入できるようになっている（例えば、特許文献１，特許文献２，特許文献３，特許文献４参照）。

従来の放射線断層撮影装置５０を用いて、被検体Ｍの頭部における放射性薬剤の分布を知ろうとする場合は、被検体Ｍの頭部が検出器リング６２の開口の内部に存する位置に移動される。そして、被検体Ｍの頭部から放出された対消滅γ線のペアの発生位置をイメージングして放射線断層画像が取得される。この様な放射線断層撮影装置をＰＥＴ(positron emission tomography)装置と呼ぶ。

この様なＰＥＴ装置により放射線断層画像を取得する際に、被検体から放射される散乱線が鮮明な画像取得の妨げとなる。散乱線とは、被検体から発したγ線が検出器リング６２に向かう間に被検体内や天板等で散乱されたγ線である。

また、従来のＰＥＴ装置おいては、この散乱線の発生の様子を予め予想することで断層画像に含まれる散乱線成分を除去するようにしている。この方法では被検体の撮影に先立ち検出器リング６２に対消滅γ線のペアを照射する円柱形のファントムが挿入される。そして、ファントムの断層画像が取得される。

このとき得られたファントムの断層画像は、ファントムの断層像以外の偽像を含んでいる。実測の断層画像には、散乱成分が含まれているからである。従来の構成によれば、ファントムの断層画像を基にこれに含まれる散乱線成分を抽出する。ファントムの形状は予め分かっているので、散乱線成分の算出は比較的容易である。

そして、検出器リング６２に被検体Ｍを導入し、被検体の断層画像を取得する。この断層画像には、散乱線成分が含まれており、これに起因して画質の悪化している。そこで、従来構成によれば、被検体の断層画像からファントムにより得られた散乱線成分を減算することで鮮明な断層画像を取得するようにしている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２００７−２１２２４２ 特開平７−３０１６７４ 特開２００８−１９６８９９ 特開平９−１４５８４２

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｉｒｓ．ｇｏ．ｊｐ／ｕｓｒ／ｍｅｄｉｃａｌ−ｉｍａｇｉｎｇ／ｊａ／ｓｔｕｄｙ／ｊＰＥＴ＿Ｄ４＿２００６／ｐ４７＿５１．ｐｄｆ

しかしながら、従来の放射線断層撮影装置には次のような問題点がある。すなわち、従来の放射線断層撮影装置によれば、被検体の断層画像から散乱線成分を十分に除去することができない。

従来の放射線断層撮影装置は、ファントムを用いて被検体の断層画像に現れる散乱線成分を予測する構成となっている。つまり、従来方法ではファントムから発する散乱線が被検体から発する散乱線と同じ確率で放射されることが前提となっている。しかし、実際の被検体から発生する散乱線の発生の確率は、ファントムから発生する散乱線の発生の確率と異なる。ファントムと被検体とでは、形状・構成物質・対消滅γ線のペアを生じる放射性薬剤の分布が異なるからである。

したがって、従来の放射線断層撮影装置は、被検体の断層画像に対して被検体の散乱線成分の影響を正確に取り除くことができない。したがって、従来装置で取得される断層画像には、画像に含まれる散乱線成分が減算されず残っていたり、逆に画像に存在しない散乱線成分が減算され過ぎたりしてしまう。

本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、断層画像に含まれる散乱線成分を正確に取り除くことにより鮮明な断層画像を取得することができる放射線断層撮影装置を提供することにある。

本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
すなわち、本発明に係る放射線断層撮影装置は、γ線のエネルギーデータを出力する放射線検出器がリング状に配列されることによって構成されるγ線を検出する検出器リングと、被検体から発した２つのγ線が検出器リングに同時に入射する現象である同時イベントを計数する同時計数手段と、同時計数手段に計数されたγ線のエネルギーの分布を示すスペクトルを生成するスペクトル生成手段と、生成された前記スペクトルから、非散乱線成分をガウス分布を表す関数によって、散乱線成分をコンプトンエッジを表す関数によってそれぞれフィッティングして非散乱線成分と散乱線成分を同時に推定することで、同時イベント数に含まれる非散乱線成分を推定する非散乱線成分推定手段と、推定された非散乱線成分を基に同時イベント数を補正して検出器リングに入射した散乱線の影響を除去する補正手段と、補正された同時イベント数を基に被検体の断層画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とするものである。

［作用・効果］本発明の構成によれば、γ線のエネルギー分布を用いて同時イベント数に含まれる散乱線成分を推定している。この様にするとファントムを用いて散乱線成分を推定する従来方法と比べて被検体の検出データに含まれる散乱線成分の推定がより正確となる。γ線の散乱線の発生の確率は、γ線を発生させる物体の形や大きさ、構成物質やγ線の発生の違いなどにより変化する。したがって、被検体の撮影を行うときの散乱線を推定するには被検体の撮影するときに得られたデータを用いた方がよいのである。

本発明においては、実際の被検体撮影のデータから被検体の散乱線の推定を行う手法としてγ線のエネルギー分布に注目している。散乱線は非散乱線に比べてエネルギーが低いという特性がある。したがって、γ線のエネルギーの分布を示すスペクトルを撮影ごとに生成して、これを用いて散乱線成分を推定し、この推定に基づいて同時イベント数を補正するようにすれば、撮影するごとに異なる散乱線照射の状況に合わせて散乱線成分が消去された断層画像が生成できる。これにより、鮮明な断層画像を取得することができる放射線断層撮影装置を提供できる。

また、上述の放射線断層撮影装置において、非散乱線成分推定手段が推定した非散乱線成分を基に、散乱線成分と非散乱線成分との割合を同時イベントを構成する２つのγ線のエネルギーの組み合わせ毎に推定する割合推定手段と、補正手段は、γ線のエネルギーデータを参照することにより、ある同時イベントにおける２つのγ線のエネルギーの組み合わせに対応した割合を取得して、この同時イベントについての計数に組み合わせに取得した割合を乗じるように動作すればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の断層撮影装置のより具体的な構成を示すものとなっている。スペクトルを基に散乱線成分と非散乱線成分との割合を同時イベントを構成する同時入射のγ線のエネルギーの組み合わせ毎に推定しておいて、同時イベント数をその同時イベントにおける同時入射のγ線のエネルギーの組み合わせに対応した割合で補正するようにすれば、確実に散乱線成分が消去された断層画像が取得できる。また、散乱線成分の補正に減算処理を用いないので、データのバラツキが増幅することで断層画像の画質が低下することが抑制される。

また、上述の放射線断層撮影装置において、割合とエネルギーの組み合わせとを関連させたテーブルを記憶する記憶手段を備えればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の断層撮影装置のより具体的な構成を示すものとなっている。テーブルを記憶する記憶手段を備えるようにすれば、より確実に散乱線成分が消去された断層画像が取得できる。

また、上述の放射線断層撮影装置において、被検体と検出器リングとの相対位置を変更させる駆動手段と、駆動手段を制御する駆動制御手段とを備え、スペクトル生成手段は、被検体・検出器リングの相対位置の変更と断層撮影とを繰り返す撮影において、断層撮影が行われる毎にスペクトルを生成し、非散乱線成分推定手段、補正手段、および画像生成手段は、新たに生成されたスペクトルに基づいて動作すればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の断層撮影装置のより具体的な構成を示すものとなっている。断層撮影の撮影様式として、あるポジション（例えば頭部）で被検体を撮影した後、別のポジション（例えば胸部）で被検体を撮影するものがある。このときに１回目の撮影における散乱線発生の確率と、２回目の撮影における散乱線発生の確率とが一致するとは限らない。上述の構成にように、被検体と検出器リングとの相対位置が変更される度に新たに散乱線成分の推定を行うようにすれば、撮影の度に散乱線発生の確率が異なっても正確に散乱線成分を除去して視認性に優れた断層画像が取得できる。

また、上述の放射線断層撮影装置において、駆動手段は、天板を検出器リングに対して移動させる天板移動手段であればより望ましい。また、駆動手段として、天板は移動せず、検出器リングを搭載した放射線断層撮影装置を移動させる手段でも構わない。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の断層撮影装置のより具体的な構成を示すものとなっている。上述の構成によれば、より確実に被検体と検出器リングの位置関係を変更することができる。

また、上述の放射線断層撮影装置において、全身撮影用となっていればより望ましい。

［作用・効果］上述の構成は、本発明の断層撮影装置のより具体的な構成を示すものとなっている。上述の構成によれば、撮影対象によらず正確に散乱線成分を除去して断層画像を取得することができるので、撮影の対象が定まらない全身撮影用の放射線断層撮影装置に適している。

本発明の構成によれば、γ線のエネルギー分布を用いて同時イベント数に含まれる散乱線成分を推定している。散乱線は非散乱線に比べてエネルギーが低いという特性がある。この特性を利用して本発明では、γ線のエネルギーの分布スペクトルを撮影ごとに生成して、これを用いて散乱線成分を推定し、この推定に基づいて同時イベント数を補正する。このようにすることで、撮影ごとに異なる散乱線照射の状況に合わせて散乱線成分が消去された断層画像が生成できるので鮮明な断層画像を取得することができる放射線断層撮影装置を提供できる。

実施例１に係る放射線断層撮影装置の構成を説明する機能ブロック図である。 実施例１に係る放射線検出器の構成を説明する斜視図である。 実施例１に係る検出器リングの構成を説明する平面図である。 実施例１に係る非散乱線成分推定部の動作を説明する模式図である 実施例１に係る非散乱線成分推定部の動作を説明する模式図である。 実施例１に係る割合推定部の動作を説明する模式図である。 実施例１に係る割合推定部の動作を説明する模式図である。 実施例１に係る補正部の動作を説明する模式図である。 実施例１の効果を説明する模式図である。 実施例１の効果を説明する模式図である。 実施例１の効果を説明する模式図である。 実施例１に係る放射線断層撮影装置の動作を説明するフローチャートである。 実施例１に係る放射線断層撮影装置の動作を説明する模式図である。 実施例１に係る放射線断層撮影装置の動作を説明する模式図である。 従来の放射線断層撮影装置の構成を説明する模式図である。

＜放射線断層撮影装置９の構成＞
以下、本発明に係る放射線断層撮影装置９の実施例を図面を参照しながら説明する。図１は、実施例１に係る放射線断層撮影装置９の構成を説明する機能ブロック図である。実施例１に係る放射線断層撮影装置９は、全身撮影用となっており、被検体Ｍを載置する天板１０と、天板１０をその長手方向（ｚ方向）から導入させる開口を有するガントリ１１と、ガントリ１１の内部に設けられた天板１０をｚ方向に導入させるリング状の検出器リング１２とを備えている。検出器リング１２に設けられた開口は、ｚ方向（天板１０の長手方向、被検体Ｍの体軸方向）に伸びた円筒形となっている。したがって、検出器リング１２自身もｚ方向に延伸している。ガントリ１１は、被検体Ｍの頭部が収納できる程度の大きさの開口が設けられている。この開口に被検体Ｍが挿入されることになる。

天板１０は、ガントリ１１（検出器リング１２）の開口をｚ方向から貫通するように設けられているとともに、ｚ方向に沿って進退自在となっている。この様な天板１０の摺動は、天板移動機構１５によって実現される。天板移動機構１５は、天板移動制御部１６によって制御される。天板移動制御部１６は、天板移動機構１５を制御する天板移動制御手段である。天板１０は、その全域が検出器リング１２の外側に位置している位置から摺動して、検出器リング１２の開口にその一方側から導入される。天板移動機構１５は、本発明の駆動手段に相当し、天板移動制御部１６は、本発明の駆動制御手段に相当する。

ガントリ１１の内部には、被検体Ｍから放射される対消滅γ線のペアを検出する検出器リング１２が備えられている。この検出器リング１２は、被検体Ｍの体軸方向に伸びた筒状であり、そのｚ方向の長さは、１５ｃｍから２６ｃｍ程度である。リング状の吸収体１３ａ，１３ｂは、検出器リング１２の中心軸方向（ｚ方向）の両端を覆うように設けられている。吸収体１３ａ，１３ｂは、γ線を透過しにくい部材で生成されており、検出器リング１２の外部から内部にγ線が入射するのを防いでいる。吸収体１３ａ，１３ｂは、被検体Ｍの断層画像Ｄの撮影に邪魔となる検出器リング１２の外部で生じたγ線を除去する目的で設けられている。この吸収体１３ａ，１３ｂの内径は、検出器リング１２の内径よりも小さくなっている。

検出器リング１２を構成する放射線検出器１の構成について簡単に説明する。図２は、実施例１に係る放射線検出器の構成を説明する斜視図である。放射線検出器１は、図２に示すようにγ線を蛍光に変換するシンチレータ２と、蛍光を検出する光検出器３とを備えている。そして、シンチレータ２と光検出器３との介在する位置には、蛍光を授受するライトガイド４が備えられている。

シンチレータ２は、シンチレータ結晶が二次元的に配列されて構成されている。シンチレータ結晶Ｃは、Ｃｅが拡散したＬｕ_{２（１−Ｘ）}Ｙ_２ＸＳｉＯ_５（以下、ＬＹＳＯとよぶ）によって構成されている。そして、光検出器３は、どのシンチレータ結晶が蛍光を発したかという蛍光発生位置を特定することができるようになっているとともに、蛍光の強度や、蛍光の発生した時刻をも特定することができる。放射線検出器１は、蛍光の強度により検出したγ線のエネルギーを求め、エネルギーデータを出力することができる。また、実施例１の構成のシンチレータ２は、採用しうる態様の例示にすぎない。したがって、本発明の構成は、これに限られるものではない。

検出器リング１２の構成について説明する。実施例１によれば、図３に示すように複数個の放射線検出器１がｚ方向に垂直な平面上の仮想円に配列することで１つの単位リング１２ｂが形成される。この単位リング１２ｂが中心軸方向（ｚ方向）に配列されて検出器リング１２が構成される。

クロック１９は、検出器リング１２にシリアルナンバーとなっている時刻情報を送出する。検出器リング１２から出力される検出データは、γ線をどの時点で検出されたかという時刻情報が付与され、後述の同時計数部２０に入力されることになる。

同時計数部２０には、検出器リング１２から出力された検出データが送られてきている。検出器リング１２に同時に入射した２つのγ線は、被検体内の放射性薬剤に起因する対消滅γ線のペアであると予想される。同時計数部２０は、検出器リング１２を構成するシンチレータ結晶Ｃのうちの２つの組み合わせ毎に同時入射のγ線が検出された回数をカウントし、この結果を補正部２４に送出する。この同時入射のγ線の計数によって得られた値を同時イベント数と呼ぶことにする。なお、同時計数部２０による検出データの同時性の判断は、クロック１９によって検出データに付与された時刻情報が用いられる。

同時計数部２０は同時イベント数をした検出データをスペクトル生成部２１に送出する。スペクトル生成部２１は、同時計数部２０により計数された同時入射のγ線がどの程度のエネルギーを有していたかを検出データに含まれるエネルギーデータを基に認識する。そして、スペクトル生成部２１は、γ線検出の点数とγ線のエネルギーとが関連したスペクトルを取得する。つまり、スペクトル生成部２１は同時イベントについてγ線のスペクトルを取得することになる。また、スペクトル生成部２１は、ある２つの放射線検出器の間で検出されたγ線についてスペクトルを放射線検出器ごとに２つ生成する。この様に一対のスペクトルが２つの放射線検出器の組み合わせ毎に生成されることになる。スペクトル生成部２１は、本発明のスペクトル生成手段に相当する。

図４は、ある放射線検出器１ａ，１ｂの組み合わせについてスペクトルが生成される様子を示している。この放射線検出器１ａ，１ｂにおいてスペクトル生成部２１がどのように動作するかを説明する。スペクトル生成部２１は、放射線検出器１ａ，１ｂの間で検出された同時入射のγ線のうち放射線検出器１ａに入射したγ線のエネルギーを放射線検出器１ａから取得して、γ線のエネルギーと検出点数の関係を示したスペクトルＳａを生成する。このとき取得されるスペクトルＳａは、同時入射のγ線として同時計数部２０により計数されたγ線のみから生成される。断層画像Ｄは同時入射のγ線のみから生成されることからすれば、スペクトルＳａは、断層画像Ｄの生成に用いられるγ線のエネルギー分布を示していることになる。つまり、スペクトルＳａは、一方を検出し損ねた同時入射のγ線やシングルフォトンタイプのγ線など断層画像Ｄに用いられることのないγ線のエネルギー分布は含まない。

同様にスペクトル生成部２１は、放射線検出器１ａ，１ｂの間で検出された同時入射のγ線のうち放射線検出器１ｂに入射したγ線のエネルギーを放射線検出器１ｂから取得して、γ線のエネルギーと検出点数の関係を示したスペクトルＳｂを生成する。スペクトルＳｂも、断層画像Ｄの生成に用いられるγ線のエネルギー分布を示している。

スペクトルＳａ，Ｓｂを比較すると、グラフ形が多少異なっている。これは、放射線検出器１ａ，１ｂの間でγ線検出の特性が多少異なることと、スペクトルにγ線検出の統計的なばらつきが現れていることによる。

スペクトル生成部２１が生成するスペクトルＳａ，Ｓｂは、天板１０に被検体Ｍを載置した状態で被検体Ｍから放射される対消滅γ線のペアを測定したときのものである。したがって、スペクトルＳａ，Ｓｂは、被検体Ｍを実測したときのγ線のエネルギー分布を表している。

スペクトル生成部２１は、スペクトルＳａ，Ｓｂを非散乱線成分推定部２２に送出する。図５は、非散乱線成分推定部２２がスペクトルＳａに対して行う動作について説明している。非散乱線成分推定部２２は、スペクトルＳａのグラフ形に対して図５における太線で示した所定の分布関数をフィッティングすることにより、スペクトルＳａに含まれる直接線成分を求める。直接線成分とは、検出器リング１２が検出した同時入射のγ線のうち、被検体内等で散乱せずに検出器リング１２に入射したものをいう。本発明の非散乱成分とはこの直接線成分のことである。非散乱線成分推定部２２は、本発明の非散乱線成分推定手段に相当する。

非散乱線成分推定部２２が使用する所定の分布関数は、対消滅γ線のエネルギーが５１１ｋｅＶであること、そしてそれは確率論からガウス分布となる事等から、理論的に求まる関数を用いていも良いし、予め対消滅γ線のエネルギーを実測して得られたγ線のエネルギー分布から関数を作成してもよい。ただし、この実測は、散乱線成分が発生しないようにして得られたものである必要がある。対消滅γ線のペアの物理的性質は常に一定なので、被検体Ｍの撮影時においても対消滅γ線のペアのエネルギー分布はこの分布関数で表すことができる。非散乱線成分推定部２２は、スペクトルＳａにおけるエネルギーの高い部分について分布関数のフィッティングを行う。このフィッティングはスペクトルＳａにおける複数の点を参照して行われるので、フィッティングされた分布関数がスペクトルＳａに含まれる直接線成分のエネルギー分布を示している信頼性は高い。

同様に、非散乱線成分推定部２２は、散乱線成分のエネルギー分布を示す分布関数をフィッティングすることによりスペクトルＳａに含まれる散乱線成分を求めてもよいし、直接成分以外の全てを散乱線成分として求めても良い。ただし、散乱成分は多重散乱を含むので散乱成分を関数にしてフィッティングで精度良く求めるのは難しい。そこで、比較的理論的に関数で表現できるガウス分布、およびコンプトンエッジの２つを使って、４００〜７００ｋｅＶの範囲のエネルギースペクトルをフィッティングして非散乱成分と散乱成分を同時に推定する。このフィッティングはスペクトルＳａにおける複数の点を参照して行われるので、フィッティングされた分布関数がスペクトルＳａに含まれる散乱線成分と非散乱線成分のエネルギー分布を示している信頼性は高い。

図５の右側は、スペクトルＳａに含まれる直接線成分と網掛けで示す散乱線成分が推定された状態を示している。また、非散乱線成分推定部２２は、スペクトルＳｂについても同様に直接線成分と散乱線成分とを推定する。推定された直接線成分と散乱線成分は、割合推定部２３に送出される。図５の右側を参照すれば分かるように、スペクトルＳａに含まれる直接線成分と散乱線成分の割合は、エネルギー毎に異なる。非散乱線成分推定部２２は、推定結果を割合推定部２３に送出する。割合推定部２３は、本発明の割合推定手段に相当する。

割合推定部２３は、推定された直接線成分と散乱線成分とを基に、散乱線成分と直接線成分（非散乱線成分）との割合をエネルギーごとに取得する。割合推定部２３は、例えば、図５右側の破線で示すように、４００ｋｅＶ，５１１ｋｅＶ，６００ｋｅＶの３点について直接線成分と散乱線成分との割合を求める。図６は、スペクトルＳａについての割合を求めた結果を示している。これにより、例えば被検体Ｍから発したγ線が４００ｋｅＶとして検出されたとすると、このγ線が直接線であった確率は２０％であることが分かる。

同様に割合推定部２３は、スペクトルＳｂについても割合を推定する。このとき推定された割合はスペクトルＳａの結果と一致するものであったとする。こうして２つのスペクトルＳａ，Ｓｂについて割合が推定される。スペクトルＳａ，Ｓｂは、被検体Ｍを測定したときに得られたものであることからすると、割合推定部２３が推定する割合は、被検体Ｍを測定したときにおける直接線と散乱線の割合であることになる。

割合推定部２３は、スペクトルＳａ，Ｓｂの割合から図７に示すようなテーブルＴを生成する。図７は、同時計数した２本のγ線が共に直接線である確率をエネルギーの組み合わせごとに求めたテーブルとなっている。具体的には、テーブルＴは、放射線検出器１ａの割合に放射線検出器１ｂの割合を乗じたものとなっている。例えば、対消滅γ線のペアのうち放射線検出器１ａに入射したγ線のエネルギーが４００ｋｅＶで、放射線検出器１ｂに入射したγ線のエネルギーが６００ｋｅＶであったとすると、この２つのγ線のいずれもが直接線であった確率は１８％である。

割合推定部２３は、図７に示す割合とエネルギーの組み合わせとを関連させたテーブルＴを記憶部３７に送出する。記憶部３７は、テーブルＴを記憶する。記憶部３７は、本発明の記憶手段に相当する。

＜散乱線の影響の除去＞
次に、断層画像Ｄを生成する際の散乱線の影響を除去する方法について説明する。散乱線成分の除去は、テーブルＴを利用して行う。同時計数部２０が出力した同時イベント数は、画像生成部２５により画像化されて断層画像Ｄとなる。しかし、同時イベント数を補正せずに画像化すると、生成された断層画像Ｄには散乱線の影響が現れてしまう。そこで、本発明によれば、同時イベント数を補正したあと断層画像Ｄを生成するようにしている。この補正を行うのが補正部２４である。補正部２４は、本発明の補正手段に相当し、画像生成部２５は、本発明の画像生成手段に相当する。

補正部２４の動作について説明する。補正部２４には、同時計数部２０より同時イベント数が送出されている。この同時イベント数は、天板１０に被検体Ｍを載置して被検体Ｍから放射される同時入射のγ線を検出することによって得られたものである。また、この同時イベント数には、γ線を検出した放射線検出器１を特定するデータと、γ線のエネルギーを特定するデータとが関連づけられている。同時イベントは２つのγ線が検出器リング１２に同時に入射する事象であるので、同時イベント数に関連づけられるデータは２つのγ線について独立に存在することになる。

図８は、消滅点ｐから生じた対消滅γ線のペアが放射線検出器１ａ，１ｂに入射する様子を示している。このとき、放射線検出器１ａには４００ｋｅＶのエネルギーを有するγ線が入射し、放射線検出器１ｂには６００ｋｅＶのエネルギーを有するγ線が入射したものとする。同時計数部２０は、放射線検出器１ａ，１ｂについての同時イベント数を１としてカウントする。

同時イベント数は、補正部２４に送出される。補正部２４は、同時イベント数に関連づけられたエネルギーデータを参照する。そして、補正部２４は、同時イベント数に係る同時入射のγ線のエネルギーの組み合わせと同じ組み合わせの割合をテーブルＴ（図７参照）上で探してその割合を読み出す。同時入射のγ線のエネルギーは、放射線検出器１ａ側で４００ｋｅＶ，放射線検出器１ｂ側で６００ｋｅＶとなっているから、読み出される割合は、図７の網掛けで示す１８％である。

そして、補正部２４は、この１８％という数値を同時イベント数に乗じる。すると、同時イベント数は、１カウントから０．１８カウントに補正されるのである。

つまり、例えば、被検体Ｍから生じるγ線の検出を通じて、エネルギーが放射線検出器１ａ側で４００ｋｅＶ，放射線検出器１ｂ側で６００ｋｅＶとなっている同時入射のγ線が２０回測定されたとする。従来ならばこれを２０カウントとして、断層画像Ｄの生成に用いる。しかし、本発明によれば図８に示すように２０カウントを補正して３．６カウントとするのである。

エネルギーが放射線検出器１ａ側で４００ｋｅＶ，放射線検出器１ｂ側で６００ｋｅＶとなっている同時入射のγ線のほとんどは散乱線が関係している。すなわち、放射線検出器１ａで検出されたγ線は８０％の確率で散乱線であり、放射線検出器１ｂで検出されたγ線は１０％の確率で散乱線となっている。従って、この様なエネルギーとなっている同時入射のγ線がいずれも直接線である確率は僅か１８％（２０％×９０％）である。従って、この様なエネルギーの同時入射のγ線が被検体Ｍの検出時に例え２０カウント得られても、このうちの１６．４カウントはγ線の少なくとも一方が散乱線となっており、断層画像Ｄの生成に用いることができない。補正部２４が割合を同時イベント数に乗じることにより、２０カウントのうちの散乱線が関係している１６．４カウントが除かれる。すなわち、補正部２４が２０カウントに１８％を乗じて算出する３．６カウントは、同時入射のγ線がいずれも直接線となっており、断層画像Ｄを生成するときに用いることができる正味の同時イベント数であることになる。

この様に補正部２４により同時イベント数は、補正により、散乱線が関係しているカウントだけ減らされて画像生成部２５に送出される。画像生成部２５は、この補正値に基づいて断層画像Ｄを生成することになる。

なお、スペクトル生成部２１，非散乱線成分推定部２２，割合推定部２３および補正部２４は、上述の放射線検出器１ａ，１ｂの組み合わせ以外の放射線検出器の組み合わせについても同様の動作をする。また、補正部２４は、エネルギーが放射線検出器１ａ側で４００ｋｅＶ，放射線検出器１ｂ側で６００ｋｅＶとなっている同時入射のγ線以外についても同様に同時イベント数の補正を実行する。

なお、放射線断層撮影装置９は、各部を統括的に制御する主制御部４１と、放射線断層画像を表示する表示部３６とを備えている。この主制御部４１は、ＣＰＵによって構成され、各種のプログラムを実行することにより、各部１６，１９，２０，２１，２２，２３，２４，２５を実現している。なお、上述の各部はそれらを担当する制御装置に分割されて実現されてもよい。

＜本発明の効果＞
本発明の効果について説明する。従来より断層画像Ｄの散乱線成分を除去するＰＥＴ装置は知られている。しかし、これらの装置は、ファントムを用いて被検体Ｍから発する散乱線成分を推定するという方法を採用していたので、被検体Ｍから発する散乱線成分を正確に推定できているとは言い難い。

本発明によれば、同時計数部２０が計数するγ線についてのデータと、割合推定部２３が推定に用いるデータとは同一のデータとなっている。すなわち、同時計数部２０は、被検体Ｍを検出することで得られたγ線の検出データについて、一方では同時イベント数の計数をする。更にもう一方で、同時計数部２０は、同時入射のγ線として認識された検出データをスペクトル生成部２１以下の各部に送出して、散乱線と直接線の割合の算出に利用させるようにしている。この様にすることで、被検体Ｍの測定結果から被検体Ｍの散乱線成分を推定したうえで断層画像Ｄに写り込む散乱線の影響を取り除くことができる。

また、従来装置とは異なる演算方法を採用することにより、より鮮明な画像を取得できる。従来方法では、被検体Ｍを画像化した被検体画像から、ファントムを画像化することにより取得された散乱線成分を示す散乱線画像を減算することで散乱線成分の補正をしていた。このときの被検体画像を構成するデータを図９の左側に示す。図９の左側のグラフは画像における位置と同時入射のγ線のカウント数とが関連したものとなっている。図９においては、エネルギーが放射線検出器１ａ側で４００ｋｅＶ，放射線検出器１ｂ側で６００ｋｅＶとなっている同時入射のγ線に関するデータのみを抽出して表しているものとする（図８参照）。図９に示すように被検体画像のカウント数は位置に応じてある程度ばらついている。検出の統計的なバラツキがあるからである。

散乱線画像を構成するデータを図９の左側に示す。散乱線画像のカウント数も位置に応じてある程度ばらついている。このバラツキの程度は被検体画像におけるバラツキとは何ら関係のない独立したものである。

従来法によれば、被検体画像から散乱線画像を減算して散乱線成分を除去する。このとき両画像が有していたカウント数のバラツキは減算することで互いに強められ、図１０のように、演算結果の画像のカウント数は大きくばらついてしまう。このように画像のバラツキが大きくなるとそれだけ画像の視認性が悪くなる。

これに比べて本発明によれば、減算処理ではなく乗算処理により補正が行われる。図１１の左側は、補正前のカウント数を表している。カウント数は、画像の位置に応じてばらついているはずである。図１１においては、エネルギーが放射線検出器１ａ側で４００ｋｅＶ，放射線検出器１ｂ側で６００ｋｅＶとなっている同時入射のγ線に関するデータのみを抽出して表しているものとする（図８参照）。これが補正部２４により補正されると１８％の割合がカウント数に乗算され、図１１の右側のようになる。本発明では、この時点で散乱線の影響の除去処理は終了している。

カウント数に乗算される割合は必ず１以下となっている。カウント数に乗算される値は、検出される同時入射のγ線の全てに対する直接線で構成されるものの割合だからである。したがって、補正部２４が算出する補正値は、補正前の値よりも小さくなる。すると、図１１の左右を比較すれば分かるように、割合が乗算されることでカウント数のバラツキの幅も小さくなる。このように画像のバラツキの幅が小さくなるとそれだけ画像の視認性が改善することになる。

また、図１１においては、本発明の効果を説明する目的で補正前の画像を示すグラフを描いているのであり、本発明の実際は、補正前には画像の生成を必ずしも行う必要はない。

＜放射線断層撮影装置の動作＞
次に、図１２に示す放射線断層撮影装置９の動作について説明する。以降の動作説明においては、いったん被検体の頭部についての断層画像を撮影した後、続けて被検体の体幹部について断層画像を撮影するものとする。この様な撮影にはまず、被検体Ｍが天板１０に載置され（載置ステップＳ１），天板１０が移動される（天板移動ステップＳ２）。そして、撮影が開始され（撮影開始ステップＳ３），被検体Ｍの断層画像Ｄが生成される（断層画像生成ステップＳ４）。以降、天板１０が再び移動され、被検体Ｍの別の部分について断層画像Ｄが生成される（天板移動ステップＳ５，撮影開始ステップＳ６，断層画像生成ステップＳ７）。以降これらのステップについて順を追って説明する。

＜載置ステップＳ１・天板移動ステップＳ２・撮影開始ステップＳ３＞
まず、被検体Ｍに放射性薬剤が注射される。この時点から所定の時間が経過した時点で、被検体Ｍが天板１０に載置される。術者が操作卓３５を通じて天板１０の移動の指示を放射線断層撮影装置９に与えると、天板１０がｚ方向に移動し、図１３に示すように被検体頭部がガントリ１１内部に導入される位置まで被検体Ｍが移動される。さらに術者が操作卓３５を通じて撮影開始の指示を放射線断層撮影装置９に与えると、検出器リング１２が同時入射のγ線の検出を開始する。

＜放射線断層画像生成ステップＳ４＞
同時入射のγ線の検出が終了すると、同時計数部２０は、同時入射のγ線と認定されたγ線の検出データをスペクトル生成部２１に送出する。スペクトル生成部２１，非散乱線成分推定部２２および割合推定部２３は、この順に動作して最終的に直接線と散乱線の割合を示すテーブルＴが放射線検出器の組み合わせごとに生成される。補正部２４は、同時イベント数をこのテーブルＴを用いて補正する。記憶部３７は、同時イベントを検出した２つの放射線検出器の組み合わせに応じてテーブルＴを記憶している。例えば図７のテーブルＴは、放射線検出器１ａ，１ｂについてものである。補正部２４は同時イベント数に関連づけられた２つの放射線検出器を特定する情報からこの２つの検出器についてのテーブルＴを記憶部３７より読み出す。そして補正部２４は同時イベント数に関連づけられたγ線のエネルギーデータを基にこの同時イベント数に対応する割合を取得して動作する。

補正された同時イベント数（カウント数）は、画像生成部２５に送出され、そこで画像化される。生成される画像は、被検体Ｍの頭部の断層画像Ｄであり、頭部における放射性薬剤の分布がマッピングされている。この断層画像Ｄが表示部３６に表示される。

＜天板移動ステップＳ５・撮影開始ステップＳ６＞
更に、術者が操作卓３５を通じて天板１０の移動の指示を放射線断層撮影装置９に与えると、天板１０がｚ方向に移動し、図１４に示すように被検体Ｍの体幹部がガントリ１１内部に導入される位置まで被検体Ｍが移動される。さらに術者が操作卓３５を通じて撮影開始の指示を放射線断層撮影装置９に与えると、検出器リング１２が同時入射のγ線の検出を開始する。

＜放射線断層画像生成ステップＳ７＞
同時入射のγ線の検出が終了すると、同時計数部２０は、同時入射のγ線と認定されたγ線の検出データをスペクトル生成部２１に送出する。スペクトル生成部２１，非散乱線成分推定部２２および割合推定部２３は、この順に動作して最終的に直接線と散乱線の割合を示すテーブルＴが放射線検出器の組み合わせごとに生成される。このとき生成されるテーブルＴは、被検体Ｍの体幹部を撮影に伴って新たに作成されたものとなっている。すなわち、スペクトル生成部２１は、被検体・検出器リング１２の相対位置の変更と断層撮影とを繰り返す撮影において、断層撮影が行われる毎にスペクトルを生成し、非散乱線成分推定部２２は、新たに生成されたスペクトルに基づいて動作する。

このとき割合推定部２３が算出する直接線の割合は、頭部撮影時に算出された割合よりも小さくなっている。被検体の体幹部は頭部に比べてより多くの散乱線を発生させることにより、それだけ検出できる直接線が減少するからである。

補正部２４は同時イベント数に関連づけられた２つの放射線検出器を特定する情報からこの２つの検出器についてのテーブルＴを記憶部３７より読み出す。そして補正部２４は同時イベント数に関連づけられたγ線のエネルギーデータを基にこの同時イベント数に対応する割合を取得して動作する。このとき参照されるテーブルＴは、被検体Ｍの体幹部を撮影に伴って新たに作成されたものとなっている。このように補正部２４および画像生成部２５は、被検体・検出器リング１２の相対位置の変更と断層撮影とを繰り返す撮影において、新たに生成されたスペクトルに基づいて動作する。最後に画像生成部２５は、被検体Ｍの体幹部についての断層画像Ｄも生成する。この断層画像Ｄが表示部３６に表示されて本発明に係る放射線断層撮影装置９の動作は終了となる。

以上のように、本発明の構成によれば、γ線のエネルギー分布を用いて同時イベント数に含まれる散乱線成分を推定している。この様にすると画像を用いて散乱線成分を推定する従来方法と比べて被検体Ｍの検出データに含まれる散乱線成分の推定がより正確となる。また、発生した対消滅γ線が被検体や天板によって散乱されるかどうかの確率は、被検体や天板の大きさや密度によって異なる。したがって、被検体Ｍの撮影を行うときの散乱線を推定するには被検体Ｍの撮影するときに得られたデータを用いた方がよいのである。

本発明においては、実際の被検体撮影のデータから被検体Ｍの散乱線の推定を行う手法としてγ線のエネルギー分布に注目している。散乱線は非散乱線に比べてエネルギーが低いという特性がある。したがって、γ線のエネルギーの分布を示すスペクトルを撮影ごとに生成して、これを用いて散乱線成分を推定し、この推定に基づいて同時イベント数を補正するようにすれば、撮影するごとに異なる散乱線照射の状況に合わせて散乱線成分が消去された断層画像Ｄが生成できる。これにより、鮮明な断層画像Ｄを取得することができる放射線断層撮影装置９を提供できる。

また、本発明は、スペクトルを基に散乱線成分と非散乱線成分との割合を同時イベントを構成する同時入射のγ線のエネルギーの組み合わせ毎に推定しておいて、同時イベント数をその同時イベントにおける同時入射のγ線のエネルギーの組み合わせに対応した割合で補正するようしている。これにより確実に散乱線成分が消去された断層画像Ｄが取得できる。また、散乱線成分の補正に減算処理を用いないので、データのバラツキが増幅することで断層画像Ｄの画質が低下することが抑制される。

ところで、断層撮影の撮影様式として、あるポジションで被検体を撮影した後、別のポジションで被検体を撮影するものがある（ステップアンドシュート）。具体的には、例えば被検体の頭部と体幹部で２回撮影を行うような場合である。このときに１回目の撮影における散乱線発生の確率と、２回目の撮影における散乱線発生の確率とが一致するとは限らない。上述の構成にように、被検体Ｍと検出器リング１２との相対位置が変更される度に新たに散乱線成分の推定を行うようにすれば、撮影の度に散乱線発生の確率が異なっても正確に散乱線成分を除去して視認性に優れた断層画像Ｄが取得できる。

本発明は、上述の構成に限られず、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した構成は、ガントリ１１に対して天板１０が移動する構成となっていたが、本発明はこの構成に限られない。ガントリ１１を移動させるガントリ移動機構とこれを制御するガントリ移動制御部によって、天板１０に対してガントリ１１をｚ方向に移動させるようにしてもよい。

（２）上述した実施例のいうシンチレータ結晶は、ＬＹＳＯで構成されていたが、本発明においては、その代わりに、ＬＧＳＯ（Ｌｕ_{２（１−Ｘ）}Ｇ_２ＸＳｉＯ_５）やＧＳＯ（Ｇｄ_２ＳｉＯ_５）などの他の材料でシンチレータ結晶を構成してもよい。本変形例によれば、より安価な放射線検出器が提供できる放射線検出器の製造方法が提供できる。

（３）上述した実施例において、光検出器は、光電子増倍管で構成されていたが、本発明はこれに限らない。光電子増倍管に代わって、フォトダイオードやアバランシェフォトダイオードや半導体検出器などを用いてもよい。

１２ 検出器リング
１５ 天板移動機構（駆動手段）
１６ 天板移動制御部（駆動制御手段）
２０ 同時計数手段
２１ スペクトル生成部（スペクトル生成手段）
２２ 非散乱線成分推定部（非散乱線成分推定手段）
２３ 割合推定部（割合推定手段）
２４ 補正部（補正手段）
２５ 画像生成部（画像生成手段）
３７ 記憶部（記憶手段）

Claims (6)

1. γ線のエネルギーデータを出力する放射線検出器がリング状に配列されることによって構成されるγ線を検出する検出器リングと、
   被検体から発した２つのγ線が前記検出器リングに同時に入射する現象である同時イベントを計数する同時計数手段と、
   前記同時計数手段に計数されたγ線のエネルギーの分布を示すスペクトルを生成するスペクトル生成手段と、
   生成された前記スペクトルから、非散乱線成分はガウス分布を表す関数によって、散乱線成分はコンプトンエッジを表す関数によってそれぞれフィッティングして非散乱線成分と散乱線成分を同時に推定することで、同時イベント数に含まれる非散乱線成分を推定する非散乱線成分推定手段と、
   推定された非散乱線成分を基に同時イベント数を補正して前記検出器リングに入射した散乱線の影響を除去する補正手段と、
   補正された同時イベント数を基に前記被検体の断層画像を生成する画像生成手段とを備えることを特徴とする放射線断層撮影装置。
2. 請求項１に記載の放射線断層撮影装置において、
   前記非散乱線成分推定手段が推定した非散乱線成分と散乱線成分を基に、散乱線成分と非散乱線成分との割合を同時イベントを構成する２つのγ線のエネルギーの組み合わせ毎に推定する割合推定手段と、
   前記補正手段は、γ線のエネルギーデータを参照することにより、ある同時イベントにおける２つのγ線のエネルギーの組み合わせに対応した割合を取得して、この同時イベントについての計数に組み合わせに取得した割合を乗じるように動作することを特徴とする放射線断層撮影装置。
3. 請求項２に記載の放射線断層撮影装置において、
   割合とエネルギーの組み合わせとを関連させたテーブルを記憶する記憶手段を備えることを特徴とする放射線断層撮影装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放射線断層撮影装置において、
   前記被検体と前記検出器リングとの相対位置を変更させる駆動手段と、
   前記駆動手段を制御する駆動制御手段とを備え、
   前記スペクトル生成手段は、被検体・検出器リングの相対位置の変更と断層撮影とを繰り返す撮影において、断層撮影が行われる毎に前記スペクトルを生成し、
   前記非散乱線成分推定手段、前記補正手段、および前記画像生成手段は、新たに生成された前記スペクトルに基づいて動作することを特徴とする放射線断層撮影装置。
5. 請求項４に記載の放射線断層撮影装置において、
   前記駆動手段は、前記天板を前記検出器リングに対して移動させる天板移動手段であることを特徴とする放射線断層撮影装置。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の放射線断層撮影装置において、
   全身撮影用となっていることを特徴とする放射線断層撮影装置。

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