WO2025109671A1 - Measurement device and measurement method - Google Patents
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- WO2025109671A1 WO2025109671A1 PCT/JP2023/041749 JP2023041749W WO2025109671A1 WO 2025109671 A1 WO2025109671 A1 WO 2025109671A1 JP 2023041749 W JP2023041749 W JP 2023041749W WO 2025109671 A1 WO2025109671 A1 WO 2025109671A1
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- G01T7/00—Details of radiation-measuring instruments
Definitions
- the present invention relates to a measuring device and a measuring method.
- Compton cameras are devices that detect the direction from which gamma rays come. Compton cameras are used, for example, in the fields of physics, astronomy, medicine, and the environment.
- Non-Patent Document 1 describes a technology that simultaneously images the distribution of two types of radiopharmaceuticals (SPECT and PET drugs) inside the human body using a single Compton camera.
- SPECT and PET drugs radiopharmaceuticals
- Non-Patent Document 2 describes a technique for simultaneously performing PET imaging and Compton imaging.
- Non-Patent Document 1 the distribution of the two drugs was imaged only by a Compton camera. As a result, the resolution of both drugs was poorer than that of normal SPECT and PET devices, and there was a problem that it was not suitable for practical use.
- Non-Patent Document 2 it was difficult to image the general-purpose 99m Tc as a SPECT drug, so a special drug 111 In that emits multiple photons and gamma rays with higher energy than 99m Tc was used.
- the present invention provides a radiation measuring device that is highly versatile and accurate.
- the following measurement device and measurement method are provided.
- An attenuator that transmits incident gamma rays with a probability that depends on the angle of incidence; a scatterer that scatters at least a portion of the gamma rays that have passed through the attenuator; and an absorber that absorbs at least a portion of the gamma rays scattered by the scatterer.
- the measurement device further includes a first generation unit that generates first distribution information regarding the incident direction of the gamma ray into the attenuator using scattering position information of the gamma ray in the scatterer, absorption position information of the gamma ray in the absorber, a first emission energy value from the gamma ray to the scatterer, and a second emission energy value from the gamma ray to the absorber.
- a first generation unit that generates first distribution information regarding the incident direction of the gamma ray into the attenuator using scattering position information of the gamma ray in the scatterer, absorption position information of the gamma ray in the absorber, a first emission energy value from the gamma ray to the scatterer, and a second emission energy value from the gamma ray to the absorber.
- the attenuator has an attenuation portion that attenuates the number of gamma rays, A measurement device in which the first generation unit generates the first distribution information by further using a path length assumed to be taken by a gamma ray passing through the attenuation unit. 4.
- the first generation unit is Identifying a distribution of candidate positions through which the gamma ray may have passed within the target plane using the scattering position information, the absorption position information, the first emission energy value, and the second emission energy value of the gamma ray; deriving the path length for each of a plurality of candidate positions based on a relationship between each of the candidate positions included in the distribution and a scattering position of the gamma ray in the scatterer; deriving a weight indicating a likelihood that the gamma ray has passed through each of the plurality of candidate positions using the path length; A measurement device that generates the first distribution information using the plurality of candidate positions and the weights for each of the plurality of candidate positions. 5.
- the measurement device according to any one of 1 to 4, The measuring device, wherein the attenuator is a parallel collimator. 6. In the measuring device according to 5., The measuring device further includes a second generating unit that generates arrival information regarding where the gamma rays came from, using absorption position information in the scatterer of the gamma rays absorbed in the scatterer. 7. The measurement device according to any one of 1. to 6., A measuring device, wherein the distance between the attenuator and the scatterer is 5 mm or less. 8.
- Gamma rays are made incident on an attenuating body that transmits the incident gamma rays with a probability according to the angle of incidence, At least a portion of the gamma rays that have passed through the attenuator is scattered by a scatterer; A measuring method in which at least a portion of the gamma rays scattered by the scatterer is absorbed by an absorber.
- the present invention provides a radiation measuring device that is highly versatile and accurate.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a measurement apparatus according to a first embodiment.
- 3A to 3C are diagrams illustrating an example of an attenuation body according to the first embodiment.
- FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a detector for realizing a scatterer and an absorber.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a measurement apparatus according to a first embodiment.
- FIG. 11 is a diagram illustrating a computer for implementing a first generation unit. 1 is a diagram illustrating an example of the relationship between an attenuator, a scatterer, and an absorber and gamma rays incident thereon; 13 is a diagram illustrating an example of the positional relationship between a point P1 and an ellipse.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a measurement apparatus according to a first embodiment.
- 3A to 3C are diagrams illustrating an example of an attenuation body according to the first embodiment.
- FIG. 1 is a diagram illustrating an example of the positional relationship between points P1 and Pc .
- 11 is a flowchart illustrating a process flow performed by a first generation unit.
- 11 is a diagram illustrating an example of an image showing first distribution information generated by a first generator.
- FIG. 13 is a diagram illustrating an example of cumulative distribution information according to a reference example.
- FIG. 4 is a diagram illustrating an example of cumulative distribution information according to the first embodiment; 13 is a perspective view illustrating an attenuation body according to a second embodiment.
- FIG. FIG. 11 is a diagram illustrating a functional configuration of a measurement device according to a second embodiment.
- 11 is a flowchart illustrating a flow of a process performed by a second generation unit.
- FIG. 13 is a diagram showing the relationship between an attenuation section according to the second embodiment, a scattering position (point P 1 ), and a candidate position (point P C ).
- FIG. 1 is a diagram showing a measurement configuration according to a first embodiment.
- FIG. 13 is a diagram showing cumulative distribution information according to the first embodiment.
- FIG. 13 is a diagram showing cumulative distribution information according to Comparative Example 1.
- 20 is a line profile of the cumulative distribution information shown in each of FIGS. 18 and 19.
- FIG. 11 is a diagram showing a measurement configuration according to Example 2.
- FIG. 13 is a diagram showing cumulative distribution information according to the second embodiment.
- FIG. 11 is a diagram showing cumulative distribution information according to Comparative Example 2.
- 24 is a line profile of the cumulative distribution information shown in each of FIG. 22 and FIG. 23.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a measuring device 10 according to a first embodiment.
- a gamma ray source is indicated by a black circle.
- the measuring device 10 includes an attenuator 120, a scatterer 140, and an absorber 160.
- the attenuator 120 transmits incident gamma rays 20 with a probability according to the angle of incidence.
- the scatterer 140 scatters at least a portion of the gamma rays 20 that have transmitted through the attenuator 120.
- the absorber 160 absorbs at least a portion of the gamma rays 20 scattered by the scatterer 140.
- the measurement method includes making gamma rays incident on the attenuator 120, scattering at least a portion of the gamma rays 20 that have passed through the attenuator 120 by the scatterer 140, and absorbing at least a portion of the gamma rays 20 scattered by the scatterer 140 by the absorber 160.
- the attenuator 120 transmits the incident gamma rays 20 with a probability that depends on the angle of incidence.
- the measurement method according to this embodiment is realized, for example, by the measurement device 10 according to this embodiment.
- the measuring device 10 and measuring method according to this embodiment use an attenuator 120, making it possible to measure with high accuracy the direction from which the gamma rays 20 have arrived.
- the measuring device 10 and measuring method according to this embodiment are described in detail below.
- FIG. 2 is a diagram showing an example of an attenuator 120 according to this embodiment.
- the attenuator 120 transmits incident gamma rays 20 with a probability that depends on the angle of incidence. Note that the attenuator 120 does not need to transmit gamma rays 20 of all energy bands with a probability that depends on the angle of incidence.
- the attenuator 120 only needs to transmit gamma rays 20 of at least one energy band (for example, gamma rays 20 in the high energy band described below) with a probability that depends on the angle of incidence.
- the attenuator 120 may be one that blocks gamma rays 20 of other energy bands regardless of the angle of incidence.
- the attenuator 120 has an attenuation section 122 that attenuates the number of gamma rays 20. That is, when multiple gamma rays 20 are incident on the attenuation section 122, only a portion of the multiple gamma rays 20 pass through the attenuation section 122. The probability that the gamma rays 20 pass through the attenuation section 122 depends on the energy of the gamma rays 20, etc.
- the attenuation section 122 is made of, for example, a metal that attenuates the number of gamma rays 20.
- the attenuation section 122 includes, for example, at least one of tungsten, lead, tin, and copper.
- the attenuation section 122 may include an alloy including at least one of tungsten, lead, tin, and copper.
- the attenuation section 122 is a flat metal plate.
- the entire attenuation body 120 is the attenuation section 122.
- the thickness of the attenuation body 120 according to this embodiment is, for example, 3 mm or more and 15 mm or less.
- the probability that the gamma ray 20 will pass through the attenuation section 122 decreases as the length L through which the gamma ray 20 passes through the attenuation section 122 increases.
- the greater the angle of incidence of the gamma ray 20 with respect to the incidence surface 120a of the attenuation body 120 the lower the probability that the gamma ray 20 will pass through the attenuation body 120 without being absorbed by the attenuation section 122.
- the attenuator 120 is generally flat.
- the incident surface 120a of the attenuator 120 is one of the main surfaces of the attenuator 120.
- the exit surface 120b of the attenuator 120 is the other of the main surfaces of the attenuator 120, and is the surface opposite the incident surface 120a of the attenuator 120.
- the exit angle of the gamma rays 20 from the attenuator 120 is the same as the incident angle of the gamma rays 20 into the attenuator 120.
- the incident angle of gamma rays 20 with respect to the incident surface is the angle between the normal to the incident surface and the incident direction of the gamma rays 20.
- the exit angle of gamma rays 20 with respect to the exit surface is the angle between the normal to the exit surface and the exit direction of the gamma rays 20.
- the scatterer 140 scatters the gamma rays 20 that are incident on the scatterer 140. That is, the exit angle of the gamma rays 20 from the scatterer 140 may differ from the angle of incidence of the gamma rays 20 on the scatterer 140.
- the scatterer 140 is generally flat.
- the incident surface 140a of the scatterer 140 is one of the main surfaces of the scatterer 140.
- the exit surface 140b of the scatterer 140 is the other of the main surfaces of the scatterer 140, and is the surface opposite the incident surface 140a of the scatterer 140.
- the exit surface 120b of the attenuator 120 faces the incident surface 140a of the scatterer 140.
- the exit surface 120b of the attenuator 120 is parallel to the incident surface 140a of the scatterer 140.
- the distance between the attenuator 120 and the scatterer 140 is preferably 5 mm or less, and more preferably 1 mm or less. The narrower the distance between the attenuator 120 and the scatterer 140, the less susceptible to external influences, and the higher the measurement accuracy of the measuring device 10. It is more preferable that the attenuator 120 and the scatterer 140 are in contact with each other. In other words, it is preferable that the exit surface 120b of the attenuator 120 is in contact with the incident surface 140a of the scatterer 140.
- other members that do not affect the gamma rays 20 may be interposed between the attenuator 120 and the scatterer 140.
- the scatterer 140 receives energy from the gamma rays 20 scattered within the scatterer 140. That is, the energy of the gamma rays 20 attenuates within the scatterer 140.
- the scatterer 140 has a function of detecting the magnitude of energy emitted from the gamma rays 20 to the scatterer 140 (called the "first emitted energy value").
- the scatterer 140 also has a function of detecting the position at which the gamma rays 20 are scattered within the scatterer 140 (called the "scattering position").
- the scatterer 140 may have a function of detecting the scattering position in two dimensions or in three dimensions.
- the scatterer 140 is realized, for example, by a detector 30, which will be described in detail later using FIG. 3.
- the absorber 160 absorbs the gamma rays 20 that are incident on the absorber 160.
- the gamma rays 20 that are incident on the absorber 160 lose energy within the absorber 160 and are not emitted from the absorber 160.
- the absorber 160 is generally flat.
- the incident surface 160a of the absorber 160 is one of the main surfaces of the absorber 160.
- the exit surface 140b of the scatterer 140 faces the entrance surface 160a of the absorber 160.
- the exit surface 140b of the scatterer 140 is parallel to the entrance surface 160a of the absorber 160.
- the distance between the scatterer 140 and the absorber 160 can be set according to the target resolution and sensitivity.
- the scatterer 140 and the absorber 160 may be in contact with each other or may be separated from each other. When the scatterer 140 and the absorber 160 are in contact with each other, high sensitivity is obtained but the resolution is reduced. Conversely, by widening the distance between the scatterer 140 and the absorber 160, the resolution can be increased but the sensitivity is reduced and the field of view is narrowed.
- the distance between the scatterer 140 and the absorber 160 is preferably 30 mm or more and 50 mm or less. The distance between the scatterer 140 and the absorber 160 may be 50 mm or more.
- the absorber 160 receives energy from the gamma rays 20 absorbed within the absorber 160. That is, the energy of the gamma rays 20 attenuates within the absorber 160.
- the absorber 160 has a function of detecting the magnitude of energy emitted from the gamma rays 20 to the absorber 160 (called the "second emitted energy value").
- the absorber 160 also has a function of detecting the position where the gamma rays 20 are absorbed within the absorber 160 (called the "absorption position").
- the absorber 160 may have a function of detecting the absorption position in two dimensions or in three dimensions.
- the absorber 160 is realized, for example, by a detector 30, which will be described in detail later using FIG. 3.
- the attenuator 120, the scatterer 140, and the absorber 160 are arranged in this order.
- the relative positions of the attenuator 120, the scatterer 140, and the absorber 160 are fixed relative to one another.
- FIG 3 is a diagram illustrating the configuration of a detector 30 for realizing a scatterer 140 and an absorber 160.
- the detector 30 includes an array of scintillators 31 and an array of photoelectric conversion elements 32.
- the scintillator 31 converts the energy emitted by the gamma rays 20 into light and outputs it.
- the photoelectric conversion elements 32 convert the light output from the scintillator 31 into an electrical signal.
- the photoelectric conversion elements 32 are, for example, PMTs (photomultiplier tubes), photodiodes, or optical elements with internal amplification functions (avalanche photodiodes or silicon photomultipliers).
- the array of photoelectric conversion elements 32 is, for example, arrayed PMTs, arrayed photodiodes, arrayed avalanche photodiodes, or arrayed silicon photomultipliers.
- An example of a silicon photomultiplier that can be arrayed is a Multi-Pixel Photon Counter (MPPC).
- MPPC Multi-Pixel Photon Counter
- the detector 30 detects the position where the gamma ray 20 emits energy in two dimensions. That is, the multiple scintillators 31 are arrayed two-dimensionally. Also, the multiple photoelectric conversion elements 32 are arrayed two-dimensionally. In other words, the multiple scintillators 31 and the multiple photoelectric conversion elements 32 are pixelated.
- the positions where energy is emitted are the scattering positions in the scatterer 140 and the absorption positions in the absorber 160.
- the detector 30 detects the positions where the gamma ray 20 emits energy in three dimensions
- the multiple scintillators 31 are arrayed three-dimensionally.
- the multiple photoelectric conversion elements 32 are arrayed three-dimensionally.
- the scintillator 31 is not particularly limited, but may be any one of scintillator crystals selected from GAGG:Ce (Ce-doped Gd 3 (Al,Ga) 5 O 12 ), LYSO:Ce (Ce-doped (Lu 1-x Y x ) 2 SiO 5 ), and GSO (Gd 2 SiO 5 ).
- Each of the photoelectric conversion elements 32 is attached to a plurality of scintillators 31.
- each of the photoelectric conversion elements 32 may be attached to one scintillator 31, or two or more scintillators 31 may be attached to one photoelectric conversion element 32. That is, the photoelectric conversion element 32 and the scintillator 31 may be paired one-to-one, or one photoelectric conversion element 32 (i.e., one pixel photoelectric conversion element 32) may be provided across multiple scintillators 31 (i.e., multiple pixel scintillators 31).
- Each photoelectric conversion element 32 is configured to receive and detect (i.e., convert into an electrical signal) the light output from the scintillator 31 paired with the photoelectric conversion element 32, or from two or more scintillators 31 provided for the photoelectric conversion element 32.
- the photoelectric conversion element 32 can detect the intensity of the light output from the scintillator 31, thereby detecting the magnitude of the energy emitted from the gamma rays 20 to the scintillator 31. That is, the photoelectric conversion element 32 can output an electrical signal indicating the intensity of the light output from the scintillator 31.
- the magnitude of the energy emitted from the gamma rays 20 to the scintillator 31 corresponds to a first emitted energy value in the scatterer 140, and corresponds to a second emitted energy value in the absorber 160.
- the photoelectric conversion element 32 outputs a pulse signal when it detects light.
- the magnitude of the amplitude of the pulse signal indicates the intensity of the detected light.
- the photoelectric conversion element 32 by identifying the output timing of the pulse signal from the photoelectric conversion element 32, it is possible to identify the timing at which the gamma ray 20 released energy. As will be described in detail later, it is possible to associate scattering and absorption of the same gamma ray 20 (photons) based on the relationship between the timing at which the gamma ray 20 released energy in the scatterer 140 and the timing at which the gamma ray 20 released energy in the absorber 160.
- the arrangement and relationship of the multiple scintillators 31 and multiple photoelectric conversion elements 32 in the detector 30 is not limited to this example.
- the configurations of the scatterer 140 and absorber 160 are not limited to this example.
- the scatterer 140 may be a detector that converts the energy of gamma rays 20 into an electrical signal using a semiconductor or the like.
- the absorber 160 may be a detector that converts the energy of gamma rays 20 into an electrical signal using a semiconductor or the like.
- the scatterer 140 and absorber 160 may have the same configuration as each other, or may have different configurations.
- the scatterer 140 and absorber 160 may be constructed using detectors made of different materials.
- FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the measuring device 10 according to this embodiment.
- the measuring device 10 according to this embodiment further includes a first generating unit 170.
- the first generating unit 170 generates first distribution information regarding the incident direction of the gamma ray 20 into the attenuating body 120 using the scattering position information, absorption position information, first emission energy value, and second emission energy value of the gamma ray 20.
- the scattering position information is information indicating the scattering position of the gamma ray 20 in the scatterer 140.
- the absorption position information is information indicating the absorption position of the gamma ray 20 in the absorber 160.
- the first emission energy value is a value indicating the magnitude of energy emitted from the gamma ray 20 to the scatterer 140.
- the second emission energy value is a value indicating the magnitude of energy emitted from the gamma ray 20 to the absorber 160.
- the measuring device 10 further includes a first control unit 142 and a second control unit 162.
- the first control unit 142 is connected to the scatterer 140 and causes the scatterer 140 to detect the emission of energy from the gamma rays 20.
- the first control unit 142 may include, for example, a power supply circuit, a current-voltage conversion circuit, a filter circuit, and an amplifier circuit.
- the first control unit 142 receives electrical signals output from a plurality of photoelectric conversion elements 32 in the scatterer 140.
- the first control unit 142 outputs a signal indicating the detection result of the energy emission from the gamma rays 20 in the scatterer 140.
- the second control unit 162 is connected to the absorber 160 and causes the absorber 160 to detect the emission of energy from the gamma rays 20.
- the second control unit 162 may include, for example, a power supply circuit, a current-voltage conversion circuit, a filter circuit, and an amplifier circuit.
- the second control unit 162 receives electrical signals output from the multiple photoelectric conversion elements 32 in the absorber 160.
- the second control unit 162 outputs a signal indicating the detection result of the energy emission from the gamma rays 20 in the absorber 160.
- the hardware configuration of the first generating unit 170 is described below.
- the first generating unit 170 may be realized by hardware that realizes the first generating unit 170 (e.g., a hardwired electronic circuit, etc.), or may be realized by a combination of hardware and software (e.g., a combination of an electronic circuit and a program that controls it, etc.).
- a further description is given of the case where the first generating unit 170 of the measuring device 10 is realized by a combination of hardware and software.
- FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a computer 1000 for realizing the first generation unit 170.
- the computer 1000 is any computer.
- the computer 1000 is a SoC (System On Chip), a Personal Computer (PC), a server machine, a tablet terminal, or a smartphone.
- the computer 1000 may be a dedicated computer designed to realize the first generation unit 170, or may be a general-purpose computer.
- the first generation unit 170 may be realized by one computer 1000, or may be realized by a combination of multiple computers 1000.
- the computer 1000 has a bus 1020, a processor 1040, a memory 1060, a storage device 1080, an input/output interface 1100, and a network interface 1120.
- the bus 1020 is a data transmission path through which the processor 1040, the memory 1060, the storage device 1080, the input/output interface 1100, and the network interface 1120 transmit and receive data to and from each other.
- the method of connecting the processor 1040 and the like to each other is not limited to bus connection.
- the processor 1040 is one of various processors such as a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), or an FPGA (Field-Programmable Gate Array).
- the memory 1060 is a main storage device realized using a RAM (Random Access Memory) or the like.
- the storage device 1080 is an auxiliary storage device realized using a hard disk, an SSD (Solid State Drive), a memory card, or a ROM (Read Only Memory) or the like.
- the input/output interface 1100 is an interface for connecting the computer 1000 to an input/output device.
- an input device such as a keyboard and an output device such as a display are connected to the input/output interface 1100.
- the input/output interface 1100 may be connected to the input device or output device by a wireless connection or a wired connection.
- the network interface 1120 is an interface for connecting the computer 1000 to a network.
- This communication network is, for example, a LAN (Local Area Network) or a WAN (Wide Area Network).
- the method for connecting the network interface 1120 to the network may be a wireless connection or a wired connection.
- the computer 1000 is connected to the first control unit 142 and the second control unit 162 via the input/output interface 1100 or the network interface 1120.
- the storage device 1080 stores a program module that realizes the first generation unit 170.
- the processor 1040 reads this program module into the memory 1060 and executes it to realize the function corresponding to that program module.
- the first generation unit 170 causes the measurement device 10 to function as a Compton camera. The principle of the imaging process performed by the first generation unit 170 is explained below.
- FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the attenuator 120, the scatterer 140, and the absorber 160 and the path of the gamma ray 20 incident thereon.
- This diagram shows a phenomenon caused by a single photon of gamma ray 20.
- the gamma ray 20 incident on the attenuator 120 from the side opposite to the scatterer 140 passes through the attenuator 120 and is scattered at point P 1 in the scatterer 140.
- the position of point P 1 corresponds to the scattering position described above.
- the direction of travel of the gamma ray 20 changes due to scattering.
- the scattered gamma ray 20 then leaves the scatterer 140 and reaches point P 2 in the absorber 160, where it is absorbed at point P 2.
- the position of point P 2 corresponds to the absorption position described above.
- the x-axis, y-axis, and z-axis in FIG. 6 are three axes that are orthogonal to each other, with point P 1 as the origin.
- the xy plane is parallel to the main surface (incident surface 140a) of the scatterer 140.
- the attenuator 120, the scatterer 140, and the absorber 160 are arranged side by side in the z direction.
- the direction from point P2 to point P1 is indicated by ( ⁇ , ⁇ ), and the scattering angle of Compton scattering is indicated by ⁇ .
- What occurs in the scatterer 140 is Compton scattering of the gamma ray 20.
- the positions of points P1 and P2 are specified, it is specified that the gamma ray 20 reached point P1 via one of the generatrix of the Compton cone 42 as an arrival path.
- candidates for the positions through which the gamma ray 20 passed in the object plane 40 are obtained as intersections between the conical surface of the Compton cone 42 and the object plane 40.
- a set of multiple candidate positions in the object plane 40 describes a perfect circle or an ellipse.
- the first generation unit 170 weights each of the multiple candidate positions based on the likelihood that the gamma rays 20 have passed through them.
- Fig. 7 is a diagram illustrating the positional relationship between point P1 and an ellipse 44.
- the ellipse 44 is a set of multiple candidate positions.
- Point P C is one of the multiple candidate positions.
- the ellipse 44 and point P C are projected onto the xy plane.
- Fig. 8 is a diagram illustrating the positional relationship between point P1 and point P C. Fig. 8 shows an example in which point P1 is considered to be located within the top surface of the scatterer 140.
- the gamma ray 20 passes through the attenuator 120 while reaching the point P1 from the point P2C .
- the attenuator 120 transmits the incident gamma ray 20 with a probability according to the angle of incidence.
- the larger the angle of incidence of the gamma ray 20 with respect to the incident surface 120a of the attenuator 120 the longer the passing length L of the gamma ray 20 passing through the attenuator 122, and the lower the probability of the gamma ray 20 passing through the attenuator 120.
- the first generating unit 170 can weight each of the multiple candidate positions based on the likelihood that the gamma ray 20 has passed through it, using the passing length L. It can be said that the passing length L is, for example, the length of the portion of the straight line connecting the point P C and the point P 1 that overlaps with the attenuation section 122.
- the pass length L can be derived using the positional relationship between the point P1 and the point Pc .
- the pass length L can also be derived using the thickness T1 of the attenuation section 122 in the z direction.
- FIG. 8 shows an example in which the incident surface 120a of the attenuator 120 is the target plane 40
- the target plane 40 is not limited to this example.
- the target plane 40 can be any surface outside the scatterer 140. "Outside the scatterer 140" means the side on which the attenuator 120 is located with the scatterer 140 as the reference.
- the first generator 170 may identify the incident position on the incident surface 120a of the attenuator 120 of the gamma ray 20 path corresponding to each candidate position, and then calculate the weight in the same manner.
- FIG. 8 shows an example in which the point P 1 is considered to be located within the uppermost surface of the scatterer 140, but the processing example is not limited to this example.
- the point P 1 may be considered to be located within the central surface in the thickness direction of the scatterer 140.
- (T 1 +T 2 /2) may be used instead of T 1 in the derivation of the above-mentioned passing length L.
- T 2 is the thickness of the scatterer 140 in the z direction.
- the point P 1 may be considered to be located within the lowermost surface of the scatterer 140.
- (T 1 +T 2 ) may be used instead of T 1 in the derivation of the above-mentioned passing length L.
- the passing length L may be derived using the three-dimensional coordinates.
- the first generation unit 170 identifies the distribution of candidate positions through which the gamma ray 20 may have passed within the target plane 40 (S10). In S10, the first generation unit 170 can identify the distribution of the candidate positions using the scattering position information, absorption position information, first emission energy value, and second emission energy value of the gamma ray 20. The first generation unit 170 also derives the passage length L for each of the multiple candidate positions (S20). In S20, the first generation unit 170 can derive the passage length L based on the relationship between each of the multiple candidate positions included in the distribution and the scattering position of the gamma ray 20 in the scatterer 140.
- the first generation unit 170 derives a weight w indicating the likelihood that the gamma ray 20 has passed through each of the multiple candidate positions using the passage length L (S30). Then, the first generation unit 170 generates first distribution information using the multiple candidate positions and the weights w for each of the multiple candidate positions (S40).
- the first generation unit 170 operates the measurement device 10 as a Compton camera.
- the first generation unit 170 generates first distribution information using the path length L that is assumed to be the path of the gamma rays 20 through the attenuation unit 122. Specifically, the first distribution information is generated that indicates not only the distribution of candidate positions but also the weight of each candidate position. This improves the measurement accuracy as a Compton camera.
- the measurement method according to this embodiment and the processing performed by the first generation unit 170 are described in detail below.
- the first generation unit 170 can generate first distribution information based on the detection result of gamma rays 20 having an energy of, for example, 200 kiloelectron volts (200 keV) or more and 10 megaelectron volts (10 MeV) or less (referred to as "high-energy band gamma rays 20").
- the first generation unit 170 can generate first distribution information regarding the incident direction of high-energy band gamma rays 20 into the attenuator 120.
- Gamma rays in such an energy band pass through a parallel collimator, making it difficult to measure them with a Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) device. Therefore, the use of the measurement device 10 according to this embodiment is beneficial.
- SPECT Single Photon Emission Computed Tomography
- the attenuator 120, the scatterer 140, and the absorber 160 are positioned so that the attenuator 120 faces the area to be measured.
- the attenuator 120 is located between the area to be measured and the scatterer 140.
- the area to be measured is an area where a gamma ray source is estimated to be located.
- the area to be measured is at least a part of the subject's body.
- the user of the measuring device 10 also operates the first generating unit 170 to identify the target plane 40.
- the user of the measuring device 10 may input information for identifying the target plane 40 to the first generating unit 170.
- the operation for identifying the target plane 40 may be performed ex post after the measurement.
- the first generating unit 170 may tentatively regard the incident surface 120a of the attenuating body 120 as the target plane 40 and perform the process described below. Thereafter, the first generating unit 170 can generate output data for any target plane 40.
- the user can operate the measuring device 10 using an input device such as a keyboard or mouse connected to the calculator 1000. The same applies below.
- multiple gamma rays 20 enter the attenuator 120 from the area to be measured.
- the gamma rays 20 that pass through the attenuator 120 are scattered by the scatterer 140.
- the gamma rays 20 emitted from the scatterer 140 are absorbed by the absorber 160. Note that not all of the gamma rays 20 that enter the attenuator 120 necessarily pass through the attenuator 120. Some of the gamma rays 20 may disappear inside the attenuator 120.
- the scatterer 140 detects the emission of energy from the gamma ray 20 to the scatterer 140.
- the first generation unit 170 acquires a signal indicating the detection result of the energy emission from the first control unit 142 connected to the scatterer 140.
- the first generation unit 170 processes this signal to identify, for each gamma ray 20, the scattering position, the first emission energy value, and the timing of the emission of energy from the gamma ray 20 to the scatterer 140.
- the first generation unit 170 identifies the coordinates of the scattering position as scattering position information.
- the first generating unit 170 detects a pulse in the signal output from the first control unit 142.
- the position information (coordinates) for each photoelectric conversion element 32 is determined in advance in the reference information, and the first generating unit 170 identifies the photoelectric conversion element 32 that is the output source of the pulse, and sets the position information corresponding to that photoelectric conversion element 32 in the reference information as scattering position information.
- the first generating unit 170 also identifies a first emitted energy value based on the magnitude of the amplitude of the detected pulse.
- the first generating unit 170 then identifies the timing of energy emission based on the timing of the detected pulse.
- the absorber 160 detects the emission of energy from the gamma rays 20 to the absorber 160.
- the first generation unit 170 acquires a signal indicating the detection result of the energy emission from the second control unit 162 connected to the absorber 160.
- the first generation unit 170 processes this signal to identify, for each gamma ray 20, the absorption position, the second emission energy value, and the timing of the emission of energy from the gamma ray 20 to the absorber 160.
- the first generation unit 170 identifies the coordinates of the absorption position as absorption position information.
- the first generating unit 170 detects a pulse in the signal output from the second control unit 162.
- the position information (coordinates) for each photoelectric conversion element 32 is determined in advance in the reference information, and the first generating unit 170 identifies the photoelectric conversion element 32 that is the output source of the pulse, and sets the position information corresponding to that photoelectric conversion element 32 in the reference information as the absorption position information.
- the first generating unit 170 also identifies the second emission energy value based on the magnitude of the amplitude of the detected pulse.
- the first generating unit 170 then identifies the timing of energy emission based on the timing of the detected pulse.
- the first generating unit 170 may identify the scattering position information, the absorption position information, the first emission energy value, the second emission energy value, the energy emission timing in the scatterer 140, and the energy emission timing in the absorber 160. At least some of this information may be generated (identified) in another device. Then, the first generating unit 170 may acquire the information generated in the other device.
- the first generation unit 170 associates the scattering position information, absorption position information, first emission energy value, and second emission energy value with each other based on the timing of energy emission in the scatterer 140 and the timing of energy emission in the absorber 160. Specifically, when the difference between the timing of energy emission in the scatterer 140 and the timing of energy emission in the absorber 160 is equal to or less than a predetermined value ⁇ t, the first generation unit 170 considers that these energy emissions are caused by the same gamma ray 20. That is, the first generation unit 170 associates the scattering position information, absorption position information, first emission energy value, and second emission energy value obtained by detecting these energy emissions with each other.
- the predetermined value ⁇ t is, for example, equal to or less than 1 microsecond (1 ⁇ s).
- the first generation unit 170 uses the scattering position information, absorption position information, first emission energy value, and second emission energy value that are associated with each other to identify the distribution of candidate positions as follows (S10).
- the first generator 170 uses the scattering position information and the absorption position information to derive the unit vector ( ⁇ , ⁇ ) of the axis of the Compton cone 42.
- the unit vector ( ⁇ , ⁇ ) is obtained as a unit vector (polar coordinates) in the direction from the absorption position to the scattering position.
- the first generator 170 also calculates the value of cos ⁇ using the following formula (1): m e c 2 is the rest energy of the electron, E 1 is the first emitted energy value, E 2 is the second emitted energy value, and ⁇ is the scattering angle of Compton scattering.
- the first generator 170 identifies a point (x, y, zt ) where the difference between the left and right sides of formula (5) is smaller than a predetermined threshold as a point on the curve where the cone intersects with the target plane 40, that is, as a candidate position. A plurality of such candidate positions are identified.
- the first generation unit 170 can identify the positions of multiple candidate positions. In other words, the first generation unit 170 can identify the distribution of the candidate positions.
- the first generating unit 170 derives the above-mentioned path length L for each of the multiple candidate positions (S20).
- the first generating unit 170 can geometrically derive the path length L using at least the scattering position information (point P 1 ), the coordinates of the candidate position (point P C ), and information indicating the area occupied by the attenuation section 122 in the attenuation body 120.
- the information indicating the area occupied by the attenuation section 122 in the attenuation body 120 is, for example, the thickness T 1 of the attenuation section 122.
- the first generating unit 170 may further derive the path length L using the thickness T 2 of the scatterer 140.
- An example of the derivation method is as described above with reference to FIG. 7 and FIG. 8.
- the first generating unit 170 uses the derived passage length L for each of the multiple candidate positions to derive a weight w (S30).
- the likelihood that the gamma ray 20 will pass through the passage thickness L is expressed as e - ⁇ L using the linear attenuation coefficient ⁇ .
- the first generating unit 170 sets e - ⁇ L as the weight w, for example.
- the first generating unit 170 may further set a value obtained by multiplying e - ⁇ L by some coefficient or the like as the weight w.
- e is a natural number.
- ⁇ is a coefficient that depends on the material constituting the attenuation unit 122 and the energy of the gamma ray 20.
- the first generating unit 170 may use a predetermined value of ⁇ to calculate the weight w.
- weight reference information (e.g., a table) may be prepared in advance that indicates the positional relationship between the scattering positions and the candidate positions, and the relationship with the weight w.
- the first generator 170 may identify the weight w using the scattering position information, the coordinates of the candidate positions, and the weight reference information, instead of deriving the path length L.
- the first generation unit 170 generates information in which the calculated weight w is associated with each of the multiple candidate positions as first distribution information (S40).
- the first distribution information is, for example, information in which the weight w is associated with each of the multiple position coordinates (i.e., the position coordinates of the multiple candidate positions).
- the first generation unit 170 may further generate first distribution information for each of the multiple gamma rays 20 that pass through the attenuator 120.
- the multiple generated first distribution information may then be accumulated to generate cumulative distribution information.
- a weight w is added for each coordinate in the target plane 40.
- the number of gamma rays 20 for which information is accumulated is not particularly limited, but may be, for example, 1000 or more.
- the first generating unit 170 can output at least one of the first distribution information and the cumulative distribution information as output data.
- the first generating unit 170 may output the output data in the form of a table or the like, or may output the output data as an image. In the image, the distribution may be shown with a color or brightness according to the weight w or the cumulative value of the weight w.
- the first generating unit 170 may also output the output data by superimposing it on an image of the measurement target area.
- the first generating unit 170 may display the output data on a display connected to the computer 1000 that realizes the first generating unit 170, or may output the output data to be stored in the storage device 1080 of the computer 1000 that realizes the first generating unit 170 or in a storage device external to the measuring device 10.
- FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an image showing the first distribution information generated by the first generation unit 170.
- An ellipse is displayed as a collection of multiple candidate positions, and the magnitude of the weight w, i.e., the likelihood, for each candidate position is indicated by color. In this way, the magnitude of the weight w, i.e., the likelihood, can be identified for multiple candidate positions.
- FIG. 11 is a diagram illustrating an example of cumulative distribution information according to a reference example.
- FIG. 12 is a diagram illustrating an example of cumulative distribution information according to this embodiment.
- the reference example in FIG. 11 shows an example in which no weighting is applied to the candidate positions, and all of the multiple candidate positions (i.e., ellipses) for each gamma ray 20 are uniformly shown. In this case, unless information on many gamma rays 20 is accumulated, it is not possible to determine where the gamma ray source is actually located (indicated by a star in FIG. 11).
- this embodiment by using an attenuator 120 that transmits incident gamma rays 20 with a probability according to the angle of incidence, it becomes possible to weight candidate positions, and it is possible to detect the direction from which the gamma rays arrived with high accuracy using a simple configuration.
- Second Embodiment 13 is a perspective view illustrating an attenuation body 120 according to the second embodiment.
- the measurement device 10 and the measurement method according to this embodiment are the same as the measurement device 10 and the measurement method according to the first embodiment, except for the points described below.
- the attenuation body 120 is a parallel collimator.
- the attenuation body 120 has a plurality of walls of the attenuation section 122.
- the thickness of the wall of the attenuation section 122 is, for example, 0.1 mm or more and 3 mm or less.
- the walls of the attenuation section 122 are arranged in a lattice pattern.
- the attenuation section 122 is arranged, for example, to draw a plurality of rectangles. The inside of these rectangles may be empty. It can be said that the attenuation body 120 has a plurality of through holes.
- the shape of the through holes is not particularly limited, and may be, for example, a polygon such as a triangle, a rectangle, or a hexagon, a circle, or an ellipse.
- gamma rays 20 in the low energy band described below only the gamma rays 20 that do not enter the attenuation section 122 and pass through the through hole pass through the attenuator 120.
- gamma rays 20 that enter the attenuation section 122 are absorbed by the attenuation section 122 and do not pass through the attenuator 120. Therefore, only the attenuator 120 that enters the attenuator 120 at a position and angle that allows it to pass through the through hole reaches the scatterer 140.
- the attenuator 120 transmits the gamma rays 20 with a probability that depends on the angle of incidence, as explained in the first embodiment.
- the distance between the opposing walls of the attenuation section 122 is, for example, 0.5 mm or more and 5 mm or less.
- the thickness of the attenuator 120 according to this embodiment in the direction perpendicular to the incident surface 120a is, for example, 3 mm or more and 15 mm or less. Note that the positional relationship between the walls of the attenuation section 122 in the attenuator 120 and the scintillator 31 and photoelectric conversion element 32 in the detector 30 is not particularly limited.
- the attenuator 120 is a parallel collimator, so that the measuring device 10 can also function as a SPECT device.
- FIG. 14 is a diagram illustrating the functional configuration of the measuring device 10 according to this embodiment.
- the measuring device 10 according to this embodiment further includes a second generating unit 180.
- the second generating unit 180 generates arrival information regarding where the gamma rays 20 have come from, using absorption position information in the scatterer 140 of the gamma rays 20 absorbed by the scatterer 140.
- the second generating unit 180 causes the measuring device 10 to function as a SPECT device.
- the hardware configuration of the computer that realizes the second generating unit 180 is shown in FIG. 5, for example, similar to the first generating unit 170.
- a program module that realizes the functions of the second generating unit 180 is stored in the storage device 1080 of the computer 1000 that realizes the second generating unit 180.
- the computer 1000 that realizes the second generating unit 180 may also serve as the computer 1000 that realizes the first generating unit 170, or may be provided separately.
- the second generation unit 180 can generate arrival information based on the detection results of gamma rays 20 having an energy of, for example, 20 kiloelectron volts (20 keV) or more and 200 kiloelectron volts (200 keV) or less (referred to as "low energy band gamma rays 20"). In other words, the second generation unit 180 can generate arrival information regarding where the low energy band gamma rays 20 have come from. In other words, it can be said that the arrival information is information regarding gamma rays 20 with lower energy than the first distribution information.
- the attenuator 120 is a parallel collimator, it is possible to block gamma rays 20 in the low energy band as described above that are incident on the attenuator 120 at an angle. Therefore, only gamma rays 20 that are incident on the incident surface 120a of the attenuator 120 from approximately the normal direction pass through the attenuator 120 and enter the scatterer 140. The gamma rays 20 that are incident on the scatterer 140 are then absorbed by the scatterer 140. In other words, the scatterer 140 can also function as an absorber. The gamma rays 20 that are incident on the scatterer 140 do not pass through the scatterer 140, i.e., they are not emitted from the scatterer 140.
- the attenuator 120, the scatterer 140, and the absorber 160 are positioned so that the attenuator 120 faces the region to be measured.
- the attenuator 120 is positioned between the region to be measured and the scatterer 140.
- the region to be measured is an area where a gamma ray source is estimated to be located.
- the region to be measured is at least a part of the subject's body.
- multiple gamma rays 20 enter the attenuator 120 from the area to be measured.
- the gamma rays 20 that pass through the attenuator 120 are absorbed by the scatterer 140.
- Gamma rays 20 that enter the attenuator 120 at an angle disappear inside the attenuator 120.
- the second generation unit 180 acquires a signal indicating the detection result of the energy release from the first control unit 142 connected to the scatterer 140.
- the second generation unit 180 processes this signal to identify absorption position information in the scatterer attenuator 120 for each gamma ray 20.
- the second generation unit 180 can identify the coordinates of the absorption position in the scatterer 140 as absorption position information in the scatterer 140, in the same way that the first generation unit 170 identifies scattering position information.
- the second generation unit 180 further determines the magnitude of the energy (i.e., the absorbed energy) emitted from the gamma ray 20 to the scatterer 140 when the gamma ray 20 is absorbed by the scatterer 140, in the same manner as the first generation unit 170 determines the first energy value.
- the second generation unit 180 associates this energy value with the absorption position information.
- the second generating unit 180 may identify the absorption position information and the magnitude of the absorbed energy when the gamma rays 20 are absorbed by the scatterer 140, at least one of these pieces of information may be generated (identified) in another device. Then, the second generating unit 180 may acquire the information generated in the other device.
- FIG. 15 is a flowchart illustrating the flow of processing performed by the second generation unit 180.
- the second generating unit 180 generates arrival information including absorption position information when the gamma rays 20 are absorbed by the scatterer 140 (S60). The second generating unit 180 can use this absorption position information itself as the arrival information.
- the second generation unit 180 may determine whether the energy absorbed by the scatterer 140 is within a predetermined target energy band.
- the target energy band can be determined according to the energy band of the gamma rays 20 about which information regarding where they came from is desired. If the energy absorbed by the scatterer 140 is within the target energy band, the second generation unit 180 treats the absorption position information associated with that energy as arrival information. On the other hand, if the energy absorbed by the scatterer 140 is not within the target energy band, the second generation unit 180 does not treat the absorption position information associated with that energy as arrival information. In this way, information about the gamma rays 20 in the desired energy band can be obtained.
- the second generation unit 180 may further generate arrival information for each of the multiple gamma rays 20 that pass through the attenuator 120.
- the multiple pieces of arrival information thus generated may then be accumulated to generate cumulative arrival information.
- the second generation unit 180 adds up the number of gamma rays 20 detected (the number of pieces of arrival information) for each coordinate.
- the cumulative arrival information provides a distribution of where the gamma rays have come from.
- the number of gamma rays 20 for which information is accumulated is not particularly limited, but may be, for example, 1000 or more.
- the second generating unit 180 can output at least one of the arrival information and the accumulated arrival information as output data.
- the second generating unit 180 may output the output data in the form of a table or the like, or may output the data as an image. In the image, the distribution may be shown with a color or brightness according to the accumulated number of gamma rays 20.
- the second generating unit 180 may also output the output data by superimposing it on an image of the measurement target area.
- the second generating unit 180 may display the output data on a display connected to the computer 1000 that realizes the second generating unit 180, or may output the output data to be stored in the storage device 1080 of the computer 1000 that realizes the second generating unit 180 or in a storage device external to the measuring device 10.
- the measuring device 10 it is possible to switch between having the measuring device 10 function as a Compton camera and having the measuring device function as a SPECT device. That is, in the measuring device 10 according to this embodiment, it is possible to switch between having the first generating unit 170 perform processing to generate the first distribution information and having the second generating unit 180 perform processing to generate the arrival information. For example, the user can switch between generating the first distribution information and generating the arrival information by performing a predetermined operation on the measuring device 10.
- the processing performed by the first generating unit 170 according to this embodiment is described below.
- the processing performed by the first generating unit 170 according to this embodiment is the same as the processing performed by the first generating unit 170 according to the first embodiment, except for the method of deriving the passing length L.
- Fig. 16 is a diagram showing the relationship between the attenuation section 122 according to this embodiment, the scattering position (point P1 ), and the candidate position (point Pc ).
- the ellipse 44 and point Pc are projected onto the xy plane.
- the wall of the attenuation section 122 is shown by vertical and horizontal straight lines.
- a set of multiple candidate positions is shown by an ellipse, and point Pc is one candidate position.
- the first generating unit 170 derives the passage length L of the gamma ray 20 passing through the attenuation unit 122 based on the scattering position, the candidate position, and the structure of the attenuation unit 122.
- Information indicating the structure of the attenuation unit 122 is determined in advance.
- the information indicating the structure of the attenuation unit 122 includes information indicating the positions (e.g., intervals) of the multiple walls of the attenuation unit 122 and the thickness of the walls.
- the first generating unit 170 derives the number of walls through which the gamma ray 20 passes based on the scattering position, the candidate position, and the positions of the multiple walls of the attenuation unit 122.
- the first generating unit 170 can then derive the passage length L by multiplying the thickness of the wall of the attenuation unit 122 by the number of walls through which the gamma ray 20 passes.
- the gamma ray 20 passes through one wall in the vertical direction and two walls in the horizontal direction while traveling from point P C to point P 1. Therefore, the number of walls through which the gamma ray 20 passes is three.
- the first generator 170 multiplies the wall thickness of the attenuation section 122 by 3 to obtain a value as the pass length L of the candidate position.
- the first generator 170 derives the weight w by using the pass length L in the same manner as in the first embodiment.
- weight reference information (e.g., a table) may be prepared in advance that indicates the positional relationship between the scattering positions and the candidate positions, and the relationship with the weight w.
- the first generator 170 may identify the weight w using the scattering position information, the coordinates of the candidate positions, and the weight reference information, instead of deriving the path length L.
- the measurement device 10 can also function as a SPECT device capable of measuring gamma rays 20 in the low energy band.
- Example 1 In Example 1, measurements were performed using the measurement method according to the second embodiment.
- FIG 17 is a diagram showing the measurement configuration according to Example 1.
- a scatterer 140 and an absorber 160 were placed inside a housing 91, and an attenuator 120 was placed on top of the housing 91. That is, a plate (made of resin) constituting the upper surface of the housing 91 was interposed between the attenuator 120 and the scatterer 140. The distance between the attenuator 120 and the scatterer 140 was about 4 mm.
- As the attenuator 120 a parallel collimator (made of tungsten, 5 mm thick in the Z direction, 1.5 mm thick walls arranged in a lattice pattern, and 0.5 mm spacing between the walls arranged in a lattice pattern) as shown in Figure 13 was used.
- the scatterer 140 and the absorber 160 the detector 30 described in the first embodiment was used.
- As the scintillator 31 a GAGG:Ce scintillator crystal was used.
- a gamma ray source 92 was placed on the attenuator 120.
- 133 Ba (356 keV) was used as the gamma ray source 92.
- the distance between the center of the attenuator 120 and the center of the gamma ray source 92 was 2 cm.
- the cumulative distribution information shown in FIG. 18 was obtained by processing performed by the first generating unit 170 according to the second embodiment.
- the imaging time when the cumulative distribution information shown in FIG. 18 was obtained was 10 minutes, and the number of events (number of gamma rays) detected was 12,000.
- the position of the gamma ray source 92 was detected by the measuring device 10. Note that in FIG. 18, a plane including the bottom surface of the gamma ray source 92 is set as the target plane, and an XY plane with the center of the attenuator 120 as the origin is shown. The same applies to the subsequent FIGS. 19, 20, 22, 23, and 24.
- Example 1 Measurements were performed in the same manner as in Example 1, except that no attenuator 120 was used and no weighting was applied to each of the multiple candidate positions. That is, the gamma ray source 92 was placed directly on the housing 91, and the multiple candidate positions obtained were treated uniformly. The distribution data of the multiple candidate positions of gamma rays thus obtained was accumulated to obtain Figure 19. The imaging time when the cumulative distribution information shown in Figure 19 was obtained was 10 minutes, and the number of events (number of gamma rays) detected was 24,000.
- FIG. 20 is a profile of the cumulative distribution information shown in FIG. 18 and FIG. 19.
- Example 2 Measurements were carried out in the same manner as in Example 1, except that two gamma ray sources 92 were placed on the attenuator 120 .
- FIG. 21 is a diagram showing the measurement configuration for Example 2.
- the center distance between the two gamma ray sources 92 was 5 cm.
- the center between the two gamma ray sources 92 was aligned with the center of the attenuator 120.
- the gamma ray source 92 on the right in FIG. 21 had a gamma ray intensity about twice that of the gamma ray source 92 on the left.
- the cumulative distribution information shown in FIG. 22 was obtained by processing performed by the first generating unit 170 according to the second embodiment.
- the imaging time when the cumulative distribution information shown in FIG. 22 was obtained was 10 minutes, and the number of events (number of gamma rays) detected was 11,000. As shown in this figure, the positions of the two gamma ray sources 92 were detected by the measuring device 10.
- Example 2 The measurements were performed in the same manner as in Example 2, except that no attenuator 120 was used and no weighting was applied to each of the multiple candidate positions.
- the gamma ray sources used and their arrangement were the same as in Example 2.
- the obtained multiple position candidates were treated uniformly to obtain the cumulative distribution information shown in Figure 23.
- the imaging time when the cumulative distribution information shown in Figure 23 was obtained was 10 minutes, and the number of events detected (number of gamma rays) was 20,000.
- FIG. 24 shows the profile of the cumulative distribution information shown in FIG. 22 and FIG. 23.
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Abstract
Description
本発明は測定装置および測定方法に関する。 The present invention relates to a measuring device and a measuring method.
ガンマ線がどの方向から到来したかを検出する装置として、コンプトンカメラがある。コンプトンカメラは例として、物理、天文、医療、環境の分野で用いられる。 Compton cameras are devices that detect the direction from which gamma rays come. Compton cameras are used, for example, in the fields of physics, astronomy, medicine, and the environment.
非特許文献1には、人体内の2種類の放射性医薬品(SPECT薬剤とPET薬剤)の分布を1台のコンプトンカメラで同時にイメージグする技術が記載されている。 Non-Patent Document 1 describes a technology that simultaneously images the distribution of two types of radiopharmaceuticals (SPECT and PET drugs) inside the human body using a single Compton camera.
非特許文献2には、PETイメージングとコンプトンイメージングを同時に行う技術が記載されている。
Non-Patent
しかし、非特許文献1の技術では、コンプトンカメラのみで2つの薬剤の分布をイメージングしていた。その結果、どちらの薬剤についても通常のSPECT装置およびPET装置に比べて解像度が悪く、実用に適さないという問題があった。また、非特許文献2の技術では、SPECT薬剤として汎用的な99mTcのイメージングが困難であり、複数光子を放出し、かつ、99mTcより高エネルギーのガンマ線を放出する特殊な薬剤111Inを用いていた。
However, in the technology of Non-Patent Document 1, the distribution of the two drugs was imaged only by a Compton camera. As a result, the resolution of both drugs was poorer than that of normal SPECT and PET devices, and there was a problem that it was not suitable for practical use. In addition, in the technology of Non-Patent
本発明は、汎用性および精度に優れる放射線測定装置を提供する。 The present invention provides a radiation measuring device that is highly versatile and accurate.
本発明の一形態によれば、以下の測定装置および測定方法が提供される。 According to one embodiment of the present invention, the following measurement device and measurement method are provided.
1. 入射するガンマ線を、入射角度に応じた確率で透過させる減衰体と、
前記減衰体を透過したガンマ線の少なくとも一部を散乱させる散乱体と、
前記散乱体で散乱されたガンマ線の少なくとも一部を吸収する吸収体と、を備える
測定装置。
2. 1.に記載の測定装置において、
ガンマ線の前記散乱体での散乱位置情報、そのガンマ線の前記吸収体での吸収位置情報、そのガンマ線から前記散乱体への第1放出エネルギー値、およびそのガンマ線から前記吸収体への第2放出エネルギー値を用いて、そのガンマ線の前記減衰体への入射方向に関する第1分布情報を生成する第1生成部をさらに備える
測定装置。
3. 2.に記載の測定装置において、
前記減衰体は、ガンマ線の数を減衰させる減衰部を有し、
前記第1生成部は、ガンマ線が前記減衰部を通過したと仮定される通過長さをさらに用いて、前記第1分布情報を生成する
測定装置。
4. 3.に記載の測定装置において、
前記第1生成部は、
対象平面内でガンマ線が通過した可能性がある候補位置の分布を、そのガンマ線の、前記散乱位置情報、前記吸収位置情報、前記第1放出エネルギー値、および前記第2放出エネルギー値を用いて特定し、
前記分布に含まれる複数の候補位置のそれぞれと、そのガンマ線の前記散乱体での散乱位置との関係に基づいて、前記通過長さを前記複数の候補位置のそれぞれについて導出し、
そのガンマ線が前記複数の候補位置のそれぞれを通過した可能性の高さを示す重みを、前記通過長さを用いて導出し、
前記複数の候補位置と、前記複数の候補位置のそれぞれに対する前記重みを用いて、前記第1分布情報を生成する
測定装置。
5. 1.から4.のいずれか一つに記載の測定装置において、
前記減衰体は、パラレルコリメータである
測定装置。
6. 5.に記載の測定装置において、
前記散乱体で吸収されたガンマ線の、前記散乱体での吸収位置情報を用いて、そのガンマ線がどこから到来したかに関する到来情報を生成する第2生成部をさらに備える
測定装置。
7. 1.から6.のいずれか一つに記載の測定装置において、
前記減衰体と前記散乱体との間隔は5mm以下である
測定装置。
8. 入射するガンマ線を、入射角度に応じた確率で透過させる減衰体に、ガンマ線を入射させ、
前記減衰体を透過したガンマ線の少なくとも一部を散乱体で散乱させ、
前記散乱体で散乱されたガンマ線の少なくとも一部を吸収体で吸収させる
測定方法。
1. An attenuator that transmits incident gamma rays with a probability that depends on the angle of incidence;
a scatterer that scatters at least a portion of the gamma rays that have passed through the attenuator;
and an absorber that absorbs at least a portion of the gamma rays scattered by the scatterer.
2. In the measuring device according to 1.,
The measurement device further includes a first generation unit that generates first distribution information regarding the incident direction of the gamma ray into the attenuator using scattering position information of the gamma ray in the scatterer, absorption position information of the gamma ray in the absorber, a first emission energy value from the gamma ray to the scatterer, and a second emission energy value from the gamma ray to the absorber.
3. In the measuring device according to 2.,
The attenuator has an attenuation portion that attenuates the number of gamma rays,
A measurement device in which the first generation unit generates the first distribution information by further using a path length assumed to be taken by a gamma ray passing through the attenuation unit.
4. In the measuring device according to 3.,
The first generation unit is
Identifying a distribution of candidate positions through which the gamma ray may have passed within the target plane using the scattering position information, the absorption position information, the first emission energy value, and the second emission energy value of the gamma ray;
deriving the path length for each of a plurality of candidate positions based on a relationship between each of the candidate positions included in the distribution and a scattering position of the gamma ray in the scatterer;
deriving a weight indicating a likelihood that the gamma ray has passed through each of the plurality of candidate positions using the path length;
A measurement device that generates the first distribution information using the plurality of candidate positions and the weights for each of the plurality of candidate positions.
5. The measurement device according to any one of 1 to 4,
The measuring device, wherein the attenuator is a parallel collimator.
6. In the measuring device according to 5.,
The measuring device further includes a second generating unit that generates arrival information regarding where the gamma rays came from, using absorption position information in the scatterer of the gamma rays absorbed in the scatterer.
7. The measurement device according to any one of 1. to 6.,
A measuring device, wherein the distance between the attenuator and the scatterer is 5 mm or less.
8. Gamma rays are made incident on an attenuating body that transmits the incident gamma rays with a probability according to the angle of incidence,
At least a portion of the gamma rays that have passed through the attenuator is scattered by a scatterer;
A measuring method in which at least a portion of the gamma rays scattered by the scatterer is absorbed by an absorber.
本発明によれば、汎用性および精度に優れる放射線測定装置を提供できる。 The present invention provides a radiation measuring device that is highly versatile and accurate.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that in all drawings, similar components are given similar reference numerals and descriptions will be omitted where appropriate.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る測定装置10の構成を例示する図である。図1において、ガンマ線源を黒丸で示している。本実施形態に係る測定装置10は、減衰体120、散乱体140、および吸収体160を備える。減衰体120は、入射するガンマ線20を、入射角度に応じた確率で透過させる。散乱体140は、減衰体120を透過したガンマ線20の少なくとも一部を散乱させる。吸収体160は、散乱体140で散乱されたガンマ線20の少なくとも一部を吸収する。
First Embodiment
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a measuring
本実施形態に係る測定方法は、減衰体120にガンマ線を入射させることと、減衰体120を透過したガンマ線20の少なくとも一部を散乱体140で散乱させることと、散乱体140で散乱されたガンマ線20の少なくとも一部を吸収体160で吸収させることとを含む。ここで、減衰体120は、入射するガンマ線20を、入射角度に応じた確率で透過させる。
The measurement method according to this embodiment includes making gamma rays incident on the
本実施形態に係る測定方法は、たとえば本実施形態に係る測定装置10で実現される。
The measurement method according to this embodiment is realized, for example, by the
本実施形態に係る測定装置10および測定方法によれば、減衰体120を用いることにより、ガンマ線20がどの方向から到来したかを高精度に測定できる。本実施形態に係る測定装置10および測定方法について、以下に詳しく説明する。
The measuring
図2は、本実施形態に係る減衰体120の例を示す図である。上述した通り、減衰体120は、入射するガンマ線20を、入射角度に応じた確率で透過させる。なお、減衰体120は、全てのエネルギー帯のガンマ線20を、入射角度に応じた確率で透過させる必要はない。減衰体120は、少なくともいずれかのエネルギー帯のガンマ線20(たとえば後述する高エネルギー帯のガンマ線20)を、入射角度に応じた確率で透過させればよい。たとえば、減衰体120は、他のエネルギー帯のガンマ線20を入射角度によらず遮蔽するようなものであってもよい。
FIG. 2 is a diagram showing an example of an
減衰体120は、ガンマ線20の数を減衰させる減衰部122を有する。すなわち、複数のガンマ線20が減衰部122に入射した場合、それら複数のガンマ線20の一部のみが減衰部122を通過する。ガンマ線20が減衰部122を透過する確率は、ガンマ線20のエネルギー等に依存する。減衰部122はたとえばガンマ線20の数を減衰させる金属からなる。減衰部122はたとえば、タングステン、鉛、錫、および、銅のうち少なくともいずれかを含む。または減衰部122は、タングステン、鉛、錫、および、銅のうち少なくともいずれかを含む合金を含んでもよい。図2の例において、減衰部122は金属の平板である。また、減衰体120は全体が減衰部122である。本実施形態に係る減衰体120の厚さはたとえば3mm以上15mm以下である。
The
ガンマ線20が減衰部122を透過する確率は、ガンマ線20が減衰部122を通過する通過長さLが長いほど低くなる。すなわち、減衰体120の入射面120aに対するガンマ線20の入射角度が大きいほど、ガンマ線20が減衰部122に吸収されず減衰体120を通過する可能性が低くなる。
The probability that the
図2の例において、減衰体120は全体として平板状である。減衰体120における入射面120aは、減衰体120の主面のうちの一つである。減衰体120における出射面120bは、減衰体120の主面のうち他の一つであり、減衰体120の入射面120aとは反対側の面である。減衰体120からのガンマ線20の出射角度は、そのガンマ線20の減衰体120への入射角度と同じである。
In the example of FIG. 2, the
なお、入射面に対するガンマ線20の入射角度とは、入射面の法線と、そのガンマ線20の入射方向とのなす角である。出射面に対するガンマ線20の出射角度とは、出射面の法線と、そのガンマ線20の出射方向とのなす角である。以後、各部材に対する入射角度および出射角度について同じである。
The incident angle of
散乱体140は、散乱体140に入射したガンマ線20を散乱させる。すなわち、散乱体140からのガンマ線20の出射角度は、散乱体140へのガンマ線20の入射角度とは異なりうる。たとえば、散乱体140は全体として平板状である。散乱体140における入射面140aは、散乱体140の主面のうちの一つである。散乱体140における出射面140bは、散乱体140の主面のうち他の一つであり、散乱体140の入射面140aとは反対側の面である。
The
減衰体120の出射面120bは、散乱体140の入射面140aに対向している。減衰体120の出射面120bは、散乱体140の入射面140aと平行である。減衰体120と散乱体140との間隔は5mm以下であることが好ましく、1mm以下であることがより好ましい。減衰体120と散乱体140との間隔が狭いほど、外部からの影響を受けにくく、測定装置10の測定精度が向上する。減衰体120と散乱体140とは接していることがさらに好ましい。すなわち、減衰体120の出射面120bは、散乱体140の入射面140aに接していることが好ましい。ただし、減衰体120と散乱体140との間には、ガンマ線20に影響を与えない他の部材が介在していてもよい。
The
散乱体140は、散乱体140内で散乱されるガンマ線20からエネルギーを受け取る。すなわち、散乱体140内で、ガンマ線20のエネルギーは減衰する。散乱体140は、ガンマ線20から散乱体140へ放出されるエネルギーの大きさ(「第1放出エネルギー値」と呼ぶ。)を検出する機能を有する。また、散乱体140は、散乱体140内でガンマ線20が散乱された位置(「散乱位置」と呼ぶ。)を検出する機能を有する。散乱体140は、散乱位置を、二次元で検出する機能を有してもよいし、三次元で検出する機能を有してもよい。散乱体140はたとえば、図3を用いて詳しく後述する検出器30で実現される。
The
吸収体160は、吸収体160に入射したガンマ線20を吸収する。すなわち、吸収体160に入射したガンマ線20は、吸収体160内でエネルギーを失い、吸収体160から出射されない。たとえば、吸収体160は全体として平板状である。吸収体160における入射面160aは、吸収体160の主面のうちの一つである。
The
散乱体140の出射面140bは、吸収体160の入射面160aに対向している。散乱体140の出射面140bは、吸収体160の入射面160aと平行である。散乱体140と吸収体160との間隔は、目標とする解像度や感度に応じて設定することができる。散乱体140と吸収体160とは、互いに接していてもよいし、離れていてもよい。散乱体140と吸収体160とが互いに接している場合、高い感度が得られる一方、解像度が低くなる。逆に、散乱体140と吸収体160との間隔を広くすることで、解像度を高めることができる一方、感度が下がり、視野が狭まる。散乱体140と吸収体160との間隔は、30mm以上50mm以下であることが好ましい。散乱体140と吸収体160との間隔は、50mm以上であってもよい。
The
吸収体160は、吸収体160内で吸収されるガンマ線20からエネルギーを受け取る。すなわち、吸収体160内で、ガンマ線20のエネルギーは減衰する。吸収体160は、ガンマ線20から吸収体160へ放出されるエネルギーの大きさ(「第2放出エネルギー値」と呼ぶ。)を検出する機能を有する。また、吸収体160は、吸収体160内でガンマ線20が吸収された位置(「吸収位置」と呼ぶ。)を検出する機能を有する。吸収体160は、吸収位置を、二次元で検出する機能を有してもよいし、三次元で検出する機能を有してもよい。吸収体160はたとえば、図3を用いて詳しく後述する検出器30で実現される。
The
測定装置10において減衰体120、散乱体140、および吸収体160はこの順に配置されている。減衰体120、散乱体140、および吸収体160の相対位置は互いに固定されている。
In the measuring
図3は、散乱体140および吸収体160を実現するための検出器30の構成を例示する図である。検出器30は、シンチレータ31のアレイおよび光電変換素子32のアレイを備える。シンチレータ31は、ガンマ線20が放出するエネルギーを光に変換して出力する。光電変換素子32は、シンチレータ31から出力された光を電気信号に変換する。光電変換素子32はたとえばPMT(光電子倍増管)、フォトダイオード、または内部増幅機能をもつ光素子(アバランシェフォトダイオードやシリコンフォトマル)である。光電変換素子32のアレイはたとえば、アレイ化されたPMT、アレイ化されたフォトダイオード、アレイ化されたアバランシェフォトダイオード、またはアレイ化されたシリコンフォトマルである。アレイ化が可能なシリコンフォトマルの例として、Multi-Pixel Photon Counter(MPPC)が挙げられる。
Figure 3 is a diagram illustrating the configuration of a
図3の例において、検出器30は、ガンマ線20がエネルギーを放出する位置を二次元に検出する。すなわち、複数のシンチレータ31は二次元にアレイ化されている。また、複数の光電変換素子32は、二次元にアレイ化されている。言い換えると、複数のシンチレータ31および複数の光電変換素子32は、ピクセル化されている。エネルギーを放出する位置とは、散乱体140における散乱位置であり、吸収体160における吸収位置である。検出器30が、ガンマ線20がエネルギーを放出する位置を三次元に検出する場合には、複数のシンチレータ31は三次元にアレイ化される。また、複数の光電変換素子32は、三次元にアレイ化される。
In the example of FIG. 3, the
シンチレータ31は特に限定されないが、たとえばGAGG:Ce(Ce添加Gd3(Al,Ga)5O12)、LYSO:Ce(Ce添加(Lu1-xYx)2SiO5)、およびGSO(Gd2SiO5)のうちいずれかのシンチレータ結晶である。
The
複数の光電変換素子32のそれぞれは、複数のシンチレータ31に貼り付けられている。具体的には、複数の光電変換素子32のそれぞれが、一つのシンチレータ31に貼り付けられていてもよいし、一つの光電変換素子32に対して、二つ以上のシンチレータ31が貼り付けられていてもよい。すなわち、光電変換素子32とシンチレータ31とは一対一で対を成していてもよいし、一つの光電変換素子32(すなわち1ピクセルの光電変換素子32)が、複数のシンチレータ31(すなわち複数ピクセルのシンチレータ31)にまたがって設けられていてもよい。各光電変換素子32は、その光電変換素子32と対をなすシンチレータ31、または、その光電変換素子32に対して設けられた二つ以上のシンチレータ31から出力された光を受光して検出する(すなわち電気信号に変換する)ように構成されている。複数の光電変換素子32からの信号の強度(各ピクセルの信号強度)をモニタし、重心演算などを行うことで、どのシンチレータ31でガンマ線20がエネルギーを放出したかを特定することができる。すなわち、検出器30のうちどの位置でガンマ線20がエネルギーを放出したかを特定することができる。光を検出した光電変換素子32の位置に基づいて、エネルギーが放出された位置を座標として特定できる。
Each of the
さらに、光電変換素子32は、シンチレータ31から出力される光の強さを検出することで、ガンマ線20からそのシンチレータ31へ放出されるエネルギーの大きさを検出することができる。すなわち、光電変換素子32は、シンチレータ31から出力される光の強さを示す電気信号を出力することができる。ガンマ線20からシンチレータ31へ放出されるエネルギーの大きさは、散乱体140における第1放出エネルギー値に対応し、吸収体160における第2放出エネルギー値に対応する。
Furthermore, the
具体的には、光電変換素子32は光を検出するとパルス信号を出力する。パルス信号の振幅の大きさが検出された光の強さを示す。また、光電変換素子32からのパルス信号の出力タイミングを特定することで、ガンマ線20がエネルギーを放出したタイミングを特定することができる。詳しく後述するように、散乱体140でガンマ線20がエネルギーを放出したタイミングと、吸収体160でガンマ線20がエネルギーを放出したタイミングとの関係に基づいて、同一のガンマ線20(光子)の、散乱と吸収とを対応付けることができる。
Specifically, the
ただし、検出器30における複数のシンチレータ31および複数の光電変換素子32の配置や関係は本例に限定されない。また、散乱体140および吸収体160の構成は本例に限定されない。たとえば散乱体140は、半導体等でガンマ線20のエネルギーを電気信号に変換する検出器でもよい。吸収体160は、半導体等でガンマ線20のエネルギーを電気信号に変換する検出器でもよい。また、散乱体140と吸収体160とは互いに同じ構成を有してもよいし、異なる構成を有してもよい。たとえば、散乱体140と吸収体160とが、互いに異なる素材の検出器を用いて構成されてもよい。
However, the arrangement and relationship of the
図4は、本実施形態に係る測定装置10の構成を例示する図である。本実施形態に係る測定装置10は、第1生成部170をさらに備える。第1生成部170は、ガンマ線20の散乱位置情報、吸収位置情報、第1放出エネルギー値、および第2放出エネルギー値を用いて、そのガンマ線20の減衰体120への入射方向に関する第1分布情報を生成する。散乱位置情報は、そのガンマ線20の散乱体140での散乱位置を示す情報である。吸収位置情報は、そのガンマ線20の吸収体160での吸収位置を示す情報である。第1放出エネルギー値は、そのガンマ線20から散乱体140へ放出されるエネルギーの大きさを示す値である。第2放出エネルギー値は、そのガンマ線20から吸収体160へ放出されるエネルギーの大きさを示す値である。第1生成部170が実行する処理については詳しく後述する。
FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the measuring
図4の例において、測定装置10は、第1制御部142および第2制御部162をさらに備える。第1制御部142は、散乱体140に接続されており、散乱体140に、ガンマ線20からエネルギーの放出を検出させる。第1制御部142は例として、電源回路、電流電圧変換回路、フィルタ回路、および増幅回路等を備えうる。散乱体140が検出器30で実現される場合、第1制御部142は、散乱体140における複数の光電変換素子32から出力される電気信号を受け取る。第1制御部142は、散乱体140における、ガンマ線20からのエネルギー放出の検出結果を示す信号を出力する。
In the example of FIG. 4, the measuring
第2制御部162は、吸収体160に接続されており、吸収体160に、ガンマ線20からエネルギーの放出を検出させる。第2制御部162は例として、電源回路、電流電圧変換回路、フィルタ回路、および増幅回路等を備えうる。吸収体160が検出器30で実現される場合、第2制御部162は、吸収体160における複数の光電変換素子32から出力される電気信号を受け取る。第2制御部162は、吸収体160における、ガンマ線20からのエネルギー放出の検出結果を示す信号を出力する。
The
第1生成部170のハードウエア構成について以下に説明する。第1生成部170は、第1生成部170を実現するハードウエア(例:ハードワイヤードされた電子回路など)で実現されてもよいし、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせ(例:電子回路とそれを制御するプログラムの組み合わせなど)で実現されてもよい。以下、測定装置10の第1生成部170がハードウエアとソフトウエアとの組み合わせで実現される場合について、さらに説明する。
The hardware configuration of the
図5は、第1生成部170を実現するための計算機1000を例示する図である。計算機1000は任意の計算機である。たとえば計算機1000は、SoC(System On Chip)、Personal Computer(PC)、サーバマシン、タブレット端末、またはスマートフォンなどである。計算機1000は、第1生成部170を実現するために設計された専用の計算機であってもよいし、汎用の計算機であってもよい。また、第1生成部170は、一つの計算機1000で実現されても良いし、複数の計算機1000の組み合わせにより実現されても良い。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a
計算機1000は、バス1020、プロセッサ1040、メモリ1060、ストレージデバイス1080、入出力インタフェース1100、およびネットワークインタフェース1120を有する。バス1020は、プロセッサ1040、メモリ1060、ストレージデバイス1080、入出力インタフェース1100、およびネットワークインタフェース1120が、相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。ただし、プロセッサ1040などを互いに接続する方法は、バス接続に限定されない。プロセッサ1040は、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、または FPGA(Field-Programmable Gate Array)などの種々のプロセッサである。メモリ1060は、RAM(Random Access Memory)などを用いて実現される主記憶装置である。ストレージデバイス1080は、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)、メモリカード、または ROM(Read Only Memory)などを用いて実現される補助記憶装置である。
The
入出力インタフェース1100は、計算機1000と入出力デバイスとを接続するためのインタフェースである。たとえば入出力インタフェース1100には、キーボードなどの入力装置や、ディスプレイなどの出力装置が接続される。入出力インタフェース1100が入力装置や出力装置に接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。
The input/
ネットワークインタフェース1120は、計算機1000をネットワークに接続するためのインタフェースである。この通信網は、たとえば LAN(Local Area Network)や WAN(Wide Area Network)である。ネットワークインタフェース1120がネットワークに接続する方法は、無線接続であってもよいし、有線接続であってもよい。
The
計算機1000は、入出力インタフェース1100またはネットワークインタフェース1120を介して、第1制御部142および第2制御部162と接続されている。
The
ストレージデバイス1080は、第1生成部170を実現するプログラムモジュールを記憶している。プロセッサ1040は、このプログラムモジュールをメモリ1060に読み出して実行することで、そのプログラムモジュールに対応する機能を実現する。
The
第1生成部170は、測定装置10をコンプトンカメラとして機能させる。第1生成部170によって行われるイメージング処理の原理を以下に説明する。
The
図6は、減衰体120、散乱体140、および吸収体160と、それらに入射するガンマ線20の経路との関係を例示する図である。この図では、一光子のガンマ線20による現象を示している。減衰体120に対し、散乱体140側とは反対側から入射したガンマ線20は、減衰体120を通過し、散乱体140内の点P1で散乱される。点P1の位置は、上述した散乱位置に相当する。散乱によってガンマ線20の進行方向は変わる。そして、散乱されたガンマ線20は、散乱体140から出て吸収体160内の点P2に至り、点P2で吸収される。点P2の位置は、上述した吸収位置に相当する。図6におけるx軸、y軸、およびz軸は、点P1を原点とし、互いに直交する三軸である。xy平面は散乱体140の主面(入射面140a)に平行である。減衰体120、散乱体140および吸収体160はz方向に並んで配置されている。また、点P2から点P1に向かう方向を(θ,φ)で示し、コンプトン散乱の散乱角をαで示している。
FIG. 6 is a diagram illustrating the relationship between the
散乱体140で生じるのはガンマ線20のコンプトン散乱である。点P1および点P2の位置が特定された場合、ガンマ線20はコンプトンコーン42のいずれかの母線を到来経路として点P1に至ったということが特定される。そして、対象平面40内におけるガンマ線20が通過した位置の候補(「候補位置」と呼ぶ。)は、コンプトンコーン42の円錐面と対象平面40との交点として求められる。図6に示す楕円44のように、対象平面40内において複数の候補位置の集合は真円または楕円を描く。
What occurs in the
一方、対象平面40内における複数の候補位置のうち、どの候補位置を実際にガンマ線20が通過したかは特定できない。これに対して本実施形態に係る第1生成部170は、複数の候補位置のそれぞれに対して、ガンマ線20が通過した可能性の高さに基づく重み付けを行う。
On the other hand, it is not possible to determine which of the multiple candidate positions within the
図7は、点P1と、楕円44との位置関係を例示する図である。楕円44は、上述した通り、複数の候補位置の集合である。点PCは複数の候補位置のうちの一つである。図7において、楕円44および点PCはxy平面に投影されている。図8は、点P1と点PCとの位置関係を例示する図である。図8は、点P1が散乱体140の最上面内に位置するとみなした場合の例を示している。
Fig. 7 is a diagram illustrating the positional relationship between point P1 and an
ガンマ線20は、点PCから点P1に至るまでの間に減衰体120を通過する。ここで、上述した通り、減衰体120は、入射するガンマ線20を、入射角度に応じた確率で透過させる。詳しくは、上述した通り、減衰体120の入射面120aに対するガンマ線20の入射角度が大きいほど、ガンマ線20が減衰部122を通過する通過長さLが長く、ガンマ線20が減衰体120を通過する確率は低くなる。すなわち、点PCから点P1に至るまでの間に減衰部122内を通過すべき長さLが長いほど、ガンマ線20は点P1に至ることが難しくなる。言い換えると、ガンマ線20が点PCから点P1に至るまでの間に減衰部122内を通過すべき長さLが長いほど、その点PCを実際にガンマ線20が通過した可能性が低い。したがって、第1生成部170は、通過長さLを用いて、複数の候補位置のそれぞれに対して、ガンマ線20が通過した可能性の高さに基づく重み付けを行うことができる。通過長さLはたとえば、点PCと点P1とを結ぶ直線のうち減衰部122に重なる部分の長さであると言える。
The
通過長さLは、点P1と点PCとの位置関係を用いて導出されうる。また、通過長さLは、減衰部122のz方向の厚さT1を用いて導出されうる。図7および図8の例において具体的に、点P1を原点とした点PCの(x,y)座標が(xC,yC)であるとき、点PCのxy平面への投影点と点P1との距離dは、d=√(xC
2+yC
2)で導出される。そして、通過長さLはL=√(d2+T1
2)で導出される。
The pass length L can be derived using the positional relationship between the point P1 and the point Pc . The pass length L can also be derived using the thickness T1 of the
なお、図8は、減衰体120の入射面120aを対象平面40とする例を示しているが、対象平面40はこの例に限定されない。対象平面40は、散乱体140より外側の任意の面であり得る。「散乱体140より外側」とは、散乱体140を基準として、減衰体120が位置する側を意味する。
Note that while FIG. 8 shows an example in which the
コンプトンコーン42の一つの母線がガンマ線20の一つの候補経路であるため、コンプトンコーン42の同一母線上において同一の重みを用いることができる。したがって、減衰体120の入射面120aを対象平面40としない場合にも、第1生成部170は各候補位置に対応するガンマ線20経路の、減衰体120の入射面120aにおける入射位置を特定した上で、同様に重みを算出してもよい。
Since one generatrix of the Compton cone 42 is one candidate path of the
また、上述した通り、図8では、点P1が散乱体140の最上面内に位置するとみなした場合の例を示しているが、処理の例は本例に限定されない。たとえば、点P1が散乱体140の厚さ方向の中心面内に位置するとみなしてもよい。その場合、上述した通過長さLの導出において、T1の代わりに(T1+T2/2)を用いればよい。ここで、T2は、散乱体140のz方向の厚さである。その他、点P1が散乱体140の最下面内に位置するとみなしてもよい。その場合、上述した通過長さLの導出において、T1の代わりに(T1+T2)を用いればよい。散乱体140において点P1の三次元座標が特定可能である場合には、その三次元座標を用いて、通過長さLを導出すればよい。
As described above, FIG. 8 shows an example in which the point P 1 is considered to be located within the uppermost surface of the
図9は、第1生成部170が行う処理の流れを例示するフローチャートである。第1生成部170は、対象平面40内でガンマ線20が通過した可能性がある候補位置の分布を特定する(S10)。S10において、第1生成部170は、そのガンマ線20の、散乱位置情報、吸収位置情報、第1放出エネルギー値、および第2放出エネルギー値を用いて候補位置の分布を特定することができる。また、第1生成部170は、通過長さLを複数の候補位置のそれぞれについて導出する(S20)。S20において第1生成部170は、分布に含まれる複数の候補位置のそれぞれと、そのガンマ線20の散乱体140での散乱位置との関係に基づいて、通過長さLを導出することができる。さらに第1生成部170は、そのガンマ線20が複数の候補位置のそれぞれを通過した可能性の高さを示す重みwを、通過長さLを用いて導出する(S30)。そして、第1生成部170は複数の候補位置と、複数の候補位置のそれぞれに対する重みwを用いて、第1分布情報を生成する(S40)。
9 is a flow chart illustrating the flow of processing performed by the
以下に詳しく説明する通り、第1生成部170は、測定装置10をコンプトンカメラとして動作させる。そこで、第1生成部170は、ガンマ線20が減衰部122を通過したと仮定される通過長さLを用いて、第1分布情報を生成する。具体的には、候補位置の分布のみならず、各候補位置の重みを示す第1分布情報を生成する。そうすることで、コンプトンカメラとしての測定精度が向上する。
As described in detail below, the
本実施形態に係る測定方法および第1生成部170が行う処理について、以下に詳しく説明する。第1生成部170は、たとえば200キロ電子ボルト(200keV)以上10メガ電子ボルト(10MeV)以下のエネルギーを有するガンマ線20(「高エネルギー帯のガンマ線20」と呼ぶ。)の検出結果に基づいて、第1分布情報を生成できる。言い換えると、第1生成部170は高エネルギー帯のガンマ線20の減衰体120への入射方向に関する第1分布情報を生成することができる。このようなエネルギー帯のガンマ線は、パラレルコリメータを透過するため、単一光子断層撮影(Single Photon Emission Computed Tomography:SPECT)装置では測定が難しい。したがって、本実施形態に係る測定装置10の使用が有益である。
The measurement method according to this embodiment and the processing performed by the
測定に先立ち、減衰体120、散乱体140、および吸収体160は、測定対象領域の方に減衰体120が向くように配置される。すなわち、測定対象領域と散乱体140との間に減衰体120が位置することとなる。たとえば、ガンマ線源が位置すると推定されるような領域を測定対象領域とする。測定装置10が核医学検査に用いられる場合には、測定対象領域は被験者の体の少なくとも一部である。
Prior to measurement, the
また、測定装置10のユーザは、第1生成部170に対して対象平面40を特定するための操作を行う。測定装置10のユーザは、第1生成部170に対して、対象平面40を特定するための情報を入力してもよい。なお、対象平面40を特定するための操作は、測定後に事後的に行われてもよい。その場合、たとえば第1生成部170は仮に、減衰体120の入射面120aを対象平面40とみなして後述する処理を行ってもよい。その後、第1生成部170は、任意の対象平面40に対する出力データを生成可能である。ユーザは、たとえば計算機1000に接続されたキーボードやマウス等の入力装置を用いて、測定装置10に対する操作を行える。以下において同様である。
The user of the measuring
測定中、測定対象領域から減衰体120へ複数のガンマ線20が入射する。減衰体120を通過したガンマ線20が散乱体140で散乱される。また、散乱体140から出射されたガンマ線20が、吸収体160で吸収される。なお、減衰体120に入射したガンマ線20の全てが減衰体120を通過するとは限らない。一部のガンマ線20は、減衰体120の内部で消失しうる。
During measurement,
散乱体140では、ガンマ線20から散乱体140へのエネルギーの放出が検出される。第1生成部170は、散乱体140に接続された第1制御部142から、エネルギー放出の検出結果を示す信号を取得する。第1生成部170は、この信号を処理することで、各ガンマ線20について、散乱位置、第1放出エネルギー値、およびガンマ線20から散乱体140へのエネルギーの放出タイミングを特定する。第1生成部170は、散乱位置情報として、散乱位置の座標を特定する。
The
たとえば上述したように散乱体140が検出器30である場合、第1生成部170は、第1制御部142から出力される信号におけるパルスを検出する。光電変換素子32ごとの位置情報(座標)は予め参照情報において定められており、第1生成部170は、パルスの出力源である光電変換素子32を特定し、参照情報において、その光電変換素子32に対応する位置情報を、散乱位置情報とする。また、第1生成部170は、検出したパルスの振幅の大きさに基づいて、第1放出エネルギー値を特定する。そして、第1生成部170は、検出したパルスのタイミングに基づいて、エネルギーの放出タイミングを特定する。
For example, when the
吸収体160では、ガンマ線20から吸収体160へのエネルギーの放出が検出される。第1生成部170は、吸収体160に接続された第2制御部162から、エネルギー放出の検出結果を示す信号を取得する。第1生成部170は、この信号を処理することで、各ガンマ線20について、吸収位置、第2放出エネルギー値、およびガンマ線20から吸収体160へのエネルギーの放出タイミングを特定する。第1生成部170は、吸収位置情報として、吸収位置の座標を特定する。
The
たとえば上述したように吸収体160が検出器30である場合、第1生成部170は、第2制御部162から出力される信号におけるパルスを検出する。光電変換素子32ごとの位置情報(座標)は予め参照情報において定められており、第1生成部170は、パルスの出力源である光電変換素子32を特定し、参照情報において、その光電変換素子32に対応する位置情報を、吸収位置情報とする。また、第1生成部170は、検出したパルスの振幅の大きさに基づいて、第2放出エネルギー値を特定する。そして、第1生成部170は、検出したパルスのタイミングに基づいて、エネルギーの放出タイミングを特定する。
For example, when the
なお、第1生成部170が散乱位置情報、吸収位置情報、第1放出エネルギー値、第2放出エネルギー値、散乱体140におけるエネルギーの放出タイミング、および吸収体160におけるエネルギーの放出タイミングを特定する代わりに、他の装置において、これらの情報の少なくとも一部が生成(特定)されてもよい。そして、第1生成部170は、他の装置で生成された情報を取得してもよい。
Instead of the
次いで、第1生成部170は、散乱体140におけるエネルギーの放出タイミングと吸収体160におけるエネルギーの放出タイミングとに基づいて、散乱位置情報、吸収位置情報、第1放出エネルギー値、および第2放出エネルギー値を互いに対応付ける。具体的には第1生成部170は、散乱体140におけるエネルギー放出のタイミングと吸収体160におけるエネルギー放出のタイミングとの差が、所定値Δt以下である場合、それらのエネルギー放出は、同一のガンマ線20によるものであるとみなす。すなわち、第1生成部170は、それらのエネルギー放出を検出して得られた散乱位置情報、吸収位置情報、第1放出エネルギー値、および第2放出エネルギー値を互いに対応付ける。ここで、所定値Δtはたとえば1マイクロ秒(1μs)以下である。
Then, the
第1生成部170は次いで、互いに対応付けられた散乱位置情報、吸収位置情報、第1放出エネルギー値、および第2放出エネルギー値を用いて、以下のように候補位置の分布を特定する(S10)。
The
第1生成部170は、散乱位置情報および吸収位置情報を用いてコンプトンコーン42の軸の単位ベクトル(θ,φ)を導出する。単位ベクトル(θ,φ)は、吸収位置から散乱位置へ向かう方向の単位ベクトル(極座標)として得られる。
The
また第1生成部170は、以下の式(1)を用いてcosαの値を算出する。mec2は電子の静止エネルギーであり、E1は第1放出エネルギー値であり、E2は第2放出エネルギー値である。αはコンプトン散乱の散乱角である。
The
ここで、散乱位置(点P1)を頂点とする円錐面(コンプトンコーン)の方程式は以下の式(2)で表される。点Pは円錐面上の点である。vベクトルは円錐の軸の単位ベクトルである。 Here, the equation of a conical surface (Compton cone) with the scattering position (point P 1 ) as its apex is expressed by the following formula (2): Point P is a point on the conical surface. Vector v is a unit vector of the axis of the cone.
また、単位ベクトル(θ,φ)を直交座標に変換すると以下の式(3)が成り立つ。 Furthermore, when the unit vector (θ, φ) is converted to Cartesian coordinates, the following equation (3) holds.
点P1を原点とし、対象平面40のz座標をztとした以下の式(4)を、式(3)とともに式(2)に代入すると、以下の式(5)が得られる。
When the following equation (4), in which the point P1 is the origin and the z coordinate of the
第1生成部170は、式(5)の左辺と右辺の差が所定の閾値よりも小さい点(x,y,zt)を、円錐と対象平面40の交差する曲線上にある点、すなわち候補位置として特定する。このような候補位置は複数特定される。
The
以上のようにして、第1生成部170は、複数の候補位置の位置を特定できる。すなわち、第1生成部170は、候補位置の分布を特定することができる。
In this manner, the
次いで、第1生成部170は、複数の候補位置のそれぞれに対して上述した通過長さLを導出する(S20)。第1生成部170は、散乱位置情報(点P1)と、候補位置(点PC)の座標と、減衰体120において減衰部122が占める領域を示す情報とを少なくとも用いて幾何的に通過長さLを導出できる。減衰体120において減衰部122が占める領域を示す情報は、たとえば、減衰部122の厚さT1である。第1生成部170はさらに、散乱体140の厚さT2を用いて通過長さLを導出してもよい。導出方法の一例は図7および図8を参照して上述した通りである。
Next, the
そして第1生成部170は、複数の候補位置のそれぞれに対して、導出した通過長さLを用い、重みwを導出する(S30)。ガンマ線20が通過厚さLを通過する可能性の高さは、線減弱係数μを用いてe-μLで表される。第1生成部170はたとえばe-μLを重みwとする。第1生成部170はe-μLにさらに何らかの係数等を乗じた値を重みwとしてもよい。eは自然数である。μは減衰部122を構成する物質と、ガンマ線20のエネルギーに依存する係数である。第1生成部170は、重みwの算出のために、予め定められたμの値を用いることができる。
Then, the
他の例として、散乱位置と候補位置との位置関係と、重みwとの関係を示す重み参照情報(たとえばテーブル)が予め準備されていてもよい。その場合、第1生成部170は、S10で複数の候補位置を特定した後、通過長さLを導出する代わりに、散乱位置情報と、候補位置の座標と、重み参照情報とを用いて重みwを特定してもよい。
As another example, weight reference information (e.g., a table) may be prepared in advance that indicates the positional relationship between the scattering positions and the candidate positions, and the relationship with the weight w. In that case, after identifying multiple candidate positions in S10, the
第1生成部170は、複数の候補位置のそれぞれに対して、算出した重みwを対応付けた情報を、第1分布情報として生成する(S40)。第1分布情報はたとえば、複数の位置座標(すなわち複数の候補位置の位置座標)のそれぞれに重みwが対応付けられた情報である。
The
第1生成部170はさらに、減衰体120を透過する複数のガンマ線20のそれぞれについて第1分布情報を生成してもよい。そして、生成した複数の第1分布情報を累積させることで、累積分布情報を生成してもよい。この場合、対象平面40内の座標ごとに重みwが足し合わされる。情報を累積するガンマ線20の数は特に限定されないが、たとえば1000以上である。
The
第1生成部170は、第1分布情報または累積分布情報の少なくとも一方を出力データとして出力できる。第1生成部170は、出力データをテーブル等の形態で出力してもよいし、画像として出力してもよい。画像では、重みwまたは重みwの累積値に応じた色や輝度で、分布が示されてもよい。また、第1生成部170は、出力データを、測定対象領域を撮影した画像と重ね合わせて出力してもよい。第1生成部170は、出力データを、第1生成部170を実現する計算機1000に接続されたディスプレイに表示させてもよいし、第1生成部170を実現する計算機1000のストレージデバイス1080または測定装置10の外部の記憶装置に保持させるよう出力してもよい。
The
図10は、第1生成部170が生成する第1分布情報を示す画像を例示する図である。複数の候補位置の集合である楕円が表示されており、各候補位置について、重みwの大きさ、すなわち、尤もらしさが色で示されている。こうすることで、複数の候補位置に対し、重みwの大きさ、すなわち、尤もらしさが識別可能である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an image showing the first distribution information generated by the
図11は、参考例に係る累積分布情報のイメージを例示する図である。図12は、本実施形態に係る累積分布情報のイメージを例示する図である。図11の参考例は、候補位置に対する重み付けがされない場合の例を示しており、各ガンマ線20に対する複数の候補位置(すなわち楕円)のすべてが一様に示されている。この場合、多くのガンマ線20について情報を蓄積しなければ、ガンマ線源が実際にどこに位置するのか(図11中星印で示している。)を把握することができない。一方、本実施形態に係る累積分布情報は、可能性の高さに基づく重み付けがされているため、より少ない数のガンマ線20の情報からでも、尤もらしいガンマ線源の位置(図12中星印で示している。)を把握できる。
11 is a diagram illustrating an example of cumulative distribution information according to a reference example. FIG. 12 is a diagram illustrating an example of cumulative distribution information according to this embodiment. The reference example in FIG. 11 shows an example in which no weighting is applied to the candidate positions, and all of the multiple candidate positions (i.e., ellipses) for each
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態によれば、入射するガンマ線20を、入射角度に応じた確率で透過させる減衰体120を用いることにより、候補位置について重み付けが可能となり、ガンマ線がどの方向から到来したかを簡便な構成で高精度に検出できる。
Next, the action and effect of this embodiment will be described. According to this embodiment, by using an
(第2の実施形態)
図13は、第2の実施形態に係る減衰体120を例示する斜視図である。本実施形態に係る測定装置10および測定方法は、以下に説明する点を除いて第1の実施形態に係る測定装置10および測定方法とそれぞれ同じである。
Second Embodiment
13 is a perspective view illustrating an
本実施形態に係る減衰体120は、パラレルコリメータである。図13の例において、減衰体120は、減衰部122の壁を複数有する。減衰部122の壁の厚さは、例えば0.1mm以上3mm以下である。減衰体120では、減衰部122の壁が格子状に設けられている。言い換えると、減衰体120では、減衰部122が、たとえば複数の四角形を描くように設けられている。これらの四角形の内側は空間であってよい。減衰体120には複数の貫通孔が設けられていると言える。貫通孔の形状(すなわち貫通孔の軸に垂直な断面の形状)は特に限定されず、たとえば三角形、四角形、六角形等の多角形であってもよいし、円形であってもよいし、楕円形であってもよい。
The
後述する低エネルギー帯のガンマ線20については、減衰部122に入射せず、貫通孔を通過したガンマ線20のみが減衰体120を通過する。一方、減衰部122に入射したガンマ線20は、減衰部122で吸収され、減衰体120を透過しない。したがって、貫通孔を通過できる位置および角度で減衰体120へ入射した減衰体120のみが散乱体140に至る。一方、上述した高エネルギー帯のガンマ線20については、第1の実施形態で説明したのと同様、減衰体120は入射角度に応じた確率でガンマ線20透過させる。
For
本実施形態に係る減衰体120において、互いに対向する減衰部122の壁の間の距離は、たとえば0.5mm以上5mm以下である。本実施形態に係る減衰体120の、入射面120aに垂直な方向の厚さはたとえば3mm以上15mm以下である。なお、減衰体120における減衰部122の壁と、検出器30におけるシンチレータ31や光電変換素子32との位置関係は特に限定されない。
In the
本実施形態によれば、減衰体120がパラレルコリメータであることにより、測定装置10を、SPECT装置としても機能させることができる。
In this embodiment, the
図14は、本実施形態に係る測定装置10の機能構成を例示する図である。本実施形態に係る測定装置10は、第2生成部180をさらに備える。第2生成部180は、散乱体140で吸収されたガンマ線20の、散乱体140での吸収位置情報を用いて、そのガンマ線20がどこから到来したかに関する到来情報を生成する。第2生成部180は、測定装置10を、SPECT装置として機能させる。
FIG. 14 is a diagram illustrating the functional configuration of the measuring
第2生成部180を実現する計算機のハードウエア構成は、第1生成部170と同様に、たとえば図5によって表される。ただし、第2生成部180を実現する計算機1000のストレージデバイス1080には、第2生成部180の機能を実現するプログラムモジュールが記憶されている。なお、第2生成部180を実現するための計算機1000は、第1生成部170を実現するための計算機1000を兼ねていてもよいし、別に設けられてもよい。
The hardware configuration of the computer that realizes the
第2生成部180は、たとえば20キロ電子ボルト(20keV)以上200キロ電子ボルト(200keV)以下のエネルギーを有するガンマ線20(「低エネルギー帯のガンマ線20」と呼ぶ)の検出結果に基づいて、到来情報を生成できる。言い換えると、第2生成部180は低エネルギー帯のガンマ線20がどこから到来したかに関する到来情報を生成することができる。すなわち、到来情報は、第1分布情報よりも低エネルギーのガンマ線20に関する情報であると言える。
The
本実施形態では減衰体120がパラレルコリメータであるため、減衰体120に対して斜めに入射する上記のような低エネルギー帯のガンマ線20を遮蔽することができる。したがって、減衰体120の入射面120aに対し、およそ、その法線方向から入射したガンマ線20のみが減衰体120を通過し、散乱体140に入射する。そして、散乱体140に入射したガンマ線20が散乱体140で吸収される。すなわち、散乱体140は吸収体としても機能しうる。散乱体140に入射したガンマ線20は散乱体140を通過せず、すなわち散乱体140から出射されない。
In this embodiment, since the
測定装置10をSPECT装置として機能させる場合の測定の流れを以下に詳しく説明する。測定に先立ち、減衰体120、散乱体140、および吸収体160は、測定対象領域の方に減衰体120が向くように配置される。すなわち、測定対象領域と散乱体140との間に減衰体120が位置することとなる。たとえば、ガンマ線源が位置すると推定されるような領域を測定対象領域とする。測定装置10が核医学検査に用いられる場合には、測定対象領域は被験者の体の少なくとも一部である。
The measurement flow when the measuring
測定中、測定対象領域から減衰体120へ複数のガンマ線20が入射する。減衰体120を通過したガンマ線20が散乱体140で吸収される。なお、上述した通り、減衰体120に入射したガンマ線20の全てが減衰体120を通過するとは限らない。減衰体120に対して斜めに入射したガンマ線20は、減衰体120の内部で消失する。
During measurement,
散乱体140では、ガンマ線20が散乱体140に吸収される際、ガンマ線20から散乱体140へのエネルギーの放出が検出される。第2生成部180は、散乱体140に接続された第1制御部142から、エネルギー放出の検出結果を示す信号を取得する。第2生成部180は、この信号を処理することで、各ガンマ線20について、散乱体減衰体120での吸収位置情報を特定する。具体的には第2生成部180は、第1生成部170が散乱位置情報を特定するのと同様にして、散乱体140での吸収位置情報として、散乱体140における吸収位置の座標を特定することができる。
When the
第2生成部180はさらに、第1生成部170が第1エネルギー値を特定するのと同様にして、ガンマ線20が散乱体140に吸収される際、ガンマ線20から散乱体140へ放出されるエネルギー(すなわち、吸収されるエネルギー)の大きさを特定する。第2生成部180は、このエネルギー値と、吸収位置情報とを互いに関連付ける。
The
なお、ガンマ線20が散乱体140に吸収される際の、吸収位置情報、および吸収されるエネルギーの大きさを第2生成部180が特定する代わりに、他の装置において、これらの情報の少なくとも一方が生成(特定)されてもよい。そして、第2生成部180は、他の装置で生成された情報を取得してもよい。
In addition, instead of the
図15は、第2生成部180が行う処理の流れを例示するフローチャートである。
FIG. 15 is a flowchart illustrating the flow of processing performed by the
第2生成部180は、ガンマ線20が散乱体140に吸収される際の吸収位置情報を含む到来情報を生成する(S60)。第2生成部180は、この吸収位置情報そのものを到来情報とすることができる。
The
または、第2生成部180は、散乱体140に吸収されたエネルギーが、予め定められた対象エネルギー帯域内であるか否かを判定してもよい。ここで対象エネルギー帯域は、どこから到来したかに関する情報を得たいガンマ線20のエネルギー帯域に応じて定めることができる。散乱体140に吸収されたエネルギーが、対象エネルギー帯域内である場合、第2生成部180は、そのエネルギーに対応付けられた吸収位置情報を到来情報とする。一方、散乱体140に吸収されたエネルギーが、対象エネルギー帯域内でない場合、第2生成部180は、そのエネルギーに関連付けられた吸収位置情報を到来情報とはしない。そうすることで、所望のエネルギー帯のガンマ線20について情報を得ることができる。
Alternatively, the
第2生成部180はさらに、減衰体120を透過する複数のガンマ線20のそれぞれについて到来情報を生成してもよい。そして、生成した複数の到来情報を累積させることで、累積到来情報を生成してもよい。具体的には第2生成部180は、座標ごとに、検出されたガンマ線20の数(到来情報の数)を足し合わせる。累積到来情報としては、ガンマ線がどこから到来したかに関する分布が得られる。情報を累積するガンマ線20の数は特に限定されないが、たとえば1000以上である。
The
第2生成部180は、到来情報または累積到来情報の少なくとも一方を出力データとして出力できる。第2生成部180は、出力データをテーブル等の形態で出力してもよいし、画像として出力してもよい。画像では、ガンマ線20の累積数に応じた色や輝度で、分布が示されてもよい。また、第2生成部180は、出力データを、測定対象領域を撮影した画像と重ね合わせて出力してもよい。第2生成部180は、出力データを、第2生成部180を実現する計算機1000に接続されたディスプレイに表示させてもよいし、第2生成部180を実現する計算機1000のストレージデバイス1080または測定装置10の外部の記憶装置に保持させるよう出力してもよい。
The
本実施形態に係る測定装置10では、測定装置10をコンプトンカメラとして機能させるか、SPECT装置として機能させるかが、切り替え可能である。すなわち、本実施形態に係る測定装置10では、第1生成部170が処理を行って、第1分布情報を生成するか、第2生成部180が処理を行って、到来情報を生成するかが切り替え可能である。たとえば、ユーザが測定装置10に対して所定の操作を行うことで、第1分布情報を生成するか、到来情報を生成するかを切り替えることができる。
In the measuring
本実施形態に係る第1生成部170が行う処理について以下に説明する。本実施形態に係る第1生成部170が行う処理は、通過長さLを導出する方法を除いて第1の実施形態に係る第1生成部170が行う処理と同じである。
The processing performed by the
図16は、本実施形態に係る減衰部122と、散乱位置(点P1)、および候補位置(点PC)の関係を示す図である。図16において、楕円44および点PCはxy平面に投影されている。図16において、減衰部122の壁を縦横の直線で示している。また、複数の候補位置の集合を楕円で示しており、点PCは一つの候補位置である。
Fig. 16 is a diagram showing the relationship between the
本実施形態に係る第1生成部170は、散乱位置と、候補位置と、減衰部122の構造とに基づいて、ガンマ線20が減衰部122を通過する通過長さLを導出する。減衰部122の構造を示す情報は、予め定められている。減衰部122の構造を示す情報には、減衰部122の複数の壁の位置(たとえば間隔)および壁の厚さを示す情報が含まれる。本実施形態において、第1生成部170は、ガンマ線20が通過する壁の数を、散乱位置と、候補位置と、減衰部122の複数の壁の位置に基づいて導出する。そして第1生成部170は、減衰部122の壁の厚さに、ガンマ線20が通過する壁の数を乗ずることにより、通過長さLを導出できる。図16の例では、ガンマ線20が点PCから点P1に至るまでの間に、縦方向に1つ、横方向に2つの壁を通過する。したがって、ガンマ線20が通過する壁の数は3つである。第1生成部170は、減衰部122の壁の厚さに3を乗じて得られる値を、その候補位置の通過長さLとする。第1生成部170は、第1の実施形態と同様に通過長さLを用いて重みwを導出する。
The
本実施形態においても、他の例として、散乱位置と候補位置との位置関係と、重みwとの関係を示す重み参照情報(たとえばテーブル)が予め準備されていてもよい。その場合、第1生成部170は、S10で複数の候補位置を特定した後、通過長さLを導出する代わりに、散乱位置情報と、候補位置の座標と、重み参照情報とを用いて重みwを特定してもよい。
In this embodiment, as another example, weight reference information (e.g., a table) may be prepared in advance that indicates the positional relationship between the scattering positions and the candidate positions, and the relationship with the weight w. In that case, after identifying multiple candidate positions in S10, the
次に、本実施形態の作用および効果について説明する。本実施形態においては第1の実施形態と同様の作用および効果が得られる。加えて、本実施形態によれば、減衰体120がパラレルコリメータであることにより、測定装置10を、低エネルギー帯のガンマ線20を測定可能なSPECT装置としても機能させることができる。
Next, the action and effect of this embodiment will be described. In this embodiment, the same action and effect as in the first embodiment can be obtained. In addition, according to this embodiment, since the
以下、本実施形態を、実施例を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。 The present embodiment will be described in detail below with reference to examples. Note that the present embodiment is not limited in any way to the description of these examples.
(実施例1)
実施例1では、第2の実施形態に係る測定方法で測定を行った。
Example 1
In Example 1, measurements were performed using the measurement method according to the second embodiment.
図17は、実施例1に係る測定構成を示す図である。筐体91の内部に散乱体140および吸収体160を配置し、筐体91の上に減衰体120を配置した。すなわち、減衰体120と散乱体140との間には、筐体91の上面を構成する板(樹脂製)が介在していた。減衰体120と散乱体140との間隔は4mm程度であった。減衰体120としては、図13に示したようなパラレルコリメータ(タングステン製、Z方向における厚み5mm、格子状に設けられた壁の厚さ1.5mm、格子状に設けられた壁の間隔0.5mm)を用いた。散乱体140および吸収体160としてはそれぞれ第1の実施形態で説明したような検出器30を用いた。シンチレータ31としてはGAGG:Ceシンチレータ結晶を用いた。
Figure 17 is a diagram showing the measurement configuration according to Example 1. A
また、減衰体120の上にガンマ線源92を配置した。ガンマ線源92としては133Ba(356keV)を用いた。減衰体120の中心と、ガンマ線源92の中心との距離は2cmであった。
Further, a
第2の実施形態に係る第1生成部170が行う処理によって、図18に示す累積分布情報を得た。図18に示す累積分布情報が得られたときの撮影時間は10分間であり、検出したイベント数(ガンマ線の数)は12000であった。この図に示すように、測定装置10によりガンマ線源92の位置が検出された。なお、図18においては、ガンマ線源92の下面を含む平面を対象平面とし、減衰体120の中心を原点としたXY平面を示している。後の図19、図20、図22、図23、および図24においても同様である。
The cumulative distribution information shown in FIG. 18 was obtained by processing performed by the
(比較例1)
減衰体120を用いず、複数の候補位置のそれぞれに対する重みづけを行わなかった点を除き、実施例1と同様にして測定を行った。すなわち、筐体91の上にガンマ線源92を直接配置し、得られた複数の位置候補を一様に扱った。そうして得られた、複数のガンマ線の候補位置の分布データを累積させて図19を得た。図19に示す累積分布情報が得られたときの撮影時間は10分間であり、検出したイベント数(ガンマ線の数)は24000であった。
(Comparative Example 1)
Measurements were performed in the same manner as in Example 1, except that no
図20は、図18および図19のそれぞれに示した累積分布情報の、プロファイルである。図18および図19のそれぞれに示すイメージの、Y=-1.5mmからY=6mmまでの範囲内における画素値を、X座標ごとに積算して得られた値を、図20にプロットした。図20から、実施例1において、比較例1よりも鋭いピークが得られ、高いS/N比で測定できたことが確認された。 FIG. 20 is a profile of the cumulative distribution information shown in FIG. 18 and FIG. 19. The pixel values in the range from Y=-1.5 mm to Y=6 mm of the images shown in FIG. 18 and FIG. 19 are integrated for each X coordinate, and the values are plotted in FIG. 20. From FIG. 20, it was confirmed that a sharper peak was obtained in Example 1 than in Comparative Example 1, and measurements were made with a high S/N ratio.
(実施例2)
ガンマ線源92を二つ減衰体120上に配置した点を除き、実施例1と同様にして測定を行った。
Example 2
Measurements were carried out in the same manner as in Example 1, except that two
図21は、実施例2に係る測定構成を示す図である。二つのガンマ線源92の中心間距離は5cmであった。また、二つのガンマ線源92間の中心と減衰体120の中心とを一致させた。図21における右のガンマ線源92は、左のガンマ線源92の2倍程度のガンマ線強度を有していた。
FIG. 21 is a diagram showing the measurement configuration for Example 2. The center distance between the two
第2の実施形態に係る第1生成部170が行う処理によって、図22に示す累積分布情報を得た。図22に示す累積分布情報が得られたときの撮影時間は10分間であり、検出したイベント数(ガンマ線の数)は11000であった。この図に示すように、測定装置10により二つのガンマ線源92の位置が検出された。
The cumulative distribution information shown in FIG. 22 was obtained by processing performed by the
(比較例2)
減衰体120を用いず、複数の候補位置のそれぞれに対する重みづけを行わなかった点を除き、実施例2と同様にして測定を行った。用いたガンマ線源およびそれらの配置は実施例2と同じであった。
(Comparative Example 2)
The measurements were performed in the same manner as in Example 2, except that no
比較例1と同様に、得られた複数の位置候補を一様に扱って、図23に示す累積分布情報を得た。図23に示す累積分布情報が得られたときの撮影時間は10分間であり、検出したイベント数(ガンマ線の数)は20000であった。 Similar to Comparative Example 1, the obtained multiple position candidates were treated uniformly to obtain the cumulative distribution information shown in Figure 23. The imaging time when the cumulative distribution information shown in Figure 23 was obtained was 10 minutes, and the number of events detected (number of gamma rays) was 20,000.
図24は、図22および図23のそれぞれに示した累積分布情報の、プロファイルである。図22および図23のそれぞれに示すイメージの、Y=-1.5mmからY=6mmまでの範囲内における画素値を、X座標ごとに積算して得られた値を、図24にプロットした。図24から、実施例2において、比較例2よりも二つのピークが明確に分離され、高いS/N比で測定できたことが確認された。 FIG. 24 shows the profile of the cumulative distribution information shown in FIG. 22 and FIG. 23. The pixel values in the range from Y=-1.5 mm to Y=6 mm of the images shown in FIG. 22 and FIG. 23 were integrated for each X coordinate, and the values obtained are plotted in FIG. 24. From FIG. 24, it was confirmed that in Example 2, the two peaks were more clearly separated than in Comparative Example 2, and measurements were made with a higher S/N ratio.
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。たとえば、上述の説明で用いたシーケンス図やフローチャートでは、複数の工程(処理)が順番に記載されているが、各実施形態で実行される工程の実行順序は、その記載の順番に制限されない。各実施形態では、図示される工程の順番を内容的に支障のない範囲で変更することができる。また、上述の各実施形態は、内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。 The above describes embodiments of the present invention with reference to the drawings, but these are merely examples of the present invention, and various configurations other than those described above can also be adopted. For example, in the sequence diagrams and flow charts used in the above explanation, multiple steps (processing) are described in order, but the order in which the steps are executed in each embodiment is not limited to the order described. In each embodiment, the order of the steps shown in the figures can be changed to the extent that does not cause any problems in terms of content. Furthermore, the above-mentioned embodiments can be combined to the extent that the content is not contradictory.
10 測定装置
20 ガンマ線
30 検出器
31 シンチレータ
32 光電変換素子
40 対象平面
42 コンプトンコーン
44 楕円
91 筐体
92 ガンマ線源
120 減衰体
122 減衰部
140 散乱体
142 第1制御部
160 吸収体
162 第2制御部
170 第1生成部
180 第2生成部
1000 計算機
1020 バス
1040 プロセッサ
1060 メモリ
1080 ストレージデバイス
1100 入出力インタフェース
1120 ネットワークインタフェース
10
Claims (8)
前記減衰体を透過したガンマ線の少なくとも一部を散乱させる散乱体と、
前記散乱体で散乱されたガンマ線の少なくとも一部を吸収する吸収体と、を備える
測定装置。 an attenuator that transmits incident gamma rays with a probability according to the angle of incidence;
a scatterer that scatters at least a portion of the gamma rays that have passed through the attenuator;
and an absorber that absorbs at least a portion of the gamma rays scattered by the scatterer.
ガンマ線の前記散乱体での散乱位置情報、そのガンマ線の前記吸収体での吸収位置情報、そのガンマ線から前記散乱体への第1放出エネルギー値、およびそのガンマ線から前記吸収体への第2放出エネルギー値を用いて、そのガンマ線の前記減衰体への入射方向に関する第1分布情報を生成する第1生成部をさらに備える
測定装置。 2. The measuring device according to claim 1,
The measurement device further includes a first generation unit that generates first distribution information regarding the incident direction of the gamma ray into the attenuator using scattering position information of the gamma ray in the scatterer, absorption position information of the gamma ray in the absorber, a first emission energy value from the gamma ray to the scatterer, and a second emission energy value from the gamma ray to the absorber.
前記減衰体は、ガンマ線の数を減衰させる減衰部を有し、
前記第1生成部は、ガンマ線が前記減衰部を通過したと仮定される通過長さをさらに用いて、前記第1分布情報を生成する
測定装置。 3. The measuring device according to claim 2,
The attenuator has an attenuation portion that attenuates the number of gamma rays,
A measurement device in which the first generation unit generates the first distribution information by further using a path length assumed to be taken by a gamma ray passing through the attenuation unit.
前記第1生成部は、
対象平面内でガンマ線が通過した可能性がある候補位置の分布を、そのガンマ線の、前記散乱位置情報、前記吸収位置情報、前記第1放出エネルギー値、および前記第2放出エネルギー値を用いて特定し、
前記分布に含まれる複数の候補位置のそれぞれと、そのガンマ線の前記散乱体での散乱位置との関係に基づいて、前記通過長さを前記複数の候補位置のそれぞれについて導出し、
そのガンマ線が前記複数の候補位置のそれぞれを通過した可能性の高さを示す重みを、前記通過長さを用いて導出し、
前記複数の候補位置と、前記複数の候補位置のそれぞれに対する前記重みを用いて、前記第1分布情報を生成する
測定装置。 4. The measuring device according to claim 3,
The first generation unit is
Identifying a distribution of candidate positions through which the gamma ray may have passed within the target plane using the scattering position information, the absorption position information, the first emission energy value, and the second emission energy value of the gamma ray;
deriving the path length for each of a plurality of candidate positions based on a relationship between each of the candidate positions included in the distribution and a scattering position of the gamma ray in the scatterer;
deriving a weight indicating a likelihood that the gamma ray has passed through each of the plurality of candidate positions using the path length;
A measurement device that generates the first distribution information using the plurality of candidate positions and the weights for each of the plurality of candidate positions.
前記減衰体は、パラレルコリメータである
測定装置。 The measuring device according to any one of claims 1 to 4,
The measuring device, wherein the attenuator is a parallel collimator.
前記散乱体で吸収されたガンマ線の、前記散乱体での吸収位置情報を用いて、そのガンマ線がどこから到来したかに関する到来情報を生成する第2生成部をさらに備える
測定装置。 6. The measuring device according to claim 5,
The measuring device further includes a second generating unit that generates arrival information regarding where the gamma rays came from, using absorption position information in the scatterer of the gamma rays absorbed in the scatterer.
前記減衰体と前記散乱体との間隔は5mm以下である
測定装置。 The measuring device according to any one of claims 1 to 6,
A measuring device, wherein the distance between the attenuator and the scatterer is 5 mm or less.
前記減衰体を透過したガンマ線の少なくとも一部を散乱体で散乱させ、
前記散乱体で散乱されたガンマ線の少なくとも一部を吸収体で吸収させる
測定方法。 Gamma rays are made to enter an attenuating body that transmits the incident gamma rays with a probability that depends on the angle of incidence,
At least a portion of the gamma rays that have passed through the attenuator is scattered by a scatterer;
A measuring method in which at least a portion of the gamma rays scattered by the scatterer is absorbed by an absorber.
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|---|
| WONHO LEE ET AL.: "A Dual Modality Gamma Camera Using LaCl3(Ce) Scintillator", IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, vol. 56, no. 1, 10 February 2009 (2009-02-10), pages 308 - 315, XP011251297 * |
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