专利名称：Pet装置及pet装置的图像生成方法
技术领域：
本发明涉及可以将以正电子发射同位素(RI射线源)标记的物质的行为图像化的PET装置及PET装置的图像生成方法。
背景技术：
PET(正电子发射断层分析)装置，是一种可以通过将在投放了RI射线源的生物体(被检测体)内伴随电子正电子对的湮灭而发生的在互相相反的方向上飞行的能量为511keV的光子(γ射线)对的检测而使该被检测体内的极微量物质的行为图像化的装置。PET装置，具有配列于放置被检测体的测定空间周围的具有多个小型光子检测器的检测单元，藉助同时计数法检测并存储伴随电子正电子对的湮灭而发生的光子对，根据此存储的多数同时计数信息，即投影数据，重构表示测定空间的光子对的发生频度的空间分布的图像。此PET装置，在核医学等领域发挥重要作用，利用这一装置，比如，可以对生体机能及脑的高次机能进行研究。这种PET装置，可分成为二维PET装置及三维PET装置。
图11为说明二维PET装置的检测单元的构成的示图。此图示出的是包含7个检测器环的构成的示例，其中示出的是在包含中心轴的平面剖开检测单元时的剖面。二维PET装置的检测单元10包括在屏蔽准直器11和屏蔽准直器12之间叠置的检测器环R1～R7。检测器环R1～R7分别具有以环状方式排列在垂直于中心轴的平面上的多个光子检测器。各光子检测器，比如，可以是BGO(Bi4Ge3O12)等的闪烁体和光电倍增管组合1而成的闪烁检测器，检测从包含中心轴的测定空间飞来的光子。另外，在此检测单元10的内侧，配置有狭缝准直器S1～S6。这些狭缝准直器S1～S6分别以环状方式在平行于中心轴的方向上排列于相邻检测器之间的位置，由原子序数大比重大的材料(比如，铅及钨)制成，用作遮挡斜着入射的光子(γ射线)的准直器。
如此构成的二维PET装置的检测器10，由于狭缝准直器S1～S6的准直作用，可只对从与中心轴大致成90度的方向飞来的光子对同时计数。就是说，利用二维PET装置的检测单元10得到并存储的同时计数信息，即二维投影数据，只限于包含于同一检测器环或相邻(或极为接近的)检测器环中的一对光子检测器产生的信息。所以，二维PET装置，可有效地去除在测定空间外的位置产生的光子对被散射的散射射线，并且因为可以很容易地对二维投影数据进行吸收校正和灵敏度校正，可以得到定量性良好的重构图像。
图12为说明三维PET装置的检测单元的构成的示图。此图示出的也是在包含中心轴的平面剖开检测单元时的剖面。三维PET装置的检测单元10的构成与二维PET装置的场合相同。不过，在三维PET装置的检测单元10中没有狭缝准直器。如此构成的三维PET装置的检测单元10具有广阔的立体角，与二维PET装置相比较，可对从广阔的方向上飞来的光子对同时计数。就是说，利用3维PET装置的检测单元10得到并存储的同时计数信息，即3维投影数据，可以是包含于任意检测器环中的一对光子检测器产生的信息。所以，3维PET装置，与二维PET装置相比较，可以以高出5倍～10倍的灵敏度对光子对进行同时计数。因而，三维PET装置，与二维PET装置相比较，由于难以高精度地去除散射射线的影响，重构图像的定量性不佳。
如上所述，与三维PET装置相比较，具有狭缝准直器的二维PET装置，因为光子对的检测灵敏度低，可以有效地去除散射射线，容易进行吸收校正和灵敏度校正，具有可以获得定量性优异的重构图像的优点。
发明内容
不过，上述PET装置存在以下的问题。即，在二维PET装置及三维PET装置任何一个中都在寻求提高重构图像的分辨率。于是，为提高分辨率，将各个光子检测器小型化是不可缺少的。
因此，在二维PET装置的场合，因为随着光子检测器的小型化，各狭缝准直器的间隔变窄，开度下降，光子对检测灵敏度降低。对于这一问题，在二维PET装置中，如果相应于光子检测器的小型化将各个狭缝准直器减薄缩短，虽然可以抑制开度降低，但却会降低遮蔽光子(γ射线)的效果，即降低准直效果，所以不能有效地去除散射射线，会降低重构图像的定量性。
另一方面，在三维PET装置的场合，即使是光子检测器小型化，因为没有狭缝准直器，不会产生开度降低及光子对检测灵敏度降低的问题。可是，如上所述，在三维PET装置中，因为本来就难于去除散射射线的影响，重构图像的定量性不佳。
本发明正是为了解决上述问题而完成的发明，其目的在于提供一种在提高重构图像的分辨率及保持良好的光子对检测灵敏度的同时，通过对散射射线的影响进行适当的校正的定量性优异的PET装置以及PET装置的图像生成方法。
本发明的一种实施方式的PET装置的特征在于，包括(1)包含分别检测从包含中心轴的测定空间飞来的各个光子的多个光子检测元件在包围中心轴的筒上二维配列而成的多个筒状检测器的检测单元，并且这些多个筒状检测器是在平行于中心轴的方向上配列；(2)至少在测定空间和检测单元之间，在与中心轴平行方向上与筒状检测器交互配置、在从测定空间飞来的光子之中只使与中心轴正交的规定平面大致平行的光子向着检测单元通过的多个狭缝准直器；(3)判断在包含在检测单元中的一对光子检测元件同时检测到光子对时，将一对光子检测元件各自的受光面互相连接的直线是否与多个狭缝准直器之中的某一个相交的判断单元；(4)在判断单元判断直线与多个狭缝准直器之中的任何一个都不相交时，将由一对光子检测元件检测到的光子对的同时计数信息进行存储的第1同时计数信息存储单元；(5)在判断单元判断直线与多个狭缝准直器之中的某一个相交时，将由一对光子检测元件检测到的光子对的同时计数信息进行存储的第2同时计数信息存储单元；(6)根据第2同时计数信息存储单元存储的同时计数信息，对第1同时计数信息存储单元存储的同时计数信息的散射分量的影响进行修正，并根据此修正过的同时计数信息，重构表示测定空间的光子对的发生频度的空间分布的图像的图像重构单元。
根据本发明的一实施方式的PET装置，在伴随测定空间的电子正电子对的湮灭而发生的能量为511keV的光子(γ射线)对之中，未被多个狭缝准直器遮蔽而到达检测单元的光子对，由包含在检测单元中的一对光子检测元件同时检测到。在判断单元，判断将同时检测到光子对的一对光子检测元件各自的受光面互相连接的直线是否与多个狭缝准直器之中的某一个相交。在判断单元判断上述直线与多个狭缝准直器之中的任何一个都不相交时，将上述一对光子检测元件检测到的光子对的同时计数信息由第1同时计数信息存储单元存储。另一方面，在判断单元判断上述直线与多个狭缝准直器之中的某一个相交时，将上述一对光子检测元件检测到的光子对的同时计数信息由第2同时计数信息存储单元存储。在规定的测定期间结束时，第1同时计数信息存储单元和第2同时计数信息存储单元各自进行的同时计数信息的存储结束。于是，由图像重构单元，根据由第2同时计数信息存储单元存储生成的散射显像图，对根据由第1同时计数信息存储单元存储生成的信号显像图的散射分量的影响进行校正，并根据此校正过的信号显像图，重构表示测定空间的光子对的发生频度的空间分布的图像。
在本发明的一实施方式的PET装置中，同时计数信息的检测，有利用包含于检测单元中的同一个筒状检测器内的一对光子检测元件进行的，另外，有利用各筒状检测器及各狭缝准直器的尺寸，由包含于相邻的两个筒状检测器各自中的一对光子检测元件进行的，也有利用包含于分开的两个筒状检测器各自中的一对光子检测元件进行的。换言之，同时计数信息的检测，不仅可在同一检测器环(相对平行于中心轴的方向将1层光子检测元件排列成环状)内进行，也可以在互相邻接的两个检测器环间进行，还可以在分开的两个检测器环之间进行。就是说，本发明的一实施方式的PET装置，是现有的二维PET装置和三维PET装置中间的构成，与现有的二维PET装置相比较，具有高出数倍的灵敏度。因此，本发明的一实施方式的PET装置，可以在提高重构图像分辨率的同时确保良好的检测灵敏度及定量性。
特别是，在本发明的一实施方式的PET装置中，由判断单元判断将同时检测到光子对的一对光子检测元件各自的受光面互相连接的直线与多个狭缝准直器之中的某一个是否相交，并根据此判断结果，由第1同时计数信息存储单元生成信号显像图，并且，由第2同时计数信息存储单元生成散射显像图。于是，由图像重构单元，根据散射显像图，对信号显像图的散射分量的影响进行校正，并根据此校正过的信号显像图，重构图像。这样，在本发明中，因为不仅可以利用多个狭缝准直器去除散射射线，还根据散射显像图对信号显像图的散射分量的影响进行校正，所以重构图像的定量性优异。
另外，在本发明的一实施方式的PET装置中，筒状检测器的特征在于检测光子入射到受光面上时该受光面上的二维入射位置的多个二维位置检测器是在规定的面上成环状排列构成的。在此场合，适于将各个光子检测元件小型化而提高重构图像的分辨率。
另外，本发明的一实施方式的PET装置，还包含有使检测单元及多个狭缝准直器一体地相对放置于测定空间中的被检测体在平行中心轴的方向上移动的移动装置，第1及第2同时计数信息存储单元，在利用移动装置相对被检测体移动检测单元及多个狭缝准直器期间，可各自分别获得同时计数信息，并将此同时计数信息变换为固定于被检测体上的坐标系的同时计数信息，由第1同时计数信息存储单元或第2同时计数信息存储单元存储。于是，根据此存储的同时计数信息(信号显像图及散射显像图)由图像重构单元得到重构图像。因此，即使是上述的筒状检测器及狭缝准直器的构成，对被检测体的体轴方向也可以以均匀的灵敏度检测光子对，并且，也可使重构图像的定量性均匀。
本发明的另一实施方式的PET装置，包括配置于测定空间的周围、检测在电子和正电子对湮灭所生成的一个光子和另一个光子的多个光子检测元件；只将从规定的方向飞来的光子导向多个光子检测元件每一个的多个准直器；在多个光子检测元件的任何一个检测到一个光子和多个光子检测元件任何一个检测到另一个光子的同时检测时，判断将检测到一个光子的光子检测元件的受光面和检测到另一个光子的光子检测元件的受光面互相连接的直线是否与多个准直器中的某一个相交的判断单元；在判断单元判断直线与多个准直器之中的任何一个都不相交时，将一个光子和另一个光子的同时计数信息进行存储的第1同时计数信息存储单元；在判断单元判断直线与多个准直器之中的某一个相交时，将一个光子和另一个光子的同时计数信息进行存储的第2同时计数信息存储单元；以及根据第2同时计数信息存储单元存储的同时计数信息，对第1同时计数信息存储单元存储的同时计数信息的散射分量的影响进行修正，并根据此修正过的同时计数信息，重构表示测定空间的一个光子和另一个光子对的发生频度的空间分布的图像的图像重构单元。
可以说本发明的另一实施方式的PET装置，与上述的本发明的一实施方式的PET装置相同。
根据本发明的再一个实施方式的PET装置的图像生成方法，是包含配置于测定空间的周围、检测在电子和正电子对湮灭所生成的一个光子和另一个光子的多个光子检测元件和只将从规定的方向飞来的光子导向多个光子检测元件每一个的多个准直器的PET装置的图像生成方法，包括在多个光子检测元件的任何一个检测到一个光子和多个光子检测元件任何一个检测到另一个光子的同时检测时，判断将检测到一个光子的光子检测元件的受光面和检测到另一个光子的光子检测元件的受光面互相连接的直线是否与多个准直器中的某一个相交的判断步骤；在判断步骤判断直线与多个准直器之中的任何一个都不相交时，将一个光子和另一个光子的同时计数信息进行存储的第1同时计数信息存储步骤；在判断单元判断直线与多个准直器之中的某一个相交时，将一个光子和另一个光子的同时计数信息进行存储的第2同时计数信息存储步骤；以及根据第2同时计数信息存储单元步骤的同时计数信息，对第1同时计数信息存储步骤存储的同时计数信息的散射分量的影响进行修正，并根据此修正过的同时计数信息，重构表示测定空间的一个光子和另一个光子对的发生频度的空间分布的图像的图像重构步骤。
可以说本发明的再一个实施方式的PET装置的图像生成方法，与上述的本发明的一实施方式的PET装置相同。
图1为本实施方式的PET装置的整体概略构成图。
图2为说明本实施方式的PET装置的检测单元及狭缝准直器的构成的示图。
图3为示出本实施方式的PET装置的检测单元及狭缝准直器的局部放大示图。
图4为说明本实施方式的PET装置的筒状检测器及狭缝准直器的构成的示图。
图5为本实施方式的PET装置中设置的叠块(block)检测器的构成图。
图6为本实施方式的PET装置的信号显像图S1及散射显像图S2各自的说明图。
图7为在包含本实施方式的PET装置的中设置的检测单元的中心轴(Z轴)的平面上剖开时的剖面的同时计数的说明图。
图8为在与本实施方式的PET装置的中设置的检测单元的中心轴(Z轴)的平行方向上观察时的同时计数线(LINE)的说明图。
图9为本实施方式的PET装置的同时计数信息的存储说明图。
图10为本实施方式的PET装置的傅里叶李文宁法的说明图。
图11为说明二维PET装置的检测单元的构成的示图。
图12为说明三维PET装置的检测单元的构成的示图。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明的实施方式予以详细说明。另外，在图面的说明中，同一元件赋予同一符号，重复的说明省略。另外，下面说明的本实施方式的PET装置的1包括全部权利要求的要件。
首先，利用图1～图5对本实施方式的PET装置1的构成进行说明。图1为本实施方式的PET装置的整体概略构成图。在此图中，示出的是相对检测单元10及狭缝准直器21在包含中心轴CAX的平面剖开时的剖面。本实施方式的PET装置1的构成包括检测单元10，狭缝准直器211～2111，床台31，支持台32，移动装置40，同时计数电路51，判断单元52，第1同时计数信息存储单元53，第2同时计数信息存储单元54，图像重构单元60以及显示单元70。另外，在此图中，还示出作为利用此PET装置进行检查的对象的被检测体2。另外，利用此PET装置检测同时计数信息的可能空间作为测定空间3示出。
检测单元10，是在各环状的屏蔽准直器11和屏蔽准直器12之间将筒状检测器131～1312平行于中心轴CAX排列而成。各筒状检测器13n，是将检测从包含中心轴CAX的测定空间3飞来的各个光子的光子检测元件15a以二维方式排列在包围中心轴CAX的筒上。即，各个筒状检测器13n，相当于多个光子检测元件15a以环形方式排列在垂直于中心轴CAX的面上的检测器环在平行于中心轴CAX的方向上作为多个叠层而构成的。狭缝准直器211～2111，至少在测定空间3和检测单元10之间，在与中心轴CAX平行方向上与筒状检测器筒状检测器131～1312交互配置、在从测定空间3飞来的光子之中只使与中心轴正交的规定平面大致平行的光子向着检测单元10通过。关于检测单元10和狭缝准直器211～2111的细节见后述。
床台31用来承载被检测体2，并由支持台32支持。移动装置40，使检测单元10及多个狭缝准直器211～2111一体地相对放置于测定空间3中的被检测体2在平行中心轴CAX的方向上移动。具体说，可以是移动装置40使检测单元10及多个狭缝准直器211～2111一体地相对放置于测定空间3中的被检测体2在平行中心轴CAX的方向上移动，也可以是使床台31(即被检测体2)在平行中心轴CAX的方向上移动。另外，在测定期间中可以是向着一个方向移动，也可以是往复移动。由移动装置40产生的相对移动，在测定期间中被检测体2的被测定部位以超过各筒状检测器13n的配置的节距的1/2的距离在测定空间3内移动。在测定期间中被检测体2的被测定部位在测定空间3内的移动最好是以上述节距的整数倍的距离进行，并且以等速进行。另外，在被检测体2的被测定部位在中心轴CAX方向上在一定范围内存在的场合，在测定期间中最好是上述一定范围内各部位在测定空间3内停留的时间大致一定。
第1同时计数信息存储单元53及第2同时计数信息存储单元54，在移动装置40使检测单元10及狭缝准直器211～2111移动期间，存储由包含在检测单元10中的一对光子检测元件15a检测到的光子对的同时计数信息。同时计数电路51，在包含在检测单元10中的一对光子检测元件15a同时检测到光子对的同时，输出表示该一对光子检测元件15a各自的位置的位置信息。
判断单元52，根据从同时计数电路51输出的位置信息，判断将同时检测到的光子对的一对光子检测元件15a各自的受光面15b互相连接的直线是否与狭缝准直器211～2111之中的某一个相交。在此判断单元52的判断之际，可以基于各筒状检测器13n及各狭缝准直器211～2111各个的几何学构造的计算进行判断，并且，也可以不将被检测体2置于测定空间3内而是根据转动棒状的校正用射线源而得到的同时计数信息进行判断。在后者的场合，可以利用为校正光子检测元件15a的灵敏度而进行的湮灭脉冲计测所得到的湮灭脉冲数据。
另外，预先进行上述的计算或计测，对包含在检测单元10中的一对光子检测元件15a的每一个，求出将当该一对光子检测元件15a各自的受光面15b互相连接的直线是否与狭缝准直器211～2111之中的某一个相交，以一对光子检测元件15a各自的位置信息为地址，比如将判断上述直线是否与某一个狭缝准直器21n相交作为1或0的数据，在ROM及RAM等的存储器上生成表也是合适的。于是，判断单元52，将同时计数电路51输出的位置信息作为地址读出表内的数据，并根据此读出的数据，判断将同时检测到的光子对的一对光子检测元件15a各自的受光面15b互相连接的直线是否与狭缝准直器211～2111之中的某一个相交。
第1同时计数信息存储单元53，在判断单元52判断上述直线不与狭缝准直器211～2111中的任何一个相交时，将由上述一对光子检测元件15a检测到的光子对的同时计数信息进行存储。所以，存储于第1同时计数信息存储单元53中的同时计数信息，包含光子没有散射时检测到的真的同时计数信息和光子有散射时检测到的同时计数信息。下面，将在测定期间中存储于第1同时计数信息存储单元53中的同时计数信息称为信号显像图S1。
另一方面，第2同时计数信息存储单元54，在判断单元52判断上述直线与狭缝准直器211～2111中的任何一个相交时，将由上述一对光子检测元件15a检测到的光子对的同时计数信息进行存储。所以，存储于第2同时计数信息存储单元54中的同时计数信息，不包含光子没有散射时检测到的真的同时计数信息，而只包含光子有散射时检测到的同时计数信息。下面，将在测定期间中存储于第2同时计数信息存储单元54中的同时计数信息称为散射显像图S2。
另外，在第1同时计数信息存储单元53和第2同时计数信息存储单元54各自存储同时计数信息之际，根据检测单元10及狭缝准直器211～2111相对被检测体2的相对变位量，将在检测单元10中检测到的同时计数信息变换为固定于被检测体上的坐标系的同时计数信息，并将此经过坐标变换的同时计数信息进行存储。另外，相对变位量，也可以使用藉助编码器等求出的数据，也可使用移动装置40掌握的数据。
另外，由于包含在检测单元10中的各光子检测元件15a的受光面15b具有一定的面积，通过将一对光子检测元件15a各自的受光面15b上的某一处位置以直线互相连接，该直线有时与狭缝准直器211～2111之中的某一个相交，有时不相交。在此场合，由于由此一对光子检测元件15a检测到的同时计数信息具有作为上述信号显像图S1存储的信息和作为上述散射显像图S2存储的信息之间的中间性格，第1同时计数信息存储单元53和第2同时计数信息存储单元54可相应于该程度将某一个存储或将某一个抛弃。
图像重构单元60，根据由第2同时计数信息存储单元54存储的同时计数信息(散射显像图S2)，对于由第1同时计数信息存储单元53存储的同时计数信息(信号显像图S1)的散射分量的影响进行校正，并根据此校正过的信号显像图S1，重构表示测定空间3的光子对的发生频度的空间分布的图像。关于此图像重构的细节见后述。另外，图像重构单元60，进行校正检测单元10的各光子检测元件15a的检测灵敏度的偏差的灵敏度校正，以及校正被检测体2的光子吸收的吸收校正。显示单元70，显示由图像重构单元60得到的重构图像。另外，控制单元80，对于由移动装置40进行的相对移动，由同时计数电路51进行的一对光子检测元件15a的位置信息的输出，由判断单元52进行的判断，由第1同时计数信息存储单元53进行的同时计数信息的存储，由第2同时计数信息存储单元54进行的同时计数信息的存储，由图像重构单元60进行的图像重构，以及由显示单元70进行的重构图像的显示进行控制。
图2为说明本实施方式的PET装置的检测单元10及狭缝准直器21的构成的示图。此图，示出的是在包含中心轴CAX的平面剖开检测单元10及狭缝准直器211～2111时的剖面。本实施方式的PET装置的检测单元10，包括在各个环形的屏蔽准直器11和屏蔽准直器12之间叠置的筒状检测器131～1312。另外，各个环形的狭缝准直器211～2111，至少在测定空间和检测单元10之间，在与中心轴CAX平行的方向上和筒状检测器13n交互配置。就是说，各狭缝准直器21n排列于互相邻接的筒状检测器13n和各筒状检测器13n+1之间的位置。于是，各狭缝准直器21n，由原子序数大比重大的材料(比如铅或钨)构成，厚度为数mm(比如5mm～6mm)，在从测定空间飞来的光子(γ射线)之中只使与中心轴CAX垂直的平面大致平行的光子向着检测单元10通过，起到遮挡斜着入射的光子的准直器的作用。
图3为示出本实施方式的PET装置的检测单元10及狭缝准直器21的局部(在图2中以点划线包围的框内的部分)放大示图。另外，图4为说明本实施方式的PET装置的各筒状检测器13n及狭缝准直器21n的构成的示图。在此图4中，示出在与中心轴CAX平行的方向上观察时的各筒状检测器13n和狭缝准直器21n的关系。各筒状检测器13n，具有在垂直于中心轴CAX的面上以环形排列于同一圆周上的多个叠块检测器141～14M。各叠块检测器14m，是检测在光子入射到受光面15b上时的该受光面15b上的二维入射位置的二维位置检测器。另外，各狭缝准直器21n，是设置于经互相邻接的筒状检测器13n和筒状检测器13n+1之间的空间一直到各筒状检测器13n的后部为止，在该后部由保持板22互相固定成为一体。
图5为叠块检测器14的构成图。如此图所示，各叠块检测器14m，是由P×Q(P≥2，Q≥2)的区段组成的闪烁块15和位置检测型光电倍增管16组合而成的闪烁检测器，在检测从测定空间飞来到达的光子的同时，检测到光子光子入射到闪烁块15的受光面15b上时的二维入射位置。即，各叠块检测器14m，相当于P×Q个小型光子检测元件15a以二维方式配列而成。另外，这种叠块检测器14m以环形排列构成的筒状检测器13n，相当于多个小型光子检测元件15a在垂直于中心轴CAX的面上以环形排列而构成的检测器环，并且此检测器环在在平行于中心轴CAX的方向上作为多个叠层而构成。另外，在叠块检测器14m中，闪烁块15及位置检测型光电倍增管16一起，用来向此位置检测型光电倍增管16内的各电极施加电压的电阻器组，用来将从此位置检测型光电倍增管16的阳极电极输出的电流信号输入作为电压信号输出的前置放大器收纳于用于遮光的框体内。
比如，闪烁块15，最好是使用BGO(Bi4Ge3O12)、GSO(Gd2SiO5(Ce))、LSO(Lu2SiO5(Ce))以及PWO(PbWO4)等。闪烁块15由8×8区段组成，各区段的大小为6mm×6mm×20mm，并且位置检测型光电倍增管16的光电面的大小为50mm×50mm。于是，包含这种闪烁块15及位置检测型光电倍增管16的叠块检测器14m，60个以环形排列而构成筒状检测器13n。此时，各筒状检测器13n的内径为大约1000mm。此外，这种筒状检测器131～1312和狭缝准直器211～2111在与中心轴CAX平行的方向上交互叠置而成的厚度(即体轴方向视野)大约为670mm。
在这种条件下，伴随测定空间3的电子和正电子对的湮灭而发生的在互相逆向方向上飞出的能量为511keV的光子(γ射线)对的检测，即同时计数信息的检测，有利用同一筒状检测器13n内的一对叠块检测器14进行的，也有利用分别包含于互相邻接的筒状检测器13n及筒状检测器13n+1中的一对叠块检测器14进行的。另外，同时计数信息的检测，也有利用分别包含于分开的两个筒状检测器13中的一对叠块检测器14进行的。换言之，同时计数信息的检测，不仅有利用同一检测器环进行的，也有利用互相邻接的两个检测器环进行的，还有在分开的两个检测器环之间进行的。
就是说，本实施方式的PET装置1，为现有的二维PET装置和现有的三维PET装置中间的一种构成。如计算上述条件下的体轴方向视野单位长度(cm)的灵敏度，本实施方式的PET装置1的灵敏度大约为1.3kcps/(kBq·ml)，与现有的三维PET装置的灵敏度(约2.58kcps/(kBq·ml)相比较大约是1/2，与现有的二维PET装置的灵敏度(约0.28kcps/(kBq·ml)相比较大约是4倍～5倍。
下面利用图6～图9对同时计数电路51、判断单元52、第1同时计数信息存储单元53及第2同时计数信息存储单元54予以更详细的说明。图6为信号显像图S1及散射显像图S2各自的说明图。在此图中，细实线1是以某一光子检测元件15a的受光面15b为一端的同时计数线，表示作为信号显像图S1存储的同时计数信息及作为散射显像图S2存储的同时计数信息的界面的表示线。黑圆点表示电子正电子对湮灭的位置，粗实线L表示伴随电子正电子湮灭而发生的光子(γ射线)对的飞行路线。另外，白圆点表示光子产生散射的位置，虚线表示散射光子的飞行路线。
如此图所示，光子散射的同时计数信息，有时由同时计数线和狭缝准直器211～2111中的某一个相交的一对光子检测元件15a检测到。于是，在此场合，此点由判断单元52判断，由第2同时计数信息存储单元54存储同时计数信息，生成散射显像图S2。另外，与光子无散射的真的同时计数信息一起，光子散射的同时计数信息，有时由同时计数线与狭缝准直器211～2111中的任何一个都不相交的一对光子检测元件15a检测到。于是，在此场合，此点由判断单元52判断，由第1同时计数信息存储单元53存储同时计数信息，生成信号显像图S1。
图7为在包含中心轴CAX(Z轴)的平面上剖开时的剖面的同时计数的说明图。另外，在此图中，省略了狭缝准直器21n。在此图中，带有箭头的4根粗直线示出同一检测器环内或在两个检测器环之间检测到同时计数信息的平面(以下称其为“投影面”)，包含在同一检测器环Rn内同时计数的投影面(检测器环差d＝0)，在两个检测器环Rn和检测器环Rn+1之间同时计数的投影面(检测器环差d＝1)，在两个检测器环Rn和检测器环Rn+2之间同时计数的投影面(检测器环差d＝2)，以及在两个检测器环Rn和检测器环Rn+3之间同时计数的投影面(检测器环差d＝3)。另外，各投影面和Z轴的交点的Z坐标设定为z。
图8为相对上述投影面之一在与中心轴(Z轴)的平行方向上观察时的同时计数线(LINE)的说明图。在此图中，两端带有箭头的直线表示同时计数线，q为同时计数的方向的方位角，t为在与该方向成直角的方向上的同时计数线的位置坐标。
如这些图所示，同时计数线，由到投影上的Z轴的距离t，在与Z轴平行的方向上观察时的方位角q(＝0～360°)，投影面与Z轴相交的Z轴坐标值z，以及检测器环差d(＝0，1，2，3，…)确定。于是，同时计数电路51，在包含在检测单元10中的一对光子检测元件15a同时检测到光子对时，作为表示该一对光子检测元件15a各自的位置的位置信息，输出4个参数t，q，z以及d各自的值。另外，判断单元52，根据从同时计数电路51输出的4个参数t，q，z以及d各自的值，判断将同时检测到的光子对的一对光子检测元件15a各自的受光面15b互相连接的直线是否与狭缝准直器211～2111之中的某一个相交。
图9为同时计数信息的存储说明图。如此图所示，第1同时计数信息存储单元53，对4个参数t，q，z以及d各自的值存储同时计数信息，生成信号显像图S1(t，q，z，d)。同样，第2同时计数信息存储单元54，对4个参数t，q，z以及d各自的值存储同时计数信息，生成散射显像图S2(t，q，z，d)。另外，在第1同时计数信息存储单元53和第2同时计数信息存储单元54各自存储同时计数信息之际，存储以相对被检测体2固定的坐标系表示的同时计数信息。
下面对图像重构单元60的图像重构予以更详细的说明。另外，以下，假设参数z的值为相对被检测体2固定的坐标系中的值。首先，图像重构单元60，由第1同时计数信息存储单元53取得存储同时计数信息生成的信号显像图S1(t，q，z，d)，并且，由第2同时计数信息存储单元54取得存储同时计数信息生成的散射显像图S2(t，q，z，d)。
因为此散射显像图S2(t，q，z，d)关于参数d的变化小，图像重构单元60，关于参数d对散射显像图S2(t，q，z，d)进行加法运算。以下，以S3(t，q，z)表示此加法运算的结果。另外，也可以在第2同时计数信息存储单元54存储同时计数信息之际，忽略参数d，对3个参数t，q，及z各自的值存储同时计数信息，生成散射显像图S3(t，q，z)。
另外，因为此散射显像图S3(t，q，z)关于参数z及t分别足够平滑，图像重构单元60，最好是利用低通滤波器(比如半值宽度约为5mm的高斯函数滤波器)分别关于参数z及t对散射显像图S3(t，q，z)进行平滑化。藉此可以降低统计噪声。
于是，图像重构单元60，根据以上述方式求出的散射显像图S3(t，q，z)，校正信号显像图S1(t，q，z，d)的散射分量的影响，求出真的信号显像图S(t，q，z，d)。具体说，图像重构单元60，利用式S(t，q，z，d)＝S1(t，q，z，d)-k·S3(t，q，z)·K(d)求出真的信号显像图S(t，q，z，d)。此处，K(d)是校正一对光子检测元件15a的光子检测的灵敏度的灵敏度校正系数，根据上述的湮灭脉冲计测所得到的湮灭脉冲数据求出，是参数d的函数。另外，常数k的值的确定应使被检测体2的外部的真的信号显像图S(t，q，z，d)的绝对值尽可能地小。
接着，图像重构单元60，根据以上述方式求出的真的信号显像图S(t，q，z，d)，重构表示测定空间3的光子对的发生频度的空间分布的图像。作为此图像重构的算法可以使用三维滤波器逆投影法及傅里叶李文宁法。三维滤波器逆投影法，原理上是将在X线CT等广泛使用的二维滤波器逆投影法扩展到三维的方法，是将在种种投影方向上测定的二维投影数据经过适当的校正之后，通过将其在各个方向上进行三维逆投影而得到重构图像的方法。另外，在傅里叶李文宁法中，如图10所示，与相对检测器环面倾斜的投影(同图(a))相对应的真的信号显像图S(同图(b))，关于参数t及q进行二维傅里叶变换，可得到关于变数n及ω的二维傅里叶变换映象(同图(c))。此二维傅里叶变换映象，是利用“频率距离关系”，即“γ＝-n/ω”，变换为与检测器环面平行的薄层的二维傅里叶变换映象(同图(d))。这样得出的各平行薄层的二维傅里叶变换映象，经二维逆傅里叶变换可得到各平行薄片的投影数据(同图(e))。于是，通过对此各平行薄层的投影数据进行二维图像重构，可得到重构图像(同图(f))。
下面对本实施方式的PET装置1的图像生成方法予以说明。将投给RI射线源的被检测体2置于床台31上，使被检测体2的被测定部位位于测定空间3内。于是，在控制单元80的控制之下，PET装置1按下述方式动作。首先，利用移动装置40，使检测单元10及多个狭缝准直器211～2111一体地相对放置于测定空间3中的被检测体2在平行中心轴CAX的方向上开始移动。
在伴随测定空间3的电子正电子对的湮灭发生的能量为511keV的光子(γ射线)对之中，未被狭缝准直器211～2111遮蔽而到达检测单元10的光子对，由包含在检测单元10中的一对光子检测元件15a同时检测到，表示此一对光子检测元件15a的各自的位置的位置信息由同时计数电路51输出。在判断单元52中，根据从此同时计数电路51输出的位置信息，判断将同时检测到的光子对的一对光子检测元件15a各自的受光面15b互相连接的直线是否与狭缝准直器211～2111之中的某一个相交。
于是，在判断单元52判断上述直线与狭缝准直器211～2111之中的任何一个都不相交时，将上述一对光子检测元件15a检测到的光子对的同时计数信息变换为固定于被检测体2上的坐标系的同时计数信息，由第1同时计数信息存储单元53存储。另一方面，在判断单元52判断上述直线与狭缝准直器211～2111之中的某一个相交时，将上述一对光子检测元件15a检测到的光子对的同时计数信息变换为固定于被检测体2上的坐标系的同时计数信息，由第2同时计数信息存储单元54存储。
在规定的测定期间结束时，第1同时计数信息存储单元53和第2同时计数信息存储单元54各自进行的同时计数信息的存储结束，由移动装置40进行的相对移动结束。于是，由图像重构单元60，根据由第2同时计数信息存储单元54存储生成的散射显像图S2，对根据由第1同时计数信息存储单元53存储生成的信号显像图S1的散射分量的影响进行校正，并根据此校正过的信号显像图所，重构表示测定空间3的光子对的发生频度的空间分布的图像。另外，利用图像重构单元60，进行灵敏度校正及吸收校正。由显示单元70显示由图像重构单元60得到的重构图像。
如上所述，本实施方式的PET装置1的检测单元10，筒状检测器131～1312是排列在与中心轴CAX平行的方向上，各筒状检测器13n中多个光子检测元件15a以二维方式排列在包围中心轴CAX的筒上。于是，筒状检测器131～1312和狭缝准直器211～2111在平行于中心轴CAX的方向上交互配置。利用如此构成的检测单元10，可以通过各个光子检测元件15a的小型化提高重构图像的分辨率。并且，不仅在检测器环之间设置狭缝准直器，而且通过在筒状检测器13n之间设置狭缝准直器12n，可确保各狭缝准直器12n的间隔，抑制开度的降低，确保光子对的检测灵敏度。此外，因为不需要个狭缝准直器12n很薄，可维持准直效果，可有效地去除散射射线，可确保重构图像的定量性。这样，本实施方式的PET装置1，可以在提高重构图像分辨率的同时确保良好的检测灵敏度及定量性。
此外，在本实施方式中，由判断单元52判断将同时检测到光子对的一对光子检测元件15a各自的受光面15b互相连接的直线是否与多个狭缝准直器211～2111之中的某一个相交，并根据此判断结果，由第1同时计数信息存储单元53生成信号显像图S1，并且，由第2同时计数信息存储单元54生成散射显像图S2。于是，由图像重构单元60，根据散射显像图S2，对信号显像图S1的散射分量的影响进行校正，并根据此校正过的信号显像图S1，重构图像。这样，在本实施方式中，因为不仅可以利用多个狭缝准直器211～2111去除散射射线，还根据散射显像图S2对信号显像图S1的散射分量的影响进行校正，所以重构图像的定量性优异。
本实施方式的散射校正法，与现有的散射校正法相比较，具有以下的优点。即，第1散射校正法(能量窗口法)，是将能量为511keV的光子对的同时计数信息进行存储作为信号显像图，低于此能量的光子在被检测体内作为康普顿散射分量存储而作为散射显像图，将散射显像图乘以一定的常数与信号显像图相减，可得到真的信号显像图。此第1散射校正法，在可以从体轴方向视野外去除散射射线这一点上是有效的，但必须要光子检测元件的能量分辨率特性优异，不适用于使用包含发光量少能量分辨率低的闪烁体的光子检测元件的场合。与此相对，在本实施方式的散射校正法中，因为不需要进行能量分析，适用于使用包含发光量少能量分辨率低的闪烁体的光子检测元件的场合。
另外，第2散射校正法(计算法的一种)，是预先在具有与被检测体类似形状的一样水的人体模型中放置点射线源而获得散射反应，获得放置被检测体进行测定的信号显像图，对信号显像图和散射显像图进行重积分求出模拟的散射显像图，从信号显像图减去散射显像图而得到真的信号显像图。另外，此第2散射校正法，通过反复进行上述的重积分和减法运算，可以正确地去除散射分量。此第2散射校正法，由于是根据视野内存在的射线源分布进行校正，所以不能去除来自视野外的散射射线。与此相对，在本实施方式的散射校正法中，由于是在被检测体放置于测定空间的状态中直接求出散射显像图，通过简单的计算就可以正确地校正信号显像图，并且也可以去除来自视野外的散射射线。
另外，第3散射校正法(另外一种计算法)，是利用信号显像图中在被检测体外部只是散射分量这一点，将被检测体的散射轮廓内插到被检测体内部而近似地推定散射显像图，从信号显像图减去散射显像图可得到真的信号显像图。此第3散射校正法，在被检测体的内部的射线源分布比较一样的场合，可以比较正确地近似散射显像图。但是，在被检测体内部射线源局限的场合，有时散射轮廓变得形状复杂，很难对其进行推定。与此相对，在本实施方式的散射校正法中，由于是在被检测体放置于测定空间的状态中直接求出散射显像图，通过简单的计算就可以正确地校正信号显像图，并且也可以去除来自视野外的散射射线。
如上所述，在本实施方式的PET装置1中，除了检测单元10及狭缝准直器211～2111是上述构成外，可以根据1次测定期间中同时获得的信号显像图S1及散射显像图S2，以上述方式进行散射校正，可以在提高重构图像分辨率的同时确保良好的光子对检测灵敏度及定量性。特别是。本实施方式的散射校正法，与现有的方法相比较，在使用包含发光量少能量分辨率低的闪烁体的光子检测元件的场合也适用。并且，在也可以去除来自视野外的散射射线这一点上优点突出。
另外，在利用移动装置40，使检测单元10及多个狭缝准直器211～2111一体地在平行中心轴CAX的方向上移动期间，由第1同时计数信息存储单元53或第2同时计数信息存储单元54此处同时计数信息，并根据此存储的同时计数信息(信号显像图S1及散射显像图S2)利用图像重构单元由图像重构单元60得到重构图像。所以，在本实施方式中，即使是上述的筒状检测器131～1312和狭缝准直器211～2111的构成，也可以对被检测体2的体轴方向以均匀的灵敏度检测光子对，并且，可以使重构图像的定量性均匀。
另外，在本实施方式中，检测在光子入射到受光面15b上时的该受光面15b上的二维入射位置的多个二维位置检测器(叠块检测器14)是以环形排列构成筒状检测器13n。所以，在此场合，适于将各个光子检测元件小型化而提高重构图像的分辨率。
另外，在本实施方式中，狭缝准直器21n，是设置于经互相邻接的筒状检测器13n和筒状检测器13n+1之间的空间一直到各筒状检测器13n的后部为止，在该后部由保持板22互相固定成为一体。所以，在此场合，各筒状检测器13n和各狭缝准直器21n的相对的位置关系的精度优异，因为各筒状检测器13n和各狭缝准直器21n一直是位于与中心轴CAX平行的方向上，进入各筒状检测器13n的光子的入射效率优异，性能可得到充分发挥。另外，因为各筒状检测器13n、各狭缝准直器21n及保持板22等的加工精度及装配精度不需要严密的管理，制造容易而便宜。另外，检测单元10及狭缝准直器211～2111作为一个整体在与中心轴CAX平行的方向上移动也是合适的。
如以上详细说明的，根据本发明，同时计数信息的检测，有利用包含于检测单元中的同一个筒状检测器内的一对光子检测元件进行的，另外，有利用各筒状检测器及各狭缝准直器的尺寸，由包含于相邻的两个筒状检测器各自中的一对光子检测元件进行的，也有利用包含于分开的两个筒状检测器各自中的一对光子检测元件进行的。换言之，同时计数信息的检测，不仅可在同一检测器环内进行，也有在互相邻接的两个检测器环间进行，还有在分开的两个检测器环之间进行。就是说，本发明的实施方式的PET装置，是现有的二维PET装置和三维PET装置中间的构成，与现有的二维PET装置相比较，具有高出数倍的灵敏度。因此，本发明的实施方式的PET装置，可以在提高重构图像分辨率的同时确保良好的检测灵敏度及定量性。
特别是，在本发明的实施方式的PET装置中，由判断单元判断将同时检测到光子对的一对光子检测元件各自的受光面互相连接的直线是否与多个狭缝准直器之中的某一个相交，并根据此判断结果，由第1同时计数信息存储单元生成信号显像图，并且，由第2同时计数信息存储单元生成散射显像图。于是，由图像重构单元，根据散射显像图，对信号显像图的散射分量的影响进行校正，并根据此校正过的信号显像图重构图像。这样，在本发明中，因为不仅可以利用多个狭缝准直器去除散射射线，还根据散射显像图对信号显像图的散射分量的影响进行校正，所以重构图像的定量性优异。
权利要求
1.一种PET装置，包括检测单元，包含分别检测从包含中心轴的测定空间飞来的各个光子的多个光子检测元件在包围上述中心轴的筒上二维排列而成的多个筒状检测器，并且这些多个筒状检测器是在平行于上述中心轴的方向上排列；至少在上述测定空间和上述检测单元之间，在与上述中心轴平行方向上与上述筒状检测器交互配置、在从上述测定空间飞来的光子之中只使与上述中心轴正交的规定平面大致平行的光子向着上述检测单元通过的多个狭缝准直器；在包含在上述检测单元中的一对光子检测元件同时检测到光子对时，判断将上述一对光子检测元件各自的受光面互相连接的直线与多个狭缝准直器之中的某一个是否相交的判断单元；在上述判断单元判断上述直线与多个狭缝准直器之中的任何一个都不相交时，将由上述一对光子检测元件检测到的光子对的同时计数信息进行存储的第1同时计数信息存储单元；在上述判断单元判断上述直线与多个狭缝准直器之中的某一个相交时，将由上述一对光子检测元件检测到的光子对的同时计数信息进行存储的第2同时计数信息存储单元；以及根据上述第2同时计数信息存储单元存储的同时计数信息，对上述第1同时计数信息存储单元存储的同时计数信息的散射分量的影响进行修正，并根据该修正过的同时计数信息，重构表示上述测定空间的光子对的发生频度的空间分布的图像的图像重构单元。
2.如权利要求1的PET装置，其中上述筒状检测器构成为，检测光子入射到受光面上时该受光面上的二维入射位置的多个二维位置检测器在规定的面上成环状排列。
3.如权利要求1或2的PET装置，其中还包括使上述检测单元及上述多个狭缝准直器一体地相对放置于上述测定空间中的被检测体在平行上述中心轴的方向上移动的移动装置，上述第1及第2同时计数信息存储单元，在利用上述移动装置相对上述被检测体移动上述检测单元及上述多个狭缝准直器期间，可分别获得同时计数信息，并将此同时计数信息变换为固定于上述被检测体上的坐标系的同时计数信息。
4.一种PET装置，包括配置于测定空间的周围、检测在电子和正电子对湮灭所生成的一个光子和另一个光子的多个光子检测元件；只将从规定的方向飞来的光子导向上述多个光子检测元件每一个的多个准直器；在上述多个光子检测元件的任何一个检测到上述一个光子和上述多个光子检测元件的任何一个检测到另一个光子的同时检测时，判断将检测到上述一个光子的光子检测元件的受光面和检测到上述另一个光子的光子检测元件的受光面互相连接的直线是否与上述多个准直器中的某一个相交的判断单元；在上述判断单元判断上述直线与上述多个准直器之中的任何一个都不相交时，将上述一个光子和上述另一个光子的同时计数信息进行存储的第1同时计数信息存储单元；在上述判断单元判断上述直线与上述多个准直器之中的某一个相交时，将上述一个光子和上述另一个光子的同时计数信息进行存储的第2同时计数信息存储单元；以及根据上述第2同时计数信息存储单元存储的同时计数信息，对上述第1同时计数信息存储单元存储的同时计数信息的散射分量的影响进行修正，并根据此修正过的同时计数信息，重构表示上述测定空间的上述一个光子和上述另一个光子对的发生频度的空间分布的图像的图像重构单元。
5.如权利要求4的PET装置，其中为了确定检测上述一个光子及上述另一个光子的上述光子检测元件的上述受光面的位置，上述多个光子检测元件以二维方式排列。
6.如权利要求5的PET装置，其中上述测定空间做成为筒状，在上述筒状的侧面上以二维方式排列上述多个光子检测元件。
7.如权利要求6的PET装置，其中通过将上述多个光子检测元件以二维方式排列构成的叠块检测器有多个，通过将上述多个叠块检测器以环形配置于上述筒状的侧面上将上述多个光子检测元件以二维方式排列于上述筒状的侧面上。
8.如权利要求4～7中任何一项的PET装置，其中包含在上述同时检测时，将表示检测上述一个光子的上述光子检测元件及检测上述另一个光子的上述光子检测元件的各个位置的位置信息输出到上述判断单元的装置。
9.如权利要求4～8中任何一项的PET装置，其中包含显示利用上述图像重构单元得到的重构图像的显示装置。
10.一种PET装置的图像生成方法，该PET装置包括配置于测定空间的周围、检测在电子和正电子对湮灭所生成的一个光子和另一个光子的多个光子检测元件；和只将从规定的方向飞来的光子导向多个光子检测元件每一个的多个准直器；该方法包括在上述多个光子检测元件的任何一个检测到上述一个光子和上述多个光子检测元件任何一个检测到上述另一个光子的同时检测时，判断将检测到上述一个光子的光子检测元件的受光面和检测到上述另一个光子的光子检测元件的受光面互相连接的直线是否与多个准直器中的某一个相交的判断步骤；在上述判断步骤判断上述直线与上述多个准直器之中的任何一个都不相交时，将上述一个光子和上述另一个光子的同时计数信息进行存储的第1同时计数信息存储步骤；在上述判断单元判断上述直线与上述多个准直器之中的某一个相交时，将上述一个光子和上述另一个光子的同时计数信息进行存储的第2同时计数信息存储步骤；以及根据上述第2同时计数信息存储单元步骤的同时计数信息，对上述第1同时计数信息存储步骤存储的同时计数信息的散射分量的影响进行修正，并根据此修正过的同时计数信息，重构表示上述测定空间的上述一个光子和上述另一个光子对的发生频度的空间分布的图像的图像重构步骤。
11.如权利要求10的PET装置的图像生成方法，其中包括在上述同时检测时，生成表示检测上述一个光子的上述光子检测元件及检测上述另一个光子的上述光子检测元件的各个位置的位置信息的步骤；且根据上述位置信息进行上述判断步骤。
12.如权利要求10或11的PET装置的图像生成方法，其中包括显示利用上述图像重构步骤得到的重构图像的显示步骤。
全文摘要
提供一种PET装置，在提高重构图像的分辨率及保持良好的光子对检测灵敏度的同时，通过对散射射线的适当校正使定量性优异。在判断单元(52)中，判断将同时检测到的光子对的一对光子检测元件(15a)各自的受光面(15b)互相连接的直线是否与狭缝准直器(2文档编号G01T1/29GK1429345SQ01809567
公开日2003年7月9日 申请日期2001年5月23日 优先权日2000年5月24日
发明者田中栄一, 山下贵司 申请人:浜松光子学株式会社