JP2008190901A - Positron emission tomography system - Google Patents
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Abstract
【課題】ファントムによらない計数率の補正方法により、定量性の高い陽電子放出型断層撮影装置を提供することを目的とする。
【解決手段】陽電子放出型断層撮影装置1Aは、γ線の検出に応じてγ線検出信号を出力する複数の検出器21を有し、γ線検出信号にもとづいて検出時刻情報とγ線検出器を識別する検出器IDと検出γ線エネルギ値を含む検出γ線情報を生成する複数のユニット基板20と、検出γ線情報にもとづいて同時計測部12bにおいて同時計測処理をし、画像再構成部12hにおいて断層画像を生成するデータ処理装置12Aと、を備えている。データ処理装置12Aは、同時計測処理において、入力されるシングルイベントの計数率を取得するシングルイベント計測部12dと、取得されたシングルイベントの計数率にもとづいて補正係数を算出する補正計数算出部12eと、を有し、算出された補正計数にもとづいて断層画像を補正することを特徴とする。
【選択図】図2An object of the present invention is to provide a positron emission tomography apparatus with high quantification by a counting rate correction method not using a phantom.
A positron emission tomography apparatus includes a plurality of detectors that output γ-ray detection signals in response to detection of γ-rays, and detection time information and γ-ray detection based on the γ-ray detection signals. A plurality of unit boards 20 for generating detected γ-ray information including a detector ID for identifying the detector and a detected γ-ray energy value, and simultaneous measurement processing in the simultaneous measuring unit 12b based on the detected γ-ray information, and image reconstruction The data processing device 12A that generates a tomographic image in the unit 12h is provided. In the simultaneous measurement process, the data processing device 12A includes a single event measurement unit 12d that acquires a count rate of an input single event, and a correction count calculation unit 12e that calculates a correction coefficient based on the acquired count rate of the single event. And tomographic images are corrected based on the calculated correction count.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、核医学診断装置に係り、特に、放射線検出器を用いた核医学診断装置の一種である陽電子放出型断層撮影(Positron Emission Computed Tomography)装置(以下、PET装置と称する)に関する。 The present invention relates to a nuclear medicine diagnostic apparatus, and more particularly to a positron emission computed tomography apparatus (hereinafter referred to as a PET apparatus) which is a kind of nuclear medicine diagnostic apparatus using a radiation detector.
放射線を利用した検査技術は、被検体内部を非破壊で検査することができる。特に、人体に対する放射線検査技術には、X線CT、PET、SPECT単光子放出型CT(Single Photon Emission Computed Tomography、以下、「SPECT」という)等がある。
これらの技術は、いずれも、検査対象の物理量を放射線飛翔方向の積分値として計測し、その積分値を逆投影することにより被検体内の各ボクセルの物理量を計算し画像化する技術である。これらの技術では、膨大なデータを処理する必要があり、近年のコンピュータの技術の急速な発達に伴い、処理の高速化が図られ、高詳細画像が提供されるようになってきた。
The inspection technique using radiation can inspect the inside of a subject nondestructively. In particular, radiation inspection techniques for the human body include X-ray CT, PET, SPECT single photon emission computed tomography (hereinafter referred to as “SPECT”), and the like.
Each of these techniques is a technique for measuring a physical quantity to be examined as an integral value in the radiation flight direction, and calculating and imaging the physical quantity of each voxel in the subject by back projecting the integral value. With these technologies, it is necessary to process enormous amounts of data, and with the rapid development of computer technology in recent years, the processing speed has been increased and high-detail images have been provided.
PETおよびSPECTは、X線CT等では検出できない分子生物学レベルでの機能や代謝の検出が可能な手法であり、身体の機能画像を提供することが可能である。PETは、18F、15O、11Cといったポジトロン放出核種で標識した放射性薬剤を投与し、その分布を計測して画像化する手法である。薬剤には、フルオロ・デオキシ・グルコース(2−[F−18]fluoro-2-deoxy-D-glucose、18FDG)等があり、これは、薬剤が糖代謝により腫瘍組織に高集積することを利用しており、腫瘍部位の特定に使用される。
体内に取り込まれた放射線核種は、崩壊してポジトロン(β+)を放出する。放出されたポジトロンは電子と結合して消滅する際に、それぞれ511keVのエネルギを有する一対の消滅γ線(消滅γ線対)を放出する。この消滅γ線対は、ほぼ反対方向(180度±0.6度)に放射されるので、被検体の周りを取り囲むように配置した検出素子で消滅γ線対を同時検出し、その放射方向データを蓄積することで投影データ(サイノグラムデータ)を得ることができる。投影データをフィルタードバックプロジェクション法(Filtered Back Projection Method)(非特許文献1参照)などを使用して逆投影し、放射位置(放射線核種の集積位置)を同定し画像化することが可能となる。
PET and SPECT are techniques capable of detecting functions and metabolism at a molecular biology level that cannot be detected by X-ray CT or the like, and can provide a functional image of the body. PET is a technique in which a radiopharmaceutical labeled with positron emitting nuclides such as 18 F, 15 O, and 11 C is administered, and its distribution is measured and imaged. Examples of drugs include fluoro-deoxy-glucose (2- [F-18] fluoro-2-deoxy-D-glucose, 18 FDG), which indicates that drugs are highly accumulated in tumor tissues due to glucose metabolism. It is used to identify the tumor site.
Radionuclides taken into the body decay and release positrons (β +). When the emitted positron is combined with an electron and annihilated, it emits a pair of annihilation γ-rays (annihilation γ-ray pairs) each having energy of 511 keV. Since this annihilation γ-ray pair is emitted in almost opposite directions (180 ° ± 0.6 °), the annihilation γ-ray pair is simultaneously detected by a detection element arranged so as to surround the subject, and the radiation direction thereof Projection data (sinogram data) can be obtained by accumulating data. Projection data is back-projected using a filtered back projection method (see Non-Patent Document 1) and the like, and a radiation position (an accumulation position of radionuclides) can be identified and imaged.
前記した従来のPET装置などの放射線撮像装置では、画像を得るために、γ線検出器としてシンチレータを使用している。シンチレータは、入射したγ線を一旦可視光に変換し、その後、光電子増倍管(フォトマルチプライア)により電気信号に変換し直すという処理を行っている。シンチレータは、可視光変換時のフォトン発生数が少ない上に、前記のように2段階の変換過程を必要とするためにエネルギ分解能が低く、必ずしも高精度の診断を行なうことができないという問題を有していた。エネルギ分解能の低下は、特に、PET装置の3D撮像時に定量性評価ができない原因となっている。なぜなら、エネルギ分解能が低いためにγ線のエネルギ閾値を低くせざるを得なく、3D撮像時に増加するノイズである体内散乱を多く検出してしまうからである。
また、複数のシンチレータの信号を1つの高電子増倍管で増幅し、重心演算をすることにより検出位置を特定しているために、検出位置に誤差を生じる問題を有している。
In the radiation imaging apparatus such as the conventional PET apparatus described above, a scintillator is used as a γ-ray detector in order to obtain an image. The scintillator performs a process of once converting incident γ-rays into visible light and then converting it back to an electric signal by a photomultiplier tube (photomultiplier). The scintillator has a problem that the number of photons generated at the time of visible light conversion is small and the two-step conversion process is required as described above, so that the energy resolution is low and a high-precision diagnosis cannot always be performed. Was. The decrease in energy resolution is a cause that cannot be quantitatively evaluated especially when 3D imaging is performed by a PET apparatus. This is because, since the energy resolution is low, the energy threshold of γ-rays has to be lowered, and a lot of internal scattering, which is noise that increases during 3D imaging, is detected.
Further, since the detection position is specified by amplifying signals of a plurality of scintillators with one high electron multiplier and performing the centroid calculation, there is a problem that an error occurs in the detection position.
そこで、近年、放射線撮像装置用の検出器として半導体放射線検出器を用いることが注目されている。半導体放射線検出器は、入射したγ線を直接電気信号に変換するものであり、生成される電子−正孔対の数が多いために、エネルギ分解能が高いという特徴を有している。また、γ線の検出は個々の半導体検出器で独立に行われるので、位置分解能が良いという特徴も有している。さらに、半導体検出器は微細化が可能であり、一分解能を向上することができる。 Therefore, in recent years, the use of a semiconductor radiation detector as a detector for a radiation imaging apparatus has attracted attention. The semiconductor radiation detector directly converts incident γ-rays into electrical signals, and has a feature of high energy resolution due to the large number of electron-hole pairs generated. Further, since the detection of γ-rays is performed independently by each semiconductor detector, it has a feature that the position resolution is good. Furthermore, the semiconductor detector can be miniaturized and one resolution can be improved.
γ線検出器としてシンチレータを用いている場合には、複数個のシンチレータの結晶からの光信号を位置弁別可能な光電子増倍管により処理している。従って、1チャンネル(1個のシンチレータの結晶)当たりで計測可能な最大計数率が、光電子増倍管の処理可能な最大計数率から決まる。1つの光電子増倍管の処理するシンチレータの結晶の数が増大すると、1チャンネル当たりの最大計数率が低下する問題がある。
一方、半導体γ線検出器においては、個々の検出器からの信号を個別の回路系で読み出すことが可能であり、1チャンネル(1半導体γ線検出器)当たりの最大係数率が向上し、回路系のデッドタイムによるデータ損失が低減され、高計数率状態での撮像が可能となる。
On the other hand, in semiconductor γ-ray detectors, signals from individual detectors can be read out by individual circuit systems, and the maximum coefficient rate per channel (one semiconductor γ-ray detector) is improved. Data loss due to system dead time is reduced, and imaging in a high count rate state becomes possible.
ところで、PET装置では出力される画像から診断処理などを実施する場合に、画像の定量性が非常に重要となる。つまり、被検体の体内に分布する放射性核種の濃度に比例した画像の濃度分布となるような計数率を得る必要がある。
シンチレータを用いたPET装置においては、計数率が増大すると前記のように光電子増倍管などの信号処理系でのデッドタイムによりデータ損失が増大し、前記定量性が保持されなくなる。一方、半導体γ線検出器を用いた場合はデータ損失が少なく、定量性に優れている。
By the way, in a PET apparatus, when performing a diagnostic process etc. from the output image, the quantitative property of the image is very important. That is, it is necessary to obtain a count rate that provides an image density distribution proportional to the concentration of the radionuclide distributed in the body of the subject.
In a PET apparatus using a scintillator, when the counting rate increases, data loss increases due to dead time in a signal processing system such as a photomultiplier tube as described above, and the quantitativeness cannot be maintained. On the other hand, when a semiconductor γ-ray detector is used, there is little data loss and excellent quantitativeness.
定量性確保のためにデッドタイム補正を実施するのが一般的である。このデッドタイム補正とは、被検体の放射能濃度に応じた補正テーブルを予め用意し、撮像時にはこの補正テーブルから計測データのデータを実施する手法である。
具体的には、同時計測前のシングルイベントの計数率(シングルイベントレート)に対して補正量(補正テーブル)をファントム試験などにより予め求めておき、撮像時にシングルイベントレートを計測し補正テーブルを参照して補正処理を実施している。
In general, dead time correction is performed to ensure quantitativeness. This dead time correction is a method in which a correction table corresponding to the radioactivity concentration of a subject is prepared in advance, and measurement data is executed from the correction table during imaging.
Specifically, the correction amount (correction table) for the single event count rate (single event rate) before simultaneous measurement is obtained in advance by a phantom test, etc., the single event rate is measured during imaging, and the correction table is referenced. The correction process is performed.
前記補正方法では、ファントム試験により補正テーブルを作成するために、実際の撮像時はファントム試験から時間が経過しており、電子回路の経時的な特性変化により、補正量が正確でなくなる問題がある。
また、補正テーブル作成に使用するファントムは標準的な体型を模擬しており、標準体型から大きく異なった被検体の場合には、補正が不正確になってしまう問題がある。
In the correction method, since a correction table is created by a phantom test, time has elapsed since the phantom test during actual imaging, and there is a problem that the correction amount becomes inaccurate due to a change in characteristics of the electronic circuit over time. .
In addition, the phantom used to create the correction table simulates a standard body shape, and there is a problem that the correction becomes inaccurate for a subject that is greatly different from the standard body shape.
本発明は、ファントムによらない計数率の補正方法により、定量性の高い陽電子放出型断層撮影装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a positron emission tomography apparatus with high quantitativeness by a counting rate correction method that does not use a phantom.
γ線の検出に応じてγ線検出信号を出力する複数のγ線検出器と、γ線検出信号にもとづいて検出時刻情報とγ線検出器を識別する検出器IDと検出γ線エネルギ値を含む検出γ線情報を生成する複数のデータ生成部と、検出γ線情報にもとづいて同時計測部において同時計測処理をし、同時計測処理の結果にもとづいて画像生成部において断層画像を生成するデータ処理装置と、を備える陽電子放出型断層撮影装置において、データ処理装置は、同時計測処理において、入力されるシングルイベントの計数率を取得するシングルイベントレート取得手段と、該シングルイベントレート取得手段によって取得されたシングルイベントの計数率にもとづいて補正係数を算出する補正計数算出手段と、を有し、算出された補正計数にもとづいて断層画像を補正することを特徴とする。 A plurality of γ-ray detectors that output γ-ray detection signals in response to detection of γ-rays, detection time information, detector IDs for identifying γ-ray detectors, and detected γ-ray energy values based on the γ-ray detection signals Data for generating a tomographic image in the image generation unit based on the result of the simultaneous measurement process and a plurality of data generation units that generate the detected γ-ray information and the simultaneous measurement unit based on the detected γ-ray information In the positron emission tomography apparatus comprising the processing device, the data processing device acquires the single event rate acquisition means for acquiring the count rate of the input single event in the simultaneous measurement processing, and the single event rate acquisition means Correction coefficient calculation means for calculating a correction coefficient based on the calculated single event count rate, and a tomographic image based on the calculated correction coefficient It is characterized by correcting.
本発明によれば、ファントムによらない計数率の補正方法により、定量性の高い陽電子放出型断層撮影装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a positron emission tomography apparatus with high quantitativeness by a counting rate correction method that does not use a phantom.
《第1の実施形態》
次に、本発明の好適な一実施形態であるPET装置について、適宜図面を参照しながら説明する。
以下において、本実施形態の核医学診断装置、アナログASIC等といった各素子の基板上への配置(レイアウト)、基板のユニット化等の本実施形態に適用される要素の説明、計数率補正処理の方法の説明を行なう。
なお、アナログASICは、アナログ信号を処理する、特定用途向けICであるASIC(Application Specific Integrated Circuit)を意味し、LSI(Large Scale Integrated Circuit)の一種である。
<< First Embodiment >>
Next, a PET apparatus which is a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
In the following, description of elements applied to this embodiment such as arrangement (layout) of each element such as nuclear medicine diagnosis apparatus and analog ASIC of this embodiment on the substrate, unitization of the substrate, and the counting rate correction processing The method will be explained.
The analog ASIC means an application specific integrated circuit (ASIC) that is an application specific IC that processes an analog signal, and is a kind of LSI (Large Scale Integrated Circuit).
(PET装置)
まず、最初に、本実施形態のPET装置を説明する。
図1に示すように、PET装置1Aは、カメラ11、データ処理装置12A、操作コンソール13等を含んで構成されている。被検体P(図2参照)は、ベッド14に載せられてカメラ11で撮影されるようになっている。
操作コンソール13は、PET装置1Aの断層画像やPET装置1Aの状態チェック結果等を表示する表示装置13a、キーボードやマウス等の入力操作部13bを有している。
(PET device)
First, the PET apparatus of this embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, the PET apparatus 1A includes a
The
図2に示すように、カメラ11の内部には、被検体Pから放出されるγ線を検出するため、半導体γ線検出器(γ線検出器、以下、単に検出器と称する)21(図4参照)を多数備えたユニット基板20(詳細は図4参照)を複数収納した検出器ユニット2が、円周方向に多数配置されており、この検出器21は、被検体Pの体内から放出されるγ線を検出する。
検出器ユニット2は、γ線の検出エネルギ、検出時刻を計測するための集積回路(ASIC)を前記ユニット基板20上に有しており、検出したγ線の検出エネルギや検出時刻を測定したり、γ線を検出した検出器21のアドレスを検知したりして、それらを検出γ線情報としてデータ処理装置12Aに出力するようになっている。
As shown in FIG. 2, a semiconductor γ-ray detector (γ-ray detector, hereinafter simply referred to as a detector) 21 is provided inside the
The
検出器ユニット2は、検出したγ線の検出エネルギのデータ(検出エネルギ値情報)、検出時刻のデータ(検出時刻情報)および前記した検出器21(図4参照)のアドレスに対応する検出器ID(検出器アドレス情報)を含むパケットデータ(検出γ線情報)を、補助データ収集ユニット4経由でデータ処理装置12Aに出力する。補助データ収集ユニット4は、検出器ユニット2からのパケットデータをデータ処理装置12Aのデータソート部12aに転送する。
The
図2に示すようにデータ処理装置12Aは、図示しない記憶装置を有し、パケットデータを取り込む。データ処理装置12Aは、データソート部12a、同時計測部12b、サイノグラムデータ蓄積部12c、シングルイベント計測部12d、補正計数算出部12e、サイノグラムデータ補正部12f、トランスミッションデータ蓄積部12g、画像再構成部12hを有する。
データ処理装置12Aの詳細については、後記する。
As shown in FIG. 2, the
Details of the
ちなみに、被検体Pは、放射性薬剤、例えば、半減期が110分の18Fを含んだフルオロ・ディオキシ・グルコース(FDG)を投与され、被検体Pの体内からは、FDGから放出された陽電子の消滅時に511keVのγ線(消滅γ線)の対が、互いにほぼ180°の方向に放出される。
このとき、カメラ11の各検出器21(図4参照)はベッド14の周囲を取り囲んでいる。検出器ユニット2から補助データ収集ユニット4経由でデータ処理装置12Aへは、検出器21がγ線と相互作用を起こした際のγ線検出信号にもとづいて得られた検出エネルギ値情報および検出時刻情報、および検出器IDが、検出器ユニット2に含まれる検出器21ごとに出力されるようになっている。
Incidentally, the subject P is administered with a radiopharmaceutical, for example, fluorodioxyglucose (FDG) containing 18 F of a half-life of 110/110, and from the body of the subject P, the positron released from the FDG At the time of annihilation, a pair of 511 keV gamma rays (annihilation gamma rays) is emitted in a direction of approximately 180 ° with respect to each other.
At this time, each detector 21 (see FIG. 4) of the
検出器ユニット2は、図3の(a)に示すようにカメラ11の開口部11bに周方向に60〜70個着脱自在に配置された構成をしており、保守点検が容易なように構成されている。検出器ユニット2は、ユニット支持部材2Aを介して装着される。また、図3の(b)に示すように、検出器ユニット2は、ユニット支持部材2Aに片端支持されてカメラ11に装着されている。ユニット支持部材2Aは、中空の円盤状(ドーナツ状)をしており、検出器ユニット2を装着する開口部11bをカメラ11の周方向に多数(装着する検出器ユニット2の数だけ)備えている。このように、検出器ユニット2を片端支持するため、検出器ユニット2の筐体30の体軸方向手前側には、ストッパとなるフランジ部分が設けてある。
As shown in FIG. 3A, the
ちなみに、検出器ユニット2を周方向に極力密に並べようとすると、周方向内側のフランジ部分は邪魔になる。そこで、この邪魔になる部分のフランジ部分を筐体30からなくし、周方向外側のフランジ部分を残すようにしても良い。ユニット支持部材2Aを体軸方向にもう1つ設置し、検出器ユニット2の両端部を両方のユニット支持部材2Aで保持しても良い。
Incidentally, when trying to arrange the
なお、カメラ11に検出器ユニット2を装着する場合は、蓋11aを取り外して、ユニット支持部材2Aを露出させ、開口部11bから検出器ユニット2をフランジ部分が突き当たるまで差し込んで装着するようになっている。差し込んで装着することにより、カメラ11の図示しない電源および信号配線のそれぞれのコネクタと検出器ユニット2の対応するコネクタとの接続が行われ、カメラ11と検出器ユニット2との信号および電源の接続がなされる。
検出器21、ユニット基板20および検出器ユニット2の構成は、後に詳しく説明する。
以下、本実施形態の特徴部分の説明を行なう。
When the
The configurations of the
Hereinafter, the characteristic part of this embodiment will be described.
(半導体放射線検出器)
まず、本実施形態に適用される検出器21は、例えば、特開2005−106805号公報の図4に記載されたような積層構造で、板状の半導体材料からなる半導体放射線検出素子の両面を薄板状(膜状)の電極(アノード、カソード)で覆ったものを、重ねた構造をしている。半導体材料は、例えば、CdTe(テルル化カドミウム)の単結晶をスライスしたものである。また、アノード、カソードは、Pt(白金)、Au(金)、In(インジウム)等のいずれかの材料が用いられる。
なお、以下の説明では、半導体材料SはCdTeの単結晶をスライスしたものであるとする。また、検出する放射線は、PET装置1Aで用いる18Fによる511keVのγ線であるとする。
(Semiconductor radiation detector)
First, the
In the following description, it is assumed that the semiconductor material S is a slice of CdTe single crystal. The detected radiation is assumed to be 511 keV γ rays by 18 F used in the PET apparatus 1A.
(ユニット基板)
次に、検出器ユニット2内に設置されるユニット基板20の詳細構造を、図4を用いて説明する。図4の(a)はユニット基板を示した正面図であり、(b)は同(a)の側面図である。
ユニット基板20は、ユニット基板本体20cの両面に複数の検出器21が設置された検出器基板領域20aと、ユニット基板本体20cの両面にコンデンサ22、抵抗器23、アナログASIC(データ生成部)24、アナログ/デジタル変換器(以下、ADCという)25が設置され、片面に基板統合FPGA(Field Programmable Gate Array)(データ生成部)26が設置されたASIC基板領域20bからなる。
(Unit board)
Next, the detailed structure of the unit board |
The
(検出器基板領域)
図4の(a)に示すように、検出器基板領域20aには、ユニット基板本体20cの片面上に、被検体Pの体軸周りの周方向に対応する図4の(a)における横方向一列に、例えば、16個の検出器21が配列され、さらに、被検体Pの体軸に対して径方向に対応する図4の(a)における縦方向に4列配列され、つまり、横16個×縦4個の合計64個の検出器21が格子状に配設されている。また、図4の(b)に示すように、検出器基板領域20aの他の面にも同様に検出器21が設置され、1つの検出器基板領域20aには、両面合計で128個の検出器21が配設されている。
ここで、検出器21の数が多くなるほどγ線を検出し易くなり、かつ、γ線検出の際の位置精度を高めることができるので、検出器21は、極力密に検出器基板領域20a上に配設される。
(Detector board area)
As shown in FIG. 4A, the
Here, as the number of
ちなみに、図4の(a)において、ベッド14上の被検体Pから放出されたγ線が、図面の下方から上方(矢印Xの方向、すなわち、カメラ11の半径方向)に進行する場合、検出器基板領域20aにおける左右方向の検出器21の配置を密にした方が、素通りするγ線の数(検出器21同士の隙間を通過するγ線の数)を減らすことができるので好ましい。これにより、γ線の検出効率を高めることになり、得られる画像の体軸方向の空間分解能を高めることができる。
Incidentally, in FIG. 4A, detection is performed when γ-rays emitted from the subject P on the
なお、本実施形態の検出器基板領域20aは、図4の(b)に示すように、検出器21をユニット基板本体20cの両面に設置しているので、片面にしか設置しない場合よりも、両面に搭載することによりユニット基板本体20cを共有化できる。このため、ユニット基板本体20cの数を半減することができ、被検体Pの体軸方向により密に検出器21を配置することができる。併せて、前記のように、ユニット基板本体20cの枚数を半分に減らせる。
前記説明では、横16個の検出器21は、カメラ11において、被検体の体軸回りの周方向に配置される構造としたが、それに限定されない。例えば、横16個の検出器21を、カメラ11において被検体Pの体軸方向に配置する構造としても良い。
As shown in FIG. 4B, the
In the above description, the 16
各検出器21のアノードとカソードの間には、電荷収集のために、例えば、図示しない高圧電源により所定の電位差(電圧)が印加されている。この電圧は、ASIC基板領域20b側から検出器基板領域20a側へ供給される。また、各検出器21がγ線を検出したときに出力するγ線検出信号は、ASIC基板領域20b側へ供給される。このため、検出器基板領域20aのユニット基板本体20c内には、図示しない基板内配線(検出器印加電圧用、信号授受用)が設けられている。この基板内配線は多層構造をしている。
A predetermined potential difference (voltage) is applied between the anode and the cathode of each
(ASIC基板領域)
次に、図4を参照しながらASICを搭載したASIC基板領域20bを説明する。図4の(a)に示すように、ASIC基板領域20bは、ユニット基板本体20cの両面に2個ずつアナログASIC24が設置され、片面に1個の基板統合FPGA26が設置されている。つまり、1つのASIC基板領域20bは合計4個のアナログASIC24と1個の基板統合FPGA26を有する。
また、ASIC基板領域20bは、ユニット基板本体20cの片面に16個ずつ計32個のADC25を有する。また、1つのユニット基板本体20cの両面には、コンデンサ22および抵抗器23が検出器21の数に対応した数だけ設置されている。また、これらの、コンデンサ22、抵抗器23、アナログASIC24、ADC25、基板統合FPGA26を電気的に接続するため、ASIC基板領域20b内のユニット基板本体20cには、前記した検出器基板領域20aと同様に図示しない基板内配線が設けられている。この基板内配線も積層構造をしている。
(ASIC substrate area)
Next, the
In addition, the
これらの各回路素子22、23、24、25、26の配列および基板内配線は、検出器基板領域20aから供給された信号が、コンデンサ22、抵抗器23、アナログASIC24、ADC25、基板統合FPGA26の順に供給されるようになっている。
なお、ASIC基板領域20bは、後記するユニット統合FPGA側との電気的接続を行なう基板コネクタC2を有している。
ちなみに、検出器基板領域20aとASIC基板領域20bとは、図4の(b)に示すように、1枚の共通のユニット基板本体20cの表面に構成されている。
The arrangement of these
The
Incidentally, the
次に、図5、図6を参照しながらASIC基板領域の各回路素子の構成および機能について説明する。
図5はアナログASICおよび基板統合FPGAそれぞれの概略構成、およびアナログASICと基板統合FPGAの接続関係を示した検出器ユニットのブロック図である。
(アナログASIC)
図6はアナログASICの機能構成を模式的に示したブロック図である。
図6に示すように、1個のアナログASIC24は、1つの電荷有感型前置増幅器(以下、前置増幅器と称する)24aと、それに接続するファースト系24Aおよびスロー系24Bと、を有するアナログ信号処理回路33を、例えば、32組備えている。1個のアナログASIC24は32組のアナログ信号処理回路33をLSI化したものである。
Next, the configuration and function of each circuit element in the ASIC substrate area will be described with reference to FIGS.
FIG. 5 is a block diagram of the detector unit showing the schematic configuration of each of the analog ASIC and the board integrated FPGA and the connection relationship between the analog ASIC and the board integrated FPGA.
(Analog ASIC)
FIG. 6 is a block diagram schematically showing the functional configuration of the analog ASIC.
As shown in FIG. 6, one
アナログ信号処理回路33は検出器21ごとに設けられ、1つのアナログ信号処理回路33は1つの検出器21に接続される。ここで、ファースト系24Aは、前置増幅器24aから出力されるγ線検出信号にもとづいてγ線の検出時刻を特定するためのタイミング信号を出力するタイミングピックオフ回路24bを有している。タイミングピックオフ回路24bは、CFDやリーディングエッジトリガ等の手法を用いてタイミング信号を発生させる。また、スロー系24Bは、γ線検出信号にもとづいてγ線の検出エネルギ(波高値)を求めることを目的として、所定の時定数を有し、信号波形をガウス型に整形する波形整形回路24dを有し、波形整形回路24dにさらにピークホールド回路24eが接続されて設けられている。波形整形回路24dには、例えば、CR−RCフィルタ等が用いられる。
The analog
検出器21から出力されてコンデンサ22を通過した信号は、前置増幅器24aで増幅されγ線検出信号として出力され、さらに波形整形回路24dで増幅され、ピークホールド回路24eに入力される。ピークホールド回路24eは、後記するように波形整形されたγ線検出信号の最大値、つまり検出したγ線のエネルギ値に比例した波高値を保持する。
The signal output from the
なお、コンデンサ22および抵抗器23をアナログASIC24の内部に設けることもできるが、適切なコンデンサ容量や適切な抵抗値を得るため、および、アナログASIC24の大きさを小さくする等の理由から、本実施形態では、コンデンサ22および抵抗器23は、アナログASIC24の外に配置されている。
ちなみに、コンデンサ22および抵抗器23は、外部に設けた方が、個々のコンデンサ容量や抵抗値のバラツキが少ないとされている。
Although the
Incidentally, it is said that the
アナログASIC24のスロー系24Bの出力は、ADC25に供給されるようになっている(図6参照)。さらに、アナログASIC24のファースト系24Aの出力およびADC25の出力は、基板統合FPGA26に供給されるようになっている。
ここで、各アナログASIC24と基板統合FPGA26は、32チャンネルのファースト系24Aの信号を1つ1つ送信する32本の配線で接続されている(図5参照)。また、アナログASIC24と各ADC25との間、および各ADC25と基板統合FPGA26との間は、検出器21の8チャンネル分のスロー系24Bの信号をそれぞれ纏めて送信する1本の配線でそれぞれ接続されている(図5参照)。
さらに、基板統合FPGA26からは、8チャンネル分のアナログ信号処理回路33に対応して1個の対応付けられたADC25を制御する1本のADC制御信号線、および各アナログASIC24の1つのアナログ信号処理回路33のピークホールド回路24eを個別に制御するための8チャンネル分を1本に纏めたピークホールド制御信号線が出ており、ADC25およびアナログ信号処理回路33に接続されている。
なお、前記したピークホールド制御信号線は8チャンネル分を1本に纏めることなく、基板統合FPGA26から各アナログ信号処理回路33に対して1本ずつ配線するようにしても良い。
The output of the slow system 24B of the
Here, each
Further, from the board integrated
The above-described peak hold control signal lines may be wired from the board integrated
(基板統合FPGA)
次に、図5を参照しながら基板統合FPGA26について説明する。
基板統合FPGA26は、図5に示すように、8個のタイミング検出部35および1個の検出器制御部36を含む検出信号処理部34を16組と、1個のデータ転送部37とを有しており、これらをLSI化したものである。
(Board integrated FPGA)
Next, the board integrated
As shown in FIG. 5, the board integrated
PET装置1Aに設けられたすべての基板統合FPGA26は、図示されていない、例えば、500MHzのクロック発生回路(水晶発振器)からのクロック信号を受け、同期して動作している。各基板統合FPGA26に入力されたクロック信号は、すべての検出信号処理部34内のそれぞれのタイミング検出部35に入力される。
タイミング検出部35は、検出器21ごとに設けられ、該当するアナログ信号処理回路33のタイミングピックオフ回路24bからタイミング信号が入力される。タイミング検出部35はタイミング信号が入力されたときのクロック信号にもとづいてγ線の検出時刻を決定する。タイミング信号は、アナログASIC24のファースト系24Aの信号にもとづくものであるので、真の検出時刻に近い時刻を検出時刻(検出時刻情報)とすることができる。
All of the substrate integrated
The
検出器制御部36は、アドレス演算機能と、ADC・ピークホールド制御機能と、データ補正機能と、パケットデータ生成機能とを有している。
(アドレス演算機能)
アドレス演算機能は、タイミング検出部35からγ線を検出したタイミング信号に対応する検出時刻情報を受け、その検出器IDを特定する。すなわち、検出器制御部36は、接続される各タイミング検出部35に対する検出器IDを記憶しており、あるタイミング検出部35から検出時刻情報が入力されたとき、そのタイミング検出部35に対応する検出器IDを特定することによってアドレス演算機能が果たされる。これは、タイミング検出部35が検出器21ごとに設けられていて、検出器制御部36に接続されていることにより可能となる。
The
(Address calculation function)
The address calculation function receives detection time information corresponding to the timing signal from which the γ-ray is detected from the
(ADC・ピークホールド制御機能)
さらに、検出器制御部36は、時刻情報を入力された後、前記特定された検出器IDを含む8チャンネル分のアナログ信号処理回路33にピークホールド制御信号を出力し、また、検出器IDとADC制御信号をADC25に出力する。
(ADC / peak hold control function)
Furthermore, after the time information is input, the
ピークホールド制御信号を受けたアナログ信号処理回路33のピークホールド回路24eは、波形整形回路24dから入力される信号に対してピークホールド処理をする。そして、所定時間後に検出器制御部36からリセット信号を受け、ピークホールド処理を解除する。ADC25は、検出器制御部36から入力された検出器IDに対応するアナログ信号処理回路33のピークホールド回路24eから出力された波高値(電圧値)を、デジタル信号に変換して検出器制御部36に出力する。
Upon receiving the peak hold control signal, the
(データ補正機能)
検出器制御部36は、タイミング検出部35から入力された検出時刻情報を、ADC25を介して取得した波高値にもとづいて、例えば、特開2005−249806号公報に記載されている方法で補正する。また、ADC25から入力された波高値に対して、予め収集された校正データを基に、検出器21、アナログASIC24のゲイン、オフセット補正を行なう。
(Data correction function)
The
(パケットデータ生成機能)
検出器制御部36は、前記補正された波高値を検出エネルギ値情報とし、検出エネルギ値情報に補正された検出時刻情報および検出器IDを付加してデジタル情報であるパケットデータ(検出γ線情報)を生成し、データ転送部37に出力する。
なお、トランスミッション撮影用のγ線源から放出されるγ線のエネルギはエミッション撮影用のγ線対の511keVとは異なるので、基板統合FPGA26においてデータ処理を行うときに、トランスミッション撮影用のγ線源に特有の所定のエネルギの検出γ線情報に対しては、トランスミッションデータと判定して、トランスミッションデータであるとの判定フラグを付加しパケットデータ生成する。
(Packet data generation function)
The
Since the energy of γ rays emitted from the γ-ray source for transmission imaging is different from 511 keV of the γ-ray pair for emission imaging, the γ-ray source for transmission imaging is used when data processing is performed in the board integrated
(データ転送部)
データ転送部37は、複数の入力系統をひとつの出力系統に纏める入出力統合機能と、入力されたパケットデータを一時的に記憶し、後段の構成要素の処理速度に応じて出力するバッファメモリ機能とを有している。データ転送部37は、各検出器制御部36からパケットデータを入力されると、必要に応じてバッファリングし、各検出信号処理部34から出力されたパケットデータを、例えば、定期的に15枚のユニット基板20を収めている検出器ユニット2(図7参照)の筐体30に1個設けられているユニット統合FPGA31に送信する。
(Data transfer part)
The
(ユニット統合FPGA)
ユニット統合FPGA31は、検出器ユニット2内に収容されている全ユニット基板20のデジタルASICからのパケットデータをいったん受け入れるバッファ機能と、検出時刻情報にもとづいてパケットデータを時刻順に並べるソート処理機能と、散乱線処理を行なう機能と、を有している。
(Unit integrated FPGA)
The unit integrated
なお、このソート処理機能と散乱線処理機能の詳細な説明については、後記する。
ユニット統合FPGA31は、パケットデータをコネクタ38に接続された情報伝送用配線を介して補助データ収集ユニット4に送信する。補助データ収集ユニット4(図2参照)は、例えば、周方向に4つ配置され、周方向に4群にブロック化された検出器ユニット2からのパケットデータを纏めて1つの補助データ収集ユニット4に集め、データ処理装置12Aへ送信する。
A detailed description of the sort processing function and the scattered radiation processing function will be given later.
The unit integrated
(検出器ユニット;ユニット基板の収納によるユニット化)
次に、前記したユニット基板20の筐体30への収納によるユニット化を説明する。
図7の(a)は、被検体Pの体軸に垂直な平面における筐体の断面図であり、(b)は(a)におけるY−Y断面図である。
図7に示すように、検出器ユニット2は、例えば、15枚のユニット基板20、この15枚のユニット基板20、前記したユニット統合FPGA31を搭載した統合基板32、外部との信号の授受を行なう信号用のコネクタ、外部から電源の供給を受けるための電源用のコネクタ等を収納したり保持したりする筐体30を備える。
(Detector unit; unitized by storing the unit board)
Next, unitization by storing the
7A is a cross-sectional view of the housing in a plane perpendicular to the body axis of the subject P, and FIG. 7B is a YY cross-sectional view in FIG.
As shown in FIG. 7, the
図7に示すように、ユニット基板20は、例えば、筐体30の天板30aを外して、奥行方向(被検体Pの体軸方向)に重なり合って15枚並べて筐体30内に上部から下部に向かって挿入可能となっている。つまり、1個の筐体30には、ユニット基板20が15枚収納され、その奥に1枚の統合基板32が収納されている。このようにユニット基板20と統合基板32を筐体30内に収納するため、図7の(a)に示すように、紙面上で縦行方向に伸びる左右対のガイド部材39が、被検体Pの体軸方向に適宜離間して16列、筐体30の側板30c内面に取り付けられている。ガイド部材39は図示しないガイド溝を有する。
なお、本実施形態では、図7の(a)に示すように紙面上で横方向16個の検出器21は、カメラ11の周方向に配置される構造としたが、横方向16個の検出器21を被検体Pの体軸方向に配置するように筐体30に格納しても良い。
As shown in FIG. 7, for example, the
In the present embodiment, as shown in FIG. 7A, the 16
さらに、図7の(a)に示すように紙面上で奥行方向(図7の(b)では、紙面上で左右方向)に伸びる4本の位置保持部材41bが、ユニット基板本体20cに設けられた4つの位置保持孔41aおよび統合基板32に設けられた4つの図示しない同じく位置保持孔に挿通され、位置保持部材41b両端が筐体30の前面側と背面側の側面の対応する位置に設けた図示しない保持孔により保持されている。位置保持部材41bは、例えば、一端側、ここでは背面側に雄ねじが切られ、ナット41cで筐体30の背面側の側面に締め付け固定される。このように4本の位置保持部材41bによりユニット基板20と統合基板32が前記したガイド部材39のガイド溝内で図7の紙面上で縦方向に位置ずれするのを防止する。
Further, as shown in FIG. 7A, four
なお、筐体30の上部、下部とは、筐体30をカメラ11から取り出した場合のことであり、図2に示されるように、筐体30がカメラ11に備えられた場合には、上下が反転したり、上下が90°回転して左右になったり、斜めになったりする。従って、筐体30のガイド部材39にユニット基板20および統合基板32を挿入後、ガイド部材39のガイド溝内で摺動移動しないように位置保持部材41bで固定する。
所定枚数のユニット基板20が筐体30内に配置された後、統合基板32と各ユニット基板20との間を、信号線および高圧電源供給線を含むケーブル42で、基板コネクタC2を介して接続し、統合基板32側からユニット基板20に検出器21用の印加電圧を供給可能とするとともに、ユニット基板20から統合基板32に検出γ線情報を送信可能とする。
The upper part and the lower part of the
After the predetermined number of
その後、天板30aが筐体30の上端にネジ等で着脱自在に取り付けられる。このとき天板30aの上面に統合基板32のコネクタ受け部が露出するように、天板30aに開口部が設けられており、コネクタ38によりカメラ11側の通信線および高圧電源供給線を含むケーブル43と接続される。
Thereafter, the top plate 30a is detachably attached to the upper end of the
なお、本実施形態で用いているCdTeを半導体材料とする検出器21は、光に反応して電荷を発生することから、筐体30はアルミニウムやアルミニウム合金といった遮光性を有する材料から構成されると共に、カメラ11に図3に示すように組み込んで、蓋11aを取り付けたとき、カメラ11側の構造と相まって光が検出器基板領域20aに侵入する隙間をなくすようにしてある。
Since the
また、検出ユニット2内の全ユニット基板20のデータ転送部37から出力されたパケットデータ(ユニット基板20の全検出器21に対する全パケットデータ)が、検出ユニット2に設けられたユニット統合FPGA31から補助データ収集ユニット4を介してデータ処理装置12Aに送られる。
Further, packet data (all packet data for all
(電源)
次に、電荷収集用の電圧を供給する高圧電源装置について説明をする。図7および図3の(b)では省略してあるが、ユニット統合FPGA31の裏面側に、検出器21に電荷収集用の電圧を供給する高圧電源装置を、導体金属材料で構成された筐体内に収めて取り付ける。この高圧電源装置は、低圧の電源をカメラ11側から供給され、図示しない電圧を昇圧するDC−DCコンバータにより電圧を500Vに昇圧して各検出器21に供給するようになっている。
ちなみに、検出器21は、ユニット基板201枚について、片面で64個、両面で128個備えられている。そして、このユニット基板20が1つの筐体30には15枚収納される。よって、高圧電源装置からは、128×15=1920個の検出器21に電圧が供給される。
(Power supply)
Next, a high voltage power supply device that supplies a voltage for collecting charges will be described. Although not shown in FIG. 7 and FIG. 3B, a high voltage power supply device that supplies a voltage for collecting charges to the
By the way, 64
本実施形態では、検出器ユニット2の背面側に取り付けられる高圧電源装置が、図示しない電圧電源線により外部の低電圧(5〜15V)の直流電源に接続されている。高圧電源装置の高電圧側端子は、天板30aに設けられたコネクタ38を介して、コネクタC2にケーブル42の高圧電源供給線によりそれぞれ接続されている。
高圧電源は、各ユニット基板20の基板コネクタC2、ユニット基板本体20c内の図示しない高圧電源供給線を介してユニット基板20に設けられた各検出器21にそれぞれ接続される。コネクタC2は、検出器21の出力信号を伝えるコネクタ以外に、高圧電源供給線用のコネクタを含んでいる。
In this embodiment, the high voltage power supply device attached to the back side of the
The high-voltage power supply is connected to each
(散乱処理機能)
次に、図8を参照しながらユニット統合FPGA31における散乱処理機能について説明する。
ユニット統合FPGA31は、散乱線処理を行なう機能を有し、第1データソート部80、第1散乱線処理部81、第2データソート部82、第2散乱線処理部83および散乱線データソート部84を備えている。第1データソート部80、第1散乱線処理部81、第2データソート部82、第2散乱線処理部83および散乱線データソート部84は、この順序に接続されている。複数の基板統合FPGA26が第1データソート部80に接続されている。また、検出器ユニット2を有するカメラ11の周方向において隣り合う第1、第2の検出器ユニット2において、第1の検出器ユニット2の第1散乱線処理部81が第2の検出器ユニット2の第2データソート部82に接続されている。第2の検出器ユニット2の第2散乱線処理部83が第1の検出器ユニット2の散乱線データソート部84に接続されている。換言すれば、第1の検出器ユニット2の第1散乱線処理部81の出力を入力する第2の検出器ユニット2、および第1の検出器ユニット2の第2散乱線処理部83を入力する第3の検出器ユニット2は、前記周方向において、第1の検出器ユニット2を間に挟むように配置される。
(Scattering processing function)
Next, the scattering processing function in the unit integrated
The unit integrated
先ず、第1データソート部80の機能の概要を説明する。複数の基板統合FPGA26からパケットデータが第1データソート部80に入力される。第1データソート部80は、例えば、15個の入口側切替スイッチ、15個のデータバッファ、出口側切替スイッチおよび1つのユニットソート回路を備えている。
なお、本実施形態では、基板統合FPGA26が検出器ユニット2内に15個ある場合について説明したが(図5参照)、基板統合FPGA26の個数は15個以外にしても良い。この場合には、入口側切替スイッチ、データバッファ、および出口側切替スイッチの各個数は、いずれも、基板統合FPGA26の個数と同じにする。
各データバッファは、2つのバッファ、すなわち、第1バッファおよび第2バッファを含んでいる。
First, an overview of the function of the first
In the present embodiment, the case where there are 15 board integrated
Each data buffer includes two buffers, a first buffer and a second buffer.
各入口側切替スイッチは、それぞれ、1つのデータバッファの第1バッファおよび第2バッファの一方の入力端にそれぞれ接続される。各出口側切替スイッチは、それぞれ、1つのデータバッファの第1バッファおよび第2バッファの出力端に接続される。1つの基板統合FPGA26は、該当する入口側切替スイッチの切替操作によって1つのデータバッファの第1バッファおよび第2バッファの一方に接続される。ユニットソート回路は、該当する出口側切替スイッチの切替操作によって1つのデータバッファの第1バッファおよび第2バッファの一方に接続される。ユニットソート回路の出力側は、第1散乱処理部81に接続される。
Each entrance side changeover switch is connected to one input terminal of each of the first buffer and the second buffer of one data buffer. Each outlet side changeover switch is connected to the output terminals of the first buffer and the second buffer of one data buffer, respectively. One board integrated
データバッファは、パケットデータを入力順に格納する機能と、格納したパケットデータを入力順に出力する機能と、格納したパケットデータを一括して消去する機能とを有する緩衝記憶装置である。1つのデータバッファに対応する入口側切替スイッチと出口側切替スイッチは、第1バッファと第2バッファのうち、タイムフレームごとに、基板統合FPGA26と接続している方とユニットソート回路と接続している方を交換切替するように動作する。つまり、あるタイムフレームにおいて、第1バッファと第2バッファの一方、または両方が、基板統合FPGA26およびユニットソート回路と同時に接続することが無いように接続制御をする。
The data buffer is a buffer storage device having a function of storing packet data in the order of input, a function of outputting the stored packet data in the order of input, and a function of erasing the stored packet data collectively. The inlet side switch and the outlet side switch corresponding to one data buffer are connected to the unit sort circuit and one of the first buffer and the second buffer connected to the board integrated
ユニットソート回路は、第1バッファ(または第2バッファ)から、格納されているパケットデータを読み出す場合には、複数の第1バッファ(または複数の第2バッファ)からパケットデータを検出時刻順に順次出力させる機能を有する。具体的には、ユニットソート回路は、15個の第1バッファ(または15個の第2バッファ)のそれぞれの、まだ読み出されていなくて最も出力端側に位置する各パケットデータのうち、最も早い検出時刻情報を含むパケットデータを検索して読み出す。ユニットソート回路は、読み出したパケットデータを出力予定のパケットデータ列の最後尾に付加する。このパケットデータ列は、検出時刻順に並べられた複数のパケットデータを含んでいる。ユニットソート回路は、前記したように、最も早い検出時刻情報を含むパケットデータの取り出し、およびパケットデータ列の最後尾への付加を反復する。なお、第1バッファ(または第2バッファ)において、取り出されたパケットデータには、取り出されたことを示すフラグが立てられる。
ユニットソート回路は、前記のように検出時刻順に読み出されたパケットデータを、この順序で所定個数纏めて、第1散乱処理部81へ出力する。
When the unit sort circuit reads stored packet data from the first buffer (or the second buffer), the unit sort circuit sequentially outputs the packet data from the plurality of first buffers (or the plurality of second buffers) in order of detection time. Has the function of Specifically, the unit sort circuit is the most out of the packet data of each of the fifteen first buffers (or fifteen second buffers) that have not yet been read and are located on the most output side. Packet data including early detection time information is retrieved and read. The unit sort circuit adds the read packet data to the end of the packet data string to be output. This packet data string includes a plurality of packet data arranged in order of detection time. As described above, the unit sort circuit repeatedly extracts the packet data including the earliest detection time information and adds it to the end of the packet data string. In the first buffer (or second buffer), a flag indicating that the packet has been extracted is set in the extracted packet data.
The unit sort circuit collects a predetermined number of packet data read in the order of detection times as described above, and outputs the packet data to the first
第1散乱線処理部81は、入力されたパケットデータについて散乱線処理を行い、一個の所定のエネルギの入射γ線に起因する複数のパケットデータを纏める機能を有する。散乱線処理の一例は、特開2003−255048号公報に記載されている。
第1散乱線処理部81の出力は、この検出器ユニット2内の第2データソート部82と、隣接する検出器ユニット2内の第2データソート部82とに入力される。一個のγ線に起因する複数の散乱γ線は、同一の検出器ユニット2内の検出器21で検出されるとは限られず、隣接する検出器ユニット2内の検出器21でも検出される場合がある。このため、第1散乱線処理部81で散乱線処理を行った後、パケットデータを隣接する検出器ユニット2内の第2データソート部82へも転送するのである。
The first scattered
The output of the first scattered
第1の検出器ユニット2の第1散乱線処理部81は、第1の検出器ユニット2内で第2の検出器ユニット2に近い領域に位置する一部の検出器(好ましくは、第1の検出器ユニット2内の領域を周方向において二等分した一方の領域で、第2の検出器ユニット2に近い領域内に位置する全検出器(第1の検出器ユニット2内の1/2の検出器))21のγ線検出信号に起因した各パケットデータを、第2の検出器ユニット2の第2データソート部82に出力する。
The first scattered
第2の検出器ユニット2の第2データソート部82は、第2の検出器ユニット2の第1散乱線処理部81、および周方向においてその検出器ユニット2と隣り合う第2の検出器ユニット2の第1散乱線処理部81からそれぞれ入力した各データパケットを合わせた状態でそれらのパケットデータを検出時刻順に並べて第2散乱線処理部83に出力する。
The second
前記したように、各第2データソート部82は、自身が属する検出器ユニット2と、これに隣接する検出器ユニット2から集められたパケットデータを、検出時刻順に出力する。ここで、第2データソート部82へ入力される2本のパケットデータ列は、すでに検出時刻順に並んでいる。このため、データパケット列の先頭から検出時刻の早いものを選び、1列に併合するだけで、それらのパケットデータを検出時刻順に並べることができる。
As described above, each second
第2散乱線処理部83は、第1散乱線処理部81と同様の構成を有し、同様の原理で動作する。第2散乱線処理部83は、入力されたデータパケットを用いて散乱線処理を行い、一個のγ線に起因する複数のデータパケットのうち最初にγ線が入射された検出器21のγ線検出信号にもとづいたデータパケットを把握する機能を有する。第2散乱線処理部83の出力は、この検出器ユニット2内の散乱線データソート部84と、隣接する検出器ユニット2内の散乱線データソート部84とに入力される。すなわち、第2散乱線処理部83は、散乱線処理後のパケットデータが自身の属する検出器ユニット(例えば、第2の検出器ユニット)2のものであればそのパケットデータを自身の属する検出器ユニット(例えば、第2の検出器ユニット)2内の散乱線データソート部84に、それが隣接する検出器ユニット(例えば、第1の検出器ユニット)2のパケットデータであればそのパケットデータを隣接する検出器ユニット(例えば、第1の検出器ユニット)2内の散乱線データソート部84にそれぞれ出力する。
The second scattered
散乱線データソート部84は、第2データソート部82と同様の構成および機能を有し、補助データ収集ユニット4に出力する各パケットデータを検出時刻データ順に並べる。
The scattered radiation
次に、第1散乱線処理部81または第2散乱線処理部83の機能の概要を説明する。
第1散乱線処理部81または第2散乱線処理部83では、パケットデータのうちトランスミッションデータのフラグの付加されたパケットデータについては、散乱処理の対象とすることなく、トランスミッションデータのフラグの付加されていないパケットデータだけを処理する。以下、散乱処理の中でパケットデータというのはトランスミッションデータのフラグが付加されていないパケットデータのことである。
検出時刻データ順に並べられたパケットデータのγ線の検出エネルギをチェックする。検出エネルギが予め設定された所定の誤差内で511keVと一致している場合は、被検体Pの体内から放出されるγ線対の一方のγ線をそのまま検出したものとして、そのパケットデータに有効な検出γ線情報であるとする判定フラグを付加する。
そして、所定の誤差を超えて511keVを上回る場合は、ノイズとしてそのパケットデータに無効な検出γ線情報であるとする判定フラグを付加する。
Next, an outline of functions of the first scattered
In the first scattered
The detection energy of γ rays of the packet data arranged in the order of the detection time data is checked. When the detected energy matches 511 keV within a predetermined error set in advance, it is assumed that one γ ray of the γ ray pair emitted from the body of the subject P is detected as it is, and is valid for the packet data. A determination flag indicating that the detected γ ray information is present is added.
Then, when exceeding a predetermined error and exceeding 511 keV, a determination flag indicating that the detected γ-ray information is invalid is added to the packet data as noise.
次いで、所定の誤差を超えて511keVより小さいγ線の検出エネルギのパケットデータに対して、所定の時間窓長さ、例えば、6ナノ秒未満内で、かつ、所定の距離内、例えば、4cm未満の距離内にある検出器21同士の場合に、その2つのパケットデータのγ線の検出エネルギの和をチェックし、和が所定の値の範囲にあるとき、それら2つのパケットデータを、1つの511keVの入射γ線に対する散乱線を検出したものと判定する。
前記和が所定の値の範囲とは、例えば、450keVを超え511keV未満の場合とする。
Next, for packet data of detected energy of γ rays exceeding a predetermined error and smaller than 511 keV, within a predetermined time window length, for example, less than 6 nanoseconds, and within a predetermined distance, for example, less than 4 cm When the
The range where the sum is a predetermined value is, for example, a case where it exceeds 450 keV and is less than 511 keV.
ちなみに、所定の時間窓長さとして設定した6ナノ秒は、本実施形態のCdTeの検出器21の時間分解能から定めたものである。検出器21間の距離、4cm未満は、γ線が検出器21内でコンプトン散乱された後に、別の検出器21で検出される確率をシミュレーション計算により評価した結果から求めたものである。
これら散乱判定のための時間窓長さの値、検出器21間の距離は、検出器21に使用される素子の種類、検査に使用する放射性物質の量、放射性物質から放出されるγ線のエネルギなどに応じて最適化するのが良い。
Incidentally, 6 nanoseconds set as the predetermined time window length is determined from the time resolution of the
The value of the time window length for the scattering determination and the distance between the
散乱線を検出したと判定された場合は、その2つのパケットデータのうちの一方のパケットデータを有効な検出γ線情報であるとする判定フラグを付加し、そのγ線の検出エネルギの和をもって検出γ線エネルギと置き換える。他方のパケットデータには、無効な検出γ線情報であるとする判定フラグを付加する。
なお、第2散乱線処理部83では、第1散乱線処理部81において既に有効なγ線情報であるとする判定フラグまたは無効なγ線情報であるとする判定フラグが付加されているパケットデータに対しては、前記した散乱処理の判定をしない。
このように第1散乱処理部81、第2散乱処理部83で散乱処理されたパケットデータは散乱線データソート部84に送られ、散乱線データソート部84において無効なγ線情報であるとする判定フラグが付加されたパケットデータを棄却し、有効なγ線情報であるとする判定フラグの付加されたパケットデータおよびそのような判定フラグが付加されていないパケットデータだけを補助データ収集ユニット4に出力する。
ちなみに、散乱線データソート部84で有効なγ線情報と判定されなかったパケット情報の中には、後記するトランスミッションデータも含まれる。このトランスミッションデータに係るパケットデータは、ここでは棄却されないようにする。
If it is determined that the scattered radiation has been detected, a determination flag is added to indicate that one of the two packet data is valid detected γ-ray information, and the sum of the detected energy of the γ-ray is used. Replace with detected γ-ray energy. A determination flag indicating invalid detection γ ray information is added to the other packet data.
In the second scattered
The packet data that has been subjected to the scattering processing by the first
Incidentally, the packet data that has not been determined to be effective γ-ray information by the scattered radiation
補助データ収集ユニット4は、複数の検出器ユニット2、図2の例では10個の検出器ユニット2から出力される有効なγ線情報であるとする判定フラグの付加されたものを含むパケットデータを、検出時刻順にソートし、データ処理装置12Aのデータソート部12aに入力する。
The auxiliary
(データ処理装置の機能)
次に、図2を参照しながらデータ処理装置12Aにおける各構成要素の機能について説明する。データ処理装置12Aは、前記した通り、データソート部12a、同時計測部12b、サイノグラムデータ蓄積部12c、シングルイベント計測部(シングルイベントレート取得手段)12d、補正係数算出部(補正係数算出手段)12e、サイノグラムデータ補正部12f、トランスミッションデータ蓄積部12g、画像再構成部(画像生成部)12hを含む。
データソート部12aでは、4つの補助データ収集ユニット4から入力されたパケットデータを、検出時刻順にソートし、同時計測部12bとシングルイベント計測部12d、トランスミッションデータ蓄積部121gに、トランスミッションデータでのフラグが付加されている否かと、検出γ線エネルギ値をチェックして振り分け入力する。トランスミッションデータのフラグが付加されておらず検出γ線エネルギ値が、例えば、450keVを超え511keV以下のパケットデータは、同時計測部12bとシングルイベント計測部12dに送り、トランスミッションデータのフラグが付加されたパケットデータはトランスミッションデータ蓄積部121gに送る。
(Function of data processing device)
Next, the function of each component in the
In the
同時計測部12bでは、エミッションデータのパケットデータを同時計測処理する。この同時計測処理は、公知の技術であり、所定の時間窓長さT(ナノ秒)内に2個含まれ、かつ、その検出γ線エネルギ値が2個とも511keVに対して所定の範囲(例えば、450keVを超え511keV以下)を満たす2個のパケットデータにもとづいて、コインシデンスイベントと判定して対データを生成する。そして、得られた対データをサイノグラムデータ蓄積部12cに入力する。対データには2つの検出器21の組み合わせのデータが含まれている。
なお、FOV(Field Of View)で撮像領域が限定されており、同時計測処理の対象となる2つの検出器21の組み合わせは制限されている。
ちなみに、所定の時間窓長さT内に3つ以上のパケットデータが含まれる場合は、マルチイベントと判定して、マルチイベントと判定されたパケットデータに対しては、同時計測部12bは対データを生成せず、当該のパケットデータを棄却する。
The
Note that the imaging area is limited by FOV (Field Of View), and the combinations of the two
Incidentally, when three or more pieces of packet data are included within the predetermined time window length T, it is determined as multi-event, and the
サイノグラムデータ蓄積部12cでは、入力された対データに対応させて、サイノグラムデータを蓄積する。
The sinogram
シングルイベント計測部12dは、被検体Pの体内の放射性各種により放出される特定のエネルギのγ線、この場合は18Fからの511keVのγ線対を計測したエミッションデータのパケットデータを、同時計測処理の対象となる2つの検出器21の組み合わせ毎に蓄積する。例えば、同時計測処理の対象である検出器IDがiの検出器21と検出器IDがjの検出器21の出力した2つのパケットデータをシングルイベントの計数率Sijとして蓄積する。このシングルイベントの計数率Sijの蓄積は、ベッド14の被検体Pの体軸方向の移動位置ごとに(体軸方向スキャン位置ごとに)行なう。
トランスミッションデータの収集と同時のエミッションデータの収集であっても、パケットデータは検出エネルギ値情報を含んでいるので、シングルイベント計測部12dは検出エネルギ値を読み出してエミッションデータのシングルイベントの計数率Sijを蓄積することができる。
Single
Even if the emission data is collected simultaneously with the transmission data, the packet data includes the detected energy value information. Therefore, the single
サイノグラムデータ補正部12fは、各1点の被検体Pの体軸方向位置に対し、サイノグラムデータの各点に対応する検出器IDがiの検出器21と検出器IDがjの検出器21との組み合わせに対する補正処理を行なうため、補正係数算出部12eに、後記する補正係数(1+αij・T・Sij)を算出させ、補正係数算出部12eで算出された補正係数をサイノグラムデータの対応するデータ点に乗じる。
The sinogram
以下に、補正係数(1+αij・T・Sij)の求め方を説明する。前記したように同時計測処理においてマルチイベントと判定された場合には、そのパケットデータはサイノグラムデータのために用いられることなく棄却される。
前記したように半導体γ線検出器は、検出器21毎に検出γ線情報を生成することが可能であり、時間分解能もシンチレータと光電子増倍管を用いる場合よりも高いので、ユニット基板20の信号処理の過程でデータ損失率が小さい。しかし、同時計測処理時のマルチイベントによるデータ損失は、同時計測処理の本質的な問題であり、同時計測時の時間窓長さTを短くする以外にマルチイベントによるデータ損失を低減することはできない。
従って、半導体γ線検出器を用いたPET装置において、データ処理系のスループットを向上し、データ損失を低減するためには、同時計測処理時のマルチイベントを主に考慮すれば良い。
Hereinafter, a method for obtaining the correction coefficient (1 + αij · T · Sij) will be described. As described above, when the multi-event is determined in the simultaneous measurement process, the packet data is discarded without being used for the sinogram data.
As described above, the semiconductor γ-ray detector can generate detection γ-ray information for each
Therefore, in a PET apparatus using a semiconductor γ-ray detector, in order to improve the throughput of the data processing system and reduce data loss, it is only necessary to consider multi-events during simultaneous measurement processing.
検出器21の時間分解能、その後に続くアナログASIC24、ADC25、基板統合FPGA26の時間分解能を評価して適切に時間窓長さTを設定すれば、同時計測処理時のマルチイベントは、同時計測処理の対象である検出器IDがiの検出器21と検出器IDがjの検出器21(以下、検出器対ijと称する)においてγ線対を検出した真のコインシデンスイベントと、別のγ線対の一方だけが検出器IDがiの検出器21と検出器IDがjの検出器21の一方にだけ検出され、他方では検出されなかったシングルイベントが偶発的に同時計測された場合が主である。複数のコインシデンスイベントおよび複数のシングルイベントが偶発的に同時計測されてマルチイベントとなる確率は小さい。
コインシデンスイベントとシングルイベントが偶発的に同時計測される計数率Mij(cps)は、コインシデンスイベントおよびシングルイベントそれぞれの計数率をCij(cps)、Sij(cps)とすると次式で与えられる。
Mij=αij・Cij・T・Sij ・・・・・(1)
ここで、係数αijは同時計測時の同時計測対(検出器対ij)を制限する割合と実効的な時間窓長さTの比例係数との積であり、被検体Pによらない定数である。予め補正係数算出部12eが参照可能に図示しない記憶装置に記憶されている。
If the time resolution of the
The count rate Mij (cps) at which coincidence events and single events are accidentally measured simultaneously is given by the following equation, where the count rates of coincidence events and single events are Cij (cps) and Sij (cps), respectively.
Mij = αij · Cij · T · Sij (1)
Here, the coefficient αij is a product of the ratio of limiting the simultaneous measurement pair (detector pair ij) at the time of simultaneous measurement and the proportional coefficient of the effective time window length T, and is a constant that does not depend on the subject P. . The correction
マルチイベントの計数率Mijは、データ損失レートと等しいので、このデータ損失レートを加算した補正後のコインシデンスイベントの計数率は次式で与えられる。
Cij+Mij=Cij・(1+αij・T・Sij) ・・・・・(2)
式(2)より、補正係数は(1+αij・T・Sij)である。
補正係数算出部12eは、サイノグラムデータ補正部12fから要求されたサイノグラムデータの各点に対応する検出器対ijの組合せを判定して、シングルイベント計測部12dに蓄積された対応する検出器対ijのシングルイベントの計数率Sijを読み出して、記憶装置に予め記憶された時間窓長さT、定数αijを乗じて、補正係数は(1+αij・T・Sij)を算出し、サイノグラムデータ補正部12fに出力する。
Since the multi-event count rate Mij is equal to the data loss rate, the corrected coincidence event count rate obtained by adding the data loss rate is given by the following equation.
Cij + Mij = Cij · (1 + αij · T · Sij) (2)
From Equation (2), the correction coefficient is (1 + αij · T · Sij).
The correction
画像再構成部12hは、サイノグラムデータ補正部12fにおいて補正されたサイノグラムデータを、フィルタードバックプロジェクション法などを使用して逆投影し、PET画像(断層画像)を生成する。また、トランスミッションデータを、同様にフィルタードバックプロジェクション法などを使用して逆投影し、被検体P中での吸収によるエミッションデータの減衰分布を得、それをエミッションデータにもとづく逆投影像に、画素毎に乗じて吸収補正をする。
The
本実施の形態によれば、事前にファントム試験などにより補正量を求めておく必要が無く、ファントム試験に用いられる標準体型から被検体Pの体型が大きく異なる場合や、データ処理系の経時的な特性変動があった場合にも、エミッションデータにもとづいて補正しているので、同時計測の計数落ちに対する補正誤差が少ない。 According to the present embodiment, there is no need to obtain a correction amount in advance by a phantom test or the like, and when the body shape of the subject P is significantly different from the standard body shape used in the phantom test, Even when there is a characteristic variation, the correction is made based on the emission data, so that there is little correction error for the counting loss of the simultaneous measurement.
また、同時計測処理の対象となる検出器21の対ごとにシングルイベントの計数率Sijを取得して、補正係数(1+αij・T・Sij)を算出しているので、被検体Pの体内における放射性物質の濃度分布(放射能濃度)の偏りが大きく、検出器対ij間のシングルイベントの計数率Sijに偏りが大きい場合には、検出器対ij毎に補正係数を算出する方が補正されたサイノグラムデータの精度が向上する。
なお、係数αijの決定方法は、解析的に算出しても良いし、実験値を用いても良い。
In addition, since the single event count rate Sij is obtained for each pair of
The method for determining the coefficient αij may be calculated analytically or using experimental values.
(第1の実施形態の変形例)
また、本実施の形態では、被検体Pの体軸方向のスキャン位置毎に、また同時計測処理の対象の検出器対ij毎に、シングルイベントの計数率Sijを取得することにしたが、それに限定されるものではない。
補正係数算出部12eにおいて、検出器対ijをグループ化し、αijの値が検出器対ijの幾何学的配置関係から略同じとなるグループ毎に、検出器対ijをグループ化し、そのグループの中で、サイノグラムデータ蓄積部12cからコインシデンスイベントの計数率Cijを読み出し、コインシデンスイベントの計数率Cijとシングルイベントの計数率Sijの相関関係式を算出し記憶する。そして、サイノグラムデータ補正部12fがサイノグラムデータの各点のデータ(コインシデンスイベントの計数率Cijに対応)に対する補正係数の算出を指示してきたとき、その検出器対ijがどのグループに属するか判定し、判定された検出器対ijのグループの前記相関式からシングルイベントの計数率Sijを推定して補正係数(1+αij・T・Sij)を算出し、サイノグラムデータ補正部12fに出力するようにしても良い。
(Modification of the first embodiment)
In the present embodiment, the single event count rate Sij is acquired for each scan position in the body axis direction of the subject P and for each detector pair ij to be subjected to simultaneous measurement processing. It is not limited.
In the correction
このように、検出器対ijをグループ分けし、同じグループ内の検出器対ijに対するシングルイベントの計数率Sijの分布と、コインシデンスイベントの計数率Cijの分布との相関関係式から、コインシデンスイベントの計数率Cijに対するシングルイベントの計数率Sijの推定値を得ることにより、被検体Pのある1点の体軸位置におけるコインシデンスイベントの計数率Cijとシングルイベントの計数率Sijとの相関式だけで、他の体軸位置に対しての補正係数の算出にも利用する。
この結果、シングルイベントの計数率Sijを取得する処理回数を減じることができるので、画像処理全体の処理時間を短縮できる。
In this way, the detector pairs ij are grouped, and from the correlation equation between the distribution of the single event count rate Sij and the coincidence event count rate Cij for the detector pair ij in the same group, By obtaining the estimated value of the single event count rate Sij with respect to the count rate Cij, only by the correlation equation between the coincidence event count rate Cij and the single event count rate Sij at a certain body axis position of the subject P, It is also used to calculate correction coefficients for other body axis positions.
As a result, the number of processes for obtaining the single event count rate Sij can be reduced, so that the processing time of the entire image processing can be shortened.
なお、マルチイベントによる同時計測処理時の計数落ちはコインシデンスイベントの計数率が高いほど大きいので、画像の定量性を高めるにはコインシデンスイベントの計数率が高い体軸方向スキャン位置における前記検出器対ijのグループ分けに対するシングルイベントの計数率Sijの分布とコインシデンスイベントの計数率Cijの分布の相関関係式による補正が、より高濃度の画像部分に対して精度の高い補正となるので好ましい。 In addition, since the counting loss at the time of simultaneous measurement processing by multi-events is larger as the counting rate of coincidence events is higher, the detector pair ij at the body axis direction scan position where the counting rate of coincidence events is higher in order to improve the quantitativeness of the image. The correction based on the correlation formula between the distribution of the single event count rate Sij and the coincidence event count rate Cij for the grouping is preferable because it is highly accurate correction for the higher density image portion.
また、検出器対ijをグループ分けした場合も、グループ分けした検出器対ijの中から複数のグループを代表する検出器対jiGを選んで、その特定のグループを代表する検出器対jiGに対してのみ、シングルイベントの計数率SijGの分布とコインシデンスイベントの計数率CijGの分布とを得、その相関関係式を得るようにしても良い。その方がデータ処理量が少なくデータ処理装置12Aの負担が軽くなる。
Further, even when grouped detector pair ij, a plurality of groups from the detector pair ij, grouped choose detector pair ji G representative, detector pair ji G representative of that particular group Only, the distribution of the count rate Sij G of the single event and the distribution of the count rate Cij G of the coincidence event may be obtained, and the correlation equation thereof may be obtained. This reduces the amount of data processing and reduces the burden on the
このように、本実施形態およびその変形例によれば、マルチイベントによる同時計測処理時の計数落ちを補正するので、図9の補正前の曲線に示すように、体内の放射能濃度が高いほどマルチイベントにより計数落ちが増加して、コインシデンスイベントの計数率の理論直線からのずれが大きくなるということが改善できる。 As described above, according to the present embodiment and the modification thereof, the counting drop at the time of the simultaneous measurement process due to the multi-event is corrected. Therefore, as shown in the curve before correction in FIG. It can be improved that the counting loss increases due to the multi-event and the deviation rate of the coincidence event from the theoretical straight line becomes large.
《第2の実施の形態》
次に、図10を参照しながら第2の実施形態について説明する。本実施の形態のPET装置1Bでは、カメラ11にデータ処理装置12Bを組み合わせてある。データ処理装置12Bは、データソート部12a、同時計測部12b、サイノグラムデータ蓄積部12c、ランダムイベント計測部(シングルイベントレート取得手段)12i、シングルイベントレート算出部(シングルイベントレート取得手段)12j、補正係数算出部(補正係数算出手段)12e、サイノグラムデータ補正部12f、トランスミッションデータ蓄積部12g、画像再構成部(画像生成部)12hを含む。
第1の実施の形態では、補正係数(1+αij・T・Sij)を算出するため、シングルイベントの計数率をシングルイベント計測部12dで計測していたが、本実施形態ではその代わりにデータ処理部12Bは、ランダムイベント計測部12iを有し、ランダムイベントの計数率Rijを計測している。第1の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
<< Second Embodiment >>
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the PET apparatus 1B of the present embodiment, the
In the first embodiment, the single event count rate is measured by the single
ランダムイベント計測部12iは、時間窓を同時計測の時間窓長さT以上ずらして、時間窓長さTで同時計測する方法(ディレイドコインシデンス)により、ランダムイベントの計数率Rijを取得する。
ランダムイベントの計数率R1ijは、理論的にはシングルイベントの計数率Sijと次式の関係にある。
R1ij=βij・T・(Sij)2 ・・・・・(3)
ここで、βijは同時計測の検出器対ijを制限する割合と実効的な時間窓長さの比例計数の積であり、被検体Pによらない定数である。しかし、このディレイドコインシデンスの場合も、シングルイベントが3個以上計測された場合は、マルチイベントとしてランダムイベントの計数率Rijから棄却するようにしているので、ディレイドコインシデンス時の棄却されるマルチイベントの計数率R2ijは次式のようになる。
R2ij=γij・R1ij・T・Sij ・・・・・(4)
ここで、γijは同時計測の検出器対ijを制限する割合と実効的な時間窓長さの比例計数の積であり、被検体Pによらない定数である。
The random
The random event count rate R 1ij is theoretically related to the single event count rate Sij by the following equation.
R 1ij = βij · T · (Sij) 2 (3)
Here, βij is the product of the ratio of the simultaneous measurement detector pair ij and the proportional count of the effective time window length, and is a constant that does not depend on the subject P. However, even in the case of this delayed coincidence, if three or more single events are measured, the multi event is rejected from the random event count rate Rij, so the number of multi events to be rejected at the time of delayed coincidence is counted. The rate R 2ij is as follows:
R 2ij = γij · R 1ij · T · Sij (4)
Here, γij is the product of the ratio of the simultaneous measurement detector pair ij and the proportional count of the effective time window length, and is a constant that does not depend on the subject P.
従って、実測されるランダムイベントの計数率Rijは、次式のように表される。
Rij=R1ij−R2ij=βij・T・(Sij)2−γij・βij・R1ij・T2・(Sij)3 ・・・・・(5)
式(5)より、計測されたランダムイベントの計数率Rijを用いて(5)式の未知数Sijに関する3次方程式を解くことにより、シングルイベントの計数率Sijを算出することができる。
Therefore, the measured random event count rate Rij is expressed as follows.
Rij = R 1ij −R 2ij = βij · T · (Sij) 2 −γij · βij · R 1ij · T 2 · (Sij) 3 (5)
From the equation (5), the single event count rate Sij can be calculated by solving the cubic equation relating to the unknown number Sij in the equation (5) using the measured random event count rate Rij.
シングルイベントレート算出部12jは、ランダムイベント計測部12iで得られたRijにもとづいて、(5)式からシングルイベントの計数率Sijを算出する。
シングルイベントの計数率Sijが得られれば、第1の実施形態と同様に、サイノグラムデータ補正部12fからのサイノグラムデータの一点毎に対応するコインシデンスイベントの計数率Cijに対して、補正係数(1+αij・T・Sij)算出の指示に対して、補正係数算出部12eがシングルイベントレート算出部12jからシングルイベントの計数率Sijを読み出し補正係数(1+αij・T・Sij)を算出してサイノグラムデータ補正部12fに出力することができる。
The single event
If the single event count rate Sij is obtained, as in the first embodiment, the correction coefficient (1 + αij ··) is applied to the coincidence event count rate Cij corresponding to each point of the sinogram data from the sinogram
また、第1の実施形態の変形例のように検出器対ijをグループ化して、同一グループ内のコインシデンスイベントの計数率Cijとシングルイベントの計数率Sijとのデータの相関関係式を補正係数算出部12eで得て、コインシデンスイベントの計数率Cijに対して対応するシングルイベントの計数率Sijを補正係数算出部12eで推定して、補正係数(1+αij・T・Sij)を算出するようにしても良い。
Further, as in the modification of the first embodiment, the detector pairs ij are grouped, and a correlation coefficient of data between the coincidence event count rate Cij and the single event count rate Sij in the same group is calculated as a correction coefficient. The correction
以上、第2の実施形態においてはシングルイベントの計数率Sijを直接計測せずとも第1の実施形態と同様に放射線濃度に比例するようにコインシデンスイベントの計数率Cijのマルチイベントによる計数落ちを補正でき、定量的な画像を再構成することができる。
普通、PET装置1A、1Bのデータ処理装置12A、12Bは、同時計測処理の精度を上げるために、同時計測部12bを有しているとともに、ランダム補正のためにランダムイベント計測部12iを有していることが多い。従って、本実施形態の場合シングルイベント計測部12dを新たに設ける必要が無く、簡単な構成にできる。
As described above, in the second embodiment, without counting the single event count rate Sij directly, the coincidence event count rate Cij is corrected so as to be proportional to the radiation concentration in the same manner as in the first embodiment. And quantitative images can be reconstructed.
Usually, the
(第1および第2の実施の形態のその他の変形例)
なお、以上の第1および第2の実施形態では、サイノグラムデータの段階で補正したが、それに限定されるものではない。PET画像に再構成後に、画素毎に補正を行なっても良い。前記第1および第2の実施形態では、検出器対ij毎に補正していたが、PET画像における各画素に関係する、例えば、寄与率の高い検出器対ijのシングルイベントの計数率Sijの平均値〈Sij〉を得て、補正係数(1+〈αij〉・T・〈Sij〉)を画素の濃度に乗じるようにしても良い。
ここで、〈αij〉は、PET画像における各画素に関係する、例えば、寄与率の高い検出器対ijのαijの平均値である。
そして、この場合も、被検体Pの体軸方向のスキャン位置毎に補正係数を算出するようにしても良いし、すべての被検体Pの体軸方向のスキャン位置に対して、1つのスキャン位置における補正前の画素の濃度と補正係数の相関式を算出して、その相関式を全スキャン位置の画素に適用するようにしても良い。
(Other modifications of the first and second embodiments)
In the first and second embodiments described above, correction is performed at the sinogram data stage, but the present invention is not limited to this. You may correct | amend for every pixel after reconstruction to a PET image. In the first and second embodiments, the correction is performed for each detector pair ij. For example, the count rate Sij of the single event of the detector pair ij having a high contribution rate is related to each pixel in the PET image. An average value <Sij> may be obtained, and the pixel density may be multiplied by a correction coefficient (1+ <αij> · T · <Sij>).
Here, <αij> relates to each pixel in the PET image, for example, an average value of αij of the detector pair ij having a high contribution rate.
In this case as well, the correction coefficient may be calculated for each scan position of the subject P in the body axis direction, or one scan position for all the scan positions of the subject P in the body axis direction. It is also possible to calculate a correlation formula between the density of the pixel before correction and the correction coefficient in step, and apply the correlation formula to the pixels at all scan positions.
また、第1および第2の実施形態において、PET画像の全体平均的により定量性が高まるように、代表的な複数の検出器対ijGの平均のシングルイベントの計数率〈SijG〉を得て、補正係数(1+〈αijG〉・T・〈SijG〉)を算出し、これを全画素またはサイノグラムデータに乗じるようにしても良い。
前記の代表的な複数の検出器対ijGの平均のシングルイベントの計数率〈SijG〉を得るために、代表的な検出器ユニット2同士の対を選び、その検出器ユニット2の対に含まれる検出器21に対して平均のシングルイベントの計数率〈SijG〉を算出し、補正係数(1+〈αijG〉・T・〈SijG〉)を得るようにしても良い。
なお、平均のシングルイベントの計数率〈SijG〉を算出する単位(母集団)として、このほかに例えば、ユニット基板20同士の対を考えても良い。
このような補正により、同時計測処理における計数落ちによる定量性の劣化を全体的PET画像全体に一律的に補正できる。
Further, in the first and second embodiments, an average single event count rate <Sij G > of a plurality of representative detector pairs ij G is obtained so that the quantitativeness of the PET image is improved as a whole. Then, a correction coefficient (1+ <αij G > · T · <Sij G >) may be calculated and multiplied by all pixels or sinogram data.
In order to obtain the average single event count rate <Sij G > of the representative plurality of detector pairs ij G, a pair of
In addition, as a unit (population) for calculating the average single event count rate <Sij G >, for example, a pair of
By such correction, it is possible to uniformly correct the deterioration of quantitativeness due to the counting loss in the simultaneous measurement process over the entire PET image.
以上、第1の実施形態および第2の実施形態およびその変形例によれば以下のような効果が得られる。
(1) 前記コインシデンスイベントの計数率の補正は、解析的に得られた補正係数の算出式を用い、同時計測部12bに入力されるシングルイベントの計数率をシングルイベント計測部12dにより計測、またはランダムイベント計測部12iにより間接的に計測して補正係数を算出可能であり、被検体Pに依存せず精度の高い補正が可能となり、PET装置1A、1BによるPET画像の定量性が向上する。よって、より精度の高い診断を可能とする。
そして、高計数率つまり被検体Pの放射能濃度が高い場合でも、定量性の高いPET画像を得ることができる。
その結果、高定量性を保って撮像時間を短縮することができる。
(2) 補正係数を求める対象の検出器21の母集団の単位を、小は検出器21の単位、ユニット基板20に含まれる検出器21の単位、検出器ユニット2に含まれる検出器21の単位とすることが柔軟にできる。
そして、その対象の単位に応じて、補正係数をサイノグラムデータの1投影データごとに補正、サイノグラムデータの全体に一律補正とか、再構成画像の画素ごとに補正、再構成画像全体に一律補正とか、柔軟に補正できる。
エミッションデータの取得完了後に、操作コンソール13から入力して、補正方法を使用者が選択切替できるようにすると、目的に応じた適切な補正画像を得ることができる。
(3) シングルイベントの計数率にもとづいて、補正係数を算出するものであり、補正係数が容易に求まる。また、補正処理もサイノグラムデータに補正係数を乗じたり、PET画像の画素データに補正係数を乗じたりして、簡単に行なえる。
(4) 第2の実施形態のようにランダムイベント計測部12iにおけるランダムイベントの計数率からシングルイベントの計数率を算出する場合、もともとPET装置はランダム補正を行なうためにディレイドコインシデンス処理を行なっているものが多く、その機能を利用できるので、シングルイベント計測部12dが不要となり、データ処理装置12Bが簡素化できる。
As described above, according to the first embodiment, the second embodiment, and modifications thereof, the following effects can be obtained.
(1) The correction of the coincidence event count rate is performed by measuring the single event count rate input to the
Even when the counting rate, that is, the radioactive concentration of the subject P is high, a highly quantitative PET image can be obtained.
As a result, the imaging time can be shortened while maintaining high quantitativeness.
(2) The unit of the population of the
And according to the target unit, the correction coefficient is corrected for each projection data of the sinogram data, uniform correction for the entire sinogram data, correction for each pixel of the reconstructed image, uniform correction for the entire reconstructed image, Can be corrected flexibly.
After the emission data has been acquired, if an input is made from the
(3) The correction coefficient is calculated based on the single event count rate, and the correction coefficient can be easily obtained. Further, the correction process can be easily performed by multiplying sinogram data by a correction coefficient or multiplying pixel data of a PET image by a correction coefficient.
(4) When the single event count rate is calculated from the random event count rate in the random
《第3の実施形態》
次に、図1および図11を参照しながら第3の実施形態のシンチレータと光増倍管を用いたPET装置の場合を説明する。なお、その場合のカメラの詳細な構成の説明は省略するが、基本的に図2示した検出器ユニット2の構成において、検出器部分を除いて同じ構成である。
γ線検出器を構成する光電子増倍管はデッドタイムが大きく、時間分解能が半導体検出器に比して悪いので、アナログASIC24および基板統合FPGA26のデータ処理系でのデータ損失が大きい。これは、ユニット基板20(図5参照)におけるデータ処理系でのデータ損失に対するものであり、デッドタイム補正と呼ばれる。これは、解析的にも求めることができるし、実験的に求められたデータにもとづいても補正できる。
<< Third Embodiment >>
Next, the case of a PET apparatus using the scintillator and photomultiplier tube of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 11. In addition, although description of the detailed structure of the camera in that case is abbreviate | omitted, in the structure of the
The photomultiplier tube constituting the γ-ray detector has a large dead time and a poor time resolution as compared with the semiconductor detector. Therefore, data loss in the data processing system of the
本実施形態におけるデータ処理装置12Cにおける各構成要素の機能について説明する。データ処理装置12Cは、データソート部12a、同時計測部12b、サイノグラムデータ蓄積部12c、シングルイベント計測部(シングルイベントレート取得手段)12d、補正係数算出部(補正係数算出手段)12e、トランスミッションデータ蓄積部12g、画像再構成部(画像生成部)12h、ランダムイベント計測部12i、ランダム補正部12k、シングルイベントレート補正部12m、補正係数算出部12n、サイノグラムデータ補正部12pを含む。第1の実施の形態および第2の実施の形態と同じ構成については同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
The function of each component in the data processing device 12C in this embodiment will be described. The data processing device 12C includes a
以下に、解析的にデータ損失係数求める場合を例に説明する。
同時計測部12bおよびランダムイベント計測部12iは、半導体γ線検出器の場合より大きい時間窓長さTsを用いてそれぞれ同時計測(Cij)、ディレイドコインシデンス計測(Rij)を行なう。シンチレータおよび光電子増倍管を用いたγ線検出器では、時間分解能が悪いので同時計測部12bにおける同時計測の結果Cijにはシングルイベントの偶発的な同時計測Rijも含まれるので、ランダム補正部12kにおいてCij―Rijのランダム補正を行なう。
シングルイベント計測部12dは、各検出器iまたは各データ処理系iのシングルイベントの計数率Siを計測する。
シングルイベントレート算出部12mは、シングルイベント計測部12dが計測したシングルイベントの計数率Siを合算した同時計測部12bに入力されるシングルイベントの計数率Stotalを算出する。
Hereinafter, a case where the data loss coefficient is obtained analytically will be described as an example.
The
The single
The single event
各検出器iまたは各データ処理系iのシングルイベントの計数率をSiとしたとき、デッドタイムによるデータ損失率hi(Si)が求まり、それらの積として合計のシングルイベントのデータ損失率hが次式のように算出できる。
h=Πhi(Si) ・・・・・(6)
さらに、同時計測はシングルイベント対のペアリングであり、前記シングルイベントのデータ損失率の2乗がコインシデンスイベントのデータ損失率であり、その逆数が次式のように同時計測のデッドタイム補正係数Hとなる。
H=h−2 ・・・・・(7)
従って、マルチイベントによる同時計測処理における計数落ちの補正と、デッドタイム補正の両方の総合補正係数は、次式のようになる。
Cij・H・(1+α・Ts・Stotal) ・・・・・(8)
ここで、補正係数算出部12nは、このデータ損失率hの算出およびデッドタイム補正係数Hの算出を行ない、サイノグラムデータ補正部12pがサイノグラムデータ蓄積部12cの各データに総合補正係数を乗ずる補正を行なう。
When the single event count rate of each detector i or each data processing system i is Si, the data loss rate h i (Si) due to dead time is obtained, and the total single event data loss rate h is the product of them. It can be calculated as:
h = Πh i (Si) ····· (6)
Furthermore, the simultaneous measurement is a pairing of a single event pair, the square of the data loss rate of the single event is the data loss rate of the coincidence event, and the reciprocal thereof is the dead time correction coefficient H of the simultaneous measurement as in the following equation: It becomes.
H = h- 2 (7)
Therefore, the total correction coefficient for both the correction of counting loss and the dead time correction in the simultaneous measurement processing by multi-event is expressed by the following equation.
Cij · H · (1 + α · Ts · Stotal) (8)
Here, the correction
式(6)、式(7)から、デッドタイム補正係数Hは、シングルイベントの計数率Siの関数であり、シングルイベント計測部12dで計測することにより、高い精度の補正ができる。その代わりにStotalから平均値のSiを求めて使用することにより、個々の検出器iまたはデータ処理系iのシングルイベントの計数率Siを計測するのを省略しても良い。その場合は、計測位置による体内放射能濃度分布を考慮することができないが、補正処理が簡素化できる。
From Expressions (6) and (7), the dead time correction coefficient H is a function of the single event count rate Si, and high-accuracy correction can be performed by measuring with the single
実験的にデッドタイム補正係数Hを求めるには、放射能濃度に対する同時計測部12bに入力するシングルイベントの計数率の曲線を求め、理論直線との比メルコとによってシングルイベントの計数率のデータ損失率hを求める。次いで、式(6)、式(7)よりデッドタイム補正係数Hを求めて、シングルイベントの計数率Si依存のテーブル関数として補正係数算出部12nが参照可能にすれば良い。
In order to obtain the dead time correction coefficient H experimentally, a curve of the single event count rate input to the
本実施例によれば、ユニット基板におけるデータ処理系のデッドタイムによるデータ損失と同時計測処理時のマルチイベントによるデータ損失を解析的に分離して、それぞれの補正係数から総合補正係数を算出して、被検体Pに依存しない精度の高いPET画像の補正ができる。その結果、定量性の高いPET画像を得ることができる。
図12に示すように、コインシデンスイベントの計数率に対する、マルチイベントによる計数率補正処理と、さらにデッドタイム補正処理により、理論直線に近づけることができる。
また、デッドタイムによるデータ処理系でのデータ損失を、各データ処理系iのシングルイベントの計数率Siから積算して算出するので、より精度の高いデッドタイム補正ができる。
According to the present embodiment, the data loss due to the dead time of the data processing system in the unit substrate and the data loss due to multi-event during the simultaneous measurement process are analytically separated, and the total correction coefficient is calculated from each correction coefficient. Thus, it is possible to correct a highly accurate PET image independent of the subject P. As a result, a highly quantitative PET image can be obtained.
As shown in FIG. 12, it is possible to approximate a theoretical straight line by a multi-event count rate correction process and a dead time correction process for the coincidence event count rate.
In addition, since the data loss in the data processing system due to the dead time is calculated by integrating from the single event count rate Si of each data processing system i, the dead time can be corrected with higher accuracy.
1A、1B PET装置
2 検出器ユニット
2A ユニット支持部材
4 補助データ収集ユニット
11 カメラ
11a 蓋
11b 開口部
12A、12B データ処理装置
12a データソート部
12b 同時計測部
12c サイノグラムデータ蓄積部
12d シングルイベント計測部(シングルイベントレート取得手段)
12e 補正係数算出部(補正係数算出手段)
12f サイノグラムデータ補正部
12g トランスミッションデータ蓄積部
12h 画像再構成部(画像生成部)
12i ランダムイベント計測部(シングルイベントレート取得手段)
12j シングルイベントレート算出部(シングルイベントレート取得手段)
13 操作コンソール
13a 表示装置
13b 入力操作部
14 ベッド
20 ユニット基板
20a 検出器基板領域
20b ASIC基板領域
20c ユニット基板本体
21 半導体放射線検出器(γ線検出器)
22 コンデンサ
23 抵抗器
24 アナログASIC(データ生成部)
24A ファースト系
24B スロー系
24a 前置増幅器
24b タイミングピックオフ回路
24c 閾値制御回路
24d 波形整形回路
24e ピークホールド回路
25 アナログ/デジタル変換器
26 基板統合FPGA(データ生成部)
30 筐体
30a 天板
30c 側板
31 ユニット統合FPGA
32 統合基板
33 アナログ信号処理回路
34 検出信号処理部
35 タイミング検出部
36 検出器制御部
37 データ転送部
38 コネクタ
39 ガイド部材
41a 位置保持孔
41b 位置保持部材
41c ナット
42、43 ケーブル
80 第1データソート部
81 第1散乱線処理部
82 第2データソート部
83 第2散乱線処理部
84 散乱線データソート部
C2 基板コネクタ
1A,
12e Correction coefficient calculation unit (correction coefficient calculation means)
12f sinogram
12i Random event measurement unit (single event rate acquisition means)
12j Single event rate calculation unit (single event rate acquisition means)
13
22
24A First system 24B
30 Housing
32
Claims (7)
前記γ線検出信号にもとづいて検出時刻情報とγ線検出器を識別する検出器IDと検出γ線エネルギ値を含む検出γ線情報を生成する複数のデータ生成部と、
前記検出γ線情報にもとづいて同時計測部において同時計測処理をし、画像生成部において前記同時計測処理の結果にもとづいて断層画像を生成するデータ処理装置と、
を備える陽電子放出型断層撮影装置において、
前記データ処理装置は、
前記同時計測処理において、入力されるシングルイベントの計数率を取得するシングルイベントレート取得手段と、
該シングルイベントレート取得手段によって取得されたシングルイベントの計数率にもとづいて補正係数を算出する補正計数算出手段と、
を有し、
前記算出された補正計数にもとづいて前記断層画像を補正することを特徴とする陽電子放出型断層撮影装置。 a plurality of γ-ray detectors that output γ-ray detection signals in response to detection of γ-rays;
A plurality of data generation units for generating detection γ-ray information including detection time information, a detector ID for identifying the γ-ray detector, and a detected γ-ray energy value based on the γ-ray detection signal;
A data processing device that performs simultaneous measurement processing in the simultaneous measurement unit based on the detected γ-ray information, and generates a tomographic image based on the result of the simultaneous measurement processing in the image generation unit;
In a positron emission tomography apparatus comprising:
The data processing device includes:
In the simultaneous measurement process, a single event rate acquisition means for acquiring a count rate of an input single event;
Correction count calculation means for calculating a correction coefficient based on the single event count rate acquired by the single event rate acquisition means;
Have
A positron emission tomography apparatus which corrects the tomographic image based on the calculated correction count.
前記ランダムイベントの計数率にもとづいて前記シングルイベントの計数率を算出するシングルイベントレート算出部と、を有することを特徴とする請求項1に記載の陽電子放出型断層撮影装置。 The data processing device, as the single event rate acquisition means, a random event measurement unit that measures a count rate of random events based on the detected γ-ray information,
The positron emission tomography apparatus according to claim 1, further comprising: a single event rate calculation unit that calculates the count rate of the single event based on the count rate of the random event.
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