ＰＥＴ装置およびそのイメージング方法
【課題】 ＰＥＴ装置において複数分子同時イメージングを行う。
【解決手段】 ベータ崩壊後にガンマ崩壊によって固有ガンマ線を放出する核種含む第１プローブ第２プローブとの双方が撮像対象に投与され複数プローブのＰＥＴ装置１００により撮像される。複数プローブのＰＥＴ装置１００は、ＰＥＴ用ガンマ線検出器１０の群とエネルギー分解型ガンマ線検出器２０とを備え、イメージング処理部３０が、ＰＥＴ用ガンマ線検出器１０の群からの対消滅検出信号から画像の再構成処理を行なう際に、固有ガンマ線のエネルギーによって画像を別々に再構成する。固有ガンマ線を放出しない核種と固有ガンマ線を放出する核種を用いたイメージングも行なわれる。
【解決手段】 ベータ崩壊後にガンマ崩壊によって固有ガンマ線を放出する核種含む第１プローブ第２プローブとの双方が撮像対象に投与され複数プローブのＰＥＴ装置１００により撮像される。複数プローブのＰＥＴ装置１００は、ＰＥＴ用ガンマ線検出器１０の群とエネルギー分解型ガンマ線検出器２０とを備え、イメージング処理部３０が、ＰＥＴ用ガンマ線検出器１０の群からの対消滅検出信号から画像の再構成処理を行なう際に、固有ガンマ線のエネルギーによって画像を別々に再構成する。固有ガンマ線を放出しない核種と固有ガンマ線を放出する核種を用いたイメージングも行なわれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＰＥＴ装置およびそのイメージング方法に関する。さらに詳細には、本発明は、撮像対象の各部において集積している複数のプローブを同時にイメージングするためのＰＥＴ装置およびそのイメージング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療技術の進歩の一つに、断層撮像を用い生体中のトレーサー分子の分布を非侵襲的にイメージングする手法の発達を挙げることができる。例えば核医学における診断装置の一つとして陽電子放出断層撮像（ｐｏｓｉｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＥＴ）装置が実用化されている。ＰＥＴ装置で検出するのは、ベータ崩壊（β＋崩壊、陽電子崩壊）により放出された陽電子（ポジトロン）が物質中の電子と対消滅した際に放出される２本のガンマ線（以下、「対消滅ガンマ線」という）である。この対消滅ガンマ線は、互いにほぼ１８０度逆向きに放出され、それぞれが５１１ｋｅＶのエネルギーを持つ一対のガンマ線である。ＰＥＴ装置では、対消滅ガンマ線を検出した対をなす検出器を結ぶ直線を多数同定することにより、ベータ崩壊を起こす放射性同位元素の原子核（以下「陽電子放出核」という）の分布が推定できる。例えば、がん細胞に集積する薬剤分子を陽電子放出核により標識し、その薬剤を投与した生体（被験者）を撮像対象としてＰＥＴ装置によりイメージングすれば、生体内でのがん細胞の３次元的な分布画像を得ることが可能である。ＰＥＴ装置と同様に生体の機能画像を得るための核医学的画像診断装置である単一光子放射断層撮影（ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＳＰＥＣＴ）装置等と比較して、ＰＥＴ装置はガンマ線コリメータが不要であることから、一般的に感度、定量性の面で優れている。
【０００３】
一方、ライフサイエンスや医学の進展に伴い、複数の分子動態が複雑にからみ合うことによって生体の機能が発現したり病巣が形成されたりしていることが解明されつつある。そのため、異なる放射性核種によって標識した複数の薬剤を投与し、薬剤それぞれの分布を一度にイメージングする手法（以下「複数分子同時イメージング法」という）の研究が進められている。複数分子同時イメージング法を実現するために、例えば、単一光子放射断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）やコンプトンカメラを利用することが試みられている。
【０００４】
その一方、陽電子崩壊の後にガンマ崩壊が起こり、その際に放出される核種に固有なエネルギーのガンマ線（以下、「固有ガンマ線」）を対消滅ガンマ線とともに検出する手法が開示されている。例えば、非特許文献１（James D. Kurfess et al, IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, 2001 vol.2 p.1166-1170）や特許文献１（米国特許第４８３３３２７号明細書）には、単一の核種の固有ガンマ線を用いて、PET画像の解像度を高める手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４８３３３２７号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】James D. Kurfess and Bernard F. Phlips, “Coincident Compton Nuclear Medical Imager”, IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, 2001 vol.2 p.1166-1170
【非特許文献２】Genqsheng Lawrence Zeng, “Medical Image Reconstruction : A Conceptual Tutorial”, Springer-Verlag, 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の一般的なＰＥＴ装置において、プローブを標識するために用いられる核種は、１１Ｃ、１５Ｏ、１８Ｆ等の陽電子放出核であり、これらを用いた撮像で検出される放射線は、ベータ崩壊により放出されたポジトロンの対消滅に伴ってほぼ１８０度反対方向に放出されるガンマ線である。この対消滅ガンマ線は核種によらず、陽電子と電子と静止質量である５１１ｋｅＶのエネルギーを有している。そのため、従来の対消滅ガンマ線をイメージングに用いる一般的なＰＥＴ装置では、生体内に複数種類のプローブを同時に投与したとしても、異なるプローブそれぞれの分布を互いに区別してイメージングすることは原理的に不可能である。なお、ＰＥＴ装置において複数プローブ同時撮像を行なうために、核種による放射能減衰時間の違いを利用する手法が知られている。これは、撮影した画像の時間変化により、減衰時間が異なるプローブを識別する手法である。しかし、この手法は複数のプローブを直接識別するものではなく、特に、時間とともに各プローブの分布が変わるような対象物すなわち動態を撮像することは困難である。
【０００８】
上記固有ガンマ線を検出する手法において、非特許文献１の報告または特許文献１の開示において利用されるプローブはいずれも高々一種類に限られる。非特許文献１または特許文献１のいずれにも、生体内の互いに異なる領域に分布する複数種類のプローブを区別して同時にイメージングする複数分子同時イメージングや、また、そのための具体的技術は開示されていない。
【０００９】
さらにＳＰＥＣＴによるイメージングでは、コリメータを取り付けた平板検出器に特定の方向から入射するガンマ崩壊による単一のガンマ線を検出することによりガンマ線源分布の射影像を得る。ＳＰＥＣＴにおいてガンマ線源の２次元または３次元分布を得るためには、複数の装置を用いるか、または装置を回転させることにより多方向への射影像を得て画像再構成する。このためＳＰＥＣＴでは、固有ガンマ線のエネルギーが互いに異なる複数の核種であれば、同時に撮像することは不可能ではない。ただし、ＳＰＥＣＴには、撮影原理上、ガンマ線コリメータが必須であるために、固有ガンマ線のエネルギーが、例えば３００ｋｅＶを超える程度に高くなると撮像精度が悪くなる。その結果、ＳＰＥＣＴに用いることが可能な核種は低エネルギーのガンマ線を放出するものに限られる。このことは、ＳＰＥＣＴによって複数分子同時イメージングを行う際に、採用可能な核種が制限されるのみならず、複数のガンマ線源を狭いエネルギー範囲から選択せざるを得ないことを意味する。したがって、互いのガンマ線エネルギーが必然的に近くなり、ガンマ線の識別に困難が伴う場合が多い。さらに、上述した通り、ＰＥＴ装置と比較した場合、感度、定量性、解像度の面でＳＰＥＣＴは劣る。
【００１０】
また、コンプトンカメラは、複数分子同時イメージング法を実現する有力な手法と考えられていることなどから、各所で開発が進められている。しかし、現状では、この手法と既存のＰＥＴ装置等を比較すると解像度、定量性および感度の面で劣る。
【００１１】
本発明は上述した問題の少なくともいずれかを解決するためになされたものである。すなわち本発明は、複数のプローブを投与した撮像対象において、それぞれのプローブの分布画像を区別してイメージングするＰＥＴ装置を提供することにより、単一の薬剤のみのイメージングではなしえなかった高度な生物学的分析や臨床診断の可能性を切り開くものである。また、本発明は、複数分子同時イメージングの一般的な手法を与えることにより、ライフサイエンス以外の分野、例えば工業分野における非破壊検査や、保安のための核物質探知などにも貢献するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願の発明者らは、ＰＥＴ装置の撮像対象に投与したプローブを標識するために用いる核種として、これまでのＰＥＴ装置では積極的に用いられて来なかった、崩壊機構の異なるプローブを用いることにより、ＰＥＴ装置の持つ高い解像度を活かした複数分子同時イメージングを行ないうることに気がついた。本発明において採用する核種は、陽電子放出核でありながら固有ガンマ線をも放出する核種である。すなわち、陽電子放出核のうち、ベータ崩壊により陽電子を放出した後にガンマ崩壊により固有ガンマ線を放出する核種である。このような性質の核種を、本発明のある態様においては複数用い、本発明の別の態様においては従来のベータ崩壊後に陽電子のみを放出する核種とともに用いる。いずれの態様においても、対消滅ガンマ線の検出に続けて検出された固有ガンマ線によって、対消滅ガンマ線を放出した核種がどの核種であるのかを同定することが可能となる。つまり、複数の核種によって標識した複数のプローブを撮像対象に同時に投与しても、これらを相互に区別して撮像することが可能となる。
【００１３】
すなわち、本発明のある態様においては、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に第１エネルギーの固有ガンマ線を放出する核種を含む第１プローブと、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に第２エネルギーの固有ガンマ線を放出する核種を含む第２プローブとの双方が投与されている撮像対象から、陽電子と電子の対消滅により発生する一対の対消滅ガンマ線を受けるようになっているＰＥＴ用ガンマ線検出器の群と、いずれかの前記固有ガンマ線を検出するようになっており、前記第１エネルギーと前記第２エネルギーとを分解するエネルギー分解型ガンマ線検出器と、該ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群に属する一対のＰＥＴ用ガンマ線検出器による同時計測により得られる対消滅検出信号と、前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの信号との双方を受信し、前記対消滅ガンマ線の検出から所定の時間内に検出された固有ガンマ線のエネルギーが前記第１のエネルギーであるか前記第２のエネルギーであるかに応じ、前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するイメージング処理部とを備える数プローブをイメージングするためのＰＥＴ装置を提供する。
【００１４】
また、本発明のある態様においては、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に固有ガンマ線を放出する核種を含む第１プローブと、ベータ崩壊によって主に娘核の基底状態となる陽電子放出核を含むＰＥＴ用プローブとの双方が投与されている撮像対象から、陽電子と電子の対消滅により発生する一対の対消滅ガンマ線を受けるようになっているＰＥＴ用ガンマ線検出器の群と、前記第１プローブから放出される前記固有ガンマ線を受けるようになっているエネルギー分解型ガンマ線検出器と、該ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群に属する一対のＰＥＴ用ガンマ線検出器による同時計測により得られる対消滅検出信号と、前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの信号との双方を受信し、前記対消滅ガンマ線の検出と固有ガンマ線の検出とが所定の時間内に生じたかどうかに応じ、前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するイメージング処理部とを備える複数プローブをイメージングするためのＰＥＴ装置を提供する。
【００１５】
本発明はさらに別の態様によって実施することも可能である。つまり、本発明のある態様においては、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に第１エネルギーの固有ガンマ線を放出する核種を含む第１プローブと、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に第２エネルギーの固有ガンマ線を放出する核種を含む第２プローブとの双方が投与されている撮像対象から、陽電子と電子の対消滅により発生する一対の対消滅ガンマ線をＰＥＴ用ガンマ線検出器の群により同時計測するステップと、いずれかの前記固有ガンマ線を検出するようになっており、前記第１エネルギーと前記第２エネルギーとを分解するエネルギー分解型ガンマ線検出器により計測するステップと、前記ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群に属する一対のＰＥＴ用ガンマ線検出器による同時計測により得られる対消滅検出信号と、前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの信号との双方を受信し、前記対消滅ガンマ線の検出から所定の時間内に検出された固有ガンマ線のエネルギーが前記第１のエネルギーであるか前記第２のエネルギーであるかに応じ、前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するイメージング処理ステップとを含むＰＥＴ装置における複数プローブのイメージング方法における複数プローブのイメージング方法を提供する。
【００１６】
また、本発明のある態様においては、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に固有ガンマ線を放出する核種を含む第１プローブと、ベータ崩壊によって主に娘核の基底状態となる陽電子放出核を含むＰＥＴ用プローブとの双方が投与されている撮像対象から、陽電子と電子の対消滅により発生する一対の対消滅ガンマ線をＰＥＴ用ガンマ線検出器の群により同時計測するステップと、前記第１プローブから放出される前記固有ガンマ線をエネルギー分解型ガンマ線検出器により計測するステップと、前記ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群に属する一対のＰＥＴ用ガンマ線検出器による同時計測により得られる対消滅検出信号と、前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの信号との双方を受信し、前記対消滅ガンマ線の検出と固有ガンマ線の検出とが所定の時間内に生じたかどうかに応じ、前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するイメージング処理ステップとを含むＰＥＴ装置における複数プローブのイメージング方法を提供する。
【００１７】
本発明の各態様において、ベータ崩壊とは、陽電子放出をともなうβ＋崩壊（陽電子崩壊）を指している。娘核とは、ある放射性核種（親核）が原子番号の変化する核崩壊すなわちベータ崩壊を起こすときの崩壊後の核種を意味している。第１プローブおよび第２プローブにおいて標識のために用いられる放射性核種は、いずれも、ベータ崩壊によって陽電子（ポジトロン）を放出して娘核の励起状態に遷移し、それに続けて、娘核の基底状態にガンマ崩壊によって遷移する際に核種によって定まる固有の励起エネルギーをガンマ線の形態で放出する。本発明の各実施形態においては、ベータ崩壊で放出される陽電子の対消滅によるガンマ線（対消滅ガンマ線）を検出し、加えて、あらかじめ定めた短い時間（「所定の時間」または「固有ガンマ線ウインドウ期間」（後述））のうちに検出した固有ガンマ線を、核種特定のために利用する。具体的には、第１プローブとして、第１エネルギーの固有ガンマ線放出核を、第２プローブとして、第２エネルギーの固有ガンマ線放出核を使用し、必要に応じ第１エネルギーと第２エネルギーとを分解して測定するように動作させることが可能な任意のガンマ線検出器（エネルギー分解型ガンマ線検出器）を用いる。これによって、ＰＥＴ検出器群による同時計測事象が、第１プローブと第２プローブとのどちらによるものであるか決定することができる。同時計測事象から各プローブの分布画像を得るための画像再構成処理は、従来のＰＥＴ装置と同様に行なうことが可能である。なお、第１プローブも第２プローブも、Ｂタイプ核種（後述）と呼ばれる核種を含んでいる。
【００１８】
本発明においては、上述したように、第１プローブとＰＥＴ用プローブとを用いる態様も提供する。ここで、ＰＥＴ用プローブとは、ベータ崩壊によって主に娘核の基底状態となる陽電子放出核、すなわち、ベータ崩壊後の原子核がとる状態のうち高い確率のものが娘核の基底状態である核種により標識したプローブである。このＰＥＴ用プローブは、例えば従来のＰＥＴ装置において、対消滅ガンマ線を放出する核種として用いられるものであり、本出願においてＡタイプ核種として後述される。第１プローブは先述したとおりであり、ベータ崩壊により陽電子を放出するとともに、ガンマ崩壊により固有ガンマ線を放出する。その固有ガンマ線は、エネルギー分解型ガンマ線検出器により検出する。これに対して、上記態様のＰＥＴ用プローブは陽電子のみを放出する。このため、第１プローブとＰＥＴ用プローブとを利用する態様においては、エネルギー分解型ガンマ線検出器が検出する固有ガンマ線検出の有無によって複数分子同時イメージングを実行することが可能となる。エネルギー分解型ガンマ線検出器からの固有ガンマ線のエネルギー値は、その後に積極的に利用される場合も、また、されない場合もある。
【００１９】
本発明のこれらの態様において、対消滅ガンマ線を検出するためには、従来のＰＥＴ装置と同様の同時計測を実施する。また、対消滅ガンマ線と固有ガンマ線とを対応付けるために、固有ガンマ線の検出と対消滅ガンマ線の検出とがある時間差以内に生じているかどうかを判定する。この時間差の許容範囲は、娘核の励起状態の半減期や、検出器の時間分解能を考慮してあらかじめ決定した固有ガンマ線ウインドウ期間（「所定の時間」）によって設定する。
【００２０】
したがって、本出願においては、同時（ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔ）や同時計測（ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）とは、無限に高い精度を以て二つの事象が完全に一致した時刻に起きたことを規定するものではない。例えば対消滅の２つのガンマ線は、それぞれが光速で各媒質または空間を伝播し、別々の検出器においてシンチレーション光の発光や電荷の収集などにより検出される。つまり、実際の測定にまつわる種々の現象、例えば、対消滅した位置から検出器までの距離の揺らぎ、検出器の時間応答の差、のために検出時刻の完全同一性は担保されえない。このため、本出願においては、同時または同時計測との用語をもって完全に一致した時刻であることは規定されない。本発明の思想上または実施上の意味における「同時」には、ある時間差だけの時刻の違いと時間幅が含まれている。
【００２１】
本発明の各態様において２種類のプローブを区別してコンピュータ上で画像再構成する処理は、少なくとも２つの画像を別々に再構成する処理を指している。ともにガンマ崩壊による固有ガンマ線を放出する核種で標識した第１および第２プローブを採用する態様においては、それぞれのプローブを区別するため、典型的には各プローブからの固有ガンマ線のエネルギーを識別し、各プローブからの対消滅ガンマ線に基づく画像を別々に再構成する処理を行う。これに対して、固有ガンマ線を放出する第１プローブと固有ガンマ線を放出しないＰＥＴ用プローブとを用いる態様においては、例えば固有ガンマ線の検出の有無を利用することにより、各プローブの画像を別々に再構成する処理を行う。なお、画像を別々に再構成することは、各プローブのみとなった画像を再構成することを必ずしも意味していない。例えば固有ガンマ線を放出する第１プローブとＰＥＴ用プローブとを採用する態様においては、測定原理上、第１プローブから放出される固有ガンマ線の検出効率が１００％とはならない。そのため、固有ガンマ線が同時に検出さなかった対消滅事象は、ＰＥＴ用プローブに由来するものの他、第１プローブに由来するものも含む。したがって、区別して再構成される画像が、第１プローブおよびＰＥＴ用プローブの双方の分布を反映する一の画像と、第１プローブの分布を反映する他の画像、という組合せとなる。
【００２２】
本発明のいくつかの態様においては、コンピュータが構成要素に含まれている。このコンピュータは一般に、演算部と、記憶装置とを含む任意のコンピュータ装置であり、適当なオペレーティングシステム上において、任意のプログラムの動作が制御され、記録装置などのリソースが管理される。また、本発明の態様においては、種々の記録手段が用いられる。これらの記録手段は、上記コンピュータの記憶装置において情報を記録することが可能な装置であって、必要に応じてこれらを識別可能なものを指す。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のいくつかの態様により、ＰＥＴ装置の特徴である高い感度、定量性、解像度を活かした上で、複数のプローブを互いに区別して同時にイメージングすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のいくつかの実施形態において採用される核種の崩壊様式を、従来のＰＥＴ装置による撮像のために主として採用される核種のものと対して図示するチャートである。このうち、図１（ａ）は、従来のＰＥＴ装置において採用される陽電子放出核の崩壊様式（Ａタイプ）であり、図１（ｂ）は、本発明の各実施形態において採用される固有ガンマ線を放出する崩壊様式（Ｂタイプ）である。
【図２】本発明の各実施形態において採用することが可能なＢタイプ核種の崩壊様式を具体例により示す説明図である。図２（ａ）は、１４Ｏから１４Ｎへの崩壊を、また、図２（ｂ）は、９４ｍＴｃから９４Ｍｏへの崩壊を、それぞれ示している。
【図３】本発明のある実施形態に採用する複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置の概略構成図である。
【図４】本発明のある実施形態に採用する複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置のイメージング処理部の信号処理の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図５】本発明のある実施形態の複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置によるイメージング方法の処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明のある実施形態に採用する複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置のイメージング処理部の信号処理の詳細な構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図７】本発明のＢタイププローブを複数投与する実施形態における処理動作の概要を示す説明図である。
【図８】本発明のある実施形態においてＡタイププローブとＢタイププローブを投与した場合の処理動作の概要を示す説明図である。
【図９】本発明のある実施形態においてＡタイププローブとＢタイププローブを投与した際に、固有ガンマ線のエネルギー検出を撮像に利用しない場合のノイズの発生原因を説明する図である。
【図１０】本発明のある実施形態においてＡタイププローブとＢタイププローブを投与した際に、固有ガンマ線のエネルギー検出を撮像に利用しない場合にノイズを抑制するための検出器の配置例を説明する図である。
【図１１】本発明のある実施形態において数値計算シミュレーションの対象となるプローブ分布を与えるファントム形状を示す模式図である。
【図１２】数値計算シミュレーションによる、本発明のある実施形態を用いてファントムを撮像した場合の画像である。図１２（ａ）は、固有ガンマ線が検出されない際の対消滅ガンマ線により再構成したものであり、図１２（ｂ）は、固有ガンマ線を検出した際の対消滅ガンマ線により再構成したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について説明する。以下の説明に際し特に言及がない限り、全図にわたり共通する部分または要素には共通する参照符号を付している。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示してはいない。
【００２６】
本発明の実施形態の基本構成を基本実施形態として説明し、その基本構成に基づいて実施するより具体的な形態を、第１および第２実施形態として説明する。
【００２７】
＜基本実施形態＞
基本実施形態は、本発明の実施形態の基本的構成を概説したものである。このため、本実施形態において説明する事項は、他の実施形態にも適用される。
【００２８】
［１ 基本構成］
［１−１ 動作原理］
本発明の各実施形態においては、従来のＰＥＴ装置で主として使用される陽電子放出核とは異なる崩壊様式の核種を採用する。図１は、本発明の各実施形態において採用する核種の崩壊様式を、従来のＰＥＴ装置による撮像のために主として採用される核種に対して図示するチャートである。このうち図１（ａ）は、従来のＰＥＴ装置において主として採用される陽電子放出核の崩壊様式（以下、「Ａタイプ」と呼ぶ）であり、図１（ｂ）は、本発明の各実施形態において採用する固有ガンマ線を放出する崩壊様式（「Ｂタイプ」）である。
【００２９】
図１（ａ）に示すように、従来のＰＥＴ装置での撮像のために主として採用されるＡタイプの崩壊様式の陽電子放出核（「Ａタイプ核種」という）のエネルギー準位は、ベータ崩壊によって、崩壊前の親核から崩壊後の娘核の基底状態に遷移する。したがって、Ａタイプの崩壊で、遷移の際に放出されるのは、ニュートリノを除き陽電子のみである。これに対し、図１（ｂ）に示したＢタイプの崩壊様式の核種（「Ｂタイプ核種」）においては親核からベータ崩壊によって遷移した先の状態は娘核の励起状態である。このため、Ｂタイプ核種のベータ崩壊後の娘核は、励起状態と基底状態のエネルギー差に相当する核種に固有のエネルギーを固有ガンマ線として放出し基底状態へと遷移する。Ｂタイプ核種において固有ガンマ線が放出されるタイミングは、核の構造に依存した量子力学的な確率に従う。娘核の励起状態から基底状態への寿命の指標は、例えば半減期として与えられる。
【００３０】
図２は、図１（ｂ）のＢタイプ核種として採用する核種の崩壊様式を具体例により示す図である。図２（ａ）には、親核である１４Ｏから娘核である１４Ｎへの崩壊様式を示した。図２（ａ）は、親核１４Ｏが、娘核１４Ｎの基底状態に遷移するまでに、９９．４％の確率で１４Ｎの励起状態を経由すること、そしてそこから、半減期６８フェムト秒（ｆｓ）で２３１２ｋｅＶの固有ガンマ線を放出して娘核１４Ｎの基底状態に遷移することを示している。また、図２（ｂ）には、親核である９４ｍＴｃから娘核である９４Ｍｏへの崩壊を示している。図２（ｂ）は、親核９４ｍＴｃが娘核９４Ｍｏの基底状態に遷移するまでに、いくつかの励起状態を経由して、核スピンが２＋の娘核９４Ｍｏの励起状態に遷移すること、そしてそこから半減期２．８８ピコ秒（ｐｓ）で８７１．０ｋｅＶの固有ガンマ線を放出して娘核９４Ｍｏの基底状態に遷移することを示している。この崩壊経路を通る９４ｍＴｃの割合（ガンマ線放出率）は、９４．２％である。
【００３１】
なお、従来のＰＥＴ用プローブに用いられる核種には、小さい確率で固有ガンマ線を放出するタイプ、つまり、厳密にはＢタイプ核種とすべきものも知られている。例えば６４Ｃｕは、０．４％の確率で１３４６ｋｅＶの固有ガンマ線を放出する核種でありながらもＰＥＴ用プローブに用いられている。しかし、本出願における以降の説明では、従来のＰＥＴ用プローブに用いられる核種のうち固有ガンマ線を放出するものは、その固有ガンマ線をイメージングに利用する場合にはＢタイプ核種として扱い、固有ガンマ線を特に利用せず５１１ｋｅＶの対消滅ガンマ線のみによるイメージングを行なう場合にはＡタイプ核種として扱う。したがって、５１１ｋｅＶの対消滅ガンマ線のみを利用し、本出願の固有ガンマ線を利用しないＡタイプ核種として、ベータ崩壊後に１００％の確率で娘核の基底状態になるものばかりではなく、ベータ崩壊の後に高い確率で娘核の基底状態に遷移するものまで含めている。このような核種の区分は、従来のＰＥＴ用プローブの核種のうち、固有ガンマ線を放出する確率がゼロでない核種が排除されていないことを明示するものである。
【００３２】
以下、Ａタイプ核種によって標識する薬剤（プローブ）を、Ａタイププローブと呼び、同様に、Ｂタイプ核種によって標識する薬剤（プローブ）を、Ｂタイププローブと呼ぶ。
【００３３】
［１−２ ＰＥＴ装置］
上述したＢタイプ核種が投与された撮像対象において複数分子の分布を撮像するために、本実施形態においては、Ｂタイプ核種からの固有ガンマ線を利用する改良されたＰＥＴ装置、つまり、複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置を提供する。図３は、本実施形態で採用する複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置の概略構成図である。図３に示した複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置１００（以下、「ＰＥＴ装置１００」という）は、従来のＰＥＴ装置と同様に、ポジトロンの対消滅に伴う５１１ｋｅＶのガンマ線対が、リング状に配列したＰＥＴ検出器１０の群を用いて検出する。ＰＥＴ検出器１０の群は、本出願においてはＰＥＴ用ガンマ線検出器の群とも呼ぶ。ＰＥＴ検出器１０の群は、図３において概ね円筒面をなすように配列した個別のＰＥＴ検出器１０を含んでいる。ＰＥＴ検出器１０それぞれは、当該円筒面の内側から飛来するガンマ線を受けて、そのガンマ線との相互作用に応じた信号を出力する。特に、いずれか二つのＰＥＴ検出器１０から出力する信号が、一対の陽電子と電子が対消滅して反対方向に放出された対消滅ガンマ線を検出したことを示す場合に、その信号を本出願において対消滅検出信号と呼ぶ。当該円筒面の内側には、撮像対象となる生体などの物体（図示しない）を配置する。その物体の内部では、プローブとなる分子が、生体の各部位などの様々な領域に集積し、３次元的に分布している。図３には、Ｂタイププローブが分布している領域のみを図示している。
【００３４】
従来のＰＥＴ装置と同様にＰＥＴ装置１００は、各ＰＥＴ検出器１０からの信号が二つの検出器によって５１１ｋｅＶのガンマ線を同時計測した場合は、上記円筒の内側の空間で、その二つの検出器の間を結ぶ直線上にて対消滅が生じたことになる。このため、ＰＥＴ検出器１０の群によって、その対消滅ガンマ線の飛来方向の直線を、それぞれ一対の対消滅ガンマ線を検出したＰＥＴ検出器１０の位置を結ぶ直線として推定することができる。このように、ＰＥＴ検出器１０の群は、位置感応型検出器として機能する。そして、いずれのプローブを用いる場合でも、このＰＥＴ検出器１０の群からの対消滅検出信号を後の画像再構成のために利用する。
【００３５】
本実施形態の典型的なＰＥＴ装置１００は、固有ガンマ線検出器２０もさらに備えている。固有ガンマ線検出器２０は、本出願においてはエネルギー分解型ガンマ線検出器とも呼ぶ。本実施形態のＰＥＴ装置１００において、固有ガンマ線検出器２０は、固有ガンマ線検出器２０の群として、ＰＥＴ検出器１０の群の配置に適合させて配置している。固有ガンマ線用検出器２０は、対消滅ガンマ線を検出するＰＥＴ検出器１０を配置していないオープンスペースのうちの任意の位置に配置する。その配置の一例は、図３に示すように、リング状に配置したＰＥＴ検出器１０の群のなす円筒と同軸の円筒上に、多数の固有ガンマ線検出器２０の群を、リング状に、かつ、ＰＥＴ検出器１０の群の配列の両側に配置したものである。固有ガンマ線検出器２０からは、ガンマ線のエネルギー値を反映する波高信号が得られる。したがって、対消滅検出信号には、固有ガンマ線が到来したタイミングと、その固有ガンマ線の持つエネルギーの情報とが含まれている。
【００３６】
ＰＥＴ装置１００と同様の機能を持つＰＥＴ装置は、ＰＥＴ検出器１０と類似の検出器が備わった従来のＰＥＴ装置を改造することによっても作製することができる。この場合には、エネルギー測定が可能な任意のガンマ線検出器を、例えばＰＥＴ装置１００の固有ガンマ線検出器２０の群のように既存のＰＥＴ検出器の動作を妨げない位置に追加する。従来のＰＥＴ装置に固有ガンマ線検出器を追加することによって構成したＰＥＴ装置は、従来のＰＥＴ装置からみて構成変更を小規模としながらも複数分子同時イメージングを実現する点で有利である。
【００３７】
ＰＥＴ装置１００として動作するための固有ガンマ線検出器２０の機能は、固有ガンマ線のエネルギーの測定と、その検出タイミングの特定であるため、位置感応性を必要としない。また、固有ガンマ線検出器２０として採用されるガンマ線検出器の種類も特段限定されない。例えば、ＮａＩ、ＢＧＯ、ＬＳＯ、ＬａＢｒ等をシンチレーターとして採用するシンチレーション検出器や、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ等の半導体材料を採用する半導体検出器を、固有ガンマ線検出器２０として用いることが可能である。
【００３８】
なお、固有ガンマ線検出器２０には位置感応性が必要ないため、本発明においては、固有ガンマ線検出器は、必ずしも群として設けられることは要しない。それにもかかわらず本実施形態において固有ガンマ線検出器２０が群をなす多数の検出器によって構成されているのは、撮像対象から見た合計の立体角を減じることなく１台当たりの計数率を適度な値に保つためである。つまり、固有ガンマ線検出器２０のサイズや測定するガンマ線の線量によっては、固有ガンマ線検出器２０の１台当たりの計数率が過大なってしまう場合がある。そのような場合には、個別の固有ガンマ線検出器２０からの計数率を適度な値に低下させるために、大きさが適切に分割された複数の固有ガンマ線検出器２０を組み合わせることが有用である。
【００３９】
［１−３ イメージング処理］
図３に示したように、本発明の各実施形態のＰＥＴ装置１００には、イメージング処理部３０を備えている。そのイメージング処理部３０は、受信した信号に対して同時計測の判定を行ないイベントデータを出力する同時計測判定部３２と、同時計測判定部３２からのイベントデータを、固有ガンマ線のデータに基づいて振り分けて出力するデータ振り分け部３４と、データ振り分け部３４からのデータにより画像を再構成する画像再構成部３６とを含んでいる。
【００４０】
ここで、従来のＰＥＴ装置では、ＰＥＴ検出器の群の各検出器からの信号によって、検出されたガンマ線が一の対消滅イベントに基づくものであるかどうかを判定する。これに対して本発明の各実施形態におけるイメージング処理部３０にあっては、ＰＥＴ検出器１０それぞれからの信号のうち対消滅ガンマ線によるものと特定した信号（「対消滅検出信号」）に加え、固有ガンマ線検出器２０からの信号も同時計測の対象として利用する。つまり、検出されたガンマ線が、単に一の対消滅イベントであるかどうかだけではなく、固有ガンマ線の検出を伴う対消滅イベントであるかどうかを判定する。その結果、ＰＥＴ装置１００では、対消滅検出信号のみでは不可能であった核種すなわちプローブの識別が可能となる。
【００４１】
ＰＥＴ装置１００のイメージング処理部３０は、ハードウェア処理またはソフトウェア処理によって上述した動作を実現する。この処理を、ハードウェア処理によって実行するとした場合の回路構成について、図４に示したイメージング処理部３０のブロックダイヤグラムに基づいてさらに詳細に説明する。図４は、本実施形態で採用する複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置のイメージング処理部３０のハードウェア処理の例示の構成を示すブロックダイヤグラムである。イメージング処理部３０の同時計測判定部３２は、ＰＥＴ検出器１０から受信した信号の同時判定を行う。図４においては、個別のＰＥＴ検出器１０からの各信号は、イメージング処理部３０の一部またはイメージング処理部３０の外部に備えた公知のハードウェア処理回路系（図示しない）により、ＰＥＴ検出器１０においてガンマ線を検出したタイミングを示す信号とガンマ線の検出位置およびガンマ線のエネルギーを示す信号とに分けられる。そして、ＰＥＴ検出器１０からのガンマ線を検出したタイミングを示す信号と、ガンマ線の検出位置およびガンマ線のエネルギーを示す信号を同時計測判定部３２に入力する。図４には、ガンマ線を検出したタイミングを示す信号である信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ２＿Ｌｏｇｉｃと、ガンマ線の検出位置およびガンマ線のエネルギーを示す信号である信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａおよび信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａとを示している。ＰＥＴ検出器１０のうち、対消滅ガンマ線の一方を検出した信号が例えば信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃと信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａとに分けられ、他方を検出した信号が例えば信号ＰＥＴ２＿Ｌｏｇｉｃと信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａとに分けられる。このため、対消滅検出信号は、信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａ、ならびに信号ＰＥＴ２＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａによって構成される。
【００４２】
固有ガンマ線検出器２０からの信号も、同様に、公知のハードウェア処理系によって、固有ガンマ線検出器２０がガンマ線を検出したタイミングを示す信号Ｇａｍｍａ＿Ｌｏｇｉｃと、検出したガンマ線のエネルギー値を示す信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａとに分け、同時計測判定部３２に入力する。
【００４３】
同時計測判定部３２を機能によりさらに細分すると、タイミングを判定して同時計測したかどうかを示すゲート制御信号Ｓ−ＧＡＴＥを生成するロジック部３２２と、そのロジック部３２２からのゲート制御信号Ｓ−ＧＡＴＥにより、イベントデータ信号Ｓ−ＥＶを出力するゲート処理を行なうゲート部３２４とに分けられる。イベントデータ信号Ｓ−ＥＶは、データ振り分け部３４のロジック部３４２に入力され、ロジック部３４２は、あらかじめ定めている振り分け論理に従って画像再構成用のデータを出力する。そのデータを受けた画像再構成部３６は、各データを別々の画像再構成処理部３６２および３６４によって再構成する。このような処理によって、振り分けたデータから別々の画像を再構成する。なお、プローブを識別するための処理に即したより具体的なデータ振り分け部３４の構成を、（２−４）「検出器の種別構成に適合するイメージング処理部」の欄にて詳述する。
【００４４】
［１−３−１ 画像再構成処理］
振り分けたデータは、画像再構成処理部３６２および３６４それぞれにおいて、従来のＰＥＴ装置の画像再構成のためのデータと同様に処理される。例えば、ＦＢＰ（Filtered Back‐Projection）法」、「ＯＳ-ＥＭ（Ordered Subset ML-EL）法」、「ＭＡＰ-ＥＭ（Maximum a Posterior-EM）法」のいずれかの周知の手法により、振り分けたデータから画像を再構成することができる。これらの手法については、例えば、非特許文献２に開示されている。
【００４５】
［１−４ イメージング処理部の実装］
上述した説明においては説明を明確にするためにハードウェア処理に基づいて説明した。当業者には明らかなように、それ以外にも本実施形態は種々の実装形態を取ることが可能である。例えばデータ振り分け部３４の処理は、ハードウェアによる処理ではなくコンピュータ上のソフトウェアによって行なうことが可能である。さらには、特に不感時間の短い信号取り込みが可能なデータ取得回路を用いる場合には同時計測判定部３２の処理も、コンピュータ上のソフトウェアによって行なうことも可能である。また、図４に示したイメージング処理部３０の構成は、図３に適合させるために整理して記載したものであり、実質的に図３のイメージング処理部３０の処理を実行しうる他の実装形態によって実現することも可能である。例えば、ＡＮＤゲートＧ２によるハードウェア処理は、ロジック部３４２の論理の一部として実行することも可能である。つまり、本実施形態で採用する複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置のイメージング処理部３０は、ＰＥＴ検出器１０の群からの信号を受信しており、５１１ｋｅＶの対消滅ガンマ線を捕らえた一対のＰＥＴ検出器がいずれであるかを同時計測によって特定する。そして、イメージング処理部３０は、その対消滅ガンマ線から画像再構成するために、その対消滅に関連する固有ガンマ線の検出を利用する。
【００４６】
ハードウェア処理を行なう回路として、または、コンピュータを用いるソフトウェア処理として実装するイメージング処理部は、より具体的には次のように構成する。
【００４７】
電子回路によるハードウェア処理として実装する場合には、ＰＥＴ検出器１０それぞれや、固有ガンマ線検出器２０それぞれからの信号に対して、タイミング系の信号路（ｓｉｇｎａｌ ｐａｔｈ ｆｏｒ ｔｉｍｉｎｇ）を構成し、同時計測ロジックまたは検出器のヒットパターンを判定する回路を実装する。また、ＰＥＴ検出器１０や固有ガンマ線検出器２０の出力からのエネルギー信号を利用するためには、振幅系の信号路（ｓｉｇｎａｌ ｐａｔｈ ｆｏｒ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）を構成して、例えば整形増幅器を通じてアナログデジタル変換器を介して電気信号から画像を再構成するためのデータを取得する。
【００４８】
これに対し、コンピュータ上のソフトウェアによる同時判定を行う場合には、各検出器からのイベントデータに時刻情報（タイムスタンプ）を記録しておき、その後同時判定を行なう。このような手法も本実施形態に含まれている。
【００４９】
図５は、本実施形態のＰＥＴ装置１００によるイメージング方法の処理を示すフローチャートである。本実施形態のＰＥＴ装置１００においては、撮像対象に対して、プローブを投与する（Ｓ１０２）。プローブは、少なくとも一つが陽電子放出に続けて固有ガンマ線を放出する核種（Ｂタイプ核種）によって標識してある。
【００５０】
次いで、撮像および同時計測（Ｓ１０４）を行う。同時計測は、撮像と並行して行なわれ、ＰＥＴ検出器１０の群と、固有ガンマ線検出器２０とによってイベントの判定を行なう処理である。対消滅ガンマ線を特定するための同時計測は、従来のＰＥＴ装置の場合と同様である。また、その対消滅ガンマ線を発生した核が固有ガンマ線を放出したかどうか判定するためには、対消滅ガンマ線の検出と同時に固有ガンマ線を検出したかどうかを判定する。
【００５１】
さらに、固有ガンマ線のエネルギーや検出の有無に応じて、イベントデータを振り分ける処理を実行し、振り分けたデータそれぞれの画像を再構成する（Ｓ１０６）。
【００５２】
その後、このような構成または動作を行なうＰＥＴ装置１００は、別々に再構成し画像を、互いに区別可能な態様によって図示しない任意の表示装置に表示する（Ｓ１０８）。
【００５３】
以上に説明した構成または動作を行なうＰＥＴ装置を作製することより、従来のＰＥＴ装置の利点である高い空間分解能や定量性を活かした上で、複数のプローブを識別しながらイメージングする複数分子同時イメージングが可能となる。
【００５４】
［１−５ プローブの組み合わせ］
次に、撮像対象に同時に投与した場合にもＰＥＴ装置１００によって識別が可能であるプローブの組み合わせについて説明する。このようなプローブの組合せは、典型的には、
組合せＩ：Ｂタイププローブを複数用いる組み合わせであって、互いにエネルギーが異なる固有ガンマ線を放出するように選択したもの、
組合せＩＩ：Ａタイププローブと、Ｂタイププローブとの組み合わせ、
に大別することができる。測定した対消滅検出信号を、いずれのプローブからの信号と判定するか（以下「プローブ識別」と呼ぶ）は、上記組合せＩであれば、検出した固有ガンマ線のエネルギー値を検出することにより行うことができる。また、上記組合せＩＩにおけるプローブ識別は、固有ガンマ線が検出されたかどうかによっても実行することができるほか、固有ガンマ線のエネルギー値を識別に追加することによってノイズの抑制された画像を撮影すること可能である。図３には、組合せＩと組合せＩＩとの違いを簡略化して付記している。このため、イメージング処理部３０は、対消滅検出信号に基づくイベントデータを、ガンマ線のエネルギー値（上記組合せＩおよびＩＩの場合）や、ガンマ線の有無（上記組合せＩＩの場合）に基づいて振り分ける処理を実行する。この振り分け処理は、上記組合せＩでは、対消滅ガンマ線との同時性に加えて、固有ガンマ線検出器２０が測定したエネルギーを利用して行なう。また、上記組合せＩＩでは、対消滅ガンマ線と固有ガンマ線検出器２０が測定した固有ガンマ線が同時であるかどうか、および、固有ガンマ線のエネルギーと５１１ｋｅＶとの弁別により行なう。なお、本実施形態は、プローブを三種またはそれ以上投与することにより上記組合せＩと組合せＩＩの両方である組合せも含む。
【００５５】
［２ ＰＥＴ装置の詳細］
次に、本実施形態において提供するＰＥＴ装置のさらに詳細な構成について説明する。
【００５６】
［２−１ ＰＥＴ装置としての検出器の動作態様］
本実施形態のＰＥＴ装置は、典型的には上述したＰＥＴ装置１００と同様の構成である。ただし、本実施形態のＰＥＴ装置と同様の機能は、５１１ｋｅＶの対消滅ガンマを検出する目的で作製されている従来のＰＥＴ装置のＰＥＴ検出器に、固有ガンマ線検出器２０としての機能も兼ねるように動作させることによっても達成できる。従来のＰＥＴ装置をこのように改良する場合、その装置に備わっているＰＥＴ検出器が、「ＰＥＴ用ガンマ線検出器」と「エネルギー分解型ガンマ線検出器」との両方の機能を兼ね備えることとなる。この場合、本実施形態に用いることが可能なＰＥＴ装置においては、「ＰＥＴ用ガンマ線検出器」と「エネルギー分解型ガンマ線検出器」が、必ずしも別々に装備されている必要はない。
【００５７】
［２−１−１ 専用動作と兼用動作］
検出器の具体的構成に許容されるこのような任意性は、対消滅ガンマ線を検出するＰＥＴ検出器の動作に着目して以下のように整理できる。すなわち、本実施形態のＰＥＴ装置の動作は、ＰＥＴ検出器の動作に着目して区分すると、ＰＥＴ検出器の群のいずれもが固有ガンマ線の検出を行なわない動作（以下、「専用動作」という）と、ＰＥＴ検出器の群の少なくともいずれかが固有ガンマ線の検出を行なう動作（「兼用動作」という）とに分けることができる。専用動作では、ＰＥＴ検出器とは別に、固有ガンマ線を検出するための固有ガンマ線検出器が必要となる。これに対して、兼用動作するＰＥＴ装置では、固有ガンマ線検出器は必ずしも装備されていなくとも良い。
【００５８】
［２−２ 検出器の具体的種別］
次に、本実施形態のＰＥＴ装置に用いるＰＥＴ検出器と固有ガンマ線検出器の種別の組み合わせについて説明する。一般にガンマ線検出器は、シンチレーターを利用するシンチレーション検出器と、半導体を利用する半導体検出器とに大別することができる。本実施形態におけるＰＥＴ検出器や固有ガンマ線検出器にもこれらのシンチレーション検出器と半導体検出器とを利用することができる。いずれの検出器を選択するべきかの選択指針を特に固有ガンマ線に対する検出器の特性に着目して説明する。
【００５９】
検出器の選択指針には、エネルギー分解能、時間分解能、計数耐性、感度といった性能上の指針と、コスト上の指針とが存在する。エネルギー分解能とは、固有ガンマ線同士または固有ガンマ線と対消滅ガンマ線のエネルギーを分解して測定するのに十分な精度が得られるかどうかである。また、計数耐性とは、単位時間あたりのガンマ線検出数の上限である。そして感度とは、撮像対象から放出された固有ガンマ線の総数のうち、検出できる数の割合である。
【００６０】
図３に示したＰＥＴ装置１００では、典型的な基本的構成を説明するため、ＰＥＴ検出器１０および固有ガンマ線検出器２０の両者を装備して、上記専用動作を行なうように記載している。実際に本実施形態を実施するためには、図３に示したＰＥＴ装置１００を用いて兼用動作を行なうことも可能である。そして、検出器の選択のための各指針に対する検出器の種類ごとの評価は、上述した専用動作の場合と、兼用動作の場合とで異なる。
【００６１】
これらの指針にするシンチレーション検出器と半導体検出器の評価を、専用動作の場合を表１に、また、兼用動作の場合を表２にまとめた。
【表１】
【表２】
【００６２】
表１および表２には、固有ガンマ線検出器２０の種別を各列に、また、ＰＥＴ検出器１０の種別を各行に選んで、各欄にその評価を示した。例えば、表１の左下の欄は、固有ガンマ線検出器２０がシンチレーション検出器、ＰＥＴ検出器１０が半導体検出器、という組み合わせの場合の評価を示している。また、表２では兼用動作のうち、固有ガンマ線検出器２０を利用しない場合を左列に記載した。表２の他の列は、兼用動作をするものの、固有ガンマ線検出器をも利用する構成である。
【００６３】
各表の各欄において示されているのは、「／」によって区切った４指針の評価結果である。つまり、エネルギー分解能、計数耐性、感度、およびコストという項目に対する各組み合わせの評価を、発明者の認識に基づいてこの順に記載した。なお、１、２、３の各数字は、それぞれ、優秀（ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ）、十分（ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ）、不十分（ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ）と区分した発明者の認識を表示する記号である。
【００６４】
留意すべきは、これらの評価結果はあくまで、実施形態の特徴を説明する目的のためだけに記載していることである。つまり、たとえ「３（不十分）」と評価されたものであっても、本発明の実施形態のためのＰＥＴ装置にその組み合わせが採用不可能であることは意味しない。また、シンチレーターや半導体の素材によっても異なる特性となって、各評価の優劣が変化する。さらに、検出器の技術の進展に伴ってこれらの各評価は変化する可能性がある。例えば、シンチレーション検出器（ＮａＩ、ＢＧＯ、ＬＳＯ等）は、一般的には、安価ではあるものの、エネルギー分解能が半導体検出器との相対比較において低い検出器といえる。これと比較して半導体検出器（Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ等）は、高価であるもののエネルギー分解能が高いという特徴がある。しかしながら近年普及してきたシンチレーターＬａＢｒなどは、エネルギー分解能が比較的高く、本実施形態のＰＥＴ検出器や固有ガンマ線検出器として好適に採用できる。この例によって示したように、上述の表１および表２の評価は、あくまで、現時点における各種別の検出器に対する一般的な評価にすぎない。
【００６５】
これらの検出器の種類の組み合わせ（種別構成）の代表的なもの６種類をさらに詳述する。最初の２種類は、兼用動作のみに適用され、残りの４種類は、兼用動作と専用動作の双方に適用できる。また特に臨床用ＰＥＴについて、ここで言う一般的なＰＥＴ検出器とは、一度に全身を撮像できるホールボティ（ｗｈｏｌｅ ｂｏｄｙ）タイプのものではなく、部分撮像タイプのもの（移動スキャンで全身を撮像するものも含む）を指す。
【００６６】
［２−２−１ 検出器の種別構成（１）］
本実施形態の第１の検出器の種別構成は、シンチレーション検出器を用いたＰＥＴ装置のみにより３重の同時計測を行なうものであり、表２の左上欄に対応する。つまり、ＰＥＴ装置のシンチレーション検出器を利用して対消滅ガンマ線と固有ガンマ線を検出する。ここで、現在普及している一般的なＰＥＴ装置には、ガンマ線検出用にＮａＩ、ＢＧＯ、ＬＳＯ等のシンチレーション検出器を使用している。これらのシンチレーション検出器は、数１０ｋｅＶ〜数１００ｋｅＶ程度のエネルギー分解能を有する。そこで、従来のＰＥＴ装置の検出器構成を変えることなく、ハードウェア処理や画像処理の事後的な処理を変更することによって、対消滅ガンマ線２本と固有ガンマ線の同時計測つまり３重の同時計測を行う、兼用動作が可能である。この種別構成では、検出器は従来のＰＥＴ装置と同様の構成とすることが可能であるため、製造コスト等は、従来のＰＥＴ装置からみて大きな違いはない。
【００６７】
ただし、上述したように、固有ガンマ線を検出するために用いるシンチレーション検出器のエネルギー分解能は数１０ｋｅＶ〜数１００ｋｅＶ程度とあまり高くない。このため、Ｂタイププローブからの固有ガンマ線のエネルギーが、対消滅ガンマ線のエネルギー（５１１ｋｅＶ）からその分解能以上に相異している必要がある。また、従来のＰＥＴ装置におけるシンチレーション検出器をそのまま利用する場合、シンチレーション検出器が撮像対象を覆う立体角が小さいために固有ガンマ線の検出感度が低くなる。特に、ＰＥＴ装置のシンチレーション検出器が５１１ｋｅＶガンマ線に適合するように設計されているのが一般的であるため、エネルギーが高い固有ガンマ線に対する阻止能（ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｐｏｗｅｒ）が低くなる。
【００６８】
［２−２−２ 検出器の種別構成（２）］
本実施形態を実施するための第２の検出器の種別構成は、半導体検出器を採用しているＰＥＴ装置において、検出器構成はそのままとし、固有ガンマ線検出を加えた３重同時計測可能な信号処理系を用いる構成である。本種別構成は、表２の左下欄のものであり、上述した第１の検出器の種別構成において、シンチレーション検出器を半導体検出器とした種別構成ともいえる。近年、半導体検出器を採用するＰＥＴ撮像装置も実用化しているため、このようなＰＥＴ装置では、検出器の構成を変更することなく本実施形態を実施することが可能である。その場合、画像処理系も固有ガンマ線の有無、もしくはエネルギー値により取得したデータを分類し、分類後のそれぞれのデータを区別してイメージングできるように構成する。この第２の検出器の種別構成では、半導体検出器のエネルギー分解能が高いため、第１の検出器の種別構成と比較して、ポジトロンの対消滅による５１１ｋｅＶガンマ線と固有ガンマ線の識別能力（もしくは、エネルギーの異なる固有ガンマ線同士の弁別能力）が高くなる。なお、固有ガンマ線の検出感度については、第１の検出器の種別構成と同様、あまり高くない。
【００６９】
［２−２−３ 検出器の種別構成（３）］
本実施形態を実施するための第３の検出器の種別構成は、シンチレーターを用いた一般的なＰＥＴ装置に、固有ガンマ線を検出するためのシンチレーション検出器を付加する種別構成であり、表１の左上欄および表２の中央上欄に対応する。この第３の検出器の種別構成は、後述する半導体検出器を用いた第４の検出器の種別構成と比較して、シンチレーション検出器であることからエネルギー分解能は劣るものの、比較的安価に大きな立体角を覆えるという利点を有する。この場合、固有ガンマ線検出器は、ガンマ線検出位置の情報を必要としないので、付加するシンチレーション検出器に、位置応答性は不要である。その結果、付加する固有ガンマ線検出器としてのシンチレーション検出器は、位置情報を利用するＰＥＴ検出器ほどに細分化されている必要はない。このため、固有ガンマ線検出器のチャンネル数が少なく、信号処理系も比較的簡単なものとなる。
【００７０】
なお、付加するシンチレーション検出器により固有ガンマ線のエネルギー識別を行うことから、エネルギー分解能が比較的高いシンチレーター（ＬａＢｒ等）を利用することが好ましい。そのようなシンチレーターを用いた場合には、５１１ｋｅＶとエネルギーが近い固有ガンマ線についても、また、複数の固有ガンマ線のエネルギーが近い場合についても弁別が可能となる。
【００７１】
［２−２−４ 検出器の種別構成（４）］
本実施形態を実施するための第４の検出器の種別構成は、ＰＥＴ装置のシンチレーション検出器に付加して、固有ガンマ線検出用に、半導体検出器（Ｇｅ、Ｓｉ、ＣｄＴｅ検出器等）を備える種別構成であり、表１および表２の右上欄に対応する。半導体検出器は一般にシンチレーターと比較してエネルギー分解能が高い。このため、半導体検出器を用いて固有ガンマ線の検出を行なえば、５１１ｋｅＶガンマ線と固有ガンマ線とを区別する弁別能力が高くなり、核種の選択範囲が広くなる。特に、固有ガンマ線のエネルギーが５１１ｋｅＶより低い場合には、５１１ｋｅＶの散乱ガンマ線との弁別が必要となるが、この点においてもエネルギー分解能が高いことは有利に働く。この場合にも、上述した第３の検出器の種別構成の場合と同様に、付加する検出器に位置応答性は必要ない。
【００７２】
［２−２−５ 検出器の種別構成（５）］
本実施形態を実施するための第５の検出器の構成は、半導体検出器を採用するＰＥＴ装置に、固有ガンマ線の検出器としてシンチレーション検出器を付加したものである。本種別構成は、表２の中央下欄のものである。固有ガンマ線の検出については、シンチレーターの場合（３）と同様の特性を持つ。
【００７３】
［２−２−６ 検出器の種別構成（６）］
本実施形態を実施するための第６の検出器の構成は、半導体検出器を採用するＰＥＴ装置に、固有ガンマ線の検出器として半導体検出器を付加したものである。本種別構成は、表２の右下欄のものである。固有ガンマ線の検出については、半導体検出器の場合（３）と同様の特性を持つ。
【００７４】
［２−３ 固有ガンマ線検出器の配置・構造］
上述した検出器の種別構成のうち（３）〜（６）においては、ＰＥＴ検出器１０とは別の固有ガンマ線検出器２０を利用する。この場合の固有ガンマ線検出器２０の空間配置に対する制約は、動作原理上は特段存在しない。つまり、固有ガンマ線検出器２０は、Ｂタイププローブから放出されるガンマ線を検出しうる任意の空間配置を取ることができる。例えば図３に示していたリング状配置は、固有ガンマ線検出器２０が取ることのできる配置の一例である。後述する数値計算によるシミュレーションによって発明者が確認したところ、このリング状配置により、本発明の目的を達成するために十分な割合での固有ガンマ線検出が可能となる。したがって、図３に示した固有ガンマ線検出器２０の配置は、Ｂタイププローブを利用して複数分子同時イメージングを実行する十分な効果を得ることができる一例である。
【００７５】
また、固有ガンマ線検出器２０の設置方法にも種々の改良を行なうことができる。例えば、固有ガンマ線検出器２０による測定に悪影響を及ぼすガンマ線をシールドすることによって、固有ガンマ線検出器の計数率を抑えることが可能である。特に、ＰＥＴ装置が撮像可能な範囲として規定される（ＦＯＶ：フィールド・オブ・ビュー）の外にも撮像対象がはみ出している場合には、ＦＯＶ外に位置する撮像対象からも固有ガンマ線および対消滅ガンマ線が飛来する。これらのガンマ線は、ＦＯＶ内の測定にとっては不要なガンマ線となり計数率を増大させ、本来検出されるべき固有ガンマ線が測定できない可能性をいたずらに高めるか、もしくは投与放射能に対する計数限界を下げてしまう。このような場合には、ＦＯＶ外からのガンマ線を遮蔽するシールドを固有ガンマ線検出器２０周辺の適当な位置、例えば図３の外側面２２や２４に配置して計数率を下げることが有効である。このようなシールドとして有効な素材の例として、原子番号が大きくガンマ線の阻止能が高い鉛やタングステン等を挙げることができる。
【００７６】
［２−４ 検出器の種別構成に適合するイメージング処理部］
基本的構成として図３および図４に示したイメージング処理部３０は、従来のＰＥＴの同時計測装置と同様の対消滅ガンマ線の検出に加えて、固有ガンマ線検出器からの信号をも同時計測の対象としている。この同時計測の成否判定のために用いられる検出器の信号は、上述の検出器の種別構成（１）〜（６）に適合するように変形される。そして、イメージング処理部３２（図３）の同時計測判定による動作、つまりロジック部３２２およびゲート部３２４の動作およびその具体的構成は、組合せＩつまりＢタイププローブを複数投与する場合か、組合せＩＩつまりＡタイププローブとＢタイププローブとの組み合わせである場合かにより異なる。そして、それらのプローブを区別する動作のためにイメージング処理部３０において利用される信号は、上記専用動作か兼用動作かに依存している。つまり、専用動作の場合には、ＰＥＴ検出器１０の群からの対消滅信号と固有ガンマ線検出器２０からの信号を利用する。これに対して、兼用動作の場合には、ＰＥＴ検出器１０の群からの対消滅信号と、ＰＥＴ検出器１０の群のうち対消滅ガンマ線を検出した以外のいずれかの検出器からのいずれかの信号とを利用する。以下の説明では、まず専用動作におけるイメージング処理部３０（図４）の詳細な動作を、組合せＩであるＢタイププローブを複数投与する場合と、組合せＩＩであるＡタイププローブとＢタイププローブとの組み合わせである場合とに分けて説明する。その後、兼用動作の場合についても説明する。
【００７７】
図６は、本実施形態に採用される複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置のイメージング処理部のハードウェア処理の詳細な構成を示すブロックダイヤグラムである。このうち、図６（ａ）は、専用動作をする場合の組合せＩつまりＢタイププローブを複数投与する場合において、また、図６（ｂ）は、専用動作をする場合の組合せＩＩつまりＡタイププローブとＢタイププローブとの組み合わせである場合において、イメージング処理部３０により行なわれるハードウェア処理を示している。
【００７８】
まず、組合せＩと組合せＩＩとに共通する動作について説明する。専用動作では、固有ガンマ線検出器２０によって固有ガンマ線がそのエネルギーとともに測定され、固有ガンマ線検出器２０からの信号をイメージング処理部３０において受信する。なお、固有ガンマ線検出器２０は、図３に示したＰＥＴ装置１００においては多数の固有ガンマ線検出器２０により構成されているが、ここでは、固有ガンマ線検出器２０のいずれかで検出されたことを示す信号により説明する。上述したように、イメージング処理部３０が受信した信号は、公知のハードウェア処理系（図示しない）によって、ＰＥＴ検出器１０の信号から、対消滅ガンマ線を検出したタイミングを示す信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ２＿Ｌｏｇｉｃを生成し、対消滅ガンマ線の検出位置およびガンマ線のエネルギーを示す信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａおよび信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａを生成する。固有ガンマ線検出器２０においてガンマ線を検出したタイミングを示す信号Ｇａｍｍａ＿Ｌｏｇｉｃと、固有ガンマ線のエネルギー値を示す信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａも同様に固有ガンマ線検出器２０の信号から生成する。
【００７９】
次に、組合せＩの場合について説明する。図６（ａ）に示す組合せＩつまりＢタイププローブを複数投与する場合においては、ＰＥＴ検出器１０からの信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ２＿ＬｏｇｉｃをＡＮＤ６１２に入力し、さらに、そのＡＮＤ６１２からの出力と信号Ｇａｍｍａ＿ＬｏｇｉｃとをＡＮＤ６１４に入力する。ＡＮＤ６１４の出力は、信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａ、信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａ、および信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａをロジック部３４２に出力するかどうかを制御するためにゲート６１６に入力する。その結果、対消滅が検出されたことに伴って信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ２＿Ｌｏｇｉｃの双方がアサートされ、かつ、固有ガンマ線が検出されたことに伴って信号Ｇａｍｍａ＿Ｌｏｇｉｃがアサートされた場合に限り、ゲート６１６は信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａ、信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａ、および信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａを出力する。その信号を受信したロジック部３４２は、対消滅ガンマ線と固有ガンマ線とが同時計測した場合にのみゲート６１６から出力される信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａにおける固有ガンマ線のエネルギーに応じて、その信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａと同時検出により得られた信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａ、およびＰＥＴ２＿Ｄａｔａを振り分ける。したがって、ＡＮＤ６１２とＡＮＤ６１４がロジック部３２２を構成し、ゲート６１６がゲート部３２４を構成する。また、ＡＮＤ６１４の出力がゲート制御信号Ｓ−ＧＡＴＥとなっている。
【００８０】
これに対して、図６（ｂ）に示す組合せＩＩであるＡタイププローブとＢタイププローブを投与する場合においては、ＰＥＴ検出器１０からの信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ２＿Ｌｏｇｉｃを、ＡＮＤ６２２に入力し、さらに、そのＡＮＤ６２２からの出力と信号Ｇａｍｍａ＿ＬｏｇｉｃとをＡＮＤ６２４に入力する。信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａおよび信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａがロジック部３４２に出力するかどうかは、ＡＮＤ６２２の出力に基づいてゲート６２６によって制御する。これに対し、信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａがロジック部３４２に出力するかどうかは、ＡＮＤ６２４の出力に基づいてゲート６２８によって制御する。このため、信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａがロジック部３４２に出力するのは、図６（ａ）の組合せＩの場合と同様に、対消滅を検出したことに伴って信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ２＿Ｌｏｇｉｃの双方がアサートされ、かつ、固有ガンマ線を検出したことに伴って信号Ｇａｍｍａ＿Ｌｏｇｉｃがアサートされた場合となる。これに対し、信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａおよび信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａがロジック部３４２に出力されるのは、対消滅が検出されたことに伴って信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ２＿Ｌｏｇｉｃの双方がアサートされた場合であり、信号Ｇａｍｍａ＿Ｌｏｇｉｃとは無関係である。その信号を受信したロジック部３４２は、ゲート６２６を通じて受信した信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａ、および信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａを振り分けるために、固有ガンマ線に伴う信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａの有無または信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａに含まれる固有ガンマ線のエネルギーを利用する。したがって、ＡＮＤ６２２とＡＮＤ６２４がロジック部３２２を構成し、ゲート６２６とゲート６２８がゲート部３２４を構成する。また、ＡＮＤ６２２とＡＮＤ６２４の出力がゲート制御信号Ｓ−ＧＡＴＥとなる。
【００８１】
以上の動作によって、専用動作の場合における組合せＩと組合せＩＩの具体的なハードウェア処理を実現する。
【００８２】
なお、ロジック部３４２における振り分け処理のために、組合せＩの場合には固有ガンマ線のエネルギー値を利用する。このガンマ線のエネルギー値は、図６（ａ）に示したゲート６１６からの出力における信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａに含まれる。これに対し組合せＩＩの場合には、固有ガンマ線検出器でのガンマ線検出器の有無もしくはガンマ線のエネルギー値をロジック部３４２において利用する。この固有ガンマ線の有無は、図６（ａ）に示したゲート６２８からの出力における信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａの有無として容易に特定することができる。
【００８３】
次に、兼用動作の場合のハードウェア処理を専用動作の説明に基づいて説明する。兼用動作の場合にも、図６（ａ）および図６（ｂ）を参照した説明とほぼ同様のハードウェア処理を行なう。上述したとおり、専用動作と兼用動作の間のハードウェア処理上の相違点は動作のためにイメージング処理部３０において利用する信号の違いである。具体的には、図６（ａ）および図６（ｂ）において、固有ガンマ線に伴う信号Ｇａｍｍａ＿Ｌｏｇｉｃおよび信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａは、固有ガンマ線検出器２０からの信号ではなく、ＰＥＴ検出器１０からの信号となる。
【００８４】
以上のように、イメージング処理部のハードウェア処理を行なうことによって、専用動作および兼用動作のそれぞれにおいてプローブの組合せＩおよび組合せＩＩに対する信号またはデータの振り分けをロジック部３４２において実行することが可能となる。
【００８５】
ロジック部３４２における振り分け処理は、Ｂタイププローブを複数用いる上記組合せＩにおいては、対消滅ガンマ線のうち、固有ガンマ線を伴っているデータを固有ガンマ線のエネルギーに基づいて振り分ける。また、ＡタイププローブとＢタイププローブを用いる上記組合せＩＩにおいては、対消滅ガンマ線を、固有ガンマ線を伴っていないものと、伴っているものとに振り分ける。この振り分けのさらに具体的態様については、組合せＩおよび組合せＩＩについて、それぞれ第１および第２実施形態として後述する。
【００８６】
なお、上述の専用動作と兼用動作との対比による説明は、図４におけるイメージング処理部３０において、ロジック部３４２の動作を明示する目的でその典型的な態様として示したものに過ぎない。また、説明していない他の付加的な処理を排除するものでも無い。例えば、エネルギー値の上限値と下限値をハードウェアとしてのハードウェア処理回路系（図示しない）において設定（エネルギーゲート）し、この条件に適合する場合のみに信号Ｇａｍｍａ＿Ｌｏｇｉｃ等のロジック信号をそのハードウェア処理系に出力することにより、処理するデータを大幅に減らすことが可能である。
【００８７】
［３ 核種］
本実施形態においては、上述したＢタイププローブの標識のためにベータ崩壊による陽電子放出に続けて固有ガンマ線を放出する核種（Ｂタイプ核種）を用いる。このＢタイプ核種は、種々の観点から選択する。親核がベータ崩壊によって陽電子放出した後に娘核の励起状態に遷移し、その娘核がカンマ崩壊によって固有ガンマ線を放出して基底状態に遷移する核種であっても、陽電子放出から固有ガンマ線放出までの時間があまりに長い核種（核異性体核種）は同時計測ができないため不適切である。ここで、ベータ崩壊からガンマ崩壊までの時間すなわち娘核の励起状態の寿命は、短いものはフェムト秒以下から、長いものは数ヶ月またはそれ以上となる核種もある。本実施形態のＢタイプ核種として採用するための寿命の基準は、検出器の時間応答と比較して決定する。つまり、娘核の励起状態の寿命は、使用するガンマ線検出器の時間分解能と同程度か、それより短い時間であることが偶然同時計測の割合を抑えＳ／Ｎ比を向上させる上で望ましい。
【００８８】
このような、Ｂタイプ核種に該当するものは多数存在する。表３には、そのうち特に有用であると考えられるものを示す。
【表３】
なお、表３の核種のデータは、R.B. Firestone著、“Table of Isotopes”, (8th Edition, John Wiley and Sons (1996)と、National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratoryの管理するウェブサイト（http://www.nndc.bnl.gov/chart/）において核種を指定することにより表示される、個別の核種の「decay radiation」データとから、例示を目的として本願の発明者が選択して引用したものである。また、表３における「半減期」の欄の値は、「核種」の欄にかかげた親核のベータ崩壊の半減期である。この欄の値は娘核の励起状態からガンマ崩壊する際の半減期ではない。
【００８９】
ここで本実施形態のために有用な核種であるかどうかを選択するために考慮する要因（factor）を列挙すれば、「ベータ崩壊の半減期」、「ポジトロンと固有ガンマ線の放出確率」、「固有ガンマ線のエネルギー」、「ポジトロンの（最大）エネルギー」、「供給の容易さ」、「薬剤標識のし易さ」である。
【００９０】
「ベータ崩壊の半減期」とは、親核から娘核へのベータ崩壊の寿命である。ベータ崩壊の半減期が短すぎると、薬剤の標識や、その後の撮像対象への投与、撮像が困難となる。逆に半減期が長すぎると、体内被曝を続けることになることから臨床での使用は困難となる。これらを踏まえると、本実施形態を臨床利用する場合に適当なベータ崩壊の半減期は、数分〜数日程度である。ちなみに、臨床用の従来のＰＥＴ装置で多用されている核種におけるベータ崩壊の半減期は、２０．４分（１１Ｃ）、１０９．８分（１８Ｆ）である。また、特に臨床応用では、崩壊後の娘核が長寿命の放射性同位元素である場合、長期間にわたり体内被曝をすることになり不適切であるが、表３に挙げた核種の娘核はすべて安定同位元素である。
【００９１】
「ポジトロン放出率」とは、一崩壊当たりにポジトロンを放出する割合であり、「固有ガンマ線放出率」とは、ポジトロンを放出した後に固有ガンマ線を放出する割合である。これらの「ポジトロン放出率」と「固有ガンマ線の放出率」とについては、一般にはともに高い方が好ましいものの、数値が特段限定されるものではない。現行のＰＥＴでのポジトロンの放出率が低い核種（６４Ｃｕ、１７．６％など）の撮像例もあるためである。特に、Ｂタイプ核種として用いる場合には、陽電子放出後の固有ガンマ線放出確率は高いものが好ましい。なお表３の固有ガンマ線には、陽電子放出後の放出確率が１０％以上のものを記載している。
【００９２】
「固有ガンマ線のエネルギー」は、ポジトロンの対消滅によるガンマ線５１１ｋｅＶと異なることが第一条件である。さらに本実施形態では、固有ガンマ線のエネルギーは５１１ｋｅＶより高い方が有利である。これは、５１１ｋｅＶより高いエネルギー値をすべて固有ガンマ線とする広いエネルギーウインドウを設定できるためである。ただし、あまりにもエネルギーが高いと検出が難しくなる。また、固有ガンマ線のエネルギーが、１０２２ｋｅＶ以上となると、電子対生成によりポジトロンが生成するため、このポジトロンの対消滅により５１１ｋｅＶの対ガンマ線が発生し、ＰＥＴ撮像のノイズとなる可能性もある。
【００９３】
「ポジトロンの（最大）エネルギー」は、ベータ崩壊により放出されるポジトロンのエネルギーである。エネルギーが低いほど、対消滅までにポジトロンの飛ぶ平均距離が短くなり、陽電子放出核と対消滅が生じる位置との間のずれが小さくなる。このため、本実施形態を含むＰＥＴ装置一般において解像度の面からみると、ポジトロンの（最大）エネルギーは小さいものが有利といえる。しかし、エネルギーが高い核種でも、必要な精度によっては十分に採用することができる。
【００９４】
「製造、供給のし易さ」は、端的には、核種を製造するための装置の規模やコストが小さいことである。広く普及させるためには製造や供給が容易な核種が望ましい。具体的には、現在ＰＥＴ装置を設置している医療機関では陽電子放出核を製造するための小型サイクロトロンを保有している。このため、例えばＢタイプ核種も小型サイクロトロンによる比較的低いエネルギーの原子核変換によって製造できることが望ましい。また、サイクロトロンによる原子核変換によってＢタイプ核種を製造する場合、いくつかの核種が同時に製造されるため、目的の核種だけを単体で取り出し易いものが望ましい。さらには、半減期の比較的長い親核のベータ崩壊によりできる娘核として製造する（ミルキング）核種も、１カ所の施設で親核を製造して各所に分配できるために有用である。表の「小型サイクロトロン」による製造とは、２０ＭｅＶ以下の陽子ビーム（医療用サイクロトロンを想定）による電荷交換反応（１４Ｏ製造の例として、１４Ｎ（ｐ，ｎ）１４Ｏ反応）により製造できるものを意味する。２０ＭｅＶ以上のビームを製造に必要とする核種については、「サイクロトロン等」とした。
【００９５】
「薬剤標識のし易さ」は、有機化合物である薬剤を標識することが容易な核種かどうかという観点である。例えば、ハロゲン等化合物をつくり易い元素、もしくは金属であっても、錯体（金属化合物）を形成し易い元素であれば、薬剤を標識することが容易な場合が多い。ただし、化合物をつくりにくい希ガス等であっても、元素単体でプローブとして使用できる場合もある。
【００９６】
留意すべき点は、これらの選択基準となる要因は、本実施形態のＰＥＴ装置をどのように利用するかによって重視される要因やその程度が調整されることである。例えば、表３に明示した２２Ｎａについては、半減期が長いため臨床利用には適さないものの、標準線源として普及していることもあり、動物実験やファントムを利用する実験等には有用である。
【００９７】
以上に説明した本発明の基本実施形態によれば、ＰＥＴ装置の持つ高い定量性を活かしながら、複数分子同時イメージングを実行することが可能となる。
【００９８】
＜第１実施形態＞
［４ Ｂタイププローブを複数投与する実施形態］
次に、本発明の第１実施形態として、基本実施形態において説明した基本的な構成のＰＥＴ装置によって複数のプローブを撮像するより具体的な手法について説明する。第１実施形態は、基本実施形態において説明したＢタイププローブを複数用いる上記組合せＩを採用する場合の実施形態である。
【００９９】
［４−１ 動作］
図７は、Ｂタイププローブを複数投与した場合の本実施形態における処理動作の概要を示す説明図である。本実施形態においては、互いに区別される複数種の上記Ｂタイププローブを撮像対象に同時に投与し各プローブの分布を識別する。これらの各プローブをプローブＢ１およびプローブＢ２、それぞれのプローブの標識に使われる核種をＢ１核種およびＢ２核種という。プローブＢ１およびＢ２それぞれは、対消滅に続けて、エネルギーＥ１およびＥ２の固有ガンマ線を放出するものとする。このため、イメージング処理部３０によって得られた計測データを用い、エネルギーＥ１に関連づけられるデータからプローブＢ１の分布画像が、また、エネルギーＥ２に関連づけられるデータからプローブＢ２の分布画像をそれぞれ再構成する。いずれのエネルギーにも関連づけられないデータは、画像の再構成には利用しない（図７）。
【０１００】
第１実施形態においては、図７に示した動作を行なうため、固有ガンマ線のエネルギーが、エネルギーＥ１であるか、エネルギーＥ２であるか、または、それらのいずれでもないかをイメージング処理部３０（図３および図６（ａ））によって判定する。このため、Ｂタイプのプローブを複数投与する本実施形態における振り分け処理は、イメージング処理部３０、特にロジック部３４２において固有ガンマ線のエネルギーに基づく判定を行なうことである。
【０１０１】
［４−２ プローブ］
Ｂ１プローブとＢ２プローブとしては、典型例では、互いに区別される生体機能が発現する生体領域に集積する（ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ）ような、つまり、例えば生体内において別々の機序によって別々の組織に集積する性質をもつ互いに別々の薬剤を選択する。これらＢ１プローブとＢ２プローブそれぞれを標識するために用いられる核種Ｂ１およびＢ２は、例えば表３に示した核種から互いの固有ガンマ線のエネルギーＥ１とＥ２とが区別できる組み合わせを選択する。
【０１０２】
＜第２実施形態＞
［５ ＡタイププローブとＢタイププローブを投与する実施形態］
次に、第２実施形態として、基本実施形態において説明したＡタイププローブとＢタイププローブとを利用する上記組合せＩＩを採用して複数のプローブを撮像する具体的な手法について説明する。本実施形態についても基本実施形態において説明した基本的な構成の複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置によって撮像を行なう。また、本実施形態は、測定のためにガンマ線のエネルギーを利用しない構成と、利用する構成とによって実施される。以下、まず、両構成に共通する動作とプローブについて説明し（５−１、５−２）、その後、各構成について個別に説明する（５−３、５−４）。
【０１０３】
［５−１ 動作］
図８は、ＡタイププローブとＢタイププローブを投与した場合の本実施形態における処理動作の概要を示す説明図である。本実施形態においては、従来のＰＥＴ装置で用いられるものと同じプローブすなわちＡタイププローブと、固有ガンマ線を放出するＢタイププローブとを撮像対象に同時に投与してプローブを識別する。
【０１０４】
つまり、５１１ｋｅＶのエネルギーの一対のガンマ線である対消滅ガンマ線は、ＡタイププローブとＢタイププローブの両者の分布を反映している。対消滅ガンマ線を検出した全イベントのうち、固有ガンマ線の検出と同時計測されたイベントは、Ｂタイププローブの分布に関連づけられる。これに対し、上記全イベントのうち固有ガンマ線と同時計測されていないと判定されたイベントは、ＡタイププローブだけではなくＢタイププローブの分布をも反映している。これは、Ｂタイププローブからの固有ガンマ線のすべてが検出される訳ではないためである。
【０１０５】
このため、イメージング処理部３０によって得られた計測データのうち、固有ガンマ線に関連づけられるデータからはＢタイププローブの分布画像が、また、固有ガンマ線に関連づけられないデータからは、Ａタイププローブの分布画像にＢタイププローブの分布画像を重畳した画像が再構成される（図８）。
【０１０６】
第２実施形態においては、図８に示した動作を行なうため、対消滅ガンマ線の同時計測のタイミングで、同時に、Ｂタイププローブを示す固有ガンマ線を検出しているかどうかをイメージング処理部３０によって判定する。このため、ＡタイププローブとＢタイププローブとを投与する場合の本実施形態においては、イメージング処理部３０特にロジック部３４２によって固有ガンマ線の検出の有無に応じて行なう振り分けが典型的な振り分け処理（図３および図６（ｂ））に対応する処理となる。また、イメージング処理部３０（ロジック部３４２）においては、測定した固有ガンマ線のエネルギーを信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａおよび信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａならびに信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａから取得して、そのエネルギーの値によって、ＡタイププローブかＢタイププローブかを振り分けることも可能である。測定された固有ガンマ線のエネルギーを利用しない場合について、および利用する場合については後述する（それぞれ、５−３および５−４）。
【０１０７】
［５−２ プローブ］
本実施形態におけるＡタイププローブとしては、従来のＰＥＴ装置のためのプローブを採用し、Ｂタイププローブとしては陽電子放出に続けて固有ガンマ線を放出するような核種によって標識されたプローブを採用する。基本実施形態において述べたように、このＢタイププローブのための核種としては種々のものを採用することができ、典型的には、表３に例示したいずれかの核種を採用する。また、この際固有ガンマ線のエネルギーは、５１１ｋｅＶと区別できるエネルギーであればよい。例えば、固有ガンマ線のエネルギーが５１１ｋｅＶより高い核種から選択すれば、５１１ｋｅＶより高いエネルギー値をすべて固有ガンマ線とする広いエネルギーウインドウを設定できる利点がある。
【０１０８】
［５−３ 固有ガンマ線のエネルギーを利用しない場合］
図８に示した動作のためには、必ずしも固有ガンマ線のエネルギー値を利用することは要さない。なお、固有ガンマ線検出器２０（エネルギー分解型ガンマ線検出器）をこのような目的に利用する際には、必ずしもエネルギーを分解しうる能力が利用されないこともある。エネルギーを利用せずに対消滅ガンマ線と固有ガンマ線の３重の同時計測が行なう場合には、対消滅ガンマ線と固有ガンマ線という３つのガンマ線を生じさせるＢタイププローブの性質と、検出器の配置のために、画像にノイズが生じるおそれがある。このノイズとそれに対する対処方法について説明する。
【０１０９】
［５−３−１ ノイズの発生原因］
図９は、ＡタイププローブとＢタイププローブを投与するプローブの組合せＩＩの場合において固有ガンマ線のエネルギー値を撮像に利用しない場合におけるノイズの発生原因を説明する図である。特に図９（ａ）は検出器の配置を示す図であり、図３に示した例えばリング状に配置されているＰＥＴ検出器１０のリングの軸を含む平面において切断した検出器の配置を示す図である。各検出器に描いた黒丸は、検出器においてガンマ線を検出した位置を示している。図９（ｂ）〜図９（ｄ）は、それぞれ、画像再構成に有効なイベントを検出した場合すなわち正しい検出の事象が生じた場合（図９（ｂ））と、画像再構成に有効でないイベントを検出した場合すなわち正しくない検出の事象が生じた場合（図９（ｃ）および（ｄ））の各ガンマ線と各検出器の相互作用の組合せを示している。図９においては、ＰＥＴ検出器１０および固有ガンマ線検出器２０は、説明に関連するもののみ示している。また、ＰＥＴ検出器１０を区別するため、紙面上の上方に記載したものと下方に記載したものを、それぞれ、ＰＥＴ検出器１０Ａおよび１０Ｂとする。
【０１１０】
図９（ａ）に示した配置の検出器それぞれによってガンマ線を検出し、３重の同時計測が行なわれたとする。この場合には、２本の対消滅ガンマ線と１本の固有ガンマ線とが検出されたという蓋然性は十分に高い。しかしその３重の同時計測した検出器とガンマ線の組合せには、次の三つのケースが考えられる。一つは、図９（ｂ）に示したように、固有ガンマ線が、固有ガンマ線検出器２０に正しく入射したものである。この場合、対消滅ガンマ線がＰＥＴ検出器１０Ａおよび１０Ｂと相互作用し、固有ガンマ線が固有ガンマ線検出器２０と相互作用している。これに対して、ＰＥＴ検出器１０Ａが固有ガンマ線を検出する場合（図９（ｃ））、および、ＰＥＴ検出器１０Ｂが固有ガンマ線を検出する場合（図９（ｄ））には、正しい検出が行なわれていないこととなる。
【０１１１】
ガンマ線のエネルギー値を利用しない場合、個々の検出器により固有ガンマ線と対消滅ガンマ線を区別することはできないため、３重の同時計測の判定のみで、図９（ｂ）〜図９（ｄ）のいずれの組合せの検出が実際に生じたのかを特定することはできない。その際には、固有ガンマ線検出器２０（エネルギー分解型ガンマ線検出器）の出力のうち、ガンマ線の検出のタイミングのみを利用する。そのため、図９（ｃ）や図９（ｄ）のような事象の場合であっても、あたかも図９（ａ）の事象が生じたかのようにその後の処理が行なわれる。この場合、画像の生成のために利用される二つのＰＥＴ検出器１０Ａおよび１０Ｂからの信号には、図９（ａ）に示した正しい事象に基づく信号と、図９（ｂ）や図９（ｃ）の正しくない事象に基づく信号とが混在することとなる。こうして図９（ｂ）や図９（ｃ）の正しくない事象に基づく信号はノイズとなってしまう。
【０１１２】
固有ガンマ線と対消滅ガンマ線の放出方向の間に角度相関は存在しないため。前記ノイズは基本的にはランダムに発生する。つまり、固有ガンマ線がＰＥＴ検出器に入射した場合（図９（ｃ）または図９（ｄ））、ＰＥＴ検出器１０Ａと１０Ｂを結ぶ直線による位置推定は、ガンマ線の発生した位置とは無関係な位置を与える。したがって、十分な統計量が得られる撮像においては、このようなランダムノイズによる統計的揺らぎの与える画質への影響は小さくなる。しかしながら、この統計的揺らぎは、統計量が十分ではない撮像では画質の劣化をもたらすことになる。その場合には、検出器配置によるノイズの抑制（５−３−２にて後述）、およびエネルギー値による固有ガンマ線の弁別（５−４にて後述）のいずれかまたはその両方を行うことによりノイズを低減することが好ましい。
【０１１３】
［５−３−２ ノイズを抑制するための検出器配置］
固有ガンマ線検出器２０の配置を調整することによって、ガンマ線のエネルギー値を検出しない場合にも前記ノイズを低減させることが可能である。図１０は、ＡタイププローブとＢタイププローブを投与するプローブの組合せにおいて固有ガンマ線のエネルギー値を利用せずにノイズを抑制するための検出器配置例を説明する図である。このうち、図１０（ａ）は、ＰＥＴ検出器１０と固有ガンマ線検出器２０の配置を工夫してノイズを減少させる配置例であり、図１０（ｂ）は、そのような工夫をせずノイズが発生する場合の配置例である。ＦＯＶは、ＰＥＴ装置の撮像可能な領域として規定される空間範囲である。
【０１１４】
ここでは、ＰＥＴ検出器１０の配置によって定まるＦＯＶ内にのみプローブが分布しているとする。ＦＯＶ内でベータ崩壊が起きた場合でも、図１０（ｂ）に示したように、ガンマ線を検出する組合せが、対消滅ガンマ線は固有ガンマ線検出器２０とＰＥＴ検出器１０Ｂ、そして、固有ガンマ線はＰＥＴ検出器１０Ａとなることがある。この図１０（ｂ）に示した事象を画像再構成に用いると、対消滅ガンマ線が発生した正しい位置を与えないため画像ノイズとなる。これに対し、図１０（ａ）のように固有ガンマ線検出器２０の配置を工夫すると、そのノイズの影響を抑制することが可能となる。つまり、固有ガンマ線検出器とＰＥＴ検出器を結ぶ直線がＦＯＶを通過しないようにすることにより、１８０度反対方向に放出される２本の対消滅ガンマ線が固有ガンマ線検出器に入射しない配置とするのである。
【０１１５】
この配置は、固有ガンマ線検出器２０の各領域とＰＥＴ検出器１０の各領域の間を結ぶ仮想の直線群によって規定することが可能である。図１０（ａ）に示した上記ノイズを減らすための固有ガンマ線検出器２０の配置の工夫は、その直線群に含まれる直線のうち、ＦＯＶを横切る本数を可能な限り少なくすることと同じである。最も好ましくは、その直線群にはＦＯＶを横切る直線が１本たりとも含まれないようにすることである。つまり、上記配置の工夫においては、ＦＯＶを通過しない直線を与える位置に配置した固有ガンマ線検出器とＰＥＴ検出器の組み合わせのみを、Ｂタイププローブの撮像に採用することも可能である。固有ガンマ線検出器２０の配置をこのように調整することにより、ＰＥＴ検出器に固有ガンマ線が入射することによるノイズを効果的に抑制することが可能である。
【０１１６】
なお、実際のプローブの分布はＦＯＶ内のみに限られるものではない。ＦＯＶ外にもプローブが分布している場合には、上記配置の工夫に加え、（２−３）にて上述したシールドを利用することにより、ノイズを減少させることが可能である。これは、ＦＯＶ外から固有ガンマ線検出器入射するガンマ線をシールドすることは、そのまま上記、図９（ｂ）や図９（ｃ）の正しくない事象を排除することになり、ノイズを抑制することになるためである。
【０１１７】
［５−４ 固有ガンマ線のエネルギーを利用する場合］
図９（ｂ）の正しい検出の事象と、図９（ｃ）や図９（ｄ）のようなノイズをもたらす事象とは、固有ガンマ線検出器２０によって検出したガンマ線のエネルギー値によっても区別できる。固有ガンマ線検出器２０により検出したガンマ線が、Ｂタイププローブによる固有ガンマ線のエネルギー値であるか、対消滅ガンマ線のエネルギー値であるかを判定するのである。固有ガンマ線検出器で検出したガンマ線が固有ガンマ線であると確定すると、必然的にＰＥＴ検出器で検出したガンマ線は対消滅ガンマ線となるので、画像再構成に用いるイベントを図９（ｂ）の正しいものに限定できる。このようにして、正しいイベントのみを画像再構成に使うことにより、上述したノイズを抑制できる。
【０１１８】
なお、検出器のエネルギー分解精度の限界により対消滅ガンマ線と固有ガンマ線の弁別が不完全である場合などは、前述の検出器配置の工夫によるノイズ抑止とエネルギー値による弁別を組み合わせることに画像再構成に有効な事象の抽出精度を向上することができる。
【０１１９】
＜実施例＞
上述した各実施形態の有用性を検証するために、第２実施形態の実施例として、モンテカルロ法による数値計算シミュレーションを行なった。
【０１２０】
［６ シミュレーションによる検証例］
数値計算シミュレーションはモンテカルロ法による。また、シミュレーションのためのプログラムコードとして、放射線と物質の相互作用をシミュレートする汎用ツールである「Ｇｅａｎｔ４」を使用した。なお、Ｇｅａｎｔ４は、http://www.geant4.org/geant4/から入手可能である。
【０１２１】
［６−１ シミュレーション条件］
数値計算によるシミュレーションのために計算機上にて再現した設定条件は、下記の通りとした。
（ＰＥＴ検出器１０（図３））
・ＰＥＴ検出器の配置（概要）：小動物用ＰＥＴ装置（ドイツ・Ｓｉｅｍｅｎｓ社製Ｆｏｃｕｓ２２０）を模擬する配置
・ＰＥＴ検出器の種類：ＬＳＯシンチレーター４ｍｍ×４ｍｍ、厚さ１０ｍｍ
・リング円周方向６２４台×リング幅方向５２台
・リング内径２６０ｍｍ、リング幅７６ｍｍ
（固有ガンマ線検出器２０（図３））
・ゲルマニウム半導体検出器、４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ
・３２台（１６台のリング２つ）、リング内径２５０ｍｍ
（ファントム形状（図１１））
・Ａタイプの核種とＢタイプの核種を、それぞれ半径２０ｍｍの球体に一様分布させた
・球体の重なり：２０ｍｍ
・Ａタイプ核種：１８Ｆ
・Ｂタイプ核種：９４ｍＴｃを使用（ガンマ線放出率９４．２％、エネルギー８７１．１ｋｅＶ）
・全イベント数：４×１０９（Ａタイプ、Ｂタイプ、それぞれ２×１０９イベント）
・動作：専用動作
（画像再構成法）
・３次元ＯＳＥＭ（ordered subset estimation maximization maximum likelihood）法
【０１２２】
一般に、ファントムとは、生物等の撮像対象の代わりに較正等に利用するもので、プローブを既知の形状や放射能に配置することができる人工物を指している。ただし、数値シミュレーションにおいては、計算機内構築したプローブの仮想的な空間分布をファントムと呼ぶ。図１１は本数値計算シミュレーションの撮像対象となるプローブ分布を与えるファントムの形状を示す模式図である。
【０１２３】
また、シミュレーションに用いた上記イベント数は、プローブからのポジトロン放出数によって規定する繰り返し数であり、ＡタイプとＢタイプそれぞれ２ＭＢｑの放射能で１０００秒間撮像した場合に相当する。ただしポジトロンの放出率は１００％としている。また、ハードウェア処理による不感時間、放射能の減衰はいずれも考慮していない。動作を専用動作としたため、ＰＥＴ検出器を利用した固有ガンマ線の検出は行わない状況を計算している。さらに、固有ガンマ線を対消滅ガンマ線からエネルギーによって分離するための条件として、固有ガンマ線検出器で検出したエネルギー５２０ｋｅＶ以上のガンマ線をすべて固有ガンマ線とみなす条件を採用した。
【０１２４】
［６−２ シミュレーション結果］
上記各条件の下でモンテカルロシミュレーションを実行した結果、まず、固有ガンマ線検出器１台当たりの計数率については、ＡタイプとＢタイプ合わせて４ＭＢｑの放射能の場合６．６×１０４カウント／秒（エネルギー値によらないすべてのイベント）であり、高速な信号処理装置を採用すれば十分に取扱い可能な範囲の計数率に収まっていた。また、ＡおよびＢタイプ両方の核種からの対消滅ガンマ線のＰＥＴ検出器による総検出数に対する固有ガンマ線検出率は、３．９％であった。この値の算出には固有ガンマ線放出確率も反映されている。
【０１２５】
上述したファントムを撮像対象としたシミュレーションデータから０．８ｍｍボクセルの３Ｄ画像を再構成した。図１２は、ＡタイプおよびＢタイプのプローブが分布する両方の球の中心を通過し、かつＰＥＴ検出器群の対称軸に垂直な断面のプロファイルである。図１２（ａ）は、本シミュレーションにおいて固有ガンマ線検出器２０によって固有ガンマ線を検出していない対消滅イベントのみから再構成した像の２次元および１次元の放射能プロファイルである。図１２（ａ）上方に示すように、固有ガンマ線を検出していない対消滅イベントによる像は、球体の断面である円形のＡタイププローブの分布像と、同様に円形のＢタイププローブの分布像とが、ファントムの配置を反映するように中心を互いにずらして重畳している像として再構成された。図１２（ａ）下方の１次元放射能プロファイルは、両プローブの分布の中心を通過する直線上の放射能を縦軸にとり描いてある。図１２（ａ）の１次元プロファイルは、上記揺らぎを除き、各プローブからの放射能が一様な放射能の強度として観測されることを示している。また、図１２（ａ）の１次元プロファイルは、両プローブの重なりの部分において各プローブからの放射能の合計が観測されることをも示している。
【０１２６】
また、図１２（ｂ）は、本シミュレーションにおいて固有ガンマ線検出器２０による固有ガンマ線の検出を伴う対消滅イベントから再構成された像の２次元および１次元放射能プロファイルである。図１２（ｂ）上方に示すように、固有ガンマ線が検出される対消滅イベントによる２次元プロファイルは、Ａタイププローブの分布は影響せず、Ｂタイププローブの分布像のみとなる。また、図１２（ｂ）下方に示す放射能１次元プロファイルは、上記揺らぎを除いてＢタイププローブの一様な放射能の強度が観測されること、および、その際にＡタイププローブの影響が見られないことを示している。
【０１２７】
この図１２により、第２実施形態において有限なイベント数による画像推定では不可避な統計的揺らぎが表れているものの、ＡタイププローブとＢタイププローブの画像が別々に再構成できることが確認できた。
【０１２８】
なお、図１２（ａ）の固有ガンマ線が検出されていない対消滅イベントによる像にＢタイププローブの分布が反映している理由は、Ｂタイプ核種から固有ガンマ線が９４．２％の確率で放出されているにもかかわらず、固有ガンマ線検出器２０によってその固有ガンマ線を検出していない、いわば固有ガンマ線の検出漏れのイベントが、Ａタイププローブによる対消滅ガンマ線とともに再構成されているためである。この固有ガンマ線の検出漏れは、固有ガンマ線検出器２０の群が撮像対象物に対して張る（subtend）立体角の総和を大きくすることなどによって軽減することが可能である。ただし、立体角の総和を増大させるために固有ガンマ線検出器２０の数を増加させると撮像対象物やＰＥＴ検出器１０と物理的に干渉しかねない。このため、固有ガンマ線検出器２０の群の配置やサイズを決定するためには、実用面における各種の条件が勘案される。
【０１２９】
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。上述の各実施形態および実施例は、発明を説明するために記載したものであり、本出願の発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきものである。また、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明によれば、ＰＥＴ装置において、複数のプローブを互いに区別してイメージングすることが可能となる。これにより、高精度の複数分子同時イメージングが実現され、核医学の診断装置または分子イメージング研究用装置の普及に貢献する。
【符号の説明】
【０１３１】
１００ 複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置
１０ ＰＥＴ検出器（ＰＥＴ用ガンマ線検出器、エネルギー分解型ガンマ線検出器）
２０ 固有ガンマ線検出器（エネルギー分解型ガンマ線検出器）
２２、２４ 外側面
３０ イメージング処理部
３２ 同時計測判定部
３２２ ロジック部
３２４ ゲート部
３４ データ振り分け部
３４２ ロジック部
３６ 画像再構成部
３６２、３６４ 画像再構成処理部
６１２、６１４、６２２、６２４ ＡＮＤ
６１６、６２６、６２８ ゲート
【技術分野】
【０００１】
本発明はＰＥＴ装置およびそのイメージング方法に関する。さらに詳細には、本発明は、撮像対象の各部において集積している複数のプローブを同時にイメージングするためのＰＥＴ装置およびそのイメージング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の医療技術の進歩の一つに、断層撮像を用い生体中のトレーサー分子の分布を非侵襲的にイメージングする手法の発達を挙げることができる。例えば核医学における診断装置の一つとして陽電子放出断層撮像（ｐｏｓｉｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＰＥＴ）装置が実用化されている。ＰＥＴ装置で検出するのは、ベータ崩壊（β＋崩壊、陽電子崩壊）により放出された陽電子（ポジトロン）が物質中の電子と対消滅した際に放出される２本のガンマ線（以下、「対消滅ガンマ線」という）である。この対消滅ガンマ線は、互いにほぼ１８０度逆向きに放出され、それぞれが５１１ｋｅＶのエネルギーを持つ一対のガンマ線である。ＰＥＴ装置では、対消滅ガンマ線を検出した対をなす検出器を結ぶ直線を多数同定することにより、ベータ崩壊を起こす放射性同位元素の原子核（以下「陽電子放出核」という）の分布が推定できる。例えば、がん細胞に集積する薬剤分子を陽電子放出核により標識し、その薬剤を投与した生体（被験者）を撮像対象としてＰＥＴ装置によりイメージングすれば、生体内でのがん細胞の３次元的な分布画像を得ることが可能である。ＰＥＴ装置と同様に生体の機能画像を得るための核医学的画像診断装置である単一光子放射断層撮影（ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｍｐｕｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ：ＳＰＥＣＴ）装置等と比較して、ＰＥＴ装置はガンマ線コリメータが不要であることから、一般的に感度、定量性の面で優れている。
【０００３】
一方、ライフサイエンスや医学の進展に伴い、複数の分子動態が複雑にからみ合うことによって生体の機能が発現したり病巣が形成されたりしていることが解明されつつある。そのため、異なる放射性核種によって標識した複数の薬剤を投与し、薬剤それぞれの分布を一度にイメージングする手法（以下「複数分子同時イメージング法」という）の研究が進められている。複数分子同時イメージング法を実現するために、例えば、単一光子放射断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）やコンプトンカメラを利用することが試みられている。
【０００４】
その一方、陽電子崩壊の後にガンマ崩壊が起こり、その際に放出される核種に固有なエネルギーのガンマ線（以下、「固有ガンマ線」）を対消滅ガンマ線とともに検出する手法が開示されている。例えば、非特許文献１（James D. Kurfess et al, IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, 2001 vol.2 p.1166-1170）や特許文献１（米国特許第４８３３３２７号明細書）には、単一の核種の固有ガンマ線を用いて、PET画像の解像度を高める手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４８３３３２７号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】James D. Kurfess and Bernard F. Phlips, “Coincident Compton Nuclear Medical Imager”, IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record, 2001 vol.2 p.1166-1170
【非特許文献２】Genqsheng Lawrence Zeng, “Medical Image Reconstruction : A Conceptual Tutorial”, Springer-Verlag, 2010
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の一般的なＰＥＴ装置において、プローブを標識するために用いられる核種は、１１Ｃ、１５Ｏ、１８Ｆ等の陽電子放出核であり、これらを用いた撮像で検出される放射線は、ベータ崩壊により放出されたポジトロンの対消滅に伴ってほぼ１８０度反対方向に放出されるガンマ線である。この対消滅ガンマ線は核種によらず、陽電子と電子と静止質量である５１１ｋｅＶのエネルギーを有している。そのため、従来の対消滅ガンマ線をイメージングに用いる一般的なＰＥＴ装置では、生体内に複数種類のプローブを同時に投与したとしても、異なるプローブそれぞれの分布を互いに区別してイメージングすることは原理的に不可能である。なお、ＰＥＴ装置において複数プローブ同時撮像を行なうために、核種による放射能減衰時間の違いを利用する手法が知られている。これは、撮影した画像の時間変化により、減衰時間が異なるプローブを識別する手法である。しかし、この手法は複数のプローブを直接識別するものではなく、特に、時間とともに各プローブの分布が変わるような対象物すなわち動態を撮像することは困難である。
【０００８】
上記固有ガンマ線を検出する手法において、非特許文献１の報告または特許文献１の開示において利用されるプローブはいずれも高々一種類に限られる。非特許文献１または特許文献１のいずれにも、生体内の互いに異なる領域に分布する複数種類のプローブを区別して同時にイメージングする複数分子同時イメージングや、また、そのための具体的技術は開示されていない。
【０００９】
さらにＳＰＥＣＴによるイメージングでは、コリメータを取り付けた平板検出器に特定の方向から入射するガンマ崩壊による単一のガンマ線を検出することによりガンマ線源分布の射影像を得る。ＳＰＥＣＴにおいてガンマ線源の２次元または３次元分布を得るためには、複数の装置を用いるか、または装置を回転させることにより多方向への射影像を得て画像再構成する。このためＳＰＥＣＴでは、固有ガンマ線のエネルギーが互いに異なる複数の核種であれば、同時に撮像することは不可能ではない。ただし、ＳＰＥＣＴには、撮影原理上、ガンマ線コリメータが必須であるために、固有ガンマ線のエネルギーが、例えば３００ｋｅＶを超える程度に高くなると撮像精度が悪くなる。その結果、ＳＰＥＣＴに用いることが可能な核種は低エネルギーのガンマ線を放出するものに限られる。このことは、ＳＰＥＣＴによって複数分子同時イメージングを行う際に、採用可能な核種が制限されるのみならず、複数のガンマ線源を狭いエネルギー範囲から選択せざるを得ないことを意味する。したがって、互いのガンマ線エネルギーが必然的に近くなり、ガンマ線の識別に困難が伴う場合が多い。さらに、上述した通り、ＰＥＴ装置と比較した場合、感度、定量性、解像度の面でＳＰＥＣＴは劣る。
【００１０】
また、コンプトンカメラは、複数分子同時イメージング法を実現する有力な手法と考えられていることなどから、各所で開発が進められている。しかし、現状では、この手法と既存のＰＥＴ装置等を比較すると解像度、定量性および感度の面で劣る。
【００１１】
本発明は上述した問題の少なくともいずれかを解決するためになされたものである。すなわち本発明は、複数のプローブを投与した撮像対象において、それぞれのプローブの分布画像を区別してイメージングするＰＥＴ装置を提供することにより、単一の薬剤のみのイメージングではなしえなかった高度な生物学的分析や臨床診断の可能性を切り開くものである。また、本発明は、複数分子同時イメージングの一般的な手法を与えることにより、ライフサイエンス以外の分野、例えば工業分野における非破壊検査や、保安のための核物質探知などにも貢献するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願の発明者らは、ＰＥＴ装置の撮像対象に投与したプローブを標識するために用いる核種として、これまでのＰＥＴ装置では積極的に用いられて来なかった、崩壊機構の異なるプローブを用いることにより、ＰＥＴ装置の持つ高い解像度を活かした複数分子同時イメージングを行ないうることに気がついた。本発明において採用する核種は、陽電子放出核でありながら固有ガンマ線をも放出する核種である。すなわち、陽電子放出核のうち、ベータ崩壊により陽電子を放出した後にガンマ崩壊により固有ガンマ線を放出する核種である。このような性質の核種を、本発明のある態様においては複数用い、本発明の別の態様においては従来のベータ崩壊後に陽電子のみを放出する核種とともに用いる。いずれの態様においても、対消滅ガンマ線の検出に続けて検出された固有ガンマ線によって、対消滅ガンマ線を放出した核種がどの核種であるのかを同定することが可能となる。つまり、複数の核種によって標識した複数のプローブを撮像対象に同時に投与しても、これらを相互に区別して撮像することが可能となる。
【００１３】
すなわち、本発明のある態様においては、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に第１エネルギーの固有ガンマ線を放出する核種を含む第１プローブと、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に第２エネルギーの固有ガンマ線を放出する核種を含む第２プローブとの双方が投与されている撮像対象から、陽電子と電子の対消滅により発生する一対の対消滅ガンマ線を受けるようになっているＰＥＴ用ガンマ線検出器の群と、いずれかの前記固有ガンマ線を検出するようになっており、前記第１エネルギーと前記第２エネルギーとを分解するエネルギー分解型ガンマ線検出器と、該ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群に属する一対のＰＥＴ用ガンマ線検出器による同時計測により得られる対消滅検出信号と、前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの信号との双方を受信し、前記対消滅ガンマ線の検出から所定の時間内に検出された固有ガンマ線のエネルギーが前記第１のエネルギーであるか前記第２のエネルギーであるかに応じ、前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するイメージング処理部とを備える数プローブをイメージングするためのＰＥＴ装置を提供する。
【００１４】
また、本発明のある態様においては、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に固有ガンマ線を放出する核種を含む第１プローブと、ベータ崩壊によって主に娘核の基底状態となる陽電子放出核を含むＰＥＴ用プローブとの双方が投与されている撮像対象から、陽電子と電子の対消滅により発生する一対の対消滅ガンマ線を受けるようになっているＰＥＴ用ガンマ線検出器の群と、前記第１プローブから放出される前記固有ガンマ線を受けるようになっているエネルギー分解型ガンマ線検出器と、該ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群に属する一対のＰＥＴ用ガンマ線検出器による同時計測により得られる対消滅検出信号と、前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの信号との双方を受信し、前記対消滅ガンマ線の検出と固有ガンマ線の検出とが所定の時間内に生じたかどうかに応じ、前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するイメージング処理部とを備える複数プローブをイメージングするためのＰＥＴ装置を提供する。
【００１５】
本発明はさらに別の態様によって実施することも可能である。つまり、本発明のある態様においては、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に第１エネルギーの固有ガンマ線を放出する核種を含む第１プローブと、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に第２エネルギーの固有ガンマ線を放出する核種を含む第２プローブとの双方が投与されている撮像対象から、陽電子と電子の対消滅により発生する一対の対消滅ガンマ線をＰＥＴ用ガンマ線検出器の群により同時計測するステップと、いずれかの前記固有ガンマ線を検出するようになっており、前記第１エネルギーと前記第２エネルギーとを分解するエネルギー分解型ガンマ線検出器により計測するステップと、前記ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群に属する一対のＰＥＴ用ガンマ線検出器による同時計測により得られる対消滅検出信号と、前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの信号との双方を受信し、前記対消滅ガンマ線の検出から所定の時間内に検出された固有ガンマ線のエネルギーが前記第１のエネルギーであるか前記第２のエネルギーであるかに応じ、前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するイメージング処理ステップとを含むＰＥＴ装置における複数プローブのイメージング方法における複数プローブのイメージング方法を提供する。
【００１６】
また、本発明のある態様においては、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に固有ガンマ線を放出する核種を含む第１プローブと、ベータ崩壊によって主に娘核の基底状態となる陽電子放出核を含むＰＥＴ用プローブとの双方が投与されている撮像対象から、陽電子と電子の対消滅により発生する一対の対消滅ガンマ線をＰＥＴ用ガンマ線検出器の群により同時計測するステップと、前記第１プローブから放出される前記固有ガンマ線をエネルギー分解型ガンマ線検出器により計測するステップと、前記ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群に属する一対のＰＥＴ用ガンマ線検出器による同時計測により得られる対消滅検出信号と、前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの信号との双方を受信し、前記対消滅ガンマ線の検出と固有ガンマ線の検出とが所定の時間内に生じたかどうかに応じ、前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するイメージング処理ステップとを含むＰＥＴ装置における複数プローブのイメージング方法を提供する。
【００１７】
本発明の各態様において、ベータ崩壊とは、陽電子放出をともなうβ＋崩壊（陽電子崩壊）を指している。娘核とは、ある放射性核種（親核）が原子番号の変化する核崩壊すなわちベータ崩壊を起こすときの崩壊後の核種を意味している。第１プローブおよび第２プローブにおいて標識のために用いられる放射性核種は、いずれも、ベータ崩壊によって陽電子（ポジトロン）を放出して娘核の励起状態に遷移し、それに続けて、娘核の基底状態にガンマ崩壊によって遷移する際に核種によって定まる固有の励起エネルギーをガンマ線の形態で放出する。本発明の各実施形態においては、ベータ崩壊で放出される陽電子の対消滅によるガンマ線（対消滅ガンマ線）を検出し、加えて、あらかじめ定めた短い時間（「所定の時間」または「固有ガンマ線ウインドウ期間」（後述））のうちに検出した固有ガンマ線を、核種特定のために利用する。具体的には、第１プローブとして、第１エネルギーの固有ガンマ線放出核を、第２プローブとして、第２エネルギーの固有ガンマ線放出核を使用し、必要に応じ第１エネルギーと第２エネルギーとを分解して測定するように動作させることが可能な任意のガンマ線検出器（エネルギー分解型ガンマ線検出器）を用いる。これによって、ＰＥＴ検出器群による同時計測事象が、第１プローブと第２プローブとのどちらによるものであるか決定することができる。同時計測事象から各プローブの分布画像を得るための画像再構成処理は、従来のＰＥＴ装置と同様に行なうことが可能である。なお、第１プローブも第２プローブも、Ｂタイプ核種（後述）と呼ばれる核種を含んでいる。
【００１８】
本発明においては、上述したように、第１プローブとＰＥＴ用プローブとを用いる態様も提供する。ここで、ＰＥＴ用プローブとは、ベータ崩壊によって主に娘核の基底状態となる陽電子放出核、すなわち、ベータ崩壊後の原子核がとる状態のうち高い確率のものが娘核の基底状態である核種により標識したプローブである。このＰＥＴ用プローブは、例えば従来のＰＥＴ装置において、対消滅ガンマ線を放出する核種として用いられるものであり、本出願においてＡタイプ核種として後述される。第１プローブは先述したとおりであり、ベータ崩壊により陽電子を放出するとともに、ガンマ崩壊により固有ガンマ線を放出する。その固有ガンマ線は、エネルギー分解型ガンマ線検出器により検出する。これに対して、上記態様のＰＥＴ用プローブは陽電子のみを放出する。このため、第１プローブとＰＥＴ用プローブとを利用する態様においては、エネルギー分解型ガンマ線検出器が検出する固有ガンマ線検出の有無によって複数分子同時イメージングを実行することが可能となる。エネルギー分解型ガンマ線検出器からの固有ガンマ線のエネルギー値は、その後に積極的に利用される場合も、また、されない場合もある。
【００１９】
本発明のこれらの態様において、対消滅ガンマ線を検出するためには、従来のＰＥＴ装置と同様の同時計測を実施する。また、対消滅ガンマ線と固有ガンマ線とを対応付けるために、固有ガンマ線の検出と対消滅ガンマ線の検出とがある時間差以内に生じているかどうかを判定する。この時間差の許容範囲は、娘核の励起状態の半減期や、検出器の時間分解能を考慮してあらかじめ決定した固有ガンマ線ウインドウ期間（「所定の時間」）によって設定する。
【００２０】
したがって、本出願においては、同時（ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｔ）や同時計測（ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）とは、無限に高い精度を以て二つの事象が完全に一致した時刻に起きたことを規定するものではない。例えば対消滅の２つのガンマ線は、それぞれが光速で各媒質または空間を伝播し、別々の検出器においてシンチレーション光の発光や電荷の収集などにより検出される。つまり、実際の測定にまつわる種々の現象、例えば、対消滅した位置から検出器までの距離の揺らぎ、検出器の時間応答の差、のために検出時刻の完全同一性は担保されえない。このため、本出願においては、同時または同時計測との用語をもって完全に一致した時刻であることは規定されない。本発明の思想上または実施上の意味における「同時」には、ある時間差だけの時刻の違いと時間幅が含まれている。
【００２１】
本発明の各態様において２種類のプローブを区別してコンピュータ上で画像再構成する処理は、少なくとも２つの画像を別々に再構成する処理を指している。ともにガンマ崩壊による固有ガンマ線を放出する核種で標識した第１および第２プローブを採用する態様においては、それぞれのプローブを区別するため、典型的には各プローブからの固有ガンマ線のエネルギーを識別し、各プローブからの対消滅ガンマ線に基づく画像を別々に再構成する処理を行う。これに対して、固有ガンマ線を放出する第１プローブと固有ガンマ線を放出しないＰＥＴ用プローブとを用いる態様においては、例えば固有ガンマ線の検出の有無を利用することにより、各プローブの画像を別々に再構成する処理を行う。なお、画像を別々に再構成することは、各プローブのみとなった画像を再構成することを必ずしも意味していない。例えば固有ガンマ線を放出する第１プローブとＰＥＴ用プローブとを採用する態様においては、測定原理上、第１プローブから放出される固有ガンマ線の検出効率が１００％とはならない。そのため、固有ガンマ線が同時に検出さなかった対消滅事象は、ＰＥＴ用プローブに由来するものの他、第１プローブに由来するものも含む。したがって、区別して再構成される画像が、第１プローブおよびＰＥＴ用プローブの双方の分布を反映する一の画像と、第１プローブの分布を反映する他の画像、という組合せとなる。
【００２２】
本発明のいくつかの態様においては、コンピュータが構成要素に含まれている。このコンピュータは一般に、演算部と、記憶装置とを含む任意のコンピュータ装置であり、適当なオペレーティングシステム上において、任意のプログラムの動作が制御され、記録装置などのリソースが管理される。また、本発明の態様においては、種々の記録手段が用いられる。これらの記録手段は、上記コンピュータの記憶装置において情報を記録することが可能な装置であって、必要に応じてこれらを識別可能なものを指す。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のいくつかの態様により、ＰＥＴ装置の特徴である高い感度、定量性、解像度を活かした上で、複数のプローブを互いに区別して同時にイメージングすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のいくつかの実施形態において採用される核種の崩壊様式を、従来のＰＥＴ装置による撮像のために主として採用される核種のものと対して図示するチャートである。このうち、図１（ａ）は、従来のＰＥＴ装置において採用される陽電子放出核の崩壊様式（Ａタイプ）であり、図１（ｂ）は、本発明の各実施形態において採用される固有ガンマ線を放出する崩壊様式（Ｂタイプ）である。
【図２】本発明の各実施形態において採用することが可能なＢタイプ核種の崩壊様式を具体例により示す説明図である。図２（ａ）は、１４Ｏから１４Ｎへの崩壊を、また、図２（ｂ）は、９４ｍＴｃから９４Ｍｏへの崩壊を、それぞれ示している。
【図３】本発明のある実施形態に採用する複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置の概略構成図である。
【図４】本発明のある実施形態に採用する複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置のイメージング処理部の信号処理の構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図５】本発明のある実施形態の複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置によるイメージング方法の処理を示すフローチャートである。
【図６】本発明のある実施形態に採用する複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置のイメージング処理部の信号処理の詳細な構成を示すブロックダイヤグラムである。
【図７】本発明のＢタイププローブを複数投与する実施形態における処理動作の概要を示す説明図である。
【図８】本発明のある実施形態においてＡタイププローブとＢタイププローブを投与した場合の処理動作の概要を示す説明図である。
【図９】本発明のある実施形態においてＡタイププローブとＢタイププローブを投与した際に、固有ガンマ線のエネルギー検出を撮像に利用しない場合のノイズの発生原因を説明する図である。
【図１０】本発明のある実施形態においてＡタイププローブとＢタイププローブを投与した際に、固有ガンマ線のエネルギー検出を撮像に利用しない場合にノイズを抑制するための検出器の配置例を説明する図である。
【図１１】本発明のある実施形態において数値計算シミュレーションの対象となるプローブ分布を与えるファントム形状を示す模式図である。
【図１２】数値計算シミュレーションによる、本発明のある実施形態を用いてファントムを撮像した場合の画像である。図１２（ａ）は、固有ガンマ線が検出されない際の対消滅ガンマ線により再構成したものであり、図１２（ｂ）は、固有ガンマ線を検出した際の対消滅ガンマ線により再構成したものである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について説明する。以下の説明に際し特に言及がない限り、全図にわたり共通する部分または要素には共通する参照符号を付している。また、図中、各実施形態の要素のそれぞれは、必ずしも互いの縮尺比を保って示してはいない。
【００２６】
本発明の実施形態の基本構成を基本実施形態として説明し、その基本構成に基づいて実施するより具体的な形態を、第１および第２実施形態として説明する。
【００２７】
＜基本実施形態＞
基本実施形態は、本発明の実施形態の基本的構成を概説したものである。このため、本実施形態において説明する事項は、他の実施形態にも適用される。
【００２８】
［１ 基本構成］
［１−１ 動作原理］
本発明の各実施形態においては、従来のＰＥＴ装置で主として使用される陽電子放出核とは異なる崩壊様式の核種を採用する。図１は、本発明の各実施形態において採用する核種の崩壊様式を、従来のＰＥＴ装置による撮像のために主として採用される核種に対して図示するチャートである。このうち図１（ａ）は、従来のＰＥＴ装置において主として採用される陽電子放出核の崩壊様式（以下、「Ａタイプ」と呼ぶ）であり、図１（ｂ）は、本発明の各実施形態において採用する固有ガンマ線を放出する崩壊様式（「Ｂタイプ」）である。
【００２９】
図１（ａ）に示すように、従来のＰＥＴ装置での撮像のために主として採用されるＡタイプの崩壊様式の陽電子放出核（「Ａタイプ核種」という）のエネルギー準位は、ベータ崩壊によって、崩壊前の親核から崩壊後の娘核の基底状態に遷移する。したがって、Ａタイプの崩壊で、遷移の際に放出されるのは、ニュートリノを除き陽電子のみである。これに対し、図１（ｂ）に示したＢタイプの崩壊様式の核種（「Ｂタイプ核種」）においては親核からベータ崩壊によって遷移した先の状態は娘核の励起状態である。このため、Ｂタイプ核種のベータ崩壊後の娘核は、励起状態と基底状態のエネルギー差に相当する核種に固有のエネルギーを固有ガンマ線として放出し基底状態へと遷移する。Ｂタイプ核種において固有ガンマ線が放出されるタイミングは、核の構造に依存した量子力学的な確率に従う。娘核の励起状態から基底状態への寿命の指標は、例えば半減期として与えられる。
【００３０】
図２は、図１（ｂ）のＢタイプ核種として採用する核種の崩壊様式を具体例により示す図である。図２（ａ）には、親核である１４Ｏから娘核である１４Ｎへの崩壊様式を示した。図２（ａ）は、親核１４Ｏが、娘核１４Ｎの基底状態に遷移するまでに、９９．４％の確率で１４Ｎの励起状態を経由すること、そしてそこから、半減期６８フェムト秒（ｆｓ）で２３１２ｋｅＶの固有ガンマ線を放出して娘核１４Ｎの基底状態に遷移することを示している。また、図２（ｂ）には、親核である９４ｍＴｃから娘核である９４Ｍｏへの崩壊を示している。図２（ｂ）は、親核９４ｍＴｃが娘核９４Ｍｏの基底状態に遷移するまでに、いくつかの励起状態を経由して、核スピンが２＋の娘核９４Ｍｏの励起状態に遷移すること、そしてそこから半減期２．８８ピコ秒（ｐｓ）で８７１．０ｋｅＶの固有ガンマ線を放出して娘核９４Ｍｏの基底状態に遷移することを示している。この崩壊経路を通る９４ｍＴｃの割合（ガンマ線放出率）は、９４．２％である。
【００３１】
なお、従来のＰＥＴ用プローブに用いられる核種には、小さい確率で固有ガンマ線を放出するタイプ、つまり、厳密にはＢタイプ核種とすべきものも知られている。例えば６４Ｃｕは、０．４％の確率で１３４６ｋｅＶの固有ガンマ線を放出する核種でありながらもＰＥＴ用プローブに用いられている。しかし、本出願における以降の説明では、従来のＰＥＴ用プローブに用いられる核種のうち固有ガンマ線を放出するものは、その固有ガンマ線をイメージングに利用する場合にはＢタイプ核種として扱い、固有ガンマ線を特に利用せず５１１ｋｅＶの対消滅ガンマ線のみによるイメージングを行なう場合にはＡタイプ核種として扱う。したがって、５１１ｋｅＶの対消滅ガンマ線のみを利用し、本出願の固有ガンマ線を利用しないＡタイプ核種として、ベータ崩壊後に１００％の確率で娘核の基底状態になるものばかりではなく、ベータ崩壊の後に高い確率で娘核の基底状態に遷移するものまで含めている。このような核種の区分は、従来のＰＥＴ用プローブの核種のうち、固有ガンマ線を放出する確率がゼロでない核種が排除されていないことを明示するものである。
【００３２】
以下、Ａタイプ核種によって標識する薬剤（プローブ）を、Ａタイププローブと呼び、同様に、Ｂタイプ核種によって標識する薬剤（プローブ）を、Ｂタイププローブと呼ぶ。
【００３３】
［１−２ ＰＥＴ装置］
上述したＢタイプ核種が投与された撮像対象において複数分子の分布を撮像するために、本実施形態においては、Ｂタイプ核種からの固有ガンマ線を利用する改良されたＰＥＴ装置、つまり、複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置を提供する。図３は、本実施形態で採用する複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置の概略構成図である。図３に示した複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置１００（以下、「ＰＥＴ装置１００」という）は、従来のＰＥＴ装置と同様に、ポジトロンの対消滅に伴う５１１ｋｅＶのガンマ線対が、リング状に配列したＰＥＴ検出器１０の群を用いて検出する。ＰＥＴ検出器１０の群は、本出願においてはＰＥＴ用ガンマ線検出器の群とも呼ぶ。ＰＥＴ検出器１０の群は、図３において概ね円筒面をなすように配列した個別のＰＥＴ検出器１０を含んでいる。ＰＥＴ検出器１０それぞれは、当該円筒面の内側から飛来するガンマ線を受けて、そのガンマ線との相互作用に応じた信号を出力する。特に、いずれか二つのＰＥＴ検出器１０から出力する信号が、一対の陽電子と電子が対消滅して反対方向に放出された対消滅ガンマ線を検出したことを示す場合に、その信号を本出願において対消滅検出信号と呼ぶ。当該円筒面の内側には、撮像対象となる生体などの物体（図示しない）を配置する。その物体の内部では、プローブとなる分子が、生体の各部位などの様々な領域に集積し、３次元的に分布している。図３には、Ｂタイププローブが分布している領域のみを図示している。
【００３４】
従来のＰＥＴ装置と同様にＰＥＴ装置１００は、各ＰＥＴ検出器１０からの信号が二つの検出器によって５１１ｋｅＶのガンマ線を同時計測した場合は、上記円筒の内側の空間で、その二つの検出器の間を結ぶ直線上にて対消滅が生じたことになる。このため、ＰＥＴ検出器１０の群によって、その対消滅ガンマ線の飛来方向の直線を、それぞれ一対の対消滅ガンマ線を検出したＰＥＴ検出器１０の位置を結ぶ直線として推定することができる。このように、ＰＥＴ検出器１０の群は、位置感応型検出器として機能する。そして、いずれのプローブを用いる場合でも、このＰＥＴ検出器１０の群からの対消滅検出信号を後の画像再構成のために利用する。
【００３５】
本実施形態の典型的なＰＥＴ装置１００は、固有ガンマ線検出器２０もさらに備えている。固有ガンマ線検出器２０は、本出願においてはエネルギー分解型ガンマ線検出器とも呼ぶ。本実施形態のＰＥＴ装置１００において、固有ガンマ線検出器２０は、固有ガンマ線検出器２０の群として、ＰＥＴ検出器１０の群の配置に適合させて配置している。固有ガンマ線用検出器２０は、対消滅ガンマ線を検出するＰＥＴ検出器１０を配置していないオープンスペースのうちの任意の位置に配置する。その配置の一例は、図３に示すように、リング状に配置したＰＥＴ検出器１０の群のなす円筒と同軸の円筒上に、多数の固有ガンマ線検出器２０の群を、リング状に、かつ、ＰＥＴ検出器１０の群の配列の両側に配置したものである。固有ガンマ線検出器２０からは、ガンマ線のエネルギー値を反映する波高信号が得られる。したがって、対消滅検出信号には、固有ガンマ線が到来したタイミングと、その固有ガンマ線の持つエネルギーの情報とが含まれている。
【００３６】
ＰＥＴ装置１００と同様の機能を持つＰＥＴ装置は、ＰＥＴ検出器１０と類似の検出器が備わった従来のＰＥＴ装置を改造することによっても作製することができる。この場合には、エネルギー測定が可能な任意のガンマ線検出器を、例えばＰＥＴ装置１００の固有ガンマ線検出器２０の群のように既存のＰＥＴ検出器の動作を妨げない位置に追加する。従来のＰＥＴ装置に固有ガンマ線検出器を追加することによって構成したＰＥＴ装置は、従来のＰＥＴ装置からみて構成変更を小規模としながらも複数分子同時イメージングを実現する点で有利である。
【００３７】
ＰＥＴ装置１００として動作するための固有ガンマ線検出器２０の機能は、固有ガンマ線のエネルギーの測定と、その検出タイミングの特定であるため、位置感応性を必要としない。また、固有ガンマ線検出器２０として採用されるガンマ線検出器の種類も特段限定されない。例えば、ＮａＩ、ＢＧＯ、ＬＳＯ、ＬａＢｒ等をシンチレーターとして採用するシンチレーション検出器や、Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ等の半導体材料を採用する半導体検出器を、固有ガンマ線検出器２０として用いることが可能である。
【００３８】
なお、固有ガンマ線検出器２０には位置感応性が必要ないため、本発明においては、固有ガンマ線検出器は、必ずしも群として設けられることは要しない。それにもかかわらず本実施形態において固有ガンマ線検出器２０が群をなす多数の検出器によって構成されているのは、撮像対象から見た合計の立体角を減じることなく１台当たりの計数率を適度な値に保つためである。つまり、固有ガンマ線検出器２０のサイズや測定するガンマ線の線量によっては、固有ガンマ線検出器２０の１台当たりの計数率が過大なってしまう場合がある。そのような場合には、個別の固有ガンマ線検出器２０からの計数率を適度な値に低下させるために、大きさが適切に分割された複数の固有ガンマ線検出器２０を組み合わせることが有用である。
【００３９】
［１−３ イメージング処理］
図３に示したように、本発明の各実施形態のＰＥＴ装置１００には、イメージング処理部３０を備えている。そのイメージング処理部３０は、受信した信号に対して同時計測の判定を行ないイベントデータを出力する同時計測判定部３２と、同時計測判定部３２からのイベントデータを、固有ガンマ線のデータに基づいて振り分けて出力するデータ振り分け部３４と、データ振り分け部３４からのデータにより画像を再構成する画像再構成部３６とを含んでいる。
【００４０】
ここで、従来のＰＥＴ装置では、ＰＥＴ検出器の群の各検出器からの信号によって、検出されたガンマ線が一の対消滅イベントに基づくものであるかどうかを判定する。これに対して本発明の各実施形態におけるイメージング処理部３０にあっては、ＰＥＴ検出器１０それぞれからの信号のうち対消滅ガンマ線によるものと特定した信号（「対消滅検出信号」）に加え、固有ガンマ線検出器２０からの信号も同時計測の対象として利用する。つまり、検出されたガンマ線が、単に一の対消滅イベントであるかどうかだけではなく、固有ガンマ線の検出を伴う対消滅イベントであるかどうかを判定する。その結果、ＰＥＴ装置１００では、対消滅検出信号のみでは不可能であった核種すなわちプローブの識別が可能となる。
【００４１】
ＰＥＴ装置１００のイメージング処理部３０は、ハードウェア処理またはソフトウェア処理によって上述した動作を実現する。この処理を、ハードウェア処理によって実行するとした場合の回路構成について、図４に示したイメージング処理部３０のブロックダイヤグラムに基づいてさらに詳細に説明する。図４は、本実施形態で採用する複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置のイメージング処理部３０のハードウェア処理の例示の構成を示すブロックダイヤグラムである。イメージング処理部３０の同時計測判定部３２は、ＰＥＴ検出器１０から受信した信号の同時判定を行う。図４においては、個別のＰＥＴ検出器１０からの各信号は、イメージング処理部３０の一部またはイメージング処理部３０の外部に備えた公知のハードウェア処理回路系（図示しない）により、ＰＥＴ検出器１０においてガンマ線を検出したタイミングを示す信号とガンマ線の検出位置およびガンマ線のエネルギーを示す信号とに分けられる。そして、ＰＥＴ検出器１０からのガンマ線を検出したタイミングを示す信号と、ガンマ線の検出位置およびガンマ線のエネルギーを示す信号を同時計測判定部３２に入力する。図４には、ガンマ線を検出したタイミングを示す信号である信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ２＿Ｌｏｇｉｃと、ガンマ線の検出位置およびガンマ線のエネルギーを示す信号である信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａおよび信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａとを示している。ＰＥＴ検出器１０のうち、対消滅ガンマ線の一方を検出した信号が例えば信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃと信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａとに分けられ、他方を検出した信号が例えば信号ＰＥＴ２＿Ｌｏｇｉｃと信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａとに分けられる。このため、対消滅検出信号は、信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａ、ならびに信号ＰＥＴ２＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａによって構成される。
【００４２】
固有ガンマ線検出器２０からの信号も、同様に、公知のハードウェア処理系によって、固有ガンマ線検出器２０がガンマ線を検出したタイミングを示す信号Ｇａｍｍａ＿Ｌｏｇｉｃと、検出したガンマ線のエネルギー値を示す信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａとに分け、同時計測判定部３２に入力する。
【００４３】
同時計測判定部３２を機能によりさらに細分すると、タイミングを判定して同時計測したかどうかを示すゲート制御信号Ｓ−ＧＡＴＥを生成するロジック部３２２と、そのロジック部３２２からのゲート制御信号Ｓ−ＧＡＴＥにより、イベントデータ信号Ｓ−ＥＶを出力するゲート処理を行なうゲート部３２４とに分けられる。イベントデータ信号Ｓ−ＥＶは、データ振り分け部３４のロジック部３４２に入力され、ロジック部３４２は、あらかじめ定めている振り分け論理に従って画像再構成用のデータを出力する。そのデータを受けた画像再構成部３６は、各データを別々の画像再構成処理部３６２および３６４によって再構成する。このような処理によって、振り分けたデータから別々の画像を再構成する。なお、プローブを識別するための処理に即したより具体的なデータ振り分け部３４の構成を、（２−４）「検出器の種別構成に適合するイメージング処理部」の欄にて詳述する。
【００４４】
［１−３−１ 画像再構成処理］
振り分けたデータは、画像再構成処理部３６２および３６４それぞれにおいて、従来のＰＥＴ装置の画像再構成のためのデータと同様に処理される。例えば、ＦＢＰ（Filtered Back‐Projection）法」、「ＯＳ-ＥＭ（Ordered Subset ML-EL）法」、「ＭＡＰ-ＥＭ（Maximum a Posterior-EM）法」のいずれかの周知の手法により、振り分けたデータから画像を再構成することができる。これらの手法については、例えば、非特許文献２に開示されている。
【００４５】
［１−４ イメージング処理部の実装］
上述した説明においては説明を明確にするためにハードウェア処理に基づいて説明した。当業者には明らかなように、それ以外にも本実施形態は種々の実装形態を取ることが可能である。例えばデータ振り分け部３４の処理は、ハードウェアによる処理ではなくコンピュータ上のソフトウェアによって行なうことが可能である。さらには、特に不感時間の短い信号取り込みが可能なデータ取得回路を用いる場合には同時計測判定部３２の処理も、コンピュータ上のソフトウェアによって行なうことも可能である。また、図４に示したイメージング処理部３０の構成は、図３に適合させるために整理して記載したものであり、実質的に図３のイメージング処理部３０の処理を実行しうる他の実装形態によって実現することも可能である。例えば、ＡＮＤゲートＧ２によるハードウェア処理は、ロジック部３４２の論理の一部として実行することも可能である。つまり、本実施形態で採用する複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置のイメージング処理部３０は、ＰＥＴ検出器１０の群からの信号を受信しており、５１１ｋｅＶの対消滅ガンマ線を捕らえた一対のＰＥＴ検出器がいずれであるかを同時計測によって特定する。そして、イメージング処理部３０は、その対消滅ガンマ線から画像再構成するために、その対消滅に関連する固有ガンマ線の検出を利用する。
【００４６】
ハードウェア処理を行なう回路として、または、コンピュータを用いるソフトウェア処理として実装するイメージング処理部は、より具体的には次のように構成する。
【００４７】
電子回路によるハードウェア処理として実装する場合には、ＰＥＴ検出器１０それぞれや、固有ガンマ線検出器２０それぞれからの信号に対して、タイミング系の信号路（ｓｉｇｎａｌ ｐａｔｈ ｆｏｒ ｔｉｍｉｎｇ）を構成し、同時計測ロジックまたは検出器のヒットパターンを判定する回路を実装する。また、ＰＥＴ検出器１０や固有ガンマ線検出器２０の出力からのエネルギー信号を利用するためには、振幅系の信号路（ｓｉｇｎａｌ ｐａｔｈ ｆｏｒ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）を構成して、例えば整形増幅器を通じてアナログデジタル変換器を介して電気信号から画像を再構成するためのデータを取得する。
【００４８】
これに対し、コンピュータ上のソフトウェアによる同時判定を行う場合には、各検出器からのイベントデータに時刻情報（タイムスタンプ）を記録しておき、その後同時判定を行なう。このような手法も本実施形態に含まれている。
【００４９】
図５は、本実施形態のＰＥＴ装置１００によるイメージング方法の処理を示すフローチャートである。本実施形態のＰＥＴ装置１００においては、撮像対象に対して、プローブを投与する（Ｓ１０２）。プローブは、少なくとも一つが陽電子放出に続けて固有ガンマ線を放出する核種（Ｂタイプ核種）によって標識してある。
【００５０】
次いで、撮像および同時計測（Ｓ１０４）を行う。同時計測は、撮像と並行して行なわれ、ＰＥＴ検出器１０の群と、固有ガンマ線検出器２０とによってイベントの判定を行なう処理である。対消滅ガンマ線を特定するための同時計測は、従来のＰＥＴ装置の場合と同様である。また、その対消滅ガンマ線を発生した核が固有ガンマ線を放出したかどうか判定するためには、対消滅ガンマ線の検出と同時に固有ガンマ線を検出したかどうかを判定する。
【００５１】
さらに、固有ガンマ線のエネルギーや検出の有無に応じて、イベントデータを振り分ける処理を実行し、振り分けたデータそれぞれの画像を再構成する（Ｓ１０６）。
【００５２】
その後、このような構成または動作を行なうＰＥＴ装置１００は、別々に再構成し画像を、互いに区別可能な態様によって図示しない任意の表示装置に表示する（Ｓ１０８）。
【００５３】
以上に説明した構成または動作を行なうＰＥＴ装置を作製することより、従来のＰＥＴ装置の利点である高い空間分解能や定量性を活かした上で、複数のプローブを識別しながらイメージングする複数分子同時イメージングが可能となる。
【００５４】
［１−５ プローブの組み合わせ］
次に、撮像対象に同時に投与した場合にもＰＥＴ装置１００によって識別が可能であるプローブの組み合わせについて説明する。このようなプローブの組合せは、典型的には、
組合せＩ：Ｂタイププローブを複数用いる組み合わせであって、互いにエネルギーが異なる固有ガンマ線を放出するように選択したもの、
組合せＩＩ：Ａタイププローブと、Ｂタイププローブとの組み合わせ、
に大別することができる。測定した対消滅検出信号を、いずれのプローブからの信号と判定するか（以下「プローブ識別」と呼ぶ）は、上記組合せＩであれば、検出した固有ガンマ線のエネルギー値を検出することにより行うことができる。また、上記組合せＩＩにおけるプローブ識別は、固有ガンマ線が検出されたかどうかによっても実行することができるほか、固有ガンマ線のエネルギー値を識別に追加することによってノイズの抑制された画像を撮影すること可能である。図３には、組合せＩと組合せＩＩとの違いを簡略化して付記している。このため、イメージング処理部３０は、対消滅検出信号に基づくイベントデータを、ガンマ線のエネルギー値（上記組合せＩおよびＩＩの場合）や、ガンマ線の有無（上記組合せＩＩの場合）に基づいて振り分ける処理を実行する。この振り分け処理は、上記組合せＩでは、対消滅ガンマ線との同時性に加えて、固有ガンマ線検出器２０が測定したエネルギーを利用して行なう。また、上記組合せＩＩでは、対消滅ガンマ線と固有ガンマ線検出器２０が測定した固有ガンマ線が同時であるかどうか、および、固有ガンマ線のエネルギーと５１１ｋｅＶとの弁別により行なう。なお、本実施形態は、プローブを三種またはそれ以上投与することにより上記組合せＩと組合せＩＩの両方である組合せも含む。
【００５５】
［２ ＰＥＴ装置の詳細］
次に、本実施形態において提供するＰＥＴ装置のさらに詳細な構成について説明する。
【００５６】
［２−１ ＰＥＴ装置としての検出器の動作態様］
本実施形態のＰＥＴ装置は、典型的には上述したＰＥＴ装置１００と同様の構成である。ただし、本実施形態のＰＥＴ装置と同様の機能は、５１１ｋｅＶの対消滅ガンマを検出する目的で作製されている従来のＰＥＴ装置のＰＥＴ検出器に、固有ガンマ線検出器２０としての機能も兼ねるように動作させることによっても達成できる。従来のＰＥＴ装置をこのように改良する場合、その装置に備わっているＰＥＴ検出器が、「ＰＥＴ用ガンマ線検出器」と「エネルギー分解型ガンマ線検出器」との両方の機能を兼ね備えることとなる。この場合、本実施形態に用いることが可能なＰＥＴ装置においては、「ＰＥＴ用ガンマ線検出器」と「エネルギー分解型ガンマ線検出器」が、必ずしも別々に装備されている必要はない。
【００５７】
［２−１−１ 専用動作と兼用動作］
検出器の具体的構成に許容されるこのような任意性は、対消滅ガンマ線を検出するＰＥＴ検出器の動作に着目して以下のように整理できる。すなわち、本実施形態のＰＥＴ装置の動作は、ＰＥＴ検出器の動作に着目して区分すると、ＰＥＴ検出器の群のいずれもが固有ガンマ線の検出を行なわない動作（以下、「専用動作」という）と、ＰＥＴ検出器の群の少なくともいずれかが固有ガンマ線の検出を行なう動作（「兼用動作」という）とに分けることができる。専用動作では、ＰＥＴ検出器とは別に、固有ガンマ線を検出するための固有ガンマ線検出器が必要となる。これに対して、兼用動作するＰＥＴ装置では、固有ガンマ線検出器は必ずしも装備されていなくとも良い。
【００５８】
［２−２ 検出器の具体的種別］
次に、本実施形態のＰＥＴ装置に用いるＰＥＴ検出器と固有ガンマ線検出器の種別の組み合わせについて説明する。一般にガンマ線検出器は、シンチレーターを利用するシンチレーション検出器と、半導体を利用する半導体検出器とに大別することができる。本実施形態におけるＰＥＴ検出器や固有ガンマ線検出器にもこれらのシンチレーション検出器と半導体検出器とを利用することができる。いずれの検出器を選択するべきかの選択指針を特に固有ガンマ線に対する検出器の特性に着目して説明する。
【００５９】
検出器の選択指針には、エネルギー分解能、時間分解能、計数耐性、感度といった性能上の指針と、コスト上の指針とが存在する。エネルギー分解能とは、固有ガンマ線同士または固有ガンマ線と対消滅ガンマ線のエネルギーを分解して測定するのに十分な精度が得られるかどうかである。また、計数耐性とは、単位時間あたりのガンマ線検出数の上限である。そして感度とは、撮像対象から放出された固有ガンマ線の総数のうち、検出できる数の割合である。
【００６０】
図３に示したＰＥＴ装置１００では、典型的な基本的構成を説明するため、ＰＥＴ検出器１０および固有ガンマ線検出器２０の両者を装備して、上記専用動作を行なうように記載している。実際に本実施形態を実施するためには、図３に示したＰＥＴ装置１００を用いて兼用動作を行なうことも可能である。そして、検出器の選択のための各指針に対する検出器の種類ごとの評価は、上述した専用動作の場合と、兼用動作の場合とで異なる。
【００６１】
これらの指針にするシンチレーション検出器と半導体検出器の評価を、専用動作の場合を表１に、また、兼用動作の場合を表２にまとめた。
【表１】
【表２】
【００６２】
表１および表２には、固有ガンマ線検出器２０の種別を各列に、また、ＰＥＴ検出器１０の種別を各行に選んで、各欄にその評価を示した。例えば、表１の左下の欄は、固有ガンマ線検出器２０がシンチレーション検出器、ＰＥＴ検出器１０が半導体検出器、という組み合わせの場合の評価を示している。また、表２では兼用動作のうち、固有ガンマ線検出器２０を利用しない場合を左列に記載した。表２の他の列は、兼用動作をするものの、固有ガンマ線検出器をも利用する構成である。
【００６３】
各表の各欄において示されているのは、「／」によって区切った４指針の評価結果である。つまり、エネルギー分解能、計数耐性、感度、およびコストという項目に対する各組み合わせの評価を、発明者の認識に基づいてこの順に記載した。なお、１、２、３の各数字は、それぞれ、優秀（ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ）、十分（ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ）、不十分（ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ）と区分した発明者の認識を表示する記号である。
【００６４】
留意すべきは、これらの評価結果はあくまで、実施形態の特徴を説明する目的のためだけに記載していることである。つまり、たとえ「３（不十分）」と評価されたものであっても、本発明の実施形態のためのＰＥＴ装置にその組み合わせが採用不可能であることは意味しない。また、シンチレーターや半導体の素材によっても異なる特性となって、各評価の優劣が変化する。さらに、検出器の技術の進展に伴ってこれらの各評価は変化する可能性がある。例えば、シンチレーション検出器（ＮａＩ、ＢＧＯ、ＬＳＯ等）は、一般的には、安価ではあるものの、エネルギー分解能が半導体検出器との相対比較において低い検出器といえる。これと比較して半導体検出器（Ｓｉ、Ｇｅ、ＣｄＴｅ等）は、高価であるもののエネルギー分解能が高いという特徴がある。しかしながら近年普及してきたシンチレーターＬａＢｒなどは、エネルギー分解能が比較的高く、本実施形態のＰＥＴ検出器や固有ガンマ線検出器として好適に採用できる。この例によって示したように、上述の表１および表２の評価は、あくまで、現時点における各種別の検出器に対する一般的な評価にすぎない。
【００６５】
これらの検出器の種類の組み合わせ（種別構成）の代表的なもの６種類をさらに詳述する。最初の２種類は、兼用動作のみに適用され、残りの４種類は、兼用動作と専用動作の双方に適用できる。また特に臨床用ＰＥＴについて、ここで言う一般的なＰＥＴ検出器とは、一度に全身を撮像できるホールボティ（ｗｈｏｌｅ ｂｏｄｙ）タイプのものではなく、部分撮像タイプのもの（移動スキャンで全身を撮像するものも含む）を指す。
【００６６】
［２−２−１ 検出器の種別構成（１）］
本実施形態の第１の検出器の種別構成は、シンチレーション検出器を用いたＰＥＴ装置のみにより３重の同時計測を行なうものであり、表２の左上欄に対応する。つまり、ＰＥＴ装置のシンチレーション検出器を利用して対消滅ガンマ線と固有ガンマ線を検出する。ここで、現在普及している一般的なＰＥＴ装置には、ガンマ線検出用にＮａＩ、ＢＧＯ、ＬＳＯ等のシンチレーション検出器を使用している。これらのシンチレーション検出器は、数１０ｋｅＶ〜数１００ｋｅＶ程度のエネルギー分解能を有する。そこで、従来のＰＥＴ装置の検出器構成を変えることなく、ハードウェア処理や画像処理の事後的な処理を変更することによって、対消滅ガンマ線２本と固有ガンマ線の同時計測つまり３重の同時計測を行う、兼用動作が可能である。この種別構成では、検出器は従来のＰＥＴ装置と同様の構成とすることが可能であるため、製造コスト等は、従来のＰＥＴ装置からみて大きな違いはない。
【００６７】
ただし、上述したように、固有ガンマ線を検出するために用いるシンチレーション検出器のエネルギー分解能は数１０ｋｅＶ〜数１００ｋｅＶ程度とあまり高くない。このため、Ｂタイププローブからの固有ガンマ線のエネルギーが、対消滅ガンマ線のエネルギー（５１１ｋｅＶ）からその分解能以上に相異している必要がある。また、従来のＰＥＴ装置におけるシンチレーション検出器をそのまま利用する場合、シンチレーション検出器が撮像対象を覆う立体角が小さいために固有ガンマ線の検出感度が低くなる。特に、ＰＥＴ装置のシンチレーション検出器が５１１ｋｅＶガンマ線に適合するように設計されているのが一般的であるため、エネルギーが高い固有ガンマ線に対する阻止能（ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｐｏｗｅｒ）が低くなる。
【００６８】
［２−２−２ 検出器の種別構成（２）］
本実施形態を実施するための第２の検出器の種別構成は、半導体検出器を採用しているＰＥＴ装置において、検出器構成はそのままとし、固有ガンマ線検出を加えた３重同時計測可能な信号処理系を用いる構成である。本種別構成は、表２の左下欄のものであり、上述した第１の検出器の種別構成において、シンチレーション検出器を半導体検出器とした種別構成ともいえる。近年、半導体検出器を採用するＰＥＴ撮像装置も実用化しているため、このようなＰＥＴ装置では、検出器の構成を変更することなく本実施形態を実施することが可能である。その場合、画像処理系も固有ガンマ線の有無、もしくはエネルギー値により取得したデータを分類し、分類後のそれぞれのデータを区別してイメージングできるように構成する。この第２の検出器の種別構成では、半導体検出器のエネルギー分解能が高いため、第１の検出器の種別構成と比較して、ポジトロンの対消滅による５１１ｋｅＶガンマ線と固有ガンマ線の識別能力（もしくは、エネルギーの異なる固有ガンマ線同士の弁別能力）が高くなる。なお、固有ガンマ線の検出感度については、第１の検出器の種別構成と同様、あまり高くない。
【００６９】
［２−２−３ 検出器の種別構成（３）］
本実施形態を実施するための第３の検出器の種別構成は、シンチレーターを用いた一般的なＰＥＴ装置に、固有ガンマ線を検出するためのシンチレーション検出器を付加する種別構成であり、表１の左上欄および表２の中央上欄に対応する。この第３の検出器の種別構成は、後述する半導体検出器を用いた第４の検出器の種別構成と比較して、シンチレーション検出器であることからエネルギー分解能は劣るものの、比較的安価に大きな立体角を覆えるという利点を有する。この場合、固有ガンマ線検出器は、ガンマ線検出位置の情報を必要としないので、付加するシンチレーション検出器に、位置応答性は不要である。その結果、付加する固有ガンマ線検出器としてのシンチレーション検出器は、位置情報を利用するＰＥＴ検出器ほどに細分化されている必要はない。このため、固有ガンマ線検出器のチャンネル数が少なく、信号処理系も比較的簡単なものとなる。
【００７０】
なお、付加するシンチレーション検出器により固有ガンマ線のエネルギー識別を行うことから、エネルギー分解能が比較的高いシンチレーター（ＬａＢｒ等）を利用することが好ましい。そのようなシンチレーターを用いた場合には、５１１ｋｅＶとエネルギーが近い固有ガンマ線についても、また、複数の固有ガンマ線のエネルギーが近い場合についても弁別が可能となる。
【００７１】
［２−２−４ 検出器の種別構成（４）］
本実施形態を実施するための第４の検出器の種別構成は、ＰＥＴ装置のシンチレーション検出器に付加して、固有ガンマ線検出用に、半導体検出器（Ｇｅ、Ｓｉ、ＣｄＴｅ検出器等）を備える種別構成であり、表１および表２の右上欄に対応する。半導体検出器は一般にシンチレーターと比較してエネルギー分解能が高い。このため、半導体検出器を用いて固有ガンマ線の検出を行なえば、５１１ｋｅＶガンマ線と固有ガンマ線とを区別する弁別能力が高くなり、核種の選択範囲が広くなる。特に、固有ガンマ線のエネルギーが５１１ｋｅＶより低い場合には、５１１ｋｅＶの散乱ガンマ線との弁別が必要となるが、この点においてもエネルギー分解能が高いことは有利に働く。この場合にも、上述した第３の検出器の種別構成の場合と同様に、付加する検出器に位置応答性は必要ない。
【００７２】
［２−２−５ 検出器の種別構成（５）］
本実施形態を実施するための第５の検出器の構成は、半導体検出器を採用するＰＥＴ装置に、固有ガンマ線の検出器としてシンチレーション検出器を付加したものである。本種別構成は、表２の中央下欄のものである。固有ガンマ線の検出については、シンチレーターの場合（３）と同様の特性を持つ。
【００７３】
［２−２−６ 検出器の種別構成（６）］
本実施形態を実施するための第６の検出器の構成は、半導体検出器を採用するＰＥＴ装置に、固有ガンマ線の検出器として半導体検出器を付加したものである。本種別構成は、表２の右下欄のものである。固有ガンマ線の検出については、半導体検出器の場合（３）と同様の特性を持つ。
【００７４】
［２−３ 固有ガンマ線検出器の配置・構造］
上述した検出器の種別構成のうち（３）〜（６）においては、ＰＥＴ検出器１０とは別の固有ガンマ線検出器２０を利用する。この場合の固有ガンマ線検出器２０の空間配置に対する制約は、動作原理上は特段存在しない。つまり、固有ガンマ線検出器２０は、Ｂタイププローブから放出されるガンマ線を検出しうる任意の空間配置を取ることができる。例えば図３に示していたリング状配置は、固有ガンマ線検出器２０が取ることのできる配置の一例である。後述する数値計算によるシミュレーションによって発明者が確認したところ、このリング状配置により、本発明の目的を達成するために十分な割合での固有ガンマ線検出が可能となる。したがって、図３に示した固有ガンマ線検出器２０の配置は、Ｂタイププローブを利用して複数分子同時イメージングを実行する十分な効果を得ることができる一例である。
【００７５】
また、固有ガンマ線検出器２０の設置方法にも種々の改良を行なうことができる。例えば、固有ガンマ線検出器２０による測定に悪影響を及ぼすガンマ線をシールドすることによって、固有ガンマ線検出器の計数率を抑えることが可能である。特に、ＰＥＴ装置が撮像可能な範囲として規定される（ＦＯＶ：フィールド・オブ・ビュー）の外にも撮像対象がはみ出している場合には、ＦＯＶ外に位置する撮像対象からも固有ガンマ線および対消滅ガンマ線が飛来する。これらのガンマ線は、ＦＯＶ内の測定にとっては不要なガンマ線となり計数率を増大させ、本来検出されるべき固有ガンマ線が測定できない可能性をいたずらに高めるか、もしくは投与放射能に対する計数限界を下げてしまう。このような場合には、ＦＯＶ外からのガンマ線を遮蔽するシールドを固有ガンマ線検出器２０周辺の適当な位置、例えば図３の外側面２２や２４に配置して計数率を下げることが有効である。このようなシールドとして有効な素材の例として、原子番号が大きくガンマ線の阻止能が高い鉛やタングステン等を挙げることができる。
【００７６】
［２−４ 検出器の種別構成に適合するイメージング処理部］
基本的構成として図３および図４に示したイメージング処理部３０は、従来のＰＥＴの同時計測装置と同様の対消滅ガンマ線の検出に加えて、固有ガンマ線検出器からの信号をも同時計測の対象としている。この同時計測の成否判定のために用いられる検出器の信号は、上述の検出器の種別構成（１）〜（６）に適合するように変形される。そして、イメージング処理部３２（図３）の同時計測判定による動作、つまりロジック部３２２およびゲート部３２４の動作およびその具体的構成は、組合せＩつまりＢタイププローブを複数投与する場合か、組合せＩＩつまりＡタイププローブとＢタイププローブとの組み合わせである場合かにより異なる。そして、それらのプローブを区別する動作のためにイメージング処理部３０において利用される信号は、上記専用動作か兼用動作かに依存している。つまり、専用動作の場合には、ＰＥＴ検出器１０の群からの対消滅信号と固有ガンマ線検出器２０からの信号を利用する。これに対して、兼用動作の場合には、ＰＥＴ検出器１０の群からの対消滅信号と、ＰＥＴ検出器１０の群のうち対消滅ガンマ線を検出した以外のいずれかの検出器からのいずれかの信号とを利用する。以下の説明では、まず専用動作におけるイメージング処理部３０（図４）の詳細な動作を、組合せＩであるＢタイププローブを複数投与する場合と、組合せＩＩであるＡタイププローブとＢタイププローブとの組み合わせである場合とに分けて説明する。その後、兼用動作の場合についても説明する。
【００７７】
図６は、本実施形態に採用される複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置のイメージング処理部のハードウェア処理の詳細な構成を示すブロックダイヤグラムである。このうち、図６（ａ）は、専用動作をする場合の組合せＩつまりＢタイププローブを複数投与する場合において、また、図６（ｂ）は、専用動作をする場合の組合せＩＩつまりＡタイププローブとＢタイププローブとの組み合わせである場合において、イメージング処理部３０により行なわれるハードウェア処理を示している。
【００７８】
まず、組合せＩと組合せＩＩとに共通する動作について説明する。専用動作では、固有ガンマ線検出器２０によって固有ガンマ線がそのエネルギーとともに測定され、固有ガンマ線検出器２０からの信号をイメージング処理部３０において受信する。なお、固有ガンマ線検出器２０は、図３に示したＰＥＴ装置１００においては多数の固有ガンマ線検出器２０により構成されているが、ここでは、固有ガンマ線検出器２０のいずれかで検出されたことを示す信号により説明する。上述したように、イメージング処理部３０が受信した信号は、公知のハードウェア処理系（図示しない）によって、ＰＥＴ検出器１０の信号から、対消滅ガンマ線を検出したタイミングを示す信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ２＿Ｌｏｇｉｃを生成し、対消滅ガンマ線の検出位置およびガンマ線のエネルギーを示す信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａおよび信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａを生成する。固有ガンマ線検出器２０においてガンマ線を検出したタイミングを示す信号Ｇａｍｍａ＿Ｌｏｇｉｃと、固有ガンマ線のエネルギー値を示す信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａも同様に固有ガンマ線検出器２０の信号から生成する。
【００７９】
次に、組合せＩの場合について説明する。図６（ａ）に示す組合せＩつまりＢタイププローブを複数投与する場合においては、ＰＥＴ検出器１０からの信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ２＿ＬｏｇｉｃをＡＮＤ６１２に入力し、さらに、そのＡＮＤ６１２からの出力と信号Ｇａｍｍａ＿ＬｏｇｉｃとをＡＮＤ６１４に入力する。ＡＮＤ６１４の出力は、信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａ、信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａ、および信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａをロジック部３４２に出力するかどうかを制御するためにゲート６１６に入力する。その結果、対消滅が検出されたことに伴って信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ２＿Ｌｏｇｉｃの双方がアサートされ、かつ、固有ガンマ線が検出されたことに伴って信号Ｇａｍｍａ＿Ｌｏｇｉｃがアサートされた場合に限り、ゲート６１６は信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａ、信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａ、および信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａを出力する。その信号を受信したロジック部３４２は、対消滅ガンマ線と固有ガンマ線とが同時計測した場合にのみゲート６１６から出力される信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａにおける固有ガンマ線のエネルギーに応じて、その信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａと同時検出により得られた信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａ、およびＰＥＴ２＿Ｄａｔａを振り分ける。したがって、ＡＮＤ６１２とＡＮＤ６１４がロジック部３２２を構成し、ゲート６１６がゲート部３２４を構成する。また、ＡＮＤ６１４の出力がゲート制御信号Ｓ−ＧＡＴＥとなっている。
【００８０】
これに対して、図６（ｂ）に示す組合せＩＩであるＡタイププローブとＢタイププローブを投与する場合においては、ＰＥＴ検出器１０からの信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ２＿Ｌｏｇｉｃを、ＡＮＤ６２２に入力し、さらに、そのＡＮＤ６２２からの出力と信号Ｇａｍｍａ＿ＬｏｇｉｃとをＡＮＤ６２４に入力する。信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａおよび信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａがロジック部３４２に出力するかどうかは、ＡＮＤ６２２の出力に基づいてゲート６２６によって制御する。これに対し、信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａがロジック部３４２に出力するかどうかは、ＡＮＤ６２４の出力に基づいてゲート６２８によって制御する。このため、信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａがロジック部３４２に出力するのは、図６（ａ）の組合せＩの場合と同様に、対消滅を検出したことに伴って信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ２＿Ｌｏｇｉｃの双方がアサートされ、かつ、固有ガンマ線を検出したことに伴って信号Ｇａｍｍａ＿Ｌｏｇｉｃがアサートされた場合となる。これに対し、信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａおよび信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａがロジック部３４２に出力されるのは、対消滅が検出されたことに伴って信号ＰＥＴ１＿Ｌｏｇｉｃおよび信号ＰＥＴ２＿Ｌｏｇｉｃの双方がアサートされた場合であり、信号Ｇａｍｍａ＿Ｌｏｇｉｃとは無関係である。その信号を受信したロジック部３４２は、ゲート６２６を通じて受信した信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａ、および信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａを振り分けるために、固有ガンマ線に伴う信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａの有無または信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａに含まれる固有ガンマ線のエネルギーを利用する。したがって、ＡＮＤ６２２とＡＮＤ６２４がロジック部３２２を構成し、ゲート６２６とゲート６２８がゲート部３２４を構成する。また、ＡＮＤ６２２とＡＮＤ６２４の出力がゲート制御信号Ｓ−ＧＡＴＥとなる。
【００８１】
以上の動作によって、専用動作の場合における組合せＩと組合せＩＩの具体的なハードウェア処理を実現する。
【００８２】
なお、ロジック部３４２における振り分け処理のために、組合せＩの場合には固有ガンマ線のエネルギー値を利用する。このガンマ線のエネルギー値は、図６（ａ）に示したゲート６１６からの出力における信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａに含まれる。これに対し組合せＩＩの場合には、固有ガンマ線検出器でのガンマ線検出器の有無もしくはガンマ線のエネルギー値をロジック部３４２において利用する。この固有ガンマ線の有無は、図６（ａ）に示したゲート６２８からの出力における信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａの有無として容易に特定することができる。
【００８３】
次に、兼用動作の場合のハードウェア処理を専用動作の説明に基づいて説明する。兼用動作の場合にも、図６（ａ）および図６（ｂ）を参照した説明とほぼ同様のハードウェア処理を行なう。上述したとおり、専用動作と兼用動作の間のハードウェア処理上の相違点は動作のためにイメージング処理部３０において利用する信号の違いである。具体的には、図６（ａ）および図６（ｂ）において、固有ガンマ線に伴う信号Ｇａｍｍａ＿Ｌｏｇｉｃおよび信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａは、固有ガンマ線検出器２０からの信号ではなく、ＰＥＴ検出器１０からの信号となる。
【００８４】
以上のように、イメージング処理部のハードウェア処理を行なうことによって、専用動作および兼用動作のそれぞれにおいてプローブの組合せＩおよび組合せＩＩに対する信号またはデータの振り分けをロジック部３４２において実行することが可能となる。
【００８５】
ロジック部３４２における振り分け処理は、Ｂタイププローブを複数用いる上記組合せＩにおいては、対消滅ガンマ線のうち、固有ガンマ線を伴っているデータを固有ガンマ線のエネルギーに基づいて振り分ける。また、ＡタイププローブとＢタイププローブを用いる上記組合せＩＩにおいては、対消滅ガンマ線を、固有ガンマ線を伴っていないものと、伴っているものとに振り分ける。この振り分けのさらに具体的態様については、組合せＩおよび組合せＩＩについて、それぞれ第１および第２実施形態として後述する。
【００８６】
なお、上述の専用動作と兼用動作との対比による説明は、図４におけるイメージング処理部３０において、ロジック部３４２の動作を明示する目的でその典型的な態様として示したものに過ぎない。また、説明していない他の付加的な処理を排除するものでも無い。例えば、エネルギー値の上限値と下限値をハードウェアとしてのハードウェア処理回路系（図示しない）において設定（エネルギーゲート）し、この条件に適合する場合のみに信号Ｇａｍｍａ＿Ｌｏｇｉｃ等のロジック信号をそのハードウェア処理系に出力することにより、処理するデータを大幅に減らすことが可能である。
【００８７】
［３ 核種］
本実施形態においては、上述したＢタイププローブの標識のためにベータ崩壊による陽電子放出に続けて固有ガンマ線を放出する核種（Ｂタイプ核種）を用いる。このＢタイプ核種は、種々の観点から選択する。親核がベータ崩壊によって陽電子放出した後に娘核の励起状態に遷移し、その娘核がカンマ崩壊によって固有ガンマ線を放出して基底状態に遷移する核種であっても、陽電子放出から固有ガンマ線放出までの時間があまりに長い核種（核異性体核種）は同時計測ができないため不適切である。ここで、ベータ崩壊からガンマ崩壊までの時間すなわち娘核の励起状態の寿命は、短いものはフェムト秒以下から、長いものは数ヶ月またはそれ以上となる核種もある。本実施形態のＢタイプ核種として採用するための寿命の基準は、検出器の時間応答と比較して決定する。つまり、娘核の励起状態の寿命は、使用するガンマ線検出器の時間分解能と同程度か、それより短い時間であることが偶然同時計測の割合を抑えＳ／Ｎ比を向上させる上で望ましい。
【００８８】
このような、Ｂタイプ核種に該当するものは多数存在する。表３には、そのうち特に有用であると考えられるものを示す。
【表３】
なお、表３の核種のデータは、R.B. Firestone著、“Table of Isotopes”, (8th Edition, John Wiley and Sons (1996)と、National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratoryの管理するウェブサイト（http://www.nndc.bnl.gov/chart/）において核種を指定することにより表示される、個別の核種の「decay radiation」データとから、例示を目的として本願の発明者が選択して引用したものである。また、表３における「半減期」の欄の値は、「核種」の欄にかかげた親核のベータ崩壊の半減期である。この欄の値は娘核の励起状態からガンマ崩壊する際の半減期ではない。
【００８９】
ここで本実施形態のために有用な核種であるかどうかを選択するために考慮する要因（factor）を列挙すれば、「ベータ崩壊の半減期」、「ポジトロンと固有ガンマ線の放出確率」、「固有ガンマ線のエネルギー」、「ポジトロンの（最大）エネルギー」、「供給の容易さ」、「薬剤標識のし易さ」である。
【００９０】
「ベータ崩壊の半減期」とは、親核から娘核へのベータ崩壊の寿命である。ベータ崩壊の半減期が短すぎると、薬剤の標識や、その後の撮像対象への投与、撮像が困難となる。逆に半減期が長すぎると、体内被曝を続けることになることから臨床での使用は困難となる。これらを踏まえると、本実施形態を臨床利用する場合に適当なベータ崩壊の半減期は、数分〜数日程度である。ちなみに、臨床用の従来のＰＥＴ装置で多用されている核種におけるベータ崩壊の半減期は、２０．４分（１１Ｃ）、１０９．８分（１８Ｆ）である。また、特に臨床応用では、崩壊後の娘核が長寿命の放射性同位元素である場合、長期間にわたり体内被曝をすることになり不適切であるが、表３に挙げた核種の娘核はすべて安定同位元素である。
【００９１】
「ポジトロン放出率」とは、一崩壊当たりにポジトロンを放出する割合であり、「固有ガンマ線放出率」とは、ポジトロンを放出した後に固有ガンマ線を放出する割合である。これらの「ポジトロン放出率」と「固有ガンマ線の放出率」とについては、一般にはともに高い方が好ましいものの、数値が特段限定されるものではない。現行のＰＥＴでのポジトロンの放出率が低い核種（６４Ｃｕ、１７．６％など）の撮像例もあるためである。特に、Ｂタイプ核種として用いる場合には、陽電子放出後の固有ガンマ線放出確率は高いものが好ましい。なお表３の固有ガンマ線には、陽電子放出後の放出確率が１０％以上のものを記載している。
【００９２】
「固有ガンマ線のエネルギー」は、ポジトロンの対消滅によるガンマ線５１１ｋｅＶと異なることが第一条件である。さらに本実施形態では、固有ガンマ線のエネルギーは５１１ｋｅＶより高い方が有利である。これは、５１１ｋｅＶより高いエネルギー値をすべて固有ガンマ線とする広いエネルギーウインドウを設定できるためである。ただし、あまりにもエネルギーが高いと検出が難しくなる。また、固有ガンマ線のエネルギーが、１０２２ｋｅＶ以上となると、電子対生成によりポジトロンが生成するため、このポジトロンの対消滅により５１１ｋｅＶの対ガンマ線が発生し、ＰＥＴ撮像のノイズとなる可能性もある。
【００９３】
「ポジトロンの（最大）エネルギー」は、ベータ崩壊により放出されるポジトロンのエネルギーである。エネルギーが低いほど、対消滅までにポジトロンの飛ぶ平均距離が短くなり、陽電子放出核と対消滅が生じる位置との間のずれが小さくなる。このため、本実施形態を含むＰＥＴ装置一般において解像度の面からみると、ポジトロンの（最大）エネルギーは小さいものが有利といえる。しかし、エネルギーが高い核種でも、必要な精度によっては十分に採用することができる。
【００９４】
「製造、供給のし易さ」は、端的には、核種を製造するための装置の規模やコストが小さいことである。広く普及させるためには製造や供給が容易な核種が望ましい。具体的には、現在ＰＥＴ装置を設置している医療機関では陽電子放出核を製造するための小型サイクロトロンを保有している。このため、例えばＢタイプ核種も小型サイクロトロンによる比較的低いエネルギーの原子核変換によって製造できることが望ましい。また、サイクロトロンによる原子核変換によってＢタイプ核種を製造する場合、いくつかの核種が同時に製造されるため、目的の核種だけを単体で取り出し易いものが望ましい。さらには、半減期の比較的長い親核のベータ崩壊によりできる娘核として製造する（ミルキング）核種も、１カ所の施設で親核を製造して各所に分配できるために有用である。表の「小型サイクロトロン」による製造とは、２０ＭｅＶ以下の陽子ビーム（医療用サイクロトロンを想定）による電荷交換反応（１４Ｏ製造の例として、１４Ｎ（ｐ，ｎ）１４Ｏ反応）により製造できるものを意味する。２０ＭｅＶ以上のビームを製造に必要とする核種については、「サイクロトロン等」とした。
【００９５】
「薬剤標識のし易さ」は、有機化合物である薬剤を標識することが容易な核種かどうかという観点である。例えば、ハロゲン等化合物をつくり易い元素、もしくは金属であっても、錯体（金属化合物）を形成し易い元素であれば、薬剤を標識することが容易な場合が多い。ただし、化合物をつくりにくい希ガス等であっても、元素単体でプローブとして使用できる場合もある。
【００９６】
留意すべき点は、これらの選択基準となる要因は、本実施形態のＰＥＴ装置をどのように利用するかによって重視される要因やその程度が調整されることである。例えば、表３に明示した２２Ｎａについては、半減期が長いため臨床利用には適さないものの、標準線源として普及していることもあり、動物実験やファントムを利用する実験等には有用である。
【００９７】
以上に説明した本発明の基本実施形態によれば、ＰＥＴ装置の持つ高い定量性を活かしながら、複数分子同時イメージングを実行することが可能となる。
【００９８】
＜第１実施形態＞
［４ Ｂタイププローブを複数投与する実施形態］
次に、本発明の第１実施形態として、基本実施形態において説明した基本的な構成のＰＥＴ装置によって複数のプローブを撮像するより具体的な手法について説明する。第１実施形態は、基本実施形態において説明したＢタイププローブを複数用いる上記組合せＩを採用する場合の実施形態である。
【００９９】
［４−１ 動作］
図７は、Ｂタイププローブを複数投与した場合の本実施形態における処理動作の概要を示す説明図である。本実施形態においては、互いに区別される複数種の上記Ｂタイププローブを撮像対象に同時に投与し各プローブの分布を識別する。これらの各プローブをプローブＢ１およびプローブＢ２、それぞれのプローブの標識に使われる核種をＢ１核種およびＢ２核種という。プローブＢ１およびＢ２それぞれは、対消滅に続けて、エネルギーＥ１およびＥ２の固有ガンマ線を放出するものとする。このため、イメージング処理部３０によって得られた計測データを用い、エネルギーＥ１に関連づけられるデータからプローブＢ１の分布画像が、また、エネルギーＥ２に関連づけられるデータからプローブＢ２の分布画像をそれぞれ再構成する。いずれのエネルギーにも関連づけられないデータは、画像の再構成には利用しない（図７）。
【０１００】
第１実施形態においては、図７に示した動作を行なうため、固有ガンマ線のエネルギーが、エネルギーＥ１であるか、エネルギーＥ２であるか、または、それらのいずれでもないかをイメージング処理部３０（図３および図６（ａ））によって判定する。このため、Ｂタイプのプローブを複数投与する本実施形態における振り分け処理は、イメージング処理部３０、特にロジック部３４２において固有ガンマ線のエネルギーに基づく判定を行なうことである。
【０１０１】
［４−２ プローブ］
Ｂ１プローブとＢ２プローブとしては、典型例では、互いに区別される生体機能が発現する生体領域に集積する（ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ）ような、つまり、例えば生体内において別々の機序によって別々の組織に集積する性質をもつ互いに別々の薬剤を選択する。これらＢ１プローブとＢ２プローブそれぞれを標識するために用いられる核種Ｂ１およびＢ２は、例えば表３に示した核種から互いの固有ガンマ線のエネルギーＥ１とＥ２とが区別できる組み合わせを選択する。
【０１０２】
＜第２実施形態＞
［５ ＡタイププローブとＢタイププローブを投与する実施形態］
次に、第２実施形態として、基本実施形態において説明したＡタイププローブとＢタイププローブとを利用する上記組合せＩＩを採用して複数のプローブを撮像する具体的な手法について説明する。本実施形態についても基本実施形態において説明した基本的な構成の複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置によって撮像を行なう。また、本実施形態は、測定のためにガンマ線のエネルギーを利用しない構成と、利用する構成とによって実施される。以下、まず、両構成に共通する動作とプローブについて説明し（５−１、５−２）、その後、各構成について個別に説明する（５−３、５−４）。
【０１０３】
［５−１ 動作］
図８は、ＡタイププローブとＢタイププローブを投与した場合の本実施形態における処理動作の概要を示す説明図である。本実施形態においては、従来のＰＥＴ装置で用いられるものと同じプローブすなわちＡタイププローブと、固有ガンマ線を放出するＢタイププローブとを撮像対象に同時に投与してプローブを識別する。
【０１０４】
つまり、５１１ｋｅＶのエネルギーの一対のガンマ線である対消滅ガンマ線は、ＡタイププローブとＢタイププローブの両者の分布を反映している。対消滅ガンマ線を検出した全イベントのうち、固有ガンマ線の検出と同時計測されたイベントは、Ｂタイププローブの分布に関連づけられる。これに対し、上記全イベントのうち固有ガンマ線と同時計測されていないと判定されたイベントは、ＡタイププローブだけではなくＢタイププローブの分布をも反映している。これは、Ｂタイププローブからの固有ガンマ線のすべてが検出される訳ではないためである。
【０１０５】
このため、イメージング処理部３０によって得られた計測データのうち、固有ガンマ線に関連づけられるデータからはＢタイププローブの分布画像が、また、固有ガンマ線に関連づけられないデータからは、Ａタイププローブの分布画像にＢタイププローブの分布画像を重畳した画像が再構成される（図８）。
【０１０６】
第２実施形態においては、図８に示した動作を行なうため、対消滅ガンマ線の同時計測のタイミングで、同時に、Ｂタイププローブを示す固有ガンマ線を検出しているかどうかをイメージング処理部３０によって判定する。このため、ＡタイププローブとＢタイププローブとを投与する場合の本実施形態においては、イメージング処理部３０特にロジック部３４２によって固有ガンマ線の検出の有無に応じて行なう振り分けが典型的な振り分け処理（図３および図６（ｂ））に対応する処理となる。また、イメージング処理部３０（ロジック部３４２）においては、測定した固有ガンマ線のエネルギーを信号ＰＥＴ１＿Ｄａｔａおよび信号ＰＥＴ２＿Ｄａｔａならびに信号Ｇａｍｍａ＿Ｄａｔａから取得して、そのエネルギーの値によって、ＡタイププローブかＢタイププローブかを振り分けることも可能である。測定された固有ガンマ線のエネルギーを利用しない場合について、および利用する場合については後述する（それぞれ、５−３および５−４）。
【０１０７】
［５−２ プローブ］
本実施形態におけるＡタイププローブとしては、従来のＰＥＴ装置のためのプローブを採用し、Ｂタイププローブとしては陽電子放出に続けて固有ガンマ線を放出するような核種によって標識されたプローブを採用する。基本実施形態において述べたように、このＢタイププローブのための核種としては種々のものを採用することができ、典型的には、表３に例示したいずれかの核種を採用する。また、この際固有ガンマ線のエネルギーは、５１１ｋｅＶと区別できるエネルギーであればよい。例えば、固有ガンマ線のエネルギーが５１１ｋｅＶより高い核種から選択すれば、５１１ｋｅＶより高いエネルギー値をすべて固有ガンマ線とする広いエネルギーウインドウを設定できる利点がある。
【０１０８】
［５−３ 固有ガンマ線のエネルギーを利用しない場合］
図８に示した動作のためには、必ずしも固有ガンマ線のエネルギー値を利用することは要さない。なお、固有ガンマ線検出器２０（エネルギー分解型ガンマ線検出器）をこのような目的に利用する際には、必ずしもエネルギーを分解しうる能力が利用されないこともある。エネルギーを利用せずに対消滅ガンマ線と固有ガンマ線の３重の同時計測が行なう場合には、対消滅ガンマ線と固有ガンマ線という３つのガンマ線を生じさせるＢタイププローブの性質と、検出器の配置のために、画像にノイズが生じるおそれがある。このノイズとそれに対する対処方法について説明する。
【０１０９】
［５−３−１ ノイズの発生原因］
図９は、ＡタイププローブとＢタイププローブを投与するプローブの組合せＩＩの場合において固有ガンマ線のエネルギー値を撮像に利用しない場合におけるノイズの発生原因を説明する図である。特に図９（ａ）は検出器の配置を示す図であり、図３に示した例えばリング状に配置されているＰＥＴ検出器１０のリングの軸を含む平面において切断した検出器の配置を示す図である。各検出器に描いた黒丸は、検出器においてガンマ線を検出した位置を示している。図９（ｂ）〜図９（ｄ）は、それぞれ、画像再構成に有効なイベントを検出した場合すなわち正しい検出の事象が生じた場合（図９（ｂ））と、画像再構成に有効でないイベントを検出した場合すなわち正しくない検出の事象が生じた場合（図９（ｃ）および（ｄ））の各ガンマ線と各検出器の相互作用の組合せを示している。図９においては、ＰＥＴ検出器１０および固有ガンマ線検出器２０は、説明に関連するもののみ示している。また、ＰＥＴ検出器１０を区別するため、紙面上の上方に記載したものと下方に記載したものを、それぞれ、ＰＥＴ検出器１０Ａおよび１０Ｂとする。
【０１１０】
図９（ａ）に示した配置の検出器それぞれによってガンマ線を検出し、３重の同時計測が行なわれたとする。この場合には、２本の対消滅ガンマ線と１本の固有ガンマ線とが検出されたという蓋然性は十分に高い。しかしその３重の同時計測した検出器とガンマ線の組合せには、次の三つのケースが考えられる。一つは、図９（ｂ）に示したように、固有ガンマ線が、固有ガンマ線検出器２０に正しく入射したものである。この場合、対消滅ガンマ線がＰＥＴ検出器１０Ａおよび１０Ｂと相互作用し、固有ガンマ線が固有ガンマ線検出器２０と相互作用している。これに対して、ＰＥＴ検出器１０Ａが固有ガンマ線を検出する場合（図９（ｃ））、および、ＰＥＴ検出器１０Ｂが固有ガンマ線を検出する場合（図９（ｄ））には、正しい検出が行なわれていないこととなる。
【０１１１】
ガンマ線のエネルギー値を利用しない場合、個々の検出器により固有ガンマ線と対消滅ガンマ線を区別することはできないため、３重の同時計測の判定のみで、図９（ｂ）〜図９（ｄ）のいずれの組合せの検出が実際に生じたのかを特定することはできない。その際には、固有ガンマ線検出器２０（エネルギー分解型ガンマ線検出器）の出力のうち、ガンマ線の検出のタイミングのみを利用する。そのため、図９（ｃ）や図９（ｄ）のような事象の場合であっても、あたかも図９（ａ）の事象が生じたかのようにその後の処理が行なわれる。この場合、画像の生成のために利用される二つのＰＥＴ検出器１０Ａおよび１０Ｂからの信号には、図９（ａ）に示した正しい事象に基づく信号と、図９（ｂ）や図９（ｃ）の正しくない事象に基づく信号とが混在することとなる。こうして図９（ｂ）や図９（ｃ）の正しくない事象に基づく信号はノイズとなってしまう。
【０１１２】
固有ガンマ線と対消滅ガンマ線の放出方向の間に角度相関は存在しないため。前記ノイズは基本的にはランダムに発生する。つまり、固有ガンマ線がＰＥＴ検出器に入射した場合（図９（ｃ）または図９（ｄ））、ＰＥＴ検出器１０Ａと１０Ｂを結ぶ直線による位置推定は、ガンマ線の発生した位置とは無関係な位置を与える。したがって、十分な統計量が得られる撮像においては、このようなランダムノイズによる統計的揺らぎの与える画質への影響は小さくなる。しかしながら、この統計的揺らぎは、統計量が十分ではない撮像では画質の劣化をもたらすことになる。その場合には、検出器配置によるノイズの抑制（５−３−２にて後述）、およびエネルギー値による固有ガンマ線の弁別（５−４にて後述）のいずれかまたはその両方を行うことによりノイズを低減することが好ましい。
【０１１３】
［５−３−２ ノイズを抑制するための検出器配置］
固有ガンマ線検出器２０の配置を調整することによって、ガンマ線のエネルギー値を検出しない場合にも前記ノイズを低減させることが可能である。図１０は、ＡタイププローブとＢタイププローブを投与するプローブの組合せにおいて固有ガンマ線のエネルギー値を利用せずにノイズを抑制するための検出器配置例を説明する図である。このうち、図１０（ａ）は、ＰＥＴ検出器１０と固有ガンマ線検出器２０の配置を工夫してノイズを減少させる配置例であり、図１０（ｂ）は、そのような工夫をせずノイズが発生する場合の配置例である。ＦＯＶは、ＰＥＴ装置の撮像可能な領域として規定される空間範囲である。
【０１１４】
ここでは、ＰＥＴ検出器１０の配置によって定まるＦＯＶ内にのみプローブが分布しているとする。ＦＯＶ内でベータ崩壊が起きた場合でも、図１０（ｂ）に示したように、ガンマ線を検出する組合せが、対消滅ガンマ線は固有ガンマ線検出器２０とＰＥＴ検出器１０Ｂ、そして、固有ガンマ線はＰＥＴ検出器１０Ａとなることがある。この図１０（ｂ）に示した事象を画像再構成に用いると、対消滅ガンマ線が発生した正しい位置を与えないため画像ノイズとなる。これに対し、図１０（ａ）のように固有ガンマ線検出器２０の配置を工夫すると、そのノイズの影響を抑制することが可能となる。つまり、固有ガンマ線検出器とＰＥＴ検出器を結ぶ直線がＦＯＶを通過しないようにすることにより、１８０度反対方向に放出される２本の対消滅ガンマ線が固有ガンマ線検出器に入射しない配置とするのである。
【０１１５】
この配置は、固有ガンマ線検出器２０の各領域とＰＥＴ検出器１０の各領域の間を結ぶ仮想の直線群によって規定することが可能である。図１０（ａ）に示した上記ノイズを減らすための固有ガンマ線検出器２０の配置の工夫は、その直線群に含まれる直線のうち、ＦＯＶを横切る本数を可能な限り少なくすることと同じである。最も好ましくは、その直線群にはＦＯＶを横切る直線が１本たりとも含まれないようにすることである。つまり、上記配置の工夫においては、ＦＯＶを通過しない直線を与える位置に配置した固有ガンマ線検出器とＰＥＴ検出器の組み合わせのみを、Ｂタイププローブの撮像に採用することも可能である。固有ガンマ線検出器２０の配置をこのように調整することにより、ＰＥＴ検出器に固有ガンマ線が入射することによるノイズを効果的に抑制することが可能である。
【０１１６】
なお、実際のプローブの分布はＦＯＶ内のみに限られるものではない。ＦＯＶ外にもプローブが分布している場合には、上記配置の工夫に加え、（２−３）にて上述したシールドを利用することにより、ノイズを減少させることが可能である。これは、ＦＯＶ外から固有ガンマ線検出器入射するガンマ線をシールドすることは、そのまま上記、図９（ｂ）や図９（ｃ）の正しくない事象を排除することになり、ノイズを抑制することになるためである。
【０１１７】
［５−４ 固有ガンマ線のエネルギーを利用する場合］
図９（ｂ）の正しい検出の事象と、図９（ｃ）や図９（ｄ）のようなノイズをもたらす事象とは、固有ガンマ線検出器２０によって検出したガンマ線のエネルギー値によっても区別できる。固有ガンマ線検出器２０により検出したガンマ線が、Ｂタイププローブによる固有ガンマ線のエネルギー値であるか、対消滅ガンマ線のエネルギー値であるかを判定するのである。固有ガンマ線検出器で検出したガンマ線が固有ガンマ線であると確定すると、必然的にＰＥＴ検出器で検出したガンマ線は対消滅ガンマ線となるので、画像再構成に用いるイベントを図９（ｂ）の正しいものに限定できる。このようにして、正しいイベントのみを画像再構成に使うことにより、上述したノイズを抑制できる。
【０１１８】
なお、検出器のエネルギー分解精度の限界により対消滅ガンマ線と固有ガンマ線の弁別が不完全である場合などは、前述の検出器配置の工夫によるノイズ抑止とエネルギー値による弁別を組み合わせることに画像再構成に有効な事象の抽出精度を向上することができる。
【０１１９】
＜実施例＞
上述した各実施形態の有用性を検証するために、第２実施形態の実施例として、モンテカルロ法による数値計算シミュレーションを行なった。
【０１２０】
［６ シミュレーションによる検証例］
数値計算シミュレーションはモンテカルロ法による。また、シミュレーションのためのプログラムコードとして、放射線と物質の相互作用をシミュレートする汎用ツールである「Ｇｅａｎｔ４」を使用した。なお、Ｇｅａｎｔ４は、http://www.geant4.org/geant4/から入手可能である。
【０１２１】
［６−１ シミュレーション条件］
数値計算によるシミュレーションのために計算機上にて再現した設定条件は、下記の通りとした。
（ＰＥＴ検出器１０（図３））
・ＰＥＴ検出器の配置（概要）：小動物用ＰＥＴ装置（ドイツ・Ｓｉｅｍｅｎｓ社製Ｆｏｃｕｓ２２０）を模擬する配置
・ＰＥＴ検出器の種類：ＬＳＯシンチレーター４ｍｍ×４ｍｍ、厚さ１０ｍｍ
・リング円周方向６２４台×リング幅方向５２台
・リング内径２６０ｍｍ、リング幅７６ｍｍ
（固有ガンマ線検出器２０（図３））
・ゲルマニウム半導体検出器、４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ
・３２台（１６台のリング２つ）、リング内径２５０ｍｍ
（ファントム形状（図１１））
・Ａタイプの核種とＢタイプの核種を、それぞれ半径２０ｍｍの球体に一様分布させた
・球体の重なり：２０ｍｍ
・Ａタイプ核種：１８Ｆ
・Ｂタイプ核種：９４ｍＴｃを使用（ガンマ線放出率９４．２％、エネルギー８７１．１ｋｅＶ）
・全イベント数：４×１０９（Ａタイプ、Ｂタイプ、それぞれ２×１０９イベント）
・動作：専用動作
（画像再構成法）
・３次元ＯＳＥＭ（ordered subset estimation maximization maximum likelihood）法
【０１２２】
一般に、ファントムとは、生物等の撮像対象の代わりに較正等に利用するもので、プローブを既知の形状や放射能に配置することができる人工物を指している。ただし、数値シミュレーションにおいては、計算機内構築したプローブの仮想的な空間分布をファントムと呼ぶ。図１１は本数値計算シミュレーションの撮像対象となるプローブ分布を与えるファントムの形状を示す模式図である。
【０１２３】
また、シミュレーションに用いた上記イベント数は、プローブからのポジトロン放出数によって規定する繰り返し数であり、ＡタイプとＢタイプそれぞれ２ＭＢｑの放射能で１０００秒間撮像した場合に相当する。ただしポジトロンの放出率は１００％としている。また、ハードウェア処理による不感時間、放射能の減衰はいずれも考慮していない。動作を専用動作としたため、ＰＥＴ検出器を利用した固有ガンマ線の検出は行わない状況を計算している。さらに、固有ガンマ線を対消滅ガンマ線からエネルギーによって分離するための条件として、固有ガンマ線検出器で検出したエネルギー５２０ｋｅＶ以上のガンマ線をすべて固有ガンマ線とみなす条件を採用した。
【０１２４】
［６−２ シミュレーション結果］
上記各条件の下でモンテカルロシミュレーションを実行した結果、まず、固有ガンマ線検出器１台当たりの計数率については、ＡタイプとＢタイプ合わせて４ＭＢｑの放射能の場合６．６×１０４カウント／秒（エネルギー値によらないすべてのイベント）であり、高速な信号処理装置を採用すれば十分に取扱い可能な範囲の計数率に収まっていた。また、ＡおよびＢタイプ両方の核種からの対消滅ガンマ線のＰＥＴ検出器による総検出数に対する固有ガンマ線検出率は、３．９％であった。この値の算出には固有ガンマ線放出確率も反映されている。
【０１２５】
上述したファントムを撮像対象としたシミュレーションデータから０．８ｍｍボクセルの３Ｄ画像を再構成した。図１２は、ＡタイプおよびＢタイプのプローブが分布する両方の球の中心を通過し、かつＰＥＴ検出器群の対称軸に垂直な断面のプロファイルである。図１２（ａ）は、本シミュレーションにおいて固有ガンマ線検出器２０によって固有ガンマ線を検出していない対消滅イベントのみから再構成した像の２次元および１次元の放射能プロファイルである。図１２（ａ）上方に示すように、固有ガンマ線を検出していない対消滅イベントによる像は、球体の断面である円形のＡタイププローブの分布像と、同様に円形のＢタイププローブの分布像とが、ファントムの配置を反映するように中心を互いにずらして重畳している像として再構成された。図１２（ａ）下方の１次元放射能プロファイルは、両プローブの分布の中心を通過する直線上の放射能を縦軸にとり描いてある。図１２（ａ）の１次元プロファイルは、上記揺らぎを除き、各プローブからの放射能が一様な放射能の強度として観測されることを示している。また、図１２（ａ）の１次元プロファイルは、両プローブの重なりの部分において各プローブからの放射能の合計が観測されることをも示している。
【０１２６】
また、図１２（ｂ）は、本シミュレーションにおいて固有ガンマ線検出器２０による固有ガンマ線の検出を伴う対消滅イベントから再構成された像の２次元および１次元放射能プロファイルである。図１２（ｂ）上方に示すように、固有ガンマ線が検出される対消滅イベントによる２次元プロファイルは、Ａタイププローブの分布は影響せず、Ｂタイププローブの分布像のみとなる。また、図１２（ｂ）下方に示す放射能１次元プロファイルは、上記揺らぎを除いてＢタイププローブの一様な放射能の強度が観測されること、および、その際にＡタイププローブの影響が見られないことを示している。
【０１２７】
この図１２により、第２実施形態において有限なイベント数による画像推定では不可避な統計的揺らぎが表れているものの、ＡタイププローブとＢタイププローブの画像が別々に再構成できることが確認できた。
【０１２８】
なお、図１２（ａ）の固有ガンマ線が検出されていない対消滅イベントによる像にＢタイププローブの分布が反映している理由は、Ｂタイプ核種から固有ガンマ線が９４．２％の確率で放出されているにもかかわらず、固有ガンマ線検出器２０によってその固有ガンマ線を検出していない、いわば固有ガンマ線の検出漏れのイベントが、Ａタイププローブによる対消滅ガンマ線とともに再構成されているためである。この固有ガンマ線の検出漏れは、固有ガンマ線検出器２０の群が撮像対象物に対して張る（subtend）立体角の総和を大きくすることなどによって軽減することが可能である。ただし、立体角の総和を増大させるために固有ガンマ線検出器２０の数を増加させると撮像対象物やＰＥＴ検出器１０と物理的に干渉しかねない。このため、固有ガンマ線検出器２０の群の配置やサイズを決定するためには、実用面における各種の条件が勘案される。
【０１２９】
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。上述の各実施形態および実施例は、発明を説明するために記載したものであり、本出願の発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきものである。また、各実施形態の他の組合せを含む本発明の範囲内に存在する変形例もまた、特許請求の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明によれば、ＰＥＴ装置において、複数のプローブを互いに区別してイメージングすることが可能となる。これにより、高精度の複数分子同時イメージングが実現され、核医学の診断装置または分子イメージング研究用装置の普及に貢献する。
【符号の説明】
【０１３１】
１００ 複数分子同時イメージング用ＰＥＴ装置
１０ ＰＥＴ検出器（ＰＥＴ用ガンマ線検出器、エネルギー分解型ガンマ線検出器）
２０ 固有ガンマ線検出器（エネルギー分解型ガンマ線検出器）
２２、２４ 外側面
３０ イメージング処理部
３２ 同時計測判定部
３２２ ロジック部
３２４ ゲート部
３４ データ振り分け部
３４２ ロジック部
３６ 画像再構成部
３６２、３６４ 画像再構成処理部
６１２、６１４、６２２、６２４ ＡＮＤ
６１６、６２６、６２８ ゲート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に第１エネルギーの固有ガンマ線を放出する核種を含む第１プローブと、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に第２エネルギーの固有ガンマ線を放出する核種を含む第２プローブとの双方が投与されている撮像対象から、陽電子と電子の対消滅により発生する一対の対消滅ガンマ線を受けるようになっているＰＥＴ用ガンマ線検出器の群と、
いずれかの前記固有ガンマ線を検出するようになっており、前記第１エネルギーと前記第２エネルギーとを分解するエネルギー分解型ガンマ線検出器と、
該ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群に属する一対のＰＥＴ用ガンマ線検出器による同時計測により得られる対消滅検出信号と、前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの信号との双方を受信し、前記対消滅ガンマ線の検出から所定の時間内に検出された固有ガンマ線のエネルギーが前記第１のエネルギーであるか前記第２のエネルギーであるかに応じ、前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するイメージング処理部と
を備える
複数プローブをイメージングするためのＰＥＴ装置。
【請求項２】
ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に固有ガンマ線を放出する核種を含む第１プローブと、ベータ崩壊によって主に娘核の基底状態となる陽電子放出核を含むＰＥＴ用プローブとの双方が投与されている撮像対象から、陽電子と電子の対消滅により発生する一対の対消滅ガンマ線を受けるようになっているＰＥＴ用ガンマ線検出器の群と、
前記第１プローブから放出される前記固有ガンマ線を受けるようになっているエネルギー分解型ガンマ線検出器と、
該ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群に属する一対のＰＥＴ用ガンマ線検出器による同時計測により得られる対消滅検出信号と、前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの信号との双方を受信し、前記対消滅ガンマ線の検出と固有ガンマ線の検出とが所定の時間内に生じたかどうかに応じ、前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するイメージング処理部と
を備える
複数プローブをイメージングするためのＰＥＴ装置。
【請求項３】
前記イメージング処理部が、
受信した前記対消滅検出信号と前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの前記信号とに含まれているガンマ線のエネルギー値にさらに応じて前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するものである
請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項４】
前記イメージング処理部が、
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの前記所定の時間内の対消滅検出信号のうち前記固有ガンマ線の検出を伴っていない事象に基づいて前記第１プローブと前記ＰＥＴ用プローブとのうちのいずれかであることを示す一の分布像を再構成処理し、
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの前記所定の時間内の対消滅検出信号のうち前記固有ガンマ線の検出を伴っている事象に基づいて前記第１プローブの他の分布像を再構成処理する
ものである
請求項２または請求項３に記載のＰＥＴ装置。
【請求項５】
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器として機能するガンマ線検出器が、対消滅ガンマ線を受けるようになっている前記ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群とは別に設けられたガンマ線検出器である
請求項１または請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項６】
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器として機能するガンマ線検出器が、対消滅ガンマ線を受けるようになっている前記ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群をなす少なくとも一のガンマ線検出器である
請求項１または請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項７】
前記ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群がシンチレーション検出器の群である
請求項１または請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項８】
前記ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群が半導体ガンマ線検出器の群である
請求項１または請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項９】
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器がシンチレーション検出器である
請求項１または請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項１０】
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器が半導体ガンマ線検出器である
請求項１または請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項１１】
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器が、前記ＰＥＴ検出器の群によるフィールド・オブ・ビューの外部からのガンマ線を遮るシールドを備えている
請求項１または請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項１２】
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器の配置は、各エネルギー分解型ガンマ線検出器と各ＰＥＴ検出器とを結ぶ直線が、前記ＰＥＴ検出器の群によるフィールド・オブ・ビューを通過しないような配置である
請求項１または請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項１３】
ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に第１エネルギーの固有ガンマ線を放出する核種を含む第１プローブと、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に第２エネルギーの固有ガンマ線を放出する核種を含む第２プローブとの双方が投与されている撮像対象から、陽電子と電子の対消滅により発生する一対の対消滅ガンマ線をＰＥＴ用ガンマ線検出器の群により同時計測するステップと、
いずれかの前記固有ガンマ線を検出するようになっており、前記第１エネルギーと前記第２エネルギーとを分解するエネルギー分解型ガンマ線検出器により計測するステップと、
前記ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群に属する一対のＰＥＴ用ガンマ線検出器による同時計測により得られる対消滅検出信号と、前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの信号との双方を受信し、前記対消滅ガンマ線の検出から所定の時間内に検出された固有ガンマ線のエネルギーが前記第１のエネルギーであるか前記第２のエネルギーであるかに応じ、前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するイメージング処理ステップと
を含む
ＰＥＴ装置における複数プローブのイメージング方法。
【請求項１４】
ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に固有ガンマ線を放出する核種を含む第１プローブと、ベータ崩壊によって主に娘核の基底状態となる陽電子放出核を含むＰＥＴ用プローブとの双方が投与されている撮像対象から、陽電子と電子の対消滅により発生する一対の対消滅ガンマ線をＰＥＴ用ガンマ線検出器の群により同時計測するステップと、
前記第１プローブから放出される前記固有ガンマ線をエネルギー分解型ガンマ線検出器により計測するステップと、
前記ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群に属する一対のＰＥＴ用ガンマ線検出器による同時計測により得られる対消滅検出信号と、前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの信号との双方を受信し、前記対消滅ガンマ線の検出と固有ガンマ線の検出とが所定の時間内に生じたかどうかに応じ、前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するイメージング処理ステップと
を含む
ＰＥＴ装置における複数プローブのイメージング方法。
【請求項１５】
前記イメージング処理ステップが、受信した前記対消滅検出信号と前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの前記信号とに含まれているガンマ線のエネルギー値にさらに応じて前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するものである
請求項１４に記載の複数プローブのイメージング方法。
【請求項１６】
前記イメージング処理ステップが、
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの前記所定の時間内の対消滅検出信号のうち前記固有ガンマ線の検出を伴っていない事象に基づいて、前記第１プローブと前記ＰＥＴ用プローブとのうちの少なくともいずれかの分布像を再構成処理するステップと、
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの前記所定の時間内の対消滅検出信号のうち前記固有ガンマ線の検出を伴っている事象に基づいて、前記第１プローブの分布像を再構成処理するステップと
を含むものである
請求項１４または請求項１５に記載のイメージング方法。
【請求項１７】
前記第１プローブの前記核種と、前記第２プローブの前記核種とが、それぞれ、１４Ｏ、３８Ｋ、４４Ｓｃ、４８Ｖ、５２ｍＭｎ、６０Ｃｕ、７６Ｂｒ、８２Ｒｂ、９４ｍＴｃ、１２４Ｉ、および２２Ｎａからなる核種の群から選択される一の核種と他の核種とである
請求項１３に記載のイメージング方法。
【請求項１８】
前記第１プローブの前記核種が、１４Ｏ、３８Ｋ、４４Ｓｃ、４８Ｖ、５２ｍＭｎ、６０Ｃｕ、７６Ｂｒ、８２Ｒｂ、９４ｍＴｃ、１２４Ｉ、および２２Ｎａからなる核種の群から選択される一の核種である
請求項１４に記載のイメージング方法。
【請求項１】
ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に第１エネルギーの固有ガンマ線を放出する核種を含む第１プローブと、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に第２エネルギーの固有ガンマ線を放出する核種を含む第２プローブとの双方が投与されている撮像対象から、陽電子と電子の対消滅により発生する一対の対消滅ガンマ線を受けるようになっているＰＥＴ用ガンマ線検出器の群と、
いずれかの前記固有ガンマ線を検出するようになっており、前記第１エネルギーと前記第２エネルギーとを分解するエネルギー分解型ガンマ線検出器と、
該ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群に属する一対のＰＥＴ用ガンマ線検出器による同時計測により得られる対消滅検出信号と、前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの信号との双方を受信し、前記対消滅ガンマ線の検出から所定の時間内に検出された固有ガンマ線のエネルギーが前記第１のエネルギーであるか前記第２のエネルギーであるかに応じ、前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するイメージング処理部と
を備える
複数プローブをイメージングするためのＰＥＴ装置。
【請求項２】
ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に固有ガンマ線を放出する核種を含む第１プローブと、ベータ崩壊によって主に娘核の基底状態となる陽電子放出核を含むＰＥＴ用プローブとの双方が投与されている撮像対象から、陽電子と電子の対消滅により発生する一対の対消滅ガンマ線を受けるようになっているＰＥＴ用ガンマ線検出器の群と、
前記第１プローブから放出される前記固有ガンマ線を受けるようになっているエネルギー分解型ガンマ線検出器と、
該ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群に属する一対のＰＥＴ用ガンマ線検出器による同時計測により得られる対消滅検出信号と、前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの信号との双方を受信し、前記対消滅ガンマ線の検出と固有ガンマ線の検出とが所定の時間内に生じたかどうかに応じ、前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するイメージング処理部と
を備える
複数プローブをイメージングするためのＰＥＴ装置。
【請求項３】
前記イメージング処理部が、
受信した前記対消滅検出信号と前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの前記信号とに含まれているガンマ線のエネルギー値にさらに応じて前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するものである
請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項４】
前記イメージング処理部が、
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの前記所定の時間内の対消滅検出信号のうち前記固有ガンマ線の検出を伴っていない事象に基づいて前記第１プローブと前記ＰＥＴ用プローブとのうちのいずれかであることを示す一の分布像を再構成処理し、
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの前記所定の時間内の対消滅検出信号のうち前記固有ガンマ線の検出を伴っている事象に基づいて前記第１プローブの他の分布像を再構成処理する
ものである
請求項２または請求項３に記載のＰＥＴ装置。
【請求項５】
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器として機能するガンマ線検出器が、対消滅ガンマ線を受けるようになっている前記ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群とは別に設けられたガンマ線検出器である
請求項１または請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項６】
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器として機能するガンマ線検出器が、対消滅ガンマ線を受けるようになっている前記ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群をなす少なくとも一のガンマ線検出器である
請求項１または請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項７】
前記ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群がシンチレーション検出器の群である
請求項１または請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項８】
前記ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群が半導体ガンマ線検出器の群である
請求項１または請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項９】
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器がシンチレーション検出器である
請求項１または請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項１０】
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器が半導体ガンマ線検出器である
請求項１または請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項１１】
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器が、前記ＰＥＴ検出器の群によるフィールド・オブ・ビューの外部からのガンマ線を遮るシールドを備えている
請求項１または請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項１２】
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器の配置は、各エネルギー分解型ガンマ線検出器と各ＰＥＴ検出器とを結ぶ直線が、前記ＰＥＴ検出器の群によるフィールド・オブ・ビューを通過しないような配置である
請求項１または請求項２に記載のＰＥＴ装置。
【請求項１３】
ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に第１エネルギーの固有ガンマ線を放出する核種を含む第１プローブと、ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に第２エネルギーの固有ガンマ線を放出する核種を含む第２プローブとの双方が投与されている撮像対象から、陽電子と電子の対消滅により発生する一対の対消滅ガンマ線をＰＥＴ用ガンマ線検出器の群により同時計測するステップと、
いずれかの前記固有ガンマ線を検出するようになっており、前記第１エネルギーと前記第２エネルギーとを分解するエネルギー分解型ガンマ線検出器により計測するステップと、
前記ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群に属する一対のＰＥＴ用ガンマ線検出器による同時計測により得られる対消滅検出信号と、前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの信号との双方を受信し、前記対消滅ガンマ線の検出から所定の時間内に検出された固有ガンマ線のエネルギーが前記第１のエネルギーであるか前記第２のエネルギーであるかに応じ、前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するイメージング処理ステップと
を含む
ＰＥＴ装置における複数プローブのイメージング方法。
【請求項１４】
ベータ崩壊によって娘核の励起状態となり、当該ベータ崩壊による陽電子放出に続けて娘核の基底状態に遷移する際に固有ガンマ線を放出する核種を含む第１プローブと、ベータ崩壊によって主に娘核の基底状態となる陽電子放出核を含むＰＥＴ用プローブとの双方が投与されている撮像対象から、陽電子と電子の対消滅により発生する一対の対消滅ガンマ線をＰＥＴ用ガンマ線検出器の群により同時計測するステップと、
前記第１プローブから放出される前記固有ガンマ線をエネルギー分解型ガンマ線検出器により計測するステップと、
前記ＰＥＴ用ガンマ線検出器の群に属する一対のＰＥＴ用ガンマ線検出器による同時計測により得られる対消滅検出信号と、前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの信号との双方を受信し、前記対消滅ガンマ線の検出と固有ガンマ線の検出とが所定の時間内に生じたかどうかに応じ、前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するイメージング処理ステップと
を含む
ＰＥＴ装置における複数プローブのイメージング方法。
【請求項１５】
前記イメージング処理ステップが、受信した前記対消滅検出信号と前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの前記信号とに含まれているガンマ線のエネルギー値にさらに応じて前記対消滅検出信号から画像の再構成処理を区別して実行するものである
請求項１４に記載の複数プローブのイメージング方法。
【請求項１６】
前記イメージング処理ステップが、
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの前記所定の時間内の対消滅検出信号のうち前記固有ガンマ線の検出を伴っていない事象に基づいて、前記第１プローブと前記ＰＥＴ用プローブとのうちの少なくともいずれかの分布像を再構成処理するステップと、
前記エネルギー分解型ガンマ線検出器からの前記所定の時間内の対消滅検出信号のうち前記固有ガンマ線の検出を伴っている事象に基づいて、前記第１プローブの分布像を再構成処理するステップと
を含むものである
請求項１４または請求項１５に記載のイメージング方法。
【請求項１７】
前記第１プローブの前記核種と、前記第２プローブの前記核種とが、それぞれ、１４Ｏ、３８Ｋ、４４Ｓｃ、４８Ｖ、５２ｍＭｎ、６０Ｃｕ、７６Ｂｒ、８２Ｒｂ、９４ｍＴｃ、１２４Ｉ、および２２Ｎａからなる核種の群から選択される一の核種と他の核種とである
請求項１３に記載のイメージング方法。
【請求項１８】
前記第１プローブの前記核種が、１４Ｏ、３８Ｋ、４４Ｓｃ、４８Ｖ、５２ｍＭｎ、６０Ｃｕ、７６Ｂｒ、８２Ｒｂ、９４ｍＴｃ、１２４Ｉ、および２２Ｎａからなる核種の群から選択される一の核種である
請求項１４に記載のイメージング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１２】
【図１１】
【公開番号】特開２０１３−３３００１（Ｐ２０１３−３３００１Ａ）
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６９８３９（Ｐ２０１１−１６９８３９）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（５０３３５９８２１）独立行政法人理化学研究所 (1,056)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]