次世代PET装置の概念設計およびPET画像の定量性向上化

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12470191
• Research Institution: National Institute of Radiological Sciences
• Principal Investigator: 村山 秀雄 放射線医学総合研究所, 医学物理部, 室長 (50166310)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 羽石 秀昭 千葉大学, 工学部, 助教授 (20228521) ; 河合 秀幸 千葉大学, 理学部, 助教授 (60214590) ; 棚田 修二 放射線医学総合研究所, 画像医学部, 部長 (40116950) ; 小尾 高史 東京工業大学, 工学部, 助手 (40280995) ; 長谷川 智之 北里大学, 医療衛生学部, 助手 (10276181)
• Keywords: PET / 核医学 / 画像診断装置 / シンチレーション検出器 / 同時計数 / 放射線検出器 / 画像再構成 / 医用画像

Research Abstract

前年度、3.8mmx3,8mmx10mmの大きさのシンチレータ素子を用いて達成した3段の3次元行列結晶ブロックの成果を元に、より高解像度が期待できる2.9mmx2.9mmx7.5mmの大きさのシンチレータ素子を用いて4段の3次元行列結晶ブロックを新たに考案した。深さ方向4段への拡張には、添加するCe濃度を変えるとケイ酸ガドリニウム(GSO)が異なるシンチレーション波形を示すことを利用した。3段の検出器では、消滅放射線が入射し相互作用を起こした結晶素子は、位置感応型光電子増倍管の出力信号で重心演算を行いその結果を2次元波高分布図に表すことで判別したが、そのまま4段にすると2次元波高分布図上で各結晶を表す領域同士が重なって判別ができなくなるという問題があった。Ce濃度の異なる2種類のGSOを用い深さ方向に交互に重ね、初めに波形で各GSOに相当するデータに分け、その後それぞれのデータで2次元波高分布図を作ることによって4段分の結晶を判別することができた。GSOでの波形弁別を利用した方法は、高感度、高分解能の特性をもつ次世代PET装置用3次元放射線位置検出器だけでなく、他分野の放射線検出器にも応用できる可能性をもつ。
大面積フラットパネル光電子増倍管の出力信号処理では、検出器ブロック群の集積化と検出器径が計数率特性を左右する因子となる。その影響を計算機シミュレーションで評価した結果、次世代PET装置は従来型装置に比べて予想計数率特性が5倍程度優れていることを確認した。一方、立体計測により増加する視野外放射能の影響を軽減するために、セプタの効果をシミュレーションにより分析し、2次元画像再構成において、DOI情報が解像度を改善することと、リストモード・データ収集が、従来のヒストグラム・データ数数方式に無い画質向上の可能性を有していることを理論的に分析した。

Research Products

• [Publications] Hasegawa, T.: "Monte Carlo simulation for PET scanners and shields"Jap. J. Med. Phys. 21(3). 174-186 (2001)
• [Publications] 山谷泰賀: "Depth-of-Interaction情報を用いた代数的な2次元PET画像再構成"医学物理. 21(4). 221-223 (2001)
• [Publications] 稲玉直子: "次世代PET用シンチレーション検出器開発:測定システム"第48回応用物理学関係連合講演会講演予稿集第1分冊. 121-121 (2001)
• [Publications] 尾身健児: "次世代PET用シンチレーション検出器開発:深さ位置情報"第48回応用物理学関係連合講演会講演予稿集第1分冊. 121-121 (2001)
• [Publications] 尾身健児: "PET用DOI検出器開発(1)DOI原理"医学物理. 21(sup.2). 13-16 (2001)
• [Publications] 稲玉直子: "PET用DOI検出器開発(2)測定システム"医学物理. 21(sup.2). 17-20 (2001)
• [Publications] 梅原隆哉: "PET用DOI検出器開発(3)光学的条件"医学物理. 21(sup.2). 21-23 (2001)
• [Publications] 長谷川智之: "PET用ボディーシールドの実験的評価"医学物理. 21(sup.2). 24-25 (2001)
• [Publications] 山谷泰賀: "正確な観測モデルに基づく3次元DOI-PET画像再構成"JAMIT2001抄録集. PA3. 13-13 (2001)
• [Publications] Deng Zhi: "次世代PET用ASIC信号処理系の検討"2001年原子力学会秋の大会予稿集第一分冊. 225-225 (2001)
• [Publications] 尾身健児: "PET用DOI検出器開発:異なる蛍光減衰時間の結晶配列"医学物理. 21(sup.3). 200-202 (2001)
• [Publications] 梅原隆哉: "PET用DOI検出器開発:直列結晶配列"医学物理. 21(sup.3). 196-199 (2001)
• [Publications] 笠原竹博: "PET用DOI検出器開発:U字型結晶配列"医学物理. 21(sup.3). 203-205 (2001)
• [Publications] 山田暁: "計算機シミュレーションを用いた位置検出器-PETディテクタの特性解析(II)"医学物理. 21(sup.3). 206-209 (2001)
• [Publications] Kitamura, K: "Count rate performance simulations for next generation 3D PET scanners"Proceedings of the Ninth EGS4 Users' Meeting in Japan, KEK Proceedings 2001-II. 108-114 (2001)
• [Publications] 稲玉直子: "次世代PETのためのCe濃度の異なるGSOを用いたDOI検出器"核医学. 38(5). 581-581 (2001)
• [Publications] 山田暁: "次世代PET用DOI検出器の設計のための計算機シミュレーション"核医学. 38(5). 582-582 (2001)
• [Publications] 山本誠一: "超高分解能動物PETのためのLGSO検出器の試作"核医学. 38(5). 582-582 (2001)
• [Publications] 村山秀雄: "次世代PETの要素技術:シンチレータと光電子増倍管"核医学. 38(5). 581-185 (2001)
• [Publications] 北村圭司: "次世代PETにおいて大面積PS-PMTを使用した装置の計数率特性シミュレーション"核医学. 38(5). 581-581 (2001)
• [Publications] 長谷川智之: "次世代PET装置:視野外放射能シールドの検討"核医学. 38(5). 581-581 (2001)
• [Publications] Deng Zhi: "次世代PET用ASIC信号処理系の検討"核医学. 38(5). 581 (2001)
• [Publications] 長谷川智之: "次世代PET装置:粗セプタによる散乱補正法の検討"核医学. 38(5). 581 (2001)
• [Publications] 小尾高史: "次世代PETにおけるリストモードデータからの動態機能画像再構成"核医学. 38(5). 582-582 (2001)
• [Publications] 山谷泰賀: "次世代PETにおけるリストモードデータからの動態機能画像再構成"核医学. 38(5). 5812-582 (2001)
• [Publications] Inadama, N: "A depth of interaction detector for PET with DSO crystals doped with different amount of Ce"2001 IEEE Med. Imag. Conf. Record. M2. 3-3 (2001)
• [Publications] Kitamura, K: "Count rate analysis of PET scanner designs based on a GSO depth of interaction detector with a large area PS-PMT"2001 IEEE Med. Imag. Conf. Record. M5A. 7-7 (2001)
• [Publications] Hasegawa, T: "A phantom and simulation study on body-shields to cope with radioactivity outside the field of view in 3D PET"2001 IEEE Med. Imag. Conf. Record. M5A. 22-22 (2001)
• [Publications] Yamamoto, S: "Development of a LGSO detector using a Tapered fiber for a high-resolution animal PET"2001 IEEE Med. Imag. Conf. Record. M9A. 21-21 (2001)
• [Publications] Haneishi, H: "Monte Carlo simulation for depth encoding multicrystal detector for PET"2001 IEEE Med. Imag. Conf. Record. M13A. 15-15 (2001)
• [Publications] Hasegawa, T: "A Monte-Carlo simulation study on coarse septa for scatter correction in 3D PET"2001 IEEE Med. Imag. Conf. Record. M13B. 22-22 (2001)
• [Publications] Nakamura, A: "Clustering algorithm with adaptive shaping method for CdZnTe detectors"Proc. 12th Int. Workshop Room temperature Semiconductor X-and Gamma-ray Det. R9. 2-2 (2001)
• [Publications] 村山秀雄: "PET-次世代装置の開発"新医療. 113-117 (2001)
• [Publications] 村山秀雄: "PETの原理とその応用"原子力百科事典 ATOMICA. (2001)
• [Publications] 村山秀雄: "最新のPET装置、技術の発展状況"第38回理工学における同位元素・放射線研究発表会要旨集. 212-215 (2001)
• [Publications] 村田啓: "平成12年度次世代PET装置開発研究報告書"放射線医学総合研究所発行. 70 (2001)