(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出器ヘッドの瞬時速度又はデータ収集滞在時間を、被検体の周りの前記検出器ヘッドの経路に沿った位置の関数として、前記被検体の全体より小さい関心領域の期待される放射性放出プロファイルに関して最適化する最適化段階であり、前記経路に沿った各角度範囲又は各データ収集滞在時間において、前記関心領域からの実質的に同一の放射性事象カウント数を達成するよう、前記経路に沿って前記検出器ヘッドの前記瞬時速度又はデータ収集滞在時間を最適化することを含む、最適化段階；
最適化された瞬時速度又はデータ収集滞在時間を用いて、前記経路に沿って前記検出器ヘッドを移動させ、同時に、前記検出器ヘッドを用いて撮像データを収集する移動段階；
前記移動段階中に、前記収集された撮像データと、前記被検体の前記関心領域の前記期待される放射性放出プロファイルから推定された期待される撮像データとの間の差に基づいて、前記瞬時速度又はデータ収集滞在時間を調整する段階；及び
収集された撮像データを再構成して、少なくとも前記関心領域の再構成画像を生成する再構成段階；
を有する撮像方法。
【請求項２】
前記再構成段階は：
オーダード・サブセット−期待値最大化（ＯＳ−ＥＭ）再構成アルゴリズムを用いて前記収集された撮像データを再構成すること
を含む、請求項１に記載の撮像方法。
【請求項３】
前記検出器ヘッドは複数の検出器ヘッドを含み、前記最適化段階は、各検出器ヘッドの前記瞬時速度又はデータ収集滞在時間を、該検出器ヘッドによって辿られる経路に沿って独立に最適化する段階を含み、且つ前記再構成段階は、前記複数の検出器ヘッドからの前記収集された撮像データを結合した集合的なデータセットに対して行われる、請求項１に記載の撮像方法。
【請求項４】
前記再構成段階は：
前記集合的なデータセットのうちの選択されたサブセット群を反復的に処理する反復再構成アルゴリズムを用いて、前記集合的なデータセットを再構成すること
を含む、請求項３に記載の撮像方法。
【請求項５】
前記最適化段階は：
前記検出器ヘッドを用いて偵察撮像データを収集する段階；及び
収集された偵察撮像データに基づいて、前記関心領域の前記期待される放射性放出プロファイルを決定する段階；
を含む、請求項１に記載の撮像方法。
【請求項６】
放射性トレーサ分布及び吸収マップに基づいて、前記関心領域の前記期待される放射性放出プロファイルを決定する段階；
を更に含む請求項１に記載の撮像方法。
【請求項７】
前記経路は前記関心領域から一定でない距離を有し、前記検出器ヘッドは複数の検出器ヘッドを含み、且つ前記最適化段階は：
前記経路に沿った各角度範囲又は各データ収集滞在時間において、前記関心領域からの実質的に同一の放射性事象カウント数を達成するよう、各検出器ヘッドの前記瞬時速度又はデータ収集滞在時間を、該検出器ヘッドによって辿られる経路に沿って独立に最適化する段階
を含む、請求項１に記載の撮像方法。
【請求項８】
前記最適化段階は：
前記関心領域の前記期待される放射性放出プロファイルに関して最適化されるように事前決定された、最適瞬時速度又はデータ収集滞在時間の値を、データストレージから取り出す段階
を含む、請求項１に記載の撮像方法。
【請求項９】
前記最適化段階は更に：
前記関心領域の寸法を決定する段階；及び
決定された前記寸法に基づいて、取り出す前記最適瞬時速度又はデータ収集滞在時間の値を選択する段階；
を含む、請求項８に記載の撮像方法。
【請求項１０】
請求項１に記載の方法を実行するように構成されたガンマカメラ。
【請求項１１】
ガンマカメラであって：
１つ以上の検出器ヘッド；
検出器ヘッド経路に沿って、制御可能な可変速度又は制御可能なデータ収集滞在時間で、前記１つ以上の検出器ヘッドを移動させるように構成されたガントリー；
被検体の全体より小さい前記被検体の関心領域の期待される放射性放出プロファイルに関して最適化された瞬時速度又はデータ収集滞在時間を用いて、前記検出器ヘッド経路に沿った各角度範囲又は各データ収集滞在時間において、前記関心領域からの実質的に同一の放射性事象カウント数を達成するように、前記１つ以上の検出器ヘッドを独立に移動させながら撮像データを収集するよう当該ガンマカメラを制御するように構成されたコントローラであり、前記１つ以上の検出器ヘッドを独立に移動させる間に、前記収集された撮像データと、前記被検体の前記関心領域の前記期待される放射性放出プロファイルから推定された期待される撮像データとの間の差に基づいて、前記瞬時速度又はデータ収集滞在時間を調整するコントローラ；及び
収集された撮像データを反復的に再構成して、少なくとも前記関心領域の再構成画像を生成するよう構成された反復再構成プロセッサ；
を有するガンマカメラ。
【請求項１２】
前記検出器ヘッド経路はほぼ楕円形であり、前記ガントリーは：
前記楕円形経路及びヒトの胴体の双方と実質的に共形の少なくとも１つの楕円形の外壁
を含む、請求項１１に記載のガンマカメラ。
【請求項１３】
前記ガントリーは：
当該ガンマカメラによって撮像される被検体に接触する共形の壁部であり、前記１つ以上の検出器ヘッドが近接あるいは接触する内面を有する共形の壁部
を含む、請求項１１に記載のガンマカメラ。
【請求項１４】
前記検出器ヘッド経路は、円形及び半円形の何れでもなく、関心領域を含む被検体のアイソセンタからずれて位置する前記関心領域と実質的に一致するアイソセンタを有する、請求項１１に記載のガンマカメラ。
【請求項１５】
前記１つ以上の検出器ヘッドの放射線感知面を絶えず関心領域に向けて前記１つ以上の検出器ヘッドを前記経路に沿って拘束する受動的な拘束手段；
を更に含む請求項１１に記載のガンマカメラ。
【請求項１６】
各検出器ヘッドを独立に駆動する単一のモータ；
を更に含む請求項１５に記載のガンマカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下の開示は撮像技術に関する。以下の開示は、特に、核医学イメージング及びそれを実行する装置に適用される。しかしながら、以下の開示は、より一般的に、断層撮影イメージングの方法及び装置に適用される。
【背景技術】
【０００２】
単光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）においては、被検体の周りに１つ以上の放射線検出器が配置される。被検体に前もって投与された放射性トレーサ（例えば、ヒト患者に前もって投与された放射性医薬品）によって放射性放出が生成され、この放射性放出は放射線事象として検出され、あるいは放射線検出器によって計数される。放射線事象の検出は撮像データを定め、この撮像データが再構成されて、一般的に被検体内の放射性医薬品の分布を表す画像が生成される。一部の手法において、放射性医薬品は、例えば心臓撮像目的における心筋などの関心器官又はその他の関心領域に選択的に蓄積するように選定される。放射線検出器は、典型的に、ガントリーに取り付けられた１つ以上の放射線検出器ヘッドを有するガンマカメラとして構成される。ガントリーは、３次元画像を再構成することを容易にするため、典型的に約１８０°と３６０°との間の角度範囲にわたるビュー（view）を得るよう、被検体の周りでのヘッドの断層撮影動作を可能にする。
【０００３】
典型的な心臓ＳＰＥＣＴカメラにおいては、２つの検出器ヘッドが、互いに対して９０°一定のオフセットで円形又は半円形のガントリー上に位置付けられる。そして、少なくとも１８０°の角度範囲の撮像データを提供するよう、２つの検出器ヘッドは動きを揃えて、少なくとも約９０°だけ患者の周りを回転される。一般的に、検出器ヘッドの回転のアイソセンタに患者の胴体の中心が配置される。この配置はスキャンの準備に好都合であるが、心筋はアイソセンタに対してずれた位置になる。
【０００４】
３次元画像を生成するためのＳＰＥＣＴ撮像データの再構成は、計算的に複雑な処理である。一部の手法において、単一パスフィルタ逆投影法による再構成が用いられる。この手法は比較的高速であり、本質的に決定論的である。しかしながら、単一パスフィルタ逆投影法は、画像データ内にノイズによる画像アーチファクトを生成しやすい。例えば最尤推定−期待値最大化（maximum  likelihood-expectation  maximization；ＭＬ−ＥＭ）法など、反復的な統計手法も開発されている。これらの技術は本質的に非決定論的すなわち統計的であり、フィルタ逆投影法と比較して、かなり低速であり且つ計算集中的である。しかしながら、例えばＭＬ−ＥＭ法などの統計的技術は、フィルタ逆投影法と比較して、ノイズに対する堅牢性を向上させる。
【０００５】
ＭＬ−ＥＭ法の遅い収束を解決するため、オーダード・サブセット−期待値最大化（ＯＳ−ＥＭ）法として知られる高速化された派生技術が開発されている。ＯＳ−ＥＭ法もまた反復的な処理であるが、撮像データセットのうちの選択されたサブセット群を処理することによって動作する。（ＭＬ−ＥＭ法においてのように）全ての投影が評価された後に推定値の更新値を計算する代わりに、ＯＳ−ＥＭ法においては、投影群が適当なサブセット群にグループ分けされ、各サブセットを評価した後に推定値の更新値が計算される。
【０００６】
データのサブセット群を処理することは、収束速度を有意に高めるが、一定の欠点を生じさせる。例えば、ＯＳ−ＥＭ法の収束速度及び精度は、詳細な投影サブセットの構成及び選択に依存するとともに、投影データの各サブセットに含まれる物体についての情報全体に依存する。ＭＬ−ＥＭ法は一般的に、十分な反復数により確実に収束するが、ＯＳ−ＥＭ法及びデータのサブセット群を処理する関連技術は、サブセットバランス基準として知られる基準が満たされた場合にのみ確実に収束する。簡単に言えば、サブセットバランス基準は、観測されるトレーサ分布について同一量の情報を各投影サブセットが含むことを要求する。サブセットバランス基準が満たされない場合（これは臨床適用において一般的である）、ＯＳ−ＥＭ再構成法は、解空間内の有限数の別個の位置によって与えられる所謂リミットサイクルに収束することが知られている。その結果、何れのサブセットを最後に評価するかという決定が最終的な再構成結果に影響を及ぼすことになる。実際、反復的ＳＰＥＣＴ再構成アルゴリズムは、一般的に、リミットサイクルが発生する前に終了される。リミットサイクルに達するまで繰り返すことは、不自然なノイズの多い結果を生成する傾向にあるからである。しかしながら、早期に終了させたとしても、サブセットバランス基準が満たされない、あるいは適切に近似されないとき、再構成画像の品質は投影サブセット群の選択及びそれらの処理順序に依存したものになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
軌道の最適化を有する撮像方法、及び該撮像方法を実行する装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一態様に従って、撮像方法が開示される。検出器ヘッドの瞬時速度又はデータ収集滞在時間が、被検体の周りの検出器ヘッドの経路に沿った位置の関数として最適化される。この最適化は、被検体全体より小さい関心領域の期待される放射性放出プロファイルに関して行われる。検出器ヘッドは上記経路に沿って、最適化された瞬時速度又はデータ収集滞在時間を用いて移動される。この移動中に、検出器ヘッドを用いて撮像データが収集される。収集された撮像データが再構成され、少なくとも関心領域の再構成画像が生成される。
【０００９】
他の一態様に従って、上述の方法を実行するように構成されたガンマカメラが開示される。
【００１０】
他の一態様に従って、１つ以上の検出器ヘッドと、制御可能な可変速度又は制御可能なデータ収集滞在時間で上記１つ以上の検出器ヘッドを検出器ヘッド経路に沿って移動させるように構成されたガントリーと、を含むガンマカメラが開示される。
【００１１】
他の一態様に従って、撮像方法が開示される。複数の検出器ヘッドが、空間的に相隔てられて、被検体の周りで経路に沿って異なる瞬時速度又は異なるデータ収集滞在時間で同時に移動される。この移動中に、上記複数の検出器ヘッドを用いて撮像データが収集される。収集された撮像データが再構成され、少なくとも被検体の関心領域の再構成画像が生成される。
【００１２】
他の一態様に従って、ルックアップテーブルが開示される。当該ルックアップテーブルは、選択された経路を辿って被検体の関心領域から撮像データを収集する放射線検出器ヘッドのための、最適化された検出器ヘッド速度及び最適化されたデータ収集滞在時間のうちの一方を有する最適化された検出器ヘッド軌道データを含む。
【００１３】
他の一態様に従って、ガントリー内に配置された少なくとも１つの検出器ヘッドと、上記少なくとも１つの検出器ヘッドを、該少なくとも１つの検出器ヘッドの放射線感知面を関心領域の方に向けてガントリーの内部又は上で経路に沿って移動するように拘束する受動的な拘束手段と、を有するガンマカメラが開示される。
【発明の効果】
【００１４】
１つの効果は、より高速な反復画像再構成にある。
【００１５】
他の１つの効果は、より正確な反復画像再構成にある。
【００１６】
他の１つの効果は、患者にとって一層快適な心臓ＳＰＥＣＴカメラが提供されることにある。
【００１７】
他の１つの効果は、改善された心臓ＳＰＥＣＴカメラが提供されることにある。
【００１８】
以下の詳細な説明を読み、理解することにより、本発明の更なる効果が当業者に認識される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】被検者の心臓撮像用に構成された心臓ＳＰＥＣＴカメラを示す斜視図である。図１において、ＳＰＥＣＴカメラの静止ガントリーは、２つの放射線検出器ヘッドを含む内部要素群を明らかにするため、透視的に示されている。
【図２】図１のＳＰＥＣＴカメラ及び被検体の胴体を通るアクシャル断層を示す図である。
【図３Ａ】経路に沿った検出器ヘッドの位置の例“Ａ”、“Ｂ”及び“Ｃ”を特定する図である。
【図３Ｂ】被検体及び関心心臓領域の放射性放出プロファイルをプロットした図である。
【図４】放射線検出器ヘッドの軌道を最適化するシステムを示す図である。
【図５】図１及び２のカメラを用いて好適に実行される撮像方法を示す図である。
【図６】図１及び２のＳＰＥＣＴカメラが、どのように、放射線検出器ヘッドの固定経路を用いて異なる大きさの被検体を収容するかを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、様々な構成要素及びそれらの配置、並びに様々な段階及びそれらの編成の形態を取り得る。図面は、好適実施形態を例示するためだけのものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００２１】
図１を参照するに、例えば図示の心臓ＳＰＥＣＴカメラ１０等のガンマカメラは、ガントリー１６の上又は内部に配置された、例えば図示の２つの検出器ヘッド１２、１４等の１つ以上の検出器ヘッドを含んでいる。各検出器ヘッド１２、１４は、例えば光電子増倍管アレイ、ダイオード検出器アレイ又はＮａＩ結晶検出器アレイ等の、好適な放射線検出器アレイを採用する。投影データを定めるよう、例えば検出器アレイの前面に配置された放射線吸収ハニカムコリメータを用いて、好適なコリメーションが実現される。図示のガントリー１６は、検出器ヘッド１２、１４の楕円経路Ｐ（図１においては破線で示す）と実質的に共形であり且つ被検者Ｓの胴体と実質的に共形である楕円形の外壁１８を含んでいる。より一般的には、経路Ｐは既知の経路であり、図示の実施形態においては、胴体の形状と実質的に一致するようにほぼ楕円形である。その他の被検体又は被検体部分の場合、楕円形以外の経路が好適となることもある。例えば、関心領域が前立腺である場合、股間に近い非楕円経路が有利となり得る。また、経路Ｐは、例えばエクスパンジョン・ジョイント（伸縮継ぎ手）の付加又は除去によって、様々な大きさの患者に対して調整可能であることが意図される。例えば、必要に応じて挿入される２つの伸縮継ぎ手がある場合、伸縮継ぎ手の挿入なし、双方の伸縮継ぎ手の挿入あり、２つの伸縮継ぎ手のうちの選択された１つの挿入により選択される更なる２つの経路、という４つの選択可能な経路Ｐが存在する。
【００２２】
撮像中、１つ以上の検出器ヘッド１２、１４は経路Ｐに沿って移動し、撮像データを収集する。一部の実施形態において、検出器ヘッドはデータを収集しながら連続的に移動する。一部の実施形態において、検出器ヘッドは、或る収集位置に移動してデータを収集し、その後、次の収集位置に移動するということを繰り返す“ステップ・アンド・シュート”形態で移動し、或る収集位置で静止しているときにのみ撮像データを収集する。一部の実施形態において、検出器ヘッド１２、１４は撮像データを収集しながら、比較的高速に移動し、経路Ｐを“往復”的に複数回行き来してもよい。ヘッドがデータを収集するために往復掃引されるとき、典型的に、連続データ収集モードが有利である。理解されるように、ヘッドの軌道は、経路Ｐに沿った各点における瞬時速度が指定される連続軌道、又は各収集位置における検出器ヘッドの滞在時間が指定されるステップ・アンド・シュート軌道の何れであってもよい。また、理解されるように、軌道は、検出器ヘッドが経路Ｐの一部又は全体に沿って単一の通行で移動する単一パス軌道であってもよいし、検出器ヘッドが経路Ｐの一部又は全体に沿って２回以上の通行で行ったり来たり移動する往復軌道であってもよい。また、検出器ヘッドが複数回の通行にわたってデータ収集中に同一方向に移動するよう、検出器ヘッドが通行ごとに経路Ｐに沿って同一の開始位置に巻き戻る複数パス軌道であることも意図される。
【００２３】
ガントリー１６は、検出器ヘッド１２、１４をヒト患者Ｓの胴体に近接させて位置付け、被検体Ｓから観たときに見たところ静止したガントリーを提供する。ガントリー１６内での検出器ヘッド１２、１４の移動は、場合により振動又は雑音によって間接的に分かることを除いて、被検体Ｓからは容易には分からない。静止ガントリー１６は、必要に応じて、患者Ｓのための肘掛け又はテーブルとしての機能を果たす。一部の実施形態において、共形の外壁１８は比較的薄くて患者Ｓと直接的に接触し、検出器ヘッドは、壁１８の内壁に対して接触し、あるいは小さい許容量だけ隔てられる。それにより、検出器ヘッド１２、１４は経路Ｐに沿った移動の全体を通じて被検体に近接することが可能である。このような直接接触構成を用いると、被検体Ｓから２ｃｍ離して配置された検出器ヘッドと比較して約３０％高い効率が達成可能である。
【００２４】
図２を参照するに、ＳＰＥＣＴカメラ１０及び被検体Ｓの胴体を通るアクシャル断層が示されている。図２において、被検体Ｓ内の心筋Ｈの一部を“ハート”記号を用いて示す。心臓撮像では、心筋Ｈは関心領域である。その他の臨床又は診断の用途においては、例えば前立腺などの別の器官又は組織が関心領域となり得る。放射性医薬品は、典型的に、関心ある器官又は組織に選択的に蓄積するように選択される。検出器ヘッド１２、１４に辿られる経路Ｐは一般的に心臓Ｈを中心とするが、心臓の中心配置からの幾分の逸脱も意図される。経路Ｐに沿った検出器ヘッド１２、１４の様々な収集位置での視野の縁線（エッジライン）の軌跡が図２に示されている。検出器ヘッド１２、１４においては典型的にリニアコリメータ又は小さい角度の円錐コリメータを使用することから、各位置での視野の縁線は検出器ヘッドの面に実質的に垂直となる。図２に示すように、視野の縁線の軌跡は集合して、経路Ｐのアイソセンタ付近に位置し且つ被検体Ｓの胴体に対して非対称に位置する心臓Ｈをほぼ中心とする概して円形又は楕円形の視野境界ＦＯＶを形作る。
【００２５】
図３Ａ及び３Ｂを参照するに、経路Ｐに沿う検出器ヘッド１２、１４によって観測される放射性放出特性が例示されている。図３Ａは、検出器ヘッド１２、１４と心臓Ｈを含む被検体Ｓとを通るアクシャル断層を示している。図３Ａにおいては、明瞭さのため、ガントリー１６は省略されている。図３Ａに示す時点において、検出器ヘッド１４は位置“Ａ”にあり、検出器ヘッド１２は位置“Ｂ”にある。位置“Ａ”と“Ｂ”との中間の更なる位置“Ｃ”も示されている。図３Ｂは、経路Ｐに沿って単位時間当たりに被検体Ｓから収集されると期待される全情報（すなわち、放射性放出プロファイルＥＰｔｏｔａｌ）と、経路Ｐに沿って単位時間当たりに関心領域Ｈから収集される情報（すなわち、放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩ）とをプロットしている。
【００２６】
全放出プロファイルＥＰｔｏｔａｌと心臓Ｈからの放出プロファイルＥＰＲＯＩとは、大きさと形状又は形態とにおいて異なる。例えば、全放出プロファイルＥＰｔｏｔａｌは位置“Ｂ”において経路Ｐに沿ったその他の位置より高い値を有し、心臓Ｈからの放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩは位置“Ｂ”において比較的低い。対照的に、全放出プロファイルＥＰｔｏｔａｌは位置“Ｃ”において比較的低く、関心領域の放出プロファイルＥＰＲＯＩは位置“Ｃ”においてそのピークにある。全放射性放出プロファイルＥＰｔｏｔａｌと関心領域の放出プロファイルＥＰＲＯＩとの異なる形状は、例えば検出器−心臓間距離に対する検出器−胴体間距離、例えば骨などの介在している放射線吸収組織の分布、及び胴体若しくは心臓に対する検出器ヘッドの視野の角度など、差異化要因を反映している。
【００２７】
関心領域（すなわち、心臓撮像の例の場合の心臓Ｈ）の一定でない放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩを受け入れるため、各ＳＰＥＣＴカメラ１０の軌道は、各検出器ヘッド１２、１４が関心領域の放出プロファイルＥＰＲＯＩに関するデータ収集を最適化してサブセットバランス基準を満たす、あるいは実質的に満たすことの助けとなるように経路Ｐに沿って独立に移動するよう、独立に設定される。収集される撮像データにおける情報の分布を最適化あるいは均衡化することにより、反復的な再構成においてサブセットバランス基準は一層容易に満たされ、あるいは近似され、その結果、より高速且つ正確な反復再構成法がもたらされる。
【００２８】
軌道は、患者Ｓ全体より小さい関心領域Ｈの放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩに関して、各検出器ヘッドの瞬時速度又はデータ収集滞在時間を、経路Ｐに沿った位置の関数として最適化することによって最適化される。関心領域の再構成画像を最適化することが望まれるため、各検出器ヘッドの瞬時速度又はデータ収集滞在時間は、全放出プロファイルＥＰｔｏｔａｌに関してではなく、関心領域Ｈの放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩに関して最適化される。最適化された各軌道内で、検出器ヘッドは、関心領域Ｈからの放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩが低い経路Ｐ内の位置において、比較的ゆっくりと移動し（連続的なデータ収集の場合）、あるいは比較的長いデータ収集滞在時間を有する（離散的なステップ・アンド・シュート撮像の場合）。対照的に、検出器ヘッドは、関心領域Ｈからの放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩが高い経路Ｐ内の位置において、比較的速く移動し、あるいは比較的短いデータ収集滞在時間を有する。この軌道最適化の目的は、経路Ｐに沿った各角度範囲又は各データ収集滞在時間における関心領域Ｈからの放射性事象の期待カウント数を実質的に同一にすることである。理解されるように、ここで用いられる用語“最適化”及び“最適化する”は、関心領域Ｈからの放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩに関する軌道の全体的でない最適化又は近似的な最適化を包含するものとして解釈されるべきである。例えば、各角度範囲又は各データ収集滞在時間における放射性事象の期待カウント数が指定された指標の範囲内まで均一になったときに終了される反復的な最適化が適用されてもよい。
【００２９】
図４を参照して、検出器ヘッド１２、１４の軌道を最適化するための好適システム２０を説明する。システム２０は、被検体Ｓの関心領域Ｈ内の放射性トレーサ分布２２を入力として受信する。必要に応じて、システム２０は更に、例えば透過型コンピュータ断層撮影（ＣＴ）撮像データ又は別の情報源から得られた減弱マップ２４を入力として受信する。これらの情報源に基づいて、期待放射性放出プロファイル計算プロセッサ３０が、被検体Ｓの関心領域Ｈからの期待される放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩを推定あるいは計算する。この期待される関心領域Ｈの放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩに基づき、収集パラメータ計算プロセッサ３２が、各検出器ヘッド１２、１４の好適な検出器ヘッド軌道データ４０を計算する。例えば、収集パラメータ計算プロセッサ３２は軌道を、連続収集の場合の検出器ヘッド速度を経路Ｐに沿った位置の関数として、あるいは、ステップ・アンド・シュート撮像の場合の収集位置ごとの検出器ヘッド滞在時間として計算する。
【００３０】
放射性トレーサ分布２２は、例えば同様の以前の検査から、あるいは理論計算から等、様々な手法で得ることができる。減弱マップ２４又はその他の構造情報は、ＣＴ撮像、又は期待される或いは典型的な放射性トレーサ分布２２と併せた線光源／点光源スキャン等から得ることができる。吸収情報２４が利用可能でない場合、軌道の最適化は好ましくは、例えば物体が水又はその他の好適物質で均一に満たされていると仮定する等して、推定される物体輪郭を用いて実行される。
【００３１】
所与の検出器ヘッド、及び検出器ヘッドの経路Ｐに沿った所与の収集位置に関し、放射性放出レートの推定値ＥＰＲＯＩは、放射性トレーサ分布２２及び吸収情報２４に基づかされる。最適化された検出器ヘッド速度４１又はデータ収集滞在時間４２は、単位時間当たりに収集される情報量が少ない軌道位置で長めの収集時間を費やし、その他の位置で短めの時間を費やすように選択される。図１及び２のＳＰＥＣＴカメラ１０の例においては、独立に走査されるように構成された２つの検出器ヘッド１２、１４が存在する。このように独立に走査されることが可能な検出器ヘッドが複数存在する場合、検出器ヘッドの衝突を確実に防止するよう最適化を制約すると有利であることを除いて、軌道最適化システム２０は好ましく各検出器ヘッドに独立に適用される。
【００３２】
引き続き図４を参照しながら図１を再び参照するに、一部の実施形態において、検出器ヘッド軌道データ４０は、撮像データ収集の開始前に軌道最適化システム２０によって計算される。事前に計算された検出器ヘッド軌道データ４０は、１つ以上の検出器ヘッド１２、１４が計算された軌道４０を用いて経路４０を進行し、その進行中に１つ以上の検出器ヘッド１２、１４を用いて撮像データが収集される単一パスデータ収集を実行するよう、ＳＰＥＣＴカメラ１０を制御するためにコントローラ５０によって使用される。収集された撮像データは、メモリ５２に格納され、データのサブセット群を処理する例えばオーダード・サブセット−期待値最大化（ＯＳ−ＥＭ）アルゴリズム等の反復再構成アルゴリズムを実行する反復再構成プロセッサ５４によって再構成される。最適化された事前計算による検出器ヘッド軌道データ４０が撮像データ収集中に用いられるため、撮像データのサブセット群は典型的にサブセットバランス基準を満たす、あるいは実質的に満たす。その結果、反復再構成の速度及び精度が向上される。再構成プロセッサ５４が、少なくとも関心領域の再構成画像を生成し、再構成画像は画像メモリ５６に格納される。再構成画像は、表示され、処理され、操作され、病院ネットワーク又はインターネットを介して伝達され、あるいはその他の方法で利用される。
【００３３】
複数の検出器ヘッド１２、１４が用いられる場合、複数の検出器ヘッド１２、１４からの収集撮像データを結合した集合的なデータセットが形成される。この集合的なデータセットは、当該集合的なデータセットのうちの選択されたサブセット群を反復的に処理して再構成画像を生成する例えばＯＳ−ＥＭアルゴリズム等の反復再構成アルゴリズムを用いて、再構成プロセッサ５４によって再構成される。
【００３４】
他の一部の実施形態においては、進行及び収集が統合された処理として実行される２パスデータ収集が用いられる。第１の撮像データ収集パスにおいて、１つ以上の検出器ヘッド１２、１４は、最適化されていない（あるいは、部分的に最適化された）瞬時速度及びデータ収集滞在時間を有する最適化されていない（あるいは、部分的に最適化された）軌道を用いて、経路Ｐに沿って被検体Ｓの周りを進行され、該第１の進行中に１つ以上の検出器ヘッド１２、１４を用いて第１の撮像データが収集される。この第１の軌道は、例えば、最適化されていない一定の検出器ヘッド瞬時速度又は一定のデータ収集滞在時間を採用してもよく、あるいは、同様の患者の以前の撮像に基づいて部分的に最適化された速度又は滞在時間を採用してもよい。得られた第１の撮像データは、例えばフィルタ逆投影アルゴリズム等の高速近似再構成アルゴリズムを用いた第１の撮像データの近似的再構成を実行することによって、関心領域Ｈの期待される放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩを決定するために用いられる。期待される放出プロファイルＥＰＲＯＩに基づいて、収集パラメータ計算プロセッサ３２は、第１の撮像データが不足した１つ以上の角度範囲を決定する。第２の撮像データ収集パスにおいて、１つ以上の検出器ヘッド１２、１４は、第１の撮像データから得られた期待される放出プロファイルＥＰＲＯＩを入力として用いて収集パラメータ計算プロセッサ３２によって計算された最適化された瞬時速度又はデータ収集滞在時間４０を用いて、経路Ｐのうちの少なくとも、第１の撮像データが不足した１つ以上の角度範囲を含む部分に沿って進行される。この第２の進行中、撮像データを完全なものとするデータが、少なくとも、第１の撮像データが不足した１つ以上の角度範囲にわたって収集される。これにより、ＯＳ−ＥＭ再構成アルゴリズム又は撮像データのサブセット群を処理する他の反復再構成アルゴリズムによる再構成に適した、関心領域Ｈに関してサブセットバランス基準を満たす、あるいは実質的に満たす好適な集合的撮像データセットが形成される。
【００３５】
他の一手法において、第１のパスは、画像再構成には用いられないがフィルタ逆投影などによって近似的に再構成されて関心領域Ｈの期待される放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩを生成する偵察（スカウト）撮像データを収集する。この偵察データから生成された期待される放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩが収集パラメータ計算プロセッサ３２に入力され、最適化された瞬時速度又データ収集滞在時間４０が生成される。そして、偵察データが破棄される一方で、この最適化された瞬時速度又データ収集滞在時間４０を用いて第２のパスが実行され、臨床又は診断用の画像再構成に用いられる撮像データが収集される。
【００３６】
一部の実施形態において、進行及び撮像データ収集中に、瞬時速度又はデータ収集滞在時間を、収集された撮像データと、被検体Ｓの関心領域Ｈの期待される放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩから推定された期待される撮像データとの差に基づいて調整することが意図される。
【００３７】
一部の実施形態において、例えば最適化された瞬時速度４１又はデータ収集滞在時間の値４２といった軌道データ４０は、データストレージ６０から取り出される。最適化された瞬時速度４１又データ収集滞在時間の値４２は、例えば、ルックアップテーブルとしてデータストレージ６０に格納され得る。このような実施形態においては、取り出される最適軌道データ４０は、関心領域Ｈの期待される放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩに関して最適化されるように事前決定される。一部のこのような実施形態において、この最適化は、関心領域の寸法を決定することと、決定された寸法に基づいて、取り出す最適瞬時速度又はデータ収集滞在時間の値を選択することとを含む。例えば、相異なる大きさの心臓に関する相異なる期待される放射性放出プロファイルに適した軌道群を、軌道ストレージ６０に格納することが可能である。そして、撮像されようとする患者の心臓の大きさ、重量、又はその他の寸法が、患者の大きさ、体重、又はその他の特徴から推定され、適当な軌道が取り出される。このような実施形態における格納された軌道情報は、ローカルに記憶されることも可能であるし、インターネット又は他のデジタルネットワークを介してアクセスされる地域又は国のデータベースにからとすることも可能である。一部の実施形態においては、最適瞬時速度又は滞在時間を記憶するのではなく、関心領域の期待される放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩが記憶され、軌道を生成するための撮像に先立って軌道最適化プロセッサ２０に入力される。
【００３８】
図示したＳＰＥＣＴカメラ１０においては、検出器ヘッド１２、１４の双方が同一経路Ｐを辿るが、各検出器ヘッドは撮像中にこの経路Ｐの異なる部分を行き来してもよい。他の一部の実施形態においては、撮像中に相異なる経路を行き来する検出器ヘッドを有することが意図される。また、２つの検出器ヘッド１２、１４が図示されているが、他の実施形態においては、１つ、３つ、又はそれより多くの検出器ヘッドを含んでもよい。
【００３９】
図５を参照して、好適な撮像シーケンスのブロック図を説明する。操作６４にて、関心領域の期待される放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩが決定される。これは様々な手法で行われ得る。例えば、一部の実施形態において、このプロファイルは偵察スキャンを用いて撮像対象の患者に対して決定される。他の一部の実施形態においては、このプロファイルは、例えば撮像対象の患者の大きさに最も近い被検体サイズに関する標準的なプロファイルを取り出す等、ルックアップテーブル又はその他のデータストレージ６０から取り出される。操作６５にて、期待される放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩに基づいて、経路Ｐに沿って１つ以上の検出器ヘッド１２、１４を移動させる瞬時速度又はデータ収集滞在時間が決定される。一部の実施形態において、処理６４、６５は結合されてもよく、経路Ｐに沿った標準的な軌道が、期待される放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩに基づいて決定され、ストレージ６０に格納される。操作６６にて、決定された１つ以上の最適速度にて、あるいは最適滞在時間を用いて、１つ以上の検出器ヘッド１２、１４が経路Ｐに沿って移動される。この移動と同時に、同時操作６７にて、検出器ヘッド１２、１４は撮像データを収集する。操作６８にて、収集された撮像データは少なくとも関心領域の再構成画像へと再構成される。
【００４０】
図１及び２は、被検体Ｓの胴体がガントリーの検査領域を実質的に充たすほど十分に大きく、且つ共形の外壁１８の大部分と形状が一致する場合について、そのような被検体Ｓを撮像するＳＰＥＣＴカメラ１０を示している。被検体は、実際には、小柄で痩せた人物から大柄で太った人物まで、多様な大きさである。
【００４１】
図６を参照するに、カメラ１０は、放射線検出器ヘッド１２、１４の単一経路Ｐを用いながら、或る範囲内の様々な被検体サイズに適応し得ることが示されている。図６において、放射線検出器ヘッド１２は時計回りに進みきった位置に示されており、放射線検出器ヘッド１４は反時計回りに進みきった位置に示されている。また、時間及び軌道に応じて放射線検出器ヘッド１２、１４の何れかに占有され得る例示的な中間検出器ヘッド位置ＩＰが破線にて示されている。図６の構成において、ガントリー１６、特に、検査領域に面する共形の外壁１８は、特大の被検体ＳＸＬをちょうど収容できる大きさ及び形状にされている。このような被検体の場合、放射線検出器ヘッドは撮像中に、特大の被検体ＳＸＬを撮像するのに十分な大きさの角度範囲にわたって撮像データを収集するため、経路Ｐに沿って自身の全可動範囲を移動する。
【００４２】
一方、小さい被検体ＳＳはカメラ１０の検査領域を充たさない。小さい被検体ＳＳは、図６に示すように、カメラ１０の共形の外壁１８の中央部にできるだけ近接して、例えば接触するように、位置付けられる。大きい被検体ＳＸＬと比較して角度αだけの小さい被検体ＳＳの胴体を回転させることにより、小さい被検体ＳＳの大部分が共形の外壁１８に接触あるいは近接することが可能になる。角度αの正確な値は被検体の胴体の大きさ及び形状に依存する。小さい被検体ＳＳをガントリー１６の共形の外壁１８にできるだけ近接させて位置付けることにより、検出器ヘッド１２、１４が小さい被検体ＳＳに近接することが確保され、ＳＰＥＣＴ画質の本質的な最適化が可能になる。
【００４３】
さらに、角回転αにより共形の外壁１８の中央部に近接させて小さい被検体ＳＳを配置することにより、小さい被検体ＳＳの関心領域（例えば、図示した小さい被検体ＳＳの心臓ＨＳ）の中心と、特大の被検体ＳＸＬの関心領域（例えば、図示した特大の被検体ＳＸＬの心臓ＨＸＬ）の中心との双方が、経路Ｐに沿った同一のスキャン中心ＳＣを有することが確保される。図６に示すように、関心領域の中心ＨＳ、ＨＸＬは何れも、ガントリー１６の検査領域内をおおよそ中心とし、同一のスキャン中心ＳＣ付近の位置で共形の外壁１８に接近する。
【００４４】
経路Ｐは、中心ＨＸＬを有する関心領域を撮像することに最適化されている。経路Ｐは、中心ＨＳを有する関心領域を撮像することに同程度に最適ではないが、このことは、放射線検出器１２、１４の一層近くに中心ＨＳを位置付けることによって補償される。検出器ヘッド１２、１４は、小さい被検体ＳＳの撮像中、特大の被検体ＳＸＬの撮像中に移動するのと同一の経路Ｐに沿って移動する。しかしながら、必要に応じて、検出器ヘッド１２、１４は小さい被検体ＳＳの撮像中に経路Ｐに沿って、特大の被検体ＳＸＬの撮像と比較して狭い範囲を移動する。この狭められた角度範囲はスキャン中心ＳＣ付近を中心とする。より一般的には、角度範囲は様々な大きさの被検体に好ましく適合され、各々の大きさの角度範囲の中心は同一のスキャン中心ＳＣ付近にされる。他の一部の実施形態においては、患者の大きさに拘わらず、１８０°の範囲又はそれより大きい範囲がカバーされる。
【００４５】
特大の被検体ＳＸＬの胴体の典型的な寸法は例えば４６ｃｍ×３２ｃｍであり、小さい被検体ＳＳの胴体の典型的な寸法は例えば３０ｃｍ×２０ｃｍである。これらは単なる例であり、大きさ及びアスペクト比の範囲は、関心ある集団の典型的な胴回りの範囲に適合すべきである。
【００４６】
１つの好適な機械的構成において、２つの検出器ヘッド１２、１４の中心は撮像中に、被検体の大きさに基づいて選定された角度範囲（一般的に、検出器ヘッド１２、１４ごとに異なる）にわたって、経路Ｐに沿って移動する。検出器ヘッドの動きは、各検出器ヘッド１２、１４の１つのコーナー部において第１のボールベアリング、カム、ローラー、又はその他の結合具Ｒ１を導く第１の延在されたカム表面、溝、又はその他のガイド若しくはトラックＴ１によって定められる第１の受動的な拘束と、各検出器ヘッド１２、１４の反対側のコーナー部において第２のボールベアリング、カム、ローラー、又はその他の結合具Ｒ２を導く第２の延在されたカム表面、溝、又はその他のガイド若しくはトラックＴ２によって定められる第２の受動的な拘束とによって、経路Ｐを辿るように拘束される。拘束トラックＴ１、Ｔ２の曲率は、放射線検出器１２、１４の中心が経路Ｐに沿い、且つ検出器ヘッド１２、１４の放射線感知面が最大の関心領域の中心位置に面する（すなわち、特大の被検体ＳＸＬの心臓ＨＸＬに面する）ことを維持するように選定される。小さい被検体ＳＳの場合、検出器ヘッド１２、１４の放射線感知面の向きは、心臓ＨＸＬに対する心臓ＨＳの位置ズレのため、心臓ＨＳから僅かに逸脱する。しかしながら、この逸脱は、心臓ＨＳへの検出器面の近接配置によって補償される。また、この逸脱は角度位置がスキャン中心ＳＣから離れるにつれて増大する。従って、小さい被検体ＳＳを撮像するために小さめの角度範囲が用いられる場合、これは方向的な逸脱の影響を更に低減する。代替的に、患者の大きさに拘わらず、１８０°の範囲又はそれより大きい範囲がカバーされてもよい。
【００４７】
拘束具Ｒ１、Ｒ２、Ｔ１、Ｔ２は様々な機械的形態をとり得る。例えば、カム表面又はトラックＴ１、Ｔ２は、キャスティング、ミリング、グラインディング、又は他の処理によって製造された、あるいは好適な経路画成形状内に鋳直された既存の形作られた材料を用いて製造された、ガントリー１６内の機械加工による湾曲したトラック、溝、又は表面などとし得る。一部の実施形態において、共形の外壁１８に対応するガントリー１６の内壁が、検出器ヘッド１２、１４の動きを拘束するカム表面又はトラックとして作用する。
【００４８】
各検出器ヘッド１２、１４の動きを受動的に拘束する受動的な拘束具Ｒ１、Ｒ２、Ｔ１、Ｔ２を用いることにより（動的アクチュエータ又はロボットアーム等を用いるのとは対照的に）、２つの検出器ヘッド１２、１４を、放射線感知面を最大受容関心領域ＨＸＬの中心に絶えず向かせて、経路Ｐに沿って独立に駆動することには、検出器ヘッド１２、１４ごとに１つのそれぞれのモータ７２、７４で十分である。機械的精度の点で、画像収集中に経路Ｐに沿って検出器ヘッド１２、１４を一方向（時計回り又は反時計回りの何れか）にのみ移動させることが有利である。しかしながら、例えば往復運動といった双方向の動きも意図される。検出器ヘッド１２、１４ごとに別個の駆動モータ７２、７４を設けることにより、双方のヘッド１２、１４は同一の経路Ｐに沿って独立に移動されることが可能である。経路Ｐに沿って移動する検出器ヘッド１２、１４の位置は、結合具Ｒ１、Ｒ２の通過を検出するトラックＴ１、Ｔ２に沿ったセンサー群、又は駆動モータ７２、７４に組み込まれた運動センサー等によって導出され得る。また、例えば図示した受動的な拘束具Ｒ１、Ｒ２、Ｔ１、Ｔ２等の受動拘束具は、少なくともここで説明した利点を含む一定の利点を有するが、必要に応じて被検体に対して近付いたり離れたりする方向への検出器ヘッドの移動を含め、１つ、２つ、又はそれより多くの放射線検出器ヘッドの独立した移動を提供するために、動的な検出器ヘッドロボット又はアクチュエータ等を採用することも意図される。
【００４９】
画像スキャンの角度範囲を定めることには、如何なる好適な手法が用いられてもよい。一部の実施形態において、被検体の大きさを導出するための素子が用いられる。例えば、この素子は、被検体を検査領域に入れる前に被検体の胴囲寸法を測るために使用される巻き尺（図示せず）であってもよく、角度範囲は、ルックアップテーブル、又は胴囲寸法を角度範囲に関連付ける関数によって選定される。意図される他の一手法においては、この素子は、共形の外壁１８に形成された水平な溝又はスロット内にスライド可能に取り付けられたハンドル７６である。ハンドル７６は、被検体の角度方向αを定めるように被検体によって両手で保持される。そして、角度範囲はこの角度方向αから決定される。例えば、ハンドル７６は特大の被検体ＳＸＬがハンドルを正面の中心に保持した場合を示しており、破線のハンドル７６’は、小さい被検体ＳＳがハンドルを保持した場合を示している。測定されたパラメータから被検体の大きさを導出するために、その他の素子が用いられてもよい。例えば、その素子は体重計であってもよく、被検体の大きさは測定された被検体の体重から推測され得る。撮像データ収集を最適化するために関心領域Ｈの期待される放射性放出プロファイルＥＰＲＯＩを生成するよう初期的な偵察スキャンが用いられる場合、該初期的な偵察スキャンは必要に応じて、患者の大きさを決め、心臓ＨＳ又は心臓ＨＸＬの大きさ及び位置を特定するためにも用いられ得る。
【００５０】
被検体を、その大きさに拘わらず、スキャン中心ＳＣに可能な限り近接させて位置付けることに組み合わせて、検出器ヘッド１２、１４の動きを受動拘束具Ｒ１、Ｒ２、Ｔ１、Ｔ２によって拘束させることにより、システムを様々な患者サイズに適合させるためのロボットアーム、アクチュエータ、伸縮継ぎ手、又はその他の機械的に複雑な機能は不要である。拘束された経路に沿って所与の放射線検出器ヘッドを駆動することには、一般的に、検出器ヘッド１２、１４ごとに１つのモータ７２、７４で十分であるが、より滑らかな動きを実現するため、２つ以上のモータ又は動力装置も意図される。それぞれの検出器ヘッド１２、１４に取り付けられたモータ７２、７４が図示されているが、例えばガントリー１６に静止して取り付けられ、駆動チェーン、駆動ベルト、又はその他の機械的結合具によってそれぞれの検出器ヘッドに動作的に結合された、検出器ヘッドごとのモータ等、その他の動力装置も用いられ得る。図示した実施形態においては、検出器ヘッド１２、１４は水平方向に移動するので、モータ７２、７４又はその他の動力装置は小型且つ低コストなものにし得る。様々な患者サイズへの適応は単純に、椅子又はその他の被検体支持体の上の被検体をスキャン中心ＳＣにできる限り近接させて位置付けることによって、あるいは、被検体支持体が設けられていない場合にはスキャン中心ＳＣにできる限り接近して立つことによって容易に為される。被検体の角度位置に関する情報（例えば、図６の角度α）は、ハンドル７６又は患者の正面に配置されたその他のマーカによってシステムに提供され得る。その他のサイズ適合は、撮像中の検出器ヘッド１２、１４の角度範囲のみであり、これは完全にソフトウェアにて実行され得る。放射線検出器１２、１４は小さくされ得るので被検体に近付けられ、空間分解能及びシステム効率が向上される。楕円形の検出器ヘッド軌道と２ｃｍの被検体−コリメータ間距離とを採用した既存のカメラと比較して、カメラ１０によって実現される近接性は、小柄の患者と大柄の患者ＳＳ、ＳＸＬとを平均して、同一の空間分解能で３０％高いシステム効率を実現するものと予期される。被検体を座位又は立位にし且つ小型の検出器ヘッドを用いることにより、カメラ１０は小さい設置面を有することが可能となる。図２−４を参照して説明した検出器ヘッドの独立移動を用いる最適化されたデータ収集は、受動的な拘束具Ｒ１、Ｒ２、Ｔ１、Ｔ２によって拘束された検出器ヘッドの受動制約移動と容易に併用される。角度方向のステップ・アンド・シュート収集、又は連続的なリストモード収集の何れも、受動拘束構成とともに用いられ得る。従来からの再構成技術が従来からの平行（parallel  hole）コリメータとともに用いられ得る。比較的小型のアンガー（Anger）型検出器ヘッド１２、１４と、例えばカム、ローラー、ボールベアリング、トラック、又は溝などの低コストの受動拘束具との組み合わせは、低コストのシステムを提供する。カメラ１０は、活性検出器領域を例えば３０ｃｍ×２０ｃｍといった小ささにできるため、ＣＺＴ又はＳｉＰＭに基づくＳＰＥＣＴ検出器とともに用いられてもよい。更なる小型化のため、これらの検出器はアンガー型カメラより小さくされ���る。カメラ１０は必要に応じて、集中治療室、外傷センター、救急治療室、又はその他の環境内の被検体のところに移動されて重症患者を撮像し得るよう、例えばホイール又はローラーの上などに移動可能な装置として構築される。
【００５１】
好適な実施形態を参照しながら本発明を説明してきた。以上の詳細な説明を読み、理解した者は改良及び改変に想到し得る。本発明は、添付の特許請求の範囲又はその均等範囲に入る限りにおいて、そのような全ての改良及び改変を含むとして解釈されるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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