(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に投与した放射性同位元素から得られるガンマ線を検出し、前記放射性同位元素の分布から前記被検体の第１断層画像を得るためのガンマ線情報検出部と、
前記被検体に放射した超音波の反射波を検出し、前記被検体の第２断層画像を得るための超音波情報検出部と、
前記第１断層画像と前記第２断層画像とを合成して表示する画像合成表示部と、
を備え、
前記ガンマ線情報検出部は、１次元に配列された複数のガンマ線検出素子と、前記被検体および前記ガンマ線検出素子間に配置される符号化開口板とを有し、
前記超音波情報検出部は、１次元に配列された複数の超音波送受信素子を有し、
前記ガンマ線情報検出部または前記超音波情報検出部は、それぞれの撮像域を前記被検体の任意の部位で重畳させるべく、前記ガンマ線検出素子または前記超音波送受信素子の配列方向を中心として一方が他方に対し回動可能に構成されることを特徴とする医用画像撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
撮像域が重畳する複数の前記ガンマ線情報検出部を備えることを特徴とする医用画像撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガンマカメラ装置と超音波装置とを一体化した医用画像撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、医療分野において、被検体に対して超音波を放射し、その反射波に基づき前記被検体の断層画像を得るようにした超音波装置がある。この超音波装置は、被検体の各組織による音響インピーダンスの差に基づく反射波の到達時間差から断層画像を生成するものであり、小型で可搬性に富み、組織の断面形状を非接触状態で把握できるものとして広汎に利用されている。
【０００３】
しかしながら、音響インピーダンスの高い生体組織、例えば、骨組織等の内部構造まで把握できるわけではない。また、血液やリンパ液は、他の生体組織に比較して音響インピーダンスが低く、従って、その状態を把握することも困難である。
【０００４】
一方、被検体に投与した放射性同位元素（ＲＩ）から得られるガンマ線を平面上に配置した複数の検出器によりシンチレータを介して検出し、検出された情報に基づいて被検体の２次元内部情報を構築するようにしたガンマカメラ装置（アンガーカメラ装置）が開発されている。このガンマカメラ装置では、放射性同位元素を吸収した特定の組織の鮮明な画像を得ることができる。
【０００５】
さらに、このようなガンマカメラ装置において、シンチレータの前面に所定の配列規則に従って多数の開口部を形成した、いわゆる、符号化開口板を配置し、得られた情報に基づいて被検体の３次元内部情報を構築できるように構成したガンマカメラ装置が提案されている（計測自動制御学会論文集 Vol.28, No.4, 426／432（1992）「Ｍ配列を用いた符号化開口放射型ＣＴ」、（社）計測自動制御学会計測部門第１７回センシングフォーラム（2000）「符号化開口ＣＴを用いた99mＴｃ３次元分布再構成」参照）。
【０００６】
しかしながら、このガンマカメラ装置では、放射性同位元素が分布する組織の情報を得ることはできるが、被検体の他の組織に対するその組織の配置関係を把握するためには、かなりの熟練を要するという問題点が指摘されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、特定の組織を含む解析が容易な被検体の断層画像を得ることのできる医用画像撮像装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明は、被検体に投与した放射性同位元素から得られるガンマ線を検出し、前記放射性同位元素の分布から前記被検体の第１断層画像を得るためのガンマ線情報検出部と、
前記被検体に放射した超音波の反射波を検出し、前記被検体の第２断層画像を得るための超音波情報検出部と、
前記第１断層画像と前記第２断層画像とを合成して表示する画像合成表示部と、
を備え、
前記ガンマ線情報検出部は、１次元に配列された複数のガンマ線検出素子と、前記被検体および前記ガンマ線検出素子間に配置される符号化開口板とを有し、
前記超音波情報検出部は、１次元に配列された複数の超音波送受信素子を有し、
前記ガンマ線情報検出部または前記超音波情報検出部は、それぞれの撮像域を前記被検体の任意の部位で重畳させるべく、前記ガンマ線検出素子または前記超音波送受信素子の配列方向を中心として一方が他方に対し回動可能に構成されることを特徴とする。
【０００９】
この場合、前記第２断層画像は、超音波が放射される前記被検体の全体の断層画像を示す一方、前記第１断層画像は、前記第２断層画像における放射線同位元素が分布する被検体の特定の組織の断層画像を示す。ガンマ線情報検出部および超音波情報検出部の撮像域を前記被検体の所望の部位で重畳させるべく、前記ガンマ線検出素子または前記超音波送受信素子の配列方向を中心として一方を他方に対し回動させ、得られる断層画像を合成して表示することにより、被検体の所望の部位における他の組織との相対的な位置関係が明確となり、前記特定の組織の断面画像を容易に把握、解析することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施形態の医用画像撮像装置１０を示す。この医用画像撮像装置１０は、被検体１２の断層画像情報を取り込むプローブ１４と、ケーブル１６によってプローブ１４に接続され、取り込まれた断層画像情報を処理する情報処理装置１８（画像合成表示部）とから基本的に構成される。
【００１１】
プローブ１４は、被検体１２内の放射性同位元素ＲＩから放射されるガンマ線γを検出するガンマ線情報検出部２０と、被検体１２に対して放射した超音波ＵＳの反射波に係る情報を検出する超音波情報検出部２２とを備える。この場合、ガンマ線情報検出部２０および超音波情報検出部２２は、近接して並設される。
【００１２】
図２は、医用画像撮像装置１０の回路構成ブロックを示す。プローブ１４を構成するガンマ線情報検出部２０は、多数のピンホール状の開口部２４が形成されたコリメータ２６（符号化開口板）と、コリメータ２６を通過したガンマ線γを検出する複数の半導体検出素子２８（ガンマ線検出素子）とを備える。コリメータ２６を構成する開口部２４と、複数の半導体検出素子２８とは、図３に示すように、１次元状に配列される。コリメータ２６に形成されている多数の開口部２４の間隔は、疑似ランダム系列であるＭ系列に従った所定の周期パターンに設定される。この場合、Ｍ系列の自己相関関数は、δ関数に近く、ピーク以外では相関関数値が一定となる特徴を備えている。また、半導体検出素子２８としては、例えば、ＣｄＴｅ、ＣｄＺｎＴｅ等を用いることができる。各半導体検出素子２８は、信号増幅器３０を介してマルチプレクサ３２に接続される。マルチプレクサ３２は、各半導体検出素子２８から供給されるガンマ線検出信号を順次切り換えてカウンタ３４に供給する。
【００１３】
なお、開口部２４の間隔は、２値の疑似ランダム系列であれば、Ｍ系列以外に、Ｑ系列（平方剰余系列）、Ｇｏｌｄ系列、Ｗａｌｓｈ符号等のものを使用することも可能である。
【００１４】
また、プローブ１４を構成する超音波情報検出部２２は、超音波ＵＳを放射するとともに、被検体１２による超音波ＵＳの反射波を受信する圧電セラミック等からなる複数の微小振動子３６（超音波送受信素子）を備える。微小振動子３６は、半導体検出素子２８に近接して並設されており、図４に示すように、１次元状に配列される。各微小振動子３６は、超音波ＵＳおよびその反射波の送受信を行う送受信回路３８と、反射波検出信号に対する前処理を行う前処理回路４０とを介してマルチプレクサ４２に接続される。マルチプレクサ４２は、各微小振動子３６から供給される反射波検出信号を順次切り換えてＡ／Ｄ変換器４４に供給する。
【００１５】
プローブ１４は、インターフェース回路４６を介して情報処理装置１８に接続される。情報処理装置１８は、例えば、パソコンによって構成され、インターフェース回路４８を介して受信したプローブ１４からのガンマ線検出信号および反射波検出信号を処理し、被検体１２の断層画像を構築する処理を行うＣＰＵ５０を備える。ＣＰＵ５０には、フレームバッファ５２およびＤ／Ａ変換器５４を介して前記断層画像を表示するＣＲＴ５６が接続されるとともに、インターフェース回路５８を介して所望の操作データを入力するためのキーボード６０およびマウス６２が接続される。
【００１６】
ここで、プローブ１４は、上述したガンマ線情報検出部２０および超音波情報検出部２２をそれぞれ独立に形成したものを接合し、一体化して構成することもできる。
【００１７】
図５〜図７は、単独に構成したガンマ線情報検出部６４の具体例を示したものである。このガンマ線情報検出部６４は、図２に示す信号増幅器３０、マルチプレクサ３２、カウンタ３４およびインターフェース回路４６を含む信号処理回路が搭載された回路基板６６、６８と、回路基板６６、６８に連結される半導体検出素子２８とを収納する矩形状のケーシング７０を備える。ケーシング７０の一端部には、スペーサ７２を介してコリメータ２６が配設される。コリメータ２６には、半導体検出素子２８に平行な方向に配列される複数の開口部２４が形成される。一方、ケーシング７０の他端部には、ガンマ線情報検出部６４を情報処理装置１８に接続するためのコネクタ７４が配設される。なお、コネクタ７４の近傍には、ガンマ線情報検出部６４によるガンマ線検出信号のカウント開始スイッチ７６、ガンマ線情報検出部６４の動作状態を示す表示灯７８、８０等が配設される。このように構成されるガンマ線情報検出部６４においては、コリメータ２６と半導体検出素子２８との間隔がスペーサ７２によって調整可能である。
【００１８】
本実施形態の医用画像撮像装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、この医用画像撮像装置１０の動作並びに作用効果について説明する。
【００１９】
先ず、被検体１２から放射されるガンマ線γをガンマ線情報検出部２０によってカウントし、情報処理装置１８により処理することで第１断層画像を構築する処理について説明する。
【００２０】
図８に示す模式図では、ガンマ線γを放射する放射線源（放射性同位元素ＲＩ）の存在し得る被検体１２を任意の断層においてｎ個のボクセルに分割し、そのボクセルの１つをｊ（ｊ＝１、２、…、ｎ）とし、また、ガンマ線γを検出する半導体検出素子２８の素子数をｍとし、その素子の１つをｉ（ｉ＝１、２、…、ｍ）としている。
【００２１】
ｊ番目のボクセルがある一定時間内に放射するガンマ線γのカウント数の期待値をＳj、ｉ番目の半導体検出素子２８で一定時間内に検出されるガンマ線γのカウント数の期待値をＰi、実際に検出されるガンマ線γのカウント数をＰ*iとする。ｊ番目のボクセルから放射されたガンマ線γがｉ番目の半導体検出素子２８で検出される確率をｆijとすると、次の関係が成り立つ。
【００２２】
【数１】
0003710398.tif 000002
【００２３】
放射線源から放射されるガンマ線γのカウント数は、ポアソン分布に従ってランダムに変動するため、ｉ番目の半導体検出素子２８で検出されるカウント数もランダムに変動し、その期待値Ｐiは、（１）式で与えられる。
【００２４】
確率ｆijは、ｊ番目のボクセル、ｉ番目の半導体検出素子２８、コリメータ２６の開口部２４の位置関係および開口部２４の配列パターンであるＭ系列から幾何学的に決まる。しかしながら、ガンマ線γの吸収や散乱がない理想的な条件下であっても、確率ｆijの値を計算によって厳密に求めることは、計算量が多く困難であるため、実際の計算では、ボクセル内の放射線源分布がボクセルの中心に置いた点放射線源で代表されるものと仮定して近似的に求める。
【００２５】
すなわち、ｊ番目のボクセルから放射されてｉ番目の半導体検出素子２８に到達するガンマ線γの経路は、ｊ番目のボクセルの中心を頂点とし、ｉ番目の半導体検出素子２８を底面とする立錐を構成し、この立錐の頂点の立体角をΩ、立錐が切り取るコリメータ２６上の面積に占める開口部２４の面積の比（幾何光学的透過率）をτとすると、確率ｆijは、
ｆij＝（Ω／４π）・τ            …（２）
として与えられる。なお、ボクセルに比して半導体検出素子２８が小さい場合には、半導体検出素子２８の中心を頂点としてボクセルに接する面を底面とする立錐を構成することにより、この立錐から確率ｆijをより高精度に求めることができる。
【００２６】
放射線源の分布をＳ＝（Ｓ1，Ｓ2，…，Ｓn）、ガンマ線γのカウント数をＰ*＝（Ｐ*1，Ｐ*2，…，Ｐ*m）と表すと、この分布Ｓを観測するという条件下でカウント数Ｐ*が得られる条件付き確率（尤度）Ｐｒｏｂ（Ｐ*｜Ｓ）は、ポアソン分布の式と（１）式とを用いて、以下の（３）式で表される。なお、（３）式において、記号「^」は、べき乗を表すものとする。
【００２７】
【数２】
0003710398.tif 000003
【００２８】
情報処理装置１８では、（３）式の条件付き確率Ｐｒｏｂ（Ｐ*｜Ｓ）が最大となる放射線源の分布Ｓを漸近的に求める。
【００２９】
図９は、情報処理装置１８において、（３）式を用いて放射線源の分布Ｓを具体的に求める際のフローチャートを示す。
【００３０】
先ず、被検体１２に投入された放射性同位元素ＲＩから放射されるガンマ線γをコリメータ２６を介して半導体検出素子２８により検出し、信号増幅器３０およびマルチプレクサ３２を介してカウンタ３４に導入してカウントし、そのカウント信号を取り込むことにより、放射線源の投影データであるカウント数Ｐ*を収集する（ステップＳ１）。次に、推定放射線源の分布Ｓの初期値を設定した後（ステップＳ２）、放射線源の推定投影像である期待値Ｐ＝（Ｐ1，Ｐ2，…，Ｐm）を計算する（ステップＳ３）。なお、推定放射線源の分布Ｓの初期値は、例えば、一様分布となるように設定することができる。
【００３１】
次いで、ステップＳ３で求めた推定投影像である期待値Ｐと、ステップＳ１で収集した投影データであるカウント数Ｐ*とを比較し（ステップＳ４）、これらが許容誤差内にあるか否かを判定し（ステップＳ５）、許容誤差内にない場合には、推定投影像の不一致量Ｐ*／Ｐを計算する（ステップＳ６）。そして、この不一致量Ｐ*／Ｐを被検体１２に対して逆投影することにより（ステップＳ７）、推定放射線源の分布Ｓを修正する（ステップＳ８）。
【００３２】
ステップＳ３〜Ｓ８の処理を繰り返し行うことにより、期待値Ｐが漸近的にカウント数Ｐ*に近づくことになる。そして、ステップＳ５において、期待値Ｐとカウント数Ｐ*とが許容誤差内にあると判定された場合、そのときの推定放射線源の分布Ｓを、被検体１２の所望の断層面における第１断層画像データとしてフレームバッファ５２に出力する（ステップＳ９）。
【００３３】
次に、被検体１２に対して放射した超音波ＵＳの反射波を超音波情報検出部２２によって検出し、情報処理装置１８により処理することで第２断層画像を構築する処理について説明する。
【００３４】
送受信回路３８の駆動に基づいて微小振動子３６から放射された超音波ＵＳは、被検体１２を構成する組織によって一部が反射され、その反射波が反射波検出信号として微小振動子３６により検出される。各微小振動子３６は、検出した反射波検出信号を送受信回路３８および前処理回路４０を介してマルチプレクサ４２に送信する。マルチプレクサ４２は、送信された反射波検出信号を順次切り換え、Ａ／Ｄ変換器４４およびインターフェース回路４６を介して情報処理装置１８に送信する。
【００３５】
情報処理装置１８は、各微小振動子３６によって検出された反射波検出信号から被検体１２の組織の位置情報を算出し、第２断層画像データとしてフレームバッファ５２に出力する。
【００３６】
次いで、情報処理装置１８におけるＣＰＵ５０は、フレームバッファ５２上において、図１０に示すように、ガンマ線情報検出部２０から得られた第１断層画像データに係る第１断層画像８２と、超音波情報検出部２２から得られた第２断層画像データに係る第２断層画像８４とを重畳させ、合成された断層画像８６を生成する。そして、合成された断層画像８６は、Ｄ／Ａ変換器５４を介してＣＲＴ５６に転送され、表示される。
【００３７】
ここで、ガンマ線情報検出部２０によって検出されて得られた第１断層画像８２は、放射性同位元素ＲＩの分布する部分のみの画像であるため、放射性同位元素ＲＩを吸収した組織の断層画像を得ることはできるが、被検体１２の他の組織との位置関係が不明確である。一方、超音波情報検出部２２によって検出されて得られた第２断層画像８４からは、反射波が存在する組織の断層画像を得ることができる。そして、これらの第１断層画像８２および第２断層画像８４を重畳して得られた断層画像８６からは、被検体１２の他の組織に対する位置関係が明確となった状態で放射性同位元素ＲＩが吸収された特定の組織の状態を容易に確認することができる。この場合、第１断層画像８２と第２断層画像８４とを色を変えて表示するようにすれば、一層明確に組織の状態を把握し、解析することができる。
【００３８】
なお、図１に示すように構成されたプローブ１４においては、ガンマ線情報検出部２０および超音波情報検出部２２を近接して並設しているため、それぞれによって得られる第１断層画像８２および第２断層画像８４は、ガンマ線情報検出部２０および超音波情報検出部２２の離間距離に対応した位置関係で重畳されることになる。従って、得られた断層画像８６は、この距離の許容範囲において、被検体１２の組織の状態を表示している。
【００３９】
これに対して、図１１に示すように、ガンマ線情報検出部２０を半導体検出素子２８の配列方向に配設した回転軸８８を中心として所定角度回動させ、ガンマ線情報検出部２０による撮像域９０を超音波情報検出部２２による撮像域９２に対して傾斜させて設定することにより、撮像域９０および９２を交差させることができる。従って、交差する部位近傍において第１断層画像８２および第２断層画像８４の位置を高精度に一致させることができる。なお、超音波情報検出部２２をガンマ線情報検出部２０に対して回動可能に構成してもよいことは勿論である。
【００４０】
図１２は、ガンマ線情報検出部２０と超音波情報検出部２２とをヒンジ９４によって直線状に連結し、一方を他方に対して回動可能に構成したものであり、この場合には、撮像域９０および９２が重畳する部位において、第１断層画像８２および第２断層画像８４の位置が確実に一致した断層画像８６を得ることができる。
【００４１】
図１３は、ガンマ線情報検出部２０と超音波情報検出部２２とを対向配置したものであり、図１２の場合と同様に、第１断層画像８２および第２断層画像８４の位置が一致した断層画像８６を得ることができる。
【００４２】
図１４は、超音波情報検出部２２の両端部にヒンジ９６ａ、９６ｂを介して２つのガンマ線情報検出部２０ａ、２０ｂを直線状に連結し、各ガンマ線情報検出部２０ａ、２０ｂを超音波情報検出部２２に対して回動可能に構成したものである。この場合、各ガンマ線情報検出部２０ａ、２０ｂによって第１断層画像８２に係る情報が得られるため、一層高精度な第１断層画像８２を構築することができる。従って、ガンマ線情報検出部２０ａ、２０ｂの撮像域９０ａ、９０ｂおよび超音波情報検出部２２の撮像域９２が重畳する部位において、さらに良好な断層画像８６を得ることができる。
【００４３】
なお、図１１〜図１４に示す実施形態では、ガンマ線情報検出部２０、２０ａ、２０ｂおよび超音波情報検出部２２の位置を相互に調整可能とすることにより、被検体１２の撮像する組織の部位に応じた状態に設定して断層画像を取り込むことが可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ガンマ線情報検出部によって得られた第１断層画像と、超音波情報検出部によって得られた第２断層画像とを被検体の所望の位置における断層画像として合成して表示することにより、被検体の所望の部位において、組織の相対的な位置関係が明確な断層画像を得ることができる。この結果、当該断層画像に基づく被検体の特定の組織の状態を極めて容易に把握し、且つ、その解析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の医用画像撮像装置の構成図である。
【図２】本実施形態の医用画像撮像装置の回路構成ブロック図である。
【図３】本実施形態のガンマ線情報検出部の回路構成ブロック図である。
【図４】本実施形態の超音波情報検出部の回路構成ブロック図である。
【図５】本実施形態のガンマ線情報検出部の構成図である。
【図６】図５に示すガンマ線情報検出部の横断面図である。
【図７】図５に示すガンマ線情報検出部の縦断面図である。
【図８】本実施形態のガンマ線情報検出部により検出されたガンマ線情報に基づく断層画像構築の原理説明に供する図である。
【図９】本実施形態のガンマ線情報検出部により検出されたガンマ線情報に基づく断層画像構築の処理フローチャートである。
【図１０】本実施形態の医用画像撮像装置による断層画像合成の説明図である。
【図１１】本実施形態の医用画像撮像装置の他の実施形態の説明図である。
【図１２】本実施形態の医用画像撮像装置の他の実施形態の説明図である。
【図１３】本実施形態の医用画像撮像装置の他の実施形態の説明図である。
【図１４】本実施形態の医用画像撮像装置の他の実施形態の説明図である。
【符号の説明】
１０…医用画像撮像装置            １２…被検体
１４…プローブ                    １８…情報処理装置
２０、２０ａ、２０ｂ、６４…ガンマ線情報検出部
２２…超音波情報検出部            ２６…コリメータ
２８…半導体検出素子              ３６…微小振動子
５０…ＣＰＵ                      ５６…ＣＲＴ
８２…第１断層画像                ８４…第２断層画像
８６…断層画像
【図１】
0003710398.tif 000004
【図２】
0003710398.tif 000005
【図３】
0003710398.tif 000006
【図４】
0003710398.tif 000007
【図５】
0003710398.tif 000008
【図６】
0003710398.tif 000009
【図７】
0003710398.tif 000010
【図８】
0003710398.tif 000011
【図９】
0003710398.tif 000012
【図１０】
0003710398.tif 000013
【図１１】
0003710398.tif 000014
【図１２】
0003710398.tif 000015
【図１３】
0003710398.tif 000016
【図１４】
0003710398.tif 000017