(57)【要約】      （修正有）【課題】検出器モジュールのハードウェア的な位置ズレに起因する画質の劣化を、光学情報を用いて容易かつ高精度に補正することができる核医学診断装置および位置補正方法を提供する。【解決手段】核医学診断装置１０は、ＰＥＴ検出器モジュールの位置情報を光学情報にもとづいて取得する取得部と、位置情報にもとづいて、ＰＥＴ検出器モジュールの位置補正を行なう補正部と、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＥＴ検出器モジュールの位置情報を光学情報にもとづいて取得する取得部と、
前記位置情報にもとづいて、前記ＰＥＴ検出器モジュールの位置補正を行なう補正部と、
を備えた核医学診断装置。
【請求項２】
前記ＰＥＴ検出器モジュールは、
架台内に複数がリング状に配列されて、１または複数のリング型モジュール群を構成し、
前記光学情報は、
天球カメラにより１度に撮影された前記リング型モジュール群の画像を含み、
前記取得部は、
前記リング型モジュール群の画像にもとづいて、複数の前記ＰＥＴ検出器モジュールのそれぞれの前記位置情報を取得する、
請求項１記載の核医学診断装置。
【請求項３】
前記リング型モジュール群を複数備え、
前記天球カメラは、
１度に前記リング型モジュール群を撮影し、前記リングの中心軸に沿って所定距離移動し、隣接する前記リング型モジュール群を撮影することを繰り返すことにより、複数の前記リング型モジュール群の画像を取得する、
請求項２記載の核医学診断装置。
【請求項４】
前記天球カメラの撮影領域内に固設されたマーカ、
をさらに備え、
前記取得部は、
前記天球カメラの撮影画像に含まれる前記マーカと前記リング型モジュール群の画像とにもとづいて、複数の前記ＰＥＴ検出器モジュールのそれぞれの前記位置情報を取得する、
請求項２または３に記載の核医学診断装置。
【請求項５】
前記ＰＥＴ検出器モジュールは、
架台内に複数がリング状に配列されて、１または複数のリング型モジュール群を構成し、
前記光学情報は、
前記リングの中心軸周りにカメラを回転させつつ所定角度ずつ複数回撮影させて得られた前記リング型モジュール群の画像を含み、
前記取得部は、
前記リング型モジュール群の画像にもとづいて、複数の前記ＰＥＴ検出器モジュールのそれぞれの前記位置情報を取得する、
請求項１記載の核医学診断装置。
【請求項６】
前記取得部は、
複数の前記ＰＥＴ検出器モジュールのそれぞれの前記位置情報を、前記リング型モジュール群の画像を画像処理することにより取得する、
請求項２ないし５のいずれか１項に記載の核医学診断装置。
【請求項７】
前記補正部は、
複数の前記ＰＥＴ検出器モジュールのそれぞれの前記位置情報に応じて求めたシステムマトリクスを用いて、前記ＰＥＴ検出器モジュールの出力信号にもとづいて逐次近似画像再構成を行う、
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の核医学診断装置。
【請求項８】
前記光学情報を出力するカメラのレンズまたは天球カメラのレンズと、前記ＰＥＴ検出器モジュールの外表面と、の少なくとも一方には、縞模様が施され、
前記取得部は、
前記光学情報に含まれる当該縞模様の画像にもとづいて複数の前記ＰＥＴ検出器モジュールのそれぞれの前記位置情報を取得する、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の核医学診断装置。
【請求項９】
前記ＰＥＴ検出器モジュールの外表面には、色またはパターンが施され、
前記光学情報に含まれる
前記光学情報に含まれる前記ＰＥＴ検出器モジュールの外表面に施された色またはパターンにもとづいて複数の前記ＰＥＴ検出器モジュールのそれぞれの前記位置情報を取得する、
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の核医学診断装置。
【請求項１０】
ＰＥＴ検出器モジュールの位置情報を光学情報にもとづいて取得するステップと、
前記位置情報にもとづいて、前記ＰＥＴ検出器モジュールの位置補正を行なうステップと、
を有する位置補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、核医学診断装置および位置補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、核医学診断装置に用いられる検出器の高空間分解能化に伴い、検出器に求められる位置精度は高いものとなってきている。検出器は、さらなる高空間分解能化が求められることが予想される。
【０００３】
一般に、検出器の位置精度は、核医学診断装置の加工精度や組立精度に依存する。このため、位置精度の確保のためのコストは増加してしまう傾向にある。また、位置精度に影響を与える部材は、加工精度が求められるばかりでなく、たわみなどの変形にも耐えうることが求められる。このため、この種の部材としては鉄などの金属が多く採用され、核医学診断装置の重量の増加を招いていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８３１３２３８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、検出器モジュールのハードウェア的な位置ズレに起因する画質の劣化を、光学情報を用いて容易かつ高精度に補正することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る核医学診断装置は、ＰＥＴ検出器モジュールの位置情報を光学情報にもとづいて取得する取得部と、位置情報にもとづいて、ＰＥＴ検出器モジュールの位置補正を行なう補正部と、を備えたものである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係る核医学診断装置の一例を示すブロック図。
【図２】検出器モジュールのハードウェア的な位置ズレにより画質が劣化する様子の一例を示す説明図。
【図３】複数の検出器モジュールにより構成されるモジュール群について説明するための図。
【図４】（ａ）は光学カメラが天球カメラである場合の一例を示す説明図、（ｂ）は光学カメラが通常のカメラである場合の一例を示す説明図。
【図５】基準位置としてＣＴ基準面を用いる場合の一例を示す説明図。
【図６】天球カメラの進行方向の壁面に固設されたマーカを説明するための図。
【図７】図１に示す処理回路のプロセッサにより、検出器モジュールのハードウェア的な位置ズレに起因する画質の劣化を、光学情報を用いて容易かつ高精度に補正する際の手順の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しながら、核医学診断装置および位置補正方法の実施形態について詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態に係る核医学診断装置１０の一例を示すブロック図である。本実施形態に係る核医学診断装置１０は、ＰＥＴ（Positron Emission Tomography）装置やＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission computed Tomography）装置などのガンマ線検出器を備えた装置に適用することができる。また、本実施形態に係る核医学診断装置は、ガンマ線検出器を備えた装置が形態画像を生成するＸ線ＣＴ（Computed Tomography）装置等の装置に組み合わせられたＰＥＴ−ＣＴ装置等の複合装置にも適用することが可能である。以下、本発明に係る核医学診断装置としてＰＥＴ装置を用いる場合の一例について説明する。
【００１０】
核医学診断装置１０は、スキャナ装置１１およびコンソール１２を有する。スキャナ装置１１は、天板２１、天板駆動装置２２、複数の検出器モジュール２３、ＰＥＴ架台２４、光学カメラ２５、データ収集回路３１、およびカメラ制御回路３２を有する。
【００１１】
天板２１は、被検体を載置可能に構成される。また、天板２１は、光学カメラ２５を載置可能に構成される。
【００１２】
天板駆動装置２２は、コンソール１２に制御されて、天板２１を昇降動させる。また、天板駆動装置２２は、コンソール１２に制御されて、ＰＥＴ架台２４の中央部分の開口部へ天板２１を天板２１の長軸方向（ｚ軸方向）に沿って移送する。
【００１３】
検出器モジュール２３は、ＦＤＧ（フルオロデオキシグルコース）などの薬品に含まれて被検体に投与された放射性同位元素から放射されるガンマ線を検出する検出器である。
【００１４】
本実施形態では、検出器モジュール２３がシンチレータ型検出器モジュールである場合の例について説明する。この場合、検出器モジュール２３は、ガンマ線が入射すると瞬間的な閃光を発する２次元配列されたシンチレータ、シンチレータから射出された光を検出するための２次元に配列された複数の光電子増倍管、シンチレータから射出された光を光電子増倍管に導くライトガイド、およびシンチレータ用電子回路などを有する。
【００１５】
シンチレータは、たとえばタリウム活性化ヨウ化ナトリウムＮａＩ（Ｔｌ）により構成される。シンチレータ用電子回路は、ガンマ線が入射する事象（イベント）が発生するごとに、複数の光電子増倍管の出力にもとづいて複数の光電子増倍管により構成される検出面内におけるガンマ線の入射位置の情報および強度の情報を生成しデータ収集回路３１に出力する。
【００１６】
本実施形態において、複数の検出器モジュール２３は、ＰＥＴ架台２４の開口部を囲むように六角形または円形にＰＥＴ架台２４内に配置されるとともに、多層のリングに配列された、リング配列型のモジュールである。
【００１７】
ここで、検出器モジュール２３のハードウェア的な位置ズレが画質に与える影響について説明する。
【００１８】
図２は、検出器モジュール２３のハードウェア的な位置ズレにより画質が劣化する様子の一例を示す説明図である。
【００１９】
一般に、ＰＥＴ装置では、同時計数された対消滅イベントを検出した両検出器モジュールの計測時刻の差から対消滅イベントの発生位置の座標点を求め、両検出器モジュールを結ぶ直線であるＬＯＲ（Line of Response）に沿って検出器の時間分解能に相当するガウス関数でぼかした分布を対消滅イベントの発生位置情報とする。このため、対消滅イベントの発生位置は、ＬＯＲ（Line of Response）に沿った所定の長さをもつ線分として与えられる。
【００２０】
しかし、検出器モジュール２３がＰＥＴ架台２４に組み付けられるときの誤差など、検出器モジュール２３にハードウェア的な位置ズレが生じている場合、ＬＯＲがソフトウェア上の仮想空間における検出器モジュール２３の位置からズレてしまい（図２点線参照）、空間分解能が劣化してしまう。
【００２１】
一方で、上述のとおり、ハードウェア面から検出器モジュール２３の位置精度を追求することは、コスト面、重量面や技術面から、困難である。
【００２２】
そこで、検出器モジュール２３のハードウェア的な位置ズレを定量的に評価し、ソフトウェア面から画質への影響を取り除くことが有効であると考えられる。そもそも、検出器モジュール２３のハードウェア的な位置ズレが画質に与える影響は、ソフトウェア上の仮想空間における検出器モジュール２３の位置と、実空間における検出器モジュールの位置とがズレることに起因する。
【００２３】
したがって、この両者の位置情報のズレを小さくするべく、実空間での検出器モジュール２３の位置情報を取得し、この位置情報にもとづいて、仮想空間における検出器モジュール２３の位置を補正するか、あるいは実空間での位置情報をハードウェア的に補正するとよい。ハードウェア的に補正する場合は、位置情報にもとづいて、たとえばアクチュエータ等の駆動部材によって検出器モジュール２３の位置を調整するとよい。
【００２４】
本実施形態に係る核医学診断装置１０は、この位置情報を取得するために、光学カメラ２５を備える。具体的には、核医学診断装置１０は、光学カメラ２５により取得された光学情報に含まれる検出器モジュール２３の画像にもとづいて、検出器モジュール２３の位置情報を取得し、この位置情報にもとづいて検出器モジュール２３の位置を補正する。
【００２５】
図３は、複数の検出器モジュール２３により構成されるモジュール群２３ｇについて説明するための図である。
【００２６】
検出器モジュール２３は、１または複数のリング型のモジュール群２３ｇを構成する。以下、リング状のモジュール群２３ｇのそれぞれをスライスという。検出器モジュール２３どうしの相対的な位置情報を取得することができれば、画像の空間分解能の劣化を防ぐことができる。相対的な位置情報を取得するためには、スライスごとの光学カメラ画像を取得することが好ましい。また、核医学診断装置１０の装置座標空間における座標（ｘ，ｙ，ｚ）と傾き（ｒｘ，ｒｙ，ｒｚ）のパラメータを取得することができれば、より好ましい。
【００２７】
図４（ａ）は光学カメラ２５が天球カメラ２５ａである場合の一例を示す説明図であり、（ｂ）は光学カメラ２５が通常のカメラ２５ｂである場合の一例を示す説明図である。
【００２８】
光学カメラ２５が半天球型または全天球型の天球カメラ２５ａである場合には、同一スライスの、すなわち同一のモジュール群２３ｇに属する、検出器モジュール２３の画像を一度に取得することができる。より具体的には、天球カメラ２５ａは、天板２１と一体的に移動するように天板２１に取り付けられて、１つのモジュール群２３ｇを１度で撮影し、次にｚ軸（リングの中心軸）に沿って所定距離移動し、次に隣接するモジュール群２３ｇを撮影することを繰り返すことにより、全てのモジュール群２３ｇの画像を取得する。
【００２９】
一方、光学カメラ２５が広角レンズなどの特殊レンズが取り付けられていない通常のカメラ２５ｂである場合は、カメラ２５ｂは、回転機構２６を介して天板２１と一体的に移動するように天板２１に取り付けられるとよい。この場合、回転機構２６は、ｚ軸まわりに通常のカメラ２５ｂを回転させるステッピングモータなどにより構成され、カメラ制御回路３２を介してコンソール１２の処理回路４４に制御される。このとき、通常のカメラ２５ｂは、ｚ軸まわりに回転しつつ、所定角度ごとに撮影することを繰り返すことにより、モジュール群２３ｇの全体の画像を得ることができる。
【００３０】
図１に戻って、コンソール１２は、入力インターフェース４１、ディスプレイ４２、記憶回路４３および処理回路４４を有する。
【００３１】
入力インターフェース４１は、ユーザからの各種の入力操作を受け付け、受け付けた入力操作を電気信号に変換して処理回路４４に出力する。たとえば、入力インターフェース４１は、マウスやキーボード、トラックボール、スイッチ、ボタン、ジョイスティック等により実現される。
【００３２】
ディスプレイ４２は、各種の情報を表示する。たとえば、ディスプレイ４２は、処理回路４４によって生成されたＰＥＴ画像や、ユーザからの各種操作を受け付けるためのＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）等を出力する。たとえば、ディスプレイ４２は、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ  Ｒａｙ  Ｔｕｂｅ）ディスプレイイ、ＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイ等である。
【００３３】
記憶回路４３は、たとえば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等の、プロセッサにより読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有し、処理回路４４が利用するプログラムその他のデータを記憶する。
【００３４】
処理回路４４は、記憶回路４３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、検出器モジュール２３のハードウェア的な位置ズレに起因する画質の劣化を、光学情報を用いて容易かつ高精度に補正するための処理を実行するプロセッサである。処理回路４４のプロセッサはまた、核医学診断装置１０の全体の動作を制御する。
【００３５】
図１に示すように、処理回路４４のプロセッサは、取得機能５１および補正機能５２を実現する。これらの各機能はそれぞれプログラムの形態で記憶回路４３に記憶されている。
【００３６】
取得機能５１は、光学カメラ２５によって撮影された検出器モジュール２３の画像を取得し、このカメラ画像にもとづいて、検出器モジュール２３の位置情報を取得する。
【００３７】
たとえば、取得機能５１は、光学カメラ２５により撮影されたモジュール群２３ｇのカメラ画像を画像処理することにより、検出器モジュール２３のそれぞれの位置情報を取得する。具体的には、取得機能５１は、カメラ画像に含まれる検出器モジュール２３の大きさから、光学カメラ２５と検出器モジュール２３の距離を求めることができるとともに、検出器モジュール２３のゆがみから、光学カメラ２５に対する検出器モジュール２３の傾きを求めることができる。
【００３８】
補正機能５２は、取得機能５１によって取得された検出器モジュール２３の位置情報にもとづいて、検出器モジュール２３の位置補正を行なう。
【００３９】
このとき、検出器モジュール２３どうしの相対的な位置情報にもとづいて補正することにより、画像の空間分解能の劣化を防ぐことができる。また、核医学診断装置１０の装置座標空間における座標（ｘ，ｙ，ｚ）と傾き（ｒｘ，ｒｙ，ｒｚ）のパラメータにもとづいて補正することができれば、より好ましい。
【００４０】
このパラメータを取得するためには、相対的な位置情報に加え、基準位置の情報が必要となる。基準位置としては、あらかじめ定められた１または複数の検出器モジュール２３（たとえば中央のスライスの鉛直方向最高点にあるはずの検出器モジュール２３）の設計座標を用いることができるほか、あらかじめ装置座標空間における設計パラメータが既知の種々の位置を基準位置として利用することができる。
【００４１】
図５は、基準位置としてＣＴ基準面６１を用いる場合の一例を示す説明図である。核医学診断装置１０がＰＥＴ−ＣＴ装置に用いられる場合には、たとえば、ＰＥＴ架台２４とＣＴ架台６０の合わせ面であるＣＴ基準面６１を基準位置とし、この基準位置から各検出器モジュールの距離および角度を求めてもよい。この場合、ＣＴ装置とＰＥＴ装置の位置関係を正確に把握することができるため、ＣＴ画像とＰＥＴ画像の位置合わせを容易かつ正確に行うことができる。
【００４２】
また、画像処理の精度を上げるために、光学カメラ２５のレンズと検出器モジュール２３の外表面と、の少なくとも一方に、縞模様を施しておいてもよい。また、両者に縞模様を施す場合は、カメラ画像にできるモアレ縞にもとづいて、取得機能５１はより高精度に検出器モジュール２３の位置情報を取得することができる。また、検出器モジュール２３の外表面に特徴的な色やパターンを施すことによっても、取得機能５１による位置情報の取得精度を向上させることができる。ここで、外表面とは、光学カメラ２５により撮影可能な面をいう。
【００４３】
また、光学カメラ画像から当該画像の撮影位置の装置座標空間における位置を特定することができれば、検出器モジュール２３の位置情報をさらに正確に求めることができる。
【００４４】
図６は、天球カメラ２５ａの進行方向の壁面７０に固設されたマーカ７１を説明するための図である。
【００４５】
図６に示すように、天球カメラ２５ａの撮影領域内にマーカ７１を固設しておくと、カメラ画像に常にマーカ７１が含まれることになる。この場合、カメラ画像におけるマーカ７１の位置にもとづいて、天球カメラ２５ａの撮影位置が、装置座標空間でどの位置であるかの絶対位置を容易に特定することができる。したがって、取得機能５１は、カメラ画像に含まれるマーカ７１の画像とモジュール群２３ｇの画像とにもとづいて、検出器モジュール２３のそれぞれの位置情報を正確に取得することができる。
【００４６】
また、補正機能５２は、取得機能５１が取得した検出器モジュール２３のそれぞれの位置情報に応じてシステムマトリクス求め、このシステムマトリクスを用いて、検出器モジュール２３の出力信号にもとづいて逐次近似画像再構成を行ってもよい。
【００４７】
図７は、図１に示す処理回路４４のプロセッサにより、検出器モジュール２３のハードウェア的な位置ズレに起因する画質の劣化を、光学情報を用いて容易かつ高精度に補正する際の手順の一例を示すフローチャートである。図７において、Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。
【００４８】
この手順は、核医学診断装置１０の据付時のほか、毎朝または毎晩または毎撮影前などの定期的なメンテナンスタイミングでスタートとなる。
【００４９】
まず、ステップＳ１において、取得機能５１は、光学カメラ２５により撮影された検出器モジュール２３の画像を取得する。次に、ステップＳ２において、取得機能５１は、検出器モジュール２３のカメラ画像にもとづいて検出器モジュール２３どうしの相対的な位置情報を取得する。
【００５０】
以上の手順により、検出器モジュール２３どうしの相対的な位置情報にもとづく位置補正を行うことが可能となる。
【００５１】
また、取得機能５１は、基準位置が利用可能な場合は、続いてステップＳ３において、基準位置情報にもとづいて検出器モジュール２３の装置座標空間におけるパラメータ（絶対位置）を取得する。
【００５２】
そして、ステップＳ４において、補正機能５２は、検出器モジュール２３のソフトウェア的なまたはハードウェア的な位置補正処理を実行する。
【００５３】
以上の手順により、検出器モジュール２３のハードウェア的な位置ズレに起因する画質の劣化を、光学情報を用いて容易かつ高精度に補正することができる。
【００５４】
本実施形態に係る核医学診断装置１０によれば、光学カメラ２５によるモジュール群２３ｇの撮影画像にもとづいて検出器モジュール２３の相対的な位置情報を取得することができる。また、基準位置を用いることにより、絶対的な位置情報を取得することができる。したがって、構成部材に鉄などの金属を用いるといったハードウェア的なアプローチで空間分解能の向上を図る方法に比べ、加工コストおよび組立コストを大幅に削減しつつ、位置ずれを補正することができるとともに、補正用パラメータを簡便かつ短時間で精度よく取得することができる。また、構成部材に鉄などの金属を用いるといったハードウェア的なアプローチで空間分解能の向上を図る方法に比べ、より軽量な部材を選択することができるため、装置全体の軽量化を図ることができ、核医学診断装置１０の運搬や設置が容易となる。
【００５５】
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、検出器モジュール２３のハードウェア的な位置ズレに起因する画質の劣化を、光学情報を用いて容易かつ高精度に補正することができる。
【００５６】
なお、本実施形態における処理回路４４の取得機能５１および補正機能５２は、それぞれ特許請求の範囲における取得部および補正部の一例である。
【００５７】
なお、上記実施形態において、「プロセッサ」という文言は、たとえば、専用または汎用のＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、または、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイス（たとえば、単純プログラマブル論理デバイス（Simple Programmable Logic Device：ＳＰＬＤ）、複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）、およびＦＰＧＡ）等の回路を意味するものとする。プロセッサは、記憶媒体に保存されたプログラムを読み出して実行することにより、各種機能を実現する。
【００５８】
また、上記実施形態では処理回路の単一のプロセッサが各機能を実現する場合の例について示したが、複数の独立したプロセッサを組み合わせて処理回路を構成し、各プロセッサが各機能を実現してもよい。また、プロセッサが複数設けられる場合、プログラムを記憶する記憶媒体は、プロセッサごとに個別に設けられてもよいし、１つの記憶媒体が全てのプロセッサの機能に対応するプログラムを一括して記憶してもよい。
【００５９】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６０】
１０  核医学診断装置
２１  天板
２３  検出器モジュール
２３ｇ  モジュール群
２４  ＰＥＴ架台
２５  光学カメラ
２５ａ  天球カメラ
２５ｂ  カメラ
２６  回転機構
４４  処理回路
５１  取得機能
５２  補正機能
６０  ＣＴ架台
７０  壁面
７１  マーカ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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