(57)【要約】  例えば、対象物の核及び磁気(MR)共鳴画像といったレジストレーションされた診断画像58,62を生成するシステムが、エミッション診断画像58と、オプションで中間トランスミッション又はエミッション画像56とを生成する核イメージングデバイス10を含む。MRイメージングデバイスといった第２のイメージングデバイス12は、磁気共鳴診断画像62と、オプションで核イメージングデバイスからの画像で診断MR画像より容易にレジストレーションされる中間画像とを生成する。画像の処理は、核イメージングデバイス及びMRイメージングデバイスにより生成される画像56,58,60,62における共通生体構造を位置揃えするための変換を生成するプリプロセッシング部64と、エミッション及び磁気共鳴診断画像をレジストレーション状態にするためその変換を適用する診断画像レジストレーション部とを含む。
2008523871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジストレーションされた、対象物の核及び磁気共鳴診断画像を生成するシステムであって、
少なくともエミッション診断画像を生成する核イメージングデバイスと、
少なくとも磁気共鳴診断画像を生成する磁気共鳴イメージングデバイスと、
前記核イメージングデバイスと前記磁気共鳴イメージングデバイスとにより生成される画像における共通の生体構造を位置揃えする変換を生成する手段と、
前記エミッション及び磁気共鳴診断画像をレジストレーションされた状態にするために、前記変換を適用する手段とを有するシステム。
【請求項２】
前記核イメージングデバイスが、前記エミッション診断画像に加えてトランスミッション画像を生成するのに使用する放射線源を含み、前記トランスミッション画像は、本質的にエミッション診断画像と共にレジストレーションされ、前記磁気共鳴イメージングデバイスが、前記トランスミッション画像を模倣する画像を生成し、前記変換生成手段は、前記トランスミッション画像と前記トランスミッション模倣画像とに基づき前記変換を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記トランスミッション模倣画像が、前記磁気共鳴診断画像とは異なる陽子密度画像であり、前記陽子密度画像は、前記磁気診断画像を生成するためのスキャンシーケンスにインターリーブされるスキャンシーケンスにより生成される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記対象物に注入される放射線同位元素トレーサを更に含み、前記放射線同位元素が、好ましくは前記磁気共鳴イメージングデバイスにより画像化される生体構造に付けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記放射線同位元素トレーサが、好ましくは前記前記磁気共鳴イメージングデバイスにより画像化される生体構造に付けられる第１のエネルギーの放射線同位元素と、前記エミッション診断画像に使用される第２のエネルギーの放射線同位元素とを含み、前記変換生成手段は、第１のエネルギーエミッション画像と前記磁気共鳴イメージングデバイスからの画像とから前記変換を生成する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記磁気共鳴イメージングデバイスからの前記画像が、第２の画像であり、前記変換生成手段は、前記第１のエネルギーエミッション画像と前記第２の画像とから前記変換を生成する、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記対象物に注入される放射性医薬品を更に含み、前記放射性医薬品が、前記核イメージングデバイスにより画像化される放射線同位元素と、前記磁気共鳴イメージングデバイスにより画像化される造影剤とを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記造影剤がナノ粒子を有する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記核イメージングデバイスが、単光子放出コンピュータ断層撮影イメージングデバイスである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
レジストレーションされた、対象物の核及び磁気共鳴診断画像を生成する方法において、
核イメージングデバイスを用いて前記対象物の少なくともエミッション診断画像を生成するステップと、
磁気共鳴イメージングデバイスを用いて少なくとも磁気共鳴診断画像を生成するステップと、
前記核イメージングデバイスと前記磁気共鳴イメージングデバイスとにより生成される画像における共通の生体構造を位置揃えする変換を生成するステップと、
前記エミッション及び磁気共鳴診断画像をレジストレーションされた状態にするために、前記変換を適用するステップとを有する方法。
【請求項１１】
前記エミッション診断画像と共に位置揃えされる第２の画像を生成するステップを更に含み、前記変換の生成ステップが、前記第２の画像と、前記磁気共鳴診断画像又は前記磁気共鳴診断画像と共に位置揃えされる画像とにおける共通の生体構造を位置揃えするステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記磁気共鳴診断画像と共に位置揃えされる第２の画像を生成するステップを更に含み、前記変換の生成ステップが、前記エミッション診断画像と共に位置揃えされる前記第２の画像と、前記磁気共鳴診断画像と共に位置揃えされる前記第２の画像とにおける共通の生体構造を位置揃えするステップを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記磁気共鳴診断画像と共に位置揃えされる前記第２の画像が、前記磁気共鳴診断画像とは異なる陽子密度画像であり、前記陽子密度画像は、前記磁気診断画像を生成するスキャンシーケンスにインターリーブされるスキャンシーケンスにより生成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記エミッション診断画像と共に位置揃えされる前記第２の画像がエミッション画像であり、前記方法が、更に、
前記対象物に放射線同位元素トレーサを導入するステップを含み、前記放射線同位元素トレーサは、好ましくは前記前記磁気共鳴イメージングデバイスにより画像化される生体構造に付けられる第１のエネルギーの放射線同位元素と、前記エミッション診断画像に使用される第２のエネルギーの放射線同位元素とを含み、前記変換生成ステップが、第１のエネルギーエミッション画像と前記磁気共鳴イメージングデバイスからの画像とから前記変換を生成するステップを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記対象物に放射性医薬品を導入するステップを更に含み、前記放射性医薬品が、前記核イメージングデバイスにより画像化される放射線同位元素と、前記磁気共鳴イメージングデバイスにより画像化される造影剤とを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
前記造影剤がナノ粒子を有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
放射性同位元素と請求項１５に記載の方法に使用する磁気共鳴造影剤とを含む放射性医薬品。
【請求項１８】
前記トレーサが、平均直径1000ナノメータ未満の粒子を含む、請求項１７に記載の放射性医薬品。
【請求項１９】
前記粒子が脂質コーティングを持つ、請求項１７に記載の放射性医薬品。
【請求項２０】
異なるモダリティの画像をレジストレーションする方法において、
第１のモダリティの核イメージング処理で対象物の第１の診断画像を生成するステップと、
前記第１の診断画像と共にレジストレーションされる前記対象物の第１の中間画像を生成するステップと、
第２のモダリティのイメージング処理で対象物の第２の診断画像を生成するステップと、
前記第２の診断画像と共にレジストレーションされる前記対象物の第２の中間画像を生成するステップと、
前記第１及び第２の中間画像をレジストレーションする変換を得るステップと、
前記第１及び第２の診断画像をレジストレーションするために前記変換を適用するステップとを有する方法。
【請求項２１】
前記第１の診断画像が、第１のエネルギーのエミッション画像であり、前記第１の中間画像は、トランスミッション画像及び第２のエネルギーのエミッション画像のいずれかである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の中間画像がエミッション画像であり、前記方法は更に、前記対象物に放射線同位元素トレーサを導入するステップを含み、前記放射線同位元素トレーサが、好ましくは前記磁気共鳴イメージングデバイスにより画像化される生体構造に付けられる第１のエネルギーの放射性同位元素と、前記エミッション診断画像に使用される第２のエネルギーの放射性同位元素とを含み、前記変換の生成ステップは、第１のエネルギーのエミッション画像と前記磁気共鳴イメージングデバイスからの画像とから前記変換を生成するステップを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２の診断画像が磁気共鳴画像であり、前記第２の中間画像は前記第２の診断画像より低分解能な磁気共鳴画像である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記対象物に放射性同位元素を導入するステップを更に有し、前記放射性同位元素が前記第２の中間画像に表示される造影剤に関連付けられ、前記放射性同位元素は前記第１の中間画像に表示される、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２の中間画像が磁気共鳴画像である、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異なるイメージングモダリティからの画像を、斯かる画像が一緒に表示され、互いに重なることができるようレジストレーション(registration:位置調整、位置合わせ)することに関する。単光子放出コンピュータ断層撮影(SPECT)画像と磁気共鳴(MR)イメージングにより生成される画像とのレジストレーションに組み合わせて用いる特定の用途に適用でき、本明細書においてもその特定の用途を参照して説明されることになる。しかしながら、本発明の例示的な実施形態は他のモダリティからの画像のレジストレーションにも適用できることを理解されたい。
【背景技術】
【０００２】
異なるイメージングモダリティを用いて対象物を画像化することが役に立つ多くのフィールドがある。例えばMR及びX線コンピュータ断層撮影(CT)といったモダリティは、X線画像又は磁気共鳴画像の形式で、その対象物に関する詳細な生体構造情報を提供する。SPECT及び陽電子放出断層撮影(PET)といった核イメージング技術を含む他のモダリティは、例えば、生理的トレーサに付けられる放射性マーカの対象物への導入によって、他のモダリティでは見ることができない種々の構造に関する情報、又はその対象物内で生じる代謝若しくは生理現象に関する機能的情報を提供する。
【０００３】
異なるモダリティからの画像が並べられて検査されることができるものの、ある画像に表示される構造と他の画像に表示される構造との空間関係に関する情報はしばしば有益である。その情報とは、例えば、隣接組織又は骨格構造に対する腫瘍の位置である。特に医療業界(community)においては、問題となっている生体構造に生理的／代謝的現象を関連付けるために、SPECT又はPETにより提供される機能的な情報をMRにより提供される生体構造情報と結合する事に関する需要が急速に拡大している。画像を互いに重畳させて表示することがしばしば有益である。正確に重ねられるように、ある画像における対象物の特定の位置を表す領域が、他の画像における対応する領域に対して正確に位置決めされるべきである。この位置揃えを実現する処理は、「レジストレーション」として知られる。正確なレジストレーションのためには、ある画像における各点が、第２の画像における対応する点にマッピングされることが望ましい。
【０００４】
異なるモダリティの画像でのレジストレーションのための様々な技術が、特に医療イメージング分野において提案されてきた。１つの方法によれば、対象物を動かすことなく又はスキャナ間を正確に知られた距離分対象物をシフトすることにより、２つのモダリティにおける画像が同時に又はほぼ同時に取得される。ある程度レジストレーション問題を緩和するPET/CT及びSPECT/CTイメージング用の専用スキャナが開発された。しかしながら、あるイメージングデバイスは、近接(close proximity)での使用には適さない。例えば、MRIデバイスで生成される磁場は、SPECTデータの取得に影響を及ぼす可能性がある。更に、１つのイメージングデバイスに２つのモダリティを提供することは、デバイスの複雑さとコストとを増加させてしまう。従って、独立的に生成された、つまり時間及び／又は位置に関して一定の間隔を空けて生成された画像をレジストレーションすること(register)が望ましい。
【０００５】
異なるモダリティからの画像をレジストレーションすることは、レジストレーション対象の画像をマッピングするための数学的関係を得ることを含む。マッピングを処理するソフトウェアは、例えば、強度若しくは強度分布の検出及び比較に基づき、又は、エッジ若しくは幾何学構造の検出及び比較に基づき、共通特徴(common feature)を特定する方法を含む。例えば、レジストレーション対象の画像における強度のマッチングに基づく方法は、分散を最小にするための変換パラメタを変化させるステップを含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
SPECT及びMRを用いて独立的に得られる画像をレジストレーションすることの１つの困難さは、画像生成処理の基礎をなす物理法則が非常に異なっていて関連性がないため、これら２つのモダリティからの画像において正確に特定可能な共通特徴が、もしあるとしても非常に少ないという点にある。SPECTトレーサが特異であればあるほど、関連するMR画像においても現れることになる一般的な生体構造コントラストはより小さくなる。極端な場合、SPECT画像は、周囲の生体構造との目に見える関連性を何ら示すことなく、わずかな非常に特有のホットスポットだけを示す。共通情報の欠如、つまり、核医学画像が詳細な骨格及び臓器構造を含まない一方でMR画像は機能情報を含まないことが、２つの画像がそれらを正確にマッチングさせるのに必要な情報を欠いていることを意味する。
【０００７】
両方のモダリティの画像に現れる基準マーカが、異なるモダリティからの画像をレジストレーションする際の補助となるように開発されてきた。しかしながら、組織は動く傾向があるので、基準マーカは骨格構造から離れた組織において特に効果がある。
【０００８】
PETとCTとに基づき独立的に得られる画像のレジストレーションのためにソフトウェアパッケージが開発されてきた。その技術は、診断データから生成される再構成画像の連続的な減衰訂正のため、異なるエネルギーでPETシステムにより診断データと共に取得される同位体放射線トランスミッション画像(isotope radiation transmission image)を利用する。トランスミッション・スキャンは、CTと同じ物理法則に基づかれ、CTデバイスからのものと比較されることができる。PET及びCTレジストレーションの成功が、SPECT及びMRデータの組み合わせに対する要望も刺激した。
【０００９】
Wainerらによる米国特許第5,871,013号及びLiebigらによる米国特許第5,672,877号は、例えば、レジストレーション処理においてトランスミッション画像を用いることにより、機能的な核医学エミッション画像(emission image)と、X線画像といった他のモダリティ画像とをレジストレーションする方法を開示する。トランスミッション画像は、通例機能的なエミッション画像と同じイメージング装置により得られるので、エミッション画像と共同レジストレーションされる(co-registered)ことを想定することができる(つまり、画像フレームにおける同じピクセルアドレスが対象物における同じ位置に対応する)。
【００１０】
いくつかの場合、トランスミッション画像(これはSPECT画像と呼ばれることがある)がSPECTエミッション画像と同時に取得される。そのトランスミッション画像は、放射線が対象物に入りそのうちのいくらかが検出器に到達するよう通過するように放射線源を対象物の反対側に置くことにより、検出器から得られる。これは、対象物の減衰及び散乱特性に関する情報を提供する画像を提供する。トランスミッション画像は、対象物の異なる領域に生じる異なる減衰及び散乱に対するエミッション画像を訂正するのに使用される。エミッション画像において、対象物の異なる深度又は異なる構造から放出される光子は、異なる減衰及び散乱を経験し、体内における代謝機能に関連しない画像における強度を変化させることをもたらす。トランスミッション画像は、変化する(differing)減衰及び散乱に関する情報を効率的に提供し、エミッション画像の訂正を可能にする。
【００１１】
しかしながら、SPECTエミッション画像は機能に関する情報を含むが、対象物の構造に関する重要な情報は含まない。従って、SPECTエミッション画像は、生体構造MR画像に直接関連することはない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の例示的な実施形態の１つの側面によれば、対象物の核及びMR診断画像でレジストレーションされたものを生成するためのシステムが提供される。そのシステムは、少なくともエミッション診断画像を生成する核イメージングデバイスと、少なくとも磁気共鳴診断画像を生成するMRイメージングデバイスとを含む。核イメージングデバイスとMRイメージングデバイスとにより生成される画像における共通生体構造を位置揃えするための変換を生成する手段と、エミッション及び磁気共鳴診断画像をレジストレーション状態にするために、その変換を適用する手段とが提供される。
【００１３】
本発明の例示的な実施形態の別の側面によれば、対象物の核及びMR診断画像でレジストレーションされたものを生成するための方法が提供される。その方法は、核イメージングデバイスで対象物の少なくともエミッション診断画像を生成するステップと、MRイメージングデバイスで少なくとも磁気共鳴診断画像を生成するステップとを含む。核イメージングデバイスとMRイメージングデバイスとにより生成される画像における共通の生体構造を位置揃えするための変換が生成される。その変換は、エミッション及び磁気共鳴診断画像をレジストレーション状態にするために適用される。
【００１４】
本発明の例示的な実施形態の別の側面によれば、異なるモダリティの画像をレジストレーションする方法が提供される。その方法は、第１のモダリティの核イメージング処理で対象物の第１の診断画像を生成するステップ、その第１の診断画像と共同レジストレーションされる対象物の第１の中間画像を生成するステップ、第２のモダリティのイメージング処理で対象物の第２の診断画像を生成するステップ、及びその第２の診断画像と共にレジストレーションされる対象物の第２の中間画像を生成するステップを含む。第１及び第２の中間画像をレジストレーションする変換が得られ、その変換がその第１及び第２の診断画像をレジストレーションするために適用される。
【００１５】
本発明の例示的な実施形態の別の側面によれば、異なるモダリティの画像をレジストレーションするシステムが提供される。そのシステムは、第１のモダリティのイメージング処理で対象物の第１の診断画像を生成し、その第１の診断画像と共同レジストレーションされる対象物の第１の中間画像を生成するよう構成される第１のイメージングデバイスと、第２のモダリティのイメージング処理で対象物の第２の診断画像を生成し、その第２の診断画像と共同レジストレーションされる対象物の第２の中間画像を生成する第２のイメージングデバイスとを含む。制御及び処理システムは、その第１及び第２のイメージングデバイスに、第１及び第２の診断画像並びに第１及び第２の中間画像を取得することを命じる。その制御及び処理システムは、第１及び第２の中間画像をレジストレーションする変換を得て、その変換を第１及び第２の診断画像に適用する。
【００１６】
本発明の少なくとも１つの実施形態における利点は、本発明がSPECT及びMR画像の融合を可能とする点にある。
【００１７】
本発明の少なくとも１つの実施形態における別の利点は、異なるモダリティからの画像のレジストレーションの精度が増加される点にある。
【００１８】
本発明の少なくとも１つの実施形態における別の利点は、独立的に得られる画像のレジストレーションができる点にある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の更に追加的な利点及び利益は、好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読み理解すれば当業者には明らかであろう。
【００２０】
本発明は、様々な要素及び要素の配列の形式、並びに様々なステップ及びステップの配列の形式を取ることができる。図面は、好ましい実施形態の説明目的で示されるに過ぎず、本発明を限定するものと解釈されるべきでない。
【００２１】
１以上のイメージングモダリティからの画像をレジストレーションする方法は、レジストレーション可能な(registrable)特徴を持つ画像を１つ又は両方のモダリティにおいて生成するステップを含む。ある実施形態において、レジストレーション可能な特徴を持つ画像（又は複数の画像）は、中間画像である。中間画像は、診断的な品質を必要とせず、診断目的に使用される画像(「診断画像」)と共にレジストレーションされることが想定されることができる。１つのモダリティからの中間画像を中間画像又は他のモダリティからの診断画像とレジストレーションする適切なソフトウェア変換が生成される。その後、２つのモダリティからの診断画像をレジストレーションするため、その生成された変換が適用される。ある実施形態では、診断画像を生成するのに使用される標準的なデータ取得プロトコルとは異なるプロトコルで、１つ又は両方のモダリティからの中間画像が生成される。別の実施形態においては、両方のモダリティにおいて見える(visible)トレーサが、診断画像のレジストレーションを可能にする。
【００２２】
SPECTの場合、中間画像は、トランスミッション画像とすることができるか、又は中間画像は、レジストレーションが行われることになる他のイメージングモダリティにおいて表示できるトレーサを用いて形成されるエミッション画像とすることができる。MR/SPECTレジストレーションの場合、中間MR画像は、診断画像より低解像度の画像とすることができるか、診断画像に対して使用されるのとは異なるパルスシーケンスで生成されることができる。その異なるパルスシーケンスは、レジストレーションが行われることになるSPECT画像に表示される特徴を強調するよう選択される。SPECTといった核イメーイング処理からの画像を、MRといった非核イメージング処理からの画像とレジストレーションすることをここでは特に説明するものの、本書に述べられる方法は、例えば、SPECT、PET、MR及びCTから選択される２つ又はそれ以上を組み合わせた他の源からの画像のレジストレーションにも適用されることができることが理解されるであろう。
【００２３】
本書では特に、独立的に取得される画像、つまり空間的に離れて及び／又は時間的に離れて生成される画像であって、その結果例えば患者の体又はその一部といった対象物が、第２のイメージングデバイスの検出器に関して、第１のデバイスに対する方向と同じ向きにあると想定されることができないような画像のレジストレーションについて触れる。しかしながら、その方法は同じ物理構造に位置する異なるモダリティのイメージングデバイスにより実質的に同時に取得される画像のレジストレーションという用途にも適用できる。その結果、１つのデバイスから別のデバイスへと患者を動かすことなく、又は少なくとも患者を患者支持パレットに残すことなく処理が行われることができる。
【００２４】
ある実施形態においては、SPECT及びMRイメージングデバイスの１つ又は両方が、レジストレーション処理を補助する追加的なデータを取得するのに十分な順応性を持つ。中間画像に対するその追加的なデータは、必ずしも診断的な品質である必要はない。なぜなら、それらは主にレジストレーション目的(及びオプションで減衰訂正目的)で使用されるからであり、従って、医師による目視のために用意されるものではないからである。レジストレーションのためのデータ(つまり、中間画像)の取得は、従来のつまり従属的なSPECT及びMRデータの取得に使用される典型的な標準プロトコルに対する修正を必要とする場合がある。これは、１つ又は両方のモダリティに対する拡張された取得プロトコルを必要とする場合があるが、診断的な品質より劣る中間画像の使用は、結果として、全体のイメージング手順に対する時間の伸張を最小限に抑える。
【００２５】
特定の実施形態において、その方法は、中間的で非診断的なSPECT及び／又はMR画像の取得とその専用的な処理とを含む専用取得プロトコルを採用することができる。中間MR画像を提供する１つの目的は、中間SPECT画像におけるコントラストに直接関連付けられることができるコントラストを提供し、そのソフトウェアベースのレジストレーションを容易にすることである。中間MR画像は、それらが診断的なMR画像と共にレジストレーションされることが想定される態様で取得される。例えば、中間及び診断MR画像のためのデータは、近接した時間間隔で取得され、好ましくは、その画像に対するデータ取得はインターリーブされる。すると、画像が同時にレジストレーションされることを本質的に邪魔する患者の動きが存在しない、又は感知できるほどのものはないと仮定することができる。同様に、中間SPECT画像は、それらが診断的なSPECT画像と共にレジストレーションされることが想定される態様で取得される。中間的なSPECT画像と中間的なMR画像(又は中間画像が１つのモダリティで生成されないような場合、個別の診断画像)とのソフトウェアベースのレジストレーションに基づき、診断MR画像と診断SPECT画像とのレジストレーション／融合が、診断画像単独に基づき一般的に可能である方法より容易に実現される。その中間MR画像は、診断的な品質である必要はなく、それらは、極めて高速に取得されることができる。その結果、それらは、標準的な取得プロトコルをそれ程度長くせずに済むことになる。
【００２６】
図１を参照すると、２つ(又はそれ以上)のモダリティにおけるイメージング及び画像レジストレーションのためのシステムの概略的な図が示される。そのシステムは第１及び第２のイメージングデバイス１０、１２を含む。図示される実施形態において、第１のデバイス１０は、SPECTイメージングのために構成され、第２のデバイス１２は、MRイメージングのために構成される。だが、２つのデバイス１０、１２は追加的なイメージング機能を持つことができることを理解されたい。画像を再構成するためのデータは、第１及び第２のイメージングデバイス１０、１２により有線又は無線リンク１６、１８を介して制御及び処理システム１４へ供給される。制御及び処理システム１４は、パーソナルコンピュータ、コンピュータネットワーク、又は他の適切なハードウェア／ソフトウェアで実現されることができる。
【００２７】
第１のデバイス１０は、患者２２が自ら横たわるか又は移動可能な支持台２４に乗って運ばれることになるイメージング領域２０を含む。放出される放射線を監視及び記録するため、１つ又は複数の放射線検出器２６が患者に隣接して配置される。検出器２６は、選択されるどのイメージングモダリティに対しても適したものである。SPECTイメージングの場合、ガンマ線又はシンチレーション検出器がオプションで使用される。シンチレーション検出器は、大きなシンチレーション結晶又は小さなシンチレーション結晶の行列を有するシンチレータを含む。いずれの場合にせよ、シンチレータは、光電子増倍管(「PMT」)といったセンサの行列により見られる(viewed:向き合う位置関係にある)。放射線吸収物質のグリッドアレイ又はハニカム状(honeycomb-like)アレイを含むコリメータが、シンチレータに衝突する放射線の受光角(angle of acceptance)を制限するようシンチレータと検査される対象物との間に配置される。シンチレータに衝突する各放射線イベントは、PMTにより見られる対応する光のフラッシュ(シンチレーション)を生成する。PMTからの出力に基づき、放射線イベントはマッピングされ、それは、シンチレータに衝突する放射線のエネルギー及び位置を含む。SPECT画像の画像品質は、通常検出器の計数感度(count sensitivity)とコリメータのジオメトリとにより決定される。また、シンチレーション検出器なしに直接光子を検出するテルル化カドミウム亜鉛(CZT)ベースの検出器が使用される。
【００２８】
SPECTといった核放出イメージングは、患者の体に導入される放射能源を使用する。ある実施形態において、その源は、生理的トレーサに付けられる放射性マーカを含む。SPECT用放射性マーカは、一般に予測可能な割合及び特徴的なエネルギーでガンマ線崩壊を示す放射性同位元素である。その崩壊は、検出器２６により監視され記録される。トレーサは、患者の血液に注入され、特定の代謝活動を行う患者内の特定の細胞を固定する。従ってトレーサ及び関連する放射性マーカは、生理的な機能に基づいて集中する傾向にある。検出器２６は、放射性マーカを検出し、強度が各領域における放射性マーカの量に対応するような１つ又は複数の対応する画像を提供する。３次元エミッション画像を提供するため、数回のスキャンの結果が、断層撮影処理において一緒に結合されることができる。
【００２９】
SPECTイメージングは、循環系及び選択された臓器又は組織の研究における用途に適用できる。これらの技術における特に重要な用途は、体内の腫瘍の検出にある。斯かる腫瘍は、エミッション画像において非常に目立つものである。なぜなら、腫瘍の内部又は周囲では代謝活動が非常に盛んだからである。
【００３０】
デバイス１０を用いてトランスミッション画像を生成するために、検出器２６から離れて患者の反対側に放射性源２８が与えられる。検出器２６及び／又は源２８は、複数の方向から放出される放射線を監視するため、患者の周りを回転され、又はインデックス化される(indexed)。
【００３１】
検出器２６からの信号は、スクリーン又は紙印刷物といったディスプレイ３０に表示するための画像データを生成するイメージング制御及び処理システム１４に供給される。検出された光子及びエネルギーといった情報に基づき、体内での放射性医薬品の分布が決定され、例えば循環系を研究するため、選択された臓器又は組織における放射性医薬品の摂取を研究するため等のため、その分布の画像が再構成される。
【００３２】
同様にして、第１のイメージングデバイス１０とは異なるモダリティである第２のイメージングデバイス１２により信号が生成される。第２のデバイス１２は、患者が移動可能な支持台４４に乗って横たわる状態になるイメージング領域４０を含む。１つ又は複数の放射線検出器４６は、患者に隣接して配置される。例えば、MRイメージングデバイスにおいて、イメージング領域４０の周囲の磁気コイル(図示省略)は、検出器４６により検出される患者内での陽子共鳴をもたらす。検出器４６からの信号は、ディスプレイ３０に表示するための画像データを生成するイメージング制御及び処理システム１４に供給される。
【００３３】
第１及び第２のデバイス１０、１２からの画像を再構築するための処理ソフトウェアは、図示されるよう単一の処理システム１４に配置されることも、分散されることもできることを理解されたい。図示される実施形態においては、制御及び処理システム１４は、中間及び診断画像を生成するデータを取得するのに適したステップを実行するようイメージングデバイス１０、１２を指揮する取得制御部５０と、再構成及びレジストレーション部５２とを含む。部５２は、中間及び診断画像５６、５８、６０、６２を生成する画像再構成部５４と、中間画像５６、６０(又は診断画像付き中間画像)をレジストレーションするプリプロセッシング部６４とを含む。より詳細には、プリプロセッシング部は、アラインメント画像(alignment image)をレジストレーション状態にする線形又は非線形変換を決定する。診断画像レジストレーション部６６は、１つ又は複数の中間画像のレジストレーションにおいて決定される変換を用いて、第１及び第２のデバイス１０、１２からの診断画像をレジストレーションする。しかしながら以下に論じられるように、いくつかの用途に対しては、診断画像の１つ又は両方がアラインメント画像としても機能することができる。制御及び処理システムは、スキャンを行うこと、及び適切な場合レジストレーションのための中間画像を取得することをデバイス１０、１２に命じる。有線又は無線リンク７０、７２が、制御及び取得部をスキャナ１０、１２に接続する。
【００３４】
様々なレジストレーションシーケンスが以下提案される：
【００３５】
第１の方法(M1)において、本質的に共同レジストレーションされる中間的なアラインメントオンリ(alignment-only)画像５６、６０及び診断画像５８、６２が、両方のデバイス１０、１２に対して生成される。レジストレーション処理は、第１及び第２の中間画像５６、６０をレジストレーション状態にマッピングする数学的な変換を開発するステップと、(診断画像の解像度に対する適切なスケールの再変更(rescaling)の後)同じ変換を診断画像５８、６２に適用するステップとを含む。その変換は、再構成及びレジストレーション部５２におけるソフトウェアにより生成され、データの数学的な処理を含む。それにより２つの中間画像５６、６０における多数の点がレジストレーションされる。
【００３６】
こうして、２つのレジストレーションされた診断画像が重畳、追加又は結合される融合画像が、診断画像レジストレーション部６６により生成されることができ、スクリーン３０に表示される。
【００３７】
第２の方法(M2)において、診断画像５８、６２が両方のデバイス１０、１２に対して生成され、中間画像５６が、第１のデバイス１０に対して生成される。第２のデバイスで中間画像を生成する必要なく、その２つがレジストレーション可能であるのに十分な共通構造を、第１のデバイスからの中間画像５６は持つ。(本実施形態において、プリプロセッシング部６４は、中間画像５６と第２の診断画像６２とをレジストレーションする。)従って、その方法は、第１のデバイスからの中間画像５６を第２のデバイスからの診断画像６２でマッピングする数学的な変換を開発するステップと、融合画像を作成するため２つの診断画像５８、６２をマッピングするよう同じ変換を適用するステップとを含む。
【００３８】
第３の方法(M3)において、診断画像５８、６２が両方のデバイス１０、１２に対して生成され、中間画像６０が第２のデバイス１２に対して生成される。第２のデバイスからの中間画像６０は、第１のデバイスで中間画像を生成する必要なく、第１のデバイスからの診断画像５８とレジストレーション可能である。(本実施形態において、プリプロセッシング部６４は、画像６０と画像５８とをレジストレーションする。)従って、その方法は、第２のデバイスからの中間画像６０を第１のデバイスからの診断画像５８でマッピングする数学的な変換を開発するステップと、融合画像を作成するため２つの診断画像５８、６２をマッピングするよう同じ変換を適用するステップとを含む。
【００３９】
第４の方法(M4)において、診断画像５８、６２が両方のデバイス１０、１２に対して生成される。適切な医薬的造影剤を使用することで、いずれかのモダリティの中間画像を必要とすることなく、診断画像が直接レジストレーション可能となることを可能にする。本実施形態において、プリプロセッシング部６４は、診断画像からの変換を生成する。
【００４０】
上述のいずれかの方法のためのMR及びSPECT画像データは、異なるスキャナ１０、１２から互いに独立して取得される。中間及び診断SPECTデータ(両方が使用される場合)は、その取得間での患者／臓器の動きを最小にするために、直接的な連続(direct succession)において取得され、重畳され、又はインターリーブされる。同様に、中間及びMRデータ(両方が使用される場合)が、その取得間での患者／臓器の動きを最小にするために、直接的な連続において取得され、又はインターリーブされる。制御及び処理システム１４の取得制御５０は、MR及びSPECT取得を計画するのを可能にする情報と共に与えられる。この情報には、トランスミッション・スキャンが利用可能であるかどうか、SPECT側でどの放射性医薬品又はトレーサが使用されることになるか、及びSPECTスキャンによりどの撮像野が覆われることになるかに関する情報が含まれることができる。するとこの情報は、(使用される場合)中間MR画像の取得のために使用されることになる適切なパルスシーケンスを決定するのに使用される。
【００４１】
その中間及び診断SPECT(又はPET)及びMR画像は、様々な方法で生成されることができる。４つの方法が例示を介して提供される。しかし、これらの方法が組み合わせられてもよく、又は他の方法が採用されることもできる点を理解されたい。
【００４２】
1)低分解能陽子密度MRスキャンとSPECT減衰マップとの組み合わせ
この方法は、上述の方法M1同様、４つの画像の生成を含む。標準的な取得処理を用いて、デバイス１０でSPECTエミッション画像が生成される。同時に又は時間的な近傍において、SPECTエミッション診断画像に対する中間アラインメント画像として機能するトランスミッション・マップがSPECTデバイス１０で生成される。トランスミッション・マップは、本質的にエミッション画像と共にレジストレーションされる(例えば、近接する時間内又は重複する時間内のいずれかにおいて同じデバイス１０により生成されることにより行われる)。SPECTエミッション画像は、診断画像である。つまり、診断目的に適した十分な分解能を持ち、仮にあるとしても、その画像をMR画像とレジストレーションするのに役に立つことができるレジストレーション可能な特徴をほとんど示さないものである。しかしながら、トランスミッション・マップは、低品質CTスキャンの特性を多く持つ。選択されるスキャン時間と外部放射線源２８のエネルギーとに応じて、体輪郭及び／又は骨格外形並びに幾つかの主要な臓器といったレジストレーション可能な特徴が中間トランスミッション画像上に現れる。診断画像より多くのレジストレーション可能な生体構造特徴を持つよう、トランスミッション・マップが選択される。
【００４３】
SPECT画像が生成される前又は後のある時点において、陽子密度シーケンスセグメントを選択された診断計画シーケンスにインタリーブすることにより、MR中間及び診断画像が生成される。MR中間画像が、本質的にMR診断画像と共にレジストレーションされる(この場合、近接する時間内又は重複する時間内のいずれかにおいて同じデバイス１２により生成されることにより行われる)。中間MR陽子密度画像は、主要な臓器、骨格、体輪郭等といったレジストレーション可能な特徴を含み、それは、SPECTデバイス１０からのトランスミッション画像での対応するレジストレーション可能な特徴でレジストレーションされることができる。
【００４４】
好ましい実施形態において、中間トランスミッション画像の分解能を適合させるため、MR診断画像より低い分解能でMR中間画像が生成される。従ってMR中間及び診断画像は、長さが異なる種々のパルスシーケンスを用いることができる。通常、低分解能画像であるほど、より短いシーケンスを用いる。従ってMR中間画像は、MR診断画像のよりも、デバイス１０からの中間的なトランスミッション画像の分解能に近い分解能を持つ。ある実施形態において、MR中間画像は、SPECTトランスミッション画像の分解能に非常にマッチする分解能を持つ。従って、中間MR画像を形成するための低分解能陽子密度スキャンにかかる時間は、診断MRスキャンにかかる時間と比較すると無視でき、患者を安全に保ちつつ、標準的なMR取得プロトコルをほとんど拡張せずに済むことになる。
【００４５】
第１のデバイス１０からの中間画像は、第２のデバイス１２からの中間画像と共にレジストレーションされる。レジストレーション処理は、通常両方の画像に現れるレジストレーション可能な特徴に焦点をあてることにより、画像間で最も近い適合を決定するソフトウェアの使用を含む。
【００４６】
2)MRスキャンとデュアルトレーサSPECT調査との組み合わせ
この方法において、第１のデバイス１０からの中間画像及び対応する診断画像、並びに第２のデバイスからの診断画像及びオプションで中間画像が生成され、上述の方法M1及びM2がレジストレーション処理で使用される。
【００４７】
１次トレーサを用いて診断SPECT画像が生成され、１次トレーサとは異なる２次トレーサを用いて中間SPECT画像が生成される。トレーサは両方とも個別のSPECTエミッションスキャンに現れる放射性核種を持ち、２つの放射性核種は、SPECTデバイスが検出可能な異なるエネルギーにある。１次SPECTトレーサは、調査対象下の特定の臓器又は他の位置に対して非常に特異である場合がある。２次トレーサは、診断MRスキャン又は個別の低分解能MRアラインメントスキャンのいずれかにおいて目にすることができる骨格、特定の臓器、血液又は他の組織タイプに集中する。
【００４８】
例えば、２次トレーサは、循環系を強調することができ、MRアラインメント画像は、黒色血管造影画像とすることができる。適切な１次トレーサは、原発性かつ転移性の前立腺癌を検出し位置を突き止めるIn111 capromab pendetide (ProstaScint(登録商標))である。適切な２次トレーサは、脈管構造を画像化するためのTc-99m Red Blood Cells (RBC)である。
【００４９】
ある実施形態において、２次SPECTトレーサはMRコントラストに直接関連するSPECTコントラストを生み出すのに主に使用され、MRスキャンでレジストレーションされることができる。上述された実施形態(1)と同様、２つのSPECT画像の真に同時の又は少なくともほとんど同時の取得が原因で、１次SPECT画像は、２次SPECT画像に対して共同レジストレーションされる(co-registered)。中間MR画像が生成される場合、これは、診断MR画像で共同レジストレーションされる。こうして、上述された中間SPECT画像とMR画像(診断又は中間)とをレジストレーションするのに開発されたのと同じ変換を適用することにより、SPECT診断画像はMR診断画像と自動的に位置揃えされることができる。
【００５０】
１次トレーサは、放射性核種としてガリウム又はインジウム同位元素を含むことができ、２次トレーサは、その元素が崩壊するとき生成される陽子に関連付けられる異なったエネルギーを持つテクネチウムを含むことができる。放射性核種マーカは、生理的トレーサに付けられる。１次トレーサ用の生理的トレーサは、２次トレーサ用のトレーサとは異なっている。例えば、２次トレーサ用の生理的トレーサは、MR画像において現れる臓器及び／又は他の体の部分を結合するよう選択される。一方、１次トレーサにおける生理的トレーサは、調査対象下のターゲット臓器又は領域に対して、特異的に又はより特異的に結合するよう選択される。ある実施形態において、１次トレーサは、ソマトスタチン受容体を持つ原発性かつ転移性の神経内分泌腫瘍を検出し位置を突き止めるIn-111 Pentetreotide (OctreoScan(登録商標))である。２次トレーサは、骨格SPECTのためのTC-99m メチレンジホスホン酸塩(MDP)とすることができる。２次MRスキャンは、陽子密度又は骨格を強調する他のスキャンとすることができる。また、骨格構造は、ポストプロセッシング処理において診断MRスキャンから生成されることができる。
【００５１】
２次トレーサが骨格造影剤を用いるとき、トレーサは中間SPECT画像において骨格を強調する。中間SPECT画像は、骨格を強調するパルスシーケンスを用いて行われるMR診断画像上に直接レジストレーションされることができる。従って、方法M2が使用されることができる。ある場合においては、中間SPECT画像とのマッピングが簡単なため、方法M1を用いて低分解能MRスキャンを形成することがなお利点である場合がある。
【００５２】
１次SPECTトレーサは、２次SPECTトレーサと組み合わせることができ、対象物に注入されることができる。
【００５３】
3)組み合わされたSPECT-MRトレーサの使用
この実施形態において、SPECTとMRとの両方における造影剤を提供するトレーサが対象物に注入される。そのトレーサは、SPECTとMRデータとの一義的なレジストレーション／融合のために使用されることができる関連する画像構造を生成する。この方法は、方法M4又はM3に対する手順に従う。しかし、例えばM1又はM2といった他の方法を使用することもできる。
【００５４】
ある実施形態において、第１のデバイス１０を用いて診断画像が生成され、第２のデバイス１２を用いて、診断及び中間画像が生成される(M3)。中間画像は、トレーサに特有なパルスシーケンスで生成される。別の実施形態においては、トレーサは、MR診断画像と同じパルスシーケンスを用いて見えるものとなり、中間画像が実行される必要がない(方法M4)。
【００５５】
ある実施形態においては、互いに又は共通の担体へ磁気物質を変換するMR造影剤から形成される、SPECTが表示可能な放射性核及びナノ粒子をつけることにより、デュアルモダリティSPECT-MRトレーサが形成される。MRイメージングに現れる放射性核種といった他のMR造影剤もまた想定される。MRと比べて非常に高感度のSPECTが原因で(放射性核種のナノモルが、検出レベルでのナノ粒子のミリモルに対応する)、有益なデュアルモダリティ画像コントラストを生み出すのにわずかな量の放射性添加物で十分である。
【００５６】
デュアルモダリティトレーサは、注目する体の特定の領域内に、例えば、SPECT診断イメージングの対象物、又は周囲の若しくは近接する領域となる特定の構造内に蓄積するよう調整される。この領域は、両方のイメージングモダリティにおいてコントラストとして現れ、それにより正確なレジストレーションを可能にする。通常のコーティングは、脂質を含む。
【００５７】
ナノ粒子は、長さ約1000ナノメータにまでなる場合があるが、通常は500ナノメータ未満である。ある実施形態においては、長さが約200-250ナノメータである。ある実施形態においては、ナノ粒子のクラスタが、磁気物質又はガドリニウム若しくはガリウム67といった放射性核種と共にSPECTにおいて現れるテクネチウム99又はインジウム111といった放射線核種と共に積み込まれ(loaded)、MRIにおける明るいスポットとして表示される。例えば、ナノ粒子は、長さ約200-250ナノメータの、脂質でカプセル化された液体ペルフルオロカーボンナノ粒子を有することができる。各ナノ粒子は、１ナノ粒子あたり約10から500のインジウム原子を運び、オプションで１粒子あたり約1000-50000のガドリニウム原子といったMR拡張原子に基づかれる。
【００５８】
MR及びSPECTの可視(visible)トレーサは共に同じナノ粒子上に与えられることができる一方、MR及びSPECTトレーサが個別のナノ粒子に付けられ、２種類のナノ粒子の組み合わせが対象物に注入されることも想定される。後者の実施形態において、ナノ粒子のコーティングは、特定の臓器又は他の位置への蓄積傾向の観点からは同じである。その結果、両方のタイプのナノ粒子が好ましくは同じ位置に蓄積する傾向がある。
【００５９】
4)組み合わされたSPECT-MRトレーサを用いる、MRスキャンとデュアルトレーサSPECT調査との組み合わせ
この実施形態は、デュアルトレーサ調査と、上述の2)及び3)で論じられた組み合わされたSPECT-MRトレーサの特徴を組み合わせる。ある実施形態において、組み合わされたSPECT-MRトレーサが、上記3)で論じられたように、中間SPECT画像と診断又は中間MR画像のいずれかとのレジストレーションに使用される。そのレジストレーション手順は、方法M1又はM2を使用することができる。例えば、組み合わされた(２次)トレーサは、MR造影剤から形成される又はMR造影剤でコーティングされるナノ粒子を含むことができる。そのナノ粒子はまた、SPECT中間エミッションスキャンにおいて目に見えるSPECT造影剤でコーティングされることもできる。異なる(１次)トレーサが、SPECT診断スキャンに使用される。１次トレーサは、注目領域に特有な生理的トレーサを含むことができる。一方、２次トレーサは、周囲の骨又は組織といった近接して関連する領域に対する生理的トレーサを含む。放射性マーカは異なるエネルギーを持つことができる。
【００６０】
一般に、MR画像及びSPECT画像の取得及びレジストレーションは、以下のステップを含む：
【００６１】
１．診断MR画像の取得。
【００６２】
２．診断MR画像の直前、直後、又はインターリーブされる態様で、中間非診断MR画像が取得される(使用される場合)。インターリーブされた取得は、取得間での患者／臓器の動きを最小化する傾向にある。中間画像の取得に使用されるパルスシーケンスは、次の基準に基づき選択されることができる：SPECT画像と同じ空間分解能、即ち、平面解像度において64 x 64から128 x 128までのもの、SPECT画像において直面するのに匹敵する信号対ノイズ特性、中間SPECT画像のそれと同様の撮像野の範囲、及び中間SPECT画像のそれと同様のコントラスト。
【００６３】
３．診断SPECT画像の取得。
【００６４】
４．診断画像の直前、直後、連続して、又はインターリーブされる態様で、中間非診断SPECT画像が取得される(使用される場合)。
【００６５】
５．中間MR画像と中間SPECT画像とをレジストレーションする幾何学変換Tの決定(中間画像が１つのモダリティに対して生成されない場合、その変換が他のモダリティの中間画像を診断画像とレジストレーションする)。その変換は、中間画像における多数の点がレジストレーションされることになる数学的なデータ操作を含むソフトウェアにより生成される。例えば、そのソフトウェアは、両方の画像において、複数の対応する生体構造位置を特定し、その対応する点をレジストレーション状態にするために、シフト、回転、スケーリング、及びオプションでワーピング又は他の非線形処理を決定する。他の画像及びピクチャマッチング技術も想定される。純粋にソフトウェアベースのレジストレーションが参照されるが、位置揃えのすべて又はその一部は、レジストレーション可能な特徴が重なるまで、１つ又は両方の画像を動かしてレジストレーションされることになる２つの画像を熟練者が重畳させる、目視によるレジストレーションを含むことができる。その場合、そのソフトウェアは、熟練者が適用する変換を決定するのに使用されることができる。
【００６６】
６．診断MR画像を幾何学変換Tに従わせる（また、その変換がSPECT診断画像に適用されることができるか、又はある変換が両方の画像に適用される）。
【００６７】
７．変換後、融合画像を形成するため、MR診断画像と診断SPECT画像とを組み合わせる。
【００６８】
上述のステップのシーケンスは変更されることができることを理解されたい。例えば、MRスキャンの前にSPECTスキャンをすることができる。どのスキャンが最初に行われるかは、使用されるトレーサとその消耗率(wash out rate)とに依存する。その方法は、いずれかの従来のMR及びSPECTイメージング装置と組み合わせて用いられることができる。その方法は、例えば、SPECT画像の強調といった追加的なステップにより補強されることができる。例えば、ガンマ訂正、ヒストグラム等化又は画像における特徴の分離を強調する他の処理が行われる。得られる場合にはSPECTトランスミッション画像が、中間画像としても機能し、診断SPECT画像の減衰訂正にも使用されることができる。
【００６９】
制御及び処理システム１４は、MR及びSPECTデータの取得及び分析に使用される従来のワークステーションで実現されることができる。例えば、診断MR及びSPECTデータにより決定される医療臨床コンテキストによれば、中間MR画像の取得に適したパルスシーケンスが、MRスキャナに関して既に利用可能なパルスシーケンスツールを用いて、自動的に選択され、適切に調節されることができる。その方法は他のデュアルモダリティ画像のレジストレーション／融合化にまで一般化されることができる。例えば、MR画像は、陽電子放出断層撮影(PET)画像と組み合わせることができる。斯かる組み合わせに対して、上述の手順が使用されることができる。
【００７０】
レジストレーションは、基準マーカに頼ることなく実現されることができるが、イメージング処理にて検出可能な基準マーカが、画像のレジストレーションを補助するために使用されることもできる。
【００７１】
本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されてきた。明らかに、前述の詳細な説明を読み理解すれば、第三者は、修正及び変形を思いつくであろう。本発明は、こうした修正及び変形を、それらが添付された請求項又はその均等物の範囲に含まれる限りにおいて含むものであると解釈されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】診断SPECT及びMR画像のレジストレーション／融合のために、中間SPECT及びMR画像を取得し使用するシステムを表す概略的な図である。
【図１】
2008523871.tif 000003
【国際調査報告】
2008523871.tif 000004
2008523871.tif 000005
2008523871.tif 000006