(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
事象データのヒストグラムを得る複数のシンチレーション事象検出器を有する検出器ヘッドと、
前記検出器に結合されるとともに、画像信号を生成するために検出されたシンチレーション事象に応答する画像プロセッサと、
ガンマカメラ画像を表示するために前記画像プロセッサに結合されるディスプレイと、
アイソトープ特性データ源と、
検出されたシンチレーション事象に対して前記検出器の応答を調整する、前記複数のシンチレーション事象検出器によって生成されるエネルギー信号及び前記アイソトープ特性データ源のデータに応答するエネルギースペクトル調整プロセッサと
を有するガンマカメラシステムであって、
前記エネルギースペクトル調整プロセッサは、応答調整信号を生成するために、シンチレーション事象データのヒストグラムに応答し、量的中心の算出により前記ヒストグラムのフォトピークのピークエネルギーを検出するエネルギーピーク検出器を更に有する、ガンマカメラシステム。
【請求項２】
前記応答調整信号は、前記エネルギー信号に与えられたゲインを修正するゲイン調整信号である、請求項１に記載のガンマカメラシステム。
【請求項３】
複数のフォトピークを含んでいるヒストグラムのうち最も高いフォトピークを検出する最高フォトピーク検出器を更に有する、請求項１に記載のガンマカメラシステム。
【請求項４】
前記検出器ヘッドは、一回の核医学検査において、複数のアイソトープによって生成されるシンチレーション事象に応答する、請求項３に記載のガンマカメラシステム。
【請求項５】
前記エネルギースペクトル調整プロセッサは、有効なヒストグラム事象データの存在を評価するためのバリデーションプロセッサを更に有する、請求項１に記載のガンマカメラシステム。
【請求項６】
自動ピーキング開始信号を生成するためユーザ動作に応答する自動ピーキングユーザ制御を更に有し、前記エネルギースペクトル調整プロセッサが、前記自動ピーキング開始信号に応答して、検出されたシンチレーション事象に対する前記検出器の応答を調整するように作動する、請求項１に記載のガンマカメラシステム。
【請求項７】
核カメラ検出器ヘッドの複数のシンチレーション事象検出器から事象データのヒストグラムを得ることと、
その有効性を決定するために前記ヒストグラムを分析することと、
そのエネルギーピークを決定するために量的中心の算出により前記ヒストグラムのフォトピークを分析することと、
検出されたシンチレーション事象に対する前記検出器の前記応答を調整するために、理論上のエネルギーピーク値と組み合わされて決定されたエネルギーピークを使用することとを有する、核カメラの応答を調整する方法。
【請求項８】
前記ヒストグラムを分析することは、
前記ヒストグラムのカウント数を分析することと、
前記ヒストグラムのフォトピークのバックグラウンド比率に対する前記エネルギーピークを分析することと、
前記ヒストグラムのエネルギーウィンドウにおけるカウント数を分析することとのうち少なくとも１つを有する、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記フォトピークを分析することは、前記フォトピークのカウントデータをフィルタリングすることを更に有する、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記フォトピークを分析することは、複数のフォトピークのうち最大ピークを識別することを更に有する、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記フォトピークを分析することは、複数のアイソトープからの事象の検出に応答して生成される複数のフォトピークのうち前記最大ピークを識別することを更に有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記決定されたエネルギーピークを使用することは、ゲイン調整値を生成することを有する、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
ヒストグラムを得ることは、複数の光電子増倍管から事象データを得ることを有する、請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記ヒストグラムを得ることは、連続ベースで周期的に実行される、請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
前記決定されたエネルギーピークを得るとともに、使用することは、ユーザが起動したコマンド信号に応答して実行される、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核医学の画像化（medical nuclear imaging）に用いられるガンマカメラ、とりわけ、検出されたエネルギースペクトルの自動調整を含むガンマカメラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガンマカメラは、患者の体に投与されるラジオアイソトープ（放射性同位元素）の放射を検出することによって、体の内部の画像を描出するために広く使われている。ガンマカメラの当該検出器又は複数の検出器は、それらが事象（イベント）の正確な位置と同様に放射事象のエネルギーレベルを検出することが可能でなければならないので、ラジオアイソトープ放射に対して高感度にされている。従って、事実上全てのガンマカメラは、検出器を較正するための手法（プロシージャ）を有している。通常、これは検出器に既知のレベルの放射線を溢れ（フラッド）させる放射線源により行われている。検出器ゲイン回路及び／又は補正テーブルは、既知の放射線レベルまで光電子増倍管（ＰＭＴ）の出力部をアライメントするように調整される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この検出器の特性は、画像化手法のコースの中でさえ連続的にドリフトし得る。これらのばらつきは、例えば、温度変化、磁界変動、及びＰＭＴドリフトなどのファクタによる。この連続ドリフトに対処するためのあるアプローチが、米国特許公報第５，６７７，５３６号に説明されており、この特許では、シンチレーション事象の数が所定のカウントに達するたびに、各々のＰＭＴのヒストグラムがサンプリングされ、各ＰＭＴに関する較正テーブル又はＰＭＴゲインが、各々のサンプリング期間に続いて調整されている。これらの補正は、カメラの動作中に「同時進行で(on the fly)」実施され、カメラが使われている間に連続的に実行される。より簡略なアプローチは、ピークエネルギー値の現在の位置に関するヒストグラムを分析し、そのピークのためのエネルギーウィンドウを現在のピークエネルギー値のまわりに中心合わせされるべく調整することである。しかし、これらのアプローチは、このカメラシステムにかなりの動作諸経費を課すので非常に処理集約的であり、物理定数がそのままであることを期待している臨床医にとって、ウィンドウ調整のアプローチは悩ましい問題である。従って、前述の欠点をもたずにドリフトに関してガンマカメラを調整することが可能になることが望ましい。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の原理によれば、ガンマカメラの検出器は、エネルギースペクトルピークの望ましくないシフトを生じている他のファクタ及びドリフトに関して自動的に調整される。カメラが使用中の間、事象データのヒストグラムは継続的に得られるとともに、更新されている。自動ピーキング(autopeaking)を実行するためのコマンドを受信すると、近時に得られた事象データは、有効なエネルギーヒストグラムが存在するか否かを決定するために分析される。この分析は、最小限のカウント数が記録されたか否かを決定するといったステップと、フォトピーク(photopeak)のＳＮ比を調べるステップと、エネルギーウィンドウ外側のカウントに対するエネルギーウィンドウ内部のカウントの比率を分析するステップとを有していてもよい。このシステムは使用されているアイソトープのアイデンティティを知らされるので、期待値に対して得られたデータが検査され得る。有効なヒストグラムが存在するとき、このシステムはフォトピークのピーク値を決定し、存在するアイソトープに関する理論上のピーク値に対する測定されたピークとの関係に基づくゲイン補正ファクタを算出する。このゲイン補正ファクタは全てのエネルギー値に与えられ、それによって存在する全アイソトープの全てのフォトピークに補正を供給する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
まず図１を参照すると、本発明の原理に従って構成されるガンマカメラが、ブロック図の形で示されている。本発明は、米国特許公報第6,150,662号（発明者Hug他）又は米国特許公報第5,760,402号（発明者Hug他）に示されるもののような１つの（シングル）検出器ガンマカメラ、又は２つの（デュアル）検出器ガンマカメラのどちらかを用いて使われてもよい。これらの特許に示されるデュアル検出器カメラは、米国カリフォルニア州ミルピータスのエイデックラボラトリーズ社（ADAC Laboratories）からForte（商標）及びSkylight(商標)ガンマカメラとして市販されている。これらのカメラシステムは、シンチレーション事象を検知するとともに、各々の検出器から取得制御サーバ１４に高速シリアルバス２４ａ，２４ｂを通じて事象データを伝送する１つ又は複数の検出器１０，１２を含む。取得制御サーバ１４は事象データを画像にビンニングし(bin into)、これらがある部門のイーサネット（Ｒ）２６に接続されるデータベースホスト２８にルータ２０を経由して送られる。データベースホスト２８は、取得された画像が通常保存されるコンピュータである。このデータベースホストは、ユーザに対して当該処理された画像を３次元再構築し、再スライスし、表示する処理及び視聴局でもある。ルータ２０は、内部カメラのデータトラフィックをより多様な部門のデータトラフィックから隔離させる役割を果たす。ユーザインタフェースパーソナルコンピュータ１６は、ルータ２０及びイーサネット（Ｒ）ネットワーク２２ａ，２２ｂ，２２ｃによってガンマカメラの取得部分に結合されている。このパーソナルコンピュータ(p.c.)１６は、画像データ取得を制御するとともに、モニタリングし、また、画像ディスプレイ１８を使用して、追加の画像処理及び表示機能を実施してもよい。Ｐ−スコープ及びエネルギースペクトルデータが、ディスプレイ１８においてユーザに表示されてもよく、これにより、例えば、ユーザがカメラの前に適切に患者を位置付け、エネルギーウィンドウを正しく設定し、取得されたデータをレビューすることが可能になる。
【０００６】
カメラ検出器がより詳細に図２に示されている。従来技術において良く知られているように、ガンマカメラ検出器は、コリメータ３２と、シンチレーション結晶３４と、光誘導路３６とから構成されている。上記結晶３４により生成されるとともに、光誘導路３６を介して誘導される光子（フォトン）は、光電子増倍管（ＰＭＴ）３８の配列（アレイ）３８によって受信される。シンチレーション事象は、通常いくつかのＰＭＴをカバーする領域にわたって受信され、上記光電子増倍管の出力が検知され、当該放射線事象が受信された検出器の位置を突き止めるために用いられる。このＰＭＴ出力信号は、前置増幅器（プリアンプ）４２によって増幅され、Ａ／Ｄコンバータ４４によってディジタル的にサンプリングされる。各々のＰＭＴからのサンプルは、シンチレーション事象の継続期間中に累積される。多重（マルチプル）ＰＭＴは単一の事象の検出に関わっているので、多重ＰＭＴの累積された出力は、特定のシンチレーション事象について全体のエネルギー信号を得るために累積される。各シンチレーション事象から検出されたエネルギーデータ及び位置データは、補正回路４６によって修正され、これがエネルギー（Ｅ）及び事象の位置（Ｘ，Ｙ）に関して検出器の出力を生成する。
【０００７】
図２の補正回路４６の詳細図が、図３ａ及び図３ｂに示されている。このx,y位置データは、図３ａに示されるように非線形性および不均等性について補正される。生のx’’,y’’位置データは、線形補正器５２により処理をされて、部分的に補正された位置データx’,y’を生成し、この位置データx’,y’が均等補正器５４によって処理をされる。この補正された位置データＸ，Ｙが検出器１０，１２の出力部で生成され、その後のビンニングプロセス(binning process)に使用される。
【０００８】
x’’,y’’位置データは、エネルギー補正ルックアップテーブル６０からエネルギー補正ファクタを得るために用いられる。事象エネルギー信号e’’は、乗算器６２のエネルギー補正ファクタにより積算され、補正されたエネルギー値e’を生成する。この補正されたエネルギー値e’は、ゲイン補正ファクタＣｇによって積算され、補正されたエネルギー値Ｃｇｅ’を生成する。この補正されたエネルギー値Ｃｇｅ’は、ウィンドウ識別テーブル６６によりウィンドウ化され、検出器出力エネルギー値Ｅを生成する。
【０００９】
このエネルギー値Ｅは、検出器ＳＢＣ７０によってヒストグラムをアセンブルするためにある期間にわたって累積される。構成された実施例の検出器ＳＢＣ７０は、事象データからヒストグラムをアセンブルすることのようなさまざまな処理タスクを実行する単一のボードコンピュータである。上記ヒストグラムは取得の間継続的にアセンブルされ、既存のデータがユーザにより設定可能なリフレッシュレートを表す時定数（例えば１０秒）によって重み付けされている崩壊(decay)ベースのスキームによって、ヒストグラムの既存のデータは周期的に更新される。検出器ＳＢＣ７０は、下記に説明されるように自動ピークゲイン調整ＧＡＰを生成し、これがゲインレジスタ６８に記憶される。ゲインレジスタ６８は、ゲイン補正ファクタＣｇを生成するために自動ピークゲイン調整ファクタと組み合わせて使用される他のゲイン値Ｇを記憶してもよい。
【００１０】
図４を参照して、本発明の構成された実施例の動作がいくつかの他の図面に関して説明されている。本願明細書において自動ピーキングと称されるエネルギースペクトルの自動調整は、いくつかのやり方で行われてもよい。あるやり方は、ユーザがボタンを押すこと又は他の制御によっていつでも望むときに自動ピーキングを呼び出すことが可能になるやり方である。別のやり方は、ガンマカメラ動作の間、定期的に予定された事象として周期的に実行される自動ピーキングに関するものである。さらに別のやり方は、アイソトープの存在が検出される場合は常にコンスタントに繰り返されているバックグラウンドプロセスとして実行される自動ピーキングに関するものである。本実施例において、自動ピーキングは、ユーザインタフェースディスプレイ上の「自動ピーク（AutoPeak）」ソフトキーを選択又はクリックするユーザによって起動される。図４のフローチャートの始めに示すように、自動ピークプロセスのこの起動は、ＵＩＰ．Ｃ．（ユーザインタフェースパーソナルコンピュータ） １６が取得制御サーバ１４にイーサネット（Ｒ）リンク２２ｃ，２２ｂを通じて自動ピークコマンドを出させる。コントロールサーバ１４は、次に自動ピークコマンドをイーサネット（Ｒ）リンク２２ｂ，２２ａを通じて検出器ＳＢＣ７０に送信し、このことはＳＢＣ７０への自動ピーク（ＡＰ）入力によって示されている。図４におけるフローチャートの残りのステップは、上述の構成された実施例におけるＳＢＣ７０によって実行される。
【００１１】
自動ピーク調整を起動するための手段をカメラのオペレータに提供することに加えて、ＵＩＰ．Ｃ． １６は、カメラのオペレータが自動ピーキングのさまざまな動作パラメータを設定することを可能にするために用いられてもよい。例えば、上記オペレータはスペクトルが得られる期間を設定することが可能であってもよい。上記ヒストグラムは、取得されてから、例えば、３０秒又は６０秒ごとにリフレッシュされてもよい。上記オペレータは、スペクトルピークがエネルギースペクトルのビン(bin)数を設定することによって識別される解像度を設定することが可能であってもよい。上記オペレータは、識別されたスペクトルピークが受け入れられるだろうエネルギーを超えるようなバックグラウンドエネルギーまでエネルギーピークの最小限に受け入れ可能な比率を設定することが可能にされてもよく、それによりアイソトープが存在しないときの調整を防止する。上記オペレータは、システムが受け入れるインクリメンタル調整の範囲を設定することが可能にされてもよく、すなわち、信号利得（ゲイン）の非常に僅かな調整は概して不要であり、非常に大きく算出された調整（例えば５％又は１０％）は、調整が算出されたデータが信頼できないということを示す。そのような場合、自動ピーキング調整は行われないだろうが、このシステムは新規のスペクトルを得て、他の調整算出を実行するだろう。
【００１２】
それゆえに、ＳＢＣの自動ピーキングプログラムは、ヒストグラムデータの有効性を検査することから始まる。ステップ８２において、このプロセスは、算出のベースとなる充分なカウントが存在するか否かを見るために検査する。例えば、アイソトープがカメラに存在しない場合、不十分なカウントしか存在しないだろう。つまり自動ピーキングが実行されるべきではない。この検査に対して実行されるカウント数は、工場によって設定されてもよく、又はある特定の限度の範囲内においてユーザが調整可能な値であってもよい。この検査に対する答えが“Ｎｏ”である場合、プロセスは新規のヒストグラムを待ち、検査を繰り返す。
【００１３】
答えが“Ｙｅｓ”である場合、プロセスはステップ８４の散乱補償を実行する。この散乱補償は、有効性検査プロセスの何れのポイントで実行されてもよい。散乱補償用の好ましい技法が図５に示されている。エネルギースペクトル２０２が、約１４０ｋｅＶにおいて顕著なフォトピーク２０４を伴って示されている。このスペクトルは、より高いエネルギーレベルからコンプトン散乱によって汚染され得る。この望まれていない散乱を補償するためのあるやり方は、Ｅｍｉｎとして示されているスペクトルの最小限のエネルギーレベルを検出することである。より多く散乱が経験されるのに従って、Ｅｍｉｎレベルカウントが増加するだろう。線形図が、斜線領域２０６により示されるように、フォトピーク２０４のＥｍｉｎレベルからゼロレベル終了まで描かれている。斜線領域２０６によってカバーされるそれぞれのチャネルのカウントは、第１の近似値に対してフォトピーク２０４の散乱を補償するためにそれらのチャネルの総カウントから差し引かれる。
【００１４】
好ましいプロセスにおける次のステップは、ステップ８８に示されているように、フォトピークのカウントに対する残りのエネルギースペクトルのカウント比率を評価することである。例えば、図５はヒストグラムのウィンドウＷ−Ｗ’に置かれるフォトピーク２０４を示している。図面に示されているウィンドウは、公称１４０ｋｅＶ中心のどちらかの側において、１２６ｋｅＶ〜１５４ｋｅＶの範囲にある２０％ウィンドウである。ウィンドウＷ−Ｗ’の範囲内の総カウントは、有効なフォトピークが識別されたか否かを決定するためにこのウィンドウの外側の総カウントと比較される。
【００１５】
これらのヒストグラム及びフォトピーク有効性検査の結果が全て“Ｙｅｓ”である場合、このプロセスは、ヒストグラムのエネルギーピークを決定し続けるとともに、当該アイソトープ又は複数のアイソトープ用の理論上のピークと測定されたピークとを比較する。好ましい実施例のプロセスは、５０％レベルを超えるカウントを有するフォトピーク２０４のチャネルを識別することによってステップ９２で始まる。図６は、フォトピーク２０４の上側部分が、カウント（Count）/２レベルを上回るエネルギースペクトル上のｘとｙとの間に、多くのチャネル２０８を有することが分かる場所であるこのレベル２１０を示している。双一次補間(bilinear interpolation)が、チャネル密度及び上記決定の解像度を増加させるためにステップ９４のこれらのチャネルにおいて実行される。このカウントデータは、ノイズを低減するためにステップ９６でフィルタ処理される。好ましいフィルタは、スペースドメインの矩形フィルタの機能を示す移動平均フィルタであるボックスカーフィルタ(boxcar filter)である。スペクトルのピークは、フィルタ処理されたデータの量的中心の算出を実行することによってステップ９８で決定される。好ましい算出は以下の数式による。
【数１】
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自動ピーキングゲイン補正係数ＧＡＰは、そののちに以下の数式により決定される。
【数２】
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【００１６】
例えば、アイソトープＴｃ９９ｍ用の理論上のピークエネルギーは、１４０．５１１ｋｅＶである。上記の算出が、Peak keVが１４２ｋｅＶであると見いだす場合、ファクタＧＡＰは０．９８９５になるだろう。このゲインファクタは、検出器によって生成されるあらゆるエネルギー値をスケーリングするために用いられる。従って、このゲイン調整が、特定の検出器のためのグローバルな補正ファクタとして使われている。上記ゲインファクタは、研究において使用される全てのアイソトープのものを含む検出器からのあらゆるエネルギー値に適用される。このことは、あるアイソトープの主要なエネルギーピークから算出された補正ファクタが、研究に使用される全てのアイソトープに補正ファクタを効果的に供給するだろうということを意味する。
【００１７】
ＧＡＰに関する前述の数式は、存在するアイソトープの理論上の特徴のカメラによる演繹的知識、すなわち、その公称のエネルギーピークから算出されていることは理解されるだろう。このことは、自動ピーキングプロセッサが、研究において使用されているアイソトープ及びそれらのピークを分かっていなければならないということを意味する。構成された実施例において、上記カメラは、研究に使われているアイソトープと、それらのアイソトープのピーク位置と、各々のアイソトープの崩壊パーセントとについては、オペレータによって知らされている。このカメラは、自動ピーキング用のゲインファクタの算出においてこの情報を利用する。
【００１８】
スペクトルの各ピークは、特定の研究に使用されるアイソトープのタイプと、使用されるアイソトープ数とにより変動するだろう。例えば、図７はウィンドウＷＡ、ＷＢ及びＷＣにより境界付けられる３つのピークを伴うスペクトル２２０を示している。本実施例において、最高フォトピークは２２２において識別されるとともに、最も低いエネルギーレベルのフォトピークは、９３．３ｋｅＶである。好ましい実施例において、自動ピーキングシステムは，最も高い崩壊パーセントによるフォトピークにおいて常に動作し、これは本実施例ではフォトピーク２２２である。好ましい実施例は、最も高いエネルギーウィンドウの中心にまで、エネルギーレベルをスケーリングすることによって、エネルギースペクトルのダイナミックレンジを最大限に利用する。例えば、１２ビットシステムは４０９６の最大値を有する。好ましい実施例において、１２ビット解像度が使われるときに検出器のゲインがスケーリングされ、最も高いエネルギーウィンドウの中心が１５００のディジタル値（十進法数）にスケーリングされる。図７の実施例において、ウィンドウＷＣの３００．２ｋｅＶ中心は１５００の値に設定され、スペクトルの他のエネルギーレベルは、従って、スケーリングされる。ウィンドウＷＢの１８４．６ｋｅＶ中心は、（１５００*１８４．６）/３００．２にスケーリングされ、ＷＣの９３．３ｋｅＶ中心が（１５００*９３．３）/３００．２にスケーリングされる。
【００１９】
マルチプルアイソトープを使用する研究では、その状況は各々のアイソトープ用のアクティビティレベルに関する情報の欠如によって困難になり得る。このように、ゲインファクタが、どのエネルギーピークかを決定するために崩壊パーセントを使用することは、不正確又は曖昧な結果をもたらし得る。この状況に対処する技法は、研究に使用されるアイソトープの演繹的知識を使用して、最も高い崩壊パーセントにより各々のアイソトープのピークをまず突き止めることである。研究に使用される何れかのアイソトープ用の他のいかなる理論上のピークから２０％未満であるどんな理論上のピークも無視される。ピークがこの基準を満たさない場合、自動ピーク補正は実行されることが不可能になるとともに、システムがユーザにこの事実を知らせる。この基準を満たす各々のピークのために、２０％エネルギーウィンドウは、各々のピークのためにセットアップされる。最も多くのカウントをもつピークが、その場合、自動ピーク調整を実行するために用いられる。
【００２０】
このように、検出された信号のスペクトルが、シングルフォトピーク、マルチプルフォトピークを伴うアイソトープ、又はマルチプルフォトピークを伴う複数のアイソトープをベースにした単一の調整によって全てのガンマカメラのために調整されることができるということが確認される。単一の調整は、マルチプルアイソトープのためのカメラを調整するだろう。この調整は、上述された実施例において示されるようにディジタル的に実施されることができるし、又はアナログ回路が利用される場合、アナログドメインで実施されることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理に従って構成されたガンマカメラをブロック図の形で示す。
【図２】ガンマカメラの検出器をブロック図の形で示す。
【図３ａ】本発明の原理に従ってエネルギースペクトルピークを調整するように動作する図２の検出器の補正回路の詳細図を示す。
【図３ｂ】本発明の原理に従ってエネルギースペクトルピークを調整するように動作する図２の検出器の補正回路の詳細図を示す。
【図４】本発明の好ましい実施例に従う自動ピーキングを示すフローチャートである。
【図５】本発明の好ましい実施例の動作を説明するために使用されるヒストグラムスペクトルを示す。
【図６】本発明の好ましい実施例の動作を説明するために使用されるヒストグラムスペクトルを示す。
【図７】本発明の好ましい実施例の動作を説明するために使用されるヒストグラムスペクトルを示す。
【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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【図７】
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