(57)【要約】PETスキャンのエミッションマップを再構成する際、減衰マップの再構成が重要な要件となる。本発明によれば、ヘリカルソーストラジェクトリで取得したトランスミッションデータを平行瓶変更する。そのデータをコーン角の余弦で重み付けし、行ごとに傾斜フィルタリングする。フィルタリングされたデータは瓶変更したジオメトリを用いて逆投影する。有利にも、本発明によれば、すべての利用可能データが考慮され、線量利用の観点で効率を高くすることができる。さらにまた、正しいコーンビームジオメトリを考慮するので、画像品質を向上することができる。
2006524328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
PETスキャンのトランスミッションデータ（transmission  data）から減衰データ（attenuation  data）を再構成する方法であって、
ヘリカルソーストラジェクトリを用いて前記トランスミッションデータを測定するステップと、
前記トランスミッションデータの平行瓶変更（parallel  rebinning）を実行するステップと、
前記瓶変更されたトランスミッションデータから前記減衰データを再構成するステップと、を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
ヘリカルソーストラジェクトリを用いて前記トランスミッションデータを測定する前記ステップにコーン角を有するコーンビームを用い、
前記瓶変更されたトランスミッションデータから前記減衰データを再構成する前記ステップは、
前記瓶変更されたトランスミッションデータを前記コーン角の余弦で重み付けするステップと、
前記瓶変更され重み付けされたトランスミッションデータの列ごとの傾斜フィルタリングを実行するステップと、をさらに有することを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
前記瓶変更され重み付けされたトランスミッションデータを前記平行瓶変更のジオメトリを用いることにより逆投影し、
逆投影の際、ボクセル依存オーバースキャン重み付けを実行することを特徴とする方法。
【請求項４】
PETスキャナから取得したトランスミッションデータから減衰データを再構成する画像処理装置であって、
前記PETスキャナはヘリカルソーストラジェクトリを用いて前記トランスミッションデータを測定し、
前記画像処理装置は計算部を有し、
前記計算部は前記トランスミッションデータの平行瓶変更を実行するように構成され、
前記計算部は前記瓶変更されたトランスミッションデータから前記減衰データを再構成するようにさらに構成されたことを特徴とする画像処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載の画像処理装置であって、
ヘリカルソーストラジェクトリを用いた前記トランスミッションデータの測定にコーン角を有するコーンビームを用い、
前記計算部は前記瓶変更されたトランスミッションデータを前記コーン角の余弦で重み付けし、前記瓶変更され重み付けされたトランスミッションデータの列ごとの傾斜フィルタリングを実行するように構成されたことを特徴とする画像処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の画像処理装置であって、
前記瓶変更され重み付けされたトランスミッションデータを前記計算部により前記平行瓶変更のジオメトリを用いることにより逆投影し、
逆投影の際、ボクセル依存オーバースキャン重み付けを実行することを特徴とする画像処理装置。
【請求項７】
PETシステムであって、
ヘリカルソーストラジェクトリを用いて前記トランスミッションデータを測定するステップと、
前記トランスミッションデータの平行瓶変更を実行するステップと、
前記瓶変更されたトランスミッションデータから前記減衰データを再構成するステップと、を実行することを特徴とするPETシステム。
【請求項８】
コンピュータプログラムであって、画像プロセッサ上で実行された時、前記画像プロセッサに、
ヘリカルソーストラジェクトリを用いてPETスキャナにより取得されたトランスミッションデータを受け取るステップと、
前記トランスミッションデータの平行瓶変更を実行するステップと、
前記瓶変更されたトランスミッションデータから減衰データを再構成するステップと、を実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は医療用画像化の分野に関する。特に、陽電子放出断層撮影（PET）における減衰マップの再構成に関する。具体的には、PETスキャンのトランスミッションデータ（transmission  data）から減衰データ（attenuation  data）を再構成する方法と、PETスキャナから取得したトランスミッションデータから減衰データを再構成する画像処理装置と、PETシステムと、コンピュータプログラム手段を有するコンピュータプログラムと、に関する。
【０００２】
放射型コンピュータ断層撮影法として知られる医療用画像化方法においては、オブジェクトから放射されるガンマ線の検出に基づいてオブジェクトの画像を生成する。陽電子放射断層撮影（PET）の場合、画像化するオブジェクト内の陽電子・電子消滅によりガンマ線が放射され、ペアになったガンマ線光子が正反対の方向に飛び出す。ペアになった各ガンマ線光子の経路は直線であり、「ラインオブコインシデンス（line  of  coincidence）」と呼ばれることがある。これらのラインオブコインシデンスの位置を計算することにより、オブジェクト内の陽電子放出造影剤の分布を決定することができる。こうした情報を集積して画像を構成する。
【０００３】
ガンマ線光子が有するエネルギーは、一般的には検査対象の被検者の周りにアレイ状に配置された検出器により検出される。検出器はガンマ線光子が有するエネルギーを変換し、アレイに発生したイベントの位置を記録する。検出したガンマ線光子を表す電気信号はシステムにより処理される。そのシステムは、一般的にはプログラムされたデジタルコンピュータを含み、位置データを処理して検査中の構造、器官、または患者の画像を形成することができる。PET画像化の目的は、人体内の造影剤の分布を再構成することである。この分布は放射画像と呼ばれ、上で説明した放射測定から再構成される。しかし、消滅の点で放射された２つのガンマ線光子は検出器に届く前に患者の体内で吸収されてしまうこともある。この吸収の可能性は患者やラインオブレスポンスによって決まり、放射画像の再構成の際に患者による減衰を考慮にいれることは重要である。このため、患者のトランスミッションデータも測定して、いわゆる減衰マップを再構成する必要がある。この測定のため、付加的なX線源を検出器リング内に配置し、人体によるガンマ線光子の減衰を測定する。その結果、患者はトランスミッション測定およびエミッション測定の際に、電離放射線にさらされる。トランスミッション測定はエミッション測定の前、後、または同時に実行することができる。
【０００４】
X線が使用されるCTスキャナの場合と同様に、患者がさらされる放射線を減らし最小化することがPETスキャナの主要な懸念事項である。
【０００５】
本発明の目的の１つは、PETスキャンのトランスミッション測定の際にオブジェクトに適用する放射線量を低く抑えることである。
【０００６】
本発明の一実施形態によれば、上記目的は、PETスキャンのトランスミッションデータ（transmission  data）から画像データを再構成する方法により達成することができ、前記方法は、ヘリカルソーストラジェクトリを用いて前記トランスミッションデータを測定するステップと、前記トランスミッションデータの平行瓶変更（parallel  rebinning）を実行するステップと、前記瓶変更されたトランスミッションデータから画像データを再構成するステップと、を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明のこの実施形態による方法では、PETスキャンの際に取得する利用可能なデータはすべて考慮しており、線量利用の観点で非常に効率的である。そのため、オブジェクトに照射する線量を非常に低く抑えることができる。
【０００８】
請求項２に記載した本発明の一実施形態によれば、瓶変更されたトランスミッションデータをコーン角の余弦で重み付けし、瓶変更され重み付けされたトランスミッションデータに傾斜フィルタリング（ramp  filtering）を施す。本発明のこの実施形態によれば、正しいコーンジオメトリを考慮する。有利にも、これにより、例えば単一スライス瓶変更法と比較して再構成された画像の画像品質は優れている。
【０００９】
請求項３に記載の本発明の一実施形態によれば、アパチャー重み付け等のボクセル依存オーバースキャン重み付けを実行し、適当な正規化を可能とし、画像品質を向上させる。
【００１０】
請求項４に記載の本発明による他の実施形態によれば、PETスキャナから取得したトランスミッションデータから画像データを再構成する画像処理装置が提供される。前記PETスキャナはヘリカルソーストラジェクトリを用いて前記トランスミッションデータを測定する。その画像処理装置は、少ない計算量で非常に高速に画像データの再構成を可能であるが、その理由はｚ軸方向の瓶変更をそれ以上使用しないからである。請求項５および６に、画像処理装置のさらに別の実施形態を与えた。
【００１１】
請求項７に記載した本発明の他の実施形態によれば、PETシステムが提供され、そのPETシステムは、ヘリカルソーストラジェクトリを用いて前記トランスミッションデータを測定するステップと、前記トランスミッションデータの平行瓶変更を実行するステップと、を実行する。有利にも、このPETシステムにより画像品質を向上し再構成画像中のアーティファクトを少なくすることができる。
【００１２】
請求項８に記載の本発明の他の実施形態によれば、コンピュータプログラム手段を有するコンピュータプログラムプロダクトが提供される。そのコンピュータプログラムプロダクトはCD-ROM等のデータ担体であってもよい。しかし、ワールドワイドウェブ等のネットワークからダウンロードして、コンピュータプログラム手段をサーバからローカル画像プロセッサやコンピュータのプロセッサに持ってくることも可能である。
【００１３】
本発明の実施形態の要点は、ヘリカルトラジェクトリに沿ってスキャンしたトランスミッションデータを平行瓶変更することである。そしてそのデータをコーン角の余弦で重み付けし、行ごとに傾斜フィルタリングすることである。フィルタリングしたデータは瓶変更されたジオメトリを用いて逆投影する。逆投影の際、ボクセル依存オーバースキャン重み付けを実行してもよい。
【００１４】
本発明の上記その他の態様は以下に説明する実施形態を参照して明らかであり、詳しく説明する。
【００１５】
本発明の実施形態を、図面を参照して以下に説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態による画像処理装置４とディスプレイ６を含む陽電子放射断層撮影（PET）スキャナ２を示す、簡略化したブロック図である。図１から分かるように、本発明によるPETスキャナは固定検出器８を有する。PET検出器は物理的には完全なリング状である。しかし、トランスミッション測定の際、X線源の反対側にある検出器の一部しか使用されない。検出器の使用される部分だけを図示した。検出器８はスタックされた複数の検出器エレメントラインが検出器アレイを形成する。検出器８はPETスキャナ２の回転軸１０の周りに固定的に配列されている。検出器８の構成は、各検出器エレメントが回転軸１０から等距離に固定的に配列されている。言い換えると、検出器８は回転軸１０を取り巻いている。
【００１７】
参照番号１２は、PETにおけるX線源等の放射線源を指し、X線源は例えばセシウム化合物である。放射線源１２は、放射線ビーム１６を放射するように、例えば、図１には示していない好適な開口システムにより構成されている。図１から分かるように、放射線ビーム１６はコーンビーム角αのコーンビームであり、放射線ビーム１６が検出器８の列を完全にカバーするようになっている。コーンビーム１６の広がり角βは、コーンビーム１６が所望の視野を完全にカバーするようになっている。視野は検出器８のラインに関係する。本発明の一実施形態によれば、放射線ビーム１６の角度αおよび／またはβは、例えば好適な開口システムにより調節され、検出器８の検出器エレメントすべてをカバーするが、隣接するエリアには余分な放射線が影響を与えないようになっている。検出器８に放射線源１２を正しくフォーカスさせるため、本発明の一実施形態によるPETスキャナ２は、オブジェクトすなわち患者に不必要で余分な放射線が照射されないようにすることができる。
【００１８】
参照数字１４は、オブジェクトオブインタレスト１８の周りの放射線源１２のヘリカルソーストラジェクトリを指している。ヘリカルソーストラジェクトリ１４は、オブジェクトオブインタレスト１８の周りの放射線源１２の回転と、回転軸１０に沿ったまたはそれと平行なオブジェクトオブインタレスト１８の変位によりできる。回転軸１０に沿った移動とオブジェクトオブインタレスト１８の周りの放射線源１２の回転の組み合わせにより、ヘリカルソーストラジェクトリ１４ができる。
【００１９】
上で説明したように、スキャンに際して、オブジェクトオブインタレスト１８は回転軸１０に沿って並進移動し、放射線源１２はオブジェクトオブインタレスト１８の周りを回転し、ヘリカルソーストラジェクトリ１４ができる。スキャンに際し、検出器８の検出器エレメントから読み出した情報が収集される。これらの読み出し情報はPETのトランスミッションデータを形成する。トランスミッションデータは処理装置４に出力される。処理装置４は、例えば、メモリと、画像プロセッサ等のプロセッサを含む。画像プロセッサはトランスミッションデータから画像を再構成し、その画像データに基づき減衰画像をディスプレイ６に出力する。さらにまた、画像処理装置は複数の入出力装置と接続されており、その入出力装置によりオペレータはPETスキャナシステム２の動作を制御することができる。
【００２０】
画像処理装置４は、ヘリカルソーストラジェクトリによるPETスキャンの際に取得したトランスミッションデータから画像データを再構成するように構成されている。上で説明したように、本画像処理装置は画像プロセッサ等の計算部を有する。その計算部はトランスミッションデータの平行瓶変更（parallel  rebinning）を実行するように構成されている。さらにまた、計算部４はディスプレイ６に画像を表示するため、トランスミッションデータからトランスミッション画像データを再構成するように構成されている。
【００２１】
上で説明したように、計算部はワーキングメモリを含むプロセッサにより実現され、そのワーキングメモリにはプログラム手段が含まれている。そのプログラム手段は、プロセッサ上で実行された時、トランスミッションデータの平行瓶変更と、瓶変更（rebinning）されたトランスミッションデータからトランスミッション画像データの再構成と、をプロセッサに実行させる。プログラム手段は、CD-ROM等のコンピュータプログラムプロダクトによりプロセッサに提供してもよいし、ワールドワイドウェブ等のネットワークからダウンロードしてもよい。
【００２２】
図２は、本発明の一実施形態による、図１のPETシステムを動作させる方法を示すフローチャートである。ステップS1の開始後、ステップS2に進み、ヘリカルソーストラジェクトリ１４を用いてトランスミッションデータを測定する。PETシステムの好適なトランスミッション測定ジオメトリは、検出器８と放射線源１２とともに図１に示した。ステップS2におけるトランスミッションデータの取得の後、ステップS3に進み、トランスミッションデータの平行瓶変更を実行する。ステップS3の平行瓶変更後にできた測定ジオメトリを図３に示した。
【００２３】
図３の参照数字１４はヘリカルソーストラジェクトリを指している。図３から分かるように、平行方向の垂直の扇形ビーム投影が配列され、平行瓶変更測定ジオメトリを形成する。図３の各投影は異なる放射線源位置から取られており、すなわち、放射線源１２はヘリカルソーストラジェクトリ１４上の異なる位置にいる。
【００２４】
斜線を引いた列は、ヘリカルソーストラジェクトリ１４上のソースポジション３０においてビーム角度αで取られた投影を表している。
【００２５】
有利にも、本発明の一態様によれば、例えばWEDGE法のように、ｚ軸、すなわち回転軸１０に平行な軸に沿ってさらに瓶変更する必要はない。WEDGE法はH.K.Tuyによる米国特許第6,104,775号（2000年8月15日）「WEDGEビーム変換を用いたヘリカル部分コーンビームスキャナのための３次元画像再構成」に説明されており、ここに参照により援用する。
【００２６】
ステップS3の平行瓶変更の後、ステップS4に進み、トランスミッションデータのスキャンの際に使用されたコーンビームジオメトリを用いて、平行瓶変更されたトランスミッションデータの重み付けを実行する。ステップS4において、平行瓶変更されたトランスミッションデータをコーン角αの余弦で重み付けする。詳細に言うと、平行瓶変更されたトランスミッションデータのアレイの線積分、すなわちライン３２（図３）に沿った積分に、コーン角αの余弦（cosine）をかける。ステップS4の重み付けの後、ステップS5に進む。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、平行瓶変更し重み付けしたトランスミッションデータにランプフィルタリング（ramp-filtering）を実行する。好ましくは、ランプフィルタリングは行ごとに実行する。そして、ステップS6において、平行瓶変更し重み付けしたトランスミッションデータの逆投影を実行する。本発明の一態様によれば、ステップS5でフィルタリングした後のデータを瓶変更されたジオメトリ（rebinned  geometry）を用いてボリュームに逆投影する。本発明の一態様によれば、回転軸１０と平行な光線による各オブジェクトの点への貢献を、貢献全体がすべての投影アングルで同じになるように重み付けする。言い換えると、逆投影の際、確実に正規化するため、アパチャー重み付け（aperture  weighting）等のボクセルに依存したオーバースキャン重み付け（voxel  dependent  overscan  weighting）を実行する。本発明による一態様によれば、WEDGE法で使用されているのと同じアパチャー重み付け法を適用することができる。WEDGE法で使用されているアパチャー重み付け法は、H.K.Tuyによる米国特許第6,104,775号（2000年8月15日）「WEDGEビーム変換を用いたヘリカル部分コーンビームスキャナーの３次元画像再構成（3D  image  reconstruction  for  helical  partial  cone-beam  scanners  using  wedge  beam  transform）」に説明されている。この文献はここに参照により援用する。
【００２８】
ステップS6の逆投影に続き、ステップS7に進み、画像処理装置４がトランスミッションデータを生成し、その画像をディスプレイ６に出力し、画像がオペレータに表示される。さらにまた、トランスミッション画像はエミッション画像再構成部に送られ、エミッション画像を再構成するために使用される。ステップS7の後、ステップS8に進み終了する。
【００２９】
有利にも、図２を参照して説明した方法は、利用可能なデータをすべて考慮に入れており、放射線量の利用という観点で非常に効率的である。言い換えると、放射線量効率が非常に高いので、患者等のオブジェクトに適用する放射線量を制御して、余計な放射線照射を避けることができる。さらにまた、この方法はコーンビームジオメトリを考慮しており、例えば、単一スライス瓶変更法と比較して画像品質が優れている。
【００３０】
さらにまた、有利にも、回転軸１０の方向に不均質である場合、本発明によれば、発生するアーティファクトはごく少しであり、画像効率を高くすることができる。この点について、図４と５を参照してさらに説明する。
【００３１】
図４は、M.Kachelriess、S.Schaller、W.A.Kalenderの「コーンビームスパイラルCTにおける改良型単一スライス瓶変更（Advanced  single-slice  rebinning  in  cone-beam  spiral  CT）」（Med.Phys.、27(4):754-772、2000年）等で示唆されている改良型単一スライス瓶変更により取得した胸部ファントムの断面図である。
【００３２】
図５は、同じ胸部ファントムの冠状断面であるが、図２に示した方法により動作する図１に示したPETスキャナで取得したものである。図４の矢印４０は第１の画像アーティファクトを指している。図５の矢印４２は、図２に示した方法により取得した、図５の画像中の対応する画像アーティファクトを指している。図４と５のアーティファクトを比較して分かるように、図５のアーティファクト、すなわち矢印４２で指示された小さな白点は図４の矢印４０で指示された白いエリアよりも非常に小さい。
【００３３】
さらにまた、矢印４４は、図４の水平極線（horizontal  polarization  lines）に似た画像アーティファクトを指している。図５の矢印４６で指示された同じエリアと比較すると、矢印４６で指示されたラインは図４のもののようにはっきりとはしていない。このように、本発明によれば、画像品質がよくなり、画像アーティファクトが少ない画像を生成することができる。その結果、エミッション画像で生じるアーティファクトが少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態による、画像処理装置を含む（トランスミッション測定時の）PETシステムを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態による並行瓶変更の測定ジオメトリを示す図である。
【図４】高度単一スライス瓶変更により取得された胸部ファントムの冠状断面を示す図である。
【図５】本発明による方法で取得された胸部ファントムの冠状断面を示す図である。
【図１】
2006524328.tif 000003
【図２】
2006524328.tif 000004
【図３】
2006524328.tif 000005
【図４】
2006524328.tif 000006
【図５】
2006524328.tif 000007
【国際調査報告】
2006524328.tif 000008
2006524328.tif 000009