(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に投与されたＲＩから放射されたガンマ線に基づく体内分布データを収集し、該体内分布データに基づく体内分布像を得る第１の収集手段と、
トランスミッションＣＴ投影データを収集し、トランスミッションＣＴ像を得る第２の収集手段と、
前記体内分布像から被検体の体輪郭を抽出する抽出手段と、
前記体輪郭を示すデータを用いた楕円近似により前記トランスミッションＣＴ投影データの総和値及びトランスミッションＣＴ像の重心を算出する演算手段と、
前記トランスミッションＣＴ投影データの総和値及びトランスミッションＣＴ像の重心からトランケーション部分を推定し、トランスミッションＣＴ投影データに２次式外挿するトランケーション補正手段と、
を具備することを特徴とするトランスミッションＣＴのトランケーション補正装置。
【請求項２】
前記第２の収集手段は、
前記第１の収集手段とは異なる核種から構成される面線源と、
前記面線源に対し被検体を挟んで対向するように取り付けられるファンビームコリメータと、
前記面線源に対向する前記ファンビームコリメータの位置を可変にする手段と、により構成されることを特徴とする請求項１に記載のトランケーション補正装置。
【請求項３】
前記第２の収集手段により得られたファンビームのトランスミッションＣＴ投影データをパラレルビームデータに変換する変換手段をさらに具備することを特徴とする請求項１又は２に記載のトランケーション補正装置。
【請求項４】
７次のフーリェ・フィッティング処理を含み、前記抽出手段により得られた体輪郭を平滑化する平滑化手段をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のトランケーション補正装置。
【請求項５】
被検体に投与されたＲＩから放射されたガンマ線に基づく体内分布データを収集し、該体内分布データに基づく体内分布像を得る第１の収集手段と、
トランスミッションＣＴ投影データを収集し、トランスミッションＣＴ像を得る第２の収集手段と、
前記体内分布像から被検体の体輪郭を抽出する抽出手段と、
前記体輪郭を示すデータを用いた楕円近似により前記トランスミッションＣＴ投影データの総和値及びトランミッションＣＴ像の重心を算出する演算手段と、
前記トランスミッションＣＴ投影データの総和値及びトランミッションＣＴ像の重心からトランケーション部分を推定し、トランスミッションＣＴ投影データに２次式外挿するトランケーション補正手段と、
前記トランケーション補正がなされたＴＣＴ投影データに基づいて前記体内分布像を減弱補正する減弱補正手段と、を具備することを特徴とする核医学診断装置。
【請求項６】
前記トランケーション補正のための前記第１の収集手段による体内分布データの収集と、前記第２の収集手段によるトランスミッションＣＴ投影データの収集とが同時に行われることを特徴とする請求項５に記載の核医学診断装置。
【請求項７】
被検体に投与されたＲＩから放射されたガンマ線に基づく体内分布データ及びトランスミッションＣＴ投影データに基づいて、トランスミッションＣＴ投影データのトランケーション補正を行う方法において
前記体内分布像から被検体の体輪郭を抽出する抽出ステップと、
前記体輪郭を示すデータを用いた楕円近似により前記トランスミッションＣＴ投影データの総和値及びトランスミッションＣＴ像の重心を算出する演算ステップと、
前記トランスミッションＣＴ投影データの総和値及びトランスミッションＣＴ像の重心からトランケーション部分を推定し、トランスミッションＣＴ投影データに２次式外挿するトランケーション補正ステップと、
を具備することを特徴とするトランスミッションＣＴのトランケーション補正方法。
【請求項８】
被検体に投与されたＲＩから放射されたガンマ線に基づく体内分布データ及びトランスミッションＣＴ投影データに基づいて、トランスミッションＣＴ投影データのトランケーション補正を行う方法において
前記体内分布像から被検体の体輪郭を抽出する抽出ステップと、
前記トランスミッションＣＴ投影データ及び前記体輪郭のデータに基づいて、前記トランスミッションＣＴ投影データの推定総和値及びトランスミッションＣＴ像の推定重心位置を算出する演算ステップと、
複数の回転角度に対応した前記トランスミッションＣＴ投影データに対して、各トランスミッションＣＴ投影データの総和値及びトランスミッションＣＴ像の重心位置が前記推定総和値及び前記推定重心位置に一致するようにトランスミッションＣＴ投影データを補正するトランケーション補正ステップと、
を具備することを特徴とするトランスミッションＣＴのトランケーション補正方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体に投与されたＲＩから放射されたガンマ線に基づく体内分布データを収集して画像を得るトランケーション補正装置、核医学診断装置及びトランケーション補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シングルフォトンエミッションＣＴ（ＳＰＥＣＴ）は、被検体内に投与したＲＩ（Radioisotope: 放射性同位元素）から放出されるガンマ（γ）線を検出し、ＲＩの体内分布を測定するものである。ガンマ線は被検体の体内で減弱するため、定量的な測定を行うためには、外部ガンマ線源を利用するトランスミッションＣＴ（ＴＣＴ）により体内の減弱分布を測定し、この測定量に応じて補正を行う必要がある。
【０００３】
外部ガンマ線源を利用するＴＣＴのうち、ファンビームコリメータによるＴＣＴは、線源とコリメータの２カ所でガンマ線をコリメートすることになるため散乱線が少なく、体内の減弱係数分布を正確に測定することができる。
【０００４】
しかしながら、ファンビームコリメータは有効視野が狭いため、被検体の体躯部を測定するような場合には体躯部の一部が有効視野外からはみ出してしまい、不完全再構成によるアーチファクト（「トランケーションエラー」という）が生じてしまうという問題点がある。
【０００５】
また、T.pan らにより、ＳＰＥＣＴデータから体輪郭と肺の輪郭を抽出し、ＴＣＴデータのトランケーション補正を行う方法が既に提案されている（IEEE NSS 1996 を参照）。
【０００６】
しかしながら、この方法ではＳＰＥＣＴデータから肺の輪郭を抽出することが困難であり、また、仮の減弱係数分布を使用するものであるため実用的ではなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、トランスミッションＣＴにおけるトランケーションエラーを補正する装置及び方法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】
上記課題を解決し、目的を達成するために本発明は次のように構成されている。
本発明のトランスミッションＣＴのトランケーション補正装置は、ＳＰＥＣＴデータを収集し、ＳＰＥＣＴ像を得る第１の収集手段と、トランスミッションＣＴ投影データを収集し、トランスミッションＣＴ像を得る第２の収集手段と、前記ＳＰＥＣＴ像から被検体の体輪郭を抽出する抽出手段と、前記体輪郭を示すデータを用いた楕円近似により前記トランスミッションＣＴ投影データの総和値及びトランスミッションＣＴ像の重心を算出する演算手段と、前記トランスミッションＣＴ投影データの総和値及びトランスミッションＣＴ像の重心からトランケーション部分を推定し、トランスミッションＣＴ投影データに２次式外挿するトランケーション補正手段と、を具備する。
【０００９】
この構成によれば、トランスミッションＣＴ投影データに対しトランケーション補正を行うことができる。トランケーション補正がなされたトランスミッションＣＴ投影データを用いることにより、被検体の体躯部を測定するような場合であって且つ体躯部の一部が有効視野外からはみ出してしまうような場合におけるアーチファクト（トランケーションエラー）を抑制できる。したがって、このトランスミッションＣＴ投影データを用いれば、ＳＰＥＣＴ像の減弱係数分布の測定を精度良く行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る体躯ファンビームＳＰＥＣＴ／ＴＣＴシステムの構成を示す図である。このシステムは、３つの検出器Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を具備するとともに、検出器Ｄ１に設けられＳＰＥＣＴデータの収集に用いられるパラレルホールコリメータ１０、ＴＣＴデータの収集に用いられる外部ガンマ線源２０、及び検出器Ｄ２に設けられるファンビームコリメータ２１を具備しており、ＳＰＥＣＴデータの収集とＴＣＴデータの収集とを同時に行える構成となっている。検出器Ｄ１乃至Ｄ３のうち、少なくとも一つの検出器は、本実施形態のようにパラレルホールコリメータを備えることでトランケーションのないＳＰＥＣＴデータを収集できるように構成されている。検出器及びコリメータは架台により回転可能に支持されており、被検体の周りを微少角度づつ回転しながら、ＳＰＥＣＴデータ及びＴＣＴデータを収集するように構成されている。検出器Ｄ１乃至Ｄ３のそれぞれには、入射位置毎に入射ガンマ線の計数値を求めるデータ収集部が接続されている。データ収集部は、検出器Ｄ１乃至Ｄ３からの出力に基づいて、検出器の検出面上の２次元的なガンマ線入射位置情報及び入射ガンマ線のエネルギー値を求め、このエネルギー値が所定の範囲内にあるガンマ線を入射位置毎にカウントするように構成されている。データ収集部は、この２次元的な入射位置毎のカウント値の収集を、検出器の回転位置毎に行うものとなっている。
【００１１】
外部ガンマ線源２０は比較的小型の面線源から構成されており、この外部ガンマ線源２０とファンビームコリメータ２１とは被検体を挟んで対向配置される。ＴＣＴデータの収集に用いられるこの外部ガンマ線源２０の形状を線ではなく本実施形態のように小型の面としていることで、検出器の回転半径が可動となるので被検体の体格に合わせた収集を行うことができる。
【００１２】
さて、上述したように外部ガンマ線源を利用するファンビームＴＣＴでは、線源とコリメータの２カ所でガンマ線をコリメートすることになるため散乱線が少なく、体内の減弱係数分布を正確に測定することができるが、ファンビームコリメータは有効視野が狭いため、被検体の体躯部を測定するような場合には体躯部の一部が有効視野外からはみ出してしまい、不完全再構成によるアーチファクト（トランケーションエラー）が生じてしまう。
【００１３】
本実施形態のシステムは、このようなトランケーションエラーの補正を行うものであり、始めに、検出器Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を被検体を中心として回転させながら、各回転位置及び検出器の検出面上の位置毎に入射ガンマ線のカウントを行い、ＳＰＥＣＴデータ及びＴＣＴデータを得、次に、以下に述べる方法に従ってＴＣＴデータのトランケーション補正を行う。
【００１４】
本実施形態のＴＣＴデータのトランケーション補正は、ＳＰＥＣＴデータから求めた被検体の体輪郭とＴＣＴデータの性質とを利用することを基本原理とするものであり、より具体的には、図２に示すステップＳ１乃至Ｓ４からなる一連の動作によって実現される。
【００１５】
すなわち、本実施形態のシステムは、ＳＰＥＣＴデータを収集してＳＰＥＣＴ像を得、トランスミッションＣＴ投影データを収集してトランスミッションＣＴ像を得る収集ステップ（ステップＳ１）と、
ＳＰＥＣＴ画像から被検体の体輪郭を抽出する抽出ステップ（ステップＳ２）と、
ステップＳ２において得られた体輪郭を示すデータを用い、楕円近似によりトランスミッションＣＴ投影データの総和値及びトランスミッションＣＴ像の重心を算出する演算ステップ（ステップＳ３）と、
トランスミッションＣＴ投影データの総和値及びトランスミッションＣＴ像の重心からトランケーション部分を推定し、トランスミッションＣＴ投影データに２次式外挿するトランケーション補正ステップ（ステップＳ４）と、
から構成される一連の動作を行う。
【００１６】
ＲＩ等の放射性医薬品は、目的臓器以外の血中などにも分布する場合が多く、ＳＰＥＣＴ画像から大まかな体輪郭を抽出可能であることに着目する。上記ステップＳ２における体輪郭抽出の方法は、トランケーションのないパラレルホールコリメータ１０を介して検出器Ｄ１により収集したＳＰＥＣＴデータをスライス毎に閾値を設定して２値化し、この２値化データを逆投影して求めることとする。
【００１７】
求めた輪郭は、７次のフーリエ変換によってフィッティング処置して滑らかにする（平滑化）ことが好ましい。なお、このフィッティング処理におけるフーリエ変換の次数は７次のみに限定されない。
【００１８】
一方、ＴＣＴデータの性質として、「ＴＣＴ投影データは全投影方向でその和は一定」という性質と、「ＴＣＴ画像の重心は全投影方向から見て固定」という性質がある。
【００１９】
これらの性質に鑑みて次のデータ処理（演算）をする。
図３は、ＴＣＴ投影データの投影データ、及びＴＣＴ像における重心を示す図である。また、図４はトランケーション部分の外挿の様子を示す図であり、図４（ａ）は楕円関数外挿時の図、図４（ｂ）は２次関数外挿時の図である。
【００２０】
最初に、上記ステップＳ３において、ステップＳ２において得られた体輪郭を示すデータを用い、楕円近似によりトランスミッションＣＴ投影データの総和値及びトランスミッションＣＴ像の重心を算出する。次に、上記ステップＳ４において、トランスミッションＣＴ投影データの総和値及びトランスミッションＣＴ像の重心からトランケーション部分を推定し、トランスミッションＣＴ投影データに２次式を外挿する。
【００２１】
かくして、ＴＣＴ投影データに対しトランケーション補正を行うことができる。トランケーション補正がなされたＴＣＴ投影データを用いることにより、被検体の体躯部を測定するような場合であって且つ体躯部の一部が有効視野外からはみ出してしまうような場合におけるアーチファクトを抑制することができる。
【００２２】
したがって、このようなＴＣＴデータを用い、ＳＰＥＣＴ像の減弱係数分布の測定を精度良く行うことができる。
ここで、以上のステップＳ３及びステップＳ４におけるデータ処理を詳しく説明する。
【００２３】
図５は、投影データのプロファイル曲線を示すグラフである。このグラフにおいて、ｙ軸はガンマ線のカウント値、ｘ軸は投影データの位置を表しており、ｎは投影データのマトリクスサイズを表している。このｎは、被検体の体輪郭の幅より広くなるように設定されている。また、このグラフのｘ０−ｘ３は、以下の位置を表している。
ｘ０：ＳＰＥＣＴデータから求めた体輪郭に基づいて求めた、被検体と被検体外の境界の一端。
ｘ１：ＴＣＴデータを収集する検出器の一端。
ｘ２：ＴＣＴデータを収集する検出器の他端。
ｘ３：ＳＰＥＣＴデータから求めた体輪郭に基づいて求めた、被検体と被検体外の境界の他端。
ｙｄ（ｘ）：実際に検出器で検出された、ｘ１からｘ２の間のガンマ線カウント値。
【００２４】
つまり、ｘ１からｘ２の間が検出器の検出面に相当する部分、ｘ０からｘ３の間が被検体の体輪郭内に相当する部分を示している。
ステップＳ３において、楕円外挿近似を行ったトランスミッションＣＴ投影データの面積つまり総和値を求める。
【００２５】
まず、楕円外挿入近似について述べる。図５において、ｘ０からｘ１の間、及びｘ２からｘ３の間に楕円関数を用いた近似値を挿入する。この時、ｘ０からｘ１の間にはｘ０及びｘ３で値が０となりｘ１でｙｄ（ｘ１）となるような楕円関数を外挿し、ｘ２からｘ３の間にはｘ０及びｘ３で値が０となりｘ２でｙｄ（ｘ２）となるような楕円関数を外挿する。
【００２６】
次に楕円外挿されたトランスミッションＣＴ投影データについて、投影データの位置が０からｎまで間のガンマ線のカウント値の面積（総和）を後述する０次モーメントの式に基づいて求める。次に楕円外挿されたトランスミッションＣＴ投影データについて、投影データの位置が０からｎまでの間のガンマ線のカウント値の重心を後述する１次モーメントの式に基づいて求める。この楕円外挿後のトランスミッションＣＴ投影データから面積及び重心を求める作業を各回転角度の投影データに対して行い、各回転角度に対応する面積及び重心を求める。
【００２７】
これら回転角度毎に求められた面積及び画像上の重心位置は、トランスミッションＣＴの原理上では一定となるはずであるが、近似誤差の影響により実際には回転角度毎に異なる値となる。このため、回転角度毎に求められた複数の面積及び画像上の重心位置を用いて、１つの正しい面積及び重心位置を推定する。具体的には、正しい面積の推定値は、回転角度毎に求められた面積の内で、値の大きい方から数点の値を抽出し、この数点の値の平均値を用いる。また、正しい重心位置は、サイノグラム上で最小２乗法を用いて回転角度毎に求められた重心位置にフィットし、且つ２次元座標上で１つの点に対応する関数を求めることにより、２次元座標上の１つの点を推定重心位置とする。  次にステップ４の動作について述べる。
【００２８】
ステップＳ４において、低次の多項式（特にここでは、比較的非負値性が保たれると思われる２次の多項式）を用い、トランケーションの一部分に対応する、ｘ０〜ｘ１における曲線ｙ１を推定し、トランケーションの他の部分に対応する、ｘ２〜ｘ３における曲線ｙ２を推定する。
曲線ｙ１及びｙ２は、次式によって表される。
【００２９】
【数１】
0004170449.tif 000002
【００３０】
この曲線ｙ１及びｙ２に対し以下の条件を与え、この条件を満たす係数ａ０−ａ６を求める。
（１）この曲線ｙ１及びｙ２を計測データｙｄ（ｘ）に外挿した時、各回転角度のトランスミッションＣＴ投影データの０次モーメント（面積）がステップＳ３で推定した正しい面積に一致し、各回転角度のトランスミッションＣＴ投影データの１次モーメント（重心）がステップＳ３で推定した正しい重心位置に一致する。
（２）ＳＰＥＣＴデータから求めた体輪郭に基づいて求めた、被検体と被検体外の境界の一端での値が所定値になる。本実施の形態では、ｙ１（ｘ０）＝０、ｙ２（ｘ３）＝０を満たす。
（３）ＴＣＴデータを収集する検出器端部位置での計測データの値と、検出器端部での曲線ｙ１及びｙ２の値が一致する。つまり、ｙ１（ｘ１）＝ｙｄ（ｘ１）、ｙ２（ｘ２）＝ｙｄ（ｘ２）を満たす。このとき、上の条件を満たす係数は以下のようになる。
【００３１】
【数２】
0004170449.tif 000003
なお、上記Ｍ０−Ｉ０及びＭ１−Ｉ１は、以下に示す０次モーメント及び１次モーメントから求める。
【００３２】
【数３】
0004170449.tif 000004
【００３３】
なお、上記０次及び１次モーメントの式は、図５に示す投影データについてのモーメントの一般式において、分母が一定であることを考慮して得られるＭ’を用いている。Ｍ及びＭ’を以下に示す。
【００３４】
【数４】
0004170449.tif 000005
【００３５】
以上のようにして求めた曲線ｙ１及びｙ２を実際の計測データｙｄ（ｘ）の両側に外挿して２次式外挿により補正したトランスミッションＣＴ投影データを求める。この作業を各回転角度のトランスミッションＣＴ投影データに対して施し、２次式外挿により補正したトランスミッションＣＴ投影データを回転角度毎に求める。
【００３６】
このようにして求めた、２次式外挿補正したトランスミッションＣＴ投影データを用いて、断層像を再構成することにより良好なトランスミッションＣＴ像を得ることができる。
【００３７】
さて、以上説明した実施形態の具体的な効果として、以下のことが検証された。
面線源方式とし、焦点距離を８０ｃｍとするファンビームコリメータを備えたＴＣＴによって収集した心筋ＳＰＥＣＴ臨床データを使用し、有効視野を狭くしてトランケーションを含むＴＣＴデータを擬似的に作成し、このデータに対しトランケーション補正を行った。臨床データは、大型の米国人女性と標準的な日本人男性とした。また、仮定したシステム最小視野は２２０ｍｍ径とした。
【００３８】
この実施形態では、女性のバストのように凹凸のあるＴＣＴデータであっても精度良くトランケーション補正が行えることが認められた。また、かかる補正がなされたＴＣＴデータを用いて減弱補正したＳＰＥＣＴデータの評価では、トランケーションにより生じていたＳＰＥＣＴデータのアーチファクトが抑制されることが検証された。
【００３９】
より具体的には、短軸断層像におけるＳＰＥＣＴ値の評価では、補正前で２０％の誤差が、補正後では６％以下に低減されることが検証された。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず種々変形して実施可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によればトランスミッションＣＴにおけるトランケーションエラーを補正する装置及び方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＴＣＴ／ＳＰＥＣＴ装置の概略構成を示す図。
【図２】ＴＣＴデータのトランケーション補正の流れを示すフローチャート。
【図３】ＴＣＴ投影データ及び断層像の重心を示す図。
【図４】トランケーション部分の外挿の様子を示す図。
【図５】投影データのプロファイル曲線を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…パラレルホールコリメータ
２０…外部ガンマ線源
２１…ファンビームコリメータ
Ｄ１〜Ｄ３…検出器
【図１】
0004170449.tif 000006
【図２】
0004170449.tif 000007
【図３】
0004170449.tif 000008
【図４】
0004170449.tif 000009
【図５】
0004170449.tif 000010