(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体内のポジトロン放出性核種からの２本のガンマ線を同時計数した計数値の、スライス面内角度とスライス面内位置とで指定される位置情報に関する分布を、サイノグラムとして、体軸方向に異なる各位置で収集する検出手段と、該被検体の外部に置かれた線源を用いて収集した３次元のトランスミッションデータから該被検体についての３次元の散乱媒質分布を再構成する手段と、上記多数のサイノグラムより種々の投影方向での計数値分布を投影データとして各々取り出す手段と、上記３次元散乱媒質分布より種々の投影方向での散乱媒質厚さ分布を各々の投影面について算出する手段と、上記各々の投影面についての投影データおよび散乱媒質厚さ分布によって、各投影面での散乱線計数値の分布を求める手段と、上記３次元散乱媒質分布から散乱線の散乱媒質内軌跡を求めて散乱媒質による吸収の効果を算出する手段と、上記の各投影面での散乱線計数値の分布に該吸収の効果を加味した上で、上記の投影データから減算する手段と、これらの処理を投影方向ごとに繰り返し、得られた計数値を多数のサイノグラムとして並べ換える手段と、得られたサイノグラムより、被検体内のポジトロン放出性核種の３次元分布を再構成する手段とを具えることを特徴とするポジトロンＣＴ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ポジトロン放出性核種を用いたエミッション・コンピュータ・トモグラフィ装置（ポジトロンＣＴ装置）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポジトロンＣＴ装置では、被検体内のＲＩ（ラジオアイソトープ）から放出されたポジトロンが消滅するときに１８０°反対方向に放射する２つのガンマ線を同時計数してデータ（エミッションデータ）を収集し、このデータを計算することによってＲＩの分布画像を求めるものである。すなわち、それらの２つのガンマ線の検出位置を結ぶ直線上にＲＩが存在していることから、その直線を表す位置情報ごとに放射線を計数してデータ収集し、再構成アルゴリズムを用いて画像（ＲＩ分布像）を再構成する。
【０００３】
ところが、ガンマ線は被検体内を通って外部に放射されるため、体内で散乱される。その散乱線が同時に検出されると、それらの検出位置を結ぶ直線上にＲＩが存在するものとして計数されてしまう。そのため、測定エミッションデータには、必ず、この散乱線データが含まれる。この散乱線データはシリンダー型放射線検出器を用いた３Ｄ（３次元）ポジトロンＣＴ装置では収集された全体のデータの５０％を超えると推定される。
【０００４】
そこで、この散乱線データを含んで収集されるエミッションデータから散乱線データを取り除き、真のエミッションデータのみを取り出すための補正方法が提案されている。つぎの２つの方法はその代表的な補正方法である。一つの補正方法は、２次元投影面の測定データに対して散乱線の応答関数を重畳積分して散乱線分布を求め、これをその２次元投影面上で差し引くというものである（ D. L. Baiely, et al., IEEE Trans. Med. Imag., vol.11, pp.560-569, 1992 ）。
【０００５】
他の一つの補正方法は、仮定した放射分布（散乱線データも含まれる測定データから再構成した画像）と実測した散乱媒質分布（トランスミッションデータより再構成した画像）から、散乱の物理モデルに基づいて各散乱線を計算し、その分布を求める方法である（ C. C. Watson, et al., IEEE Trans. Nucl. Sci., vol.44, No.1, pp.90-97, 1997 ）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の散乱線補正方法は、いずれも問題があった。前者の方法では、比較的短時間に補正を行うことができるが、散乱媒質が不均一の場合には仮定した散乱線の応答関数が適用できないため散乱線データの推定が不正確になる。また、後者の方法では、不均一な散乱媒質でも比較的正確な補正を行うことができるが、各散乱線の過程（ガンマ線の放射、散乱、吸収）を３次元空間上で一つ一つ追求していくために計算時間が増大する。
【０００７】
この発明は、上記に鑑み、短い計算時間で正確に散乱線データを除去する補正を行えるように改善した、ポジトロンＣＴ装置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】
上記の目的を達成するため、この発明によるポジトロンＣＴ装置においては、被検体内のポジトロン放出性核種からの２本のガンマ線を同時計数した計数値の、スライス面内角度とスライス面内位置とで指定される位置情報に関する分布を、サイノグラムとして、体軸方向に異なる各位置で収集する検出手段と、該被検体の外部に置かれた線源を用いて収集した３次元のトランスミッションデータから該被検体についての３次元の散乱媒質分布を再構成する手段と、上記多数のサイノグラムより種々の投影方向での計数値分布を投影データとして各々取り出す手段と、上記３次元散乱媒質分布より種々の投影方向での散乱媒質厚さ分布を各々の投影面について算出する手段と、上記各々の投影面についての投影データおよび散乱媒質厚さ分布によって、各投影面での散乱線計数値の分布を求める手段と、上記３次元散乱媒質分布から散乱線の散乱媒質内軌跡を求めて散乱媒質による吸収の効果を算出する手段と、上記の各投影面での散乱線計数値の分布に該吸収の効果を加味した上で、上記の投影データから減算する手段と、これらの処理を投影方向ごとに繰り返し、得られた計数値を多数のサイノグラムとして並べ換える手段と、得られたサイノグラムより、被検体内のポジトロン放出性核種の３次元分布を再構成する手段とが備えられることが特徴となっている。
【０００９】
シリンダー型検出器を用いるなどして、被検体の体軸方向に異なる各位置でのエミッションデータをサイノグラムとして収集するとともに、被検体の周囲にライン状線源を回転させるなどして３次元のトランスミッションデータを収集する。３次元のトランスミッションデータから３次元の吸収係数分布を再構成する。この吸収係数分布というのは散乱媒質の分布でもある。サイノグラムとして収集されたエミッションデータから同じ角度方向のものを取り出すことにより、、種々の投影方向での計数値分布が投影データとして作成される。また、３次元散乱媒質分布より種々の方向に投影した散乱媒質の厚さの分布、つまり投影面上での厚さ分布が求められる。投影面におけるある１点の投影データを考えると、これには散乱線計数値が含まれているが、この散乱線計数値は、同じ投影面についての計数値の分布（投影データ）および散乱媒質厚さ分布に依存していることがわかる。そこでこれら投影データと散乱線媒質厚さ分布とを用いて、その１点で散乱線計数値を求めることができる。これから、投影面上での散乱線計数値分布を求める。この各散乱線計数値には、散乱線が飛行する際に受ける吸収の効果が無視されているので、上記の３次元散乱媒質分布から散乱線の散乱媒質内軌跡を求めて散乱媒質による吸収の効果を算出し、これを上記の散乱線計数値に加味した上で、上記の投影データから散乱線計数値を減算する。この処理を各投影面について繰り返せば、すべての投影方向での投影データについて散乱線補正ができたことになる。そこで、この投影データを並べ換えてサイノグラムとし、３次元の画像再構成を行えば、散乱線補正のなされた被検体内のポジトロン放出性核種の３次元分布が得られる。ある方向の２次元投影面に注目し、投影面のエミッションデータ分布と散乱媒体分布とを用いて、投影面上で散乱線計数値の分布を計算するので、３次元空間上での複雑で時間のかかる計算処理は少ないものとなり、散乱線補正処理にかかる時間を短縮することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この発明では、図１に示すように、２本のガンマ線の同時計数をサイノグラムとして収集した測定エミッションデータの特定方向への投影であるデータを取り出して体軸方向に並べた投影データを作成する。この投影データは投影方向に直角な面（投影面）に分布するデータであるから、投影面上の位置情報（投影面の座標）としては、体軸方向の位置と、この体軸方向に直角でかつ投影方向に直角な位置つまり体軸に直角な平面上での中心からの距離とを持つことになる。
【００１１】
他方、被検体の周囲にライン線源を回転させるなどしてサイノグラムとして収集した測定トランスミッションデータから３次元の画像再構成を行って３次元のＴＣＴ（トランスミッションＣＴ）画像を再構成する。
【００１２】
上記の投影データには散乱線データが含まれているが、その散乱線がどのようにして入射したかを考えることにより、散乱線データの量は、中心からの距離で表される位置において体軸方向に分布している核種濃度分布と散乱媒質分布とに依存していることがわかる。そこでこれらに基づき、各位置ごとに散乱線データの体軸方向分布を求める。
【００１３】
再構成した３次元ＴＣＴ画像というのは、散乱媒質の３次元分布画像であるから、これより、投影データに含まれている散乱線データを生じる散乱線の角度、散乱エネルギーおよび散乱線の軌跡を算出することが可能である。これから、散乱線の散乱媒質通過距離を求め、吸収を計算する。上記の散乱線の体軸方向分布からこの吸収を減算すれば、吸収を受けた後の散乱線データを求めることができる。この減算後の散乱線データを、もとの投影データから減算することによって、散乱線データを除いたＥＣＴデータを得ることができる。こうして散乱線補正のなされた投影データを並べ換え、もとのサイノグラムの形式に戻して、３次元の画像再構成演算を行えば、散乱線データを除去した真のエミッションデータに基づく３次元ＥＣＴ画像を得ることができる。
【００１４】
具体的には、図２に示すように、シリンダー型検出器１１を用い、この中に被検体１９を挿入する。シリンダー型検出器１１は、多数の放射線検出器エレメントをリング型に並べたリング型検出器を多層に積層してシリンダー型としたものである。被検体１９には放射性薬物が投与されており、体内に分布した放射性核種からポジトロンが放出され、それが消滅するときに２本のガンマ線を１８０°反対方向に放出する。このガンマ線がシリンダー型検出器の各々のエレメントに入射することになる。放射線が入射したときに各エレメントから生じる信号が同時計数装置１２に入力され、２つのガンマ線が同時に入射したと判断される場合、データ収集メモリ１３の、それらの入射したエレメントの組み合わせを表す位置情報に応じたアドレスにおいて計数がなされる。
【００１５】
この位置情報というのは、２つのガンマ線が同時に入射したエレメントを結ぶ直線を表すもので、体軸０に直角な平面内での基準角度からの角度θと中心点（体軸０の位置）からの距離ｒで表現される。１層分のリング型検出器について見ると、その１層分のリング型検出器内の２つのエレメントで同時に信号が生じたとき、その同時に信号を生じた２つのエレメントを結ぶ線を表す（θ、ｒ）のアドレスで「１」を計数する（このような位置情報に基づくアドレスごとに収集されたデータをサイノグラムという）。このような放射線の計数が体軸０の方向（Ｚ方向）に積層された多数のリング型検出器の各々でなされるので、図６に示すようなサイノグラムがＺ方向の各位置ごとに多数収集されることになる。また、体軸０に対して直角ではない角度で放出されたガンマ線が２つ以上のリング型検出器をまたいで２つのエレメントに同時入射することもあるため、それらリング型検出器の組み合わせごとにサイノグラムが収集される。
【００１６】
こうして被検体１９内の核種から放出されたガンマ線の計数がなされて多くのサイノグラム上でエミッションデータ（被検体１９から放出されたガンマ線の計数値の分布）が収集されることになる。
【００１７】
他方、同じ被検体１９についてのトランスミッションデータも収集される。放射性薬剤を投与する前に、被検体１９の周囲にライン状の線源を回転させ、被検体１９を透過した２本のガンマ線をシリンダー型検出器１１で検出してその同時計数を行う。このトランスミッションデータの場合も上記のエミッションデータの場合と同様に、シリンダー型検出器１１のＺ方向に積層された各リング型検出器ごとに（つまりＺ方向の異なる位置ごとに）、およびシリンダー型検出器１１の各リング型検出器をまたぐような組み合わせごとに、多数のサイノグラムとしてデータが収集される。これらのトランスミッションデータはデータ収集メモリ１３の上記のエミッションデータとは異なる領域において収集される。
【００１８】
こうして、データ収集メモリ１３において３次元の、つまり体軸０に直角な平面内の位置情報だけでなくＺ方向にも位置情報を持つエミッションデータとトランスミッションデータとが収集された後、データ処理装置１４により図１に示したような散乱線を補正する演算を行う。３次元のトランスミッションデータからは３次元のＴＣＴ画像つまり吸収係数の３次元分布が再構成される。
【００１９】
まず、収集したエミッションデータのある方向への投影データを作成する。たとえば、図３で示すような投影面１８に、その面に直角な方向（図では真上方向）に投影した投影データを作成する。つまり、Ｚ方向（体軸０と平行な方向）から見た場合には、図４に示すようになり、基準角度からφの角度方向へ放出されたガンマ線のデータのｒ方向分布を求める（ガンマ線を放出する核種は黒丸で示している）。この分布をＺ方向の各位置ごとに求める。すなわち、たとえば図６に示すようにＺ方向の各位置ごとに得られた体軸０に直角な多数のサイノグラムから、φの部分にｒ方向に並んでいる１次元の分布データを取り出して並べることにより、（ｒ、Ｚ）座標系の投影面１８での測定エミッションデータ分布を得る。
【００２０】
こうして作成した投影データのうちのあるｒについてのＺ方向の計数値分布は図５のＢに示す曲線イで示されるものであるとする。図５のＡはシリンダー型検出器１１と被検体１９とを、上記のｒとφで規定される平面（Ｚ方向に平行となっている）で切断した断面図である。上記の曲線イにおけるＺ方向の位置０２での計数値を考えてみると、これには、その位置０２上の核種（黒丸で示す）から放出された２本のガンマ線によるものの他に、Ｚ方向位置たとえば位置０３に存在する核種（黒丸）から放出されたガンマ線が位置０４などで散乱した散乱線によるものも含まれていることがわかる。
【００２１】
そして、このＺ＝０２の位置でのデータのうち、Ｚ＝０３に位置する核種の散乱線寄与分は、その後方（図では右方）にある散乱媒質（被検体１９）の分布に依存していることもわかる。つまり、たとえばＺ＝０４では散乱媒質が比較的大きいため、より多くの散乱線がＺ＝０２のデータとして取り込まれることになり、Ｚ＝０５では散乱媒質が小さいのでより少ない散乱線しか生じることはなく、Ｚ＝０２のデータとして取り込まれる散乱線も少ないものとなり、さらに被検体１９が存在しない領域（Ｚ＝０６より右方の領域）では散乱線は生じない。
【００２２】
これから、Ｚ＝０３に位置している核種から放射された放射線に関しては、Ｚ＝０４位置の散乱媒質による散乱線のＺ方向各位置での同時計数値（散乱線データのＺ方向分布）は図５のＤの曲線ハに示すように大きなものとなり、Ｚ＝０５位置の散乱媒質による散乱線のＺ方向各位置での同時計数値は図５のＤの曲線ニに示すように小さなものとなることがわかる。ここで、Ｚ＝０４、０５位置での散乱媒質の大きさは、このｒとφとで規定される平面についてのものであるから、Ｚ＝０４、０５位置での被検体１９の厚さｄ４、ｄ５ということになる。
【００２３】
さらに、これら散乱線分布曲線ハ、ニは、Ｚ＝０３位置での核種の濃度が高ければ、つまりこのＺ＝０３位置での計数値ｃ３が多ければ大きなものとなり、少なければ小さなものとなる。結局、散乱線寄与分の分布ハ、ニは、Ｚ＝０３位置での計数値ｃ３と、Ｚ＝０４、０５位置での散乱媒質の厚さｄ４、ｄ５とに依存することになる。
【００２４】
そこで、Ｚ＝０３位置の核種による散乱線寄与分のその位置より左側でのＺ方向分布は、Ｚ＝０３よりも右側の散乱媒質によるものすべてを加えたもの、つまり、Ｚ＝０３より右側の各位置での厚さｄによる散乱線分布を積分したもの（分布ハ、ニなどを含めてすべてを加算したもの）となる。Ｚ＝０３よりも右側での散乱線分布は、その左側の各位置での厚さｄによる散乱線分布を積分したものとなる。厚さｄの分布は図５のＣの曲線ロのようになるので、このような曲線ロにつきＺ方向にＺ＝０１からＺ＝０６まで積分すればよいわけである。厚さｄの分布は、先に再構成しておいた３次元ＴＣＴ画像から求められる。
【００２５】
このような積分により、Ｚ＝０３位置の核種について散乱線分布が求められるが、核種は図５のＢの曲線イのようにＺ方向に分布しているため、上記のような積分を、曲線イで示されるような計数値分布のＺ方向各位置ごとに行ってそれらを加算すれば（曲線イにつきＺ方向に積分すれば）、この投影面１８の特定ｒ上の全体の散乱線分布（Ｚ方向分布の全部）を求めることができる。すなわち、投影面１８の特定ｒについてのＺ方向の散乱線データの分布は、そのｒ上のＺ方向各位置での厚さｄと、Ｚ方向各位置での計数値ｃとの関数となっている散乱線分布を、厚さｄ（曲線ロ）と計数値ｃ（曲線イ）とにつきＺ方向に積分することにより、求めることができる。
【００２６】
こうして、投影面１８の特定ｒについて、そのｒ上のＺ方向のすべての核種から放出されたガンマ線の、そのｒ上のＺ方向のすべての散乱媒質によって散乱されて同時計数された、散乱線データのＺ方向分布が求められる。このように説明の便宜のため、投影面１８の特定ｒについて考えてきたが、たとえばＺ＝０２位置でのデータには、他のｒ位置に存在する核種から発生したガンマ線が他のｒ位置の散乱媒質で散乱したものも含まれる。そのため、上記の積分はｒ方向にも行うことが必要である。このような２次元投影面上での２次元の積分計算によって投影面１８の各座標位置での散乱線データを求める。さらにすべての投影面につきこの処理を繰り返して、各投影面の各座標位置での散乱線データを求める。そのため、この計算は２次元の計算で済み、高速に行うことができる。
【００２７】
ただし、こうして求めた散乱線データは、散乱線が吸収されないと仮定したものにすぎない。実際には散乱線が飛行する過程で吸収されるので、この吸収分を求める必要がある。そのため、３次元ＴＣＴ画像から散乱角度、散乱エネルギーおよび散乱線の軌跡が算出され、これらの軌跡ごとに被検体（散乱媒質）１９による吸収の影響が計算される。この吸収分を、先の散乱線データから減算すれば、吸収をも考慮に入れた散乱線データが求められることになるので、これを先の投影データから減算することにより、吸収をも考慮に入れた散乱線データを除いた真のエミッションデータを得ることができる。
【００２８】
このような補正演算は、データ処理装置１４（図２参照）により行われるが、散乱線の吸収の計算のみが３次元空間上で行われ、吸収の影響を無視した散乱線データの分布は２次元の投影面１８の各々の座標ごとに計算されるため、計算時間を大幅に短縮することが可能である。
【００２９】
こうして補正された投影データを得ることができるので、これを並べ換えてもとのサイノグラムの形式に戻し、画像再構成装置１５（図２参照）によって３次元画像再構成演算を行い、３次元ＥＣＴ画像を得る。
【００３０】
なお、上の説明では投影方向を体軸０に直角な方向としているが、たとえばシリンダー型検出器１１における多層リング型検出器の隣り合うリング間での同時計数など、直角以外の方向についても同様である。多層リング型検出器の隣り合うリング間での同時計数データについては、１番目のリングと２番目のリングの間、２番目のリングと３番目のリングとの間、３番目のリングと４番目のリングとの間、…の各々のサイノグラムから、同一θ上でｒ方向に並ぶデータを取り出してＺ方向に並べて投影データを得る。その投影データ上の、散乱線データの分布は、上記で求めた体軸０に直角な散乱線データ分布と近似的にはほぼ同じと考えられるため、これを流用することも可能である。また、上記のようにして散乱線補正を行ったデータにつき、再び同様の処理を繰り返すことも可能である。そのほか、上の説明はこの発明の一つの実施形態に関するものであり、具体的な構成などは種々に変更可能であることはもちろんである。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によるポジトロンＣＴ装置によれば、散乱線をひとつずつ３次元的に追跡するのではなく、ある方向の２次元投影面に注目し、投影面のエミッションデータ分布と散乱媒体分布（上記の方向の放射点と散乱点の積分値）とを用いて、投影面上で散乱線データの分布を計算するので、３次元空間上での複雑で時間のかかる計算処理は少ないものとなっており、短い演算・処理時間で比較的正確な散乱線補正を行って優れた画質のＥＣＴ画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の動作を示すフローチャート。
【図２】同実施形態の構成を示すブロック図。
【図３】投影面の位置関係を示す斜視図。
【図４】投影面の位置関係を示すため体軸方向から見た正面図。
【図５】投影方向と体軸方向に平行な平面で切断した断面図およびそれとの位置関係で投影面上での計数値、被検体厚さ、散乱線データのＺ方向分布を説明するための図。
【図６】Ｚ方向各位置ごとのサイノグラムを示す図。
【符号の説明】
１１    シリンダー型検出器
１２    同時計数装置
１３    データ収集メモリ
１４    データ処理装置
１５    画像再構成装置
１８    投影面
１９    被検体
【図１】
0004316096.tif 000002
【図２】
0004316096.tif 000003
【図３】
0004316096.tif 000004
【図４】
0004316096.tif 000005
【図５】
0004316096.tif 000006
【図６】
0004316096.tif 000007