JP2004313785A - 断層撮影システム及びｘ線投影システムの組み合わせ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】三次元の機能的及び構造的な解剖学的画像データセットを空間的に関連して作成するための装置を提供する。
【解決手段】断層撮影画像データセットを撮影するための装置４とX線撮影投影画像を撮影するための装置２、３、５とを組み合わせた装置１を形成し、X線投影画像によって検出される第１の検査領域が、断層撮影画像データセットにより検出される第２の検査領域を少なくとも部分的に含め、X線投影画像から第１の検査領域の三次元的再構成が可能であり、この再構成が第２の検査領域と固定の空間的関係に基づき相関可能であるように、第１の検査領域の多数のX線撮影投影画像が作成可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、三次元的、機能的及び構造的な解剖学的画像データを組み合わせて記録するための装置に関する。

機能的な解剖学的画像データとは、例えば代謝、生物学的反応等の、臓器機能を表すものである。対応する検査は、とりわけ心臓学、神経医学及び腫瘍学において行われる。三次元画像データセットは通常断層撮影法で得る。この、非常に異なる物理学的事象に基づく断層撮影法は、以下では一般的に機能的（ファンクショナル）断層撮影といわれる。

核医学診断においては、特定の不安定な核種でマークされた代謝プレパラートが患者に注入され、このプレパラートは臓器に特有に蓄積される。身体から放出されたプレパラートの対応する崩壊生成物の検出によって、空間的分布に基づく生化学的事象の描出を得る。代謝プレパラートはガンマー量子放出体又は陽電子放出体を含むのが有利である。

画像生成は、放射性崩壊の種類に応じて種々の方法で行われる。単光子放出形、即ち個々のガンマ量子を放出して崩壊する核種を使用する場合には、例えば断層像法SPECT（Single Photon Emission Computed Tomography単光子放出コンピュータ断層撮影法）が使用される。この場合ガンマカメラの測定ヘッドは一般に環状路上を患者の周りに動かされる。ガンマカメラの測定面上の放射性分布の投影の撮影は、離散的な視線角度で行われる。一般に大面積の測定ヘッドを持ったカメラが使用され、その結果ボリュームの投影を撮影することができる。

陽電子放出、即ち陽電子を放出して崩壊する核種により画像を形成するため、いわゆるPET（Positronenemissionstomography：陽電子放出断層撮影装置）が使用される。陽電子は、対消滅の際反対方向に放出されたガンマ量子を介して間接的に検出される。この時間的に相関関係にあるガンマ放出は、２つの対向する検出器により検出される。空間的な画像形成のために多数の検出器が患者の周りに環状に配置される。従って２つの検出器の結合線（LOR：レスポンス線）に沿う測定された値から、検査領域における放射性分布が再構成される。

ごく最近において、他の放射線医学の他の特殊領域、インターベンショナルラジオロジー（放射線診断手技を用いた治療法）が出現した。この場合に使用される機能的磁気共鳴（fMR）は組織の形態学に代えて組織の中で行われる活動を描出する。fMRの利用は一般に神経医学ないし神経外科学の領域で行われる。

上述の方法は、特定の臓器機能の空間的分布、いわゆる機能的データを生成する。このデータはそれに加えて構造的なデータ、即ち検査された活動ないし検査されたプロセスが行われる臓器に関する画像情報を提供することはほとんどない。しかしながら改善された信頼できる診断、及び治療計画の著しい改善のためには、機能的データを構造的データと組み合わせなければならない。

現在、構造的情報はたいてい機能的情報とは別に、異なる装置上で得られる。実際上はこれらの別々に作成された画像データセットを結合するためのほぼ２つのアプローチが明確化された。最も簡単な場合には、別々に作成された画像データセットの関係を思考努力により理解することが医療従事者に課せられる。この両画像データセットの思考により得られた相関関係の信頼性は、ほぼ診断者の経験と彼の集中力によって決定される。

これらの個々のファクターの確実な独立性を得るため、第２の場合には、別々に記録された画像データセットが共通の描出に融合され、その際個々の画像は重ねられ、また並べて表示される。しかしながらこの場合、患者が異なる両装置間を移らなければならず、それによって委託により第１の撮影から第２の撮影への臓器の明らかな位置変化を考慮しなければならないという欠点がある。

それ故第３のアプローチは、組み合わせ装置、例えばPET-CTの組み合わせを使用し、この組み合わせで同一の横臥状態の患者の画像データセットを作成することができる。このことは、特別に構成された患者寝台と結び付けてPETとコンピュータ断層撮影装置とを適切な隣接配置状態にすることによって得ることができる（例えば、特許文献１参照）。両検査装置における患者の位置は、正確に管理され、時間的に別々に収集された画像データセットを空間的に配分することができる。

他の方法として、ガンマ量子及びX線を検出できる検出器を使用することが提案されている（例えば、特許文献２参照）。それによって、患者の特定の検査領域の機能的及び構造的撮影を、撮影の間患者を動かす必要なしに行うことができる。

むろん、共通の検出器を使用する解決策は測定技術的に妥協を意味することが予想され、それによって各画像生成方式が自身にのみ制限される。一般的にCT装置をPET装置と組み合わせて使用することは著しく費用がかさむ。さらに、このような組み合わせ装置の重要な構成要素の共通の使用は、関与する画像生成方式の分離及び別々の使用を不可能にする。

コンピュータ断層撮影と陽子放出断層撮影（PET）又はSPEC断層撮影（SPECT）との組み合わせは、一方では非常に費用の高くつく画像生成方法であり、他方では、コンピュータ断層撮影（CT）に比し、特にPETないしSPECTにおいては測定時間が比較的長い（分の範囲）。それによって一方では患者の比較的高い放射線負担に結び付き、他方では患者の検査は快適でない姿勢、例えば頭の上に腕を伸ばした姿勢ではそのように長い測定時間においては不可能である。従って機能的な臓器障害の特定の検査においては、機能的及び構造的な解剖学的画像データの関連性のある検出は行うことができない。何故なら、１つの測定から他の測定までの患者の姿勢の変化が常に臓器の移動に導き、従って問題にならないからである。

機能断層撮影と通常のコンピュータ断層撮影とを組み合わせることは、確かにはるかに短い測定時間（秒の範囲）に導くであろうが、しかしながら同様に費用が高くなり、その上組み合わせ方に関して極めて複雑である。
米国特許第6490476号明細書 米国特許第6449331号明細書

それ故本発明の課題は、三次元の機能的及び構造的な解剖学的画像データセットの空間的に関連して作成するための装置を提供し、従来技術の欠点を除くことにある。

この課題は本発明によれば、請求項１に記載された装置により解決される。

本発明の装置は、断層撮影の画像データセットを撮影するための装置と、X線投影画像を撮影するための装置とを有する。この場合X線投影画像によって検出された第１の検査領域は、断層撮影画像データセットによって検出された第２の検査領域を少なくとも部分的に含める。さらにX線投影画像から第１の検査領域の三次元的再構成が可能であり、その再構成が第２の検査領域と固定の空間的関係に基づき相関可能であるように多数のX線投影画像が作成可能である。

X線投影画像を撮影するための装置により三次元的再構成に必要な投影画像を極めて短時間、即ち１分より短い時間で撮影し得るので、患者又はその姿勢に特別の要求を課すことなく、解剖学的構造を記録することが可能である。この場合、断層撮影画像データセットを撮影するための装置をX線投影画像を作成するための装置と１つのハウジング内で組み合わせることは、異なる技術でしかし固定した空間的関係で検査領域を撮影することを可能にする。

生化学的な事象の検査のために、断層撮影画像データセットの撮影のための装置は、放出断層撮影システムによって構成されるのが有利である。診断上の設定課題に関係して、この場合放出断層撮影システムとして、SPECT（単光子放出コンピュータ断層撮影装置）又は陽子放出断層撮影装置を有利に使用することができる。

干渉に対しては、断層撮影画像データセットの撮影のための装置として機能的磁気共鳴のための断層撮影装置を有利に使用することができる。

さらに、X線投影画像を撮影するための装置はＣカーブ構造Ｘ線装置により形成することができ、その結果Ｘ線投影装置の操作機能を構成するための開発費は必要としない。Ｃカーブ構造X線装置は十分に簡単な画像生成装置であり（CT装置に比して）、またそのような画像生成装置として他の画像生成装置と容易に組み合わせられる。

X線投影画像を撮影するための装置は、断層撮影画像データセットを撮影するための装置のハウジングの外に、しかしながらこの断層撮影画像データセットを撮影するための装置と固定した空間的関係で配置されるのが有利である。それによって簡単な手段で２つの現存する装置タイプから１つの組み合わせ装置を作ることができる。

さらに有利な実施形態においては、X線投影画像を撮影するための装置がX線投影画像を撮影するための装置と１つのハウジング内で統合され、その結果コンパクトに構成された組み合わせ装置が生ずる。

次に本発明を添付図面を用いて優れた実施例に基づき詳細に説明する。

図１は、種々の角度からＸ線撮影の投影像を作成するためＰＥＴシステムに前置されたシステムを有する本発明による組み合わせ装置を示す。

ごく最近においては、Ｃカーブ構造Ｘ線システムの開発は、例えば骨又は造影剤を満たされた容器のような高コントラストの対象の三次元的再構成が可能であるのみならず、例えば臓器のような低コントラストの対象の三次元的描出を投影撮影から得られるように進められてきた。このことは、主として使用される平面像検出器の改良及び評価方法に負うものである。従ってＣカーブ構造Ｘ線システムは臓器の構造情報を提供することができる。

測定対象の三次元的描出のための画像データセットを得るためには、測定対象について異なる空間方向から一連の投影画像が記録されなければならない。記録相は代表的な時間によれば15〜20秒と短い。このことは特に、行をなして配置された検出器を有する個々の層が使用されるのではなく、１作業工程で完全な投影画像を撮影することができる１つの平面像検出器が使用されることによって生み出される。画像品質はコンピュータ断層撮影法より明らかに低いが、解剖学的に機能上の測定が行われる臓器についての十分な以上の構造情報を供給することができる。

Ｘ線投影画像を撮影するための装置において、平面像検出器２はＸ線源３の放射開口に対向して配置され、Ｘ線が検出器２のＸ線感応面に当るようになっている。患者ないし検査対象は撮影の際にはＸ線源３と平面像検出器２との間にある。患者ないし検査対象は透視され、それによって投影像としていわゆるＸ線吸収分布が得られる。検査対象物の三次元的再構成のためのデータを十分に得るため、平面像検出器２とＸ線源３とからなる装置はそれ自体の周りに回転する。その場合、200投影撮影まで等間隔又は可変の角度増分で作成される。結像幾何形状を描く投影マトリックスを使用して、これらの投影撮影から、透視された対象物の三次元描写による画像データセットが作成される。

それ故、Ｘ線投影像を撮影するための上述の装置は、患者の解剖学的構造についての情報をごく短時間に得るのに適している。対応する測定は、機能的な解剖学的事象の測定と同時に行われてはならない。通常、SPECTシステム、PETシステム、又はMRシステムによる対応する測定は数分が要求される。それに対し解剖学的構造を得るためのX線撮影は約1分かかり、別々に行われても、全測定時間の著しい延長にはならない。それ故解剖学的構造の信頼できる測定は、X線検査によっても対応する機能的検査のちょっと前又はちょっと後に得ることができる。

図１は本発明による組み合わせ装置１を示す。この装置はPETシステムからなり、その架台の前に平面像検出器２と対向して配置されたX線源３とからなるユニットが設けられている。平面像検出器２とX線源３とからなるユニットは共通の回転軸の周りに回転し、回転軸はほぼ架台トンネル５の対称軸に一致している。PETシステム４の課題トンネルの入り口に代えて、平面像検出器２とX線源３とからなるユニットをSPECTシステム又はMRシステムの課題トンネルの入り口に設けることもできる。

検査のために患者は患者寝台６上に寝かせられる。この患者寝台は架台５のトンネル軸に平行に位置制御することができる。患者の検査領域は、機能的断層撮影の前又は後のいずれかに平面像検出器２とX線源３とからなるX線撮影装置の放射路内に移される。測定のために、X線装置はその回転軸の周りに定められた角度分向きを変えられ、一方同時に定められた角度分でX線投影撮影が作成される。その結果捕らえられた測定ボリュームは、現在約30cmの辺長さの立方体を含み、その結果委託を受けて、全検査領域が単一のX線撮影行為で捕らえられる。X線撮影と機能断層撮影との間の患者寝台の移動路の記録によって、両データセットの空間的割り当てが得られる。このことは特に、患者が移り変わる必要がなく、患者の動きを排除するために移動時間が全測定時間に比して十分短いから、的確である。

図１に示されるような装置に代えて、Cカーブ構造X線装置は機能的断層撮影装置、即ちPETシステム、SPECTシステム、又はMRシステムの架台の前に固定して取り付けることができる。固定して取り付けることにより、X線測定領域と機能測定領域との間の固定された空間的関係が与えられる。この解決法により、機能断層撮影装置に平面像検出器２とX線源３とからなるユニットを同中心的に回転するための固有の機構を備え付けることを必要としなくなり、それによって特に少ない製造数の場合に著しい費用の節約を達成することができる。Ｃカーブ構造Ｘ線装置と機能断層撮影装置との間の結合を解き得るように構成すると、両装置を必要のある場合には互いに無関係に使用することができる。従って僅かな装置使用で多数の診断法を遂行することができる。

しかしながら、Ｘ線装置を機能断層撮影装置と共に１つのハウジング中に統合することもできる。この解決法は、特に放出断層撮影システムにおいて、また従って組み合わせ装置が主に解剖学的構造の同時の検出を伴う臓器機能の検査のために使用される場合により好まれる。この統合は、両検出器システム、即ち崩壊生成物を記録するための検出器システムと平面像検出器とを互いに隣接して配置することを可能にする。従って患者は両測定間の短い距離移るだけでよい。さらに、Ｘ線装置をその回転軸に対し傾け、平面像検出器とＸ線源３との間の結合線が放出断層撮影検出器の測定領域を貫通するようにすることもできる。それによって、両測定間の患者の移動が不必要で、場合によっては両測定を同じ時間内に行うことができる。

断層撮影画像データセットを撮影するための装置とＸ線投影画像を撮影するための装置とを１つの装置内に組み合わせるという提案は、診断、治療計画及び治療支援のため、機能的解剖学的情報と構造的解剖学的情報とを結合するための多様式の画像生成を有利に可能にする。CT組み合わせ装置に対して十分短い測定時間に基づき、患者の放射線負担及び感情に及ぼす負担は著しく低減される。さらに本発明によるシステムは、対比し得るCT組み合わせ装置よりはるかに低コストで製作することができる。

本発明の実施例の正面図である。

符号の説明

１ 組み合わせ装置
２ 平面像検出器
３ X線源
４ PETシステム
５ 架台
６ 患者寝台

Claims (8)

1. 断層撮影画像データセットを撮影するための装置とX線撮影投影画像を撮影するための装置とを有する装置であって、X線投影画像によって検出される第１の検査領域が、断層撮影画像データセットにより検出される第２の検査領域を少なくとも部分的に含め、X線投影画像から第１の検査領域の三次元的再構成が可能であり、この再構成が第２の検査領域と固定の空間的関係に基づき相関可能であるように、第１の検査領域の多数のX線撮影投影画像が作成可能である断層撮影システム及びＸ線投影システムの組み合わせ装置。
2. 放出断層撮影システムが断層撮影画像データセットの撮影のための装置であることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. SPECT（単光子放出断層撮影装置）が放出断層撮影システムを形成することを特徴とする請求項２記載の装置。
4. PET（陽電子放出断層撮影装置）が放出断層撮影システムを形成することを特徴とする請求項２記載の装置。
5. fMR（機能的磁気共鳴）撮影システムが断層撮影画像データセットの撮影のための装置を形成することを特徴とする請求項１記載の装置。
6. 三次元Ｃカーブ構造Ｘ線装置がＸ線投影画像を撮影するための装置を形成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の装置。
7. Ｘ線投影画像を撮影するための装置が断層撮影画像データセットの撮影のための装置のハウジングの外に、断層撮影画像データセットの撮影のための装置と固定された空間的関係に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の装置。
8. Ｘ線投影画像の撮影のための装置が断層撮影画像データセットの撮影のための装置と共にハウジング内に統合されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の装置。

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