JP2004532401A5 - - Google Patents

Description

ガンマカメラ用の合焦された回転スラット孔

本発明は診断撮像技術に関する。本発明は特に、ＳＰＥＣＴ核撮像システムと共に特定の用途があり、これについて特に参照して説明する。しかしながら、本発明は透過放射線を検出するためのコリメートされた検出器を用いる他のシステムと共に有用であり、上述の用途に限られるものではない。

核撮像では、非侵襲診断画像を与えるために放射能の線源が用いられる。線源は、一般的には患者へ注入されるが、外部線源も使用されうる。線源からの放射線は患者の少なくとも一部を横切り、放射線検出器によって検出される。

一般的には、核カメラは、１つ、２つ、又は３つの検出器ヘッドを有する。回転ラミナエミッションカメラ（ｒｏｔａｔｉｎｇ ｌａｍｉｎａｒ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｃａｍｅｒａ：ＲＯＬＥＣ）では、１次元検出器配列又は一列の検出器が各ヘッド内で回転される。配列の検出器間に取り付けられたコリメータの羽根（ｖａｎｅ）は、検出器配列とともに回転する。回転ラミナエミッションカメラでは、１次元コリメーションにより、殆どのアンガー（Ａｎｇｅｒ）カメラシステムの場合のような線積分再構成ではなく、面積分再構成が生ずる。この相違点は、一次元コリメーションと二次元コリメーションの間の特別な差を示すものである。一次元でコリメートされたシステムでは、検出器は平面を「見る」、即ち平面から放射線を受け取る。二次元コリメーションを行う典型的なアンガーカメラでは、検出器の各コリメートされた要素は撮像体積のラインを見る。更に、より正確に述べると、典型的なＲＯＬＥＣは、平面積分の近似のみを生じさせる。

実際は、面積分は、撮像されている対象に対する１／ｒの依存性（ｒは検出器の検出可能な放射事象の距離を表わす）を補償するために、その中に重み係数を有するべきである。全ての他のものが等しいとき、検出器は比較的近い対象に対してより感度が高く、比較的遠い対象に対してより感度が低い。一般的には、以前に開発されたＲＯＬＥＣは１／ｒ重み付けを無視し、検出された情報が近似値であることを許容する。最終的には、依存性のモデル化の失敗、又は依存性の正しくないモデル化は、結果として生ずる画質を低下させる。

平行なコリメータ羽根は、垂直から数度曲げられうる。検出器配列が１８０°反対の向きへ回転されたとき、それらの平面が非常に小さいが既知の角度だけ互いにずれている一対の対応するデータセットが発生される。この関係は、１／ｒ依存性が、一定である角度の三角関数へ変形されることを可能とする。

残念ながら、これらの関係は、略平行なコリメータ幾何学形状に限られていた。従来のＲＯＬＥＣ再構成のように、拡大（収束）コリメータ及び縮小（拡散）コリメータからのデータは正確には再構成することができなかった。

本発明は、上述の問題及び他の問題を克服する新規且つ改善された方法及び装置を提供する。

本発明の１つの面によれば、核撮像の方法が提供される。検出器配列、並びに、収束又は核酸コリメータは、検出器の回転軸回りに及び被検体の縦軸回りに回転される。被検体からの放射線は、拡大された画像表現を形成するために再構成される電気信号へ変換される。

本発明の他の面によれば、診断撮像装置が提供される。検出器素子の線形配列及び拡大コリメータを含む検出器ヘッドは、被検体の軸回りの動きのために取り付けられる。手段は、検出器の回転軸回りに配列を回転させる。再構成手段は、検出器からの信号を画像表現へ再構成する。

本発明の１つの利点は、拡大検出器組立体にある。他の利点は、サブ・ミリメートル解像度にある。本発明の他の利点は、小さい比較的軽い各検出器配列を与えることである。更なる他の利点は、固体（ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ）各検出器配列を与えることである。更なる利点は、正確な再構成を行う縮小コリメーションにある。本発明の更なる利益及び利点については、望ましい実施例を読み理解することにより当業者により明らかとなろう。

本発明は、種々の構成要素及び構成要素の配置、並びに、種々の段階及び段階の配置の形をとりうる。図面は、望ましい実施例を例示するためだけのものであって、発明を制限するものと解釈されるべきではない。

図１を参照するに、被検体１０の関心領域は撮像領域１２中に配置されている。望ましい実施例では、患者の中へ撮像されるべき領域の近くに放射性医薬品１４が注入される。例えば、医師が大動脈の閉塞を見ようとするとき、閉塞の上流の血流に同位元素が注入される。他の例では、放射性医薬品１４は循環系へ注入され、関心となる組織による放射性医薬品１４の選択的な吸収が監視される。

放射性同位元素の原子核は、時間が経つにつれて崩壊する。エネルギーは、崩壊のときに、特徴エネルギーを有する放射線光子、より特定的にはγ線、の形で放出される。

撮像処理中に生ずるγ線の多くは、役に立たない方向へ伝搬されて失われる。しかしながら、γ線のうちの幾らかは、望ましい実施例では薄いタングステン、鉛、又は他のhigh-zの羽根であるコリメータ１６を通過し、検出器配列１８に当たる。望ましい実施例では、図２を参照するに、検出器配列１８はテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）結晶の線形配列を含む。γ線は、検出器に当たると、多くの電子をそれらの結合から検出器の材料へ解放する。これらの電子はある厚さの結晶を通して進められ、電気的パルス信号を形成する。

図２を参照するに、線形検出器配列１８の望ましい実施例は二次元検出器配列２０によって決められる。コリメータ１６は１つの次元にコリメートし、検出器配列１８は、コリメータの羽根に対して横方向ではデータ収集のために一次元として扱われる。一列の検出器２２は、光子のカウントを増加させるために、あたかも単一の細長い結晶であるかのように全てが一緒にサンプリングされる。

図１を更に参照するに、検出器配列１８は、関心領域の周りの回転のためのガントリーに取り付けられたヘッド３０に取り付けられる。望ましい実施例では、モータ３２は、患者の縦軸３６に平行な平面上で軸３４回りに検出器配列を回転させる。検出器配列は、図面の簡単化のためにその中心軸回りに回転するよう示されているが、より複雑な回転もまた考えられる。検出器配列１８のこれらの２つの動き、即ち、それ自体の軸回りの回転と被検体１０の周りでのヘッド３０の回転は、正確な三次元画像表現を再構成するために被検体１０の十分な様々なビューを検出器配列１８に与える。

図３を参照するに、拡大の実施例におけるコリメータ１６のスラットは、検出器の前方の焦点４０に収束するよう角度が付けられている。拡大コリメータ幾何学形状は、それ自体よりもはるかに小さい視野４２を結像するために検出器配列１８の長さ全体を用いる。例えば、検出器配列１８の長さが４０ｃｍであり、視野４２の長さが４ｃｍであれば、視野４２はその通常の寸法の１０倍で結像され、即ち拡大される。

図４ａ及び図４ｂを参照するに、コリメータ１６のスラットは上述した収束位置から角度αだけ傾斜している。傾斜したコリメータスラット１６ａは、シフトされた焦点４０ａで収束する。望ましくは、角度αはゼロ度よりも大きく、５度以下である。望ましくは、角度は約０．２９°であるが、機械設定中に各物理的位置において最適な結果となるよう調整される。コリメータスラットを位置１６ａへ傾斜することにより、検出器の回転の１８０°離れて収集された対応するデータセットは同一ではない。一方は焦点（又は焦平面）４０ａを有し、他方は焦点（又は焦平面）４０ａ’を有する。これらの２つのデータセットは、上述の背景技術の説明において述べた１／ｒ重み依存性を定数へと変形するために使用される一次導関数情報を決定するために評価されうる。

図１を更に参照するに、三次元断層撮影再構成のための典型的なデータ捕捉について説明する。概して、データ捕捉は２つの動きを用いて行われる。第１の動きは、ヘッド３０の軸３４回りの検出器配列１８の回転である。第２の動きの範囲は、被検体１０回りのヘッドの回転である。

検出器配列１８は、縦軸３６に対して垂直な軸３４上に取り付けられ、軸３４は検出器配列１８の中心と交差する。配列１８は、望ましくは被検体１０の一つの「ＳＰＥＣＴ」ビューを発生するために平均化される幾つかの動きを通じて、軸回りにモータ速度制御４４によって回転される。第１の動きは、望ましくは連続的であり、停止することなく３６０°の回転（又はその倍数）を完了する。検出器の回転は、ヘッド３０が静止している間に行われることが望ましく、即ち、説明の簡潔さ及びデータ処理の簡単さのためにガントリー上の一つのスポットから、一つの「ＳＰＥＣＴ角度」５０で行われる。しかしながら、縦軸の周りのヘッドの連続的な回転は、数学的に等しいデータを生じさせる。検出器の回転は、平面的な投影画像を発生する。

機械化された駆動部は、縦軸の回りにヘッド３０を動かし、複数のＳＰＥＣＴ角度又はサンプリング位置５０の夫々において停止する。ヘッド３０は、単一の撮像サイクルに亘って被検体の周りに１８０°横切ることが望ましい。望ましくは、各ＳＰＥＣＴ角度５０は次の角度から３°離れており、即ち、１８０°のうちには６０個のＳＰＥＣＴサンプリング角度があることが望ましい。各ＳＰＥＣＴ角度において、ヘッド３０は検出器が３６０°回転するのに十分に長く停止する。

図１を参照するに、有効な崩壊事象は事象解析器５２によって決定される。有効な事象は、ソートされ５４、デュアル・エネルギー調査等によって分類される。

図４ａ及び図４ｂを再び参照し、図７に示す局所座標系を参照するに、相補的なデータセット、即ち、４０ａで測定した

及び、４０ａ’で測定した

があり、δは焦点４０と焦点４０ａ及び４０ａ’のうちの一方との間の小さい角度である。これらのデータセットは、ぞれぞれ、メモリ６０及び６０’に格納される。

これらの２つのデータセットは、減算プロセッサ６２によって減算され、
（外１）

で乗算され、即ち、

が行われる。式（１）は、

としても表わされうる。式（２）の
（外２）

の部分は、変数δに関するｆの偏導関数であり
（外３）

で乗算したものとして容易に認識される。図７の局所座標系が用いられるとき、式（２）は、

となる。ここで、
（外４）

は、ラドン（Ｒａｄｏｎ）変換である。ラドン逆変換は、ラドン変換の二次導関数を逆投影すること、即ち、
（外５）

を逆投影することによって画像ｆを再構成する。

図５を参照するに、検出器はその縦軸回りに回転されるだけでなく、揺動される。即ち、検出器ヘッドは、望ましい実施例では一次導関数データ６４の３組の平面を作るために、３つの角度的なずれの夫々で回転される。これらの平面は、平行な平面へソートされる６６。二次導関数プロセッサ６８は、二次導関数を生成するために一次導関数データの平行な平面を評価する。逆投影器７０は、ラドン逆変換に従ってデータを体積画像メモリ７２へ逆投影する。画像プロセッサ７４は、コンピュータモニタ、ＬＣＤディスプレイ、アクティブマトリクスモニタ等の人間読み取り可能なディスプレイ７６上での表示のために操作者による要求に応じてスライス、三次元レンダリング、投影、及び他の画像表現を発生するために体積画像表現のうちの選択された部分を処理する。

傾ける動作は、様々なモードで達成されうる。図６ａの実施例では、焦点が略正弦波の軌跡８０を辿るよう、検出器ヘッドが揺動している間、ヘッドは被検体の縦軸の周りを連続的に回転する。図６ｂの実施例では、検出器は焦点８２の垂直方向の動きを生じさせるよう開始点において揺動する。検出器ヘッドは次に、焦点が連続的又は段階的に軌跡８４に沿って動くよう、段階的又は連続的にも揺動することなく回転される。１８０°の回転の後、検出器ヘッドは、焦点を第２の垂直方向の経路８６に沿って動かすよう、再び揺動される。

他の実施例ではコリメータ１６は、検出器配列１８の見ることができる野を配列自体よりも大きくし、再構成された画像中に最小化効果を生じさせる拡散コリメータである。このような系における焦点４０は、検出器の後方となる。

本発明による核撮像装置を示す図である。 本発明による検出器配列及びコリメータ配置を示す斜視図である。 本発明による収束コリメートされた検出器配列、その視野、及びその焦点を示す図である。 全てのコリメータスラットが均一な角度だけシフトされたコリメートされた検出器配列を示す図である。 角度αだけ変位された、シフトされたコリメータスラットのうちの１つを示す拡大図である。 視野の平行なビューを得るために検出器配列を傾斜させる動作を示す図である。 患者の縦軸回りの拡大コリメータ焦点の一つの望ましい経路を示す図である。 縦軸回りの焦点の他の望ましい経路を示す図である。 局所座標系、即ちｒ、α、ωで示す円筒座標系及びｕ、ｖ、ｗで示すデカルト座標系を示す斜視図である。