JP2006177799A - Positron ct system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポジトロンCT装置に関するものである。 The present invention relates to a positron CT apparatus.
ポジトロンCT装置(Positron Emission Computed-Tomography;PET)は、生体や疾病患の研究あるいは臨床検査等に応用され、被検体である生体や疾病患の体内に投入された陽電子放出核種(以下、「RI線源」という)の分布を画像化し、生体機能を見るための装置である。被検体の体内に投入されたRI線源の分布は、RI線源から放出された陽電子と通常物質中の電子との対消滅によって互いに180°反対方向に放出される一対の光子を光子検出器により検出し、検出された光子対から511keVのエネルギを有する光子(γ線)対をエネルギ弁別し同時計数することによって得られる。 A positron emission computed tomography (PET) is applied to research or clinical examinations of living organisms and disease patients, and positron emitting nuclides (hereinafter referred to as “RI”) that are injected into living organisms and disease patients. It is an apparatus for imaging the distribution of the radiation source) and seeing biological functions. The distribution of the RI radiation source injected into the body of the subject is a photon detector in which a pair of photons emitted in directions opposite to each other by 180 ° due to the pair annihilation of the positron emitted from the RI radiation source and the electron in the normal substance are detected. And photon (γ-ray) pairs having energy of 511 keV from the detected photon pairs are obtained by energy discrimination and simultaneous counting.
光子検出器によって検出される光子は被検体体内にあるRI線源から放出されるものであるため、光子が体外に出てくるまでの間に被検体体内で吸収されてしまうことがある。この吸収により、同時計数によって得られるRI線源の分布は正確さを欠いてしまう。このような問題を解決するため、トランスミッションデータ(光子の透過率を表すデータ)を得て同時計数データの吸収補正を行うための検討が行われている(特許文献1、非特許文献1)。
Since the photons detected by the photon detector are emitted from the RI radiation source in the subject, the photons may be absorbed in the subject before they come out of the body. Due to this absorption, the distribution of the RI source obtained by coincidence lacks accuracy. In order to solve such a problem, studies for obtaining transmission data (data representing the transmittance of photons) and performing absorption correction of coincidence count data have been conducted (
特許文献1では、X線CT計測によるデータからトランスミッションデータを得て、同時計数データの吸収補正を行っている。一方、非特許文献1では、トランスミッション計測によってトランスミッションデータを得て、同時計数データの吸収補正を行っている。トランスミッション計測とは、図11に示すように、エミッション計測(RI線源を投与された被検体から発生する光子対の計測)時と同じ位置にRI線源が投与されていない被検体14を置き、被検体14の周囲で校正用RI線源15を回転させて被検体の光子(γ線)透過率を計測することを言う。
特許文献1に開示された吸収補正の手法では、X線CT計測によって得られたデータから吸収補正のためのトランスミッションデータを得ている。そのため、吸収補正のためのデータを取得する際に被検体が被爆してしまう。また、非特許文献1に開示された吸収補正の手法では、トランスミッション計測により吸収補正のためのトランスミッションデータを得ている。そのため、吸収補正のためのデータを取得する際にやはり被検体は被爆してしまう。
In the absorption correction method disclosed in
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、吸収補正のためのデータを取得する際に被検体が被爆することのないポジトロンCT装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a positron CT apparatus in which a subject is not exposed when acquiring data for absorption correction.
このような目的を達成するために、本発明によるポジトロンCT装置は、入射した光子のエネルギに応じた光子検出信号をそれぞれ出力する複数個の光子検出器が測定空間を囲んで所定軸の周囲に配列されたリングと、光子検出信号を入力し、測定空間における電子・陽電子対消滅によって発生する光子対をエネルギ弁別して同時計数し、光子対がどの直線上で発生したかを示す同時計数データを出力する同時計数手段と、被検体の輪郭形状を光学的に計測して被検体の輪郭形状データを出力する被検体形状計測装置と、同時計数データ及び輪郭形状データに基づいて吸収補正を行うことにより、吸収補正された投影データである補正投影データを生成する補正投影データ取得手段と、を備えることを特徴とする。 In order to achieve such an object, the positron CT apparatus according to the present invention includes a plurality of photon detectors each outputting a photon detection signal corresponding to the energy of an incident photon, surrounding a measurement space around a predetermined axis. Input the arrayed ring and the photon detection signal, energy discriminate the photon pair generated by annihilation of electron / positron pair in the measurement space, and simultaneously count, and coincidence data indicating on which straight line the photon pair is generated The coincidence counting means for outputting, the subject shape measuring device for optically measuring the contour shape of the subject and outputting the contour shape data of the subject, and performing the absorption correction based on the coincidence counting data and the contour shape data And a corrected projection data acquisition means for generating corrected projection data that is projection data subjected to absorption correction.
このポジトロンCT装置では、被検体形状計測装置によって被検体の輪郭形状データを得ることができる。吸収補正に用いられる被検体の透過率は輪郭形状データを用いて求められるため、このポジトロンCT装置ではトランスミッション計測を行わなくても吸収補正を行うことが可能である。また、吸収補正に用いられる輪郭形状データは、被検体形状計測装置によって光学的に計測される。そのため、吸収補正のためのデータを取得する際に被検体が被爆することがない。なお、このポジトロンCT装置は小動物の計測に用いるのが特に好適である。小動物の場合には光子対の吸収が元々少ないため、被検体の輪郭形状データに基づく吸収補正が特に有効となるからである。 In this positron CT apparatus, the contour shape data of the subject can be obtained by the subject shape measuring device. Since the transmittance of the subject used for the absorption correction is obtained using the contour shape data, the positron CT apparatus can perform the absorption correction without performing transmission measurement. Further, the contour shape data used for the absorption correction is optically measured by the subject shape measuring apparatus. Therefore, the subject is not exposed when acquiring data for correction of absorption. This positron CT apparatus is particularly suitable for use in measuring small animals. This is because, in the case of a small animal, absorption of photon pairs is originally low, so that absorption correction based on the contour shape data of the subject is particularly effective.
ここで、被検体形状計測装置が、スリット光を被検体に照射する投光部と、投光部と所定距離離れて配置され被検体からの反射光を検出する光検出部と、を有するとともに、三角測量方式で被検体形状計測装置と被検体の表面との距離を計測することによって被検体の輪郭形状データを得ることが好ましい。 Here, the subject shape measuring apparatus includes a light projecting unit that irradiates the subject with slit light, and a light detection unit that is disposed at a predetermined distance from the light projecting unit and detects reflected light from the subject. It is preferable to obtain the contour shape data of the subject by measuring the distance between the subject shape measuring apparatus and the surface of the subject by the triangulation method.
投光部から照射されたスリット光は被検体の表面に当たって乱反射し、その一部が光検出部に入射する。光検出部へ入射する反射光の入射角度あるいは入射位置は、被検体におけるスリット光の照射位置により異なる。そのため、光検出部へ入射する反射光の入射角度あるいは入射位置をもとにして、三角測量方式で被検体表面までの距離を求めることができる。こうして求められた被検体表面までの距離から、被検体形状計測装置では被検体の輪郭形状データを得ることができる。なお、特に、投光部は、投光部から出射されるスリット光の長手方向と垂直な面内において所定角度でスリット光を走査することが好ましい。これにより、一個のセンサで複数の異なる被検体表面位置に対する位置データを計測できる。 The slit light irradiated from the light projecting unit hits the surface of the subject and is irregularly reflected, and a part thereof enters the light detecting unit. The incident angle or the incident position of the reflected light incident on the light detection unit varies depending on the irradiation position of the slit light on the subject. Therefore, the distance to the subject surface can be obtained by the triangulation method based on the incident angle or the incident position of the reflected light incident on the light detection unit. From the distance to the subject surface thus obtained, the subject shape measuring apparatus can obtain the contour shape data of the subject. In particular, the light projecting unit preferably scans the slit light at a predetermined angle in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the slit light emitted from the light projecting unit. Thereby, position data for a plurality of different subject surface positions can be measured with one sensor.
また、被検体を載置する支持体を測定空間内で所定軸に沿って移動させる駆動手段をさらに備え、被検体形状計測装置が、所定軸の周囲に設けられていてもよい。これにより、このポジトロンCT装置では被検体を移動させながら同時計数データ及び輪郭形状データの双方を取得することが可能となる。その結果、短い拘束時間で吸収補正のためのデータを得ることが可能となる。 In addition, a driving unit that moves the support on which the subject is placed along a predetermined axis in the measurement space may be further provided, and the subject shape measuring apparatus may be provided around the predetermined axis. Thereby, in this positron CT apparatus, it is possible to acquire both coincidence count data and contour shape data while moving the subject. As a result, it is possible to obtain data for absorption correction in a short restraint time.
さらに、被検体形状計測装置が、所定軸方向で測定空間の外側に設けられていることが好ましい。これにより、被検体形状計測装置によって妨げられることなく同時計数データを取得することが可能となる。 Furthermore, it is preferable that the subject shape measuring apparatus is provided outside the measurement space in the predetermined axis direction. Thereby, it is possible to acquire coincidence count data without being obstructed by the subject shape measuring apparatus.
本発明によれば、吸収補正のためのデータを取得する際に被検体が被爆することのないポジトロンCT装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a positron CT apparatus in which a subject is not exposed when acquiring data for absorption correction.
以下、図面とともに、本発明によるポジトロンCT装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of a positron CT apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、実施形態に係るポジトロンCT装置1のシステム構成図である。ポジトロンCT装置1は、被検体10に投入されたRI線源から放出された陽電子と近くの電子との結合により発生する光子対を光子検出器Dk(k=1、2、3、…、n)で検出し、検出された光子対から511keVのエネルギを有する光子対をエネルギ弁別し同時計数することにより、その光子対が測定空間のどの直線上で発生したかを特定する同時計数データを得る。投影データ蓄積手段62は、得られた同時計数データを蓄積し、投影データを生成する。さらに、被検体10内で吸収されてしまう光子対については投影データに反映されないため、ポジトロンCT装置1では、被検体10の輪郭形状データを得て被検体10の透過率を算出し、投影データの吸収補正を行い、補正投影データを得ている。ポジトロンCT装置1では、同時計数データを得るためにリング40及び同時計数手段50を、被検体10の輪郭形状データを得るために被検体形状計測装置30を、吸収補正を行うために補正投影データ取得手段60を備える。また、被検体10の異なる位置での計測を可能とすべく、ポジトロンCT装置1は、被検体10を載置する支持体であるベッド22と、このベッド22をリング40の中心軸Ax方向に移動させる駆動手段24とを備える。駆動手段24によってベッド22がポジトロンCTのスライスピッチ(ポジトロンCTの計測がなされる被検体の断層間距離)に相当する距離を移動するたびに、同時計数データ及び輪郭形状データが取得される。駆動手段24として例えばパルスモータを用いる。
FIG. 1 is a system configuration diagram of a
まず、同時計数データを取得するための構成要素であるリング40及び同時計数手段50について説明する。リング40は、ガントリ20の開口部内に、その中心軸Axがガントリ20の前面20aと交差するように設置されている。ポジトロンCT装置1は、多層のリングからなる2次元タイプ(2D−PET)であり、図2ではスライス間コリメータにより互いに隔てられているリングの一層分をリング40として表している。リング40は、被検体10が置かれる測定空間12を内部に含む。リング40では、入射した光子のエネルギに応じた光子検出信号をそれぞれ出力する複数個の光子検出器Dk(k=1、2、3、…、n)が中心軸Axの周囲に配列されている。これらの光子検出器Dkは測定空間12の方向に受光面を向けており、測定空間12で発生した光子を検出する。ただし、ポジトロンCT装置1は2次元タイプであるため、RI線源から放出されてあらゆる方向に飛行する光子対のうちリング面に沿った方向に飛行する光子対のみ検出する。再び図1を参照しながら説明を続ける。これら光子検出器Dk(k=1、2、3、…、n)それぞれと同時計数手段50との間には図1に示すように信号線が設けられおり、光子を検出した光子検出器Dkから同時計数手段50へ、その検出された光子のエネルギに応じた光子検出信号が送られる。
First, the
光子検出器Dk(k=1、2、3、…、n)それぞれから出力された光子検出信号を入力とする同時計数手段50は、リング40内の2つの光子検出器Di及びDjが電子・陽電子対消滅に伴って発生した所定のエネルギ(511keV)を有する光子(γ線)対を同時検出したことをエネルギ弁別して同時計数を行う。こうして同時計数することにより同時計数手段50は、測定空間12において電子・陽電子対消滅により発生した光子対が、光子検出器Di及びDjを結ぶ直線(以下、「同時計数ライン」という)Lij上で発生したことを示す同時計数データを出力する。
The coincidence counting means 50 that receives the photon detection signals output from the photon detectors D k (k = 1, 2, 3,..., N), respectively, has two photon detectors D i and D j in the
次に、被検体10の輪郭形状データを取得するための構成要素である被検体形状計測装置30について説明する。被検体10の輪郭形状を光学的に計測する被検体形状計測装置30は、センサ31A、31B、31C、ベッド位置検出手段32、トリガ信号発生手段33、フレームグラバ34、被検体形状解析手段35、及びパルス駆動回路36を備える。ポジトロンCT装置1では被検体10表面までの距離を光学的に計測するために3つのセンサ31A、31B、31Cを備えており、これらはガントリ20の前面20a上に、中心軸Ax方向で測定空間12の外側に位置するように設置される。図3に、被検体10及びセンサ31A、31B、31CのI−I矢印断面を模式的に表す。3つのセンサ31A、31B、31Cは図3に示すように、ガントリ20の開口部を囲むように配置され、被検体10と略同じ高さに2つのセンサ31A、31Cが、被検体10の上部に1つのセンサ31Bが配置されることにより、被検体10の全周囲について計測可能となっている。図3では、各センサから出射されるスリット光が被検体10を照射する範囲をそれぞれ点線で表すことにより、各センサが計測可能な範囲を示す。なお、ベッド22と接している部分の被検体10の形状については、ベッド22の形状から得ることができる。そのため、形状が既知であるベッド22と接している部分をカバーするセンサを配置しなくても、ベッド22と接している部分の被検体10の輪郭形状データを得ることができる。
Next, the subject
センサ31A、31B、31Cは、光学三角測量法にて距離検出を行う反射型の光電センサであり、例えば図4に示すように、投光部131と光検出部132とを有する。図4では、センサ31Aについて表示しているが、センサ31B、31Cもセンサ31Aと同じように構成される。投光部131からは被検体10を照射するスリット光が出射される。光検出部132は投光部131から出射されるスリット光の長手方向と垂直で、かつ光の出射方向と交差する方向で投光部131と所定距離離れて並ぶように配置される。なお、センサ31A、31B、31Cから出射されるスリット光として、X線及びγ線の波長帯域に含まれる波長の光は用いない。スリット光として可視域から近赤外域の波長(360nm〜2500nm)の光を用いることが好ましい。
The
投光部131は、図5に示すように、発光要素131Aと投光レンズ131Bとを有する。発光要素131Aは、例えばスリット光の長手方向とは垂直な方向に一列に配列された複数の発光素子(例えばLEDチップ)である。そして、これらの発光素子を順次発光するよう制御することにより、スリット光の長手方向及びスリット光の出射方向の双方と垂直な方向で投光部131から出射される光が被検体10を走査する。投光レンズ131Bは、発光要素131Aの前方に配置され、発光要素131Aから出射されるスリット光を平行光にコリメートする。
As shown in FIG. 5, the
一方、光検出部132は、CCD132Aと光検出レンズ132Bとを有する。光検出レンズ132Bは、CCD132Aの前方に配置され、被検体10で反射された投光部131からの出射光をCCD132A表面に集光する。こうして集光された被検体10で反射された投光部131からの出射光のパターン(以下、反射光パターンという)はCCD132Aで撮像され、出力される。発光要素131A及びCCD132A、投光レンズ131B及び光検出レンズ132Bはそれぞれの光軸が平行となるように配置される。
On the other hand, the
ここで、センサ31A、31B、31Cの測定原理について、図5を参照して簡単に説明する。発光要素131Aから出射された光は、投光レンズ131Bを経て被検体10を照射し、被検体10表面で乱反射される。被検体10表面で乱反射された光の一部は、光検出レンズ132Bで集光されてCCD132A表面の光検出位置SPに入射する。このとき、投光レンズ131Bから被検体10までの距離をL、投光レンズ131Bの光軸と光検出レンズ132Bの光軸との距離をB、光検出レンズ132Bの焦点距離、すなわち光検出レンズ132BとCCD132Aとの距離をf、光検出レンズ132Bの光軸から光検出位置SPまでの距離をxとすると、三角形の相似の関係により、(1)式が成り立つ。
L=Bf/x …(1)
Here, the measurement principle of the
L = Bf / x (1)
xはCCD132Aからの出力である反射光パターンに基づいて求められるので、投光レンズ131Bから被検体10までの距離Lは後述の被検体形状解析手段35において(1)式より求められる。
Since x is obtained based on the reflected light pattern that is an output from the
センサ31A、31B、31Cを制御し、さらにセンサ31A、31B、31Cからの出力である反射光パターンに基づいて被検体10の輪郭形状データを得るために、被検体形状計測装置30はベッド位置検出手段32、トリガ信号発生手段33、フレームグラバ34、被検体形状解析手段35、及び、パルス駆動回路36を備える。すなわち、被検体10を載置したベッド22の位置情報を出力するベッド位置検出手段32は、例えば駆動手段24がパルスモータである場合には、パルスモータからパルスが発生するたびに信号を取得し、発生したパルス数を数えることによりベッド22の位置情報を得る。あるいは、ベッド位置検出手段32は、エンコーダを備えてベッド22の位置情報を得てもよい。こうして得たベッド22の位置情報をベッド位置検出手段32はトリガ信号発生手段33へ出力する。ベッド22の位置情報が入力されたトリガ信号発生手段33では、ベッド22がポジトロンCTのスライスピッチに相当する距離を移動するたびにトリガ信号を出力する。パルス駆動回路36は、トリガ信号発生手段33で発生したトリガ信号を入力として受け、センサ31A、31B、31Cそれぞれの投光部131を駆動しスリット光を出力させる。トリガ信号発生手段33で発生したトリガ信号は、パルス駆動回路36の他、フレームグラバ34にも送られる。トリガ信号を受けたフレームグラバ34は、トリガ信号を受けた瞬間にセンサ31A、31B、31Cそれぞれから出力される反射光パターンを受け、これを保持する。これにより、フレームグラバ34ではパルス駆動回路36が駆動した瞬間の反射光パターンを得る。この反射光パターンをもとに、被検体形状解析手段35では三角測量の原理に基づいた上述の計算を行い、被検体10とセンサ31A、31B、31Cそれぞれとの距離を求め、被検体10の輪郭形状データを得る。フレームグラバ34及び被検体形状解析手段35は、同一のコンピュータ内で動作してもよい。なお、輪郭形状データの精度は、ポジトロンCT装置1の分解能と同程度であることが好ましい。したがって、例えばポジトロンCT装置の分解能が1.5mmの場合には、少なくとも1mm程度の精度で輪郭形状データを得ることが好ましい。
In order to control the
続いて、同時計数データ及び輪郭形状データに基づいて吸収補正を行うことにより補正投影データを得る補正投影データ取得手段60について説明する。補正投影データ取得手段60は、投影データ蓄積手段62と吸収補正手段64とを有する。投影データ蓄積手段62は、同時計数手段50から出力された同時計数データを蓄積して、投影データを生成する。吸収補正手段64は、被検体形状解析手段35から転送される輪郭形状データを用いて、投影データ蓄積手段62で生成された投影データの吸収補正を行うことにより、補正投影データを得る。吸収補正手段64では吸収補正を行うために、まず輪郭形状データから被検体10における光子対(γ線)の透過率を求める。こうして求められた透過率で投影データを除することにより補正投影データが得られる。
Next, the corrected projection
図6を参照して、輪郭形状データから被検体10の透過率を求める原理を簡単に説明する。同時計数ラインLijが被検体10を横切る長さをa、ベッド22を横切る長さをbとし、被検体10の吸収係数をμ1、ベッド22の吸収係数をμ2とすると、同時計数ラインLijごとの被検体10の透過率Tijは、以下の(2)式で表される。
Tij=exp{−(μ1・a+μ2・b)} …(2)
With reference to FIG. 6, the principle of obtaining the transmittance of the subject 10 from the contour shape data will be briefly described. If the length of the coincidence line L ij crossing the subject 10 is a, the length of the
T ij = exp {− (μ1 · a + μ2 · b)} (2)
ここで、同時計数ラインLijが被検体10を横切る長さa及び同時計数ラインLijがベッド22を横切る長さbは、被検体10の輪郭形状データから求めることができる。また、ベッド22の吸収係数μ2は、実際に計測する等により容易に得ることができ、被検体10の吸収係数μ1については、例えば水の吸収係数を用いる。そのため、トランスミッションデータである被検体10の透過率Tijは、(2)式から求めることができる。
The length b of length a and coincidence line L ij of the coincidence line L ij crosses the
画像再構成手段90は、補正投影データ取得手段60で得られた補正投影データに基づいて、測定空間12における電子・陽電子対消滅の発生頻度の空間分布を算出し再画像構成を行う。画像表示手段92は、画像再構成手段90により再構成された画像を表示する。
Based on the corrected projection data obtained by the corrected projection
次に、ポジトロンCT装置1を用いた計測方法について説明する。図7は、ポジトロンCT装置1における計測のフローチャートである。
Next, a measurement method using the
まず、ステップS1でポジトロンCT装置1は、被検体10の輪郭形状データを取得する。すなわち、ベッド位置検出手段32によってベッド22の移動距離がトリガ信号発生手段33に出力される。トリガ信号発生手段33ではベッド22の移動距離がポジトロンCTのスライスピッチに相当する距離であるか否かが判断され、スライスピッチに相当する距離と判断されると、トリガ信号発生手段33からトリガ信号がパルス駆動回路36及びフレームグラバ34に対して出力される。パルス駆動回路36はトリガ信号を受け、センサ31A、31B、31Cそれぞれの投光部131を駆動して被検体10にスリット光を照射させる。一方、フレームグラバ34は、トリガ信号が与えられた瞬間のCCD132Aからの出力である反射光パターンを保持する。フレームグラバ34は、こうして保持した反射光パターンを被検体形状解析手段35に出力する。被検体形状解析手段35はフレームグラバ34で保持された反射光パターンを用い、三角測量の原理に基づいて被検体10の輪郭形状データを求める。
First, in step S1, the
続いて、ステップS2でポジトロンCT装置1は、同時計数データを取得する。すなわち、測定空間12内の計測位置に位置する被検体10内部で電子・陽電子対消滅に伴って放出された光子対のうちリング面に沿って飛行した光子対が、リング40を構成する光子検出器Dkのうちの何れか2つの光子検出器Di及びDjにより検出されると、光子を検出した旨を示す光子検出信号がその2つの光子検出器Di及びDjそれぞれから出力され、同時計数手段50に入力する。これら光子検出信号を入力とする同時計数手段50により、所定のエネルギ(511keV)を有する光子対が同時に検出されたものであるか否かが判定され、同時に計測されたものと判断された場合には、その光子対を検出した2つの光子検出器Di及びDjを結ぶ直線を特定する同時計数データが出力される。
Subsequently, in step S2, the
ステップS2で得られた同時計数データは、ステップS3において投影データ蓄積手段62に蓄積される。ステップS2及びステップS3を一定時間繰り返すことにより、投影データが生成される。 The coincidence count data obtained in step S2 is stored in the projection data storage means 62 in step S3. By repeating step S2 and step S3 for a fixed time, projection data is generated.
こうして投影データを生成した後、ステップS4において、輪郭形状データを用いた投影データの吸収補正が行われ、補正投影データが得られる。 After generating the projection data in this way, in step S4, the projection data is subjected to absorption correction using the contour shape data, and corrected projection data is obtained.
ステップS5で、画像再構成手段90は、補正投影データに基づき測定空間12における電子・陽電子対消滅の発生頻度の空間分布を算出し、再画像構成を行う。再構成された画像は、画像表示手段92で表示される。その後、駆動手段24によりベッド22はポジトロンCTのスライスピッチ分だけ移動させられ、ステップS1からステップS4までが繰り返される。
In step S5, the image reconstruction means 90 calculates the spatial distribution of the occurrence frequency of electron-positron pair annihilation in the
ここで、図8に示したフローチャートを参照して、ステップS4をさらに詳細に説明する。まず、ステップS41で、吸収補正手段64を動作させるコンピュータ等のメモリ上にあるポジトロンCT画像領域に被検体10の輪郭形状データを配置する。次に、ステップS42で、吸収補正手段64はポジトロンCT画像領域中の被検体10及びベッド22に相当する領域に対して、それぞれ吸収係数μ1、μ2を代入する。その次に、ステップS43で、同時計数ラインLij上の被検体10及びベッド22の切断長a、bを計算し、同時計数ラインLijでの透過率Tijを(2)式に基づき算出する。その後ステップS44で、吸収補正手段64は、投影データ中の同時計数ラインLij上での計測に相当する部分を透過率Tijで除したデータをメモリ上に書き込む。このステップS43及びステップS44を、取得した同時計数データのサンプル数だけ繰り返し、補正投影データを得て吸収補正を終了する。
Here, step S4 will be described in more detail with reference to the flowchart shown in FIG. First, in step S41, the contour shape data of the subject 10 is arranged in a positron CT image area on a memory such as a computer that operates the absorption correction means 64. Next, in step S42, the absorption correction means 64 substitutes absorption coefficients μ1 and μ2 for the area corresponding to the subject 10 and the
上記実施形態によるポジトロンCT装置1の効果について説明する。
The effects of the
吸収補正に用いられるトランスミッションデータ、すなわち被検体10の透過率は、(2)式に示したように、輪郭形状データから求めることができる。ポジトロンCT装置1では、被検体形状計測装置30によって被検体10の輪郭形状データを得る。そのため、ポジトロンCT装置1ではトランスミッション計測を行わなくても投影データの吸収補正を行うことが可能である。
Transmission data used for the absorption correction, that is, the transmittance of the subject 10 can be obtained from the contour shape data as shown in the equation (2). In the
また、ポジトロンCT装置1は小動物の計測に用いるのが特に好適である。小動物の場合には光子対の吸収が元々少ない。そのため、被検体の輪郭形状データから透過率を求めるのに吸収係数μを部位によって異ならせる必要がほとんどなく、被検体内部の吸収係数μを一定値にして(2)式から透過率を求めても非常に正確な透過率を得ることができる。あるいは、ポジトロンCT装置1は、頭部のように吸収係数がほぼ均一であるとみなせる部位の計測にも有効である。吸収係数がほぼ均一な部位であれば、被検体内部の吸収係数μを一定値にして(2)式から透過率を求めても、やはり非常に正確な透過率を得ることができるからである。例えば、頭部を計測する場合には、被検体内部の吸収係数μとして水の吸収係数を用いるのが好ましい。
The
また、吸収補正に用いられる輪郭形状データは、被検体形状計測装置30によって光学的に計測される。すなわち、センサ31A、31B、31Cのそれぞれの発光要素131Aから出射されたスリット光の被検体10での反射光パターンを、各センサのCCD132Aが出力する。この反射光パターンから三角測量方式に基づいて被検体形状解析手段35で被検体10とセンサ31A、31B、31Cそれぞれとの距離が算出され((1)式)、被検体10の輪郭形状データが求められる。そのため、吸収補正のためのデータを取得する際に被検体10が被爆することがない。
The contour shape data used for the absorption correction is optically measured by the subject
特に、投光部131は、スリット光の長手方向と垂直な面内で所定角度でスリット光を走査することが好ましい。これにより、一個のセンサで複数の異なる被検体10表面位置に対する位置データが計測されるからである。
In particular, the
また、ポジトロンCT装置1では、吸収補正のためのデータは、センサ31A、31B、31Cなどによって計測されて得られる。そのため、X線CT計測を用いる場合に比べ安価で、吸収補正のためのデータを取得する手段を設けることができる。
Further, in the
ポジトロンCT装置1では、上述したように、吸収補正のためのデータである輪郭形状データを光学的に計測して得ている。そのため、ポジトロンCT装置1では、トランスミッション計測と異なり、同時計数データ取得時に輪郭形状データも取得することが可能である。その結果、短い拘束時間で吸収補正のためのデータを得ることが可能となる。
In the
ポジトロンCT装置1はリング40の中心軸Axに沿ってベッド22を移動させる駆動手段24を備え、かつセンサ31A、31B、31Cを中心軸Axの周囲に設けている。これにより、ポジトロンCT装置1では被検体10を移動させながら、ポジトロンCTのスライスピッチごとに、同時計数データ及び輪郭形状データの双方を取得することが可能となる。また、その結果、短い拘束時間で吸収補正のためのデータを得ることが可能となる。
The
また、ポジトロンCT装置1では、センサ31A、31B、31Cはいずれも、中心軸Ax方向で測定空間12の外側に設けられている。そのため、センサ31A、31B、31Cによって妨げられることなく同時計数データを取得することができる。
In the
本発明によるポジトロンCT装置は、上記した実施形態及び構成例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態のように同時計数データの蓄積である投影データに対して吸収補正をすることで補正投影データを得るのではなく、吸収補正を施したデータを蓄積することにより補正投影データを得る構成としてもよい。この場合のポジトロンCT装置のシステム構成図を図10に示す。この場合、補正投影データ取得手段160は、吸収補正手段164及び補正投影データ蓄積手段166を有する。吸収補正手段164は、一定値を各同時計数データに対応する透過率で除したデータを出力する。補正投影データ蓄積手段166は、吸収補正手段164から出力されたデータを、そのデータを求めるのに用いた同時計数データに対応する番地に蓄積し、補正投影データを得る。
The positron CT apparatus according to the present invention is not limited to the above-described embodiments and configuration examples, and various modifications are possible. For example, instead of obtaining corrected projection data by performing absorption correction on the projection data that is the accumulation of coincidence count data as in the above embodiment, the corrected projection data is stored by storing the data subjected to absorption correction. It is good also as a structure to obtain. FIG. 10 shows a system configuration diagram of the positron CT apparatus in this case. In this case, the corrected projection
また、センサの光検出部132は、CCDによって構成されるのでなく、例えばPSD(半導体位置検出素子)や2分割型半導体位置検出器であってもよい。センサの光検出部132がPSD132Cと投光レンズ132Bとを有する場合を図9に示す。PSD132Cは、抵抗層からなる光検出面132dを有し、その光検出面132dを挟んで上下端に電極132e、132fが設けられた構造をしている。この光検出部132は、光検出面132dに光が入射すると、光検出位置で光電流を生じ、この光電流がそれぞれ電極132e、132fに分割されて流れていく。その際、各電極132e、132fに流れるそれぞれの光電流は、光検出位置と各電極132e、132fとの間での抵抗値に応じて分割される。この抵抗値は、電極と光検出位置との距離に比例する。したがって、各電極132e、132fに流れる電流の比は入射光の光検出部での光検出位置に応じて変化し、各電流値を計測することにより入射光の検出位置が求められる。このセンサの測定原理を図9に基づいて簡単に説明する。発光要素131Aから照射された光は、投光レンズ131Bを経て被検体10表面で乱反射され、その一部が光検出レンズ132Bで集光されてPSD132Cの光検出面132dの受光位置SPに入射する。この時、投光レンズ131Bから被検体10までの距離をL、投光レンズ131Bと光検出レンズ132Bとの光軸中心の距離をB、光検出レンズ132Bの焦点距離、つまり光検出レンズ132BとPSD132C間の距離をf、電極132e、132f間の距離をC、光検出レンズ132Bの光軸中心から光検出位置SPまでの距離をx1とすると、(3)式が成立する。
x1=Bf/L …(3)
Further, the
x1 = Bf / L (3)
また、各電極132e、132fからの出力電流IA、IBの和をI0とし、光検出位置SPと電極132fの距離をxとすると、各出力電流IA、IBはそれぞれ光検出位置SPと電極との距離に反比例するため、(4)式が成り立つ。
IA=I0・X/C
IB=I0・(C−X)/C …(4)
Further, when the sum of the output currents IA and IB from the
IA = I0 · X / C
IB = I0 · (C−X) / C (4)
さらに、(3)式及び(4)式により、(5)式が成立する。
L=Bf/C・(1+IB/IA) …(5)
Furthermore, equation (5) is established by equations (3) and (4).
L = Bf / C · (1 + IB / IA) (5)
(5)式から理解されるように、各電流の比により、センサと被検体10との距離Lを求めることができる。 As can be understood from the equation (5), the distance L between the sensor and the subject 10 can be obtained from the ratio of each current.
また、被検体形状計測装置は、センサ、ベッド位置検出手段、トリガ信号発生手段、パルス駆動回路、フレームグラバ、及び被検体形状解析手段によって構成されず、またこれらをすべて備えていなくてもよい。特に、駆動手段でベッドを移動させることなく被検体を固定して計測する場合には、ベッド位置検出手段、トリガ信号発生手段、パルス駆動装置、及びフレームグラバを備えていなくてもよい。 Further, the subject shape measuring apparatus is not constituted by the sensor, the bed position detecting means, the trigger signal generating means, the pulse driving circuit, the frame grabber, and the subject shape analyzing means, and may not include all of them. Particularly when the subject is fixed and measured without moving the bed by the driving means, the bed position detecting means, the trigger signal generating means, the pulse driving device, and the frame grabber may not be provided.
また、上記実施形態では、センサの数を3つとしているが、被検体の全周囲をカバーして形状を計測できれば3つに限られない。ただし、被検体の形状を正確に測定するためには、センサは少なくとも2つ必要であることは明らかであり、確実に全周囲の形状を測定するためには3つ以上配置することが好ましい。また、センサをガントリに設置せず、同時計数データの取得とは別に輪郭形状データを取得してもよい。また、別途MRI計測により解剖学的情報が既に得られている場合には、その解剖学的情報と輪郭形状データとをフィッティングさせることにより、被検体の組織部位毎の透過率を得ることができる。この場合、より正確なトランスミッションデータ(透過率)が得られ、その結果、RI線源の分布を表す画像もより正確となる。 In the above embodiment, the number of sensors is three, but the number of sensors is not limited to three as long as the shape can be measured while covering the entire periphery of the subject. However, it is clear that at least two sensors are necessary to accurately measure the shape of the subject, and three or more sensors are preferably arranged in order to reliably measure the entire surrounding shape. In addition, the contour shape data may be acquired separately from the acquisition of the coincidence count data without installing the sensor in the gantry. Further, when anatomical information is already obtained by MRI measurement, the transmittance for each tissue part of the subject can be obtained by fitting the anatomical information and the contour shape data. . In this case, more accurate transmission data (transmittance) is obtained, and as a result, an image representing the distribution of the RI source is also more accurate.
なお、本発明は、上述した多層のリングからなる2D−PETに限定されるものではなく、他のタイプのポジトロンCT装置にも適用可能である。例えば、1層リングからなる2D−PETや、3次元タイプの3D−PETにも適用可能である。 In addition, this invention is not limited to 2D-PET which consists of a multilayer ring mentioned above, It can apply also to another type of positron CT apparatus. For example, the present invention can also be applied to 2D-PET composed of a single layer ring and 3D-type 3D-PET.
1…ポジトロンCT装置、10、14…被検体、12…測定空間、15…校正用RI線源、20…ガントリ、20a…ガントリの前面、22…ベッド、24…駆動手段、30…被検体形状計測装置、31A、31B、31C…センサ、32…ベッド位置検出手段、33…トリガ信号発生手段、34…フレームグラバ、35…被検体形状解析手段、36…パルス駆動回路、40…リング、Dk…光子検出器、Lij…同時計数ライン、50…同時計数手段、60、160…補正投影データ取得手段、62…投影データ蓄積手段、166…補正投影データ蓄積手段、64、164…吸収補正手段、90…画像再構成手段、92…表示手段、131…投光部、131A…発光要素、131B…投光レンズ、132…光検出部、132A…CCD、132B…光検出レンズ、132C…PSD、132d…光検出面、132e、132f…電極
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記光子検出信号を入力し、前記測定空間における電子・陽電子対消滅によって発生する光子対をエネルギ弁別して同時計数し、前記光子対がどの直線上で発生したかを示す同時計数データを出力する同時計数手段と、
被検体の輪郭形状を光学的に計測して前記被検体の輪郭形状データを出力する被検体形状計測装置と、
前記同時計数データ及び前記輪郭形状データに基づいて吸収補正を行うことにより、吸収補正された投影データである補正投影データを生成する補正投影データ取得手段と、
を備えることを特徴とするポジトロンCT装置。 A ring in which a plurality of photon detectors each outputting a photon detection signal corresponding to the energy of the incident photon are arranged around a predetermined axis surrounding the measurement space;
Simultaneously inputting the photon detection signal, energy-discriminating photon pairs generated by electron-positron pair annihilation in the measurement space and simultaneously counting, and outputting coincidence data indicating on which straight line the photon pair is generated Counting means;
A subject shape measuring apparatus for optically measuring the contour shape of the subject and outputting the contour shape data of the subject;
Corrected projection data acquisition means for generating corrected projection data which is projection data subjected to absorption correction by performing absorption correction based on the coincidence count data and the contour shape data;
A positron CT apparatus comprising:
前記被検体形状計測装置が、前記所定軸の周囲に設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のポジトロンCT装置。 Drive means for moving the support on which the subject is placed along the predetermined axis in the measurement space;
The positron CT apparatus according to claim 1, wherein the object shape measuring apparatus is provided around the predetermined axis.
4. The positron CT apparatus according to claim 1, wherein the object shape measuring apparatus is provided outside the measurement space in the predetermined axis direction. 5.
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