JP2008155026A - ハイブリッド医用撮像ユニットの作動方法およびハイブリッド医用撮像ユニット - Google Patents

ハイブリッド医用撮像ユニットの作動方法およびハイブリッド医用撮像ユニット Download PDF

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Abstract

【課題】効率のよい画像撮影動作を可能にするハイブリッド撮像ユニットの作動方法を提供する。
【解決手段】それぞれ共通な検査ボリュームから撮像用測定信号を検出する高い空間分解能を有する第1の撮像装置および高い感度を有する第2の核医学撮像装置を含むハイブリッド医用撮像ユニットの作動方法において、第2の撮像装置の連続する測定信号検出中に、連続的に検出された測定信号に基づいて、検査ボリューム内において1つの領域が決定され、次に当該領域において第1の検査装置により領域に関連した測定信号検出が領域に関連した測定プロトコルを使用して行なわれる。
【選択図】図1

Description

本発明は、高い空間分解能を有する第1の撮像装置および高い感度を有する第2の核医学撮像装置を備え、第1の撮像装置および第2の核医学撮像装置がそれぞれ共通な検査ボリュームから撮像用測定信号を検出するハイブリッド医用撮像ユニットの作動方法およびハイブリッド医用撮像ユニットに関する。
医用撮像の分野において、ハイブリッド撮像ユニットの重要性が一段と増している。なぜならば、ハイブリッド撮像ユニットは、患者を非常に短い時間で、時として患者移動なしに同じ場所ですら、2つの異なるモダリティにより検査すること、つまり画像情報を2つの異なる画像撮影装置により作成することを可能にするからである。このようなハイブリッド撮像ユニットは、高い空間分解能を有する第1の撮像装置、例えばコンピュータ断層撮影装置または磁気共鳴装置と、高い感度を有するここでは第2の核医学撮像装置、例えば陽電子放出断層撮影(PET)装置または単光子放出コンピュータ断層撮影(SPECT)装置とを含む。PET法およびSPECT法は、患者に投与された放射性核種つまり放射性薬剤の体内における分布を示す断層撮影法である。このような放射性核種は特定の病気領域に強く蓄積するという特性を持つ。PETまたはSPECT画像撮影法は体内における放射性核種分布の検出を可能にし、検出された測定信号から、最終的に確率分布を示す、もしくは「活性度マップ」を表す相応の画像を求めて表示することができる。この方法の動作様式は基本的には公知であり、これの詳細に立ち入ることは必要としない。
磁気共鳴装置の形での第1の撮像装置とPET装置の形での第2の撮像装置との統合は特に合理的である。なぜならば、一方では磁気共鳴断層撮影が非常に高い空間分解能を可能にし、他方では磁気共鳴断層撮影がPET測定に影響を及ぼさないからである。これは、通常の磁気共鳴装置の円筒状の患者用孔の内部にPET検出器を配置することを可能にするので、両者は等しいアイソセンタにて測定することができ、しかも両測定が同時に動作することさえできる。更に、PET検査は非常に説得力のある画像を提供する。この理由は測定信号の発生(ガンマ量子の時間分解された検出)に帰することができる。ここでは高い計数効率、従って非常に高い感度を有する同時計数測定法が重要である。
第1の撮像装置の高分解能画像つまり例えばMR画像も、第2の撮像装置の画像つまり例えばPET画像も、後に続けられる評価を可能にする。その評価に基づいて、例えばPET画像において関連性があることが判明した特定領域を磁気共鳴装置によりもう一度さらに正確に検査するために、時として後続検査を要求する診断の結論が引き出されることがある。これは確かに基本的には容易に可能であるが、しかし時間的に無駄である。したがって撮像ユニットが最適に利用されていない。なぜならば、撮像ユニットは、第1の画像撮影の評価の終了時に、後続検査が必要であるか否かの判断が下されるまでは占領されているからである。
本発明の課題は、効率のよい画像撮影動作を可能にするこのようなハイブリッド撮像ユニットの作動方法およびハイブリッド撮像ユニットを提供することにある。
この課題を解決するために、本発明によれば、冒頭に述べた如き方法において、第2の撮像装置の連続する測定信号検出中に、連続的に検出された測定信号に基づいて検査ボリューム内において1つの領域が決定され、次に当該領域において第1の検査装置により領域に関連した測定信号検出が領域に関連した測定プロトコルを使用して行なわれる。
本発明による方法においては、第2の撮像装置すなわち例えばPETスキャナを介する測定信号検出中に、連続的にそれぞれ出力可能な画像が作成もしくは再構成されるので、測定信号検出の進行にわたって連続的に具体的な情報が存在する。これらの情報は、第1の撮像装置すなわち例えば磁気共鳴装置の次の画像撮影動作に影響を及ぼすことに関して重要である。例えばPET画像から、放射性核種の集積の高まりにより病理領域が識別される結果となるので、この領域が選択される。この情報が、非常に早い時点で、すなわち、まだ第2の撮像装置すなわち例えばPETスキャナの連続的な動作中に存在するので、極めて現時点に即してまさにこの病理学的な関心領域の後続検査を開始することができる。それにより、PET測定の終了後における高コストの後続の時間的に遅れた画像評価がもはや必要でなく、むしろ後続検査が非常に早い時点で開始可能であり、理想的には第1の撮像装置がまだ動作中にあってその本来の第1の測定プロトコルを実行している場合でも開始可能である。第1の撮像装置による後続検査つまり第2の検査は領域に関連した測定プロトコルを使用して行なわれる。すなわち、この領域の検査にとって適切なもしくは最適化されている特別な測定プロトコルが使用される。このことにより、現時点に即して画像の適切な評価、従って診断を行なうことができるように、場合によっては病理学的に重要な領域を最適に画像技術により検出することを保証することができる。
全体として、本発明による方法は、ハイブリッド医用撮像ユニットの著しく効率的でかつ時間的に最適化された作動を可能にし、このことは、関連する情報および画像が既に明白に早期に存在する点で使用者にとって有利であると同様に、明白に短い時間で最適に画像技術により検査可能であるという点で患者にとっても有利である。
第1の本発明選択肢にしたがって、連続的に検出された測定信号が複数回または連続的に自動的に分析され、領域が自動的に決定され、それに基づいて領域に関連した測定信号検出が自動的に行なわれる。したがって、この場合には連続的に既に取得された測定信号、つまり例えばPET測定の画像関連データが、放射性核種の局部的な集積を求めるために、定められた時間において再構成されるか、または一般的には連続的に暫定的に再構成されて分析される。すなわち、領域が自動的にPET画像において決定される、つまり、領域の位置と同様に領域のジオメトリもしくは大きさが決定され、その後領域に関連した相応の測定プロトコルを相応に評価することができる。それゆえ、例えばPETスキャナと磁気共鳴装置との統合において、異なった撮像装置の画像が撮影される相応の座標系が互いに参照され、例えばPET座標系における1つの点を直接的にMR座標系における相応に相関させられた点に割り付けることができる場合、位置決定は容易に可能である。一般に磁気共鳴装置により、後の画像の必要な減弱補正を算出するための概観画像が予め撮影されるので、検出されたPET領域の相応の解剖学的な割り付けが容易に可能である。あらゆる場合において、自動的に検出された領域に基づいて、自動的にも第1の撮像装置つまり例えばMR装置による領域に関連した第2の測定プロトコルの実行が開始されかつ処理される。したがってこの場合には準全自動作動が生じる。もちろん、使用者対話を挿入して、使用者が領域に関連した測定プロトコルを使用して画像撮影を開始する前に情報を伝え、例えば相応の指令の発生によって制御装置を介してこの更なる画像撮影を承認して作動させるようにすることも考えられ得る。
第1の本発明選択肢に基づいて自動的な領域決定が、連続する信号検出と共に変化する信号強度の算出および信号強度と比較強度値との比較によって行なわれるとよい。したがってこの場合には自動的に信号強度、すなわち核医学画像内における1つの領域の輝度またはコントラストが検出され、強度(輝度またはコントラスト)が比較値すなわち閾値を通常の信号ノイズに対して相対的に上回っているかどうか連続的に比較される。したがって、画像内容が領域選択にとって重要である。検出されて検査ボリューム内の定められた領域に割り付けられ得る測定信号が多ければ多いほど、PET画像内においてその領域がますます輝きかつ強く現れる。核医学画像が同様に点状に分解されているので、この場合にはもちろん、定められた画像の信号強度を、個々の各画素を個別に分析しないように、例えば平均値形成等を介して観察することができる。平均値形成等は個々の各画素を個別に分析しないためであるが、しかしこの個別の分析も同様に考えられ得る。したがって、最後に作動開始基準としての強度検出が具体的にどのように構成されるかは、さまざまの種類であってよい。あらゆる場合において、強度分析または輝度分析は、周辺に比べて十分に明るいもしくはコントラストに富んだ非常に高い信号強度の少なくとも1つの点または非常に小さい領域が実際に与えられるように、簡単かつ正確な検出を可能にする。画像処理装置はこの情報から後で詳しく検査すべき実際の領域を決定することができ、このことは、隣接する領域における信号強度したがって輝度経過に基づいて容易に可能である。すなわち、連続的に再構成された画像において、信号経過、従って画像内容に基づいて、活性領域を非常に正確に求めることができる。この活性領域は、解剖学的に、初めて閾値を上回る信号強度が検出された非常に小さい領域に属する。この領域の座標系位置は、磁気共鳴装置の座標系に対する座標系相関関係に基づいて容易に検出することができるので、領域に関連した相応の測定プロトコルを即座に選択してその領域に関連した測定を開始することができる。
画像内の信号強度もしくは輝度分布の分析を介する領域決定に対する代替として、自動的な領域決定は、それまでに検出された測定信号に基づいて作成された画像と検査ボリュームの基準画像との比較によっても行なうことができる。基準画像は、いわば病理学的に心配のない状態における検査ボリューム、つまり検査ボリュームの標準的な活性度を示す。ここで、例えば画像減算によって、減算画像において明白に基準画像から異なる領域が現れることが生じる場合に、これは、放射性核種集の高まりによって証明される活性度の高まった領域であることの一義的な示唆として認識することができる。その後、この領域も解剖学的に正確に検出可能であり、したがって特定の骨または特定の器官であるかどうかが認識可能であり、それに続いてすぐに、またしても自動的に領域の大きさおよびジオメトリならびに座標系における位置が認識可能である。
自動的な領域検出に対する代替として、使用者側での領域決定も考えられ得る。このために、連続的に検出された測定信号に基づいて、例えば第1の撮像装置により作成された検査ボリュームの概観画像において、信号に依存した領域表示がモニタで概観画像内に位置正しく表示され、領域が使用者側で概観画像内において選択され、それに基づいて領域に関連した測定信号検出が行なわれるとよい。既に述べたように、例えばMR装置である第1の撮像装置によるこの概観画像は、そうでなくても、場合によっては必要な減弱補正の算出のために撮影される。既に述べたように、第2の撮像装置の画像、例えばPET画像は、連続的に再構成され、撮像座標系が参照された後に容易に概観画像内において正確な位置および向きで表示可能である。したがって、使用者は、PET画像が挿入された概観画像の画像表示を得る。使用者はこれから即座にPET測定の連続的な展開を認識することができ、それにより即座に場合によっては病理学的に重要な領域を認識し、その後その領域を使用者は概観画像または統合画像において選択する。この場合に使用者は領域の大きさおよびジオメトリを選択または変更することができる。このために使用者は、例えば画面カーソル等の適切な入力手段を、場合によっては使用者が領域の周りにその領域を規定するために置くことのできる線またはボックスのようなグラフィック補助手段と共に使用する。このようにして定められた領域位置および領域ジオメトリは領域に関連した測定プロトコルの後続の選択にとって重要である。
既に述べたように、領域に関連した測定信号検出は、第1の撮像装置が検査ボリュームにおいて異なった測定プロトコルを使用してボリュームに関連した測定信号を検出する最中に開始することが可能であると特に好ましい。磁気共鳴装置は容易に2つの異なる測定プロトコルを並行処理することができる。すなわち、第1の測定プロトコルによる測定がまだ動作している最中に、領域撮影のための第2の測定プロトコルを実行させることができる。第1の測定プロトコルが定められたスライス数、スライス向き等で検査ボリューム全体を走査する最中に、既に、領域特有に選定された適切なスライス数、スライス向き、領域特有の測定視野等で領域に関連した測定を開始することができる。もちろん、この領域に関連した測定を第1の撮像装置の第1の測定過程の終了直後に実施することも考えられ得る。
領域に関連した測定プロトコルが、特に使用者側で予め定め得る1つ又は複数の選択基準または予め定められる選択基準、特に解剖学的な選択基準に基づいて自動的に行なわれるとよい。したがって、医療上の課題設定がプロトコル選択の基礎をなすことが容易に考えられ得る。例えば医療上の課題設定が骨転移および患者の特定の病気画像の探索であるならば、領域に関連した測定プロトコルは、例えば骨検査の特別なシーケンスであるとよい。すなわち、もともと検査すべき器官または身体部分に対して最適化されたプロトコルが使用される。このプロトコル選択は、相応に最適化されたプロトコルを直ちに考慮することができるように、領域の決定に基づいて、骨であるか、または肝臓であるか、または他の器官であるかが自動的に検出されることによって、自動的に行なうことができる。適切な選択基準が使用者によって、例えば推定所見として入力されるとよい。
更に、領域に関連した測定プロトコルの計画および/または位置決めが使用者側でまたは自動的に行なわれるとよい。骨検査のためのプロトコルであるのか、軟部分検査のためプロトコルであるのか等という基本的に基礎をなすプロトコルの選択のみならず、例えばスライス数またはスライス向きまたは測定視野の大きさのような具体的な細目も、使用者側でまたは自動的に規定することができる。特に、適切なプロトコル設定が自動的に行なわれるいわゆる「オートアライン機能」を有する第1の撮像装置を使用すると、この自動的なプロトコル計画が容易に適用可能である。この種のオートアライン機能は例えば独国特許第10357203号明細書に記載されている。これに対する代替として、もちろん、測定プロトコルの計画および/または位置決めを使用者側で手動にて、例えば使用者がスライス数およびスライス向き等を容易に設定することができる概観画像内でまたは概観画像に基づいて行なうことができる可能性が与えられているべきである。
方法自体のほかに、本発明は、更に、高い空間分解能を有する第1の撮像装置および高い感度を有する第2の核医学撮像装置を備え、第1の撮像装置および第2の核医学撮像装置がそれぞれ撮像用測定信号を共通な検査ボリュームから検出し、好ましくは各撮像装置が専用の制御装置を有するハイブリッド医用撮像ユニットに関する。この撮像ユニットは上述の方法を実施するように構成されている。このために、例えば2つの個別の制御装置は、例えば、自動的な領域検出の際に相応の情報を一方の制御装置から、プロトコル選択およびプロトコル計画などを行なう他方の制御装置に与えることができるように、互いに通信をすることができる。好ましくは、第1の撮像装置が磁気共鳴装置であり、第2の撮像装置が陽電子放出断層撮影(PET)装置または単光子放出コンピュータ断層撮影(SPECT)装置である。
以下において説明する実施例から、そして図面に基づいて、本発明の他の利点、特徴および詳細を明らかにする。図1は本発明によるハイブリッド医用撮像ユニットの原理図を示す。図2は本発明による方法の経過を説明するための原理図を示す。
図1は本発明によるハイブリッド医用撮像ユニット1の原理図を示し、これは高い空間分解能を有する第1の撮像装置2を含み、この第1の撮像装置2は図示の例では磁気共鳴装置である。これは詳しくは図示されていないが、このような磁気共鳴装置の基本的な構成は専門家に十分に知られており、これ以上の詳しい説明を必要としない。
更に、ここではPETスキャナの形で第2の核医学撮像装置3が設けられている。PETスキャナは、患者用孔5を覆い1つの円筒体に構成された多数の個別検出素子4を含んでいる。このような撮像装置の基本的な構成および動作態様も専門家に十分に知られている。第1の撮像装置2および第2の撮像装置3の動作は、図示の例では、中央の共通な制御装置6を介して制御される。この種の撮像ユニット1により、同時にMR画像およびPET画像を撮影することができる。というのは磁気共鳴撮像(磁気共鳴画像化)がPET撮像(PET画像化)に影響せずかつその逆も影響しないからである。制御装置6は、上述の如く両撮像装置2,3の動作を制御し、取得された測定信号の評価および処理を行ない、場合によっては生じ得る画像表示等の出力をモニタ7に対して行なう。
本発明による基本的な動作態様が原理にしたがって図2に示されている。撮像ユニット1の患者用孔5に水平に寝かせられて送り込まれた患者8が示されている。患者8は、今や同時に第1の撮像装置2および第2の撮像装置3により検査され、もしくは同時に相応の測定信号が取得される。a)を付された左側の図示においては、第1の撮像装置2、つまりここでは磁気共鳴装置が患者8の個々のスライス画像を撮影する個々のスライス平面9が示されている。これらのスライスは、全身画像撮影の実施に対してはしばしば普通であるように、明らかに比較的広い間隔を置かれている。
同時にPET検出素子4を介して、投与および連続的に増加する放射性核種の集積により生じる測定信号の検出が行なわれ、このことはa)による図示では詳しく示されていない。ここではガンマ線が検出素子4を介して検出され、PET撮像装置3の互いに対向する点へのそれぞれ同時のガンマ線入射が評価される。例えば同時検出の基礎をなす事象の確率分布の算出によって評価され得る個々の測定信号はエネルギー検出の増大と共にますます多くなるので、全体として活性度マップを作成することができる。
b)を付された部分図では上部範囲に磁気共鳴装置2を介して撮影される概観画像10が示されている。この概観画像10は必然的に撮影され、後で撮影される画像の減弱補正をそれに基づいて算出しかつ実行することを可能にする。
更に、PET装置3を介して連続的に取得された測定信号の連続的な再構成もしくは評価に基づいて作成することができるPET画像11が示されている。測定信号検出の増加と共に連続的に成長し得るこのPET画像の中に、それまで取得された全ての測定信号が入っていく。したがって、連続的に体内における核種集積を検出して可視化することができる。図示の実施例では集積の高まった領域12、つまり活性度の高まった領域が求められたことが仮定されている。
磁気共鳴装置2およびPET装置3の座標系が互いに相関させられている。すなわち、PET装置3を介して走査された検査ボリューム内の各点は、磁気共鳴装置2を介して走査された検査ボリューム内の1つの点に正確に割り付け可能である。これは、例えば3次元にて検出された領域12を、同様に3次元にて検出された概観画像10内において正確に決定することを可能にする。ステップc)に示されているように、PET画像11からの領域12が、概観画像10において位置および向きを正しく表示される。図示の例では、患者8の骨格構造13と、領域内でかつ脊柱14のところにある領域12とが認識される。
この画像は、例えば使用者に対してモニタ7にて表示可能であり、使用者はそれに基づいて今や領域12の位置を一義的に決定しかつ病理領域として認識することができる。これがまだ自動的に行なわれていないかぎり、使用者は、部分図c)に破線で示されているように、例えば制御マウス等と共に画面カーソルを介して領域15を規定することができ、しかもこの領域15を、磁気共鳴装置2による領域に関連した測定プロトコルを用いた直ぐ後に続く検査のための領域として規定することができる。使用者によって行なわれる領域選択に対する代替として、これが完全に自動的に行なわれてもよい。共通の制御装置6は、磁気共鳴装置2の検査ボリューム内における領域12の位置を正確に決定し、それに基づいて、領域に関連した新たな測定の必要な測定プロトコルを、例えば、スライス数およびスライス向き等に関して選択もしくは確定し、それにより高分解能の非常に正確な第2のMR走査において場合によっては病理学的に重要なこの領域を最適に撮影することが可能になる。この自動的な選択は、例えば、使用者が予め定める解剖学的な選択基準に基づいて行なうこともできる。例えば、使用者が骨転移を推測することを仮定するならば、その理由から、使用者は、選択すべき領域に関連した測定プロトコルとして、既にもともと特別な骨検査シーケンス等を含んだ測定プロトコルを規定する。制御装置6はこのような骨検査プロトコルを選択し、この骨検査プロトコルを、例えば具体的なスライス数、スライス間隔およびスライス方向、ならびに病理領域12の周りにおいて必要な領域15を最適に設定もしくは網羅するために必要である測定視野に関して最適化する。使用者による手動の領域決定の場合には、例えばc)による表示、したがって概観画像10において、スライス数、スライス間隔、向き等の決定が使用者によって同様に行なわれるとよい。
その後、部分図d)のように、スライス9によって示されているような既に動作中の第1の測定プロトコルに基づいて患者8の検査が磁気共鳴装置2により行なわれるのと同様に、具体的に予め規定された領域15内にあってこの領域15を最適に分解する著しく狭い間隔のスライス16によって示されているような領域に関連した第2の測定プロトコルに基づいても患者8の検査が磁気共鳴装置2により行なわれる。連続的に増加する測定信号個数によってPET画像11をなおも一層改善するために、PET装置3を介する測定信号の続行される検出が同様に同時に行なわれる。しかし、あらゆる場合において、重要領域15だけの第2のMR測定が非常に早い時点で開始可能であるので、全ての測定の終了時に磁気共鳴装置2により撮影された標準の全身画像が存在し、他方では高分解能の極めて説得力のある病理領域15の画像ならびに核医学画像すなわちPET画像11が存在する。
本発明によるハイブリッド医用撮像ユニットの原理図 本発明による方法の経過を説明するための原理図
符号の説明
1 ハイブリッド医用撮像ユニット
2 第1の撮像装置
3 第2の撮像装置
4 PET検出素子
5 患者用孔
6 制御装置
7 モニタ
8 患者
9 スライス平面
10 概観画像
11 PET画像
12 病理領域
13 骨格構造
14 脊柱
15 領域
16 スライス

Claims (11)

  1. 高い空間分解能を有する第1の撮像装置および高い感度を有する第2の核医学撮像装置を備え、第1の撮像装置および第2の核医学撮像装置がそれぞれ共通な検査ボリュームから撮像用測定信号を検出するハイブリッド医用撮像ユニットの作動方法において、
    第2の撮像装置の連続する測定信号検出中に、連続的に検出された測定信号に基づいて、検査ボリューム内において1つの領域が決定され、次に当該領域において第1の検査装置により領域に関連した測定信号検出が領域に関連した測定プロトコルを使用して行なわれることを特徴とするハイブリッド医用撮像ユニットの作動方法。
  2. 連続的に検出された測定信号が複数回または連続的に自動的に分析され、領域が自動的に決定され、それに基づいて領域に関連した測定信号検出が自動的に行なわれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 自動的な領域決定が、連続する信号検出と共に変化する信号強度の算出および信号強度と比較強度値との比較によって行なわれることを特徴とする請求項2記載の方法。
  4. 自動的な領域決定が、それまでに検出された測定信号に基づいて作成された画像と検査ボリュームの基準画像との比較によって行なわれることを特徴とする請求項2記載の方法。
  5. 連続的に検出された測定信号に基づいて、第1の撮像装置により作成された検査ボリュームの概観画像において、信号に依存した領域表示がモニタで概観画像内に位置正しく表示され、領域が使用者側で概観画像内において選択され、それに基づいて領域に関連した測定信号検出が行なわれることを特徴とする請求項1記載の方法。
  6. 領域の大きさおよびジオメトリが使用者側で選択可能または変更可能であることを特徴とする請求項5記載の方法。
  7. 領域に関連した測定信号検出は、第1の撮像装置が検査ボリュームにおいて異なった測定プロトコルを使用してボリュームに関連した測定信号を検出する最中に開始することを特徴とする請求項1乃至6の1つに記載の方法。
  8. 領域に関連した測定プロトコルが、自動的に、使用者側で予め定め得るまたは予め定められた1つ又は複数の選択基準に基づいて行なわれることを特徴とする請求項1乃至7の1つに記載の方法。
  9. 領域に関連した測定プロトコルの計画および/または位置決めが使用者側でまたは自動的に行なわれることを特徴とする請求項1乃至8の1つに記載の方法。
  10. 高い空間分解能を有する第1の撮像装置および高い感度を有する第2の核医学撮像装置を備え、第1の撮像装置および第2の核医学撮像装置がそれぞれ共通な検査ボリュームから撮像用測定信号を検出するハイブリッド医用撮像ユニットにおいて、請求項1乃至9の1つに記載の方法を実施するように構成されていることを特徴とするハイブリッド医用撮像ユニット。
  11. 第1の撮像装置が磁気共鳴装置であり、第2の撮像装置が陽電子放出断層撮影装置または単光子放出コンピュータ断層撮影装置であることを特徴とする請求項10記載のハイブリッド医用撮像ユニット。
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