JP2008539414A - 心動態のモデル化におけるｅｃｇゲートの時間サンプリング - Google Patents

Abstract

画像診断システム１０において、モニター５０は、被験者１４の周期的な生体リズムを監視する。トリガ点検出器６０は、前記被験者１４の各周期的な生体リズムにおける共通の再発する基準点Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｎの時間ｔ１、ｔ２、…ｔｎを検出する。シーケンス選択器６２は、名目上のサンプリングセグメントＳ１、Ｓ２、…Ｓｎのシーケンス６４を選択する。調節器７０は、検出された基準点Ｒ１、Ｒ２、…Ｒｎの時間に一致するように、各名目上のサンプリングセグメントＳ１、Ｓ２、…Ｓｎの期間を調節する。スケーリングプロセッサ７２は、前記対応する名目上のサンプリングセグメントＳ１、Ｓ２、…Ｓｎと調節されたサンプリングセグメントＳ１'、Ｓ２'、…Ｓｎとの間にある期間の差に基づいて各々の調節されたサンプリングセグメントをスケーリングする。

Description

本発明は画像診断技術に関する。ＰＥＴ(Positron Emission Tomography)の動態撮像に関連する特定の応用であることが分かり、それを特に参照して説明される。しかしながら、本発明がＳＰＥＣＴ、磁気共鳴撮像システム、ＣＴ撮像システム、超音波及び様々な撮像応用に対する同様なものにも応用可能であることも明らかである。

動態撮像は、時間経過によるトレーサー(tracer)取り込みの測定を述べている。ＰＥＴは、トレーサー動態モデルにより取得した組織のトレーサー濃度測定を提供し、その最終結果は、研究中の生体内作用の解剖学的分布の画像である。"トレーサー動態検定"方法は、放射性同位体でラベル付けした生物活性化合物（トレーサー）、及び身体内におけるトレーサーの分布を描くように、放射性同位体でラベル付けしたトレーサーの動態を描く数学モデルを利用する。放射性同位体でラベル付けしたトレーサー及びトレーサー動態方法は、例えば血流、膜輸送、代謝、化学系を用いた薬物間相互作用、組み換えＤＮＡ技術を用いたマーカー検定等のような多数の生体内作用を測定するために、生物科学にわたり用いられている。

前記動態撮像は、例えば心臓のような動いている解剖学的器官の動的研究に非常に望ましい。動的な診断画像を収集するためのある技術は、動的撮像技術を用いることにより行われる。動的撮像において、データ取得は、通例は各々３秒から２０秒である幾つかの連続する時間間隔にわたり続くが、潜在的にはさらに大きい時間範囲に及んでいる。各時間間隔からの画像はシネ方式で表示され、関心領域における放射性医薬品の時間発展を示す。動的撮像が持つある問題は、比較的長い撮像期間にわたり収集された画像が患者の動きにより劣化することがあることである。特に比較的短い期間にわたる動的撮像が持つもう一つの問題は、前記時間期間が心周期又は他の周期の端数におよぶ、例えば前記画像が３．５心周期にわたり統合したものであることである。画像に寄与する心周期の端数の差は最終的な画像の差を引き起こすことがある。

他の技術は、心ゲート撮像(cardiac gated imaging)のようなゲート撮像である。心ゲート撮像において、各心周期における特性点がデータの収集を引き起こす（トリガする）。これは取得したデータが心位相で並べ替えられることを可能にする。特に、トリガ時間の後、次のトリガ時間までの期間は、例えば心周期当り１６セグメントのように、幾つかの等しいセグメントに分割される。幾つかの心周期にわたり、複数の心位相の各々に対し完璧なデータセットが取得される。複数の周期の各々における同じセグメントからのデータは、既知のアルゴリズムの１つに基づいて、組み合わされ、平均化される。しかしながら、時間にわたり平均化された画像は、画像対時間の動的変化を正確には示さない。

本出願は、上述した問題及びその他を克服する、新しい及び改良した方法並びに装置を検討している。

本発明の１つの態様によれば、画像診断用の装置が開示されている。モニターは、被験者の周期的な生体リズムを監視する。トリガ点検出器は、被験者の各周期的な生体リズムにおける共通の再発する基準点の時間を検出する。シーケンス選択器は、各々が開始時間及び終了時間を持つ名目上のサンプリングセグメントのシーケンスを選択する。同期プロセッサは、各サンプリングセグメントが整数の生体リズムを含むように、各名目上のサンプリングセグメントの前記開始時間及び終了時間を、検出した基準点の時間と同期させる。

本発明の他の態様によれば、画素診断の方法が開示されている。被験者の関心領域からの放射線量が検出される。この被験者の周期的な生体リズムが監視される。被験者の各周期的な生体リズムにおける基準点が検出される。各々が開始時間及び終了時間を持つ名目上のサンプリングセグメントのシーケンスが選択される。各名目上のサンプリングセグメントの開始時間及び終了時間は、各サンプリングセグメントが整数の生体リズムを含むように、検出された基準点と同期される。

本発明の他の態様によれば、被験者の関心領域を動的撮像する装置が開示されている。第１の機構は、前記被験者の少なくとも１つの生体リズムを検出する。第２の機構は、前記被験者から発する放射線量を検出する。プロセッサは、前記被験者から発する前記放射線量を、各々が前記第１の機構から検出された整数の生体リズムを有する既定数のサンプリングセグメントに分割する。

他の態様によれば、等しい数の生体リズムが名目上のサンプリング期間の各々に生じるのに要する時間が監視される。この時間に従って画像が正規化及び再構成される。

本発明のある利点は、動いている解剖学的構造の向上した画素解像度にある。

他の利点は、時間にわたり動いている解剖学的構造の動的変化のより正確な表現にある。

他の利点は、診断上改善した動的撮像研究にある。

本発明のさらに他の利点及び利益は、好ましい実施例の以下の詳細な説明を読み、理解する際に当業者に明らかとなるであろう。

本発明は、様々な構成要素及び構成要素の配列、並びに様々なステップ及びステップの配列から取られる。図面は好ましい実施例を説明することだけを目的とし、本発明を制限するとは考えられてはいない。

図１を参照すると、撮像システム１０は、例えばテーブル又は診察台のような、撮像される被験者１４を支持する被験者支持手段１２を含む。被験者１４は、陽電子の放出を誘発させるために、１つ以上の放射性同位体又はトレーサーを注入される。円形の円筒状の検出器の環状アレイ１６は、軸方向視野を規定するＰＥＴスキャナガントリ２０の口径の周りに配される。前記検出器が平坦面を持つ場合、前記検出器のアレイ１６は八角形又は円に近い他の正多角形でもよい。これら検出器の素子は好ましくは、前記検出器のアレイ１６を規定するように端から端まで取り付けられたサブアレイに取り付けられている。放射端シールド２２は、円形口径１８の入口２４及び出口２６に取り付けられ、ＰＥＴスキャナ２０の受信領域又は入口開口２８を規定する。

例えばモータのような駆動装置３０は、前記被験者支持手段１２を前進及び／又は後退させ、例えば関心領域が前記検出器のアレイの視野（ＦＯＶ）の中心に置かれるように、前記口径１８により規定される検査領域３２内において被験者１４の所望の位置決めを達成する。検出器１６により検出された同時発生した放射線事象の対は、ＬＯＲ(line of response)計算回路又はコンピュータ処理３４により特定される。このＬＯＲ計算機３４は、２つの事象が同時に存在する事前に選択した時間窓内にあるときを決める同時検出器３６を含んでいる。前記検出器１６の位置及び同時発生した放射線が受信された各検出器内の位置から、線形外挿法３８により放射線検出点の間にある光線又はＬＯＲが計算される。

引き続き図１を参照すると、前記ＬＯＲは好ましくはリストモードでデータメモリ又はバッファ４０に保存され、例えば各ＬＯＲはそれに付けられたタイムスタンプを持つ。このようなデータ記憶モードは、データに関する遡及的な操作を可能にする。減衰データがリスト方式以外で記憶されることが可能であることも考えられる。この場合、収集された事象は、データに関する遡及的な操作を可能にするために、順番に記憶される。

サイクルモニター５０は、事前に指定した患者１４の生体リズムを監視する。ある実施例において、このサイクルモニター５０は患者の心臓を監視する。特に、この患者１４に取り付けられているリード線を介して、ＥＣＧモニターは患者１４からＥＣＧデータを取得する。代わりに、例えばエコー心臓モニター、超音波心臓モニター、心音モニター、パルスオキシメータ等のような他の装置を介して心臓が監視されてもよい。他の実施例において、前記サイクルモニター５０は、患者の呼吸周期を監視する。特に、呼吸検出ベルトは、前記呼吸周期と共に振幅が変化する電子信号を生成するバランスブリッジ形式の圧力トランデューサと接続される。一般的に、心周期は約０．５秒から約１秒の長さであり、呼吸サイクルは約５秒から約１０秒の長さである。

引き続き図１を参照すると共に、さらに図２を参照すると、同期回路又はコンピュータ処理５８は、各々同期又は修正したサンプリングセグメントＳ１'、Ｓ２'、…、Ｓｎ'が例えば鼓動のような整数の周期を含むように、名目上のサンプリングセグメントＳ１、Ｓ２、…、Ｓｎを生理学ゲートと同期させる。特に、基準点手段又は処理６０は、前記サイクルモニター５０から情報を入力し、その周期における基準点又はトリガ点、例えば心弛緩期の終わりに患者の心周期のピークＲを決める。心臓検査において、周期時間は一般的に、ある波のピークＲから次の波のピークＲまでの時間として測定される。例えば、第１の時間ｔ１は、第１の周期におけるトリガ点又はピークＲ１に対応する。第２の時間ｔ２は、第２のトリガ点又はピークＲ２、第１の周期の終わり、及び第２の周期の始まりに対応する。第３の時間ｔ３は、第３のトリガ点又はピークＲ３、第２の周期の終わり、及び第３の周期の始まりに対応する。後続する周期は同様のやり方、例えば前記周期が現在のトリガの立ち上がりで始まり、次のトリガの立ち上がりで終わるようなやり方で監視される。この周期時間は、次のトリガの時間と現在のトリガの時間との時間差に等しい。

周期において他の基準点が選択されてよいことも考えられる。この場合、周期時間は２つの基準点の時間の時間差に等しい。

引き続き図１及び図２を参照すると、サンプリングシーケンス選択器、処理又は手段６２は、サンプリングスキーム又はシーケンス６４を決める。ある実施例において、ユーザは、名目上のサンプリングセグメントＳ１、Ｓ２、…、Ｓｎを含むサンプリングシーケンス６４を特定する。例えば、取得したデータは、時間シーケンス６４に分割されることができ、この時間シーケンス６４は、各々対応して３秒、３秒、３秒、５秒、５秒、…等に等しい時間間隔又はサンプリングセグメントＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５を含む。ある実施例において、サンプリング間隔Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、複数回の鼓動、例えば３回、３回、３回、６回、６回、１０回、１０回等と特定される。さらに他の実施例として、心周期は、例えば各Ｒ−Ｒ間隔毎に８又は１６個のサンプリングセグメントのような、サンプリングセグメントＳ１、Ｓ２、…、Ｓｎに分割されることができる。無論、これらサンプリングセグメントが、何らかの他の適当な時間、鼓動又は他のシーケンスで並べられることも考えられる。

ソーター６６はＬＯＲデータをサンプリングセグメントの各々毎に収集されたデータセットに並べ替える。特に、このソーター６６は、減衰データを並べ替え、各々のデータ収集開始及び終了時間Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔｎを検出した基準点トＲ１、Ｒ２、…、Ｒｎと実施的に一致させ、前記基準点は各サンプリングセグメントＳ１、Ｓ２、…、Ｓｎの開始時間Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔｎ及び終了時間Ｔ２、Ｔ３、…Ｔ（ｎ＋１）の略近くで生じる。例えば、サンプリングセグメントＳ１の開始及び終了時間Ｔ１、Ｔ２は、第１及び第４のトリガ時間ｔ１、ｔ４と一致し、それ故に、前記開始及び終了時間Ｔ１、Ｔ２に略近くで生じる前記検出された基準点Ｒ１、Ｒ４と一致する。並び替えた及び相関したＬＯＲデータはデータセットメモリ又はルックアップテーブル６８に記憶される。

ウィンドウ選択器、選択手段又はプロセッサ７０は、各サンプリングセグメントが整数の心周期又は鼓動を含むように、各サンプリングセグメントＳ１、Ｓ２、…、Ｓｎを修正する。特に、前記ウィンドウ選択器７０は、前記最も近くの検出された基準又はトリガ点のタイミングに従って、各サンプリングセグメントＳ１、Ｓ２、…、Ｓｎを動的に増大又は減少させる。例えば、第１のサンプリングセグメントＳ１の全時間は、この第１のサンプリングセグメントＳ１の名目上の停止時間Ｔ２が前記最も近くの検出された基準又はトリガ点Ｒ４に対応する第４の時間ｔ４に移行される。同様に、前記第２のサンプリングセグメントＳ２の名目上の開始及び停止時間Ｔ２、Ｔ３は、前記最も近い基準又はトリガ点Ｒ４、Ｒ８と夫々一致するように調節される。従って、時間シーケンス６４は、各々が整数の周期、例えば約２．９秒、３．１秒、２．９秒、５．１秒、５．０秒、…等に夫々等しい、修正されたサンプリングセグメントＳ１'、Ｓ２'、…、Ｓｎ'を含む修正されたシーケンス６４'となる。各々修正されたサンプリングセグメントＳ１'、Ｓ２'、…、Ｓｎ'の正確な期間は、前記リストモードで記憶されたデータセットから遡及的に規定される。このようにして、ウィンドウセクタ７０は、各時間サンプルが放射性同位体の分布に偏りを作るのを防ぐ他のサンプルと同じ心弛緩期の端数を含むことを保証する。

名目上同じ期間のセグメントは実際にそれより短いか又は長い。短いセグメントは、比例して少数のＬＯＲを持ち、長いセグメントは比例して多数のＬＯＲを持つ。スケーリングプロセッサ又は手段７２は、対応する名目上のセグメント の予め規定した時間に対する修正した又は実際のセグメント時間の偏差に従って、各経路に沿った前記ＬＯＲ量を適切なスケーリング係数で乗算する。代わりに、前記画像は、重み付けされていないＬＯＲ量、及び代わりに重み付けされた再構成画像を用いて再構成されることができる。

データ再構成プロセッサ又は処理８０は、重み付けされたＬＯＲから、被験者１４の電子画像表現を再構成する。結果生じる画像表現は画像メモリ８２に記憶される。この記憶された画像表現の一部は、ビデオプロセッサ８４により取り出され、例えばビデオ、ＣＣＤ、アクティブマトリックス、プラズマ又は他のモニターのようなモニター８６上に表示するための適切な方式に変換される。無論、カラープリンター又は他の出力装置がデータを使いやすい方式で表すのに使用されてもよい。

本発明は好ましい実施例を参照して説明されている。上記詳細な説明を読み、理解して、他人が修正及び変更を思いつくこともある。本発明は、上記修正及び変更の全てが付随する特許請求の範囲又はそれに同等なものの範囲内にある限り、これら修正及び変更の全てを含んでいると解釈されることを意図している。

画像診断システムの概略図。 心周期に関するデータ取得のタイミングの概略図。

Claims (20)

1. 被験者の関心領域からの放射線量を検出するための装置において、
   前記被験者の周期的な生体リズムを監視するモニター、
   前記被験者の各周期的な生体リズムにおける共通の基準点の時間を検出するトリガ点検出器、
   各々が開始時間及び終了時間を持つ名目上のサンプリングセグメントのシーケンスを選択するシーケンス選択器、及び
   各名目上のサンプリングセグメントの前記開始時間及び終了時間を前記検出した基準点の時間と同期させる同期プロセッサ
   を有する装置。
2. 前記取得した放射線量を各名目上のサンプリングセグメントの間にわたり収集されたデータセットに並べ替えるソーター、及び
   前記検出した基準点の近さに基づいて前記並べ替えられたデータセットを記憶するルックアップテーブル
   をさらに有する請求項１に記載の装置。
3. 前記同期プロセッサは、前記開始時間及び終了時間が最も近くの検出された基準点に一致するように、各名目上のサンプリングセグメントの期間を調節するための調節器を含む請求項１に記載の装置。
4. 前記同期プロセッサはさらに、前記対応する名目上のサンプリングセグメントと調節されたサンプリングセグメントとの間にある期間の差に基づいて各々の調節されたサンプリングセグメントをスケーリングするためのスケーリングプロセッサを含む請求項１に記載の装置。
5. 前記スケーリングプロセッサは、前記調節されたサンプリングセグメントと前記名目上のサンプリングセグメントとの期間の偏差に従って、各々の調節されたサンプリングセグメントにおいて記録された大量の放射線量をスケーリングする請求項４に記載の装置。
6. 放射性医薬品を注入された前記被験者を収容する、前記被験者の周りに複数の放射線検出部を含むＰＥＴガントリ、
   略同時に検出された放射線イベントの対を検出する同時検出器、
   略同時に検出された放射線イベントの各対の間にＬＯＲを決めるＬＯＲ検出処理、及び
   前記ＬＯＲを画像表現に再構成する再構成プロセッサ
   をさらに有する請求項４に記載の装置。
7. 前記スケーリングプロセッサは、前記ＬＯＲ及び前記画像表現の１つを選択する請求項６に記載の装置。
8. 前記スケーリングプロセッサは、各セグメントの実際の期間と前記対応する名目上のセグメントの期間との間にある差に従って、各セグメントにおいて収集された多数の前記ＬＯＲをスケーリングする請求項７に記載の装置。
9. 各名目上のサンプリングセグメントは、整数の前記周期的な生体リズムである請求項１に記載の装置。
10. 被験者の関心領域からの放射線量を検出するステップ、
    前記被験者の周期的な生体リズムを監視するステップ、
    前記被験者の各周期的な生体リズムにおける基準点を検出するステップ、
    各々が開始時間及び終了時間を持つ名目上のサンプリングセグメントのシーケンスを選択するステップ、及び
    各名目上のサンプリングセグメントの前記開始時間及び終了時間を前記検出した基準点と同期させるステップ
    を有する画像診断方法。
11. 前記同期させるステップは、各名目上のサンプリングセグメントの前記開始時間及び終了時間が時間的に移行され、前記最も近くの検出された基準点に一致するように、前記サンプリングセグメントを調節するステップを有する請求項１０に記載の方法。
12. 前記同期させるステップはさらに、前記対応する名目上のサンプリングセグメントと調節されたサンプリングセグメントとの間にある差に基づいて各々の調節されたサンプリングセグメントをスケーリングするステップを有する請求項１１に記載の方法。
13. 前記スケーリングするステップは、各々の調節されたサンプリングセグメントと名目上のサンプリングセグメントとの期間の間にある持続時間に従って、各々の調節されたセグメントにおける大量の放射線量を調節するステップを有する請求項１２に記載の方法。
14. 各々の調節されたセグメントの前記放射線量を画像表現に再構成するステップをさらに有する請求項１２に記載の方法。
15. 各々の調節されたサンプリングセグメントと前記名目上のサンプリングセグメントとの期間の間にある持続時間に従って、各画像表現をスケーリングするステップを有する請求項１４に記載の方法。
16. 前記名目上のサンプリングセグメントは、
    事前に指定したデータ収集時間を持つ固定時間セグメント、及び
    事前に指定した数の検出される基準点
    の１つを含んでいる請求項１０に記載の方法。
17. 各名目上のサンプリングセグメントは前記周期的な生体リズムの一定の部分である請求項１０に記載の方法。
18. 請求項１０に記載の方法を行うスキャナ。
19. 被験者の関心領域を動的に撮像する装置において、
    前記被験者の少なくとも１つの生体リズムを検出する第１の機構、
    前記被験者から発する放射線量を検出する第２の機構、及び
    前記被験者から発する前記放射線量を、各々が前記第１の機構から検出された整数の生体リズムを有する既定数のサンプリングセグメントに分割するプロセッサ
    を有する装置。
20. 前記既定数のサンプリングセグメントは、前記第１の機構から検出された異なる整数の生体リズムからなる少なくとも２つのサンプリングセグメントを有する請求項１９に記載の装置。