JP2009505093A

JP2009505093A - 検出器応答関数によるｐｅｔ飛行時間リストモード再構成

Info

Publication number: JP2009505093A
Application number: JP2008526572A
Authority: JP
Inventors: ダニエルギャグノン; ジョエルカープ; ルクレティウエムポペスク
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2005-08-18
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2009-02-05
Anticipated expiration: 2026-07-27
Also published as: CN101243331B; WO2007020543A1; RU2008110176A; CN101243331A; EP1922566A1; RU2401441C2; EP1922566B1; US20070040123A1; US7365335B2; JP5069683B2

Abstract

ＰＥＴシステムは、点広がり関数の改善されたモデリングに基づく改善された画像再構成アルゴリズムを含む。ＰＥＴ飛行時間データが、中間放出ポイント及び飛行時間確率関数を得るために使用される。この情報は、そののち、点広がり関数をモデル化するために使用される。飛行時間確率関数及び検出器応答関数は、所与のＬＯＲについて確率ボリュームを規定するために使用され、確率ボリュームは、そののち、画像の再構成において使用される。

Description

ポジトロンエミッショントモグラフィ（ＰＥＴ）の使用は、医用イメージングの分野において成長している。

ＰＥＴイメージングシステムにおいて、放射性核種が、イメージングされるべきオブジェクトに導入される。放射性核種は、陽電子を放出する。放出された陽電子が電子と衝突すると、崩壊イベントが生じ、陽電子及び電子が破壊される。崩壊イベントの結果は、互いに本質的に１８０度をなして進む２つのガンマ線の生成である。ＰＥＴイメージングシステムは、オブジェクトから放出するガンマ線を検出するために互いに向かいあって位置する検出器を使用する。一般に、検出器のリングは、各角度から到来するガンマ線を検出するために使用される。

多数のイベントの収集は、トモグラフィック再構成を通じてオブジェクトが評価されるのに必要な情報を生成する。検出器素子に接続するそれらのイベントは、投影を規定するためにそれらの幾何学的な属性に従ってヒストグラム化されることができるＬＯＲ（line-of-response、線応答）、又は再構成されるべきサイノグラムを形成する。イベントは、個別にイメージに加えられることもできる。

従って、データ収集及び画像再構成の基本的な要素は、ＬＯＲ、すなわちシステム患者アパーチャを横切るラインである。付加の情報が、イベントの位置上で得られうる。第１に、サンプリング及び再構成を通じて、点（ポイント）を再構成する（位置付ける）ためのシステムの能力は、視野にわたって空間的に不変ではなく、中心部において良好であり、周辺部に向かってゆっくり低下することが知られている。点広がり関数（ＰＳＦ）が、一般に、この挙動を特徴づけるために使用される。ＰＳＦを再構成プロセスに組み込むためのツールが開発されている。第２に、飛行時間（ＴＯＦ）、又は対の検出に関係する各検出器上のガンマ線の到着間の時間差は、イベントがより生じやすいＬＯＲに沿って制限するために使用されることができる。

ＰＳＦは、本質的に３次元であり、一般に、スキャナの中心部において４乃至６ｍｍの等方性をもち、周辺部において６乃至８ｍｍの非常にゆがめられた楕円体になる。ＴＯＦ情報は、（２つのガンマ線の進行のスピードの変換によって）空間知識に変換されることができる。一般に、ＴＯＦ情報は、結果的に、非常に高速のスキャナによって、１０−１２ｃｍのオーダーのイベントを、数センチメートルまで局所化する。

このように、再構成の間、ＬＯＲ上の全ての利用可能な情報を使用するための方法及び手段を提供することが望ましい。

本発明は、イメージングプロセスのための改善された再構成アルゴリズムを目的とする。ＰＥＴシステムのようなイメージングシステムは、再構成される画像の全体的な品質を改善するために、検出器の点広がり関数のモデリング及びＴＯＦの知識を同時に取り入れる。

一実施例において、飛行時間データは、中間放出ポイント及び飛行時間確率関数を決定するために使用される。中間放出ポイント及び飛行時間確率関数は、次に、検出器応答関数を規定するために使用される。飛行時間確率関数及び検出器応答関数は、そののち、例えば楕円体のような確率ボリュームを規定するために使用される。確率ボリューム内のボクセルは、所与のＬＯＲに関して再構成アルゴリズムにおいて使用される。このプロセスは、処理時間の実質的な増加を必要とすることなく、再構成される画像の全体的な品質を改善する。

この明細書の一部に取り入れられ、その一部を構成する添付の図面において、本発明の実施例が示されており、上述の本発明の概略的な説明及び以下の詳細な説明と共に、本発明の原理を説明する役割を果たす。当業者であれば、これらの説明的な実施例が、本発明を制限することを意図したものではなく、単に本発明の原理を取り入れる例示を与えるものであることを理解すべきである。

本願明細書に開示されるＰＥＴシステムは、ＰＳＦが、許容できる処理時間に改善された画像再構成を提供するために使用されることができるように、ＰＳＦを正確にモデル化するための方法及び手段を提供する。ＰＥＴシステムは、リストモードにおいてＰＥＴ飛行時間（ＴＯＦ）データと共にＰＳＦをモデル化する。ＰＥＴシステムは、効果的に、より正確なＰＳＦモデルを提供するとともに、検出されるガンマ線の起点に寄与しうるボクセルの数を制限することによって、計算を制限する。

図１は、複数の検出器リング１０、イメージング領域１２、イメージングされるべきオブジェクト１３、ガントリ又はハウジング１４を有するＰＥＴシステム８を示している。陽電子を放出する放射性核種を含むイメージングされるべきオブジェクト１３が、ハウジング１４内のイメージング領域１２に配置される。陽電子が放射性核種から放出されると、それらは電子と衝突して、崩壊イベント１６を生じさせる。崩壊イベント１６は、ＬＯＲ３１に沿って反対方向に進む２つのガンマ線１７、１８を生じさせる。ガンマ線１７、１８は、検出器リング１０によって検出され、信号は、処理ユニット５４に送信される。ＰＥＴシステム８は、任意の数の検出器リング１０を含むことができ、リングのうちの５つ（ｒ_１、ｒ_２、ｒ_３、ｒ_４、ｒ_５）が、図１に示されている。

処理ユニット５４は、オブジェクトの画像を生成するために、再構成アルゴリズムと共に、検出器１０からの情報を使用する。再構成アルゴリズムは、検出される各ガンマ線の起点を決定するためのＰＳＦモデリングを含む。２次元ＰＥＴにおいて、検出器応答は、図２に示すようにＸ及びεの２次元関数であり、Ｘは、ＬＯＲの半径位置であり、ｔ_Ａ／ｔ_Ｂに等しいεは、ＬＯＲに沿って放出するガンマ線の相対的な接線位置である。横断方向の視野の中央部におけるＰＳＦは、周辺の横断方向の視野より狭く、より中心があるプロファイルを有する。ＰＳＦは、周辺ＬＯＲのＸに関しては全く非対称である。ＰＳＦは、ε＝１（放出ポイントがＬＯＲの中央部にある）において、より狭く、εが小さくなるほど（放出ポイントが、検出器の一方により近い）広がる。この点で、不正確なＤＲＦ（detector response function、検出器応答関数）モデリングは、周辺部の横断方向視野においてより厳しい画像品質の問題を生じさせる。

３次元ＰＥＴの場合、ＰＳＦは、図２に示されるようにＸ、ε、Ｚ'及びβの４次元関数である。図示されるように、Ｚ'は、軸方向においてＬＯＲに垂直な軸であり、βは、ＬＯＲの軸方向の傾斜角であり、Ｘ−Ｚ'面は、ＬＯＲと直交する。

ＰＥＴシステムは、常に互いに１８０度をなすガンマ線を生成するので、飛行時間（ＴＯＦ）アルゴリズムは、ＬＯＲに沿った起点を決定するのを助けるために使用されることができる。例えば、図３に示すように、ＰＥＴ視野６８は、同時ガンマ線対から決定されるＬＯＲ７０によって示されている。同時対の検出時間の差及び視野６８の知られている直径に基づいて、中間放出ポイント７２が、ＬＯＲ７０に沿って決定されることができる。しかしながら、放出ポイントの正確な精度は、決定されることができない。代わりに、放出ポイントは、ＬＯＲ７０に沿ったすべてのポイントについて確率関数（ｐｒｏｂＴＯＦ）７５として表現されることができる。図３に示すように、ｐｒｏｂＴＯＦ７５は、中間放出ポイント７２において最も大きな確率を有するガウスのような関数である。

検出器１０からのデータは、処理ユニット５２に与えられることができるとともに、検出された各ガンマ線についてタイムスタンプを含むことができる。タイムスタンプは、中間放出ポイント７２及びｐｒｏｂＴＯＦ７５を決定するために使用されることができる。中間放出ポイント７２及びｐｒｏｂＴＯＦ７５は、より正確にＤＲＦをモデル化するために使用されることができる。図４は、ＤＲＦを変更するために中間放出ポイント７２及びｐｒｏｂＴＯＦ７５を使用する再構成アルゴリズムを示している。座標軸は、参照のために７６と示されている。同時検出は、ＬＯＲ７０を生成し、タイムスタンプは、中間放出ポイント７２及びｐｒｏｂＴＯＦ７５を決定するために使用される。ｐｒｏｂＴＯＦは、Ｌの関数である。ＤＲＦ７８は、中間放出ポイント７２に基づいて計算されることができ、ＤＲＦは、Ｘ、Ｚ'及びＬ＝１の関数である。所与のＬＯＲ７０について、楕円体８０の内部のボクセルのみが、ＬＯＲ７０に寄与しうる。確率楕円体８０の境界は、ｐｒｏｂＴＯＦ７５及びＤＲＦ７８によって規定される。より具体的には、確率楕円体８０の境界は、ＬＯＲ方向のｐｒｏｂＴＯＦ７５の非ゼロの領域、及びＸ−Ｚ'、Ｌ＝１面におけるＤＲＦ７８の非ゼロ領域によって、決定される。代替例として、確率ボリューム８０は、ｐｒｏｂＴＯＦの予め決められた部分、ＤＲＦの予め決められた部分、又はｐｒｏｂＴＯＦの予め決められた部分及びＤＲＦの予め決められた部分、によって規定されることができる。前記予め決められた（複数の）部分を変更することによって、確率ボリュームの形状が変更され、確率ボリューム内のボクセルの数が低減されることができる。例えば、ｐｒｏｂＴＯＦ及び／又はＤＲＦは、中間放出ポイントからの１又は２の標準偏差について計算されることができる。

ＰＳＦは、相対的な接線位置εの関数でありえるので、各々の固定のＬ＝１についての楕円体の輪郭は、異なりうる。各々のボクセルのＬＯＲとの交点重みは、単に、（Ｘ、Ｚ'、Ｌ＝１）面におけるｐｒｏｂＴＯＦ（Ｌ）及びＰＦＳの積である。従って、前方投影において、所与のＬＯＲについて、確率楕円体８０内のボクセルの全ては、そのＴＯＦｐｒｏｂ及びＤＲＦ重みを用いて投影されなければならない。後方投影において、所与のＬＯＲについて、補正されたＬＯＲは、適切に重み付けされ、楕円体確率シリンダ内の各ボクセルに割り当てられる。確率ボリューム８０は、ＴＯＦｐｒｏｂ及びＤＲＦによって決定されるいかなる３次元形状であってもよく、従って、本発明の範囲は、特定の幾何学的な確率形状に制限されることは意図されないことに留意すべきである。

結果的に、ＴＯＦリストモードデータについて、各々の測定されるＬＯＲについて、同時ガンマ線放出位置は知られ、スキャナの時間分解能の範囲内である。ＰＳＦは、中間放出ポイント７２及びｐｒｏｂＴＯＦ７５に基づくＬＯＲに沿ったオブジェクトボクセルの制限されたレンジについてモデル化される。必要な計算の数の低減は、ＤＲＦを正確にモデル化するアルゴリズムのための画像再構成時間を大いに改善する。ＰＳＦの正確なモデル化は、画像が、より一層良好な解像度及び全体品質を具えて生成されることを可能にする。

本発明は、１又は複数の好適な実施例に関して記述された。明らかに、当業者であれば、本明細書を読み理解することにより変形及び変更が考えられるであろう。例えば、本発明は、ＰＥＴシステムに限定されることは意図されず、例えば組み合わせられたＰＥＴ／ＣＴシステム又は組み合わせられたＰＥＴ／ＭＲシステムのようなさまざまな異なるモダリティによるイメージングシステムを含むことができる。すべてのこのような変形及び変更が、添付の特許請求の範囲又はその等価なもの範囲内にある限り、それらを含むことが意図される。

ＰＥＴイメージングシステムを示す図。３次元ＰＥＴリングスキャナのＤＲＦのモデルを示す図。中間放出ポイント及びｐｒｏｂＴＯＦを提供するタイムスタンプデータを示す図。ｐｒｏｂＴＯＦに基づくＤＲＦの変更に基づく同時ガンマ線対の起点に関する確率楕円体を示す図。

Claims

イメージングされるべきオブジェクトから放出するガンマ線を検出する１又は複数の検出器と、
前記１又は複数の検出器に結合される処理ユニットと、
を有し、前記処理ユニットが、
各々のガンマ線検出イベントにタイムスタンプを割り当てる手段と、
前記タイムスタンプから同時ガンマ線対を決定する手段と、
各同時対について、中間放出ポイント及び飛行時間確率関数を決定する手段と、
各同時対について、前記中間放出ポイント及び前記飛行時間確率関数に基づいて、検出器応答関数を決定する手段と、
各同時対について、前記飛行時間確率関数及び前記検出器応答関数に基づいて、確率ボリュームを決定する手段と、
画像を生成するために、再構成アルゴリズムにおいて、各同時対についての前記確率ボリュームを使用する手段と、
を有するＰＥＴイメージングシステム。
前記確率ボリュームが楕円体である、請求項１に記載のＰＥＴイメージングシステム。
画像を生成するために再構成アルゴリズムにおいて各同時対についての前記確率ボリュームを使用する前記手段が、各同時対について、前記飛行時間確率関数及び前記検出器応答関数の交点重みを使用することを含む、請求項１に記載のＰＥＴイメージングシステム。
各同時対についての前記確率ボリュームは、各同時対についての前記飛行時間確率関数の非ゼロ領域によって部分的に規定される、請求項１に記載のＰＥＴイメージングシステム。
各同時対についての前記確率ボリュームは、各同時対についての前記検出器応答関数の非ゼロ領域によって部分的に規定される、請求項１に記載のＰＥＴイメージングシステム。
各同時対についての前記確率ボリュームは、各同時対についての前記飛行時間確率関数の非ゼロ領域及び前記検出器応答関数の非ゼロ領域によって規定される、請求項１に記載のＰＥＴイメージングシステム。
各同時対についての前記確率ボリュームは、各同時対についての前記飛行時間確率関数の予め決められた部分によって規定される、請求項１に記載のＰＥＴイメージングシステム。
各同時対についての前記確率ボリュームは、各同時対についての前記検出器応答関数の予め決められた部分によって規定される、請求項１に記載のＰＥＴイメージングシステム。
各同時対についての前記確率ボリュームは、各同時対についての前記飛行時間確率関数の予め決められた部分及び前記検出器応答関数の予め決められた部分によって規定される、請求項１に記載のＰＥＴイメージングシステム。
各同時対についての前記飛行時間確率関数の前記予め決められた部分及び前記検出器応答関数の前記予め決められた部分のうち少なくとも１つが、前記中間放出ポイントからの２つの標準偏差にほぼ等しい、請求項９に記載のＰＥＴイメージングシステム。
異なるモダリティイメージングシステムを更に有する、請求項１に記載のＰＥＴイメージングシステム。
ＰＥＴ画像を生成する方法であって、
イメージングされるべきオブジェクトからのガンマ線放出を検出するステップと、
検出される各々の前記ガンマ線にタイムスタンプを割り当てるステップと、
同時ガンマ線対を決定するステップと、
各同時対について、中間放出ポイント及び飛行時間確率関数を決定するステップと、
各同時対について、前記中間放出ポイント及び前記飛行時間確率関数に基づいて、検出器応答関数を決定するステップと、
各同時対について、前記飛行時間確率関数及び前記検出器応答関数に基づいて、確率ボリュームを決定するステップと、
画像を生成するために、再構成アルゴリズムにおいて、各同時対についての前記確率ボリュームを使用するステップと、
を含む方法。
各同時対についての前記確率ボリュームが楕円体である、請求項１２に記載の方法。
各同時対についての前記確率ボリュームが、各同時対についての前記飛行時間確率関数の予め決められた部分によって規定される、請求項１２に記載の方法。
各同時対についての前記確率ボリュームが、各同時対についての前記検出器応答関数の予め決められた部分によって規定される、請求項１２に記載の方法。
各同時対についての前記確率ボリュームが、各同時対についての前記飛行時間確率関数の予め決められた部分及び前記検出器応答関数の予め決められた部分によって規定される、請求項１２に記載の方法。
各同時対についての前記飛行時間確率関数の前記予め決められた部分及び前記検出器応答関数の前記予め決められた部分のうち少なくとも１つが、前記中間放出ポイントからの２つの標準偏差にほぼ等しい、請求項１６に記載の方法。
ガンマ線検出イベントにタイムスタンプを割り当てる手段と、
前記タイムスタンプから同時対を決定する手段と、
各同時対について、中間放出ポイント及び飛行時間確率関数を決定する手段と、
各同時対について、前記中間放出ポイント及び前記飛行時間確率関数に基づいて、検出器応答関数を決定する手段と、
各同時対について、前記飛行時間確率関数及び前記検出器応答関数に基づいて、確率ボリュームを決定する手段と、
画像を生成するために、再構成アルゴリズムにおいて、各同時対についての前記確率ボリュームを使用する手段と、
を有する画像再構成プロセッサ。
各同時対についての前記確率ボリュームが楕円体である、請求項１８に記載の画像再構成プロセッサ。
画像を生成するために再構成アルゴリズムにおいて各同時対についての前記確率ボリュームを使用する前記手段は、各同時対についての前記飛行時間確率関数及び前記検出器応答関数の交点重みを使用することを含む、請求項１８に記載の画像再構成プロセッサ。