JP2009505093A5 - - Google Patents
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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、平均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。平均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(r1、r2、r3、r4、r5)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、tA/tB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、平均放出ポイント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、平均放出ポイント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、平均放出ポイント72及びprobTOF75を決定するために使用されることができる。平均放出ポイント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を変更するために平均放出ポイント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、平均放出ポイント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、平均放出ポイント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、平均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、probTOF及び(X、Z'、L=1)面における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probTOF及びDRFの交点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、probTOF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、平均放出ポイント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。
Claims (19)
- 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、前記タイムスタンプから得られる当該同時対の検出時間差及び検出器対の視野の直径に基づいて、LORに沿った平均放出ポイントを決定するとともに、前記LORに沿った放出ポイントの確率関数を表す飛行時間確率関数を決定する手段であって、前記飛行時間確率関数は、前記平均放出ポイントにおいて最も大きな確率を表す、手段と、
各同時対について、前記平均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のそれぞれの非ゼロ領域を含むように規定される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、前記平均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8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、前記タイムスタンプから得られる当該同時対の検出時間差及び検出器対の視野の直径に基づいて、LORに沿った平均放出ポイントを決定するとともに、前記LORに沿った放出ポイントの確率関数を表す飛行時間確率関数を決定するステップであって、前記飛行時間確率関数は、前記平均放出ポイントにおいて最も大きな確率を表す、ステップと、
各同時対について、前記平均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のそれぞれの非ゼロ領域を含むように規定される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11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11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11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11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、前記平均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15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、前記タイムスタンプから得られる当該同時対の検出時間差及び検出器対の視野の直径に基づいて、LORに沿った平均放出ポイントを決定するとともに、前記LORに沿った放出ポイントの確率関数を表す飛行時間確率関数を決定する手段であって、前記飛行時間確率関数は、前記平均放出ポイントにおいて最も大きな確率を表す、手段と、
各同時対について、前記平均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のそれぞれの非ゼロ領域を含むように規定される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17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17に記載の画像再構成プロセッサ。
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