JP2013101055A - 断層画像作成方法および放射線撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】放射線を測定する検出器21を複数有する検出器群21Aと、検出器21の前面に配置して放射線の入射方向を制限するコリメータ26と、データ処理装置12と、を備えるSPECT装置1による断層画像作成方法であって、データ処理装置12は、検出器群21Aから複数の投影データを収集する収集ステップと、収集した投影データから断層画像を再構成する再構成ステップと、再構成された断層画像の各軸方向に、異なった遮断周波数のフィルタリング処理を行う補正処理ステップと、を実行する。
【選択図】図1
Description
<SPECT装置(放射線撮像装置)>
第1実施形態に係るSPECT装置(放射線撮像装置)1の全体の構成について図1を用いて説明する。図1は、第1実施形態に係るSPECT装置1の構成図である。
SPECT装置1は、ガントリ10と、カメラ11A,11Bと、データ処理装置12、表示装置13と、ベッド14と、を含んで構成されている。
検出器群21A(図2参照)が測定対象に対してある角度をなしているとき、検出器iのカウント数yi は、検出再構成画素jのカウント数をλj として、式(1)で表される。ここで、Cij は、検出器iで検出される確率を表す。
yi =ΣCij λj ・・・(1)
上式から、逐次近似画像再構成法等(MLEM法、OSEM法、MAP法等)を用いて画像を再構成する。なお、画像再構成方法はこれに限定されるものではなく、例えば、FBP法を用いてもよい。
そして、データ処理装置12は、再構成画像である断層画像に後記するフィルタリング処理(異方性フィルタリング処理)を実施する。
このようにして、SPECT装置1は被検体15の体内の腫瘍等に集積した放射性薬剤(放射性薬剤から放出されるガンマ線)を撮像し、腫瘍等の位置を同定することができるようになっている。
次に、カメラ11A,11Bに用いられる検出器21について図2を用いて更に説明する。図2は、第1実施形態に係るSPECT装置1に用いるカメラ11A,11Bに内蔵するピクセル型の検出器群21Aを示す斜視図である。
検出器基板23(図1参照)に、CdTe半導体を用いた検出器21を2次元に配列し検出器群21Aを構成している。また、個々の検出器21が1つのピクセルを構成する。図2において、上面側が検出器21の入射面21fであり、電圧を印加する電極22a,22bは検出器21の側面に配置される。このように、1枚の大きな結晶からなるシンチレータと異なり、検出信号は、各検出器21単位、つまりピクセル単位で収集される。
図3に示す検出器(検出器群21B)は、1枚のCdTe半導体の基板に対して、共通電極22cをCdTe半導体の基板の一方の面、つまり、入射面21f側の全面に配置し、入射面21fの反対側の面にピクセル単位で区切られた電極22dを配置して、電極22dの1個分に相当する面積部分のCdTe半導体の基板と共通電極22cとで、それぞれがピクセルに対応した検出器を構成するものである。
図4は、別のピクセル型の検出器群の第一の変形例の入射面側を示す斜視図であり、図5は、図4の検出器群の入射面の反対面側を示す斜視図である。
図4、図5に示す検出器(検出器群21C)は、1枚のCdTe半導体の基板に対して、入射面21f側の全面に共通電極22cを配置し、CdTe半導体の基板の入射面21f側と反対面側にピクセル単位で区切られた電極22dを配置し、加えて、ダイシングによって形成された溝で個々の検出器に区切られた構造をしている。
図6に示す検出器(検出器群21D)は、1枚のCdTe半導体の基板に対して、複数の帯状の電極22e,22fをCdTe半導体の基板の上面と下面に直角ねじれの関係で対向して配置している。上面および下面のいずれか一方の帯状の電極22eを陽極とし、他方の面の帯状の電極22fを陰極とする。陽極の電極22eと陰極の電極22fのクロスした部分が1つの検出器を形成する(特開2004−125757号公報参照)。
検出器の構造は図7に示す検出器(検出器群21E)のように、シンチレータ21gとフォトダイオード21hからなるピクセル単位に区切って構成されたシンチレータ検出器でもよい。
この場合、個々のシンチレータ21gの側面は、図示しない遮光材で囲われている。また、図7に示すシンチレータ検出器の変形として、ピクセル毎に区切られたシンチレータ21gと位置感応型光電子増倍管(PSPMT:Position-Sensitive Photomultiplier Tube)で構成されたものであってもよい。
次に、カメラ11A,11Bに用いられるコリメータ26について、図8を用いて更に説明する。図8は、第1実施形態に係るSPECT装置1に用いるカメラ11A,11Bに内蔵するコリメータ26を示す斜視図である。
コリメータ26は鉛製であり、検出器21の入射面21fに対して垂直方向から平面視した際、見通せる方向に貫通孔27を有し、貫通孔27は碁盤目状に配置されている。また、各貫通孔27は、セプタ28によって仕切られている。
図8に示すように、第1実施形態に係るSPECT装置1に用いるコリメータ26は、1つの貫通孔27に対し1個分の検出器21が含まれる構成となっている。
次に、第1実施形態に係るSPECT装置1の断層画像の分解能について考察する。図9は、第1実施形態に係るSPECT装置におけるコリメータ分解能のコリメータ26からの距離依存性の一例を示すグラフであり、横軸はコリメータ26から点線源までの距離を示し、縦軸は空間分解能としてFWHM(Full Width at Half Maximum、半値幅)を示す。半値幅は、2つの点線源を識別できる最小の線源間距離を意味する。
なお、図9の例において、検出器21のピッチ(検出器21の中心と、x方向またはy方向に隣接する検出器21の中心との距離)を1.4mmとし、セプタ28のピッチ(セプタ28の中心と、平行に隣接するセプタ28の中心との距離)を1.4mmとし、セプタ長(セプタ28のz方向長さ)を26mmとした。
図9に示すように、コリメータ26から点線源までの距離(換言すれば、検出器21(検出器群21A)から点線源までの距離)の増加に比例して、FWHMが増加する、即ち、空間分解能が低下することがわかる。
図10は、被検体15の中心部(カメラ11A,11Bの回転中心)と、周辺部(被検体15の表面近傍)の2ヶ所に半径の等しい円形のRI集積(RI分布RI1 、RI分布RI2 )がある場合における被検体15の体軸方向を法線とする断層画像の例を太実線で示している。
このように、周辺部にあるRI分布RI2 は、周方向の分解能(カウント数Rcir2 のFWHM)と径方向の分解能(カウント数Rrad2 のFWHM)とが異なる異方性の分解能を有するため、丸いRI分布RI2 は断層画像において、図10に示すように、径方向に延びた楕円形状にひずんで画像化されてしまう。
そこで、第1実施形態に係るSPECT装置1のデータ処理装置12(図1参照)は、特に、周方向の分解能が径方向の分解能と同程度になるように、断層画像上でフィルタリング処理(異方性フィルタリング処理)を実施する。
具体的には、周方向のカットオフ周波数(遮断周波数)が径方向のカットオフ周波数と同程度になるように、低周波通過のフィルタリング処理を実施している。
なお、フィルタリング処理は、周方向にのみフィルタリング処理を行ってもよく、周方向に径方向よりも強くフィルタリング処理を行ってもよい。
しかし、撮像対象が脳等の体積が大きく中心部位と周辺部位の分解能の差が大きい場合には、特許文献の方法は効果的ではない。即ち、特許文献2の方法は、投影データにフィルタリング処理を実施するために、周方向だけでなく、径方向の分解能も劣化させてしまい、全体の分解能を落とすことになる。
<SPECT装置(放射線撮像装置)>
次に、第2実施形態に係るSPECT装置(放射線撮像装置)1について説明する。図12は、第2実施形態に係るSPECT装置1に用いるカメラ11A,11Bに内蔵するコリメータ26Aを示す斜視図である。図13は、第2実施形態に係るSPECT装置1に用いるコリメータ26Aの1つの貫通孔27Aと検出器21の配置を放射線照射方向から見た図である。
特に、第2実施形態においては、検出器iの点応答関数を逐次近似画像再構成に組み込むことにより、空間分解能を補正する。ここで、点応答関数とは、点線源から発生した放射線を検出器21が検出する確率であり、式(1)の検出確率Cij に等しい。この点応答関数を用いることで、逐次近似画像再構成法を用いて、より高分解能な画像を提供することができる。
次に、第2実施形態に係るSPECT装置1のコリメータ26Aにおける点応答関数について考察する。図14は、第2実施形態に係るSPECT装置1に用いるコリメータ26Aの点応答関数算出用の1次元体系図である。ここでは、簡単のために図14に示すように、1次元体系にて議論する。なお、実際の検出器21(検出器群21A)およびコリメータ26Aは2次元に配置されているが(図12参照)、本1次元体系の考察を2次元に拡張すればよい。なお、簡単のためにセプタ28Aおよび検出器21はガンマ線を完全に吸収すると仮定して議論する。また、以下の議論において、検出器21のピッチを1.4mmとし、セプタ28Aのピッチを2.8mmとし、セプタ長lを26mmとし、コリメータ26Aから点線源30までの距離Lを100mmとした。
図15は、図14の1次元体系において、点線源30から各検出器21を望む立体角(感度に比例)を求めたものである。グラフ上の「◆」は1つの検出器21と対応する。横軸は検出器21の位置を示し、縦軸は点線源30からその検出器21を望む立体角を示す。
図15に示すように、セプタ28Aの陰になり立体角が小さくなる検出器21とそうでない検出器21とが交互にあり、応答関数が複雑なことがわかる。
図16に示すように、図15に示す点応答関数は2種の略台形状の点応答関数の重ね合わせであることがわかる。
なお、図15は検出器群21Aで1つの点応答関数として曲線表示したものであり、図16は右検出器群21Rの点応答関数と左検出器群21Lの点応答関数とに分けて曲線表示したものであり、全く同じ点応答関数である。即ち、図15のグラフ上の「◆」の位置と、図16のグラフ上の「□」または「■」の位置とは一致する。
図17に示すように、左右の検出器群21L,21Rで視野角VAL,VARが異なっている。即ち、図17(a)に示すように、左検出群21Lによる視野は検出器面に垂直な方向に対し右側に傾いており、図17(b)に示すように、右検出器群21Rによる視野は検出器面に垂直な方向に対し左側に傾いている。
図16に示す2種の点応答関数(右検出器群21Rの点応答関数、左検出器群21Lの点応答関数)は、略台形の点応答関数であり、それぞれ線源の有る原点(x=0)からシフトしているのは、この視野角VAL,VARの差異によるものである。
次に、点応答関数を右検出器群21Rの点応答関数と左検出器群21Lの点応答関数とに分離した場合におけるそれぞれのプラナー画像の空間分解能を考察する。
図18に示すように、比較例に係る一体検出器の点応答関数は、右検出器群21Rの点応答関数と左検出器群21Lの点応答関数とを足し合わせたものであることがわかる。
分解能補正を組み込んだ逐次近似画像再構成は、コリメータ26Aと検出器21によりぼけた投影データから、点応答関数による重みづけをしながら、繰り返し計算により正しいRI発生位置分布へと収束させる手法であるが、画像中にノイズ成分が有る時には、そのノイズ成分を集めて強調させてアーチファクトをしばしば発生させる。
このため、ノイズがあると、周辺部位では放射状に延びるアーチファクトを発生させることになる。十分なカウントが得られない核医学診断において回避困難である統計ノイズにより、画像周辺部位での放射状のアーチファクトが発生してしまう。
第二実施形態において使用した点応答関数は、本発明の本質を説明するために簡易計算によるもので、実際には、実測値を使用すべきである。しかし、点応答関数は距離依存性があり実測により必要な応答関数を取得することは困難である。そこで、コリメータ26Aの厚みや検出器21の隙間(不感帯)を考慮したより厳密なレイトレース法やモンテカルロシミュレーションにより算出した点応答関数を使用することになる。
なお、本実施形態に係る放射線撮像装置は、前記第1実施形態および第2実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
このように、周辺部にあるRI分布RI2 は、体軸方向の分解能(カウント数Raxi2 のFWHM)と径方向の分解能(カウント数Rrad2 のFWHM)とが異なる異方性の分解能を有するため、丸いRI分布RI2 は断層画像において、図21に示すように、径方向に延びた楕円形状にひずんで画像化されてしまう。
なお、フィルタリング処理は、体軸方向にのみフィルタリング処理を行ってもよく、体軸方向に径方向よりも強くフィルタリング処理を行ってもよい。
繰り返し処理中に異方性フィルタリング処理を組み込むことにより、アーチファクトの発生や画像のひずみを抑制する効果が得られ、反復回数を減らすことが可能となる。もしくは同じ反復回数でも、より高画質な画像が提供することができる。
10 ガントリ
11A,11B カメラ
12 データ処理装置(データ処理手段)
13 表示装置
14 ベッド
15 被検体
21 検出器
21A 検出器群
21f 入射面
23 検出器基板
24 ASIC基板
25 ASIC
26,26A コリメータ
27,27A 貫通孔
28,28A セプタ
29 遮光・ガンマ線・電磁シールド
30 点線源
Claims (16)
- 放射線を測定する検出器を複数有する検出器群と、
前記検出器の前面に配置して前記放射線の入射方向を制限するコリメータと、
データ処理手段と、を備える放射線撮像装置による断層画像作成方法であって、
前記データ処理手段は、
前記検出器群から複数の投影データを収集する収集ステップと、
収集した前記投影データから断層画像を再構成する再構成ステップと、
再構成された前記断層画像の各軸方向に、異なった遮断周波数のフィルタリング処理を行う補正処理ステップと、を実行する
ことを特徴とする断層画像作成方法。 - 放射線を測定する検出器を複数有する検出器群と、
前記検出器の前面に配置して前記放射線の入射方向を制限するコリメータと、
データ処理手段と、を備える放射線撮像装置による断層画像作成方法であって、
前記データ処理手段は、
前記検出器群から複数の投影データを収集する収集ステップと、
収集した前記投影データの各軸方向に、異なった遮断周波数のフィルタリング処理を行う補正処理ステップと、
前記フィルタリング処理された前記投影データから断層画像を再構成する再構成ステップと、を実行する
ことを特徴とする断層画像作成方法。 - 放射線を測定する検出器を複数有する検出器群と、
前記検出器の前面に配置して前記放射線の入射方向を制限するコリメータと、
データ処理手段と、を備える放射線撮像装置による断層画像作成方法であって、
前記データ処理手段は、
前記検出器群から複数の投影データを収集する収集ステップと、
収集した前記投影データから断層画像を再構成するとともに、各軸方向に、異なった遮断周波数のフィルタリング処理を行う再構成ステップと、を実行する
ことを特徴とする断層画像作成方法。 - 前記コリメータは、
セプタで仕切られ、前記検出器の前記放射線の入射面に対して垂直方向から平面視した際、見通せる方向に貫通孔を有し、
前記貫通孔には、前記垂直方向から平面視した際、複数の前記検出器が配置される
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の断層画像作成方法。 - 前記再構成ステップは、
前記投影データから分解能補正ありの逐次近似法により前記断層画像を再構成する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の断層画像作成方法。 - 前記各軸方向は、径方向と周方向であって、
前記フィルタリング処理は、前記周方向に前記径方向よりも強くフィルタリング処理を行う
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の断層画像作成方法。 - 前記各軸方向は、径方向と体軸方向であって、
前記フィルタリング処理は、前記体軸方向に前記径方向よりも強くフィルタリング処理を行う
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の断層画像作成方法。 - 放射線を測定する検出器を複数有する検出器群と、
前記検出器の前面に配置して前記放射線の入射方向を制限するコリメータと、
データ処理手段と、を備える放射線撮像装置であって、
前記データ処理手段は、
前記検出器群から複数の投影データを収集し、
収集した前記投影データから断層画像を再構成し、
再構成された前記断層画像の各軸方向に、異なった遮断周波数のフィルタリング処理を行う
ことを特徴とする放射線撮像装置。 - 放射線を測定する検出器を複数有する検出器群と、
前記検出器の前面に配置して前記放射線の入射方向を制限するコリメータと、
データ処理手段と、を備える放射線撮像装置であって、
前記データ処理手段は、
前記検出器群から複数の投影データを収集し、
収集した前記投影データの各軸方向に、異なった遮断周波数のフィルタリング処理を行い、
前記フィルタリング処理された前記投影データから断層画像を再構成し、
ことを特徴とする放射線撮像装置。 - 放射線を測定する検出器を複数有する検出器群と、
前記検出器の前面に配置して前記放射線の入射方向を制限するコリメータと、
データ処理手段と、を備える放射線撮像装置であって、
前記データ処理手段は、
前記検出器群から複数の投影データを収集し、
収集した前記投影データから断層画像を再構成するとともに、各軸方向に、異なった遮断周波数のフィルタリング処理を行う
ことを特徴とする放射線撮像装置。 - 前記コリメータは、
セプタで仕切られ、前記検出器の前記放射線の入射面に対して垂直方向から平面視した際、見通せる方向に貫通孔を有し、
前記貫通孔には、前記垂直方向から平面視した際、複数の前記検出器が配置される
ことを特徴とする請求項8乃至請求項10のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 - 前記再構成は、
前記投影データから分解能補正ありの逐次近似法により前記断層画像を再構成する
ことを特徴とする請求項8乃至請求項11のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 - 前記各軸方向は、径方向と周方向であって、
前記フィルタリング処理では、前記周方向に前記径方向よりも強くフィルタリング処理を行う
ことを特徴とする請求項8乃至請求項12のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 - 前記各軸方向は、径方向と体軸方向であって、
前記フィルタリング処理では、前記体軸方向に前記径方向よりも強くフィルタリング処理を行う
ことを特徴とする請求項8乃至請求項12のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 - 前記放射線撮像装置は、
単一光子放射型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8乃至請求項14のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。 - 前記放射線撮像装置は、
陽電子放出型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8乃至請求項14のいずれか1項に記載の放射線撮像装置。
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