JP2014215238A - Nuclear medicine image reconstruction apparatus, nuclear medicine image reconstruction method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、陽電子放出型断層撮像(以下、「PET」と称す)画像及び単光子放出型断層撮像(以下、「SPECT」と称す)画像を再構成する技術に関する。 The present invention relates to a technique for reconstructing a positron emission tomography (hereinafter referred to as “PET”) image and a single photon emission tomography (hereinafter referred to as “SPECT”) image.
PET画像およびSPECT画像に代表される核医学画像は、心臓疾患や癌をはじめとする種々の疾患の診断に有効である。これらの画像は、特定の放射性同位元素でラベルされた薬剤(以下、「放射性医薬品」と称す)を投与し、該薬剤より直接的または間接的に放出されたγ線を専用のカメラによって検出し、再構築することによって得られる。核医学画像は、疾患に対する特異度や感度が高いという優れた性質を有しているばかりでなく、病変部の機能に関する情報を得ることができるという他の診断画像にはない特徴を有している。 Nuclear medicine images represented by PET images and SPECT images are effective in diagnosing various diseases including heart diseases and cancers. These images are administered with a drug labeled with a specific radioisotope (hereinafter referred to as “radiopharmaceutical”), and γ rays emitted directly or indirectly from the drug are detected by a dedicated camera. Obtained by rebuilding. Nuclear medicine images not only have excellent properties such as high specificity and sensitivity to diseases, but also have characteristics not found in other diagnostic images that can provide information on the function of lesions. Yes.
核医学画像は被験者に投与された放射性医薬品から直接的または間接的に放出されたγ線を検出することにより得られる。γ線は生体内において減弱を受けるので、検出されたγ線のカウントは体表からの深さに応じて減弱されたものとなる。従って、検出されたγ線カウントを用いて核医学画像を正確に再構築するためには、生体におけるγ線の減弱を考慮した減弱補正を行う必要がある。 Nuclear medicine images are obtained by detecting gamma rays emitted directly or indirectly from a radiopharmaceutical administered to a subject. Since γ-rays are attenuated in the living body, the count of detected γ-rays is attenuated according to the depth from the body surface. Therefore, in order to accurately reconstruct a nuclear medicine image using the detected γ-ray count, it is necessary to perform attenuation correction in consideration of attenuation of γ-rays in the living body.
減弱補正には、減弱係数マップを用いることが好ましい。これまでに、種々の減弱係数マップの作成法が考案され、減弱補正に用いられている(非特許文献1)。従来の減弱補正の方法の一つにX線CT画像を用いた方法がある。この方法は、短時間でノイズのない減弱補正データ収集が行えるだけでなく、形態画像も同時に得られるという点で最も有効な方法であると評価されている。 For attenuation correction, it is preferable to use an attenuation coefficient map. Up to now, various methods for creating attenuation coefficient maps have been devised and used for attenuation correction (Non-Patent Document 1). One conventional attenuation correction method uses an X-ray CT image. This method is evaluated to be the most effective method not only because it can collect attenuation correction data with no noise in a short time but also obtain a morphological image at the same time.
上述のとおり、生体においてSPECTの場合にはγ線、PETの場合には消滅放射線(光子)の減弱を考慮した減弱補正を行う必要性が知られており、減弱補正が行われてきたが、その減弱補正方法は、X線CT画像の各画素のCT値を線減弱係数の理論値に変換して減弱補正マップを作成するのが一般的である。しかしながら、実際には、理論値に準じて作成した減弱係数マップが必ずしも適切であるとは限らず、場合によっては、X線CT画像から生成された減弱係数マップをそのまま用いると、過度に補正が行われることがあった。 As described above, it is known that it is necessary to perform attenuation correction in consideration of attenuation of γ rays in the case of SPECT and attenuation of annihilation radiation (photons) in the case of PET, and attenuation correction has been performed. The attenuation correction method generally creates an attenuation correction map by converting the CT value of each pixel of an X-ray CT image into a theoretical value of a linear attenuation coefficient. However, in practice, the attenuation coefficient map created according to the theoretical value is not always appropriate. In some cases, if the attenuation coefficient map generated from the X-ray CT image is used as it is, the correction is excessively performed. Sometimes it was done.
本発明は、上記背景に鑑み、X線CT画像を用いた減弱補正を適切に行うことができる核医学画像再構成装置を提供することを目的とする。 In view of the above background, an object of the present invention is to provide a nuclear medicine image reconstruction apparatus capable of appropriately performing attenuation correction using an X-ray CT image.
本発明の核医学画像再構成装置は、PETまたはSPECTで撮像した患者の撮像画像、及び、その患者のX線CT画像を取得する撮像画像取得部と、前記X線CT画像のCT値を線減弱係数に変換して減弱係数マップを生成する減弱係数マップ生成部であって、その変換率を変えて複数の減弱係数マップを生成する減弱係数マップ生成部と、前記複数の減弱係数マップを用いて前記撮像画像を減弱補正して複数の減弱補正画像を生成する減弱補正画像生成部と、健常者について複数の減弱補正マップにより生成した減弱補正画像を、それぞれの減弱補正画像の生成に用いた減弱係数マップの変換率に関連付けて記憶したコントロールデータベースと、前記コントロールデータベースから、前記患者の複数の減弱補正画像の生成に用いた変換率と同じ変換率の健常者の複数の減弱補正画像を読み出し、同じ変換率の前記患者の減弱補正画像と前記健常者の減弱補正画像とを比較し、画素値の差が所定の閾値より大きい乖離部の大きさが最大となる患者の減弱補正画像を最適な減弱補正画像として求める最適減弱補正画像決定部と、前記最適な減弱補正画像を出力する画像出力部とを備える。ここで、乖離部は画素数の差が大きい部分なので、例えば脳血流SPECTや心筋血流SPECTにおいては欠損部、PETの場合には陽性検出部ということになる。 A nuclear medicine image reconstruction apparatus according to the present invention includes a captured image of a patient captured by PET or SPECT, an captured image acquisition unit that acquires an X-ray CT image of the patient, and a CT value of the X-ray CT image as a line. An attenuation coefficient map generation unit that generates an attenuation coefficient map by converting into an attenuation coefficient, and uses the attenuation coefficient map generation unit that generates a plurality of attenuation coefficient maps by changing the conversion rate, and the plurality of attenuation coefficient maps. An attenuation correction image generation unit that generates a plurality of attenuation correction images by performing attenuation correction on the captured image, and an attenuation correction image generated by a plurality of attenuation correction maps for a healthy person were used to generate each attenuation correction image. A control database stored in association with the conversion rate of the attenuation coefficient map, and a conversion used for generating a plurality of attenuation correction images of the patient from the control database Read a plurality of attenuation correction images of a healthy person with the same conversion rate, compare the attenuation correction image of the patient with the same conversion rate and the attenuation correction image of the healthy person, and the difference between the pixel values is larger than a predetermined threshold An optimal attenuation correction image determination unit that obtains an attenuation correction image of a patient whose size is the maximum as an optimal attenuation correction image, and an image output unit that outputs the optimal attenuation correction image. Here, since the divergence portion is a portion having a large difference in the number of pixels, for example, in the case of cerebral blood flow SPECT or myocardial blood flow SPECT, it is a defective portion, and in the case of PET, it is a positive detection portion.
本発明によれば、健常者の撮像画像と比較して乖離部の大きさが最大となる減弱補正画像を生成することにより、適切な減弱補正を行った核医学画像を得られる。 According to the present invention, a nuclear medicine image with appropriate attenuation correction can be obtained by generating an attenuation correction image in which the size of the divergence portion is maximum as compared with a captured image of a healthy person.
以下、本発明の実施の形態の核医学画像再構成装置について、図面を参照して説明する。以下の説明では、負荷心筋SPECT画像を再構成する例について説明する。 Hereinafter, a nuclear medicine image reconstruction apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, an example of reconstructing a loaded myocardial SPECT image will be described.
(第1の実施の形態)
図1は、実施の形態のSPECT画像再構成装置による処理の概略について説明するための図である。SPECT画像再構成装置は、ガンマカメラとマルチスライスCTが一体になったSPECT−CT装置に接続されている。SPECT画像再構成装置は、SPECT−CT装置から、患者のSPECT撮像画像とX線CT画像を取得する(P1)。図1では、適切な減弱補正が行われる前のSPECT画像という意味で「(元)」と記載している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram for explaining an outline of processing by the SPECT image reconstruction apparatus according to the embodiment. The SPECT image reconstruction apparatus is connected to a SPECT-CT apparatus in which a gamma camera and a multi-slice CT are integrated. The SPECT image reconstruction apparatus acquires a SPECT captured image and an X-ray CT image of the patient from the SPECT-CT apparatus (P1). In FIG. 1, “(original)” is described in the sense of a SPECT image before appropriate attenuation correction is performed.
まず、SPECT画像再構成装置は、X線CT画像を用いて、減弱係数マップを生成する。本実施の形態では、線減弱係数の理論値からなる公知の減弱係数マップの他に、CT値から線減弱係数への変換率を変えた複数の減弱係数マップを生成する(P2)。ここで、変換率は、0〜100%の任意の数値を用いることができる。0%は減弱補正なし、100%は理論値による減弱補正である。図1では、説明の便宜上、任意の変換率として100%、80%、60%、40%を用いた場合を例として記載しているが、もちろん変換率はこれらの数値に限定されるものではない。なお、線減弱係数への変換率が低くなるほど、減弱補正の割合が小さくなる。 First, the SPECT image reconstruction device generates an attenuation coefficient map using an X-ray CT image. In the present embodiment, in addition to a known attenuation coefficient map composed of theoretical values of linear attenuation coefficients, a plurality of attenuation coefficient maps are generated by changing the conversion rate from CT values to linear attenuation coefficients (P2). Here, an arbitrary numerical value of 0 to 100% can be used for the conversion rate. 0% is no attenuation correction, and 100% is an attenuation correction based on a theoretical value. In FIG. 1, for convenience of explanation, cases where 100%, 80%, 60%, and 40% are used as arbitrary conversion rates are described as examples, but the conversion rates are of course not limited to these values. Absent. Note that as the conversion rate to the linear attenuation coefficient decreases, the attenuation correction ratio decreases.
次に、SPECT画像再構成装置は、任意の変換率で生成した複数の減弱係数マップを用いて、患者のSPECT画像を減弱補正し(P3)、それぞれに対応する減弱補正画像(P4)を再構成する。 Next, the SPECT image reconstruction device uses the plurality of attenuation coefficient maps generated at an arbitrary conversion rate to attenuate and correct the SPECT image of the patient (P3), and regenerates the corresponding attenuation correction image (P4). Configure.
次に、SPECT画像再構成装置は、再構成した患者の減弱補正画像(P4)と、同じ変換率で作成した減弱係数マップ(この減弱係数マップは、健常者の減弱係数マップである)を用いて補正を行った健常者の減弱補正画像(P5)とを比較する(P6)。図1に示す一例では、100%、80%、60%、40%の変換率で作成した減弱係数マップを用いて生成した4枚の減弱補正画像を比較している。ここでの比較は、患者の減弱補正画像及び健常者の減弱補正画像を共にポーラーマップ上に表示し、対応する画素の画素値を比べる。患者の減弱補正画像と健常者の減弱補正画像とで、画素値が所定の閾値以上の差がある場合には、乖離部(虚血性疾患部)であると判断する。それぞれの変換率の減弱補正画像において、乖離部の大きさ(乖離部の画素数)を求め、乖離部の大きさが最大となる減弱補正画像が最適の減弱補正画像であると判断する。図1に示す例では、80%の減弱係数マップで減弱補正された減弱補正画像が最適であると判断される。SPECT画像再構成装置は、このようにして求められた減弱補正画像(図1に示す例では、80%減弱係数マップによる減弱補正画像)を、減弱補正を行ったSPECT画像(P7)として出力する。 Next, the SPECT image reconstruction device uses an attenuation correction image (P4) of the reconstructed patient and an attenuation coefficient map created at the same conversion rate (this attenuation coefficient map is an attenuation coefficient map of a healthy person). Then, the attenuation correction image (P5) of the healthy person who has been corrected is compared (P6). In the example shown in FIG. 1, four attenuation correction images generated using attenuation coefficient maps created at conversion rates of 100%, 80%, 60%, and 40% are compared. In this comparison, both the attenuation correction image of the patient and the attenuation correction image of the healthy person are displayed on the polar map, and the pixel values of the corresponding pixels are compared. If there is a difference in the pixel value between the patient attenuation correction image and the attenuation correction image of the healthy subject that is greater than or equal to a predetermined threshold value, it is determined that it is a divergence part (ischemic disease part). In the attenuation correction image of each conversion rate, the size of the divergence portion (number of pixels of the divergence portion) is obtained, and it is determined that the attenuation correction image having the maximum size of the divergence portion is the optimum attenuation correction image. In the example shown in FIG. 1, it is determined that the attenuation-corrected image that has been attenuation-corrected with the 80% attenuation coefficient map is optimal. The SPECT image reconstruction apparatus outputs the attenuation correction image thus obtained (in the example shown in FIG. 1, the attenuation correction image based on the 80% attenuation coefficient map) as a SPECT image (P7) subjected to attenuation correction. .
図2は、本実施の形態のSPECT画像再構成装置10の構成を示す図である。前述したとおり、核医学画像は、SPECT−CT装置17に接続されている。SPECT画像再構成装置10は、SPECT−CT装置17からSPECT画像及びX線CT画像を取得する撮像画像取得部11を有している。SPECT画像再構成装置10は、SPECT−CT装置17から、負荷心筋SPECTの撮像画像を取得する。本実施の形態では、撮像画像取得部11は、SPECT−CT装置17から直接に撮像画像を取得する例を挙げて説明しているが、撮像画像取得部11は、SPECT撮像画像及びX線CT画像を記憶した記憶媒体から、撮像画像を取得することとしてもよい。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the SPECT image reconstruction device 10 according to the present embodiment. As described above, the nuclear medicine image is connected to the SPECT-CT apparatus 17. The SPECT image reconstruction apparatus 10 includes a captured image acquisition unit 11 that acquires a SPECT image and an X-ray CT image from the SPECT-CT apparatus 17. The SPECT image reconstruction device 10 acquires a captured image of the loaded myocardial SPECT from the SPECT-CT device 17. In the present embodiment, the captured image acquisition unit 11 is described as an example of acquiring a captured image directly from the SPECT-CT apparatus 17. However, the captured image acquisition unit 11 is configured to acquire a SPECT captured image and an X-ray CT. It is good also as acquiring a captured image from the storage medium which memorize | stored the image.
SPECT画像再構成装置10は、X線CT画像に基づいて複数通りの減弱係数マップを生成する減弱係数マップ生成部12と、患者のSPECT撮像画像を複数通りに減弱補正した減弱補正画像を再構成する減弱補正画像再構成部13と、複数の減弱補正画像のうち最適な減弱補正画像を求める最適減弱補正画像決定部14とを有している。 The SPECT image reconstruction apparatus 10 reconstructs an attenuation coefficient map generation unit 12 that generates a plurality of attenuation coefficient maps based on an X-ray CT image, and an attenuation correction image obtained by performing attenuation correction on a patient's SPECT captured image in a plurality of ways. An attenuation-corrected image reconstruction unit 13 and an optimum attenuation-corrected image determination unit 14 for obtaining an optimum attenuation-corrected image among a plurality of attenuation-corrected images.
減弱補正マップ生成部は、X線CT画像から得られるCT値(単位はHounsfield Unit)を元に画素ごとに線減弱係数を算出して減弱係数マップを生成する。ここで生成される減弱補正マップは、X線CT画像から生成される減弱係数マップとして理論的に最適であると考えられていたもので、従来は、このようにして生成された減弱係数マップをそのまま用いて減弱補正を行っていた。本実施の形態の減弱係数マップ生成部12は、CT値を線減弱係数に変換する際の理論的な変換の場合を100%の減弱係数マップとした場合に、0〜100%の任意の変換率にて線減弱係数に変換した複数の減弱補正マップを生成する。 The attenuation correction map generation unit calculates a line attenuation coefficient for each pixel based on a CT value (unit: Hounsfield Unit) obtained from the X-ray CT image, and generates an attenuation coefficient map. The attenuation correction map generated here is considered to be theoretically optimal as the attenuation coefficient map generated from the X-ray CT image. Conventionally, the attenuation coefficient map generated in this way is used as the attenuation coefficient map. Attenuation correction was performed as it was. The attenuation coefficient map generation unit 12 according to the present embodiment converts an arbitrary conversion of 0 to 100% when a theoretical conversion when converting a CT value into a linear attenuation coefficient is a 100% attenuation coefficient map. A plurality of attenuation correction maps converted into linear attenuation coefficients at a rate are generated.
一般的にCT値と線減弱係数との関係は、CT値「0HU」を境に2つの一次関数で示されるが、この2つの一次関数の傾きをそれぞれ変更することで、理論上は無数の減弱補正マップが得られることになる。図3は、100%、80%、60%、40%の変換率を一例として、減弱補正マップを生成するCT値を線減弱係数に変換する例を示す図である。図3に示すとおり、−1000HU(空気)から0HU(水)までの一次関数の傾き、ならびに0HU(水)から1000HU(骨)までの一次関数の傾きを変更している。例えば、80%の変換率で減弱係数マップを生成する場合には、xをCT値、yを線減弱係数として、CT値が0以下の範囲ではy=11.1×10-5x+0.123、CT値が0より大きい範囲では、y=7.08×10-5x+0.119という変換率により変換を行う。なお、CT値が0HU以下の領域と0HUより大きい領域において異なる変換率を採用してもよく、これにより、使用目的に適合した減弱係数マップの作成が可能になる。繰り返しになるが、図3は、任意の変換率での変換方法を示す一例であり、本実施の形態のSPECT画像再構成装置10が生成する複数の減弱補正画像の変換率がこれらに限定されるものではない。 In general, the relationship between the CT value and the linear attenuation coefficient is expressed by two linear functions with the CT value “0HU” as a boundary. By changing the slopes of these two linear functions, there are innumerable values in theory. An attenuation correction map is obtained. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of converting a CT value for generating an attenuation correction map into a linear attenuation coefficient using conversion rates of 100%, 80%, 60%, and 40% as an example. As shown in FIG. 3, the slope of the linear function from −1000 HU (air) to 0 HU (water) and the slope of the linear function from 0 HU (water) to 1000 HU (bone) are changed. For example, when an attenuation coefficient map is generated with a conversion rate of 80%, x is a CT value, y is a linear attenuation coefficient, and y = 11.1 × 10 −5 x + 0.123 when the CT value is 0 or less. In the range where the CT value is greater than 0, conversion is performed at a conversion rate of y = 7.08 × 10 −5 x + 0.119. It should be noted that different conversion rates may be employed in the region where the CT value is 0 HU or less and the region where the CT value is greater than 0 HU, and this makes it possible to create an attenuation coefficient map suitable for the purpose of use. Again, FIG. 3 is an example showing a conversion method at an arbitrary conversion rate, and the conversion rates of a plurality of attenuation correction images generated by the SPECT image reconstruction device 10 of the present embodiment are limited to these. It is not something.
減弱補正画像再構成部13は、複数の減弱係数マップを用いて患者のSPECT撮像画像の減弱補正を行って、複数の減弱補正画像を再構成する機能を有する。 The attenuation correction image reconstruction unit 13 has a function of reconstructing a plurality of attenuation correction images by performing attenuation correction of the SPECT captured image of the patient using a plurality of attenuation coefficient maps.
最適減弱補正画像決定部14は、複数の減弱補正画像のうち、どの減弱補正画像が最適であるかを決定する機能を有する。負荷心筋SPECTにおいては、虚血部分をコールドスポットとして描出することから、乖離部は、欠損部として確認される。欠損部が最大となる画像は、実態を最も反映していると考えられるから、欠損部が最大となる減弱補正画像が最適な減弱補正画像ということになる。最適減弱補正画像決定部14は、健常者の負荷心筋SPECT画像を記憶したコントロールデータベース15(図2では「CDB」と表記)と接続されている。コントロールデータベース15には、健常者の負荷心筋SPECT画像が、変換率の異なる複数の減弱係数マップで減弱補正された複数の減弱補正画像が記憶されている。コントロールデータベース15には、複数の健常者のデータが記憶されており、減弱補正画像はポーラーマップに変換されている。つまり、コントロールデータベース15には、健常者の負荷心筋SPECTのポーラーマップ上における各画素の平均値や標準偏差などのデータを記憶している。 The optimum attenuation correction image determination unit 14 has a function of determining which attenuation correction image is optimum among the plurality of attenuation correction images. In the loaded myocardial SPECT, since the ischemic part is depicted as a cold spot, the divergence part is confirmed as a defect part. Since the image with the largest missing part is considered to reflect the actual situation most, the attenuation corrected image with the largest missing part is the optimum attenuation corrected image. The optimal attenuation correction image determination unit 14 is connected to a control database 15 (denoted as “CDB” in FIG. 2) that stores a load myocardial SPECT image of a healthy person. The control database 15 stores a plurality of attenuation correction images obtained by attenuation-correcting a load myocardial SPECT image of a healthy person with a plurality of attenuation coefficient maps having different conversion rates. The control database 15 stores data of a plurality of healthy persons, and the attenuation correction image is converted into a polar map. That is, the control database 15 stores data such as the average value and standard deviation of each pixel on the polar map of the load myocardium SPECT of a healthy person.
最適減弱補正画像決定部14は、健常者の負荷心筋SPECT画像を記憶したコントロールデータベース15から、患者と同じ変換率の減弱係数マップで減弱補正を行った減弱補正画像を読み出す。そして、最適減弱補正画像決定部14は、患者の減弱補正画像と健常者の減弱補正画像とをポーラーマップ上で画素毎に比較し、画素値の差が所定の閾値以上である画素数をカウントする。本実施の形態では、所定の閾値として、例えば、健常者の血流量(画素値)の(平均−2SD(Standard Deviation))を用いる。つまり、健常者の血流量(画素値)の(平均−2SD)より下回っている画素を乖離部としてカウントする。もちろん、閾値が(平均−2SD)に限られないことは言うまでもなく、症例や診断目的等にあわせて適宜変更可能である。例えば、乖離部が陽性検出部として検出されるPETの場合には(平均+2SD)となる。最適減弱補正画像決定部14は、この比較の処理を、変換率の同じ減弱補正画像毎に行い、乖離部の大きさが最も大きかった減弱補正画像を最適な減弱補正画像であると決定する。 The optimum attenuation correction image determination unit 14 reads out the attenuation correction image subjected to the attenuation correction using the attenuation coefficient map having the same conversion rate as that of the patient from the control database 15 storing the loaded myocardial SPECT image of the healthy person. Then, the optimum attenuation correction image determination unit 14 compares the attenuation correction image of the patient and the attenuation correction image of the healthy person for each pixel on the polar map, and counts the number of pixels whose pixel value difference is equal to or greater than a predetermined threshold value. To do. In the present embodiment, for example, (average −2SD (Standard Deviation)) of blood flow (pixel value) of a healthy person is used as the predetermined threshold. That is, pixels that are lower than (average −2SD) of blood flow (pixel value) of healthy persons are counted as divergence parts. Of course, it goes without saying that the threshold value is not limited to (average-2SD), and can be appropriately changed according to the case, the purpose of diagnosis, and the like. For example, in the case of PET in which the divergence part is detected as a positive detection part, (average + 2SD). The optimum attenuation correction image determination unit 14 performs this comparison process for each attenuation correction image having the same conversion rate, and determines that the attenuation correction image having the largest deviation portion is the optimum attenuation correction image.
出力部16は、最適減弱補正画像決定部14にて決定された最適な減弱補正画像を出力する。出力の方法としては、例えば、画面上に表示してもよいし、他の装置へ送信することとしてもよい。 The output unit 16 outputs the optimal attenuation correction image determined by the optimal attenuation correction image determination unit 14. As an output method, for example, it may be displayed on a screen or transmitted to another device.
図4は、上記に説明したSPECT画像再構成装置101のハードウェア構成を示す図である。SPECT画像装置1は、CPU20、RAM21、ROM22、キーボード24、マウス25、ディスプレイ26、スピーカ27、ハードディスク28、通信部29がデータバス30によって接続されたコンピュータによって構成される。通信部29は、SPECT−CT装置17と接続され、SPECT撮像画像やX線CT画像を取り込む。CPU20が、ROM22に書き込まれたプログラム23に従って演算処理を実行することにより、上記したSPECT画像再構成装置10の機能が実現される。このようなプログラム23は、本発明の範囲に含まれる。 FIG. 4 is a diagram illustrating a hardware configuration of the SPECT image reconstruction apparatus 101 described above. The SPECT image apparatus 1 includes a computer in which a CPU 20, a RAM 21, a ROM 22, a keyboard 24, a mouse 25, a display 26, a speaker 27, a hard disk 28, and a communication unit 29 are connected by a data bus 30. The communication unit 29 is connected to the SPECT-CT apparatus 17 and captures a SPECT captured image or an X-ray CT image. The function of the SPECT image reconstruction apparatus 10 described above is realized by the CPU 20 executing arithmetic processing according to the program 23 written in the ROM 22. Such a program 23 is included in the scope of the present invention.
図5は、本実施の形態のSPECT画像再構成装置10の動作を示す図である。SPECT画像再構成装置10は、まず、SPECT−CT装置17から、患者の負荷心筋SPECT撮像画像と、X線CT画像を取得する(S10)。次に、SPECT画像再構成装置10は、X線CT画像の各画素のCT値を対応する線減弱係数に変換することにより、減弱係数マップを生成する(S11)。上述したとおり、SPECT画像再構成装置10は、CT値から線減弱係数への変換率を変えることにより、複数の減弱係数マップを生成する。 FIG. 5 is a diagram illustrating the operation of the SPECT image reconstruction apparatus 10 according to the present embodiment. The SPECT image reconstruction apparatus 10 first acquires a patient's loaded myocardial SPECT image and X-ray CT image from the SPECT-CT apparatus 17 (S10). Next, the SPECT image reconstruction apparatus 10 generates an attenuation coefficient map by converting the CT value of each pixel of the X-ray CT image into a corresponding line attenuation coefficient (S11). As described above, the SPECT image reconstruction device 10 generates a plurality of attenuation coefficient maps by changing the conversion rate from the CT value to the linear attenuation coefficient.
続いて、SPECT画像再構成装置10は、複数の減弱係数マップを用いて患者のSPECT撮像画像を減弱補正し、複数の減弱補正画像を再構成する(S12)。SPECT画像再構成装置10は、コントロールデータベース15に記憶された健常者の減弱補正画像と比較することにより、患者の複数の減弱補正画像の中から最適な減弱補正画像を決定する(S13)。この処理については図6を参照して後述する。SPECT画像再構成装置10は、最適な減弱補正画像を決定すると、その減弱補正画像をディスプレイに表示する等して出力する(S14)。 Subsequently, the SPECT image reconstruction device 10 attenuates and corrects the SPECT captured image of the patient using a plurality of attenuation coefficient maps, and reconstructs a plurality of attenuation correction images (S12). The SPECT image reconstruction apparatus 10 determines an optimum attenuation correction image from among a plurality of attenuation correction images of the patient by comparing with the attenuation correction image of the healthy person stored in the control database 15 (S13). This process will be described later with reference to FIG. When the SPECT image reconstruction device 10 determines the optimum attenuation correction image, the SPECT image reconstruction device 10 outputs the attenuation correction image by displaying it on the display (S14).
図6は、最適な減弱補正画像を決定する動作を示す図である。SPECT画像再構成装置10は、コントロールデータベース15に記憶された減弱補正画像と比較を行えるように、患者の減弱補正画像をポーラーマップに変換して標準化する(S20)。 FIG. 6 is a diagram illustrating an operation for determining an optimal attenuation correction image. The SPECT image reconstruction device 10 converts the attenuation correction image of the patient into a polar map and standardizes it so that the attenuation correction image stored in the control database 15 can be compared (S20).
次に、SPECT画像再構成装置10は、患者の複数の減弱補正画像のうちの1つを選び、その減弱補正画像と同じ変換率の健常者の減弱補正画像を読み出し(S21)、患者の減弱補正画像と健常者の減弱補正画像とを画素毎に比較して、異常画素数をカウントする(S22)。次に、全ての減弱補正画像について、健常者の減弱補正画像との比較を行ったか否かを判定し(S23)、全減弱補正画像についての比較が終了していないと判定された場合には(S23でNO)、患者の複数の減弱補正画像の中から別の減弱補正画像を選んで、その減弱補正画像について上記と同様の比較を行う(S21,S22)。 Next, the SPECT image reconstruction device 10 selects one of a plurality of attenuation correction images of the patient, reads out an attenuation correction image of a healthy person having the same conversion rate as that attenuation correction image (S21), and attenuates the patient. The corrected image and the attenuation correction image of the healthy person are compared for each pixel, and the number of abnormal pixels is counted (S22). Next, it is determined whether or not all attenuation correction images have been compared with the attenuation correction image of the healthy person (S23), and if it is determined that the comparison for all attenuation correction images has not been completed. (NO in S23), another attenuation correction image is selected from a plurality of attenuation correction images of the patient, and the same comparison as described above is performed for the attenuation correction image (S21, S22).
患者の全ての減弱補正画像について、コントロールデータとの比較が終了し(S23でYES)、それぞれの減弱補正画像について異常画素数のカウントが終了した場合には、SPECT画像再構成装置10は、複数の減弱補正画像のうち、異常画素数が最大であった減弱補正画像を最適な減弱補正画像として決定する(S24)。 When the comparison with the control data is completed for all attenuation correction images of the patient (YES in S23), and the count of abnormal pixels for each attenuation correction image is completed, the SPECT image reconstruction device 10 includes a plurality of SPECT image reconstruction devices 10. The attenuation correction image having the maximum number of abnormal pixels is determined as the optimum attenuation correction image (S24).
以上、本実施の形態のSPECT画像再構成装置10の構成、及び動作について説明した。本実施の形態のSPECT画像再構成装置10は、X線CT画像から求められる理論的な減弱係数マップだけでなく、CT値から線減弱係数への変換率を変えた複数の減弱係数マップによって減弱補正画像を再構成し、コントロールデータベース15と比較して最適な減弱補正画像を再構成するので、減弱係数マップによる過補正等の問題を解決して、実態をよく表したSPECT画像を得ることができる。 The configuration and operation of the SPECT image reconstruction apparatus 10 according to the present embodiment have been described above. The SPECT image reconstruction apparatus 10 according to the present embodiment attenuates not only by a theoretical attenuation coefficient map obtained from an X-ray CT image but also by a plurality of attenuation coefficient maps in which conversion rates from CT values to linear attenuation coefficients are changed. Since the correction image is reconstructed and the optimum attenuation correction image is reconstructed compared with the control database 15, it is possible to solve the problem such as overcorrection by the attenuation coefficient map and obtain a SPECT image well representing the actual situation. it can.
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態のSPECT画像再構成装置について説明する。第2の実施の形態のSPECT画像再構成装置の基本的な構成は、第1の実施の形態と同じであるが、第2の実施の形態のSPECT画像再構成装置は、心臓のポーラーマップのセグメントごとに最適な減弱補正画像を再構成する点が異なる。
(Second Embodiment)
Next, a SPECT image reconstruction apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. The basic configuration of the SPECT image reconstruction apparatus of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, but the SPECT image reconstruction apparatus of the second embodiment is a polar map of the heart. The difference is that an optimal attenuation correction image is reconstructed for each segment.
心臓のポーラーマップは17のセグメントに分類される。第2の実施の形態のSPECT画像再構成装置10は、セグメント毎にコントロールデータとの比較を行って異常画素数をカウントし、最適な減弱補正画像を再構成する。 The polar map of the heart is divided into 17 segments. The SPECT image reconstruction apparatus 10 according to the second embodiment compares the control data for each segment, counts the number of abnormal pixels, and reconstructs an optimal attenuation correction image.
図7は、第2の実施の形態において、最適な減弱補正画像を再構成する動作を示す図である。SPECT画像再構成装置10は、コントロールデータベース15に記憶された減弱補正画像と比較を行えるように、患者の減弱補正画像をポーラーマップに変換して標準化する(S30)。 FIG. 7 is a diagram illustrating an operation for reconstructing an optimal attenuation correction image in the second embodiment. The SPECT image reconstruction apparatus 10 converts the patient attenuation correction image into a polar map and standardizes it so that the attenuation correction image stored in the control database 15 can be compared (S30).
次に、SPECT画像再構成装置10は、患者の複数の減弱補正画像のうちの1つを選び、その減弱補正画像と同じ変換率の健常者の減弱補正画像を読み出し(S31)、セグメントごとに、患者の減弱補正画像と健常者の減弱補正画像とを画素毎に比較して、異常画素数をカウントする(S32)。次に、全ての減弱補正画像について、健常者の減弱補正画像との比較を行ったか否かを判定し(S33)、全減弱補正画像についての比較が終了していないと判定された場合には(S33でNO)、患者の複数の減弱補正画像の中から別の減弱補正画像を選んで、その減弱補正画像について上記と同様の比較を行う(S31,S32)。 Next, the SPECT image reconstruction device 10 selects one of a plurality of attenuation correction images of the patient, reads out an attenuation correction image of a healthy person having the same conversion rate as that attenuation correction image (S31), and for each segment. Then, the attenuation correction image of the patient and the attenuation correction image of the healthy person are compared for each pixel, and the number of abnormal pixels is counted (S32). Next, it is determined whether or not all attenuation correction images have been compared with the attenuation correction image of the healthy person (S33). If it is determined that the comparison of all attenuation correction images has not been completed. (NO in S33), another attenuation correction image is selected from the plurality of attenuation correction images of the patient, and the same comparison as above is performed for the attenuation correction image (S31, S32).
患者の全ての減弱補正画像について、コントロールデータとの比較が終了し(S33でYES)、それぞれの減弱補正画像について異常画素数のカウントが終了した場合には、SPECT画像再構成装置10は、複数の減弱補正画像のうち異常画素数が最大であった減弱補正画像をセグメント毎に決定する(S34)。続いて、SPECT画像再構成装置10は、セグメント毎に決定された最適減弱補正画像を組み合わせて、最適な減弱補正画像を合成する(S35)。 When the comparison with the control data is completed for all attenuation correction images of the patient (YES in S33), and the count of abnormal pixels for each attenuation correction image is completed, the SPECT image reconstruction device 10 includes a plurality of SPECT image reconstruction apparatuses 10. The attenuation-corrected image having the maximum number of abnormal pixels is determined for each segment among the attenuation-corrected images (S34). Subsequently, the SPECT image reconstruction device 10 combines the optimum attenuation correction images determined for each segment to synthesize the optimum attenuation correction image (S35).
本発明者らは、CT減弱補正のレベルを段階的に変化させることにより、CT減弱補正の影響を受けるセグメントが変化することを見出した。この知見に基づき、各セグメントについて、最適な減弱補正画像を組み合わせることにより、全てのセグメントで最適な減弱補正を行ったSPECT画像が得られる。 The present inventors have found that the segment affected by the CT attenuation correction is changed by changing the level of the CT attenuation correction stepwise. Based on this knowledge, by combining optimal attenuation correction images for each segment, SPECT images in which optimal attenuation correction has been performed for all segments can be obtained.
なお、本実施の形態では、心臓のポーラーマップのセグメントごとに求めた最適な減弱補正画像を組み合わせる例を挙げたが、撮像対象物の分割の仕方は、ポーラーマップのセグメントに限定されるものではなく、撮像対象物を機能的あるいは形態的に分類した部位毎でもよい。例えば、脳血流画像の場合には、アトラスのセグメント毎に最適な減弱補正画像を求めて、組み合わせてもよい。 In this embodiment, an example in which optimal attenuation correction images obtained for each segment of the polar map of the heart are combined has been described. However, the method of dividing the imaging target is not limited to the polar map segment. Alternatively, it may be every part where the imaging object is classified functionally or morphologically. For example, in the case of a cerebral blood flow image, an optimum attenuation correction image may be obtained for each atlas segment and combined.
図8は、冠動脈造影検査を施行した156症例(冠動脈疾患群98例、非冠動脈疾患群58例)を対象として、本発明により求めた減弱補正画像(MaxS TPD goup)、減弱補正を行わない画像(CT-AC 0% group)、理論値による減弱補正画像(CT-AC 100% group)のそれぞれについて冠動脈造影検査によりQCA(Quantitive Coronary Analysis:定量的冠動脈解析)にて冠動脈狭窄度>50%を認める症例を病気あり、冠動脈狭窄度<50%の症例を病気なし、としてROC(Receiver Operating Characteristic)曲線を作成したものである。最適な減弱補正画像(MaxS TPD goup)を用いた場合が最もAUC(Area Under Curve)が高く、また他のグループを包含していた。すなわち、診断能力が高いことを示している。また、各々のグループ同士間のκ統計量を計算したところ、MaxS TPD goup 対 CT-AC 0% group、及び、MaxS TPD goup 対 CT-AC 100% groupはいずれもκ統計量<0.4と異なる検査種と判定できることが明らかとなった。 FIG. 8 shows attenuation correction images (MaxS TPD goup) obtained by the present invention and images without attenuation correction for 156 cases (98 coronary artery disease groups, 58 non-coronary artery disease groups) subjected to coronary angiography. (CT-AC 0% group) and the attenuation correction image by the theoretical value (CT-AC 100% group), the coronary artery stenosis degree> 50% by QCA (Quantitative Coronary Analysis) by coronary angiography An ROC (Receiver Operating Characteristic) curve was created assuming that the recognized cases were ill and the cases with coronary stenosis <50% were ill. When the optimal attenuation correction image (MaxS TPD goup) was used, the AUC (Area Under Curve) was the highest, and other groups were included. That is, the diagnostic ability is high. In addition, when the κ statistics between each group were calculated, MaxS TPD goup vs. CT-AC 0% group and MaxS TPD goup vs. CT-AC 100% group were both κ statistics <0.4. It became clear that it can be judged as a different examination type.
以上、本発明の核医学画像再構成装置について実施の形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。 The nuclear medicine image reconstruction apparatus of the present invention has been described in detail with reference to the embodiment, but the present invention is not limited to the above-described embodiment.
上記した実施の形態においては、一例として負荷心筋SPECT画像を例に説明を行ったが、本発明の核医学画像再構成装置による減弱補正は、SPECT画像に限らず、PET画像にも適用することができる。また、負荷心筋の画像にも限られず、脳血流画像等にも適用することができる。 In the above-described embodiment, the load myocardial SPECT image has been described as an example. However, the attenuation correction by the nuclear medicine image reconstruction device of the present invention is not limited to the SPECT image, but also applied to the PET image. Can do. In addition, the present invention is not limited to an image of a load myocardium, and can be applied to a cerebral blood flow image or the like.
上記した実施の形態では、理論的な減弱係数マップを100%として、それより小さい変換率の減弱係数マップを用いる例について説明したが、本発明は、110%や120%等のように、理論的な減弱係数マップより大きい変換率の減弱係数マップを用いてもよい。特に、乖離部が陽性検出部として検出されるPETの場合には100%より大きい値でも適用できる可能性がある。 In the above-described embodiment, an example in which a theoretical attenuation coefficient map is set to 100% and an attenuation coefficient map having a smaller conversion rate is used has been described. However, the present invention has a theoretical value such as 110% or 120%. An attenuation coefficient map having a conversion rate larger than a typical attenuation coefficient map may be used. In particular, in the case of PET in which the divergence part is detected as a positive detection part, even a value larger than 100% may be applicable.
以上説明したように、本発明によれば、健常者の撮像画像と比較して乖離部の大きさが最大となる減弱補正画像を再構成することにより、適切な減弱補正を行った核医学画像を再構成することができ、SPECTやPETでの撮像画像を適切に処理して診断能力の高い画像を再構成する装置として有用である。 As described above, according to the present invention, a nuclear medicine image in which appropriate attenuation correction is performed by reconstructing an attenuation correction image in which the size of the divergence portion is maximum as compared with a captured image of a healthy person. It is useful as a device that reconstructs an image with high diagnostic ability by appropriately processing an image captured by SPECT or PET.
10 SPECT画像再構成装置
11 撮像画像取得部
12 減弱係数マップ生成部
13 減弱補正画像再構成部
14 最適減弱補正画像決定部
15 コントロールデータベース
16 出力部
17 SPECT−CT装置
20 CPU
21 RAM
22 ROM
23 プログラム
24 キーボード
25 マウス
26 ディスプレイ
27 スピーカ
28 ハードディスク
29 通信部
30 データバス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 SPECT image reconstruction apparatus 11 Captured image acquisition part 12 Attenuation coefficient map generation part 13 Attenuation correction image reconstruction part 14 Optimal attenuation correction image determination part 15 Control database 16 Output part 17 SPECT-CT apparatus 20 CPU
21 RAM
22 ROM
23 Program 24 Keyboard 25 Mouse 26 Display 27 Speaker 28 Hard Disk 29 Communication Unit 30 Data Bus
Claims (12)
前記X線CT画像のCT値を線減弱係数に変換して減弱係数マップを生成する減弱係数マップ生成部であって、その変換率を変えて複数の減弱係数マップを生成する減弱係数マップ生成部と、
前記複数の減弱係数マップを用いて前記撮像画像を減弱補正して複数の減弱補正画像を再構成する減弱補正画像再構成部と、
健常者について複数の減弱補正マップにより再構成した減弱補正画像を、それぞれの減弱補正画像の再構成に用いた減弱係数マップの変換率に関連付けて記憶したコントロールデータベースと、
前記コントロールデータベースから、前記患者の複数の減弱補正画像の再構成に用いた変換率と同じ変換率の健常者の複数の減弱補正画像を読み出し、同じ変換率の前記患者の減弱補正画像と前記健常者の減弱補正画像とを比較し、画素値の差が所定の閾値より大きい乖離部の大きさが最大となる患者の減弱補正画像を最適な減弱補正画像として求める最適減弱補正画像決定部と、
前記最適な減弱補正画像を出力する画像出力部と、
を備える核医学画像再構成装置。 A captured image of a patient imaged by PET or SPECT, and a captured image acquisition unit for acquiring an X-ray CT image of the patient;
An attenuation coefficient map generation unit that converts a CT value of the X-ray CT image into a linear attenuation coefficient to generate an attenuation coefficient map, and generates an attenuation coefficient map by changing the conversion rate. When,
An attenuation-corrected image reconstruction unit for reconstructing a plurality of attenuation-corrected images by performing attenuation correction on the captured image using the plurality of attenuation coefficient maps;
A control database that stores attenuation correction images reconstructed by a plurality of attenuation correction maps for healthy individuals in association with conversion rates of attenuation coefficient maps used for the reconstruction of the respective attenuation correction images;
From the control database, read a plurality of attenuation correction images of a healthy person having the same conversion rate as the conversion rate used for reconstructing the plurality of attenuation correction images of the patient, and the attenuation correction image of the patient and the normality having the same conversion rate An optimal attenuation correction image determination unit that compares the attenuation correction image of the patient and obtains the attenuation correction image of the patient whose difference in pixel value is larger than a predetermined threshold value as the maximum attenuation correction image of the patient,
An image output unit for outputting the optimum attenuation correction image;
A nuclear medicine image reconstruction apparatus comprising:
前記X線CT画像のCT値を線減弱係数に変換して減弱係数マップを生成するステップであって、その変換率を変えて複数の減弱係数マップを生成するステップと、
前記複数の減弱係数マップを用いて前記撮像画像を減弱補正して複数の減弱補正画像を再構成するステップと、
健常者について複数の減弱補正マップにより再構成した減弱補正画像を、それぞれの減弱補正画像の再構成に用いた減弱係数マップの変換率に関連付けて記憶したコントロールデータベースから、前記患者の複数の減弱補正画像の再構成に用いた変換率と同じ変換率の健常者の複数の減弱補正画像を読み出し、同じ変換率の前記患者の減弱補正画像と前記健常者の減弱補正画像とを比較し、画素値の差が所定の閾値より大きい乖離部の大きさが最大となる患者の減弱補正画像を最適な減弱補正画像として求めるステップと、
前記最適な減弱補正画像を出力するステップと、
を備える核医学画像再構成方法。 Acquiring a captured image of a patient imaged by PET or SPECT, and an X-ray CT image of the patient;
Converting the CT value of the X-ray CT image into a linear attenuation coefficient to generate an attenuation coefficient map, and changing the conversion rate to generate a plurality of attenuation coefficient maps;
Reconstructing a plurality of attenuation corrected images by performing attenuation correction on the captured image using the plurality of attenuation coefficient maps;
A plurality of attenuation corrections of the patient from a control database in which attenuation correction images reconstructed by a plurality of attenuation correction maps for healthy subjects are stored in association with conversion rates of attenuation coefficient maps used for the reconstruction of the respective attenuation correction images. Read a plurality of attenuation correction images of a healthy person with the same conversion rate as the conversion rate used for image reconstruction, compare the attenuation correction image of the patient with the same conversion rate and the attenuation correction image of the healthy person, pixel value A step of obtaining an attenuation correction image of a patient having a maximum difference between the difference of greater than a predetermined threshold as an optimal attenuation correction image;
Outputting the optimal attenuation correction image;
A nuclear medicine image reconstruction method comprising:
前記患者の撮像画像、及び、その患者のX線CT画像を取得するステップと、
前記X線CT画像のCT値を線減弱係数に変換して減弱係数マップを生成するステップであって、その変換率を変えて複数の減弱係数マップを生成するステップと、
前記複数の減弱係数マップを用いて前記撮像画像を減弱補正して複数の減弱補正画像を再構成するステップと、
健常者について複数の減弱補正マップにより再構成した減弱補正画像を、それぞれの減弱補正画像の再構成に用いた減弱係数マップの変換率に関連付けて記憶したコントロールデータベースから、前記患者の複数の減弱補正画像の再構成に用いた変換率と同じ変換率の健常者の複数の減弱補正画像を読み出し、同じ変換率の前記患者の減弱補正画像と前記健常者の減弱補正画像とを比較し、画素値の差が所定の閾値より大きい乖離部の大きさが最大となる患者の減弱補正画像を最適な減弱補正画像として求めるステップと、
前記最適な減弱補正画像を出力するステップと、
を実行させるプログラム。 A program for reconstructing a nuclear medicine image by performing attenuation correction on a captured image of a patient imaged by PET or SPECT,
Obtaining a captured image of the patient and an X-ray CT image of the patient;
Converting the CT value of the X-ray CT image into a linear attenuation coefficient to generate an attenuation coefficient map, and changing the conversion rate to generate a plurality of attenuation coefficient maps;
Reconstructing a plurality of attenuation corrected images by performing attenuation correction on the captured image using the plurality of attenuation coefficient maps;
A plurality of attenuation corrections of the patient from a control database in which attenuation correction images reconstructed by a plurality of attenuation correction maps for healthy subjects are stored in association with conversion rates of attenuation coefficient maps used for the reconstruction of the respective attenuation correction images. Read a plurality of attenuation correction images of a healthy person with the same conversion rate as the conversion rate used for image reconstruction, compare the attenuation correction image of the patient with the same conversion rate and the attenuation correction image of the healthy person, pixel value A step of obtaining an attenuation correction image of a patient having a maximum difference between the difference of greater than a predetermined threshold as an optimal attenuation correction image;
Outputting the optimal attenuation correction image;
A program that executes
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