JP2021173761A - 医用画像診断装置及び医用情報処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】散乱事象のリアルタイム判定の精度を向上させること。【解決手段】実施形態の医用画像診断装置は、複数の検出器結晶にて検出されたガンマ線の第１事象と第２事象とを検出するように構成された処理部を備える。前記処理部は、前記第２事象が、前記第１事象に基づいて決定される時間ウインドウ内で且つ前記第１事象の検出位置に基づいて決定される位置情報に関する制約を満たす場合に、前記第２事象を前記第１事象とデマルチプレクサの同一の第１セルに分類し、前記第２事象が、前記時間ウインドウ及び前記位置情報に関する制約の少なくとも一方を満たさない場合に、前記第１セルとは異なる、前記デマルチプレクサの第２セルに分類する。【選択図】図２

Description

本明細書及び図面に開示の実施形態は、医用画像診断装置及び医用情報処理方法に関する。

ポジトロン放射断層撮影（Positron Emission Tomography：ＰＥＴ）及び単一光子放射断層撮影（Single Photon Emission Computed Tomography：ＳＰＥＣＴ）は、放射性トレーサを用いることでヒトや動物の生化学プロセスを撮像可能な機能的イメージングモダリティである。例えば、ＰＥＴイメージングでは、トレーサ剤が、注射、吸入、または経口摂取によって撮影対象の患者の体内に導入される。投与後、トレーサ剤はその物理的性質および生体分子的性質の作用で患者の身体の特定位置に集中する。トレーサ剤の実際の空間分布と、蓄積領域の強度と、投与から最終的な消滅までの過程の動力学とはいずれも臨床的有意性を有する因子である。

上記過程の間に、トレーサ剤に付与されたトレーサがポジトロンを放出する。放出されたポジトロンが電子と衝突すると、対消滅事象が起き、ポジトロンと電子とが結合する。ほとんどの場合、対消滅事象は、ほぼ１８０度離れて移動する２本のガンマ線（５１１ｋｅＶ）を発生する。

ポジトロン放射断層撮影（ＰＥＴ）において、測定された同時係数は真の同時係数とバックグラウンド信号（例えば、偶発同時係数）との両方を含んでいる。再構成されたＰＥＴ信号での画像品質を高めるためには、このバックグラウンド信号を推定および解明することが望ましい。該バックグラウンド信号には偶発事象と散乱事象とに基づく計数が含まれている。ＰＥＴにおけるバックグラウンド信号は主として偶発的な同時計数（偶発とも呼ばれる）と散乱とで構成される。

体内の散乱フォトンの大半は検出面で検出されないが、一部の散乱フォトンは検出されて記録され、不正確な同時計数線（line-of-response：ＬＯＲ）を生じさせる。この散乱事象は、検出器結晶内において、放射を受けた第１結晶から一部のエネルギーが散乱して隣接結晶内に蓄積するときに起こる。ある実施態様では、不正確なＬＯＲを生じさせる上記散乱事象の一部をエネルギー弁別によって除去することができている。これは散乱事象を引き起こすコンプトン散乱の間にフォトンのエネルギーの一部が失われるためである。その場合でも、一部の散乱フォトン（散乱）と一部の偶発同時計数（偶発）とが不可避的に記録されるので、バックグラウンド信号には偶発と散乱とが含まれている。

米国特許第７５６７６２０号明細書

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、散乱事象のリアルタイム判定の精度を向上させることである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

実施形態の医用画像診断装置は、複数の検出器結晶にて検出されたガンマ線の第１事象と第２事象とを検出するように構成された処理部を備える。前記処理部は、前記第２事象が、前記第１事象に基づいて決定される時間ウインドウ内で且つ前記第１事象の検出位置に基づいて決定される位置情報に関する制約を満たす場合に、前記第２事象を前記第１事象とデマルチプレクサの同一の第１セルに分類し、前記第２事象が、前記時間ウインドウ及び前記位置情報に関する制約の少なくとも一方を満たさない場合に、前記第１セルとは異なる、前記デマルチプレクサの第２セルに分類する。

図１Ａは、一実施形態に係る、ＰＥＴスキャナの体軸横断面の概略図である。 図１Ｂは、本開示の一実施形態に係る、第１結晶の体軸方向ドメインにおける効率の正規化を示す図である。 図１Ｃは、一実施形態に係る、散乱のない状態での検出を示す概略図である。 図１Ｄは、一実施形態に係る、単一散乱事象を伴う検出を示す概略図である。 図１Ｅは、一実施形態に係る、多重散乱事象を伴う検出を示す概略図である。 図１Ｆは、一実施形態に係る、検出器ブロックのゾーン割当を示す概略図である。 図２は、一実施形態に係る、アセンブルされたデマルチプレクサモジュールを示すブロック図である。 図３は、一実施形態に係る、パラメータ化された複数のセルの内の１セルを示すブロック図である。 図４は、一実施形態に係る、事象ストリームの一例を示す図である。 図５は、一実施形態に係る、第１事象に関してアセンブルされたデマルチプレクサモジュールを示す図である。 図６は、一実施形態に係る、第１事象の第１ゾーン割当を示す概略図である。 図７は、一実施形態に係る、事象をトリアージするときのアセンブルされたデマルチプレクサモジュールを示す図である。 図８は、一実施形態に係る、さらなるゾーン割当を示す概略図である。 図９は、一実施形態に係る、散乱事象の検出時におけるアセンブルされたデマルチプレクサモジュールを示すブロック図である。 図１０は、一実施形態に係る、散乱事象のゾーン割当を示す概略図である。 図１１は、一実施形態に係る、散乱事象の検出時におけるアセンブルされたデマルチプレクサモジュールを示すブロック図である。 図１２は、一実施形態に係る、散乱事象のゾーン割当を示す概略図である。 図１３は、一実施形態に係る、散乱事象の検出時におけるアセンブルされたデマルチプレクサモジュールを示すブロック図である。 図１４は、一実施形態に係る、散乱事象のゾーン割当を示す概略図である。 図１５は、一実施形態に係る、新たな１次事象の検出時におけるアセンブルされたデマルチプレクサモジュールを示すブロック図である。 図１６は、一実施形態に係る、新たな１次事象のゾーン割当の概略を示す図である。 図１７は、一実施形態に係る、検出事象を分類する方法のフローチャートの非限定的一例を示す図である。 図１８Ａは、一実施形態に係る、ポジトロン放射断層撮影（ＰＥＴ）スキャナを示す透視図である。 図１８Ｂは、一実施形態に係る、ＰＥＴスキャナを示す概略図である。

以下、添付図面を参照しながら、医用画像診断装置及び医用情報処理方法の実施形態について詳細に説明する。

ある実施形態では、タイムスタンプと位置とに基づく、パラメータ化されたセルベースの循環ソーティングアルゴリズムを備え、エネルギー補正感度と、システム性能と、再構成画像品質とを向上させる医用画像診断装置及び医用情報処理方法について説明する。

以下の開示により本明細書の主題の種々の特徴を具現する種々の実施形態（または実施例）が示される。本開示の理解を図るために構成要素と構成との具体例を以下に述べるが、言うまでもなくこれらは単なる例であって限定的なものではない。例えば、後に続く説明での第２形態上の第１形態の形成には、第１、第２の形態が直接接触して形成される実施形態と、第１、第２の形態が直接接触しないようにさらなる形態が第１、第２の形態間に形成される実施形態とが含まれる。また、本開示は種々の実施例で参照数字および／または符号を繰り返して用いている。この繰り返しは簡潔明瞭を図るためのものであり、それ自体は本記載の種々の実施形態および／または構成間の関係を示すものではない。さらに、本明細書において「上」、「下」、「真下」、「下」、「下方」、「上」、「上方」などの空間的関係を示す用語は、図に示したある構成要素または形態の他の構成要素または形態に対する関係を述べる上での説明を容易にするために用いられる。これらの空間的関係を示す用語は、図に示した方位に加えて使用時または動作時の装置の種々の方位をも含むものである。システムの向きは図示以外の向き（９０度回転させた向きまたはその他の向き）でもよく、本明細書で用いる空間的関係を示す記述子の意味内容はそれに応じて相応に解釈される。

本明細書で述べる種々のステップの記載順は行論を明確にするためのものである。一般にこれらのステップは任意の適当な順で実行可能なものである。さらに、本明細書における種々の形態、技術、構成などはそれぞれ本開示の様々な箇所で記述されるが、それらの概念は互いに独立してまたは組み合わせて実行可能なものである。したがって、本発明は様々な形で具現されかつ様々に解釈され得る。

図１Ａは、本開示の一実施形態に係る、ＰＥＴスキャナ１００の体軸横断面の概略図である。一実施形態において、ＰＥＴスキャナ１００は、中心軸の周囲にリング状に配列された、ガンマ線を検出するように構成された検出器ブロック１３０を備えている。ＰＥＴスキャナ１００は、付加的な検出器ブロック１３０のリングであって該リングの軸沿いに検出器ブロック１３０が配置されているリングを備えている。さらなるＰＥＴスキャナ１００の形態を図１８Ａ、１８Ｂに示すが、これについては添付の解説において後述する。ファントムまたはヒトなどの、スキャン対象の被検体１１０は検出器ブロック１３０の中央に配置される。

図１Ｂは、本開示の一実施形態に係る、検出器モジュール１２５を示す概略図である。図示の検出器モジュール１２５は、平板化して示したリングの１つを上方視で示したものである。検出器モジュール１２５は複数のサブモジュール１２０を含む。サブモジュール１２０は複数の検出器ブロック１３０を含む。検出器ブロック１３０は、検出器素子とも呼ばれる複数の検出器結晶１０５を含む。

前述したとおり、ファントムまたはヒトから放出されたポジトロンが電子と衝突すると、対消滅事象が起きてポジトロンと電子とが結合する。ほとんどの場合、この対消滅事象はほぼ１８０度離れて移動する２本のガンマ線（５１１ｋｅＶ）を発生する。このガンマ線の一方を単独１１５と呼ぶ。断層撮影再構成原理によってトレーサの空間時間分布を再構成するために、各検出事象は、そのエネルギー（発生した光の量）、位置、およびタイミング毎に特徴付けられる。前記２本のガンマ線（２つの単独１１５）を検出し、それらの位置をつなぐ線（すなわち、同時計数線（ＬＯＲ））を引くことによって、最初の崩壊が起きたと考えられる位置を判定することができる。対消滅事象の位置からほぼ１８０度離れて移動する２つの単独１１５となった一組の単独１１５を対と呼ぶ。

図１Ｃは、本開示の一実施形態に係る、散乱のない状態での検出を示す概略図である。図１Ｄは、本開示の一実施形態に係る、単一散乱事象を伴う検出を示す概略図である。図１Ｅは、本開示の一実施形態に係る、多重散乱事象を伴う検出を示す概略図である。

一実施形態において、単独１１５が検出器モジュール１２５に吸収されると、単独１１５（すなわち、ガンマ線）のエネルギーが第１結晶１０５ａに蓄積される。理想的な検出事象ではそれ以上の散乱は起きず、単独１１５が入射した第１結晶１０５ａの位置での事象として第１結晶１０５ａに記録される（図１Ｃ）。理想的には、検出器モジュール１２５内で第１結晶１０５ａに対向する結晶が、対消滅事象の位置からほぼ１８０度離れて移動する単独１１５を検出し、適正なＬＯＲが決定される。また、理想的には各単独１１５の検出エネルギーはほぼ５１１ｋｅＶと計測される。検出された単独１１５の位置とエネルギーとに加えて、検出時刻（例えば、タイムスタンプ）が検出事象に伴って記録される。この検出は専ら光電効果に基づく検出と考えられる。

しかし、多くの場合、単独１１５のエネルギーの一部が散乱して（例えば、コンプトン散乱による散乱）、例えば第１結晶１０５ａに隣接した第２結晶１０５ｂなどの、他の結晶中に蓄積する（図１Ｄ）。このシナリオでは、第２の特有なエネルギーと、位置と、タイムスタンプとを有する第２検出事象が記録される。この検出はコンプトン効果と光電効果との混合に基づく検出と考えられる。後述するデマルチプレクサの各セルは、検出ガンマ線に関する２つの事象の分類であって、図１Ｄに示すような１次事象後のシングルコンプトン散乱事象を表す分類を行なうことができる。単独１１５の散乱はさらに何度も起こり得る。例えば図１Ｅに示したとおり、２つの散乱事象が第１結晶１０５ａから第２結晶１０５ｂに対して起こり、さらに第２結晶１０５ｂから、例えば第２結晶１０５ｂに隣接した第３結晶１０５ｃなどの、他の結晶に対して起こる。このシナリオでは、第３の特有なエネルギーと、位置と、タイムスタンプとを有する第３検出事象が記録される。後述するデマルチプレクサの各セルは、検出ガンマ線に関する３つの事象の分類であって、図１Ｅに示すような１次事象後のダブルコンプトン散乱事象を表す分類を行なうことができる。

図１Ｆは、本開示の一実施形態に係る、検出器ブロック１３０のゾーン割当を示す概略図である。図１Ｆに示す検出器ブロック１３０のゾーン割当は、位置情報に関する制約の一例である。一実施形態において、複数の検出器ブロック１３０を組み合わせてゾーンを形成する。ゾーンのサイズは該ゾーンに分類された検出器ブロック１３０の数に基づいて調整される。例えば、２つの検出器ブロック１３０を組み合わせてベースゾーンを形成する（図１Ｆに数字「０」で示したゾーン）。さらにこのサイズのゾーンを組み合わせて縦横に拡張された十字形のゾーンを形成する。これを第１拡張ゾーン（図１Ｆに数字「１」で示した拡張部分（ベースゾーンも含まれている））とする。同様に、この十字形ゾーンのコーナ部がさらなる組合せにより充填されて第２の拡張ゾーン（図１Ｆに数字「２」で示した拡張部分（ベースゾーンと第１拡張ゾーンも含まれている））が形成される。拡張部分はさらに追加し得る。これらゾーンは、検出事象をグループ化して起こり得る全ての散乱事象を取り込めるように形成および調整される。

なお、図１Ｆにおいては複数の検出器結晶が複数の検出器ブロックに分類される場合を示したが、実施形態はこれに限定されるものではない。即ち、位置情報に関する制約は、検出器ブロックへの分類と関係なしに設定されてもよい。例えば、第１結晶１０５ａの位置から所定の距離に含まれる複数の検出器結晶で形成されるゾーンを、位置情報に関する制約として設定することとしても構わない。

散乱エネルギーの蓄積により事象が破棄されると、単独１１５の感度が約３０％低下し、対の感度が約５０％低下する（単独１１５の効率が２乗される）。ここで述べたとおり、検出器データの複数の事象をタイムスタンプと位置とに基づいてアセンブルすることで一次入射から散乱した「情報」（エネルギー）が回復される。このアセンブルモードによってＰＥＴ装置のエネルギー補正感度が高められ、ひいては装置性能と画像品質とが向上する。

図２は、本開示の一実施形態に係る、アセンブルされたデマルチプレクサモジュールを示すブロック図である。このアセンブルされたデマルチプレクサモジュールはパラメータ化された複数のセル２０５の周囲に形成される。また、このアセンブルされたデマルチプレクサモジュールは所定数のパラメータ化セル２０５を含む。

図３は、本開示の一実施形態に係る、パラメータ化された複数のセル２０５の内の１セルを示すブロック図である。パラメータ化セル２０５は所定の設定に基づいて独自の判断を行うことができる。所定の設定として、タイムウィンドウ、ゾーン割当、および１つのタイムウィンドウまたはゾーン割当内に収集可能な複数の事象などがある。

一実施形態において、タイムウィンドウ設定に基づいて、アセンブルされたモジュール内でインスタンス化されたパラメータ化セル２０５の所定数が計算される。パラメータ化セル２０５は逆並列接続されて循環操作チェーンを形成しており、それによって最小限のリソースでのリアルタイム処理が可能になっている。事象ポインタにより事象ストリームに対するアクセスポイントが示される。すなわち、事象ポインタは回転データポインタであり、セルパイプライン内の最初のエントリ位置を示すものである。事象ポインタは、事象ストリームにおける全ての事象をアクティブなタイムウィンドウ内のアクティブなパラメータ化セル２０５に送る。あるタイムウィンドウが終了すると、ポインタはチェーン内の次のパラメータ化セル２０５に移り、全ての事象をアクティブなパラメータ化セル２０５に送る。所定のタイムウィンドウ内で、パラメータ化セル２０５は、調査中の事象を保持するべきかまたは次のパラメータ化セル２０５に送るべきかを見きわめる。対応するパラメータ化セル２０５に関するタイムウィンドウが終了すると、その対応するパラメータ化セル２０５は該パラメータ化セル２０５内の全てのアセンブルされた事象を送信する。このパラメータ化セル２０５は最大数の検出事象をグループ化できる。この最大数は増減され得る。

パラメータ化セル２０５の所定数は、１次事象と比較される連続事象の最大数によって決定される。最大数は、最大事象レート（標準偏差を用いた期待値）と、不同性と、最大タイムウィンドウとによって定まる。一例では、不同性（すなわち、事象の多重度）は１．１６であり、２次散乱事象の数の標準偏差は√０．１６すなわち０．４であり、全ての２次散乱事象を１次検出事象と併せて含む４σウインドウは１＋０．４×４、すなわち２．６である。同じ例において、有用な事象と混合されるバックグラウンド事象の数は、１４４ＭＨｚ×１０ｎｓ、すなわち１．４４であるタイムウィンドウ内のバックグラウンド事象の平均数によって与えられ、ポアソン分布からの標準偏差は√１．４４すなわち１．２であり、最大タイムウィンドウの１象限内に含まれる検出事象に基づく４σの信頼水準は１．２×４すなわち４．８である。したがって、２．６と４．８を合計すると７．４になり、切り上げて８になる。すなわち、９番目の事象は第１事象のタイムウィンドウ外にあり、グループ化セル数は５になる。

図４は、本開示の一実施形態に係る、事象ストリームの一例を示す図である。この実施形態においては、図４の最上部に全事象が示され、その下方に分類された諸事象が示される。ここで事象のソーティングについて説明する。

図５は、本開示の一実施形態に係る、第１事象に関してアセンブルされたデマルチプレクサモジュールを示す図である。一実施形態において、第１事象が入力されると、第１パラメータ化セル２０５ａが該第１事象の検出時刻に基づく第１タイムウィンドウを含んでインスタンス化される。第１タイムウィンドウ（ここで述べた他のタイムウィンドウも同様）とは所定の時間長であって、その時間内でさらなる事象が起きて、その事象が第１事象（または該タイムウィンドウにおけるそれぞれの事象）から派生した散乱事象と考えられる所定の時間長のことである。第１パラメータ化セル２０５ａは第１事象を取り込んでその第１事象を１次事象に指定する。図６は、本開示の一実施形態に係る、第１事象の第１ゾーン割当を示す概略図である。第１パラメータ化セル２０５ａはさらに第１ゾーン割当を作成する。第１ゾーン割当のサイズ（範囲）と位置とは、後続の入力事象と比較するために第１事象の検出位置に基づいて定められる。図示のとおり、第１事象の第１ゾーン割当は、縦横３個ずつ配置された９つの検出器ブロック１３０からなり、第１事象はこれら検出器ブロック１３０の内の中央のブロックに配置される。図１Ｆに示したとおり、ゾーン割当の種々のサイズによって、検出事象が１次事象であるか散乱事象であるかを判定する際の種々の感度と自由度とを得ることができる。

検出事象が散乱事象と判定されるのは、（１）その事象の検出時が第１タイムウィンドウ内であって、かつ（２）第１ゾーン割当内で検出された場合である。つまり、条件（１）について言えば、第１事象の検出時と散乱事象の検出時との差が第１タイムウィンドウより小さい場合である。例えば、ゾーン割当のサイズを大きくすることで、さらなる検出事象が条件（２）を満足するようになる。

上述の設定では、第２事象が第１パラメータ化セル２０５ａ（アクティブなパラメータ化セル）によって検出および評価された後、上述の条件（１）と（２）とを両方共満足しない限りその第２事象は第１パラメータ化セル２０５ａによって拒絶される。すなわち、第１パラメータ化セル２０５ａは、第２事象が散乱事象ではなく１次事象であると判定する。

図７は、本開示の一実施形態に係る、事象をトリアージするときのアセンブルされたデマルチプレクサモジュールを示す図である。図８は、本開示の一実施形態に係る、さらなるゾーン割当を示す概略図である。一実施形態において、条件（１）と（２）とが満足されないと、１次事象と判定される第２事象の検出時に基づいて、第２パラメータ化セル２０５ｂが第２タイムウィンドウを含んでインスタンス化される。同様に、条件（１）と（２）とが満足されないと、１次事象と判定される第３事象の検出時に基づいて、第３パラメータ化セル２０５ｃが第３タイムウィンドウを含んでインスタンス化される。図８に示したとおり、第２事象と第３事象とは第１事象の第１ゾーン割当の外で検出される。第２パラメータ化セル２０５ｂはさらに第２ゾーン割当を作成する。第２ゾーン割当のサイズ（範囲）と位置とは、後続の入力事象と比較するために第２事象の検出位置に基づいて定められる。同様に、第３パラメータ化セル２０５ｃはさらに第３ゾーン割当を作成する。第３ゾーン割当のサイズ（範囲）と位置とは、後続の入力事象と比較するために第３事象の検出位置に基づいて定められる。図８に示したとおり、第２事象と第３事象とに関するゾーン割当はサイズと形状とが第１事象に類似しており、それぞれの事象の検出位置は第１事象の場合と同様に中央に位置している。

図９は、本開示の一実施形態に係る、散乱事象の検出時におけるアセンブルされたデマルチプレクサモジュールを示すブロック図である。図１０は、本開示の一実施形態に係る、散乱事象のゾーン割当を示す概略図である。一実施形態において、事象ポインタが、第１パラメータ化セル２０５ａをアクティブなパラメータ化セルと指定する。例えば第１パラメータ化セル２０５ａであるアクティブなパラメータ化セルによって第４事象が検出および評価されて、第１事象の第１タイムウィンドウ内でかつ第１ゾーン割当内に位置すると判定される。このようにして、第４事象は、第１事象から派生して第１事象の場合と同様に分類された散乱（２次）事象と判定される。

図１１は、本開示の一実施形態に係る、散乱事象の検出時におけるアセンブルされたデマルチプレクサモジュールを示すブロック図である。図１２は、本開示の一実施形態に係る、散乱事象のゾーン割当を示す概略図である。一実施形態において、例えば第１パラメータ化セル２０５ａであるアクティブなパラメータ化セルによって第５事象が検出および評価されて、第１タイムウィンドウまたは第１ゾーン割当のいずれかの外に位置すると判定される。次いで第５事象の情報が第２パラメータ化セル２０５ｂにより評価されて第２タイムウィンドウまたは第２ゾーン割当のいずれかの外に位置すると判定される。第５事象の情報は次に第３パラメータ化セル２０５ｃにより評価されて第３タイムウィンドウ内でかつ第３ゾーン割当内に位置すると判定される。このようにして、第５事象は、第３事象から派生して第３事象の場合と同様に分類された散乱（２次）事象と判定される。

図１３は、本開示の一実施形態に係る、散乱事象の検出時におけるアセンブルされたデマルチプレクサモジュールを示すブロック図である。図１４は、本開示の一実施形態に係る、散乱事象のゾーン割当を示す概略図である。一実施形態において、例えば第１パラメータ化セル２０５ａであるアクティブなパラメータ化セルによって第６事象が検出および評価されて、第１タイムウィンドウまたは第１ゾーン割当のいずれかの外に位置すると判定される。次いで第６事象の情報が第２パラメータ化セル２０５ｂにより評価されて、第２タイムウィンドウ内でかつ第２ゾーン割当内に位置すると判定される。このようにして、第６事象は、第２事象から派生して第２事象の場合と同様に分類された散乱（２次）事象と判定される。

一実施形態において、第６事象の検出時が第１タイムウィンドウの長さを超えた時点と判定されると、事象ポインタがインクリメントして第２パラメータ化セル２０５ｂをアクティブセルと指定する。このように、タイムウィンドウが第１事象から派生する全ての起こり得る追加散乱事象に対して閉じるために、第６事象は第１パラメータ化セル２０５ａによる評価をスキップする。さらに、事象ポインタが第２パラメータ化セル２０５ｂにインクリメントすると、第１パラメータ化セル２０５ａから取り込まれた全ての検出事象データが送信される。例えば、取り込まれた検出事象データはアセンブルされた事象フォーマッタに送信され、次いで集中コントローラに送られてさらなる処理を受ける。その後、第１パラメータ化セル２０５ａは空になり次の検出事象データを受け入れ可能な状態と判断される。

図１５は、本開示の一実施形態に係る、新たな１次事象の検出時におけるアセンブルされたデマルチプレクサモジュールを示すブロック図である。図１６は、本開示の一実施形態に係る、新たな１次事象のゾーン割当を示す概略図である。一実施形態において、例えば第２パラメータ化セル２０５ｂであるアクティブなパラメータ化セルによって第７事象が検出および評価されて、第２タイムウィンドウまたは第２ゾーン割当のいずれかの外に位置すると判定される。次いで第７事象の情報が第３パラメータ化セル２０５ｃにより評価されて、第３タイムウィンドウまたは第３ゾーン割当のいずれかの外に位置すると判定される。したがって、条件（１）と（２）とが満足されず第７事象は１次事象と判定されると、第７事象の検出時に基づいて第４パラメータ化セル２０５ｄが第４タイムウィンドウを含んでインスタンス化される。第４パラメータ化セル２０５ｄはさらに第４ゾーン割当を作成する。第４ゾーン割当のサイズ（範囲）と位置とは、後続の入力事象と比較するために第７事象の検出位置に基づいて定められる。

一実施形態において、第７事象の検出時が第２タイムウィンドウの長さを超えた時点と判定されると、事象ポインタがインクリメントして第３パラメータ化セル２０５ｃをアクティブセルと指定する。このように、タイムウィンドウが第２事象から派生する全ての可能な追加散乱事象に対して閉じるために、第７事象は第２パラメータ化セル２０５ｂによる評価をスキップする。さらに、事象ポインタが第３パラメータ化セル２０５ｃにインクリメントすると、取り込まれた全ての検出事象データが第２パラメータ化セル２０５ｂから送信される。

一実施形態において、処理回路は、前述の諸ステップ、すなわち、事象の検出と、事象のソーティングと、アセンブルされたデマルチプレクサモジュール内の対応するセルへの事象の割当とを行う。例えば、処理回路は、リアルタイム処理を容易にするためにＦＰＧＡ内に実装される。なお、かかる処理回路は、処理部の一例である。ＦＰＧＡは、同一のパラメータ化セルをパイプライン方式でカスケード接続したセルモジュールを用いている。この接続では、チェーンサークルの最後のセルに対応するタイムウィンドウが該最後のセルに対して閉じると最後のセルは最初のセルに戻る。さらに、処理回路（例えば、ＦＰＧＡ内の処理回路）はＰＥＴスキャナ１００に通信可能に接続され、リアルタイム処理をさらに容易にするために検出器アレイ１３０に近接して配置される。これにより内部メモリと外部メモリとのいずれも要することなくスケーラブルなソリューションが得られる。また、セルの連鎖骨格により追加のリソース（コンパレータ、ＲＡＭ）が不要になり、ロジックが簡単になると共に、データ転送が速くなる。

なお、パラメータ化セル２０５は時刻対応セルである。すなわち、入力事象ストリームにおいて長い中断が後に続く事象の場合、アクティブなパラメータ化セルはその事象を１次事象として受け入れ、タイムウィンドウが経過するとその事象（および関連する全ての事象）の情報を出力部に送ると共に、事象ポインタが次のパラメータ化セル２０５にインクリメントする。さらに、パラメータ化セル２０５は先のセルからの入力事象を事象ポインタからの入力事象に対して優先的に処理する。この場合、事象ポインタポートに存在する事象は１クロックサイクルの間保持された後、対象のパラメータ化セル２０５に読み込まれる。

散乱エネルギーの蓄積により事象が破棄されると、単独１１５の感度が約３０％低下し、対の感度が約５０％低下する（単独１１５の効率が２乗される）。

単独１１５と対との両方に対してより高感度な、破棄されない散乱事象を含むデータを有効に利用してスキャン対象の被検体のより正確な仕上がり画像を再構成することで診断およびその他の医療関連の処置を向上させることができる。

要約すると、事象はストリーミング順に入力されて、パイピングや、バッファリングや、遅延を生じることなくリアルタイムで処理され得る。このメカニズムの循環論理性（タイムウィンドウが閉じるとアクティブなパラメーカ化セルが連接チェーンの最後のパラメーカ化セルになる）によってリソース（例えば、ＦＰＧＡリソース）の最適化が可能になり、処理能力が向上する。

図１７は、本開示の一実施形態に係る、検出事象を分類する方法１７００のフローチャートの非限定的一例を示す図である。ステップ１７０５で、第１事象が第１結晶１０５ａで検出される。ステップ１７１０で、第１事象が第１パラメータ化セル２０５ａに割り当てられる。ステップ１７１５で、第１事象の第１タイムウィンドウが決定される。ステップ１７２０で、検出器ブロック１３０の第１検出器ブロックの位置が決定される。ステップ１７２５で、第１事象の第１ゾーン割当が決定される。ステップ１７３０で、第２事象が第２結晶で検出される（この第２結晶は第２結晶１０５ｂと同じでなくてもよい）。ステップ１７３５で、第２事象の検出時と検出位置とに基づいて第２事象を第１事象と共に分類できるかどうかが判定される。第２事象が第１事象の第１タイムウィンドウ内でかつ第１ゾーン割当内で検出された場合は、ステップ１７４０で第２事象は第１事象と共に第１パラメータ化セル２０５ａに分類される。検出されない場合は、ステップ１７４５で第２事象はデマルチプレクサの第２パラメータ化セル２０５ｂに割り当てられる。ステップ１７５０で、第２事象の第２タイムウィンドウが決定される。ステップ１７５５で、検出器ブロック１３０の第２検出器ブロックの位置が決定される。ステップ１７６０で、第２事象の第２ゾーン割当が決定される。ステップ１７６５で、さらなる検出事象があるかどうかが判定される。さらなる検出事象がある場合は、方法１７００はステップ１７３０から繰り返される。ない場合は、方法１７００は終了する。

図１８Ａ、１８Ｂに、方法１００および２００を実装可能なＰＥＴスキャナ１８００の非限定的例を示す。ＰＥＴスキャナ１８００は、医用画像診断装置の一例である。ＰＥＴスキャナ１８００は、それぞれが方形の検出器モジュールとして構成された複数のガンマ線検出器（Gamma-Ray Detector：ＧＲＤ）（例えば、ＧＲＤ１−ＧＲＤＮ）を備えている。一実施態様によれば、検出器リングは４０個のＧＲＤを含んでいる。別の実施態様では、４８個のＧＲＤが備わっている。使用するＧＲＤの数が多い程ＰＥＴスキャナ１８００の内径が大きくなる。

各ＧＲＤは個々の検出器結晶を並べた２次元アレイからなる。各検出器結晶はガンマ放射を吸収してシンチレーションフォトンを放出する。シンチレーションフォトンは、検出器結晶と同様にＧＲＤ内に配列された光電子増倍管（Photomultiplier Tube：ＰＭＴ）の２次元アレイにより検出される。検出器結晶アレイとＰＭＴアレイとの間にはライトガイドが配置されている。

あるいは、シンチレーションフォトンは、各検出器結晶に備えられたシリコン光電子増倍管（Silicon Photomultiplier：ＳｉＰＭ）のアレイによって検出される。

各光検出器（例えば、ＰＭＴまたはＳｉＰＭ）はアナログ信号を発生し、このアナログ信号によりシンチレーション事象の発生時と、検出事象を引き起こすガンマ線のエネルギーとが示される。また、１つの検出器結晶から放出されたフォトンを２つ以上の光検出器によって検出し、各光検出器で発生したアナログ信号に基づいて、検出事象に対応する検出器結晶を例えばアンガーロジックによる結晶位置計算を用いて判定することもできる。

図１８Ｂは、被検体ＯＢＪから放出されるガンマ線を検出するように配列された複数のガンマ線フォトン計数検出器（ＧＲＤ）を備えたＰＥＴスキャナ装置を示す概略図である。ＧＲＤによって、各ガンマ線検出に対応するタイミングと、位置と、エネルギーとを計測することができる。一実施形態において、図１８Ａ、１８Ｂに示したとおり、このガンマ線検出器はリング状に配列される。検出器結晶は、個々のシンチレータ素子を２次元アレイ状に配列したシンチレータ結晶からなる。シンチレータ素子は任意の公知のシンチレーション材料からなる。ＰＭＴは各シンチレータ素子からの光が複数のＰＭＴに検出されるように配列されており、それによってシンチレーション事象のアンガーロジックによる結晶位置計算が可能になっている。

図１８Ｂに示したＰＥＴスキャナ１８００の配列例では、撮像対象の被検体ＯＢＪがテーブル１８１６上に静置し、ＧＲＤモジュールＧＲＤ１−ＧＲＤＮが被検体ＯＢＪとテーブル１８１６との周囲に配列されている。各ＧＲＤは環状部材１８２０に固定接続され、環状部材１８２０はガントリ１８４０に固定接続されている。ガントリ１８４０にはＰＥＴ撮像装置の多数の部品が収容されている。また、ＰＥＴ撮像装置のガントリ１８４０には開放開口が設けられ、この開口を通して被検体ＯＢＪとテーブル１８１６とが移送される。対消滅事象により被検体ＯＢＪから反対方向に放出されるガンマ線はＧＲＤに検出される。また、タイミング情報とエネルギー情報とを用いてガンマ線対の同時計数が決定される。

また、図１８Ｂに示した回路とハードウェアとによりガンマ線検出データの取り込み、保存、処理、および区分が行われる。この回路およびハードウェアは、プロセッサ１８７０と、ネットワークコントローラ１８７４と、メモリ１８７８と、データ取り込みシステム（Data Acquisition System：ＤＡＳ）１８７６とを備えている。ＰＥＴ撮像装置はさらにデータチャネルを備えており、これにより検出および測定結果がＧＲＤからＤＡＳ１８７６と、プロセッサ１８７０と、メモリ１８７８と、ネットワークコントローラ１８７４とに送られる。ＤＡＳ１８７６は、検出器からの検出データの取り込みと、デジタル化と、ルーティングとの制御を行う。ある実施態様では、ＤＡＳ１８７６がベッド１８１６の移動を制御する。プロセッサ１８７０は、ここで述べた、検出データからの画像の再構成と、検出データのプリ再構成処理と、画像データのポスト再構成処理などの機能を果たす。

プロセッサ１８７０は、ここで述べた方法１００および／または２００の種々のステップおよびそれらの変形を実行するように構成される。即ち、プロセッサ１８７０は、デマルチプレクサの一例である。プロセッサ１８７０は、離散論理ゲート、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ）、または他の複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）として実装されるＣＰＵを含む。ＦＰＧＡまたはＣＰＬＤの実装は、ＶＨＤＬ、Ｖｅｒｉｌｏｇ、または他のハードウェア記述言語でコード化され、そのコードはＦＰＧＡまたはＣＰＬＤに内蔵された電子メモリ、または別体の電子メモリに格納される。また、メモリはＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、またはフラッシュ（登録商標）メモリなどの不揮発メモリでもよい。さらに、メモリはスタティックＲＡＭやダイナミックＲＡＭなどの揮発メモリでもよい。また、マイクロコントローラやマイクロプロセッサなどのプロセッサを設けて電子メモリの制御並びにＦＰＧＡまたはＣＰＬＤとメモリとの相互作用の制御を行うようにしてもよい。

あるいは、プロセッサ１８７０のＣＰＵが、方法１００および／または２００の各ステップを実行するコンピュータ読取可能命令のセットを含むコンピュータプログラムを実行することもできる。このプログラムは、前述の非一時的電子メモリおよび／またはハードディスクドライブ、ＣＤ、ＤＶＤ、フラッシュ（登録商標）ドライブ、または公知の他の各種記憶媒体に格納される。さらに、コンピュータ読取可能命令はユーティリティアプリケーション、バックグラウンドデーモン、オペレーティングシステムのコンポーネント、またはそれらの組合せとして与えられ、米国インテル製のＸｅｎｏｎプロセッサや米国ＡＭＤ製のＯｐｔｅｒｏｎプロセッサなどのプロセッサ、並びにマイクロソフトＶＩＳＴＡ、ＵＮＩＸ（登録商標）、Ｓｏｌａｒｉｓ、ＬＩＮＵＸ（登録商標）、Ａｐｐｌｅ、ＭＡＣ−ＯＳおよびその他の当業者に公知のオペレーティングシステムとの協働で実行されてもよい。さらに、ＣＰＵは、並列協調動作により命令を実行する複数プロセッサとして実装されてもよい。

なお、上述した方法１００および／または２００の種々のステップおよびそれらの変形がプロセッサ１８７０において実行される場合を説明したが、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、上述した方法１００および／または２００の種々のステップおよびそれらの変形は、ＤＡＳ１８７６において実行することとしてもよい。即ち、ＤＡＳ１８７６が、デマルチプレクサとして機能する場合であってもよい。各ＧＲＤの出力により近い部分にデマルチプレクサを配置することで、散乱事象の判定をより迅速に行なうことが可能となる。

メモリ１８７８は、ハードディスクドライブ、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、フラッシュ（登録商標）ドライブ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、または当業者に公知の他の各種電子記憶装置からなる。

ネットワークコントローラ１８７４（米国インテル社製インテルイーサネット（登録商標）ＰＲＯネットワークインタフェースカードなど）によりＰＥＴ撮像装置の各部が相互にインタフェース接続される。さらに、ネットワークコントローラ１８７４により外部ネットワークとのインタフェース接続が行われる。周知のように、外部ネットワークとして、インターネットなどの公衆ネットワーク、ＬＡＮやＷＡＮネットワークなどのプライベートネットワーク、またはそれらの各種組合せがある。また、ＰＳＴＮやＩＳＤＮサブネットワークなどもある。外部ネットワークとしては、イーサネットネットワークなどの有線ネットワークや、ＥＤＧＥ、３Ｇ、４Ｇ、および５Ｇ無線セルラシステムなどのセルラネットワークなどの無線ネットワークがある。さらに無線ネットワークとしてＷｉＦｉ、ブルートゥース（登録商標）、または公知の他の各種無線通信方式などもある。

以上の説明では、処理システムの特定の配置並びにシステムで用いた様々な構成要素およびプロセスの説明などを具体的に詳述した。しかし、ここで述べた技術は上記具体的詳細から逸脱した他の実施形態でも実施可能であり、それら具体的詳細は説明のためのものであって限定するためのものではないことは明らかである。

例えば、上述した実施形態ではＰＥＴ撮像装置を例として説明したが、ＳＰＥＣＴ撮像装置についても同様に適用が可能である。例えば、ＳＰＥＣＴ撮像装置は、ガンマ線を検出する検出器（ガンマカメラ）を備え、当該検出器の複数の検出器結晶にて、ガンマ線の第１事象と第２事象とが検出される。また、ＳＰＥＣＴ撮像装置は、上記のプロセッサ１８７０と同様に、処理部を備える。当該処理部は、第２事象が、第１事象に基づいて決定される時間ウインドウ内で且つ第１事象の検出位置に基づいて決定される位置情報に関する制約を満たす場合に、第２事象を第１事象とデマルチプレクサの同一の第１セルに分類し、第２事象が、時間ウインドウ及び位置情報に関する制約の少なくとも一方を満たさない場合に、第１セルとは異なる、デマルチプレクサの第２セルに分類することができる。

本開示の実施形態の説明は添付図面を参照しつつ行った。同様に、説明のために、特定の数、材料、および構成を述べて十分な理解が得られるようにした。しかしながら、各実施形態はそれら具体的詳細を含まずに実施することも可能である。なお、実質的に同一の機能構成を有する複数の構成要素には同一の参照符号を付して、冗長な記述を省略している。

各実施形態の円滑な理解を図るために様々な技術を複数の離散操作として説明したが、説明の順序は必ずしもそれらの操作が順序依存性のものであることを意味するものではない。実際にはこれらの操作は説明した順通りに実行しなくてもよい。また、本記載の諸操作を前述の実施形態とは異なる順に実行してもよい。様々な追加操作を実行してもよい、かつ／あるいは追加の実施形態において本記載の操作を省略してもよい。

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、散乱事象のリアルタイム判定の精度を向上させることができる。

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１８００ ＰＥＴスキャナ
１８７０ プロセッサ

Claims (11)

1. 複数の検出器結晶にて検出されたガンマ線の第１事象と第２事象とを検出するように構成された処理部を備えた医用画像診断装置であって、
   前記処理部は、
   前記第２事象が、前記第１事象に基づいて決定される時間ウインドウ内で且つ前記第１事象の検出位置に基づいて決定される位置情報に関する制約を満たす場合に、前記第２事象を前記第１事象とデマルチプレクサの同一の第１セルに分類し、
   前記第２事象が、前記時間ウインドウ及び前記位置情報に関する制約の少なくとも一方を満たさない場合に、前記第１セルとは異なる、前記デマルチプレクサの第２セルに分類する、医用画像診断装置。
2. 前記処理部は、
   前記複数の検出器結晶に含まれる第１検出器結晶において、第１時間情報と、第１エネルギー情報と、第１位置情報とを含む前記第１事象を検出し、
   前記第１事象と、前記第１時間情報と、前記第１エネルギー情報と、前記第１位置情報とを、前記第１セルに割り当て、
   前記第１時間情報に基づいて、前記時間ウインドウとして、所定の時間長を有する第１時間ウインドウを決定し、
   前記第１位置情報に基づいて、前記位置情報に関する制約として、前記第１検出器結晶を含む第１ゾーン割当を決定し、
   第２検出器結晶において、第２時間情報と、第２エネルギー情報と、第２位置情報とを含む前記第２事象を検出し、
   前記第２時間情報と前記第２位置情報とに基づいて、前記第２事象が前記第１時間ウインドウ内でかつ前前記第１ゾーン割当内で検出されるかどうかを判定し、
   前記第２事象が、前記第１時間ウインドウ内で且つ前記第１ゾーン割当内で検出されると判定した場合に、前記第２事象を、前記第１事象の散乱事象として、前記第１事象と共に前記第１セルに分類し、
   前記第２事象が、前記第１時間ウインドウ及び前記第１ゾーン割当の少なくとも一方を満たさない場合に、前記第２事象を、１次事象として、前記第２セルに分類する、請求項１に記載の医用画像診断装置。
3. 前記複数の検出器結晶は、複数の検出器ブロックに分類され、
   前記処理部は、
   前記第１位置情報に基づいて、前記第１検出器結晶を含む第１検出器ブロックの位置を決定し、少なくとも前記第１検出器ブロックを含んで、前記第１検出器ブロックの周囲の領域であってその領域内でさらなる事象を検出して前記第１事象に関連付けることが可能な領域を画定する前記第１ゾーン割当を決定する、請求項２に記載の医用画像診断装置。
4. 前記処理部は、
   前記第１時間ウインドウに基づいて前記第１セルのアクティビティステータスを判定し、前記第１セルがアクティブな場合に、検出事象を前記第１セルに送るように事象ポインタで指定し、
   第３時間情報を含む第３事象が前記第１時間ウインドウの所定の時間長の外で検出されると判定した場合に、前記事象ポインタによる指定を前記第２セルに割り当て、前記デマルチプレクサの前記第１セル内の情報を受信装置に送信する、請求項２又は３に記載の医用画像診断装置。
5. 前記処理部は、前記デマルチプレクサの前記第１セル内の前記情報を含むデータセットに基づいて画像を再構成する、請求項４に記載の医用画像診断装置。
6. 前記処理部は、
   前記第２事象が、前記第１時間ウインドウ及び前記第１ゾーン割当の少なくとも一方を満たさない場合に、
   前記第２事象の前記第２時間情報に基づいて、前記所定の時間長を有する第２時間ウインドウを決定し、
   前記第２事象の前記第２位置情報に基づいて、前記第２検出器結晶を含む第２検出器ブロックの位置を決定し、少なくとも前記第２検出器ブロックを含んで、かつ前記第２検出器ブロックの周囲の領域であってその領域内でさらなる事象を検出して前記第２事象に関連付けることが可能な領域を画定する第２ゾーン割当を決定する、請求項３に記載の医用画像診断装置。
7. 前記処理部は、検出器アレイに通信可能に接続され、且つ、前記検出器アレイに実質的に近接して配置され、
   新規事象を検出し、前記新規事象が先の検出事象の前記時間ウインドウ内でかつゾーン割当内で検出されたかどうかを判定して、ガンマ線が検出される度に前記新規事象を前記デマルチプレクサのセルに割り当てる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の医用画像診断装置。
8. 前記デマルチプレクサは、ＦＰＧＡと、ＡＳＩＣと、ＥＥＰＲＯＭとからなるグループの内の少なくとも１つによって具現される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の医用画像診断装置。
9. 前記デマルチプレクサの各セルは、前記ガンマ線に関する２つの事象の分類であって、前記１次事象後のシングルコンプトン散乱事象を表す分類を行なう、請求項１〜８のいずれか一項に記載の医用画像診断装置。
10. 前記デマルチプレクサの各セルは、前記ガンマ線に関する３つの事象の分類であって、前記１次事象後のダブルコンプトン散乱事象を表す分類を行なう、請求項１〜８のいずれか一項に記載の医用画像診断装置。
11. 複数の検出器結晶にて検出されたガンマ線の第２事象が、当該ガンマ線の第１事象に基づいて決定される時間ウインドウ内で且つ前記第１事象の検出位置に基づいて決定される位置情報に関する制約を満たす場合に、前記第２事象を前記第１事象とデマルチプレクサの同一の第１セルに分類し、
    前記第２事象が、前記時間ウインドウ及び前記位置情報に関する制約の少なくとも一方を満たさない場合に、前記第１セルとは異なる、前記デマルチプレクサの第２セルに分類する
    ことを含む、医用情報処理方法。

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