JP3610655B2 - ポジトロンｅｃｔ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多数の検出器をリング型に配列したポジトロンＥＣＴ装置に関し、とくに吸収補正機能を有するポジトロンＥＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポジトロンＥＣＴ装置は、ポジトロン放出性の放射性核種を用い、その消滅ガンマ線を検出して核種の分布像を撮影するものである。たとえば人体にポジトロン放出性の放射性核種で標識された薬剤を投与すると、特定の臓器に集積する。そのとき人体の外部に放出されてくるガンマ線を、人体外に配置した検出器で検出してデータを収集する。消滅ガンマ線は１８０゜反対の方向に放出されるので、１対の検出器に同時に入射したことを検出し、その１対の検出器を結ぶ線上に核種が存在していることのデータを得る。このような同時計数によって収集したデータを所定のアルゴリズムで処理することにより、所定の断面での核種の濃度分布像を再構成する。この再構成画像は特定の臓器の診断のために用いられる。
【０００３】
被検体外部でガンマ線を検出する検出器としてシンチレーション検出器などが用いられ、これが多数リング型に配列される。この検出器のリング型配列の平面に位置している核種からのガンマ線のうち上記の平面に平行に放出されたものがリング型に配列された検出器のどれかに入射して検出されるので、被検体のこの平面（スライス面）でのデータが収集されることになり、再構成画像はこのスライス面における核種の濃度分布像ということになる。
【０００４】
一方、このポジトロンＥＣＴ装置では、被検体の内部の核種からの放射線を外部において検出するため、その放射線が被検体の内部で吸収されてしまうことの影響を受けることが避けられない。そこで、再構成画像では被検体の中央部の濃度が異常に低いものとなったり、定量的な測定ができず精度が低いなどの問題が生じるので、その吸収の分布を別個に求めて、その吸収の影響を補正する必要が生じる。
【０００５】
この吸収の影響を求めるために、いわゆるトランスミッションデータを収集する。ここでトランスミッションデータとは、被検体の内部から放射される放射線によるデータであるエミッションデータに対するもので、被検体の外部から放射され被検体を透過した放射線によるデータをいう。検出器のリング型配列の内部に被検体とともにポジトロン放出性の線源を配置し、これを検出器のリング型配列に沿って被検体の周囲に回転させ、その回転角度ごとに同時計数データを収集する。つぎに被検体を検出器のリング型配列から取り出した上で、線源を同じように回転させながら同時計数データを収集する。前者のデータは放射線が被検体を通ることによる吸収の影響を受けたものであるのに対して、後者のデータにはこのような影響はない。そこで、これらのデータを比較すれば、吸収の影響がわかり、これにより吸収補正することができる。
【０００６】
従来では、このトランスミッションデータとエミッションデータは、個々別々に収集していたため、検査時間がかかり、被検体（患者）を固定している時間が長くかかっっていた。そこで、特開平４−１６８３９２号公報では、トランスミッションデータとエミッションデータとを同時に収集するようにして、検査時間の短縮、患者固定時間の短縮を図っている。
【０００７】
すなわち、被検体に放射性核種を投与した状態でその周囲でもポジトロン放出性核種の線源を回転させ、同時計数データを収集する。外部線源の位置はあらかじめ分かっているためその位置に対応したマスクを用いて、マスクをかけながら同時計数データの収集を行なう。これにより同時計数データのなかから、外部線源からのガンマ線によるデータ（トランスミッションデータ）を含まない被検体中の核種からのガンマ線によるデータ（エミッションデータ）のみを取り出すことができる。他方、同時に、このようなマスクを用いずに収集を行なうと、エミッションデータおよびトランスミッションデータが収集できる。マスク無しに収集したデータ（エミッションデータ＋トランスミッションデータ）からマスクを用いて収集したエミッションデータを、マスクによる検出効率を考慮して差し引くと、外部線源からのガンマ線によるトランスミッションデータのみとすることができる。このようにして得られたトランスミッションデータから吸収補正データを得れば、エミッションデータの吸収補正が可能となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平４−１６８３９２号公報のようにトランスミッションデータとエミッションデータとを同時収集する場合、再構成画像の画質が劣化し、しかもデータの定量性の確保も困難であるという問題がある。すなわち、外部に配置する線源近傍では、散乱線の影響が大きく、そのため、マスク無しに収集したデータ（エミッションデータ＋トランスミッションデータ）中に散乱線による誤差が大きく含まれることになるからである。
【０００９】
この発明は、上記に鑑み、被検体の外部に配置されるトランスミッションデータ収集のための線源付近の散乱線等の影響を効果的に除去して、再構成画像の画質を向上させ、データの定量性を向上させるようにした、ポジトロンＥＣＴ装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、この発明によるポジトロンＥＣＴ装置においては、多数の放射線検出手段がリング型に配列された放射線検出手段のリング型配列と、該リング型配列内に配置され、該リング型配列に沿って回転移動させられるポジトロン放出性放射線発生手段と、その回転位置情報を得る手段と、上記の多数の放射線検出手段のうちの２つから同時に出力が生じたことを検出する同時検出手段と、上記放射線発生手段からのデータが占めるであろう部分のみを通すように狭くされた第１のマスクを上記の回転位置情報に応じて変化させながらその第１のマスクを通った同時に出力が生じた２つの放射線検出手段の組合せをアドレス変換する第１のアドレス変換手段と、上記放射線発生手段からのデータが占めるであろう部分だけでなくその周辺も含むような幅広い部分を除いた部分を通すようにされた第２のマスクを上記の回転位置情報に応じて変化させながらその第２のマスクを通った同時に出力が生じた２つの放射線検出手段の組合せをアドレス変換する第２のアドレス変換手段と、該第１のアドレス変換手段の出力をそのアドレスごとに収集する第１のデータ収集手段と、該第２のアドレス変換手段の出力をそのアドレスごとに収集する第２のデータ収集手段と、上記第１のデータ収集手段で収集されたデータと、被検体がない状態で収集した上記の放射線発生手段のみのデータとの比により、上記第２のデータ収集手段で収集されたデータを補正した上で画像再構成処理する手段とが備えられることが特徴となっている。
【００１１】
ポジトロン放出性核種の投与された被検体が放射線検出手段のリング型配列の中に挿入され、ポジトロン放出性放射線発生手段が、その被検体の回りに回転させられる。この状態で、第１、第２のデータ収集手段によりデータの収集が行われる。第１、第２のデータ収集手段でそれぞれ収集されるデータは、放射線発生手段の位置に応じて変化する第１、第２のマスクを通ったデータとなっている。第１のマスクを、放射線発生手段からのデータが占めるであろう部分のみを通すような狭いものとすることにより、ほぼトランスミッションデータのみを第１のデータ収集手段で収集することができる。他方、第２のマスクは、放射線発生手段からのデータが占めるであろう部分だけでなく、その周辺も含むような幅広い部分を除いた部分を通すようなものとされており、これにより、第２のデータ収集手段で、被検体からのエミッションデータを、上記の放射線発生手段の影響を除きながら収集することができる。
【００１２】
第１のデータ収集手段で収集されるトランスミッションデータと、被検体が存在しない状態で得た上記の回転する放射線発生手段のみのデータとの比により、被検体における吸収係数の分布データが得られる。そこで、上記の第２のデータ収集手段で収集されたエミッションデータに上記の比を作用させれば、吸収補正がなされたことになり、この補正後のエミッションデータを用いて画像再構成処理を行えば、吸収補正のなされたＥＣＴ画像が得られる。第２のデータ収集手段で収集されるエミッションデータは、第２のマスクを用いることにより、放射線発生手段による散乱線等の影響を除いて収集されたものであるため、再構成画像の画質を良好なものとすることができるとともに、定量性も向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この発明にかかるポジトロンＥＣＴ装置では、図１に示すように、多数の放射線検出器１１がリング型に配列されており、そのリング型配列１０の中に被検体（患者）３０が配置されるようになっている。これらの検出器１１の各出力はコインシデンス回路１２に導かれ、いずれか２つの検出器１１に同時に放射線が入射してこれらから出力が同時に生じたことが検出される。そして、このように同時に２つの検出器１１から出力が生じてこれがコインシデンス回路１２により検出されると、そのコインシデンス回路１２からの出力がアドレス変換器１３、１４に送られ、その２つの検出器１１の組み合わせに応じたアドレス変換がなされ、データ収集メモリ１５、１６においてそのアドレスごとに計数される。
【００１４】
このアドレス変換は、２つの検出器１１から同時に出力が生じたとき、その２つの検出器１１を結ぶ線に関する位置情報に変換するものである。この２つの検出器１１を結ぶ線の位置を表す情報は、たとえば図１に示すように、角度θと中心からの距離ｄとで表されるものである。つまり、ある２つの検出器１１で同時に検出信号が生じたとき、それらの検出器１１を結ぶ線を表すθとｄよりなるアドレスへの変換がなされる。
【００１５】
コインシデンス回路１２からある２つの検出器１１で同時に検出信号が生じたことの出力が生じると、その出力は２つのアドレス変換器１３、１４にともに送られるので、データ収集メモリ１５、１６において同じアドレスでの計数が並列的に行なわれることになる。しかし、これらのアドレス変換器１３、１４は異なる第１、第２のマスクをそれぞれ持ち、そのマスクを通ったアドレスのみを出力するため、データ収集メモリ１５、１６では異なるマスクを経たデータがそれぞれ計数される。アドレス変換器１３が持つ第１のマスクは、図４に示すようなトランスミッションデータのみを通過させるものである。他方アドレス変換器１４が持つ第２のマスクは図５に示すようなもので、エミッションデータのみ通過させるものとなっている。これら図４、図５に示すマスクでは、白抜き部分のアドレスのみ通過することができる。砂目模様の部分はマスクされて出力されない。
【００１６】
これらのマスクはライン線源２１の位置によって変化させられる。このライン線源２１は、ライン状に形成された放射線源であり、スライス面（検出器リング型配列１０が含まれる平面）に直交するよう配置される（図では紙面に直角に配置される）。このライン線源２１はポジトロン放出性の核種により形成されている。このライン線源２１は、図では省略されている機構により、点線のように検出器リング型配列１０内でこれに沿って所定の小さな角度ごとにステップ的に回転移動させられる。その回転位置は、たとえばパルスエンコーダとカウンタ等からなる回転位置読み取り装置２２によって読み取られ、その情報がアドレス変換器１３、１４に送られる。
【００１７】
ライン線源２１が被検体３０の周囲を１回転するとき、図２の（ａ）〜（ｄ）のようにその位置が動いていく。図２の（ａ）〜（ｄ）のようなそれぞれの位置では、図３の（ａ）〜（ｄ）に示されるサイノグラムのように各々データが収集される。この図３の（ａ）〜（ｄ）では、縦軸が方向θ（図１に示すように同時にガンマ線が入射した２つの検出器１１を結ぶ直線の方向、０°〜１８０°）、横軸が距離ｄ（図１に示すように同時にガンマ線が入射した２つの検出器１１を結ぶ直線の、全体の中心からの距離）を表わす。このθとｄで表わされるアドレスごとにガンマ線の計数がなされた結果がこの図３の（ａ）〜（ｄ）のサイノグラムということになる。
【００１８】
図２の（ａ）のようにライン線源２１が上方にあるとき、図３の（ａ）のサイノグラムのように、ライン線源２１によるデータは角度０°で中央（ｄの中心）に集中し、角度９０°で右端になり、角度１８０°で中央に位置する。そのため、図３の（ａ）では、ライン線源２１によるデータは曲線４２のようなものとなる。これに対して、被検体３０は左右方向に偏平であるため、被検体３０内の核種からのガンマ線によるデータは、角度０°と１８０°でｄ方向に広い領域で、角度９０°でｄ方向に狭い領域で収集される。そのため、被検体３０からのデータは砂目模様部分４１のようになる。
【００１９】
同様に、図２の（ｂ）のようにライン線源２１が左方にあるときは、ライン線源２１からのデータは図３の（ｂ）の曲線４２の位置で収集され、図２の（ｃ）のようにライン線源２１が下方にあるときは、ライン線源２１からのデータは図３の（ｃ）の曲線４２の位置で収集され、図２の（ｄ）のようにライン線源２１が左方にあるときは、ライン線源２１からのデータは図３の（ｄ）の曲線４２の位置で収集される。これに対して、被検体３０からのデータは、ライン線源２１がどのような位置にあっても、被検体３０は不変であるから、同じような形状の砂目模様部分４１で収集される。
【００２０】
そこで、ライン線源２１の位置とともに動いていく、ライン線源２１からのデータ収集領域４２に対応したマスクを用意する。つまり、図４の（ａ）〜（ｄ）のように、ライン線源２１からのデータ収集領域４２に対応した細い幅の白抜き部分のみデータを通すマスクと、図５の（ａ）〜（ｄ）のように、ライン線源２１からのデータ収集領域４２に対応した広い幅の砂目模様部分を除く白抜き部分のみデータを通すマスクとを作成する。この図４の（ａ）〜（ｄ）のようなマスクをアドレス変換器１３に作用させ、図５の（ａ）〜（ｄ）のようなマスクをアドレス変換器１４に作用させる。
【００２１】
これにより、アドレス変換器１３の出力を計数するデータ収集メモリ１５には、ライン線源２１が各々の位置にあるときに図４の（ａ）〜（ｄ）のそれぞれの白抜き部分を通ったデータが収集されるので、ライン線源２１が１回転したとき、ライン線源２１からのデータと、ライン線源２１のデータとθ、ｄが一致した被検体３０からのデータのみが収集されたことになる。
【００２２】
その結果、データ収集メモリ１５には、トランスミッションデータと、若干のエミッションデータとが収集される。このエミッションデータの比率は一定の小さなものと見積もることができるため、データ収集メモリ１５で収集したデータにその比率に対応した係数をかけることにより、トランスミッションデータのみとみなせるデータを得ることができる。この係数の乗算は演算器１７により行なわれる。
【００２３】
こうして収集したトランスミッションデータと、被検体３０を除いてライン線源２１のみを上記と同様に回転させながら、その位置に応じて変化する図４のようなマスクを用いて収集したデータとを比較すると、被検体３０がない場合には被検体３０による吸収は生じないので、被検体３０における吸収分布を求めることができる。被検体３０なしでライン線源２１のみとしたときのデータはあらかじめ収集しておいて保持しておき、演算器１７で被検体３０における吸収分布を求める。
【００２４】
一方、データ収集メモリ１６は、図５の（ａ）〜（ｄ）の各々のマスクの白抜き部分を通ったアドレス変換器１４の出力をそれぞれ計数するので、ライン線源２１からのデータおよびその周辺に位置するようなデータは収集しないことになる。データを収集しない領域の幅が比較的広いものとなるが、ライン線源２１が１回転する間にこのマスクは動いていくので、ライン線源２１がある位置にあるときにマスクされた領域はライン線源２１が他の位置にあるときマスクされないことになり、ライン線源２１が１回転すれば、すべての領域で均等にデータ収集が行なわれる。したがって、強い放射能を持つライン線源２１の周辺の散乱線の影響を受け易い領域はデータ収集しないようにしながら、エミッションデータの収集ができることになる。
【００２５】
このデータ収集メモリ１６で収集したデータは、演算器１７で、上記のように求めた吸収分布によって吸収補正を受け、その後、画像再構成装置１８に送られて画像再構成演算処理され、再構成画像がディスプレイ装置１９で表示される。したがって、ライン線源２１の影響をなるべく避けながらエミッションデータをトランスミッションデータと同時に収集することができ、吸収補正された、画質の優れた、且つ定量性の良好な、ポジトロンＣＴ画像を表示することができる。
【００２６】
ここで、ライン線源２１の影響を避けながらエミッションデータのみを収集するための図５のようなマスクは、トランスミッションデータのみを収集するための図４のようなマスクとは別個に設定できるため、散乱線等のライン線源２１の実際の影響の大きさに合わせて非収集領域の幅等を定めることができ、ライン線源２１の実際の影響を効果的に除去することが可能である。他方、トランスミッションデータのみを収集するための図４のようなマスクも、独自に設定できるので、ライン線源２１の実際の大きさに厳密に合わせたものとして、被検体３０からのエミッションデータの混入を少なくすることができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のポジトロンＥＣＴ装置によれば、放射性核種を投与した被検体およびその周囲を回転する線源からのガンマ線を同時に計数し、２つのマスクを用いて、それぞれにより、線源の影響を除き、線源からのガンマ線のみに絞るようにしているため、良好な画質で、且つ定量性を確保しながら、吸収補正したポジトロンＣＴ画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかるポジトロンＥＣＴ装置のブロック図。
【図２】ライン線源２１の各位置を示す模式図。
【図３】ライン線源２１の各位置でのサイノグラムを示す図。
【図４】ライン線源２１の各位置での第１のマスクを示す図。
【図５】ライン線源２１の各位置での第２のマスクを示す図。
【符号の説明】
１０ 検出器リング型配列
１１ 検出器
１２ コインシデンス回路
１３、１４ アドレス変換器
１５、１６ データ収集メモリ
１７ 演算器
１８ 画像再構成装置
１９ ディスプレイ装置
２１ ライン線源
２２ 回転位置読み取り装置
３０ 被検体
４１ 被検体３０からのデータ
４２ ライン線源２１からのデータ

Claims (1)

1. 多数の放射線検出手段がリング型に配列された放射線検出手段のリング型配列と、該リング型配列内に配置され、該リング型配列に沿って回転移動させられるポジトロン放出性放射線発生手段と、その回転位置情報を得る手段と、上記の多数の放射線検出手段のうちの２つから同時に出力が生じたことを検出する同時検出手段と、上記放射線発生手段からのデータが占めるであろう部分のみを通すように狭くされた第１のマスクを上記の回転位置情報に応じて変化させながらその第１のマスクを通った同時に出力が生じた２つの放射線検出手段の組合せをアドレス変換する第１のアドレス変換手段と、上記放射線発生手段からのデータが占めるであろう部分だけでなくその周辺も含むような幅広い部分を除いた部分を通すようにされた第２のマスクを上記の回転位置情報に応じて変化させながらその第２のマスクを通った同時に出力が生じた２つの放射線検出手段の組合せをアドレス変換する第２のアドレス変換手段と、該第１のアドレス変換手段の出力をそのアドレスごとに収集する第１のデータ収集手段と、該第２のアドレス変換手段の出力をそのアドレスごとに収集する第２のデータ収集手段と、上記第１のデータ収集手段で収集されたデータと、被検体がない状態で収集した上記の放射線発生手段のみのデータとの比により、上記第２のデータ収集手段で収集されたデータを補正した上で画像再構成処理する手段とを備えることを特徴とするポジトロンＥＣＴ装置。

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