JP4241048B2 - 診断用撮像装置及び診断用撮像装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、診断用撮像技術に係る。本発明は、特に、ＳＰＥＣＴ核撮像システムに適用されうるものであり、これに関して特に参照して説明する。しかしながら、本発明は透過放射線を用いる他のシステムに関連しても有用であり、上述の適用に限られないことが理解されるべきである。

一般的に、核撮像法では、非侵襲的な診断用画像を提供するために、放射能の線源が用いられる。線源は、一般的には患者の中に注入されるが、外部線源が使用されてもよい。線源からの放射線は、患者の少なくとも一部を横切り、放射線検出器によって検出される。

一般的には、核カメラは、１つ、２つ、又は３つの検出器ヘッドを有する。各ヘッドは、入射する放射線光子を閃光、即ち光の閃きへ変換するドープされたヨウ化ナトリウムといった大きいシンチレータシートを有する。光増倍管の配列は、光の閃きを監視するためにシンチレータの背面に配置される。光増倍管の出力及び関連する回路は、ヨウ化ナトリウム結晶上の各閃光の座標とそのエネルギーを示す。残念なことに、大きいシンチレータ結晶と光増倍管の配列を用いる場合には多くの非均一性及び不正確さが生ずる。

ヘッドは、放射線がそれに沿って受けられうる軌跡を制限するために、結晶と被検体との間に配置されたコリメータを有する。一般的には、コリメータは、開口又は孔の配列を有する厚い鉛の板である。孔のうちの１つを通る軌跡に沿って進行する放射線は結晶に当たり、一方、他の軌跡に沿って進行する放射線はコリメータに当たって吸収される。このようにして、各閃光は、拡大及び縮小コリメータもまた知られているが、一般的には結晶の面に対して垂直である光線を画成する。コリメータが厚ければ厚いほど、光線の軌跡はより正確に画成されるが、検出器に到達することなくコリメータ中で吸収される放射線はより多くなる。

検出器に到達する放射線の量を多くするために、検出される放射線が光線ではなく面を画成するよう、一列の検出器を横切る１つの方向にコリメータシートを用いることが提案されている。検出器は、多くの角度で平面を収集するよう回転される。３次元画像のために、検出器は被検体の周りの複数の位置に配置され、回転式のデータ収集処理が繰り返される。回転式のデータ収集技術から得られる画像は、データサンプリングでの非均一性によるアーティファクトを有する。

本発明は、上述の問題及び他の問題を克服する新規な改善された方法及び装置を提供する。

本発明の１つの面によれば、診断用撮像の方法が提供される。放射線同位元素は、被検体へ導入される。同位元素は崩壊し、核崩壊事象を示す放射線は、平坦な投影を生成するために回転する固体検出器配列によって検出される。検出器は被検体の周りを動かされ、被検体の複数の異なるビューを収集する。検出された放射線の放出は被検体の画像再構成へと再構成される。

本発明の他の面によれば、診断用撮像装置が提供される。放射線を送る手段は、被検体の一部を通過した後に検出手段によって検出される放射線を送る。第１の回転手段は、被検体の縦軸回りに検出手段を回転させる。第２の回転手段は、検出手段が放射線を検出している間に縦軸に対して垂直な軸回りに検出手段を回転させる。再構成手段は、検出された放射線を被検体の画像表現へ再構成する。

本発明の他の面によれば、診断用撮像装置が提供される。検出器配列は、撮像領域中の被検体の一部を通過するγ線の放出を検出する。回転駆動部は、検出器配列を検出器配列に対して直角な軸回りに回転させる。回転駆動部は、被検体の軸回りの回転のためにガントリーに取り付けられる。再構成プロセッサは、検出されたγ線を撮像領域中の被検体の画像表現へ再構成する。

本発明の１つの利点は、小さい比較的軽い核検出器配列を提供することである。他の利点は、固体（ｓｏｌｉｄ−ｓｔａｔｅ）核検出器配列を提供することである。他の利点は、撮像体積に亘って均一なサンプリングを提供することである。他の利点は、放射線解像度が保たれることである。他の利点は、角度的なサンプリングレートが保たれることである。他の利点は、均一に分布されたデータ点にある。本発明の更なる利益及び利点については、望ましい実施例を読み理解することによって当業者によって明らかとなろう。

本発明は、種々の構成要素、及び、構成要素の配置の形、並びに、種々の段階、及び、段階の配置の形をとりうる。図面は、望ましい実施例を例示するためだけのものであって、本発明を制限するものと理解されてはならない。

図１を参照するに、被検体１０の関心領域は撮像領域１２中に配置されている。望ましい実施例では、患者の中へ撮像されるべき領域の近くに放射性医薬品１４が注入される。例えば、医師が大動脈の閉塞を見ようとするとき、閉塞の上流の血流に同位元素が注入される。他の例では、放射性医薬品１４は循環系へ注入され、関心となる組織による放射性医薬品１４の選択的な吸収が監視される。

量子物理学において予測されるように、放射性同位元素の原子核は、時間が経つにつれて崩壊する。エネルギーは、崩壊のときに、特徴エネルギーを有する放射線光子、より特定的にはγ線、の形で放出される。

図２を参照し、図１を更に参照するに、撮像処理中に生ずるγ線の多くは、役に立たない方向へ伝搬されて失われる。しかしながら、γ線のうちの幾らかは、望ましい実施例では薄いタングステン、鉛、又は他のhigh-zの羽根であるコリメータ１６を通過し、検出器配列１８に当たる。望ましい実施例では、図２を参照するに、検出器配列１８はテルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）結晶の線形配列を含む。γ線は、検出器に当たると、多くの電子をそれらの結合から検出器の材料へ解放する。これらの電子はある厚さの結晶を通して進められ、電気的信号を形成する。

図２を参照するに、線形検出器配列の望ましい実施例は二次元検出器配列２０によって決められる。コリメータ１６は１つの次元に延び、検出器配列１８は、コリメータの羽根に対して横方向ではデータ収集のために一次元として扱われる。一列の検出器２２は、光子のカウントを増加させるために、あたかも単一の細長い結晶であるかのように全てが一緒にサンプリングされる。

図１を更に参照するに、検出器配列１８は、関心領域回りの回転のためのガントリーに取り付けられたヘッド３０に取り付けられる。望ましい実施例では、モータ３２は、中心軸３４回りに検出器配列を回転させる。回転中、検出器は被検体１０の縦軸３６に平行と、縦軸３６から９０度の間で動く。検出器配列１８のこれらの２つの動き、即ち、それ自体の軸回りの回転と被検体１０の周りでのヘッド３０の並進は、正確な三次元画像表現を再構成するために被検体１０の十分な様々なビューを検出器配列１８に与える。

検出器配列１８は、それ自体の中心軸回りを回転する。望ましい実施例では、検出器配列１８が回転している間、ヘッド３０は静止したままである。平行なコリメータが配列１８に対して垂直のとき、配列１８は１８０°回転する。この値は、完全な一組のビューを得るのに十分な最小の範囲の回転であることが理解されるべきである。配列１８はまた、その位置における光子のカウントを増加させるためにより多くの回転を行ない、より長い時間に亘ってカウントを積分することができる。配列１８に対して垂直以外の平行なコリメータ１６では、完全なビューを得るために３６０°の回転が行われる。

検出器配列１８が回転するにつれて、配列の外側の端部は円を描き、図３に示すような検出器配列１８の視野の外側の縁を画成する。実際、全ての個々の検出器２２は回転されると円を描くが、明瞭性のため最も外側のもののみを図示する。望ましい実施例では、モータ速度制御部４０は、一定でない速度で検出器配列１８を回転させる。検出器配列の速度は、患者の縦軸３６に対するその位置（角度θで測定される）の関数として表わされる。望ましい実施例についてより特定的には、検出器配列１８が回転する速度は、１／ｓｉｎθの変更された関数として変化する。関数は、物理的な境界のため変更される。θ→０°^＋のときの１／ｓｉｎθの限界＝∞であり、θ＝０°のときに無限の速度を与える。この関数はまた、望ましい実施例では検出器が１つの方向にのみ回転するため、絶対値をとるよう変更される。従って、配列１８は、図３中の点４２によって示されるように、θが０°に最も近いときに最も速く回転し、θが９０°に最も近いときに最も遅く回転する。視覚化を簡単化するため、検出器は図３中の点から点へ動くときに等しい時間をかける。このようにして、データは、極においても赤道における密度と略同じ密度で収集される。

望ましい実施例では、検出器配列１８は、点４２において停止しないが、むしろ、連続的に回転する。検出器配列１８によって収集されるデータはビニング（ｂｉｎｎｉｎｇ）され、即ち、サンプリング制御器４４によって検出されるようにデータが検出された時点における配列１８の位置に従って量子化される。図４を参照するに、配列の端における検出器は各サンプリング期間中に、中心付近の検出器よりも長い円弧に沿って動くことがわかる。検出器が全て同時にサンプリングされれば、幾つかのデータでは他のデータよりもかなり少ない空間解像度となる。従って、サンプリング制御器４４は、異なるサンプリング周波数で検出器をサンプリングする。図示された実施例では、真ん中の三分の一の検出器は内側の三分の一のサンプリング周波数の２倍でサンプリングされ、外側の三分の一はサンプリング周波数の４倍でサンプリングされる。即ち、３つの放射方向のサンプリング領域がある。第１の領域は中心点３４から円４６まで延びる。第２のサンプリング領域は、円４６から第２の円４８まで延びる。第３のサンプリング領域は、第２の円４８から外側の周囲５０まで延びる。

図４を参照するに、検出されたデータ点は、上述のように角度θに従って、また、中心軸３４からの放射方向の距離に従ってビンへとソートされる６０。例えば、点６２及び６４とビン６６及び６８を考える。２つの点は、共に同じ半径上にある。しかしながら、点は、中心からの放射方向の距離に従って、異なってビニングされる。点６２は、第２のサンプリング領域中にあるためビン６８へとソートされるが、点６４は第３のサンプリング領域中にあり、従ってビン６６へビニングされる。サンプリング周波数及び領域の数は、検出器配列の全ての部分に略等しい解像度を与えるよう選択される。

検出器配列１８の回転運動は、撮像領域１２の単一の二次元ビューを与える。被検体１０の周りからの多数のビューは、球状の撮像領域１２の三次元ビューを再構成するために得られる。図５を参照するに、ヘッド３０が位置決めされる被検体１０の周りの各点において、撮像領域１２の二次元ビューが上述のように発生される。図５中、これらのビューのうちの２つが平面７０、７２として示されている。

望ましい実施例では、被検体１０の周りの配列１８の動きは、離散したステップで行われる。配列１８は、各ステップで停止し、二次元のビューを発生する。各二次元ビューは、図３を参照して説明したθ依存性を用いて発生される。球状の体積の赤道を通る平面は、縦軸３６に対して垂直であり、被検体１０の周りのヘッド３０の回転面に対して平行である。縦軸は、球状の体積の極を通って延びる。

図１を更に参照するに、事象解析器８０は有効な事象を検出し、二重エネルギー（ｄｕａｌ ｅｎｅｒｇｙ）法等においてはエネルギーによってこれらをソートする。ソータ６０は、図４を参照して説明したように有効な事象をビニングする。事象は、再構成プロセッサ８２によって三次元画像へと再構成される。図示する実施例では、二次元再構成プロセッサ８４は、被検体１０の周りのヘッドの各ステップ化された位置に対する二次元投影を再構成し、逆投影プロセッサ８６は、操作者が画像を見ようとするまで、二次元画像を体積画像メモリ８８へ逆投影する。操作者が画像を見ることを要求すると、画像プロセッサ９０は、例えばコンピュータモニタ、ＬＣＤディスプレイ、アクティブマトリックスモニタ等の人間が読み取り可能なディスプレイ９２上への表示のために体積画像の選択された部分を処理する。

他の実施例では、検出器配列１８は、全ての位置において等しい時間をかけて、時間的に一定の速度で回転される。

他の実施例では、ヘッド３０は被検体１０の周りを連続的に動く。

本発明による核撮像装置を示す図である。 本発明による検出器配列及びコリメータ配置を示す斜視図である。 検出器配列のそれ自体の軸回りの回転を示す図である。 角度的なサンプリングレートを保つデータビニング（ｄａｔａ ｂｉｎｎｉｎｇ）技術を示す図である。 撮像体積の周りの検出器配列の並進的な動きがどのようにして視界を拡充するかを示す図である。

Claims (16)

1. 放射性同位元素を含む撮像領域を撮像する診断用撮像システムの作動方法であって、
   ａ）核崩壊を示す光子の放出を固体検出器配列により検出する際、第１回転手段が前記固体検出器配列を回し、複数の方位角各々で前記撮像領域の複数の平面的な投影を生成する段階であって、前記固体検出器配列のうち回転軸に近い配列の検出器は、前記固体検出器配列のうち前記回転軸からより遠い検出器よりも低いサンプリングレートでサンプリングされる段階と、
   ｂ）第２回転手段が前記撮像領域の縦軸周りに前記固体検出器配列を回し、前記固体検出器配列の回転及び光子検出を繰り返す段階と、
   ｃ）検出された光子の放出を前記撮像領域の画像表現へ、再構築手段が再構成する段階と、
   を含む診断用撮像システムの作動方法。
2. 放射性同位元素を含む撮像領域を撮像する診断用撮像システムの作動方法であって、
   ａ）核崩壊を示す光子の放出を固体検出器配列により検出する際、第１回転手段が前記固体検出器配列を回し、複数の方位角各々で前記撮像領域の平面的な複数の投影を生成する段階であって、前記固体検出器配列の配列方向が前記撮像領域の縦軸に対して平行に近くなるにつれて、前記固体検出器配列は、前記撮像領域の前記縦軸に垂直な回転軸の周りにより速く回転し、前記固体検出器配列の配列方向が前記縦軸に対して平行から９０°に近くなるにつれて、前記固体検出器配列は前記回転軸の周りにより遅く回転する段階と、
   ｂ）第２回転手段が前記撮像領域の縦軸周りに前記固体検出器配列を回し、前記固体検出器配列の回転及び光子検出を繰り返す段階と、
   ｃ）検出された光子の放出を前記撮像領域の画像表現へ、再構築手段が再構成する段階と、
   を含む診断用撮像システムの作動方法。
3. 前記段階ａ）は、前記固体検出器配列が一定でない速度で回転する段階を含む請求項１又は２に記載の作動方法。
4. 前記固体検出器配列は、前記縦軸に対して平行に近いときはより速く回転し、前記縦軸に対して垂直に近いときはより遅く回転する請求項３記載の作動方法。
5. 前記固体検出器配列は、前記固体検出器配列の配列方向と前記縦軸のなす角度の逆正弦関数に従って回転する請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の作動方法。
6. 前記回転軸からより遠くにある配列の検出器は、前記回転軸により近い検出器よりも頻繁にサンプリングされる段階を更に含む請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の作動方法。
7. 前記固体検出器配列は、前記縦軸の周りにステップごとに動き、
   前記段階ｃ）では、
   各ステップにおいて、検出された光子の放出が円形の投影画像に再構成され、
   球状の体積画像を生成するために前記円形の投影画像が逆投影される請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の作動方法。
8. 前記段階ａ）では、
   前記固体検出器配列が、或る中心点の回りに連続的に回転するようにした請求項１乃至７のうちいずれか一項記載の作動方法。
9. 前記固体検出器配列中の検出器により検出された光子のデータ点が、ビニング手段により、検出位置に応じたビンに分類される請求項８記載の方法。
10. 撮像領域中の被検体から又は被検体を通じて放射線を送る手段と、
    前記放射線を前記被検体の少なくとも一部の通過後に検出する手段と、
    前記検出する手段を前記被検体の縦軸回りに回転させる第１の回転手段と、
    前記検出する手段が放射線を検出している間、前記検出する手段を前記縦軸に対して垂直な配列回転軸回りに回転させる第２の回転手段と、
    前記検出された放射線を前記被検体の画像表現へ再構成する手段と、
    を含み、前記検出する手段のうち配列回転軸に近い個々の検出器は、前記配列回転軸からより遠い検出器よりも低いサンプリングレートでサンプリングされる診断用撮像装置。
11. 前記第２の回転手段は支持部材を含み、前記検出する手段は連続的に前記支持部材の回りを回転する請求項１０記載の診断用撮像装置。
12. 検出された放射線事象を前記検出する手段上でのそれらの検出位置に応じたビンに分類するビニング手段を更に含む請求項１０又は１１記載の診断用撮像装置。
13. 前記検出する手段のサンプリングを、放射線検出の前記検出器の配列回転軸からの距離に従って制御するサンプリング手段を更に含み、前記検出する手段の中心からより遠い場所は、前記検出する手段の中心からより近い場所よりも頻繁にサンプリングされる請求項１０乃至１２のうちいずれか一項記載の診断用撮像装置。
14. 前記検出する手段の前記配列回転軸周りの回転角に従って、前記第２回転手段が、前記検出する手段を回す速度を変えるように前記第２回転手段を制御する手段を更に含む請求項１０乃至１３のうちいずれか一項記載の診断用撮像装置。
15. 前記検出する手段によって検出された放射線から前記被検体の球状の体積画像を生成する再構成手段を更に含む請求項１０乃至１４のうちいずれか一項記載の診断用撮像装置。
16. 撮像領域中の被検体の少なくとも一部を通過するγ線の放出を検出する検出器配列と、
    前記検出器配列に直交する駆動軸周りに前記検出器配列を回転させる回転駆動部と、
    前記検出されたγ線を前記撮像領域中の前記被検体の画像表現へ再構成する再構成プロセッサとを含み、
    前記検出器配列及び前記回転駆動部は、前記被検体の軸回りの回転に備えてガントリーに取り付けられ、前記回転駆動部は、前記軸に平行に近づくにつれて前記検出器配列をより速く回転させ、前記軸に垂直に近くなるにつれてより遅く回転させる核撮像装置。

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