JP4285783B2 - 放射線放出汚染および不感時間損失の補正 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、医学画像処理の分野に関する。より詳細には、本発明は、核医学画像処理システムにおける減衰補正に関する。
発明の背景
核医学の分野において、患者体内の構造または機能の画像は、放射線薬物を患者に投与した後の患者体内から放出された放射線を検出するガンマ・カメラを使用することにより形成される。コンピュータ・システムは、一般的にはガンマ・カメラを制御してデータを収集し、その後、収集されたデータを処理して画像を生成する。核医学撮像技術は、シングルホトン放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）と、ポジトロン放出断層撮影（ＰＥＴ）とを含む。ＳＰＥＣＴ撮像は、患者体部から放出された個々のガンマ線の検出に基づく一方、ＰＥＴ撮像は、電子ポジトロン消滅により反対方向に同時に放出されるガンマ線の各対の検出に基づく。そのため、ＰＥＴ撮像は、「同時」撮像と呼ばれることが多い。
核医学において画質に重要な影響を与える一要素は、不均一な減衰である。不均一な減衰とは、放射線が検出される前に関心部位の器官から放出された放射線の減衰を言う。この様な減衰は、画質を低下させる傾向がある。不均一な減衰を補正するために使用された技法は、透過スキャニングである。このスキャニングにおいて、ガンマ放射線は、患者を通って対応するシンチレーション検出器に透過されて、透過画像を形成するために使用される。この透過画像は、患者体部の様々な構造によって発生した減衰の量を表示するため、放出画像における減衰を補正するために使用できる。
ＰＥＴ画像上での減衰補正を実施するため、透過走査は、同時透過ソースを使用して共通に実施されてきた。しかし、様々な理由で、シングルホトン（「シングルス」）ソースを使用してＰＥＴ用の透過走査を行うことが望ましい場合がある。Ｓ．Ｋ．Ｙｕ等、「¹³⁷Ｃｓを使用したポジトロン放出断層撮影におけるシングルホトン透過測定」、Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ．，第４０巻、１９９５年、およびＲ．Ａ．ｄｅＫｅｍｐ「シングルホトン透過測定を使用したポジトロン放出断層撮影における減衰補正」、マックマスター大学、ハミルトン、オンタリオ州、カナダ、１９９２年９月を参照。同時事象は、一般的に撮像・セッション時に検出された総事象のほんの一部分を示す。従って、シングル透過ソースは、同時透過ソースと比較して関連する計数率がより高いため好ましい。透過計数率が高ければ、計数率が低い場合よりも信号ノイズ比が高くなる傾向がある。効率がより高いことと、同時が必要ないという事実のため、シングル透過ソースを使用する減衰補正技法に必要な収集時間は、同時ソースを使用する減衰補正技法よりもずっと短くて済む。また、シングルを使用する技法は、同時ソースを使用する技法よりも不感時間が少なくなる傾向がある（例えば、同時事例ではソースに最も近い検出器での活動量が多すぎる傾向がある）。
様々な理由で、患者に放射線薬物を投与した後の透過走査を実行することが望ましい場合がある。例えば、投与後の透過スキャニングにより、透過走査と、放出走査との間に患者が動く可能性が低減され、画質が低下する可能性がある。また、投与後透過スキャニングにより、放射性薬物が最良の吸収に達するのに必要な待ち時間（通常、一時間近く）が解消されるため、走査時間全体が低減する。しかし、投与後の透過スキャニングの問題の１つは、透過走査時に放出放射線が存在し、エネルギー判別を使用して放出活動と、透過活動との間の区別を行うことができる場合がある。例えば、透過放射線および放出放射線は、エネルギーの違いによって区別できる。しかし、エネルギーによる区別は、透過ソースおよび放出ソース（放射線薬物）が、エネルギーにおいて相対的に近接したホトピークを有する場合には効果が少ない。例えば、５１１ ＫｅＶでのホトピークを持つフルオロ・デオキシ・グルコース（ＦＤＧ）同時ソースに従って６６２ＫｅＶでのホトピークを持つＣ₅ ¹³⁷透過ソースを使用することが望ましい場合がある。このホトピークは、共に近接しているため、放出ホトンの中には、透過エネルギー受容ウィンドウに該当するエネルギー値を有するものがあっても良い。その結果、放出ホトンの中には、透過ホトンとして誤って検出されて、透過画像にアーチファクトを発生させるものがある。この影響は、透過走査の放射線放出汚染と呼ばれる。
従って、核カメラ・システムにおける透過走査の放出汚染を補正する技法を有することが望ましい。また、この様な技法は、放出活動における空間変化を考慮して、補正することが更に望ましい。さらに、この様な技法は、シングル透過ソースを使用する透過走査の放出汚染を較正するのに使うことができる。
核医学におけるもう１つの共通の問題は、不感時間損失である。不感時間は、個々の事象を処理するのに必要な時間により、時間的に非常に近接して共に発生する２つの放射線誘導シンチレーション事象の間の区別がガンマ・カメラ検出器では出来なくなることに関連する。不感時間損失は、真の計数率（「シングル率」）と、検出器による不感時間により発生する観察された計数率との間の差として定義できる。不感時間損失が皆無である理想のシステムにおいて、観察された計数率は、真の計数率と同等になる。逆に、不感時間損失のあるシステムにおいて、観察された計数率は、真の計数率よりも低くなる。
不感時間損失を補正する周知技法の１つは、シングルの大域的な補正計数を適用する技法であり、この技法は、データ収集後に適用される。Ｒ．Ｊ．Ｓｍｉｔｈ等、「ボリューム・撮像ＰＥＴスキャナーにおける同時投与後透過および放射線放出汚染走査」１９９５年、ＩＥＥＥ核科学シンポジウムおよび核医学会議議事録、第３巻、１７８１〜１７８５ページ、１９９５年。しかし、大域的な補正計数の使用には、欠点がある。特に、不感時間損失が、計数率に依存し、シングル率が増加するにつれて、不感時間損失も増加する。シングル率が空間的に（例えば、投影角度によって、および軸方向に移動する透過ソースを使用する場合、軸方向の位置によって）変化するため、不感時間損失は、空間的に依存する。従って、大域的な不感時間補正計数の使用は、不感時間損失の空間的依存性を考慮していないため、結果的に透過画像が不正確になる。然るに、不感時間損失の空間的依存性を考慮に入れた不感時間補正技法を有することが望ましいと言える。更に、上述した長所を持つ透過走査において放射線放出汚染を補正するような技法を有することも望ましいと言える。
発明の概要
本発明は、撮影対象が放出する放出放射線の透過走査を実行する核カメラ・システムにおける方法を有する。この核医学カメラ・システムは、放射線誘導事象を検出する検出器と、透過放射線ソースとを有する。この方法では、透過放射線は、ソースを使用して撮影対象経由で透過される。透過放射線によって誘導された事象と、放出放射線により誘導された事象とは、共に検出され、透過データ・セットが収集される。透過データ・セット中に表わされる放出誘導事象は、検出された放出誘導事象に基づいて事象毎に補正される。
本発明のもう１つの態様は、撮影対象が放出する放出放射線の透過走査時に放射線放出汚染と、不感時間を連続的に補正する核医学カメラ・システムにおける方法である。透過放射線は、ソースを使用して撮影対象経由で透過される。透過誘導事象は、検出器の第１部分を使用して検出され、放出誘導事象は、放出誘導事象を検出すると同時に検出器の第２部分を使用して検出される。現在のシングル率は、検出器で繰り返し測定される。検出器の第１部分を使用して検出された各事象については、透過データ・セットの対応位置は、現在のシングル率に基づいたカウント数によって増分し、検出器の第２部分を使用して検出された各事象については、透過データ・セットの対応位置は、現在のシングル率に基づいたカウント数によって減少する。
本発明の更にもう１つの態様は、核医学カメラ・システムにおける不感時間を補正する方法である。この方法では、放射線誘導事象は、撮影対象について多角的に検出され、不感時間は、この事象が検出された角度に基づいて事象が検出されるにつれて補正される。
本発明の他の特徴は、以下の添付図面と、詳細な説明から明らかである。
【図面の簡単な説明】
本発明は、実施形態および添付図面の図によって図示されるが、これらに限定されない。同様の部材には、同様の参照番号を付す。
第１図は、ＰＥＴ／ＳＰＥＣＴ二重ガンマ・カメラ・システムのブロック図である。
第２図は、第１図のガンマ・カメラ・システムの架台および検出器の斜視図である。
第３図は、第１図のガンマ・カメラ・システムのコンピュータ・システムのブロック図である。
第４図に、ＰＥＴモードと、ＳＰＥＣＴモードとの間の切り替えを行う同時タイミング回路を図示する。
第５Ａ図に、放射状ビーム照射プロフィールを使用した２つの対応検出器撮像表面を照射する２つの放射ポイント・ソースを図示する。
第５Ｂ図に、放射状ビーム照射プロフィールを使用した２つの対応検出器撮像表面を照射する２つの軸方向オフセット放射ポイント・ソースを図示する。
第６図に、１台だけの検出器が動作する状態で、第５Ａ図の構成を使用して得られるサイノグラムの一例を図示する。
第７図に、検出器の可視領域に関する放射ポイント・ソースおよび検出器の軸方向の外観を示す。
第８Ａ図に、放射ポイント・ソース・アセンブリを図示する。
第８Ｂ図に、回転開口部を使用した実施形態による放射ポイント・ソース・アセンブリを図示する。
第９Ａ図および第９Ｂ図は、２つの異なった実施形態による減衰補正によるＰＥＴ画像を生成するルーチン全体を図示する流れ図である。
第１０図は、撮影対象の透過走査を実行するルーチンを図示する流れ図である。
第１１Ａ図に、検出器撮像表面および透過事象（Ｔ＋Ｅ）および汚染（Ｅ）事象の空間ウィンドウ処理に沿った位置の関数として計数率を図示する。
第１１Ｂ図に、一実施形態の放出ホトピークと、透過ホトピークとの間の関係を図示する。
第１２Ａ図は、透過画像における放射線放出汚染を補正する技法を図示するブロック図である。
第１２Ｂ図は、透過走査時の放射線放出汚染のオンザフライ補正を実行するルーチンを図示する流れ図である。
第１３図は、不感時間損失の影響を図示するグラフである。
第１４Ａ図は、透過走査時の放射線放出汚染と不感時間のオンザフライ補正を実行する技法を図示するブロック図である。
第１４Ｂ図は、透過走査時の放射線放出汚染と不感時間のオンザフライ不感時間補正を実行するルーチンを図示する流れ図である。
第１４Ｃ図は、透過走査時の放射線放出汚染と不感時間のオンザフライ補正を実行する別の技法を図示するブロック図である。
第１５図は、ランダム・サイノグラムにシングル事象を再びビン入れする技法を図示する。
第１６図は、同時撮像時のランダム補正を行うルーチンを図示する流れ図である。
詳細な説明
核医学撮像・システムにおける放射線放出汚染および不感時間損失のオンザフライ補正を実行する方法および装置について記載する。以下の記載では、説明目的で、本発明の理解を徹底するために多くの具体的な詳細説明を行う。しかし、本発明は、これらの具体的な詳細説明が無くても当業者に実施可能であることは、明白である。他の例では、本発明の説明を容易にするため、周知の構造およびデバイスをブロック図形式で示す。
本発明の態様は、ＳＰＥＣＴおよびＰＥＴ撮像の両方を行える二重検出器ガンマ・カメラ・システムにおけるＰＥＴ画像の減衰補正に関する。この種のシステムの一例を、第１図にブロック図形式で図示する。二重ＳＰＥＣＴ／ＰＥＴ機能を有するガンマ・カメラ・システムは、共にＢｅｒｔｅｌｓｅｎ等に発行された米国特許第５，５８５，６３７号および米国特許第５，６０８，２２１号に詳細に記載される。この様な機能の態様は、背景情報として以下に説明する。また、以下の説明は、２つのガンマ・カメラ検出器を有する本発明の実施形態に関するが、本発明は、２つ検出器のシステムには限定されない。
第１図の二重モード・ガンマ・カメラ・システム１は、一対のシンチレーション検出器１０および１１に結合された処理システム２０を有する。この検出器１０および１１は、撮像表面１２および１３をそれぞれ有する。検出器１０および１１は、架台１４に取り付けられ、これにより、ｘ−ｙ平面に垂直な回転軸ｚ（ｚ軸）に対して個々または一緒に検出器１０および１１を回転させることができる。画像化する患者１５は、検出器１０および１１の間のテーブル１６の上に乗せる。これらの検出器は、同時（ＰＥＴ）撮像を容易にするため、１８０度方向に図示および構成される（例えば、回転軸に対して互いに１８０度ずれた方向）。一般的に、処理システム２０は、架台１４を制御して検出器１０および１１の移動を行い、検出器１０および１１のモード（ＰＥＴ対ＳＰＥＣＴ）を制御し、検出器１０および１１によって得られたデータを受け取り、そのデータから画像を生成する。検出器１０および１１は各々、シンチレーション・クリスタルと、従来の二次元間マトリックスで配置された増倍管（ＰＭＴｓ）のアレイと、各種処理回路とを有する。検出器１０および１１などのガンマ・カメラ検出器は、当業者に周知である。従って、検出器１０および１１の内部構成およびその動作の詳細説明は、本発明を理解する上では必要ないので、ここでは述べない。シンチレーション・クリスタルは、ナトリウム・イオン（Ｎａｌ）で構成され、コリメータ（図示せず）と、ＰＭＴアレイとの間に配置しても良い。
処理システム２０は、検出器１０および１１に結合され、コンピュータ・システム２２に結合されたプログラマブル同時タイミング回路（ＣＴＣ）２３を有する。他の実施形態では、ＣＴＣ２３は、検出器１０および１１の一方またはその両方に内蔵させても良いので注意が必要である。コンピュータ・システム２２は、従来の汎用ワークステーション、シングル基板コンピュータ、またはパーソナル・コンピュータ（ＰＣ）を有しても良い。コンピュータ・システム２２からの信号２６は、現在の動作モードをＣＴＣ２３に表示する（例えば、ＳＰＥＣＴまたはＰＥＴ）。検出器１０または１１、ライン２７および２８それぞれにおけるシンチレーション事象の検出時、キャリー・トリガーは、ＣＴＣ２３にパルスを送る。その後、ＣＴＣユニット２３は、選択された動作モード（ＳＰＥＣＴまたはＰＥＴ）に従って、検出器１０および１１それぞれのライン１７および１８経由で有効な事象トリガー信号を生成する。この有効事象トリガー信号１７および１８は、検出器１０および１１によって使用されて、検出器のアキュームレータ（積算器）を開始（リセット）し、検出されたシンチレーション事象のエネルギーを蓄積（積算）する。これらは「有効事象」トリガー信号と呼ばれる。ＰＥＴモードでは、検出器１０および１１の間で同時が検出されるまで、積算が開始されない。ＳＰＥＣＴモードでは、同時の有無に関係なく、トリガー事象時に各検出器用に積算が開始される。積算および重心処理後、検出器１０および１１は、それぞれライン２４および２５経由でＸおよびＹ位置の値と、Ｚエネルギー値を出力する。
第２図に、一実施形態による架台１４、並びに検出器１０および１１の斜視図を図示する。また、第２図に、透過走査を行う２つの透過ソース・アセンブリ３０および３１を示す。以下に説明する通り、透過ソース・アセンブリ３０および３１は各々、減衰効果のためにＰＥＴ画像を補正する透過走査を行うのに使用されるシングルホトン（「シングル」）モード放射線ソースを有する。一実施形態において、ソース・アセンブリ３０および３１は各々、Ｃｓ¹³⁷ポイント・ソースを有する。以下に説明する通り、ソース・アセンブリ３０および３１は各々、特定の照射プロフィールを付与するのに考案された絞りだけでなく適切なシールドを有する。ソース・アセンブリ３０は、検出器１０の付近および検出器１０の可視領域（ＦＯＶ）外のトラック・アセンブリ３２に取り付けられる。ソース・アセンブリ３０は、開口部を有し、その開口部が検出器１１に対面してソース・アセンブリ３０からの放射線が検出器１１を照射するように取り付けられる。同様に、ソース・アセンブリ３１は、検出器１１付近および検出器１１の可視領域外のトラック・アセンブリ３３に取り付けられる。ソース・アセンブリ３１は、更に開口部を有し、その開口部が検出器１０と対面して、ソース・アセンブリ３１からの放射線が検出器１０を照射するように取り付けられる。トラック・アセンブリ３２および３３は、本発明の一実施形態におけるｚ軸沿いにソース・アセンブリを変換する機構を備える。トラック・アセンブリ３２および３３は、検出器１０および１１と一緒にｚ軸に関して回転可能である。従って、ポイント・ソース３０および３１は、ｚ軸に関する角度位置について検出器１０および１１に関して常に固定された状態になる。
第３図に、コンピュータ・システム２２のブロック図を図示する。コンピュータ・システム２２は、１つまたはそれ以上の中央処理ユニット（ＣＰＵ）４１と、読み込み専用メモリ（ＲＯＭ）４２と、システム２２内の情報通信用のバス５２に各々が結合されるランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）４３とを備える。このバス５２は、各種ブリッジ、コントローラ、アダプタの何れかまたはその全てによって一緒に結合される複数の物理バスを備えても良いので注意が必要である。また、バス５２に結合されるのは、磁気ディスクまたは光ディスク、光ディスク・ドライブなどの大容量記憶装置４７、陰極管（ＣＲＴ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの表示装置４５、英数字キーボード４４、マウス、トラックボール、またはタッチパッドなどのポインティング・デバイス４９、通信装置４６などがある。通信装置４６は、信号１９、２４、２５経由で架台１４並びに検出器１０および１１と通信するための高速通信ポートを有する。
コンピュータ・システム２２は、本発明による処理手順と、各種機能とを実施するソフトウェア命令を実行する。特に、ＣＰＵ４１は、ＲＡＭ４３、ＲＯＭ４２、大容量記憶装置４７またはこれらの装置の組み合わせに格納されるソフトウェア命令によって本発明に従った一定の手順を実行するように構成しても良い。
上記した通り、ＣＴＣ２３（第１図参照）は、ガンマ・カメラ・システム１の動作モード（ＳＰＥＣＴまたはＰＥＴ）を制御するために使用される。第４図に、ＣＴＣ２３の一実施形態をより詳細に図示する。第４図に、４つの信号５１、５２、５５、および５６を示す。信号５１および５５は、シンチレーション事象に応答して検出器１０によって発生したトリガー信号であり、ライン２７経由でＣＴＣ２３に付与される。信号５５は、検出器１０内のＳＰＥＣＴ検出用電子機器によって生成され、信号５１は、検出器１０内のＰＥＴ検出用電子機器によって生成される。信号５２および５６は、シンチレーション事象に応答して検出器１１によって生成されるトリガー信号であり、ライン２８経由でＣＴＣ２３に付与される。信号５６は、検出器１１内のＳＰＥＣＴ検出用電子機器によって生成される一方、信号５２は、検出器１１内のＰＥＴ検出用電子機器によって生成される。検出器１０および１１のＰＥＴ検出用電子機器からの信号５１および５２は、それぞれＡＮＤゲート５３への入力として付与される。ＡＮＤゲート５３は、信号５４を出力し、信号５１および５２が一致した場合にアサートされる（例えば、両方共、所定の時間ウィンドウ内でアサートされる）。また、ＣＴＣ２３は、２つの二重入力マルチプレクサ５７および５８を有する。マルチプレクサ５７は、検出器１０のＳＰＥＣＴ検出用電子機器からの信号５５と、ＡＮＤゲート５３からの信号５４を入力として受信する。マルチプレクサ５８は、検出器１１のＳＰＥＣＴ検出用電子機器からの信号５６と、ＡＮＤゲート５３からの信号５４とを入力として受信する。
モード選択制御信号２６は、マルチプレクサ５７および５８のセレクト入力に結合される。制御信号２６は、ＰＥＴおよびＳＰＥＣＴの各動作モードの切り替えを行うのに使用される。制御信号２６は、コンピュータ・システム２２によって付与されるユーザ・インタフェース経由でユーザによって入力されるコマンドから発生する。制御信号２６がＰＥＴモードが必要なことを示す値を有するとき、ライン５４経由でアサートされた信号は、有効な事象トリガー信号として検出器１０および１１にライン１７および１８両方を経由して渡される。制御信号２６が、ＳＰＥＣＴモードが必要なことを示す値を有するとき、ライン５５経由の信号は、有効な事象トリガー信号として、ライン１７経由で検出器１０に運ばれ、ライン５６経由の信号は、有効な事象トリガー信号として、ライン１８経由で検出器１１に運ばれる。ライン１７経由の信号は、検出器１０の検出用回路内の事象積分器をトリガーするのに使用され、ライン１８経由の信号は、検出器１１の検出用回路内の事象積分器をトリガーするのに使用される。
シングル・モード扇形ビーム透過走査
本発明では、同時（ＰＥＴ）データに対する減衰補正を目的として、透過走査を行う２つのシングル・モード放射ポイント・ソースの使用する。ある実施形態において、各ポイント・ソースは、６６２ｋｅＶのエネルギー・ピークを有するＣｓ¹³⁷のポイント・ソースである。第２図の実施形態において、ソース・アセンブリ３０および３１は、検出器１０および１１の同じ側で、軸を横切る方向（ｘ方向）に搭載されている。第５Ａ図および第５Ｂ図は、ソース・アセンブリ３０および３１を検出器１０および１１の対向する側で軸を横切る方向に取り付けた別の実施形態を示す図である。第５Ａ図を参照して説明すると、ソース・アセンブリ３０および３１（図示せず）は、それぞれＣｓ¹³⁷のポイント・ソース３０Ａおよび３１Ａを含む。ポイント・ソース３０Ａは、検出器１０の撮像面１２に隣接して取り付けられており、ポイント・ソース３１Ａは、検出器１１の撮像面１３に隣接して取り付けられている。上に述べたように、ポイント・ソース３０Ａおよび３１Ａは、検出器１０および１１に対して、ｚ軸周りの角度位置に固定されている。
透過検出（空間）ウインドウ６０および６１は、それぞれポイント・ソース３１Ａおよび３０Ａから伝達される透過放射を検出する検出器１０および１１の撮像面１２および１３上にそれぞれ決められている。透過検出ウインドウ６０および６１は、当技術分野では周知の方法で、検出器またはコンピュータ・システム２２あるいはその両方により、電子的に決められる。透過検出ウインドウ６０および６１は、６６２ｋｅＶを中心とするエネルギー範囲内で、ホトンを検出するように形成されている。透過検出ウインドウ６０は、ｚ軸に対して（すなわち軸方向に）ポイント・ソース３１Ａに整列し、透過検出ウインドウ６１は、ポイント・ソース３０Ａと軸方向に整列するように決められている。第５Ａ図の実施形態において、ポイント・ソース３０Ａおよび３１Ａは、透過検出ウインドウ６０と６１が、ｚ方向で実質的に近づくように、検出器１０および１１の軸方向視野（ＦＯＶ）に対してわずかに軸方向でオフセットされている。このオフセットにより、透過の自己汚染（すなわち、望ましくないが、透過ソースに最も近い検出器が透過放射を検出すること）が抑制される。これについては、以下でさらに詳しく述べる。
また、撮像面１２および１３上に示された６２および６３が、それぞれ放出汚染検出ウインドウである。放出汚染検出ウインドウ６２および６３は、以下述べるように、透過走査の放出汚染についての補正に使用する。
透過走査の際、ポイント・ソース３０Ａおよび３１Ａの走査は、ｚ軸に沿って、検出器１０および１１のＦＯＶ上で同期して行われる。さらに、透過検出ウインドウ６０および６１の走査は、この検出ウインドウに対応するポイント・ソース３１Ａおよび３０Ａと同期して行われる。透過検出ウインドウ６０および６１内で検出された放射だけが、透過データ・セット（すなわち、投影）を収集する目的で認識される。さらにソース・アセンブリ３０および３１（第２図を参照）は、それぞれ透過検出ウインドウ６０および６１への透過放射を実質的に制限するために、第５Ａ図に示すような、扇形ビーム照射プロフィルを生成するように設計されたコリメーションを含む。
ポイント・ソース３０Ａと３１Ａとの間の軸方向オフセットを、第５Ａ図に示す軸方向オフセットよりも大きくすることが望ましいこともある。したがって、第５Ｂ図には、オフセットを大きくした別の実施形態を示す。ポイント・ソース３０Ａと３１Ａとの間の軸方向オフセットを大きくすると、不適切な検出ウインドウに入る透過放射の横方向散乱同様、透過の自己汚染も減少する場合がある。
ＰＥＴ撮像中、検出器１０および１１は、１８０°の方向に配置され、ｚ軸周りの多数の角度位置からの放出放射の検出に使用される。したがって、ｚ軸周りの各角度位置では、検出器１０および１１のＦＯＶ上で透過扇形ビームおよび対応する透過検出ウインドウ６０および６１を軸方向に走査することによって、透過走査が行われる。扇形ビームの走査は、ソース・アセンブリ３０および３１を軸方向に平行移動して扇形ビームを走査してもよい。
別の実施形態では、ｚ軸に沿って固定点にポイント・ソースを維持し、回転する開口を使用して走査を行い、対向する検出器のＦＯＶ上で扇形ビームを走査することができる。このような実施形態では、扇形ビームの傾斜角度によって、対応する検出器のカウント密度が変化する。例えば、ポイント・ソースと検出器の被照明部分との間の距離、したがって検出器上の被照明面積が増大するにつれて、カウント密度は減少する傾向がある。しかし、核撮像で従来から行われているように、ブランク透過走査（すなわち、視野に対象物がない）を利用してカメラ・システムの較正を行うと仮定すると、実際の像が生成されたときに、この効果はなくなる。
さらに別の実施形態では、ポイント・ソース３０Ａおよび３１Ａが、撮像面上で放射ビームを走査するのではなく、対応する検出器の撮像面全体を照明する間、ポイント・ソース３０Ａおよび３１Ａの固定軸（ｚ）位置を維持して透過走査を行うこともある。この実施形態では、有効な軸方向視野が十分に小さく、透過放射が検出器表面に当たる入射角度が９０度に近ければ、シングル・スライス・レビニング（rebinning）・アルゴリズムで十分な場合もある。しかし、走査対象となる軸方向視野が比較的大きく、入射角がさらに鋭角になる場合は、三次元レビニング・アルゴリズムを利用することが望ましい。利用可能な三次元レビニング・アルゴリズムの例として、フーリエ・レビニング法があり、これについては、Ｍ．Ｄｅｆｒｉｓｅらが、「Ｅｘａｃｔ ａｎｄ Ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ Ｒｅｂｉｎｎｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｆｏｒ ３−Ｄ ＰＥＴ Ｄａｔａ」，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ，ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．２，Ａｐｒｉｌ １９９７で述べている。
第５Ａ図に示した形状は、検出器およびポイント・ソースを３６０°回転させた場合の角度停止位置３２箇所について（１検出器に対する）第６図に示したものと同じ基礎パターン・シノグラム（sinogram）となる。第６図において、斜線を施した領域は、データが得られるシノグラム空間領域を表し、斜線間の間隙は対象外の領域を表す。検出器が生成できる様々な横断位置１０２４箇所をすべてとり、これに対応するｒおよびθを計算してシノグラムを生成した場合、上記の効果が発生する。シノグラムのこのような間隙は、再構成した像内に人工物を生成することもある。したがって、レビニング・ソフトウェアが、この効果を防止することが望ましい。その解決法として考えられるのは、検出器の生の座標を保存し、これに続く処理作業時に、シノグラム内のある点の補助となり得る生の像（投影）位置を探し、内挿することによってシノグラムの間隙を埋める方法である。
第７図は、本発明の透過走査に関連して、ある実施形態の検出器１０および１１のＦＯＶの形状を示す図である。具体的にいうと、第７図は、ポイント・ソース３０Ａおよび３１Ａが、検出器１０および１１の（ｘ）軸方向の同じ側に配置されている実施形態による横断面（ｘ−ｙ）内の様子を示す図である。第７図において、隔壁７４および７５は、それぞれ検出器１０および１１の撮像面１２および１３に沿って配設されている。ポイント・ソース３０Ａおよび３１Ａは、検出器１０および１１のＦＯＶの外側に取り付けられている。このようにポイント・ソースを取り付けると、検出器の障害とならず、透過自己汚染も抑制される。上に述べたように、ｚ軸周りの角停止位置で、検出器１０および１１の軸方向の幅全体にわたって透過走査を行う。ポイント・ソースを図のように配置して透過走査を行った場合の総合的効果が、円７０で示される（各横断スライスの）透過ＦＯＶであり、円７０で表わされている。（各横断スライスの）放出視野は、円７２によって表わされている。
ある実施形態において、ポイント・ソース３０Ａおよび３１Ａは、検出器１０および１１のＦＯＶの外側に取り付けられており、したがって、検出器自体が、ポイント・ソース３０Ａ、３１Ａにより生成される扇形ビームの（横断面内の）許容ビーム幅を制限している。このような実施形態では、透過ＦＯＶ７０が、外部境界および内部境界の２つにより決められている。外部境界は、ｚ軸周りの各停止位置において、扇形ビーム６８および６９の外部縁部により決められ、内部境界は、円７６の円周により決められている。したがって、円７６は、透過視野７０にある間隙、すなわち盲点を表わしている。この間隙が原因で、データ獲得が不完全になるのを防止するため、コンピュータ・システム２２は、ｚ軸周りの検出器１０および１１の角度位置に従って、テーブル１６（第１図）をｚ軸に対して垂直方向、水平方向に移動させ、当該対象物を完全に捕える。このようなテーブルの動きにより、透過ＦＯＶ７０が効果的に拡大する。ある実施形態において、テーブルの動きは、架台１４が制御する。この架台は、専用マイクロプロセッサ（図示せず）を含む。医療用撮像システムでテーブルを移動させる方法については、Ｈｕｇらの米国特許第５４４４２５２号に記載があり、この特許は本発明の譲受人に譲渡されている。
第８Ａ図は、ある実施形態によるソース・アセンブリ３０を示す図である。特に断わりがない場合、ソース・アセンブリ３１は、ソース・アセンブリ３０とほぼ同じものであることに留意されたい。ソース・アセンブリ３０は、ポイント・ソース３０Ａを部分的に取り囲む多数のリード線シールド構造８１を含む。リード線構造８１は、アルミニウムまたは鋼製のブラケット８２および８３に取り囲まれている。ブラケット８３は、ソース・アセンブリ３０を軸方向に平行移動できるように、ソース・アセンブリ３０をトラック・アセンブリ３２（第２図を参照）に取り付ける手段を形成する。
第８Ｂ図は、ソース・アセンブリの別の実施形態、すなわち扇形ビームの走査を行うのにｚ軸に沿ってポイント・ソースを平行移動しない実施形態の利用法を示す図である。ソース・アセンブリ３０Ａ１は、軸方向に固定されているが、軸８４の周りに回転して扇形ビームの走査を行う開口８２を含む。ポイント・ソース３０Ａ１は、軸８４をｘ軸と平行にした状態で架台１４に適切に取り付けられている。本実施形態のポイント・ソース（図示せず）は、第８Ａ図のアセンブリ３０Ａのポイント・ソースと類似の適切なシールド８１で取り囲まれている。ケーシング８１および開口８２は、シャフト８３（すなわち、軸８４）の周りを回転する。
第９Ａ図は、ＰＥＴ研究の同時（放出）データと、同時データの減衰補正のシングル透過データとを得る、ある実施形態による全体ルーチンを示す図である。ステップ９０１で、初期研究パラメータをコンピュータ・システム２２に設定する。このパラメータは、例えば、ｚ軸周りの角停止位置の総数と、放出走査と透過走査両方の各ステップにおける獲得時間を含む。次にステップ９０２では、同時検出が可能となるように、検出器１０および１１が、ｚ軸周りに１８０°の位置に配設される。ステップ９０３で、検出器１０および１１は、（ソース・アセンブリ３０および３１とともに）最初の（あるいは次の）角停止位置までｚ軸の周りを回転する。ステップ９０４で、検出器は、同時モードで放出データを検出するように配設される。ステップ９０５で規定の時間だけ同時データを収集した後、検出器は、ステップ９０６でシングル・モードの検出を行うように配設される。次にステップ９０７で、上記にように（すなわち、検出器の撮像面上で透過放射扇形ビームを走査することにより）透過走査が行われ、透過データがシングル・データとして収集される。データを収集する角停止位置が他にある場合（ステップ９０８）、ルーチンがステップ９０３から繰り返される。そうでない場合は、ステップ９０９において、放出像が再構成され、透過像データを利用して、減衰に関して補正される。
第９Ｂ図は、ＰＥＴ研究の同時（放出）データと、減衰補正のシングル透過データとを得る、第２の実施形態による別の全体ルーチンを示す図である。第９Ｂ図の実施形態では、放出データが収集され、これに続いてまず透過データが収集される。より具体的に述べれば、研究パラメータがステップ９２１で設定され、ステップ２２２で、検出器が１８０°に配設される。次に、ステップ９２３で同時モードのデータ収集を目的として検出器を配設してから、投影角度のレンジ全体について放出データを収集し、必要に応じて、ｚ軸周りの角停止位置の間で検出器を回転させる（ステップ９２４、９２５、９２６）。放出データを収集した後、ステップ９２７でシングル・モード収集を目的として検出器を再構成し、投影角度のレンジ全体について透過データを収集し、必要に応じて、ｚ軸周りの角停止位置の間で検出器を回転させる（ステップ９２８、９２９、９３０）。次にステップ９３１で放出像を再構成し、減衰について補正する。
透過走査における放出汚染の補正
患者に放射性核種を注入した後、透過走査を行った場合、透過走査中に放出が行われる。したがって、（好ましくはないが）透過検出ウインドウ６０および６１内で放出の一部が検出される場合がある（第５Ａ図および５Ｂを参照）。第１１Ａ図に、透過検出走査における、この放出汚染の影響を示す。この図では、検出器の撮像面１２に沿った（ｚ）軸方向位置の関数として計数率をプロットしてある。放出放射能のベースライン計数率８８は、検出器の撮像面１２全体にわたって存在する。また、透過検出ウインドウ６０内には、対応する透過ソース３１Ａ（第１１Ａ図には図示せず）からの透過放射に起因する別の計数率がある。放出ソースと透過ソースとのフォト・ピークが接近している場合、放出放射と透過放射とを区別する手段となるエネルギー弁別は、比較的効果が少なくなる。（例えば、フォト・ピークが６６２ｋｅＶのＣｓ¹³⁷シングル透過ソースと、フォト・ピークが５１１ｋｅＶのＦｌｏｕｒｏ Ｄｅｏｘｙ Ｇｌｕｃｏｓｅ、すなわちＦＤＧの同時放出ソース）。エネルギー弁別の効果が比較的少なくなる理由は、第１１ｂ図に示すように、放出エネルギー分布８７の一部が、透過エネルギー受入範囲８９に入るからである。エネルギー受入範囲を、空間的なウインドウである透過検出ウインドウ６０および６１と混同しないように注意されたい。その結果、透過検出ウインドウ６０および６１に当たる放出放射の一部が、透過放射として誤って検出され、透過像が不正確になる。
したがって、本発明は、透過走査において放出汚染を減少させる技法を含む。具体的に述べると、透過ソースのフォト・ピーク（すなわち、Ｃｓ¹³⁷透過ポイント・ソースを使用する場合は、６６２ｋｅＶ）を中心とするエネルギー受入範囲でホトンを検出するために、放出汚染検出ウインドウ６２および６３が、それぞれ検出器１０および１１の撮像面１２および１３上に配置されている。つまり、透過検出ウインドウ６０、６１と、放出汚染検出ウインドウ６２、６３とは、第１１Ｂ図に示すように、ともに透過フォト・ピークを中心とするエネルギー受入範囲を備えている。
透過検出ウインドウ６０および６１は、放出放射を受け入れるので、本明細書では説明を簡単にするため、これらのウインドウを「Ｔ＋Ｅ」（透過＋放出）ウインドウ６０および６１と称する。同様に、放出汚染検出ウインドウ６２および６３（第５Ａ図、第５Ｂ図、第１１図を参照）を、「Ｅ」ウインドウと称する。透過エネルギ受入ウインドウに入る放出シングル率は、透過ビームがＴ＋Ｅウインドウ６０越しに通過するかどうかにかかわらず、短い収集時間では変化しない点に注意されたい。したがって、Ｅウインドウ６２内で検出される放出カウントを利用して、Ｔ＋Ｅウインドウ６０内の放出汚染を相殺することができる。第１０図は、上記の技法によって、透過データを得るステップ９０７（第９Ａ図）またはステップ９２９（第９Ｂ図）をより詳細に示す図である。
各角度停止位置の透過走査は、３つの同時ステップ１００１Ａ、１００１Ｂ、および１００１Ｃを特徴とする。ステップ１００１Ａでは、透過ソースおよびＴ＋Ｅ検出ウインドウ６０および６１が、それぞれ検出器１０および１１のＦＯＶ上で軸方向に走査される。Ｔ＋Ｅウインドウ６０および６１の走査が行われるにしたがって、Ｔ＋Ｅウインドウ６０および６１内で検出される放射に基づき、ステップ１００１Ｂで透過データが収集され、ステップ１００１Ｃで、軸方向レビニング・アルゴリズムを利用してシノグラムにレビニングされる。検出器１０および１１の軸方向ＦＯＶ全体の走査（ステップ１００２）が完了するまで、このプロセスが繰り返される。走査が完了すると、ステップ１００３で、ソース・アセンブリ３０および３１が、初期軸方向位置に戻る。あるいは、ステップ１００２の後、ソース・アセンブリ３０および３１を最終軸方向位置に残し、検出器１０および１１の次の角度位置について、逆の軸方向に走査することもできる。
以下に詳細に述べるように、本発明は、様々な位置および時刻で放出計数率を測定し、透過走査を実施するにしたがって放出汚染に対してオン・ザ・フライ（事象ごとに）に補正することにより、透過走査において放出汚染を補正するようになっている。この技法は、検出器１０および１１の撮像面１２および１３上にＥウインドウ６２および６３を用意する段階を含む。Ｅウインドウ６２および６３は、Ｔ＋Ｅウインドウ６０および６１と同期して走査されるが、Ｔ＋Ｅウインドウから軸方向にオフセットされている。Ｅウインドウ６２および６３の所与の軸方向位置については、Ｅウインドウ６２および６３内で検出されるカウント数を利用すると、Ｔ＋Ｅウインドウ６０および６１を同じ位置に配置した場合にＴ＋Ｅウインドウ６０および６１に当たる放出放射を十分に概算することができる。したがって、本発明のある実施形態によれば、検出器のＥウインドウ内でカウントを検出するごとに、Ｔ＋Ｅウインドウ６０および６１内での収集データを表す透過投影バッファ内の対応位置からカウントが削除される。その結果、透過像から、放出汚染をほぼすべて効果的に除去できる。
ポイント・ソース３０Ａおよび３１Ａを扇形ビームでコリメートすると、シングル透過ソースと関連させてこの技法を実施できる。より具体的に述べると、扇形ビームによるコリメータにより、同一の検出器による放出データおよびシングル透過データ両方の同時収集およびオン・ザ・フライ補正が可能となる。この技法とは対照的に、従来の技法では、コリメートしていない同時ポイント・ソースを使用するか、放出汚染のオン・ザ・フライ補正を実施しないか、あるいはコリメートしていない同時ポイント・ソースを使用するとともに、放出汚染のオン・ザ・フライ補正を実施しない。例えば、Ｒ．Ｊ．Ｓｍｉｔｈらの「Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｐｏｓｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｃａｎｓ ｉｎ ａ Ｖｏｌｕｍｅ Ｉｍａｇｉｎｇ ＰＥＴ Ｓｃａｎｎｅｒ」１９９５ ＩＥＥＥ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ，ｖｏｌ．３，１７８１〜８５ページ，１９９５およびＲ．Ｊ．Ｓｍｉｔｈらの「Ｐｏｓｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｉｎ ａ Ｖｏｌｕｍｅ Ｉｍａｇｉｎｇ ＰＥＴ Ｃａｍｅｒａ」ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ，ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．４，１９９４年８月を参照されたい。
第１２Ａ図も、透過走査において、放出汚染に関する上記の補正技法を示す図である。上に述べたように、透過放射能および放出放射能は、走査Ｔ＋ＥウインドウおよびＥ検出ウインドウを利用して、検出器１０および１１が検出する。検出した事象（すなわち、Ｘ、Ｙ位置およびエネルギー・レベルＺ）に関する情報は、軸方向レビニング・アルゴリズム９８に供給され、このアルゴリズムは、ポイント・ソース３０Ａおよび３１Ａの軸（ｚ）方向位置およびｚ軸周りの検出器およびポイント・ソースの角度位置を入力として受け取る。検出器１０および１１どちらかのＴ＋ＥウインドウまたはＥウインドウで検出された各カウントについては、当該カウントがＴ＋Ｅウインドウ内で検出された場合（ブロック９９）、透過投影バッファ１００内の対応位置に１カウントが追加され、当該カウントがＥウインドウ内で検出された場合は、透過投影バッファ１００内の対応位置から１カウントが差し引かれる。透過投影バッファ１００から差し引かれたカウントは、望ましくはないが投影バッファ１００内の対応位置に追加された放出汚染カウントにほぼ等しい。ポイント・ソースの位置を軸方向レビニング・アルゴリズム９８に入力すると、透過投影バッファ１００の適切な位置にカウントを追加したり、前記位置からカウントを差し引いたりすることができ、したがって、事象ごとに、しかも空間的に独立した形で放出汚染を補正できることに留意されたい。第１２Ｂ図は、第１２Ａ図による放出汚染補正を利用した実施形態に従って透過走査を行うステップ９０７（または９２９）を示す図である。このルーチンは、３つの同時処理経路を特徴とする。第１の経路では、Ｔ＋Ｅウインドウで事象が検出されたかどうかが、ステップ１２０１Ａで判断される。検出されている場合は、透過投影バッファ１００内の対応位置が、ステップ１２０２Ｂで１カウントだけ増える。検出されていない場合は、処理経路が最初から繰り返される。第２の処理経路では、透過ポイント・ソース、Ｔ＋Ｅウインドウ、およびＥウインドウが、それぞれ対応する検出器のＦＯＶ上で軸方向に走査され、ステップ１２０１Ｂで、データが収集される。第３の処理経路では、Ｅウインドウで事象が検出されたかどうかが、ステップ１２０１Ｃで判断される。検出されている場合、透過投影バッファ１００内の対応位置が、ステップ１２０２Ｂで１カウントだけ減少する。検出されていない場合は、処理経路が最初から繰り返される。ステップ１２０２Ａ、１２０１Ｂ、１２０２Ｂのいずれかを実行した後、軸方向ＦＯＶ全体の走査が行われないと、ルーチンが最初から繰り返されるか、またはルーチンが終了する。
軸方向位置にしたがってＴ＋ＥウインドウおよびＥウインドウの幅を変化させて、例えばウインドウが撮像面の縁部に達したときに、最適なウインドウ効果が発揮されるようにできる点に留意されたい。ただし、所与の軸方向位置については、Ｔ＋ＥウインドウおよびＥウインドウの幅を一定にして、精度補正を行う。
不感時間補正
従来のガンマ・カメラの問題点の１つに、不感時間がある。不感時間とは、シンチレーション検出器が、時間的にきわめて近接して発生する２つの異なるシンチレーション事象を区別できないことをいう。不感時間損失は、検出器の不感時間を原因とする、真の計数率と観測した計数率との差ということになる。第１３図は、真の計数率に対して観測した計数率をプロットしたグラフの形で、不感時間損失の影響を示す図である。ライン９１は、不感時間損失がない理想的な場合（ただし実際にはありえない）を表わす。この場合、観測した計数率ＯＣは、真の計数率Ｃ１に等しい。これに対して、ライン９０は、不感時間損失があるガンマ・カメラ・システムの応答を表している。この場合、観測した計数率ＯＣは、真の計数率Ｃ２よりも低くなっている。不感時間損失は、シングル率に左右されること、すなわち、シングル率（真の計数率）が増大するにつれて、不感時間損失（真の計数率と観測した計数率との差）も増大することに注意されたい。
不感時間についての補正方法として周知のものに、１つの総合的な補正係数を適用する方法がある。この係数は、データ収集が完了するまで適用されない。例えば、Ｒ．Ｊ．Ｓｍｉｔｈらの「Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｐｏｓｔ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ Ｓｃａｎｓ ｉｎ ａ Ｖｏｌｕｍｅ Ｉｍａｇｉｎｇ ＰＥＴ Ｓｃａｎｎｅｒ」１９９５ ＩＥＥＥ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ａｎｄ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｒｅｃｏｒｄ，ｖｏｌ．３，１７８１〜８〜５ページ、１９９５年を参照されたい。ところで、総合的な補正係数を使用するから、不感時間損失の空間依存性が生じるのではない。特に、不感時間損失はシングル率に左右され、シングル率は、軸方向位置および投影角の両方に左右される。したがって、総合的な不感時間補正係数を使用すると、透過像に不正確さを導入することになる。
したがって、本発明は、不感時間損失の空間依存性を考慮に入れて不感時間についての補正を行う方法を含む。より具体的に述べると、本発明は、事象ごとに（オン・ザ・フライ）不感時間損失について補正を行う方法を含む。不感時間は、シングル率によって決まるため、所与のガンマ・カメラ・システムについて、シングル率と不感時間とを縦軸、横軸にとった曲線を描くことができる。したがって、本発明によれば、ガンマ・カメラ・システム１について、不感時間とシングル率とを縦軸、横軸とする較正曲線を実験的に求め、この曲線を利用して、様々な異なるシングル率について、不感時間補正係数のルックアップ・テーブルを作成する。ある実施形態では、ルックアップ・テーブル内の各補正係数が、観測したカウントを透過投影に追加する前の撮像時に、不感時間損失の補償を行うために当該カウントに掛ける係数となる。シングル率が高くなるほど、これに対応する不感時間損失、したがってルックアップ・テーブルの補正係数も大きくなる。ルックアップ・テーブルは、整数マップであり、このマップは、レビニングの速度を低下させないように多数のエントリーを選択するために作成される場合もある。
本方法の例として挙げると、現在のシングル率が重大な不感時間損失に対応しない場合、透過投影バッファ内の対応位置は、各検出カウントごとに１カウントではなく５０カウント増やすことができる。一方、２％の不感時間損失に対応するシングル率がある場合、透過投影バッファ内の対応位置は、１カウントではなく５１カウント増やすことができる。このようにしてカウント数を増やすと、透過投影に、人工的な拡大係数が導入される点に留意されたい。上記の例では、透過投影に拡大係数として５０が導入される。ただし、再構成時に適宜、像を縮小することによって、この拡大を解除することができる。不感時間補正の精度は、選択した拡大係数、初期較正の精度、および透過ビーム内で不感時間がほとんど、あるいはまったく変化しないという仮定に依存していることに留意されたい。
第１４Ａ図は、上に述べたようにして、オン・ザ・フライに不感時間を補正する方法を示す図である。ある実施形態において、この方法は、上記の放出汚染補正法と関連して実施される。具体的にいうと、シングル率不感時間のルックアップ・テーブル（ＬＵＴ）１０１を追加したことを除き、第１４Ａ図のプロセスの流れは、第１２Ａ図の場合と本質的に同じである。Ｔ＋Ｅ窓（ブロック９９）内でカウントが検出された場合、第１２Ａ図の場合のように透過投影バッファ１００内の適切な位置に１カウントを追加する代わりに、バッファ内の当該位置にＸカウントを追加する。この場合、Ｘは、現在のシングル率に基づいて、シングル率の不感時間のルックアップ・テーブル１０１から求める。同様にＥウインドウ内で事象が検出された場合、透過投影バッファ内の適切な位置から１カウントを減じる代わりに、バッファ内の当該位置からＸカウントを減じる。この場合、Ｘは、現在のシングル率に基づいて、シングル率の不感時間のルックアップ・テーブル１０１から求める。ある実施形態において、この目的で使用するシングル率は、Ｔ＋ＥウインドウあるいはＥウインドウ内のシングル率ではなく、総合的なシングル率（すなわち、検出器全体で観測されるシングル率）であることに留意されたい。
放出補正の場合と同様、不感時間損失に関する補正は、事象ごとに行われる。したがって、各事象を透過投影バッファ１００内の適切な位置と関連させることができるように、ポイント・ソース位置（ｚ軸の周りの角度位置および軸方向位置）は、軸方向レビニング・アルゴリズム９８への入力となる。この技法とは対照的に、上記の技法では、１つの総合的な補正係数を適用するが、この係数では、不感時間損失の空間依存性を考慮していない。
第１４Ｂ図は、上述のごとく、不感時間損失と放出汚染両方のオン・ザ・フライ補正を利用した実施形態による透過走査の実行ステップ９０７（９２９）を示す図である。このルーチンは、４つの同時処理経路を特徴とする。第１の処理経路では、Ｔ＋Ｅウインドウで事象が検出されたかどうかをステップ１４０１Ａで判断する。検出されていない場合は、最初から処理経路が繰り返される。Ｔ＋Ｅウインドウで事象が検出されている場合は、ステップ１４０２Ａにおいて、透過投影バッファ１００内の対応位置が、Ｘカウントだけ増加する。この場合、Ｘは、以下に述べるように、別の同時処理経路で決まる。第２の処理経路は、ステップ１４０１Ｂで構成され、このステップでは、透過ポイント・ソース３０Ａおよび３１Ａ、Ｔ＋Ｅウインドウ６０および６１、Ｅウインドウ６２および６３が、収集データに合わせて軸方向に走査される。第３の処理経路は、ステップ１４０１Ｄから始まり、このステップでは、Ｅウインドウで事象が検出されているかどうかが判断される。検出されていない場合、最初から処理経路が繰り返される。Ｅウインドウで事象が検出されている場合は、ステップ１４０２Ｄにおいて、透過投影バッファ１００内の対応位置が、Ｘカウントだけ減少する。この場合、Ｘは、以下のようにして、第４の同時処理経路で決まる。第４の同時処理経路では、現在のシングル率がステップ１４０１Ｃで計算される。上に述べたように、本実施形態のシングル率は、この特定の検出器角度に関する、検出器１０および１１の総合的なシングル率である。ステップ１４０２Ｃでは、現在のシングル率に基づいて、ルックアップ・テーブルから現在のカウント係数Ｘが決定される。４つの同時処理経路のいずれかが完了すると、軸方向視野全体の走査が完了していない場合（ステップ１４０３）は、最初からルーチンが繰り返される。軸方向視野全体の走査が完了している場合、ルーチンは終了する。
第１４Ｃ図は、オン・ザ・フライ不感時間損失補正および放出汚染補正を実装した別の実施形態を示す図である。本発明のその他の側面と同じく、第１４Ｃ図の実施形態は、ソフトウェア、ハードウェア、あるいはこれらを組み合わせて使用することにより実施することができる点に留意されたい。上に述べた実施形態の場合と同様、放出汚染補正および不感時間補正とも、事象ごとに行われる。しかし、第１４Ａ図および第１４Ｂ図の実施形態とは対照的に、第１４Ｃ図の実施形態では、観測された各カウントに係数を掛けることはない。そればかりか、各カウントは、一般に透過投影バッファ１００内の１カウントとして表される。ただし、追加のカウントは、所与の時刻に観測されたシングル率および所与のカウントが検出された空間的ウインドウ（Ｔ＋ＥまたはＥ）次第で、透過投影バッファ１００の適当な位置に加えられたり、その位置から減じられたりする。
第１４Ｃ図の技法は、ルックアップ・テーブル１０５を含み、このテーブルは、現在のシングル率に基づいて値Ａを出力する。また、前記技法は、カウンタ１０６および１０７も含む。このカウンタは、それぞれクロック入力に応答して最大値ＭＡＸＣＯＵＮＴまでカウントを行い、その後、自動的に０にリセットされる。カウンタ１０６は、信号Ｅ_x,yによりクロックされる。この信号は、Ｅウインドウで事象が検出されるたびに、アサートされる。カウンタ１０６は、信号Ｂ１を出力する。同様に、カウンタ１０７は、クロック入力時に信号Ｔ＋Ｅ_x,y信号を受信する。この信号は、Ｔ＋Ｅウインドウで、事象が検出されるごとにアサートされ、信号Ｂ２を出力する。
また、第１４Ｃ図の技法は、２つのコンパレータ１０９および１１０を含む。コンパレータ１０９は、入力として信号ＡおよびＢ１を受信し、Ｂ１がＡより大きい場合（すなわち、カウンタ１０６の出力がルックアップ・テーブル１０５の出力を超えた場合）、出力信号をアサートする。コンパレータ１１０は入力として信号ＡおよびＢ２を受信し、Ｂ２がＡより大きいとき（すなわち、カウンタ１０７の出力がルックアップ、テーブル１０５を超えるとき）その出力をアサートする。
ルックアップ・テーブル１０５は、第１４Ａ図および第１４Ｂ図と関連させて上に述べたのと同様の方法で生成される。すなわち、ルックアップ・テーブル１０５は、実験的データに基づいて生成され、総合的な入力シングル率に従った値を備えた出力信号Ａを供給する。具体的に述べると、ルックアップ・テーブル１０５が出力する値Ａは、以下の式に基づいている。
Ａ＝ＭＡＸＣＯＵＮＴ^*ＣＯＵＮＴＲＡＴＥ_observed＋（ＣＯＵＮＴＲＡＴＥ_true−ＣＯＵＮＴＲＡＴＥ_observed）／２）
上式中、ＣＯＵＮＴＲＡＴＥ_trueは、不感時間が０の場合の真の計数率、
ＣＯＵＮＴＲＡＴＥ_observedは、固有の観測計数率、
ＭＡＸＣＯＵＮＴは、自由作動カウンタ１０６および１０７の最大値である。
Ｔ＋Ｅウインドウで事象が検出されるごとに（すなわち、各時間Ｔ＋Ｅ_x,yがアサートされるごとに）、ブロック１１２Ａにより、透過投影バッファ１００の適切なｘ、ｙ位置に事象が１つ追加される。さらに、Ｂ２がＡよりも大きい場合、信号Ｔ＋Ｅ_x,yのアサートに応答して、ブロック１１２Ｂにより、透過投影バッファ１００の適切なｘ、ｙ位置に別の事象が追加される。このようにしてさらに事象を追加すると、不感時間損失が補償される。しかし、Ｔ＋Ｅウインドウで検出された放出事象について補正を行うには、透過投影バッファ１００から事象を取り除くことも必要である。したがって、Ｅウインドウで事象が検出されるごとに（すなわち、時間Ｅ_x,yがアサートされるごとに）、ブロック１１１Ｂにより、透過投影バッファ１００の対応位置から事象が１つ減じられる。さらに、Ｂ１がＡよりも大きい場合、信号Ｅ_x,yのアサートに応答して、ブロック１１１Ａにより、透過投影バッファ１００の対応するｘ、ｙ位置から別の事象が減じられる。したがって、第１４Ｃ図に示す技法では、透過走査において、事象ごとに、不感時間損失と放出汚染の補正が行われる。
図示した実施形態の実際の応答（すなわち、所与のシングル率について、透過投影にさらに事象が追加される頻度、あるいは透過投影からさらに事象が減じられる頻度）は、ルックアップ・テーブル１０５の所定の内容とＭＡＸＣＯＵＮＴの値により決まることに留意されたい。上記の実施形態の場合と同様、この技法は、不感時間または放出汚染の空間的変動について補正を行わない従来の技法に比べて有利である。
透過自己汚染
像品質の劣化の原因となる別の要素は、透過走査の自己汚染である。透過自己汚染とは、放射発生源の所期の目標ではない検出器が、透過放射を検出することをいう。第７図を参照してより具体的に述べると、透過自己汚染は、ポイント・ソース３０Ａが透過し、検出器１０が偶然に検出した放射と、ポイント・ソース３１Ａが透過し、検出器１１が偶然に検出した放射とを含む。本発明は、このような汚染を減少させる機能を提供するものである。
ポイント・ソース３０Ａおよび３１Ａを収納したソース・アセンブリ３０および３１内部の適切なシールドと同様、ポイント・ソース３０Ａおよび３１Ａを検出器１０および１１のＦＯＶの外部に取り付けると、透過自己汚染が発生する可能性が低くなる。透過自己汚染を抑える第３の方法として、自己汚染の量を測定し、透過像から自己汚染を除去することが考えられる。この形態の較正は、較正対象である検出器に最も近いポイント・ソースだけが放射を透過する透過走査を行うことによって実施できる。次に、当該ポイント・ソースおよび較正対象である検出器のＴ＋Ｅウインドウを検出器のＦＯＶ上で走査する。この較正走査に基づいて各検出器ごとに２つの像を生成する。一方の像は、Ｔ＋Ｅウインドウ内の透過自己汚染についての像であり、もう一方は、Ｅウインドウ内の透過自己汚染についての像である。透過ポイント・ソースの平行移動が、ＦＯＶ内で一定しない場合、この影響で生じるカウント密度の差について補正を行う必要がある場合もあることに留意されたい。２つの像が得られたら、像が、デビンニング・アルゴリズムにアクセスできるように、像をローパス・フィルターにかけてからバッファに保存する。
透過自己汚染は、自己汚染較正投影の差（すなわち、Ｔ＋Ｅ投影からＥ投影を引いたもの）を透過投影から差し引き、次に透過投影を再構成することによって補正できる。
ランダム補正
ＰＥＴ撮像システムで遭遇する別の問題として挙げられるのは、ランダム同時（ランダム）である。ＰＥＴ撮像システムは、同時事象の検出に基づいて像を生成する。通常、同時事象は、対向する検出器が観測する２つの事象と考えられ、比較的狭い時間ウインドウで発生するものである。しかし、この時間ウインドウ内で検出される事象の組には、真の同時の結果ではなく（すなわち、一回の陽電子と電子の消滅に基づく）、独立した消滅またはコンプトン事象が基になっているものもある。このようなランダムを真の同時だと誤解すると、撮像プロセスの不正確さが増し、したがって像の質が低下する。
ランダム補正を行う周知の方法として、同時検出回路の平行時間回路に、一方の検出器から発生する信号に関する時間遅延を与える直接測定法がある。この遅延は、平行時間回路内で真の同時事象が登録されないように、十分に大きくなっている。その結果、平行時間回路内で検出された事象は、ランダム同時のみから発生する。ランダム同時は、真の同時としてカウントされた同時から差し引くことができる。ただし、この方法の問題点の１つとしては、この方法が、比較的複雑な、ハードウェアによる解決法であり、ガンマ・カメラ・システムのコストと大きさが増すことが挙げられる。さらに、この解決法は、（ランダム）同時の直接測定を基本としており、同時が、計数率全体のごく一部しか表していないため、その結果得られるランダム・データにノイズが多くなりがちである。別の方法として、数学的モデルに基づいてランダムを推定する方法があるが、この方法は、推定を基本とするため、元来、不正確になりやすい。例えば、このような推定では、ランダムの空間的変動を考慮にいれていないこともある。したがって、本発明は、このような問題点を解決する、ランダムについての補正法を提供するものである。
一般に、ランダムＲは、式Ｒ＝Ｓ１^*Ｓ２^*Ｗに従って計算することができる。この式で、Ｓ１は、一方の検出器から得られるシングル率、Ｓ２は、もう一方の検出器から得られるシングル率、Ｗ（別名、２τ）は、同時時間ウインドウの期間である。本発明によれば、検出器１０および１１は、それぞれ複数の副検出器の集合として扱われ、シングル率全体（Ｓ１またはＳ２）のサブセットであるシングル率を備えている。第１５図を参照して説明すると、例えば、検出器１０の総シングル率は、以下のように表すことができる。
Ｓ１＝Ｓ１１＋Ｓ１２＋Ｓ１３＋．．．＋Ｓ１ｎ
同様に、検出器１１の総シングル率Ｓ２は、以下のように表すことができる。
Ｓ２＝Ｓ２１＋Ｓ２２＋Ｓ２３＋．．．＋Ｓ２ｎ
したがって、総ランダムＲは、以下のように表すことができる。
Ｒ＝（Ｓ１１＋Ｓ１２＋．．．＋Ｓ１ｎ）^*（Ｓ２１＋Ｓ２２＋．．．＋Ｓ２ｎ）^*Ｗ
＝（Ｓ１１^*Ｓ２１＋Ｓ１１^*Ｓ２２＋．．．＋Ｓ１ｎ^*Ｓ２ｎ）^*Ｗ
＝Ｒ１＋Ｒ２＋．．．＋Ｒ（ｎ^*ｎ）
上式中、Ｒｉ（ｉ＝１、２、．．．、（ｎ^*ｎ））は検出器１０の副検出器と、検出器１１の副検出器とを二次的に組み合わせることによって生成されるランダムである。したがって、上記の式は、総合ランダムが、各副検出器要素対によって生じたランダムの単なる和であるという考え方を示している。
本発明によれば、上記の式の考え方を適用することによって、ランダム・シノグラムが得られる。ランダム・シノグラムを利用すると、放出データからランダムを削除することができる。第１６図は、この方法を用いて、ランダム補正を行うルーチンを示す図である。ステップ１６０１では、上記のように研究パラメータ（すなわち、角停止位置の数および停止位置における収集時間）が設定されている。ステップ１６０２では、検出器１０および１１をｚ軸周りに１８０°の角度に配設し、ステップ１６０３では、シングル・モードでの収集を目的として検出器を配設している。次に、ステップ１６０４Ａでは、最初の（次の）角停止位置まで回転させている。ステップ１６０４Ｂでは、次の角停止位置まで検出器を回転させるのと同時に、シングル・モードで放出データを収集し、ランダム・シノグラムにレビニングする。ある実施形態では、ステップ１６０４Ｂにおいて、２つの角停止位置の間の様々な角度位置で取った多数の「スナップ・ショット」の形で、データを収集している。検出器が、次の角停止位置まで回転し、シングル・データが収集されてから、ステップ１６０５で、同時モードで収集を行うように、検出器を配設する。次に、ステップ１６０６で、同時データを収集し、規定の時間だけ、同時シノグラムにレビニングする。すべての角停止位置で、放出データを収集したら（ステップ１６０７）、ルーチンは、ステップ１６０８に進み、このステップで、対応する同時シノグラムから、ランダム・シノグラムを差し引く。さらに角停止位置がある場合は、ルーチンをステップ１６０３から繰り返し、このステップでは、シングル・モードを対象として一時的に検出器を再構成する。ランダムを削除してから、ステップ１６０９で、放出像を再構成する。
第１５図は、どうようにしてシングル率データが、ランダム・シノグラムにレビン（rebin）されるかを示す図である。検出器１０は、ｎ個の仮想的な副検出器Ｓ１１、Ｓ１２、．．．、Ｓ１ｎに分割され、検出器１１は、ｎ個の仮想的な副検出器Ｓ２１、Ｓ２２、．．．、Ｓ２ｎに分割される。検出器１０および１１が検出したカウントは、ランダム・シノグラム９２にレビンされる。ｚ軸周りの各検出器角度について、レビン済みデータが、ランダム・シノグラムにダイアモンドとして現われる。最終的なランダム・シノグラムは、各軸方向位置についてのシノグラムをすべて足し合わせたものである。ある実施形態では、軸方向に、シングル・スライス・レビニング法を採用している。
シングル率は、同時率よりもはるかに高いことに留意されたい。したがって、ランダム補正のシングル・データ収集に必要な時間は、総放出データの収集に必要な時間よりも比較的短い。例えば、シングル率の５％に等しい一致部分の場合、シングルの収集に必要なのは、総放出収集時間のわずか１／２０である。したがって、総放出時間２０分の間に、ランダム補正のシングル・データの収集に必要な総検出器回転時間は、わずかに１分である。
本発明のランダム補正技法は、ランダムの空間的変動を考慮に入れ、シングルの空間的変動を検出して、ランダムの空間的変動について補正を行うものと考えられる。しかし、一般にランダムは、真の同時と比較して高周波データを生成しないので、ランダム・データは、通常の放出投影マトリクスよりも小さいマトリクスに保存できることに留意されたい。例えば、通常の放出投影には１２８ｘ１２８ｘ９６のマトリクスを使用するが、ランダム・データには、３２ｘ３２ｘ４８のマトリクスが使用できる。ランダム・マトリクスは、補正中にさらに拡張することができる。
また、実際には、ランダムＲをＳ１^*Ｓ２^*Ｗとして計算することが有効ではない場合もある点に留意されたい。したがって、較正係数、すなわちＲ＝Ｃａｌ（Ｓ１，Ｓ２）^*Ｓ１^*Ｓ２^*Ｗを使って前記の式を修正することが望ましいこともある。ここでＣａｌ（Ｓ１，Ｓ２）は、較正係数であり、Ｓ１およびＳ２によって決まる場合と、決まらない場合とがある。この較正係数は、単純なファントムによる測定値を利用して求めた実験的関数としてモデル化することができる。
以上、医療用撮像システムで放出汚染および不感時間損失のオン・ザ・フライ補正を行う方法および装置について述べた。具体的な例示的実施形態を参照して本発明の説明を行ったが、請求の範囲に記載されている本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、前記実施形態に様々な修正、変更を行うことができることは明らかである。したがって、本明細書および図面は、限定的なものではなく、説明的なものであると考えるものとする。

Claims (9)

1. 核医学カメラ・システムにおいて、透過走査における放射線放出汚染を補正する方法であって、前記核医学カメラ・システムが、各事象を検出する放射線検出器と、透過放射線ソースと、前記検出器およびソースを制御して、各事象に基づいて画像を生成するために結合された処理システムとを有し、
   検出器の撮像表面の一部に透過検出ウインドウを決めるステップと、
   検出器の撮像表面の一部に放射線放出汚染検出ウインドウを決めるステップと、
   検出器の撮像表面に対して透過検出ウインドウおよびソースからの放射線を走査して、透過検出ウインドウ内の透過放射線を検出するステップと、
   前記透過検出ウインドウおよびソースからの放射線を走査する時に検出器の撮像表面に関して放射線放出汚染検出ウインドウを走査して、放射線放出汚染検出ウインドウ内の放出放射線を検出するステップと、
   放射線放出汚染検出ウインドウ内で検出された放出放射線を使用して、前記透過検出ウインドウ内で検出された放出放射線を事象ごとに補正するステップとを含む方法。
2. 前記放射線放出汚染検出ウインドウ内で検出された放出放射線を使用して、事象ごとの透過走査における放出放射線を補正するステップが、放射線放出汚染検出ウインドウ内で検出された各事象について、前記事象が検出される時の所定のカウント数によって透過投影の対応位置を減少させるステップを有する請求項１に記載の方法。
3. 前記ソースが、シングルホトン放射ソースを備える請求項１に記載の方法。
4. 透過検出ウインドウに同期して検出器の可視領域に関して放射線ソースからの放射線を走査するステップが、狭いビーム・プロフィールを使用して放射線ソースからの放射線を走査するステップを含む請求項３に記載の方法。
5. 狭いビーム・プロフィールを使用して放射線ソースからの放射線を走査するステップが、放射状ビーム・プロフィールを使用して放射線ソースからの放射線を走査するステップを含む請求項４に記載の方法。
6. シンチレーション検出器が回転軸に対して回転可能であり、ポイント・ソースからの放射線を走査するステップが、前記回転軸に略平行な方向でポイント・ソースからの放射線を走査するステップを含む請求項１に記載の方法。
7. 前記放射線放出汚染検出ウインドウ内で検出された放出放射線を使用して、放出放射線を補正するステップと同時に事象ごとに検出器の不感時間を補正するステップを更に含む請求項１に記載の方法。
8. 検出器の不感時間を補正するステップが、
   電流信号率を決定するステップと、
   検出された各放射線誘導事象のために、電流信号率に基づくカウント数によって設定された画像データ・セットの対応位置を分布させるステップとを含む請求項７に記載の方法。
9. シンチレーション事象を検出する第１検出器および第２検出器と、
   撮影対象経由で放射線を透過する第１放射線ソースおよび第２放射線ソースと、
   前記第１および第２検出器と、前記第１および第２放射線ソースとを支持する架台と、
   架台、第１および第２放射線ソース、並びに第１および第２検出器を制御するために結合される処理システムを備え、前記処理システムが、第１および第２検出器並びに第１および第２放射線ソースを制御して、
   第１および第２放射線ソースを使用して撮影対象経由で放射線を透過し、
   透過データ・セットを得るために、第１および第２検出器の各々の第１部分のみを使用して撮影対象経由で透過された放射線によって誘導された透過事象を検出し、
   且つ第１および第２検出器の各々の第２部分のみを使用して撮影対象内から放出された放射線によって誘導された放射線事象を検出するように構成されると共に、
   処理システムが、放射線放出事象が検出される時事象ごとに検出された放射線放出事象を使用して透過データ・セット内に表わされた放射線放出事象を補正するように更に構成されるガンマ・カメラ・システム。

Images