JP4347651B2 - Multi-modality imaging method and apparatus - Google Patents

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Description

本発明は一般的には、マルチ・モダリティで対象を走査することが可能なイメージング・システムに関し、さらに具体的には、各モダリティが異なる視野を有しているマルチ・モダリティ・システムに関する。   The present invention relates generally to an imaging system capable of scanning an object with multiple modalities, and more particularly to a multi-modality system in which each modality has a different field of view.

本発明は、限定しないが例えば陽電子放出断層写真法(PET)及び計算機式断層写真法(CT)のような異なるモダリティを用いた走査が可能なマルチ・モーダル・イメージング・システムに関するものである。マルチ・モードとマルチ・モダリティとの違いは、マルチ・モード・システムは異なるモード(例えばフルオロ・モード及びトモシンセシス・モード)で走査を行なうために利用されるものであり、他方、マルチ・モーダル・システム(マルチ・モダリティ・システム)は異なるモダリティ(例えばCT及びPET)で走査を行なうのに用いられる点である。本発明の利点は、限定しないが例えばCT/PETイメージング・システム等のすべてのマルチ・モダリティ・イメージング・システムで有用であるものと想到される。   The present invention relates to a multimodal imaging system capable of scanning using different modalities such as, but not limited to, positron emission tomography (PET) and computed tomography (CT). The difference between multi-mode and multi-modality is that multi-mode systems are used to scan in different modes (eg, fluoro mode and tomosynthesis mode), while multi-modal systems (Multi-modality system) is the point used to scan with different modalities (eg CT and PET). The advantages of the present invention are believed to be useful in all multi-modality imaging systems such as, but not limited to, CT / PET imaging systems.

少なくとも幾つかのマルチ・モダリティ・システムは、異なるモダリティ毎に異なる視野(FOV)を有する。例えば、CT/PETシステムは、PET FOVよりも小さいCT FOVを有する場合があり、幾つかの走査条件下では、患者の一部がCT検出器によって測定される領域を超えて延在することにより画像アーティファクト及び撮像対象の不完全な表現を招く場合がある。アーティファクト低減を扱った幾つかの公知の方法が発表されているが、CT FOVの外部に位置する患者の部分の撮像については扱われていない。   At least some multi-modality systems have different fields of view (FOV) for different modalities. For example, a CT / PET system may have a CT FOV that is smaller than a PET FOV, and under some scanning conditions, a portion of the patient extends beyond the area measured by the CT detector. It may lead to image artifacts and incomplete representation of the imaged object. Several known methods have been published that deal with artifact reduction, but do not address imaging of the part of the patient located outside the CT FOV.

例えば統合型PET−CTシステム等のようなマルチ・モダリティ・システムでは、システムが取得するPET画像とCT画像との間では本質的に位置合わせが揃っている。患者はPET取得部分のときもCT取得部分のときも同じテーブルに横臥したままでいるので、患者はこれら2回の取得時に一貫した位置及び配向に位置しており、CT画像及びPET画像を相関付けして合成する過程が大幅に単純化する。これにより、CT画像を用いてPET画像の再構成のための減弱補正情報を提供することが可能になると共に、画像読影者がCT画像に提示されている解剖学的情報とPET画像に提示されている機能情報とを容易に相関付けすることが可能になる。しかしながら、CT FOVを超えて延在する患者の部分のPET画像の再構成のために減弱情報を提供できると望ましい。また、FOV内部のPET画像について正確な減弱情報を提供できると望ましい(トランケーションによって生ずるアーティファクトは偏った減弱情報を生成することに留意されたい)。   For example, in a multi-modality system such as an integrated PET-CT system, registration is essentially aligned between a PET image acquired by the system and a CT image. Since the patient remains lying on the same table during both the PET acquisition and CT acquisition, the patient is in a consistent position and orientation during these two acquisitions and correlates the CT and PET images. The process of adding and synthesizing is greatly simplified. This makes it possible to provide attenuation correction information for reconstruction of the PET image using the CT image, and the image reader is presented to the anatomical information presented in the CT image and the PET image. It is possible to easily correlate the function information. However, it would be desirable to be able to provide attenuation information for reconstruction of a PET image of a portion of a patient that extends beyond the CT FOV. It is also desirable to be able to provide accurate attenuation information for PET images inside the FOV (note that artifacts caused by truncation produce biased attenuation information).

一観点では、本発明の方法は、第一の視野を有する第一のモダリティで対象を走査して、完全にサンプリングされている視野データ及び部分的にサンプリングされている視野データを含んだ第一のモダリティ・データを得る工程を含んでいる。この方法はまた、第一の視野よりも大きい第二の視野を有する第二のモダリティで対象を走査して第二のモダリティ・データを得る工程と、第二のモダリティ・データ及び第一のモダリティの部分的にサンプリングされている視野データを用いて対象の画像を再構成する工程とを含んでいる。   In one aspect, the method of the present invention scans an object with a first modality having a first field of view and includes a fully sampled field of view data and a partially sampled field of view data. Obtaining the modality data of The method also includes scanning the object with a second modality having a second field of view that is larger than the first field of view to obtain second modality data; the second modality data and the first modality. Reconstructing the image of the object using the partially sampled field-of-view data.

他の観点では、イメージング装置を提供する。この装置は、X線源、及びこの線源から放出されたX線を受光するように配置されているX線に応答する検出器を含んだ計算機式断層写真法(CT)システムと、γ線に応答する検出器を含んだ陽電子放出断層写真法(PET)システムと、CTシステム及びPETシステムに動作に関して結合されているコンピュータとを含んでいる。コンピュータは、完全にサンプリングされている視野データ及び部分的にサンプリングされている視野データを含んだデータを対象のCT走査から受け取り、完全にサンプリングされている視野データを用いて、受け取った部分的にサンプリングされている視野データを増強し、対象のPET走査からデータを受け取って、受け取ったPETデータ及び増強した部分的にサンプリングされている視野データを用いて対象の画像を再構成するように構成されている。   In another aspect, an imaging device is provided. The apparatus includes a computed tomography (CT) system including an x-ray source and a detector responsive to x-rays arranged to receive x-rays emitted from the source, and gamma rays. A positron emission tomography (PET) system including a detector responsive to the CT system and a computer coupled in operation to the CT system and the PET system. The computer receives data including fully sampled field data and partially sampled field data from the subject's CT scan and uses the fully sampled field data to receive the received partially Configured to augment the sampled field-of-view data, receive data from the subject's PET scan, and reconstruct the image of the subject using the received PET data and the augmented partially sampled field-of-view data ing.

他の観点では、プログラムで符号化されているコンピュータ読み取り可能な媒体を提供する。このプログラムは、第一のモダリティからの完全にサンプリングされている視野データを用いて第一のモダリティからの部分的にサンプリングされている視野データを増強して、増強した第一のモダリティ・データを用いて第二のモダリティで画像を再構成すべくコンピュータに指令するように構成されている。   In another aspect, a computer readable medium encoded with a program is provided. The program augments the partially sampled field of view data from the first modality with the fully sampled field of view data from the first modality to generate the augmented first modality data. Used to instruct the computer to reconstruct the image with the second modality.

本発明はまた、第一及び第二の視野(FOV)にそれぞれ対応する第一及び第二の画像データ集合と共に用いられる方法を含んでいる。第一のデータ集合は、第一のFOVを通る最初から最後までの平行軌道にそれぞれ対応する最初から最後までの減弱測定値を各々含んだ複数の投影ビューを含んでおり、第一のFOVは、第二のFOVよりも小さく且つ第二のFOVの内部に含まれて、第一及び第二のFOVの共通区域のみが投影ビューの各々によって横断され、また、第二のFOVの内部にあり且つ第一のFOVの外部にある区域は投影ビューの部分集合のみによって横断されるようになっている。この方法は、1以上の投影ビューからの減弱測定値を用いて、1以上の他の投影ビューからの減弱測定値を増強すると共に、この1以上の他の投影ビューに対して第二のFOVの少なくとも一部を横断する軌道に対応する減弱測定値を加算する工程と、増強した投影ビューを用いて第二のデータ集合を減弱について補償する工程と、補償した第二のデータ集合を結合して画像を構成する工程とを含んでいる。   The present invention also includes a method for use with first and second image data sets corresponding to first and second fields of view (FOV), respectively. The first data set includes a plurality of projection views each including first to last attenuation measurements, each corresponding to a first to last parallel trajectory through the first FOV, wherein the first FOV is Smaller than the second FOV and contained within the second FOV, only the common area of the first and second FOV is traversed by each of the projection views and is also within the second FOV And the area outside the first FOV is traversed only by a subset of the projection views. The method uses attenuation measurements from one or more projection views to enhance attenuation measurements from one or more other projection views and a second FOV for the one or more other projection views. Combining the attenuation measurements corresponding to trajectories traversing at least a portion of the second, compensating the second data set for attenuation using the augmented projection view, and combining the compensated second data set. And constructing an image.

本発明はさらに、撮像対象の構造特性及び機能特性を示す構造データ集合及び機能データ集合と共に用いられる方法を含んでいる。構造集合及び機能集合は第一及び第二の視野(FOV)にそれぞれ対応しており、構造データ集合は、第一のFOVを通る最初から最後までの平行軌道にそれぞれ対応する最初から最後までの減弱測定値を各々含んだ複数の投影ビューを含んでおり、第一のFOVは、第二のFOVよりも小さく且つ第二のFOVの内部に含まれて、第一及び第二のFOVの共通区域のみが投影ビューの各々によって横断され、また、第二のFOVの内部にあり且つ第一のFOVの外部にある区域は投影ビューの部分集合のみによって横断されるようになっている。この方法は、各々の投影ビューについて、すべての減弱測定値を加算してビュー減弱測定値を形成する工程と、最大ビュー減弱測定値を識別する工程と、最大減弱測定値よりも小さいビュー減弱測定値の1以上の部分集合の各々について、関連する投影ビューを増強して増強した減弱ビューを形成し、増強したビューのすべての減弱測定値の和が最大減弱測定値と実質的に同様になるようにする工程と、増強した投影ビュー及び増強していない投影ビューを用いて第二のデータ集合を減弱について補償する工程と、補償した第二のデータ集合を結合して画像を構成する工程とを含んでいる。   The invention further includes a method for use with a structural data set and a functional data set that indicate the structural and functional characteristics of the object being imaged. The structure set and function set correspond to the first and second fields of view (FOV), respectively, and the structure data set corresponds to the first to last parallel trajectories corresponding to the first to last parallel trajectories through the first FOV, respectively. A plurality of projection views each containing attenuation measurements, wherein the first FOV is smaller than the second FOV and contained within the second FOV, and is common to the first and second FOVs Only areas are traversed by each of the projection views, and areas that are inside the second FOV and outside the first FOV are traversed only by a subset of the projection views. The method includes, for each projected view, adding all attenuation measurements to form a view attenuation measurement, identifying a maximum view attenuation measurement, and a view attenuation measurement that is less than the maximum attenuation measurement. For each of one or more subsets of values, the associated projected view is augmented to form an augmented attenuated view, and the sum of all the attenuated measurements in the augmented view is substantially similar to the maximum attenuated measurement Compensating the second data set for attenuation using the augmented projection view and the non-enhanced projection view; combining the compensated second data set to construct an image; Is included.

加えて、本発明は、第一及び第二の視野(FOV)の周囲の複数の投影角度から第一及び第二のデータ集合をそれぞれ収集するように構成されている第一及び第二の検出器と共に用いられる方法を含んでいる。各々の投影角度のデータが一つの投影ビューを構成しており、第二のFOVは第一のFOVよりも大きく且つ第一のFOVを含んで、各々の第一の集合の投影ビューが第二のFOVの一部のみを横断するようにしている。第二のFOVの内部に位置する対象の画像を形成する本方法は、第一及び第二のデータ集合を収集する工程と、対象が第一のFOVを超えて延在している場合には対象全体を完全な一つの投影ビューとして包含している可能性の高い1以上の第一の集合の投影ビューを識別する工程と、対象がその外部に延在している第一の集合の投影ビューをトランケートされた投影ビューとして識別する工程と、完全な投影ビュー・データを用いて各々のトランケートされた投影ビューのデータを増強することにより増強した第一の集合を形成する工程と、増強した第一の集合及び第二の集合を結合して補償した第二の集合を形成する工程と、補償した第二の集合を結合して画像を形成する工程とを含んでいる。   In addition, the present invention provides first and second detections configured to collect first and second data sets, respectively, from a plurality of projection angles around a first and second field of view (FOV). A method used with a container. Each projection angle data constitutes one projection view, the second FOV is larger than and includes the first FOV, and each first set of projection views is the second FOV. Only part of the FOV is traversed. The method of forming an image of an object located within a second FOV includes collecting first and second data sets, and when the object extends beyond the first FOV Identifying one or more first set projection views that are likely to contain the entire object as a complete projection view, and a first set projection from which the object extends. Identifying the view as a truncated projection view, forming a first augmented set by augmenting the data of each truncated projection view with complete projection view data, and augmenting Combining the first set and the second set to form a compensated second set, and combining the compensated second set to form an image.

さらに、本発明は、撮像対象の構造特性及び機能特性を示す構造データ集合及び機能データ集合と共に用いられるイメージング装置を含んでいる。構造集合及び機能集合は第一及び第二の視野(FOV)にそれぞれ対応しており、構造データ集合は、第一のFOVを通る最初から最後までの平行軌道にそれぞれ対応する最初から最後までの減弱測定値を各々含んだ複数の投影ビューを含んでおり、第一のFOVは、第二のFOVよりも小さく且つ第二のFOVの内部に含まれて、第一及び第二のFOVの共通区域のみが投影ビューの各々によって横断され、また、第二のFOVの内部にあり且つ第一のFOVの外部にある区域は投影ビューの部分集合のみによって横断されるようになっている。この装置は、各々の投影ビューについて、すべての減弱測定値を加算してビュー減弱測定値を形成し、最大ビュー減弱測定値を識別し、最大減弱測定値よりも小さいビュー減弱測定値の1以上の部分集合の各々について、関連する投影ビューを増強して増強した減弱ビューを形成し、増強したビューのすべての減弱測定値の和が最大減弱測定値と実質的に同様になるようにし、増強した投影ビュー及び増強していない投影ビューを用いて第二のデータ集合を減弱について補償し、補償した第二のデータ集合を結合して画像を構成するように構成されているコンピュータを含んでいる。   In addition, the present invention includes an imaging device for use with a structural data set and functional data set that indicate the structural and functional characteristics of the object being imaged. The structure set and function set correspond to the first and second fields of view (FOV), respectively, and the structure data set corresponds to the first to last parallel trajectories corresponding to the first to last parallel trajectories through the first FOV, respectively. A plurality of projection views each containing attenuation measurements, wherein the first FOV is smaller than the second FOV and contained within the second FOV, and is common to the first and second FOVs Only areas are traversed by each of the projection views, and areas that are inside the second FOV and outside the first FOV are traversed only by a subset of the projection views. The device adds, for each projection view, all attenuation measurements to form a view attenuation measurement, identifies the maximum view attenuation measurement, and one or more of the view attenuation measurements that are less than the maximum attenuation measurement. For each subset of, enhance the associated projected view to form an enhanced attenuated view, such that the sum of all attenuated measurements in the augmented view is substantially similar to the maximum attenuated measurement Including a computer configured to compensate the second data set for attenuation using the projected and unenhanced projected views and to combine the compensated second data set to form an image. .

本書では、回転式取得システムの拡張型視野のためのトランケーション補償方法及び装置を提供する。以下で詳しく説明するように、一観点では、本発明の方法は、パラレル・サンプリング幾何学的構成の場合には、パラレル・サンプリング幾何学的構成の全チャネルにわたって積算した合計減弱量が投影角度に独立であるという特性に少なくとも部分的に基づいている。本発明の装置及び方法を図面を参照して説明するが、図面では類似の参照番号は全図面で同一の要素を示している。これらの図面は、限定ではなく説明のために掲げられており、本発明の装置及び方法の例示的な実施形態の説明を容易にするために本書に含められている。   This document provides a truncation compensation method and apparatus for an extended field of view of a rotational acquisition system. As will be described in detail below, in one aspect, the method of the present invention, in the case of a parallel sampling geometry, can be used to calculate the total attenuation amount over all channels of the parallel sampling geometry as the projection angle. Based at least in part on the property of being independent. The apparatus and method of the present invention will be described with reference to the drawings, wherein like reference numerals designate the same elements throughout. These drawings are presented for purposes of illustration and not limitation, and are included herein to facilitate the description of exemplary embodiments of the apparatus and method of the present invention.

幾つかの公知のCTイメージング・システム構成においては、X線源がファン(扇形)形状のビームを投射し、このビームは、デカルト座標系のXY平面であって、一般に「イメージング(撮像)平面」と呼ばれる平面内に位置するようにコリメートされる。X線ビームは患者等の撮像対象を透過する。ビームは対象によって減弱された後に放射線検出器のアレイに入射する。検出器アレイで受光される減弱した放射線ビームの強度は、対象によるX線ビームの減弱量に依存している。アレイ内の各々の検出器素子が、検出器の位置でのビーム強度の測定値である別個の電気信号を発生する。すべての検出器からの減弱測定値を別個に取得して透過プロファイル(断面)を形成する。   In some known CT imaging system configurations, the x-ray source projects a fan-shaped beam, which is the XY plane of a Cartesian coordinate system, generally the “imaging plane”. It is collimated so that it lies in a plane called. The X-ray beam passes through an imaging target such as a patient. The beam enters the array of radiation detectors after being attenuated by the object. The intensity of the attenuated radiation beam received by the detector array depends on the amount of attenuation of the X-ray beam by the object. Each detector element in the array generates a separate electrical signal that is a measurement of the beam intensity at the detector location. Attenuation measurements from all detectors are acquired separately to form a transmission profile (cross section).

第三世代CTシステムでは、X線源及び検出器アレイは、X線ビームが撮像対象と交差する角度が定常的に変化するように撮像平面内で撮像対象の周りをガントリと共に回転する。一つのガントリ角度での検出器アレイからの一群のX線減弱測定値すなわち投影データを「ビュー」と呼ぶ。対象の「走査(スキャン)」は、X線源及び検出器が一回転する間に様々なガントリ角度すなわちビュー角度において形成される一組のビューを含んでいる。   In the third generation CT system, the X-ray source and detector array rotate with the gantry around the imaging object in the imaging plane so that the angle at which the X-ray beam intersects the imaging object changes constantly. A group of x-ray attenuation measurements or projection data from a detector array at one gantry angle is referred to as a “view”. A “scan” of an object includes a set of views that are formed at various gantry or view angles during one revolution of the x-ray source and detector.

アキシャル・スキャン(軸方向走査)では、投影データを処理して、対象を通して得られる二次元スライスに対応する画像を構成する。一組の投影データから画像を再構成する一方法に、当業界でフィルタ補正逆投影法と呼ばれるものがある。この方法は、走査からの減弱測定値を「CT数」又は「ハンスフィールド(Hounsfield)単位」と呼ばれる整数へ変換し、これらの整数を用いて陰極線管表示器上の対応するピクセルの輝度を制御する。   In an axial scan, the projection data is processed to construct an image corresponding to a two-dimensional slice obtained through the object. One method for reconstructing an image from a set of projection data is referred to in the art as the filtered backprojection method. This method converts attenuation measurements from the scan into integers called “CT numbers” or “Hounsfield units” and uses these integers to control the brightness of the corresponding pixel on the cathode ray tube display. To do.

全走査時間を短縮するために、「ヘリカル」・スキャン(螺旋走査)を行なうこともできる。「ヘリカル」・スキャンを行なうためには、所定の数のスライスのデータが取得されている最中に患者を移動させる。このようなシステムは、一回のファン・ビーム・ヘリカル・スキャンから単一の螺旋を生成する。ファン・ビームによって悉く写像された螺旋から投影データが得られ、投影データから各々の所定のスライスにおける画像を再構成することができる。   To shorten the total scan time, a “helical” scan (spiral scan) can also be performed. To perform a “helical” scan, the patient is moved while data for a predetermined number of slices is being acquired. Such a system generates a single helix from a single fan beam helical scan. Projection data is obtained from the helix mapped by the fan beam, and an image at each predetermined slice can be reconstructed from the projection data.

ヘリカル・スキャン用の再構成アルゴリズムは典型的には、収集したデータに対してビュー角度及び検出器チャネル番号の関数として加重する螺旋加重アルゴリズムを利用している。明確に述べると、フィルタ補正逆投影法を行なう前に、ガントリ角度及び検出器角度の両方の関数である螺旋加重ファクタに従ってデータに加重する。次いで、加重したデータを処理してCT数を生成すると共に、対象を通して得られる二次元スライスに対応する画像を構成する。   A reconstruction algorithm for helical scanning typically utilizes a helical weighting algorithm that weights the collected data as a function of view angle and detector channel number. Specifically, before performing the filtered backprojection, the data is weighted according to a helical weighting factor that is a function of both the gantry angle and the detector angle. The weighted data is then processed to generate a CT number and an image corresponding to the two-dimensional slice obtained through the object is constructed.

CTシステムの性能をさらに向上させるために、マルチ・スライスCTシステムが構築されている。かかるシステムでは、多数の検出器横列(row)で多数の投影を同時に取得する。ヘリカル・スキャンの場合と同様に、フィルタ補正逆投影法を行なう前に投影データに加重関数を適用する。   In order to further improve the performance of CT systems, multi-slice CT systems have been constructed. In such a system, multiple projections are acquired simultaneously with multiple detector rows. As with the helical scan, a weighting function is applied to the projection data before performing the filtered backprojection method.

少なくとも幾つかのCTシステムは陽電子放出断層写真法(PET)をも実行するように構成されており、CT/PETシステム(及びPET/CTシステム)と呼ばれている。陽電子は正荷電した電子(反電子)であって、サイクロトロン又は他の装置を用いて製造された放射性核種によって放出される。診断撮像に最も多用される放射性核種は、フッ素−18(18F)、炭素−11(11C)、窒素−13(13N)及び酸素−15(15O)である。放射性核種は、グルコース又は二酸化炭素のような物質に含ませることにより、「放射線医薬品」と呼ばれる放射性トレーサとして用いられる。放射性医薬品の一般的な一用途は医療撮像分野にある。   At least some CT systems are also configured to perform positron emission tomography (PET) and are referred to as CT / PET systems (and PET / CT systems). Positrons are positively charged electrons (anti-electrons) that are emitted by radionuclides produced using a cyclotron or other device. The most frequently used radionuclides for diagnostic imaging are fluorine-18 (18F), carbon-11 (11C), nitrogen-13 (13N) and oxygen-15 (15O). A radionuclide is used as a radiotracer called a “radiopharmaceutical” by including it in a substance such as glucose or carbon dioxide. One common use of radiopharmaceuticals is in the medical imaging field.

撮像に放射性医薬品を用いるためには、放射性医薬品を患者に注射して、撮像したい器官又は血管等に蓄積させる。特定の放射性医薬品が幾つかの器官内で濃縮されること、或いは血管の場合には特定の放射性医薬品が血管壁に吸収されないことが知られている。濃縮の過程には、グルコース代謝、脂肪酸代謝及びタンパク合成のような過程がしばしば関わっている。以下では、説明を単純化する目的で、血管を含めた被撮像器官を一般に「関心器官」と呼ぶものとし、仮設的な関心器官について本発明を説明する。   In order to use a radiopharmaceutical for imaging, the radiopharmaceutical is injected into a patient and accumulated in an organ or blood vessel or the like to be imaged. It is known that certain radiopharmaceuticals are concentrated in some organs, or in the case of blood vessels, certain radiopharmaceuticals are not absorbed by the vessel wall. The concentration process often involves processes such as glucose metabolism, fatty acid metabolism and protein synthesis. In the following, for the purpose of simplifying the description, the organ to be imaged including blood vessels is generally referred to as “organ of interest”, and the present invention will be described for a temporary organ of interest.

放射性医薬品が関心器官内で濃縮した後に、放射性核種は崩壊しながら陽電子を放出する。陽電子は極く短い距離を移動した後に電子と衝突し、電子と衝突すると消滅して2個の光子、すなわちγ線に変換される。この衝突事象は下記の二つの特徴によって特徴付けられ、これらの特徴が医療撮像、具体的にはフォトン放出断層写真法(PET)を用いた医療撮像に関係している。すなわち、第一に、各々のγ線は消滅時に近似的に511keVのエネルギを有する。第二に、これら二つのγ線は実質的に反対方向を向いている。   After the radiopharmaceutical is concentrated in the organ of interest, the radionuclide decays and emits positrons. The positron collides with the electron after moving a very short distance, and when it collides with the electron, it disappears and is converted into two photons, that is, γ rays. This collision event is characterized by the following two features, which are related to medical imaging, specifically medical imaging using photon emission tomography (PET). That is, first, each γ-ray has an energy of approximately 511 keV when extinguished. Second, these two gamma rays are substantially in opposite directions.

PET撮像において、これらの消滅の全体的な位置を三次元で識別することができれば、関心器官の三次元画像を再構成して観測することができる。消滅位置を検出するために、PETカメラを用いる。PETカメラの一例は、複数の検出器と、特に同時計数検出サーキットリを含むプロセッサとを含んでいる。   In PET imaging, if the overall position of these disappearances can be identified in three dimensions, a three-dimensional image of the organ of interest can be reconstructed and observed. A PET camera is used to detect the disappearance position. An example of a PET camera includes a plurality of detectors and in particular a processor including coincidence detection circuitry.

同時計数サーキットリは、撮像域の実質的に反対側に位置する検出器に対応する実質的に同時発生のパルス対を識別する。従って、同時発生パルス対は、関連する一対の検出器の間の直線上で消滅が生じたことを示す。数分間の取得時間にわたって数百万回の消滅が記録され、各回の消滅が一意の検出器対に関連付けられる。取得時間の後に、記録された消滅データを幾つかの異なる周知の逆投影手順の任意のもので用いて、関心器官の三次元画像を構成する。   The coincidence circuitry identifies substantially coincident pulse pairs corresponding to detectors located substantially opposite the imaging area. Thus, a coincident pulse pair indicates that annihilation has occurred on a straight line between a pair of related detectors. Millions of annihilation are recorded over several minutes of acquisition time, with each annihilation associated with a unique detector pair. After the acquisition time, the recorded annihilation data is used in any of several different known backprojection procedures to construct a three-dimensional image of the organ of interest.

本書で用いる場合には、単数形で記載されており単数不定冠詞を冠した要素又は工程という用語は、排除を明記していない限りかかる要素又は工程を複数備えることを排除しないものと理解されたい。さらに、本発明の「一実施形態」に対する参照は、所載の特徴を同様に組み入れている他の実施形態の存在を排除しないものと解釈されたい。   As used in this document, the term element or step described in the singular and followed by a singular indefinite article should be understood as not excluding the presence of a plurality of such elements or steps unless explicitly stated otherwise. . Furthermore, references to “one embodiment” of the present invention should not be construed as excluding the existence of other embodiments that also incorporate the recited features.

また、本書で用いられる「画像を再構成する」という語句は、画像を表わすデータが生成されるが可視画像は形成されないような本発明の実施形態を排除するものではない。従って、本書で用いられる「画像」という用語は、可視画像及び可視画像を表わすデータの両方を広く指すものとする。但し、多くの実施形態は1以上の可視画像を形成する(か又は形成するように構成されている)。   Also, the phrase “reconstruct an image” as used herein does not exclude embodiments of the invention in which data representing the image is generated but no visible image is formed. Accordingly, the term “image” as used herein broadly refers to both the visible image and the data representing the visible image. However, many embodiments form (or are configured to form) one or more visible images.

図1及び図2には、マルチ・モーダル・イメージング・システム10が図示されており、イメージング・システム10は、第一のモダリティ・ユニットと第二のモダリティ・ユニット(図1及び図2には示されていない)とを含んでいる。これら二つのモダリティ・ユニットは、システム10が第一のモダリティ・ユニットを用いて第一のモダリティで対象を走査すると共に、第二のモダリティ・ユニットを用いて第二のモダリティで同じ対象を走査することを可能にしている。システム10は、異なるモダリティでの多数回の走査を考慮に入れており、単一のモダリティ・システムを凌ぐ診断能力の向上を容易にする。一実施形態では、マルチ・モーダル・イメージング・システム10は計算機式断層写真法/陽電子放出断層写真法(CT/PET)イメージング・システム10であり、CT/PETシステム10は、「第三世代」CTイメージング・システムに典型的なガントリ12をPETサーキットリと組み合わせて含むものとして示されている。代替的な実施形態では、CT及びPET以外のモダリティをシステム10と共に用いる。ガントリ12は、X線源14を有する第一のモダリティ・ユニットを含んでおり、X線源14は、ガントリ12の反対側に設けられている検出器アレイ18に向かってX線ビーム16を投射する。検出器アレイ18は、複数の検出器素子20を含む複数の検出器横列(図示されていない)によって形成されており、検出器素子20は一括で、患者22のような対象を透過した投射X線を感知する。各々の検出器素子20は、入射X線ビームの強度を表わし従って対象又は患者22を透過する際のビームの減弱の推定を可能にする電気信号を発生する。X線投影データを取得するための一回の走査の間に、ガントリ12及びガントリ12に装着されている構成部品は回転中心24の周りを回転する。図2は、検出器素子20の単一の横列(すなわち検出器横列一列)のみを示している。しかしながら、マルチ・スライス検出器アレイ18は、一回の走査中に複数のスライスに対応する投影データが同時に取得され得るように検出器素子20の複数の平行な検出器横列を含んでいる。   1 and 2 illustrate a multi-modal imaging system 10, which includes a first modality unit and a second modality unit (shown in FIGS. 1 and 2). Not included). These two modality units cause the system 10 to scan the object with the first modality using the first modality unit and the same object with the second modality using the second modality unit. Making it possible. The system 10 allows for multiple scans with different modalities and facilitates improved diagnostic capabilities over a single modality system. In one embodiment, the multi-modal imaging system 10 is a computed tomography / positron emission tomography (CT / PET) imaging system 10, wherein the CT / PET system 10 is a “third generation” CT. It is shown as including a gantry 12 typical of an imaging system in combination with a PET circuit. In alternative embodiments, modalities other than CT and PET are used with the system 10. The gantry 12 includes a first modality unit having an X-ray source 14 that projects an X-ray beam 16 toward a detector array 18 provided on the opposite side of the gantry 12. To do. The detector array 18 is formed by a plurality of detector rows (not shown) including a plurality of detector elements 20, which are collectively projected X through a subject such as a patient 22. Sense a line. Each detector element 20 generates an electrical signal that represents the intensity of the incident x-ray beam and thus allows estimation of the attenuation of the beam as it passes through the subject or patient 22. During a single scan to acquire X-ray projection data, the gantry 12 and components mounted on the gantry 12 rotate about the center of rotation 24. FIG. 2 shows only a single row of detector elements 20 (ie, a detector row). However, the multi-slice detector array 18 includes a plurality of parallel detector rows of detector elements 20 so that projection data corresponding to a plurality of slices can be acquired simultaneously during a single scan.

ガントリ12の回転及びX線源14の動作は、CT/PETシステム10の制御機構26によって制御される。制御機構26はX線制御器28とガントリ・モータ制御器30とを含んでおり、X線制御器28はX線源14に電力信号及びタイミング信号を供給し、ガントリ・モータ制御器30はガントリ12の回転速度及び位置を制御する。制御機構26内に設けられているデータ取得システム(DAS)32が検出器素子20からのアナログ・データをサンプリングして、後続の処理のためにこのデータをディジタル信号へ変換する。画像再構成器34が、サンプリングされてディジタル化されたX線データをDAS32から受け取って高速画像再構成を実行する。再構成された画像はコンピュータ36への入力として印加され、コンピュータ36は大容量記憶装置38に画像を記憶させる。   The rotation of the gantry 12 and the operation of the X-ray source 14 are controlled by the control mechanism 26 of the CT / PET system 10. The control mechanism 26 includes an X-ray controller 28 and a gantry motor controller 30. The X-ray controller 28 supplies power signals and timing signals to the X-ray source 14, and the gantry motor controller 30 is a gantry motor controller 30. Twelve rotational speeds and positions are controlled. A data acquisition system (DAS) 32 provided within the control mechanism 26 samples the analog data from the detector element 20 and converts this data into a digital signal for subsequent processing. An image reconstructor 34 receives sampled and digitized x-ray data from DAS 32 and performs high speed image reconstruction. The reconstructed image is applied as an input to the computer 36, which causes the mass storage device 38 to store the image.

コンピュータ36はまた、キーボードを有するコンソール40を介して操作者から指令及び走査用パラメータを受け取る。付設されている陰極線管表示器42によって、操作者は、再構成された画像及びコンピュータ36からのその他のデータを観測することができる。操作者が供給した指令及びパラメータはコンピュータ36によって用いられて、DAS32、X線制御器28及びガントリ・モータ制御器30に制御信号及び情報を供給する。加えて、コンピュータ36は、モータ式テーブル46を制御するテーブル・モータ制御器44を動作させて、患者22をガントリ12内で配置する。具体的には、テーブル46は患者22の各部分をガントリ開口48を通して移動させる。   The computer 36 also receives commands and scanning parameters from an operator via a console 40 having a keyboard. The attached cathode ray tube display 42 allows the operator to observe the reconstructed image and other data from the computer 36. The commands and parameters supplied by the operator are used by the computer 36 to supply control signals and information to the DAS 32, X-ray controller 28 and gantry motor controller 30. In addition, the computer 36 operates a table motor controller 44 that controls the motorized table 46 to place the patient 22 in the gantry 12. Specifically, the table 46 moves each part of the patient 22 through the gantry opening 48.

一実施形態では、コンピュータ36は、例えばフレキシブル・ディスク、CD−ROM、DVD、又は他のディジタル・ソース例えばネットワーク若しくはインターネット、及び開発中のディジタル手段等のコンピュータ読み取り可能な媒体52から命令及び/又はデータを読み取る装置50を含んでおり、装置50は、例えばフレキシブル・ディスク・ドライブ、CD−ROMドライブ、DVDドライブ、光磁気ディスク(MOD)装置、又はイーサネット装置(「イーサネット」は商標)等のネットワーク接続装置を含めたその他任意のディジタル装置等である。他の実施形態では、コンピュータ36はファームウェア(図示されていない)に記憶されている命令を実行する。コンピュータ36は、本書に記載する機能を実行するようにプログラムされており、本書で用いられるコンピュータという用語は当技術分野でコンピュータと呼ばれている集積回路のみに限定されている訳ではなく、コンピュータ、プロセッサ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ、特定応用向け集積回路、及び他のプログラム可能な回路を広範に指しており、これらの用語は本書では互換的に用いられている。CT/PETシステム10はまた、複数の検出器を含む複数のPET検出器(図示されていない)を含んでいる。PET検出器及び検出器アレイ18は両方とも放射線を検出するので、本書では両方とも放射線検出器と呼ぶ。一実施形態では、CT/PETシステム10は、米国ウィスコンシン州WaukeshaのGeneral Electric Medical Systemsから市販され本書に記載するように構成されているDiscovery LS CT/PETシステム(商標)である。もう一つの実施形態では、CT/PETシステム10は、やはり米国ウィスコンシン州WaukeshaのGeneral Electric Medical Systemsから市販され本書に記載するように構成されているHawkeye CT/PETシステム(商標)である。   In one embodiment, the computer 36 may receive instructions and / or instructions from a computer readable medium 52 such as, for example, a flexible disk, CD-ROM, DVD, or other digital source such as a network or the Internet and digital means under development. A device 50 for reading data is included. The device 50 is a network such as a flexible disk drive, a CD-ROM drive, a DVD drive, a magneto-optical disk (MOD) device, or an Ethernet device (“Ethernet” is a trademark). Any other digital device including a connecting device. In other embodiments, computer 36 executes instructions stored in firmware (not shown). The computer 36 is programmed to perform the functions described herein, and the term computer used herein is not limited to only integrated circuits referred to in the art as computers. , Processors, microcontrollers, microcomputers, programmable logic controllers, application specific integrated circuits, and other programmable circuits, which are used interchangeably herein. The CT / PET system 10 also includes a plurality of PET detectors (not shown) that include a plurality of detectors. Since both the PET detector and detector array 18 detect radiation, both are referred to herein as radiation detectors. In one embodiment, CT / PET system 10 is a Discovery LS CT / PET system (TM) commercially available from General Electric Medical Systems, Waukesha, Wisconsin, USA and configured as described herein. In another embodiment, CT / PET system 10 is a Hawkey CT / PET system (TM), also commercially available from General Electric Medical Systems, Waukesha, Wisconsin, USA and configured as described herein.

加えて、ここでは医療環境について説明しているが、本発明の利点は、限定しないが例えば空港若しくは鉄道駅等の輸送拠点で典型的に用いられている限定しないが例えば手荷物走査用CTシステムのような産業用CTシステムを含めたすべてのCTシステムで有用となるものと想到される。   In addition, although the medical environment is described herein, the advantages of the present invention are not limited, but are not limited to those typically used at transport sites such as airports or railway stations, but are not limited to, for example, a CT system for baggage scanning. It is thought that it will be useful in all CT systems including such industrial CT systems.

幾つかの走査条件下では、患者22の一部が検出器18によって測定される領域を超えて延在することにより画像アーティファクト及び撮像対象の不完全な表現を招く場合がある。アーティファクト低減を扱った幾つかの公知の方法が発表されているが、視野(FOV)の外部に位置する患者の部分の撮像については扱われていない。しかしながら、FOVを超えて延在する患者の部分を撮像することが望ましい。このことは、腫瘍学、スピン・アンジオグラフィ法、合成型イメージング・システム、及びイン・エコノミー(In Economy)CTスキャナを含めた多くの分野で有用である。公知のマルチ・スライスCTスキャナの現在のハードウェアは、再構成視野(FOV)を約50センチメートル(cm)に制限している。殆どの臨床応用ではこれで十分であるが、このFOVの外部に位置する対象を撮像するようにFOVを拡張できると望ましい。すると、腫瘍学又はCT/PETのような応用で特に有利になる場合がある。腫瘍学応用では、FOVは大きい方が望ましい。その主な理由は、X線処置計画の場合には、腫瘍をより適切に配置しようとすると患者の四肢がしばしば走査FOVの外部に配置されるという事実があるからである。公知のCT再構成アルゴリズムはトランケートされた投影を無視しており、アーティファクトの強い画像を形成する。これらのアーティファクトは処置計画のための減弱経路の正確な推定に影響を及ぼす可能性がある。図3に、ファントムの一例を示しており、同図にはトランケーション・アーティファクトが示されている。CT/PET(計算機式断層写真法/陽電子放出断層写真法)のような合成型イメージング・システムでは、PETシステムのFOVが既存のCT設計と一致しない場合がある。CTシステム及び他のイメージング・システムすなわちCT/PET、CT/NUC(CT/核医学)又はCT/MR(CT/磁気共鳴)の間でFOVを一致させることが望ましい。本補正を用いて、FOVを一致させるように調節することができる。PETの場合には、本方法によって減弱補正が良好になる。本書に記載するのは、検出器ハードウェアによって制限されているFOVを超えて再構成FOVを拡大するアルゴリズムによるアプローチである。この補正アルゴリズムを、限定しないがフル・スキャン、ハーフ・スキャン/セグメント及び心臓セクタ式の各アルゴリズムを含めた様々な再構成アルゴリズムに応用することができる。加えて、システム10は所載のアルゴリズムを採用するように構成される。   Under some scanning conditions, a portion of the patient 22 may extend beyond the area measured by the detector 18 resulting in image artifacts and an incomplete representation of the object being imaged. Several known methods have been published that deal with artifact reduction, but do not address imaging of the part of the patient located outside the field of view (FOV). However, it is desirable to image a portion of the patient that extends beyond the FOV. This is useful in many areas, including oncology, spin angiography, synthetic imaging systems, and In Economy CT scanners. Current hardware of known multi-slice CT scanners limits the reconstruction field of view (FOV) to about 50 centimeters (cm). While this is sufficient for most clinical applications, it would be desirable if the FOV could be extended to image objects located outside this FOV. This may be particularly advantageous in applications such as oncology or CT / PET. For oncology applications, a larger FOV is desirable. The main reason is that in the case of X-ray treatment planning, there is the fact that the patient's limbs are often placed outside the scanning FOV in order to better place the tumor. Known CT reconstruction algorithms ignore truncated projections and produce images with strong artifacts. These artifacts can affect the accurate estimation of the attenuation path for treatment planning. FIG. 3 shows an example of a phantom, which shows truncation artifacts. In composite imaging systems such as CT / PET (Computerized Tomography / Positron Emission Tomography), the FOV of the PET system may not match the existing CT design. It is desirable to match the FOV between CT systems and other imaging systems, namely CT / PET, CT / NUC (CT / nuclear medicine) or CT / MR (CT / magnetic resonance). This correction can be used to adjust the FOV to match. In the case of PET, attenuation correction is improved by this method. Described herein is an algorithmic approach that extends the reconstructed FOV beyond the FOV limited by the detector hardware. This correction algorithm can be applied to a variety of reconstruction algorithms including, but not limited to, full scan, half scan / segment and cardiac sector algorithms. In addition, the system 10 is configured to employ the described algorithm.

図4は、胸部ファントム走査についてパラレル・サンプリング幾何学的構成による合計減弱量(全チャネルにわたって積算したもの)を投影角度の関数としてプロットした図を示している。パラレル・サンプリングは、元のファン・ビーム・データを当技術分野で公知の手法でリビニング(rebinning)することにより得られる。曲線が水平線に近いことに留意されたい。しかしながら、ファン・ビーム・サンプリングの幾何学的構成にはこの特性は存在しない。また、走査対象が走査視野(FOV)の外部に位置しているときには、この特性は最早有効でない。欠損量は、対象のうち投影FOVの外部に位置している部分に等しい。殆どすべての臨床例において、図5に示すように、投影トランケーションは投影角度の一部で生じているに過ぎない。この例では、3時の位置で取得されている投影にはトランケーションは存在せず、12時の位置で取得されている投影は強くトランケートされている。従って、トランケートされていない投影(すなわち例えば図5では3時の付近の位置)に頼って、トランケートされたビュー(例えば図5の例では12時の付近の位置)についてのトランケーションの量を推定することができる。この補正方法の一つの初期工程は、前処理済み投影に対してソフトウェアによるファン・ビームからパラレル・ビームへのリビニングを実行するものである。一実施形態では、この初期工程が第一の工程となる。この方法は当技術分野では周知であり、格別のデータ収集は不要である。一旦、リビニングが完了したら、図6に示すように、全検出器チャネルにわたって投影を積算して合計減弱曲線を得る。合計減弱曲線の沈下部はトランケーションの生じているビューに対応していることに留意されたい。曲線の平坦な部分は、対象トランケーションが生じていないビューに対応している。一旦、FOVの外部に位置する対象の合計量が推定されたら、次の工程は欠落投影の分布を推定することである。この目的を達成するために、一実施形態では、先ず、勾配及び境界の推定を図示した図7に示すように、トランケートされた投影において、下記の式1に示すようにして境界読み取り値pl及びprを算出する。雑音を減少させるために、一実施形態では、m個のサンプルの平均を用いる。雑音を減少させる際にはm=3とすると有用であることが経験的に判明している。他の実施形態では、mは1よりも大きく5よりも小さい。 FIG. 4 shows a plot of the total attenuation (accumulated over all channels) with a parallel sampling geometry as a function of projection angle for a chest phantom scan. Parallel sampling is obtained by rebinning the original fan beam data by techniques known in the art. Note that the curve is close to the horizon. However, this characteristic does not exist in the fan beam sampling geometry. Also, this characteristic is no longer effective when the scan target is located outside the scanning field of view (FOV). The amount of loss is equal to the portion of the object that is located outside the projection FOV. In almost all clinical cases, projection truncation occurs only at a portion of the projection angle, as shown in FIG. In this example, there is no truncation in the projection acquired at the 3 o'clock position, and the projection acquired at the 12 o'clock position is strongly truncated. Thus, depending on the untruncated projection (ie, for example, the position near 3 o'clock in FIG. 5), the amount of truncation for the truncated view (eg, the position near 12 o'clock in the example of FIG. 5) is estimated. be able to. One initial step in this correction method is to perform a software fan beam to parallel beam rebinning on the preprocessed projection. In one embodiment, this initial step is the first step. This method is well known in the art and does not require special data collection. Once rebinning is complete, the projections are integrated over all detector channels to obtain a total attenuation curve, as shown in FIG. Note that the sinking of the total attenuation curve corresponds to the view where truncation occurs. The flat part of the curve corresponds to a view in which no truncation has occurred. Once the total amount of objects located outside the FOV is estimated, the next step is to estimate the distribution of missing projections. To achieve this goal, in one embodiment, first, the boundary readings p l as shown in Equation 1 below in the truncated projection, as shown in FIG. And pr are calculated. In order to reduce noise, in one embodiment, an average of m samples is used. It has been empirically found that m = 3 is useful in reducing noise. In other embodiments, m is greater than 1 and less than 5.

(式1)   (Formula 1)

式中、Nは検出器チャネル数であり、kは投影ビュー番号である。加えて、一実施形態では、両端の近くの勾配sl及びsrを推定する。勾配の推定は、一次多項式で両端の近くのn個のサンプルをフィッティングすることにより行なわれる。n=5であると有用であることが経験的に判明している。一実施形態では、nは2よりも大きく8よりも小さい。他の実施形態では、nは3よりも大きく7よりも小さい。 Where N is the number of detector channels and k is the projection view number. In addition, in one embodiment, to estimate the nearby slope s l and s r at both ends. Gradient estimation is performed by fitting n samples near both ends with a first order polynomial. Experience has shown that n = 5 is useful. In one embodiment, n is greater than 2 and less than 8. In other embodiments, n is greater than 3 and less than 7.

推定の信頼性をさらに高めるために、互いに隣接する検出器横列から取得される投影を用いる。人体の解剖学的構造は典型的には、僅かな距離(数ミリメートル)では急激に変化しないので、互いに隣接する横列から推定される境界サンプル及び勾配は典型的には大きく変化しない。従って、推定されるパラメータ(pl、pr、sl及びsr)を幾列かの検出器横列から算出された値の加重平均とすることができる。境界及び勾配情報に基づいて、トランケートされた投影に最もよくフィットさせることのできる円筒形水対象の位置及び寸法を推定する。水の減弱係数をμwとし、円筒の半径をRとし、円筒の中心からの距離をXと表わすと、投影値p(x)及び勾配p′(x)を次式によって表わすことができる。 In order to further increase the reliability of the estimation, projections obtained from detector rows adjacent to each other are used. Since the anatomy of the human body typically does not change rapidly at a small distance (a few millimeters), the boundary samples and gradients estimated from adjacent rows typically do not change significantly. Thus, the estimated parameters (p l , p r , sl and s r ) can be a weighted average of the values calculated from several detector rows. Based on the boundary and gradient information, estimate the location and dimensions of the cylindrical water object that can best fit the truncated projection. The attenuation coefficient of water and mu w, the radius of the cylinder and R, to represent the distance from the center of the cylinder and X, can be expressed projection value p (x) and the gradient p '(x) is the following formula.

(式2)   (Formula 2)

トランケートされた投影の境界でのp(x)及びp′(x)の両方を算出するので、目標は欠落した投影に付加されるべき円筒の寸法及び位置を得るようにR及びxを推定することである。これらのパラメータを推定する式を次式によって表わすことができる。   Since both p (x) and p ′ (x) at the boundaries of the truncated projection are calculated, the target estimates R and x to obtain the size and position of the cylinder to be added to the missing projection. That is. The equations for estimating these parameters can be expressed as:

(式3)   (Formula 3)

(式4)   (Formula 4)

各変数は、トランケートされた対象から延長させる必要のある円筒形対象の位置及び寸法の推定値を表わしている。一旦、これらのパラメータが決定されたら、式(2)を用いて拡張した投影を算出することができる。この工程を、トランケートされた投影用の水充填円筒について図8に示す。   Each variable represents an estimate of the position and size of the cylindrical object that needs to be extended from the truncated object. Once these parameters are determined, an extended projection can be calculated using equation (2). This process is illustrated in FIG. 8 for a truncated projection water-filled cylinder.

本例では、単純化のために円筒形水ファントムを用いた。実際には、柔軟性を高めるために他の対象形状、例えば楕円円筒を用いてもよい。走査対象の特性についての先験的情報が入手可能である場合には、付加対象の形状選択にこの情報を用いてよいことは言うまでもない。繰り返し法を用いて欠落した投影データを推定することもできる。   In this example, a cylindrical water phantom was used for simplicity. In practice, other object shapes, such as elliptical cylinders, may be used to increase flexibility. Of course, if a priori information about the characteristics of the scan target is available, this information may be used to select the shape of the additional target. Missing projection data can also be estimated using an iterative method.

投影の両端に位置する推定された円筒が、必ずしも投影全体の合計減弱量を復元するとは限らない。なぜなら、これらの対象は勾配及び境界サンプルのみから決定されているからである。合計減弱曲線(図6)から導き出される情報は用いられていない。合計減弱損失についての適正な補償を確保するためには、pl及びprの大きさに基づいて、左側の減弱分布Tl対右側の減弱分布Trを決定する。 Estimated cylinders located at both ends of the projection do not necessarily restore the total attenuation of the entire projection. This is because these objects are determined solely from gradient and boundary samples. Information derived from the total attenuation curve (FIG. 6) is not used. To ensure proper compensation for a total attenuation loss, based on the size of the p l and p r, to determine the attenuation distribution T l vs. right attenuation distribution T r of the left.

(式5)   (Formula 5)

式中、Tは図6から決定される減弱の合計損失量である。加えて、拡張された曲線の下方の減弱量が減弱損失を補うには不十分である場合には、図9に示すように、減弱欠損を満たすように推定投影を伸張させる。このとき、投影の拡張部は予測合計減弱量によってスケーリングされている。一実施形態では、この計算法は次のとおりである。先ず、拡張された投影曲線の下方面積(図9の影付き領域によって示す)に対する予測合計減弱量(式(5)に示す)の比を算出する。比が1単位よりも大きいならば、x軸をこの比でスケーリングして、初期推定投影(図9の点線によって示す)をさらに拡張する(図9の太い実線によって示す)。同様に、比が1単位よりも大幅に小さいならば、拡張された投影をxについて圧縮すればよい。 In the equation, T is the total loss amount of attenuation determined from FIG. In addition, if the amount of attenuation below the expanded curve is insufficient to compensate for the attenuation loss, the estimated projection is stretched to fill the attenuation defect, as shown in FIG. At this time, the extended portion of the projection is scaled by the predicted total attenuation amount. In one embodiment, the calculation method is as follows. First, the ratio of the predicted total attenuation amount (shown in equation (5)) to the area under the extended projection curve (shown by the shaded area in FIG. 9) is calculated. If the ratio is greater than 1 unit, the x-axis is scaled by this ratio to further expand the initial estimated projection (indicated by the dotted line in FIG. 9) (indicated by the thick solid line in FIG. 9). Similarly, if the ratio is significantly less than one unit, the expanded projection may be compressed with respect to x.

図10は、補正を行なわない場合及び行なった場合での再構成されたファントム画像の実例を示している。4×1.25mmの検出器構成でアキシャル・スキャン・モードでショルダ・ファントムを走査した。15cmのプラスチック製ファントムを、このプラスチック製ファントムの辺縁が65cmFOVの境界の近くに位置するようにショルダ・ファントムに取り付けた。トランケートされた対象が近似的に完全に復元している。図10(A)は、トランケーション補正を行なわずに50cmFOVで再構成されており(現在の製品の制限)、図10(B)は、本書に記載した方法及び装置を用いて65cmFOVで再構成されていることに留意されたい。参考のために、部分的にトランケートされているファントムを図10(C)に示す。   FIG. 10 shows an example of a reconstructed phantom image when no correction is performed and when correction is performed. The shoulder phantom was scanned in the axial scan mode with a 4 × 1.25 mm detector configuration. A 15 cm plastic phantom was attached to the shoulder phantom so that the edge of the plastic phantom was located near the 65 cm FOV boundary. The truncated object is approximately fully restored. 10A is reconstructed at 50 cm FOV without truncation correction (current product limitations), and FIG. 10B is reconstructed at 65 cm FOV using the methods and apparatus described herein. Please note that. For reference, a partially truncated phantom is shown in FIG.

以上に記載したシステム及び方法は、合計減弱量、境界サンプルの大きさ及び勾配の保存のみを利用して欠落した投影分布を推定しているが、推定に追加情報を利用してもよい。例えば、断層写真法についてのHelgason−Ludwig条件(HL条件)を用いて上述の手法をさらに精密化することができる。加えて、異なる閾値を設定して、不正な測定条件下でもアルゴリズムが適正に動作するように保証することができる。例えば、図9で説明した伸張比に上限及び下限を設定して、信頼性の低い測定値による誤差増大の状態を防ぐことができる。加えて、sl及びsrの勾配計算は、計算が妥当な範囲内に納まるように設定することができる。また、走査対象の物性が水と大幅に異なることが分かっている場合には、既知の物質(水の代わりとなるもの)の減弱係数を利用して式(3)及び式(4)に示す寸法及び位置計算を行なうことができる。加えて、他方のモダリティから得られる情報を用いて、欠落した対象の推定をさらに精密化することができる。例えば、幾分かの量の放射性物質の摂取が行なわれている場合には、再構成されたPET画像(減弱補正を行なっていないもの)を援用して、対象の境界を推定することができる。この情報をCT画像再構成に供給して、トランケーション補正をさらに精密化することができる。 Although the systems and methods described above estimate missing projection distributions using only total attenuation, boundary sample size, and gradient preservation, additional information may be used for estimation. For example, the above technique can be further refined using the Helgason-Ludwig condition (HL condition) for tomography. In addition, different thresholds can be set to ensure that the algorithm operates properly even under illegitimate measurement conditions. For example, an upper limit and a lower limit may be set for the expansion ratio described with reference to FIG. 9 to prevent an error increase due to a measurement value with low reliability. In addition, the slope calculations for s l and s r can be set so that the calculations are within reasonable limits. In addition, when it is known that the physical property of the scanning target is significantly different from that of water, the attenuation coefficient of a known substance (substituting for water) is used to obtain the equations (3) and (4). Dimension and position calculations can be performed. In addition, the information obtained from the other modality can be used to further refine the estimation of missing objects. For example, when some amount of radioactive material is ingested, the reconstructed PET image (without attenuation correction) can be used to estimate the boundary of the object . This information can be supplied to CT image reconstruction to further refine truncation correction.

補間したデータは完全にサンプリングされているFOVの内部のデータと同じ画質を有しないので、FOVを補外した画像に目印を付けると有用である。図10(D)は、境界に点線で目印を付けたものを示している。この目印付けは、色符号又はCT数のシフトで行なうこともできる。目印が画像データを観察する能力に影響を及ぼす可能性があるので、目印をオン及びオフにする簡単な方法を設ける。すると、システム10の利用者は、目印をオン又はオフにすることができる。   Since the interpolated data does not have the same image quality as the data inside the fully sampled FOV, it is useful to mark the image extrapolated from the FOV. FIG. 10 (D) shows the boundary marked with a dotted line. This marking can also be performed by shifting the color code or the CT number. Since the landmarks can affect the ability to observe the image data, a simple way to turn the landmarks on and off is provided. Then, the user of the system 10 can turn on or off the landmark.

図11は、第一のモダリティ走査平面60及び第二のモダリティ走査平面62を示すシステム10の上面図である。実施形態の一例では、第一のモダリティがCTであり、第二のモダリティがPETである。   FIG. 11 is a top view of system 10 showing a first modality scan plane 60 and a second modality scan plane 62. In an example embodiment, the first modality is CT and the second modality is PET.

図12は、第一及び第二のモダリティの軸横断方向(transaxial)の撮像野を示している。この軸横断方向の撮像構成は、患者アパーチャ72の周囲に配置されているPET検出器70を示しており、患者アパーチャ72内に配置されている患者22又は他の試験対象から放出されるフォトンを画像化する。線源14は、焦点スポット74がX線検出器のアレイ18の焦点に位置した状態のX線管(図示されていない)を含んでおり、X線検出器アレイ18は患者22を透過したX線の強度を測定する。X線管及び検出器18は、患者アパーチャ72の周りを回転するフレームに共に堅固に保持されている。回転の過程で、「完全にサンプリングされている視野」76の内部では測定値が連続的に形成される。完全にサンプリングされている視野76と患者アパーチャ72との間に配置されている対象22の任意の区域を横断するX線の減弱は、限られた範囲の回転角度で測定され、この領域を「部分的にサンプリングされている視野」領域と呼ぶ。換言すると、完全にサンプリングされている視野76の内部の部分は、測定値がすべてのガントリ角度で取得可能となるようにファン78の内部に配置されており、収集されるデータは完全にサンプリングされている視野データと定義される。しかしながら、角度によってはファン78の内部となるが他の角度ではファン78の外部となる部分もあり、これらの部分について収集されるデータは部分的にサンプリングされている視野データと定義される。   FIG. 12 shows the transaxial imaging field of the first and second modalities. This cross-axis imaging configuration shows a PET detector 70 positioned around the patient aperture 72 and captures photons emitted from the patient 22 or other test object positioned within the patient aperture 72. Make an image. The source 14 includes an X-ray tube (not shown) with a focal spot 74 located at the focal point of the array 18 of X-ray detectors, which X-ray detector array 18 transmits X through the patient 22. Measure the line strength. The x-ray tube and detector 18 are firmly held together in a frame that rotates around the patient aperture 72. In the course of rotation, measurements are continuously formed within the “fully sampled field of view” 76. X-ray attenuation across any area of the subject 22 positioned between the fully sampled field of view 76 and the patient aperture 72 is measured over a limited range of rotation angles, and this region is referred to as “ Called the “partially sampled field of view” region. In other words, the part of the field of view 76 that is fully sampled is placed inside the fan 78 so that measurements can be taken at all gantry angles, and the collected data is fully sampled. Defined as visual field data. However, there are portions that are inside the fan 78 depending on the angle but outside the fan 78 at other angles, and the data collected for these portions is defined as partially sampled field of view data.

図13は、CT検出器の通常の再構成画像を示しており、この再構成画像は、患者22(図13には示されていない)がFOVの外部に延在している場合でも完全にサンプリングされている視野76に限定されている。通例、CT再構成法は完全にサンプリングされている視野76のみを再構成する結果として図13に類似した画像が得られ、この画像では部分的にサンプリングされている視野まで延在している対象又は対象の部分は一切存在しない。幾つかのトランケートされたCT再構成で観測されるもう一つのアーティファクトは、図16(F)に見られるようにトランケートされた減弱が多量に生じている交差部での減弱の見かけ上の増大である。トランケートされた画像を用いて患者の減弱を測定するときには、欠落した対象のため減弱が過小評価され、またCT FOVの辺縁での行き過ぎ量のため応答の何本かの線では過大評価される場合がある。   FIG. 13 shows a typical reconstructed image of the CT detector, which is completely reconstructed even when the patient 22 (not shown in FIG. 13) extends outside the FOV. Limited to the field of view 76 being sampled. Typically, the CT reconstruction method reconstructs only the fully sampled field of view 76, resulting in an image similar to FIG. 13 where the object extends to the partially sampled field of view. Or there is no target part at all. Another artifact observed in several truncated CT reconstructions is the apparent increase in attenuation at the intersection where there is a large amount of truncated attenuation as seen in FIG. 16 (F). is there. When measuring patient attenuation using truncated images, attenuation is underestimated due to missing subjects and overestimated at some lines of response due to overshoot at the margin of CT FOV There is a case.

図14は、CTからの拡張型視野データを用いてPET画像又はシングル・フォトン・エミッション計算機式断層写真法(SPECT)のような他の機能画像の減弱を補正するCT−FI(機能画像)再構成のフロー・プロセス80を示している。CT−FI走査設定ステップ82は、機能画像(FI)の被走査空間及び複数の再構成パラメータ、並びに所望に応じて後に選択随意で診断CTを取得する場合には合成用の対応CT画像を定義する。選択随意でCTスカウト84を行なった後に、低線量CT走査86を実行して2回再構成する。1回目は設定した再構成パラメータを用いて合成用CT画像87を形成し、2回目は前述の拡張型FOVを用いて減弱補正(AC)用CT画像88(CTAC)を形成する。CTACステップ90では、FI走査設定92(再構成定義)を用いてCT画像を減弱生データ・ファイル(RDF)へ変換し、各々のFIスライス位置毎のファイル、及びFI検出器読み取り値に合わせて減弱測定値を揃えるCT−FI整列較正データを作成する。FI取得ステップ94では、リソース記述フレームワーク(RDF)モデルを用いて1以上のFI FOVでの放出データを取得する。FI再構成ステップ96では、CT−FI生データ・ファイル(RDF)を用いて放出データを減弱について補正し、補正済み機能画像98、及び減弱を示す選択随意画像100を形成する。CT−FI合成ステップ102では、本質的に位置が揃っておりCT−FI走査設定82で指定されたパン、ズーム及びフィルタ処理を施されたCT画像及びPET画像の両方を受け取る。   FIG. 14 shows a CT-FI (functional image) reconstruction that uses extensible field of view data from CT to correct attenuation of other functional images such as PET images or single photon emission computed tomography (SPECT). A configuration flow process 80 is shown. The CT-FI scan setting step 82 defines a scan space of a functional image (FI) and a plurality of reconstruction parameters, and a corresponding CT image for synthesis when a diagnostic CT is later optionally selected as desired. To do. After an optional CT scout 84, a low dose CT scan 86 is performed and reconstructed twice. The first time forms a composite CT image 87 using the set reconstruction parameters, and the second time forms an attenuation correction (AC) CT image 88 (CTAC) using the above-mentioned extended FOV. In CTAC step 90, the CT scan is converted to an attenuated raw data file (RDF) using FI scan settings 92 (reconstruction definition) and matched to the file for each FI slice position and the FI detector readings. Create CT-FI alignment calibration data to align attenuation measurements. In FI acquisition step 94, release data in one or more FI FOVs are acquired using a resource description framework (RDF) model. In a FI reconstruction step 96, the emission data is corrected for attenuation using a CT-FI raw data file (RDF) to form a corrected functional image 98 and a selected optional image 100 showing attenuation. The CT-FI synthesis step 102 receives both panned, zoomed and filtered CT and PET images that are essentially aligned and specified in the CT-FI scan settings 82.

CTACステップ90では、CT画像を放出減弱補正用の減弱補正ファイルへ変換する。以下で、CT数から所要の放出エネルギでの減弱への変換を導き出す方法を説明する。CT画像は、空気及び水の減弱を基準としてX線ビームの減弱を表わすハンスフィールド単位で較正されている。μが線形減弱係数を表わす場合に、ある特定の物質のCT数であるCT[物質]は下記のようにして算出される。   In CTAC step 90, the CT image is converted into an attenuation correction file for emission attenuation correction. In the following, a method for deriving the conversion from the CT number to attenuation with the required emission energy will be described. The CT image is calibrated in Hansfield units representing the attenuation of the X-ray beam relative to the attenuation of air and water. When μ represents a linear attenuation coefficient, CT [material], which is the CT number of a specific material, is calculated as follows.

CT[物質]=1000*{μ[物質]−μ[水]}
/{μ[水]−μ[空気]}
CT機械は、水についてはCT数が0、及び空気についてはCT数が−1000を与えるように各々のkV設定で較正されている。骨(及び程度は小さいが脂肪)のような幾つかの物質は減弱について異なるエネルギ依存性を有しており、これらの物質のCT数はエネルギにつれて変化する。2種類の異なるスケーリング・アルゴリズムを用いて組織範囲を放出減弱係数へ変換する。
CT [substance] = 1000 * {μ [substance] −μ [water]}
/ {Μ [water] −μ [air]}
The CT machine is calibrated at each kV setting to give a CT number of 0 for water and a CT number of -1000 for air. Some materials, such as bone (and to a lesser extent fat) have different energy dependencies for attenuation, and the CT number of these materials varies with energy. Two different scaling algorithms are used to convert the tissue range to the emission attenuation factor.

先ず、CT値が0未満である場合には、物質は水に類似したエネルギ依存性を有するものと想定され(例えば水及び組織)、所要の放出エネルギkeVでの減弱値は次のようにして求められる。   First, if the CT value is less than 0, the substance is assumed to have an energy dependency similar to water (for example, water and tissue), and the attenuation value at the required emission energy keV is as follows: Desired.

μ[物質,keV]−μ[空気,keV]
={μ[水,keV]−μ[空気,keV]}*{CT物質+1000}
/1000
空気の減弱を無視すれば、この変換は該当放出エネルギでの水の減弱についての知識しか必要としない。スキャナは走査手法を問わず同一の軟組織CT数を与えるように較正されているので、スキャナの実効エネルギは必要ではない。放出エネルギkeVは、放射性同位体及び検出の種類についての知識から導き出される。PET検出器の場合には、放出エネルギは511keVであり、SPECT検出器の場合には、放出エネルギは同位体及び検出器のエネルギ許容設定に依存している。このため、PET検出器は511keVでの水の減弱については固定値を用いることができる。SPECT検出器では、一定範囲のkeVの減弱値のテーブルを用いることができる。
μ [substance, keV] −μ [air, keV]
= {Μ [water, keV] −μ [air, keV]} * {CT substance + 1000}
/ 1000
Neglecting the attenuation of air, this conversion requires only knowledge of the attenuation of water at the relevant emission energy. Since the scanner is calibrated to give the same soft tissue CT number regardless of the scanning technique, the scanner's effective energy is not necessary. The emitted energy keV is derived from knowledge about the radioisotope and the type of detection. In the case of a PET detector, the emission energy is 511 keV, and in the case of a SPECT detector, the emission energy depends on the isotope and detector energy tolerance settings. For this reason, the PET detector can use a fixed value for attenuation of water at 511 keV. In the SPECT detector, a table of attenuation values of keV in a certain range can be used.

骨スケーリングの場合には、0を超えるCT値は骨及び水の混合物であるものとして扱われ、減弱値は、X線実効エネルギkVeffでの測定値から所要の放出エネルギkeVでの減弱値へ以下のようにして変換される。 In the case of bone scaling, a CT value greater than 0 is treated as a mixture of bone and water, and the attenuation value is from the measured value at the X-ray effective energy kV eff to the attenuation value at the required emission energy keV It is converted as follows.

μ[物質,keV]=μ[水,keV]
+[CT[kVp]*μ[水,kVeff
*{μ[骨,keV]−μ[水,keV]}]
/1000*{μ[骨,kVeff]−μ[水,kVeff]}
式中、CT[kVp]は高電圧設定のkVp(キロボルト電位)で測定された物質のCT数である。この式は、CTスキャナの実効エネルギ及び放出エネルギの両方での骨及び水の減弱値を必要とする。これらの値は、以下の形態のテーブルで与えることができる。すなわち、各々のkVp設定(実効エネルギの測定から導き出される)での骨及び水の減弱のテーブル、並びに各々の放出エネルギ(PETでは511eV)での骨及び水の減弱のテーブルである。
μ [substance, keV] = μ [water, keV]
+ [CT [kVp] * μ [water, kV eff ]
* {Μ [bone, keV] −μ [water, keV]}]
/ 1000 * {μ [bone, kV eff ] −μ [water, kV eff ]}
In the formula, CT [kVp] is the CT number of the substance measured at high voltage setting kVp (kilovolt potential). This equation requires bone and water attenuation values for both the effective and emitted energy of the CT scanner. These values can be given in a table of the form: A table of bone and water attenuation at each kVp setting (derived from the measurement of effective energy) and a table of bone and water attenuation at each emission energy (511 eV in PET).

CT数の減弱値への変換は、上述の式の適用によって、及び/又は各々のCT数に対応する減弱についての項目を含んでいるルックアップ・テーブルの利用によって、行なうことができる。異なるCT kVp設定での測定値を511keVでの減弱係数へ変換する変換テーブルのグラフ図を図15に示す。   The conversion of CT numbers to attenuation values can be done by applying the above formula and / or by using a look-up table that contains entries for attenuation corresponding to each CT number. FIG. 15 shows a graph of a conversion table for converting measured values at different CT kVp settings into attenuation coefficients at 511 keV.

CT値を511keVのフォトン・エネルギに対応する減弱値へ変換した後に、PET再構成は以下のように進む。減弱マップを平滑化して、機能画像の分解能と整合させる。平滑化した減弱マップによって減弱線積分を算出して、サイノグラムとしてソートして機能放出サイノグラムを整合させる。機能放出データは、減弱補正ファクタの乗算により減弱について補正される。補正した機能データを、フィルタ補正逆投影(FBP)又は逐次型サブセット式期待値最大化法(OSEM)のような断層像再構成を用いて再構成する。   After converting the CT value to an attenuation value corresponding to a photon energy of 511 keV, the PET reconstruction proceeds as follows. Smooth the attenuation map to match the resolution of the functional image. The attenuation line integral is calculated by the smoothed attenuation map and sorted as a sinogram to match the functional emission sinogram. The function release data is corrected for attenuation by multiplying the attenuation correction factor. The corrected functional data is reconstructed using tomographic reconstruction such as filtered backprojection (FBP) or sequential subset expectation maximization (OSEM).

図16は、50cmのCT FOVの内部に配置されているファントムが左側に位置しており、50cmのCT FOVの外部に配置されているファントムが右側に位置している場合のPET/CTシステム10(図1及び図2に示す)からの画像例を示す。A及びBは減弱補正を行なっていないPET放出再構成を表わしている。中央列のC及びDは、CTからの減弱補正を行なったPET放出再構成を表わしており、下列のEは中央に位置するファントムのCT画像であり、FはずれたファントムからのCT画像である。   FIG. 16 shows the PET / CT system 10 when the phantom arranged inside the 50 cm CT FOV is located on the left side and the phantom arranged outside the 50 cm CT FOV is located on the right side. An example image from (shown in FIGS. 1 and 2) is shown. A and B represent PET emission reconstructions without attenuation correction. C and D in the middle row represent the PET emission reconstruction with attenuation correction from CT, E in the lower row is a CT image of the centrally located phantom, and F is a CT image from the displaced phantom. .

20cm直径の2個の放射性ファントムをPET及びCTの両方で撮像した。標準的な50cmFOV画像から導き出された減弱マップは図16(F)に示すように50cm直径の外部ではゼロ減弱を有しており、これらの減弱マップを用いてPET放出を減弱について補正し、以下の放出再構成を形成した。図17は、トランケートされた減弱領域で再構成された放射能が、完全に維持されている領域におけるよりも小さいことを示している(すなわち部分的にサンプリングされているデータ)。図18は、前述の検出器補外を用いて再構成されて拡張型視野再構成を形成したCT画像を示している。二組目のPET再構成は、65cmFOVを超えて延在しているCTデータから導き出された減弱マップを用いたものである。図19は、拡張型CT画像から導き出された減弱補正を行なって再構成されたPET放出走査を示している。   Two 20 cm diameter radioactive phantoms were imaged with both PET and CT. The attenuation map derived from the standard 50 cm FOV image has zero attenuation outside the 50 cm diameter as shown in FIG. 16 (F), and these attenuation maps are used to correct PET emission for attenuation, and so on. The release reconstruction was formed. FIG. 17 shows that the radioactivity reconstructed in the truncated attenuation region is smaller than in the fully maintained region (ie, partially sampled data). FIG. 18 shows a CT image reconstructed using the above-described detector extrapolation to form an expanded field reconstruction. The second set of PET reconstructions uses an attenuation map derived from CT data extending beyond 65 cm FOV. FIG. 19 shows a PET emission scan reconstructed with attenuation correction derived from the expanded CT image.

本書の少なくとも幾つかの例では、「投影ビュー」という語句は、FOVを通る平行軌道に対応する画像データ集合又は減弱測定値集合を指すものとして用いられており、この場合には各々のビューが最初から最後までの平行軌道に対応する最初から最後までの減弱測定値を含んでいる。加えて、「増強した投影ビュー」という語句は、典型的には元のビューの最初の軌道又は最後の軌道のいずれかに隣接している軌道に対応する付加的な減弱測定値を加算することにより変更された投影ビューを指すものとして用いられている(図8及び9を再度参照されたい。これらの図では投影ビューに対応する曲線が増強され或いは拡張されている)。同様に、「増強していない投影ビュー」という語句は、付加的な測定値が加算されていない投影ビューを指すものとして用いられている。「ビュー減弱測定値」(ビュー減弱測定値をCT投影角度の関数として示している図6を参照されたい)という語句は、単一の投影ビューからの合計減弱測定値を指すものとして用いられている。「減弱投影ビュー」という語句は、減弱マップから導き出されるビューの前方投影集合を指すものとして用いられており、2D画像は複数のビューに分割される。「減弱曲線」という語句は、図7に示したような曲線を指すものとして用いられており、同図では、単一の投影ビューに対応する減弱測定値を、曲線が最初の対応する減弱測定値と最後の対応する減弱測定値との間に延在するように、また最初の減弱測定値及び最後の減弱測定値のそれぞれ近傍に第一及び第二の勾配sl及びsrが存在するように、プロットしている。 In at least some examples in this document, the phrase “projection view” is used to refer to a set of image data or attenuation measurements that correspond to parallel trajectories through the FOV, where each view is Contains attenuation measurements from beginning to end corresponding to parallel trajectories from beginning to end. In addition, the phrase “enhanced projection view” typically adds additional attenuation measurements corresponding to trajectories adjacent to either the first or last trajectory of the original view. (See again FIGS. 8 and 9 in which the curves corresponding to the projection views are augmented or expanded). Similarly, the phrase “unenhanced projection view” is used to refer to a projection view to which no additional measurements have been added. The phrase “view attenuation measurement” (see FIG. 6 showing view attenuation measurement as a function of CT projection angle) is used to refer to the total attenuation measurement from a single projection view. Yes. The phrase “attenuated projection view” is used to refer to a forward projection set of views derived from an attenuation map, where a 2D image is divided into multiple views. The phrase “attenuation curve” is used to refer to a curve as shown in FIG. 7, in which the attenuation measurement corresponding to a single projection view is represented by the first corresponding attenuation measurement for the curve. so as to extend between the attenuation measurements of the values and the last corresponding, also the first and second gradient s l and s r is present near each of the first attenuation measurements and last attenuation measurements So that it is plotted.

様々な特定の実施形態によって本発明を説明したが、当業者であれば特許請求の範囲の要旨及び範囲に属する改変を施して本発明を実施し得ることを理解されよう。   While the invention has been described in terms of various specific embodiments, those skilled in the art will recognize that the invention can be practiced with modification within the spirit and scope of the claims.

CTイメージング・システムの実施形態の見取り図である。1 is a sketch of an embodiment of a CT imaging system. 図1に示すシステムのブロック模式図である。It is a block schematic diagram of the system shown in FIG. トランケートされたアーティファクトを示す図である。FIG. 6 shows a truncated artifact. 胸部ファントムについて全チャネルにわたって積算した合計減弱量を投影角度の関数として示すグラフである。It is a graph which shows the total attenuation amount integrated | accumulated over all the channels about the chest phantom as a function of a projection angle. 臨床環境におけるトランケーションの図である。FIG. 2 is a diagram of truncation in a clinical environment. 合計減弱量に対してトランケーション投影が及ぼす影響を示すグラフである。It is a graph which shows the influence which truncation projection has on the total amount of attenuation. 勾配及び境界推定の図である。FIG. 6 is a diagram of gradient and boundary estimation. トランケートされた投影にフィットさせた水円筒の図である。FIG. 6 is a view of a water cylinder fitted to a truncated projection. 予測合計減弱量によってスケーリングした投影拡張の図である。It is the figure of the projection expansion scaled by the prediction total attenuation amount. 複数の画像を示す図である。It is a figure which shows a some image. 図1及び図2に示すシステムの上面図であって、第一のモダリティ走査平面及び第二のモダリティ走査平面を示す図である。FIG. 3 is a top view of the system shown in FIGS. 1 and 2 showing a first modality scan plane and a second modality scan plane. 第一及び第二のモダリティの軸横断方向の撮像野を示す図である。It is a figure which shows the imaging field of the transaxial direction of a 1st and 2nd modality. 完全にサンプリングされている視野に制限されているCT検出器の通常の再構成画像を示す図である。FIG. 4 shows a typical reconstructed image of a CT detector restricted to a fully sampled field of view. CT−FI(機能画像)再構成の流れ図である。It is a flowchart of CT-FI (functional image) reconstruction. 異なるCT kVp設定での測定値を511keVでの減弱係数へ変換する複数の変換テーブルのグラフ図である。It is a graph figure of the some conversion table which converts the measured value in a different CT kVp setting into the attenuation coefficient in 511 keV. 図1及び図2に示すPET/CTシステムからの画像例であって、50cmCT FOVの内部に配置されているファントムが左側に位置しており、50cmCT FOVの外部に配置されているファントムが右側に位置している図である。FIG. 3 is an example of an image from the PET / CT system shown in FIG. 1 and FIG. 2, the phantom arranged inside the 50 cm CT FOV is located on the left side, and the phantom arranged outside the 50 cm CT FOV is located on the right side. FIG. トランケートされた減弱領域で再構成された放射能が、完全に維持されている領域におけるよりも小さいことを示す図である。FIG. 5 shows that the reconstructed radioactivity in the truncated attenuation region is less than in the fully maintained region. 本書に記載している検出器補外を用いて再構成したCT画像の図である。It is the figure of CT image reconstructed using the extrapolation of the detector described in this book. 拡張型CT画像から導き出された減弱補正を行なって再構成したPET放出走査の図である。FIG. 5 is a diagram of a PET emission scan reconstructed with attenuation correction derived from an expanded CT image.

符号の説明Explanation of symbols

10 CTシステム
12 ガントリ
14 X線源
16 X線コーン・ビーム
18 検出器アレイ
20 検出器素子
22 患者
24 回転中心
26 制御機構
42 表示器
46 モータ式テーブル
48 ガントリ開口
50 媒体読み取り装置
52 媒体
60 第一のモダリティ走査平面
62 第二のモダリティ走査平面
70 PET検出器
72 患者アパーチャ
74 焦点スポット
76 完全にサンプリングされている視野
78 ファン
80 CT−FI再構成のプロセス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 CT system 12 Gantry 14 X-ray source 16 X-ray cone beam 18 Detector array 20 Detector element 22 Patient 24 Center of rotation 26 Control mechanism 42 Display 46 Motorized table 48 Gantry opening 50 Media reader 52 Media 60 1st Modality scan plane 62 Second modality scan plane 70 PET detector 72 Patient aperture 74 Focus spot 76 Fully sampled field of view 78 Fan 80 CT-FI reconstruction process

Claims (6)

X線源(14)、及び該線源から対象に向けて放出されたファン形状のX線(16)を受光するように配置されているX線に応答する検出器(18)を含んでいる計算機式断層写真法(CT)システムと、
γ線に応答する検出器(70)を含んでいる陽電子放出断層写真法(PET)システムと、
前記CTシステム及び前記PETシステムに動作に関して結合されているコンピュータ(36)であって、
前記対象のPET走査からデータを受け取って、前記対象のPET画像を再構成し、
前記ファン形状のX線(16)を用いたすべてのガントリ角度にわたる前記対象(22)のCT走査から、完全にサンプリングされているビュー(76)データ及び部分的にサンプリングされているビューデータを含んだデータを受け取り、
記受け取った部分的にサンプリングされているビューデータを増強し、
記増強した部分的にサンプリングされているビューデータを用いて前記対象のCT画像を再構成するように構成されているコンピュータ(36)と、を備え
前記ビューデータの増強が、
前記検出器(18)の外側における欠落投影の分布を推定し、
推定された欠落投影を満たすように元のビューの最初の軌道又は最後の軌道のいずれかに隣接している軌道に対応する付加的な減弱測定値を加算することにより行われ、
前記再構成されたPET画像を援用して、前記完全にサンプリングされているビュー(76)の区域と前記部分的にサンプリングされているビューの区域との間の境界を推定し、推定された境界の情報に基づいて前記付加的な減弱測定値の加算を行う、イメージング装置(10)。
An X-ray source (14) and a detector (18) responsive to the X-rays arranged to receive fan-shaped X-rays (16) emitted from the source toward the subject . A computed tomography (CT) system;
a positron emission tomography (PET) system including a detector (70) responsive to gamma rays;
A computer (36) coupled in operation to the CT system and the PET system,
Receiving data from the subject's PET scan and reconstructing the subject's PET image;
Includes fully sampled view (76) data and partially sampled view data from a CT scan of the object (22) over all gantry angles using the fan-shaped X-ray (16) Receive data,
Enhance the view data that is pre-Symbol received partially sampled,
A computer (36) configured to reconstruct the CT image of the object by using the view data that is pre-Symbol enhanced partially sampled, with a
The augmentation of the view data
Estimating the distribution of missing projections outside the detector (18);
Done by adding additional attenuation measurements corresponding to trajectories adjacent to either the first or last trajectory of the original view to satisfy the estimated missing projection;
Estimating a boundary between the area of the fully sampled view (76) and the area of the partially sampled view with the aid of the reconstructed PET image, An imaging device (10) for performing addition of the additional attenuation measurement value based on the information .
前記完全にサンプリングされているビューの区域(76)は、すべてのガントリ角度で前記ファン形状の内部に配置されている領域であり、
前記部分的にサンプリングされているビューの区域は、一部のガントリ角度でのみ前記ファン形状の内部に配置されている領域であり、
前記コンピュータ(36)はさらに前記完全にサンプリングされているビュー(76)区域と前記部分的にサンプリングされているビューの区域との間の境界および前記部分的にサンプリングされているビューの区域における欠落した減弱測定値の合計量を推定するために、全検出器チャネルにわたって投影を積算することにより、合計減弱曲線を形成するように構成されている、請求項1に記載の装置(10)。
The fully sampled view area (76) is the area located inside the fan shape at all gantry angles;
The partially section view being sampled is a region which is disposed within the fan-shaped part of the gantry angle only,
The computer (36) further includes a boundary between the area of the fully sampled view (76) and the area of the partially sampled view and the area of the partially sampled view. The apparatus (10) of claim 1, wherein the apparatus (10) is configured to form a total attenuation curve by integrating projections across all detector channels to estimate a total amount of missing attenuation measurements at. .
前記コンピュータ(36)はさらに、
X線管電圧を表わす信号を受け取って、
前記X線管電圧に基づいて前記CT画像の1以上のCT数をPET減弱数へ変換するように構成されている、請求項1又は2に記載の装置(10)。
The computer (36) further includes
Receiving a signal representing the x-ray tube voltage,
The apparatus (10) according to claim 1 or 2 , configured to convert one or more CT numbers of the CT image into PET attenuation numbers based on the X-ray tube voltage.
前記コンピュータ(36)はさらに、The computer (36) further includes
CT数をPET減弱数へ変換した後に、減弱数のマップを平滑化することにより、前記PET画像の分解能と整合させるように構成されている、請求項3に記載の装置(10)。The apparatus (10) of claim 3, configured to match the resolution of the PET image by smoothing a map of attenuation numbers after converting the CT numbers to PET attenuation numbers.
前記コンピュータ(36)はさらに、The computer (36) further includes
前記境界の読み取り値pl及びprをRead the boundary readings pl and pr
に従って算出するように構成されており、Is configured to calculate according to
mは所定の変数であり、Nは検出器チャネル数であり、kは投影ビュー番号である、請求項2に記載の装置(10)。The apparatus (10) of claim 2, wherein m is a predetermined variable, N is the number of detector channels, and k is a projection view number.
前記コンピュータ(36)はさらに、The computer (36) further includes
前記境界の読み取り値plの外側の減弱分布Tlと前記境界の読み取り値prの外側の減弱分布TrをAn attenuation distribution Tl outside the boundary reading value pl and an attenuation distribution Tr outside the boundary reading value pr.
に従って算出するように構成されており、Is configured to calculate according to
Tは前記減弱測定値の合計量である、請求項5に記載の装置(10)。The apparatus (10) according to claim 5, wherein T is the total amount of the attenuation measurements.
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