JP4353094B2

JP4353094B2 - Ｐｅｔ装置

Info

Publication number: JP4353094B2
Application number: JP2004378942A
Authority: JP
Inventors: 圭司北村
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2024-12-28
Also published as: JP2006184152A

Description

この発明は、癌や腫瘍などを早期発見するのに好適なＰＥＴ（ポジトロン・エミッション・コンピュータ・トモグラフィ）装置の改善に関する。

ＰＥＴ装置では、癌や腫瘍に集まる性質を有する薬剤にポジトロン放出性核種で標識した上で、この薬剤を人体内に投与する。ポジトロン消滅時に１８０°反対方向にガンマ線が放出されるので、人体を３６０°囲むようにリング状に配列された多数の放射線検出器でその２つのガンマ線の同時入射をとらえる。それらの入射位置を結ぶ線上に核種が位置するという関係から、それら入射位置を結ぶ線（ＬＯＲ：Line Of Response）について同時入射個数を計数する。こうした同時計数を多数のＬＯＲの各々ついて一定時間行ってデータを収集し、演算処理することにより、核種の分布像を再構成する。この分布像は、上記放射線検出器がリング状に配列される平面が人体を横切る断層面での核種の濃度分布を表す。

ところで、このＰＥＴ装置において、通常、被検体の厚みが大きい部位（放射線吸収が大きい部位）では検出されるガンマ線同時計数が減少し、さらに偶発同時計数や散乱同時計数などのノイズ成分が増大することが知られている。その結果、画像のＳ／Ｎを実質的に決定する雑音等価計数率（ＮＥＣＲ）が減少し、画質の劣化が生じる。なお、このＮＥＣＲはつぎのように表される。
ＮＥＣＲ＝Ｔ²／（Ｔ＋Ｓ＋２ｆＲ）
ここで、Ｔは真の同時計数、Ｓは散乱同時計数、Ｒは偶発同時計数、ｆは被写体の視野に対する比率である。

そのため、ＰＥＴ全身検査など、放射線検出器のリング型配列中に被検体（人体）を通過させて体軸方向の広い範囲で各断層面でのＰＥＴ画像を得ようとする場合に、人体は部位ごとに断面積が異なるとともに放射性薬剤の集積度合いが異なることから、被検体を一定速度で移動させて各断面でのデータ収集時間を一定にすると、体軸方向にＳ／Ｎのむらが生じてしまい、診断能が低下するおそれがある。そこで、体軸方向の断面積変化に応じて被検体の移動速度を変化させることが考えられる。

一方、ＮＥＣＲは被検体の厚みに加え、体内から発せられる放射線を検出する検出器（エミッションデータ検出用の検出器）で測定されるシングル計数率に対する依存性があり、これに基づき、数種類の大きさのファントム測定などで、被検体厚みごとにシングル計数率の関数としてＮＥＣＲを求めることが、下記の非特許文献１に記載されている（とくに１３８２頁のＦｉｇ．５を参照）。そこで、被検体に対してシングル計数をモニタするとともに、トランスミッションデータ（被検体を透過する放射線の吸収データ）を収集し、このデータから各断層面での被検体厚みを求めれば、部位に応じた速度（データ収集時間）を求めることが可能であると考えられる。
C. C. Watson, T. Beyer, D. W. Townsend and D. Brasse, "Evaluation of Clinical PET Count Rate Performance", IEEE Transactions on Nuclear Science, Vol. 50, No. 5, pp. 1379-1395, Oct. 2003.

しかしながら、通常、トランスミッションデータはエミッションデータとは別に収集する必要があり、検査時間が余分にかかってしまう上、トランスミッションデータの測定位置（断層面位置）とエミッションデータの測定位置（断層面位置）とを一致させなければならないという煩雑さが生じる。さらに、シングル計数率は、エミッションデータ収集する検出器自身で測定しなければならないので、測定条件（移動速度）をその測定時に決定するという矛盾が生じ、不可能である。

この発明は、本発明者らがすでになした、下記特許文献１、２に示される発明を応用・発展させることにより、検査時間が余計にかかったり煩雑さを招来せずにエミッションシングルデータとトランスミッションデータとをエミッションポジトロンデータと同時に測定することを可能とし、これによってＮＥＣＲが一定になるように各データ収集時間（被検体移動速度）を定めることができるＰＥＴ装置を提供することを課題とする。
特開２００１−１９４４５９号公報特願２００３−１４０５４２

上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明によるＰＥＴ装置においては、多数の放射線検出器をリング型に配列したエミッションデータ収集用検出器と、このエミッションデータ収集用検出器のリング中心軸方向に隣接配置される、多数の放射線検出器をリング型に配列したトランスミッションデータ収集用検出器と、該トランスミッションデータ収集用検出器のリング内部において該リングに沿って回転する外部放射線源と、被検体が該トランスミッションデータ収集用検出器側からエミッションデータ収集用検出器の側へと移動するよう該被検体を相対的に移動させる移動装置と、上記トランスミッションデータ収集用検出器において上記の回転する外部放射線源により照射される領域の放射線検出器によりトランスミッションデータを収集するとともに外部放射線源から照射されない領域の放射線検出器によりエミッションシングルデータを収集し、上記のトランスミッションデータから求めた各断層面での被検体厚さとその各々の断層面での上記のエミッションシングルデータとにより各断層面がエミッションデータ収集用検出器のリング内に滞在する時間を定めて上記移動装置を制御するコントローラとが備えられることが特徴となっている。

本発明者は上記特許文献１に示されるように、多数の放射線検出器をリング型に配列したエミッションデータ収集用検出器と、このエミッションデータ収集用検出器のリング中心軸方向に隣接配置される、多数の放射線検出器をリング型に配列したトランスミッションデータ収集用検出器と、該トランスミッションデータ収集用検出器のリング内部において該リングに沿って回転する外部放射線源と、被検体が該トランスミッションデータ収集用検出器側からエミッションデータ収集用検出器の側へと移動するよう該被検体を相対的に移動させる移動装置とを備えたＰＥＴ装置について発明しており、請求項１記載の発明では、このＰＥＴ装置の構成を利用している。また、本発明者らは上記特許文献２に示されるように、トランスミッションデータ収集用検出器において回転する外部放射線源により照射される領域の放射線検出器によりトランスミッションデータを収集するとともに外部放射線源から照射されない領域の放射線検出器によりエミッションシングルデータを収集するようにする発明をなしており、この構成が請求項１のＰＥＴ装置において採用されている。そこで、収集されたトランスミッションデータから各断層面での厚みを求めることができる。外部放射線源から照射されない領域の放射線検出器には、被検体内からの放射線のみが入射するので、被検体の各断層面におけるエミッションシングルデータを得ることができる。

このようにして厚みとエミッションシングルデータを求めた被検体断層面は、移動装置により、つぎにエミッションデータ収集用検出器のリング内に移動させられていく。そして、トランスミッションデータ収集用検出器とエミッションデータ収集用検出器との間の距離は既知である。したがって、厚みとエミッションシングルデータを求めた断層面位置と、エミッションデータ収集用検出器でデータ収集する断層面位置とを合致させる煩雑な操作は不要となる。つまり、厚みとエミッションシングルデータを求めた断層面がエミッションデータ収集用検出器に到達するとき、その断層面がエミッションデータ収集用検出器のリング内に滞在する時間（エミッションデータ収集時間）を、上記の厚みとエミッションシングルデータとによって最適なものに定めることができる。これにより、被検体厚みとシングル計数率に応じてＮＥＣＲが一定の良好なものになるように各データ収集時間（被検体移動速度）を定めることができる。

つぎに、この発明を実施したＰＥＴ装置について図面を参照して説明する。

図１は、この発明の一実施例にかかるＰＥＴ装置を示すブロック図である。この図において、ガントリ１０にはトンネル部１１が設けられており、このトンネル部１１内に、ベッド２１に載せられた被検者２０がベッド装置２２によって移動させられて挿入される。

ガントリ１０内には、トンネル部１１の周りを囲むように、多数の放射線検出器をリング型に配列したエミッションデータ収集用検出器１２が設けられる。このリング型の検出器１２はリング軸方向（被検者２０の体軸方向）に多層に形成されていて、これら各層内での放射線の同時入射を検出するとともに各層間での放射線の同時入射を検出するようにされている。したがって、リング型配列の各層が横切る被検者２０の各断層面での２次元的なデータ収集のみならず、被検者２０の体軸方向をも加えた３次元的なデータ収集（３Ｄ収集）を行うものとなっている。

このエミッションデータの３Ｄ収集用検出器１２に対し、リング軸方向に隣接するように、図では右側に、多数の放射線検出器を１層にリング型に配列したトランスミッションデータ収集用検出器１３が設けられている。このリング型のトランスミッションデータ収集用検出器１３のリング内部には、放射線源１５がそのリングに沿って回転するよう保持されている。これらリング型の検出器１２、１３をリング軸方向において挟むようにリング型のシールド板１４、１４が配置されるとともに、それら検出器１２、１３の間にもリング型のシールド板１４が配置され、各検出器１２、１３に入射する放射線がリング軸方向においてコリメートされ、相互に干渉しないようにされている。

ポジトロン放出性薬剤が投与された被検者２０がトンネル部１１内に挿入されているとき、エミッションデータ収集用検出器１２には、その被検者２０の身体内の薬剤から放出されたガンマ線が入射し、その入射事象に対応する検出信号がエミッションデータ収集装置３１に送られる。エミッションデータ収集装置３１は、２つの検出信号が同時に入力されたことに応じて、その２つのガンマ線が同時入射した位置（ＬＯＲ）ごとに計数する。こうして収集した同時計数データがエミッションデータ収集メモリ３２に蓄えられていく。収集されたエミッションポジトロンデータはデータ処理装置３３に送られ、逆投影法などのアルゴリズムで処理され、放射性薬剤の濃度分布像（ＰＥＴ画像）が再構成され、このＰＥＴ画像が画像表示装置３４で表示される。

リング型のトランスミッションデータ収集用検出器１３の内側に置かれ、そのリングに沿って回転するよう保持された線源１３は、小さな点状の放射線源であって、図２に示すように、被検者２０が置かれるＦＯＶ（Field of View: 測定領域）に向けて放射線を照射するようコリメータ１６によりその照射方向が制限されている。そのため、この線源１５からの放射線が照射される領域Ｕの検出器１３には、線源１５から放出されＦＯＶおよび被検者２０を透過した放射線が入射するとともに被検者２０の内部から放出された放射線が入射することになる。これに対して、コリメータ１６によって遮蔽される領域Ｖには、線源１５からの放射線は入射せず、被検者２０の内部からの放射線のみが入射する。

トランスミッションデータ収集装置４１は、トランスミッションデータ収集用検出器１３の各検出器からの出力信号を受け、入射した放射線のシングルイベントをその入射位置ごとに計数するものであるが、上記のように領域Ｕ、Ｖで異なる放射線が入射することから、線源１５（およびこれと一体となって回転するコリメータ１６）の回転位置情報を入力することによって、領域Ｕでのトランスミッションデータ（エミッションデータも含まれる）と領域Ｖでのエミッションデータとを分けて収集することができ、これらをトランスミッションデータ収集メモリ４２およびエミッションシングルデータ収集メモリ４３に蓄積する。

これらメモリ４２、４３の計数データはＣＰＵ４４に送られて、前者から後者を引き算することにより、線源１５から放出され被検者２０を透過した放射線によるトランスミッションデータのみを取り出す。このトランスミッションデータは被検者２０中の放射線吸収を表すものであるから、このデータから直接被検者２０の厚みを求めることが可能である。あるいはこのトランスミッションデータを逆投影法などのアルゴリズムで処理することにより、Ｘ線ＣＴと同様の放射線吸収率分布を表す断層像を再構成して被検者２０の厚みを求めることもできる。

ＣＰＵ４４は、コンソールから入力されたベッド移動速度などの各種の撮影条件設定入力に応じて、ベッド移動装置２２を制御するとともにガントリ１０でのデータ収集を制御し、さらにはそのデータ処理系の全体を制御する。上記のようにして求めた被検者厚みとエミッションシングルデータとからＣＰＵ４４は最適速度テーブル４５を参照して、ベッド移動装置２２によって移動させられるベッド２１および被検者２０の、ガントリ１０のトンネル部１１への移動速度を求める。これにより、設定入力されたベッド移動速度を修正して最適な移動速度となるようベッド移動装置２２を制御する。

ここでは、図１に示すように、被検者２０はトランスミッションデータ収集用検出器１３を通った後、エミッションデータ収集用検出器１２を通過するようにされており、エミッションデータ収集する部位は、その収集前にトランスミッションデータとエミッションシングルデータとが収集される。つまり、ある部位のエミッションデータを収集する直前に、その部位についての厚みとエミッションシングルデータとが求められる。また、検出器１２、１３間の距離はあらかじめ測定されている。そのため、ある位置の断層面についてエミッションデータ収集用検出１２で測定する場合にその断層面における厚みとエミッションシングルデータとが直前に測定されることになる。エミッションデータ収集用検出１２で測定する断層面位置と、トランスミッションデータ収集用検出器１３で測定する位置とを合致させる特別な操作はなんら必要ない。

先に述べた非特許文献１に示されているようにＮＥＣＲは被検体厚みＤとエミッションデータ収集用検出器１２で測定されるシングルデータＳ_Eに対する依存性があるので、あらかじめ、大きさの異なる数種類のファントム（内部にポジトロン放出性ラジオアイソトープを満たしたもの）を用いて測定することによりこれらの関係を求めておく。こうして求められた関係は、つぎのような関数で表すことができる。
ＮＥＣＲ＝ｈ（Ｓ_E，Ｄ）

この場合、エミッションシングルデータは、エミッションデータ収集用検出器１２で測定されるのではなく、トランスミッションデータ収集用検出器１３で測定されるので、ここで測定されるエミッションシングルデータをＳ_Tとすると、Ｓ_TはＳ_Eとは異なることになる。しかし、両者の関係は、両検出器１２、１３の感度やデータ収集系の違いなどで決まる一定の関係式Ｓ_E＝ｆ（Ｓ_T）で記述される関係にあると考えられるので、この関係式をあらかじめ行うファントム測定などで求めておく。そして、被検体厚みＤは、ここではトランスミッションデータＴから求めるので、Ｄ＝ｇ（Ｔ）の関数で表すことができる。

したがって、上記のＮＥＣＲはつぎのようになる。
ＮＥＣＲ＝ｈ（Ｓ_E，Ｄ）＝ｈ（ｆ（Ｓ_T），ｇ（Ｔ））
最適速度テーブル４５には、このＤ＝ｇ（Ｔ）およびＳ_E＝ｆ（Ｓ_T）ごとのＮＥＣＲの値が収められており、ＣＰＵ４４によって算出したＤおよびＳ_Eでアドレス指定することによりＮＥＣＲが読み出される。こうしてＣＰＵ４４はＮＥＣＲが最大となるようなＳ_Eを求め、そのＳ_Eが達成されるデータ収集時間（つまりベッド２１の移動速度）を求める。あるいは設定入力されたベッド移動速度を基準としてどの部位でも（体軸方向のどの断層面位置でも）ＮＥＣＲが同じになるように移動速度を変化させることができる。

上記のように、エミッションデータ収集用検出器１２とトランスミッションデータ収集用検出器１３との間の距離は知られているので、エミッションデータ収集用検出器１２によって測定しようとする部位について、その直前にトランスミッションデータ収集用検出器１３での計測によって厚みとエミッションシングルデータとが求められているということができ、その部位についての最適移動速度（エミッションデータ収集用検出器１２中に滞在する時間つまりデータ収集時間）で被検者２０をエミッションデータ収集用検出器１２中に通過させることができる。そのため、被検者２０の厚みと、体内の放射性薬剤の分布状況に依存するエミッションシングル計数とに応じて、たとえば図３の（ａ）に示すように、被検者２０の移動速度を被検者２０の体軸方向各位置ごとに変化させることができる。これにより、従来、図３の（ｂ）のように一定速度で移動させた場合にＮＥＣＲが位置ごとに変動するという問題が解決され、一定のＮＥＣＲあるいは最適のＮＥＣＲでデータ収集でき、画像のＳ／Ｎを一定にしたり最適化することができる。

なお、ここではトランスミッションデータＴおよびエミッションシングルデータＳ_Tはベッド移動の制御のためのみに用いているが、上記の特許文献２のようにエミッションデータ収集用検出器１２によって得たデータから再構成するＰＥＴ画像の吸収補正に用いることもできる。すなわち、トランスミッションデータ収集用検出器１３における領域Ｕの検出器で収集したトランスミッションデータに混入するエミッションシングルデータを、領域Ｖの検出器で収集したエミッションシングルデータＳ_Tで除去して線源１５からの放射線によるトランスミッションデータＴのみとし、このトランスミッションデータＴからＸ線ＣＴと同様に逆投影法などのアルゴリズムで画像再構成することによって吸収率分布の断層像を求め、この吸収率分布像によりＰＥＴ画像における吸収補正を行う。

また、上記では最適速度テーブル４５に、Ｄ＝ｇ（Ｔ）およびＳ_E＝ｆ（Ｓ_T）で定められるアドレスごとにＮＥＣＲの値を格納することとしたが、ＣＰＵ４４により最終的に最適速度（最適データ収集時間）が求められればよいので、ＤとＳ_Tで定められるアドレスごとにＮＥＣＲの値を格納しておく（つまりこの場合Ｓ_E＝ｆ（Ｓ_T）の関数も実質的に格納していることになる）など、あらかじめ測定したデータの格納方法は種々に可能である。さらに上記では被検者２０の側を移動させることとしたが、ベッド２１は固定し、ガントリ１０の側を移動させるようにしてもよい。その他、具体的な構成などは、この発明の趣旨を逸脱しない範囲でさまざまに変更できることはもちろんである。

この発明のＰＥＴ装置によれば、エミッションデータ収集用検出器で測定するためにそのリング中に被検体を挿入していくとき、その検出器に隣接したトランスミッションデータ収集用検出器でトランスミッションデータとエミッションシングルデータとを同時に測定でき、しかも後者の測定が終わった部位が移動して前者の測定が始まるので、操作の煩雑さを招いたり測定時間が余計にかかるという不都合なしに、最適のＮＥＣＲとなるように被検体の移動速度（データ収集時間）を変化させることができ、被検体の体軸方向にほぼ一定の良好なＳ／Ｎ比のＰＥＴ画像を得ることができる。

この発明の一実施例にかかるＰＥＴ装置を概念的に示すブロック図。同実施例のトランスミッションデータ収集用検出器部分のみを示す概略的に正面図。同実施例にかかるＰＥＴ装置における被検者の体軸方向各位置での移動速度を、従来の移動速度との対比で示すグラフ。

符号の説明

２０……被検者
２１……ベッド
２２……ベッド移動装置
１０……ガントリ
１１……トンネル部
１２……エミッションデータ収集用検出器
１３……トランスミッションデータ収集用検出器
１４……シールド板
１５……回転移動させられる点状の外部放射線源
３１……エミッションデータ収集装置
３２……エミッションデータ収集メモリ
３３……データ処理装置
３４……画像表示装置
４１……トランスミッションデータ収集装置
４２……トランスミッションデータ収集メモリ
４３……エミッションシングルデータ収集メモリ
４４……ＣＰＵ
４５……最適速度テーブル

Claims

多数の放射線検出器をリング型に配列したエミッションデータ収集用検出器と、このエミッションデータ収集用検出器のリング中心軸方向に隣接配置される、多数の放射線検出器をリング型に配列したトランスミッションデータ収集用検出器と、該トランスミッションデータ収集用検出器のリング内部において該リングに沿って回転する外部放射線源と、被検体が該トランスミッションデータ収集用検出器側からエミッションデータ収集用検出器の側へと移動するよう該被検体を相対的に移動させる移動装置と、上記トランスミッションデータ収集用検出器において上記の回転する外部放射線源により照射される領域の放射線検出器によりトランスミッションデータを収集するとともに外部放射線源から照射されない領域の放射線検出器によりエミッションシングルデータを収集し、上記のトランスミッションデータから求めた各断層面での被検体厚さとその各々の断層面での上記のエミッションシングルデータとにより各断層面がエミッションデータ収集用検出器のリング内に滞在する時間を定めて上記移動装置を制御するコントローラとを有することを特徴とするＰＥＴ装置。