JP4702235B2

JP4702235B2 - 核医学診断装置

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Publication number: JP4702235B2
Application number: JP2006245602A
Authority: JP
Inventors: 亮宏石川
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2026-09-11
Also published as: JP2008064711A

Description

この発明は、放射性薬剤が投与された被検体から発生した放射線に基づいて被検体の核医学用データを求める核医学診断装置に関する。

上述した核医学診断装置、すなわちＥＣＴ(Emission Computed Tomography)装置として、ＰＥＴ(Positron Emission Tomography)装置を例に採って説明する。ＰＥＴ装置は、陽子（Positron）、すなわちポジトロンの消滅によって発生する複数本のγ線を検出して複数個の検出器でγ線を同時に検出したときのみ被検体の断層画像を再構成するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。

このＰＥＴ装置では、放射性薬剤を被検体に投与した後、対象組織における薬剤蓄積の過程を経時的に測定することで、様々な生体機能の定量測定が可能である。したがって、ＰＥＴ装置によって得られる断層画像は機能情報を有する。

具体的には、被検体として人体を例に採って説明すると、被検体の体内にポジトロン（陽電子）放射性の同位元素（例えば１５Ｏ、１８Ｆ、１１Ｃなど）を注入し、これらから放出されるポジトロンが電子と結合する際に発生するγ線を検出する。このγ線の検出を、被検体の長手方向の軸である体軸周りを取り囲むようにしてリング状に配置された多数のγ線検出器からなる検出器列により行う。そして、コンピュータにより通常のＸ線ＣＴ(Computed Tomography)と同様の手法で計算を行って面内で特定し、被検体のイメージを作成する。

通常では、短い時間内に被検体の３次元像を得るために、リング状の検出器列を体軸方向にも多段積み重ねて配設した円筒状の検出器積層体を構成する。このように構成された検出器積層体のγ線検出器では、シンチレータを使用し、これによる検出光をフォトマルチプライヤ（光電子増倍管）などにより増幅させて検出信号を得る。特許文献１のように、ＰＥＴ装置では、正確な薬剤の分布を把握するために、体内に入れた放射性同位元素から発せられるγ線のデータ（『エミッションデータ』とも呼ばれる）と、骨や臓器などによって減衰するγ線の量を測定するデータ（『トランスミッションデータ』とも呼ばれる）との２種類を収集し、前者を後者によって補正する必要がある。
特開２００２−３２３５６７号公報（第１−６頁、図４）

しかしながら、このような構成を有する従来例の場合には、腹部領域で呼吸性の動きが大きな場合に、横隔膜の動きによりエミッションデータとトランスミッションデータとの両データ間で臓器の大きさが異なってしまう。このような両データ間で異なった状態でトランスミッションデータによるエミッションデータの吸収補正を行うと、過補正による高輝度化もしくは低輝度化となる問題がある。かかる吸収補正での過補正を防止するために、呼吸に同期した呼吸ゲートなどの同期手段を備え、同期したタイミングのみに撮像を行って、両データ間での相違部分を低減させることが考えられる。しかし、かかる同期手段を備えた場合には、同期したタイミングのみに撮像が行われるので撮像時間が長くなってしまう。

この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、吸収補正による過補正を防止することができる核医学診断装置を提供することを目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、放射性薬剤が投与された被検体から発生した放射線に基づいて被検体の核医学用データを求める核医学診断装置であって、前記放射線を検出することで、前記核医学用データを収集する第１検出手段と、核医学用データに吸収補正データを作用させることで核医学用データを吸収補正する吸収補正手段とを備え、前記装置は、（Ａ）被検体の長手方向ごとに前記吸収補正データをそれぞれ再構成する再構成処理手段と、（Ｂ）その再構成処理手段でそれぞれ再構成された各々の吸収補正データ間で断層面ごとの同一座標位置で特異点を統計的に抽出する特異点抽出手段と、（Ｃ）その特異点抽出手段で抽出された特異点に位置する座標の画素値を、その座標が属する断層面以外の他の断層面内の同一特異点に位置する座標の画素値から補間する特異点補間手段とを備え、その特異点補間手段により補間された補間後の吸収補正データを用いて、前記吸収補正手段は、核医学用データに補間後の吸収補正データを作用させて核医学用データを吸収補正し、その吸収補正手段により補正された補正後の核医学用データに基づいて核医学診断を行うことを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項1に記載の発明によれば、（Ａ）の再構成処理手段は、被検体の長手方向ごとに吸収補正データをそれぞれ再構成し、（Ｂ）の特異点抽出手段は、再構成処理手段でそれぞれ再構成された各々の吸収補正データ間で断層面ごとの同一座標位置で特異点を統計的に抽出し、（Ｃ）の特異点補間手段は、特異点抽出手段で抽出された特異点に位置する座標の画素値を、その座標が属する断層面以外の他の断層面内の同一特異点に位置する画素値から補間する。そして、特異点補間手段により補間された補間後の吸収補正データを用いて、吸収補正手段は、核医学用データに補間後の吸収補正データを作用させて核医学用データを吸収補正し、その吸収補正手段により補正された補正後の核医学用データに基づいて核医学診断を行う。このとき、呼吸などの体動の部分は特異点として特異点抽出手段により抽出されるので、特異点に位置する座標の画素値を特異点補間手段が補間することにより、体動の部分が補正されて核医学用データと吸収補正データとの両データ間で相違部分を低減させることができる。その結果、吸収補正による過補正を防止することができる。

また、請求項２に記載の発明は、放射性薬剤が投与された被検体から発生した放射線に基づいて被検体の核医学用データを求める核医学診断装置であって、前記放射線を検出することで、前記核医学用データを収集する第１検出手段と、核医学用データに吸収補正データを作用させることで核医学用データを吸収補正する吸収補正手段とを備え、前記装置は、（ａ）前記吸収補正データの体内領域において対象となる座標の画素値と周囲の座標の画素値との差分が所定値以上となる箇所をエッジとして、被検体の長手方向に対して抽出することで、周囲の座標の画素値との差分からなる長手方向のエッジ特徴画像を作成するエッジ抽出手段と、（ｂ）そのエッジ抽出手段で抽出された前記エッジ特徴画像内のエッジに応じて、補間に用いられる補間画素の対象領域を変更することでその対象領域を動的に制御して、エッジの箇所に位置する吸収補正データの画素値を対象領域中の画素値から補間するエッジ補間手段とを備え、そのエッジ補間手段により補間された補間後の吸収補正データを用いて、前記吸収補正手段は、核医学用データに補間後の吸収補正データを作用させて核医学用データを吸収補正し、その吸収補正手段により補正された補正後の核医学用データに基づいて核医学診断を行うことを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項２に記載の発明によれば、（ａ）のエッジ抽出手段は、吸収補正データの体内領域において対象となる座標の画素値と周囲の座標の画素値との差分が所定値以上となる箇所をエッジとして、被検体の長手方向に対して抽出することで、周囲の座標の画素値との差分からなる長手方向のエッジ特徴画像を作成し、（ｂ）のエッジ補間手段は、エッジ抽出手段で抽出されたエッジ特徴画像内のエッジに応じて、補間に用いられる補間画素の対象領域を変更することでその対象領域を動的に制御して、エッジの箇所に位置する吸収補正データの画素値を対象領域中の画素値から補間する。そして、エッジ補間手段により補間された補間後の吸収補正データを用いて、吸収補正手段は、核医学用データに補間後の吸収補正データを作用させて核医学用データを吸収補正し、その吸収補正手段により補正された補正後の核医学用データに基づいて核医学診断を行う。このとき、呼吸などの体動の部分はエッジとしてエッジ抽出手段により抽出されるので、エッジの箇所に位置する吸収補正データの画素値をエッジ補間手段が補間することにより、体動の部分が補正されて核医学用データと吸収補正データとの両データ間で相違部分を低減させることができる。その結果、吸収補正による過補正を防止することができる。

また、請求項３に記載の発明は、放射性薬剤が投与された被検体から発生した放射線に基づいて被検体の核医学用データを求める核医学診断装置であって、前記放射線を検出することで、前記核医学用データを収集する第１検出手段と、核医学用データに吸収補正データを作用させることで核医学用データを吸収補正する吸収補正手段とを備え、前記装置は、（Ａ）被検体の長手方向ごとに前記吸収補正データをそれぞれ再構成する再構成処理手段と、（Ｂ）その再構成処理手段でそれぞれ再構成された各々の吸収補正データ間で断層面ごとの同一座標位置で特異点を統計的に抽出する特異点抽出手段と、（Ｃ）その特異点抽出手段で抽出された特異点に位置する座標の画素値を、その座標が属する断層面以外の他の断層面内の同一特異点に位置する座標の画素値から補間する特異点補間手段と、（ａ´）その特異点補間手段により補間された補間後の吸収補正データについて、吸収補正データの体内領域において対象となる座標の画素値と周囲の座標の画素値との差分が所定値以上となる箇所をエッジとして、被検体の長手方向に対して抽出することで、周囲の座標の画素値との差分からなる長手方向のエッジ特徴画像を作成するエッジ抽出手段と、（ｂ）そのエッジ抽出手段で抽出された前記エッジ特徴画像内のエッジに応じて、補間に用いられる補間画素の対象領域を変更することでその対象領域を動的に制御して、エッジの箇所に位置する吸収補正データの画素値を対象領域中の画素値から補間するエッジ補間手段とを備え、そのエッジ補間手段により補間された補間後の吸収補正データを用いて、前記吸収補正手段は、核医学用データに補間後の吸収補正データを作用させて核医学用データを吸収補正し、その吸収補正手段により補正された補正後の核医学用データに基づいて核医学診断を行うことを特徴とするものである。

［作用・効果］請求項３に記載の発明によれば、（Ａ）の再構成処理手段は、被検体の長手方向ごとに吸収補正データをそれぞれ再構成し、（Ｂ）の特異点抽出手段は、再構成処理手段でそれぞれ再構成された各々の吸収補正データ間で断層面ごとの同一座標位置で特異点を統計的に抽出し、（Ｃ）の特異点補間手段は、特異点抽出手段で抽出された特異点に位置する座標の画素値を、その座標が属する断層面以外の他の断層面内の同一特異点に位置する画素値から補間する。その後、（ａ´）のエッジ抽出手段は、特異点補間手段により補間された補間後の吸収補正データについて、吸収補正データの体内領域において対象となる座標の画素値と周囲の座標の画素値との差分が所定値以上となる箇所をエッジとして、被検体の長手方向に対して抽出することで、周囲の座標の画素値との差分からなる長手方向のエッジ特徴画像を作成し、（ｂ）のエッジ補間手段は、エッジ抽出手段で抽出されたエッジ特徴画像内のエッジに応じて、補間に用いられる補間画素の対象領域を変更することでその対象領域を動的に制御して、エッジの箇所に位置する吸収補正データの画素値を対象領域中の画素値から補間する。そして、エッジ補間手段により補間された補間後の吸収補正データを用いて、吸収補正手段は、核医学用データに補間後の吸収補正データを作用させて核医学用データを吸収補正し、その吸収補正手段により補正された補正後の核医学用データに基づいて核医学診断を行う。このとき、呼吸などの体動の部分は特異点として特異点抽出手段により抽出されて、同じく呼吸などの体動の部分はエッジとしてエッジ抽出手段によりさらに抽出されるので、特異点に位置する画素値を特異点補間手段が補間した後に、エッジの箇所に位置する吸収補正データの画素値をエッジ補間手段が補間することにより、体動の部分が補正されて核医学用データと吸収補正データとの両データ間で相違部分を低減させることができる。その結果、吸収補正による過補正を防止することができる。

上述した請求項１や請求項３に記載の発明では、補間前の吸収補正データについては下記のように収集することが可能である。すなわち、放射性薬剤と同種の放射線を外部から被検体に向けて照射する外部線源と、上述した第１検出手段による放射線の検出とは独立して、外部線源から照射されて被検体を透過した放射線を検出することで、核医学用データの収集とは独立して、補間前の吸収補正データを収集する第２検出手段とを備え、被検体の長手方向に複数の検出器を配設することで第２検出手段を構成することである（請求項４に記載の発明）。この場合には、外部線源から照射されて被検体を透過した放射線を、第１検出手段による放射線の検出とは独立して、第２検出手段が検出して、核医学用データの収集とは独立して、補間前の吸収補正データを収集する。また、第２検出手段は、被検体の長手方向に複数の検出器を配設することで構成されているので、第２検出手段で検出・収集された吸収補正データは被検体の長手方向のデータを有し、再構成処理手段が、被検体の長手方向ごとに吸収補正データをそれぞれ再構成することができる。

同様に、上述した請求項２に記載の発明では、補間前の吸収補正データについては下記のように収集することが可能である。すなわち、放射性薬剤と同種の放射線を外部から被検体に向けて照射する外部線源と、上述した第１検出手段による放射線の検出とは独立して、外部線源から照射されて被検体を透過した放射線を検出することで、核医学用データの収集とは独立して、補間前の吸収補正データを収集する第２検出手段とを備えることである（請求項５に記載の発明）。この場合にも、外部線源から照射されて被検体を透過した放射線を、核医学用データの収集とは独立して、第２検出手段が検出して、核医学用データの収集とは独立して、補間前の吸収補正データを収集する。

また、上述した請求項１〜請求項３に記載の発明では、補間前の吸収補正データについては下記のように用いられることも可能である。すなわち、Ｘ線ＣＴ装置から得られたデータを補間前の吸収補正データとして用いることである（請求項６に記載の発明）。

この発明に係る核医学診断装置によれば、呼吸などの体動の部分は特異点として特異点抽出手段により抽出される（請求項１、３に記載の発明）、あるいはエッジとしてエッジ抽出手段により抽出される（請求項２、３に記載の発明）ので、特異点に位置する座標の画素値を特異点補間手段が補間する（請求項１、３に記載の発明）、あるいはエッジの箇所に位置する吸収補正データの画素値をエッジ補間手段が補間する（請求項２、３に記載の発明）ことにより、体動の部分が補正されて核医学用データと吸収補正データとの両データ間で相違部分を低減させることができる。その結果、吸収補正による過補正を防止することができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施例１を説明する。
図１は、実施例１に係るＰＥＴ(Positron Emission Tomography)装置の側面図およびブロック図であり、図２は、ＰＥＴ装置内のγ線検出器の配置図である。なお、後述する実施例２も含めて、本実施例１では、核医学診断装置として、ＰＥＴ装置を例に採って説明する。

本実施例１に係るＰＥＴ装置は、図１に示すように、被検体Ｍを載置する天板１を備えている。この天板１は、上下に昇降移動、被検体Ｍの体軸Ｚに沿って平行移動するように構成されている。このように構成することで、天板１に載置された被検体Ｍは、後述するガントリ２の開口部２ａを通って、頭部から順に腹部、足部へと走査されて、被検体Ｍの投影データや断層画像といった診断データを得る。この診断データは、この発明における核医学用データに相当し、体軸Ｚの方向は、この発明における被検体の長手方向に相当する。

天板１の他に、本実施例１に係るＰＥＴ装置は、開口部２ａを有したガントリ２と、互いに近接配置された複数個のシンチレータブロック（図示省略）と複数個のフォトマルチプライヤ（図示省略）とで構成されるγ線検出器３を備えている。図２に示すように、γ線検出器３は、被検体Ｍの体軸Ｚ周りを取り囲むようにしてリング状に配置されており、ガントリ２内に埋設されている。フォトマルチプライヤは、シンチレータブロックよりも外側に配設されている。シンチレータブロックの具体的な配置としては、例えば、被検体Ｍの体軸Ｚと平行な方向にはシンチレータブロックが２個並び、被検体Ｍの体軸Ｚ周りにはシンチレータブロックが多数個並ぶ形態が挙げられる。γ線検出器３は後述するエミッションデータを収集する。γ線検出器３は、この発明における第１検出手段に相当する。

また、点線源４と後述する吸収補正データ（『トランスミッションデータ』とも呼ばれる）を収集するためのγ線検出器５を備えている。吸収補正データ用のγ線検出器５は、エミッションデータを収集するためのγ線検出器３と同様にシンチレータブロック５ａ（図２を参照）とフォトマルチプライヤ５ｂ（図２を参照）とで構成されている。点線源４は、被検体Ｍに投与する放射性薬剤、すなわち放射性同位元素（ＲＩ）と同種の放射線（本実施例１ではγ線）を照射させる線源であって、被検体Ｍの外部に配設されている。点線源４は、ガントリ２内に埋設されている。点線源４は被検体Ｍの体軸Ｚ周りに回転する。点線源４は、この発明における外部線源に相当し、γ線検出器５は、この発明における第２検出手段に相当する。

また、後述する実施例２も含めて、本実施例１ではγ線検出器５は、γ線検出器３と同様に、図２に示すように被検体Ｍの体軸Ｚに複数のシンチレータブロック５ａおよびフォトマルチプライヤ５ｂを配設することで構成されている。つまり、リング状に配置された多数のγ線検出器３からなる検出器列が体軸Ｚ方向にも多段積み重ねて配設した円筒状の検出器積層体として構成されている。本実施例１では６列とする。

その他にも、本実施例１に係るＰＥＴ装置は、天板駆動部６とコントローラ７と入力部８と出力部９と投影データ導出部１０とＰＥＴ用再構成部１１と吸収補正データ導出部１２と吸収補正データ処理部１３と吸収補正部１４とメモリ部１５とを備えている。天板駆動部６は、天板１の上述した移動を行うように駆動する機構であって、図示を省略するモータなどで構成されている。

コントローラ７は、本実施例１に係るＰＥＴ装置を構成する各部分を統括制御する。コントローラ７は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）などで構成されている。

入力部８は、オペレータが入力したデータや命令をコントローラ７に送り込む。入力部８は、マウスやキーボードやジョイスティックやトラックボールやタッチパネルなどに代表されるポインティングデバイスで構成されている。出力部９はモニタなどに代表される表示部やプリンタなどで構成されている。

メモリ部１５は、ＲＯＭ（Read-only Memory）やＲＡＭ（Random-Access Memory）などに代表される記憶媒体で構成されている。本実施例１では、投影データ導出部１０やＰＥＴ用再構成部１１で処理された診断データや、吸収補正データ導出部１２で求められた吸収補正データや、吸収補正データ処理部１３で処理された吸収補正データや、吸収補正部１４で吸収補正された断層画像についてはＲＡＭに書き込んで記憶し、必要に応じてＲＡＭから読み出す。ＲＯＭには、各種の核医学診断を行うためのプログラム等を予め記憶しており、そのプログラムをコントローラ７が実行することでそのプログラムに応じた核医学診断をそれぞれ行う。

投影データ導出部１０とＰＥＴ用再構成部１１と吸収補正データ導出部１２と吸収補正データ処理部１３と吸収補正部１４とは、例えば上述したメモリ部１５などに代表される記憶媒体のＲＯＭに記憶されたプログラムあるいは入力部８などに代表されるポインティングデバイスで入力された命令をコントローラ７が実行することで実現される。

放射性薬剤が投与された被検体Ｍから発生したγ線をγ線検出器３のシンチレータブロックが光に変換して、変換されたその光をγ線検出器３のフォトマルチプライヤが光電変換して電気信号に出力する。その電気信号を画像情報（画素）として投影データ導出部１０に送り込む。

具体的には、被検体Ｍに放射性薬剤を投与すると、ポジトロン放出型のＲＩのポジトロンが消滅することにより、２本のγ線が発生する。投影データ導出部１０は、γ線検出器３のシンチレータブロックの位置とγ線の入射タイミングとをチェックし、被検体Ｍを挟んで互いに対向位置にある２つのシンチレータブロックでγ線が同時に入射したときのみ、送り込まれた画像情報を適正なデータと判定する。一方のシンチレータブロックのみにγ線が入射したときには、投影データ導出部１０は、ポジトロンの消滅により生じたγ線ではなくノイズとして扱い、そのときに送り込まれた画像情報もノイズと判定してそれを棄却する。

投影データ導出部１０に送り込まれた画像情報を投影データとして、ＰＥＴ用再構成部１１に送り込む。ＰＥＴ用再構成部１１がその投影データを再構成して断層画像を求める。投影データ導出部１０で求められた投影データやＰＥＴ用再構成部１１で再構成された断層画像は、『エミッションデータ』とも呼ばれる。

なお、点線源４が被検体Ｍの体軸Ｚの周りを回転しながら被検体Ｍに向けてγ線を照射し、照射されたγ線を吸収補正データ用のγ線検出器５のシンチレータブロック５ａが光に変換して、変換されたその光をγ線検出器５のフォトマルチプライヤ５ｂが光電変換して電気信号に出力する。その電気信号を画像情報（画素）として吸収補正データ導出部１２に送り込む。

吸収補正データ導出部１２に送り込まれた画像情報に基づいて吸収補正データを求める。吸収補正データ導出部１２は、γ線またはＸ線の吸収係数とエネルギーとの関係を表す演算を利用することで、ＣＴ用の投影データ、すなわちＸ線吸収係数の分布データをγ線吸収係数の分布データに変換して、γ線吸収係数の分布データを吸収補正データとして求める。導出された吸収補正データは吸収補正データ処理部１３に送られる。吸収補正データ処理部１３の具体的な機能については、図３のブロック図および図４のフローチャートで後述する。また、吸収補正データ処理部１３では再構成および特徴部分である補間処理が行われる。吸収補正データ導出部１２で求められた吸収補正データや吸収補正データ処理部１３で再構成されて補間された吸収補正データは、『トランスミッションデータ』とも呼ばれる。

上述したように吸収補正データ処理部１３では補間処理も行われるので、処理後の吸収補正データは、この発明における補間後の吸収補正データに相当し、吸収補正データ導出部１２で求められた吸収補正データは、この発明における補間前の吸収補正データに相当する。

処理後の吸収補正データを吸収補正部１４に送り込む。ＰＥＴ用再構成部１１で再構成された断層画像に、吸収補正データ処理部１３で再構成されて補間された処理後の吸収補正データを作用させて、被検体Ｍの体内でのγ線の吸収を考慮した断層画像に補正する。補正された断層画像を、コントローラ７を介して出力部９に送り込む。吸収補正部１４は、この発明における吸収補正手段に相当する。

次に、吸収補正データ処理部１３の具体的な機能について、図３〜図８を参照して説明する。図３は、吸収補正データ処理部のブロック図であり、図４は、吸収補正データ処理部での吸収補正データ処理のフローチャートであり、図５は、ある断層面（スライス面）での時相の異なるデータの収集を模式化した説明図であり、図６は、特異点の補間を模式化した説明図であり、図７（ａ）〜図７（ｃ）は、エッジの抽出を模式化した説明図であり、図８は、エッジの補間の際の補間画素の対象領域の動的な制御を模式化した説明図である。

吸収補正データ処理部１３は、図３に示すように、吸収補正用再構成部２１と特異点抽出部２２と特異点補間部２３とエッジ抽出部２４とエッジ補間部２５とを備えている。吸収補正用再構成部２１は、この発明における（Ａ）の再構成処理手段に相当し、特異点抽出部２２は、この発明における（Ｂ）の特異点抽出手段に相当し、特異点補間部２３は、この発明における（Ｃ）の特異点補間手段に相当し、エッジ抽出部２４は、この発明における（ａ）または（ａ´）のエッジ抽出手段に相当し、エッジ補間部２５は、この発明における（ｂ）のエッジ補間手段に相当する。

（ステップＳ１）再構成
エミッションデータ用のγ線検出器３は独立して、点線源（例えば１３７Ｃｓ）４から照射されて被検体Ｍを透過したγ線をトランスミッション用のγ線検出器５が検出器することで、診断データ（エミッションデータ）の収集とは独立して、吸収補正データ（トランスミッションデータ）を収集する。上述したように被検体Ｍの長手方向である体軸Ｚ方向に複数（ここでは６つ）の検出器（図２を参照）を配設することでγ線検出器５を構成している。このようにγ線検出器５を構成しているので、天板１（図１を参照）を被検体Ｍの体軸Ｚに沿って平行移動して走査して、γ線検出器５で検出・収集して、吸収補正用再構成部２１で被検体Ｍの長手方向である体軸Ｚの方向ごとに吸収補正データをそれぞれ再構成することで、図５に示すように断層面（スライス面）ごとに時相の異なるデータ（本実施例１では６つのデータ）を収集することができる。

（ステップＳ２）面内の動き成分を抽出
ステップＳ１において吸収補正用再構成部２１でそれぞれ再構成された各々の吸収補正データ間で断層面ごとの同一座標位置で特異点を、特異点抽出部２２は統計的に抽出する。本実施例１では、図５に示すように、対象となる各断層面（スライス面）ごとに、対象となる座標を各時相ごとにｐ_１（ｘ，ｙ，ｔ_１）、ｐ_２（ｘ，ｙ，ｔ_２）、ｐ_３（ｘ，ｙ，ｔ_３）、ｐ_４（ｘ，ｙ，ｔ_４）、ｐ_５（ｘ，ｙ，ｔ_５）、ｐ_６（ｘ，ｙ，ｔ_６）と設定する（図５ではスライス面Ｐ）。そして、面内の動き成分を抽出するために、ｐ_１、ｐ_２、ｐ_３、ｐ_４、ｐ_５、ｐ_６での画素値の分散量を求める。一般化して、ｐ_１、ｐ_２、…、ｐ_Ｉ…、ｐ_Ｍとした場合、このときの画素値の分散量をＶ_Ｔとするとともに、各座標ｐ_１、ｐ_２、…、ｐ_Ｉ…、ｐ_Ｍでの画素値をｖ（ｐ_１）、ｖ（ｐ_２）、…、ｖ（ｐ_Ｉ）…、ｖ（ｐ_Ｍ）とすると、Ｖ_Ｔは下記（１）式のように表される。

Ｖ_Ｔ＝Σ｛ｖ（ｐ_Ｉ）−Avg｝^２／（Ｍ−１） …（１）
ただし、Σ｛ｖ（ｐ_Ｉ）−Avg｝^２／（Ｍ−１）はＩ＝１〜Ｍまでの｛ｖ（ｐ_１）−Avg｝^２、｛ｖ（ｐ_２）−Avg｝^２、…、｛ｖ（ｐ_Ｉ）−Avg｝^２、…、｛ｖ（ｐ_Ｍ）−Avg｝^２の総和である。また、Avgはｖ（ｐ_１）、ｖ（ｐ_２）、…、ｖ（ｐ_Ｉ）…、ｖ（ｐ_Ｍ）の相加平均であって、Avg＝Σ｛ｖ（ｐ_Ｉ）／Ｍ｝で表される。上記（１）式によって他の座標についても同様に分散量Ｖ_Ｔを求めることで、面内の動き成分を抽出する。この分散量Ｖ_Ｔを求めることが、この発明における同一座標位置で特異点を統計的に抽出することに相当する。

予め設定された所定値よりも分散量Ｖ_Ｔが大きければ、面内の動きが時系列的に変化して画素値が変動したとみなすことができる。したがって、腹部領域で呼吸性の動きが大きな場合には、求められた分散量Ｖ_Ｔが所定値よりも大きくなることになる。このように、分散量Ｖ_Ｔが所定値よりも大きければ、図６に示すように、その分散量Ｖ_Ｔでの座標を特異点Ｘとして抽出する。

（ステップＳ３）特異点の補間
ステップＳ２において特異点抽出部２２で抽出された特異点に位置する座標の画素値を、その座標が属する断層面以外の他の断層面内の同一特異点に位置する画素値から特異点補間部２３は補間する。本実施例１では、分散量Ｖ_Ｔが所定値よりも大きければ、その分散量Ｖ_Ｔでの座標を特異点Ｘとして抽出しているので、図６に示すように、分散量Ｖ_Ｔでの座標の画素値を、その座標が属する断層面（図５および図６ではスライス面Ｐ）以外の他の断層面（図６ではスライス面Ｑ）内の同一特異点Ｘに位置する画素値から補間する。なお、他の断層面で求められた分散量Ｖ_Ｔは所定値よりも小さく、面内の動き成分は小さいとする。また、分散量Ｖ_Ｔが最も小さい他の断層面において、その断層面（例えばスライス面Ｑ）内の同一特異点Ｘに位置する画素値から補間するのが好ましい。

なお、補間する場合には、単一のスライス面Ｑ内の同一特異点Ｘに位置する画素値から補間する以外にも、複数のスライス面内の同一特異点Ｘに位置する画素値の平均値を求めて、その平均値から補間してもよいし、複数のスライス面内の同一特異点Ｘに位置する画素値の中央値（メディアン）を求めて、その中央値から補間してもよい。このように、通常の画素の補間に用いられる手法であって、特異点に位置する座標の画素値を、その座標が属する断層面以外の他の断層面内の同一特異点に位置する画素値から補間するのであれば、具体的な補間の方法については特に限定されない。

（ステップＳ４）コロナル断面で２値化
ステップＳ３において特異点補間部２３により補間された補間後の吸収補正データについて、今度はコロナル断面を作成する。ここで、コロナル断面とは天板１（図１を参照）に対して平行な水平面である。したがって、コロナル断面は体軸Ｚに平行となり、スライス面とは直交する。このコロナル断面から２値化して、図７（ａ）に示すように被検体Ｍの体内領域Ｒを抽出する。判別分析法により２値化のしきい値を決定する。領域選択は２値化された画像の外周を２次元方向に認識することで、体内領域Ｒを抽出する。

（ステップＳ５）スライス方向の動き成分を抽出
ステップＳ４において抽出された体内領域Ｒにおいて対象となる座標の画素値と周囲の座標の画素値との差分が所定値以上となる箇所をエッジとして、被検体の長手方向に対してエッジ抽出部２４が抽出することで、周囲の座標の画素値との差分からなる長手方向である体軸Ｚの方向（スライス方向）のエッジ特徴画像を作成する。本実施例１では、２値化された画像中の画素値と元の画像の画素値（図７（ｂ）を参照）とに基づいてスライス方向のエッジ特徴画像を作成して、スライス方向の動き成分を抽出する。このとき、図７（ｃ）に示すように、対象となる座標の画素値と周囲の座標の画素値との差分（すなわち一次微分）が所定値以上となる箇所をエッジＥとして抽出する。なお、周囲の座標は対象となる座標の体軸Ｚ方向に隣接した座標でもよいし、隣接しない複数の周囲の座標であってもよい。

周囲の座標の画素値との差分が予め設定された所定値以上であれば、体軸Ｚの方向（スライス方向）が時系列的に変化して画素値が変動したとみなすことができる。したがって、腹部領域で呼吸性の動きが大きな場合には、周囲の座標の画素値との差分が所定値以上になる。このように、周囲の座標の画素値との差分が所定値以上であれば、その対象となる座標での箇所をエッジとして抽出する。

（ステップＳ６）エッジの補間
ステップＳ５においてエッジ抽出部２４で抽出されたエッジ特徴画像内のエッジに応じて、補間に用いられる補間画素の対象領域を変更することでその対象領域を動的に制御して、エッジの箇所に位置する吸収補正データの画素値を対象領域中の画素値からエッジ補間部２５は補間する。本実施例１では、図８に示すように、エッジ量に応じて補間画素の対象領域を変更する。例えば、エッジの度合いをＥ_１，Ｅ_２とし、Ｅ_１＜Ｅ_２とした場合に、Ｅ_１では補間画素の対象領域を少なく（例えば周囲画素５つ分）して、Ｅ_２では補間画素の対象領域を多く（例えば周囲画素１０個分）して、その対象領域を動的に制御する。そして、エッジの箇所に位置する吸収補正データの画素値を対象領域中の画素値から補間する。

なお、補間する場合には、対象領域中においてメディアンフィルタを用いて補間すべき画素値を求めて、その画素値から、エッジの箇所に位置する吸収補正データの画素値を補間する。もちろん、対象領域中において平均値を求めて、その平均値から、エッジの箇所に位置する吸収補正データの画素値を補間してもよい。このように、通常の画素の補間に用いられる手法であって、エッジの箇所に位置する吸収補正データの画素値を対象領域中の画素値から補間するのであれば、具体的な補間の方法については特に限定されない。

ステップＳ６においてエッジ補間部２５により補間された補間後の吸収補正データを用いて、図２に示すように吸収補正部１４は、ＰＥＴ用再構成部１１で再構成された断層画像に補間後の吸収補正データを作用させて断層画像を吸収補正し、その吸収補正部１４により補正された補正後の断層画像に基づいて核医学診断を行う。

上述の構成を備えた本実施例１に係るＰＥＴ装置によれば、吸収補正用再構成部２１は、被検体Ｍの長手方向である体軸Ｚの方向ごとに吸収補正データをそれぞれ再構成し、特異点抽出部２２は、吸収補正用再構成部２１でそれぞれ再構成された各々の吸収補正データ間で断層面ごとの同一座標位置で特異点Ｘを統計的に抽出し、特異点補間部２３は、特異点抽出部２２で抽出された特異点Ｘに位置する座標の画素値を、その座標が属する断層面以外の他の断層面内の同一特異点Ｘに位置する画素値から補間する。

その後、エッジ抽出部２４は、特異点補間部２３により補間された補間後の吸収補正データについて、吸収補正データの体内領域Ｒにおいて対象となる座標の画素値と周囲の座標の画素値との差分が所定値以上となる箇所をエッジＥとして、被検体の長手方向に対して抽出することで、周囲の座標の画素値との差分からなる長手方向である体軸Ｚの方向のエッジ特徴画像を作成し、エッジ補間部２５は、エッジ抽出部２４で抽出されたエッジ特徴画像内のエッジＥに応じて、補間に用いられる補間画素の対象領域を変更することでその対象領域を動的に制御して、エッジＥの箇所に位置する吸収補正データの画素値を対象領域中の画素値から補間する。そして、エッジ補間部２５により補間された補間後の吸収補正データを用いて、吸収補正部１４は、核医学用データに補間後の吸収補正データを作用させて核医学用データを吸収補正し、その吸収補正部２４により補正された補正後の核医学用データに基づいて核医学診断を行う。

このとき、呼吸などの体動の部分は特異点Ｘとして特異点抽出部２２により抽出されて、同じく呼吸などの体動の部分はエッジＥとしてエッジ抽出部２４によりさらに抽出されるので、特異点Ｘに位置する画素値を特異点補間部２３が補間した後に、エッジＥの箇所に位置する吸収補正データの画素値をエッジ補間部２５が補間することにより、体動の部分が補正されて核医学用データ（エミッションデータ）と吸収補正データ（トランスミッションデータ）との両データ間で相違部分を低減させることができる。その結果、吸収補正による過補正を防止することができる。

なお、上述した呼吸ゲートなどの同期手段がなくても、両データ間で相違部分を低減させることができる。したがって、同期手段が不要となり、同期したタイミングのみに撮像が行われることなく、撮像時間を延長することもないという効果をも奏する。

本実施例１では、ＰＥＴ装置は、放射性薬剤と同種の放射線を外部から被検体Ｍに向けて照射する点線源４と、エミッション用のγ線検出器３によるγ線の検出とは独立して、点線源４から照射されて被検体Ｍを透過したγ線を検出することで、核医学用データ（エミッションデータ）とは独立して、補間前の吸収補正データを収集するトランスミッション用のγ線検出器５とを備え、被検体Ｍの長手方向である体軸Ｚの方向に複数（本実施例１では６つ）の検出器を配設することでγ線検出器５を構成している。この場合には、点線源４から照射されて被検体Ｍを透過したγ線を、γ線検出器３によるγ線検出器とは独立して、γ線検出器５が検出して、核医学用データ（エミッションデータ）の収集とは独立して、補間前の吸収補正データ（トランスミッションデータ）を収集する。また、γ線検出器５は、被検体Ｍの長手方向である体軸Ｚの方向に複数の検出器を配設することで構成されているので、γ線検出器５で検出・収集された吸収補正データは被検体Ｍの長手方向のデータを有し、吸収補正用再構成部２１が、被検体Ｍの長手方向ごとに吸収補正データをそれぞれ再構成することができる。

次に、図面を参照してこの発明の実施例２を説明する。
図９は、実施例２に係るＰＥＴ装置とＸ線ＣＴ装置とを備えたＰＥＴ−ＣＴ装置の側面図およびブロック図である。

上述した実施例１では、ＰＥＴ装置が点線源４を備え、点線源４が放射性薬剤と同じγ線を照射して被検体Ｍを透過して、γ線検出器５がそのγ線を検出することで、補間前の吸収補正データを収集したが、本実施例２では、Ｘ線ＣＴ装置から得られたＣＴ用の投影データを吸収補正データとして用いている。

Ｘ線ＣＴ装置は、開口部３１ａを有したガントリ３１とＸ線管３２とＸ線検出器３３とを備えている。Ｘ線管３２およびＸ線検出器３３は、被検体Ｍを挟んで互いに対向配置されており、ガントリ３１内に埋設されている。Ｘ線検出器３３を構成する多数個の検出素子は被検体Ｍの体軸Ｚ周りに扇状に並ぶ。本実施例２では、Ｘ線検出器３３が、この発明における第２検出手段に相当する。

その他にもＸ線ＣＴ装置は、ガントリ駆動部３４と高電圧発生部３５とコリメータ駆動部３６とＣＴ用再構成部３７とを備えて構成されている。ＣＴ用再構成部３７は、例えば上述したメモリ部１５などに代表される記憶媒体のＲＯＭに記憶されたプログラムあるいは入力部８で入力された命令をコントローラ７が実行することで実現される。なお、後述するＣＴ用の投影データやＣＴ用再構成部３７で処理されたＣＴ用の断層画像も、上述した実施例１と同様にメモリ部１５のＲＡＭに書き込んで記憶し、必要に応じてＲＡＭから読み出す。

ガントリ駆動部３４は、互いに対向関係を維持させたままＸ線管３２とＸ線管検出器３３とをガントリ３１内で被検体Ｍの体軸Ｚ周りに回転させるように駆動する機構であって、図示を省略するモータなどで構成されている。

高電圧発生部３５は、Ｘ線管３２の管電圧や管電流を発生させる。コリメータ駆動部３６は、Ｘ線の照視野を設定し、Ｘ線管３２に近接されたコリメータ（図示省略）について水平方向の移動を行うように駆動する機構であって、図示を省略するモータなどで構成されている。

間接変換型のＸ線検出器３３の場合には、Ｘ線管３２から照射されて被検体Ｍを透過したＸ線を、Ｘ線検出器３３内のシンチレータ（図示省略）が光に変換するとともに、変換された光を光感応膜（図示省略）が光電変換して電気信号に出力する。直接変換型のＸ線検出器３３の場合には、Ｘ線を放射線感応膜（図示省略）が電気信号に直接的に変換して出力する。その電気信号を画像情報（画素）として、ＣＴ用再構成部３７に送り込む。ＣＴ用再構成部３７に送り込まれる画像情報はＣＴ用の投影データとして伝送される。

ＣＴ用再構成部３７に送り込まれた画像情報（ＣＴ用の投影データ）を再構成して、ＣＴ用の断層画像を求める。このＣＴ用の断層画像を、コントローラ７を介して出力部９に送り込む。吸収補正データ導出部１２を含むＰＥＴ装置の後段の処理部（吸収補正データ処理部１３や吸収補正部１４）の各機能については、実施例１と同様なので、その説明を省略する。なお、ＰＥＴ用再構成部１１で再構成されたＰＥＴ用の断層画像と、ＣＴ用再構成部３７で再構成されたＣＴ用の断層画像とを出力部９で重ね合わせて重畳出力してもよい。

このように、本実施例２では、Ｘ線ＣＴ装置のＸ線検出器３３で検出されて得られたＣＴ用の投影データをＣＴ用再構成部３７に送り込むとともに、吸収補正データ導出部１２に送り込み、ＣＴ用の投影データを吸収補正データとして用いている。

なお、本実施例２では、ＰＥＴ装置とＸ線ＣＴ装置とを１つの装置に統合したが、Ｘ線ＣＴ装置をＰＥＴ装置の外部装置として構成し、ＰＥＴ装置にＸ線ＣＴ装置から得られたデータを転送するようにしてもよい。この場合には、この発明における第２検出手段に相当するＸ線検出器３３は、ＰＥＴ装置の外部装置であるＸ線ＣＴ装置側に配設されるので、ＰＥＴ装置側では、第２検出手段を必ずしも備える必要はない。

この発明は、上記実施形態に限られることはなく、下記のように変形実施することができる。

（１）上述した各実施例では、ＰＥＴ装置を例に採って説明したが、この発明は、単一のγ線を検出して被検体の断層画像を再構成するＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission CT）装置などにも適用することができる。

（２）上述した各実施例では、トランスミッション用のγ線検出器５が静止したままでγ線を検出する静止型であったが、γ線検出器５が被検体Ｍの周りを回転しながらγ線を検出する回転型でもよい。

（３）上述した各実施例では、特異点を抽出して補間する処理（図４のステップＳ１〜Ｓ３を参照）とエッジを抽出して補間する処理（図４のステップＳ４〜Ｓ６を参照）という２つの処理を行ったが、２つの処理のうち少なくとも１つの処理を行ってもこの発明の課題を解決することができる。したがって、特異点を抽出して補間する処理（図４のステップＳ１〜Ｓ３を参照）のみを行ってもよいし、エッジを抽出して補間する処理（図４のステップＳ４〜Ｓ６を参照）のみを行ってもよい。

（４）エッジを抽出して補間する処理のみを行う場合には、この発明における第２検出手段（実施例１ではγ線検出器５）は、被検体Ｍの長手方向である体軸Ｚの方向に複数（実施例１では６つ）の検出器を配設せずともγ線検出器５として構成することができる。

実施例１に係るＰＥＴ(Positron Emission Tomography)装置の側面図およびブロック図である。ＰＥＴ装置内のγ線検出器の配置図である。吸収補正データ処理部のブロック図である。吸収補正データ処理部での吸収補正データ処理のフローチャートである。ある断層面（スライス面）での時相の異なるデータの収集を模式化した説明図である。特異点の補間を模式化した説明図である。（ａ）〜（ｃ）は、エッジの抽出を模式化した説明図である。エッジの補間の際の補間画素の対象領域の動的な制御を模式化した説明図である。実施例２に係るＰＥＴ装置とＸ線ＣＴ装置とを備えたＰＥＴ−ＣＴ装置の側面図およびブロック図である。

符号の説明

３，５ … γ線検出器
４ … 点線源
１４ … 吸収補正部
２１ … 吸収補正用再構成部
２２ … 特異点抽出部
２３ … 特異点補間部
２４ … エッジ抽出部
２５ … エッジ補間部
Ｚ … 体軸
Ｘ … 特異点
Ｅ … エッジ
Ｍ … 被検体

Claims

放射性薬剤が投与された被検体から発生した放射線に基づいて被検体の核医学用データを求める核医学診断装置であって、前記放射線を検出することで、前記核医学用データを収集する第１検出手段と、核医学用データに吸収補正データを作用させることで核医学用データを吸収補正する吸収補正手段とを備え、前記装置は、（Ａ）被検体の長手方向ごとに前記吸収補正データをそれぞれ再構成する再構成処理手段と、（Ｂ）その再構成処理手段でそれぞれ再構成された各々の吸収補正データ間で断層面ごとの同一座標位置で特異点を統計的に抽出する特異点抽出手段と、（Ｃ）その特異点抽出手段で抽出された特異点に位置する座標の画素値を、その座標が属する断層面以外の他の断層面内の同一特異点に位置する座標の画素値から補間する特異点補間手段とを備え、その特異点補間手段により補間された補間後の吸収補正データを用いて、前記吸収補正手段は、核医学用データに補間後の吸収補正データを作用させて核医学用データを吸収補正し、その吸収補正手段により補正された補正後の核医学用データに基づいて核医学診断を行うことを特徴とする核医学診断装置。
放射性薬剤が投与された被検体から発生した放射線に基づいて被検体の核医学用データを求める核医学診断装置であって、前記放射線を検出することで、前記核医学用データを収集する第１検出手段と、核医学用データに吸収補正データを作用させることで核医学用データを吸収補正する吸収補正手段とを備え、前記装置は、（ａ）前記吸収補正データの体内領域において対象となる座標の画素値と周囲の座標の画素値との差分が所定値以上となる箇所をエッジとして、被検体の長手方向に対して抽出することで、周囲の座標の画素値との差分からなる長手方向のエッジ特徴画像を作成するエッジ抽出手段と、（ｂ）そのエッジ抽出手段で抽出された前記エッジ特徴画像内のエッジに応じて、補間に用いられる補間画素の対象領域を変更することでその対象領域を動的に制御して、エッジの箇所に位置する吸収補正データの画素値を対象領域中の画素値から補間するエッジ補間手段とを備え、そのエッジ補間手段により補間された補間後の吸収補正データを用いて、前記吸収補正手段は、核医学用データに補間後の吸収補正データを作用させて核医学用データを吸収補正し、その吸収補正手段により補正された補正後の核医学用データに基づいて核医学診断を行うことを特徴とする核医学診断装置。
放射性薬剤が投与された被検体から発生した放射線に基づいて被検体の核医学用データを求める核医学診断装置であって、前記放射線を検出することで、前記核医学用データを収集する第１検出手段と、核医学用データに吸収補正データを作用させることで核医学用データを吸収補正する吸収補正手段とを備え、前記装置は、（Ａ）被検体の長手方向ごとに前記吸収補正データをそれぞれ再構成する再構成処理手段と、（Ｂ）その再構成処理手段でそれぞれ再構成された各々の吸収補正データ間で断層面ごとの同一座標位置で特異点を統計的に抽出する特異点抽出手段と、（Ｃ）その特異点抽出手段で抽出された特異点に位置する座標の画素値を、その座標が属する断層面以外の他の断層面内の同一特異点に位置する座標の画素値から補間する特異点補間手段と、（ａ´）その特異点補間手段により補間された補間後の吸収補正データについて、吸収補正データの体内領域において対象となる座標の画素値と周囲の座標の画素値との差分が所定値以上となる箇所をエッジとして、被検体の長手方向に対して抽出することで、周囲の座標の画素値との差分からなる長手方向のエッジ特徴画像を作成するエッジ抽出手段と、（ｂ）そのエッジ抽出手段で抽出された前記エッジ特徴画像内のエッジに応じて、補間に用いられる補間画素の対象領域を変更することでその対象領域を動的に制御して、エッジの箇所に位置する吸収補正データの画素値を対象領域中の画素値から補間するエッジ補間手段とを備え、そのエッジ補間手段により補間された補間後の吸収補正データを用いて、前記吸収補正手段は、核医学用データに補間後の吸収補正データを作用させて核医学用データを吸収補正し、その吸収補正手段により補正された補正後の核医学用データに基づいて核医学診断を行うことを特徴とする核医学診断装置。
請求項１または請求項３に記載の核医学診断装置において、前記装置は、前記放射性薬剤と同種の放射線を外部から被検体に向けて照射する外部線源と、前記第１検出手段による放射線の検出とは独立して、前記外部線源から照射されて被検体を透過した放射線を検出することで、前記核医学用データの収集とは独立して、前記吸収補正データを収集する第２検出手段とを備え、被検体の長手方向に複数の検出器を配設することで前記第２検出手段を構成することを特徴とする核医学診断装置。
請求項２に記載の核医学診断装置において、前記装置は、前記放射性薬剤と同種の放射線を外部から被検体に向けて照射する外部線源と、前記第１検出手段による放射線の検出とは独立して、前記外部線源から照射されて被検体を透過した放射線を検出することで、前記核医学用データの収集とは独立して、前記補間前の吸収補正データを収集する第２検出手段とを備えることを特徴とする核医学診断装置。
請求項１から請求項３のいずれかに記載の核医学診断装置において、Ｘ線ＣＴ装置から得られたデータを前記補間前の吸収補正データとして用いることを特徴とする核医学診断装置。