JP4765224B2 - ポジトロンｅｃｔ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多数の検出器をリング型に配列したポジトロンＥＣＴ装置に関し、とくにエミッションデータ・トランスミッションデータ同時収集方式のポジトロンＥＣＴ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポジトロンＥＣＴ装置は、ポジトロン放出性の放射性核種を用い、その消滅ガンマ線を検出して核種の分布像を撮影するものである。たとえば人体にポジトロン放出性の放射性核種で標識された薬剤を投与すると、特定の臓器に集積する。そのとき人体の外部に放出されてくるガンマ線を、人体外に配置した検出器で検出してデータを収集する。消滅ガンマ線は１８０゜反対の方向に放出されるので、１対の検出器に同時に入射したことを検出し、その１対の検出器を結ぶ線上に核種が存在していることのデータを得る。このような同時計数によって収集したデータを所定のアルゴリズムで処理することにより、所定の断面での核種の濃度分布像を再構成する。この再構成画像は特定の臓器の診断のために用いられる。
【０００３】
被検体外部でガンマ線を検出する検出器としてシンチレーション検出器などが用いられ、これが多数リング型に配列される。この検出器のリング型配列の平面に位置している核種からのガンマ線のうち上記の平面に平行に放出されたものがリング型に配列された検出器のどれかに入射して検出されるので、被検体のこの平面（スライス面）でのデータが収集されることになり、再構成画像はこのスライス面における核種の濃度分布像ということになる。
【０００４】
このようなポジトロンＥＣＴ装置において、エミッションデータ・トランスミッションデータ同時収集方式のものは、被検体の内部から放射される放射線によるデータであるエミッションデータ（放射データ）の収集と同時に、被検体の外部から放射され被検体を透過した放射線によるデータであるトランスミッションデータ（透過データ）の収集をも行う。このトランスミッションデータは、被検体における吸収分布を求めるためのもので、この吸収分布は、エミッションデータにおける、被検体による放射線吸収の影響を補正するためなどに用いられる。
【０００５】
このエミッションデータ・トランスミッションデータ同時収集方式のポジトロンＥＣＴ装置は、たとえば特開平９−１８４８８５号公報などに示されているように、放射性薬剤の投与された被検体の周囲、検出器のリング型配列の内側に、ポジトロン放出性の線源を配置し、これを検出器のリング型配列に沿って被検体の周囲に回転させ、その回転角度ごとに同時計数データを収集する。すると、その同時収集データには、内部の線源からの放射線によるエミッションデータと外部の線源からの放射線によるトランスミッションデータとが混在して含まれることになる。ところが、外部線源の位置はあらかじめ分かっているため、その位置からのデータをマスクするようにして収集すればエミッションデータのみを取り出すことができる。また、逆のマスクを用いて収集すると、被写体内部の線源から放出された放射線が混入したトランスミッションデータが収集されるが、これは前述のエミッションデータおよびマスクパターン等の情報を用いて精度良く分離することができる。
【０００６】
ところで、こうして収集されるエミッションデータには、被検体内部の線源から放出された放射線が被検体内部で散乱した成分が含まれることが避けられない。この散乱線補正方法として、エミッション線源分布に依存して散乱線が分布する性質を利用し、エミッションサイノグラム上で散乱成分を推定し、推定した散乱成分を、もとのエミッションデータから差し引く方法が、従来より知られている（ Bergstrom M., Eriksson L., Blomqvist G. and Litton J. " Correction for Scattered Radiation in a Ring Detector Positron Camera by Integral Transformation of the Projections " J. Comput. Assist. Tomogr. 7 (1983) 42-50 ）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の上記散乱線補正方法をエミッションデータ・トランスミッションデータ同時収集方式のポジトロンＥＣＴ装置に適用しても、そのエミッションデータのエミッション線源分布に依存する散乱線の影響を補正することはできるものの、エミッションデータに混入した、トランスミッション線源強度に依存して変化するトランスミッション線源からの散乱線成分は補正できないという問題がある。そのため、上記のような散乱線補正方法によっても、エミッションデータからトランスミッション線源強度に依存する散乱線成分が除去されず、エミッションデータの定量性は得られない。
【０００８】
この発明は、上記に鑑み、エミッションデータ・トランスミッションデータ同時収集方式において、エミッションデータに混入する、トランスミッション線源からの散乱線成分を効果的に補正し、エミッションデータの定量的な精度を高めるよう改善した、ポジトロンＥＣＴ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、この発明によるポジトロンＥＣＴ装置においては、多数の放射線検出器がリング型に配列され、そのリング型配列の中に被検体配置用空間を形成する検出器リング型配列と、該リング型配列内に配置され、放射性核種が含まれている被検体の周囲において該リング型配列に沿って回転移動させられるポジトロン放出性の外部線源と、その回転位置情報を得る位置検出器と、上記の多数の放射線検出器のうちの２つから同時に出力が生じたことを検出する同時検出回路と、同時に出力が生じた２つの放射線検出器の組合せを位置情報に変換するアドレス変換器と、該位置情報ごとに計数を行うデータ収集器と、上記の回転位置情報に応じて収集データをエミッションデータとトランスミッションデータとに分離するデータ分離器と、上記のトランスミッションデータから、上記外部線源からの放射線の散乱線成分のエミッションデータへの混入分を推定演算する演算器と、該推定演算された散乱線成分の混入分を上記のエミッションデータより差し引く減算器とが備えられることが特徴となっている。
【００１０】
放射性核種が含まれている被検体の周囲に外部線源を回転させて同時計数を行うと、被検体内部の核種からの放射線によるエミッションデータと外部線源からの放射線によるトランスミッションデータが未分離のまま収集されるが、外部線源の位置を検出することにより、その検出した位置に応じたマスク処理などによって、エミッションデータとトランスミッションデータとを分離することができる。ところが、外部線源からの放射線はその線源を格納する容器内および被検体内部で散乱し、これらの散乱線成分がエミッションデータに混入することが避けられない。この外部線源の散乱線成分の混入分は、上記のトランスミッションデータと相関関係にあり、これを利用することにより、その混入分を収集分離したトランスミッションデータから推定演算することが可能である。こうして推定演算した混入分を、収集分離したエミッションデータから差し引けば、上記の避けることができない、外部線源の散乱線成分の混入による影響を取り除く補正ができ、これによりエミッションデータの定量性を高めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この発明にかかるポジトロンＥＣＴ装置では、図１に示すように、多数の放射線検出器１１がリング型に配列されており、そのリング型配列１０の中に被検体（患者）３０が配置されるようになっている。これらの検出器１１の各出力はコインシデンス回路１２に導かれ、いずれか２つの検出器１１に同時に放射線が入射してこれらから出力が同時に生じたことが検出される。そして、このように同時に２つの検出器１１から出力が生じてこれがコインシデンス回路１２により検出されると、そのコインシデンス回路１２からの出力がアドレス変換器１３に送られ、その２つの検出器１１の組み合わせに応じたアドレス変換がなされる。
【００１２】
このアドレス変換は、２つの検出器１１から同時に出力が生じたとき、その２つの検出器１１を結ぶ線に関する位置情報に変換するものである。この２つの検出器１１を結ぶ線の位置を表す情報は、たとえば図１に示すように、角度θと中心からの距離ｒとで表されるものである。つまり、ある２つの検出器１１で同時に検出信号が生じたとき、それらの検出器１１を結ぶ線を表すθとｒよりなるアドレスへの変換がなされる。
【００１３】
こうして変換されて出力されたアドレス信号はマスク処理回路１５を経て、トランスミッションデータ（Ｔデータ）収集メモリ１６とエミッションデータ（Ｅデータ）収集メモリ１７とにそれぞれ送られて、各アドレスごとにカウントされる。すなわち、これらのメモリ１６、１７では、それぞれ、あるアドレス信号が入力されるとそのアドレスに「１」を加算することにより、（θ、ｒ）で表わされるアドレスごとにガンマ線入射個数を示すカウント値を集積していく。
【００１４】
一方、ライン線源３１が、図では省略されている機構により、点線のように検出器リング型配列１０内でこれに沿って所定の小さな角度ごとにステップ的に回転移動させられる。このライン線源３１は、ライン状に形成された放射線源であり、スライス面（検出器リング型配列１０が含まれる平面）に直交するよう配置される（図では紙面に直角に配置される）。このライン線源３１はポジトロン放出性の核種により形成されている。
【００１５】
このライン線源３１の回転位置は、回転位置読み取り装置３２によって読み取られており、その位置情報がマスク生成回路１４に送られる。回転位置読取装置３２は、たとえば、パルスエンコーダとカウンタ等から構成される。マスク生成回路１４は、ライン線源３１が位置している付近のアドレス（θ、ｒ）のみ通すがその他のアドレス（θ、ｒ）は通さないようなマスク、およびその逆のマスク、つまりライン線源３１が位置している付近のアドレス（θ、ｒ）は通さずその他のアドレス（θ、ｒ）は通すようなマスクを生成する。マスク処理回路１５は、このマスクを用いてアドレス変換器１３から送られるデータ、つまりアドレス（θ、ｒ）で表される位置情報をＴデータ収集メモリ１６とＥデータ収集メモリ１７とに振り分ける。
【００１６】
たとえばθ＝０°のデータはｒ方向にどのように分布するかを図２を参照して考えてみる。被検体３０とライン線源３１との位置関係が同図（ａ）で示されているようなものである場合、データは同図（ｂ）に示されるようにｒ方向に分布する。ピークはライン線源３１および被検体３０の内部から放出される放射線の和であり、これを除くなだらかな山は、被検体３０の内部から放出される放射線によるものである。被検体３０には放射性薬剤が投与されており、その内部には核種が分布していて、これから放射線が外部に放出される。
【００１７】
そこで、ライン線源３１の位置に対応する幅Ｗのみを通すマスクを用いるなら、（ｃ）に示すようにライン線源３１からのデータ（Ｔデータ）のみを取り出すことができ、幅Ｗ以外を通す逆のマスクにより（ｄ）に示すように被検体３０からのデータ（Ｅデータ）のみを取り出すことができる。
【００１８】
ライン線源３１は回転しており、その位置情報がマスク生成回路１４に送られるため、この幅Ｗの部分がその回転に伴ってｒ方向に往復移動するので、何往復かの後では、Ｔデータ収集メモリ１６には（ｅ）のようなデータが、Ｅデータ収集メモリ１７には（ｆ）のようなデータが、それぞれ収集される。ここで、（ｅ）のＴデータにおいて中央の凹部は、ライン線源３１から放出された放射線が被検体３０を通ることにより、これによって吸収されたことを示している。（ｆ）のＥデータについて、裾の平坦な部分は、ライン線源３１からの放射線の散乱線の同時計数データである。
【００１９】
このライン線源３１からの放射線の散乱線について図３を参照しながら、さらに説明する。図３では、被検体３０には放射性薬剤が投与されていず、被検体３０からは放射線が放出されないものとしている。この場合は、ライン線源３１からのみ放射線が放出され、これのデータが収集されることになる。ライン線源３１からの放射線のデータは、本来、きわめて急峻なものになるはずであるが、散乱体である被検体３０の存在によって散乱線が生じ、その散乱線の同時計数データも含まれることになるので、（ｂ）に示すように裾の部分が形成される。
【００２０】
そこで、幅Ｗのマスクで（ｂ）のデータを振り分けると、（ｃ）、（ｄ）のように分離される。ここで（ｄ）は本来Ｅデータを示すもので、この場合は被検体３０からは放射線が放出されないのであるから０になるはずなのに、（ｄ）で示すようなものになっていることが注目される。そして、ライン線源３１が数回転して収集された結果としてのＴデータは（ｅ）に示すようなものとなり、Ｅデータは（ｆ）で示すようなものとなる。
【００２１】
すなわち、このように、被検体３０からは放射線が放出されず、ライン線源３１のみから放射線が放出される状態で、ライン線源３１を回転させたときにも、Ｅデータ収集メモリ１７には図３の（ｆ）で示されるようなデータが収集される。そして、このデータはライン線源３１からの放射線の散乱線データであって、エミッションデータとはなんらの関係のない、単なるノイズである。さらに、このようなライン線源３１からの放射線の散乱線データは、図２のように、被検体３０からのエミッションデータが収集される場合にも、本来のエミッションデータに重畳し、これが先に述べた図２の（ｆ）における裾の平坦部分として現れる。
【００２２】
図３の（ｆ）で示すライン線源３１からの放射線の散乱線データをＴｓデータと呼ぶと、このＴｓデータは、図３の（ｅ）で示したＴデータと相関関係にある。そのため、エミッションデータ・トランスミッションデータ同時収集時の図２の（ｅ）で示すＴデータが得られるなら、このＴデータから、このときのＴｓデータ、つまり（ｆ）で示すＥデータの裾の平坦部分を推定することが可能である。推定されたＴｓデータをＥデータから差し引けば、Ｅデータより、ライン線源３１からの放射線の散乱線データを取り除く補正ができたことになる。
【００２３】
図１のＴｓデータ推定演算器１８は、エミッションデータ・トランスミッションデータ同時収集時のＴデータ（図２の（ｅ）で示す）から、Ｔｓデータを推定する演算を行う。この推定演算のためには、あらかじめ、ＴデータとＴｓデータとの相関関係（図３の（ｅ）と（ｆ）との関係）を知る必要がある。
【００２４】
この相関関係は、実際に放射性薬剤を投与していない状態の被検体３０の周りにライン線源３１を回転させて、図３の（ｅ）、（ｆ）のようなデータを収集しておくことにより、求められる。また、実際の被検体３０を用いる代わりにそれを模擬したファントムを用いてもよい。さらに、図３の（ｅ）をコンボリューション積分すれば図３の（ｆ）になるという関係があることから、エミッションデータ・トランスミッションデータ同時収集時の図２の（ｅ）で示すＴデータをコンボリューション積分して、計算によりＴｓデータを推定することも可能である。
【００２５】
こうして、求められたＴｓデータは減算器１９に送られ、Ｅデータより差し引かれる。これによって、ライン線源３１からの放射線の散乱線データを取り除く補正ができる。この補正後のデータは、Ｅｓ補正処理装置２０に送られ、Ｅデータに含まれる、被検体３０内部の放射線の散乱線データ（Ｅｓデータ）を取り除く補正が行われる。この補正方法は、たとえば先に述べたBergstromらの方法を用いることができる。
【００２６】
ＴｓデータおよびＥｓデータを取り除く補正がされたＥデータは、吸収補正装置２１に送られてＴデータを用いた吸収補正がなされる。これらの散乱線補正および吸収補正は、サイノグラム上で行われる。つまり、角度θごとのｒ方向分布について、各々補正処理される。これらの散乱線補正および吸収補正を受けたＥデータは、画像再構成装置２２に送られ、逆投影法などのアルゴリズムによって、被検体３０内部の核種の濃度分布像が断層像として再構成され、その再構成画像がディスプレイ装置２３によって表示される。
【００２７】
したがって、エミッションデータ・トランスミッションデータ同時収集方式のポジトロンＥＣＴ装置において、外部線源からの放射線の散乱線成分のエミッションデータへの混入分を、トランスミッションデータを用いて推定し、これを除去する補正を行うので、エミッションデータの定量性を高めることができる。すなわち、エミッションデータ・トランスミッションデータ同時収集方式のポジトロンＥＣＴ装置においては、マスク処理などによってエミッションデータを分離しても、トランスミッションデータ収集用の外部線源からの放射線の散乱線成分が、そのエミッションデータに混入することが避けられず、そのため、エミッションデータの定量性が、トランスミッションデータ収集用の外部線源の強度に依存して損なわれてしまうが、これが改善され、外部線源強度に依存する影響を最小限に抑えることができる。
【００２８】
なお、上の説明は、この発明のひとつの実施形態に関するものであって、この発明がこの実施形態に限定されるわけではないことはもちろんである。上の説明では、Ｔｓデータ推定演算器１８、減算器１９、Ｅｓ補正処理装置２０、吸収補正装置２１などはハードウェア的に扱っているが、ソフトウェア的な処理でも可能であることはいうまでもない。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種々に変更可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明のポジトロンＥＣＴ装置によれば、放射性核種を投与した被検体およびその周囲を回転する外部線源からの放射線を同時に計数するエミッションデータ・トランスミッションデータ同時収集方式において、外部線源からの放射線の散乱線成分のエミッションデータへの混入分を推定し、これをエミッションデータから取り除く補正を行うことができるため、外部線源強度に依存する影響を最小限に抑え、エミッションデータの定量性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかるポジトロンＥＣＴ装置のブロック図。
【図２】被検体に放射性薬剤を投与した状態でのデータ収集を説明するための図。
【図３】被検体に放射性薬剤を投与しない状態でのデータ収集を説明するための図。
【符号の説明】
１０ 検出器リング型配列
１１ 検出器
１２ コインシデンス回路
１３ アドレス変換器
１４ マスク生成回路
１５ マスク処理回路
１６ Ｔデータ収集メモリ
１７ Ｅデータ収集メモリ
１８ Ｔｓデータ推定演算器
１９ 減算器
２０ Ｅｓ補正処理装置
２１ 吸収補正装置
２２ 画像再構成装置
２３ ディスプレイ装置
３０ 被検体
３１ ライン線源
３２ 回転位置読み取り装置

Claims (1)

1. 多数の放射線検出器がリング型に配列され、そのリング型配列の中に被検体配置用空間を形成する検出器リング型配列と、該リング型配列内に配置され、放射性核種が含まれている被検体の周囲において該リング型配列に沿って回転移動させられるポジトロン放出性の外部線源と、その回転位置情報を得る位置検出器と、上記の多数の放射線検出器のうちの２つから同時に出力が生じたことを検出する同時検出回路と、同時に出力が生じた２つの放射線検出器の組合せを位置情報に変換するアドレス変換器と、該位置情報ごとに計数を行うデータ収集器と、上記の回転位置情報に応じて収集データをエミッションデータとトランスミッションデータとに分離するデータ分離器と、上記のトランスミッションデータから、上記外部線源からの放射線の散乱線成分のエミッションデータへの混入分を推定演算する演算器と、該推定演算された散乱線成分の混入分を上記のエミッションデータより差し引く減算器とを備えることを特徴とするポジトロンＥＣＴ装置。

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