JP4782680B2

JP4782680B2 - Ｐｅｔ−ｃｔシステムにおける較正画像アライメント装置及び方法

Info

Publication number: JP4782680B2
Application number: JP2006524440A
Authority: JP
Inventors: シルヴァ，アンジェラジェイダ; ジャオ，ズオ
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2024-08-06
Also published as: EP1659943A1; US7697738B2; EP1659943B1; US20080212859A1; WO2005018456A1; JP2007503238A

Description

本発明は、診断イメージングシステム及び方法に関する。本発明は、特に、Ｐｈｉｌｉｐｓ社により製造されているＧＥＭＩＮＴ（登録商標）ＰＥＴ−ＣＴシステムのようなマルチモダリティシステムに関連する特定のアプリケーションを開拓する。本発明は又、ＳＰＥＣＴ及びＣＴスキャナの組み合わせ等に適用可能であることが高く評価されるであろう。

マルチモダリティ断層撮影システムにおいて、２つ又はそれ以上の異なるセンシングモダリティが、対象物空間において異なる構成要素を位置付ける又は測定するために用いられる。ＰＥＴ−ＣＴシステムにおいては、ＰＥＴは、周囲の解剖学的構造の画像を生成するのではなく、体における高代謝活性についての画像を生成する。ＣＴスキャンは、医師が人間の体内の内部構造を観測することを可能にする。ＰＥＴ−ＣＴスキャンを行う前に、患者は放射性医薬品の投与を受ける。その放射性医薬品は特定の組織又は領域で濃縮され、放射線がその組織又は領域から放出されるようにする。走査中、放出された放射線の追跡が、患者における放射性医薬品の分布についての画像を生成するシステムにより検出される。その画像は、循環系及び／又は種々の領域又は組織における放射性同位元素の相対的吸収を示すことができる。ＰＥＴ−ＣＴ画像におけるＰＥＴスキャンからの代謝データとＣＴスキャンからの解剖学的データの統合は、医師に、病気が存在しているかどうか、病気の位置及び広がりを判定し、その病気がどれ位早く広がるかを追跡するための視覚的情報を与える。ＰＥＴ−ＣＴシステムは、処理することが困難な領域（例えば、頭部、首領域、縦隔、手術後の腹部）及び放射線療法又は化学療法を受けている患者の治療領域の位置決めにおいて特に有用である。

マルチモダリティイメージングシステムにおいて最も重要な問題は画像登録である。ＧＥＭＩＮＩ（登録商標）ＰＥＴ−ＣＴスキャナにおいては、両方の手法を必要とする患者は、同じスキャニングベッドに位置付けられ、ＰＥＴスキャンにより即座に後続されるＣＴスキャンが行われる。既知の長手方向の距離だけ移動させることにより、両方の検査に対して同じ位置に患者を位置付けることはＣＴ画像及びＰＥＴ画像の登録ミスの可能性を低減するが、２つのイメージング空間の間の機械的アライメントミス、それらのイメージングシステムの老朽化等のために、登録ミスの可能性が残されている。更に、１つの画像（例えば、ＣＴ）を、他の画像（例えば、ＣＴにより発生した減衰マップを用いる、ＰＥＴ又はＳＰＥＣＴの減衰補正）を補正するために使用することが可能であるため、そのような登録ミスは、２つの画像の登録及び全体的な画像品質に影響する可能性がある。

ＰＥＴイメージング空間とＣＴイメージング空間との間の静止アライメントミスを補償するために、実行が簡便且つ容易である較正技術に対する要請が存在する。本発明は、上記の問題点等を克服する、新規の改善されたイメージング装置及び方法を提供する。

本発明の一特徴に従って、マルチモダリティイメージング装置の較正のためのシステムについて開示している。そのシステムはマーカを受けるファントムを有する。マーカはＣＴスキャナにより画像化可能であり、ファントム内の固定位置に位置付けられるＣＴマーカと、核イメージングシステムにより画像化可能である放射性同位元素マーカとを含む。手段は、ＣＴ画像におけるＣＴマーカと核画像における放射性同位元素マーカとをアライメントする変換を決定する。

本発明の他の特徴に従って、核イメージングシステムとマルチモダリティイメージングシステムにおけるＣＴスキャナとのアライメントの方法について開示している。マーカをファントムで受ける。それらのマーカは、ＣＴスキャナにより画像化可能であり、ファントム内の固定位置に位置付けられるＣＴマーカと、核イメージングシステムにより画像化可能である放射性同位元素マーカとを含む。ＣＴ画像におけるＣＴマーカと核画像における放射性同位元素マーカとをアライメントする変換が決定される。

１つの本発明の優位性は、スキャナの機械的アライメントミスに原因があるアライメントエラーを低減することにより、全体的な画像品質及び画像登録を提供することにある。

本発明の他の有利点は、マルチモダリティシステムにおけるスキャナのアライメント及び再較正の高速で簡便な方法を提供することにある。

本発明の他の有利点は、交換可能マーカを有する較正ファントムを備えることにある。

本発明の更なる優位性及び有利点は、以下、好適な実施形態についての詳細説明を読み、理解することにより、当業者に明らかになるであろう。

本発明は、種々の構成要素及び複数の構成要素の構成及び種々の段階及び複数の段階の構成の形をとることが可能である。添付図面は好適な実施形態を例示することのみを目的とし、本発明を限定するように解釈されるべきものではない。

図１を参照するに、マルチモダリティシステム１０は、核イメージングシステム１２とコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ１４とを有する。ＣＴスキャナ１４は非回転ガントリ１６を有する。Ｘ線管８は回転ガントリ２０に備えられている。ボア２２はＣＴスキャナ１４の検査領域２４を規定する。放射検出器のアレイ２６は、Ｘ線が検査領域２４を横断した後、Ｘ線管１８からの放射を受けるように回転ガントリ２０に備えられている。代替として、放射検出器のアレイ２６は、非回転ガントリ１６に位置付けられることが可能である。

核イメージングシステム１２は、好適には、トラック３０上に備えられている陽電子放出方断層撮影（ＰＥＴ）スキャナ２８を有する。勿論、ＳＰＥＣＴ及び他の核イメージングシステムを又、検討することができる。トラック３０は、被検体支持体又はカウチ３２の長手方向の軸に平行に伸び、それ故、図２に示すように、ＣＴスキャナ１４及びＰＥＴスキャナ２８が閉鎖系を構成することを可能にする。モーター及びドライブのような移動手段３４が、閉じ位置の内側及び外側にスキャナ２８を移動させるように備えられている。検出器３６が検査領域４０を規定するボア３８の周りに備えられている。ＰＥＴシステムにおいては、検出器３６が静止輪内に好適に備えられているが、回転可能ヘッドを又、検討することができる。ＳＰＥＣＴシステムにおいては、検出器３６は、個々のヘッドに好適に組み込まれていて、それらのヘッドは、患者に関する回転可能な且つ半径方向の移動のために備えられている。モーター及びドライブのような、カウチ移動手段４２は、検査領域２４、４０内でカウチ３２の長手方向の移動及び垂直方向の調整を与える。

図１を継続して参照するに、ＣＴ核マーカ４６を有するファントム４４がカウチ３２に堅く取り付けられている。図３Ｂに示すように、各々のマーカは放射性同位元素のバイアル４８を有する。ＰＥＴについては、同位元素は陽電子放出体であり、ＳＰＥＣＴについては、同位元素は陽子放出体である。ファントム４４を有するカウチ３２は、ＰＥＴスキャナ２８により３Ｄ画像が生成されるようになっている検査領域４０内にカウチ移動手段４２により移動される。電子データは、ＰＥＴ再構成処理器５０によりＰＥＴ画像に再構成され、ＰＥＴ画像メモリ５２に記憶される。重心決定プログラム又は手段５４は、各々の放射性同位元素マーカ４８の重心の座標を求める。

カウチ移動手段４２はＣＴスキャナ検査領域２４内にファントム４４を位置付けるようにカウチ３２を移動させ、ここで、ＣＴ画像が撮影される。更に詳細には、ファントム４４は、ＰＥＴイメージング領域内の画像化位置と同じであるとして幾何学的に及び機械的に予測されるＣＴ検査領域２４内の位置に移動される。電子データは、再構成処理器６０により３ＤＣＴ画像に再構成され、ＣＴ画像メモリ６２に記憶される。ＣＴマーカ重心計算手段６４は、各々のＣＴ核マーカ４６についての重心の座標を計算する。ＣＴマーカの重心の位置はＣＴマーカ位置メモリに記憶される。ＰＥＴ画像について予め計算される放射性同位元素マーカの位置の座標は、ＰＥＴスキャナ及びＣＴスキャナの既知の幾何学的及び機械的アライメントを用いて、ＰＥＴからＣＴ空間画像変換処理器又は手段６８によりＣＴ画像空間に変換される。ＣＴマーカ探索処理器又は手段７０は放射性同位元素マーカの位置情報を検索し、対応するマーカの座標についてＣＴマーカ位置メモリ６６を探す。更に詳細には、探索手段７０は、ＣＴ核マーカ重心が放射性同位元素ＰＥＴマーカ４８に重なり合っているかどうかを認識するために、即ち、それらがアライメントされているかどうかを認識するために、ＰＥＴ位置に対応するＣＴマーカ位置メモリ６６の座標位置に進む。ＰＥＴマーカ及びＣＴマーカがアライメントされていない場合、探索手段７０は、対応するＣＴマーカの重心の位置が特定されるまで、対応するＣＴ座標位置から一般に同心球の外へ移動する。変換処理器又は手段７２は対応するマーカの座標を受信し、ＰＥＴ画像及びＣＴ画像を適切なアライメントにするように直線移動及び回転の量を決定し、即ち、ＣＴマーカ画像からの重心位置がＰＥＴマーカ画像の重心位置に重なり合う。代替として、変換手段７２は、スキャニングアルゴリズム又は手段７４又は非線形変形補正アルゴリズム又は手段７６を有することが可能である。変換手段７２により決定される変換パラメータは較正メモリ７８に記憶され、続くスキャンにおいて互いにＰＥＴ画像及びＣＴ画像をアライメントするようにアライメント処理器又は手段８０により用いられる。映像処理器８２はモニタ８４上の表示のための受信データを処理する。

図３Ａ乃至Ｃを参照するに、各々のＣＴ核マーカ４６は高密度のディスクを有し、そのディスクの中心にウェル９２を有するＣＴ画像化可能材料であって、放射性同位元素マーカ４８を有する、ＣＴ画像化可能材料が位置付けられている。典型的には、放射性同位元素マーカ４８は、頻度の高い効果を回避するために、比較的長い半減期、好適には、１００日以上の半減期を有する同位元素を有するバイアルである。ＰＥＴ−ＣＴの組み合わせに対しては、好適な同位元素は半減期が２．６年であるＮａ−２２である。しかしながら、Ｇｅ−６８のような比較的短い半減期を有する同位元素を又、用いることが可能である。ＳＰＥＣＴ−ＣＴの組み合わせに対しては、放射性同位元素マーカ４８のための同位元素は、１００日以上の半減期及び５ｋｅＶ乃至６００ｋｅＶの強いエネルギーピークを有する同位元素群から選択される。適切なＳＰＥＣＴ画像化可能同位元素の例としては、Ｃｏ−５７、Ｇｄ−１５３、Ｃｄ−１０９、Ｃｅ−１３９、Ａｍ−２４１、Ｃｓ−１３７及びＢａ−１３３がある。好適には、各々のＣＴ核マーカ４６のウェル９２は、適切な同位元素で永久に満たされ、製造場所で密閉される。各々のマーカ４６には、入れられた同位元素及びオプションとしてその有効期限を特定するために明確なラベル９４が張ってある。任意に、ディスク９０は、ＳＰＥＣＴマーカ及びＰＥＴマーカを区別するためにカラーコード化される。

図３Ｃを継続して参照するに、ＣＴ核マーカ４６が、ファントム４４において対応するサイズのウェル又はキャビティ９６に入れられる。ディスク９０は、ファントム４４に比べて、ＣＴ画像において良好なコントラストを有する材料から成る。典型的には、ファントムはアクリル材料から成るが、他のより小さいＣＴ数を有する材料を用いることが可能である。ディスク９０は、ＣＴスキャン中に容易に識別されるように、ファントムと非常に異なるＣＴ数を有する、ガラス入りのテフロン（登録商標）又は他の適切な材料から成ることが可能である。好適な実施形態においては、ディスク９０は、より良好な較正精度を可能にするように、厚さ約５ｍｍ及び直径２５ｍｍのディスクである。ディスク９０の十分なサンプリングがイメージング処理中に成される場合、より小さいディスクを用いることが可能である。最小直径３ｍｍは少なくとも３つの１ｍｍのスライスに渡ったものであることが可能である。ＣＴ核マーカ４６は、ディスク形状ではなく、円筒形、立方体又は他の構造であることが可能である。

図４を参照するに、好適な実施形態においては、ファントム４４は、上部層１００、中間層１０２及び下部層１０４を有し、各々の層は２つのマーカ受け入れキャビティ９６を有する。上部層１００及び中間層１０２は第１エアギャップ１０６を規定する。中間層１０２及び下部層１０４は第２エアギャップ１０８を規定する。各々の層１００、１０２、１０４は前方側１１０及び後方側１１２を有する。ＣＴ核マーカ４６はキャビティ内に入れられ、重力により位置付けられる。ＣＴ−ＳＰＥＣＴシステムを構成するために、ＰＥＴ画像化可能同位元素を有するＣＴ−ＰＥＴマーカは、ＳＰＥＣＴ画像化可能同位元素を有するＣＴ−ＳＰＥＣＴマーカで置き換えられる。

図５Ａ乃至Ｃを参照するに、キャビティ９６の中心は、３つのキャビティが直線上にないように位置付けられ、イメージング領域及び核イメージング領域の周りに分布されている。これは、６つのマーカのみから決定されるように３つの直交軸に関するオフセット移動及び回転移動を可能にする。勿論、ファントムは、より多い数のマーカが許容されるように設計されることが可能である。

本発明について、好適な実施形態に関連して詳述した。上記の詳細説明を読み、理解することにより、当業者は修正及び変形が可能であることを認識するであろう。本発明においては、同時提出の特許請求の範囲又はそれと同等の範囲内にあるそのような修正及び変形全てを網羅するように構成されていることが意図されている。

本発明に従った較正システムを示す図である。閉じ位置におけるマルチモダリティシステムを示す図である。ＣＴ核マーカの平面図である。ＣＴ核マーカの側面図である。ファントムの支持体の側面図である。本発明に従った較正ファントムを示す図である。較正ファントムの上部プレートを示す平面図である。較正ファントムの中間のプレートを示す平面図である。較正ファントムの下部プレートを示す平面図である。

Claims

マルチモダリティイメージング装置を較正するシステムであって：
ファントムであって、該ファントムは前記ファントムにおける固定位置に位置付けられた複数のマーカを受け入れる、ファントムであり、ＣＴスキャナにより画像化可能であるＣＴマーカと、核イメージングシステムにより画像化可能である放射性同位元素マーカと、を有する、ファントム；
ＣＴ画像におけるＣＴマーカと核画像における放射性同位元素マーカとをアライメントするようにする変換を決定する手段；及び
前記ＣＴ画像における各々のＣＴマーカの重心を決定する手段；
を有するシステムであり、
放射性同位元素マーカはＣＴマーカの重心に加えられ；
前記変換決定手段は前記ＣＴマーカの前記重心と前記放射性同位元素マーカの重心とをアライメントし；
前記ファントムは、前記マーカが取り外し可能であるように位置付けられ、キャビティ内に落とし込むことにより重力によりその位置に保持される複数のキャビティを有し；
前記ファントムは、上部層と、前記上部層と中間層との間にある第１エアギャップを伴って、前記上部層の下方に固定された中間層と、前記中間層の下方に固定され、前記中間層と下部層との間にある第２エアギャップを規定する下部層であって、各々の層は少なくとも１つのマーカ受け入れウェルを規定する、下部層と、を有し；
マーカ受け入れウェル内に落とし込むことによって重力により位置を保持されるように各々の層において規定されたマーカ受け入れウェルに前記マーカが移動可能であるように位置付けられている；
システム。
請求項１に記載のシステムであって：
核画像空間からＣＴ画像空間に前記放射性同位元素マーカの座標を変換する手段；並びに
対応する前記放射性同位元素マーカの前記座標に最も近いＣＴマーカの重心の座標を位置付ける手段であって、前記変換決定手段は、前記ＣＴマーカの重心の座標及び前記放射性同位元素マーカの座標を一致するようにする変換を決定する、手段；
を更に有する、システム。
請求項１に記載のシステムであって、各々の放射性同位元素マーカは関連する前記マーカの１つの重心に位置付けられたウェルにおいて備えられている同位元素を有する、システム。
請求項３に記載のシステムであって、各々のマーカは：
前記マーカに備えられた同位元素；
含まれる前記同位元素の有効期限；及び
前記マーカをＰＥＴスキャナ又はＳＰＥＣＴスキャナと共に使用するかどうか；
の少なくとも１つを特定するラベルを付けている、システム。
請求項３に記載のシステムであって、前記同位元素は１００日以上の半減期を有する、システム。
請求項１に記載のシステムであって：
前記放射性同位元素マーカの三次元画像表示を生成する核イメージャ；
前記ＣＴマーカの三次元画像表示を生成するＣＴスキャナ；及び
前記核イメージャと前記ＣＴスキャナとの間で前記ファントムを移動させるように前記ファントムが備えられることが可能である患者支持体；
を更に有する、システム。
請求項６に記載のシステムであって：
前記変換決定手段により決定される変換を用いて、前記核イメージャ及び前記ＣＴスキャナにより生成される被検体について後続して生成される三次元画像表示をアライメントするアライメント手段；
を更に有する、システム。
請求項６に記載のシステムであって、前記核イメージャはＰＥＴスキャナであり、前記放射性同位元素マーカはＮａ−２２及びＧｅ−６８を有する群からの同位元素を有する、システム。
請求項６に記載のシステムであって、前記核イメージャはＳＰＥＣＴスキャナであり、前記放射性同位元素マーカはＣｏ−５７、Ｇｄ−１５３、Ｃｄ−１０９、Ｃｅ−１３９、Ａｍ−２４１、Ｃｓ−１３７及びＢａ−１３３を有する群からの同位元素を有する、システム。
請求項１に記載のシステムであって、前記ファントムは：
上部層；
前記上部層と中間層との間に規定される第１エアギャップを伴って、前記上部層の下方に固定された中間層；及び
前記中間層と下部層との間に規定される第２エアギャップを伴って、前記中間層の下方に固定された下部層；
を更に有し、
各々の層は、前記キャビティ内に前記ＣＴマーカ及び前記放射性同位元素マーカの少なくとも１つを位置付けるように前記複数のキャビティの少なくとも１つを規定する；
システム。
請求項１０に記載のシステムであって、前記ＣＴマーカは、上部層、中間層及び下部層のＣＴ数と実質的に異なるＣＴ数を有する材料から成る、システム。
請求項１に記載のシステムであって、前記ＣＴマーカは各々、３ｍｍ又はそれ以上の直径を有するＣＴ画像化可能材料より成るディスクと、該ディスクの重心にある放射性同位元素マーカ受け入れウェルとを有する、システム。
請求項１に記載のシステムで用いられるＣＴ核マーカであって、該ＣＴ核マーカは：
Ｘ線画像化可能材料の３乃至２５ｍｍのディスクであって、該ディスクの重心においてウェルを規定している、ディスク；及び
核イメージングシステムにより画像化可能である放射性同位元素であって、その放射性同位元素は前記ウェル内に封じ込められている、放射性同位元素；
を有する、ＣＴ核マーカ。
核イメージングシステムからの画像とマルチモダリティイメージングシステムにおけるＣＴスキャナからの画像とをアライメントする方法であって：
ファントムにおける固定位置にマーカを位置付ける段階であって、前記マーカは、ＣＴスキャナにより画像化可能であるＣＴマーカと、前記核イメージングシステムにより画像化可能である放射性同位元素マーカとを有する、段階；
ＣＴ画像における前記ＣＴマーカと核画像における放射性同位体元素マーカとをアライメントするようにする変換を決定する段階；
前記決定された変換に従って前記ＣＴスキャナからの被検体の画像と前記核イメージングシステムからの前記被検体の画像とをアライメントする段階；
ＣＴマーカの重心に前記放射性同位元素マーカを加える段階；及び
前記ＣＴ画像において各々のＣＴマーカの重心を決定する段階；
を有する方法であり、
前記変換決定段階において、前記ＣＴマーカの前記重心と前記放射性同位元素マーカの重心とがアライメントされ；
前記ファントムは、上部層と、前記上部層と中間層との間にある第１エアギャップを伴って、前記上部層の下方に固定された中間層と、前記中間層の下方に固定され、前記中間層と下部層との間にある第２エアギャップを規定する下部層であって、各々の層は少なくとも１つのマーカ受け入れウェルを規定する、下部層と、を有し；
マーカ受け入れウェル内に落とし込むことによって重力により位置を保持されるように各々の層において規定されたマーカ受け入れウェルに前記マーカが移動可能であるように位置付けられている；
方法。
請求項１４に記載の方法であって：
核画像空間からＣＴ画像空間に前記放射性同位元素マーカの座標を変換する段階；及び
対応する前記放射性同位元素マーカの前記座標に最も近いＣＴマーカの重心の座標を位置付ける段階；
を更に有する方法であり、
前記決定された変換は、前記ＣＴマーカの重心の座標及び前記放射性同位元素マーカの座標を一致するようにする；
方法。
請求項１４に記載の方法であって：
各々のマーカの重心を通るウェルを備える段階；
前記重心にある前記ウェルにおいて１００日以上の半減期を有する同位元素を位置付ける段階；
前記ウェルを封じる段階；
前記マーカにおいて備えられた同位元素、含まれる前記同位元素の有効期限、前記マーカがＰＥＴスキャナ又はＳＰＥＣＴスキャナと共に使用されるかどうか、の少なくとも一を特定するラベルで前記マーカをラベル付けする段階；
を更に有する、方法。
請求項１６に記載の方法であって、前記同位元素は、ＰＥＴスキャナにより前記放射性同位元素マーカの画像化を容易にするように、Ｎａ−２２及びＧｅ−６８の一である、ことを特徴とする方法。
請求項１６に記載の方法であって、前記同位元素は、ＳＰＥＣＴスキャナにより前記放射性同位元素マーカの画像化を容易にするように、Ｃｏ−５７、Ｇｄ−１５３、Ｃｄ−１０９、Ｃｅ−１３９、Ａｍ−２４１、Ｃｓ−１３７及びＢａ−１３３を有する群からのものである、ことを特徴とする方法。