JP4871506B2 - 画像処理のシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的にイメージング装置に関し、より具体的には画像データの収集及び処理を同時に行う方法及び装置に関する。

病院及び他の医療機関は、診断目的のために、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャナ、磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）スキャナ、及び陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ）スキャナなどのイメージング装置に広く依存している。これらのイメージング装置は、様々な身体構造及び機能の高画質画像を提供する。各イメージング装置は、イメージング方法の物理的現象によって異なるタイプの画像を生成する。例えばＣＴスキャナにおいて、Ｘ線源は、体内を伝播し身体の反対側にある検出器によって検出されるＸ線を発生する。Ｘ線が衝突する身体構造が何であるかに応じてＸ線は様々な程度に減弱され、これにより身体の構造的特徴を示す画像が得られる。しかしながら、ＣＴスキャナは、生体内作用及び機能にあまり敏感ではない。

一方、ＰＥＴスキャナは、様々な生体内作用及び機能を表す画像を生成する。ＰＥＴスキャンにおいて、最初に放射性薬品として知られる放射性物質を患者に注射する。放射性薬品は、例えば、^１８Ｆ−フルオロ−２−デオキシグルコース（ＦＤＧ）とすることができ、これは放射性フッ素を含む糖の一種である。放射性薬品は、特定の身体的過程及び機能に関与し、その放射性性質により、ＰＥＴスキャナが、これらの機能及び過程を示す画像を生成することができる。例えば、ＦＤＧを注射すると、癌細胞により代謝され、ＰＥＴスキャナが癌領域を示す画像を生成することができるようになる。しかしながら、一般に、ＰＥＴスキャナは、ＣＴ及びＭＲＩスキャナなどの他のタイプのスキャナほど患者の構造的詳細を与えるわけではない。

最近、ＰＥＴ−ＣＴスキャナが導入されている。ＰＥＴ−ＣＴスキャナは、１つの患者ボアの周りに設置されたＣＴスキャナ及びＰＥＴスキャナの両方を含む。ＰＥＴ−ＣＴスキャナは、ＣＴ画像に空間的に位置合わせされたＰＥＴ画像を含む融合画像を生成する。ＰＥＴ−ＣＴスキャナは、ＣＴスキャンによって照射された構造に対して、ＰＥＴスキャンによって示される機能的及び生物学的特徴を正確に位置特定することができるという利点を提供する。典型的なＰＥＴ−ＣＴスキャンにおいては、患者はまずＣＴスキャンを受け、次にＰＥＴスキャンを受けた後、スキャナを出る。ＣＴ及びＰＥＴデータが収集された後、ＰＥＴ−ＣＴスキャナはデータを処理し、融合ＰＥＴ−ＣＴ画像を生成する。

ＰＥＴ−ＣＴシステムにおいて、検査の有効積算時間は、かなりの時間となる場合もあるＰＥＴ及びＣＴデータを収集する時間と、データを処理する時間とを合計した時間量である。ＣＴ及びＰＥＴデータが収集された後のデータ処理時間もまた、収集されるデータの量及びタイプによってはかなりのものとなる場合がある。３Ｄ全身（マルチ・フレーム）スキャンを実行するＰＥＴ−ＣＴシステムにおいて、この有効スキャン時間の長さの問題は、３Ｄ ＰＥＴデータを処理する時間が比較的長くなることにより悪化する可能性がある。

スキャナが画像を生成するのに要する時間量は、病院及び他の医療機関がスキャナの価値を評価する際、特に臨床環境においては重要な検討事項であることが非常に多い。１日あたりにより多くのスキャンを完了することができるスキャナは、病院にとっては効率が低いスキャナに比べてより価値があり、従って、病院は、処理能力が高いスキャナへのかなりの投資に見合う価値があるものとより良く評価することができる。しかしながら、多くの既存のＰＥＴ−ＣＴスキャナにおいて、再構成時間は、３Ｄ全身検査が臨床環境において容認できない長さにまで長くなる場合がある。
米国特許第５，２４１，１８１号 米国特許第５，２７２，３４３号 米国特許第６，４６２，３４２号 Ｅ． Ｔａｎａｋａ及びＹ． Ａｍｏの「Ａ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｒｅｂｉｎｎｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｏｒ ３Ｄ ＰＥＴ」、４３Ｐｈｙｓ． Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ．Ｐ７３９〜Ｐ７４６（１９９８） Ｓ Ｍａｔｅｊ他の「Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｒｅｂｉｎｎｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ＰＥＴ ｗｉｔｈ Ｌａｒｇｅ Ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ Ａｎｇｌｅｓ」、４３Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ．Ｐ７８７〜Ｐ７９５（１９９８）

本発明は、これらの欠陥を解決するための方法及び装置を提供する。

１つの実施形態によれば、本発明は、スキャン用のＣＴ画像データを生成する段階と、スキャン用のＣＴ減弱補正データを生成する段階と、スキャン用のＰＥＴデータの現在のフレームを３Ｄフォーマットで収集する段階と、以下の段階、すなわち、現在のフレームの一部を隣接するフレームと重複させる段階を含む現在のフレームのＰＥＴ画像の少なくとも一部を再構成する段階と、ＰＥＴデータの次のフレームの少なくとも一部を収集する段階とを同時に実行する段階とを含む、スキャン手順を実行する方法に関する。

別の実施形態によれば、本発明は、ＣＴ検出器と、ＰＥＴ検出器と、少なくとも１つのメモリと、少なくとも１つのプロセッサであって、スキャン用のＣＴ画像データの生成を制御し、スキャン用のＣＴ減弱補正データの生成を制御し、スキャン用のＰＥＴデータの現在のフレームの３Ｄフォーマットでの収集を制御し、（ａ）現在のフレームの一部を隣接するフレームと重複させることを含む、現在のフレームのＰＥＴ画像の少なくとも一部の再構成と（ｂ）ＰＥＴデータの次のフレームの少なくとも一部の収集との同時実行を制御するようにプログラムされたプロセッサとを備えるＰＥＴ−ＣＴシステムに関する。

図１は、本発明の例示的な実施形態によるＰＥＴ−ＣＴスキャナ１００の図面である。ＰＥＴ−ＣＴスキャナ１００は、ハウジング１２０内のボアの周りに装着されたＣＴシステム２００及びＰＥＴシステム３００を含む。ＰＥＴ−ＣＴスキャナ１００はまた、患者テーブル１１３、テーブル寝台１１４、処理装置１５０、及び制御ステーション１１５を含む。患者テーブル制御装置（図示せず）は、制御ステーション１１５から受け取ったコマンドに応答してテーブル寝台１１４をボア内に移動する。制御ステーション１１５は通常、表示装置及びキーボード又はマウスなどの１つ又はそれ以上の入力装置を含む。キーボード及び関連する入力装置により、オペレータはＰＥＴ−ＣＴスキャナ１００の動作を制御し、及び表示装置上への得られた画像の表示を制御することができる。

処理装置１５０は、１つ又はそれ以上のプロセッサ、１つ又はそれ以上のメモリ、及び画像処理用の関連の電子回路を含む。処理装置１５０は、制御ステーション１１５を動作するオペレータの制御下で、ＣＴシステム２００及びＰＥＴシステム３００によって収集されたデータを処理する。ＣＴシステム２００の動作は、図２を参照して説明される。ＰＥＴシステム３００の動作は、図３から図４を参照して説明される。

図２は、図１のＣＴシステム２００の主な構成要素を示す概略図である。ＣＴシステム２００の構成要素は通常、図１に示されるＣＴ検出器２００を支持するハウジング１２０内及び処理装置１５０内の双方に収容される。イメージングの被検体２０は通常、冠状動脈疾患又は他の疾病過程の診断評価を受けることができる患者である。良く知られているように、かかるＣＴシステム２００を用いるＸ線断層撮影イメージングは通常、被検体２０を通る軸を横切るＸ線ビーム２０４で被検体２０を照射することにより実行される。通常、軸は、器官又は他の組織構造など関心のある被検体２２の中心にある。被検体２０は、軸方向に沿って並進する図１に示されるテーブル寝台１１４上に配置することができ、これにより被検体２０の容積部分のＸ線ビーム２０４による照射が可能となる。

ＣＴシステム２００は、線源−検出器組立体を含み、これは、例示的な実施形態において、軸の周りを回転可能なガントリ２１２を含むことができる。Ｘ線管などのＸ線源２１４は、ガントリ２１２上に装着することができ、ガントリ２１２の回転と共に回転することができる。コリメート素子（図示せず）を含むことができるＸ線源２１４は、ガントリ２１２に対して線源２１４の反対側に配置された検出器アレイ２１６に向かってＸ線ビーム２０４を投射する。

検出器アレイ２１６は通常、多数の個別の検出器素子２１８からなる。検出器素子２１８は、対象物２２などの被検体２０の内部構造に関する情報を全体として提供する。通常の場合には、各検出器素子２１８は、これに入射するＸ線ビーム２０４の一部の強度を示す電気信号を発生する。

検出器素子２１８からの信号は、Ｘ線が被検体２０の材料又は物質を横切る際のビーム２０４の減弱度を示すことができる。通常、線源２１４は被検体２０の周りを回転してスキャン動作を実行し、これによりＣＴシステム２００がＸ線データを収集する。ガントリ２１２は通常、ガントリの側面に装着された線源２１４と共に、被検体２０の軸の周りを回転して、多数の異なる照射角度、すなわち「ビュー角度」からＸ線データを収集する。

線源２１４の回転動作は、制御／インターフェース・システム２２０によって制御される。制御／インターフェース・システム２２０は、処理装置１５０に備わるサーバコンピュータを含むことができ、オペレータは、制御ステーション１１５及び／又は他の入力装置を用いて、制御／インターフェース・システム２２０と対話することができる。制御／インターフェース・システム２２０は、軸の周りの回転速度の制御、及びテーブル１１３とガントリ２１２の相対位置の制御などの、被検体２０に対するガントリ２１２の位置決めを制御する。また、制御部分２２２は通常、線源２１４のＸ線発生（電力及びタイミング）の制御を行う。制御／インターフェース・システム２２０はまた、検出器素子２１８から発生した検出器信号をサンプリングし、該サンプリングした信号を更なる処理のためデジタル信号に変換するデータ収集システム（ＤＡＳ）２２４を含む。

処理装置１５０内に同様に収容することができる再構成エンジン２３０は、ＤＡＳ２２４からサンプリングされデジタル化されたデータ（「投影データ」と呼ばれる場合もある）を受け取り、画像再構成を実行してＣＴ画像を生成する。再構成エンジン２３０は、例えば別個のプロセッサ２３２及びメモリ２３４を含むことができる。複数の投影ビューを含む投影データからＣＴ画像を再構成するための様々なアルゴリズムが当該技術分野において公知である。通常ＣＴ画像は、ＤＩＣＯＭ（医用におけるデジタル画像と通信）基準に準拠したフォーマットで生成される。ＤＩＣＯＭ基準は、２つのＤＩＣＯＭ準拠システムがこれによって通信するネットワーク・プロトコルを定める。

再構成エンジン２３０は、格納又は更なる処理のために、例えば処理装置１５０内に同様に備わることができるシステム管理コンピュータ２４０に対して再構成されたＣＴ画像を送信することができる。コンピュータ２４０は通常、ＣＰＵ（プロセッサ）２４２及びメモリ２４４を含む。

図３は、図１のＰＥＴシステム３００の概略図である。ＰＥＴシステム３００は、患者ボアの周りに配置された検出器リング組立体３１１を含む。検出器リング組立体３１１は、中心軸に沿って離間した複数の検出器リングから構成され、円筒形の検出器リング組立体を形成する。検出器リング組立体３１１の各検出器リングは、検出器モジュール３２０からなる。各検出器モジュール３２０は通常、例えばゲルマン酸ビスマス（ＢＧＯ）で形成することができる別個の検出器結晶のアレイ（例えば６×６アレイ）を含む。検出器結晶は患者から放出されるガンマ線を検出し、これに応答して光子を生成する。通常、検出器結晶のアレイは４つの光電子増倍管（ＰＭＴ）の正面に配置される。ＰＭＴは、検出器結晶の１つでシンチレーション事象が発生すると、すなわち患者から放出されたガンマ線が検出器結晶の１つによって受信されるとアナログ信号を発生する。収集回路セット３２５は、ハウジング１２０内に装着され、これらの信号を受け取り、事象座標（つまり検出されたガンマ線の位置）及びガンマ線の総エネルギーを示すデジタル信号を発生する。これらはケーブル３２６を介して事象ロケータ回路３２７に送られる。各収集回路３２５はまた、シンチレーション事象が発生した時間を示す事象検出パルス（ＥＤＰ）を生成する。

事象ロケータ回路３２７は、収集回路３２５によって生成される信号を定期的にサンプリングするデータ収集プロセッサ３３０の一部を形成する。プロセッサ３３０は、ローカル・エリア・ネットワーク３１８及びバックプレーン・バス３３１上の通信を制御する収集ＣＰＵ３２９を有する。事象ロケータ回路３２７は、各有効事象に関する情報を、事象が発生した時及び事象を検出した検出器結晶の位置を正確に示すデジタル値のセットにまとめる。この事象データ・パケットは、これもまたデータ収集プロセッサ３３０の一部である同時検出器３３２に伝送される。

同時検出器３３２は、事象ロケータ回路３２７から事象データ・パケットを受信し、これらの任意の２つが同時発生であるかどうか判定する。同時発生は幾つかの要因によって判定される。第１に、各事象データ・パケットにおけるタイム・マーカは、例えば１２．５ナノ秒など互いの特定の期間内に存在しなければならず、第２に、２つの事象データ・パケットにより示される位置は、患者ボア内の撮影領域（ＦＯＶ）を透過する直線上に存在しなければならない。同時検出器３３２の詳細な説明は、名称が「Ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ Ｆｏｒ Ａ ＰＥＴ Ｓｃａｎｎｅｒ」である米国特許第５，２４１，１８１号で参照される。同時発生事象ペアは、リンク３３３を介して記憶サブシステム３５０に伝送される同時発生データ・パケットとして配置され記録される。記憶サブシステム３５０において、ソータ３３４は、参照テーブルを用いて同時発生事象を３Ｄ投影面フォーマットに並べ換えることができる。ソータ３３４の詳細な説明は、名称が「Ｓｏｒｔｅｒ Ｆｏｒ Ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ ｔｉｍｉｎｇ Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ Ｉｎ Ａ ＰＥＴ Ｓｃａｎｎｅｒ」の米国特許第５，２７２，３４３号で参照される。検出された事象は、動的ヒストグラム・メモリ（ヒストグラマ３３５）に格納することができ、該事象は半径及び投影角度により順序付けられる。特定のフレームのＰＥＴデータは、生データディスク３３６に書き込むことができる。

当該技術分野で公知のように（例えば米国特許第６，４６２，３４２号参照）、ＰＥＴスキャナは、特定の検出器リングにより観察することができる消滅事象に関連する２つの異なるモード２Ｄ及び３Ｄで動作するように構成することができる。２Ｄ（多平面）ＰＥＴスキャナにおいて、各検出器リングは、それぞれの検出器リング又は直近の検出器リングの平面内で発生する消滅を検出するだけで、ＰＥＴスキャナ内の他の位置で発生する消滅（つまりＰＥＴスキャナの他の検出器リング内で発生する消滅）は検出しないように構成される。かかる多平面データは、２次元サイノグラムのセットとして体系化することができる。３Ｄ（容積測定）ＰＥＴスキャナにおいて、各検出器リングの検出器は、２Ｄスキャナより広い角度から光子を受け取ることができる。

３Ｄ ＰＥＴスキャナは、単一の（又は直近の）検出器リング上に位置付けられる検出器のペア間だけでなく、１リング離れて離間して配置された検出器リング上に位置付けられた検出器ペア間でも発生する同時発生事象の存在を判定し、これに関する情報を処理する。３Ｄ ＰＥＴスキャナにおいて、同時検出器３３２によって識別された事象データ・パケットの各ペアは通常、４つの変数ｒ、ｖ、θ及びφを用いて、すなわち図３及び図４に示されるように形式

による投影面フォーマットで説明される。具体的には、変数ｒ、φはＰＥＴスキャナの中心軸に平行である平面３２４を特定し、φは基準面に対する平面の角度方向を規定し、ｒは平面に垂直に測定された平面からの中心軸の距離を規定する。更に図４に示されるように、変数ｖ及びθは、平面３２４内の特定の線３８９を更に特定し、θは平面内の基準線に対する平面内の線の角度方向を規定し、ｖは線に対して垂直に測定された線からの中心点の距離を規定する。

より多くの同時発生事象を記録することができるので、３Ｄ ＰＥＴスキャナは２Ｄ多平面スキャナに対して感度を向上させることができる。しかしながら、３Ｄ ＰＥＴスキャナはまた、画像が再構成されるデータ集合に対して、２Ｄ多平面スキャナより多くの散乱した及び不規則な同時発生事象を可能とする。３Ｄ ＰＥＴスキャナはまた、画像処理時間が有意に増大する可能性がある、より多くのデータを生成する。

本発明の例示的な実施形態によれば、ＰＥＴシステム３００は３Ｄシステムとして動作する。ソータ３３４は、各投射放射線（ｒ、ｖ、θ及びφ）に沿って発生する全ての事象をカウントし、投影面フォーマットで該情報を保存する。

ＰＥＴシステム３００は、図３に示されるように、例えば予測再構成マネージャ（ＰＲＭ）、計算ジョブ・マネージャ（ＣＪＭ）、およびＰＥＴ画像プロセッサ（ＰＥＴ ＩＰ）などの１つ又はそれ以上の追加プロセッサ３４５を含むことができる。以下により詳細に説明されるように、プロセッサ３４５は、記憶サブシステム３５０内のアレイ・プロセッサ３３７と相互作用し、投影面フォーマットＰＥＴデータを処理して減弱補正ＰＥＴ画像にすることができる。

図３はまた、コンピュータ断層撮影減弱補正（ＣＴＡＣ）サーバ３４２を示す。ＣＴＡＣサーバ３４２は独立した処理を実行することができ、該処理は処理装置１５０内で作動する。ＣＴＡＣ処理は、ＣＴシステム２００からＣＴ画像データを受信し、該ＣＴ画像データをＣＴＡＣデータに変換することができる。例えばＣＴＡＣ処理は、ＣＴシステムからの要求を受け取り、双一次又は他のアルゴリズムを実行して、ＣＴ画像装置（Ｈｕ）からのデータをＰＥＴ５１１ｋｅＶ減弱係数（ｃｍ^−１）に変換することができ、これがＣＴ画像からのＰＥＴデータのためのＣＴＡＣ補正をもたらす。ＣＴ画像がＣＴＡＣデータに変換されると、ＣＴＡＣサーバ３４２は、ＣＴＡＣデータを記憶サブシステム３５０内の生データディスク３３６に書き込むことができる。同時にレコードがＰＥＴデータベース３４８に送信され、ＣＴＡＣデータへのデータ・リンク（ＣＴＡＣレコード）を生成することができる。

図３はまた、ＣＴ画像及びＰＥＴ画像を受け取るＰＥＴ−ＣＴ画像プロセッサ４１０を示す。患者がテーブル寝台１１４の同じ位置にいる間に双方のスキャンを受けるので、ＣＴ画像及びＰＥＴ画像は互いに空間的に位置決めされる。ＰＥＴ−ＣＴ画像プロセッサ４１０は、入力ＣＴ及びＰＥＴ画像を用いて融合ＰＥＴ−ＣＴ画像を生成する。

勿論、図１から図４に示される構成は単に実施例に過ぎない。ＰＥＴ−ＣＴスキャナ１００は例えば、構成又は数が異なるプロセッサ及びメモリ並びに他のハードウェアを含むことができ、様々な機能を実行し、これらの構成要素は、制御ステーション１１５、或いは別のサーバ又は処理装置などの他の位置に配置することができる。システム１００は、当業者には理解されるように適切に構成することができる。

次に、ＰＥＴ−ＣＴスキャナ１００の動作を図５及び図６を参照して本発明の例示的な実施形態に従って説明する。図５は、本発明の例示的な実施形態による画像データの流れを表す図である。図６は、本発明の例示的な実施形態によるＰＥＴデータの同時収集とＰＥＴ画像の再構成を説明するフロー・チャートである。

図６を参照すると、ＣＴシステム２００がＣＴ画像データを生成する段階１０で処理が始まる。具体的には、ＣＴシステム２００のデータ収集システム（ＤＡＳ）２２４（図２参照）は、上述のようにＣＴデータを収集するように動作され、ＣＴシステム２００の再構成エンジン２３０は、スキャナ１００のオペレータによって指示される全てのフレームに対してＣＴ画像を生成する。段階１０の終わりに、スキャン用のＣＴ画像の全ては、再構成エンジン２３０のメモリ２３４又はシステム管理コンピュータ２４０のメモリ２４４内に格納される。図５は、図の右側でＣＴデータからＣＴ画像の生成を示している。

段階１２で、ＣＴ画像は、該ＣＴ画像をＣＴＡＣデータに変換するＣＴＡＣサーバ３４２に送られる。例えば、双一次関数に基づき、ＣＴ画像装置のＣＴデータをＰＥＴ減弱係数（ＣＴＡＣデータ）に変換することができる。ＣＴＡＣデータは、ＰＥＴ画像再構成処理の際のＰＥＴデータの減弱補正に用いられる。図５に示されるように、ＣＴＡＣデータは次に、ＣＴＡＣサーバ３４２によって格納のため生データディスク３３６へ転送され、レコードは転送されてＰＥＴデータベース３４８においてデータ・リンク（ＣＴＡＣレコード）を生成する。

段階１４において、ＰＥＴシステム３００は、図３に関して上述されたようにＰＥＴデータの第１のフレームを収集する。ＰＥＴシステム３００の検出器結晶は患者から放出されるガンマ線を検出し、収集回路３２５、事象ロケータ回路３２７、及び同時検出器３３２は、ＰＥＴデータに基づく同時発生事象を全体的に記録する。ソータ３３４は参照テーブルを用いて、同時発生事象を３Ｄ投影面フォーマットに並べ換える。検出された事象は、ヒストグラマ３３５に格納され、ここで該事象は半径及び投影角度によって順序付けられる。段階１４の最後に、特定のフレームのＰＥＴデータは、生データディスク３３６に書き込まれ、データ・リンク（ＰＥＴレコード）が生成されて、ＰＥＴデータベース３４８に格納される。

本発明の１つの態様によれば、オペレータによるＣＴ指示が自動的に設定し、且つ対応する３Ｄ ＰＥＴ指示及びプロトコルを特定するようにシステム１００をプログラミングすることができる。この機能性は、対応するＣＴスキャンに基づくＰＥＴスキャン・データ収集段階の指示を表す線３５５によって図５に示される。

段階１６において、ＰＥＴデータの第１のフレームは、ＰＥＴ画像に再構成される、ＰＥＴデータの第２のフレームは収集されている。この段階は、ＰＥＴデータの全てが収集されるまで待機するのではなく、ＰＥＴデータの第１のフレームが収集された直後にＰＥＴ画像の再構成を開始することができるという有意な利点をもたらすことができる。従来のＰＥＴ−ＣＴシステムにおいて、３Ｄ ＰＥＴデータの複数のフレームを含むスキャンの場合、ＰＥＴデータ及びＣＴＡＣデータが収集されたときのＰＥＴ画像の再構成に通常必要な時間は、例えばフレーム当たりに３から４分などかなり長くなる可能性がある。従来のＰＥＴ−ＣＴシステムにおいて、７フレームから成るスキャンでは、全データ収集の最後での画像再構成時間は２１分から２８分であり、これはＰＥＴ−ＣＴシステムの処理能力に有意な影響を及ぼす可能性がある。本発明の例示的な実施形態によれば、他のＰＥＴ画像はすでに再構成されているので、ＰＥＴデータ収集の終わりに起こる画像再構成のみがＰＥＴデータの最後のフレームの画像再構成である。本発明の例示的な実施形態によるＣＴ及びＰＥＴデータのデータ収集処理は、どのような有意な中断もなく連続して進めることができ、ＰＥＴデータの最後の１つのフレームに続くＰＥＴ画像再構成は、ＰＥＴデータ収集の終わりの直後に行うことができる。３Ｄ ＰＥＴデータでは、ＰＥＴデータの最後のフレームの画像処理は、例えば約３分から４分を費やす場合がある。実際の処理時間はまた、システムの特定の構成に応じて決まる。７つの寝台位置を用いる通常の３Ｄ検査（収集及び再構成を含む）は、１寝台位置につき３分のスキャン時間で合計４２分から４９分を費やしていた。しかしながら、本発明の例示的な実施形態によるＰＥＴ−ＣＴシステムを用いると、２１分から２４分を費やすのみとすることができる。勿論、これらの持続時間は単に実施例に過ぎない。

図５に示されるように、画像処理は、とりわけ予測再構成マネージャ（ＰＲＭ）３５１によって制御される。サーバコンピュータ上で作動するソフトウェア・ルーチンを含むことができるＰＲＭは、ＣＴＡＣサーバ３４２によって生成されるＣＴＡＣデータ集合の可用性とＰＥＴデータの最新の収集フレームの指示を協働させる。ＰＲＭ３５１は、ＰＥＴデータのフレームをＰＥＴ画像プロセッサ３５３に再構成のために提示する前に、対応するＣＴＡＣレコードのＰＥＴデータベース３４８をチェックする。

ＰＥＴデータの収集段階中、ＰＥＴデータのフレームの収集が完了すると、ＰＥＴデータ収集ルーチン３５６がＰＲＭ３５１に回線３４７を介して通知を送る。通知に応答して、ＰＲＭ３５１は、該フレームに対応するＣＴＡＣデータが利用可能であるかどうかに関して問い合わせるクエリーをＰＥＴデータベース３４８に送る。ＰＥＴデータベース３４８は、利用可能であれば、ＣＴＡＣレコードをＰＲＭ３５１に供給することにより応答する。次に、ＰＲＭ３５１は、１つ又はそれ以上の再構成スクリプトに全て含まれる、ＣＴＡＣレコード、ＰＥＴレコード、及び再構成命令を計算ジョブ・マネージャ（ＣＪＭ）３５２に送る。ＣＴ画像データの各フレームの処理が完了すると、ＣＴＡＣサーバ３４２はまた、ＰＲＭ３５１に要求を送り、これは、対応するＰＥＴ照射データ及びＣＴＡＣデータに関してＰＥＴデータベース３４８に問い合わせするように行わせることができる。

サーバコンピュータ上で作動するソフトウェア・ルーチンを含むことができるＣＪＭ３５２は、再構成要求を構築し、ＣＴＡＣレコード及びＰＥＴレコードと共に再構成のためＰＥＴ画像プロセッサ３５３にこれを送信する。ＣＪＭ３５２によって構築された再構成要求は、とりわけ、画像データを含む全ての関連ファイルのファイル名、ＰＥＴ及びＣＴＡＣデータの対応するフレーム番号、重複することになるスライス番号、及び前の重複のフレームからファイルを読み出すかどうか又は次のフレームと重複するファイルを書き込むかどうかを特定することができる。ＣＪＭ３５２は、各ノードが重複するスライス及びフレームに対応するスライス基準を含む構造のリストからなる重複マップを生成することができる。重複マップは、前のフレーム及び次のフレームの両方へのポインタを格納することができる。これによりＣＪＭ３５２は、単一フレームの処理内で前後重複領域の処理を指示することができる。

図７を参照して以下に更に説明されるように、ＰＥＴ画像プロセッサ３５３は、減弱補正、フーリエ・リビニング（ＦＯＲＥ）、重複隣接フレーム、及びＰＥＴ画像生成を含むＰＥＴデータに関する幾つかの動作を実行する。

段階１６の終わりに、ＰＥＴ画像は現在のフレームにおいて再構成され、ＰＥＴデータベース３４８内に格納される。現在のフレームのＰＥＴ画像の再構成は、ＰＥＴシステム３００が次のフレームのＰＥＴデータを収集している間に行われる。この並行処理（現在のフレームのＰＥＴ画像再構成と次のフレームのＰＥＴデータ収集）は、ＰＥＴ−ＣＴ検査総合時間をかなり短縮することができる。

段階１８は、全ての指示されたデータが収集されて再構成されるまで、スキャン内の後続フレームの少なくとも１つ、及び通常は複数又は全てに対して段階１６（ＰＥＴデータの次のフレームを収集する間にＰＥＴ画像の現在のフレームを再構成する）の繰り返しを伴う。段階１８の終わりに、ＰＥＴ画像の全てはＰＥＴデータベース３４８に格納されることになる。

段階２０において、ＣＴ画像及びＰＥＴ画像は、融合されたＰＥＴ−ＣＴ画像を生成するＰＥＴ−ＣＴ画像プロセッサ４１０に送られる。患者はテーブル寝台１１４上で同じ位置を保持しながら両スキャンを受けるので、融合ＰＥＴ−ＣＴ画像を構成するように用いられる２つの画像データ集合（ＰＥＴ及びＣＴ）は、互いに空間的に位置合わせされる。融合ＰＥＴ−ＣＴ画像は、ＣＴからの解剖学的構造及び位置と共にＰＥＴからの代謝活性を示す。ＰＥＴ−ＣＴ画像プロセッサ４１０は通常、検査画像に用いられるワークステーションの一部である。１つの実施形態によれば、ＧＥ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓから入手可能なｅＮＴｅｇｒａ（商標）ワークステーションを用いることができる。ｅＮＴｅｇｒａ（商標）ワークステーションは、とりわけ、ＣＴ座標系の位置合わせ（マトリクス変換）をＰＥＴ座標系に使用する画像融合機能を有する。

次に、ＰＥＴ画像再構成処理を、図７のフロー・チャートを参照して詳細に説明する。最初に、ＰＥＴ画像プロセッサ３５３は、ＣＪＭ３５２から再構成要求を受け取る。段階３０において、ＰＥＴ画像プロセッサ３５３は、ＣＪＭ３５２から受け取ったＣＴＡＣレコード及びＰＥＴレコードに基づき生データディスク３３６からＣＴＡＣデータ及びＰＥＴデータを読み出す。ＣＴＡＣデータは、対応するフレームのＰＥＴデータに減弱補正を適用するよう用いられる。減弱補正は、被撮像対象物に相互作用するガンマ線の１つ又は双方による同時発生事象の損失分に対して本来のＰＥＴ照射データを補正する乗法処理である。

次に段階３２において、フーリエ・リビニング法（ＦＯＲＥ）を減弱補正されたＰＥＴデータに適用して、サイノグラムフォーマットに直接変換する。ＰＥＴ画像プロセッサ３５３は、３Ｄ投影面フォーマット

の減弱補正ＰＥＴデータを２Ｄサイノグラム・アレイ（ｐ_ｚ（ｒ、φ））に変換し、ＰＥＴ画像プロセッサ３５３に関連するメモリ（図示せず）内に格納する。ＦＯＲＥ法を用いたＰＥＴデータのサイノグラム・フォーマットへの変換は、ＰＥＴデータの隣接するフレームをスライス毎に重複させることができ、得られる画像の精度が向上するといった利点が得られる。更に、投影面フォーマットの入力データを用いるのとは対照的に、サイノグラム・フォーマットの入力データを用いた画像再構成は、短い時間で完了させることができる。投影面フォーマットのＰＥＴデータを２次元サイノグラム・フォーマットに直接変換する方法は、当該技術分野で公知であり、例えば、米国特許第６，４６２，３４２号で説明される。ＦＯＲＥ法によれば、投影面フォーマットで取得されたデータの角度部分を特定の方法で減数することができ、その結果、データ総数の一部をメモリ内に読み込み、サイノグラム小部分に並べ換えて、縮小長２次元離散フーリエ変換を用いて演算し、次いで、合計して２次元サイノグラムのセットを取得することができるようになる。この演算により取得される２次元サイノグラムは、データを投影面フォーマットから横断面サイノグラム・フォーマットに再度並び換えた後、該横断面サイノグラム・データに対してＦＯＲＥアルゴリズムを実行することにより得られるサイノグラムのセットと同じである。Ｅ． Ｔａｎａｋａ及びＹ． Ａｍｏの「Ａ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｒｅｂｉｎｎｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｏｒ ３Ｄ ＰＥＴ」、４３Ｐｈｙｓ． Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ．Ｐ７３９〜Ｐ７４６（１９９８）、Ｓ Ｍａｔｅｊ他の「Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｒｅｂｉｎｎｉｎｇ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ＰＥＴ ｗｉｔｈ Ｌａｒｇｅ Ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ Ａｎｇｌｅｓ」、４３Ｐｈｙｓ．Ｍｅｄ．Ｂｉｏｌ．Ｐ７８７〜Ｐ７９５（１９９８）も参照されたい。

段階３４、３６、及び３８において、サイノグラム・フォーマットに変換されたＰＥＴデータは、隣接するフレームと重複される。重複機能は、例えば３Ｄスキャンに関連する検出器感度アーチファクトを低減又は除去することにより、結果として得られるＰＥＴ画像の精度を増強することができる。全身ＰＥＴスキャンの１つの典型的な目的は、イメージング平面全体及び軸方向（被撮像対象物の断面に沿った）の双方で均一な画質の画像を生成することである。重複は、最後のスライスにおいて損失した感度によって引き起こされるノイズが低減されるので有利である。最後のスライスにおいて通常高いノイズは、重複に含まれる減少（低感度）スライスの加重平均化によって低減される。

一般に、重複方法は、重複スライスの数に関してＰＥＴデータの２つの隣接するフレーム間の重複領域を画定することを伴う。通常、ＰＥＴデータの完全フレームは３５スライスを含み、重複領域は約５から７スライスを含む。重複スライスが画定されると、スライスは、最後のフレームに対する近接度に基づいて重み付けされた後、合計される。例えば、７スライス重複において、第１のフレームのスライス２９は、第２のフレームでスライス１と重複することになる。第１のフレームのスライス３０は、第２のフレームでスライス２と重複することになる、などである。次の等式を用いて重み付けを計算することができる。

スライスＡの重み付け＝（スライスＡの相対位置）／（スライスＡの相対位置＋スライスＢの相対位置）
上記の実施例において、相対位置は、特定のスライスがフレームの最後から配置されるスライスの数である。例えば、スライス２は２／８の重みを有し、スライス３０は６／８の重みを有する。スライス１は１／８の重みを有し、スライス２９は７／８の重みを有する。また、重み付けは、感度が検出器の先端に向かって線形的に低下する仮定又は近似を用いて計算される。対応する重複スライスペアのうち、検出器中央のより近くで収集されたスライスほどより信号に寄与するので、従ってこれに応じて重み付けされる。

再度図７を参照すると、段階３４で、現在のフレームが第１のフレームでない場合には、通常、前のフレームの一部と重複される。従って、前のフレームからの重複スライスが読み出される。

段階３６において、隣接するフレームの重複スライスは、上述のように重み付けされ、合計されて、格納される。

段階３８において、現在のフレームが最後のフレームでない場合には、通常、次のフレームの一部と重複される。従って、現在のフレームからの重複スライスは、ＰＥＴデータの次のフレームの処理中に読み出すことができるように指定されたメモリ内に指定のファイル名で保存される。

段階４０において、ＰＥＴデータが減弱補正され（段階３０）、サイノグラム・フォーマットに変換され（段階３２）、重複され（段階３４から３８）た後、ＰＥＴ画像が生成される。サイノグラム・フォーマット・データに基づくＰＥＴ画像生成は、当該技術分野で公知の方法に従って実行される。

ＰＥＴ画像が生成された後、図５に示されるように、これらはＣＪＭ３５２に送信される。ＣＪＭ３５２は、ＰＥＴ画像プロセッサ３５３への全てのＰＥＴ再構成要求を管理するサーバである。これは、プロセッサ・キューに提示されるジョブの全て、キューにおける順序、及びその完了時間の経過を追う。また、ユーザ・インターフェースに再構成状況通知を送信することもできる。次に、ＰＥＴ画像はＰＥＴデータベース３４８に格納される。

引き続き、ＣＴ画像及びＰＥＴ画像は、融合ＰＥＴ−ＣＴ画像を生成するＰＥＴ−ＣＴ画像プロセッサ４１０に送信される。融合ＰＥＴ−ＣＴ画像は、ＣＴからの解剖学的構造及び位置と共にＰＥＴからの代謝活性を表す。従って、本発明の例示的な実施形態は、撮像される患者の構造的及び機能的特徴の双方を示すと共に、演算の効率性を高める処理能力の向上をもたらす高品質画像の利点を提供することができる。

上記明細書は本発明の好ましい実施形態を表し説明するものであるが、本発明は本明細書に開示された厳密な構成に限定されない点を理解されたい。本発明は、その精神又は本質的特性から逸脱することなく他の特定の形態で具現化することができる。従って、本発明の範囲を示すためには、前述の明細書ではなく請求項を参照すべきである。

本発明の例示的な実施形態によるＰＥＴ−ＣＴイメージング・システムの図。 本発明の例示的な実施形態による図１のＣＴシステムの図。 本発明の例示的な実施形態による図１のＰＥＴシステムの図。 本発明の例示的な実施形態による投影面データ・フォーマットに用いられる変数の図。 本発明の例示的な実施形態によるＰＥＴ−ＣＴスキャナにおける画像データの流れを示す図。 本発明の例示的な実施形態によるＰＥＴデータの収集及び処理を同時に行う方法を示すフロー・チャート。 本発明の例示的な実施形態によるＰＥＴデータ及びＣＴ減弱補正データからのＰＥＴ画像の再構成に含まれる段階を示すフロー・チャート。

符号の説明

１００ ＰＥＴ−ＣＴスキャナ
１１３ 患者テーブル
１１４ テーブル寝台
１１５ 制御ステーション
１２０ ハウジング
１５０ 処理装置
２００ ＣＴシステム
３００ ＰＥＴシステム

Claims (10)

1. スキャン手順を実行する方法であって、
   （ａ）スキャン用のＣＴ画像データを生成する段階（１０）と、
   （ｂ）スキャン用のＣＴ減弱補正データを生成する段階（１２）と、
   （ｃ）スキャン用のＰＥＴデータの現在のフレームを３Ｄフォーマットで収集する段階（１４）と、
   （ｄ）以下の各段階、
   （ｄ１）現在のフレームの一部を隣接するフレームと重複させる段階を含む、現在のフレームのＰＥＴ画像の少なくとも一部を再構成する段階と、
   （ｄ１）ＰＥＴデータの次のフレームの少なくとも一部を３Ｄフォーマットで収集する段階と、
   を同時に実行する段階（１６）と、
   を含み、
   前記現在のフレームの一部を前記隣接するフレームと重複させる前記段階が、
   ３Ｄフォーマットの前記現在のフレームを複数のスライスを有する２Ｄサイノグラム・アレイに変換する段階と、
   前記現在のフレームの前記複数のスライスの内の一部のスライスを前記隣接するフレームのスライスに重複させる段階と、
   を含む、
   方法。
2. 前記ＰＥＴデータを収集するＰＥＴ検出器（３００）が、複数の検出器リングを備え、前記複数の検出器リングは、単一の検出器リング上に位置付けられる検出器のペア間だけでなく、１リング離れて離間して配置された検出器リング上に位置付けられた検出器ペア間でも発生する同時発生事象の存在を判定し、該事象に関する情報を処理し、
   前記重複させる段階が、現在のフレームと隣接するフレームとの重複部分において各重複スライスに対する重み付けを計算すること（３６）を含む請求項１に記載の方法。
3. ＣＴ検出器（２００）と、
   ＰＥＴ検出器（３００）と、
   少なくとも１つのメモリ（１５０）と、
   少なくとも１つのプロセッサ（１５０）であって、
   スキャン用のＣＴ画像データの生成を制御し、
   スキャン用のＣＴ減弱補正データの生成を制御し、
   スキャン用のＰＥＴデータの現在のフレームの３Ｄフォーマットでの収集を制御し、
   （ａ）現在のフレームの一部を隣接するフレームと重複させることを含む、現在のフレームのＰＥＴ画像の少なくとも一部の再構成と、（ｂ）ＰＥＴデータの次のフレームの少なくとも一部の３Ｄフォーマットでの収集との同時実行を制御する、
   ようにプログラムされたプロセッサと、
   を備え、
   前記現在のフレームの一部を前記隣接するフレームと重複させることが、
   ３Ｄフォーマットの前記現在のフレームを複数のスライスを有する２Ｄサイノグラム・アレイに変換することと、
   前記現在のフレームの前記複数のスライスの内の一部のスライスを前記隣接するフレームのスライスに重複させることと、
   を含む、ＰＥＴ−ＣＴシステム。
4. 前記少なくとも１つのプロセッサ（１５０）が、少なくとも１つの後続のフレームにおいて、（ａ）及び（ｂ）の前記同時実行を制御する段階を繰り返すようにプログラムされていることを特徴とする請求項３に記載のＰＥＴ−ＣＴシステム。
5. 前記３Ｄフォーマットが投影面フォーマットを含むことを特徴とする請求項３または４に記載のＰＥＴ−ＣＴシステム。
6. ＰＥＴ画像の少なくとも一部の前記再構成が、ＰＥＴ画像を投影面フォーマットから前記サイノグラムフォーマットへ変換するフーリエ・リビニング処理の適用を含むことを特徴とする請求項５に記載のＰＥＴ−ＣＴシステム。
7. 前記ＰＥＴ検出器（３００）が、複数の検出器リングを備え、前記複数の検出器リングは、単一の検出器リング上に位置付けられる検出器のペア間だけでなく、１リング離れて離間して配置された検出器リング上に位置付けられた検出器ペア間でも発生する同時発生事象の存在を判定し、該事象に関する情報を処理し、
   前記少なくとも１つのプロセッサ（１５０）が、前記現在のフレームと前記隣接するフレームとの重複する部分において各重複スライスに対する重み付けを計算するようにプログラムされていることを特徴とする請求項３乃至８のいずれかに記載のＰＥＴ−ＣＴシステム。
8. 前記少なくとも１つのプロセッサ（１５０）が、前記画像ＣＴデータを収集するために用いられるスキャン・プロトコルに基づいてＰＥＴデータのスキャン・プロトコルを自動的に構成するようにプログラムされていることを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載のＰＥＴ−ＣＴシステム。
9. 前記少なくとも１つのプロセッサ（１５０）が、ＣＴ画像データとＰＥＴ画像を備える融合ＰＥＴ−ＣＴ画像を生成するようにプログラムされていることを特徴とする請求項３乃至８のいずれかに記載のＰＥＴ−ＣＴシステム。
10. 前記少なくとも１つのプロセッサ（１５０）が、ＣＴ減弱補正データを用いて、ＰＥＴ画像に対して減弱補正を適用するようにプログラムされていることを特徴とする請求項３乃至８のいずれかに記載のＰＥＴ−ＣＴシステム。
    
    

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