JP6147512B2 - 核医学診断装置、画像処理装置および画像再構成プログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、核医学診断装置、画像処理装置および画像再構成プログラムに関する。

シングルフォトンＥＣＴ（ＳＰＥＣＴ：Single Photon Emission Computed Tomography）装置などの核医学診断装置は、放射性同位元素（Radio Isotope、以下ＲＩという）を含む薬品（血流マーカ、トレーサ）が生体内の特定組織や臓器に選択的に取り込まれる性質を利用して、生体内に分布したＲＩから放射されるガンマ線を、生体外に配設されたガンマ線の検出器で検出するようになっている。ガンマ線の検出結果は、ガンマ線の線量分布を画像化することによる核医学画像の生成や、体内臓器等の機能の診断などに利用される。

ガンマ線の検出器の検出面には、ガンマ線の入射方向を制御するためにコリメータが取り付けられる。一般に、コリメータからガンマ線の放射位置までの距離やコリメータ開口幅に応じて、画像再構成に際して放射位置の解像度が低下することが知られている。このため、画像再構成を行う際には、この種のコリメータに起因する解像度の劣化を防止するための補正（以下、コリメータ開口補正という）を行うことが好ましい。

この種のコリメータ開口補正をともなう画像再構成方法として、たとえばコリメータ開口補正をともなうＯＳ−ＥＭ（Ordered Subset - Expectation Maximization）３次元再構成方法（以下、コリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法という）が知られている。

特開２００５−１２７８３７号公報

コリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法では、ＯＳ−ＥＭ再構成処理中に、コリメータ開口補正のためのコリメータの位置分解能の劣化を示す応答関数の掛け合わせ処理が組み込まれる。しかし、ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法では体軸方向のデータも使用するため、投影データの上端、下端スライスやガンマカメラの有効視野付近など、投影データが存在しない位置の近傍においては、データのない部分にも応答関数の掛け合わせ演算が行われてしまう。このため、投影データが存在しない位置の近傍において繰り返し計算によるアーティファクト（画像歪み）が生じてしまう場合がある。したがって、たとえば診断対象部位や腫瘍等の注目領域が有効視野付近にある場合には、この種のアーティファクトにより診断の精度が低下してしまう場合がある。

一方、この種のアーティファクトを防ぐために有効視野や画像の上端、下端の位置を考慮して正確にコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法における計算を行う場合、有効視野や画像境界の場合分けや個々のピクセルの寄与を考慮した画素の重み計算が必要となり、処理に多大な時間を要してしまう。

本発明の一実施形態に係る核医学診断装置は、上述した課題を解決するために、コリメータを介して被検体に投与された放射性同位元素から放射されるガンマ線を検出するガンマ線検出部と、前記ガンマ線検出部により得られた投影データにもとづいてＯＳ−ＥＭ３次元再構成を行って再構成画像を生成するにあたり、前記ガンマ線検出部の有効視野領域のうち、体軸方向に沿った方向の両端に位置する所定の外周領域と、前記所定の外周領域を除く内部領域とで異なる応答関数を用いて、前記コリメータによる前記有効視野領域のガンマ線放射位置分解能の劣化を補正する再構成部と、を備えたものである。

本発明の一実施形態に係る核医学診断装置の一例を示すブロック図。 制御部のＣＰＵによる機能実現部の構成例を示す概略的なブロック図。 コリメータと有効視野領域との関係の一例を示す説明図。 ＯＳ−ＥＭ３次元再構成に対してコリメータ開口補正処理を組み込む従来の方法により生成された再構成画像の一例を示す説明図。 （ａ）は補正対象領域の内部の角の画素が元フィルタの対象画素である場合の様子を示す説明図、（ｂ）は（ａ）に示す場合において補正対象領域の外部に位置する領域外フィルタを説明するための図、（ｃ）は（ａ）に示す場合において元フィルタのうち補正対象領域の内部に位置する部分のみで正規化を行った修正フィルタについて説明するための図。 画素の場所に応じてコリメータ開口補正方法を分ける場合の一例について示す説明図。 （ａ）は対象画素が元フィルタ領域に属する場合の一例について示す説明図、（ｂ）は対象画素が修正フィルタ領域に属する場合の一例について示す説明図。 補正対象領域のうち体軸方向に直交する方向の両端には投影データが存在しない領域が無い場合の一例について示す説明図。 図１に示す画像処理装置のＣＰＵまたはＧＰＵ等の高速演算装置により、補正対象領域としてガンマ線検出部の有効視野領域が設定される場合において、補正対象領域の領域境界近辺におけるデータ不在を起因とする画像歪みを補正することができるコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法を実行する際の手順を示すフローチャート。 図１に示す画像処理装置のＣＰＵまたはＧＰＵ等の高速演算装置により、補正対象領域として減弱マップが設定される場合において、補正対象領域の領域境界近辺におけるデータ不在を起因とする画像歪みを補正することができるコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法を実行する際の手順を示すフローチャート。 比較のために用いた数値ファントムを示す説明図。 （ａ）は、減弱補正を行わない場合における従来の補完法により生成されたコロナル断面の再構成画像、（ｂ）は、減弱補正を行わない場合における本実施形態に係るコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法により生成されたコロナル断面の再構成画像。 （ａ）は、減弱補正を行う場合における従来の補完法により生成されたコロナル断面の再構成画像、（ｂ）は、減弱補正を行う場合における本実施形態に係るコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法により生成されたコロナル断面の再構成画像。 ＳＰＥＣＴ臨床データに対して本実施形態に係るコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法と従来の補完法とをそれぞれ適用した場合における補正対象領域の上端付近のアキシャル断面のスライス画像を比較するための説明図。 図１４と同一の投影データに対して本実施形態に係るコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法と従来の補完法とをそれぞれ適用した場合におけるコロナル断面画像を比較するための説明図。

本発明に係る核医学診断装置、画像処理装置および画像再構成プログラムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。本実施形態に係る核医学診断装置および画像処理装置は、ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法を用いるＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）装置に適用することが可能である。以下の説明では、本発明に係る核医学診断装置として２検出器型のガンマ線検出器回転型のＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）装置を用いる場合の一例について示す。なお、ガンマ線検出器回転型ＳＰＥＣＴ装置としては、検出器が１つまたは３以上の複数のものであってもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係る核医学診断装置１の一例を示すブロック図である。

核医学診断装置１は、スキャナ装置２および画像処理装置３を有する。なお、画像処理装置３はスキャナ装置２とデータ送受信可能に接続されていればよく、同一の部屋や建屋に設けられずともよい。

スキャナ装置２は、ガンマ線検出部１１および１２、回転部１３を有するガントリ１４、回転駆動装置１５、データ収集部１６を有する。

ガンマ線検出部１１は、被検体Ｐに対して薬品に含まれて投与されたテクネシウムなどのＲＩ（放射性同位元素）から放射されるガンマ線を検出する検出部である。なお、ガンマ線検出部１２はガンマ線検出部１１と同様の構成および作用を有するため、説明を省略する。

ガンマ線検出部１１としては、シンチレータ型検出器を用いてもよいし、半導体型検出器を用いてもよい。

シンチレータ型検出器を用いてガンマ線検出部１１を構成する場合は、ガンマ線検出部１１は、ガンマ線の入射角度を規定するためのコリメータ、コリメートされたガンマ線が入射すると瞬間的な閃光を発するシンチレータ、ライトガイド、シンチレータから射出された光を検出するための２次元に配列された複数の光電子増倍管、およびシンチレータ用電子回路などを有する。シンチレータは、たとえばタリウム活性化ヨウ化ナトリウムＮａＩ（Ｔｌ）により構成される。

シンチレータ用電子回路は、ガンマ線が入射する事象（イベント）が発生するごとに、複数の光電子増倍管の出力にもとづいて複数の光電子増倍管により構成される検出面内におけるガンマ線の入射位置情報（位置情報）、入射強度情報および入射時刻情報を生成しデータ収集部１６に出力する。この位置情報は、検出面内の２次元座標の情報であってもよいし、あらかじめ検出面を複数の分割領域（１次セル）に仮想的に分割しておき（たとえば１０２４×１０２４個に分割しておき）、どの１次セルに入射があったかを示す情報であってもよい。

一方、半導体型検出器を用いてガンマ線検出部１１を構成する場合は、ガンマ線検出部１１は、コリメータ、コリメートされたガンマ線を検出するための２次元に配列された複数のガンマ線検出用半導体素子（以下、半導体素子という）および半導体用電子回路などを有する。半導体素子は、たとえばＣｄＴｅやＣｄＺｎＴｅ（ＣＺＴ）により構成される。

半導体用電子回路は、ガンマ線が入射する事象（イベント）が発生するごとに、半導体素子の出力にもとづいて入射位置情報、入射強度情報および入射時刻情報を生成しデータ収集部１６に出力する。この位置情報は、複数の半導体素子（たとえば１０２４×１０２４個）のうちのどの半導体素子に入射したかを示す情報である。

すなわち、ガンマ線検出部１１は、イベントごとに入射位置情報、入射強度情報および入射時刻情報を出力する。また、位置情報は、１次セルのどの位置にガンマ線が入射したかを示す情報および検出面内の２次元座標の情報の少なくとも一方である。以下の説明では、ガンマ線検出部１１が位置情報として検出面内のどの位置にガンマ線が入射したかを示す情報を出力する場合の例について示す。

ガンマ線検出部１１および１２は、データ収集部１６により撮像タイミングを制御される。

回転部１３はガントリ１４に支持され、ガンマ線検出部１１および１２を保持する。回転部１３が回転駆動装置１５を介してデータ収集部１６に制御されて所定の回転軸ｒ周り（ｚ軸（体軸）周り）に回転することにより、ガンマ線検出部１１および１２は回転軸ｒの周りを回転する。

回転駆動装置１５は、データ収集部１６に制御されて、回転部１３を所定の回転軸ｒ（ｚ軸）の周りに回転させる。

被検体Ｐは、天板１７に載置される。天板駆動装置１８は、データ収集部１６に制御されて、天板１７をｙ軸方向に昇降動させる。また、天板駆動装置１８は、データ収集部１６に制御されて、回転部１３の中央部分の開口部の撮影領域へ天板１７をｚ軸方向に沿って移送する。

データ収集部１６は、画像処理装置３により制御されて、ガンマ線検出部１１および１２、回転駆動装置１５および天板駆動装置１８を制御することにより、被検体Ｐのスキャンを実行する。

データ収集部１６は、ガンマ線検出部１１および１２のそれぞれの出力をたとえばリストモードで収集する。リストモードでは、ガンマ線の検出位置情報、強度情報、ガンマ線検出部１１および１２と被検体Ｐとの相対位置を示す情報（ガンマ線検出部１１および１２の位置や角度など）、およびガンマ線の検出時刻がガンマ線の入射イベントごとに収集される。

一方、画像処理装置３は、図１に示すように、制御部２１、表示部２２、入力部２３および記憶部２４を有する。

制御部２１は、ＣＰＵまたはＧＰＵ等の高速演算装置、ＲＡＭおよびＲＯＭをはじめとする記憶媒体などにより構成され、この記憶媒体に記憶されたプログラムに従って画像処理装置３の処理動作を制御する。

制御部２１のＣＰＵまたはＧＰＵ等の高速演算装置は、ＲＯＭをはじめとする記憶媒体に記憶された画像再構成プログラムおよびこのプログラムの実行のために必要なデータをＲＡＭへロードし、このプログラムに従って、有効視野付近や画像境界付近におけるデータ不在を起因とする画像歪みを補正することができるコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法を実行する。

制御部２１のＲＡＭは、ＣＰＵまたはＧＰＵ等の高速演算装置が実行するプログラムおよびデータを一時的に格納するワークエリアを提供する。制御部２１のＲＯＭをはじめとする記憶媒体は、画像処理装置３の起動プログラム、画像再構成プログラムや、これらのプログラムを実行するために必要な各種データを記憶する。

なお、ＲＯＭをはじめとする記憶媒体は、磁気的もしくは光学的記録媒体または半導体メモリなどの、ＣＰＵまたはＧＰＵ等の高速演算装置により読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有し、これら記憶媒体内のプログラムおよびデータの一部または全部は電子ネットワークを介してダウンロードされるように構成してもよい。

表示部２２は、たとえば液晶ディスプレイやＯＬＥＤ（Organic Light Emitting Diode）ディスプレイなどの一般的な表示出力装置により構成され、制御部２１の制御に従って核医学診断画像などの各種情報を表示する。

入力部２３は、たとえばキーボード、タッチパネル、テンキーなどの一般的な入力装置により構成され、ユーザの操作に対応した操作入力信号を制御部２１に出力する。

記憶部２４は、磁気的もしくは光学的記録媒体または半導体メモリなどの、ＣＰＵにより読み取り可能な記録媒体を含んだ構成を有し、これら記憶媒体内のプログラムおよびデータの一部または全部は電子ネットワークを介してダウンロードされるように構成してもよい。記憶部２４は、制御部２１により制御されて表示画素ごとの計数値や核医学画像などを記憶する。

図２は、制御部２１のＣＰＵによる機能実現部の構成例を示す概略的なブロック図である。なお、この機能実現部は、ＣＰＵを用いることなく回路などのハードウエアロジックによって構成してもよい。

図２に示すように、制御部２１のＣＰＵは、画像再構成プログラムによって、少なくともスキャン制御部３１、条件設定部３２、前処理部３３、再構成部３４および減弱マップ生成部３５として機能する。この各部３１〜３５は、ＲＡＭの所要のワークエリアをデータの一時的な格納場所として利用する。

スキャン制御部３１は、ユーザから入力部２３を介してスキャン計画の実行指示を受けて、スキャン計画にもとづいてスキャナ装置２を制御することにより、スキャンを実行する。この結果、被検体Ｐから放出されたガンマ線の投影データがスキャナ装置２からデータ収集部１６を介して画像処理装置３の記憶部２４に記憶される。

条件設定部３２は、入力部２３を介してユーザにより指定された処理条件情報を取得して各種処理条件を設定する。この処理条件には、再構成の処理範囲や、前処理フィルタ等の前処理要素のパラメータ、コリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法における繰り返し回数やサブセット数などが含まれる。

また、条件設定部３２は、入力部２３を介してユーザにより設定されて、またはあらかじめ記憶部２４に記憶された条件にもとづいて、コリメータ開口補正を適用する領域（以下、補正対象領域という）を設定する。補正対象領域としては、たとえばガンマ線検出部１１および１２の有効視野領域が設定される。

図３は、コリメータと有効視野領域との関係の一例を示す説明図である。

ガンマ線検出部１１の有効視野は、ガンマ線検出部１１の本体１１ａの検出面に取り付けられたコリメータ１１ｂによって規定される。なお、ガンマ線検出部１１の周辺部は精度が保証できないためマスキングされる場合があり、この場合はマスキング後の視野を有効視野とするとよい。図３に示すように、有効視野内にあるガンマ線の放出位置４１については投影データを得ることができる一方、有効視野端の外側の領域には、投影データが存在しない。

前処理部３３は、条件設定部３２により設定された前処理条件情報を取得するとともに、記憶部２４に記憶された投影データを取得する。前処理部３３は、取得した前処理条件情報に従って、投影データに対して均一性補正、回転中心補正、前処理用のフィルタリング処理などの前処理を実行する。

再構成部３４は、ガンマ線検出部１１および１２により得られた投影データにもとづいてコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成を行って再構成画像を生成する。

ここで、ＯＳ−ＥＭ３次元再構成に対してコリメータ開口補正処理を組み込む従来の方法について２つの方法を簡単に説明する。

図４は、ＯＳ−ＥＭ３次元再構成に対してコリメータ開口補正処理を組み込む従来の方法により生成された再構成画像の一例を示す説明図である。図４には、心筋ＳＰＥＣＴ画像のコロナル像の一例を示した。図４の紙面上下方向は被検体Ｐの体軸方向に一致する。

図４に再構成画像例を示した方法は、有効視野外の投影データが存在しない位置のデータを、有効視野境界の投影データを拡張することにより補完する方法である。この方法により、有効視野外にも投影データを仮想的に拡張することによって有効視野外の投影データがない部分によるコリメータ開口補正への影響を低減することができる。しかし、図４に示すように、この方法では有効視野境界付近における画像歪み（アーティファクト）４２が視認可能なほどに残存してしまう場合がある。

第２の従来の方法は、数式を用いてできるだけ正確に位置分解能補正を行う方法である。３次元コリメータ開口補正の計算式は、次のように書ける。

式（１）において、Ｃは存在確率を、ｂｋはガンマ線検出部１１の位置分解能に応じた点線源の広がりがガウス分布と仮定した線広がり関数を、それぞれ示す。線広がり関数ｂｋは、対象ピクセルとガンマ線検出部１１との距離に依存する関数である。

この第２の従来の方法では、３次元コリメータ開口補正の計算式を用いて、有効視野境界や画像上端、下端を加味して存在確率Ｃ_{（ｉ＋ｒｘ＋ｒｙ）}を計算する。しかし、有効視野や画像境界の場合分けや、個々のピクセルの寄与の計算は複雑であり、多大な時間を要してしまう。

そこで、本実施形態に係る画像処理装置３の再構成部３４は、位置分解能の劣化を補正する対象である補正対象領域内（たとえば有効視野内）の所定の外周領域と、この所定の外周領域を除く内部領域と、で異なる応答関数を用いて補正対象領域の位置分解能の劣化を補正する。なお、以下の説明では、所定の応答関数を用いた前記位置分解能の劣化の補正処理として、所定形状を有するフィルタを用いたコンボリューション方式のフィルタ処理を行う場合の例について示す。

図５（ａ）は、補正対象領域４３の内部の角の画素が元フィルタ４４の対象画素４５（斜線部参照）である場合の様子を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）に示す場合において補正対象領域４３の外部に位置する領域外フィルタ４６（ドット部参照）を説明するための図であり、（ｃ）は（ａ）に示す場合において元フィルタ４４のうち補正対象領域４３の内部に位置する部分のみで正規化を行った修正フィルタ４７について説明するための図である。図５には、元フィルタ４４が５×５の正方形の形状を有する場合の例について示したが、元フィルタ４４の形状は正方形に限られず、円形や楕円形や長方形などであってもよい。

図５（ａ）に示すように、補正対象領域４３の内部であっても外周に近い画素に対してコンボリューションフィルタ処理を行う場合、元フィルタ４４の一部が補正対象領域４３の外部に位置する場合がある。このため、補正対象領域４３の外部に投影データが存在しない場合には、領域外フィルタ４６（図５（ｂ）のドット部参照）については掛け合わせ処理を行わないようにするとよい。しかし、単に領域外フィルタ４６について掛け合わせ処理を行わないだけでは、領域外フィルタ４６が存在しない対象画素４５との整合性が取れず、補正対象領域４３の領域周辺で画像歪みが生じる原因となってしまう（図４参照）。

そこで、本実施形態に係る画像処理装置３の再構成部３４は、図５（ｃ）に示すように、領域外フィルタ４６が存在する対象画素４５については、元フィルタ４４のうち補正対象領域４３の内部に位置する部分のみで正規化を行った修正フィルタ４７を用いる。すなわち、再構成部３４は、画素の場所に応じてコリメータ開口補正方法を分ける。具体的には、再構成部３４は、画素の場所に応じてコンボリューション時の演算の重みを分ける。

図６は、画素の場所に応じてコリメータ開口補正方法を分ける場合の一例について示す説明図である。

補正対象領域４３は、所定の外周領域としての修正フィルタ領域５１と、内部領域としての元フィルタ領域５２とにより構成される。修正フィルタ領域５１の領域端５３は補正対象領域４３の外周に一致する。たとえば補正対象領域４３が有効視野領域である場合は有効視野端に一致する。修正フィルタ領域５１は、領域端５３と元フィルタ領域５２の境界である修正フィルタ境界５４とに囲まれた領域である。

また、補正対象領域４３は、減弱補正を行わない場合には有効視野内のデータ領域、減弱補正を行なう場合には減弱係数マップに一致する領域としてもよい。減弱マップ生成部３５は、使用する核種のガンマ線エネルギーの減弱係数の分布を示す減弱計数マップ（以下、減弱マップという）を生成する。再構成部３４は、この減弱マップにもとづいてガンマ線の検出結果を補正することによりガンマ線の生体内での減弱の影響を補正する（以下、減弱補正するという）ことができる。このため、減弱の補正を行わない場合にくらべ、核医学画像をより高精度に生成することができる。再構成部３４が減弱補正を行う場合には、補正対象領域４３は減弱マップに一致する領域としてもよい。

所定の外周領域としての修正フィルタ領域５１は、元フィルタ４４を適用すると元フィルタ４４の一部が補正対象領域４３の外部に位置することになる対象画素４５により構成される。修正フィルタ領域５１に属する画素に対してコリメータ開口補正を行う場合は、修正フィルタ４７を用いる。

一方、内部領域としての元フィルタ領域５２は、元フィルタ４４を適用すると元フィルタ４４の全てが補正対象領域４３の内部に位置することになる対象画素４５により構成される。元フィルタ領域５２に属する画素に対してコリメータ開口補正を行う場合は、元フィルタ４４を用いる。

図７（ａ）は対象画素４５が元フィルタ領域５２に属する場合の一例について示す説明図であり、（ｂ）は対象画素４５が修正フィルタ領域５１に属する場合の一例について示す説明図である。

元フィルタ４４がｎ×ｎの正方形であり、かつｎが奇数である場合、領域端５３と修正フィルタ境界５４との幅は（ｎ−１）／２画素となる。たとえば、ｎ＝５である場合は、この幅は２画素となる。したがって、再構成部３４は、補正対象領域４３の情報にもとづいて容易に修正フィルタ領域５１を設定することができ、対象画素４５が元フィルタ領域５２に属する場合には元フィルタ４４を用い（図７（ｂ）参照）、修正フィルタ領域５１に属する場合には修正フィルタ４７を用いればよい（図７（ａ）参照）。

再構成部３４が画素の場所に応じてコリメータ開口補正方法を分けることにより、式（１）を正確に計算する場合に比べて計算に要する時間を大幅に低減しつつ、補正対象領域４３の周辺部における画像歪みを低減することができる。

なお、元フィルタ４４が正方形でない場合であっても同様の方法により容易に修正フィルタ領域５１を設定することができる。たとえば、元フィルタ４４の形状が長辺ｎａ、短辺ｎｂの長方形であり対象画素４５が元フィルタ４４の中心である場合には、補正対象領域４３内の長辺方向に沿った両端の修正フィルタ領域５１の幅を（ｎａ−１）／２画素とし、短辺方向に対応する修正フィルタ領域５１の幅を（ｎｂ−１）／２画素とすればよい。また、元フィルタ４４の形状が円形である場合には、この円に外接する正方形にもとづいて修正フィルタ領域５１を設定すればよい。

図８は、補正対象領域４３のうち体軸方向に直交する方向の両端には投影データが存在しない領域が無い場合の一例について示す説明図である。

図１に示すように、ガンマ線検出部１１および１２が回転部１３により回転軸ｒ周り（体軸周り）に回転して投影データを収集する場合、体軸方向の両端には投影データが存在しない領域が生じるものの、体軸方向に直交する方向には有効視野外であるため投影データが存在しない領域が生じない場合がある。これは体躯部を収集した場合である。この場合、図８に示すように、補正対象領域４３のうち、体軸方向に沿った方向の両端にのみ修正フィルタ領域５１を設ければよく、図６に示す場合に比べ演算に要する時間を削減することができる。

次に、本実施形態に係る核医学診断装置、画像処理装置および画像再構成プログラムの動作の一例について説明する。

図９は、図１に示す画像処理装置３のＣＰＵまたはＧＰＵ等の高速演算装置により、補正対象領域４３としてガンマ線検出部１１および１２の有効視野領域が設定される場合において、補正対象領域４３の領域境界近辺におけるデータ不在を起因とする画像歪みを補正することができるコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法を実行する際の手順を示すフローチャートである。図９において、Ｓに数字を付した符号は、フローチャートの各ステップを示す。

まず、ステップＳ１において、条件設定部３２は、入力部２３を介してユーザにより指定された処理条件情報を取得して各種処理条件を設定する。また、条件設定部３２は、入力部２３を介してユーザにより設定されて、またはあらかじめ記憶部２４に記憶された条件にもとづいて、コリメータ開口補正を適用する領域（補正対象領域４３）を有効視野領域に設定する。有効視野領域の情報は、たとえばスキャン制御部３１による投影データの取得時に条件設定部３２に与えられる。

次に、ステップＳ２において、前処理部３３は記憶部２４から、スキャン制御部３１により記憶部２４に記憶された投影データを取得する。

次に、ステップＳ３において、前処理部３３は、条件設定部３２により設定された前処理条件情報に従って、投影データに対して均一性補正、回転中心補正、前処理用のフィルタリング処理などの前処理を実行する。

次に、ステップＳ４において、再構成部３４は、応答関数を計算する。具体的には、再構成部３４は、コリメータ開口の応答関数である元フィルタ４４を設定する。

次に、ステップＳ５において、再構成部３４は、ＯＳ−ＥＭ３次元再構成に対して補正対象領域４３を考慮したコリメータ開口補正処理を組み込んで、投影データにもとづいて再構成画像を生成する。

ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法は、投影データを複数のグループに分けて、サブセットごとに逐次近似処理を行なっていく手法である。サブセットの分け方は任意であるが、三次元の収集位置にあっては、互いに最も疎の（関連が薄い）関係となる９０度の角度をなすデータ群を１つのサブセットとすることが良好な画像を再構成する上で好ましい条件となっている。

再構成部３４は、このＯＳ−ＥＭ３次元再構成において、修正フィルタ領域５１に属する画素に対しては修正フィルタ４７を用いる一方、元フィルタ領域５２に属する画素に対しては元フィルタ４４を用いるコリメータ開口補正処理を実行し、再構成画像を生成する。

次に、ステップＳ６において、再構成部３４は、生成した再構成画像を表示部２２に表示させる。

以上の手順により、補正対象領域４３としてガンマ線検出部１１および１２の有効視野領域が設定される場合において、補正対象領域４３の領域境界近辺におけるデータ不在を起因とする画像歪みを軽減することができるコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法を実行することができる。

図１０は、図１に示す画像処理装置３のＣＰＵまたはＧＰＵ等の高速演算装置により、補正対象領域４３として減弱マップが設定される場合において、補正対象領域４３の領域境界近辺におけるデータ不在を起因とする画像歪みを補正することができるコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法を実行する際の手順を示すフローチャートである。図１０において、Ｓに数字を付した符号は、フローチャートの各ステップを示す。図９と同等のステップには同一符号を付し、重複する説明を省略する。

ステップＳ１１において、減弱マップ生成部３５は、使用する核種のガンマ線エネルギーの減弱係数の分布を示す減弱マップを生成する。

ステップＳ１２において、再構成部３４は、ＯＳ−ＥＭ３次元再構成に対して補正対象領域４３を考慮したコリメータ開口補正処理を組み込むとともに減弱補正処理を組み込んで、投影データにもとづいて再構成画像を生成し、再構成画像と減弱マップとを重畳したマップ重畳画像を生成する。

そして、ステップＳ１３において、再構成部３４は、再構成画像と減弱マップとを重畳したマップ重畳画像を表示部２２に表示させる。

以上の手順により、補正対象領域４３として減弱マップが設定される場合において、補正対象領域４３の領域境界近辺におけるデータ不在を起因とする画像歪みを補正することができるコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法を実行することができる。

なお、減弱補正を行う場合は、補正対象領域４３を有効視野と減弱マップの狭い方に合わせることで、減弱補正なしの場合の処理と同様にあつかうことが可能となる。

本実施形態に係る画像処理装置３を含む核医学診断装置１は、画素の場所に応じてコリメータ開口補正方法を分けるコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法を実行することができる。具体的には、核医学診断装置１は、コリメータ開口の影響を補正するためにコンボリューションフィルタ法を用い、コンボリューションフィルタ法の処理の中に応答関数の広がりや有効視野の情報を組み込み、応答関数のコンボリューション計算時に画素の場所に応じて演算の重みを分ける。このため、式（１）を厳格に適用する方法に比べ、処理時間を大幅に低減しつつ、補正対象領域４３の周辺部における画像歪みを低減することができる。

また、本実施形態に係る画像処理装置３を含む核医学診断装置１によるコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法は、補正対象領域４３の外側の投影データが存在しない領域にデータを補完する従来のコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法に比べ、処理時間をほぼ変わらせることなく、より有効視野付近や画像周辺に繰り返し計算によるアーティファクトを低減することができる。また、本実施形態に係る画像処理装置３を含む核医学診断装置１によるコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法では、投影データが存在しない領域にデータを補完する必要がなく、いわゆる虚偽のデータである補完データを用いる必要がない。

以下に、本実施形態に係る画像処理装置３を含む核医学診断装置１によるコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法と、補正対象領域４３の外側の投影データが存在しない領域にデータを補完する従来のコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法（以下、補完法という）とを比較した結果について、図１１〜１５を参照して説明する。

図１１は、比較のために用いた数値ファントムを示す説明図である。

本実施形態に係るコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法と従来の補完法とを比較するにあたり、図１１に示すような台形状に大きさが変わる円錐状の数値ファントムを用い、１２８マトリクス、ＨＲコリメータ、Ｒ１３０ｍｍを想定してコリメータによる画像劣化の影響を付加した仮想投影データを作成した。

図１２（ａ）は、減弱補正を行わない場合における従来の補完法により生成されたコロナル断面の再構成画像であり、（ｂ）は、減弱補正を行わない場合における本実施形態に係るコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法により生成されたコロナル断面の再構成画像である。

また、図１３（ａ）は、減弱補正を行う場合における従来の補完法により生成されたコロナル断面の再構成画像であり、（ｂ）は、減弱補正を行う場合における本実施形態に係るコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法により生成されたコロナル断面の再構成画像である。

図１２（ａ）と（ｂ）、および図１３（ａ）と（ｂ）を比較して明らかなように、従来の補完法に比べ、本実施形態に係るコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法のほうが、体軸方向両端に生じるアーティファクト（図１２および図１３の横方向に沿ったすじ状の画像歪み）が低減されていることがわかる。

また、図１２と図１３とを比較して明らかなように、本実施形態に係るコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法は、減弱補正を行う場合においても問題なく適用可能であることがわかる。

図１４は、ＳＰＥＣＴ臨床データに対して本実施形態に係るコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法と従来の補完法とをそれぞれ適用した場合における補正対象領域４３の上端付近のアキシャル断面のスライス画像を比較するための説明図である。Ａ１〜Ａ１６はコリメータ開口補正を行わない例であり、Ａ１が最も上端に位置するスライス画像である。同様に、Ｂ１〜Ｂ１６は従来の補完法によるコリメータ開口補正を行った例、Ｃ１〜Ｃ１６は本実施形態に係るコリメータ開口補正を行った例を示す。

図１４に示すように、従来の補完法では上端付近のスライス画像Ｂ１〜Ｂ４において大きな画像歪みが確認できるのに対し、本実施形態に係るコリメータ開口補正ではＣ１〜Ｃ４においても画像歪みが無いことがわかる。

図１５は、図１４と同一の投影データに対して本実施形態に係るコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法と従来の補完法とをそれぞれ適用した場合におけるコロナル断面画像を比較するための説明図である。Ａ１〜Ａ４はコリメータ開口補正を行わない例を、Ｂ１〜Ｂ４は従来の補完法によるコリメータ開口補正を行った例を、Ｃ１〜Ｃ４は本実施形態に係るコリメータ開口補正を行った例を、それぞれ示す。

図１５に示すように、従来の補完法では体軸方向上下端付近にすじ状の画像歪みが確認できるのに対し、本実施形態に係るコリメータ開口補正ではこの種の画像歪みが無いことがわかる。

また、従来の補完法と本実施形態に係るコリメータ開口補正方法との処理時間にはほとんど差はなく、処理条件によっては本実施形態に係るコリメータ開口補正方法のほうが、処理時間が短い場合もあった。これは、本実施形態に係るコリメータ開口補正方法ではデータの補完処理が不要となるとともに、補正対象領域４３の外部にデータを拡張する必要がなく補正対象領域４３の内部の投影データのみを処理対象とするためであると考えられる。

したがって、本実施形態に係る画像処理装置３を含む核医学診断装置１によるコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法は、補正対象領域４３の外側の投影データが存在しない領域にデータを補完する従来のコリメータ開口補正ＯＳ−ＥＭ３次元再構成法に比べ、より有効視野付近や画像周辺に繰り返し計算によるアーティファクトを低減できる優れた方法であるといえる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 核医学診断装置
３ 画像処理装置
１１ ガンマ線検出部
１１ｂ コリメータ
１２ ガンマ線検出部
２１ 制御部
２２ 表示部
２３ 入力部
２４ 記憶部
３４ 再構成部
３５ 減弱マップ生成部
４３ 補正対象領域
４４ 元フィルタ
４５ 対象画素
４７ 修正フィルタ
５１ 修正フィルタ領域
５２ 元フィルタ領域
５３ 領域端
５４ 修正フィルタ境界

Claims (8)

1. コリメータを介して被検体に投与された放射性同位元素から放射されるガンマ線を検出するガンマ線検出部と、
   前記ガンマ線検出部により得られた投影データにもとづいてＯＳ−ＥＭ３次元再構成を行って再構成画像を生成するにあたり、前記ガンマ線検出部の有効視野領域のうち、体軸方向に沿った方向の両端に位置する所定の外周領域と、前記所定の外周領域を除く内部領域とで異なる応答関数を用いて、前記コリメータによる前記有効視野領域のガンマ線放射位置分解能の劣化を補正する再構成部と、
   を備えた核医学診断装置。
2. 前記応答関数は、
   前記有効視野領域の境界位置にもとづいて設定される、
   請求項１記載の核医学診断装置。
3. 前記応答関数を用いた前記位置分解能の劣化の補正処理は、
   所定形状を有するフィルタを用いたコンボリューション方式のフィルタ処理であり、
   前記所定の外周領域は、
   前記有効視野領域を構成する複数の画素のうち、前記フィルタを適用すると前記フィルタの一部が前記有効視野領域外に位置することになる画素により構成された、
   請求項１または２に記載の核医学診断装置。
4. 前記再構成部は、
   前記所定の外周領域を除く内部領域に属する画素については前記フィルタを用いる一方、前記所定の外周領域に属する画素については、前記フィルタのうち前記有効視野領域の内部に位置する部分のみで正規化を行った修正フィルタを用いる、
   請求項３記載の核医学診断装置。
5. 前記再構成部は、
   前記有効視野領域のうち、前記有効視野領域内の前記体軸方向に直交する方向の両端の所定の外周領域を前記内部領域として、前記有効視野領域の前記位置分解能の劣化を補正しつつ前記再構成画像を生成する、
   請求項１ないし４のいずれか１項に記載の核医学診断装置。
6. 前記再構成部は、
   前記再構成画像に対して減弱係数マップを重畳し、前記応答関数を用いた前記ガンマ線放射位置分解能の劣化の補正処理の対象領域として、前記有効視野領域および前記減弱係数マップに一致する領域のいずれかを用いる、
   請求項１ないし５のいずれか１項に記載の核医学診断装置。
7. コリメータを有するガンマ線検出部により得られた投影データにもとづいてＯＳ−ＥＭ３次元再構成を行って再構成画像を生成する画像処理装置であって、
   前記再構成画像を生成するにあたり、前記ガンマ線検出部の有効視野領域のうち、体軸方向に沿った方向の両端に位置する所定の外周領域と、前記所定の外周領域を除く内部領域とで異なる応答関数を用いて、前記コリメータによる前記有効視野領域のガンマ線放射位置分解能の劣化を補正する再構成部、
   を備えた画像処理装置。
8. コリメータを有するガンマ線検出部により得られた投影データにもとづいてＯＳ−ＥＭ３次元再構成を行って再構成画像を生成するコンピュータに用いられる画像再構成プログラムであって、コンピュータを、
   前記再構成画像を生成するにあたり、前記ガンマ線検出部の有効視野領域のうち、体軸方向に沿った方向の両端に位置する所定の外周領域と、前記所定の外周領域を除く内部領域とで異なる応答関数を用いて、前記コリメータによる前記有効視野領域のガンマ線放射位置分解能の劣化を補正する再構成部、
   として機能させるための画像再構成プログラム。