JP6184075B2 - Ｐｅｔ−ｃｔ装置及び画像処理装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ＰＥＴ（Positron Emission computed Tomography）−ＣＴ（Computed Tomography）装置及び画像処理装置に関する。

放射線治療においては、癌組織に対して線量を集中させ、正常組織に対する線量を低減することが望まれる。このため、放射線治療に先立ち、放射線治療計画が策定され、放射線を照射すべき部位（以下「標的体積」）が決定される。標的体積は、国際放射線単位測定委員会（ＩＣＲＵ（International Commission on Radiation Units and Measurements, Inc.））により規定されている。標的体積には、ＧＴＶ（Gross Tumor Volume）、ＣＴＶ（Clinical Target Volume）、ＩＴＶ（Internal Target Volume）、及びＰＴＶ（Planning Target Volume）がある。

従来、４ＤＣＴ画像を用いて放射線治療計画を策定する手法がある。この手法は、Ｘ線ＣＴスキャナによる撮影時、呼吸モニタで検出した位相や振幅を用いて投影データを分類し、位相や振幅毎にＣＴ画像を再構成して、位相や振幅毎に放射線治療計画を策定する。もっとも、この手法は、複数の位相や振幅の区分に投影データを振り分けるので、各区分における投影データ量が区分数分の一となり、この結果、再構成されたＣＴ画像の画質が劣化するおそれがある。一方、ＣＴ画像の画質を維持するにはＸ線の照射量を増やさざるを得ず、被曝量が増加するおそれがある。また、この手法は、放射線治療計画の策定に、区分数倍の時間を要するおそれがある。

International Commission on Radiation Units and Measurements Report 50，62、［online］、平成２４年６月１日検索、インターネット<URL：http://www.icru.org/＞

本発明が解決しようとする課題は、放射線治療計画者に、標的体積を指定するための適切な情報を提供することができるＰＥＴ−ＣＴ装置及び画像処理装置を提供することである。

実施形態に係るＰＥＴ−ＣＴ装置は、画像再構成部と、画像生成部と、表示制御部と、治療計画受付部とを備える。画像再構成部は、Ｘ線ＣＴスキャナによって息止め下で収集された投影データから息止めＣＴ画像を再構成し、ＰＥＴスキャナによって自由呼吸下で収集された投影データから自由呼吸ＰＥＴ画像を再構成し、ＰＥＴスキャナによって息止め下で収集された投影データから息止めＰＥＴ画像を再構成する。画像生成部は、自由呼吸ＰＥＴ画像をＰＥＴの空間分解能で逆畳み込みすることで、臨床情報を含んだ第１の治療計画用画像を生成し、息止めＰＥＴ画像をＰＥＴの空間分解能で逆畳み込みすることで、臨床情報を含んだ第２の治療計画用画像を生成する。表示制御部は、息止めＣＴ画像、第１の治療計画用画像、及び、第２の治療計画用画像を表示部に表示する。治療計画受付部は、表示部に表示された第１の治療計画用画像上で、ＩＴＶの指定を受け付け、前記表示部に表示された前記第２の治療計画用画像上で、ＣＴＶの指定を受け付ける。

図１は、本実施形態に係るＰＥＴ−ＣＴ装置の構成を示す図である。 図２は、本実施形態におけるＰＥＴスキャナ及びＸ線ＣＴスキャナを示す図である。 図３は、本実施形態におけるＰＥＴスキャナの構成を示す図である。 図４は、本実施形態におけるコンソール装置の構成を示す図である。 図５は、本実施形態における標的体積の概念を示す図である。 図６は、本実施形態における治療計画用画像の生成を説明するための図である。 図７は、本実施形態におけるＰＥＴ画像の一例を示す図である。 図８は、本実施形態における処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら、実施形態に係るＰＥＴ−ＣＴ装置及び画像処理装置を説明する。以下の実施形態においては、放射線治療計画の支援に、ＰＥＴ−ＣＴ装置によって収集されたＣＴ画像及びＰＥＴ画像を用いる。

図１は、本実施形態に係るＰＥＴ−ＣＴ装置１００の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係るＰＥＴ−ＣＴ装置１００は、ＰＥＴスキャナ２００と、Ｘ線ＣＴスキャナ３００と、寝台４００と、コンソール装置５００とを備える。また、図１に示すように、寝台４００は、被検体４０２が載置される天板４０１を有し、コンソール装置５００による制御の下、被検体４０２をＰＥＴ−ＣＴ装置１００の撮影口内に移動させる。なお、被検体４０２は、ＰＥＴ−ＣＴ装置１００に含まれない。

ＰＥＴスキャナ２００は、被検体４０２から放出された消滅ガンマ線を検出し、検出結果に基づき計数情報を生成する。具体的には、まず、陽電子放出核種で標識された放射性医薬品が被検体４０２に投与される。すると、被検体４０２内の生体組織に選択的に取り込まれた陽電子放出核種が陽電子を放出し、放出された陽電子は電子と結合して消滅する。このとき、陽電子は、一対の消滅ガンマ線をほぼ反対方向に放出する。一方、ＰＥＴスキャナ２００は、被検体４０２の周囲にリング状に配置された検出器２１０を用いて消滅ガンマ線を検出し、検出結果に基づき計数情報を生成する。

図２は、本実施形態におけるＰＥＴスキャナ２００及びＸ線ＣＴスキャナ３００を示す図であり、図３は、本実施形態におけるＰＥＴスキャナ２００の構成を示す図である。図２及び図３に示すように、ＰＥＴスキャナ２００においては、Ｘ軸方向に複数の検出器２１０が配置され、また、被検体４０２の周囲に複数の検出器２１０がリング状に配置される。

例えば、検出器２１０は、フォトンカウンティング（Photon Counting）方式、アンガー型の検出器であり、シンチレータと、光電子増倍管（ＰＭＴ（Photomultiplier Tube））と、ライトガイドとを有する。シンチレータは、被検体４０２から放出された消滅ガンマ線をシンチレーション光に変換し、変換したシンチレーション光を出力する。シンチレータは、例えば、ＮａＩ（Sodium Iodide）、ＢＧＯ（Bismuth Germanate）、ＬＹＳＯ（Lutetium Yttrium Oxyorthosilicate）、ＬＳＯ（Lutetium Oxyorthosilicate）、ＬＧＳＯ（Lutetium Gadolinium Oxyorthosilicate）などのシンチレータ結晶によって形成され、２次元に配列される。光電子増倍管は、シンチレータから出力されたシンチレーション光を増倍して電気信号に変換する。ライトガイドは、シンチレータから出力されたシンチレーション光を光電子増倍管に伝達する。ライトガイドは、例えば、光透過性に優れたプラスチック素材などによって形成される。

なお、光電子増倍管は、シンチレーション光を受光して光電子を発生させる光電陰極、発生した光電子を加速する電場を与える多段のダイノード、及び、電子の流れ出し口である陽極を有する。光電効果により光電陰極から放出された電子は、ダイノードに向って加速されてダイノードの表面に衝突し、複数の電子を叩き出す。この現象が多段のダイノードにわたって繰り返されることにより、なだれ的に電子数が増倍され、陽極での電子数は、約１００万にまで達する。

このように、検出器２１０は、被検体４０２内から放出された消滅ガンマ線をシンチレータによってシンチレーション光に変換し、変換したシンチレーション光を光電子増倍管によって電気信号に変換することで、被検体４０２から放出された消滅ガンマ線を検出する。

なお、放射性医薬品は、例えば、１８Ｆ（フッ素）で標識された１８Ｆ標識デオキシグルコースである。また、計数情報は、消滅ガンマ線を検出した検出器２１０の位置を示す検出位置と、検出器２１０に入射した消滅ガンマ線のエネルギー値と、検出器２１０が消滅ガンマ線を検出した検出時間とを含む。

Ｘ線ＣＴスキャナ３００は、被検体４０２を透過したＸ線を検出し、検出結果に基づき投影データを生成する。具体的には、Ｘ線ＣＴスキャナ３００は、図２に示すように、Ｘ線を照射するＸ線管３０１と、Ｘ線管３０１により照射されたＸ線を検出するＸ線検出器３０２とを有する。被検体４０２の体軸を中心として回転しながら、Ｘ線管３０１が被検体４０２にＸ線を照射し、Ｘ線検出器３０２が被検体４０２を透過したＸ線を検出する。そして、Ｘ線ＣＴスキャナ３００は、Ｘ線検出器３０２により検出されたＸ線に対して増幅処理やＡＤ（Analog Digital）変換処理などを行い、投影データを生成する。

図４は、本実施形態におけるコンソール装置５００の構成を示す図である。コンソール装置５００は、ＰＥＴスキャナ２００により生成された計数情報を用いて同時計数情報を生成し、生成した同時計数情報に基づきＰＥＴ画像を再構成する。また、コンソール装置５００は、Ｘ線ＣＴスキャナ３００により生成された投影データに基づきＸ線ＣＴ画像を再構成する。

具体的には、図４に示すように、コンソール装置５００は、入出力部５１０と、制御部５２０とを有する。また。コンソール装置５００は、バッファ５３１と、同時計数情報記憶部５３２と、計数情報収集部５３３と、同時計数情報生成部５３４と、ＰＥＴ画像再構成部５３５とを有する。また、コンソール装置５００は、Ｘ線投影データ記憶部５４１と、Ｘ線ＣＴ画像再構成部５４２とを有する。なお、本実施形態においては、ＰＥＴ画像の再構成とＸ線ＣＴ画像の再構成とが物理的に１台のコンソール装置において行われる場合を説明するが、ＰＥＴ画像の再構成とＸ線ＣＴ画像の再構成とが別々のコンソール装置において行われてもよい。

入出力部５１０は、ＰＥＴ−ＣＴ装置１００の利用者から各種指示を受け付け、受け付けた各種指示を制御部５２０に送信する。また、入出力部５１０は、制御部５２０から情報を受信し、受信した情報を出力する。例えば、入出力部５１０は、キーボードやマウス、マイクなどの入力部や、モニタやスピーカなどの出力部（表示部とも称する）である。

制御部５２０は、ＰＥＴスキャナ２００及びＸ線ＣＴスキャナ３００を制御することでＰＥＴ−ＣＴ装置１００による撮影を制御する。また、制御部５２０は、コンソール装置５００におけるＰＥＴ画像再構成処理及びＸ線ＣＴ画像再構成処理を制御する。また、制御部５２０は、ＰＥＴ画像やＸ線ＣＴ画像、及び、後述する治療計画用画像などを、入出力部５１０のモニタに出力する。制御部５２０は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）などの電子回路である。なお、制御部５２０が有する各部の詳細は、後述する。

バッファ５３１は、計数情報収集部５３３により格納された計数情報を記憶する。また、同時計数情報記憶部５３２は、同時計数情報生成部５３４により格納された同時計数情報を記憶する。バッファ５３１及び同時計数情報記憶部５３２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やフラッシュメモリ（Flash Memory）などの半導体メモリ素子、ハードディスクや光ディスクなどである。

計数情報収集部５３３は、ＰＥＴスキャナ２００にて生成された計数情報を順次受信し、受信した計数情報をバッファ５３１に格納する。なお、計数情報収集部５３３は、ＰＥＴスキャナ２００内に設置されてもよい。ここで、検出器２１０により検出される消滅ガンマ線と、被検体４０２から放出された一対の消滅ガンマ線との関係を説明する。例えば、検出器２１０は、一対の消滅ガンマ線が放出された場合、一対の消滅ガンマ線のうち、一方のみを検出し、他方の消滅ガンマ線は、他の検出器２１０により検出される。なお、一対の消滅ガンマ線を同時計数した２つの検出位置を結ぶ線は、ＬＯＲ（Line of Response）と称される。

同時計数情報生成部５３４は、計数情報収集部５３３により収集された計数情報を用いて同時計数情報の時系列リスト（「Coincidence List」とも称される）を生成する。具体的には、同時計数情報生成部５３４は、バッファ５３１に記憶された計数情報から、一対の消滅ガンマ線を略同時に計数した計数情報の組を、計数情報の検出時間に基づき検索する。また、同時計数情報生成部５３４は、検索した計数情報の組毎に同時計数情報を生成し、生成した同時計数情報を概ね時系列順に並べながら、同時計数情報記憶部５３２に格納する。

例えば、同時計数情報生成部５３４は、設定された同時計数情報生成条件に基づき同時計数情報を生成する。同時計数情報生成条件には、時間ウィンドウ幅が指定される。例えば、同時計数情報生成部５３４は、時間ウィンドウ幅「数ナノ秒」に基づき同時計数情報を生成する。なお、同時計数情報生成部５３４は、時間ウィンドウ幅とともにエネルギーウィンドウ幅を用いて同時計数情報を生成してもよい。

ＰＥＴ画像再構成部５３５は、ＰＥＴ画像を再構成する。具体的には、ＰＥＴ画像再構成部５３５は、同時計数情報記憶部５３２に記憶された同時計数情報の時系列リストを投影データとして読み出し、読み出した投影データを用いて、ＰＥＴ画像を再構成する。

Ｘ線投影データ記憶部５４１は、Ｘ線ＣＴスキャナ３００から送信された投影データを記憶する。Ｘ線ＣＴ画像再構成部５４２は、Ｘ線投影データ記憶部５４１が記憶する投影データを、例えば、ＦＢＰ（Filtered Back Projection）法により逆投影処理することで、Ｘ線ＣＴ画像を再構成する。

さて、上述したＰＥＴ−ＣＴ装置１００は、ＣＴ画像及びＰＥＴ画像を用いて、標的体積の指定を治療計画者から受け付けるための支援ツールを提供する。かかる処理は、本実施形態において、コンソール装置５００の制御部５２０により実行される。具体的には、制御部５２０は、画像収集部５２０ａと、治療計画用画像生成部５２０ｂと、表示制御部５２０ｃと、治療計画受付部５２０ｄとを有する。

画像収集部５２０ａは、ＰＥＴスキャナ２００及びＸ線ＣＴスキャナ３００や、その他の各部を制御することで、ＰＥＴ画像を再構成するための投影データ、及び、ＣＴ画像を再構成するための投影データを収集する。例えば、画像収集部５２０ａは、まず、Ｘ線ＣＴスキャナ３００を制御し、被検体４０２の息止め下（呼吸を止めさせた状態）で、３ＤのＣＴ画像を再構成するための投影データを収集する。以下では、この収集を「息止め３ＤＣＴスキャン」と称する。続いて、画像収集部５２０ａは、天板４０１を移動させるとともに、ＰＥＴスキャナ２００を制御し、被検体４０２の息止め下で、３ＤのＰＥＴ画像を再構成するための投影データを収集する。以下では、この収集を「息止め３ＤＰＥＴスキャン」と称する。次に、画像収集部５２０ａは、ＰＥＴスキャナ２００を制御し、被検体４０２の自由呼吸下（自由に呼吸させた状態）で、３ＤのＰＥＴ画像を再構成するための投影データを収集する。以下では、この収集を「自由呼吸３ＤＰＥＴスキャン」と称する。なお、息止め３ＤＣＴスキャンと息止め３ＤＰＥＴスキャンとでは、できるだけ同じ息止め状態とすることが望ましい。また、被検体４０２の息止めや自由呼吸の制御は、音声ガイドなどの公知技術を用いればよい。また、スキャンの順序はこれに限定されるものではなく、任意の順序でもよいし、例えば、自由呼吸下で投影データを収集する中で、息止め下に相当する投影データを収集してもよい。

なお、上述したＸ線ＣＴ画像再構成部５４２は、息止め３ＤＣＴスキャンによって収集された投影データからＣＴ画像を再構成する。以下では、このＣＴ画像を「ＢＨ−ＣＴ画像」又は「ＢＨ−ＣＴ」と称する。「ＢＨ」は、Breathe Holdの意味である。また、上述したＰＥＴ画像再構成部５３５は、息止め３ＤＰＥＴスキャンによって収集された投影データからＰＥＴ画像を再構成する。以下では、このＰＥＴ画像を「ＢＨ−ＰＥＴ画像」又は「ＢＨ−ＰＥＴ」と称する。また、ＰＥＴ画像再構成部５３５は、自由呼吸３ＤＰＥＴスキャンによって収集された投影データからＰＥＴ画像を再構成する。以下では、このＰＥＴ画像を「ＦＢ−ＰＥＴ画像」又は「ＦＢ−ＰＥＴ」と称する。「ＦＢ」は、Free Breatheの意味である。

治療計画用画像生成部５２０ｂは、Ｘ線ＣＴ画像再構成部５４２によって再構成されたＣＴ画像や、ＰＥＴ画像再構成部５３５によって再構成されたＰＥＴ画像を用いて、標的体積の指定を受け付けるための治療計画用画像を生成する。

図５は、本実施形態における標的体積の概念を示す図である。標的体積には、ＧＴＶ、ＣＴＶ、ＩＴＶ、及びＰＴＶがある。まず、ＧＴＶは、「肉眼的腫瘍体積」とも称され、画像から肉眼により（あるいは肉眼相当の手法により）認識することができる腫瘍範囲をいう。また、ＣＴＶは、「臨床標的体積」とも称され、ＧＴＶに、画像から肉眼では認識することができない微細な病変（例えば、細胞間に浸潤した癌細胞など）を含む範囲をいう。また、ＩＴＶは、ＣＴＶに、呼吸、嚥下、心拍動、蠕動などの体内臓器の動きによる影響をインターナルマージン（ＩＭ（Internal Margin））として更に含む範囲をいう。また、ＰＴＶは、「計画標的体積」とも称され、ＩＴＶに、照射における設定誤差（ＳＭ（Setup Margin）、例えば、機器の誤差、天板だれなど）を更に考慮した範囲をいう。一般に、ＧＴＶ≦ＣＴＶ≦ＩＴＶ＜ＰＴＶの関係がある。

図６は、本実施形態における治療計画用画像の生成を説明するための図であり、図７は、本実施形態におけるＰＥＴ画像の一例を示す図である。図６において、「ＣＴ」で括られる部分には、息止め（ＢＨ）を示す呼吸波形の概念図と、息止め下で収集されたＢＨ−ＣＴ画像の概念図とが示される。また、図６において、「ＰＥＴ」で括られる部分には、息止め（ＢＨ）と自由呼吸（ＦＢ）とを示す呼吸波形の概念図、息止め下で収集されたＢＨ−ＰＥＴ画像及び自由呼吸下で収集されたＦＢ−ＰＥＴ画像の概念図、並びに、ＢＨ−ＰＥＴ画像から生成された治療計画用画像、及び、ＦＢ−ＰＥＴ画像から生成された治療計画用画像が示される。更に、治療計画用画像それぞれの下には、プロファイルの概念図を示す。図７においては、ＢＨ−ＰＥＴ画像及びＦＢ−ＰＥＴ画像上の腫瘍イメージ（網掛けされた２つの円）を示す。図７に示すように、ＦＢ−ＰＥＴ画像上の腫瘍イメージは、呼吸性移動によって、ＢＨ−ＰＥＴ画像上の腫瘍イメージよりも広がっている。この場合、ＦＢ−ＰＥＴ画像上の腫瘍領域を、ＢＨ−ＰＥＴ画像上の腫瘍領域によって逆畳み込みすることで、呼吸性移動に伴い、腫瘍がどのような位置に滞在分布しているのかを知ることができる。

本実施形態においては、治療計画者に対して、ＢＨ−ＰＥＴ画像やＦＢ−ＰＥＴ画像そのものを提示して標的体積の指定を受け付けるのではなく、ＢＨ−ＰＥＴ画像やＦＢ−ＰＥＴ画像から治療計画用画像を生成し、この治療計画用画像を提示することで、標的体積の指定を受け付ける。この治療計画用画像は、ＰＥＴ画像が、通常ＰＥＴの空間分解能の分だけ広がった状態で描出される点に着目して生成されるものである。すなわち、後述するように、治療計画用画像生成部５２０ｂは、各ＰＥＴ画像をＰＥＴの空間分解能で逆畳み込みすることで、治療計画用画像を生成する。以下、各画像と標的体積との関係を、その関係性を表現する式を用いながら説明する。

まず、ＢＨ−ＣＴ画像とＧＴＶとの関係を説明する。図６に示すように、ＢＨ−ＣＴ画像には、肉眼により（あるいは肉眼相当の手法により）認識することができる腫瘍が、黒で塗り潰された円で示されている。ここで、ＰＥＴの空間分解能に比較して、ＣＴの空間分解能は十分に高いと考えることができる。このため、本実施形態においては、ＢＨ−ＣＴ画像については、ＢＨ−ＣＴ画像そのものを治療計画用画像として取り扱う。すなわち、ＢＨ−ＣＴ画像に描出された腫瘍の輪郭そのものを、ＧＴＶに相当するものとして取り扱う（（１）式参照）。

次に、ＢＨ−ＰＥＴ画像とＣＴＶとの関係を説明する。ＰＥＴ画像には、例えば１８Ｆ標識デオキシグルコースの集積が描出されるので、これは、例えば、細胞間に浸潤した癌細胞が描出されていることと同等であると考えられる。図６に示すＢＨ−ＰＥＴ画像において、点線で囲む円が、ＢＨ−ＰＥＴ画像に描出された腫瘍に相当する。ここで、ＰＥＴ画像において、ＣＴＶは、ＰＥＴの空間分解能が畳み込まれた状態で描出される。言い換えると、ＰＥＴ画像において、ＣＴＶは、ＰＥＴの空間分解能の分だけ、真のＣＴＶよりも広がった状態で描出される。なお、図６において、「ＳｐＲｅｓ」は、Spatial Resolutionの意味である。また、○で囲まれた×印は、畳み込み（Convolution）の意味である。

このため、治療計画用画像生成部５２０ｂは、ＢＨ−ＰＥＴ画像をＰＥＴの空間分解能で逆畳み込みすることで、治療計画用画像を生成する（（２）式参照）。図６に示すように、治療計画用画像（左）には、ＰＥＴの空間分解能の分だけ縮められた腫瘍が描出される（図６において、点線で囲む円の内側の実線で囲む円）。この治療計画用画像に描出された腫瘍は、ＢＨ−ＰＥＴ画像に描出された腫瘍よりも真のＣＴＶにより近いといえる。なお、図６において、治療計画用画像上の点線で囲む円は、説明の便宜上表現するものである。また、「／」は、逆畳み込み（Deconvolution）の意味である。

次に、ＦＢ−ＰＥＴ画像とＩＴＶとの関係を説明する。図６に示すＦＢ−ＰＥＴ画像において、点線で囲む円が、ＦＢ−ＰＥＴ画像に描出された腫瘍に相当する。ここで、ＰＥＴ画像において、ＩＴＶは、ＰＥＴの空間分解能が畳み込まれた状態で描出される。言い換えると、ＰＥＴ画像において、ＩＴＶは、ＰＥＴの空間分解能の分だけ、真のＩＴＶよりも広がった状態で描出される。

このため、治療計画用画像生成部５２０ｂは、ＦＢ−ＰＥＴ画像をＰＥＴの空間分解能で逆畳み込みすることで、治療計画用画像を生成する（（３）式参照）。図６に示すように、治療計画用画像（右）には、ＰＥＴの空間分解能の分だけ縮められた腫瘍が描出される（図６において、点線で囲む円の内側の実線で囲む円）。この治療計画用画像に描出された腫瘍は、ＦＢ−ＰＥＴ画像に描出された腫瘍よりも真のＩＴＶにより近いといえる。なお、図６において、治療計画用画像上の点線で囲む円は、説明の便宜上表現するものである。

なお、以下、各画像と標的体積とのその他の関係を簡単に説明しておくと、まず、ＦＢ−ＰＥＴ画像をＢＨ−ＰＥＴ画像で逆畳み込みしたものは、ＣＴＶからＩＴＶを生む積分核（以下「カーネル」）に相当する（（４）式参照）。

また、ＣＴＶに（４）式に示されるＩＭカーネルを用いて畳み込みしたものは、ＩＴＶに相当する（（５）式参照）。この場合、例えば、（３）式により導出されたＩＴＶ及び（５）式により導出されたＩＴＶの一方を、他方のチェックに用いることができる。

また、ＩＴＶに、照射における設定誤差を加えたものは、ＰＴＶに相当する（（６）式参照）。なお、照射における設定誤差は、例えば病院で使用中の機器などに依存する値であるので、予め既知の値として設定されたものを用いる。なお、既知の値は、例えば、機器のベンダーが提供した値や、病院の技師が自ら測定した値などである。

図４に戻り、表示制御部５２０ｃは、Ｘ線ＣＴ画像再構成部５４２によって再構成されたＢＨ−ＣＴ画像そのものや、治療計画用画像生成部５２０ｂによってＢＨ−ＰＥＴ画像やＦＢ−ＰＥＴ画像から生成された治療計画用画像を、入出力部５１０に表示する。例えば、表示制御部５２０ｃは、図６に示したＢＨ−ＣＴ画像や、図６に示した２つの治療計画用画像を入出力部５１０に表示する。

治療計画受付部５２０ｄは、入出力部５１０に表示された治療計画用画像上で、標的体積の指定を受け付ける。例えば、治療計画受付部５２０ｄは、治療計画者から、ＢＨ−ＣＴ画像に対するＧＴＶの指定を受け付ける。すなわち、例えば、治療計画者は、モニタ上に表示されたＢＨ−ＣＴ画像を閲覧しながら、マウス操作などによりＢＨ−ＣＴ画像上に描出された腫瘍の輪郭どりを行う。治療計画受付部５２０ｄは、治療計画者によって入力された輪郭を、ＧＴＶの指定として受け付ける。

また、例えば、治療計画受付部５２０ｄは、治療計画者から、ＢＨ−ＰＥＴ画像から生成された治療計画用画像に対するＣＴＶの指定を受け付ける。すなわち、例えば、治療計画者は、モニタ上に表示された治療計画用画像を閲覧しながら、マウス操作などにより治療計画用画像上に描出された腫瘍の輪郭どりを行う。ここで、仮にＢＨ−ＰＥＴ画像そのもの対して輪郭どりを行うことを考えると、この場合、治療計画者は、ＰＥＴの空間分解能の分だけ広がった状態で描出されていることを考慮に入れようとしたとしても、結局は根拠に基づかずに曖昧な想定でＣＴＶを指定することになる。一方、本実施形態においては、ＰＥＴの空間分解能の分を計算により調整した画像が表示されるので、治療計画者は、ある程度の根拠に基づいてＣＴＶを指定することができる。

同様に、例えば、治療計画受付部５２０ｄは、治療計画者から、ＦＢ−ＰＥＴ画像から生成された治療計画用画像に対するＩＴＶの指定を受け付ける。すなわち、例えば、治療計画者は、モニタ上に表示された治療計画用画像を閲覧しながら、マウス操作などにより治療計画用画像上に描出された腫瘍の輪郭どりを行う。ＣＴＶの指定と同様、本実施形態においては、ＰＥＴの空間分解能の分を計算により調整した画像が表示されるので、治療計画者は、ある程度の根拠に基づいてＩＴＶを指定することができる。

ところで、本実施形態において、ＢＨ−ＰＥＴ画像やＦＢ−ＰＥＴ画像は、ＣＴ画像を用いた減弱補正が行われたものである。すなわち、ＰＥＴ画像再構成部５３５は、ＢＨ−ＣＴ画像を用いてＢＨ−ＰＥＴ画像の減弱補正を行い（（７）式参照）、自由呼吸下のＣＴ画像であるＦＢ−ＣＴ画像を用いてＦＢ−ＰＥＴ画像の減弱補正を行う（（８）式参照）。なお、「Ｍｕ」は、Mu−mapの意味である。

もっとも、上述したように、本実施形態においては、自由呼吸下のＣＴ画像であるＦＢ−ＣＴ画像を収集しない。そこで、ＰＥＴ画像再構成部５３５は、ＢＨ−ＣＴ画像に、（４）式で導出されたＩＭを畳み込むことで、ＦＢ−ＣＴ画像を導出する（（９）式を参照）。なお、「＊」は、畳み込み（Convolution）の意味である。

具体的には、このＦＢ−ＣＴ画像を用いたＦＢ−ＰＥＴ画像の減弱補正は、（１０）の繰り返し処理によって行われる。

まず、処理「０」及び「１」において、ＰＥＴ画像再構成部５３５は、ＢＨ−ＣＴ画像を第１の減弱補正に用いて、第１のＦＢ−ＰＥＴ画像（ＦＢ−ＰＥＴ（０））を再構成する。続いて、処理「２」において、ＰＥＴ画像再構成部５３５は、第１のＦＢ−ＰＥＴ画像をＢＨ−ＰＥＴ画像で逆畳み込みすることでＩＭカーネルを導出し、処理「３」において、ＢＨ−ＣＴ画像にＩＭカーネルを畳み込むことで、第１のＦＢ−ＣＴ画像を求める。

そして、処理「４」において、繰り返しを計数する変数「ｉ」に「１」を代入すると、処理「５」及び「６」において、ＰＥＴ画像再構成部５３５は、処理「３」において導出された第１のＦＢ−ＣＴ画像を第２の減弱補正に用いて、第２のＦＢ−ＰＥＴ画像を再構成する。続いて、処理「７」において、ＰＥＴ画像再構成部５３５は、第２のＦＢ−ＰＥＴ画像をＢＨ−ＰＥＴ画像で逆畳み込みすることでＩＭカーネルを導出し、処理「８」において、ＢＨ−ＣＴ画像にＩＭカーネルを畳み込むことで、第２のＦＢ−ＣＴ画像を求める。

ＰＥＴ画像再構成部５３５は、第１のＦＢ−ＣＴ画像と第２のＦＢ−ＣＴ画像とを比較し、収束するまで上記処理を繰り返す（例えば、２〜３回繰り返す）ことで、ＦＢ−ＣＴ画像を導出し、導出したＦＢ−ＣＴ画像を用いてＦＢ−ＰＥＴ画像の減弱補正を行う。なお、このようなＦＢ−ＣＴ画像は、実際に収集された自由呼吸ＣＴ画像ではないので、これと区別して、例えば呼吸平均ＣＴ画像などと称してもよい。

図８は、本実施形態における処理手順を示すフローチャートである。図８に示すように、まず、画像収集部５２０ａが、ＰＥＴスキャナ２００及びＸ線ＣＴスキャナ３００、その他の各部を制御し、息止め３ＤＣＴスキャン、息止め３ＤＰＥＴスキャン、自由呼吸３ＤＰＥＴスキャンを行う（ステップＳ１〜Ｓ３）。

そして、Ｘ線ＣＴ画像再構成部５４２及びＰＥＴ画像再構成部５３５が、ステップＳ１〜Ｓ３で収集された投影データを用いて、ＢＨ−ＣＴ画像、ＢＨ−ＰＥＴ画像、ＦＢ−ＰＥＴ画像を再構成し、また、治療計画用画像生成部５２０ｂが、治療計画用画像を生成する（ステップＳ４）。

その後、表示制御部５２０ｃが、ステップＳ４において生成した治療計画用画像や、ＢＨ−ＣＴ画像、ＢＨ−ＰＥＴ画像、ＦＢ−ＰＥＴ画像などの再構成画像、腫瘍位置分布画像を、必要に応じて入出力部５１０に出力する（ステップＳ５）。ここで、腫瘍位置分布画像とは、腫瘍がどのような位置に滞在分布しているのかを示す画像である。例えば、腫瘍位置分布画像は、図６に示すように、ＰＥＴ画像から解析されたプロファイル（図６において点線で示す波形）に、ＣＴＶやＩＴＶのプロファイルが重畳された図でもよい。例えば、ＣＴＶやＩＴＶのプロファイルには、矢印を用いて、実際の呼吸性移動の範囲が示されてもよい。

上述したように、本実施形態によれば、放射線治療計画者に、標的体積を指定するための適切な情報を提供することができる。すなわち、本実施形態によれば、ＣＴ画像の収集は、息止め下で行われる収集のみであるので、ＣＴ画像の画質を維持しつつ、被曝量を低減することができる。また、複数の位相や振幅の区分に投影データを振り分ける手法ではないので、ＰＥＴの収集時間や放射線治療計画の策定時間も短い。

例えば、本実施形態によれば、息止め３ＤＣＴスキャン、息止め３ＤＰＥＴスキャン、自由呼吸３ＤＰＥＴスキャンというスキャンフロー、画像再構成、及び画像解析により、腫瘍の大きさ及び動きを解析・出力し、放射線治療計画に供する情報を適切に収集することができる。ひいては、より簡単且つ確実な放射線治療計画が可能となる。

なお、実施形態は、上述した実施形態に限られるものではなく、他の異なる種々の形態にて実施することができる。

例えば、上述した実施形態においては、ＢＨ−ＣＴ画像、並びに、ＢＨ−ＰＥＴ画像及びＦＢ−ＰＥＴ画像それぞれから生成された治療計画用画像を治療計画者に提供する例を説明したが、実施形態はこれに限られるものではない。ＰＥＴ−ＣＴ装置１００は、治療計画者に標的体積を指定するための情報として、必要な情報を適宜選択して提供すればよい。

例えば、上述した実施形態においては、ＢＨ−ＰＥＴ画像から生成された治療計画用画像を表示してＣＴＶの指定を受け付ける手法を説明したが、これに限られるものではない。例えば、ＣＴＶは、ＧＴＶを参考に、別途生体検査を行うことで求められてもよい。この場合、画像収集部５２０ａは、息止め３ＤＰＥＴスキャンを省略することができる。

また、上述した実施形態においては、ＰＥＴ−ＣＴ装置１００が、治療計画用画像生成部５２０ｂ、表示制御部５２０ｃ、及び治療計画受付部５２０ｄを備える例を説明したが、実施形態はこれに限られるものではない。例えば、ＰＥＴ−ＣＴ装置１００に替わり、画像処理装置が、治療計画用画像生成部５２０ｂ、表示制御部５２０ｃ、及び治療計画受付部５２０ｄを備え、上述した各種処理を実行してもよい。この場合、例えば、画像処理装置は、ＰＥＴ−ＣＴ装置１００にて再構成されたＰＥＴ画像及びＣＴ画像を記憶部に記憶し、記憶部に記憶したこれらの画像を用いて上述した各種処理を実行すればよい。また、例えば、画像処理装置は、ＰＥＴ−ＣＴ装置１００から投影データを受け取り、自装置内でＰＥＴ画像及びＣＴ画像を再構成して、上述した各種処理を実行してもよい。ここで、画像処理装置とは、例えば、ワークステーション、ＰＡＣＳ（Picture Archiving and Communication System）の画像保管装置（画像サーバ）やビューワ、電子カルテシステムの各種装置などである。

また、ＰＥＴ−ＣＴ装置１００や画像処理装置は、必ずしも放射線治療計画を想定するものでなく、上述した減弱補正を実行するものであってもよい。この場合、例えば、ＰＥＴ−ＣＴ装置１００や画像処理装置は、記憶部と、画像再構成部とを備える。記憶部は、Ｘ線ＣＴスキャナによって息止め下で収集された投影データから再構成された息止めＣＴ画像、及び、ＰＥＴスキャナによって自由呼吸下で収集された投影データから再構成された自由呼吸ＰＥＴ画像を記憶する。また、画像再構成部は、息止めＣＴ画像を用いて自由呼吸ＰＥＴ画像の減弱補正を行う。

例えば、画像再構成部は、息止めＣＴ画像を第１の減弱補正に用いて第１の自由呼吸ＰＥＴ画像を再構成し、第１の自由呼吸ＰＥＴ画像を息止めＰＥＴ画像で逆畳み込みすることで第１のＩＭ積分核を導出し、息止めＣＴ画像に第１のＩＭ積分核を畳み込むことで第１の自由呼吸ＣＴ画像を求め、第１の自由呼吸ＣＴ画像を第２の減弱補正に用いて第２の自由呼吸ＰＥＴ画像を再構成し、第２の自由呼吸ＰＥＴ画像を息止めＰＥＴ画像で逆畳み込みすることで第２のＩＭ積分核を導出し、息止めＣＴ画像に第２のＩＭ積分核を畳み込むことで第２の自由呼吸ＣＴ画像を求める処理を、収束するまで繰り返し、減弱補正された自由呼吸ＰＥＴ画像を導出する。

また、上述した実施形態においては、３Ｄの画像を処理の対象とする例を説明したが、実施形態はこれに限られるものではなく、２Ｄの画像を処理の対象とする場合にも同様に適用することができる。

以上述べた少なくとも一つの実施形態のＰＥＴ−ＣＴ装置及び画像処理装置によれば、放射線治療計画者に、標的体積を指定するための適切な情報を提供することができる。

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。これらの実施形態は、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。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、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ものである。

１００ ＰＥＴ−ＣＴ装置
５００ コンソール装置
５２０ 制御部
５２０ａ 画像収集部
５２０ｂ 治療計画用画像生成部
５２０ｃ 表示制御部
５２０ｄ 治療計画受付部

Claims (5)

1. Ｘ線ＣＴ（Computed Tomography）スキャナによって息止め下で収集された投影データから息止めＣＴ画像を再構成し、ＰＥＴ（Positron Emission computed Tomography）スキャナによって自由呼吸下で収集された投影データから自由呼吸ＰＥＴ画像を再構成し、ＰＥＴスキャナによって息止め下で収集された投影データから息止めＰＥＴ画像を再構成する画像再構成部と、
   前記自由呼吸ＰＥＴ画像をＰＥＴの空間分解能で逆畳み込みすることで、臨床情報を含んだ第１の治療計画用画像を生成し、前記息止めＰＥＴ画像をＰＥＴの空間分解能で逆畳み込みすることで、臨床情報を含んだ第２の治療計画用画像を生成する画像生成部と、
   前記息止めＣＴ画像、前記第１の治療計画用画像、及び、前記第２の治療計画用画像を表示部に表示する表示制御部と、
   前記表示部に表示された前記第１の治療計画用画像上で、ＩＴＶ（Internal Target Volume）の指定を受け付け、前記表示部に表示された前記第２の治療計画用画像上で、ＣＴＶ（Clinical Target Volume）の指定を受け付ける治療計画受付部と
   を備えたことを特徴とするＰＥＴ−ＣＴ装置。
2. 前記画像再構成部は、前記息止めＣＴ画像を用いて前記自由呼吸ＰＥＴ画像の減弱補正を行うことを特徴とする請求項１に記載のＰＥＴ−ＣＴ装置。
3. 前記画像再構成部は、
   前記息止めＣＴ画像を第１の減弱補正に用いて第１の自由呼吸ＰＥＴ画像を再構成し、
   前記第１の自由呼吸ＰＥＴ画像を前記息止めＰＥＴ画像で逆畳み込みすることで、第１のＩＭ（Internal Margin）積分核を導出し、
   前記息止めＣＴ画像に前記第１のＩＭ積分核を畳み込むことで、第１の自由呼吸ＣＴ画像を求め、
   前記第１の自由呼吸ＣＴ画像を第２の減弱補正に用いて第２の自由呼吸ＰＥＴ画像を再構成し、
   前記第２の自由呼吸ＰＥＴ画像を前記息止めＰＥＴ画像で逆畳み込みすることで、第２のＩＭ積分核を導出し、
   前記息止めＣＴ画像に前記第２のＩＭ積分核を畳み込むことで、第２の自由呼吸ＣＴ画像を求める処理を、収束するまで繰り返し、減弱補正された自由呼吸ＰＥＴ画像を導出することを特徴とする請求項２に記載のＰＥＴ−ＣＴ装置。
4. Ｘ線ＣＴスキャナによって息止め下で収集された投影データから再構成された息止めＣＴ画像、ＰＥＴスキャナによって自由呼吸下で収集された投影データから再構成された自由呼吸ＰＥＴ画像、及び、ＰＥＴスキャナによって息止め下で収集された投影データから再構成された息止めＰＥＴ画像を記憶する記憶部と、
   前記息止めＣＴ画像を用いて前記自由呼吸ＰＥＴ画像の減弱補正を行う画像再構成部とを備え、
   前記画像再構成部は、
   前記息止めＣＴ画像を第１の減弱補正に用いて第１の自由呼吸ＰＥＴ画像を再構成し、
   前記第１の自由呼吸ＰＥＴ画像を前記息止めＰＥＴ画像で逆畳み込みすることで、第１のＩＭ積分核を導出し、
   前記息止めＣＴ画像に前記第１のＩＭ積分核を畳み込むことで、第１の自由呼吸ＣＴ画像を求め、
   前記第１の自由呼吸ＣＴ画像を第２の減弱補正に用いて第２の自由呼吸ＰＥＴ画像を再構成し、
   前記第２の自由呼吸ＰＥＴ画像を前記息止めＰＥＴ画像で逆畳み込みすることで、第２のＩＭ積分核を導出し、
   前記息止めＣＴ画像に前記第２のＩＭ積分核を畳み込むことで、第２の自由呼吸ＣＴ画像を求める処理を、収束するまで繰り返し、減弱補正された自由呼吸ＰＥＴ画像を導出することを特徴とするＰＥＴ−ＣＴ装置。
5. Ｘ線ＣＴスキャナによって息止め下で収集された投影データから再構成された息止めＣＴ画像、ＰＥＴスキャナによって自由呼吸下で収集された投影データから再構成された自由呼吸ＰＥＴ画像、及び、ＰＥＴスキャナによって息止め下で収集された投影データから再構成された息止めＰＥＴ画像を記憶する記憶部と、
   前記自由呼吸ＰＥＴ画像をＰＥＴの空間分解能で逆畳み込みすることで、臨床情報を含んだ第１の治療計画用画像を生成し、前記息止めＰＥＴ画像をＰＥＴの空間分解能で逆畳み込みすることで、臨床情報を含んだ第２の治療計画用画像を生成する画像生成部と、
   前記息止めＣＴ画像、前記第１の治療計画用画像、及び、前記第２の治療計画用画像を表示部に表示する表示制御部と、
   前記表示部に表示された前記第１の治療計画用画像上で、ＩＴＶの指定を受け付け、前記表示部に表示された前記第２の治療計画用画像上で、ＣＴＶの指定を受け付ける治療計画受付部と
   を備えたことを特徴とする画像処理装置。

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