JP6521697B2 - 核医学イメージング装置及び核医学イメージング方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、核医学イメージング装置及び核医学イメージング方法に関する。

シングルフォトンエミッションＣＴ装置（ＳＰＥＣＴ装置、ＳＰＥＣＴ: Single Photon Emission computed Tomography）や、ポジトロンエミッションＣＴ装置（ＰＥＴ装置、ＰＥＴ：Positron Emission computed Tomography）等の核医学イメージング装置では、通常、逐次近似型の画像再構成法（逐次近似法）が行なわれている。逐次近似法は、解析的な手法でないが、原理的にノイズに強いという特徴を有する画像再構成法である。逐次近似法としては、ＭＬＥＭ（Maximum Likelihood Expectation Maximization）法や、ＭＬＥＭ法のアルゴリズムを改良することで大幅に収束時間を短縮したＯＳＥＭ（Ordered Subset MLEM）法がある。

また、近年、３次元のＳＰＥＣＴ再構成において、例えば、コリメータ開口幅や、線源からコリメータ面までの距離等の物理的要因により発生する位置分解能の低下を、応答関数を用いて補正するＯＳＥＭ法が実用化されている。以下、かかる再構成方法を、コリメータ開口補正ＯＳＥＭ再構成法と記載する。

上記のコリメータ開口補正ＯＳＥＭ再構成法では、体軸方向と、体軸方向に垂直な垂直方向とで、応答関数が同じであることを前提としている。かかる前提は、パラレルホールコリメータを使用する場合であれば、有効である。しかし、例えば、頭部検査用にファンビームコリメータを使用する場合、体軸方向と垂直方向とで位置分解能の低下の程度（ボケの程度）が異なるため、上記の前提に基づくコリメータ開口補正ＯＳＥＭ再構成法を行なっても位置分解能の補正精度が低下する。

また、パラレルホールコリメータを使用する場合でも、例えば、再構成条件として設定された体軸方向のスライス厚が、検出器の体軸方向における１列分の投影データのピクセル実長と異なると、上記の前提に基づくコリメータ開口補正ＯＳＥＭ再構成法を行なっても位置分解能の補正精度が低下する。

特開２０１４−３５２０８号公報

本発明が解決しようとする課題は、位置分解能の精密な補正を行なうことができる核医学イメージング装置及び核医学イメージング方法を提供することである。

実施形態の核医学イメージング装置は、検出器と、収集部と、作成部と、画像再構成部とを備える。前記検出器は、被検体から放出されたガンマ線の入射方向を制限するコリメータが取り付けられ、当該ガンマ線の入射に応じて信号を出力する。前記収集部は、前記検出器が出力した信号に基づいて、投影データを収集する。前記作成部は、ＯＳＥＭ法又はＭＬＥＭ法を用いた逐次近似法による３次元再構成処理において位置分解能を補正するための応答関数を、前記コリメータの幾何学的構造に応じて前記被検体の体軸方向及び該体軸方向に垂直な垂直方向それぞれで別々に定義し、前記体軸方向の応答関数と前記垂直方向の応答関数とを合成した２次元応答関数を作成する。前記画像再構成部は、前記２次元応答関数を用いた前記逐次近似法により、再構成画像を生成する。

図１は、本実施形態に係るＳＰＥＣＴ装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、図１に示す検出器の一例を説明するための図である。 図３は、図１に示す検出器の別の一例を説明するための図である。 図４は、逐次近似法の一例を説明するための図である。 図５は、従来技術の一例を説明するための図である。 図６は、コリメータの幾何学的構造に応じて作成される２次元応答関数の一例を説明するための図（１）である。 図７は、コリメータの幾何学的構造に応じて作成される２次元応答関数の一例を説明するための図（２）である。 図８は、スライス厚に応じて作成される２次元応答関数の一例を説明するための図である。 図９は、スライス厚に応じた投影データの加算縮小処理の一例を説明するための図である。 図１０は、本実施形態に係るＳＰＥＣＴ装置が行なう再構成処理の一例を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、核医学イメージング装置の実施形態を詳細に説明する。なお、以下では、核医学イメージング装置がＳＰＥＣＴ装置である場合を実施形態として説明する。

（実施形態）
まず、本実施形態に係るＳＰＥＣＴ装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係るＳＰＥＣＴ装置の構成例を示すブロック図である。図１に例示するように、本実施形態に係るＳＰＥＣＴ装置は、架台装置１０と、コンソール装置２０とを有する。

架台装置１０は、被検体Ｐに投与され、被検体Ｐの生体組織に選択的に取り込まれた放射性医薬品の核種から放出されるガンマ線を計数した結果を収集する装置である。架台装置１０は、図１に示すように、天板１１と、寝台１２と、寝台駆動部１３と、検出器１４と、カメラ駆動部１６とを有する。また、検出器１４のガンマ線の入射面（以下、検出器面）には、ガンマ線の入射方向を制限するコリメータ１５が取り付けられる。なお、架台装置１０は、図１に示すように、撮影口となる空洞を有する。

天板１１は、被検体Ｐが横臥するベッドであり、寝台１２の上に配置される。寝台駆動部１３は、後述する寝台制御部２３の制御のもと、寝台１２を上下方向、長手方向、短手方向等に移動することにより、被検体Ｐを架台装置１０の撮影口内に移動させる。例えば、寝台駆動部１３は、被検体Ｐの撮影部位の中心が、有効視野（ＦＯＶ：Field Of View）の中心となる位置まで、寝台１２を移動させる。

検出器１４は、所謂、ガンマカメラであり、被検体Ｐから放出されたガンマ線の入射に応じて信号を出力する光子計数型の面検出器である。検出器１４は、ガンマ線が入射するごとに、１パルスの電気信号を出力する複数の検出素子が２次元状に配列される。例えば、検出器１４は、複数の検出素子が一列に配列された検出素子列が、被検体Ｐの体軸方向に沿って複数配列された構成となる。検出素子列の配列方向は、体軸方向に垂直な垂直方向となる。図２は、図１に示す検出器の一例を説明するための図である。

図２に示す一例では、検出器１４は、シンチレータ１４１に、複数の光電子増倍管（ＰＭＴ：Photomultiplier Tube）１４２が取り付けられることで、複数の検出素子が２次元状に配列された構成となっている。シンチレータ１４１は、ガンマ線をシンチレータ光に変換するＮａＩやＢＧＯ等であり、光電子増倍管１４２は、シンチレータ光を増倍して電気信号に変換する光センサである。なお、本実施形態は、光センサとして、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Avalanche Photodiode）を用いたシリコンフォトマルチプライアー（ＳｉＰＭ：Silicon Photomultiplier）が用いられる場合であっても良い。また、本実施形態は、検出器１４が、例えば、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）系の半導体素子片にバイアス電極と信号電極とが取り付けられることで、複数の検出素子が２次元状に配列される構成となる場合であっても良い。

また、図２に示す一例では、検出器１４の検出器面に、パラレルホールコリメータ１５１がコリメータ１５として取り付けられている。パラレルホールコリメータ１５１は、シンチレータ１４１に直角に入射するガンマ線を、主に通過させるように構成されている。

或いは、例えば、頭部検査を行なう場合、検出器１４の検出器面には、図３に例示するように、ファンビームコリメータ１５２がコリメータ１５として取り付けられる。図３は、図１に示す検出器の別の一例を説明するための図である。なお、図３の左図は、垂直方向を、図面上の左右方向とした場合の検出器１４の外観図（ファンビーム）であり、図３の右図は、体軸方向を、図面上の左右方向とした場合の検出器１４の外観図（パラレルビーム）である。

ファンビームコリメータ１５２は、図３に示すように、例えば、関心領域である頭部がＦＯＶ内となり、頭部から放出されるガンマ線が検出器１４にて高確率で検出されるように、検出器１４に取り付けられる。図３に示す焦線（Focal Line）は、ファンビームコリメータ１５２の幾何学的構造により定まる線である。また、図３に示す回転軸は、後述するカメラ駆動部１６により回転される検出器１４の回転軸である。ファンビームコリメータ１５２は、シンチレータ１４１に入射するガンマ線の入射方向を、検出器１４の垂直方向ではファンビーム状に制限し、検出器１４の体軸方向ではシンチレータ１４１の配列面に対して直角となるように制限する。

なお、本実施形態では、図１に示すように、１検出器系のＳＰＥＴ装置を一例として説明するが、本実施形態で説明する核医学イメージング方法は、２検出器系のＳＰＥＴ装置や、３検出器系のＳＰＥＣＴ装置であっても適用可能である。

図１に戻って、カメラ駆動部１６は、後述するカメラ制御部２４の制御により、検出器１４を撮影口内に沿って回転駆動させる。これにより、検出器１４は、被検体Ｐの周囲を回転して、例えば、３６０度にわたる複数の投影方向それぞれで、被検体Ｐから放出されるガンマ線の入射に応じて、信号を出力し、出力信号を後述する収集部２５に送信する。なお、カメラ駆動部１６は、各投影方向（各ビュー）において、所定の収集時間分、ガンマ線検出が行われるように、検出器１４を回転させる。

コンソール装置２０は、操作者によるＳＰＥＣＴ装置の操作を受け付けるとともに、架台装置１０によって収集されたデータを用いた再構成処理により、被検体Ｐに投与した核種（ＲＩ：Radio Isotope）の体内分布が描出された再構成画像（ＳＰＥＣＴ画像）を生成する。

具体的には、コンソール装置２０は、図１に示すように、入力部２１と、表示部２２と、寝台制御部２３と、カメラ制御部２４と、収集部２５と、作成部２６と、画像再構成部２７と、データ記憶部２８と、システム制御部２９とを有し、コンソール装置２０が有する各部は、内部バスを介して接続される。

入力部２１は、ＳＰＥＣＴ装置の操作者が各種指示や各種設定の入力に用いるマウスやキーボード等を有し、操作者から受け付けた指示や設定の情報を、システム制御部２９に転送する。

表示部２２は、操作者によって参照されるモニタであり、システム制御部２９による制御のもと、ＳＰＥＣＴ画像等を操作者に表示したり、入力部２１を介して操作者から各種指示や各種設定などを受け付けるためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示したりする。

寝台制御部２３は、寝台駆動部１３に対して制御信号を送信することで、寝台１２の移動を制御する。また、カメラ制御部２４は、カメラ駆動部１６に対して制御信号を送信することで、検出器１４の回転移動を制御する。

収集部２５は、検出器１４が出力した信号に基づいて、投影データを収集する。例えば、収集部２５は、検出器１４が出力した電気信号をデジタルデータに変換し、デジタルデータに基づいて、アンガー型位置計算処理により、ガンマ線の入射位置と、当該入射位置におけるガンマ線のエネルギー値を計算する。エネルギー値は、ある投影方向の収集時間で、検出器１４から出力された電気信号の計数値（カウント数）に応じた値となる。収集部２５は、各投影方向で、上記の処理を行って、入射位置とエネルギー値とを対応付けた投影データを収集する。

更に、収集部２５は、収集した各投影方向の投影データに対して、オフセット補正、感度補正等の前処理を行なって補正済み投影データを生成し、生成した補正済み投影データをデータ記憶部２８に格納する。例えば、収集部２５は、前処理として、ローパスフィルタであるバターワースフィルタ（Butterworth filter）を用いて、ノイズ低減処理を行なう。また、例えば、収集部２５は、ファンビームコリメータ１５２が使用されている場合、ファンビームの投影データをパラレルビームの投影データに変換する処理、所謂、ファンパラ変換を、前処理として行なう。

なお、被検体Ｐの体内で放出されたガンマ線は、体外で検出されるまでの間に体内で吸収されて減弱する。例えば、被検体ＰのＳＰＥＣＴ検査の撮影部位と同一の撮影部位のＸ線ＣＴ画像が得られている場合、収集部２５は、このＸ線ＣＴ画像を減弱マップとして用いて、投影データの減弱補正を、前処理として行なう。なお、本実施形態は、収集部２５が架台装置１０に設置される場合であっても良い。

作成部２６は、逐次近似法による３次元再構成処理において位置分解能を補正するための応答関数を作成する。なお、本実施形態に係る作成部２６が作成する応答関数については、後に詳述する。

画像再構成部２７は、データ記憶部２８から投影データ（例えば、３６０度方向分の補正済み投影データ）を読み出し、読み出した補正済み投影データを用いた逐次近似法により、再構成画像（ＳＰＥＣＴ画像）を生成する。そして、画像再構成部２７は、再構成画像をデータ記憶部２８に格納する。具体的には、画像再構成部２７は、逐次近似法として、ＭＬＥＭ（Maximum Likelihood Expectation Maximization）法やＯＳＥＭ（Ordered Subset MLEM）法を実行する。

ＭＬＥＭ法及びＯＳＥＭ法は、実際に収集された投影データ（オリジナル投影データ）と、再構成画像を再度投影処理することで生成された推定投影データとが一致するように、検出確率を用いた補正処理を逐次的に繰り返して行なうことで、確率論的に最も確からしい放射性物質の集積分布を推定して、最尤推定に収束したＳＰＥＣＴ画像を再構成する方法である。なお、ＯＳＥＭ法は、ＭＬＥＭ法による逐次過程の繰り返し回数を減らすために、複数投影方向の投影データ群を所定の数のサブセット数に分けて、個々のサブセットにて、最尤推定に収束したＳＰＥＣＴ画像を再構成する方法である。言い換えると、サブセット数が１の場合のＯＳＥＭ法は、ＭＬＥＭ法となる。

図４は、逐次近似法の一例を説明するための図である。例えば、逐次近似法では、オリジナル投影データ（図４の投影データを参照）から初期画像としてのＳＰＥＣＴ画像が、フィルタ補正逆投影法（ＦＢＰ法、ＦＢＰ：filtered back projection）等の逆投影処理により再構成される。そして、逐次近似法では、図４に示すように、初期画像を投影処理することで、推定投影データ１が生成され、推定投影データ１とオリジナル投影データとの比から重みを決定し、重み付けした推定投影データ１を逆投影処理することで再構成データである画像２が再構成される。そして、逐次近似法では、図４に示すように、画像２を投影処理することで、推定投影データ２が生成され、推定投影データ２とオリジナル投影データとの比から重みを決定し、重み付けした推定投影データ２を逆投影処理することで画像２が再構成される。かかる処理が、例えば、逐次近似回数として設定された「Ｎ」回繰り返され、図４に示すように、オリジナル投影データとの間で対応する画素ごとの画素値の比率が「１」に略収束した推定投影データＮが生成される。そして、図４に示すように、推定投影データＮを逆投影処理した画像Ｎが、確率論的に最も確からしいＳＰＥＣＴ画像として再構成される。なお、繰り返し回数や、サブセット数等は、再構成条件として、操作者から入力部２１を介して設定される。

システム制御部２９は、架台装置１０及びコンソール装置２０の動作を制御することによって、ＳＰＥＣＴ装置の全体制御を行う。具体的には、システム制御部２９は、寝台制御部２３及びカメラ制御部２４を制御することで、ガンマ線検出データの収集処理を架台装置１０に実行させる。また、システム制御部２９は、収集部２５、作成部２６及び画像再構成部２７を制御することで、コンソール装置２０における画像処理全体を制御する。また、システム制御部２９は、データ記憶部２８が記憶するデータを、表示部２２に表示するように制御する。

以上、本実施形態に係るＳＰＥＣＴ装置の全体構成について説明した。かかる構成のもと、本実施形態に係るＳＰＥＣＴ装置は、逐次近似法による３次元再構成処理において、例えば、コリメータ開口幅や、線源からコリメータ面までの距離等の物理的要因により発生する位置分解能の低下を、応答関数を用いて補正するＯＳＥＭ法を実行する。かかる再構成方法を、以下、コリメータ開口補正ＯＳＥＭ再構成法と記載する。例えば、画像再構成部２７は、コリメータ開口補正ＯＳＥＭ再構成法を、以下の式（１）により行なう。

ここで、式（１）の「ｊ」は、再構成画像の座標を示し、「ｍ」は、投影方向数を示し、「ｉ：１≦ｉ≦ｎ」は、検出器１４上の検出素子番号（画素番号）を示す。また、式（１）の右辺において、下付きの「ｊ」と上付きの「ｋ」とが添えられた「λ」は、ｋ番目の繰り返し回数の再構成画像の画素「ｊ」におけるＲＩ濃度を示す画素値を示す。また、式（１）の「ｒｘ：−ａ≦ｒｘ≦ａ」は、ＦＯＶにおける体軸方向の範囲を示し、「ｒｙ：−ａ≦ｒｙ≦ａ」は、ＦＯＶにおける垂直方向の範囲を示しめす。

また、例えば、式（１）の「ｙ_{（ｉ＋ｒｘ＋ｒｙ）}」は、検出素子番号「ｉ＋ｒｘ＋ｒｙ」での推定投影データを示し、式（１）の「Ｃ_{（ｉ＋ｒｘ＋ｒｙ）}」は、再構成画像の座標「ｊ」から放出されたガンマ線光子が検出素子番号「ｉ＋ｒｘ＋ｒｙ」に到達する割合を示す検出確率である。

そして、例えば、式（１）の「ｈ_{（ｉ＋ｒｘ＋ｒｙ）}」は、検出素子番号「ｉ＋ｒｘ＋ｒｙ」における位置分解能を補正するための応答関数「ｈ」の値である。画像再構成部２７は、ｋ番目の繰り返し回数で得た画像から、式（１）を用いて、ｋ＋１番目の画像を得る。

ここで、従来のコリメータ開口補正ＯＳＥＭ再構成法では、パラレルホールコリメータを前提としており、体軸方向と、体軸方向に垂直な垂直方向とで、応答関数が同じである。図５は、従来技術の一例を説明するための図である。

例えば、従来では、図５に示すように、体軸方向及び垂直方向の双方で、位置分解能低下によるボケの２次元分布を、同じ振幅及び半値幅となるガウス関数で表わされる応答関数「ｈ」として定義して、ボケの３次元分布を作成していた。例えば、使用しているファンビームコリメータ１５１の特性が低エネルギー高分解能（ＬＥＨＲ：Low Energy High resolution）型のコリメータの特性に近いなら、ＬＥＨＲ型コリメータの応答関数の定義式を体軸方向及び垂直方向の双方で使用していた。

かかる前提は、体軸方向及び垂直方向それぞれでガンマ線の入射方向をシンチレータ１４１に対して直角に制限するパラレルホールコリメータ１５１を使用する場合であれば、有効である。

しかし、ファンビームコリメータ１５２を使用する場合、上述したように、体軸方向と垂直方向とで制限される入射方向が異なるため、実際には、体軸方向と垂直方向とで位置分解能の低下の程度（ボケの程度）が異なる。すなわち、ファンビームコリメータ１５２は、体軸方向ではパラレルビーム、垂直方向ではファンビームという幾何学的構造（geometry）であるため、パラレルホールコリメータ１５１と比較して深さ方向の分解能の低下が少ないという特性を有するが、体軸方向の応答関数と、垂直方向の応答関数とは、同一とはならない。しかし、従来では、ファンビームコリメータ１５２を用いる場合であっても、図４に示す応答関数を用いている。このため、従来では、ファンビームコリメータ１５２を用いる場合、上記の前提に基づくコリメータ開口補正ＯＳＥＭ再構成法を行なっても位置分解能の補正が正確でない。

また、核医学イメージングでは、スライス方向に加算することにより、スライス方向の投影データのカウントが増え、Ｓ／Ｎが向上することが知られている。特に、頭部検査の場合は、スライス厚を「２〜３」とすることにより、投影データのカウントが増えてＳ／Ｎが向上するため、安定した画像が得られる。しかし、パラレルホールコリメータ１５１を使用する場合でも、例えば、再構成条件として設定された体軸方向のスライス厚が、検出器の体軸方向における１列分の投影データのピクセル実長と異なると、上記の前提に基づくコリメータ開口補正ＯＳＥＭ再構成法では、コリメータによる位置分解能の補正が正確に行えない。

このため、従来の３次元コリメータ開口補正ＯＳＥＭ再構成法では、スライス厚を「１」として計算していた。一方、ＦＢＰ法や、通常のＭＬＥＭ法やＯＳＥＭ法では、スライス厚の制約がない。しかし、上述したように、核医学イメージングでは、コリメータ開口補正法を組み込んだ３次元再構成処理においても、再構成画像のＳ／Ｎを向上させるために、スライス厚を２以上で処理できることが要望されている。

そこで、本実施形態に係るＳＰＥＣＴ装置は、位置分解能の精密な補正を行なうため、以下に説明する処理を行なう。まず、作成部２６は、位置分解能を補正するための応答関数を、被検体Ｐの体軸方向及び該体軸方向に垂直な垂直方向それぞれで独立して別々に定義し、体軸方向の応答関数と垂直方向の応答関数とを合成した２次元応答関数を作成する。そして、画像再構成部２７は、作成部２６が作成した２次元応答関数を用いた逐次近似法（ＭＬＥＭ法やＯＳＥＭ法）により、再構成画像を生成する。

具体的には、作成部２６は、コリメータ１５の幾何学的構造に応じて、体軸方向の応答関数と垂直方向の応答関数とを別々に定義して、２次元応答関数を作成する。例えば、作成部２６は、ファンビームコリメータ１５２の幾何学的構造に応じて、体軸方向の応答関数と垂直方向の応答関数とを定義して、２次元応答関数を作成する。

或いは、作成部２６は、再構成条件として設定された体軸方向のスライス厚に応じて、体軸方向の応答関数と垂直方向の応答関数とを定義して、２次元応答関数を作成する。作成部２６は、再構成条件として設定された体軸方向のスライス厚に応じて、体軸と垂直方向の応答関数と、垂直方向と同じであるがスライス厚分の距離を考慮した体軸方向の応答関数を定義して、２次元応答関数を作成する。例えば、設定されるスライス厚は、検出器１４の２列以上に該当する体軸方向の厚さである。また、かかる場合のコリメータ１５は、パラレルホールコリメータ１５１であっても、ファンビームコリメータ１５２であっても良い。ファンビームでスライス厚を考慮する場合、作成部２６は、ファンビームを考慮した体軸とパラレルビームを考慮した垂直方向の応答関数に対して、更に、スライス厚分の距離を考慮した体軸方向の応答関数を作成する。そして、画像再構成部２７は、スライス厚に該当する検出器１４の列数分の投影データを加算した加算投影データから、２次元応答関数を用いた逐次近似法により、再構成画像を生成する。

或いは、例えば、作成部２６は、コリメータ１５の幾何学的構造と、再構成条件として設定された体軸方向のスライス厚とに応じて、体軸方向の応答関数と垂直方向の応答関数とを定義して、２次元応答関数を作成する。そして、画像再構成部２７は、スライス厚に該当する検出器１４の列数分の投影データを加算した加算投影データから、２次元応答関数を用いた逐次近似法により、再構成画像を生成する。かかる場合、例えば、設定されるスライス厚は、検出器１４の２列以上に該当する体軸方向の厚さである。また、かかる場合のコリメータ１５は、パラレルホールコリメータ１５１であっても、ファンビームコリメータ１５２であっても良い。

以下、上述した処理について、図６〜図９等を用いて具体的に説明する。図６及び図７は、コリメータの幾何学的構造に応じて作成される２次元応答関数の一例を説明するための図である。

例えば、頭部検査用に、ファンビームコリメータ１５２が検出器面に取り付けられているとする。また、ファンビームコリメータ１５２の隔壁の傾き等の幾何学的構造情報が、例えば、データ記憶部２８に予め格納されているとする。作成部２６は、ファンビームコリメータ１５２の幾何学的構造情報を、データ記憶部２８から取得し、図６の上図に示すように、体軸方向の応答関数「ｇ（Ｌ）」と、垂直方向の応答関数「ｆ（Ｌ）」と定義する。なお、「Ｌ」は、直交座標系の原点から、２次元平面状の点までの距離を示す。図６に示すように、作成部２６は、ファンビームコリメータ１５２の幾何学的構造情報に応じて、補正係数の分布が異なる体軸方向の応答関数「ｇ（Ｌ）」と、垂直方向の応答関数「ｆ（Ｌ）」とを別々に定義する。

そして、作成部２６は、例えば、以下に示す式（２）を用いて、ファンビームコリメータ１５２用の２次元応答関数「ｈ（θ，Ｌ）」を補間にて作成する。

式（２）は、角度「θ」の位置にある２次元平面状の点の補正係数を、体軸方向の応答関数「ｇ（Ｌ）」と垂直方向の応答関数「ｆ（Ｌ）」とを用いた補間処理により計算することを示している。これにより、作成部２６は、図６の下図及び図７に示すように、垂直方向より、体軸方向に広く分布している２次元応答関数を作成する。ここで、作成部２６は、図７に示すように、３次元再構成空間にあるＦＯＶ内の各点から放出されたガンマ線が検出器面の複数の検出素子それぞれに入射した場合に対応する２次元応答関数を作成する。作成部２６は、図７に示すように、検出器面に近い程、分布が狭く、検出器面から遠い程、分布が広い２次元応答関数を作成する。なお、上記では、体軸方向の応答関数と、体軸に垂直な方向の応答関数とが任意に定義されていて、両者から２次元応答関数を補間して求める方法について説明した。ただし、２次元応答関数の作成方法そのものは、体軸方向と体軸に垂直な方向の分布が表現できるのであれば、上記の補間式を用いなくても良い。例えば、作成部２６は、２次元正規分布で表現できるのであれば、２次元正規分布の関数式を用いて、２次元応答関数を作成しても良い。

そして、画像再構成部２７は、上記の処理により作成されたファンビームコリメータ１５２に対応した２次元応答関数を用いて、通常のＯＳＥＭ法による３次元再構成を行なって、再構成画像を生成する。上記の処理により、ファンビームコリメータ１５２が用いられる場合にも対応して、位置分解能の精密な補正を行なうことができる。

なお、パラレルホールコリメータ１５１が検出器面に取り付けられている場合、作成部２６は、例えば、従来と同様に、パラレルホールコリメータ１５１の幾何学的構造情報に応じて、補正係数の分布が同じ体軸方向の応答関数「ｇ（Ｌ）」と、垂直方向の応答関数「ｆ（Ｌ）」とを定義して、２次元応答関数を作成する。

次に、図８及び図９を用いて、スライス厚が「２」以上に設定された場合の処理の一例について説明する。図８は、スライス厚に応じて作成される２次元応答関数の一例を説明するための図であり、図９は、スライス厚に応じた投影データの加算縮小処理の一例を説明するための図である。なお、図８では、図面上、縦方向を体軸方向とし、横方向を垂直方向として示している。

図８の（Ａ）は、パラレルホールコリメータ１５１を使用している場合に、スライス厚が「３」に設定された場合の作成部２６の処理を例示している。作成部２６は、例えば、図８の（Ａ）の左図に示す略円形の２次元応答関数を、体軸方向にスライス厚数分縮小することで、すなわち、「体軸方向に三分の一」縮小することで、図８の（Ａ）の左図に示すスライス厚「３」用の２次元応答関数を作成する。

また、図８の（Ｂ）は、ファンビームコリメータ１５２を使用している場合に、スライス厚が「３」に設定された場合の作成部２６の処理を例示している。作成部２６は、例えば、図８の（Ｂ）の左図に示す「体軸方向の分布が広がっている２次元応答関数」を、「体軸方向に三分の一」縮小することで、図８の（Ｂ）の左図に示すスライス厚「３」用の２次元応答関数を作成する。図８の（Ａ）及び図８の（Ｂ）を用いて説明した処理は、スライス厚が２以上の場合に、スライス厚分、体軸方向の応答関数のサンプリング間隔を大きくする処理と同様の処理となる。

そして、画像再構成部２７は、図９に示すように、各投影方向において、「スライス厚：１」の投影データを３つずつ加算し、更に、「スライス厚：１」となるように、体軸方向で三分の一に縮小した加算投影データを生成する。

なお、画像再構成部２７は、３次元再構成空間において、ＦＯＶの境界に位置する投影データについては、再構成画像にアーチファクトが出現することが回避するため、加算対象の範囲をＦＯＶ外にまで広げて、投影データの加算縮小処理を行なう（図７の点線矢印を参照）。また、スライス厚分の加算縮小を行なう場合、図９の下図に示すように、ＦＯＶの範囲が変更されるので、画像再構成部２７は、体軸方向に加算縮小した場合のＦＯＶの範囲を計算し、計算後のＦＯＶにおいて３次元コリメータ開口補正ＯＳＥＭ再構成法を行なう。

そして、画像再構成部２７は、図８の（Ａ）の右図に示す２次元応答関数や、図８の（Ｂ）の右図に示す２次元応答関数を用いたＯＳＥＭ法により、加算投影データから再構成画像を生成する。かかる場合、画像再構成部２７は、従来と同様に、「スライス厚：１」と同じ３次元コリメータ開口補正ＯＳＥＭ再構成法を行なう。上記の処理により、例えば、パラレルホールコリメータ１５１を用いてスライス厚が「３」とされる場合だけでなく、ファンビームコリメータ１５２を用いてスライス厚が「３」とされる場合でも、位置分解能の精密な補正を行なうことができる。

ここで、作成部２６は、上述した様々な応答関数作成処理において、最終的に、トータルカウントが「１」となるように、正規化した２次元応答関数を作成して、画像再構成部２７に通知する。なお、上記の一例では、体軸方向の応答関数と、垂直方向の応答関数とをガウス分布に類似した関数を用いて定義する場合について説明したが、本実施形態で適用可能な関数は、位置分解能の補正を行なえるのであれば、例えば、１次関数、２次関数等、任意の関数を用いることが可能である。また、本実施形態は、例えば、体軸方向と垂直方向とで同じ分布となる２次元ガウス関数を定義し、コリメータ１５の幾何学的構造やスライス厚に応じて、体軸方向と垂直方向とで振幅や半値幅を変更することで、２次元応答関数を作成する場合であっても良い。

次に、図１０を用いて、本実施形態に係るＳＰＥＣＴ装置が行なう再構成処理について説明する。図１０は、本実施形態に係るＳＰＥＣＴ装置が行なう再構成処理の一例を示すフローチャートである。なお、図１０では、検出器１４から再構成可能な投影数の信号を、収集部２５が受信した後の処理について説明する。

図１０に示すように、収集部２５は、投影データを収集する（ステップＳ１０１）。この際、収集部２５は、前処理として、必要に応じてファンパラ変換を行ない、また、バターワースフィルタ等のフィルタ処理を行なって、投影数分の投影データを生成収集する。

そして、システム制御部２９は、操作者から受け付けた情報や、ＳＰＥＣＴ装置のシステム構成等から、画像再構成処理における処理条件を設定する（ステップＳ１０２）。例えば、システム制御部２９は、繰り返し回数や、サブセット数、スライス厚等の再構成条件や、有効視野（ＦＯＶ）に関する情報を設定する。なお、サブセット数が「１」である場合、以下に説明する再構成処理は、ＭＬＥＭ法により行われることになる。

そして、画像再構成部２７は、スライス厚に応じて、スライス厚分の投影データを加算縮小して加算投影データを生成する（ステップＳ１０３）。なお、スライス厚が「１」の場合、ステップＳ１０３の処理は、省略される。また、ステップＳ１０３の処理を行なう場合、画像再構成部２７は、有効視野の情報と、スライス厚とに応じて、再構成領域を再計算して、加算対象の範囲をＦＯＶ外にまで広げる。

そして、作成部２６は、コリメータ１５の幾何学的構造や、スライス厚に応じて、体軸方向の１次元応答関数と垂直方向の１次元応答関数を定義して、２次元応答関数を作成する（ステップＳ１０４）。

そして、画像再構成部２７は、オリジナル投影データから、初期画像を設定し（ステップＳ１０５）、投影処理により推定投影データを生成し（ステップＳ１０６）、推定投影データを逆投影する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０６及びステップＳ１０７の処理は、「投影数／サブセット数」分、サブセット数分、及び、繰り返し回数分、処理が繰り返される。そして、画像再構成部２７は、再構成画像を生成する（ステップＳ１０８）。

例えば、投影方向が「１〜９」であり、繰り返し回数が「３」であり、サブセット数が「３」であるとする。かかる場合、画像再構成部２７は、「１、４、７」の投影方向の投影データを用いて、ステップＳ１０６及びステップＳ１０７の処理を３回繰り返して、３投影数分の画像を再構成する。また、画像再構成部２７は、「２、５、８」の投影方向の投影データを用いて、ステップＳ１０６及びステップＳ１０７の処理を３回繰り返して、３投影数分の画像を再構成する。そして、画像再構成部２７は、「３、６、９」の投影方向の投影データを用いて、ステップＳ１０６及びステップＳ１０７の処理を３回繰り返して、３投影数分の画像を再構成する。そして、画像再構成部２７は、これら３つの画像を合成することで、再構成画像を生成する。

そして、表示部２２は、システム制御部２９の制御により、再構成画像を表示し（ステップＳ１０９）、処理を終了する。

上述したように、本実施形態では、コリメータ１５の幾何学的構造や、スライス厚に応じて、体軸方向の応答関数と垂直方向の応答関数とを定義して、２次元応答関数を作成し、３次元コリメータ開口補正ＯＳＥＭ再構成法を行なう。これにより、本実施形態では、位置分解能の精密な補正を行なうことが可能になる。

また、本実施形態では、従来の３次元のコリメータ開口補正ＯＳＥＭ再構成法のアルゴリズムを大幅に変更することなく、コリメータ１５の幾何学的構造や、スライス厚に応じた３次元再構成処理を行なうことが可能になる。また、本実施形態では、従来の３次元のコリメータ開口補正ＯＳＥＭ再構成法のように、スライス厚の制約がなくなるので、例えば、短時間でのデータ収集が要求される場合であっても、スライス厚を２以上として、Ｓ／Ｎが向上した再構成画像を得ることができる。また、本実施形態では、スライス厚を指定できることにより、従来法で同じ範囲の再構成を行った場合より、再構成スライス数が減らせるので、処理時間の短縮を行なうことができる。

なお、上記の実施形態で説明した核医学イメージング方法は、ＳＰＥＣＴ装置とＸ線ＣＴ装置とが一体化されたＳＰＥＴ−ＣＴ装置においても適用可能である。また、上記の実施形態で説明した２次元応答関数の作成方法は、ＰＥＴ装置や、ＰＥＴ装置とＸ線ＣＴ装置とが一体化されたＰＥＴ−ＣＴ装置においても応用可能である。

例えば、上記の実施形態で説明した核医学イメージング方法で作成される２次元応答関数は、ＰＥＴ装置において被検体Ｐから放出されるガンマ線を略同時に計測した検出素子を結ぶＬＯＲ（Line of Response）に適用することが可能である。

ここで、ＰＥＴ検査では、陽電子放出核種を含む薬剤が被検体Ｐに投与され、陽電子放出核種から放出された陽電子が周囲の電子と反応して対消滅し、対消滅位置から略反対方向に放出された一対のガンマ線が、被検体Ｐから放出される。ＰＥＴ装置は、例えば、複数の検出器モジュールがリング状に配列されている検出器を有し、各検出素子（各シンチレータ結晶）にガンマ線が入射した時間から、２つのガンマ線を略同時に計測した検出素子を特定することで、ＬＯＲの特定を行なう。ＰＥＴ装置の検出器には、３次元ＦＯＶ内で多数のＬＯＲを特定するために、通常、コリメータが取り付けられていない。また、ＰＥＴ検出器の各シンチレータでガンマ線が検知される確率は、ガンマ線の入射方向（入射角度）に応じて異なり、この確率は、点広がり関数（ＰＳＦ：Point Spread Function）として定義することができる。

そこで、ＰＥＴ装置やＰＥＴ−ＣＴ装置では、作成部は、検出器におけるガンマ線の入射位置に応じて、体軸方向の点広がり関数と、垂直方向の点広がり関数とを別々に定義し、体軸方向の点広がり関数と垂直方向の点広がり関数とを合成した２次元点広がり関数を、２次元応答関数として作成する。

例えば、作成部は、特定のＬＯＲに関してガンマ線を検知するシンチレータのクリスタル構造による点広がり関数（ＰＳＦ：Point Spread Function）について、体軸に垂直な応答関数としての垂直方向の点広がり関数（Ｘ）と、体軸方向の応答関数としての点広がり関数（Ｙ）とを別々に定義し、これら２つの関数から合成した２次元の点広がり関数を作成する。作成部は、ＰＥＴ検出器の幾何学的構造から、３次元ＦＯＶ内においてＰＥＴ検出器で特定可能な複数のＬＯＲそれぞれについて、垂直方向のＳＰＦと体軸方向のＳＰＦとを定義し、これらＳＰＦを合成して２次元ＳＰＦを作成する。かかる２次元ＳＰＦにより、シンチレータのクリスタル構造による感度を簡易的な方法で近似することができる。また、ＰＥＴ装置やＰＥＴ−ＣＴ装置は、この２次元ＳＰＦを用いたＯＳＥＭ法を行なうことで、シンチレータのクリスタル構造による感度を補正したＰＥＴ画像を再構成することができる。

更に、作成部は、再構成条件として設定された体軸方向のスライス厚に応じて、体軸方向の点広がり関数と垂直方向の点広がり関数とを定義して、２次元応答関数を作成しても良い。

例えば、作成部は、複数のＬＯＲをまとめた１つのＬＯＲにより再構成を行なう際、体軸方向のスライス厚に応じて、垂直方向の点広がり関数（Ｘ）と、スライス厚分の距離を考慮した体軸方向の応答関数としての点広がり関数（Ｙ）と定義し、これら２つの関数を合成することで、複数のＬＯＲをマージした時に適用可能な２次元ＳＰＦを作成する。

例えば、体軸方向にスライス厚「３」が設定された場合、作成部は、スライス厚「１」で作成した２次元ＳＰＦを体軸方向に三分の一に縮小することで、スライス厚「３」用の２次元ＳＰＦを作成する。かかる２次元の点ＳＰＦにより、複数のＬＯＲをまとめた１つのＬＯＲにより再構成を行なう際の感度を簡易的な方法で近似することができる。そして、ＰＥＴ装置やＰＥＴ−ＣＴ装置は、複数のＬＯＲをまとめた１つのＬＯＲから、この２次元ＳＰＦを用いたＯＳＥＭ法を行なうことで、Ｓ／Ｎが向上したＰＥＴ画像を再構成することができる。

なお、上記の実施形態の説明で図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。更に、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部又は任意の一部が、ＣＰＵ及び当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、或いは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。

また、上記の実施形態で説明した核医学イメージング方法は、予め用意された核医学イメージングプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することによって実現することができる。この核医学イメージングプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。また、この核医学イメージングプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。

以上、説明したとおり、本実施形態によれば、位置分解能の精密な補正を行なうことができる。

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。

１４ 検出器
２５ 収集部
２６ 作成部
２７ 画像再構成部

Claims (11)

1. 被検体から放出されたガンマ線の入射方向を制限するコリメータが取り付けられ、当該ガンマ線の入射に応じて信号を出力する検出器と、
   前記検出器が出力した信号に基づいて、投影データを収集する収集部と、
   ＯＳＥＭ法又はＭＬＥＭ法を用いた逐次近似法による３次元再構成処理において位置分解能を補正するための応答関数を、前記コリメータの幾何学的構造に応じて前記被検体の体軸方向及び該体軸方向に垂直な垂直方向それぞれで別々に定義し、前記体軸方向の応答関数と前記垂直方向の応答関数とを合成した２次元応答関数を作成する作成部と、
   前記２次元応答関数を用いた前記逐次近似法により、再構成画像を生成する画像再構成部と、
   を備えたことを特徴とする核医学イメージング装置。
2. 前記コリメータは、ファンビームコリメータであることを特徴とする請求項１に記載の核医学イメージング装置。
3. 被検体から放出されたガンマ線の入射に応じて信号を出力する検出器と、
   前記検出器が出力した信号に基づいて、投影データを収集する収集部と、
   ＯＳＥＭ法又はＭＬＥＭ法を用いた逐次近似法による３次元再構成処理において位置分解能を補正するための応答関数を、再構成条件として設定された前記被検体の体軸方向のスライス厚に応じて前記体軸方向及び該体軸方向に垂直な垂直方向それぞれで別々に定義し、前記体軸方向の応答関数と前記垂直方向の応答関数とを合成した２次元応答関数を作成する作成部と、
   前記スライス厚に該当する前記検出器の列数分の投影データを加算した加算投影データから、前記２次元応答関数を用いた前記逐次近似法により、再構成画像を生成する画像再構成部と、
   を備えたことを特徴とする核医学イメージング装置。
4. 被検体から放出されたガンマ線の入射方向を制限するコリメータが取り付けられ、当該ガンマ線の入射に応じて信号を出力する検出器と、
   前記検出器が出力した信号に基づいて、投影データを収集する収集部と、
   ＯＳＥＭ法又はＭＬＥＭ法を用いた逐次近似法による３次元再構成処理において位置分解能を補正するための応答関数を、前記コリメータの幾何学的構造と、再構成条件として設定された前記被検体の体軸方向のスライス厚に応じて、前記体軸方向及び該体軸方向に垂直な垂直方向それぞれで別々に定義し、前記体軸方向の応答関数と前記垂直方向の応答関数とを合成した２次元応答関数を作成する作成部と、
   前記スライス厚に該当する前記検出器の列数分の投影データを加算した加算投影データから、前記２次元応答関数を用いた前記逐次近似法により、再構成画像を生成する画像再構成部と、
   を備えたことを特徴とする核医学イメージング装置。
5. 前記スライス厚は、前記検出器の２列以上に該当する前記体軸方向の厚さであることを特徴とする請求項３又は４に記載の核医学イメージング装置。
6. 前記コリメータは、パラレルホールコリメータ、又は、ファンビームコリメータであることを特徴とする請求項４に記載の核医学イメージング装置。
7. 収集部が、被検体から放出されたガンマ線の入射に応じて検出器が出力した信号に基づいて、投影データを収集し、
   作成部が、ＯＳＥＭ法又はＭＬＥＭ法を用いた逐次近似法による３次元再構成処理においてコリメータによる位置分解能の低下を補正するための応答関数を、前記コリメータの幾何学的構造に応じて前記被検体の体軸方向及び該体軸方向に垂直な垂直方向それぞれで別々に定義し、前記体軸方向の応答関数と前記垂直方向の応答関数とを合成した２次元応答関数を作成し、
   画像再構成部が、前記２次元応答関数を用いた前記逐次近似法により、再構成画像を生成する、
   ことを含むことを特徴とする核医学イメージング方法。
8. 収集部が、被検体から放出されたガンマ線の入射に応じて検出器が出力した信号に基づいて、投影データを収集し、
   作成部が、ＯＳＥＭ法又はＭＬＥＭ法を用いた逐次近似法による３次元再構成処理においてコリメータによる位置分解能の低下を補正するための応答関数を、再構成条件として設定された前記被検体の体軸方向のスライス厚に応じて前記体軸方向及び該体軸方向に垂直な垂直方向それぞれで別々に定義し、前記体軸方向の応答関数と前記垂直方向の応答関数とを合成した２次元応答関数を作成し、
   画像再構成部が、前記スライス厚に該当する前記検出器の列数分の投影データを加算した加算投影データから、前記２次元応答関数を用いた前記逐次近似法により、再構成画像を生成する、
   ことを含むことを特徴とする核医学イメージング方法。
9. 収集部が、被検体から放出されたガンマ線の入射に応じて検出器が出力した信号に基づいて、投影データを収集し、
   作成部が、ＯＳＥＭ法又はＭＬＥＭ法を用いた逐次近似法による３次元再構成処理においてコリメータによる位置分解能の低下を補正するための応答関数を、前記コリメータの幾何学的構造と、再構成条件として設定された前記被検体の体軸方向のスライス厚に応じて、前記体軸方向及び該体軸方向に垂直な垂直方向それぞれで別々に定義し、前記体軸方向の応答関数と前記垂直方向の応答関数とを合成した２次元応答関数を作成し、
   画像再構成部が、前記スライス厚に該当する前記検出器の列数分の投影データを加算した加算投影データから、前記２次元応答関数を用いた前記逐次近似法により、再構成画像を生成する、
   ことを含むことを特徴とする核医学イメージング方法。
10. 前記作成部は、前記検出器における前記ガンマ線の入射位置に応じて、前記体軸方向の点広がり関数と、前記垂直方向の点広がり関数とを別々に定義し、前記体軸方向の点広がり関数と前記垂直方向の点広がり関数とを合成した２次元点広がり関数を、前記２次元応答関数として作成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の核医学イメージング装置。
11. 前記作成部は、再構成条件として設定された前記体軸方向のスライス厚に応じて、前記体軸方向の点広がり関数と前記垂直方向の点広がり関数とを定義して、前記２次元応答関数を作成することを特徴とする請求項１０に記載の核医学イメージング装置。