JP7337825B2 - 自動オンザフライ陽電子放出断層撮影（ｐｅｔ）スキャン計画及び最適化 - Google Patents

Description

以下は、概して医用イメージング技術、放出イメージング技術、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）イメージング技術、単光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）イメージング技術及び関連技術に関する。

現在の臨床業務では、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）を計画するために、４つの要素、即ち、注入量、患者サイズ（例えば体格指数、即ち、ＢＭＩ）、集積時間（注入からＰＥＴスキャンまでの時間）及びテーブル位置毎のスキャン時間（又は連続テーブル移動収集の場合のテーブル移動速度）を考慮する。１つの一般的な実務では、待機時間及びテーブルの位置毎のスキャン時間を設定する際に、注入量を患者のサイズに基づいて調整（通常、患者の体重又はＢＭＩが大きいほど、より多くの注入量が投与される）して、正確な診断のための画質が保証される。別の一般的な実務では、注入量に応じて、テーブル位置毎のスキャン時間を調整する（通常、注入量が多いほど、テーブル位置毎のスキャン時間は短い）。このような実務の主な目的は、信頼できる画像再構成のために十分なカウント数と、診断のために十分な画質とを得ることである。

上記アプローチでは、ＰＥＴスキャンは、過去の患者検査からの統計データに基づいて経験的にしか最適化されない。ＰＥＴスキャンは、患者の個別のイメージングのために、即ち、特定の患者及び／又は患者が受ける特定のスキャンのために最適化されていない。具体的には、注入量較正エラー、クロック同期エラー、注入量／残留量測定エラーといった多くの変数がスキャン開始時のカウントレベルに不確実性をもたらす可能性がある。（例えばＢｏｅｌｌａａｒｄ Ｒの「Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｆｏｒ ＰＥＴ ｉｍａｇｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｄａｔａ ａｎａｌｙｓｉｓ」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、２００９年、５０（付録１)、１１Ｓ－２０Ｓ）を参照）。別の要素は、患者がフルデオキシグルコース（ＦＤＧ）の尿クリアランスに違いがあることである。したがって、同じ注入量／ＢＭＩ／待機時間であっても、ＰＥＴスキャンのカウントレベルは異なる可能性がある。短寿命の同位体では、通常の臨床ワークフローにおける通常の患者待機時間の変動によって、ＰＥＴスキャンのカウントレベルに大きな違いが生じる可能性がある。各テーブル位置でのスキャン時間は、このような変動を正確に把握せずに設定されるため、ＰＥＴ収集はこのような変動に適応していない。

一般的な実務では、患者のＢＭＩに基づいて注入量を決定するときに、他の条件は同じであると仮定して、所定のルックアップテーブルを使用する。このような実務は、上記変動に適応することができない。また、システムパフォーマンスを正確にモデル化する高度な画像再構成は、ＣＴ画像が利用可能な場合は、特定のカウントレベルにおける画質を確実に予測することができる。ＰＥＴ／ＣＴスキャンの前に、患者の最近のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像が利用可能である場合、医師は、ツールを使用して、必要がある注入量を決定することができ、これにより、十分な画質を確保しつつ、患者に必要な最小注入量を自信を持って処方することができる。例えばＺｈａｎｇ Ｊらの「ＦＤＧ Ｄｏｓｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ａ Ｎｅｘｔ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ＰＥＴ／ＣＴ Ｓｙｓｔｅｍ：Ｉｎｉｔｉａｌ Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ Ｗｈｏｌｅｂｏｄｙ Ｉｍａｇｉｎｇ」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、２０１５年５月１日、第５６巻、付録３ １８２３）に説明されているように、標準臨床プロトコルに従って複数の患者スキャンが行われた。しかし、Ｚｈａｎｇの文献では、データを遡及的に使用して、更に低減できる注入量を決定する際に、診断画質及び定量性を損なうことなく、ＦＤＧ量を最大７０％低減できることが示される。Ｚｈａｎｇ Ｊらの「Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ＰＥＴ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ：Ｈｏｗ ｆａｓｔ ｃａｎ ｗｅ ｇｏ？－Ａ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｓｔ ｍｏｄｅ ＰＥＴ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｗｉｔｈ ｔｒｕｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｃｌｅａｒ Ｍｅｄｉｃｉｎｅ、２０１７年５月１日、第５８巻、付録１ ４３５）では、患者サイズ（ＢＭＩ等）のスキャン時間への影響が研究されている。これらのアプローチは、遡及的であるか、又は、個々の患者及び／若しくは患者スキャンの典型的な臨床ワークフローの変動に適応することができない。

以下は、これらの問題を克服する新規且つ改良されたシステム及び方法について開示する。

１つの開示される態様では、非一時的コンピュータ可読媒体が、収集及び再構成方法を行うための少なくとも１つの電子プロセッサを含むワークステーションによって読み取り可能及び実行可能な命令を格納する。方法は、放出画像収集デバイスを使用して、放出イメージングデータを収集するステップを含む。収集ステップは、収集時間にわたって行われるようにスケジュールされる。方法は更に、収集ステップ中に、収集された放出イメージングデータのカウント数又はカウントレートを測定するステップと、収集ステップ中に、調整済み収集時間を生成するように、測定されたカウント数又はカウントレートに基づいて収集時間を調整するステップと、調整済み収集時間で収集ステップを停止するステップと、１つ以上の再構成画像を生成するように、調整済み収集時間にわたって収集された放出イメージングデータを再構成するステップとを含む。

別の開示される態様では、イメージングシステムが、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）デバイスと、少なくとも１つの電子プロセッサとを含む。少なくとも１つの電子プロセッサは、放出イメージングデータを収集するように、放出画像収集デバイスを制御するようにプログラムされ、収集は、収集時間にわたって行われるようにスケジュールされる。少なくとも１つの電子プロセッサはまた、収集中に、収集された放出イメージングデータのカウント数又はカウントレートを測定し、収集中に、調整済み収集時間を生成するように、測定されたカウント数又はカウントレートに基づいて収集時間を調整し、調整済み収集時間で収集を停止し、１つ以上の再構成画像を生成するように、調整済み収集時間にわたって収集された放出イメージングデータを再構成するようにプログラムされる。

別の開示される態様では、画像収集及び再構成方法が、スケジュールされた動的収集時間にわたって収集された放出イメージングデータの測定されたカウントレートに基づいて収集時間を調整するステップと、１つ以上の再構成画像を生成するように、調整済み収集時間にわたって収集された放出イメージングデータの１つ以上のフレーム又は位置を再構成するステップとを含む。

１つの利点は、異なるテーブル位置で異なる画像収集時間を使用することで、均一な画質が得られる点にある。

別の利点は、測定されたカウントレートに基づいて画像収集時間を自動的に調整することにより、画質が向上され、及び／又は、スキャン時間が短縮される点にある。

別の利点は、測定されたカウントレートを用いて潜在的な問題（例えば投与量の較正エラー、クロックの同期エラー、より長い集積時間、尿クリアランス等）を相殺して画像収集時間が計算される点にある。

別の利点は、収集のパラメータ（例えば収集時間、放射性医薬品の投与量）のスケジューリングが向上される点にある。

本開示を読み、理解すれば当業者には明らかとなるように、所与の実施形態は、前述の利点のいずれも提供しない若しくは１つ、２つ以上若しくはすべての利点を提供するか、及び／又は、他の利点を提供することができる。

本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの構成、また、様々なステップ及びステップの構成の形を取ってよい。図面は、好適な実施形態を例示するに過ぎず、本発明を限定するものと解釈されるべきではない。

図１は、一態様による画像再構成システムを図示する。 図２は、図１のシステムの例示的なフローチャートを示す。 図３は、図１のシステムの動作例を例示的に示す。 図４は、図１のシステムの別のフローチャートを例示的に示す。

既存のＣＴ／ＰＥＴワークフローでは、ＰＥＴのための放射性医薬品が投与された後、患者が静かにすることが求められる通常１時間程度の所定の時間間隔が置かれる。次に、患者はＣＴ／ＰＥＴシステム内にロードされ、ＣＴイメージングが行われて体軸方向ＦＯＶが確立され、ＰＥＴ再構成に使用される減衰マップが生成される。次に、ＰＥＴイメージングデータ収集が、単一の収集間隔として、又は、より長い体軸方向ＦＯＶでは、複数のベッド位置で段階的に行われる。放射性医薬品の投与量及び収集時間を選択する際に、医療従事者は、行われる撮像セッションのタイプの標準設定と、放射性医薬品の投与からイメージング開始までの待機期間とによって誘導され、投与量は患者の体格指数（ＢＭＩ）によって調整される。投与量及び収集時間は、信号対雑音比（ＳＮＲ）又はその他の画質メトリックスによって測定される所望の画質を提供するのに十分な数の陽電子－電子消滅イベントが確実に記録されるように設定される。

しかし、このアプローチには重大な問題がある。投与量較正エラー、タイミングエラー、患者の解剖学的形態における個人差、放射性医薬品の尿クリアランス等といった潜在的なエラー原因が数多くある。これらのエラーにより、所望レベルの画質を達成するには収集カウント数が不十分となる可能性がある。患者の個人差に対応するために、投与量にマージンを組み込むことができるが、これにより、必要以上の放射性医薬品の量となる（したがって、患者及び／又は病院従事者に対する放射線被曝が不必要に高くなる）。同様に、患者の個人差に対応するために、収集時間にマージンを組み込むことができるが、ＰＥＴ撮像セッションが必要以上に長くなる場合がある。

１つの開示する実施形態では、実際に測定されたカウントレートに基づいて、ＰＥＴイメージングデータ収集時間の「オンザフライ」調整が行われる。有利なことに、これは追加のイメージング操作を必要としない。むしろ、最初のカウントレートが、臨床イメージングデータ収集の開始時又はその近くで測定され、収集時間を調整するために使用される。１つのアプローチでは、（例えば最初の３０秒間の）初期カウントレートと収集時間との間の較正が、過去のＰＥＴイメージングデータから経験的に生成され、その後、収集時間を選択するために使用される。放射性医薬品の半減期が十分に長いことにより、カウントレートが収集時間にわたって一定であると予測することができる場合、収集時間は、初期カウントレートから推定される又は初期カウントレートで除算した目標総カウント数として推定することができる。半減期が短すぎて無視できない場合、収集時間は、Ｃｏｕｎｔｓ（ｔ）が目標総カウント数になる時間tについての次の式を解くことによって得ることができる。

ここで、Ｃ_０は、測定された初期カウントレートを表し、τは、放射性医薬品の平均寿命を表す。より精緻なアプローチでは、減衰マップ及びＰＥＴスキャナの感度行列を使用して、収集時間の決定が精緻化される。

収集時間の最適化はまた、任意選択的に空間固有にすることもできる。１つのアプローチでは、１８０°の断層撮影範囲にわたる角度ビンのカウントレートが測定され、収集時間は、すべての角度ビンが十分なデータを確実に有するように選択される。これは、特定の角度方向における患者の過度の減衰に起因する空間変動するカウントレートを考慮するのに有用である。別のアプローチでは、初期イメージングデータの高速再構成が行われて、患者の単位ボリューム当たりのカウントレートの大まかな「画像」が生成され、収集時間は、特に関心の空間領域について十分なカウントレートを確保するために選択される。

マルチベッド位置セッションの場合、各ベッド位置について初期カウントフィードバックに基づいて収集時間を調整することは、複数のベッド位置にわたって均一性を維持するのに役立つ。しかし、この開示するアプローチはまた、単一ベッド位置収集でも容易に採用される。

別の態様では、例えば１回以上の放射線治療セッション後に行われるフォローアップＰＥＴイメージング検査の場合のように、患者の過去のＣＴ画像が利用可能である場合、これを使用して、特定の患者について、より正確に投与量を調整することができる。この場合、過去の患者のスキャン及び／又は放射線セッションから患者の体重が大幅に減少していなければ、減衰マップを過去のＣＴ画像から生成して、ＰＥＴスキャナの感度行列と共に使用してカウント及び／又はカウントレートを予測することができる。患者の過去のＰＥＴ検査が利用可能であるならば、収集時間を最適化する作業は更に簡単である。具体的には、予測されたカウント又はカウントレートを目標値にシフトするように投与量を調整することができる。

高度なＰＥＴ再構成アルゴリズムは、感度、結晶／検出器／ガントリ形状等に関して、ＰＥＴシステムのパフォーマンスを正確にモデル化することができる。放射性医薬品は、患者の体内で比較的明確な摂取分布を有する。これらの２つの事前知識を利用しつつ、患者のＣＴ画像が利用可能であるならば、再構成アルゴリズムを使用して、期待画質を達成するために必要なカウントレベルを予測することができる。

幾つかの例示的な実施形態では、ＣＴ画像を使用して、所与のテーブル位置でのＰＥＴスキャンに対応するＣＴ画像の部分が特定される。患者の身体に対するＣＴ画像のこの部分の位置は、患者アトラスといったアプローチを使用して概算することができる。次に、大まかな相対的（絶対的又は正確ではない）な医薬品分布をモデル化することができる。次に、ＣＴ画像から変換された減衰マップを用いる高度な再構成においてシステムモデリングアプローチを使用して、特定のテーブル位置における患者の減衰に依存して、当該位置において収集される予想カウントの関数として、画質を予測することができる。これは、収集時間を選択するために使用できる目標総カウント数を提供するか、及び／又は、「オンザフライ」実施形態で使用して、測定された初期カウントレートに基づいて収集時間を調整するための目標総カウント数を提供することができる。

本明細書ではＰＥＴイメージングシステムについて説明しているが、開示するアプローチは、ハイブリッドＰＥＴ／コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングシステム、透過スキャン機能を備えたガンマカメラ単光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）イメージングシステム、ハイブリッドＳＰＥＣＴ／ＣＴイメージングシステム、ハイブリッドＰＥＴ磁気共鳴（ＭＲ）イメージングシステム等であってもよい。

図１を参照すると、例示的な医療イメージングシステム１０が示されている。図１に示すように、システム１０は、放出画像収集デバイス１２を含む。一例では、画像収集デバイス１２は、ＰＥＴイメージングデバイスである。他の例では、画像収集デバイス１２は、他の適切な画像収集デバイス（例えばＳＰＥＣＴ、ハイブリッドデバイス等）である。幾つかの実施形態では、放出画像収集デバイス１２とは異なるモダリティの第２の画像収集デバイス１４がある。例えば放出画像収集デバイス１２は、ＰＥＴイメージングデバイスであって、第２の画像収集デバイス１４は、ＣＴイメージングデバイスである。したがって、例示的な例では、放出画像収集デバイス１２及び第２のイメージングデバイス１４は、ハイブリッドＰＥＴ／ＣＴデバイスとして組み合わされる。患者テーブル１６が、患者を検査領域１７内にロードするように配置される。より具体的には、患者テーブル１６は、腹臥位又は仰臥位の患者を、ＰＥＴイメージングではＰＥＴスキャナ１２の検査領域内へ、ＣＴイメージングではＣＴスキャナ１４の検査領域内へと軸方向に移動させることができる。

システム１０はまた、少なくとも１つの電子プロセッサ２０、少なくとも１つのユーザ入力デバイス（例えばマウス、キーボード、トラックボール等）２２及び表示デバイス２４といった典型的なコンポーネントを有する例えばコンピュータ、ワークステーション又は他の電子データ処理デバイス１８であるイメージングデバイスコントローラを含む。イメージングデバイスコントローラ１８はまた、１つ以上の非一時的記憶媒体２６（例えば磁気ディスク、ＲＡＩＤ若しくは他の磁気記憶媒体、ソリッドステートドライブ、フラッシュドライブ、電子的に消去可能な読み取り専用メモリ（ＥＥＲＯＭ）若しくは他の電子メモリ、光ディスク若しくは他の光記憶媒体又はこれらの様々な組み合わせ等）を含むか又はこれらと動作可能に通信する。表示デバイス２４は、グラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）２８を表示する。

１つ以上の非一時的記憶媒体２６は、少なくとも１つの電子プロセッサ２０によって読み取り可能且つ実行可能で、イメージングデータを収集するようにＰＥＴイメージング収集デバイス１２を制御するＰＥＴイメージングデータ収集プロセス３０と、再構成ＰＥＴ画像を生成するように収集したＰＥＴイメージングデータを処理するＰＥＴ画像再構成方法又はプロセス３２とを行うことを含む開示する動作を行うための命令を格納する。ＰＥＴイメージングデータ収集プロセス３０は、ベッド位置について画像収集を行う。この収集は、収集時間３４にわたって行われるようにスケジュールされる。ＰＥＴイメージングデータは、収集データバッファ３６に格納される（例えば前述したような非一時的記憶媒体に格納される）。格納されたＰＥＴイメージングデータは、５１１ｋｅＶガンマ線検出イベントが検出タイムスタンプと共に格納されるリストモードデータを含む。或いは、格納されたＰＥＴイメージングデータは、２つの５１１ｋｅＶ検出イベントが所定の同時計数時間幅内で発生する場合に、当該２つのイベントは同時発生であると決定される同時計数５１１ｋｅＶガンマ線検出イベント対を含む。リストモードデータが格納されている場合、「カウント」は適切に単独（シングル）の５１１ｋｅＶ検出イベントに対応する。また、下流の処理において、リストモードデータの同時計数処理が行われる。同時計数５１１ｋｅＶ検出イベント対が格納されている場合、「カウント」は適切に１つの５１１ｋｅＶ検出イベント対に対応する。

スケジュールされる収集時間３４は、所望の画質のＰＥＴ画像が再構成されるように十分な（目標）総カウント数が確実に得られるように、患者のＢＭＩ、放射性医薬品の量、放射性医薬品の投与からＰＥＴイメージングデータ収集の開始までの待機時間窓といった様々な要素に基づいて選択される。放射性医薬品の量は、スケジュールされる収集時間にわたって目標総カウント数を提供するのに十分であると思われる最小量として選択される。最小量は、患者の放射線被爆を最小限に抑えるための臨床上の目標である。

しかし、前述したように、多数の患者固有の要因又は更には撮像セッション固有の要因によって、収集時間３４をスケジュールしたときに想定されたものとは大幅に異なるカウントレート（実施形態に応じて、シングル又は同時計数対）をもたらす可能性がある。このような要因には、非限定的な例として、放射性医薬品の放射能の変動、放射性医薬品の尿クリアランスの違い、撮像セッションのスケジュール時とイメージングデータ収集時とのＢＭＩの変化、患者間の代謝の違い等が含まれる。これらを考慮するために、収集時間調整プロセス４０（例えばＰＥＴイメージングデータ収集プロセス３０のサブルーチン又はサブプロセス）が、ＰＥＴイメージングデータバッファ３６に格納されている臨床ＰＥＴデータにおいて最初に観察されたカウントレートを利用して、収集時間３４を動的に調整する。例えば最初にスケジュールされた収集時間が、特定のカウントレートを想定して選択されている場合に、バッファ３６にある収集データについて観測された実際のカウントレートが想定されたカウントレートよりも低い場合、十分な総カウント数が確実に検出されるように収集時間３４は増加される。反対に、バッファ３６にある収集データについて観察された実際のカウントレートが想定されたカウントレートよりも高い場合、収集時間３４は短縮されて、画質を許容できないほどに下げることなく、より高速の撮像セッションが提供することができる。ＰＥＴイメージングデータ収集プロセス３０は、調整済み収集時間でイメージングデータ収集を停止する。

マルチステーションＰＥＴイメージングの場合、患者は２つ以上の連続したベッド位置において撮像されて、ＰＥＴスキャナ１２の体軸方向視野（ＦＯＶ）よりも大きい体軸方向ボリュームがスキャンされる。この場合、各ベッド位置についてスケジュールされた収集時間３４があり、収集時間調整プロセス４０は、最初に収集されたカウントレートを使用して各ベッド位置に対して行われて、各ベッド位置の収集時間３４を調整して、スケジュールされた収集時間が動的に調整される。有利なことに、これにより、各ベッド位置において、同じ目標総カウント数が確実に収集される（或いは、重要な臓器が撮像されるベッド位置ではより多くのカウント数が確実に収集される）。

収集時間調整プロセス４０が結果として収集時間を最初にスケジュールされた収集時間よりも長い時間に増加する場合、上限時間があってよい。即ち、収集時間調整プロセス４０は、上限時間よりも長く収集時間３４を増加しないように制約される。これにより、例えば放射線検査室が患者スケジュールを維持できるように、許容できないほど長い時間に撮像セッションが延長されることがない。

収集時間調整プロセス４０は、収集の最初の部分の間に観察されたカウントレートを利用する。例えばスケジュールされた収集時間が５分である場合、初期カウントレートは、このスケジュールされた５分間の収集時間の最初の１秒から１０秒の間の平均カウントレートである。例えば測定された初期カウントレートが予想よりも低い場合、収集時間を上方に調整することができる。非限定的な例として例えば６分に調整することができる。反対に、測定された初期カウントレートが予想よりも高い場合、収集時間は下方に調整することができる。非限定的な例として例えば４分に調整することができる。他の例では、ＰＥＴスキャナ１２は、全スキャンボリューム（例えばベッド位置毎に１秒）を通じて患者の概観画像を得て、各ベッド位置のカウントレートを事前に決定する。通常、１フレームあたり９０秒の収集中に１０００万カウントが予想され、これは、１秒あたり１０万カウントのカウントレートをもたらす。これは、最小ノイズ変動が１％未満でマージンが十分にある予想カウントレートを決定するのに十分である。一例では、収集時間は、

になるようにＴに設定することができる。ここで、Ｃ（Ｔ）は、期間Ｔ中に検出されたカウント数であり、５％の予想カウントノイズ変動をもたらす。

収集時間調整プロセス４０は、収集の最初の部分の間に観察されたカウントレートを利用する。このカウントレートは、幾つかの実施形態では、シングルカウントレート、つまり、５１１ｋｅＶ検出イベントのカウントレートである。或いは、このカウントレートは、幾つかの実施形態では、同時計数のカウントレート、つまり、同時計数５１１ｋｅＶ検出イベント対のカウントレートである。（ＳＰＥＣＴイメージングの場合、ＳＰＥＣＴにはＰＥＴの同時計数対と類似するものがないため、単光子イベントが臨床データを形成する。したがって、ＳＰＥＣＴのカウントレートはシングルカウントレートである）。

有利には、収集時間調整プロセス４０は、実際の臨床ＰＥＴイメージングデータ収集の最初の部分の間に観察されたカウントレートを利用する。この最初の部分は、臨床ＰＥＴイメージングデータセット全体の一部を形成するため、収集時間調整を行うために収集される追加のデータはない。更に、典型的なＰＥＴデータ収集時間は、秒から分までのオーダー又はそれ以上であるが、収集時間調整を計算するために電子プロセッサ（例えばマイクロプロセッサ）が必要とする処理は、通常、ミリ秒のオーダー又はそれよりも高速であるため、収集時間調整プロセス４０の実施は、撮像セッションに遅延を課すことはない。

図１を引き続き参照すると、ＰＥＴイメージングデータバッファ３６に格納された臨床ＰＥＴイメージングデータ（その最初の部分は、収集時間調整プロセス４０によって収集時間調整を計算するために使用された）は、ＰＥＴ画像再構成プロセス３２によって処理されて、ＰＥＴ画像が再構成される。ＰＥＴ画像再構成プロセス３２は、同時計数５１１ｋｅＶ対データに適合する任意の適切な画像再構成プロセスを採用することができる。例えばフィルタ補正逆投影法や、又は、最尤推定－期待値最大化（ＭＬＥＭ）及びサブセット化による期待値最大化（ＯＳＥＭ）といった幾つかの反復画像再構成プロセスを採用することができ、任意選択的に、エッジ保存情報（prior）又は正則化、様々な画像フィルタリング等が更に組み込まれる。結果として得られる再構成画像は、ディスプレイ２４に表示されるか又は他の方法で利用される。

図２を参照すると、画像収集及び再構成プロセス３０、３２の例示的な実施形態がフローチャートとして図示されている。ステップ１０２において、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、放出画像収集デバイス１２を制御して放出イメージングデータを収集するようにプログラムされる。放出イメージングデータの収集は、収集時間３４（図１を参照）にわたって行われるようにスケジュールされる。

ステップ１０４において、放出イメージングデータの収集中に、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、収集時間調整プロセス４０を実行して、データ収集の初期期間（例えばスケジュール収集時間が分のオーダーの場合、最初の１秒から１０秒で十分である）中に収集された放出イメージングデータのカウント数又はカウントレートを測定するようにプログラムされる。ステップ１０６において、これも放出イメージングデータの収集中に、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、収集時間調整プロセス４０を実行して、測定されたカウント数又はカウントレートに基づいて収集時間を動的に調整して、収集時間３４の調整値を生成するようにプログラムされる。一例では、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、測定時間間隔にわたってカウントレートを測定し、調整済み収集時間を、（ｉ）カウントレートから推定される又はカウントレートで除算された目標総カウント数と、（ｉｉ）最大収集時間とのうちの小さい方に設定するようにプログラムされる。半減期の短い放射性同位元素を用いたＰＥＴイメージングに適した別の例では、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、調整済み収集時間を、

によって与えられるカウント数の時間積分が目標総カウント数に到達する時間に設定するようにプログラムされる。更なる例では、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、データベース２６に格納されている過去のイメージングデータを使用して、カウントレートと収集時間との間の較正値を生成するようにプログラムされる。少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、生成された較正値を使用して収集時間を調整し、調整済み収集時間を生成するようにプログラムされる。

上記実施形態では、初期カウントレートは、総カウント数が目標総カウント数に到達するときを推定するために外挿される。別の例では、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、収集にわたる時間の関数としてカウント数を測定し、調整済み収集時間を、（ｉ）カウント数が目標総カウント数に到達する時間と、（ｉｉ）最大収集時間とのうちの小さい方に設定するようにプログラムされる。この実施形態では、総カウント数が目標総カウント数に到達したときか、又は、「タイムアウト」最大収集時間に到達したとき（どちらか短い方）に、収集は停止されるという効果がある。

他の実施形態では、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、断層撮影範囲の１８０°にわたる角度ビンのカウントレートを測定するようにプログラムされる。この場合、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、各角度ビンが予め選択されたデータ閾値を上回るデータ量を含むように収集時間を調整するようにプログラムされる。幾つかの例では、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、ビンについて測定されたカウントレートで除算されるか又は推定されるビンのイメージングデータの閾値量の積（例えば経験的に最適化された最小カウント数）として、各ビンの閾値を計算するようにプログラムされる。

更なる実施形態では、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、放出イメージングデータの収集中に、放出イメージングデータの最初に収集された部分を再構成して初期画像を生成し、初期画像の単位ボリューム当たりのカウント数又はカウントレートを決定するようにプログラムされる。この場合、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、収集時間を調整して、初期画像の単位ボリューム当たりの最小カウントレートを達成するようにプログラムされる。

図２を引き続き参照すると、ステップ１０８において、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、調整済み収集時間で放出イメージングデータの収集を停止するようにプログラムされる。

ステップ１１０において、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、ＰＥＴ画像再構成プロセス３２（図１参照）を実行して、調整済み収集時間にわたって収集された放出イメージングデータを再構成して、１つ以上の再構成画像を生成するようにプログラムされる。再構成画像は、例えば表示デバイス２４に表示されるか又はデータベース２６に格納することができる。

ステップ１１２において、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、調整ステップによって、調整済み収集時間は最大収集時間に設定されるが、最小推奨カウント数要件は依然として満たすことができない場合、ユーザが認識できる低カウント数警告を出力するようにプログラムされる。警告は、例えば表示デバイス２４に表示されるか又はスピーカ（図示せず）で音声警報として出力することができる。

上記例は、画像収集中に測定されたカウントレート（又は総カウント数）が収集時間３４を調整するために使用される「オンザフライ」の実施形態に関する。他の実施形態（任意選択的にオンザフライの態様と組み合わせることができる）では、最初にスケジュールされる収集時間３４は、患者固有の情報を利用して患者毎に設定される。幾つかのこのような実施形態では、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、（例えばＰＥＴスキャナ１２からの）放出イメージングデータの収集の開始前に、第２の画像収集デバイス（例えばＣＴスキャナ１４）を制御して、第２のイメージングデータを収集するようにプログラムされる。少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、第２のイメージングデータから減衰マップを生成するようにプログラムされる。この場合、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、少なくとも、生成された減衰マップと、放出画像収集デバイス１２の感度行列とを使用して収集のための収集時間をスケジュールするようにプログラムされる。この実施形態では、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、測定されたカウントレート、生成された減衰マップ及び放出画像収集デバイス１２の感度行列に基づいて収集時間を調整して、調整済み収集時間を生成するようにプログラムされる。更に、少なくとも１つの電子プロセッサ２０は、少なくとも、生成された減衰マップと、放出画像収集デバイス１２の感度行列とを使用して、放出画像収集デバイス１２によって撮像される患者に投与される放射性医薬品の投与量をスケジュールするようにプログラムされる。

図３は、オンザフライ収集時間調整の別の表現を図示する。図３に示すように、放射性医薬品の量の較正エラー、放出画像収集デバイス１２のクロックの同期エラー、予想よりも長い集積時間及びＦＤＧの尿クリアランスを含む潜在的な問題が、再構成画像の画質に影響を与える可能性がある。調整済み収集時間を使用すると、放出画像収集デバイス１２は、各テーブル位置において、一貫したカウントレベルでイメージングデータを収集して、高画質を保証することができる。

実施例
以下の実施例は、全身ＦＤＧ ＰＥＴ／ＣＴ検査に関するものである。ＣＴベースの減衰補正を用いる高度なＰＥＴ画像再構成では、感度、均一性、形状、不感時間、飛行時間等といったシステムパフォーマンスを正確にモデル化することができる。患者のＣＴ画像が利用可能である場合、身体のＦＤＧ分布を概算することができる。これは、既知のデータベース又は多数の代表患者検査から生成されたデータベースからのＦＤＧ分布アトラスを用いて行うことができる。この推定ＦＤＧ分布、ＣＴ画像から生成される減衰マップ及びシステムモデルを使用して、特定数のカウントが収集されるときの一般的な画質を予測することができる。このプロセスにおいて、推定ＦＤＧ分布は必ず必要なわけではないが、縦隔、肝臓等といった画質がより重要である領域を特定するのに役立つ。

患者のＣＴ画像が利用可能である場合に、予測される画質及び収集カウント数の上記推定を行う特定のＰＥＴ／ＣＴシステムを開発することができる。サイズ、カウントレベル等が分かっている多くの患者検査を分析することによって関係を確立することができる。或いは、ＣＴ画像／減衰マップ、高度画像再構成に使用されたシステムパフォーマンスモデルを使用する高速イメージングモデル又はモンテカルロシミュレーション作業を使用して、個々の患者について関係を確立することができる。推定ＦＤＧ分布を使用して、特定の患者のモデル又はシミュレーションを向上させることができる。

図４は、開示するＰＥＴ／ＣＴシステムがどのように、医師から、期待される指定画質、患者のＣＴ画像の入力を受け取り、期待画質を達成するために必要なカウント数を出力するのかを説明する。図４に示すように、期待画質、患者のＣＴ画像及び／又はＦＤＧ集積アトラスが入力として使用される。画質対カウントレベルの関係を、イメージングモデル又はシミュレーション作業を通じて確立して、特定のシステムのツールのために格納するか、又は、特定の患者毎にオンザフライで確立することができる。

開示するシステムが、ＰＥＴスキャンの各テーブル位置での自動且つオンザフライＰＥＴ計画及び最適化に使用される場合、システムは、テーブル位置での真のカウントレートを測定する。システムは、期待画質、その画質を達成するために必要な予測カウント数及び測定カウントレートの入力を受け取り、特定のテーブル位置の収集時間を計算／最適化する。

患者の投与量低減及び最小限化の応用のために、患者の最近のＣＴが利用可能である場合（ただし、患者のＢＭＩに大きな変化がない場合）、システムは、放射性医薬品の注入の前に、患者内の放射性トレーサの分布と、計画ＰＥＴスキャンの代表テーブル位置（例えば肝臓を対象とするテーブル位置）におけるカウントレートとを推定することができる。また、短寿命の放射性トレーサ（Ｒｂ－８２等）が使用される場合、ＣＴスキャンは、通常、このような放射性トレーサの注入前に行われる。システムは、計画されたＰＥＴ収集時間を使用して、必要な最適注入量を計算し、医師に最適注入量を推奨することができる。その後、医師は、イメージング検査（つまり、小病変検出）に基づいて、注入量は最小限であるが画質は保証されるという自信を持って、患者に注入する量を処方することができる。後のＰＥＴ収集において、本発明の自動オンザフライ計画応用を更に使用して、各テーブル位置で所望のカウント数が収集されることを再度確実にされて、所望の画質が達成される。

本発明は、好適な実施形態を参照して説明した。前述の詳細な説明を読んで理解すると、他の人が修正態様及び変更態様を想到することができるであろう。本発明は、添付の特許請求の範囲又はその均等物の範囲内にある限り、このようなすべての修正態様及び変更態様を含むと解釈されることが意図されている。

Claims (14)

1. 第１の画像収集デバイスを用いて収集及び再構成方法を行うための少なくとも１つの電子プロセッサを含むワークステーションによって読み取り可能及び実行可能な命令を格納する非一時的コンピュータ可読媒体であって、
   前記方法は、
   前記第１の画像収集デバイスとは異なるモダリティの第２の画像収集デバイスからイメージングデータを収集するステップと、
   前記イメージングデータから導出される減衰マップ及び前記第１の画像収集デバイスの感度行列に基づいて、収集時間のスケジュールを決定するステップと、
   続いて前記第１の画像収集デバイスを使用して、放出イメージングデータを収集する収集ステップであって、前記収集が、前記スケジュールされた収集時間にわたって行われるように最初にスケジュールされる、前記収集ステップと、
   前記収集ステップの最初の部分の間に、収集された前記放出イメージングデータのカウント数又はカウントレートを測定する測定ステップと、
   前記放出イメージングデータの収集を継続しつつ調整済み収集時間を生成するように、測定された前記カウント数又はカウントレートに基づいて前記スケジュールされた収集時間を調整する調整ステップと、
   前記調整済み収集時間で前記収集ステップを停止する停止ステップと、
   １つ以上の再構成画像を生成するように、前記調整済み収集時間にわたって収集された前記放出イメージングデータを再構成する再構成ステップと、
   を含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
2. 前記測定ステップは、測定時間間隔にわたって前記カウントレートを測定するステップを含み、
   前記調整ステップは、前記調整済み収集時間を、（ｉ）前記カウントレートから推定される目標総カウント数を収集する時間と、（ｉｉ）所定の最大収集時間とのうちの小さい方に設定するステップを含む、請求項１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
3. 前記測定ステップは、前記収集ステップの最初の部分にわたる時間の関数として前記カウント数を測定するステップを含み、
   前記調整ステップは、前記調整済み収集時間を、（ｉ）前記カウント数が目標総カウント数に到達する時間と、（ｉｉ）所定の最大収集時間とのうちの小さい方に設定するステップを含む、請求項１に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
4. 前記方法は更に、
   前記調整ステップが、前記調整済み収集時間を所定の最大収集時間に設定し、ユーザが認識可能な低カウント数警告を出力するステップを含む、請求項１又は２に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
5. 前記方法は更に、
   データベースに格納されている過去のイメージングデータを使用して、前記カウントレートと前記スケジュールされた収集時間との間の較正値を生成するステップと、
   前記調整済み収集時間を生成するように前記スケジュールされた収集時間を調整するために、生成された前記較正値を使用するステップと、
   を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
6. 前記第１の画像収集デバイスは、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）イメージングデバイスであり、前記第２の画像収集デバイスは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングデバイスである、請求項１から５のいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
7. 前記調整ステップは、前記調整済み収集時間を生成するように、測定された前記カウントレート、生成された前記減衰マップ及び前記第１の画像収集デバイスの前記感度行列に基づいて、前記スケジュールされた収集時間を調整するステップを含む、請求項６に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
8. 前記測定ステップは、断層撮影範囲の１８０°にわたる角度ビンのカウントレートを測定するステップを含み、
   前記調整ステップは、各角度ビンが、予め選択されたデータ閾値を上回るデータ量を含むように前記スケジュールされた収集時間を調整するステップを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
9. 前記測定ステップは、
   前記収集ステップの最初の部分の間に、初期画像を生成するように、前記放出イメージングデータの最初に収集された部分を再構成するステップと、
   前記初期画像の単位ボリューム当たりの前記カウント数又はカウントレートを決定するステップと、
   を含み、
   前記調整ステップは、前記初期画像にわたって単位ボリューム当たりの最小カウント数を達成するように、前記スケジュールされた収集時間を調整するステップを含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の非一時的コンピュータ可読媒体。
10. 陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）デバイスと、
    コンピュータ断層撮影（ＣＴ）イメージングデバイスと、
    少なくとも１つのプロセッサと、
    前記少なくとも１つのプロセッサによって実行可能な命令を格納する非一時的コンピュータ可読媒体と、
    を含み、
    前記少なくとも１つのプロセッサは、
    ＣＴイメージングデータを収集するために前記ＣＴイメージングデバイスを制御し、
    前記ＣＴイメージングデータから導出される減衰マップ及び前記ＰＥＴデバイスの感度行列に基づいて、収集時間のスケジュールを決定し、
    放出イメージングデータを収集するために前記ＰＥＴデバイスを制御し、前記収集が前記スケジュールされた収集時間にわたって行われるようにスケジュールされ、
    前記収集の最初の部分の間に、収集された前記放出イメージングデータのカウント数又はカウントレートを測定し、
    前記ＰＥＴデバイスを制御して前記放出イメージングデータの収集を継続しつつ調整済み収集時間を生成するように、測定された前記カウント数又はカウントレートに基づいて前記スケジュールされた収集時間を調整し、
    前記調整済み収集時間で前記収集を停止するように前記ＰＥＴデバイスを制御し、
    １つ以上の再構成画像を生成するように、前記調整済み収集時間にわたって収集された前記放出イメージングデータを再構成する、イメージングシステム。
11. 前記少なくとも１つのプロセッサは更に、
    測定時間間隔にわたって前記カウントレートを測定し、
    前記調整済み収集時間を、（ｉ）前記カウントレートから推定される目標総カウント数と、（ｉｉ）所定の最大収集時間とのうちの小さい方に設定する、請求項１０に記載のイメージングシステム。
12. 前記少なくとも１つのプロセッサは更に、
    前記収集の最初の部分にわたる時間の関数として前記カウント数を測定し、
    前記調整済み収集時間を、（ｉ）前記カウント数が目標総カウント数に到達する時間と、（ｉｉ）所定の最大収集時間とのうちの小さい方に設定する、請求項１０に記載のイメージングシステム。
13. 前記少なくとも１つのプロセッサは更に、
    データベースに格納されている過去のイメージングデータを使用して、前記カウントレートと前記スケジュールされた収集時間との間の較正値を生成し、
    前記調整済み収集時間を生成するように前記スケジュールされた収集時間を調整するために、生成された前記較正値を使用する、請求項１０から１２のいずれか一項に記載のイメージングシステム。
14. 前記少なくとも１つのプロセッサは更に、
    前記調整済み収集時間を生成するように、測定された前記カウントレート、生成された前記減衰マップ及び前記ＰＥＴデバイスの前記感度行列に基づいて前記スケジュールされた収集時間を調整する、請求項１３に記載のイメージングシステム。

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