WO2014034724A1

WO2014034724A1 - 脳断層動態画像解析装置

Info

Publication number: WO2014034724A1
Application number: PCT/JP2013/073007
Authority: WO
Inventors: 敏光百瀬; 友彦佐藤; 努相馬; 大輔齋藤; 美和子高橋; 慶介大垣
Original assignee: Shimadzu Corp; Fujifilm RI Pharma Co Ltd; University of Tokyo NUC
Current assignee: Shimadzu Corp; Fujifilm RI Pharma Co Ltd; University of Tokyo NUC
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2014-03-06
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Also published as: JP5996658B2; JPWO2014034724A1; US20150235358A1; US9715728B2

Description

脳断層動態画像解析装置

　本発明は、時間軸に対し連続撮像された断層画像に解析を行う断層画像解析装置に係り、特に機能画像に対して断層画像の解析を行う断層画像解析装置に関する。

　医療機関には、放射線で被検体の断層画像を撮影する放射線断層画像撮影装置が備えられている。このような放射線断層撮影装置として、例えば被検体内の放射性薬剤をイメージングするＰＥＴ(Positron Emission Tomography)装置がある。

　ＰＥＴ装置で撮影される断層画像は、被検体をある平面で裁断としたときの画像となっており、輝度によって放射性薬剤の濃度が表されている。一度の検査で一定時間内に連続的に撮像される動的断層画像を生成することで、放射性薬剤が被検体内を移動する様子が分かる。あるいは一定時間経過後に一回撮影で得られる静的断層画像により、放射性薬剤の被検体における代謝や蓄積が分かる。

　ＰＥＴ装置は、アルツハイマー病など脳に関する診断に用いられる。この様な診断の場合、被検体にラジオアイソトープでラベリングした脳内アミロイド蛋白と結合する薬剤を注射投与し、この薬剤の脳内における挙動を調べる診断が行われる。

　この様な断層画像を用いて診断を行うには、まず、被検体の脳の動的断層画像が取得される。そして、断層画像に写り込んだ脳内の特定部位の放射性薬剤濃度の一定時間内の時間変化について解析を行う。この様な解析を行うことにより、その特定部位の機能画像に基づく診断ができるようになるのである。機能画像とは、脳の様々な活動性を表した画像の総称であり、脳の溝や中空などの構造物を写し込んだ形態画像とは区別される。このとき取得される断層画像を動的ＰＥＴ画像と呼ぶことにする。

　ところで機能画像の診断を行うには、断層画像の一部位を関心部位として指定することが多い。解析は、この指定された関心部位を特定部位として行われることになる。このときに指定される関心部位としては、例えば小脳皮質などがある。脳の形状は個体差があるので、小脳皮質の形状も個体間で異なっている。したがって、関心部位は、個体の小脳皮質の形状を認識して個別に指定する必要が生じる。

　そこで、従来構成によれば、関心部位の指定を行う際に、関心部位が認識できる静的ＰＥＴ画像や形態画像が参照される。形態画像とは、脳の内部形状がイメージングされた静的断層画像である。この形態画像は、ＰＥＴ装置による撮影の前後にＭＲＩ装置やＣＴ装置などで取得されたものである。ＰＥＴ装置で取得される動的断層画像は、放射性薬剤の濃度の分布を表しているので、脳の内部形状を表した画像ではなく、関心部位の指定に使用することができない。

　つまり、従来構成においては、ＰＥＴ装置を用いた画像解析を行うにあたり、脳の内部形状が把握できる静的ＰＥＴ画像や形態画像を利用する構成となっている。その際、関心部位の設定には、被検体の脳の形状に設定する方法と被検体の脳形状を予め決められた標準脳形状に変換し、その上に予め決められた標準関心部位を設定する方法がある（例えば特許文献１参照）。

特開２００３－１９９７１５号公報

　しかしながら、従来の画像解析では、次のような問題点がある。
　すなわち、従来の画像解析では、動的ＰＥＴ撮影の他に静的ＰＥＴ撮影や形態画像の撮像を行わなければならない。従来方法によれば、動的ＰＥＴ画像の解析をするには、静的ＰＥＴ撮影や形態画像の撮影が必要なのである。つまり、それだけ診断に長い時間を要するということになる。

　また、従来方法における手動による関心部位の指定では、指定される関心部位にバラツキが生じてしまう。つまり、静的ＰＥＴ断層画像や形態画像における小脳皮質の写り込み方や、操作者のクセにより関心部位の形状や大きさがばらついてしまう。あるいは、静的ＰＥＴ断層画像や形態画像が無い場合は、動的ＰＥＴ画像から関心部位を推定しなければならない。すると、解析の結果もばらついたものとなってしまう。このように画像解析が操作者の主観に依存しているという事情は、安定的な結果を得る観点から望ましくない。

　本発明は、この様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、動的ＰＥＴ画像において簡便な操作で精度良く、結果が安定した断層画像解析装置を提供することにある。

　本発明は上述の課題を解決するために次のような構成をとる。
　すなわち、本発明に係る断層画像解析装置は、放射性薬剤の分布を示す断層画像である動的分布画像を解析する断層画像解析装置であって、標準的な脳の形状を示す標準データを予め記憶する記憶手段と、動的分布画像に写り込んだ被検体の脳の形態が標準データが示す脳の形態となるように動的分布画像の各々を変形させることにより、放射性薬剤の分布が標準化された標準化分布画像を動的分布画像の各々について生成する分布画像標準化手段と、標準データに基づいて放射性薬剤分布の時間的変化の解析を実行する解析手段とを備えることを特徴とするものである。

　また、本発明に係る解析プログラムは、コンピュータに放射性薬剤の分布を示す断層画像である動的分布画像の解析を実行させる解析プログラムであって、コンピュータを前記コンピュータに予め記憶された標準的な形状を示す標準データを読み出す標準データ読み出し手段と、動的分布画像に写り込んだ被検体の脳の形態が標準データが示す脳の形態となるように動的分布画像の各々を変形させることにより、放射性薬剤の分布が標準化された標準化分布画像を動的分布画像の各々について生成する分布画像標準化手段と、標準データに基づいて放射性薬剤分布の時間的変化の解析を実行する解析手段として機能させることを特徴とするものである。

　［作用・効果］本発明に係る断層画像解析装置は、断層画像解析に先立って、分布画像に写り込んだ被検体の脳の形態を標準データが示す脳の形態となるように動的分布画像を変形させる分布画像標準化手段を備えている。したがって本発明によれば、分布画像に写り込んだ被検体の脳について動的分布画像に相当する動的ＰＥＴ画像の他に静的ＰＥＴ画像や形態画像を取得する必要がない。これにより、従来手法と比べて本発明は被検体に対する負担を軽減することができるのである。また、これら静的ＰＥＴ画像や形態画像を参照した各種画像処理をする必要がないので解析の時間が短縮される。

　そして、本発明によれば、形態情報が無いあるいは単独では標準化できない動的分布画像を変形させることにより、標準化分布画像が動的分布画像の各々について生成され、その動的分布画像を元に形態画像から得られた関心部位の時間的濃度変化を値として取得でき構成となっている。

　また、本発明は同等の動作をコンピュータに実行させる解析プログラムおよびそれを記憶する記憶媒体という形態で実現してもよい。

　また、上述の断層画像解析装置において、被検体の動的分布画像のうちから脳の形態が認識できる選択された分布形態表示画像と標準データが示す脳の形態とを比較することにより、分布画像標準化手段が動的分布画像を変形する際に用いる変換関数を取得する変換関数取得手段を備えればより望ましい。

　［作用・効果］上述の構成は、本発明のより具体的な構成を示すものとなっている。すなわち、動的分布画像標準化手段が動的分布画像を変形する際に用いる変換関数は、変換関数取得手段により取得される。この様な構成とすることにより、本発明の断層画像解析装置は確実に動作する。

　また、上述の断層画像解析装置において、標準データ上の関心部位を予め記憶する記憶手段を備え、解析手段は、標準データ上の関心部位に相当する標準化分布画像上の相当部位について放射性薬剤分布の時間的変化の解析を実行すればより望ましい。

　［作用・効果］上述の構成によれば、変形後生成される標準化分布画像について次のような解析が行われる。すなわち、標準データ上の関心部位に相当する標準化分布画像上の相当部位について放射性薬剤分布の時間的変化を示す数値をそのまま利用して解析が実行されるのである。この様にすることで解析結果を精度良く安定なものとすることができる。従来手法によれば、形態画像を準備し、動的分布画像に対して被検体ごとに関心部位が手動で設定される。もしくは、この形態画像を用いて標準データに変換し関心部位を設定する。しかし本発明では、動的分布画像以外の形態画像を準備することなくこの関心部位の設定を自動で行うことができるので、解析時間の短縮化を実現し、かつ主観の入り込む余地がなくなり解析の結果が安定する。

　また、上述の断層画像解析装置において、解析手段の解析結果を、標準化分布画像上の相当部位における解析結果に基づき正規化する正規化手段とを備えればより望ましい。

　［作用・効果］上述の構成は、本発明のより具体的な構成を示すものとなっている。本発明のように正規化を施す構成とすれば、より柔軟で多様な画像解析が行えるようになる。

　また、上述の断層画像解析装置において、記憶手段は、放射性薬剤の時間変化のパターンを記憶し、解析手段の解析結果とパターンとを比較する比較手段を備えればより望ましい。

　また、上述の断層画像解析装置において、記憶手段は、解析手段が出力した正常脳の解析結果を記憶し、比較手段は、解析手段の解析結果と、正常脳の解析結果との比較を行えばより望ましい。

　また、上述の断層画像解析装置において、記憶手段は、解析手段が出力した過去の解析結果を記憶し、比較手段は、解析手段の解析結果と、過去の解析結果との比較を行えばより望ましい。

　［作用・効果］上述の構成は、断層画像の解析の一例を表している。本発明の構成は、多様な解析方法に応用が可能である。特に、本発明によれば、解析時に手動の動作を介する必要が少ないので、解析結果を自動的に取得することが容易となる。

　また、上述の断層画像解析装置において、標準データが示す脳の形状が動的分布画像が写り込んだ被検体の脳の形状となるような変形様式で標準データ上の関心部位を変形し、分布画像上の関心部位を取得する関心部位個別化手段を備えればより望ましい。

　［作用・効果］上述の構成によれば、標準データ上の関心部位を変形することで分布画像上の関心部位を取得する関心部位個別化手段を備えている。この様な構成とすることにより、被検体の脳内の様々な関心部位の情報簡便に知ることができる。

　本発明に係る断層画像解析装置は、断層画像解析に先立って、分布画像に写り込んだ被検体の脳の形態が標準データの示す脳の形態となるように動的分布画像を変形させる分布画像標準化手段を備えている。この様な変形動作を解析前に行うことにより、従来のように静的ＰＥＴ画像や形態画像を別に取得する必要がなく、被検体に対する負担を軽減することができる。また、本発明により、解析の時間が短縮される。また、本発明によれば、標準データ上の関心部位に相当する動的標準化分布画像上の相当部位について放射性薬剤分布の数値を自動で取得できることで、動的標準分布画像の時間的変化の解析が実行される。この様にすることで解析結果を精度良く安定なものとすることができる。

本発明に係る断層画像解析装置の全体構成を説明する機能ブロック図である。本発明に係る標準データを説明する模式図である。本発明に係る動的分布画像の形態表示画像を説明する模式図である。本発明に係る変換関数の取得原理を説明する模式図である。本発明に係る変換関数の取得原理を説明する模式図である。本発明に係る画像標準化部の動作を説明する模式図である。本発明に係る画像処理の概要を説明する模式図である。本発明に係る関心部位を説明する模式図である。本発明に係る関心部位と相当部位を説明する模式図である。本発明に係る関心部位個別化部の動作を説明する模式図である。本発明に係る関心部位個別化部の動作を説明する模式図である。

　以下、本発明を実施するための形態について説明する。

　＜断層画像解析装置が行う処理の概要＞
　実施例１に係る断層画像解析装置１は、図１に示すように、ＰＥＴ装置で撮影されたＰＥＴ画像Ｄを入力すると、種々の画像処理がなされて、動的に取得されたＰＥＴ画像Ｄに写り込んだ放射性薬剤の分布状況が異常であるかどうか画像解析部１３により判定される構成となっている。すなわち、本発明の断層画像解析装置１は、放射性薬剤の分布を示す断層画像であるＰＥＴ画像Ｄの解析を目的とするものである。

　ＰＥＴ画像Ｄとは、消滅γ線対を生じる陽電子放出型の核種によってラベリングされた化合物（放射性薬剤）を被検体に注射投与し、放射性薬剤をトレースすることで得られた断層画像である。より具体的には、放射性薬剤より生じるγ線のペアを検出することにより得られた放射性薬剤の脳内の分布状況を示す断層画像である。従って、ＰＥＴ画像Ｄは、脳内の放射性薬剤の濃度が色分けされて表示されている。

　このように、ＰＥＴ画像Ｄは、脳を横切る裁断面上の放射性薬剤の濃度分布を表している。ＰＥＴ装置での撮影では、このＰＥＴ画像Ｄの撮影が経時的に複数回に亘って行われる。したがって、断層画像解析装置１には、同じ裁断面でありつつも撮影時点の異なるＰＥＴ画像Ｄが複数枚入力されることになる。これら複数のＰＥＴ画像Ｄを時系列順に見ていくと、脳内において放射性薬剤の分布がどのように変化しているかが分かる。このような放射性薬剤分布の変化は、被検体の脳に異常があるかどうかを示していることにはなる。しかし、単にＰＥＴ画像Ｄを並べて検討しても脳が正常であるかの診断を正確に行うことは難しい。したがって、ＰＥＴ画像Ｄによる診断には本発明のような断層画像解析装置１による解析が必要となるのである。

　ところで、ＰＥＴ画像Ｄは、脳内の放射性薬剤の分布状況を表すものであるから、被検体の脳の形態が当然写り込んでいるようにも思われる。しかし実際は、必ずしもそうではない。例えば、放射性薬剤の投与直後の撮影で取得されたＰＥＴ画像Ｄには脳のほんの一部しか写り込んでいない。このようなＰＥＴ画像Ｄは、注射投与され血流に乗った放射性薬剤が脳内に十分に回り切れていない状態で撮影されたものだからである。また、ＰＥＴ画像Ｄ連写終了間際に撮影されたＰＥＴ画像Ｄにも脳の一部が写り込まないこともある。血流を通じて放射性薬剤が脳内の特定部位に蓄積してしまうことがあるからである。図１においては、動的に取得されたＰＥＴ画像Ｄのうち、脳の形態が写り込んでいるものを図示している。他の図についても同様である。

　＜断層画像解析装置の全体構成＞
　断層画像解析装置１の全体構成について説明する。断層画像解析装置１は、ＰＥＴ画像Ｄを変形して標準データに合わせるよう変形させる画像標準化部１２と、画像標準化部１２がＰＥＴ画像Ｄを変形する際に用いる変換関数Ｆを取得する変換関数取得部１１とを備えている。また、断層画像解析装置１は、標準化されたＰＥＴ画像Ｄについて放射性薬剤分布の時間変化を解析する画像解析部１３および定量解析部１４を備えている。比較部１５は、画像解析部１３の解析結果と、過去に画像解析部１３が出力した解析結果あるいは予め正常被検体についての画像解析部１３が出力した解析結果とを比較する構成である。関心部位個別化部１６は、実測の脳の関心部位の位置、範囲、大きさを取得するための構成でありその具体的構成は後述のものとする。

　主制御部２１は、各部を統括的に制御する目的で設けられている。この主制御部２１は、ＣＰＵによって構成され、各種プログラムを実行することにより、各部１１，１２，１３，１４，１５を実現している。記憶部２０は、標準的な脳の形状を示す標準データＳ，標準データＳ上の関心部位Ｑ０，Ｒ０を表すデータ、放射性薬剤の時間変化のパターンＰ，および過去に画像解析部１３が出力した解析結果など解析に必要な画像やパラメータの一切を記憶する。この他、断層画像解析装置１は、操作者の指示を入力させる入力部２２と、解析結果を出力表示する表示部２３とを備えている。主制御部２１は、本発明のコンピュータに相当する。

　＜標準データについて＞
　図２は、記憶部２０が記憶する標準的な脳の形状がデータ化された標準データＳを概念的に表したものである。標準データＳは、図２左側に示すように標準脳の形状が３次元的に表された３次元画像データとなっている。標準脳とは、脳内部位が同定できる基準となる脳の形態である。そしてこの標準データＳは、標準脳の内部の構造をも表したデータである。したがって、図２左側の標準脳をある裁断面で裁断するように２次元画像を生成すると図２右側に示すように脳の内部構造が現れる。この標準脳は、どの位置がどの構造体に当たるか既に解析がなされている。したがって、標準データＳを構成する範囲のどの部分が海馬に相当し、どの部分が小脳皮質に相当するか全て解析済みである。

　標準データＳ上の関心部位Ｑ０，Ｒ０とは、標準データＳの一部領域であり、標準脳内部の構造体の位置、範囲、大きさを表している。関心部位Ｑ０，Ｒ０は診断の目的に応じて自由に選択されることができる。例えば、関心部位Ｑ０，Ｒ０を海馬に設定してもよいし、小脳皮質に設定してもよい。

　放射性薬剤の時間変化のパターンＰは、正常な脳における放射性薬剤の時間変化のパターンＰを表す断層画像として記憶部２０に記憶されており、放射性薬剤の脳内挙動の様子が数値化されて表された１枚の断層画像となっている。記憶部２０は、これとは別に異常な脳における放射性薬剤の時間変化のパターンＰを表す画像として記憶してもいる。これらパターンＰは、標準脳の内部に放射性薬剤の脳内挙動状況を表す画素を配置することにより得られたものである。従って、パターンＰは、標準脳のパラメトリック画像である。この場合のパラメトリック画像とは、簡単に言えば、動的に取得されたＰＥＴ画像Ｄの時間的な解析結果を示す機能画像である。

　ところで、この様なパターンＰは、脳をＰＥＴ装置で実測することにより取得される。しかし、ここで問題なのは、実測された脳の動的分布画像は、標準脳の形状をしていないということである。そこで、パターンＰを生成するには、従来の方法に従えば、動的ＰＥＴ撮像の実測前後に用いる脳の形状を静的ＰＥＴ撮影やＭＲＩ装置やＣＴ装置などの形態画像の断層撮影装置で撮影して、脳内の構造体の位置、範囲、大きさを認識しなければならない静的ＰＥＴ画像や形態画像により実測の脳の形状が分かるので、実測の脳の形状を標準脳の形状にする変形様式が取得できる。したがって、ＰＥＴ装置で得られた断層画像も同じ変形様式で変形させれば、断層画像に写り込む脳は、標準脳の形状に変形するのである。また、後述の画像標準化部１２を動作させることによって、静的ＰＥＴ撮影や形態画像撮影を撮影しないでパターンＰを取得することもできる。

　＜断層画像解析装置の動作＞
　続いて、断層画像解析装置の動作について説明する。本発明の最大の特徴は、関心部位と特定するための静的ＰＥＴ撮影や形態画像撮影をＰＥＴ撮影前後に個別に行わなくても動的ＰＥＴ撮像単独で断層画像解析が完結することにある。この構成について詳しく説明する。まず、ＰＥＴ装置で撮影されたＰＥＴ画像Ｄは、変換関数取得部１１に送出される。変換関数取得部１１は、ＰＥＴ画像Ｄおよび標準データＳを基にＰＥＴ画像Ｄに写り込んだ被検体の脳の形状を標準データの形状に変形させるような変換関数Ｆを取得する。

　＜変換関数取得部の動作＞
　変換関数取得部１１は、動的ＰＥＴ撮影による裁断面が同一となっている複数のＰＥＴ画像Ｄのうちから脳の形態を表している適切な画像セットを選んで加算平均し、ＰＥＴ装置で実測された脳の形状を示す分布形態表示画像Ｄ１を生成する。この分布形態表示画像Ｄ１は、図３に示すように、脳の形状がはっきりと現れた画像となっている。変換関数取得部１１がＰＥＴ画像Ｄを選択する際に指標となるのは、例えば放射性薬剤の注射から撮影までにかかった時間である。放射性薬剤を注射すると、ある一定の時間で放射性薬剤が脳の全体に行き渡ることが知られている。変換関数取得部１１は、この時間前後に撮影されたＰＥＴ画像Ｄを合計して分布形態表示画像Ｄ１を生成するのである。この分布形態表示画像Ｄ１は、ＰＥＴ装置で実測された脳の形態を表している。

　変換関数取得部１１は、この分布形態表示画像Ｄ１を利用して変換関数を取得するのであるが、この原理について説明する。図４左側は、標準脳が写り込んだ標準データＳを表している。このとき標準データＳは、説明の便宜上、断層画像で表すことにする。そして、図４右側は、ＰＥＴ装置で実測された脳の構造画像が写り込んだ仮想上の画像Ａである。この仮想上の画像Ａは、従来静的ＰＥＴ撮影や形態画像撮影で得られるものである。しかし、本発明では、静的ＰＥＴ撮影や形態画像撮影を行わないので、実際に得られる画像ではない。このような事情があるので、図４では仮想上の画像Ａを破線で表すことにする。

　確かに、ＰＥＴ装置の撮影では、仮想上の画像Ａを得ることはできない。しかし、ＰＥＴ装置であっても脳の形態を取得することはできる。分布形態表示画像Ｄ１は、まさにこのＰＥＴ装置で実測された脳の形態を表している。ということは、図５に示すように、分布形態表示画像Ｄ１に写り込んだ脳の形態を標準データＳが示す脳の形態に変換する変換関数Ｆを考えることができる。変換関数取得部１１は、動的に取得されたＰＥＴ画像Ｄから脳の形態が認識できるものが選択された分布形態表示画像Ｄ１に写り込んだ被検体の脳の形態と標準データＳが示す脳の形態とを比較することにより、分布形態表示画像Ｄ１に写り込んだ被検体の脳の形態を標準データＳの形態に変形させるような変換関数Ｆを取得する。この変換関数Ｆを分布形態表示画像Ｄ１に作用させると、図６に示すように、画像に写り込む脳が標準脳の形状に変形する。つまり、変換関数Ｆは、脳の形態を標準化することができる関数である。

　＜変換関数の意義＞
　例えばＰＥＴ画像Ｄに海馬の断面が含まれているものとする。海馬は、ＰＥＴ画像Ｄの内部のいずれかに位置しているのであるが、ＰＥＴ画像Ｄを見ても、どの部分が海馬であるかが分からない。ＰＥＴ画像Ｄは、放射性薬剤の分布を表したにすぎないからである。いま、ＰＥＴ画像Ｄに変換関数Ｆを作用させると、ＰＥＴ画像Ｄ上の脳全体の形態が変形されて標準脳の形態になるのに合わせて、ＰＥＴ画像Ｄ上の海馬に当たる部分も同じように変形される。しかし、ＰＥＴ画像Ｄに変換関数Ｆを作用させて生成された標準化ＰＥＴ画像Ｅだけ眺めても画像上の海馬の位置を推量することは難しい（図６参照）。

　しかし、標準脳における海馬の位置は、予め分かっている。標準脳は、脳の内部構造が分かるＭＲＩ画像などの他の形態画像より生成されたものだからである。一方、標準化ＰＥＴ画像Ｅには、標準脳の形態をした脳が写り込んでいる。この標準化ＰＥＴ画像Ｅは、いわば、ＰＥＴ装置で撮影した脳が仮に標準脳の形状をしていたとしたときのＰＥＴ画像なのである。ということは、標準脳において海馬がある位置と同一の位置にある標準化ＰＥＴ画像Ｅ上の領域には、他ならぬ海馬が位置しているのである。この様に海馬などの構造体の位置を標準脳上で予め決めておけば、ＰＥＴ装置で実測された脳について海馬の位置を知ることができるようになるのである。

　＜画像標準化部の動作＞
　変換関数Ｆは、画像標準化部１２に送出される。画像標準化部１２は、動的なＰＥＴ画像Ｄの各々に変換関数Ｆを作用させて標準化ＰＥＴ画像ＥをＰＥＴ画像Ｄの各々について生成する。これにより、ＰＥＴ画像Ｄの各々に写り込んだ被検体の脳の形態は標準データＳが示す脳の形態となるようにＰＥＴ画像Ｄの変形が行われ、放射性薬剤の分布が標準化される。標準化ＰＥＴ画像Ｅを対応するＰＥＴ画像Ｄの撮影順に見ていけば、ＰＥＴ装置の撮影に用いた脳が仮に標準脳の形状となっていたときの放射性薬剤の分布の推移を知ることができる。ところで動的に取得されたＰＥＴ画像Ｄには、脳の全体像が写り込んでいるものと写り込んでいないものとがある。ということは、画像標準化部１２は、被検体の脳の形態が写り込んだＰＥＴ画像Ｄ及び被検体の脳の形態が写り込んでいないＰＥＴ画像Ｄを含む撮影時点の異なるＰＥＴ画像Ｄに対して変形を施すことになる。

　＜画像解析部の動作＞
　複数の標準化ＰＥＴ画像Ｅは、画像解析部１３に送出される。画像解析部１３は、脳全体の放射性薬剤の濃度変化を表したパラメトリック画像Ｐａを生成することで標準化ＰＥＴ画像Ｅについての画像解析を行う。すなわち、画像解析部１３は、図７に示すようなパラメトリック画像Ｐａを生成する。このパラメトリック画像Ｐａは、標準化ＰＥＴ画像Ｅを構成する画素ごとに例えば次のような解析を行うことで生成される。まず、動的なＰＥＴ画像Ｄに対応する標準化ＰＥＴ画像Ｅを構成する画素のうち、健常・疾患に関わらず同じ挙動を示す参照部位と異なる挙動を示す目的部位について画素値を撮影時点ごとに取得し、時間積分の数学的な手法によりこれらを撮影時点と関連させてグラフ上にプロットする。このプロットを一次近似させたときの傾きを調べることにより、目的部位が健常部位か疾患部位であるかを知ることができる。

　関心部位Ｒ０のデータはそのままに、関心部位Ｒ０の代わりにＰＥＴ画像を構成する全ての画素ごとに一次近似直線の傾きを生成し、その傾きを画素の位置に応じて配列すると直線の傾きの大きさで標準脳（より正確には標準化された実測の脳）が色分けされたパラメトリック画像Ｐａを生成することができる。したがって、パラメトリック画像Ｐａは、１つの裁断面に対して１つしか取得されない。

　なお、画像解析部１３は、このパラメトリック画像Ｐａを生成する際に、記憶部２０が記憶する関心部位Ｑ０を使用することができる。すなわち、画像解析部１３は、関心部位Ｑ０を用いて標準化された標準化ＰＥＴ画像Ｅを解析することで、パラメトリック画像Ｐａを生成するのである。この標準化ＰＥＴ画像Ｅは、複数枚取得され、動的な画像となっている。図８は、画像解析部１３が動作する際に参照する関心部位Ｑ０を模式的に表している。この関心部位Ｑ０は、標準脳における特定の部位である。画像解析部１３は、標準脳を表す標準データＳの関心部位Ｑ０と同一の位置にある分布形態表示画像Ｄ１上の相当部位を認識して、相当部位をリファレンスに設定する。そして、画像解析部１３は、リファレンスを基準に動的な標準化ＰＥＴ画像Ｅを画素ごとに解析することでパラメトリック画像Ｐａを生成する。この動作を正規化と呼ぶことにする。すなわち、画像解析部１３は、自らの解析結果を、標準化分布画像上の相当部位における解析結果に基づき正規化する。アルツハイマー病診断の場合、関心部位Ｑ０は、標準脳の小脳皮質に相当する部位が選択される。画像解析部１３は、本発明の正規化手段に相当する。

　このように画像解析部１３は、標準データＳ上の関心部位Ｑ０に相当する動的な標準化ＰＥＴ画像Ｅ上の相当部位について放射性薬剤分布の時間的変化の解析を実行することができる。

　＜定量解析部の動作＞
　パラメトリック画像Ｐａは、画像の定量解析を行う定量解析部１４に送出される。定量解析部１４が行う具体的な動作について説明する。定量解析部１４は、画像解析部１３より正規化後のパラメトリック画像Ｐａを取得する。そして、定量解析部１４は、記憶部２０より関心部位Ｒ０を表すデータを一連の操作で自動的に読み出す。

　図９左側は、定量解析部１４が動作する際に参照する関心部位Ｒ０を模式的に表している。この関心部位Ｒ０は、標準脳における特定の部位である。定量解析部１４は、標準脳を表す標準データＳの関心部位Ｒ０と同一の位置にあるパラメトリック画像Ｐａ上の相当部位Ｒ１を認識して（図９右側参照），相当部位Ｒ１における代表値を取得する。ここで、相当部位Ｒ１における代表値は、相当部位Ｒ１内を代表する値であって、例えば相当部位Ｒ１内の画素値の平均値、あるいは相当部位Ｒ１内の画素値の最大値などで良い。定量解析部１４は、取得した画素値を基に相当部位Ｒ１内部における代表値を数値化する。この数値に基づいてＰＥＴ画像Ｄに写り込んだ放射性薬剤の分布状況が異常であるかどうか判定できる。なお、ここではパラメトリック画像Ｐａから相当部位Ｒ１における代表値を取得する態様について説明したが、標準化ＰＥＴ画像Ｅ上の画素ごとの放射能濃度に基づいて相当部位Ｒ１における放射能濃度の代表値を取得し、その値を用いて傾き値を調べ、相当部位Ｒ１内における代表値を取得するようにしても良い。

　このときの関心部位Ｒ０は、特に限定されない。例えば、関心部位Ｒ０は、標準脳における海馬の部位として設定することができる。

　このように、定量解析部１４は、標準データＳ上の関心部位Ｒ０に相当するパラメトリック画像Ｐａ上の相当部位Ｒ１について定量解析を実行する。この動作は、標準化ＰＥＴ画像Ｅ上の相当部位について放射性薬剤分布の時間的変化の解析を実行するということでもある。

　＜比較部の動作＞
　また、正規化後のパラメトリック画像Ｐａは、比較部１５に送出される。比較部１５は、記憶部２０に記憶された過去の解析結果に関するパラメトリック画像Ｐａを読み出して、これらの差分を取得するなどして両画像の比較を一連の操作で自動的に行う。仮に、同一の被検体に対してこの様な比較を行えば、被検体の脳の病変の進行を知ることができる。また、異なる被検体に対してこの様な比較を行えば、被検体同士の比較が容易となる。

　また、比較部１５は、記憶部２０が記憶するパターンＰを用いて動作するようにしてもよい。すなわち、比較部１５は、記憶部２０から正常脳の解析結果であるパターンＰおよび異常脳の解析結果であるパターンＰを読み出して、ある特定の領域についてパラメトリック画像Ｐａとの相関を算出する。各パターンＰは、パラメトリック画像となっているので、パラメトリック画像Ｐａと容易に比較をすることができる。比較部１５の判定によりパラメトリック画像Ｐａが正常脳のパターンＰよりも異常脳のパターンＰに相関があるとされた場合は、被検体の脳に異常が生じているものと診断できる。具体的な動作としては、比較部１５は各パターンＰの関心部位Ｒ０における代表値を取得してこれら結果を比較する。この様にしてパラメトリック画像Ｐａに写り込む脳が正常であるかどうかの判断がなされる。

　また、比較部１５は、その他のパラメトリック画像を用いて今回取得したパラメトリック画像Ｐａの解析を行うようにしてもよい。

　＜関心部位個別化部の動作＞
　関心部位個別化部１６は、ＰＥＴ装置で実測された脳の形態に則して関心部位Ｑ０，Ｒ０を変形させることにより、実測の脳における関心部位の形状を推定する目的で設けられている。関心部位個別化部１６は、標準化された関心部位の形状を実測の脳に当てはめて個別化する機能を有している。

　関心部位個別化部１６は、変換関数取得部１１より変換関数Ｆを取得する。そして、関心部位個別化部１６は、変換関数Ｆの逆関数である逆変換関数Ｆ^－１を求める。この逆変換関数Ｆ^－１は、例えば、図１０に示すように標準化ＰＥＴ画像Ｅに作用させると、ＰＥＴ画像Ｄが出力されるような関数である。

　関心部位個別化部１６は、記憶部２０より関心部位Ｑ０，Ｒ０を表すデータを取得し、このデータに逆変換関数Ｆ^－１を作用させる。すると、図１１に示すように標準脳における一部分を表していた関心部位Ｒ０が変形されて、ＰＥＴ装置で実測した脳における領域Ｒａとなる。関心部位Ｒ０が海馬を示していたとすると、領域Ｒａは、ＰＥＴ装置で実測した脳内における実際の海馬の位置、範囲、大きさを表している。このように関心部位個別化部１６により、脳内の構造体の実際の形状を推測することができるようになるのである。

　このように関心部位個別化部１６は、標準データＳが示す脳の形状がＰＥＴ画像Ｄに写り込んだ被検体の脳の形状となるような変形様式で標準データＳ上の関心部位Ｑ０，Ｒ０を変形し、ＰＥＴ画像Ｄ上の関心部位を取得する。

　以上のように、本発明に係る断層画像解析装置１は、断層画像解析に先立って、ＰＥＴ画像Ｄに写り込んだ被検体の脳の形態が標準データＳの示す脳の形態となるようにＰＥＴ画像Ｄを変形させる画像標準化部１２を備えている。したがって本発明によれば、ＰＥＴ画像Ｄに写り込んだ被検体の脳について脳の形態を知るための静的ＰＥＴ画像や形態画像などを取得する必要がない。これにより、従来手法と比べて本発明は被検体に対する負担を軽減することができるのである。また、標準脳から得られた関心部位を動的な標準化ＰＥＴ画像Ｅに適用する画像解析部１３を備えることで、形態画像などを参照した各種画像処理をする必要がないので解析の時間が短縮される。

　また、本発明によれば、変形後生成される標準化ＰＥＴ画像Ｅについて次のような解析が行われる。すなわち、標準データＳ上の関心部位Ｒ０に相当する標準化ＰＥＴ画像Ｅ上の相当部位Ｒ１について放射性薬剤分布の時間的変化の解析が一連の動作で自動的に実行されるのである。この様にすることで解析結果を精度良く安定なものとすることができる。従来手法によれば、ＰＥＴ画像Ｄに対して関心部位は手動で設定される。この様な構成であれば、脳内の構造体の範囲分けが安定して行なえず、動的ＰＥＴ画像の解析が不可能である。しかし本発明では、この関心部位の設定を自動で行うことができ、動的ＰＥＴ画像において関心部位内の経過時間による時間変化を自動的に取得でき、その時間変化データを直接画像解析でパラメトリック画像を得ることができるので、解析に主観の入り込む余地がなくなり高精度で解析の結果が安定する。

　また、上述の構成によれば、標準データＳ上の関心部位を変形することでＰＥＴ画像Ｄ上の関心部位を取得する関心部位個別化部１６を備えている。この様な構成とすることにより、被検体の脳の間で異なる関心部位の形状を簡便に知ることができる。

　本発明は、上述の構成に限られず、下記のように変形実施することもできる。

　（１）上述では、変換関数Ｆは２次元画像を縦横に変形するような関数であった。本発明はこの構成に代えて変換関数Ｆを３次元ボクセルデータとして縦横高さ方向に変形するような関数としてもよい。上述の説明では、ＰＥＴ画像Ｄは、ある位置平面上の画像となっていたが、実は、ＰＥＴ装置を用いた撮影では、一度の撮影でＰＥＴ画像Ｄが互いに平行な異なる裁断面上に複数取得される。従って、ＰＥＴ画像Ｄの各々を対応する裁断面上に配置すれば、放射性薬剤が３次元的に配列されたボクセルデータを取得することができるのである。ＰＥＴ画像Ｄは、異なる時点で繰り返し撮影されることからすると、ＰＥＴ装置を用いた撮影によって、異なる時点における放射性薬剤が３次元的に配列された複数のボクセルデータが取得できることになる。

　この様な変形例における変換関数取得部１１の動作について説明する。変換関数取得部１１は、撮影時点が異なる複数のボクセルデータのうちから適当なものを選んで合計し、ＰＥＴ装置で実測された脳の立体形状を取得する。変換関数取得部１１がボクセルデータを選択する際に指標となるのは、放射性薬剤の注射から撮影までにかかった時間である。放射性薬剤を注射すると、ある一定の時間で放射性薬剤が脳の全体に行き渡ることが知られている。変換関数取得部１１は、この時間前後に撮影されたボクセルデータを合計して立体形状を取得するのである。変換関数取得部１１は、ボクセルデータに写り込んだ被検体の脳の立体的形態と標準データＳが示す脳の立体的形態とを比較することにより、ボクセルデータに写り込んだ被検体の脳の立体的形態を標準データの立体的形態に変形させるような変換関数Ｆを取得する。

　（２）本発明に係る断層画像解析装置１は、ＰＥＴ装置により取得された画像の解析を行うように説明がされたが、本発明はこれに限られずＳＰＥＣＴ装置により得られた画像の解析にも使用することができる。

　以上のように本発明は医用分野に適している。

Ｄ     ＰＥＴ画像（動的分布画像）
Ｅ     標準化分布画像
Ｐ     パターン
Ｑ０   関心部位
Ｒ０   関心部位
Ｒ１   相当部位
Ｓ     標準データ
１１   変換関数取得部（変換関数取得手段）
１２   画像標準化部（分布画像標準化手段）
１３   画像解析部（解析手段、正規化手段）
１４   定量解析部（解析手段）
１５   比較部（比較手段）
１６   関心部位個別化部（関心部位個別化手段）
２０   記憶部（記憶手段）

Claims

　放射性薬剤の分布を示す断層画像である動的分布画像を解析する断層画像解析装置であって、
　標準的な脳の形状を示す標準データを予め記憶する記憶手段と、
　前記動的分布画像に写り込んだ被検体の脳の形態が前記標準データが示す脳の形態となるように前記動的分布画像の各々を変形させることにより、放射性薬剤の分布が標準化された標準化分布画像を前記動的分布画像の各々について生成する分布画像標準化手段と、
　前記標準データに基づいて放射性薬剤分布の時間的変化の解析を実行する解析手段とを備えることを特徴とする断層画像解析装置。
　請求項１に記載の断層画像解析装置において、
　前記動的分布画像のうちから脳の形態が認識できる選択された分布形態表示画像と前記標準データが示す脳の形態とを比較することにより、前記分布画像標準化手段が前記動的分布画像を変形する際に用いる変換関数を取得する変換関数取得手段を備えることを特徴とする断層画像解析装置。
　請求項１または請求項２に記載の断層画像解析装置において、
　前記標準データ上の関心部位を予め記憶する記憶手段を備え、
　前記解析手段は、前記標準データ上の関心部位に相当する前記標準化分布画像上の相当部位について放射性薬剤分布の時間的変化の解析を実行することを特徴とする断層画像解析装置。
　請求項３に記載の断層画像解析装置において、
　前記解析手段の解析結果を、前記標準化分布画像上の相当部位における解析結果に基づき正規化する正規化手段とを備えることを特徴とする断層画像解析装置。
　請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の断層画像解析装置において、
　前記記憶手段は、放射性薬剤の時間変化のパターンを記憶し、
　前記解析手段の解析結果と前記パターンとを比較する比較手段を備えることを特徴とする断層画像解析装置。
　請求項５に記載の断層画像解析装置において、
　前記記憶手段は、前記解析手段が出力した正常脳の解析結果を記憶し、
前記比較手段は、前記解析手段の解析結果と、正常脳の解析結果との比較を行うことを特徴とする断層画像解析装置。
　請求項５に記載の断層画像解析装置において、
　前記記憶手段は、前記解析手段が出力した過去の解析結果を記憶し、
　前記比較手段は、前記解析手段の解析結果と、過去の解析結果との比較を行うことを特徴とする断層画像解析装置。
　請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の断層画像解析装置において、
　前記標準データが示す脳の形状が前記動的分布画像に写り込んだ被検体の脳の形状となるような変形様式で前記標準データ上の関心部位を変形し、前記動的分布画像上の関心部位を取得する関心部位個別化手段を備えることを特徴とする断層画像解析装置。
　コンピュータに放射性薬剤の分布を示す断層画像である動的分布画像の解析を実行させる解析プログラムであって、
　コンピュータを
　前記コンピュータに予め記憶された標準的な形状を示す標準データを読み出す標準データ読み出し手段と、
　前記動的分布画像に写り込んだ被検体の脳の形態が前記標準データが示す脳の形態となるように前記分布画像の各々を変形させることにより、放射性薬剤の分布が標準化された標準化分布画像を前記動的分布画像の各々について生成する分布画像標準化手段と、
前記標準データに基づいて放射性薬剤分布の時間的変化の解析を実行する解析手段として機能させることを特徴とする解析プログラム。
　請求項９に記載の解析ブログラムを記憶する記憶媒体。