JP3813213B2 - 核医学診断装置および放射性同位元素の分離方法 - Google Patents
核医学診断装置および放射性同位元素の分離方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は核医学診断装置に係り、特に２種類の放射性同位元素を同時に用いた場合に、２種類の放射性同位元素を分離する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
核医学における診断では、診断目的に応じた放射性同位元素（以下、ＲＩと呼ぶ）が選択され投与される。これまでは１回の測定で１種類のＲＩが投与されることが多かったが、診断時間が短縮される、診断データ間の位置ずれが無くなる等の利点から２種類のＲＩを同時に投与する診断が増えてきている。この場合、２種類のＲＩから発せられた放射線の測定データをＲＩの種類ごとに分離する必要がある。しかし、核医学診断において一般に、Tc-99mが血流の診断に、I-123 が神経・代謝の診断に用いられることが多いが、Tc-99mとI-123 の光電ピークは近接しており、得られるエネルギースペクトルは２種類のＲＩのエネルギースペクトルが重なりあったものになる。従来の核医学診断装置ではＲＩの種類ごとに分離する手段として、以下に述べる２つのものがあった。
【０００３】
１つ目は、２種類のＲＩのエネルギースペクトルの近接した重なり合いの影響が少ない部分から分離する手段である（文献「M.D.Devous Sr, J.L.Lowe, J.K.Payne. “Dual-isotope SPECT imaging with Tc-99m and I-123:validation by phantom studies. ”J.Nucl.Med., vol.33 pp.2030-2035, 1992」および「M.D.Devous Sr, J.K.Payne, J.L.Lowe. “Dual-isotope SPECT imaging with Tc-99m and I-123:clinical validation using Xe-133 SPECT.”J.Nucl.Med., vol.33 pp.1919-1924, 1992」）。被検体に２種類のＲＩを投与したときに得られるエネルギースペクトルの例を示したのが図１２である。この図１２を参照しながらこの手段について説明する。ここで、光電ピークのエネルギーが低い方のＲＩをＲＩ１とし、光電ピークのエネルギーが高い方のＲＩをＲＩ２とする。エネルギースペクトルをＲＩ１の光電ピークＰ１より低いエネルギー領域１３、ＲＩ１の光電ピーク１とＲＩ２の光電ピークＰ２の間のエネルギー領域１４、ＲＩ２の光電ピークＰ２より高いエネルギー領域１５に分割する。領域１４は２種類のＲＩのデータが最も重なり合っているため、この領域のデータは使用せず、重なり合いの影響が少ない領域１３および領域１５のデータを用いて２種類のＲＩのデータを算出する。すなわちこの手段は、１種類のＲＩのエネルギースペクトルは理想的には正規曲線となることを利用したものであり、ＲＩ１のデータは領域３のデータを２倍にすることにより算出し、ＲＩ２のデータは領域５のデータを２倍することにより算出するものである。
【０００４】
２つ目は、核医学診断画像の画素ごとのエネルギースペクトルを収集して、得られたエネルギースペクトルの形から２種類のＲＩを分離する手段である（特開平６−１３８２３７）。この手段では、画素ごとのエネルギースペクトルの形が分かるため、これを利用して散乱線成分の補正も含めて精度の良い分離が可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
実際に収集した放射線には、被検体内、コリメータでのコンプトン効果等により散乱線が全体の３割〜４割程度存在する。エネルギースペクトルの低エネルギー側になだらかに描かれた曲線部分がこの散乱線成分である。前記１つ目の手段は、散乱線成分の影響は無視されているため、精度良く２種類のＲＩを分離することができないという問題がある。特に低エネルギー側のデータを用いて算出されるＲＩ１は、誤差が多く含まれる。
【０００６】
また、エネルギースペクトルは通常、取得した核医学診断画像全体についてのものを用いる。これに対して、前記２つ目の手段は画素ごとのエネルギースペクトルを求めるものであるから、扱うデータ量が膨大になり、収集システムも複雑になるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題を解決し、扱うデータ量を増やさず、精度良く２種類のＲＩを分離することのできる核医学診断装置および放射性同位元素の分離方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１の本発明では、被検体に投与した光電ピークが低エネルギー側の第１の放射性同位元素、光電ピークが高エネルギー側の第２の放射性同位元素から発せられる放射線を測定し、この測定データを第１の放射性同位元素と第２の放射性同位元素を用いた場合のエネルギースペクトルに対するエネルギーウインドウを用いて各放射性同位元素の成分に分離する手段を備える核医学診断装置において、前記エネルギーウインドウとして、低エネルギー側から順に第１のエネルギーウインドウ、第２のエネルギーウインドウ、第３のエネルギーウインドウ、第４のエネルギーウインドウが設定され、前記第２のエネルギーウインドウは、前記第１の放射性同位元素の光電ピークに対して所定の幅に、且つ、その高エネルギー側の境界が第２の放射性同位元素の光電ピークになるよう設定され、前記第１のエネルギーウインドウは、前記第２のエネルギーウインドウの低エネルギー側に設定され、前記第３のエネルギーウインドウは、前記第２のエネルギーウインドウの高エネルギー側に、且つ、その低エネルギー側の境界が第２の放射性同位元素の光電ピークになるよう設定され、前記第３のエネルギーウインドウに含まれる散乱線成分を、前記第４のエネルギーウインドウのカウント値に基づいて求めた長方形部分として散乱線補正を行うことを特徴とする。
上記目的を達成するため請求項２の本発明では、被検体に投与した光電ピークが低エネルギー側の第１の放射性同位元素、光電ピークが高エネルギー側の第２の放射性同位元素から発せられる放射線を測定し、この測定データを第１の放射性同位元素と第２の放射性同位元素を用いた場合のエネルギースペクトルに対するエネルギーウインドウを用いて各放射性同位元素の成分に分離する手段を備える核医学診断装置において、前記エネルギーウインドウとして、低エネルギー側から順に第１のエネルギーウインドウ、第２のエネルギーウインドウ、第３のエネルギーウインドウ、第４のエネルギーウインドウ、第５のエネルギーウインドウが設定され、前記第２のエネルギーウインドウは、前記第１の放射性同位元素の光電ピークに対して所定の幅に、且つ、その高エネルギー側の境界が第２の放射性同位元素の光電ピークになるよう設定され、前記第１のエネルギーウインドウは、前記第２のエネルギーウインドウの低エネルギー側に設定され、前記第３のエネルギーウインドウは、前記第２のエネルギーウインドウの高エネルギー側に、且つ、その低エネルギー側の境界が第２の放射性同位元素の光電ピークになるよう設定され、前記第３のエネルギーウインドウに含まれる散乱線成分を、前記第４のエネルギーウインドウと第５のエネルギーウインドウのカウント値から求めた傾斜に基づいて求めた台形形部分として散乱線補正を行うことを特徴とする。
【０００９】
この本発明により、２種類のＲＩを同時に被検体に投与して行う核医学診断において、扱うデータ量を増やさず、精度良く２種類のＲＩを分離することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
２種類のＲＩを同時に被検体に投与した場合に、収集したデータをこの２種類のＲＩごとのデータに分離する手段の実施例について図面を参照しながら説明する。本発明が適用された核医学診断装置の実施例のブロック図を図１に示す。この核医学診断装置は、４つのエネルギーウインドウを設定する場合のものであって、図示の如くガンマカメラ本体１、Ａ／Ｄ変換器２、イメージメモリコントローラ３、第１〜第４のイメージメモリ４Ａ〜４Ｄ、第１〜第４のイメージプロセッサ５Ａ〜５Ｄ、散乱成分除去回路６、ウインドウ回路７、補正係数発生回路８、ＣＰＵ９を備えている。
【００１１】
ＣＰＵ９はシステム全体の制御中枢として機能されるもので、ウインドウ回路７及び補正係数発生回路８を制御動作させ、２種類のＲＩによる２次元画像よりガンマ線散乱成分を除去することを散乱線除去回路６で行わせ、２種類のＲＩによるデータを分離し、第１のＲＩによるガンマ線分布を示す２次元画像、第２のＲＩによるガンマ線分布を示す２次元画像をそれぞれディスプレイ１０上に表示させるものである。
【００１２】
ガンマカメラ本体１にて、被検体に投与したＲＩから放出されるガンマ線のエネルギーと入射位置とを測定し、エネルギー信号ｚと位置信号ｘ，ｙを得ると、この各信号はＡ／Ｄ変換器２によりディジタル化される。このＡ／Ｄ変換器２より出力された位置信号ｘ，ｙはイメージメモリコントローラ３に加わり、他方、エネルギー信号ｚはウインドウ回路７に加わる。ウインドウ回路７は、ウインドウレベル発生回路７Ａとウインドウ設定回路７Ｂとからなり、ＣＰＵ９の制御下でウインドウ設定回路７ＢがウインドウＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４のいずれかを設定する動作がなされるごとに、ウインドウレベル発生回路７ＡではＡ／Ｄ変換器２より出力されたエネルギー信号に応じて各ウインドウＷ１〜Ｗ４毎にエネルギー領域幅を決定し、どのイメージメモリに各ウインドウＷ１〜Ｗ４の画像データを書き込むかを示す信号Ｓn をイメージメモリコントローラ３へ送出する。イメージメモリコントローラ３は、ウインドウレベル発生回路７Ａより受けた信号Ｓn に対応させて第１〜第４のイメージメモリ４Ａ〜４Ｄへそれぞれ対応するウインドウＷ１〜Ｗ４内の画像データを、位置信号ｘ，ｙにより決まるアドレスで示して書き込む。次に、イメージメモリ４Ａ〜４Ｄに書き込まれたウインドウＷ１〜Ｗ４毎の画像データを第１〜第４のイメージプロセッサ５Ａ〜５Ｄに読みだし、この第１〜第４のイメージプロセッサ５Ａ〜５Ｄにおいてフィルタ処理、均一性処理等の一連の画像処理がなされた画像データを得る。こうして第１〜第４のイメージプロセッサ５Ａ〜５Ｄで得た画像データは、散乱成分除去回路６へ出力される一方、補正係数発生回路８にも出力される。そして、補正係数発生回路８において、散乱成分の除去用のパラメータを作成し、散乱成分除去回路６へ送出する。これに応じて散乱成分除去回路６は、Ｗ３内のガンマ線のエネルギースペクトラムの分布から散乱成分を除去する処理を行い、第２のＲＩのエネルギースペクトラムの分布像をディスプレイ１０上に表示し、Ｗ２内のガンマ線のエネルギースペクトラムの分布から散乱成分および第２のＲＩ成分を除去する処理を行い、第１のＲＩのエネルギースペクトラムの分布像をディスプレイ１０上に表示する。 前述の如くシステム動作される本実施例において、エネルギーウインドウを設定し、散乱成分除去をし、２種類のＲＩごとのデータに分離する処理を図２にしたがって行う。まず、図３に示すような４つのエネルギーウインドウＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４の設定を行う（図２の処理１）。詳しい設定方法については後述する。ここで、低エネルギー側の光電ピークの放射性同位元素をＲＩ１、高エネルギー側の光電ピークの放射性同位元素をＲＩ２とすれば、図３においてＲＩ１の光電ピークはＰ１、ＲＩ２の光電ピークはＰ２となる。ＲＩ１、ＲＩ２は任意のＲＩを選択して用いればよく、たとえばＲＩ１としてTc-99m、ＲＩ２としてI-123 が用いられる。光電ピークはＲＩ固有の値であるから、用いるＲＩが決まればＰ１とＰ２の位置は定まる。
【００１３】
ここで、低エネルギーサブウインドウ、メインウインドウ、高エネルギーサブウインドウという言葉の定義をしておく。１種類のＲＩを用いた場合のエネルギースペクトルを示した図１３を参照しながら説明する。図１３のエネルギースペクトルを分割した領域を低エネルギー側から順に低エネルギーサブウインドウ１６、メインウインドウ１７、高エネルギーサブウインドウ１８と呼ぶ。メインウインドウ１７は検出器の分解能に応じて光電ピークのエネルギー値に対して任意の幅、例えば２０％程度に設定する。低エネルギーサブウインドウ１６、高エネルギーサブウインドウ１８はメインウインドウ１７のそれぞれ低エネルギー側、高エネルギー側に接した幅の狭い、例えば光電ピークのエネルギー値に対して３〜１０％程度に設定する。
【００１４】
この低エネルギーサブウインドウ、メインウインドウ、高エネルギーサブウインドウという言葉を用いて以下、図３に示した２種類のＲＩを用いた場合のエネルギースペクトルに対するエネルギーウインドウの設定について説明する。Ｗ１はＲＩ１の低エネルギーサブウインドウの位置に設定する。Ｗ２はＲＩ１のメインウインドウの位置に設定する。ただし、Ｗ２の低エネルギー側の境界はＷ１と接するが、Ｗ２の高エネルギー側の境界はＲＩ２の光電ピークとする。Ｗ３はＲＩ２の光電ピークより高エネルギー側のメインウインドウ、すなわちＲＩ２の光電ピークからＲＩ２の高エネルギーサブウインドウまでの位置に設定する。Ｗ４はＲＩ２の高エネルギーサブウインドウの位置に設定する。これら各ウインドウは、被検体に投与した２種類のＲＩの光電ピークのエネルギー値を入力すれば、ウインドウレベル発生回路７Ａにより自動で設定することができる。この各ウインドウの設定は、エネルギースペクトルをモニタに表示させ、これを見ながら手動により行ってもよい。例えば、マウスなどを用いて、モニタ上で確認しながらウインドウの設定をしてもよい。
【００１５】
エネルギーウインドウの設定後、データ収集を行う（図２の処理２）。
収集したデータのＷ３に含まれている散乱線成分を推定する（図２の処理３）。すなわち、図４に示したエネルギースペクトルの斜線を付した長方形部分がＷ３に含まれる散乱線成分として近似できる（長方形近似）。この長方形部分の面積は次に示す数１により算出される。
【００１６】
【数１】
(W3の散乱線成分) =(W3の幅) {(W4の面積) /(W4の幅)}
すなわち、Ｗ４から長方形の高さを算出するものである。
Ｗ３から数１により算出したＷ３の散乱線成分を引き、Ｗ３の散乱線補正を行う（図２の処理３）。Ｗ３の散乱補正後のデータは、図５のハッチングを施した部分となるが、これはＲＩ２の高エネルギー側半分のカウントに該当する。
【００１７】
このＲＩ２の高エネルギー側半分のカウントを２倍することにより、ＲＩ２の全カウントが算出できる（図２の処理５）。これは、ＲＩ２の高エネルギー側半分のカウントに該当する図５のハッチングを施した部分を低エネルギー側に折り返して得られる図６のハッチングを施した部分に該当する。
【００１８】
したがって、Ｗ２にはＲＩ２の低エネルギー側半分のデータが含まれているから、Ｗ２からＲＩ２の低エネルギー側半分のデータを引く（図２の処理６）。これを示したのが図７であるが、ＲＩ２の低エネルギー側半分のデータを引いた後のＷ２はＲＩ１の全カウントである。しかし、これには散乱線成分が含まれているため、これを推定して除去する。
【００１９】
Ｗ２に含まれている散乱線成分を推定する（図２の処理７）。すなわち、図８に示したエネルギースペクトルの斜線を付した台形部分がＷ２に含まれる散乱線成分として近似できる（台形近似）。この台形部分の面積は次に示す数２により算出される。
【００２０】
【数２】
(W2の散乱線成分) =(W2の幅) {(W1の面積) /(W1の幅) +(W4の面積) /(W4の幅)}/2
すなわち、Ｗ１から台形の下辺を算出し、Ｗ４から台形の上辺を算出している。
【００２１】
Ｗ２から数２により算出したＷ２の散乱線成分を引き、Ｗ２の散乱線補正を行う（図２の処理８）。Ｗ２の散乱線補正後のデータは、図９に示すようなエネルギースペクトルとなり、散乱線補正をしたＲＩ１の全カウントである。
【００２２】
以上述べたように本実施例は、２種類のＲＩを同時に投与した場合に、４つのエネルギーウインドウを設けてデータ収集をし、散乱線の影響が少ない高エネルギー側のデータを主にして光電ピークが高い側のＲＩのデータをまず求め、その後で光電ピークが低い側のＲＩのデータを求めることにより２種類のＲＩのデータを分離するものである。これにより、収集するデータ量を増やすことなく、精度良く２種類のＲＩのデータを分離することができる。
【００２３】
上記実施例では、エネルギーウインドウを４つ設定する場合について示したがこれに限定されない。以下に５つのエネルギーウインドウを設定する場合の実施例について述べる。処理の流れはエネルギーウインドウを４つ設定する場合と同様、図２に示す通りであり、まず図１０に示すように５つのエネルギーウインドウＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５の設定を行う（図２の処理１）。Ｗ１はＲＩ１の低エネルギーサブウインドウの位置に設定する。Ｗ２はＲＩ１のメインウインドウの位置に設定する。ただし、Ｗ２の低エネルギー側の境界はＷ１と接するが、Ｗ２の高エネルギー側の境界はＲＩ２の光電ピークとする。Ｗ３はＲＩ２の光電ピークより高エネルギー側のメインウインドウ、すなわちＲＩ２の光電ピークからＲＩ２の高エネルギーサブウインドウまでの位置に設定する。Ｗ４はＲＩ２の高エネルギーサブウインドウの位置に設定する。Ｗ５はＷ４に接し、さらに高エネルギー側に設けたＲＩ２の２つめの高エネルギーサブウインドウである。
【００２４】
エネルギーウインドウの設定後、データ収集を行う（図２の処理２）。
収集したデータのＷ３に含まれている散乱線成分を推定する（図２の処理３）。図１１に示したエネルギースペクトルのハッチングを付した台形部分がＷ３に含まれる散乱線成分として近似する。Ｗ４とＷ５のカウント値の平均値をそれぞれ、(W4 の面積)/(W4 の幅) 、(W5 の面積)/(W5 の幅) により求める。Ｗ４のカウント値の平均値はハッチングを付した台形の上辺となる。そしてこのＷ４とＷ５の部分のエネルギースペクトルの傾斜を計算し、この傾斜をもつ直線とＷ２とＷ３の境界線との交点におけるカウント値を求める。これはハッチングを付した台形の下辺となる。ハッチングを施した台形の高さはＷ３の幅であるから、この台形の面積、すなわちＷ３に含まれる散乱線成分が求まる。この後、Ｗ３の散乱線補正（図２の処理４）以降の処理は、前述の４つのエネルギーウインドウを設定する場合と同様である。
エネルギーウインドウを５つ設定することによって、Ｗ３の散乱線補正がより正確に行うことが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明により、２種類のＲＩを同時に被検体に投与して行う核医学診断において、扱うデータ量を増やさず、精度良く２種類のＲＩを分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の核医学診断装置の実施例のシステム構成
【図２】本発明の分離方法を示すフローチャート
【図３】エネルギーウインドウの設定（４エネルギーウインドウ）
【図４】長方形近似によるウインドウ３内の散乱線の推定
【図５】ウインドウ３内の散乱線補正
【図６】ＲＩ２の全カウント数の算出
【図７】ウインドウ２に含まれるＲＩ２成分の除去
【図８】台形近似によるウインドウ２内の散乱線の推定
【図９】ウインドウ２内の散乱線補正
【図１０】エネルギーウインドウの設定（５エネルギーウインドウ）
【図１１】直線外挿によるウインドウ３内の散乱線の推定
【図１２】２つの光電ピークのあるエネルギースペクトル
【図１３】１種類のＲＩを用いた場合のエネルギーウインドウ
【符号の説明】
１ ガンマカメラ
２ Ａ／Ｄ変換器
３ イメージメモリコントローラ
４Ａ〜４Ｄ イメージメモリ
５Ａ〜５Ｄ イメージプロセッサ
６ 散乱成分除去回路
７ ウインドウ回路
８ 補正係数発生回路
９ ＣＰＵ
１０ ディスプレイ
１１ ＲＩ１の光電ピーク
１２ ＲＩ２の光電ピーク
１３ エネルギー領域
１４ エネルギー領域
１５ エネルギー領域
１６ 低エネルギーサブウインドウ
１７ メインウインドウ
１８ 高エネルギーサブウインドウ
Ｗ１ エネルギーウインドウ１
Ｗ２ エネルギーウインドウ２
Ｗ３ エネルギーウインドウ３
Ｗ４ エネルギーウインドウ４
Ｗ５ エネルギーウインドウ５
Ｐ１ ＲＩ１の光電ピーク
Ｐ２ ＲＩ２の光電ピーク
【発明の属する技術分野】
本発明は核医学診断装置に係り、特に２種類の放射性同位元素を同時に用いた場合に、２種類の放射性同位元素を分離する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
核医学における診断では、診断目的に応じた放射性同位元素（以下、ＲＩと呼ぶ）が選択され投与される。これまでは１回の測定で１種類のＲＩが投与されることが多かったが、診断時間が短縮される、診断データ間の位置ずれが無くなる等の利点から２種類のＲＩを同時に投与する診断が増えてきている。この場合、２種類のＲＩから発せられた放射線の測定データをＲＩの種類ごとに分離する必要がある。しかし、核医学診断において一般に、Tc-99mが血流の診断に、I-123 が神経・代謝の診断に用いられることが多いが、Tc-99mとI-123 の光電ピークは近接しており、得られるエネルギースペクトルは２種類のＲＩのエネルギースペクトルが重なりあったものになる。従来の核医学診断装置ではＲＩの種類ごとに分離する手段として、以下に述べる２つのものがあった。
【０００３】
１つ目は、２種類のＲＩのエネルギースペクトルの近接した重なり合いの影響が少ない部分から分離する手段である（文献「M.D.Devous Sr, J.L.Lowe, J.K.Payne. “Dual-isotope SPECT imaging with Tc-99m and I-123:validation by phantom studies. ”J.Nucl.Med., vol.33 pp.2030-2035, 1992」および「M.D.Devous Sr, J.K.Payne, J.L.Lowe. “Dual-isotope SPECT imaging with Tc-99m and I-123:clinical validation using Xe-133 SPECT.”J.Nucl.Med., vol.33 pp.1919-1924, 1992」）。被検体に２種類のＲＩを投与したときに得られるエネルギースペクトルの例を示したのが図１２である。この図１２を参照しながらこの手段について説明する。ここで、光電ピークのエネルギーが低い方のＲＩをＲＩ１とし、光電ピークのエネルギーが高い方のＲＩをＲＩ２とする。エネルギースペクトルをＲＩ１の光電ピークＰ１より低いエネルギー領域１３、ＲＩ１の光電ピーク１とＲＩ２の光電ピークＰ２の間のエネルギー領域１４、ＲＩ２の光電ピークＰ２より高いエネルギー領域１５に分割する。領域１４は２種類のＲＩのデータが最も重なり合っているため、この領域のデータは使用せず、重なり合いの影響が少ない領域１３および領域１５のデータを用いて２種類のＲＩのデータを算出する。すなわちこの手段は、１種類のＲＩのエネルギースペクトルは理想的には正規曲線となることを利用したものであり、ＲＩ１のデータは領域３のデータを２倍にすることにより算出し、ＲＩ２のデータは領域５のデータを２倍することにより算出するものである。
【０００４】
２つ目は、核医学診断画像の画素ごとのエネルギースペクトルを収集して、得られたエネルギースペクトルの形から２種類のＲＩを分離する手段である（特開平６−１３８２３７）。この手段では、画素ごとのエネルギースペクトルの形が分かるため、これを利用して散乱線成分の補正も含めて精度の良い分離が可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
実際に収集した放射線には、被検体内、コリメータでのコンプトン効果等により散乱線が全体の３割〜４割程度存在する。エネルギースペクトルの低エネルギー側になだらかに描かれた曲線部分がこの散乱線成分である。前記１つ目の手段は、散乱線成分の影響は無視されているため、精度良く２種類のＲＩを分離することができないという問題がある。特に低エネルギー側のデータを用いて算出されるＲＩ１は、誤差が多く含まれる。
【０００６】
また、エネルギースペクトルは通常、取得した核医学診断画像全体についてのものを用いる。これに対して、前記２つ目の手段は画素ごとのエネルギースペクトルを求めるものであるから、扱うデータ量が膨大になり、収集システムも複雑になるという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、上記問題を解決し、扱うデータ量を増やさず、精度良く２種類のＲＩを分離することのできる核医学診断装置および放射性同位元素の分離方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項１の本発明では、被検体に投与した光電ピークが低エネルギー側の第１の放射性同位元素、光電ピークが高エネルギー側の第２の放射性同位元素から発せられる放射線を測定し、この測定データを第１の放射性同位元素と第２の放射性同位元素を用いた場合のエネルギースペクトルに対するエネルギーウインドウを用いて各放射性同位元素の成分に分離する手段を備える核医学診断装置において、前記エネルギーウインドウとして、低エネルギー側から順に第１のエネルギーウインドウ、第２のエネルギーウインドウ、第３のエネルギーウインドウ、第４のエネルギーウインドウが設定され、前記第２のエネルギーウインドウは、前記第１の放射性同位元素の光電ピークに対して所定の幅に、且つ、その高エネルギー側の境界が第２の放射性同位元素の光電ピークになるよう設定され、前記第１のエネルギーウインドウは、前記第２のエネルギーウインドウの低エネルギー側に設定され、前記第３のエネルギーウインドウは、前記第２のエネルギーウインドウの高エネルギー側に、且つ、その低エネルギー側の境界が第２の放射性同位元素の光電ピークになるよう設定され、前記第３のエネルギーウインドウに含まれる散乱線成分を、前記第４のエネルギーウインドウのカウント値に基づいて求めた長方形部分として散乱線補正を行うことを特徴とする。
上記目的を達成するため請求項２の本発明では、被検体に投与した光電ピークが低エネルギー側の第１の放射性同位元素、光電ピークが高エネルギー側の第２の放射性同位元素から発せられる放射線を測定し、この測定データを第１の放射性同位元素と第２の放射性同位元素を用いた場合のエネルギースペクトルに対するエネルギーウインドウを用いて各放射性同位元素の成分に分離する手段を備える核医学診断装置において、前記エネルギーウインドウとして、低エネルギー側から順に第１のエネルギーウインドウ、第２のエネルギーウインドウ、第３のエネルギーウインドウ、第４のエネルギーウインドウ、第５のエネルギーウインドウが設定され、前記第２のエネルギーウインドウは、前記第１の放射性同位元素の光電ピークに対して所定の幅に、且つ、その高エネルギー側の境界が第２の放射性同位元素の光電ピークになるよう設定され、前記第１のエネルギーウインドウは、前記第２のエネルギーウインドウの低エネルギー側に設定され、前記第３のエネルギーウインドウは、前記第２のエネルギーウインドウの高エネルギー側に、且つ、その低エネルギー側の境界が第２の放射性同位元素の光電ピークになるよう設定され、前記第３のエネルギーウインドウに含まれる散乱線成分を、前記第４のエネルギーウインドウと第５のエネルギーウインドウのカウント値から求めた傾斜に基づいて求めた台形形部分として散乱線補正を行うことを特徴とする。
【０００９】
この本発明により、２種類のＲＩを同時に被検体に投与して行う核医学診断において、扱うデータ量を増やさず、精度良く２種類のＲＩを分離することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
２種類のＲＩを同時に被検体に投与した場合に、収集したデータをこの２種類のＲＩごとのデータに分離する手段の実施例について図面を参照しながら説明する。本発明が適用された核医学診断装置の実施例のブロック図を図１に示す。この核医学診断装置は、４つのエネルギーウインドウを設定する場合のものであって、図示の如くガンマカメラ本体１、Ａ／Ｄ変換器２、イメージメモリコントローラ３、第１〜第４のイメージメモリ４Ａ〜４Ｄ、第１〜第４のイメージプロセッサ５Ａ〜５Ｄ、散乱成分除去回路６、ウインドウ回路７、補正係数発生回路８、ＣＰＵ９を備えている。
【００１１】
ＣＰＵ９はシステム全体の制御中枢として機能されるもので、ウインドウ回路７及び補正係数発生回路８を制御動作させ、２種類のＲＩによる２次元画像よりガンマ線散乱成分を除去することを散乱線除去回路６で行わせ、２種類のＲＩによるデータを分離し、第１のＲＩによるガンマ線分布を示す２次元画像、第２のＲＩによるガンマ線分布を示す２次元画像をそれぞれディスプレイ１０上に表示させるものである。
【００１２】
ガンマカメラ本体１にて、被検体に投与したＲＩから放出されるガンマ線のエネルギーと入射位置とを測定し、エネルギー信号ｚと位置信号ｘ，ｙを得ると、この各信号はＡ／Ｄ変換器２によりディジタル化される。このＡ／Ｄ変換器２より出力された位置信号ｘ，ｙはイメージメモリコントローラ３に加わり、他方、エネルギー信号ｚはウインドウ回路７に加わる。ウインドウ回路７は、ウインドウレベル発生回路７Ａとウインドウ設定回路７Ｂとからなり、ＣＰＵ９の制御下でウインドウ設定回路７ＢがウインドウＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４のいずれかを設定する動作がなされるごとに、ウインドウレベル発生回路７ＡではＡ／Ｄ変換器２より出力されたエネルギー信号に応じて各ウインドウＷ１〜Ｗ４毎にエネルギー領域幅を決定し、どのイメージメモリに各ウインドウＷ１〜Ｗ４の画像データを書き込むかを示す信号Ｓn をイメージメモリコントローラ３へ送出する。イメージメモリコントローラ３は、ウインドウレベル発生回路７Ａより受けた信号Ｓn に対応させて第１〜第４のイメージメモリ４Ａ〜４Ｄへそれぞれ対応するウインドウＷ１〜Ｗ４内の画像データを、位置信号ｘ，ｙにより決まるアドレスで示して書き込む。次に、イメージメモリ４Ａ〜４Ｄに書き込まれたウインドウＷ１〜Ｗ４毎の画像データを第１〜第４のイメージプロセッサ５Ａ〜５Ｄに読みだし、この第１〜第４のイメージプロセッサ５Ａ〜５Ｄにおいてフィルタ処理、均一性処理等の一連の画像処理がなされた画像データを得る。こうして第１〜第４のイメージプロセッサ５Ａ〜５Ｄで得た画像データは、散乱成分除去回路６へ出力される一方、補正係数発生回路８にも出力される。そして、補正係数発生回路８において、散乱成分の除去用のパラメータを作成し、散乱成分除去回路６へ送出する。これに応じて散乱成分除去回路６は、Ｗ３内のガンマ線のエネルギースペクトラムの分布から散乱成分を除去する処理を行い、第２のＲＩのエネルギースペクトラムの分布像をディスプレイ１０上に表示し、Ｗ２内のガンマ線のエネルギースペクトラムの分布から散乱成分および第２のＲＩ成分を除去する処理を行い、第１のＲＩのエネルギースペクトラムの分布像をディスプレイ１０上に表示する。 前述の如くシステム動作される本実施例において、エネルギーウインドウを設定し、散乱成分除去をし、２種類のＲＩごとのデータに分離する処理を図２にしたがって行う。まず、図３に示すような４つのエネルギーウインドウＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４の設定を行う（図２の処理１）。詳しい設定方法については後述する。ここで、低エネルギー側の光電ピークの放射性同位元素をＲＩ１、高エネルギー側の光電ピークの放射性同位元素をＲＩ２とすれば、図３においてＲＩ１の光電ピークはＰ１、ＲＩ２の光電ピークはＰ２となる。ＲＩ１、ＲＩ２は任意のＲＩを選択して用いればよく、たとえばＲＩ１としてTc-99m、ＲＩ２としてI-123 が用いられる。光電ピークはＲＩ固有の値であるから、用いるＲＩが決まればＰ１とＰ２の位置は定まる。
【００１３】
ここで、低エネルギーサブウインドウ、メインウインドウ、高エネルギーサブウインドウという言葉の定義をしておく。１種類のＲＩを用いた場合のエネルギースペクトルを示した図１３を参照しながら説明する。図１３のエネルギースペクトルを分割した領域を低エネルギー側から順に低エネルギーサブウインドウ１６、メインウインドウ１７、高エネルギーサブウインドウ１８と呼ぶ。メインウインドウ１７は検出器の分解能に応じて光電ピークのエネルギー値に対して任意の幅、例えば２０％程度に設定する。低エネルギーサブウインドウ１６、高エネルギーサブウインドウ１８はメインウインドウ１７のそれぞれ低エネルギー側、高エネルギー側に接した幅の狭い、例えば光電ピークのエネルギー値に対して３〜１０％程度に設定する。
【００１４】
この低エネルギーサブウインドウ、メインウインドウ、高エネルギーサブウインドウという言葉を用いて以下、図３に示した２種類のＲＩを用いた場合のエネルギースペクトルに対するエネルギーウインドウの設定について説明する。Ｗ１はＲＩ１の低エネルギーサブウインドウの位置に設定する。Ｗ２はＲＩ１のメインウインドウの位置に設定する。ただし、Ｗ２の低エネルギー側の境界はＷ１と接するが、Ｗ２の高エネルギー側の境界はＲＩ２の光電ピークとする。Ｗ３はＲＩ２の光電ピークより高エネルギー側のメインウインドウ、すなわちＲＩ２の光電ピークからＲＩ２の高エネルギーサブウインドウまでの位置に設定する。Ｗ４はＲＩ２の高エネルギーサブウインドウの位置に設定する。これら各ウインドウは、被検体に投与した２種類のＲＩの光電ピークのエネルギー値を入力すれば、ウインドウレベル発生回路７Ａにより自動で設定することができる。この各ウインドウの設定は、エネルギースペクトルをモニタに表示させ、これを見ながら手動により行ってもよい。例えば、マウスなどを用いて、モニタ上で確認しながらウインドウの設定をしてもよい。
【００１５】
エネルギーウインドウの設定後、データ収集を行う（図２の処理２）。
収集したデータのＷ３に含まれている散乱線成分を推定する（図２の処理３）。すなわち、図４に示したエネルギースペクトルの斜線を付した長方形部分がＷ３に含まれる散乱線成分として近似できる（長方形近似）。この長方形部分の面積は次に示す数１により算出される。
【００１６】
【数１】
(W3の散乱線成分) =(W3の幅) {(W4の面積) /(W4の幅)}
すなわち、Ｗ４から長方形の高さを算出するものである。
Ｗ３から数１により算出したＷ３の散乱線成分を引き、Ｗ３の散乱線補正を行う（図２の処理３）。Ｗ３の散乱補正後のデータは、図５のハッチングを施した部分となるが、これはＲＩ２の高エネルギー側半分のカウントに該当する。
【００１７】
このＲＩ２の高エネルギー側半分のカウントを２倍することにより、ＲＩ２の全カウントが算出できる（図２の処理５）。これは、ＲＩ２の高エネルギー側半分のカウントに該当する図５のハッチングを施した部分を低エネルギー側に折り返して得られる図６のハッチングを施した部分に該当する。
【００１８】
したがって、Ｗ２にはＲＩ２の低エネルギー側半分のデータが含まれているから、Ｗ２からＲＩ２の低エネルギー側半分のデータを引く（図２の処理６）。これを示したのが図７であるが、ＲＩ２の低エネルギー側半分のデータを引いた後のＷ２はＲＩ１の全カウントである。しかし、これには散乱線成分が含まれているため、これを推定して除去する。
【００１９】
Ｗ２に含まれている散乱線成分を推定する（図２の処理７）。すなわち、図８に示したエネルギースペクトルの斜線を付した台形部分がＷ２に含まれる散乱線成分として近似できる（台形近似）。この台形部分の面積は次に示す数２により算出される。
【００２０】
【数２】
(W2の散乱線成分) =(W2の幅) {(W1の面積) /(W1の幅) +(W4の面積) /(W4の幅)}/2
すなわち、Ｗ１から台形の下辺を算出し、Ｗ４から台形の上辺を算出している。
【００２１】
Ｗ２から数２により算出したＷ２の散乱線成分を引き、Ｗ２の散乱線補正を行う（図２の処理８）。Ｗ２の散乱線補正後のデータは、図９に示すようなエネルギースペクトルとなり、散乱線補正をしたＲＩ１の全カウントである。
【００２２】
以上述べたように本実施例は、２種類のＲＩを同時に投与した場合に、４つのエネルギーウインドウを設けてデータ収集をし、散乱線の影響が少ない高エネルギー側のデータを主にして光電ピークが高い側のＲＩのデータをまず求め、その後で光電ピークが低い側のＲＩのデータを求めることにより２種類のＲＩのデータを分離するものである。これにより、収集するデータ量を増やすことなく、精度良く２種類のＲＩのデータを分離することができる。
【００２３】
上記実施例では、エネルギーウインドウを４つ設定する場合について示したがこれに限定されない。以下に５つのエネルギーウインドウを設定する場合の実施例について述べる。処理の流れはエネルギーウインドウを４つ設定する場合と同様、図２に示す通りであり、まず図１０に示すように５つのエネルギーウインドウＷ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５の設定を行う（図２の処理１）。Ｗ１はＲＩ１の低エネルギーサブウインドウの位置に設定する。Ｗ２はＲＩ１のメインウインドウの位置に設定する。ただし、Ｗ２の低エネルギー側の境界はＷ１と接するが、Ｗ２の高エネルギー側の境界はＲＩ２の光電ピークとする。Ｗ３はＲＩ２の光電ピークより高エネルギー側のメインウインドウ、すなわちＲＩ２の光電ピークからＲＩ２の高エネルギーサブウインドウまでの位置に設定する。Ｗ４はＲＩ２の高エネルギーサブウインドウの位置に設定する。Ｗ５はＷ４に接し、さらに高エネルギー側に設けたＲＩ２の２つめの高エネルギーサブウインドウである。
【００２４】
エネルギーウインドウの設定後、データ収集を行う（図２の処理２）。
収集したデータのＷ３に含まれている散乱線成分を推定する（図２の処理３）。図１１に示したエネルギースペクトルのハッチングを付した台形部分がＷ３に含まれる散乱線成分として近似する。Ｗ４とＷ５のカウント値の平均値をそれぞれ、(W4 の面積)/(W4 の幅) 、(W5 の面積)/(W5 の幅) により求める。Ｗ４のカウント値の平均値はハッチングを付した台形の上辺となる。そしてこのＷ４とＷ５の部分のエネルギースペクトルの傾斜を計算し、この傾斜をもつ直線とＷ２とＷ３の境界線との交点におけるカウント値を求める。これはハッチングを付した台形の下辺となる。ハッチングを施した台形の高さはＷ３の幅であるから、この台形の面積、すなわちＷ３に含まれる散乱線成分が求まる。この後、Ｗ３の散乱線補正（図２の処理４）以降の処理は、前述の４つのエネルギーウインドウを設定する場合と同様である。
エネルギーウインドウを５つ設定することによって、Ｗ３の散乱線補正がより正確に行うことが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明により、２種類のＲＩを同時に被検体に投与して行う核医学診断において、扱うデータ量を増やさず、精度良く２種類のＲＩを分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の核医学診断装置の実施例のシステム構成
【図２】本発明の分離方法を示すフローチャート
【図３】エネルギーウインドウの設定（４エネルギーウインドウ）
【図４】長方形近似によるウインドウ３内の散乱線の推定
【図５】ウインドウ３内の散乱線補正
【図６】ＲＩ２の全カウント数の算出
【図７】ウインドウ２に含まれるＲＩ２成分の除去
【図８】台形近似によるウインドウ２内の散乱線の推定
【図９】ウインドウ２内の散乱線補正
【図１０】エネルギーウインドウの設定（５エネルギーウインドウ）
【図１１】直線外挿によるウインドウ３内の散乱線の推定
【図１２】２つの光電ピークのあるエネルギースペクトル
【図１３】１種類のＲＩを用いた場合のエネルギーウインドウ
【符号の説明】
１ ガンマカメラ
２ Ａ／Ｄ変換器
３ イメージメモリコントローラ
４Ａ〜４Ｄ イメージメモリ
５Ａ〜５Ｄ イメージプロセッサ
６ 散乱成分除去回路
７ ウインドウ回路
８ 補正係数発生回路
９ ＣＰＵ
１０ ディスプレイ
１１ ＲＩ１の光電ピーク
１２ ＲＩ２の光電ピーク
１３ エネルギー領域
１４ エネルギー領域
１５ エネルギー領域
１６ 低エネルギーサブウインドウ
１７ メインウインドウ
１８ 高エネルギーサブウインドウ
Ｗ１ エネルギーウインドウ１
Ｗ２ エネルギーウインドウ２
Ｗ３ エネルギーウインドウ３
Ｗ４ エネルギーウインドウ４
Ｗ５ エネルギーウインドウ５
Ｐ１ ＲＩ１の光電ピーク
Ｐ２ ＲＩ２の光電ピーク
Claims (2)
- 被検体に投与した光電ピークが低エネルギー側の第１の放射性同位元素、光電ピークが高エネルギー側の第２の放射性同位元素から発せられる放射線を測定し、この測定データを第１の放射性同位元素と第２の放射性同位元素を用いた場合のエネルギースペクトルに対するエネルギーウインドウを用いて各放射性同位元素の成分に分離する手段を備える核医学診断装置において、
前記エネルギーウインドウとして、低エネルギー側から順に第１のエネルギーウインドウ、第２のエネルギーウインドウ、第３のエネルギーウインドウ、第４のエネルギーウインドウが設定され、
前記第２のエネルギーウインドウは、前記第１の放射性同位元素の光電ピークに対して所定の幅に、且つ、その高エネルギー側の境界が第２の放射性同位元素の光電ピークになるよう設定され、
前記第１のエネルギーウインドウは、前記第２のエネルギーウインドウの低エネルギー側に設定され、
前記第３のエネルギーウインドウは、前記第２のエネルギーウインドウの高エネルギー側に、且つ、その低エネルギー側の境界が第２の放射性同位元素の光電ピークになるよう設定され、
前記第３のエネルギーウインドウに含まれる散乱線成分を、前記第４のエネルギーウインドウのカウント値に基づいて求めた長方形部分として散乱線補正を行うことを特徴とする核医学診断装置。 - 被検体に投与した光電ピークが低エネルギー側の第１の放射性同位元素、光電ピークが高エネルギー側の第２の放射性同位元素から発せられる放射線を測定し、この測定データを第１の放射性同位元素と第２の放射性同位元素を用いた場合のエネルギースペクトルに対するエネルギーウインドウを用いて各放射性同位元素の成分に分離する手段を備える核医学診断装置において、
前記エネルギーウインドウとして、低エネルギー側から順に第１のエネルギーウインドウ、第２のエネルギーウインドウ、第３のエネルギーウインドウ、第４のエネルギーウインドウ、第５のエネルギーウインドウが設定され、
前記第２のエネルギーウインドウは、前記第１の放射性同位元素の光電ピークに対して所定の幅に、且つ、その高エネルギー側の境界が第２の放射性同位元素の光電ピークになるよう設定され、
前記第１のエネルギーウインドウは、前記第２のエネルギーウインドウの低エネルギー側に設定され、
前記第３のエネルギーウインドウは、前記第２のエネルギーウインドウの高エネルギー側に、且つ、その低エネルギー側の境界が第２の放射性同位元素の光電ピークになるよう設定され、
前記第３のエネルギーウインドウに含まれる散乱線成分を、前記第４のエネルギーウインドウと第５のエネルギーウインドウのカウント値から求めた傾斜に基づいて求めた台形形部分として散乱線補正を行うことを特徴とする核医学診断装置。
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-
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