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
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Description
【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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JP25478695A JP3813213B2 (ja) | 1995-10-02 | 1995-10-02 | 核医学診断装置および放射性同位元素の分離方法 |
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