JP4929448B2

JP4929448B2 - 断層撮影装置

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Publication number: JP4929448B2
Application number: JP2005220352A
Authority: JP
Inventors: 飯田秀博
Original assignee: Japan Health Sciences Foundation
Current assignee: Japan Health Sciences Foundation
Priority date: 2005-07-29
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2025-07-29
Also published as: EP1921467A4; US20100171041A1; WO2007013550A1; EP1921467A1; EP1921467B1; JP2007033370A

Description

本発明は、単一光子放射コンピュータ断層撮影装置（ＳＰＥＣＴ装置）や陽電子放射断層撮影装置（ＰＥＴ装置）などに代表される断層撮影装置に関する。

従来、放射性アイソトープで標識された医薬品を被写体に投与し、体内分布をイメージング可能に構成された断層撮影装置の一つとして単一光子放射コンピュータ断層撮影装置（ＳＰＥＣＴ装置）が広く知られている。ＳＰＥＣＴ装置では、一枚の位置検出型の放射線検出器の表面にコリメータを装着し、被写体の外部に沿って回転させ、全周にわたって放射線データを収集し、回転に同期した信号を解析することで、被写体内部の放射性薬剤の分布を推定する。特に、コリメータとして、単一のホールを有し、被写体からの放射線がホールを通りコーンビーム状となって放射線検出器に投射されるピンホールコリメータを装着したＳＰＥＣＴ装置は、その設計構造が簡単であり、かつ、ホール径を小さくし、被写体に近接して撮像できるので、空間解像度を向上できるという利点があり、特にラットやマウス等の小動物の断層撮像に利用されている。

一方、ピンホールコリメータを装着したＳＰＥＣＴ装置における完全な画像再構成には、Ｔｕｙの条件（非特許文献１参照）が提示されており、従来のピンホールＳＰＥＣＴ装置の幾何学設計では、回転面以外の断面でこの前提条件が成り立たないので、ホールを含む回転面上の画像は原理的には正確に再構成できるのに対し、ホールを含まない断層面においては正確な放射能濃度が計測できないという欠点があり、さらにホールを含む回転面上の画像にも不均一分解能による画像のゆがみが生じるという欠点がある。

これに対し、特許文献１では、ピンホールコリメータを装着した１台または複数台の位置検出型放射線検出器を常に被写体を視野に含むように配置すると共に、検出器の配列、ピンホール位置のずれ、台座位置の揺動等の工夫により、視野の中心を含む１つの回転面上だけでなく、回転面外にも移動して放射線を検出するようにしたピンホールＳＰＥＣＴ装置が開示されている。このＳＰＥＣＴ装置によれば、放射線を回転面からずらして検出することによって撮像データがＴｕｙの条件を満足するように構成されているので、撮像データから得られる再構成画像の解像度を向上させることができる。

また、非特許文献１には、検出器のピンホールが被写体軸に対して９０°および４５°の２つの軌道を描くように被写体周りを回転させるようにしたピンホールＳＰＥＣＴ装置が開示されている。このＳＰＥＣＴ装置によれば、２つのピンホール軌道を用いることによって撮像データがＴｕｙの条件を満たすように構成されており、視野角の全てにおいて完全な３ＤピンホールＳＰＥＣＴの再構成画像を得ることができる。
特開２００４−２３３１４９号公報Ｈ．Ｋ．Ｔｕｙ．Ａｎｉｎｖｅｒｓｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｆｏｒｃｏｎｅ−ｂｅａｍｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ＳＩＡＭＪ．ＡＰＰＬ．ＭＡＴＨ．Ｖｏｌ．４３，Ｎｏ．３，５４６−５５２（１９８３）ＴｓｕｔｏｍｕＺｅｎｉｙａ，ＡｎｅｗｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｉｍａｇｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｉｎｐｉｎｈｏｌｅＳＰＥＣＴ，ＥｕｒｏｐｅａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｕｃｌｅａｒＭｅｄｉｃｉｎｅａｎｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＩｍａｇｉｎｇＶｏｌ．３１，Ｎｏ．８，１１６６−１１７２（２００４）

しかしながら、このような従来の断層撮影装置では、被写体が小動物のように小さい場合には高解像度の再構成画像を得ることができるものの、被写体が人体のように大きくなるとトランケーション（視野欠陥）が発生するといった問題があった。このようなトランケーションの問題は、検出器の軌道を被写体に対して十分大きくすることによって解消することが可能であるが、検出器と被写体の距離が遠くなるにつれて解像度も低下するため高解像度の再構成画像を得ることが難しくなり、トランケーションの解消と解像度の向上を両立させることは困難であった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、人体等の大きな被写体であっても高解像度でトランケーションの無い再構成画像を得ることができる断層撮影装置を提供することを目的とする。

上記目的は、本発明の断層撮影装置によって達成される。

すなわち、本発明は、（１）単一または複数の放射線検出器を有し第１の軌道に沿って被写体の周囲を移動可能な第１検出部と、単一または複数の放射線検出器を有し前記第１の軌道よりも前記被写体からの距離が遠い第２の軌道に沿って前記被写体の周囲を移動可能な第２検出部と、前記第１検出部により得られた撮像データと前記第２検出部により得られた撮像データとを用いて画像を再構成する画像再構成部と、を有し、前記第１検出部は、単一光子放射コンピュータ断層撮影により断層撮影を行い、前記第１検出部の放射線検出器は、ピンホールコリメータを備えたことを特徴とする断層撮影装置である。

本発明はまた、（２）前記第２検出部は、陽電子放射断層撮影により断層撮影を行うことを特徴とする、（１）に記載の断層撮影装置である。

本発明はまた、（３）前記第１の軌道を含む平面と前記第２の軌道を含む平面は、互いに異なる平面を構成することを特徴とする、（１）または（２）に記載の断層撮影装置である。

本発明はまた、（４）前記第１の軌道を含む平面と前記第２の軌道を含む平面は、それぞれ被写体軸に対して４５°および９０°の角度をなすことを特徴とする、（３）に記載の断層撮影装置である。

本発明によれば、人体等の大きな被写体の断層撮影において、被写体に近接した第１検出器によって空間解像度の高い撮像データを得ることができると共に、視野の広い第２検出器によってトランケーションの無い撮像データを得ることができ、高解像度でトランケーションの無い再構成画像を得ることができる。

また、前記第１の軌道を含む平面と前記第２の軌道を含む平面が、互いに異なる平面を構成するようにすることにより、撮像データがＴｕｙの条件を満たすことになるため、視野角の全てにおいて完全な再構成画像を得ることができる。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態にかかる断層撮影装置について詳細に説明する。

図１は本実施形態にかかる断層撮影装置１０の略示側面図、図２は断層撮影装置１０の略示正面図、図３は断層撮影装置１０の特徴的部分のみを示した略示斜視図である。

本実施形態にかかる断層撮影装置１０は、患者などの被写体１２を支持可能な台座１４と、揺動装置１６に片持ち支持された第１検出部１８と、回転装置２０に片持ち支持された第２検出部２２と、制御装置２４と、を有して構成されている。

第１検出部１８は、互いの視野中心が略一致するように配設された複数（本実施形態では２つ）のＳＰＥＣＴ用ガンマカメラ（本発明にかかる「放射線検出器」）１８Ａ、１８Ｂを有して構成されている。なお、各々のガンマカメラの視野中心は互いに略一致していることが、画像再構成のプログラミングの煩雑さを回避するためには望ましいが、必ずしも略一致している必要はない。

各ガンマカメラ１８Ａ、１８Ｂは、円錐形状のピンホールコリメータを備えており、ピンホールコリメータの先端部に形成されたピンホールを介して、被写体１２に注入された核種（放射性同位元素：ＲＩ）から放出される放射線の入射位置を２次元的に検出することが可能である。

また、第１検出部１８は、アーム状の揺動装置１６によって片持ち支持されている。この第１検出部１８は、揺動装置１６を駆動することにより、被写体１２の軸心Ｌ１（以下、単に「被写体軸Ｌ１」と称す。）を中心とした円状の第１の軌道Ｃ１に沿って被写体１２の周囲を矢印Ｒ１の範囲（図２参照）で揺動（移動）可能に構成されている。この第１検出部１８が移動する第１の軌道Ｃ１は、図１に示されるように、被写体軸Ｌ１に対して角度θ１（本実施形態では４５°）で傾斜する軌道とされている。

なお、本実施形態では、第１検出部１８を所定の範囲で揺動可能に構成したが、本発明にかかる「第１検出部」はこれに限定されるものではなく、例えば、第１検出部１８を第１の軌道Ｃ１の全周に亘って移動可能に構成してもよく、また、被写体軸Ｌ１に対する第１の軌道Ｃ１の傾斜角度θ１は任意に設定することができる。

一方、第２検出部２２は、互いの視野中心が略一致するように配設された複数（本実施形態では２つ）の平板状のＳＰＥＣＴ用ガンマカメラ（本発明にかかる「放射線検出器」）２２Ａ、２２Ｂによって構成されている。
各ガンマカメラ２２Ａ、２２Ｂは、上記ガンマカメラ１８Ａ、１８Ｂと同様に、被写体１２に注入された核種（放射性同位元素：ＲＩ）から放出される放射線の入射位置を２次元的に検出することが可能である。

また、第２検出部２２は、円板状の回転装置２０によって片持ち支持されている。この第２検出部２２は、回転装置２０を駆動することにより、第１の軌道Ｃ１よりも被写体１２からの距離が遠い円状の第２の軌道Ｃ２に沿って被写体１２の全周に亘り矢印Ｒ２の方向（図２参照）に移動可能に構成されている。この第２検出部２２が移動する第２の軌道Ｃ２は、図１に示されるように、被写体軸Ｌ１に対して角度θ２（本実施形態では９０°）で傾斜する軌道とされている。即ち、第２の軌道Ｃ２は、第１の軌道Ｃ１を含む平面と第２の軌道Ｃ２を含む平面が異なる平面となるように傾斜されている。

なお、本実施形態では、第２検出部２２を被写体１２の全周に亘り矢印Ｒ２の方向に移動可能に構成したが、本発明にかかる「第２検出部」はこれに限定されるものではなく、例えば、第２検出部２２を第２の軌道Ｃ２に沿う所定の範囲内で移動可能に構成してもよく、また、被写体軸Ｌ１に対する第２の軌道Ｃ２の傾斜角度θ２を、被写体軸Ｌ１に対する第１の軌道Ｃ１の傾斜角度θ１と同一の角度に設定してもよい。

また、本発明にかかる「第２検出器」はＳＰＥＣＴ用の検出器に限定されるものではなく、ＳＰＥＣＴ用ガンマカメラ２２Ａ、２２Ｂに代えて、図４に示すように、一式（複数対）のＰＥＴ用ガンマカメラ２２Ｃを適用してもよい。

制御装置２４は、揺動装置１６による第１検出部１８の移動制御や回転装置２０による第２検出部２２の移動制御を行う制御部や、第１検出部１８および第２検出部２２によって収集された複数の撮像データに基づいて画像再構成を行う画像再構成部などを有して構成されている。

次に、本実施形態にかかる断層撮影装置１０の作用について詳細に説明する。

制御装置２４によって揺動装置１６が駆動されると、第１検出部１８が、第１の軌道Ｃ１に沿って被写体１２の周囲を矢印Ｒ１の範囲で揺動させられると共に、被写体１２の周囲の放射線を検出して撮像データを収集する。
また、制御装置２４によって回転装置２０が駆動されると、第２検出部２２が、第２の軌道Ｃ２に沿って被写体１２の全周に亘り矢印Ｒ２の方向に移動させられると共に、被写体１２の周囲の放射線を検出して撮像データを収集する。

制御装置２４は、第１検出部１８に収集された空間解像度の高い撮像データと、第２検出部２２によって収集された視野の広い撮像データに基づいて、断層像であるＣＴ像を再構成して再構成画像を得る。

なお、画像再構成の方法としては、フーリエ変換等を用いた直接フーリエ逆変換法やフィルタ補正逆投影法（ＦＢＰ法）、重畳積分法（ＣＢＰ法）といった解析的方法や、逐次近似による代数的な方法など、公知の方法を適用することができるが、特に以下に示す逐次近似による方法が好適に用いられる。

すなわち、当該画像再構成法は、逐次近似的に画像を更新する方法であり、下記式

で定義される確立密度関数を最大化するべく画像を推定するものである。実際の逐次近似の計算式は次式のとおりである。

ここで、λは再構成画像であり、λ_ｊは画像におけるｊ番目のピクセル（位置）のカウント値であり、ｋおよびｋ＋１は、それぞれｋ番目、ｋ＋１番目に計算された画像であることを表す。また、ｙは測定データ、すなわちプロジェクションデータであり、ｙ_ｉはｉ番目のピクセルにおけるデータのカウント値である。ａ_ｉｊは係数であり、ｉ番目のプロジェクションデータにおけるｊ番目のピクセル値がどの程度寄与するかについて幾何学的に決定される数値である。上記式において、第１検出部１８によって収集された空間解像度の高い撮像データと、第２検出部２２によって収集された視野の広い撮像データの２つの異なる解像度のプロジェクションデータｙを利用することにより、逐次近似的に画像を更新して、画像を再構成することができる。

このような画像再構成処理を行うことで、第１検出部１８が死角となり第２検出部２２によって撮像データが収集できないような場合（第２検出部２２の内側空間に第１検出部１８が位置する場合）であっても、第１検出部１８で収集された撮像データによって収集できなかった撮像データを補間することができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる断層撮影装置１０によれば、各々が有するピンホールコリメータの視野中心が略一致するように配設された複数の放射線検出器（本実施形態ではガンマカメラ１８Ａ、１８Ｂ）によって構成され、第１の軌道Ｃ１に沿って被写体１２の周囲を移動可能な第１検出部１８と、各々の視野中心が略一致するように配設された複数の放射線検出器（本実施形態ではガンマカメラ２２Ａ、２２Ｂ）によって構成され、第１の軌道Ｃ１よりも被写体１２からの距離が遠い第２の軌道Ｃ２に沿って被写体１２の周囲を移動可能な第２検出部２２と、を有して構成されているため、被写体１２に近接した第１検出器１８によって空間解像度の高い撮像データを得ることができると共に、視野の広い第２検出器２２によってトランケーションの無い撮像データを得ることができ、高解像度でトランケーションの無い再構成画像を得ることができる。

特に、第１の軌道Ｃ１を含む平面と第２の軌道Ｃ２を含む平面は、互いに異なる平面であるため、撮像データがＴｕｙの条件を満たすこととなり、視野角の全てにおいて完全な再構成画像を得ることができる。

尚、本発明の断層撮影装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明にかかる断層撮影装置は、大きな被写体であっても高解像度でトランケーションの無い再構成画像を得ることができるという優れた効果を有するので、人体等の大きな被写体の断層撮影に特に好適である。

本発明の実施形態にかかる断層撮影装置の略示側面図である。前記断層撮影装置の略示正面図である。前記断層撮影装置の特徴的部分のみを示した略示斜視図である。本発明の他の実施形態にかかる断層撮影装置の特徴的部分のみを示した略示斜視図である。

１０・・・断層撮影装置
１２・・・被写体
１４・・・台座
１６・・・揺動装置
１８・・・第１検出部
１８Ａ、１８Ｂ、２２Ａ、２２Ｂ・・・ＳＰＥＣＴ用ガンマカメラ
２０・・・回転装置
２２・・・第２検出部
２２Ｃ・・・ＰＥＴ用ガンマカメラ
２４・・・制御装置

Claims

単一または複数の放射線検出器を有し第１の軌道に沿って被写体の周囲を移動可能な第１検出部と、
単一または複数の放射線検出器を有し前記第１の軌道よりも前記被写体からの距離が遠い第２の軌道に沿って前記被写体の周囲を移動可能な第２検出部と、
前記第１検出部により得られた撮像データと前記第２検出部により得られた撮像データとを用いて画像を再構成する画像再構成部と、を有し、
前記第１検出部は、単一光子放射コンピュータ断層撮影により断層撮影を行い、
前記第１検出部の放射線検出器は、ピンホールコリメータを備えたことを特徴とする断層撮影装置。
前記第２検出部は、陽電子放射断層撮影により断層撮影を行うことを特徴とする、
請求項１に記載の断層撮影装置。
前記第１の軌道を含む平面と前記第２の軌道を含む平面は、互いに異なる平面を構成することを特徴とする、
請求項１または２に記載の断層撮影装置。
前記第１の軌道を含む平面と前記第２の軌道を含む平面は、それぞれ被写体軸に対して４５°および９０°の角度をなすことを特徴とする、
請求項３に記載の断層撮影装置。