JP5140810B2 - 断層撮影画像の重ね合わせ表示方法及び断層撮影画像を重ね合わせて表示するためのコンピュータプログラム - Google Patents
断層撮影画像の重ね合わせ表示方法及び断層撮影画像を重ね合わせて表示するためのコンピュータプログラム Download PDFInfo
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Description
本発明は、異なる断層撮影装置から得られた画像を相互に重ね合わせて表示できるように撮影装置を標準化し、この標準化された断層撮影データを用いて画像を相互に重ね合わせて表示する方法、及び、この方法を実行させるためのコンピュータプログラムに関する。
生体内の断層画像を撮影するための断層撮影装置としては、現在のところ、X線CT（X線コンピュータ断層撮影装置）、SPECT（シングルフォトンエミッションCT装置）、PET(陽電子断層撮影装置)、MRI(核磁気共鳴装置)などが知られている。このうち、MRI(核磁気共鳴装置) やX線CT装置は、主に体内の解剖学的画像を得るために有用である。
これに対し、PETは、放射性薬剤を被検者に投与し、薬剤から放出される放射線を多数の放射線検出器により検出して、体内の放射能分布の断層像を作るものである。これにより非侵襲的に非常に高感度で体内の薬剤分布を知ることができる。したがって、PETを用いることにより、生理学的情報を持った画像を得ることができる。この特性ゆえに、PETは脳神経学を始め、心臓学、腫瘍学などのさまざまな分野で広く利用されている。特に近年、18F-FDG(フルオロデオキシグルコース)を投与した被検者をPETにより全身撮像することで、癌の早期発見や癌の転移の有無の検査を簡便に行える点が注目されている。
18F-FDGは糖の一種で、腫瘍に特に集積しやすいという特性がある。このため、PET 画像では腫瘍部位が正常部位より高いカウントを持つ。したがって、PET 画像を一見しただけで、腫瘍の有無を容易に判断できる。
しかし、PET画像はこのような生理学的情報は提供するものの、解剖学的情報に乏しい。このため、腫瘍の詳細な解剖学的位置を特定するには不十分である。PET画像で映し出された腫瘍が、どの組織のどの部位に存在するのかを決めることは、その後の治療計画を進めていく上で、極めて重要である。したがって、PET画像をMRI画像やX線CT画像と併用することにより、腫瘍の詳細な解剖学的位置を特定することが望まれている。
近年、PETとX線CTを組み合わせた複合断層撮影装置が販売されるようになったが、非常に高価であり、すべての施設で持つことはできない。また、MRIに至っては、動作原理の関係上、PETと組み合わせた単一の装置を構成することは困難である。
また、同一被検者で得られたPET画像をMRI画像やX線CT画像とソフトウェアを用いて自動的に重ね合わせるアルゴリズムがいくつか提唱されている。しかし、従来のソフトウェアによる方法は、画像の画質などに大きく依存しており、精度が悪い。また、PET、MRI、X線CT等の装置は、通常、異なる建屋に設置されており、それぞれの装置のベッドの形状も異なるため、これらの画像の位置合わせには困難を伴う。
本発明者らは、先に、光学式トラッキング装置を用意し、該トラッキング装置によって検出し得るマーカーをレファレンスマーカーとしてPET装置のガントリに取り付け、同様のマーカーを患者の頭部に取り付けてスキャンすることにより、撮像時のガントリに対する患者の相対位置を検出して患者の体動をモニターし、その体動に基づいて撮像された画像データを補正することで、体動補正した画像を得ることを提案した（非特許文献１及び２参照）。しかし、ここでは、光学式トラッキング装置は体動補正のために使用されているに過ぎない。
特公平６−１６０９９号公報
特開平９−１１３６３６号公報
WOO等、"SINOGRAM-BASED MOTION CORRECTION OF PET IMAGES", IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, VOL. 51, NO.3, p.782-788, JUNE 2004
H. Watabe et al., International Congress Series 1265 (2004) p.31-38.
本発明は、断層撮影装置のスキャン時に断層データを取得すると同時にそれに対応する位置データを取得し、さらに、この位置データを異なる断層撮影装置間で共通の座標系の位置データに変換することにより、この変換された位置データに基づいて、異なる断層撮影装置で撮影した断層データを正確に位置合わせして、両者の画像を重ね合わせることができるようにすることを目的とする。
本発明者らは、断層撮影装置のスキャン時に光学式トラッキング装置を用いて取得した被検体の位置データを、当該断層撮影装置をキャリブレーションして得た変換行列を用いてスキャナ座標系の位置データに変換することにより、異なる撮影装置で撮影した断層撮影画像を、簡単かつ高精度で重ね合わせることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
かくして、本発明の一局面によれば、検知器が取り付けられたガントリと、該ガントリ内に被検体を保持する保持装置とを備え、前記ガントリ又は前記保持装置を移動させることにより前記被検体をスキャンして断層データを取得する断層撮影装置で撮影した前記被検体の断層データを重ね合わせて断層撮影画像として表示する断層撮影画像の重ね合わせ表示方法であって、光学式トラッキング装置を用意し、該トラッキング装置によって検知し得るマーカーを前記ガントリに取り付け、被検体に装着される、該トラッキング装置によって検知し得るマーカーと同様のマーカーと、前記検知器によって検知し得る線源と、を備えたキャリブレーション治具を前記保持装置に保持させておき、前記ガントリ又は前記保持装置を移動させてスキャンしたときの両マーカーの位置データを前記光学式トラッキング装置により取得して、ガントリの座標系CGの位置データを断層撮影装置のスキャナ座標系CPの位置データに変換する変換行列TG→P にて、ガントリの座標系C G の位置データを断層撮影装置のスキャナ座標系C P の位置データに変換し、この変換された位置データに基づいて、断層撮影装置のスキャン方向に平行であるスキャナ座標系C P の座標軸を共通の軸として、異なる断層撮影装置で撮影した断層データどうしを重ね合わせることを特徴とする断層撮影画像の重ね合わせ表示方法が提供される。
このキャリブレーション方法において、上記変換行列TG→Pは、前記光学式トラッキング装置をコンピュータに接続しておき、該トラッキング装置により取得した両マーカーの位置データをコンピュータの記憶装置に格納し、格納された両位置データの関係を計算することにより求めることができ、この計算は、通常、コンピュータを用いて容易に実施できる。
したがって、本発明のさらに別の局面によれば、検知器が取り付けられたガントリと、該ガントリ内に被検体を保持する保持装置とを備え、前記ガントリ又は前記保持装置を移動させることにより前記被検体をスキャンして断層データを取得する断層撮影装置で撮影した前記被検体の断層データを重ね合わせて断層撮影画像として表示するためのコンピュータプログラムであって、前記断層撮影装置を用いて取得された断層データと、光学式トラッキング装置を用意し、該トラッキング装置によって検知し得るマーカーを前記ガントリ及び前記被検体のそれぞれに取り付けておき、前記スキャン中に該トラッキング装置を用いて取得された被検体の前記断層データに対応する位置データとを入力する手順、
得られた位置データをガントリに取り付けたマーカーの座標系CGの位置データに変換し、さらに、この変換された位置データを上記方法で得られた変換行列TG→Pによって前記座標系CPの位置データに変換する手順、および、
この変換された位置データに基づいて、断層撮影装置のスキャン方向に平行であるスキャナ座標系C P の座標軸を共通の軸として、異なる断層撮影装置で撮影した断層データどうしを重ね合わせて表示する手順、
を含むことを特徴とする断層撮影画像を重ね合わせて表示するためのコンピュータプログラムが提供される。
得られた位置データをガントリに取り付けたマーカーの座標系CGの位置データに変換し、さらに、この変換された位置データを上記方法で得られた変換行列TG→Pによって前記座標系CPの位置データに変換する手順、および、
この変換された位置データに基づいて、断層撮影装置のスキャン方向に平行であるスキャナ座標系C P の座標軸を共通の軸として、異なる断層撮影装置で撮影した断層データどうしを重ね合わせて表示する手順、
を含むことを特徴とする断層撮影画像を重ね合わせて表示するためのコンピュータプログラムが提供される。
本発明のキャリブレーション方法及びそのためのコンピュータプログラムによれば、様々な断層撮影装置に固有の変換行列TG→Pが求められ、各断層撮影装置で得られた画像データの位置データを該変換行列TG→Pを使用してスキャナ座標系CPにおける表示に変換することができるので、様々な画像データを重ね合わせ可能にするための標準化を行える。
そして、本発明の断層撮影データの取得方法及び断層撮影データ処理用コンピュータプログラムによれば、様々な断層撮影装置から得られた被検体の位置データは、それぞれの撮影装置に固有の変換行列TG→Pでスキャナ座標系における位置データに変換することができ、撮影装置に依存しない位置データとして取得することができる。
さらに、本発明の断層撮影画像の重ね合わせ方法及び当該画像を重ね合わせて表示するためのコンピュータプログラムによれば、上記方法によって取得されたスキャナ座標系CPにおける位置データに基づいて、それに対応する断層データを容易に重ね合わせることができる。
また、本発明の断層撮影画像の重ね合わせ方法及び当該画像を重ね合わせて表示するためのコンピュータプログラムによれば、光学式トラッキング装置を用いて被検体の３次元的な位置が正確に求められるため、ソフトウェアのみを使用したシステムに比べ、精度よく、画質によらない結果が得られ、また、PETとMRIの画像を重ね合わせることも可能であり、モダリティーに依存しない汎用性のあるシステムが提供される。
さらに、本発明は、光学式トラッキング装置とそれが検知可能なマーカーを用意すればよく、既存の断層撮影装置に容易に適用でき、したがって、安価に高精度の画像の重ね合わせを可能にするものであり、その結果、経済的で高度な診断が可能になる。
（１）キャリブレーション方法
以下、添付の図面に基づいて本発明の具体例を説明する。
周知のように、X線CT、SPECT、PET、MRIなど断層撮影装置は、図１に示されるように、ガントリ１と、この内部に患者等の被検体を保持する所謂ベッドと称される保持装置２とを備えてなり、ガントリ１の内周には検知器が取り付けられている。検知器は、PET、SPECTおよびX線CTの場合はシンチレータ、MRIの場合はRFコイルである。そして、被検体を保持装置２に保持させ、ガントリ１又は保持装置２を直線的に移動させることにより前記被検体をスキャンして１以上の断層データを取得する。断層撮影装置は、ガントリ１を固定し保持装置２を移動させてスキャンする形式と、保持装置２を固定しガントリ１を移動させてスキャンする形式の２種類が主流となっているが、本発明では何れの形式の装置であってもよい。
以下、添付の図面に基づいて本発明の具体例を説明する。
周知のように、X線CT、SPECT、PET、MRIなど断層撮影装置は、図１に示されるように、ガントリ１と、この内部に患者等の被検体を保持する所謂ベッドと称される保持装置２とを備えてなり、ガントリ１の内周には検知器が取り付けられている。検知器は、PET、SPECTおよびX線CTの場合はシンチレータ、MRIの場合はRFコイルである。そして、被検体を保持装置２に保持させ、ガントリ１又は保持装置２を直線的に移動させることにより前記被検体をスキャンして１以上の断層データを取得する。断層撮影装置は、ガントリ１を固定し保持装置２を移動させてスキャンする形式と、保持装置２を固定しガントリ１を移動させてスキャンする形式の２種類が主流となっているが、本発明では何れの形式の装置であってもよい。
本発明では、さらに、光学式トラッキング装置３を用意し、これを断層撮影装置の外部に設置する。光学式トラッキング装置３としては、通常、CCDカメラを用いた位置センサを使用できるが、そのうち、図示のように、２つのCCDカメラ３３，３３を備え、剛体に取り付けられたマーカーの3次元（3D）位置を計測することによって、その剛体の6次元（6D）の動き（すなわち、位置と方向）をリアルタイムに計測できる光学式トラッキング装置が好ましく使用される。かかる２つのCCDカメラを備えた装置としては、例えば、POLARIS（登録商標）システム(Northern Digital Inc.製)が挙げられる。この光学的トラッキング装置３は、ＲＳ−２３２Ｃケーブルなどでコンピュータに接続され、得られた位置データをコンピュータに送信して記憶装置に格納し、表示することができる。
そして、該トラッキング装置３によって検知し得るマーカー４をガントリ１に取り付ける。図示の例では、マーカー４は、概略矩形の基板４１の表面に４つのプラスチック製の球体４２，４２・・・を備えたユニットとして構成されており、この基板４１をガントリ１の前面に取り付けることにより固定されている。この球体４２，４２・・・は、前記トラッキング装置３が発する赤外線などの光線を反射する性質を備え、該トラッキング装置３はこの反射光を捕えることにより、マーカー４の位置データを取得する。一般に、該トラッキング装置３によって剛体の上下、左右、前後及び回転の位置を計測するためには、マーカー４のユニットは３つの球体４２，４２・・・を備えていれば足りるが、さらに測定精度を高めるためには、４つの球体４２，４２・・・を備えていることが好ましい。ガントリ１が固定された断層撮影装置の場合、このマーカー４は固定位置の基準となる。
そして、本発明では、キャリブレーション治具６を保持装置２に載置して固定しておく。キャリブレーション治具６は、マーカー４と同様の構成のマーカー６１と、ガントリ１に取り付けられた検知器で検出可能な線源６２とを備えている。この状態で断層撮影装置をスキャンさせたときの両マーカー４，６１の位置データを光学式トラッキング装置３により追跡するとともに取得して、断層撮影装置のキャリブレーション操作を行う。断層撮影装置のスキャンは被検体の撮像時と同様に行われ、公知のように、ガントリ１が固定された断層撮影装置の場合は保持装置２を移動させ、保持装置２が固定された断層撮影装置の場合はガントリ１を移動させることにより行われ、後者の場合、保持装置２に取り付けられたマーカー６１が固定位置の基準となる。
キャリブレーション治具６としては、図２に示されるように、ラック６Ａと、これに着脱可能に取り付けることができるターゲット６Ｂとから構成されたものを使用すると好都合である。図２において、ラック６Ａはその上部と下部で互いに平行して延在する一対の梁部６３ａ，６３ｂと両者の間を連結する複数の桁部６４，６４・・・とからなる。ターゲット部６Ｂは、ラック６Ａの梁部６３ａ，６３ｂに着脱自在に嵌合できるように、下方に開口した湾部６７，６７を両端部に備えるとともに、線源を収容する収容部６２を中央に備えた基体と、該基体の中央の上部に取り付けられたマーカー６１とから構成されている。該マーカー６１は、概略矩形の枠体６５とその４つの隅角部のそれぞれに隣接して取り付けられた合計４つの球体６６とからなる。球体６６はマーカー４の球体42と同様のものである。線源収容部62には、PETに用いる場合は18F などのポジトロン放出核種が収容され、MRIに用いる場合はGd 造影剤などが収容され、ＳＰＥＣＴに用いる場合はγ線放出核種が収容され、Ｘ線ＣＴに用いる場合は金属類などが収容され、ポイント線源として機能する。キャリブレーション治具６は、通常、１つのターゲット部６Bをラック６Aの梁部６３の適当な箇所に嵌合させて固定しておけばよいが、複数のターゲット部６Bをラック６Aに保持させて用いても良い。図示の例では、梁部６３ａ，６３ｂは、その両外側面の相互に対向する位置で上下方向に延在する多数の案内溝６９，６９・・・を備えており、この案内溝６９，６９・・・に湾部６７を嵌合させることにより、ラック６Aの長手方向に対して直交する方向にターゲット部６Bを延在させて固定できるようにしている。図２に示されるキャリブレーション治具６を用いると、光学式トラッキング装置３で追跡可能な位置にターゲット部６Bを簡単に固定できるので好都合である。本発明のキャリブレーション治具は、断層撮影装置の画像に影響を与えないようにするために、全てプラスチックまたはカーボン製とすることが好ましい。また、ラック６Ａは、保持装置２に載置した時に容易に動かないように、重量のあるものとすることが好ましい。
以下、本発明のキャリブレーション方法を詳細に説明する。
図１の構成において、断層撮影装置の撮像イベント毎に、取得された断層データに対応するガントリ１と保持装置２の位置データを光学式トラッキング装置３でマーカー４及び６１を観測することによって計測する。図３に示されるように、この計測された位置データから、ガントリ１に取り付けられたマーカー４で代表されるガントリの座標系CＧと、光学式トラッキング装置３の座標系CSとの間の変換行列TG→Sを求める、さらに、光学式トラッキング装置３の座標系CSと、保持装置２に載置されたマーカー６１で代表されるスキャナ座標系CPとの間の変換行列TS→Pを求めることができる。そして、下記式（１）に示すように、上記変換行列TG→S及びTS→Pの両者の積を求めることにより、ガントリの座標系CGとスキャナ座標系CPとの間の変換行列TG→Pを求めることできる。
このスキャナ座標系CPは、座標軸の一つ（通常Z軸とされる）が断層撮影装置のスキャンの方向に平行しているため、断層画像の座標軸に対応するものであり、総ての断層撮影装置において共通するものである。したがって、異なる断層撮影装置で得られた画像データを重ね合わせる際の標準座標軸として有用である。
この変換行列TG→Pは、その精度を高めるために、上記キャリブレーション操作を数回行い、得られたデータを統計学的に処理して求めることが好ましい。この統計学的処理はコンピュータを用いて容易に実施できる。具体的には、ガントリの座標系CGとスキャナ座標系CPとの関係を以下のようにして求める。
まず、キャリブレーション治具６を保持装置２に堅固に固定しておき、断層撮影装置のスキャンを行い、その間に、キャリブレーション治具６のマーカー６１のPET画像、MRI 画像等の画像上の位置(xP, yP, zP)を測定すると同時に、光学式トラッキング装置上の位置 (xS, yS, zS)を測定する。この測定を数回(N 回) 行なうことにより、(xP, yP, zP)とそれに対応する(xS, yS, zS)の組み合わせが、N 個得られる。これらのデータを統計学的に処理することにより、座標系CS と座標系CP との変換を行なう（４×４）の変換行列TS→Pが求められる。この統計学的処理としては、例えば、最小自乗法を用いることができる。この統計学的処理は、(xP, yP, zP)と(xS, yS, zS)のN 個の組み合わせをコンピュータに入力し、適当な記憶装置に格納しておき、このコンピュータ上にて適当な統計学的処理ソフトウエアを用いてこれらの位置データを処理して出力させることにより行うことができる。光学式トラッキング装置はガントリ１の座標系TG から光学式トラッキング装置の座標系CS への変換行列TG→Sを与える。かくして、上記式（１）で示すように、変換行列TG→Pが得られる。なお、ここで求めた変換行列TG→Pは、断層撮影装置にマーカー４を設置した際に、一度求めておけばよく、マーカー４が移動しない限り、断層撮影装置や光学式トラッキング装置を移動させたとしても、再度求める必要は無い。また、変換行列TG→Pの取得は、以下に述べる断層画像の重ね合わせを行う標準となるものであり、断層データとそれに対応するガントリの座標系CGの位置データとのセットが得られていれば、変換行列TG→Pを用いてスキャナ座標CP上で断層データを重ね合わせることができるようになる。
（２）断層撮影データの取得方法及びその重ね合わせ方法
次に、上記方法によってキャリブレーションされた複数の断層撮影装置から断層撮影データを取得し、取得された画像データを相互に重ね合わせる方法を説明する。なお、以下の説明では、ＰＥＴとＭＲＩの間の画像の重ね合わせに関して説明するが、本発明は、これのみに制限されるものではなく、任意の２つの断層撮影装置で得られた画像の組合せに適用することができる。
次に、上記方法によってキャリブレーションされた複数の断層撮影装置から断層撮影データを取得し、取得された画像データを相互に重ね合わせる方法を説明する。なお、以下の説明では、ＰＥＴとＭＲＩの間の画像の重ね合わせに関して説明するが、本発明は、これのみに制限されるものではなく、任意の２つの断層撮影装置で得られた画像の組合せに適用することができる。
この場合の被検体である患者は、光学式トラッキング装置用のマーカーを装着する。このマーカーとしては、例えば、頭部の断層画像を得る場合は図４（A）及び（B）に示されるようなものを用いることができ、胸部の断層画像を得る場合は図４（C）に示されるようなものを用いることができる。図４（A）のマーカー７Aは、図２のキャリブレーション治具６のマーカー６１をフレーム部７１に取り付けたものであり、フレーム部７１はメガネフレームと同様の方法で装着できる。このマーカー７Aを患者が装着して保持装置２上に仰向けとなった場合、マーカー６１は上方に向いて延在する。図４（B）のマーカー７Bは、メガネフレームの前面に３つの球体７２を取り付けたものであり、球体７２は図１に示したマーカー４の球体４２と同様のものである。図４（C）のマーカー７Ｃは、図２のキャリブレーション治具６のマーカー６１を胸部に載置する台座７３の上に取り付けたものである。
そして、患者は、図１に示される構成を備えたPET装置により検査を受ける。そして、断層データを取得するとともに、それに対応するスキャナ座標系CPの位置データ(XP,YP,ZP)を光学式トラッキング装置３及び変換行列TG→Pを用いて求める。
次に、患者は、図１に示される構成を備えたMRI装置により検査を受ける。そして、断層データを取得するとともに、それに対応するスキャナ座標系CPの位置データ(X’P,Y’P,Z’P)を光学式トラッキング装置３及び変換行列TG’→Pを用いて求める。
PET検査で得られた画像データは、それに対応するスキャナ座標系CPの位置データ(XP,YP,ZP)を下記に示す変換を行うことにより、当該変換された位置データに従って表示することにより、MRI画像上に重ね合わせて表示できる。
以下、この重ね合わせについて、図５を参照して更に詳しく説明する。
今、図３に示される５つの座標系、すなわち、光学式トラッキング装置３が持つ座標系CS、患者に取り付けたマーカー６１が持つ座標系CT、PETのガントリ１に取り付けたマーカー４の座標系CG、MRIの ガントリ１‘に取り付けたマーカー４’の座標系CG’、そしてスキャナ座標系CPを考える。
今、図３に示される５つの座標系、すなわち、光学式トラッキング装置３が持つ座標系CS、患者に取り付けたマーカー６１が持つ座標系CT、PETのガントリ１に取り付けたマーカー４の座標系CG、MRIの ガントリ１‘に取り付けたマーカー４’の座標系CG’、そしてスキャナ座標系CPを考える。
光学式トラッキング装置３は、CT とCS の間の変換行列TT→S 、CGとCS の間の変換行列TG→S、そしてCG’ とCS の間の変換行列TG’→Sを返してくる。ある撮影イベントにおける断層データに対応するCT座標系の点(XT, YT, ZT, 1)T と、それに対応するCS 座標系の点(XS, YS, ZS, 1)T の間には下記式（２）の関係が成り立つ。
また、CS 座標系の点(XS, YS, ZS, 1)T と、それに対応するCG 座標系の点(XG, YG, ZG, 1)T の間には下記式（３）の関係が成り立つ。
CG 座標系の点(XG, YG, ZG, 1)T と、それに対応するCP 座標系の点(XP, YP, ZP, 1)T との間には下記式（４）の関係が成り立つ。
従って、CT 座標系の点(XT, YT, ZT, 1)T とCP 座標系の点(XP, YP, ZP, 1)T との間には下記式（５）の関係が成り立つ。
一方、MRI 撮像中に得られた際のスキャナ座標系の位置(X’P, Y’P,Z’P, 1)T は、MRI 撮像中に得られたCT からCS への変換行列T’T→S から、下記式（６）のように書ける。
従って、式（５）と式（６）より、(XP, YP,ZP, 1)T から(X’P, Y’P, Z’P, 1)T への変換は下記式（７）のように表わせる。
つまり、スキャナ座標系CPにおいて、PET で得られた位置とMRI で得られた位置との間の変換行列MP→P’は、下記式（８）のように表せる。
かくして、本発明によれば、異なる断層撮影装置から得られた画像を相互に正確に重ね合わせることができる。この重ね合わせは、通常の画像処理方法と同様に、図５に示されるフローチャートに従ってプログラムされたコンピュータを用いて計算を行い、ディスプレイ装置に画像として表示することにより視覚化でき、また、プリンタ装置で印刷して画像を表示することもできる。
重ね合わせる断層撮影画像は、異なるモダリティーで得られた画像であってもよく、具体的には、PETで得られた画像、SPECTで得られた画像、MRIで得られた画像及びX線CTで得られた画像からなる群より選ばれた少なくとも２種の画像であってよく、例えば、PETで得られた断層撮影画像とMRI又はX線CTで得られた断層撮影画像などが挙げられる。また、同一のモダリティーでも異なる装置から取得された同一患者の画像を対比の目的で相互に重ね合わせることもできる。
重ね合わせる断層撮影画像は、上記非特許文献１及び２などに記載された方法で体動補正が加えられたものであることが好ましく、この場合、一層正確に画像を重ね合わせることができる。
なお、断層撮影装置をキャリブレーションすることにより変換行列TG→Pを求める操作は、断層撮影装置を用いて被検体のスキャンを行う前に行ってもよく、または、この被検体のスキャンと同時若しくは後に行っても良い。すなわち、図１に示される構成の装置を用いて被検体の断層データとそれに対応する光学式トラッキング装置３によって計測した位置データを求めてハードディスクなどの適当な記憶装置に断層撮影データとして蓄積しておいた後、本発明のキャリブレーション方法を実施して変換行列TG→Pを求め、蓄積された断層撮影データの位置データをスキャナ座標系CPの位置データに変換することもでき、したがって、キャリブレーション前に取得した断層撮影データであっても、光学式トラッキング装置の位置データが備わったものであれば、画像を重ね合わせることができる。
実施例１（ファントム実験によるＭＲＩ画像とＰＥＴ画像の重ね合わせ）
ＭＲＩ装置としてGE社製SIGNA3T（商品名）を用い、ＰＥＴ装置としてシーメンス社製ECAT47HR（商品名）を用いた。
両装置を前述の方法で予めキャリブレーションし、それぞれの変換行列TG’→P及び変換行列TG→Pを求めた。キャリブレーションには、キャリブレーション治具として図２に示される治具、ガントリに取り付けるマーカーとして当該キャリブレーション治具のマーカーと同様のもの、光学式トラッキング装置としてPOLALIS（登録商標）システム(Northern Digital Inc.製)、を用い、光学式トラッキング装置はＲＳ−２３２ＣケーブルでWindows（登録商標）コンピュータに接続して用いた。
そして、家畜ブタの食道部にＭＲＩマーカーとしてお茶溶液を埋め込み、ＭＲＩ装置で全身をスキャンして断層データを取得すると同時に、前記光学式トラッキング装置で位置データを取得した。
また、同じブタにマーカー部に１８Ｆ−ＦＤＧを投与し、ＰＥＴ装置で全身をスキャンして断層データを取得すると同時に、前記光学式トラッキング装置で位置データを取得した。
そして、図５の式（６）に従い、ＭＲＩ装置で得られた断層データを変換してコンピュータのディスプレイに表示した。その結果を図６の上段（左は冠状断層図、右は矢状断層図）に示す。
また、図５の式（８）に従い、ＰＥＴ装置で得られた断層データを変換してコンピュータのディスプレイに表示した。その結果を図６の中段（左は冠状断層図、右は矢状断層図）に示す。
これらの画像をコンピュータのディスプレイ上で重ね合わせて表示した。その結果を図６の下段（左は冠状断層図、右は矢状断層図）に示す。図６の下段から明らかなように、両画像は正確に重ね合わされた。重ね合わせの精度は、Ｘ軸方向で−０．４１±１．０５ｍｍ、Ｙ軸方向で−０．１４±０．９４ｍｍ、Ｚ軸方向で０．２６±０．９６ｍｍ、距離として１．６７±０．６０ｍｍであった。
ＭＲＩ装置としてGE社製SIGNA3T（商品名）を用い、ＰＥＴ装置としてシーメンス社製ECAT47HR（商品名）を用いた。
両装置を前述の方法で予めキャリブレーションし、それぞれの変換行列TG’→P及び変換行列TG→Pを求めた。キャリブレーションには、キャリブレーション治具として図２に示される治具、ガントリに取り付けるマーカーとして当該キャリブレーション治具のマーカーと同様のもの、光学式トラッキング装置としてPOLALIS（登録商標）システム(Northern Digital Inc.製)、を用い、光学式トラッキング装置はＲＳ−２３２ＣケーブルでWindows（登録商標）コンピュータに接続して用いた。
そして、家畜ブタの食道部にＭＲＩマーカーとしてお茶溶液を埋め込み、ＭＲＩ装置で全身をスキャンして断層データを取得すると同時に、前記光学式トラッキング装置で位置データを取得した。
また、同じブタにマーカー部に１８Ｆ−ＦＤＧを投与し、ＰＥＴ装置で全身をスキャンして断層データを取得すると同時に、前記光学式トラッキング装置で位置データを取得した。
そして、図５の式（６）に従い、ＭＲＩ装置で得られた断層データを変換してコンピュータのディスプレイに表示した。その結果を図６の上段（左は冠状断層図、右は矢状断層図）に示す。
また、図５の式（８）に従い、ＰＥＴ装置で得られた断層データを変換してコンピュータのディスプレイに表示した。その結果を図６の中段（左は冠状断層図、右は矢状断層図）に示す。
これらの画像をコンピュータのディスプレイ上で重ね合わせて表示した。その結果を図６の下段（左は冠状断層図、右は矢状断層図）に示す。図６の下段から明らかなように、両画像は正確に重ね合わされた。重ね合わせの精度は、Ｘ軸方向で−０．４１±１．０５ｍｍ、Ｙ軸方向で−０．１４±０．９４ｍｍ、Ｚ軸方向で０．２６±０．９６ｍｍ、距離として１．６７±０．６０ｍｍであった。
実施例２（不安定プラークを認める患者のＭＲＩ画像とＰＥＴ画像の重ね合わせ）
実施例１と同様の方法で、頚部に不安定プラークが認められる患者のＭＲＩ画像及びＰＥＴ画像（いずれも冠状断層図）を撮像した。
結果を図７に示す。図７の左側は頚部のＭＲＩ画像であり、図７の右側はこれにＰＥＴ画像を重ね合わせたものである。後者の画像から明らかなように、ＭＲＩ画像の血管領域にＰＥＴ画像のＦＤＧの集積を反映する不安定プラークの領域がきれいに重ね合わされた。
実施例１と同様の方法で、頚部に不安定プラークが認められる患者のＭＲＩ画像及びＰＥＴ画像（いずれも冠状断層図）を撮像した。
結果を図７に示す。図７の左側は頚部のＭＲＩ画像であり、図７の右側はこれにＰＥＴ画像を重ね合わせたものである。後者の画像から明らかなように、ＭＲＩ画像の血管領域にＰＥＴ画像のＦＤＧの集積を反映する不安定プラークの領域がきれいに重ね合わされた。
本発明は、断層撮影装置によって得られた画像を重ね合わせるために断層診断装置を標準化するのに有用であり、このように標準化された装置から得られた画像は正確に重ね合わせることができるので、例えば、医療機器及び画像診断の分野において利用することができる。
１ ガントリ、２ 保持装置、３ 光学式トラッキング装置、４ マーカー、６ キャリブレーション治具、６A ラック、６B ターゲット、６１ マーカー、６２ 線源収容部。
Claims (8)
- 検知器が取り付けられたガントリ（１）と、該ガントリ（１）内に被検体を保持する保持装置（２）とを備え、前記ガントリ（１）又は前記保持装置（２）を移動させることにより前記被検体をスキャンして断層データを取得する断層撮影装置で撮影した前記被検体の断層データを重ね合わせて断層撮影画像として表示する断層撮影画像の重ね合わせ表示方法であって、光学式トラッキング装置（３）を用意し、該トラッキング装置（３）によって検知し得るマーカー（４）を前記ガントリ（１）に取り付け、被検体に装着される、該トラッキング装置（３）によって検知し得るマーカー（４）と同様のマーカー（６１）と、前記検知器によって検知し得る線源（６２）と、を備えたキャリブレーション治具（６）を前記保持装置（２）に保持させておき、前記ガントリ（１）又は前記保持装置（２）を移動させてスキャンしたときの両マーカー（４，６１）の位置データを前記光学式トラッキング装置（３）により取得して、ガントリ（１）の座標系CGの位置データを断層撮影装置のスキャナ座標系CPの位置データに変換する変換行列TG→P にて、ガントリ（１）の座標系C G の位置データを断層撮影装置のスキャナ座標系C P の位置データに変換し、この変換された位置データに基づいて、断層撮影装置のスキャン方向に平行であるスキャナ座標系C P の座標軸を共通の軸として、異なる断層撮影装置で撮影した断層データどうしを重ね合わせることを特徴とする断層撮影画像の重ね合わせ表示方法。
- 前記変換行列TG→Pは、下記式（１）に示されるように、ガントリ（１）の座標系CGの位置データを前記トラッキング装置（３）の座標系CSの位置データに変換する変換行列TG→Sと、該座標系CSの位置データをスキャナ座標系CPの位置データに変換する変換行列TS→Pとの積として求められる請求項１に記載の断層撮影画像の重ね合わせ表示方法。
- 前記変換行列TG→Pは、下記式（４）に示されるように、前記座標系CGの位置データ(XG,YG,ZG,1)Tをそれに対応する前記座標系CPの位置データ(Xp,YP,ZP,1)Tに変換する変換行列TG→Pとして求められる請求項１または２に記載の断層撮影画像の重ね合わせ表示方法。
- 重ね合わせる断層撮影画像が、PETで得られた画像、SPECTで得られた画像、MRIで得られた画像及びX線CTで得られた画像からなる群より選ばれた少なくとも２種の画像である請求項１乃至３の何れか１項に記載の断層撮影画像の重ね合わせ表示方法。
- 重ね合わせる断層撮影画像が、これらの位置データに基づいて体動補正が加えられたものである請求項１乃至４の何れか１項に記載の断層撮影画像の重ね合わせ表示方法。
- 検知器が取り付けられたガントリ（１）と、該ガントリ（１）内に被検体を保持する保持装置（２）とを備え、前記ガントリ（１）又は前記保持装置（２）を移動させることにより前記被検体をスキャンして断層データを取得する断層撮影装置で撮影した前記被検体の断層データを重ね合わせて断層撮影画像として表示するためのコンピュータプログラムであって、前記断層撮影装置を用いて取得された断層データと、光学式トラッキング装置（３）を用意し、該トラッキング装置（３）によって検知し得るマーカー（４，６１）を前記ガントリ（１）及び前記被検体のそれぞれに取り付けておき、前記スキャン中に該トラッキング装置（３）を用いて取得された被検体の前記断層データに対応する位置データとを入力する手順、
得られた位置データをガントリに取り付けたマーカーの座標系CGの位置データに変換し、さらに、この変換された位置データを請求項１乃至３の何れか１項の方法で得られた変換行列TG→Pによって前記座標系CPの位置データに変換する手順、および、
この変換された位置データに基づいて、断層撮影装置のスキャン方向に平行であるスキャナ座標系C P の座標軸を共通の軸として、異なる断層撮影装置で撮影した断層データどうしを重ね合わせて表示する手順、
を含むことを特徴とする断層撮影画像を重ね合わせて表示するためのコンピュータプログラム。 - 重ね合わせる断層撮影画像が、PETで得られた画像、SPECTで得られた画像、MRIで得られた画像及びX線CTで得られた画像からなる群より選ばれた少なくとも２種の画像である請求項６に記載のコンピュータプログラム。
- 重ね合わせる断層撮影画像が、これらの位置データに基づいて体動補正が加えられたものである請求項６又は７に記載のコンピュータプログラム。
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