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技術 柔軟なスキャンモードによる全身の連続的なベッド移動のパラメトリックPETのためのシステムおよび方法

出願人 シーメンスメディカルソリューションズユーエスエーインコーポレイテッド
発明者 ジクンフーヴラジミルワイ.パーニンアンエム.スミスウイリアムカーティスハウヴィジェイシャーフランクケーレンマイケルイー.ケイシーマシューベイカーバーナードベンドリーム
出願日 2018年4月17日 (2年0ヶ月経過) 出願番号 2018-079365
公開日 2018年11月22日 (1年5ヶ月経過) 公開番号 2018-185303
状態 未査定
技術分野
  • -
主要キーワード 平均取得 変動位置 軸プロファイル BM法 各偶数番 各基底関数 高温部位 込みモデル
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年11月22日)のものです。
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図面 (18)

課題

動的な陽電子放出断層撮影法(PET)シノグラムデータを処理および再構成する方法を改善すること。

解決手段

動的な陽電子放出断層撮影法(PET)シノグラムデータを処理および再構成する方法は、変動速度を有する連続的なベッド移動を使用してPETシノグラムデータを取得し、前記PETシノグラムデータを取得している間に複数の位置・時間座標対を記録し、前記複数の位置・時間座標に基づいて、画像の複数のスライスのそれぞれの取得時刻を決定し、前記複数のスライスのそれぞれのスライス毎にそれぞれのパラメトリック画像を再構成することを含む。

概要

背景

陽電子放出断層撮影法(PET)は、患者による摂取または患者への注入による放射性医薬品から発せられるガンマ光子を用いることによって代謝プロセスを撮像するための核医学モダリティである。多方向において複数のPET画像を取得して、三次元PET画像および/またはPET画像の複数のスライスを生成/再構成する。画像再構成前、PET生画像データ投射シノグラム空間にある。PETスキャンによって、一般に、体内組織心血管系呼吸器系などの系統および/またはその他の系統の機能的状態に関する有用な情報が提供される。PETスキャンは、軟部組織腫瘍の有無または身体の特定の器官または部位への血流の減少を示す上で有用である。典型的に、多数のPETデータ取得物(例えばフレーム)が撮像期間中に複数のベッド位置において取得される。

パラメトリックPET撮像の目的は、動的なデータに基づいて時間経過に伴うトレーサー動態を撮像することであり、従来の標準取り込み値(SUV)撮像と比べて組織病理学に対する情報を多く提供することが可能である。時間経過に伴う血液中の放射性医薬品の濃度を特徴付け血液入力関数は、パラメトリックPETにおける重要な構成要素である。血液入力関数は、画像ベースの方法を使用するPETスキャナから取得することが可能であり、または集団ベースの方法によってユーザによって供給されることが可能である。

概要

動的な陽電子放出断層撮影法(PET)シノグラムデータを処理および再構成する方法を改善すること。動的な陽電子放出断層撮影法(PET)シノグラムデータを処理および再構成する方法は、変動速度を有する連続的なベッド移動を使用してPETシノグラムデータを取得し、前記PETシノグラムデータを取得している間に複数の位置・時間座標対を記録し、前記複数の位置・時間座標に基づいて、画像の複数のスライスのそれぞれの取得時刻を決定し、前記複数のスライスのそれぞれのスライス毎にそれぞれのパラメトリック画像を再構成することを含む。

目的

パラメトリックPET撮像の目的は、動的なデータに基づいて時間経過に伴うトレーサー動態を撮像することであり、従来の標準取り込み値(SUV)撮像と比べて組織病理学に対する情報を多く提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

動的な陽電子放出断層撮影法(PET)シノグラムデータを処理および再構成する方法であって、変動速度を有する連続的なベッド移動を使用してPETシノグラムデータを取得するステップと、前記PETシノグラムデータを取得している間に複数の位置・時間座標対を記録するステップと、前記複数の位置・時間座標対に基づいて、画像の複数のスライスのそれぞれのスライス取得時刻を決定するステップと、前記複数のスライスのそれぞれのスライス毎にそれぞれのパラメトリック画像を再構成するするステップを含むことを特徴とする方法。

請求項2

人間の身体に対して放射性トレーサー注入するステップと、前記注入と連続的なベッド移動との間で単一ベッドモードを使用して心臓部位に関するPETシノグラムデータを取得するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成する方法。

請求項3

単一ベッド取得と、連続的なベッド移動を使用して取得された前記シノグラムデータとから、血液入力関数を取得するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成する方法。

請求項4

それぞれのスライス取得時刻毎に血液入力関数のそれぞれの値と、前記血液入力関数の積分とを計算するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成する方法。

請求項5

前記パラメトリック画像は基礎代謝率画像および分散ボリューム画像を含むことを特徴とする請求項1に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成する方法。

請求項6

前記位置・時間座標対の連続する座標対の時間座標は一定の時間間隔によって互いに分離されることを特徴とする請求項1に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成する方法。

請求項7

前記位置・時間座標対の位置座標変動位置間隔によって互いに分離されることを特徴とする請求項6に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成する方法。

請求項8

スライス毎に前記それぞれのスライス取得時刻を決定するステップは、前記スライスの平均トレーサーアクティビティが発生した参照時刻を決定するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成する方法。

請求項9

それぞれのスライス毎の前記参照時刻に対応する、撮像患者の血液入力関数のそれぞれの値を決定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項8に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成する方法。

請求項10

それぞれのスライスに対応する前記血液入力関数のそれぞれの積分を決定することをさらに含むことを特徴とする請求項9に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成する方法。

請求項11

前記変動速度を有する前記連続的なベッド移動は同一方向マルチパス移動を含むことを特徴とする請求項1に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成する方法。

請求項12

前記変動速度を有する前記連続的なベッド移動は二方向移動を含むことを特徴とする請求項1に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成する方法。

請求項13

前記変動速度を有する前記連続的なベッド移動は、ベッド移動の軸範囲の第1の部分における一方向移動とベッド移動の前記軸範囲の第2の部分における二方向移動との組み合わせを含むことを特徴とする請求項1に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成する方法。

請求項14

前記それぞれの画像を再構成するステップは2つ以上の動的なフレームを有するPETシノグラムデータセットからのパラメトリック画像の直接再構成を含むことを特徴とする請求項1に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成する方法。

請求項15

動的な陽電子放出断層撮影法(PET)シノグラムデータを処理および再構成するシステムであって、命令を実行可能な処理装置と、プログラムコードによって符号化され前記処理装置に接続された非一時的機械可読格納媒体とを含むシステムであって、前記格納媒体は、変動速度を有する連続的なベッド移動を使用してPETシノグラムデータを取得するようにPETスキャナを制御するコードと、前記PETスキャナが前記PETシノグラムデータを取得している間に複数の位置・時間座標対を記録するコードと、前記複数の位置・時間座標に基づいて、画像の複数のスライスのそれぞれのスライス取得時刻を決定するコードと、前記複数のスライスのそれぞれのスライス毎にそれぞれのパラメトリック画像を再構成するコードとを含むことを特徴とするシステム。

請求項16

前記制御するコードが前記処理装置を構成することによって、前記位置・時間座標対の連続する座標対の時間座標は一定の時間間隔によって互いに分離されることを特徴とする請求項15に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成するシステム。

請求項17

前記制御するコードは、前記処理装置を構成することによって、前記位置・時間座標対の位置座標は変動位置間隔によって互いに分離されることを特徴とする、請求項16に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成するシステム。

請求項18

スライス毎に前記それぞれのスライス取得時刻を決定する前記コードは、前記スライスの平均トレーサーアクティビティが発生した参照時刻を決定するコードを含むことを特徴とする請求項15に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成するシステム。

請求項19

前記格納媒体は、さらに、それぞれのスライス毎の前記参照時刻に対応する、撮像患者の血液入力関数のそれぞれの値を決定するコードを含むことを特徴とする、請求項18に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成するシステム。

請求項20

前記格納媒体は、さらに、それぞれのスライスに対応する前記血液入力関数のそれぞれの積分を決定するコードを含むことを特徴とする、請求項19に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成するシステム。

請求項21

動的な陽電子放出断層撮影法(PET)シノグラムデータを処理および再構成するプログラムコードで符号化された非一時的機械可読格納媒体であって、変動速度を有する連続的なベッド移動を使用してPETシノグラムデータを取得するようにPETスキャナを制御するコードと、前記PETスキャナが前記PETシノグラムデータを取得している間に複数の位置・時間座標対を記録するコードと、前記複数の位置・時間座標に基づいて、画像の複数のスライスのそれぞれのスライス取得時刻を決定するコードと、前記複数のスライスのそれぞれのスライス毎にそれぞれのパラメトリック画像を再構成するコードとを含むことを特徴とする格納媒体。

請求項22

前記制御するコードは、前記処理装置を構成することによって、前記位置・時間座標対の位置座標が変動位置間隔によって互いに分離されることを特徴とする、請求項21に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成するプログラムコードで符号化された非一時的機械可読格納媒体。

請求項23

スライス毎に前記それぞれのスライス取得時刻を決定する前記コードは、前記スライスの平均トレーサーアクティビティが発生した参照時刻を決定するコードを含むことを特徴とする請求項20に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成するプログラムコードで符号化された非一時的機械可読格納媒体。

請求項24

前記格納媒体は、それぞれのスライス毎の前記参照時刻に対応する、撮像患者の血液入力関数のそれぞれの値および積分を決定するコードをさらに含むことを特徴とする、請求項23に記載の動的なPETシノグラムデータを処理および再構成するプログラムコードで符号化された非一時的機械可読格納媒体。

技術分野

0001

本発明は、一般に医療撮像に関し、より詳しくは連続的なベッド移動による陽電子放出断層撮影法を用いたパラメトリック撮像に関する。

背景技術

0002

陽電子放出断層撮影法(PET)は、患者による摂取または患者への注入による放射性医薬品から発せられるガンマ光子を用いることによって代謝プロセスを撮像するための核医学モダリティである。多方向において複数のPET画像を取得して、三次元PET画像および/またはPET画像の複数のスライスを生成/再構成する。画像再構成前、PET生画像データ投射シノグラム空間にある。PETスキャンによって、一般に、体内組織心血管系呼吸器系などの系統および/またはその他の系統の機能的状態に関する有用な情報が提供される。PETスキャンは、軟部組織腫瘍の有無または身体の特定の器官または部位への血流の減少を示す上で有用である。典型的に、多数のPETデータ取得物(例えばフレーム)が撮像期間中に複数のベッド位置において取得される。

0003

パラメトリックPET撮像の目的は、動的なデータに基づいて時間経過に伴うトレーサー動態を撮像することであり、従来の標準取り込み値(SUV)撮像と比べて組織病理学に対する情報を多く提供することが可能である。時間経過に伴う血液中の放射性医薬品の濃度を特徴付け血液入力関数は、パラメトリックPETにおける重要な構成要素である。血液入力関数は、画像ベースの方法を使用するPETスキャナから取得することが可能であり、または集団ベースの方法によってユーザによって供給されることが可能である。

発明が解決しようとする課題

0004

PETスキャナは、患者の全身の高さよりも小さい限定視野(FOV)を有する。最近、連続的なベッド移動(CBM)PETシステムが提案された。CBMPETシステムは、全身画像を取得可能である。CBMシステムにおいて、ベッドはPETスキャナを中心として移動される。例えば、一定の速度で、例えば頭部を先とした開始位置から例えば患者の足部など終了位置へ移動される。PETデータは、開始位置から終了位置まで連続的に収集される。

0005

ステップアンドシュートスキャンによって取得されるボリューム画像とは異なり、CBMスキャンにおいて取得された画像における軸スライスはそれぞれ異なる時間情報を有する。CBMPETにおいて、データが取得されている間にベッドが移動しているため、各軸スライスからのデータは注入に対して異なる時間で取得され、取り込みモデルの反応成分が影響を受ける。ベッド移動の影響が適切に考慮されない場合、不均一な画像となり、定量化が不均一となる場合がある。これによって、CBMPET画像処理複雑性が増す。

課題を解決するための手段

0006

いくつかの実施形態において、動的な陽電子放出断層撮影法(PET)シノグラムデータを処理および再構成する方法は、変動速度を有する連続的なベッド移動を使用してPETシノグラムデータを取得し、前記PETシノグラムデータを取得している間に複数の位置・時間座標対を記録し、前記複数の位置・時間座標対に基づいて、画像の複数のスライスのそれぞれのスライス取得時刻を決定し、前記複数のスライスのそれぞれのスライス毎にそれぞれのパラメトリック画像を再構成することを含む。

0007

いくつかの実施形態において、動的な陽電子放出断層撮影法(PET)シノグラムデータを処理するシステムは、命令を実行可能な処理装置と、プログラムコードによって符号化され前記処理装置に接続された非一時的機械可読格納媒体とを含む。前記格納媒体は、変動速度を有する連続的なベッド移動を使用してPETシノグラムデータを取得するようにPETスキャナを制御するコードと、前記PETスキャナが前記PETシノグラムデータを取得している間に複数の位置・時間座標対を記録するコードと、前記複数の位置・時間座標に基づいて、画像の複数のスライスのそれぞれのスライス取得時刻を決定するコードと、前記複数のスライスのそれぞれのスライス毎にそれぞれのパラメトリック画像を再構成するコードとを含む。

0008

いくつかの実施形態において、非一時的機械可読格納媒体が動的な陽電子放出断層撮影法(PET)シノグラムデータを処理するプログラムコードで符号化される。非一時的機械可読格納媒体は、変動速度を有する連続的なベッド移動を使用してPETシノグラムデータを取得するようにPETスキャナを制御するコードと、前記PETスキャナが前記PETシノグラムデータを取得している間に複数の位置・時間座標対を記録するコードと、前記複数の位置・時間座標に基づいて、前記画像の複数のスライスのそれぞれのスライス取得時刻を決定するコードと、前記複数のスライスのそれぞれのスライス毎にそれぞれのパラメトリック画像を再構成するコードとを含む。

図面の簡単な説明

0009

いくつかの実施形態によるパラメトリックPETスキャンシステムの概略図である。
図1のPETスキャンシステムを動作する方法のフローチャートである。
図1のPETスキャンシステムを動作する一方向のマルチパススキャンモードを示す概略図である。
図1のシステムにおけるベッドの移動の速度プロファイル非排他的な例を示す。
図1のシステムにおけるベッドの移動の速度プロファイルの非排他的な例を示す。
図1のシステムにおけるベッドの移動の速度プロファイルの非排他的な例を示す。
図1のPETスキャンシステムを動作する二方向スキャンモードを示す概略図である。
図1のPETスキャンシステムを動作する一方向のマルチパススキャンモードと二方向スキャンモードの混合を示す概略図である。
図1のPETスキャンシステムを動作する方法のフローチャートであり、パラメータ演算の詳細を説明する。
例示の血液入力関数およびその積分の図である。
図1のシステムおよび図2および図6の方法を使用して取得された基礎代謝率(Ki)画像の例である。
図8Aの画像に示すのと同じ被検体から取得された分散ボリューム(dv)画像の例である。
図2および図6の方法に対して、各スライスの同一のパス平均時間を用いたモデルバイアスを示す図である。
図1のシステムのブロック図であり、データ処理システムの詳細を含む。
従来のSUV画像を使用して腫瘍を検出するために、パラメトリック画像を使用する利点を説明する例を示す。
従来のSUV画像を使用して腫瘍を検出するために、パラメトリック画像を使用する利点を説明する例を示す。
従来のSUV画像を使用して腫瘍を検出するために、パラメトリック画像を使用する利点を説明する例を示す。

実施例

0010

例示の実施形態の本説明は、本明細書全体の一部をなす添付図面と関連して読むことが意図されている。本説明において、「下部」、「上部」、「水平」、「垂直」、「上方」、「下方」、「上」、「下」、「頂」、「底」などの相対的な語、ならびにその派生語(例えば「水平状態で」、「下方に向かって」、「上方に向かって」など)は、説明する方向、または対応する図面に示す方向を指すものと解釈されるべきものである。それらの相対的な語は、説明の便宜上用いられるものであり、装置が特定の方向において構成または動作されることを求めるものではない。例えば「接続された」や「相互接続された」などの取り付け、接続などに関わる語は、特記しない限り、構造体が直接的または介在する構造体を介して間接的のいずれかで互いに固定または取り付けられた関係ならびに可動または固定の取り付けまたは関係を指す。

0011

例えば基礎代謝率などの動態パラメータは時間情報と密に相関しているため、パラメトリックPETの正確な結果のためには正確な撮像時間情報が重要である。したがって、パラメトリック撮像を実行可能なPETシステムのためには、動的なスキャン手順の時間情報を追跡し血液入力関数と動的なPETデータとを同期化する機構を有することが非常に望ましい。

0012

連続的なベッド移動(CBM)を伴うクリニカル陽電子放出断層撮影法(PET)スキャナは、ステップアンドシュート取得と比較して、スキャン範囲、スキャン方向、およびスキャン速度に関してパラメトリック撮像の動的なデータを取得する上で大きな柔軟性を実現する。本明細書で説明する様々な実施形態において、CBMを使用して、技術者は様々なスキャンモードによってマルチパスの動的なスキャンを実行可能である。CBMスキャンモードは、一方向マルチスキャン移動、二方向移動、またはスキャンの第1の部における一方向マルチスキャン移動とパスの第2の部分における二方向移動との組み合わせを含むことが可能であるが、それに限定するものではない。それらのスキャンモードのぞれぞれは、様々な速度プロファイルを含むことが可能である。

0013

理想的に、基本となる生理学がスキャンとは独立しているため、異なるスキャンモードによって取得されたパラメトリック画像は同一であるべきである。しかしながら、スキャンが正確に追跡されず時間情報が適切に考慮されない場合、異なる動的CBMスキャンモード間においてパラメトリック画像の一貫した定量化結果を得るのは困難である。

0014

本発明は、細かくサンプリングされた「ベッドタグ」に基づいてパラメトリックPETのための異なるスキャンパス画像スライス参照時刻を計算する方法を提供する。ベッドタグは、全スキャン時においてベッドの位置および時間情報を正確に符号化する座標対である。例示のCBMPETシステムにおいて、患者のベッド(台とも呼ぶ)の速度および/または加速度が一定の場合もあり、時間の経過とともに変化する場合もあるため、時間の関数としてベッドの位置を簡単に計算されない。したがって、2つの異なる軸スライスは、それぞれ異なる撮像開始時刻、異なるデュレーション、および異なる基本機能を有することが可能である。いくつかの実施形態において、ベッドタグは周期的に記録されることによって、正確な位置対時間の記録が提供される。例えば、ベッドタグは100msec毎などの固定の間隔で記録可能である。

0015

多くの場合、スライス境界およびスライス中点は、ベッドタグが記録された時間および位置と異なる。画像スライス毎に、撮像開始時刻は、ベッドタグに基づいて、スライスがスキャナ視野(FOV)に入った時点として算出される。同様に、画像スライス毎に、撮像終了時刻はベッドタグに基づいて、スライスがスキャナFOVから出た時点として算出される。スライスの撮像デュレーションは、スライス毎の撮像開始時刻と撮像終了時刻との間の差として定義される。その後、トレーサー動態に起因したアクティビティがその継続時間(デュレーション)にわたって変化がない場合、画像スライス参照時刻は、平均アクティビティトレーサー減衰を起因として発生した時点として計算される。このスライス参照時刻を使用して、血液入力関数値を取得し、例えばパトラックモデルに基づいて全身CBMパラメトリックPETのフィッティングされた血液入力関数からの曲線の下の領域を算出する。この動的なスキャンを追跡しパラメトリックPETの時間情報を計算するアプローチは、異なるCBMスキャンモードに対して容易に適用可能であり、異なる器官および異なるパスにおける不均一な時間サンプリング対処することができる。この方法は、腫瘍検出において標準取り込み値(SUV)画像を上回る潜在的な利点を有する。

0016

パラメトリック撮像には多数の反応モデルがある。いくつかの実施形態は、線形パトラックモデルを使用して、基礎代謝率(「Ki」と略す)用と分散ボリューム(「dv」)用の2つのパラメトリック画像を生成する。連続的なベッド移動(CBM)を伴う医療スキャナは、スキャン範囲、スキャン方向、およびスキャン速度に関してパラメトリック撮像のための動的なデータを取得する際に大幅な柔軟性を提供する。異なる器官に対して可変ベッド速度を実現する柔軟性に加えて、CBMはカウントが取得されないベッド毎移行に時間を無駄にしないため、CBMスキャンは同様に特定の時間量においてより多くのカウントを取得できる。CBM機能を備えたPETスキャナを使用することによって、逐次的な同一方向、二方向、または混合スキャンモードでのマルチパス動的スキャンを実現可能である。

0017

反応速度を計算するために、例示のCBMシステムは正確な時間および位置情報を記録する。本方法は、時間情報を適切に考慮に入れることによってパラメトリック画像に対する一貫した定量化結果を提供する。CBM量において、血液入力関数における時点を選択するために使用される撮像開始時刻および撮像デュレーションは、ボクセル間で変化する場合がある。例示の方法において、可変スキャン速度および様々な異なるスキャンモードを明らかにするために、撮像開始時刻および撮像デュレーションがスライス毎に計算される。本発明は、ベッドの位置および時間情報を正確に符号化する、細かくサンプリングされたベッドタグに基づいてCBMパラメトリックPETのための時間情報を計算し、パトラック再構成に関して時間情報を適用する方法を提供する。本方法は、異なるスキャンモードに対して容易に適用可能であり、異なる軸位置における不均一の時間サンプリング問題を解決できる。これらの方法によって収集されたパラメトリック画像は、腫瘍検出のためのより良い代替案となりうる。

0018

図1は、CBMスキャン用に構成されたスキャナ100と、スキャナ100を制御してスキャナ100によって取得されたデータを処理および再構成するために構成されたコンピュータシステム900とを含むPETシステム101の概略図である。スキャナ100は、ベッド106上の患者104に対して配置されたPETガントリ102を含む。いくつかの実施形態において、スライスzのために、ガントリ102は、初期時刻tsにおける初期位置zsから終了時刻teにおける終了位置zeまで連続的に移動する。いくつかの実施形態において、ガントリ102は静止しており、ベッド106は初期位置zsから終了位置zeまでガントリ102を通りすぎて連続的に移動する。いくつかの実施形態において、zsはベッド106の頭部に対応し、zeはベッド106の足部に対応する。いくつかの実施形態において、zsおよび/またはzeは、ガントリ102に対するベッド106の相対位置に対応してもよい。ガントリ102(またはベッド106)はベッド106とガントリ102との間の相対速度が変化するとともに変化可能な増分単位で移動する。スキャナ100は、ペンシルニア州MalvernのSiemensMedical Solutions USA, Inc.による「BIOGRAPH MCTFLOWTM」PETシステムでもよい。コンピュータシステム900を以下に説明する。

0019

図2は、陽電子放出断層撮影法(PET)の動的なシノグラムデータを処理および再構成する例示の方法のフローチャートである。

0020

テップ200において、機能イメージングのために、フルオロデオキシグルコースなどの放射性トレーサー材が患者に対して注入される。

0021

ステップ201において、システムは単一のベッドモード心臓部位に関する動的なPETシノグラムデータを取得する。

0022

ステップ202において、スキャナ100は一定速度/変動速度を有する連続的なベッド移動を使用してPETシノグラムデータを取得する。スキャナ100は、1つ以上のパスの第1の部分の間の一方向移動を含む一方向マルチパスモード、二方向モードまたは混合モードと、1つ以上のパスの第2の部分の間の二方向モードとでベッド106とガントリ102との間の相対移動とともに動作させることが可能である。速度は、連続的な時間の関数(例えば鋸歯または正弦)として、または不連続的な時間の関数(例えば交互ステップ関数)として変動可能である。速度はより複雑なプロファイルを有する場合があり、例えば、加速度(速度時間微分)は連続的関数でもよく、または加速度が急変する1つ以上の不連続性を有する場合がある。

0023

ステップ204において、システム101は、PETシノグラムデータを取得しながら、非一時的な機械可読の格納媒体に複数のベッドタグ(位置・時間座標対)を記録する。各ベッドタグに対して、トレーサーが注入された時刻t0=0におけるz=0.0の場合の位置p0などの初期条件(p0,t0)に関して、位置および時間が決定される。この位置は、位置センサ(例えばレーザ干渉計など)によって正確に決定されることが可能である。いくつかの実施形態において、ベッドタグは一定の時間間隔(例えば10msecまたは100msec)で収集される。他の実施形態において、このベッドタグ間の時間間隔は速度とともに変化する(速度が閾値未満の場合の間隔は100msecでもよく、速度が閾値を上回っている場合は10msecでもよい)。

0024

ステップ206において、システム101は、複数の位置・時間座標に基づいて、画像の複数のスライスのそれぞれの取得時刻を決定する。ベッド106とガントリ102との間の相対速度が連続的なベッド移動中に変化した場合、連続したベッドタグ対の間の距離は一定ではない。スライスが共通の厚さを有するように選択されるため、一般に、各スライスの初期位置zsおよび終了位置zeはベッドタグのいずれかの位置座標と一致しない。様々な実施形態において、スライス毎に代表的な取得時刻を選択するために様々な方法が使用可能である。例えば、それぞれのスライス毎に平均アクティビティが発生したそれぞれの時点は、該スライスの代表的な取得時刻として算出可能である。代表的な取得時刻を決定する方法を以下に説明する。

0025

ステップ207において、システムはステップ201およびステップ202で取得したデータに基づいてパラメータ化した血液入力関数を取得する。

0026

ステップ208において、システム101は複数のスライス中のそれぞれのスライスのそれぞれの画像を再構成する。各スライスの参照時刻はステップ206で決定された代表的な取得時刻である。

0027

図3〜5は、図1のシステムおよび図2の方法が対応するCBMスキャンモードの非限定的な3つの例を示す。

0028

図3は、一方向マルチパススキャンモードを概略的に示す。このスキャンモードによれば、患者104は、患者の全身が視野(FOV)を通過するまで、頭部からスキャナ100のガントリ102のFOV中を移動する。(あるいは、ガントリ102は頭から足まで患者の体の長さに沿って移動する)。各パスの終端部において、患者104(またはガントリ102)は元の位置に戻り、次のパスが開始し、患者104とガントリ102との相対移動が前のパスと同一の方向において行われる。図3は患者が頭を先にしてFOVを通りすぎる例を示すが、代替として、患者は足を先にしてFOVを通過してもよい。

0029

図3の矢印は方向を示し、ベッドの軸移動の範囲を大まかに示すが、速度は示していない。図3の移動速度は、パスのうちの1つ以上のパスの間で変化する場合がある。例えば、いくつかの実施形態において、図3Aに示すように、速度は、パスの始点ではゼロから最大速度へと線形で上昇し、パスの中間部において最大速度を維持し、パスの終点で線形にゼロまで低下する。他の実施形態において、図3Bに示すように、各パスの始点および終点において、速度プロファイルは曲面形状(例えば、正弦、放物線対数)を有する。他の例において、図3Cに示すように、関心器官(脳、心臓肝臓または前立腺)がスキャナ100のFOV内にある場合、速度は最大速度で開始可能であり、低速となり、スキャンの残りは最大速度に戻る。速度プロファイルは、各パスで同一でもよい。別の例において、スキャナ100は2つの異なるパスにおいて2つの異なる速度プロファイルを使用可能とする。

0030

図4は、二方向スキャンモードを概略的に示す。このスキャンモードによれば、患者104は、患者の全身が視野(FOV)を通過するまで、頭部からスキャナ100のガントリ102のFOV中を移動後、スキャンしながら足を先にしてガントリ102を通過して戻る。(あるいは、ガントリ102は頭から足まで患者の体の長さに沿って移動後、スキャンしながら足を先にしてガントリ102を通過して戻る)。各偶数番号のパスの終点において、患者104およびガントリ102は、それぞれの元の位置において前後シーケンスを繰り返す準備ができている。図4のモードにおける移動の速度は可変である。例えば、いくつかの実施形態において、図3のモードに対して説明したように、速度プロファイルは各パスの始点および終点において、線形または曲面形状(例えば、正弦、放物線、対数)を有する場合がある。図3の3Cのモードに関して説明した速度プロファイルのいずれも、図4のモードにおいて使用可能である。

0031

図5は、混合スキャンモードを概略的に示しており、一定/変動速度は、ベッド移動の軸範囲の第1の部分(t1〜t2および/またはt7〜t8)における一方向移動と、ベッド移動の軸範囲の第2の部分(t2〜t7)における二方向移動との組み合わせを含む。このスキャンモードによれば、時間t1から時間t2まで、患者104はスキャナ100のガントリ102の視野(FOV)を通って第1の方向において頭を先にして移動する。(あるいは、ガントリ102は患者の体の長さに沿って始点においては頭から移動する)。時間t2から時間t7まで、患者104は患者104の身体の第2の部分にわたって二方向スキャンモードで移動する。時間t3から時間t4において、患者104(またはガントリ102)は方向を逆にし、途中で元の位置に向かって第1の方向とは逆の第2の方向に移動する。時間t5およびt6において、患者104(またはガントリ102)は再度方向を逆にし、途中でFOVを通過するように移動する。時間t7において、患者(またはガントリ102)は、患者104の身体の残りの部分がt8でスキャンされるまで一方向スキャン再開する。これは一例に過ぎず、一方向モードと二方向モードのあらゆる組み合わせが使用可能である。速度は、図3−3Cおよび図4に関して説明した速度プロファイルのいずれか1つ以上に従って可変である。

0032

図6は、動的なPETシノグラムデータ取得、処理、およびパラメトリック画像再構成の詳細な例のフローチャートである。

0033

ステップ300において、機能イメージングのために、フルオロデオキシグルコースなどの放射性トレーサー材料が患者に対して注入される。

0034

ステップ301において、システム101は単一のベッドモードで患者の心臓部位に関するPETシノグラムデータを取得する(1つのPET軸FOVは心臓全体網羅できるため)。

0035

ステップ302において、システム101は一定速度/変動速度を有する連続的なベッド移動を使用してPETシノグラムデータを取得する。

0036

ステップ304において、システム101は、PETシノグラムデータを取得しながら、非一時的な機械可読の格納媒体に複数のベッドタグ(位置・時間座標対)を記録する。この例において、ベッドタグは一定の時間間隔(100msecなど)によって分離される。したがって、位置・時間座標対の連続座標対の時間座標は一定の時間間隔によって互いに分離され、位置・時間座標対の位置座標は一定/変動位置間隔によって互いに分離される。

0037

ステップ305において、システム101はステップ301およびステップ302で取得されたデータに基づいてパラメータ化/フィッティングされた血液入力関数を取得する。

0038

ステップ306において、ステップ308〜318を含むループがスキャナ100のパス毎に繰り返される。

0039

ステップ308において、ステップ310〜318を含むループが画像スライス毎に繰り返される。

0040

ステップ310において、スキャナ100のガントリ102に関するスライスのスライス開始時刻tsおよびスライス終了時刻teが式(1)および式(2)に基づいて決定される。






ただしts(pass,z)は、zを中心としたスライスがスキャナ100のFOVに入った時のスライス開始時刻(パス開始時刻に対する)、te(pass,z)は、zを中心としたスライスがスキャナ100のFOVを出た時のスライス終了時刻(パス開始時刻に対する)であり、zs(z)はスライスの始端のz座標であり、ze(z)はスライスの終端のz座標であり、パス開始時刻は現パスが開始した時刻であり(注入した時刻)、ベッドタグはスライス内の位置を有する時間位置座標対および/またはスライスの外側の最近接ベッドタグである。スキャンモードは、オペレータによって選択されたスキャナ100の所定の動作モードのうちの1つである(例えば上述した通り)。関数fは、スライスの開始時刻前後の最近接ベッドタグおよびスライスの終了時刻前後の最近接ベッドタグに基づいてスライスの開始時刻を決定する補間関数でもよい。例えば、1次、2次、3次補間が使用可能である。

0041

ステップ312において、スライスデュレーションsd(pass,z)(すなわちスライスがスキャナ100の視野内にある時間の長さ)が式(3)に従って決定される。

0042

ステップ314において、システム101はスライス毎にそれぞれの平均取得時刻を決定する。いくつかの実施形態において、その平均取得時刻の決定は、スライスの平均トレーサーアクティビティが発生した参照時刻(スライスの開始時刻tsに対する)を決定することを含む。この時間は式(4)により算出できる。



ただしtavは、動態的な変化がないと仮定すると、減衰に起因してsdで平均アクティビティが発生した時点であり、λは注入剤アイソトープ減衰定数である。

0043

ステップ316において、注入からの平均アクティビティの時間は式(5)によって得られる。



ただし、trefは参照時刻であり、ts(pass,z)は注入に対するパスの開始時刻であり、tav(pass,z)は式(4)に基づくzを中心としたスライス内の平均アクティビティの時間である。

0044

ステップ318において、システムはそれぞれのスライスに対する参照時刻に対応する撮像患者の血液入力関数cp(t)のそれぞれの値と、それぞれのスライスに対応する血液入力関数のそれぞれの積分である。血液入力関数cp(t)は、パトラックモデル、すなわち線形回帰を使用して不可逆取り込みを含むトレーサーの薬物反応識別および分析する技術の要素である。パトラックモデルを以下に説明する。

0045

ステップ320において、システムはスライス毎に基礎代謝率ki画像および分散ボリュームdv画像を再構成する。

0046

いくつかの実施形態は式(6)に記載するような線形パトラックモデルを使用する。



ただしkiは基礎代謝率(すなわち単位時間毎物質が完全に除去されたプラズマの量)であり、dvは分散ボリューム(すなわち血液プラズマ中において観察される同濃度の投与薬物の総量を含み得る理論容量)、x(t)はSUVにおける組織アクティビティ、cp(t)はパラメータ化された血液入力関数、T*は反応モデルの定常状態が得られた時間である。

0047

両辺をCp(t)で割ると、



式(7)の未知のパラメータkiおよびdvは線形回帰によって解くことができ、各ボクセルにおけるそれぞれの値はスライス毎のkiおよびdv画像を与える。

0048

注入時間をt=0とする。パラメータ化後、cp(t)は、t>注入時間となるあらゆる時点において利用可能な連続的曲線となる。マルチフレームの動的なデータに対してパトラックモデルを適用する際、本方法は式(5)で定義されるように、フレーム毎に特定または離散化時点trefを使用する。時間trefは、フレーム参照または取得時刻として用いられる。CBMスキャンにおいて、trefはパス毎にそのスライスレベルで計算される。この時点をtref(pass,z)と表記する。

0049

CBMスキャンの時間情報を正確に計算するために、複数のベッドタグ(pi,ti)がPETデータセットに記録される。この場合、piはベッドの位置、tiはi番目のタグが記録されたパス開始時刻に対する相対時間である。ベッドタグを用いることによって、様々な異なるスキャンモードに対してzを中心とした離散化画像スライスそれぞれに対して時間情報が計算できる。図6は、上述したように、スキャンパスにおける各画像スライスに対してこの時点trefをどのように計算するかを示す。式(1)〜(5)を使用して、スライス毎のtref(pass,z)を得る。スライス毎にtrefを計算後、trefを使用して、パラメータ化された血液入力関数からスライス毎のcp(t)およびcp(t)の積分を計算し、その後パトラック画像再構成に適用してもよい。

0050

図7は、血液入力関数cp(t)およびその積分



の例を示す。CBM法において、異なる軸スライスは異なる撮像開始時刻および異なるデュレーションを有する。したがって、異なるスライスは異なる基底関数を有する。上述した方法は、それぞれの軸スライス毎に、異なる血液入力関数cp(t)値および血液入力関数の対応する積分を与える。

0051

計算されたスライス参照時刻は、間接的および直接的パラメトリック再構成の両方に対して適用可能である。間接的再構成法は、一連のPET画像(各画像はそれぞれの単一の動的なPETフレームから再構成される)の時系列再構成後、各ボクセル時間アクティビティ曲線(TAC)に対して反応モデルをフィッティングさせる。直接的再構成法はその反応モデルを再構成アルゴリズム自体に取り入れ、完全な動的なPETデータセットからの投射データからパラメトリック画像を直接的に生成する。直接的再構成法はノイズに対する感度が低い。

0052

直接的再構成法は、2つ以上の画像フレームを有するPET画像データからパラメトリック画像を直接的に再構成することを含む。パトラック再構成におけるスライス依存基底関数は式(8)および(9)から決定可能であり、適用される。

0053

これらの基底関数を適用すると、ボクセル毎の時間−アクティビティ曲線は、式(10)および(11)の線形表現を用いてモデル化できる。各基底関数は1つのパラメトリック画像に対応する。基底関数b1はdv画像に対応し、基底関数b2はki画像に対応する。主ループは、式(10)の多重ループを実行することを含む。式(10)を実行する各インスタンスの間、式(11)のネストした多重ループが実行される。






ただし、xjtはボクセル毎の時間アクティビティ、θjkは画素jにおけるk番目のパラメトリック画像の再構成値(動態パラメータ)、dvは第1のパラメトリック画像、kiは第2のパラメトリック画像、yitは時間tにおける画素iでのシノグラム数、sjtは時間に依存する正規化係数である。

0054

間接的再構成の場合、ボクセル毎の時間−アクティビティ曲線は、式(12)および(13)の線形表現を用いてモデル化できる。式(12)は、パス/フレーム画像を独立して再構成するために使用される。その後、マルチフレームに対して、式(13)を用いて再構成後線形フィッティングが実行される。

0055

図8A健常対照者からのki画像を示し、図8B同一対照者からの対応するdv画像を示す。部位802(図8A)および812(図8B)は心臓アクティビティを示し、部位804(図8A)および814(図8B)は前立腺アクティビティを示す。分散ボリューム画像(図8B)における心臓812(図8B)および前立腺814(図8B)の周囲の高温部位は、患者の運動に起因する。式(5)に定義されるようなスライス単位時間情報ではなく、地球時間(例えば、パスの注入から中間時点までの時間)をパス全体に適用する場合、地球時間を使用した結果として軸方向に定量化バイアスが発生する。

0056

図8Cは、地球時間によって取得されたスライス単位時間情報およびパラメトリック画像を使用することによって得られたパラメトリック画像間の比率プロットである。バイアスがゼロである理想的な場合、両方の方法は同一の結果を生成し、その比率曲線はY=1.0の水平線となる。1からの偏差は、地球時間によって取得されたパラメトリック画像におけるバイアスを示す。図8Cは、kiおよびdv比率画像に20画素幅領域を重ねた軸プロファイルプロットを示す。kiおよびdvパラトリック画像両方の値は、特に脳部位および膀胱部位では、スライス単位時間および地球時間を使用して変位する。この効果はdv画像においてより明らかである。その変位の振幅は、ベッド速度が時間の経過とともに変化して不均一の場合に発生するような、異なる軸スライスにおいて動的なスキャンが不均一な時間サンプリングを有する場合により顕著となる。

0057

CBM機能を有する医療スキャナは、パラメトリック画像の反応モデル化およびフォーマット化の可能性を大幅に高める。柔軟なスキャンモードを有する正確なパラメトリック撮像が供給される。スキャン時間情報は、正確に追跡され適用される。本方法は、ベッドタグに基づいて全身CBMパラメトリックPETに対する時間情報を正確に計算できる。細かくサンプリングされたベッドタグに基づいて時間情報を計算するこのアプローチは、異なるスキャンモードに対して容易に適用可能であり、異なる軸画像スライスにおける不均一な時間サンプリング問題を解決する。計算された時間情報は、線形パトラックモデルを使用した全身パラメトリック撮像のために適用可能である。スライス単位時間情報の代わりに地球時間を適用して基底関数の計算する場合は、パラメトリック画像の定量化が不正確またはバイアスのかけられた結果となる。地球時間情報を適用したことに起因した結果的な不正確度は、スキャンモードなどのスキャンプロトコルや異なるパスにおける身体の異なる部位に対する可変速度に依存する。パラメトリック画像は、腫瘍検出のためのSUV画像の代替案となりうる。

0058

図9は、スキャナ100およびコンピュータシステム900を含むシステム101のブロック図である。コンピュータシステム900は、例えばスキャナ100を制御する処理装置を実現するために、いくつかの実施形態において使用可能である。コンピュータシステム900は、1つ以上の処理装置902を含んでもよい。各処理装置902は、通信インフラストラクチャ906(例えば、通信バスクロスオーバーバー、またはネットワーク)に接続される。処理装置900は、中央演算部、埋込み型処理装置もしくはマイクロコントローラ、または特定用途向け集積回路ASIC)として実装され得る。コンピュータシステム900は、表示部924でユーザに対して表示される、通信インフラストラクチャ906からの(または不図示のフレームバッファからの)図形、文字、その他のデータを送る表示インタフェース922を含んでもよい。

0059

また、コンピュータシステム900は、ランダムアクセスメモリ(RAM)などの主メモリ904と、二次メモリ908とを含んでもよい。主メモリ904および/または二次メモリ908は、ダイナミックランダムアクセスメモリDRAM)を含む。二次メモリ908は、例えば、ハードディスクドライブ(HDD)910および/または固体メモリなどのリムーバブルストレージドライブ912、光学ディスクドライブフラッシュドライブ磁気テープドライブなどを含んでもよい。リムーバブルストレージドライブ912は、リムーバブルストレージ部916に対して読み書きを行う。リムーバブルストレージ部916は、光学ディスク磁気ディスクフロッピーディスク磁気テープなどでもよい。リムーバブルストレージ部916は、データおよび/または例えば処理装置に様々な動作を実行させるためのコンピュータソフトウェア命令を有形的に格納する(または埋め込む)コンピュータ可読格納媒体を含んでもよい。

0060

代替の実施形態において、二次メモリ908は、コンピュータプログラムまたはその他の命令をコンピュータシステム900にロード可能とする他の装置を含んでもよい。二次メモリ908は、それ自体のリムーバブルストレージ部916とともに、リムーバブルストレージ部918と、リムーバブルストレージドライブ912と類似した対応リムーバブルストレージインタフェース914とを含んでもよい。そのようなリムーバブルストレージ部の例として、ソフトウェアおよびデータをリムーバブルストレージ部916、918からコンピュータシステム900へ転送可能とするユニバーサルシリアルバス(USB)またはフラッシュドライブが挙げられるが、それらに限定されるものではない。

0061

また、コンピュータシステム900は通信インタフェース(例えばネットワーキングインタフェース)920を含んでもよい。通信インタフェース920によって、命令およびデータがコンピュータシステム900とスキャナ100との間で転送可能となる。また、通信インタフェース920は他の外部装置との通信を実現する。通信インタフェース920の例として、モデムイーサネット登録商標)インタフェース、無線ネットワークインタフェース(例えば無線周波数IEEE802.11インタフェース、Bluetooth(登録商標)インタフェースなど)、Personal Computer Memory Card International Association(PCMCIA)スロットおよびカードなどが挙げられる。通信インタフェース920を介して転送される命令およびデータは、通信インタフェース920によって受信可能な電子信号電磁信号光信号などの信号の形態でもよい。これらの信号は、配線ケーブル光ファイバ電話線セルラリンク、無線周波数(RF)リンク、その他の通信チャンネルを使用して実現可能な通信パス(例えばチャンネル)を介して通信インタフェース920に供給される。

0062

本明細書において説明した方法およびシステムはコンピュータ実装処理およびその処理を実行するための装置の形態で少なくとも部分的に具体化されてもよい。また、本開示の方法は、コンピュータプログラムコードで符号化された有形の非一時的機械可読格納媒体の形態で少なくとも部分的に具体化されてもよい。この媒体は、例えば、RAM、ROM、CD−ROM、DVD−ROM、BD−ROM、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ、またはその他の非一時的機械可読格納媒体を含んでもよく、コンピュータプログラムコードがコンピュータにロードされて実行された場合、コンピュータは本方法を実行する装置となる。また、本方法は、コンピュータが本方法を実行するための専用コンピュータとなるように、コンピュータプログラムコードがロードおよび/または実行されるコンピュータの形態で少なくとも部分的に具体化されてもよい。汎用処理装置上に実装された場合、そのコンピュータプログラムコードのセグメントは、特定の論理回路を生成するための処理装置を構成する。もしくは、本方法は、本方法を実行する特定用途向け集積回路から形成されるデジタル信号処理装置において少なくとも部分的に具体化されてもよい。

0063

図10A〜10Cは、従来のSUV画像を使用することを上回る、腫瘍検出のためにCBMPETシステム101によって取得されたパラメトリック画像を使用することの利点を説明する例を示す。図10Aは、ki画像の矢状断像であり、図10BはSUV画像の矢状断像である。胸部の腫瘍(1002および1004)は、パラメトリックki画像でより顕著であり、図10Cにおいて折れ線グラフでも示す。破線曲線1000はSUVを用いて取得された画像を示し、実線曲線1002はkiを示す。信号対背景比は、実線曲線1002でのki画像で大幅に高い。

0064

主題を例示の実施形態に関して説明したが、限定されない。添付の特許請求の範囲は、当業者によってなされたその他の変形および実施形態を含むように広義で解釈されるべきものである。

0065

100スキャナ
101PETシステム
102PETガントリ
104患者
106ベッド
900 コンピュータシステム

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