特開 2022-189747 画像処理装置、画像処理方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022189747

(43)【公開日】2022-12-22

(54)【発明の名称】画像処理装置、画像処理方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/161 20060101AFI20221215BHJP

【ＦＩ】

G01T1/161 B

G01T1/161 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022084699

(22)【出願日】2022-05-24

(31)【優先権主張番号】17/345,716

(32)【優先日】2021-06-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

【公序良俗違反の表示】

（特許庁注：以下のものは登録商標）

１．ＶＥＲＩＬＯＧ

(71)【出願人】

【識別番号】594164542

【氏名又は名称】キヤノンメディカルシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001771

【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】ウエンユエン チー

(72)【発明者】

【氏名】ユジエ リュウ

(72)【発明者】

【氏名】奥田 良

(72)【発明者】

【氏名】エヴレン アズマ

(72)【発明者】

【氏名】勅使川原 学

(72)【発明者】

【氏名】ジェフリー コルサマー

【テーマコード（参考）】

4C188

【Ｆターム（参考）】

4C188EE02

4C188FF04

4C188JJ15

4C188JJ16

4C188KK01

4C188KK24

4C188KK33

4C188LL08

4C188LL09

(57)【要約】

【課題】画質を向上させること。
【解決手段】実施形態に係る画像処理装置は、処理回路を備える。処理回路は、ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）スキャンの被検体の初期画像再構成を示す放射マップおよび減衰マップを取得し、放射伝達方程式法を用いて、前記放射マップおよび前記減衰マップに基づいて、ＳＰＥＣＴスキャンの前記被検体の散乱源マップを計算し、前記放射伝達方程式法を用いて、前記散乱源マップと、前記放射マップと、前記減衰マップと、前記ＳＰＥＣＴ装置に関連する情報とに基づいて、散乱を推定し、前記散乱と前記被検体の前記ＳＰＥＣＴスキャンからの生データとに基づいて、前記被検体の画像再構成を実施する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）スキャンの被検体の初期画像再構成を示す放射マップおよび減衰マップを取得し、
放射伝達方程式法を用いて、前記放射マップおよび前記減衰マップに基づいて、前記ＳＰＥＣＴスキャンの前記被検体の散乱源マップを計算し、
前記放射伝達方程式法を用いて、前記散乱源マップと、前記放射マップと、前記減衰マップと、ＳＰＥＣＴ装置に関連する情報とに基づいて、散乱を推定し、
前記散乱と前記被検体の前記ＳＰＥＣＴスキャンからの生データとに基づいて、前記被検体の画像再構成を実施する、
処理回路を備える、画像処理装置。

【請求項2】

前記散乱源マップは、１次散乱、および、より高次の散乱からの寄与を含む、請求項１に記載の画像処理装置。

【請求項3】

前記散乱は、１次散乱、および、より高次の散乱からの寄与を含む、請求項１に記載の画像処理装置。

【請求項4】

前記情報は、前記被検体をスキャンするための前記ＳＰＥＣＴ装置に取り付けられた１つ以上の検出器の位置情報と、前記１つ以上の検出器のコリメータタイプとを含み、前記コリメータタイプは、平行またはピンホールである、請求項１に記載の画像処理装置。

【請求項5】

前記画像再構成は、反復して実施される、請求項１に記載の画像処理装置。

【請求項6】

前記画像再構成は、フィルタ逆投影法を用いて実施される、請求項１に記載の画像処理装置。

【請求項7】

前記減衰マップは、前記被検体のコンピュータ断層撮影スキャンに基づいている、請求項１に記載の画像処理装置。

【請求項8】

複数のトレーサを、前記ＳＰＥＣＴスキャンのために前記被検体に使用する、請求項１に記載の画像処理装置。

【請求項9】

ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）スキャンの被検体の初期画像再構成を示す放射マップおよび減衰マップを取得し、
放射伝達方程式法を用いて、前記放射マップおよび前記減衰マップに基づいて、前記ＳＰＥＣＴスキャンの前記被検体の散乱源マップを計算し、
前記放射伝達方程式法を用いて、前記散乱源マップと、前記放射マップと、前記減衰マップと、ＳＰＥＣＴ装置に関連する情報とに基づいて、散乱を推定し、
前記散乱と前記被検体の前記ＳＰＥＣＴスキャンからの生データとに基づいて、前記被検体の画像再構成を実施する、
画像処理方法。

【請求項10】

ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）スキャンの被検体の初期画像再構成を示す放射マップおよび減衰マップを取得し、
放射伝達方程式法を用いて、前記放射マップおよび前記減衰マップに基づいて、前記ＳＰＥＣＴスキャンの前記被検体の散乱源マップを計算し、
前記放射伝達方程式法を用いて、前記散乱源マップと、前記放射マップと、前記減衰マップと、ＳＰＥＣＴ装置に関連する情報とに基づいて、散乱を推定し、
前記散乱と前記被検体の前記ＳＰＥＣＴスキャンからの生データとに基づいて、前記被検体の画像再構成を実施する処理をコンピュータに実行させる、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書及び図面に開示の実施形態は、画像処理装置、画像処理方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

散乱は、単一光子放射断層撮影（Single Positron Emission Computed Tomography：ＳＰＥＣＴ）イメージングにおいて実質的な劣化要因である。イメージング中に患者から放射された光子が散乱して、生データの質を低減させ、その結果、ＳＰＥＣＴ画像の質が低減しうる。最も臨床的な状況において、散乱した光子は、ＳＰＥＣＴスキャンの光電ピークエネルギーウィンドウで検出された光子の３０％～４０％を占める場合がある。したがって、適切に散乱補正することで、画像の定量化、障害の検出、信号対雑音比などを改善することができる。

【0003】

ＳＰＥＣＴにおける散乱補正のために一般に用いられている技術の１つは、Triple Energy Window（ＴＥＷ）法である。ＴＥＷ法は、光電ピークウィンドウの両側に設けられた高エネルギーウィンドウと低エネルギーウィンドウで測定された散乱イベントを利用して、光電ピークウィンドウ内の散乱を予測する。この技術には、必然的に狭い散乱光電ピークウィンドウからの統計が貧弱であるため（つまり、カウントが僅かである）、ノイズが増幅するという欠点がある。さらに、ＴＥＷ方法のもう一つの限界は、デュアルトレーサプロトコルまたはマルチトレーサプロトコルを使用すると、散乱の評価が、異なるトレーサの異なるエネルギー分布により混乱することである。その結果、１つ以上のトレーサが使用されると、あるトレーサの一次エネルギーウィンドウと他のトレーサの散乱ウィンドウとが重複し、散乱補正が困難となる。

【0004】

反復的最尤推定－期待値最大化（Maximum Likelihood Expectation Maximization：ＭＬ－ＥＭ）法による再構成技術の開発により、複数の種類の劣化要因をモデル化するシステムを含むことができる。より正確に散乱をモデル化することで、再構成を向上させることができる。散乱の解析計算を用いることもできるが、そのような技術は、非常に多くの計算を費やす。さらに、そのような技術を実行するために計算力がかなり必要とされるため、分析方法は、１次散乱のみに限定されてきた。１次散乱に限定されるということは、複数の次数の散乱からの散乱が無視されることを意味し、これは、ＳＰＥＣＴイメージングにおける散乱の約１０％～２０％を占める場合がある。モンテカルロモデリングなどの他の方法もまた、計算コストが非常に高いという欠点を有する。したがって、上述した問題を鑑みると、より少ない計算で、複数の次数の散乱を実際に処理することができるように散乱補正技術を改善する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許出願公開第２０２０／０２３４４７１号明細書

【特許文献2】米国特許出願公開第２０２０／０１７０６０１号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本明細書及び図面の開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、画質を向上することである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態に係る画像処理装置は、処理回路を備える。処理回路は、ＳＰＥＣＴ（Single Photon Emission Computed Tomography）スキャンの被検体の初期画像再構成を示す放射マップおよび減衰マップを取得し、放射伝達方程式法を用いて、前記放射マップおよび前記減衰マップに基づいて、ＳＰＥＣＴスキャンの前記被検体の散乱源マップを計算し、前記放射伝達方程式法を用いて、前記散乱源マップと、前記放射マップと、前記減衰マップと、前記ＳＰＥＣＴ装置に関連する情報とに基づいて、散乱を推定し、前記散乱と前記被検体の前記ＳＰＥＣＴスキャンからの生データとに基づいて、前記被検体の画像再構成を実施する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本開示の例示的な一態様に係る、ＳＰＥＣＴ装置を示した図である。

【図2A】図２Ａは、本開示の例示的な一態様に係る、ゼロ次散乱を示す図である。

【図2B】図２Ｂは、本開示の例示的な一態様に係る、１次散乱を示す図である。

【図2C】図２Ｃは、本開示の例示的な一態様に係る、複数の次数の散乱を示す図である。

【図3】図３は、本開示の例示的な一態様に係る、ＳＰＥＣＴスキャンにおいて検出器から散乱を除去する方法を示すアルゴリズムを示すフローチャートである。

【図4】図４は、本開示の例示的な一態様に係る、散乱源マップを示す図である。

【図5A】図５Ａは、本開示の例示的な一態様に係る、平行コリメータのための検出器視野の境界を示す図である。

【図5B】図５Ｂは、本開示の例示的な一態様に係る、ピンホールコリメータのための検出器視野の境界を示す図である。

【図6】図６は、本開示の例示的な一態様に係る、複数のトレーサが使用されるＳＰＥＣＴスキャンにおいて検出器から散乱を除去する方法を示すアルゴリズムを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら、画像処理装置、画像処理方法及びプログラムの実施形態について詳細に説明する。

【0010】

本開示は、放射伝達方程式（Radiation Transfer Equation：ＲＴＥ）ベースのアプローチを使用して、ＳＰＥＣＴにおいて散乱を推定することについて記載する。記載されるＲＴＥ法は、分野において関連する技術（たとえばモンテカルロ）と同じ精度を達成することができ、計算労力ははるかに少なく、複数のトレーサのエネルギー分布を明らかにし、かつ、複数の次数の散乱を処理する。

【0011】

１次散乱線束および複数の次数の散乱線束を、ＲＴＥを用いて、以下の式（１）のようにシミュレートする。

【0012】

【数1】

【0013】

式中、境界条件は、ｎ（ハット記号）・Ω（ハット記号）＜０に対して、ψ(ｒ_C,Ｅ, Ω(ハット記号)))であり、ψ（r,E,Ω（ハット記号））は、地点r、エネルギーE、方向Ω（ハット記号）での光子線束の比強度を表し、Ｅ’Ω’（ハット記号）は、線束の入射エネルギー（角度）を表し、ＥΩ（ハット記号）は、線束の出射エネルギー（角度）を表し、ｑ（ｒ、Ｅ，Ω（ハット記号））は、放射マップを表し、ｎ（ハット記号）は、境界表面の正方向を表し、ｆ（ｒ、Ｅ、Ｅ’、Ω（ハット記号）、Ω’（ハット記号））は、散乱断面積を表す。

【0014】

ＳＰＥＣＴ装置システムで画像を再構成するために、ＲＴＥ法を実施することができる。例示的な一実施形態において、ＳＰＥＣＴ装置システムは、処理回路を備え、前記処理回路は、放射マップおよび減衰マップであって、各々、ＳＰＥＣＴスキャンの被検体の初期画像再構成を示す放射マップおよび減衰マップを取得し、放射伝達方程式法を用いて、放射マップおよび減衰マップに基づいて、ＳＰＥＣＴスキャンの被検体の散乱源マップを計算し、放射伝達方程式法を用いて、散乱源マップと、放射マップと、減衰マップと、ＳＰＥＣＴスキャナ関連情報（ＳＰＥＣＴ装置に関連する情報）とに基づいて、散乱を推定し、かつ、散乱と被検体のＳＰＥＣＴスキャンからの生データとに基づいて、被検体の画像再構成を実施するように構成される。

【0015】

例示的な一実施形態において、散乱源マップは、１次散乱からの寄与のみならず、より高次の散乱（たとえば、２次散乱、３次散乱など）からの寄与を含む。一実施形態において、ＳＰＥＣＴ検出器関連情報は、１つ以上の検出器の位置情報と、前記１つ以上の検出器のタイプとを含み、前記タイプは、平行またはピンホールコリメートである。例示的な一実施形態において、画像再構成は、反復して実施され、別の実施形態においては、画像再構成は、フィルタ逆投影法により実施される。例示的な一実施形態において、減衰マップは、被検体のコンピュータ断層撮影スキャンに基づいている。別の例示的な実施形態において、減衰マップは、放射マップに基づく。一実施形態において、放射マップは、複数のトレーサから取得したデータを含む。

【0016】

図面を参照すると、図１は、（本明細書において後述する）方法３００、（本明細書において後述する）方法６００、およびその変形例のうちの、すべてまたは一部を実施することができるＳＰＥＣＴ装置１０００のシステムの非限定例を示す。ＳＰＥＣＴ装置１０００は、固定ガントリ部１００１と回転ガントリ部１００３とを有する。検出器１００５ａ、１００５ｂ、１００５ｃは、ＳＰＥＣＴスキャン中に、患者ベッド１００７に置かれた被検体ＯＢＪ（たとえば患者）の周囲を循環して回転するために、回転ガントリ部１００３上に取り付けられている。

【0017】

各検出器１００５ａ、１００５ｂ、１００５ｃは、ガンマ放射線を吸収しシンチレーション光子を放射する、個々の検出器結晶の２次元アレイを含みうる。検出器１００５ａ、１００５ｂ、１００５ｃは、検出器結晶にぶつかりうるガンマ線の立体角を限定するために、それぞれに対応するコリメータ（たとえば、ピンホールタイプ、平行タイプ）１００９ａ、１００９ｂ、１００９ｃを有する。検出器結晶は、任意の既知のシンチレーション材料からなるシンチレータ結晶でありうる。検出器に配列された光電子増倍管（Photo-Multiplier Tube：ＰＭＴ）の２次元アレイによって、シンチレーション光子を検出できる。光ガイドを、検出器結晶のアレイとＰＭＴのアレイとの間に配設することができる。または、シンチレーション光子は、シリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）のアレイによって検出することができ、各検出器結晶は、対応するＳｉＰＭを有する。

【0018】

各光検出器（たとえば、ＰＭＴまたはＳｉＰＭ）は、いつシンチレーションイベントが発生するかを示すアナログ信号と、検出イベントを起こすガンマ線のエネルギーとを生成することができる。さらに、１つの検出器結晶から放射された光子は、２つ以上の光検出器によって検出することができ、各光検出器において作成されたアナログ信号に基づいて、検出イベントに対応する検出器結晶を、たとえば、アンガー論理と結晶復号とを使用して、決定することができる。

【0019】

本実施形態において、検出器１００５ａ、１００５ｂ、１００５ｃは、被検体ＯＢＪを中心にして１２０°の間隔で配置され、回転ガントリ部１００３は、被検体ＯＢＪを中心にして１２０°（時計回りまたは反時計回りに）回転する。他の実施形態において、多少の検出器を互いに様々な角度関係で配置してもよい。たとえば、２つの検出器を被検体ＯＢＪの反対側に配置することができ、回転ガントリ部１００３は、被検体ＯＢＪを中心にして１８０°回転することができる。別の実施例として、２つの検出器を、互いに直角になるよう配置することができ、回転ガントリ部１００３は、被検体ＯＢＪを中心にして３６０°回転することができる。

【0020】

検出器１００５ａ、１００５ｂ、１００５ｃ、および、回転ガントリ部１００３を、自動的に（たとえば、プロセッサ１０７０によって）、または、プロセッサ１０７０を構成するように構成されたキーボード、マウス、およびディスプレイなどを用いて手動で（たとえば、オペレーターによって）、制御することができる。例示的な一実施形態によれば、モータ（たとえば、ＤＣモータ、ＡＣモータ、ステッピングモータ、油圧アクチュエータ）によって、回転ガントリ部１００３を回転することができる。

【0021】

本実施形態では示していないが、別の例示的な実施形態では、ＳＰＥＣＴ装置１０００を、減衰マップなどのＸ線データを取得するためのＸ線スキャナシステム（たとえば、ＳＰＥＣＴ／ＣＴ装置）で構成することもできる。

【0022】

ガンマ線放射検出データを収集、格納、処理、かつ配信するための回路およびハードウェアも、図１に示されている。回路およびハードウェアは、プロセッサ１０７０と、ネットワークコントローラ１０７４と、メモリ１０７８と、データ収集システム（Data Acquisition System：ＤＡＳ）１０７６とを含む。プロセッサ１０７０は、処理回路の一例である。ＳＰＥＣＴ装置１０００は、検出測定結果を、検出器１００５ａ、１００５ｂ、１００５ｃから、ＤＡＳ１０７６、プロセッサ１０７０、メモリ１０７８、およびネットワークコントローラ１０７４へとルーティングするデータチャネルも含む。ＤＡＳ１０７６は、検出器１００５ａ、１００５ｂ、１００５ｃからの検出データの収集、デジタル化、およびルーティングを制御することができる。一実施形態では、ＤＡＳ１０７６は、患者ベッド１００７の移動を制御する。本明細書で説明するように、プロセッサ１０７０は、検出データから画像を再構成することと、検出データの再構成前処理と、画像データの再構成後処理とを含む機能を実行する。

【0023】

プロセッサ１０７０を、本明細書で説明する方法３００、方法６００、およびこれらの変形例の様々なステップを実施するように構成することができる。プロセッサ１０７０は、特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit：ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array：ＦＰＧＡ）、または他の複合プログラマブル論理デバイス（Complex Programmable Logic Device：ＣＰＬＤ）などの個別論理ゲートとして実行されうるＣＰＵを含みうる。ＦＰＧＡまたはＣＰＬＤの実施形態を、ＶＨＤＬ、Ｖｅｒｉｌｏｇ、または他の任意のハードウェア記述言語でコード化されてもよく、コードは、直接、ＦＰＧＡもしくはＣＰＬＤ内に、または別個の電子メモリとしての電子メモリに格納してもよい。さらに、メモリは、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、またはＦＬＡＳＨ（登録商標）メモリなど、不揮発性であってもよい。また、メモリは、スタティックＲＡＭまたはダイナミックＲＡＭなど揮発性であってもよい。電子メモリを管理するのみならず、ＦＰＧＡまたはＣＰＬＤとメモリとの間の相互作用も管理するために、マイクロコントローラまたはマイクロプロセッサなどのプロセッサを提供してもよい。

【0024】

または、プロセッサ１０７０中のＣＰＵは、本明細書に記載する方法３００、方法６００、および、これらの変形例の様々なステップを実施するコンピュータ可読命令のセットを含むコンピュータプログラムを実行することができる。前記コンピュータプログラムは、上述した非一時的電子メモリおよび／またはハードディスクドライブ、ＣＤ、ＤＶＤ、ＦＬＡＳＨ（登録商標）ドライブ、または他の任意の既知の記憶媒体のいずれかに格納される。さらに、コンピュータ可読命令は、ユーティリティアプリケーション、バックグラウンドデーモン、もしくはオペレーティングシステムの構成要素、またはこれらの組み合わせとして提供されてもよく、米国Ｉｎｔｅｌ（登録商標）社のＸｅｎｏｎ（登録商標）プロセッサまたは米国ＡＭＤ（登録商標）社のＯｐｔｅｒｏｎ（登録商標）プロセッサなどのプロセッサ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ（登録商標） ＶＩＳＴＡ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）、Ｓｏｌａｒｉｓ（登録商標）、ＬＩＮＵＸ（登録商標）、Ａｐｐｌｅ（登録商標）、ＭＡＣ－ＯＳ（登録商標）などのオペレーティングシステム、および当業者に既知のその他のオペレーティングシステムと一体となって実行される。さらに、ＣＰＵは、命令を実行するために並行して協働的に動作する複数のプロセッサとして実行されうる。

【0025】

メモリ１０７８は、ハードディスクドライブ、ＣＤ－ＲＯＭドライブ、ＤＶＤドライブ、ＦＬＡＳＨ（登録商標）ドライブ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、または当業者に既知のその他の電子ストレージでありうる。

【0026】

米国Ｉｎｔｅｌ（登録商標）社のＩｎｔｅｌ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ＰＲＯネットワークインターフェースカードなどのネットワークコントローラ１０７４は、ＳＰＥＣＴイメージャの様々な部分間をインターフェースすることができる。さらに、ネットワークコントローラ１０７４は、外部ネットワークとインターフェースすることもできる。外部ネットワークは、インターネットなどの公衆ネットワーク、ＬＡＮもしくはＷＡＮネットワークなどのプライベートネットワーク、またはこれらの任意の組合せであってもよく、ＰＳＴＮまたはＩＳＤＮサブネットワークを含みうることは理解されよう。また、外部ネットワークは、イーサネット（登録商標）ネットワークなど、有線でありうるか、または、ＥＤＧＥ、３Ｇ、および４Ｇワイヤレスセルラーシステムを含むセルラーネットワークなどの無線ネットワークでありうる。また、無線ネットワークは、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、または他の任意の既知の無線通信形態でありうる。

【0027】

一実施形態において、再構成された画像を、ディスプレイ上に表示することができる。ディスプレイは、ＬＣＤディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ、プラズマディスプレイ、ＯＬＥＤ、ＬＥＤ、または当技術分野において既知の他のディスプレイでありうる。

【0028】

図２Ａ～図２Ｃは、０次イベントからより高次のイベントまで、ガンマ線の生成、散乱、および検出を視覚的に示す。

【0029】

図２Ａは、散乱が無い状態でのガンマ線の検出を例示する。ガンマ線２０１ａは、被検体ＯＢＪから放射され、検出器１００５ａ上のコリメータ１００９ａを通り、検出器結晶の検出器１００５ａのアレイおよび関連する電子機器内で検出される。

【0030】

一方、図２Ｂは、１次散乱を例示する。ガンマ線２０１ｂは、被検体ＯＢＪから放射され、ポイント２０３ｂで散乱し、最終的に、検出器１００５ａで検出される。

【0031】

図２Ｃは、より高次の散乱（すなわち、２次散乱以上）、本実施例においては２次散乱を例示する。ガンマ線２０１ｃは、被検体ＯＢＪから放射され、ポイント２０３ｃで散乱し、ポイント２０５ｃで再度散乱し、最終的に、検出器１００５ａおよびそれに関連する電子機器で検出される。

【0032】

図１に関して上述したＳＰＥＣＴ装置１０００を、図３、図４、図５Ａ、図５Ｂ、および図６を参照しながら、前述および後述する方法を実施するように、図２Ａ～図２Ｃに照らして構成してもよい。

【0033】

上述した装置を方法として見なしうることは理解できよう。例示的な一実施形態において、前記方法は、放射マップおよび減衰マップであって、各々がＳＰＥＣＴスキャンの被検体の初期画像再構成を示す放射マップおよび減衰マップを取得するステップと、放射伝達方程式法を用いて、放射マップおよび減衰マップに基づき、ＳＰＥＣＴスキャンの被検体の散乱源マップを計算するステップと、放射伝達方程式法を用い、散乱源マップと、放射マップと、減衰マップと、ＳＰＥＣＴスキャナ関連情報（ＳＰＥＣＴ装置１０００に関連する情報）とに基づいて、散乱を推定するステップと、散乱と被検体のＳＰＥＣＴスキャンからの生データとに基づいて、被検体の画像再構成を実施するステップと、を含む。

【0034】

図３は、ＲＴＥ法を用いて散乱を計算し、計算した散乱を用いてＳＰＥＣＴ画像を再構成するための例示的な方法３００のフローチャートである。ＲＴＥ法は、散乱源マップ（すなわち、散乱断面積マップ）を計算することと、散乱源マップを用いて検出器上の散乱を推定することとを含む。

【0035】

ステップ３０１では、減衰マップを取得する。減衰マップ（すなわち、μマップ）は、ＳＰＥＣＴ装置１０００イメージング視野における被検体の線形減衰係数の空間分布を表しうる。例示的な一実施形態において、減衰マップは、個別のＣＴ装置またはＳＰＥＣＴ／ＣＴ装置システムのＣＴ装置によって実施される被検体の透過スキャンでありうる。別の例示的な実施形態において、減衰マップは、当業者に既知の技術を用いてＳＰＥＣＴ装置１０００によって取得される放射マップから推定される。

【0036】

ステップ３０３では、放射マップを取得する。放射マップは、ＳＰＥＣＴ装置１０００によって撮像されるＳＰＥＣＴスキャンの被検体の初期再構成であってもよく、または、ＳＰＥＣＴスキャンの「粗い」再構成であってもよく、それによって散乱が推定されうる基礎が形成される。放射マップは、（散乱を含む）初期光子放射データを含みうる。ステップ３０１およびステップ３０３の順序は、他の実施形態において、入れ替え可能でありうる。

【0037】

本開示では、デュアルトレーサプロトコルおよびマルチトレーサプロトコルを使用する機能を有効にする。ＲＴＥベースのアプローチを用いることで、放射マップは、異なるエネルギーウィンドウで複数のトレーサからの情報を含むことが可能となる。複数のトレーサの使用に関する更なる考察については、図６を参照して後述する。

【0038】

ステップ３０５では、散乱源マップを計算する。被検体ＯＢＪの散乱源マップは、ＲＴＥ法を用いて、ステップ３０１で取得した減衰マップとステップ３０３で取得した放射マップに基づいて、計算される。一例が図４に示されている散乱源マップは、ＳＰＥＣＴスキャンボリュームの離散化またはその断面図に基づいて、反復して計算されてもよく、この場合、ＳＰＥＣＴスキャンボリュームの各離散化領域を、散乱源とみなしてもよい。ＲＴＥ法は、下記の式（２）及び（３）を用いて、反復して散乱源マップ（すなわち、散乱断面マップ）を計算するものである。

【0039】

【数2】

【0040】

【数3】

【0041】

上記の式（３）は、プライマリ光源（すなわち、０次散乱）を決定するために使用することができる。上記の式（２）によると、ψ_ｓ(ｒ（ベクトル記号）、Ｅ、Ω（ハット記号）)は０に設定され、ボリュームにおける１次散乱が計算される。計算後に反復を実施し、所望の精度にしたがって、より高次の散乱ポイント／源を取得してもよい。

【0042】

ステップ３０７では、検出器（たとえば、１００５ａ、１００５ｂ、１００５ｃ）上の散乱を計算する。ステップ３０５で得た散乱源マップと、ステップ３０３で得た放射マップと、ステップ３０１で得た減衰マップと、ＳＰＥＣＴ装置関連情報とを用いて、前記散乱は計算される。ＳＰＥＣＴ装置関連情報は、各検出器の位置およびコリメータタイプ（たとえば、平行、ピンホール）についての情報を含む。コリメータは検出器のうちのいずれかの内部で特定の検出器結晶にぶつかりうる放射イベントの経路または軌道を限定することができるので、散乱源マップ上のすべての散乱が、特定の検出器結晶の視野（Field Of Vision：ＦＯＶ）内にあるわけではない。図５Ａは、特定の検出器結晶（すなわち、シンチレーション結晶）の一例、および平行コリメータに対する検出器ＦＯＶの境界を示す。ＦＯＶ内の散乱源マップ上の散乱のみが、散乱源とみなされるであろう。同様に、図５Ｂは、特定の検出器結晶とピンホールコリメータに対する検出器ＦＯＶの境界を示す。この場合、検出器ＦＯＶの境界内の散乱源マップ上の散乱のみが、散乱源とみなされるであろう。ＲＴＥ法は、下記の式（４）を用いて、各検出器のための検出器応答を計算する。

【0043】

【数4】

【0044】

式中、Φ_S(ｒ_D(ベクトル記号), Ｅ)は、検出器上の散乱線束を表し、ｒ_D(ベクトル記号)は、検出器の位置を表し、Ｒ（Ｅ,Ω)は、平行コリメータまたはピンホールコリメータに対応する因子を表す。検出器ＦＯＶ外の散乱イベントは、撥ね付けられうる。つまり、散乱源が検出器ＦＯＶの境界内にある場合、Ｒ(Ｅ,Ω(ハット記号)である。散乱源が検出器ＦＯＶの境界外にある場合、Ｒ（Ｅ、Ω（ハット記号））である。

【0045】

方法３００のステップ３０９では、画像再構成を実施して、最終ＳＰＥＣＴ画像３１３を作成する。ステップ３０７で計算した散乱および被検体ＯＢＪのＳＰＥＣＴスキャンから得たＳＰＥＣＴスキャン生データ３１１に基づいて、画像再構成を実施する。つまり、画像再構成のために、ＳＰＥＣＴスキャン生データ３１１に照らして、ステップ３０７で計算した散乱を使用する。

【0046】

解析的再構成（たとえばフィルタ補正逆投影）で、各検出器結晶に対して計算した散乱を、測定したカウント値から減じる。反復再構成では、計算した散乱を、反復アップデート方程式に組み込む。散乱が無い場合、反復アップデート方程式は以下の式（５）で与えられる通りである。

【0047】

【数5】

【0048】

式中、ｇ_iは、ｉ番目ＬＯＲにおいて測定したカウントを表し、ｆ_j ^k(オーバーライン記号)は、ｋ回目の反復でのｊ番目ボクセルにおいて推定した活性を表す。

【0049】

反復再構成における散乱補正および上述した方法から推定した散乱ｓ_iを考慮して、散乱補正を含む反復アップデート方程式は以下の式（６）の通りである。

【0050】

【数6】

【0051】

図６の方法６００に示すように、上述した技術を、ＲＴＥを用いる複数のトレーサ散乱の評価に使用することもできる。例示的な本実施形態において、Ｎ個のトレーサがあり、トレーサはそれぞれ、異なるエネルギーウィンドウＥ１、Ｅ２、…、ＥＮを有する。エネルギーウィンドウのうち、最小エネルギーしきい値は、Ｅ_ｍｉｎであり、最大エネルギーしきい値は、Ｅ_mａｘである。したがって、エネルギーウィンドウＥ_ｍｉｎ～Ｅ_ｍａｘは、全トレーサ１～Ｎのエネルギーウィンドウをカバーするであろう。

【0052】

ステップ６０１は、減衰マップを取得することであり、ステップ６０３は、放射マップを取得することである。ステップ６０１は、ステップ３０１に類似しており、ステップ６０３はステップ３０３に類似しており、これらは以前に説明した。

【0053】

ステップ６０５は、エネルギーウィンドウＥ_ｍｉｎ～Ｅ_mａｘ内の散乱源マップを計算するステップである。被検体ＯＢＪの散乱源マップは、上述したＲＴＥ法を用いて、また、ステップ６０１で取得した減衰マップとステップ６０３で取得した放射マップに基づいて、計算される。ステップ６０５は、散乱源マップがエネルギーウィンドウＥ_mｉｎ～Ｅ_ｍａｘからの散乱を含んでいる以外は、上述したステップ３０５に類似している。

【0054】

ステップ６０７は、Ｅ１～ＥＮのための各検出器上の散乱を推定するステップである。ステップ６０５で得た散乱源マップと、ステップ６０３で得た放射マップと、ステップ６０１で得た減衰マップと、ＳＰＥＣＴスキャナ関連情報とを用いて、散乱を計算する。ＳＰＥＣＴスキャナ関連情報は、各検出器の位置およびコリメータタイプ（たとえば、平行、ピンホール）についての情報を含む。ステップ３０７と同様に、式（４）を用いて各検出器上の散乱を推定することができる。

【0055】

ステップ６０９では、Ｅ１～ＥＮに対して画像再構成を実施して、トレーサ１～Ｎに対して最終ＳＰＥＣＴ画像６１３を作成する。ステップ６０７で計算した散乱および被検体ＯＢＪのＳＰＥＣＴスキャンからのＳＰＥＣＴ生データ６１１に基づいて、画像再構成を行う。ステップ３０９で言及した同じ技術のいずれかを用いて画像再構成を行うことができる。

【0056】

結果として、本開示によれば、ＴＥＷなどのエネルギーベースの方法と比較して、より高精度にＳＰＥＣＴ画像から散乱を除去することが可能となる。さらに、本開示によれば、エネルギーベースの方法と比較して、デュアルトレーサプロトコルおよびマルチトレーサプロトコルが可能となる。最後に、本開示によれば、計算の負担をかなり軽減しながら、１次散乱およびより高次の散乱を評価することができる。

【0057】

上記の教示に照らして、多くの修正および変形が可能であることは明らかである。したがって、添付の特許請求の範囲内で、本明細書に具体的に記載されたものとは別の方法で、本発明を実施してもよいことを理解されたい。

【0058】

このように、前述の説明は、本発明の例示的な実施形態を開示かつ説明したに過ぎない。当業者には理解されるように、本発明を、その趣旨または本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定の形態で具体化してもよい。このように、本発明の開示は例示を意図したものであり、本発明の範囲および他の特許請求の範囲を限定するものではない。本開示は、本明細書における教示の容易に識別可能な変形を含み、発明の主題を公衆の自由に供することがないように、前述の特許請求の範囲の用語の範囲を部分的に定義するものである。

【0059】

本開示の実施形態は、以下の付記（１）～（２０）に記載するようなものであってもよい。

【0060】

（１）単一光子放射断層撮影（ＳＰＥＣＴ）スキャナにおいて画像を再構成するための装置であって、処理回路を備え、前記処理回路は、放射マップおよび減衰マップであって、各々、ＳＰＥＣＴスキャンの被検体の初期画像再構成を示す放射マップおよび減衰マップを取得し、放射伝達方程式法を用いて、放射マップおよび減衰マップに基づいて、ＳＰＥＣＴスキャンの被検体の散乱源マップを計算し、放射伝達方程式法を用いて、散乱源マップと、放射マップと、減衰マップと、ＳＰＥＣＴスキャナ関連情報とに基づいて、散乱を推定し、散乱と被検体のＳＰＥＣＴスキャンからの生データとに基づいて、被検体の画像再構成を実施するように構成された、装置。

【0061】

（２）散乱源マップは、１次散乱、および、より高次の散乱からの寄与を含む、（１）に記載の装置。

【0062】

（３）散乱は、１次散乱、および、より高次の散乱からの寄与を含む、（１）または（２）に記載の装置。

【0063】

（４）ＳＰＥＣＴスキャナ関連情報は、被検体をスキャンするためのＳＰＥＣＴスキャナに設置された１つ以上の検出器の位置情報と、前記１つ以上の検出器のコリメータタイプとを含み、前記コリメータタイプは、平行またはピンホールである、（１）～（３）のいずれかに記載の装置。

【0064】

（５）画像再構成は、反復して実施される、（１）～（４）のいずれかに記載の装置。

【0065】

（６）画像再構成は、フィルタ逆投影法により実施される、（１）～（５）のいずれかに記載の装置。

【0066】

（７）減衰マップは、被検体のコンピュータ断層撮影スキャンに基づいている、（１）～（６）のいずれかに記載の装置。

【0067】

（８）複数のトレーサを、ＳＰＥＣＴスキャンのための被検体に使用する、（１）～（７）のいずれかに記載の装置。

【0068】

（９）単一光子放射断層撮影（ＳＰＥＣＴ）スキャナにおいて画像を再構成するための方法であって、放射マップおよび減衰マップであって、各々がＳＰＥＣＴスキャンの被検体の初期画像再構成を示す放射マップおよび減衰マップを取得するステップと、放射伝達方程式法を用いて、放射マップおよび減衰マップに基づき、ＳＰＥＣＴスキャンの被検体の散乱源マップを計算するステップと、放射伝達方程式法を用い、散乱源マップと、放射マップと、減衰マップと、ＳＰＥＣＴスキャナ関連情報とに基づいて、散乱を推定するステップと、散乱と被検体のＳＰＥＣＴスキャンからの生データとに基づいて、被検体の画像再構成を実施するステップと、を含む、方法。

【0069】

（１０）散乱源マップは、１次散乱、および、より高次の散乱からの寄与を含む、（９）に記載の方法。

【0070】

（１１）散乱は、１次散乱、および、より高次の散乱からの寄与を含む、（９）または（１０）に記載の方法。

【0071】

（１２）ＳＰＥＣＴスキャナ関連情報は、被検体をスキャンするためのＳＰＥＣＴスキャナに取り付けられた１つ以上の検出器の位置情報と、前記１つ以上の検出器のコリメータタイプとを含み、前記コリメータタイプは、平行またはピンホールである、（９）～（１１）のいずれかに記載の方法。

【0072】

（１３）画像再構成は、反復して実施される、（９）～（１２）のいずれかに記載の方法。

【0073】

（１４）画像再構成は、フィルタ逆投影法を用いて実施される、（９）～（１３）のいずれかに記載の方法。

【0074】

（１５）減衰マップは、被検体のコンピュータ断層撮影スキャンに基づいている、（９）～（１４）のいずれかに記載の方法。

【0075】

（１６）複数のトレーサを、ＳＰＥＣＴスキャンのために被検体に使用する、（９）～（１５）のいずれかに記載の方法。

【0076】

（１７）コンピュータ可読命令を格納する非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記コンピュータ可読命令は、コンピュータによって実行されると、前記コンピュータが、放射マップおよび減衰マップであって、各々、ＳＰＥＣＴスキャンの被検体の初期画像再構成を示す放射マップおよび減衰マップを取得するステップと、放射伝達方程式法を用いて、放射マップおよび減衰マップに基づいて、ＳＰＥＣＴスキャンの被検体の散乱源マップを計算するステップと、放射伝達方程式法を用い、散乱源マップと、放射マップと、減衰マップと、ＳＰＥＣＴスキャナ関連情報とに基づいて、散乱を推定するステップと、散乱と被検体のＳＰＥＣＴスキャンからの生データとに基づいて、被検体の画像再構成を実施するステップと、を含む方法を実施する、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。

【0077】

（１８）散乱源マップは、１次散乱、および、より高次の散乱からの寄与を含む、（１７）に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。

【0078】

（１９）散乱は、１次散乱、および、より高次の散乱からの寄与を含む、（１７）または（１８）に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。

【0079】

（２０）複数のトレーサを、ＳＰＥＣＴスキャンのために被検体に使用する、（１７）～（１９）のいずれかに記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。

【0080】

以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、画質を向上させることができる。

【0081】

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0082】

１０７０ プロセッサ
１０７４ ネットワークコントローラ
１０７６ データ収集システム
１０７８ メモリ

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】