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JP2013053992A - Radiation imaging apparatus - Google Patents

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JP2013053992A
JP2013053992A JP2011193749A JP2011193749A JP2013053992A JP 2013053992 A JP2013053992 A JP 2013053992A JP 2011193749 A JP2011193749 A JP 2011193749A JP 2011193749 A JP2011193749 A JP 2011193749A JP 2013053992 A JP2013053992 A JP 2013053992A
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detector
image
hole
collimator
separated
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JP2011193749A
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Japanese (ja)
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Takaaki Ishizu
崇章 石津
Yuichiro Ueno
雄一郎 上野
Atsuro Suzuki
敦郎 鈴木
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radiation imaging apparatus that improves correction accuracy, and realizes high-speed image reconstruction processing.SOLUTION: A radiation imaging apparatus 1 includes: a plurality of detectors 21 that operate for each of through-holes 27 of a collimator 26; separation image generating means 12 for separating an image obtained by the detectors 21 for every detector 21 having equal relative position to the through-hole 27 to generate separation images; and image processing means 12 for performing image processing for every separation image generated by the separation image generating means 12.

Description

本発明は、入射放射線分布を画像化する放射線撮像装置に関する。   The present invention relates to a radiation imaging apparatus that images an incident radiation distribution.

放射線計測装置を核医学分野に応用した装置として、ガンマカメラを用いた単一光子放射型コンピュータ断層撮影装置(以下、SPECT(Single Photon Emission Computed Tomography)装置と称する)がある。このSPECT装置は、放射性同位体を含む化合物の分布を測定し、断層面のイメージを提供するものである。   As an apparatus that applies a radiation measuring apparatus to the nuclear medicine field, there is a single photon emission computed tomography apparatus (hereinafter referred to as a SPECT (Single Photon Emission Computed Tomography) apparatus) using a gamma camera. This SPECT apparatus measures the distribution of a compound containing a radioisotope and provides an image of a tomographic plane.

現在のSPECT装置は、放射線(ガンマ線)の検出器として、一枚の結晶からなるシンチレータと、複数の光電子増倍管とを組み合わせた検出器を用いるものが主流である。これらのSPECT装置では放射線の入射位置を重心演算により求めるが、重心演算では位置分解能10mm程度が限界であり、診断能の向上のためにより高い位置分解能を持つSPECT装置が求められている。   The current SPECT apparatus mainly uses a detector combining a scintillator made of a single crystal and a plurality of photomultiplier tubes as a radiation (gamma ray) detector. In these SPECT apparatuses, the incident position of radiation is obtained by calculating the center of gravity. However, the position resolution of about 10 mm is the limit in the center of gravity calculation, and a SPECT apparatus having a higher position resolution is required for improving the diagnostic ability.

近年、より高い分解能を持つ検出器として、ピクセル型検出器が開発されてきている。ピクセル型検出器は小さな検出器単位、すなわちピクセル単位で位置信号を取得するものであり、ピクセルは、分割されたシンチレータや半導体で構成されている。検出器の固有分解能は、ピクセルサイズで決まり、現在、ピクセルサイズが1〜2mmのものが開発されている。   In recent years, pixel-type detectors have been developed as detectors with higher resolution. The pixel-type detector acquires a position signal in small detector units, that is, pixel units, and the pixels are composed of divided scintillators and semiconductors. The intrinsic resolution of the detector is determined by the pixel size, and a pixel size of 1 to 2 mm is currently being developed.

また、分解能を高める手法として、断層画像の再構成方法も開発、改良が行われている。これまでは、フィルタ補正逆投影法(FBP法:Filtered Back-Projection法)、分解能補正なしの逐次近似法(最尤推定期待値最大化法(MLEM法:Maximum Likelihood Expectation Maximization法)、サブセットを用いた期待値最大化法(OSEM法:Ordered Subset Expectation Maximization法)等)が用いられていたが、近年、分解能補正ありの逐次近似法が開発された(非特許文献1参照)。この方法により、コリメータや検出器の幾何学的形状を考慮して画像を再構成し、より正確な画像を提供することができるが、計算が複雑になる等の欠点がある。   Further, as a technique for increasing the resolution, a tomographic image reconstruction method has been developed and improved. Up to now, the filtered backprojection method (FBP method: Filtered Back-Projection method), the successive approximation method without resolution correction (maximum likelihood estimation expectation maximization method (MLEM method: Maximum Likelihood Expectation Maximization method), and the subset are used. The expected value maximization method (OSEM method: Ordered Subset Expectation Maximization method) has been used, but in recent years, a successive approximation method with resolution correction has been developed (see Non-Patent Document 1). Although this method can reconstruct an image in consideration of the geometric shape of the collimator and the detector and provide a more accurate image, there are drawbacks such as a complicated calculation.

臨床においては、高位置分解能に加え、高感度であるSPECT装置が求められている。高位置分解能を得るためには、検出器に入射する放射線の飛来方向をコリメータで制限する必要がある。このためには、検出器が測定対象物を見込む視野を、コリメータによって狭めれば良く、このようなコリメータとして例えば、LEHR(Low Energy High Resolution)コリメータが知られている。しかし、LEHRコリメータでは、視野の制限によって感度が犠牲になる。一方、高感度を得るためには、コリメータの貫通孔のサイズを大きくする必要があり、このようなコリメータとして、LEGP(Low Energy General Purpose)コリメータやLEHS(Low Energy High Sensitivity)コリメータが知られている。しかし、これらのコリメータでは位置分解能が悪化する。
このように、従来のSPECT装置では、トレードオフにより位置分解能と感度が両立しない。このため、位置分解能と感度を両立させる新しい技術の登場が望まれている。
In the clinic, a SPECT apparatus having high sensitivity in addition to high position resolution is required. In order to obtain high position resolution, it is necessary to limit the direction of radiation incident on the detector with a collimator. For this purpose, the field of view in which the detector looks at the measurement object may be narrowed by a collimator. As such a collimator, for example, a LEHR (Low Energy High Resolution) collimator is known. However, in the LEHR collimator, sensitivity is sacrificed due to the limited field of view. On the other hand, in order to obtain high sensitivity, it is necessary to increase the size of the through hole of the collimator. As such a collimator, a LEGP (Low Energy General Purpose) collimator and a LEHS (Low Energy High Sensitivity) collimator are known. Yes. However, in these collimators, the position resolution is deteriorated.
Thus, in the conventional SPECT apparatus, position resolution and sensitivity are not compatible due to trade-off. For this reason, the appearance of a new technology that achieves both position resolution and sensitivity is desired.

そこで、感度と位置分解能を両立するSPECT装置として、コリメータの1つの矩形貫通孔に対して複数の検出器が含まれるタイプのSPECT装置が発明された。このSPECT装置では、コリメータの貫通孔のサイズが等しいとき、貫通孔と検出器とが一対一対応である従来のSPECT装置よりも高い位置分解能を得ることができる(特許文献1、非特許文献2参照)。   Therefore, a SPECT apparatus of a type in which a plurality of detectors are included for one rectangular through hole of a collimator has been invented as a SPECT apparatus that achieves both sensitivity and position resolution. In this SPECT apparatus, when the through-holes of the collimator are equal in size, it is possible to obtain a higher position resolution than the conventional SPECT apparatus in which the through-hole and the detector have a one-to-one correspondence (Patent Document 1, Non-Patent Document 2). reference).

また、複数のピクセル(検出器)から構成されるピクセル型検出器は、等しいレベルの放射線を受けた場合であってもピクセル間に出力のばらつきが生じる。特許文献2には、出力レベルが他の領域より有意に低い不活発ピクセルや出力レベルが他の領域より有意に高い過活発ピクセルといった欠陥ピクセル(不良ピクセル)に対して、隣接ピクセル(隣接する検出器)を用いた画素補間が開示されている。   In addition, pixel-type detectors composed of a plurality of pixels (detectors) have output variations between pixels even when they receive the same level of radiation. In Patent Document 2, there are adjacent pixels (adjacent detection) for defective pixels (bad pixels) such as inactive pixels whose output level is significantly lower than other regions and active pixels whose output level is significantly higher than other regions. Pixel interpolation using a synthesizer) is disclosed.

特表2010−507090号公報Special table 2010-507090 gazette 特開2003−023572号公報JP 2003-023572 A

Panin VY, et al, "Fully 3-D PET reconstruction with system matrix derived from point source measurements," IEEE Trans Med Imaging. 2006 Jul;25(7):907-921Panin VY, et al, "Fully 3-D PET reconstruction with system matrix derived from point source measurements," IEEE Trans Med Imaging. 2006 Jul; 25 (7): 907-921 C. Robert et al. (2008) 2008 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record Vol6 pp.4246-4251C. Robert et al. (2008) 2008 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record Vol6 pp.4246-4251

しかし、1つの貫通孔に対して複数の検出器が含まれるタイプのコリメータを用いた場合、分解能補正を組み合せて画像再構成を行う必要があり、応答関数が異なる個々の検出器の投影をそれぞれ計算する必要がある。そのため、計算の複雑化による補正精度の低下や再構成時間の増加が問題となる。   However, when using a type of collimator that includes multiple detectors for a single through-hole, it is necessary to perform image reconstruction by combining resolution correction, and project each individual detector with a different response function. It is necessary to calculate. For this reason, there is a problem that the correction accuracy is reduced and the reconstruction time is increased due to the complicated calculation.

また、1つの貫通孔に対して複数の検出器が含まれるタイプのコリメータを用いた場合、個々の検出器における応答関数が同一ではないため、欠陥ピクセル(不良ピクセル)に対して、特許文献2に開示された単純な隣接ピクセル(隣接する検出器)を用いた画素補間では誤った補正となる。   Further, when a collimator of a type including a plurality of detectors for one through hole is used, since the response functions of the individual detectors are not the same, Patent Document 2 deals with defective pixels (defective pixels). In the pixel interpolation using the simple adjacent pixel (adjacent detector) disclosed in FIG.

そこで、本発明は、補正精度の向上と画像再構成処理の高速化とが可能になる放射線撮像装置を提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a radiation imaging apparatus capable of improving correction accuracy and speeding up image reconstruction processing.

このような課題を解決するために、本発明は、コリメータの貫通孔に対し、複数の検出器が対応する放射線撮像装置であって、前記検出器で取得された画像を、前記貫通孔に対する相対位置が等しい検出器ごとに分離して、分離画像を生成する分離画像生成手段と、前記分離画像生成手段で生成された分離画像ごとに画像処理を行う画像処理手段と、を備えることを特徴とする放射線撮像装置である。   In order to solve such a problem, the present invention provides a radiation imaging apparatus in which a plurality of detectors correspond to a through-hole of a collimator, and an image acquired by the detector is relative to the through-hole. A separate image generating unit that generates a separated image by separating the detectors at the same position; and an image processing unit that performs image processing for each separated image generated by the separated image generating unit. A radiation imaging apparatus.

本発明によれば、補正精度の向上と画像再構成処理の高速化とが可能になる放射線撮像装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a radiation imaging apparatus capable of improving correction accuracy and speeding up image reconstruction processing.

本実施形態に係るSPECT装置の構成図である。It is a block diagram of the SPECT apparatus which concerns on this embodiment. 検出器とコリメータの配置を示した斜視図である。It is the perspective view which showed arrangement | positioning of a detector and a collimator. (a)は検出器とコリメータの配置を検出器の入射面に対して垂直方向から平面視した図であり、(b)は部分検出器群を示した図である。(A) is the figure which planarly viewed arrangement | positioning of a detector and a collimator from the orthogonal | vertical direction with respect to the entrance plane of a detector, (b) is the figure which showed the partial detector group. 検出器の応答関数の例を示した図である。It is the figure which showed the example of the response function of a detector. 検出器とコリメータの他の配置を示した斜視図である。It is the perspective view which showed other arrangement | positioning of a detector and a collimator. (a)は検出器とコリメータの他の配置を検出器の入射面に対して垂直方向から平面視した図であり、(b)は部分検出器群を示した図である。(A) is the figure which planarly viewed other arrangement | positioning of a detector and a collimator from the orthogonal | vertical direction with respect to the entrance plane of a detector, (b) is the figure which showed the partial detector group.

以下、本発明を実施するための形態(以下「実施形態」という)について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略する。   Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “embodiments”) will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In each figure, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

≪SPECT装置(放射線撮像装置)1≫
本実施形態に係るSPECT装置(放射線撮像装置)1の全体の構成について図1を用いて説明する。図1は、本実施形態に係るSPECT装置1の構成図である。
<< SPECT apparatus (radiation imaging apparatus) 1 >>
An overall configuration of a SPECT apparatus (radiation imaging apparatus) 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of a SPECT apparatus 1 according to the present embodiment.

SPECT装置1は、ガントリ10、カメラ11A,11B、データ処理装置12、表示装置13、ベッド14を含んで構成されている。被検者15は、放射性薬剤、例えば、半減期が6時間の99mTcを含んだ薬剤を投与される。ベッド14に載せられた被検者15の体内の99mTcから放出されるγ線(放射線)をガントリ10に支持されたカメラ11A,11Bで検出して断層画像を撮像するようになっている。 The SPECT device 1 includes a gantry 10, cameras 11A and 11B, a data processing device 12, a display device 13, and a bed 14. The subject 15 is administered a radioactive drug, for example, a drug containing 99m Tc with a half-life of 6 hours. Gamma rays (radiation) emitted from 99m Tc in the body of the subject 15 placed on the bed 14 are detected by the cameras 11A and 11B supported by the gantry 10, and a tomographic image is taken.

<カメラ11A,11B>
カメラ11A,11Bは、ガントリ10の中央部分に設けられた円筒形開口部の半径方向および周方向に可動することができるようになっている。断層像撮像時には、カメラ11はガントリ10との取り付け部(図示せず)を軸として被検者15の周りを回転し、被検者15の体内の腫瘍等に集積した放射性薬剤から発生するγ線を検出する。
<Cameras 11A and 11B>
The cameras 11 </ b> A and 11 </ b> B can move in the radial direction and the circumferential direction of a cylindrical opening provided in the central portion of the gantry 10. At the time of tomographic imaging, the camera 11 rotates around the subject 15 around an attachment portion (not shown) with the gantry 10 and is generated from a radiopharmaceutical accumulated in a tumor or the like in the body of the subject 15. Detect lines.

カメラ11A,11Bは、コリメータ26と、多数の検出器21と、を内蔵している。コリメータ26は、貫通孔27と、貫通孔27を仕切るセプタ28と、を有し、被検者15の体内の99mTcから放出されるγ線を選別(入射角を規制)し、一定方向のγ線のみを通過させる役割を有している。そして、コリメータ26(貫通孔27)を通過したγ線を検出器21で検出するようになっている。 The cameras 11A and 11B incorporate a collimator 26 and a number of detectors 21. The collimator 26 has a through-hole 27 and a septa 28 that partitions the through-hole 27, and selects γ-rays emitted from 99m Tc in the body of the subject 15 (regulates the incident angle), and in a certain direction. It has the role of passing only γ rays. And the gamma ray which passed the collimator 26 (through-hole 27) is detected by the detector 21. FIG.

また、カメラ11A,11Bは、γ線の検出信号を計測するための特定用途向け集積回路(以下、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)と称する)25と、検出器基板23と、ASIC基板24と、を備えている。検出器21で検出されたγ線の検出信号は、検出器基板23、ASIC基板24を介して、ASIC25に入力され、γ線を検出した検出器21のID、検出したγ線の波高値や検出時刻のデータに変換される。なお、ASIC25で変換されたデータ(パケットデータ)は、データ処理装置12に送信されるようになっている。   The cameras 11A and 11B include an application specific integrated circuit (hereinafter referred to as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit)) 25 for measuring a γ-ray detection signal, a detector board 23, an ASIC board 24, It has. The detection signal of the γ-ray detected by the detector 21 is input to the ASIC 25 via the detector substrate 23 and the ASIC substrate 24, and the ID of the detector 21 that detected the γ-ray, the peak value of the detected γ-ray, Converted to detection time data. The data (packet data) converted by the ASIC 25 is transmitted to the data processing device 12.

また、カメラ11A,11Bは、遮光・γ線・電磁シールド29を備えている。遮光・γ線・電磁シールド29は、鉄や鉛等で構成され、検出器21、検出器基板23,ASIC基板24、ASIC25、コリメータ26を囲んでおり、外部からの余分な光,γ線,電磁波を遮断するようになっている。   The cameras 11 </ b> A and 11 </ b> B include a light shielding / γ-ray / electromagnetic shield 29. The light shielding / γ-ray / electromagnetic shield 29 is made of iron, lead, or the like, and surrounds the detector 21, the detector substrate 23, the ASIC substrate 24, the ASIC 25, and the collimator 26. It is designed to block electromagnetic waves.

<データ処理装置12、表示装置13>
データ処理装置12は、記憶装置(図示せず)および断層像情報作成装置(図示せず)を有している。データ処理装置12は、検出したγ線の波高値、検出時刻のデータおよび検出器(チャンネル)IDを含むパケットデータをASIC25から取り込み、平面像を生成し、さらに画像再構成により断層像情報を生成することができるようになっている。また、データ処理装置12は、生成した平面像や断層像情報を表示装置13に表示させることができるようになっている。
<Data processing device 12, display device 13>
The data processing device 12 includes a storage device (not shown) and a tomogram information creation device (not shown). The data processing device 12 takes in the packet data including the detected peak value of γ-rays, detection time data and detector (channel) ID from the ASIC 25, generates a plane image, and further generates tomographic image information by image reconstruction. Can be done. Further, the data processing device 12 can display the generated plane image and tomographic image information on the display device 13.

このようにして、SPECT装置1は、被検者15の体内の腫瘍等に集積した放射性薬剤(99mTcから放出されるγ線)を撮像し、腫瘍等の位置を同定することができるようになっている。 In this way, the SPECT apparatus 1 can image the radiopharmaceutical (γ rays emitted from 99m Tc) accumulated in the tumor or the like in the body of the subject 15 and identify the position of the tumor or the like. It has become.

≪検出器21・コリメータ26≫
次に、本実施形態に係るSPECT装置1のカメラ11A,11Bに用いられる検出器21およびコリメータ26について、図2および図3を用いて更に説明する。図2は、検出器21とコリメータ26の配置を示した斜視図である。
≪Detector 21 and collimator 26≫
Next, the detector 21 and the collimator 26 used in the cameras 11A and 11B of the SPECT apparatus 1 according to the present embodiment will be further described with reference to FIGS. FIG. 2 is a perspective view showing the arrangement of the detector 21 and the collimator 26.

<検出器21>
検出器21は、例えばCdTe半導体を用いたピクセル型の半導体検出器であり、図2に示すようにピクセルごとに区切られている。個々の検出器21が1つのピクセルを構成し、この検出器21が2次元に多数配置され検出器群22を構成している。したがって、1枚の大きな結晶からなるシンチレータと異なり、γ線の検出信号は、各検出器21単位、つまりピクセル単位で収集されるようになっている。なお、応答関数を求める都合上、検出器群22(検出器21の配列)は周期構造を持っていることが望ましい。
<Detector 21>
The detector 21 is a pixel type semiconductor detector using a CdTe semiconductor, for example, and is divided for each pixel as shown in FIG. Each detector 21 constitutes one pixel, and a large number of detectors 21 are arranged two-dimensionally to constitute a detector group 22. Therefore, unlike the scintillator made of one large crystal, the γ-ray detection signal is collected for each detector 21 unit, that is, for each pixel unit. For convenience of obtaining the response function, the detector group 22 (array of detectors 21) preferably has a periodic structure.

なお、ピクセル型の検出器の説明において、「検出器」と「検出器群」という用語を用いるが、検出器は任意の形状の1ピクセルを構成するものをいい、検出器群は検出器が配列された集合体をいうものとする。   In the description of the pixel-type detector, the terms “detector” and “detector group” are used. The detector means one pixel having an arbitrary shape, and the detector group is a detector. Let's say an ordered collection.

なお、本実施形態に係るSPECT装置1は、図2に示すように、検出器群22が物理的にピクセルに分割されているものとして説明するが、これに限られるものではない。例えば、複数の電極を配置し大きな検出器を電気的にピクセルに区切ったものであってもよく、両面シリコンストリップ検出器(DSSD:Double-Sided Silicon Strip Detector)のように読み出し方法を工夫することによりピクセル化するような検出器であってもよい。   Although the SPECT apparatus 1 according to the present embodiment will be described assuming that the detector group 22 is physically divided into pixels as shown in FIG. 2, the present invention is not limited to this. For example, a plurality of electrodes may be arranged and a large detector may be electrically divided into pixels, and a readout method such as a double-sided silicon strip detector (DSSD) should be devised. It may also be a detector that pixelates.

<コリメータ26>
コリメータ26は鉛製であり、検出器21の入射面に対して垂直方向(ガンマ線の入射方向、図2に示すz軸のマイナス方向)から平面視した際、見通せる方向に貫通孔27を有し、貫通孔27は碁盤目状に配置されている。また、各貫通孔27は、セプタ28によって仕切られている。
<Collimator 26>
The collimator 26 is made of lead, and has a through hole 27 in a direction that can be seen when viewed in a plan view from the direction perpendicular to the incident surface of the detector 21 (incident direction of gamma rays, minus direction of the z axis shown in FIG. 2). The through holes 27 are arranged in a grid pattern. Each through hole 27 is partitioned by a septa 28.

図3(a)は、検出器21(検出器群22)とコリメータ26の配置を検出器21(検出器群22)の入射面に対して垂直方向(ガンマ線の入射方向、図2に示すz軸のマイナス方向)から平面視した図である。
本実施形態では、図3(a)に示すように、コリメータ26の1つの貫通孔27に対して、4個の検出器21(21a,21b,21c,21d)が含まれる場合について説明する。
FIG. 3A shows the arrangement of the detector 21 (detector group 22) and the collimator 26 in a direction perpendicular to the incident surface of the detector 21 (detector group 22) (incident direction of gamma rays, z shown in FIG. It is the figure seen planarly from the axis | shaft minus direction.
In the present embodiment, as shown in FIG. 3A, a case where four detectors 21 (21a, 21b, 21c, 21d) are included in one through hole 27 of the collimator 26 will be described.

なお、本実施形態に係るSPECT装置1のコリメータ26の貫通孔27と検出器21との配置は、図2および図3(a)に示すように、1つの貫通孔27に対して2×2の4個の検出器21が含まれるものとして説明するが、これに限られるものではない。例えば、3×3の9個や2×4の8個など1つの貫通孔27に対して整数個の検出器21が含まれるものであってもよい。より一般化すれば、貫通孔27と検出器21とが整数比を保っていれば、複数の貫通孔27で構成されるブロックを1つの貫通孔とみなすことにより、1つの貫通孔に対して整数個の検出器21が含まれるものとしてもよい。   Note that the arrangement of the through holes 27 and the detectors 21 of the collimator 26 of the SPECT apparatus 1 according to the present embodiment is 2 × 2 with respect to one through hole 27 as shown in FIGS. However, the present invention is not limited to this. For example, an integer number of detectors 21 may be included in one through-hole 27 such as 9 in 3 × 3 or 8 in 2 × 4. More generally, if the through-hole 27 and the detector 21 maintain an integer ratio, a block composed of a plurality of through-holes 27 is regarded as one through-hole, with respect to one through-hole. An integer number of detectors 21 may be included.

≪応答関数≫
本実施形態に係るSPECT装置1は、図3(a)に示すように、コリメータ26の1つの貫通孔27に対して、4個の検出器21(21a,21b,21c,21d)が対応する。
本実施形態に係るSPECT装置1のデータ処理装置12は、データ処理装置12で生成された平面像から、図3(a)および図3(b)に示すように、貫通孔27に対する相対位置が検出器21aと同じ相対位置を持った検出器(図3(a)において、斜線を施した検出器;各貫通孔27に対して含まれる4つの検出器のうち右上の検出器)を選択して部分検出器群22Aとし、部分検出器群22Aのデータを取りだし、部分検出器群22Aの部分画像(分離画像)を作成する。
同様に、貫通孔27に対する相対位置が検出器21bと同じ相対位置を持った検出器(図3(a)において、各貫通孔27に対して含まれる4つの検出器のうち左上の検出器)を選択して部分検出器群22Bとし、部分検出器群22Bのデータを取りだし、部分検出器群22Bの部分画像(分離画像)を作成する。貫通孔27に対する相対位置が検出器21cと同じ相対位置を持った検出器(図3(a)において、各貫通孔27に対して含まれる4つの検出器のうち右下の検出器)を選択して部分検出器群22Cとし、部分検出器群22Cのデータを取りだし、部分検出器群22Cの部分画像(分離画像)を作成する。貫通孔27に対する相対位置が検出器21dと同じ相対位置を持った検出器(図3(a)において、各貫通孔27に対して含まれる4つの検出器のうち左下の検出器)を選択して部分検出器群22Dとし、部分検出器群22Dのデータを取りだし、部分検出器群22Dの部分画像(分離画像)を作成する。
<< Response function >>
In the SPECT apparatus 1 according to the present embodiment, as shown in FIG. 3A, four detectors 21 (21 a, 21 b, 21 c, 21 d) correspond to one through hole 27 of the collimator 26. .
The data processing device 12 of the SPECT apparatus 1 according to the present embodiment has a relative position with respect to the through hole 27 as shown in FIGS. 3A and 3B from the planar image generated by the data processing device 12. Select a detector having the same relative position as the detector 21a (in FIG. 3 (a), a shaded detector; an upper right detector among the four detectors included for each through-hole 27). The partial detector group 22A is taken out, and the data of the partial detector group 22A is taken out and a partial image (separated image) of the partial detector group 22A is created.
Similarly, a detector whose relative position with respect to the through hole 27 has the same relative position as that of the detector 21b (in FIG. 3A, the upper left detector among the four detectors included for each through hole 27). Is selected as the partial detector group 22B, the data of the partial detector group 22B is taken out, and a partial image (separated image) of the partial detector group 22B is created. Select a detector having the same relative position to the through hole 27 as the detector 21c (in FIG. 3A, the lower right detector among the four detectors included for each through hole 27). Thus, the partial detector group 22C is obtained, and the data of the partial detector group 22C is taken out to create a partial image (separated image) of the partial detector group 22C. A detector having the same relative position to the through hole 27 as the detector 21d (in FIG. 3A, the lower left detector among the four detectors included for each through hole 27) is selected. The partial detector group 22D is taken out, and the data of the partial detector group 22D is taken out to create a partial image (separated image) of the partial detector group 22D.

この部分画像(分離画像)は、検出器21とコリメータ26の貫通孔27との相対位置ごとに作成されるため、1つの貫通孔27に対して含まれる検出器21の個数(整数個)と同じ枚数の部分画像(分離画像)が作成される。即ち、本実施形態に係るSPECT装置1においては、4枚の部分画像(分離画像)が作成される。   Since this partial image (separated image) is created for each relative position between the detector 21 and the through-hole 27 of the collimator 26, the number of the detectors 21 included in one through-hole 27 (integer number) and The same number of partial images (separated images) are created. That is, in the SPECT apparatus 1 according to the present embodiment, four partial images (separated images) are created.

図4は、検出器21の応答関数30(30A,30B)の例を示した図である。ここでは、簡単のために図4に示すように、1次元体系にて議論する。実際の検出器21およびコリメータ26は2次元であり、本1次元の考察を2次元に拡張すればよい。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the response function 30 (30A, 30B) of the detector 21. Here, for the sake of simplicity, a one-dimensional system will be discussed as shown in FIG. The actual detector 21 and collimator 26 are two-dimensional, and this one-dimensional consideration may be extended to two dimensions.

図4(a)は検出器21aを含む部分検出器群22A(図3(b)参照)の応答関数30Aを説明する図であり、図4(b)は検出器21bを含む部分検出器群22B(図3(b)参照)の応答関数30Bを説明する図である。
図4(a)に示すように、部分検出器群22Aに含まれる検出器21の応答関数30Aは、すべての画素において同一形状となる。同様に、図4(b)に示すように、部分検出器群22Bに含まれる検出器21の応答関数30Bは、すべての画素において同一形状となる。
4A is a diagram for explaining a response function 30A of the partial detector group 22A including the detector 21a (see FIG. 3B), and FIG. 4B is a partial detector group including the detector 21b. It is a figure explaining the response function 30B of 22B (refer FIG.3 (b)).
As shown in FIG. 4A, the response function 30A of the detector 21 included in the partial detector group 22A has the same shape in all pixels. Similarly, as shown in FIG. 4B, the response function 30B of the detector 21 included in the partial detector group 22B has the same shape in all the pixels.

応答関数30は、検出器21とコリメータ26(貫通孔27)の幾何形状によって決まる。このため、全体である検出器群22(図2参照)においては、奇数番目と偶数番目の検出器21で応答関数30の形が反転するため、応答関数30がすべて同一とはならない。
これに対し、部分検出器群22A,22Bごとに分離することにより、部分検出器群22Aの部分画像(分離画像)内での応答関数30Aはすべて同一となり、部分検出器群22Bの部分画像(分離画像)内での応答関数30Bはすべて同一となる。
The response function 30 is determined by the geometry of the detector 21 and the collimator 26 (through hole 27). For this reason, in the detector group 22 (see FIG. 2) as a whole, the shape of the response function 30 is inverted between the odd-numbered and even-numbered detectors 21, so that the response functions 30 are not all the same.
On the other hand, by separating each of the partial detector groups 22A and 22B, the response functions 30A in the partial image (separated image) of the partial detector group 22A are all the same, and the partial image of the partial detector group 22B ( The response functions 30B in the separated image) are all the same.

<画素補間>
本実施形態に係るSPECT装置1における検出器21の補正(画素補間)について説明する。
SPECT装置1では、画像を取得するために数千個(例えば、64×64)の検出器21を使用する。このような多数の検出器21のすべてを正常に動作させることは困難であり、検出器21の不良(不活発または過活発)により画像に欠けが生じる。
<Pixel interpolation>
The correction (pixel interpolation) of the detector 21 in the SPECT apparatus 1 according to the present embodiment will be described.
The SPECT apparatus 1 uses several thousand (for example, 64 × 64) detectors 21 to acquire an image. It is difficult to make all of such a large number of detectors 21 operate normally, and a defect (inactive or excessively active) of the detector 21 causes a lack of image.

この欠けを補正するため、本実施形態に係るSPECT装置1のデータ処理装置12は、貫通孔27に対する相対位置が同じ部分検出器群(22A,22B,22C,22D)の部分画像(分離画像)における隣接する検出器21から補間を行う。なお、補間方法は、部分検出器群(22A,22B,22C,22D)における隣接する検出器21の値を用いる点を除けば、隣接する検出器21の平均値など従来から知られている補間方法を用いることができる。   In order to correct this chipping, the data processing device 12 of the SPECT apparatus 1 according to the present embodiment is a partial image (separated image) of the partial detector group (22A, 22B, 22C, 22D) having the same relative position to the through hole 27. Interpolation is performed from adjacent detectors 21 in FIG. The interpolation method is a conventionally known interpolation such as an average value of adjacent detectors 21 except that the values of adjacent detectors 21 in the partial detector group (22A, 22B, 22C, 22D) are used. The method can be used.

なお、特許文献2に示すような従来のSPECT装置の補正(画素補間)は、物理的に隣接した検出器21のデータに基づいて補間するものである。
しかし、本実施形態に係るSPECT装置1のように、1つの貫通孔27に対して整数個の検出器21が対応する構成においては、物理的に隣接した検出器21では応答関数が異なっており(図4参照)、従来(特許文献2参照)のSPECT装置の補正(画素補間)をそのまま用いると、正しい補正を行うことができない。
Note that the correction (pixel interpolation) of the conventional SPECT apparatus as shown in Patent Document 2 is to perform interpolation based on data of physically adjacent detectors 21.
However, in the configuration in which an integer number of detectors 21 correspond to one through hole 27 as in the SPECT apparatus 1 according to the present embodiment, the response functions are different in physically adjacent detectors 21. If the correction (pixel interpolation) of the conventional SPECT apparatus (see FIG. 4) is used as it is, correct correction cannot be performed.

これに対し、本実施形態に係るSPECT装置1の補正(画素補間)は、貫通孔27に対する相対位置が同じ位置の検出器21を用いることで、補正を施すべき検出器21と同じ応答関数30を持ち、かつ近傍にある検出器21のデータを使用することから補正精度が向上する。   On the other hand, the correction (pixel interpolation) of the SPECT apparatus 1 according to the present embodiment uses the detector 21 having the same position relative to the through-hole 27, so that the same response function 30 as the detector 21 to be corrected is used. Since the data of the detector 21 in the vicinity is used, the correction accuracy is improved.

<画像再構成>
次に、本実施形態に係るSPECT装置1における断層画像を作成する画像再構成について説明する。
分解能補正を行う画像再構成(例えば、非特許文献1参照)では、検出器21・コリメータ26の配置によって決定される応答関数30を実験もしくはレイトレース・シミュレーションによって求め、逐次画像再構成のループに組み込む。逐次画像再構成では、ある仮定画像を定め、その仮定画像の投影と実際に得られた画像と比較し、一致するよう修正をかける作業を繰り返すものである。
<Image reconstruction>
Next, image reconstruction for creating a tomographic image in the SPECT apparatus 1 according to the present embodiment will be described.
In image reconstruction that performs resolution correction (for example, see Non-Patent Document 1), a response function 30 determined by the arrangement of the detector 21 and the collimator 26 is obtained by experiment or ray-trace simulation, and a sequential image reconstruction loop is performed. Include. In the sequential image reconstruction, a certain hypothetical image is determined, the projection of the hypothetical image is compared with the actually obtained image, and the operation of making corrections so as to match is repeated.

これまでの画像再構成(FBP法、MLEM法、OSEM法等)では、画像の投影を行う際に検出器21の分解能劣化を考慮していなかった。これに対し、分解能補正ありの画像再構成(例えば、非特許文献1参照)では、分解能の劣化を考慮するものであり、即ち、仮定画像に対し、検出器21・コリメータ26の配置によって決まる応答関数30をコンボリューション積分することで投影画像を作成するものである。   In conventional image reconstruction (FBP method, MLEM method, OSEM method, etc.), resolution degradation of the detector 21 is not taken into account when the image is projected. On the other hand, in image reconstruction with resolution correction (for example, see Non-Patent Document 1), degradation of resolution is taken into account, that is, a response determined by the arrangement of the detector 21 and the collimator 26 with respect to an assumed image. A projection image is created by convolution integration of the function 30.

なお、従来のSPECT装置における断層画像を作成する画像再構成は、全体である検出器群22(図2参照)の画像を1つの画像として捉えており、検出器21の応答関数30が同一で無いため、コンボリューション積分を行うには定義通りに計算する必要があり、計算量が非常に多くなっていた。   Note that the image reconstruction for creating the tomographic image in the conventional SPECT apparatus regards the entire image of the detector group 22 (see FIG. 2) as one image, and the response function 30 of the detector 21 is the same. Therefore, it is necessary to calculate as defined in order to perform convolution integration, and the amount of calculation is very large.

これに対し、本実施形態に係るSPECT装置1では、仮定画像と応答関数30を高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Translate)等を用いてフーリエ変換し、周波数空間上で積を取った後に、逆フーリエ変換を用いて投影画像に戻すものである。
ここで、本実施形態に係るSPECT装置1は、部分検出器群(22A,22B,22C,22D)の部分画像(分離画像)ごとにコンボリューション積分を行うようになっている。部分検出器群(22A,22B,22C,22D)においては応答関数30が等しいため、高速フーリエ変換等を用いたアルゴリズムを使用することが可能となり、高速なコンボリューション積分が可能となる。即ち、本実施形態に係るSPECT装置1では、再構成時間の短縮が可能となる。
On the other hand, in the SPECT apparatus 1 according to the present embodiment, the hypothetical image and the response function 30 are Fourier-transformed using Fast Fourier Transform (FFT) or the like, and a product is obtained on the frequency space, and then the inverse is performed. The image is returned to the projected image using Fourier transform.
Here, the SPECT apparatus 1 according to the present embodiment performs convolution integration for each partial image (separated image) of the partial detector group (22A, 22B, 22C, 22D). In the partial detector groups (22A, 22B, 22C, 22D), since the response functions 30 are equal, an algorithm using a fast Fourier transform or the like can be used, and high-speed convolution integration is possible. That is, in the SPECT apparatus 1 according to the present embodiment, the reconfiguration time can be shortened.

≪変形例≫
なお、本実施形態に係るSPECT装置1は、上記実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更が可能である。
≪Modification≫
The SPECT apparatus 1 according to the present embodiment is not limited to the configuration of the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

本実施形態に係るSPECT装置1は、図3(a)に示すように、検出器21(検出器群22)の入射面に対して垂直方向(ガンマ線の入射方向、図2に示すz軸のマイナス方向)から平面視した際、コリメータ26のセプタ28が、検出器21同士の間の境界線上に配置される構成であるものとして説明したが、これに限られるものではない。   As shown in FIG. 3A, the SPECT apparatus 1 according to this embodiment is perpendicular to the incident surface of the detector 21 (detector group 22) (incident direction of gamma rays, z-axis shown in FIG. Although it has been described that the septa 28 of the collimator 26 is arranged on the boundary line between the detectors 21 when viewed in plan from the minus direction), the present invention is not limited to this.

図5および図6(a)に示すように、検出器21(検出器群22)の入射面に対して垂直方向(ガンマ線の入射方向、図5に示すz軸のマイナス方向)から平面視した際、コリメータ26のセプタ28が検出器21の中心を通り、検出器21同士の間の境界線とセプタ28とが直交するように配置する構成(特開2011−106887号公報参照)であってもよい。
このような検出器21(検出器群22)とコリメータ26との配置であっても、図6(a)および図6(b)に示すように、検出器21とコリメータ26(貫通孔27)との対応関係が等しい、即ち、応答関数が等しい検出器21同士を集めて部分検出器群22Aを抽出することができる。これにより、本実施形態に係るSPECT装置1と同様に、処理することができる。
As shown in FIG. 5 and FIG. 6A, it is seen in plan view from the direction perpendicular to the incident surface of the detector 21 (detector group 22) (incident direction of gamma rays, minus direction of z-axis shown in FIG. 5). At this time, the configuration is such that the septa 28 of the collimator 26 passes through the center of the detector 21 and the boundary line between the detectors 21 and the septa 28 are orthogonal to each other (see JP 2011-106887 A). Also good.
Even in such an arrangement of the detector 21 (detector group 22) and the collimator 26, as shown in FIGS. 6A and 6B, the detector 21 and the collimator 26 (through hole 27). The partial detector group 22A can be extracted by collecting the detectors 21 having the same correspondence relationship with each other, that is, having the same response function. Thereby, it can process similarly to the SPECT apparatus 1 which concerns on this embodiment.

また、コリメータ26の貫通孔27の配列が、検出器21の配列に対して、所定の角度で交差するように配置される構成であってもよい。   Moreover, the structure arrange | positioned so that the arrangement | sequence of the through-hole 27 of the collimator 26 may cross | intersect the arrangement | sequence of the detector 21 at a predetermined angle may be sufficient.

1 SPECT装置(放射線撮像装置、単一光子放射型コンピュータ断層撮影装置)
10 ガントリ
11A,11B カメラ
12 データ処理装置(分離画像生成手段、画像処理手段)
13 表示装置
14 ベッド
15 被検者
21,21a,21b,21c,21d 検出器
22 検出器群
22A,22B,22C,22D 部分検出器群
23 検出器基板
24 ASIC基板
25 ASIC(特定用途向け集積回路)
26 コリメータ
27 貫通孔
28 セプタ
29 遮光・γ線・電磁シールド
30,30A,30B 応答関数
1 SPECT equipment (radiation imaging equipment, single photon emission computed tomography equipment)
10 Gantry 11A, 11B Camera 12 Data processing device (separated image generating means, image processing means)
13 Display device 14 Bed 15 Subject 21, 21a, 21b, 21c, 21d Detector 22 Detector group 22A, 22B, 22C, 22D Partial detector group 23 Detector board 24 ASIC board 25 ASIC (Application-specific integrated circuit) )
26 Collimator 27 Through-hole 28 Septa 29 Light shielding / γ-ray / electromagnetic shield 30, 30A, 30B Response function

Claims (4)

コリメータの貫通孔に対し、複数の検出器が対応する放射線撮像装置であって、
前記検出器で取得された画像を、前記貫通孔に対する相対位置が等しい検出器ごとに分離して、分離画像を生成する分離画像生成手段と、
前記分離画像生成手段で生成された分離画像ごとに画像処理を行う画像処理手段と、を備える
ことを特徴とする放射線撮像装置。
A radiation imaging apparatus in which a plurality of detectors correspond to the through-hole of the collimator,
A separated image generating means for separating the image acquired by the detector for each detector having the same relative position with respect to the through-hole, and generating a separated image;
An image processing unit that performs image processing for each separated image generated by the separated image generating unit.
前記貫通孔に対する相対位置が等しい検出器ごとに分離された分離画像に基づいて前記検出器の補間を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。
The radiation imaging apparatus according to claim 1, wherein interpolation of the detector is performed based on a separated image separated for each detector having the same relative position to the through hole.
前記画像処理手段は、
断層画像を作成する画像再構成の際に、前記貫通孔に対する相対位置が等しい検出器ごとに分離された分離画像ごとに逆投影演算を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の放射線撮像装置。
The image processing means includes
The radiographic imaging apparatus according to claim 1, wherein during image reconstruction for creating a tomographic image, a back projection operation is performed for each separated image separated for each detector having the same relative position to the through hole. .
前記画像処理手段は、
断層画像を作成する画像再構成に分解能補正を用い、逆投影および順投影の際に、前記貫通孔に対する相対位置が等しい検出器ごとに分離された分離画像ごとにフーリエ変換を用いたコンボリューション積分を行う
ことを特徴とする請求項3に記載の放射線撮像装置。
The image processing means includes
Convolution integration using Fourier transform for each separated image separated for each detector with the same relative position with respect to the through-hole, using resolution correction for image reconstruction to create a tomographic image, during back projection and forward projection The radiation imaging apparatus according to claim 3, wherein:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2015530597A (en) * 2012-10-08 2015-10-15 コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ Method and apparatus for detecting ionizing radiation using a pixel-type photodetector

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