前処理フィルタ
プロジェクションデータに
かけるフィルタ
Butterworth filter
Wiener filter
高周波成分を遮断。
低域通過型フィルタ
高周波成分の増幅。
高域通過型フィルタ
Filtered Back Projection の再構成フィルタ
Ramp filter
最も単純な再構成フィルタ。高周波雑音が多い。
Chesler filter
Rampにcosine関数(Hanning window)をかけて高周波を抑制。
Shepp - Logan filter
さらに高周波成分を減衰させたフィルタ。
最もよく使われている再構成フィルタ。
Ramachandran filter
高周波成分を増強し画像を鮮鋭にするが、高周波雑音が多い。
実際は、撮像視野から対象臓器がはずれると、
再構成アルゴリズムに誤った画像を作らせることに
なるので、再構成画像にアーチファクトが生じる。
SPECTカメラでは体内の放射能分布の定量が困難
PETは、Transmission画像で吸収補正を行うので
定量性が良い。実際のμは一定値ではなく、3次元配列 μ(x,y,z)
Emission CT : 放射線源が体内にある。
Detector
Detector
Transmission CT : 放射線源が体外にある。
Radiation source
Detector
68Ge Transmission image
放射線を吸収する物体の分布像
μの分布図 μ(x,y,z)
吸収補正なし
吸収補正あり
吸収補正法
1.Chang法 (最も良く使われる方法)
再構成画像に近似的な吸収補正を行う
2.Sorenson法
プロジェクション画像に近似的な吸収補正を行う。
3.外部線源法 (PETでは必ず行う)
(TCT Transmission Computed Tomography)
人体の密度分布画像をもとに正確な吸収補正
を行う
Chang法
再構成画像の幾何学的補正
人体の密度分布μが一定値と仮定して補正。
99mTcではμは
0.10から0.12/cm の値を用いる。
Sorenson法
プロジェクションデータの幾何学的補正
人体の密度分布μが一定値と仮定して補正。
対向するデータに対してPETのような補正をする。
PETカメラは、コリメータがないので高感度。
1対のγ線入射信号だけを画像データに使うので
バックグラウンド(散乱線などの不要な成分)が少ない。
被曝(mSv)
全身 1mSvで、10万人に 1人、癌で死亡。
201-Tl 心筋(111MBq)
26 (睾丸 62 腎 60 胎児 6)
67-Ga
(74MBq)
9 (骨髄 13 大腸 15 胎児 6)
99m-Tc-MDP骨 (740MBq) 6 (骨 47 膀胱 37 胎児 4.5)
18-F-FDG
(185MBq)
3.5 (膀胱 20 心臓 10 胎児 3)
11C-Methionine (370MBq) 2.0 (膵、肝 7 )
15-O-CO ( 2000MBq)
1.5 ( 肺 7 )
15-O-CO2 ( 3000MBq)
15-O-O2 ( 6000MBq)
2
4
( 肺 11 )
( 肺 17 )
CT
10 ~ 100
血管造影
7 ~ 10 (1分で皮膚0.5)
胃、消化管造影 3
解答 3
2D FBP
2D OSEM
カウントの少ない場合は、逐次近似再構成法が有効。
NH3 心筋PET
10mCi 投与 8分後から10分間 16分割で心電図同期収集
逐次近似法
投影画像
(サイノグラム)
λ[ yi ] [ yj ]
再構成画像
μ[ i ] [ j ]
4次元の変数に
よる繰り返し計算
逐次近似再構成法 Iterative Reconstruction
MLEM (Maximun Likelihood Expectation Maximization )
OSEM ( Ordered Subsets Expectation Maximization )
OSEM (Subsets 2
k=0
k=2
繰り返し計算回数 k)
k=4
k = 10
k = 20
サイノグラム ( 横から測定した全方向からのデータ )
から、確率の高い断面像を 逐次推定していく。
再構成画像μの、画素 [128] [10] に対する
サイノグラム λ[ yi ] [ yj ] への寄与率(検出確率)
再構成画像μの、画素 [128] [128] に対する
サイノグラム λ[ yi ] [ yj ] への寄与率(検出確率)
再構成画像μの、画素 [ i ] [ j ] に対する
サイノグラムλ[ yi ] [ yj ] への寄与率(検出確率)は、
4次元配列 C [ i ][ j ][ yi ][ yj ] となる。
λ=ΣC μ
サイノグラム = Σ(検出確率 x 再構成画像)
正確に記述すると
i
j
λ[ yi ] [ yj ] =ΣΣ C[ i ] [ j ][ yi ][ yj ] μk [ i ][ j ]
μk [ i ][ j ] は、k 番目の繰り返し計算後の画像
測定したサイノグラム λ と 再構成画像 μ (初期値は
全画素値1) について λ/(Σ C μ) を求める。
λ/(Σ C μ)
= 真のサイノグラム / 画像μから推定されるサイノグラム
推定画像μの画素値が、真の値より大きすぎると
λ/(Σ C μ) は 1 未満 になる。
推定画像μの画素値が、真の値より小さすぎると
λ/(Σ C μ) は 1 以上 になる。
Σ C (λ/(Σ C μ)) / ΣC
撮像した全方向について λ/(Σ C μ) の平均
(検出確率 C をかけた加重平均)を求める。
正確に記述すると
yi y j
i
j
ΣΣ C[i][j][yi][yj] (λ[yi][yj]/(ΣΣC[i][j][yi][yj] μk [i] [j] ))
yi y j
/ ΣΣC[i][j][yi][yj]
この式の値は配列( 要素数は i x j )
k 番目の再構成画像μk の 各画素ごとに
Σ C (λ/(Σ C μ)) / ΣC
の値をかけて、次の推定画像 μk+1 の画素値を算出。
μk+1 /μk = Σ C (λ/(Σ C μ)) / ΣC
逐次近似再構成法 MLEM、OSEM の式
正確に記述すると
μk+1 [ i ][ j ]/μk [ i ][ j ] =
yi y j
i
j
ΣΣ C[i][j][yi][yj] (λ[yi][yj]/(ΣΣC[i][j][yi][yj] μk [i] [j] ))
yi y j
/ ΣΣC[i][j][yi][yj]
OSEM は、 yj (サイノグラムの角度成分)の計算ループ
を間引いて C (λ/(Σ C μ)) / ΣC
の値を求めて、次の推定画像 μの画素値を算出。
例えば、 yj が 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 の 9方向で、
subsets を 3 に設定すれば、
まず、yj = 0, 3, 6 の値で μk を計算する。
次に、yj = 1, 4, 7 の値で μk を基に μk+1 を計算する。
更に、yj = 2, 5, 8 の値で μk+1を基に μk+2 を計算する。
計算量は MLEM の 1回繰り返しと同量だが、
MLEM を 3回繰り返した場合と同等の画像を得られる。
//------------------------------------------------------------------------------OSEM プログラム 単純な加減乗除ばかりだが、
//
OSEM
//------------------------------------------------------------------------------for(k=0;k<20;k++){
forループ が何重も連続する。膨大な計算量。
for(sub=0; sub<8; sub++){ s1 = sub - 2*(int)((double)sub/2.0) ; s2 = 1-s1;
for(j=0;j<192;j++){ for(i=0;i<192;i++){ S_YC_CM[i][j] = SC[i][j] = 0.0; }}
for(j=0;j<192;j++){ printf("\n j= %d ", j); for(i=0;i<192;i++){
for(yj=sub; yj<32; yj+=8){ for(yi=CZL[j][i][yj][0]; yi<=CZL[j][i][yj][1];yi++){
CM=0.0; for(jj=0;jj<192;jj++){ for(ii=CZM[yj][yi][jj][0];ii<=CZM[yj][yi][jj][1];ii++){
CM += C[ii][jj][yi][yj] * M[ii][jj][k][s1]; }}
S_YC_CM[i][j] += Yi[yi][yj] * C[i][j][yi][yj] / CM ;
SC[i][j] += C[i][j][yi][yj];
}} // yi, yj
}} // i, j
for(j=0;j<192;j++){ for(i=0;i<192;i++){
if(SC[i][j]>0.) M[i][j][k][s2] = M[i][j][k][s1] * S_YC_CM[i][j] / SC[i][j] ;
} // sub
for(j=0;j<192;j++){ for(i=0;i<192;i++){ M[i][j][k+1][s2] = M[i][j][k][s2]; }} // j, i
Disp_M(k,s2); printf("\n\nNext iteration ? ");scanf("%c",&yn); if(yn=='n')break;
} // k
}} // j, i
部分容積効果の確認
直径 10、16、19、21,31mmの球に
周囲濃度の4倍の 放射能水溶液を入れたファントムを撮像
18F 20MBq in 6000ml water
部分容積効果の曲線
SPECT, PETのカウント値は 病変の大きさに依存する。
同じ放射能でも直径1cmの病変のカウントが低下する。
装置の空間分解能が良いと、部分容積効果は低下(改善)する。
平成18年 国家試験
解答 5
PETにも散乱線の影響がある。
2D収集よりも3D収集の場合で散乱線成分が多くなる。
楕円ファントムを、近傍に放射能の高い容器を置いて撮像した。
3D収集は、 2D収集よりも散乱線成分が多くなることを確認した。
偶発同時計数
異なる陽電子からのガンマ線が偶然同時に計数される現象。
放射能投与量が多いと、偶発同時計数が増加する。
シンチレータの光減衰時間が長いと、偶発同時計数が増加する。
Randoms correction
密度の高い(重い)結晶ほど、高エネルギーγ線と相互作用を
起こしやすい(線減弱係数が大きく、光りやすい。感度が高い)。
光の減衰時間が短い結晶ほど数え落しが少ない(計数率直線性がよい)。
数年前のPETには、BGOが使用されていたが、
最近のPETには、GSO、LSOが使用されている。
日常業務でのPET装置の管理
•ブランクスキャン
検出器の異常を見つけるためにも
始業前に毎日実施する。
•キャリブレーション
2週間に1度程度は行った方が良い。
•ノーマライズ
ディテクタ(検出器)異常時、交換時に必要。
3ヶ月に1度くらいは行った方が良い。
ブランクスキャン
始業前に毎日実施する。
トランスミッションデータの補正に
用いる空気の吸収係数を
得るために行う。
ブランクスキャンは、
トランスミッション用ロッド線源を
使って毎日実施する。
検出器の異常を確認するため、
ブランクスキャンのサイノグラムを
目視点検する。
始業前に毎日実施する作業 (Daily QC )
ブランクスキャンデータで、検出器の感度のばらつきを確認。
前回データとの比較、検出器間の感度差の確認。
許容範囲を超える場合、まずノーマライズを実施し、
それでも改善しなければ、検出器の交換を検討する。
Projection
Sinogram
ディテクター(検出器)が故障した場合、
ブランクスキャンのサイノグラムに斜線が出現する。
正常
1つディテクタ
故障
サイノグラム
再構成画像
ダウンロード

最もよく使われている再構成フィルタ。