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JPWO2020059135A1 - Data processing methods, programs, data processing equipment and positron emission tomographic imaging equipment - Google Patents

Data processing methods, programs, data processing equipment and positron emission tomographic imaging equipment Download PDF

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JPWO2020059135A1
JPWO2020059135A1 JP2020547593A JP2020547593A JPWO2020059135A1 JP WO2020059135 A1 JPWO2020059135 A1 JP WO2020059135A1 JP 2020547593 A JP2020547593 A JP 2020547593A JP 2020547593 A JP2020547593 A JP 2020547593A JP WO2020059135 A1 JPWO2020059135 A1 JP WO2020059135A1
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Abstract

データ処理方法は、TOF計測データを、TOF情報を含まない非TOF計測データに変換するステップ(S2)と、非TOF計測データに対して、少なくともランダム補正処理と散乱補正処理と再構成処理とを行なうことにより、非TOF再構成画像を生成するステップ(S3)と、非TOF再構成画像を順投影することにより、TOF情報を含むTOF投影データを生成するステップ(S4)と、TOF計測データとTOF投影データとに基づいて、TOF投影データに含まれるバイアス成分を推定するステップ(S5)とを備える。The data processing method includes a step (S2) of converting the TOF measurement data into non-TOF measurement data that does not include TOF information, and at least random correction processing, scattering correction processing, and reconstruction processing for the non-TOF measurement data. By performing this, a step (S3) of generating a non-TOF reconstructed image, a step of generating TOF projection data including TOF information by forward-projecting the non-TOF reconstructed image (S4), and TOF measurement data A step (S5) of estimating a bias component included in the TOF projection data based on the TOF projection data is provided.

Description

本発明は、陽電子放出断層撮像(PET:Positron Emission Tomography)によって得られた、TOF(飛行時間:Time of Flight)情報を含むTOF計測データに対するデータ処理方法、プログラム、データ処理装置および陽電子放出断層撮像装置に関する。 The present invention relates to a data processing method, program, data processing apparatus and positron emission tomography for TOF measurement data including TOF (Time of Flight) information obtained by positron emission tomography (PET). Regarding the device.

放射性薬剤が投与された被検体から放出される放射線に基づいて、被検体の医学用データを求める核医学診断装置として、陽電子放出断層撮像装置(以下、「PET装置」という)が知られている。 A positron emission tomography device (hereinafter referred to as "PET device") is known as a nuclear medicine diagnostic device that obtains medical data of a subject based on the radiation emitted from the subject to which a radiopharmaceutical is administered. ..

PET装置は、陽電子(Positron)の消滅によって発生する2本のγ線を複数個の検出器で検出する。具体的には、陽電子放出核種を含んだ放射性薬剤(放射性トレーサ)を被検体に投与し、投与された被検体内から放出される対消滅γ線を、多数の放射線検出器にて検出する。PET装置は、2つの放射線検出器で一定時間内にγ線が検出された場合に、それを対消滅γ線対として計数し、検出した2つの放射線検出位置とカウント数とを示す計測データを生成する。TOF型PET装置は、対消滅γ線対を検出した2つの放射線検出位置とカウント数とを示すとともに、対消滅γ線対の検出時間差を示すTOF情報を含む計測データを生成する。ここで、TOF情報を含まない計測データを「非TOF計測データ」といい、TOF情報を含む計測データを「TOF計測データ」という。TOF情報は、対消滅γ線の発生地点を特定するための情報である。そのため、非TOF計測データを用いるよりもTOF計測データを用いる方が、被検体内の各地点における放射線濃度を精度良く特定することができる。 The PET device detects two γ-rays generated by the disappearance of positrons (Positron) with a plurality of detectors. Specifically, a radiopharmaceutical (radiotracer) containing a positron emitting nuclide is administered to a subject, and annihilation γ-rays emitted from the administered subject are detected by a large number of radiation detectors. When γ-rays are detected by two radiation detectors within a certain period of time, the PET device counts them as a pair of annihilation γ-rays and collects measurement data indicating the two detected radiation detection positions and the number of counts. Generate. The TOF type PET apparatus generates measurement data including TOF information indicating the two radiation detection positions where the pair annihilation γ-ray pair is detected and the count number, and the detection time difference between the pair annihilation γ-ray pair. Here, the measurement data that does not include the TOF information is referred to as "non-TOF measurement data", and the measurement data that includes the TOF information is referred to as "TOF measurement data". The TOF information is information for identifying the generation point of the pair annihilation γ-ray. Therefore, it is possible to more accurately identify the radiation concentration at each point in the subject by using the TOF measurement data than by using the non-TOF measurement data.

TOF計測データから被検体内の放射線濃度を定量的に特定するためには、様々な補正処理が施される。代表的な補正処理には、感度補正処理、減弱補正処理、散乱補正処理、ランダム補正処理、減衰補正処理、デットタイム補正処理がある。これらの補正処理のうち、ランダム補正処理は、TOF計測データに含まれるランダム同時計数の成分(以下、「ランダム成分」という)をTOF計測データから取り除く処理である。同様に、散乱補正処理は、TOF計測データに含まれる散乱同時計数の成分(以下、「散乱成分」という)をTOF計測データから取り除く処理である。本明細書において、ランダム成分と散乱成分とを合わせた成分を「バイアス成分」という。 In order to quantitatively identify the radiation concentration in the subject from the TOF measurement data, various correction processes are performed. Typical correction processing includes sensitivity correction processing, attenuation correction processing, scattering correction processing, random correction processing, attenuation correction processing, and dead time correction processing. Among these correction processes, the random correction process is a process of removing a component of random coincidence counting (hereinafter, referred to as “random component”) included in the TOF measurement data from the TOF measurement data. Similarly, the scattering correction process is a process of removing a component of simultaneous scattering counting (hereinafter, referred to as “scattering component”) included in the TOF measurement data from the TOF measurement data. In the present specification, a component in which a random component and a scattering component are combined is referred to as a "bias component".

TOF計測データに対するランダム補正処理の手法として、非TOF計測データに対するランダム補正処理と同一の手法を用いることができる。ランダム同時計数がTOF情報に依存しないためである。一方、散乱同時計数はTOF情報に依存する。そのため、TOF計測データに対する散乱補正処理の方法として、TOF情報に応じた散乱成分を推定し、推定した散乱成分を用いて補正する方法が開発されている。なお、散乱補正処理の方法には、推定した散乱成分をTOF計測データから差分して散乱同時計数の影響が排除されたデータに変換する方法と、推定した散乱成分を画像再構成の計算式に組み込むことにより散乱同時計数の影響が排除された再構成画像を得る方法とが含まれる。 As a method of random correction processing for TOF measurement data, the same method as random correction processing for non-TOF measurement data can be used. This is because random coincidence counting does not depend on TOF information. On the other hand, the scattering coincidence counting depends on the TOF information. Therefore, as a method of scattering correction processing for TOF measurement data, a method of estimating a scattering component according to TOF information and correcting using the estimated scattering component has been developed. The scattering correction processing method includes a method of differentiating the estimated scattering component from the TOF measurement data and converting it into data in which the influence of the scattering coincidence counting is excluded, and a calculation formula of the estimated scattering component for image reconstruction. A method of obtaining a reconstructed image in which the influence of the scattering coincidence counting is eliminated by incorporating the method is included.

たとえば、米国特許第7129496号明細書(特許文献1)には、TOF情報の計測誤差がない仮想的な散乱サイノグラムを推定し、当該散乱サイノグラムをPET装置のタイミング応答によって畳み込むことにより、散乱成分を推定する方法が開示されている。さらに、米国特許第7397035号明細書(特許文献2)には、非TOF計測データの散乱成分を推定するnon-TOF−SSS(Single Scatter Simulation:単一散乱シミュレーション)アルゴリズムを拡張した計算式に基づいて、TOF計測データの散乱成分を推定する方法が開示されている。 For example, U.S. Pat. No. 7,129,496 (Patent Document 1) estimates a virtual scattering synogram without measurement error of TOF information, and convolves the scattering synogram with the timing response of a PET device to obtain a scattering component. The method of estimation is disclosed. Further, US Pat. No. 7,397,035 (Patent Document 2) is based on a calculation formula obtained by extending the non-TOF-SSS (Single Scatter Simulation) algorithm for estimating the scattering component of non-TOF measurement data. Therefore, a method of estimating the scattering component of the TOF measurement data is disclosed.

米国特許第8265365号明細書(特許文献3)には、計測された同時計数データに基づいて、間接的に散乱成分を推定する方法が開示されている。具体的には、TOF投影データをTOF情報を含まない非TOF投影データに変換し、当該非TOF投影データに基づいて得られた、補正された再構成画像を順投影することにより、真のTOF分布データを得る。そして、即発(prompt)同時計数データから、計測されたランダム同時計数データと、真のTOF分布データとを減算することにより、散乱成分が推定される。 U.S. Pat. No. 8,265,365 (Patent Document 3) discloses a method of indirectly estimating a scattering component based on measured coincidence counting data. Specifically, the true TOF is achieved by converting the TOF projection data into non-TOF projection data that does not include TOF information, and forward-projecting the corrected reconstructed image obtained based on the non-TOF projection data. Obtain distribution data. Then, the scattering component is estimated by subtracting the measured random simultaneous counting data and the true TOF distribution data from the prompt simultaneous counting data.

米国特許第7129496号明細書U.S. Pat. No. 7,129,496 米国特許第7397035号明細書U.S. Pat. No. 7,397,035 米国特許第8265365号明細書U.S. Pat. No. 8,265,365

上記の特許文献1,2に記載の方法では、TOF計測データから直接的に散乱成分を計算する。TOF計測データは、非TOF計測データに比べて、TOF情報の次元が加わる。そのため、TOF計測データから直接的に散乱成分を計算する場合、計算時間が長くなる。 In the method described in Patent Documents 1 and 2 above, the scattering component is calculated directly from the TOF measurement data. The TOF measurement data has a dimension of TOF information added to the non-TOF measurement data. Therefore, when the scattering component is calculated directly from the TOF measurement data, the calculation time becomes long.

上記の特許文献3に記載の方法では、即発同時計数データから、ランダム同時計数データと真のTOF分布データとを減算するため、当該減算によって統計誤差が大きく伝播され、得られた散乱成分の精度が低くなる。 In the method described in Patent Document 3 above, since the random simultaneous counting data and the true TOF distribution data are subtracted from the prompt simultaneous counting data, the statistical error is greatly propagated by the subtraction, and the accuracy of the obtained scattering component is obtained. Will be low.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、TOF計測データに含まれるバイアス成分を容易かつ高精度に推定することができるデータ処理方法、プログラム、データ処理装置および陽電子放出断層撮像装置を提供することである。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is a data processing method, program, or data capable of easily and accurately estimating a bias component contained in TOF measurement data. It is to provide a processing apparatus and a positron emission tomography apparatus.

本発明は、陽電子放出断層撮像により得られた、TOF情報を含むTOF計測データに対するデータ処理方法である。データ処理方法は、前記TOF計測データを、TOF情報を含まない非TOF計測データに変換するステップと、非TOF計測データに対して、少なくともランダム補正処理と散乱補正処理と再構成処理とを行なうことにより、非TOF再構成画像を生成するステップと、非TOF再構成画像を順投影することにより、TOF情報を含むTOF投影データを生成するステップと、TOF計測データと前記TOF投影データとに基づいて、前記TOF投影データに含まれるバイアス成分を推定するステップとを備える。 The present invention is a data processing method for TOF measurement data including TOF information obtained by positron emission tomographic imaging. The data processing method includes a step of converting the TOF measurement data into non-TOF measurement data that does not include TOF information, and at least performing random correction processing, scattering correction processing, and reconstruction processing on the non-TOF measurement data. Based on the step of generating a non-TOF reconstructed image, the step of generating TOF projection data including TOF information by forward-projecting the non-TOF reconstructed image, and the TOF measurement data and the TOF projection data. , The step of estimating the bias component included in the TOF projection data is provided.

好ましくは、再構成処理は、解析的再構成法に従った処理である。あるいは、再構成処理は、逐次近似再構成法に従った処理である。 Preferably, the reconstruction process is a process according to an analytical reconstruction method. Alternatively, the reconstruction process is a process according to the successive approximation reconstruction method.

好ましくは、TOF投影データは、以下の式(1)に従って算出される。

Figure 2020059135
ここで、iは同時計数線のインデックスであり、tはTOF情報のビンのインデックスであり、jは非TOF再構成画像におけるボクセルのインデックスであり、pは前記TOF投影データであり、ACFは減弱補正係数であり、λは非TOF再構成画像の画素値であり、Cは3次元システムマトリクスである。Preferably, the TOF projection data is calculated according to the following equation (1).
Figure 2020059135
Here, i is the index of the coincidence counting line, t is the index of the bin of TOF information, j is the index of voxels in the non-TOF reconstructed image, p is the TOF projection data, and ACF is attenuated. It is a correction coefficient, λ is a pixel value of a non-TOF reconstructed image, and C is a three-dimensional system matrix.

あるいは、TOF投影データは、以下の式(2)に従って算出される。

Figure 2020059135
ここで、iは同時計数線のインデックスであり、tはTOF情報のビンのインデックスであり、t’はTOF情報のインデックスであり、jは非TOF再構成画像におけるボクセルのインデックスであり、pは前記TOF投影データであり、ACFは減弱補正係数であり、λは非TOF再構成画像の画素値であり、Rは3次元回転行列であり、Gはガウシアンカーネルである。Alternatively, the TOF projection data is calculated according to the following equation (2).
Figure 2020059135
Here, i is the index of the coincidence counting line, t is the index of the bin of TOF information, t'is the index of TOF information, j is the index of voxels in the non-TOF reconstructed image, and p is the index of the voxel. In the TOF projection data, ACF is an attenuation correction coefficient, λ is a pixel value of a non-TOF reconstructed image, R is a three-dimensional rotation matrix, and G is a voxel kernel.

本発明によれば、TOF計測データに含まれるバイアス成分を容易かつ高精度に推定することができる。 According to the present invention, the bias component included in the TOF measurement data can be estimated easily and with high accuracy.

本実施の形態に係るPET装置の全体概略図である。It is an overall schematic view of the PET apparatus which concerns on this embodiment. 図1に示すPET装置に備えられるデータ処理装置のデータ処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the data processing of the data processing apparatus provided in the PET apparatus shown in FIG.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

図1は、本実施の形態に係るPET装置(陽電子放出断層撮像装置)の全体概略図である。図1を参照して、PET装置100は、架台装置10と、制御装置60と、操作部70と、データ処理装置80と、表示装置90とを備える。なお、図1の(a)は架台装置10の正面図であり、(b)は架台装置10の側面図である。 FIG. 1 is an overall schematic view of a PET apparatus (positron emission tomography imaging apparatus) according to the present embodiment. With reference to FIG. 1, the PET device 100 includes a gantry device 10, a control device 60, an operation unit 70, a data processing device 80, and a display device 90. Note that FIG. 1A is a front view of the gantry device 10, and FIG. 1B is a side view of the gantry device 10.

架台装置10は、被検体15を載置するための天板20と、天板20を移動させる移動装置22と、開口部を有する略円筒形状のガントリ30と、ガントリ30内に配置された検出器リング40とを含む。 The gantry device 10 includes a top plate 20 for placing the subject 15, a moving device 22 for moving the top plate 20, a substantially cylindrical gantry 30 having an opening, and a detection arranged in the gantry 30. Includes vessel ring 40 and.

被検体15は、天板20に設けられたクッション24上に載置される。天板20は、ガントリ30と検出器リング40の開口部を、図中の矢印ARで示されるZ方向に貫通するように設けられており、Z方向に沿って往復可能である。移動装置22は、制御装置60からの駆動信号によって制御され、天板20の高さを調整するとともに、天板20をZ方向に沿って移動させて、天板20上に載置された被検体15をガントリ30の開口部内へと導入する。 The subject 15 is placed on a cushion 24 provided on the top plate 20. The top plate 20 is provided so as to penetrate the openings of the gantry 30 and the detector ring 40 in the Z direction indicated by the arrow AR in the drawing, and can reciprocate along the Z direction. The moving device 22 is controlled by a drive signal from the control device 60, adjusts the height of the top plate 20, moves the top plate 20 along the Z direction, and is placed on the top plate 20. Specimen 15 is introduced into the opening of the gantry 30.

検出器リング40は、複数のγ線検出器42をZ方向に垂直な平面上に放射状に配置することで形成された単位リングを、Z方向に複数個配列することによって構成されている。γ線検出器42は、アレイ状の複数のシンチレータからなるシンチレータブロックと、受光センサとを含んで構成される。シンチレータは、被検体15に投与された陽電子放出核種を含んだ放射性薬剤(放射性トレーサ)50(たとえば、フルオロデオキシグルコース(FDG))から放射されるγ線52を紫外線領域にピークを持つ蛍光に変換する。受光センサは、対応するシンチレータで変換された光電子を増倍して電気信号に変換する。γ線検出器42は、生成した電気信号を制御装置60に出力する。 The detector ring 40 is configured by arranging a plurality of unit rings formed by arranging a plurality of γ-ray detectors 42 radially on a plane perpendicular to the Z direction in the Z direction. The γ-ray detector 42 includes a scintillator block composed of a plurality of array-shaped scintillators and a light receiving sensor. The scintillator converts γ-rays 52 emitted from a radiopharmaceutical (radiotracer) 50 (for example, fluorodeoxyglucose (FDG)) containing positron-emitting nuclides administered to subject 15 into fluorescence having a peak in the ultraviolet region. To do. The light receiving sensor multipliers the photoelectrons converted by the corresponding scintillator and converts them into an electrical signal. The γ-ray detector 42 outputs the generated electric signal to the control device 60.

制御装置60は、データ収集部61と、駆動部62とを含む。データ収集部61および駆動部62は、たとえばマイクロプロセッサまたはFPGA(Field Programmable Gate Array)で構成される。 The control device 60 includes a data collecting unit 61 and a driving unit 62. The data collection unit 61 and the drive unit 62 are composed of, for example, a microprocessor or an FPGA (Field Programmable Gate Array).

駆動部62は、移動装置22に対して、天板20の高さおよびZ方向の座標(Z座標)を指定する駆動信号を出力することにより、移動装置22の駆動を制御する。駆動部62は、現在の天板20のZ座標をデータ収集部61に出力する。 The drive unit 62 controls the drive of the mobile device 22 by outputting a drive signal that specifies the height of the top plate 20 and the coordinates (Z coordinates) in the Z direction to the mobile device 22. The drive unit 62 outputs the Z coordinate of the current top plate 20 to the data collection unit 61.

データ収集部61は、γ線検出器42から受けた信号に基づいて、被検体15ごとにTOF計測データを生成し、生成したTOF計測データをデータ処理装置80へ出力する。TOF計測データは、γ線を同時に検出した2つのγ線検出器42の検出時間差を示すTOF情報を含む。 The data collection unit 61 generates TOF measurement data for each subject 15 based on the signal received from the γ-ray detector 42, and outputs the generated TOF measurement data to the data processing device 80. The TOF measurement data includes TOF information indicating the detection time difference between two γ-ray detectors 42 that simultaneously detect γ-rays.

データ収集部61は、各γ線検出器42から受けた信号に基づいて、信号のエネルギーがともに一定のエネルギーウィンドウ幅以内にあり、かつγ線の入射タイミング(検出時間)が一定の時間ウィンドウ幅以内にある2つのγ線検出器42の組合せを検索する。データ収集部61は、検索によって抽出された2つのγ線検出器42の組合せと、当該2つのγ線検出器42がγ線を検出したときの検出時間差を基にTOF計測データを生成する。 Based on the signals received from each γ-ray detector 42, the data collection unit 61 has a window width in which both signal energies are within a certain energy window width and the γ-ray incident timing (detection time) is a certain time. Search for a combination of two γ-ray detectors 42 within. The data collection unit 61 generates TOF measurement data based on the combination of the two γ-ray detectors 42 extracted by the search and the detection time difference when the two γ-ray detectors 42 detect the γ-rays.

TOF計測データの形式は特に限定されず、たとえばリストモード形式またはサイノグラム形式である。リストモード形式のTOF計測データは、上記の検索により抽出された2つのγ線検出器42を結ぶ線である同時計数線(LOR:Line of Response)を特定するLOR情報と、当該2つのγ線検出器42による検出時間差を示すTOF情報とを時系列に配列したデータである。LORの一方の端点に位置するγ線検出器42とLOR上に存在する放射性薬剤50との距離をTA、LORの他方の端点に位置するγ線検出器42と放射性薬剤50との距離をTB、光速をcとするとき、TOF情報は、(TA−TB)/cによって示される。LORの長さがdである場合、TOF情報は、−d/c〜+d/cまでの値を取り得る。 The format of the TOF measurement data is not particularly limited, and is, for example, a list mode format or a synogram format. The TOF measurement data in the list mode format includes LOR information that identifies a coincidence counting line (LOR: Line of Response), which is a line connecting the two γ-ray detectors 42 extracted by the above search, and the two γ-rays. This is data in which TOF information indicating the detection time difference by the detector 42 is arranged in time series. The distance between the γ-ray detector 42 located at one end point of the LOR and the radioactive agent 50 existing on the LOR is TA, and the distance between the γ-ray detector 42 located at the other end point of the LOR and the radioactive agent 50 is TB. , When the speed of light is c, the TOF information is indicated by (TA-TB) / c. When the length of LOR is d, the TOF information can take a value from −d / c to + d / c.

サイノグラム形式のTOF計測データは、投影位置、投影角度、スライス位置、傾斜角度およびTOF情報を座標(変数)とする5次元空間上の各点におけるカウント数を示すデータである。サイノグラム形式のTOF計測データを生成する際、LORは、その方向ごとにグループ化される。そして、グループごとに、当該グループに属するLORが当該LORに直交する投影面上に投影される。ここで、投影角度はLORの方向を示す。投影位置は投影面上の投影点の位置を示す。傾斜角度は、Z方向に垂直な平面とLORとのなす角度を示す。 The TOF measurement data in the synogram format is data indicating the number of counts at each point in the five-dimensional space whose coordinates (variables) are the projected position, the projected angle, the slice position, the tilt angle, and the TOF information. When generating TOF measurement data in synogram format, LORs are grouped by their direction. Then, for each group, the LOR belonging to the group is projected on the projection plane orthogonal to the LOR. Here, the projection angle indicates the direction of LOR. The projection position indicates the position of the projection point on the projection surface. The tilt angle indicates the angle formed by the plane perpendicular to the Z direction and the LOR.

なお、以下では、TOF計測データがサイノグラム形式である場合を例にとり説明する。 In the following, a case where the TOF measurement data is in the synogram format will be described as an example.

操作部70は、たとえばキーボード、タッチパネル、マウス(いずれも図示せず)などのようなポインティングデバイスを含んで構成される。操作部70は、架台装置10の移動装置22を動作させるための指示、ならびに撮像の開始/停止などの指示を操作者から受ける。操作部70は、操作者の操作に従った信号を制御装置60へ出力する。制御装置60の駆動部62は、操作部70からの信号に応じて、移動装置22を駆動する。 The operation unit 70 includes a pointing device such as a keyboard, a touch panel, and a mouse (none of which are shown). The operation unit 70 receives an instruction for operating the moving device 22 of the gantry device 10 and an instruction such as start / stop of imaging from the operator. The operation unit 70 outputs a signal according to the operation of the operator to the control device 60. The drive unit 62 of the control device 60 drives the mobile device 22 in response to a signal from the operation unit 70.

データ処理装置80は、TOF計測データに含まれるランダム成分と散乱成分とを合わせたバイアス成分を推定するデータ処理を行なう。データ処理装置80は、たとえばCPU(中央演算処理装置)やGPU(Graphics Processing Unit)およびメモリなどの記憶装置を含むコンピュータによって構成される。 The data processing device 80 performs data processing for estimating a bias component that is a combination of a random component and a scattering component included in the TOF measurement data. The data processing device 80 is composed of a computer including a storage device such as a CPU (central processing unit), a GPU (Graphics Processing Unit), and a memory, for example.

図2は、データ処理装置80のデータ処理の流れを示すフローチャートである。図2に示されるように、まずステップS1において、データ処理装置80は、データ収集部61からTOF計測データを取得する。 FIG. 2 is a flowchart showing the flow of data processing of the data processing device 80. As shown in FIG. 2, first, in step S1, the data processing device 80 acquires TOF measurement data from the data collecting unit 61.

次にステップS2において、データ処理装置80は、TOF計測データを、TOF情報を含まない非TOF計測データに変換する。具体的には、データ処理装置80は、TOF計測データをTOF情報で積分することにより非TOF計測データを生成する。 Next, in step S2, the data processing device 80 converts the TOF measurement data into non-TOF measurement data that does not include the TOF information. Specifically, the data processing device 80 generates non-TOF measurement data by integrating the TOF measurement data with the TOF information.

ステップS3において、データ処理装置80は、非TOF計測データに対して補正処理と再構成処理とを行なうことにより、被検体15における放射性薬剤50の分布画像(以下、非TOF再構成画像という)を生成する。 In step S3, the data processing device 80 performs a correction process and a reconstruction process on the non-TOF measurement data to obtain a distribution image of the radioactive drug 50 in the subject 15 (hereinafter, referred to as a non-TOF reconstruction image). Generate.

補正処理には、少なくともランダム補正処理および散乱補正処理が含まれる。非TOF計測データに対する補正処理として公知技術を用いればよい。非TOF計測データに対する公知のランダム補正処理としては、遅延同時計数法、シングル計数による推定法などによりランダム同時計数を推定し、推定したランダム同時計数を処理対象のデータから減算する方法がある。非TOF計測データに対する公知の散乱補正処理としては、non-TOF−SSSアルゴリズム法、エネルギーウィンドウ法、コンボリューション法などにより散乱同時計数を推定し、推定した散乱同時計数を処理対象のデータから減算する方法がある。なお、補正処理には、その他の補正処理(たとえば、感度補正、減弱補正処理、減衰補正処理、デットタイム補正処理など)が含まれてもよい。 The correction process includes at least a random correction process and a scattering correction process. A known technique may be used as a correction process for non-TOF measurement data. As a known random correction process for non-TOF measurement data, there is a method of estimating random coincidence counting by a delayed coincidence counting method, an estimation method based on single counting, or the like, and subtracting the estimated random coincidence counting from the data to be processed. As a known scattering correction process for non-TOF measurement data, the scattering coincidence count is estimated by the non-TOF-SSS algorithm method, the energy window method, the convolution method, etc., and the estimated scattering coincidence count is subtracted from the data to be processed. There is a way. The correction process may include other correction processes (for example, sensitivity correction, attenuation correction process, attenuation correction process, dead time correction process, etc.).

非TOF計測データに対する再構成処理として公知技術を用いればよい。たとえば、解析的再構成法または逐次近似再構成法を用いることができる。解析的再構成法としては、FBP(Filtered Back Projection)法がある。逐次近似再構成法としては、MLEM(Maximum Likelihood Expectation Maximization)法、OSEM(Ordered Subset Expectation Maximization)法、DRAMA(Dynamic Row-Action Maximum-likelihood Algorithm)法がある。 A known technique may be used as the reconstruction process for the non-TOF measurement data. For example, an analytical reconstruction method or a successive approximation reconstruction method can be used. As an analytical reconstruction method, there is an FBP (Filtered Back Projection) method. As the successive approximation reconstruction method, there are MLEM (Maximum Likelihood Expectation Maximization) method, OSEM (Ordered Subset Expectation Maximization) method, and DRAMA (Dynamic Row-Action Maximum-likelihood Algorithm) method.

データ処理装置80は、非TOF計測データのうち傾斜角度が0度である2次元データに対してのみ補正処理および再構成処理を行ない、非TOF再構成画像を生成してもよい。これにより、非TOF再構成画像を生成するのに要する計算時間を短縮することができる。 The data processing device 80 may perform correction processing and reconstruction processing only on the two-dimensional data having an inclination angle of 0 degrees among the non-TOF measurement data to generate a non-TOF reconstruction image. As a result, the calculation time required to generate the non-TOF reconstructed image can be shortened.

データ処理装置80は、非TOF計測データに対する再構成処理の際に公知のノイズ低減処理を合わせて行なってもよい。ノイズ低減処理としては、ガウシアンフィルタまたはNon−Local Means Filterを用いた画像処理が知られている。ノイズ低減処理は、非TOF計測データに適用される事前処理、再構成処理と並行した処理、非TOF再構成画像の生成後の事後処理のいずれであってもよい。 The data processing device 80 may also perform a known noise reduction process at the time of the reconstruction process for the non-TOF measurement data. As the noise reduction processing, image processing using a Gaussian filter or a Non-Local Means Filter is known. The noise reduction processing may be any of pre-processing applied to the non-TOF measurement data, processing in parallel with the reconstruction processing, and post-processing after the generation of the non-TOF reconstructed image.

次にステップS4において、データ処理装置80は、非TOF再構成画像を順投影することにより、TOF情報を含むTOF投影データを生成する。非TOF再構成画像を順投影する方法として公知技術を用いればよい。たとえば、データ処理装置80は、以下の式(1)を従って、PET装置100のシステムマトリクスを用いたTOF順投影計算を行なう。

Figure 2020059135
Next, in step S4, the data processing device 80 generates TOF projection data including TOF information by forward-projecting the non-TOF reconstructed image. A known technique may be used as a method for forward-projecting a non-TOF reconstructed image. For example, the data processing apparatus 80 performs TOF forward projection calculation using the system matrix of the PET apparatus 100 according to the following equation (1).
Figure 2020059135

式(1)において、iはLORインデックスであり、tはTOF情報のビン(bin、区分)のインデックスであり、jは非TOF再構成画像におけるボクセルインデックスであり、pはTOF投影データであり、ACFは減弱補正係数であり、λは非TOF再構成画像の画素値(カウント数)であり、Cは、画像データと投影データとを対応付ける、PET装置の3次元システムマトリクスである。 In equation (1), i is the LOR index, t is the index of the bin of TOF information, j is the voxel index in the non-TOF reconstructed image, and p is the TOF projection data. ACF is an attenuation correction coefficient, λ is a pixel value (count number) of a non-TOF reconstructed image, and C is a three-dimensional system matrix of a PET device that associates image data with projected data.

あるいは、データ処理装置80は、システムマトリクスを用いずに、以下の式(2)に従ってTOF順投影を行なってもよい。

Figure 2020059135
Alternatively, the data processing apparatus 80 may perform TOF forward projection according to the following equation (2) without using the system matrix.
Figure 2020059135

式(2)において、iはLORインデックスであり、tはTOF情報のビン(bin、区分)のインデックスであり、t’はTOF情報のインデックスであり、jは非TOF再構成画像におけるボクセルインデックスであり、pはTOF投影データであり、ACFは減弱補正係数であり、λは非TOF再構成画像の画素値(カウント数)である。Ri,t’は、対象となるiのLORの方向および当該方向に直交する方向に沿ってボクセルを再配列させるための3次元回転行列である。Gは、PET装置100の時間分解能に応じて設定されるガウシアンカーネルであり、Ri,t’λに畳み込まれる。In equation (2), i is the LOR index, t is the index of the TOF information bin, t'is the TOF information index, and j is the voxel index in the non-TOF reconstructed image. Yes, p is the TOF projection data, ACF is the attenuation correction coefficient, and λ is the pixel value (count number) of the non-TOF reconstructed image. R i, t'is a three-dimensional rotation matrix for rearranging voxels along the direction of the LOR of the target i and the direction orthogonal to the direction. G is a Gaussian kernel which is set according to the time resolution of the PET device 100 is convolved R i, t 'λ j.

次にステップS5において、データ処理装置80は、TOF計測データとTOF投影データとに基づいて、TOF計測データに含まれるバイアス成分を推定する。たとえば、データ処理装置80は、TOF計測データからTOF投影データを減算することにより、バイアス成分を推定する。あるいは、データ処理装置80は、TOF計測データから、重み付け係数が乗算されたTOF投影データを減算することにより、バイアス成分を推定してもよい。このとき、データ処理装置80は、TOF計測データおよびTOF投影データの少なくとも一方に対して、ノイズ低減処理を行なってもよい。さらに、データ処理装置80は、推定したバイアス成分に対してノイズ低減処理を行なってもよい。ノイズ低減処理の種類およびパラメータは特に限定されるものではなく、公知の手法を用いることができる。たとえば、ガウシアンフィルタまたはNon−Local Means Filterを用いた画像処理を用いることができる。 Next, in step S5, the data processing device 80 estimates the bias component included in the TOF measurement data based on the TOF measurement data and the TOF projection data. For example, the data processing device 80 estimates the bias component by subtracting the TOF projection data from the TOF measurement data. Alternatively, the data processing device 80 may estimate the bias component by subtracting the TOF projection data multiplied by the weighting coefficient from the TOF measurement data. At this time, the data processing device 80 may perform noise reduction processing on at least one of the TOF measurement data and the TOF projection data. Further, the data processing device 80 may perform noise reduction processing on the estimated bias component. The type and parameters of the noise reduction processing are not particularly limited, and a known method can be used. For example, image processing using a Gaussian filter or a Non-Local Means Filter can be used.

データ処理装置80は、上記ステップS1〜S5で得られる各データで示される画像を適宜表示装置90に表示してもよい。 The data processing device 80 may appropriately display the image shown by each data obtained in steps S1 to S5 on the display device 90.

以上説明したように、本実施の形態では、PET(陽電子放出断層撮像)により得られた、TOF情報を含むTOF計測データに対するデータ処理方法が開示される。このデータ処理方法は、TOF計測データを、TOF情報を含まない非TOF計測データに変換するステップS2と、非TOF計測データに対して、少なくともランダム補正処理および散乱補正処理を含む補正処理と再構成処理とを行なうことにより、非TOF再構成画像を生成するステップS3と、非TOF再構成画像を順投影することにより、TOF情報を含むTOF投影データを生成するステップS4と、TOF計測データとTOF投影データとに基づいて、TOF計測データに含まれるバイアス成分を推定するステップS5とを備える。 As described above, in the present embodiment, a data processing method for TOF measurement data including TOF information obtained by PET (positron emission tomography) is disclosed. This data processing method reconstructs the non-TOF measurement data with step S2 for converting the TOF measurement data into non-TOF measurement data that does not include TOF information, and correction processing and reconstruction including at least random correction processing and scattering correction processing for the non-TOF measurement data. Step S3 to generate a non-TOF reconstructed image by performing processing, step S4 to generate TOF projection data including TOF information by forward-projecting a non-TOF reconstructed image, and TOF measurement data and TOF. A step S5 for estimating a bias component included in the TOF measurement data based on the projection data is provided.

上記の方法によれば、特許文献1,2に開示されるような、TOF情報を含むTOF計測データから直接的に散乱成分を計算することがなく、簡便かつ短時間でTOF計測データに含まれるバイアス成分を推定することができる。 According to the above method, the scattering component is not directly calculated from the TOF measurement data including the TOF information as disclosed in Patent Documents 1 and 2, and is included in the TOF measurement data easily and in a short time. The bias component can be estimated.

特許文献3に開示される技術では、即発同時計数データから、計測されたランダム同時計数データと、真のTOF分布データとを減算することにより、散乱成分が推定される。ここで、即発同時計数データをP、計測されたランダム同時計数データをD、真のTOF分布データをT、推定される散乱成分をS、散乱成分とランダム成分(ランダム同時計数)とを合わせたバイアス成分をBとし、P,D,S,Bの統計誤差をそれぞれδP,δD,δS,δBとする。ただし、簡便のためTの統計誤差を0とする。各成分の統計誤差が独立であると仮定した場合、S=P−T−Dであるため、δS={(δP)+(δD)1/2となり、δB={(δS)+(δD)1/2={(δP)+2(δD)1/2となる。In the technique disclosed in Patent Document 3, the scattering component is estimated by subtracting the measured random simultaneous counting data and the true TOF distribution data from the prompt simultaneous counting data. Here, the prompt simultaneous counting data is P, the measured random simultaneous counting data is D, the true TOF distribution data is T, the estimated scattering component is S, and the scattering component and the random component (random simultaneous counting) are combined. Let B be the bias component, and let δP, δD, δS, and δB be the statistical errors of P, D, S, and B, respectively. However, for the sake of simplicity, the statistical error of T is set to 0. Assuming that the statistical errors of each component are independent, since S = PTD, δS = {(δP) 2 + ( δD) 2 } 1/2 , and δB = {(δS) 2 + (ΔD) 2 } 1/2 = {(δP) 2 + 2 (δD) 2 } 1/2 .

これに対し、本実施の形態によって推定されるバイアス成分の統計誤差は次のようになる。すなわち、上記と同様に、TOF計測データをP’、TOF投影データをT’、バイアス成分をB’とし、P’,B’の統計誤差をそれぞれδP’,δB’とし、T’の統計誤差を0とする。各成分の統計誤差が独立であると仮定した場合、B’=P’−T’であるため、δB’=δP’となる。δPとδP’とは同じであるため、本実施の形態によって推定されるバイアス成分の統計誤差は、特許文献3によって推定されるバイアス成分の統計誤差よりも小さくなる。 On the other hand, the statistical error of the bias component estimated by the present embodiment is as follows. That is, in the same manner as above, the TOF measurement data is P', the TOF projection data is T', the bias component is B', the statistical errors of P'and B'are δP'and δB', respectively, and the statistical error of T'. Is set to 0. Assuming that the statistical errors of each component are independent, B'= P'-T', so δB'= δP'. Since δP and δP'are the same, the statistical error of the bias component estimated by the present embodiment is smaller than the statistical error of the bias component estimated by Patent Document 3.

このように、本実施の形態によれば、TOF計測データに含まれるバイアス成分を容易かつ高精度に推定することができる。 As described above, according to the present embodiment, the bias component included in the TOF measurement data can be estimated easily and with high accuracy.

推定されたバイアス成分は、様々なデータ処理に利用され得る。たとえば、データ処理装置80は、TOF計測データとバイアス成分とに基づいて、バイアス成分を含まない非バイアス計測データを生成し、非バイアス計測データに対してTOF情報を用いた再構成処理を行なうことにより、再構成画像を生成するステップを行なう。そして、データ処理装置80は、生成した再構成画像を表示装置90に表示する。データ処理装置80は、たとえば、TOF計測データからバイアス成分を減算することにより、非バイアス計測データを生成する。このとき、データ処理装置80は、ランダム補正処理および散乱補正処理以外の補正処理を適宜行なってもよい。 The estimated bias component can be used for various data processing. For example, the data processing device 80 generates non-bias measurement data that does not include a bias component based on the TOF measurement data and the bias component, and performs reconstruction processing using the TOF information on the non-bias measurement data. To perform the step of generating the reconstructed image. Then, the data processing device 80 displays the generated reconstructed image on the display device 90. The data processing device 80 generates non-bias measurement data by, for example, subtracting a bias component from the TOF measurement data. At this time, the data processing device 80 may appropriately perform correction processing other than the random correction processing and the scattering correction processing.

特許文献3によって推定されるバイアス成分を即発同時計数データから減算することにより生成される再構成画像Iconventionalは、上記のP,S,Dを用いて、Iconventional=P−S−Dと表される。そのため、再構成画像の統計誤差δIconventionalは、以下の式で表される。
δIconventional={(δP)+(δS)+(δD)1/2
={(δP)+(δP)+(δD)+(δD)1/2
=21/2{(δP)+(δD)1/2
The reconstructed image I conventional generated by subtracting the bias component estimated by Patent Document 3 from the prompt coincidence counting data is expressed as I conventional = PSD using the above P, S, and D. Will be done. Therefore, the statistical error δI conventional of the reconstructed image is expressed by the following equation.
δI conventional = {(δP) 2 + (δS) 2 + (δD) 2 } 1/2
= {(ΔP) 2 + (δP) 2 + (δD) 2 + (δD) 2 } 1/2
= 2 1/2 {(δP) 2 + (δD) 2 } 1/2

これに対し、本実施の形態によって推定されるバイアス成分をTOF計測データから減算することにより生成される再構成画像Iproposalは、上記のP’,B’を用いて、Iproposal=P’−B’と表される。そのため、再構成画像の統計誤差δIproposalは、以下の式で表される。
δIproposal={(δP’)+(δB’)1/2
=21/2(δP’)
On the other hand, the reconstructed image I proposal generated by subtracting the bias component estimated by the present embodiment from the TOF measurement data uses the above P'and B'and I proposal = P'-. Expressed as B'. Therefore, the statistical error δI proposal of the reconstructed image is expressed by the following equation.
δI proposal = {(δP ') 2 + (δB') 2} 1/2
= 2 1/2 (δP')

このように、本実施の形態によって推定されるバイアス成分を用いて生成される再構成画像の統計誤差は、特許文献3によって推定されるバイアス成分を用いて生成される再構成画像の統計誤差よりも小さくなる。その結果、精度の高い再構成画像を得ることができる。 As described above, the statistical error of the reconstructed image generated by using the bias component estimated by the present embodiment is based on the statistical error of the reconstructed image generated by using the bias component estimated by Patent Document 3. Also becomes smaller. As a result, a highly accurate reconstructed image can be obtained.

なお、上記の実施の形態では、データ処理装置80は、PET装置100に備えられるものとした。しかしながら、データ処理装置80は、PET装置100の外部の装置であり、有線または無線によって制御装置60に通信接続され、データ収集部61からTOF計測データを取得してもよい。 In the above embodiment, the data processing device 80 is provided in the PET device 100. However, the data processing device 80 is an external device of the PET device 100, and may be connected to the control device 60 by wire or wirelessly to acquire TOF measurement data from the data collection unit 61.

上記の実施の形態では、TOF計測データがサイノグラム形式である場合におけるデータ処理装置80の処理例を説明した。TOF計測データがリストデータ形式である場合、データ処理装置80は、ステップS2において、TOF計測データからTOF情報を削除することにより非TOF計測データを生成すればよい。さらに、データ処理装置80は、ステップS5において、たとえば、TOF計測データをサイノグラム形式のデータに変換し、変換後のTOF計測データからTOF投影データを減算することにより、バイアス成分を推定すればよい。 In the above embodiment, a processing example of the data processing device 80 when the TOF measurement data is in the synogram format has been described. When the TOF measurement data is in the list data format, the data processing device 80 may generate non-TOF measurement data by deleting the TOF information from the TOF measurement data in step S2. Further, in step S5, the data processing apparatus 80 may estimate the bias component by, for example, converting the TOF measurement data into data in the synogram format and subtracting the TOF projection data from the converted TOF measurement data.

上記の動作(図2に示すステップS1〜ステップS5)をデータ処理装置80に実行させるためのプログラムが提供されてもよい。このようなプログラムは、コンピュータに付属するフレキシブルディスク、CD−ROM(Compact Disk-Read Only Memory)、ROM、RAMおよびメモリカードなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体にて記録させて、プログラム製品として提供することもできる。あるいは、コンピュータに内蔵するハードディスクなどの記録媒体にて記録させて、プログラムを提供することもできる。また、ネットワークを介したダウンロードによって、プログラムを提供することもできる。 A program for causing the data processing device 80 to execute the above operations (steps S1 to S5 shown in FIG. 2) may be provided. Such a program is provided as a program product by recording it on a computer-readable recording medium such as a flexible disk attached to a computer, a CD-ROM (Compact Disk-Read Only Memory), a ROM, a RAM, and a memory card. You can also do it. Alternatively, the program can be provided by recording on a recording medium such as a hard disk built in the computer. The program can also be provided by downloading via the network.

提供されるプログラム製品は、ハードディスクなどのプログラム格納部にインストールされて実行される。なお、プログラム製品は、プログラム自体と、プログラムが記録された記録媒体とを含む。 The provided program product is installed and executed in a program storage unit such as a hard disk. The program product includes the program itself and a recording medium on which the program is recorded.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and it is intended that all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims are included.

10 架台装置、15 被検体、20 天板、22 移動装置、24 クッション、30 ガントリ、40 検出器リング、42 γ線検出器、50 放射性薬剤、52 γ線、60 制御装置、61 データ収集部、62 駆動部、70 操作部、80 データ処理装置、90 表示装置、100 PET装置。 10 gantry, 15 subject, 20 top plate, 22 moving device, 24 cushion, 30 gantry, 40 detector ring, 42 γ-ray detector, 50 radioactive drug, 52 γ-ray, 60 control device, 61 data collector, 62 Drive unit, 70 operation unit, 80 data processing device, 90 display device, 100 PET device.

Claims (8)

陽電子放出断層撮像により得られた、TOF情報を含むTOF計測データに対するデータ処理方法であって、
前記TOF計測データを、TOF情報を含まない非TOF計測データに変換するステップと、
前記非TOF計測データに対して、少なくともランダム補正処理と散乱補正処理と再構成処理とを行なうことにより、非TOF再構成画像を生成するステップと、
前記非TOF再構成画像を順投影することにより、TOF情報を含むTOF投影データを生成するステップと、
前記TOF計測データと前記TOF投影データとに基づいて、前記TOF投影データに含まれるバイアス成分を推定するステップとを備える、データ処理方法。
A data processing method for TOF measurement data including TOF information obtained by positron emission tomography.
The step of converting the TOF measurement data into non-TOF measurement data that does not include TOF information, and
A step of generating a non-TOF reconstructed image by performing at least random correction processing, scattering correction processing, and reconstruction processing on the non-TOF measurement data.
A step of generating TOF projection data including TOF information by forward-projecting the non-TOF reconstructed image, and
A data processing method comprising a step of estimating a bias component included in the TOF projection data based on the TOF measurement data and the TOF projection data.
前記再構成処理は、解析的再構成法に従った処理である、請求項1に記載のデータ処理方法。 The data processing method according to claim 1, wherein the reconstruction process is a process according to an analytical reconstruction method. 前記再構成処理は、逐次近似再構成法に従った処理である、請求項1に記載のデータ処理方法。 The data processing method according to claim 1, wherein the reconstruction process is a process according to the successive approximation reconstruction method. 前記TOF投影データは、以下の式(1)に従って算出され、
Figure 2020059135
iは同時計数線のインデックスであり、tはTOF情報のビンのインデックスであり、jは前記非TOF再構成画像におけるボクセルのインデックスであり、pは前記TOF投影データであり、ACFは減弱補正係数であり、λは前記非TOF再構成画像の画素値であり、Cは3次元システムマトリクスである、
請求項1から3のいずれか1項に記載のデータ処理方法。
The TOF projection data is calculated according to the following equation (1).
Figure 2020059135
i is the index of the coincidence counting line, t is the index of the bin of TOF information, j is the index of voxels in the non-TOF reconstructed image, p is the TOF projection data, and ACF is the attenuation correction coefficient. , Λ is the pixel value of the non-TOF reconstructed image, and C is the three-dimensional system matrix.
The data processing method according to any one of claims 1 to 3.
前記TOF投影データは、以下の式(2)に従って算出され、
Figure 2020059135
iは同時計数線のインデックスであり、tはTOF情報のビンのインデックスであり、t’はTOF情報のインデックスであり、jは前記非TOF再構成画像におけるボクセルのインデックスであり、pは前記TOF投影データであり、ACFは減弱補正係数であり、λは前記非TOF再構成画像の画素値であり、Rは3次元回転行列であり、Gはガウシアンカーネルである、
請求項1から3のいずれか1項に記載のデータ処理方法。
The TOF projection data is calculated according to the following equation (2).
Figure 2020059135
i is the index of the coincidence counting line, t is the index of the bin of TOF information, t'is the index of TOF information, j is the index of voxels in the non-TOF reconstructed image, and p is the index of the TOF. It is projection data, ACF is an attenuation correction coefficient, λ is a pixel value of the non-TOF reconstructed image, R is a three-dimensional rotation matrix, and G is a voxel kernel.
The data processing method according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から5のいずれか1項に記載のデータ処理方法をコンピュータに実行させるプログラム。 A program that causes a computer to execute the data processing method according to any one of claims 1 to 5. 請求項1から5のいずれか1項に記載のデータ処理方法を実行するデータ処理装置。 A data processing apparatus that executes the data processing method according to any one of claims 1 to 5. 請求項7に記載のデータ処理装置を備える陽電子放出断層撮像装置。 A positron emission tomographic imaging apparatus including the data processing apparatus according to claim 7.
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