散乱線補正のポイント

第12回 岡山技塾
Q&Aコーナー ～RI検査日頃の疑問にお応えします～
散乱線補正のポイント
倉敷中央病院 放射線センター
松友 紀和
第12回 岡山技塾
核医学の信号で起きていること
×
吸収
(absorption)
◆吸収により光子が計測されない
30-40%
散乱
◆無関係な位置で計測される
(scatter)
◆γ線の方向が変わり計測されない
25-50%
減弱
ガンマカメラから
信号を見ると
○吸収により光子が計測されない
(attenuation) ○γ線の方向が変わり計測されない
★2つの現象をまとめて「γ線の減弱」と言う
第12回 岡山技塾
核医学における散乱線
●X線,γ線と物質の相互作用
○光電効果(光電吸収) ,コンプトン散乱 ,干渉性散乱
○核医学ではコンプトン散乱が主
●コンプトン散乱
○光子のエネルギーと方向が変わる
○コンプトン散乱線の割合
99mTcで20-30%
201Tlで40-50%
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散乱線の問題
●その1
1.2
99mTc
LEHR
1
70-80 keV
85-105 keV
110-125 keV
Relative values
0.8
126-154 keV
main
0.6
0.4
0.2
99mTcのエネルギピーク
(140keV)
0
50
70
90
110
散乱線は位置情報を持たない
130
150
170
Energy[kev]
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散乱線の問題
●その2
5cm
ドーナツ状
ファントム
Mix-DP
散乱線の混入によりコントラストが低下
10cm
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散乱線補正法
○ Convolution Subtraction(CONV)法
○ Scatter Line Spread Function(SLSF)法
○ Transmission Dependent
Convolution Subtraction(TDCS)法
○ Effective scatter source estimation(ESSE)法
○ Dual Energy Window Subtraction(DEWS)法
○ Dual Photo peak Window(DPW)法
○ Triple Energy Window(TEW)法
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散乱線補正法
●TDCS法
○QSPECT DTARG法で採用されている散乱線補正法
○散乱線分布をモデル化し測定データから差し引く
方法
○減弱係数分布を用いて場所による散乱線の変化を
正確に表現し,高い精度の補正を実現
従来のデコンボリューション法は散乱線によるボケが位置に依存
しないと仮定していたので精度に問題があった
第12回 岡山技塾
散乱線補正法
●TDCS法
重畳積分
散乱率(トランスミッションファクタ)を荷重としてか
けてピクセル毎に散乱線変化を求める
→投影データ(散乱線成分)
↓
元の投影データから引く
投影データ
事前に求めた
散乱応答関数
減弱係数分布
Hidehiro lida et al, Effects of Scatter and Attenuation Correction on Quantitative
Assessment of Regional Cerebral Blood Flow with SPECT. J Nucl Med, 1998; 39:181-189
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散乱線補正法
●DEW法
○メインウインドウ内の散乱線を,サブウインドウ(コンプト
ンウインドウ)のカウント分布から推定し,差し引く方法
primary+scatter
sub Window
P2
真のカウント= P1‐P2ｘk値
k値:スケールファクタ
scatter
main Window
P1
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散乱線補正法
●DEW法
○簡便であり,ほとんどの装置で応用可能
○光電ピーク内の散乱光子とサブウインドウ内の
散乱光子が対応していない
メインウインドウ内:1-2次のコンプトン散乱線
散乱線ウインドウ内:高次のコンプトン散乱線
○単一エネルギー核種に限る
○k値の最適化が問題
K値は実験的に求められるため,線源分布や吸収
体分布,装置(コリメータ)に依存する
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散乱線補正法
○k値の影響
k = 0.5
k = 1.0
k = 1.5
k = 2.0
k = 2.5
TEW
LEHR
main window:140keV±10%
scatter window: 112 keV±10%
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散乱線補正法
●TEW法
○メインウインドウの両端に設定したサブウインドウから
散乱線成分を近似し,減算処理を行う方法
primary+scatter
sub Window
投影:P2 幅:W2
main Window
投影:P1 幅:W1
真のカウント
=P1‐(P2/W2+P3/W3)×W1/2
台形の面積
(上底+下底)x高さ/2
scatter
推定される
scatter
sub Window
投影:P1 幅:W3
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散乱線補正法
●TEW法
○複雑な散乱課程を考える必要がない
○視野外の散乱線も補正できる
○複数ピークや複数核種にも対応できる
○幅の狭いサブウインドウを使用するので統計変動の
影響を受ける
○サブウインドウデータに対する適切な前処理フィルタ
の設定が必要
TEWは登録商標のため,東芝以外はこの言葉を使用できない
散乱線を引きすぎる傾向にある?
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散乱線補正法
○サブウインドウに対するフィルタの影響
0.986
低い
遮断周波数
高い
強い
平滑化
弱い
cutoff：none
基準画像との誤差(NMSE)
0.9858
0.22cycles/cm 0.34cycles/cm
大
0.9856
誤差
0.9854
0.47cycles/cm 0.60cycles/cm 0.72cycles/cm
小
0.9852
0.985
0
0.2
0.4
0.6
遮断周波数 cycles/cm
0.8
1
サブウインドウ画像
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散乱線補正の効果
○散乱線補正なし
○散乱線補正あり(TEW法)
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散乱線補正の効果
○臨床画像
TEW(+)
TEW(-)
ガリウムシンチ
骨シンチ
TEW(+)
TEW(-)
TEW(+)
TEW(-)
コントラスト↑
均一性↓
タリウムシンチ
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散乱線補正の影響
●投影データのカウント低下(TEW法)
120
約23%down
投影データのカウント
100
80
散乱線成分を減算する方法
↓
カウントは低下
約37%down
60
散乱線補正前
40
散乱線補正後
散乱線補正後
20
散乱線補正前
0
123I-IMP
99mTc-HMPAO
(LME-FAN)
(LEHR)
収集処理条件の
工夫が必要
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補正をうまく使う
●定量性の向上(脳血流シンチ)
Hidehiro lida et al: Effects of Scatter and Attenuation Correction on Quantitative
Assessment of Regional Cerebral Blood Flow with SPECT. J Nucl Med 1998; 39:181-189.
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補正をうまく使う
●装置(コリメータ)依存性の軽減
LEHR
LMEGP
測定データに混入する散乱
線は装置(コリメータ)により
異なる
散乱線補正を行うことで
装置(コリメータ)依存性
を軽減できる
散乱線補正後
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補正をうまく使う
●定量性の向上(123I-MIBG H/M比の標準化)
Table 2 Planar H/M ratios obtained from the phantom study: LEHR vs. ME vs.
LMEHR collimators (anterior phantom B)
Collimator
Correction method
散乱線補正
IDW0
あり
No correction
IDW1
散乱線補正
なし
Mathematically
calculated ratio
LEHR
2.13
2.27
1.76
2.60
MEGP
2.46
2.53
2.26
2.60
LMEHR
2.36
2.41
2.12
2.60
理論値
Eur J Nucl Med Mol Imaging (2009) 36:560–566
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散乱線補正のポイント
●散乱線は
○γ線が発生した本来の位置情報を持たない
○コントラストや定量性を低下させる
散乱線は不要な信号
「散乱線を投影データから引くことはカウントを低下
させるので問題だ」という意見もありますが…
↓
無意味な信号を除去するので散乱線補正は大切
第12回 岡山技塾
散乱線補正のポイント
●臨床で用いられる散乱線補正は
○散乱線を何らかの近似により求める方法
○補正の精度や特性を理解し,使用する必要がある
核医学技術に
求められるもの
放射能分布を正確に
捉える技術