JP2009020102A - 焦点距離調節自在型コリメータの方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＰＥＣＴシステムに用いられる検出器について、システム分解能及び感度を調節する等のためにコリメータのピンホール開口から検出器アセンブリまでの焦点距離を調節自在にする。
【解決手段】１又は複数のピンホール開口（４０）を内部に有するコリメータ・アセンブリ（１２）を含むイメージング・システム（１０）に関する。イメージング・システム（１０）はさらに、１又は複数のピンホール開口（４０）を通過したガンマ線（３０）に応答して１又は複数の信号を発生するように構成されている検出器アセンブリ（１４）を含んでいる。イメージング・システム（１０）は、１又は複数のピンホール開口（４０）の１個が調節自在の焦点距離を有するように構成されている。また、コリメータ性能を変化させる方法、及び容積を撮像する方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は一般的には、単光子放出計算機式断層写真法（ＳＰＥＣＴ）撮像のような非侵襲型撮像に関する。さらに具体的には、本発明は、コリメータ・アセンブリのピンホール開口から検出器アセンブリまで調節自在の焦点距離を有するように構成されているイメージング・システムに関する。

ＳＰＥＣＴは、医療撮像のような広範な撮像応用に用いられる。一般的には、ＳＰＥＣＴシステムは、ガンマ線検出器へのフォトン（核減衰事象によって発生される）の衝突に基づいて画像を形成するように構成されているイメージング・システムである。医療及び研究の環境では、これら検出されたフォトンを処理して、皮下の器官又は組織の画像を構成することができる。

画像を形成するために、１又は複数の検出器アセンブリを被検体の周りに回転させることができる。検出器アセンブリは典型的には、入射するフォトンを受光して処理するように協働する様々な構造で構成されている。例えば、検出器アセンブリは、シンチレータ・アセンブリ（例えば大面積のヨウ化ナトリウム・シンチレータ板）を用いて、フォトンを可視光へ変換して光学センサによる検出を行なうことができる。このシンチレータ・アセンブリは、光導波路によって、多数の光電子増倍管（ＰＭＴ）、又はシンチレータ・アセンブリからの光を電気信号へ変換するその他の光センサに結合され得る。シンチレータ・アセンブリ−ＰＭＴの組み合わせに加えて、ピクセル型固体直接変換検出器（例えばＣＺＴ）を用いてフォトンの衝突から電気信号を発生することもできる。この電気信号は、データ取得モジュールの電子モジュールによって伝達され、変換され、処理されて、医師による観察及び操作を容易にすることができる。

典型的には、ＳＰＥＣＴシステムはさらに、ガンマ線検出器の前面に取り付けられ得るコリメータ・アセンブリを含んでいる。一般的には、コリメータ・アセンブリは、所定の方向に走行してきたフォトンのみが検出器アセンブリに衝突するようにして、フォトンを吸収するように設計されている。幾つかの例では、ピンホール開口型コリメータを用いることができる。ピンホール開口型コリメータは一般的には、１又は複数の微小なピンホール開口を内部に設けたコリメータである。これらのピンホール開口を通過したフォトンは一般的には、検出器アセンブリに対して発生源の反転像を投影する。

一般的には、システム分解能及び感度は少なくとも部分的には、焦点距離（すなわちピンホール開口から検出器アセンブリまでの距離）に基づいている。例えば、画像は、発生源からピンホール開口までの距離がピンホール開口から検出器アセンブリまでの焦点距離よりも小さい場合には拡大され得る。同様に、画像は、発生源からピンホール開口までの距離がピンホール開口から検出器アセンブリまでの焦点距離よりも大きい場合には縮小され得る。しかしながら、発生源までの距離は、コリメータ・アセンブリの各々のピンホール開口毎に区々であり得る。例として述べると、多数のピンホール開口を有するコリメータ・アセンブリが胸部の周囲に配置されて心臓（全体的に左前方に偏心して位置する）を撮像する場合に、各々のピンホール開口から心臓までの距離は典型的には区々となる。

一実施形態によれば、本発明の手法は、イメージング・システムを提供する。このイメージング・システムは、１又は複数の開口を内部に有するコリメータ・アセンブリを含んでいる。イメージング・システムはさらに、１又は複数の開口を通過したガンマ線に応答して１又は複数の信号を発生するように構成されている検出器アセンブリを含んでいる。イメージング・システムは、１又は複数の開口の少なくとも１個が調節自在の焦点距離を有するように構成される。

もう一つの実施形態によれば、本発明の手法は、イメージング・システムを提供する。このイメージング・システムは、１又は複数のピンホール検出器モジュールを含んでいる。各々のピンホール検出器モジュールが、１又は複数のピンホール開口を内部に有するコリメータを含んでいる。ピンホール検出器モジュールの少なくとも１個は、内部の１又は複数のピンホール開口の少なくとも１個が調節自在の焦点距離を有するように構成される。各々のピンホール検出器モジュールはさらに、１又は複数のピンホール開口を通過したガンマ線に応答して１又は複数の信号を発生するように構成されている検出器アセンブリを含んでいる。

もう一つの実施形態によれば、本発明の手法は、コリメータ性能を変化させる方法を提供する。この方法は、コリメータ・アセンブリにおいて検出器アセンブリとピンホール開口との間の焦点距離を調節するステップを含んでいる。

もう一つの実施形態によれば、本発明の手法は、容積を撮像する方法を提供する。この方法は、被検体の少なくとも一部を単光子放出計算機式断層写真法システムの視野に配置するステップを含んでいる。方法はさらに、被検体から放出されたガンマ線を、１又は複数のピンホール検出器モジュールを用いてコリメートするステップを含んでいる。各々のピンホール検出器モジュールが、１又は複数のピンホール開口を有するコリメータと、検出器アセンブリとを含んでいる。方法はさらに、１又は複数のピンホール開口を通過したガンマ線を、対応する検出器アセンブリによって検出するステップを含んでいる。方法はさらに、検出されたガンマ線に応答して１又は複数の信号を発生するステップを含んでいる。方法はさらに、１又は複数の発生された信号に基づいて、ピンホール検出器モジュールの少なくとも１個について焦点距離を調節するステップを含んでいる。

本発明のこれらの特徴、観点及び利点、並びに他の特徴、観点及び利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を精読するとさらに十分に理解されよう。図面では、全体を通して類似の参照符号が類似の部材を表わす。

図１は、本発明の手法の実施形態の各例に従って画像データを取得して処理する例示的なＳＰＥＣＴシステム１０を示す。図示のように、ＳＰＥＣＴシステム１０は、コリメータ・アセンブリ１２及び検出器アセンブリ１４を含み得る。後に改めて詳述するように、コリメータ・アセンブリ１２に設けられている１又は複数のピンホール開口と検出器アセンブリ１４との間の焦点距離は、例えばシステム分解能及び感度を変更するように調節され得る。図示の実施形態では、ＳＰＥＣＴシステム１０はまた、制御モジュール１６、画像再構成及び処理モジュール１８、操作者ワークステーション２０、及び画像表示ワークステーション２２を含んでいる。上述の構成要素の各々については、以下の各部でさらに詳細に説明する。

図示のように、被検体支持部２４（例えばテーブル）が、ＳＰＥＣＴシステム１０の視野２６内の所定の位置に移動され得る。図示の実施形態では、被検体支持部２４は、被検体２８（例えば患者、小動物、植物及び多孔質物体等）を走査位置に支持するように構成されている。代替的には、被検体支持部２４が静止しており、ＳＰＥＣＴシステム１０が被検体２８の周りの走査位置に移動されてもよい。当業者は、被検体２８が任意の適当な走査位置に支持され得ることを認められよう。例として述べると、被検体２８は、所望の走査に応じて視野２６において全体的に垂直な位置、全体的に水平な位置、又はその他任意の適当な位置（例えば傾斜位置）に支持され得る。ＳＰＥＣＴ撮像では、被検体２８は典型的には、放射性トレーサを含有する溶液を注射される。溶液は分散して、用いられたトレーサ、並びに生体被検体の場合には器官及び組織の働きに依存して、様々な程度で被検体２８全体に吸収される。放射性トレーサは、核減衰事象時に「ガンマ線」として知られる電磁放射線（例えばフォトン又はガンマ量子）を放出し、図１ではガンマ線３０として表わす。

前述のように、ＳＰＥＣＴシステム１０は、視野２６に配置された被検体２８から発するガンマ線３０をコリメートするコリメータ・アセンブリ１２を含んでいる。コリメータ・アセンブリ１２は、検出器アセンブリ１４と視野２６との間に配設されることができ、例えば鉛又はタングステンのような放射線吸収物質を含有し得る。一般的には、コリメータ・アセンブリ１２は、ガンマ線３０の方向及び発散角を限定しまた画定するように構成される。本発明の手法の各実施形態によれば、コリメータ・アセンブリ１２は、１又は複数のピンホール開口を内部に有するピンホール・コリメータを含み得る。以下の図面に関してさらに詳述するように、ピンホール開口の少なくとも１個についての焦点距離（すなわちピンホール開口と検出器アセンブリ１４との間の距離）は調節され得る。このようにして、コリメータ・アセンブリ全体を交換しないでもシステム分解能及び感度を変更することができる。

図１を再び参照すると、コリメータ・アセンブリ１２は、少なくとも部分的に視野２６の周りに延在している。実施形態の各例では、コリメータ・アセンブリ１２は、視野２６の周りに約３６０°までにわたって延在し得る。例として述べると、コリメータ・アセンブリ１２は、視野２６の周りに約１８０°〜約３６０°にわたって延在し得る。幾つかの実施形態では、コリメータ・アセンブリ１２は、各々が１又は複数のピンホール開口を内部に有するような１又は複数のピンホール・コリメータ・ユニットを視野２６の周りに配置させて含み得る。

コリメータ・アセンブリ１２のピンホール開口を通過したガンマ線３０は、検出器アセンブリ１４に衝突する。コリメータ・アセンブリ１２によるガンマ線３０のコリメーションのため、ガンマ線３０の検出を用いてガンマ線３０の各々が検出器アセンブリ１４に衝突する前に走行していた応答線を決定することができ、この線に対する各々のガンマ線の原点の位置決定を可能にする。一般的には、検出器アセンブリ１４は、視野２６内の被検体２８から発してコリメータ・アセンブリ１２の１又は複数のピンホール開口を通過したガンマ線３０を検出するように構成されている複数の検出器素子を含み得る。実施形態の各例では、各々の検出器素子が、ガンマ線３０の衝突に応答して電気信号を発生する。

当業者には認められるように、検出器アセンブリ１４の検出器素子は、ガンマ線３０の衝突を検出する多様な適当な材料及び／又は回路の任意のものを含んでいてよい。例として述べると、検出器素子は複数の固体検出器素子を含むことができ、これらの固体検出器素子は、一次元アレイ又は二次元アレイとして設けられ得る。もう一つの実施形態では、検出器アセンブリ１４の検出器素子は、シンチレーション・アセンブリ及びＰＭＴ、又は他の光センサを含んでいてもよい。

さらに、検出器素子は、任意の適当な態様で検出器アセンブリ１４として構成され得る。例として述べると、検出器アセンブリ１４は、少なくとも部分的に視野２６の周りに延在し得る。幾つかの実施形態では、検出器アセンブリ１４は、視野２６の周りに配列されたモジュール型検出器素子を含み得る。代替的には、検出器アセンブリ１４は、視野２６の周りに約３６０°までにわたって延在し得る環として構成されてもよい。幾つかの実施形態の例では、検出器アセンブリ１４は、視野２６の周りに約１８０°〜約３６０°にわたって延在し得る。検出器素子から成る環は、フラット・パネル又は曲線形検出器表面を含み得る（例えばＮａＩ環）。実施形態の一例では、環は、各々の検出器パネルが４個の検出器モジュールを含むような９〜１０枚の範囲の固体検出器パネルを含み得る。当業者は、環は必ずしも円形である必要はなく、例えば検出器素子が楕円環として構成されてもよいし、被検体２８の体格外形に沿った輪郭を有していてもよいことを認められよう。加えて、幾つかの実施形態の例では、検出器アセンブリ１４は、例えば任意のスライス角を取得し得るように、支持台にジンバル式で装着されていてもよい。

走査時に視野２６内の被検体２８から発する多数の応答線を取得するために、コリメータ・アセンブリ１２は、視野２６の内部に配置された被検体２８の周囲を回転するように構成され得る。実施形態の各例によれば、コリメータ・アセンブリ１２は、検出器アセンブリ１４に関して回転するように構成され得る。例として述べると、検出器アセンブリ１４が静止しており、コリメータ・アセンブリ１２が視野２６の周りに回転されるように構成されていてもよい。代替的には、検出器アセンブリ１４が回転して、コリメータ・アセンブリ１２が静止していてもよい。幾つかの実施形態の例では、コリメータ・アセンブリ１２及び検出器アセンブリ１４の両方が、連動して又は互いに独立に回転するように構成され得る。代替的には、コリメータ・アセンブリ１２に十分なピンホール開口が設けられている場合には、回転は必要とされない。

図示のように、ＳＰＥＣＴシステム１０はさらに、制御モジュール１６を含んでいる。図示の実施形態では、制御モジュール１６は、１又は複数のモータ制御器３２及びデータ取得モジュール３４を含んでいる。一般的には、モータ制御器３２は、検出器アセンブリ１４やコリメータ・アセンブリ１２の回転速度及び位置、並びに／又は被検体支持部２４の位置を制御し得る。加えて、モータ制御器３２は、個々の検出器１４の配向を制御することができ、個々の検出器１４が独立に又はコリメータ・アセンブリ１２の各区画と共に移動することができる。さらに、モータ制御器３２は、検出器アセンブリ１４とコリメータ・アセンブリ１２との間の離隔距離を変化させ従って焦点距離を変化させるように、アクチュエータを動作させることができる。データ取得モジュール３４は、検出器アセンブリ１４に対するガンマ線３０の衝突に応答して発生される信号を得るように構成され得る。例えば、データ取得モジュール３４は、検出器アセンブリ１４からサンプリングされた電気信号を受けて、画像再構成及び処理モジュール１８による後の処理のためにデータをディジタル信号へ変換することができる。

当業者は、任意の適当なデータ取得手法をＳＰＥＣＴシステム１０と共に用い得ることを認められよう。例として述べると、画像再構成に必要とされるデータは、リスト・モード又はフレーム・モードとして取得され得る。本発明の手法の実施形態の一例では、ガンマ線事象（例えばガンマ線３０の検出器アセンブリ１４への衝突）、ガントリ１６の移動（例えばコリメータ・アセンブリ１２の移動、検出器アセンブリ１４の位置、及び被検体支持部２４の位置）、並びに生理学的信号（例えば心搏及び呼吸）をリスト・モードで取得することができる。リスト・モードは、カウント速度が相対的に低く、多くのピクセルが各々のガントリ位置又は生理学的ゲートにおいてカウントを記録しないような実施形態の例において適当であり得る。代替的には、ガントリを段階撮影態様で移動させて、各々のフレーム時間及び各々の心周期又は呼吸周期の時相において各々のピクセルの事象の数を記憶することにより、フレーム及び生理学的ゲートを取得することができる。フレーム・モードは、例えばカウント速度が相対的に高く、殆どのピクセルが各々のガントリ位置又は生理学的ゲートにおいてカウントを記録しているような場合に適当であり得る。

図示の実施形態では、画像再構成及び処理モジュール１８が、データ取得モジュール３４に結合されている。データ取得モジュール３４によって取得される信号は、画像再構成のために画像再構成及び処理モジュール１８に供給され得る。画像再構成及び処理モジュール１８は、取得信号を受け取る電子サーキットリと、データ取得モジュール３４から受け取った取得信号を調整する電子サーキットリとを含み得る。さらに、画像再構成及び処理モジュール１８は、ＳＰＥＣＴシステム１０の各作用を協調させる処理を含むことができ、取得信号の再構成に適した再構成アルゴリズムを具現化し得る。画像再構成及び処理モジュール１８は、ディジタル信号プロセッサ、メモリ、又は中央処理ユニット（ＣＰＵ）等を含み、取得信号を処理することができる。認められるように、処理は、１又は複数のコンピュータの利用を含み得る。別のＣＰＵを追加して、限定しないが受け取ったデータの信号処理、並びにデータの操作者ワークステーション２０及び画像表示ワークステーション２２への伝達等を含めて、画像再構成のための付加的な作用を提供してもよい。一実施形態では、ＣＰＵは、画像再構成及び処理モジュール１８の内部に局限化されていてもよいが、もう一つの実施形態では、ＣＰＵは画像再構成及び処理モジュール１８から分離したスタンド・アロン型装置を含んでいてもよい。

再構成画像は操作者ワークステーション２０へ供給され得る。操作者ワークステーション２０はシステム操作者によって用いられて、所載の構成要素の幾つか又は全てに対し、データ取得及び画像形成を支援する様々な動作パラメータを構成設定する制御命令を供給することができる。操作者ワークステーション２０に結合された画像表示ワークステーション２２を用いて、再構成画像を観察することができる。さらに、操作者ワークステーション２０及び画像表示ワークステーション２２は、プリンタ及び標準的な又は特殊目的のコンピュータ・モニタを含み得る他の出力装置に結合されていてもよいことを特記しておく。一般的には、ＳＰＥＣＴシステム１０に設けられている表示器、プリンタ、ワークステーション及び類似の装置は、データ取得構成要素に対してローカルに位置していてもよいし、施設若しくは病院の内部の他の箇所に位置する又はインターネット及び仮想私設網等のような１若しくは複数の構成自在型網を介して画像取得システムに結合されて全く異なる位置に位置する等のように、上述の構成要素からリモートに位置していてもよい。例として述べると、操作者ワークステーション２０及び／又は画像再構成及び処理モジュール１８は、網（図１ではインターネット３８として表わされている）を介してリモートの画像表示ワークステーション３６に結合され得る。

さらに、当業者は、任意の適当な画像再構成手法をＳＰＥＣＴシステム１０と共に用い得ることを認められよう。実施形態の一例では、繰り返し式再構成（例えば順序付きサブセット期待値最大化、ＯＳＥＭ）を用いることができる。繰り返し式再構成は、例えば速度のため、また収束及び繰り返し回数を変化させることにより再構成分解能と雑音との兼ね合いを調整する能力のため、ＳＰＥＣＴシステム１０の幾つかの具現化形態に適当であり得る。

図示の実施形態では、制御モジュール１６（データ取得モジュール３４及びモータ制御器３２を含む）並びに画像再構成及び処理モジュール１８は、検出器アセンブリ１４及び操作者ワークステーション２０の外部に位置するものとして示されているが、他の幾つかの具現化形態では、これらの構成要素の幾つか又は全てを検出器アセンブリ１４、操作者ワークステーション２０、及び／又はＳＰＥＣＴシステム１０の他構成要素の一部として設けてもよい。

次に、図２及び図３を参照すると、コリメータ・アセンブリ１２に設けられた１個のピンホール開口４０の図が示されている。ガンマ線のピンホール開口４０の通過の仕方を説明するために、コリメータ・アセンブリ１２の一部のみを示している。図２及び図３によって示すように、ピンホール開口４０は、両側で円錐の形状として、内面４２から視野２６に向かって、及び外面４４から検出器アセンブリ１４に向かって開放している。この構成では、ピンホール開口４０に斜行する方向に走行するガンマ線がコリメータ・アセンブリ１２を通過し得る。従って、ピンホール開口４０を通過するガンマ線は、ガンマ線３０によって示すように、コーン・ビーム幾何学的構成を有する。ピンホール開口４０を通過しないガンマ線は、コリメータ・アセンブリ１２によって少なくとも実質的に吸収されると考えられる。図示の実施形態では、ピンホール開口４０は、コリメータ・アセンブリ１２の傾斜付き区画４６によって画定されている。当業者は、傾斜付き区画４６の角度を変化させることにより、例えばピンホール開口４０の視野、検出器アセンブリ１４に投影されるピンホール・コーン・ビームの潜在的重なり範囲、ピンホール開口４０の感度、及びピンホール開口４０を包囲するコリメータ・アセンブリ１２の各辺に入射するガンマ線の割合等に影響を及ぼすことを認められよう。

図２によって示すように、コリメータ・アセンブリ１２の１又は複数のピンホール開口（ピンホール開口４０等）は、実質的に円形構成を有し得る。しかしながら、他の開口構成が適当である場合もある。例として述べると、コリメータ・アセンブリ１２は、実質的に多角形（例えば３辺、４辺、５辺及び６辺等）、又は実質的に曲線形（例えば楕円形及び円形等）である開口構成を有するものとして構成されてもよい。例として述べると、図４は、実質的に多角形構成、明確に述べると実質的に方形構成を有するコリメータ・アセンブリ１２のピンホール開口４０の遠近図を示す。当業者は、このピンホール構成が、画像再構成及び処理モジュール１８の性能への配慮を含めて所望の分解能、感度及び視野等に基づいて選択され得ることを認められよう。さらに、当業者は、開口構成を変化させると一般的には、ＳＰＥＣＴシステム１０の分解能、感度及び視野に影響を及ぼすことを認められよう。幾つかの実施形態では、ピンホール開口４０の１又は複数が、同じ回の走査中に、視野２６からの被検体の除去を行なわずに、感度対分解能曲線に沿った様々な点の選択を可能にする調節自在の開口を有し得る。加えて、ピンホール開口４０を包囲するコリメータ・アセンブリ１２の部分は、フォトン吸収性のコリメータ・アセンブリ１２の残部と同じ材料で構築されてもよいし異なる材料で構築されてもよい。

さらに、図３によって示すように、コリメータ・アセンブリ１２に設けられている１又は複数のピンホール開口（ピンホール開口４０等）は、鋭利なピンホール開口エッジを有していてよい。図示のように、傾斜付き区画４６は、ナイフ・エッジ構成を有するピンホール開口４０を画定している。当業者は、ピンホール開口のエッジ構成を変化させると一般的には、ＳＰＥＣＴシステム１０の分解能、感度及び視野に影響を及ぼすことを認められよう。実施形態の各例では、コリメータ・アセンブリ１２は、鋭利なピンホール開口エッジを有するものとして構成されてもよい（例えば図３のようなナイフ・エッジ）し、鈍角エッジを有するものとして構成されてもよい（例えば平らなエッジ又は丸いエッジ）。他のピンホール開口エッジ構成も適当である場合がある。当業者は、ピンホール開口エッジ構成が、画像再構成及び処理モジュール１８の性能への配慮を含めて所望の分解能、感度及び視野等に基づいて選択され得ることを認められよう。

次に、図５〜図７を参照すると、本発明の手法の一実施形態によるピンホール開口４０と検出器アセンブリ１４との間の焦点距離の調節が図示されている。図５では、ピンホール開口４０と検出器アセンブリ１４との間の焦点距離は、参照符号ｆ_１によって表わされている。図５〜図７に示すように、ピンホール開口４０と検出器アセンブリ１４との間の焦点距離は、ｆ_１からｆ_２まで増大させることもできるし、ｆ_１からｆ_３まで減少させることもできる。認められるように、焦点距離を増大させる（又は減少させる）と一般的には、検出器アセンブリ１４への対象４８の投影４９の寸法の対応する増大（又は減少）が生ずる。図５によれば、対象４８の拡大はなく、対象４８の投影４９は配向が反転している。図６によれば、焦点距離が増大すると、ピンホール開口４０が検出器アセンブリ１４から離隔するにつれて発生源の投影４９の対応する拡がり（拡大）が生ずる。図７によれば、焦点距離を減少させると、ピンホール開口４０が検出器アセンブリ１４に接近するにつれて発生源の投影４９の対応する減少（縮小）が生ずる。尚、この例の場合には、ガンマ線 ３０を発する発生源４８と検出器アセンブリ１４との間の対物距離は固定されており、Ｄ_{ｆｉｘｅｄ}として表わされていることを特記しておく。可変の対物距離を含む本発明の他の各実施形態については後に説明する。

認められるように、焦点距離を調節するために、ピンホール開口４０及び検出器アセンブリ１４は互いに対して移動され得る。例えば、焦点距離を減少させるために、検出器アセンブリ１４をピンホール開口４０に接近するように移動させてもよいし、又は反対にしてもよい。同様の態様で、焦点距離を増大させるために、検出器アセンブリ１４をピンホール開口４０から離隔するように移動させてもよいし、又は反対にしてもよい。上の議論は、焦点距離を調節するために検出器アセンブリ１４又はピンホール開口４０のいずれかの移動を記載しているが、当業者は、検出器アセンブリ１４及びピンホール開口４０の両方の移動を焦点距離調節に用いてよいことを認められよう。

前述のように、コリメータ・アセンブリ１２の１又は複数のピンホール開口と検出器アセンブリ１４との間の焦点距離を、例えばシステム分解能及び感度を変更するために調節することができる。対照的に、従来のイメージング・システムは典型的には、特定のコリメータ・アセンブリについて固定された焦点距離を有するように設計されており、時間の掛かるコリメータ交換を行なわずに焦点距離調節を実行することはできない。しかしながら、本発明の手法の各実施形態によれば、特定のコリメータ・アセンブリ１２と検出器アセンブリ１４との間の焦点距離を、コリメータ交換の必要なく調節することができる。実際に、実施形態の各例によれば、焦点距離は、コリメータ・アセンブリ１２の各々のピンホール開口毎に個別に又は一括で調節することができる。実施形態の各例では、焦点距離は、各々のピンホール開口について実質的に同じ画像拡大率（又は縮小率）を提供するように変更され得る。さらに、実施形態の各例では、焦点距離は、各々のピンホール開口毎の検出器面積の利用を最大化するように変更され得る。認められるように、焦点距離を増大させると一般的には、発生源４８とピンホール開口４０との間に距離の変化がない場合にはシステム分解能が高まる。反対に、焦点距離を減少させると一般的には、発生源４８とピンホール開口４０との間の距離に変化がない場合にはシステム分解能が低下する。

図８〜図１６は、ピンホール開口４０と検出器アセンブリ１４との間の焦点距離の調節についてのさらに他の三例を記述する。図８〜図１０に示すように、ピンホール開口４０と検出器アセンブリ１４との間の焦点距離を、対象４８からピンホール開口４０までの距離ｄ_{ｆｉｘｅｄ}を変化させずに、ｆ_１からｆ_２まで増大させることもできるしｆ_１からｆ_３まで減少させることもできる。前述のように、焦点距離を増大させる（又は減少させる）と一般的には、検出器アセンブリ１４への対象４８の投影４９の寸法の対応する増大（又は減少）が生ずる。図８は、対象４８の拡大はなく、発生源４８の投影４９の配向が反転していることを示す。図９は、検出器アセンブリ１４がピンホール開口４０から離隔するにつれて対象４８の投影４９が拡大している（例えば２倍）ことを示す。図１０は、検出器アセンブリ１４がピンホール開口４０へ向かって移動するにつれて検出器アセンブリ１４の平面において対象４８の投影４９が縮小している（例えば１／２倍）ことを示す。

図示の実施形態では、焦点距離を調節するときに対象４８から検出器アセンブリ１４までの対物距離が変化している。図示のように、焦点距離がｆ_１からｆ_２まで増大するときに対物距離はＤ_１からＤ_２まで増大し、焦点距離がｆ_１からｆ_３まで減少するときに対物距離はＤ_１からＤ_３まで減少する。対物距離と焦点距離との間の差は変化しない（Ｄ_１−ｆ_１＝Ｄ_２−ｆ_２＝Ｄ_３−ｆ_３）ので、対象４８からピンホール開口４０までの距離ｄ_{ｆｉｘｅｄ}も固定したままとなる。従って、感度は、画像分解能が変化しても一定に留まる。認められるように、感度を変化させずに画像分解能を変化させることは、例えば関心領域をスカウト撮影した後に、さらに高い分解能で関心領域のさらに微小な特徴に焦点を合わせるために用いることができる。例えば、このことは、癌転移の可能性の臨床スクリーニングに有用である場合がある。

図１１〜図１３に示すように、焦点距離を調節して、視野２６の寸法を変化させることもできる。図示の実施形態では、３種の異なる焦点距離ｆ_１、ｆ_２及びｆ_３に対応する３種の異なる視野２６寸法を示しており、視野２６の中心から検出器アセンブリ１４までの対物距離Ｄ_{ｆｉｘｅｄ}は固定されている。図１１は、焦点距離ｆ_１については視野２６における対象の拡大はないことを示している。図１２は、焦点距離ｆ_２についての視野２６における対象の拡大率（例えば２倍）を示している。図１３は、焦点距離ｆ_３についての縮小率（例えば１／２倍）を示している。対物距離と焦点距離との間の差が区々であるため、視野２６の中心からピンホール開口４０までの距離は、焦点距離を調節するのに伴って変化する。図示のように、焦点距離がｆ_１からｆ_２まで増大するときに、視野２６の中心からピンホール開口４０までの距離はｄ_１からｄ_２まで減少し、焦点距離がｆ_１からｆ_３まで減少するときに、距離はｄ_１からｄ_３まで増大する。従って、視野２６の中心からピンホール開口４０までの距離が減少するにつれて、感度は高まり、視野２６の寸法は減少し、視野２６の中心からピンホール開口４０までの距離が増大するにつれて、感度は減少し、視野２６の寸法は増大する。図１１〜図１３に示す実施形態は、例えば固定式検出器アセンブリ１４をガントリに有し、比較的低い分解能及び感度で比較的大きい関心領域をスカウト撮像した後に、比較的高い分解能及び感度で比較的小さい領域に焦点を合わせることが可能なイメージング・システムに組み入れることができる。

図１４〜図１６に示すように、焦点距離は、検出器アセンブリ１４から対象４８までの対物距離が変化するときに検出器アセンブリ１４の利用を最大化するように調節されることもできる。例として述べると、焦点距離は、検出器アセンブリ１４の有効感度面積を最大化する投影４９を作成するように調節され得る。図１４〜図１６は、対象４８から検出器アセンブリ１４までの３種の異なる対物距離Ｄ_１、Ｄ_２及びＤ_３を示す。図示のように、焦点距離は、対象４８の投影４９が、利用可能な検出器アセンブリ１４に適合して延在するように調節され得る。図１４は、焦点距離ｆ_１について検出器アセンブリを最大限に利用した物体４８の投影４９を示す。図１５及び図１６は、対象４８の投影４９がやはり検出器アセンブリ１４を最大限に利用するようにそれぞれ長く及び短く調節されている焦点距離ｆ_２及びｆ_３を示す。

有利な例として、本発明の手法の実施形態の各例を用いて、１又は複数のピンホール開口と検出器アセンブリ１４との間の焦点距離を検査中に調節してもよい。例えば、イメージング・システム１０に配置された被検体２８について焦点距離を個別に調節することが望ましい場合がある。実施形態の一例では、焦点距離は、各々のピンホール開口について実質的に同じ画像拡大率（又は縮小率）を提供するように調節され得る。例として述べると、被検体の心臓を撮像することが望ましい場合がある。認められるように、被検体の心臓は典型的には偏心して前方に位置するため、一般的には視野の中心には位置しない。従って、被検体の心臓からコリメータ・アセンブリ１２の各々のピンホール開口までの距離は区々となる。焦点距離が各々のピンホール開口について同じである場合には、以上のことから各々のピンホール開口毎に異なる拡大率（又は縮小率）が生ずる。しかしながら、各々のピンホール開口について実質的に同じ拡大率（又は縮小率）で心臓を撮像することが望ましい。本発明の手法の一実施形態によれば、１又は複数のピンホール開口と検出器アセンブリ１４との間の焦点距離は、心臓が各々のピンホール開口について実質的に同じ拡大率（又は縮小率）で撮像され得るように調節され得る。

図１７及び図１８は、本発明の手法の一実施形態による調節自在の焦点距離を備えたピンホール開口を具現化する一手法を示す。この実施形態の例では、少なくとも１個のピンホール開口４０を内部に有するピンホール・コリメータ５２と、検出器パネル５６とを含むピンホール検出器モジュール５０が図示されている。図示のように、ピンホール・コリメータ５２及び検出器パネル５６は、畳み込み式アセンブリ５８によって相互に接続され得る。例として述べると、畳み込み式アセンブリ５８は、蛇腹式アセンブリであってよい。実施形態の各例によれば、畳み込み式アセンブリ５８は、ピンホール開口４０と検出器パネル５６との間の焦点距離を調節するように構成され得る。

実施形態の一例では、畳み込み式アセンブリ５８は、検出器パネル５６とピンホール開口４０との間の焦点距離を調節するように畳み込み式となっている複数の区画（例えばパネル）を含んでいる。図示のように、畳み込み式アセンブリ５８は上部パネル６０を含んでいてよく、上部パネル６０は各々が検出器パネル５６に結合され得る。さらに、畳み込み式アセンブリ５８は底部パネル６４を含んでいてよく、底部パネル６４は各々がピンホール・コリメータ５２に結合され得る。上部パネル６０及び底部パネル６４は各々が、ピンホール開口４０を通過しないガンマ線から検出器を遮蔽するガンマ線吸収物質を含有している。さらに、上部パネル６０又は底部パネル６４のいずれか一方が、ピンホール検出器モジュール５０を圧縮（又は伸長）させ従って焦点距離調節を実行するように、焦点距離ｆ_４を変化させる方向に移動するように構成されるべきである。例として述べると、底部パネル６４が、移動方向に依存してピンホール検出器モジュールを圧縮（又は伸長）させるように上部パネル６０に摺動自在に接続され得る。図１７に示すように、畳み込み式アセンブリ５０が十分に伸長されると、検出器パネル５６及びピンホール開口４０は最大焦点距離ｆ_４を有する。認められるように、焦点距離は、図１７及び図１８に示すように、上部パネル６０及び底部パネル６４を圧縮することにより、最大焦点距離ｆ_４から減少した焦点距離ｆ_５まで減少され得る。

図１７及び図１８に示す実施形態の例では、検出器パネル５６は、一次元アレイ又は二次元アレイとして形成され得る１又は複数の固体検出器素子を含み得る。認められるように、平坦な検出器パネルを図示しているが、シンチレーション・アセンブリ及びＰＭＴ、又は他の光センサのような他の多くの適当な検出器アセンブリの任意のものをピンホール検出器モジュールに用いてよい。認められるように、曲線型検出器を用いてもよい。

次に、図１９を参照すると、本発明の手法の一実施形態によるピンホール検出器モジュール５０の切断図が示されている。一般的には、ピンホール検出器モジュール５０は、内部に少なくとも１個のピンホール開口４０を有するピンホール・コリメータ５２と、検出器パネル５６とを含むことができ、ピンホール開口４０から検出器パネル５６までの焦点距離は調節自在である。図示のように、ピンホール検出器モジュール５０はさらに、ピンホール・コリメータ５２に結合された底部パネル６４を含んでいる。底部パネル６４は、上部パネル６０に摺動自在に結合され得る。図示のように、上部パネル６０は、ピンホール検出器モジュール５０の端板６８に結合され得る。検出器パネル５６は、端板６８の内面（図示されていない）に装着され得る。前述のように、ピンホール検出器モジュール５０は、ピンホール・コリメータ５２又は検出器パネル５６の少なくとも一方の方向７０への移動によって焦点距離を調節するように構成され得る。

認められるように、例示的なイメージング・システム１０は、少なくとも部分的に被検体の周りに構成され得る複数のピンホール検出器モジュール５０を含み得る。図２０は、本発明の手法の一実施形態に従って少なくとも部分的に被検体（被検体断面７２として示す）の周りに構成された複数の検出器モジュール５０を含むイメージング・システム１０を示している。後に改めて詳述するように、各々のピンホール検出器モジュール５０におけるピンホール開口と検出器アセンブリとの間の焦点距離は、個別に調節自在であり得る。また、図２０には、当業者には認められるように支持アーム７４、支持台７６、標的器官７８及び被検体支持部２４も示されている。図２０には示していないが、各々のピンホール検出器モジュール５０は、図１に関して上で述べたように制御モジュール、画像再構成及び処理モジュール、操作者ワークステーション、画像表示ワークステーション、及び／又は遠隔画像表示ワークステーションのようなイメージング・システムの１又は複数の付加的な構成要素に結合され得る（例えば有線接続又は無線接続を介して）。

図２０に示すように、ピンホール検出器モジュール５０は、被検体断面７２の長手軸に全体的に垂直な平面に構成され得る。図示のように、ピンホール検出器モジュール５０は、全体的に円弧形の構成として構成され得る。図示の実施形態では、各々のピンホール検出器モジュール５０が、ピンホール検出器モジュール５０を望ましい撮像位置に支持する支持アーム７４に結合されている。認められるように、支持アーム７４は、ピンホール検出器モジュール５０を望ましい走査位置に支持する任意の適当な形状及び／又は設計のものであってよい。例えば、支持アーム７４は、ピンホール検出器モジュール５０を全体的に水平な位置に支持する全体的に円弧形のアームとして図示されている。図示の実施形態では、支持アーム７４は支持台７６に結合されている。一般的には、支持台７６は支持アーム７４を全体的に水平な位置に支持する。図２０に示す実施形態は、支持アーム７４がピンホール検出器モジュール５０を全体的に水平な位置に支持しており、被検体支持部２４が被検体を全体的に垂直な位置に支持していることを図示しているが、他の適当な構成が本発明の手法に包含される。例として述べると、被検体支持部２４は、被検体を全体的に水平な位置に又は他の場合には傾斜位置に支持することができ、支持アーム７４はピンホール検出器モジュール５０を被検体の長手軸に対して垂直な又は斜行した平面に支持することができる。

本発明の手法の実施形態の各例によれば、各々のピンホール検出器モジュール５０における１又は複数のピンホール開口４０と検出器アセンブリ５６との間の焦点距離は調節自在であり得る。ここで図２１を参照すると、ピンホール検出器モジュール５０及び支持アーム７４の断面図が、調節自在の焦点距離を説明するように掲げられている。図２１に示すように、各々のピンホール検出器モジュール５０は、少なくとも１個のピンホール開口４０と検出器パネル５６とを含み得る。各々のピンホール検出器モジュール５０は、ピンホール開口４０と検出器パネル５６との間に調節自在の焦点距離を有するように構成され得る。図示のように、ピンホール検出器モジュール５０の１個が焦点距離ｆ_６を有するように調節され、ピンホール検出器モジュール５０の他の１個も焦点距離ｆ_７を有するように調節され得る。他の各ピンホール検出器モジュール５０の焦点距離は、特定の応用について所望に応じて調節され得る。例えば、焦点距離は、ピンホール検出器モジュール５０の各々のピンホール開口４０について実質的に同じ画像拡大率（又は縮小率）を提供するように変化させられ得る。加えて、焦点距離は、各々のピンホール開口４０毎に検出器面積の利用を最大限にするように変化させられ得る。

また、図２１には、ピンホール検出器モジュール５０と支持アーム７４との間の接続が図示されている。実施形態の各例では、ピンホール検出器モジュール５０は、支持アーム７４に可動式で結合され得る。例として述べると、ピンホール検出器モジュール５０の１又は複数が、ピンホール検出器モジュール５０の患者断面７２に関する位置及び／又は配向を調節することを可能にするような態様で支持アーム７４に結合され得る。図示の実施形態では、ピンホール検出器モジュール５０は、回動自在に支持アーム７４に結合され得る。図示のように、各々のピンホール検出器モジュール５０が、支持アーム７４の対応する開口８２を貫通して延在する接続アーム８０を含み得る。対応する開口８２よりも大きい球８４が接続アーム８０の端部に配置されて、各々のピンホール検出器モジュール５０を支持アーム７４に接続することができる。認められるように、多様な他の手法がピンホール検出器モジュール５０を支持アーム７４に接続するのに適当であり得る。

上の議論は、調節自在の焦点距離を有するコリメータについて記載したが、ピンホール検出器モジュール５０の１又は複数が、本発明の手法の実施形態の各例に従って被検体２８に関して調節自在の配向を有するように構成され得る。各々のピンホール検出器モジュールの配向は、例えば撮像される被検体２８の所望の部分に基づいて調節され得る。このことは、例えば各々のピンホール検出器モジュール５０に関して中心に位置していない患者の心臓を撮像するときに望ましい。図２１に示すように、ピンホール検出器モジュール５０の各々が、患者断面７２に関して調節自在の配向を有する。従って、各々のピンホール検出器モジュール５０の配向は、視野（図２１ではガンマ線３０によって表わす）が標的器官７８を含むように調節され得る。

発明の幾つかの特徴のみについて本書に図示して記載したが、当業者には多くの改変及び変形が想到されよう。従って、特許請求の範囲は、発明の真意に含まれるような全ての改変及び変形を網羅するものとする。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。

本発明の手法の各実施形態による調節自在の焦点距離を有するコリメータ・アセンブリを含み得る例示的なＳＰＥＣＴシステムの図である。 本発明の手法の各実施形態によるピンホール開口を示すコリメータ・アセンブリの部分の図である。 本発明の手法の各実施形態によるピンホール開口を示すコリメータ・アセンブリの部分の図である。 本発明の手法の各実施形態によるピンホール開口を示すコリメータ・アセンブリの部分の図である。 本発明の手法の各実施形態によるピンホール開口と検出器アセンブリとの間の焦点距離の調節を示す図である。 本発明の手法の各実施形態によるピンホール開口と検出器アセンブリとの間の焦点距離の調節を示す図である。 本発明の手法の各実施形態によるピンホール開口と検出器アセンブリとの間の焦点距離の調節を示す図である。 本発明の手法の各実施形態によるピンホール開口と検出器アセンブリとの間の焦点距離の調節を示す図である。 本発明の手法の各実施形態によるピンホール開口と検出器アセンブリとの間の焦点距離の調節を示す図である。 本発明の手法の各実施形態によるピンホール開口と検出器アセンブリとの間の焦点距離の調節を示す図である。 本発明の手法の各実施形態によるピンホール開口と検出器アセンブリとの間の焦点距離の調節を示す図である。 本発明の手法の各実施形態によるピンホール開口と検出器アセンブリとの間の焦点距離の調節を示す図である。 本発明の手法の各実施形態によるピンホール開口と検出器アセンブリとの間の焦点距離の調節を示す図である。 本発明の手法の各実施形態によるピンホール開口と検出器アセンブリとの間の焦点距離の調節を示す図である。 本発明の手法の各実施形態によるピンホール開口と検出器アセンブリとの間の焦点距離の調節を示す図である。 本発明の手法の各実施形態によるピンホール開口と検出器アセンブリとの間の焦点距離の調節を示す図である。 本発明の手法の各実施形態による調節自在の焦点距離を有するように構成されている例示的なピンホール検出器モジュールの断面図である。 本発明の手法の各実施形態による調節自在の焦点距離を有するように構成されている例示的なピンホール検出器モジュールの断面図である。 本発明の手法の各実施形態による調節自在の焦点距離を示す図１７〜図１８のモジュールに類似したピンホール検出器モジュールの切断遠近図である。 患者断面の周囲に配置された図１７〜図１９のピンホール検出器モジュールに類似した複数のピンホール検出器モジュールの図である。 患者断面の周囲に配置された図１７〜図１９のピンホール検出器モジュールに類似した複数のピンホール検出器モジュールの図である。

符号の説明

１０ ＳＰＥＣＴシステム
１２ コリメータ・アセンブリ
１４ 検出器アセンブリ
１６ 制御モジュール
１８ 画像再構成及び処理モジュール
２０ 操作者ワークステーション
２２ 画像表示ワークステーション
２４ 被検体支持部
２６ 視野
２８ 被検体
３０ ガンマ線
３２ モータ制御器
３４ データ取得モジュール
３６ 遠隔画像表示ワークステーション
３８ インターネット
４０ ピンホール開口
４２ 内面
４４ 外面
４６ 傾斜付き区画
４８ 発生源
５０ ピンホール検出器モジュール
５２ ピンホール・コリメータ
５６ 検出器パネル
５８ 畳み込み式アセンブリ
６０ 上部パネル
６４ 底部パネル
６８ 端板
７０ 軸方向
７２ 被検体断面
７４ 支持アーム
７６ 支持台
７８ 標的器官
８０ 接続アーム
８２ 対応する開口
８４ 球

Claims (10)

1. １又は複数の開口（４０）を内部に有するコリメータ・アセンブリ（１２）と、
   前記１又は複数の開口（４０）を通過したガンマ線（３０）に応答して１又は複数の信号を発生するように構成されている検出器アセンブリ（１４）と
   を備えたイメージング・システム（１０）であって、
   前記１又は複数の開口（４０）の少なくとも１個が調節自在の焦点距離を有するように構成されているイメージング・システム（１０）。
2. 前記コリメータ・アセンブリ（１２）は複数の前記開口（４０）を有し、該複数の開口（４０）の２以上が独立に調節自在の焦点距離を有する、請求項１に記載のイメージング・システム（１０）。
3. 前記１又は複数のピンホール開口（４０）の前記少なくとも１個の前記焦点距離を調節する手段を含んでいる請求項１に記載のイメージング・システム（１０）。
4. 前記１又は複数の信号を受けて、該１又は複数の信号を処理して１又は複数の画像を形成するように構成されているモジュール（１８）と、
   前記１又は複数の画像を表示するように構成されている画像表示ワークステーション（２２）と
   を含んでいる請求項１に記載のイメージング・システム（１０）。
5. １又は複数のピンホール開口（４０）を内部に有するコリメータ（５２）を各々が含んでいる１又は複数のピンホール検出器モジュール（５０）であって、
   該ピンホール検出器モジュール（５０）の少なくとも１個は、当該それぞれのピンホール検出器モジュール（５０）の前記１又は複数のピンホール開口（４０）の少なくとも１個が調節自在の焦点距離を有するように構成されている、１又は複数のピンホール検出器モジュール（５０）と、
   前記１又は複数のピンホール開口（４０）を通過したガンマ線（３０）に応答して１又は複数の信号を発生するように構成されている検出器アセンブリ（５６）と
   を備えたイメージング・システム（１０）。
6. 容積の周囲に配列された複数の前記ピンホール検出器モジュール（５０）を含んでおり、該ピンホール検出器モジュール（５０）の２以上が独立に調節自在の焦点距離を有するように構成されている、請求項５に記載のイメージング・システム（１０）。
7. 各々のピンホール検出器モジュール（５０）に結合された支持アーム（７４）を含んでいる請求項６に記載のイメージング・システム（１０）。
8. 前記ピンホール検出器モジュール（５０）の少なくとも１個が、前記支持アーム（７４）に回動自在に結合されている、請求項７に記載のイメージング・システム（１０）。
9. 前記ピンホール検出器モジュール（５０）の少なくとも１個が、前記容積に関して調節自在の配向を有するように構成されている、請求項６に記載のイメージング・システム（１０）。
10. 各々のピンホール検出器モジュール（５０）が、前記コリメータ及び前記検出器パネル（５６）を相互に接続する複数のパネル（６０、６４）を含んでいる、請求項５に記載のイメージング・システム（１０）。

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