JP2015501924A - 全身ｓｐｅｃｔシステム - Google Patents

Abstract

全身ＳＰＥＣＴシステムは、患者支持体と放射線検出器の複数のリングを含む静的ガントリとを有する。患者支持体は、患者を支持し、静的ガントリを通して軸方向に患者を動かす。複数の検出器に接続される１つまたは複数のプロセッサが、放射線検出器内のガンマ光子の衝突を記録し、ガンマ光子の記録された衝突を、全身画像に再構成する。

Description

本願発明は、一般的に、核医学画像化に関する。本願発明は、特に、全身単一光子放出型コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）と共に特に応用され、それを参照して説明される。しかしながら、本願発明は、他の使用シナリオにおいても応用され、上記の用途に必ずしも限定されないことを理解されたい。

全身ＳＰＥＣＴは、放射性トレーサが患者に投与される核画像化技法である。放射性トレーサは、典型的には、身体の目標区域で吸収される、グルコースなどの生物学的物質と結合した放射性同位体を含む。目標区域としては、癌の病変部、特定の組織などが挙げられる。放射性トレーサが崩壊すると、放射性トレーサによりガンマ光子が放出され、放出されたガンマ光子がカメラによって記録される。カメラによって記録されるデータは、体内の任意の病変部を示す患者の画像を再構成するために使用される。

全身から放出されるガンマ光子を記録するために、アンガーまたはガンマ線カメラが、典型的には回転ガントリに固定される。かさばり重いカメラが、患者の周りで回転または移動して、ガンマ光子を記録する。３２箇所の異なる角度の等間隔で離間した位置で割り出される２つのカメラが、良好な解像度画像を提供する。アクティブなカメラまたは検出器の区域の軸方向の長さは限定される。身体の全体を画像化するのに５つもの異なる軸方向位置が必要である。５つの軸方向位置のそれぞれについて３２箇所の位置に回転することにより、身体の全体を記録するため移動が多くなり、全体的な期間が長くなる。身体の全体を記録するための典型的な全体的な期間は、２０〜３０分以上である。大きく重い高価なガントリが採用され、鉛で覆われたカメラを正確な位置に動かして保持し、位置の全てについて正確な割出しを可能にする。

本願発明は、上に言及した事項に対処する、新規の改良された全身ＳＰＥＣＴシステムなどを開示する。

一態様によれば、全身ＳＰＥＣＴシステムは、患者支持体と患者支持体の周りに円周方向に配置される複数の放射線検出器を有するガントリとを含む。患者支持体は、患者を支持し、静的ガントリを通して軸方向に患者を動かす。複数の検出器に接続される１つまたは複数のプロセッサが、放射線検出器内のガンマ光子の衝突を記録し、ガンマ光子の記録された衝突を、ＳＰＥＣＴ画像に再構成する。

別の態様によれば、全身核画像化システムは、患者支持体と、ガントリと、１つまたは複数のプロセッサとを含む。患者支持体は、患者を支持する。ガントリは、患者支持体の周りに円周方向に配置される放射線検出器の複数のリングを含む。患者支持体およびガントリは、軸方向に互いに対して移動可能である。放射線検出器は、患者支持体により支持される患者から放出されるガンマ線放射を検出する。１つまたは複数のプロセッサは、複数の放射線検出器に接続され、検出されるガンマ線放射を全身画像に再構成する。

別の態様によれば、全身核画像化方法は、患者に放射性トレーサを投与するステップの後に、ガンマ光子検出器の円周方向の配置を含む静的ガントリを通して、患者を軸方向に進めるステップを含む。ガンマ光子の衝突は、静的ガントリの各検出器に記録される。患者を進めるステップ、およびガンマ光子の衝突を記録するステップは、患者が静的ガントリを通って進むステップが完了するまで継続される。全身画像は、記録されたガンマ光子の衝突から再構成される。

本願発明の１つの利点は、コスト削減である。

本願発明の別の利点は、全身画像について９分の１と同程度、２〜３分に画像化時間が短縮されることにある。

本願発明の別の利点は、個々のカメラを超える、放射線検出器の固定されたアレイによって提供される並列性にある。

本願発明の別の利点は、カメラの回転運動をなくすことにある。

本願発明の別の利点は、回転ガントリをなくすことで、機械的な複雑さを減らすことにある。

本願発明の別の利点は、検出器がオーバーラップすることであり、このことによって効率が増し、患者による減衰を相殺する。

本願発明のさらに別の利点は、以下の詳細な説明を読み、理解すれば、当業者には理解されよう。発明は、様々な構成要素および構成要素の構成、ならびに様々なステップおよびステップの構成の形をとることができる。図面は、好ましい実施形態を説明するためだけのものであり、発明を限定するものと解釈されるべきではない。

静的ガントリを有する全身ＳＰＥＣＴ画像化システムの実施形態を模式的に示す図である。 ３リング構成の放射線検出器を有するガントリの一実施形態を模式的に示す図である。 ３リング構成の放射線検出器を有するガントリの別の実施形態を模式的に示す図である。 放射線検出器の様々な実施形態を示す図である。 スリット−スラット・コリメータを使用する１つの放射線検出器の実施形態を概略的に示す図である。 複数のスリットおよび共通のスラットを有する放射線検出器の実施形態を概略的に示す図である。 全身ＳＰＥＣＴシステムの実施形態を使用する１つの方法の流れ図である。

図１を参照すると、静的ガントリ１２を有する全身ＳＰＥＣＴ画像化システム１０の実施形態が模式的に示される。患者支持体１４は、プラットフォーム１６上に取り付けられ、そのため、患者支持体が軸方向１８に動き、静的ガントリ１２を通して患者を動かす。患者支持体１４は、一定の軸方向運動で動く。しかし、患者をステップ移動させることも意図される。プラットフォーム１６は、任意選択で、上下運動を提供し、患者支持体１４への、より容易な患者のローディングまたはアクセスをサポートすることもできる。代替実施形態は、患者支持体を静的に保持し、ガントリを患者の長さ軸方向に動かす。

静的ガントリ１２は、患者支持体１４の周りに放射線検出器の１つまたは複数のリングを含む。ガントリは、患者支持体の動作部の下で、患者支持体と交差する。広い横方向の開口を有する楕円形状が、身体の輪郭に従って、体重のある患者に適応する。一実施形態では、リングは、６２ｃｍの幅および４６ｃｍの高さであり、患者とガントリとの間に５ｃｍの「立ち入り禁止」領域または空間領域を含む。ガントリ１２は、円形などの他の形状も有することができる。ガントリは、個別の検出器を追加することおよび取り外すことのいずれかにより、またはガントリの寸法を増やして検出器の疎な配置を持たせることにより調整可能にすることもできる。

データ取得プロセッサ２０が放射線検出器に接続され、複数の放射線検出器からの信号を受信して、データメモリー２２に記録する。放射線検出器は、患者が患者支持体により静的ガントリ１２内の楕円または円形の開口を通って動かされるにつれて、検出器、検出器の位置、患者の軸方向位置、および検出器に衝突した各ガンマ光子のエネルギーを記録する。再構成プロセッサ２４がデータを３Ｄ全身画像に再構成し、映像およびアーカイブ通信システム（ＰＡＣＳ）を使用して、医療記録データベース２６などのメモリに画像を記憶する。代替実施形態では、放射線検出器は、取得プロセッサ２０と無線で通信する。

画像化ワークステーション３０は、ローカルまたはリモートであってよいが、医療記録データベース２６とハードワイヤードされ、または無線通信する。画像化ワークステーション３０は、プロセッサおよびメモリ３２と、表示デバイス３４と、キーボード、マウス、またはマイクロフォンなど少なくとも１つの入力デバイス３６とを含む。ワークステーションは、基礎となる画像データの画像を取り出し、さらなる画像処理を実施し、画像の全てまたは選択された部分を表示するなどを行う。

図２は、放射線検出器４２の３つのリング４０ａ、４０ｂ、４０ｃを有するガントリ１２の、一実施形態を模式的に示す。より多数のリング、およびより少数のリングも意図される。複数の放射線検出器４２が、例えば各リングに５２個の検出器が配設されて、構成されうる。各検出器は、３２×３２ｍｍなど固定サイズなどのモジュール式であり、リングの幾何学的中心に例えば９０°の所定の角度で面することができる。実施形態は、各リング内に体軸横断面内で異なるように傾いた放射線検出器を有する、３つのリングを含む。一実施形態では、放射線検出器は、スリット−スラット・コリメータを含む。スリット４４は、約７０度の開口角に制限され、各放射線検出器の軸方向１８に延在し、患者支持体に面する。放射線検出器は、患者と検出器との間に例えば５ｃｍの立ち入り禁止領域を残して、システムの効率および空間解像度のために、できるだけ患者の近くに位置決めされる。開口をより大きくするのは、縁部の貫通が増加すること、および平坦な検出器内の相互作用深度効果のため、実用的ではない。スリット４４が患者の近くに位置決めされるので、２つ以上の放射線検出器４２の角度が使用されて、患者の全断面図を提供する。複数の角度を提供するために、放射線検出器の複数のリングが使用される。各リング内の放射線検出器の角度は傾けられ、ガントリ内の各径方向位置内から見た、完全な断面図を提供する。検出器は、図２に示されるように円周方向に位置合わせされてよく、または図３に示されるように、例えば検出器の１／３だけ円周方向にオフセットされてよい。

図４を参照すると、放射線検出器の様々な実施形態が示される。放射線検出器４２は、異なるタイプのコリメータで構成することができる。一実施形態は、スリット４４が平行スラット４８と対になる、スリット−スラット・コリメータ４６構成を含む。代替実施形態では、スリットが、発散スラット４８、単一ピンホール・コリメータ５４、マルチピンホール・コリメータ５６などと対になるファン・スリット・コリメータ５０を含む。

図５を参照すると、１つの放射線検出器４２の一実施形態は、スリット−スラット・コリメータ４６を使用する。鉛またはタングステンなど、強く放射線を吸収する金属のシート６０が患者に面する。シート６０内に、開口が形成され、スリット４４を規定する。面するシートに垂直に、体軸横断方向に延在する、強く放射線を吸収する金属の平行スラット４８がある。面するシート６０と対向するスラットの縁部に、ガンマ光子検出器７０がある。一実施形態では、検出器は、１つまたは複数のシンチレーション結晶７２、および（アナログまたはデジタルの）シリコン光電子増倍器（ＳｉＰＭ）、アバランシェ型フォトダイオード（ＡＰＤ）、フォトダイオード、固体ダイオードなどの、光センサのアレイ７４を含む。シンチレータ７２は、単一のシートであってよく、または画素化されてよい。画素化される場合、個別の結晶は、１：４、１：１、疎なレイアウト、オフセットなどといった、様々な構成で光検出器と結合されてよい。ガンマ光子が衝突すると結晶が光を生成し、光センサが光のシンチレーションを受け取り、各シンチレーションの位置およびエネルギーを示す電気信号を生成する。別の実施形態では、シンチレータは除かれ、光検出器は、受け取った放射線を直接信号に変換する、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）検出器などの固体検出器で置き換えられる。ガンマ光子検出器は、１×４ｍｍなどのサイズのアレイに構成することができる。アレイは、３２行の８個の１×４ｍｍアレイ、すなわち合計面積３２×３２ｍｍを含む矩形の配置などのタイルにグループ化することができる。

説明されている実施形態では、スリット開口８０の最大画角は、７０度である。患者の軸に平行な軸に沿った、方向８２、８４のいずれかの放射線検出器の傾きで、患者の完全な断面が放射線検出器の各組から見られる。放射線検出器の組は、同じ径方向位置とは異なるように傾いた、隣接するリング内の隣接する検出器を含む。放射線検出器間のこのオーバーラップは、患者による減衰の効果を相殺し、身体の中心で６０％高い効率をもたらす。より高い効率によって、患者の身体の内部におけるより良好な画像品質がもたらされる。大柄の患者の最大視野の外側の領域が放射線検出器で見えないように、範囲内のオーバーラップが最適化される。代替実施形態では、各径方向位置から視野を掃引するように前後に機械的に回転し、完全な断面カバレージを提供する、検出器の単一のリングを使用することができる。検出器が患者の身体の表面に近いほど、効率が高くなり、結果として得られる画像の品質が高くなる。しかし、患者の体が検出器に対して軸方向に動き、検出器が最大開口を含む各スリット開口を通して体を見るので、放射線検出器と患者の体との間に空間が必要である。患者の体と検出器のリングとの間の立ち入り禁止領域または空間は、最適なバランスを提供する。

３リング検出器配置の一実施形態の特徴と、６リング検出器配置の一実施形態の特徴との比較が、以下の表に、ＢｒｉｇｈｔＶｉｅｗシステムからの低エネルギー高解像度（ＬＥＨＲ）検出器と共に示される。

６リングシステムの感度は、３リングシステムの感度の倍であり、それぞれが、６１２および３０６である。３リングシステムの感度は、ＬＥＨＲ検出器よりもわずかに低い。解像度は、２つのリングシステム間で一定であり、ＬＥＨＲ検出器よりもわずかに低い。６リングシステム用のアクティブな検出器の区域は、３リングシステムの区域の倍であるが、ＬＥＨＲ検出器のアクティブな検出器の区域よりも、依然として小さい。

全身ボリューム画像は、平面画像のスタックとして構築することができる。平面画像は、ボリュームデータの、任意の角度および任意の選択された部分から取得することができる。検知能力は、病変部の視点におけるボリュームのスライスを通して移動する機能によって、従来型の平面画像化よりも改善される。

検知能力は、ローズ（Ｒｏｓｅ）基準による、対照対ノイズ比（ＣＮＲ）によって規定される。ＣＮＲは、病変部と病変部の面積にわたって積分されたバックグラウンド信号との差を、同等の面積にわたり積分されたバックグラウンドノイズで割り算したものとして規定される。

例では、４００ｍｍ径の円筒形本体、１６ｍｍ径の病変部、および中央にコントラストＣ_０を使用する。４ｍｍサイズのボクセル単位で与えられる半径は、バックグラウンド半径が、ｒ_ｂ＝５０であり、病変部半径がｒ_ｌ＝２である。身体の理論的なカットアウト体軸横断スライスのＣＮＲは、

であり、上式で、Ａ_ｂはバックグラウンド活性、Ｔは総画像化時間、Ｅはシステム効率である。フィルターバックプロジェクション用に導出される解析モデルおよび線形補間を用いたハン（Ｈａｎｎ）フィルタ用のＱ＝０．０５６を使用して、ＣＮＲが、平面画像化および再構成スライス用に計算される。統計的再構成でノイズがより低くなるように調整するために、ルート２分の１（１／√２）が含まれ、これが１／√Ｑを６分の１（１／６）で置き換える。ＣＮＲは、平面画像（ＣＮＲ_ｐ）、再構成された中心スライス（ＣＮＲ_ｒ）、あるボリュームで合計された全てのスライス（ＣＮＲ_ｖ）、および病変部のボリューム（ＣＮＲ_ｌ）を使用して、互いに対して計算されて示される。

実施例は、単一のスライス用のＣＮＲ（ＣＮＲ_ｒ）、または（０．２７，０．６）の間隔での複数のスライス用のＣＮＲが、平面画像化（ＣＮＲ_ｐ）よりも良好であることを示す。病変部のボリュームの例を平面画像と比較すると、０．８／０．２７すなわち約３倍のＣＮＲとなり、このことは、９分の１に画像化時間を短縮するために使用することができる。９分の１に画像化時間を短縮することによって、全体の画像時間を２０分以上から約２〜３分に短縮することができる。

図６は、共通のスラット４８を有する複数のスリット４４を有する放射線検出器の実施形態を概略的に示す。ＳｉＰＭタイルなどの、複数の矩形のガンマ光子検出器７４が、各スリットに近接して位置決めされる。

図７を参照すると、全身ＳＰＥＣＴシステムの実施形態を使用する１つの方法が流れ図で示されている。患者は、患者支持体１４上にロードされ、放射性トレーサの手順にしたがって、放射性トレーサを投与される。ステップ９０で、患者は、静的ガントリ１２内の開口を通って軸方向１８に進められる。ステップ９２で、患者が視野を通過するにつれて、検出器、検出器の位置、患者の位置、および各ガンマ光子の衝突のエネルギー・レベルが記録される。静的ガントリ内の全ての放射線検出器を使用して、ガントリ内の検出器が動くことなく、患者の全体の断面が記録される。プロセスは、患者が静的ガントリを通って進むステップが完全に完了するまで、ステップ９４で継続する。ステップ９６で、記録されたガンマ線衝突データを使用して、全身画像が再構成される。ボリューム画像が、医療記録データベース２６に記憶される。ワークステーション３０を使用して、全身画像または平面画像、表面のレンダリングなどといった画像の一部を表示する。複数の角度のうちのいずれかからの、傾斜スライスを提示することができる。

記載した方法は、物理メモリなどのコンピュータ可読記憶媒体上に符号化された、１つまたは複数のコンピュータ可読命令を実行する１つまたは複数のプロセッサを使用して実装することができ、このことによって、１つまたは複数のプロセッサに命令を行わせる。追加または代替として、１つまたは複数のプロセッサは、信号または搬送波などの一時的な媒体により伝送される命令を実行することができる。

好ましい実施形態を参照して発明が記載されてきた。上記の詳細な説明を読み、理解すると、変形および代替を他者が想起することができる。変形および代替が添付の請求項またはその均等物の範囲内に入る限り、全てのそのような変形および代替を含むように発明が構成されることが意図されている。

Claims (20)

1. 患者を受け入れて、前記患者を軸方向に移動する、患者支持体と、
   前記患者支持体の周りに円周方向に配置される複数の放射線検出器を含む、ガントリと、
   前記複数の検出器に接続される１つまたは複数のプロセッサであり、前記放射線検出器内のガンマ光子の衝突を記録し、前記ガンマ光子の前記記録された衝突をＳＰＥＣＴ画像に再構成する１つまたは複数のプロセッサと、
   を備える、
   ことを特徴とする全身核画像化システム。
2. 前記患者支持体および前記ガントリは、連続した相対運動を受ける、
   請求項１に記載の全身核画像化システム。
3. 前記静的ガントリは、放射線検出器の少なくとも１つのリングを含む、
   請求項１または２に記載の全身核画像化システム。
4. 放射線検出器の前記少なくとも１つのリングは、円形のリングおよび楕円形のリングのうちの少なくとも１つを含む、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の全身核画像化システム。
5. 前記複数の放射線検出器は、
   スリット−スラット・コリメータ、
   ファン・スリット・コリメータ、
   ピンホール・コリメータ、
   マルチピンホール・コリメータ、
   のうちの少なくとも１つを含む、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の全身核画像化システム。
6. 前記放射線検出器は、
   強く放射線を吸収する材料のシートにおける少なくとも１つのスリット開口であり、前記シートの表面の１つの側が前記患者支持体に対面しており、前記軸方向において開口しているスリット開口と、
   強く放射線を吸収する材料の複数の平行スラットであり、体軸横断方向に配向され、前記少なくとも１つのスリットに垂直である、複数の平行スラットと、
   前記シートに平行であり、かつ、前記スラットに垂直である平面内における検出器のアレイと、
   を含む、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載の全身核画像化システム。
7. 前記強く放射線を吸収する材料は、鉛およびタングステンのうちの少なくとも１つを含む、
   請求項６に記載の全身核画像化システム。
8. 前記ガントリは、放射線検出器の複数のリングを含み、
   各リングの前記放射線検出器は、体軸横断面内で異なるように傾いている、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の全身核画像化システム。
9. 前記ガントリの前記放射線検出器は、体軸横断面に対して掃引する、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載の全身核画像化システム。
10. 前記放射線検出器は、少なくとも１つのシンチレータおよびシリコン光電子増倍器のアレイを含む、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の全身核画像化システム。
11. 前記放射線検出器は、テルル化カドミウム亜鉛（ＣＺＴ）検出器といった固体検出器のアレイを含む、
    請求項１乃至９のいずれか一項に記載の全身核画像化システム。
12. 前記ガントリのサイズは、調整可能である、
    請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の全身核画像化システム。
13. 前記ガントリは、放射線検出器の少なくとも２つのリングを含む、
    請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の全身核画像化システム。
14. 前記ガントリは、放射線検出器の複数のリングを含み、
    各リング内の前記検出器は、他のリング内の前記検出器から円周方向にオフセットされている、
    請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の全身核画像化システム。
15. 患者を支持する、患者支持体と、
    前記患者支持体の周りに円周方向に配置されたスリット−スラット放射線検出器の複数のリングを含むガントリであり、前記放射線検出器が前記患者支持体によって支持された前記患者から放出されるガンマ線放射を検出するガントリと、
    前記複数の放射線検出器に接続され、前記検出されたガンマ線放射を画像に再構成する１つまたは複数のプロセッサと、
    を備える、
    ことを特徴とする全身核画像化システム。
16. 前記患者支持体および前記ガントリは、軸方向において互いに相対的に移動可能である、
    請求項１５に記載の全身核画像化システム。
17. （ａ）患者を軸方向に、かつ、円周方向に配置されたガンマ光子検出器を含むガントリを軸方向に、互いに相対的に移動するステップと、
    （ｂ）前記ガントリの各検出器におけるガンマ光子の衝突を記録するステップと、
    （ｃ）前記患者が前記ガントリを通り抜けるまで、前記ステップ（ａ）から（ｂ）を継続するステップと、
    前記記録されたガンマ光子の衝突から、全身画像を再構成するステップと、
    を含む、
    ことを特徴とする全身核画像化方法。
18. 前記患者を移動するステップは、前記患者を継続的に前進させるステップを含む、
    請求項１７に記載の全身核画像化方法。
19. 前記放射線検出器は、スリット−スラット・コリメータを含む、
    請求項１７または１８に記載の全身核画像化方法。
20. 前記ガントリは、検出器の複数のリングを含み、
    前記リングのうちの１つにおける前記検出器は、別のリングにおける検出器から体軸横断面内において角度オフセットされている、
    請求項１７乃至１９のいずれか一項に記載の全身核画像化方法。

Images