JP5792075B2 - ビッグボアｐｅｔ／ｍｒｉシステム - Google Patents

Description

本出願は、医用画像技術に関する。本出願は特に、ハイブリッド型の磁気共鳴（ＭＲ）及び陽電子放射断層（ＰＥＴ）撮像システムに関し、これを特に参照して説明する。以下のことは広く一般に、単一光子放射断層撮影（ＳＰＥＣＴ）又はＰＥＴ及びＭＲデータの同時取得又は順次取得が可能である画像診断システムに関する。

ＰＥＴにおいて、撮像する被験者に放射性医薬品が投与され、この被験者の体内において、放射性医薬品の放射性崩壊事象が陽電子を生成する。各陽電子は１つの電子と相互作用し、２つの逆方向性のγ線を放射する陽電子−電子消滅事象を生じさせる。同時検出回路を使用すると、撮像する被験者を取り囲む放射線検出器の環状のアレイは、前記陽電子−電子消滅に対応する同時の逆方向性のγ線の事象を検出する。これら２つの同時検出を繋げるＬＯＲ(line of response)は、この陽電子−電子消滅の事象の位置を含んでいる。このようなＬＯＲは、投影データに類似し、２次元又は３次元画像を生成するために再構成されることができる。ＴＯＦ(time-of-flight)−ＰＥＴにおいて、２つの同時のγ線の事象の検出の間にあるわずかな時間差は、ＬＯＲに沿った前記消滅事象を位置特定するのに使用される。ＤＯＩ(depth-of-interaction)−ＰＥＴにおいて、マルチレイヤ式のＰＥＴ検出器は、シンチレーション結晶内にあるγ光子の深さを決めることができる。

磁気共鳴撮像（ＭＲＩ)において、検査すべき身体組織の核スピンは、静止主磁場Ｂ_０により整列され、無線周波数（ＲＦ）帯域で発振する横方向磁場Ｂ_１によって励起される。結果生じる緩和信号が勾配磁場に曝され、得られる共鳴の位置を特定する。これら緩和信号が受信され、既知の方法で１次元又は多次元画像に再構成される。

ハイブリッド型のＰＥＴ／ＭＲ撮像システムは、正確な同時取得を提供し、解剖学的画像と生化学又は代謝画像との間にある隔たりを埋めることを請け負う。初期の試作品は、光電子増倍管（ＰＭＴ）をＭＲシステムの磁場から隔離するために、このＭＲシステムの外側を走る長い光ファイバ束に結合されるシンチレータ結晶を使用する（発明者Hummerによる米国特許番号US4,939,464）。この長い光ファイバは、シンチレーション光の損失となり、分解能及び結晶の同定に影響を与えることになり、それ故に貧弱な性能にさせることになる。ＰＭＴは、分割した磁石の設計として知られる静的磁石内に後で組み込まれる。これらシステムは、高価な磁石の設計に依存し、分極する及び読み取られた場がオフに切り替わったとき、小さい時間フレーム内でＰＥＴ撮像を可能にする。

磁場を感じない個体の光検出器は、多数の潜在的な単一ガントリの設計を提供する。ガイガーモード(Geiger mode)で動作するアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）からなるシリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）は、高速性能、高分解能、高利得、優れたＳＮ比（ＳＮＲ）及び必要な回路の減少を提案する。

ある形式のＰＥＴ／ＭＲスキャナは、普通のＰＥＴ及びＭＲスキャナを並んで隣接する。ＰＥＴ回路がＭＲ場の外にある場合、前記２つのシステムは簡単に一体化されることができる。この構成の欠点は、ＰＥＴ及びＭＲＩデータが順次取得され、患者がスキャナの間を動かされることである。それ故に、画像品質及び画像の位置合わせに悪影響を及ぼす。長い取得時間は、特に造影剤に関するタイミングの問題を生じさせる。複合型ＰＥＴ／ＭＲスキャナにおいて、ＳｉＰＭベースのＰＥＴ検出器は、勾配コイルにおける中央の間隙に収容される。この設計において、漏れを抑えるために、ＭＲＩのＲＦコイルとＰＥＴ検出器との間にＲＦシールドが置かれる。ＲＦコイルと共に加えられたＲＦシールドは、実効ボア半径を約１０−１２ｃｍだけ減少させる。

本出願は、上述した問題及びその他を克服するハイブリッド型のＰＥＴ／ＭＲ撮像システムに新しい及び改善したＰＥＴ検出器並びにＲＦコイル配列を提供する。

ある態様によれば、複合型ＭＲ及び核撮像ユニットは、複合型ＭＲ及び核撮像システムで使用するために設けられる。各撮像ユニットは、核検出器モジュール及び共振器要素に隣接するＲＦスクリーンを収容するように構成される中空の共振器要素から構成される。この共振器要素は、磁気共鳴信号を送受信する、及び前記核検出器をＲＦ干渉から遮蔽するように構成される。

他の態様によれば、共振器要素の面が核検出器モジュールをＲＦ放射線から遮蔽する一方、γ放射線がこれら面の１つを通過し前記核検出器モジュールに進むことを可能にするように、核検出器モジュールの周りに中空の共振器要素を置くことを含む、複合型ＭＲ及び核撮像システムで使用するための複合型ＭＲ及び核撮像ユニットを作成するための方法が提供される。

ある利点は、ボアの直径が増大することである。

本発明のさらに他の利点は、以下の詳細な説明を読み、理解する際、当業者には明らかとなるだろう。

本発明は、様々な構成要素及びこれら構成要素の配列、並びに様々なステップ及びステップの配列の形式をとってもよい。図面は、好ましい実施例を説明することだけを目的とし、本発明を限定すると考えられるべきではない。

複合型ＰＥＴ／ＭＲシステムの概略図。 共振器要素内に収容される核検出器モジュールの断面図。 感度を向上するためにＲＦスクリーンから離間される共振器要素及び核検出器モジュールの概略図。 ＲＦスクリーンとのより近い間隔を可能にすると共に、より大きな共振器要素及び収容される核検出器モジュールを可能にする共振器要素並びにＲＦトラップの概略図。

図１を参照すると、磁気共鳴撮像及び放射線放出(emission radiation)撮像、例えばＰＥＴ又はＳＰＥＣＴが可能である画像診断システム１０は、検査領域１４に時間的に一様なＢ_０場を発生させる主磁石１２を含む。この主磁石は、環状又はボアタイプの磁石でもよい。主磁石に隣接して置かれる勾配磁場コイル１６は、Ｂ_０磁場に対し選択した軸に沿って磁場勾配を発生させるのに用いる。無線周波数（ＲＦ）コイル、例えば（そのうちの２つしか示されない）ＴＥＭ(transverse electromagnetic)共振器要素１８のリングは、検査領域を取り囲んでいる勾配コイル１６の間にある環状の窪みに置かれる。ＲＦ遮蔽又はスクリーン２２は、前記共振器要素と主磁石及び勾配コイルとの間に置かれる。

前記共振器要素１８は、これら共振器要素を３つの側面で取り囲むＲＦスクリーン２２と容量結合される。ＲＦスクリーンの主面(major face)は、前記主磁石に隣接すると共に、ボアの軸方向と平行に置かれる。ＲＦスクリーンの２つの副面(minor face)は、前記共振器要素の端部と一般に平行である。

図２を参照すると、共振器要素１８は各々、少なくとも１つのＰＥＴ検出器モジュール２４を収容している。これら共振器要素は、ＲＦ信号を送受信することが可能である導体として働くだけでなく、ＰＥＴ検出器をＲＦ及び勾配コイルの干渉から遮蔽するのにも適合するボックス形状をしている。検査領域１４に隣接する共振器要素の面２６は、導電性スクリーン若しくはメッシュ、銅の薄膜（例えば３５μｍ）等を含むが、それらに限定されない放射線透過性材料から構成される。共振器要素ボックスの他の面２８は、同じ導電性材料、銅箔の積層物及び鉛のようなγ線阻止材料等でもよい。ＰＥＴ検出器モジュール３４は、シンチレーション結晶３２からセンサタイル３６のアレイに光子を伝搬する光ガイド３４に光学結合されるシンチレーション結晶３２のアレイを含む。各センサタイルは通例、ガイガーモードのＡＰＤのアレイを各々が含んでいるＳｉＰＭのアレイを含む。これらセンサタイルは、デジタル化及び前処理する光子を検出する事象に関与する特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）３８に電子接続される。この回路は、放射線検出器モジュールの同定、ピクセルの同定、タイムスタンプ、光子計数、デジタルバイアス回路、デジタルトリガ回路及び読み取り回路並びにＴＯＦ及びＤＯＩ情報を用いてＰＥＴ撮像に使用される他の機能に関与する。シンチレータ結晶３２は、シンチレーションバーストの速い時間的崩壊を持つ誘発放射線に高い阻止能(stopping power)を供給するよう選択される。何らかの適切な材料は、ＬＳＯ、ＬＹＳＯ、ＭＬＳ、ＬＧＳＯ、ＬａＢｒ、ＣｓＩ（Ｔｉ）及びそれらの混合物を含む。他のシンチレータ材料が使用され得ることも分かるべきである。センサタイル３６は、高い利得及び安定性を持つ、並びに低コスト及び低い動作電圧となるように選択される。適切なセンサタイルは、アナログ又はデジタルのシリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）の両方を含む。

図１を再度参照すると、走査制御器４０は、選択した磁気共鳴撮像又は分光シーケンスに適切であるように、勾配コイル１６に選択した磁場勾配パルスを撮像領域に印加させる勾配制御器４２を制御する。この走査制御器４０は、ＴＥＭ共振器要素１８に磁気共鳴励起及びマニピュレーションＢ_１パルスを発生させるＲＦ送信器も制御する。走査制御器は、ＴＥＭ共鳴要素１８に接続されるＲＦ受信器４６も制御して、そこから磁気共鳴信号を受信する。受信器４６から受信したデータは、一時的にデータバッファ４８に記憶され、磁気共鳴データ処理器５０により処理される。この磁気共鳴データ処理器は、ＭＲ画像再構成、磁気共鳴分光等を含む、従来知られるような様々な機能を行うことができる。

走査制御器４０は、放射線検出のためのＰＥＴ検出器モジュール２４も制御する。放射線検出回路５２及びタイムスタンプ部５４は、ＡＳＩＣ３８が行わない検出及びタイムスタンプ機能を行う。同時検出器５６は、同時のペア及び各同時のペアにより規定されるＬＯＲを決定する。任意に、ＴＯＦ又はＤＯＩ処理器５８は、ＴＯＦ又はＤＯＩ情報を抽出する。再構成処理器６０は、ＬＯＲを再構成してＰＥＴ画像表示にする。

再構成した磁気共鳴画像、分光読み取り値、及び他の処理したＭＲデータは、融合処理器(fusion processor)６２により、多数の選択可能な方法の何れかで組み合わせられ、ＭＲ、ＰＥＴ及び組み合わせた又は融合した画像は、グラフィックユーザインタフェース（ＧＵＩ)６４上に表示される。このＧＵＩ６４は、臨床医が走査制御器４０を制御して、走査シーケンス及びプロトコル、融合した画像の組み合わせ等を選択するのに使用することができるユーザ入力装置も含んでいる。

図３を参照すると、勾配コイル１６の間にあり、主磁石１２及び検査領域１４に隣接して置かれるＴＥＭ要素１８の拡大断面図が詳細に示される。各要素１８をＲＦスクリーン２２と結合する共振コンデンサ７０は、前記ＴＥＭ要素、まとめるとＴＥＭコイルの共振周波数に同調される。ＳＮ比を改善するために、各々のＴＥＭ要素とＲＦスクリーンとの間の間隔は、検査領域１４に隣接するＴＥＭ要素の面、特に面２６に沿って、経路７２上に電流を流させることにより、感度を最大限に改善する。ＴＥＭ要素の他の面２８は、前記面２６に電流を流させるために高いオーム抵抗を持つように設計される。この配列は、ＴＥＭ要素１８とＲＦスクリーン２２との間に自由空間(field free region)を作り、給電ライン７４が共振器要素に及び共振器要素からＲＦ通信信号を、ＰＥＴ検出器からＰＥＴ信号を、並びにＲＦ及び勾配場から干渉又は結合することなく、ＰＥＴ検出器に冷気を送ることを可能にする。

図４を参照すると、別の構成は、追加のＰＥＴ検出器モジュール又はＰＥＴ向け回路を収容することができる、より大きな実効共振器要素ボックスの体積を含む。上述したように、感度及びＳＮ比は、共振器要素１８とＲＦスクリーン２２との間の間隔に直に関係する。図３の実施例のより大きな間隙Ｇ１よりも、より小さい間隙Ｇ２は、少なくとも１つの四分の一波長共振器８０、例えばバズーカバラン(bazooka balun)を共振器要素に加えることにより、感度を依然として維持する又は改善することができる。この四分の一波長共振器は、前記共振器ボックスの底又は側面上にある不要な電流を捕まえる。結果として、共振器ボックスの電流は、検査領域に隣接する面２６に流される。

本発明は、好ましい実施例を参照して説明している。上記詳細な説明を読み、理解する際、他の者に修正及び代替案が思い浮かぶことがある。本発明は、上記修正及び代替案が添付される請求項又はそれに同等なものの範囲内にある限り、それら全てを含んでいると考えられることを目的とする。

Claims (18)

1. 主磁石、
   その中に環状の窪みを規定する勾配コイル
   前記勾配コイルの間にある前記環状の窪みに置かれる複数の複合型ＭＲ及び核撮像ユニットであり、
   導電性の中空な共振器要素、
   前記共振器要素内に取り付けられる核検出器モジュール、並びに
   前記共振器要素に隣接するＲＦスクリーンから各々構成される前記複数の複合型ＭＲ及び核撮像ユニット
   を有する複合型ＭＲ及び核撮像システム。
2. 前記共振器要素の各々は、検査領域に面し、放射線透過である内面を持つ、及び
   複数の他の面は、前記ＲＦスクリーンに面すると共に、当該スクリーンから離間される、
   請求項１に記載の複合型ＭＲ及び核撮像システム。
3. 各共振器要素は、当該共振器要素の動作周波数を同調させるように構成されるコンデンサにより、前記ＲＦスクリーンと電子結合される、請求項１に記載の複合型ＭＲ及び核撮像システム。
4. 前記共振器要素の面は、前記核検出器モジュールをＲＦ干渉から遮蔽するように構成される、請求項２に記載の複合型ＭＲ及び核撮像システム。
5. 前記核検出器モジュールは、
   シンチレータ結晶のアレイ、
   前記シンチレータ結晶のアレイと光学結合される複数のシリコン光電子増倍管のセンサタイル、及び
   前記シリコン光電子増倍センサタイルに電子結合される複数の特定用途向け集積回路
   を有する、請求項４に記載の複合型ＭＲ及び核撮像システム。
6. 前記共振器要素は、電流が前記内面を主に流れるように構成される、請求項２に記載の複合型ＭＲ及び核撮像システム。
7. ＲＦトラップは、前記他の面の１つに電子接続される、請求項２に記載の複合型ＭＲ及び核撮像システム。
8. 前記共振器要素は、ＲＦ送信器及びＲＦ受信器の少なくとも一方に電子接続される、及び
   前記核検出器モジュールは、タイムスタンプ回路及び同時検出ユニットを含むＰＥＴ検出器モジュールである、
   請求項１に記載の複合型ＭＲ及び核撮像システム。
9. ＭＲ画像表示を作成するために、前記共振器要素からのデータを処理するＭＲ再構成処理器、及び
   ＰＥＴ画像表示を作成するために、前記ＰＥＴ検出器モジュールからのデータを処理するＰＥＴ再構成処理器
   をさらに有する、請求項８に記載の複合型ＭＲ及び核撮像システム。
10. 前記ＭＲ及びＰＥＴ画像表示を組み合わせる融合処理器、及び
    前記ＭＲ画像表示、前記ＰＥＴ画像表示又は組み合わされたＭＲ／ＰＥＴ画像表示を表示するための表示装置を含むユーザインタフェース
    をさらに有する、請求項９に記載の複合型ＭＲ及び核撮像システム。
11. 請求項１に記載の複合型ＭＲ及び核撮像システムに使用するための複合型ＭＲ及び核撮像ユニットを作成する方法において、
    核検出器モジュールを製造するステップ、
    前記核検出器モジュールの周りに中空の共振器要素を配置するステップであり、前記共振器要素は、前記核検出器モジュールをＲＦ放射線から遮蔽する面を持ち、前記面の１つはγ放射線に対し透過である、ステップ
    を有する方法。
12. 磁気共鳴システムの勾配コイルにおいて規定される環状の窪みにＲＦシールドを取り付けるステップ、
    ＲＦスクリーンから離間した前記環状の窪みに複数の前記複合型ＭＲ及び核撮像ユニットを取り付けるステップ、並びに
    前記共振器要素を前記ＲＦスクリーンに容量結合するステップ
    をさらに有する請求項１１に記載の方法。
13. ＲＦ電流を放射線透過面に優先して流させるために、ＲＦトラップを前記面の１つと接続するステップ、を有する請求項１２に記載の方法。
14. （ａ）前記共振器要素の内部に置かれる前記核検出器モジュールを備える前記共振器要素のγ放射線透過面がγ放射線を受信すること、及び
    （ｂ）前記共振器要素がＭＲ励起信号を送信、及び共鳴信号を受信することの少なくとも一方、
    を同時に行うステップ、並びに
    受信した前記γ放射線から核画像表示を、及び受信した前記共鳴信号からＭＲ画像表示を再構成するステップ、
    を有する請求項１に記載の複合型ＭＲ及び核撮像システムの作動方法。
15. 前記共振器要素の動作周波数を同調させるように構成されるコンデンサにより、前記共振器要素を隣接するＲＦスクリーンと電子結合するステップをさらに有する請求項１４に記載の作動方法。
16. 電流が主に前記放射線透過面上を流れるように前記共振器要素を構成するステップをさらに有する請求項１４に記載の作動方法。
17. ＲＦトラップを前記共振器要素の他の面の少なくとも１つと電子接続するステップをさらに有する請求項１６に記載の作動方法。
18. 前記核検出器モジュールはＰＥＴ検出器モジュールである、請求項１４に記載の作動方法。

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