JP6349385B2 - マルチモーダルイメージング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、対象の中の放射性トレーサ分布を撮像するためのマルチモーダルイメージング装置に関する。
単一光子放射型コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）及び陽電子放射断層撮影法（ＰＥＴ）は、自己完結型又はコンピュータ断層撮影法（ＣＴ）若しくは磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）と併用のいずれかの、人体又はその部分を撮像するための２つの一般的な技法である。特に、ＰＥＴ及びＳＰＥＣＴは、人体の臓器又は代謝プロセスを撮像することを可能にする、例えば、そこから病気の進行を決定する。このために、患者は通常、撮像のための基礎として捕えられ且つ使用されることができる、放射性トレーサ物質放射粒子、すなわち、放射線を投与される。さらなる応用は、前臨床研究を含み、そこでは小動物が、新薬の効果を決定するために撮像される。また、医学分野の外の他のイメージング応用は、同じ原理に依存して存在する。
幾つかの応用、特に医学応用に関して、ＳＰＥＣＴ及びＰＥＴ両方のイメージングモダリティ（ｉｍａｇｉｎｇ ｍｏｄａｌｉｔｙ）の利点を利用するために、患者の同じ関心領域のＳＰＥＣＴ及びＰＥＴ両方の画像を提供することが有利であり得る。同じ基本的な撮像アプローチを利用している（ガンマ線を検出している）が、２つの最も一般的なイメージングシステムＳＰＥＣＴ／ＣＴ及びＰＥＴ／ＣＴは、現在は、大抵、異なる機械的、フロントエンドエレクトロニクス及びバックエンド処理構成で提供される。これは、異なるイメージングシステムに関するより複雑なサプライチェーン及びアップグレード性の困難につながる。通常、ＰＥＴ及びＳＰＥＣＴは、異なる機械的構造、異なるデータ取得経路及び異なる光検出器又は光検出器の結合を必要とし、両方のイメージングモダリティに基づく画像を提供するためのマルチモーダルイメージング装置を得るために２つのイメージングモダリティを結合するときに可能な節約がほとんどないことにつながる。
Ｍｅｄｉｓｏの２０１１年１０月の製品パンフレット“AnyScan: Triple Modality Molecular Imaging System”では、癌、心臓及び神経疾患に対する早期診断及び治療のためのＡｎｙＳｃａｎハイブリッドイメージングシステムが紹介されている。提示された装置は、結合されたイメージングシステムにより患者のＳＰＥＣＴ及びＰＥＴ画像を得ることを可能にする。提示されたシステムは、２つの別個のイメージングモダリティを含み、別個のイメージングモダリティは、別個のガントリ及び別個のエレクトロニクスプロセッサを使用する。２つの装置は、患者のＰＥＴ及びＳＰＥＣＴ画像を得るために機械的に結合されることができる。
しかし、この解決法の１つの不利点は、それが２つの別個のガントリ、すなわち、かなり複雑且つ高価な機械的な構造を必要とし、基本的に並んで置かれた２つの別個のイメージング装置を有することである。さらに、１つの特定の関心領域のＰＥＴ及びＳＰＥＣＴ画像を得るために、２つの装置のそれぞれが別個の関心領域に焦点を合わせるので、患者は、２つのガントリに対して動かされなければならず、これは、正確な位置決め又はＰＥＴ及びＳＰＥＣＴ情報の結合が必要とされる場合にさらなる困難をもたらし得る。
特許文献１では、マルチモダリティ・スキャナ用検出器アセンブリが開示されている。アセンブリは、低エネルギガンマ線及びＸ線を検出するための第１の層並びに高エネルギガンマ線を検出するための第２の層を有する。第１の層は、高エネルギガンマ線に対して概して透明である。第２の層は、有利には、高エネルギ線の相互作用の深さの測定値を提供し得る。検出器アセンブリは、有利には、同じ検出ジオメトリを持つ同時の透過及び放射イメージングを可能にするマルチモダリティＰＥＴ／ＳＰＥＣＴ／ＣＴスキャナに組み込まれる。
特許文献２では、個別に回転可能な検出器モジュール及び／又は個別に移動可能な検出器モジュールを持つ陽電子放射断層撮影カメラに関するシステム及び方法が記載されている。さらに、複数の個別に移動可能なシールド部分が開示されている。
特許文献３では、非純粋（ｎｏｎ−ｐｕｒｅ）陽電子放射断層撮影のためのイメージングシステム及び方法が提示されている。システムは、消滅光子を検出するためのＰＥＴサブシステム及び付随するガンマを検出するためのＳＰＥＣＴサブシステムを有する。これらの２つのサブシステムは、三重同時計数回路によって接続される。
特許文献４では、核医学における改良されたＳＰＥＣＴ、ＰＥＴ及びコンプトン散乱イメージングのための装置及びシステムが開示されている。システムは、コンピュータシステムを通じて電子的に操作され得る検出器アレイを有する１又は複数の検出器モジュールの固定された又は構成可能なアレイを用いる。
ＵＳ ６，４４８，５５９ Ｂ１ ＷＯ ０２／０７９８０２ Ａ２ ＵＳ ２００８／１１１０８１ Ａ１ ＵＳ ２００４／０２５１４１９ Ａ１
したがって、本発明の目的は、対象内の放射性トレーサ分布を撮像するための改良されたマルチモーダルイメージング装置を提供することであり、これは、現在のマルチモーダルイメージング装置の欠点を克服する。さらに、より広いエネルギ範囲の放射された放射線（特にガンマ線又はガンマ量子）に基づく画像を得ることの可能性を提供すること並びに複雑な機械的構造及びより高いコストにつながる２つの別個のイメージングシステムの使用を避けることを目的とする。
本発明の態様では、対象内の放射性トレーサ分布を撮像するためのマルチモーダルイメージング装置が提示され、前記プロセスはガンマ量子の放射を引き起こし、前記装置は、放射性トレーサによって発生した入射ガンマ量子を捕えるための及び前記捕えたガンマ量子に応じてシンチレーション光子を放射するためのシンチレータ素子を含むシンチレータ、放射されたシンチレーション光子を捕えるための及びシンチレーション光子の空間分布を決定するための感光素子を含む光検出器、及びシンチレーション光子の空間分布に基づいてシンチレータにおける入射ガンマ量子の衝突位置及び／又は対象の中のガンマ量子の放射ポイントを示すパラメータを決定するための読出し回路、を有し、イメージング装置はさらに、低エネルギガンマ量子を検出するための第１の動作モードと高エネルギガンマ量子を検出するための第２の動作モードとの間でイメージング装置を切り替えるように、シンチレータ素子の配向及び／又は位置を変えるための、特に、シンチレータ素子を傾けるための、位置決め機構を有し、高エネルギガンマ量子は、前記低エネルギガンマ量子より高いエネルギを有し；及びシンチレータは、第１の動作モード及び第２の動作モードにおいて同じ関心領域からの入射ガンマ量子を捕えるように配置される。
提示されるマルチモーダルイメージング装置は、時折ガンマ粒子とも呼ばれる、ガンマ量子、すなわちガンマ線又は高エネルギ光子の放射を引き起こさせることを、したがって、対象の中の放射性トレーサ分布を撮像することを可能にする。これらのガンマ量子は、（ＰＥＴイメージング用のような）陽電子放出放射性核種によって間接的に又は（ＳＰＥＣＴイメージング用のような）光子を直接的に放出する放射性核種によって放射され得る。このような放射性核種（放射性トレーサとも呼ばれる）は、例えば、トレーサ物質の形態で患者に投与され得る。このトレーサ物質は通常はまた、他の要素を含むとともに、患者の代謝プロセスと相互作用する化学物質を形成し得る。その後、トレーサ物質の場所又は特定の臓器における濃度が、トレーサによって放射されるガンマ量子を評価することによって撮像され得る。
本発明によるイメージング装置はまた、対象の解剖学的情報を（同時に）撮像することを可能にするＣＴ又はＭＲＩイメージングシステムを組み込み得る。その結果、解剖学的画像が、医者に有意義な情報を提供するために対象の経過の取得された画像と組み合わされることができる。
放射されたガンマ量子は、シンチレータによって捕えられ、このシンチレータは、発光物質、すなわち、捕えられたガンマ量子に応じてシンチレーション光子を放射する材料を含む。このシンチレータに結合されて、光検出器、特にシンチレーション光子計数光検出器が設けられ、この光検出器は、放射されたシンチレーション光子を捕えることを可能にし、そこから、例えば、電荷分布の形態で、シンチレーション光子の空間分布を決定する。それに関して、電荷分布が、感光素子の２次元アレイ上のシンチレーション光子の空間分布の表現に基本的に対応する。感光素子はここでは特に、デジタル又はアナログシリコン光電子増倍管（ＳｉＰＭ）のような異なる種類のフォトダイオードを言う。本発明によれば、光検出器は好ましくは、異なるエネルギのシンチレーション光子の検出を可能にする高ダイナミックレンジを持つシンチレーション光子計数アプローチを実行することができる。特に、光検出器は、異なる種類のシンチレータに結合されること並びにＳＰＥＣＴ及びＰＥＴイメージング両方に対応している光収率出力を提供することを可能にするダイナミックレンジを有する。
シンチレーション光子の空間分布は、読出し回路によって読み出され、この読み出し回路は、一方では、装置内でシンチレーション光子の放射を引き起こした入射ガンマ量子の衝突位置を決定すること、及び／又は、他方では、対象内の、ガンマ量子の最初の放射ポイントを示すパラメータを決定することを可能にする。シンチレータにおける複数の衝突位置及び／又は対象におけるガンマ線の放射ポイントに基づいて、トレーサ物質の蓄積、特に、トレーサ物質沈着又は代謝のより高い又はより低い量を伴う領域を示す画像を生成することが可能である。生成された画像はしたがって、画像シーケンス、すなわち、動画像又はビデオ、並びに固定画像を含む。本発明によれば、イメージング装置は、低エネルギガンマ量子を検出することを可能にする第１の動作モードと高エネルギガンマ量子を検出することを可能にする第２の動作モードとの間で切り替えられ得る。
したがって、ただ一つの読出し回路、すなわち、共通データ取得部が、低エネルギガンマ量子及び高エネルギガンマ量子を検出するために使用されることが特に有利である。それに関して低エネルギガンマ量子は特に、例えば、タリウム２０１、テクネチウム９９ｍ、ヨウ素１２３、又はインジウム１１１ラジオアイソトープを使用するＳＰＥＣＴイメージング法で放射される、約７０−２５０ｋｅＶのエネルギを持つガンマ線を言う。それに関して高エネルギガンマ量子は特に、臨床ＰＥＴスキャンで使用されるフッ素１８（ＦＤＧ）で標識されたフルオロデオキシグルコースのような放射性物質の電子−陽電子崩壊後に放射される５１１ｋｅＶガンマ光子を言い得る。さらに、本発明は、患者がシンチレータに対して動かされることを必要とすることなしに低エネルギガンマ量子及び高エネルギガンマ量子を捕えることを可能にする。したがって、患者は、マルチモーダル画像が生成される間に同じ位置に留まり得る。例えば、実質的に同じ関心領域からのＰＥＴ及びＳＰＥＣＴ画像が、患者を動かすことを必要とすることなしに生成され得る。
提案される装置はさらに、単一の機械的構造と互換性を持ちながら出力電流及び電圧の異なる要件を持つ、異なる光子計数検出器をサポートすることができる共通のエレクトロニクスアーキテクチャを使用し得る。
本発明によるマルチモーダルイメージング装置の好適な実施形態では、低エネルギガンマ量子及び高エネルギガンマ量子両方のエネルギは、７０ｋｅＶと６００ｋｅＶとの間にある（又は同時に又は段階的なアプローチで患者に投与される１つ又は多数の医薬化合物の中の放射性核種の組み合わせによる）。本発明の１つの利点は、小さいエネルギ範囲のガンマ量子が捕えられることができるだけでなく高い範囲も可能であることである。したがって、本発明によるイメージング装置は、例えば、対象の同じ関心領域のＳＰＥＣＴ及びＰＥＴ画像の同時又は連続的な生成を可能にし得る。
他の実施形態では、マルチモーダルイメージング装置はさらに、第１の動作モード及び第２の動作モードでシンチレータ及び光検出器を支持するための共通のガントリを有する。２つの別個のガントリ及び一方では（ＳＰＥＣＴイメージングでのような）低エネルギンマ量子の放射を他方では（ＰＥＴでのような）高エネルギガンマ量子の放射をもたらす対象におけるプロセスの画像を生成するための２つの別個の読出し回路を通常使用する、従来の解決法又はシステムとは対照的に、本発明は、単一の、すなわち、共通のガントリを使用することによって、コスト削減を可能にする。例えば、本発明のさらなる実施形態による２つの別個のプロセッサの代わりに、低エネルギ及び高エネルギ信号両方の信号を処理するための１つのプロセッサ（読出し回路）を使用することによって、回路の量を減らすことがさらに可能である。共通のガントリを使用することによって、本発明は、ガントリに対して対象を動かすことを必要とすることなしに、（対象の）同じ関心領域を撮像することを可能にする。これは、対象の１つの関心領域の画像を提供するための２つの異なるイメージングモダリティを効率的に使用することを可能にし、対象が動かされる必要がないという利点を有する。対象を動かすことは、撮像されるプロセス又は臓器に影響を及ぼし得るとともに、全く同じ（時空の）関心領域からＰＥＴ及びＳＰＥＣＴ画像を得ることを困難にし得る。
本発明の他の実施形態によれば、マルチモーダルイメージング装置はさらに、第１の動作モードにおける入射角に基づいて入射ガンマ量子をフィルタリングするためのコリメータを有する。このようなコリメータは通常、ガンマ量子（又は他の粒子）のビームを狭くするための装置を言い、例えば、複数の適切に位置合わせされた穿孔を含む鉛、モリブデン、タングステン又は劣化ウランのような、非透明遮蔽材料のブロックを有し得る。また、このような非透明材料の折り畳まれたシートの配置が、コリメータに含まれ得る。本明細書では狭くすることは、異なるガンマ量子の運動の方向を整列させることを意味する。コリメータの主な効果は、ある角度の下でラジオアイソトープから放射される量子の選択である。それによって、平行な孔又はピンホールの使用によって撮像することが、光学イメージングにおけるレンズ又はピンホールの使用と同じように、可能にされる。本発明のコリメータの使用の他の利点は、所望の方向に移動していない、すなわち、関心領域から来ていない、ガンマ量子、特にガンマ線、を除去することを可能にすることである。その下で入射ガンマ量子がコリメータを通過できる入射角度はしたがって特に、検査されることになる対象の方向として特定される。結果として生じる画像は、所望のガンマ量子、すなわち、除去されていないガンマ量子のみに基づく。それに関してコリメータはまた、調整可能であり得る、すなわち、そのフィルタリング角度が可変である。ＳＰＥＣＴイメージングは、例えば、通常、１つの光子が検出され且つイメージングは全ての捕えられたガンマ量子に基づくので、コリメータの使用を必要とする。したがって、撮像されることになる対象のプロセス以外の他のソースに由来するガンマ量子も捕えられる場合、生成される画像は、イメージングの当初の望ましい目的を示す対象のプロセスに関して意味がなく、意図される画像を不明瞭にする副作用の範囲を示す。ＰＥＴイメージングでは、それと対照的に、入射ガンマ量子のみが対象の反対側での同時イベントを有するイメージングにおいて考慮される同時検出に基づいて入射ガンマ量子がフィルタされるので、通常コリメータは必要とされない。
他の実施形態では、シンチレータ素子は、高エネルギガンマ量子を捕えるための高エネルギシンチレータ素子及び低エネルギガンマ量子を捕えるための低エネルギシンチレータ素子を含む並びに／又は光検出器は、光子計数モードでの動作用に構成され、光検出器のダイナミックレンジは、高エネルギシンチレータ素子及び低エネルギシンチレータ素子両方によって放射されるシンチレーション光子を捕えるように構成される。通常シンチレータ及び特にシンチレータアレイは、１つのシングル式のシンチレータ素子のみを有する。これらのシンチレータ素子の材料及び寸法に応じて、入射ガンマ量子に応じたそれらの反応は著しく変わる。例えば、シンチレータ素子が、有機結晶又は液体を含む場合、反応、すなわち、入射ガンマ量子に応じて放射されるシンチレーション光子の量は、特に、重イオンの検出に適し得る。本発明によれば、好ましくは、ＬＹＳＯ又はＢＧＯ、ＹＡＧ：Ｃｅのような高Ｚ無機結晶、グループ（Ｓｃ、Ｙ、希土類金属、Ｍｇ、Ｃａ）のＭ１及びＭ２要素並びにグループ（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｌｕ、Ｍｇ、Ｃａ）のＭ３及びＭ４を持つ化学式（Ｍ１，Ｍ２）３（Ｍ３，Ｍ４）５Ｏ１２：Ｃｅに基づくセラミックガーネット又は他のもののような無機シンチレータがシンチレータで使用される。これらの無機結晶に関して、１つの主要な基準はそれらの厚さ（すなわち、それらの長さ）である。通常、より厚いシンチレータ結晶が、より薄いシンチレータ結晶より高エネルギガンマ線の検出により適している。１つのシンチレータアレイに異なるシンチレータ素子を組み合わせることの１つの主要な利点は、高エネルギガンマ量子及び低エネルギガンマ量子両方が、２つの異なるシンチレータ結晶アレイを使用することを必要とすることなしに捕えられ得ることである。ガンマ量子の両方の種類が、捕えられることができるとともにイメージングの基礎として使用されることができる。１つのシンチレータアレイの中で異なる種類のシンチレータ素子を使用することは、イメージング装置の動作モードに応じてシンチレータ素子のサブセットのみを読み出すことを可能にする。
上述の基本式（Ｍ１，Ｍ２）３（Ｍ３，Ｍ４）５Ｏ１２：Ｃｅを持つセラミックガーネットの使用は、（ＬＹＳＯのような単結晶との比較において）安価な材料が使用されることができるという利点を有し、これは両方の動作モードに対して好ましい特性を示す。一方では、それは高エネルギイメージング（例えばＰＥＴイメージングで使用されるような、高エネルギガンマ量子）に関するタイムオブフライト（ｔｉｍｅ−ｏｆ−ｆｌｉｇｈｔ）性能を示す。他方では、それは、ＬＹＳＯの値の２倍までの高光出力を示し、これは、低エネルギイメージング（例えば、ＳＰＥＣＴイメージングで使用されるような、低エネルギガンマ量子）に対して有利である。加えて、このようなセラミックガーネット、例えば、（Ｌｕ，Ｇｄ）３（Ｇａ，Ａｌ）５Ｏ１２:Ｃｅは、典型的には、ＬＹＳＯと比べて、体積当たり４分の１のルテチウム量を有する。固有の放射能はしたがって、強く減らされ、より低いバックグラウンドレベルを、したがって、両方の動作モードにおける検出器のより良い信号対雑音性能をもたらす。
さらに、光検出器は、光子計数モードでの動作のために並びに高エネルギシンチレータ素子及び低エネルギシンチレータ素子によって放射されるシンチレーション光子を捕えるための十分高いダイナミックレンジを提供するように構成される。十分高いは、光検出器が、高エネルギ光子（５１１ｋｅＶ）までの線形又は飽和スケールのいずれかで、検出された光学光子の数を計数することができることを意味する。ダイナミックレンジの終点（ｅｎｄ ｐｏｉｎｔ）は、（異なる光収率を有する）異なるシンチレータを構成する（ａｃｃｏｕｎｔ ｆｏｒ）のに十分高くなるべきである。異なるシンチレータは、高エネルギ光子（５１１ｋｅＶ）に対して異なる数の光学光子を生じる。光子計数光検出器（例えば、Ｐｈｉｌｉｐｓ ＤＰＣｂのような）によって提供される利点は典型的には、単一光子解像度、より良いタイミング、より低いバイアス電圧（例えば、２５−６５Ｖ）及び非常に高いゲイン（例えば、１０６）である。他の個体センサ（ＡＰＤのような）は典型的には、完全にアナログで、劣ったタイミングであり、統合モード要求を行うより高いバイアス電圧を必要とする。例えば、高及び低エネルギシンチレータのための光検出器の必要とされるダイナミックレンジは、ＰＤＰＣセンサの２つのバージョンでカバーされ得る。１つのバージョンは、１から約６４００光子の間を計数することができ、他のバージョンは１から３２００光子の間を計数することができる。両者は、低光収率ＢＧＯからセラミックガーネットの高レジームまでの、現在の世代のシンチレータに適する。両者は、ＳＰＥＣＴ及びＰＥＴシンチレータを読出すために使用されている。しかし、１から１２２８００光子までのさらなる改良をすることも可能であり得、これは、例えば、ＭｅＶあたり約１０００００光学光子を有する（ほぼＢＧＯより１０倍高い係数）ＬｕＩ：Ｃｅのようなさらに明るいシンチレータのために使用されることもできる。
他の実施形態によれば、イメージング装置はさらに、第１の動作モードと第２の動作モードとの間でイメージング装置を切り替えるように、シンチレータ素子の配向及び／又は位置を変えるための、特に、シンチレータ素子を傾けるための、位置決め機構を有する。傾けることはここでは、シンチレータ素子を物理的に回転させることを言う。例えば、シンチレータ素子が、異なる辺長を持つ直方体の形態で設計される場合、ガンマ量子の放射がこの直方体を回転させることによって捕えられることをもたらすプロセスの方向に直方体の異なる側部を向けることが可能になる。どのようにシンチレータ素子が傾けられるか、すなわち、配向されるかに依存して、入射ガンマ量子がシンチレータ素子（結晶）を通って移動し得る、そしてそれによって放射又はシンチレーション光子を生じさせる、結晶の厚さ又は深さ、すなわち、長さが変化する。通常、入射ガンマ量子のエネルギが高いほど、より厚い結晶が、対象のプロセスを示す画像の生成を可能にするための適切な数のガンマ量子を吸収するために必要とされる。通常ＰＥＴシンチレータは、ＳＰＥＣＴシンチレータより厚いシンチレータ素子を有する。したがって、本発明による位置決め機構は、好ましくは、シンチレータ素子の９０°回転を可能にする。第１の動作モードでは、シンチレータ素子（１つのシンチレータ結晶）の第１の側部が対象に対して配向され、第２の動作モードでは、シンチレータ素子の直交面が対象に対して配向される。
配向に依存して、シンチレータ素子は、入射ガンマ量子の方向において異なる厚さにつながる、第１又は第２の側部のいずれかで入射ガンマ量子に曝される。回転させることの代わりに、位置決め機構はまた、シンチレータ素子を１つの位置から他へ、例えば、ガイドレール構造等に沿って、移す又は動かすことを可能にするシフト又は移動機構の形態で設計されることができ、それによって、第１と第２の動作モードとの間で順番を切り替える。
マルチモーダルイメージング装置のさらに他の実施形態によれば、感光素子が、シンチレータ素子に結合されるとともに前記シンチレータ素子によって放射されるシンチレーション光子を捕えるように配置され、位置決め機構は、イメージング装置を第１の動作モードと第２の動作モードとの間で切り替えるために、シンチレータ素子及びそこへ結合された感光素子の配向及び／又は位置を変化させるように、特に、シンチレータ素子及びそこへ結合された感光素子を傾けるように、構成される。各シンチレータ素子が専用感光素子に結合され且つ別々に読み出される１対１結合を使用することによって、位置決め機構のよりフレキシブルな設計が可能になる。例えば、シンチレータ素子が直方体の１つの側面に結合される感光素子を備えて直方体に形成される場合、感光素子の反対の直方体の側面を用いて、又は感光素子に直交する直方体の側面の１つを用いてのいずれかで撮像されることになる対象の方向にシンチレータ素子及びそこへ結合された感光素子を傾ける、すなわち回転させることができるようになる。シンチレーション光子の検出は、感光素子が取り付けられたシンチレータ素子の側面と無関係に可能である。この実施形態の１つの利点は、シンチレータ素子の深さが、すなわち、対象の中のプロセスから生じるガンマ量子が結晶を通って移動できる距離が、変えられることができることである。これは、ＰＥＴイメージングにおける相互作用の深さ（ｄｅｐｔｈ−ｏｆ−ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）効果を避ける。この実施形態によれば、シンチレータ素子は、この場合もまた、好ましくは、２つの動作モードの間で切り替えるために９０°で回転される。
さらに他の実施形態によれば、感光素子が、シンチレータ素子に結合されるとともに前記シンチレータ素子によって放射されるシンチレーション光子を捕えるように配置され、シンチレータ素子及びそこへ結合された感光素子のサブセットが、検出アセンブリを形成するように機械的に結合され、位置決め機構は、イメージング装置を第１の動作モードと第２の動作モードとの間で切り替えるために、検出アセンブリの配向及び／又は位置を変化させるように、特に、検出アセンブリを傾けるように、構成される。シンチレータ素子を回転させる上述の原理と同様に、多数のシンチレータ素子及びそこへ結合された感光素子を有する検出アセンブリを傾ける、すなわち回転させることも可能である。１つのシンチレータ素子を傾ける代わりに検出アセンブリを傾けることの１つの利点は、位置決め機構がより単純であり得ることである。検出アセンブリは、それに関して、例えば、４つのシンチレータ素子を有し得る。シンチレータ素子及び感光素子を有する多数の検出アセンブリは、第１の動作モードと第２の動作モードとの間で切り替えるために、別々に傾けられ得る。
さらに他の実施形態では、検出アセンブリは、シンチレータ素子の積み重ね（ｓｔａｃｋ）を含み、位置決め機構は、入射ガンマ量子が積み重ねの側面に衝突する第１の動作モードに対応する第１の位置と入射ガンマ量子が積み重ねの上面に衝突する第２の動作モードに対応する第２の位置との間でイメージング装置を切り替えるために、シンチレータ素子の前記積み重ねを傾けるように構成される。好ましくは、１つのシンチレータ素子が、積み重ねられる、すなわち、検出アセンブリを形成するように積み重ね構造に配置される。それに関して、各シンチレータ素子を別々に読み出すこと（１対１結合）又は光共有を使用すること（多数の感光素子で１つのシンチレータ素子によって発生したシンチレーション光子を検出すること）のいずれかが可能である。このような積み重ね構造は、その側面で、すなわち、撮像されることになる対象のプロセスによって放射されたガンマ量子を検出するために互いに隣り合って整列された多数のシンチレータ素子で、撮像されることになる対象の方向に傾けられ得る。代替的には、積み重ねはまた、１つのシンチレータ素子のみが対象のプロセスによって放射されたガンマ量子を直接捕え得るがこれらのガンマ量子は次々に異なるシンチレータ素子を通って移動することができ、それによって複数のシンチレーション光子を発生することができるように、積み重ねの上面が対象の方向を指して傾けられ得る。対象の中のプロセスの方向に積み重ねの上面を傾けることによって、より厚い（すなわち、より長い）シンチレータ素子を設けることが可能になる、すなわち、多数のシンチレータ素子が後ろに連なって積み重ねで配置されるので、ガンマ量子はあるシンチレータ素子から次に移動することができ、それによって、特に、受けたガンマ量子に対してより長い吸収深さを示すために高エネルギガンマ量子を検出することができる。シンチレータ素子の間に光伝導性接着剤のような光学結合部が含まれ得る。
本発明の他の実施形態では、シンチレータは、高エネルギシンチレータ素子の第１のアレイ及び低エネルギシンチレータ素子の第２のアレイを有し、第２のアレイは、第１のアレイと対象との間に配置されるとともに、光学結合層によって第１のアレイに結合される。したがって、対象の中のプロセスによって放射されたガンマ量子は、最初に第２のアレイに衝突し、それらのエネルギが十分高い場合にその第２のアレイを通過し得る。光学結合層は本明細書では特に、光伝導性接着剤を含む。この光学結合層は、第２のアレイ、すなわち、低エネルギシンチレータ素子のアレイの中に放射されたシンチレーション光子を、第１のアレイに導くことを可能にする。好ましくは、全てのシンチレーション光子が、第１のアレイに結合された光検出器によって捕えられる。したがって、第２のアレイで発生したシンチレーション光子並びに第１のアレイで発生したシンチレーション光子は、同じ光検出器で捕えられ得る。この光検出器は通常、第１のアレイに結合される。高エネルギガンマ量子は、第２のアレイに衝突するが、この第２のアレイは通常高エネルギガンマ量子を停止させることができないので、通常第２のアレイを通過する。したがって、このような高エネルギガンマ量子は、第１のアレイのみで主に捕えられ、その中でシンチレーション光子の放射を生じさせる。この実施形態の１つの利点は、高エネルギガンマ量子並びに低エネルギガンマ量子の両方が同時に検出され得ることである。第１のアレイのシンチレータ素子（高エネルギシンチレータ素子）は特に、高い阻止能（ｈｉｇｈ ｓｔｏｐｐｉｎｇ ｐｏｗｅｒ）及び短い減衰時間（ｓｈｏｒｔ ｄｅｃａｙ ｔｉｍｅ）に最適化されるセラミックガーネットシンチレータ素子によって表され得る。このようなシンチレータ素子は通常、ＰＥＴ及びＰＥＴタイムオブフライトイメージングのために使用される。第２のアレイのシンチレータ素子（低エネルギシンチレータ素子）は特に、低バックグラウンド、高光収率及びエネルギ分解能に最適化されるセラミックガーネットシンチレータ素子によって表され得る。このようなシンチレータ素子は通常、ＳＰＥＣＴイメージングで使用される。
本発明の他の実施形態によれば、シンチレータは、高エネルギシンチレータ素子を持つ第１の領域及び低エネルギシンチレータ素子を持つ第２の領域を含むシンチレータ素子のアレイを有する。この実施形態はまた、シンチレータアレイのシンチレータ素子の異なる領域における高エネルギガンマ量子及び低エネルギガンマ量子の同時検出を可能にする。この実施形態の１つの利点は、１つのシンチレータアレイのみが必要とされることである。この場合もまた、高エネルギガンマ量子の検出並びに低エネルギガンマ量子の検出が可能である。
さらに他の実施形態では、入射ガンマ量子をそれらの入射角に基づいてフィルタリングするためのコリメータが、低エネルギシンチレータ素子を持つ領域と対象との間に配置される。上述のコリメータのみが、シンチレータアレイの一部を、すなわち、低エネルギシンチレータ素子を有する領域を覆う。したがって、この実施形態によれば、低エネルギガンマ量子は、撮像されることになる対象の中のプロセスによって放射される低エネルギガンマ量子のみが捕えられるように、フィルタされる。それと対照的に、高エネルギシンチレータ素子を持つ領域では、他の角度の下で衝突する、すなわち、撮像されることになる対象の中のプロセスに必ずしも由来しない、ガンマ量子も、捕えられる。これは、例えば、ＰＥＴで使用されるように、撮像されることになる対象の２つの反対の側部での同時に衝突する光子の検出のような、他のフィルタリングアプローチを使用することによって、補償され得る。
本発明のさらに他の実施形態によれば、読出し回路は、第１の動作モードにおいて低エネルギシンチレータ素子を読み出すように及び第２の動作モードにおいて高エネルギシンチレータ素子を読み出すように構成される。したがって、シンチレータ素子のサブセットのみが、現在の動作モードに応じて読み出される。これは、この場合もまた、所望のガンマ量子のみの目標志向検出を可能にする。所望のイメージングモダリティに依存して、１つの検出器モジュールが、すなわち、シンチレータ素子、感光素子及び読出し回路（の少なくとも一部）の組み合わせが、低エネルギガンマ量子又は高エネルギガンマ量子のいずれかのみを検出するように構成されることができる。
マルチモーダルイメージング装置の他の実施形態によれば、コリメータは、シンチレータと対象との間の直接経路の第１の位置に又はシンチレータと対象との間の直接経路の外側の第２の位置に移動させるために移動手段によって支持される。このような移動手段は、例えば、シンチレータと撮像されることになる対象との間にある第１の位置に又はこの直接経路の中に無い第２の位置にコリメータを案内することを可能にするガイドレールによって、組み込まれることができる。必要な場合に直接経路に挿入されるのみであるコリメータのこのような柔軟な使用を利用することの１つの利点は、検出器が第１の動作モードの低エネルギガンマ量子又は第２の動作モードの高エネルギガンマ量子を検出するために最適化されることができることであり、２つのモードは、異なるフィルタリングアプローチを必要とする。上で説明されているように、低エネルギガンマ量子を検出するときにコリメータに基づいて、又は高エネルギガンマ量子を検出するときに同時検出に基づいて、入射ガンマ量子をフィルタすることが可能であり得る。これは、例えば、低エネルギシンチレータ素子及び高エネルギシンチレータ素子を有するシンチレータを使用するとともにＳＰＥＣＴ検査及びＰＥＴ検査を可能にするように構成されるとき、有利であり得、約１４０ｋｅＶのエネルギのガンマ線（例えば、ＳＰＥＣＴで使用される低エネルギガンマ量子）又は約５１１ｋｅＶのエネルギのガンマ線（例えば、ＰＥＴで使用される高エネルギガンマ量子）のいずれかが捕えられることになる。
マルチモーダルイメージング装置のさらに他の実施形態によれば、装置は、コリメータを第１の位置から第２の位置に移動することによって第１の動作モードと第２の動作モードとの間で切り替えられるように構成される。したがって、コリメータが直接経路に挿入される場合、装置は第１の動作モードに構成される。このフレキシブルコリメータは、低エネルギガンマ量子又は高エネルギガンマ量子の検出のための装置を構成することを可能にする。
本発明の種々の提示された実施形態の１つの主な利点は、マルチモーダルイメージング、特にＰＥＴ及びＳＰＥＣＴイメージングが、共通ガントリ及び（少なくとも部分的に）共用読出し回路を持つ同じ装置によって、可能になることである。それによってコストが、１つのイメージングモダリティのみに専用にされる装置に比較して削減され得、病院の床面積が節約され得るとともにイメージングが向上し得る。イメージングはさらに、特に、患者を動かす、すなわち、再配置する必要無しに、異なるイメージングモダリティを用いて実質的に同じ時間での実質的に同じ関心領域の画像を提供することを可能にすることによって、さらに向上し得る。
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に記載される実施形態から明らかになるとともに同実施形態を参照して説明されるであろう。
本発明による対象の中のプロセスを撮像するためのマルチモーダルイメージング装置の第１の実施形態を示す。 本発明によるマルチモーダルイメージング装置の他の実施形態を示す。 ＳＰＥＣＴ及びＰＥＴガントリを有する技術水準のイメージング装置の概略図を示す。 シンチレータ、光検出器及び読出し回路を有する技術水準の検出器モジュールの概略断面図を示す。 本発明の実施形態による位置決め機構の概略図を示す。 検出器モジュールを傾けることの効果の概略図を示す。 本発明の他の実施形態による低エネルギシンチレータ素子及び高エネルギシンチレータ素子を有するハイブリッドシンチレータアレイを（断面図で）概略的に示す。 ハイブリッドシンチレータアレイを上面図で示す。 ＰＥＴ及びＳＰＥＣＴ両方に対応しているフロントエンドレベルでのエレクトロニクスデータ経路並びにＳＰＥＣＴ及びＰＥＴシンチレータ素子の間の結合フロントエンドエレクトロニクスにおける可能な分割（ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｐａｒｔｉｔｉｏｎ）の概略図を示す。 典型的な結合ＰＥＴ／ＳＰＥＣＴデータパケットを示す。 本発明の他の実施形態によるマルチモーダルイメージング装置を２つの動作モードの間で切り替えることを可能にする検出モジュールを（断面図で）概略的に示す。 コリメータをＳＰＥＣＴとＰＥＴ取得位置との間で移動させるために移動手段を使用することの効果を概略的に示す。 本発明の実施形態による共通ガントリＰＥＴ／ＳＰＥＣＴシステムを持つハイブリッドＣＴ／ＰＥＴ／ＳＰＥＣＴシステムを概略的に示す。 本発明の実施形態による共通ガントリＰＥＴ／ＳＰＥＣＴシステムを持つハイブリッドＭＲＩ／ＰＥＴ／ＳＰＥＣＴシステムの可能な実施形態を概略的に示す。 本発明の実施形態による共通ガントリＰＥＴ／ＳＰＥＣＴシステムを持つハイブリッドＭＲＩ／ＰＥＴ／ＳＰＥＣＴシステムの他の可能な実施形態を概略的に示す。
図１には、本発明によるマルチモーダルイメージング装置１ａの第１の実施形態が示されている。装置１ａは、放射性トレーサによって発生する入射ガンマ量子を捕えるための及び捕えられたガンマ量子に応じてシンチレーション光子を放射するためのシンチレータ３並びに放射されたシンチレーション光子を捕えるための及びシンチレーション光子の空間分布（例えば、電荷分布）を決定するための光検出器５を有する。装置はさらに、シンチレーション光子の空間分布に基づいてシンチレータ３での入射ガンマ量子の衝突位置を決定するための読出し回路７を有する。シンチレータ３、光検出器５、及び読出し回路７の少なくとも一部の組み合わせはまた、検出モジュール８とも称され得る。図１に示されるように、マルチモーダルイメージング装置１ａは、共通ガントリ１１に取り付けられた多数の検出モジュール８を有する。検出モジュール８の数は、意図する用途及び／又はイメージングモダリティに応じて変わり得る。読出し回路７の他の部品はまた、装置に含まれる画像再構成のための中央処理ユニットに組み込まれ得る。ガンマ量子は通常、放射性トレーサ物質を投与されている対象支持部９の上の患者（対象（被験者））から生じる。放射される放射線のエネルギ（高エネルギ又は低エネルギガンマ量子）は主に、投与されたトレーサ物質に依存する。
本発明によるマルチモーダルイメージング装置１ｂの他の実施形態が図２に示されている。その中では、２つの検出モジュール８のみが使用され、ガントリ１１は、検査領域１３の周りを回転するように構成される。
本発明によるマルチモーダルイメージング装置は特に、検査領域１３の対象のＳＰＥＣＴイメージング（第１の動作モード、低エネルギガンマ量子、特に約７０−２５０ｋｅＶの範囲のエネルギを持つ）並びにＰＥＴイメージング（第２の動作モード、高エネルギガンマ量子、特に約４００から６００ｋｅＶの範囲のエネルギを持つ）の両方を提供するために使用され得る。ＰＥＴイメージングは通常、同時フィルタリングを、すなわち、対象のプロセスから生じていないガンマ量子を除去することを、実行するために、検査領域１３の２つの対向する側部の少なくとも２つであるが通常多数の検出モジュール８を必要とする。それと対照的に、ＳＰＥＣＴイメージングは、１つの光子が捕えられ且つフィルタリングは通常コリメータに基づいて実行されるので、対象の一方の側部の１つの検出モジュール８のみを必要とする。
ＰＥＴ及びＳＰＥＣＴイメージング両方を提供する現在のシステムは通常、ＰＥＴ及びＳＰＥＣＴ画像を提供するためにイメージング装置に対して対象を動かすことを必要にするシステムを構成する。図３は、ＰＥＴ画像１７及びＳＰＥＣＴ画像１９を提供するための２つの別個のガントリを有するこのような技術水準のイメージングシステム１５を示す。このシステムは、したがって、２つのイメージングモダリティのための２つの異なる検査領域１３、１４を有する。それとは対照的に、本発明（図１、２）は、対象が、すなわち、患者が、同じ位置に留まりながら、低エネルギガンマ量子検出するための第１の動作モード（ＳＰＥＣＴイメージング）と高エネルギガンマ量子検出するための第２の動作モード（ＰＥＴイメージング）との間で切り替えられることができる。有利には、本明細書に開示されるような結合（マルチモーダル）イメージングは、ガントリ、電源、共通フロントエンド及びシステムエレクトロニクス（すなわち、読出し回路の一部）、冷却システム又は他の光学的若しくは機械的構成要素のような、共通の機能を共同使用することによって、装置のコストを減らすことを可能にする。コストはさらに、必要な高密度シンチレータ材料の量を減らすことによって減らされ得る。またさらに、必要な病院の床面積が、１つの装置のみを使用することによって減らされることができる。
図４はさらに、ＳＰＥＣＴシステムで使用される技術水準の検出器モジュール８ａの用語を明確にする。シンチレータ３、光検出器５、読出し回路７及びコリメータ２１を有する検出器モジュール８ａの断面図が示されている。対象２３の中のプロセスは、ガンマ量子２５（この例では低エネルギガンマ量子）の放射を引き起こし、このガンマ量子は、シンチレータ３によって捕えられる。ガンマ量子２５は、シンチレーション光子２６の放射を引き起こし、このシンチレーション光子は光検出器５によって捕えられる。これらに基づいて、光検出器の電荷分布が決定されることができ、これはその後、どこにガンマ量子が衝突したか及びそれがどこで放射されたかを決定するための基礎を形成する。それに関して、コリメータ２１は、撮像されることになる対象の中のプロセスから生じるガンマ量子２５のみを捕えることを可能にする。撮像されることになる対象の中のプロセス以外の他のソースから生じる他の（ランダムな）ガンマ量子の検出は、妨げられる。コリメータ２１の使用は特に、１つのガンマ量子が検出され且つ外部放射線がその入射角度に基づいて除去されなければならないＳＰＥＣＴイメージングにおいて重要である。ＰＥＴイメージングでは、同時検出が入射ガンマ量子をフィルタリングするために使用されるので、コリメータは通常必要とされない。
高エネルギガンマ量子を検出すること（ＰＥＴイメージング）は、通常、低エネルギガンマ量子を検出すること（ＳＰＥＣＴイメージング）より厚いシンチレータ素子を必要とする。本発明の第１の実施形態では、図５に示されるように、２つの動作モードの間で切り替えることがこのように位置決め機構３５によって実現される。図５（ａ）に示されるような、シンチレータ素子３１、又は図５（ｂ）に示されるようなそこに取付けられた感光素子３３を持つシンチレータ素子３１が、位置決め機構３５によって、傾けられる、すなわち（好ましくは９０°の角度だけ）回転する。図示された例では、位置決め機構３５は基本的に、シンチレータ素子３１又はシンチレータ素子３１及びそこに取付けられた感光素子３３が枢動可能に支持される一点の取り付け３７に依存している。スライド要素３６を示された方向に沿って動かすことによって、素子は回転することができる。２つの可能な位置の一方でシンチレータ素子３１を支持する又は固定するための支持構造３９がさらに示されている。この支持構造３９は、素子を傾けるように、スライド要素３６と共に一緒に機能する。その結果、第１の位置（装置の第１の動作モード）は、第１の側部４０で対象に対して配向されるシンチレータ素子３１を有し、第２の位置（装置の第２の動作モード）は、シンチレータ素子３１を回転させた後、その第２の側部４１で対象に対して配向されるシンチレータ素子３１を有する。シンチレータ素子３１のどの側部（４０、４１）が対象に対して配向されるかに応じて、入射ガンマ量子は、一方の側部又は他方からシンチレータ素子３１に衝突する。（図５に示されるように）シンチレータ素子３１がそのとき異なる辺長を提供するように（例えば、直方体の形態で）設計される場合、これは、入射ガンマ量子が、どのようにシンチレータ素子３１が配向されるかに応じて、シンチレータ素子３１と相互作用するための及び吸収されるための、長い（又は短い）距離を有するという効果を有する。より長い距離、すなわち、より厚いシンチレータは、それに関して、ＰＥＴイメージングにより関連するより高いエネルギを持つガンマ量子を捕えることを可能にする一方、より薄いシンチレータ（すなわち、短い距離）は、ＳＰＥＣＴイメージングの低エネルギレジームにより適する。感光素子３３は、シンチレータ３１の配向に無関係にシンチレーション光子を捕えることを可能にする。
図６に示されるように、複数のシンチレータ素子３１及びそれに取り付けられた感光素子３３を有する検出アセンブリ４３全体を傾けることも可能である。図６（ａ）は、シンチレータ素子３１の積み重ねを有する検出アセンブリ４３を示す。前記検出アセンブリ４３を傾けることによって、第１の側部４５（積み重ねの側面）又は第２の側部４７（積み重ねの上面）のいずれかを、対象及びそこから生じるガンマ量子に対して配向することが可能になる。第１の側部４５及び第２の側部４７のどちらが対象に対して配向されるかに応じて、対象の中のプロセスによって放射されるガンマ量子は、図６（ａ）に示されるようにシンチレータ素子３１の積み重ねの第１の側部４５又は第２の側部４７に衝突し得る。ガンマ量子が第２の側部４７に衝突する場合、それらが１つのシンチレータ素子３１から次に通過するときそれらは４つのシンチレータ素子３１で吸収され得る。したがって、シンチレータとの入射ガンマ量子の可能な相互作用（吸収）のために比較的長い距離が提供される。装置はしたがって、（吸収の低い確率しか伴わない薄いシンチレータ結晶を通過し得る）高エネルギガンマ量子の検出に特に適した第２の動作モードにある。シンチレータ素子３１が傾けられ、検出アセンブリが傾けられた後にガンマ量子が第１の側部４５からシンチレータ素子３１に入る場合、起こり得る吸収及びシンチレーション光子の発生のための距離はより短い。これは、シンチレータ素子の積み重ねを、低エネルギガンマ量子の検出（第１の動作モード）に特に適しているようにする。
図６（ｂ）は、３つの検出アセンブリ４３及び回転の方向４９を示す。図６（ｃ）は、図６（ｂ）に示されるように傾けられた（９０°の角度で回転された）後の３つの検出アセンブリを示す。図６（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、シンチレータによってカバーされる領域は通常、低エネルギガンマ量子が検出されることになる（第１の動作モード）場合、より大きい。
シンチレータ素子３１又は検出アセンブリ４３の回転（傾けること）は通常、全ての素子又はアセンブリに対して同期した方法で行われる。運動は、２つの位置（及び動作モード）の間の高速切り替えを可能にするように、モータによって、又は、好ましくは、空気圧シリンダによって、引き起こされ得る。多くの他の機械的なオプションが可能である。第１の側部が対象に向けられる第１の位置から第２の側部が対象に向けられる第２の位置にシンチレータ素子又は検出アセンブリを動かすためにガイドレール又は類似の機械的構造を使用することも可能であり得る。
本発明の他の実施形態では、本発明による２つの動作モードの間の切り替えが、１つの検出器モジュールの中の異なった寸法のシンチレータ素子を組み合わせることによって達成される。図７は、本発明の他の実施形態による装置の検出モジュール８ｂの断面図を示す。前記モジュール８ｂは、２つの異なるタイプのシンチレータ素子、すなわち、高エネルギガンマ量子を捕える（ＰＥＴイメージングの）ための高エネルギシンチレータ素子２７（通常より長い結晶又は異なるタイプの結晶も含むかもしれない）及び低エネルギガンマ量子を捕える（ＳＰＥＣＴイメージングの）ための低エネルギシンチレータ素子２９、を有する。異なるタイプのシンチレータ素子を有するシンチレータアレイ３はまた、ハイブリッドシンチレータアレイとも称され得る。コリメータ２１は、低エネルギシンチレータ素子２９のある領域と対象２３との間に配置される（上述のように、通常、コリメータはＰＥＴイメージングで必要とされない）。さらに示されているのは、入射ガンマ量子に応じて異なるシンチレータ素子２７、２９によって放射されるシンチレーション光子を捕えるための感光素子３３を含む光検出器５である。図７には示されていないが、シンチレータ３と光検出器５との間にライトガイドがオプションで設けられ得る。
図８では、シンチレータ３又はハイブリッドシンチレータアレイの可能な配置の上面図が示されている。シンチレータ３は、高エネルギシンチレータ素子２７の領域及び低エネルギシンチレータ素子２９の領域を有する。他の実施形態は、異なるシンチレータ素子を有する２つの領域の他の配置（例えば、高エネルギ及び低エネルギシンチレータ素子を交互にする又は環状アレイ低エネルギシンチレータ素子に軸方向に隣接して配置される高エネルギシンチレータ素子の環状アレイ）を有し得る。図８に示されるハイブリッドシンチレータアレイは、本明細書に開示されるイメージングのための装置が、第１の動作モードと第２の動作モードとの間で切り替えられることを可能にする。切り替えることは、例えば、識別するとともに第１の動作モードにおいて低エネルギシンチレータ素子を読み出し且つ第２の動作モードにおいて高エネルギシンチレータ素子を読み出すように、読出し回路を構成することを含み得る。
この実施形態の要素はそれに関して、検出器モジュールが、ＰＥＴ又はＳＰＥＣＴイメージングのいずれかに最適化された、別個のシンチレータ素子（及びそれに結合された感光素子）をサポートすることができるハイブリッドフロントエンドエレクトロニクス（ｈｙｂｒｉｄ ｆｒｏｎｔｅｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）を収容することである。図９では、このようなハイブリッドフロントエンドエレクトロニクスが概略的に示される。ＦＲ４又はＰＴＦＥのような他の適切な材料で作られたプリント回路基板８１が、ＦＰＧＡのようなデジタル構成可能プロセッサ８３又は他のタイプの再構成可能な組み込みプロセッサを裏面に備える。高性能情報処理に関連する補助電子部品８５、８７、例えば、ＤＳＰ、構成可能プロセッサ又はＲＡＭモジュールも含まれ得る。フロントエンドエレクトロニクスは、読出し回路の一部であると見なされることができる。情報は、フロントエンドエレクトロニクスから読出し回路の他の部分（特に画像再構成のための中央処理ユニット）にインタフェース８９によって送信される。インタフェース８９は、例えば、シリアル又はパラレル符号化ビットストリームのいずれかを使用して、有線、無線又は光学接続の形態で実装され得る。物理的多列コネクタ又はエラストマコネクタのいずれかとして実現される、マルチピン接続部９１が、高エネルギ又は低エネルギシンチレータ素子及びそれに結合された感光素子への接続を確実にするために使用されることができる。
図９は、４×２高エネルギ（ＰＥＴ）シンチレータ素子２７（及びそれに結合された感光素子）のグループ並びに３×２低エネルギ（ＳＰＥＣＴ）シンチレータアレイ素子２９（及びそれに結合された感光素子）のグループを持つ可能な構成を示す。明らかに、他の構成が、ＰＣＢボード８１のレイアウト及び所望のイメージングモダリティに依存して可能である。異なるタイプの感光素子が異なるシンチレータ素子（ＰＥＴ又はＳＰＥＣＴにより適切な）に対して使用されることも可能であり得る。中央処理ユニットへのインタフェース８９に加えて、フロントエンドエレクトロニクスはさらに、パラレル接続部の形態又はシングルハイブリッドケーブルの形態で実装され得る電力接続部９３を含む。
図１０では、インタフェース８９を経由して送信され得る可能なデータパケット９５が示されている。高エネルギシンチレータ素子２７に結合された感光素子から生じるデータを処理するために（第２の動作モード、すなわち、ＰＥＴ動作モード）、フロントエンドプロセッサ８３は、２つの検出されたＰＥＴガンマ量子のエネルギ９７、タイムオブフライト（ＴＯＦ）イメージングを可能にするピコ秒の１０分の１の桁の精度を持つタイムスタンプ９９並びに２つのＰＥＴガンマ量子の相互作用の３次元空間位置を特定するチャンネル識別子１０１を計算する。低エネルギシンチレータ素子に結合された感光素子から生じるデータを処理するために（第１の動作モード、すなわち、ＳＰＥＣＴ動作モード）、エネルギフィールド１０３は、１つのガンマ量子のみの情報を含む。光子のタイミングのモード情報は使用されず、タイムスタンプ情報がナノ秒フレームシーケンス１０５によって置き換えられる。ＳＰＥＣＴ情報からデコードされた対応する空間情報がフィールド１０７に置かれる。ＰＥＴ及びＳＰＥＣＴシンチレータ素子から生じるデータは、フロントエンドプロセッサによって結合パッケージ９５にグループ化される又はデータリンクを経由して中央プロセッサに送られる。
図１０は、１つのＳＰＥＣＴイベントを差し込まれた３つのＰＥＴイベントを有する例示的な結合パッケージ９５を示す。フィルタリングは、ハードウェア又はソフトウェアいずれかによって実装されることができる。可能な実装では、複数のデータリンクがペイロードフィールド１０１、１０７に基づいてＰＥＴ及びＳＰＥＣＴシンチレータ素子からの情報を識別し且つデータを最終的な画像再構成のために、異なるコンピュータ、プロセッサ又はＧＰＵに送る中央処理ユニットに集められる。通常、適正なＰＥＴ同時データ並びにＳＰＥＣＴデータが、コンピュータに送信され且つ画像再構成のために大容量記憶要素に保存される
図１１は、２つの動作モードの間でマルチモーダルイメージング装置を切り替えることを可能にするための本発明のさらに他の実施形態を示す。それに関して、シンチレータ３は、高エネルギシンチレータ素子５７並びに低エネルギシンチレータ素子５９を有する。低エネルギシンチレータ素子５９は、対象２３と高エネルギシンチレータ素子５７との間に配置される。さらに、高エネルギシンチレータ素子５７と低エネルギシンチレータ素子５９との間に光学結合部６７（例えば、光伝導性接着剤）が含まれる。対象２３の中のプロセス６３が、対象２３の中の関心領域６５における低エネルギガンマ量子２５（ＳＰＥＣＴイメージング）又は高エネルギガンマ量子６１（ＰＥＴイメージング）の放射のいずれかを引き起こし得る。プロセス６３が低エネルギガンマ量子２５の放射を引き起こす場合、この低エネルギガンマ量子２５は、低エネルギシンチレータ素子５９でのシンチレーション光子２６の放射を引き起こす。プロセス６３が高エネルギガンマ量子６１の放射を引き起こす場合、この高エネルギガンマ量子６１は通常、低エネルギシンチレータ素子５９で吸収されるとともに低エネルギシンチレータ素子５９でシンチレーション光子２６の放射を引き起こすのに大き過ぎるエネルギを有する。ガンマ量子６１は、その後、吸収されることなしに低エネルギシンチレータ素子５９を通過するとともに高エネルギシンチレータ素子５７でシンチレーション光子２６の放射を引き起こすことができる。低エネルギシンチレータ素子５９で放射されるシンチレーション光子２６は、高エネルギシンチレータ素子５７を通過し得る。全てのシンチレーション光子２６は、光検出器５によって捕えられる。それに関して、光検出器５は、光共有構成で又は個別の１対１結合でシンチレータ３に結合されることができ、光検出器５でのシンチレーション光子の電荷分布が決定されることができる。
しかし、所望の関心領域から生じていない光子の検出を防ぐために、低エネルギガンマ量子（ＳＰＥＣＴイメージング）をフィルタすることが通常必要である。したがって、通常、コリメータが使用される。これは通常、同時検出（すなわち、両方の衝突の時間差がプログラム可能な時間窓の中にあるとして通常定義される２つの高エネルギガンマ量子の同時衝突）が高エネルギガンマ量子（ＰＥＴイメージング）のケースで使用される場合には必要とされない。したがって、本発明のこの実施形態は、第１の動作モードにおいて対象とシンチレータとの間にコリメータを必要とし、第２の動作モードに置いてコリメータを必要としない。図１２（ａ）には、反対方向の２つの高エネルギガンマ量子の放射を引き起こすＰＥＴプロセスが、そして右側には、１つの光子の放射を引き起こすＳＰＥＣＴプロセスが示されている。本発明の図示された実施形態では、移動手段６９が、コリメータ２１を、シンチレータ３と対象２３との間の直接経路にある第１の位置に（図１２（ｂ））、又はシンチレータ３と対象２３との間の直接経路の外の第２の位置に（図１２（ａ））に移すために使用される。したがって、入射ガンマ量子がコリメータを通過（図１２（ｂ））又は通過しない（図１２（ａ））ことが可能である。ＰＥＴイメージング（高エネルギガンマ量子、装置の第２の動作モード）に対して、コリメータ２１は、図示されるように対象の関心領域と検出器モジュールとの間の直接経路の外にある（図１２（ａ））。ＳＰＥＣＴイメージング（低エネルギガンマ量子、装置の第１の動作モード）に対して、コリメータ２１は、直接経路の中にある（図１２（ｂ））。移動構造６９はそれに関して特に、ガイドレール構造等によって表され得るとともに、コリメータ２１が直接経路の中に及び外にスライドすることを可能にする。
図１３乃至１５は、上述のマルチモーダルイメージング（実質的に同じ関心領域からのＰＥＴ及びＳＰＥＣＴ画像）装置に基づくとともにさらなるイメージングモダリティ（ＣＴ又はＭＲＩ）を含む結合イメージング装置の（断面図の）概略図である。それに関して、この場合もまた、同じ共通ガントリが使用される。図１３乃至１５はそれに関して、（図７乃至９にさらに詳述された）異なった寸法のシンチレータ素子に基づいている検出モジュール８ｂを示す。第１の動作モードと第２の動作モードとの間を切り替えることは、したがって、高エネルギシンチレータ素子又は低エネルギシンチレータ素子をそれぞれ読み出すことによって、達成される。しかし、位置決め機構（図５及び６）を用いる又は類似して移動手段（図１２）による他の説明された切り替えアプローチを使用することも可能であり得る。図１３乃至１５はさらに、検出モジュールが取り付けられるガントリの内部の検査領域の中に位置する対象２３を示している。検出モジュールは、ＣＴ又はＭＲＩシステムに対応する視界（検査領域）の中心から所与の距離に配置される。
図１３には、ＰＥＴ及びＳＰＥＣＴイメージングに基づく対象のプロセスを撮像することを可能にするイメージング装置が示されている。同じシステムハウジング７３の中に対象２３のコンピュータ断層撮影画像を生成するための隣接（又は統合）ＣＴイメージングモダリティ７１がさらに設けられている。
図１４は、同じシステムハウジング７３の中の磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）モダリティとの検出モジュール８ｂの結合を示す。このような、結合ＰＥＴ／ＳＰＥＣＴ／ＭＲＩシステムは通常、磁石７５、勾配磁場コイル７７及び高周波（ＲＦ）コイル７９を有する。ＭＲＩシステムの強力な静磁場及び交番磁場のために、コリメータはその結果通常タングステンのような適切な材料から作られる必要がある。
本発明のさらに他の実施形態によれば、図１５に示されるように、検出モジュール８ｂを分割勾配（ｓｐｌｉｔ−ｇｒａｄｉｅｎｔ）ＭＲＩイメージングシステムと結合することも可能である。この結合システムでは、分割勾配１０９が使用され、検出モジュール８ｂは分割勾配の中に置かれる。この構成は、勾配コイルとＲＦコイルとの間の空間を減らすことを可能にし、それによって、より大きいシステムボアを持つＰＥＴ／ＳＰＥＣＴ／ＭＲＩシステムを作ることを可能にする。
本発明の図示された実施形態では、光検出器に設けられた感光素子は、特に、単光子計数を実行することができるＰＨＩＬＩＰＳ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｈｏｔｏｎ ＣｏｕｎｔｅｒのようなデジタルＳｉＰＭによって又は、カウント、サンプリング又は複数の閾値のいずれかによって信号増幅及びエネルギ／時間抽出を実行する混合信号特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって読み出される光電子増倍管（ＰＭＴ）又はＳｉＰＭＴのような等価アナログデバイスによって組み込まれ得る。感光素子からのデジタル情報は通常、データをフィルタし、圧縮し且つ銅又は光ファイバ通信インタフェースを経由して収集したイベント（ＰＥＴ又はＳＰＥＣＴイベント）を送信する、コンセントレータＦＰＧＡに送られる。本明細書に開示されるように、データ処理機器は、通常、読出し回路と称される又は読出し回路の一部を形成する。
光検出器及びシンチレータは、１対１結合で結合されることができ、各シンチレータ素子は、専用感光素子によって別個に読み出される。代替的には、光共有法を使用することも可能であり、多数の感光素子が、同じシンチレータ素子のシンチレーション光子を捕える（且つ１つの感光素子が、異なるシンチレータ素子のシンチレーション光子を捕える）。この光共有法は、装置のコスト削減をもたらし得る感光素子の数を減らすことを可能にする。
コリメータは通常、鉛、モリブデン、タングステン、劣化ウラン又は他の適切な高Ｚ材料のブロックによって表され得るとともに、複数の位置合わせされた穿孔を含み得る。低エネルギ光子選択（例えば、＜２５０ｋｅＶ）のための適切なコリメータが通常使用される。
本明細書に開示される装置は、ＰＥＴ若しくはＳＰＥＣＴ、又は同時ＰＥＴ及びＳＰＥＣＴイメージングのいずれかのために使用されることができる。全身患者検査を得るために軸方向の段階的又は連続的な対象移動が両方可能である。モジューラコンセプトは、快適且つ柔軟な製品カスタマイゼーション及びアップグレード戦力を可能にする。
図６の図と類似の他の実施形態によれば、２０ｍｍ長さ結晶（ＬＹＳＯ、ＬＳＯ、ガーネット、ＢＧＯ又は他のシンチレータ材料）が、それぞれ５ｍｍ長さの４つのピクセル（シンチレータ素子）に細分され得る。感光素子（ＳｉＰＭ、ＡＰＤ、フォトダイオード）は、２０ｍｍ長さ側に沿ってシンチレータ素子に光学的に結合され得る。ＰＥＴ検出に使用される結晶の面は、その結果、４×４ｍｍ２のサイズを有することができ、ＳＰＥＣＴに使用されるサブ結晶の４つの面は５×４ｍｍ２のサイズを有する。したがって、ＳＰＥＣＴイメージングのための検出器面積は、ＰＥＴより５倍大きく、高効率ＳＰＥＣＴを可能にする。他の実施形態におけるこれらの数字の変更はもちろん可能である。
可能なシンチレータ材料は、ＬＹＳＯ：Ｃｅ、ＬＳＯ：Ｃｅ、ＬｕＡＰ：Ｃｅ、ＬｕＹＡＧ：Ｃｅ、ＢＧＯ、セラミックガーネット又は他の重い無機シンチレータで作られた結晶アレイ又はブロックを含み得る。ＰＥＴシンチレータアレイ素子は典型的には、約２ｃｍの高密度シンチレータ材料を必要とし得る一方、ＳＰＥＣＴシンチレータアレイ素子は典型的には、約２ｃｍの低密度シンチレータ材料を必要とし得る。シンチレータ素子は通常、ＰＥＴ用又はＳＰＥＣＴ用のいずれかに最適化される。ＰＥＴ用に最適化されたシンチレータ素子は、臨床（２から４ｍｍ）又は前臨床（約１ｍｍ）用途のいずれかに適切な断面を持つ、ピクセル化された結晶、典型的には重い高Ｚ無機シンチレータ結晶（ＬＹＳＯ、ＬＳＯ、ＧＳＯ、ＢＧＯ又はセラミックガーネット）を使用し得る。典型的な長さは、通常、約１２から２５ｍｍ（臨床）及び８−１２ｍｍ（前臨床用途）である。ＳＰＥＣＴ用に最適化されたシンチレータ素子は、同じタイプの感光素子を使用し得る又は必要とされる性能に応じて他のタイプを使用し得る。より短いシンチレータ結晶（典型的には約５ｍｍ）の材料として、ＣｓＩ：Ｔｌ又はＮａＩ：Ｔｌのような、高光収率に最適化されたセラミックガーネットが通常使用される。ＳＰＥＣＴ領域の前に、入射ガンマ量子の角度選択を実行するために適切なコリメータ２１が通常配置される。
２つの動作モードの間を切り替えることは、ソフトウェア又はハードウェアで実装され得る。本発明の実施形態は、例えば、デュアルモードが用意されたイメージング装置におけるある種のペイパービューモードも可能にし得る。異なる品質レベルの装置が、使用されるシンチレータ結晶に応じて提供され得る。
本発明が図面及び前述の説明において詳細に例示され説明されているが、このような例示及び説明は説明又は例示とみなされるべきであり、限定的ではない；本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。開示された実施形態に対する他の変形形態は、当業者によって、図面、明細書、及び添付の請求項の検討から、理解されるとともに、請求項に記載された発明を実施する際に実施されるであろう。
請求項において、用語“有する”は他の要素又はステップを除外せず、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数を除外しない。単一の要素又は他のユニットは、請求項に記載の複数の項目の機能を実行し得る。特定の手段が相互に異なる従属項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。
請求項の如何なる参照符号もその範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

Claims (18)

  1. 対象の中の放射性トレーサ分布を撮像するためのマルチモーダルイメージング装置であって、
    少なくとも２つの検出器アセンブリであって、それぞれの前記検出器アセンブリは、サブアセンブリのアレイを含み、各サブアセンブリは：
    前記放射性トレーサによって発生した入射ガンマ量子を捕えるとともに捕えた前記ガンマ量子に応じてシンチレーション光子を放射するように構成されるシンチレータ素子を含むシンチレータと；
    放射された前記シンチレーション光子を捕えるとともに前記シンチレーション光子の空間分布を決定するように構成される感光素子を含む光検出器と；を含む、
    少なくとも２つの検出器アセンブリ、
    前記シンチレーション光子の空間分布に基づいて、前記シンチレータにおける入射ガンマ量子の衝突位置及び／又は前記対象の中の前記ガンマ量子の放射ポイントを示すパラメータを決定するように構成される読出し回路、並びに
    低エネルギガンマ量子を検出するための第１の動作モードと高エネルギガンマ量子を検出するための第２の動作モードとの間で前記イメージング装置を切り替えるためにそれぞれの前記サブアセンブリを個々に傾けて前記シンチレータの吸収深さを変化させるように構成される位置決め機構であって、前記高エネルギガンマ量子は前記低エネルギガンマ量子より高いエネルギを有する、位置決め機構、
    を有し、
    それぞれの前記サブアセンブリの前記シンチレータは、前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードにおいて同じ関心領域からの前記入射ガンマ量子を捕えるように配置される、
    マルチモーダルイメージング装置。
  2. 前記低エネルギガンマ量子及び前記高エネルギガンマ量子両方のエネルギは、７０ｋｅＶから６００ｋｅＶの間にある、
    請求項１に記載のマルチモーダルイメージング装置。
  3. 前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードで前記サブアセンブリを支持するための共通のガントリをさらに有する、
    請求項１に記載のマルチモーダルイメージング装置。
  4. 前記第１の動作モードにおける入射角に基づいて前記入射ガンマ量子をフィルタリングするように構成されるコリメータをさらに有する、
    請求項１に記載のマルチモーダルイメージング装置。
  5. 前記光検出器は、光子計数モードでの動作用に構成され、前記光検出器のダイナミックレンジは、高エネルギシンチレータ素子及び低エネルギシンチレータ素子両方によって放射される前記シンチレーション光子を捕えるように構成される、
    請求項１に記載のマルチモーダルイメージング装置。
  6. １つの感光素子が、それぞれの前記シンチレータ素子に結合されるとともに前記シンチレータ素子によって放射される前記シンチレーション光子を捕えるように配置され；
    前記位置決め機構は、ガンマ光子が前記第１の動作モードにおける短い寸法に沿って及び前記第２の動作モードにおける長い寸法に沿って移動するように、前記シンチレータ素子及びそこへ結合された前記感光素子を傾けるように、構成される、
    請求項１に記載のマルチモーダルイメージング装置。
  7. それぞれの前記検出器アセンブリは、前記サブアセンブリのＭ×Ｎのアレイを含み、Ｍ及びＮは、複数の整数である、
    請求項１に記載のマルチモーダルイメージング装置。
  8. それぞれの前記サブアセンブリは、前記シンチレータ素子の積み重ねを含み；
    前記位置決め機構は、前記入射ガンマ量子が前記積み重ねの側面に衝突する前記第１の動作モードに対応する第１の位置と前記入射ガンマ量子が前記積み重ねの上面に衝突する前記第２の動作モードに対応する第２の位置との間で前記イメージング装置を切り替えるために、前記シンチレータ素子の積み重ねを傾けるように構成される、
    請求項１に記載のマルチモーダルイメージング装置。
  9. それぞれの前記サブアセンブリは、それぞれの検出器が前記第１の動作モード及び前記第２の動作モードの両方で同じ解像度及び視野を提供するようＭ×Ｎの前記サブアセンブリを有するように、単一の光検出器に光学的に結合される単一のシンチレーションを有する、
    請求項７に記載のマルチモーダルイメージング装置。
  10. 前記読出し回路は、前記第１の動作モードにおける低エネルギガンマ量子イベントを読み出すように及び前記第２の動作モードにおける高エネルギガンマ量子イベントを読み出すように構成される、
    請求項１に記載のマルチモーダルイメージング装置。
  11. 前記シンチレータは、前記シンチレータ素子のアレイであって、前記低エネルギガンマ量子を捕えるように構成される低エネルギシンチレータ素子を用いて前記第１の動作モードにおいて関心領域に面する前記アレイの２次元領域に対応する第１の領域及び前記高エネルギガンマ量子を捕えるように構成される高エネルギシンチレータ素子を用いて前記第２の動作モードにおいて前記関心領域に面する前記アレイの２次元領域に対応する第２の領域を含む、前記シンチレータ素子のアレイを有する、
    請求項１に記載のマルチモーダルイメージング装置。
  12. 対象の中の放射性トレーサ分布を撮像するためのマルチモーダルイメージング装置であって、
    複数の検出器アセンブリであって、それぞれの前記検出器アセンブリは、サブアセンブリの二次元アレイを含み、各サブアセンブリは：
    前記放射性トレーサによって発生した入射ガンマ量子を捕えるとともに捕えた前記ガンマ量子に応じてシンチレーション光子を放射するように構成される少なくとも１つのシンチレータ素子と；
    放射された前記シンチレーション光子を捕えるように構成される少なくとも１つの感光素子であって、それぞれの前記感光素子は対応するシンチレータ素子の第１の面に光学的に結合される、少なくとも１つの感光素子と；を含む、
    複数の検出器アセンブリ、及び
    機械的位置決め機構であって、入射ガンマ光子が前記シンチレータ素子の第２の面で受けられる第１の向きであって、前記第２の面は前記第１の面の反対側に配置される、第１の向きと、入射ガンマ光子が前記シンチレータ素子のうちの１つの側面で受けられるように前記第１の向きに直角である第２の向きとの間で、それぞれの前記サブアセンブリを、対応する前記検出器アセンブリに対して回転させて前記シンチレータ素子の吸収深さを変化させるように構成される、機械的位置決め機構、
    を有する、
    マルチモーダルイメージング装置。
  13. それぞれの前記サブアセンブリは、それぞれの前記検出器アセンブリが前記向きの両方において同じ数の前記シンチレータ素子／前記感光素子のペアを有するように、単一のシンチレータ素子及び単一の検出器素子を含む、
    請求項１２に記載のマルチモーダルイメージング装置。
  14. 前記シンチレーション光子の空間分布に基づいて、前記シンチレータにおける入射ガンマ量子の捕捉位置及び／又は前記対象の中の前記ガンマ量子の放射ポイントを示すパラメータを決定するように構成される読出し回路、をさらに含む、
    請求項１３に記載のマルチモーダルイメージング装置。
  15. 対象の中の放射性トレーサ分布を撮像するためのマルチモーダルイメージング装置であって、
    複数の放射線検出器モジュールであって、それぞれの前記検出器モジュールは：
    前記放射性トレーサによって発生した低エネルギ入射ガンマ放射線量子を捕えるとともに捕えた前記低エネルギ入射ガンマ放射線量子に応じてシンチレーション光子を放射するように構成される複数の第１のシンチレータ素子と；
    前記放射性トレーサによって発生した高エネルギ入射ガンマ放射線量子を捕えるとともに捕えた前記高エネルギ入射ガンマ放射線量子に応じてシンチレーション光子を放射するように構成される複数の第２のシンチレータ素子と；
    前記第１のシンチレータ素子及び前記第２のシンチレータ素子に光学的に結合されるとともに、放射された前記シンチレーション光子を捕えるように構成される、複数の感光素子と；
    前記第１のシンチレータ素子の面に配置されるとともに入射角に基づいて入射ガンマ量子をフィルタリングするように構成されるコリメータ要素を含むコリメータシステムであって、前記コリメータ要素は、前記第１のシンチレータ素子と前記対象との間に配置され、前記コリメータシステムは、前記第２のシンチレータ素子と前記対象との間に前記コリメータ要素を含まない、コリメータシステムと；
    を含む、
    複数の放射線検出器モジュール、
    を有する、
    マルチモーダルイメージング装置。
  16. 前記シンチレーション光子の空間分布に基づいて、前記シンチレータ素子における入射ガンマ量子の捕捉位置及び／又は前記対象の中のガンマ量子の放射ポイントを示すパラメータを決定するように構成される読出し回路、をさらに含む、
    請求項１５に記載のマルチモーダルイメージング装置。
  17. それぞれの前記サブアセンブリは、前記第２の向きにおいて、前記入射ガンマ光子が、側面から側面にそれぞれの前記サブアセンブリの隣接する前記シンチレータ素子を連続的に通過するように、光検出器のリニアアレイに光学的に結合される前記シンチレータ素子のリニアアレイを含む、
    請求項１２に記載のマルチモーダルイメージング装置。
  18. 前記二次元アレイは、前記サブアセンブリのＭ×Ｎのアレイを含み、Ｍ及びＮは、複数の整数である、
    請求項１２に記載のマルチモーダルイメージング装置。
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