JP6667643B2 - 窓口を有するフラットｐｅｔ撮像装置 - Google Patents

Description

本願は、２０１５年１２月３０日に中国国家知識産権局へ提出された、発明の名称を「窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置」とする中国特許出願番号第２０１５１１０１９０６８．５号に基づく優先権を主張し、当該出願に記載された全ての内容を本願に援用するものである。

本発明は、医療器械に関し、さらに窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置に関する。

癌は、現在に、人類の命と健康に対して、脅威が最も大きい病気の一つであり、一般に、手術、放射線治療及び化学療法が癌の治療手段である。放射線治療については、放射性同位体の射線、Ｘ線治療機が発生した普通のＸ線、加速器が発生した高エネルギのＸ線、各種の加速器が発生した電子ビーム、陽子、高速中性子及び重粒子などを利用して、癌の治療を行う。放射線治療では、重要な癌の治療手段として、如何にその治療効果を向上させることについて人々の研究方向の焦点が当てられる。普通、射線の線量分布の最適化によって、放射線治療の治療効果を大幅に向上させることができるが、射線の線量分布の最適化の鍵は、腫瘍及びその周辺組織の生理生化学的情報を正確に取得することにある。

放射線治療の治療効果を向上させるために、普通、手術又は放射線治療の前に、腫瘍及びその周辺組織の生理生化学的情報を正確に取得するように、ポジショニングナビゲーションを行う。従来の技術では、ポジショニングナビゲーションは、一般的に、医療撮像装置を利用して、病変器官の癌細胞領域に対して初期のポジショニングを行い、病変領域に対して手術切除又は放射治療を行う。しかしながら、現在の臨床放射線治療のナビゲーションシステムには以下の課題がある。

まず、現在のポジショニングナビゲーションは、ＣＴなどの解剖画像に基づいて行い、低酸素組織及び壊死病巣を正確に識別しにくい。腫瘍に対する放射線治療の射線の治療作用は、主に活動性腫瘍細胞、特に高酸素細胞を殺すことによって表される。射線が細胞に作用することで、水分子のイオン化をもたらし、フリーラジカルＲ・、例えば ＯＨ・フリーラジカルを形成する。細胞に酸素分子があると、フリーラジカルＲ・は、Ｒ・＋Ｏ₂→ＲＯ₂・のような反応を発生し、細胞内の分子に対して破壊的役割を果たす反応生成物をさらに生成する。上記の反応は、酸素があることを前提とするので、腫瘍組織が低酸素状態であると、腫瘍に対する射線の治療作用は、大幅に弱くなる。また、腫瘍にある壊死組織に対して照射する必要はない。それにより、病人の正常組織への損傷を軽減するために、放射線治療において、低酸素組織及び壊死領域の照射線量を調整できる必要があり、低酸素組織及び壊死病巣を正確に識別することが特に重要である。

次に、現在、亜臨床病巣の治療について、ある盲目性があり、ＣＴなどの設備は亜臨床病巣を効果的にポジショニングすることができず、さらに放射線治療にナビゲーションを提供することもできない。亜臨床病巣（例えば、乳癌）は、腫瘍の発病過程において、常に出現する随伴症状であり、普通腫瘍本体の周辺又は遠い位置にあり、多発の病巣である場合があり、顕微鏡でみれば陰性の組織にみえるので、一般的に発現されることが困難であり、普通の臨床検査を利用して発現されにくい。亜臨床病巣が消滅されないと、かなりの患者の治療失敗を引き起こす。

次に、既存の技術におけるポジショニングナビゲーションでは、腫瘍及びその周辺組織の生理生化学的情報を医師や技師にリアルタイムにフィードバックできない。放射線治療の過程には、フリーラジカルが生体細胞を損傷することがあり、例えば、腫瘍組織の活性が低下して酸素分圧の低下を引き起こし、病巣の射線感度の低下を引き起こす。また、例えば、人体自身に、生理機能の複雑性があるので、臨床での各種の偶然又は予期しにくい状況が発生し、正常組織に対して射線が不可逆の損傷速を引き起こすかどうかを速やかに判断できないことをもたらす。それにより、腫瘍及びその周辺組織の生理生化学的情報を速やかにフィードバックできると、射線が正常組織に不可逆の損傷を引き起こす直前に線量の分布を調整し、患者に対する損傷を低下させ、患者の生活の質と生存率を向上させる。

最後に、既存の技術において取得された線量分布は十分に正確ではない。放射線治療の計画を立てる時に、呼吸及び器官の動き、患者に対するポジショニングの重複誤差はターゲットの体積に影響があることを考えて、放射線治療の効果を確保するために、放射線治療に採用された計画のターゲットエリアの半径は、一般的に実際のターゲットエリアより数センチメートル大きい。そうすると、放射線治療の時、正常組織への損傷が増大する。特に、ターゲットエリアが射線敏感組織と重なる場合、ジレンマの状況になってしまう。射線に敏感な正常組織を保護するためにターゲットエリアの面積を減らす又は線量を低下させると、病巣を効果的に殺すことができなくなる。十分に治療するために大きいターゲットエリアと線量を使用すると、組織が余分な線量で照射され、正常組織により大きい損傷を引き起こすことになる。そのため、線量分布の精度を向上させることができたら、正常組織への損傷を低下させることが可能となる。

以上により、放射線生物学の観点から、放射線治療の効果を改善するために、放射線治療のナビゲーションと観察の設備は、生理生化学的情報から組織の状態及び変化を正確に示し、ポジショニングナビゲーションとリアルタイムのフィードバックを実現するように情報を速やかに提供し、ターゲットエリアの精確な線量分布を高分解能で実現することが要求される。

陽電子放出コンピュータ断層撮像（ＰＥＴ、ｐｏｓｉｔｒｏｎ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）は、機能的撮像技術の一つとして、ＣＴに比べて、放射線治療のポジショニングナビゲーションにおいて、腫瘍及びその周辺組織の生理生化学の情報を取得することに、絶対的な利点があり、ＭＲＩに比べて、手術設備を磁化して手術操作に影響を与えることをしない。従って、ＰＥＴ撮像技術を利用して腫瘍手術の放射線治療のナビゲーションを行うことは、科学的かつ効果的な選択である。

従来のＰＥＴは、複数の検出器部品で環状構造に近い閉鎖撮像システムを構成する。例えば、日本のＴａｉｇａ Ｙａｍａｙａは、Ｏｐｅｎ ＰＥＴ（Ａｎ ｉｎｉｔｉａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｅｎ ＰＥＴ ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ、２００７ ＩＥＥＥ ｎｕｃｌｅａｒ ｓｃｉｅｎｃｅ ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｒｅｃｏｒｄを参照）を提案し、環状の検出環構造を採用し、図１に示すように、互いに平行である、一定の間隔を空ける二つの検出環１と２を採用することによって、放射線治療の射線は、二つの検出環の間の空間３を通して人体４に照射できることを特徴とする。その方法は、検出環が放射線治療の射線を遮るという課題を解決できるが、同じ数量の検出器が使用される場合、感度と検出環の被覆角度とは正比例を成すので、Ｏｐｅｎ ＰＥＴの被覆角度は、間隔の増大に伴って少なくなり、従来のＰＥＴに比べて、さらに感度を犠牲にし、撮像性能の劣化をもたらし、リアルタイムの動的イメージングを達成して放射線治療のナビゲーションを行うことが困難である。同時に、視界が人の胴体の大半を被覆するために、現在の臨床の環状構造ＰＥＴは、内径が一般的に７０ｃｍ以上であり、外径が２ｍ程度であるとともに、体積が大きくて構造も複雑であり、医療人員に操作される空間が限られているので、放射線治療の設備と整合して使用されることが困難である。

本発明の目的は、窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置を提供することであり、よって、既存の技術において、放射線治療のナビゲーションを行う時、リアルタイムにポジショニングして走査できず、操作空間が不足する課題を解决しようとする。

本発明に係る窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置は、複数のＰＥＴ検出器を順番にプレート状に配列させ、少なくとも一つの窓口が設置されている第１のフラットプレートと、いくつかのＰＥＴ検出器を順番にプレート状に配列させ、第１のフラットプレートに平行に設置されている第２のフラットプレートと、第１のフラットプレート及び第２のフラットプレートが固定される支持装置とを備える。

窓口の面積は、前記ＰＥＴ検出器の面積の整数倍である。

窓口の面積は、１平方センチメートル〜１平方メートルの間にある。

本発明の一実施例によれば、第２のフラットプレートには、少なくとも一つの窓口が設置されている。

本発明の一実施例によれば、第１のフラットプレートと第２のフラットプレートとは、形状が同じである。

本発明の一実施例によれば、第１のフラットプレートと第２のフラットプレートとは、形状が異なる。

本発明の一実施例によれば、支持装置は、回転ブラケットと、回転ブラケットにお互いに平行に設置されている二つの第１のレールと、第１のレールに垂直であり、第１のガイドブロックを介して第１のレールに固定された少なくとも二つの第２のレールと、を備え、第１のフラットプレートと第２のフラットプレートとは、第２のガイドブロックを介して第２のレールにヒンジで連結されている。

各の第１のガイドブロックには、第１のレールに垂直であり且つ対向する他方の第１のレールへ延びる固定プレートが設置され、第２のレールは、固定プレートに固定されている。

本発明の他の実施例によれば、支持装置は、駆動モータ及び第３のレールをさらに備え、回転ブラケットは円状であり、駆動モータの駆動ギアと回転ブラケットとは噛合し、第３のレールは、第１のレールと第２のレールとにそれぞれ垂直であり、第１のフラットプレートと第２のフラットプレートとは、第３のガイドブロックを介して第３のレールに固定されている。

本発明の一実施例によれば、ＰＥＴ検出器の形状は、三角形または平行四辺形である。

本発明に係る窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置は、手術又は放射線治療の過程において、癌細胞に対してリアルタイムの診断ポジショニングを行うことに便利であり、癌細胞の分布状况と病理学的状態をリアルタイムに反映し、癌細胞の拡散変化などによるポジショニングの誤りを避ける。同時に、本発明には、フラットＰＥＴに窓口が設置されたので、リアルタイムにポジショニングして走査する効果を確保するとともに、放射線治療などの他の操作に空間を提供し、治療の操作に影響を与えなくてリアルタイムの診断、ポジショニング、ナビゲーションを確実に実現できる。また、本発明は、生理生化学的情報から組織の状態と変化を反応でき、放射線治療のナビゲーションにおける迅速な撮像を実現できるので、射線の線量分布の精度の向上に根拠と基準を提供し、放射線治療の效果を改善する。

図１は、既存の技術におけるＯｐｅｎ ＰＥＴの環状の検出環の構造を示す模式図である。 図２は、本発明に係る一実施例による窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置を示す模式的斜視図である。 図３は、図２における窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置による検出器の配列と窓口の配置を示す模式図である。 図４は、本発明に係る他の実施例による検出器の配列と窓口の配置を示す模式図である。 図５は、本発明に係る他の実施例による検出器の配列と窓口の配置を示す模式図である。 図６は、本発明に係る他の実施例による検出器の配列と窓口の配置を示す模式図である。 図７は、本発明に係る他の実施例による窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置を示す模式的斜視図である。

以下、具体的な実施の形態を参照して、本発明を説明する。なお、以下に説明する具体的な実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではないと理解されたい。

図２は、本発明に係る一実施例による窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置を示す模式的斜視図である。図２に示すように、本発明に係るフラットＰＥＴ撮像装置は、第１のフラットプレート１０、第２のフラットプレート２０、及び支持装置を備える。第１のフラットプレート１０と第２のフラットプレート２０とは、平行に配置され、支持装置を介して固定されている。具体的には、当該支持装置は、第１のレール３０、第２のレール４０、及び回転ブラケット５０を備える。平行に配置された二つの第１のレール３０は、環状且つフラットプレート状の回転ブラケット５０の同じ側に設置されている。各第１のレール３０には、二つの第１のガイドブロック３１が設置されている。第１のガイドブロック３１は、第１のレール３０に係合され、第１のレール３０に沿って摺動できる。各第１のガイドブロック３１には、第１のレール３０に垂直であるとともに、対向する他方の第１のレール３０へ延びる固定プレート４１がさらに設置されている。第２のレール４０は、第１のレール３０に垂直であり、且つ固定ブロック４２を介して固定プレート４１に固定されている。第１のフラットプレート１０と第２のフラットプレート２０とは、それぞれ、第２ガイドブロック４３を介して第２のレール４０にヒンジで連結されている。それにより、第１のフラットプレート１０と第２のフラットプレート２０とが、第２のレール４０に沿って摺動するとともに、それぞれ第２のレール４０の回りに回転することができる。第１のフラットプレート１０には、窓口１１が設置されている。当該窓口１１は、放射線治療のナビゲーションの時、例えば、窓口１１を介してＸ線を導入することなどの、医療人員の他の操作に便利である。

図３は、図２による第１のフラットプレート１０と第２のフラットプレート２０との検出器の配列及び窓口の配置を示す模式図である。図３に示すように、第１のフラットプレート１０と第２のフラットプレート２０とは、いずれも順番に配列されたいくつかのＰＥＴ検出器１２、２２を備え、ＰＥＴ検出器１２、２２は、例えば、機械部材の接続、固定具の接続などの普通の接続方式で接続されることができる。第１のフラットプレート１０と第２のフラットプレート２０との形状は、必要に応じて円状又は環状などの異なる形状に製造されてもよい。同様に、第１のフラットプレート１０と第２のフラットプレート２０との大きさは、必要に応じて同じ形状又は異なる形状に調整されてもよい。図３には、第１のフラットプレート１０と第２のフラットプレート２０の全体は、大きさが同じである長方形プレートに形成された。その中、第１のフラットプレート１０には、中央の３ｘ３のＰＥＴ検出器１２を取り除くことによって窓口１１が形成され、窓口１１の大きさは、一つのＰＥＴ検出器１２の面積の９倍と大体同じである。一般的に、窓口１１の面積は、一つのＰＥＴ検出器の面積の整数倍であり、一つのＰＥＴ検出器が必要に応じて異なる大きさに切断されることができるので、一つの窓口１１の面積は、１平方センチメートルから１平方メートルまで異なり得る。

なお、本発明では、窓口１１の位置、数量及び大きさは、必要に応じて調整されることができる。例えば、窓口の位置は、いずれのフラットプレートに調整されてもよいし、窓口の数量は、二つ又は二つ以上であってもよいし、窓口は、第１のフラットプレートと第２のフラットプレートのそれぞれに位置してもよい。図４−図６には、本発明の他の実施例を示すが、本発明の例示にすぎず、本発明を限定するものではない。

図４に示すように、本発明に係る他の実施例には、同じ部材の記号が１００の数字を追加して明示されている。第１のフラットプレート１１０には、二つの窓口１１１が設置され、二つの窓口１１１の位置が第１のフラットプレート１１０の対角線に大体に沿って配置され、各窓口１１１の面積が一つのＰＥＴ検出器の面積の４倍である。

図５に示すように、本発明に係る他の実施例には、同じ部材の記号が２００の数字を追加して明示されている。第１のフラットプレート２１０には、一つの窓口２１１が設置され、当該窓口２１１の面積が一つのＰＥＴ検出器の面積の９倍である。第２のフラットプレート２２０の中央には、窓口２２１が設置され、窓口２２１の位置が窓口２１１に対応し、窓口２２１の面積も一つのＰＥＴ検出器の面積の９倍である。

図６に示すように、本発明に係る他の実施例には、同じ部材の記号が３００の数字を追加して明示されている。図における第１のフラットプレート３１０と第２のフラットプレート３２０とは、いずれもシェイプドコンビネーションボードであり、つまり、第１のフラットプレート３１０と第２のフラットプレート３２０とは、いずれも三角形のＰＥＴ検出器３１２、３２２と正方形のＰＥＴ検出器３１３、３２３が順番に配列されることによって構成される。その実施例には、第１のフラットプレート３１０には、二つの窓口３１１が設置され、窓口３１１の面積が一つのＰＥＴ検出器３１３の面積の大体４倍である。

本発明は、二つのお互いに平行なＰＥＴフラットを採用することによって、腫瘍の治療の過程における走査及び撮像に適用し、腫瘍細胞に対してリアルタイムに追踪ポジショニングを行うことができる。本発明は、ＰＥＴフラットに必要に応じて窓口が設置されたので、二つのフラットプレートの間及びフラットプレートに垂直である方向に空間通路を提供でき、医療人員の操作に使用されるか、又は、射線の通過が許容されるために、腫瘍の治療操作に十分の空間が許容されると同時に、検出器の数量を節約するので、コストを大幅に低下させる。

また、図２に示すように、本発明は、使用時に、第１のフラットプレート１０と第２のフラットプレート２０との間隔は、腫瘍領域の大きさによりよく当たるように、駆動装置（未図示）によって、第１のレール３０に沿って調整することができる。同時に、第１のフラットプレート１０と第２のフラットプレート２０とは、それぞれ第２のレール４０に沿って第１のレール３０に垂直である方向に移動することができる。それにより、第１のフラットプレート１０と第２のフラットプレート２０との相対的な位置を調整することで、よりよい撮像効果を取得できる。また、窓口の傾斜方向と相対的な位置を変更するように、第１のフラットプレート１０と第２のフラットプレート２０は、相応の第２のレール４０の回りに同期的に回転することもできる。本発明には、フラットＰＥＴに窓口が設置された後、全体の検出精度への影響は、ほとんど無視できる。

また、図７に示すように、本発明による他の実施例であり、同じ部材の記号が４００の数字を追加して明示されている。その実施例には、第１のフラットプレート４１０、第２のフラットプレート４２０、第１のレール４３０、第２のレール４４０及び回転ブラケット４５０は、図１に係る実施例と同じであるので、以下、異なる部分のみを説明する。図７には、本発明は、駆動モータ４６０及び第３のレール４７０をさらに備え、駆動モータ４６０の駆動軸には、駆動ギア４６１が設置され、回転ブラケット４５０には、円周に沿って分布されている噛合歯４５１が設置された。噛合歯４５１と駆動ギア４６１とは、駆動モータ４６０の駆動で回転ブラケット４５０を回転させるように、噛合することによって、第１のフラットプレート４１０と第２のフラットプレート４２０とを所望の位置に回転させる。固定ブロック４４２には、第１のレール４３０に垂直に延びる第３の固定プレート４７２が設置され、第３の固定プレート４７２には、第１のレール４３０に垂直であり且つ第３の固定プレート４７２に垂直に延びる第３のレール４７０が設置され、第１のフラットプレート４１０又は第２のフラットプレート４２０の対向する二つの辺には、それぞれ二つの第３のガイドブロック４７１が設置され、第３のガイドブロック４７１は、第１のフラットプレート４１０又は第２のフラットプレート４２０が第３のレール４７０に沿って摺動できるように、第３のレール４７０に係合されている。その実施例には、第１のフラットプレート４１０又は第２のフラットプレート４２０は、三次元に沿う直線運動を実現でき、即ち、第１のレール４３０に沿う直線運動、第２のレール４４０に沿う直線運動、及び第３のレール４７０に沿う直線運動が実現でき、回転ブラケット４５０の回りの回転運動も実現できる。それにより、第１のフラットプレート４１０と第２のフラットプレート４２０とは、治療必要に応じて任意の配置位置をさせることが実現できる。

本発明に係る窓口を有するフラットＰＥＴ検出システムは、手術又は放射線治療の前に、ポジショニングナビゲーションを行うことに便利であり、残る病巣、壊死病巣及び亜臨床病巣などの組織を効果的に識別でき、治療の成功率を向上させることができる。本発明は、他の撮像装置を組み合わせて共同ベッドの同時のマルチモードイメージングを行ってもよい、スキャン時間の差に組織の自体が変化する影響及び画像が融合する時の誤差を除去できる。顕微鏡、「ダビンチサージカルシステム」などの設備と共同で使用されて、臨床又は生物学の研究における他の生理生化学的現象を検出して、発現することに適用される。

上記に記載のものは、本発明の好適な実施例のみであり、本発明を限定するものではない。本発明の上記の実施例は、それぞれ変更されてもよい。つまり、本発明の特許請求の範囲及び明細書の内容によって完成された簡単な、相当な変化と改変は、全て本発明の特許請求の範囲の保護範囲に含まれる。例えば、図２における窓口１１は、第１のレール３０に垂直である方向に沿って延びるように設置されて、第１のフラットプレート１０は二つの独立のフラットプレートに分割されてもよい。また、例えば、図５おける窓口２１１、２２１は、第１のレールに垂直である方向に沿って延びるように設置されて、第１のフラットプレート２１０、第２のフラットプレート２２０はそれぞれ二つの独立のフラットプレートに分割されてもよい。また、ここでは、１つずつ挙げることがしないが、例えば、本発明における支持装置は、任意の移動を可能にする他の構造に構成されてもよい。本発明において詳しく説明されない事項は慣用技術の内容である。

Claims (9)

1. 複数のＰＥＴ検出器を順番にプレート状に配列させ、少なくとも一つの窓口が設置されている第１のフラットプレートと、
   いくつかのＰＥＴ検出器を順番にプレート状に配列させ、前記第１のフラットプレートに平行に設置されている第２のフラットプレートと、
   前記第１のフラットプレート及び前記第２のフラットプレートが固定される支持装置と
   を備え、
   前記支持装置は、
   回転ブラケットと、
   前記回転ブラケットにお互いに平行に設置されている二つの第１のレールと、
   前記第１のレールに垂直であり、複数の第１のガイドブロックを介して前記第１のレールに固定された少なくとも二つの第２のレールと、を備え、
   前記第１のフラットプレートと前記第２のフラットプレートとは、第２のガイドブロックを介して前記第２のレールにヒンジで連結されていることを特徴とする窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置。
2. 前記窓口の面積は、前記ＰＥＴ検出器の面積の整数倍である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置。
3. 前記窓口の面積は、１平方センチメートル〜１平方メートルの間にある、
   ことを特徴とする請求項２に記載の窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置。
4. 前記第２のフラットプレートには、少なくとも一つの窓口が設置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置。
5. 前記第１のフラットプレートと前記第２のフラットプレートとは、形状が同じである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置。
6. 前記第１のフラットプレートと前記第２のフラットプレートとは、形状が異なる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置。
7. 前記複数の第１のガイドブロックのそれぞれには、前記第１のレールに垂直であり、且つ対向する他方の前記第１のレールへ延びる固定プレートが設置され、
   前記第２のレールは、前記固定プレートに固定されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置。
8. 前記支持装置は、駆動モータ及び第３のレールをさらに備え、
   前記回転ブラケットは円状であり、
   前記駆動モータの駆動ギアと前記回転ブラケットとは噛合し、
   前記第３のレールは、前記第１のレールと前記第２のレールとにそれぞれ垂直であり、
   前記第１のフラットプレートと前記第２のフラットプレートとは、第３のガイドブロックを介して前記第３のレールに固定されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置。
9. 前記ＰＥＴ検出器の形状は、三角形または平行四辺形である、
   ことを特徴とする請求項８に記載の窓口を有するフラットＰＥＴ撮像装置。

Images