JP7179958B2 - セグメント化された検出モジュールを有するコンプトンカメラ - Google Patents

Description

本実施形態は、コンプトン医療用画像システムに関する。コンプトン画像システムは、散乱リングを組み立て、次いで大きなフレームワークに取り付けられたキャッチャリングを組み立てるなど、テストプラットフォームとして構築される。エレクトロニクスは、ファントムの放射からコンプトンベースの事象を検出するために接続されている。

コンプトン画像システムは、いかなる商業的臨床設定においても、実用的使用のための設計および制約要件に対処することに失敗している。現状の提案では、臨床で画像プラットフォームに統合する能力が欠けているか、または商業的ニーズに対処するための設計および制約要件（すなわち、柔軟性および拡大性）が欠けている。

序論として、以下に記載される好ましい実施形態は、医療用画像のための方法、システム、およびコンプトンカメラを含む。コンプトンカメラは、散乱検出器の一部、捕獲検出器の一部、および電子機器の一部を含む各セグメントを有するセグメントに分割される。異なるセグメントが一緒に配置され、患者空間の一部の周囲に円弧を描くコンプトンカメラが形成されることがある。セグメントを使用することによって、任意の数のセグメントを使用してマルチモダリティ撮像システムに適合させることができる。

第１の態様では、医療用画像のためにコンプトンカメラが提供される。第１のモジュールは、第１のハウジングと、第１のハウジングに接続された第１の散乱検出器と、第１のハウジングに接続されるとともに第１の散乱検出器から離間された第１の捕獲検出器と、により構成され、くさび形断面を有する。第２のモジュールは、第２のハウジングと、第２のハウジングに接続された第２の散乱検出器と、第２のハウジングに接続されるとともに第２の散乱検出器から離間された第２の捕獲検出器と、によって構成され、上記前記くさび形断面と同一のくさび形断面と同一のくさび形断面を有する。第１のモジュールは第２のモジュールと接続可能であり、第２モジュールとの接続を解除可能である。

第２の態様では、医療用画像システムは、コンプトンセンサの散乱検出器及び捕獲検出器を各々有する固体検出器モジュールを含む。固体検出器モジュールは、固体検出器モジュールの構成可能な数のリングまたは部分リングとして一緒にスタックされるように形作られている。

第３の態様では、コンプトンカメラを形成するための方法が提供される。散乱検出器及び捕獲検出器の対は、異なるハウジングの散乱検出器及び捕獲検出器の対が非平面であり、隣接するように形作られた個別のハウジングに収容される。ハウジングは、患者空間の周りのリングまたは部分リングに隣接する。

本発明は、以下の特許請求の範囲によって定義され、これらの特許請求の範囲を限定するものとして見なされるべきではない。さらなる様態及び利点については、好ましい実施形態と関連して以下において説明し、これらを独立して又は組合せて特許請求する場合がある。

構成要素及び図面は、必ずしも縮尺通りにはなっておらず、それどころか、本発明の原理を説明する際に誇張がなされている。さらに、図面に関し、同一の参照符号は、互いに異なる図全体にわたり対応の部分を示している。

一実施形態によるコンプトンカメラの複数モジュールの透視図である。 散乱検出器の一例を示す。 捕獲検出器の一例を示す。 コンプトンカメラの一実施形態の側面図である。 図４Ａのコンプトンカメラの端面図である。 図４Ｂのコンプトンカメラの一部の詳細図である。 医療用画像システムにおけるコンプトンカメラの一実施形態の透視図である。 医療用画像システムにおけるフルリングコンプトンカメラの一実施形態の透視図である。 医療用画像システムにおける部分リングコンプトンカメラの一実施形態の透視図である。 医療用画像システムにおける軸方向延長部に部分リングを備えたフルリングコンプトンカメラの一実施形態の透視図である。 医療用画像システムにおける単一モジュールベースのコンプトンカメラの一実施形態の透視図である。 コンプトンカメラを形成する方法の一実施形態のフローチャート図である。

医療用撮像システムは、セグメント化された検出モジュールを備えたマルチモダリティ互換性コンプトンカメラを含む。コンプトンカメラリングなどのコンプトンカメラは、検出ユニットを収容するモジュールにセグメント化されている。各モジュールは独立しており、リングまたは部分リングに組み立てると、モジュールは互いに連絡し合うことがある。モジュールは独立しているが、コンプトン散乱ベースの画像を生成するマルチモジュールユニットに組み立てることができる。円筒対称モジュール又は球面シェルセグメントモジュールを使用することができる。

散乱・捕獲が対のモジュールは、効率的な製造を可能にし、現場でサービス可能であり、コスト及びエネルギー効率が良い。モジュールは、各半径方向検出ユニット、１モジュールの角スパン、および／または軸スパンについて、設計自由度を変更することを可能にする。散乱・捕獲が対のモジュールは、マルチモダリティ互換性があり、および／または臨床放出画像のためのモジュールリングコンプトンカメラを形成する。このデザインは柔軟性を可能にするため、既存のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴（ＭＲ）、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）または他の医療用画像プラットフォームに、軸方向に分離したシステムとして、または完全に統合されたシステムとして、コンプトンカメラを追加することができる。各モジュールは、放熱、データ収集、較正、及び／又は、サービスと同様に効率的な組立を可能にすることができる。

各散乱・捕獲が対のモジュールは、市販の適切な固体検出器モジュール（例えば、Ｓｉ、ＣＺＴ、ＣｄＴｅ、ＨＰＧｅ又は同様なもの）から形成され、１００～３０００ｋｅＶのエネルギー範囲を可能にする。コンプトン画像は、より広範囲の同位体エネルギー（＞２ＭｅＶ）を備えることができ、散乱・捕獲検出器の選択を通じて新しいトレーサ／マーカを可能にする。モジュール化により、個々のモジュールの削除または交換が可能となり、時間と費用効率の高いサービスが可能となる。モジュールは、独立して動作され、絶縁されてもよく、またはクロストークのためにリンクされてもよく、１つのモジュールの散乱検出器および別のモジュールの捕獲検出器を使用してコンプトン事象を検出する際の画質の向上およびより高い効率を可能にする。

モジュール化は、個々の要件に最適化された柔軟な設計幾何学を可能にする。例えば、ＣＴシステムとの統合のための部分リング（例えば、Ｘ線源と検出器との間で接続される）、単一光子放射型コンピュータ断層撮影ガンマカメラ又は他の空間限定撮像システムとの統合のために使用される少数のモジュール（例えば、タイリング）、又はフルリングを使用する。コンプトンで検出された事象に基づく機能的画像診断は、他の画像診断システム（例えば、ＣＴ、ＭＲ、またはＰＥＴ）に追加されることがある。コンプトンカメラの軸方向のカバレッジをより大きくするために、複数のフルリングまたは部分リングを互いに隣接して配置することができる。専用または独立型コンプトンベースの撮像システムが形成されてもよい。１つの実施形態では、モジュールは、低エネルギー用コリメータ（例えば＜３００ｋｅＶ）を含み、マルチチャネルおよび多重画像化（例えば、コンプトン事象用の散乱・捕獲検出器を使用した高エネルギーおよびＳＰＥＣＴまたはＰＥＴ画像用の検出器の一つを使用した低エネルギー）を提供する。モジュールは、静止していてもまたは高速回転（０．１ｒｐｍ<<ω<<２４０ｒｐｍ）であってもよい。次元、設置、サービス、および／またはコストの制約は、対となった散乱・捕獲モジュールによって対処される。

図１は、コンプトンカメラのためのモジュール１１の一実施形態を示す。４つのモジュール１１が示されているが、追加のモジュールまたはそれ以下のモジュールを使用してもよい。コンプトンカメラは、コンプトンカメラの望ましいデザインに応じて、１つ以上のモジュールから形成される。

コンプトンカメラは医療用画像用である。モジュールに対する患者のための空間が、モジュールが患者から放出される光子を検出するために配置されるように提供される。患者内の放射性医薬品には放射性同位元素が含まれる。放射性同位元素からの崩壊により患者から光子が放出される。放射性同位元素からのエネルギーは、検出器の材料と構造に応じて、１００～３０００ｋｅＶでもよい。様々な放射性同位元素のいずれも、患者を画像化するために使用され得る。

モジュール１１の各々は、同一または多数の同一成分を含む。散乱検出器１２、捕獲検出器１３、回路基板１４、およびバッフル１５が、同じハウジング２１内に設けられている。追加の、異なる、またはより少ない構成要素が提供されてもよい。例えば、散乱検出器１２及び捕獲検出器１３は、他の構成要素を伴わないハウジング２１内に設けられている。別の例として、光ファイバデータライン１６は、モジュール１１の全てまたはサブセットに提供される。

モジュール１１は、一緒にスタックされるように形作られている。モジュール１１は、一致するくぼみと伸展、ラッチ、舌状溝、またはクリップを有するなど、互いに接合する。他の実施形態において、平らまたは他の表面は、互いにまたは分割器に対して静止するために提供される。モジュール１１を任意の隣接するモジュール１１に取り付けるためのラッチ、クリップ、ボルト、舌状溝または他の取り付け機構が設けられる。他の実施形態では、モジュール１１は、任意の隣接モジュール１１への直接接続の有無にかかわらず、ガントリまたは他のフレームワークに取り付けられる。

他のモジュール１１またはガントリへの接続または複数の接続は、解除可能であり得る。モジュール１１は接続されており、取り外されることがある。接続は解除可能であってもよく、これにより、すべてのモジュール１１を取り外すことなく、１つのモジュール１１またはモジュール１１のグループを取り外すことができる。

複数のモジュール１１からコンプトンカメラを形成するために、モジュール１１のハウジング２１および／または外形はくさび状である。モジュール１１は、軸の周りにスタックされて、くさび形状によるリングまたは部分リングを形成することができる。軸に近い部分は、軸からさらに離れた部分の幅サイズよりも、軸に垂直な寸法に沿って狭い幅サイズを有する。図１のモジュール１１において、ハウジング２１は、軸から最も離れた最も幅広い部分を有する。

他の実施形態では、最も広い部分は軸により近いが、軸に最も近い最も狭い部分から離れて配置されている。くさび形状では、散乱検出器１２は、捕獲検出器１３よりもくさび形状の狭い部分に近い。軸に垂直な平面に沿った断面におけるこのくさび形状は、軸の周りのリングの少なくとも一部を形成するように隣接する、および／または接続された当接位置におけるモジュール１１のスタックを可能にする。

くさび形状のテーパは、多数のＮ個のモジュール１１を提供して、軸の周りに完全なリングを形成する。Ｎ＝１０－３０モジュールなど、任意の数個のＮを使用してもよい。Ｎ数は、異なる数のＮに対して異なるハウジング２１を使用するような構成可能であってもよい。所与のコンプトンカメラに使用されるモジュール１１の数は、コンプトンカメラの設計（例えば、部分リング）に応じて変化し得る。くさび形状は、軸に平行な断面においてくさび形状を有するなど、他の寸法に沿って設けられてもよい。

スタックされたモジュール１１は、医療用画像システムのガントリと接続されるように、円筒対称である。くさび状の断面の最も狭い端部は医療用画像システムの患者空間に最も近く、くさび状の断面の最も広い端部は患者空間から最も遠いことがある。別の実施形態では、スタックされたリング状または一般的に湾曲した形状のスタックを可能にするくさび形状以外の他の形状が提供されてもよい。

ハウジング２１は、金属、プラスチック、ガラスファイバ、炭素（例えば、炭素繊維）、および／またはその他の材料である。１つの実施形態において、ハウジング２１の異なる部分は異なる材料である。例えば、回路基板１４の周囲のハウジングには錫が使用される。アルミニウムは、散乱検出器１２及び／又は捕獲検出器１３を保持するために使用される。別の例では、ハウジング１２は、アルミニウムなどの同じ物質である。

ハウジング２１は、くさび形状を有する端板、回路基板１４を収容する接地面のシート、散乱検出器１２および捕獲検出器１３を保持する壁用の複数の構造などの異なる構造から形成されてよく、ここで、コンプトン事象から所望のエネルギーの光子が通過する可能性のある物質（例えば、アルミニウムまたは炭素繊維）から複数の構造が形成される。代替の実施形態では、モジュール１１の散乱検出器１２から別のモジュール１１の捕獲検出器１３に通過する光子の干渉を回避して、散乱検出器１２および／または捕獲検出器１３が配置される領域について、端板間のモジュール１１に壁が設けられていない。検出器１２、１３を保持するためおよび／または保持することによってハウジング２１は、アルミニウムまたは炭素繊維などの低減衰材料でできている。

ハウジング２１は、モジュールをシールするか、又は開口部を含むことができる。例えば、空気の流れのための開口部は、回路基板１４におけるくさび形状の最も広い部分の頂部などに設けられる。ハウジング２１は、穴、溝、舌状部、ラッチ、クリップ、スタンドオフ、バンパー、または取り付け、嵌合、および／またはスタックのための他の構造物を含んでもよい。

固体検出器モジュール１１の各々は、コンプトンセンサの散乱検出器１２及び捕獲検出器１３の両方を含む。各モジュールをスタックすることにより、コンプトンセンサのサイズが大きくなる。所与のモジュール１１自体は、散乱検出器１２と捕獲検出器１３の両方がモジュールに含まれるので、コンプトンセンサであってもよい。

モジュール１１は、別々に取り外され、および／またはコンプトンセンサに追加され得る。所与のモジュール１１について、散乱検出器１２及び／又は捕獲検出器１３は、モジュール１１から取り外し可能であってもよい。例えば、モジュール１１はサービスのために取り外される。故障した検出器１２、１３の一方または両方は、置換えのためにモジュール１１から取り外される。一旦交換されると、修理されたモジュール１１は、医療用画像システムに戻される。ボルト、クリップ、ラッチ、舌状溝、又は他の放出可能な接続部は、検出器１２、１３又はハウジング２１の一部を、検出器１２、１３の残りのモジュール１１に接続することができる。

散乱検出器１２は、固体検出器である。Ｓｉ、ＣＺＴ、ＣｄＴｅ、ＨＰＧｅ、および／または他の材料などの任意の材料を使用してもよい。散乱検出器１２は、任意の厚さ、例えば、ＣＺＴに対して約４ｍｍのウエハ製造で作成される。約５×５ｃｍのような任意のサイズを用いてもよい。図２は、散乱検出器１２のための正方形の形状を示す。長方形など、四方形以外の形状を用いることもある。図１のモジュール１１については、散乱検出器１２は、２つのくさび形の端板の間に延在する長方形であってもよい。

モジュール１１において、散乱検出器１２は任意の範囲を有する。例えば、散乱検出器１２は、１つのくさび形の端壁から他のくさび形の端壁に延びる。モジュール１１内のマウンティング間に延長するか、または１つもしくは両方の末端壁を越えて軸方向に伸長するように、より小さな、またはより大きな範囲が提供され得る。一実施形態では、散乱検出器１２は、別端壁に延長されることなく、一端壁に、一端壁上に、又は一端壁に存在する。

散乱検出器１２は、センサのアレイを形成する。例えば、図２の５×５ｃｍ散乱検出器１２は、約２．２ｍｍの画素ピッチを有する２１×２１画素アレイである。他の多数の画素、画素ピッチ、および／またはアレイのサイズを使用してもよい。

散乱検出器１２は、処理のためにフォーマットされた半導体を含む。例えば、散乱検出器１２は、散乱検出器１２内の電子との光子相互作用を感知するための特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を含む。ＡＳＩＣは、散乱検出器１２の画素とコロケーションされる。ＡＳＩＣの厚さは様々である。複数のＡＳＩＣ、例えば、散乱検出器１２の３ｘ３グリッド内に９個のＡＳＩＣＳを設けることができる。

散布検出器１２は、例えば＞１００ｋｃｐｓ／ｍｍのような任意の計数率で動作することができる。相互作用による画素によって電気が発生する。この電気は、特定用途向け集積回路によって感知される。位置、時間、および／またはエネルギーが感知される。感知された信号は、増幅されるように条件付けされてもよく、回路基板１４の１つ以上に送られる。フレキシブル回路、ワイヤ、または他の通信経路は、ＡＳＩＣからの信号を回路基板１４に運ぶ。

コンプトンセンシングはコリメーションなしで動作する。代わりに、捕獲検出器１３での光子相互作用に対する散乱検出器１２での光子相互作用のエネルギー、位置、および角度の間の固定された関係が、散乱検出器１２に入射する光子の角度を決定するために使用される。散乱検出器１２および捕獲検出器１３を用いてコンプトン処理が適用される。

捕獲検出器１３は固体検出器である。Ｓｉ、ＣＺＴ、ＣｄＴｅ、ＨＰＧｅ、および／または他の材料などの任意の材料を使用してもよい。捕獲検出器１３は、任意の厚さ、例えば、ＣＺＴに対して約１０ｍｍのウエハ製造で作成される。約５×５ｃｍのような任意のサイズを用いてもよい。サイズは、くさび形状及び散乱検出器１２及び捕獲検出器１３の離間した位置のために、散乱検出器１２よりも少なくとも１つの寸法に沿って大きくすることができる。図３は、捕獲検出器１３のための長方形の形状を示すが、他の形状を使用してもよい。図１のモジュール１１について、捕獲検出器１３は、長さが同じであり、幅が散乱検出器１２よりも大きい２つの端板の間に伸びる長方形であってもよい。

捕獲検出器１２は、センサのアレイを形成する。例えば、図３の５×６ｃｍ捕獲検出器１３は、約３．４ｍｍの画素ピッチを有する１４×１８画素アレイである。画素サイズは、散乱検出器１２の画素サイズよりも大きい。画素数は、散乱検出器１２の画素数よりも少ない。他の多数の画素、画素ピッチ、および／またはアレイのサイズを使用してもよい。他の相対的画素サイズおよび／または画素数を使用することがある。

モジュール１１では、捕獲検出器１３は任意の範囲を有する。例えば、捕獲検出器１３は、一方のくさび状の端壁から他方のくさび状の端壁まで延びている。モジュール１１内のマウンティング間に延長するか、または１つもしくは両方の末端壁を越えて軸方向に伸長するように、より小さな、またはより大きな範囲が提供され得る。１つの実施形態において、捕獲検出器１３は、別の末端壁に伸長することなく、一端壁に、一端壁上に、または一端壁に存在する。

捕獲検出器１３は、処理のためにフォーマットされた半導体を含む。例えば、捕獲検出器１３は、捕獲検出器１３内の電子との光子相互作用を感知するためのＡＳＩＣを含む。ＡＳＩＣは、捕獲検出器１３の画素とコロケーションされる。ＡＳＩＣの厚さは様々である。捕獲検出器１３の２×３グリッド中の６個のＡＳＩＣＳのような、複数のＡＳＩＣＳを提供することができる。

捕獲検出機１３は、例えば＞１００ｋｃｐｓ／ｍｍのような任意の計数率で動作することができる。相互作用による画素によって電気が発生する。この電気はＡＳＩＣによって感知される。位置、時間、および／またはエネルギーが感知される。感知された信号は、増幅されるように条件付けされてもよく、回路基板１４の１つ以上に送られる。フレキシブル回路、ワイヤ、または他の通信経路は、ＡＳＩＣからの信号を回路基板１４に運ぶ。

捕獲検出器１３は、散乱検出器１２から、軸または正常から平行散乱および捕獲検出器１２、１３までの放射状線に沿った任意の距離だけ間隔されている。１つの実施形態において、分離は約２０ｃｍであるが、より大きいまたはより小さい分離を提供してもよい。捕獲検出器１３と散乱検出器１２との間の空間は、所望のエネルギーで光子のための減衰が低い空気、他のガス、および／または他の材料で満たされる。

回路基板１４はプリント回路基板であるが、フレキシブル回路又は他の材料を使用してもよい。各モジュールのための任意の数の回路基板１４を使用することができる。例えば、散乱検出器１２には１つの回路基板１４が設けられ、捕獲検出器１３には別の回路基板１４が設けられる。

回路基板１４はハウジング２１内にあるが、ハウジング２１を越えて延在してもよい。ハウジング２１は接地されてもよく、回路基板１４の接地面として作用する。回路基板１４は、互いに平行に設置されているか、またはくさびの形状に応じて離れて広がるなど非平行である。回路基板は、捕獲検出器１３に略直交して配置される。一般的には、くさび形によるあらゆる広がりを考慮するために用いられる。ブラケット、ボルト、スクリュー、および／または相互からのスタンドオフ、および／またはハウジング２１は、回路基板１４を適所に保持するために使用される。

回路基板１４は、フレキシブル回路又はワイヤを通して散乱検出器及び捕獲検出器１２、１３のＡＳＩＣＳに接続する。ＡＳＩＣは検出した信号を出力する。回路基板１４は捕捉電子機器であり、検出された信号を処理して、コンプトンプロセッサ１９（例えば、画像プロセッサ）にパラメータを提供する。検出された信号の任意のパラメタリゼーションを使用することができる。一実施形態では、エネルギー、到着時間、および３次元における位置が出力される。他の収集処理が提供され得る。

回路基板１４は、モジュール１１内のガルバニック接続を通して、データブリッジ１７へ、および／または光ファイバデータリンク１６へ、互いに出力する。ファイバデータリンク１６は、電気信号を光信号に変換するための光ファイバインタフェースである。光ファイバケーブルまたは複数のケーブルは、散乱検出器１２及び捕獲検出器１３によって検出された事象の収集パラメータを、コンプトンプロセッサ１９に提供する。

データブリッジ１７は、モジュール１１間の通信を可能にするための電気接続用の回路基板、ワイヤ、フレキシブル回路、および／または他の材料である。ハウジング又は保護プレートがデータブリッジ１７を覆うことができる。データブリッジ１７は、１つ以上のモジュール１１に解放可能に接続する。例えば、データブリッジ１７の栓または接合した接続部は、ハウジング２１および／または回路基板１４上の対応する栓または接合した接続部と接合する。ラッチ、クリップ、舌状溝、ネジ、および／またはボルト接続を使用して、データブリッジ１７をモジュール１１との所定位置に取り外し可能に保持することができる。

データブリッジ１７はモジュール間の通信を可能にする。例えば、ファイバデータリンク１６は、１つのモジュール１１に提供され、他のモジュール１１には提供されない。モジュール１１ごとのファイバデータリンク１６のコストは回避される。代わりに、他のモジュール１１によって出力されるパラメータは、データブリッジ１７を介して、ファイバデータリンク１６を有するモジュール１１に提供される。モジュール１１の回路基板または複数の回路基板１４は、ファイバデータと１６経路を結び、ファイバデータリンク１６を用いて、パラメータ出力をファイバデータリンク１６に結び、複数のモジュール１１から検出された事象を報告する。代替の実施形態では、各モジュール１１はファイバデータリンク１６を含むため、データブリッジ１７は提供されないか、他の情報を伝達する。

データブリッジ１７は、モジュール１１間に他の信号を接続することができる。例えば、データブリッジ１７は、発電用のコンダクターを含む。あるいは、別のブリッジがモジュール１１に電力を提供するか、またはモジュール１１に個別に電力を提供する。別の例として、クロック信号及び／又は同期信号は、データブリッジ１７を用いてモジュール１１間で通信される。

図１の実施形態において、別々のクロックおよび／または同期ブリッジ１８が提供される。クロックおよび／または同期ブリッジ１８は、モジュール１１間のクロックおよび／または同期信号の通信を可能にするための、回路基板、ワイヤ、フレキシブル回路、および／または電気接続用の他の材料である。ハウジング又は保護プレートは、クロック及び／又は同期ブリッジ１８を覆うことができる。クロックおよび／または同期ブリッジ１８は、１つ以上のモジュール１１に解放可能に接続する。例えば、クロックおよび／または同期ブリッジ１８の栓または交配接続部は、ハウジング２１および／または回路基板１４上の対応する栓または接合接続部と交配する。ラッチ、クリップ、舌状溝、スクリュー、および／またはボルト接続を使用して、クロックおよび／または同期ブリッジ１８をモジュール１１とともに所定の位置に放出可能に保持することができる。

クロックおよび／または同期ブリッジ１８は、データブリッジ１７と同じまたは複数のモジュール１１のグループと接続することができる。図１に図示した実施形態では、データブリッジ１７は、モジュール１１の対の間を接続し、クロックおよび／または同期ブリッジ１８は、４つのモジュール１１のグループにわたって接続する。

クロックおよび／または同期ブリッジ１８は、モジュール１１のクロックを同期させるための共通のクロック信号および／または同期信号を提供する。各モジュール１１の回路基板１４によって形成されるパラメータの１つは、事象の検出時である。コンプトンの検出は、散乱事象と捕獲事象の対に依存している。タイミングを用いて、複数の検出器１２、１３から事象を対にする。共通のクロックおよび／または同期は、複数のモジュール１１において事象の対が検出されるところで、正確なペアリングを可能にする。別の実施形態では、同じモジュール１１の中で検出される散乱事象および捕獲事象のみが使用されるので、クロックおよび／または同期ブリッジ１８は提供されないことがある。

複数のモジュール１１間の他のリンクまたはブリッジが提供され得る。ブリッジ１７、１８は着脱可能であるため、個々のモジュール１１は、ガントリ内に残存するモジュール１１を残しながら、サービスのために除去され得る。

各モジュール１１は空冷される。モジュール１１を通る強制空気のために孔（すなわち、入口孔および出口孔）を設けてもよい。モジュール１１内の空気を誘導するために、１つ以上のバッフル１５が用意されてもよい。水、伝音移送、および／または他の冷却が、代替的に、または追加的に提供され得る。

１つの実施形態において、くさび形状モジュール１１またはハウジング２１の上部は開いている（すなわち、患者領域から最も遠い側のカバーがない）。１つ以上のバッフル１５が、１つ以上の回路基板１４及び／又はハウジング２１の中心部に沿って提供される。ファンおよび熱交換器２０は、捕獲検出器１３から離間した位置（例えば、モジュール１１の上部）でモジュール１１の１つの半分に沿うように、冷却されたまたは周囲温度の空気を各モジュール１１に強制流入させる。バッフル１５および／または回路基板１４は、散乱検出器１２と捕獲検出器１３との間の気腔に少なくとも一部の空気を導く。次いで、空気は、モジュール１１の別の部分（例えば、別の半分）上のバッフル１５および／または回路基板１４を通り、熱交換器２０に出る。空気の他の経路が用意されてもよい。

熱交換器およびファン２０は、個々のモジュール１１ごとに用意されているので、モジュール１１内に全体または部分的に存在してもよい。他の実施形態では、ダクト、バッフル、または他の構造体が空気を複数のモジュール１１に送る。例えば、４つのモジュール１１のグループは、モジュール１１のグループを冷却するためにガントリまたは他のフレームワークに取り付けられる、共通の熱交換器およびファン２０を共有する。

コンプトンセンサを形成するために、１つ以上のモジュール１１が使用される。例えば、患者からの光子放出を検出するために、２つ以上のモジュール１１が、患者ベッドまたは画像空間に対して配置される。より多くの数のモジュール１１の配列は、より多くの放出の検出を可能にし得る。くさび形状を使用することによって、モジュール１１は、患者空間の周りに円弧を形成するために、互いに反対側に、隣接して、および／または接続されて配置され得る。円弧はどの程度でもよい。モジュール１１は、互いに直接接触するか、またはスペーサまたはガントリを介して、モジュール１１間の小さな離隔（例えば、１０ｃｍ以下）で接触する。

一実施形態では、４つのモジュール１１が一緒に配置され、クロックおよび／または同期ブリッジ１８、１つ以上のデータブリッジ１７、および熱交換器とファン２０を共有する。モジュール１１の群に対して、１つ、２つ、または４つのファイバデータリンク１６が提供される。モジュール１１のこのような複数のグループは、同一の患者空間に対して互いに離れて配置されてもよいし、互いに隣接して配置されてもよい。

モジュール式アプローチのために、任意の数のモジュール１１が使用され得る。製造は、モジュール１１の他のものに使用されるよりも、異なる配置で任意のモジュール１１を使用するにもかかわらず、複数の同じ構成要素を構築することにより、より効率的かつコストがかかる。

モジュール１１またはモジュール１１のグループのファイバデータリンク１６は、コンプトンプロセッサ１９に接続される。コンプトンプロセッサ１９は、複数の事象のパラメータの値を受信する。エネルギーとタイミングパラメータを用いて、散乱事象と捕獲事象を対にした。各対に対して、一対の事象の空間的位置及びエネルギーは、散乱検出器１２上の光子の入射角を見出すために使用される。事象対は、一実施形態における同一モジュール１１における事象に限定される。別の実施形態では、同一または複数のモジュール１１からの捕獲事象を、与えられたモジュール１１からの散乱事象と対にすることができる。部分リング４０の異なる部分からの対合事象のためのように、複数のコンプトンプロセッサ１９が使用されてもよい。

一対の事象が連結されると、コンプトンプロセッサ１９または他のプロセッサは、検出された放出物の２次元または３次元における分布を再構成するためにコンピュータ断層撮影を行うことができる。再構成では、各事象の発生角度または発生ラインを使用する。検出されたコンプトン事象の再構成分布を用いてコンプトン画像を描出する。

ディスプレイ２２は、ＣＲＴ、ＬＣＤ、プロジェクタ、プリンタ、または他のディスプレイである。ディスプレイ２２は、コンプトン画像を表示するように構成されている。画像または複数の画像は、表示面緩衝液に保存され、表示部２２に読み出される。ＳＰＥＣＴ画像と重ね合わせた、または隣接するコンプトン画像を表示するなど、画像を別々に表示することもあれば、組み合わせることもある。

図４Ａ～６は、モジュール１１の一例の配置を示している。モジュール１１は、患者空間を囲むリング４０を形成する。図４Ａは、軸方向にスタックされた４つのそのようなリング４０を示す。図４Ｂは、リング４０内のモジュール１１の散乱検出器１２及び対応する捕獲検出器１３を示す。図４Ｃは、リング４０の一部の詳細を示している。３つのモジュール１１は、対応する一対の散乱検出器１２及び捕獲検出器１３を提供する。示されている以外の次元を用いてもよい。任意の数のモジュール１１を用いてリング４０を形成することができる。リング４０は、患者空間を完全に囲んでいる。医療用画像システムのハウジング内で、リング４０は、図５に示すようにガントリ５０または別フレームワークと接続されている。リング４０は、患者ベッド６０が患者をリング４０内におよび／またはその中に移動させることができるように配置されてもよい。この立体配置の一例を図６に示す。

リングは、患者からの放出のコンプトンに基づく画像化のために使用され得る。図７は、同じタイプのモジュール１１を複数の構成で使用する一例を示す。部分リング４０が形成される。リング４０には１つ以上の隙間７０が用意されている。これにより、他の構成要素が隙間内で使用され、及び／又はより少ないモジュール１１を使用することにより、より安価なシステムを作ることが可能となる場合がある。

図８は、モジュール１１の別の構成を示している。リング４０はフルリングである。追加の部分リング８０は、ベッド６０または患者空間に対して軸方向にスタックされ、検出された放出の軸方向の範囲を拡張する。部分リング８０は、図７の２つの隙間７０部分リング４０ではなく、Ｎ個のモジュール１１（例えば、Ｎ＝４）分布の１つおきまたはすべての群にある。追加のリングはフルリングであり得る。フルリング４０は、部分リング８０であってもよい。異なるリング４０および／または部分リング８０は、軸方向にスタックされ、全くまたはほとんど（例えば、モジュール１１の軸方向の範囲が１／２未満）離れている。複数のモジュール１１の軸方向の範囲の隙間を有するなど、より広い間隔を提供することができる。

図９は、モジュール１１のさらに別の構成を示している。一つのモジュール１１、または単一のモジュール１１の群が、患者空間またはベッド６０によって配置される。複数の間隔をあけた単一のモジュール１１または群（例えば、４つの群）は、ベッド６０および／または患者空間に対して異なる位置に用意することができる。

いずれの構成においても、モジュール１１は、ガントリ、複数のガントリ、および／または他のフレームワークに付着することによって位置を保持されている。ボルトやスクリューを使用するなど、その保持が取り外し可能である。所望の数のモジュール１１を用いて、所定の医療用画像システムのための所望の構成を組み立てる。集められたモジュール１１は、患者空間を定義するか、または相対的に、医療用画像システムに搭載される。その結果は、患者を画像化するためのコンプトンセンサである。

ベッド６０は、患者を移動させて、異なる時間に患者の異なる部分をスキャンすることができる。代替的または追加的に、ガントリ５０は、コンプトンセンサを形成するモジュール１１を移動させる。ガントリ５０は、患者空間に沿って軸方向に並進し、および／または患者空間の周りでコンプトンセンサを回転させる（すなわち、ベッド６０および／または患者の長軸の周りを回転させる）。他の回転および／または並進を提供することができ、例えば、モジュール１１をベッド６０または患者の長軸に対して非平行に軸方向に回転させる。複数の並進および／または回転の組合せを提供してもよい。

コンプトンセンサによる医療用画像システムは、独立した画像システムとして使用される。コンプトンセンシングは、患者における放射性医薬品の分布を測定するために使用される。例えば、フルリング４０、部分リング４０、及び／又は軸方向にスタックされたリング４０、８０は、コンプトンベースの画像システムとして使用される。

他の実施形態において、医療用画像システムは、マルチモダリティ画像システムである。モジュール１１によって形成されるコンプトンセンサは、１つのモダリティであり、他のモダリティも提供される。例えば、他のモダリティは、単一光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）、ＰＥＴ、ＣＴ、またはＭＲ画像システムである。フルリング４０、部分リング４０、軸方向にスタックされたリング４０、８０、および／または単一モジュール１１またはモジュール１１の群は、他の種類の医療用画像のためのセンサと組み合わされる。コンプトンセンサは、ベッド６０の長軸に沿って位置決めされ、ベッドがコンプトンセンサ内の患者を一方向に、他方のモダリティ内に位置決めされるなど、他のモダリティとベッド６０を共有することができる。

コンプトンセンサは、外側のハウジングを他のモダリティと共有することができる。例えば、フルリング４０、部分リング４０、軸方向にスタックされたリング４０、８０、および／または単一モジュール１１、またはモジュール１１の群は、他のモダリティのセンサまたは複数のセンサのために収容されている同じ画像システム内に配置される。ベッド６０は、所望のセンサに対して、画像システムハウジング内に患者を配置する。コンプトンセンサは、他のセンサに軸方向に及び／又は同じ軸方向位置の隙間に隣接して配置することができる。１つの実施形態において、部分リング４０はコンピュータ断層撮影システムにおいて使用される。Ｘ線源およびＸ線検出器を保持するガントリは、部分リング４０のモジュール１１も保持する。Ｘ線源は１つの隙間７０内にあり、検出器は別の隙間７０内にある。別の実施形態では、単一モジュール１１またはモジュール１１のスパース分布は、ＳＰＥＣＴシステムのガントリと接続する。モジュール１１はガンマカメラに隣接して配置されるので、ガンマカメラのガントリはモジュール１１を移動させる。あるいは、コリメータは、モジュール１１と患者との間、または散乱検出器１２と捕獲検出器１３との間に配置されてよく、モジュール１１の散乱検出器１２および／または捕獲検出器１３が、コンプトン事象の検出の代わりに、またはそれに加えてＳＰＥＣＴ画像のための光電事象検出のために使用されることを可能にする。

コンプトンセンサのモジュールベースのセグメント化により、同じ設計のモジュール１１を任意の複数の構成で使用することができる。したがって、異なる数のモジュール１１、モジュール位置、および／またはモジュール１１の構成が、異なる医療用画像システムのために使用されてもよい。例えば、一つの配置が一つのタイプのＣＴシステムでの使用のために提供され、異なるタイプのＣＴシステムのために異なる配置（例えば、モジュール１１の数および／または位置）が使用される。

コンプトンセンサのモジュールベースのセグメント化により、より効率的でコストのかかるサービスが可能になる。コンプトンセンサ全体を交換するのではなく、任意のモジュール１１を切り離して固定または交換することができる。モジュール１１は、個別に接続可能であり、互いにかつ／またはガントリ５０と切り離せる。全てのブリッジは除去され、次いでモジュール１１は、他のモジュール１１が残っている間に医療用画像システムから取り出される。個々のモジュール１１に取って代わるほうがより安価である。サービス時間を短縮することができる。欠陥のあるモジュール１１の個々の構成要素は、他方を残しながら散乱検出器１２又は捕獲検出器１３を交換する等、容易に交換することができる。モジュール１１は、対応する検出器１２、１３を使用することによって、複数の放射性同位元素（すなわち、複数のエネルギー）で動作するように構成することができる。

図１０は、コンプトンカメラを形成、使用、及び修復する方法のフローチャートの一実施形態を示す図である。コンプトンカメラはセグメント化したアプローチで形成される。カメラ全体を所定の位置に手で組み立てるのではなく、散乱検出器と捕獲検出器の対が互いに相対的に配置されて、コンプトンカメラの所望の構成が形成される。このセグメント化したアプローチは、同じ部品を使用する複数の構成、組立の容易さ、修理の容易さ、および／または他の撮像モダリティとの統合を可能にすることができる。

この方法は、図１のシステムによって実施され、図４～９のいずれかに示されるようにコンプトンセンサを組み立てることができる。る。他のシステム、モジュール、および／または構成されたコンプトンセンサを使用してもよい。

動作は、示された順序で、（頂部から底部へ、または番号順で）または他の順位で行われる。例えば、動作１０８は、動作１０４の一部として実施されることがある。

追加の動作、異なる動作、またはより少ない動作が提供されることがある。例えば、動作１０２及び１０４は、動作１０６及び１０８を実行せずにコンプトンカメラを組み立てるために設けられている。別の例として、動作１０６は、他の動作をしないで実行される。

動作１０２では、散乱検出器及び捕獲検出器の対は、個別のハウジング内に収容される。モジュールは、各モジュールが散乱検出器と捕獲検出器の両方を含むところで組み立てられる。機械及び（又は）人がハウジングを製造する。

モジュールは、異なるハウジングの散乱検出器及び捕獲検出器の対が非平面であるところに隣接するように形成される。例えば、くさび形状および／または位置決めは、図４Ｃに示されるような円弧状に検出器対が形成されるように提供される。その形状は、複数のモジュールが互いに向かい合って配置されたときに、円弧形状を可能にし、および／または強制する。

動作１０４では、ハウジングは隣接している。人または機械は、ハウジングからコンプトンセンサを組み立てる。ハウジングをスペーサ、ガントリ、またはフレームワークを介して直接接触または接触させて互いに隣接するようにスタックすることによって、隣接されたハウジングは円弧を形成する。フルリングまたは部分リングが患者空間の周りに形成され、少なくとも部分的には患者空間を定義する。コンプトンカメラの設計に基づいて、対応する散乱検出器と捕獲検出器の対を持つ任意の数のハウジングを一緒に配置して、コンプトンカメラを形成する。

ハウジングは、マルチモダリティシステムの一部として、または単一コンプトン画像システムを作成するために隣接することがある。マルチモダリティシステムのために、ハウジングは、ＳＰＥＣＴ、ＰＥＴ、ＣＴ、またはＭＲ画像システムのような他のモダリティのためのセンサと同じ外部ハウジングに、および／または同じベッドに配置される。コンプトンカメラのハウジングおよび他のモダリティ用のセンサには、同一または複数のガントリまたは支持フレームワークを使用してもよい。

コンプトンカメラの構成または設計により、ハウジングの数および／または位置が定義される。いったん接地すると、１本以上のブリッジを介してなど、連絡のためにハウジングを接続することができる。ハウジングは、空気冷却システムおよび／またはコンプトンプロセッサなどの他の部品と接続することができる。

動作１０６では、組み立てられたコンプトンカメラが放出を検出する。所与の放出光子は、散乱検出器と相互作用する。その結果、放出された光子の入射線から特定の角度における別の光子の散乱が生じる。この二次光子はエネルギーが小さい。二次光子は捕獲検出器で検出される。検出された散乱事象と捕獲事象の両方のエネルギーとタイミングに基づいて、事象を対にした。対になった事象の位置とエネルギーは、検出器間の線と散乱角を与える。その結果、放出された光子の入射線が決定される。

二次光子を検出する可能性を高めるために、あるハウジングからの捕獲事象を、別のハウジングの散乱事象と対にすることができる。角度のために、１つの散乱検出器からの散乱は、同じハウジング内の対の捕獲検出器、または別のハウジング内の捕獲検出器に入っていることがある。検出器領域においてハウジングが開いていること、および／または低光子減衰材料を使用することによって、より多くのコンプトン事象を検出することができる。

検出された事象を計数するか、または収集する。再構成では、複数のコンプトン事象が発生する応答のラインまたはラインが使用される。患者からの放出の３次元における分布は、コンプトンセンシングに基づいて再構成することができる。コンプトンセンシングが放出された光子の入射角を説明または提供するので、再構成にはコリメータは必要ない。

検出された事象は、オブジェクト・スペースに再構成される。画像は、再構成された事象からディスプレイ装置に表示されてもよい。画像は、患者内の放出の分布を表している。

動作１０８では、人または機械（例えばロボット）が、ハウジングの１つを取り出す。ハウジングの検知器又は関連するエレクトロニクスのうちの１つが不合格となった場合には、又は異なるエネルギーで検知するために交換する場合には、ハウジングを除去することができる。他のハウジングは医療用画像システムに残されている。これにより、コンプトンカメラ全体のより大きな解体および／または交換の費用なしに、ハウジングおよび／または検知器のより容易な修理および／または交換が可能となる。

本発明を種々の実施形態を参照して上述したが、本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの変更及び改変を実施できることは理解されるべきである。したがって、上記の詳細な説明は、本発明を限定するものではなく例示として解されるものであり、本発明の精神及び特許請求の範囲を定めるのは、全ての均等物を含めて、以下の特許請求の範囲の記載に基づくものであることは理解されるべきである。

Claims (17)

1. 医療用画像のためのコンプトンカメラであって、
   前記コンプトンカメラが、
   第１のハウジング（２１）と、前記第１のハウジング（２１）に接続された第１の散乱検出器（１２）と、前記第１のハウジング（２１）と接続されるとともに前記第１の散乱検出器（１２）から離間された第１の捕獲検出器（１３）と、により構成され、くさび形断面を有する第１のモジュール（１１）と、
   第２のハウジング（２１）と、前記第２のハウジング（２１）と接続された第２の散乱検出器（１２）と、前記第２のハウジング（２１）と接続されるとともに前記第２の散乱検出器（１２）から離間された第２の捕獲検出器（１３）と、により構成され、前記くさび形断面と同一のくさび形断面を有する第２のモジュール（１１）と、
   を備えており、
   ここで、前記第１のモジュール（１１）は、前記第２のモジュール（１１）と接続可能であり、前記第２のモジュール（１１）との接続を解除可能でもあり、
   前記第１及び第２のモジュール（１１）が、医療用画像システムの患者空間の周りのリング（４０）又は部分リングの一部を形成し、
   前記第１および第２のモジュール（１１）を含む前記リングまたは前記部分リングに軸方向に隣接するモジュール（１１）の追加のリング（４０）または部分リングをさらに含む、
   コンプトンカメラ。
2. 前記第１および第２のモジュール（１１）は、医療用画像システムのガントリ（５０）と接続するように円筒対称であって、
   前記くさび形断面の最も狭い端部は、前記医療用画像システムの患者空間に最も近くにあり、
   前記くさび形断面の最も広い端部は、前記患者空間から最も遠くにあり、
   前記第１のモジュール（１１）は、前記医療用画像システムから取り外し可能であり、その際に、前記第２のモジュール（１１）は、前記医療用画像システム内にとどまっている、
   請求項１に記載のコンプトンカメラ。
3. 前記第１のモジュール（１１）は、
   前記第１のハウジング（２１）内に回路基板（１４）をさらに含み、前記回路基板（１４）が前記第１の捕獲検出器（１３）に直交しており、
   前記第１の散乱検出器（１２）及び前記第１の捕獲検出器（１３）を有する特定用途向け集積回路をさらに含み、
   前記特定用途向け集積回路を前記回路基板（１４）に接続するフレキシブル回路をさらに含む、
   請求項１に記載のコンプトンカメラ。
4. 前記第１のモジュール（１１）が、前記第１の散乱検出器（１２）及び第１の捕獲器検出器（１３）から離間された前記回路基板（１４）によって流入し、前記第１の散乱検出器（１２）と前記第１の捕獲器検出器（１３）との間を通過するとともに、前記回路基板（１４）によって排出される、空気の気流冷却を備えたバッフル（１５）をさらに含む、請求項３に記載のコンプトンカメラ。
5. 前記第１および第２のモジュール（１１）によって気流冷却のために共有される熱交換器およびファン（２０）をさらに含む、請求項４に記載のコンプトンカメラ。
6. 前記第１および第２のモジュール（１１）間に電力およびデータブリッジが接続されており（１７）、
   前記第１のモジュール（１１）が、前記第１および第２のモジュール（１１）からのデータの出力のためのファイバデータリンクを含み、
   前記第２のモジュール（１１）は、いずれのファイバデータリンクからも解放されている、請求項１に記載のコンプトンカメラ。
7. 第３および第４のモジュール（１１）と、前記第１、第２、第３および第４のモジュール（１１）を連結するクロックブリッジ（１８）をさらに含む、請求項１に記載のコンプトンカメラ。
8. 前記リング（４０）または部分リングが、医療用画像システムの外側のハウジング（２１）を、医療用画像の別のモダリティと共有する、請求項１に記載のコンプトンカメラ。
9. 前記リング（４０）または部分リングが、前記患者空間に対して、前記リングまたは部分リングを動かすためのガントリ（５０）に接続される、請求項１に記載のコンプトンカメラ。
10. 前記第１および第２モジュール（１１）が、単一光子放出型コンピュータ断層撮影、陽電子放出断層撮影、コンピュータ断層撮影、または磁気共鳴撮影システムと接続されている、請求項１に記載のコンプトンカメラ。
11. 医療用画像のためのコンプトンカメラであって、
    前記コンプトンカメラが、
    第１のハウジング（２１）と、前記第１のハウジング（２１）に接続された第１の散乱検出器（１２）と、前記第１のハウジング（２１）と接続されるとともに前記第１の散乱検出器（１２）から離間された第１の捕獲検出器（１３）と、により構成され、くさび形断面を有する第１のモジュール（１１）と、
    第２のハウジング（２１）と、前記第２のハウジング（２１）と接続された第２の散乱検出器（１２）と、前記第２のハウジング（２１）と接続されるとともに前記第２の散乱検出器（１２）から離間された第２の捕獲検出器（１３）と、により構成され、前記くさび形断面と同一のくさび形断面を有する第２のモジュール（１１）と、
    を備えており、
    ここで、前記第１のモジュール（１１）は、前記第２のモジュール（１１）と接続可能であり、前記第２のモジュール（１１）との接続を解除可能でもある、
    前記第１および第２のモジュール（１１）に通信接続されたコンプトンプロセッサ（１９）をさらに含み、
    前記コンプトンプロセッサ（１９）が、前記第１モジュール（１１）の散乱事象を前記第２モジュール（１１）の捕獲事象とリンクするように構成された、コンプトンカメラ。
12. コンプトンセンサの散乱検出器および捕獲検出器（１３）を各々有する固体検出器モジュール（１１）を含み、
    前記固体検出器モジュール（１１）が、前記固体検出器モジュール（１１）の構成可能な数のリングまたは部分リングとして一緒にスタックされるように形状されており、
    前記固体検出器モジュール（１１）の各々は、
    前記散乱検出器（１２）が、前記捕獲検出器（１３）よりも狭いくさび形状の部分に近いくさび形状を有し、
    前記散乱検出器（１２）を前記捕獲検出器（１３）から分離する空気領域を有する、
    医療用画像システム。
13. 前記固体検出器モジュール（１１）を有するハウジング（２１）またはベッド（６０）を共有する単一光子放射型コンピュータ断層撮影、陽電子放出型断層撮影、コンピュータ断層撮影、または磁気共鳴撮像システムイメージャーをさらに含む、請求項１２に記載の医療用画像システム。
14. 前記固体検出器モジュール（１１）が、一緒にスタックされると、前記リングまたは部分リングから個別に除去可能である、請求項１２に記載の医療用画像システム。
15. コンプトンカメラを形成するための方法であって、
    散乱検出器および捕獲検出器（１３）の対を、隣接するように形成された個別のハウジング（２１）内に収容すること（１０２）であって、前記ハウジング（２１）の複数の前記散乱検出器および捕獲検出器（１３）の対が非平面である、こと（１０２）と、
    前記ハウジング（２１）を患者空間の周りのリングまたは部分リングに隣接させること（１０４）と、
    １つのハウジング（２１）の散乱検出器（１２）および別のハウジング（２１）の捕獲検出器（１３）での放出を検出すること（１０６）と、
    を備える、方法。
16. 前記隣接させること（１０４）が、コンプトンカメラ、および、単一光子放出コンピュータ断層撮影、陽電子放出型断層撮影、コンピュータ断層撮影または磁気共鳴撮像システム、を含むマルチモダリティシステムの一部として、前記リングまたは部分リングを形成することを含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記リングまたは部分リングから１つのハウジング（２１）を除去すること（１０８）をさらに含み、前記リングまたは部分リングに前記除去されたハウジング（２１）以外を残す、請求項１５に記載の方法。

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