KR20170120154A - 복수의 영상화 모달리티와 함께 이용하기 위한 정량화 팬텀 - Google Patents

복수의 영상화 모달리티와 함께 이용하기 위한 정량화 팬텀 Download PDF

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KR20170120154A
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아써 이. 3세 우버
케빈 피. 코완
데이비드 엠. 그리피스
이바나 스토자노빅
디즈미트리 리우쉬티크
매튜 호이코
로이 플로
로버트 레드몬드
헨리 헤르나에츠
스리드하 발라수브라마니안
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바이엘 헬쓰케어 엘엘씨
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Abstract

영상화 과정 중에 이용하기 위한 인-스캔 팬텀이 설명된다. 팬텀은 적어도 하나의 측정 삽입체 및/또는 적어도 하나의 피측정 삽입체를 포함할 수 있다. 측정 삽입체는 방사선 검출 능력을 가질 수 있는 한편, 피측정 삽입체는 방사성 재료를 포함할 수 있다. 또한, 영상화 모달리티 및 인-스캔 팬텀을 포함하는 영상화 모달리티 시스템 뿐만 아니라, 환자의 영상화 또는 스카우트 스캔 실시를 위해서 인-스캔 팬텀을 이용하는 방법이 설명된다.

Description

복수의 영상화 모달리티와 함께 이용하기 위한 정량화 팬텀
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 2015년 2월 27일자로 출원되고 그 전체 내용이 참조로 본원에 명백하게 포함되는 미국 특허 가특허출원 제62/121,835호에 대한 우선권을 주장한다.
본 개시 내용은 컴퓨터 단층촬영(CT), 자기공명영상(MRI), 양전자 방출 단층촬영(PET), 핵의학, 광학, 초음파, 및 그 조합과 같은 의료적 영상화 작업에서 전형적으로 이용되는 정량화 팬텀에 관한 것이다. 보다 특히, 본 개시 내용은, 넓은 범위의 동작 조건에 걸친 향상된 정보 수집을 허용하는 하나 이상의 삽입체 또는 요소를 포함하는 정량화 팬텀의 이용에 관한 것이다.
초기 CT 기계는 그 측정 및 영상 생성에 있어서 많은 변동 발생원을 가졌다. 하운스필드 단위(Hounsfield Unit)(HU) 내에서 출력 영상 계산을 교정하기 위해서, 종종 교정 팬텀이 일주일 중에 주기적으로 이용되었다. 이러한 방법에 있어서의 난점은, 조작자 또는 방사선사가 알지 못하게, 어떠한 것들이 시간에 걸쳐 또는 환자마다 변화될 수 있다는 것인데, 이는 팬텀(도 1의 a), 도 1의 b) 참조)이 환자 스캔 중에 사용될 수 없기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위한 인-스캔 팬텀의 이용이 1980년에 특허 받은 US 4,233,507에서 논의되어 있고, 그 특허는 그 전체가 본원에서 참조로서 명백하게 포함된다.
CT 기계가 개선됨에 따라, 인-스캔 팬텀에 대한 필요성 및 요구가 대부분 사라졌는데, 이는 이러한 기계의 동작이 더 안정적이 되었기 때문이다. 또한, 환자가 빔 공급원과 인-스캔 팬텀 사이에 배치되었기 때문에, 팬텀 및 환자를 영상화하기 위해서 환자에 대한 부가적인 방사선이 요구되었다. 또한, 많은 장비 제조자 및 방사선사의 관점은, 인-스캔 팬텀이 제공할 수 있는 객관적 측정 보다, 인간 관찰자에 의한 진단을 허용할 수 있는 영상 품질을 달성하는 것에 초점이 맞춰졌다. 그러나, 특정 인-스캔 팬텀이 정량적 컴퓨터 단층촬영(QCT) 팬텀으로서 사용되었고 아직 사용되고 있는데, 이는, 골다공증을 평가하기 위해서 골 광물 밀도를 측정할 때, 정량적 측정의 희망 정확도 및 정밀도가 높기 때문이다.
최근에, 골, 식도 내의 또는 환자 외측의 공기, 및 환자마다 비교적 일정한 1가지 또는 2가지 유형의 조직, 예를 들어 큰 근육 및 지방의 영역의 측정을 이용하는 것에 의해서, 골 밀도 측정을 위한 이러한 팬텀의 필요성을 제거하고자 하는 노력이 있어 왔다.
그러나, CT 및 다른 영상화 모달리티가 시간에 걸친 환자의 치료에 대한 응답을 평가하기 위해서 점점 더 많이 이용되는 것을 고려하면, 선택적으로 상이한 프로토콜 및 재구축 알고리즘을 가지는 상이한 영상화 장치 상에서, 상이한 시간들에 취해진 영상들 사이에서 측정된 관심 대상 종양 또는 조직의 변화가 실제로 환자의 질병의 변화를 나타낸다는 것 그리고 영상화 프로세스 자체의 차이에 의해서 손상되지 않았다는 것을 확인하는 것이 필요하다. 또한, 영상화 프로세스에 영향을 미칠 수 있는 많은 인자가 있다.
충분한 수의 영상에서 기지의(known) 성질을 가지는 기지의 자료를 가지는 것에 의해서, 선형 및 비-선형 보정이 정량적 측정 또는 정성적 영상에 대해서 이루어질 수 있다. 적어도, 사용자 또는 판독자는, 환자의 생리 이외의 다른 무엇이 또한 변화되었다는 것을 경고 받을 수 있다.
일부 양태에 따라서, 영상화 과정 중에 사용하기 위한 인-스캔 팬텀이 설명되며, 그러한 팬텀은 적어도 하나의 측정 삽입체(measuring insert)를 포함한다.
다른 양태에 따라서, 영상화 과정 중에 사용하기 위한 인-스캔 팬텀이 설명되며, 그러한 팬텀은, 방사성 재료를 포함하는 적어도 하나의 피측정 삽입체(measured insert)를 포함한다.
다른 양태에 따라서, 영상화 모달리티를 포함하는 영상화 모달리티 시스템, 및 방사성 재료를 포함하는 적어도 하나의 측정 삽입체 및/또는 적어도 하나의 피측정 삽입체를 포함하는 인-스캔 팬텀이 설명된다.
다른 양태에 따라서, 영상화 모달리티 시스템의 영상화 모달리티 내에 환자를 배치하는 단계로서, 그러한 영상화 모달리티는 방사성 재료를 포함하는 적어도 하나의 측정 삽입체 및/또는 적어도 하나의 피측정 삽입체를 포함하는 인-스캔 팬텀을 또한 포함하는, 배치하는 단계, 및 영상화 모달리티를 이용하여 환자 및 인-스캔 팬텀을 영상화하는 단계를 포함하는 방법이 설명된다.
다른 양태에 따라서, 영상화 모달리티 시스템의 영상화 모달리티 내에 환자를 배치하는 단계로서, 그러한 영상화 모달리티는 방사성 재료를 포함하는 적어도 하나의 측정 삽입체 및/또는 적어도 하나의 피측정 삽입체를 포함하는 인-스캔 팬텀을 또한 포함하는, 배치하는 단계, 및 영상화 모달리티를 이용하여 스카우트 스캔(scout scan)을 실시하는 단계를 포함하는 방법이 설명된다.
본 개시 내용의 여러 양태는 이하의 문구의 하나 이상에 의해서 더 특징화될 수 있다:
문구 1. 적어도 하나의 측정 삽입체를 포함하는, 영상화 과정 중에 사용하기 위한 인-스캔 팬텀.
문구 2. 적어도 하나의 피측정 삽입체를 더 포함하는, 문구 1의 인-스캔 팬텀.
문구 3. 피측정 삽입체가 방사성 재료를 포함하는, 문구 2의 인-스캔 팬텀.
문구 4. 방사성 재료가 양전자 방출체인, 문구 3의 인-스캔 팬텀.
문구 5. 방사성 재료를 포함하는 피측정 삽입체가 팬텀의 적어도 하나의 다른 피측정 삽입체 보다 짧은 길이인, 문구 3의 인-스캔 팬텀.
문구 6. 영상화 과정이 이루어질 때, 방사성 재료를 포함하는 피측정 삽입체가 팬텀의 Z-축을 따라서 이동되도록 구성되는, 문구 3의 인-스캔 팬텀.
문구 7. 방사성 재료를 포함하는 피측정 삽입체가 방사성 재료를 포함하는 포드(pod)를 포함하고, 그러한 포드는, 영상화 과정이 이루어질 때, 피측정 삽입체의 Z-축을 따라서 이동되도록 구성되는, 문구 3의 인-스캔 팬텀.
문구 8. 공칭 환자 선량 및 체중에서 약 1의 표준 섭취 값(Standardized Uptake Value)의 활동도를 나타내도록 방사성 재료가 선택되는, 문구 3의 인-스캔 팬텀.
문구 9. 저밀도 발포체, 초-저밀도 발포체, 및 X-레이 활성 기체 중 적어도 하나를 포함하는 제2의 피측정 삽입체를 더 포함하는, 문구 3의 인-스캔 팬텀.
문구 10. 물-충진된 관으로 이루어진 제2의 피측정 삽입체를 더 포함하는, 문구 3의 인-스캔 팬텀.
문구 11. 측정 삽입체가 방사선 검출 성질을 포함하는, 문구 1의 인-스캔 팬텀.
문구 12. 측정 삽입체가, 영상화 과정 중에, 삽입체 상으로 입사되는 총 방사선을 측정하도록 구성되는, 문구 11의 인-스캔 팬텀.
문구 13. 측정 삽입체가 삽입체의 길이를 따라서 이격된 일련의 공간적으로-인코딩된 방사선 센서를 포함하는, 문구 11의 인-스캔 팬텀.
문구 14. 측정 삽입체가, 영상화 과정 중의 환자 이동, 영상화 과정 중의 환자 심장 활동도, 영상화 과정 중의 방사선 노출, 및 환자 체중 중 적어도 하나를 측정할 수 있는, 문구 1의 인-스캔 팬텀.
문구 15. 팬텀이 컴퓨터와 통신되고, 팬텀은 측정 삽입체에 의해서 수집된 정보를 컴퓨터에 전달하도록 구성되는, 문구 1의 인-스캔 팬텀.
문구 16. 피측정 삽입체를 더 포함하는, 문구 11의 인-스캔 팬텀.
문구 17. 피측정 삽입체는 저밀도 발포체, 초-저밀도 발포체, 및 X-레이 활성 기체, 초-저밀도 발포체 중 적어도 하나를 포함하는, 문구 16의 인-스캔 팬텀.
문구 18. 피측정 삽입체가 초-저밀도 발포체를 포함하는, 문구 17의 인-스캔 팬텀.
문구 19. 방사성 재료를 포함하는 피측정 삽입체를 포함하는, 영상화 과정에서 사용하기 위한 인-스캔 팬텀.
문구 20. 영상화 과정이 이루어질 때, 방사성 재료를 포함하는 피측정 삽입체가 팬텀의 Z-축을 따라서 이동되도록 구성되는, 문구 19의 인-스캔 팬텀.
문구 21. 방사성 재료를 포함하는 피측정 삽입체가 팬텀의 Z-축을 따라서 불균일하도록 구성되는, 문구 19의 인-스캔 팬텀.
문구 22. 저밀도 발포체, 초-저밀도 발포체, X-레이 활성 기체, 및 물 중 적어도 하나를 포함하는 제2의 피측정 삽입체를 더 포함하는, 문구 19의 인-스캔 팬텀.
문구 23. 측정 삽입체를 더 포함하는, 문구 22의 인-스캔 팬텀.
문구 24. 측정 삽입체가 방사선 검출 성질을 포함하는, 문구 23의 인-스캔 팬텀.
문구 25. 측정 삽입체가, 영상화 과정 중의 환자 이동, 영상화 과정 중의 환자 심장 활동도, 및 환자 체중 중 적어도 하나를 측정할 수 있는, 문구 23의 인-스캔 팬텀.
문구 26. 삽입체의 적어도 하나가 인-스캔 팬텀으로부터 제거될 수 있는, 문구 1 내지 문구 25 중 어느 한 문구의 인-스캔 팬텀.
문구 27. 삽입체의 적어도 하나가 팬텀에 또는 그 내부에 영구적으로 부착되는, 문구 1 내지 문구 26 중 어느 한 문구의 인-스캔 팬텀.
문구 28. 영상화 모달리티 시스템이며:
영상화 모달리티; 및
문구 1 내지 문구 27 중 어느 한 문구에 따른 인-스캔 팬텀을 포함하는, 영상화 모달리티 시스템.
문구 29. 영상화 모달리티 시스템은 PET/CT 조합형 모달리티 및 PET/MR 조합형 모달리티로부터 선택된 조합 영상화 모달리티 시스템인, 문구 28의 영상화 모달리티 시스템.
문구 30. 인-스캔 팬텀의 측정 삽입체에 의해서 측정된 정보를 수신하는 보조 장치 시스템을 더 포함하는, 문구 28의 영상화 모달리티 시스템.
문구 31. 방법이며:
영상화 모달리티 시스템의 영상화 모달리티 내에 환자를 배치하는 단계로서, 영상화 모달리티가 문구 1 내지 문구 27 중 어느 한 문구에 따른 인-스캔 팬텀을 또한 포함하는, 배치하는 단계;
영상화 모달리티를 이용하여 환자 및 인-스캔 팬텀을 영상화하는 단계를 포함하는, 방법.
문구 32. 환자 및 인-스캔 팬텀을 영상화하기에 앞서서, 적어도 하나의 삽입체를 인-스캔 팬텀으로부터 제거하는 단계 또는 적어도 하나의 삽입체를 인-스캔 팬텀 내로 삽입하는 단계를 더 포함하는, 문구 31의 방법.
문구 33. 방법이며:
영상화 모달리티 시스템의 영상화 모달리티 내에 환자를 배치하는 단계로서, 영상화 모달리티가 문구 1 내지 문구 27 중 어느 한 문구에 따른 인-스캔 팬텀을 또한 포함하는, 배치하는 단계;
영상화 모달리티를 이용하여 스카우트 스캔을 실시하는 단계를 포함하는, 방법.
영상화 조영제뿐만 아니라, 관련된 구조물의 요소 및 부품의 조합의 동작 및 기능의 방법 그리고 제조 경제성에 관한 이러한 그리고 다른 특징이, 모두가 본 명세서의 일부를 형성하는, 첨부 도면을 참조한 이하의 설명 및 첨부된 청구항을 고려할 때 보다 명확해질 것이고, 여러 도면에서, 유사한 참조 번호가 상응하는 부품을 나타낸다.
본 개시 내용과 연관된 도면은 특정 실시예를 설명하고 청구범위에 기술된 바와 같은 전체적인 개시 내용을 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다.
도 1의 a) 및 도 1의 b)는, 전체 개시 내용이 본원에서 참조로서 포함되는 미국 특허 제4,233,507호로부터의 종래 기술의 영상화 플랫폼을 도시한다.
도 2는 본 개시 내용에 따른 복수의 삽입체를 가지는 인-테이블 팬텀의 일 실시예의 횡단면도를 도시한다.
도 3은 본 개시 내용에 따른 영상화 모달리티의 보어 내의 팬텀의 다른 실시예의 횡단면도를 도시한다.
도 4는 본 개시 내용에 따른 영상화 모달리티의 보어 내의 팬텀의 다른 실시예의 횡단면도를 도시한다.
도 5는 삽입체의 Z-축을 따른 Z-축 변동의 개념을 설명하는 삽입체의 평면도를 도시한다.
도 6a 내지 도 6f는 본 개시 내용에 따른 팬텀 내의 개재를 위한 삽입체의 실시예의 평면도를 각각 도시한다.
도 7은 본 개시 내용에 따른 방사성 삽입체를 가지는 팬텀의 일 실시예의 평면도를 도시한다.
도 8은 본 개시 내용에 따른 전개 가능한 방사성 포드를 포함하는 삽입체를 가지는 팬텀의 실시예의 평면도를 도시한다.
도 9는 본 개시 내용의 팬텀이 이용될 수 있는 시스템의 일 실시예의 계통도를 도시한다.
도 10은 본 개시 내용의 팬텀이 이용될 수 있는 시스템의 다른 실시예의 계통도를 도시한다.
도 11은 본 개시 내용의 팬텀이 이용될 수 있는 시스템의 다른 실시예의 계통도를 도시한다.
도면은 일반적으로 본 개시 내용의 바람직한 그리고 비제한적인 양태를 도시한다. 비록 설명이 본원에서 설명된 장치, 시스템 및/또는 방법의 여러 양태를 제시하지만, 어떠한 방식으로도 개시 내용을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 또한, 개시 내용의 양태의 수정, 개념, 및 적용은, 비제한적으로, 본원에서 제공된 묘사 및 설명에 포함되는 것으로 관련 기술 분야의 통상의 기술자에 의해서 해석될 수 있다.
이하의 설명은 관련 기술 분야의 통상의 기술자가 개시 내용의 실행을 위해서 고려된 설명된 양태를 만들고 이용할 수 있게 하기 위해서 제공된 것이다. 그러나, 여러 가지 수정예, 균등물, 변경예, 및 대안예는 여전히 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 임의의 그리고 모든 그러한 수정예, 변경예, 균등물, 및 대안예는 본 개시 내용의 사상 및 범위 포함되도록 의도된 것이다.
이하에서 설명의 목적을 위해서, "단부", "상부", "하부", "우측", "좌측", "수직", "수평", "상단", "하단", "측방향", "길이방향" 및 그 파생어가, 도면에서 배향된 바와 같이, 개시 내용과 관련될 것이다. 그러나, 반대되는 것으로 명백하게 구체화된 경우를 제외하고, 개시 내용이 다양한 대안적인 변경 및 단계 순서를 가질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 첨부 도면에 도시되고 이하의 명세서에서 설명된 구체적인 장치 및 프로세스가 개시 내용의 단순한 예시적인 양태라는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그에 따라, 본원에서 개시된 양태와 관련된 구체적인 치수 및 다른 물리적 특성이 제한적인 것으로 간주되지 않을 것이다. 개시 내용의 이해를 돕기 위한 목적으로, 첨부 도면 및 설명은 개시 내용의 바람직한 양태를 설명하며, 그러한 개시 내용으로부터, 그 구조, 구성 및 동작 방법의 여러 양태, 그리고 많은 장점이 이해되고 인지될 수 있을 것이다.
본 개시 내용의 여러 실시예는 단일 또는 복수의 과정 또는 프로토콜을 위한 개별적인 영상화 모달리티, 복수의 개별적인 영상화 모달리티, 또는 영상화 모달리티의 조합, 예를 들어 PET/CT 또는 PET/MR과 상호작용하도록 선택된 재료를 가지는 팬텀을 설명한다. 본 개시 내용의 대상인 팬텀은, 산업계에 이전에 공지된 팬텀에서 이용될 수 없었던, 융통성 및 정량적 정보 수집 능력을 제공한다.
본원에서 설명된 바와 같이, "팬텀"이라는 용어는, 영상화 과정에 적용될 때, 영상화 시스템 및/또는 환자의 측정에 관한 것을 알려주고, 조정하고, 또는 해석하기 위해서 이용될 수 있는 환자 측정과 독립적인 부가적인 정보를 제공하는 물리적 구조물을 설명한다. 본원에서 사용된 바와 같이, "인-스캔" 팬텀은, 환자가 영상화되는 동안 시간의 적어도 일부 동안 영상화 모달리티 내에 존재하고, 그에 따라, 환자와 동시에 또는 거의 동시에 영상화되는 팬텀이다. 영상화 과정이 환자의 영상을 캡쳐할 때, 팬텀의 상응하는 부분이 동시에 영상화되도록, 인-스캔 팬텀의 크기 및 구성이 일반적으로 결정된다. 그에 따라, 영상화 과정 중에 캡쳐되는 환자의 하나 이상의 영상 슬라이스 또는 볼륨(volume)이 또한 삽입체의 측정 또는 영상을 포함할 수 있다. 본원에서 설명된 팬텀은 인-스캔 팬텀으로서 가장 큰 유용성을 가지나, 부가적으로 또는 대안적으로, 그러한 팬텀은 또한, 영상화 장치 또는 프로세서의 품질 제어(QC) 또는 교정을 위해서 환자와 별개로 팬텀을 스캐닝함으로써 영상화 모달리티를 교정하기 위해서 이용될 수 있다.
본원에서 설명된 팬텀은, 사용되는 영상화 모달리티 및 과정과 관련하여 공지된, 동일한 또는 상이한 유형 또는 값일 수 있는, 성질을 가지는 물체인, 하나 이상의 "피측정 삽입체"를 포함할 수 있다. 그러한 성질의 하나 이상은 영상화 시스템에 의한 영상의 생성 또는 측정을 만드는 도중에 측정된다. 피측정 삽입체는 하나 이상의 영상화 측정 화합물 또는 재료로 이루어질 수 있다. 이러한 의미에서, 피측정 삽입체는, 영상 분석을 돕기 위해서 영상화 과정을 실시할 때 기준 또는 기준들로서 이용될 수 있다. 팬텀은 적어도 하나의 피측정 삽입체를 포함할 수 있고, 그러한 피측정 삽입체의 기하형태 및/또는 성질은, 예를 들어 제1 원리, 간접적 측정 및 계산, (선량 교정기의 이용을 통한 것을 포함하는) 직접적 측정, 또는 교정된 표준에 대한 비교 또는 그러한 표준의 참조를 통해서, 사용되는 영상화 모달리티 또는 모달리티들과 관련하여 충분한 정확도 및/또는 정밀도로 선택되고 및/또는 알 수 있다. 하나 이상의 피측정 삽입체가 가질 수 있는 예시적인 성질은, 비제한적으로, CT에 대한 원자 조성, 농도, 및/또는 밀도, 양성자 밀도, MR을 위한 T1 및 T2, PET를 위한 양전자 활동도 또는 방사성, 사운드 전달 속력, 및 초음파에 대한 계면 반사도, 등을 포함할 수 있다. 본원에서 설명된 팬텀은 또한, 영상화 과정에 관한 측정을 하거나 데이터를 캡쳐하는 하나 이상의 "측정 삽입체"를 포함할 수 있다. 피측정 또는 측정 삽입체는 팬텀으로부터 제거될 수 있거나, 그들이 팬텀에 또는 그 내부에 영구적으로 부착될 수 있거나, 팬텀 본체 자체의 일부를 구성할 수 있다. 상이한 성질들을 가지는 복수의 삽입체가 특정 영상화 스캐닝 모달리티 중에 이용되어, 그러한 성질에 대한 정성적 및/또는 정량적 측정을 제공할 수 있다.
본 개시 내용의 여러 실시예에 따른 팬텀은 개별적인 모달리티 시스템 및 조합형 영상 모달리티 시스템에서 이용될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, 개별적인 모달리티 시스템은, CT 영상화 장치, PET 영상화 장치, SPECT 영상화 장치, 초음파 영상화 장치, 또는 MR 영상화 장치와 같은 단일 모달리티만을 이용하여 환자 영상을 생성하는 시스템이다. 본원에서 사용된 바와 같이, 조합된 또는 조합형의 영상화 모달리티 시스템은, 단일 또는 복합 영상을 생성하기 위해서 둘 이상의 영상화 모달리티를 이용하는 시스템이다. 조합된 영상 모달리티는, 예를 들어 PET/MR 조합형 모달리티에서와 같이, 동시에 생산된, PET/CT 조합형 모달리티와 같이, 동일한 영상화 장치 내에서, 융합될 수 있거나, 순차적으로 이루어질 수 있다. 조합된 영상 모달리티 시스템에서의 이용을 위해서, 팬텀은, 각각의 적용 가능한 영상화 모달리티 및 선택된 프로토콜(들)에서 공지된 방식으로 응답하는 적어도 하나의 재료를 포함하여야 한다.
이러한 개시 내용의 대상인 팬텀은 영상화 과정에 관한 정보의 수집을 돕는다. 특히, 본원에서 설명된 팬텀을 영상화하는 것으로부터 획득된 정보는 영상화 과정의 보다 양호한 정량화 및/또는 정성화를 가능하게 하고, 또한, CT, PET, SPECT, MR, 초음파, 광학, 광음향, 및 다른 영상화 모달리티, 그리고 그 조합과 같은 상이한 모달리티들에 걸쳐서 유용하다. 기지의 품질 및/또는 성질을 가지는 삽입체의 개재는 시간에 걸친 영상 분석에 있어서의 일관성을 보장하는데 도움을 준다. 장점의 일부에는: 영상화 장치들 사이의, 그리고 동일한 또는 상이한 영상화 장치들이든지 간에, 상이한 영상화 프로토콜 및/또는 재구축 알고리즘에 걸친, 동일한 영상화 장치에 대한 시간에 걸친, 단일 환자에 대한 영상 분석에서의 일관성 개선; 영상화 모달리티들 사이의 전달을 용이하게 하는 것의 보조; 복수의 모달리티, 예를 들어 PET 및 CT 또는 MR의 공통-기록(co-registration)에 대한 확인; 환자 이동에 대한 확인; 이동 보정 또는 보상의 정확도 확인; 정확한 3D 재구축의 입증; 기하형태 및/또는 시간 왜곡 및/또는 해상도, 변조 전달 기능(modulation transfer function)(MTF), 및/또는 다른 영상 패턴, 텍스쳐, 또는 품질 특성에 대한 확인이 포함된다. 구체적으로, CT 영상화의 경우에, 본 팬텀은, 단일 에너지 또는 이중 에너지 시스템이든지 간에, 빔 에너지 스펙트럼 선택 및 빔 경화(hardening)와 같은 그에 대한 수정 그리고 실제 빔 에너지 스펙트럼이 영상화 시스템 측정에 미치는 영향을 평가 및/또는 보정하게 할 수 있다. 팬텀으로부터의 정보를 이용하여, 본원에서 예로서 설명된 다양한 방식으로 영상 재구축을 알릴 수 있다. 여러 위치에 있는 팬텀 요소를 가지는 실시예에서, 본원에서 설명된 성질의 반경방향, 축방향, 및 원주방향 변동이 또한 평가 및/또는 조정될 수 있다. PET의 경우에, 감쇠 보정 부정확성에 대한 평가 및 교정을 하는데 있어서 특히 유용할 수 있다. 방사성 팬텀 요소에서, 외부 표준 또는 선량 교정기를 이용한 교차 상호관련 또는 정량화가 개선될 수 있다.
본원에서 언급된 팬텀 및 팬텀의 조합의 여러 실시예는 특별한 구조(들)로 제한되지 않고, 환자 또는 영상화 장치에 대한 의도된 배치에 따라서 다양한 형태를 취할 수 있다. 예로서, 그리고 본원에서 더 구체적으로 설명되는 바와 같이, 팬텀은, 환자가 놓이는 영상화 테이블의 일부와 같이, 영상화 모달리티의 일부일 수 있고, 그에 따라 환자 테이블이 이동됨에 따라 이동될 수 있다. 대안적으로, 팬텀의 하나 이상의 양태가 영상화 장치의 영상화 볼륨 내에 영구적으로 위치될 수 있고 그에 따라 환자 테이블과 함께 이동되지 않을 수 있다. 팬텀은 또한, 환자의 아래, 그 상단, 또는 옆에 놓이는 발포체, 공기 또는 물로 형성된 롤링-방지 패드, 쿠션, 또는 베개와 같이, 영상화 모달리티 내에 배치되는 장치의 일부일 수 있다. 팬텀은 또한 환자의 옆에 배치되도록 설계된 구조물일 수 있다. 대안적으로, 팬텀은, 조끼, 담요, 또는 환자 마커와 같이, 환자가 착용하거나, 환자 상에 배치되거나, 그에 부착되도록 설계된 구조물의 일부일 수 있다. 팬텀은 대안적으로 접착제, 스트랩, 또는 다른 수단에 의해서 환자에 부착될 수 있다. 이러한 것과 같은 팬텀은 환자의 약간의 이동에 따라 이동되거나 힘 또는 응력을 받을 수 있고, 그에 따라 환자 이동을 평가하기 위해서 이용될 수 있다. 환자 및 영상화 장치와 관련된 팬텀의 위치는 환자의 신체 체질 및/또는 실시하고자 하는 연구에 따라서 달라질 수 있다. 일부 비제한적인 실시예에서, 팬텀은 또한 (MR 표면 코일과 같은) 표면 코일의 일부일 수 있거나 초음파 결합 패드 내에 있을 수 있다. 또한, 팬텀은, 환자 측정에 관한 부가적인 정보를 제공하기 위해서 함께 기능하는, 본원에서 설명된 개별적인 팬텀의 여러 조합을 포함하는, 구분되고 분리된 구조물을 포함할 수 있다. 예로서, 팬텀은 착용 가능한 조끼 및 영상화 테이블의 일부의 조합을 포함할 수 있고, 그 각각은, 영상화 과정에 관한 부가적인 정보를 제공하기 위해서 집합적으로 기능하는 하나 이상의 삽입체를 포함한다. 일부 실시예에서, 더 큰 환자를 수용하기 위해서 부가적인 공간이 필요한 경우에 제거 가능하게 팬텀이 구성될 수 있다. 또한, 팬텀이 방사성 재료를 포함하는 범위에서, 팬텀(또는 적어도 그 방사성 부분)은, 배경 스캔의 실시 또는 방사성 패턴이 필요치 않은 다른 과정에 앞서서, 신속하게 제거되도록 구성될 수 있다. 방사능이 필요치 않을 때 환자 또는 영상화 시스템을 방사성 삽입체로부터의 노출로부터 차폐하기 위해서 제 위치로 (수동적으로 또는 자동적으로) 이동되는 차폐 요소를 포함하는 것에 의해서, 방사선은 또한 제한될 수 있다.
도 2는, 본 개시 내용에서 이용될 수 있는 영상화 테이블(100)의 실시예의 횡단면을 도시한다. 영상화 테이블(100)은, 본 실시예에서 팬텀을 형성하는, 하나 이상의 삽입체를 위한 공간을 갖는다. 테이블은 환자를 유지하기 위한 상단부 표면(110), 및 구조적 무결성(integrity)을 위한 그리고 테이블을 영상화 장치에 대해서 유지하고 이동시키는 지지 스탠드와 테이블의 계면을 형성하기 위한 선택적인 하단부 표면(112)을 갖는다. 테이블은, 영상화 장치의 내외 및 환자의 중심에 대한 상하와 같은, 다양한 방향으로 이동되도록 구성될 수 있다. 테이블은, 상단부 표면을 하단부 표면 및/또는 테이블 지지부와 분리하는 가교 재료(114)를 갖는다. 이러한 예에서, 가교 재료(114)는, 테이블 상단부 및 하단부 재료와 유사한, 비교적 강한 강성 재료, 예를 들어 탄소 섬유 재료이다. 대안적으로, 가교 재료는 강성 발포체 또는 다른 재료를 포함할 수 있다. 테이블(100)의 재료는 일반적으로 영상 모달리티에 대해서 비활성적이거나 영상 모달리티로부터 삭제될 수 있고, 그에 따라 테이블은 영상 내에 나타나지 않는다. 유사하게, 팬텀의 영상의 일부 또는 전부가 의사 또는 환자에게 제시되는 영상으로부터 삭제될 수 있으나, 팬텀으로부터의 데이터는 여전히 본원에서 설명된 바와 같이 영상화 시스템에 의해서 이용될 수 있다. 가교 재료(114)는, 테이블(100)의 Z-축을 추가적으로 강화하기 위해서 벌집체 또는 웨브를 형성할 수 있다. 팬텀은 또한 하나 이상의 삽입체의 삽입을 위한 개구부, 채널, 또는 홀(116)을 포함한다. 홀(116)은, 둥근형, 정사각형, 삼각형, 사다리꼴, 육각형, 등과 같은 상이한 형상들일 수 있다. 특정 실시예에서, 테이블(100)은 하나 이상의 삽입체를 포함할 수 있고, 각각의 삽입체는 제거 가능하게 또는 영구적으로 테이블(100) 내로 포함되어 팬텀을 형성할 수 있다. 영상화 과정의 스케쥴 및 요구되는 팬텀 성질에 따라서, 삽입체는 환자들마다 교환될 수 있거나, 일주일에 1번 또는 하루에 1번과 같이 작은 빈도수를 기초로 교환될 수 있다. 동일한 또는 상이한 팬텀 성질을 가지는 삽입체의 이용은 기술자가 희망에 따라 전체적인 팬텀 성질을 조정할 수 있게 한다. 다른 형상/구조를 가지는 테이블이 또한 이용될 수 있다.
도 3은, 본 개시 내용에서 이용될 수 있는 팬텀의 다른 실시예의 횡단면을 도시한다. 이러한 실시예에서, 팬텀(1000)은 영상화 테이블(100)과 별개인 요소이고, 환자(204)와 영상화 테이블(100) 사이의 영상화 모달리티(202)의 보어(200) 내에 배치된다. 팬텀(1000)은, 환자(204)가 위에 누울 수 있는 영상화 테이블(100) 상에 배치된 패드의 형태일 수 있다. 팬텀은, 본원에서 설명된 바와 같은, 삽입체(208a 내지 208c)를 위한 개구부, 채널, 또는 홀(116)을 포함할 수 있다.
도 4는, 본 개시 내용에서 이용될 수 있는 팬텀의 다른 실시예의 횡단면을 도시한다. 이러한 실시예에서, 팬텀(2000)은 영상화 테이블(100)과 별개인 요소이고, 영상화 테이블(100) 아래의 영상화 모달리티(202)의 보어(200) 내에 배치된다. 팬텀은, 본원에서 설명된 바와 같은, 삽입체(208a 내지 208c)를 위한 개구부, 채널, 또는 홀(116)을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 영상화 테이블(100)은 환자(204)가 상부에 놓인 상태로 보어(200)의 내외로 축방향으로 이동될 수 있는 한편, 팬텀(2000)은 보어(200) 내에 체류할 수 있고 환자(204) 및 영상화 테이블(100)과 함께 축방향으로 이동되지 않을 수 있다. 영상화 모달리티(202)는, 예를 들어 영상화 모달리티 내에 내장된 수축 가능 격실 형태인, 주어진 과정을 위해서 사용되지 않는 여러 삽입체를 저장하기 위한 그와 연관된 삽입체 저장 지역(206)을 가질 수 있다. 이러한 실시예에 따라서, 원치 않는 영상 잡음 또는 삽입체 내의 방사성 재료에의 노출을 방지하기 위해서, 저장 지역(206)은 영상화 지역으로부터 차폐될 수 있다. 이러한 실시예의 장점은, 삽입체가 더 작고 더 가벼울 수 있다는 것이다. 삽입체 자체는 환자 침대의 길이 보다 상당히 더 짧은 영상화 장치 감응 길이 보다 길 필요가 없다. 또한, 영상화 과정을 기초로 삽입체를 자동적으로 변경하기 위해서 자동 컴퓨터 수치 제어(CNC) 기계 도구에서 이용되는 도구 교환기와 유사한 자동적 또는 로봇 메커니즘이 통합될 수 있고, 그에 따라 작업자나 기술자의 작업을 단순화할 수 있고 인간의 오류 가능성을 낮출 수 있다. 삽입체 교체가 수동적으로 실시되는 실시예에서, 각각의 삽입체를 위한 규정된 장소를 가지는 저장 지역(206)을 가지는 것은 다시 과정을 단순화하고 인간 오류 가능성을 감소시킨다.
본원에서 설명된 여러 실시예는 하나 이상의 "측정된" 삽입체를 가지는 팬텀, 하나 이상의 "측정" 삽입체를 가지는 팬텀, 및 "측정된" 및 "측정" 삽입체 모두의 다양한 조합을 가지는 팬텀을 포함한다. 이러한 개시 내용의 목적을 위해서, "측정된" 삽입체는 영상화 장치에 의해서 측정되고 그리고, 영상 획득, 영상 생성, 재구축, 및/또는 해석을 위해서 셋업할 때 이용될 수 있는 정량적 및/또는 정성적 기준 지점, 또는 벤치마크를 제공하는 삽입체이다. "측정" 삽입체는, 영상화 시스템에 의해서 측정되는 것에 더하여 또는 그 대신에, 환자의 심장 활동도(예를 들어, 펄스 또는 ECG), 호흡, 체중, 뇌 활동(예를 들어, EEG), 움직임, 또는 팬텀(및 그에 따라 환자)이 방출하거나 받는 방사선의 레벨과 관련된 측정과 같은, 데이터를 측정 및/또는 캡쳐하는 삽입체이다. 데이터 캡쳐 요소 때문에, 측정 삽입체는, 캡쳐된 데이터를 저장할 수 있도록 및/또는 영상 구축 또는 재구축 중에 프로세스하기 위한 영상화 장치 프로세서와 같은, 적절한 위치로 (선택적으로 실시간으로) 전달할 수 있도록, 필요 전자기기 및 통신 모듈을 포함할 수 있다. 대안적으로, 필요 전자기기가 영상화 시스템의 일부일 수 있다. 측정 삽입체로부터의 데이터는 측정 및 영상 생성, 영상 또는 영상화 장치 QC에서의 이용을 위해서 영상화 장치로 전달될 수 있고, 및/또는 하나 이상의 부가적인 시스템에, 예를 들어, 선량 기록 및 평가 시스템, 그리고 병원 정보 시스템(HIS) 또는 영상 저장 시스템(PACS)에 전송될 수 있다. 측정 삽입체로부터의 영상 데이터는 유선 시스템 또는 (블루투스 또는 와이파이와 같은) 무선 시스템에 의해서 영상화 장치, 영상 프로세서, 또는 다른 시스템에 전송될 수 있다.
피측정 삽입체는, 예를 들어 삽입체를 형성하기 위해서 이용되는 영상 활성적 화합물 또는 재료 형태의 하나 이상의 기준 재료를 포함할 수 있고, 각각의 기준 재료는 사용되는 영상화 모달리티 및 과정과 관련하여 알고 있는 성질 및/또는 농도를 갖는다. 피측정 삽입체는 균질할 수 있고, 팬텀 지역의 길이를 따라 균일하게 그리고 길이방향으로, 또는 그 지역에 측방향으로 또는 비스듬하게 연장될 수 있다. 그러나, 본원에서 설명된 바와 같이, 본 개시 내용의 피측정 삽입체는 균질적이고 균일한 것으로 제한되지 않고, 그 길이방향 또는 측방향 길이를 따라서 약간의 변동이 있을 수 있고 유용할 수 있다. 본원에서 설명된 바와 같이, 인-스캔 팬텀의 일부로서 이용될 때, 영상화 과정 중에 캡쳐된 환자의 각각의 슬라이스는, 삽입체의 위치에 따라서, 하나 이상의 삽입체의 하나 이상의 슬라이스를 또한 포함할 수 있다. 결과적인 영상은, 영상화 과정과 관련된 여러 가지 결정 및 연산을 하기 위한 기준으로서 사용될 수 있는, 예를 들어 삽입체의 횡단면적 슬라이스 또는 슬라이스의 세트, 3D 렌더링, (선택적으로 복수의 모달리티로부터의) 복수의 영상의 중첩, 영상의 시간적 시퀀스 또는 동화상, 또는 움직임이 제거된 영상 또는 일련의 영상으로서 디스플레이될 것이다. 예를 들어, 환자의 감쇠를 삽입체 및/또는 팬텀 내의 기지의 조성의 기준 재료의 감쇠와 비교함으로써, 기준 영상 또는 영상의 부분이 환자의 신체 조성을 확인하기 위해서 이용될 수 있다. 기준 영상은 또한 삽입체/팬텀 기준 재료에 대한 환자 영상의 잡음 및/또는 품질을 평가하기 위해서 그리고, 예를 들어, 빔 경화 또는 다른 보정 알고리즘이 이용되어야 하는지의 여부를 결정하기 위해서 이용될 수 있다. 부가적으로, 삽입체/팬텀으로부터의 기준 이미지의 실제 감쇠와 예상 감쇠 사이의 차이를 기초로, 예를 들어 반복적인 재구축을 위해서, 영상 생성 프로세스 중에 조정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 조정은, 삽입체 및/또는 팬텀으로부터의 영상 데이터를 기초로 하는 디스플레이되는 영상의 히스토그램(histogram) 이동 또는 그레이 스케일 또는 색채의 조정 또는 이동에 의한 연산 이후의 하운스필드 단위의 보정을 포함할 수 있다. 조정은, 측정된 하운스필드 단위, 소위 "스펙트럼 하운스필드 단위"와 연관시키기 위한 유효 빔 에너지 또는 에너지 스펙트럼을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 피측정 삽입체 또는 팬텀의 영상은 또한, 시간에 걸친 환자 영상의 변화가 환자 내의 실제 변화로 인한 것인지 또는 그 대신에, 예를 들어 삽입체 영상 성질의 변화에 의해서 나타나는 것과 같이, 영상화 과정 자체의 비일관성의 결과인지의 여부를 결정하기 위해서 이용될 수 있다. 여러 실시예에 따라서, 관심의 대상인 시간 프레임은 단일 영상화 기간 이내, 예를 들어 시간 시퀀스 또는 일련의 영상으로부터 또는, 예를 들어 심장 박동의, 폐 호흡의, 연동 운동의, 및/또는 배설(elimination)의 약물학적 동태 - 약물역학적 모델링(pharmacokinetic - pharmacodynamics)을 위한 생리학적 프로세스가 진행될 때일 수 있고; 또는, 예를 들어 상이한 시간들, 날들, 주들, 달들, 또는 연들의 후속 영상화 기간들 사이일 수 있다. 하나 이상의 삽입체 내의 기준 재료의 조성을 알기 때문에, 상이한 환자들에 대한 동일한 모달리티 내의 시간에 걸쳐, 또는 동일한 환자에 대한 동일한 모달리티 내의 시간에 걸쳐 상이한 영상화 모달리티에 걸쳐 관찰되는 하나 이상의 삽입체의 기준 영상 내의 차이는, 환자 내의 변화에 대조적인 것으로서, 영상화 모달리티 자체의 이동이나 변화 또는 환자와 모달리티의 상호 작용에 기인할 수 있다. 이어서, 적절한 보정이 영상화 모달리티의 동작에 또는 결과적인 영상의 해석에 대해서 이루어질 수 있다.
특별한 팬텀에서 사용되는 하나 이상의 피측정 삽입체를 형성하기 위해서 이용되는 다양한 재료의 선택은, 사용되는 모달리티 또는 모달리티들, 영상화 과정의 목적(예를 들어, 목표로 하는 진단), 스캔의 관심 영역, 환자 크기, 영상화 장치 매개변수 등을 포함하는 많은 인자를 기초로 한다. 하나 이상의 삽입체에 포함될 수 있는 예시적인 성질은, 비제한적으로, CT에 대한 원자 조성, 농도, 및 밀도, 양성자 밀도, MR을 위한 T1 및 T2, PET를 위한 양전자 활동도 또는 방사성, 사운드 전달 속력, 및 초음파에 대한 계면 반사도, 등, 그리고 하나의 삽입체 내의 이러한 성질의 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다.
삽입체를 형성하기 위해서 이용될 수 있는 재료의 비제한적인 예는 농도를 알고 있는 칼슘 인회석, 요오드(예를 들어, 중합체 내의 요오드, CT 또는 물과 같은 적절한 용매와 혼합된 MR 조영제, 테트라요오드에틸렌, 가교-결합된 폴리(비닐 피롤리돈)-요오드 복합체 및/또는 전체가 본원에서 참조로 포함되는 Arnold의 미국 특허 제4,724,110호에 기재된 재료, 요산 결정, 물, 조직 등가 플라스틱(예를 들어, Shonka가 개발한 A-150 플라스틱), 나일론, 아크릴 레이트, 폴리스티렌 또는 폴리프로필렌과 같은 중합체, 다양한 재료의 블렌드 또는 혼합물(예를 들어, 나일론 및 요산 결정의 블렌드), 및/또는 전체가 본원에서 참조로 명백하게 포함되는 Kirby 등의 미국 특허출원 공보 제2014/0294140호에 설명된 것과 같은 정량화 팬텀에서 공지된 다른 유용한 재료를 포함한다. 다른 실시예에서, 삽입체는 또한 PET를 위해서 유용한 것(예를 들어, Ge-68) 또는 SPECT 동위 원소(예를 들어, Co-57)와 같은 장수명 동위 원소와 같은 하나 이상의 방사성 재료를 포함할 수 있다. 다른 잠재적으로 유용한 방사성 재료는 QC 팬텀에서 제조되고 이용되는 것, 예를 들어 Eckert Zigler에 의해서 공급되는 것을 포함한다. 특정의 비제한적인 실시예에서, 방사성 삽입체는 동위 원소 재료 주위의 산란 재료 실린더 또는 PET 동위 원소 삽입체 주위의 재조합 재료를 포함할 수 있다. 일반적으로, 삽입체는 고체 용기 내의 고체, 액체 또는 기체, 및 그 조합, 예를 들어, 액체 내의 고체 구체를 포함하는 기체일 수 있다. 본원에서 설명된 바와 같이 고체가 이동될 수 있고 유체는 유동될 수 있다. 팬텀 또는 삽입체는, 갈릴레오 온도계에서 발생되는 바와 같이, 기체 또는 액체인 유체 내에서 이동되는, 기체 또는 액체 충진된 중공형 구체를 포함할 수 있다. 그러한 이동은 능동적일 수 있고, 예를 들어, 모터화될 수 있고 조작자 또는 영상화 장치에 의해서 제어될 수 있거나, 피동적일 수 있다.
예를 들어, 이중 에너지 CT 영상화 장치를 이용하는 특정 실시예에서, 재료 분해 소프트웨어를 통해서 환자의 하나 이상의 조직 또는 기관 내에, 하나 이상의 다른 삽입체 내에, 및/또는 예를 들어, 단편화된 방사성 삽입체의 하나 이상의 저온 단편(cold segment) 내에 존재하는 하나 이상의 다른 재료의 양을 측정할 수 있다. 예를 들어 일 실시예에 따라, 혈액 내의 요오드의 양이 삽입체에 대비하여 결정될 수 있고 환자 내의 관류를 측정하기 위해서 이용될 수 있으며 비교적 조직 밀도와 독립적으로 평가될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 요산 결정이 환자 내에 존재할 때, 요산 삽입체에 대한 요산 결정의 존재나 부재 그리고 양을 평가하는 것을 이용하여 환자의 통풍(gout)을 평가할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 폐 영상화에서, 크세논 기체 흡입 중의 크세논 농도가 평가되고 이용될 수 있다. 전술한 것 중 하나 이상을 평가하는 연구가 수행되는 경우에, 예를 들어, 농도를 알고 있는 요오드 또는 요오드 함유 재료, 요산 결정, 및/또는 칼슘 함유 결정, 또는 크세논 기체 각각을 포함하는 삽입체를 가지는 것이 바람직할 수 있다.
다른 예로서, 폐와 같은 특정 기관 또는 조직의 CT 영상화에서, 매우 낮은 밀도 영역이 측정된다. 이러한 개시 내용에 대한 실시예에서, 삽입체는, 기지의, 측정된, 또는 교정된 밀도를 가지는 초저-밀도 발포체로 충진된 구조적 무결성 및 강성도를 제공하기 위한 알루미늄, 탄소 섬유 재료, 또는 다른 CT-비활성 재료의 얇은 벽의 관일 수 있다. 예시적인 발포체는 0.015 gm/cm3일 수 있는 폴리우레탄 또는 0.005 gm/cm3까지 낮아질 수 있는, 전체가 본원에서 참조로 포함되는 Singhal 등의 미국 출원 공보 제2014/0142207호에 설명된 발포체이다. 삽입체 관은 대기에 개방될 수 있거나, 폐쇄되고 기지의 압력의 기지의 기체로 충진될 수 있다. 발포체는 공기로 충진될 수 있거나, 특정 실시예에서, CT X-레이 과정에서의 크세논 또는 크립톤 기체와 같이, 영상화 과정에서 활성적인 기체로 충진될 수 있다. 다른 실시예에서, 발포체는 MR의 경우에 순수 물과 같은 액체, 또는 기지의 농도의 CT 또는 MR 조영제와 같은, 하나 이상의 영상 활성적 화합물을 가지는 물의 용액으로 충진될 수 있다. 대안적으로, 얇은 벽의 관은 많은 작은 중공형 구체로 충진될 수 있고, 각각의 구체는 희망 밀도를 가질 수 있을 정도로 충분히 얇은 벽을 갖는다. 다른 실시예에 따라서, 중공형 구체는, 본원에서 설명된 바와 같이, 공기, 크세논, 크립톤, 물 등과 같은 기체 또는 액체로 충진될 수 있다. 대안적으로, 팬텀 또는 팬텀의 하나 이상의 삽입체의 하나 이상의 양태는, 전체 개시 내용이 본원에서 참조로 포함되는 2016년 2월 19일자로 출원된 국제출원 제PCT/US2016/018707호에서 설명된 바와 같은 조영 재료를 방출하는 하나 이상의 퍼플루오로카본 또는 다른 기체를 포함할 수 있다.
상이한 재료들로 이루어지거나, 상이한 농도의 동일한 재료로 이루어지거나, 상이한 크기나 형상을 가지는 삽입체와 같은, 하나 이상의 상이한 유형의 피측정 삽입체들의 조합을 포함하는 팬텀은, 단일 영상화 모달리티 중에 그리고 특히 복수의 영상화 모달리티가 영상화 과정을 위해서 이용되는 경우에, 단일 유형의 피측정 삽입체를 이용할 때 제공될 수 있는 것을 넘어서는, 부가적인 정성적 및/또는 정량적 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 삽입체는 기지의 CT 성질 및 미지의 MR 성질을 가지는 재료를 포함할 수 있다. 이는 기지의 MR 성질, 그러나 미지의 CT 성질을 가지는 제2 삽입체와 쌍을 이룰 수 있다. 특정 실시예에서, 제1 및/또는 제2 삽입체가 기지의 CT 및 MR 성질을 가질 수 있거나, 제1 및 제2 삽입체가 각각 CT 성질 만을 그리고 MR 성질만을 가질 수 있다. 대안적으로, 단일 삽입체, 예를 들어 순수한 물 또는 공기가 복수의 모달리티에서 기지의 성질로 작용할 수 있다. 다른 예에서, PET 동위 원소 삽입체는 방사성 성질과 관련된 안정성 및 유용성에 기초한 재료로 제조될 수 있으나, 반드시 CT와 관련하여 표준화되거나 유용할 필요는 없다. 그에 따라, PET 방출기 함유 삽입체는 PET/CT 팬텀을 위한 하나 이상의 CT 표준 삽입체 또는 PET/MR 팬텀을 위한 하나 이상의 MR 표준 삽입체와 쌍을 이룰 수 있다.
예를 들어, 팬텀은 본원에서 설명된 바와 같은, PET 활성 재료를 가지는 적어도 하나의 삽입체를 포함할 수 있다. 동일한 팬텀은, CT 과정을 위한 하운스필드 단위(HU) 스케일에 대한 0 교정 값을 결정하는, 도 2의 삽입체(120a)와 같은, 물 충진된 관일 수 있는 하나 이상의 삽입체를 더 포함할 수 있다. PET 영상화 과정의 경우에, 물 충진된 삽입체는 본원에서 설명된 바와 같은 기지의 방사성을 포함할 수 있다. 순수한 물을 가지는 삽입체는 또한 MR에 유용한 팬텀의 적어도 일부로서의 역할을 할 수 있다. MR 팬텀 및 PET 팬텀의 조합, 또는 MR 및 PET 모두에서 유용한 삽입체를 포함하는 팬텀은 조합형 모달리티 영상화 과정을 제공할 수 있다. 이러한 팬텀에서, 영상화 중의 임의의 빔 경화, 기하학적 왜곡, 잡음, 및/또는 기타 불균일한 효과를 평가하기 위해서, 예를 들어 테이블(100) 상의 상이한 위치들에 있는 3개의 물 관(120a, 120b, 및 120c)이 존재한다. 대안적으로, CT 폐 연구와 같은 다른 실시예에서, 균일성 확인으로서 팬텀의 복수의 위치에서 복수의 초저-밀도 발포체 삽입체를 가지는 것이 바람직할 수 있는데, 이는 이러한 재료의 HU가, 폐 호흡의 영상화를 위해서 진단학적으로 가장 중요한 HU 스케일의 영상화 영역 내에 있기 때문이다. 초저-밀도 발포체 충진형 삽입체와 양전자 방출체 삽입체의 조합을 포함하는 실시예는 조합된 PET/CT 모달리티를 허용한다. 폐 영상화 연구의 예가, 본원에서 참조로 명백하게 포함되는, Quantification of Regional Ventilation-Perfusion Ratios with PET, Melo, et al.; J Nucl. Med. 2003; 44:1982-1991에 설명되어 있다. 대안적으로, 다른 실시예에서, 선택적으로 상이한 삽입체들 내의 상이한 농도들로, 크세논 또는 크립톤 가스와 같은 X-레이 활성 기체를 가지는 하나 이상의 삽입체를 양전자 방출체를 포함하는 하나 이상의 삽입체와 조합으로 통합하는 것은 조합된 PET/X-레이 또는 PET/CT 모달리티를 제공할 수 있다.
PET, PET/CT, PET/MR 영상화 모달리티와 함께 이용하기 위한 본 개시 내용의 특정 실시예에 따라, 팬텀은 장수명 PET 방출기, 예를 들어 양전자 방출체 Ge-68(T1/2 = 270.8 일)를 포함하는 적어도 하나의 삽입체를 포함할 수 있으나, 다른 적합한 양전자 방출체가 또한 이용될 수 있다. 전형적으로, 긴 반감기를 가지는 양전자 방출체를 이용하여, 짧은 기간에 걸친 방사성 붕괴로 인한 팬텀 변화 또는 재교정 필요성을 제한할 수 있다. 그러나, 긴 또는 짧은 반감기를 가지는 양전자 방출체는 또한 본 개시 내용의 범위에 포함된다. 예를 들어, 긴 반감기를 가지고 양전자 방출체 Ga-68로 붕괴되는, Ge-68을 포함하는 막대, 예를 들어 Eckert Zeigler가 제조한 막대가 PET 영상화 장치 내의 투과 공급원 막대로서 이용되었다. 그러한 막대는 예를 들어 120 MBq 또는 3.24 mCi까지의 상당한 양의 양전자 방사능을 생성하는 양의 Ge-68를 일반적으로 포함한다. 투과 공급원 막대는 투과 측정의 세트를 취하고 환자에 의한 감쇠에 대한 후속 PET 스캔을 조정하기 위해서 이용되는 감쇠 맵을 생성하기 위해서 이용되어, 본질적으로 CT 영상화 장치 내의 X-레이 관의 기능을 위한 역할을 한다. 이러한 막대는 감쇠 맵을 생성하는데 이용되는 X-레이(감마선)의 공급원으로 간주되고 환자 스캔 중에 정보 획득을 위해서 이용되지 않는다. 안전상의 이유로, 환자 및 병원 직원을 불필요한 방사선 노출로부터 보호하기 위해서, 이러한 막대는 사용되지 않을 때 차폐되어야 한다. 또한, 그러한 막대는 PET 환자 영상화와 간섭하지 않도록 영상화 시스템으로부터 차폐되거나 제거될 필요가 있다. 본 발명에서, Ge-68의 농도가 상당히 낮은 삽입체가 본원에서 설명된 바와 같이 이용될 수 있다.
본 개시 내용의 여러 실시예에 따라서, PET 또는 SPECT 과정을 위한 영상화 팬텀으로서의 역할을 하는 삽입체의 방사능은 종래 기술의 투과 공급원에서 이용되는 것 보다 상당히 적은 방사능을 포함할 수 있다. 특별한 실시예에서, 차폐가 불필요할 정도로 방사능이 낮도록, 본 개시 내용의 팬텀 내의 양전자 방출체의 농도가 결정된다. 표 1은 본 개시 내용의 특정 실시예에 따른 삽입체로서 이용하기에 적합한 Ge-68 PET 방출 막대에 대한 하나의 예시적인 활동도 계산을 설명한다.
Figure pct00001
그러한 막대는 조합된 PET/CT 팬텀에서 사용하기 위해서 팬텀 내로 삽입되기에 적합할 수 있다. 삽입체는 공칭적 환자 선량 및 체중에서 1의 표준 섭취 값("SUV")의 활동도를 나타내도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 만약 체중이 70 kg인(행 2) 환자가 10 mCi 또는 370 MBq(표 1, 행 1)의 주입 방사능 선량을 받는다면, 조직의 그램당 전달된 평균 활동도는 0.143 μCi/gm 또는 5.3 kBq/gm(행 4)이다. SUV는 kBq/gm 단위의 영역 내의 조직 활동도 농도를 주어진 총 활동도로 나눈 것을 총 환자 중량으로 나눈 것으로 정의된다. 이러한 예시적인 실시예에서, 삽입체는 1 cm 직경(행 5)의 둥글고, 균일한 막대일 수 있다. 2 미터 길이의 막대(행 7)의 경우에, 부피는 157 cm3 (행 8)이다. 그에 따라, 1의 SUV를 가지는 관심 대상 영역을 나타내는 막대를 가지기 위해서, 활동도 농도는, 환자에 대해서 표 1에서 연산된 활동도 농도일 필요가 있다(표 1, 행 3 및 4). 이러한 계산을 위해서, 총 삽입체 활동도 농도는 22 μCi 또는 830 kBq이다. 이러한 활동도는 환자에게 주어지는 방사선 선량의 약 1/450이며, 그에 따라 영상에서 이러한 방사능의 삽입체를 가지는 것은 환자에 대한 방사능 선량을 상당히 증가시키지 않을 것이고 계수 통계에도 상당한 영향을 미치지 않을 것이다. 또한, 팬텀 PET 삽입체와 연관된 방사능은, 환자에 밀접하게 위치되는 것으로 인해서 병원 작업자가 이미 받은 선량에 비해서, 병원 작업자가 받는 방사능 노출 선량에 상당한 영향을 미치지 않을 것이다. 희망 농도 또는 양의 방사능을 포함하는 삽입체의 구분된 단편만을 가지는 것에 의해서, 전체 방사능이 더 감소될 수 있다. 예를 들어, 1 cm 직경의 막대인 삽입체의 경우에, 1 cm의 길이가 방사성 재료를 가질 수 있고, 9 cm의 길이는 비-방사성 재료일 수 있고, 이어서 다시 1 cm의 길이가 방사성 재료를 가질 수 있고, 그리고 기타 등등일 수 있다. 적어도 20 cm의 침대 거리를 가지는 PET 영상화 장치의 경우에, 비록 모든 재구축된 슬라이스에서 항상 그러한 것은 아니지만, 이러한 삽입체는 활성적 부피 내에서 적어도 2개의 방사성 삽입체를 제공할 수 있다. 이러한 실시예의 각각 또는 조합은 종래 기술에서 이용되는 것 보다 상당한 안전상의 장점을 제공한다. 여전히, 영상화 과정에서 사용되지 않을 때, 장비 청소 및 서비스를 위해서, 삽입체 위에 차폐부를 위치시킬 수 있거나 삽입체를 차폐된 용기 내로 제거할 수 있는 능력을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. PET 또는 조합된 PET/CT 또는 PET/MR 영상화 모달리티(들) 중에 여러 정성적 및 정량적 값을 결정하기 위한 팬텀으로서 사용될 수 있을 정도로, 삽입체의 방사성이 충분할 것이다.
삽입체를 형성하는 재료는, 여러 실시예에서, 고체, 액체, 또는 기체 또는 그 여러 조합 또는 용액일 수 있다. 본원에서 설명된 바와 같이, 특정 실시예의 경우에, 재료는, 저밀도 발포체 또는 초-저밀도 발포체와 같은, 중공형 용기 내에 포함된 발포체일 수 있거나, 대안적으로, 발포체 매트릭스 내에 현탁된 기체 또는 액체일 수 있다. 다른 비제한적인 실시예에서, 영상 활성적 재료는 중공형 용기 내의 저밀도 섬유 엉킴, 또는 일련의 중공형 구체 또는 비드 용기일 수 있다.
여러 실시예에서, 삽입체는 다양한 물리적 형상을 또한 가질 수 있다. 일 예에서, 삽입체는, 환자의 신체의 적어도 일부를 따라 또는 가로질러 연장되도록 성형된 세장형 관의 형태이다. 관의 횡단면은 제한되지 않고, 예를 들어, 정사각형, 삼각형, 직사각형, 원형 또는 계란형일 수 있다. 도 2를 참조하면, 삽입체(122 및 128)는 둥근 횡단면을 가지는 반면, 삽입체(140)는 계란형이다. 직경이 1 cm인 원형, 0.5 cm인 원형, 또는 0.5 x 1.0 cm인 계란형의 관을 포함하는, 상이한 크기 및/또는 길이의 관이 또한 사용될 수 있다. 삽입체는 또한 다른 형상을 가질 수 있고, 삽입체의 다양한 형상이 특별한 팬텀을 위해서 사용된다. 예를 들어 도 2에서, 삽입체(130)는 서로 인접하고 희망 영상화 성질을 가지는 둘 이상의 복수의 작고 둥근 막대로 형성되고, 선택적으로 지지를 위한 외부 관을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 삽입체(124)는, 고려되는 모달리티에 의해서 개별적으로 분해될 수 있거나 그렇지 않을 수 있는, 관 내에서 유지되는 희망 영상화 성질을 가지는 작은 비드의 조립체일 수 있다. 대안적으로 다른 실시예에서, 동심적인 관들이 삽입체를 위해서 이용될 수 있고, 각각의 관은 상이한 영상 활성적 화합물 또는 동일한 영상 활성적 화합물의 상이한 농도들, 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 삽입체의 여러 실시예의 관의 벽을 형성하기 위해서 이용되는 재료는, 그러한 재료가 필요한 구조적 무결성을 관에 제공할 수 있을 정도로 충분히 강하기만 하다면, 관 내의 재료와 동일할 수 있다. 대안적으로, 삽입체 용기 벽은 또한, 예를 들어, 탄소 섬유, 알루미늄, 또는 열 밀봉된 폴리에틸렌 텔레프탈레이트 또는 다른 적합한 중합체 재료와 같은 얇은 플라스틱으로 형성될 수 있다.
Z-축으로도 지칭될 수 있는 삽입체의 길이방향 축을 따른 삽입체의 형상, 기하형태, 조성, 농도 및/또는 상대적인 배향의 변동은, 환자 위치의 기하학적인 정확도의 평가 또는 빔 경화의 균일성의 평가와 같은, 영상화 프로세스에 관한 부가적인 정보를 제공할 수 있다. 그에 따라, 특정 실시예에서, 삽입체의 형상, 기하형태, 조성, 농도 및/또는 상대적인 배향은 도 5에 도시된 바와 같이 그 길이방향 축을 따라서 변경될 수 있고, 도 5는, Z-축을 따른 삽입체의 여러 지점(각각의 지점이 점선에 의해서 표시되어 있다)에서 획득될 수 있는 일반화된 팬텀 영상을 도시한다. Z-축 변동의 패턴은 없거나, 최소이거나, 의사 무작위적이거나, 무작위적이거나, 주기적이거나, 패턴 또는 정보 인코딩(예를 들어, z-축 위치)이거나, 연속적이거나, 불연속적일 수 있다. 하나의 옳거나 최적인 형상 변동은 없고, 희망 변동은 영상화 과정에 따라 달라진다. 예를 들어 경사 또는 테이퍼링 프로파일로, 선형 변화가 삽입체 또는 삽입체의 요소에 의해서 가장 용이하게 달성된다. 하나의 비제한적인 실시예에서, 도 6a에 도시된 바와 같이, 삽입체(301)는 전반적으로 Z-방향으로 배열된 일련의 볼(302)로 형성될 수 있다. 볼은 동일한 조성 또는 상이한 조성들로 형성될 수 있고, 상이한 크기 및/또는 형상을 가질 수 있으며, 공간 또는 비-활성적 볼 또는 형상과 함께 산재될 수 있다. 이러한 구성은 삽입체의 Z-축을 따라, 예를 들어, 삽입체의 밀도, 농도, 및/또는 방사능 등의 변동을 제공하도록 설계될 수 있다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 특정 실시예에 따라, 삽입체(303)는 대안적으로 공통 축을 따라 서로 정렬된 일련의 디스크(304)로 형성될 수 있고, 그러한 디스크들은 상이한 직경들 및/또는 두께들을 가질 수 있다. 이러한 구성은 다시, 공간과 상이한 관련 영상화 성질을 가지는 상이한 재료의 디스크를 가지는 실시예에서 Z-축을 따른 삽입체의 변동을 제공한다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 소용돌이-형상 또는 나선형-형상인 삽입체(305), 도 6d에 도시된 바와 같이, 얇은 막대 또는 선을 따른 일련의 구체로 형성된 삽입체(307), 또는 도 6e에 도시된 바와 같이, 상이한 각도들의 얇은 막대들(310)로 이루어진 삽입체(309)를 포함하는, 이러한 효과를 제공하는 다른 구성이 또한 특정 실시예에 따라 예상될 수 있다. 추가적인 예로서, 삽입체(311)는 "덤벨" 형상을 가질 수 있고, 여기에서, 도 6f에 도시된 바와 같이, 직경은 삽입체의 중간 부근에서 좁다. 삽입체는, 전체 내용이 본원에서 참조로 포함되는 Aufrichtig 등의 미국 특허 제5,841,835호에서 제시된 바와 같이, 변화되는 표면 폭/직경을 가지는 단계적 쐐기 또는 다른 형상과 같이 대안적으로 성형될 수 있다. 예를 들어, 둘 이상의 Z-축 변동 삽입체를 이용하여 영상화 스캔 내의 절대 Z-축 위치를 결정할 수 있고, 예를 들어, Z-축 재료 변화는, 사용된 삽입체 또는 다른 요소의 수에 따른 해상도를 가지는 디지털적으로 인코딩된 Z-축 위치를 나타낼 수 있다. 둘 이상의 Z-축 변동 삽입체는 동일한 재료로 이루어지거나 상이한 재료들로 이루어질 수 있고, 그에 따라 삽입체들은 상이한 측정 평가의 양태에서, 예를 들어 감쇠 보정 또는 HU 또는 방사능 조정에서 이용될 수 있다.
팬텀과 함께 이용되는 모달리티에 따라서, 다른 삽입체 형상/구성/조합이 또한 유리할 수 있다. 예를 들어, 삽입체 용기 내측에서 또는 삽입체 내에서 작게 성형된 PET를 가지는 큰 CT 형상을 가지는 삽입체가 CT/PET 조합형 모달리티 시스템과 함께 특별한 용도를 가질 수 있다. 다른 예로서, PET 모달리티에 유용한 삽입체는 큰 플라스틱 관 또는 구체의 내측에서 매우 작은 PET 시드(seed) 또는 구체를 가질 수 있고, 그에 따라 시드는 효과적으로 PET를 위한 점 공급원(point source)이 되나, 여전히, 삽입체 구체 또는 막대의 CT 영상화 성질에 영향을 미치지 않는 적은 양의 재료이다.
특정 실시예에서, 특별한 팬텀 내의 하나 이상의 삽입체는, 팬텀이 용이하게 식별되도록 및/또는 그 영상의 검토를 통해서 정성적 및/또는 정량적으로 측정되도록, 영상화 모달리티에 의해서 "활성적인" 또는 "판독 가능한" 식별자를 부가적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 팬텀은, 영상화 모달리티에 의해서 판독될 수 있는 팬텀의 일부 내로 몰딩되거나 달리 부착된 숫자, 바코드, 바이너리 코드, 또는 다른 식별 표시 형태의 특유의 ID 코드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적절하게 배향된 문자가, 사용자에 의해서 및/또는 영상화 시스템에 의해서, CT 스카우트 스캔에 의해서 용이하게 판독될 수 있다. 다른 잠재적인 대안은, 예를 들어 삽입체를 통한 홀의 드릴 가공에 의한 또는 삽입체의 구조를 달리 수정하는 것에 의한, 삽입체의 바코드 또는 디지털 코드 수정을 생성하는 것이다. 영상의 검토시에, 특유의 ID 코드가 보여질 수 있고, 그에 따라 방사선사 또는 기술자, 또는 영상화 시스템이 해당되는 특별한 삽입체(들) 및/또는 팬텀의 성질을 검색할 수 있게 하고, 이러한 성질을 영상 생성 또는 해석에서 이용할 수 있게 한다. 이러한 검색 프로세스는 또한 자동화될 수 있고, 그에 의해서 컴퓨터 시스템은 삽입체(들) 및/또는 팬텀을 식별하고 연관된 데이터베이스로부터 팬텀에 관한 정보를 자동적으로 검색한다. 예를 들어 삽입체 또는 팬텀의 또는 적어도 그 부분의 특유의 형상을 통한, 여러 삽입체 및/또는 결과적인 팬텀을 식별하는 대안적인 방식이 또한 생각될 수 있다. 특정 실시예에서, 삽입체(들) 및/또는 팬텀의 양태의 일부 또는 전부가 영상화 장치와 영구적으로 연관될 수 있고, 그에 따라 식별은 시스템 기술자 또는 조작자에 의해서 한차례 이루어질 수 있고 그 후에도 유지될 수 있다. 대안적인 식별 방법이 또한 이용될 수 있다.
일부 비제한적인 실시예에서, 팬텀 내의 하나 이상의 삽입체가, 영상화 과정 이전에, 도중에, 및/또는 이후에 이동될 수 있거나 전개 가능한 구성요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전개 가능한 특징은, 본원에서 설명된 바와 같은 PET 삽입체와 같은 방사성 재료를 포함하는 삽입체에서 특히 유용할 수 있는데, 이는 그러한 것이 환자에 대한 방사능 노출을 제한하는 방식을 제공할 수 있기 때문이다. 도 7에 도시된 일 실시예에서, 팬텀(400)은 방사성 재료를 포함하는 삽입체(405)를 포함하고, 여기에서 삽입체(405)의 길이방향 길이는 전형적인 환자의 길이 보다 상당히 짧고 또한 선택적으로 팬텀 내의 다른 삽입체(410) 보다 짧다. 일 예에서, 삽입체(405)는 특별한 스캔을 위해서 대략적으로 관심 영역, 예를 들어, 몸통, 머리 등 만큼 길다. 스캔에 앞서서, 삽입체(405)가 관심 영역과만 일치되도록, 삽입체(405)는 수동적으로 또는 자동적으로 제 위치로 전개된다. 삽입체(405)의 길이가 짧기 때문에, 삽입체는, 전체 길이 삽입체에 비해서, 적은 방사성 재료의 양을 포함할 수 있고, 그에 따라 환자에 대한 방사성 재료의 전체적인 노출을 제한할 수 있다. 특정 실시예에서, 스캔 중에 삽입체가 이동될 수 있는 경우에, 더 짧은 삽입체가 이용될 수 있다. 예를 들어, 팬텀은, 영상화 빔이 동일한 방향으로 이동되는 것과 대략적으로 속도로 Z-방향으로 이동되고, 그에 따라 스캔이 진행될 때 삽입체를 영상화 장치에 대해서 동일한 위치에서 효과적으로 유지하는, 전술한 짧은 삽입체(405)와 같은 적어도 하나의 삽입체를 포함할 수 있다. 이러한 방식에서, 스캔 내의 임의의 주어진 지점에서, 방사성 삽입체는 영상화되는 신체의 부분과 일반적으로 정렬된다. 그러나, 삽입체는 일반적으로 주어진 시간에 영상화되지 않는 신체의 부분과 정렬되지 않고, 그에 따라 그러한 신체의 부분에 대한 방사선 노출을 감소시킨다. 특정 실시예에 따라, 삽입체의 이동은 수동적으로 또는 모터 요소를 통해서 이루어질 수 있고, 그러한 모터 요소는 영상화 모달리티와 또한 통신되는 컴퓨터 또는 기술자로부터 제어 명령을 수신할 수 있다. 이와 같은 일반적인 효과를 달성하는 다른 실시예가 또한 가능하다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, 삽입체(407) 자체가, 방사성 재료를 내부에 포함하는 가동형 포드(409)를 가지는 길고, 중공형인 관으로 이루어질 수 있다. 포드(409)는, 동일한 방향을 따른 스캔의 진행과 대략적으로 순차적으로 Z-축으로 삽입체(407) 내에서 이동될 수 있다. 유사한 효과를 달성하는 대안적인 방식은 스캔이 진행될 때 필요 방사능을 가지는 정지적인 팬텀(또는 팬텀의 일부)에 대해서 (단독적으로 또는 전술한 것과 조합하여) 환자를 이동시키는 것을 포함한다. 또 다른 대안적인 실시예는, 삽입체 내로의 방사성 재료의 주입을 수용할 수 있는 매체로 충진된 삽입체를 포함하고, 삽입체의 하나의 지점으로부터 다른 지점으로의 매체를 통한 방사성 재료의 유동 또는 확산 속도는 스캔이 진행되는 속도와 유사하다. 방사성 재료로 충진된 삽입체 관을 통해서 기포 또는 중공형 구체를 유동시키는 것에 의해서 유사한 효과가 또한 달성될 수 있다. 가동형 삽입체는 방사성 재료를 포함하는 것으로 제한되지 않는다. 이러한 여러 방법은 또한 CT, MR 또는 다른 조영제와 함께 이용될 수 있다. 삽입체의 제어된 이동을 또한 이용하여, 스캔의 역학, 이동 블러링(motion blurring)을 평가, 측정, 정량화, 정성화, 및/또는 확인할 수 있거나, 스캔의 속력 및/또는 거리를 측정할 수 있다. 삽입체의 이동은 또한 Z-축으로 제한되지 않는데, 이는, 비-원형 대칭성을 가지는 삽입체(예를 들어, 바버 폴(barber pole) 또는 자동 현가 코일 스프링) 또는 정적 베인 혼합기 구성을 가지는 삽입체와 같은 회전 가능한 삽입체가 또한 유용하기 때문이다. 삽입체는 X-평면 내에서, Y-평면 내에서, 또는 보다 복잡한 궤도 또는 2- 또는 3-차원적 패턴으로 이동될 수 있다. 가동형 팬텀으로부터의 정보의 하나의 잠재적인 용도는 영상화 시스템의 이동 블러링을 평가하는 것이다. 예를 들어, 1 cm의 직경 및 1의 SUV를 가지는 작은 구체 팬텀 요소 또는 삽입체를 환자의 가슴에 배치하는 것은 감쇠 보정 및 폐암 영상화 검사 중에 발생되는 이동 블러링 모두를 평가할 수 있다. 만약, 예를 들어 호흡 모니터를 이용하여, 영상화 프로세스가 이동 보정을 이용한다면, 팬텀 영상화 요소의 (예를 들어, 선명도, 총 SUV 등에 의해서 보여지는 바와 같은) 결과적인 영상은 이동 보정 알고리즘의 양호함, 정확도, 또는 품질의 표시가 될 것이다. 이는 또한 이동 보정 알고리즘이 임의의 부작용 또는 부정확성을 측정 또는 영상 내로 도입하였는지의 여부를 나타낼 수 있다. 대안적으로, 특히 반복적인 재구축을 이용할 때, 이동 보정 알고리즘이 반복적으로 동작되어 팬텀 요소의 선명도를 최대화할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 1 SUV 지점 공급원(예를 들어, 작은 구체)을 가지는 삽입체가 몇 cm 직경의 궤도 내에서 회전될 수 있고, 그에 따라 PET 획득 시간에 걸쳐, 삽입체가 적어도 하나의 사이클 및 선택적으로 몇 개의 사이클을 통해서 이동될 수 있다. 이는 영상 재구축 알고리즘 또는 시스템의 이동 블러를 평가하기 위해서 이용될 수 있다.
팬텀은, 전술한 바와 같이, 하나 이상의 피측정 삽입체, 하나 이상의 측정 삽입체를 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 측정 삽입체는 또한 기지의 성질을 가지는 기준 재료를 포함할 수 있고 측정 양태에 더하여 전술한 피측정 삽입체와 상당히 동일한 장점을 제공할 수 있다. 또한, 본 개시 내용의 측정 삽입체는, 그러한 삽입체가 환자 또는 영상화 시스템을 활동적으로 측정하기 위해서 이용될 수 있다는 점에서, 부가적인 정보 수집 능력을 제공한다.
측정 삽입체의 하나의 비제한적인 예는 방사선 검출 성질을 가지는 것이다. 스캔 중에 이러한 삽입체를 이용하여, 환자가 받는 실제 방사선 선량을 측정하고 추적할 수 있다. 삽입체는, 팬텀의 일부, 착용 가능한 조끼 또는 환자 상에 배치되는 담요의 일부, 또는 본원에서 설명된 다른 임의의 물리적 형태와 같은 다양한 물리적 형태를 취할 수 있다. 일 실시예에서, 방사선 검출 측정 삽입체는, 전체 스캔 과정 동안 관 상으로의 전체 방사선 입사를 측정하는, Z-방향을 따라 연장되는, 예를 들어 이온 챔버로서 작용하는, 도 7 및 도 8에 도시된 삽입체(410)와 유사한 형상의 삽입체와 같이 길고 균일한 관이다. 일 실시예에서, 이러한 삽입체는 표준 압력 및 온도(STP)의 기지의 기체, 예를 들어 공기로 충진될 수 있고, 그에 따라 그 내용물에 대한 피측정 삽입체로서의 역할을 또한 할 수 있다. 다른 비제한적인 실시예에서, 방사선 검출 삽입체는 삽입체의 Z-방향을 따라 이격된 일련의 공간적으로 구분된 센서들을 포함한다. 이러한 실시예는 슬라이스별로 (또는 적어도 영역별로) 입사 방사선의 결정을 가능하게 하는 부가적인 장점을 제공한다. 다른 실시예는 이온 챔버, 신틸레이터 및 섬유, 솔리드 스테이트 다이오드, 다른 전자적 방사선 검출기, 및 전술한 것의 임의의 조합을 포함한다. 다른 비제한적인 실시예에서, 방사선 측정 검출기는, 예를 들어 환자 침대의 표면 위의 또는 환자 주위를 둘러싸는 담요 내의, 센서의 2D 또는 3D 배열 또는 어레이일 수 있다. 선택적으로, 센서의 실제 위치는 영상화 스캔 시퀀스로부터 평가되거나 평가될 수 있다. 삽입체에 의해서 수집된 데이터가 실시간으로 또는 후속하여 컴퓨터로 전송될 수 있고, 그러한 컴퓨터에서 데이터가 저장될 수 있고, 예를 들어, 영상 디콘볼루션 중에 분석될 수 있다. 이러한 정보는, 예를 들어, 환자 및/또는 환자의 신체의 특정 지역에 의해서 수용된 실제 방사선량을 확인하기 위해서, 산란을 측정하기 위해서, 및/또는 영상 생성을 위한 빔 경화를 평가하기 위해서 이용될 수 있다. 특정 실시예에서, 예측 알고리즘의 정확도를 테스트하기 위해서 그리고 추후에 보다 정확한 프로토콜을 개발하는데 도움을 주기 위해서, 환자에 수용되는 실제 방사선에 관한 정보를 예상된/예측된 방사선 노출량에 비교할 수 있다. 또한, 해당 환자에 대한 미래의 영상화 과정을 안내하기 위해서 그리고 환자가 과다-방사선 피폭되지 않도록 보장하는데 도움을 주기 위해서, 환자에 수용된 방사선에 관한 정보가 환자 파일에 부가될 수 있다. 데이터는 예를 들어 연관된 DICOM 영상에 부가될 수 있다. 예를 들어, 이러한 정보는, 전체가 본원에서 참조로 명백하게 포함되는 Couch 등의 미국 특허출원 공보 제2012/0150505호에서 설명된 것과 유사한 시스템 내로 공급될 수 있다. 이러한 방사선 선량 추정 시스템은, 다양한 환자 신체 기하형태적 및 다른 특성을 평가하기 위해서, 여러 기관에 대한 방사선 선량을 연산하기 위해서, 그에 따라 환자에 대한 유효 방사선 선량을 연산하기 위해서, 영상화 시스템에 의해서 출력되는 바와 같은 스카우트 스캔 및 선량 길이 곱(dose length product)으로부터 결정된 바와 같은 스캔 위치를 이용할 수 있다. 선량 측정 삽입체 또는 측정 삽입체의 1, 2, 또는 3D 어레이로부터 시간에 걸쳐 실제 측정하는 것은, 방사선 선량 추정 소프트웨어가 현재 작업하여야 하는 것 보다 상당히 더 많은 데이터를 제공할 수 있다. 예를 들어, CT는 종종 방사선 선량을 감소시키기 위해서 관 전류 변조를 이용한다. 그에 따라, 관 전류는, 관이 회전됨에 따라 그리고 환자가 영상화 장치를 통해서 이동됨에 따라 변화된다. 그러나, 선량 길이 곱이 전체 스캔에 걸쳐 합산되기 때문에, 환자 및 관 위치에 따른 그 변동이 추정될 수 있다. 독립적인 방사선 선량 측정 데이터가 스캔 중에 취해지는 경우에, 소프트웨어는 이러한 부가적인 데이터를 이용하여, 방사선 필드의 보다 정확한 각도 및 위치 의존적 추정을 할 수 있고, 그에 따라 보다 정확한 효과적 선량 추정이 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 방사선 검출 삽입체에 의해서 측정되는 바와 같은, 스캔의 특별한 지점에서 환자에 의해서 수용되는 방사선 선량의 양에 관한 데이터를 실시간으로 스캔의 해당 부분에 대한 예상 양에 비교할 수 있고, 그에 따라 영상화 장치의 영상화 프로토콜 및/또는 동작 조건이 수시로 보정될 수 있게 한다. 선택적으로, 하나 이상의 측정 삽입체(들)이 영상화 볼륨 외부에 배치될 수 있고 그에 따라 단지 산란된 방사선을 제외하고 직접적으로 방사선을 수용하지 않을 수 있다. 장소(들)는 영상화 볼륨에 대한 고정된 및/또는 기지의 위치일 수 있다.
다른 유형의 측정 삽입체가 또한 이용될 수 있다. 예를 들어, 영상화 과정 중에 환자 또는 특정 신체 부분 또는 조직의 이동을 측정하는 측정 삽입체가 팬텀 내로 통합될 수 있다. 이러한 정보를 이용하여, 영상 내의 불규칙성이 환자 이동에 의해서 유발되었는지의 여부를 확인할 수 있다. 다른 예로서, 심장 활동도(펄스, ECG)를 측정하는 측정 삽입체가 이용될 수 있다. 이러한 삽입체는 영상화 과정 중에 환자의 심장에 관한 정보를 수집할 수 있다. 이러한 정보는, 예를 들어, 심장 사이클의 특정 위상 중의 영상화만을 허용하는 것에 의해서 영상 획득을 제어하기 위해서 이용될 수 있다. 이러한 삽입체는 또한, 예를 들어, 많은 구분된 심장 사이클에 걸쳐 생성된 심장 운동의 복합 동영상의 생성을 가능하게 하기 위해서 "빈(bin)" 내로 영상을 넣도록 소급적으로 이용될 수 있다. 또 다른 예로서, 예를 들어, 삽입체에 의해서 측정된 체중이 제1 경우에 매개변수를 결정하기 위해서 이용된 체중과 상이한 경우에(예를 들어, 이전의 프로토콜이 반복되고 환자의 체중이 중간에 변화된 경우에 또는 예를 들어 조작자가 환자의 체중을 부정확하게 입력한 경우에), 환자의 체중을 측정하는 삽입체를 이용하여 체중-기반의 조영 선량을 결정할 수 있거나 영상화 매개변수를 조정할 수 있다.
도 9 내지 도 11은, 본원에서 설명된 인-스캔 팬텀이 이용되는 시스템의 비제한적인 실시예를 도시한다. 도 7 내지 도 9의 시스템은 상호 배타적이거나 제한적이 아니고, 임의의 하나의 시스템으로부터의 요소가 임의의 다른 요소와 조합될 수 있다는 것을 주목하여야 할 것이다.
도 9는, 하나 이상의 피측정 삽입체를 포함하는 인-스캔 팬텀(520)을 이용하여 영상화 과정에 관한 정보를 수집할 수 있는 시스템(501)의 일 실시예를 도시한다. 시스템은, 공지된 모달리티를 이용하는 통상적인 영상화 기술을 통해서 환자를 영상화하는 영상화 모달리티 시스템(505), 예를 들어 GE, Toshiba, Hitachi 등으로부터 상업적으로 입수할 수 있는 CT, MR, 또는 PET 영상화 장치를 포함한다. 조작자 또는 영상화 시스템이 필요에 따라 영상화 매개변수를 조정할 수 있도록, 본원에서 설명된 바와 같은 하나 이상의 통합된 삽입체를 포함하는 팬텀(520)의 영상이 캡쳐되고 디스플레이된다. 특정 실시예에 따라, 예를 들어 재구축 중의 반복 횟수 또는 커널을 조정하기 위해서 팬텀 또는 여러 삽입체 성질을 이용함으로써, 잡음 및 영상 품질을 평가하기 위해서, 데이터 분석 단계에서 하운스필드 단위를 조정하기 위해서, 및/또는 영상 생성 프로세스를 알리기 위해서, 팬텀 영상이 또한 진행중의 또는 주기적인 품질 제어를 위해서 이용될 수 있다.
도 10은, 본원에서 설명된 바와 같이 막대 또는 다른 삽입체 내에서 하나 이상의 PET 방출체와 같은 방출 요소를 포함하는 하나 이상의 피측정 삽입체를 포함하는 인-스캔 팬텀(620)이 이용되는 시스템(601)의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 시스템은 도 7에 도시된 시스템과 유사하나, 이러한 실시예에서 인-스캔 팬텀 자체는 에너지원이다.
도 11는, 하나 이상의 측정 삽입체, 및 잠재적으로 하나 이상의 피측정 삽입체를 포함하는 인-스캔 팬텀(720)이 이용되는 시스템(701)의 다른 실시예를 도시한다. 시스템(701)은, GE, Toshiba, Hitachi 등으로부터 상업적으로 입수할 수 있는 CT, MR, 또는 PET 영상화 장치와 같은, 공지된 영상화 장치를 이용하는 통상적인 영상화 기술을 통해서 환자를 영상화하는 영상화 시스템(705)을 포함한다. 시스템(701)은, 인-스캔 팬텀(720)(또는 다른 보조 장치)의 측정 삽입체(들)에 의해서 수집된 정보를 포함하는, 영상화 과정에 관한 다른 정보를 수집, 종합, 및 분석하는 보조 장치 시스템(710)을 더 포함할 수 있다. 보조 장치 시스템(710)은, 예를 들어, 사용자 인터페이스, 영상 분석 소프트웨어를 가지는 프로세서, 및 전원을 포함할 수 있다. 보조 장치 시스템(710)은 영상화 시스템(705)과 통신될 수 있고, 영상화 시스템(705)에 의해서 출력되는 영상/데이터를 생성 및/또는 조정하는데 이용될 수 있는 데이터를 제공할 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 보조 장치 시스템(710)은 연구 검토 시스템(730)과 통신될 수 있다. 보조 장치 시스템(710)으로부터의 데이터를 이용하여, 예를 들어, 영상이 생성되기 전에, 내부 조영 전달, 영상화 장치 kV, 등을 조정함으로써, 예를 들어 연구 프로토콜에 알리거나 자동적으로 영향을 미칠 수 있다. 보조 장치 시스템으로부터의 데이터가 또한 하나 이상의 부가적인 시스템에 전달될 수 있다. 예로서, 측정 삽입체에 의해서 이루어지는 방사선 측정은, 본원에서 참조로 포함되는 Couch 등의 미국 특허출원 공보 제2012/0150505호에서 설명된 것과 유사한 시스템에 통신될 수 있고, 그러한 시스템에서, 그러한 측정을 이용하여 해당 환자에 대한 측정을 보정할 수 있고 및/또는 환자 선량 측정을 위한 시스템 및 알고리즘을 개선할 수 있다.
본원의 다른 곳에서 언급된 바와 같이, 인-스캔 팬텀은 거의 이용되지 않는데, 이는, 예를 들어, 그 이용에는, 그러한 인-스캔 팬텀을 영상화 장치의 내외로 이동시키기 위한 일부 기술자의 추가적인 작업이 포함되기 때문이다. 또한, 통상적인 삽입체는, 스캔 내에서 부가적인 흡수 재료를 가짐으로써, 환자에 대한 방사선 선량을 증가시킬 수 있다. 또한, 많은 과정의 경우에, 팬텀이 제공할 수 있는 정량화, 정밀도, 정확도, 및 반복성의 레벨이 필요치 않다.
본원에서 설명된 실시예는 방사선 선량 증가를 완화시킬 수 있다. 예를 들어, 팬텀의 대부분에 대해서 0.5 cm 또는 0.2 cm 직경의 요소를 포함하는 팬텀과 같은 최소 치수 팬텀이 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 1 cm 직경의 단편 또는 요소가 여러 z-축 위치에서 삽입되어 다른 평가, 예를 들어 잡음 통계를 허용할 수 있다. 다른 대안은, 흡수 재료의 양을 줄이기 위해서 그리고 재료가 스캔 내에서 충분한 빈도수로 나타나게 하기 위해서, Z-축을 따라 연속적인 요소를 포함한다. 대안적인 실시예에서, 방사선이 팬텀/삽입체에 의해서 먼저 흡수되도록, 적어도 일부의 그리고, 일부 경우에, 가능한 한 많은 스캐닝이 팬텀이나 삽입체 측면 상의 X-레이 관 또는 다른 방사선 공급원으로 이루어질 수 있다.
팬텀 및 여러 영상화 장치 삽입체를 이용하는 방법이 또한 설명된다. 인-스캔 팬텀의 경우에, 방법은 환자가 있는 영상화 모달리티 내에 팬텀을 배치하는 단계, 및 영상화 모달리티를 이용하여 환자 및 팬텀을 스캐닝하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 비제한적인 실시예에서, 팬텀이 영상화 모달리티의 일부인 경우와 같이, 인-스캔 팬텀은, 환자가 내부에 배치될 때, 이미 영상화 모달리티 내에 존재한다. 다른 비제한적인 실시예에서, 팬텀이 영상화 모달리티로부터 제거될 수 있는 경우와 같이, 환자 및 팬텀이 동시에 또는 대략적으로 동시에 영상화 모달리티 내에 배치될 수 있다. 팬텀이 각각의 검사 유형 및/또는 환자에 맞춰 질 수 있게 하기 위해서 삽입체가 제거 가능하도록 및/또는 교체 가능하도록 본 개시 내용에서 설명된 인-스캔 팬텀이 구성될 수 있기 때문에, 방법은 또한 영상화 과정에 앞서서 동일한 또는 상이한 영상화 성질을 가지는 하나 이상의 삽입체를 팬텀 내로부터 제거 및/또는 그에 삽입하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 영상화 모달리티의 격실 내에 수용된 삽입체가 격실로부터 제거될 수 있고 팬텀 내에 배치될 수 있다. 일부 비제한적인 실시예에서, 등쪽인(팬텀이 환자의 아래에 있고 환자가 그 등으로 눕는다고 가정한다) 팬텀 측면으로부터 또는 팬텀을 통해서 방사선이 환자에게 접근하도록 환자가 영상화되며, 그에 따라 팬텀은 빔 공급원 및 환자 사이에 배치되고, 그에 따라 팬텀에 의해서 흡수된 방사선은 환자에 도달하는 방사선의 양을 감소시킬 것이다. CT 스캔이 기껏해야 180도 더하기 빔 각도를 요구하기 때문에, 빔이 환자에 최초로 침투되고 이어서 팬텀으로 침투되는 경우의 방향 보다 이러한 방향이 바람직하다면, 이는 환자에 대한 선량을 분명히 감소시킬 수 있다. 팬텀 및 환자의 하나 이상의 성질은 영상화 과정 중에 수집된다. 이는 영상화 장치에 의해서 측정된, 피측정 삽입체(들)의 성질뿐만 아니라 하나 이상의 측정 삽입체를 통해서 팬텀에 의해서 측정되는 성질을 포함할 수 있다. 팬텀과 관련하여 수집된 또는 팬텀에 의해서 수집된 정보는, 영상화 과정으로부터 초래된 영상을 해석할 때 이용될 뿐만 아니라, 영상화 모달리티의 영상화 프로토콜 또는 동작 조건의 정확도 평가, 수시적인 또는 미래를 위한 영상화 매개변수의 조정, 및/또는 환자에 의해서 수용되는 방사선 선량의 결정과 같은, 다른 목적을 위해서 이용될 수 있다. 본 개시 내용의 인-스캔 팬텀은 또한 스카우트 스캔 중에 이용될 수 있다. 본 개시 내용의 팬텀을 스카우트 스캔의 일부로서 이용하는 것은 환자 정렬에 도움을 주어, 분석이 정확하게 이루어질 수 있게 보장할 수 있다.
측정 팬텀 삽입체로부터의 데이터 또는 정보 및/또는 영상화 시스템으로부터의 피측정 삽입체에 관한 데이터 및 정보는, 영상화 스캔 또는 일련의 스캔 이전에, 도중에, 및/또는 이후에 이용될 수 있다. 예를 들어, 실제 영상 또는 데이터 측정 획득 전에, 일부 유형 또는 예시적인 측정 또는 평가가 종종 이루어진다. CT의 경우에, 예를 들어, 스카우트 스캔을 일반적으로 실시하여, 정확한 환자 배치를 확인하고 그리고 스캔하고자 하는 신체/테이블의 영역을 지정한다. 예를 들어, 기지의 삽입체, 특히 환자 아래에 있지 않은 삽입체의 감쇠를 기초로, 시스템 동작에 관한 정보를 제공하기 위해서, 본 개시 내용의 인-스캔 팬텀이 이용될 수 있다. 이는 또한, 예를 들어 피측정 삽입체가 방사선 측정 삽입체를 포함하는 경우에, X-레이 관 기능을 평가하기 위해서 이용될 수 있다. 또한, 스캔 또는 주입 프로토콜의 셋팅 또는 조정에서 이용하기 위한 환자 호흡, 심박수, 및/또는 이동을 평가하기 위해서, 인-스캔 팬텀이 이용될 수 있다. 또한, 스카우트 스캔 중에, 인-스캔 팬텀 삽입체(들)의 존재 및 환자에 대한 정확한 기하형태적 관계가 확인될 수 있다. 이러한 정보는 삽입체가 방사선 검출 능력을 가지는 경우에 특히 유용할 수 있는데, 이는, 환자에 대한 삽입체의 위치가, 삽입체에 의해서 수집되는 데이터가 환자가 흡수하는 유효 선량과 관련되는 방식에 영향을 미칠 것이기 때문이다. 측정 삽입체 정보를 부가적으로 이용하여, 부적절한 상태에 대한, 예를 들어 계획된 프로토콜에 비해서 너무 크거나 무거운 환자에 대한 경고를 조작자 또는 영상 시스템에 경고할 수 있다.
MR에서, 예를 들어, 환자가 영상화 장치 내로 최초로 삽입될 때, 조율 시퀀스가 이루어질 수 있다. 조율 시퀀스 중에, 예를 들어, 정확한 동작을 확인하기 위해서 전자파 인체 흡수율(SAR)을 측정하도록 삽입체가 이용될 수 있다. 또한, 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 피측정 삽입체(들)의 측정이 그들의 기지의 값에 대해서 비교될 수 있고, 환자와 인-스캔 팬텀 사이의 정확한 기하형태적 관계가 확인될 수 있고, 및/또는 스캔 또는 주입 매개변수에 대한 입력을 제공하기 위해서 관련 측정이 이루어질 수 있다.
다른 예로서, PET/CT 영상화 과정에서의 실제 PET 스캔 이전에, 본 개시 내용의 인-스캔 팬텀을 이용하여 PET에 대한 감쇠 보정 맵을 연산하기 위해서, CT 영상화 장치가 이용될 수 있다. 이는, 전술한 CT 셋업 이용에 더하여, 이루어질 수 있다. 효과적으로 이러한 감쇠 맵은 낮은 해상도 CT 영상이고, 그에 따라, 하운스필드 단위를 포함하는, 본원에서 설명된 확인 및 조정이 후속 PET 스캔에 앞서서 이러한 프로세스에 적용될 수 있다. PET에서, 불필요한 CT를 피하기 위해서 적절한 방사성 추적자 선량을 환자가 받았는지를 확인하도록, 방사선 검출 측정 삽입체가 이용될 수 있다. 본 개시 내용으로부터 관련 기술 분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이, 다른 단일 및 조합 영상화 모달리티는 유사한 또는 상이한 예비적 측정 시퀀스를 이용할 수 있다.
추가적인 예로서, 예를 들어, 방사선, SAR, 및/또는 환자 이동을 측정함으로써 예를 들어 진행중인 영상화 시퀀스를 모니터링하기 위해서, 본원에서 설명된 것과 유사한 측정 삽입체(들)을 포함하는 팬텀이 스캔 중에 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 사이노그램(sinogram)의 단편 내의 선량 대 관 각도 위치 및/또는 잡음과 같은 이러한 정보가 영상화 장치 제어 시스템에 전달될 수 있고 영상화 장치 제어에 의해서 이용되어 획득 중에 영상 획득 프로세스 또는 프로토콜을 자동적으로 조정할 수 있다. 대안적으로, 측정 삽입체(들)에 의해서 수집된 정보가 사용자 인터페이스를 통해서 사용자에게 디스플레이될 수 있고, 그에 따라 사용자가 취하여야 할 행위에 관한 정보, 또는 적어도 영상화 획득 중에 존재하는 상태에 관해 주목해야 할 정보를 사용자에게 제공할 수 있다.
예를 들어 상이한 시퀀스들 또는 침대 위치들을 가지는, 연속적인 스캔들 사이에서 또는 스캔 이후에, 피측정 삽입체 및 측정 삽입체 모두로부터의 데이터 또는 정보가 또한 다른 방식으로 이용될 수 있다. 예를 들어, CT에서, 피측정 삽입체에 대한 "획득된 바와 같은" 또는 측정된 하운스필드 단위(HU)를 그러한 삽입체에 대한 기지의 HU 값에 대해서 비교할 수 있고, 그 차이는, 영상 생성 및 후속 정량화 또는 비교에서의 이용을 위해서, 측정 방사선의 에너지 스펙트럼을 추정 또는 평가하기 위해서 및/또는 측정된 HU를 교정된, 조정된 또는 실제의 HU로 조정하기 위해서 이용될 수 있다. 본 개시 내용으로부터 관련 기술 분야의 통상의 기술자가 알 수 있는 바와 같이, 교정 알고리즘은 다양한 방식으로 이러한 정보에 적용될 수 있다. 알고리즘의 유형들 중에는 선형, 단계적 선형, 또는 스플라인(spline) 전달 함수가 있다. 팬텀 내에서 상이한 재료들의 복수의 피측정 삽입체를 포함하는 것의 예시적인 장점은, 빔의 유효 스펙트럼 및 HU 보정 모두에 관한 추정을 허용할 수 있는 정보가 팬텀으로부터 수집될 수 있다는 것이다. 팬텀으로부터 수집된 정보는 또한 디스플레이되는 영상의 그레이 스케일/색채를 이동시키기 위해서 이용될 수 있다. 또한, 정보를 이용하여 빔 경화 효과에 대한 식별 또는 보정을 할 수 있다. 정보는 또한 반복적인 재구축 알고리즘의 일부로서 이용될 수 있고, 그 정교한 버전은 각도 방사선 영향, 잡음에 관한 정보를 포함할 수 있고, 효과적인 에너지 스펙트럼 대 각도 및/또는 위치의 연산을 포함할 수 있다.
환자 이동에 관한 정보는 또한 본원에서 설명된 팬텀의 이용을 통해서 수집될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 기하형태적으로 고정된 삽입체가 환자 이동 검출을 위해서 영상화 시스템에 의해서 이용될 수 있다. 측정 삽입체는 또한 환자의 이동 또는 운동에 대한 활동적 표시를 제공할 수 있다. 대안적으로, 환자와 함께 이동되는 피측정 삽입체는, 호흡 또는 머리 이동과 같은 환자 이동에 대해서 복셀(영상 볼륨 요소) 위치를 보상 또는 보정하기 위해서 영상 생성 알고리즘에 의해서 이용될 수 있는 일정한 기준점을 제공할 수 있다.
본원에서 설명된 바와 같이, 삽입체를 회전, 병진운동 또는 달리 이동시키는 것 중 하나 이상은, 예를 들어 시퀀스 내의 개별적인 영상을 타임스탬프(timestamp)하기 위한, 영상화 시스템의 타이밍을 확인하기 위한, 재구축된 영상 시퀀스 타임라인에 비교하기 위한, 속력 또는 타이밍 관련 블러링을 평가하기 위한, 그리고 영상화 시스템의 정량화에 미치는 이동 관련 영향을 평가하기 위한 기계적 클록으로서, 영상화 시스템에 의해서 이용될 수 있다. 삽입체의 이동이 모터화될 수 있고, 이동의 속력 및 기하형태적 상세부분은 조작자에 의해서 또는 영상화 시스템의 제어 하에서 제어된다. 예를 들어, 삽입체는, 팬텀 내에 또는 팬텀 상에 있는 트랙 또는 채널을 따라서 이동될 수 있다. 삽입체는, 예를 들어 초음파 영상화에서, 조작자에 의해서 수동으로 이동될 수 있다. 삽입체의 이동은 환자, 영상화 시스템, 또는 양자 모두와 관련될 수 있다.
인-스캔 팬텀으로부터의 데이터 또는 정보의 또 다른 이용은, 하나 이상의 팬텀 삽입체의 측정된, 교정된, 또는 실제 성질을 조작자에게 알리는 것이다. 예를 들어, HU에 대한 수치 값 또는 삽입체의 조성은 생성된 영상 내에서 적절한 삽입체 상에 또는 그 부근에 인쇄될 수 있다. 이는, 기술자 또는 의사가 영상의 정확도를 평가하게 할 수 있다. 이러한 정보는 또한, 영상화 시스템 또는 물리학자 또는 병원 QC 시스템에 의해서, 진행중인 QC 및 영상화 장치 조정 또는 예방적인 유지보수 과정의 일부로서 사용될 수 있다. 스캔 내에 삽입체를 가지는 것은, 예를 들어, 삽입체의 영상이 블러링되거나 또한 잡음이 있거나 그렇지 않은 경우에, 블러링의 다른 원인에 비해서, 환자 이동 또는 블러링을 나타내는데 도움이 될 수 있다. 대안적으로, 환자 상의 삽입체의 재구축의 품질을 이용하여, 이동 보정 알고리즘, 예를 들어 호흡에 대한 보정의 품질에 관한 표시를 제공할 수 있다. 또한 스캔 이후에, 측정 삽입체, 예를 들어 방사선 또는 SAR 측정 삽입체의 위치가, 선량 계산 또는 추정 소프트웨어에 의해서, 이후의 사용을 위해서 확인되고 기록될 수 있다.
본원에서 설명된 팬텀의 용도 및 장점을 더 설명하기 위해서, 이하의 예가 제공된다.
CT 폐 밀도:
폐 질병의 CT 평가는, 본원에서 설명된 인-스캔 팬텀의 이용이 장점이 될 수 있는 하나의 분야이다. 하운스필드 단위 스케일은 원래의 선형 감쇠 계수 측정의 다른 것으로의 선형 변환으로서 지칭되며, 여기에서 표준 압력 및 온도(STP)에서의 증류수의 방사능 농도(radiodensity)가 영의 하운스필드 단위(HU)로서 정의되는 한편 STP에서의 공기의 방사능 농도는 - 1000 HU로서 정의된다. 평균 선형 감쇠 계수를 가지는 복셀에서, 그에 따라 상응하는 HU 값은 이하에 의해서 주어진다:
Figure pct00002
여기에서 μ물 및 μ공기 는 각각 물 및 공기의 선형 감쇠 계수이다.
정상적인 폐 영상화는 공기 함유 조직에 대해서 -850 내지 -950 HU 범위 내의 HU 값을 포함한다. 이는 비교적 작은 범위이고 스케일에 대한 교정 지점은 0 HU에서의 물 및 -1000 HU 에서의 공기(STP)이다. 특히, 치료에 대한 환자 응답을 평가하기 위해서, CT 영상이 이러한 범위 내의 스캔 팬텀 삽입체, 예를 들어 저밀도 및 초-저밀도 발포체 내에 포함되게 하는 것이 유리할 수 있다. 이는, 물이 제공할 수 있는 것 보다 HU 사용 영역에 훨씬 더 근접한 하나 이상의 교정 지점을 제공할 수 있다. 삽입체는 일정량의 기체(예를 들어, STP에서 1 기압)를 가지도록 폐쇄되거나 밀봉될 수 있고, 또는 포함하는 기체 밀도가 주변 조건에 따라 달라지도록 개방될 수 있다. 주변 조건 삽입체를 이용하는 것의 장점은, 삽입체가 환자의 폐 내의 공기 압력을 반영할 것이라는 점, 그에 따라 동일한 삽입체를 이용하는 후속되는 환자 스캔들 사이의 차이 또는 조정이 환자 조직의 변화만을 나타낼 것이고, 공기 압력의 변화를 나타내지 않을 것이라는 점이다. 또한, 2016년 2월 19일자로 출원된 국제 출원 제PCT/US2016/018707호에서 설명된 바와 같이 기체 강화 조영 및/또는 이중 에너지 폐 CT가 실시되는 경우에, 발포체를 가지거나 가지지 않는, 크세논 또는 브로모퍼플루오로카본과 같은 기체를 가지는 밀봉된 삽입체가 이용될 수 있다.
CTA-CT 혈관 조영 검사:
특히 심장의, CT 혈관 조영 검사에서, 피측정 삽입체뿐만 아니라 측정 삽입체를 이용하는 것이 몇 가지 장점을 가질 수 있다. 측정 삽입체는 주기(cyclical) 동영상의 재구축을 위해서 심장 사이클을 평가하기 위해 이용될 수 있다. 과다한 환자 이동을 나타내는데 있어서, 환자 이동 삽입체가 유용할 수 있다.
물 내의 요오드의 농도가 다른 피측정 삽입체들을 이용하여, 혈관 내의 요오드의 농도 추정을 보정 또는 조정할 수 있다. 이는, 일련의 영상을 통해서 유동 또는 관류를 측정할 때, 유용할 수 있다. 이는 또한, 작은 혈관 내의 부분적인 볼륨 효과를 평가할 때 유용할 수 있다. 부가적인 삽입체 또는 여러 칼슘 농도들을 가지는 삽입체들은, 동맥 벽에서 종종 발생되는 칼슘 침착을 특징화할 때 유용할 수 있다. 단일 에너지 CT에서, 종종 요오드 혼탁화(opacification) 또는 HU가 칼슘의 혼탁화 또는 HU와 유사할 수 있고, 그에 따라 잘못된 해석을 유발할 수 있다. 이러한 것이 발생되는 농도는 선택된 빔 에너지에 따라 달라질 것이다. 상이한 재료들을 가지는 둘 이상의 삽입체를 가짐으로써, 조작자 또는 영상화 평가 프로그램은, 잘못된 해석이 발생될 수 있는지를 나타낼 수 있고 조작자 또는 의사에게 경고할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 이중 에너지 CT를 이용하여, 요오드로부터 칼슘을 구별하는데 도움을 줄 수 있다. 이러한 실시예에서, 알고 있는 양의 요오드 및 칼슘을 포함하는 피측정 삽입체들 또는 알고 있는 양의 칼슘 및 요오드 모두를 가지는 단일 삽입체가 존재하는 경우에, 하운스필드 단위를 참조하여 본원에서 설명된 바와 같이 재료 분해 알고리즘/소프트웨어가 조정될 수 있다.
이중 에너지가 없는 CT 신장 결석:
신장 결석 치료에서, 요산 신장 결석을 비요산 신장 결석으로부터 구분하는 것이 바람직한데, 이는 바람직한 치료가 다르기 때문이다. 참조로 포함되는 "Noninvasive Differentiation of Uric Acid versus Non-Uric Acid Kidney Stones Using Dual-Energy CT," Primak, 등, Acad Radiol. 2007 December; 14(12): 1441-1447에서 설명된 바와 같이, 현재의 단일 에너지 CT 구분(differentiation)은 어느 정도 성공적이나, 일반적으로 이용될 수 있을 정도로 양호하지 않다. 2가지 결석 유형들 사이의 HU의 이러한 중첩에 대한 기여인자는, 빔 스펙트럼의 차이, 신체 체질 및/또는 빔 경화를 포함하는, 본원에서 설명된 HU의 여러 변동 발생원일 수 있다. 스캔 볼륨 내에서 요산 및/또는 옥살산칼슘 또는 다른 결석 재료를 가지는 하나 이상의 삽입체를 포함하여, 본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같이 이러한 것의 영향을 평가 또는 제거할 수 있게 하는 것이 유리할 수 있다. 본원의 다른 곳에서 설명된 바와 같이, 이중 에너지 CT는 상이한 원자적 성질을 가지는, 예를 들어 이러한 경우에 옥살산칼슘 및 요산 결정을 가지는, 삽입체를 가지는 팬텀으로부터 이득을 취할 수 있을 것이고, 그에 따라 이중 에너지 CT 영상화 시스템의 결정에 있어서 정확도 또는 확신을 개선할 수 있다. 또한, 관련된 재료를 가지는 인-스캔 팬텀 삽입체를 가지는 것은 낮은 방사선 선량으로 진단을 가능하게 할 수 있는데, 이는 더 잡음이 많은 HU 측정으로도 여전히 충분할 수 있기 때문이다.
PET & PET-CT:
PET 스캐닝의 경우에, 치료에 대한 종양의 응답을 특징화하기 위해서, 표준 섭취 값(SUV)의 변화가 일반적으로 이용된다. 존재하는 문제점은, 예를 들어, 이동, 감쇠 보정, 선량 및 시스템 교정, 및 선량의 투여로부터의 시간을 포함하는, 많은 인자를 기초로 SUV가 변경될 수 있다는 것이다. 본원에서 설명된 바와 같이 하나 이상의 피측정 방사성 삽입체를 가지는 인-스캔 팬텀은 알고 있는 양의 방사능을 제공할 수 있고, 투여된 방사성 약물 선량의 부정확성 또는 상이한 스캔들 사이의 섭취 기간의 변화 이외의, 변동 발생원의 일부의 보상 또는 인지를 가능하게 할 수 있다. 또한, CT 인-스캔 팬텀의 장점은 CT에 의해서 이루어지는 감쇠 보정에 적용된다.
PET-MR:
PET-MR의 경우에, PET을 위한 인-스캔 팬텀의 이용과 관련된 전술한 장점이 PET-MR에도 적용된다. 또한, 모두가 참조로 포함된, "Improvements in Diagnostic Accuracy with Quantitative Dynamic Contrast Enhanced MRI; Pineda; Award Number: W81XWH-11-1-0042; REPORT DATE: December 2012" 및 "Kinetic Curves of Malignant Lesions Are Not Consistent Across MRI Systems: Need for Improved Standardization of Breast Dynamic Contrast- Enhanced MRI Acquisition;" Jansen et al.; AJR:193, September 2009에서 설명된 바와 같이, 예를 들어 MR 조영의 상이한 농도들을 가지는 MR-활성적 피측정 삽입체를 이용하는 것으로부터 장점을 취할 수 있다. 제3 유형의 삽입체는, PET 영상을 위한 감쇠 보정을 위해서 Dixon 시퀀스 또는 유사한 시퀀스를 실시할 때, 뼈와 유사하게 작용하는 재료 및 원자를 포함할 수 있다. 일반적으로 CT에서 보다 MR에서 적절한 감쇠 보정을 실시하는 것이 더 어렵기 때문에, 방사성 PET 삽입체를 가지는 것이 PET-MR에서 보다 더 가치가 있을 수 있다.
비록 설명의 목적을 위해서 여러 실시예를 구체적으로 설명하였지만, 그러한 구체적인 내용이 단지 그러한 목적을 위한 것임을 그리고 개시 내용이 개시된 실시예로 제한되지 않고, 반대로, 변형예 및 균등한 배열체를 커버하기 위한 것임을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 개시 내용이, 가능한 범위까지, 임의의 실시예의 하나 이상의 특징이 임의의 다른 실시예의 하나 이상의 특징과 조합될 수 있다는 것을 고려한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (33)

  1. 영상화 과정 중에 이용하기 위한 인-스캔 팬텀이며:
    적어도 하나의 측정 삽입체를 포함하는, 인-스캔 팬텀.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 피측정 삽입체를 더 포함하는, 인-스캔 팬텀.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 피측정 삽입체가 방사성 재료를 포함하는, 인-스캔 팬텀.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 방사성 재료가 양전자 방출체인, 인-스캔 팬텀.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 방사성 재료를 포함하는 상기 피측정 삽입체가 상기 팬텀의 적어도 하나의 다른 피측정 삽입체 보다 짧은 길이인, 인-스캔 팬텀.
  6. 제3항에 있어서,
    영상화 과정이 이루어질 때, 상기 방사성 재료를 포함하는 상기 피측정 삽입체가 상기 팬텀의 Z-축을 따라서 이동되도록 구성되는, 인-스캔 팬텀.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 방사성 재료를 포함하는 피측정 삽입체가 상기 방사성 재료를 포함하는 포드를 포함하고, 상기 포드는, 영상화 과정이 이루어질 때, 상기 피측정 삽입체의 Z-축을 따라서 이동되도록 구성되는, 인-스캔 팬텀.
  8. 제3항에 있어서,
    공칭 환자 선량 및 체중에서 약 1의 표준 섭취 값의 활동도를 나타내도록 방사성 재료가 선택되는, 인-스캔 팬텀.
  9. 제3항에 있어서,
    저밀도 발포체, 초-저밀도 발포체, 및 X-레이 활성 기체 중 적어도 하나를 포함하는 제2의 피측정 삽입체를 더 포함하는, 인-스캔 팬텀.
  10. 제3항에 있어서,
    물-충진된 관으로 이루어진 제2의 피측정 삽입체를 더 포함하는, 인-스캔 팬텀.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 측정 삽입체가 방사선 검출 성질을 포함하는, 인-스캔 팬텀.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 측정 삽입체가, 영상화 과정 중에, 상기 삽입체 상으로 입사되는 총 방사선을 측정하도록 구성되는, 인-스캔 팬텀.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 측정 삽입체가 상기 삽입체의 길이를 따라서 이격된 일련의 공간적으로-인코딩된 방사선 센서를 포함하는, 인-스캔 팬텀.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 측정 삽입체가, 영상화 과정 중의 환자 이동, 영상화 과정 중의 환자 심장 활동도, 영상화 과정 중의 방사선 노출, 및 환자 체중 중 적어도 하나를 측정할 수 있는, 인-스캔 팬텀.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 팬텀이 컴퓨터와 통신되고, 상기 팬텀은 측정 삽입체에 의해서 수집된 정보를 상기 컴퓨터에 전달하도록 구성되는, 인-스캔 팬텀.
  16. 제11항에 있어서,
    피측정 삽입체를 더 포함하는, 인-스캔 팬텀.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 피측정 삽입체는 저밀도 발포체, 초-저밀도 발포체, 및 X-레이 활성 기체, 초-저밀도 발포체 중 적어도 하나를 포함하는, 인-스캔 팬텀.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 피측정 삽입체가 초-저밀도 발포체를 포함하는, 인-스캔 팬텀.
  19. 영상화 과정에서 이용하기 위한 인-스캔 팬텀이며:
    방사성 재료를 포함하는 피측정 삽입체를 포함하는, 인-스캔 팬텀.
  20. 제19항에 있어서,
    영상화 과정이 이루어질 때, 상기 방사성 재료를 포함하는 상기 피측정 삽입체가 상기 팬텀의 Z-축을 따라서 이동되도록 구성되는, 인-스캔 팬텀.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 방사성 재료를 포함하는 피측정 삽입체가 상기 팬텀의 Z-축을 따라서 불균일하도록 구성되는, 인-스캔 팬텀.
  22. 제19항에 있어서,
    저밀도 발포체, 초-저밀도 발포체, X-레이 활성 기체, 및 물 중 적어도 하나를 포함하는 제2의 피측정 삽입체를 더 포함하는, 인-스캔 팬텀.
  23. 제22항에 있어서,
    측정 삽입체를 더 포함하는, 인-스캔 팬텀.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 측정 삽입체가 방사선 검출 성질을 포함하는, 인-스캔 팬텀.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 측정 삽입체가, 영상화 과정 중의 환자 이동, 영상화 과정 중의 환자 심장 활동도, 및 환자 체중 중 적어도 하나를 측정할 수 있는, 인-스캔 팬텀.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 삽입체의 적어도 하나가 상기 인-스캔 팬텀으로부터 제거될 수 있는, 인-스캔 팬텀.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 삽입체의 적어도 하나가 팬텀에 또는 그 내부에 영구적으로 부착되는, 인-스캔 팬텀.
  28. 영상화 모달리티 시스템이며:
    영상화 모달리티; 및
    제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 따른 인-스캔 팬텀을 포함하는, 영상화 모달리티 시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 영상화 모달리티 시스템은 PET/CT 조합형 모달리티 및 PET/MR 조합형 모달리티로부터 선택된 조합 영상화 모달리티 시스템인, 영상화 모달리티 시스템.
  30. 제28항에 있어서,
    상기 인-스캔 팬텀의 측정 삽입체에 의해서 측정된 정보를 수신하는 보조 장치 시스템을 더 포함하는, 영상화 모달리티 시스템.
  31. 방법이며:
    영상화 모달리티 시스템의 영상화 모달리티 내에 환자를 배치하는 단계로서, 상기 영상화 모달리티가 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 따른 인-스캔 팬텀을 또한 포함하는, 배치하는 단계;
    상기 영상화 모달리티를 이용하여 환자 및 인-스캔 팬텀을 영상화하는 단계를 포함하는, 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    환자 및 인-스캔 팬텀을 영상화하기에 앞서서, 적어도 하나의 삽입체를 상기 인-스캔 팬텀으로부터 제거하는 단계 또는 적어도 하나의 삽입체를 상기 인-스캔 팬텀 내로 삽입하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  33. 방법이며:
    영상화 모달리티 시스템의 영상화 모달리티 내에 환자를 배치하는 단계로서, 상기 영상화 모달리티가 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 따른 인-스캔 팬텀을 또한 포함하는, 배치하는 단계;
    상기 영상화 모달리티를 이용하여 스카우트 스캔을 실시하는 단계를 포함하는, 방법.
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