KR20220126720A

KR20220126720A - Pet 검출기 모듈을 구비하는 고해상도 및 고감도 pet 스캐너

Info

Publication number: KR20220126720A
Application number: KR1020227022123A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 라벨라; 아미르호세인 골단; 웨이 짜오; 에릭 피터슨
Original assignee: 더 리서치 파운데이션 포 더 스테이트 유니버시티 오브 뉴욕
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2022-09-16
Also published as: US20230052635A1; JP2023510508A; EP4090996A1; CN114930198A; EP4090996A4; CA3164451A1; WO2021146559A1

Abstract

본 개시는 제1 지지대 및 제2 지지대 모두에 연결된 복수의 레일에 의해 형성되며, 제1 지지대 및 제2 지지대 주위에 각각이 사전에 결정된 간격으로 형성되어 있는 캐비티; 및 복수의 레일의 각 레일에 작동 가능하게 연결된 적어도 하나의 입자 검출 장치를 포함하는 장치에 관한 것이다. 본 개시는 그 장치 및 프로세서를 포함하는 스캐너에도 관한 것이다.

Description

PET 검출기 모듈을 구비하는 고해상도 및 고감도 PET 스캐너

우선권

본 출원은 35 U.S.C. § 119에 의해 2020년 1월 17일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 제62/962,347호의 우선권을 주장하며, 제62/962,347호는 전체 내용이 여기에 참조로 포함된다.

본 개시내용은 일반적으로 방사선 촬상 분야, 특히 양전자 방출 단층촬영(PET)에 관한 것이다.

PET를 사용한 영상화는 암 및 신경정신병 장애의 진단, 치료방법 선택, 치료 모니터링 및 연구에 주로 사용되는 강력한 기술이다. 높은 분자 특이성, 정량적 특성 및 임상적 이용 가능성에도 불구하고, PET는 현재 3-6㎜ 정도인 상대적으로 낮은 공간 분해능으로 인해 분자 촬상 방식으로 완전한 잠재력을 달성할 수 없었다. 이러한 종류의 공간 분해능으로, 현재의 장치는 작은 결절과 질병 병인 및 병태 생리와 관련된 많은 인간 및 설치류 뇌 영역에서 목표 밀도를 측정할 수 없다.

긴 신틸레이터 결정에 대한 시차 오류(응답 라인의 잘못된 위치)를 완화하기 위해 딥-인코딩 PET 검출기 모듈이 개발되었다. 이것은 검출기 링 당 부품 비용 감소, 감도 증가를 위한 큰 입체각 적용, 작은 단면적을 가진 결정을 사용할 때 공간 분해능에 대한 소멸 감마선 공선성의 기여 감소로 작은 직경의 PET 링을 가능하게 한다. 또한 DOI(Depth-of-Interaction) 정보는 긴 결정에서 광학 광자 전송을 디컨벌브(deconvolve) 하는 데 사용할 수 있으므로 타이밍 분해능이 향상된다. 듀얼-종단 판독을 기반으로 하는 딥-인코딩 검출기는 2㎜ 미만의 최상의 연속 DOI 분해능을 달성한다.

유방 조영술 전용 Clear-PEM과 같은 고해상도 PET 시스템은 이중 종단 DOI 판독 검출기를 사용하여 개발되었지만, 이들 시스템은 표준 단일 종단 판독 PET 스캐너에 비해 판독 전자 장치의 수가 많기 때문에 상용화하기에는 너무 고가이다. 최근에 개발된 이러한 검출기의 고해상도 변형은 상대적으로 열악한 에너지 및 타이밍 분해능을 보여준다. 대안적인 단일 종단 판독 검출기 모듈이 제안되었지만, 이러한 모든 디자인에는 깊이-인코딩, 비용, 신틸레이터-대-판독 커플링 비율, 결정 식별 정확도, 에너지 분해능 및 타이밍 분해능 간에 절충점이 존재한다. 이러한 절충을 완화하기 위해, 우수한 깊이-인코딩 검출기 모듈은 중간 유리 도광체를 사용하지 않고 결정 어레이가 실리콘 광전자 증배관(SiPM) 픽셀에 직접 결합되어 여러 픽셀들을 가로질러 하향 이동하는 섬광 광자의 공유를 최소화하고, 우수한 타이밍 해상도를 유지하는 단일 종단 판독이 있는 모듈이다. 또한 타이밍 정보에 기여하지 않는 상향 이동 광자는 가장 가까운 인접 SiPM을 향한 경로의 180° 굽힘을 통해 전환(redirect)되어 우수한 에너지 및 DOI 해상도를 유지하고, 이중-종단 깊이-인코딩 판독 검출기의 거동을 모방해야 한다.

따라서, 실용적이고 비용 효율적인 고해상도 TOF(Time-of-Flight) PET 스캐너를 개발하기 위한 노력뿐만 아니라 단일 종단 판독을 사용하여 연속적인 DOI 정위를 달성하기 위한 노력으로, 한쪽에는 SiPM 픽셀에 4:1로 결합된 연마된 다결정 신틸레이터 어레이 및 반대쪽에는 균일한 유리 도광체로 구성된 검출기 모듈이 연구되었다. 전체 내용이 참조로 본 명세서에 포함되는, Frazao 등의 미국등록특허 제10,203,419호를 참조하기 바란다. 이러한 검출기 모듈에서, 에너지 가중 평균 방법은 결정 식별이 1.53×1.53×15 ㎣ 결정 및 3×3 ㎟ SiPM 픽셀을 사용하여 반치폭(FWHM)에서 각각 9% 및 3㎜의 에너지 및 DOI 분해능을 달성하기 위해 사용된다. 그러나 이들 어레이는 빛을 공유하는 이웃의 부족으로 인해 에지와 코너를 따라 결정 식별이 잘 되지 않는 문제를 겪고 있다. 에지와 코너 픽셀이 각각 4x4 및 8x8 SiPM 판독 칩의 75% 및 44%를 구성하기 때문에 이는 반드시 해결해야 하는 문제이다. 또한, 상향 이동하는 많은 광자가 기본 기둥 내로 다시 반사되고 나머지는 이웃 간에 가우스 강도 분포로 등방성으로 공유되기 때문에, 균일한 유리 도광체를 사용할 때 결정간 광 공유는 비효율적이다. 등방성 광 공유의 문제는 많은 SiPM에 걸친 저강도 신호의 분포이며, 그 무결성(integrity)은 다크 카운트에 의해 심각하게 영향을 받아 에너지 및 DOI 분해능이 저하된다.

또한, DOI 분해능을 증가시키기 위한 시도로 다른 PET 검출기가 만들어졌지만, 이들 검출기는 인체의 모든 부분에 걸쳐 확장될 만큼 충분히 큰 직경을 가져야 하는 원통형 기하학을 필요로 하며, 이는 기하학적 인공물에 판독이 민감해지게 한다.

따라서, 요구되는 것은 상기 결점을 극복할 수 있고 비용 효율적인 PET 검출기 시스템이다. 본 개시내용의 실시형태들은 상기 요구 및 다른 요구를 해결하는 장치 및 방법을 제공한다.

일 양태에서, 본 개시는 제1 지지대 및 제2 지지대 모두에 연결된 복수의 레일에 의해 형성되며, 제1 지지대 및 제2 지지대 주위에 각각이 사전에 결정된 간격으로 형성되어 있는 캐비티; 및 복수의 레일의 각 레일에 작동 가능하게 연결되어 있는 적어도 하나의 입자 검출 장치를 포함하는 장치에 관한 것이다.

다른 양태에서, 본 개시는 상기 장치 및 프로세서를 포함하는 스캐너에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 PET 장치의 사시도이다.
도 2a는 추가 요소를 포함하는 장치(100)의 분해도이다.
도 2b 및 도 2c는 장치(100)의 2개의 단면도이다.
도 3은 장치(100)의 측면도이다.
도 4는 장치(100)를 포함하는 PET 스캐너이다.
도 5는 장치(100)와 환자를 포함하는 PET 스캐너이다.

본 발명의 실시형태에 대한 다음의 상세한 설명은 첨부 도면을 참조하여 이루어진다. 본 발명을 불필요하게 흐리게 하는 것을 방지하여 본 발명의 개념을 명확하게 하기 위하여, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 공지된 관련 기능 또는 구성에 대한 설명은 생략한다. 본 명세서에 설명된 개시 내용의 실시형태가 제공된다.

본 명세서의 논의 및 청구범위에서, "약"이라는 용어는 변경이 방법 또는 장치의 부적합을 초래하지 않는 한 나열된 값이 다소 변경될 수 있음을 나타낸다. 예를 들어, 일부 요소의 경우, "약"이라는 용어는 ±0.1%의 변동을 나타낼 수 있고, 다른 요소의 경우에는 "약"이라는 용어가 ±1% 또는 ±10%의 변동, 또는 그 사이의 임의의 지점을 나타낼 수 있다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "실질적으로" 또는 "실질적인"이라는 용어는 작용, 특성, 속성, 상태, 구조, 항목, 또는 결과를 완료하거나 이들의 부족함을 완결하기 위해 부정적 함축으로 사용될 때 균등하게 적용될 수 있다. 예를 들어 "실질적으로" 평평한 표면은 완전히 평평하거나, 마치 완전히 평평한 것처럼 효과가 동일한 거의 평평한 것을 나타낸다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "a", "an" 및 "the"와 같은 용어는 단일 개체만을 지칭하는 것으로 의도되지 않고, 설명을 위해 특정 예의 전반적인 클래스가 사용될 수 있는 것으로 의도된다.

본 명세서에서 단수로 정의된 용어는 복수로 정의된 용어를 포함하며, 그 역도 마찬가지이다.

명세서에서 "일 실시형태", "특정 실시형태", 일부 실시형태" 또는 "하나의 실시형태"에 대한 언급은 설명된 실시형태(들)가 특정 피처 또는 특성을 포함할 수 있지만 모든 실시형태가 반드시 특정한 피처, 구조 또는 특성을 포함할 필요는 없음을 나타낸다. 또한, 이러한 문구가 반드시 동일한 실시형태를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정 피처, 구조 또는 특성이 하나의 실시형태와 관련하여 설명될 때, 명백하게 기재되어 있는 지와는 관계없이, 다른 실시형태와 관련하여 당업자의 지식 범위 내에서 그러한 피처, 구조 또는 특성에 영향을 미치는 것으로 제안된다. 이하 설명의 목적상, "위", "아래", "우측", "좌측", "수직", "수평", "상부", "하부" 및 이들의 파생어는 도면들에 도시되어 있는 바에 따라 본 발명과 관련된다. "중첩되는(overlying)", "최상부(atop)", "위에 위치된(positioned on)" 또는 "최상부에 위치된(positioned atop)"이라는 용어는 제2 요소 위에 존재하는 제1 요소를 의미하되, 제1 요소와 제2 요소 사이에 개재 요소가 인터페이스 한다는 것을 의미한다. "직접 접촉" 또는 "부착된"이라는 용어는 제1 요소 및 제2 요소가 두 요소의 계면에서 중간 요소 없이 연결됨을 의미한다.

본 명세서에서 임의의 수치 범위에 대한 언급은 그 범위에 포함되는 각각의 수치(소수 및 정수 포함)를 명시적으로 포함한다. 설명하기 위해, "적어도 50" 또는 "적어도 약 50"의 범위에 대한 언급은 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60 등의 정수 및 분수 50.1, 50.2, 50.3, 50.4, 50.5, 50.6, 50.7, 50.8, 50.9 등을 포함한다. 추가 예시에서, "50 미만" 또는 "약 50 미만"의 범위에 대한 언급은 정수 49, 48, 47, 46, 45, 44, 43, 42, 41, 40과, 분수 49.9, 49.8, 49.7, 49.6, 49.5, 49.4, 49.3, 49.2, 49.1, 49.0 등을 포함한다.

본 발명의 장치(100)의 사시도가 도 1에 도시되어 있다. 장치(100)는 축 방향 길이 축(4)을 따라 거리를 연장하는 캐비티(2)를 포함한다. 캐비티(2)는 각각 거리를 연장하는 복수의 레일(6)(이들 중 2개가 도 1에 표시됨)에 의해 형성된다. 일부 실시형태에서 복수의 레일(6)은 축(4)과 실질적으로 평행한 거리로 연장된다. 도 1의 장치(100)의 실시형태는 14개의 레일(6)을 포함하지만, 다른 실시형태에서 장치(100)는 1개의 레일(6), 2개 이상의 레일(6), 2 내지 18개의 레일(6)(예컨대 8개의 레일(6), 10개의 레일(6), 12개의 레일(6) 등) 사이의 임의의 수, 또는 19개 이상의 레일(6)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 각 레일(6)의 임의의 부분을 통해 냉각제가 전달될 수 있고, 입자 검출 장치(12)들 중 각 검출 장치의 하나 이상의 부분과 접촉할 수 있다.

각각의 레일(6)은 각각의 개별 입자 검출 장치(12)(아래에서 더 상세히 논의됨)로부터 분리된 요소(로드, 파이프 등과 같은)일 수 있고 및/또는 각각의 레일은 임의의 적절한 방식으로 인접한 검출 장치(12)를 서로 연결하여 형성될 수 있다.

복수의 레일(6)은 임의의 적절한 방식으로(예를 들어, 볼트, 리벳 등과 같은 기계적 연결에 의해 및/또는 용접에 의해) 제1 지지대(8) 및 제2 지지대(10) 모두에 연결된다. 복수의 레일(6)은 제1 지지대(8) 및 제2 지지대(10)의 둘레를 중심으로 사전에 결정된 간격으로 제1 지지대(8) 및 제2 지지대(10)에 연결된다. 이러한 사전에 결정된 간격은 제1 지지대(8) 및 제2 지지대(10)의 직경뿐만 아니라 포함되기 희망하는 레일(6)의 수에 의해 결정된다. 또한, 사전에 결정된 간격은 인접한 레일들 사이의 동일한 간격일 수도 있고, 인접한 레일 사이의 가변 간격일 수도 있다.

적어도 하나의 입자 검출 장치(12)가 각각의 레일(6)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 이 실시형태에서, 각각의 레일(6)은 10개의 입자 검출 장치(12)를 포함한다. 그러나 다른 실시형태에서, 각각의 레일(6)은 하나의 입자 검출 장치(12), 두 개의 입자 검출 장치(12) 또는 그 이상, 2 내지 12개의 입자 검출 장치(12) 사이의 임의의 수량, 또는 13개 이상의 입자 검출 장치(12). 이러한 입자 검출 장치(12)는 미국 특허 출원 제16/899,636호에 상세하게 기술되어 있으며, 이의 전체 내용은 참고로 본 명세서에 포함된다. 각각의 입자 검출 장치(12)는 적어도 다음의 구성요소(14) 즉 복수의 신틸레이터 결정을 포함하는 신틸레이터 어레이; 신틸레이터 어레이의 하부 단부에 제공된 복수의 검출기; 및 신틸레이터 어레이의 상부 단부에 제공된 복수의 유사 프리즘(16)을 포함하고, 복수의 유사 프리즘의 각각의 프리즘은 신틸레이터 어레이의 신틸레이터 결정의 상부 단부들 사이에서 입자를 전환시키도록 구성되고, 신틸레이터 어레이의 신틸레이터 결정의 제1 그룹의 하부 단부들은 입자를 복수의 검출기 중 제1 검출기를 향하도록 구성되고, 신틸레이터 어레이의 신틸레이터 결정의 제2 그룹의 하부 단부들은 입자를 제1 검출기에 실질적으로 인접한 제2 검출기를 향하게 하도록 구성된다. 이들 구성요소(12) 각각은 미국 특허 출원 제16/899,636호에 기술되어 있으며, 이의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.

각각의 입자 검출 장치(12)의 복수의 유사 각기둥(prismatoid)(16)은 장치(100)의 캐비티(2)를 향해 배향된다. 또한, 복수의 레일(6) 중 각각의 레일에 대한 입자 검출 장치(12)의 각각의 복수의 유사 각기둥(16)은, 하나 이상의 입자 검출 장치(12)가 레일(6)에 작동 가능하게 연결될 때 실질적으로 평면인 유사 각기둥 레일 표면(20)을 형성하기 위해 실질적으로 평면(개별적인 유사 각기둥인 것으로 인한 변동이 있음에도 불구하고) 유사 각기둥 표면(18)을 형성한다. 따라서 장치(100)가 도 1에 도시된 구성인 경우, 14개의 실질적으로 평면인 유사 각기둥 레일 표면(20)이 존재한다.

제1 지지대(8)의 내부 에지(9) 및 제2 지지대(10)의 내부 에지(이 도면에서는 보이지 않음)는 실질적으로 평면인 유사 각기둥 레일 표면(20) 각각에 실질적으로 대응하는 복수의 실질적으로 평평한 부분을 포함할 수 있다. 제1 지지대(8) 및 제2 지지대(10) 각각의 내부 에지는(그들의 대응하는 실질적으로 평면인 유사 각기둥 레일 표면(20)과 함께) 캐비티(2)의 실질적으로 비-원통 형상을 만든다.

추가 요소를 포함하는 장치(100)의 분해도가 도 2a에 도시되어 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 선택적인 내부 쉴드(30)는 복수의 입자 검출 장치(12) 각각과 캐비티(2) 사이에 있도록 구성된다. 내부 쉴드(30)는 임의의 적당한 재료(예를 들어, 플라스틱, 금속, 탄소 기반 재료, 세라믹, 유리, 이들의 조합 등)로 형성될 수 있고, 임의의 적당한 두께일 수 있다. 내부 쉴드(30)는 내부 쉴드(30)를 형성하는 단일 재료 조각의 각진 패널일 수 있는 실질적으로 평평한 복수의 패널(31)을 포함할 수 있거나, 함께 결합된 하나 이상의 재료 조각일 수 있다. 실질적으로 평평한 패널(31)은 실질적으로 평면인 유사 각기둥 레일 표면(20) 각각에 실질적으로 대응할 수 있다.

내부 쉴드(30)와 제1 지지대(8) 및 제2 지지대(10)의 치수는 모두 영장류(예를 들어, 인간 및 인간 외의 영장류), 실험 동물(예를 들어, 쥐 등과 같은 설치류), 농장 동물(예를 들어, 소, 돼지, 양, 말 등) 및 가축(예를 들어, 개, 고양이 등)을 포함하는 포유류의 다양한 신체 부분을 실질적으로 에워싸는 크기로 구성될 수 있다. 다만 포유류가 위에 열거된 동물들로 한정되는 것은 아니다. 장치(100)의 치수가 정해질 수 있는 신체 부위의 한 예는 포유동물의 머리 및/또는 목이고, 장치(100)의 치수가 정해질 수 있는 신체 부위의 다른 예는 포유동물의 몸통이다.

이와 관련하여, "~의 치수"는 신체 일부와 장치 사이에 비교적 작은 크기의 간극이 있는 상태로 신체 일부가 통과하기에 충분한 직경을 말한다. 일부 실시형태에서, 이 치수는 도면에 예시된 원형의 형상 대신에 더 계란형인 형상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 장치(100)가 사람의 머리의 치수인 경우, 장치(100)는 왼쪽-오른쪽 치수(단축)가 사람 머리의 난형 단면에 근사하는 상하 치수(장축)보다 작도록 실질적으로 계란형일 수 있다.

단면 형상이 실질적으로 원형인 장치의 예가 도 2b에 도시되어 있다. 도 2b에 도시된 제1 지지대(8)는 단지 논의의 목적을 위한 것이다. 알 수 있는 바와 같이, 제1 지지대(8)의 형상은 실질적으로 일정한 반경(42)을 갖는 실질적으로 원형이다. 단지 논의의 목적으로 제1 지지대(8)가 도시되어 있는 다른 실시형태가 도 2c에 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 제1 지지대(8)의 형상은 장축(46)보다 짧은 단축(44)을 갖는 실질적으로 타원형(또는 실질적으로 타원형, 또는 실질적으로 반원형 또는 실질적으로 타원형인 전체 형상을 갖는 실질적으로 다각형)이다. 단축(44)은 장축(46)보다 임의의 양만큼 짧을 수 있는데, 예를 들어 약 0.1% 더 짧고, 약 0.5% 더 짧고, 약 1% 더 짧고, 약 2.5% 더 짧고, 약 5% 더 짧고, 약 7.5% 더 짧고, 약 12.5% 더 짧고, 약 15% 더 짧고, 약 17.5% 더 짧고, 약 20% 더 짧고, 약 25% 더 짧고, 약 30% 더 짧고, 약 35% 더 짧고, 약 40% 더 짧고, 약 50% 더 짧고, 약 60% 더 짧게, 또는 그 이상 짧을 수 있다.

도 2c의 예에서, 장치(100)가 인간의 머리에 사용된다면, 단축(44) 근처의 장치(100) 부분은 상대적으로 사람의 귀에 가깝고, 장축(46) 근처의 장치 부분은 사람의 이마와 머리 뒤쪽에 상대적으로 가깝다. 또한, 비록 도 2c는 실질적으로 수평 배향의 단축을 예시하지만, 다른 실시형태에서 단축 및 장축 모두는 360°의 임의의 회전 지점에 있을 수 있다. 도 2b 및 도 2c 두 도면 모두에서, 제1 지지대(8)는 내부 에지(9)없이 도시되었지만, 장치(100)는 도 2b 및 2b에 도시된 바와 같이, 장치(100)가 3면 다각형, 4면 다각형, 5면 다각형, 6면 다각형, 7면 다각형, 8면 다각형, 9면 다각형, 10면 다각형, 11면 다각형, 12면 다각형 또는 그 이상의 다각형일 수 있다.

또한, 도 2a에 도시된 바와 같이, 복수의 레일(6) 중 각각의 레일들 사이에서, 선택적인 내부 가드(32)가 축(4)을 따라 축 방향으로 연장되어 서로에 대한 시선을 갖는 것으로부터 인접한 레일(6)(및 인접한 레일(6)의 입자 검출 장치(12))을 실질적으로 분리할 수 있다. 비록 도 2a에서 내부 가드(32)는 각각의 인접한 레일(6) 사이에 도시되어 있지만, 다른 실시형태에서는 단지 하나의 내부 가드(32)가 한 쌍의 인접한 레일(6) 사이에 포함된다. 다른 실시형태에서, 둘 이상의 내부 가드(32)가 인접하는 레일(6) 쌍들 사이에 포함되지만 모두가 그러한 것은 아닐 수 있다.

도 2a에 도시된 다른 요소는 선택적인 외부 가드(34)이다. 외부 가드(34)는 레일(6)(및 그와 관련된 하나 이상의 입자 탐지 장치(12))과 장치(100)의 외부 사이에 있도록 구성되어, 축(4)을 따라 선택적인 외부 가드(34)가 레일(6)(및 그와 관련된 하나 이상의 입자 탐지 장치(12))을 다른 장치 및/또는 장치(100)의 사용자로부터 분리한다. 외부 가드(34)는 임의의 적절한 재료(예를 들어, 플라스틱, 금속, 탄소 계열 재료, 세라믹, 유리, 이들의 조합 등)로 형성될 수 있고, 임의의 적당한 두께를 가질 수 있다.

외부 가드(34)는 도 2a에 도시된 바와 같이 축 방향일 수 있는 복수의 개구(36)를 선택적으로 포함하지만, 다른 실시형태에서는 임의의 위치에 있을 수 있고 임의의 패턴일 수 있다.

장치(100)는 또한 선택적인 제1 캡(38) 및/또는 선택적인 제2 캡(40)을 포함할 수 있다. 제1 캡(38) 및 제2 캡(40)은 축(4)에 실질적으로 직교하고, 각각은 내부 쉴드(30)와 외부 가드(34) 사이에 존재하는 공간 사이에 원주 방향으로 연장하고, 내부 쉴드(30)와 외부 가드(34)가 모두 포함될 때 내부 쉴드(30)와 외부 가드(34) 모두에 작동 가능하게 연결된다. 다른 실시형태에서, 내부 쉴드(30) 및 외부 가드(34) 중 하나만 존재하고, 이러한 실시형태에서, 제1 캡(38) 및 제2 캡(40)은 내부 쉴드(30) 또는 외부 가드(34) 중 하나에 작동 가능하게 연결된다.

도 3은 도 2a를 참조하여 논의된 추가 요소를 포함하는 장치(100)의 도면이다. 이 도면에서, 외부 가드(34)를 포함하는 장치(100)는 작동 가능한 구성에 있으며, 이는 도 4에 도시된 바와 같이 PET 영상을 획득하기 위한 양전자 방출 단층 촬영(PET) 스캐너의 일부로서 포함될 수 있는 구성이다.

도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, PET 영상을 획득하기 위한 PET 스캐너(200)가 도시되어 있다. 스캐너(202)의 적절한 하우징(202) 내에 장치(100)가 도시되어 있다. 환자 개구(204)(축(4)과 실질적으로 동축이고, 캐비티(2)와 실질적으로 공존함) 내에서 환자 지지대(206)는 환자의 하나 이상의 선택된 영역을 PET 스캔에 노출시키도록 축 방향으로(실질적으로 축(4)과 동축으로) 이동 가능하도록 구성될 수 있다. PET 스캔은 여러 영역에서 획득할 수 있으며, 스캔할 영역을 커버하는 데 필요한 환자 지지대(206)의 수에 따라 전체 PET 스캔은 약 1분, 약 2분, 약 5분, 약 10분, 약 15분, 약 20분, 약 25분, 약 30분, 약 35분, 약 40분, 약 45분, 약 50분, 약 60분 또는 그 이상 소요될 수 있다. 스캐너(200)의 장치(100)는 최대 약 100cm 이상의 결합된 축 길이를 스캔할 수 있는 능력을 갖는다.

스캐너(200)는 스캐너(200) 자체의 하우징(202) 내에 또는 충분히 연결된(무선 또는 유선) 방식으로 적어도 하나의 입자 검출 장치(12) 각각의 복수의 검출기 각각과 통신하도록 구성된 적어도 하나의 하드웨어 프로세서(208)를 포함할 수 있다.

적어도 하나의 프로세서(208)는 복수의 알고리즘을 처리하도록 구성되는데, 그 예로는 적어도 하나의 입자 검출 장치(12) 중 하나의 복수의 신틸레이터 결정 중 하나 이상의 신틸레이터 결정 내에서 적어도 하나의 상호작용 사이트의 3차원(3D) 감마선 정위(localization)를 수행하도록 구성된 감독된 기계 학습 알고리즘을 포함하지만 이에 국한되지는 않는다.

적어도 하나의 프로세서(208)는 또한 복수의 신틸레이터 결정들 사이에서 적어도 하나의 컴튼(Compton) 이벤트 산란을 복구함으로써 컴튼 이벤트 정위를 결정하고, 적어도 하나의 입자 검출 장치(12) 각각에 대해 3D 감마선에 기초한 신틸레이터 레벨에서 적어도 하나의 컴튼 이벤트를 정위하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서(208)는 에너지-가중 알고리즘과 같은 알고리즘을 사용하여 신틸레이터 결정 내에서 상호작용 깊이(DOI: Depth of Interaction) 정위를 수행하도록 추가로 구성될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서(208)는 복수의 신틸레이터 결정 내에 흡수된 적어도 2의 상호작용의 분해된 에너지에 기초하여 적어도 하나의 컴튼 이벤트를 정위하도록 추가로 구성될 수 있는데, 분해된 에너지는 적어도 하나의 광 공유 패턴에 기초하고, 적어도 하나의 광 공유 패턴은 입자 검출 장치(12) 각각의 복수의 유사 각기둥 및 복수의 검출기에 대한 복수의 신틸레이터 결정의 위치에 기초한다.

위에서 언급된 프로세서(208)의 다양한 프로세스에 기초하여, 프로세서(208)는 또한 임의의 적절한 재구성 알고리즘(들)을 사용하여 환자의 관심 영역들 중 2차원 및 3차원 모두에서 단층 영상을 재구성하도록 구성될 수 있다.

그 재구성된 영상이 디스플레이(210) 상에 보여질 수 있다. 디스플레이(210)의 사용의 일례로서, 프로세서(208)는 TOF 데이터로부터 스캔되는 환자 또는 대상의 영역을 재구성할 수 있다. 그런 다음 재구성은 3차원 렌더링, 다중 평면 재구성 또는 환자 조직 기능의 2차원 영상화에 사용될 수 있다. 그러면 영상이 디스플레이(210)에 표시될 수 있다. 디스플레이(210)는 CRT, LCD, 플라즈마 스크린, 프로젝터, 프린터 또는 이미지를 표시하기 위한 기타 출력 장치일 수 있으며, 적어도 하나의 프로세서(208)와 충분하게 연결(무선 또는 유선)될 수 있다.

또한, 스캐너는 스캐너(200) 및 장치(100)를 제어하도록 구성될 수 있는 제어 장치(212)를 포함할 수 있다. 제어 장치(212)는 스캐너(200) 및 장치(100)를 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램이 실행 가능한 저장 매체(214)를 가질 수 있다. 스캐너(200)는 또한 예를 들어, 영상 파라미터 및 검사 파라미터 같은 제어 정보를 입력하기 위한 입력부(216) 및 제어 정보 및 재구성된 이미지를 출력하기 위한 출력부를 구비한다.

인간 환자(218)가 환자 지지대(206)에 의해 지지되어 있는 스캐너(200)가 도 5에 도시되어 있다. 이 예에서, 환자(218) 머리의 PET 스캔을 준비하기 위해 환자(218)의 머리가 환자 개구부(204)에 삽입되었다.

다음의 정의를 포함하는 본 출원에서, 용어 '프로세서' 또는 '컨트롤러'는 용어 '회로'로 대체될 수 있다. '프로세서'란 용어는 코드를 실행하는 (공유, 전용 또는 그룹) 프로세서 하드웨어 및 프로세서 하드웨어에 의해 실행된 코드를 저장하는 (공유, 전용 또는 그룹) 메모리 하드웨어를 포함하거나 이들의 일부를 가리킬 수 있다.

프로세서는 하나 이상의 인터페이스 회로를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 인터페이스 회로는 LAN(Local Area Network), 인터넷, WAN(Wide Area Network), 또는 이들의 조합에 연결된 유선 또는 무선 인터페이스를 포함할 수 있다. 본 개시의 임의의 주어진 프로세서의 기능은 인터페이스 회로를 통해 연결된 다수의 프로세서 사이에 분산될 수 있다. 예를 들어, 다중 프로세서는 로드 밸런싱을 허용할 수 있다. 추가 예에서, 서버(원격 또는 클라우드로도 알려짐) 프로세서는 클라이언트 프로세서를 대신하여 일부 또는 모든 기능을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명의 적어도 하나의 실시형태는 전자적으로 판독 가능한 정보들이 저장되어 있으며, 본 발명의 적어도 하나의 실시형태가 실시되는 자기 공명 장치의 컨트롤러에 사용되도록 구성된, 비-일시적 컴퓨터-판독 가능 저장 매체에 관한 것이다.

또한, 전술한 방법들 중 어느 하나라도 프로그램의 형태로 구현될 수 있다. 프로그램은 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있고, 컴퓨터 장치(프로세서를 포함하는 장치)에서 실행될 때 전술한 방법 중 어느 하나를 수행하도록 구성된다. 따라서 비-일시적, 유형적인 컴퓨터 판독 가능 매체는 정보를 저장하도록 구성되고, 데이터 처리 설비 또는 컴퓨터 장치와 상호 작용하여 위에서 언급한 실시형태들 중 임의의 것의 프로그램을 실행하고 및/또는 위에서 언급한 실시형태들 중 임의의 방법을 수행하도록 구성된다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 매체 또는 저장 매체는 컴퓨터 장치 본체 내부에 내장된 매체일 수도 있고, 컴퓨터 장치 본체로부터 분리될 수 있도록 배치되는 착탈식 매체일 수도 있다. 본 명세서에 사용된 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어는 매체(예를 들어, 반송파)를 통해 전파되는 일시적인 전기 또는 전자기 신호를 포함하지 않는다. 따라서 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어는 유형적(tangible)이고 비-일시적인 것으로 간주된다. 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 비제한적인 예에는 재기록 가능한 비-휘발성 메모리 장치(예를 들어, 플래시 메모리 장치, 소거 가능한 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리 장치 또는 마스크 읽기 전용 메모리 장치를 포함); 휘발성 메모리 장치(예를 들어, 정적 랜덤 액세스 메모리 장치 또는 동적 랜덤 액세스 메모리 장치 포함); 자기 저장 매체(예를 들어, 아날로그 또는 디지털 자기 테이프 또는 하드 디스크 드라이브 포함); 및 광학 저장 매체(예를 들어, CD, DVD 또는 블루-레이 디스크 포함)를 포함하지만, 이들만으로 제한되지는 않는다. 재기록 가능한 비-휘발성 메모리가 내장된 미디어의 예에는 메모리 카드 및 비제한적인 ROM을 포함하는 내장형 ROM을 구비하는 미디어가 있지만 이에 국한되지는 않는다. 또한, 속성 정보와 같이 저장된 영상에 대한 다양한 정보는 임의의 다른 형태로 저장되거나 다른 방식으로 제공될 수 있다.

메모리 하드웨어라는 용어는 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어의 서브세트이다. 본 명세서에 사용된 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어는 매체(예를 들어, 반송파)를 통해 전파되는 일시적인 전기 또는 전자기 신호를 포함하지 않는다. 따라서 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어는 유형적이고 비-일시적인 것으로 간주된다. 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 비제한적인 예에는 재기록 가능한 비-휘발성 메모리 장치(예를 들어, 플래시 메모리 장치, 소거 가능한 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리 장치 또는 마스크 읽기 전용 메모리 장치를 포함); 휘발성 메모리 장치(예를 들어, 정적 랜덤 액세스 메모리 장치 또는 동적 랜덤 액세스 메모리 장치 포함); 자기 저장 매체(예를 들어, 아날로그 또는 디지털 자기 테이프 또는 하드 디스크 드라이브 포함); 및 광학 저장 매체(예를 들어, CD, DVD 또는 블루-레이 디스크 포함)를 포함하지만, 이들만으로 제한되지는 않는다. 재기록 가능한 비-휘발성 메모리가 내장된 미디어의 예에는 메모리 카드 및 비제한적인 ROM을 포함하는 내장형 ROM을 구비하는 미디어가 있지만 이에 국한되지는 않는다. 또한, 속성 정보와 같이 저장된 영상에 대한 다양한 정보는 임의의 다른 형태로 저장되거나 다른 방식으로 제공될 수 있다.

본 개시의 설명된 실시형태 및 예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도되며, 본 개시의 모든 실시형태 또는 예를 나타내는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명의 다양한 특정 실시형태에 적용되는 본 개시내용의 기본적인 신규 특징이 도시되고, 설명되고 지적되었지만, 또한 예시된 장치의 형태 및 세부사항 및 이들의 작동에서 다양한 생략, 대체 및 변경이 본 개시의 사상을 벗어나지 않으면서 당업자에 의해 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 동일한 결과를 달성하기 위해 실질적으로 동일한 방식으로 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 요소 및/또는 방법 단계의 모든 조합이 본 개시내용의 범위 내에 있다는 것이 명시적으로 의도된다. 더욱이, 본 개시의 임의의 개시된 형태 또는 실시형태와 관련하여 도시 및/또는 설명된 구조 및/또는 요소 및/또는 방법 단계가 일반적인 디자인 선택으로 문제로 임의의 다른 개시되거나 설명되거나 제안된 형태 또는 실시형태에 통합될 수 있음을 인식해야 한다. 또한, 문자 그대로 및 법률에서 인정하는 등가물 모두에서 특허청구범위에 설명된 개시 내용의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있다.

Claims

제1 지지대 및 제2 지지대 모두에 연결된 복수의 레일에 의해 형성되며, 제1 지지대 및 제2 지지대 주위에 각각이 사전에 결정된 간격으로 형성되어 있는 캐비티; 및
복수의 레일의 각 레일에 작동 가능하게 연결되어 있으며,
　　　　　　　　복수의 신틸레이터 결정을 포함하는 신틸레이터 어레이;
　　　　　　　　상기 신틸레이터 어레이의 하부 단부에 제공된 복수의 검출기; 및
　　　　　　　　상기 신틸레이터 어레이의 상부 단부에 제공된 복수의 유사 각기둥을 포함하는 적어도 하나의 입자 검출 장치를 포함하며,
복수의 유사 각기둥 중 각 각기둥은 신틸레이터 어레이의 신틸레이터 결정들의 상부 단부들 사이에서 입자를 전환시키도록(redirect) 구성되고,
신틸레이터 어레이의 신틸레이터 결정들의 제1 그룹의 하부 단부들은 입자들이 복수의 검출기의 제1 검출기를 향하게 하도록 구성되고,
신틸레이터 어레이의 신틸레이터 결정들의 제2 그룹의 하부 단부들은 입자들이 실질적으로 제1 검출기에 인접하는 제2 검출기를 향하게 하도록 구성되고,
적어도 하나의 입자 검출 장치 중 각각의 입자 검출 장치의 복수의 유사 각기둥은 캐리티를 향해 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 각 레일이 적어도 2개의 입자 검출 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 복수의 레일이 적어도 2개의 레일을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 복수의 입자 검출 장치와 내부 캐비티 사이에 위치하도록 구성된 내부 쉴드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 복수의 내부 가드를 추가로 포함하고, 복수의 내부 가드 중 각각의 내부 가드는 복수의 레일들 중 2개의 레일 사이에서 축 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 내부 캐비티의 크기는 포유동물의 머리 주위에 연장하는 크기인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 내부 캐비티의 크기는 포유동물의 몸통 주위에 연장하는 크기인 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서, 연장하는 외부 가드를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제8항에 있어서, 제1 캡 및 제2 캡을 추가로 포함하고, 제1 캡 및 제2 캡 각각은 내부 쉴드와 외부 가드 사이의 공간 사이에서 원주 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 장치.
제3항에 있어서, 복수의 레일들 중 각각의 레일은 제1 지지대 및 제2 지지대 모두의 내부 에지에 대응하고, 제1 지지대 및 제2 지지대 모두의 내부 에지는 캐비티를 향해 배향되는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 각 유사 각기둥의 형상은 실질적으로 적어도 하나의 프리즘, 적어도 하나의 안티프리즘, 적어도 하나의 절두체(frustum), 적어도 하나의 삼각형, 적어도 하나의 큐폴라, 적어도 하나의 평행육면체, 적어도 하나의 쐐기, 적어도 하나의 피라미드, 적어도 하나의 절두 피라미드 및 구의 적어도 하나의 일부분 중 적어도 하나의 형상인 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서, 실질적으로 난형 단면을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
PET 이미지를 얻기 위한 PET 스캐너로, 상기 스캐너는,
제1항의 장치; 및
적어도 하나의 입자 검출 장치 중 각 입자 검출 장치의 복수의 검출기와 통신하게 작동하는 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
적어도 하나의 프로세서는 복수의 신틸레이터 결정의 적어도 하나의 신틸레이터 결정 내에서 적어도 하나의 상호작용 부위의 3차원 감마선 정위를 수행하도록 구성된 복수의 알고리즘을 포함하는 것을 특징으로 하는 PET 스캐너.
제13항에 있어서, 적어도 하나의 프로세서는 컴튼 이벤트 정위(Compton event localization)를 결정하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 PET 스캐너.
제13항에 있어서, 적어도 하나의 프로세서는 에너지-가중 알고리즘을 사용하여 신틸레이터 결정들 내에서 상호작용 깊이 정위(Depth of Interaction localization)를 결정하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 PET 스캐너.
제13항에 있어서, 상기 스캐너 내에서 축 방향으로 이동하도록 구성된 환자 지지대를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 PET 스캐너.
제13항에 있어서, PET 이미지를 디스플레이 하기 위한 디스플레이를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 PET 스캐너.
제13항에 있어서, 복수의 입자 검출 장치 각각으로 냉각제를 운반하도록 구성된 냉각제 시스템을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 PET 스캐너.