KR20220144811A - 각기둥형 pet 검출기 모듈을 구비하는 고해상도 및 고감도 pet 스캐너 - Google Patents

각기둥형 pet 검출기 모듈을 구비하는 고해상도 및 고감도 pet 스캐너 Download PDF

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KR20220144811A
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에릭 피터슨
아미르 에이치. 골단
앤드류 라벨라
웨이 자오
아드리안 호반스키
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더 리서치 파운데이션 포 더 스테이트 유니버시티 오브 뉴욕
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Abstract

본 발명은 양전자 단층 촬영(PET) 이미지를 획득하기 위한 PET 스캐너(장치) 및 PET 이미지를 생성하는 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 하나 이상의 가동 부품을 구비할 수 있는 장치를 설명한다. 장치는 상부 부분과 하부 부분을 포함할 수 있다. 상부 부분과 하부 부분은 환자를 위한 공동을 획정한다. 상부 부분과 하부 부분 중 적어도 하나의 부분은 이동 가능할 수 있다. 상부 부분과 하부 부분은 캡과 윙들을 포함할 수 있다. 캡 및/또는 윙들 중 적어도 하나는 하나 이상의 검출 모듈을 포함할 수 있다. 또한 윙들은 상응하는 캡에 대해 이동할 수 있다.

Description

각기둥형 PET 검출기 모듈을 구비하는 고해상도 및 고감도 PET 스캐너
본 출원은 2020년 2월 24일자 미국 특허 가출원 제62/980,591호 및 2021년 1월 15일자 미국 특허 가출원 제63/138,023호의 우선권의 이익을 주장한다.
본 개시는 일반적으로 방사선 이미지화 분야, 특히 양전자 단층 촬영(positron emission tomography; PET)에 관한 것이다.
PET를 이용한 이미지화는 진단, 치료 선택, 치료 모니터링 그리고 암 및 신경정신계 질환 연구에 주로 사용되는 강력한 기술이다. 높은 분자 특이성, 정량적 성질 및 임상적 이용 가능성에 불구하고, 현재 3mm 내지 6mm 정도인 비교적 낮은 공간 분해능 때문에 PET는 주된 분자 이미지화 방식으로서의 그 잠재력을 완전하게 달성할 수 없었다. 이러한 종류의 공간 분해능을 이용해서는, 현재 디바이스는 소결절, 그리고 병인 및 병태생리와 관련한 많은 인간 및 설치류 뇌 영역에서의 목표 밀도를 아마도 측정할 수 없을 것이다.
심도 부호화 PET 검출기 모듈은 긴 섬광체 결정(scintillator crystal)에 대한 시차 오차(응답 라인의 위치오차)를 완화하기 위해 개발되었다. 이는 각각의 검출기 링에 대한 부품 비용이 감소하고, 감도 증가를 위해 입체각이 크고 그리고 소멸 감마선 비공선성(annihilation gamma ray acollinearity)의 공간 분해능에 대한 기여도가 감소한 소형 직경의 PET 링을 가능하게 한다. 또한 반응 심도(Depth-of-Interaction; DOI) 정보를 이용하여 긴 결정에서 광자 수송을 디콘볼루션(deconvolve)함으로써 시간 분해능을 향상시킬 수 있다. 이중 단부 판독(dual-ended readout)에 기초한 심도 부호화 검출기는 2mm 미만의 최상 연속 DOI 분해능을 달성한다.
유방촬영전용 Clear-PEM과 같은 고분해능 PET 시스템은 이중 단부 판독 검출기를 이용하여 개발되었지만, 이 시스템은 표준의 단일 단부 판독 PET 스캐너와 비교하여 판독용 전자장치의 수가 많기 때문에 상용화하기에 너무 많은 비용이 든다. 이러한 검출기의 최근에 개발된 고분해능 변형예는 비교적 열악한 에너지 및 시간 분해능을 나타낸다. 대안적인 단일 단부 판독 검출기 모듈이 제안되었지만, 모든 이러한 디자인에는 심도 부호화, 비용, 섬광체 대 판독 결합비, 결정 식별 정확도, 에너지 분해능 및 시간 분해능 간에 트레이드오프가 존재한다. 이러한 트레이드오프를 완화하기 위해, 우수한 심도 부호화 검출기 모듈은 결정 어레이가 어떠한 중간 유리 도광체도 없이 실리콘 광전자 증배관(SiPM)에 직접 결합되어 다수의 픽셀들을 가로질러 하향 이동하는 섬광체 광자의 공유를 최소화하고 우수한 시간 분해능을 유지하는 단일 단부 판독형 모듈이다. 또한 시간 정보에 기여하지 않는 상향 이동 광자는 가장 가까운 이웃 SiPM을 향하는 경로의 180° 절곡을 통해 방향 전환되어 우수한 에너지 분해능 및 DOI 분해능을 유지하고 이중 단부 심도 부호화 판독 검출기의 거동을 모방해야 한다.
이에 따라, 실용적이고 비용 면에서 효과적인 고분해능 시간 비행(time-of-flight; TOF) PET 스캐너를 개발하고 또한 단일 단부 판독을 이용한 연속 DOI 위치 측정을 달성하기 위한 노력에서 한쪽 면에는 SiPM 픽셀들에 4대1로 결합되는 비연마 다결정 섬광체 어레이로 그리고 반대쪽 면에는 균일한 유리 도광체로 이루어지는 검출기 모듈이 연구되었다. 인용에 의해 본 명세서에 포함하는 프라자오(Frazao) 등의 미국 특허 제10,203,419호를 참조하자. 이러한 검출기 모듈에서, 1.53×1.53×15 mm3 결정 및 3×3 mm2 SiPM 픽셀을 이용하여 각각 9% 및 3mm 반치전폭(FWHM)의 에너지 분해능 및 DOI 분해능을 달성하도록 에너지 가중 평균법이 결정 식별을 위해 사용된다. 그러나 이러한 어레이는 빛을 공유하는 이웃 픽셀이 없어서 가장자리와 모서리를 따라 결정 식별이 잘 되지 않는다. 가장자리 및 모서리 픽셀들이 4x4 및 8x8 SiPM 판독 칩들의 75% 및 44%를 각각 포함하기 때문에 이 문제는 반드시 해결되어야 한다. 또한, 많은 상향 이동 광자들이 주 기둥으로 다시 반사되고 나머지가 이웃하는 픽셀들 간에 가우스 강도 분포를 가지고 등방성 공유되기 때문에 균일한 유리 도광체를 사용할 때 결정간 광 공유는 불충분하다. 등방성 광 공유와 관련한 문제는 많은 SiPM들에 걸쳐 저강도 신호가 분포하는 것이며, 그 무결성은 다크 카운트(dark count)에 의해 심각하게 영향을 받아 에너지 분해능 및 DOI 분해능이 저하되는 결과가 초래된다.
또한 DOI 분해능을 증가시키기 위한 노력으로 다른 PET 검출기가 만들어졌지만, 이러한 검출기는 인체의 모든 부분을 넘어서 연장하기에 충분히 큰 고정 직경을 가져야 하는 단단하고 원통형인 지오메트리(geometry)를 필요로 하고, 이는 판독이 지오메트리 아티팩트(geometry artifact)에 민감하게 한다.
또한, 최신 PET 스캐너의 지오메트리는 기술적 한계에 크게 영향을 받는다. 특히, 비용 면에서 효율적이면서 DOI 검출이 가능한 검출기 모듈이 없기 때문에 일정한 원통형의 지오메트리를 가지며 링 직경이 매우 큰 PET 스캐너가 생성될 수 있다. 그 결과, 스캐너는 보다 작은 소아 환자에게 제공되는 분해능 및 감도까지 많은 비용을 들여 가장 큰 환자를 수용하도록 디자인되어야 한다.
따라서 상부 부분과 하부 부분을 포함하는 장치가 개시된다. 상부 부분은 상부 캡 및 상부 윙을 포함할 수 있다. 상부 캡은 상부 윙에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 상부 윙 중 적어도 하나는 제1 측부에 작동 가능하게 연결될 수 있고, 상부 윙 중 적어도 하나는 제2 측부에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 제2 측부는 제1 측부의 반대쪽일 수 있다. 하부 부분은 하부 캡 및 하부 윙을 포함할 수 있다. 하부 캡은 하부 윙에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 하부 윙 중 적어도 하나는 제1 측부에 작동 가능하게 연결될 수 있고, 하부 윙 중 적어도 하나는 제2 측부에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 제2 측부는 제1 측부의 반대쪽일 수 있다. 상부 부분과 하부 부분은 공동을 획정한다. 상부 부분과 하부 부분 중 적어도 하나는 이동 가능하다. 캡들 및/또는 윙들 중 적어도 하나는 하나 이상의 검출 모듈을 포함한다.
본 개시의 일 태양에서, 상부 부분이 하부 부분에 대해 이동 가능하다.
본 개시의 일 태양에서, 상부 캡의 위치가 공동에 삽입될 환자의 적어도 하나의 피처의 측정값 및 결정된 임상 분야에 기초하여 결정된다.
본 개시의 일 태양에서, 상부 및/또는 하부 윙들 중 하나 또는 둘 다가 적어도 하나의 윙이 회전 가능하도록 예컨대 힌지를 통해 캡에 작동 가능하게 각각 연결될 수 있다. 회전 각도가 공동에 삽입될 환자의 적어도 하나의 피처의 측정값 및 결정된 임상 분야에 기초하여 결정될 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, 임상 분야는 뇌 스캔 또는 전신 스캔일 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, 적어도 하나의 피처가 환자의 머리, 가슴 두께 및/또는 팔뚝 간격 중 하나 이상일 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, 검출기 모듈이 복수의 섬광체 결정을 포함하는 섬광체 어레이, 섬광체 어레이의 하측 단부에 구비되는 복수의 검출기; 및 섬광체 어레이의 상측 단부에 구비되는 복수의 유사 각기둥(prismatoid)을 포함한다. 각각의 유사 각기둥은 섬광체 어레이의 섬광체 결정들의 상측 단부들 사이에서 입자들의 방향을 전환시키도록 구성될 수 있다. 섬광체 어레이의 제1 그룹 섬광체 결정의 하측 단부들이 입자들을 복수의 검출기 중 제1 검출기로 안내하도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 그룹 섬광체 결정의 하측 단부들이 입자들을 제1 검출기에 실질적으로 인접한 제2 검출기로 안내하도록 구성될 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, 장치가 측면 부분을 더 포함할 수 있다. 하나 이상의 측부 부분은 하나 이상의 검출 모듈을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, 측부 부분들이 이동 가능할 수 있다. 본 개시의 태양에서, 측부 부분들은 환자가 삽입될 때 장치가 환자를 실질적으로 둘러싸도록 상부 부분과 하부 부분 사이에서 이동할 수 있다.
또한, PET 이미지를 획득하기 위한 양전자 단층 촬영(PET) 시스템이 개시된다. PET 시스템은 상부 또는 하부 캡의 위치 및/또는 윙의 각도를 각각 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, 상부 또는 하부 캡의 위치가 복수의 사전 설정된 위치 및/또는 각도 중 하나일 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, 위치 및/또는 각도가 가슴 두께, 머리 둘레 및/또는 팔뚝 간격 중 하나 이상과 같은 측정값에 기초하여 프로세서에 의해 선택될 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, 시스템은 이용 가능한 위치 및/또는 각도 및 관련된 피처 측정값을 포함하는 하나 이상의 테이블을 갖는 메모리를 더 포함한다.
본 개시의 일 태양에서, 하나 이상의 테이블은 환자의 하나 이상의 피처의 실제 측정값에 기초하여 위치 및/또는 각도를 선택하는 데 사용될 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, 하나 이상의 테이블은 상부 캡을 위해 이용 가능한 위치 및/또는 각도와 관련된 시스템 매트릭스를 더 포함한다. 프로세서는 이미지 재구성에 사용하기 위해 선택된 위치 및/또는 각도와 연관된 시스템 매트릭스를 선택할 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, 프로세서가 검출 모듈과 작동 가능하게 통신할 수 있다. 프로세서는 3차원(3D) 감마선 위치 결정을 수행하도록 구성된 복수의 지도형 머신 러닝 알고리즘을 처리할 수 있다. 프로세서가 반응 심도(DOI) 정보를 사용하여 컴프톤 산란 복구를 수행하는 것에 의해 컴프톤 산란으로 인한 응답 라인(LOR) 오차를 교정할 수 있다.
본 개시의 다른 태양에서, 장치는 상부 부분과 하부 부분을 포함할 수 있고, 상부 부분은 하부 부분과 회전 가능하게 연결되고, 상부 부분과 하부 부분이 하나 이상의 검출 모듈을 포함한다. 상부 부분과 하부 부분은 닫혔을 때 환자 및 환자 지지대를 위해 구성되는 공동을 형성할 수 있다. 회전되어 열리면 환자가 장치에 삽입될 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, 상부 부분이 상부 캡에 각각 작동 가능하게 연결되는 윙들을 포함할 수 있다. 윙들은 상부 캡에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
본 개시의 다른 태양에서, 양전자 단층 촬영(PET) 스캔을 수행하는 방법이 개시된다. 방법은 장치의 공동에 삽입될 환자의 적어도 하나의 피처의 실제 측정값에 기초하여 캡의 위치(들) 및/또는 적어도 하나의 윙의 각도를 결정하는 단계, 적어도 하나의 윙을 이동시키고 그리고/또는 상부 캡 및/또는 하부 캡을 이동시키는 단계, 결정된 위치(들)에 기초하여 이미지 재구성에 사용되는 시스템 매트릭스를 선택하는 단계. PET 스캔을 획득하는 단계, 및 PET 스캔 및 시스템 매트릭스로부터의 정보에 기초하여 이미지를 생성하는 단계를 포함한다.
도 1a 및 도 1b는 본 개시의 태양에 따른 PET 스캐너의 지오메트리를 도시하는 다이어그램이다. 도 1a는 캡의 횡축 방향(transaxial) 길이(
Figure pct00001
)와 윙의 횡축 방향 길이(
Figure pct00002
), 캡에 대한 윙의 회전각(q), 및 각각의 캡과 중심선 간의 거리(
Figure pct00003
)를 도시하는 횡축 방향 도면이며,
Figure pct00004
과
Figure pct00005
은 검출기 모듈에 의해 커버되는 플레이트의 횡축 방향 길이를 말한다. 주황색 별은 입체각을 계산하는데 사용되는 등방성 점광원을 나타낸다. 도 1b는 관상면으로의 투영도이며, 플레이트의 종방향 길이(
Figure pct00006
)를 도시한다.
도 2는 일반화된 플레이트의 점광원(주황색 별)에 대한 입체각 커버리지를 계산하는데 사용되는 지오메트리 파라미터의 다이어그램이다.
도 3은 본 개시의 태양에 따라 스캐너의 등가 반경(
Figure pct00007
)을 계산하는데 사용되는 용어를 나타내는 횡축 방향 도면이다. 윙 플레이트의 각도 범위는
Figure pct00008
로 그리고 캡 플레이트는
Figure pct00009
로 주어진다.
도 4는 최신의 Siemens® Biograph Vision® 스캐너의 현 지오메트리 내에 삽입된, 본 개시의 태양에 따른 PET 스캐너의 지오메트리를 나타내는 횡축 방향 축척도이다.
도 5는 본 개시의 태양에 따른 PET 시스템의 일부분의 다이어그램이다.
도 6a는 본 개시의 태양에 따른 검출기 모듈의 예의 다이어그램이다.
도 6b는 본 개시의 태양에 따른 2개의 인접한 검출기 모듈을 도시하는 플레이트의 일부의 다이어그램이다.
도 6c는 본 개시의 태양에 따른 캡 또는 윙 위에 있는 검출기 모듈들의 매트릭스를 도시하는 다이어그램이다.
도 7은 본 개시의 태양에 따른 도 5의 PET 스캐너가 제1 위치에 있는 것을 도시하는 다이어그램이다.
도 8은 본 개시의 태양에 따른 도 5의 PET 스캐너가 제2 위치에 있는 것을 도시하는 다이어그램이다.
도 9는 본 개시의 다른 태양에 따른 PET 스캐너의 캡 및 윙을 도시하는 횡축 방향 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 본 개시의 다른 태양에 따른 PET 시스템의 일부분을 서로 다른 위치에 있는 것으로 도시한 다이어그램이다.
도 11은 본 개시의 다른 태양에 따른 PET 시스템의 일부분의 다이어그램이다.
도 12a는 본 개시의 다른 태양에 따른 PET 시스템의 일부분의 다이어그램이다.
도 12b는 본 개시의 태양에 따른 PET 스캐너의 사시도이다.
도 13은 본 개시의 태양에 따른 방법의 흐름도이다.
도 14는 본 개시의 태양에 따른 윙을 위한 전동 힌지를 도시하는 다이어그램이다.
도 15는 본 개시의 태양에 따른 PET 시스템의 블록도이다.
도 16a 및 도 16b는 본 개시의 태양에 따른 룩업 테이블의 예이다.
도 17은 본 개시의 태양에 따른 다이어그램이다.
도 18은 본 개시의 태양에 따른 PET 스캐너의 특징을 Biograph Vision® PET 스캐너와 비교하여 나타내는 표이다.
아래에서는 첨부 도면을 참조하여 본 개시의 태양을 상세하게 설명한다. 불필요한 세부 사항으로 본 개시를 이해하기 어렵게 하는 것을 방지하기 위해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 공지된 관연 기능 또는 구성 형태에 대한 설명은 개시의 태양을 명확하게 이해할 수 있게 하기 위해 생략한다.
여기서 논의하는 내용과 특허청구범위에서 "약"이라는 용어는 나열된 값이 프로세스 또는 장치의 부적합을 초래하지 않는 한 어느 정도 변경될 수 있음을 나타낸다. 예를 들어, 일부 요소의 경우 "약"이라는 용어는 ±0.1%의 변화를 나타낼 수 있고, 다른 요소의 경우 "약"이라는 용어는 ±1% 또는 ±10%의 변화 또는 그 중의 임의의 포인트를 나타낼 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "실질적으로" 또는 "실질적인"이라는 용어는 소극적인 의미로 사용될 때 동작, 특성, 속성, 상태, 구조, 항목 또는 결과가 완전히 혹은 거의 완전히 결여된 것을 나타내도록 똑같이 적용될 수 있다. 예를 들어 "실질적으로" 평평한 표면은 완전히 평평하거나 혹은 마치 완전히 평평한 것과 효과가 동일한 정도로 거의 평평할 것이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "a", "an" 및 "the"와 같은 용어는 단일 개체만을 지칭하고자 하는 의도가 아니라, 특정한 예가 예시를 위해 사용될 수 있는 일반적인 종류를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수로 정의된 용어는 복수로 정의된 용어를 포함하며, 반대로 복수로 정의된 용어도 단수로 정의된 용어를 포함한다.
본 명세서에서 "하나의 태양", "특정 태양", "일부 태양" 또는 "일 태양"에 대한 언급은 설명하는 태양(들)이 특정 피처 또는 특성을 포함할 수 있음을 나태지만, 모든 태양이 특정 피처, 구조 또는 특성을 포함할 필요는 없다. 더욱이, 그러한 문구가 반드시 동일한 태양을 언급하는 것은 아니다. 또한, 특정한 피처, 구조 또는 특성이 일 태양과 관련하여 설명될 때, 명시적으로 설명되어 있는지 여부에 무관하게 다른 태양과 관련하여 그러한 피처, 구조 또는 특성에 영향을 미치는 것은 통상의 기술자의 지식의 범위 내에 있다. 이하 설명의 목적으로 "상부", "하부", "우측", "좌측", "수직", "수평", "상단", "하단" 및 그 파생어들은 바닥에 대해 그리고 도면에 도시되어 있는 방향에 따라 스캐너와 관련되어야 한다.
본 명세서에서 임의의 수치 범위에 대한 언급은 그 범위에 포함되는 각각의 수치(소수 및 정수 포함)를 명시적으로 포함한다. 예시적으로, "적어도 50" 또는 "적어도 약 50"의 범위에 대한 본 명세서에서의 언급은 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60 등의 정수 및 50.1, 50.2 50.3, 50.4, 50.5, 50.6, 50.7, 50.8, 50.9 등의 분수를 포함한다. 추가적인 예시에서, "50 미만" 또는 "약 50 미만"의 범위에 대한 본 명세서에서의 언급은 49, 48, 47, 46, 45, 44, 43, 42, 41, 40 등의 정수 및 49.9, 49.8, 49.7, 49.6, 49.5, 49.4, 49.3, 49.2, 49.1, 49.0 등의 분수를 포함한다.
도 1a 및 도 1b는 본 개시의 태양에 따른 PET 스캐너(100)의 지오메트리를 도시하는 도면이다. 스캐너(100)는 PET 시스템의 컴포넌트일 수 있다. PET 시스템은 도면에 도시되지 않은 추가 컴포넌트를 더 포함할 수 있다. 특정 추가 컴포넌트를 여기서 더 상세하게 설명한다.
도 1a는 상부 좌측 윙(2), 상부 캡(4) 및 상부 우측 윙(6)의 횡축 방향 길이(
Figure pct00010
)를 나타내는 횡축 방향 도면이다. 상부 좌측 윙(2), 상부 캡(4) 및 상부 우측 윙(6)은 공동으로 상부 부분을 형성한다. 본 발명의 일 태양에서, 상부 좌측 윙(2)은 상부 캡(4)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 상부 좌측 윙(2)은 힌지(3)를 통해 상부 캡(4)에 연결될 수 있으며, 이 힌지는 상부 좌측 윙(2)과 상부 캡(4) 간의 상대 회전을 허용하는 임의의 적절한 구조일 수 있다. 본 발명의 일 태양에서, 상부 우측 윙(6)은 상부 캡(4)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 상부 우측 윙은 힌지(3)를 통해 상부 캡(4)에 연결될 수 있으며, 이 힌지는 상부 우측 윙(6)과 상부 캡(4) 간의 상대 회전을 허용하는 임의의 적절한 구조일 수 있다.
또한 도 1a에는 하부 좌측 윙(8), 하부 캡(10) 및 하부 우측 윙(12)의 횡축 방향 도면이 도시되어 있다. 하부 좌측 윙(8), 하부 캡(10) 및 하부 우측 윙(12)은 공동으로 하부 부분을 형성한다. 본 발명의 일 태양에서, 하부 좌측 윙(8)은 하부 캡(10)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 하부 좌측 윙(8)은 힌지(3)를 통해 캡에 연결될 수 있으며, 이 힌지는 하부 좌측 윙(8)과 하부 캡(10) 간의 상대 회전을 허용하는 임의의 적절한 구조일 수 있다. 본 발명의 일 태양에서, 하부 우측 윙(12)은 하부 캡(10)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 하부 우측 윙(12)은 힌지(3)를 통해 하부 캡에 연결될 수 있으며, 이 힌지는 하부 우측 윙(12)과 하부 캡(10) 간의 상대 회전을 허용하는 임의의 적절한 구조일 수 있다. 회전 가능한 연결은 직접 연결 또는 (이동식 상부 지지대(505) 및 고정식 하부 지지대(510)를 포함하는) 지지대 또는 커버, 예컨대 매개체를 통하는 것과 같은 간접 연결을 포함한다. 회전 각도는 수평을 기준으로 할 수 있다. 다른 태양에서, 각도는 여각일 수 있다. 회전 가능한 연결은 작동 가능한 연결의 예이다.
보이는 바와 같이, 상부 캡(4)은 중심선(14)으로부터 거리(
Figure pct00011
)에 있다. 중심선(14)은 상부 캡(4)과 하부 캡(10) 사이에서 실질적으로 등거리에 있다. 주황색 별(16)은 입체각을 계산하는 데 사용되는 등방성 점광원을 나타내고 종축도 나타낸다.
본 발명의 일 태양에서, 도 1a에 도시된 바와 같은 스캐너(100)는 5개의 자유도를 가질 수 있어서, 스캐너(100)는 포유동물 환자의 형상 및/또는 해당 포유동물 환자의 특정 기관/영역에 거의 일치할 수 있다. 포유동물은 영장류(예컨대, 인간 및 비인간 영장류), 실험동물(예컨대, 생쥐, 쥐 등과 같은 설치류), 가축(예컨대, 소, 돼지, 양, 말 등) 및 애완동물(예컨대, 개, 고양이 등)을 포함할 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 5개의 자유도는 (1) 상부 좌측 윙(2)의 상부 캡(4)에 대한 회전; (2) 상부 우측 윙(6)의 상부 캡(4)에 대한 회전; (3) 하부 좌측 윙(8)의 하부 캡(10)에 대한 회전; (4) 하부 우측 윙(12)의 하부 캡(10)에 대한 회전; 및 (5) 상부 캡(4) 및/또는 하부 캡(10)이 서로 가까워지거나 멀어지는 수직 이동을 포함할 수 있다.
도 5는 시스템의 추가적인 세부 사항과 특정 지지대를 도시하는 도 1a의 스캐너의 횡축 방향 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이. 상부 부분은 또한 이동식 상부 지지대(505)를 포함할 수 있다. 이동식 상부 지지대(505)는 상부 캡(4)에 부착될 수 있다. 본 개시의 일 태양에서, 상부 캡(4)은 냉각 플레이트 또는 냉판(cold plate)과 같은 플레이트일 수 있다. 이동식 상부 지지대(505)는 상부 캡(4), 상부 윙들(2, 6) 및 각각의 감지 모듈(520)을 지지할 수 있는 임의의 기계적 구조물일 수 있다. 도 5에는 이동식 상부 지지대(505)와 상부 캡(4)(플레이트)이 서로 부착되어 있는 별개의 요소들로 도시되어 있지만, 본 개시의 다른 태양에서 상부 캡(4)이 또한 이동식 상부 지지대(505)이도록 상부 캡(4)이 보다 두껍게 만들어질 수 있다. 본 개시의 태양에서, PET 시스템(1550)을 위한 배선 및 회로는 이동식 상부 지지대(505) 상에 또는 그 내에 통합될 수 있다. 스캐너(100)는 또한 타워형 지지대(530) 및 하나 이상의 제어 암(500)을 포함할 수 있다. 타워형 지지대(530)는 기둥 구조를 가질 수 있다. 제어 암(들)(500)은 기둥 구조로부터 연장할 수 있다. 타워형 지지대(530)와 제어 암(500)은 이동식 상부 지지대(505)를 지지하는 동시에 이동을 가능하게 한다.
본 개시의 다른 태양에서, 타워형 지지대(530)는 생략될 수 있고 제어 암(들)(500)은 스캐너(100)가 위치하는 방의 천장에 직접 연결될 수 있다. 본 개시의 다른 태양에서, 제어 암(들)(500)은 벽에 장착될 수 있다.
제어 암(들)(500)은 상부 부분, 예컨대 상부 캡(4) 및 상부 윙들(2, 6)(및 이동식 상부 지지대(505))의 위치를 제어한다.
본 개시의 일 태양에서, 제어 암(들)(500)은 상부 부분의 수직 위치를 변경하도록 작업자에 의해 수동으로 이동될 수 있다. 본 개시의 일 태양에서, 제어 암(들)(500)은 이동을 위해 이용 가능한 복수의 설정 위치를 가질 수 있다. 예를 들어, 제어 암(들)(500)은 작업자가 제어 암을 지점들 사이에서 이동시키고 후속해서 고정(latch)시킬 수 있는 복수의 래치 지점을 가질 수 있다. 본 개시의 일 태양에서, 제어 암(들)(500)은 하나 이상의 마운트를 갖는 레일 시스템을 포함할 수 있고, 마운트(들)에 상부 부분이 (이동식 상부 지지대(505)를 통해) 장착된다. 레일 시스템은 복수의 개구를 포함할 수 있고, 개구들 각각은 그 높이가 각기 다르다. 제어 암(들)(500)은 제 위치에 고정시키거나 혹은 잠그도록 개구 내에 밀어 넣어지거나 혹은 스크루 체결될 수 있거나 혹은 다른 위치로의 이동이 가능해지도록 개구로부터 제거될 수 있는 노브 또는 핀을 더 포함할 수 있다.
본 개시물의 다른 태양에서, 제어 암(들)(500)은 임의의 위치로의 이동을 허용할 수 있다. 예를 들어, 제어 암(들)(500)은 임의의 위치에서 잠길 수 있는 하나 이상의 마운트가 있는 레일 시스템 또는 슬라이드를 구비할 수 있다. (모바일 상부 지지대(505)를 통해) 상부 부분이 하나 이상의 마운트에 장착될 수 있다. 설정된 위치는 모니터링되어 프로세서(1500)에 보고될 수 있다.
본 개시의 다른 태양에서, 제어 암(들)(500)은 전동화될 수 있다. 모터는 DC 또는 AC 모터일 수 있고, 모터 제어기(1515)에 의해 제어된다. 사용되는 모터 제어기(1515)의 유형은 모터의 유형에 따라 달라질 수 있다. 본 개시의 이러한 태양에 따르면, 프로세서(1500)는 위치를 복수의 사전 설정된 위치 중 하나(예컨대,
Figure pct00012
)로 제어하도록 모터 제어기(1515)에 명령할 수 있다. 다른 태양에서, 위치는 중심선(14)과 상부 캡 상의 검출 모듈의 하단 사이의 거리로 정의될 수 있다. 다른 태양에서, 위치는 이동식 상부 지지대(505)와 중심선(14) 사이의 거리로 정의될 수 있다. 본 개시의 다른 태양에서, 위치는 하부 캡과 상부 캡 사이의 거리 또는 상부 캡 상의 검출 모듈의 하단과 하부 캡 상의 검출 모듈의 상단 사이의 거리로 정의될 수 있다. 본 개시의 다른 태양에서, 위치는 이동식 상부 지지대(505)와 고정식 하부 지지대(510) 사이의 거리로 정의될 수 있다.
본 개시의 다른 태양에서, 위치는 미리 설정되지 않을 수 있고 전동 제어 암(들)(500)은 제1 높이에서 제2 높이(최대 이동 범위)까지 임의의 높이로 이동될 수 있다. 본 개시의 일부 태양에서, 스캐너(100)는 또한 상부 부분의 실제 위치를 프로세서(1500)에 보고하기 위해 인코더 또는 위치 검출기를 포함할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 2개의 제어 암(500)이 있는데, 하나는 좌측에 다른 하나는 우측에 있다. 이러한 구성 형태에서, 프로세서(1500)는 두 제어 암(500)의 위치를 동시에 이동시키도록 모터 제어기(1515)를 제어할 수 있다. 동일한 모터 제어기(1515)가 제어 암(500) 둘 다에 사용될 수 있다. 다른 태양들에서, 각각의 제어 암(500)이 그 자신의 모터 제어기(1515)를 가질 수 있다.
다른 태양에서, 단지 하나의 제어 암(500)이 사용될 수 있다. 제어 암(500)이 상부 캡(4)(이동식 상부 지지대(505))의 중앙에 위치할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 상부 윙들(2, 6)은 상부 캡(4)(이동식 상부 지지대(505))에 대해 회전될 수 있고 힌지(들)(3)를 통해 연결될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 윙들(2, 6)의 일부분은 검출 모듈(520), 예컨대 들어 연장된 섹션으로 덮이지 않는다. 이는 상부 윙들(2, 6)이 상부 캡(4)에 대해 움직일 수 있게 하는 동시에 검출 모듈(520)에 의해 덮이지 않는 지점을 최소화한다. 연장 섹션은 스캐너의 종축에 대해 윙들(2, 6)의 단부에만 있을 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, 힌지(3)는 스캐너의 종축에 대해 이동식 상부 지지대(505)(또는 지지된 단부 또는 커버)의 각각의 단부에 (윙들(2, 6)이 상부 캡(4)에 작동 가능하게 연결되도록) 부착될 수 있다. 본 개시의 일 태양에서, 힌지(3)는 상부 캡(4)(및 이동식 상부 지지대(505))에 대한 상부 윙들(2, 6)의 각도를 변경하도록 수동으로 작동될 수 있다. 예를 들어, 힌지(3)는 래치형 힌지일 수 있다. 힌지의 한 플레이트는 이동식 상부 지지대(505)에 결합되고 다른 가동 플레이트는 상부 윙들(2, 6)에 각각 결합될 수 있다. 래치형 힌지에는 힌지를 해제하는/잠그는 푸시 버튼이 있을 수 있다. 이 태양에서, 작업자는 상부 캡(4)에 대한 상부 윙들(2, 6)의 각도를 수동으로 제어할 수 있다. 본 개시의 일부 태양에서, 추가 힌지가 단부들 사이에 위치되어 상부 윙들(2, 6)의 무게를 추가로 지지할 수 있다. 본 개시의 다른 태양에서, 래치형 힌지는 각도 제어가 가능한 바형 힌지일 수 있다. 바형 힌지의 고정 부분은 이동식 상부 지지대(505)에 결합되고 가동 부분은 상부 윙들(2, 6)에 부착될 수 있다.
본 개시의 다른 태양에서, 힌지(3)는 토크 힌지일 수 있다.
본 개시의 다른 태양에서, 힌지(3)는 또한 2개의 플레이트, 즉 이동식 상부 지지대(505)에 결합되는 고정 플레이트 및 상부 윙들(2, 6)에 각각 결합되는 가동 플레이트를 포함할 수 있다. 가동 플레이트는 가동 플레이트와 고정 플레이트를 연결하는 스크루를 돌리는 것에 의해 회전될 수 있다.
본 개시의 다른 태양에서, 힌지는 도 14에 도시된 바와 같은 전동 힌지(1400)일 수 있다. 도 14는 이동식 상부 지지대(505)를 도시하는 단부 도면이다. 본 개시의 일 태양에서, 전동 힌지(1400)는 회전 스테이지일 수 있다. 스테이지 베이스는 이동식 상부 지지대(505)의 각각의 단부에 고정될 수 있다. 상부 윙들(2, 6)은 각각 회전 스테이지에 고정될 수 있다. 회전 스테이지가 회전하면 상부 윙들(2, 6)이 회전된다. 전동 회전 스테이지는 뉴저지주 뉴턴에 소재한 Thorlabs, Inc.에서 입수할 수 있다. 전동 회전 스테이지는 마이크로 스테핑 모터와 같은 모터를 포함한다. 회전 스테이지의 위치는 뉴저지주 뉴턴에 소재한 Thorlabs, Inc.로부터 입수할 수 있는 벤치탑 스테퍼 모터 제어기와 같은 모터 제어기(1510)에 의해 제어될 수 있다. 개시의 일 태양에서, 프로세서(1500)는 회전 스테이지를 사전 설정된 복수의 각도 중 특정 각도로 이동시키도록 모터 제어기(1510)에 명령을 내릴 수 있다. 다른 태양에서, 각도가 사전 설정되지 않을 수 있다. 윙마다 각각의 전동 힌지(1400)는 윙 높이를 유지하도록 동시에 제어될 수 있다. 본 개시의 일 태양에서, 전동 힌지(1400)는 윙의 실제 각도를 검출하고 이를 모터 제어기(1510) 및 프로세서(1500) 중 하나 이상에 피드백하는 인코더를 또한 포함할 수 있다. 위와 유사하게, 윙의 무게에 따라 필요한 경우에는 각각의 윙의 단부(예컨대, 상부 윙들(2, 6))와 이동식 상부 지지대(505) 사이에 추가 힌지가 위치될 수 있다.
스캐너의 하부 부분은 고정식 하부 지지대(510)를 더 포함할 수 있다. 하부 캡(10)(플레이트)은 고정식 하부 지지대(510)에 부착될 수 있다.
도 5에는 고정식 하부 지지대(510)와 하부 캡(10)(플레이트)이 서로 부착되어 있는 별개의 요소들로 도시되어 있지만, 본 개시의 다른 태양에서, 하부 캡(10)이 또한 고정식 하부 지지대(510)이도록 하부 캡(10)이 보다 두껍게 만들어질 수 있다. 본 개시의 태양에서, PET 시스템(1550)을 위한 배선 및 회로는 고정식 하부 지지대(510) 상에 또는 그 내에 통합될 수 있다. 고정식 하부 지지대(510)는 방의 바닥에 위치한다. 고정식 하부 지지대(510)는 또한 환자가 스캐너(100) 안에 있을 때 환자의 베드(515)와 환자(525)도 지지한다.
하부 윙들(8, 12)은 하부 캡(10)(고정식 하부 지지대(510))에 대해 회전될 수 있고 힌지(들)(3)를 통해 (그리고 또한 고정식 하부 지지대(510), 예컨대 하부 캡에 작동 가능하게 연결된 하부 윙들(8, 12)을 통해) 연결될 수 있다. 연결부와 힌지는 상부 윙들(2, 6)에 대서 위에서 설명한 것과 동일할 수 있다.
상부 부분과 하부 부분은 환자(525)를 위한 공동(18)을 형성한다.
위에서 설명한 바와 같이, 스캐너(100)의 지오메트리는 (상부 캡(4)의 높이와 같은) 상부 부분의 높이와 상부 캡(4)에 대한 상부 윙들(2, 6)의 각도 및 하부 캡(8)에 대한 하부 윙들(8, 12)의 각도를 조정하는 것에 의해 환자의 형상(크기)에 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 작은 환자(525A)(목표 위치)의 경우 상부 캡(4)은 하강될 수 있고 윙들(2, 6, 8, 12)은 수직을 향해 회전될 수 있다. 그러나, 도 8에 도시된 바와 같이, 큰 환자(525B)(목표 위치)의 경우 상부 캡(4)은 상승될 수 있고 윙들(2, 6, 8, 12)은 수평을 향해 회전될 수 있다. 상부 캡(4)은 또한 환자(525)가 스캐너, 예를 들어 공동 내로 삽입될 수 있도록 상승되고, 이어서 목표 위치로 하강될 수 있다.
본 개시의 다른 태양에서, 윙들(2, 6)은 상부 캡(4)에 대해 고정될 수 있다(고정 각도). 본 개시의 이러한 태양에서, 윙들(2, 6)은 커넥터(3A)를 통해 캡(4)에 연결될 수 있다(도 10a 및 도 10b 참조).
도 9는 캡들(4, 10)과 윙들(2, 6, 8, 12)을 도시하는 횡축 방향 도면이다. 이 도면에서, 도면의 단순화를 위해 검출기 모듈(520)은 생략했다. 그러나 검출기 모듈(520)은 캡들(4, 10)과 윙들(2, 6, 8, 12)의 음영 부분에 부착될 것이다. 음영 처리되지 않은 부분은 캡들(4, 10)과 윙들(2, 6, 8, 12)이 각각 연결되는 부분이다. 본 개시의 일 태양에서, 캡들(4, 10)과 윙들(2, 6, 8, 12) 각각은 플레이트(들)를 포함한다. 본 개시의 일 태양에서, 플레이트는 캡(4) 과 윙들(2, 6)을 형성하기 위해 휘어질 수 있다(다른 플레이트는 캡(10)과 윙들(8, 12)을 형성하도록 휘어질 수 있음). 다시 말해서, 캡(4)과 윙들(2, 6)은 일체형일 수 있고 단일 플레이트로 형성될 수 있다. 본 개시의 다른 태양에서, 윙들(2, 6)과 캡(4)의 플레이트들은 (캡(10)과 윙들(8, 12)의 플레이트들과 유사하게) 함께 용접될 수 있다. 본 개시의 다른 태양에서, 상부 부분과 하부 부분은 (종축에 대해) 각각 단부 지지대 또는 커버를 구비할 수 있고, 각각의 플레이트는 단부 지지대 또는 커버에 (도 12b의 예에 도시된 바와 같이) 부착되거나 혹은 스크루 고정될 수 있다. 본 개시의 다른 태양에서, 상부 부분이 별개인 윙들(2, 6)과 캡(4)을 포함하는 대신, 상부 부분은 연속적인 원호형 플레이트를 포함할 수 있다. 유사하게, 하부 부분은 연속적인 호형 플레이트를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용하는 "작동 가능하게 연결"이라는 용어는 위에서 설명한 예들 중 임의의 것을 지칭한다. 고정 각도는 도 9에서 식별할 수 있는 "각도"이다.
본 개시의 다른 태양에서, (상부 캡(4)의 높이와 같은) 상부 부분의 높이(상대 거리)만이 위에서 설명한 바와 같이 조정될 수 있다. 예를 들어, 도 10a에 도시된 바와 같이, (상부 캡(4)의 높이와 같은) 상부 부분은 환자(525)가 삽입 및 배치될 수 있게 하도록 상승될 수 있고, 이어서 환자(525)에 최대한 부합될 수 있게 하도록 도 10b에 도시된 바와 같이 목표 위치로 하강될 수 있다. 다른 태양에서, 스캐너(100)는 단지 2개의 위치, 즉 열린 위치와 닫힌 위치만을 가질 수 있다. 열린 위치의 예는 도 10a에 도시되어 있다. 스캐너(100)가 닫혀 있는 경우, 스캐너(100)는 횡축 방향에서 볼 때 닫힌 육각형 형상을 가질 수 있다(육각형 공동). 본 개시의 일 태양에서, 측면 길이(횡축 길이)는 약 26cm일 수 있다. 윙들(2, 6, 8, 12)의 수평에 대한 각도는 약 25° 내지 약 55°일 수 있다. 다른 태양에서, 각도는 약 35° 내지 약 45°일 수 있다. 본 개시의 다른 태양에서, 각도는 약 40°일 수 있다.
닫혀 있는 지오메트리는 시야를 갖는 공동이 정중선에서 약 65.8cm의 수평 개구 및 중심에서 약 33.4cm의 수직 개구를 구비하기 때문에 95% 측정값으로 가슴 두께가 약 28.2cm, 팔뚝 간격(forearm-forearm breath)이 61.5cm인 남성을 수용할 수 있도록 설정된다.
다른 태양에서, 스캐너(100)는 또한 측부들(114, 116)(좌측부 및 우측부)을 각각 포함할 수 있다. 측부들(114, 116)은 지지 타워(530A)에 결합될 수 있다. 측부들(114, 116)은 지지 타워(530A)에 이동 가능하게 부착될 수 있다. 본 개시의 일 태양에서, 측부들(114, 116)은 제어 암(500A)을 통해 부착될 수 있다. 제어 암(505A)은 위에서 설명한 것과 유사할 수 있다(수동 이동 또는 전동 이동). 본 개시물의 태양에서, 제어 암(505A)은 텔레비전용 벽 마운트와 유사할 수 있다.
일부 태양에서, 측부들(114, 116)은 검출기 모듈(520)이 환자(525)를 실질적으로 둘러싸도록 공동(18)을 폐쇄하기 위하여 큰 환자를 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 체구가 큰 환자의 경우에는 상부 부분이 상승되고 윙들(2, 6, 8, 12)이 수평을 향해 회전되어 상부 부분과 하부 부분 사이에 큰 간격이 있을 수 있다. 이러한 간격은 커버리지의 감소를 초래할 수 있다. 본 개시의 이러한 태양에서, 측부들(114, 116)은 실질적으로 360°의 커버리지를 제공하기 위해 갭에 위치될 수 있다. 측부들(114, 116)은 도 11에 도시된 바와 같이 환자에 인접하게 이동될 수 있다. 측부들(114, 116)이 스캔에 사용되지 않는 경우, 측부들(114, 116)은 지지 타워(530A) 쪽으로 멀어지게(지지 타워를 향하여) 이동될 수 있다. 본 개시의 일 태양에서, 측부들(114, 116)은 맞물림 또는 멀어짐의 두 위치만 가질 수 있다. 본 개시의 다른 태양에서, 측부들(114, 116)은 필요에 따라 임의의 사전에 설정된 위치, 예를 들어 목표 위치에 이동될 수 있다. 다른 태양에서, 위치는 사전에 설정되지 않을 수 있다.
본 개시의 다른 태양에서, 스캐너(100)의 상부 부분은 하부 부분에 대해 회전될 수 있다. 상부 부분은 힌지(1200)를 통해 하부 부분과 회전 가능하게 연결될 수 있다. 힌지(1200)는 이동식 상부 지지대(505A)의 각각의 단부(도 12b에 도시된 것과 같은 측부 커버 또는 지지대(1220))에 연결될 수 있다. 힌지(1200)는 엘보 커넥터 또는 조인트일 수 있다. 일부 태양에서, 힌지(1200)는 한 단부는 스크루와 같은 연결 수단을 통해 고정식 하부 지지대(510A)에 연결되고 다른 단부는 이동식 상부 지지대(505A)에 연결되는 플라스틱 조인트일 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, 플레이트들(캡들(4, 10) 및 윙들(2, 4, 8, 12))은 커버 또는 지지대(1220)에 스크루 고정될 수 있다. 플레이트들(캡들(4, 10) 및 윙들(2, 4, 8, 12))은 도 12b에서 점선으로 표시된다.
상부는 쇽 및 피스톤(shocks and pistons)(1210)을 통해 하부 부분과 연결될 수 있다. 쇽 및 피스톤(1210)은 상부 부분을 하부 부분에 대해 개방 위치와 같은 고정 위치에 회전된 상태로 유지하는 데 사용될 수 있다.
윙들(6, 12)은 (전면 커버와 같은) 커버 또는 지지대에 부착될 수도 있다. 유사하게, 윙들(2, 8)은 ((도 12b에서 볼 때) 후면 커버와 같은) 커버 또는 지지대에 부착될 수도 있다.
도 12a에 도시된 바와 같이, (이동식 상부 지지대(505A)를 포함하는) 상부 부분은 반시계 방향으로 회전될 수 있고, 이에 따라 이동식 상부 지지대(505A)는 실질적으로 수직이어서 환자(525)가 스캐너(100)에 삽입될 수 있게 할 수 있고 이어서 도 12a에 도시된 위치로 시계 방향으로 회전될 수 있다.
또한, 도 12a에 도시된 바와 같이, 상부 윙들(2, 6)은 상부 캡(4)에 대해 고정 각도를 가지고 하부 윙들(8, 12)은 하부 캡(10)에 대해 고정된 각도를 가지며, 커넥터(3A)를 통해 부착될 수 있다. 그러나, 본 개시의 다른 태양에서, 윙들(2, 6, 8, 12)은 위에서 설명한 바와 같이 회전될 수 있다. 본 개시의 다른 태양에서, 상부 부분이 별도의 상부 윙들(2, 6) 및 상부 캡(4)을 포함하는 대신, 상부 부분은 연속적인 호 형상 플레이트를 포함할 수 있다. 유사하게, 하부 부분은 연속적인 호 형상 플레이트를 포함할 수 있다.
또한, 도 12a에 도시된 바와 같이, 힌지(1200)는 좌측부에 있다. 그러나, 본 개시의 다른 태양에서, 힌지(1200)가 반대 측부에 있을 수 있고, 회전은 반대가 될 수 있는데, 예컨대 시계 방향으로 열리고 반시계 방향으로 닫힐 수 있다.
상부 좌측 윙(2), 상부 캡(4), 상부 우측 윙(6), 하부 좌측 윙(8), 하부 캡(10) 및 하부 우측 윙(12) 각각은 복수의 감지 모듈(520)을 구비한다. 각각의 검출 모듈(520)은 도면에서 직사각형으로 표현된다.
임의의 깊이 부호화 검출 모듈이 DOI 정보를 제공할 수 있는 검출 모듈(520)로 사용될 수 있다. 본 개시의 일 태양에서, 검출 모듈(520)은 약 511keV의 광자를 검출할 수 있고 섬광체 결정과의 상호작용을 3차원으로 위치 결정할 수 있다.
도 6a는 본 개시의 태양에 따라 사용될 수 있는 검출 모듈(520)의 예를 도시한다. 검출 모듈(520)은 전자 커넥터 기판(PCB)(600) 및 SiPM 픽셀(SiPM 어레이)(605)과 같은 검출 요소, 섬광체 결정(섬광체 어레이)(610) 및 도광체(615)를 포함할 수 있다. 전자 커넥터 보드(600)는 플레이트, 예컨대 캡들(4, 10)과 윙들(2, 6, 8, 12)에 바로 장착될 수 있다. 도광체(615)는 환자(525)를 향한다. 따라서 상부 부분에서는 도광체가 하측을 바라보며 하부 부분에서는 도광체는 상측을 바라본다. 본 개시의 일 태양에서, 각각의 검출 모듈(520)은 그 자신의 전자 커넥터 보드(PCB)를 구비한다.
사용될 수 있는 검출 모듈(520)의 일 예는 미국 특허 출원 번호 제16/899,636호에서 보다 상세하게 논의하고 있으며, 그 내용 전부를 참조에 의해 본 명세서 내에 포함한다. 미국 특허 출원 번호 제16/899,636호에서 설명하는 바와 같이, 검출 모듈(520)은 적어도 다음의 컴포넌트들, 즉 복수의 섬광체 결정(610)을 포함하는 섬광체 어레이; 섬광체 어레이의 일 단부에 구비되는 (SiPM 어레이(605)와 같은) 복수의 검출 요소; 및 섬광체 어레이의 다른 단부에 구비되는 (도광체(615)인) 복수의 유사 각기둥을 포함할 수 있다. 복수의 유사 각기둥의 각각의 유사 각기둥은 섬광체 어레이의 섬광체 결정들의 단부들 사이에서 입자의 방향을 바꾸도록 구성된다. 예를 들어, 섬광체 어레이의 제1 그룹의 섬광체 결정들의 단부들은 복수의 검출 요소의 제1 검출 요소로 입자를 안내하도록 구성되고, 섬광체 어레이의 제2 그룹의 섬광체 결정들의 단부들은 제1 검출 요소에 실질적으로 인접한 제2 검출 요소로 입자를 안내한다. 이러한 컴포넌트들 각각은 미국 특허 출원 번호 제16/899,636호에서 보다 상세하게 논의하고 있으며, 그 내용 전부를 참조에 의해 본 명세서 내에 포함한다.
본 개시의 일 태양에서, 하나 이상의 검출 모듈의 각각의 검출 모듈의 복수의 유사 각기둥은 도면들에 도시된 바와 같이 축(16)과 실질적으로 동축이고(도 1a 참조) 그리고 상부 좌측 윙(2), 상부 캡(4), 상부 우측 윙(6), 하부 좌측 윙(8), 하부 캡(10) 및 하부 우측 윙(12)에 의해 실질적으로 원주 방향으로 둘러싸여 있는 공동(18)을 향하고 있다.
도 6b는 2개의 인접한 검출 모듈(520)을 도시하는 플레이트의 일부분을 예시한다. 캡들(4, 10) 및/또는 윙들(2, 6, 8, 12)에 대해 유사한 검출 플레이트가 사용될 수 있다. 각각의 전자 커넥터 보드(600)는 플레이트에 바로 장착될 수 있다. 플레이트는 구리 파이프를 구비하는 금속 플레이트와 같은 냉판일 수 있다. 플레이트의 반대쪽 측부에는 전기 판독 기판(PCB)(650)이 부착될 수 있다. 본 개시의 일 태양에서, 동일한 전기 판독 보드(PCB)(650)가 동일한 플레이트 상의 모든 검출 모듈(520)에 대해 사용될 수 있다. 달리 말하면, 캡(4)은 하나의 전기 판독 보드(650)를 구비할 수 있다. 다른 태양에서, 하나 이상의 전기 판독 보드(PCB)(650)가 다수의 검출 모듈이 전기 판독 보드(PCB(650))(모든 검출 모듈들(520)의 서브세트)를 공유하도록 각각의 플레이트에 부착될 수 있다. 그러나, 본 개시의 다른 태양에서, 각각의 검출 모듈(520)이 그 자신의 전용 판독 보드(PCB)를 구비할 수 있다. 판독 보드(650)는 프로세서(1500)에 대해 유선 또는 무선 연결될 수 있다. 이동식 상부 지지대(505/505A) 또는 고정식 하부 지지대(510A)와 같은 지지대가 있는 경우, 판독 기판은 지지대에 부착될 수 있다. 전자 커넥터 기판(600)과 판독 기판(650)은 플레이트를 관통하는 배선을 통해 전기 접속될 수 있다. 배선은 가요성 커넥터에 있을 수 있다.
도 6c는 검출 모듈(520)의 매트릭스(670)를 구비하는 플레이트의 예를 도시한다. 매트릭스(670)는 검출 모듈(520)의 2차원 어레이일 수 있다. 어레이 내의 검출 모듈(520)의 수는 용도에 기초하여 정해질 수 있고, 도 6c에 도시된 예에 한정되지 않는다. 도시된 바와 같이, 매트릭스(670)는 횡축 방향으로 8개의 검출 모듈을 구비한다. 이는 도면에서 윙들(2, 6, 8, 12)에 대해 도시된 검출 모듈의 수와 유사하다.
도 5에 예로서 도시된 바와 같이, 캡(4, 10)용의 플레이트는 윙들(2, 6, 8, 12)보다 횡축 방향으로 더 많은 검출 모듈(520)을 구비한다. 그러나 본 개시는 캡들(4, 10)에서 윙들(2, 6, 8, 12)보다 검출 모듈이 더 많은 것에 한정되지 않는다.
본 개시의 다른 태양에서, 윙들(2, 6, 8, 12)과 캡들(4, 10) 각각에 부착되는 대신, 검출 모듈(520)은 그 서브세트에만 부착될 수 있다. 또한, 다른 태양에서, 검출 모듈(520)은 임의의 위치에 그리고 임의의 적절한 패턴으로 있을 수 있다.
도 1b는 스캐너(100)의 평면도이며, 상부 좌측 윙(2), 상부 캡(4) 및 상부 우측 윙(6)을 각각 볼 수 있다. 이 관상면에서, 스캐너(100)의 종방향 길이는 b로 표시되는데, 이는 임의의 적절한 길이로 생성될 수 있다.
도 15는 본 개시의 태양에 따른 PET 시스템(1550)의 특정 컴포넌트를 도시하는 블록도이다. 시스템(1550)은 프로세서(1500), 메모리(1505) 및 검출기(520)를 포함한다. 프로세서(1500)는 FPGA일 수 있다. 본 개시의 다른 태양에서, 프로세서(1500)는 마이크로컨트롤러 또는 마이크로프로세서, 또는 CPU 또는 GPU와 같은 임의의 다른 프로세싱 하드웨어일 수 있다. 메모리(1505)는 프로세서(1500)와 별개일 수 있다(또는 프로세서와 일체일 수 있다). 예를 들어, 마이크로컨트롤러 또는 마이크로프로세서는 RAM, ROM 및 영구 저장소와 같은 그러나 이에 한정되지 않는 적어도 하나의 데이터 저장 장치를 포함한다.
일부 태양에서, 상부 캡(4)과 윙들(2, 6, 8, 12) 전부의 움직임이 전동화되는 경우, 시스템(1550)은 또한 윙들을 위한 모터 제어기(들)(1510) 및 제어 암(500)을 위한 모터 제어기(들)를 구비할 수 있다. 시스템(1500)은 또한 측부들(114, 116)(제어 암(500A))을 위한 모터 제어기(들)를 포함할 수 있다(측부들을 위한 모터 제어기(들)는 도 15에 도시되지 않음). 윙들(2, 6, 8, 12)이 고정되어 있는 경우, 윙들을 위한 모터 제어기(들)(1510)는 생략될 수 있다. 프로세서(1500)는 검출 모듈(520)로부터 정보를 수신하고 메모리(1505)에 저장된 재구성 알고리즘을 사용하여 이미지를 재구성하도록 구성될 수 있다. 일부 태양에서, 재구성 알고리즘 내의 모듈과 시스템 매트릭스는 그 지오메트리가 스캐너(100)에 종속될 수 있다. 지오메트리에 종속적인 정보는 메모리(1505)에 저장될 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, 메모리(1505)는 하나 이상의 룩업 테이블을 구비할 수 있다. 각각의 룩업 테이블은 그 용도에 특정적일 수 있다. 예를 들어, 시스템(1550)은 뇌 스캔용으로 해당 용도로만 사용될 수 있다. 다른 태양에서, 시스템(1550)은 전신 스캔용으로 사용될 수 있다. 뇌 스캔과 전신 스캔에 대해 저장되어 있는 룩업 테이블들은 서로 다를 수 있다.
도 16a는 본 개시의 태양에 따른 뇌 스캔용 룩업 테이블(1650) 중 하나를 나타내고 있다. 룩업 테이블(1650)은 머리 둘레를 포함할 수 있다. 이러한 머리둘레는 환자의 전형적인 머리둘레일 수 있다. 머리 둘레는 테이블(1650)에서 H1 및 H2로 표시되며, 그 둘레들은 서로 다르다. 예를 들어, 예상 환자의 5번째 내지 95번째 백분위수에 대한 머리 둘레가 테이블(1650)에 포함될 수 있다. 더 많은 머리 둘레를 갖는 룩업 테이블(1650)은 환자에 대한 적합도를 보다 높이기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 테이블(1650)은 5%에서 95%까지 매 5%에 대한 측정값을 포함할 수 있다. 다른 태양에서, 테이블(1650)은 매 10%에 대한 측정값을 포함할 수 있다. 테이블(1650)은 또한 측정과 관련된 상부 캡(4)의 목표 위치를 포함한다. 예를 들어, 머리 둘레가 H1인 경우 캡(4)의 목표 위치가 P1일 수 있고 머리 둘레가 H2인 경우 캡(4)의 목표 위치는 P2일 수 있다. 테이블은 또한 윙들의 위치도 포함할 수 있다. 뇌 스캔의 경우, 윙들이 머리에 가장 가까운 위치로 이동할 수 있도록 윙들이 최대 각도, 예컨대 각각의 측정에 대해 수직이 가깝게 설정되도록 설정될 수 있다.
일부 태양에서, 테이블(1650)은 또한 각각의 측정에 대하여 지오메트리에 종속적인 시스템 매트릭스를 포함할 수 있다. 지오메트리에 종속적인 시스템 매트릭스는 테이블(1650)에서 H1에 대해서는 SM1로 그리고 H2에 대해서는 SM2로 표시된다. 따라서 시스템 매트릭스는 스캐너의 지오메트리에 따라 다를 수 있다.
일부 태양에서, 테이블(1650)은 또한 지오메트리에 종속적인 정규화 파라미터와 같은 재구성 알고리즘을 위한 지오메트리에 종속적인 모듈을 포함할 수 있다.
다른 태양에서, 테이블(1650)은 시스템 매트릭스 및 지오메트리에 종속적인 모듈을 포함하지 않을 수 있고, 이들은 지오메트리, 예컨대, P1 및 V1 또는 P2 및 V1 ...에 기초하여 실시간으로 계산될 수 있다.
유사한 룩업 테이블(1660)이 전신 스캔의 경우에도 사용될 수 있다. 그러나, 뇌 둘레의 측정값 대신, 전신 스캔에 대해서는 환자의 다른 피처(다른 측정된 피처)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 전신 스캔과 관련된 하나 이상의 피처는 특징은 가슴 두께 및 팔뚝 간격일 수 있다. 가슴 두께는 (그리고 일부 태양에서 측부들(114, 116)이 사용되든 그렇지 않든) 상부 캡(4)의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있고, 팔뚝 간격은 (가슴 두께를 따르는) 윙들(2, 6, 8, 12)의 위치를 결정하는 데 사용될 수 있다. 이 예에서, 가슴 두께는 B1 및 B2(다른 측정값들)로 표시되고, 팔뚝 간격은 F1 및 F2(다른 측정값들)로 표시되며, 상부 캡의 목표 위치는 PX 및 PY로 표시되고, 윙들의 목표 위치는 VA 내지 VD로 표시된다. 다른 시스템 매트릭스는 SMW 내지 SMZ로 표시되고, 다른 지오메트리에 종속적인 모듈은 MA 내지 MD로 표시된다.
다른 태양에서, 테이블(1660)은 시스템 매트릭스 및 지오메트리에 종속적인 모듈들을 포함하지 않을 수 있고, 이들은 지오메트리에 기초하여 실시간으로 계산될 수 있다.
예상 환자의 5번째 내지 95번째 백분위수에 대한 가슴 두께 및 팔뚝 간격이 테이블(1660)에 포함될 수 있다. 더 많은 측정값들을 갖는 룩업 테이블(1660)이 환자에 대한 적합도를 보다 높이기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 테이블(1660)은 5%에서 95%까지 매 5%에 대한 또는 매 10%에 대한 측정값을 포함할 수 있다.
측정값의 수는 도 16a 또는 도 16b에 표시된 수로 한정되지 않는다. 룩업 테이블들(1650, 1660)은 상부 캡(4)과 윙들이 모두 이동할 수 있는 경우에 사용될 수 있지만, 상부 캡(4)만 이동할 수 있는 경우에는 다른 룩업 테이블이 사용될 수 있다. 또한, 측부들(114, 116)이 이동될 수 있는 경우에는 다른 룩업 테이블이 사용될 수 있다.
도 13은 본 개시의 태양에 따른 방법의 흐름도를 예시한다. 이 방법은 환자의 하나 이상의 측정된 피처 및 분야에 따라 스캐너(100)의 지오메트리 구성 형태를 결정하는 것을 포함한다.
S1300에서, PET 시스템(1550)의 용도가 결정될 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 용도는 뇌 스캔 또는 전신 스캔일 수 있다. 그러나 PET 시스템(1550)의 용도는 뇌 스캔 또는 전신 스캔에 한정되지 않고, 하체 스캔과 같은 다른 용도로 사용될 수 있다. 이 태양에서, 각기 다른 측정 파라미터들이 각기 다른 룩업 테이블들과 함께 사용될 수 있다. 용도가 전용 뇌 스캔인 경우, S1305에서 환자의 머리 둘레가 측정된다. 본 개시의 일 태양에서, 환자의 의료 기록이 이미 머리 둘레의 측정값을 포함하면, 프로세서(1500)는 전자 환자 기록으로부터 측정값을 검색할 수 있다. 다른 태양에서, 환자의 의료 기록이 종이 형태로 측정값을 이미 포함하면, 작업자가 사용자 인터페이스(미도시)를 통해 측정값을 입력할 수 있다. 본 개시의 일 태양에서, 작업자는 공지된 임의의 측정 장치를 사용하여 환자의 머리 둘레를 측정할 수 있다. 측정값은 프로세서(1500)에 입력될 수 있다.
다른 태양에서, 정지 이미지가 환자에 대해 촬영될 수 있고, 머리 둘레는 프로세서(1500)에 의해 이미지 처리 및 추산을 통해 결정될 수 있다.
S1310에서, 프로세서(1500)는 메모리(1505)에서 룩업 테이블(1650)을 검색한다. 룩업 테이블은 캡(4)과 윙들(2, 6, 8, 12)에 대해 이용 가능한 위치(사전 설정 위치이며 보정될 수 있음)를 포함할 수 있다. S1315에서, 가장 부합하는 지오메트리가 식별된다. 본 개시의 일 태양에서, 프로세서(1500)는 테이블(1650)이 디스플레이(미도시) 상에 디스플레이되게 하고 작업자는 뇌 둘레의 측정값을 이용하여 가장 부합하는 지오메트리를 식별한다. 측정된 뇌둘레와 룩업 테이블(1650)의 라인 항목이 일치하면, 상응하는 목표 위치(캡 위치 및/또는 윙 위치)가 선택된다. 일치하는 항목이 없고 측정된 뇌 둘레가 룩업 테이블(1650)의 두 개의 라인 항목들 사이에 있으면, 가장 가까운 라인 항목이 선택되고 선택된 라인 항목의 상응하는 위치(들)가 목표 위치(캡 위치 및/또는 윙 위치)(선택된 사전 설정 위치)로 선택된다. 위에서 설명하는 바와 같이, 스캐너는 각기 다른 운동 범위들, 즉 캡(4)의 단독 이동, 캡(4)의 이동 및 윙들(2, 6, 8, 12)의 이동, 캡(4), 윙들(2, 6, 8, 12) 및 측부들(114, 116)의 이동을 가질 수 있다. 따라서 목표 위치(들)는 스캐너(100)가 사용되는 곳에 기초할 수 있다.
본 개시의 다른 태양에서, 룩업 테이블(1650)이 디스플레이되지 않을 수 있고, 프로세서(1500)는 뇌 둘레의 측정값에 기초하여 룩업 테이블(1650)을 사용하여 가장 부합하는 지오메트리를 결정한다. 측정된 뇌 둘레와 룩업 테이블(1650)의 라인 항목이 일치하면, 프로세서(1500)는 상응하는 목표 위치(캡 위치 및/또는 윙 위치)를 선택할 수 있다. 일치하는 항목이 없고 측정된 뇌 둘레가 룩업 테이블(1650)의 두 개의 라인 항목들 사이에 있으면, 프로세서(1500)는 가장 가까운 라인 항목을 선택할 수 있고 선택된 라인 항목의 상응하는 위치(들)가 목표 위치(캡 위치 및/또는 윙 위치)(선택된 사전 설정 위치)로 선택된다.
다른 태양에서, 캡(4) 또는 윙들에 대해 다른 위치가 이용 가능한 경우에, 일치하는 항목이 없고 측정된 뇌 둘레가 룩업 테이블(1650)의 두 개의 라인 항목들 사이에 있으면, 프로세서(1500)는 두 개의 라인 항목들로부터의 위치들의 비를 이용하여 희망하는 목표 위치를 보간할 수 있다.
S1320에서, 프로세서(1500)는 스캐너의 목표 지오메트리에 대한 재구성 알고리즘에 사용하기 위한 시스템 매트릭스 및 지오메트리에 종속적인 모듈들을 결정한다. 본 개시의 일 태양에서, 프로세서(1500)는 룩업 테이블을 사용하여 선택된 라인-항목에 대해 상응하는 시스템 매트릭스 및 지오메트리에 종속적인 모듈들을 획득할 수 있다. 다른 태양에서, 프로세서(1500)는 스캐너의 목표 지오메트리에 기초하여 시스템 매트릭스 및 지오메트리에 종속적인 모듈들을 계산할 수 있다. 다른 태양에서, 프로세서가 목표 위치를 보간하는 경우, 프로세서(1500)는 시스템 매트릭스 및 지오메트리에 종속적인 모듈들을 두 개의 라인 항목들에 상응하는 시스템 매트릭스 및 지오메트리에 종속적인 모듈들로부터 조정할 수 있다.
S1325에서, 스캐너(100)는 (이미 열린 위치에 있는 것이 아니라면) 열린 위치로 이동되고, 환자(525)가 베드(515)에 위치되고, 이어서 스캐너(100)는 목표 지오메트리 위치(들)로 이동된다.
본 개시의 일 태양에서, 제어 암(들)(500)이 전동화되는 경우, 프로세서(1500)는 모터 제어기가 제어 암(들)을 이동시켜 상부 캡(4)이 목표 위치로 이동되게 하도록 모터 제어기(1515)에 명령을 내릴 수 있다. 모터 제어기(1515)는 제어 암(들)의 모터에 적절한 전력을 공급하여 제어 암(들)(500)이 목표 위치로 이동하게 한다. 일부 태양에서, 제어 암(들)(500)은 위치 센서를 포함하고, 위치 센서는 실제 위치를 모터 제어기(1515) 및/또는 프로세서(1500)에 다시 보고(피드백)한다.
본 개시의 태양에서, 윙들(2, 6, 8, 12)이 회전할 수 있고 힌지가 전동화된 경우(예컨대, 1400), 프로세서(1500)는 윙들용의 모터 제어기(들)(1510), 예컨대 스테퍼 모터 제어기에 명령을 내릴 수 있고, 이에 따라 윙들(2, 6, 8, 12)이 목표 위치(들)로 이동된다. 모터 제어기(1510)는 회전 단계(들)의 모터에 적절한 전력을 공급하여 각각의 윙(2, 6, 8, 12)이 목표 위치로 회전하게 한다.
일부 태양에서, 회전 스테이지(1400)는 인코더를 포함하고, 인코더는 실제 위치를 모터 제어기(1510) 및/또는 프로세서(1500)에 다시 보고(피드백)한다.
다른 태양에서, 이동이 수동인 경우, 작업자는 이동식 상부 지지대(505)를 선택된 라인-아이템에 대응하는 목표 위치로 이동시킬 수 있다. 본 개시의 일 태양에서, 제어 암(들)(500)은 작업자가 상부 캡(4)이 목표 위치에 있는지 여부를 알 수 있게 위치를 나타내는 표식을 구비할 수 있다. 다른 태양에서, 제어 암(들)(500)은 위치 센서를 포함하고, 위치 센서는 실제 위치를 프로세서(1500)에 다시 보고(피드백)하며, 프로세서(1500)는 그 실제 위치를 디스플레이에 디스플레이한다. 다른 태양에서, 프로세서(1500)는 캡(4)의 위치가 목표 위치에 있을 때 알림을 발생시킬 수 있다.
이와 유사하게, 이동이 수동인 경우, 작업자는 각각의 윙을 선택한 라인 항목에 상응하는 목표 위치로 이동시킬 수 있는데, 예컨대 윙을 회전시킬 수 있다. 본 개시의 일 태양에서, 힌지(3)는 각도를 감지하여 실제 위치를 프로세서(1500)에 다시 보고(피드백)하는 센서 또는 인코더를 포함할 수 있고, 프로세서(1500)는 윙들(2, 6, 8, 12)이 목표 위치에 있는 때를 작업자가 알도록 실제 위치를 디스플레이에 디스플레이한다. 다른 태양에서, 프로세서(1500)는 상부 캡(4)의 위치가 목표 위치에 있을 때 알림을 발생시킬 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, S1320과 S1325의 순서가 반대일 수 있다.
용도가 전신 스캔인 경우, S1330에서 환자 가슴 두께 및 팔뚝 간격이 측정될 수 있다. 본 개시의 태양에서, 환자의 의료 기록이 이미 측정값을 포함하면, 프로세서(1500)는 전자 환자 기록으로부터 측정값을 검색할 수 있다. 다른 태양에서, 환자의 의료 기록이 종이 형태로 측정값을 이미 포함하면, 작업자는 사용자 인터페이스(미도시)를 통해 측정값을 입력할 수 있다. 본 개시의 일 태양에서, 작업자는 공지된 임의의 측정 장치를 사용하여 환자의 가슴 두께와 팔뚝 간격을 측정할 수 있다. 측정값은 프로세서(1500)에 입력될 수 있다.
다른 태양에서, 환자의 정지 이미지가 촬영될 수 있고, 가슴 두께와 팔뚝 간격이 프로세서(1500)에 의해 이미지 처리 및 추산을 통해 결정될 수 있다. S1310에서, 프로세서는 룩업 테이블(1660)을 검색할 수 있다. 그런 다음 위에서 설명한 것과 유사한 방식으로 전신 스캔에 대해 S1315 내지 S1325가 실행된다.
추가로, 필요한 경우, 프로세서(1500)는 위에서 설명한 바와 같이 측부들(114, 116)의 위치를 제어할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 스캐너(100)의 부분들이 환자의 형상에 가장 부합하도록 필요에 따라 목표 위치로 선택적으로 이동될 수 있다. 스캐너(100)의 부분들의 이동은 스캔될 환자의 신체 부위에 거의 부합하는 구조를 달성하고 이에 따라 분해능의 증가 및/또는 이미지 효율의 증가를 돕도록 실시될 수 있다. 이러한 이동 시, 스캐너(100)는 환자의 PET 스캔을 획득할 수 있다.
도면에서 상부 부분이 이동하고 하부 부분은 고정되어 있지만, 본 개시의 일부 태양에서는 하부 부분이 이동할 수 있고 상부 부분은 고정될 수 있다. 본 개시의 다른 태양에서, 상부 부분과 하부 부분 모두 이동할 수 있다.
또한, 위에서 설명한 바와 같이, 각각의 윙이 대칭적으로 이동되지만, 다른 태양에서는 윙들(2, 6, 8, 12)은 서로 다른 각도를 가질 수 있다. 예를 들어, 상부 윙들(2, 6)은 상부 캡(4)에 대해 제1 각도일 수 있고 하부 윙들(8, 12)은 하부 캡(10)에 대해 제2 각도일 수 있다.
도면이 상부 캡(4)의 각각의 측부에 하나의 윙(예컨대, 상부 좌측 윙(2) 및 상부 우측 윙(6))을 그리고 하부 캡(10)의 각각의 측부에 하나의 윙(예컨대, 하부 좌측 윙(8) 및 하부 우측 윙(12))을 도시하고 있지만, 본 개시의 다른 태양에서 각각의 측부에 다수의 윙 섹션들이 있을 수 있다. 각각의 윙 섹션의 길이는 도면에 도시된 것보다 더 작게 만들어질 수 있고, 각각의 윙 섹션은 캡 및 다른 윙 섹션에 대해 각이 질 수 있다. 예를 들어, 두 개의 윙 섹션은 스캐너(100)의 형상이 환자(525)의 형상에 추가로 부합할 수 있도록 서로에 대해 회전 가능하게 부착될 수 있다.
본 개시의 태양에서, 스캐너(100)는 적절한 하우징 내에 배치될 수 있고, 환자의 하나 이상의 선택된 영역을 PET 스캔에 노출시킬 수 있다. PET 스캔은 여러 영역에서 획득될 수 있고, 스캔할 영역을 커버하는 데 필요한 환자 지지 위치의 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 이상이 소요될 수 있다.
본 개시의 일 태양에서, 프로세서(1500)는 스캐너 자체의 하우징 내에 포함될 수도 있고, 스캐너(100) 및 검출 모듈(520)과 충분히 (무선 또는 유선) 연결된 상태일 수도 있다.
프로세서(1500)는 복수의 섬광체 결정 중 적어도 하나의 섬광체 결정 내의 적어도 하나의 상호작용 사이트의 3차원(3D) 감마선 위치 결정을 수행하도록 구성된 복수의 지도형 러닝 머신 알고리즘을 처리하도록 구성된다.
도 17은 환자의 PET 영상을 생성하는 과정을 도시한다. 과정은 S1300에서 결정된 임상 분야에 따라 달라진다. 위에서 설명한 바와 같이, 환자(525)의 하나 이상의 피처의 실제 측정값과 임상 분야는 (응답 라인의 길이를 감소시키는 것에 의한 비공선성으로 인한 오류를 감소시키는 것에 의해) 감도를 향상시키고 공간 분해능을 개선시키는 (S1315에 설명된) 부합하는 PET 스캐너(100)를 제공하는 데 사용될 수 있다.
PET 이미지를 생성하기 위해 사용되는 스캐너 지오메트리에 상응하는 시스템 매트릭스는 S1320에서 획득되고, (지오메트리 정규화와 같은) 지오메트리에 종속적인 모듈(들)은 S1320에서 획득된다.
시스템 매트릭스는 이미지 공간과 투영 공간 사이의 관계를 설명한다. 지오메트리 컴포넌트 및 블러 컴포넌트와 같은 일부 요소들을 포함한다. 위에서 설명한 바와 같이, 시스템 매트릭스는 사용 가능한 모든 지오메트리에 대해 사전에 계산될 수 있다. PET 스캐너(100)의 지오메트리가 (환자 측정값(들) 및 임상 분야에 기초하여) 완성되고 나면, 상응하는 시스템 매트릭스가 룩업 테이블을 이용하여 선택될 수 있다.
양전자 단층 촬영(PET)의 정규화는 2개의 측면들, 즉 차분 검출 모듈 응답에 대한 교정(S1700) 및 지오메트리 효과에 대한 교정(S1320)을 포함한다. 지오메트리 정규화를 위해, PET 스캐너(100)의 불규칙적이고 부합하는 지오메트리에 발생하는 지오메트리 아티팩트가 교정된다. 예를 들어, 지오메트리 정규화는 몬테카를로(Monte-Carlo) 시뮬레이션을 사용하여 행해질 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 지오메트리 정규화는 메모리에서 룩업 테이블에 저장될 수 있다.
검출 모듈 정규화(S1700)를 위해, 전체 스캐너에서 균일한 성능을 달성하도록 모든 검출 모듈의 차분 응답이 교정된다. 검출 모듈 정규화는 (점 또는 막대 방사선원을 이용한) 정규화 스캔을 이용하여 실험적으로 행해질 수 있다. S1720에서, 환자가 스캔되고, 방출 동시계수 데이터가 획득된다.
응답 라인(LOR)의 위치 오차는 DOI 및 컴프턴 산란(Compton scattering)으로 인해 발생한다. LOR 위치 오차를 보정하기 위해 DOI 보정 및 컴프턴 산란 복구가 수행된다(S1730). S1730에서, 프로세서(1500)는 섬광체 결정에서의 상호작용 감마선의 반응 심도(DOI) 정보를 사용하여 시차 효과(즉, 응답 라인(LOR)의 위치 오차로 인한 지오메트리 블러)를 보정하는 DOI 보정을 실행한다. 또한, S1730에서, 프로세서(1500)는 또한 복수의 섬광체 결정 중 적어도 하나의 컴프턴 이벤트 산란을 복구하는 것에 의해 반응 심도(DOI) 정보를 이용하여 컴프턴 산란 복구를 수행하는 것에 의해 컴프턴 산란으로 인한 LORS 오차를 보정하고 그리고 적어도 하나의 검출 모듈(520) 각각에 대한 3D 감마선 위치 결정에 기초하여 실틸레이터 레벨에서 적어도 하나의 컴프톤 이벤트의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 프로세서(1500)는 복수의 섬광체 결정에서 흡수된 적어도 2개의 상호 작용의 분해 에너지에 기초하여 적어도 하나의 컴프톤 이벤트의 위치를 결정하도록 더 구성될 수 있는데, 분해 에너지는 적어도 하나의 광 공유 패턴에 기초하고 적어도 하나의 광 공유 패턴은 복수의 섬광체 결정의 복수의 검출기 및 검출기(520) 각각의 도광체에 대한 위치에 기초한다.
S1735에서, 프로세서(1500)는 감쇠 보정을 실행한다. 감쇠는 실제 동시계수 이벤트들(즉, 연속 감마선)의 검출이 신체에서의 흡수 때문에 안 되는 것이다. 감쇠로 인한 카운트 손실은 이미지 노이즈, 이미지 아티팩트 및 이미지 왜곡을 증가시킨다. 감쇠 보정은 이러한 손실 카운트를 보상하고 PET 스캔에서 발생할 수 있는 커다란 아티팩트를 제거한다.
S1740에서, 프로세서(1500)는 지오메트리 종속성 시스템 매트릭스, 정규화 팩터(검출 모듈 및 지오메트리), DOI 보정, 컴프톤 산란 보정 및 감쇠 보정에 기초하여 최대 가능성 기댓값 최대화(MLEM; Maximum-likelihood Expectation maximization) 알고리즘 및 획득 환자를 사용하여 이미지 재구성을 수행한다.
프로세서(1500)의 다양한 프로세스에 기초하여, 프로세서(1500)는 또한 임의의 적합한 재구성 알고리즘(들)을 이용하여 환자의 관심 영역의 2차원 및 3차원 둘 다의 단층 촬영 이미지를 재구성하도록 구성될 수 있다.
재구성된 이미지는 S1745에서 스캐너(100)의 일부이거나 혹은 스캐너(100)에 (유/무선) 연결된 디스플레이(미도시)에 표시될 수 있다. 디스플레이 사용의 일예로, 프로세서(1500)는 TOF 데이터로부터 스캔되는 환자 또는 대상의 영역을 재구성할 수 있다. 그런 다음 재구성은 3차원 렌더링, 다평면 재구성 또는 환자 조직 기능의 2차원 이미징을 위해 사용될 수 있다. 그러면 이미지가 디스플레이에 디스플레이될 수 있다. 디스플레이는 CRT, LCD, 플라즈마 스크린, 프로젝터, 프린터 또는 이미지를 표시하기 위한 기타 출력 장치일 수 있으며, 프로세서(1500)와 충분히 (무선 또는 유선으로) 연결될 수 있다.
스캐너는 제어 정보, 즉 이미징 파라미터 및 시험 파라미터를 입력하기 위한 입력부 및 제어 정보와 재구성된 이미지를 출력하기 위한 출력부도 또한 구비할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "프로세서"라는 용어는 싱글 코어 프로세서, 멀티 코어 프로세서, 단일 장치에 위치된 다수의 프로세서, 또는 서로 유선 또는 무선 통신하며 장치의 네트워크, 인터넷 또는 클라우드를 통해 분산된 다수의 프로세서를 포함할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "프로세서"에 의해 수행되거나 혹은 수행되도록 구성된 기능, 특징 또는 명령은 싱글 코어 프로세서에 의한 기능, 특징 또는 명령의 수행을 포함할 수 있거나, 멀티 코어 프로세서의 다수의 코어들에 의한 기능, 특징 또는 명령의 집합적 또는 협력적인 수행을 포함할 수 있거나, 혹은 다수의 프로세서들에 의한 기능, 특징 또는 명령의 집합적 또는 협력적인 수행을 포함할 수 있으며, 각각의 프로세서 또는 코어는 모든 기능, 특징 또는 명령을 개별적으로 수행할 필요는 없다. 예를 들어, 여기서 설명하는 기능, 특징 또는 명령을 달성하기 위해 싱글 FPGA가 사용될 수 있거나 혹은 다수의 FPGA가 사용될 수 있다. 예를 들어, 다수의 프로세서는 부하 균형을 허용할 수 있다. 추가적인 예에서, (원격 또는 클라우드라고도 하는) 서버 프로세서는 클라이언트 프로세서를 대신하여 일부 기능 또는 모든 기능을 달성할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "프로세서" 또는 "제어기"라는 용어는 "회로"라는 용어로 대체될 수 있다. "프로세서"라는 용어는 코드를 실행하는 (공유, 전용 또는 그룹) 프로세서 하드웨어 및 프로세서에 의해 실행되는 코드를 저장하는 (공유, 전용 또는 그룹) 메모리 하드웨어를 지칭하거나, 그것의 일부이거나 혹은 그것을 포함할 수 있다.
프로세서(1500)는 하나 이상의 인터페이스 회로를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 인터페이스 회로는 LAN(Local Area Network), 인터넷, WAN(Wide Area Network) 또는 이들의 조합에 연결되는 유선 또는 무선 인터페이스를 포함할 수 있다. 본 개시의 임의의 주어진 프로세서의 기능은 인터페이스 회로를 통해 연결된 다수의 프로세서 사이에 분산될 수 있다.
또한, 본 개시의 일부 태양에서, 전자적으로 판독 가능한 제어 정보가 저장되어 있는 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체는, 해당 저장 매체가 프로세서에서 사용될 때 본 여기서 설명하는 기능의 태양들을 수행하도록 구성된다.
또한, 위에서 설명한 방법들 중 어떤 방법도 프로그램의 형태로 실시될 수 있다. 프로그램은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있으며, 컴퓨터 장치(프로세서를 포함하는 장치)에서 실행될 때 위에서 설명한 방법 중 어느 한 방법을 수행하도록 구성된다. 따라서 비일시적이고 유형인 컴퓨터 판독 가능 매체는 정보를 저장하기에 적합하고, 데이터 처리 설비 또는 컴퓨터 장치와 상호 작용하여 위에서 언급한 실시예 중 임의의 실시예의 프로그램을 실행하고 그리고/또는 위에서 언급한 실시예 중 임의의 실시예의 방법을 수행하기에 적합하다.
컴퓨터 판독 가능 매체 또는 저장 매체는 컴퓨터 장치의 본체 내부에 설치되는 내장형 매체이거나 혹은 컴퓨터 장치의 본체로부터 분리 가능하게 배열되는 착탈식 매체일 수 있다. 여기서 사용하는 바와 같은 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어는 (반송파와 같은) 매체를 통해 전파되는 일시적인 전기 또는 전자기 신호를 포함하지 않으며, 따라서 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어는 유형적이고 비일시적인 것으로 간주된다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 비제한적인 예는 (예를 들어, 플래시 메모리 장치, 소거 가능하고 프로그램 가능한 리드 온리 메모리 장치 또는 마스크 리드 온리 메모리 장치를 포함하는) 재기록 가능 비휘발성 메모리 장치; (예를 들어, 스태틱 랜덤 액세스 메모리 장치 또는 다이나믹 랜덤 액세스 메모리 장치를 포함하는) 휘발성 메모리 장치; (예를 들어, 아날로그 또는 디지털 자기 테이프 또는 하드 디스크 드라이브를 포함하는) 자기 저장 매체; 및 (예를 들어, CD, DVD 또는 블루레이 디스크를 포함하는) 광 저장 매체를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 내장형의 재기록 가능 비휘발성 메모리를 갖는 매체의 예는 메모리 카드를 포함하지만 이에 한정되지는 않으며, 내장형 ROM을 갖는 매체의 예는 ROM 카세트를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 또한, 저장된 이미지에 대한 다양한 정보, 예를 들어 특성 정보는 임의의 다른 형태로 저장될 수 있거나, 혹은 다른 방식으로 제공될 수 있다.
메모리 하드웨어라는 용어는 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어의 하위 집합이다. 본 명세서에 사용되는 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어는 (반송파와 같은) 매체를 통해 전파되는 일시적인 전기 또는 전자기 신호를 포함하지 않으며, 따라서 컴퓨터 판독 가능 매체라는 용어는 유형적이고 비일시적인 것으로 간주된다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 비제한적인 예는 (예를 들어, 플래시 메모리 장치, 소거 가능하고 프로그램 가능한 리드 온리 메모리 장치 또는 마스크 리드 온리 메모리 장치를 포함하는) 재기록 가능 비휘발성 메모리 장치; (예를 들어, 스태틱 랜덤 액세스 메모리 장치 또는 다이나믹 랜덤 액세스 메모리 장치를 포함하는) 휘발성 메모리 장치; (예를 들어, 아날로그 또는 디지털 자기 테이프 또는 하드 디스크 드라이브를 포함하는) 자기 저장 매체; 및 (예를 들어, CD, DVD 또는 블루레이 디스크를 포함하는) 광 저장 매체를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 내장형의 재기록 가능 비휘발성 메모리를 갖는 매체의 예는 메모리 카드를 포함하지만 이에 한정되지는 않으며, 내장형 ROM을 갖는 매체의 예는 ROM 카세트를 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 또한, 저장된 이미지에 대한 다양한 정보, 예를 들어 특성 정보는 임의의 다른 형태로 저장될 수 있거나, 혹은 다른 방식으로 제공될 수 있다.
아래의 비제한적인 예를 들어 본 개시를 더 상세하게 설명한다.
예 1
3개의 핵심 매트릭이 PET 스캐너의 성능 및 실행 가능성 평가를 주도하는데, 이 PET 시스템의 경우 감도, 공간 분해능 및 비용이다. PET 스캐너의 달성 가능한 감도, 공간 분해능 및 비용에는 - 물리적, 수학적 및 경제학적 법칙에 의해 결정되는 - 근본적인 한계가 있다. 따라서 평가는 본 개시의 일부 태양으로 여기에서 설명하는 스캐너에 대해 그 근본적인 한계를 원통형의 Siemens® Biograph Vision ® 스캐너로 대표되는 최신 기술의 것과 비교하는 것에 의해 이루어질 수 있다.
감도
환자 선량과 이미지 품질의 핵심 동인인 PET 스캐너의 감도는 스캐너의 지오메트리와 검출기의 효율에 의해 제어된다.
감도 ≤ 지오메트리 효율 * 검출기 효율
본 개시의 특정 태양 및 Siemens® Biograph Vision® 스캐너와 같은 현재의 원통형 PET 스캐너의 지오메트리 효율을 정량화하는 분석 방법이 개발되었다.
지오메트리 효율의 정의
지오메트리 효율은 검출기에 충돌하는 방출 방사선의 부분(fraction)을 설명하는 임의의 방사선 검출 장치의 핵심 성능 메트릭이다. 이 측정값이 방사선원의 검출기에 대한 위치 및 특성에 따라 달라지기 때문에, 방사선이 검출기 조립체의 중심에 위치된 점광원으로부터 등방성으로 방출되는 것으로 가정한다. 수학적으로, 지오메트리 효율(E)은 방사선원에 대해 검출기가 대면하는 입체각 Ω으로 정의된다.
Figure pct00013
(1)
입체각은 검출기 전체 표면(s)의 표면 적분으로 정의되고, 원점은 방사선 점광원에 의해 정의된다.
Figure pct00014
(2)
청구된 장치 디자인의 지오메트리 효율
도 1a의 스캐너(100)의 지오메트리의 대칭성을 활용하면, 캡(상부 캡(4) 또는 하부 캡(10)) 및 윙 플레이트(상부 좌측 윙(2)과 상부 우측 윙(6) 중 하나, 또는 하부 좌측 윙(8)과 하부 우측 윙(12) 중 하나)의 입체각 커버리지 측면에서 완전한 6-플레이트 어레이(상부 좌측 윙(2), 상부 캡(4), 상부 우측 윙(6), 하부 좌측 윙(8), 하부 캡(10) 및 하부 우측 윙(12))의 지오메트리 효율(E)은 다음과 같이 작성될 수 있다.
Figure pct00015
(3)
캡 및 윙 플레이트의 입체각 커버리지를 알아내기 위하여, 플레이트가 대향하는 입체각에 대한 일반식을 전개하고 나서 이 식을 적용하여 Ωcap과 Ωwing을 구했다.
플레이트의 입체각
점광원에 대해 일반화된 플레이트의 지오메트리가 도 2에 도시되어 있다. 지오메트리는 단지 4개의 파라미터, 즉 플레이트의 평면에 수직인 단위 벡터(
Figure pct00016
), 점광원을 플레이트의 중심에 연결하는 방사 벡터(
Figure pct00017
), 및 플레이트의 가장자리를 지정하는 벡터들(
Figure pct00018
,
Figure pct00019
)에 의해 지정된다. 벡터(
Figure pct00020
)는 점광원으로부터 플레이트의 평면까지의 최단 거리를 나타내는 적당한 양이다(
Figure pct00021
가 플레이트 자체로 갈 필요는 없음). 이는 아래와 같이 정의된다.
Figure pct00022
(4)
플레이트의 중심이 점광원 위에 있는 경우, 즉
Figure pct00023
인 경우에 대한 식이 전개되었다.
Figure pct00024
를 따라 배향된
Figure pct00025
및
Figure pct00026
를 따라 배향된
Figure pct00027
를 갖는 직교 좌표계에서 작업하고, 방정식 2에 적절히 대입하면, 그 결과 아래의 방정식을 얻게 된다.
Figure pct00028
(5)
여기서
Figure pct00029
,
Figure pct00030
그리고
Figure pct00031
이다. 그러면 이 적분은,
Figure pct00032
이고
Figure pct00033
인 경우에 대해
다음과 같이 구해질 수 있다.
Figure pct00034
(6)
다음으로, 플레이트 중심이
Figure pct00035
를 따라
Figure pct00036
만큼 오프셋되는 경우의 보다 일반적인 시나리오에서의 입체각 커버리지에 대한 식이 전개되었다. 대칭성을 활용하는 것에 의해, 이 입체각(Ω1)은 중심 잡힌 플레이트들이 대향하는 입체각들의 선형 조합,
Figure pct00037
으로 표현될 수 있다.
식은 2개의 가능한 지오메트리 시나리오, 즉 (1)
Figure pct00038
가 플레이트와 교차하는 경우 및 (2)
Figure pct00039
가 플레이트와 교차하지 않는 경우 각각에 대해 별도로 주어진다.
Figure pct00040
에 대해
Figure pct00041
로 정의된 시나리오 1에서, 지오메트리 추론으로부터 다음과 같이 표시될 수 있다.
Figure pct00042
(7.1)
유사하게,
Figure pct00043
로 정의된 시나리오 2의 경우, 다음과 같이 표시될 수 있다.
Figure pct00044
(7.2)
함께, 이 식들은
Figure pct00045
을 계산하기 위한 완벽한 알고리즘을 제공한다.
컴포넌트들의 입체각 커버리지
플레이트의 입체각에 대한 이러한 일반식을 가지고서,
Figure pct00046
과
Figure pct00047
이 본 개시의 태양에 따라 개시된 디자인의 맥락 내에서 계산될 수 있다. 아래의 변수들은 도 1에 개시된 디자인의 지오메트리 파라미터의 관점에서
Figure pct00048
,
Figure pct00049
,
Figure pct00050
,
Figure pct00051
으로 구해질 것이다.
Figure pct00052
을 가지고 시작하면, 횡축 평면을 정의하는
Figure pct00053
,
Figure pct00054
를 갖는 직교 좌표계를 이용하여 지오메트리를 정의하는 벡터들은 아래와 같다.
Figure pct00055
(8)
Figure pct00056
(9)
식 4에 의해 정의된
Figure pct00057
를 이용하면, 윙의 입체각은 아래와 같이 주어진다.
Figure pct00058
(10)
또한, 캡 플레이트의 입체각은 아래와 같이 주어진다.
Figure pct00059
(11)
따라서 식 4 내지 식 11은
Figure pct00060
,
Figure pct00061
,
Figure pct00062
,
Figure pct00063
,
Figure pct00064
의 모든 적당한 조합들에 대해 개시된 디자인의 지오메트리 효율의 분석적 계산을 가능하게 한다.
원통형 PET의 지오메트리 효율
본 개시의 태양에 다른 개시 디자인의 표준 원통형 PET 지오메트리에 대비한 장점을 정량적으로 예시하기 위하여, 직경이 D이고, 축방향 길이가 L인 원통형 PET의 지오메트리 효율에 대한 분석식이 구성된다. 원통 좌표계에서 작업하고 적절히 대입하면, 입체각에 대한 표면 적분은 아래와 같이 작성된다.
Figure pct00065
(12)
이는 다음과 같이 구해질 수 있는데,
Figure pct00066
(13)
Figure pct00067
인 경우이다. 원통의 지오메트리 효율은 아래와 같이 작성될 수 있다.
Figure pct00068
(14)
감도
공간 분해능은 임의의 스캐너 시스템에 대한 이미지 품질의 근본적인 메트릭이다. 그러나 이는 전형적인 시스템의 공간 분해능(3-4mm)이 다른 방식(예컨대, CT, MRI)을 추종하고 PET의 임상적 활용에 상당한 제한을 가하는 PET와 특히 관련이 있다. 공간 분해능의 근본적인 상한(
Figure pct00069
)은 섬광체 결정 폭(
Figure pct00070
), 양전자 범위(
Figure pct00071
) 및 검출기 링 반경(
Figure pct00072
)의 관점에서 주어질 수 있고, 반경 항은 비공선성의 기여도를 나타낸다.
Figure pct00073
(15)
양전자 범위가 사용되는 방사성 동위원소의 함수이기 때문에, 결정 치수는 스캐너 지오메트리의 제약 내에서 최적화될 수 있다.
개시된 디자인의 등가 반경 추정
공간 분해능의 상한에 대한 지오메트리 기여는 (전형적인 원통 지오메트리를 가정할 때) 검출기 링의 반경으로 주어지기 때문에, 개시 장치에 대한 등가 추정은
Figure pct00074
이다. 비공선성 항 내에서 이 R은 검출기 조립체의 중심으로부터 등방성으로 빠져나가는 광자들 중 검출기 요소까지의 평균 이동 거리로 볼 수 있다(스캐너의 축 방향 길이는 무시함). 이러한 관점에서
Figure pct00075
는 검출기 플레이트(
Figure pct00076
)의 각각의 요소에 대한 평균 반경 거리(
Figure pct00077
)를 계산하고 요소(
Figure pct00078
)(도 3)가 대향하는 각도로 가중하는 것에 의해 알 수 있다. 입체각 계산과 마찬가지로,
Figure pct00079
는 구분적으로 유도될 것인데, 먼저 윙 플레이트의 등가 반경(
Figure pct00080
) 및 캡 플레이트의 등가 반경(
Figure pct00081
)을 알아내고 나서
Figure pct00082
과
Figure pct00083
의 적절한 선형 조합을 통해
Figure pct00084
를 구성한다.
먼저, 각각의 플레이트에 대한 평균 반경 거리의 적분은 다음과 같다.
Figure pct00085
(16)
여기서,
Figure pct00086
과
Figure pct00087
은 캡 플레이트와 윙 플레이트에 의해 각각 극좌표계로 정의된 선들의 방정식이고,
Figure pct00088
(17)
그리고
Figure pct00089
,
Figure pct00090
는 윙 플레이트의 단부 지점의 각 위치를 정의한다.
Figure pct00091
(18)
다음으로,
Figure pct00092
는 각각의 등급의 플레이트가 대향하는 전체 각도에 상응하는 적절한 가중치로
Figure pct00093
과
Figure pct00094
을 조합하는 것에 의해 알 수 있다.
Figure pct00095
(19)
여기서
Figure pct00096
은 개시된 장치의 6개의 플레이트가 대향하는 전체 각도를 나타낸다.
비용
섬광체 결정은 PET 시스템 비용에 대한 가장 큰 동인인데, 이러한 결정의 단가는 여전히 높고 전형적인 검출기 조립체 전체를 채우는 데에 매우 많은 수(~105)의 결정이 필요하다. 따라서 검출기 표면적(
Figure pct00097
)은 비용의 하한을 추정하기 위한 합리적인 기준이다. 간단한 지오메트리는 개시 장치 및 원통형 디자인 둘 다에 대해 표면적을 제공한다.
Figure pct00098
(20)
여기서
Figure pct00099
,
Figure pct00100
은 개시 장치의 윙 플레이트 및 캡 플레이트의 횡축 방향 길이를 나타내고,
Figure pct00101
는 축 방향 길이이다. 전형적인 원통형 케이스의 경우,
Figure pct00102
는 검출기 링의 직경이고,
Figure pct00103
은 축 방향 길이를 나타낸다.
사용 사례
감도, 공간 분해능 및 비용을 정량화하기 위한 위의 분석 도구를 사용하여, 예컨대 도 1a에 도시된 개시 장치를 최신 PET 시스템 Siemens® Biograph Vision ® 스캐너와 비교하는 실제 예를 제공한다. 비교를 목적으로,
Figure pct00104
=
Figure pct00105
=25cm,
Figure pct00106
=26cm,
Figure pct00107
=17.7cm 및
Figure pct00108
=
Figure pct00109
인 폐쇄 육각형 지오메트리의 개시 장치가 사용된다. Siemens® Biograph Vision® 스캐너(링 직경 82cm, 축 방향 길이 26cm)와 비교한 치수가 도 4에 도시되어 있다.
이 치수를 가지고, 예컨대 도 1a에 도시된 개시 디자인은 지오메트리 효율이 Biograph Vision ®에 비해 51.8% 대 30.2%로 약 73% 증가했다. 양전자 범위(0.54mm fwhm) 및 결정 폭(3mm)에 대한 공통 파라미터를 활용하면, 공간 분해능의 하한은 개시 장치 대 Biograph Vision®의 경우 적어도 약 0.5mm 개선된다.
이러한 개선은 등가 직경이 약 21.7cm인 개시 장치와 실제 링 반경이 41cm인 Biograph Vision®의 지오메트리의 차이에 의해 뒷받침된다. 마지막으로, 예컨대 도 1a에 도시된 개시 장치의 축소된 치수로 인해 PET 시스템의 비용에 대한 가장 중요한 동인인 섬광체 결정 재료가 약 42% 감소될 수 있다. 이 값은 아래 테이블에도 나타나 있다.
개시 장치
본 개시에서 설명한 태양 및 예는 제한하고자 하는 것이 아니라 예시하고자 하는 의도로 제공된 것이며, 본 개시의 모든 태양 또는 예를 나타내고자 하는 것이 아니다. 본 개시의 여러 특정 태양들에 적용되는 본 개시의 근본적이고 신규한 피처를 도시하고, 설명하고 그리고 지목했지만, 예시된 장치의 형태와 세부 사항 및 그 작동에 있어서 여러 가지 생략, 치환 및 변경이 통상의 기술자에 의해 본 개시의 기술적 사상을 벗어나지 않으면서 행해질 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 동일한 결과를 달성하도록 실질적으로 동일한 기능을 실질적으로 동일한 방식으로 수행하는 요소들 및/또는 방법 단계들의 모든 조합이 본 개시의 범위 내에 있음을 명시적으로 의도하고 있다. 더욱이, 본 개시의 임의의 개시한 형태 또는 태양과 관련하여 도시한 그리고/또는 설명한 구조들 및/또는 요소들 및/또는 방법 단계들이 디자인 선택의 일반적인 사항으로 임의의 다른 개시하거나, 설명하거나 혹은 제안한 형태 또는 태양에 통합될 수 있음을 인식해야 한다. 또한, 문언적으로 그리고 법으로 인정하는 균등물 둘 다에서 특허청구범위에 기재된 본 개시의 기술적 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 여러 가지 수정 및 변형이 이루어질 수 있다.

Claims (28)

  1. 장치로,
    제1 상부 윙, 제1 상부 윙에 작동 가능하게 연결되는 상부 캡, 및 상부 캡에 작동 가능하게 연결되는 제2 상부 윙을 포함하는 상부 부분; 및
    제1 하부 윙, 제1 하부 윙에 작동 가능하게 연결되는 하부 캡, 및 하부 캡에 작동 가능하게 연결되는 제2 하부 윙을 포함하는 하부 부분을 포함하고,
    상부 부분과 하부 부분이 공동을 획정하며, 상부 부분 또는 하부 부분 중 적어도 하나가 이동 가능하고, 제1 상부 윙, 상부 캡, 제2 상부 윙, 제1 하부 윙, 하부 캡 및 제2 하부 윙 중 적어도 하나가 하나 이상의 검출 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상부 부분이 하부 부분에 대해 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상부 캡의 위치가 공동에 삽입될 환자의 적어도 하나의 피처의 측정값 및 결정된 임상 분야에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 청구항에 있어서,
    제1 상부 윙이 힌지를 통해 상부 캡에 작동 가능하게 연결되되, 제1 상부 윙은 회전 가능하고, 그리고 제2 상부 윙이 힌지를 통해 상부 캡에 작동 가능하게 연결되되, 제2 상부 윙은 회전 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 청구항에 있어서,
    제1 하부 윙이 힌지를 통해 하부 캡에 작동 가능하게 연결되되, 제1 하부 윙은 회전 가능하고, 그리고 제2 하부 윙이 힌지를 통해 하부 캡에 작동 가능하게 연결되되, 제2 하부 윙은 회전 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    각각의 회전 각도가 공동에 삽입될 환자의 적어도 하나의 피처의 측정값 및 결정된 임상 분야에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 청구항 3 또는 청구항 6에 있어서,
    임상 분야가 뇌 스캔 및 전신 스캔으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    임상 분야가 뇌 스캔이고, 적어도 하나의 피처가 환자 머리의 측정값인 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    임상 분야가 전신 스캔이고, 적어도 하나의 피처가 가슴 두께 및 팔뚝 간격인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 청구항에 있어서,
    하나 이상의 검출 모듈이,
    복수의 섬광체 결정을 포함하는 섬광체 어레이;
    섬광체 어레이의 하측 단부에 구비되는 복수의 검출기; 및
    섬광체 어레이의 상측 단부에 구비되는 복수의 유사 각기둥(prismatoid)를 포함하고,
    복수의 유사 각기둥의 각각의 유사 각기둥이 섬광체 어레이의 섬광체 결정들의 상측 단부들 사이에서 입자들의 방향을 전화시키도록 구성되고,
    섬광체 어레이의 제1 그룹 섬광체 결정의 하측 단부들이 입자들을 복수의 검출기 중 제1 검출기로 안내하도록 구성되고,
    섬광체 어레이의 제2 그룹 섬광체 결정의 하측 단부들이 입자들을 제1 검출기에 실질적으로 인접한 제2 검출기로 안내하도록 구성되고,
    적어도 하나의 입자 검출 장치의 각각의 입자 검출 장치의 복수의 유사 각기둥이 공동을 향하도록 방향 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 청구항에 있어서,
    제1 측부 부분과 제2 측부 부분을 더 포함하되, 제1 측부 부분과 제2 측부 부분 중 적어도 하나가 하나 이상의 검출 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치,
  12. 청구항 11에 있어서,
    제1 측부 부분과 제2 측부 부분이 서로를 향해 그리고 서로에 대해 멀어지도록 이동 가능하고, 제1 측부 부분과 제2 측부 부분은 환자가 삽입될 때 장치가 환자를 실질적으로 둘러싸도록 상부 부분과 하부 부분 사이에서 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 청구항 2 내지 청구항 12 중 어느 한 청구항의 장치를 포함하는 PET 이미지를 획득하기 위한 양전자 단층 촬영(PET) 시스템으로, 상부 캡의 위치를 제어하도록 구성된 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양전자 단층 촬영(PET) 시스템.
  14. 청구항 2 내지 청구항 12 중 어느 한 청구항의 장치를 포함하는 PET 이미지를 획득하기 위한 양전자 단층 촬영(PET) 시스템으로, 상부 캡의 각각의 각도와 이치를 제어하도록 구성된 프로세서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양전자 단층 촬영(PET) 시스템.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상부 캡의 위치가 복수의 사전 설정된 위치로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 양전자 단층 촬영(PET) 시스템.
  16. 청구항 15에 있어서,
    프로세서가 가슴 두께 또는 머리 둘레의 측정값에 기초하여 복수의 사전 설정된 위치로부터 위치를 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 양전자 단층 촬영(PET) 시스템.
  17. 청구항 14 내지 청구항 16 중 어느 한 청구항에 있어서,
    각각의 각도가 복수의 사전 설정된 각도로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 양전자 단층 촬영(PET) 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서,
    각각의 각도가 팔뚝 간격에 기초하여 선택되는 것을 특징으로 하는 양전자 단층 촬영(PET) 시스템.
  19. 청구항 13 내지 청구항 18 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상부 캡을 위해 이용 가능한 위치 및/또는 각도 그리고 관련된 피처 측정값을 포함하는 테이블을 구비하는 메모리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양전자 단층 촬영(PET) 시스템.
  20. 청구항 19에 있어서,
    위치 및/또는 각도가 테이블 및 공동에 삽입될 환자의 피처의 실제 측정값을 이용하여 실제 측정값을 테이블 내의 관련된 피처 측정값과 비교하는 것에 의해 선택되는 것을 특징으로 하는 양전자 단층 촬영(PET) 시스템.
  21. 청구항 19 또는 청구항 20에 있어서,
    테이블이 상부 캡을 위해 이용 가능한 위치 및/또는 각도와 관련된 시스템 매트릭스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양전자 단층 촬영(PET) 시스템.
  22. 청구항 21에 있어서,
    프로세서가 이미지 재구성에 사용하기 위해 선택된 위치 및/또는 각도와 연관된 시스템 매트릭스를 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 양전자 단층 촬영(PET) 시스템.
  23. 청구항 22에 있어서,
    프로세서가 하나 이상의 검출 모듈과 작동 가능하게 통신하고, 프로세서는 3차원(3D) 감마선 위치 결정을 수행하도록 구성된 복수의 지도형 머신 러닝 알고리즘을 처리하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 양전자 단층 촬영(PET) 시스템.
  24. 청구항 23에 있어서,
    프로세서가 반응 심도(DOI) 정보를 이용하여 컴프톤 산란 복구를 수행하는 것에 의해 컴프톤 산란으로 인한 응답 라인(LOR) 오차를 교정하도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 양전자 단층 촬영(PET) 시스템.
  25. 장치로,
    상부 부분과 하부 부분을 포함하고, 상부 부분은 하부 부분과 회전 가능하게 연결되고, 상부 부분과 하부 부분이 하나 이상의 검출 모듈을 포함하고, 상부 부분과 하부 부분은 닫혔을 때 환자 및 환자 지지대를 위해 구성되는 공동을 형성하고, 회전되어 열리면 환자가 장치 내로 삽입될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상부 부분이,
    제1 상부 윙;
    제1 상부 윙에 작동 가능하게 연결되는 상부 캡; 및
    상부 캡에 작동 가능하게 연결되는 제2 상부 윙을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 청구항 26에 있어서,
    제1 상부 윙, 제2 상부 윙 각각이 상부 캡과 회전 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 양전자 단층 촬영(PET) 스캔을 수행하는 방법으로,
    청구항 1의 장치가 환자와 부합하는 지오메트리를 갖도록 공동에 삽입될 환자의 적어도 하나의 피처의 실제 측정값에 기초하여 상부 캡의 위치 및/또는 적어도 하나의 윙의 각도를 결정하는 단계;
    결정에 기초하여 청구항 1의 장치의 적어도 하나의 부분을 이동시키는 단계로, 장치의 적어도 하나의 부분이 제1 상부 윙을 상부 캡에 대해 이동시키는 것, 제2 상부 윙을 상부 캡에 대해 이동시키는 것, 제1 하부 윙을 하부 캡에 대해 이동시키는 것, 제2 하부 윙을 하부 캡에 대해 이동시키는 것, 및 상부 캡을 하부 캡에 대해 이동시키는 것으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 단계;
    결정된 위치에 기초하여 이미지 재구성을 위해 사용되는 시스템 매트릭슬르 선택하는 단계; 및
    PET 스캔을 획득하는 단계
    PET 스캔 및 시스템 매트릭스의 정보에 기초하여 이미지를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
KR1020227029340A 2020-02-24 2021-02-24 각기둥형 pet 검출기 모듈을 구비하는 고해상도 및 고감도 pet 스캐너 KR20220144811A (ko)

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