JP4982880B2 - 開放型ｐｅｔ装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸方向に多層に配列された検出器リングの少なくとも一部が開放され、該検出器リングの開放された部分の少なくとも一部を主フォーカス領域に含む開放型ＰＥＴ装置に係り、特に、安価な検出器で検出器リングを構成可能な開放型ＰＥＴ装置に関する。

癌や脳血管障害、認知症等の早期診断に有効と注目されている陽電子放射断層撮像法（ＰＥＴ）は、極微量の陽電子放出核種で標識した化合物を投与し、体内から放出される消滅放射線を検出することで、糖代謝等、代謝機能を画像化し、病気の有無や程度を調べる検査法であり、これを実施するためのＰＥＴ装置が実用化されている。

ＰＥＴ装置の感度を高めるためには、図１（ａ）に例示する如く、検出器１０をトンネル状に配置して、立体角を高める必要があるが、長いトンネル状の患者ポートは、検査中の患者６の心理的ストレスを高めると共に、患者への手当ての障害にもなる。これに対して、出願人は、図１（ｂ）に例示する如く、体軸方向に複数に分割した検出器リング１１、１２を離して配置し、物理的に開放された視野領域（開放視野とも称する）を有する開放型ＰＥＴ装置を提案している。開放領域は、図２に示す如く、残存する検出器リング１１、１２間の同時計数線から、画像が再構成されるが、開放空間を使ってＰＥＴ診断をしながら放射線治療などの治療を行う際、この開放空間で最も高い分解能性能が求められる。図において、８はベッドである。

一方、検出器リングを構成する検出器１０については、放射線検出素子として蛍光体結晶を用いる方式と、半導体素子を用いる方式がある。いずれの方式においても、検出素子の厚みによる視差の影響によって、斜め入射の放射線に対する分解能が劣化し、開放領域における体軸方向の分解能が劣化してしまう性質がある。

開放型ＰＥＴ装置の視野領域は、２つの検出器リングからの構成を例にとると、図３（a）に例示する如く、各検出器リングがカバーするリング内視野１及び視野２と、検出器リング間の開放視野３から成り立つ。開放型ＰＥＴ装置の場合、開放領域から発生する全ての消滅放射線は、検出素子に斜めに入射するため、リング内視野１及び視野２に比べ、開放視野３の体軸方向の分解能が劣化してしまう。

これに対して、図３（ｂ）に示す如く、特開２００４−２７９０５７号公報に記載されたような、検出素子の深さ方向の位置情報が得られる３次元放射線位置（ＤＯＩ）検出器１６を用いることにより、開放視野３を含む全ての視野において、分解能を維持することができる（Ｔaiga Ｙamaya，Ｔaku Ｉnaniwa，Ｓhinichi Ｍinohara，Ｅiji Ｙoshida，Ｎaoko Ｉnadama，Ｆumihiko Ｎishikido，Ｋengo Ｓhibuya，Ｃhih Ｆung Ｌam and Ｈideo Ｍurayama，"Ａproposal of an open ＰＥＴ geometry，"Ｐhy．Ｍed．Ｂiol．，53，pp．757-773，2008．参照）。

なお、本発明に類似するものとして、Ｚ．Ｈ．Ｃho and Ｋ．Ｓ．Ｈong"Ｓpherical Ｐositron Ｅmission Ｔomograph（Ｓ−ＰＥＴ）Ｉ−Ｐerformance Ａnalysis"Ｎuclear Ｉnstrumenets and Ｍethods in Ｐhysiscs Ｒesearch 225（1984）pp.442-438のＦｉｇ．１には、開放型でない一体型の検出器リングを樽型とし、その中心に向けて各検出器を放射状に配置することが記載されている。

開放型ＰＥＴ装置で開放視野における体軸方向の分解能を高めるためには、ＤＯＩ検出器を用いる必要があるが、ＤＯＩ検出器は、従来検出器に比べ複雑な構成になるため、装置が高価になるという問題点を有していた。

更に、ＤＯＩ検出器を用いた場合、ＤＯＩ段数の２乗に比例して同時計数線が増えるため、データサイズが増えたり、画像再構成に多くの計算時間を要したり、あいるは、画像再構成時間を短縮するために、高価な高性能計算機を導入する必要があるという問題点もある。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、高分解能なＤＯＩ検出器を用いなくても、体軸方向の画像分解能を維持して、開放型ＰＥＴ装置の装置価格を低減することを課題とする。

本発明は、開放型ＰＥＴ装置の利用方法として、例えば開放空間から放射線治療を行なう場合等は、高精度で画像化する領域は開放視野（更にはその一部の主フォーカス領域）が特に重要であり、リング内視野は必ずしも高精度で画像化する必要が無いことに着目してなされたものである。

即ち、本発明は、軸方向に多層に配列された検出器リングの少なくとも一部が開放され、該検出器リングの開放された部分の少なくとも一部を主フォーカス領域に含む開放型ＰＥＴ装置において、前記検出器リングを構成する検出素子の少なくとも一部を、その主感度方向が前記主フォーカス領域寄りに向くように軸方向に対し傾斜して配設し、該主フォーカス領域に対する分解能を高めることにより、前記課題を解決したものである。

ここで、前記軸方向に多層に配列された検出リングにより該軸に沿う連続視野を形成し、該連続視野の中に複数の主フォーカス領域を設けることができる。

又、前記多層に配列された検出リングの内の中間の一層以上を開放することができる。

又、前記検出素子を、各々、その主感度方向が前記主フォーカス領域に向くように傾斜して配設することができる。

又、前記主感度方向の傾斜角度を同一とすることができる。

又、前記検出素子の主入光面を階段状に配設することができる。

又、前記検出素子の少なくとも一部の傾斜角度を調整可能とすることができる。

又、前記検出素子の少なくとも一部を、ブロック単位で前記開放領域にフォーカスするように、各々の主感度方向を傾斜して配設することができる。

開放型ＰＥＴ装置の開放空間は、治療のためのスペースや、Ｘ線ＣＴ装置等別デバイスの設置場所としての活用が期待されるが、いずれの場合も、必ずしも装置全体の視野領域が必要ではなく、多くの場合、開放領域あるいは更にその一部のみが画像化されればよい。その場合、本発明による検出素子の配置を採用すれば、複雑なＤＯＩ検出器を用いなくても、体軸方向の分解能を維持することが可能となり、これによって、装置価格を低減することができる。

又、ＤＯＩ検出器を用いた場合、ＤＯＩ段数の２乗に比例して同時計数線が増えるため、データサイズが増えたり、画像再構成に多くの計算時間を要したり、あるいは、画像再構成時間を短縮するために高価な高性能計算機を導入する必要があったりするが、本発明によってＤＯＩ検出器を用いる必要が無くなるため、このようなデータ収集システムや画像再構成システムの単純化や処理の高速化も可能である。

本発明は、更に、ＤＯＩ分解能が十分でない安価なＤＯＩ検出器に適用しても有意義である。

（ａ）従来の一般的なＰＥＴ装置、及び（ｂ）発明者が提案した開放型ＰＥＴ装置の構成を示す斜視図及び断面図 開放型ＰＥＴ装置における画面再構成の原理を示す断面図 （ａ）従来検出器及び（ｂ）ＤＯＩ検出器を用いた開放型ＰＥＴ装置の構成を示す側面図及び断面図 本発明に係る開放型ＰＥＴ装置の第１実施形態の構成を示す側面図及び断面図 同じく第２実施形態を示す断面図 同じく第３実施形態を示す斜視図及び拡大断面図 同じく第４実施形態を示す斜視図及び拡大断面図 同じく第５実施形態を示す（ａ）斜視図及び（ｂ）断面図 同じく第６実施形態を示す（ａ）斜視図及び（ｂ）断面図 同じく第７実施形態を示す（ａ）斜視図及び（ｂ）断面図 同じく第８実施形態を示す（ａ）斜視図及び（ｂ）断面図 （ａ）従来例と（ｂ）本発明の第９実施形態を比較して示す断面図 本発明の第１０実施形態を示す断面図

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１実施形態は、図４に示す如く、２つの検出器リング１１、１２が患者６の体軸方向に分割され、両者間の開放領域が開放視野３とされた開放型ＰＥＴ装置において、開放視野３内に特に注目したい主フォーカス領域があり、その主フォーカス領域からの消滅放射線が、検出器リング１１、１２を構成する各検出素子１４の軸線に略平行に入射するように、各検出素子１４を開放領域３にフォーカスさせて斜めに配置したものである。なお、各検出素子では、各検出素子１４の軸線に平行な方向が最も感度の高い主感度方向となる。

その際、検出器リング１１，１２を構成する各検出素子１４リングの各結晶素子を軸方向に隙間なく敷き詰めるために、各検出素子が各々同半径の同心円状になるように検出素子１４を階段状に配置する。その結果、患者ポートも従来装置と同様の直円筒状になるため、患者６のＰＥＴ装置への出入りも容易である。

なお、開放型ＰＥＴ装置は、図５（ａ）に例示する如く、各検出器リング１１、１２を収容するガントリ２１、２２が前後に移動して、開放領域を可変にすることも可能である。この場合、図５（ｂ）に示す第２実施形態の如く、検出素子１４の傾きを調整する機構を備え、ガントリ２１、２２（検出器リング１１、１２）の移動に応じて、より開放領域にフォーカスするように検出素子の配置（傾斜角度）を調整することもできる。

又、検出器が一定単位の検出素子がまとまったブロック構造を持つ場合、図６に示す第３実施形態のように、ブロック毎にフォーカスさせて配置することができる。

あるいは、検出器リングを移動させずに固定する場合等、検出素子の向きを変化させる必要が無い場合には、図７に示す第４実施形態のように、各検出素子が、その軸線に対して傾斜した入射面を有するように、例えば平行四辺形の形状に加工することも可能である。

なお、患者ポートの出入口が絞られる構造になるが、図８に示す第５実施形態のように、各検出器リング１１、１２全体を裁頭円錐状に構成することも可能である。

又、詳しく画像化したい主フォーカス領域が更に開放領域の一部に小領域に限定されている場合は、図９に示す第６実施形態のように、検出素子１４を、その主感度方向が主フォーカス領域の中心に向くように樽状に配置し、各検出素子の感度をより高めることも可能である。

なお、第６実施形態では、検出素子１４が作るリングの直径が揃わず、患者ポートの出入口が絞られる構造になるため、患者の出し入れにおいて障害となる可能性もあるが、その場合は、図１０に示す第７実施形態のように、主フォーカス領域の中心に向け検出素子１４をフォーカスさせつつ、円筒状に並べることも可能である。

又、図１１に示す第８実施形態のように、検出器リング１１の一部が、オープンスペース１、２として開放されている場合にも適用できる。

ここで、主フォーカス領域は、必ずしも開放空間の中央であるとは限らず、検出器の傾きで分解能の一番高いところを視野中心以外に設定して、主フォーカス領域を開放空間内、あるいは開放空間を越えた場所まで延長することもできる。例えば、目の辺りを見たいときと後頭部を見たいときは、それぞれ視野の中心よりやや上とやや下に検出器の方向を向けることができる。又、ストレス低減のため目の付近を開放空間におくが、脳全体も検査対象であり、図５（ｂ）に示すように脳の一部が検出器リングに隠れる場合にも対応できる。

又、本発明のフォーカス配置は、従来検出器の場合に加えて、ＤＯＩ検出器の場合にも効果がある。即ち、ＤＯＩ検出器１６のＤＯＩ層数が十分にない場合、図１２（ａ）に示すように、リング内視野１、２の分解能劣化は少ないものの、開放視野３において分解能が劣化してしまう。このような場合でも、図１２（ｂ）に示す第９実施形態のように、開放視野３寄りにフォーカスするようにＤＯＩ検出器１６を傾けて配置することによって、開放視野３の分解能を高めることができる。図１２（ｂ）は、裁頭円錐状にＤＯＩ検出器１６を配置した例であるが、他の配置方法でも同様である。

又、図１３に示す第１０実施形態のように、本発明によるフォーカス配置にＤＯＩ検出器を組み合わせることによって、例えば脳と心臓など、異なる複数（図は２つの例）の主フォーカス領域１、２に対して分解能を高めることもできる。ここで、主フォーカス領域１は、開放空間を超えた検出器リング１４内まで拡張されている。

なお、前記実施形態においては、いずれも、検出器リングの体軸方向に垂直な断面が円形とされていたが、検出器リングの断面形状はこれに限定されず、楕円や矩形であっても良い。

又、前記実施形態においては、いずれも、専ら開放視野の画像化を目的として、全ての検出素子が斜めに配設されていたが、一部の検出素子を従来と同様に軸方向に垂直に配置して、リング内視野の一部の分解能を維持することも可能である。

又、検査対象も人間に限定されず、動物を検査することも可能である。

産業上の利用の可能性

軸方向に多層に配列された検出器リングの少なくとも一部が開放され、該検出器リングの開放された部分の少なくとも一部を主フォーカス領域に含む開放型ＰＥＴ装置に適用して、高分解能のＤＯＩ検出器を用いなくても、体軸方向の画像分解能を維持可能とし、開放型ＰＥＴ装置の装置価格を低減することができる。

Claims (8)

1. 軸方向に多層に配列された検出器リングの少なくとも一部が開放され、該検出器リングの開放された部分の少なくとも一部を主フォーカス領域に含む開放型ＰＥＴ装置において、
   前記検出器リングを構成する検出素子の少なくとも一部が、その主感度方向が前記主フォーカス領域寄りに向くように軸方向に対し傾斜して配設され、該主フォーカス領域に対する分解能を高めたことを特徴とする開放型ＰＥＴ装置。
2. 前記軸方向に多層に配列された検出リングにより該軸に沿う連続視野を形成し、該連続視野の中に複数の主フォーカス領域を設けたことを特徴とする請求項１に記載の開放型ＰＥＴ装置。
3. 前記多層に配列された検出リングの内の中間の一層以上が開放されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の開放型ＰＥＴ装置。
4. 前記検出素子が、各々、その主感度方向が前記主フォーカス領域に向くように傾斜して配設されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の開放型ＰＥＴ装置。
5. 前記主感度方向の傾斜角度が同一であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の開放型ＰＥＴ装置。
6. 前記検出素子の主入光面が階段状に配設されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の開放型ＰＥＴ装置。
7. 前記検出素子の少なくとも一部の傾斜角度が調整可能とされていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の開放型ＰＥＴ装置。
8. 前記検出素子の少なくとも一部が、ブロック単位で前記主フォーカス領域にフォーカスするように、各々の主感度方向が傾斜して配設したことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の開放型ＰＥＴ装置。

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