JP5593330B2 - Ｐｅｔまたはｓｐｅｃｔおよびｍｒの同時画像を形成するためのコンパクトでハイブリッドで統合的なガンマ／ｒｆシステム - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

〔発明の目的〕
本発明の主目的は医学分野に含まれ、特に従来の磁気共鳴（ＭＲ）ユニットに用いられているタイプの無線周波数コイル（ＲＦ）を、陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）ユニットに用いられているタイプのガンマ線検出器と組み合わせる新しいシステムを対象とする。すなわち、ＰＥＴまたはＳＰＥＣＴおよびＭＲ技術を通じて同時に画像を取得できるガンマ／ＲＦハイブリッドシステムである。

〔発明の背景〕
医学画像は、病気の診断および治療のために幅広く用いられている技術一式を備えている。取得できる画像のタイプには、形態的なもの（コンピュータ軸断層撮影（ＣＴ）、磁気共鳴画像（ＭＲＩ）、Ｘ線、超音波等）、および機能的なもの（ガンマカメラ、陽電子および単光子放出、陽電子放出断層撮影、またはＰＥＴ等）がある。

核医学は、電離放射線を用いて機能的画像が取得できる医学的特色を有している。トレーサは予め放射性核種で識別された生体分子であり、関心がある部位（臓器、骨、組織）に優先的に集中させる。この関心がある部位はガンマ線を放出し、放出されたガンマ線は検出システム（通常はシンチレータ結晶）に入射する。該検出システムは、入射したガンマ線のエネルギーを光に変換するように構成されている。変換された光は、その後感光部材（通常は光電子倍増管）に検出されることによって、ガンマ線放出が行われた位置を算出し、記憶することができる。このようにして、トレーサの分布が確定し、研究中の対象者の臓器、組織、または体の画像を取得することができる。

陽電子放出断層撮影（ＰＥＴ）は、高い感受性を持つ非侵襲的技術であり、核医学分野に含まれる。ＰＥＴ技術においては、陽電子放出トレーサが、消滅した後に同じエネルギー（５１１ｋｅＶ）を持つ２つの陽電子を反対方向に放出することによって、陽電子放出トレーサの分布の生の画像を提供することができる。この技術では、トレーサのモル濃度のピークを算出する。最も幅広く用いられているＰＥＴトレーサは、グルコース分子に似たＦＤＧ（フルオロデオキシグルコース）である。ＦＤＧは癌細胞等といった高代謝の細胞に蓄積し、磁気共鳴またはＣＴ等といった他の技術によって検出できる形態変化が起こるずっと前の早い段階にＰＥＴ腫瘍および転位を介して視覚化する。癌に加えて、心臓、脳、循環系、および肺等の特定の臓器の機能を研究するためにもＰＥＴは好適である。米国特許第６，８５８，８４７号明細書には、ＰＥＴ技術に含まれる計測器の種類および方法の例が開示されている。

しかし、ＰＥＴ技術は陽電子の物理的性質および統計データ（画像から検出される事象の数）に直接関連する制限を有している。解剖学的情報の観点から、これらの制限は重大な欠陥を有しているＰＥＴ画像の原因に時にはなり得る。その場合、放射性トレーサが蓄積している正確な位置を特定するのが難しい。

良好な解剖学的解決策および機能的解決策の双方の必要性が、１９９０年代にＰＥＴおよびＣＴ技術を１つの装置に組み合わせるシステムの開発を推進した。その使用は急速に広まり、今では医学診断において日常的に使用されている。これによって、合成された解剖学的および分子画像を取得することの利点が示された。上記の合成は、単にＰＥＴおよびＣＴを順に「タンデム」のようにセットすることによって行われる。「ハードウェア」レベルでは極僅かな変化が求められるため、このようにしてシステムは主に「ソフトウェア」を通じて一体化を行っている。一度運転を開始すると、ＰＥＴ／ＣＴシステムは双方のスキャナに沿って動くストレッチャから順次データを取得する。

一方、核磁気共鳴（ＮＭＲ）とも呼ばれる磁気共鳴影像法（ＭＲ）は、励磁および原子核、第１水素（^１Ｈ）、検査の対象物の相変異、周波数、および位置の変化に応じた無線周波数の範囲における磁気能率の歳差検出に基づいている。ＭＲＩ（磁気共鳴影像法）は共鳴信号の空間的な符号化に基づいているのに対して、ＭＲＳ（磁気スペクトロスコピー）の関心は核の化学環境に焦点を合わせている。

最も幅広く用いられている現在のＭＲＩシステムは、下記の３つの基本的要素から構成されている。

１）高い磁場（一般的に１．５または３テスラ）であって、均一な磁場（Ｂ０）を生成する円筒型磁石。

２）信号の位置を符号化するために磁場Ｂ０を空間的方向Ｘ、Ｙ、およびＺに僅かに変更する傾斜磁場コイルシステム。

３）ＲＦコイル（またはＲＦコイルを組み合わせたもの）によって生成された勾配磁場内に存在し、信号の送信および受信を行う無線周波数磁場。これらのＭＲシステムは体のいかなる部位の画像でも取得することができるし、全身の画像を取得することもできる。しかし、この場合はその生成は非常に遅くなる。このシステムは、ＲＦコイルとＭＲシステムの他の部品あるいは他の付属部品とが結合するのを防ぐためのＲＦシールドを有している。

上述の３つの要素は、ドーナツ形状に以下の順に従来の磁気共鳴ユニット内に配置されている；ＲＦコイル、傾斜磁場コイルシステム、および円筒型磁石。検査を受ける患者は円筒内部で移動式ストレッチャ上に載せられ、調べられる部位を測定できるような位置に調節して配置されている。動物またはファントムの検査においては、他の方法によって位置決めすることができる。

特定の体の部位の高品質な画像が必要な場合がある。このような場合、関心がある部位の近くに配置された特定の携帯型ＲＦコイルが用いられる。例えば、脳の高精細な画像を取得するために、内径がおよそ２６ｃｍのＲＦ円筒型コイルが頭部の周りに配置される。

ＣＴと比較してＭＲはより重要な軟組織のコントラスト、および解剖学的画像におけるより優れた空間分解能を概ね提供する。その結果、ＣＴと比較して脳、骨盤、肝臓、および運動システム（骨格筋）におけるより良い診断を提供できることによって、治療方法に対して直接的な影響を与える。形態画像に加えて、ＭＲは異なる生化学物質に含まれる原子核^１Ｈの緩和時間の違いから、生理学的パラメータ（拡散、透過性、ＢＯＬＤ）に関する重要な情報を提供する。最後に、ガドリニウムまたは酸化鉄のナノ粒子に基づく受動性造影剤を加えることによって、ＭＲにおけるコントラストを顕著に強くすることができる。ＭＲＩ技術を組み合わせることによって、人間および動物モデルにおける種々の病気の解剖学的形態の因果関係（腫瘍成長、脳萎縮、心臓壁異常、血管構造、ニューロン活動、および急性脳梗塞）を視覚化させることができる。

ＰＥＴ（ＳＰＥＣＴ）およびＭＲ技術は、それぞれ互いに取得することができない情報を提供するため、両者間には大きな相乗効果がある。ＰＥＴ技術を用いて代謝性、生理学的、または分子画像を取得し、ＭＲ技術によって得られた非常に優れた解剖学的品質の画像にこれらを直接的に関連付けることによって、広大な将来性を切り開くことができる。これが、臨床診断および研究（動物モデルにおける人間の病気の病因および進展、薬物動態および新しい治療法の薬力学の臨床前評価、ペプチドおよび免疫体、細胞療法、遺伝子療法、およびナノ粒子に基づく療法）においてこれらの技術が組み合わせられている理由である。

これらのＰＥＴ／ＭＲシステムにおける技術的および実用的な開発問題は、ＰＥＴ／ＣＴシステムよりも遥かに複雑である。その理由は、ＰＥＴおよびＭＲの画像は、現在ではそれぞれ物理的に分離されたシステムにおいて一連の方法に従って得ることができるためである。その後、画像自身に含まれる情報（「目印」）、または合成される２つの画像においてはっきりと区別することができる外部基準マーカを利用する特定のソフトウェアによって２つの画像は合成される。

しかし、ＭＲおよびＰＥＴ技術を組み合わせることによって画像を取得する方法は、腹、腸、および心臓等、自身が生理的運動を行う臓器の研究には不適である。一方、ＰＥＴおよびＭＲ画像の連続的な取得は、多くの場合に必要となるＰＥＴ／ＭＲ動態的時間的相関研究を行うことができない。生物系は本質的に動態的であり、生物系に対する特定の薬物および造影剤の効き目は強い時間依存性を示す。これらの変化のタイムスケールは、数秒から数分の間で異なる。

したがって、ＰＥＴおよびＭＲ画像を同時に出力することができる同一のユニット内において、「多モード」システムを有していることがとても重要となる。これによって、患者は同じ生理的状態で検査されているので、障害に対するＰＥＴおよびＭＲの反応の同時の時間的変化を関連付けることができる。ＰＥＴおよびＭＲを単一のユニットに組み合わせたシステムについては、米国特許第４，９３９，４６４号明細書に既に開示されている。

ＰＥＴおよびＭＲ技術の統一が複雑となる主な理由は、技術的観点からみれば、ＰＥＴシステムとすべてのタイプの磁場との干渉であると共に、無線周波数（励磁および検出の両方）とＰＥＴ電子部品との干渉である。

検出器または関連電子部品、特にドライバおよび強磁性体材料等、ＰＥＴで使用されている部品の存在によってＭＲの動作が影響されるのが他の問題である。これは、ドライバおよび強磁性体等は、静磁場およびＲＦ磁場分布の性質をそれぞれ変えるためである。そこで、Ｓ．Ｒ．ＣｈｅｒｒｙはＰＥＴ内部で導電性または強磁性体材料を使用しない方法を提案している（Cherry S.R 2006, Multimodality in vivo imaging systems: twice the power or double the trouble? Ann. Rev. Biomed. Eng. 8 35）。

〔説明〕
ＰＥＴ−ＳＰＥＣＴ／ＭＲの同時画像化のためのコンパクトでハイブリッドで統合的なガンマ／ＲＦシステムは、従来のＭＲシステムにおいて患者の特定の部位の画像を取得するＲＦコイルと、ＰＥＴまたはＳＰＥＣＴシステムにおいて用いられているタイプのガンマ線検出モジュールとを統合する装置を備えていることによって、ＰＥＴ−ＳＰＥＣＴとＭＲとを合成した画像を取得するのを最適化することができる。すなわち、本発明に係るシステムによって得られる画像は、形態的情報（ＭＲ）および機能的情報（ＰＥＴまたはＳＰＥＣＴ）を提供することができる。ＭＲの構造的高解像度およびＰＥＴ−ＳＰＥＣＴによって提供される代謝情報によって、いずれか一方によって得られる診断よりも良い診断が得られる。本明細書に記載のガンマシステムは、ＰＥＴモードにおいては反対方向の２つのガンマ線を検出し、ＳＰＥＣＴモードにおいては単一のガンマ線として検出する。

さらに、ガンマ／ＲＦシステムの利点は、携帯型装置に組み込むことができる点である。現在のハイブリッドシステムは、ＭＲの本体ユニット全部に永久的に統合されており、特定の使用に適用することができず、単一モードのＭＲシステムの付属品として使用することができない。本発明では、携帯形式において、ガンマ検出モードによって既存の共鳴システムを改善することができ、正確な同時検出を行うデュアルモードのＰＥＴ−ＳＰＥＣＴ／ＭＲシステムを実現することができる。このように従来のＭＲシステムを用いることによって、いつでもＰＥＴ−ＳＰＥＣＴ／ＭＲモードに変化させ、その後ＭＲモードに戻すことができる。これによって、ＰＥＴ−ＳＰＥＣＴ／ＭＲシステムのコストを顕著に削減することができると共に、人間または動物のための臨床および研究センターの双方を含む施設のうち、従来のＭＲシステムを既に有している施設にとっては、より手頃な価格となる。したがって、本発明の重要な利点は、携帯型において簡易なアップグレードを行うことによって、現在のＭＲシステムを改善することができる点である。世界中では非常に高価なＭＲシステムが何千個も導入されている。本発明は、手持ち式のガンマ／ＲＦ装置を潜在的付加として導入することによって、これらの高価なＭＲシステムを、ＰＥＴ−ＳＰＥＣＴ／ＭＲデュアルモードで動作するようなさらに高価なシステムに取り替える必要性をなくすことができる。このようにして、解剖学的および機能的情報を１つの合成画像に組み合わせることができるマルチモード診断システムを得ることができる。

ＲＦコイルとガンマ検出器とを組み合わせることの主な問題点は、ＲＦ放射が逆にガンマ電子検出器に対して影響を与える点である。ＲＦコイルとガンマ電子検出器との間にＲＦシールドを設ける必要があるのはこのためである。しかし、ＲＦのみを遮蔽する必要があるのであって、ガンマ線を検出するシンチレータ結晶からの光子を遮蔽する必要はない。本発明においては、シンチレータ結晶によって出射された光が、集光システムによって通される複数の孔を有する電磁シールドによって、上記の問題を解決している。さらに、ガンマ検出器のシンチレータ結晶は静止磁場Ｂ０またはＲＦコイルのＲＦ磁場と干渉しないため、シンチレータ結晶をＲＦ磁場内に配置することができるコンパクトな設計にすることができ、結果ガンマ／ＲＦ装置のサイズを最小限にすることができる。

一方、本発明に係るガンマ／ＲＦシステムは、独立で動作するわけではなく、従来のＭＲシステムの基本的な部品、基本的なＢ０、および傾斜磁場コイルを予め備えていることを必要とする。また、本発明に係るガンマ／ＲＦシステムは、ＭＲシステムから取得したデータを処理するための処理ソフトウェア、ユニットがある場所に放射線が漏出するのを防ぐための外カプセル、およびその他の、本発明の明細書を読んで当業者にとって明らかとなるものも必要とする。さらに、本明細書において、検査の対象となるのは患者である人間の体全部だけではなく、特定の臓器等の特定の部位、あるいは小動物であってもよいことを理解されたい。最後に、「後側に」「前に」「後に」等の文言は、ガンマ／ＲＦ装置を放射状に通過するガンマ線の方向に基づいて解釈されたい。換言すれば、任意の部分が他の部分よりも装置の中心の近くに配置されている場合、上記の任意の部分は上記の他の部分の「前に」位置していると理解されたい。

本発明に係る、ＰＥＴ−ＳＰＥＣＴ／ＭＲ画像のためのガンマ／ＲＦシステムは、一般的にＲＦコイルおよびガンマ線検出モジュールを有するガンマ／ＲＦ装置を備えている。上述したように、ガンマ／ＲＦ装置は、従来の全身ＭＲに組み込んでもよいし、患者の体の特定の部位の画像を取得するために携帯型装置として組み込んでもよい。以下には、上記の各部材についてより詳しく説明する。

ａ）ＲＦコイル
ＲＦコイルは、ＭＲで使用されているシステムの現在の状態で設けられており、励磁および受信のためのコイルと、１つ以上の送信コイルおよび１つ以上の受信コイルとを組み合わせたコイルとを有している。後者のコイルは、通常「位相配列（phased array）」コイルと呼ばれている。これに対して「多重要素位相配列（multi-element phased array）」コイルは互いに平行なデータの複数チャネルを取得することができる。

本発明に係るＲＦコイルの機能は、従来のＭＲシステムにおけるＲＦコイルの機能と同等であるが、本発明に係るＲＦコイルは、細くて低比重である材料であってかつ小さい原子番号の材料からなる複数の空間を有する構成に変更されている。この複数の空間は、少なくともガンマ線の大部分を外部に放射する通路となり得る。本発明の好適な実施形態では、ＲＦコイルは端部が繋がれている複数の縦棒を１組としたものから構成されており、上記の複数の空間は平行六面体をなしている。この構造は、誘電エンジンのロータに用いられる「リスの回転籠」に類似している。

ｂ）ガンマ線検出モジュール
複数のガンマ線検出モジュールは、ＲＦコイルの周りに放射状に配置されていることによって、円筒形状、ドーナツ形状、またはこれらに類した状態で検査の対象を取り囲んでいる。本明細書において「周囲」には、モジュールをＲＦコイルの完全に外側に配置する場合も、一部のモジュールを空間に配置して、考えられ得る一実施形態に係るＲＦコイルの内側に部分的に配置する場合も含み得る。ガンマ線検出のために用いられるシンチレータ結晶の動作は、ＲＦ放射の影響を受けないため、モジュールをＲＦコイルの内側に配置することができる。

ガンマ線検出モジュールの役割は、従来のＰＥＴ−ＳＰＥＣＴシステムで用いられるモジュールの役割と同等であるが、後述するように本発明に係るガンマ線検出モジュールは、ＲＦコイルとの一体化のために設計されている。

ここで、上述したガンマ線検出モジュールの各々は、シンチレータ結晶、集光システム、ＲＦシールド層、および光センサアレイを備えている。以下は、各部材に関する説明である。

ｂ１）シンチレータ結晶
シンチレータ結晶は、従来のＰＥＴシステムで一般的に用いられるタイプのシンチレーション結晶であり、ガンマ放射を受けると光を発する。シンチレータ結晶はモノリシックでも、画素化したものでもよい。画素化した結晶を用いるガンマ線検出器では、画素間の死角領域に起因して非効率であることが知られている。さらに、ＰＥＴシステムにおけるガンマ線検出器では、異なるモジュールで２つのガンマ線を同時に検出する必要があるため、画素化した結晶を用いることによって結合効率が低減する。特に、画素化した結晶を用いた構成は他の構成と比較して、感受性を２だけ低減すると推定されている。これに対して結合が不要なシステムにおいては、感受性が最大３０％まで低減する。したがって、本発明の好適な実施形態においては、シンチレータ結晶はモノリシックである。さらに、モノリシックなシンチレータ結晶はガンマ線検出モジュールの小型化に貢献するため、結果本発明に係るガンマ／ＲＦ装置全体の小型化に貢献する。

ｂ２）集光システム
集光システムは、シンチレータ結晶に接合された平坦な第１面と、光センサアレイに向けて光を偏向するレンズを備えている第２面とを有する光学部材である。本発明において集光システムは重要な役割を担っている。具体的には、集光システムに取り付けられたシンチレータ結晶からの光を集光する際、該光が第１面に到達すると、第２面に対向する光センサアレイに向けた離散焦点を１組生成する。したがって、もし出射光の分布の全体幅が各光センサの感受領域と一致するように各レンズ（主に形状および焦点）を構成した場合、光子ロスを防ぐことができる。

レンズは、上述の機能が得られる限り、いかなる形状および構成であってもよい。ただし好適な実施形態では、レンズは半球形レンズである。

本発明の他の実施形態では、ガンマ／ＲＦ装置は上記の集光システムの前に１つ以上の追加集光システムを備えている。

ｂ３）ＲＦシールド層
ＲＦシールド層は光センサを遮蔽すると共に、ＲＦコイルによって生成されたＲＦ磁場から電気的「前端部」を遮蔽している。この際、顕著な光子ロスを防ぎつつ、シンチレータ結晶で生成された光を上記のアレイの光センサへと通す通路を構成している。これは、ＲＦシールドを集光システムのオフピーク（その死角領域に相当する）に配置することによって実現される。これによって、シンチレータ結晶から光センサアレイに出射された光のロスを抑えることができる。

そこで、集光システムおよび光センサアレイの間に配置され得るＲＦシールド層は、集光システムによって集光された光が光センサアレイに入射するための開口部を有する平板である。本発明の特定の実施形態では、ＲＦシールド層は円孔を有する金属格子である。また、他の特定の実施形態では、ＲＦシールド層は四角形の孔を持つ金属格子であって、格子の縦棒が集光システムの相互焦点領域（interfocal spaces）に一致する金属格子である。

四角格子の隣り合う２つの縦棒の間隔が３ｍｍ程度の場合、ＲＦコイルによって生成された磁場を遮蔽するのに十分である。しかし、１ｍｍの光センサ等、小さい光センサの場合であったり、より磁場が強い磁場Ｂ０であったりする場合、１つ１つの格子が小さいＲＦシールドを用いてもよい。光センサのサイズが集光システムのレンズサイズに一致しない場合、格子はさらに小さくてもよく、１０ミクロンから６ｍｍまでの格子サイズの中で適当なものを決定すればよい。ＲＦシールド層の考えられ得る実施形態では、ＲＦシールド層は純銅線メッシュまたは導電性銅薄膜である。さらに、好適な実施形態では、ＲＦシールド層は数ミクロン厚の薄い金属蒸着膜であって、集光システム上に形成される。

ＲＦシールド層はＲＦ磁場を遮蔽する必要があるのであって、勾配磁場を遮蔽する必要はない。そのため、ＲＦシールド層は極めて薄い（数ミクロン）か、低周波数において勾配磁場によって誘発された渦電流をメッシュ内の電気容量によって打ち消す必要がある。勾配渦電流を削減するための最も簡単な解決策は、ＲＦシールド層を金属薄膜または銅膜とすることである。

ｂ４）光センサアレイ
光センサアレイは、位置に対して感受性を有する光センサのアレイである。光センサアレイが用いられた場合、光センサの互いの離間部分が、光子が喪失する死角領域に一致するため、光検出効率の問題が浮上する。本発明に係る集光システムを用いれば、光は光センサアレイの方向にのみ集光され、光のロスが発生しないため、上記の問題を解決することができる。

本発明の好適な実施形態によれば、光センサは磁場に対して感受しないシリコン製光電倍増管（ＳｉＰＭＴ）である。本発明の他の好適な実施形態によれば、光センサは光電倍増管タイプのマイクロチャネルプレート（ＰＭＴｓ）である。これは、該ＰＭＴｓが最高で２テスラ（Ｔ）の磁場において動作できるためである。最も一般的なＭＲシステムは、１．５Ｔの磁場において動作するが、それ以上に強い磁場で動作するスキャナがますます多く製造されつつある。

ｂ５）「前端部」処理手段
この「前端部」処理手段は、一般的に回路基板であり、光センサによって生成された信号に対して初期処理を行う。

本発明に係るガンマ／ＲＦシステムでは、集光システムのレンズサイズが光センサのサイズと一致するように構成することによって、各レンズによって集光された光は単一の光センサに到達する。他に考えられ得る構成では、レンズを光センサよりも小さくすることによって、いくつかのレンズからの光は同じ光センサに到達する。

本発明の特定の実施形態では、ガンマ／ＲＦシステムはガンマ／ＲＦ装置に加えて、ガンマ／ＲＦ装置から取得した信号が入力される外部処理手段をさらに備えている。外部処理手段は、上記の信号を解析し、受信したガンマ線の発生源を特定するように構成されている。この外部処理手段は、従来のＭＲシステムに統合してもよいし、独立した処理手段であってもよい。

しかし、外部処理手段はＭＲシステムの電磁場の外側に配置されているか、ＭＲシステムのファラデーケージによって護られている空間の外部に配置されてさえいるため、外部処理手段にガンマ線検出器からの信号を送信する際に問題が発生する虞がある。これは、強い静磁場、種々の磁場勾配およびＲＦ磁場が上記の信号に影響を与える可能性があるためである。

上記の問題を解決するために、本発明の特定の実施形態では、補償線内のアナログ差動信号を用いている。これによって、処理手段の異なる受信機が外部コモンモード干渉を除去することができ、ＲＦ磁場および接続された勾配によって発生するノイズを効果的に削減することができる。

もう１つの方法として、本発明の他の好適な実施形態では、ガンマ／ＲＦ統合携帯型装置のガンマ線検出モジュールは、アナログ・デジタル変換器をさらに備えている。これによって、例えば低電圧差動信号（ＬＶＤＳ）等のように、外部処理モジュールに入力された信号はアナログの代わりにデジタルになる。この場合、ＭＲのＲＦ磁場に影響を与えないように、デジタル電子部品を遮蔽する必要がある。

また、デジタル信号は光信号に簡単に変換することができるため、他の好適な実施形態では、本発明に係るガンマ線検出モジュールはデジタル信号を光信号に変換するための手段をさらに備えている。光信号は磁場に影響されないため、この解決策は統合携帯型ガンマ／ＲＦ装置および外部処理手段の間の信号発信の問題を完璧に解決することができる。

さらに、本発明の他の特定の実施形態においては、本発明に係るガンマ／ＲＦハイブリッドシステムは「ゲート収集」を可能にする。「ゲート収集」とは、ガンマ線検出モジュール（「前端部」電子部品、アナログ・デジタル変換手段、デジタル・光変換手段、その他に具体的に示していない他の処理および／または取得手段）に関連する電子メディアが１つ以上の時間間隔の間に動作していない状態である。これによって、ガンマ検出モジュールからの誤ったデータの取得を防ぐことができると共に、不適当な時間間隔の間に動作する関連電子部品を防ぐことができる。また、従来のＭＲシステムの取得シーケンスをガンマ／ＲＦシステムが妨害するのを防ぐこともできる。これらの理由から、上述した手段は動作サイクルにおいて短期間だけ動作するため、これらの手段はＲＦ磁場およびＭＲ勾配の「切り替え」の時は非動作のまま維持することが好ましい。そのため、同時発生の事象において、ガンマの僅かな一部分が失われるだけである。

上述したように、上記の携帯型のガンマ／ＲＦ装置は、従来のＭＲシステムの携帯型ＲＦコイルから作り出すことができ、大きな変更なしに作り出すことができる。これによって小型のシステムが提供されるため、従来のＭＲシステムのＲＦコイルのサイズを著しく増加させるものではない。例えば、本発明によれば、携帯型ガンマ／ＲＦ装置のサイズは、脳研究専用であれば内径約２６ｃｍ、外径約３２ｃｍであり、従来のＭＲシステムの携帯型ＲＦコイルの一般的なサイズである。したがって、本発明に係る携帯型ガンマ／ＲＦシステムはおよそ３ｃｍである。しかし、従来のＭＲシステムのＲＦコイルデータから得られる画像の精度は、ＲＦシールド層がＲＦコイルの極めて近くに配置されているか否かによって大きく低下する。そのため、ＲＦコイルとＲＦシールド層との距離は、およそ１５ｍｍよりも大きくするべきであると考えられている。これは、携帯型ガンマ／ＲＦシステムはガンマ線検出モジュールの全体または一部の長さよりも１５ｍｍ長いことを意味する。

従来のＲＦコイルを本発明に係る携帯型ガンマ／ＲＦ装置に置き換えるのは比較的容易である。したがって、現在世界中で既に導入されている幾千ものＭＲシステムの性能を比較的容易に向上させることができるということになる。ほとんどの磁気共鳴が体の特定の部位に実行されているため、ガンマ／ＲＦシステムが携帯型であると、一般的に神経学、精神医学、および神経科学等の分野において非常に有用である。さらに、ガンマ／ＲＦシステムが携帯型であることによって、同じ機能を持ったガンマ／ＲＦシステムを異なる複数の従来のＭＲシステムに適用することができる。結果、多額の貯金が得られる。

加えて、本発明に係る携帯型ガンマ／ＲＦ装置からの情報に基づいて、ＰＥＴ−ＳＰＥＣＴ技術によって得られた代謝情報は、他のＰＥＴ−ＳＰＥＣＴ／ＭＲシステムから得られる代謝情報よりも精度が高い。これは、ガンマ線検出モジュールおよびＲＦコイルは検査の対象の近くに配置されているためである。また、小型の携帯型ガンマ／ＲＦ装置の総コストは、必要なガンマ線検出モジュールがより少数である場合に要するチャンバ全体の総コストよりも小さい。

〔図面の説明〕
本発明の特徴をより理解しやすくするために、上記の説明に不可欠な部分として１組の図面が添付されている。下記の図面は一例として示しているのであって、限定するものではない。

図１は、本発明に係るコンパクトでハイブリッドで統合的なガンマ／ＲＦシステムであって、携帯型であり、従来のＭＲシステムと連動して使用しているガンマ／ＲＦシステムを示している。

図２ａおよび２ｂは、それぞれ本発明に係る携帯型ガンマ／ＲＦ装置の透視図および断面図を示している。

図３ａおよび３ｂは、それぞれ本発明の第１の実施形態に係るガンマ線検出モジュールの分解図を示している。

図４は、ＲＦシールドを有する１つの集光システムと１つのモノリシックのシンチレータ結晶とが用いられている本発明の第１の実施形態に係るガンマ線検出モジュールの断面図を示している。

図５は、いずれかが少なくともＲＦシールドを有している２つの集光システムと２つのモノリシックシンチレータ結晶が用いられている本発明の第２の実施形態に係るガンマ線検出モジュールの断面図を示している。

図６は、ＲＦシールドを有する集光システムと画素化したシンチレータ結晶とが用いられている本発明の第３の実施形態に係るガンマ線検出モジュールの断面図を示している。

図７は、ＲＦシールドと該ＲＦシールドが挿入された画素化したシンチレータ結晶とが用いられている本発明の第４の実施形態に係るガンマ線検出モジュールの断面図を示している。

図８は、モノリシックブロックにおいて、集光システムのレンズサイズおよびＲＦシールドの格子サイズが光センササイズとは異なる本発明の第５の実施形態に係るガンマ線検出モジュールの断面図を示している。

図９は、画素化したシンチレータ結晶において、集光システムのレンズサイズおよびＲＦシールドの格子サイズが光センササイズとは異なる本発明の第６の実施形態に係るガンマ線検出モジュールの断面図を示している。

〔好適な実施形態の説明〕
本発明に係るガンマ／ＲＦシステム（１）の実施形態のいくつかの例を以下に説明する。

図１はガンマ／ＲＦシステム（１）の第１例を示しており、該ガンマ／ＲＦシステム（１）は携帯型のガンマ／ＲＦ装置（２）と、接続ケーブル（４）によって接続されている外部処理手段（３）とによって構成されている。携帯型ガンマ／ＲＦ装置（２）によって生成された磁気共鳴信号は、接続ケーブル（４４）を通じて出力される一般的な方法で出力される。この接続ケーブル（４４）は、携帯型ＲＦコイルを使用している際に従来のＭＲシステムユニットにおいて利用可能である。本例では、携帯型ガンマ／ＲＦ装置（２）は患者（５）の頭部またはＲＯＩ（関心がある部位；region of interestの頭文字に由来）に配置されており、該患者（５）または動物は移動式ストレッチャによって従来のＭＲシステム（６）の内部に入れられる。従来のＭＲシステム（６）（ＭＲＩ、ＭＲＳ、およびＮＭＲに応じて閉鎖していてもしていなくてもよい）と組み合わされたガンマ／ＲＦシステム（１）は、最終的にＰＥＴまたはＳＰＥＣＴおよびＭＲの合成画像を形成するＰＥＴ−ＳＰＥＣＴおよびＭＲ画像を記録することができるデータを取得することができる。いくつかのガンマ線検出モジュール（８）から送られてくるデータは接続ケーブル（４）を通り、ＲＦコイル（７）からの信号は接続ケーブル（４４）を通る。両方のデータはＳＰＥＣＴおよびＰＥＴ−ＭＲの合成画像を得るために処理される。

図２ａおよび２ｂは、それぞれ本発明に係る携帯型ガンマ／ＲＦ装置（２）の透視図および断面図を示しており、携帯型ガンマ／ＲＦ装置（２）を構成する構成部材が示されている。

ａ）ＲＦコイル（７）は、「リスの回転籠」の形状を有した共鳴器用のタイプのコイルである。ＲＦコイル（７）は、両端部が１つのリングに接続されている１組の縦棒またはワイヤによって構成されており、これによって到達したガンマ線を通すことができるいくつかの空間が形成されている。本例では、患者（５）の頭部を通る。本発明は、他のタイプのＲＦコイルの使用を制限するものではない。

ｂ）１組のガンマ線検出モジュール（８）は、縒ったＲＦコイル（７）によって残された空間に、放射状に円筒を形成するように構成されている。本例では、１６個のガンマ線検出モジュール（８）がＲＦコイル（７）の外側に配置されているが、本明細書において既に述べているように、ガンマ線検出モジュール（８）はＲＦコイル（７）を構成する各対の縦棒またはワイヤよりも内側に配置することも可能である。したがって、２つのモジュール間における検出の死角領域は、縒ったＲＦコイルを配置するために用いられる。この構成によれば、ガンマ線は縒ったＲＦコイル（７）によって散乱されることなく、検出モジュール（８）に向けてと出射される。

本例では、付加ＲＦシールドおよびガンマ検出モジュール（８）の導入するためのサポートを提供する外部カプセル（９）が示されている。図３ａおよび３ｂは、本例に係るガンマ線検出モジュール（８）各々の内部構成をより詳細に示している。各ガンマ線検出モジュール（８）は、
−患者（５）から反射されてきたガンマ線を受け取り、光に変換するシンチレータ結晶（１０）；
−シンチレータ結晶（１０）に結合され、シンチレータ結晶（１０）からの光を受け取り、光センサ（１３ａ）のアレイ（１３）に集光する集光システム（１１）；集光システム（１１）は、本明細書において既に述べているように、シンチレータ結晶（１０）からの光をすべて受け取ることができる平坦な第１面（１１ａ）と、光センサ（１３ａ）のアレイ（１３）にすべての光を集光することができる第２面（１１ｂ）とを有していれば、いかなる形状であってもよい。第１の例においては、第２面（１１ｂ）は半球形のレンズ（１１ｃ）のアレイを備えており、各レンズ（１１ｃ）はマトリクスの光センサ（１３ａ）に光を集光する。本例では、光センサ（１３ａ）はＳｉＰＭＴタイプのものである。

−集光システム（１１）および光センサ（１３ａ）のアレイ（１３）の間に配置され、各レンズ（１１ｃ）によって集光された光が通って各光センサ（１３ａ）へと向かう円孔（１２ａ）を有するＲＦシールド層（１２）；を備えている。

図３ａおよび３ｂは、さらに「前端部」処理手段（１４）を示している。本図は、「前端部」処理手段（１４）が光センサ（１３ａ）のアレイ（１３）の後面に配置された回路基板からなっている場合を示している。「前端部」処理手段（１４）は光センサ（１３ａ）の信号が図１の外部処理手段（３）に送られる前に該信号を取得し、処理する。例えば、本明細書において既に述べたように、電子基板であればデータのアナログ・デジタル変換を行うことができる。最後に、カバー（１５）は各ガンマ線検出モジュール（８）の構成部材を保護している。

図４は、本発明に係るガンマ線検出モジュール（８）の特定の実施形態の断面図を示している。具体的には、どのようにしてマイクロレンズ（１１）の第１面（１１ａ）の全面がシンチレータ結晶（１０）から出射された光を受け取り、光センサ（１３ａ）のみに集光するのかを示している。この場合、ＲＦシールド層（１２）は相互焦点領域（inerfocal spaces）を用いて設計されており、本例では格子である。図５は、ガンマ線検出モジュール（８）の第２例を示している。本図では、第２シンチレータ結晶（１０’）および第２集光システム（１１’）がそれぞれ１つ目のシンチレータ結晶（１０）および集光システム（１１）の前に設けられている。

図６および７は、それぞれ画素化されたシンチレータ結晶（１０）が用いられているガンマ線検出モジュール（８）の断面図を示している。図６では、ＲＦシールド層（１２）は画素化されたシンチレータ結晶（１０）の画素サイズに一致するサイズを持つ格子形状をなしている。該ＲＦシールド層（１２）は、集光システム（１１）および光センサ（１３ａ）のアレイ（１３）の間に配置されている。それに対して図７では、ＲＦシールド層（１２）は画素化されたシンチレータ結晶（１０）の結晶間の離間部分に埋め込まれている。

最後に、図８および９は、それぞれ集光システム（１１）のレンズ（１１ｃ）およびＲＦシールド層（１２）の格子のサイズが、光センサ（１３ａ）のサイズと一致していないガンマ線検出モジュール（８）の断面図を示している。両方の場合（モノリシックのシンチレータ結晶（１０）または画素化されたシンチレータ結晶（１０））において、ＲＦシールド層（１２）の格子サイズ（格子の縦棒間の距離）は、必ずしも集光システム（１１）の相互焦点距離（interfocal distance）に一致しなくてもよいことを理解されたい。また、上記の相互焦点距離と同等または相互焦点距離よりも高く（整数の回数だけ）てもよい。一方、図８に対応する実施形態は、２つ以上のモノリシックブロックが用いられている構成に拡張することもできる。

図１は、本発明に係るコンパクトでハイブリッドで統合的なガンマ／ＲＦシステムであって、携帯型であり、従来のＭＲシステムと連動して使用しているガンマ／ＲＦシステムを示している。 図２ａは、本発明に係る携帯型ガンマ／ＲＦ装置の透視図および断面図を示している。 図２ｂは、本発明に係る携帯型ガンマ／ＲＦ装置の透視図および断面図を示している。 図３ａは、本発明の第１の実施形態に係るガンマ線検出モジュールの分解図を示している。 図３ｂは、本発明の第１の実施形態に係るガンマ線検出モジュールの分解図を示している。 図４は、ＲＦシールドを有する１つの集光システムと１つのモノリシックのシンチレータ結晶とが用いられている本発明の第１の実施形態に係るガンマ線検出モジュールの断面図を示している。 図５は、いずれかが少なくともＲＦシールドを有している２つの集光システムと２つのモノリシックシンチレータ結晶が用いられている本発明の第２の実施形態に係るガンマ線検出モジュールの断面図を示している。 図６は、ＲＦシールドを有する集光システムと画素化したシンチレータ結晶とが用いられている本発明の第３の実施形態に係るガンマ線検出モジュールの断面図を示している。 図７は、ＲＦシールドと該ＲＦシールドが挿入された画素化したシンチレータ結晶とが用いられている本発明の第４の実施形態に係るガンマ線検出モジュールの断面図を示している。 図８は、モノリシックブロックにおいて、集光システムのレンズサイズおよびＲＦシールドの格子サイズが光センササイズとは異なる本発明の第５の実施形態に係るガンマ線検出モジュールの断面図を示している。 図９は、画素化したシンチレータ結晶において、集光システムのレンズサイズおよびＲＦシールドの格子サイズが光センササイズとは異なる本発明の第６の実施形態に係るガンマ線検出モジュールの断面図を示している。

Claims (20)

1. ＰＥＴ−ＳＰＥＣＴ／ＭＲの同時画像化のためのコンパクトでハイブリッドで統合的なガンマ／ＲＦシステム（１）であって、当該システムは、ガンマ／ＲＦ装置（２）を備えており、
   上記ガンマ／ＲＦ装置（２）は、
   −内部生成されたガンマ線の大部分を少なくとも通過させる空間を有するＲＦコイル（７）と、
   −上記ＲＦコイル（７）の周囲に放射状に設けられた１組のガンマ線検出モジュール（８）とを備え、
   各上記ガンマ線検出モジュール（８）は、
   −ガンマ放射を受け取ると光を発するシンチレータ結晶（１０）と、
   −上記シンチレータ結晶（１０）に接続されており、上記光を受け取るための第１面（１１ａ）と、光センサ（１３ａ）のアレイ（１３）へと向けて上記光を偏向させるレンズ（１１ｃ）とを備える集光システム（１１）と、
   −集光システム（１１）および光センサ（１３ａ）のアレイ（１３）の間に配置され、集光された上記光が通って上記光センサ（１３ａ）へと向かう孔を有するＲＦシールド層（１２）と、
   −上記ＲＦシールド層（１２）の後側に配置され、該ＲＦシールド層（１２）からの光を受け取るための上記光センサ（１３ａ）の上記アレイ（１３）と、
   −上記光センサ（１３ａ）によって生成された信号を処理するための手段（１４）とを備えていることを特徴とするシステム。
2. 上記ＲＦコイル（７）は、両端部が１つのリングに接続されている１組の縦棒によって構成されていることによって、平行六面体の開口部をいくつか備えていることを特徴とする請求項１に記載のシステム（１）。
3. 上記ＲＦコイル（７）は、細くて低比重である材料であってかつ小さい原子番号の材料からなる複数の空間であって、ガンマ線の大部分を通過させる空間を有していることを特徴とする請求項１に記載のシステム（１）。
4. 上記シンチレータ結晶（１０）は、モノリシックであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム（１）。
5. 上記シンチレータ結晶（１１’）は、画素化されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシステム（１）。
6. 上記集光システム（１１）の上記レンズ（１１ｃ）のサイズは、上記光センサ（１３ａ）のサイズと一致することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム（１）。
7. 上記集光システム（１１）の上記レンズ（１１ｃ）のサイズは、上記光センサ（１３ａ）のサイズと一致しないことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム（１）。
8. 上記集光システム（１１）の上記レンズ（１１ｃ）は、半球形状を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム（１）。
9. 上記ガンマ線検出モジュール（８）は、第２シンチレータ結晶（１０’）および第２集光システム（１１’）をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム（１）。
10. 上記ＲＦシールド層（１２）は、円孔を持つ金属格子であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステム（１）。
11. 上記ＲＦシールド層（１２）は、四角形の孔を持つ金属格子であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステム（１）。
12. 上記格子のメッシュは、１０ミクロンから６ｍｍの間であることを特徴とする請求項１１に記載のシステム（１）。
13. 上記ＲＦシールド層（１２）は、金属薄膜の化学析出であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のシステム（１）。
14. 上記光センサ（１３ａ）は、シリコン製光電倍増管（ＳｉＰＭＴ）および光電倍増管タイプのマイクロチャネル板（ＰＭＴ）の中から選択されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のシステム（１）。
15. 上記ガンマ／ＲＦ装置（２）は、携帯型であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のシステム（１）。
16. 上記ＲＦコイル（７）と上記ＲＦシールド層（１２）との距離は、１５ｍｍよりも大きいことを特徴とする請求項１５に記載のシステム（１）。
17. 上記ガンマ／ＲＦ装置（２）にケーブル（４）によって接続されており、上記ガンマ／ＲＦ装置（２）によって取得された信号を受け取り、解析を行う外部処理手段（３）をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載のシステム（１）。
18. 上記ガンマ／ＲＦ装置（２）は、上記外部処理手段（３）にデジタル信号の送信を可能にするアナログ・デジタル変換器をさらに備えていることを特徴とする請求項１７に記載のシステム（１）。
19. 上記ガンマ／ＲＦ装置（２）は、上記外部処理手段（３）に光信号の送信を可能にするデジタル・光学変換器をさらに備えていることを特徴とする請求項１７に記載のシステム（１）。
20. 「ゲート収集」を行う手段をさらに備えていることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１項に記載のシステム（１）。

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