JP2005516228A - 非対称に配置された交差接続型シンチレーション結晶 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、全体の内容があらゆる目的のために参照として本明細書に明確に組み込まれている、2002年2月1日出願の同時係属中の米国特許出願第60/353,135号の優先権の利益に関し、それを主張する。
本発明は、米国国立衛生研究所との契約において米国政府支援により実施された。
1. 発明の分野
本発明は、一般に、陽電子放射型断層撮影法(PET)の分野に関する。さらに詳細には、本発明は、PETsにおけるシンチレーション放射線検出装置に関する。具体的には、本発明の好ましい実施はシンチレーション放射線検出装置の作製に関する。
陽電子放射型断層撮影法(PET)は、生存中の被験者の組織内の陽電子放出放射性同位体の濃度を測定し、そのような測定値を使用して内部組織の画像を形成するための技術である。PETは、短命の陽電子放出放射性同位体の現場での供給源としてサイクロトロンを必要とすることがある。同位体は、グルコース-関連化合物と共に患者に注射され、陽電子は体内組織内で電子と衝突して光子を生成する。光子は断層撮影によるシンチレーション検出装置によって追跡され、その情報はコンピュータによって処理されて、観察した組織内の画像と血流および代謝過程に関する情報およびデータを提供する。
PET同時検出効率=(検出装置の効率)2=(検出装置の断層方向のパッキング比×軸方向のパッキング比)×(検出装置の断層方向のパッキング比×軸方向のパッキング比)
のように、鋸歯によって作製される溝の幅により、超小型検出装置の同時検出効率は実質的に損失されるからである。
以下の態様が必要である。当然のことながら、本発明はこれらの態様に限定されない。
本発明は、高い感度のPET検出装置を含むことができる。本発明はまた、PET検出装置を作製する際の高い効率を含むことができる。
検出装置の各結晶アレイは、各々が任意で長方形の形状のシンチレーション結晶の基盤(透明な結晶)である。γ線粒子または他の放射線粒子がアレイ中の検出装置要素(結晶)に衝突すると、光線が放出される。
光学的接着剤は、乾燥すると光学的に透明で、永久的に接着する任意の接着剤である。接着剤は光線の吸収または散乱が非常に少ない。接着剤が適用されると、図7Aおよび図7Bに示すように、接着用ジグまたはホルダー700内に配置される。この装置は、接着剤の厚さを制御することができるように、スラブ-サンドイッチと最終製品の検出装置ブロックを正確な寸法で接着する助けとなる。ブロックからの過剰な接着剤の除去も簡単にすることができる。スラブ-サンドイッチまたは検出装置ブロックに残存する過剰な接着剤の量を最小にするように、過剰な接着剤の排出空間710がある。
平均して、8×8検出装置アレイを1つ作製するためには、スラブの12.25回の塗装、8回の切削、および14の表面の一体としての接着、合計34.25段階が存在する。この工程は、74回の塗装および接着する119の表面または切子面、合計193段階を必要とする、64の個別の要素によって作製される検出装置ブロックと比較することができる。従って、この作製工程は、提案されているスラブ・サンドイッチ・スライス法により大幅に単純化される。
ある種の症例の腫瘍診断において使用されるPETスキャンの医療費償還制についてCMS(旧HCFA)による最近の承認およびこの承認が生じたPET市場の急速な成長(2000年に100%の増加)は、より手ごろな専用PETスキャナーの必要性を生じている。先に考察した作製法は、光電子増倍管四分割技術(the photomultiplier sharing technique;PQS)を使用する市販のカメラと同じ検出装置面積(40mm×40mm)および同じ数の結晶(8×8)のブロックを有する位置有感型ブロックの開発に使用された。
検出装置モジュールでは角型ブロックのPQSアレイによって残された使用していない光電陰極領域が生じることにより、長方形(拡張型)ブロックを開発した。このブロックはPMT有感領域の使用を最大にし、モジュール間の空隙サイズを最小にする。
実験的なブロックの結晶位置解読を試験するために、光学的なグリースを使用してそれを径40mmの4つのHamamatsu R580-15光電子増倍管に光学的に接続した。γ線源のための1つのBGO(ビスマス酸化ゲルマニウム)結晶および137Csを使用してPMTsゲインを調整した。前方端の電子工学増幅装置のゲインの調整は各PMTの光ピーク位置に等価した。
SSS法によって作製されるシンチレーション結晶ブロックは、γ線カメラなどの装置に使用することができるリング/円形検出装置アレイに配置するのに好適な検出装置を作製するようにさらに改良することができる。PMT四分割デザインを用いると、最も簡単なPETの実施は、PMTs2405およびシンチレーション結晶ブロック2410からなる6つの検出装置パネル2400を有する多角形デザインを例示している、図14に示すように、多数のアレイ/ブロックを大型の検出装置パネルに配置することおよび多角形パターンで患者の周囲に多数のパネルを配置することである。このパネルを用いた実施はエンジニアリング/作製には容易であるが、欠点がある。
W = P cos(180°/N)
R = W / sin(360°/ N) - D
T = W / cos2(180°/N) - 2D tan(180°/ N)
「屋根」の研削は、ブロックの上辺の中線から180°/ Nである。
超高分解能PETカメラは、上記の方法から作製される検出装置を使用して設計されている。このシステムは、臨床用途および研究用途の両方に高い多様性を提供するように設計された。カメラは異なる操作モードに変形することができる:通常のヒト全身用PET、超大型放射線治療計画システム、高感度脳専用システムおよび高感度胸部専用PET、高感度小型動物用PET。
シンチレーション検出装置の計数率を増加するために最近開発された高収率パイルアップ事象回収(HYPER)電子機器をカメラの前方端の電子機器に組み込むことができる。HYPER電子機器は、NaL(T1)の計数率または画像形成速度を約10倍、BGOの計数率または画像形成速度を6〜8倍増加することが証明されている。
実験用ブロックの結晶位置解読を試験するために、光学的グリースを使用してそれを径40mmの4つのHamamatsu R580-15光電子増倍管に光学的に接続した。γ線源のための1つのBGO(ビスマス酸化ゲルマニウム)結晶および137Csを使用してPMTsゲインを調整した。前方端の電子工学増幅装置のゲインの調整は各PMTの光ピーク位置に等価した。
本発明の具体的な態様は、いくつかの詳細な種々の特徴を例示する働きをする、限定するものではない以下の実施例によってここでさらに記載される。以下の実施例は、本発明を実施することができる方法の理解を容易にするために含まれている。以下の実施例は本発明を実施する際に十分に機能することが見いだされている態様を示しており、本発明を実施するための好ましい態様を構成するものと考えることができることが理解されるべきである。しかし、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多数の変更を例示されている開示の態様に加えることができるが、同じまたはほぼ同じ結果を変わらず得ることができることが考慮されるべきである。従って、実施例は、本発明の範囲を限定するものと考慮されるべきではない。
表1aおよび表1bは、本発明の方法によって作製した検出装置アレイの7×7態様のマスク構成の一例を示す。表1aおよび1bの情報は図28にも例示してある。目的の検出装置アレイの長さより長いシンチレーション結晶スラブ2100に種々の長さの数多くの直線状マスク2110を塗装する。次いで、光学的接着剤を使用して、結晶スラブを一体として接着してサンドイッチ構造の2106および2107を作製する。
表2aおよび表2bは、本発明の方法によって作製した検出装置アレイの7×8態様のマスク構成の一例を示す。表2aおよび2bの情報は図29にも例示されている。目的の検出装置アレイの長さより長いシンチレーション結晶スラブ2200に種々の長さの数多くの直線状マスク2210を塗装する。次いで、光学的接着剤を使用して、結晶スラブを一体として接着してサンドイッチ構造2206、2207、2208、2209を作製する。
表3aおよび表3bは、本発明の方法によって作製した検出装置アレイの8×8態様のマスク構成の一例を示す。表3aおよび3bの情報は図30にも例示されている。目的の検出装置アレイの長さより長いシンチレーション結晶スラブ2300に種々の長さの数多くの直線状マスク2310を塗装する。次いで、光学的接着剤を使用して、結晶スラブを一体として接着してサンドイッチ構造2306、2307、2308、2309を作製する。
Claims (26)
- 複数の光電子増倍管;および
複数の光電子増倍管に接続され、複数のコーナー端を規定するシンチレーション結晶アレイ
を備える装置であって、
複数のコーナー端の第1のコーナー端が、複数の光電子増倍管の第1の光電子増倍管の第1の中心に整列され、複数のコーナー端の第2のコーナー端が複数の光電子増倍管の第2の光電子増倍管の第2の中心に整列されていない装置。 - 複数のコーナー端の第3のコーナー端が、複数の光電子増倍管の第3番目の第3の中心に整列されていない、請求項1記載の装置。
- シンチレーション結晶アレイが、ビスマス酸化ゲルマニウム、ケイ酸ゲルマニウムおよびオキシオルトケイ酸ルテニウムからなる群より選択されるn×mの結晶を含み、nがシンチレーション結晶アレイの幅であり、mがシンチレーション結晶アレイの長さである、請求項1記載の装置。
- 複数のコーナー端の第4のコーナー端が、光電子増倍管の第4番目の第4の中心に整列されていない、請求項1記載の装置。
- シンチレーション結晶アレイが、ビスマス酸化ゲルマニウム、ケイ酸ゲルマニウムおよびオキシオルトケイ酸ルテニウムからなる群より選択されるn2の結晶を含み、nがシンチレーション結晶アレイの基盤サイズである、請求項4記載の装置。
- 複数の光電子増倍管の第1の光電子増倍管に接続した別のシンチレーション結晶アレイをさらに備え、別のシンチレーション結晶アレイが、複数の光電子増倍管の第1番間の第1の中心に配列されている別のコーナー端を規定する、請求項1記載の装置。
- 複数の光電子増倍管とシンチレーション結晶アレイの間に接続された光線ガイドをさらに備える、請求項1記載の装置。
- シンチレーション結晶アレイが、シンチレーション結晶アレイの平面方向に先細りにされている、請求項1記載の装置。
- シンチレーション結晶アレイが、以下の式:
T = W / cos2(180°/N) - 2D tan (180°/N)
(式中、Tがシンチレーション結晶アレイが先細りにされている量であり、Wがシンチレーション結晶アレイの幅であり、Nがシンチレーション結晶アレイのリングを形成するのに必要なシンチレーション結晶アレイの数である)
により先細りにされている、請求項8記載の装置。 - 請求項1記載の装置を含む陽電子放射型断層撮影カメラ。
- 複数のコーナー端を規定するシンチレーション結晶アレイに複数の光電子増倍管を接続する段階
を含み、
複数のコーナー端の第1のコーナー端が複数の光電子増倍管の第1の光電子増倍管の第1の中心に整列されており、複数のコーナー端の第2のコーナー端が複数の光電子増倍管の第2の光電子増倍管の第2の中心に整列されていない方法。 - 複数のコーナー端の第3のコーナー端が複数の光電子増倍管の第3番目の第3の中心に整列されていない、請求項11記載の方法。
- シンチレーション結晶アレイが、ビスマス酸化ゲルマニウム、ケイ酸ゲルマニウムおよびオキシオルトケイ酸ルテニウムからなる群より選択されるn×mの結晶を含む、請求項11記載の方法。
- 複数のコーナー端の第4のコーナー端が光電子増倍管の第4番目の第4の中心に整列されていない、請求項11記載の方法。
- シンチレーション結晶アレイが、ビスマス酸化ゲルマニウム、ケイ酸ゲルマニウムおよびオキシオルトケイ酸ルテニウムからなる群より選択されるn2の結晶を含む、請求項14記載の方法。
- 複数の光電子増倍管の第1の光電子増倍管に別のシンチレーション結晶アレイを接続する段階をさらに含み、別のシンチレーション結晶アレイが、複数の光電子増倍管の第1番目の第1の中心に整列されている別のコーナー端を規定する、請求項11記載の方法。
- 複数の光電子増倍管とシンチレーション結晶アレイの間に光線ガイドを接続する段階をさらに含む、請求項11記載の方法。
- シンチレーション結晶アレイがシンチレーション結晶アレイの平面方向に先細りにされている、請求項11記載の装置。
- シンチレーション結晶アレイが、以下の式:
T = W / cos2(180°/N) - 2D tan (180°/N)
(式中、Tがシンチレーション結晶アレイが先細りにされている量であり、Wがシンチレーション結晶アレイの幅であり、Nがシンチレーション結晶アレイのリングを形成するのに必要なシンチレーション結晶アレイの数である)
により先細りにされている、請求項18記載の装置。 - 複数の光電子増倍管に接続されており、複数のコーナー端を規定するシンチレーション結晶アレイで放射線を検出する段階を含み、複数のコーナー端の第1のコーナー端が複数の光電子増倍管の第1の光電子増倍管の第1の中心に整列されており、複数のコーナー端の第2のコーナー端が複数の光電子増倍管の第2の光電子増倍管の第2の中心に整列されていない方法。
- 複数のコーナー端の第3のコーナー端が複数の光電子増倍管の第3番目の第3の中心に整列されていない、請求項20記載の方法。
- シンチレーション結晶アレイが、ビスマス酸化ゲルマニウム、ケイ酸ゲルマニウム、およびオキシオルトケイ酸ルテニウムからなる群より選択されるn×mの結晶を含む、請求項20記載の方法。
- 複数のコーナー端の第4のコーナー端が光電子増倍管の第4番目の第4の中心に整列されていない、請求項20記載の方法。
- シンチレーション結晶アレイが、ビスマス酸化ゲルマニウム、およびオキシオルトケイ酸ルテニウムからなる群より選択されるn2の結晶を含む、請求項23記載の方法。
- 複数の光電子増倍管の第1の光電子増倍管に別のシンチレーション結晶アレイを接続する段階をさらに含み、別のシンチレーション結晶アレイが、複数の光電子増倍管の第1番目の第1のコーナーに整列されている別のコーナー端を規定する、請求項20記載の方法。
- 光線ガイドを介してシンチレーション結晶アレイから複数の光電子増倍管の少なくとも1つに光子を誘導する段階をさらに含む、請求項20記載の方法。
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