JP5011492B2

JP5011492B2 - Ｐｅｔ−ｍｒｉハイブリッドシステム

Info

Publication number: JP5011492B2
Application number: JP2005257856A
Authority: JP
Inventors: チャンヒチョ; ヨンボキム; チョルオクイ
Original assignee: 嘉泉医科学大学校産学協力団
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2005-09-06
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2025-09-06
Also published as: KR20070099511A; NL1029890A1; US20110196228A1; JP2006075596A; KR100842682B1; US20060052685A1; DE102005041381A1; NL1033667A1; KR20060051013A; NL1029890C2; NL1033667C2; US7937131B2

Description

本発明は生体組織に対する情報を備える映像を非侵襲的に獲得するためのシステム及び方法に関するもので、より具体的には陽電子放出断層撮影技術（ＰＥＴ）と磁気共鳴映像撮影技術（ＭＲＩ）を統合して人体組織内部の機能的（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ）・分子的（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ）情報だけでなく、解剖学的情報までも描き出す高解像度融合映像を提供する装置及び方法に関する。

ＰＥＴは１９７５年、互いに異なる２つのグループの科学者により初めて開発された。第１グループはロスアンゼルスに位置したカリフォルニア大学（ＵＣＬＡ）のチョ・ジャンヒ博士の主導下であり、第２グループはミズーリ州、セントルイスに位置したワシントン大学のＭ．ティール−ポゴシアン（Ｔｅｒ−Ｐｏｇｏｓｓｉａｎ）及びＭ．フェプス（Ｐｈｅｌｐｓ）が先導した。その後、ＰＥＴはＣＰＳ−ＣＴＩを備えるいくつかの商業各社によって発展してきて１９９２年まで人体と脳に対する機能的・分子的映像を獲得することができる唯一の手段であった（ｆＭＲＩが１９９２年に登場したが、それは頭脳の血流動態（ｈｅｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ）にのみ制限されたものであった）。

反面、ＭＲＩは１９７３年にＰ．ラウデブル（Ｌａｕｔｅｒｂｕｒ）により開発された。それはＣＴ（ｃｏｍｐｕｔｅｒｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）、またはＰＥＴとある程度類似するが、物理学的原理面で相違する。現在は全世界の病院に１０，０００台以上のＭＲＩが使われている。ＭＲＩは根本的に機能的映像道具というより、形態学的（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ）または解剖学的（ａｎａｔｏｍｉｃａｌ）道具であるため、分子的特徴性（ｓｐｅｃｉａｌｉｔｙ）が不足する。しかし、ＭＲＩはＰＥＴより高い時間的、解剖学的解像度を有する。また、１９９２年には、Ｓ．オガワ（Ｏｇａｗａ）により機能的映像を得ることができる機能がＭＲＩに付加されたｆＭＲＩが誕生した。このような機能的映像に関する機能が追加されることによって、ｆＭＲＩは神経科学（ｎｅｕｒｏｓｃｉｅｎｃｅ）分野において最も優れた頭脳の映像を提供することができる装置の一つになった。

ｆＭＲＩが開発されて公開された時に、ｆＭＲＩは頭脳映像面において非常に印象的なものであったので、神経科学の全学界はこの新しい装置を熱烈に受け入れた。しかし、分子的特定性（ｓｐｅｃｉｆｉｃｉｔｙ）に対する要求が起きながら、このような興奮は長く続かず、これはＰＥＴに対する根本的な関心を再び呼びおこした。本技術分野において、よく知られている通り、ＰＥＴは２種類の主要な能力（ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）、即ち葡萄糖（ｇｌｕｃｏｓｅ）及びガンシクロビル（ｇａｎｃｉｃｌｏｖｉｒ）のような特定基質の代謝（ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ）及び神経伝達物質の配位子（ｌｉｇａｎｄｓ）に対する特定神経−受容体（ｎｅｕｒｏ−ｒｅｃｅｐｔｏｒｓ）の親和力／分布（ａｆｆｉｎｉｔｙ／ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）を測定できる能力がある。

上述した通り、ＰＥＴとＭＲＩにはそれぞれ固有な長所と短所がある。より詳細には、ＰＥＴが人体組織の分子学的、そして機能的情報を非常に高い対照度（ｃｏｎｔｒａｓｔ）を通じて提供することができる。しかし、ＰＥＴは本質的に低い解像度を有するため、解剖学的情報を提供するには限界がある。ＭＲＩの場合、人体組織に対する詳細な解剖学的情報を提供することはできるが、ＰＥＴと反対に、分子学的、機能的情報は提供することができない。

上述したようなＰＥＴとＭＲＩの長所と短所によって、本技術分野ではこれらを共に結合するための試みが続けられてきた。しかし、以前の全ての試みは現実的な成功を収められなかった。例えば、図１は通常のＭＲＩ（１．５Ｔ〜３．０Ｔの磁場を用いる）とＰＥＴ（またはＰＥＴ／ＣＴ）を結合するための従来の試みを示す。即ち、従来のシステム（１００）はＭＲＩ装置（１２０）及びＰＥＴ／ＣＴ装置（１３０）を備える。公知となった通り、ＭＲＩ装置（１２０）は人体内に存在する検査対象物質の磁気的性質を用いて与えられた組織の原子的、化学的及び物理的様態を測定する。図１に示された通り、ＭＲＩ装置（１２０）は人体組織の解剖学的情報を備えるＭＲＩ映像（１２２）を生成するために上記の測定値を処理する。やはり、公知となった通り、ＰＥＴ／ＣＴ装置（１３０）は、人体組織に対する分子的、機能的情報を提供するＰＥＴ映像（１３２）を生成するためにガンマ線（即ち、５１１ｋｅｖのａｎｎｉｈｉｌａｔｉｏｎ陽電子）を検出する。上記ガンマ線はＦ１８のような陽電子放出同位元素で標識されて人体に注入された生物学的サンプル（ｓａｍｐｌｅ）から発生する。上記放射線の核種から陽電子が放出されて人体内で電子と会えば、一対のガンマ線が生成される。

このような従来のシステムでは、患者が頻繁に内外に移送されなければならない問題があった。これは患者をＭＲＩ装置（１２０）が設けられた所からＰＥＴ／ＣＴ装置（１３０）が設けられた他の場所に移さなければならないためである。ＰＥＴ映像は一般にＭＲＩ映像撮影以後に撮られる。しかし、ＭＲＩ映像がＰＥＴ映像に先立って撮影することもあり得る。それだけでなく、ＭＲＩ映像及びＰＥＴ映像を得たとしても、これらを映像融合に適した精度で結合することは大変難しい。その理由は、望みの解像度が非常に高いにもかかわらず、ＭＲＩ装置（１２０）とＰＥＴ／ＣＴ装置（１３０）との間に物理的に分離されているためである。従って、分離された構成を通じて獲得した、ＰＥＴ装置（１３０）からの分子的映像とＭＲＩ装置（１２０）からの解剖学的映像を結合するには困難があった。さらに、２つの映像（即ち、一つはＭＲＩから、他の一つはＰＥＴから）が互いに異なった場所（相違した環境または条件）及び時間（その時間の間に代謝変化が起きる）で得られることによって、検査条件が変わってそれによって２つの映像との間に不一致が発生することがあるといえるのである。言い換えれば、ＭＲＩ装置（１２０）からの解剖学的映像、（またはｆＭＲＩからの酸素消耗量や血の流れ）とＰＥＴ／ＣＴ装置（１３０）からの映像を従来技術の構成により結合することは一般に適切でなく、何よりも脳の構造が非常に細かいため、脳の映像の場合、さらに適切でなかった。

従って、脳の機能的変化または躍動性（ｄｙｎａｍｉｃｓ）に適切な医療映像を提供することができるシステムが必要である。

本発明の目的は、ＰＥＴ−ＭＲＩハイブリッド装置（即ち、ＰＥＴとＭＲＩの統合システム）及びそれを具現するための方法を提供することで、これを通じて人体組織の解剖学的情報及び分子的情報を単一映像内で獲得することができるようにする。

本発明のもう一つの目的は、高い空間解像度を有する分子的映像を提供するために、ＭＲＩ映像とＰＥＴ映像を統合するための数学的コンピュータ技法を行う一連のソフトウェアを提供することである。

本発明の一実施例によれば、被検査体の分子的機能的情報だけでなく、解剖学的情報及び血流動態情報も提供するための映像装置が提供される。この装置は、上記被検査体の血流動態情報だけでなく、上記解剖学的情報も獲得するための第１スキャナー；上記分子的機能的情報を獲得するための第２スキャナー；外部ＲＦフィールドから上記第１スキャナーを含んだ所定の空間を保護し、また、上記第１スキャナーの磁場が外部に漏洩することを防止するためのＲＦ＋磁場シールド；上記第１スキャナーからの上記磁場から上記第２スキャナーを備える空間を保護するための磁場シールド；上記第１スキャナーから上記ＲＦ＋磁場シールド及び上記ＲＦシールドを経て上記第２スキャナーに達する経路に沿って置かれた移送レール；及び上記移送レールに沿って移動することができて上記被検査体を支持するための受け台を備える。

本発明のもう一つの一実施例によれば、被検査体の分子的機能的情報だけでなく解剖学的情報も提供するための方法が提供される。このような方法は、上記解剖学的情報が獲得される空間に上記被検査体を移送する段階；上記解剖学的情報が獲得される上記空間を外部ＲＦフィールドから保護する段階；上記解剖学的情報を獲得する段階；上記分子的機能的情報を獲得することができる空間に上記被験者を移送させる段階；及び上記分子的機能的情報を獲得する段階を備える。

本発明のもう一つの一実施例によれば、被検査体の分子的機能的情報だけでなく解剖学的情報及び血流動態情報を提供するための方法が提供される。この方法は、上記解剖学的情報及び血流動態情報が獲得される第１の空間に上記被検査体を移送する段階；上記解剖学的情報及び上記血流動態情報が獲得される上記第１の空間を外部ＲＦフィールドから遮蔽させる段階；上記解剖学的情報及び上記血流動態情報を獲得する段階；上記分子的機能的情報を獲得することができる第２の空間に上記被験者を移送させる段階；上記分子的機能的情報が獲得される上記第２の空間を外部磁場から保護する段階及び上記分子的機能的情報を獲得する段階を備え、完全同期化された方式で、上記第２の空間がどの瞬間にも上記第１の空間からの磁場に露出されないようにする。

本発明のハイブリッドＰＥＴ−ＭＲＩシステムは、高い解像度のＭＲＩ映像と分子的機能情報を提供するＰＥＴ映像を時間的、空間的誤差面において同期化されるように融合できるようにすることによって、今までは不可能であった解剖学的・血流動態的・分子的情報が全て提供する医療映像を提供することができる。

以下で、本発明の技術的特徴と本発明が達成することができる優れた効果について添付された図面を参照してさらに詳細に説明することにする。

１．ローフィールド（ＬｏｗＦｉｅｌｄ）ＭＲＩ＋ＰＥＴ／ＣＴハイブリッドシステムの実施例
図２には、本発明によるローフィールドＭＲＩ＋ＰＥＴ／ＣＴハイブリッドシステムの一実施例が示されている。図２の実施例で、システム（２００）は大きく分けてＭＲＩスキャナー（２１０）、ＲＦシールド（ＲＦＳｈｉｅｌｄ）（２２０）、ＰＥＴ／ＣＴスキャナー（２４０）、患者受け台（２５０）、移送レール（２６０）及び映像処理手段（２７０）を備える。

公知となった通り、ＭＲＩスキャナー（２１０）は１．５Ｔ〜３．０Ｔの大きさの磁場を用いて、人体組織に対する機能的映像だけでなく、解剖学的構造的情報を提供する。ＭＲＩスキャナー（２１０）は、それ自体が遮蔽され、スキャナーの磁場が使用中に漏洩することを防止する。

ＲＦシールド（２２０）はＭＲＩブロック（２０２）が外部ＲＦフィールドによって悪い影響を受けないように保護する。ＭＲＩブロック（２０２）では、生体組織の核種（ｎｕｃｌｅｉ）を励起（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）状態にするために、電気的な刺激を該当核種に加える。励起状態にあった核種が非励起（ｄｅ−ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）状態に戻る時、それは高周波数のＲＦ信号を放出する。ＭＲＩスキャナー（２１０）は上記核種から放出されたＲＦ信号をＲＦコイルを通じて受信して生体組織の解剖学的情報を再構成する。ところが、核種の状態が励起から非励起に変化する時に発生する上記ＲＦ信号は通常のラジオ放送または通信システムで使われる周波数範囲と重複する。従って、ＭＲＩブロック（２０２）を上記外部ＲＦ信号によるＲＦフィールドから遮断しなければ、ＭＲＩブロック（２０２）は人体組織からの高周波信号を区別することができなくなり解剖学的情報を正確に獲得することができない。上記のような問題点を解決するために、ＲＦシールド（２２０）はＭＲＩブロック（２０２）を外部ＲＦから保護する。

ＰＥＴ／ＣＴスキャナー（２４０）は、陽電子を放出する放射線核種と共にＸ線を用いて人間の内部組織に関するデータを獲得することができる。従って、解剖学的映像と分子的映像の両方を獲得することができる。ここで、ＰＥＴ／ＣＴスキャナー（２４０）が最近開発されたという点に注目しなければならない。

患者受け台（２５０）は患者を支持してＭＲＩスキャナー（２１０）とＰＥＴ／ＣＴスキャナー（２４０）との間で前後に移すことができる。また、患者受け台（２５０）は患者をＭＲＩスキャナー（２１０）のＲＦコイルに合うように位置させることができる。

患者移送レール（２６０）はＭＲＩスキャナー（２１０）とＰＥＴ／ＣＴスキャナー（２４０）との間に置かれている。患者移送レール（２６０）は、上記スキャナーとの間で移送レールに沿って患者を移送させる時にＭＲＩスキャナー（２１０）の映像獲得原点とＰＥＴ／ＣＴスキャナー（２４０）の映像獲得原点との間に所定の関係が維持されるようにすることが要求される。

映像処理手段（２７０）はフーリエ変換（ＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）及び３次元再構成のようなＭＲＩ映像及びＰＥＴ映像を生成するのに必要なアルゴリズムを行う。上記アルゴリズムはまた、ＭＲＩ及びＰＥＴ映像を結合するのに必要な幾何学的エラー調整（ｅｒｒｏｒｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）及び訂正（ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）のような多様な数学的変換と関連がある。

図３は、本発明による第１実施例で行われる方法を示す。段階（３２０）で、本実施例の方法は、ＭＲＩ映像を獲得するために、ＭＲＩブロック（２０２）を遮蔽することから始める。この段階で、患者は患者受け台（２５０）上に固定されている。その後、上記患者受け台（２５０）は移送レール（２６０）に沿ってＭＲＩスキャナー（２１０）の方向に移動する。患者受け台（２５０）が所定の距離だけＲＦシールド（２２０）に接近すれば、そこに設けられたシャッター（ｓｈｕｔｔｅｒ）（２２２）が開き始める。患者の足が上記シャッター（２２２）を完全に通り過ぎれば、シャッター（２２２）はその時に閉じるようになる。患者受け台（２５０）は患者の頭がＲＦコイルの内部に位置するようになるまで引き続きＭＲＩスキャナー（２１０）の方向に移動する。

段階（３３０）では、ＭＲＩスキャナー（２１０）が解剖学的情報を得ようとする患者の頭にＲＦフィールドと傾斜磁界（ｇｒａｄｉｅｎｔ）を適用し、ＲＦパルス信号を放出する。一般に、身体組織を構成するそれぞれの核種は、一定の磁場内に位置する時にそれ自身のみのラーモア（Ｌａｍｏｒ）周波数を有する。従って、ＲＦパルス信号が加えられる身体組織は上記ラーモア周波数と相応する磁気共鳴（ＭＲ：ｍａｇｎｅｔｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅ）信号を放出する。これらＭＲ信号はＭＲＩスキャナー（２１０）のＲＦコイルにより収集されて映像処理手段（２７０）に転送される。映像処理手段（２７０）ではフーリエ変換のような信号処理を受信された情報に対して行うことによってＭＲＩ映像（２８０）を生成する。ＭＲＩ映像のためのＭＲ信号の収集と処理は本発明とは直接的な関連がないので、これに関する詳細な説明は本明細書で省略することにする。

段階（３４０）では、ＰＥＴ／ＣＴ映像を得るために患者受け台（２５０）が患者移送レール（２６０）に沿ってＰＥＴ／ＣＴスキャナー（２４０）方向に移動する。上述した通り、患者受け台（２５０）が所定の距離だけＲＦシールド（２２０）に接近すれば、それに設けられたシャッター（２２２）が開き始める。患者受け台（２５０）がシャッター（２２２）を完全に通過すればシャッター（２２２）は再び閉じる。

段階（３５０）では、患者受け台（２５０）がＰＥＴ／ＣＴスキャナー（２４０）の内部に届く。ＰＥＴ／ＣＴスキャナー（２４０）は先にＭＲＩスキャナー（２１０）により検査された患者の同一部位を検査してガンマ線（消滅（ａｎｎｉｈｉｌａｔｉｏｎ）陽電子）を検出し始める。

上記ガンマ線は陽電子放出同位元素で標識されて静脈注射を通じて人間の身体に注入される、葡萄糖のような基質の生物学的標識子から発生する。より具体的には、上記同位元素が陽電子と中性子を放出しながら自然崩壊して放出された陽電子は人体組織の電子と衝突する。このような衝突は陽電子と電子の消滅（ａｎｎｉｈｉｌａｔｉｏｎ）を呼び起こしてこれによってガンマ線が生成される。このような消滅過程において、運動量が保存されなければならないため、一対のガンマ線（消滅光子）が１８０°互いに反対方向に生成される。このような消滅特性によって、ＰＥＴ／ＣＴスキャナー（２４０）には検出器が円形で配列され、互いに反対方向にある一対の検出器が同時に５１１ｋｅｖの光子、即ち一対のガンマ線を検出する。このような検出は、２つの受信検出器間を連結する線上のどこかで陽電子と電子の衝突があったということを意味し、このような線を反応線と称する。従って、多数の一致する反応線がＰＥＴ／ＣＴスキャナー（２４０）内で獲得されてプロセッサ（２７０）の数学的再構成をたどり断面映像を生成する。

ＰＥＴ／ＣＴスキャナー（２４０）は上記一致データを映像処理手段（２７０）に転送する。充分な数の反応線が獲得されれば、映像処理手段（２７０）はＰＥＴ映像（２４２）を最終的に再構成するためにガンマ線の減衰に対する補償及びろ過逆投射（ｆｉｌｔｅｒｅｄｂａｃｋｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）などのような信号処理を行う。ＰＥＴ映像のための一致データを処理する方法は本発明と直接的な関連がないので、これに関する詳細な説明は本明細書で省略することにする。

次に、段階（３５２）では、患者受け台（２５０）が移送レール（２６０）に沿ってＭＲＩスキャナー（２１０）及びＰＥＴ／ＣＴスキャナー（２４０）の中間地点に向かって再び戻る。患者受け台（２５０）がＭＲＩスキャナー（２１０）及びＰＥＴ／ＣＴスキャナー（２４０）の中間地点に止まると、その地点で患者が抜け出す。

段階（３６０）で、映像処理手段（２７０）は二つの映像（即ち、ＭＲＩ映像（２８０）とＰＥＴ映像（２４２））を生成してこれらを融合し、解剖学的ＭＲＩ映像（２８０）とＰＥＴ／ＣＴ映像（２４２）の融合映像を獲得する。上記ＭＲＩ及びＰＥＴ映像を最大な正確に融合するために、移送レール（２６０）は必要な幾何学的・機械的精度を満たすことができるように固定されて精密に維持される。融合の正確性をさらに助けるために、ＭＲＩスキャナー（２１０）とＰＥＴ／ＣＴスキャナー（２４０）の内部の両方にそれぞれレーザ−誘導較正（ｌａｓｅｒ−ｇｕｉｄｅｄｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）手段が備えられることもできる。最後に、映像処理手段（２７０）がディスプレイ手段（図示しない）上に融合映像を生成することによって、時間的、空間的側面で完全に同期された解剖学的、分子的及び機能的情報を備える医療映像を提供するようになる。

２．脳専用ウルトラ−ハイフィールドＭＲＩ（ＵＨＦ−ＭＲＩ）＋脳研究専用高解像度ＰＥＴ（ＨＲＲＴ−ＰＥＴ）ハイブリッドシステム
図４（ａ）は本発明のもう一つの実施例である脳専用ＵＨＦ−ＭＲＩ＋ＨＲＲＴ−ＰＥＴハイブリッドシステムを示す。図４（ａ）に示されるように、本実施例は脳専用ＭＲＩスキャナー（４１０）、ＲＦ＋磁場シールド（ＲＦ＋ＭａｇｎｅｔｉｃＳｈｉｅｌｄ）（４２０）、磁場シールド（４３０）、ＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）、患者受け台（４５０）、移送レール（４６０）、これら構成要素を同期的に（ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｌｙ）制御するための制御器及び映像処理手段（４７０）を備える。

ＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）は７．０Ｔ以上の非常に高い強度の磁場を用いて脳に対する解剖学的、構造的情報だけでなく、機能的情報を提供する。非常に高い強度の磁場を用いることによって、ＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）は大脳皮質の階層面（ｃｏｒｔｉｃａｌｌａｍｉｎａｒ）構造まで示す映像を提供することができる。しかし、ＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）の例外的に高い強度の磁場はさらに遠い距離にまで影響を及ぼす。従って、特にＰＥＴスキャナーのように磁場に損傷されやすい機器が近くにある時には磁場、例えば漏洩磁場（ｓｔｒａｙｆｉｅｌｄ）を完全に遮蔽させることができる特殊なシールドが必要である。

本実施例で、磁場＋ＲＦシールド（４２０）はＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）の磁場が外部に漏洩することを防止する。また、磁場シールド（４３０）はＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）に漏洩する磁場からＰＥＴスキャナー（ＨＲＲＴ−ＰＥＴ）（４４０）を保護する。本実施例で、上記２つのシールド（４２０及び４３０）はＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）の磁場を完全に遮蔽するために制御器により同期式で制御される。このような二重の磁場遮蔽を通じて、磁場に非常に敏感なＨＲＲＴ−ＰＥＴ（４４０）もＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）に近接して安全に位置することができる。

本実施例で、上記磁場＋ＲＦシールド（４２０）は、ＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）の磁場が漏洩することを防止するのに加えて、外部のＲＦフィールドがＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）に浸入することを防止する。外部のＲＦフィールドを防止するために、ＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）は高周波ＲＦシールド（４２６）も備える。

図５（ａ）に示された通り、最近開発されたＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）は計５９，９０４×２個の検出器と１，２００個のＰＭＴを含んでいる。具体的には、ＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）には８個の検出器バッチ（ｂａｔｃｈ）（５１０−５８０）があって、各バッチは９×１３個のブロック（５１２）で構成される。図５（ｂ）には、ＵＨＦ−ＭＲＩ（７．０Ｔ）の入口に対するスケッチが示されている。本図面で、構成要素（５９０）は頭の映像を極大化するための頭専用のＲＦコイルである。また、本図面で、構成要素（５９１）は脳のために設計されたグラディエント（ｇｒａｄｉｅｎｔ）（Ｗｉ）であり、構成要素（５９２）は磁石（７．０Ｔ）である。

患者受け台（４５０）は患者を支持し、ＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）とＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）との間で患者を左右に移動させる。また、第１実施例の受け台（２５０）と同一に、受け台（４５０）は患者をＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）のＲＦコイルに位置させることができる。

患者移送レール（４６０）はＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）とＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）との間に置かれている。望ましくは、患者が上記スキャナーとの間を移送レールに沿って移送される時、移送レール（４６０）はＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）及びＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）の映像獲得原点の間に所定の関係を維持するようにすることが要求される。また、患者移送レール（４６０）はＲＦ＋磁場シールド（４２０）と磁場シールド（４３０）との間に備えられており、患者を１８０°回転させることができる回転盤レール（４６２）をさらに備える。患者がＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）から出た後、回転盤レール（４６２）は患者の胴が通過するには小さな内径（ｂｏｒｅ）を有するＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）に患者の頭がより容易に入ることができるようにする。

映像処理手段（４７０）はフーリエ変換と３次元映像の再構成のように、ＭＲＩ映像及びＰＥＴ映像の両方を生成するのに必要なアルゴリズムを行う。これらアルゴリズムはまた、ＭＲＩ映像及びＰＥＴ映像を結合するのにおける数学的変換及び幾何学的エラーの訂正に関していてもよい。

制御器はＲＦ＋磁場シールド（４２０）と磁場シールド（４３０）を同期化された方法で制御し、先に説明したＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）の高い磁場がどの瞬間にもＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）に到達しないようにする。より詳細には、制御器は移送レール（４６０）に沿って移動する患者受け台（４５０）の動きを制御して患者受け台（４５０）の位置によってＲＦ＋磁場シールド（４２０）及び磁場シールド（４３０）の開閉を制御し、ＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）の磁場が外部に漏洩してＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）に到達することを徹底的に防止する。

図４（ｂ）は本発明の第２実施例である、脳専用ＵＨＦ−ＭＲＩ＋ＨＲＲＴ−ＰＥＴハイブリッドシステムに対する変形例を示す。図４（ｂ）に示された実施例は移送レール（４６０）を除いては図４（ａ）に示された実施例と同一である。図４（ｂ）に示された通り、単に図４（ｂ）の実施例は、回転盤レール（４６０）上に位置した移送レール（４６０）の一部が直角に回転することができる。従って、患者が磁場シールド（４３０）を経てＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）に移動する前に、患者は回転盤レール（４６０）により９０°の角度で回転する。

このような回転盤レール（４６０）の変形は、ＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）の漏洩磁場により発生してＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）に及ぼす磁場の影響を減少させるのに寄与する。図４（ｂ）の実施例で、ＵＨＦ−ＭＲＩ及びＨＲＲＴ−ＰＥＴの内径は互いに直接向かい合ってはいない。それによって、ＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）の漏洩磁場が図４（ａ）の実施例での直線構成に比べてより減少する。結局、ＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）に対する漏洩磁場の影響がさらに減少する。

図６は本発明による第２実施例で行われる方法を示す。段階（６２０）で、患者受け台（４５０）上に患者が固定される。患者受け台（４５０）は移送レール（４６０）に沿って頭側から移動する方式でＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）に移動する。患者が移動する時に、ＲＦ＋磁場シールド（４２０）は開かれなければならず、磁場シールド（４３０）は閉じていなければならない。患者受け台（４５０）は、患者の頭がＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）のＲＦコイルの内部に位置するまでＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）側に引き続き移動する。

段階（６３０）では、ＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）がＲＦフィールドとグラディエントを加える。ＲＦコイル（４１４）の内部に挿入された患者の頭は上記ＲＦフィールドとグラディエントに応答してＲＦ信号を放出する。一般に、磁場の大きさが大きいほど、さらに多く、そしてさらに信頼でき、正確な情報が獲得できる。従って、通常のＭＲＩスキャナーに比べて７．０ＴのＵＨＦＭＲＩスキャナー（４１０）は通常のシステムに比べてさらに高い解像度を提供することができ、脳の皮質階層に対する映像までも提供することができる。ＲＦパルスに反応して患者の脳組織からＲＦ信号が放出され、これらはＵＨＦスキャナー（４１０）のＲＦコイル（４１４）により収集される。次に、収集された信号は映像処理手段（４７０）に転送される。映像処理手段（４７０）はフーリエ変換のような信号処理を受信された情報に対して行うことによってＵＨＦ−ＭＲＩ映像（４８０）を生成する。ＭＲＩ映像を生成するために受信されたＲＦ信号に対して行う信号処理方法は本発明と直接的な関連がないので、これに関する詳細な説明は以下で省略する。

ＭＲＩ映像を生成するためのＵＨＦ−ＭＲＩ映像データ収集の全ての過程が終了した後、段階（６４０）では患者受け台（４５０）がＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）からＲＦ＋磁場シールド（４２０）側に移送レール（４６０）に沿って移動し始める。患者受け台（４５０）に固定された患者の脚部分が所定の距離だけＲＦ＋磁場シールド（４２０）に接近すれば、そこに設けられたシャッター（４２２）が開き始める。患者受け台（４５０）に固定された患者の頭がＲＦ＋磁場シールド（４２０）を通過して完全に抜け出すようになればシャッター（４２２）は閉じるようになる。その後、患者受け台（４５０）はＲＦ＋磁場シールド（４２０）と磁場シールド（４３０）との間の移送レール（４６０）上に位置するようになる。

この時、ＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）からシャッター（４２２）を通じて漏洩した磁場によりＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）が悪い影響を受けることがあり得るという点を注意しなければならない。従って、ＲＦ＋磁場シールド（４２０）と磁場シールド（４３０）が同位上に制御されて２つのシールドが一刻も同時に開放状態にならないようにしなければならない。即ち、ＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）は７．０Ｔ以上の非常に高い磁場を用いるので、患者受け台（４５０）がＲＦ＋磁場シールド（４２０）から抜け出せば、直ちにＲＦ＋磁場シールド（４２０）に備えられたシャッター（４２２）を必ず閉じなければならない。そして、患者受け台（４５０）が磁場シールド（４３０）に所定の距離だけ接近した後、磁場シールド（４３０）に備えられたシャッター（４３２）が開き始める。

患者受け台（４５０）がＰＥＴ用磁場シールド（４３０）に接近する前に、患者が回転盤レール（４６２）により１８０°回転することによって、頭の大きさにのみ合う内径を有するＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）の内部に患者の頭が容易に挿入されることができるように設計がなされる。一旦、患者が回転すれば、患者の頭がＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）の方向に位置するようになって、磁場シールド（４３０）に向かって動く。患者受け台（４５０）が磁場シールド（４３０）に所定の距離だけ近づけば、磁場シールド（４３０）に設けられたシャッター（４３２）が開き始める。患者受け台（４５０）がシャッター（４３２）を通過した後に、磁場に敏感なＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）がＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）からの磁場による影響を防止するために、シャッターが再び閉じられる。上述した通り、磁場シールド（４３０）に備えられたシャッター（４３２）が開放状態にある間にはＲＦ＋磁場シールド（４２０）に備えられたシャッター（４２２）は必ず閉鎖状態でなければならない。

次に、本実施例の段階（６５０）では、ＨＲＲＴ−ＰＥＴ映像を得るために患者受け台（４５０）がＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）の内部に到着する。ＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）はＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）が検査した患者の同一部位からのガンマ線を検出する。従来のスキャナーに比べて、ＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）はより多数の検出器を備えており、被検査体からガンマ線を検出するにおいてさらに効率的である。このような特徴によって、ＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）は解像度及び効率性の面で現存するＰＥＴスキャナーに比べて卓越したＰＥＴ映像（４９０）を生成することができる。

ＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）は患者からのデータを収集し、これを映像処理手段（４７０）に転送する。ＰＥＴ映像を生成するためのデータの処理方法は本発明と直接的な関連がないので、これに関する詳細な説明は省略する。

ＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）がＰＥＴ映像を生成するために十分な情報を獲得した後は、次の検査を行うことができるように患者受け台（４５０）が移送レール（４６０）に沿ってＲＦ＋磁場シールド（４２０）と磁場シールド（４３０）との間の地点に戻ってくる。

段階（６６０）では、映像処理手段（４７０）がＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）及びＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）から得られたデータを融合して解剖学的情報と分子的情報が時間的、空間的に同期化された医療映像を生成する。この時、映像融合をより向上させるために、レーザ−誘導較正手段がＵＨＦ−ＭＲＩスキャナー（４１０）とＨＲＲＴ−ＰＥＴスキャナー（４４０）に追加されることができる。図７は、本発明の本実施例によってＭＲＩ映像とＰＥＴ映像が融合された医療映像の一例を示す。

本発明の実施例は、解剖学的情報を分子的情報と正確に一致させることによって、ＵＨＦ−ＭＲＩ映像データとＨＲＲＴ−ＰＥＴ映像データが融合された情報（即ち、特定身体組織の分子的機能の識別）を提供する医療映像を生成する。
上述した通り、本実施例は解剖学的、血流動態的、そして分子的情報が空間的、時間的に同期化されて融合された医療映像を生成する。従って、疾病治療、認識科学、学習と記憶、鑑定及び知能活動などに必要な脳科学の全ての変数が７．０ＴＭＲＩ映像の解像度に次ぐ精度を有して本実施例により定量的に測定することができる。

３．マイクロ（ｍｉｃｒｏ）ＰＥＴ＋マイクロＭＲＩハイブリッドシステム
本発明によるマイクロＰＥＴ＋マイクロＭＲＩハイブリッドシステムの実施例が図８に示されている。図示された通り、マイクロＰＥＴ＋マイクロＭＲＩシステム（８００）はマイクロＭＲＩスキャナー（８１０）、ＲＦシールド（８２０）、マイクロＰＥＴスキャナー（８４０）、検体受け台（８５０）、移送レール（８６０）及び映像処理手段（８７０）を備える。

本実施例のマイクロＭＲＩスキャナー（８１０）は主に動物モデルに対する研究に使われる。マイクロＭＲＩスキャナー（８１０）は検体の内部組織に対する分子的情報と共に解剖学的情報を提供する。マイクロＭＲＩスキャナー（８１０）は上述した人体用ＭＲＩスキャナーと非常に類似の構造を有するが、より小さな直径の磁石と高磁場（約７．０Ｔ〜１４．０Ｔ）を用いて解像度を１００μｍ程度まで高めることができる。

マイクロＰＥＴスキャナー（８４０）は主に動物の分子的映像を獲得するために使われる。マイクロＰＥＴスキャナー（８４０）も小さな直径の内径を用いて半値幅（ｆｗｈｍ：ｆｕｌｌｗｉｄｔｈｈａｌｆｍａｘｉｍｕｍ）が１ｍｍに近い解像度の映像を提供することができる。

本実施例で、ＲＦシールド（８２０）はＬｏｗＦｉｅｌｄＭＲＩ＋ＰＥＴ／ＣＴハイブリッド実施例でのＲＦシールド（２２０）と同様に、外部ＲＦフィールドから悪い影響を受けないようにマイクロＭＲＩスキャナー（８１０）を保護する。

検体受け台（８５０）はマイクロＭＲＩスキャナー（８１０）またはマイクロＰＥＴスキャナー（８４０）によるスキャン過程の間に検体が動かないように検査対象検体を固定させる。

移送レール（８６０）はマイクロＭＲＩスキャナー（８１０）とマイクロＰＥＴスキャナー（８４０）との間に置かれる。検体が移送レールに沿って上記スキャナーとの間で移送される時に移送レール（８６０）はマイクロＭＲＩスキャナー（８１０）とマイクロＰＥＴスキャナー（８４０）の映像獲得原点との間に所定の関係が維持されるようにすることが要求される。

映像処理手段（８７０）はフーリエ変換と３次元映像の再構成のように必要な演算を行うことによって、検体に対する医療映像を生成するためのものである。これらアルゴリズムは映像の再構成に必要なその他の数学的な幾何学的較正（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）とも関連し得る。

マイクロＰＥＴがＲＦ及び磁場シールドを必要とするが、これは比較的簡単で安価に具現することができる。

図９は、ＬｏｗＦｉｅｌｄＭＲＩ＋ＰＥＴ／ＣＴハイブリッド第１実施例の方法と類似のマイクロＭＲＩ＋マイクロＰＥＴハイブリッド実施例の方法を示す。

まず、段階（９２０）で、本実施例の方法はマイクロＭＲＩの映像撮影間マイクロＭＲＩブロックを遮蔽することから始める。この段階では、検体が検体受け台（８５０）上に固定される。次に、検体受け台（８５０）は移送レール（８６０）に沿ってマイクロＭＲＩスキャナー（８１０）側に移動する。検体受け台（８５０）が所定の距離だけＲＦシールド（８２０）に接近すれば、ＲＦシールド（８２０）に設けられたシャッター（８２２）が開き始める。検体受け台（８５０）がシャッター（８２２）を通過した後には、再びシャッター（８２２）が閉じられる。

段階（９３０）では、マイクロＭＲＩスキャナー（８１０）が検体にＲＦフィールドとグラディエントを加える。ＲＦパルス信号に応じて、検体からＭＲ信号が発生してこれらはマイクロＭＲＩスキャナー（８１０）のＲＦコイルにより収集される。映像処理手段（８７０）はフーリエ変換のようなアルゴリズムをＭＲ信号に対して行ってＭＲＩ映像（８８０）を生成する。ＭＲＩ映像のためのＭＲ信号に対する収集及び処理は本発明と直接的な関連がないので、これに関する詳細な説明は以下で省略する。

段階（９４０）では、検体受け台（８５０）が移送レール（８６０）に沿ってマイクロＰＥＴスキャナー（８４０）側に動く。その時に、ＲＦシールド（８２０）に設けられたシャッター（８２２）が開かれる。その後に、検体受け台（８５０）がシャッター（８２２）から抜け出した時に、シャッター（８２２）が完全に閉じられる。

段階（９５０）では、検体受け台（８５０）がマイクロＰＥＴスキャナー（８４０）の内部に届く時まで、受け台（８５０）が移送レール（８６０）に沿ってマイクロＰＥＴスキャナー（８４０）側に移動する。マイクロＰＥＴスキャナー（８４０）はマイクロＭＲＩスキャナー（８１０）により測定された検体の同一部位からのガンマ線を検出し始める。マイクロＰＥＴスキャナー（８４０）が十分なデータを得るようになれば、そのデータを映像処理手段（８７０）に転送する。

段階（９６０）では、上記二つのスキャナー、即ちマイクロＭＲＩスキャナー（８１０）とマイクロＰＥＴスキャナー（８４０）からそれぞれ獲得されたデータを用いて映像処理手段（８７０）がＭＲＩ映像とＰＥＴ映像を生成し、上記映像を融合する。

以上、本発明の技術的思想を具体的な実施例を通じて詳細に説明したが、上記具体的な実施例は本発明を限定するためのものではなく、単に本発明をさらに理解しやすくするための例にすぎない。本技術分野において通常の知識を有する者が本発明の技術的思想の範囲内で多様な変形、変更、及び置換などを本発明に加えることが出来ることは自明である。

本発明の属する技術分野の従来技術を示した図面である。本発明によるＰＥＴ−ＭＲＩハイブリッドシステムの第１実施例、ローフィールド（ＬｏｗＦｉｅｌｄ）ＭＲＩ＋ＰＥＴ／ＣＴシステムを示した図面である。本発明による第１実施例、ローフィールドＭＲＩ＋ＰＥＴ／ＣＴシステムの動作を示すフローチャートである。（a）は、本発明によるＰＥＴ−ＭＲＩハイブリッドシステムの第２実施例、ＵＨＦ（ＵｌｔｒａＨｉｇｈＦｉｅｌｄ）ＭＲＩ＋ＨＲＲＴ（ＨｉｇｈＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＴｏｍｏｇｒａｐｈｙ）ＰＥＴシステムを示した図面である。（ｂ）は、本発明による第２実施例、ＵＨＦＭＲＩ＋ＨＲＲＴＰＥＴシステムに対する変形を示した図面である。（ａ）は、本発明による第２実施例、ＵＨＦＭＲＩ＋ＨＲＲＴＰＥＴシステムで使われるＨＲＲＴＰＥＴスキャナーを示した図面である。（ｂ）は、本発明による第２実施例、ＵＨＦＭＲＩ＋ＨＲＲＴＰＥＴシステムでのＵＨＦ−ＭＲＩの入口を示した図面である。本発明による第２実施例、ＵＨＦＭＲＩ＋ＨＲＲＴＰＥＴシステムの動作を示すフローチャートである。本発明によって生成されたＰＥＴ−ＭＲＩ融合映像である。本発明によるＰＥＴ−ＭＲＩハイブリッドシステムの第３実施例、マイクロＰＥＴ＋マイクロＭＲＩシステムを示した図面である。本発明による第３実施例、マイクロＰＥＴ＋マイクロＭＲＩシステムの動作を示すフローチャートである。

Claims

被検査体に対する解剖学的情報、血流動態情報、分子的情報及び機能的情報を提供する映像装置であって、
上記被検査体に対する上記解剖学的情報だけでなく、上記血流動態情報を統合された形態で獲得する第１スキャナー；
上記分子的情報及び上記機能的情報を獲得する第２スキャナー；
上記第１スキャナーを備える所定の第１の空間を外部ＲＦフィールドから保護し、上記第１スキャナーの磁場が外部に漏洩することを防止するＲＦ＋磁場シールド；
上記第２スキャナーを備える所定の第２の空間を上記第１スキャナーから出た上記磁場から保護する磁場シールド；
上記第１スキャナーから上記ＲＦ＋磁場シールド及び上記磁場シールドを経て上記第２スキャナーに達する経路に沿って置かれた移送レール；及び
上記被検査体を支持して上記移送レールに沿って動くことができる受け台を備える映像装置。
上記移送レールは上記第１スキャナー及び第２スキャナーとの間で上記被検査体に対して同一座標が維持されることができる程度に十分に固定された請求項１に記載の映像装置。
上記第１スキャナー及び第２スキャナーは上記被検査体に対して同一座標を維持するためにそれぞれレーザ−誘導較正手段を備える請求項２に記載の映像装置。
上記第１スキャナーにより獲得された上記解剖学的及び上記血流動態情報と上記第２スキャナーにより獲得された上記分子的情報及び上記機能的情報を処理して融合された映像を構成する映像処理器をさらに備える請求項１に記載の映像装置。
上記第１スキャナーはＭＲＩスキャナーであり、上記第２スキャナーはＰＥＴスキャナーである請求項１に記載の映像装置。
上記ＲＦ＋磁場シールドと、上記磁場シールド間に位置し、上記移送レールを特定角度に回転させることができる手段をさらに備える請求項１に記載の映像装置。
請求項１乃至請求項６いずれか一項に記載の装置を動作させるようにコンピュータに指示する命令を備えるプログラムを格納したコンピュータ−読取り可能な格納媒体。
請求項１乃至請求項６いずれか一項に記載の装置により獲得された解剖学的情報、血流動態情報及び分子的機能的情報を融合するのに必要な数学的またはコンピュータ技法をコンピュータが行うように指示する命令を備えるプログラムを格納したコンピュータ−読取り可能な格納媒体。
被検査体に対する解剖学的情報、血流動態情報、分子的情報及び機能的情報を提供する方法であって、
上記被検査体を上記解剖学的情報及び上記血流動態情報が獲得される第１の空間に移送する段階；
上記第１の空間を外部ＲＦフィールドから保護して上記第１の空間から磁場が外部に漏洩することを防止する段階；
上記解剖学的情報及び上記血流動態情報を獲得する段階；
上記被検査体を上記分子的情報及び上記機能的情報が獲得される第２の空間に移送する段階；
上記第２の空間を外部磁場から保護する段階；及び
上記分子的情報及び上記機能的情報を獲得する段階
を備える方法。
上記被検査体を上記分子的情報及び上記機能的情報が獲得される上記第２の空間に移送する上記段階は、上記解剖学的情報及び上記血流動態情報が獲得される上記第１の空間から漏洩した磁場を遮断する段階をさらに備える請求項９に記載の方法。
上記被検査体を上記分子的情報及び上記機能的情報が獲得される上記第２の空間に移送する上記段階は、上記第２の空間に上記被検査体が届く前に任意の角度で上記被検査体を回転する段階を備える請求項１０に記載の方法。
請求項９乃至請求項１１に記載の方法のうちのいずれか一つをコンピュータが行えるように指示する命令を備えるプログラムを格納したコンピュータ−読取り可能な記録媒体。