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公開番号2024174897
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-17
出願番号2024140927,2020535057
出願日2024-08-22,2020-02-14
発明の名称擬角柱光ガイドアレイを有する高分解能深さ符号化PET検出器
出願人ザリサーチファウンデイションフォーザステイトユニヴァーシティオブニューヨーク
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01T 1/20 20060101AFI20241210BHJP(測定;試験)
要約【解決手段】この粒子検出装置は、複数のシンチレータ結晶を含むシンチレータアレイと、シンチレータアレイの底端に提供された複数の検出器と、シンチレータアレイの頂端に提供された複数の擬角柱とを含む。この複数の擬角柱のうちの擬角柱は、シンチレータアレイの結晶の頂端間で粒子の方向を変えるように構成されている。シンチレータアレイの結晶の第1のグループの底端は、複数の検出器のうちの第1の検出器に粒子を導くように構成されており、シンチレータアレイの結晶の第2のグループの底端は、第1の検出器と実質的に隣り合う第2の検出器に粒子を導くように構成されている。
【効果】人体の多くの器官の定量的なin vivo機能および分子画像化のために高い空間分解能と高い感度の両方を比較的に低い線量で達成する、実用的で、費用効果が高く、電力効率のよい手法を与える。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
複数のシンチレータ結晶を含むシンチレータアレイと、
前記シンチレータアレイの底端に提供された複数の検出器と、
前記シンチレータアレイの頂端に提供された複数の擬角柱と
を備え、
前記複数の擬角柱のうちのそれぞれの擬角柱が、前記シンチレータアレイのシンチレータ結晶の頂端間で粒子の方向を変えるように構成されており、
前記シンチレータアレイのシンチレータ結晶の第１のグループの底端が、前記複数の検出器のうちの第１の検出器に粒子を導くように構成されており、
前記シンチレータアレイのシンチレータ結晶の第２のグループの底端が、前記第１の検出器と実質的に隣り合う第２の検出器に粒子を導くように構成されている、
粒子検出装置。
続きを表示（約 870 文字）【請求項２】
それぞれの前記擬角柱が、少なくとも１つの角柱、少なくとも１つの反角柱、少なくとも１つの切頭体、少なくとも１つの三角形、少なくとも１つのキュポラ、少なくとも１つの平行六面体、少なくとも１つのくさび形、少なくとも１つの角錐、少なくとも１つの角錐台、球の少なくとも一部分のうちの少なくとも１つとして実質的に形づくられている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のグループが４つの結晶を含み、前記第２のグループが４つの結晶を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のグループと前記第２のグループが、前記４つの結晶のうちの隣り合う２つの結晶を共有している、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記共有されている結晶が、前記第１の検出器と前記第２の検出器の両方に粒子を導くように構成されている、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記複数の擬角柱のうちの第１の擬角柱が、前記シンチレータアレイの一群の９つの結晶の頂端間で粒子の方向を変えるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記一群の９つの結晶のうちのセンタ結晶が、隣り合う４つの検出器に粒子を導くように構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記複数の擬角柱のうちの第２の擬角柱が、前記シンチレータアレイの別の一群の９つの結晶の頂端間で粒子の方向を変えるように構成されている、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の擬角柱が、前記第２の擬角柱と実質的に隣り合っており、前記一群の９つの結晶が、前記別の一群の９つの結晶と実質的に隣り合っている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記複数の擬角柱のうちのコーナ擬角柱が、前記シンチレータアレイの一群の５つの結晶の頂端間で粒子の方向を変えるように構成されている、請求項１に記載の装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
優先権
本出願は、それぞれ２０１９年２月１５日および２０１９年１０月１６日に米国特許商標局に提出された米国特許仮出願第６２／８０６，０３５号および６２／９１５，６７６号の恩典を主張するものである。それぞれの仮出願の内容はその全体が参照によって本明細書に組み込まれている。
続きを表示（約 3,500 文字）【０００２】
政府支援
本発明は、米国国立衛生研究所によって授与された助成金第ＥＢ０２４８４９号の下、米国政府の支援を受けてなされたものである。米国政府は、本発明に関して一定の権利を有する。
【０００３】
本発明は一般に放射線画像法の分野に関し、詳細には陽電子放出断層撮影法（ｐｏｓｉｔｒｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）（ＰＥＴ）に関する。
【背景技術】
【０００４】
ＰＥＴを用いた分子画像法は主に、癌［１］および神経精神性障害［２］の診断、治療選択、治療モニタリングおよび研究に使用される強力な技法である。その高い分子特異性、定量的性質および臨床的利用可能性にも関わらず、ＰＥＴは、主として、現在のところ３～６ｍｍであるその比較的に劣等な空間分解能のために、ゴーツー（ｇｏ－ｔｏ）分子画像法モダリティとしてのその完全なポテンシャルを達成することができないでいる［３、４］。この種類の空間分解能によって、病因および病態生理学に関連した小結節ならびに多くのヒトおよび齧歯類の脳領域のターゲット密度を測定することはできない。
【０００５】
長いシンチレータ結晶に対する視差誤差（ラインオブレスポンス（ｌｉｎｅｏｆｒｅｓｐｏｎｓｅ）のミスポジショニング）を軽減するために、深さ符号化ＰＥＴ検出器（ｄｅｐｔｈ－ｅｎｃｏｄｉｎｇＰＥＴｄｅｔｅｃｔｏｒ）モジュールが開発された［５］。これは、検出器リング当たりの構成要素コストが低い小径のＰＥＴリング、感度を増大させるための大きな立体角カバレージ、および小さい断面積を有する結晶を使用したときの空間分解能に対する消滅ガンマ線非共線性（ａｃｏｌｌｉｎｅａｒｉｔｙ）の低い寄与を可能にする［４、６］。さらに、深さ方向の相互作用位置（ｄｅｐｔｈｏｆｉｎｔｅｒｒａｃｔｉｏｎ）（ＤＯＩ）情報を使用して、長い結晶内の光学光子輸送の逆畳込みを実行することができ、したがって時間分解能を向上させることができる［７、８］。デュアルエンド型読出し（ｄｕａｌ－ｅｎｄｅｄｒｅａｄｏｕｔ）に基づく深さ符号化検出器は、＜２ｍｍの最もよい連続ＤＯＩ分解能を達成する［９、１０］。デュアルエンド型ＤＯＩ読出し検出器を使用する、マンモグラフィ専用のＣｌｅａｒ－ＰＥＭなどの高分解能ＰＥＴシステムが開発された［１１］。しかし、これらのシステムは、標準的なシングルエンド型（ｓｉｎｇｌｅ－ｅｎｄｅｄ）読出しＰＥＴスキャナに比べて読出し電子部品の数が多いため、商業化するにはコストが高くなりすぎる。これらの検出器の最近開発された高分解能型は、正確な結晶識別（ｃｒｙｓｔａｌｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を達成するために必要なガラス光ガイドが結晶－読出し界面に使用されているため、比較的に劣等なエネルギーおよび時間分解能を示す［１２］。ＤＯＩ情報を得るために、マルチレイヤホスウィッチブロック（ｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒｐｈｏｓｗｉｃｈｂｏｌｃｋ）［１３、１４］、モノリシックシンチレータを有するモジュールのための再帰性反射体［１５］、および他のカスタム反射器設計［１６、１７］などの代替シングルエンド型読出し検出器モジュールが提案された。しかしながら、これらの全ての設計で、深さ符号化、コスト、シンチレータ－読出し結合比、結晶識別の正確さ、エネルギー分解能および時間分解能の間にトレードオフが存在する。これらのトレードオフを軽減するための理想的な深さ符号化検出器モジュールは、多数の画素を横切って下方へ移動しているシンチレーション光子の共有を最小にし、良好な時間分解能を維持するために、結晶アレイが、中間ガラス光ガイドなしで、シリコン光電子増倍管（ｓｉｌｉｃｏｎｐｈｏｔｏｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）（ＳｉＰＭ）画素に直接に結合された、シングルエンド型読出しを有する深さ符号化検出器モジュールである。さらに、良好なエネルギーおよびＤＯＩ分解能を維持し、デュアルエンド型深さ符号化読出し検出器の振る舞いを模倣するために、時間情報に寄与しない上方へ移動している光子は、光子の経路を１８０°曲げることによって、その方向を最隣接ＳｉＰＭの方へ変えるべきである。
【０００６】
これに応じて、最近、実用的で費用効果が高い高分解能飛行時間（ｔｉｍｅｏｆｆｌｉｇｈｔ）（ＴＯＦ）ＰＥＴスキャナを開発するための研究、およびシングルエンド型読出しを使用した連続ＤＯＩローカライゼーション（ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ）を達成するための研究において、一方の側がＳｉＰＭ画素に４対１で結合され、反対側が一様ガラス光ガイド（ｕｎｉｆｏｒｍｇｌａｓｓｌｉｇｈｔｇｕｉｄｅ）に結合されたデポリッシュト（ｄｅｐｏｌｉｓｈｅｄ）多結晶シンチレータアレイからなる検出器モジュールが検討された［８、１８、１９］。Ｆｒａｚａｏ他の米国特許第１０，２０３，４１９号を参照されたい。この文献の内容は参照によって本明細書に組み込まれている。これらの検出器モジュールでは、それぞれ１．５３×１．５３×１５ｍｍ
3
の結晶および３×３ｍｍ
2
のＳｉＰＭ画素を使用して９％のエネルギーおよびＤＯＩ分解能ならびに３ｍｍの半値全幅（ＦＷＨＭ）を達成するために、結晶識別にエネルギー加重平均法が利用される［８］。しかしながら、これらのアレイは、光共有（ｌｉｇｈｔｓｈａｒｉｎｇ）隣接物がないため、それらのエッジ（ｅｄｇｅ）およびコーナ（ｃｏｒｎｅｒ）に沿った結晶識別が劣等であり［１９］、エッジおよびコーナ画素はそれぞれ、４×４および８×８ＳｉＰＭ読出しチップの７５％および４４％を占めるため、このことは解決されなければならない課題である。さらに、一様ガラス光ガイドを使用したときの結晶間光共有は非効率である。これは、上方へ移動している多くの光子が反射されて１次柱に戻り、残りの光子が、ガウスの強度分布で隣接結晶間で等方的に共有されるためである。等方性光共有の問題点は、多くのＳｉＰＭを横切って低強度の信号が分布することであり、その完全性は、ダークカウント（ｄａｒｋｃｏｕｎｔ）によって深刻な影響を受け、その結果、エネルギーおよびＤＯＩ分解能が悪化する。
【発明の概要】
【０００７】
従来システムの短所を克服するため、本明細書では、擬角柱（ｐｒｉｓｍａｔｏｉｄ）ＰＥＴ（Ｐｒｉｓｍ－ＰＥＴ）検出器モジュールに基づく粒子検出器および同粒子検出器を動作させる方法が提供される。
【０００８】
したがって、本発明の態様は、上記の課題および欠点を解決し、後述する利点を提供する。本発明の一態様は、複数のシンチレータ結晶を含むシンチレータアレイと、シンチレータアレイの底端に提供された複数の検出器と、シンチレータアレイの頂端に提供された複数の擬角柱とを含む粒子検出装置を提供する。複数の擬角柱のうちのそれぞれの擬角柱は、シンチレータアレイの結晶の頂端間で粒子の方向を変えるように構成されている。シンチレータアレイの結晶の第１のグループの底端は、複数の検出器のうちの第１の検出器に粒子を導くように構成されており、シンチレータアレイの結晶の第２のグループの底端は、第１の検出器と実質的に隣り合う第２の検出器に粒子を導くように構成されている。
【０００９】
本開示の一態様は、複数のシンチレータ結晶を含むシンチレータアレイと、シンチレータアレイの底端に提供された複数の検出器と、シンチレータアレイの頂端に提供された複数の擬角柱と、複数の検出器と操作可能に通信する少なくとも１つのプロセッサとを含む粒子検出器を提供する。この少なくとも１つのプロセッサは、複数のシンチレータ結晶のうちの少なくとも１つのシンチレータ結晶内の少なくとも１つの相互作用サイトの３Ｄガンマ線ローカライゼーションを実行するように構成された複数の教師あり機械学習アルゴリズム（ｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄｍａｃｈｉｎｅｌｅａｒｎｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ）を含む。
【００１０】
本発明のある種の実施形態の上記の態様、特徴および利点ならびにその他の態様、特徴および利点は、以下の詳細な説明を添付図面と併せて読むことによってより明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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