[发明专利]γ射线检测系统以及正电子发射断层摄影系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于2010年10月29日提交的在先的美国专利申请No.12/915,705以及2011年9月22日提交的在先的日本专利申请No.2011-208130并要求其优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明涉及γ(gamma)射线检测系统(system)以及正电子(Positron)发射断层摄影(PET)系统。

背景技术

在正电子发射断层摄影(PET：Positron Emission Tomography)成像(imaging)中，例如通过摄取或吸入，最初向患者投放发射性医药品。一段时间过后，该药品根据该药品的物理性质以及生物分子性质的不同而聚集在人体内的特定部位。药品的实际空间分布、聚集点或聚集区域的强度、以及从投放经捕获到最终排出的过程(process)的动态都是在临床上可能具有重要意义的要素。通过该整体过程，附着在发射性医药品上的正电子发射体按照半衰期、分歧比之类的同位素物理性质来放出正电子(阳电子)。各放出正电子最终与被检体的电子相互作用而消失，并且在511keV中，实质上180°背离向反方向产生2条511keV的γ射线。

通过检测这2条γ射线，并描出连结那些部位的线、即同时计数线(LOR：Line Of Response)，能够高概率地找出原消失位置。虽然该过程只是识别可能发生相互作用的线，但是如果聚集许多这些线，就能够通过使用重建断层的过程，来推定原分布。除了由2条γ射线各自的相互作用产生的2个闪烁(scintillation)现象的部位，如果还能够利用准确的定时(timing)(数百微微(pico)秒以内)，则通过飞行时间(TOF：Time Of Flight)的计算，就能够添加与沿上述同时计数线的、发生消失现象(annihilation event)概率高的位置有关的任何信息。

利用扫描仪(scanner)所具有的定时(timing)分辨率的界限，来决定沿该线的位置判定的精度。并且，利用决定原闪烁现象部位时的界限，来决定扫描仪的最终空间分辨率。并且，同位素的特定特性(例如正电子的能量(energy))也成为经由正电子的范围以及2条γ射线的共线性，决定特定药品的空间分辨率的原因之一。

上述检测过程需要针对大多数现象反复地进行。为了决定支持成像作业需要多少计数(即现象对)，必须解析各成像事例，但是作为全身检查的“典型长度100cm的FDG(氟脱氧葡萄糖：fluorodeoxyglucose)的研究”中的现状是需要聚集数亿次。聚集这么多次数所需要的时间由注入量以及扫描仪的灵敏度与扫描仪的计数能力决定。

为了尽可能多地捕获本质上应成为各向同性的照射，PET扫描仪典型地实质上成为形成圆筒状。由于生成1个现象需要检测反方向放出的2条γ射线，因此，灵敏度近似地是根据检测器的配置而产生的立体角的平方。例如，也不是没有考虑过使用部分圆环作为检测器，在捕获漏掉的角度时旋转检测器，但结果对整体扫描仪的灵敏度较为不利。在1面中含有的所有γ射线都具有与检测器发生相互作用的机会的圆筒形状中，当轴方向(axial direction)尺寸变大时，会出现对灵敏度或捕获照射的能力非常有利的效果。如此地将回归所谓球形的、所有γ射线具有被检测的机会的最终设计。但是，制造适合适用于人们的球状PET扫描仪需要大尺寸与高成本，因此球状设计几乎不可能。因此，最新的PET扫描仪具备轴方向长度可变的圆筒形状。另外，所谓“轴方向”一般是指载置被检体的床板的长度方向、或载置在床板上的被检体的体轴方向。并且，所谓“轴方向长度”是指“体轴方向长度”。

一旦知道PET扫描仪整体的形状，则下一问题是在γ射线路径上配置尽可能多的闪烁材料，使尽可能多的γ射线停止从而能够将其转换为光。该过程中，关于优化考虑过2个方向性。第1，“面内”灵敏度需要在PET检测器内配置尽可能多的晶体(即晶体的厚度)。第2，对于所给的晶体厚度，检测器圆筒体的轴方向长度规定系统的整体灵敏度。这与轴方向长度的平方(根据圆筒体中央的点决定的立体角)近性似地成比例。并且，实际成本的考察也是优化过程中不可避免的部分。

一般而言对于灵敏来说希望实现尽可能大的轴方向长度。但是从临床上的必要性来看，另外还有可能添加一定的制约。例如，在一部分临床试验中，有PET扫描仪必须与肺等脏器整体、或心脏以及颈动脉之类的多个脏器对应在一起的情况。因此，PET扫描仪设计的目标是优化PET扫描仪的成本(cost)、灵敏度以及轴方向长度。

专利文献1：日本特开2007-41007号公报