成果報告書詳細
管理番号20150000000350
タイトル平成22年度-平成26年度成果報告書 がん超早期診断・治療機器の総合研究開発 超早期高精度診断システムの研究開発:画像診断システムの研究開発 高機能画像診断機器の研究開発 (マルチモダリティ対応フレキシブルPET)
公開日2015/5/26
報告書年度2010 - 2014
委託先名株式会社島津製作所
プロジェクト番号P10004
部署名ロボット・機械システム部
和文要約件名:平成22年度-平成26年度成果報告書「がん超早期診断・治療機器の総合研究開発 超早期高精度診断システムの研究開発:画像診断システムの研究開発 高機能画像診断機器の研究開発(マルチモダリティ対応フレキシブルPET)」
1、MRI磁場対応DOI-TOF検出器モジュールの開発
LGSOシンチレータ(2.9mm×2.9mm×20mm)を8×8×4象限に配列したシンチレータブロック(48mm×48mm×20mm)を反射材封入型ライトガイドと接合し、SiPM(Silicon Photomultiplier)受光素子を4×4配置するSiPM搭載基板、 SiPM駆動・読み出し用ASICを搭載したASIC搭載基板、後段のデータ収集基板への信号転送基板から構成されるMRI磁場対応DOI(Depth-Of-Interaction)-TOF(Time Of Flight)検出器モジュールを開発した。
2、フレキシブルPET対応データ収集系の開発
検出器モジュールの信号からエネルギー・位置と時間情報を算出し、それらのイベントを基板間で巡回させながら同時計数判定を行うスケーラブルで高計数率なデータ収集基板を開発した。またデータ収集ソフトとして、検出器ユニット検査用ソフト、システム調整・補正データ取得ソフト、撮像用ソフトを開発し、検出器モジュールを接続してデータ収集が可能なことを確認した。

3、フレキシブルPET対応データ処理系の開発
プロトタイプ機の各検出器配置に対応した検出器感度補正プログラムを開発し、再構成画像で感度補正の効果を確認した。また、MRI画像からPET吸収補正用データを生成する手法を開発し、頭部と骨盤部の実データから吸収係数マップが作成可能であることを確認した。さらに、部分リングによる投影データの不完全性に対応する3次元リストモード画像再構成ソフトを開発し、画像ノイズやアーチファクトが低減できることを確認した。
4、フレキシブルPETトータルシステムの開発
2つの円弧状検出器ヘッドの配置を可変にすることで既存のMRI装置のベッド上の患者に近接できるプロトタイプ機を開発した。各検出器ヘッドには検出器モジュール(18×3リング)とSiPM出力の温度依存を抑える温調機構を搭載した。
PETの標準規格(NEMA規格)に準じてプロトタイプ機の物理性評価を行い、2.5mm以下の空間分解能と500ps以下の時間分解能を達成した。PET単体でのファントム画像評価およびPETがMRIへ与える影響のファントム評価を行い、いずれも臨床に問題ないレベルの画質が得られることを確認した。京大薬学部で開発したPET薬剤を投与した坦がんマウスで小動物MRIと組合せたPET/MRI画像を撮像し、腫瘍への特異的集積を確認できた。さらに、プロトタイプ機をMRIと組み合わせて3次元位置情報を取得し、FDGを投与した被験者によるPETとMRIの融合画像を得ることができた。
英文要約Title: The Advanced Research and Development Project on Diagnosis and Treatment for Early Stage of Cancer / Research and Development Project on High-speck Diagnostic Equipment for Medical Imaging / Research and Development Project on Medical Imaging System / Research and Development Project on High-speck Diagnostic Equipment for Medical Imaging / Development of Flexible PET System Compatible with Multimodality Imaging (FY2010-FY2014) Final Report

1. Development of an MRI compatible DOI-TOF-PET detector module
We developed a four-layer DOI (depth-of-interaction) - TOF (time-of-flight) PET detector module consisting of four sub-block of a 8 x 8 array of LGSO crystals combined with four light guides. The detector module was connected to the front-end circuit boards, which consists of the 4 x 4 4ch SiPM (silicon photomultiplier) array board, the ASIC board for processing SiPM signals, and the signal transfer board for transferring timing, positioning and energy signals to the acquisition board.

2. Development of a flexible PET data acquisition system
 For increasing scalability and improving count rate performance, we developed the flexible PET data acquisition system. Each acquisition board generates single events having timing, positioning and energy information from detection signals and circulate these events throughout the acquisition network and judges coincidence detection. We also developed the data acquisition software for adopting the new detector modules and the new data acquisition boards.

3. Development of a flexible PET data processing system
 We developed the detector normalization software for various detector head configurations of the prototype system. The MR-based attenuation correction method was also developed and was successfully applied to the brain and pelvic regions. For reducing the noise and artifacts generated from the incomplete TOF (time-of-flight) projection data, we developed the new 3D list-mode image reconstruction algorithm and evaluated the image quality of the prototype human system.

4. Development of total system of a flexible PET scanner
 We developed the mechanical gantry for the prototype human system in which the detector geometric arrangement can be changed flexibly depending on the size and shape of the patient and the patient bed. Each detector head includes the detector modules (16 x 3 ring) and the SiPM cooling system.
  We evaluated the physical performance of the prototype system according to the NEMA NU 2-2007 standards and obtained < 2.5 mm spatial resolution and < 500 ps coincidence timing resolution. The experimental results support that the prototype system has the MR-compatibility and the acceptable image quality from the incomplete TOF projection measurement. We finally performed small animal and human imaging studies and visualized the tracer uptake to the tumors on the fused PET/MRI images.
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