大膛孔pet/mr系統的製作方法

2023-06-17 08:28:46

專利名稱：大膛孔pet/mr系統的製作方法
技術領域：
本申請涉及醫療成像領域。具體涉及混合式磁共振(MR)和正電子發射斷層攝影(PET)成像系統，並且具體參考其進行描述。下文大體更多涉及能夠同時或者順序採集 SPECT或PET以及MR數據的診斷成像系統。
背景技術：
在正電子發射斷層攝影(PET)中，施予放射性藥物給成像受試者，其中，放射性藥物的放射性衰變事件產生正電子。每個正電子與電子相互作用，產生發射出兩條方向相反的Y射線的正電子-電子湮滅事件。使用符合檢測電路，圍繞成像受試者的環形輻射檢測器陣列檢測對應於正電子-電子湮滅的、方向相反的Y射線事件的符合。連接兩個符合檢測的響應線(LOR)包含正電子-電子湮滅事件的位置。這種響應線類似於投影數據，並且可以對其進行重建以產生二維或者三維圖像。在飛行時間PET(TOF-PET)中，使用兩個符合的Y射線事件對事件小的時間差異的檢測用於沿著LOR(響應線)對湮滅事件進行定位。 在相互作用深度PET(DOI-PET)中，多層的PET檢測器能夠確定、光子在閃爍晶體內的深度。在磁共振成像(MRI)中，通過靜態主磁場Btl對齊待檢查的身體組織的核自旋並且通過在射頻(RF)帶中振蕩的橫向磁場B1激勵待檢查的身體組織的核自旋。將所得到的弛豫信號曝露給梯度磁場，以便對所得到的共振進行定位。接收弛豫信號，並且以已知方式將其重建成單維或多維圖像。混合式PET/MR成像系統提供了真實同步採集，並且有希望填補解剖成像和生物化學或者新陳代謝成像之間的空白。參見Hammer US4，939，464，早期的原型使用耦合到長光纖束的閃爍晶體，該長光纖束伸出MR系統之外，將光電倍增管(PMT)與MR系統的磁場隔離。長光纖導致閃爍光損失，影響解析度和晶體識別，從而產生不良性能。稍後，將PMT集成到稱為分離磁體設計的靜態磁體內。這些系統依賴昂貴的磁體設計，並且允許當關掉極化和讀出場時在很小時間幀內進行PET成像。對磁場不敏感的固態光電檢測器提供了許多可能的單掃描架設計。由工作在 Geiger模式中的雪崩光電二極體構成的矽光電倍增管(SiPM)提供了快速執行、高解析度、 高增益、極佳信噪比(SNR)以及必需電路的縮減。一種類型的PET/MR掃描器將標準PET和MRI掃描器並排連接。採用在MR場之外的PET電路，可以很容易對兩個系統進行集成。該配置的缺點是順序地採集PET和MRI數據並且在掃描器之間移動患者。因此，圖像質量和幻象對準受到不利影響。冗長的採集時間引發了定時問題，特別是造影劑的定時問題。在組合PET/MR掃描器中，基於SiPM的PET檢測器容納在梯度線圈中的中心間隙中。在該設計中，將RF屏蔽放置在MRI的RF線圈和PET 檢測器之間以抑制洩露。所添加的沿著RF線圈的RF屏蔽減小了有效膛孔半徑大約10-12 釐米。本申請提供了在混合式PET/MR成像系統中新的並且改進的PET檢測器和RF線圈布置，其克服了以上所述的問題等。

發明內容
根據一個方面，提供了用於在組合MR和核成像系統中使用的組合MR和核成像單元。每個成像單元由配置為封裝核檢測器模塊的中空共振器元件和鄰近共振器元件的RF 屏障(screen)組成。共振器元件配置為接收和發送磁共振信號並且屏蔽核檢測器免受RF 幹擾。根據另一個方面，提供了用於製作用於在組合MR和核成像系統中使用的組合MR 和核成像單元的方法，該方法包括將中空共振器元件放置在核檢測器模塊周圍，使得共振器元件的表面屏蔽核檢測器模塊免受RF輻射，同時允許γ輻射穿過表面中的一個到達核檢測器模塊。一個優點是增大的膛孔直徑。對於本領域的技術人員，一旦閱讀和理解了下列詳細說明，本發明的另一個優點將是顯而易見的。


本發明可以採用各種部件和部件布置、以及各種步驟和步驟排列的形式。附圖僅僅是為了對優選實施例進行說明的目的，而不應被理解為限制本發明。圖1是組合的PET/MR系統的圖解視圖；圖2是封裝在共振器元件內的核檢測器模塊的橫截面視圖；圖3是與RF屏障隔開以改善靈敏度的共振器元件和核檢測器模塊的示意圖；以及圖4是共振器元件和射頻陷波器的示意圖，該射頻陷波器允許與RF屏障間隔更近並且允許更大的共振器元件和封裝的核檢測器模塊。
具體實施例方式參考圖1，能夠進行磁共振成像和發射輻射成像(諸如PET或SPECT)的診斷成像系統10包括主磁體12，其生成通過檢查區域14的時間均勻的Btl場。主磁體可以是環形或者膛孔型磁體。放置在主磁體附近的梯度磁場線圈16用於沿著相對於Btl磁場所選擇的軸線生成磁場梯度。將諸如橫向電磁(TEM)共振器元件18(僅圖示說明了其中兩個)的環的射頻(RF)線圈放置在圍繞檢查區域的梯度線圈16之間的環形凹槽中。將RF屏蔽或者屏障22放置在共振器元件與主磁體和梯度線圈之間。將共振器元件18電容性耦合到在三側圍繞共振器元件的RF屏障22。將RF屏障 22的主要表面放置成鄰近主磁體並且平行於膛孔的軸向。RF屏障的兩個次要表面一般平行於共振器元件的兩端。參考圖2，每個共振器元件18封裝了至少一個PET檢測器模塊對。共振器元件的形狀像一個箱子，不僅作為能夠發送和接收RF信號的導體，而且還適合於屏蔽PET檢測器免受RF和梯度線圈幹擾。共振器元件鄰近檢查區域14的表面沈由對輻射透明的材料構成，其可以包括但不限於導電屏障或網、諸如35微米的薄銅箔等。共振器元件箱的其它表面觀可以是相同的導電材料，銅箔壓片和諸如鉛的 射線阻擋材料等。PET檢測器模塊M包括光學耦合到光導34的閃爍晶體32陣列，該光導34將光子從閃爍晶體32傳播到傳感器板片陣列36。典型地，每個傳感器板片包括SiPM陣列，每個SiPM又包括Geiger模式APD陣列。將傳感器板片電連接到負責光子檢測事件的數位化和預處理的專用集成電路 (ASIC) 38。該電路負責輻射檢測器模塊識別、像素識別、時間戳、光子計數、數字偏置電路、 數字觸發電路、以及讀出電路和在PET成像中根據TOF和DOI信息使用的其它功能。選擇閃爍晶體32以提供對閃爍進發的快速時間衰變的誘導輻射的高阻止能力。一些合適的材料包括LSO、LYS0、MLS、LGSO, LaBr、CsI (Ti)、以及其混合。應該意識到，可以使用其它閃爍材料。選擇具有高增益和穩定性以及低成本和低工作電壓的傳感器板片36。合適的傳感器板片包括模擬或者數字的矽光電倍增管(SiPM)。再次參考圖1，掃描控制器40控制梯度控制器42，梯度控制器42使得梯度線圈16 將可能適合於所選擇的磁共振成像或者光譜學序列的所選擇的磁場梯度脈衝施加在成像區域上。掃描控制器40還控制RF發射機44，RF發射機44使得TEM共振器元件18生成磁共振激勵並操縱B1脈衝。掃描控制器還控制連接到TEM共振器元件18以從其接收磁共振信號的RF接收機46。將從接收機46接收的數據臨時存儲在數據緩衝器46中，並且通過磁共振數據處理器50對其進行處理。磁共振數據處理器可以執行本領域中已知的各種功能， 包括MR圖像重建、磁共振光譜分析等。掃描器控制器40還控制用於輻射檢測40的PET檢測器模塊24。輻射檢測電路 52和時間戳記錄(compliment) M執行ASIC 38不執行的檢測和時間戳記功能。符合檢測器56確定符合對和由每個符合對定義的L0R。可選地，TOF或DOI處理器58提取飛行時間或者相互作用深度信息。重建處理器60將LOR重建到PET圖像表示中。將經重建的磁共振圖像、光譜讀出、以及其它由融合處理器62以多種可選擇方式中的任何一種進行組合的經處理的MR數據、以及MR、PET和組合或融合圖像顯示在圖形用戶界面64上。圖形用戶界面64還包括用戶輸入裝置，臨床醫師可以使用該用戶輸入裝置控制掃描控制器40以選擇掃描序列和協議、經融合的圖像組合等。參考圖3，詳細示出了位於梯度線圈16之間並鄰近主磁體12和檢查區域14的TEM 元件18的放大橫截面。將每個元件18耦合到RF屏障22的諧振電容器70被調諧到TEM 元件和整體TEM線圈的諧振頻率。為了改善SNR，使每個TEM元件和RF屏障之間的間距最大，以便通過強迫電流在沿著TEM元件的表面的(特別是鄰近檢查區域14的表面沈)的路徑72上流動而改善靈敏度。將TEM元件的其它表面觀設計為具有高歐姆阻抗，以強迫電流到表面26。這種布置在TEM元件18和RF屏障22之間創造了場自由區域，並且允許饋給線74將RF通信信號傳送到共振器元件並且從共振器元件傳送RF通信信號、從PET檢測器傳送PET信號、並且對PET檢測器冷卻(cooling)，而無來自RF和梯度場的幹擾或耦合。參考圖4，備選的配置包括更大的、可以容納另外的PET檢測器模塊或者PET專用電路的有效共振器元件箱體。如上所述，靈敏度和SNR直接與共振器元件18和RF屏障22 之間的間距相關。通過給共振器元件添加至少一個諸如火箭炮式貝楞(bazooka balun)的四分之一波長共振器80，較小的間隙G2仍可以維持或者可以改善靈敏度，而無需圖3實施例中較大的間隙G1。四分之一波長共振器將不需要的電流限制在共振器箱的底部或者側表面。作為結果，將共振器箱電流強迫到鄰近檢測區域的表面26。參考優選實施例對本發明進行了描述。一旦閱讀並且理解了前述詳細說明，就可以進行修改和改變。旨在將本發明理解為包括所有這些修改和改變，只要這些修改和改變在所附權利要求或者其等同替換的範圍內。
權利要求
1.一種組合MR和核成像單元，包括 導電中空共振器元件(18)；安裝在所述共振器元件內的核檢測器模塊04)；以及鄰近所述共振器元件的RF屏障02)。
2.一種組合MR和核成像系統，包括 主磁體(12)；在其中限定了環形凹槽OO)的梯度線圈(16)；以及放置在所述梯度線圈之間的所述環形凹槽OO)中的多個根據權利要求1所述的組合 MR和核成像單元。
3.根據權利要求2所述的組合MR和核成像系統，其中每個所述共振器元件(18)具有面向檢查區域(14)的輻射半透明的內表面06)；以及放置成面向所述RF屏障並且與所述RF屏障隔開的多個其它表面08)。
4.根據權利要求2所述的組合MR和核成像系統元件，其中，通過配置為對所述共振器元件的工作頻率進行調諧的電容器(70)將每個共振器元件(18)電耦合到所述RF屏障 (22)。
5.根據權利要求3所述的組合MR和核成像系統，其中將所述共振器元件(18)的表面(沈、28)配置為屏蔽所述核檢測器模塊0 免受RF 幹擾。
6.根據權利要求5所述的組合MR和核成像系統，所述核檢測器模塊包括 閃爍晶體的陣列(32)；光耦合到所述閃爍晶體的陣列(3 的多個矽光電倍增管傳感器板片(36)； 電耦合到矽光電倍增管傳感器板片的多個ASIC (38)。
7.根據權利要求3所述的組合MR和核成像系統，其中，配置所述共振器元件(18)使得電流主要流經所述內表面06)。
8.根據權利要求3所述的組合MR和核成像系統，射頻陷波器(80)電連接到所述其它表面08)之一。
9.根據權利要求2所述的組合MR和核成像系統，其中所述共振器元件(18)電連接到射頻發射機G4)和射頻接收機G6)中的至少一個； 所述核檢測器模塊04)是PET檢測器模塊，其包括時間戳電路(54)和符合檢測單元 (56)。
10.根據權利要求9所述的組合MR和核成像系統，還包括MR共振處理器(50)，其對來自所述共振器元件(18)的數據進行處理，以產生磁共振圖像表示；以及PET重建處理器(60)，其對來自所述PET檢測器模塊08)的數據進行處理，以產生PET 成像表示。
11.根據權利要求10所述的組合MR和核成像系統，還包括 融合處理器(6 ，其對所述MR和PET圖像表示進行組合；以及用戶界面(64)，其包括顯示所述MR、PET或者組合MR/PET圖像表示的顯示器。
12.—種製作組合MR和核成像單元的方法，包括製造核檢測器模塊04)；圍繞所述核檢測器模塊放置中空共振器元件(18)，所述共振器元件(18)具有屏蔽所述核檢測器模塊04)免受RF輻射的表面06、觀)，所述表面中的一個06)對γ輻射半透明。
13.根據權利要求12所述的方法，還包括將RF屏蔽安裝在環形凹槽OO)中，所述環形凹槽OO)被限定在磁共振系統的梯度線圈(16)中；將多個所述組合MR和核成像單元安裝在與所述RF屏障02)隔開的所述環形凹槽 (20)中；並且將所述共振器元件(1 電容性耦合到所述RF屏障02)。
14.根據權利要求13所述的方法，還包括將RF陷波器(80)與所述表面中的一個08)連接，以便使RF電流優先在所述射電半透明表面06)上流動。
15.根據權利要求13所述的方法，還包括同時地進行利用所述核檢測器單元04)接收通過所述射電半透明表面06)的γ輻射和下列中的至少一個將MR激勵信號發送到所述共振器元件(18)和從所述共振器元件 (18)接收共振信號；以及從所接收的Y輻射重建核成像表示，並且從所接收的共振信號重建MR圖像表示。
16.一種組合MR和核成像方法，包括同時地(a)利用放置在共振器元件(18)內部的核檢測器單元04)接收通過所述共振器元件(18)的γ輻射半透明表面06)的γ輻射，並且(b)利用所述共振器元件(18)發送MR激勵信號和接收共振信號中的至少一個；並且從所接收的Y輻射重建核圖像表示，並且從所接收的共振信號重建MR圖像表示。
17.根據權利要求16所述的方法，還包括將所述共振器元件(1 通過電容器(70)電耦合到鄰近的RF屏障(22)，其中，所述電容器(70)配置為對所述共振器元件的工作頻率進行調諧。
18.根據權利要求16所述的方法，還包括配置所述共振器元件(18)使得電流主要在所述輻射半透明表面06)上流動。
19.根據權利要求18所述的方法，還包括將射頻陷波器(80)電連接到所述共振器元件(18)的至少一個其它表面08)。
20.根據權利要求16所述的方法，其中，所述核檢測器模塊是PET檢測器模塊。
全文摘要
一種核檢測器模塊(24)，其被封裝在將要在組合MR和核成像單元中使用的導電中空共振器元件(18)內。共振器元件具有面向檢查區域(14)的輻射透明的內表面(26)以及面向RF屏障(22)並且與其隔開放置的多個其它表面(28)。
文檔編號A61B5/055GK102317806SQ201080007939
公開日2012年1月11日 申請日期2010年1月12日 優先權日2009年2月17日
發明者T·佐爾夫, V·舒爾茨 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司