用於混合pet-mr系統的熱穩定的pet探測器的製作方法

2023-05-28 19:46:46 2

專利名稱：用於混合pet-mr 系統的熱穩定的pet 探測器的製作方法
用於混合PET-MR系統的熱穩定的PET探測器本申請是申請日為2008年6月23日、申請號為200880023164. 9、發明名稱為「用於混合PET-MR系統的熱穩定的PET探測器」的中國專利申請的分案申請。本申請涉及診斷成像技術領域。本發明尤其適用於混合正電子發射斷層攝影-磁共振(PET-MR)系統，其中PET探測器元件與MR系統的發熱元件靠得很近，並且將要具體參考這樣的混合PET-MR系統來對本發明進行描述。由於PET探測器元件自身也產生熱量，因
此本申請不限於混合系統，而是可以用於獨立的PET系統、PET/CT (計算斷層攝影)系統或者除了 PET之外的核醫學系統，例如單光子發射計算斷層攝影(SPECT)系統。在孔徑型MRI系統中，大螺線管主磁體沿著孔徑的軸產生磁場。通常，主磁體越靠近成像區域，設計的成本效率越高。從主磁體向裡通常是梯度線圈、勻場線圈(有時內置入梯度線圈組件中)、射頻(RF)屏蔽和RF線圈。這些線圈，或MR孔徑部件佔據更多空間。因此，即使在將PET探測器系統引入MR系統的孔徑中之前，空間也非常珍貴。PET探測器必須要靠近MR孔徑部件。也可以利用垂直場開放式MR系統構建PET-MR系統。同樣的空間限制也適用於這種系統。梯度線圈尤其會產生大量的熱。在MR掃描期間，梯度線圈平均消耗大約15kW，峰值水平更高。這可能會導致梯度線圈溫度升高，可以使用水冷卻來將梯度線圈的溫度限制到大約70° C。RF線圈也會發熱。在受脈衝作用時，RF線圈和梯度線圈還會產生雜散場，這種時變的雜散場可能與PET探測器的諸如為特定目的建造的RF屏蔽的金屬部件交互作用，並且產生額外的熱量。自己發熱的PET探測器元件通常用空氣冷卻。由於光探測器對熱敏感(溫度每升高10° C，暗噪聲就加倍)，將光探測器冷卻到與之如此靠近的梯度線圈的工作溫度以下的溫度限制了暗噪聲。不過，由於空間非常寶貴，因此PET-MR混合系統中冷卻成為一個問題。主磁體內部發熱元件的密度非常高，而可用於冷卻系統的空間則極小。本申請提供了一種克服上述問題和其他問題的用於MR設備孔徑內的PET元件的新型改進冷卻系統。根據一個方面，提供了一種診斷成像設備。磁共振部分包括主磁線圈、梯度線圈組件和RF線圈組件。主磁線圈在該設備的成像區域中產生主磁場。梯度線圈組件在主磁場上疊加梯度磁場。勻場線圈可以位於梯度線圈組件之內和/或附近。勻場線圈疊加校正磁場以改善主磁場的均勻性，包括受檢者體內的主磁場擾動。RF線圈組件至少向成像區域中發射RF信號。正電子發射斷層攝影部分包括流體冷卻的探測器陣列，其用於探測指示核衰變事件的輻射。探測器陣列在溫度上接近梯度線圈組件並通過對流體冷卻的探測器陣列的流體冷卻而將該探測器陣列維持在比熱接近的梯度線圈組件更低的溫度。至少一個重建處理器從源於成像區域的探測信號產生圖像表示。顯示器顯示重建圖像表示。根據另一方面，提供了一種診斷成像方法。在成像區域中產生主磁場。在主磁場上疊加梯度場。還可以疊加額外的勻場場。在成像區域中的受檢者體內誘發磁共振。探測磁共振。一般在診斷成像掃描之前的某一時候向受檢者體內引入放射藥劑。利用探測器陣列探測指示放射性衰變事件的輻射。利用流體冷卻劑冷卻探測器陣列。將探測到的磁共振和輻射中的至少一個重建成受檢者的圖像表示。顯示圖像表示。應當領會到的是，這些步驟的其他順序同樣可行並且已經預見到有這些步驟的其他順序。根據另一方面，公開了一種成像系統，其包括正電子發射斷層攝影部分；磁共振部分；冷卻系統，所述冷卻系統共享用於冷卻所述正電子發射斷層攝影部分和所述磁共振部分的至少一個部件。根據另一方面，公開了一種輻射探測器，其包括閃爍體；被布置成探測在閃爍體中通過與感興趣輻射交互作用而產生的閃爍的光探測器；被配置成接收並處理從光探測器接收的指示感興趣輻射的電信號的電子器件；與電子器件熱連通並被配置成傳輸流動的冷卻劑流體的第一冷卻劑路徑；與光探測器熱連通並被配置成傳輸流動的冷卻劑流體的第二冷卻劑路徑；以及布置於第一和第二冷卻劑路徑之間使得第一和第二冷卻劑路徑可以處於不同溫度的熱障。根據另一方面，公開了一種成像系統，其包括第一模態成像系統，其界定孔徑並 被配置成從孔徑內部採集第一模態成像數據；以及正電子發射斷層攝影(PET)成像系統， 其包括與第一模態成像系統的孔徑共軸布置的根據緊前方段落所述的大致環狀的輻射探測器陣列。根據另一方面，公開了一種輻射探測器，其包括閃爍體；被布置成探測在閃爍體中通過與感興趣輻射交互作用而產生的閃爍的光探測器；被配置成接收並處理從光探測器接收的指示感興趣輻射的電信號的電子器件；熱沉；以及與熱沉和光探測器熱連通的密封的熱管。密封的熱管包含工作流體和芯吸材料或結構，配置該熱管使得工作流體在密封熱管內經歷蒸發/凝結循環以從光探測器向熱沉傳遞熱量。根據另一方面，公開了一種成像系統，其包括磁共振掃描器，其界定孔徑並被配置成從孔徑內部採集磁共振數據；以及正電子發射斷層攝影(PET)成像系統，其包括與所述孔徑共軸布置的根據緊前方段落所述的大致環狀的輻射探測器陣列，以從孔徑內部採集PET數據。一個優點在於PET探測器元件的冷卻機製得到改善。另一個優點在於探測器元件的冷卻機制緊湊。另一個優點在於梯度線圈和PET探測器元件有獨立的冷卻系統。在閱讀並理解說明書的基礎上，本領域的普通技術人員將會理解本發明的其他優點。本發明可以具體化成各種的部件和部件的布置，並且可以具體化成各種的步驟和步驟的安排。附圖僅用於舉例說明優選實施例，不應視為限制本發明。圖I是根據本申請的組合PET/MR掃描器的示意圖；圖2是圖I的掃描器孔徑的截面圖，其具體示出了梯度元件和RF元件之間的探測器陣列；圖3是圖I的掃描器孔徑的截面圖，其具體示出了分離式梯度元件的各部分之間的探測器陣列；圖4是示出了通過平行流道的冷卻液流動方向的示意圖；圖5是示出了為電子器件和光探測器提供差異冷卻的探測器冷卻配置的示意圖；圖6是示出了採用熱管的探測器冷卻配置的示意圖7是示出了圖6的探測器冷卻配置的熱管陣列以及與流體冷卻的熱沉的連接的平面圖的示意圖；圖8是示出了類似於圖6但在熱管兩端包括通往熱沉的熱耦合的探測器冷卻配置的示意圖。參照

圖1，描繪出組合或混合的磁共振(MR)和PET數據採集系統10的實施例。該組合或混合系統10能夠例如從至少部分交迭(如圖所示)或空間上相鄰的MR和PET空間區域採集MR數據和PET數據這兩者。應當理解的是，多模態系統對於圖像在時間和空間上進行對齊或配準是理想的；還可預見到的是由相距很遠或置於空間上很遠的不同掃描器來拍攝圖像，採用類似的方式拍攝圖像也是可行的。圖示的掃描器10為集成系統，但是其他掃描器傾向同樣是看似可行的，例如並排式系統、插入式系統等。所示的磁共振掃描器包括環狀磁體12，所述環狀磁體包括多個導體線圈繞組(圖I中用帶有交叉線的方框示意性地描繪出)，所述線圈繞組在成像區域14之內產生靜磁場仏。磁體12可以是超導性質的或電阻性質的；在前一種情況下，磁體12通常置於低溫杜瓦或其他冷卻系統(未示出)中。圖示的磁體12為螺線管磁體，其具有通過成像區域14的相對水平的Btl場。儘管將Btl場的極性示 為從右到左，但是相反極性也是適當的。在其他實施例中，磁體12可以具有C形形態或者其取向用以產生垂直或其他取向的靜磁場的其他形態。磁共振掃描器還包括磁場梯度組件，在圖I的例示性實施例中，磁場梯度組件包括梯度線圈繞組16，梯度線圈繞組16響應於對選定梯度線圈繞組16的選擇性勵磁，協同在靜磁場Btl上疊加磁場梯度。任選地，磁場梯度線圈、磁體或兩者可以包括未示出的用於形成、穩定和動態調節磁場的其他特徵，例如被動鐵磁勻場、主動勻場線圈等。磁共振掃描器還包括射頻激勵和接收系統18。該射頻系統包括至少一個可以以適當的射頻進行勵磁從而在置於成像區域14中的受檢者體內激勵磁共振的部件，例如圖示的全身射頻線圈18。線圈18還可以充當用以接收或探測RF激勵之後從成像區域14發出的磁共振的射頻接收機。在一些實施例中，可以將不同線圈用於激勵和接收操作。例如，可以使用內置線圈18激勵磁共振，可以在成像區域14中的受檢者上方、身上或附近定位不同的局部線圈或專用接收線圈(未示出)以探測磁共振。可以預見到利用內置線圈、局部線圈或兩者的不同組合以不同方式配置同一磁共振掃描器。在磁共振採樣存儲器20中存儲接收到的磁共振樣本。磁共振重建處理器22應用適當的重建算法以重建磁共振樣本，進而形成重建圖像，並將重建圖像存儲於磁共振圖像存儲器24中。重建處理器22應用與產生磁共振數據時採用的選定空間編碼相稱的重建算法。例如，傅立葉變換重建算法可能適於重建笛卡兒編碼的磁共振數據。任選地，在數據存儲和完成重建之前，可以在線(in-line)進行MR重建的一部分。繼續參照圖I，圖示的組合或混合MR和PET數據採集系統10還包括用於進行PET數據採集的輻射探測器。在圖I的例示性範例中，環狀陣列的輻射探測器30包圍著混合系統的孔徑。如下文所述，圖示的陣列30包括閃爍體層和一層基於電子倍增管的光子探測器，不過，可以預見到其他探測器配置，例如設置於成像區域14附近的平面探測器陣列。還預見到固態輻射探測器和固態光學探測器。輻射探測器陣列30被配置為探測由正電子-電子湮滅事件發射的511 keV的伽馬射線。在PET數據採集中，假設有兩個基本同時的511keV伽馬射線探測事件源於同一正電子-電子湮滅事件，該正電子-電子湮滅事件位於沿著連接兩個基本同時的511 keV伽馬射線探測事件的「響應線」(LOR)的某處。有時也將這條響應線稱為投影或射線，將搜集的PET數據稱為投影數據。在常規PET中，將基本同 時的511 keV伽馬射線探測事件定義為彼此發生在選定短時間窗口之內，例如四納秒之內的兩個511 keV伽馬射線探測事件。未發生在視場(FOV)中心的任何正電子湮滅都將具有到達相對探測器元件的小時差，該時差正比於伽馬射線的行進時間差，在FOV的邊緣處大約為四納秒。相關技術，即所謂的飛行時間PET或T0F-PET，利用這種小時差，以亞納秒精度進一步沿著LOR定位正電子-電子湮滅事件。混合系統10的輻射探測器陣列30用於採集PET或TOF-PET數據。由PET數位化單元32和單粒子(singles)處理單元34處理伽馬射線探測事件,其中,PET數位化單元32對探測事件進行時間到數字轉換(TDC)和模數轉換(ADC)，單粒子處理單元34進行聚合、能量估計、時間標記和定位。單粒子處理單元34任選地濾除掉針對預期的511 keV伽馬射線能量的選擇能量窗口之外的探測。在一些實施例中，輻射探測器是像素化的。在其他實施例中，由諸如Anger邏輯等的塊讀出算法應用聚合以提供定義投影的伽馬射線探測事件的進一步空間局限化約束。符合探測處理器36採用時間加窗來識別基本同時發生並因此可能對應於共同的正電子電子湮滅事件(並因此定義投影或響應線)的伽馬射線探測事件。對於TOF處理而言，使用識別出的基本同時或符合的探測事件之間的時間差沿著響應線在空間上估計正電子電子湮滅事件。在PET數據存儲器38中存儲所得的PET或TOF PET數據。應當理解的是，可以在符合確定之前或之後存儲PET數據。PET重建處理器40利用適當的重建算法處理投影或局域化投影數據以產生重建圖像，並將重建圖像存儲於PET圖像存儲器42中。例如，可以採用最大似然期望最大化(ML-EM)、除ML-EM之外的濾波反投影算法或迭代重建算法。圖I的系統包括用於PET的連續輻射探測器陣列30，其完全包圍了受檢者。環繞不完全可能導致由於「缺失」投影或響應線造成的成像偽影。例如，可能會丟失某些投影，從而無法得到正常由這種投影提供的關於相關位置的信息。有利地，如果採集並重建飛行時間PET數據，那麼即使在環繞不完全的情況下，飛行時間局限化也提供了補償所損失信息的附加信息。然而，還有其他補償不完全環繞的方式，本申請中當然也預見到其他探測器配置。任選地，同時進行MR和PET採集。替換地或附加地，可以順序地(例如先是MR隨後是PET，或反之)或可以交織地進行MR和PET採集。圖像配準處理器50在空間上配準重建的MR和PET圖像，並且任選地在時間上配準重建的MR和PET圖像。如果創建出共同配準的圖像，就把這些圖像存儲在共同配準圖像存儲器52中。在顯示裝置54上適當顯示這樣配準的圖像，利用適當的二維或三維繪製軟體進行繪製，或以其他方式處理。提供第一冷卻系統56以在梯度線圈16工作在最大平均功率水平時將該梯度線圈冷卻到大約70° C或更低。探測器陣列30熱接近梯度線圈16，這是因為梯度線圈與探測器陣列30充分靠近，足以使熱量從梯度線圈傳導到探測器陣列30。提供第二冷卻系統58以將探測器陣列30冷卻到大約30° C或更低，更希望冷卻到大約20° C，儘管其與梯度線圈16熱接近。現在參照圖2，提供了成像孔徑的放大圖。如前所述，在一個實施例中，探測器陣列30繞著成像孔徑的縱軸延伸360°。可以說對於RF線圈18、梯度線圈16和主磁體12是同樣情況。在圖2的實施例中，探測器陣列30位於梯度線圈16和用於RF線圈18的RF屏蔽60之間。在分離式梯度線圈實施例中，如圖3所示，探測器陣列30可以位於梯度線圈16的各部分之間。還預見到有探測器陣列30的其他位置，例如根據需要插入孔徑並從中移除的可移除系統。在圖2和3的實施例中的任一個中，探測器陣列30與梯度線圈16靠得很近。主動冷卻使得探測器陣列30保持不與梯度線圈16達到熱平衡。為了使探測器陣列30保持在可接受的工作溫度，如圖4所示，為探測器陣列30提供閉路流體冷卻系統58。圖4是探測器陣列30的截面特寫圖。探測器陣列30主要包括閃爍層62、光探測器元件64和相關聯的電子器件66。探測器陣列30全部封裝在RF屏蔽殼68之內。屏蔽殼68防止來自RF線圈18的激勵脈衝和來自成像區域14的磁共振信號在探測器陣列30中產生假信號。而且，RF屏蔽防止由PET探測器產生的無關信號被MR RF線圈感測到。如前所述，所有孔徑部件，包括探測器陣列30，都繞著孔徑延伸360°。 梯度線圈的溫度範圍從不運行時的室溫或稍冷直到運行期間的70° C。周圍的孔徑空間同樣地升高溫度。此外，PET探測器的電子器件66會產生熱量。沉積在周圍的RF屏蔽材料中的來自脈衝MR場的雜散場能量還產生額外的熱量。於是，為了防止所有這些熱源對探測器陣列的運行產生不利影響，向PET探測器陣列30應用流體冷卻系統58。讓探測器的至少一個表面進行冷卻。在一個實施例中，對最靠近電子器件和梯度線圈的表面進行流體冷卻，並使探測器的端部絕熱。在另一個實施例中，對周向表面和端面都進行流體冷卻。在又一個實施例中，如圖4所示，對探測器所有可觸及的側面進行流體冷卻。通過傳導通道70引導冷卻流體。通道70由高導熱非鐵材料，例如銅、鋁或不鏽鋼製造。由於探測器陣列30本身是被封住的，因此從探測器向外傳導熱量的通道70也被RF屏蔽材料68封住。可以在RF屏蔽68之外使用不同的磁性惰性材料。具體而言，輸送通道72可以由絕熱材料製造或包封，使得冷卻流體不會從探測器陣列30上遊的部件帶走熱量，那樣會在從探測器陣列30本身去除熱量方面變得效率不高。在一個實施例中，輸送通道在RF屏60和梯度線圈16之間延伸。冷卻系統被配置成為PET探測器30提供高效冷卻，同時節省空間。為此目的，冷卻通道70優選是焊接或以其他方式直接熱連接到電路系統66的細扁通道。還優選增加通道70而不會增加全體組件的體積，例如以互補方式布置通道70，使得面對的電路板可以配合在一起，同時幾乎不浪費它們之間的空間。以避免產生會耦合到梯度場的閉合傳導路徑這樣的方式配置探測器陣列30周圍的冷卻通道70。在一個實施例中，這是通過主要沿著跨越電子器件承載電路系統66的軸向方向以曲曲折折的方式延伸通道來實現的。在冷卻側面時，冷卻通道可以放射狀地延伸。避免環狀通道減少了渦電流的產生。為入口路徑72和出口路徑74在RF殼68中製造孔。可以利用波導實現這些孔。可以提供冷卻線路中的電介質斷路器76以阻斷通道傳導路徑。換熱器單元78向冷卻流體提供流動和溫度控制。換熱器78還能夠使冷卻流體降溫到低於室溫，以更有效地從探測器陣列30去除熱量。可以在成像室或相鄰房間之內對換熱器78自身進行空氣冷卻。另一個選擇是使換熱器78與更大的冷卻系統(例如樓宇的總冷卻系統)接口連接。可以將來自冷卻劑的熱量轉移到另一流體道並排到屋頂空調壓縮機外等。在一個實施例中，冷卻流體是具有期望的熱運移特性且導電性最小的純水或去離子水。冷卻劑的流速正比於電子器件總功耗，反比於出口 -入口溫度差。流動路徑可以包括並聯路徑，以使每次循環累積的溫升最小並實現總體的壓降。單個路徑可能容納較低體積和流動能力，而壓降增大，但探測器陣列30在流動路徑末端處的部分以及在流動路徑開始處的部分可能得不到冷卻，這意味著更下遊的探測器部件可能無法被冷卻到與上遊部件相同的溫度。這可能會主要導致不均勻的圖像偽影。局部措施，例如熱沉，能夠提供從電子器件66離開到達流體通道70的導熱路徑。或者，可以將其他冷卻劑流體，例如致冷劑、液態氮、強制通風等用作通道70中的流體冷卻劑，應當理解的是，本申請中使用的「流體」包括所有這些。在使用比室溫更冷的冷卻劑時，可以通過孔徑提供空氣流以輔助防止凝結。在另一實施例中，可以將導熱介電油用作冷卻劑。在該實施例中，介電冷卻劑可以與電子器件66和探測器元件直接接觸，而不是通過通道壁間接接觸。在這種浸沒冷卻實施例中，整個探測器陣列30都包封在流體密封的封閉室中，例如柱形或橢圓形輪廓的包殼中。這種方法會省掉很多流體通道和熱沉。封閉室中可以包括擋扳以降低不均勻流速和熱點的可能。在又一實施例中，使用珀耳帖冷卻來冷卻探測器陣列30。可以將此用作獨立方法， 或可以使用選擇性珀耳帖冷卻，作為上述一種或多種其他方法的補充來冷卻故障點。在圖3的分離式梯度線圈配置中，有利的是，布置冷卻器56和相關聯的梯度冷卻線路以從內到夕卜，即從臨近分離式梯度線圈的間隙的區域到分離式梯度線圈的外部末段來冷卻分離式梯度線圈。這是有利的，因為梯度線圈將是最冷的，在臨近探測器陣列30的間隙附近具有最穩定的溫度。任選地，冷卻線路還在間隙附近集中，以進一步提高最靠近探測器陣列30的梯度線圈冷卻效率。在又一實施例中，使用公共流體冷卻系統來冷卻梯度線圈16和探測器陣列30這兩者。該實施例的一個優點是既節約成本又節省空間。然而，缺點在於探測器陣列30的溫度會受到梯度線圈16溫度的影響。冷卻流體可以將探測器陣列冷卻到更低溫度，冷卻流體離開探測器陣列去冷卻或幫助冷卻梯度線圈16。也可以利用分立的電路，使得僅有換熱器78的一部分被共享。在雙冷卻系統環境中，可以使用絕熱體80至少部分地將梯度線圈16與探測器陣列30隔熱開。通過這種方式，可以為每個冷卻系統設置單獨的基準。利用組合冷卻系統，可以將梯度線圈16冷卻到探測器陣列30的期望工作溫度，由於梯度線圈16的熱質量更大，這將要耗費大得多的精確冷卻。另一選項是讓組合冷卻系統針對PET探測器陣列和其他需要冷卻的元件具有獨立的換熱器。參照圖5，示出了為電子器件66和光探測器64提供差異冷卻的探測器冷卻配置。電子器件例如可以包括時間到數字轉換器(TDC)元件、模數轉換器(ADC)元件、現場可編程門陣列(FPGA)或其他邏輯元件、低漏失(LDO)穩壓器等。這些部件產生大量要被去除的熱量，但只要電子器件66維持在圖5中示為Te的適當低工作溫度，電子器件66的性能一般與溫度沒有強烈相關性。於是，靠近並冷卻電子器件66的第一冷卻路徑90用於提供圖5中不為Fe的較聞冷卻劑流體流速，以實現聞的熱傳遞。諸如矽光電倍增器(SiPM)元件或光電倍增管的光探測器64具有強烈依賴於溫度的工作特性。例如，對於一些SiPM探測器而言，溫度每升高1° C，增益增大大約5-10%。然而，光探測器64 —般輸出比電子器件66少很多的熱量。於是，靠近並冷卻光探測器64的第二冷卻路徑92用於提供圖5中示為Fd的較低流量，所述第二冷卻路徑將光探測器66維持在基本不隨時間變化的精確溫度Td。
一方面布置電子器件66和關聯的冷卻路徑90，另一方面布置光探測器64和關聯的冷卻路徑92，使得其彼此基本隔熱。這可以通過一方面設置於電子器件66和關聯的冷卻路徑90之間，另一方面設置於光探測器64和關聯的冷卻路徑92之間的被動絕熱材料94，例如絕熱介電材料或空氣間隙實現。附加地或替代地，這可以通過由隔離冷卻路徑96提供的主動隔熱來實現，隔離冷卻路徑96中有以流量Fi流動的冷卻劑流體。閃爍體62 —般不需要冷卻。然而，閃爍體62被布置得非常靠近光探測器64，而光探測器必需要保持在穩定溫度。因此，在圖5的實施例中，在閃爍體62周圍設置附加的被動絕熱材料98，使得被動絕熱體94、98大致包含包括光探測器64的穩定溫度區域。探測器溫度管理系統作為整體被適當地包含在圍繞探測器模塊的外部容器100中，其一側具有將冷卻劑流體流Fe、Fd、Fi分配到冷卻路徑90、92、96中的冷卻劑流體入口 102，而在相對的一側具有從探測器模塊排出冷卻劑流體流Fe、Fd、Fi的冷卻劑流體出口 104。用冷卻路徑90、92,96的流體流阻(或等價地，流體流導)適當地定義相應的冷卻劑流體流F6、Fd、Fi的不同 相對流速。任選地，設置一個或多個溫度傳感器106以測量光探測器64的溫度，控制流入入口 102 (或者，流出出口 104)，以將溫度傳感器106維持在期望的溫度讀數。或者，可以將溫度傳感器布置成測量冷卻光探測器64的冷卻劑流體路徑92的溫度Td，因為該溫度Td應當接近光探測器64的溫度。基於探測器溫度(或大致地基於溫度Td)控制冷卻劑流體流是有利的，因為這是應當維持穩定的關鍵溫度。儘管未圖示出，但還可以預見到提供主動閥門控制，例如可以從外部控制的或溫度反饋控制的閥門控制，來調節進入冷卻路徑90、92、96的相對流速Fe、Fd、Fp此外，儘管未圖示出，但可以預見到提供圍繞電子器件66和關聯的流動路徑90的被動絕熱材料。 在可預見到的另一變型中，針對每個單個平面利用逆流設置以降低模塊之內的溫度梯度，從而修改圖5中所示的模塊的冷卻。這可以通過將入口 102和出口 104放置在探測器模塊的同一側來實現。預計使用逆流設置將把熱梯度降低1-2個數量級，可以預計這會改善溫度穩定性。或者，可以將冷卻級聯起來，因為估計由光探測器64實際產生的熱量比電子器件66產生的熱量低100倍。在逆流或級聯設計的任一種中，有利的是首先冷卻光探測器64然後冷卻電子器件66，例如，首先使冷卻劑流經靠近光探測器64的冷卻路徑92，然後流經靠近電子器件66的冷卻路徑90。冷卻劑流體流的這種布置促進靠近光探測器64的溫度Td與靠近電子器件66的溫度Te相比更精確且更低。電子器件66的溫度Te是由於大部分熱量的耗散，但電子器件的溫度不必一定是精確的，其可以由流經光探測器64附近之後的冷卻劑流體冷卻。作為圖5設計的另一變型，參考圖5所示的插圖II，微型珀耳帖元件108能夠在冷卻路徑92和光探測器64之間提供主動可控熱阻。例如，標準的珀耳帖元件適當地基於碲化鉍(Bi2Te3)和硒化鉍(Bi2Se3)15可以使用類似於用於利用基於矽的珀耳帖元件冷卻半導體的布置(例如在Mathews等人的美國專利No. 6800933中所述，該專利文獻以引用方式併入本文中)，其中微型珀耳帖裝置設置於光探測器64中使用的絕緣體上半導體(SOI)襯底頂部的不敏感區中。也可以在光探測器64背上安裝的獨立裝置中實現這些結構。在這種方式中，可以調諧局部溫度梯度並將其控制在大約0. 1° C或更小之內，以便確保每個光探測器元件有精確恆定的溫度。在這些實施例中，冷卻介質的溫度不必一定與光探測器的溫度一樣低，從而消除了凝結且無需成本高昂地將介質冷卻到室溫以下。
圖5的輻射探測器系統採用了冷卻劑流體。冷卻劑流體例如可以是去離子水、強制通風、致冷劑等。在這種實施例中，例如，利用諸如焊接連接的永久連接或諸如螺紋耦合或快速斷開連接的可拆除連接器將入口 102和出口 104適當地與外部供應和返回線路(例如圖4的線路72、74)連接。參照圖6和7，在另一個實施例中，使用一個或多個熱管，例如圖示的平行線性陣列的熱管110，來提供從輻射探測器模塊的各部件到一個或多個由諸如導熱陶瓷、氧化鋁、氮化鋁等導熱材料製成的熱沉112的熱傳遞。還可以為熱沉112使用諸如銅的導熱金屬，但應當將其層壓或以其他方式配置，以抑制渦電流的形成。任選地，冷卻流體道114通過熱沉112，以去除熱管110傳輸到熱沉112中的熱量。每個熱管110包括密封的內部體積120，該內部體積包含至少一種工作流體，例如水、像酒精的溶劑等，或者包含工作流體的混合物。在內部體積120的內表面上設置芯吸材料或結構122或另一種支持毛細現象或毛細作用的材料或結構，芯吸材料或結構由表面上 形成有槽的多孔性材料構成。在工作中，工作流體在靠近熱管110遠離熱沉112的末端124處或在沿著熱管110的其他「熱點」處蒸發。從熱點向蒸發的工作流體傳遞汽化熱，以箭頭126示意性示出了這一點。由於蒸汽濃度梯度的原因，蒸發的工作流體126向熱沉112移動。蒸發的工作流體126在靠近熱管110臨近熱沉112的末端128處凝結。工作流體在近端128凝結從凝結工作流體向熱沉112轉移了凝結熱。通過與芯吸材料或結構122相關聯的毛細現象或毛細作用向熱管110的遠端向回抽吸凝結的工作流體。當工作流體再次在熱點蒸發時，完成傳熱循環。有利地，芯吸材料或結構122中的毛細力導致的凝結液體回流與熱管110的空間位置無關。為了用在包括MR部件的混合系統中，熱管110優選由非磁性且不導電材料製成，例如高熱導率陶瓷，例如氮化鋁或氧化招。如果使用金屬或其他導電材料，則應當將它們進行層壓，從而在不導電基質材料中布置成複合材料，或者以其他方式配置成抑制渦電流的形成。如圖6和7所示，該陣列的熱管110大致是平坦的，並設置於光探測器64和相關聯的電子器件66之間，以冷卻這兩者。由於蒸發的工作流體126被迅速轉移，因此在較熱的電子器件66和較冷的光探測器64之間存在固有的溫度隔離。有利地，熱管110和熱沉112之間的連接可以通過導熱表面接觸130實現，任選地由壓力配合、螺紋連接等加以增強，不必在熱沉112和熱管110之間有冷卻流體流動，因此其間不包括流體連接。有利地，熱管110是永久密封單元，在安裝或拆卸輻射探測器模塊時不打開熱管110。另一個優點在於，熱管110外部的溫度基本受到工作流體蒸發溫度的控制且沿著熱管110基本恆定。蒸發溫度是一種或多種冷卻介質的函數。參照圖8，為了進一步降低熱梯度，應當預見到使每個熱管110都與一個以上的熱沉112進行熱連通，例如如圖8所示在熱管110的兩端都具有熱沉112。還應當預見到布置交叉線性陣列的熱管，或使用大致平坦的熱管，或採用其他熱管幾何形狀以增強熱量去除和溫度穩定性。 圖8的實施例還包括集成為單層的光探測器64和電子器件66，例如單片集成在矽襯底材料的單個公共層上或中。例如參見WO 2006/111883A2(2006年10月26日公開，該專利文獻以引用方式併入本文)，其涉及一種用於飛行時間PET的數字矽光電倍增管(SiPM)，其中數字SiPM包括單片方式形成於公共矽襯底中或上的探測器陣列層和浸沒式(buried)CMOS數字處理電路層。在圖8的實施例中，熱管110在內部體積120遠離和靠近被冷卻元件64、66處的內表面上都設置有芯吸材料或結構122。然而，由於在圖8的實施例中，被冷卻兀件64、66 —起設置於熱管110 —側，因此可以預見到僅在靠近被冷卻兀件64、66的內表面上設置該芯吸材料或結構。作為另一種變型，儘管在圖6-8所示的實施例中，熱管110與被冷卻元件64、66直接接觸或靠得很近，在其他實施例中，熱管可以設置於一塊導熱陶瓷材料或不導電合成材 料中，該材料又與被冷卻元件64、66密切熱接觸。儘管在合併有磁共振成像的混合成像系統的舉例說明性上下文中進行了描述，但是應當領會到，還可以預見到將參考圖4-8公開的輻射探測器模塊冷卻配置用在採用輻射探測器的其他成像系統中，例如用在獨立的PET成像系統、PET/CT (計算斷層攝影)成像系統、伽馬照相機等中。已經參考優選實施例描述了本發明。在閱讀並理解說明書的基礎上，他人可以想到各種修改和變更。只要所有這些修改和變更屬於權利要求書或其等價情形的範圍內，那麼本發明意在被理解為包括所有這種修改和變更。
權利要求
1.一種成像系統，包括 正電子發射斷層攝影部分； 磁共振部分； 冷卻系統，所述冷卻系統共享用於冷卻所述正電子發射斷層攝影部分和所述磁共振部分的至少一個部件。
2.根據權利要求I所述的成像系統，其中，所述冷卻系統包括為液體和致冷劑之一的冷卻劑。
3.根據權利要求2所述的成像系統，其中，所述至少一個部件包括共享的冷卻劑。
4.根據權利要求I所述的成像系統，其中，所述至少一個部件包括共享的換熱器(78)。
5.根據權利要求I所述的成像系統,其中,所述至少一個部件包括共享的熱沉材料。
6.—種福射探測器,包括 閃爍體(62)； 被布置成探測在所述閃爍體中通過與感興趣輻射交互作用而產生的閃爍的光探測器(64)； 被配置成接收並處理從所述光探測器接收的指示感興趣輻射的電信號的電子器件(66)； 與所述電子器件熱連通並被配置成傳輸流動的冷卻劑流體的第一冷卻劑路徑(90)； 與所述光探測器熱連通並被配置成傳輸流動的冷卻劑流體的第二冷卻劑路徑(92);以及 布置於所述第一冷卻劑路徑(90)和所述第二冷卻劑路徑(92)之間使得所述第一和第二冷卻劑路徑可以處於不同溫度(T6，Td)的熱障(94，96)。
7.根據權利要求6所述的輻射探測器，其中，所述熱障包括(i)被動絕熱材料(94)和(ii)流有冷卻劑流體的隔離冷卻路徑(96)中的至少一個。
8.根據權利要求6所述的輻射探測器，其中，所述第二冷卻劑路徑(92)被維持在基本穩定的較低溫度(Td)，而所述第一冷卻劑路徑(90 )被維持在相對較高溫度(Te)。
9.根據權利要求6所述的輻射探測器，還包括 設置於所述第二冷卻路徑(92)和所述光探測器(64)之間的微型珀耳帖元件(108)。
10.一種成像系統，包括 第一模態成像系統(10)，其界定孔徑(14)並被配置成從所述孔徑內部採集第一模態成像數據；以及 正電子發射斷層攝影(PET)成像系統，其包括與所述第一模態成像系統的所述孔徑共軸布置的根據權利要求6所述的大致環狀的輻射探測器陣列。
11.一種輻射探測器，包括 閃爍體(62)； 被布置成探測在所述閃爍體中通過與感興趣輻射交互作用而產生的閃爍的光探測器(64)； 被配置成接收並處理從所述光探測器接收的指示感興趣輻射的電信號的電子器件(66)； 熱沉(112);以及與所述熱沉和所述光探測器熱連通的密封的熱管(110)，所述密封的熱管包含工作流體和芯吸材料或結構(122)，配置所述密封的熱管，使得所述工作流體在所述密封的熱管內經歷蒸發/凝結循環以從所述光探測器向所述熱沉傳遞熱量。
12.根據權利要求11所述的輻射探測器，其中，所述密封的熱管(110)與所述電子器件(66)熱連通，使得在所述密封的熱管內經歷蒸發/凝結循環的所述工作流體從所述電子器件向所述熱沉傳遞熱量。
13.根據權利要求11所述的輻射探測器，其中，所述輻射探測器被配置為包括所述閃爍體(62)、所述光探測器(64)、所述電子器件(66)和所述熱管(110)的模塊，並且所述模塊可操作地通過導熱表面接觸(130)與所述熱沉(112)的至少一部分相連接，所述導熱表面接觸(130)不需要使冷卻流體在所述熱沉和所述熱管之間流動。
14.一種成像系統，包括 磁共振掃描器(10)，其界定孔徑(14)並被配置成從所述孔徑內部採集磁共振數據；以及 正電子發射斷層攝影(PET)成像系統，其包括與所述孔徑共軸布置以從所述孔徑內部採集PET數據的根據權利要求11所述的大致環狀的輻射探測器陣列。
全文摘要
在混合PET-MR系統中，在孔徑(14)中增加PET探測器元件(30)使其與梯度線圈(16)相靠近。供應流體冷卻劑以傳遞來自PET探測器元件(30)的熱量。絕熱體(80)使流體冷卻劑和PET探測器元件(30)與梯度線圈(16)絕熱。在一些實施例中，第一冷卻劑路徑(90)與電子器件熱連通，第二冷卻劑路徑(92)與光探測器熱連通，而熱障(94，96)被布置於第一和第二冷卻劑路徑之間，使得第一和第二冷卻劑路徑可以處於不同溫度(Te，Td)。在一些實施例中，密封的熱管(110)與熱沉熱連通，使得熱管中的工作流體經歷蒸發/凝結循環以從探測器元件向熱沉傳遞熱量。
文檔編號G01T1/16GK102749640SQ20121023233
公開日2012年10月24日 申請日期2008年6月23日 優先權日2007年7月2日
發明者B·魏斯勒, G·D·德梅斯泰, J·J·格裡斯默, M·A·莫裡希, T·J·佐爾夫, V·舒爾茨 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司