CN101152084A - 组合式磁共振-正电子发射断层成像设备的磁场发生单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种组合式MR－PET设备的特殊HF天线装置。该HF天线装置具有第一部件(8a)，该第一部件与设备固定在一起地安装在检查隧道(11)内，使得它在卧榻台(2)驶入时设置在该卧榻台的下方；该HF天线装置还具有第二部件(8b)，该第二部件可安放在卧榻台(2)上，并且可以随着卧榻台驶入和驶出该检查隧道(11)，其中，该内部HF天线装置的第二部件(8b)被构造得形状刚硬并具有一个与待检查对象(3)的横截面相匹配的净横截面(d)。由此，降低了安装HF天线的时间成本并通过HF天线的固定状态使得对伽玛射线衰减的校正成为可能。此外，可以提供多个具有不同直径的第二部件(8b)。

Description

组合式磁共振-正电子发射断层成像设备的磁场发生单元
技术领域
本发明涉及医学成像方法MR或MRT(磁共振断层成像)以及PET(正电子发射断层成像)在一台设备内的组合。更具体地，其涉及一种组合式MR-PET设备的磁场发生单元，该磁场发生单元具有用于在检查隧道内产生恒定磁场的主磁铁以及沿径向围绕该检查隧道的PET检测器环。待检查对象可以在一个可移动的卧榻台上被引入到该检查隧道内。
背景技术
磁共振断层成像(MR或MRT)是一种用于表示人体或动物体内组织的成像方法。MRT以核自旋共振原理为基础，根据这一原理，原子核(如在体内大量存在的氢核)具有一个磁矩。原子核可以由于该磁矩而在所施加的外部磁场内被高频范围内的电磁辐射(被称作HF辐射或者HF脉冲)激励，并且其随后短暂地发出辐射。该HF辐射(也被称为MR信号)由HF天线检测，后者也可以被用于产生激发辐射。外部磁场主要由一个围绕水平的检查隧道的超导主磁铁产生，待检查对象(例如卧榻台上的患者)被移入到该检查隧道中。MR信号的位置编码可以通过由所谓的梯度线圈产生的、具有空间梯度的磁场实现。
由主磁铁、梯度线圈和必要时的HF天线组成的围绕检查隧道的单元通常被称作“磁场发生单元”。MR设备的其它部件，如控制计算机、ADC、频率发生器等，并不是磁场发生单元的组成部分，而通常被设置在该磁场发生单元旁边的单独空间内。
另一种医学成像方法是正电子发射断层成像(PET)。PET作为核医学方法尤其适合于表示体内的生化过程，例如对肿瘤和继发性癌肿的发现。在此，给患者服用一种带有放射性核素(Radionuklid)的示踪物，该示踪物在体内分布并且由此发出正电子形式的放射性辐射。正电子在短时间后衰变成两个沿相反的空间方向运动的伽玛量子，后者由适当的检测器采集。这些检测器主要设置为围绕人体的环形PET检测器。例如，伽玛辐射由闪烁晶体(Szintillationskristallen)组成的矩阵俘获，其中每个光子的到达都引起闪光。该闪光又由光子检测器(例如由雪崩式光电二级管)俘获和放大。
最近，人们有兴趣将MRT和PET相互组合在一个设备中，以便可以同时或者相隔时间较短地在同一患者身体部位内(以尽可能相同的像场)应用两种成像模态。为此，在磁场发生单元内也集成一个PET检测器环。
为了改进MRT的信噪比，通常用所谓的局部线圈来替代在磁场发生单元中集成的HF天线(亦被称为全身天线)。这种局部线圈是与特定身体部位相匹配的HF天线，在将患者安置在卧榻上之后、不过却还在磁场发生器外部时，由操作人员直接将该局部线圈敷设在待检查的身体部位上。然后，通常还是由全身天线产生HF脉冲，而身体线圈作为接收线圈起作用并且接收MR信号。由此可以相对于以固定地嵌装在磁场发生单元内的全身天线的接收实现图像质量的显著改善。
不过在组合式MR-PET设备中，局部线圈的应用具有不同的缺点：一方面，局部线圈的敷设需要操作人员为每个患者花费多达五分钟的时间来定位以及在稍后取下局部线圈。由此，相对于在当前应用的PET设备上患者检查，操作人员在更长的持续时间内受到由患者造成的辐射负荷。
此外，内部设置的局部线圈的结构降低了PET检测器环的灵敏度并且需要进行校正。不过，由于取决于待检查患者身体形状的对局部线圈的变化的空间布置，在PET图像重建中几乎不能进行校正。
在DE 10318190 A1中，描述了一种用于纯MR设备的天线装置，其将替代现有的、直接在身体上敷设的局部线圈。这种装置与全身线圈相比具有较小的直径，不过固定地集成在检查隧道内。例如，它要配合精确地保持在检查隧道内。因此，在DE 10318190 A1中天线装置的建立和拆卸是非常费劲的，因为为了安装或拆除该天线装置，操作人员必须靠在磁场发生单元内的一侧。因此，对于变化的患者直径的匹配是不可行的。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种专门为组合式MR-PET设备优化的HF天线装置，该HF天线装置不具有现有身体线圈的上述缺点而同时却提供了与这一线圈可比拟的信噪比。
据此，本发明提供了一种具有内部HF天线装置的磁场发生单元，该HF天线装置至少适于接收MR信号并且具有一个第一部件，该第一部件这样地与设备固定在一起地嵌装在检查隧道内，使得它在卧榻台驶入时位于卧榻台下；该HF天线装置还具有一个第二部件，该第二部件可以安放在卧榻台上并且可以随着该卧榻台驶入和驶出检查隧道，其中，该内部HF天线装置的第二部件形状刚硬地(formsteif)构造并且具有一个与待检查对象的横截面相匹配的净横截面(lichter Querschnitt)。
用卧榻台表示卧榻的可动部分，待检查对象(例如患者)典型地放置在其上并且在其上被驶入到检查隧道内。
在本发明中，内部HF天线装置承担了现有技术中局部线圈的任务。由于该装置是形状刚硬的，因而在为进行成像检查而将它驶入到检查隧道的中心(Z＝0)内时，它总是具有相同的伽玛射线衰减模式。在此，可以对这种衰减略微进行校正。省去了用于识别和校正位于PET检测器环内部的结构的花费高的措施(衰减校正)。这节约了检查时间和图像重建的计算时间。此外，由于内部HF天线装置的位置固定，因而更简单和有效地实现了对于伽玛辐射的尽可能小衰减的优化。由此，可以实现一种具有相对较小的衰减并且在衰减中没有大的不均匀性的装置。
另一个优点是操作人员的时间节省。因为内部HF天线装置的第二(上面的)部件形状刚硬地构成，所以它可以在待检查对象或患者安放在卧榻台上之后在最短的时间内被置于其上。为此所需的时间典型地在0.5分钟以下。因此减少了对操作人员的射线负荷。
最后，相对于利用全身天线(外部HF天线装置)接收MR信号，显著地改善了图像质量。这是通过将内部HF天线装置的第二部件与待检查对象的横截面相匹配而实现的，也就是说，在正常的、较瘦的患者的情况下要比整个检查隧道的横截面小得多。
HF天线装置的第一(下面的)部件典型地留在检查隧道内，而第二(上面的)部件可以随着卧榻台驶入和驶出检查隧道。这相对于DE 10318190 A1的装置构成了对更换内部HF天线装置的显著的简易化。在所述文献中，也可以由两部件组成的整个内部HF天线装置被固定地安装在检查隧道内。没有提供借助于可行驶的卧榻台进行的取出。
根据一种优选的实施方式，检查隧道具有一个接纳装置(Aufnahme-vorrictung)，在将卧榻台移动通过检查隧道的期间，利用该装置可以将内部HF装置的第二部件与设备固定在一起地保持在磁场发生单元内。这具有下列背景：在组合式MR-PET检查中，会频繁地检查整个身体，例如对继发性癌肿的检查。这最佳的是通过患者在MR-PET检查时运动通过天线装置或PET检测器环而实现。这可以通过卧榻台逐段地滑过检查隧道而实现。因此，迄今可以为MR检查仅使用与设备固定在一起地嵌装的全身天线。不过，在根据本发明的内部HF天线装置根据优选实施方式这样设计，使得第二(上面的)部件虽然随着卧榻台驶入但却可以固定地保持在检查隧道的中心的条件下，它也适用于此。这可以例如通过与该接纳装置的销钉连接(Stiftverbindung)实现。然后，优选地在卧榻台的两侧设置相应的导轨，内部HF天线装置的第二部件在该导轨上这样安放，使其可以在导轨上滑动。第一(下面的)部件总是与设备固定在一起地设置在检查隧道内，不过必要时可以拆下来。第一和第二部件之间的连接可以通过所述的导轨或通过该用于第二部件的接纳装置实现。
根据一种特别优选的实施方式，接纳装置还具有用于把内部HF天线装置的第二部件与设置于磁场发生单元外部的控制单元相连的电触点。这种类型的控制单元在必要时产生HF脉冲并且接收和放大由该天线装置俘获的MR信号。通过将该与控制单元的电触点设置在接纳装置内，在安放线圈时进一步节省了时间。在常规的局部线圈的情况下，操作人员必须在安放局部线圈后手动地将其连接电缆插入到磁场发生单元上的一个插座内。现在省去了这种手动干预，因为这种电接触在内部HF天线装置的第二部件滑入时自动地在检查隧道中建立。这种实施方式的另一个优点在于，没有被导引穿过PET检测器环的像场的馈电线。这也减少了对校正的需求。
接纳装置优选地适于，在将卧榻台从检查隧道中驶出并且更换待检查对象的期间，将内部HF天线装置的第二部件与设备固定在一起地保持在磁场发生单元内。由此，针对对于内部HF天线装置的操纵由两种可能性：一方面，可以将整个天线留在检查隧道内并在下一对象或下一患者的情况下再次使用。在下一患者具有与第一个患者大致相同的横截面尺寸时尤其如此。对患者大小的检查可以或者根据操作人员的估计(目测)，或者可以使用用于尺寸检查的仿真天线装置(Dummy-Antennennordnung)。此外，存在这样的可能性：将内部HF天线装置的两个部件随着患者和卧榻台一起驶出，并在外面由操作人员拆除。对于下一个患者，根据患者的横截面大小(肥胖)选择该内部HF天线装置的同一个或其它的第二部件并如上所述地安装在该卧榻台上。
如上所述，待检查对象可以是人或动物。本发明不仅限于医院使用的组合式MR-PET设备，也可能用在研究设备、尤其是在专门用于动物检查的磁场发生单元中。
内部HF天线装置的第二部件在其净横截面的大小和/或形状上优选地与待检查对象的横截面大小和/或形状相匹配。在此，内部HF天线装置尽可能地设置得接近该对象，以便优化信噪比。不过，同时该对象或患者将可以在卧榻台移动时滑过HF天线装置的第二部件的下方。因此第二部件典型地具有弧形形状。该弧形在不同的实施例中可以成型为平的、高的或尖的。
尤其优选的是，在内部HF天线装置的第一(下面的)部件保持相同的情况下，提供具有不同的净横截面大小和/或净横截面形状的多个不同的第二部件。
内部HF天线装置可以包括鸟笼式天线或多信道接收线圈(也被称作阵列线圈)。由此，使得可以利用多个信道对MR信号进行并行采集，这为信噪比带来了进一步的改善。可以采用诸如SENSE(SENSitivity Encoding，灵敏度编码，参见例如Klass P.Pruessmann等人发表于Magnetic Resonance inMedicine，42：952-62，1999的“SENSE：Sensitivity Encoding for Fast MRI”)或GRAPPA(全局自动校准部分并行采集)的并行接收技术。
如果用于检查的内部HF天线装置的第二部件大致插入到检查隧道的中心(Z＝0)，那么内HF天线装置的像场就会与PET检测器还的像场至少大部分地重叠。由此，可以在卧榻台连同患者逐段地或连续地滑过两个像场时同时接收同一身体部位的MR和PET图像数据。
用于MR设备的HF天线装置除了导轨之外在典型情况下还具有其它的电子部件，例如失谐元件、前置放大器以及显然要有馈电线。为了在成像时不会不必要地对总体辐射造成衰减，优选地将内部HF天线装置的这些部件设置在PET检测器环的像场之外。这可以例如通过将这些部件集成到接纳装置中而实现，该接纳装置本身正好设置在PET检测器环的像场之外。
为了进一步减少伽玛射线的衰减，优选地这样设计内部HF天线装置在检查时必然处于PET检测器环的像场内的区段，使得该装置被优化为具有尽可能小的伽玛射线途径的衰减。一方面，如上所述，很可能仅有导轨位于PET检测器环的像场内。这些导轨由尽可能薄的金属层、尤其是约5至30μm厚的金属层、特别优选的是18μm厚的铜层制成。这些导轨被安装在一个衬层上，该衬层优选由塑料制成并同样被制造得尽可能薄。
如上所述，优选地有一组的内部HF天线装置的多个第二部件可供使用，其中，所述多个第二部件具有不同的净横截面大小和/或形状。
本发明也涉及一种具有一个如上所述的磁场发生单元以及一组的内部HF天线装置的多个第二部件的MR-PET设备。该MR-PET设备具有用于内部HF天线装置的控制单元和用于从由PET检测器环采集到的图像数据中重建三维PET图像的计算单元。在此，控制单元在运行时自动地识别该组中的内部HF天线装置的哪个第二部件被保持在接纳装置内，并且向计算单元发出相应的信号。因此，这可以在图像重建时校正由内部HF天线装置的第二部件所产生的伽玛射线衰减。对该组的每个第二部件一次性地确定关于伽玛射线衰减的必需校正。如果MR-PET设备自动地识别当前在使用哪些内部HF天线装置，那么可以在PET图像重建时简单地执行校正。
附图说明
下面结合具体实施例并参考附图详细解释本发明。在附图中：
图1示出了根据本发明的一种实施方式的一个穿过磁场发生单元以及驶出的卧榻台的局部纵剖面。
图2示出了穿过图1所示磁场发生单元以及驶入检查隧道的卧榻台的纵剖面；和
图3示出了沿线III-III穿过图2所示磁场发生单元的横截面，其中没有绘出患者。
具体实施方式
在图1中，在通过Z轴(以双点划线表示)的纵剖面中示出了磁场发生单元1。在Z＝0的检查隧道11的中心有一个基本均匀的沿Z方向的磁场，从而在此进行MR成像。
通过梯度线圈13产生梯度场。沿径向更向内地设置有同样以Z＝0为中心的PET检测器环4。更向内跟随着一根用于外部HF天线装置或全身天线5的支承管6。这种全身天线5较好地用于概貌拍摄以及用作发射天线。PET检测器环的像场14和全身天线5的像场15尽最可能地相互重叠。
磁场发生单元1还包括内部HF天线装置8的下部部件8a。部件8a这样设置，使得它在卧榻台2驶入时设置于卧榻台下方。
不过，在图1的表示中卧榻台2被驶出。患者3安置在卧榻台上，并且在患者3的躯干上方安装有内部HF天线装置的第二(上面的)部件8b。其并没有按照横截面示出。如由图中可见，第二部件8b的净高(lichte Hhe)d比所安置的患者3的最大高度略高一点，从而该患者仍然可以在该第二部件8b下方滑过。
内部HF天线装置的第二部件8b被安装在患者台的轨道9a上。在卧榻台2滑入检查隧道11内时，该轨道接触与接纳装置10相连的相应轨道9b。在接纳装置10中设置电触点。此外，该接纳装置优选具有一个销钉(未示出)，该销钉在卧榻台2滑入时自动地啮合到内部HF天线装置的第二部件8b中的相应凹槽内并从而将其固定地保持在检查隧道的中心，即使在卧榻台2进一步运动的情况下也是如此。不过，该销钉连接可以被松开，以便将HF天线装置的第二部件8b从检查隧道11内驶出。
接纳装置10或者说其电触点与用于HF天线装置的控制单元16相连。该控制单元优选也控制内部HF天线装置的第一(下面的)部件8a。PET检测器环4与计算单元17电连接，该计算单元处理PET检测器环的信号并且对图像数据进行重建。部件16和17不是磁场发生单元1的组成部分并且优选与其磁屏蔽、例如放置在一个屏蔽的相邻空间内。
内部HF天线装置8a、8b如图所示是阵列线圈。不过鸟笼式天线的结构也是可能的。内部HF天线装置优选地仅起接收线圈的作用，其中，HF脉冲由全身天线5发出。不过也可以想到这样的实施方式：其中内部HF天线装置8a、8b既作发射天线也作接收天线起作用。在这种实施方式中可以完全省去全身天线5。
在图2中示出了带有驶入的卧榻台2的图1的装置。在此，卧榻台插入检查隧道11这样一个深度，使得内部HF天线装置的第二部件8b直接地设置在第一部件8a上方，并且因此大致位于检查隧道11的中心(Z＝0)。在此，自动地显示用于接纳装置10的第二部分8b的电触点，使得该第二部件8b与HF天线装置的控制单元16相连。
在内部HF天线装置的第二部件8b的最上部与检查隧道11的顶部之间留有一个距离c。该距离c表明将第二HF天线装置8a、8b同全身天线5相比明显更靠近患者3的身体地设置。
为了进行成像检查，可以将卧榻台2逐段地移动通过由接纳装置10保持的内部HF天线装置8a、8b。在每个新位置处，利用内部HF天线装置获取MR图像数据，以及利用PET检测器环4获取PET图像数据并且将其重建为三维图像数据。在重建PET图像数据时，可以采用HF天线装置8a、8b的已知形状和位置来校正伽玛辐射的衰减。
作为替代，也可以将卧榻台2连续地移动通过固定设置的内部HF天线装置8a、8b，同时连续地获取MR图像数据和PET图像数据(“Move duringScan”，扫描期间的移动)。
在图3中示出了图2的装置的横截面。在此相同的部件再次以相同的参考标记进行标示。在图3中尤其可见内部HF天线装置的第二部件8b的弧形形状，以及两个接纳装置10在卧榻台2两侧的位置。在第二部分8b插入时，该第二部分自动啮合到接纳装置10内并由其实现机械和电接触。内部HF天线装置的第一(下面的)部件8a与设备固定在一起地设置在卧榻台2的下方。

Claims (14)

1.一种组合式MR-PET设备的磁场发生单元(1)，其中，待检查对象(3)可以在一个可移动的卧榻台(2)上驶入和驶出一个由该磁场发生单元(1)环绕的检查隧道(11)，该磁场发生单元包括：
-主磁铁(12)，用于在该检查隧道(11)内产生恒定磁场，
-沿径向环绕该检查隧道(11)的PET检测器环(4)，用于检测伽玛射线，
其特征在于，
内部高频天线装置(8)，其至少适于接收磁共振信号并且具有第一部件(8a)，该第一部件与设备固定在一起地安装在该检查隧道(11)内，使得它在卧榻台(2)驶入时被设置在该卧榻台的下方；该内部高频天线装置还具有第二部件(8b)，该第二部件可安放在卧榻台(2)上，并且可以随着该卧榻台驶入和驶出该检查隧道(11)，其中，该内部高频天线装置的第二部件(8b)被构造得形状刚硬并且具有一个与待检查对象(3)的横截面相匹配的净横截面(d)。
2.根据权利要求1所述的磁场发生单元(1)，其特征在于，一个环绕所述检查隧道(11)的外部高频天线装置(5)，该外部高频天线装置适于发射高频脉冲和接收磁共振信号。
3.根据权利要求1或2所述的磁场发生单元(1)，其特征在于，在所述检查隧道内的接纳装置(10)，在将所述卧榻台(2)移动通过所述检查隧道(11)的期间，利用该接纳装置可以将所述内部高频天线装置的第二部件与设备固定在一起地保持在该磁场发生单元(1)内。
4.根据权利要求3所述的磁场发生单元(1)，其特征在于，所述接纳装置(10)具有用于将所述内部高频天线装置的第二部件(8b)与设置在该磁场发生单元(1)外部的控制单元(16)相连的电触点。
5.根据权利要求3或4所述的磁场发生单元(1)，其特征在于，所述接纳装置(10)适于，在将所述卧榻台(2)驶出所述检查隧道(11)并且更换待检查对象(3)的期间，将所述内部高频天线装置(8)的第二部件(8b)与设备固定在一起地保持在该磁场发生单元(1)内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的磁场发生单元(1)，其特征在于，待检查对象(3)是人或动物。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的磁场发生单元(1)，其特征在于，将所述内部高频天线装置(8)的第二部件(8b)的净横截面的大小(d)和/或形状这样地与待检查对象(3)的横截面大小和/或形状相匹配，使得该内部高频天线装置(8)设置得尽可能地接近该对象(3)，不过该对象(3)在卧榻台(2)移动时可以在由接纳装置(10)保持的该内部高频天线装置的第二部件(8b)下方滑过。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的磁场发生单元(1)，其特征在于，该内部高频天线装置(8)包括鸟笼式天线或者多信道接收天线。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的磁场发生单元(1)，其特征在于，所述内部高频天线装置(8)的像场(14)和所述PET检测器环(4)的像场(15)大部分相重叠。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的磁场发生单元(1)，其特征在于，通过将所述卧榻台(2)逐段地移动通过所述内部高频天线装置的像场(14)以及所述PET检测器环(4)的像场(15)，可以获取人(3)的整个身体的磁共振和PET图像数据。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的磁场发生单元(1)，其特征在于，该内部高频天线装置具有失谐元件、前置放大器和/或馈电线，它们被设置在PET检测器环(4)的像场(15)之外。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的磁场发生单元(1)，其特征在于，在卧榻台(2)驶入时，在所述内部高频天线装置(8)位于PET检测器环(4)的像场内的部分由塑料衬层构成，而导轨由约5至30μm厚的金属层构成。
13.一组用在根据权利要求1至12中任一项所述的磁场发生单元(1)内的、内部高频天线装置的多个第二部件(8b)，其中，所述多个第二部件(8b)具有不同的净截面大小和/或形状。
14.一种MR-PET设备，其具有如权利要求3至12中任一项所述的磁场发生单元(1)、如权利要求13所述的一组内部高频天线装置(8)的多个第二部件(8b)、用于该内部高频天线装置的控制单元(16)、以及用于根据由PET检测器环(4)获取的图像数据来重建三维PET图像的计算单元(17)，其中，所述控制单元(16)在运行时自动识别在接纳装置(10)中保持的是所述组中内部高频天线装置的哪个第二部件(8b)，并向该计算单元(17)发出相应的信号，并且其中，该计算单元(17)在图像重建时对由该内部高频天线装置(8)的这一第二部件(8b)产生的伽玛射线的衰减进行校正。
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