CN101361656B - 移动的组合式磁共振/正电子发射断层造影设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合式正电子发射磁共振断层造影设备，位于车辆壳体内、用于对检查空间内的检查对象的器官进行图形显示，包括具有至少一个射线探测器的正电子发射断层造影设备和磁共振断层造影设备，后者具有：至少一个产生主磁场的主磁场线圈，至少一个产生梯度磁场的梯度线圈，以及发送激励脉冲和接收磁共振信号的高频天线设备，其中，射线探测器和至少一个梯度线圈同轴且以基本上相同的轴向高度布置。为了实现尽可能紧凑构造、既能尽可能良好满足用于保护测量装置周围的射线保护规定、又能排除对测量装置有干扰的环境影响的移动式MR/PET设备，设置有具有至少一个屏蔽元件的屏蔽装置，以衰减主磁场和梯度磁场以及车辆壳体外的湮灭辐射。

Description

移动的组合式磁共振/正电子发射断层造影设备

技术领域

本发明涉及一种移动的组合式磁共振/正电子发射断层造影设备，尤其是涉及一种在车辆壳体中的组合式正电子发射磁共振断层造影设备。

背景技术

最近，在医学成像中混合模态越来越重要，例如由正电子发射断层造影和计算机断层造影(PET/CT)的组合、单光子发射计算机断层造影和计算机断层造影(SPECT/CT)的组合、磁共振断层造影和正电子发射断层造影(MR-PET)的组合以及磁共振断层造影和单光子发射计算机断层造影(MR-SPECT)的组合。这些组合有利的是，具有高位置分辨率的模态(如MR或CT)和灵敏度较高的模态(即，例如SPECT或PET的核医学方法，以下称作NM)之间的联合。一些这种装置允许同时且同心地映射检查空间。在刚开始阶段不可能很集中地使用这些新的混合模态以保证连续占用。为了保证诸如MR-PET或PET/CT的大装置的成本效率，应将该系统构建为移动单元。安装在车辆(拖车)中，该系统可以轮流为多个诊所使用。这样修改该装置，使得该装置不但可以安装在车辆内的有限空间里，而且在各种场所都能胜任新的环境条件，这在技术上是具有挑战性的。例如，在移动式PET/CT系统中对磁场的高灵敏度是不利的，导致在每次安装位置变化时都要求耗费时间和人力的调整方法。

移动式MR系统、PET系统和PET/CT系统是公知的。尤其MR和PET在移动单元内的组合是令人感兴趣的。不过不利的是，常规的PET系统对于外部磁场的高干扰灵敏度，该干扰灵敏度如此强，使得甚至是地磁场的干扰影响都会影响测量。这在每次改变安装位置后都要求耗费时间的系统调整。对于既要求MR检查又要求PET检查的适应症，在分开的系统情况下，需要另外阐明患者逻辑及设备逻辑。

由DE102005015070公知一种借助组合式正电子发射断层造影和磁共振断层造影设备对检查空间内的检查对象进行图形显示的方法。该正电子发射断层造影设备包括为该检查空间配设的带有伽玛射线探测器的装置部分，其中，该探测器从检查空间中探测由检查对象发出的伽玛射线。磁共振断层造影设备包括用于产生主磁场的主磁场线圈、在检查空间内产生梯度磁场的梯度线圈、以及向检查空间发送激励脉冲和/或接收来自检查空间的检查对象的磁共振信号的高频天线装置。在梯度线圈系统和高频天线装置之间设置有高频屏蔽装置，该高频屏蔽装置将高频天线装置从梯度线圈系统去耦合。

此外，由WO 2006/071922 A2公知一种雪崩光电二极管(Avalanche-Photo-dioden，APD)模块，该模块用于PET/MR两种成像。每个模块包括一定数目的独立的、光学隔离的探测器。每个探测器包括闪烁晶体的排列，所述闪烁晶体由APD的相应排列读出。该模块布置在MR通道中。可以以这种方式利用APD拍摄更高分辨率的无伪影的PET图像和MR图像。

除了有关模态的组合以及为了在空间有限的车辆内安装而对其进行的小型化之外，此外重要的是，一方面将测量装置对环境的影响、另一方面将环境对测量装置的影响限制在较窄的范围内。因此，不允许测量装置的辐射和磁场对车辆外的行人造成伤害(所谓的心脏起博器限制，Herzschrittmachergrenze)。此外在PET测量中，伽玛射线可以向外穿透。这同样不允许导致车辆周围的放射量的明显升高。反之亦然，不允许车辆外的辐射源或磁场影响其内的测量装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种移动式MR/PET设备，该设备尽可能紧凑地构建并且利用该设备可以一方面尽可能良好地满足用于保护测量装置周围环境的射线防护规定，另一方面则排除了对测量装置有干扰的环境影响。

这一技术问题通过如下一种设备得以解决。

根据本发明，在合适的车辆内安装一种可以同时且同心地记录两种模态的数据的MR-PET混合系统，从而可以将它从一个地方运到另一个地方并投入运行。根据本发明，这样地优化对于伽玛射线的屏蔽以及对于移动设备外的磁场的屏蔽，使得车辆壳体外的射线量降到最小。为此，在车辆壳体中集成了铁磁外壳，通过该铁磁外壳而在短距离上使磁力线变密并由此实现场强的快速下降。因为铁磁外壳由原子序数相对高的材料制成，因而与电磁辐射相互作用的作用截面也相对较大。由此，提供了对电磁辐射的相应屏蔽，即，在PET测量中向外穿透的γ辐射在此被吸收。

按照对磁场的屏蔽的要求来优化铁磁性材料的布置。这决定了一种由漏磁场分布(偶极子场)定义的形状。与此相反，γ辐射一级近似地均匀分布在球形表面上，并且按照至检查空间的距离的平方下降。用于保护环境以防止γ辐射的屏蔽装置优选由铅制成。根据本发明，优选针对其化学成分、其围绕MR-PET混合系统的布置以及其厚度这样优化该屏蔽装置，使得该屏蔽装置有助于屏蔽MR组件的磁场。由此可以在屏蔽装置上节省重量和成本。

根据本发明的用于对检查空间内的检查对象的器官进行图形显示的车辆内组合式正电子发射磁共振断层造影设备包括：正电子发射断层造影设备，该设备具有至少一个用于探测来自检查空间的正电子湮灭辐射的辐射探测器；以及磁共振断层造影设备，该设备具有至少一个用于在检查空间内产生主磁场的主磁场线圈、至少一个用于在检查空间内产生梯度磁场的梯度线圈、以及用于向检查空间内发送激励脉冲并从检查空间接收磁共振信号的高频天线装置，其中，辐射探测器和所述至少一个梯度线圈同轴，并且以基本相同的轴向高度围绕检查空间布置，并且特征在于一种屏蔽装置，该屏蔽装置具有至少一个用于衰减主磁场和梯度磁场以及车辆壳体外的湮灭辐射的屏蔽元件。

在此，屏蔽装置的所述至少一个屏蔽元件优选是铁磁性的。由此磁场最有效地发挥作用。

此外，所述至少一个屏蔽元件在屏蔽元件和检查空间之间没有用于屏蔽γ辐射的金属之处具有较厚的壁厚。由此使屏蔽元件在重量和成本上得到最优化。

在本发明的另一优选实施方式中，所述至少一个屏蔽元件包含具有高原子序数的材料、且尤其是Co，以衰减湮灭辐射。以这种方式，利用同一种材料既可以衰减车辆外的磁场又可以衰减电磁辐射。

特别地关于磁共振断层造影设备对称地布置屏蔽装置的至少两个屏蔽元件。由此，在用组合式正电子发射断层造影设备装备车辆的情况下，不仅实现了特定方向上的射线量的衰减，而且也实现了关于MRI-PET设备对称的衰减。

在本发明的另一优选实施方式中，正电子发射断层造影设备可以从磁共振断层造影设备中卸下。由此，由于卸下正电子发射断层造影设备而可以提高患者在磁共振断层造影设备中的患者舒适度。

在这种实施方式中，正电子发射断层造影设备尤其可以在不同磁共振断层造影设备之间切换。如果组合式正电子发射磁共振断层造影设备配备有多个磁共振断层造影设备，那么这会是有利的。在极端情况下，以这种方式甚至可以将正电子发射断层造影设备放置在预定的目的地并在必要时在相应地装配的MRI系统上运行。

为了能够实现这一点，正电子发射断层造影设备必须能够与所配置的不同MRI系统相匹配。为此特别设置有用于将正电子发射断层造影设备与不同的磁共振断层造影设备的通道规格相匹配的适配器附加装置。

为了可以独立于周围磁场(如地磁场)安装组合式正电子发射磁共振断层造影设备，在正电子发射磁共振断层造影设备中，优选应用雪崩光电二极管来探测γ辐射。由此就可以以几乎任意的取向停放具有移动式正电子发射磁共振断层造影设备的车辆。

本发明的设备的优点之一在于，只是设置了MR系统在车辆内的占地面积，因为PET组件是完全集成的。对可以安置在设备空间内的MR组件旁的特殊的PET电子装置来说仅要求最小的占地面积。为两种子模态共同实现所有其它组件，诸如计算机、控制台、患者卧榻、网络端子、冷却器。与诸如PET/CT的已知混合模态不同，在此，子模态不是前后连接，而是嵌套地连接，这优化了在车辆环境内受限的占地面积。而且，通过采用诸如雪崩光电二极管的半导体技术来替代否则在PET中通常采用的光电倍增器技术，实现了对磁场干扰的不敏感。这一技术使得在适当的车辆内的移动式PET或MR-PET系统能够实现一种简单地位置更换，即，移动式PET或MR-PET系统可以容易且迅速地安置在各个希望的位置，而无需在该处采取任何附加的、预备的措施。尤其雪崩光电二极管(APD)在PET设备内的使用达到了相对于地磁场的独立，即，车辆在其停放时的取向是无关紧要的。

附图说明

下面根据对实施例参照附图的说明给出了根据本发明的设备的其它特征和优点，在附图中，

图1以透视图示意性地示出了根据现有技术的组合式PET-MRI设备，

图2以侧视图示意性地示出了根据现有技术的组合式PET-MRI设备，

图3从上方看示意地示出一种组合式PET-MRI设备以及在车辆内和周围所产生的磁场的等势线，

图4从上方看示意地示出在设有屏蔽装置情况下的一种组合式PET-MRI设备以及在车辆内和周围所产生的磁场等势线，

图5从侧面看示意地示出一种组合式PET-MRI设备以及在车辆内和周围所产生的磁场等势线，

图6从侧面看示意地示出在设有屏蔽装置情况下的一种组合式PET-MRI设备以及在车辆内和周围所产生的磁场等势线，

图7从前面看示意地示出一种组合式PET-MRI设备以及在车辆内和周围所产生的磁场等势线，

图8从前面看示意地示出在设有屏蔽装置情况下的一种组合式PET-MRI设备以及在车辆内和周围所产生的磁场等势线。

附图不是按比例绘制的。相同的或者起相同作用的元件采用了相同的附图标记。

具体实施方式

如图1所示，在组合式PET和MRI的情况下，将检查对象1置入检查空间2内。这一检查空间2由带有探测器设备4的PET设备3所围绕。探测器设备4通常是环形围绕检查空间2布设的闪烁晶体阵列(未示出)。在闪烁晶体中，具有511keV能量的光子(正电子湮灭辐射)转换为光量子，然后所述光量子被传导至(未示出的)光电探测器，优选通过(未示出的)光波导，该光波导根据光量子的数目产生输出电信号。

为了改进对检查对象1的检查的位置分辨率，用MRT设备5将PET设备围绕。这除了基本磁场磁铁6之外主要包括梯度线圈7和高频天线装置8。下面结合图2说明这些元件。

在图2中更详细地示出了这种构造的横截面。检查对象1部分处于检查空间2内。最外面围绕检查空间2布设用于产生主磁场的线圈6。由线圈6在检查空间2内产生的磁场具有与检查对象2在图像平面内的主轴重合的轴线。

在线圈6中设置有作为其它线圈的梯度线圈7，用该梯度线圈在检查空间2内产生梯度场。将梯度线圈7楔入或用螺丝拧入基本磁场线圈6中，使得两个线圈6和7牢固地相互连接。

利用作为MRT设备的一部分的高频天线装置8，将高频电磁场入射到检查空间2内。

图3从上方示出了作为一个单元9与患者卧榻10一起构造在车辆11内的组合式正电子发射磁共振断层造影设备。这种车辆11尤其可以是载重汽车的大容量挂车，其中，组合式正电子发射磁共振断层造影设备9由于其重量而优选直接通过挂车的轴定位。为清楚了解由测量装置产生的磁场，在图3中示出等势线12，所述等势线示意地再现了磁场的延伸。显而易见，在紧邻测量装置9的周围存在最高的场强。场强随着距测量装置9的距离不断增长而减弱。在此等势线的变化曲线由测量装置9周围的材料决定。在测量装置9附近没有磁相关材料之处，从测量装置9发出的磁场更深地穿透到周围环境中。在测量装置附近有影响磁场的材料之处，磁场穿透到环境中不那么远。在图3中显示在最外面的等势线12在此形成椭圆形，其中，长轴平行于车辆纵轴线延伸。

根据本发明，有针对性地改变等势线12的变化曲线，以便最小化磁场对环境造成的负担。这在图4中示意地示出。

在图4中，以俯视图示出了车辆内的测量装置9的更多细节。测量装置9具有多个围绕检查空间2的线圈，所述线圈沿着车辆轴线前后布置并在图4中表示为黑色条形。为了尽可能限制横向于车辆轴线的磁场延伸，在车辆11内设有屏蔽装置14。屏蔽装置14包围了测量装置9的至少一部分。相应地，屏蔽装置14包括多个屏蔽元件15，它们优选关于测量装置9对称地布置，以便均匀地降低测量装置9的周围环境中的场强。

如由图3和图4的比较可见，围绕测量装置9的关键位置的屏蔽元件15的布置导致车辆外的磁场显著降低。这种磁场降低在车辆侧面的环境中尤其是希望的，因为在那经过的人尤其接近车辆内部的测量装置9，而不会或者基本上不会意识到这一点。不过也为了减少在车辆11的行驶方向上的射线量，显然可以在测量装置9的前后布置其它的屏蔽元件15。这同样在图4中示出。在此也实现了场强的相应降低。总体上，形成围绕测量装置9的场强的椭圆形变化曲线，但磁场的延伸主要还是被限制在车辆11的内部空间内。

通过代表从检查空间中产生的伽玛量子的射线13表明，这种作用对磁场12和对电磁辐射都是这样。而且，通过带有元件15的屏蔽装置14屏蔽，因此，射线13没有或仅有一小部分从车辆11到达环境中。伽玛量子主要是在元件15与检查空间有较大距离的地方泄漏到该装置上。也就是说，业已证明在图4所示情形下，相对于装置9横向放置并与装置9靠近的两个屏蔽元件15是尤其有效的，因为它们也明显减小了γ辐射的自由空间角。在此应考虑，可以将用于屏蔽γ辐射的屏蔽装置(作为PET组件的一部分)在那些有磁化铁(作为MR组件的一部分)的地方设置得薄一些。也就是说，如果如本发明所建议的那样，所述屏蔽装置由高原子序数的磁性材料制成，那么磁场屏蔽和γ辐射屏蔽相互补充。

为了既实现对磁场的屏蔽又实现对电离辐射的屏蔽，必须为屏蔽元件15采用适当的材料。对此，具有高原子序数Z的铁磁性材料是尤其合适的。这尤其是铁磁性的Fe和Co合金。

对于γ辐射屏蔽的另一种改进可以通过加强有关屏蔽元件15在认为必要之处的壁厚而实现。如图4所示，屏蔽元件15在这种情况下，在屏蔽元件15和检查空间2之间没有用于屏蔽γ辐射的金属之处具有加强的壁厚。这种壁加厚部分15a在图4中是屏蔽元件15上的肋状加厚物，所述肋状加厚物设在没有金属围绕检查空间2之处，即，没有线圈或者没有轭铁之处。即，与装置9的示意性示出的含有金属的结构互补地布置侧面屏蔽元件15的肋状物15a。对于屏蔽元件15，在装置的顶端和末端，在15a的范围内的壁不是由肋状加厚物，而是由整个加强板加强。以这种方式确保了，在衰减磁场之外也能够实现对放射性辐射的减少。

在另外的图5至图8中示出了在车辆11的侧视图和前后视图下的等势线12。在图5中可见测量装置9关于车辆11的轴16的载荷分布。由于其高的重量值，测量装置8连同患者卧榻10优选地布置在两根轴16的上方；车辆可以借助支撑设备18停放。车辆11外的供电设备17用于在内部空间之外安置材料和能量源，尤其是在材料要在特定条件下存放的情况下，或者是在能量源(如压缩机等)会对车辆内部的人员带来负担的情况下。

在图6中示出了使用屏蔽元件15的情况下的等势线12的变化曲线。在磁场沿车辆11的纵向在几何上受到限制时，该磁场向下或向上是这样的好，以至于象根本未受影响一样。这在根据图5的车辆中也不是必须的。为了节省加装有由具有高原子序数Z的铁磁性材料制成的屏蔽元件15的车辆11的重量，在图6所示实施方式下仅设有所示的两个屏蔽元件。

最后，图7和图8示出了没有和有屏蔽元件12时的等势线12。如其它图中所示，图7中也在没有屏蔽的情况下表示了车辆11以及测量装置9的轮廓。相反，在图8中，为更清楚起见，仅示出了磁场变化曲线。而在图7中，磁场示出明显向车辆11的侧面延伸，而此延伸在图8所示实施方式中由于屏蔽而如此之好，就象消失了一样。因此，这表示了屏蔽的有效性。

此外，下面说明了移动组合式正电子发射磁共振断层造影仪的若干优点和特征。

移动组合式正电子发射磁共振断层造影仪中的PET组件在一种未示出的优选实施方式中被设计为“插件”，即，作为移动组合式正电子发射磁共振断层造影仪的MR系统中的灵活的插件。在这种情况下PET系统的基础结构、如计算机、电子器件、电源等是可用的，因此不需要补充新装备。不过，为了保持较大的MR通道而可以卸下PET组件，从而改善患者的舒适度。所卸下的PET系统按照不同的要求安装在车辆11内或者可以在不同移动式或固定安装的MR系统之间更换，只要存在相应的基础设施。

尤其是可以将PET组件以这种方式用于多个(固定安装的)MR系统。在这种情况下，载重汽车内的PET组件被置于各目的地，并且在必要时可以在相应地装配的MR系统上运行。

在另一种优选实施方式中，PET系统设有适当的适配器附加装置。由此可以均衡MR系统的通道规格的差别。用于PET组件的基础设施优选设在MR系统上。在这种实施方式下，可以独立于场强实现PET组件，使得PET组件可以灵活地在具有不同场强的MR系统之间更换。

MR-PET混合系统的使用由于其移动式设计而得以最优化。为使移动式设计得以实现，根据本发明使得MR-PET混合系统的占地面积降低到车辆内所允许的范围，并且最小化了车辆周围的射线量。这根据本发明通过诸如同心地集成子模态以及共同使用中心组件的技术措施而实现。在此，半导体技术的应用使得设置时间(Setup-Zeit)得以降低，这再次提高了净利用时间(Netto-Nutzungsdauer)。通过PET组件的可选使用，提高了灵活性，并且可以根据不同的需要来装配车辆系统或固定安装系统。

此外，由于组合式正电子发射磁共振断层造影设备在用于探测γ辐射的正电子发射断层造影设备3内包括雪崩光电二极管，因而可以以关于环境(地)磁场的任意取向来安装该设备。

Claims (9)

1.一种车辆壳体(11)内的组合式正电子发射磁共振断层造影设备，该设备用于对检查空间(2)内的检查对象(1)的器官进行图形显示，该设备包括：

正电子发射断层造影设备(3)，具有至少一个用于采集来自该检查空间(2)的正电子湮灭辐射的辐射探测器(4)，

磁共振断层造影设备(5)，具有：

-至少一个用于在该检查空间(2)内产生主磁场的主磁场线圈(6)，

-至少一个用于在该检查空间(2)内产生梯度磁场的梯度线圈(7)，

-用于向该检查空间(2)内发送激励脉冲以及从该检查空间(2)接收磁共振信号的高频天线装置(8)，

其中，该辐射探测器(4)和所述至少一个梯度线圈(7)同轴且围绕该检查空间(2)布置在基本相同的轴向高度上，

其特征在于，

具有至少一个屏蔽元件(15)的屏蔽装置(14)，其中所述屏蔽装置至少部分地包围所述组合式正电子发射磁共振断层造影装置，该屏蔽装置用于衰减主磁场和梯度磁场以及在该车辆壳体(11)外的湮灭辐射，

所述至少一个屏蔽元件(15)在所述屏蔽元件(15)与所述检查空间(2)之间没有用于屏蔽γ辐射的金属的地方具有较厚的壁厚。

2.根据权利要求1所述的组合式正电子发射磁共振断层造影设备，其特征在于，所述屏蔽装置(14)的至少一个屏蔽元件(15)是铁磁性的。

3.根据权利要求1或2所述的组合式正电子发射磁共振断层造影设备，其特征在于，所述至少一个屏蔽元件(15)包含具有高原子序数的材料，以衰减湮灭辐射。

4.根据权利要求1或2所述的组合式正电子发射磁共振断层造影设备，其特征在于，所述屏蔽装置(14)的至少两个屏蔽元件(15)关于磁共振断层造影设备(5)对称地布置。

5.根据权利要求1或2所述的组合式正电子发射磁共振断层造影设备，其特征在于，所述正电子发射断层造影设备(3)可以从所述磁共振断层造影设备(5)上卸下。

6.根据权利要求5所述的组合式正电子发射磁共振断层造影设备，具有多个磁共振断层造影设备(5)，其中，所述正电子发射断层造影设备(3)可以在不同的磁共振断层造影设备(5)之间切换。

7.根据权利要求6所述的组合式正电子发射磁共振断层造影设备，其特征在于，设置有用于使所述正电子发射断层造影设备(3)与不同的磁共振断层造影设备(5)的通道规格相匹配的适配器附加装置。

8.根据权利要求1或2所述的组合式正电子发射磁共振断层造影设备，其特征在于，所述正电子断层造影设备(3)包括用于探测γ辐射的雪崩光电二极管。

9.根据权利要求3所述的组合式正电子发射磁共振断层造影设备，其特征在于，所述具有高原子序数的材料是Co。