CN101625401A - 组合正电子发射断层成像-磁共振装置、部件和局部线圈 - Google Patents

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Abstract

一种按照本发明的组合PET－MR装置包括：MR单元，用于激励在检查空间中的核自旋并且接收通过该激励在该检查空间中所产生的信号；以及PET单元，具有一个至少部分地包围该局部线圈的检测器，该检测器用于检测从所述检查空间中发出的辐射，其中，所述PET－MR装置的在所述检查空间与所述检测器之间设置的部件由于该部件的材料特性和/或结构上的构造，一方面避免了对从所述检查空间中发出的辐射的衰减，而另一方面避免了与所述MR单元的电磁场的不希望的相互作用。对应的按照本发明的部件，诸如患者卧榻、支撑或支持装置以及局部线圈，既是MR兼容的又是PET兼容的。

Description

组合正电子发射断层成像-磁共振装置、部件和局部线圈
技术领域
本发明涉及一种组合正电子发射断层成像-磁共振(PET-MR)装置，一种在检查期间被设置在检查空间和检测器之间的部件，以及一种局部线圈。
背景技术
已知的医学成像技术，一方面包括主要描绘在检查对象中的功能性过程的核医学技术，以及另一方面包括主要描绘被检查的解剖结构的技术，例如磁共振技术或者计算机断层成像技术。
正电子发射断层成像(PET)技术属于核医学成像技术。PET产生有生命的生物体的图像，方法是：使得事先给予的微弱放射标记的物质(放射药物)在生物体中可见，该物质这样在生物体中积聚，使得可以描绘生化的以及生理的过程。
在此，在衰变中发出正电子的放射核素适合于作为放射药物。这些正电子在经过短距离(大约2至3mm)之后与电子相互作用，并且由此出现所谓的湮灭。在此，两个粒子(即正电子和电子)消失，并且形成了两个各具有511keV的高能量的光子(伽马辐射)。它们按照大约180°的角度相互远离。在此所形成的线也被称为“line of response，反应线”(LOR)。两个光子(湮灭辐射)例如在一个检测器环上被测量，在哪里它们同时地出现在两个位置上。通过两个测量结果的相一致可以证明正电子发射，并且对湮灭的位置进行估计。
磁共振技术(下面缩写MR表示磁共振)是一种公知的技术，利用该技术可以产生检查对象的内部的图像。简而言之，为此将检查对象在MR设备中定位在相对强的静态均匀的基本磁场(磁场强度为0.2特斯拉至7特斯拉以及更强)中，使得其核自旋沿着该基本磁场定向。为了触发核自旋共振将高频的激励脉冲入射到检查对象中，测量所触发的核自旋共振，并且在此基础上重建MR图像。为了对测量数据进行位置编码，为基本磁场叠加快速切换的梯度磁场。将所记录的测量数据数字化，并且作为复数数值存入到k空间矩阵中。从该带有数值的k空间矩阵中，借助于多维傅里叶变换可以重建出所属的MR图像。该技术允许按照可选的对比度出色地显示、特别是显示软组织。
为了能够协同地利用两种技术的优点，存在将MR系统和PET系统进行组合的努力。在专利公开文献US 2007/0102641A1中描述了一种组合的PET/MR系统的例子。
在不同系统的组合中，迄今为止主要注重的是对各自特殊的测量单元(诸如MR系统的磁铁单元以及PET系统的检测器单元)的协调一致。然而，其它的患者的检查所必需的组成部分也可以对这种组合的PET/MR系统的质量和效率产生影响。
DE 102006037047A1中一种检测单元，包括PET检测器装置和高频线圈装置，其中，将高频线圈装置的纵导体逐段地沿着PET检测器装置的由间隙相互之间隔开的检测器块引导。
US 2005/0284490A1公开了一种用于配准和固定患者的方法和装置。用于固定的颈支架由对于X射线拍摄、磁共振成像和正电子发射断层成像兼容的材料制成。
DE 19731234A1涉及一种患者支撑装置，其对于X射线检查以及磁共振检查是兼容的。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种组合的PET-MR装置，以及一种部件和一种局部线圈，它们既允许高质量的PET检查、也允许高质量的MR检查。
本发明以这样的认知为基础：医学成像系统的被设置在系统的检查空间中的部件，根据其特性(特别是根据所采用的材料和/或结构上的构造)，对待实施的检查产生影响。
由于用来对共振进行位置编码和激励的交变电磁场，例如患者卧榻和其它支撑辅助装置以及用于MR检查的局部线圈的部件通常是由玻璃纤维强化的塑料制成，该塑料是不导电的和不是铁磁性的，并且由于其高密度而具有高强度，以便避免与交变电磁场相互作用并且使得部件由此是MR兼容的。此外，由于强度而抑制了部件的有害振动。高的强度在100N/mm2以上的抗拉强度以及超过5kN/mm2的弹性模量的条件下给出。例如，芳族聚酰胺纤维组织层压塑料以及聚酰胺纤维组织层压塑料具有直到900N/mm2的抗拉强度以及直到47kN/mm2的弹性模量，而玻璃纤维组织具有680N/mm2的最大抗拉强度以及最大35kN/mm2的弹性模量。
与此相反，在PET检查中通常采用由碳纤维强化的塑料制成的患者卧榻和其它支撑辅助装置，因为该材料在辐射衰减系数较低的同时具有高强度。因为理想的PET检测器应该能够记录每个来自检查空间的单个光子，所以低的辐射衰减系数对于PET检查来说特别重要并且是对于PET兼容的条件。
同时，由碳纤维制成的部件由于其导电性而不适合用在MR系统中。在PET系统中采用由玻璃纤维加强的塑料，也由于该材料的高密度和由此带来的高辐射衰减系数而更是不利的。
因此，医学成像系统的按照本发明部件由既MR兼容又PET兼容的材料制成，该部件在检查期间被设在成像系统的检查空间和检测器(特别是PET检测器)之间。特别是，所采用的材料是不导电的和不是铁磁性的，并且在此具有小的辐射衰减系数。在具有511keV的伽马辐射的条件下，辐射衰减系数为0.01l/cm并且被视为较小。与此相对，玻璃纤维组织具有0.161/cm的辐射衰减系数，芳族聚酰胺纤维具有0.08l/cm的辐射衰减系数。
如下地构造用于MR检查的按照本发明的局部线圈：该局部线圈由于其材料特性而并不衰减在从借助该局部线圈检查的检查空间至至少部分地包围该局部线圈的检测器的射线路径上的辐射。
一种按照本发明的组合PET-MR装置包括：MR单元，该MR单元用于激励在检查空间中的核自旋并且接收通过该激励在该检查空间中所产生的信号；以及PET单元，该PET单元具有一个至少部分地包围该局部线圈的检测器，该检测器用于检测从所述检查空间中发出的辐射，其中，所述PET-MR装置的在所述检查空间与所述检测器之间设置的部件由于该部件的材料特性和/或结构上的构造，一方面避免了对从所述检查空间中发出的辐射的衰减，而另一方面避免了与所述MR单元的电磁场的不希望的相互作用。
因此，按照本发明的部件以及按照本发明的局部线圈，特别适合于用于既借助PET技术又借助MR技术的检查中，并且允许对于两种技术的高质量的测量结果。特别是，由此允许的对高能量光子的辐射衰减的最小化以及由此对于在PET方法中用于图像重建的可利用和可计数的光子的损失的避免，在同时适合于MR环境中的应用的条件下，按照同时也允许PET和MR检查的方式统一了各自所提出的要求。因此，可以在没有由于置入到检查环境中的部件以及局部线圈造成的有害条件下来运行组合PET-MR装置。
附图说明
本发明的其它优点和细节由下面所描述的实施例以及结合附图给出。所举出的例子不构成对本发明的限制。附图中：
图1示出了组合PET-MR装置的示意图，
图2和图3示出了一个示意的按照本发明的部件的剖面图，
图4示出了以头部线圈为例的局部线圈。
具体实施方式
图1示出了组合PET-MR装置100的示意图。该组合PET-MR装置100包括MR单元2，用于激励在检查空间U中的核自旋并且接收通过该激励在该检查空间U中所产生的信号。MR单元2在图1中仅仅示意性地通过其磁铁单元2.1被示出。具体的子单元，诸如控制单元、主磁铁、梯度线圈和高频(HF)线圈，以及它们的协同作用是已知的，并且为了清楚起见没有一同被示出。
此外，组合PET-MR装置100包括PET单元3。PET单元3也没有完整地被示出，而是仅仅根据其PET检测器3.1示意性地被示出。其它的子单元以及它们的协同作用由现有技术所公知。
MR单元2的磁铁单元2.1以及PET单元3的PET检测器3.1均是按照带有径向轴线的圆柱形实施的，该径向轴线与可以被引入到组合PET-MR装置中的检查对象(例如患者P)基本上平行地延伸。或者，它们可以被实施为两部分，例如在敞开的MR单元2的情况下，其中，一个在情况下例如平坦设计的部分例如被设置在待检查的检查空间U之上，而另一个例如同样平坦设计的部分被设置在待检查的检查空间U之下。在此，可以相互独立地选择磁铁单元2.1和PET检测器3.1各自的构造。
在任何情况下，PET检测器3.1至少部分地包围检查空间U，并且用于对从检查空间U中发出的辐射进行检测。这种辐射尤其是涉及湮灭辐射，该湮灭辐射是通过在检查空间U中一个电子与一个质子的湮灭所形成的(通过虚线箭头示出)。
此外，组合PET-MR装置100包括部件1，该部件特别是在利用组合PET-MR装置100对检查空间U的检查期间被设置在检查空间U和PET检测器3.1之间并且位于MR单元2的作用区域的内部。
部件1，例如患者卧榻1.1或者其它的支撑和支持装置(如颈支架1.2或者如头部线圈10的局部线圈的天线支架1.3)由如下的材料组成：由于其材料特性和/或由于其结构上的构造，一方面避免了对从检查空间U中发出的辐射的衰减，而另一方面避免了与MR单元2的电磁场的不希望的相互作用。同时，该材料具有足够的机械强度，使得部件1可以满足其各自的功能，特别是支撑功能。
简言之，按照本发明的部件1既被构造为MR兼容又被构造为PET兼容，也就是说，这样构造部件1，使得其既可以与MR技术兼容地使用又可以与PET技术兼容地使用，而不会妨碍有关的技术或者本身被影响。特别是，待采用的材料是不导电的、不是铁磁性的并且最多具有小的辐射衰减系数。这点对应于0.01l/cm的和更小的辐射衰减系数。此外，具有优势的是，所采用的材料额外地具有低的介电常数，以便不使得MR单元2在检查空间上起作用的电场失真。在这种情况下，εr＝2或者更小的值被视为低的。例如，特氟隆具有2的介电常数，空气的介电常数大约为1，而聚酯泡沫的介电常数是1.03。
介电损耗因数tanδ也必须尽可能地小。介电损耗因数被定义为损耗功率/无功功率。环氧树脂具有0.02的介电损耗因数，聚酯树脂具有0.015的介电损耗因数，芳族聚酰胺纤维组织具有0.013的介电损耗因数，而特氟隆具有0.0001的介电损耗因数。因此，介电损耗因数在任何情况下应该小于0.02，特别是小于0.01。
特别具有优势的是，所述部件由包括聚酰胺纤维以及例如环氧树脂或聚酯树脂的树脂的材料组成。特别是，芳族聚酰胺纤维组织在实验中被证明是为了满足所要求特性的高度适合的材料。
因此，在一种具有优势的实施方式中，部件1是由利用树脂浸透的聚酰胺纤维所制成。
在其它优选的实施方式中，部件1不是纯粹地由聚酰胺纤维组织制成，而是由复合材料制成。
这点在图2和图3中示例性和示意性地示出，这些图分别示出了部件1的一个草拟的剖面图。为了清楚起见，在图2和图3中分别满足相同功能的部分标记了相同的附图标记。
在这些实施例中，部件1包括一个由具有高的机械强度的第一材料组成的外层，该外层包围填充材料14.1、14.2，其中，填充材料14.1、14.2具有比第一材料更低的密度或者更低的原子序数。因此，填充材料14.1、14.2具有比第一材料更低的辐射衰减系数。高的强度被理解为材料的在100N/mm2以上的抗拉强度以及超过5kN/mm2的弹性模量。
按照图2的部件1的构造例如可以通过喷射造型法实现，该喷射造型法以挤压的聚合物为基础。在此，作为覆盖层11构造出坚固的均匀(密集)的表面结构，其中，在内部则构造出低密度的变硬的却多孔的泡沫结构14.1。
另一种制造这种按照图2的部件1的途径例如是，采用利用环氧树脂或聚酯树脂浸透的芳族聚酰胺纤维组织作为静态支撑的外层11，为该外层作为填充材料14.1填充例如被喷射的或者事后由该外层11所包围的硬泡沫和/或软泡沫。在此，可以进行复杂的成型。这里，作为制造技术尤其可以采用拉挤成型方法或者层压技术，特别是按照三明治结构，例如在使用真空压制条件下的层压技术。这些制造技术允许廉价地制造部件1。
作为填充材料，尤其可以考虑硬化的聚亚安酯泡沫或者聚氯乙烯泡沫，利用它们可以实现低于0.1g/cm3的密度。在采用软泡沫核作为填充材料14.1时，具有优势的是在制造过程和层压过程中与外层11的芳族聚酰胺纤维类似地利用树脂进行浸透所述填充材料，从而在固化之后实现高的强度。
也可以考虑将空气作为填充材料14.1、14.2。如果在图2中建议的例子中将填充材料14.1、14.2作为连贯的状态描述了填充材料14.1，则尤其是结合填充材料空气建议：通过单元结构13(例如也以轻质结构)加固填充材料14.2，然后有外层11包围。在图3中示出了这点。在这种实施方式中，也可以继续采用硬泡沫或软泡沫作为填充材料14.2。
为此，将(例如几厘米数量级的)薄壁的单元设置在以及必要时粘贴或按照其它方式固定到环绕的外层11之内。一种对应单元结构13的有利形式是六边的蜂窝，其可以特别容易地并且同时稳定地配合成不同的形状。这种具有单元结构13的实施方式特别适合于具有相当平坦的盘状或者(部分)圆柱形状的部件1。
图2和图3的这些实施方式均具有如下的优点：作为填充材料14.1、14.2尤其可以采用可透射辐射的材料，即使这些材料具有低的机械强度。因为填充材料14.1、14.2的低的机械强度可以通过部件1的几何形状或者成型和结构得到补偿，或者甚至被过补偿。这样，例如通过部件1的总壁厚(其通过对应的厚的填充材料14.1、14.2实现)，可以实现对抗弯曲和扭转的良好阻力矩。在此，较高的待透射的材料厚度对于成检查空间U中发出的辐射的可探测性没有负面的影响，因为填充材料14.1、14.2的低的密度也在较长透射距离(例如多个厘米直至分米范围)上带来对于PET应用相对可以忽略的衰减。
总之，按照这种方式可以这样构造部件1，使得部件1的有效的总辐射衰减系数处于空气的辐射衰减系数的数量级上。空气具有0.0001l/cm的辐射衰减系数。按照空气的数量级所有辐射衰减系数位于0.01l/cm和更小。由此，可以尽可能地避免对具有511keV的可计数的光子的损失。
此外，还通过外层11以及必要时通过单元结构13保证了足够的强度，其中，不过可以特别薄壁地实施外层11以及单元结构13，例如低于1毫米，这又对部件1的可透射性产生积极的影响。
如上面已经解释的那样，作为部件1特别地考虑患者卧榻1.1或者其它的支撑和支持装置、如颈支架1.2或者如头部线圈10的局部线圈的天线支架1.3。在最后一种情况下，即天线支架1.3作为部件1，通常已经保证了MR兼容性，因为该局部线圈是专门由于MR检查的；不过，为了能够与PET单元3兼容，还涉及到了其它设计和构造上的措施。
在图4以用于磁共振检查的头部线圈10为例示出了这点。
天线支架1.3在围绕检查空间布置成U形的测量区域21中被构造为透光结构，并且在其中设置了头部线圈10的印制导线22。由此，在测量区域21中构造了大面积的窗口23，该窗口构成尽可能大的可自由透射的区域。在此，天线的印制导线22例如通过薄的连接板26在天线支架1.3的圆周上均匀地分布。在此，连接板26如此窄的构造并且在大面积的窗口23之间如此地分布，使得通过天线的印制导线22和其连接板在检测器3.1上造成的辐射阴影最小化。
此外，天线支架1.3还包括区域24，其不与测量区域21交迭，并且在其中将局部线圈10的电子单元(例如，放大器电路和/或频率补偿电路等等)这样设置，使得它们不位于检查空间U与包围局部线圈10的检测器3.1之间，而是在可能的射线路径之外离开检查空间U并朝向检测器3.1。
在此，例如将印制导线构造为薄的铜导线。
所示出的部件1不仅如在图1中示出那样适合于结合组合的PET-MR装置使用，而且在下列情况下也是具有优势的：例如，要将患者依次(按照任意的顺序)进行MR检查和PET检查，而例如不必重新安排患者，或者否则的话要改变其在第一次检查中所采取的姿态。

Claims (23)

1.一种医学成像系统的部件，该部件在检查期间被设置在成像系统的检查空间和检测器、特别是PET检测器之间，其中，所述部件由既MR兼容又PET兼容的材料制成，即，不导电且不是铁磁性的，并且其中，所述部件具有一个按照空气的辐射衰减系数的数量级的有效辐射衰减系数。
2.根据权利要求1所述的部件，其中，所述材料额外地具有低的介电常数。
3.根据权利要求1或2所述的部件，其中，所述材料具有小于0.02的介电损耗因数。
4.根据上述权利要求中任一项所述的部件，其中，所述部件由包括聚酰胺纤维以及例如环氧树脂或聚酯树脂的树脂的材料组成。
5.根据上述权利要求中任一项所述的部件，其中，所述部件由包括芳族聚酰胺纤维组织的材料组成。
6.根据上述权利要求中任一项所述的部件，其中，所述部件由复合材料制成。
7.根据上述权利要求中任一项所述的部件，其中，所述部件具有一个由具有高的机械强度的第一材料组成的外层，该外层包围比该第一材料密度更低或者原子序数更低的填充材料。
8.根据权利要求7所述的部件，其中，所述部件由挤压的聚合物制成。
9.根据权利要求7所述的部件，其中，所述第一材料是芳族聚酰胺纤维组织。
10.根据权利要求7或9所述的部件，其中，所述填充材料是硬泡沫和/或软泡沫。
11.根据权利要求7、9或10所述的部件，其中，所述填充材料是空气。
12.根据权利要求7、9、10或11所述的部件，其中，所述填充材料是通过单元结构加固的。
13.根据权利要求12所述的部件，其中，所述单元结构是蜂窝状结构。
14.根据上述权利要求中任一项所述的部件，其中，所述部件是对于检查对象的支撑或支持装置。
15.根据上述权利要求中任一项所述的部件，其中，所述部件是患者卧榻。
16.根据权利要求1至13中任一项所述的部件，其中，所述部件是局部线圈的天线支架。
17.根据权利要求16所述的部件，其中，在所述天线支架上如下地设置局部线圈的电子单元，使得它们不位于所述检查空间和检测器之间。
18.根据权利要求16或17所述的部件，其中，所述天线支架在局部线圈的天线的印制导线的区域中被构造为透光的结构。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的部件，其中，所述天线支架在局部线圈的天线的印制导线的区域中包括大面积的窗口，使得通过该天线在检测器上造成的辐射阴影最小化。
20.一种用于MR检查的局部线圈，所述局部线圈被如下地构造，使得该局部线圈由于其材料特性而并不衰减在从借助该局部线圈所检查的检查空间至至少部分地包围该局部线圈的检测器的射线路径上的辐射。
21.根据权利要求20所述的局部线圈，其中，所述局部线圈包括一个天线支架，该天线支架是根据权利要求16至19中任一项所述的部件。
22.一种组合PET-MR装置，该装置包括：MR单元，该MR单元用于激励在检查空间中的核自旋并且接收通过该激励在该检查空间中所产生的信号；以及PET单元，该PET单元具有一个至少部分地包围该局部线圈的检测器，该检测器用于检测从所述检查空间中发出的辐射，其中，所述PET-MR装置的在所述检查空间与所述检测器之间设置的部件由于该部件的材料特性，一方面避免了对从所述检查空间中发出的辐射的衰减，而另一方面避免了与所述MR单元的电磁场的不希望的相互作用，其中，所述部件是根据权利要求1至19中任一项所述的部件。
23.根据权利要求22所述的组合PET-MR装置，其中，所述从所述检查空间中发出的辐射，是通过一个电子与一个质子的湮灭所形成的湮灭辐射。
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