DE102006054542B4 - Vorrichtung zur überlagerten MRT- und PET-Bilddarstellung - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur überlagerten Magnetresonanztomographie- und Positronenemissionstomographie-Bilddarstellung, mit:
einem Magnetresonanztomographie-Magneten (1), der eine Längsachse (z) definiert;
einer Magnetresonanztomographie-Gradientenspule (2), die radial im Inneren des Magnetresonanztomographie-Magneten (1) angeordnet ist;
einer Magnetresonanztomographie-HF-Spule (3), die radial im Inneren der Magnetresonanztomographie-Gradientenspule (2) angeordnet ist; und
einer Vielzahl um die Längsachse (z) paarweise gegenüberliegend angeordnete Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten (5),
wobei die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten (5) radial im Inneren der Magnetresonanztomographie-Gradientenspule (2) angeordnet sind;
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Außendurchmesser der Magnetresonanztomographie-HF-Spule (3) und der vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten (5) von innen direkt in Radialrichtung an die Magnetresonanztomographie-Gradientenspule (2) anschließen, und
dass die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten (5) entlang der Längsachse (z) neben der Magnetresonanztomographie-HF-Spule (3) angeordnet sind.
einem Magnetresonanztomographie-Magneten (1), der eine Längsachse (z) definiert;
einer Magnetresonanztomographie-Gradientenspule (2), die radial im Inneren des Magnetresonanztomographie-Magneten (1) angeordnet ist;
einer Magnetresonanztomographie-HF-Spule (3), die radial im Inneren der Magnetresonanztomographie-Gradientenspule (2) angeordnet ist; und
einer Vielzahl um die Längsachse (z) paarweise gegenüberliegend angeordnete Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten (5),
wobei die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten (5) radial im Inneren der Magnetresonanztomographie-Gradientenspule (2) angeordnet sind;
dadurch gekennzeichnet, dass
sich die Außendurchmesser der Magnetresonanztomographie-HF-Spule (3) und der vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten (5) von innen direkt in Radialrichtung an die Magnetresonanztomographie-Gradientenspule (2) anschließen, und
dass die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten (5) entlang der Längsachse (z) neben der Magnetresonanztomographie-HF-Spule (3) angeordnet sind.
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur überlagerten MRT- und PET-Bilddarstellung.
- Ein Magnetresonanztomographiegerät (MRT-Gerät) verfügt bekanntermaßen u. a. über jene drei Funktionsbaugruppen, die in der
2 dargestellt sind: ein Grundfeldsystem11 , ein Gradientensystem12 und ein Hochfrequenzsystem13 (auch als HF-System oder Bodyresonator bezeichnet). Das Grundfeldsystem11 ist im Allgemeinen ein Magnet und stellt ein starkes, statisches Magnetfeld bereit. Das Gradientensystem12 stellt im Niederfrequenzbereich bis etwa 1 kHz ein einstellbares Magnetfeld bereit, das einen linear ansteigenden bzw. abfallenden Verlauf in einer oder mehreren Richtungen aufweist. Das HF-System13 stellt im Hochfrequenzbereich bei der im wesentlichen durch das statische Magnetfeld vorgegebenen Kernspinresonanzfrequenz (i. A. 42,45 MHz) ein oszillierendes Magnetfeld zur Auslenkung der Kernspins bereit, das darüber hinaus auch zum Empfang der Signale der relaxierenden Kernspins dienen kann. - Diese drei Baugruppen sind bei den üblichen Magnetresonanztomographiegeräten um den zu untersuchenden Patienten herum in der nachfolgend genannten Reihenfolge in radialer Richtung von Innen nach Außen angeordnet: HF-System
13 , Gradientensystem12 und Grundfeldsystem11 . Der Patient wird auf einer Liege14 gelagert, die sich radial im Inneren des HF-Systems13 befindet. - Neben der Magnetresonanztomographie (MRT) findet in den letzten Jahren auch die Positronenemissionstomographie (PET) zunehmend weite Verbreitung bei der medizinischen Diagnose. Während es sich bei der MRT um ein bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Strukturen und Schnittbildern im Inneren des Körpers handelt, ermöglicht die PET eine Visualisierung und Quantifizierung von Stoffwechselaktivitäten in-vivo.
- Die PET nutzt die besonderen Eigenschaften der Positronenstrahler und der Positronen-Annihilation aus, um quantitativ die Funktion von Organen oder Zellbereichen zu bestimmen. Dem Patienten werden dabei vor der Untersuchung entsprechende Radiopharmaka verabreicht, die mit Radionukliden markiert sind. Die Radionuklide senden beim Zerfall Positronen aus, die nach kurzer Distanz mit einem Elektron in Wechselwirkung treten, wodurch eine so genannte Annihilation eintritt. Dabei entstehen zwei Gamma-Quanten, die in entgegengesetzter Richtung (um 180° versetzt) auseinander fliegen. Die Gamma-Quanten werden von zwei gegenüberliegenden PET-Detektormodulen innerhalb eines bestimmten Zeitfensters erfasst (Koinzidenz-Messung), wodurch der Ort der Annihilation auf eine Position auf der Verbindungslinie zwischen diesen beiden PET-Detektormodulen bestimmt wird.
- Zum Nachweis sind die PET-Detektormodule ringartig um den Patienten herum angeordnet und bedecken im Allgemeinen einen Großteil der Gantry-Bogenlänge. Jedes PET-Detektormodul generiert bei Detektion eines Gamma-Quants eine Ereignisaufzeichnung, die die Zeit sowie den Nachweisort, d. h. das entsprechende Detektorelement angibt. Diese Informationen werden an eine schnelle Logik übermittelt und verglichen. Fallen zwei Ereignisse in einem zeitlichen Maximalabstand zusammen, so wird von einem Gamma-Zerfallsprozess auf der Verbindungslinie zwischen den beiden zugehörigen PET-Detektormodulen ausgegangen. Die Rekonstruktion des PET Bildes erfolgt mit einem Tomografiealgorithmus, d. h. der so genannten Rückprojektion.
- Aufgrund der unterschiedlichen Informationen, die durch MRT und PET erhalten werden, ist eine überlagerte Bilddarstellung der beiden Verfahren in vielen Fällen wünschenswert.
- Für die Kombination der bildgebenden MRT- und PET-Verfahren in einem Gerät ist es erforderlich, die beiden für die Datenakquisition erforderlichen Einheiten des HF-Systems und der PET-Detektoren innerhalb des Grundfeldsystems und des Gradientensystem anzuordnen. Eine konzentrische Anordnung, bei der das HF-System innerhalb der ringartig angeordneten PET-Detektoren positioniert werden würde, wäre mit mehreren Schwierigkeiten verbunden.
- Zunächst reduziert die Struktur der innenliegenden Spulenanordnung (Sende- und Empfangsspulen) des HF-Systems die Empfindlichkeit der ringartig angeordneten PET-Detektoren, was eine Korrektur bei der PET-Bildrekonstruktion erfordert.
- Außerdem wird durch die Schachtelung des HF-Systems und der ringartig angeordneten PET-Detektoren von Innen nach Außen der für den Patienten verbleibende Innendurchmesser stark reduziert.
- Darüber hinaus muss der für eine hohe Qualität des HF-Bodyresonators erforderliche Abstand zwischen den ringartig angeordneten PET-Detektoren und den HF-Leiterstrukturen stark reduziert werden (Feldrückflussraum).
- Schließlich ist aufgrund der radialen Platzverhältnisse keinerlei Abschirmung (z. B. durch Septen) der ringartig angeordneten PET-Detektoren gegen Gammastrahlung von der Außenseite der ringartig angeordneten PET-Detektoren möglich.
- Der Artikel Schwaiger M. et al.: ”MR-PET: Combining Function, Anatomy, and More”, Special Molecular Imaging, Sept. 2005, S. 25–30 offenbart eine Vorrichtung zur kombinierten MR-PET Bilddarstellung mit einer Anordnung der ”RF body coil” innerhalb der PET-Detektionseinheit.
- Carstens J.: ”PET Einschub für Kernspintomograph”, ipc.com, 1060.04.2005 offenbart einen PET-Einschub für einen Kernspintomograph, welcher bei Bedarf in den MR-Tomographen eingebracht werden kann.
- Schlyer D. et. al.: ”Development of a Simultaneous PET/MRI Scanner”, Nuclear Science Symposium Conference Record, 2004 IEEE, 16–22 Oct. 2004; S. 3419–3421 Vol. 6 offenbart einen kombinierten PET/MRT Scanner, bei welchem die ”RF Coil” innerhalb der PET-Detektionseinheit angeordnet ist.
- Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur überlagerten MRT- und PET-Bilddarstellung vorzusehen, die den Innendurchmesser des Patiententunnels weniger einschränkt und dennoch für eine Abschirmung und eine ausgezeichnete Bildqualität sorgen kann.
- Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung zur überlagerten MRT- und PET-Bilddarstellung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Diese Anordnung bietet folgende Vorteile:
Der Innendurchmesser des Patiententunnels wird durch die Anordnung weniger eingeschränkt als bei der konzentrischen Variante. - Die Magnetresonanztomographie-HF-Spule und die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten sind weitgehend voneinander entkoppelt und können bzgl. ihrer Bildqualität besser optimiert werden.
- Die Schwächung der Gammastrahlung durch innerhalb der vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten liegende Resonatorstrukturen entfällt.
- Aufwendige Maßnahmen zu Erkennung und Korrektur von innerhalb der vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten liegenden Strukturen entfallen (Attenuation Correction). Dies erspart Untersuchungszeit und Rechenzeit bei der Bildrekonstruktion.
- Der radial innere Raum innerhalb der Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten ist vergrößert worden, was ein größeres FOV (Field Of View) ermöglicht.
- Vorzugsweise sind die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten so zusammengefasst, dass sie einen Ring um die Längsachse bilden, wobei die Magnetresonanztomographie-HF-Spule und der von den vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten gebildete Ring im Wesentlichen die gleiche Breite entlang der Längsachse aufweisen.
- Trotz geometrischem Versatz zwischen dem HF-System und den ringartig angeordneten Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten erlaubt die Anordnung eine quasi parallele Akquisition von MRT- und PET-Bildern. D. h. bei einer gegebenen Position des Patienten innerhalb der Anordnung läuft in ersten einem Volumenbereich die MRT-Messung, während zeitlich parallel in einem zweiten Volumenbereich die PET-Signale akquiriert werden. Der Zeitverlust für die Untersuchung eines Patienten gegenüber der konzentrischen Anordnung entspricht der Messzeit für eine so genannte „Bed Position”. Insgesamt hat die Anordnung einen erheblichen Geschwindigkeitsvorteil gegenüber der seriellen Messung bei einem Patienten in zwei separaten, hintereinander angeordneten Geräten.
- Schließlich ist eine Montage auf einem gemeinsamen Träger bzw. Tragrohr möglich, woraus eine kostengünstige Fertigung resultiert.
- Vorzugsweise sind die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten durch Septen abgeschirmt. Wegen des ermöglichten, größeren Innendurchmessers der ringartig angeordneten Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten ist eine Abschirmung gegen Streustrahlung (Singles) von der Außenseite des PET-Ringes möglich.
- Vorzugsweise haben die Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten jeweils ein Avalanche-Fotodiodenarray (APD; Avalanche Photo Diode) mit einem vorgeschalteten Lutetium-Oxyorthosilikat-Kristallarray (LSO) und eine elektrische Verstärkerschaltung. Die bisherige Realisierung von PET-Detektoren mit PMT's (Photo Multipliers) ließ keine Verwendung innerhalb eines äußeren Magnetfeldes zu. Erst die Verfügbarkeit der APD's als Verstärkerelement begünstigt es, einen PET-Detektor innerhalb eines Grundfeldsystems zu betreiben.
- Mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen wird nunmehr ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
- In den Zeichnungen zeigen
-
1 eine Vorrichtung zur überlagerten Magnetresonanztomographie- und Positronenemissionstomographie- Bilddarstellung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und -
2 eine bekannte Vorrichtung zur Magnetresonanztomographie-Bilddarstellung gemäß dem Stand der Technik. - Im Folgenden werden die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
- Die
1 zeigt eine Vorrichtung zur überlagerten Magnetresonanztomographie- und Positronenemissionstomographie-Bilddarstellung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. - Gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Vorrichtung zur überlagerten Magnetresonanztomographie- und Positronenemissionstomographie-Bilddarstellung einen Magnetresonanztomographie-Magneten
1 , der eine Längsachse z definiert. Der Magnetresonanztomographie-Magnet1 bildet ein Grundfeldsystem, welches ein starkes, statisches Magnetfeld bereitstellt. - Die Vorrichtung verfügt des Weiteren über eine Magnetresonanztomographie-Gradientenspule
2 , die radial im Inneren des Magnetresonanztomographie-Magneten1 und koaxial zur Längsachse z angeordnet ist. Die Magnetresonanztomographie-Gradientenspule2 bildet ein Gradientensystem, welches im Niederfrequenzbereich ein einstellbares Magnetfeld bereitstellt. - Die Vorrichtung hat darüber hinaus eine Magnetresonanztomographie-HF-Spule
3 , die radial im Inneren der Magnetresonanztomographie-Gradientenspule2 und koaxial zur Längsachse z angeordnet ist. Die Magnetresonanztomographie-HF-Spule3 bildet ein HF-System, welches im Hochfrequenzbereich bei der im Wesentlichen durch das statische Magnetfeld vorgegebenen Kernspinresonanzfrequenz (i. A. 42,45 MHz) ein oszillierendes Magnetfeld zur Auslenkung der Kernspins bereitstellt. Darüber hinaus kann die Magnetresonanztomographie-HF-Spule3 auch zum Empfang von Signalen der relaxierenden Kernspins dienen. - Für den Patienten ist eine Liege
4 vorgesehen. - Die Vorrichtung hat des Weiteren eine Vielzahl um die Längsachse z paarweise gegenüberliegend angeordnete Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten
5 . - Die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten
5 sind radial im Inneren der Magnetresonanztomographie-Gradientenspule2 und vorzugsweise koaxial zur Längsachse z angeordnet. Die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten5 sind entlang der Längsachse z neben der Magnetresonanztomographie-HF-Spule3 angeordnet. - Die Magnetresonanztomographie-HF-Spule
3 ist entlang der Längsachse z mittig zum Magnetresonanztomographie-Magneten1 angeordnet, so dass die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten5 entlang der Längsachse z von der Mitte des Magnetresonanztomographie-Magneten1 versetzt sind. - Insgesamt ergibt sich dadurch eine Anordnung, bei der der Magnetresonanztomographie-Magnet
1 , die Magnetresonanztomographie-Gradientenspule2 und die Magnetresonanztomographie-HF-Spule3 entlang der Längsachse z mittig aneinander ausgerichtet sind, und nur die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten5 entlang der Längsachse z von der Mitte des Magnetresonanztomographie-Magneten1 seitlich versetzt sind. - Darüber hinaus ist aus der
1 ersichtlich, dass der Magnetresonanztomographie-Magnet1 und die Magnetresonanztomographie-Gradientenspule2 jeweils eine Länge entlang der Längsachse z aufweisen, die sowohl die Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten5 als auch die Magnetresonanztomographie-HF-Spule3 abdeckt. - Dadurch wird in der Vorrichtung Raum in der radialen Richtung eingespart, was zu den in der Beschreibungseinleitung aufgezählten Vorteilen führt.
- Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten
5 so zusammengefasst, dass sie einen Ring um die Längsachse z bilden. Dieser Ring hat im Wesentlichen die gleiche Breite entlang der Längsachse z wie die Magnetresonanztomographie-HF-Spule3 . Die Breite der Magnetresonanztomographie-HF-Spule3 liegt dabei in der Größenordnung von z. B. 30 cm. Insgesamt ergibt sich daraus eine Gesamtlänge der Anordnung von ca. 60–70 cm (je nach erforderlichem Abstand zwischen den Komponenten). - Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten
5 durch Septen6 abgeschirmt. - Die Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten
5 bestehen jeweils aus einem Avalanche-Fotodiodenarray mit einem vorgeschalteten Lutetium-Oxyorthosilikat-Kristallarray und einer elektrische Verstärkerschaltung, was die kompakte Ausführung der Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten5 ermöglicht. Die Erfindung ist jedoch nicht ausschließlich auf die Verwendung des Avalanche-Fotodiodenarrays mit dem vorgeschalteten Lutetium-Oxyorthosilikat-Kristallarray und der elektrische Verstärkerschaltung beschränkt. Es können auch anders geartete, kompakte Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten verwendet werden. - Alternativ kann eine Einrichtung vorgesehen werden, die die Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten
5 und/oder die Magnetresonanztomographie-HF-Spule3 entlang der Längsachse z innerhalb der Magnetresonanztomographie-Gradientenspule2 bewegt.
Claims (5)
- Vorrichtung zur überlagerten Magnetresonanztomographie- und Positronenemissionstomographie-Bilddarstellung, mit: einem Magnetresonanztomographie-Magneten (
1 ), der eine Längsachse (z) definiert; einer Magnetresonanztomographie-Gradientenspule (2 ), die radial im Inneren des Magnetresonanztomographie-Magneten (1 ) angeordnet ist; einer Magnetresonanztomographie-HF-Spule (3 ), die radial im Inneren der Magnetresonanztomographie-Gradientenspule (2 ) angeordnet ist; und einer Vielzahl um die Längsachse (z) paarweise gegenüberliegend angeordnete Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten (5 ), wobei die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten (5 ) radial im Inneren der Magnetresonanztomographie-Gradientenspule (2 ) angeordnet sind; dadurch gekennzeichnet, dass sich die Außendurchmesser der Magnetresonanztomographie-HF-Spule (3 ) und der vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten (5 ) von innen direkt in Radialrichtung an die Magnetresonanztomographie-Gradientenspule (2 ) anschließen, und dass die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten (5 ) entlang der Längsachse (z) neben der Magnetresonanztomographie-HF-Spule (3 ) angeordnet sind. - Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Magnetresonanztomographie-HF-Spule (
3 ) entlang der Längsachse (z) mittig zum Magnetresonanztomographie-Magneten (1 ) angeordnet ist, so dass die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten (5 ) entlang der Längsachse (z) von der Mitte des Magnetresonanztomographie-Magneten (1 ) versetzt sind. - Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten (
5 ) so zusammengefasst sind, dass sie einen Ring um die Längsachse (z) bilden. - Vorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Magnetresonanztomographie-HF-Spule (
3 ) und der von den vielen Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten (5 ) gebildete Ring die gleiche Breite entlang der Längsachse (z) aufweisen. - Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Positronenemissionstomographie-Detektionseinheiten (
5 ) jeweils ein Avalanche-Fotodiodenarray mit einem vorgeschalteten Lutetium-Oxyorthosilikat-Kristallarray und eine elektrische Verstärkerschaltung aufweisen.
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