DE102007029363A1

DE102007029363A1 - Kombinierte Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102007029363A1
Application number: DE102007029363A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr. Kreischer; Jürgen NISTLER; Martin Dr. Rausch; Wolfgang Dr. Renz; Norbert Rietsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-01-08
Also published as: US8108027B2; CN101334454A; US20090005671A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung zur bildlichen Darstellung von Organen eines Untersuchungsobjektes (1) in einem Untersuchungsraum (2), die umfasst: eine Positronenemissions-Tomographie-Vorrichtung (3) mit wenigstens einem Strahlungsdetektor (4) und eine Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung (5) mit wenigstens einer Gradientenspule (6) und einer Hochfrequenzantenneneinrichtung (8). Um zu verhindern, dass durch die Gradientenspule mechanische Schwingungen in der PET-Gantry induziert werden, wird die kombinierte Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch weiterentwickelt, dass ein erstes Formteil (7) vorgesehen ist, dessen Oberfläche mit der inneren Mantelfläche (9) der wenigstens einen Gradientenspule (6) zusammenfällt, und ein zweites Formteil (10) vorgesehen ist, dessen Oberfläche mit der äußeren Mantelfläche (11) des Strahlungsdetektors (4) zusammenfällt, wobei der Abstand zwischen den beiden Mantelflächen (9, 11) im Wesentlichen konstant ist, über den Umfang der Mantelflächen und entlang wenigstens einer ersten und einer zweiten Umfangslinie jeweils eine Vakuumdichtung (13) angeordnet ist, so dass zwischen den Vakuumdichtungen ein abgeschlossener Hohlraum gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung zur bildlichen Darstellung von inneren Organen eines Untersuchungsobjektes nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Kombination von Magnetresonanz-(MR-)Untersuchungen und Positronenemissions-Tomographie (PET) in einem Gerät bei identischem Abbildungsbereich ist beispielsweise aus US 4 939 464 bekannt. Bei diesem Stand der Technik werden optische Signale von einem Szintillatorkristall aus dem Messraum über Lichtwellenleiter nach außen zu Photodetektoren geleitet. Die Photodetektoren sind außerhalb des Messraums angeordnet, da sie vor Wechselwirkungen mit den für die MR-Untersuchungen notwendigen Magnetfeldern geschützt werden müssen.
Ferner ist aus DE 10 2005 015 070 ein kombiniertes Positronenemissions-Tomographie- und Magnetresonanz-Tomographie-Gerät mit einem Positronenemissions-Tomographie-Gerät und mit einem Magnetresonanz-Tomographie-Gerät bekannt. Bei diesem Stand der Technik wird mit dem Ziel eines möglichst kompakten Aufbaus der Positronenemissions-Tomographie-Geräteteil zwischen einem Hochfrequenzschirm und einer Hochfrequenzantenneneinrichtung angeordnet und ist auf der Seite der Hochfrequenzantenneneinrichtung mit einer Schirmhülle gegen Hochfrequenzstrahlung versehen.
Bei der Kombination von MR-Untersuchungen mit der Positronenemissions-Tomographie muss der Aufbau mit den PET-Szintillatorkristallen (PET-Gantry) innerhalb der Gradientenspule (gradient coil) des MR-Systems angeordnet werden. Aufgrund der extrem limitierten Platzverhältnisse ist der Montagespalt zwischen Gradientenspule und PET-Aufbau nur wenige Millimeter groß.
Damit ergibt sich das Problem, dass die Vibrationen der Oberfläche der Gradientenspule (einige 10 g) nahezu ungedämpft auf die PET-Gantry übertragen werden. Dies wiederum führt zu erheblichen Belastungen der PET-Gantry mit PET-Detektoren, geklebten Kristallblöcke, u. U. einer empfindlichen Elektronik und Steckverbindungen, die nur in geringem Maße mechanisch belastbar sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine kombinierte Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung zu schaffen, bei der durch die Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung keine mechanischen Schwingungen in der PET-Gantry induziert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung beruht darauf, den Spaltbereich zwischen Gradientenspule und PET-Gantry (Positronenemissionsaufbau) zu evakuieren, so dass sich in diesem ein Unterdruck ergibt.
Dazu wird an zwei Stellen jeweils eine vakuumdichte, aber schwingungsdämpfende Verbindung zwischen dem Körper der Gradientenspule und der PET-Gantry hergestellt, so dass sich zwischen beiden Verbindungselementen und beiden Körpern ein abgeschlossener Bereich ergibt, der evakuiert werden kann.
Das Verbindungselement ist z. B. ein Silikonring, der vorzugsweise an den beiden Enden des Spaltbereichs angeordnet wird. Wenn das Vakuum einen Restdruck von weniger als 1 mbar aufweist, so wird sowohl die Übertragung von Schwingungen als auch die Übertragung von Wärme durch Konvektion sehr effektiv unterdrückt. Vorzugsweise wird die darüber hinaus vorhandene Möglichkeit der Übertragung von Wärme durch Strahlung verhindert, indem eine dünne Superisolationsfolie in den Spaltbereich eingebracht wird.
Alternativ kann eine O-Ring-Dichtung als vakuumdichte Abdichtung eingesetzt werden, die gleichzeitig die Tragefunktion für die PET-Gantry in der Gradientenspule übernimmt.
Die erfindungsgemäße kombinierte Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung zur bildlichen Darstellung von Organen eines Untersuchungsobjektes in einem Untersuchungsraum, die umfasst: eine Positronenemissions-Tomographie-Vorrichtung mit wenigstens einem Strahlungsdetektor zum Erfassen von Positronen-Annihilationsstrahlung aus dem Untersuchungsraum und eine Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung mit wenigstens einer Gradientenspule zum Erzeugen eines magnetischen Gradientenfeldes in dem Untersuchungsraum und einer Hochfrequenzantenneneinrichtung zum Senden von Anregungspulsen in den Untersuchungsraum und zum Empfangen von Magnetresonanzsignalen aus dem Untersuchungsraum, wobei der Strahlungsdetektor und die wenigstens eine Gradientenspule koaxial und in im wesentlichen gleicher axialer Höhe um den Untersuchungsraum angeordnet sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Formteil vorgesehen ist, dessen Oberfläche mit der inneren Mantelfläche der wenigstens einen Gradientenspule zusammenfällt, und ein zweites Formteil vorgesehen ist, dessen Oberfläche mit der äußeren Mantelfläche des Strahlungsdetektors zusammenfällt, wobei der Abstand zwischen den beiden Mantelflächen im wesentlichen konstant ist über den Umfang der Mantelflächen und entlang wenigstens einer ersten und einer zweiten Umfangslinie jeweils eine Vakuumdichtung angeordnet ist, so dass zwischen den Vakuumdichtungen ein abgeschlossener Hohlraum gebildet wird.
Vorzugsweise weist eine Ausführungsform der Erfindung als weiteres Merkmal oder – soweit dies technisch möglich und sinnvoll ist – als weitere Merkmale auf:
dass die Vakuumdichtungen schwingungsdämpfend sind;
dass die Vakuumdichtungen aus Silikon hergestellt sind;
dass die Vakuumdichtungen O-Ring-Dichtungen sind;
dass die Vakuumdichtungen an den Enden eines Spaltbereichs zwischen den Mantelflächen angeordnet sind;
dass die Vakuumdichtungen für ein Vakuum mit einem Restdruck von weniger als 1 mbar ausgelegt sind;
dass in dem Spaltbereich eine Superisolationsfolie zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung angeordnet ist;
dass die Mantelflächen jeweils zylinderförmig sind.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass keine oder eine nur geringe Wärmeübertragung von der Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung auf die PET-Gantry stattfindet. Beim Stand der Technik kann Konvektionswärme von 500 W bis 1000 W von der Gradientenspule zu der PET-Gantry fließen, wobei der Wärmefluss je nach Aktivität der Gradientenspule stark schwanken kann. Die Positronenemissions-Detektoren brauchen aber für eine zuverlässige Funktion eine möglichst konstante Temperaturumgebung. Dies ist mit dem erfindungsgemäßen Aufbau gewährleistet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügte Zeichnung.
1 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung den grundsätzlichen Aufbau einer kombinierten Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung nach dem Stand der Technik.
2 zeigt schematisch im Querschnitt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aufbaus einer kombinierten Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung.
Die Zeichnung ist nicht maßstäblich. Gleiche und gleich wirkende Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
Wie in 1 dargestellt, wird bei der kombinierten PET und MRT ein Untersuchungsobjekt 1 in einen Untersuchungsraum 2 gebracht. Dieser Untersuchungsraum 2 ist umgeben von einer PET-Vorrichtung 3 mit einer Detektoreinrichtung 4. Die Detektoreinrichtung 4 ist in der Regel eine Anordnung von (nicht gezeigten) Szintillationskristallen, die ringförmig um den Untersuchungsraum 2 herum angeordnet sind. In den Szintillationskristallen werden Photonen mit einer Energie von 511 keV (Annihilationsstrahlung der Positronen) in Lichtquanten umgewandelt, die dann ihrerseits an (nicht gezeigte) Photodetektoren geleitet werden, vorzugsweise über (nicht gezeigte) Lichtwellenleiter, welche in Abhängigkeit von der Anzahl der Lichtquanten elektrische Ausgangssignale erzeugen.
Um die Ortsauflösung der Untersuchung bei dem Untersuchungsobjekt 1 zu verbessern, ist die PET-Vorrichtung mit einer MRT-Vorrichtung 5 umgeben. Diese umfasst neben einem Grundfeldmagneten 6 im wesentlichen eine Gradientenspule 7 und eine Hochfrequenzantenneneinrichtung 8. Diese Elemente werden im folgenden anhand von 2 erläutert.
In 2 ist ein derartiger Aufbau mit weiteren Einzelheiten im Querschnitt dargestellt. Das Untersuchungsobjekt 1 befindet sich teilweise innerhalb des Untersuchungsraums 2. Ganz außen um den Untersuchungsraum 2 herum ist die Spule 6 zum Erzeugen eines Grundmagnetfeldes angeordnet. Das durch Spule 6 in dem Untersuchungsraum 2 erzeugte Magnetfeld weist eine Achse auf, die mit der Hauptachse des Untersuchungsobjektes 2 in der Bildebene zusammenfällt.
Innerhalb der Spule 6 ist als weitere Spule die Gradientenspule 7 angeordnet, mit der ein Gradientenfeld in dem Untersuchungsraum 2 erzeugt wird. Die Gradientenspule 7 ist in der Grundmagnetfeldspule 6 verkeilt bzw. verschraubt, so dass die beiden Spulen 6 und 7 fest miteinander verbunden sind.
Mit einer Hochfrequenzantenneneinrichtung 8, die Teil der MRT-Vorrichtung ist, wird ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld in den Untersuchungsraum 2 eingestrahlt.
Durch den Körper der Gradientenspule 7 wird eine innere Mantelfläche 9 definiert; das ist die Oberfläche desjenigen Volumens, das (lokal) durch Rotation der am weitesten innen liegenden Wicklungen der Gradientenspule um die Zentralachse der Gradientenspule 7 entsteht, ohne "Boden" und "Deckel". Der Begriff "innere" bezieht sich hier auf die Lage der Mantelfläche 9 relativ zu der Gradientenspule 7. Die Mantelfläche 9 befindet sich jedoch selbstverständlich am äußeren Rand des Untersuchungsraumes 2.
Innerhalb der Gradientenspule 7 oder genauer der inneren Mantelfläche 9 ist die PET-Gantry 3 angeordnet. Wie bereits erläutert umfasst die PET-Gantry 3 als für die vorliegende Erfindung wesentliches Element den ringförmig aufgebauten Szintillationskristall-Detektor 4. Durch den Szintillationskristall-Detektor 4 wird eine äußere Mantelfläche 11 definiert. Der Begriff "äußere" bezieht sich hier auf die Lage der Mantelfläche 11 relativ zu dem Szintillationskristall-Detektor 4. Die Mantelfläche 11 befindet sich jedoch selbstverständlich innerhalb der MRT-Vorrichtung 5 und insbesondere innerhalb der inneren Mantelfläche 9.
Allgemein sind die beiden Mantelflächen 9 und 11 ähnlich, d. h. sie gehen durch eine Ähnlichkeitsabbildung (zentrische Streckung in einer oder zwei Richtungen) auseinander hervor.
Beiden Mantelflächen 9 und 11 entsprechen in der Praxis Formteile. So ist ein Formteil vorgesehen, das auf seiner dem Untersuchungsraum 2 zugewandten Seite mit der inneren Mantelfläche 9 zusammenfällt. Dieses Formteil ist die vergossene Gradientenspule 7 selbst. Analog ist ein Formteil 10 vorgesehen, das mit der äußeren Mantelfläche 11 der PET-Gantry 3 zusammenfällt. Zwischen den beiden Formteilen 7 und 10 wird ein Spaltbereich 12 gebildet. Dabei ist das Formteil 10 der PET-Gantry 3 in axialer Richtung kürzer oder höchstens gleichlang wie das Formteil 7 der MRT-Vorrichtung.
Erfindungsgemäß werden in dem Spaltbereich 12 zwischen den beiden Formteilen 7 und 10 wenigstens zwei Vakuumdichtungen 13 angeordnet, die das Formteil 10, das die PET-Gantry umgibt, umlaufen. Mit anderen Worten, jede Vakuumdichtung 13 verläuft entlang einer Umfangslinie des Formteils 10. Die Vakuumdichtungen 13 haben eine Dicke, die ausreicht, um den Abstand zwischen dem Formteil 10 und dem Formteil 7 zu schließen. Damit entsteht zwischen den Formteilen 7 und 13 sowie den beiden Vakuumdichtungen 13 ein luftdicht abgeschlossener Hohlraum, der mit einer Vakuumpumpe 14 abgepumpt werden kann, so dass in dem Hohlraum ein Unterdruck herrscht. Damit ist sichergestellt, dass Schwingungen des einen Formteils sich nicht über Luft auf das andere Formteil übertragen können. Mit anderen Worten, die beiden Formteile sind akustisch voneinander entkoppelt. Um die jeweiligen Hohlräume kleiner zu machen oder um durch weitere Vakuumdichtungen die Formteile 7 und 10 aufeinander abstützen zu können, können weitere (nicht gezeigte) Vakuumdichtungen 13 in dem Spaltbereich 12 vorgesehen werden.
Die Vakuumdichtungen 13 können grundsätzlich an einer beliebigen axialen Position um das Formteil 10 der PET-Vorrichtung herum verlaufen. In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen PET-MRT-Vorrichtung jedoch sind die Vakuumdichtungen 13 an den entgegengesetzten Enden des Formteils 10 angeordnet, wie es in 2 dargestellt ist. Bei dieser Anordnung der Vakuumdichtungen 13 ist es möglich, die Szintillationskristalle 4 der PET-Gantry 3 großflächig gegen elektromagnetische Strahlung abzuschirmen. Dazu ist bei dieser Ausführungsform eine Superisolationsfolie 15 vorgesehen, die zwischen dem ersten Formteil 10 und dem zweiten Formteil 7 und außerdem zwischen den beiden Vakuumdichtungen 13 angeordnet ist.
Generell ist mit lokaler Mantelfläche gemeint, dass diese nicht die Mantelfläche eines Rotationskörpers im strengen Sinne sein muss, sondern lokal davon abweichen kann, d. h. kleinere Ausbuchtungen aufweisen kann. Aber beispielsweise aus Gründen des Aufwands bei der Herstellung des Gradientenspulenkörpers 7 und der PET-Gantry 3 ist es von Vorteil, wenn die Mantelflächen 9 und 11 tatsächlich jeweils eine insgesamt zylindrische Form aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 4939464 [0002]
- DE 102005015070 [0003]

Claims

Kombinierte Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung zur bildlichen Darstellung von Organen eines Untersuchungsobjektes (1) in einem Untersuchungsraum (2), die umfasst: eine Positronenemissions-Tomographie-Vorrichtung (3) mit wenigstens einem Strahlungsdetektor (4) zum Erfassen von Positronen-Annihilationsstrahlung aus dem Untersuchungsraum (2) und eine Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung (5) mit – wenigstens einer Gradientenspule (6) zum Erzeugen eines magnetischen Gradientenfeldes in dem Untersuchungsraum (2) und – einer Hochfrequenzantenneneinrichtung (8) zum Senden von Anregungspulsen in den Untersuchungsraum (2) und zum Empfangen von Magnetresonanzsignalen aus dem Untersuchungsraum (2), wobei der Strahlungsdetektor (4) und die wenigstens eine Gradientenspule (6) koaxial und in im wesentlichen gleicher axialer Höhe um den Untersuchungsraum (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Formteil (7) vorgesehen ist, dessen Oberfläche mit der inneren Mantelfläche (9) der wenigstens einen Gradientenspule (6) zusammenfällt, und ein zweites Formteil (10) vorgesehen ist, dessen Oberfläche mit der äußeren Mantelfläche (11) des Strahlungsdetektors (4) zusammenfällt, wobei der Abstand zwischen den beiden Mantelflächen (9, 11) im wesentlichen konstant ist über den Umfang der Mantelflächen und entlang wenigstens einer ersten und einer zweiten Umfangslinie jeweils eine Vakuumdichtung (13) angeordnet ist, so dass zwischen den Vakuumdichtungen ein abgeschlossener Hohlraum gebildet wird.
Kombinierte Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumdichtungen (13) schwingungsdämpfend sind.
Kombinierte Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumdichtungen (13) aus Silikon hergestellt sind.
Kombinierte Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumdichtungen (13) O-Ring-Dichtungen sind.
Kombinierte Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumdichtungen (13) an den Enden eines Spaltbereichs (12) zwischen den Mantelflächen (9, 11) angeordnet sind.
Kombinierte Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumdichtungen (13) für ein Vakuum mit einem Restdruck von weniger als 1 mbar ausgelegt sind.
Kombinierte Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Spaltbereich (12) eine Superisolationsfolie (15) zur Abschirmung von elektromagnetischer Strahlung angeordnet ist.
Kombinierte Positronenemissions-Magnetresonanz-Tomographie-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelflächen (9, 11) jeweils zylinderförmig sind.