DE102007058688A1

DE102007058688A1 - Vorrichtung zur überlagerten Magnetresonanztomographie- und Positronenemissionstomographie-Bilderzeugung

Info

Publication number: DE102007058688A1
Application number: DE102007058688A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Renz; Stefan Stocker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2009-06-10
Also published as: US20090146066A1; CN101449975B; CN101449975A

Abstract

Eine Vorrichtung zur überlagerten Magnetresonanztomographie- und Positronenemissionstomographie-Bilderzeugung umfasst eine Gradientenspule und eine Positronen-Emissions-Tomographie-Einheit (PET-Einheit). Die PET-Einheit ist innerhalb der Gradientenspn Hochfrequenzstrahlung auf, die die PET-Einheit teilweise umschließt und an der Gradientenspule eine zweite Schirmung gegen Hochfrequenzstrahlung angeordnet ist. Die erste Schirmung ist mit der zweiten Schirmung zu einer wenigstens teilweise geschlossenen Schirmung verbunden. Dies ermöglicht eine geschlossene Schirmung der PET-Einheit, die durch den zweiteiligen Aufbau der Schirmung dennoch für Wartungszwecke leicht zugänglich ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur überlagerten Magnetresonanztomographie- und Positronenemissionstomographie-Bilderzeugung.
Neben der Magnetresonanztomographie (MR) findet in den letzten Jahren auch die Positronenemissionstomographie (PET) zunehmend weitere Verbreitung in der medizinischen Diagnose. Während es sich bei MR 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 Detektormodulen bestimmt wird.
Zum Nachweis muss das Detektormodul bei der PET im Allgemeinen einen Großteil der Gantry-Bogenlänge bedecken. Es ist in Detektorelemente von wenigen Millimetern Seitenlänge unterteilt. Jedes Detektorelement 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 Detektorelementen ausgegangen. Die Rekonstruktion des PET Bildes erfolgt mit einem Tomografiealgorithmus, d. h. der sog. Rückprojektion.
Bei MR-PET-Systemen ist der PET-Detektor gegen die Hochfrequenzstrahlung des Hochfrequenz-Systems abzuschirmen. Bei bekannten MR-PET-Systemen befindet sich das HF-System auf einem Tragrohr innerhalb der PET-Gantry, die wiederum innerhalb der Gradientenspule eingesetzt ist. Die Begriff „Schirmurig" und „Abschirmung" werden synonym verwendet. Die Abschirmung der PET-Gantry kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass an ihrer Innenfläche ein herkömmlicher HF-Schirm eingesetzt wird. Die PET-Detektoren verfügen bei bekannten Lösungen jeweils über einen eigenen HF-Schirm, wodurch eine Vielzahl an Schirmungen erforderlich ist. Diese Schirmungen weisen beispielsweise einen zweilagigen Aufbau aus geschlitzter Kupferfolie mit einem dünnen Dielektrikum als Träger auf. Die Kupferfolien sind dabei beispielsweise 9 μm dick. Bei derartigen Aufbauten stellt sich das Problem, dass in den Abschirmungen der PET-Detektoren durch die Gradientenfelder Wirbelströme angeregt werden, die zu Vibrationen und Erwärmung führen. Durch die Vibrationen wird die Elektronik der PET-Detektoren mechanisch belastet, während die Erwärmung die Arbeitspunkte bei den in den Detektoren vorliegenden Avalanche-Photodioden verschiebt. Dies ist jeweils abhängig von der Gradientenaktivität des PET-MR-Systems.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kombiniertes MR-PET-System anzugeben, das eine verbesserte Abschirmung umfasst.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Vorrichtung zur überlagerten Magnetresonanztomographie- und Positronenemissionstomographie-Bilderzeugung gemäß Anspruch 1 umfasst eine Gradientenspule und eine PET-Einheit, wobei die PET-Einheit innerhalb der Gradientenspule angeordnet ist und eine erste Schirmung gegen Hochfrequenzstrahlung aufweist, die die PET-Einheit teilweise umschließt. Die Gradientenspule weist eine zweite Schirmung gegen Hochfrequenzstrahlung auf. Die erste Schirmung und die zweite Schirmung sind zu einer wenigstens teilweise geschlossenen Schirmung verbunden. Die beschriebene Vorrichtung hat insbesondere den Vorteil, dass die PET-Einheit durch die zwei Schirmungen vorzugsweise vollständig geschlossen gegen Hochfrequenzstrahlung abgeschirmt ist. Ein weiterer Vorteil der zweiteiligen Ausführung der geschlossenen Schirmung ist, dass durch die nur teilweise Umschließung der PET-Einheit durch die erste Schirmung der serviceseitige Zugang zu den enthaltenen PET-Detektoren ohne Entfernung der Schirmung möglich ist. Problematisch bei der nur teilweisen Abschirmung der PET-Einheit ist, dass die Hochfrequenzfelder insbesondere an den Enden der PET-Einheit herumgreifen können, obwohl sie lediglich von der innerhalb der PET-Einheit liegenden HF-Einheit des MR-PET-Systems abgestrahlt werden. Insofern verbessert die umfassendere Schirmung das Abschirmverhalten gegenüber der Hochfrequenzstrahlung signifikant.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Gradientenspule und der PET-Einheit eine Dichtungseinheit angeordnet, die zur Verbindung der ersten und der zweiten Schirmung ausgebildet ist. Derartige Dichtungseinheiten sind bereits bei bekannten MR-Systemen im Einsatz, um die Spalten zwischen den radial ineinander angeordneten Komponenten zu verschließen und so die Ausbreitung von Schallwellen zu vermindern. Die Geräuschentwicklung wird dadurch reduziert.
Vorteilhaft ist die Ausführung der Dichtungseinheit als evakuierbares Kissen. Derartige Kissen werden bereits zum Verschließen von Spalten bei MR-Systemen verwendet. Sie lassen sich zum einfacheren Einbringen in den jeweiligen Spalt evakuieren und so im Volumen reduzieren. Im evakuierten Zustand werden sie in den Spalte eingebracht und anschließend wieder mit Luft oder anderen Gase oder Materialien gefüllt. Dadurch lässt sich der Spalt optimal verschließen.
Die Oberfläche des Kissens umfasst vorteilhaft eine derart ausgebildete Metallschicht, dass durch sie die erste mit der zweiten Schirmung verbindbar ist. Durch die metallisierte Oberfläche ist mit der Einbringung des Kissens gleichzeitig eine kapazitive Verbindung der beiden Schirmungen möglich, so dass ein geschlossener Schirm entsteht. Zur Verbesserung des Kontakts lässt sich eine Lötstelle verwenden.
Zur besseren Abschirmung der HF-Strahlung ist das Kissen in einer bevorzugten Ausführungsform mit einem HF-absorbierenden Material gefüllt.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines MR-PET-Kombigeräts,
2 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und
3 eine alternative Ausführungsform der Erfindung.
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung lassen sich bevorzugt auf einem kombinierten MR-PET-Gerät verwenden. Ein kombiniertes Gerät hat den Vorteil, dass sowohl MR- als auch PET-Daten isozentrisch gewonnen werden können. Dies ermöglicht, das Un tersuchungsvolumen innerhalb der interessierenden Region mit den Daten der ersten Modalität (PET) genau zu definieren und diese Informationen in der weiteren Modalität (z. B. Magnetresonanz) zu nutzen. Eine Übertragung der Volumeninformation der interessierenden Region von einem externen PET- auf ein MR-Gerät ist zwar möglich, jedoch ist ein erhöhter Aufwand für die Registrierung der Daten gegeben. Im Allgemeinen lassen sich an der auf dem PET-Datensatz ausgewählten interessierenden Region sämtliche mit Magnetresonanz oder sonstigen bildgebenden Verfahren bestimmbaren Daten ermitteln. Beispielsweise können statt der Spektroskopiedaten auch fMRI-Daten, Diffusions-Karten, T1 oder T2 gewichtete Bilder oder quantitative Parameter-Karten mittels Magnetresonanzuntersuchungen in der interessierenden Region gewonnen werden. Ebenfalls können Methoden der Computertomographie (z. B. Perfusionsmessung, Mehrfachenergiebildgebung) oder Röntgen eingesetzt werden. Vorteilhaft an dem beschriebenen Verfahren ist jeweils, dass sich die interessierende Region mittels des PET-Datensatzes sehr gezielt auf eine spezifisch vorliegende Pathologie des Patienten einengen lässt.
Ergänzend ist jedoch auch möglich, durch Verwendung mehrerer so genannter Tracer verschiedene biologische Eigenschaften im PET-Datensatz darzustellen und so die interessierende Region und das dadurch festgelegte Volumen noch weiter zu optimieren oder mehrere verschiedene Untersuchungsvolumina auf einmal auszuwählen, die dann in nachfolgenden Untersuchungen analysiert werden.
Die 1 zeigt eine bekannte Vorrichtung 1 zur überlagerten MR- und PET-Bilddarstellung. Die Vorrichtung 1 besteht aus einer bekannten MR-Röhre 2. Die MR-Röhre 2 definiert eine Längsrichtung z, die sich orthogonal zur Zeichnungsebene der 1 erstreckt.
Wie dies in der 1 gezeigt ist, sind koaxial innerhalb der MR-Röhre 2 mehrere, um die Längsrichtung z paarweise gegenüberliegend angeordnete PET-Detektionseinheiten 3 angeord net. Die PET-Detektionseinheiten 3 bestehen vorzugsweise aus einem APD-Fotodiodenarray 5 mit einem vorgeschalteten Array aus LSO-Kristallen 4 und einer elektrischen Verstärkerschaltung (AMP) 6. Die Erfindung ist aber nicht auf die PET-Detektionseinheiten 3 mit dem APD-Fotodiodenarray 5 und dem vorgeschalteten Array aus LSO-Kristallen 4 beschränkt, sondern zur Detektion können gleichsam auch anders geartete Fotodioden, Kristalle und Vorrichtungen verwendet werden.
Die Bildverarbeitung zur überlagerten MR- und PET-Bilddarstellung erfolgt durch einen Rechner 7.
Entlang ihrer Längsrichtung z definiert die MR-Röhre 2 ein zylindrisches, erstes Gesichtsfeld. Die Vielzahl der PET-Detektionseinheiten 3 definiert entlang der Längsrichtung z ein zylindrisches, zweites Gesichtsfeld. Erfindungsgemäß stimmt das zweite Gesichtsfeld der PET-Detektionseinheiten 3 im wesentlichem mit dem ersten Gesichtsfeld der MR-Röhre 2 überein. Realisiert wird dies durch eine entsprechende Anpassung der Anordnungsdichte der PET-Detektionseinheiten 3 entlang der Längsrichtung z.
In 2 ist schematisch ein Schnitt durch die obere Hälfte eines MR-PET-Systems gezeigt. Im äußeren Bereich des MR-PET-Systems ist ein Magnet 101 dargestellt, der radial umlaufend eine Z-Achse 103 definiert. Innerhalb des Magneten 101 ist eine radial umlaufende Gradientenspule 105 angeordnet. Innerhalb der Gradientenspule 105 wiederum ist eine PET-Gantry 107 angeordnet. Die PET-Gantry 107 weist einen Abstand zur Gradientenspule 105 auf. Innerhalb der PET-Gantry 107 ist mit weiterem Abstand eine radial umlaufende Hochfrequenzspule (body coil) 109 angeordnet. Innerhalb der PET-Gantry 107 sind hier nicht dargestellte PET-Detektoren mit elektronischen Bauteilen enthalten. Auf der Innenseite der PET-Gantry 107 ist eine Abschirmung 111 vorgesehen, die beispielsweise aus zwei Lagen einer 9 μm starken, geschlitzten Kupferfolie aufgebaut ist. Die Abschirmung 111 weist zwei Abschnitte 113 und 113' an den Stirnflächen der PET-Gantry 107 auf. Zwei weitere Abschnitte 115 und 115' der Abschirmung 111 sind auf der Außenseite der PET-Gantry 107 angeordnet. Auf der Innenseite der Gradientenspule 105 ist eine Abschirmung 117 angeordnet. Die Abschirmung 117 ist über kapazitive Koppelelemente 119 mit den Abschnitten 115 bzw. 115' der Abschirmung 111 kapazitiv gekoppelt. Dadurch sind die Abschirmungen 111 und 117 zu einer vollständigen Abschirmung der PET-Gantry 107 verbunden.
Die PET-Gantry 107 selbst ist jedoch an der äußeren Seite offen und nicht mit einer Abschirmung bedeckt, so dass bei Entnahme der PET-Gantry 107 aus dem MR-PET-System Wartungsarbeiten an den hier nicht dargestellten PET-Detektoren durchführbar sind, ohne dass die Schirmung 111 geöffnet werden muss. Insbesondere ist es hier nicht notwendig, die PET-Detektoren einzeln abzuschirmen.
Zur weiteren Verbesserung der Abschirmung der PET-Detektoren ist es beispielsweise möglich, die PET-Gantry 107 durch geeignete Materialien stärker Hochfrequenz-dämpfend auszuführen. Hier können beispielsweise kohlefaserverstärkte Kunststoffe (CFK) oder ein mit dämpfenden Füllstoffen versehenes Vergussmaterial eingesetzt werden.
Der Spalt 121 zwischen der Gradientenspule 105 und der PET-Gantry 107 sowie zwischen der PET-Gantry 107 und der HF-Spule 109 kann zusätzlich oder alternativ mit einem evakuierbaren Kissen abgedichtet werden, das mit einem Hochfrequenz-absorbierenden Schaum gefüllt ist. Das Kissen kann zusätzlich zu den Koppelelementen 119 und 119' oder anstelle der Koppelelemente 119 und 199' verwendet werden. In letzterem Fall weist das Kissen eine metallisierte Oberfläche auf, um eine Verbindung zwischen den Abschirmungen 111 und 117 herstellbar zu machen. Das Kissen ersetzt in diesem Fall die Koppelelemente 119 und 119'.
In 3 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Der prinzipielle Grundaufbau ist identisch zu dem in 2 gezeigten. Die Abschirmung 117 ist hier jedoch nicht kapazitiv mit der Abschirmung 111 gekoppelt, sondern galvanisch mit den Ausläufern 123 und 123' der Abschirmung 111 verbunden. Dies kann beispielsweise über eine Lötverbindung erfolgen. Die übrige Ausführung kann analog zu dem in 2 gezeigten Aufbau ausgeführt werden.

Claims

Vorrichtung zur überlagerten Magnetresonanztomographie- und Positronenemissionstomographie-Bilderzeugung, mit einer Gradientenspule und einer Positronen-Emissions-Tomographie-Einheit (PET-Einheit), wobei die PET-Einheit innerhalb der Gradientenspule angeordnet ist und eine erste Schirmung gegen Hochfrequenzstrahlung aufweist, die die PET-Einheit teilweise umschließt und an der Gradientenspule eine zweite Schirmung gegen Hochfrequenzstrahlung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schirmung mit der zweiten Schirmung zu einer wenigstens teilweise geschlossenen Schirmung verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die erste und die zweite Schirmung durch ein Verbindungsteil direkt galvanisch gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei dem die zweite Schirmung und das Verbindungsteil einstückig ausgeführt und über eine Verbindungsstelle mit der ersten Abschirmung verbindbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem erste und die zweite Schirmung durch ein kapazitives Element gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem zwischen der Gradientenspule und der PET-Einheit eine Dichtungseinheit angeordnet ist, die zur Verbindung der ersten und der zweiten Schirmung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei dem die Dichtungseinheit als ein evakuierbares Kissen ausgeführt ist, wobei eine Oberfläche des Kissens eine derart ausgebildete Metallschicht umfasst, dass durch sie die erste mit der zweiten Schirmung verbindbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Kissen ein Material mit absorbierenden Eigenschaften für Hochfrequenzstrahlung umfasst.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die PET-Einheit ein Tragrohr und PET-Detektoren umfasst, wobei das Tragrohr kohlefaserverstärkten Kunststoff umfasst.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die PET-Einheit ein Tragrohr und PET-Detektoren umfasst, wobei das Tragrohr ein Vergussmaterial umfasst, das ein Material mit absorbierenden Eigenschaften für Hochfrequenzstrahlung enthält.
Vorrichtung nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Abschirmungen mehrlagig ausgeführt sind.