DE102010004302A1

DE102010004302A1 - Medizinische Bildaufnahmeeinrichtung zur Magnetresonanz- und PET-Bildgebung

Info

Publication number: DE102010004302A1
Application number: DE102010004302A
Authority: DE
Inventors: James L. Dr. Corbeil; Stefan 91091 Stocker
Original assignee: Siemens AG; Siemens Medical Solutions USA Inc
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH; Siemens Medical Solutions USA Inc
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2010-01-11
Publication date: 2011-07-14
Also published as: US20110167857A1; CN102119858B; CN102119858A

Abstract

Medizinische Bildaufnahmeeinrichtung umfassend eine Einrichtung zur Magnetresonanzbildgebung umfassend eine zylindrische Gradientenspule mit in mehreren Radialebenen angeordneten Spulenleitern sowie eine Einrichtung zur PET-Bildgebung umfassend mehrere in zylindrischer Anordnung im Inneren der Gradientenspule angeordnete PET-Detektoren, wobei zwischen dem auf der innersten Radialebene liegenden Spulenleiter (9c) und den ringförmig angeordneten PET-Detektoren (15) auf wenigstens einer Radialebene eine Kühleinrichtung (11, 17) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine medizinische Bildaufnahmeeinrichtung mit einer Einrichtung zum Magnetresonanzbildgebung umfassend eine zylindrische Gradientenspule mit in mehreren Radialebenen angeordneten Spulenleitern sowie einer Einrichtung zur PET-Bildgebung umfassend mehrere in zylindrischer Anordnung im Inneren der Gradientenspule angeordnete PET-Detektoren.
Moderne Bildgebungseinrichtungen weisen zunehmend zwei unterschiedliche Bildgebungsmodalitäten auf. Ein Beispiel einer solchen Bildgebungseinrichtung ist ein kombiniertes MR-PET-System, also eine Einrichtung, die eine Bildgebungseinheit zur Magnetresonanzbildgebung und eine Bildgebungseinheit zur PET-Bildgebung (PET = Positronen-Emissions-Tomographie) aufweist. Die Magnetresonanzbildgebung dient zur Darstellung von Strukturen und Funktionen des Gewebes bzw. der Körperorgane, sie basiert auf den physikalischen Prinzipien der Kernspinresonanz. Mit einem Magnetresonanzsystem können unterschiedliche Bildaufnahmeverfahren durchgeführt werden, beispielsweise die übliche, Schnittbilder erzeugende Magnetresonanztomographie, Magnetresonanzangiographie, funktionelle Magnetresonanztomographie, Perfussions- und Diffusions-Magnetresonanztomographie sowie Magnetresonanzelastographie. Die Positronen-Emissions-Tomographie ist ebenfalls ein bildgebendes Verfahren, das jedoch dem Bereich der Nuklearmedizin zugeordnet ist. Auch hierüber können Schnittbilder von lebende Organismen erzeugt werden, indem die Verteilung einer schwach radioaktiv markierten Substanz im Organismus im aufgenommenen Bild sichtbar gemacht wird, worüber biochemische und physiologische Funktionen abgebildet werden können, es handelt sich also um eine Ausführungsform der funktionellen Bildgebung. Die PET-Bildgebungseinheit umfasst ringförmig angeordnete Detektoren, wobei das Untersuchungsprinzip darin besteht, Koinzidenzen zwischen jeweils zwei einander unmittelbar gegenüberliegende Detektoren zu erfassen, wobei aus zeitlichen und räumlichen Verteilungen dieser registrierten Zerfallsereignisse des Radionuklids auf die räumliche Verteilung desselben im Körperinneren geschlossen wird. Hieraus können Schnittbilder errechnet werden. Um die Zerfallsereignisse detektorseitig zu erfassen, besitzen die PET-Detektoren siliziumbasierte Empfangssensoren wie beispielsweise APD's (APD = Avalanche Photo Diode, also Lawinenfotodiode) oder Silizium-Photomultiplier. Diese weisen temperaturabhängige Eigenschaften wie zum Beispiel ihre Übertragungsfunktion und ihr Rauschverhalten auf, welche Eigenschaften sich üblicherweise mit steigender Temperatur verschlechtern. Da der PET-Detektorring im Inneren der zylindrischen Gradientenspule angeordnet ist und, um genügend Platz für den Patienten zu schaffen, möglichst nah mit einem Abstand von wenigen Millimetern an die Gradientenspule gesetzt ist, ergeben sich zwangsläufig Probleme, da die Gradientenspule im Betrieb der Magnetresonanzeinrichtung warm wird. Die Oberflächentemperatur der Gradientenspule an ihrer inneren Mantelfläche variiert im Betrieb zwischen 20–100°C. Das heißt, dass es zwangsläufig auch zu einer thermischen Beeinflussung der temperatursensitiven PET-Detektoren respektive ihrer Empfangssensoren kommt, wobei die PET-Bildgebung mitunter auch zeitgleich zur MR-Bildgebung von statten geht.
Der Erfindung liegt dabei das Problem zugrunde, eine Bildaufnahmeeinrichtung anzugeben, bei der eine möglichst nahe Anordnung der PET-Detektoren an die Gradientenspule ohne nachteilige thermische Beeinflussung der PET-Detektoren möglich ist.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Bildaufnahmeeinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass zwischen dem auf der innersten Radialebene liegenden Spulenleiter und den ringförmig angeordneten PET-Detektoren auf wenigstens einer Radialebene eine Kühleinrichtung vorgesehen ist.
Bei der erfindungsgemäßen Bildaufnahmeeinrichtung ist zwischen den radial gesehen am weitesten innen liegenden Spulenleiter und den PET-Detektoren wenigstens eine Kühleinrichtung, die wie die Gradientenspule bzw. der Detektorring ebenfalls zylindrisch ausgeführt ist, vorgesehen ist. Das heißt, dass zwischen die Wärme erzeugenden Gradientenspulenleiter und die auf Temperaturänderungen empfindlichen PET-Detektoren mindestens eine Kühllage eingebracht ist, die den Wärmetransfer von der Gradientenspule auf die PET-Detektoren respektive deren Tragstruktur stark vermindert. Hierüber wird erreicht, dass trotz starker Aufheizung der Gradientenspulenleiter die PET-Detektoren nahezu Raumtemperatur besitzen. Hieraus resultiert, dass sich keinerlei Verschlechterung der Übertragungsfunktion und des Rauschverhaltens der Detektoren ergibt, was letztlich zu einer Verbesserung der Bildgebungsqualität des PET-Systems führt.
Die Kühleinrichtung selbst, die beispielsweise aus einem oder mehreren nebeneinander liegend angeordneten Kühlmittelschläuchen besteht, sodass sich eine möglichst flächige, radial möglichst wenig aufbauende Anordnung ergibt, kann entweder an der Gradientenspule oder an der PET-Detektoranordnung vorgesehen sein, das heißt, dass er entweder spulen- oder detektorseitig integriert ist. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Kühleinrichtung als separates Bauteil zwischen Gradientenspule und PET-Detektoranordnung zu positionieren.
Besonders bevorzug wird eine Anordnung der Kühleinrichtung an der Gradientenspule und dort insbesondere eine Einbettung der Kühleinrichtung in eine die Spulenleiter der Gradientenspule einbettende Vergussmasse. Eine Gradientenspule, die der Ortscodierung dient, umfasst sowohl radial gesehen weiter innen liegende Primärspulen, die den drei Raumachsen zugeordnet sind, sowie radial weiter außen liegende Sekundärspulen, die ebenfalls den drei Raumachsen zugeordnet sind. Dazwischen befinden sich üblicherweise Kühllagen, die eine Kühlung der Gradientenspule in ihrem Inneren ermöglichen. Der gesamte Aufbau ist mit einer Vergussmasse, üblicherweise einem Epoxyharz, vergossen, sämtliche Gradientenbauteile sind also vollständig in die Vergussmasse eingebettet. Erfindungsgemäß wird nun die zusätzliche Kühleinrichtung, die der thermischen Abschirmung der PET-Detektoren dient, an der Gradientenspuleninnenseite ebenfalls in diese Vergussmasse eingebettet, sie wird also in den Spulenverguss integriert. Dies ermöglicht eine optimale thermische Anbindung der Kühleinrichtung an die Wärmequelle, nämlich insbesondere die unmittelbar benachbarte Spulenradialebene. Hierüber wird erreicht, dass die Gradientenspulenoberfläche im Betrieb relativ kalt bleibt, sie erwärmt sich wenn überhaupt nur gering über Raumtemperatur. Ein übermäßiger Wärmetransport zur PET-Detektorebene wird vorteilhaft vermieden.
Alternativ zum Einbetten in die Gradientenspule ist es auch möglich, die Kühleinrichtung in einer die PET-Detektoren einbettenden Vergussmasse oder an einer die PET-Detektoren fixierenden Halterung anzuordnen. Bei dieser Erfindungsausgestaltung erfolgt also die Kühlung unmittelbar am PET-Detektorring selbst.
Grundsätzlich besteht darüber hinaus auch die Möglichkeit, sowohl spulenseitig als auch detektorseitig jeweils eine separate Kühleinrichtung vorzusehen, das heißt, dass eine erste und eine zweite Kühleinrichtung vorgesehen ist, wobei die erste Kühleinrichtung an der Gradientenspule und die zweite Kühleinrichtung an der PET-Detektoranordnung vorgesehen ist. Hierüber lässt sich eine optimale Detektorkühlung erreichen. Die Integration einer zweiten Kühleinrichtung am PET-Detektorring ist dahingehend von Vorteil, als hierüber detektorseitig anfallende Wärme abgeführt werden kann, wie auch eine etwaige Restwärme der Gradientenspule. Insbesondere, wenn eine Kühleinrichtung nebeneinander liegend angeordnete Kühlmittelschläuche mit möglichst flachem Querschnitt umfasst, kann grundsätzlich eine Kühleinrichtung sehr flach, also nur gering radial aufbauend ausgeführt werden, woraus resultiert, dass auch bei Integration einer ersten und einer zweiten Kühleinrichtung der gesamte radiale Aufbau nicht allzu groß ist und nach wie vor ein hinreichend großer Innendurchmesser der Patientenbohrung bei gleichzeitig möglichst naher Anordnung des Detektorrings an der Gradientenspule möglich ist. Eine möglichst flächige Anordnung ist auch dahingehend von Vorteil, als ungekühlte Bereiche vermieden werden können.
Wenngleich grundsätzlich die Möglichkeit besteht, die eine oder die mehreren dem Detektorschutz dienenden Kühleinrichtungen über eine separate Kühlmittelversorgung mit Kühlmittel, beispielsweise Wasser, zu versorgen, sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung vor, auch diese Kühlmitteleinrichtung(en) mit einer Kühlmittelversorgung, über die auch eine Versorgung weiterer, im Inneren der Gradientenspule vorgesehene Kühleinrichtung erfolgt, zu koppeln. Das heißt, dass letztlich die eine oder die mehreren zusätzlich integrierten Kühleinrichtungen parallel geschaltet werden zu den ohnehin vorgesehenen spulenseitigen Kühleinrichtungen, woraus sich der Flusswiderstand des Kühlmittels in der Gradientenspule verringert. Darüber hinaus ist nur eine Kühlmittelversorgung (umfassend einen Kühler nebst Kühlmittelpumpe) vorgesehen, was den Gesamtaufbau der Bildaufnahmeeinrichtung vereinfacht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnung.
In dieser ist eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Bildaufnahmeeinrichtung 1 als Ausschnitt derselben gezeigt, wobei nur die wesentlichen, für die Erfindung relevanten Teile gezeigt sind. Gezeigt ist neben einem Grundfeldmagneten 2 und einer HF-Ganzkörper-Sende- und -Empfangsspule 3 eine Gradientenspule 4 sowie eine PET-Detektoranordnung 5. Die Gradientenspule 4 besteht aus radial außen liegenden Sekundärspulen 6a, 6b und 6c, die auf unterschiedlichen Radialebenen angeordnet sind. Radial nach innen gesehen folgt eine Kühleinrichtung 7, dieser wiederum eine Shimlage 8. Hieran schließend sich in drei Radialebenen liegend Primärspulen 9a, 9b und 9c an, wobei zwischen den Primärspulen 9a und 9b eine weitere Kühleinrichtung 10 integriert ist. Die Kühleinrichtungen 7 und 10 sind mittels nach einem vorbestimmten Muster verlegter Kühlmittelschläuche gebildet, wobei das Verlegemuster üblicherweise abhängig vom Verlauf der einzelnen Primär- und Sekundärspulen gewählt wird.
Vorgesehen ist ferner eine weitere erste Kühleinrichtung 11, die, radial nach innen betrachtet, der Primärspule 9c folgt. Sie liegt unmittelbar benachbart zur Innenoberfläche 12 der zylindrischen Gradientenspule 4, das heißt, dass die innere Spulenoberfläche 12 hierüber großflächig gekühlt wird. Sämtliche Gradientenspulenbauteile sind in einer Vergussmasse 13, beispielsweise einem Epoxiharz, vergossen, mithin also auch die weitere erste Kühleinrichtung 11, die der Oberflächenkühlung dient.
Im Inneren der Gradientenspule 4 ist ebenfalls die zylindrische PET-Detektoranordnung 5 angeordnet und üblicherweise über einen schmalen Luftspalt 14 von wenigen Millimetern zur Gradientenspulenoberfläche 12 beabstandet. Dieser schmale Abstand ist erforderlich, um die PET-Detektoranordnung 5 im Servicefall aus der Gradientenspule entfernen zu können, wozu die PET-Detektoranordnung 5 über nicht näher gezeigte Rollen verfügt, die auf der Gradientenspulenoberfläche 12 verfahren.
Die PET-Detektoranordnung 5 verfügt über mehrere axial (also in Richtung der Zylinderlängsachse) angeordnete PET-Detektoren 15, die in einer geeigneten Detektorhalterung angeordnet und im gezeigten Beispiel radial außen liegend über eine weitere Vergussmasse 16 vergossen sind. Hierin ist eine zylinderförmig angeordnete zweite Kühleinrichtung 17 angeordnet, die, wie auch die Kühleinrichtung 11, Kühlmittelschläuche umfasst, die benachbart zueinander angeordnet sind und möglichst flächig positioniert sind, sodass sich über die gesamte axiale Länge eine großflächige Kühlung ergibt, entsprechend der Ausgestaltung der zylinderförmig verlaufenden Kühleinrichtung 11. Über diese zweite Kühleinrichtung 17 kann die detektorseitig anfallende Wärme abgeführt werden, wie auch etwaige von der Gradientenspule 4 übertragene Wärme, sofern sich die Gradientenspulenoberfläche 12 im Betrieb, wenn also die Gradientenspulen 6a–6c und 9a–9c bestromt werden, erwärmt. Eine übermäßige Erwärmung wird bereits durch die, über die großflächige erste Kühleinrichtung 11 abgeführte Wärme ohnehin vermieden, die verbleibende Restwärme, die auf die PET-Detektoranordnung 5 übertragen wird und, wenn sie nicht abgeführt werden würde, zu einer wenngleich geringen Erwärmung der PET-Detektoren 15 führen würde, wird über die zweite großflächige Kühleinrichtung 17 abgeführt. Im Ergebnis kommt es folglich zu keiner nennenswerten Erwärmung der PET-Detektoren 15, die in irgendeiner Weise die Betriebseigenschaften der PET-Detektoren 15 beeinflussen würde.
Gezeigt ist ferner eine zentrale Kühlmittelversorgung 18, über die sämtliche Kühleinrichtungen 7 und 10 wie auch die zusätzlichen, letztlich der Ausbildung eines die PET-Detektoren 15 schützenden Kühlschirms dienenden weiteren Kühleinrichtungen 11 und 17 mit Kühlmittel, beispielsweise Wasser, versorgt werden. Das heißt, dass die Kühlmittelkreisläufe, in die die Kühleinrichtungen 7, 10, 11 und 17 integriert sind, letztlich alle parallel geschaltet sind und von einer gemeinsamen Kühlmittelversorgung 18 gespeist werden.
Wenngleich im beschriebenen Ausführungsbeispiel eine weitere erste und eine weitere zweite Kühleinrichtung 11, 17 vorgesehen ist, ist es grundsätzlich ausreichend, nur eine, vorzugsweise die erste Kühleinrichtung 11, die gradientenspulenseitig integriert respektive in die Vergussmasse 13 eingebettet ist, vorzusehen. Bereits über sie kann eine hinreichende Wärmeabfuhr erfolgen, die verhindert, dass sich die Gradientenspulenoberfläche 12 nennenswert erwärmt. Während ohne Integration der ersten Kühleinrichtung 11 die Gradientenspulenoberfläche 12 sich im Betrieb auf bis zum 100°C erwärmen kann, ist es allein durch die integrierte erste Kühleinrichtung 11 möglich, die Oberflächenerwärmung bei ca. maximal 35°C zu begrenzen. Eine nennenswerte thermische Beeinflussung der PET-Detektoren 15 ist nicht zu beobachten.
Bezugszeichenliste

1: Bildaufnahmeeinrichtung
2: Grundfeldmagnet
3: Empfangsspule
4: Gradientenspule
5: PET-Detektoranordnung
6a: Sekundärspule
6b: Sekundärspule
6c: Sekundärspule
7: Kühleinrichtung
8: Shimlage
9a: Primärspule
9b: Primärspule
9c: Primärspule
10: Kühleinrichtung
11: Kühleinrichtung
12: Innenoberfläche
13: Vergussmasse
14: Luftspalt
15: PET-Detektor
16: Vergussmasse
17: Kühleinrichtung
18: Kühlmittelversorgung

Claims

Medizinische Bildaufnahmeeinrichtung mit einer Einrichtung zur Magnetresonanzbildgebung umfassend eine zylindrische Gradientenspule mit in mehreren Radialebenen angeordneten Spulenleitern sowie einer Einrichtung zur PET-Bildgebung umfassend mehrere in zylindrischer Anordnung im Inneren der Gradientenspule angeordnete PET-Detektoren, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem auf der innersten Radialebene liegenden Spulenleiter (9c) und den ringförmig angeordneten PET-Detektoren (15) auf wenigstens einer Radialebene eine Kühleinrichtung (11, 17) vorgesehen ist.
Medizinische Bildaufnahmeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (11) an der Gradientenspule (4) oder an der PET-Detektoranordnung (5) angeordnet ist, oder als separates Bauteil zwischen beiden angeordnet ist.
Medizinische Bildaufnahmeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (11) in eine die Spulenleiter (6a–c, 9a–c) der Gradientenspule (4) einbettende Vergussmasse (13) eingebettet ist.
Medizinische Bildaufnahmeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (17) in einer die PET-Detektoren (15) einbettende Vergussmasse (16) oder an einer die PET-Detektoren (15) fixierenden Halterung angeordnet ist.
Medizinische Bildaufnahmeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste und eine zweite Kühleinrichtung (11, 17) vorgesehen ist, wobei die erste Kühleinrichtung (11) an der Gradientenspule (4) und die zweite Kühleinrichtung (17) an der PET-Detektoranordnung (5) angeordnet ist.
Medizinische Bildaufnahmeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühleinrichtung (11, 17) nebeneinander liegend angeordnete Kühlmittelschläuche umfasst.
Medizinische Bildaufnahmeeinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder die mehreren Kühleinrichtungen (11, 17) mit einer Kühlmittelversorgung (18), über die auch eine Versorgung weiterer, im Inneren der Gradientenspule (4) vorgesehener Kühleinrichtungen (7, 10) erfolgt, gekoppelt sind.