DE102019117482A1

DE102019117482A1 - PET-Detektormodul für die Erfassung von Gamma-Strahlung

Info

Publication number: DE102019117482A1
Application number: DE102019117482.1A
Authority: DE
Inventors: Laiyin Yin; Volkmar Schulz; Björn Weissler
Original assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Current assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2020-12-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein PET-Detektormodul für die Erfassung von Gamma-Strahlung in einem Positronen-Emissions-Tomographen, insbesondere in einem kombinierten MRT-PET-Hybridscanner umfassend mehrere in der Strahlungseinfallsrichtung hintereinanderliegend angeordnete Detektorblöcke, wobei die Detektorblöcke zumindest umfassen: einen Detektorblock mit wenigstens einem Szintillatorkristall (1), und einen Detektorblock mit mehreren Photodetektoren (3a), die senkrecht zur Strahlungseinfallsrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei der Detektorblock mit den Photodetektoren(3a) in Strahlungseinfallsrichtung nach dem Detektorblock mit dem wenigstens einen Szintillatorkristall (1) angeordnet ist, wobei wenigstens ein elektrisch leitfähiges Abschirmungselement (6) zur elektromagnetischen Abschirmung zumindest teilweise in wenigstens einem der Detektorblöcke angeordnet ist. Die Erfindung betrifft auch einen MRT-PET-Hybridscanner mit einem solchen PET-Detektormodul.

Description

Die Erfindung betrifft ein PET-Detektormodul für die Erfassung von Gamma-Strahlung in einem Positronen-Emissions-Tomographen (PET), insbesondere in einem kombinierten Hybridscanner, in dem die Technologien der Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) und der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) kombiniert sind. Ein solches PET-Detektormodul umfasst mehrere in der Strahlungseinfallsrichtung hintereinanderliegend angeordnete Detektorblöcke.
Beispielsweise kann als Strahlungseinfallsrichtung die Mittenachse des Raumwinkels verstanden werden, aus dem das Detektormodul Strahlung einfangen und detektieren kann. Die Strahlungseinfallsrichtung kann somit eine Längsachse darstellen, in der die Detektorblöcke hintereinander angeordnet sind. Die Detektorblöcke eines solchen PET-Detektormoduls können als funktionelle Untereinheiten eines PET-Detektormoduls verstanden werden. Jeder Detektorblock hat bevorzugt eine andere Funktion und alle Detektorblöcke insgesamt ergänzen sich, um die Funktion der Erfassung von Gamma-Strahlung bereitzustellen.
Die Detektorblöcke eines PET-Detektormoduls umfassen zumindest einen Detektorblock mit wenigstens einem Szintillatorkristall, bevorzugt einen Detektorblock mit mehreren Szintillatorkristallen. Diese mehreren Szintillatorkristalle können z.B. senkrecht zur Strahlungseinfallsrichtung nebeneinander angeordnet sein, insbesondere in zwei Richtungen nebeneinander oder können auch in Strahlungseinfallsrichtung hintereinander angeordnet sein. Ein solcher Detektorblock ist zwingend in jedem PET-Detektormodul vorhanden.
Insbesondere stellt dieser Detektorblock in der Strahlungseinfallsrichtung betrachtet den ersten Detektorblock dar.
Bevorzugt werden in diesem Detektorblock durch ein einfallendes Gamma-Photon, das bei der Annihilation eines Positrons mit einem Elektron entstanden ist, die Kristallmoleküle zur Abgabe von Photonen größerer Wellenlänge, insbesondere im sichtbaren oder Ultraviolett-Bereich, angeregt. Im Wesentlichen wird so die Anregungsenergie der ionisierenden Gammastrahlung in sichtbares oder ultraviolettes Licht umgewandelt und mit einem nachfolgenden Detektorblock erfasst.
Ein Detektorblock mit mehreren nebeneinanderliegenden Kristallen ist bevorzugt, insbesondere wegen geringerem Aufwand bei der Kalibrierung gegenüber monolithischen Kristallen.
Als Kristallmaterial kann z.B. Bismutgermanat, LuYSiO₅:Ce³⁺ oder Lu₂SiO₅:Ce³⁺ eingesetzt werden.
Die Detektorblöcke eines PET-Detektormoduls umfassen weiterhin zumindest einen Detektorblock mit mehreren Photodetektoren, die senkrecht zur Strahlungseinfallsrichtung nebeneinander angeordnet sind, insbesondere auf einer gemeinsamen Platine. Solche Photodetektoren können bevorzugt in zwei Richtungen, z.B. zueinander senkrechte Richtungen, nebeneinander angeordnet sein. Die Photodetektoren dienen dazu die von dem wenigstens einen Szintillationskristall aus Gammastrahlung erzeugten Photonen messtechnisch erfassbar zu machen bzw. zu erfassen, insbesondere hierbei zu verstärken.
Dieser Detektorblock mit den Photodetektoren ist in Strahlungseinfallsrichtung nach dem Detektorblock mit dem wenigstens einen Szintillatorkristall angeordnet, z.B. direkt danach oder auch nach Zwischenschaltung wenigstens eines weiteren Detektorblockes. Der Detektorblock mit den mehreren Photodetektoren ist bevorzugt direkt an den vorangehenden Detektorblock angrenzend zu diesem angeordnet, insbesondere kontaktierend, z.B. mittels eines Fluids zur Brechungsindexanpassung (Index-Matching).
Die Photodetektoren können beispielsweise ausgebildet sein als Photomultiplier und/oder Vielkanalplatte (Multi-Channel-Plate: MCP) und/oder als Lawineneffekt-Diode (Avalanche-Diode) und/oder Halbleiter-Photomultiplier, insbesondere Si-Dioden-Photomultiplier. Das Signal dieser Photodetektoren kann mit einer Messelektronik messtechnisch erfasst und für eine Auswertung zugänglich gemacht sein, die auf derselben Platine angeordnet ist, welche die Photodetektoren trägt.
Durch eine n × m - Matrixanordnung von nebeneinanderliegenden Photodetektoren kann eine n × m Pixelauflösung des Detektorblockes realisiert werden. Die n × m - Anordnung der Photodetektoren kann in einer möglichen Ausführung zu einer o × p - Anordnung von Szintillationskristallen im zuvor genannten Detektorblock korrespondieren, insbesondere wenn die Detektorblöcke ohne Zwischenschaltung eines weiteren Detektorblockes unmittelbar aufeinander folgend angeordnet sind, also n=o und m=p. In diesem Fall kann das Licht aus einem von mehreren Szintillationskristallen in genau einem zugeordneten Photodetektor erfasst werden. Es kann n gleich m aber auch n ungleich m gelten.
Es kann in einer möglichen Ausführung auch vorgesehen sein, dass die Menge der Detektorblöcke einen Detektorblock aus einem Lichtleitelement umfasst, das zwischen dem Detektorblock mit mehreren Szintillatorkristallen und dem Detektorblock mit den mehreren Photodetektoren angeordnet ist. Dieser Detektorblock kann kontaktierend, z.B. über ein Fluid zur Brechungsindexanpassung, zum vorangehenden und zum nachfolgenden Detektorblock angeordnet sein.
Ein solcher Detektorblock ist fakultativ einsetzbar, insbesondere, wenn die o × p - Anordnung von mehreren Szintillationskristallen nicht zur n × m - Anordnung von Photodetektoren korrespondiert, also n ungleich o und m ungleich p. Das Lichtleitelement ist vorgesehen, um das Licht aus einem Detektorblock mit mehreren Szintillatorkristallen in der Transversalebene, also senkrecht zur Strahlungseinfallsrichtung, zu verteilen. Über die mehreren örtlich verschiedenen Intensitäten, die mit mehreren Photodetektoren erfasst werden, kann auf den Ort der Entstehung des Lichtes zurückgerechnet werden. Dies ist im Stand der Technik als Anger-Kamera bekannt.
Die Menge der Detektorblöcke kann weiterhin bevorzugt auch einen Detektorblock mit wenigstens einem Kühlelement umfassen, der in Strahlungseinfallsrichtung nach dem Detektorblock mit den Photodetektoren angeordnet ist. Dieser Block dient sodann zur Kühlung der Photodetektoren und /oder der Elektronik zur Erfassung und Verarbeitung von deren Signal.
Solche PET-Detektormodule sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt zur Erfassung von Gammastrahlung (Gamma-Photonen), die bei der Annihilation eines aus einem radioaktiven Zerfall stammenden Positrons mit einem Elektron entsteht, wodurch zwei Gamma-Photonen mit entgegengesetzter Richtung entstehen. In einem PET-Tomographen sind zur Strahlungserfassung immer zwei auf einer gemeinsamen Linie angeordnete PET-Detektormodule um den Ort der Entstehung der Gammastrahlung angeordnet. Solche Paare von PET-Detektormodulen sind sodann in einer Ringanordnung aufgebaut und können Teil eines Tomographen sein, mit dem die örtliche Verteilung des radioaktiven Stoffes in einer Probe, z.B. einem zu untersuchenden Lebewesen, gemessen werden kann. Die Prinzipien der Positronen-Emissions-Tomographie sind hinlänglich bekannt, bilden keinen wesentlichen Inhalt der Erfindung und bedürfen somit auch keiner weiteren Erläuterung.
Da die Tomographie mit PET-Detektormodulen keine Informationen über das strukturelle Körperumfeld um den Ort des radioaktiven Strahlungszerfalls liefert, werden heutzutage Positronen-Emissions-Tomographen (PET) und Magnet-Resonanz-Tomographen (MRT) als Hybridscanner realisiert, in denen beide Techniken zum Einsatz kommen, um die Bildgebung beider Technologien zu überlagern. Im Wesentlichen ist es hierfür bekannt, in einer oder mehreren nebeneinanderliegenden Ringanordnungen ausgebildete PET-Detektormodule in einem Magnet-Resonanz-Tomographen zu integrieren.
Dies ist insoweit problematisch, als dass die starken elektromagnetischen Felder, die von den Spulen, insbesondere der wenigstens einen sogenannten Hochfrequenzspule, zur Spin-Flip-Anregung erzeugt werden, die PET-Detektormodule, insbesondere deren elektronischen Komponenten, stören können. Radial außen ist um eine Hochfrequenzspule eines Magnet-Resonanz-Tomographen in üblicher Bauart eine Abschirmung angeordnet, um die Felder nach außen hin abzuschirmen. Radial außen um die Abschirmung ist bei üblicher Bauweise wenigstens eine Gradientenspule angeordnet, um ein Gradientenmagnetfeld in wenigstens einer Richtung zu erzeugen.
Bei bisherigen Integrationen wird ein PET-Detektormodul in den Abstandsbereich zwischen HF-Spulen-Abschirmung und der wenigstens einen Gradientenspule angeordnet. Das PET-Detektormodule liegt dabei vollständig nach radial außen hinter der Abschirmung und somit in radialer Richtung sehr weit vom Untersuchungsvolumen entfernt. Des Weiteren muss der Abstand zwischen HF-Spulenschirmung und Gradientenspule genügend groß gewählt werden, um ein PET-Detektormodule darin aufnehmen zu können, was die Spuleneffizienz der HF-Spule verschlechtert.
Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung ein PET-Detektormodul bereit zu stellen, dass näher am Untersuchungsvolumen positioniert werden kann, insbesondere ohne es in radialer Richtung des Tomographen, also in seiner Strahlungseinfallsrichtung, kürzer bauen zu müssen. Bevorzugt ist es eine weitere Aufgabe mit Einsatz eines solchen PET-Detektormoduls den Abstand zwischen HF-Spulenschirmung und Gradientenspule verringern zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass wenigstens ein elektrisch leitfähiges Abschirmungselement zur elektromagnetischen Abschirmung, insbesondere zur Abschirmung elektromagnetischer Felder der Hochfrequenzspule eines Magnet-Resonanz-Tomographen zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, in wenigstens einem der Detektorblöcke angeordnet ist, insbesondere zumindest teilweise in dessen Volumen angeordnet ist.
Der wesentliche Kerngedanke ist es dabei mit dem wenigstens einen Abschirmungselement eine Schirmung in das PET-Detektormodul zu integrieren. Es kann so in der Anwendung mit dieser Schirmung entweder bereits eine genügende Abschirmung des PET-Detektormoduls gegen die Hochfrequenzfelder der HF-Spule oder aber ein Teil der Gesamtschirmung gegen die Felder der HF-Spule eines MRT realisiert werden.
In einer Ausführung der Erfindung besteht so die Möglichkeit einen MRT-PET-Hybridscanner auszubilden mit wenigstens einer Spule zur Erzeugung eines Gradientenmagnetfeldes und wenigstens einer Hochfrequenzspule zur Erzeugung von Spin-Auslenkungen in einem Untersuchungsobjekt, wobei radial außen um die wenigstens eine Hochfrequenzspule eine Abschirmung angeordnet ist zur Abschirmung elektromagnetischer Felder der Hochfrequenzspule, wobei radial innen von der Abschirmung eine Ringanordnung von mehreren PET-Detektormodulen der erfindungsgemäßen Konstruktion angeordnet sind.
Bei dieser Ausführung kann somit die Hochfrequenzabschirmung mit maximal möglichem Durchmesser ausgebildet werden, insbesondere als vollständig geschlossene metallische Abschirmungsfläche, was die Spuleneffizienz der HF-Spule verbessert.
Es muss kein Platz mehr für die PET-Detektormodule zwischen der Hochfrequenzabschirmung und der Gradientenspule vorgesehen sein, da die PET-Detektormodule nun aufgrund ihrer eigenen Abschirmung radial innen von der HF-Abschirmung positioniert sein können.
Hierbei kann es vorgesehen sein dass, die Abschirmungselemente der PET-Detektormodule untereinander elektrisch verbunden sind, diese Verbindung jedoch außerhalb des Hochfrequenzresonators liegen. Insbesondere können diese Detektormodule auch eine elektrische Verbindung zur HF-Abschirmung aufweisen.
Es besteht weiterhin auch die Möglichkeit einen MRT-PET-Hybridscanner auszubilden mit wenigstens einer Spule zur Erzeugung eines Gradientenmagnetfeldes und wenigstens einer Hochfrequenzspule zur Erzeugung von Spin-Auslenkungen in einem Untersuchungsobjekt, wobei radial außen um die wenigstens eine Hochfrequenzspule, insbesondere radial innen zur Gradientenmagnetfeldspule, eine Abschirmung angeordnet ist zur Abschirmung elektromagnetischer Felder der Hochfrequenzspule, wobei die Abschirmung zumindest teilweise ausgebildet ist durch die elektrisch in Umfangsrichtung miteinander verbundenen Abschirmungselemente von in einer Ringanordnung positionierten mehreren PET-Detektormodulen dieser erfindungsgemäßen Konstruktion.
Beispielsweise kann die Abschirmung der Hochfrequenzspule ausschließlich nur durch die zu wenigstens einem elektrisch geschlossenen Ring verbundenen Abschirmungselemente der PET-Detektormodule gebildet sein. Mehrere solcher Ringe können fluchtend nebeneinanderliegend ausgebildet sein. Z.B. können die Mittelpunkte der Ringe alle auf einer Linie liegen und die Ringe alle gleichen Durchmesser haben. Alle miteinander verbundenen Abschirmungselemente der erfindungsgemäßen PET-Detektormodule bilden durch die Zusammenschaltung eine in Umfangsrichtung vollständig elektrisch geschlossene Abschirmung, insbesondere somit einen Abschirmungszylinder, der nur durch Abschirmungsflächenelemente ausgebildet ist, die in den PET-Detektormodulen angeordnet sind.
Eine andere Ausbildung kann auch vorsehen, dass in einem solchen MRT-PET-Hybridscanner die Abschirmung der Hochfrequenzspule gebildet ist durch ein die Hochfrequenzspule radial außen umgebendes zylindrisches, elektrisch leitfähiges Element mit mehreren in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegenden Ausnehmungen, durch welche jeweils wenigstens ein PET-Detektormodul der Ringanordnung hindurchgesteckt ist.
Beispielsweise und bevorzugt kann dieser bis zu der Ebene in die Ausnehmung eingesteckt sein, in welcher das wenigstens eine Abschirmungselement im PET-Detektormodul angeordnet ist, bevorzugt senkrecht zur radialen Richtung bzw. der Strahlungseinfallsrichtung angeordnet ist.
Die Abschirmungselemente jedes der PET-Detektormodule sind dabei elektrisch an das zylindrische abschirmende Element der HF-Spule angeschlossen, z.B. an den Rand der jeweiligen Ausnehmung.
Bevorzugt sieht es die Erfindung vor, dass das wenigstens eine Abschirmungselement außen am PET-Detektormodul elektrisch kontaktierbar ist, z.B. mit einem elektrischen Masse-Anschluss (GND). So wird hierdurch die elektrische Anschlussmöglichkeit eines PET-Detektormodules an einem Abschirmungselement eines MRT und/oder auch mit einem anderen PET-Detektormodul ermöglicht.
Sofern in einem Detektormodul mehrere einzelne Abschirmungselemente zur Bildung einer Abschirmung eingesetzt sind, sieht es die Erfindung vor, dass auch diese untereinander elektrisch kontaktiert sind.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das eine Abschirmungselement oder die mehreren Abschirmungselemente innerhalb eines Detektorblockes eine mit photonendurchlässigen Bereichen versehene Abschirmfläche ausbilden, insbesondere die zumindest im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Strahlungseinfallsrichtung angeordnet ist, bevorzugt wobei die Abschirmfläche sich zumindest über den Gesamtquerschnitt desjenigen Detektorblocks erstreckt, in den sie integriert ist. So besteht z.B. die Möglichkeit eine so realisierte Abschirmfläche so groß zu gestalten wie oder größer zu gestalten als eine Ausnehmung in einem abschirmenden Element eines MRT, durch die ein solches PET-Detektormodul eingesetzt werden soll. So kann mit der Abschirmfläche des PET-Detektormoduls die Ausnehmung faktisch komplett geschlossen werden.
Unter einer Anordnung des wenigstens einen Abschirmungselementes in einem Detektorblock wird bevorzugt verstanden, dass das wenigstens eine Abschirmungselement zumindest bereichsweise im Volumen des Detektorelementes angeordnet ist, insbesondere also den Detektorblock zumindest bereichsweise durchsetzt.
Hierdurch ist nicht ausgeschlossen, dass das wenigstens eine Abschirmungselement auch zum Teil außerhalb des Detektorblockes angeordnet sein kann.
Bevorzugt ist in einem solchen Fall ein Abschirmungselement nur in transversaler Richtung, also senkrecht zur Strahlungseinfallsrichtung über den Detektorblock überstehend, z.B. mit einem Kontaktelement zur elektrischen Kontaktierung.
Sofern ein Abschirmungselement parallel zur bzw. in Strahlungseinfallsrichtung über einen Detektorblock hinausragt, ist die hinausragende Länge des Abschirmungselementes zumindest kleiner als 50% der Gesamtlänge des Abschirmungselementes in dieser Richtung. Das Abschirmungselement ragt somit nur mit einem Minderanteil seiner Länge aus einem Detektorblock in dieser Richtung heraus.
Die bevorzugte Ausführung sieht vor, dass in einer Richtung parallel zur Strahlungseinfallsrichtung bzw. in dieser Richtung ein Abschirmungselement nicht über den Detektorblock übersteht, in dieser Strahlungseinfallsrichtung also vollständig in den Detektorblock integriert ist. Mit dieser bevorzugten Ausführung wird erschlossen, dass das wenigstens eine Abschirmungselement nicht zur Länge des PET-Detektormoduls beiträgt.
Die Erfindung kann vorsehen, dass das wenigstens eine Abschirmungselement, bzw. alle innerhalb eines Detektorblockes angeordneten Abschirmelemente außerhalb des Detektorblockes mit weiteren Abschirmelementen elektrisch kontaktiert sind, welche wenigstens einen in Strahlungseinfallsrichtung nachfolgenden Detektorblock, bevorzugt alle in Strahlungseinfallsrichtung nachfolgenden Detektorblöcke außen umgeben, insbesondere allseitig. So kann im PET-Detektormodul ein Abschirmungsgehäuse ausgebildet werden, von dem zumindest eine Abschirmungsfläche, die transversal zur Strahlungseinfallsrichtung liegt, in einen Detektorblock integriert ist.
Eine mögliche Ausführungsform kann es vorsehen, dass in einem Detektorblock mit einem einzigen monolithischen Szintillatorkristall der Kristall in seiner Rückfläche, insbesondere die zu dem in Strahlungseinfallsrichtung nachfolgenden Detektorblock weist, in wenigstens einer Richtung, bevorzugt in zwei sich kreuzenden, z.B. senkrechten Richtungen, mehrere parallele, bevorzugt über den gesamten Kristallquerschnitt verlaufende Ausnehmungen, insbesondere Nute, aufweist, in die dem Ausnehmungsverlauf folgende Abschirmungselemente eingelegt sind. Solche Abschirmungselemente bilden bei kreuzendem Verlauf zum Beispiel ein Gitter aus mehreren einzelnen Abschirmungselementen, die kontaktiert sind, oder ein einstückiges Gitter, bei dem das eine Abschirmungselement gitterförmig ausgebildet ist. Ausnehmungen können z.B. durch Fräsen oder sonstige mechanische Bearbeitung in einen monolithischen Szintillatorkristall eingearbeitet sein.
Eine andere Ausführung kann vorsehen, dass in einem Detektorblock mit mehreren nebeneinander angeordneten Szintillatorkristallen, bevorzugt in einem Bereich an oder vor der Rückfläche der Szintillatorkristalle (in Strahlungseinfallsrichtung betrachtet), in wenigstens einer Richtung, bevorzugt in zwei sich kreuzenden, z.B. senkrechten Richtungen Abschirmungselemente zwischen zumindest einen Teil der Szintillatorkristalle bevorzugt zwischen alle Szintillatorkristalle gelegt sind. Die Abschirmungselemente können z.B. beim Zusammenbau des Detektorblocks aus den mehreren Kristallen zwischen diese eingefügt werden. Die Abschirmungselemente können als Lichtreflektoren ausgebildet sein oder zusätzlich zu Lichtreflektoren vorgesehen sein, welche die Kristalle jeweils außen umgeben. Bei einer Anordnung von Kristallen in einer n × m - Matrix können die Abschirmelemente eine Gitterkonfiguration ausbilden mit einer o × p Matrix von Gittermaschen, wobei o kleiner gleich n ist und p kleiner gleich m ist. Z.B. kann in einer möglichen Konfiguration o oder p gleich null sein oder o kann gleich n und p gleich m sein.
Sowohl bei der Ausführung des Detektorblocks mit einem einzigen monolithischen Kristall, als auch mit mehreren Kristallen kann es vorgesehen sein, dass alle Abschirmungselemente im Detektorblock parallel in nur einer gemeinsamen Richtung verlaufen. In der Anwendung kann es vorgesehen sein, dass diese Verlaufsrichtung parallel zur Achse im Hybridscanner verläuft, um die die Spulen und die PET-Detektormodul-Ringe angeordnet sind. Bevorzugt sind hingegen die Abschirmelement im Detektorblock kreuzend angeordnet.
Die Erfindung sieht bevorzugt vor, dass in der Strahlungseinfallsrichtung betrachtet die Abschirmungselemente vor oder in derjenigen Ebene enden, in der die Rückfläche des einen Szintillationskristalles oder die Rückflächen aller Szintillationskristalle liegt. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Abschirmungselemente nach hinten nicht über den oder die Kristalle überstehen, und damit nicht zur Länge des Detektormoduls beiträgt. Bevorzugt kann so auch problemlos eine Brechungsindexanpassung mit einem Fluid zwischen diesem und einem nachfolgenden Detektorblock erfolgen.
In bevorzugter Ausführung können die Abschirmungselemente als flächige Lamellen ausgebildet sein, wobei die jeweilige Lamellenfläche parallel zur Strahlungseinfallsrichtung liegt. Ein Abschirmungselement kann auch als ein Wickel ausgebildet sein, dass wenigstens einen Szintillatorkristall umgibt.
Z.B. kann durch mehrere Lamellen oder ein Wickel ein Abschirmungskanal ausgebildet sein, in dem wenigstens ein Szintillatorkristall angeordnet ist. Dies hat Vorteile, da ein Kanal nur schlecht von einem elektromagnetischen Feld in der Kanalerstreckungsrichtung durchdrungen werden kann, sich also hierdurch eine sehr gute Schirmung ergibt, der Kanal aber in der Ausführung mit mehreren Kristallen aber keine Photonenabschattung erzeugt, da er außen um die Kristalle angeordnet ist.
Weiterhin kann bevorzugt ein Abschirmungselement, insbesondere eine Lamelle oder ein Wickel, in der Strahlungseinfallsrichtung eine Erstreckung aufweisen, die 1% bis 50%, bevorzugt 10% bis 50% der Erstreckung des einen Szintillatorkristalls oder der mehreren Szintillatorkristalle bzw. der axialen Detektorblocklänge beträgt. Grundsätzlich kann die Erfindung aber auch eine Ausführung umfassen, in der ein Abschirmungselement eine Erstreckung aufweist, die vollständig der Erstreckung des wenigstens einen Szintillatorkristalls bzw. der axialen Detektorblocklänge entspricht.
Die Erfindung kann allgemein vorsehen, die Länge bzw. Erstreckung (in Strahlungseinfallsrichtung betrachtet) des oder der Abschirmungselemente in einem Detektorblock anzupassen an die Dicke des Material, z.B. metallischen Blechmaterial, aus dem der Abschirmungszylinder um die HF-Spule eines MRT hergestellt ist.
Ein Detektorblock mit Szintillationskristallen kann auch in der Strahlungseinfallsrichtung in wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens drei hintereinanderliegende Kristallschichten unterteilt sein. In einer jeweiligen solchen Kristallschicht können mehrere Kristalle senkrecht zur Strahlungseinfallsrichtung nebeneinander angeordnet sein, wie es zuvor beschrieben wurde. Für jede der Kristallschichten kann die Anordnung wenigstens eines Abschirmungselementes so vorgenommen sein, wie es zuvor beschrieben wurde. Bevorzugt ist das wenigstens eine Abschirmungselement nur in einer der Kristallschichten angeordnet, bevorzugt in der in der Strahlungsrichtung betrachtet letzten und/oder vorletzten. Bei dieser Ausführung in Schichten kann ein jeweiliges Abschirmungselement eine Erstreckung, betrachtet in Strahlungseinfallsrichtung, aufweisen, welche der Erstreckung der Schicht in dieser Richtung entspricht. Schichthöhe ist also gleich Abschirmungshöhe.
Die Erfindung kann auch vorsehen, dass in einem Detektormodul aus einem Lichtleitelement, sofern ein solches im Modul vorgesehen ist, das Lichtleitelement in seiner Frontfläche, insbesondere die zu dem in Strahlungseinfallsrichtung vorhergehenden Detektorblock (mit dem wenigstens einen Kristall) weist, in wenigstens einer Richtung, bevorzugt in zwei sich kreuzenden Richtungen mehrere parallele, bevorzugt über den gesamten Querschnitt verlaufende Ausnehmungen, insbesondere Nute, aufweist, in die dem Ausnehmungsverlauf folgende Abschirmungselemente eingelegt sind. Auch hier ist die Ausführung bevorzugt so, dass in der Strahlungseinfallsrichtung betrachtet die Abschirmungselemente in der hinter derjenigen Ebene enden, in der die Frontfläche des Lichtleitelementes liegt. So ragen bei dieser Bevorzugung die Abschirmungselemente nicht über die Frontfläche vor und tragen nicht zu einem Dickenaufbau bei. Bevorzugt kann so problemlos eine Brechungsindexanpassung mit einem Fluid zwischen den sich gegenüberliegenden Detektorblöcken erfolgen.
Hier kann die Erfindung weiterhin vorsehen, dass die geometrische Anordnung der Abschirmungselemente an die Topologie der mehreren Szintillatorkristalle des in Strahlungseinfallsrichtung vorangehenden Detektorblocks angepasst ist, insbesondere die Abschirmungselemente und/oder Ausnehmungen im Lichtleitelement in Strahlungseinfallsrichtung fluchtend angeordnet sind zum Abstandsbereich zwischen benachbarten Szintillatorkristallen.
Auch bei dieser Ausführung können die Abschirmungselemente als flächige Lamellen ausgebildet sein, wobei die jeweilige Lamellenfläche parallel zur Strahlungseinfallsrichtung liegt, insbesondere wobei eine Lamelle in der Strahlungseinfallsrichtung eine Erstreckung aufweist, die größer ist als 50% der Erstreckung des Lichtleitelementes in der Strahlungseinfallsrichtung.
Die Anordnung des wenigstens einen Abschirmungselementes in einem der beiden vorgenannten Detektorblöcke (Kristallblock oder Lichtleitblock) hat den Vorteil, dass hier die Abschirmung faktisch im rein optischen Teil des PET-Detektormoduls erfolgt, also deutlich vor dem Teil des Detektormoduls, in dem eine Elektronik zum Einsatz kommt oder Elektronen als Signalquelle dienen. So wird sichergestellt, dass die Abschirmung genügend weit vor diesen Komponenten erfolgt.
Insbesondere da die optischen Komponenten den überwiegenden Längenanteil eines PET-Detektormoduls ausmachen wird durch die Lage des wenigstens einen Abschirmungselementes in einer Ebene am Ende (betrachtet in Strahlungseinfallsrichtung) eines der genannten Blocke erreicht, dass der überwiegende Längenanteil eines PET-Detektormoduls dieser erfindungsgemäßen Art durch eine Ausnehmung in einer HF-Spulenschirmung hindurchgeschoben werden kann. Allgemein erfolgt bevorzugt das Hindurchschieben bis dass die Ebene der Abschirmung im Detektorblock mit der Mantelfläche der zylindrischen Spulenabschirmung fluchtet.
Die Erfindung kann in weiterer Ausführung vorsehen, dass in einem Detektorblock mit mehreren Photodetektoren in den Lücken zwischen benachbarten Photodetektoren, Abschirmelemente angeordnet sind, wobei mehrere Abschirmelemente in wenigstens einer Richtung, bevorzugt zwei sich kreuzenden Richtungen parallel zueinander angeordnet sind. Ein solcher Photodetektor kann z.B. als Photomultiplier, als Vielkanalplatte (Multi Channel Plate - MCP), Avalanche-Diode, oder Si-Dioden-Photomultiplier ausgebildet sein.
Eine Weiterbildung kann vorsehen, dass die Photodetektoren jeweils auf ihrer in der Strahlungseinfallsrichtung zum vorangehenden Detektorblock weisenden Fläche, mit einer transparenten elektrisch leitfähigen Schicht beschichtet sind, die mit den Abschirmelementen verbunden ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beschrieben.
1A zeigte eine schematische Ansicht eines PET-Detektormoduls gemäß der Erfindung mit einem möglichen Aufbau, bei dem das PET-Detektormodul in mehrere Detektorblöcke unterteilt ist. Der nachfolgend beschriebene Aufbau gilt grundsätzlich auch bei den späteren Figuren und wird dort nicht wiederholt. Die beabstandete Darstellung der Detektorblöcke dient nur zur Übersichtlichkeit.
In der Strahlungseinfallsrichtung S umfasst das PET-Detektormodul einen Detektorblock mit mehreren Szintillatorkristallen 1, die senkrecht zur Strahlungseinfallsrichtung S nebeneinander angeordnet sind, nämlich hier in zwei zueinander senkrechten Richtungen, was sich aus den 1D-1F ergibt, welche die Szintillatorkristalle 1 in Aufsicht zeigen.
In der Strahlungseinfallsrichtung einfallende Gamma-Photonen, die in einem Positronen-Emissions-Tomographen aus einer Annihilation eines Positrons mit einem Elektron stammen, erzeugen im Szintillatorkristall 1 Licht, das an der rückwärtigen Fläche 1a der Kristalle 1 aus diesen austritt. Die Kristalle weisen hier eine beispielshaft n × n Matrix auf.
Auf den Detektorblock mit den Szintillatorkristallen 1 folgt ein Detektorblock mit einem Lichtleitelement 2. Das hier hinein eintretende Licht wird in transversaler Richtung, also senkrecht zur Strahlungseinfallsrichtung S, verteilt und tritt aus dem Lichtleitelement 2 in Richtung zum nächsten Detektorblock wieder aus. Dieser nächste Detektorblock umfasst mehrere Photodetektoren 3a auf einer Platine 3. Die Platine 3 kann weitere Elektronikelemente umfassen, die hier nicht visualisiert sind, z.B. zur Auswertung der Signale der Photodetektoren 3a. In zwei unabhängigen Richtungen, in denen auch die Szintillatorkristalle angeordnet sind, sind hier die Photodetektoren angeordnet, also in einer beispielhaften m × m Matrix. Dabei sind pro Richtung weniger Photodetektoren vorgesehen als Szintillatorkristalle im ersten Detektorblock, es ist also m kleiner als n. Anhand der von mehreren Photodetektoren 3a aufgenommenen Lichtintensitäten kann, z.B. nach dem Prinzip einer Anger-Kamera auf die örtliche Position des eingefallenen Gamma-Photons rückgerechnet werden. Dies kann mit einer Elektronik auf der Platine aber auch extern zum Detektormodul erfolgen.
In Strahlungseinfallsrichtung S nachfolgend weist dieses PET-Detektormodul noch einen Detektorblock mit einem Kühlelement 4 auf, um Abwärme von dem Modul mit der Platine 3 und den Photodetektoren 3a abzuführen.
In einem PET-Detektor kommen immer zumindest die Detektorblöcke mit dem wenigstens einen Szintillatorkristall 1 und mit den Photodetektoren 3a zum Einsatz. Die anderen Blöcke sind optional bzw. hängen von der Konstruktion des Moduls ab. Insbesondere kommt ein Detektorblock mit einem Lichtleitelement 2 bevorzugt nur zum Einsatz wenn die Matrixkonfiguration der Szintillatorkristalle nicht identisch ist zur Matrixkonfiguration der Photodetektoren, insbesondere deren Anzahl in einer oder beiden Richtungen kleiner ist als die Anzahl der Kristalle 1.
In der Ausführung der 1 A bis 1C ist die Erfindung derart umgesetzt, dass mehrere Abschirmungselemente 6 an der Rückseite des Detektorblockes, also den Flächen 1a des Lichtaustritts zwischen die Szintillatorkristalle eingefügt sind.
Die Abschirmungselemente 6 liegen somit bezüglicher der Strahlungseinfallsrichtung im Volumen des Detektorblockes mit den mehreren Szintillatorkristallen und stehen nicht über dessen Flächen hinaus, welches das Volumen in der Strahlungseinfallsrichtung begrenzen. Das sind die Flächen 1a der Szintillatorkristalle 1 aus denen das in diesen erzeugte Licht austritt und die Flächen 1b, durch welche die Gamma-Photonen in die Szintillatorkristalle 1 eintritt.
In transversaler Richtung kann es hier vorgesehen sein, dass die Abschirmungselemente 6 über das Volumen, also hier die Seitenflächen 1c der äußeren Kristalle 1 hinausragt, z.B. um dort die Abschirmung an Kontakten 6a elektrisch zu kontaktieren.
Erkennbar ist es hier, dass die Abschirmungselemente 6 als Lamellen ausgebildet sind, deren Fläche parallel zur Strahlungseinfallsrichtung liegt und die von der Rückfläche 1a der Kristalle in den Detektorblock hineinragen, jedoch nur über einen Teil der Länge der Kristalle in der Strahlungseinfallsrichtung, von bevorzugt kleiner 50%.
Bei der Ausführung der 1A sind die seitlich (transversal) aus dem Block herausgeführten Kontakte 6a der Abschirmelemente 6 noch mit weiteren Abschirmelementen 5 elektrisch verbunden. Es wird so in dieser Ausführung ein Abschirmgehäuse aus mehreren Abschirmungsflächen gebildet, welches hier mit einer zur Strahlungseinfallsrichtung S transversal liegenden Fläche den Detektorblock mit den Kristallen an deren rückwärtigem Ende durchsetzt und weiterhin den Detektorblock mit dem Lichtleitelement 2 und mit der Platine 3 sowie den Photodetektoren 3a umgibt. Die seitlich herausgeführten Kontakte 6a können auch verwendet werden, um in einer Ringanordnung in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegende PET-Detektormodule elektrisch zu kontaktieren. Es ergibt sich so ein Abschirmungsgehäuse, in welchem alle Elektronik-Komponenten des PET-Detektormoduls angeordnet sind. Nur der rein optische Teil, in welchen Photonen eingefangen bzw. erzeugt und geleitet werden und der somit im Wesentlichen für elektromagnetische Felder unempfindlich ist, liegt außerhalb des Abschirm ungsgehäuses.
1B zeigt eine Abwandlung, bei der lediglich im Vergleich zur 1A die hintere Abschirmungsfläche der Abschirmung 5 durch die Platine 3 hindurchgeführt ist. Hier weisen also der Detektorblock mit den Kristallen 1 und der Detektorblock mit den Photodetektoren in deren Volumen liegende Abschirmungselemente auf, die seitlich (transversal) miteinander verbunden sind.
Die 1C zeigt eine weitere Abwandlung, bei der das aus den im Volumen des Kristall-Detektorblockes liegenden Abschirmungselemente und dem externen Abschirmungselementen 5 gebildete Abschirmungsgehäuse alle Detektorblöcke des PET-Detektormoduls nach dem Kristall-Block umschließt. So kann das gebildete Abschirmungsgehäuse auch zur Wärmeableitung benutzt werden.
Die 1D bis 1F zeigen Varianten, wie die Abschirmungen bei den Ausführungen der 1A bis 1C ausgeführt sein können.
Gemäß 1D sind die Abschirmungselemente 6 in einer Reihenkonfiguration zwischen solche Gruppen von Szintillatorkristallen 1 gelegt, die jeweils eine Kristall-Reihe ausbilden.
Gemäß 1E sind Abschirmungselemente 6 zwischen Gruppen von Kristallen gelegt, die sich jeweils über mehrere Spalten und Reihen der Matrixkonfiguration erstrecken.
Gemäß 1F sind die Abschirmungselemente 6 zwischen je zwei benachbarte Szintillatorkristalle gelegt. Das so gebildete Gitter aus den Abschirmungselementen weist Photonen-durchlässige Maschen auf, die der Matrixkonfiguration der Szintillatorkristalle 1 entspricht.
Allgemein hat das Gitter bei einer n × m Konfiguration der Szintillatorkristalle 1 eine Konfiguration von o × p Photonen-durchlässigen Maschen, wobei o kleiner gleich n und p kleiner gleich m ist.
Bei allen gezeigten Ausführungen sind die Abschirmelemente 6 aussen um die Kristalle 1 herum miteinander verbunden.
Da die Abschirmungselemente 6 zwischen den Kristallen 1 liegen tragen diese zur Länge des PET-Detektormoduls nicht bei und erzeugen auch keine Photonenabschattung, da diese ausschließlich in den Kristallen 1 geführt sind.
Die Abschirmungselemente sind hier so angeordnet, dass diese an die Topologie der Kristalle 1 angepasst, insbesondere, so dass die verbundenen Abschirmungselemente ein Abschirmungsgitter bilden, in dessen Maschen jeweils wenigstens ein Szintillationskristall liegt, bevorzugt durch dessen Maschen jeweils ein Szintillationskristall durchgesteckt ist.
Den 1 ist zu entnehmen das kein Abschnitt der Abschirmungselemente 6 in einem Bereich zwischen zwei Detektorblöcken liegt.
Die 2A zeigt eine Ausführung bei der die Abschirmung in dem Detektorblock mit einem Lichtleitelement 2 ausgebildet ist. Hier liegen mehrere Abschirmungselemente 6 in Ausnehmungen bzw. Nuten, die in der Fläche 2a des Abschirmungselementes 2 angeordnet sind, welche zur der Lichtaustrittsfläche 1a der Kristalle 1 des vorgelagerten Detektorblocks weist.
2B visualisiert im Ausschnitt, dass die Abschirmungselemente 6 bzw. die Nute 2b in dem Lichtleitelement 2 fluchtend angeordnet sind zu den Abstandsbereichen 1c zwischen den Szintillatorkristallen 1. So ist auch hier die Anordnung der Abschirmungselemente 6 an die Topographie der Szintillatorkristalle 1 angepasst. Bevorzugt sind die Nute 2b schmaler als die Abstandbereiche 1c. Hierdurch kann eine Photonenabschattung vermieden werden.
Die 2A zeigt eine Verbindung der Abschirmungselemente 6 über transversal vorstehende Kontakte 6a mit weiteren Abschirmungselementen 5, so dass sich wiederum ein Abschirmungsgehäuse ergibt, dass alle nachfolgenden Detektorblocke umgibt. Hier sind aber auch die Variationen der gebildeten Abschirmungsgehäuse gemäß der 1A bis 1C möglich.
Die 2C verdeutlich, dass die Abschirmungselemente 6 bzw. die Nute 2b kreuzend ausgebildet sind, so dass sich eine n × m - Konfiguration von Photonendurchsetzten Flächen bzw. Gittermaschen ergibt, die exakt der n × m - Konfiguration der Szintillatorkristalle entspricht. Hier sind die Topologien der Gittermaschen und der Kristalle identisch
Bei der 2D verlaufen die Nute 2b bzw. Abschirmungselemente 6 nur in einer Richtung parallel zueinander. Der Verlauf korrespondiert zu den Reihen der Kristallanordnungen. Es wird somit ein Abschirmungsgitter gebildet dessen Maschen bzw. Photonen-durchlässige Stellen, an die Topologie der Kristalle 1 angepasst ist, aber nicht identisch dazu ist. Auch hier können die Abschirmungselemente bei allen Ausführungen der 2 außen um das Lichtleitelement verbunden sein, wenngleich es nicht visualisiert ist.
3A zeigt eine Ausführung der Erfindung, bei welcher die Abschirmungselemente 6 zwischen die Photodetektoren 3a, eingelegt sind, also in die Abstandbereiche zwischen diesen über der Platine 3.
Die 3B zeigt hierzu die zu einem Gitter verbundenen Abschirmungselemente 6. Hierin sind Maschen ausgebildet, welche die Photodetektoren 3a an deren äußerer Peripherie umgreifen. Die Photodetektoren 3a werden somit durch die Maschen hindurchgesteckt.
Damit liegen die Abschirmungselemente 6 bezogen auf die Strahlungseinfallsrichtung S wiederum im Volumen des betrachteten Detektorblockes, somit also zwischen den Flächen, welche den betrachteten Detektorblock in Strahlungseinfallsrichtung umgrenzen, was bevorzugt für alle möglichen Ausführungen gilt, auch die in der Figurenbeschreibung nicht gezeigten.
In diesem Fall liegen die Abschirmungselemente 6 also zwischen der Lichteintrittsfläche 3b der Photodetektoren 3a und der Platinenunterseite 3c dieses Detektorblockes und damit in dessen Volumen. Hier liegen die Abschirmungselemente sogar weiter beschränkend zwischen der Lichteintrittsfläche 3b der Photodetektoren 3a und der Platinenoberseite.
In transversaler Richtung, also seitlich außerhalb des Detektorblockes mit den Photodetektoren 3a, sind die Abschirmungselemente 6 mit weiteren Abschirmungselementen 5 verbunden, welche in der Ausführung der 3A durch die Platine 3 hindurchgeführt sind, insbesondere in deren Dicke liegen.
Die 3A verdeutlicht weiterhin in der rechtseitigen Ausschnittsvergrößerung, dass in der dort gezeigten bevorzugten Weiterbildung die Photodetektoren eine elektrisch leitfähige Beschichtung 8 aufweisen können, die mit den zwischen den Photodetektoren 3a liegenden Abschirmungselementen 6 elektrisch verbunden sind.
Aufgrund der Ausbildung als Beschichtung, z.B. Bedampfung ist die Dicke dieser Schicht 8 so gering, dass eine genügende Transparenz für Photonen gegeben ist, insbesondere eine Absorption vernachlässigbar ist und ein Dickenaufbau faktisch nicht vorhanden ist. Eine solche Beschichtung 8 ist bevorzugt dünner als 5 Mikrometer, weiter bevorzugt dünner als 2 Mikrometer, noch weiter bevorzugt dünner als 1 Mikrometer.
3C zeigt eine alternative Ausführung, bei welcher lediglich die außerhalb des Detektorblockes mit den Photodetektoren 3a liegenden Abschirmungselemente 5 zusammen mit den in dem Block liegenden Abschirmungselementen 6 ein Abschirmungsgehäuse bilden, welches lediglich diesen genannten Block mit den Photodetektoren 3a umgibt.
3D hingegen zeigt eine Variante, bei der das in gleicher Weise gebildete Abschirmungsgehäuse aus den inneren Abschirmungselementen 6 und den äußeren Abschirmungselementen 5 auch den nachfolgenden Detektorblock mit dem Kühlelement 4 umgibt.
Allgemein kann für alle Ausführungen, auch die hier nicht gezeigten vorgesehen sein, dass mit den äußere Abschirmungselementen 5 zusammen mit den inneren Abschirmungselementen 6 im Volumen des Detektorblockes ein Abschirmungsgehäuse ausgebildet wird, dass alle in Strahlungseinfallsrichtung S noch nachfolgenden Detektorblöcke umgibt. In dieser Ausführung ist das nur der Block mit dem Kühlelement 4.
Die 4 visualisiert schematisch den Einsatz eines erfindungsgemäßen PET-Detektormoduls in einem Hybridscanner, in welchem die Technologie der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und der Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) kombiniert ist.
Erkennbar ist der prinzipielle Aufbau eines MR-Tomographen mit einer HF-Anregungsspule 9 zur Erzeugung elektromagnetischer Felder für die Anregung von Spin-Auslenkungen einer Probe im Untersuchungsvolumen, die hier nicht gezeigt ist.
Die HF-Anregungsspule 9, die auch zum Empfang von Relaxationssignalen der ausgelenkten Spins eingesetzt werden kann, ist radial außen von einer Abschirmung 10 umgeben. Diese kann zylindrisch mit beliebiger, z.B. kreisrunder Grundfläche oder z.B. polygonaler Grundfläche ausgebildet sein. Weiter radial außen ist wenigstens eine Gradientenspule 8 angeordnet zur Erzeugung eines zumindest zeitweise statischen Gradientenmagnetfeldes unter deren Wirkung die Spins der zu untersuchenden Materie eine Vorzugsrichtung aufgeprägt bekommen, aus der die Spins mit der HF-Anregungsspule 9 ausgelenkt werden. Hierdurch kann das Prinzip der MRT-Bildgebung durchgeführt werden, was hier nicht weiter erläutert wird, dem Fachmann aber hinlänglich bekannt ist.
Die Abschirmung 10 für die Abschirmung der HF-Spule 9 hat hier Ausnehmungen in der Mantelfläche, die dem Querschnitt der PET-Detektormodule zumindest im Wesentlichen entsprechen. Die erfindungsgemäßen PET-Detektormodule können so weit in die Ausnehmungen eingesteckt werden, dass deren Abschirmungselemente 6, die im Wesentlichen in einer transversalen Ebene liegen, also senkrecht zur radialen Richtung R des MRT, so ausgerichtet sind, dass diese Ebene mit der Mantelfläche der Abschirmung 10 fluchtet oder tangential dazu ist. Die Abschirmungselemente 6, die ein jeweiliges PET-Detektormodule transversal durchdringen, sind elektrisch an die Mantelfläche des Abschirmung 10 angeschlossen. Ausnehmungen sind hierdurch faktisch elektrisch verschlossen und geschirmt. Durch das Einstecken in die Ausnehmungen der Schirmung 10 können die PET-Detektormodule näher an das Untersuchungsvolumen der Probe, bzw. der zu untersuchenden Materie herangebracht werden, was deren Erfassungsraumwinkel vergrößert. Desweiten kann der Abstand zwischen der HF-Schirmung 10 des MRT und dessen Gradientenspule 8 verringert werden.
Vorteilhafter Weise wird diese Wirkung erzielt, ohne durch die interne Abschirmung der PET-Detektormodule deren Länge zu vergrößern.
Die 5 zeigt eine Ausführung, bei welcher gegenüber der 4 nur ergänzend visualisiert ist, dass die internen Abschirmungselemente 6 mit externen Abschirmungselementen 5 zur Abschirmungsgehäusen ergänzt sind, welche alle in Strahlungseinfallsrichtung nachfolgenden Detektorblöcke umgibt. Es ergibt sich dadurch eine allseitige Abschirmung der PET-Detektormodule, die Strahlungseintrittsseitig durch einen der Detektorblöcke hindurchverläuft, bei den Ausführungen der 4 und 5 durch den Detektorblock mit den mehreren Szinti llatorkristallen.
Die 6 zeigt eine Ausführung, bei welcher gegenüber der 4 und 5 die PET-Detektormodule eine Ringkonfiguration einnehmen, welche radial innen zur HF-Abschirmung 10 angeordnet ist. Die PET-Detektormodule liegen also radial zwischen der HF-Spule 9 und der Abschirmung 10. Diese Abschirmung 10 kann in dieser Ausführung in deren Mantelfläche vollständig geschlossen sein im Vergleich zu den Ausführungen der 4 und 5.
Die Ausführung erschließt die Möglichkeit die Abschirmung 10 für die HF-Spule 9 in einem minimalen Abstand zur Gradientenspule 8 zu positionieren. Zwar liegen hier die PET-Detektormodule im HF-Volumen, haben jedoch eine genügende eigene Abschirmung. Die Abschirmung der PET-Detektormodule ist allseitig durch die äußeren Abschirmelemente 5 und die internen Abschirmungselemente 6 gegeben.
Diese Abschirmelemente 5 und 6 der verschiedenen PET-Detektormodule können miteinander elektrisch leitend verbunden sein, bevorzugt ist in diesem Fall die elektrische Verbindung außerhalb der axialen Erstreckung der HF-Spule ausgeführt.

Claims

PET-Detektormodul für die Erfassung von Gamma-Strahlung in einem Positronen-Emissions-Tomographen, insbesondere in einem kombinierten MRT-PET-Hybridscanner umfassend mehrere in der Strahlungseinfallsrichtung hintereinanderliegend angeordnete Detektorblöcke, wobei die Detektorblöcke zumindest umfassen: a) einen Detektorblock mit wenigstens einem Szintillatorkristall (1), bevorzugt mit mehreren Szintillatorkristallen (1), die senkrecht zur Strahlungseinfallsrichtung nebeneinander angeordnet sind, insbesondere in zwei Richtungen nebeneinander angeordnet sind oder in Strahlungseinfallsrichtung hintereinander angeordnet sind und b) einen Detektorblock mit mehreren Photodetektoren (3a), die senkrecht zur Strahlungseinfallsrichtung nebeneinander angeordnet sind, insbesondere auf einer gemeinsamen Platine (3), insbesondere in zwei Richtungen nebeneinander angeordnet sind, wobei der Detektorblock mit den Photodetektoren(3a) in Strahlungseinfallsrichtung nach dem Detektorblock mit dem wenigstens einen Szintillatorkristall (1) angeordnet ist insbesondere weiter umfassend c) einen Detektorblock aus einem Lichtleitelement (2), das zwischen dem Detektorblock mit mehreren Szintillatorkristallen (1) und dem Detektorblock mit den mehreren Photodetektoren (3a) angeordnet ist und/oder d) einen Detektorblock mit wenigstens einem Kühlelement (4), der in Strahlungseinfallsrichtung nach dem Detektorblock mit den Photodetektoren (3a) angeordnet ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein elektrisch leitfähiges Abschirmungselement (6) zur elektromagnetischen Abschirmung, insbesondere zur Abschirmung elektromagnetischer Felder der Hochfrequenzspule (9) eines Magnetresonanz-Tomographen zumindest teilweise, bevorzugt vollständig in wenigstens einem der Detektorblöcke angeordnet ist, insbesondere zumindest teilweise in dessen Volumen.
PET-Detektormodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Abschirmungselement (6) außen am PET-Detektormodul elektrisch kontaktierbar ist, insbesondere mehrere Abschirmungselemente (6) auch untereinander elektrisch kontaktiert sind.
PET-Detektormodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Detektorblock mit einem einzigen monolithischen Szintillatorkristall (1) der Kristall (1) in seiner Rückfläche (1a), insbesondere die zu dem in Strahlungseinfallsrichtung (S) nachfolgenden Detektorblock weist, in wenigstens einer Richtung, bevorzugt in zwei sich kreuzenden Richtungen mehrere parallele, bevorzugt über den gesamten Kristallquerschnitt verlaufende Ausnehmungen, insbesondere Nute aufweist, in die dem Ausnehmungsverlauf folgende Abschirmungselemente (6) eingelegt sind.
PET-Detektormodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Detektorblock mit mehreren nebeneinander angeordneten Szintillatorkristallen (1), bevorzugt in einem Bereich an oder vor der Rückfläche (1a) der Szintillatorkristalle (1), in wenigstens einer Richtung, bevorzugt in zwei sich kreuzenden Richtungen Abschirmungselemente (6) zwischen zumindest einen Teil der Szintillatorkristalle (1) bevorzugt zwischen alle Szintillatorkristalle (1) gelegt sind.
PET-Detektormodul nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Strahlungseinfallsrichtung (S) betrachtet die Abschirmungselemente (6) vor oder in derjenigen Ebene enden, in der die Rückfläche (1a) des einen Szintillationskristalles (1) oder die Rückflächen (1a) aller Szintillationskristalle (1) liegen.
PET-Detektormodul nach einem der vorherigen Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungselemente (6) als flächige Lamellen ausgebildet sind, wobei die jeweilige Lamellenfläche parallel zur Strahlungseinfallsrichtung (S) liegt.
PET-Detektormodul nach einem der vorherigen Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschirmungselement (6) als ein Wickel ausgebildet ist, dass wenigstens einen Szintillatorkristall (1) umgibt.
PET-Detektormodul nach einem der vorherigen Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch mehrere Lamellen oder ein Wickel ein Abschirmungskanal ausgebildet ist, in dem wenigstens ein Szintillatorkristall (1) angeordnet ist.
PET-Detektormodul nach einem der vorherigen Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschirmungselement (6), insbesondere eine Lamelle oder ein Wickel in der Strahlungseinfallsrichtung (S) eine Erstreckung aufweist, die 10% bis 50% der Erstreckung des einen Szintillatorkristalls (1) oder der mehreren Szintillatorkristalle (1) beträgt.
PET-Detektormodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Detektormodul aus einem Lichtleitelement (2) das Lichtleitelement (2) in seiner Frontfläche (2a), insbesondere die zu dem in Strahlungseinfallsrichtung (S) vorhergehenden Detektorblock weist, in wenigstens einer Richtung, bevorzugt in zwei sich kreuzenden Richtungen mehrere parallele, bevorzugt über den gesamten Querschnitt verlaufende Ausnehmungen (2b), insbesondere Nute (2b) aufweist, in die dem Ausnehmungsverlauf folgende Abschirmungselemente (6) eingelegt sind, bevorzugt wobei in der Strahlungseinfallsrichtung (S) betrachtet die Abschirmungselemente (6) in oder hinter derjenigen Ebene enden, in der die Frontfläche (2a) des Lichtleitelementes (2) liegt.
PET-Detektormodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Anordnung der Abschirmungselemente (6) an die Topologie der mehreren Szintillatorkristalle (1) des in Strahlungseinfallsrichtung (S) vorangehenden Detektorblocks angepasst ist, insbesondere die Abschirmungselemente (6) / Ausnehmungen (2b) in Strahlungseinfallsrichtung fluchtend angeordnet sind zum Abstandsbereich (1c) zwischen benachbarten Szintillatorkristallen (1).
PET-Detektormodul nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmungselemente (6) als flächige Lamellen ausgebildet sind, wobei die jeweilige Lamellenfläche parallel zur Strahlungseinfallsrichtung (S) liegt, insbesondere wobei eine Lamelle in der Strahlungseinfallsrichtung (S) eine Erstreckung aufweist, die kleiner als die Gesamthöhe der Erstreckung des Lichtleitelementes (2) in der Strahlungseinfallsrichtung (S) ist.
PET-Detektormodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Detektorblock mit mehreren Photodetektoren (3a) in den Lücken zwischen benachbarten Photodetektoren (3a), Abschirmelemente (6) angeordnet sind, wobei mehrere Abschirmelemente (6) in wenigstens einer Richtung, bevorzugt zwei sich kreuzenden Richtungen parallel zueinander angeordnet sind.
PET-Detektormodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Photodetektoren (3a) jeweils auf ihrer in der Strahlungseinfallsrichtung zum vorangehenden Detektorblock weisenden Fläche, mit einer transparenten elektrisch leitfähigen Schicht (8) beschichtet sind, die mit den Abschirmelementen (6) verbunden ist.
PET-Detektormodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmelemente (6) innerhalb eines Detektorblockes eine mit photonendurchlässigen Bereichen versehene Abschirmfläche ausbilden, insbesondere die zumindest im Wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Strahlungseinfallsrichtung (S) angeordnet ist, bevorzugt wobei die Abschirmfläche sich über den Gesamtquerschnitt des Detektorblocks erstreckt.
PET-Detektormodul nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innerhalb des Volumens eines Detektorblockes angeordneten Abschirmelemente (6) ausserhalb des Detektorblockes mit weiteren Abschirmelementen (5) elektrisch kontaktiert sind, welche wenigstens einen in Strahlungseinfallsrichtung nachfolgenden Detektorblock, bevorzugt alle in Strahlungseinfallsrichtung nachfolgenden Detektorblöcke außen umgeben.
MRT-PET-Hybridscanner umfassend wenigstens eine Spule (8) zur Erzeugung eines Gradientenmagnetfeldes und wenigstens eine Hochfrequenzspule (9) zur Erzeugung von Spin-Auslenkungen in einem Untersuchungsobjekt, wobei radial außen um die wenigstens eine Hochfrequenzspule (9) eine Abschirmung (10) angeordnet ist zur Abschirmung elektromagnetischer Felder der Hochfrequenzspule (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (10) zumindest teilweise ausgebildet ist durch die elektrisch in Umfangsrichtung miteinander verbundenen Abschirmungselemente (6) von in einer Ringanordnung positionierten mehreren PET-Detektormodulen nach einem der vorherigen Ansprüche.
MRT-PET-Hybridscanner nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (10) der Hochfrequenzspule (9) ausschließlich nur durch die zu einem elektrisch geschlossenen Ring verbundenen Abschirmungselemente (6) der PET-Detektormodule gebildet ist.
MRT-PET-Hybridscanner nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (10) der Hochfrequenzspule (9) gebildet ist durch ein die Hochfrequenzspule umgebendes zylindrisches, elektrisch leitfähiges Element (10) mit mehreren in der Umfangsrichtung nebeneinanderliegenden Ausnehmungen, durch welche jeweils wenigstens ein PET-Detektormodul der Ringanordnung hindurchgesteckt ist, insbesondere bis zu der Ebene, in welcher das wenigstens eine Abschirmungselement (6) im PET-Detektormodul angeordnet ist, wobei die Abschirmungselemente (6) jedes der PET-Detektormodule elektrisch an das zylindrische Element (10) angeschlossen ist, insbesondere an den Rand der jeweiligen Ausnehmung.
MRT-PET-Hybridscanner umfassend wenigstens eine Spule (8) zur Erzeugung eines Gradientenmagnetfeldes und wenigstens eine Hochfrequenzspule (9) zur Erzeugung von Spin-Auslenkungen in einem Untersuchungsobjekt, wobei radial außen um die wenigstens eine Hochfrequenzspule (9) eine Abschirmung (10) angeordnet ist zur Abschirmung elektromagnetischer Felder der Hochfrequenzspule (9), dadurch gekennzeichnet, dass radial innen von der Abschirmung (10) eine Ringanordnung von mehreren PET-Detektormodulen nach einem der vorherigen Ansprüche angeordnet ist, insbesondere wobei die Abschirmungselemente (5, 6) der PET-Detektormodule in einem Bereich außerhalb der axialen Erstreckung der Hochfrequenzspule (9) untereinander elektrisch verbunden sind.