DE112015005868T5

DE112015005868T5 - Hochfrequenzabschirmung für hybride Bilderfassungsgeräte

Info

Publication number: DE112015005868T5
Application number: DE112015005868.0T
Authority: DE
Inventors: Juan Pablo RIGLA PÉREZ; Antonio Javier GONZÁLEZ MARTÍNEZ; José María Benlloch Baviera
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC; Universidad Politecnica de Valencia; General Equipment for Medical Imaging SA; Bruker Biospin SAS
Current assignee: General Equipment For Medical Imaging Sa Es; Bruker Switzerland AG; Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC; Universidad Politecnica de Valencia
Priority date: 2014-12-31
Filing date: 2015-12-29
Publication date: 2017-10-19
Also published as: WO2016107957A1; US10197651B2; JP2018508754A; ES2579003B1; ES2579003A1; US20170299675A1

Abstract

Hybrides medizinisches Bilderfassungsgerät PET-SPECT/MR, enthaltend mindestens ein Szintillatorkristall und mindestens ein Strahlungsdetektormodul, das aus mindestens einer Fotodetektormatrix und einer Elektronikeinheit besteht, wobei dieses Modul eine mechanische Struktur besitzt, deren Außenfläche oder deren Innenfläche oder deren Außen- und Innenfläche in mindestens zwei Abschnitte unterteilt ist, von denen mindestens einer mit Graphen und der Rest mit einem nicht ferromagnetischen Leitermaterial oder alle mit Graphen beschichtet sind, sodass die Beschichtung einen Faradayschen Käfig bildet; und eine Hochfrequenz-Panzerung für ein medizinisches Bilderfassungsgerät, bestehend aus einer Graphenbeschichtung – durchgehend oder in Bahnen – auf allen Flächen der mechanischen Struktur des Detektormoduls des Gerätes oder einer Graphenbeschichtung – durchgehend oder in Bahnen – auf mindestens einer der Flächen kombiniert mit einer Beschichtung aller anderen Flächen aus nicht ferromagnetischen Leitermaterialien, wobei diese Panzerung einen Faradayschen Käfig bildet.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Der Hauptgegenstand dieser Erfindung gehört zum Bereich der Nuklearmedizin und bezweckt insbesondere die Verbesserung der elektromagnetischen Kompatibilität zwischen molekularen Bildgebungssystemen wie PET (Positronen-Emissions-Tomographie) oder SPECT (Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie), deren Detektionselektronik sensibel ist für das Hochfrequenzfeld (HF) der Magnetresonanz (MR).
VORGESCHICHTE DER ERFINDUNG
Im vergangenen Jahrzehnt stieg das Interesse an der Anfertigung multimodaler Bilder, hauptsächlich durch die Systeme PET/CT oder SPECT/CT, um gleichzeitig strukturelle (anatomische) und molekulare medizinische Abbildungen herzustellen. Diese Systeme ermöglichen die Erfassung metabolischer oder molekularer Bilder „in vivo”, z. B. durch die PET-Technik. Der in den PET-Geräten meistverwendete Tracer ist die FDG (Fluordesoxyglucose), die sich in den anatomischen Regionen mit erhöhtem Stoffwechselgeschehen ansammelt. Diese Regionen lassen sich direkt mit den anatomischen oder strukturellen CT-Bildern in Verbindung bringen.
In jüngster Zeit besteht ein verstärktes Interesse an der Entwicklung hybrider PET-SPECT/MR-Systeme, bei denen die – hauptsächlich anatomische – Information per MR gewonnen wird, wodurch die ionisierende Strahlenbelastung im Vergleich zu CT-Systemen reduziert werden kann. Außerdem verkürzt ein hybrides, simultanes System die Datenerfassungszeiten und ermöglicht damit neben den dank der gleichzeitigen Ermittlung von PET- und MR-Daten neuartigen Informationen die Untersuchung einer größeren Anzahl von Patienten. Im Vergleich mit den CT-Systemen erzielen die MR-Systeme im Allgemeinen einen stärkeren Kontrast bei Weichgeweben, neuerdings auch bei Hartgeweben, und eine bessere räumliche Auflösung der anatomischen Bilder im Bereich von 50–100 μm [1], wodurch außerdem Informationen über verschiedene physiologische Parameter gewonnen werden.
Aus technologischer Sicht ist die Integration eines PET- oder SPECT-Tomographen in ein MR-Gerät eine große Herausforderung, und zwar im Wesentlichen wegen zwei Problemen, die gelöst werden müssen, damit die Integration eines PET/SPECT- und eines MR-Gerätes in einer einzigen Anlage gelingt. Das erste dieser Probleme besteht darin, dass das Verhalten der MR-Geräte von der Präsenz der chemischen Elemente beeinflusst wird, die beim Bau von PET/SPECT-Geräten verwendet werden. So können die Detektoren oder ihre Elektronik ferromagnetische Stoffe enthalten, die sich auf das von den MR-Geräten aufgebaute Magnetfeld auswirken. Und das zweite Problem stellen die möglichen Störungen der Elektronik der PET/SPECT-Geräte durch das Hochfrequenzsignal dar, das in den Hochfrequenzspulen der MR-Geräte generiert wird.
Um die Interferenz des Hochfrequenzsignals mit der Elektronik des PET- oder SPECT-Gerätes zu verhindern, kann man eine Abschirmung gegen dieses Hochfrequenzfeld aus einem nicht ferromagnetischen Leitermaterial installieren. Solche Abschirmungen werden in der Regel in der Mechanik angebracht, die den Detektorblock abdeckt und den Durchgang des vom Szintillatorkristall produzierten Lichtes zu den Fotodetektoren des PET/SPECT-Gerätes nicht behindert. Zurzeit sind SiPM (Silicon Photomultiplier) und APD (Avalanche Photodiodes) die bei der Konstruktion hybrider PET/MR-Systeme bevorzugten Fotodetektortypen, weil deren Funktion von Magnetfeldern nicht gestört wird.
Das Problem besteht darin, dass die Hochfrequenz-Abschirmung auch das von den MR-Geräten generierte Magnetfeld stören kann. Da für diese HF-Abschirmung ein Leitermaterial verwendet wird, erzeugen sowohl das Gradientenfeld, bei niedrigen Frequenzen, als auch die von den MR-Geräten generierten HF-Signale auf der Oberfläche dieser Abschirmung bestimmte elektrische Ströme, sogenannte Wirbelströme, die die Homogenität des Magnetfeldes des MR-Gerätes beeinträchtigen können.
Es gibt verschiedene Lösungen zur Reduzierung dieser Ströme: eine davon besteht in der Unterteilung der HF-Abschirmung in Abschnitte, die kleiner sind als 20 × 20 mm [3], oder in der Vergrößerung des Abstandes zwischen dem PET/SPECT-Gerät und dem Bereich des gleichförmigen Magnetfeldes des MR-Gerätes, wodurch jedoch die Detektionsleistung des PET/SPECT-Gerätes beeinträchtigt wird.
Eine mögliche Lösung ist im Patent US7218112 B2 beschrieben, das ein kombiniertes PET/MR-System bekannt macht, dessen HF-Abschirmung aus einer Vielzahl von Öffnungen besteht, in denen die Szintillatorkristalle des PET-Detektors so untergebracht werden, dass sich mindestens ein Teil von ihnen im HF-Rückflussbereich befindet. Der Nachteil dieser Lösung ist die dazu erforderliche Erweiterung des Herstellungsverfahrens der Kristalle um deren Bearbeitung mit dem Abschirmungsmaterial. Diese Lösung ist aber auch völlig verschieden von der Lösung der Erfindung.
Das Patent US8823259 B2 stellt eine Graphenfolie zum Schutz von Fotokathoden, z. B. vom Typ QE, d. h. mit hoher Quantenausbeute, vor. Eine einzelne Graphenlage dient als transparenter Schirm, der Photonen oder Elektronen durchlässt, den lichtempfindlichen Film aber gleichzeitig von den Reaktivgasen isoliert und damit die Verschmutzung der Fotokathoden verhindert und deren Lebensdauer verlängert. Die Graphenfolie wird direkt auf den lichtempfindlichen Film gelegt. In einer anderen Variante enthält die Fotokathode: einen Film, die Graphenfolie mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche und einen Graphenträger auf einem ersten Abschnitt der ersten Oberfläche der Graphenfolie. Sie ist so gestaltet, dass ihre erste Oberfläche einen zweiten Abschnitt besitzt, der ohne Graphenträger direkt auf den lichtempfindlichen Film aufgebracht ist. Dieses Abschirmungssystem ist somit verschieden von dem System der Erfindung, bei der es darum geht, die Detektormodule von medizinischen Bilderfassungsgeräten vor der Hochfrequenz zu schützen.
Eine andere Patentanmeldung, US20130068521 A1, stellt eine Abschirmung für elektromagnetische Felder im Allgemeinen und eine Methode zum Schutz elektromagnetischer Strahlung unter Einsatz von Graphen im Innen- oder Außenbereich der elektromagnetischen Strahlenquelle und/oder auf einem Substrat vor. Ferner präsentiert sie ein graphenhaltiges Schutzmaterial gegen elektromagnetische Strahlung, während es bei dieser Erfindung darum geht, die Detektormodule mithilfe einer Faradayschen Käfigstruktur abzuschirmen, die die Wirbelströme minimiert und das im Szintillatorkristall erzeugte Funkellicht zu den Fotodetektoren durchlässt.
Die Patentanmeldung WO2011087301 A2 bezieht sich wiederum auf eine Methode zum Aufbau einer Schutzbarriere aus Graphen, die gegen Gas und Feuchtigkeit abschirmt. Dabei kann je nach zu schützendem Gerätetyp eine einfache oder eine mehrlagige Graphenschicht verwendet werden.
Allgemein umfasst das HF-Abschirmungssystem eine Schicht aus einem leitenden, nicht ferromagnetischen Metall (Kupfer, Silber oder Gold) oder aus Verbundmaterialien auf Kohlefaserbasis, die das PET/SPECT-Gerät komplett oder jedes Modul des PET/SPECT-Gerätes einzeln umgibt. Das Problem von Abschirmungssystemen ist, dass sowohl das Gradientenfeld als auch das HF-Feld, die von herkömmlichen MR-Geräten erzeugt werden, auf der Oberfläche dieser Abschirmung bestimmte elektrische Ströme, die sogenannten Wirbelströme generieren, die die Gleichförmigkeit des Magnetfeldes im Sichtfeld des MR-Gerätes beeinträchtigen [4].
Zweck der Erfindung ist die Entwicklung einer Hochfrequenz-Abschirmung aus Graphen und nicht ferromagnetischen Leitermaterialien zum Schutz der Elektronik der Detektormodule vor den von MR-Geräten generierten HF-Signalen, welche zwischen Szintillatorkristall und Fotodetektoren installiert wird und das Funkellicht durchlässt. Diese elektromagnetische Abschirmung darf dabei aber die vom Hauptfeld und vom Gradientensystem des MR-Gerätes hergestellten Magnetfelder weder abschirmen noch beeinflussen.
Die Erfindung präsentiert eine neuartige Hochfrequenz-Abschirmung in der Form eines Faradayschen Käfigs, spezifisch konzipiert für hybride Bilderfassungsgeräte, mit dem zusätzlichen Zweck, die in der HF-Abschirmung generierten Wirbelströme, die die Homogenität des von den MR-Geräten aufgebauten Magnetfeldes beeinträchtigen können, zu reduzieren, ohne dabei aber das Hauptmagnetfeld oder die Magnetfelder, die vom Gradientensystem der MR-Geräte erzeugt werden, abzuschirmen. Im Ergebnis handelt es sich um eine HF-Abschirmungskonstruktion, die zum Teil auf Graphen basiert, in PET- oder SPECT-Anlagen installiert wird und die Herstellung kompakterer und damit leistungsfähigerer hybrider PET/MR- oder SPECT/MR-Anlagen ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird das Graphen genau vor (in nächster Nähe zu) dem Fotodetektorensystem aufgebracht, um zwischen HF-Spule und Abschirmung genügend Platz (wie die Dicke des Kristalls) zu lassen. Da die Graphenschicht nur ein oder zwei Atome dick ist, ist sie durchlässig für einen hohen Prozentanteil des Lichtes, sowie für statische und Niederfrequenz-Magnetfelder, nicht aber für HF.
In diesem Bericht werden die Begriffe „Beschichtung” und „Abschirmung” mit völlig gleicher Bedeutung gebraucht. Dasselbe gilt für die Begriffe „außen” und „äußere” und „innen” und „innere”. Die Kombination von PET und MR oder SPECT und MR nennen wir hybride Systeme oder Geräte zur medizinischen Bilderfassung.
Der Ausdruck „Austrittsseite der vom Szintillatorkristall generierten Photonen” bedeutet dasselbe wie „dem Fotodetektor zugewandte Seite”.
BESCHREIBUNG
Der Faradaysche Käfig besteht aus zwei separaten geerdeten Lagen mit kleinem Zwischenraum (oder aus einer geerdeten Lage und einer Lage mit geringem Potenzial im Verhältnis zur Erde, sodass ein kleiner Kondensator entsteht), die in kleine Segmente unterteilt sind, um die Entstehung von Wirbelströmen zu verhindern.
Bei dieser Erfindung wird die eigens für das hybride System konstruierte Faradaysche Käfigstruktur zum Schutz der Fotodetektormatrix und der Elektronik (Platinen zur Erfassung, Verarbeitung und Übertragung des Signals), die im Inneren jedes Detektormoduls installiert sind, vor der Strahlung eines PET/SPECT-Gerätes verwendet. Die mechanische Struktur der Strahlungsdetektormodule ist nach spezifischen Entwürfen gefertigt und besteht aus zwei Abschnitten, die aus verschiedenen Materialien hergestellt (Graphen und nicht ferromagnetische Leitermetalle) und miteinander in Kontakt sind, sodass sie eine Faradaysche Käfigstruktur bilden, die den Zweck verfolgt, die Detektionselektronik vor den HF-Signalen zu schützen, die die MR-Geräte generieren. Ein erster aus Graphen bestehender Abschnitt der mechanischen Struktur wird zwischen Szintillatorkristall und Fotodetektormatrix installiert. Der zweite Abschnitt der mechanischen Struktur wird auf den restlichen Seiten eines jeden Detektormoduls angebracht, in dem die Fotodetektormatrix und die Elektronik untergebracht sind, und besteht aus einer Lage eines nicht ferromagnetischen Leitermaterials (Kupfer, Silber, Gold, Faser aus Kohlenstoffnanoröhren o. a.).
So bleibt der Modulabschnitt, der das monolithische oder pixelisierte Szintillatorkristall enthält, das in der mechanischen Struktur gekapselt ist, die es vor dem Außenlicht schützt und deren Funktion von den HF-Signalen nicht beeinträchtigt wird, außerhalb des Faradayschen Käfigs. Auf diese Weise wird vermieden, dass sich auf der dem Sichtfeld des MR-Gerätes nächsten Fläche des Detektormoduls Wirbelströme bilden und es zu Interferenzen mit dem Magnet- und dem HF-Feld des MR-Gerätes kommt, wie sie bei einem Detektormodul entstehen würden, welches ganz vom Faradayschen Käfig umgeben ist. Diese Lösung ermöglicht die Positionierung des hybriden Gerätes zur medizinischen Bilderfassung, vorzugsweise eines PET/SPECT-Gerätes, näher am zu untersuchenden Subjekt oder Tier, ohne dass dabei das HF-Feld verzerrt wird, und macht eine Abschirmung des Hauptmagnetfeldes und der vom Gradientensystem aufgebauten Magnetfelder überflüssig, sodass die PET/SPECT-Geräte kompakter konstruiert werden können und eine bessere Detektionsleistung erzielen.
Diese Erfindung bezieht sich in erster Linie auf ein hybrides medizinisches Bilderfassungsgerät vom Typ PET/MR oder SPECT/MR, umfassend:

– mindestens ein monolithisches oder pixelisiertes Szintillatorkristall und
– mindestens ein Strahlungsdetektormodul, das mindestens eine Fotodetektormatrix und eine Detektions-, Erfassungs- und Übertragungselektronik enthält und eine mechanische Struktur besitzt, deren Oberfläche unterteilt ist in mindestens:
– einen ersten Abschnitt, bestehend aus der Austrittsseite der vom Szintillatorkristall generierten Photonen und
– einen zweiten Abschnitt, bestehend aus den übrigen Flächen der mechanischen Struktur des Moduls, das mindestens eine Fotodetektormatrix und eine Elektronikeinheit enthält, die das Szintillatorkristal nicht umgeben, so konstruiert, dass der erste und der zweite Abschnitt eine geschlossene Struktur bilden, wobei:
– mindestens der erste Abschnitt mit einer Graphenbeschichtung einer Dicke von ein oder zwei Atomen versehen ist und
– der zweite Abschnitt mit einer Graphenbeschichtung einer Dicke von ein oder zwei Atomen oder mit einer Schicht aus einem nicht ferromagnetischen Leitermaterial versehen ist und bei der Oberfläche der mechanischen Struktur ausgewählt wird zwischen:
– Außenfläche,
– Innenfläche und
– beiden Flächen.

Bei jeder Ausführung des Gerätes kann die Graphenbeschichtung des ersten Abschnitts – welcher, wie im letzten Absatz erwähnt, stets mit Graphen beschichtet ist – auf der Austrittsseite der vom Szintillatorkristall generierten Photonen, die sich zwischen dem Szintillatorkristall und dem Teil des Detektormoduls befindet, das die Fotodetektormatrix und die Detektions-, Erfassungs- und Übertragungselektronik enthält, durchgehend oder in Bahnen ausgeführt sein. Diese Bahnen sind voneinander getrennt und in zwei durch ein dielektrisches Medium getrennten Lagen so angeordnet, dass immer eine räumliche Überlappung zwischen den beiden Lagen vorliegt, wie weiter unten in diesem Bericht erklärt ist.
Bei jeder Ausführung des Gerätes kann die Graphenbeschichtung des zweiten Abschnitts (wenn dieser ebenfalls mit Graphen beschichtet ist) auf den anderen Flächen der mechanischen Struktur des Detektormoduls, die mindestens eine Fotodetektormatrix und eine Elektronikeinheit enthält, welche das Szintillatorkristall nicht umgeben, durchgehend oder in Bahnen ausgeführt sein. Diese Bahnen sind voneinander getrennt und in zwei durch ein dielektrisches Medium getrennten Lagen so angeordnet, dass immer eine räumliche Überlappung zwischen den beiden Lagen vorliegt, wie weiter unten in diesem Bericht erklärt ist.
Bei jeder Ausführung des Gerätes kann die Beschichtung des zweiten Abschnitts mit nicht ferromagnetischen Leitermaterialien gegebenenfalls auch durchgehend oder in Bahnen ausgeführt sein. Diese Bahnen sind voneinander getrennt und in zwei durch ein dielektrisches Medium getrennten Lagen so angeordnet, dass immer eine räumliche Überlappung zwischen den beiden Lagen vorliegt, wie weiter unten in diesem Bericht erklärt ist.
Bei dem hybriden Gerät der Erfindung sind die Abschnitte der Oberfläche des Detektormoduls beschichtet und bilden einen Faradayschen Käfig. Der Faradaysche Käfig ist geerdet, um die darin erzeugte elektrische Ladung abzuleiten.
Bei einer besonderen Ausführung des Gerätes ist nur der erste Abschnitt der Detektormoduloberfläche mit Graphen beschichtet, und zwar die dem Detektormodul zugewandte Seite des Szintillatorkristalls, während der zweite Abschnitt mit mindestens einem nicht ferromagnetischen Leitermaterial einer Stärke zwischen 5 Mikrometern und 2 mm beschichtet ist. Der Rest der Detektormodulflächen kann mit nicht ferromagnetischen Materialien beschichtet sein, wie beispielsweise:

– nicht ferromagnetische Leitermaterialien, vorzugsweise Kupfer, Silber oder Gold, und
– nichtmetallische Verbundstoffe, z. B. auf Kohlefaserbasis.

Bei bestimmten besonderen Ausführungen des hybriden Gerätes ist der erste Abschnitt der Oberfläche des graphenbeschichteten Moduls mindestens aus folgenden Bestandteilen zusammengesetzt:

– eine erste Substratschicht einer Stärke von 50 bis 200 Mikrometern,
– eine zweite Schicht, bestehend aus Graphen, mit einer Stärke von ein oder zwei Atomen, bei der das Graphen auf alle Flächen des Substrates aufgetragen ist, wobei die graphenhaltigen Seitenschichten des Substrates in Kontakt sind mit der Beschichtung aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial, die die restlichen Abschnitte der Oberfläche des Detektormoduls und somit auch dessen Elektronik schützt. Das Substrat kann beispielsweise aus einer PET- oder PMMA-Lage bestehen. Wahlweise kann auf die Graphenschicht zusätzlich eine 25 bis 50 Mikrometer starke dritte Schutzschicht aus einem plastischen Material, vorzugsweise PMMA oder Polyethylenterephthalat, aufgetragen werden, sodass eine Sandwichstruktur entsteht. Die Graphenschichten auf dem seitlichen Substrat werden dazu verwendet, die elektrische Ladung zu reduzieren, die in der Graphenabschirmung erzeugt wird, denn diese Flächen sind in Kontakt mit der Leitermetallschicht, die die Elektronik jedes einzelnen Moduls des PET-Gerätes schützt.

Eine Alternative, die diese Erfindung als Abschirmung des HF-Feldes ohne Reduzierung des Funkellichtdurchflusses vorschlägt, ist das direkte Auftragen des Graphens auf die Austrittsseite der im Szintillatorkristall erzeugten Photonen (die dem Fotodetektor zugewandte Seite). Dabei wird das Szintillatorkristall als Substrat für die Graphenbeschichtung verwendet. Diese ebenfalls 1 oder 2 Atome starke Graphenschicht ist nachträglich vorzugsweise mit einer dünnen Plastikschutzschicht zu versehen.
Es handelt sich um das gleiche System, wie es oben beschrieben ist, mit dem einzigen Unterschied, dass in diesem Falle statt einer PET- oder PMMA-Lage die Austrittsseite des Szintillatorkristalls als Substrat verwendet wird. Einer Zusatzvariante zufolge bedeckt eine ein oder zwei Atome starke Graphenschicht die Austrittsseite des Szintillatorkristalls, d. h. jene Fläche, die dem Fotodetektor des Detektormoduls zugewandt ist, sich also zwischen Szintillatorkristall und Fotodetektormatrix befindet, und hat direkten Kontakt mit der Austrittsseite des Szintillatorkristalls; ebendiese Graphenschicht ist mit einer 50 bis 200 Mikrometer starken Plastikschutzschicht aus einem Material wie Polyethylenterephthalat oder Polymethylmethacrylat überzogen. Bei diesem Ausführungsvorschlag ist die mechanische Struktur, die die Elektronik jedes Detektormoduls schützt, ihrerseits durch eine HF-Abschirmung aus nicht ferromagnetischen Leitermaterialien geschützt, die mit der Graphenabschirmung in Kontakt ist. Die HF-Abschirmung ist geerdet, um die in ihr aufgebaute elektrische Ladung abzuleiten.
Somit ist gemäß den zusätzlichen besonderen Ausführungen des hybriden Gerätes der erste Abschnitt der Oberfläche des mit Graphen beschichteten Moduls so strukturiert, dass er mindestens folgende Bestandteile enthält:

– eine erste Graphenschicht, direkt auf das Szintillatorkristall aufgetragen, mit einer Stärke von ein oder zwei Atomen, so angeordnet, dass sie in Kontakt ist mit der Beschichtung aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial, die die übrigen Abschnitte der Detektormoduloberfläche und damit auch die Elektronik dieses Detektormoduls schützt. Wahlweise kann das Graphen mit einer dritten Plastikschutzschicht einer Stärke zwischen 50 und 200 Mikrometern versehen werden, vorzugsweise aus PMMA oder Polyethylenterephthalat.

Eine weitere Alternative dieser Erfindung besteht in der Graphenbeschichtung – ohne jeglichen Einsatz nicht ferromagnetischer Leitermaterialien oder auf Kohlefaser basierender Verbundstoffe – der gesamten mechanischen Struktur der Detektormodule des hybriden medizinischen Bilderfassungsgerätes, vorzugsweise einer PET/SPECT-Anlage, oder der gesamten Struktur der PET/SPECT-Geräte, sei es auf den Außenflächen oder den Innenflächen dieser Detektormodule.
Daher kann bei dem hybriden Gerät der Erfindung

– der erste Abschnitt, d. h. die Austrittsseite der im Szintillatorkristall erzeugten Photonen, mit einer ein oder zwei Atome starken Graphenschicht und
– der zweite Abschnitt, also die übrigen Flächen der mechanischen Struktur des Moduls, die das Szintillatorkristall nicht umgeben, mit einer ein oder zwei Atome starken Graphenschicht versehen sein und bei der Oberfläche der mechanischen Struktur ausgewählt wird zwischen:
– Außenfläche,
– Innenfläche und
– beiden Flächen.

Die Bezüge auf ein nicht ferromagnetisches Leitermaterial sind so zu verstehen, dass es sich dabei um einen bestimmten Stoff oder um eine Kombination aus mindestens zwei Stoffen handeln kann.
Um die Wirbelströme noch stärker zu minimieren, schlägt diese Erfindung eine alternative Ausführung für jeden Abschnitt der HF-Abschirmung mit Graphen, nicht ferromagnetischen Leitermaterialien oder beidem vor. Bei dieser Ausführung wird die Abschirmung mit einer Mehrzahl von sandwichartig angeordneten Graphenbahnen oder -bändern hergestellt. Jede Bahn ist 5 bis 20 mm breit und von der nächsten Bahn durch einen Abstand von bis zu einem Millimeter (0,01–1 mm) getrennt. Die Bahnen werden aufgebracht auf alle Flächen der Mechanik der Detektormodule, die inneren und die äußeren. Um das Eindringen der HF zu verhindern, sind zwei Lagen dieser Struktur erforderlich, die sich stets räumlich überlappen müssen.
So kann jede Ausführung des hybriden Gerätes außerdem mit einer wie folgt strukturierten Graphenbeschichtung versehen sein:

– eine erste Gruppe von Graphenbahnen einer Breite von je 5 bis 20 mm, voneinander getrennt durch einen Abstand von 0,01–1 mm, aufgebracht auf alle Innenflächen, alle Außenflächen oder sämtliche Flächen der mechanischen Struktur jedes Detektormoduls, und
– eine zweite Gruppe von Graphenbahnen, so angeordnet, dass sie mit der ersten Gruppe eine Sandwichstruktur bildet und dass sie die Zwischenräume der Bahnen der ersten Gruppe so bedeckt, dass stets eine räumliche Überlappung zwischen beiden Gruppen hergestellt ist,
– wobei die erste und die zweite Bahnengruppe mit seitlichen Graphenlagen verbunden sind, damit die von diesen Graphenbahnen aufgenommene elektrische Ladung abgeleitet wird, und
– alle diese Bahnen mit seitlichen Graphenlagen verbunden sind, um die von den Bahnen aufgenommene elektrische Ladung abzuleiten, und
– eine dielektrische Folie aus Polymethylmethacrylat, Polyethylenterephthalat, Polylactid, Nylon oder Kombinationen dieser Stoffe, angeordnet zwischen den beiden Graphenbahngruppen, mit einer Stärke zwischen 10 Mikrometern und 2,0 mm. Wahlweise kann das dielektrische Material auch auf die dem Kontakt und der Handhabung ausgesetzte zweite Graphenbahngruppe aufgebracht werden.

Diese Sandwichstruktur besitzt eine Transparenz von ca. 95–97% für Funkellicht (200–800 nm) und verhindert den Verlust der vom (monolithischen oder pixelisierten) Szintillatorkristall erzeugten Photonen, die von der Fotodetektormatrix (SiPMs oder APDs) aufgenommen werden.
Der in dieser alternativen Ausführung beschriebene Faradaysche Käfig ist geerdet, um die von der Abschirmung aufgenommene elektrische Ladung abzuleiten, oder es ist eine der Lagen von Bahnen geerdet und die andere an ein relativ zur Erde geringes Potenzial angeschlossen, um einen kleinen Kondensator zu bilden.
Ferner kann bei jeder Ausführung des hybriden Gerätes das nicht ferromagnetische Leitermaterial als Beschichtung mit folgender Struktur ausgebildet sein:

– eine erste Gruppe von Bahnen aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial mit einer Breite von je 5 bis 20 mm, voneinander getrennt durch einen Abstand von 0,01–1 mm, aufgebracht auf alle Innenflächen, alle Außenflächen oder sämtliche Flächen der mechanischen Struktur jedes Detektormoduls, und
– eine zweite Gruppe von Bahnen aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial, so angeordnet, dass sie mit der ersten Gruppe eine Sandwichstruktur bildet und dass sie die Zwischenräume der Bahnen der ersten Gruppe so bedeckt, dass stets eine räumliche Überlappung zwischen beiden Gruppen hergestellt ist,
– wobei die erste und die zweite Bahnengruppe mit seitlichen Graphenlagen verbunden sind, damit die von diesen Graphenbahnen aufgenommene elektrische Ladung abgeleitet wird, und
– eine dielektrische Folie, angeordnet zwischen den beiden Gruppen von Bahnen aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial. Als dielektrisches Material kommen wahlweise Polymethylmethacrylat, Polyethylenterephthalat, Polylactid, Nylon oder Kombinationen dieser Stoffe in einer Stärke zwischen 10 Mikrometern und 2,0 mm zur Anwendung. Darüber hinaus kann das dielektrische Material wahlweise auch auf die dem Kontakt und der Handhabung ausgesetzte zweite Gruppe von Bahnen des nicht ferromagnetischen Leitermaterials aufgebracht werden.

Der auch für diese alternative Ausführung beschriebene Faradaysche Käfig ist geerdet, um die von der Abschirmung aufgenommene elektrische Ladung abzuleiten, oder es ist eine der Lagen von Bahnen geerdet und die andere an ein relativ zur Erde geringes Potenzial angeschlossen, um einen kleinen Kondensator zu bilden.
Einer alternativen Ausführung gemäß ist die Abschirmung des nicht ferromagnetischen Leitermaterials am hybriden Gerät gebildet aus:

– einer ersten Gruppe von Graphenbahnen mit einer Breite von je 5 bis 20 mm, voneinander getrennt durch einen Abstand von 0,01–1 mm, aufgebracht auf alle Innenflächen, alle Außenflächen oder sämtliche Flächen der mechanischen Struktur jedes Detektormoduls, und
– einer zweiten Gruppe von Bahnen aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial, so angeordnet, dass sie mit der ersten Gruppe eine Sandwichstruktur bildet und dass sie die Zwischenräume der Bahnen der ersten Gruppe so bedeckt, dass stets eine räumliche Überlappung zwischen beiden Gruppen hergestellt ist,
– wobei diese Bahnen nicht ferromagnetischen Leitermaterials miteinander verbunden sind durch einen dünnen Streifen aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial (Kupfer, Silber oder Gold) mit einer Breite zwischen wenigen Mikrometern und einem Millimeter (0,01–1 mm), um die von den Streifen aufgenommene elektrische Ladung abzuleiten, sowie,
– einer dielektrischen Folie aus Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyethylenterephthalat (PET), Polylactid (PLA), Nylon oder Kombinationen dieser Stoffe, angeordnet zwischen den beiden Bahnen des nicht ferromagnetischen Leitermaterials.

Diese Ausführung bezieht sich auf eine Beschichtung mit nicht ferromagnetischem Leitermaterial in Form von Bahnen, die anstatt in durchgehender Anordnung auch in den Fällen aufgebracht werden kann, in denen

– mindestens der erste Abschnitt mit einer ein oder zwei Atome starken Graphenschicht und
– auch der zweite Abschnitt mit einer ein oder zwei Atome starken Graphenschicht versehen ist, sowie in den Fällen, in denen
– der erste Abschnitt mit einer ein oder zwei Atome starken Graphenschicht und
– der zweite Abschnitt mit einer ein oder zwei Atome starken Schicht aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial versehen ist.

Der auch für diese alternative Ausführung beschriebene Faradaysche Käfig ist geerdet, um die von der Abschirmung aufgenommene elektrische Ladung abzuleiten, oder es ist eine der Lagen von Bahnen geerdet und die andere an ein relativ zur Erde geringes Potenzial angeschlossen, um einen kleinen Kondensator zu bilden.
Für jede Ausführung des hybriden Gerätes kann das Detektormodul auch aus einem Gammastrahlendetektor bestehen.
Diese Erfindung bezieht sich ferner auf den Gebrauch eines Bilderfassungsgerätes des definierten Typs zur Erfassung anatomischer oder struktureller Bilder.
Diese Erfindung bezieht sich ferner auf eine Panzerung oder Abschirmung gegen Hochfrequenzstrahlung (HF) wie sie in jeder der oben erwähnten Geräteausführungen inbegriffen und beschrieben ist.
Diese Erfindung bezieht sich ferner auf eine Panzerung oder Abschirmung gegen Hochfrequenzstrahlung (HF) für ein medizinisches Bilderfassungsgerät, bestehend aus:

– mindestens einem monolithischen oder pixelisierten Szintillatorkristall und
– mindestens einem Strahlendetektormodul, das mindestens eine Fotodetektormatrix und eine elektronische Einheit beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, dass diese Panzerung besteht aus:
– einer Graphenbeschichtung oder -abschirmung, durchgehend oder in Bahnen, auf allen Flächen der mechanischen Struktur des Detektormoduls, oder
– einer Graphenbeschichtung oder -abschirmung, durchgehend oder in Bahnen, auf mindestens einer Fläche, insbesondere der dem Detektormodul zugewandten Seite des Szintillatorkristalls, in Kombination mit der Beschichtung aller übrigen Flächen, die das Szintillatorkristall nicht umgeben, mit mindestens einem nicht ferromagnetischen Leitermaterial, ebenfalls durchgehend oder in Bahnen angeordnet,

Das nicht ferromagnetische Leitermaterial hat eine Stärke zwischen 5 Mikrometern und 2 mm und kann ausgewählt werden zwischen:

– nicht ferromagnetischen Leitermaterialien, vorzugsweise Kupfer, Silber und Gold, und
– nichtmetallischen Verbundstoffen, beispielsweise auf Kohlefaserbasis.

Für jede Ausführung der Panzerung kann die Graphenbeschichtung auf allen Flächen der mechanischen Struktur des Detektormoduls durchgehend oder in Bahnen aufgebracht sein. Diese Bahnen sind voneinander getrennt und in zwei durch ein dielektrisches Medium voneinander getrennten Lagen so angeordnet, dass sich beide Lagen stets räumlich überlappen.
Für jede Ausführung der Panzerung kann die Graphenbeschichtung auf mindestens einer der Flächen, welche immer mit Graphen beschichtet ist, nämlich die dem Detektormodul zugewandte Fläche des Szintillatorkristalls, die angeordnet ist zwischen dem Szintillatorkristall und dem Teil des Detektormoduls, das die Fotodetektormatrix und die Elektronikeinheit beinhaltet, durchgehend oder in Bahnen aufgetragen sein. Die besagten Bahnen sind voneinander getrennt und in zwei durch ein dielektrisches Medium voneinander getrennten Lagen so angeordnet, dass sich beide Lagen stets räumlich überlappen.
Für jede Ausführung der Panzerung kann die Beschichtung mit nicht ferromagnetischen Leitermaterialien gegebenenfalls auch durchgehend oder in Bahnen aufgetragen sein. Diese Bahnen sind voneinander getrennt und in zwei durch ein dielektrisches Material voneinander getrennten Lagen so angeordnet, dass sich beide Lagen stets räumlich überlappen.
Bei der Panzerung oder Abschirmung der Erfindung kann die Graphenbeschichtung so ausgeführt sein, dass sie mindestens folgende Bestandteile enthält:

– eine erste Lage aus einem 50 bis 200 Mikrometer starken Substrat,
– eine zweite Lage aus Graphen mit einer Stärke von ein oder zwei Atomen, wobei das Graphen auf alle Flächen des Substrats aufgetragen ist und die seitlichen Lagen des Substrats, welche Graphen enthalten, in Kontakt sind mit der Beschichtung aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial, das die restlichen Bereiche der Oberfläche des Detektormoduls und damit auch die Elektronik dieses Detektormoduls schützt. Das Substrat kann aus einem Kunststoff wie PTE oder PMMA bestehen. Wahlweise kann die Graphenbeschichtung zusätzlich eine 25 bis 50 Mikrometer starke dritte Schutzschicht aus Kunststoff, vorzugsweise PMMA oder Polyethylenterephthalat enthalten, die auf das Graphen aufgetragen ist, sodass eine Sandwichstruktur entsteht.

Zusätzlichen Ausführungen zufolge kann das Graphen bei der Panzerung oder Abschirmung der Erfindung das Szintillatorkristall direkt bedecken. Wahlweise kann eine zusätzliche 50–200 Mikrometer starke Schutzschicht aus Kunststoff, vorzugsweise PMMA oder Polyethylenterephthalat, auf das Graphen aufgetragen sein.
Außerdem können bei der Panzerung oder Abschirmung im Sinne der Erfindung sowohl das Graphen als auch das nicht ferromagnetische Leitermaterial oder beide zu einer Beschichtung ausgeformt sein, die besteht aus:

– einer ersten Gruppe von Bahnen einer Breite von je 5 bis 20 mm, angeordnet in einem Abstand von 0,01–1 mm zueinander auf allen Innen- oder allen Außenflächen oder sowohl auf den Innen- als auch auf den Außenflächen der mechanischen Struktur jedes Detektormoduls, und
– einer zweiten Gruppe von Bahnen, die mit der ersten Gruppe eine Sandwichstruktur bildet und die Zwischenräume zwischen den Bahnen der ersten Gruppe so abdeckt, dass stets eine räumliche Überlappung zwischen beiden Gruppen hergestellt ist,
– wobei die erste und die zweite Gruppe der Bahnen, wenn sie aus Graphen bestehen, mit seitlichen Graphenlagen verbunden sind, damit die von den Bahnen aufgenommene elektrische Ladung abgeleitet wird,
– wobei diese Bahnen, wenn sie aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial bestehen, durch einen dünnen Streifen nicht ferromagnetischen Materials (Kupfer, Silber oder Gold) einer Breite von einigen Mikrometern bis zu einem Millimeter (0,01–1 mm) miteinander verbunden sind, damit die von den Bahnen aufgenommene elektrische Ladung abgeleitet wird, und
– einer Folie aus dielektrischem Material, angeordnet zwischen den beiden Bahnengruppen.

Als dielektrisches Material können Polymethylmethacrylat, Polyethylenterephthalat, Polylactid, Nylon oder Kombinationen dieser Stoffe in einer Schichtstärke zwischen 10 Mikrometern und 2,0 Millimetern verwendet werden. Wahlweise wird das dielektrische Material auch auf die zweite Gruppe von Bahnen aufgetragen, die dem Kontakt und der Handhabung ausgesetzt ist.
Diese Erfindung hat zusätzlich ein hybrides medizinisches Bilderfassungsgerät zum Gegenstand, vorzugsweise ein PET/SPECT-Gerät, angeordnet im Inneren eines MR-Gerätes und ausgestattet mit einer HF-Panzerung oder -Abschirmung der beschriebenen Art.
Die Graphenschicht, die den Abschnitt oder die Abschnitte der Oberfläche des Detektormoduls bedeckt, kann durch ein herkömmliches Verfahren wie die Pulverisierung aufgetragen werden.
Die Schicht des nicht ferromagnetischen Leitermaterials, die die Abschnitte des Detektormoduls bedeckt, kann durch ein herkömmliches Verfahren wie Elektroplattierung aufgetragen werden.
Das Ergebnis der Erfindung besteht im Entwurf einer elektromagnetischen Abschirmung zur Installierung an hybriden medizinischen Bilderfassungsgeräten, vorzugsweise PET- oder SPECT-Geräten, die eine Konstruktion kompakterer und dadurch leistungsfähigerer hybrider Geräte vom Typ PET/MR oder SPECT/MR ermöglicht.
BESCHREIBUNG DER SKIZZEN
Zur Erleichterung des Verständnisses der Eigenschaften der Erfindung werden dieser Beschreibung mehrere Skizzen hinzugefügt, die folgende Elemente illustrieren:
: Zeigt eine Ausführung der Erfindung, bestehend in einem kompakten, tragbaren hybriden PET-SPECT-Gerät mit einer HF-Spule im Inneren eines herkömmlichen MR-Gerätes.
: Zeigt in perspektivischer Sicht ein tragbares PET-Gerät mit einer HF-Spule (vom Typ Vogelkäfig) im Sinne einer Ausführung der Erfindung.
: Zeigt eines der PET-Gammastrahlenmodule im Querschnitt.
und : Zeigen die auf Graphen basierende elektromagnetische Abschirmung in perspektivischer Darstellung und im Querschnitt.
. Gegenüberstellung des Abschirmungsverfahrens der Erfindung (links) und des Standardverfahrens (rechts). An dieser Erfindung lässt sich feststellen wie der Durchmesser eines Detektorenrings reduziert werden kann, ohne das HF-Feld zu stören, da die Abschirmung zwischen dem Szintillatorkristall und den Fotodetektoren angeordnet ist und die möglichen Wirbelströme nicht auf der der HF-Spule nächstgelegenen Fläche entstehen, wodurch die mögliche Feldverzerrung durch die HF-Spule erschwert wird.
. Explosionszeichnung der inneren Bestandteile eines Gammastrahlendetektormoduls, das auf einem monolithischen oder pixelisierten Szintillatorkristall basiert, einschließlich der Elemente der Elektronik und der HF-Abschirmung. In diesem Falle erfolgt die Abschirmung zwischen Szintillatorkristall und Fotodetektor mithilfe einer beidseitig geschützten Graphenfolie, die mit der restlichen Abschirmung aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial verbunden ist.
. Wie , jedoch in einer anderen Ausführung, bei der das Graphen direkt auf das Szintillatorkristall aufgetragen und vorzugsweise durch eine Plastikfolie vor der direkten Exposition geschützt ist.
. HF-Abschirmung, bestehend aus zwei Lagen Graphenbahnen im Sinne einer zusätzlichen Ausführung. Die Lagen sind aufgetragen auf den Außen- und Innenflächen eines Substrats und so angeordnet, dass die Zwischenräume zwischen den Bahnen der jeweils anderen Lage bedeckt sind. Eine alternative Ausführung besteht aus Bahnen eines nicht ferromagnetischen Leitermaterials, die auf die Außen- und Innenflächen eines dielektrischen Materials aufgetragen sind.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Es folgt die Beschreibung mehrerer Beispiele bevorzugter Ausführungen für ein PET/SPECT-Gerät in Kombination mit einer passenden HF-Spule im Sinne der Erfindung.
zeigt ein hybrides PET/MR-System. Es besteht aus einem kompakten, einsteckbaren PET-Gerät (1), das im Inneren von MR-Geräten (2) installiert werden kann, zusammen mit einer HF-Spule (3). Die vom PET-Gerät erfassten Signale werden vorzugsweise über Koaxial- oder Glasfaserkabel an eine Prozessoreinheit außerhalb des MR-Gerätes (4) übertragen.
zeigt eine perspektivische Darstellung des tragbaren PET- oder SPECT-Gerätes mit einer Vogelkäfig-HF-Spule, in der die Strukturelemente zu erkennen sind:

(a) Das PET- oder SPECT-Gerät besteht aus mehreren Gammastrahlendetektormodulen in typischerweise radialer, ringförmiger Anordnung, deren Anzahl und Durchmesser vom MR-System und von dem Organ oder den Organen abhängen, die abgebildet werden sollen. Jeder Sensorblock besteht aus zwei Elementen: dem monolithischen oder pixelisierten Szintillatorkristall (5) und der Einheit aus den Fotodetektoren und der zugehörigen Elektronik (6). Diese Einheit ist gekapselt in einem Faradayschen Käfig, um Interferenzen der zur Spule gesendeten HF-Signale mit der Elektronik der Detektormodule zu verhindern. Der Faradaysche Käfig ist so ausgelegt, dass er die vom Gradientensystem der MR-Geräte generierten Magnetfelder nicht abschirmt.
(b) Eine Vogelkäfig-HF-Spule (birdcage RF coil) (3). Dieser HF-Spulentyp besteht aus mehreren Längsstäben, die an ihren Enden mit zwei Ringen verbunden sind. Die Längsstäbe sind vorzugsweise im Zwischenraum der Detektormodule anzuordnen, um den Durchgang der Strahlung zu den Detektormodulen des PET- oder SPECT-Gerätes nicht zu behindern. Die in diesem Patent beschriebene Erfindung schließt die Verwendung anderer HF-Spulen nicht aus.

ist eine schematische Darstellung der Innenstruktur eines Detektormoduls, das zu einem PET-Gerät gehört. In lässt sich außerdem die Position aller Elemente erkennen, aus denen die Detektormodule zusammengesetzt sind, insbesondere:

(a) Ein monolithisches oder pixelisiertes Szintillatorkristall (5), das für die Umwandlung der Gammastrahlung in sichtbares Licht sorgt.
(b) Ein HF-Abschirmsystem auf Graphenbasis (7), das angeordnet ist zwischen dem monolithischen oder pixelisierten Szintillatorkristall (5) und einer Fotodetektormatrix (8).
(c) Eine Elektronikplatine (9), die die von den Fotodetektoren erzeugten Signale für die weitere Verarbeitung vorbereitet. Vorzugsweise ist auch eine Platine für die Vorverstärkung der verarbeiteten Signale installiert, die an das Erfassungssystem (4) übertragen werden.

In sind auch die Kapselungselemente (10 und 11) der beschriebenen Bauteile zu erkennen, die den Sensorblock (Szintillatorkristall und Fotodetektoren) vor dem Außenlicht schützen, sowie der HF-Abschirmungsvorschlag (7 und 12).
Die und zeigen eine perspektivische Darstellung bzw. einen Querschnitt der HF-Abschirmung auf Graphenbasis, die zwischen dem Szintillatorkristall und der Fotodetektormatrix angeordnet ist. Diese HF-Abschirmung ist vorzugsweise in drei Schichten aus verschiedenen Materialien ausgeführt:

(a) Ein mechanisch stabiles Substrat (13) mit der Stärke einer zweistelligen Anzahl Mikrometern, auf das die verschiedenen Graphenlagen aufgetragen werden und das auf der Vorderseite der Fotodetektormatrix angebracht wird.
(b) Eine Graphenlage einer Stärke von 1 oder 2 Atomen (7).
(c) Eine Schutzfolie aus transparentem Material (14), ebenfalls mit der Stärke einer zweistelligen Anzahl Mikrometern, angeordnet zwischen Graphenlage und Szintillatorkristall.

zeigt den Unterschied zwischen den Distanzen des Gammastrahlensensorblocks zu den Leitern der HF-Spule (A) bei einer der Ausführungen dieser Erfindung (links) und im Standardfall (rechts). Die Distanz zwischen der Spule und der Abschirmung des Detektors (B) sollte so bemessen sein, dass keine Verzerrungen im HF-Magnetfeld stattfinden. Im Standardfall hängt diese Distanz von der Geometrie der Spule und des PET/SPECT-Systems ab,. insbesondere von dem Gehäuse, in dem die Abschirmung untergebracht ist.
Bei der hier vorgeschlagenen Konfiguration muss die Distanz zwischen den Leitern, d. h. zwischen der HF-Spule und der Abschirmung beibehalten werden. Da aber die Abschirmung zwischen dem Szintillatorkristall und der Fotodetektormatrix installiert ist, kann die Distanz zwischen Sensorblock und Spule (C) reduziert werden, wodurch eine leistungsfähigere Detektion durch das PET- oder SPECT-Gerät erzielt wird.
ist eine Detaildarstellung der inneren Elemente, aus denen das Detektormodul vorzugsweise aufgebaut ist. Neben den Abschirmungselementen (7) und (12) sind dort auch die Substrate für das Graphen (13) und (14) abgebildet, die mit den Fotodetektoren (8) bzw. dem Szintillatorkristall (5) verbunden sind.
Dieselbe Skizze enthält eine schematische Darstellung des einfallenden Gammastrahls (16), dessen Energie in die Emission von Photonen im sichtbaren Bereich (17) umgewandelt wird. Insbesondere wurde hier die Verteilung von in einem monolithischen Szintillatorkristall erzeugtem Licht schematisiert, das den Fotodetektor erreicht. Der Faradaysche Käfig aus (7) und (12) ist geerdet (15), um die in der HF-Abschirmung vorhandene elektrische Ladung abzuleiten.
In sind wie in alle Elemente des Detektors im Detail dargestellt. Hier ist jedoch im Unterschied zur das Graphen nicht auf ein Substrat sondern direkt auf das Szintillatorkristall aufgetragen.
zeigt eine perspektivische Darstellung und einen Querschnitt einer HF-Abschirmungsvariante, die aus Graphenbahnen (7) gebildet ist, die auf die Außen- und Innenflächen eines Substrats (14) aufgetragen und so angeordnet sind, dass die Bahnen einer Seite die Zwischenräume der Bahnen der anderen Seiten bedecken, um das HF-Signal abzuschirmen.
Ein alternativer Entwurf zum Vorschlag der ist ein System, das auf Bahnen eines nicht ferromagnetischen Leitermaterials (Kupfer, Gold oder Silber) (7) basiert, das auf die Außen- und Innenflächen eines dielektrischen Mediums (14) aufgetragen und so angeordnet ist, dass die Bahnen einer Seite die Zwischenräume der Bahnen der anderen Seiten bedecken, um das HF-Signal abzuschirmen.
BIBLIOGRAPHISCHE NACHWEISE

[1] A. Nacev, E. Anashkin, J. P. Rigla, J. M. Benlloch, M. Urdaneta, A. Sarwar, P. Stepanov, I. N. Weinberg, J. M. Benlloch and S. T. Fricke, „A quiet, fast, high-resolution desktop MRI capable of imaging solids”, Proceedings of ISMRM2014, Milan (Italy).
[2] C. R. Paul, „Introduction to electromagnetic compatibility”, Hardcover (2006).
[3] Sri Harsha Maramraju, „Evaluation of Electromagnetic Interactions between PET and MRI systems for Simultaneous MRI/PET Imaging”, Stony Brook University (2011).
[4] M. Terpstra, P. M. Andersen and R. Gruetter, „Localized eddy current compensation using quantitative field mapping”, J. Magn. Reson. 1998 (131), pp. 139–143.
[5] Shuhui Sun et al., „Single-atom catalysis Pt/Graphene achieved through atomic layer deposition”, Scientific Reports, Article N°: 1775 (2013).

Claims

Hybrides medizinisches Bilderfassungsgerät vom Typ PET/MR oder SPECT/MR, umfassend: – mindestens ein monolithisches oder pixelisiertes Szintillatorkristall und – mindestens ein Strahlendetektormodul, bestehend aus mindestens einer Fotodetektormatrix und einer Detektions-, Erfassungs- und Übertragungselektronik, wobei das besagte Detektormodul eine mechanische Struktur aufweist, deren Oberfläche unterteilt ist in mindestens: – einen ersten Abschnitt, der der Austrittsseite der im Szintillatorkristall erzeugten Photonen zugewandt ist, und – einen zweiten Abschnitt, der den übrigen Flächen der mechanischen Struktur des Moduls zugeordnet ist und mindestens eine Fotodetektormatrix und eine Elektronikeinheit beinhaltet, die das Szintillatorkristall nicht umgeben, wobei diese Abschnitte eine geschlossene Struktur bilden und: – mindestens der erste Abschnitt mit Graphen einer Stärke von ein oder zwei Atomen beschichtet ist und – der zweite Abschnitt mit Graphen einer Stärke von ein oder zwei Atomen oder einem nicht ferromagnetischen Leitermaterial beschichtet ist und bei der Oberfläche der mechanischen Struktur ausgewählt wird zwischen: – Außenfläche, – Innenfläche und – beiden Flächen.
Hybrides Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Flächenabschnitte des Moduls beschichtet sind, einen Faradayschen Käfig bilden und geerdet sind, um die im Faradayschen Käfig aufgebaute elektrische Ladung abzuleiten.
Hybrides Gerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem nur der erste Flächenabschnitt des Detektormoduls, nämlich die dem Detektormodul zugewandte Seite des Szintillatorkristalls, mit Graphen beschichtet ist, und der zweite Flächenabschnitt mit mindestens einem nicht ferromagnetischen Leitermaterial einer Stärke von 5 Mikrometern bis zu 2 mm beschichtet ist.
Hybrides Gerät nach Anspruch 1 oder 3, bei dem die nicht ferromagnetischen Leitermaterialien ausgewählt werden zwischen: – leitfähigen nicht ferromagnetischen Metallen, vorzugsweise Kupfer, Silber, Gold, und – nichtmetallischen Verbundstoffen.
Hybrides Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der mit Graphen beschichtete erste Abschnitt der Oberfläche des Moduls so strukturiert ist, dass er mindestens folgende Lagen besitzt: – eine erste Lage aus einem Substrat mit einer Stärke zwischen 50 und 200 Mikrometern, – eine zweite Lage aus Graphen mit einer Stärke von ein oder zwei Atomen, wobei das Graphen auf alle Flächen des Substrats aufgetragen ist, sodass die graphenhaltigen seitlichen Flächen des Substrats in Kontakt sind mit der Beschichtung aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial, die die übrigen Abschnitte der Oberfläche des Detektormoduls und damit auch die Elektronik des Detektormoduls schützt.
Hybrides Gerät nach Anspruch 5, das zusätzlich eine dritte Schutzschicht aus Kunststoff, vorzugsweise PMMA oder Polyethylenterephthalat, einer Stärke von 25 bis 50 Mikrometern besitzt, die auf das Graphen aufgetragen ist und mit diesem eine Sandwichstruktur bildet.
Hybrides Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der mit Graphen beschichtete erste Abschnitt der Oberfläche des Moduls so strukturiert ist, dass er mindestens folgende Lage besitzt: – eine erste Lage aus Graphen, die direkt auf das Szintillatorkristall aufgetragen ist und eine Stärke von ein oder zwei Atomen aufweist, wobei die Graphenlage mit der Beschichtung aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial in Kontakt ist, die die übrigen Abschnitte der Oberfläche des Detektormoduls und damit auch die Elektronik des Detektormoduls schützt.
Hybrides Gerät nach Anspruch 7, das zusätzlich eine dritte Schutzschicht aus Kunststoff, vorzugsweise PMMA oder Polyethylenterephthalat, einer Stärke von 50 bis 200 Mikrometern besitzt, die auf das Graphen aufgetragen ist.
Hybrides Gerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem: – der erste Abschnitt, der der Austrittsseite der im Szintillatorkristall generierten Photonen entspricht, mit Graphen einer Stärke von ein oder zwei Atomen beschichtet ist und – der zweite Abschnitt, der den übrigen Flächen der mechanischen Struktur des Moduls entspricht, die das Szintillatorkristall nicht umgeben, mit Graphen beschichtet ist und bei der Oberfläche der mechanischen Struktur ausgewählt wird zwischen: – Außenfläche, – Innenfläche und – beiden Flächen.
Hybrides Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Graphen eine Beschichtung bildet, die wie folgt aufgebaut ist: – eine erste Gruppe von Graphenbahnen einer Breite von 5 bis 20 mm, die durch einen Abstand von 0,01–1 mm voneinander getrennt sind, wobei diese Bahnen auf alle Innenflächen oder alle Außenflächen der mechanischen Struktur jedes Detektormoduls oder sowohl auf die Innen- als auch auf die Außenflächen aufgetragen sind, und – eine zweite Gruppe von Graphenbahnen, die mit der ersten Gruppe eine Sandwichstruktur bildet, wobei die Bahnen der zweiten Gruppe so angeordnet sind, dass sie die Zwischenräume der Bahnen der ersten Gruppe so bedecken, dass stets eine räumliche Überlappung zwischen beiden Gruppen besteht, und – eine Folie aus einem dielektrischen Material, die zwischen den beiden Gruppen der Graphenbahnen installiert ist.
Hybrides Gerät nach Anspruch 10, bei dem als dielektrisches Material Polymethylmethacrylat, Polyethylenteraphthalat, Polylactid, Nylon oder Kombinationen aus diesen Stoffen mit einer Schichtdicke von 10 Mikrometern bis 2,0 mm verwendet werden.
Hybrides Gerät nach Anspruch 10 oder 11, bei dem das dielektrische Material auch auf die dem Kontakt und der Handhabung ausgesetzte zweite Gruppe von Graphenbahnen aufgetragen ist.
Hybrides Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem das nicht ferromagnetische Leitermaterial eine Beschichtung bildet, die wie folgt aufgebaut ist: – eine erste Gruppe von Bahnen aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial mit einer Breite von 5 bis 20 mm, die durch einen Abstand von 0,01–1 mm voneinander getrennt sind, wobei diese Bahnen auf alle Innenflächen oder alle Außenflächen der mechanischen Struktur jedes Detektormoduls oder sowohl auf die Innen- als auch auf die Außenflächen aufgetragen sind, und – eine zweite Gruppe von Bahnen aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial, die mit der ersten Gruppe eine Sandwichstruktur bildet, wobei die Bahnen der zweiten Gruppe so angeordnet sind, dass sie die Zwischenräume der Bahnen der ersten Gruppe so bedecken, dass stets eine räumliche Überlappung zwischen beiden Gruppen besteht, – wobei die erste und die zweite Gruppe von Bahnen, wenn sie aus Graphen bestehen, mit seitlichen Graphenlagen verbunden sind, um die in diesen Graphenbahnen aufgebaute elektrische Ladung abzuleiten, – wobei diese Bahnen, wenn sie aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial bestehen, durch einen dünnen Streifen nicht ferromagnetischen Leitermaterials einer Stärke von wenigen Mikrometern bis zu 1 mm miteinander verbunden sind, um die in den Bahnen aufgebaute elektrische Ladung abzuleiten, und – eine Folie aus einem dielektrischen Material, die zwischen den beiden Gruppen der Bahnen aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial oder aus Graphen und nicht ferromagnetischem Leitermaterial installiert ist.
Hybrides Gerät nach Anspruch 13, bei dem als dielektrisches Material Polymethylmethacrylat, Polyethylenteraphthalat, Polylactid, Nylon oder Kombinationen aus diesen Stoffen mit einer Schichtdicke von 10 Mikrometern bis 2,0 mm verwendet werden.
Hybrides Gerät nach Anspruch 13 oder 14, bei dem das dielektrische Material auch auf die dem Kontakt und der Handhabung ausgesetzte zweite Gruppe von Bahnen aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial aufgetragen ist.
Hybrides Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das Detektormodul ein Gammastrahlendetektor ist.
Gebrauch eines Bilderfassungsgerätes nach einem der Ansprüche 1 bis 16 für die Aufnahme anatomischer oder struktureller Bilder.
Panzerung oder Abschirmung gegen die Hochfrequenzstrahlung (HF) für ein medizinisches Bilderfassungsgerät, enthaltend: – mindestens ein Szintillatorkristall, monolithisch oder pixelisiert, und – mindestens ein Strahlungsdetektormodul, bestehend mindestens aus einer Fotodetektormatrix und einer elektronischen Einheit, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung folgende Bestandteile umfasst: – eine Abschirmung aus Graphen als durchgehende oder aus Bahnen zusammengesetzte Beschichtung aller Oberflächen der mechanischen Struktur des Detektormoduls, oder – eine Beschichtung oder Abschirmung aus Graphen als durchgehende oder aus Bahnen zusammengesetzte Beschichtung mindestens einer Fläche, insbesondere der dem Detektormodul zugewandten Seite des Szintillatorkristalls, kombiniert mit einer Beschichtung der übrigen Flächen, die das Szintillatorkristall nicht umgeben, aus mindestens einem nicht ferromagnetischen Leitermaterial, durchgehend oder in Bahnen, wobei diese Panzerung einen Faradayschen Käfig bildet, der geerdet ist, um die darin aufgebaute elektrische Ladung abzuleiten.
Panzerung oder Abschirmung nach Anspruch 18, bei der das nicht ferromagnetische Leitermaterial eine Stärke von 5 Mikrometern bis 2 mm besitzt.
Panzerung oder Abschirmung nach Anspruch 18 oder 19, bei der das nicht ferromagnetische Leitermaterial ausgewählt ist zwischen: – leitfähigen nicht ferromagnetischen Metallen, vorzugsweise Kupfer, Silber, Gold, und – nichtmetallischen Verbundstoffen.
Panzerung oder Abschirmung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem die Graphenbeschichtung so aufgebaut ist, dass sie mindestens folgende Bestandteile besitzt: – eine erste Lage mit einem Substrat einer Stärke von 50 bis 200 Mikrometern, – eine zweite Lage aus Graphen mit einer Stärke von ein oder zwei Atomen, wobei das Graphen auf alle Flächen des Substrats aufgetragen ist, sodass die graphenhaltigen seitlichen Flächen des Substrats in Kontakt sind mit der Beschichtung aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial, die die übrigen Abschnitte der Oberfläche des Detektormoduls und damit auch die Elektronik des Detektormoduls schützt.
Panzerung oder Abschirmung nach Anspruch 21, die zusätzlich eine dritte Schutzschicht aus Kunststoff, vorzugsweise PMMA oder Polyethylenterephthalat, einer Stärke von 25 bis 50 Mikrometern besitzt, die auf das Graphen aufgetragen ist und mit diesem eine Sandwichstruktur bildet.
Panzerung oder Abschirmung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, bei dem das Graphen direkt das Szintillatorkristall bedeckt.
Panzerung oder Abschirmung nach Anspruch 23, die eine zusätzliche Schutzschicht aus Kunststoff, vorzugsweise PMMA oder Polyethylenterephthalat, einer Stärke von 50 bis 200 Mikrometern besitzt, die auf das Graphen aufgetragen ist.
Panzerung oder Abschirmung nach einem der Ansprüche 18 bis 23, bei der das Graphen, das nicht ferromagnetische Leitermaterial oder beide zusammen eine Beschichtung bilden, die wie folgt aufgebaut ist: – eine erste Gruppe von Bahnen mit einer Breite von 5 bis 20 mm, die durch einen Abstand von 0,01–1 mm voneinander getrennt sind, wobei diese Bahnen auf alle Innenflächen oder alle Außenflächen der mechanischen Struktur jedes Detektormoduls oder sowohl auf die Innen- als auch auf die Außenflächen aufgetragen sind, und – eine zweite Gruppe von Bahnen, die mit der ersten Gruppe eine Sandwichstruktur bildet, wobei die Bahnen der zweiten Gruppe so angeordnet sind, dass sie die Zwischenräume der Bahnen der ersten Gruppe so bedecken, dass stets eine räumliche Überlappung zwischen beiden Gruppen besteht, – wobei die erste und die zweite Gruppe von Bahnen, wenn sie aus Graphen bestehen, mit seitlichen Graphenlagen verbunden sind, um die in diesen Graphenbahnen aufgebaute elektrische Ladung abzuleiten, – wobei diese Bahnen, wenn sie aus nicht ferromagnetischem Leitermaterial bestehen, durch einen dünnen Streifen nicht ferromagnetischen Leitermaterials einer Stärke von wenigen Mikrometern bis zu 1 mm miteinander verbunden sind, um die in den Bahnen aufgebaute elektrische Ladung abzuleiten, und – eine Folie aus einem dielektrischen Material, die zwischen den beiden Bahnengruppen installiert ist.
Panzerung oder Abschirmung nach Anspruch 25, bei der als dielektrisches Material Polymethylmethacrylat, Polyethylenteraphthalat, Polylactid, Nylon oder Kombinationen aus diesen Stoffen mit einer Schichtdicke von 10 Mikrometern bis 2,0 mm verwendet werden.
Panzerung oder Abschirmung nach Anspruch 26, bei der das dielektrische Material auch auf die dem Kontakt und der Handhabung ausgesetzte zweite Bahnengruppe aufgetragen ist.
Panzerung oder Abschirmung gegen Hochfrequenzstrahlung (HF) nach einem der Ansprüche 18 bis 27, bei der das medizinische Bilderfassungsgerät ein Gerät ist, wie es in einem der Ansprüche 1 bis 17 definiert wird.
Hybrides medizinisches Bilderfassungsgerät, dadurch gekennzeichnet, dass es eine elektromagnetische Panzerung oder Abschirmung enthält, wie sie in einem der Ansprüche 18 bis 28 definiert ist.