CN102317806B - 大膛孔pet/mr*** - Google Patents
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Abstract
一种核检测器模块(24)，其被封装在将要在组合MR和核成像单元中使用的导电中空共振器元件(18)内。共振器元件具有面向检查区域(14)的辐射透明的内表面(26)以及面向RF屏障(22)并且与其隔开放置的多个其它表面(28)。
Description
技术领域
本申请涉及医疗成像领域。具体涉及混合式磁共振(MR)和正电子发射断层摄影(PET)成像***，并且具体参考其进行描述。下文大体更多涉及能够同时或者顺序采集SPECT或PET以及MR数据的诊断成像***。
背景技术
在正电子发射断层摄影(PET)中，施予放射性药物给成像受试者，其中，放射性药物的放射性衰变事件产生正电子。每个正电子与电子相互作用，产生发射出两条方向相反的γ射线的正电子-电子湮灭事件。使用符合检测电路，围绕成像受试者的环形辐射检测器阵列检测对应于正电子-电子湮灭的、方向相反的γ射线事件的符合。连接两个符合检测的响应线(LOR)包含正电子-电子湮灭事件的位置。这种响应线类似于投影数据，并且可以对其进行重建以产生二维或者三维图像。在飞行时间PET(TOF-PET)中，使用两个符合的γ射线事件对事件小的时间差异的检测用于沿着LOR(响应线)对湮灭事件进行定位。在相互作用深度PET(DOI-PET)中，多层的PET检测器能够确定γ光子在闪烁晶体内的深度。
在磁共振成像(MRI)中，通过静态主磁场B0对齐待检查的身体组织的核自旋并且通过在射频(RF)带中振荡的横向磁场B1激励待检查的身体组织的核自旋。将所得到的弛豫信号曝露给梯度磁场，以便对所得到的共振进行定位。接收弛豫信号，并且以已知方式将其重建成单维或多维图像。
混合式PET/MR成像***提供了真实同步采集，并且有希望填补解剖成像和生物化学或者新陈代谢成像之间的空白。参见Hammer US4,939,464，早期的原型使用耦合到长光纤束的闪烁晶体，该长光纤束伸出MR***之外，将光电倍增管(PMT)与MR***的磁场隔离。长光纤导致闪烁光损失，影响分辨率和晶体识别，从而产生不良性能。稍后，将PMT集成到称为分离磁体设计的静态磁体内。这些***依赖昂贵的磁体设计，并且允许当关掉极化和读出场时在很小时间帧内进行PET成像。
对磁场不敏感的固态光电检测器提供了许多可能的单扫描架设计。由工作在Geiger模式中的雪崩光电二极管构成的硅光电倍增管(SiPM)提供了快速执行、高分辨率、高增益、极佳信噪比(SNR)以及必需电路的缩减。
一种类型的PET/MR扫描器将标准PET和MRI扫描器并排连接。采用在MR场之外的PET电路，可以很容易对两个***进行集成。该配置的缺点是顺序地采集PET和MRI数据并且在扫描器之间移动患者。因此，图像质量和幻象对准受到不利影响。冗长的采集时间引发了定时问题，特别是造影剂的定时问题。在组合PET/MR扫描器中，基于SiPM的PET检测器容纳在梯度线圈中的中心间隙中。在该设计中，将RF屏蔽放置在MRI的RF线圈和PET检测器之间以抑制泄露。所添加的沿着RF线圈的RF屏蔽减小了有效膛孔半径大约10-12厘米。
本申请提供了在混合式PET/MR成像***中新的并且改进的PET检测器和RF线圈布置，其克服了以上所述的问题等。
发明内容
根据一个方面，提供了用于在组合MR和核成像***中使用的组合MR和核成像单元。每个成像单元由配置为封装核检测器模块的中空共振器元件和邻近共振器元件的RF屏障(screen)组成。共振器元件配置为接收和发送磁共振信号并且屏蔽核检测器免受RF干扰。
根据另一个方面，提供了用于制作用于在组合MR和核成像***中使用的组合MR和核成像单元的方法，该方法包括：将中空共振器元件放置在核检测器模块周围，使得共振器元件的表面屏蔽核检测器模块免受RF辐射，同时允许γ辐射穿过表面中的一个到达核检测器模块。
一个优点是增大的膛孔直径。
对于本领域的技术人员，一旦阅读和理解了下列详细说明，本发明的另一个优点将是显而易见的。
附图说明
本发明可以采用各种部件和部件布置、以及各种步骤和步骤排列的形式。附图仅仅是为了对优选实施例进行说明的目的，而不应被理解为限制本发明。
图1是组合的PET/MR***的图解视图；
图2是封装在共振器元件内的核检测器模块的横截面视图；
图3是与RF屏障隔开以改善灵敏度的共振器元件和核检测器模块的示意图；以及
图4是共振器元件和射频陷波器的示意图，该射频陷波器允许与RF屏障间隔更近并且允许更大的共振器元件和封装的核检测器模块。
具体实施方式
参考图1，能够进行磁共振成像和发射辐射成像(诸如PET或SPECT)的诊断成像***10包括主磁体12，其生成通过检查区域14的时间均匀的B0场。主磁体可以是环形或者膛孔型磁体。放置在主磁体附近的梯度磁场线圈16用于沿着相对于B0磁场所选择的轴线生成磁场梯度。将诸如横向电磁(TEM)共振器元件18(仅图示说明了其中两个)的环的射频(RF)线圈放置在围绕检查区域的梯度线圈16之间的环形凹槽中。将RF屏蔽或者屏障22放置在共振器元件与主磁体和梯度线圈之间。
将共振器元件18电容性耦合到在三侧围绕共振器元件的RF屏障22。将RF屏障22的主要表面放置成邻近主磁体并且平行于膛孔的轴向。RF屏障的两个次要表面一般平行于共振器元件的两端。
参考图2，每个共振器元件18封装了至少一个PET检测器模块24。共振器元件的形状像一个箱子，不仅作为能够发送和接收RF信号的导体，而且还适合于屏蔽PET检测器免受RF和梯度线圈干扰。共振器元件邻近检查区域14的表面26由对辐射透明的材料构成，其可以包括但不限于导电屏障或网、诸如35微米的薄铜箔等。共振器元件箱的其它表面28可以是相同的导电材料，铜箔压片和诸如铅的γ射线阻挡材料等。PET检测器模块24包括光学耦合到光导34的闪烁晶体32阵列，该光导34将光子从闪烁晶体32传播到传感器板片阵列36。典型地，每个传感器板片包括SiPM阵列，每个SiPM又包括Geiger模式APD阵列。将传感器板片电连接到负责光子检测事件的数字化和预处理的专用集成电路(ASIC)38。该电路负责辐射检测器模块识别、像素识别、时间戳、光子计数、数字偏置电路、数字触发电路、以及读出电路和在PET成像中根据TOF和DOI信息使用的其它功能。选择闪烁晶体32以提供对闪烁进发的快速时间衰变的诱导辐射的高阻止能力。一些合适的材料包括LSO、LYSO、MLS、LGSO、LaBr、CsI(Ti)、以及其混合。应该意识到，可以使用其它闪烁材料。选择具有高增益和稳定性以及低成本和低工作电压的传感器板片36。合适的传感器板片包括模拟或者数字的硅光电倍增管(SiPM)。
再次参考图1，扫描控制器40控制梯度控制器42，梯度控制器42使得梯度线圈16将可能适合于所选择的磁共振成像或者光谱学序列的所选择的磁场梯度脉冲施加在成像区域上。扫描控制器40还控制RF发射机44，RF发射机44使得TEM共振器元件18生成磁共振激励并操纵B1脉冲。扫描控制器还控制连接到TEM共振器元件18以从其接收磁共振信号的RF接收机46。将从接收机46接收的数据临时存储在数据缓冲器46中，并且通过磁共振数据处理器50对其进行处理。磁共振数据处理器可以执行本领域中已知的各种功能，包括MR图像重建、磁共振光谱分析等。
扫描器控制器40还控制用于辐射检测40的PET检测器模块24。辐射检测电路52和时间戳记录(compliment)54执行ASIC 38不执行的检测和时间戳记功能。符合检测器56确定符合对和由每个符合对定义的LOR。可选地，TOF或DOI处理器58提取飞行时间或者相互作用深度信息。重建处理器60将LOR重建到PET图像表示中。
将经重建的磁共振图像、光谱读出、以及其它由融合处理器62以多种可选择方式中的任何一种进行组合的经处理的MR数据、以及MR、PET和组合或融合图像显示在图形用户界面64上。图形用户界面64还包括用户输入装置，临床医师可以使用该用户输入装置控制扫描控制器40以选择扫描序列和协议、经融合的图像组合等。
参考图3，详细示出了位于梯度线圈16之间并邻近主磁体12和检查区域14的TEM元件18的放大横截面。将每个元件18耦合到RF屏障22的谐振电容器70被调谐到TEM元件和整体TEM线圈的谐振频率。为了改善SNR，使每个TEM元件和RF屏障之间的间距最大，以便通过强迫电流在沿着TEM元件的表面的(特别是邻近检查区域14的表面26)的路径72上流动而改善灵敏度。将TEM元件的其它表面28设计为具有高欧姆阻抗，以强迫电流到表面26。这种布置在TEM元件18和RF屏障22之间创造了场自由区域，并且允许馈给线74将RF通信信号传送到共振器元件并且从共振器元件传送RF通信信号、从PET检测器传送PET信号、并且对PET检测器冷却(cooling)，而无来自RF和梯度场的干扰或耦合。
参考图4，备选的配置包括更大的、可以容纳另外的PET检测器模块或者PET专用电路的有效共振器元件箱体。如上所述，灵敏度和SNR直接与共振器元件18和RF屏障22之间的间距相关。通过给共振器元件添加至少一个诸如火箭炮式贝楞(bazooka balun)的四分之一波长共振器80，较小的间隙G2仍可以维持或者可以改善灵敏度，而无需图3实施例中较大的间隙G1。四分之一波长共振器将不需要的电流限制在共振器箱的底部或者侧表面。作为结果，将共振器箱电流强迫到邻近检测区域的表面26。
参考优选实施例对本发明进行了描述。一旦阅读并且理解了前述详细说明，就可以进行修改和改变。旨在将本发明理解为包括所有这些修改和改变，只要这些修改和改变在所附权利要求或者其等同替换的范围内。
Claims (13)
1.一种组合MR和核成像单元，包括：
导电中空共振器元件(18)，其具有与检查区域(14)相邻的内表面(26)；
安装在所述共振器元件内的核检测器模块(24)；以及
RF屏障(22)，
其中所述导电中空共振器元件(18)设置在所述RF屏障(22)和所述检查区域(14)之间，并且
其中配置所述共振器元件(18)的其它表面(28)的阻抗使得电流主要在所述共振器元件(18)的所述内表面(26)上流动。
2.一种组合MR和核成像***，包括：
主磁体(12)，其在检查区域(14)中生成静态磁场；
邻近所述主磁体(12)和所述检查区域(14)放置的一对梯度线圈(16)，在其间限定了环形凹槽(20)；以及
放置在所述梯度线圈之间的所述环形凹槽(20)中的多个根据权利要求1所述的组合MR和核成像单元。
3.根据权利要求2所述的组合MR和核成像***，其中，
每个所述共振器元件(18)包括邻近所述检查区域(14)的辐射半透明的内表面(26)以及邻近所述RF屏障(22)并且与所述RF屏障(22)隔开的多个其它表面(28)。
4.根据权利要求2所述的组合MR和核成像***，其中，通过配置为对对应的所述共振器元件的工作频率进行调谐的电容器(70)将每个共振器元件(18)电耦合到所述RF屏障(22)。
5.根据权利要求2所述的组合MR和核成像***，其中，每个核检测器模块包括：
闪烁晶体的阵列(32)；
光耦合到所述闪烁晶体的阵列(32)的多个硅光电倍增管传感器板片(36)；
电耦合到硅光电倍增管传感器板片的多个ASIC(38)。
6.根据权利要求3-5中的任一项所述的组合MR和核成像***，射频陷波器(80)电连接到所述其它表面(28)之一。
7.根据权利要求2所述的组合MR和核成像***，其中：
所述共振器元件(18)电连接到射频发射机(44)和射频接收机(46)；并且
所述核检测器模块(24)是PET检测器模块，其包括时间戳电路(54)和符合检测单元(56)。
8.根据权利要求7所述的组合MR和核成像***，还包括：
MR共振处理器(50)，其对通过所述共振器元件(18)接收的数据进行处理，以产生磁共振图像表示；
PET重建处理器(60)，其对来自所述PET检测器模块(24)的数据进行处理，以产生PET成像表示；
融合处理器(62)，其对所述MR和PET图像表示进行组合；以及
用户界面(64)，其包括显示所述MR、PET或者组合的MR/PET图像表示的显示器。
9.一种制作组合MR和核成像单元的方法，包括：
制造核检测器模块(24)；
围绕所述核检测器模块放置中空共振器元件(18)，所述共振器元件(18)具有与检查区域(14)相邻的内表面(26)，所述内表面(26)对γ辐射半透明，
其中配置所述共振器元件(18)的其它表面(28)的阻抗使得电流主要在所述共振器元件(18)的所述内表面(26)上流动。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
将RF屏蔽安装在环形凹槽(20)中，所述环形凹槽(20)被限定在磁共振***的梯度线圈(16)中；
将多个所述组合MR和核成像单元安装在与所述RF屏障(22)隔开的所述环形凹槽(20)中；并且
将所述共振器元件(18)电容性耦合到所述RF屏障(22)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，还包括：
将RF陷波器(80)与所述共振器元件(18)的其它表面(28)中的一个连接，以便使RF电流优先在所述内表面(26)上流动。
12.根据权利要求9-10中的任一项所述的方法，还包括：
同时地进行利用所述核检测器模块(24)接收通过所述内表面(26)的γ辐射和将MR激励信号发送到所述共振器元件(18)，或者同时进行利用所述核检测器模块(24)接收通过所述内表面(26)的γ辐射和从所述共振器元件(18)接收共振信号；以及
从所接收的γ辐射重建核成像表示，并且从所接收的共振信号重建MR图像表示。
13.一种组合MR和核成像方法，包括：
同时地进行利用封入共振器元件(18)内部的核检测器模块(24)接收通过所述共振器元件(18)的γ辐射半透明表面(26)的γ辐射和利用所述共振器元件(18)发送MR激励信号，或者同时地进行利用封入共振器元件(18)内部的核检测器模块(24)接收通过所述共振器元件(18)的γ辐射半透明表面(26)的γ辐射和利用所述共振器元件(18)接收共振信号，其中配置所述共振器元件(18)的其它表面(28)的阻抗使得电流主要在所述共振器元件(18)的所述γ辐射半透明表面(26)上流动；并且
从所接收的γ辐射重建核图像表示，并且从所接收的共振信号重建MR图像表示。
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