-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Magnetresonanzgerät mit einer PET-Einheit zur Erfassung von Positronen-Emissions-Tomographie-Daten und einer Gradientenspule, wobei die PET-Einheit ein Tragrohr umfasst, auf dem wenigstens ein PET Detektor angeordnet ist und das Tragrohr innerhalb der Gradientenspule angeordnet ist.
-
Neben der Magnetresonanztomographie (MR) findet in den letzten Jahren auch die Positronenemissionstomographie (PET) zunehmend weitere Verbreitung in der medizinischen Diagnose. Während es sich bei der MR um ein bildgebendes Verfahren zur Darstellung von Strukturen und Schnittbildern im Inneren des Körpers handelt, ermöglicht die PET eine Visualisierung und Quantifizierung von Stoffwechselaktivitäten in-vivo.
-
Die PET nutzt die besonderen Eigenschaften der Positronenstrahler und der Positronen-Annihilation aus, um quantitativ die Funktion von Organen oder Zellbereichen zu bestimmen. Dem Patienten werden dabei vor der Untersuchung entsprechende Radiopharmaka verabreicht, die mit Radionukliden markiert sind. Die Radionuklide senden beim Zerfall Positronen aus, die nach kurzer Distanz mit einem Elektron in Wechselwirkung treten, wodurch eine so genannte Annihilation eintritt. Dabei entstehen zwei Gamma-Quanten, die in entgegengesetzter Richtung (um 180° versetzt) auseinander fliegen. Die Gamma-Quanten werden von zwei gegenüberliegenden PET-Detektormodulen innerhalb eines bestimmten Zeitfensters erfasst (Koinzidenz-Messung), wodurch der Ort der Annihilation auf eine Position auf der Verbindungslinie zwischen diesen beiden Detektormodulen bestimmt wird.
-
Zum Nachweis muss das Detektormodul bei der PET im Allgemeinen einen Großteil der Gantry-Bogenlänge bedecken. Es ist in Detektorelemente von wenigen Millimetern Seitenlänge unterteilt. Jedes Detektorelement generiert bei Detektion eines Gamma-Quants eine Ereignisaufzeichnung, die die Zeit sowie den Nachweisort, d. h. das entsprechende Detektorelement angibt. Diese Informationen werden an eine schnelle Logik übermittelt und verglichen. Fallen zwei Ereignisse in einem zeitlichen Maximalabstand zusammen, so wird von einem Gamma-Zerfallsprozess auf der Verbindungslinie zwischen den beiden zugehörigen Detektorelementen ausgegangen. Die Rekonstruktion des PET-Bildes erfolgt mit einem Tomogrphiealgorithmus, der sog. Rückprojektion.
-
Es ist vorteilhaft, MR- und PET-Untersuchungen gleichzeitig innerhalb eines Gerätes zu ermöglichen. In diesem Fall lassen sich sowohl morphologische MR-Daten als auch PET-Daten innerhalb eines Messdurchgangs ermitteln. Dazu ist es erforderlich, die PET-Detektoren innerhalb des MR-Geräts anzuordnen, so dass die Abbildungsvolumina idealerweise zusammenfallen. Beispielsweise können die PET-Detektoren auf einer innerhalb des MR-Gerätes befindlichen Tragstruktur (Tragrohr, Gantry) angeordnet sein. Dies können beispielsweise 60 Detektoren in ringförmiger Anordnung auf dem Tragrohr sein. Für jeden der Detektoren, die auch zu Detektorblöcken zusammengefasst sein können, sind ein Kühlungsanschluss und elektrische Zuleitungen erforderlich. Diese sind ebenfalls im MR-Gerät anzuordnen. Zusätzlich ist eine Anzahl von Signalverarbeitungseinheiten erforderlich, die ebenfalls im MR-Gerät angeordnet sind. Diese sind über die elektrischen Zuleitungen mit den Detektoren verbunden und dienen zur Signalverarbeitung.
-
Sowohl an den PET-Detektoren, als auch an den Signalverarbeitungseinheiten sind häufige Wartungseingriffe erforderlich. Dabei müssen die betroffenen Einheiten und Detektoren unter Umständen ausgetauscht werden oder zu Reparaturzwecken entfernbar und zugänglich sein. Bei derartigen Wartungsarbeiten sollte ein Einfluss auf das übrige Gerät besondere auf die nicht betroffenen PET-Detektoren und Signalverarbeitungseinheiten weitestgehend vermieden werden.
-
Die
DE 10 2006 037 047 A1 offenbart eine Magnetresonanzanlage mit einer ringförmigen PET-Detektoranordnung. Es ist offenbart, dass die Detektoranordnung an der Innenseite eines Tragrohrs befestigt ist.
-
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Magnetresonanzgerät mit einer PET-Einheit bereitzustellen, bei dem auf einfache Weise Wartungseingriffe an der PET-Einheit vorgenommen werden können.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Magnetresonanzgerät gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Das erfindungsgemäße Magnetresonanzgerät umfasst eine PET-Einheit zur Erfassung von Magnetresonanzdaten und Positronen-Emissions-Tomographie-Daten. Weiter umfasst es einen Magneten und eine Gradientenspule, wobei die PET-Einheit ein Tragrohr umfasst, auf dem wenigstens ein PET-Detektor angeordnet ist und das Tragrohr innerhalb der Gradientenspule angeordnet ist. Das Tragrohr ist innerhalb des Magnetresonanzgeräts derart verschiebbar gelagert, dass durch Verschiebung ein Zugang zu dem PET-Detektor ermöglicht wird. Die wenigstens eine PET-Detektoreinheit ist auf einer radialen Außenseite des Tragrohrs angeordnet. Durch die verschiebbare Lagerung des Tragrohrs wird eine Wartung des PET-Detektors ermöglicht, ohne dass das Magnetresonanzgerät zerlegt werden muss. Insbesondere lässt sich dadurch die notwendige Wartungszeit reduzieren und die Reproduzierbarkeit erhöhen. Aufwändige Kalibrierungen nach einer Wartung lassen sich weit gehend vermeiden.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der Gradientenspule und dem Tragrohr wenigstens ein Gleitlager angeordnet. Das vorgesehene Lager ist eine einfache Realisierung der Verschiebung des Tragrohrs. Gleichzeitig wird bei der Verschiebung eine Führung des Tragrohrs realisiert, so dass nach der Wartung das Tragrohr wieder in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Dadurch ist sichergestellt, dass die gewarteten PET-Detektoren wieder an ihre ursprüngliche Position gelangen.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Magnetresonanzgerät eine Gleitschiene, die über ein Stützelement mit einem, das Magnetresonanzgerät bei Verschiebung verlassenden Ende des Tragrohrs verbunden ist. Hierdurch ist eine zusätzliche Führung des Tragrohrs während der Verschiebung realisiert. Insbesondere werden durch die Abstützung die auf das innerhalb des Magnetresonanzgeräts befindlichen Lager wirkenden Kräfte reduziert.
-
Vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Erfindung der Art, dass die Laufschiene eine Verbindstelle zur Aufnahme einer Verlängerung aufweist, in die das Stützelement bei Verschiebung des Tragrohrs überführbar ist. Dadurch lässt sich die Laufschiene vergleichsweise kurz ausführen, so dass sie im Betriebsteil vollständig innerhalb des Magnetresonanzgeräts liegt. Nur im Wartungsfall wird das Magnetresonanzgerät geöffnet, die Verlängerung angebracht und das Tragrohr durch Verschiebung wenigstens teilweise aus dem Magnetresonanzgerät entfernt.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Magnetresonanzgerät wenigstens eine, auf dem Tragrohr angeordnete Verarbeitungseinheit für PET-Signale, die am das Magnetresonanzgerät bei Verschiebung verlassenden Ende des Tragrohrs angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Verarbeitungseinheit nicht innerhalb des Magneten und der Gradientenspule angeordnet, so dass bei der Wahl der Bauform weniger Anforderungen bezüglich einer möglichst kleinen Ausführung gestellt werden müssen. Innerhalb der Gradientenspule befindliche Teile des Magnetresonanzgeräts sind klein auszuführen, um den Durchmesser der Patientenöffnung zu maximieren.
-
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Magnetresonanzgerät eine, wenigstens zwei Verkleidungsteile umfassende Verkleidung, wobei die Verkleidungsteile lösbar miteinander verbunden und derart ausgebildet sind, dass bei Entfernen eines ersten Verkleidungsteils eine Verschiebung des Tragrohrs ermöglicht wird. Durch das entfernbare Verkleidungsteil lassen sich am Ende des Tragrohrs befindliche Elemente, wie die Erarbeitungseinheit und die Laufschiene im Betriebszustand des Magnetresonanzgeräts verbergen. Im Wartungsfall lässt sich das Verkleidungsteil leicht entfernen, und das Tragrohr aus dem Magnetresonanzgerät herausschieben.
-
Vorteilhaft ist eine Ausführung der Erfindung derart, dass zwischen dem Tragrohr und der Gradientenspule eine Anregungsspule derart angeordnet ist, dass sie mit dem Tragrohr verschiebbar ist.
-
Bei dem Magnetresonanzgerät kann auf der Innenseite des Tragrohrs eine Schirmung für Hochfrequenzstrahlung derart angeordnet sein, dass sie mit dem Tragrohr verschiebbar ist.
-
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich in den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines MR-PET-Kombigeräts,
-
2 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in betriebsbereitem Zustand,
-
3 die Ausführungsform der Erfindung während eines Wartungseinsatzes und
-
4 eine alternative Ausführungsform der Erfindung.
-
Die Ausführungsbeispiele der Erfindung lassen sich bevorzugt auf einem kombinierten MR-PET-Gerät verwenden. Ein kombiniertes Gerät hat den Vorteil, dass sowohl MR- als auch PET-Daten isozentrisch gewonnen werden können. Dies ermöglicht, das Untersuchungsvolumen innerhalb der interessierenden Region mit den Daten der ersten Modalität (PET) genau zu definieren und diese Informationen in der weiteren Modalität (z. B. Magnetresonanz) zu nutzen. Eine Übertragung der Volumeninformation der interessierenden Region von einem externen PET- auf ein MR-Gerät ist zwar möglich, jedoch ist ein erhöhter Aufwand für die Registrierung der Daten gegeben. Im Allgemeinen lassen sich an der auf dem PET-Datensatz ausgewählten interessierenden Region sämtliche mit Magnetresonanz oder sonstigen bildgebenden Verfahren bestimmbare Daten ermitteln. Beispielsweise können statt der Spektroskopiedaten auch fMR-Daten, Diffusions-Karten, T1 oder T2 gewichtete Bilder oder quantitative Parameter-Karten mittels Magnetresonanzuntersuchungen in der interessierenden Region gewonnen werden. Ebenfalls können Methoden der Computertomographie (z. B. Perfusionsmessung, Mehrfachenergiebildgebung) oder Röntgen eingesetzt werden. Vorteilhaft an dem beschriebenen Verfahren ist jeweils, dass sich die interessierende Region mittels des PET-Datensatzes sehr gezielt auf eine spezifisch vorliegende Pathologie des Patienten einengen lässt.
-
Ergänzend ist jedoch auch möglich, durch Verwendung mehrerer so genannter Tracer verschiedene biologische Eigenschaften im PET-Datensatz darzustellen und so die interessierende Region und das dadurch festgelegte Volumen noch weiter zu optimieren oder mehrere verschiedene Untersuchungsvolumina auf einmal auszuwählen, die dann in nachfolgenden Untersuchungen analysiert werden.
-
Die 1 zeigt eine bekannte Vorrichtung 1 zur überlagerten MR- und PET-Bilddarstellung. Die Vorrichtung 1 besteht aus einer bekannten MR-Röhre 2. Die MR-Röhre 2 definiert eine Längsrichtung z, die sich orthogonal zur Zeichnungsebene der 1 erstreckt.
-
Wie in der 1 gezeigt ist, sind koaxial innerhalb der MR-Röhre 2 mehrere, um die Längsrichtung z paarweise gegenüberliegend angeordnete PET-Detektionseinheiten 3 angeordnet. Die PET-Detektionseinheiten 3 bestehen vorzugsweise aus einem APD-Fotodiodenarray 5 mit einem vorgeschalteten Array aus LSO-Kristallen 4 und einer elektrischen Verstärkerschaltung (AMP) 6. Die Erfindung ist aber nicht auf die PET-Detektionseinheiten 3 mit dem APD-Fotodiodenarray 5 und dem vorgeschalteten Array aus LSO-Kristallen 4 beschränkt, sondern zur Detektion können gleichsam auch anders geartete Fotodioden, Kristalle und Vorrichtungen verwendet werden.
-
Die Bildverarbeitung zur überlagerten MR- und PET-Bilddarstellung erfolgt durch einen Rechner 7.
-
Entlang ihrer Längsrichtung z definiert die MR-Röhre 2 ein zylindrisches, erstes Gesichtsfeld. Die Vielzahl der PET-Detektionseinheiten 3 definiert entlang der Längsrichtung z ein zylindrisches, zweites Gesichtsfeld. Es stimmt das zweite Gesichtsfeld der PET-Detektionseinheiten 3 im wesentlichem mit dem ersten Gesichtsfeld der MR-Röhre 2 überein. Realisiert wird dies durch eine entsprechende Anpassung der Anordnungsdichte der PET-Detektionseinheiten 3 entlang der Längsrichtung z.
-
In 2 ist schematisch ein Schnitt durch ein MR-Gerät 201 dargestellt. Es besteht aus einer tubusförmigen Verkleidung 203, die mittig eine Patientenöffnung 205 aufweist. Zu Untersuchungszwecken ist eine Patientenliege 207 in die Patientenöffnung 205 einführbar. Die Patientenliege 207 ist hier nur abschnittsweise dargestellt. Innerhalb der Verkleidung ist ein ringförmiger Magnet 209 angeordnet. Innerhalb des Magneten 209 ist eine Gradientenspule 211 angeordnet. Innerhalb der Gradientenspule 211 ist ein Tragrohr 213 angeordnet. Auf dem Tragrohr 213 befinden sich Vertiefungen 215, in die PET-Detektoren 217 eingesetzt sind. Am Ende des Tragrohrs 213 befinden sich Signalverarbeitungseinheiten 219, die über elektrische Leitungen 221 mit den PET-Detektoren 217 verbunden sind.
-
Ebenfalls kann eine Kühlung der PET-Detektoren 217 vorgesehen werden, die aus Gründen der Übersichtlichkeit hier nicht dargestellt ist. Kühlleitungen könnten nahe der Signalverarbeitungseinheiten 219 angeordnet sein. Kühlleitungen würden beispielsweise parallel zu den elektrischen Leitungen 221 angeordnet sein.
-
Das Tragrohr 213 umfasst ebenfalls die Elektronik der für ein MR-Gerät typischen Anregungsspule, die hier nicht dargestellt ist. Die Ausführung einer integrierten Anregungsspule innerhalb des Tragrohrs 213 für die PET-Detektoren 217 bietet insbesondere den Vorteil einer kompakten Bauform.
-
Zwischen dem Tragrohr 213 und der Gradientenspule 211 sind mehrere Lager 222 angeordnet. Entlang des Umfangs des Tragrohrs 213 können mehrere Lager 222 vorgesehen sein. Die Lager können beispielsweise als Gleit- oder Rolllager ausgeführt sein. Andere Lagerarten sind ebenfalls möglich. Das Tragrohr 213 ist nicht fest mit der Gradientenspule 211 und auch nicht fest mit der Verkleidung 203 verbunden, so dass es in horizontaler Richtung relativ zur Gradientenspule 211 verschiebbar ist. Zur Wahrung der Lage des Tragrohrs 213 ist ein Stützelement 225 vorgesehen, das mit einem Ring 227 verbunden ist. Der Ring 227 ist wiederum mit dem Tragrohr 213 verbunden, so dass das Tragrohr 213 durch das Stützelement 225 gestützt wird. Das Stützelement 225 umfasst am unteren Ende eine Gleiteinheit 229, die in einer Gleitschiene 231 in horizontaler Richtung bewegbar ist. Die Gleitschiene 231, die Gleiteinheit 229 und der Ring 227 sind innerhalb der Verkleidung 203 angeordnet.
-
In 3 ist das MR-Gerät 201 in geöffneter Form dargestellt. Die Verkleidung 203 ist zweiteilig ausgeführt. Ein erstes Verkleidungsteil 203a beinhaltet den Magneten 209 und die Gradientenspule 211. Ein zweites Verkleidungsteil 203b ist entfernbar und hier in entferntem Zustand dargestellt. Nach Entfernen des zweiten Verkleidungsteils 203b ist es möglich, das Tragrohr 213 aus der Gradientenspule 211 in horizontaler Richtung herauszuziehen. Die Lager 222 und die Gleiteinheit 229 setzen dabei an einem, das MR-Gerät 201 verlassenden Ende 232 an und dienen dabei zur Führung des Tragrohrs 213 und zur Erleichterung der Verschiebung. An die Gleitschiene 231 ist eine Verlängerung 233 anbringbar, die die Gleiteinheit 229 aufnimmt, sobald sie die Gleitschiene 231 verlässt.
-
Das Tragrohr 213 ist derart weit aus dem Verkleidungsteil 203a herausziehbar, dass ein Zugang zu den PET-Detektoren 217 ermöglicht wird. Dadurch sind Wartungsarbeiten an den PET-Detektoren 217, den elektrischen Leitungen 221 und den Signalverarbeitungseinheiten 219 möglich. Auch ein Austausch der Komponenten ist möglich. Zur Verdeutlichung ist ein PET-Detektor 217', eine elektrische Leitung 221' und eine Signalverarbeitungseinheit 219' in entferntem Zustand dargestellt.
-
Die Lager 222 und die Gleiteinheit 229 in Verbindung mit der Gleitschiene 231 und der Verlängerung 233 dienen zur Führung des Tragrohrs 213. Nach einer Verschiebung des Tragrohrs 213 ist eine exakte Rückführung in die Ausgangsposition erforderlich, da die Position des Tragrohrs 213 innerhalb des MR-Geräts 201 wichtig ist.
-
Vorteilhaft an den Ausführungsbeispielen der Erfindung ist, dass lediglich der zu wartende bzw. auszutauschende PET-Detektor 217 von seinen elektrischen und mechanischen Verbindungen getrennt werden muss. Dadurch ist eine beschleunigte Wartung möglich und die Gefahr von Fehlern wird vermindert. Durch die verwendeten Vertiefungen 215 bleibt selbst bei einem Austausch die relative Position der PET-Detektoren 217 relativ zueinander erhalten. Aufwändige Kalibrierungen können dadurch weitgehend vermieden werden.
-
Alternativ zur Gleitschiene 231 mit der entsprechenden Gleiteinheit 229 kann eine Rolle am Stützelement 225 vorgesehen sein. In diesem Fall könnte die Führung des Tragrohrs 213 über die Lager 222 erfolgen, so dass eine Verdrehung des Tragrohrs 213 verhindert wird. Andersartige Stützelemente 225 sind ebenfalls denkbar.
-
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung ist in 4 dargestellt. Hier sind die zuvor fest installierten Lager 222 entfernbar ausgeführt. Nach dem Einschieben des Tragrohrs 213 in die Gradientenspule 211 können die Lager 222 entfernt werden. Die Stützwirkung der Lager 222 gegenüber dem Tragrohr 213 wird in dieser Ausführungsform durch ein Stützelement 241 realisiert. Dieses ist am Magneten 209 befestigt und stützt das Tragrohr 213 im Fall entfernter Lager 222 gegen den Magneten 209. Dies hat den Vorteil, dass kein direkter physikalischer Kontakt zwischen der Gradientenspule 211 und dem Tragrohr 213 erforderlich ist, um das Tragrohr abzustützen. Durch die Gradientenspule 211 während des Betriebs erzeugte Vibrationen werden daher nur über die Luft durch den Spalt zwischen der Gradientenspule 211 und dem Tragrohr 213, also in begrenzten Maß übertragen.
-
Sind die Lager 222 eingebaut, lässt sich das Tragrohr 213 analog zu dem in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel herausziehen. Die Verbindung des Tragrohrs 213 mit dem Stützelement 241 ist zu diesem Zweck lösbar.
-
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine separate Körperspule 243 vorgesehen, die innerhalb des Tragrohrs 213 angeordnet ist. Sie ist mittels weiterer Stützelemente 245 auf dem Tragrohr abgestützt. Innerhalb der Gradientenspule 211 und des Tragrohrs 213 ist je eine HF-Abschirmung 247 vorgesehen. Durch die Abstützung der Körperspule 243 auf dem Tragrohr 213 und der Anbringung der HF-Abschirmung 247 auf dem Tragrohr 213 ändert sich die relative Position der Körperspule 243 zu ihrer Abschirmung 247 nach einem Wartungseinsatz an den PET-Detektoren 217 nicht, so dass keine neue Kalibrierung erforderlich ist.
-
Diese Ausführung der Körperspule 243 kann auch mit der in den 2 und 3 gezeigten Ausführungsform realisiert werden. Ebenfalls kann die dort dargestellte integrierte Ausführung der Körperspule innerhalb des Tragrohrs 213 mit der hier gezeigten Ausführung der Abstützung durch das Stützelement 241 verwendet werden.