CN100591274C - 组合磁共振/正电子发射断层显像系统 - Google Patents

组合磁共振/正电子发射断层显像系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种组合磁共振(MR)成像和正电子发射断层显像(PET)系统。在一个实施方式中，提供一种包括彼此分开的射频(RF)天线和RF屏板以建立RF场回流区的系统。RF屏板包含多个开口，并且在RF屏板的多个开口中放置多个闪烁体晶体，使得多个闪烁体晶体的至少部分放置在RF场回流区中。也提供了其他的实施方式，并且这里所描述的每一种实施方式都可以独立使用，或彼此组合使用。

Description

组合磁共振/正电子发射断层显像系统
技术领域
本发明涉及一种组合磁共振成像和正电子发射断层显像系统。
背景技术
经常期望将磁共振(MR，magnetic resonance)成像与正电子发射断层显像(PET，positron emission tomography)组合在一套装置中，以融合由MR提供的高分辨率解剖成像以及由PET提供的功能信息。在制造组合MR/PET系统中的一个困难在于：MR系统的RF发射天线对PET系统的光电检测电子装置能产生有害影响。为避免来自RF天线的这些有害影响，可以使用一种RF屏板(screen)(例如，一种连续铜层)，通过将PET系统的所有零部件放置在与RF天线隔开的RF屏板的相反一侧，以将PET系统的光电检测电子装置与RF天线屏蔽开。采用这种设计，需要较大直径的梯度线圈(gradient coil)，以提供PET系统的零部件所需要的空间。由于磁体隧道内的径向空间是有限并且昂贵的，这就大大地增加了生产成本。这种设计的另一缺点在于：因为RF屏板在病人与PET检测器之间，所以，从病人发射出的伽玛射线，在到达PET检测器之前，能被RF屏板削弱。
因此，需要克服了这些问题的组合MR/PET系统。
发明内容
本发明由所附权利要求进行限定，本部分的任何内容都不应当视为对那些权利要求的限制。
为了介绍，下面的实施方式描述了一种组合磁共振(MR)成像和正电子发射断层显像(PET)系统。在一个实施方式中，提供一种包括彼此分开的射频(RF)天线和RF屏板以建立RF场回流区(field reflux zone)的系统。RF屏板包含多个开口，并且在RF屏板的多个开口中放置多个闪烁体晶体，使得多个闪烁体晶体的至少部分放置在RF场回流区中。还提供了其他的实施方式，并且，这里所描述的每一实施方式都可以独立使用，或者彼此组合使用。
下面参照附图描述实施方式。
附图说明
图1是一种实施方式的组合MR/PET系统的图示。
具体实施方式
参见附图，图1是一种实施方式的组合MR/PET系统100的图示。本系统100包括射频(RF)天线110和RF屏板120。RF屏板120与RF天线110分开放置，并且将RF屏板120与RF天线110之间的区域称为“RF场回流区”115。系统100还包括多个闪烁体晶体130、多个与LSO晶体130连接的光检测器140、以及多个与APD 140连接的前置放大器150。闪烁体晶体130可以采取任何适当的形式，包括但并不限于活性铊碘化钠(NaI(Tl))晶体、锗酸铋(BGO)晶体、硅酸钆(GSO)晶体、以及硅酸镥(LSO)晶体。同样，光检测器也可以采取任何适当的形式，包括但并不限于雪崩光电二极管(APD)、位置敏感雪崩光电二极管(APD)、盖革模式操作二极管、以及硅光电倍增管(PMT)。在目前优选实施方式中，闪烁体晶体130是硅酸钆(LSO)晶体，而光检测器140则是雪崩光电二极管(APD)。在这里使用时，短语“与…连接”意思是直接与…连接，或者，通过一个或多个指定或未指定的元件间接与…连接。图1可以视为MR-PET系统的横截面(或者切面)。如图1中概略所示，RF天线110的左边是基部，检查对象(通常是病人200)躺睡在上面，而前置放大器150的右边，则是MR系统的其他零部件，诸如磁体210和梯度线圈220。
在图1中，RF天线110、RF屏板120、磁体210、以及梯度线圈220是MR系统的部分，而LSO晶体130、APD 140、以及前置放大器150是PET系统的部分。在操作中，就PET而言，将正电子发射放射药剂注入病人200体内。每一发射的正电子对病人体内的电子起作用，并导致“湮灭现象(annihilation event)”，这种现象产生一对在相反方向发射的伽马射线(或者量子)。发射出并到达LSO晶体130的伽马量子，通过LSO晶体130转化为可见光的光子，通过APD 140对光子进行检测并转化为电信号。前置放大器150放大这些电信号，并用这些电信号生成PET图像。PET系统是一种被动系统，因为它仅仅检查从病人200发射出的伽马量子，但并不给病人200发送任何东西。
与之相反，MR系统是一种主动系统。在操作中，磁体210磁化病人200，以及，梯度线圈220使得由磁体210产生的静态磁场按受控的方式空间变化，以实现用于MR图像再现的空间分辨率。RF天线110(或者RF线圈)包括不同的电子器件(例如，电容器、导体、半导体)，向病人200发射RF信号并从病人200接收RF信号。当在存在所施加的静态磁场的情况下，通过RF天线110将RF磁场脉冲的脉冲施加于病人200时，病人200中核子的磁矩在所施加静态磁场方向的周围进动，接着，在断开激励之后，发射RF信号，通过RF天线110对其进行检测。对根据接收到的RF信号所获得的数据，通过应用适当的再现算法就能计算出病人的分层(slice)图像。
RF天线和梯度线圈对彼此能产生有害的影响。例如，来自RF天线的RF功率进入梯度线圈之中可以消失，而来自梯度线圈的噪声则能影响RF天线。RF发射天线对PET系统的光电检测电子器件(例如，APD和前置放大器)也能产生有害的影响。为了避免这些有害影响，可以使用RF屏板将梯度线圈和PET系统的光电检测电子器件与RF天线屏蔽开。正如背景技术部分所讨论的，如果PET系统的所有零部件都放置在与RF天线隔开的RF屏板的相反一侧，则将由于需要较大直径的梯度线圈和磁体来提供PET系统的零部件所需要的空间，使系统的生产成本大大增加。同样，因为RF屏板将在LSO晶体与病人之间，所以，从病人发射出的伽马射线，在到达LSO晶体之前，被RF屏板削弱。
尽管APD 140和前置放大器150对RF信号敏感，但LSO晶体并非如此，利用以上事实，图1中的系统100避免了这些问题。在本实施方式中，不是PET系统的所有零部件都置于连续RF屏板的一侧，而是RF屏板120包括多个开口，并将LSO晶体130置于RF屏板的开口中，使得LSO晶体130的至少部分放置在RF屏板120与RF天线110之间的RF场回流区115中。LSO晶体130能伸进RF场回流区115中，因为它们与这个区域的RF场不会相互作用。采用这种布置，对RF信号敏感的PET零部件放置在RF屏蔽120之后，而对RF信号不敏感的零部件则至少部分地放置在RF屏蔽屏板之前。
本实施方式的一个优点在于，以这样一种方式组合MR和PET模态(modality)，将MR和PET必需的零部件结合在一起，使得零部件不会互相影响，同时使用尽可能小的空间。在不使RF屏板120后的PET电子器件的工作状态劣化的情况下，使LSO晶体130结合到RF屏板120中，同时仍然保持RF敏感的PET电子器件在RF屏板120后面，使用的空间小于PET系统的所有零部件都在RF屏板120后面的空间。与背景技术中所描述的设计相比，将LSO晶体130放置在已经为RF场回流区115所必需的径向空间中，而不是给系统增加另外的径向长度，节约了MR扫描设备内的径向空间。由于只需要较小直径的磁体和梯度线圈，这得到了一种需要较低生产成本的系统。作为可供选择的方案，使用不变的梯度线圈和磁体则能形成更大的病人隧道。此外，因为本实施方式避免将RF屏蔽放在LSO晶体130前面，所以本实施方式避免了在背景技术部分所描述的设计中遇到的伽马衰减。
再次参照图1，为了将LSO晶体130充分结合在RF屏板120中，最好将多个截止波导(cutoff waveguide)160放置在每个LSO晶体130与其在RF屏板120中相应的开口之间，以防RF屏板120屏蔽效果的劣化。LSO晶体130由绝缘的非导电材料制成，截止波导160填满电介质材料，并且表现为RF屏板120中的强衰减孔。这就是所谓的截止波导效应。取决于所施加的频率，对于一定直径的这些截止波导160而言，只要它们完全填满电介质材料，在截止波导160内就不能传播波。在这些频率范围(几十兆赫)中，如果截止波导160具有对应于LSO晶体130直径的几毫米的直径，以及10-20毫米的长度，完全满足截止条件，并且，对要从屏板120的一侧传输到另一侧的RF频率而言，它们呈现高衰减。
目前优选的是，闪烁体晶体130包含的长度与RF场回流区115的长度大致相等。例如，闪烁体晶体130和RF场回流区115的长度可以在大约1或2厘米至5厘米之间。在一种实现中，LSO晶体130的长度和RF场回流区115的长度为大约2-3厘米，并且LSO晶体130伸进RF场回流区115中大约两厘米，从而比完全空间分离的零部件布置节约了大约2厘米的半径。RF屏板120优选为具有十微米的铜和100微米的印刷电路板(PCB)板材的双面结构。RF屏板优选地具有缝隙结构，以抑制梯度感应的涡流。截止波导160优选为缠绕在各LSO晶体130周围的非常薄的铝或铜箔管。目前优选的是，截止波导包含大于等于2、大于等于3、或大于等于4的长度/直径比。例如，截止波导可以具有大约2至4毫米直径的直径，以及大约5至20毫米的长度。优选的是，截止波导160与RF屏板120和LS0晶体130之间处于无间隙接触。前置放大器(第一电子器件级)近似为1厘米长。在制造方面，目前优选的是，在RF屏板120中钻入适当直径的孔，将截止波导160(例如，管)推入孔中，并焊接朝向该管的RF屏板120接触环，使得RF屏板120不能透过RF，只能透过光。当然，也能使用其它的尺寸、材料和制造步骤。
应当理解，以上详细描述是本发明可采用形式的选择说明，而非本发明的定义。只有所附权利要求，包括所有等效置换，用来对本发明的范围进行定义。

Claims (20)

1.一种用于执行磁共振和正电子发射断层显像的系统，所述系统包括：
射频天线；
包含多个开口的射频屏板，所述射频屏板与所述天线分开放置，从而，在所述射频天线与所述射频屏板之间建立射频场回流区；以及
多个闪烁体晶体，放置在所述射频屏板的多个开口中，其中，所述多个闪烁体晶体的至少一部分被放置在所述射频场回流区中。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述闪烁体晶体由硅酸镥晶体组成。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述闪烁体晶体由活性铊碘化钠晶体组成。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述闪烁体晶体由锗酸铋晶体组成。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述闪烁体晶体由硅酸钆晶体组成。
6.根据权利要求1所述的系统，还包括多个截止波导，每个所述截止波导放置在相应的所述闪烁体晶体与所述射频屏板中的开口之间。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述截止波导包含大于等于2的长度/直径比。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述截止波导包含大于等于3的长度/直径比。
9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述截止波导包含大于等于4的长度/直径比。
10.根据权利要求1所述的系统，还包括与所述多个闪烁体晶体连接的多个光检测器。
11.根据权利要求10所述的系统，还包括与所述多个光检测器连接的多个前置放大器。
12.根据权利要求10所述的系统，其中，所述光检测器由雪崩光电二极管构成。
13.根据权利要求10所述的系统，其中，所述光检测器由位置敏感雪崩光电二极管构成。
14.根据权利要求10所述的系统，其中，所述光检测器由盖革模式操作二极管构成。
15.根据权利要求10所述的系统，其中，所述光检测器由位置硅光电倍增管构成。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述闪烁体晶体包含与所述射频场回流区的长度大约相等的长度。
17.根据权利要求9所述的系统，其中，所述闪烁体晶体和所述射频场回流区的长度在2至5厘米之间。
18.根据权利要求1所述的系统，其中，所述射频场回流区包含1至5厘米的长度。
19.根据权利要求1所述的系统，还包括梯度线圈。
20.根据权利要求1所述的系统，还包括磁体。
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