[发明专利]用于同时进行PET和MR成像的PET/MR扫描器

说明书

本发明涉及成像、诊断和相关领域。本发明具体应用于同时进行的磁 共振(MR)成像和正电子发射断层摄影(PET)成像，并且具体据此进行 描述。然而，本发明在同时地、顺序地、以时间交错的方式或通过对这些 方式进行组合而执行的从共同的对象采集PET和MR数据，以及诸如成像、 磁共振波谱等使用上述PET和MR数据采集的诊断过程方面具有更广泛的 应用。

MR和PET成像是在一齐操作时有时能够比单独操作其中任一模态提 供更多信息的成像模态。为了使组合的MR和PET成像的协同作用最大化， 执行同时进行的MR和PET成像或者至少在相对短的时间间隔中(例如， 对象相对于该短的时间间隔在共同的患者床上保持静止)一起执行MR和 PET成像是有用的。这种经集成的数据采集将简化由MR和PET采集的图 像的空间配准和任选的时间配准，并将降低MR和PET成像数据采集之间 的患者或其他对象中的可操作的显著改变发生的可能性。组合的PET/MR 成像的其他优势包括使用MR以构建用于PET成像的衰减图的能力，以及 将MR和PET一起用于运动补偿。

然而，组合的PET/MR扫描器(有时称为混合PET/MR扫描器)的构 建迄今为止被MR采集子系统的磁场对PET采集子系统的光电倍增器管 (PMT)探测器的有害影响所妨碍。通过电子的雪崩倍增操作PET探测器。 在典型的PMT布置中，光电阴极被负偏置。撞击光电阴极的光子生成一个 或多个电子的初始猝发，这一个或多个电子穿过真空到达第一倍增极，在 此，它们引起大量电子的生成，这些大量电子穿过真空到达第二倍增极， 依此类推，直到雪崩倍增电子猝发到达阳极。对于PET应用，PMT探测器 通常被布置为观察闪烁体，该闪烁体响应于与由正电子-电子湮没事件生成 的511keV伽马光子的相互作用而生成光(即，紫外光子、可见光子和/或 红外光子)猝发。

由于PMT操作是基于电子(其为带电粒子)通过真空的行进的，与电 子电荷和电子速度之积与磁场的叉积成比例的力被施加。该力可以例如表 示为诸如F＝qv×B的形式，其中，q是电子电荷，v是电子速度矢量，B是 磁场矢量，而F是磁场B施加在以速度v行进的电子上的力。如下适当地 解释磁场对PMT操作的影响。在PMT中通过静电场E实现电子倍增过程。 如果还存在静磁场B，由F＝q(E+v×B)给出作用在电子上的力，因此，当|v|＞0 时，电子不再沿着加速电场E的方向加速。结果，电子的加速由磁场B的 存在所干扰，从而倍增也由磁场B的存在所干扰。例如，在假设磁场与加 速电场正交的情况下，如果将电子的速度计算为时间的函数，在特定的时 间点，电子的速度可被看作是零，这对应于加速度的重新开始。典型PMT 探测器的极端敏感性使得甚至地球磁场(通常大约3×10^-5T到6×10^-5T)也 足以降低PMT的操作。小的地球磁场可以由PMT探测器的适当校准进行 补偿。相反，根据主磁体的强度，典型MR扫描器生成0.2T到7T的静(B₀) 磁场，同时正在开发较高场的MR扫描器。这一大得多的B₀磁场对PMT 操作的影响不能通过校准充分补偿。

用于克服这一问题的一个方法是使用与基于PMT的探测器相比对磁 场较不敏感的固态辐射探测器。例如，国际公布WO 2006/111869公开了采 用固态硅光电倍增器(SiPM)或雪崩光电二极管(APD)作为辐射探测器 的PET/MR扫描器。这一解决方案包括使用SiPM、APD或其他非常规探 测器。

用于克服PMT/MR磁场相互作用的另一方法为将PMT探测器移出MR 采集系统，并且因此远离强磁场。闪烁体仍然在MR采集系统中或者在MR 采集系统附近，并且通过使用光纤连接而与远程PMT探测器相耦合。这一 方法保留了常规的基于PMT的探测器，但是具有增加系统复杂性的缺陷。 飞行时间(TOF)PET成像的另外的缺陷在于光纤连接增加了显著光损失 和渡越时间涨落，这反过来影响TOF计算的。波长相关的离散度进一步使 这些TOF计算复杂化，并限制了使用光纤连接可实现的时间分辨率。

本发明提供了克服上述提到的问题以及其他问题的新的改进的装置和 方法。