Расщепленная градиентная катушка и использующая ее гибридная рет/mr-система визуализации

Расщепленная градиентная катушка и использующая ее гибридная рет/mr-система визуализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к технологии визуализации. Изобретение, в частности, имеет применение в гибридных системах магнитно-резонансного сканирования и позитронно-эмиссионной томографии (PET) и описывается в связи с этим конкретным применением. Изобретение имеет более общее применение в системах магнитно-резонансного сканирования вместе с радиационными детекторами для PET визуализации, или без них.

Некоторые существующие магнитно-резонансные сканеры включают в себя по существу цилиндрический комплект главных обмоток магнитного поля, создающих главное (B₀) магнитное поле, по меньшей мере, в обследуемой области, расположенной в пределах цилиндра, задаваемого главными магнитными обмотками. Сборка по существу цилиндрической градиентной катушки располагается коаксиально внутри главных магнитно-полевых обмоток для выборочного наложения градиентов магнитного поля на главное магнитное поле. Одна или несколько радиочастотных катушек располагаются внутри сборки градиентной катушки. Эти радиочастотные катушки могут иметь различные по сложности формы, от поверхностных катушек с единственной петлей до сложных сеточных катушек (типа "птичьей клетки"). В некоторых вариантах реализации предоставляется монолитная сеточная катушка (типа "птичьей клетки"), которая является цилиндрической катушкой, располагаемой коаксиально внутри сборки градиентной катушки. Сборка градиентной катушки и сборка радиочастотной катушки являются монолитными цилиндрическими конструкциями, которые располагаются в различных радиальных положениях и при этом занимают значительную долю внутреннего цилиндрического пространства.

Heid и др., Патент США № 6930482, раскрывает градиентную катушку, разделенную пополам центральным зазором, по которому не проходят никакие обмотки. Короткая радиальная радиочастотная катушка помещается в центральный зазор так, чтобы градиентная катушка и радиочастотная катушка находились бы приблизительно на том же самом радиусе, таким образом, обеспечивая более эффективное использование полезного внутреннего пространства. Однако эффективность конструкции градиентной катушки снижается, когда ширина центрального зазора увеличивается. Для центрального зазора, большего приблизительно 10 сантиметров, получается существенное снижение эффективности. Малый достижимый зазор обеспечивает, соответственно, короткие стержни, или звенья, радиочастотных катушек, которые снижают зону обзора радиочастотной катушки.

Имеется также интерес к многофункциональным или гибридным сканерам, включающим в себя возможности и магнитно-резонансной, и позитронно-эмиссионной (PET) томографии. Например, Fiedler и др., WO 2006/111869 раскрывает различные гибридные системы визуализации. В некоторых вариантах реализации гибридной системы, раскрытых в этой ссылке, элементы твердотельного PET детектора располагаются между звеньями монолитной сеточной катушки, чтобы эффективно использовать доступное внутреннее цилиндрическое пространство. Конструкцию градиентной катушки от Heid и др. с ее центральным зазором можно также рассматривать как перспективную для использования в гибридной визуализирующей системе. Однако маленький центральный зазор, достижимый с использованием конструкции градиентной катушки по Heid и др., вероятно, будет слишком малым, чтобы принять практическую сборку элементов PET детектора. Используемый участок этого и без того малого зазора дополнительно уменьшается посредством разделяющих зазоров, которые необходимы между катушкой и PET детекторами, чтобы обеспечить механическое движение половин катушки под действием сил Лоренца.

Нижеследующее описание предоставляет новые и улучшенные аппараты и способы, которые преодолевают вышеупомянутые и другие проблемы.

В соответствии с одним объектом, раскрывается градиентная катушка магнитного поля, содержащая по существу цилиндрический комплект обмоток катушки, определяющих осевое направление, и содержащая в себе первичные обмотки катушки и экранирующие обмотки катушки в удаленном радиальном положении относительно первичных обмоток катушки, причем по существу цилиндрический комплект обмоток катушки имеет дугообразный, или кольцевой, центральный зазор, который свободен от обмоток катушки, причем центральный зазор имеет осевую протяженность, по меньшей мере, десять сантиметров и охватывает, по меньшей мере, 180°-й угловой интервал, причем по существу цилиндрический комплект обмоток катушки дополнительно включает в себя соединительные проводники, расположенные на каждом краю центрального зазора, которые электрически соединяют выбранные первичные и вторичные обмотки катушки, причем по существу цилиндрический комплект обмоток катушки служит для наложения градиента поперечного магнитного поля на аксиально-ориентированное статическое магнитное поле в обследуемой области, которая окружена по существу цилиндрическим комплектом обмоток катушки, реагирующих на электрическое возбуждение общего цилиндрического комплекта обмоток катушки.

В соответствии с другим объектом, раскрывается магнитно-резонансный сканер, содержащий: по существу цилиндрический комплект обмоток катушки, определяющий осевое направление и включающий в себя первичные обмотки катушки и экранирующие обмотки катушки в удаленном радиальном положении относительно первичных обмоток катушки, причем по существу цилиндрический комплект обмоток катушки имеет дугообразный, или кольцевой, центральный зазор, свободный от обмоток катушки, причем центральный зазор имеет осевую протяженность, по меньшей мере, десять сантиметров и охватывает, по меньшей мере, 180°-й угловой интервал, причем по существу цилиндрический комплект обмоток катушки дополнительно включает в себя соединительные проводники, расположенные на каждом краю центрального зазора, которые электрически соединяют выбранные первичную и вторичную обмотки катушки; и главный магнит, расположенный вне по существу цилиндрического комплекта обмоток катушки и действующий для создания аксиально-ориентированного статического магнитного поля в обследуемой области, окруженной по существу цилиндрическим комплектом обмоток катушки, причем по существу цилиндрический комплект обмоток катушки служит для наложения градиента поперечного магнитного поля на аксиально-ориентированное статическое магнитное поле в обследуемой области.

В соответствии с другим объектом, раскрывается магнитно-резонансный сканер, содержащий: кольцевой ряд детекторов позитронно-эмиссионной томографии (PET); по существу цилиндрический комплект обмоток катушки, включающий в себя первичные обмотки катушки и экранирующие обмотки катушки, радиально более удаленные относительно первичных обмоток катушки, причем по существу цилиндрический комплект обмоток катушки имеет кольцевой центральный зазор, принимающий кольцевой ряд PET детекторов, причем по существу цилиндрический комплект обмоток катушки дополнительно включает в себя соединительные проводники, расположенные на каждом краю кольцевого центрального зазора, которые электрически соединяют выбранные первичные и вторичные обмотки катушки; и главный магнит, расположенный снаружи по существу цилиндрического комплекта обмоток катушки и действующий для создания аксиально-ориентированного статического магнитного поля в обследуемой области, окруженной по существу цилиндрическим комплектом обмоток катушки, причем по существу цилиндрический комплект обмоток катушки служит для наложения градиента поперечного магнитного поля на аксиально-ориентированное статическое магнитное поле в обследуемой области.

В соответствии с другим объектом, раскрывается градиентная катушка магнитного поля, содержащая: по существу цилиндрический комплект обмоток катушки, включающий в себя первичные обмотки катушки и экранирующие обмотки катушки в удаленном радиальном положении относительно первичных обмоток катушки; и шиммирующий комплект второго порядка, содержащий шиммирующие обмотки второго порядка, по меньшей мере, участок которых располагается в более удаленном радиальном положении, чем экранирующие обмотки катушки.

В соответствии с другим объектом, раскрывается гибридный сканер, содержащий: магнитно-резонансный сканер; позитронно-эмиссионные томографические (PET) детекторы, расположенные вблизи от изоцентра магнитно-резонансного сканера; и активную шиммирующую систему, включающую в себя шиммирующие катушки и контроллер шиммирующего комплекта, сконфигурированный для управления шиммирующими катушками, чтобы скомпенсировать неоднородность магнитного поля, вызванную PET детекторами. В некоторых вариантах реализации контроллер шиммирующего комплекта сконфигурирован для управления шиммирующими катушками, чтобы ввести первую коррекцию, когда работают PET детекторы, и ввести вторую коррекцию, отличающуюся от первой коррекции, когда PET детекторы не работают.

Одно из преимуществ заключается в предоставлении катушки градиента магнитного поля с дугообразным, или кольцевым, зазором, имеющим ширину, большую, чем это достигалось ранее.

Другое преимущество заключается в предоставлении катушки градиента магнитного поля, имеющей центральный зазор с шириной, достаточной для приема матрицы PET детекторов.

Другое преимущество заключается в предоставлении катушки градиента магнитного поля, имеющей дугообразный зазор, согласованной с асимметричной радиочастотной катушкой.

Другое преимущество заключается в предоставлении гибридного магнитно-резонансного/PET сканера, имеющего улучшенную вибрационную изоляцию для PET детекторов.

Также дополнительные преимущества настоящего изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники после прочтения и понимания следующего подробного описания.

Фиг.1 и 2 схематически изображают перспективный и торцевой виды соответственно первой характерной градиентной катушки поперечного магнитного поля.

Фиг.3 и 4 - схематический перспективный и торцевой виды соответственно второй характерной градиентной катушки поперечного магнитного поля.

Фиг.5 - схематический вид диэлектрического каркаса для второй характерной градиентной катушки поперечного магнитного поля, включающей в себя скобу жесткости.

Фиг.6 - схематический вид магнитно-резонансного сканера, включающего в себя вторую характерную градиентную катушку поперечного магнитного поля и кольцевую матрицу детекторов позитронно-эмиссионной томографии (PET), расположенных в центральном зазоре второй характерной градиентной катушки поперечного магнитного поля.

Фиг.7 - схематический перспективный вид третьей характерной градиентной катушки поперечного магнитного поля.

Фиг.8 - схематический вид диэлектрического каркаса для третьей характерной градиентной катушки поперечного магнитного поля вместе с кольцевыми проводниками радиочастотной катушки.

Фиг.9 - схематический вид сечения участка первого варианта реализации кольцевой матрицы PET детекторов из Фиг.6.

Фиг.10 - схематический вид сечения участка второго варианта реализации кольцевой матрицы PET детекторов из Фиг.6.

Фиг.11 и 12 - схема шиммирующей катушки типа катушки Голея в пределах ½ от изменения азимута, то есть, между азимутальными значениями ϕ=-90° и ϕ=90°, с азимутальным размером, развернутым, чтобы обеспечить 2D диаграммы.

Фиг.13 - вид бокового сечения сборки градиентной катушки гибридного PET/магнитно-резонансного сканера из Фиг.6, показывающий подходящую конструкцию шиммирующих катушек второго порядка на внешней стороне расщепленной градиентной катушки и на механической скобе, охватывающей участки градиентной катушки.

Фиг.14 - вид бокового сечения сборки градиентной катушки гибридного PET/магнитно-резонансного сканера из Фиг.6, показывающий подходящую установку шиммирующих катушек второго порядка на внешней оболочке цилиндрического каркаса, который также служит конструктивным усилением для шиммирующих и градиентных катушек.

Показанная на Фиг.1 и 2 градиентная катушка магнитного поля включает в себя по существу цилиндрический комплект обмоток 10 катушки, задающий осевое направление D_A (обозначенное пунктирной стрелкой на Фиг.1) и включающий в себя первичные обмотки 12 катушки и экранирующие обмотки 14 катушки в более удаленном радиальном положении относительно первичных обмоток катушки. По существу цилиндрический комплект обмоток 10 катушки имеет дугообразный, или кольцевой, центральный зазор 16, который свободен от обмоток катушки. Дугообразный, или кольцевой, центральный зазор охватывает, по меньшей мере,

180°-й угловой интервал. В варианте реализации, показанном на Фиг.1 и 2, центральный зазор 16 представляет собой кольцевой зазор, который охватывает полные 360°, чтобы разделить между собой два субкомплекта 20, 22 по существу цилиндрического комплекта обмоток катушки, причем каждый включает в себя первичные обмотки катушки и экранирующие обмотки катушки в более удаленном радиальном положении относительно первичных обмоток катушки.

По существу цилиндрический комплект обмоток 10 катушки дополнительно включает в себя соединительные проводники 24, расположенные на каждом краю центрального зазора 16, чтобы электрически соединить выбранные первичные и вторичные обмотки катушки. По существу цилиндрический комплект обмоток 10 катушки служит для наложения градиента G_y поперечного магнитного поля (условно обозначенный на Фиг.2 стрелкой) на аксиально-ориентированное статическое магнитное поле в обследуемой области R (условно обозначенной на Фиг.2 пунктирной линией и сцентрированной по оси с центральным зазором 16), которая окружена по существу цилиндрическим комплектом обмоток 10 катушки. Градиент G_y поперечного магнитного поля создается в соответствии с электрическим возбуждением по существу цилиндрического комплекта обмоток 10 катушки. Вариант реализации на Фиг.1 и 2 дополнительно включает в себя соединительные проводники 26, расположенные на концах обмоток 10 катушки, удаленно от центра центрального зазора 16. Соединительные проводники 26 также электрически соединяют выбранные первичные и вторичные обмотки катушки, причем выбранные обмотки потенциально те же, или отличающиеся от выбранных обмоток, соединенных вблизи центрального зазора 16 посредством соединительных проводников 24. Кроме того, некоторые первичные обмотки, или вторичные обмотки, могут быть изолированными обмотками, которые не связаны ни одним из соединительных проводников 24, 26. Соединительные проводники 26 обеспечивают относительно большую и более однородную зону обзора, как раскрыто, например, в Патенте США Shvartsman и др., Publ. Appl. 2006/0033496 А1, который полностью включен здесь посредством ссылки.

Соединительные проводники 24 допускают ненулевые плотности тока, непосредственно смежные с центральным зазором 16, которые компенсируют отсутствие какой-либо плотности тока с магнитным действием в центральном зазоре 16. Здесь подразумевается, что эта компенсация позволяет сделать центральный зазор 16 большим, чем это было бы возможно в другом случае, при поддержании приемлемых эффективности катушки и параметров поля. Центральный зазор 16 имеет осевую протяженность W, по меньшей мере, десять сантиметров и, более предпочтительно, по меньшей мере, приблизительно пятнадцать сантиметров, и в некоторых вариантах реализации, по меньшей мере, приблизительно двадцать сантиметров. Такой большой центральный зазор имеет различные полезные применения, например, обеспечение пространства для поперечных звеньев или стержней радиочастотной катушки, приемных компонентов второй методики визуализации, и т.п.

Центральный зазор 16 свободен от обмоток катушки, что означает отсутствие каких-либо проводников, создающих магнитное поле, расположенных в центральном зазоре 16. Следует иметь в виду, что один или несколько питающих токовых проводников (не показаны) произвольно пересекают центральный зазор 16, например, для электрического последовательного соединения двух субкомплектов проводников. Такие питающие токовые проводники, если они имеются, не являются магнитно действующими проводниками и они выполнены так, чтобы не давать существенный вклад в магнитное поле, создаваемое по существу цилиндрическим комплектом обмоток 10 катушки.

По существу цилиндрический комплект обмоток 10 катушки, показанный на Фиг.1 и 2, формируется с характерными признаками первичной и экранирующей обмоток 12, 14 катушки, выровненными по вертикали. Это создает градиент G_y поперечного магнитного поля вдоль вертикального направления, соответствуя обычной координате "y" типичного магнитно-резонансного сканера. В типичной конструкции соответствующий комплект обмоток, повернутых на 90° относительно показанного по существу цилиндрического комплекта обмоток 10 катушки, предоставлен для выборочного создания градиента магнитного поля вдоль "x" направления и поперек "y" направления. Следует отметить, что по существу цилиндрический комплект обмоток 10 катушки является поворачивающимся так, что показанный градиент магнитного поля может быть ориентирован по "y" направлению, как показано, или по вышеупомянутому "x" направлению, или по любому другому направлению поперек осевого направления. Показанная ориентация по "y" направлению, или по "x" направлению, как предлагается в данном случае, удобна потому, что она соответствует обычным декартовским координатам x-y-z, иногда используемым в магнитно-резонансной визуализации; однако по существу цилиндрический комплект обмоток 10 катушки может иметь любую ориентацию.

Точная конфигурация по существу цилиндрического комплекта обмоток 10 катушки предназначена для обеспечения хорошей однородности градиента магнитного поля, по меньшей мере, поперек обследуемой области R. Такая конструкция соответственным образом осуществляется с использованием подхода с функцией потока, как описано, например, в работах Peeren, "Подход с функцией потока для определения оптимальных поверхностных токов", Journal of Computational Physics, vol.191, p.305-21 (2003) и "Подход с функцией потока для определения оптимальных поверхностных токов", Doctoral Thesis of Gerardus N. Peeren (Eindhoven University of Technology 2003), которые полностью включены здесь посредством ссылки. Подход с функцией потока определяет непрерывное распределение плотности тока, отображаемое функцией потока, которая обеспечивает заданное распределение магнитного поля, и затем дискретизирует полученную функцию потока для получения распределения обмоток катушки.

На Фиг.3 и 4 показан второй вариант реализации градиентной катушки магнитного поля, подобный варианту реализации катушки на Фиг.1 и 2 и включающий в себя по существу цилиндрический комплект обмоток 30 катушки, задающий осевое направление D_A и включающий в себя первичные обмотки 32 катушки и экранирующие обмотки 34 катушки в более удаленном радиальном положении относительно первичных обмоток катушки. По существу цилиндрический комплект обмоток катушки имеет дугообразный, или кольцевой, центральный зазор 36, который свободен от обмоток катушки. Дугообразный, или кольцевой, центральный зазор охватывает, по меньшей мере, 180°-й угловой интервал. В варианте реализации, показанном на Фиг.3 и 4, центральный зазор 36 представляет собой кольцевой зазор, который охватывает полные 360° так, чтобы разделить между собой два субкомплекта 40, 42 по существу цилиндрического комплекта обмоток 30 катушки, каждый включающий в себя первичные обмотки катушки и экранирующие обмотки катушки в более удаленном радиальном положении относительно первичных обмоток катушки. По существу цилиндрический комплект обмоток 30 катушки включает в себя соединительные проводники 44, расположенные на каждом краю центрального зазора 36, которые электрически соединяют выбранные первичные и вторичные обмотки катушки. Вариант реализации на Фиг.3 и 4 дополнительно включает в себя соединительные проводники 46, расположенные на концах обмоток 30 катушки, отдаленные от центра центрального зазора 36. Соединительные проводники 46 также электрически соединяют выбранные первичные и вторичные обмотки катушки, причем выбранные обмотки потенциально те же самые, или отличающиеся от выбранных обмоток, соединенных вблизи центрального зазора 36 соединительными проводниками 44. Кроме того, некоторые первичные обмотки, или вторичные обмотки, могут быть изолированными обмотками, которые не соединяются ни одним из соединительных проводников 44, 46.

Первичные обмотки 32 катушки по существу цилиндрического комплекта обмоток 30 катушки расположены на непостоянном меньшем радиальном расстоянии по выбранному угловому интервалу θ_Т для задания приблизительно плоской поверхности S_T. Хотя поверхность S_T приблизительно плоская, она может иметь некоторый изгиб или кривизну, как показано на Фиг.3. Эффект заключается в том, что первичные катушки в выбранном угловом интервале θ_Т перемещаются вверх, чтобы быть ближе к обследуемому предмету. Для визуализации позвоночника, например, это более близкое расположение первичных катушек в выбранном угловом интервале θ_Т усиливает радиочастотное взаимодействие с позвоночником, когда обследуемый предмет (субъект) находится на общей плоской предметной опоре, перекрывающей первичные катушки в выбранном угловом интервале θ_Т.

По существу цилиндрический комплект обмоток 30 катушки на Фиг.3 и 4 сконфигурирован с характерными признаками первичной и экранирующей обмоток 32, 34 катушки, повернутых приблизительно на 45° от вертикали. Это создает градиент G_y' поперечного магнитного поля, ориентированный приблизительно под 45°-ым углом относительно вертикали. Обмотки сконструированы с использованием подхода функции потока так, чтобы градиент G_y' поперечного магнитного поля был по существу однородным, по меньшей мере, в пределах обследуемой области R'. Используя этот подход с показанным 45°-ым поворотом градиентного поля, поперечная градиентная катушка была сконструирована так, чтобы иметь кольцевой центральный зазор 36 с шириной W двадцать сантиметров.

На Фиг.5 показаны два субкомплекта 40, 42 по существу цилиндрического комплекта обмоток 30 катушки, соответственно поддерживаемых посредством, или в двух, соответственных диэлектрических каркасах 50, 52, которые разделены между собой приблизительно до ширины зазора W. Эти два субкомплекта 40, 42 сборки 30 градиентной катушки, и их соответствующие несущие 50, 52, подвержены механическому перекашиванию, вызванному значительными силами Лоренца, образующимися во время работы по существу цилиндрического комплекта обмоток 30 катушки. Для противодействия этому скоба 54 жесткости может охватывать кольцевой центральный зазор 36 по существу для жесткого соединения двух разделенных между собой по существу цилиндрических диэлектрических каркасов 50, 52. В варианте реализации на Фиг.5 скоба 54 является дуговой и охватывает приблизительно 180°. В других вариантах реализации применяется цельная кольцевая скоба. В некоторых описываемых вариантах реализации такие компоненты, как радиочастотная катушка, матрица детекторов позитронно-эмиссионной томографии (PET), или другие, предполагаются находящимися в центральном зазоре 36. В некоторых таких вариантах реализации необязательная скоба 54 может включать в себя отверстия 56, обеспечивающие сквозной проход для монтажа элементов, которые обеспечивают независимое поддержание таких компонентов.

В связи с Фиг.6, например, диэлектрические каркасы 50, 52 располагаются в магнитно-резонансном сканере 60, который включает в себя главные магнитные обмотки 62, расположенные в криогенной оболочке 64, образующие главный магнит, создающий статическое аксиально-ориентированное магнитное поле в обследуемой области R'. Кольцевой ряд детекторов 66 позитронно-эмиссионной томографии (PET) располагается в кольцевом центральном зазоре 36 по существу цилиндрического комплекта обмоток 30 катушки, то есть, в зазоре между диэлектрическими каркасами 50, 52, которые поддерживают обмотки 30 катушки. Скоба 54', которая в этом варианте реализации является кольцевой скобой, находится вне диэлектрических каркасов 50, 52 и вне кольцевого ряда PET детекторов 66. Независимо поддерживаемые монтажные элементы 68 проходят через отверстия 56 в скобе 54' и отверстия 69 в корпусе 64 магнита, чтобы поддержать кольцевой ряд PET детекторов 66 независимо от диэлектрических каркасов 50, 52, поддерживающих по существу цилиндрический комплект обмоток 30 катушки (не показан на Фиг.6). Такая независимая поддержка выгодна потому, что градиентные катушки перемещаются и ускоряются во время работы из-за сил Лоренца, и такое движение, если бы оно передавалось на PET детекторы 66, привело бы к ухудшению PET изображений, полученных с использованием PET детекторов 66. В некоторых вариантах реализации диэлектрические каркасы 50, 52 и скоба 54' задают жесткий блок, который является вибрационно-изолированным от кольцевого ряда PET детекторов 66 и монтажных элементов 68. В одном соответствующем подходе жесткий блок 50, 52, 54' монтируется на корпусе 64 магнита, который, в свою очередь, монтируется на полу комнаты. Монтажные элементы 68 независимо монтируются на полу, стенах и потолке комнаты. Это обеспечивает желаемую вибрационную изоляцию, поскольку пол комнаты достаточно массивен, чтобы поглощать вибрации, создаваемые в жестком блоке 50, 52, 54' посредством по существу цилиндрического комплекта обмоток 30 катушки, так, чтобы эти вибрации не передавались монтажным элементам 68.

Внешняя поддержка (не показана), с которой соединяются монтажные элементы 68, может быть опорной рамой, полностью окружающей магнитно-резонансный сканер 60, рядом закреплений на стенах комнаты, содержащей сканер 60, и т.п. Чтобы позволить монтажным элементам 68 пройти через корпус магнита 64, позволяя корпусу 64 поддерживать целостность вакуумного и криогенного резервуара, монтажные элементы 68 соответственно проходят через отверстия 69, сформированные как сквозные трубчатые области, концы которых уплотняются для поддержания целостности вакуумного и гелиевого баллона. При необходимости, радиочастотный экран (не показан на Фиг.6) может входить в отверстия 69, чтобы обеспечить РЧ-изоляцию. Дополнительные сквозные отверстия могут быть предоставлены для электрических и других соединений для кольцевого ряда PET детекторов 66. Поскольку сквозные отверстия относительно малы, они могут быть вкраплены среди главных обмоток 62 магнита так, чтобы магнитные свойства главного магнита по существу были бы не затронуты.

По существу цилиндрические комплекты обмоток 10, 30 катушки имеют полные кольцевые зазоры 16, 36, которые успешно могут принять кольцевую компоненту, например, кольцевую матрицу PET детекторов 66, как показано на Фиг.6. Показанная полная кольцевая матрица PET детекторов 66 обеспечивает лучшее разрешение изображения и качество изображения, по сравнению с менее полной матрицей PET детекторов, такой как дугообразная матрица, которая охватывает менее чем полные 360°. Однако лучшая однородность магнитного градиента и эффективность катушки могут быть достигнуты при наличии дугообразного зазора, который не распространяется на полные 360°.

Показанный на Фиг.7 третий вариант реализации градиентной катушки магнитного поля подобен второму варианту реализации градиентной катушки на Фиг.3 и 4 и включает в себя по существу цилиндрический комплект обмоток 80 катушки, задающий осевое направление D_A, включающий в себя первичные обмотки 82 катушки и экранирующие обмотки 84 катушки в более удаленном радиальном положении относительно первичных обмоток катушки. По существу цилиндрический комплект обмоток катушки имеет дугообразный, или кольцевой, центральный зазор 86, который свободен от обмоток катушки. Дугообразный, или кольцевой, центральный зазор охватывает, по меньшей мере, 180°-й угловой интервал. В показанном на Фиг.7 варианте реализации центральный зазор 86 представляет собой дугообразный зазор с осевой протяженностью W, который охватывает угловой интервал, больший 180°, но меньший 360°, причем обмотки катушки располагаются по комплементарному угловому интервалу θ_C, не охваченному центральным зазором 86. По существу цилиндрический комплект обмоток 80 катушки включает в себя соединительные проводники 94, расположенные на каждом краю центрального зазора 86, которые электрически соединяют выбранные первичные и вторичные обмотки катушки. Вариант реализации на Фиг.7 дополнительно включает в себя соединительные проводники 96, расположенные на концах обмоток 80 катушки, отдаленные от центрального зазора 86. Соединительные проводники 96 также электрически соединяют выбранные первичные и вторичные обмотки катушки, причем выбранные обмотки потенциально те же самые, или отличающиеся от выбранных обмоток, соединяемых вблизи центрального зазора 86 соединительными проводниками 94. Кроме того, некоторые первичные обмотки, или вторичные обмотки, могут быть изолированными обмотками, которые не соединяются ни одним из соединительных проводников 94, 96.

Первичные обмотки катушки 82 по существу цилиндрического комплекта обмоток 80 катушки располагаются в непостоянном меньшем радиальном положении по комплементарному угловому интервалу θ_C, чтобы задать приблизительно плоскую поверхность S_C. Хотя поверхность S_C приблизительно плоская, она может иметь некоторый изгиб или кривизну, как показано на Фиг.7. Эффект заключается в том, что первичные катушки в выбранном угловом интервале θ_C перемещаются вверх, чтобы быть ближе к обследуемому предмету. Для визуализации позвоночника, например, такое более близкое расположение первичных катушек в комплементарном угловом интервале θ_C увеличивает радиочастотное взаимодействие с позвоночником, когда предмет находится на общей плоской предметной опоре (не показана), перекрывающей первичные катушки в комплементарном угловом интервале θ_C. Дугообразный зазор 86 выгоден для визуализации позвоночника, поскольку он не вытянут под позвоночником - вместо этого обмотки градиентной катушки первичной и экранирующей обмоток 82, 84 катушки продолжаются под позвоночником для типичных установок визуализации позвоночника, в которых обследуемый предмет лежит навзничь при визуализации позвоночника. На Фиг.7 диэлектрический каркас 100, поддерживающий обмотки 82, 84 катушки, показан в виде проволочного каркаса.

Предварительные расчеты для катушки, сконфигурированной в соответствии с конструкцией на Фиг.7, показали, что для ширины W градиентного зазора двадцать сантиметров в верхней области и градиентного зазора семьдесят два сантиметра запасаемая энергия менее 4,4 Дж может ожидаться при 10 мТ/м. В этой конструкции катушки нулевой уровень градиента магнитного поля вертикально смещен от механической оси Z, или изоцентра окружающего цилиндрического магнита (B₀), приблизительно на 10-15 сантиметров. Это смещение считается в данном случае как улучшение эффективности градиентной катушки. И наоборот, если нулевой уровень градиента магнитного поля точно совпадает с механической осью Z, или изоцентром цилиндрического (B₀) магнита, то относительно больше обмоток включено в верхнюю часть катушки и меньше - в комплементарный угловой интервал θ_C, но в целом больше ампер-витков включено и запасаемая энергия выше. Эти соображения применимы также к конструкции по существу цилиндрического комплекта обмоток 30 катушки, в котором центральный зазор 36 является кольцевым.

Показанный дугообразный зазор 86 имеет постоянную ширину W (исключая комплементарный угловой интервал θ_C, где зазор отсутствует). Однако предполагается, что ширина зазора варьируется с угловым положением для получения компромисса между характеристикой градиента магнитного поля градиентной катушки магнитного поля (улучшенной при наличии меньшего зазора) и РЧ-характеристикой радиочастотной катушки (улучшенной при наличии большего зазора и одновременно с более протяженными вдоль оси верхними проводниками).

Продолжая рассматривать Фиг.7 и, далее, Фиг.8, дополнительное преимущество дугообразного зазора 86 заключается в том, что он согласуется с радиочастотной катушкой 110, которая предназначена для визуализации позвоночника. На Фиг.8 показан диэлектрический каркас 100 вместе с аксиально-ориентированными проводниками радиочастотной катушки 110. Чтобы сохранить внутреннее пространство, верхние аксиально-ориентированные проводники 112 располагаются в дугообразном центральном зазоре 86 и по существу имеют такую же протяженность, что и аксиальная протяженность W дугообразного центрального зазора 86. Эта конструкция эффективно использует доступное пространство внутреннего отверстия посредством размещения обмоток 82, 84 катушки и верхних аксиально-ориентированных проводников 112 приблизительно в том же самом радиальном положении. Кроме того, верхние аксиально-ориентированные проводники 112 располагаются относительно далеко от позвоночника, то есть, относительно далеко от обследуемой области при визуализации позвоночника. С другой стороны, нижние аксиально-ориентированные проводники 114 располагаются в области комплементарного углового интервала θ_C, где первичные обмотки 82 катушки подняты, чтобы соответствовать общей плоской опоре обследуемого предмета (не показана). В этой области нижние аксиально-ориентированные проводники 114 располагаются выше первичных обмоток 82 катушки и по существу оказываются длиннее аксиальной протяженности W центрального зазора 86. Более длинные нижние аксиально-ориентированные проводники 114 выгодно обеспечивают большую и более однородную зону обзора вблизи обследуемой области позвоночника. В некоторых рассматриваемых вариантах реализации нижние аксиально-ориентированные проводники 114 радиочастотной катушки 110 сконфигурированы как чувствительная приемная матрица. С этой целью нижние аксиально-ориентированные проводники 114 могут, при необходимости, быть сегментированы вдоль осевого направления. Такая конфигурация может управляться с использованием многоточечного возбуждения, например, посредством разветвителя мощности или с множественными усилителями мощности.

В связи с Фиг.6 и, далее, в связи с Фиг.9, дополнительно описывается подходящий вариант реализации кольцевого ряда PET детекторов 66. На Фиг.9 показан вид сечения участка PET детекторов 66, расположенный в центральном зазоре 36 по существу цилиндрического комплекта обмоток 30 катушки, между внутренней поверхностью цилиндрического корпуса 64 магнита и радиочастотным экраном 116 дополнительной сеточной радиочастотной катушки (звено 118 которой видно на схематическом виде сечения на Фиг.9). По меньшей мере, в области PET детекторов 66 компоненты 118 радиочастотной катушки сделаны из тонких медных полос без конденсаторов для уменьшения рассеяния гамма-частиц. Например, подходят медные полосы толщиной в пять или в шесть раз большие глубины РЧ скин-слоя (например, приблизительно шесть микрон для магнитного резонанса ¹H в сканере на 3 теслы). Радиочастотный экран 116 подобным образом сделан из тонкой проводящей фольги или сетки, которая по существу прозрачна для гамма-частиц.

PET детекторы 66 включают в себя матрицу сцинтилляторов 120, которые считываются матрицей фотодетекторов 122. В некоторых вариантах реализации фотодетекторы 122 представляют собой кремниевые фотоумножители (SiPM). Некоторые соответствующие устройства SiPM описаны в Патенте Frach. и др., WO 2006/111883 А2 и в Патенте Fiedler и др., WO 2006/111869 А2, которые полностью включены здесь посредством ссылки. Фотодетекторы 122 электрически соединяются с электронными устройствами 124 преобразования во временной области (TDC)/аналого-цифрового преобразования (ADC), которые преобразуют детектируемые акты излучения в цифровые данные, включающие в себя оцифрованную информацию об интенсивности, соответствующую продетектированной энергии частиц, и цифровую отметку времени, указывающую время детектирования. В некоторых вариантах реализации детекторы 122 SiPM и электронные устройства 124 TDC/ADC представляют собой монолитно интегрированные устройства на общих кремниевых подложках. В некоторых других вариантах реализации некоторые или все обработки TDC и/или ADC располагаются удаленно от сканера. Также в других рассма