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

Формула изобретения

1. Градиентная катушка магнитного поля, содержащая:

по существу, цилиндрический комплект обмоток (10, 30, 80) катушки, определяющий осевое направление (D_A) и включающий в себя первичные обмотки (12, 32, 82) катушки и экранирующие обмотки (14, 34, 84) катушки в более удаленном радиальном положении относительно первичных обмоток катушки, причем, по существу, цилиндрический комплект обмоток катушки имеет дугообразный или кольцевой, центральный зазор (16, 36, 86), который свободен от обмоток катушки, причем центральный зазор имеет осевую протяженность (W), по меньшей мере, десять сантиметров и охватывает, по меньшей мере, 180° угловой интервал, причем, по существу, цилиндрический комплект обмоток катушки дополнительно включает в себя соединительные проводники (24, 44, 94), расположенные на каждом краю центрального зазора, которые электрически соединяют выбранные первичные и вторичные обмотки катушки;

причем упомянутый, по существу, цилиндрический комплект обмоток катушки служит для наложения градиента (G_y, G_y') поперечного магнитного поля на аксиально-ориентированное статическое магнитное поле в обследуемой области (R, R'), которая окружена, по существу, цилиндрическим комплектом обмоток катушки, реагирующих на электрическое возбуждение упомянутого, по существу, цилиндрического комплекта обмоток катушки.

2. Градиентная катушка магнитного поля по п.1, причем центральный зазор представляет собой кольцевой зазор (16, 36), который разделяет между собой два субкомплекта (20, 22, 40, 42), по существу, цилиндрического комплекта обмоток (10, 30) катушки, причем каждый субкомплект включает в себя первичные обмотки (12, 32) катушки, экранирующие обмотки (14, 34) катушки в более удаленном радиальном положении относительно первичных обмоток катушки, и соединительные проводники (24, 44) на краю, смежном с кольцевым центральным зазором, электрически соединяющие выбранные первичные и вторичные обмотки катушки из субкомплекта.

3. Градиентная катушка магнитного поля по п.1, дополнительно включающая в себя:

разделенные между собой, по существу, цилиндрические диэлектрические каркасы (50, 52), поддерживающие два разделенных между собой субкомплекта (40, 42), по существу, цилиндрического комплекта обмоток катушки; и

скобу (54, 54'), охватывающую центральный зазор для, по существу, жесткого соединения двух разделенных между собой, по существу, цилиндрических диэлектрических каркасов.

4. Градиентная катушка магнитного поля по п.3, дополнительно включающая в себя:

шиммирующий комплект второго порядка, включающий в себя:

первую и вторую группы шиммирующих катушек (200, 202), расположенные на или в разделенных между собой, по существу, цилиндрических диэлектрических каркасах (50, 52); и

третью группу шиммирующих катушек (204), расположенную на или в скобе (54').

5. Градиентная катушка магнитного поля по п.1, дополнительно включающая в себя:

шиммирующий комплект (204, 210) второго порядка, расположенный в более удаленном радиальном положении относительно экранирующих обмоток (34) катушки.

6. Градиентная катушка магнитного поля по п.1, причем центральный зазор (86) охватывает угловой интервал, по меньшей мере, 180°, но менее чем 360°, причем обмотки катушки, расположенные по комплементарному угловому интервалу ( _с), не охватываются центральным зазором.

7. Градиентная катушка магнитного поля по п.6, причем первичные обмотки катушки (82), по существу, цилиндрического комплекта обмоток (80) катушки располагаются в относительно меньшем радиальном положении по комплементарному угловому интервалу ( _с), не охваченному центральным зазором (86), и располагаются в относительно более удаленном радиальном положении по угловому интервалу, охваченному зазором.

8. Градиентная катушка магнитного поля по п.6, причем первичные обмотки (82) катушки, по существу, цилиндрического комплекта обмоток (80) катушки располагаются в непостоянном положении с меньшим радиусом по комплементарному угловому интервалу ( _с), не охваченному центральным зазором (86), для задания приблизительно плоской поверхности (S_c ).

9. Градиентная катушка магнитного поля по п.6, дополнительно содержащая:

радиочастотную катушку, содержащую аксиально-ориентированные проводники (114), помещенные в область комплементарного углового интервала ( _с).

10. Градиентная катушка магнитного поля по п.1, причем первичные обмотки (32) катушки, по существу, цилиндрического комплекта обмоток (30) катушки задают приблизительно плоскую поверхность (S_T) по настольному угловому интервалу ( _T).

11. Градиентная катушка магнитного поля по п.10, причем, по существу, цилиндрический комплект обмоток (30) катушки служит для наложения градиента поперечного магнитного поля (G_y'), ориентированного поперек аксиально-ориентированного статического магнитного поля под углом приблизительно 45° относительно приблизительно плоской поверхности (S_T ), заданной по настольному угловому интервалу ( _T) первичными обмотками (32) катушки.

12. Градиентная катушка магнитного поля по п.10, причем первичные обмотки (32) катушки, по существу, цилиндрического комплекта обмоток (30) катушки задают приблизительно плоскую поверхность (S_T) по настольному угловому интервалу ( _T).

13. Градиентная катушка магнитного поля по п.1, причем центральный зазор (16, 36, 86) имеет осевую протяженность (W) приблизительно двадцать сантиметров или более.

14. Магнитно-резонансный сканер, содержащий:

по существу, цилиндрический комплект обмоток (10, 30, 80) катушки, задающий осевое направление (D_A) и включающий в себя первичные обмотки (12, 32, 82) катушки и экранирующие обмотки (14, 34, 84) катушки в более удаленном радиальном положении относительно первичных обмоток катушки, причем, по существу, цилиндрический комплект обмоток катушки имеет дугообразный или кольцевой, центральный зазор (16, 36, 86), который свободен от обмоток катушки, причем центральный зазор имеет осевую протяженность (W), по меньшей мере, десять сантиметров и охватывает, по меньшей мере, 180°-угловой интервал, причем, по существу, цилиндрический комплект обмоток катушки дополнительно содержит соединительные проводники (24, 44, 94), расположенные на каждом краю центрального зазора, которые электрически соединяют выбранные первичные и вторичные обмотки катушки; и

главный магнит (62, 64), расположенный вне, по существу, цилиндрического комплекта обмоток катушки и служащий для создания аксиально-ориентированного статического магнитного поля в обследуемой области (R, R'), окруженной, по существу, цилиндрическим комплектом обмоток катушки, причем, по существу, цилиндрический комплект обмоток катушки служит для наложения градиента поперечного магнитного поля (G_y, G_y ') на аксиально-ориентированное статическое магнитное поле в обследуемой области.

15. Магнитно-резонансный сканер по п.14, дополнительно содержащий:

радиочастотную катушку (110), включающую в себя аксиально-ориентированные проводники (112), расположенные в центральном зазоре (86), по существу, цилиндрического комплекта обмоток (80) катушки, причем аксиально-ориентированные проводники, расположенные в центральном зазоре, имеют, по существу, одинаковую с центральным зазором осевую протяженность.

16. Магнитно-резонансный сканер по п.15, причем центральный зазор (86) охватывает угловой интервал, по меньшей мере, 180° и менее чем 360°, при том, что обмотки катушки, расположенные по комплементарному угловому интервалу ( _с), не охватываются центральным зазором, радиочастотная катушка (110) дополнительно включает в себя аксиально-ориентированные проводники (114), расположенные в комплементарном угловом интервале, который имеет большую аксиальную протяженность, чем центральный зазор.

17. Магнитно-резонансный сканер по п.14, причем первичные обмотки (32, 82) катушки, по существу, цилиндрического комплекта обмоток (30,80) катушки расположены в непостоянном радиальном положении по угловому интервалу ( _T, _с), не охваченному центральным зазором (36, 86), для согласования с приблизительно плоской поверхностью (S _T, S_C) поддержки обследуемого предмета.

18. Магнитно-резонансный сканер по п.17, причем, по существу, цилиндрический комплект обмоток (30, 80) катушки служит для наложения градиента (G_y') поперечного магнитного поля, ориентированного поперечно аксиально-ориентированному статическому магнитному полю под углом приблизительно 45° относительно приблизительно плоской поверхности (S_T, S_C) поддержки обследуемого предмета.

19. Магнитно-резонансный сканер по п.14, причем центральный зазор представляет собой кольцевой зазор (16, 36), который разделяет между собой два субкомплекта (20, 22, 40, 42), по существу, цилиндрического комплекта обмоток (10, 30) катушки, причем каждый субкомплект включает в себя первичные обмотки (12, 32) катушки, экранирующие обмотки (14, 34) катушки в более удаленном радиальном положении относительно первичных обмоток катушки и соединительные проводники (24, 44) у края центрального зазора, электрически соединяющие выбранные первичные и вторичные обмотки катушки.

20. Магнитно-резонансный сканер по п.19, дополнительно содержащий

кольцевой ряд детекторов (66) позитронно-эмиссионной томографии (PET), расположенный в кольцевом центральном зазоре (16, 36), по существу, цилиндрического комплекта обмоток (10, 30) катушки.

21. Магнитно-резонансный сканер по п.20, причем кольцевой центральный зазор (16, 36) имеет осевую протяженность (W), по меньшей мере, приблизительно пятнадцать сантиметров.

22. Магнитно-резонансный сканер по п.20, дополнительно включающий в себя:

разделенные между собой, по существу, цилиндрические диэлектрические каркасы (50, 52), поддерживающие два разделенных между собой субкомплекта (40, 42), по существу, цилиндрического комплекта обмоток катушки; и

скобу (54, 54'), охватывающую центральный зазор, по существу, для жесткого соединения двух разделенных между собой, по существу, цилиндрических диэлектрических каркасов;

причем кольцевой ряд PET детекторов (66) вибрационно изолирован от жесткого блока, заданного разделенными между собой, по существу, цилиндрическими диэлектрическими каркасами и скобой.

23. Магнитно-резонансный сканер по п.22, дополнительно включающий в себя

монтажные элементы (68), проходящие через отверстия или щели (56) в скобе (54, 54'), чтобы поддержать кольцевой ряд PET детекторов (66) независимо от жесткого блока, заданного разделенными между собой, по существу, цилиндрическими диэлектрическими каркасами (50, 52) и скобой.

24. Магнитно-резонансный сканер по п.22, дополнительно включающий в себя:

пьезоприводы (150), расположенные между кольцевым рядом PET детекторов (66) и жестким блоком, заданным разделенными между собой, по существу, цилиндрическими диэлектрическими каркасами (50, 52) и скобой (54, 54'), причем пьезоприводы поддерживают кольцевой ряд PET детекторов при одновременной вибрационной изоляции кольцевого ряда PET детекторов от жесткого блока, заданного разделенными между собой, по существу, цилиндрическими диэлектрическими каркасами и скобой.

25. Магнитно-резонансный сканер по п.20, дополнительно включающий в себя:

шиммирующие катушки второго порядка (200, 202, 204, 210); и

контроллер (220) шиммирующего комплекта, сконфигурированный для возбуждения второго ряда шиммирующих катушек для шиммирования неоднородности магнитного поля, привнесенную кольцевым рядом PET детекторов (66).

26. Магнитно-резонансный сканер по п.25, причем шиммирующий контроллер (220) сконфигурирован для подачи шиммирующих токов на шиммирующие катушки (200, 202, 204, 210) второго порядка в соответствии с рабочей калибровкой шиммирующего комплекта, когда кольцевой ряд PET детекторов (66) действует, и для подачи шиммирующих токов на шиммирующие катушки второго порядка в соответствии с не рабочей калибровкой шиммирующего комплекта, когда кольцевой ряд PET детекторов не работает.

27. Магнитно-резонансный сканер по п.26, причем рабочая калибровка шиммирующего комплекта шиммирует относительно меньшую обследуемую область PET и не рабочая калибровка шиммирующего комплекта шиммирует относительно большую магнитно-резонансную обследуемую область.

28. Магнитно-резонансный сканер по п.25, причем второй ряд шиммирующих катушек (200, 202, 204, 210) включает в себя трехмерную шиммирующую катушку (200, 202, 204) с обмоткой, лежащей частично на каждом, по меньшей мере, из двух различных цилиндрических сегментов различных радиусов.

29. Магнитно-резонансный сканер, содержащий:

кольцевой ряд детекторов (66) позитронно-эмиссионной томографии (PET);

по существу, цилиндрический комплект обмоток (10, 30) катушки, включающий в себя первичные обмотки (12, 32) катушки и экранирующие обмотки (14, 34) катушки, радиально более удаленные относительно первичных обмоток катушки, причем, по существу, цилиндрический комплект обмоток катушки имеет кольцевой центральный зазор (16, 36), принимающий кольцевой ряд PET детекторов (66), причем, по существу, цилиндрический комплект обмоток катушки дополнительно содержит соединительные проводники (24, 44), расположенные на каждом краю кольцевого центрального зазора, которые электрически соединяют выбранные первичные и вторичные обмотки катушки; и главный магнит (62, 64), расположенный вне, по существу, цилиндрического комплекта обмоток катушки и служащий для создания аксиально-ориентированного статического магнитного поля в обследуемой области (R, R'), окруженной, по существу, цилиндрическим комплектом обмоток катушки, причем, по существу, цилиндрический комплект обмоток катушки служит для наложения градиента поперечного магнитного поля (G _y, G_y') на аксиально-ориентированное статическое магнитное поле в обследуемой области.

30. Магнитно-резонансный сканер по п.29, дополнительно включающий в себя

монтажные элементы (68), соединяемые с кольцевым рядом PET детекторов (66) для поддержания кольцевого ряда PET детекторов независимо от, по существу, цилиндрического комплекта обмоток (10, 30) катушки.

31. Магнитно-резонансный сканер по п.29, дополнительно включающий в себя:

пьезоприводы (150); и

датчики ускорения (152), объединенные с пьезоприводами для вибрационной изоляции кольцевого ряда PET детекторов (66).

32. Магнитно-резонансный сканер по п.29, причем кольцевой центральный зазор (16, 36), по существу, цилиндрического комплекта обмоток (10, 30) катушки имеет осевую протяженность (W), по меньшей мере, приблизительно пятнадцать сантиметров.

33. Гибридный сканер, содержащий:

магнитно-резонансный сканер (60);

(PET) детекторы (66) позитронно-эмиссионной томографии, расположенные вблизи изоцентра магнитно-резонансного сканера; и

активную шиммирующую систему, включающую в себя шиммирующие катушки (200, 202, 204, 210) и контроллер (220) шиммирующего комплекта, сконфигурированный для управления шиммирующей катушкой, чтобы скомпенсировать неоднородность магнитного поля, обусловленную PET детекторами.

34. Гибридный сканер по п.33, причем контроллер (220) шиммирующего комплекта сконфигурирован для управления шиммирующими катушками (200, 202, 204, 210), чтобы применить первую коррекцию, когда PET детекторы (66) работают, и применить вторую коррекцию, отличающуюся от первой коррекции, когда PET детекторы не работают.

Описание изобретения к патенту

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 =-90° и =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 _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 _Т перемещаются вверх, чтобы быть ближе к обследуемому предмету. Для визуализации позвоночника, например, это более близкое расположение первичных катушек в выбранном угловом интервале _Т усиливает радиочастотное взаимодействие с позвоночником, когда обследуемый предмет (субъект) находится на общей плоской предметной опоре, перекрывающей первичные катушки в выбранном угловом интервале _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 _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 _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 _C перемещаются вверх, чтобы быть ближе к обследуемому предмету. Для визуализации позвоночника, например, такое более близкое расположение первичных катушек в комплементарном угловом интервале _C увеличивает радиочастотное взаимодействие с позвоночником, когда предмет находится на общей плоской предметной опоре (не показана), перекрывающей первичные катушки в комплементарном угловом интервале _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 _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 _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 _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 рассматриваемых вариантах реализации кольцевой ряд PET детекторов, располагаемый в зазоре 36, включает в себя только сцинтилляторы 120 и соединенные оптические волокна, которые передают сцинтилляционный свет от сканера на удаленно расположенные фотодетекторы и соответственные удаленно расположенные электронные устройства TDC/ADC.

Аппаратные средства 120, 122, 124 детектирования излучения располагаются в световом экране 130 (показан сплошной линией) для избежания ложного детектирования световых фотонов и внутри гальванически изолированного контейнера 132 (обозначен пунктирной линией), подобного радиочастотному экрану, чтобы подавить радиочастотные помехи. Гальванически изолированный контейнер 132 обеспечивает широкополосное РЧ-экранирование, тогда как радиочастотный экран 116 представляет собой фильтр низких частот, который обеспечивает РЧ-экранирование на частоте магнитного резонанса и позволяет импульсным градиентам магнитного поля быть по существу вне влияния РЧ-экранирования. Кабели 134 питания и соединительные кабели соответствующим образом проведены вне радиочастотного экрана 116, чтобы эти кабели находились вне значительного РЧ-поля.

Для подавления взаимодействия PET детекторов 66 с градиентами магнитного поля жесткая скоба 54', которая защищает по существу цилиндрический комплект обмоток 30 катушки, также задает толстый медный экран 54'. Этот экран 54' механически соединен с корпусом 64 магнита и включает в себя выступы 140 в центральный зазор 36 по существу цилиндрического комплекта обмоток 30 катушки для усиления экранирования PET детекторов 66 от создаваемых градиентов магнитного поля. Толстый медный экран 54' или делается открытым спереди от PET детекторов 66 для избежания блокировки гамма-частиц, или включает в себя утонченный передний участок 142, который по существу пропускает гамма-частицы. Различные экранирующие компоненты могут быть по-разному скомбинированы - например, в некоторых вариантах реализации предусматривается объединение утончаемого переднего участка 142 градиентного экрана с контейнером 132 гальванической изоляции. Кроме того, выбранные экранирующие компоненты могут быть при желании изъяты (возможно, ценой более сильного взаимодействия между магнитно-резонансными и PET компонентами). Как было отмечено ранее в связи с Фиг.6, монтажные элементы 68 проходят через отверстия 69 в корпусе 64 магнита и отверстия 56 в экранирующих и механически удерживающих компонентах 54' для независимого поддержания PET детекторов 66.

В связи с Фиг.10, в альтернативном варианте реализации вибрационная изоляция PET детекторов 66 достигается посредством использования компенсационных пьезоприводов 150, располагаемых между кольцевым рядом PET детекторов 66 и опорой (например, диэлектрическими каркасами 50, 52 и жесткой скобой 54') по существу цилиндрического комплекта обмоток 30 катушки для поддержки PET детекторов 66 при одновременной изоляции PET детекторов 66 от по существу цилиндрического комплекта обмоток 30 катушки. Пьезоприводы 150 функционально соединяются с датчиками 152 ускорения, такими как акселерометры на основе MEMS, и сконфигурированы в петле обратной связи для регулировки пьезоприводов 150, чтобы минимизировать ускорение PET детекторов 66, как это указывается датчиками 152 ускорения. В некоторых вариантах реализации пьезоприводы 150 и датчики 152 ускорения интегрированы в одном монолитном блоке, например, формируются на основе кремниевой подложки. Поскольку уровни ускорения велики, но смещения составляют порядка нескольких миллиметров, или менее, то допуск между краями центрального зазора 36 и PET детекторами 66 предполагается всего в несколько микрон. В некоторых вариантах реализации предполагается включение отверстий в общую оболочку, сформированную скобой 54' и стенками центрального зазора 36, чтобы обеспечить сообщение жидкости для избежания воздушной компрессии во время быстрого ускорения. Дополнительно или альтернативно, могут использоваться большие допуски, чтобы обеспечить воздушную амортизацию. Набор пьезоприводов 150 предпочтительно обеспечивает подавление ускорения по трем степеням свободы смещения (например, по трем ортогональным координатам Декартовой системы) и трем вращательным степеням свободы. Предпочтительно то, что посредством использования пьезоприводов 150, или вибрационной изоляции, оказывается возможным исключить независимо монтирующиеся элементы 68 и соответствующие отверстия 56, 69 в жесткой скобе 54' и корпусе 64 магнита.

Сканер на Фиг.6 подходящим образом работает как гибридный сканер. Поскольку кольцевая матрица PET детекторов 66 располагается в центральном зазоре 36 по существу цилиндрических обмоток 30 градиента магнитного поля, зона обзора (FOV) для PET визуализации по существу сосредоточена в том же самом положении, что и FOV для магнитно-резонансной визуализации, хотя предусматривается некоторое смещение FOV для PET/MR в осевом направлении и/или поперек осевого направления. Величина FOV для PET визуализации может быть большей, меньшей или того же самого размера, что и FOV для магнитно-резонансной визуализации. В некоторых случаях магнитно-резонансная и PET визуализация выполняются последовательно, или периоды PET и магнитно-резонансной визуализации чередуются во времени. В других вариантах реализации предусматривается одновременное выполнение PET визуализации и магнитно-резонансной визуализации.

В приведенных вариантах реализации кольцевой ряд PET детекторов 66 предпочтительно обеспечивает полный 360°-й угловой охват для сбора данных. Как известно в данной области техники, меньший, чем полный 360°-й угловой охват, может привести к артефактам при визуализации, образующимся из-за недостающих линий отклика вследствие недостаточного углового охвата детекторов. Однако предполагается использование дугообразного ряда PET детекторов, который охватывает, по меньшей мере, 180-й угловой интервал, но меньший, чем полные 360°. Например, такой дугообразный ряд PET детекторов может быть вставлен в дугообразный зазор 86 по существу цилиндрических комплектов обмоток 80 катушки. Недостающие линии отклика могут быть скомпенсированы посредством сбора дополнительной информации с помощью времяпролетной локализации вдоль линий отклика. Другие конфигурации PET детекторов также предусмотрены, например, множество прерывных угловых охватов PET детекторов, которые совместно обеспечивают, по меньшей мере, 180°-е угловое покрытие.

В некоторых вариантах реализации может оказаться желательным включить шиммирующие катушки для коррекции нагружающего влияния градиентов магнитного поля на статическое (B₀) магнитное поле. Хотя шиммирования магнитного поля первого порядка выгоднее, шиммирующие комплекты второго порядка обеспечивают больший контроль шиммирования (B ₀) магнитного поля. В гибридных вариантах реализации кольцевой ряд PET детекторов 66 может создать дополнительную неоднородность магнитного поля, которая может также быть корректируемой с использованием активных комплектов шиммирующих катушек второго порядка.

В отношении Фиг.11 и 12, некоторые шиммирующие катушки второго порядка включают в себя участки, проходящие через центр сканера (то есть, шиммирующие катушки пересекают осевую плоскость, обозначенную как z=0 на Фиг.11 и 12). На Фиг.11 и 12 показаны изображения выбранных шиммирующих катушек, типа катушек Голея, в пределах 1/2 изменения азимута, то есть, между значениями азимута =-90° и =90°, с азимутальным размером, развернутым для обеспечения 2D диаграммы. Например, на Фиг.11 показана схема шиммирующей катушки, типа катушки Голея, установленная для комплекта ZX шиммирующик катушек второго порядка zx и для комплекта Z2 шиммирующих катушек второго порядка z². Комплект ZY шиммирующих катушек второго порядка ZY также обозначен пунктирными линиями и идентичен ZX шиммирующиему комплекту второго порядка ZX, за исключением того, что он повернут на 90° в азимутальном ( ) направлении. На Фиг.12 показана схема комплекта Z2 шиммирующих катушек второго порядка z² и также комплекта X2-Y2 шиммирующих катушек второго порядка (X²-Y² ). Следует отметить, что шиммирующие комплекты второго порядка (X²-Y²) и Z² имеют центральный зазор в Z=0; соответственно, эти шиммирующие катушки могут быть, очевидно, смонтированы на участках 50, 52 диэлектрического каркаса на Фиг.6, если только центральный зазор достаточно мал. Однако шиммирующие комплекты второго порядка ZX и ZY не имеют центрального зазора и центрованы на z=0, и пересекают плоскость z=0. Соответственно, шиммирующие комплекты второго порядка ZX и ZY не могут быть смонтированы на участках 50, 52 диэлектрического каркаса.

На Фиг.13 показано боковое сечение сборки градиентной катушки гибридного PET/магнитно-резонансного сканера на Фиг.6, на котором видна одна из подходящих установок шиммирующих катушек второго порядка. В этом варианте реализации шиммирующие катушки второго порядка разделены на первую и вторую группы 200, 202, которые располагаются на, или в, двух участках 50, 52 диэлектрического каркаса соответственно между первичной и экранирующей обмотками 32, 34 градиентной катушки. Эта установка подобна таковой для шиммирующих катушек второго порядка в существующих магнитно-резонансных сканерах, в которых шиммирующие катушки второго порядка располагаются между первичной и экранирующей обмотками градиентной катушки. Для охвата центрального зазора центральная третья группа 204 обмоток шиммирующих катушек второго порядка располагается на механической скобе 54', что обеспечивает поддержку участкам 50, 52 диэлектрического каркаса и поддерживает интервал и относительное расположение участков 50, 52 диэлектрического каркаса при наличии сил Лоренца, возникающих при возбуждении градиентных обмоток. Шиммирующий комплект 200, 202, 204 может быть подобным шиммирующему комплекту с катушками Голея для градиентов второго порядка. Проводники шиммирующей катушки центральной группы 204 соответственным образом локально изогнуты или перенаправлены, чтобы обойти отверстия 56 в механической скобе 54', которая обеспечивает доступ для монтажных элементов 68 (показаны на Фиг.6). Дополнительно или альтернативно, отверстия 56 могут быть расположены так, чтобы избежать шиммирующих проводников третьей группы 204 шиммирующих катушек. Шиммирующий комплект в показанном на Фиг.13 варианте реализации имеет некоторые шиммирующие катушки, расположенные между первичной и экранирующей обмотками 32, 34 градиентной катушки; альтернативно, участки шиммирующих обмоток могут быть расположены вне экранирующих обмоток 34 градиентной катушки.

Скоба 54' перекрывает участки 50, 52 диэлектрического каркаса, чтобы обеспечить надежное соединение скобы 54' с участками 50, 52 каркаса. В некоторых вариантах реализации, это перекрытие и осевая протяженность W центрального зазора такова, что шиммирующие обмотки второго порядка ZX и ZY могут быть расположены целиком в центральной группе 204, и шиммирующие обмотки второго порядка Z² и (X²-Y ²) могут быть расположены целиком в первой и второй группах 200, 202. В этом случае, первая и вторая группы 200, 202 и третья группа 204 предпочтительно являются функционально разделенными. С другой стороны, в некоторых вариантах реализации перекрытие скобы 54' с участками 50, 52 диэлектрического каркаса может быть слишком малым, или осевая протяженность W центрального зазора может быть слишком большой, чтобы позволить такое удобное разделение комплектов шиммирующих катушек. В этом последнем случае проводящие перемычки (не показаны) электрически соединяют обмотки первой и второй групп 200, 202 и третьей группы 204, например, для внутреннего соединения участков шиммирующей катушки ZX, принадлежащей отчасти каждой из трех групп 200, 202, 204 шиммирующего комплекта. Различие в радиальных положениях первой и второй групп 200, 202, с одной стороны, и центральной третьей группы 204, с другой стороны, относительно мало (например, порядка общей толщины слоя 34 экранирующих градиентных обмоток и толщины скобы 54'), и таким образом электрические перемычки могут быть сделаны относительно короткими. Шиммирующий комплект 200, 202, 204 является трехмерным шиммирующим комплектом и может быть сконструирован с использованием подходов функции потока, как описано в работах Peeren, уже цитированных и включенных здесь посредством ссылки.

Еще один подход (не показанный здесь) заключается в конструировании шиммирующих катушек второго порядка с центральным зазором (то есть, без обмоток, простирающихся до осевого размера W центрального зазора), и в конструировании катушки для обеспечения желательного шиммирующего магнитного поля второго порядка с использованием подхода с функции потока. Если осевая протяженность W центрального зазора достаточно мала, то этот подход может быть справедливым даже для шиммирующих катушек ZX и ZY. Задавая шиммирующую катушку ZX или ZY с обмотками на двух разделенных между собой радиальных поверхностях соединенными на краю центрального зазора соединителями, подобными соединителям 44 для градиентных обмоток, ZX или ZY шиммирующий ток на краю центрального зазора может быть сделан отличным от нуля, таким образом, обеспечивая возможность оптимизации конфигурации линии потока для компенсации отсутствующих в центральном зазоре обмоток.

На Фиг.14 показан вид сечения сборки градиентной катушки гибридного PET/магнитно-резонансного сканера на Фиг.6, модифицированного таким образом, что два участка 50, 52 диэлектрического каркаса заменены единственным цилиндрическим диэлектрическим каркасом 50", который поддерживает первичную и экранирующую обмотки 32, 34 градиентной катушки и имеет центральное кольцевое углубление или щель, которая принимает кольцевой ряд PET детекторов 66. В этой конструкции скоба 54' может отсутствовать вовсе. Альтернативно, если центральное кольцевое углубление или щель, принимающая PET детекторы 66, делают диэлектрический каркас 50" механически слишком слабым, то укрепляющая внешняя цилиндрическая скоба 54" может быть расположена вокруг диэлектрического каркаса 50". Шиммирующие обмотки 210 второго порядка могут быть расположены на внешней поверхности диэлектрического каркаса 50" или на внешней поверхности дополнительной укрепляющей внешней цилиндрической скобы 54". В этом варианте реализации стандартные Голеевские шиммирующие обмотки второго порядка могут использоваться возможно с некоторым перенаправлением или искривлением обмоток вблизи отверстий 56 принимающих поддержки кольца 66 PET детекторов.

Обращаясь снова к Фиг.13 и 14, контроллер 220 шиммирующего комплекта подает электрический ток на выбранные шиммы второго порядка шиммирующего комплекта, чтобы создать желаемое шиммирование второго порядка. Шиммирующие комплекты 200, 202, 204, 210 могут быть сконфигурированы и возбуждены контроллером 220 шиммирующего комплекта для коррекции вызванных обследуемым субъектом неоднородностей, или в статическом режиме, или динамически, во время сбора данных от магнитно-резонансных импульсных последовательностей. Дополнительно, шиммирующие комплекты 200, 202, 204, 210 могут быть сконфигурированы и возбуждены контроллером 220 шиммирующего комплекта для коррекции неоднородностей привнесенных кольцевым рядом PET детекторов 66. Эти последние неоднородности могут зависеть от эксплуатационного режима PET детекторов. Неработающие PET детекторы могут привнести некоторые неоднородности магнитного поля из-за наличия электрически проводящих компонентов PET детекторов, которые могут оказывать слабое или остаточное влияние на статическое магнитное поле. Во время сбора PET данных работающие PET детекторы электрически смещены, и в PET детекторах и соответствующих схемах протекают электрические токи. Эти рабочие обстоятельства могут привнести дополнительные неоднородности магнитного поля. Соответственно, в некоторых вариантах реализации контроллер 220 шиммирующего комплекта подает шиммирующие токи, которые откалиброваны для рабочего и нерабочего режимов кольца 66 PET детекторов, соответственно, и подходящая калибровка шиммирующих токов используется во время одновременного MR/PET, или только MR, визуализации соответственно.

Дополнительно, калибровочный обследуемый объем может быть различным образом выбран для рабочего и нерабочего режимов кольца 66 PET детекторов, соответственно. Например, если система PET имеет меньшую зону обзора, чем магнитно-резонансный сканер, то калибровка шиммов для одновременной MR/PET работы может шиммировать магнитное поле для его однородности в пределах меньшей обследуемой области, подогнанной для соответствия относительно малой обследуемой области PET. Посредством калибровки шиммирования для меньшей обследуемой области PET можно достичь улучшенной однородности магнитного поля, хотя бы только и в обследуемой области PET. Это пространственное ограничение приемлемо для одновременной PET/MR визуализации, поскольку обычно в этом случае представляют интерес только те области, которые визуализируются и PET, и MR. С другой стороны, во время работы только MR это может быть выгодно для калибровки только MR шиммов для шиммирования всего большего объема магнитно-резонансного обследования.

Показанные шиммирующие комплекты 200, 202, 204, 210 сконфигурированы для соответствия с расщепленной градиентной катушкой, в которой центральный зазор является кольцевым зазором, полностью делящим градиентные обмотки на две отдельных секции. Однако показанные шиммирующие комплекты легко приспосабливаются для использования в соединении с такой катушкой, как та, что показана на Фиг.7, в которой центральный зазор является дугообразным, а не полным кольцевым зазором.

Изобретение было описано в связи с предпочтительными вариантами реализации. В результате чтения и понимания приведенного подробного описания возможно появление различных модификаций и вариаций. Предполагается, что изобретение включает в себя все такие модификации и вариации, если они находятся в рамках приложенных формул или их эквивалентов.