[发明专利]同步MRI和PET成像的BrainPET系统

说明书

为了提高脑部研究和临床活动的空间分辨率和灵敏度，我们设计了一种用于脑部扫描的组合式PET/MRI插入物，在本文中称为“BrainPET插入物”，其可以安装到合适的MRI系统上或安装在合适的MRI系统内。BrainPET插入物依次包括位于发射(Tx)线圈内并与发射(Tx)线圈相邻的接收(Rx)线圈，和PET环，其中Rx线圈和Tx线圈两者均位于PET环内。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年11月13日提交的申请号为62/934,653的题为“BrainPETSystem for Silmultaneous MRI and PET Imaging”的美国临时专利申请的优先权，为了实现所有目的，其全部内容通过引用并入本文。

背景技术

使用PET和MRI方式对人脑进行同步成像是一种先进的成像方法，可针对解剖结构和新陈代谢成像方面提高空间分辨率、灵敏度和准确性。

同步成像是指在同一时间并在相同的身体体积上进行的成像。

人们认为可使用同步PET-MRI成像系统就脑部扫描进行重要的研究和临床应用。阿尔茨海默氏症、帕金森氏症等神经退行性疾病、脑癌诊断、治疗监测和分期、癫痫手术规划与评估等医学领域均可从MRI+PET联合系统中受益。

西门子Biograph mMR系统和通用电气Signa是此类系统的两个现有示例，两者都在MRI内集成了大口径PET。PET和MRI这两个子系统被整合到一个集成系统中。在这些系统中，PET内径约为60cm。这些系统可以实现的大脑成像能力包括大约2到4mm的空间分辨率。对于这种集成系统设计，PET和MRI是一起构建的，且不能在客户现场分开。

这种同步成像会创建两个数据集：MRI数据集和PET数据集。通常，不同的成像模态具有不同的体素大小和不同的设备方向，因此需要对这些不同的数据集进行空间对齐(称为配准)，以便将图像结果从一种模态正确叠加到另一种模态。

虽然来自西门子或通用电气的集成PET-MRI系统对那些尚未购买MRI的站点很有用，但拥有一个PET+MRI同步成像系统会很有用，可针对已经安装好的MRI系统对该同步成像系统进行改造。在这种情况下，PET系统不会与MRI集成在一起，而是以永久性或可拆卸方式安装在MRI内。对于这些类型的改造系统，可以为脑成像等特定应用构建具有较小内孔尺寸的PET系统。

对于改造和集成系统，电子数据采集系统用于将PET像素的模拟输出转换为数字输出。同步PET+MRI系统的一个关键设计决策是将放置在MRI场内的电子设备数量。例如，这些电子设备可以放大来自PET检测器的信号，可以对来自PET检测器的信号的进行整形，并且可以将来自PET检测器的模拟信号转换成适合图像处理的数字信号。这些电子设备通常会产生热量，因此如果将电子设备放置在MRI孔内，则通常需要在MRI孔内进行冷却。此外，电子设备通常会产生额外的电磁噪声，可能会干扰MRI成像系统，因此可能需要额外的EM(电磁)屏蔽。此外，将电子设备放置在MRI孔中需要用到MRI内的额外空间，导致可供患者使用的孔直径减小。例如，在西门子Biograph mMR PET/MRI系统中，MRI孔为70cm，但是将PET系统包含在内壳将孔减小到60cm。此外，发送和接收期间的MRI操作可能会为PET成像系统产生额外的电子噪声。

定位电子设备的另一种方法是在MRI孔中放置较少的电子设备，并使用缆线将PET检测器信号从孔中传输到MRI旁边可以执行电子功能的MR-Safe或MR-Compatible设备架上。像这样的系统通常有一个电子设备机架，可以在MRI的边缘场中正常运行，并且可以使用合适的冷却系统，例如风扇，风扇可以成功冷却MRI孔外部的电子设备。在这种类型的设计中，通常不需要冷却MRI孔内的电子设备。

自1995年开始不断出现有关讨论和探索PET和MRI组合的出版物和原型。