DE10246310A1

DE10246310A1 - Gradientenspulensystem und Magnetresonanzgerät mit dem Gradientenspulensystem

Info

Publication number: DE10246310A1
Application number: DE10246310A
Authority: DE
Inventors: Johann Schuster
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2004-04-22
Also published as: US6842005B2; GB0323242D0; GB2396425A; GB2396425B; US20040113618A1

Abstract

Ein Gradientenspulensystem beinhaltet folgende Merkmale: DOLLAR A - Wenigstens zwei baulich selbständige Einheiten, die wenigstens die Teilspulen der Gradientenspulen des Gradientenspulensystems beinhalten, und DOLLAR A - einen Träger, in dem die Einheiten zueinander beabstandet befestigt sind; DOLLAR A und ein Magnetresonanzgerät mit dem Gradientenspulensystem.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gradientenspulensystem und ein Magnetresonanzgerät mit dem Gradientenspulensystem.
Die Magnetresonanztechnik ist eine bekannte Technik unter anderem zum Gewinnen von Bildern eines Körperinneren eines Untersuchungsobjekts. Dabei werden in einem Magnetresonanzgerät einem statischen Grundmagnetfeld, das von einem Grundfeldmagneten erzeugt wird, schnell geschaltete Gradientenfelder überlagert, die von einem Gradientenspulensystem erzeugt werden. Ferner umfasst das Magnetresonanzgerät ein Hochfrequenzsystem, das zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen Hochfrequenzsignale in das Untersuchungsobjekt einstrahlt und die ausgelösten Magnetresonanzsignale aufnimmt, auf deren Basis Magnetresonanzbilder erstellt werden.
In der DE 197 22 211 A1 ist beispielsweise ein Aufbau eines hohlzylinderförmigen Gradientenspulensystems mit Abschirmspulen dargestellt. Dabei umfasst das Gradientenspulensystem von innen nach außen folgende Elemente, die in konzentrisch zueinander angeordneten hohlzylinderförmigen Bereichen ausgebildet sind: Eine erste transversale Gradientenspule, eine zweite transversale Gradientenspule, eine erste Kühleinrichtung, eine longitudinale Gradientenspule, eine Shim-Baugruppe, eine zweite Kühleinrichtung, eine longitudinale Abschirmspule, eine erste transversale Abschirmspule und eine zweite transversale Abschirmspule. Dabei werden vorgenannte Elemente in einem Arbeitsgang zu dem Gradientenspulensystem vergossen.
Zum Erzeugen von Gradientenfeldern sind in Gradientenspulen des Gradientenspulensystems entsprechende Ströme einzustellen. Dabei betragen die Amplituden der erforderlichen Ströme bis zu mehreren 100 A. Die Stromanstiegs- und -abfallraten betragen bis zu mehreren 100 kA/s. Auf diese sich zeitlich verändernden Ströme in den Gradientenspulen wirken bei vorhandenem Grundmagnetfeld in der Größenordnung von 1 T Lorentzkräfte, die zu Schwingungen des Gradientenspulensystems führen. Diese Schwingungen werden über verschiedene Ausbreitungswege an die Oberfläche des Magnetresonanzgeräts weitergegeben. Dort werden die Mechanikschwingungen in Schallschwingungen umgesetzt, die schließlich zu an sich unerwünschtem Lärm führen.
Aus der DE 197 22 481 A1 ist ein Magnetresonanzgerät bekannt, bei dem ein Grundfeldmagnet eine erste Fläche und ein Gradientenspulensystem eine zweite Fläche aufweisen, wobei die beiden einander zugewandten Flächen voneinander beabstandet angeordnet sind und eine Geräuschminderungseinrichtung zum Dämpfen der Schwingungen des Gradientenspulensystems und/oder zum Versteifen des Gradientenspulensystems in Kontakt mit beiden Flächen angeordnet ist. In einer Ausführungsform umfasst dabei die Geräuschminderungsvorrichtung zum Ausbilden eines geschlossenen, abgedichteten Raums zwischen den beiden Flächen entsprechende Dichtungen, wobei der Raum mit Sand, Schaum, einer unter Druck stehenden Flüssigkeit oder anderen schwingungsdämpfenden und/oder versteifenden Stoffen gefüllt ist. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Geräuschminderungseinrichtung mehrere Kissen, die mit einem der vorgenannten Stoffe gefüllt sein können. In wiederum einer anderen Ausführungsform ist bei einem, eine zylinderförmige Höhlung aufweisenden Grundfeldmagneten, in dessen Höhlung ein hohlzylinderförmiges Gradientenspulensystem angeordnet ist, die Geräuschminderungseinrichtung durch Keile gebildet, die zwischen die beiden Flächen eingespreizt sind.
Des Weiteren ist aus der DE 101 56 770 A1 ein Magnetresonanzgerät mit einem Gradientenspulensystem bekannt, bei dem eine elektrisch leitfähige Struktur derart angeordnet und ausgebildet ist, dass wenigstens innerhalb eines Abbildungsvolu mens des Magnetresonanzgeräts ein von einem Gradientenfeld über Induktionseffekte hervorgerufenes Magnetfeld der Struktur dem Gradientenfeld ähnlich ist. Dabei ist in einer Ausführungsform wenigstens ein Teil der Struktur als ein Bestandteil eines Grundfeldmagneten fassmantelförmig ausgebildet. Dadurch ist unter anderem das Gradientenspulensystem ohne Abschirmspulen ausbildbar, da die an sich unerwünschten Folgen der geschalteten Gradientenfelder aufgrund der Ähnlichkeit des durch die Struktur hervorgerufenen Magnetfeldes durch eine Vorverzerrung vollständig beherrschbar sind.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Gradientenspulensystem zu schaffen, bei dem wenigstens zwei baulich selbständige Einheiten des Gradientenspulensystems derart angeordnet sind, dass zwischen den Einheiten ein vorgebbarer Abstand exakt eingestellt und dauerhaft beibehalten werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß Anspruch 1 beinhaltet ein Gradientenspulensystem folgende Merkmale:

– Wenigstens zwei baulich selbständige Einheiten, die wenigstens die Teilspulen der Gradientenspulen des Gradientenspulensystems beinhalten, und
– ein Träger, in dem die Einheiten zueinander beabstandet befestigt sind.

Durch das Vorhandensein des Trägers, in dem die Einheiten derart befestigt sind, dass zwischen ihnen ein Freiraum mit dem vorgebbaren Abstand entsteht, ist ein Handling, umfassend ein Transportieren, Ein- und Ausbauen, des Gradientenspulensystems als Ganzes möglich, ohne dass dabei auf den exakt einzuhaltenden Abstand weiter geachtet werden muss.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren. Dabei zeigen:
1 einen Längsschnitt durch ein Gradientenspulensystem, bei dem zwei, die Teilspulen von Gradientenspulen beinhaltende, baulich selbständige Einheiten in einem Träger über Stellschrauben fixiert sind,
2 einen Längsschnitt durch ein Gradientenspulensystem, bei dem zwei, die Teilspulen von Gradientenspulen beinhaltende, baulich selbständige Einheiten in einem Träger über einen zwischen den Einheiten und dem Träger eingebrachten Klebstoff befestigt sind, und
3 einen Längsschnitt durch ein Magnetresonanzgerät mit einem Gradientenspulensystem nach 1 oder 2, das in einer, im Mittenbereich fassmantelartig ausgebauchten Höhlung eines Grundfeldmagneten befestigt ist.
Die 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiges Gradientenspulensystem 100. Dabei umfasst das Gradientenspulensystem 100 zwei baulich selbständige, hohlzylinderförmige Einheiten 112 und 114, wobei jede der Einheiten 112 und 114 wenigstens die Teilspulen von Gradientenspulen des Gradientenspulensystems 100 beinhaltet. So beinhaltet jede der Einheiten 112 und 114 zwei sattelförmige Teilspulen einer ersten transversalen Gradientenspule, zwei weitere sattelförmige Teilspulen einer zweiten transversalen Gradientenspule und eine solenoidartige Teilspule einer longitudinalen Gradientenspule. Dabei sind die Einheiten 112 und 114 beispielsweise entsprechend dem, in der eingangs genannten DE 197 22 211 A1 beschriebenen Verfahren mit einer üblichen Vakuumvergussmethode hergestellt.
Des Weiteren umfasst das Gradientenspulensystem 100 einen, aus einem glas- und/oder kohlefaserverstärkten Kunststoff hergestellten Träger 120. Der Träger 120 beinhaltet dabei ein passives Shimsystem, wozu der Träger 120 mit entsprechenden Aufnahmeöffnungen 129 zum Einschieben von mit ferromagnetischen Shimelementen 154 bestückten Shimträgern 152 ausgebildet ist. Die plättchenartigen Shimelemente 154 sind dabei mit dem Shimträger 152 verschraubt oder verklebt. In einer anderen Ausführungsform können auch die Shimelemente 154 aufnehmende Shimkästen eingesetzt werden.
Ferner weist der Träger 120 beiderseits eines Mittenbereichs in einem, an die Einheiten 112 und 114 angrenzenden Bereich sowohl in longitudinaler Richtung als auch in Umfangsrichtung verteilte Bohrungen 125 mit einem Gewinde zum Führen von Stellschrauben 130 auf. Dabei sind je Einheit 112 und 114 wenigstens drei in Umfangsrichtung verteilte Reihen von Bohrungen 125, mit jeweils drei in Reihe liegenden Bohrungen 125 vorgesehen. Über die Stellschrauben 130 werden die Einheiten 112 und 114 im Träger 120 fixiert. Über ein Anzugsmoment der Stellschrauben 130 kann in Abhängigkeit vom Einsatz des Gradientenspulesystems 100 die Fixierung von weich bis hart gewählt werden. Dadurch ist ein Übertragen von mechanischen Schwingungen, die von den betriebenen Einheiten 112 und 114 ausgehen, auf den Träger 120 und weiter auf andere Bauteile eines Magnetresonanzgeräts, in dem das Gradientenspulensystem 100 befestigt ist, minimierbar. Jede der Stellschrauben 130 umfasst dabei einen Gewindebolzen 132 und einen Druckteller 134, wobei der Druckteller 134 einen Einsatz 136 aus Gummi oder Kunststoff aufweist.
Zum Senden von Hochfrequenzsignalen und Empfangen von Magnetresonanzsignalen ist beispielsweise ein speziell ausgebildetes Antennensystem zwischen den beiden Einheiten 112 und 114 zur Befestigung vorgesehen. Unter anderem dafür sind die beiden Einheiten 112 und 114 in longitudinaler Richtung auf ein vorgebbares Abstandsmaß 149 voneinander exakt beabstandet zu justieren. Dazu sind im Mittenbereich des Trägers 120 wenigsten drei in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Abstandsleisten 142 am Träger 120 befestigt, an denen bezüglich der longitudinalen Richtung beiderseits die Einheiten 112 und 114 anliegend angeordnet sind, so dass entsprechend dem Abstandsmaß 149 ein exaktes Beabstanden der Einheiten 112 und 114 zueinander sichergestellt ist. Des Weiteren sind die beiden Einheiten 112 und 114 für ein zusätzliches Abstützen in der longitudinalen Richtung an den Stirnseiten des Trägers 120 durch am Träger 120, beispielsweise durch ein Verschrauben, befestigte Sicherungselemente 144 fixiert. Schließlich ist bei allen eingesetzten Bauelementen, insbesondere aber bei den Stellschrauben 130, den Abstandsleisten 142 und den Sicherungselementen 144, auf eine magnetresonanzkompatible Ausbildung zu achten, das heißt, insbesondere auf die Ausbildung aus nichtmagnetischen Materialien.
Die 2 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch ein weiteres, im Wesentlichen hohlzylinderförmiges Gradientenspulensystem 200. Dabei umfasst das Gradientenspulensystem 200 zwei baulich selbständige Einheiten 212 und 214, wobei jede der Einheiten 212 und 214 wenigstens die Teilspulen von Gradientenspulen des Gradientenspulensystems 200 beinhaltet. Des Weiteren umfasst das Gradientenspulensystem 200 einen, aus einem glas- und/oder kohlefaserverstärkten Kunststoff hergestellten Träger 220. In einem Mittenbereich des Trägers 220 sind vier in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Abstandsleisten 242 am Träger 220 befestigt, an denen bezüglich einer longitudinalen Richtung beiderseits die Einheiten 212 und 214 anliegend angeordnet sind, so dass ein exaktes Beabstanden der Einheiten 212 und 214 zueinander mit einem Abstandsmaß 249 sichergestellt ist. Des Weiteren sind die beiden Einheiten 212 und 214 für ein zusätzliches Abstützen in der longitudinalen Richtung an den Stirnseiten des Trägers 220 durch am Träger 220, beispielsweise durch ein Verschrauben, befestigte Sicherungselemente 244 fixiert. Das vorausgehend zur 2 Beschriebene ent spricht dabei bis hierher im Wesentlichen dem zur 1 Beschriebenen.
Anders als bei der 1 sind aber beim Ausführungsbeispiel der 2 die beiden Einheiten 212 und 214 nicht über Stellschrauben 130 mit dem Träger 220 verbunden, sondern die beiden Einheiten 212 und 214 sind durch ein Einbringen eines Klebstoffs 260 zwischen den einander unmittelbar zugewandten Oberflächen der beiden Einheiten 212 und 214 und des Trägers 220 im Träger 220 befestigt. Für ein Einbringen des im flüssigen Aggregatszustand befindlichen Klebstoffs 260 weist der Träger 220 im Bereich der Einheiten 212 und 214 je Einheit 212 oder 214, vier in Umfangsrichtung verteilte Reihen von je drei Bohrungen 225 auf. Über die Bohrungen 225 und die ringförmige Spalte an den Stirnseiten des Gradientenspulensystems 200 zwischen den Einheiten 212 und 214 und dem Träger 220 ist der Klebstoff 260 einbringbar. Bei einem Einspritzen des Klebstoffes 260 über die Bohrungen 225 sind mit Vorteil bei einem für Ganzkörperaufnahmen von Patienten ausgelegten Gradientenspulensystem 200 Abstände von kleiner 4 mm zwischen den Einheiten 212 und 214 und dem Träger 220 realisierbar. Bei größeren Abständen ist auch ein Einfüllen ausschließlich über vorgenannte Ringspalte mögliche, so dass auf die Bohrungen 225 verzichtet werden kann.
Als Klebstoff 260 sind Vergussmassen, beispielsweise umfassend Silikon, und andere Klebstoffe verschiedenster Art, so auch Montageschäume, einsetzbar, wobei sowohl physikalisch abbindende Klebstoffe zum Nasskleben, Kontaktkleben, Aktivierkleben und Haftkleben als auch chemisch abbindende Klebstoffe zum Reaktionskleben, umfassend chemisch aushärtende Klebstoffe, beispielsweise ein aushärtendes Harz, geeignet sind.
Als Klebstoff 260 ist ferner auch ein Klebstoff mit einer Schmelztemperatur in etwa zwischen 50°C und 90°C, beispielsweise ein Wachs oder ein ähnlich niedrig schmelzendes Materi al verwendbar. Im Normalbetrieb des Gradientenspulensystems 200 ist durch entsprechende Steuerung der Ströme in den Teilspulen und einer gegebenenfalls im Gradientenspulensystem 200 vorhandenen Kühlungseinheit sichergestellt, dass eine Temperatur am äußeren Zylindermantel der Einheiten 212 und 214 ausreichend von der Schmelztemperatur des verwendeten Wachses beabstandet ist. Für ein zerstörungsfreies Ausbauen der Einheiten 212 und 214 aus dem Träger 220 ist lediglich eine Temperatur des Außenmantels der Einheiten 212 und 214 über den Schmelzpunkt des eingesetzten Klebstoffs 260 zu erwärmen. Dazu können in den Teilspulen entsprechende Ströme eingestellt werden. In einer anderen Ausführungsform ist das Gradientenspulensystem 200 mit einer zusätzlichen Heizeinrichtung versehen. Dadurch wird dabei die Möglichkeit eröffnet, die Einheiten 212 und 214 reversibel und zerstörungsfrei ein- und ausbauen zu können.
Die 3 zeigt schließlich als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung den Einsatz eines der vorausgehend beschriebenen Gradientenspulensysteme 100 oder 200 bei einem Magnetresonanzgerät mit einem Grundfeldmagneten 310, dessen Höhlung in einem Mittenbereich fassmantelförmig ausgebaucht und in Randbereichen, die sich beiderseits des Mittenbereichs anschließen, zylinderförmig ausgebildet ist. Dabei ist der Grundfeldmagnet 310 beispielweise entsprechend der eingangs zitierten DE 101 56 770 A1 gestaltet. In der Höhlung des Grundfeldmagneten 310 ist zum Erzeugen von Gradientenfeldern eines der Gradientenspulensysteme 100 oder 200 eingebaut. Zwischen den beiden Einheiten 112 und 114 oder 212 und 214 des Gradientenspulensystems 100 oder 200 ist zum Senden von Hochfrequenzsignalen und Empfangen von Magnetresonanzsignalen ein speziell ausgebildetes Antennensystem 320 angeordnet. Dabei ist das Gradientenspulensystem 100 oder 200 beispielsweise entsprechend der eingangs zitierten DE 197 22 481 A1 durch Keile 350 in der Höhlung befestigt. In einer anderen Ausführungsform ist das Gradientenspulensystem 100 oder 200 im Grundfeldmagneten 310 derart befestigt, wie dies bei der
2 für die Befestigung der Einheiten 212 und 214 im Träger 220 beschrieben ist. Dabei ermöglicht die Ausbildung des, zwei baulich selbständige Einheiten 112 und 114 oder 212 und 214 umfassenden Gradientenspulensystems 100 oder 200 mit dem gemeinsamen Träger 120 oder 220 eine einfachere Befestigung in der, im Mittenbereich fassmantelartig ausgebauchten Höhlung, als dies für die beiden Einheiten 112 und 114 oder 212 und 214 ohne den Träger 120 oder 220 möglich wäre.

Claims

Gradientenspulensystem, beinhaltend folgende Merkmale: – Wenigstens zwei baulich selbständige Einheiten, die wenigstens die Teilspulen der Gradientenspulen des Gradientenspulensystems beinhalten, und – ein Träger, in dem die Einheiten zueinander beabstandet befestigt sind.
Gradientenspulensystem nach Anspruch 1, wobei die Einheiten und/oder der Träger hohlzylinderförmig ausgebildet sind.
Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Einheiten und/oder der Träger vergossen ausgebildet sind.
Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Träger ein Shimsystem beinhaltet.
Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Träger einen Verbundwerkstoff umfasst.
Gradientenspulensystem nach Anspruch 5, wobei der Verbundwerkstoff ein glas- und/oder kohlefaserverstärkter Kunststoff ist.
Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zum genauen Beabstanden der Einheiten zueinander zwischen den Einheiten Beabstandungsmittel angeordnet sind.
Gradientenspulensystem nach Anspruch 7, wobei die Beabstandungsmittel am Träger befestigt sind.
Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Beabstandungsmittel wenigstens drei in einer Umfangsrichtung des Trägers verteilt angeordnete Abstandsleisten umfassen.
Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei zum Sichern der Einheiten in Beabstandungsrichtung Sicherungsmittel am Träger befestigt sind.
Gradientenspulensystem nach Anspruch 10, wobei die Sicherungsmittel an wenigstens einer Stirnseite des Trägers befestigt sind.
Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei je Stirnseite des Trägers die Sicherungsmittel wenigstens drei in einer Umfangsrichtung des Trägers verteilt angeordnete Sicherungselemente umfassen.
Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Einheiten über im Träger geführte Stellschrauben mit dem Träger verbunden sind.
Gradientenspulensystem nach Anspruch 13, wobei je Einheit wenigstens drei Reihen von Stellschrauben mit wenigstens drei Stellschrauben je Reihe vorgesehen sind.
Gradientenspulensystem nach Anspruch 14, wobei die Reihen in einer Umfangsrichtung des Trägers verteilt angeordnet sind.
Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei eine der Stellschrauben einen Gewindebolzen und einen Druckteller mit einem Einsatz aus einem weichen Material umfasst.
Gradientenspulensystem nach Anspruch 16, wobei das Material einen Gummi oder einen Kunststoff umfasst.
Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Einheiten durch einen zwischen den Einheiten und dem Träger eingebrachten Klebstoff befestigt sind.
Gradientenspulensystem nach Anspruch 18, wobei der Träger zum Einbringen des Klebstoffs Öffnungen aufweist.
Gradientenspulensystem nach Anspruch 19, wobei je Einheit wenigstens drei Reihen von Öffnungen mit wenigstens drei Öffnungen je Reihe vorgesehen sind.
Gradientenspulensystem nach Anspruch 20, wobei die Reihen in einer Umfangsrichtung des Trägers verteilt angeordnet sind.
Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 18 bis 21, wobei der Klebstoff Silikon, einen Schaum und/oder ein Harz umfasst.
Magnetresonanzgerät mit einem Gradientenspulensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22.
Magnetresonanzgerät nach Anspruch 23, wobei das Gradientenspulensystem in einer Höhlung des Magnetresonanzgeräts befestigt ist, die in einem Mittenbereich fassmantelartig ausgebaucht ist.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 23 oder 24, wobei zwischen den Einheiten ein an den Einheiten befestigtes Antennensystem angeordnet ist.