<Desc/Clms Page number 1>
Magnetisch resonantie apparaat met elementen voor het homogeniseren van het magneetveld.
De uitvinding heeft betrekking op een magnetisch resonantie apparaat met een in wezen cilindervormig magneetstelsel voor het opwekken van een stationair magneetveld in een meetruimte, een spoelenstelsel voor het opwekken van gradiêntvelden in de meetruimte en ten minste een in de onmiddellijke nabijheid van de meetruimte opgestelde RF spoel, waarbij ter verhoging van de homogeniteit van het stationaire magneetveld binnen het magneetstelsel en coaxiaal met de as van het magneetstelsel ongeveer ringvormige eerste elementen van magnetisch geleidend materiaal zijn aangebracht.
Een dergelijk apparaat is bekend uit EP-A-0 216 404 (PHN 11. 469). Bij het bekende apparaat worden de eerste elementen gevormd door ringen van ferromagnetisch materiaal die in uitsparingen in de spoelkoker voor de gradientspoelen zijn aangebracht. De benodigde hoeveelheid ferromagnetisch materiaal is hierbij betrekkelijk groot. In het genoemde document is aangegeven dat de ringen een axiale afmeting tussen de 1 en 10 cm en een dikte tot 2 cm moeten hebben. Voorts is het nagenoeg onmogelijk, de door de eerste elementen verschafte correctie van het magneetveld aan te passen aan gewijzigde omstandigheden. Dit blijkt bijvoorbeeld uit het feit dat in het document is aangegeven dat voor magneetstelsels die bij verschillende veldsterkten moeten werken een compromis gevonden moet worden.
De door de eerste elementen verschafte correctie is dan dus voor geen van de gebruikte veldsterkten optimaal.
De uitvinding heeft tot doel, een apparaat van de genoemde soort aan te geven, waarbij minder ferromagnetisch materiaal nodig is en optimale aanpassing van
<Desc/Clms Page number 2>
de eerste elementen aan gewijzigde omstandigheden althans in beginsel mogelijk is. De inrichting volgens de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat de eerste elementen zich in de onmiddellijke nabijheid van de RF spoel bevinden. De uitvinding berust op het inzicht dat het effect van de eerste elementen snel afneemt naarmate de afstand tot die elementen groter wordt. Indien de eerste elementen zich ter plaatse van de spoelkoker van de gradientspoelen bevinden, zoals in het bekende apparaat, is hun afstand tot de meetruimte betrekkelijk groot zodat veel ferromagnetisch materiaal nodig is om het gewenste effect te bereiken.
De RF spoel daarentegen bevindt zich in de onmiddellijke nabijheid van het object waaraan onderzoek verricht wordt. De maatregel volgens de uitvinding heeft daardoor als resultaat dat de eerste elementen zich ook in de onmiddellijke nabijheid van dit object bevinden zodat het magneetveld dat homogeen gemaakt moet worden zich op een zeer kleine afstand van deze elementen bevindt.
Daardoor behoeven de eerste elementen slechts zeer weinig magnetisch geleidend materiaal te bevatten om het gewenste effect te hebben. Bovendien kan door de genoemde geringe afstand de homogeniteit van het magneetveld met een aanzienlijk grotere nauwkeurigheid worden ingesteld dan bij de bekende inrichting. Doordat de eerste elementen slechts weinig ferromagnetisch materiaal bevatten, kunnen zij gemakkelijk worden uitgewisseld. Het is dus mogelijk, voor ieder onderzoek die eerste elementen aan te brengen die een optimale correctie van het magneetveld teweegbrengen.
In veel gevallen is de RF spoel in wezen cilindervormig en coaxiaal met het magneetstelsel. De afstand tussen de eerste elementen en het voor het onderzoek van belang zijnde gebied kan dan minimaal gemaakt worden door een uitvoering van het apparaat volgens de uitvinding toe te passen, die het kenmerk heeft, dat de eerste elementen zijn aangebracht aan de binnenzijde van de RF spoel.
EMI2.1
Een verdere uitvoeringsvorm van het apparaat volgens de uitvinding heeft ZD het kenmerk, dat de eerste elementen gevormd worden door stroken magnetisch geleidend materiaal die zijn aangebracht op een elektrisch isolerende drager van de RF spoel of op een elektrisch isolerende behuizing die de RF spoel omgeeft. Deze
EMI2.2
uitvoeringsvorm heeft het voordeel dat geen aparte drager voor de eerste elementen Z > nodig is. De eerste elementen kunnen in dit geval tegelijk met de RF spoel uitgewisseld worden, of het gedeelte van de behuizing dat deze elementen draagt, kan apart uitwisselbaar zijn uitgevoerd.
<Desc/Clms Page number 3>
In veel gevallen is een optimale homogeniteit van het magneetveld slechts in een beperkt gebied nodig. Dit is bijvoorbeeld het geval wanneer de borst of schouders van een patient onderzocht worden. De hoogte van het gebied van interesse is dan aanzienlijk kleiner dan de breedte en de homogeniteit van het magneetveld boven en onder het te onderzoeken gedeelte van de patiënt is minder belangrijk. In zulke gevallen kan verder bespaard worden op de hoeveelheid magnetisch geleidend materiaal door een uitvoeringsvorm toe te passen die het kenmerk heeft, dat elk van de eerste elementen de vorm heeft van twee boogvormige delen van gelijke lengte die zich symmetrisch ten opzichte van de as van het magneetstelsel tegenover elkaar uitstrekken. In het beschreven geval kunnen de boogvormige delen zich dan uitstrekken aan weerszijden van de schouders van de patiënt.
Gebleken is dat het in sommige gevallen moeilijk is, de gewenste homogeniteit van het stationaire magneetveld in de meetruimte te bereiken met behulp van uitsluitend de eerste elementen. Daarom heeft een verdere uitvoeringsvorm van het apparaat volgens de uitvinding het kenmerk, dat een met het magneetstelsel coaxiale drager aanwezig is, waarvan de radiale afmetingen aanzienlijk groter zijn dan die van de RF spoel en waarop tweede elementen zijn aangebracht die met de eerste elementen samenwerken ter verhoging van de homogeniteit van het stationaire magneetveld ter plaatse van de meetruimte. De tweede elementen worden bij voorkeur gevormd door plaatjes of stroken van magnetisch geleidend materiaal. Zij kunnen echter ook gevormd worden door correctiespoelen die door een geschikte stroombron gevoed worden.
Bij voorkeur zijn op de drager tevens verdere correctie-elementen aangebracht die dienen voor het corrigeren van incidentele afwijkingen in het stationaire magneetveld die veroorzaakt worden door fabricagetoleranties. Ook deze verdere correctie-elementen kunnen bijvoorbeeld gevormd worden door plaatjes magnetisch geleidend materiaal of door spoelen. Deze vorm van correctie van fabricagetoleranties is op zichzelf bekend, zie bijvoorbeeld EP-A-0 303 880. Door de beide laatstgenoemde correctievormen te combineren, kunnen kosten en ruimte bespaard worden.
Deze en andere aspecten van de uitvinding zullen nader worden toegelicht aan de hand van de tekening.
Figuur 1 toont schematisch een uitvoeringsvoorbeeld van een magnetisch
<Desc/Clms Page number 4>
resonantie apparaat volgens de uitvinding,
Figuur 2 toont een dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvoorbeeld van een RF spoel voor het in Figuur 1 getoonde apparaat,
Figuur 3 toont een aanzicht van een gedeelte van de in Figuur 2 afgebeelde RF spoel, en
Figuur 4 tot en met 7 tonen diagrammen ter illustratie van de verbetering van de homogeniteit van het stationaire magneetveld, die met de maatregelen volgens de uitvinding verkregen kan worden.
Een magnetisch resonantie apparaat zoals weergegeven in figuur 1 bevat een in wezen cilindervormig magneetstelsel 2 voor het opwekken van een stationair
EMI4.1
homogeen magneetveld H, een eveneens cilindervormig magneetstelsel voor het t > opwekken van magnetische gradientvelden, en voedingsbronnen 6 en 8 respectievelijk voor het magneetstelsel 2 en het magneetstelsel 4. De magneetstelsels 2 en 4 hebben een gezamenlijke as 9. Een radiofrequent magneetspoel (RF spoel) 10 dient voor het opwekken van een radiofrequent magnetisch wisselveld en is daartoe aangesloten op een radiofrequentbron 12. Voor detectie van door het radiofrequente zendveld in een te onderzoeken object opgewekte kemspin resonantie signalen kan eveneens gebruik gemaakt worden van de RF spoel 10 waartoe deze is verbonden met een signaalversterker 14.
De signaalversterker 14 is verbonden met een fasegevoelige gelijkrichter 16 die met een centrale besturingsinrichting 18 is verbonden. De centrale besturingsinrichting 18 stuurt verder een modulator 20 voor de RF bron 12, de voedingsbron 8 voor de gradiëntspoelen 4 en een monitor 22 voor beeldweergave. Een hoogfrequent oscillator 24 stuurt zowel de modulator 20 als de fasegevoelige gelijkrichter 16 die de meetsignalen verwerkt. Voor eventuele koeling van de magneetspoelen 2 voor de opwekking van het hoofdveld H dient een koelinrichting 26 met koelleidingen 27. Een dergelijke koelinrichting kan uitgevoerd zijn als waterkoeling voor weerstandsspoelen of bijvoorbeeld als vloeibare heliumkoeling voor
EMI4.2
supergeleidende magneetspoelen.
De in wezen cilindervormige, coaxiaal binnen de 0 9 magneetstelsels 2 en 4 geplaatste RF spoel 10 omsluit een meetruimte 28 die bij een apparaat voor medische diagnostische metingen ruim genoeg is voor het opnemen van een te onderzoeken patiënt. In de meetruimte 28 zijn aldus een homogeen magneetveld
<Desc/Clms Page number 5>
H, doorsneden van het object selecterende gradiëntvelden en een ruimtelijk homogeen RF wisselveld op te wekken. De RF spoel wordt hier gedacht de functies van zendspoel en meetspoel te combineren. Voor beide functies kan ook met verschillende spoelen worden gewerkt, bijvoorbeeld met oppervlaktespoelen als meetspoelen. Deze spoelen zijn bij voorkeur cilindervormig maar noodzakelijk is dit niet.
Het spoelenstelsel 2 heeft hier de vorm van zes spoelen 29 met gelijke diameter die als supergeleidende spoelen zijn opgenomen in een dewarvat 30 voor vloeibaar helium dat daarin vanuit de koelinrichting 26 kan worden ingebracht. Een gradientspoelenhouder 32 die de gradientspoelen 4 draagt is op gebruikelijke wijze binnen de spoelen 29 voor het hoofdveld H aangebracht. Voor het opnemen van een in de meetruimte 28 te onderzoeken patiënt is een in axiale richting verplaatsbare patiëntentafel 34 aanwezig. De magneetstelsels 2 en 4 en de RF spoel 10 zijn in de meeste gevallen symmetrisch ten opzichte van een symmetrievlak 36. Noodzakelijk is dit echter niet.
Figuur 2 toont een dwarsdoorsnede van een uitvoeringsvoorbeeld van de RF spoel 10 met daarin de patiëntentafel 34. De RF spoel 10 bevat in dit uitvoeringsvoorbeeld een aantal evenwijdig met de as 9 van het magneetstelsel 2 verlopende, elektrisch geleidende staven 38 die over een met die as coaxiaal cilinderoppervlak verdeeld zijn. De staven 38 zijn omgeven door een elektrisch isolerende behuizing die bestaat uit een buitenste cilinder 40 en een binnenste cilinder
EMI5.1
42. Op de binnenste cilinder 42 zijn stroken 44 van magnetisch geleidend materiaal, i bijvoorbeeld ijzer, aangebracht, die eerste elementen voor het verhogen van de homogeniteit van het door het magneetstelsel 2 opgewekte stationaire magneetveld H vormen.
In dit uitvoeringsvoorbeeld strekken telkens twee stroken 44 zieh symmetrisch ten opzichte van de as 9 tegenover elkaar uit over een hoek a die gelijk is aan 600.
Deze twee stroken 44 vormen tezamen een eerste element. Figuur 3 laat zien dat een aantal paren stroken 44 op verschillende axiale posities in de RF spoel 10 aanwezig is, in dit voorbeeld 14 paren stroken die symmetrisch liggen ten opzichte van het symmetrievlak 36. De breedte van de stroken 44 bedraagt bijvoorbeeld enkele mm en de dikte enkele tientallen tot enkele honderden microns. De totale benodigde hoeveelheid ijzer is dus betrekkelijk gering. De eerste elementen zorgen in samenwerking met het magneetstelsel 2 voor een zeer homogeen stationair magneetveld in een gebied 46 dat zich in horizontale richting tussen de stroken 44 uitstrekt en
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
waarvan de afmeting in verticale richting bepaald is door de hoek Ci waarover de stroken zich uitstrekken, in dit voorbeeld 60 .
Deze vorm van het homogene gebied is zeer geschikt voor het onderzoeken van bijvoorbeeld de borst en schouders van een op de patiëntentafel 34 liggende patiënt. Boven en onder het homogene gebied 46 bevinden zich dan geen delen van de patiënt omdat zijn afmeting in horizontale richting groter is dan die in verticale richting. Voor andere onderzoeken kan het wenselijk zijn, de vorm van het homogene gebied 46 anders te kiezen. Dit is gemakkelijk mogelijk door de hoek a, waarover de stroken 44 zich uitstrekken, te variëren. Het aantal en de afmetingen van de stroken 44 kunnen gekozen worden in afhankelijkheid van de gewenste vorm en afmetingen van het homogene gebied in vlakken die de as 9 bevatten.
De figuren 5 tot en met 7 tonen het verloop van de lijnen van gelijke veldsterkte van het stationaire magneetveld in een kwadrant van het XZ-vlak, waarbij de Z-as samenvalt met de as 9 en de X-as zieh in horizontale richting in het symmetrievlak 36 uitstrekt. Figuur 4 toont het door de magneetspoelen 29 zonder de invloed van de eerste elementen 44 opgewekte veld. De plaatsen waar de eerste elementen 44 zullen worden aangebracht zijn in figuur 4 wel aangegeven. In dit voorbeeld zijn vijf eerste elementen 44 aanwezig, dus bij een symmetrische opstelling ten opzichte van het vlak z = 0 zijn tien eerste elementen aanwezig. Figuur 5 toont het veld van dezelfde spoelen als in figuur 4 na toevoeging van de genoemde eerste elementen 44. Hieruit blijkt duidelijk dat het homogene gebied in het bijzonder in de X-richting aanzienlijk is toegenomen.
Figuur 6 toont hetzelfde veld als figuur 4, waarbij nu de plaats voor een groter aantal eerste elementen 44 is aangegeven, in dit geval negen, dus bij een symmetrische opstelling in totaal achttien. Het resultaat van de combinatie van deze eerste elementen met de spoelen 29 is te zien in figuur 7. Hieruit blijkt dat het homogene gebied ten opzichte van de in figuur 5 getoonde situatie nog groter geworden is. Het is dus mogelijk, door aantal, plaatsen en afmetingen van de eerste elementen 44 te kiezen, de vorm en grootte van het homogene gebied aan te passen aan verschillende eisen. De eerste elementen 44 kunnen uitwisselbaar gemaakt worden door bijvoorbeeld het gedeelte van de binnenste cilinder 42 waarop zich de eerste elementen bevinden uitwisselbaar uit te voeren.
Er is gebleken dat geringe afwijkingen van de onderlinge afstanden van de eerste elementen 44 (tot bijvoorbeeld 0. mm) slechts een geringe invloed hebben op de homogeniteit van het magneetveld. Hetzelfde geldt voor afwijkingen van de axiale positie van het geheel van de eerste elementen 44 tot e
<Desc/Clms Page number 7>
ongeveer 5 mm en voor afwijkingen in de radiale richting tot ongeveer 2 mm.
Het instellen van de gewenste homogeniteit van het stationaire magneetveld in de meetruimte 28 met als enige instrument de eerste elementen 44 blijkt in sommige gevallen zeer moeilijk te zijn. Om deze moeilijkheid op te lossen, is het in het algemeen gewenst, een met het magneetstelsel coaxiale drager 48 aan te brengen, waarvan de radiale afmetingen aanzienlijk groter zijn dan die van de RF spoel 10 en waarop tweede elementen 50 zijn aangebracht. De drager 48 met de tweede elementen 50 is in figuur 1 getoond. De drager 48 is daarbij tussen het magneetstelsel 2 en het gradientspoelenstelsel 4 geplaatst. De tweede elementen 50 bestaan in dit uitvoeringsvoorbeeld uit plaatjes of stroken van magnetisch geleidend materiaal. Hun afmetingen kunnen van dezelfde orde van grootte zijn als die van de eerste elementen 44.
De tweede elementen 50 kunnen desgewenst ook gevormd worden door spoelen die met een geschikte stroom gevoed worden (niet getekend).
De eerste elementen 44 zorgen tezamen met de magneetspoelen 29 en eventueel de tweede elementen 50 voor een zeer homogeen magneetveld in een gekozen gebied 46. Bij het ontwerpen van het magneetstelsel 2 moet dus voor elke beoogde toepassing de juiste combinatie van magneetspoelen 29 en eerste en tweede elementen 44 en 50 berekend worden. Daarnaast kunnen ook incidentele afwijkingen in het opgewekte magneetveld optreden als gevolg van fabricagetoleranties. De eerste en tweede elementen 44 en 50 hebben op zulke afwijkingen geen invloed van betekenis.
Het is echter op zichzelf bekend, zulke afwijkingen te corrigeren met behulp van verdere correctie-elementen 52 die naar behoefte op een eigen drager (niet getekend) of op de toch al voor de tweede elementen 50 aanwezige drager 48 geplaatst kunnen worden. Een voorbeeld van een dergelijke drager met willekeurig plaatsbare correctie- elementen is bekend uit EP-A-0 303 880. In dat voorbeeld bestaan de correctie- elementen uit plaatjes magnetisch geleidend materiaal. Ook zijn correctie-elementen bekend die uit spoelen bestaan.