DE10032836C1 - Magnetresonanzgerät mit einem Gradientenspulensystem - Google Patents
Magnetresonanzgerät mit einem GradientenspulensystemInfo
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Abstract
Ein Magnetresonanzgerät umfasst ein Gradientenspulensystem (2), das wenigstens eine flexible und wärmeleitende Dämpferstruktur (34), die eine flexible Matrix (36) und wärmeleitfähige partikelförmige Füllstoffe (38) beinhaltet, umfasst und bei dem wenigstens Teile (32) einer Kühleinrichtung des Gradientenspulensystems (2) innerhalb der Dämpferstruktur (34) angeordnet sind.
Description
Die Erfindung betrifft ein Magnetresonanzgerät mit einem Gra
dientenspulensystem.
Zum Erzeugen von Bildern eines Körperinneren eines Untersu
chungsobjekts umfasst ein Magnetresonanzgerät unter anderem
ein Grundfeldmagnetsystem zum Erzeugen eines statischen
Grundmagnetfeldes sowie ein Gradientenspulensystem zum Erzeu
gen schnell geschalteter Gradientenfelder. Dabei fließen in
Gradientenspulen des Gradientenspulensystems Ströme, deren
Amplituden mehrere 100 A erreichen und die häufigen und ra
schen Wechseln der Stromrichtung mit Anstiegs- und Abfallra
ten von mehreren 100 kA/s unterliegen. Diese Ströme verursa
chen bei vorhandenem Grundmagnetfeld von größenordnungsmäßig
1 Tesla aufgrund von Lorentzkräften Schwingungen des Gradien
tenspulensystems.
Diese Schwingungen werden über verschiedene Ausbreitungswege
an die gesamte Oberfläche des Magnetresonanzgeräts übertra
gen. Die Mechanikschwingungen der verschiedenen Oberflächen
bereiche werden in Abhängigkeit von deren Oberflächenschnelle
in Schallschwingungen übertragen, die letztendlich die be
kannten Lärmemissionen verursachen.
Beispielsweise in der DE 197 22 211 A1 ist ein Aufbau eines
hohlzylinderförmigen Gradientenspulensystems mit Abschirmspu
len dargestellt. Dabei umfasst das Gradientenspulensystem von
innen nach außen folgende Elemente, die in konzentrisch zu
einander angeordneten hohlzylinderförmigen Bereichen ausge
bildet sind: Eine erste transversale Gradientenspule, eine
zweite transversale Gradientenspule, eine erste Kühleinrich
tung, eine longitudinale Gradientenspule, eine Shim-Bau
gruppe, eine zweite Kühleinrichtung, eine longitudinale Ab
schirmspule, eine erste transversale Abschirmspule und eine
zweite transversale Abschirmspule. Dabei werden vorgenannte
Elemente in einem Arbeitsgang zu dem Gradientenspulensystem
vergossen. Vorgenannte Kühleinrichtungen sind dabei bei
spielsweise gemäß der DE 197 21 985 A1 ausgeführt.
Des weiteren ist eine Reihe von passiven und aktiven Lärmmin
derungsmaßnahmen bei Magnetresonanzgeräten bekannt. Zu den
bekannten passiven Lärmminderungsmaßnahmen zählen beispiels
weise ein Anbringen von schalldämpfenden Schaumstoffen in
Verkleidungsteilen zum Gradientenspulensystem hin und/oder
ein Anordnen von flexiblen Schichten an und/oder im Gradien
tenspulensystem. Dazu wird beispielhaft auf die US 4,954,781
verwiesen.
In der DE 197 33 742 C1 ist ferner ein Verfahren zur Lärmmin
derung beim Betrieb einer Gradientenspule eines Magnetreso
nanzgeräts beschrieben, bei dem die Gradientenspule zumindest
zum Teil mit einem Reaktionsharzformstoff verbunden ist und
der Reaktionsharzformstoff bei Betrieb der Gradientenspule
auf einer Temperatur gehalten wird, die im Bereich der Glas
übergangstemperatur des Reaktionsharzformstoffes liegt. Dabei
wird das Halten auf der Temperatur beispielsweise durch ein
entsprechendes Regeln eines mit der Gradientenspule verbunde
nen Kühlsystems, beispielsweise eines Wasserkühlsystems, be
werkstelligt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Magnetresonanzgerät mit
einem verbesserten Gradientenspulensystem zu schaffen, das
insbesondere geringe Lärmemissionswerte aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des
Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den
Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß dem Anspruch 1 umfasst ein Gradientenspulensystem eines
Magnetresonanzgeräts wenigstens eine flexible und wärmeleit
fähige Dämpferstruktur, die eine flexible Matrix und wärmeleitfähige
partikelförmige Füllstoffe beinhaltet, und wenigs
tens Teile einer Kühleinrichtung des Gradientenspulensystems
sind innerhalb der Dämpferstruktur angeordnet. Dabei besitzt
die Dämpferstruktur im Kraft-Verformungs-Diagramm eine Hyste
reseschleife, deren umschlossene Fläche so groß ist, dass die
Dämpferstruktur viel Schwingungsenergie des Gradientenspulen
systems absorbiert. Weil die Dämpferstruktur in unmittelbarer
räumlicher Nähe zu den Gradientenspulen angeordnet ist, sind
Schwingungen der Gradientenspulen unmittelbar am Verursa
chungsort dämpfbar. Dadurch ist eine Dämpfungswirkung ent
sprechend groß und ein Ausbreiten von Schwingungen über das
gesamte Gerät wird weitgehend verhindert. Durch Anordnung
wenigstens von Teilen wenigstens einer Kühleinrichtung des
Gradientenspulensystems innerhalb der flexiblen und wärme
leitfähigen Dämpferstruktur wird sowohl das Kühlen als auch
das Schwingungsdämpfen der Gradientenspulen von einer platz
effizienten Kombinationsbaugruppe bewerkstelligt. Dabei weist
die Dämpferstruktur eine hohe Wärmeleitfähigkeit auf, so dass
eine effiziente Abfuhr von Abwärme, die in den Gradientenspu
len bei deren Betrieb entsteht, durch die Kühleinrichtung
über die Dämpferstruktur hinweg sichergestellt ist. Dazu um
fasst die Dämpferstruktur neben der flexiblen Matrix wärme
leitfähige anorganische partikelförmige Füllstoffe, die in
der Matrix eingelagert sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung
ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungs
beispiel anhand der Zeichnung.
Die Figur zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
einen Querschnitt durch ein hohlzylinderförmiges Gradienten
spulensystem 2 eines Magnetresonanzgeräts. Dabei umfasst das
Gradientenspulensystem 2 von innen nach außen folgende Bau
gruppen: Eine erste transversale Gradientenspule 12, eine
zweite transversale Gradientenspule 14, eine Dämpfer- und
Kühlbaugruppe 30a, bei der Kühlleitungen 32 einer Kühlein
richtung in einer hochflexiblen und gut wärmeleitfähigen
Dämpferstruktur 34 eingebettet sind, eine longitudinale Gra
dientenspule 16, eine Shim-Baugruppe 18, eine weitere Dämp
fer- und Kühlbaugruppe 30b, eine longitudinale Abschirmspule
22 bezüglich der longitudinalen Gradientenspule 16, eine ers
te transversale Abschirmspule 24 bezüglich der ersten trans
versalen Gradientenspule 12 und eine zweite transversale Ab
schirmspule 26 bezüglich der zweiten transversalen Gradien
tenspule 14. Dabei wird das Gradientenspulensystem 2 nach
einem Verfahren der bereits eingangs zitierten DE 197 22 211 A1
hergestellt, bei dem alle vorgenannten Baugruppen 12 bis
30b zusammen in einer Vergussform angeordnet werden und zu
sammen zum Gradientenspulensystem 2 vergossen werden.
Die Dämpferstruktur 34 umfasst eine flexible Matrix 36 aus
einem Kunststoff, in den hoch wärmeleitfähige partikelförmige
Füllstoffe 38 eingelagert sind. Die Kunststoffmatrix 36 weist
einen Einsatztemperaturbereich von ca. 25 bis 70°C auf. Die
Dämpferstruktur 34 weist eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich
von ca. 0,5 bis 2 W/(m.K) auf, bevorzugt im Bereich von ca.
0,8 bis 1,5 W/(m.K). Ferner ist die Kunststoffmatrix 36 in
fließfähiger Form als Gießharz verarbeitbar und nach einem
Gießen zu einem elastischen Kunststoff vernetzbar. Dabei um
fasst die Kunststoffmatrix 36 beispielsweise eine Epoxid-
oder Polyurethanbasis. Die Flexibilität der Kunststoffmatrix
36 ist beim Einsatztemperaturbereich von ca. 25 bis 70°C
durch eine Auswahl strukturell geeigneter Reaktionspartner
oder zusätzlicher Flexibilisatoren eingestellt. Dabei ist die
Flexibilität der Kunststoffmatrix 36 insbesondere durch die
Flexibilität der Grundstrukturen des Gießharzes, durch die
Länge der Moleküle des Gießharzes und/oder durch die Anzahl
reaktiver Gruppen je Molekül des Gießharzes einstellbar. Be
sonders geeignet sind aliphatische Grundstrukturen und/oder
lange Molekülketten sowie Molekülketten mit einer vergleichs
weise geringen Anzahl reaktiver Gruppen je Molekül.
Eine hohe Wärmeleitfähigkeit der Dämpferstruktur 34 ist durch
das Einlagern hoch wärmeleitfähiger partikelförmiger Füll
stoffe 38 in die Kunststoffmatrix 36 sichergestellt. Die par
tikelförmigen Füllstoffe 38 bestehen bevorzugt aus Materia
lien, die für sich eine Wärmeleitfähigkeit von größer ca. 5 W/(m.K)
besitzen. Im Hinblick auf eine hohe elektromagneti
sche Verträglichkeit beim Einsatz im Magnetresonanzgerät sind
die Füllstoffe 38 nicht ferromagnetisch und weisen eine ge
ringe elektrische Leitfähigkeit bzw. einen hohen spezifischen
Durchgangswiderstand auf. Dabei umfassen die Füllstoffe 38
Quarz, Aluminiumoxid, Siliziumkarbid, Aluminiumnitrid, Bor
nitrid und/oder Zinksulfid. Falls für einen Betrieb des Mag
netresonanzgeräts eine elektrische Leitfähigkeit bzw. ein
geringer spezifischer Durchgangswiderstand der partikelförmi
gen Füllstoffe 38 tolerierbar ist, sind auch partikelförmige
Metalle, wie Aluminium, Kupfer oder Messing verwendbar. Die
Partikelgröße der Füllstoffe 38 liegt im Bereich von ca. 0,1 µm
bis 1 mm, bevorzugt im Bereich von ca. 1 bis 300 µm.
Eine Kühleinrichtung der ebenfalls bereits eingangs zitierten
DE 197 21 985 A1 bildet die Grundlage für die Dämpfer- und
Kühlbaugruppen 30a und 30b. Dabei ist vorgenannte Kühlein
richtung entsprechend nachfolgender Beschreibung um die Dämp
ferstruktur 34 zur Dämpfer- und Kühlbaugruppe 30a oder 30b
ergänzt. Die Kühleinrichtung der DE 197 21 985 A1 umfasst
einen ebenen flexiblen Träger, auf dem flexible Kühlleitungen
32 für ein Kühlmedium flexibel angeordnet sind. Dabei ist die
Kühleinrichtung derart flexibel, dass sie um die hohlzylin
derförmige zweite transversale Gradientenspule 14 herum ange
ordnet werden kann. Vor einem Anbringen an der Gradientenspu
le 14 wird die Kühleinrichtung um die Dämpferstruktur 34 er
gänzt, die in einer gießfähigen Form eingebracht wird. Dazu
wird der ebene flexible Träger um seitliche Formwände, bevor
zugt aus elastischen Stegen ergänzt, die auf den flexiblen
Träger geklebt werden und in der Dämpfer- und Kühlbaugruppe
30a oder 30b verbleiben. Beim Vergießen dient der flexible
Träger der Kühleinrichtung als unteres Formteil. Eine Höhe
der seitlichen Formwände ist derart gewählt, dass nach dem
Vergießen die Kühlleitungen 32 je nach zu erzielender schwin
gungsdämpfender Wirkung wenigstens teilweise bis hin zu voll
ständig in der Dämpferstruktur 34 eingebettet sind.
Zum Vergießen werden zunächst zwei die Kunststoffmatrix 36
bildende Komponenten, eine Harz- und eine Härtekomponente,
getrennt voneinander mit den partikelförmigen Füllstoffen 38
versetzt und die beiden erhaltenen Mischungen unter Rühren
und Vakuum und gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur homoge
nisiert und entgast. Anschließend werden die beiden Mischun
gen im richtigen Verhältnis, vorzugsweise unter Vakuum zu
einer gießfähigen Masse vermischt. Dabei kann das Vermischen
der beiden Mischungen in einem kontinuierlichen Prozess über
einen statischen Mischer oder im diskontinuierlichen Batchbetrieb
erfolgen. Die mit den Formwänden versehene Kühlein
richtung wird mit der gießfähigen Masse vergossen. Dabei be
trägt eine Vergusstemperatur in Abhängigkeit von einer Fließ
fähigkeit der Masse ca. 20 bis 80°C. Eine Aushärtung der Mas
se zur Dämpferstruktur 34 erfolgt in Abhängigkeit von einer
Reaktivität der Masse in einem Temperaturbereich, beginnend
bei Raumtemperatur bis hin zu ca. 120°C.
Claims (12)
1. Magnetresonanzgerät mit einem Gradientenspulensystem (2),
wobei
das Gradientenspulensystem (2) wenigstens eine flexible und wärmeleitfähige Dämpferstruktur (34) umfasst,
die Dämpferstruktur (34) eine flexible Matrix (36) und wär meleitfähige partikelförmige Füllstoffe (38) beinhaltet und
wenigstens Teile (32) einer Kühleinrichtung des Gradienten spulensystems (2) innerhalb der Dämpferstruktur (34) ange ordnet sind.
das Gradientenspulensystem (2) wenigstens eine flexible und wärmeleitfähige Dämpferstruktur (34) umfasst,
die Dämpferstruktur (34) eine flexible Matrix (36) und wär meleitfähige partikelförmige Füllstoffe (38) beinhaltet und
wenigstens Teile (32) einer Kühleinrichtung des Gradienten spulensystems (2) innerhalb der Dämpferstruktur (34) ange ordnet sind.
2. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1, wobei die Dämpfer
struktur (34) zwischen einer transversalen (14) und einer
longitudinalen Gradientenspule (16) des Gradientenspulensys
tems (2) angeordnet ist.
3. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
wobei das Gradientenspulensystem (2) hohlzylinderförmig
ausgebildet ist.
4. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 3, wobei die Dämpfer
struktur (34) hohlzylinderförmig ausgebildet ist.
5. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die Dämpferstruktur (34) eine Wärmeleitfähigkeit im
Bereich von etwa 0,5 bis 2 W/(m.K) aufweist.
6. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei die Füllstoffe (38) in die Matrix (36) eingelagert
sind.
7. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei die Matrix (36) einen Gießharzwerkstoff umfasst.
8. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei die Matrix (36) eine Epoxid- und/oder Polyurethanba
sis aufweist.
9. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei die Füllstoffe (38) einen Durchmesser zwischen etwa
0,1 µm bis 1 mm aufweisen.
10. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
wobei die Füllstoffe (38) eine Wärmeleitfähigkeit größer
etwa 5 W/(m.K) aufweisen.
11. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
wobei die Füllstoffe (38) Quarz, Aluminiumoxid, Silizium
carbid, Aluminiumnitrid, Bromnitrid und/oder Zinksulfid um
fassen.
12. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
wobei die Füllstoffe (38) ein Metall, insbesondere Alumi
nium, Kupfer und/oder Messing, umfassen.
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