DE10047584C2 - Magnetresonanztomograph mit einer Temperaturregelung für thermisch hochsensitive Bauteile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetresonanztomographen (MRT), insbesondere eisengeführten oder permanenterregten kurzen oder offenen MRT, mit thermisch hochsensitiven Bauteilen und einer Temperaturregelung. Ein entsprechender Magnetresonanz­ tomograph ist der WO 00/16116 A1 zu entnehmen.

In eisengeführten oder permanenterregten Magnetresonanzto­ mographen gibt es thermisch hochsensitive Bauteile, die die Homogenität des Grundfeldes stark beeinflussen. Beispiele hierfür sind Permanentmagnete, Schimeisen oder dergleichen. Diese Teile müssen deshalb in ihrer Temperatur stabil gehal­ ten werden, da eine softwareseitige Kompensation des Einflus­ ses dieser üblicherweise großflächigen Teile nur bedingt mög­ lich ist.

Ein dynamischer Wärmeeintrag erfolgt zum Beispiel durch Schwankungen in der Raum- oder Kühlwassertemperatur, durch die zeitabhängigen ohmschen Verluste in den Gradientenspulen oder über Wirbelstromverluste in den Bauteilen selbst. Bei den derzeit geplanten Anwendungen in einem offenen MR-System darf die Bauteiltemperatur nur weniger als 0,5 K/10 min schwanken, wobei man hier berücksichtigen muss, dass Leis­ tungseinträge im Bereich von 200-300 W/m² jetzt schon Rea­ lität sind. In Zukunft sind noch wesentlich höhere Anforde­ rungen zu erwarten.

Das Problem der temperaturabhängigen Inhomogenität tritt zum einen auf, wenn Eisen zur Feldführung verwendet wird, also bei kurzen oder offenen MR-Systemen und zum anderen bei Sys­ temen, bei denen Permanentmagnete zur Felderzeugung einge­ setzt werden. Darüber hinaus erfordern einige Anwendungen ex­ trem hohe Feldhomogenitäten, wie beispielsweise bei der Spektroskopie. Bisher sind kaum Geräte mit diesen Spezifika­ tionen bekannt, da die bisherige Stabilisierung der Tempera­ tur über eine Wasserkühlung oder aber auch durch Heizpatronen speziell im Fall von Permanentmagnetsystemen die notwendige feinfühlige Nachregulierung nicht gestatten.

Aus der eingangs genannten WO 00/16116 A1 ist ein Magnetreso­ nanztomograph bzw. MRI-Apparat in offener Bauweise zu entneh­ men, dessen Gradientenspulen interne dynamische Wärmequellen bilden. Diese Gradientenspulen sind thermisch an eine großvo­ lumige Platte aus gut wärmeleitendem Material gekoppelt, die ihrerseits in wärmeleitender Verbindung mit einem Eisenjoch des Tomographen steht. Die Temperatur dieser Platte wird mit­ tels eines Temperatursensors ermittelt und mittels diskret an dieser Platte angebrachten Heizelementen gegenläufig zu den Wärmequellen von einer Regelungseinrichtung geregelt. Eine derartige Temperaturregelung ist wegen der verhältnismäßig großen thermischen Masse der Platte und des damit thermisch gekoppelten Eisenjochs entsprechend träge. Es bedarf deshalb bei dem bekannten Apparat auch nur einzelner (diskreter) Heizelemente an der Platte, wobei deren konkrete Position (im Bereich der Gradientenspulen oder seitlich an der Platte) un­ kritisch ist. Eine feinfühlige Nachregelung der Temperatur ist praktisch nicht möglich.

Auch bei dem aus der US 5,652,517 A hervorgehenden MRI- Apparat ist eine gegenläufig zu internen Wärmequellen (hier ein Teil eines Eisenjochs) regelbare Temperatureinstellung mittels einer entsprechenden Regelungseinrichtung vorgesehen. Dabei erfolgt die Temperatureinstellung über an dem Eisenjoch angebrachten, schichtförmigen AC- und DC-Heizelementen. Auch hier ist nur eine verhältnismäßig träge Temperaturregelung wegen der thermischen Ankopplung an das Eisenjoch möglich, so dass kurzfristige Schwankungen an Wärmequellen auch nur un­ vollständig zu kompensieren sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Magnetresonanztomographen der eingangs genannten Art so aus­ zugestalten, dass eine sehr feinfühlig regelbare und beson­ ders genau stabilisierbare Konstanthaltung der Temperatur und damit eine besonders große Homogenität des Grundfeldes ge­ währleistet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die aus Anspruch 1 zu entneh­ menden Maßnahmen vorgesehen. Demgemäß soll der Magnetreso­ nanztomograph mit erfindungsgemäß den folgenden Merkmalen versehen sein, nämlich

• - mit Gradientenspulen und Schimeisen, die zumindest teil­ weise thermisch hochsensitive, interne dynamische Wärme­ quellen bildende Bauteile sind,
• - mit einer Wasserkühlung,
• - mit einer Folienheizung in Form mindestens einer Heizfo­ lie, die sich an den Gradientenspulen und/oder an den Schimeisen erstreckt,
• - und
• - mit einer gegenläufig zu den Wärmequellen regelbaren Tem­ peraturregelung mittels einer entsprechenden Regelungsein­ richtung.

Erfindungsgemäß wird die Temperatur nicht durch Kühlmechanis­ men, sondern über eine aktive Zusatzheizung stabil gehalten. Im Ausgangszustand, d. h. wenn keine dynamischen Wärmequellen vorhanden sind, ist die Wasserkühlung eingeschaltet, die für ein bestimmtes Temperaturniveau an den Wärmequellen sorgt. Zusätzlich ist die Heizung eingeschaltet. Im Lastbetrieb, wenn also dynamische Wärmequellen die entsprechenden Bautei­ letemperaturen beeinflussen wollen, wird der entsprechende Wärmeeintrag durch Herunterfahren der aktiven Heizung kompen­ siert. Um die Wirksamkeit dieser Kompensation zu gewährleis­ ten, muss die Heizung sehr schnell reagieren, d. h. sie muss nahe an dem jeweils auf konstanter Temperatur zu haltenden Bauteil liegen und eine den zu erwartenden Störungen entspre­ chende örtliche Verteilung aufweisen. Deshalb ist die Folienheizung zumindest im Bereich der Gradientenspulen und/oder der Schimeisen angeordnet. Diese Bauteile stellen entweder die Hauptwärmequellen selbst dar und/oder sind thermisch hochsensitiv. Deren Temperaturkonstanz gewährleistet die er­ findungsgemäß vorgesehene Folienheizung, die zudem den Ein­ bauraum nicht unnötig vergrößert, wie dies allein bei einer Wasserkühlung oder bei einem Einsatz mit Heizpatronen der Fall ist.

In Ausgestaltung der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, dass die Folienheizung bifilar ausgebildet ist und somit durch die Temperaturkompensations-Heizung keine Störfelder verursacht werden können.

Um besonders rasch auf etwaige Störwärmequellen reagieren zu können und diese durch Gegenregelung zu kompensieren, kann in Ausgestaltung der Erfindung die Folienheizung vorteilhaft zwischen den Schimeisen und den benachbarten Gradientenspulen angeordnet sein.

Um die Regelungseinrichtung besonders einfach halten zu kön­ nen, kann in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass die Regelungseinrichtung eine Vorabkompensation aufgrund berechneter und/oder vorbestimmter Wärmemengen aufweist, was in weiterer Ausgestaltung der Erfindung besonders zweckmäßig in der Weise erfolgen kann, dass in der Regelungseinrichtung über entsprechende Algorithmen aus den vorab bekannten Strom­ sequenzen der Gradientenspulen der Zeit- und Ortsverlauf der zu erwartenden Wärmemengen und damit der zur Kompensation nötige Stromverlauf für die Folienheizung bestimmt wird. Es sind dann nur noch wenige Feedbacksensoren nötig, und die durch sie verursachten Korrekturen sind ebenfalls nur sehr gering.

Die erfindungsgemäße Temperaturregelung durch eine aktive Fo­ lienheizung hat neben dem Vorteil eines schnellen thermischen Verhaltens einer solchen Folienheizung und des guten Steuerungs- und Regelverhaltens den Vorzug, dass nur ein geringer Platzbedarf erforderlich ist, dass keine Störfelder durch ei­ ne bifilare Anordnung auftreten und dass sich eine gute Mög­ lichkeit der Anpassbarkeit der örtlichen Heizleistung bei ge­ ringem Preis der Anordnung ergibt. Von besonderem Vorteil ist dabei die Möglichkeit der Anpassbarkeit der örtlichen Heiz­ leistung an die jeweils vorhandenen Störquellen, was - abge­ sehen von dem sehr viel größeren Platzbedarf - allein mit einer Wasserkühlung oder mit einer Gegenregelung über Heiz­ patronen nicht der Fall ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen erfindungsgemäßen of­ fenen Magnetresonanztomographen und

Fig. 2 eine Ausschnittsvergrößerung des Bereichs II in Fig. 1.

Auf dem offenen C-Bogen 1 des in Fig. 1 teilweise dargestell­ ten Magnetresonanztomographen ist zur Erzeugung des Grundfel­ des ein Permanentmagnet 2 vorgesehen, auf dem die Gradienten­ spulen aufbauen, und zwar bei 3 die Gradientenspule sekundär und bei 4 die Gradientenspule primär. Zwischen diesen befin­ den sich die Schimeisen 5, die neben anderen thermisch hoch­ sensitiven Bauteilen die Homogenität des Grundfeldes des Sys­ tems besonders stark beeinflussen können. Um insbesondere hier die notwendige Temperaturkonstanz erzielen zu können ist zwischen den Schimeisen 5 und den Gradientenspulen 3 und 4 jeweils eine Heizfolie 6' bzw. 6" einer Folienheizung 6 (vgl. Fig. 2), bevorzugt in bifilarer Wicklung vorgesehen, um im Lastbetrieb durch Zurückfahren der Heizung dieser Heizfo­ lien die Störwärmequellen kompensieren zu können. Bei 7 ist die übliche Wasserkühlung angedeutet, wie sie in den Gradien­ tenspulen mit vorgesehen ist, die aber zur exakten Konstanthaltung der Temperatur insbesondere der thermisch hochsensi­ tiven Bauteile wie der Schimeisen nicht ausreichend ist. 8 ist die Symmetrieebene und 9 die Symmetrieachse des Patien­ tenraums 10. Bei 11 sind einige Sensoren angedeutet, die zur exakten Regelung des über entsprechende Algorithmen bereits in weitem Umfang vorgeregelten Heizstroms der Folienheizung dienen. Durch die Vorregelung braucht der Feedbackanteil bei der Regelung nicht aufwendig gestaltet werden.

Claims (6)

1. Magnetresonanztomograph, insbesondere eisengeführter oder permanenterregter kurzer oder offener Magnetresonanzto­ mograph,
mit Gradientenspulen (3, 4) und Schimeisen (5), die zumin­ dest teilweise thermisch hochsensitive, interne dynamische Wärmequellen bildende Bauteile sind,
mit einer Wasserkühlung (7),
mit einer Folienheizung (6) in Form mindestens einer Heiz­ folie (6', 6"), die sich an den Gradientenspulen (3, 4) und/oder an den Schimeisen (5) erstreckt,
und
mit einer gegenläufig zu den Wärmequellen regelbaren Tem­ peraturregelung mittels einer entsprechenden Regelungsein­ richtung.

2. Magnetresonanztomograph nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienheizung (6) bifilar ausgebildet ist.

3. Magnetresonanztomograph nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, dass die Folien­ heizung (6) zwischen den Schimeisen (5) und den benachbarten Gradientenspulen (3, 4) angeordnet ist.

4. Magnetresonanztomograph nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Re­ gelungseinrichtung eine Vorabkompensation aufgrund berechne­ ter und/oder vorbestimmter Wärmemengen aufweist.

5. Magnetresonanztomograph nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Regelungsein­ richtung über entsprechende Algorithmen aus den vorab bekann­ ten Stromsequenzen der Gradientenspulen der Zeit- und Orts­ verlauf der zu erwartenden Wärmemengen und damit der zur Kompensation nötige Stromverlauf für die Folienheizung be­ stimmt wird.

6. Magnetresonanztomograph nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Feed­ backsensoren zur Steuerung der Regelungseinrichtung vorgese­ hen sind.