DE10101072C1 - Magnetresonanzgerät mit einer Schallschutzstruktur - Google Patents

Abstract

Bei einem Magnetresonanzgerät mit einer Schallschutzstruktur (42, 42a) zum Dämpfen von Schall wenigstens eines vorgebbaren Frequenzbereichs umfasst die Schallschutzstruktur (42, 42a) ein Material, das für den vorgebbaren Frequenzbereich eine effektiv negative Elastizitätskonstante aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetresonanzgerät.

Die Magnetresonanztechnik ist eine bekannte Technik zum Ge­ winnen von Bildern eines Körperinneren eines Untersuchungsob­ jekts. Dazu werden in einem Magnetresonanzgerät einem stati­ schen Grundmagnetfeld, das von einem Grundfeldmagnetsystem erzeugt wird, schnell geschaltete Gradientenfelder überla­ gert, die von einem Gradientenspulensystem erzeugt werden. Ferner umfasst das Magnetresonanzgerät ein Hochfrequenzsys­ tem, das zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen Hochfre­ quenzsignale in das Untersuchungsobjekt einstrahlt und die erzeugten Magnetresonanzsignale aufnimmt, auf deren Basis Magnetresonanzbilder erstellt werden.

Zum Erzeugen von Gradientenfeldern sind in Gradientenspulen des Gradientenspulensystems entsprechende Ströme einzustel­ len. 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 vor­ handenem Grundmagnetfeld in der Größenordnung von 1 T Lo­ rentzkräfte, die zu Schwingungen des Gradientenspulensystems führen. Diese Schwingungen werden über verschiedene Ausbrei­ tungswege an die Oberfläche des Geräts weitergegeben. Dort werden diese Mechanikschwingungen in Schallschwingungen umge­ setzt, die schließlich zu an sich unerwünschtem Lärm führen.

Eine Analyse vorgenannter Schwingungen erfolgt beispielsweise über die Eigenschwingungen des Gradientenspulensystems. Das Eigenschwingungsverhalten ist dabei durch die Eigenfrequenzen und die Eigenschwingungsformen bestimmt. Die Wirkung der Lo­ rentzkräfte auf die Eigenschwingungsformen wird in Form von Partizipationsfaktoren beschrieben. Diese geben an, wie stark die Lorentzkräfte eine bestimmte Eigenschwingungsform anre­ gen. Mit Kenntnis der Partizipationsfaktoren und der Eigen­ frequenzen ist die Schwingung des Gradientenspulensystems für jeden Ort und für jede Frequenz durch eine Überlagerung der Schwingungen der einzelnen Eigenschwingungsformen bestimmbar. Insbesondere eine resonante Anregung einer der vorgenannten Eigenschwingungen durch eine Pulssequenz des Magnetresonanz­ geräts führt zu sehr großem Lärm.

In dem Artikel von Z. Liu et al. "Locally Resonant Sonic Ma­ terials", Science, Vol. 289, 8. September 2000, Seiten 1734 bis 1736, ist ein Material beschrieben, mit dem Schallwellen, die eine Wellenlänge bzw. einen Wellenlängenbereich um die Wellenlänge herum aufweisen, bei Schichtdicken des Materials hocheffektiv amplitudenreduzierbar sind, die um ein bis zwei Größenordnungen kleiner als die Wellenlänge sind. Dabei weist das Material wenigstens für den Wellenlängenbereich aufgrund von Resonanzeffekten eine effektiv negative Elastizitätskon­ stante auf. Das Material ist dabei auf einen vorgebbaren, zu reduzierenden Wellenlängen- bzw. Frequenzbereich abstimmbar. Als ein Beispiel ist in vorgenanntem Artikel beschrieben, dass für eine 400-Hz-Schwingung, was in Luft einer Wellenlän­ ge von ca. 83 cm entspricht, mit einer ca. 2 cm dicken Schicht des Materials eine Amplitudenschwächung der Schwin­ gung um mehr als drei Zehnerpotenzen erzielbar ist.

In der DE 24 33 795 A1 ist eine zwei- oder mehrschalige Hohl­ wand zur Abschirmung von Störschallquellen, deren Flächenele­ mente bzw. Deckplatten zur Bildung eines oder mehrerer Zwi­ schenräume im Abstand voneinander angeordnet sind, beschrie­ ben. Dabei sind die Zwischenräume mit einem Druckpuffer ge­ ringer Federkonstante ausgefüllt. In Ausführungsformen sind dabei die Zwischenräume ganz oder teilweise mit einem Stoff bzw. Stoffgemisch in Dampf/Flüssigkeitsphase oder in Gas/Flüssigkeitsphase ausgefüllt, welches sich bei Umgebungs­ druck und -temperatur im Gleichgewicht befindet. In anderen Ausführungsformen werden als Druckpuffer ein unter Volumenänderung reagierendes, gasförmiges Reaktionsgemisch, Euler'sche Knickelemente, ein Überdruck-Unterdrucksystem, ein Luftkam­ mer/Magnetsystem oder ein Kolben/Zylindersystem in entspre­ chend angepassten Ausbildungen verwendet.

Für Magnetresonanzgeräte ist eine ganze Reihe von passiven und aktiven Lärmminderungsmaßnahmen beschrieben worden. Zu den bekannten passiven Lärmminderungsmaßnahmen zählen bei­ spielsweise 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 198 38 390 A1 ist ein Magnetresonanzgerät mit einem Grundfeldmagnetsystem, mit einem Gradientenspulensystem und mit einem Tragkörper mit einer Antennenleiterstruktur be­ schrieben, wobei der Tragkörper unabhängig vom Gradientenspu­ lensystem am Grundfeldmagnetsystem abgestützt ist. Dabei ist der Tragkörper Teil einer Schalldämmungsanordnung, die mit dem Grundfeldmagnetsystem verbunden ist und die das Gradien­ tenspulensystem gegenüber einem Patientenaufnahmeraum abkap­ selt. Ein Zwischenraum zwischen dem Tragkörper und dem Gra­ dientenspulensystem ist mit einem schallschluckenden Material gefüllt.

In der DE 197 22 481 C2 ist schließlich ein Magnetresonanzge­ rät mit einem Grundfeldmagnetsystem, aufweisend eine erste Fläche, und mit einem Gradientenspulensystem, aufweisend eine zweite Fläche, wobei die Flächen einander zugewandt und mit Abstand voneinander angeordnet sind, beschrieben. Dabei ist eine Geräuschminderungseinrichtung zum Dämpfen von Schwingun­ gen des Gradientenspulensystems in flächigem Kontakt mit den Flächen angeordnet. In Ausführungsformen ist dabei die Ge­ räuschminderungseinrichtung als ein Luftkissen oder als zwi­ schen die Flächen eingespreizte Keile ausgebildet.

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.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Magnetre­ sonanzgerät zu schaffen, das insbesondere geringe Lärmemissi­ onswerte aufweist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei einem Magnetresonanzgerät mit einer Schallschutzstruktur zum Dämpfen von Schall wenigstens eines vorgebbaren Frequenz­ bereichs gemäß Anspruch 1 umfasst die Schallschutzstruktur ein Material, das für den vorgebbaren Frequenzbereich eine effektiv negative Elastizitätskonstante aufweist.

Durch den Einsatz einer Schallschutzstruktur, beinhaltend ein Material mit einer effektiv negativen Elastizitätskonstante, ist wenigstens für einen vorgebbaren Frequenzbereich eine Schallabstrahlung des Magnetresonanzgeräts mit Schichtdicken der Schallschutzstruktur hocheffektiv reduzierbar, die um bis zu zwei Größenordnungen kleiner als die zugehörigen Wellen­ längen des vorgebbaren Frequenzbereichs sind. Dadurch ist mit der Schallschutzstruktur bei einem kleinen zusätzlichen Volu­ men und einer kleinen zusätzlichen Masse eine hohe lärmredu­ zierende Wirkung erzielbar. Näheres zu dem Material ist beispielsweise in dem eingangs zitierten Artikel von Z. Liu et al. ausgeführt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungs­ beispielen anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Magnetresonanzgeräts mit einer Schallschutzstruktur und

Fig. 2 einen Querschnitt eines Gradientenspulensystems mit einer Schallschutzstruktur.

Die Fig. 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch ein Magnetresonanzgerät mit einer Schallschutzstruktur 42. Zum Erzeugen eines wenigstens inner­ halb eines Abbildungsvolumens 12 des Gerätes homogenen Grund­ magnetfeldes umfasst das Gerät ein supraleitendes Grundfeld­ magnetsystem 20. Dieses beinhaltet einen hohlzylinderförmigen Heliumbehälter 24, in dem supraleitende Spulen 22 angeordnet sind, die von dem sie umgebenden flüssigen Helium entspre­ chend gekühlt werden. Der Heliumbehälter 24 ist dabei wenigs­ tens von einem Kälteschild 26 umschlossen, das bewirkt, dass möglichst wenig Wärmestrahlung bis zum Heliumbehälter 24 vor­ dringt. Das Kälteschild 26 ist dabei von einem hohlzylinder­ förmigen Vakuumbehälter 28 umschlossen.

In einer zylinderförmigen Öffnung des Vakuumbehälters 28 sind ein Gradientenspulensystem 32 und ein Antennensystem 36 ange­ ordnet. Dabei ist das Gradientenspulensystem 32 zum Erzeugen von sich zeitlich verändernden Gradientenfeldern wenigstens innerhalb des Abbildungsvolumens 12 ausgebildet. Mit dem An­ tennensystem 36 können in einen abzubildenden Bereich eines Untersuchungsobjekts, der im Abbildungsvolumen 12 gelagert ist, zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen Hochfrequenzsig­ nale eingestrahlt werden und die erzeugten Magnetresonanzsig­ nale aufgenommen werden, auf deren Basis Magnetresonanzbilder erstellt werden. An das Antennensystem 36 ist eine trichter­ förmige Abdeckung 38 angefügt.

Bei einem herkömmlichen Magnetresonanzgerät ohne eine Schall­ schutzstruktur 42 bilden die trichterförmige Abdeckung 38 zusammen mit dem Antennensystem 36 im Bereich eines Untersu­ chungsraums 14 und der Vakuumbehälter 28 im übrigen Bereich des Geräts eine schallabstrahlende Oberfläche des Geräts zur Umgebung hin. Vorgenannte schallabstrahlende Oberfläche ist beim Magnetresonanzgerät der Fig. 1 vollständig von einer Schallschutzstruktur 42 ummantelt, die ein Material mit einer effektiv negativen Elastizitätskonstante beinhaltet. Dabei ist die Schallschutzstruktur 42 als eine dünne Schicht von beispielsweise ca. 1 cm Dicke ausgebildet. Das Material der Schallschutzstruktur 42 ist dabei derart gestaltet, dass die Schallschutzstruktur 42 wenigstens auf einen Frequenzbereich mit hohen Amplitudenwerten eines bei Betrieb des Magnetreso­ nanzgeräts anregbaren Schallspektrums wirkt. Erfahrungsgemäß ist eine bananenförmige Eigenschwingungsform des Gradienten­ spulensystems 32 dominant. Dies heißt, dass nahezu jede auf dem Gerät ausführbare Pulssequenz diese Eigenschwingungsform vergleichsweise stark anregt, was ohne gegensteuernde Maßnah­ men eine deutliche Lärmspitze hervorruft. Weil vorgenannte Eigenschwingungsform eine Eigenfrequenz von beispielsweise ca. 700 Hz aufweist, ist das Material für einen Frequenzbe­ reich um die 700 Hz herum gestaltet, womit insbesondere vor­ genannte Lärmspitze deutlich reduziert ist.

Durch die vollständige Ummantelung entfaltet die Schall­ schutzstruktur 42 ihre lärmausbreitungshemmende Wirkung neben dem Gradientenspulensystem 32 als Lärmerzeuger auch auf wei­ tere Lärmerzeuger, beispielsweise einen Kaltkopf des supra­ leitenden Grundfeldmagnetsystems 20. In einer anderen Ausfüh­ rungsform ist eine Schallschutzstruktur auf einer Innenseite von Verkleidungsteilen eines Magnetresonanzgeräts angeordnet.

Die Fig. 2 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Querschnitt durch ein in etwa hohlzylinder­ förmiges Gradientenspulensystem 32a, das vollständig von ei­ ner Schallschutzstruktur 42a ummantelt ist. Dabei stellt das vollständig von der Schallschutzstruktur 42a ummantelte Gra­ dientenspulensystem 32a eine alternative oder ergänzende Aus­ führungsform zu dem bei der Fig. 1 Beschriebenem dar. Aus­ führung, Gestaltung und Wirkungsweise der Schallschutzstruk­ tur 42a entsprechen dem bei der Fig. 1 zur Schallschutz­ struktur 42 Beschriebenem.

Claims (9)

1. Magnetresonanzgerät mit einer Schallschutzstruktur (42, 42a) zum Dämpfen von Schall wenigstens eines vorgebbaren Fre­ quenzbereichs, wobei die Schallschutzstruktur (42, 42a) ein Material umfasst, das für den wenigstens einen vorgebbaren Frequenzbereich eine effektiv negative Elastizitätskonstante aufweist.

2. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1, wobei die Schall­ schutzstruktur (42, 42a) bezüglich einer Oberfläche wenigs­ tens einer Gerätekomponente des Magnetresonanzgeräts oberflä­ chennah oder die Oberfläche bildend ausgebildet ist.

3. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Schallschutzstruktur (42, 42a) wenigstens eine Gerätekomponente des Magnetresonanzgeräts vollständig umman­ telnd ausgebildet ist.

4. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Gerätekomponente ein Gradientenspulensystem (32, 32a) des Magnetresonanzgeräts umfasst.

5. Magnetresonanzgerät nach einem der Anspruche 2 bis 4, wobei die Gerätekomponente ein Grundfeldmagnetsystem (20) des Magnetresonanzgeräts umfasst.

6. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schallschutzstruktur (42, 42a) als eine dünne Schicht ausgebildet ist.

7. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 6, wobei eine Dicke der dünnen Schicht in einem Bereich von ca. 0,5 bis ca. 5 cm liegt.

8. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der wenigstens eine vorgebbare Frequenzbereich bei einem bei Betrieb des Magnetresonanzgeräts anregbaren Schallspektrum einen Bereich hoher Amplitudenwerte umfasst.

9. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der wenigstens eine vorgebbare Frequenzbereich wenigstens eine bei Betrieb des Magnetresonanzgeräts anregbare Eigenschwingungsfrequenz des Gradientenspulensystems (32, 32a) umfasst.