DE10114319C2 - Shimvorrichtung für ein Magnetresonanzgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Shimvorrichtung für ein Magnetre­ sonanzgerät mit einem Hohlraum, worin Mittel zum Shim ange­ ordnet sind.

Eine Shimvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 197 22 211 A1 bekannt. Die Shimvorrichtung ist in einem Gradientenspulensystem angeordnet und umfasst taschenförmige Hohlräume. Die Hohlräume sind vorgesehen zur Aufnahme von Shimelememten, mit denen das statische Grundmagnetfeld des Magnetresonanzgeräts geformt und homogenisiert werden kann.

Bei der Bildgebung mittels magnetischer Resonanz (MR) ist eine Voraussetzung zur Erzeugung artefaktfreier Bilder eine hohe Qualität des statischen Grundmagnetfeldes im Abbildungs­ bereich hinsichtlich der Homogenität. Kleine Inhomogenitäten, die ihre Ursache in Fertigungstoleranzen und in der Aufstel­ lungsumgebung vorhandenen ferromagnetischen Gegenstände ha­ ben, können durch einen sogenannten Shim beseitigt werden. Hierzu wird das Magnetfeld in mehreren Aufpunkten, die gleichmäßig auf einer Oberfläche des annähernd kugelförmigen Homogenitätsvolumens verteilt sind, mit Hilfe einer MR-Sonde vermessen. Die Feldwerte werden dann in ein Rechenprogramm eingegeben, das eine geeignete Anordnung von in den Innenraum des Magneten anzubringenden Eisenblechen berechnet. Nach der Montage wird noch eine Kontrollmessung durchgeführt. Dieser Vorgang muss in der Regel ein- bis zweimal wiederholt werden, bevor ein befriedigendes Shimergebnis, also ein ausreichend hohes homogenes Magnetfeld im Homogenitätsvolumen und damit im Abbildungsbereich, erreicht ist.

Es ist auch möglich, mit Korrekturspulen das Magnetfeld zu homogenisieren. Da solche Spulen für Ortsabhängigkeiten höhe­ rer Ordnung recht kompliziert aufgebaut sind, beschränkt man sich bei dieser Technik heute aus Kostengründen meist auf Korrekturen niedrigerer Ordnung. Zum Betrieb der Shimspulen ist ein mehrkanaliges Netzgerät erforderlich, das sehr kon­ stante und reproduzierbar einstellbare Gleichströme liefert. Meist wird ein elektrischer Shim zur Feinkorrektur verwendet, wenn es auf sehr hohe Homogenität ankommt.

So ist in der DE 44 16 907 C1 eine Homogenisierungsrichtung (Shimvorrichtung) für das statische Magnetfeld eines Magnet­ resonanz-Tomographen beschrieben. Dieses Magnetfeld wird dort von einem supraleitenden Magneten erzeugt. Die Homogenisie­ rungseinrichtung verwendet zum einen ferromagnetische Homoge­ nisierungselemente, die an oder auf der Oberfläche der Raum­ temperaturbohrung angeordnet sind. Zum anderen kommen supra­ leitende, separat mit Strom beschickbare Korrekturspulen zum Einsatz.

Aus der US 4 439 733 ist eine Antenne für ein diagnostisches Magnetresonanzgerät bekannt. Die Antenne umfasst eine Viel­ zahl von Leiterelementen, die auf einer Zylindermantelfläche parallel zu ihrer Achse angeordnet sind. Dabei sind die Lei­ terelemente gleichmäßig in Umfangsrichtung zueinander beabstandet angeordnet. Die Antenne ist Teil eines diagnosti­ schen Magnetresonanzgeräts und ist so ausgebildet, dass sie in einen zylinderförmigen Innenraum eines supraleitenden Mag­ neten eingebracht werden kann. Der Innenraum der Antenne wie­ derum ist groß genug, einen Patienten zum Erstellen von Mag­ netresonanzbildern aufzunehmen.

Um die Wirksamkeit der Shimmaßnahmen zu erhöhen, ist es wün­ schenswert, die zur Homogenisierung notwendigen Shimelemente möglichst nah am Untersuchungsraum anzuordnen. Gleichzeitig sollen die Shimelemente möglichst nicht andere Funktionsein­ heiten des Magnetresonanzgeräts stören.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Shimvor­ richtung für ein Magnetresonanzgerät anzugeben, die mit einem geringen Aufwand bei den Mitteln zum Shim auskommt.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Hohlraum in einem Antennenleiter angeordnet ist.

Damit ist die Shimvorrichtung so nahe wie möglich am Untersu­ chungsraum, wodurch sich eine hohe Wirksamkeit der Mittel zum Shim ergibt. Von Vorteil ist auch, dass die elektrisch leit­ fähigen Strukturen der Antennenleiter, die die Mittel zum Shim umgeben, dämpfend und abschirmend wirken auf von den Shimelementen ausgehenden elektromagnetischen Störungen. Dazu kann der Skineffekt, die Schirmwirkung des Leiters selbst, und der bei jedem Hohlleiter vorhandene Cut-Off-Hohlleiter- Effekt ausgenutzt werden. Dieser Effekt bewirkt ab der Cut- Off-Frequenz eine Dämpfung der Störungen, weil höhere Fre­ quenzen als die Cut-Off-Frequenz innerhalb des Hohlleiters nicht mehr übertragen werden können. Desweiteren macht sich positiv bemerkbar, dass temperaturbedingte Änderungen des Shimzustandes, die insbesondere bei der Verwendung von ferro­ magnetischen Shimelementen auftreten können, gering bleiben. Dies insbesondere im Vergleich zu einer Anordnung der Shim­ elemente innerhalb des Gradientensystems. Das rührt daher, weil die zulässigen Temperaturbereiche in der Sendespule we­ gen der Nähe zum Patienten enger begrenzt sind als die bei einem Gradientensystem zulässigen Temperaturbereiche. Schließlich sind die Antennenleiter gut zugänglich, so dass bei nachträglich erforderlichen Shimmaßnahmen kein großer De­ montage- und Montageaufwand erforderlich ist, um die Vertei­ lung von Shimelementen zu ändern.

Eine besonders gute Schirmwirkung gegen von den Shimelementen selbst ausgehenden elektromagnetischen Störungen ist bei ei­ ner vorteilhaften Ausgestaltung dadurch gegeben, dass sich der Hohlraum vollständig innerhalb des Leiters befindet.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich der Hohlraum in einer Längsrichtung des Leiters, wodurch eine freie Verteilung der Shimelemente in Längsrichtung möglich wird.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Shimvorrichtung einen Behälter aus nichtmagnetischem Mate­ rial, worin die Formteile angeordnet sind und in Position gehalten werden. Trotz der nicht unerheblichen Magnetfeld­ kräfte auf die Shimelemente bleibt damit insgesamt die Shim­ vorrichtung gut handhabbar. Insbesondere lässt sich der Behälter mit den Shimelementen aus dem Leiter zum Ändern der Anordnung der Shimelemente entfernen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind durch die Unteran­ sprüche gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand von sieben Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine Antenne mit er­ findungsgemäß ausgebildeten Antennenleitern,

Fig. 2 in einer perspektivischen Ansicht eine erste Ausfüh­ rungsform eines Antennenleiters mit einem rechteckigen Quer­ schnitt, wobei der Antennenleiter ein Tragrohr aus einem elektrisch isolierenden Material umfasst,

Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht eine zweite Ausfüh­ rungsform eines Antennenleiters mit einem rechteckigen Quer­ schnitt, wobei der Antennenleiter als Metallrohr ausgebildet ist,

Fig. 4 eine dritte Ausführungsform eines Antennenleiters mit einem kreisringförmigen Querschnitt, wobei der Antennenleiter ein Tragrohr aus einem elektrisch isolierenden Material um­ fasst,

Fig. 5 eine vierte Ausführungsform eines Antennenleiters mit einem kreisringförmigen Querschnitt, wobei der Antennenleiter als Metallrohr ausgebildet ist,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Shimvorrichtung mit einem Behälter aus einem nichtmagnetischen Material, worin Shimformteile angeordnet sind, und

Fig. 7 in einer perspektivischen Ansicht eine Shimvorrichtung mit getrennt ansteuerbaren Shimspulen.

Fig. 1 zeigt schematisch in einer perspektivischen und sche­ matischen Darstellung eine Antenne für ein diagnostisches Magnetresonanzgerät, die unter der Bezeichnung Birdcage-An­ tenne oder Birdcage-Resonator bekannt ist. Die Antenne ist als Ganzkörperantenne so ausgebildet, dass sie in einen In­ nenraum eines supraleitenden Grundfeldmagneten einsetzbar ist. Die Antenne umfasst eine Vielzahl (hier sechzehn) von Antennenleitern 2, die auf einer Zylindermantelfläche mit gleichem Abstand zueinander angeordnet und parallel zu einer Symmetrieachse 4 der Zylindermantelfäche ausgerichtet sind. An ihren Enden sind die Antennenleiter 2 über Kondensatoren 6 jeweils mit ihren benachbarten Antennenleitern 2 elektrisch verbunden. Die Kondensatoren 6 sind so bemessen, dass die Ströme in den einzelnen Antennenleiter 2 jeweils um einen Phasenwinkel zueinander verschoben sind, der dem räumlichen Winkel der Lage der Antennenleiter in Umfangsrichtung zuein­ ander entspricht.

In Fig. 2 ist eine erste Ausführungsform 2A der Antennenlei­ ter perspektivisch dargestellt. Der Antennenleiter 2A umfasst ein Tragrohr 8 aus einem elektrisch isolierenden Material mit einem rechteckigen Querschnitt. Auf dem Tragrohr 8 ist eine Beschichtung 10 aus Kupfer aufgebracht, die die eigentliche leitfähige Struktur des Antennenleiters 2A bildet. Die Kup­ ferschicht 10 ist gerade so dick ausgebildet, wie es die Ein­ dringtiefe des Hochfrequenzstroms erfordert. Damit ist für Wirbelströme, die aufgrund von geschalteten magnetischen Gra­ dientenfeldern induziert werden, ein hoher elektrischer Wi­ derstand gegeben. Durch die rohrförmige Ausgestaltung des An­ tennenleiters 2A ist ein in seiner Längsrichtung durchgehen­ der Hohlraum 12 gebildet, worin Shimelemente 14 zur Homogeni­ siserung (Shim) des Grundmagnetfeldes im Magnetresonanzgerät von einem Ende des Leiters 2A über eine Zugangsöffnung einge­ bracht werden können. Die Shimelemente 14 bestehen aus einem ferromagnetischen Material und sind plattenförmig gestaltet. Sie können entsprechend der für die Homogenisierung des Grundfeldes benötigten Menge von ferromagnetischem Material in dem Hohlraum 12 gestapelt werden.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausgestaltung 2B des Antennenlei­ ters. Der Antennenleiter 2B besteht aus einem Vollkupferrohr 16 mit rechteckigem Querschnitt. Auch hier ist, wie bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführung der Hohlraum 12 vorhan­ den, worin die Shimelemente 14 eingebracht werden können.

Fig. 4 zeigt eine dritte Variante 2C des Antennenleiters 2. Der Antennenleiter 2C entspricht im Aufbau dem schon anhand von Fig. 2 beschriebenen Antenneleiter 2A mit der Ausnahme, dass der Hohlraum 12 einen Kreisquerschnitt besitzt. Als Shimelemente 14 werden hier Eisenkugeln verwendet, die zum Shimmen in Längsrichtung des Leiters 2B entsprechend dicht, gegebenenfalls mit Distanzstücken beabstandet, hintereinander eingebracht sind.

Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform 2D des Antennenlei­ ters 2, der aus einem Vollkupferrohr 16 besteht. Diese Aus­ führungsform entspricht im Übrigen der schon anhand von Fig. 4 beschriebenen Ausführungsform, der Hohlraum 12, wie in Fig. 4 besitzt einen kreisförmigen Querschnitt.

In Fig. 6 ist eine Shimvorrichtung 18 in perspektivischer Ansicht gezeigt. Aus Gründen einer besseren Darstellung ist die Shimvorrichtung 18 zum Teil aus dem Antennenleiter 2 he­ rausgezogen dargestellt. Die Shimvorrichtung 18 umfasst ein Gehäuse 20 aus einem nichtmagnetischen Material in Form einer Schublade mit mehreren hintereinander angeordneten Kammern 22. Die Kammern 22 werden zum Shimmen des Grundmagnetfeldes mit einer entsprechenden Anzahl von Shimelementen 14, die hier plattenförmig ausgebildet sind, gefüllt. Die Kammern 22 werden vor Einschieben in den Hohlraum 12 mit nichtmagneti­ schen Platten aufgefüllt und dann verschlossen (hier nicht dargestellt).

Fig. 7 zeigt eine elektrische Shimvorrichtung 18A, die unab­ hängig voneinander ansteuerbare Shimspulen 24 umfasst. Die Shimspulen 24 sind innerhalb des Hohlraums 12 des Antennen­ leiters 2 angeordnet und außerhalb mit einer Stromversorgung 26 elektrisch verbunden. Die Stromversorgung 26 liefert die zum Homogenisieren des Grundmagnetfeldes notwendigen hochkon­ stanten Gleichströme.

Claims (13)

1. Shimvorrichtung für ein Magnetresonanzgerät mit einem Hohlraum (12), worin Mittel (14, 18, 18A, 24) zum Shim angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (12) in einem Antennenleiter (2, 2A, 2B, 2C, 2D) angeordnet ist.

2. Shimvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hohlraum (12) vollständig innerhalb des Leiters (2, 2A, 2B, 2C, 2D) befindet.

3. Shimvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Hohlraum (12) in einer Längsrichtung des Leiters (2, 2A, 2B, 2C, 2D) erstreckt.

4. Shimvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter (2, 2A, 2B, 2C, 2D) ein Leiterende besitzt und dass der Hohlraum (12) an dem Leiterende eine Zugangsöffnung auf­ weist.

5. Shimvorrichtung nach eienm der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Shim Formteile (14) aus einem ferromagnetischen Material umfassen.

6. Shimvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (14) Eisen enthalten.

7. Shimvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (14) als stapelbare Elemente ausgebildet sind.

8. Shimvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (14) als plattenförmige Elemente ausgebildet sind.

9. Shimvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Formteile (14) in einem Behälter (20) aus einem nichtmagnetischen Material angeordnet sind.

10. Shimvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (20) Kammern (22) besitzt zum Aufnehmen der Formteile (14).

11. Shimvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (18A) zum Shim einen elektrischer Leiter (24), der an eine Stromquelle (26) anschließbar ist, umfassen.

12. Shimvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenleiter (2, 2B, 2D) als Metallrohr ausgebildet ist.

13. Shimvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Antennenleiter (2, 2A, 2C) ein Tragrohr (8) aus einem elekt­ risch isolierenden Material umfasst und dass das Tragrohr (8) auf einer Außenseite eine elektrisch leitfähige Schicht (10) aufweist.