DE10127822A1

DE10127822A1 - Magnetresonanzgerät mit einem Grundfeldmagneten

Info

Publication number: DE10127822A1
Application number: DE10127822A
Authority: DE
Inventors: Guenter Ries
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-06-07
Filing date: 2001-06-07
Publication date: 2002-12-19
Anticipated expiration: 2021-06-08
Also published as: US20030006773A1; DE10127822B4; US6707302B2

Abstract

Bei einem Magnetresonanzgerät, umfassend DOLLAR A - einen Grundfeldmagneten mit einer inneren, einer äußeren und wenigstens einer mittleren Einheit, die im Wesentlichen hohlzylinderförmig und elektrisch leitfähig ausgebildet sind und die derart ineinander angeordnet sind, dass die innere von der mittleren und die mittlere von der äußeren Einheit umhüllt sind, und DOLLAR A - ein Gradientenspulensystem, durch das wenigstens in Teilbereichen der äußeren Einheit Wirbelströme ausgelöst werden können, DOLLAR A sind hinsichtlich mechanischer Eigenschaften wenigstens die inneren Zylindermäntel der Einheiten derart aufeinander abgestimmt ausgebildet, dass die mittlere Einheit ein auf magnetischer Kopplung beruhendes Schwingungsübertragen von der äußeren auf die innere Einheit wirksam dämpft.

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 Grundfeldmagneten er zeugt wird, schnell geschaltete Gradientenfelder überlagert, die von einem Gradientenspulensystem erzeugt werden. Ferner umfasst das Magnetresonanzgerät ein Hochfrequenzsystem, das zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen Hochfrequenzsignale in das Untersuchungsobjekt einstrahlt und die erzeugten Mag netresonanzsignale aufnimmt, auf deren Basis Magnetresonanz bilder erstellt werden.

Ein supraleitender Grundfeldmagnet umfasst beispielsweise einen im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Heliumbehälter, in dem supraleitende Spulen angeordnet sind, die von dem sie umgebenden flüssigen Helium gekühlt werden. Der Heliumbehäl ter ist von einem hohlzylinderförmigen inneren Kälteschild umschlossen, das wiederum von einem hohlzylinderförmigen äu ßeren Kälteschild umschlossen ist. Die Kälteschilde bewirkt dabei, dass möglichst wenig Wärmestrahlung bis zum Heliumbe hälter vordringt. Dazu sind die Kälteschilde aus einem gut wärmeleitenden Metall, beispielsweise Aluminium, ausgebildet. Die Kälteschilde und/oder der Heliumbehälter werden dabei durch eine Kryokühler, Kaltgas oder flüssigen Stickstoff auf vorgebbaren Temperaturen gehalten. Das äußere Kälteschild ist schließlich von einem im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Vakuumbehälter umschlossen. Die Behälter sind dabei in der Regel aus unmagnetischem rostfreien Stahl ausgebildet. Der Heliumbehälter ist mit dem inneren Kälteschild, die beiden Kälteschilde sind untereinander und das äußere Kälteschild ist mit dem Vakuumbehälter schlecht wärmeleitend auf einen gegenseitigen Abstand von einigen Millimetern bis zu wenigen Zentimetern verbunden.

In der zylinderförmigen Höhlung des Vakuumbehälters ist ein hohlzylinderförmiges Gradientenspulensystem, beispielsweise durch Verkeilen in der Höhlung, befestigt. Zum Erzeugen von Gradientenfeldern sind in Gradientenspulen des Gradientenspu lensystems entsprechende Ströme einzustellen. Dabei betragen die Amplituden der erforderlichen Ströme bis zu mehreren 100 A. Die Stromanstiegs- und -abfallraten betragen bis zu mehre ren 100 kA/s. Auf diese sich zeitlich verändernden Ströme in den Gradientenspulen wirken bei vorhandenem Grundmagnetfeld in der Größenordnung von 1 T Lorentzkräfte, die zu Schwingun gen des Gradientenspulensystems führen.

Beispielsweise aus der DE 195 31 216 A1 ist bekannt, dass vorgenannte Schwingungen eine Vielzahl von negativen Eigen schaften haben, beispielsweise akustische Geräusche, die vom Gradientenspulensystem ausgehen, strukturelle Geräusche, die vom Gradientenspulensystem ausgehen und über die Befestigun gen auf das übrige Magnetresonanzgerät übertragen werden, sowie Bildqualitätsstörungen, die durch exzessive Bewegung des Gradientenspulensystems verursacht werden können. In der DE 195 31 216 A1 ist daher vorgeschlagen, das Gradientenspu lensystem im Bereich eines bei Betrieb zu erwartenden Schwin gungsknoten zu befestigen, womit nachteilige Auswirkungen von Schwingungen, die vom Gradientenspulensystem ausgehen, auf das übrige Magnetresonanzgerät verhindert werden sollen.

Weil das Gradientenspulensystem von leitfähigen Strukturen des Grundfeldmagneten, beispielsweise dem stählernen Vakuum behälter und dem äußeren Kälteschild aus Aluminium umgeben ist, werden durch die geschalteten Gradientenfelder in den leitfähigen Strukturen Wirbelströme induziert. Die mit den Wirbelströmen einhergehenden Felder sind unerwünscht, weil sie die Gradientenfelder ohne gegensteuernde Maßnahmen schwä chen und in ihrem zeitlichen Verlauf verzerren, was zur Beeinträchtigung der Qualität von Magnetresonanzbildern führt. Ferner bewirken die in den leitfähigen Strukturen des Grund feldmagneten induzierten Wirbelströme eine an sich uner wünschte Erwärmung des Grundfeldmagneten. Durch einen Einsatz eines aktiv geschirmten Gradientenspulensystems werden vorge nannte nachteilige Auswirkungen reduziert.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Magnetre sonanzgerät zu schaffen, bei dem unter anderem an sich uner wünschte Wirbelstromeffekte besser beherrscht werden.

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

Gemäß Anspruch 1 sind bei einem Magnetresonanzgerät, umfas send

- einen Grundfeldmagneten mit einer inneren, einer äußeren und wenigstens einer mittleren Einheit, die im Wesentlichen hohlzylinderförmig und elektrisch leitfähig ausgebildet sind und die derart ineinander angeordnet sind, dass die innere von der mittleren und die mittlere von der äußeren Einheit umhüllt sind, und
- ein Gradientenspulensystem, durch das wenigstens in Teilbe reichen der äußeren Einheit Wirbelströme ausgelöst werden können,

hinsichtlich mechanischer Eigenschaften wenigstens die inne ren Zylindermäntel der Einheiten derart aufeinander abge stimmt ausgebildet, dass die mittlere Einheit ein auf magne tischer Kopplung beruhendes Schwingungsübertragen von der äußeren auf die innere Einheit wirksam dämpft.

Bei eingangs beschriebenen Grundfeldmagneten gemäß dem Stand der Technik werden die Gradientenfelder zwar insbesondere durch den Vakuumbehälter, gegen den Heliumbehälter, gut abge schirmt, aber die durch die Gradientenfelder im Vakuumbehäl ter hervorgerufenen Wirbelströme gehen mit Feldern einher, die ihrerseits Wirbelströme im äußeren Kälteschild hervorru fen. Aufgrund des starken Grundmagnetfeldes führt dies zu einem schwingenden Bewegen des äußeren Kälteschildes, wobei durch das Bewegen weitere Wirbelströme erzeugt werden. Die Felder der im äußeren Kälteschild auftretenden Wirbelströme rufen wiederum Wirbelströme im inneren Kälteschild hervor usw., wobei sich vorausgehend beschriebene magnetische Kopp lung bis zum Heliumbehälter fortsetzt.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass vorausgehend beschriebenes Schwingungsübertragen durch magnetische Kopp lung vom Vakuumbehälter in Richtung zum Heliumbehälter beson ders stark ausgeprägt ist, wenn eine für die inneren Zylin dermäntel des Heliumbehälters, der Kälteschilde und des Vaku umbehälters gleiche Eigenschwingungsform für die einzelnen Zylindermäntel Eigenfrequenzen aufweist, die in etwa gleich sind. Bezüglich der gleichen Eigenschwingungsform wirken da bei die inneren Zylindermäntel hinsichtlich einem Schwin gungsübertragen durch die magnetische Kopplung vergleichbar einer Reihenschaltung von Filtern mit nahezu gleichen Durch lassbereichen. Dies ist bei dem eingangs beschriebenen Grund feldmagneten gemäß dem Stand der Technik mit Behältern und Schildern aus Stahl und/oder Aluminium der Fall.

Dagegen ist gemäß der Erfindung wenigstens ein innerer Zylin dermantel von einem der Behälter und Schilde derart ausgebil det, dass er gegenüber den Zylindermänteln der übrigen Behäl ter und Schilde für eine gleiche Eigenschwingungsform der Behälter und Schilde eine verstimmte Eigenfrequenz aufweist. Damit wirken die Zylindermäntel vergleichbar einer Reihen schaltung von Filtern unterschiedlicher Durchlassbereiche, so dass der entsprechend ausgebildete Zylindermantel als ein magnetomechanisches Sperrfilter wirkt, das eine Weitergabe von Schwingungen und Verlusten wirksam dämpft. Dadurch sind die Wirbelströme im Heliumbehälter minimiert, wodurch infolge der geringen wirbelstrombedingten Erwärmung des Heliumbehäl ters eine geringe Abdampfrate des flüssigen Heliums erzielt wird. Dementsprechend sind Zeitintervalle zum Nachfüllen des flüssigen Heliums in wirtschaftlich vorteilhafter Weise lang.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungs beispielen, der Erfindung anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Magnetresonanzgerät,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Magnetresonanzgerät,

Fig. 3 bis 8 Eigenschwingungsformen eines Zylindermantels,

Fig. 9 Verläufe einer Schwingungsamplitude von Komponenten eines Grundfeldmagneten über der Frequenz,

Fig. 10 zur Fig. 9 zugehörige Verläufe von Wirbelstromver lusten über der Frequenz,

Fig. 11 zu Vergleichszwecken Verläufe einer Schwingungsamp litude von Komponenten eines Grundfeldmagneten des Standes der Technik,

Fig. 12 zu Vergleichszwecken zur Fig. 11 zugehörige Verläu fe von Wirbelstromverlusten,

Fig. 13 einen gewellten Zylindermantel,

Fig. 14 einen Zylindermantel mit einem vieleckförmigen Quer schnitt,

Fig. 15 Verläufe von Schwingungsamplituden bei einem Grund feldmagneten mit einem Zylindermantel entsprechend der Fig. 13 oder 14,

Fig. 16 zur Fig. 15 zugehörige Verläufe von Wirbelstromver lusten,

Fig. 17 einen mit Streifen belegten Zylindermantel und

Fig. 18 ein Kälteschild mit einem geschlitzten inneren Zy lindermantel.

Die Fig. 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch ein Magnetresonanzgerät. Dabei um fasst das Magnetresonanzgerät einen Grundfeldmagneten 100 und ein Gradientenspulensystem 200. Mit dem Grundfeldmagneten 100 wird wenigstens innerhalb eines Abbildungsvolumens 250 des Magnetresonanzgeräts ein möglichst homogenes statisches Grundmagnetfeld erzeugt. Innerhalb des Abbildungsvolumens 250 werden dem Grundmagnetfeld schnell geschaltete magnetische Gradientenfelder überlagert, die vom Gradientenspulensystem 200 erzeugt werden. Weitere Komponenten des Magnetresonanzge räts, wie ein Hochfrequenzantennensystem, sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

Der Grundfeldmagnet 100 ist als ein im Wesentlichen hohlzy linderförmiger supraleitender Grundfeldmagnet ausgebildet. Der Grundfeldmagnet 100 umfasst einen im Wesentlichen hohlzy linderförmigen Heliumbehälter 110, in dem auf einem Wick lungsträger 112 supraleitende Solenoidspulen 113 angeordnet sind, die von dem sie umgebenden flüssigen Helium auf 4,2 K gekühlt werden. Der Heliumbehälter 110 ist von einem hohlzy linderförmigen 20-K-Kälteschild 120 umschlossen, das wiederum von einem hohlzylinderförmigen 80-K-Kälteschild 130 umschlos sen ist. Die Kälteschilde 120 und 130 bewirken dabei, dass möglichst wenig Wärmestrahlung von außen bis zum Heliumbehäl ter 110 vordringt und sind aus einem gut wärmeleitenden Me tall ausgeführt. Durch Kryokühler, Kaltgas oder flüssigen Stickstoff werden das 20-K-Kälteschild 120 auf einer Tempera tur von 20 K und das 80-K-Kälteschild 130 auf einer Tempera tur von 80 K gehalten. Das 80-K-Kälteschild 130 ist schließ lich von einem im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Vakuumbe hälter 140 umschlossen. Dabei sind der Heliumbehälter 110 mit dem 20-K-Kälteschild 120, die beiden Kälteschilde 120 und 130 untereinander und das 80-K-Kälteschild 130 mit dem Vakuumbe hälter 140 schlecht wärmeleitend und auf gegenseitigen Ab stand von einigen Millimetern bis wenigen Zentimetern, bei spielsweise über dünne Glasfaserstäbe, verbunden. Die Behäl ter 110 und 140 und Kälteschilde 120 und 130 bestehen dabei aus jeweils einem inneren Zylindermantel 116, 146, 126 und 136 und einem äußeren Zylindermantel 117, 147, 127 und 137, die jeweils über zwei lochscheibenartige Stirnflächen 118 und 119, 148 und 149, 128 und 129 sowie 138 und 139 miteinander verbunden sind. In der zylinderförmigen Höhlung des Vakuumbe hälters 140 ist das im Wesentlichen hohlzylinderförmige Gra dientenspulensystem beispielsweise durch ein Verkeilen in der Höhlung angeordnet. Durch entsprechende Ströme in Gradienten spulen des Gradientenspulensystems 250 werden die Gradienten felder erzeugt.

Die Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch die Mitte des in der Fig. 1 dargestellten Magnetresonanzgeräts. Dabei sind die Komponenten des Magnetresonanzgeräts entsprechend der Fig. 1 bezeichnet.

Für die Behälter 110 und 140 und Kälteschilde 120 und 130 sind folgende Materialien gewählt: Der Vakuumbehälter 140 ist aus rostfreiem Stahl, das 80-K-Kälteschild 130 ist aus Kupfer oder Messing, das 20-K-Kälteschild 120 ist aus Aluminium und der Heliumbehälter 110 ist aus rostfreiem Stahl ausgeführt. Vorgenannte Auswahl von Materialien bewirkt, dass für wenigs tens eine für die Behälter 110 und 140 und Kälteschilde 120 und 130 gleiche Eigenschwingungsform die Eigenfrequenzen der inneren Zylindermäntel 146, 126 und 116 des Vakuumbehälters 140, des 20-K-Kälteschildes 120 und des Heliumbehälters 110 aus rostfreiem Stahl bzw. Aluminium zwar eine vergleichbare Eigenfrequenz aufweisen, dahingegen aber der innere Zylinder mantel 136 des 80-K-Kälteschildes 130 aufgrund seiner Ausbil dung aus Kupfer oder Messing gegenüber vorgenannter Eigenfre quenz eine deutlich verstimmte Eigenfrequenz aufweist. Dadurch ist das Schwingungsübertragen aufgrund der zum Anspruch 1 beschriebenen magnetischen Kopplung, die Fig. 1 durch bo genartige Pfeile angedeutet ist, in Richtung des Heliumbehäl ters 110 gehemmt. Dies wird im folgenden näher erläutert.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen Eigenschwingungsformen eines der inneren Zylindermäntel 116, 126, 136 oder 146, die insbeson dere von transversalen Gradientenspulen des Gradientenspulen systems 200 anregbar sind. Dabei zeigt die Fig. 3 in einer Seitenansicht eine erste Eigenschwingungsform 330 des Zylin dermantels 116, 126, 136 oder 146 mit einer wellenartigen Verformung in axialer Richtung, wobei sich ein Querschnitt des Zylindermantels 116, 126, 136 oder 146 zwar außerhalb von Knoten der Eigenschwingungsform 330 schwingend bewegt, aber in sich nicht verformt wird. Des Weiteren zeigt die Fig. 4 eine zweite Eigenschwingungsform 340 eines der inneren Zylin dermäntel 116, 126, 136 oder 146, die sich von der ersten Eigenschwingungsform 330 der Fig. 3 lediglich dadurch unter scheidet, dass sie eine Wellenform größerer Wellenlänge auf weist, die den inneren Zylindermantel 116, 126, 136 oder 146 gemäß einer Biegeschwingung verformt. Den Fig. 3 und 4 zugeordnet veranschaulicht die Fig. 5 bei Betrachtung des inneren Zylindermantels 116, 126, 136 oder 146 in axialer Richtung, wie sich der Querschnitt des Zylindermantels 116, 126, 136 oder 146 bei der ersten und zweiten Eigenschwin gungsform 330 und 340 schwingend bewegt, ohne dabei in sich verformt zu werden.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen Eigenschwingungsformen eines der inneren Zylindermäntel 116, 126, 136 oder 146, die insbeson dere von einer longitudinalen Gradientenspule des Gradienten spulensystems 200 anregbar sind. Dabei zeigt die Fig. 6 eine dritte Eigenschwingungsform 360 des Zylindermantels 116, 126, 136 oder 146 mit einer wellenartigen Verformung in axialer Richtung, wobei die wellenartige Verformung durch ein an un terschiedlichen Stellen in axialer Richtung unterschiedliches Verformen des Querschnitts hervorgerufen wird. Dies bewirkt mechanische Stauchungen und Dehnungen des Zylindermantels 116, 126, 136 oder 146 in Umfangsrichtung und entsprechende tangentiale elastische Rückstellkräfte. Des Weiteren zeigt Fig. 7 eine vierte Eigenschwingungsform 370 eines der inne ren Zylindermäntel 116, 126, 136 oder 146, die sich von der Eigenschwingungsform 360 der Fig. 6 lediglich dadurch unter scheidet, dass sie eine Wellenform größerer Wellenlänge auf weist. Den Fig. 6 und 7 zugeordnet veranschaulicht die Fig. 8 bei Betrachtung des Zylindermantels 116, 126, 136 oder 146 in axialer Richtung, wie sich der Querschnitt des Zylindermantels 116, 126, 136 oder 146 bei der dritten und vierten Eigenschwingungsform 360 und 370 verformt.

Die Eigenfrequenz eines der inneren Zylindermäntel 116, 126, 136 oder 146 ist dabei sowohl von der Geometrie als auch vom Material des Zylindermantels 116, 126, 136 oder 146 abhängig. Die Eigenfrequenz f₀ für die dritte oder vierte Eigenschwin gungsform 360 oder 370, die in den Fig. 6 und 7 darge stellt sind, lässt sich dabei nach folgender Formel verein facht berechnen:

Dabei ist der effektive Elastizitätsmodul des Zylindermantels 116, 126, 136 oder 146 mit E, dessen Dichte mit ρ und dessen Radius mit R bezeichnet. Vorgenannte Formel ist dabei aus dem Buch von R. D. Blevins "Formulas for Natural Frequency and Mode Shapes", von Nostrand-Verlag, New York, 1973, Seite 304, Tabelle 12-2, für die radiale Eigenschwingungsform Nr. 3, abgeleitet.

Beim Vakuumbehälter aus rostfreiem Stahl ergibt sich mit R = 0,44 m, E = 170 GN/m² und ρ = 7700 kg/m³ eine Eigenfrequenz f₀ = 1700 Hz.

Beim 80-K-Kälteschild aus Kupfer ergibt sich mit R = 0,465 m, E = 120 GN/m² und ρ = 8900 kg/m³ eine Eigenfrequenz f₀ = 1257 Hz.

Beim 20-K-Kälteschild aus Aluminium ergibt sich mit R = 0,475 m, E = 79 GN/m² und ρ = 2700 kg/m³ eine Eigenfrequenz f₀ = 1812 Hz.

Beim Heliumbehälter aus rostfreiem Stahl ergibt sich mit R = 0,5 m, E = 210 GN/m² und ρ = 7700 kg/m³ eine Eigenfrequenz f₀ = 1662 Hz.

Man erkennt, dass die Eigenfrequenzen f₀ der inneren Zylin dermäntel 146, 126 und 116 des Vakuumbehälters 140, des 20-K- Kälteschildes 120 sowie des Heliumbehälters 110 nahe beiein ander liegen und die Eigenfrequenz f₀ beim 80-K-Kälteschild 130 dahingegen eine deutliche Verstimmung aufweist. Ursäch lich für den Frequenzabstand von mehr als 400 Hz zwischen der Eigenfrequenz f₀ des Zylindermantels 136 beim 80-K-Kälte schild 130 von den Eigenfrequenzen f₀ beim 20-K-Kälteschild und bei den Behältern 110 und 140 ist dabei, dass das Ver hältnis von Elastizitätsmodul E zu Dichte ρ beim aus Kupfer oder Messing ausgebildeten 80-K-Kälteschild 130 sich deutlich von entsprechenden Verhältnissen der Behälter 110 und 140 aus rostfreiem Stahl und des 20-K-Kälteschildes 120 aus Aluminium unterscheidet.

Im Folgenden werden die Auswirkungen vorgenannter Verstimmung auf die Schwingungsübertragung und die Wirbelstromverluste im Grundfeldmagneten 100 näher betrachtet. Dazu zeigt die Fig. 9 für den vorausgehend beschriebenen Grundfeldmagneten 100 mit dem 80-K-Kälteschild 130 aus Kupfer Verläufe 416, 426, 436 und 446 einer axial gerichteten Schwingungsamplitude A der inneren Zylindermäntel 116, 126, 136 und 146 in Abhängig keit von der Frequenz f bei einer Anregung der ersten Eigen schwingungsform 330 entsprechend Fig. 3. Ausgelöst vom Gra dientenspulensystem 200 werden im Zylindermantel 146 des Va kuumbehälters 140 Wirbelströme hervorgerufen, die den Vakuum behälter 140 im starken Grundmagnetfeld in Schwingungen ver setzen, wodurch weitere Wirbelströme induziert werden. Der Verlauf 446 der Schwingungsamplitude A des Vakuumbehälters 140 über der Frequenz f ist dabei mit einer punktierten Linie dargestellt und weist im Bereich der Eigenfrequenz der ange regten ersten Eigenschwingungsform 330 ein Maximum auf. Durch die magnetische Kopplung findet ein Übertragen der Schwingung des Vakuumbehälters 140 auf das 80-K-Kälteschild 130 statt. Der Verlauf 436 der Schwingungsamplitude A des Zylinderman tels 136 des 80-K-Kälteschildes 130 über der Frequenz f ist dabei mit einer gestrichelten Linie dargestellt und weist im Bereich der Eigenfrequenz der angeregten ersten Eigenschwin gungsform 330 ein Maximum auf. Dabei ist die Eigenfrequenz beim 80-K-Kälteschild 130 aufgrund dessen Ausführung aus Kup fer oder Messing ähnlich wie bei der dritten und vierten Ei genschwingungsform 360 und 370 auch für die erste Eigen schwingungsform 330 gegenüber den in etwa gleichen Eigenfre quenzen bei den Behältern 110 und 120 und beim 20-K-Kälte schild 120 deutlich beabstandet. Ein weiteres Übertragen der Schwingung des 80-K-Kälteschildes 130 auf das 20-K-Kälte schild 120 und weiter auf den Heliumbehälter 110 ist damit aufgrund der Wirkung des Zylindermantels 136 des 80-K-Kälte schildes 130 als magnetomechanisches Sperrfilter gehemmt. Entsprechende Verläufe 426 und 416 der Schwingungsamplitude A des Zylindermantels 126 des 20-K-Kälteschildes 120 und des Zylindermantels 116 des Heliumbehälters 110 weisen entspre chend kleine Amplituden auf. Dabei ist der Verlauf 426 für das 20-K-Kälteschild 120 mit einer dünnen durchgezogenen Li nie und der Verlauf 416 für den Heliumbehälter 110 mit einer dicken durchgezogenen Linie dargestellt.

Zugehörig zur Fig. 9 zeigt die Fig. 10 zu den Verläufen 416, 426, 436, 446 zugehörige Verläufe 516, 526, 536 und 546 der Wirbelstromverluste P_eddy im Heliumbehälter 110, im 20-K- Kälteschild 120, im 80-K-Kälteschild 130 und im Vakuumbehäl ter 140. Dabei sind die Verläufe 516 bis 546 gleich entspre chenden Verläufen 416 bis 446 in der Fig. 9 dargestellt. Man erkennt, dass die Wirbelstromverluste P_eddy im Heliumbehälter 110 frequenzunabhängig in etwa gleich Null sind. Dadurch werden Verluste im Heliumbehälter 110, in den supraleitenden Spulen 113 und im Helium verhindert, wodurch infolge der ge ringen wirbelstrombedingten Erwärmung des Heliumbehälters 110 eine geringe Abdampfrate des flüssigen Heliums erzielt wird.

Entsprechend den Fig. 9 und 10 zeigen die Fig. 11 und 13 zu Vergleichszwecken Verläufe 616, 626, 636 und 646 einer Schwingungsamplitude A über der Frequenz f und zugehörige Verläufe 716, 726, 7367 und 746 von Wirbelstromverlusten P_eddy über der Frequenz f bei einem Grundfeldmagneten des Standes der Technik, bei dem gegenüber dem den Fig. 9 und 10 zugrundeliegenden Grundfeldmagneten 100 das 80-K-Kälteschild nicht aus Kupfer sondern aus Aluminium ausgebildet ist. Dabei sind die Verläufe 616 bis 746 gleich entsprechenden Verläufen 416 bis 546 in den Fig. 9 und 10 dargestellt. Des Weiteren wird zunächst ebenfalls zu Vergleichszwecken für die dritte und vierte Eigenschwingungsform 360 und 370 des aus Aluminium ausgebildeten 80-K-Kälteschildes die Eigenfrequenz f₀ dessen inneren Zylindermantels ermittelt. Mit R = 0,465 m, E = 78 GN/m² und ρ = 2700 kg/m³ ergibt sich eine Eigenfrequenz f₀ = 1840 Hz, die in etwa gleich der Eigenfrequenzen f₀ beim 20-K- Kälteschild 120 aus Aluminium und bei den Behältern 110 und 140 aus rostfreiem Stahl ist. Dementsprechend findet beim Grundfeldmagneten gemäß dem Stand der Technik mit Behältern aus rostfreiem Stahl und Kälteschilden aus Aluminium kein Hemmen des Schwingungsübertragens infolge der magnetischen Kopplung statt, so dass sowohl der Heliumbehälter als auch das 20-K-Kälteschild mit deutlicher Amplitude schwingen und so im Heliumbehälter deutliche Wirbelstromverluste auftreten. Dies ist insbesondere bei einem Vergleich der Fig. 11 und 12 mit den Fig. 9 und 10 deutlich zu erkennen.

Im Folgenden werden Ausbildungen wenigstens eines der Zylin dermäntel 116, 126, 136 und 146 beschrieben, die eine ver gleichbare Wirkung wie die vorausgehend beschriebene Ausfüh rung des 80-K-Kälteschildes 130 aus Kupfer oder Messing auf weisen.

Die Fig. 13 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen inneren Zylindermantel 156 mit einer wellenförmigen Formgebung. Dadurch wird gegenüber den nichtgewellten Zylin dermänteln 116, 126, 136 und 146 das Kraft-Dehnungs-Verhalten für Umfangskräfte im gewellten Zylindermantel 156 flacher, was einen verkleinerten effektiven Elastizitätsmodul E bedeu tet und damit die Eigenfrequenz f₀ wirksam erniedrigt. Dazu sind Formgebungen mit Wellenamplituden von kleiner etwa 0,5 cm und Wellenlängen von 5 bis 50 cm ausreichend. Für den ge wellten inneren Zylindermantel 156 eines 80-K-Kälteschildes (R = 0,465 m) aus Aluminium (ρ = 2700 kg/m³) ergibt sich auf grund der Wellung ein verringerter Elastizitätsmodul von bei spielsweise E = 20 GN/m², so dass sich eine Eigenfrequenz f₀ = 932 Hz ergibt. Hinsichtlich des Hemmens einer Schwingungs übertragung ist es dabei für einen supraleitenden Grundfeld magneten insbesondere von Vorteil, wenn jeweils ein nichtge wellter mit einem gewellten Zylindermantel wechselt.

Die Fig. 14 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen inneren Zylindermantel 166 mit einem vieleck förmigen Querschnitt. Dadurch werden ähnliche Effekte er zielt, wie vorausgehend bei der Fig. 13 beschrieben.

Entsprechend den Fig. 9 und 10 zeigen die Fig. 15 und 16 Verläufe 816, 826, 836 und 846 einer Schwingungsamplitude A über der Frequenz f und zugehörige Verläufe 916, 926, 936 und 946 von Wirbelstromverlusten P_eddy über der Frequenz f bei einem Grundfeldmagneten, der gegenüber dem den Fig. 9 und 10 zugrundeliegenden Grundfeldmagneten 100 kein 80-K-Kälte schild 130 aus Kupfer, sondern ein entsprechend den Fig. 13 oder 14 ausgebildetes 80-K-Kälteschild aus Aluminium mit dem inneren Zylindermantel 156 oder 166 aufweist. Dabei sind die Verläufe 816 bis 946 gleich entsprechenden Verläufen 416 bis 546 in den Fig. 9 und 10 dargestellt. Bei einem Ver gleich der Fig. 15 und 16 mit den Fig. 9 und 10 erkennt man, dass hinsichtlich des Hemmens der Schwingungsübertragung in Richtung des Heliumbehälters 110 und hinsichtlich einem Reduzieren von Wirbelstromverlusten im Heliumbehälter 110 das 80-K-Kälteschild mit dem inneren Zylindermantel 156 oder 166 aus Aluminium und das 80-K-Kälteschild 130 mit dem ungewell ten inneren Zylindermantel 136 aus Kupfer oder Messing im Wesentlichen wirkungsgleich sind.

Die Fig. 17 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen inneren Zylindermantel 176, der mit Streifen 179 schwerer Masse belegt ist. Durch dieses Erhöhen der Mas senträgheit, indem der Zylindermantel 176 durch das Belegen mit den Streifen 179 beschwert wird, wird ein kleines Ver hältnis von Elastizitätsmodul E zu Dichte ρ und damit eine kleine Eigenfrequenz f₀ erzielt. Es wird darauf hingewiesen, dass durch das Belegen mit Streifen großer Masse, die vonein ander durch Schlitze beabstandet sind, der Elastizitätsmodul E möglichst unverändert gehalten werden soll und lediglich die Dichte ρ gesteigert werden soll. Dementsprechend kann ausschließlich durch eine dickere Wandstärke eines der inne ren Zylindermäntel 116, 126, 136 und 146 keine Erniedrigung der Eigenfrequenz f₀ erzielt werden, da mit einer dickeren Wandstärke auch die mechanische Steifheit, die sich im Elas tizitätsmodul E wiederspiegelt, zunimmt. In einer Ausfüh rungsform werden beispielsweise 5 bis 30 cm breite Streifen 179 aus Aluminium, Stahl oder Blei in longitudinaler Richtung an den inneren Zylindermantel 176 durch Verlöten, Verschwei ßen, Nieten oder Ähnliches befestigt.

Die Fig. 18 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Kälteschild 180, dessen innerer Zylindermantel 186 in axialer Richtung geschlitzt ausgebildet ist. Dabei ist das hohlzylinderförmige Kälteschild 180 mit teilweise aufge schnittener Stirnfläche und aufgeschnittenem äußerem Zylin dermantel dargestellt. Der Zylindermantel 186 besteht somit aus wenigstens 3 bis hinauf zu etwa 30 einzelnen Segmenten, die in Umfangsrichtung voneinander getrennt sind. Dabei sind die Segmente mit den Stirnflächen gut wärmeleitend verbunden.

Die erniedrigte Eigenfrequenz f₀ des so ausgebildeten Zylin dermantels 186 rührt dabei vom Unterbrechen mechanischer Um fangsspannungen bei radialer Bewegung und somit erniedrigter Rückstellkräfte her.

Claims

1. Magnetresonanzgerät, umfassend
einen Grundfeldmagneten mit einer inneren, einer äußeren und wenigstens einer mittleren Einheit, die im Wesentlichen hohlzylinderförmig und elektrisch leitfähig ausgebildet sind und die derart ineinander angeordnet sind, dass die innere von der mittleren und die mittlere von der äußeren Einheit umhüllt sind, und
ein Gradientenspulensystem, durch das wenigstens in Teilbe reichen der äußeren Einheit Wirbelströme ausgelöst werden können,
wobei hinsichtlich mechanischer Eigenschaften wenigstens die inneren Zylindermäntel der Einheiten derart aufeinander abgestimmt ausgebildet sind, dass die mittlere Einheit ein auf magnetischer Kopplung beruhendes Schwingungsübertragen von der äußeren auf die innere Einheit wirksam dämpft.

2. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1, wobei der innere Zylindermantel der mittleren Einheit in axialer Richtung mit wenigstens drei Schlitzen ausgebildet ist.

3. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei wenigstens einer der Zylindermäntel in Umfangsrich tung gewellt ausgebildet ist.

4. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei wenigstens einer der Zylindermäntel mit einem vie leckförmigen Querschnitt ausgebildet ist.

5. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenigstens einer der Zylindermäntel mit in axialer Richtung länglich ausgebildeten Streifen eines Materials be legt ist.

6. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei einer der Zylindermäntel aus einem ersten Material und eine weiterer aus einem zweiten Material ausgebildet sind, und ein je Material gebildeter Quotient aus Elastizi tätsmodul zu Dichte für die beiden Materialen unterschiedlich ist.

7. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei wenigstens eines der Materialien ein unmagnetisches elektrisch gut leitfähiges Material ist.

8. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei das erste Material rostfreien unmagnetischen Stahl oder Aluminium und das zweite Material Kupfer oder Messing umfasst.

9. Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die innere Einheit ein Heliumbehälter, die mittlere Einheit ein Kälteschild und die äußere Einheit ein Vakuumbe hälter eines supraleitenden Grundfeldmagneten sind.