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Die
Erfindung betrifft ein Vakuumgehäuse
für ein
Magnetresonanzgerät
mit einer Aussparung zur Durchführung
von Zuführungen
zu Elementen ins Innere des Vakuumgehäuses und mit mindestens einem
ersten Durchführungsmodul.
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Ein
Ansatz zur Unterdrückung
von Lärm,
der beim Betrieb eines Magnetresonanzgeräts (MR-Geräts) erzeugt wird, besteht darin
einen größtmöglichen
Teil der schwingenden Oberflächen
des MR-Geräts
mit Vakuum zu umgeben. Dazu wird beispielsweise das MR-Gerät mit einer
luftdichten Kapselung umgeben, in der ein Druck von ca. 100 mbar herrscht.
Die Evakuierung des gekapselten Hohlraums bewirkt eine Schallentkopplung
zwischen den schwingenden Oberflächen
und der Außenwand
der Vakuumkapselung. Dabei stellt sich das Problem der luftdichten
Durchführung
von Zuführungsleitungen ins
Innere des Vakuumgehäuses.
Besonders aufwändig
sind dabei Durchführungen
von sperrigen Stromleitungen von eingekapselten Gradientenspulen
und vom zugehörigen
Kühlkreislauf.
Aufgrund der hohen Stromstärken
werden hier steife und entsprechend sperrige Versorgungsleitungen
mit beispielsweise großen
Leiter-Durchmessern verwendet. Weitere Beispiele für mögliche Zuführungen
sind elektrischen Serviceleitungen z.B. für Kleinsignale zur Temperaturmessung
oder Steuerströme,
die mit Stromstärken
von bis zu 5 mA in ansteuerbare Magnetfeldspulen innerhalb der Vakuumkapselung
fließen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vakuumgehäuse für ein Magnetresonanzgerät anzugeben,
welches die Durchführung
von sperrigen Zuführungen
zu Elementen im Inneren des Vakuumgehäuses ermöglicht.
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Die
Aufgabe, bezogen auf das eingangs erwähnte Vakuumgehäuse, wird
dadurch gelöst,
dass das erste Durchführungsmodul
eine erste Verschlussplatte aufweist, die derart ausgebildet ist, dass
sie gemeinsam mit mindestens einer zweiten Verschlussplatte die
Aussparung vakuumdicht abdichtet, und dass das erste Durchführungsmodul eine
erste bauliche Komponente aufweist, die bei der Montage des Durchführungsmoduls
zumindest teilweise durch die Aussparung zu führen ist und deren Ausmaß eine minimale
Größe der Aussparung
definiert, welche größer ist
als die der ersten Verschlussplatte.
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Ein
Vorteil des Vakuumgehäuses
nach der Erfindung liegt darin, dass es die Vakuumdurchführung von
sperrigen baulichen Komponenten vereinfacht, indem es die Größe der Aussparung,
welche von den Ausmaßen
der ersten baulichen Komponente benötigt wird, von der Größe der der
ersten baulichen Komponente zugeordneten Verschlussplatte entkoppelt.
Auf diese Weise kann man einerseits eine einfachere Handhabbarkeit,
z.B. Einbau oder Austausch, von sperrigen baulichen Komponenten erhalten,
ohne andererseits die Geometrie des Vakuumgehäuses nachteilig zu beeinflussen.
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Ein
Beispiel für
eine sperrige bauliche Komponente ist beispielsweise eine Gradientenleitung, auf
die aufgrund der hohen Ströme
im Magnetfeld erhebliche Kräfte
wirken. Entsprechend ist sie sehr steif und stabil ausgeführt. Die
Gradientenleitung verbindet eine Gradientenspule über das
Durchführungsmodul
mit einem außerhalb
der Vakuumkammer angeordneten elektrischen Kontakt einer Stromzuführung. Sie
kann eine Länge
von größer 1 m
aufweisen und ist in ihrer Form an die räumlichen Gegebenheiten angepasst.
Beispielsweise kann sie innerhalb der Vakuumkammer auf einer radialen
Linie vom Durchführungsmodul
zur Gradientenspule verlaufen, wogegen sie außerhalb der Vakuumkammer derart
geformt ist, dass sie mit einem auch unter einem anderen azimutalen
Winkel angeordneten Kontakt verbunden werden kann. Als weitgehend
unflexible Leitung weist sie somit Ausmaße auf, die ihre Handhabung
erschweren. Mithilfe der Erfindung lässt sich ihr Ein- oder Ausbau
leicht durchführen.
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In
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Vakuumgehäuses ist
die zweite Verschlussplatte Teil eines zweiten Durchführungsmoduls.
Dies hat den Vorteil, dass die aufgrund der baulichen Komponente
benötigte
Größe der Aussparung zum
Aus- und Einbringen der Zuführungen
durch die Aussparung dazu genutzt werden kann, weitere Zuführungen
zu Elementen im Inneren des Vakuumgehäuses zu nutzen.
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In
einer besonders vorteilhaften Weiterbildung umfasst das zweite Durchführungsmodul
eine schubladenartige Führungseinheit.
Diese ermöglicht es,
beispielsweise eine Hochfrequenz-, Temperatursignalleitung und/oder
eine Shim-Steuerleitung derart zu führen, dass die elektrische
Leitung auch an einem aufgrund der Geometrie des MR-Geräts schwer zugänglichen
Bereich geführt
und dort kontrolliert mit z.B. einen Stecker elektrisch verbunden
werden können.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
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Es
folgt die Erläuterung
eines Ausführungsbeispiels
anhand der 1 und 2. Es zeigen:
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1 einen
vertikalen Schnitt durch den Frontbereich eines Magnetresonanzgerätes mit
einem zylinderförmigen
Grundfeldmagneten entlang der Zylinderachse und
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2 eine
perspektivische Ansicht auf einen Ausschnitt des Vakuumgehäuses, in
dem eine Aussparung mit zwei Durchführungsmodulen abgedichtet werden
kann.
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1 zeigt
schematisch einen Schnitt durch ein Magnetresonanzgerät 1 mit
einem zylinderförmigen
Grundfeldmagneten 3. Das Magnetresonanzgerät 1 ist
am Boden mit einer stabilen Halterung 4 befestigt, die
beispielsweise aus zwei parallel verlaufenden Trägern 4A besteht. Die
Magnethauptachse 5 ent spricht der Zylindersymmetrieachse
des Grundfeldmagneten 3. Mithilfe einer Patientenliege 7 kann ein
Patient in den Untersuchungsbereich 9 des Magnetresonanzgeräts 1 eingebracht
werden. Zur Magnetresonanzuntersuchung werden hohe Magnetfelder
im Untersuchungsbereich 9 benötigt. Diese werden durch Gradientenmagnetfelder
der Gradientenspuleneinheiten 11 modifiziert, um eine ortsauflösende Bildgebung
zu ermöglichen.
Für die
Bildqualität sind
die Stärke
des Grundmagnetfeldes, die Gradientenstromstärke und die Anstiegszeit der
Gradientenströme
von Bedeutung.
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Aufgrund
der hohen Ströme
in den Gradientenspulen 11 im herrschenden Grundmagnetfeld
des Grundfeldmagneten 3 wirken starke Lorenz-Kräfte auf
die jeweiligen Gradientenspulen und bewirken Schwingungen, die zu
starker Lärmemission
führen.
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Zur
Lärmunterdrückung werden
die schwingenden Systemkomponenten mithilfe eines Vakuumgehäuses 13,
welches den Grundfeldmagneten 3 und die Gradientenspuleneinheiten 11 im
wesentlichen vollständig
umgibt, akustisch vom Untersuchungsbereich 9 isoliert.
Das Vakuumgehäuse 13 umfasst
einen zentralen Bereich 15, eine hintere und eine vordere
ringförmige
Verkleidung 17A,17B und zwei ringförmige Dichtungsplatten 19A,19B,
die am Grundfeldmagneten 3 vakuumdicht befestigt sind. Die
abnehmbaren Teile des Vakuumgehäuses 13 werden über Dichtungsringe 20A,20B vakuumdicht aufgebracht.
Das vom Vakuumgehäuse 13 umschlossene
Volumen wird beispielsweise auf einen Druck von 100 mbar evakuiert.
Dies bewirkt die akustische Entkopplung des Vakuumgehäuses 13 und
damit des Untersuchungsbereichs 9 von den schwingenden
Komponenten innerhalb des Vakuumgehäuses. Als alternative vorteilhafter
Ausgestaltung des Vakuumgehäuses 13 können beispielsweise
der zentrale Teil 15, die hintere Frontplatte 17A und
der Dichtungsring 19A einteilig ausgeführt werden.
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Bei
einem derartigen MR-Gerät 1 müssen verschiedenste
Leitungen in das Innere des Vakuumgehäuses geführt werden:
- • Gradientenzuführungen
zu Gradientenspulen zur Erzeugung variabler und inhomogener Magnetfelder
durch gesteuerte Strompulse von mehreren 100 Ampere,
- • Körperspulensignalleitungen
zum Senden und Empfangen von Hochfrequenzpulsen,
- • Kühlungsleitungen
zum Abführen
von dissipativer Leistung von z.B. bis zu 20 kW aufgrund von resistiven
Verlusten in den Gradientenspulen,
- • Kleinsignalleitungen,
beispielsweise zur Temperaturmessung mithilfe von NTC's
- • Steuerstromleitungen
zur Einstellung der Grundmagnetfeldeigenschaften auf die Bedingungen zum
Zeitpunkt der Messung (Shim-Steuerströme).
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In
der 1 sind beispielhaft drei starre Gradientenleitungen 21 für die drei
Raumrichtungen, in denen Gradientenmagnetfelder erzeugt werden sollen,
eingezeichnet. Sie weisen einen im Vakuum befindlichen Teil 21A und
einen außerhalb
des Vakuumgehäuses
verlaufenden Teil 21B auf. Aufgrund der durch das starke
Grundmagnetfeld und durch die sehr hohen Ströme bewirkten Kräfte auf
die Gradientenleitungen müssen
diese stabil ausgebildet werden. Entsprechend sind die Gradientenleitungen
steif und sperrig bei Ein- und Ausbau zu handhaben. In einer möglichen
koaxialleitungsähnlichen
Realisierungsform werden sie beispielsweise durch Lizen mit einem
Durchmesser von 15 mm realisiert, welche isoliert in Kupferröhren von
beispielsweise ca. 22 mm Durchmesser verlaufen. Die hohen Ströme bedingen einen
derartigen Durchmesser. Der stabile und somit sperrige Aufbau der
Gradientenleitungen 21 ist nicht auf dem Bereich innerhalb
des Vakuumgehäuses
beschränkt,
da auch außerhalb
des Vakuumgehäuses, im
Fall der 1 unterhalb des Grundfeldmagneten, hohe
Magnetfelder vorliegen.
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Zur
Aufnahme der sperrigen Gradientenleitungen 21 weist in 1 die
Frontplatte 17B im Bereich der Patientenliege 7 eine
Ausformung in Art einer Hutze auf. Um den Zugang zum Untersuchungsbereich 9 möglichst
wenig einzuschränken,
wurden die Zuführungen
zu den Gradientenspulen im Bereich der einführenden Patientenliege 7 angeordnet. Diese
Anordnung der Hutze hat des Weiteren den Vorteil, dass ein aufgrund
der Vakuumverkapselung vergrößerter Bauraum
so minimal wie möglich
gehalten wird.
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Voraussetzung
für die
Verwendung des Vakuumgehäuses 13 ist
die leichte Wartung und Austauschbarkeit der Durchführungsleitungen
selbst unter eingeschränkten
räumlichen
Bedingungen. Erfindungsgemäß können die
Zuführungen,
beispielsweise die Gradientenleitungen 21 mit dem Durchführungsmodul 23,
zu Servicezwecken auch unter beschränkten räumlichen Gegebenheiten komplett
entfernt werden, ohne beispielsweise den Magneten anheben zu müssen. Die
Gradientenleitung 21A stellt somit eine Komponente dar,
die bei der Montage des Durchführungsmoduls 23A durch
die Aussparung 25 zu führen
ist und deren Ausmaß eine
minimale Größe der Aussparung 25 vorgibt,
welche größer ist
als die einer Verschlussplatte 31A des Durchführungsmoduls 23A.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht der vorderen Dichtungsplatte 19B im
Bereich der Durchführungsmodule 23A,23B,
welche in der Aussparung 25 der Dichtungsplatte 19B bodennah
angeordnet sind. Dabei wurde eine Blickrichtung vom Untersuchungsbereich 9 aus
auf die Aussparung 25 gewählt. Für eine freie Ansicht der Durchführungsmodule 23A,238 sind
die Gradientenspulen 11, der Grundfeldmagnet 3 und
das Vakuumgehäuse 13 (mit
Ausnahme der Dichtungsplatte 19B) nicht dargestellt.
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In
der 2 erkennt man die beiden parallelen Träger 4A und 4B,
auf denen der Grundfeldmagnet 3 ruht. Auf dem Träger 4A ist
eine Kontakteinheit 27 für die Gradientenleitungen 21A,...21C angeordnet.
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Die
Gradientenleitungen 21A,...21C sowie Kleinsignalleitungen 29 werden
vakuumdicht auf den Verschlussplatten 31A,31B vormontiert.
Die Leitungen 21,29 zusammen mit den Verschluss platten 31A,31B bilden
die Durchführungsmodule 23A,23B, die
gemeinsam die Aussparung 25 vakuumdicht verschließen. Dazu
werden sie beispielsweise an die Dichtungsplatte 19B vakuumabgedichtet
angeschraubt.
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Dadurch,
dass mehrere Durchführungsmodule 23A,23B gemeinsam
die Aussparung 25 abdichten, ist es möglich, auch das sehr steife
Gebilde des Durchführungsmoduls 23A durch
die Aussparung einzubauen bzw. zu entfernen. Der Austausch der Gradientenleitungen 21 erfolgt
beispielsweise folgendermaßen:
Nachdem
die Frontplatte 17B abgenommen worden ist, werden die Kleinsignalleitungen,
die mithilfe des Durchführungsmoduls 23D verlegt
werden, gelöst, und
das Durchführungsmodul 23B wird
in Pfeilrichtung herausgezogen. Des Weiteren werden die Gradientenleitungen 21 von
der Gradientenspule 11 und von der Kontakteinheit 27 gelöst. Anschließend wird das
Durchführungsmodul 23A durch
Drehen um die Magnethauptachse 5, durch Ziehen und eventuell durch
Verkippen vollständig
entfernt. Dies ist möglich,
da erfindungsgemäß die Aussparung 25 in
ihrer Größe an die
Ausmaße
der sperrigen Gradientenleitungen 21B angepasst ist. Dieses
Vorgehen ist durch die Pfeile 33A,...33C in der 2 angedeutet.
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Das
Durchführungsmodul 23D weist
als Besonderheit eine schubladenähnliche
Struktur 35 auf, die im montierten Zustand in den unzugänglichen
Bereich unter den Grundfeldmagneten 3 hineinragt. Sie erlaubt
es beispielsweise, Signaleinleitungen vorteilhaft so zu führen, dass
sie leicht mit entsprechenden elektronischen Einheiten 37 verbunden
werden können.
Die schubladenartige Struktur 35 wird beispielsweise durch
Führungen 39A,...39D,
die am Grundfeldmagneten 3 befestigt sind, geführt.
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Alternativ
können
beispielsweise die Kleinsignalleitungen 29 durch Rohre,
die zur Leitungsführung
dienen, zu den entsprechenden Komponenten 37 geführt werden.
Wird beispielsweise das Durchführungsmodul 23B entfernt,
ziehen sich die Leitungen 29 durch die Führungsrohre
und können
auf der Verschlussplattenrückseite
abgeschraubt werden. Öffnet
man beide Verbindungen mit den Enden einer der Leitungen 29,
so kann diese Leitung durch das beispielsweise unter den Magneten 3 verlaufende Führungsrohr
gezogen und nach einer Servicekontrolle wieder eingeführt bzw.
ausgetauscht werden.
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Wie
schematisch in 2 angedeutet, kann eine größere Aussparung
auch durch mehr als zwei Durchführungsmodule 23A,23B vakuumdicht
verschlossen werden. Zur Verdeutlichung zeigt 2 ein
gestrichelt umrandetes beispielhaftes drittes Durchführungsmodul 23C.
Das Durchführungsmodul 23C kann
beispielsweise zur Durchführung
von Kühlleitungen 41 verwendet
werden.