DE102005005686A1 - Magnetresonanzgerät - Google Patents

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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/20Arrangements or instruments for measuring magnetic variables involving magnetic resonance
    • G01R33/28Details of apparatus provided for in groups G01R33/44 - G01R33/64
    • G01R33/38Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field
    • G01R33/381Systems for generation, homogenisation or stabilisation of the main or gradient magnetic field using electromagnets
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Abstract

Magnetresonanzgerät mit einem Magnetsystem, umfassend ein der Erzeugung eines Magnetfelds im Untersuchungsbereich des Geräts dienendes Hauptspulensystem, mit mehreren an unterschiedlichen axialen Positionen, bezogen auf die Längsachse des Magnetsystems, angeordneten, die Längsachse konzentrisch umgebenden Teilspulen, die an einem Träger mit einer zylindrischen Bohrung angeordnet sind, wobei die in Richtung der Längsachse (z) gesehen vorderste oder hinterste Teilspule (22) einen kleineren Durchmesser als die anderen Teilspulen (23, 24, 25, 26, 27) aufweist und an einem Trägerabschnitt (31) mit einem gegenüber dem die anderen Teilspulen (23, 24, 25, 26, 27) tragenden Trägerabschnitt (32) verringerten Durchmesser (D¶T1¶) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Magnetresonanzgerät mit einem Magnetsystem umfassend ein der Erzeugung eines Magnetfelds im Untersuchungsbereich des Geräts dienenden Hauptspulensystem mit mehreren an unterschiedlichen axialen Positionen bezogen auf die Längsachse des Magnetsystems angeordneten, die Längsachse konzentrisch umgebenden Teilspulen, die an einem Träger mit einer zylindrischen Bohrung angeordnet sind.
  • Ein supraleitendes Magnetsystem eines oben beschriebenen Magnetresonanzgeräts besteht in der Regel aus mehreren solenoidartigen Teilspulen, die konzentrisch um die Längsachse des Magneten, häufig auch z-Achse genannt, angeordnet sind. Die Teilspulen sind aus einem supraleitenden Draht gewickelt und vergossen. Sie sind an einem Träger angeordnet, der eine zylindrische Bohrung aufweist, wobei der Durchmesser der Teilspulen etwas größer als die Zylinderbohrung ist, das heißt, sie umgeben den Träger außenseitig. In die zylindrische Trägerbohrung ist eine Innenverkleidung eingesetzt, die den Innenradius des Raumes, in den ein zu untersuchender Patient eingeschoben werden kann, wenn er untersucht werden soll, definiert. Dieser Aufnahmeraum, auch freie Bohrung des Magnetresonanzgeräts genannt, beträgt bei üblichen Ganzkörper-Untersuchungsgeräten im Durchmesser ca. 60 – 70 cm. Die zylindrische Bohrung am Träger ist naturgemäß größer und beträgt ca. 90 cm, da im Zwischenraum zwischen Verkleidung und Magnet auch noch Spulen zur Erzeugung der Gradienten- und Hochfrequenzfelder untergebracht werden müssen.
  • Das Magnetsystem umfasst wie beschrieben mehrere Teilspulen, wobei diese sich häufig aus Spulen unterschiedlicher Größe bzw. Stärke zusammensetzen. Die in Längsrichtung am weitesten außen liegenden Spulen tragen dabei am meisten zum Nutzfeld bei und besitzen die höchste "Ampere-Windungszahl". Sie brau chen daher am meisten Platz, benötigen die größte Menge an supraleitendem Draht und sind die teuersten Teilspulen des Hauptmagnetsystems.
  • Wie beschrieben ist der Innendurchmesser aller Teilspulen des Hauptspulensystems nahezu gleich, zwangsläufig ist auch der Innendurchmesser der zylindrischen Trägerbohrung über die gesamte Bohrungslänge konstant. Ein solches Magnetsystem ist umso effizienter, je näher die Teilspulen am Field of View liegen, und je weiter der radiale Abstand ist zwischen den das Hauptspulensystem bildenden Teilspulen und den diese radial gesehen weiter außen umgreifenden Abschirmspulen, die entgegengesetzt bestromt werden und das zwangsläufig gegebene Streufeld abschwächen. Um die Effizienz des Hauptspulensystems zu verbessern, besteht zwar die Möglichkeit, die zylindrische Trägerbohrung und damit die freie Bohrung des Geräts insgesamt zu reduzieren. Dies ist aber, nachdem Patienten unterschiedlicher Größe bzw. Breite in den Magneten geschoben werden, im Hinblick auf den gegebenen Bohrungsdurchmesser von 60 – 70 cm kaum möglich. Im Übrigen würde bei einer noch weiteren Verringerung die Gefahr klaustrophober Anfälle, denen Patienten, die in das Magnetresonanzgerät eingeschoben sind, mitunter unterliegen, steigen.
  • Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Magnetresonanzgerät dahingehend zu verbessern, dass das Hauptspulensystem in seiner Effizienz hinsichtlich der Felderzeugung verbessert wird.
  • Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Magnetresonanzgerät der eingangs genannten Art erfindungsgemäße vorgesehen, dass die in Richtung der Längsachse gesehen vorderste oder hinterste Teilspule einen kleineren Durchmesser als die anderen Teilspulen aufweist und an einem Trägerabschnitt mit einem gegenüber dem die anderen Teilspulen tragenden Trägerabschnitt verringerten Durchmesser angeordnet ist.
  • Beim erfindungsgemäßen Magnetresonanzgerät ist mit besonderem Vorteil unter Abweichung von dem üblichen symmetrischen Aufbau des Magnetsystems die vorderste oder die hinterste Teilspule, die jeweils am meisten zum im Untersuchungsbereich erzeugten Magnetfeld beitragen, radial nach innen gezogen, wobei der entsprechende Trägerabschnitt, an dem diese vom Durchmesser her kleinste Teilspule angeordnet ist, entsprechend im Durchmesser verringert ist. Das heißt, eine der zentralen, stärksten Spulen wird näher zum eigentlichen Ort, an dem das Magnetfeld erzeugt werden soll, gebracht, so dass sie einen wesentlich effizienteren Beitrag zum Feldaufbau leisten kann.
  • Mit dieser einseitigen radialen Veränderung ist keine Veränderung des Durchmessers der über die Innenverkleidung definierten freien Bohrung verbunden, nachdem in dem Bereich, in dem die Teilspule radial nach innen gezogen wird, bei üblichen Magnetresonanzgeräten noch Bauraum zur Innenverkleidung hin zur Verfügung steht, denn die im Inneren der zylindrischen Trägerbohrung angeordneten weiteren Spulen, nämlich die Gradientenspule und die Hochfrequenzspule, sind mittensymmetrisch bezogen auf die zylindrische Trägerbohrung angeordnet, und deutlich kürzer als die Zylinderbohrung, so dass die Einschnürung im Durchmesser ohne weiteres ohne Eingriff in die Geometrie der Innenbohrung möglich ist. Infolge der Durchmesserverkleinerung der Teilspule vergrößert sich des Weiteren der Abstand dieser Teilspule zu den außen liegenden Schirmspulen, was der Effizienzsteigerung ebenfalls dienlich ist.
  • Ein weiterer beachtlicher Vorteil der Durchmesserverkleinerung in diesem Bereich besteht darin, dass die beschriebenen, im Inneren der Zylinderbohrung des Trägers anzuordnenden weiteren Spulengruppen, nämlich die Gradientenspule und die Hochfrequenzspule, ohne weiteres in diese Bohrung eingesetzt werden können, nachdem der Durchmesser der zylindrischen Bohrung außerhalb des im Durchmesser verkleinernden Bereichs einheitlich und nach wie vor ausreichend groß ist. Infolge der nur einseitig vorgenommenen Durchmesserreduzierung können folglich diese Einbauten von der gegenüberliegenden Seite ohne weiteres in die zylindrische Bohrung eingeschoben werden und natürlich im Falle einer Wartung oder Reparatur ohne weiteres an dieser Seite auch wieder entnommen werden.
  • Die Verringerung des Durchmessers des Trägerabschnitts kann je nach Durchmesser der zylindrischen Bohrung des Trägers und dem Durchmesser der beabsichtigten freien Bohrung unterschiedlich groß sein. Der verringerte Durchmesser des Trägerabschnitts sollte um wenigstens 10 % kleiner als der Durchmesser des verbleibenden anderen Trägerabschnitts sein. Bei einem üblichen Durchmesser der zylindrischen Bohrung, häufig auch "warm-bore" genannt, von ca. 90 cm ist eine Durchmesserreduktion am nach innen gezogenen Trägerabschnitt auf beispielsweise 70 – 80 cm, ohne weiteres möglich, eine freie Bohrung von 60 cm, definiert über die Innenverkleidung, kann nach wie vor realisiert werden.
  • Ein weiterer beachtlicher Vorteil, der aus dem Verkleinern des Spulendurchmessers resultiert, ist, dass diese Teilspule axial gesehen auch kürzer ausgeführt sein kann als die am gegenüberliegenden Ende vorgesehene Teilspule, wobei beide Teilspulen wie oben beschrieben die größten Beiträge zum erzeugten Nutzmagnetfeld liefern. Der verringerte Durchmesser bietet die Möglichkeit zur Verkürzung bei Beibehaltung des Beitrags dieser Teilspule zum Gesamtmagnetfeld. Aus dieser Spulenverkürzung resultiert insgesamt eine Gehäuseverkürzung, das heißt, die Länge der freien Bohrung, in die der Patient eingeschoben wird, ist insgesamt kürzer, was im Hinblick auf etwaige Angstzustände von Vorteil ist.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
  • 1 ein Magnetresonanzgerät,
  • 2 eine Schnittansicht durch ein Magnetsystem gemäß dem Stand der Technik, und
  • 3 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Magnetsystem.
  • 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät 1 bestehend aus dem Untersuchungsteil 2, das eine freie Bohrung 3, häufig auch "Röhre" genannt, aufweist, in die ein Patient 4 über eine verschiebbare Patientenliege 5 eingeschoben werden kann. Im Inneren der freien Bohrung 3 werden diverse Magnetfelder erzeugt, die der Aufnahme von Bildern des Untersuchungsobjektes dienen. Der Betrieb des Magnetresonanzgeräts wie auch der Bildaufnahme etc. wird dabei über eine Steuerungseinrichtung 6 gesteuert. 1 zeigt lediglich eine Prinzipdarstellung eines Magnetresonanzgeräts, der Aufbau und Betrieb eines solchen Magnetresonanzgeräts ist hinreichend bekannt, hierauf muss nicht näher eingegangen werden.
  • 2 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung ein im Untersuchungsteil 2 angeordnetes Magnetsystem 7, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Das Magnetsystem 7 dient zur Erzeugung des Hauptfeldes im Inneren der freien Bohrung 3 im Bereich des Untersuchungsbereichs, also des Bereichs, der vom Patienten 4 aufgenommen werden soll. Das Magnetsystem 7 umfasst im gezeigten Beispiel sechs Teilspulen 8, 9, 10, 11, 12 und 13, die ersichtlich allesamt gleichen Innendurchmessers sind. Die außen liegenden Teilspulen 8 und 13 tragen dabei am meisten zum Nutzfeld bei und besitzen die höchste "Ampere-Windungszahl". Sie brauchen daher am meisten Platz, benötigen die größte Menge an supraleitendem Draht und sind die teuersten Teilspulen des Magnetsystems 7. Gezeigt sind ferner zwei Schirmspulen 14, 15, die radial weiter außen liegen als die Teilspulen 813. Bei einem solchen aktiv geschirmten Magnetsystem wird über diese Schirmspulen das von den Teilspulen 813 erzeugte Streufeld abgeschwächt. Die Schirmspulen 14, 15 werden hierzu entgegengesetzt vom Strom durchflossen. Ersichtlich sind die Spulen 815 symmetrisch bezüglich der z=0-Ebene angeordnet, wie 1 zeigt.
  • Alle Spulen sind an einem Träger 16, in der Regel einem Metallträger, angeordnet, der eine zylindrische Bohrung 17 aufweist, die über die gesamte Bohrungslänge konstant im Durchmesser ist. Die einzelnen Spulen 815, bei denen es sich um vorgefertigte vergossene Spulenbauteile handelt, sind an entsprechenden Halterungen mit dem Träger 16 verschraubt oder sonst wie befestigt.
  • Im Inneren der zylindrischen Bohrung 17 ist des Weiteren eine Gradientenspule 18 angeordnet, die während der Montage von der Seite her eingeschoben und befestigt wird, in welcher Gradientenspule 18 eine Hochfrequenzspule 19 angeordnet ist. Abgeschlossen wird der Aufbau nach innen und zur Seite hin über eine Verkleidung 20, wobei diese Verkleidung den Durchmesser DI der freien Bohrung definiert. Dieser Innendurchmesser DI beträgt bei üblichen Geräten ca. 60 – 70 cm, während der Innendurchmesser DT der zylindrischen Bohrung 17, der sogenannte "warm-bore-Durchmesser" bei etwa 90 cm liegt. Ersichtlich ist dieser Durchmesser DT über die gesamte Länge wie beschrieben konstant.
  • Anders der Aufbau eines erfindungsgemäßen Magnetsystems 21, wie es in 3 gezeigt ist. Auch hier sind verschiedene Teilspulen 22, 23, 24, 25, 26, und 27 vorgesehen, die den Teilspulen 813 aus 1 entsprechen. Weiterhin sind zwei Schirmspulen 28, 29 vorgesehen. Auch hier sind sämtliche Spulen wiederum am Träger 30 angeordnet.
  • Anders als bei der Ausführungsform nach 2 ist aber der Durchmesser der Teilspule 22 deutlich kleiner als der Durchmesser der entsprechenden Teilspule 8 gemäß 2. Entsprechend ist am Träger 30 ein Trägerabschnitt 31 vorgesehen, der im Durchmesser verringert ist. Der Durchmesser DT1 dieses Trägerabschnitts 31 ist ersichtlich deutlich kleiner als der Durchmesser DT2 des übrigen Trägerabschnitts 32. Die Teilspule 22 ist folglich radial deutlich gegenüber den übrigen Teilspulen 2327, die alle wie bisher gleichen Innendurchmessers sind, nach innen gezogen, befindet sich also deutlich näher zur Längsachse des Magneten, in den Figuren als z-Achse bezeichnet, und damit näher am Field of View.
  • Weiterhin ist die Teilspule 22 auch deutlich kürzer als die entsprechende Teilspule 8 aus 2. Diese Verkürzung ist infolge der Verkleinerung des Innendurchmessers möglich, ohne dass es zu irgendwelchen Auswirkungen auf den Nutzanteil zur Felderzeugung führt. Dies führt dazu, dass die Länge l2 des Magnetsystems 21 kürzer als die Länge l1 des Magnetsystems 7 ist, folglich ist auch die freie Bohrung des Magnetsystems 21 kürzer als die des Magnetsystems 7.
  • Ersichtlich ist also infolge der Durchmesserverringerung im Trägerabschnitt 31 eine Stufe an der Innenwand des Trägers 30 bzw. seiner zylindrischen Bohrung 33 ausgebildet. Die Integration der Gradientenspule 34 sowie der Hochfrequenzspule 35 ist trotz des lokal verringerten Bohrungsdurchmessers ohne weiteres möglich, sie können nach wie vor von der Seite her in Position geschoben werden. Am Innendurchmesser DI der Verkleidung 36 hat sich ersichtlich nichts geändert. Denn, wie 2 zeigt, steht hinreichend Bauraum zur Verfügung, um den Trägerabschnitt 31 radial nach innen zu ziehen und entsprechend den Teilspulendurchmesser zu verkleinern, ohne dass die Basisgeometrie der freien Bohrung zu verändern wäre.
  • Ersichtlich weicht also der Aufbau des erfindungsgemäßen Magnetsystems bzw. Magneten gemäß 3 von dem symmetrischen Aufbau eines konventionellen Magneten, wie er in 2 gezeigt ist, ab, er ist asymmetrisch bezogen auf die Ebene z=0.

Claims (3)

  1. Magnetresonanzgerät mit einem Magnetsystem umfassend ein der Erzeugung eines Magnetfelds im Untersuchungsbereich des Geräts dienendes Hauptspulensystem mit mehreren an unterschiedlichen axialen Positionen bezogen auf die Längsachse des Magnetsystems angeordneten, die Längsachse konzentrisch umgebenden Teilspulen, die an einem Träger mit einer zylindrischen Bohrung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die in Richtung der Längsachse (z) gesehen vorderste oder hinterste Teilspule (22) einen kleineren Durchmesser als die anderen Teilspulen (23, 24, 25, 26, 27) aufweist und an einem Trägerabschnitt (31) mit einem gegenüber dem die anderen Teilspulen (23, 24, 25, 26, 27) tragenden Trägerabschnitt (32) verringerten Durchmesser (DT1) angeordnet ist.
  2. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verringerte Durchmesser (DT1) des Trägerabschnitts (31) um wenigstens 10% kleiner als der Durchmesser (DT2) des anderen Trägerabschnitts (32) ist, und insbesondere 700 – 800 mm beträgt.
  3. Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilspule (22) mit dem kleineren Durchmesser axial gesehen kürzer ist als die am gegenüberliegenden Ende vorgesehene Teilspule (27).
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3514818A1 (de) * 1984-04-26 1985-11-07 Yokogawa Hokushin Electric Corp. Spulenanordnung zur erzeugung eines magnetfelds
US5396207A (en) * 1994-08-05 1995-03-07 General Electric Company On-shoulder MRI magnet for human brain imaging

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