-
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 8 – 13. Bei einem solchen
aktiv geschirmten Magnetsystem wird über diese Schirmspulen das
von den Teilspulen 8 – 13 erzeugte
Streufeld abgeschwächt.
Die Schirmspulen 14, 15 werden hierzu entgegengesetzt
vom Strom durchflossen. Ersichtlich sind die Spulen 8 – 15 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 8 – 15,
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 8 – 13 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 23 – 27,
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.