-
Die Erfindung betrifft eine Spule für ein Magnetresonanzgerät, umfassend einen zylindrischen Träger mit wenigstens einer um den Außenumfang laufenden Wickelnut, wenigstens einen in der Wickelnut um den Träger gewickelten Spulenleiter, sowie eine die Wickelnut auskleidende und den Träger und den Spulenleiter gegeneinander elektrisch isolierende Isolierung.
-
Bekannte Magnetresonanzgeräte mit zylindrischem Magneten weisen mehrere zylindrische supraleitende Spulen auf, die der Magnetfelderzeugung oder der Feldhomogenisierung oder Abschirmung dienen. Zu nennen sind hier beispielsweise die Primärspulen oder die Shimspulen. Diese Spulen sind bei zylindrischen Magneten mittels eines zylindrischen Trägers gebildet, der bevorzugt aus Metall besteht, da nur bei Verwendung eines metallischen Trägers sichergestellt ist, dass beim Abkühlen der Spule zur Erreichung des supraleitenden Zustands nur minimale Geometrieänderungen infolge eines Schrumpfens des Trägers auftreten. An dem Träger ist eine oder sind mehrere Wickelnuten vorgesehen, die an der Außenseite umlaufen und sich radial nach außen öffnen. Diese Nuten sind mit der gewünschten Geometrie eingefräst. In diese Nuten wird zur elektrischen Isolierung des Trägers zu einem in die Wickelnut eingewickelten Spulenleiter eine Isolierung eingebracht, die die Nut auskleidet. Anschließend wird der Spulenleiter aus supraleitendem Material eingewickelt.
-
Die Isolierung wird bei bekannten Spulen mit metallischem Träger unter Verwendung einer Isolierfolie hergestellt, die mehrlagig in die Nut gewickelt wird. Ist dies bei im Querschnitt rechteckigen Wickelnuten am Nutboden noch einigermaßen zu bewerkstelligen, ergeben sich beim Belegen der Nutflanken beachtliche Schwierigkeiten, sowohl was das Belegen der Nutflanken selbst angeht, als auch die Herstellung eines isolierenden Übergangs zwischen der Nutflankenisolierung und der Bodenisolierung. Die Isolierung muss äußerst exakt aufgebracht werden, da sie im Falle eines Störfalls hohen Spannungen ausgesetzt sein kann, die zur Vermeidung einer Beschädigung des Magneten isoliert werden müssen. Diese Spannungen liegen im Bereich mehrere kV. Neben den Problemen im Rahmen der vollständigen Nutauskleidung unter Verwendung der Folienisolierung muss weiterhin darauf geachtet werden, dass die Isolierung knitter- und luftblasenfrei aufgebracht wird, da derartige Fehler zu Isolsationssenken führen können, über die die Spannung gegebenenfalls durchschlagen kann. Ein weiteres Problem ist, dass die verwendeten Folien nicht unbedingt immer fehlerfrei sind, sie können kleinere Einschlüsse oder Löcher aufweisen, was ebenfalls im Betrieb zu Problemen führen kann. Darüber hinaus sind die hierfür verwendbaren. Folien teuer.
-
Aus
JP 11-121224 A ist eine supraleitende Spule, welche in einer umlaufend um ein Rahmenteil ausgebildeten Aufnahmenut angeordnet ist, bekannt. Zwischen der Spule und dem Rahmenteil befindet sich eine als Isolierung dienende laminierte Glimmerplatte, welche in einer Silikonmatrix verteilte Glimmerpartikel enthält.
-
Die
JP 64-079 064 A schlägt ein Herstellungsverfahren von laminierten Glimmerkeramiken vor. Flocken synthetischen Glimmers werden zu Glimmerfilmen zusammengefügt, die dann mittels eines Bindemittels laminiert werden. Bei Erhitzung wird das Bindemittel ausgehärtet und gesintert, so dass aus den Glimmerfilmen ein Körper mit bestimmter Form und Dicke geformt werden kann. Bespiele dieser Formkörper sind in den
1 und
2 gezeigt.
-
Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Spule anzugeben, die wesentlich einfacher herstellbar ist und gleichwohl die geforderten Isoliereigenschaften aufweist.
-
Zur Lösung dieses Problems ist bei einer vorzugsweise supraleitenden Spule der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Isolierung aus mehreren sich zu einem Kreisring ergänzenden, entsprechend der Querschnittform der Wickelnut vorgeformten Isoliersegmenten, die die Wickelnut auskleiden, besteht.
-
Anstelle der bisher verwendeten mehrlagigen Folienisolierung kommt bei der erfindungsgemäßen Spule eine neuartige Isolierung zum Einsatz, die sich aus mehreren vorgeformten Isoliersegmenten, die hinreichend formstabil sind, bildet. Die einzelnen Isoliersegmente bilden in ihrer Gesamtheit einen Kreisring entsprechend dem Umfang und der Geometrie der Wickelnut, das heißt, die Gesamtheit der in die Wickelnut eingelegten Isoliersegmente kleidet die Wickelnut vollständig aus. Im Rahmen der Montage ist es mit besonderem Vorteil lediglich erforderlich, die Isoliersegmente in die Wickelnut einzulegen, wodurch bereits die vollständige Isolierung gebildet ist, wonach lediglich noch der Spulenleiterdraht einzuwickeln ist.
-
Ersichtlich ist infolge der erfindungsgemäßen Verwendung der Isoliersegmente die Herstellung der Isolierung wesentlich einfacher als bisher möglich, Insbesondere ist keinerlei besonderer Aufwand zu treiben, der sich aus der Querschnittform der Wickelnut ergibt. Auch sind Fehler beim Herstellen der Isolierung, die sich aus dem Einwickeln der Isolierfolie ergeben, bei der erfindungsgemäßen Spule ausgeschlossen. Darüber hinaus können die einzelnen Isoliersegmente vor dem Einbringen ohne weiteres auf ihre Qualität und Isolationsfähigkeit hin geprüft werden, sodass sichergestellt werden kann, dass nur für gut befundene Isoliersegmente eingelegt werden.
-
Hinsichtlich der querschnittlichen Geometrie der Wickelnut sind beliebige Formen denkbar. Beispielsweise kann die Wickelnut eine querschnittlich gesehen gebogene Form aufweisen. Bevorzugt ist jedoch die Wickelnut querschnittlich rechteckig ausgeführt, während gleichzeitig auch das Isoliersegment einen entsprechenden Querschnitt aufweist und einen Bodenabschnitt und zwei davon rechtwinklig abstehende Flankenabschnitte besitzt. Das heißt, die Querschnittsgeometrie eines Isoliersegments entspricht der Querschnittsgeometrie der Wickelnut, sodass eine vollständige exakte und formschlüssige Auskleidung sämtlicher Nutflächen möglich ist. Grundsätzlich jedoch sind auch andere Nut- und Segmentgeometrien denkbar. Dies ist insbesondere deshalb besonders einfach möglich, da das Isoliersegment ein Kunststoffformteil, insbesondere ein Kunststoffspritzteil ist. Als Kunststoff kann jedweder Kunststoff verwendet werden, der die geforderten Isoliereigenschaften bei den gegebenen Wandstärken eines Isoliersegments aufweist. Ferner wird für das Isoliersegment ein transparenter Kunststoff verwendet, da an diesem etwaige Fehlstellen oder Fremdeinschlüsse durch einfache optische Kontrolle zu erkennen sind. Als Kunststoff kann beispielsweise Polyamid (PA) verwendet werden, denkbar ist jedoch auch die Verwendung anderer Kunststoffe.
-
Zweckmäßigerweise sind randseitig parallel zur Trägerlängsachse verlaufende und den Träger am Nutrand übergreifende Randabschnitte an einem Isoliersegment vorgesehen. Über diese Randabschnitte wird zum einen die Isolierung auch etwas auf die Trägeroberfläche gezogen, zum anderen kann hierüber die Zu- und Abführung des Spulenleiters in die und aus der Wickelnut auf der Trägeroberfläche isoliert verlegt werden.
-
Zur Zu- und Abführung des Spulenleiters weist die Wickelnut üblicherweise eine seitliche Aufweitung auf, die in Form einer ausgefrästen seitlichen Tasche ausgeführt ist. Um auch hier eine vollständige Isolierung zu erhalten, ist in Weiterführung der Erfindung auch an einem Isoliersegment eine seitliche Aufweitung ausgebildet, die die seitliche Nutaufweitung, exakt deren Form entsprechend, auskleidet. Nachdem eine solche seitliche Nutaufweitung nur an einer Stelle der Wickelnut ausgebildet ist, muss auch nur an einem Isoliersegment eine solche seitliche Aufweitung vorgesehen sein.
-
Ein Isoliersegment sollte erfindungsgemäß um einen Winkel von wenigstens 30°, insbesondere von wenigstens 45° umlaufen. Je größer der Winkel ist, umso weniger Isoliersegmente sind erforderlich. Grundsätzlich ist es auch denkbar, ein Isoliersegment um 90° umzuführen, so dass lediglich vier Isoliersegmente erforderlich sind, selbst eine 180°-Ausführung, die lediglich zwei Isoliersegmente zur Bildung des Isolierrings benötigt, ist denkbar.
-
Zwangsläufig ergeben sich bei Verwendung vorgefertigter Isoliersegmente Stoßstellen an zwei aneinander grenzenden Isoliersegmenten. Grundsätzlich ist es denkbar, die Isoliersegmente im Endbereich so auszugestalten, dass sich die Isoliersegmentenden zweier aneinander stoßender. Isoliersegmente überlappen, so dass sie also quasi zwei übereinander liegende Segmentisolierlagen ergeben. Dies ist möglich, indem im Endbereich die Wandstärke jedes Isoliersegment halbiert wird und die aneinander grenzenden Randabschnitte in ihrer Geometrie entsprechend ausgeführt werden, so dass sie bei gegebener Wandstärkenverringerung überlappen, sich jedoch keine Stufe ergibt. Alternativ zur zumindest abschnittsweisen Überlappung ist es denkbar, die Stoßstellen der Isoliersegmente mittels einer bandförmigen flexiblen Isolierung, insbesondere einer Isolierfolie zu überdecken. In diesem Bereich kommt bei dieser Erfindungsalternative also beispielsweise eine Isolierfolie zum Einsatz, die jedoch nur ein kurzes Stück axial gesehen zu verlegen ist, um die Stoßstelle abzudecken. Die Befestigung kann beispielsweise durch Ankleben erfolgen, denkbar ist die Verwendung einer selbstklebenden Isolierfolie, auch eine adhäsive Fixierung durch Verwendung einer Adhäsionsfolie ist denkbar. Auch ein Anschweißen in einem Kunststoffschweißverfahren ist grundsätzlich möglich.
-
Neben der Spule selbst betrifft die Erfindung ferner ein Magnetresonanzgerät, umfassend wenigstens eine Spule der beschriebenen Art.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
-
1 eine Prinzipdarstellung eines Teils einer erfindungsgemäßen Spule einer Magnetresonanzanlage in einer Schnittdarstellung,
-
2 eine vergrößerte Detailansicht des Querschnitts durch ein erfindungsgemäß verwendetes Isoliersegment,
-
3 eine Seitenansicht eines Isoliersegments,
-
4 eine Stirnseitenansicht eines Isoliersegments, und
-
5 eine Aufsicht auf die Spule aus 1 im Bereich der seitlichen Aufweitung zur Zu- und Abführung des Spulenleiters.
-
1 zeigt eine erfindungsgemäße, vorzugsweise supraleitende Spule 1 einer Magnetresonanzeinrichtung in einer Teilansicht im Schnitt. Die Spule 1, bei der es sich beispielsweise um eine Primärspule oder eine Shimspule handelt, umfasst einen metallischen Spulenträger 2 zylindrischer Form, an dem im gezeigten Beispiel eine querschnittlich rechteckige, umlaufende und sich radial nach außen öffnende Wickelnut 3 vorgesehen ist. Bei einer Primärspule ist nur eine solche Wickelnut 3 vorgesehen, bei einer Shimspule sind nebeneinander, also axial versetzt, mehrere solcher Wickelnuten 3 vorgesehen. In diese Wickelnut 3 werden nun zur vollständigen Auskleidung derselben mehrere einzelne Isoliersegmente 4 eingelegt, von denen in 1 infolge der Schnittdarstellung lediglich zwei gezeigt sind. Insgesamt kommen, je nachdem, welchen Winkelbereich ein Isoliersegment 4 belegt, mehrere separate Isoliersegmente, die aneinander anschließen und einander zu einer Kreisringform ergänzen, zum Einsatz. Bei Verwendung von beispielsweise 30° umlaufenden Isoliersegmenten 4 sind insgesamt zwölf Isoliersegmente erforderlich, bei Verwendung von 45° umlaufenden Isoliersegmenten kommen acht Isoliersegmente zum Einsatz.
-
Ersichtlich entspricht die Querschnittsform eines Isoliersegments 4 exakt der Querschnittsform einer Wickelnut 3. Die Wickelnut 3 ist rechtwinklig und weist einen Nutboden 5 sowie zwei seitliche Nutflanken 6 auf. Entsprechend besitzt auch jedes Isoliersegment 4 einen Bodenabschnitt 7 sowie zwei seitlich davon rechtwinklig abstehende Flankenabschnitte 8. Im gezeigten Ausführungsbeispiel gehen die Flankenabschnitte 8 in sich axial erstreckende Randabschnitte 9 über, die ersichtlich in der Montagestellung auf der Oberfläche 10 des Trägers 2 aufliegen, mithin also die Isolierung in diesen Bereich führen. Wird also ein Isoliersegment 4 in die Wickelnut 3 eingesetzt, so wird diese vollständig und, nachdem die Größe eines Isoliersegments 4 exakt auf die Größe der Wickelnut abgestimmt ist, formschlüssig ausgekleidet. Im Bereich der Stoßstelle an zwei aneinander angrenzenden Isoliersegmenten 4 wird bevorzugt eine bandförmige Isolierfolie, die die Stoßstelle abdeckt und isoliert, aufgebracht, beispielsweise aufgeklebt, was hier nicht näher gezeigt ist. Diese Isolierfolie erstreckt sich entlang der Trägerlängsachse und ermöglicht auch im Stoßstellenbereich eine vollständige Isolierung.
-
Nach Einbringung der sich aus den mehreren Isoliersegmenten 4 zusammensetzenden Isolierung in die Wickelnut 3 wird nun der drahtförmige, vorzugsweise supraleitende Spulenleiter 11 eingewickelt, der von außen, auf einem der Randabschnitte 9 aufliegend, über eine geeignete seitliche Aufweitung 12, die zum einen in der Wickelnut 3 vorgesehen ist, zum anderen auch geometrieexakt an dem Isoliersegment 4 angeformt ist, zugeführt wird, wie in der Prinzipdarstellung in 5 gezeigt ist. Der Spulenleiter wird eingewickelt und anschließend mit seinem vorlaufenden Ende wieder aus der seitlichen Aufweitung 12 herausgeführt. Das heißt, auch in diesem Bereich ist eine vollständige Isolierung gegeben.
-
2 zeigt eine detaillierte Querschnittsansicht eines Isoliersegments 4. Gezeigt ist der Bodenabschnitt 7, der ersichtlich deutlich dünner ist als die Flankenabschnitte 8. Beispielsweise beträgt die Wandstärke des Bodenabschnitts 7 einen Millimeter oder weniger, bevorzugt 0,8 mm, während die Wandstärke eines Flankenabschnitts beispielsweise 3,5 mm bevorzugt 3 mm oder weniger beträgt. Gezeigt sind auch die Randabschnitte 9, deren Wandstärke beispielsweise ebenfalls 3,5 mm oder bevorzugt 3 mm beträgt.
-
Dargestellt ist ferner ein sich am in 2 rechts dargestellten Randabschnitt 9 anschließender weiterer Randabschnitt 13, der als Stufenabschnitt ausgebildet ist. Dieser Randabschnitt 13 ist bei der Herstellung einer Primärspule, die lediglich eine auszukleidende Wickelnut aufweist, nicht unbedingt erforderlich. Bei Herstellung einer Shimspule mit mehreren nebeneinander angeordneten auszukleidenden Wickelnuten kann über diesen stufenförmigen Randabschnitt ein Übergriff über den benachbarten Randabschnitt 9 eines die parallele Wickelnut auskleidenden Isoliersegments 4 erreicht werden.
-
3 zeigt eine Seitenansicht eines Isoliersegments 4, wie es in 2 dargestellt ist.
-
4 zeigt die entsprechende Stirnansicht. Ersichtlich ist hieraus die Bogenform eines solchen Isolierringsegments.
-
Die Isoliersegmente 4 selbst sind als vorgeformte Kunststoffteile, bevorzugt als Kunststoffspritzteile ausgeführt. Als Kunststoff wird ein transparenter Kunststoff, bevorzugt Polyamid, eingesetzt, der eine optische Qualitätskontrolle ermöglicht. Infolge der Ausführung der Isoliersegmente 4 aus Kunststoff ist ihre Herstellung sehr einfach, auch kann eine Anpassung an die Geometrie der Wickelnut und deren Größe ohne weiteres sehr exakt erfolgen.
-
Als Kunststoff kann jeder geeignete, die geforderten Isoliereigenschaften aufweisende Kunststoff verwendet werden. Der Kunststoff muss bei der Betriebstemperatur von ca. 4 K, auf die supraleitende Spule (der Spulenleiter ist aus einem supraleitenden Material) abgekühlt wird, eine hinreichende Duktilität aufweisen, so dass es hierbei wie auch im Betrieb zu keinen Verformungen, die gegebenenfalls zu Rissen führen, kommt.
