DE102007008513A1

DE102007008513A1 - Anordnung mit einem Grundfeldmagneten und mit einer Gradientenspule eines Magnetresonanzgeräts

Info

Publication number: DE102007008513A1
Application number: DE102007008513A
Authority: DE
Inventors: Peter Dietz; Andreas Dr. Krug; Mark James Le Feuvre; Annette Dr. Lohfink; Thorsten Dr. Speckner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-02-21
Publication date: 2008-08-28
Also published as: US20080197850A1; US7535225B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Grundfeldmagneten und mit einer Gradientenspule eines Magnetresonanzgeräts, bei dem der Grundfeldmagnet supraleitende Spulen aufweist, die zur Kühlung in einem Behälter mit flüssigem Helium angeordnet sind. Der Helium-Behälter ist von einem weiteren, als Outer Vacuum Chamber bezeichneten Behälter umgeben. Zwischen der Outer Vacuum Chamber und dem Helium-Behälter ist Vakuum. Zwischen der Outer Vacuum Chamber und dem Helium-Behälter ist ein Kryoschild angeordnet. Die Gradientenspule ist im Innenraum des Grundfeldmagneten angeordnet. Der Kryoschild weist zusätzliche Mittel zur Versteifung auf, die Vibrationen des Kryoschilds entgegenwirken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem Grundfeldmagneten und mit einer Gradientenspule eines Magnetresonanzgeräts gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Magnetresonanzgeräten wird ein Messobjekt einem starken, konstanten Magnetfeld ausgesetzt, um eine Ausrichtung der Kernspins der Atome im Messobjekt zu erreichen. Mit Hilfe von eingestrahlten Hochfrequenzwellen können "geordnete" bzw. ausgerichtete Kernspins zu einer Schwingung (Resonanzfrequenz) angeregt werden. Durch die Schwingung wird ein hochfrequentes Antwortsignal angeregt, das mit Hilfe einer Empfangsspule zur späteren Analyse aufgenommen wird.
Für die Bildrekonstruktion ist eine exakte Information über den jeweiligen Entstehungsort (Ortsinformation) des HF-Antwortsignals eine zwingende Voraussetzung. Diese Ortsinformation wird durch magnetische Zusatzfelder (magnetische Gradientenfelder) zum statischen Magnetfeld entlang der drei Raumrichtungen gewonnen. Die Gradientenfelder sind im Vergleich zum Hauptfeld klein und werden durch Gradientenspulen gebildet.
Gradientenspulen für Magnetresonanzgeräte bestehen im Wesentlichen aus dreiachsigen Magnetfeldspulen. Jede Gradientenspule wird typischerweise von einem impulsförmigen Strom in der Größenordnung von mehreren hundert Ampere (bei elektrischen Spannungen bis 2 kV) durchflossen. Durch den ohmschen Widerstand der Spule wird eine beträchtliche Energiemenge in Wärme umgewandelt, die zur Vermeidung einer zu starken Erwärmung der Gradientenspule und des Innenraums des Magnetresonanzgeräts, in dem der Patient liegt, abzuführen ist.
4 zeigt einen grundsätzlichen Aufbau eines zentralen Teils eines Magnetresonanzgeräts.
Ein Grundfeldmagnet GFM des Magnetresonanzgeräts weist primäre und sekundäre supraleitende Spulen SS auf, die zur Kühlung in einem abgeschlossenen Behälter BEH mit flüssigem Helium angeordnet sind.
Der Helium-Behälter BEH ist von einem weiteren Behälter umgeben, der beispielsweise kesselförmig ist und beispielsweise aus Edelstahl gefertigt ist. Dieser kesselförmige Behälter wird als "Guter Vacuum Chamber" OVC bezeichnet.
Zwischen der "Guter Vacuum Chamber" OVC und dem Helium-Behälter BEH herrscht Vakuum. Zusätzlich ist zwischen der "Guter Vacuum Chamber" OVC und dem Helium-Behälter BEH ein so genannter "Kryoschild" KRY angeordnet.
Bei einer aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden "Guter Vacuum Chamber" OVC werden aufgrund der Leitfähigkeit Einwirkungen von Gradientenspulen-Streufeldern auf den "Kryoschild" reduziert.
Mittels Tragelementen ist eine zylinderförmige Gradientenspule GS im Innenraum des Grundfeldmagneten GFM konzentrisch eingesetzt, wobei die Gradientenspule GS auf einem Tragrohr befestigt ist.
Bei der Gradientenspule werden Stromanstiegsraten in der Größenordnung von 2500 kA/s durch Schaltung von Strömen in der Gradientenspule bzw. im Gradientensystem realisiert.
Im starken Magnetfeld des Grundfeldmagneten treten durch die Schaltvorgänge Lorentzkräfte auf, die starke mechanische Schwingungen erzeugen. Alle an das Gradientensystem angekoppelten Systemkomponenten, wie beispielsweise Gehäuse, Abdeckungen, Anteile des Grundfeldmagneten, usw., werden dadurch ebenfalls zu Schwingungen angeregt.
In leitfähigen Strukturen, die die Gradientenspule umgeben, werden durch gepulste Felder der Gradientenspule ebenfalls Wirbelströme erzeugt. Diese Wirbelströme regen durch Wechselwirkung mit dem Grundmagnetfeld Kräfte an, die auf die Strukturen einwirken und diese ebenfalls zum schwingen anregen.
Durch die Schwingungen wird beim Betrieb des Magnetresonanzgeräts ein starker Luftschall erzeugt, der als Lärm den Patienten, das Bedienungspersonal und anderen Personen in der Nähe der Anlage belästigt.
Außerdem werden durch die Vibrationen der Gradientenspule und des Grundfeldmagneten sowie der Übertragung der Vibrationen auf HF-Empfangsantenne und Patientenliege unzureichende klinische Bildqualitäten, die unter dem Begriff "ghosting" bekannt sind, bei der Untersuchung verursacht.
So genanntes "Epi N/2 Ghosting" wird verursacht, wenn durch magnetische Felder Wirbelströme, damit Kräfte und damit Bewegungen in hochleitfähigen Schichten verursacht werden – beispielsweise im "Kryoschild".
Durch diese Bewegung entstehen sekundäre Wirbelströme, deren Feldwirkung die Bildgebung stört und die auch zur Heliumabdampfung führen. Diese wird als "Helium-Boiloff" bezeichnet, wobei durch ohmsche Wärme das flüssige Helium aufgeheizt und verdampft wird. Durch die Abdampfung ist es notwendig, unter hohen Kosten eine entsprechende Menge an flüssigem Helium nachzuführen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine hinsichtlich des "Helium-Boiloff" und der "epi N/2 Geistintensität" verbesserte, kostengünstige Anordnung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass die Heliumabdampfung im Wesentlichen durch Schwingungen bzw. Vibrationen des zylinderförmigen Kryoschilds verursacht wird.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist einen Grundfeldmagneten und eine Gradientenspule eines Magnetresonanzgeräts auf. Der Grundfeldmagnet weist supraleitende Spulen auf, die zur Kühlung in einem Behälter mit flüssigem Helium angeordnet sind.
Der Helium-Behälter ist von einem weiteren, als Outer Vacuum Chamber bezeichneten Behälter umgeben.
Zwischen der Outer Vacuum Chamber und dem Helium-Behälter ist Vakuum. Zwischen der Outer Vacuum Chamber und dem Helium-Behälter ist ein Kryoschild angeordnet. Die Gradientenspule ist im Innenraum des Grundfeldmagneten angeordnet.
Der Kryoschild weist zusätzliche Mittel zur Versteifung auf, die den Vibrationen des Kryoschilds entgegenwirken.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung werden also die Vibrationen des Kryoschilds reduziert.
Zusätzlich wird eine Reduzierung von sekundären Wirbelströmen erreicht, die zur Vibration beitragen.
Bei einer ersten Ausgestaltung wird für den Kryoschild eine komplexe, steife Form gewählt. So ist es beispielsweise möglich, am Kryoschild Versteifungsstreben und/oder Verstrebungsringe anzubringen.
Bei einer zweiten Ausgestaltung wird der Kryoschild durch thermische Kontraktion vorgespannt. Dabei wird der Kryoschild beispielsweise aus zwei übereinander liegenden Lagen aus jeweils unterschiedlichem Material gefertigt. Bei Raumtemperatur liegen die beiden Lagen übereinander und weisen daher einen möglichst ähnlichen Nenndurchmesser auf.
Eine erste Lage ist beispielsweise aus einem Material gefertigt, das – bezogen auf eine zweite Lage – eine stärkere thermische Kontraktion bzw. ein stärkeres thermisches Kontraktionsvermögen aufweist. Diese erste Lage weist im Bezug auf den Nenndurchmesser einen etwas größeren Radius auf.
Die zweite Lage ist aus einem Material gefertigt, das – bezogen auf die erste Lage – eine entsprechend geringere thermische Kontraktion bzw. ein geringeres thermisches Kontraktionsvermögen aufweist. Diese zweite Lage weist entweder den Nenndurchmesser oder einen darauf bezogenen kleineren Radius auf.
Werden die beiden Lagen abgekühlt – beispielsweise auf eine Betriebstemperatur von 50°K – so zieht sich aufgrund des stärkeren Kontraktionsvermögens die erste Lage stärker zusammen als die zweite Lage, wodurch die erste Lage fest auf die zweite Lage gepresst wird. Damit sind beide fest miteinander verbunden.
Durch die thermische Kontraktion der beiden Lagen entsteht ein thermisch vorgespannter, steifer Kryoschild.
Bei einer dritten Ausgestaltung ist der Kryoschild als Mehrschichtaufbau ausgebildet. Dabei weist der Kryoschild eine sehr steife Lage auf, die durch ihre Steifigkeit den Vibrationen des Kryoschilds entgegenwirkt und diese reduziert.
Bei einer vierten Ausgestaltung ist es möglich, den Kryoschild über dämpfende bzw. energieabsorbierende Elemente aufzuhängen, so dass wiederum Vibrationen des Kryoschilds reduziert werden.
Abschließend ist es möglich, Übertragungen von Vibrationen von der inneren Zylinderwand des Kryoschildes zu den Stirnflächen zu reduzieren, indem beispielsweise ein mechanischer Impedanzsprung beim Übergang durchgeführt wird.
Beispielsweise wird an den beiden Stirnseiten des Kryoschilds ein Masseklotz angeordnet, mit dem Vibrationen zurück reflektiert werden, so dass eine zumindest teilweise Auslöschung der Vibrationen erfolgen kann.
Die genannten Maßnahmen zur Stabilisierung des Kryoschilds können einzeln oder miteinander kombiniert angewendet werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Kryoschild mit Längsverstrebungen,
2 ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Kryoschild mit Querverstrebungen,
3 ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Kryoschild mit einer spiralförmigen Verstrebung, und
4 den in der Beschreibungseinleitung genannten grundsätzlichen Aufbau eines zentralen Teils des Magnetresonanzgeräts gemäß dem Stand der Technik.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kryoschild KS mit linear ausgestalteten Längsverstrebungen LVS.
Die Längsverstrebungen LVS sind umlaufend um den zylinderförmigen Kryoschild KS angeordnet und verlaufen beispielsweise parallel zur Längssymmetrieachse des Zylinders.
2 zeigt ein erfindungsgemäßes Kryoschild KS mit kreisförmig umlaufenden Querverstrebungen KVS.
Die kreisförmigen Querverstrebungen KVS sind gleichmäßig als Ringe über die Länge des Zylinders verteilt.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Kryoschild KS mit einer spiralförmig um den Zylinder umlaufende Verstrebung SVS.

Claims

Anordnung mit einem Grundfeldmagneten und mit einer Gradientenspule eines Magnetresonanzgeräts, – bei dem der Grundfeldmagnet supraleitende Spulen aufweist, die zur Kühlung in einem Behälter mit flüssigem Helium angeordnet sind, – bei dem der Helium-Behälter von einem weiteren, als Outer Vacuum Chamber bezeichneten Behälter umgeben ist, – bei dem zwischen der Outer Vacuum Chamber und dem Helium-Behälter Vakuum ist, – bei dem zwischen der Outer Vacuum Chamber und dem Helium-Behälter ein Kryoschild angeordnet ist, und – bei dem die Gradientenspule im Innenraum des Grundfeldmagneten angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, – dass der Kryoschild zusätzliche Mittel zur Versteifung aufweist, die Vibrationen des Kryoschilds entgegenwirken.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsmittel als Versteifungsstreben und/oder als Versteifungsringe ausgestaltet sind, die am Umfang der inneren Schale angeordnet sind.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kryoschild mit Hilfe einer thermischen Kontraktion zur Versteifung vorgespannt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kryoschild als Mehrschichtaufbau ausgestaltet ist, wobei zumindest eine Schicht des Mehrschichtaufbaus als Versteifungsmittel verwendet wird.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kryoschild als Mehrschichtaufbau ausgestaltet ist, wobei zumindest eine Schicht des Mehrschichtaufbaus zur Dämpfung von mechanischen Vibrationen ausgestaltet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kryoschild über dämpfende und/oder energieabsorbierende Elemente als Versteifungsmittel aufgehängt ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer inneren Wand des Kryoschilds und dessen Stirnflächen ein Masseklotz angeordnet ist, der entstandene Vibrationen der inneren Wand zur Auslöschung in die Wand zurückreflektiert.