DE102007008515B4

DE102007008515B4 - Anordnung mit einem Grundfeldmagneten und mit einer Gradientenspule eines Magnetresonanzgeräts

Info

Publication number: DE102007008515B4
Application number: DE102007008515A
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: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2027-02-22
Also published as: US20080265888A1; US7692426B2; DE102007008515A1

Abstract

Anordnung mit einem Grundfeldmagneten (GFM) und mit einer Gradientenspule (GS) eines Magnetresonanzgeräts,
– bei der der Grundfeldmagnet (GFM) supraleitende Spulen (SS) aufweist, die zur Kühlung in einem Helium-Behälter (BEH) mit flüssigem Helium angeordnet sind,
– bei der der Helium-Behälter (BEH) von einem weiteren, als Outer Vacuum Chamber (CVC) bezeichneten Behälter umgeben ist,
– bei der zwischen der Outer Vacuum Chamber (OVC) und dem Helium-Behälter (BEH) Vakuum ist, und
– bei dem zwischen der Outer Vacuum Chamber (OVC) und dem Helium-Behälter (BEH) ein Kryoschild (KRY) angeordnet ist,
– bei der eine Gradientenspule (GS) im Innenraum des Grundfeldmagneten (GFM) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
– dass die Outer Vacuum Chamber (OVC) eine zusätzliche Beschichtung (BS) aus Kupfer aufweist.

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.
5 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 Outer Vacuum Chamber OVC bezeichnet.
Zwischen der Outer Vacuum Chamber OVC und dem Helium-Behälter BEH herrscht Vakuum. Zusätzlich ist zwischen der Outer Vacuum Chamber OVC und dem Helium-Behälter BEH ein so genannter Kryoschild KRY angeordnet.
Bei einer aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden Outer 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.
Aus der DE 101 27 822 A1 ist bekannt, bei einem Magnetresonanzgerät Zylindermäntel hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften derart aufeinander abzustimmen, dass eine mittlere Einheit eine Schwingungsübertragung von einer äußeren Einheit auf eine innere Einheit dämpft.
Aus der DE 102 29 491 A1 ist bekannt, ein Kernspintomographiegerät mit dämpfenden Schichtblechen zur Schwingungsreduktion auszustatten.
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.
Die erfindungsgemäße Anordnung weist einen Grundfeldmagneten und 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. Die Outer Vacuum Chamber weist eine zusätzliche Beschichtung aus Kupfer auf.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sowohl die Heliumabdampfung als auch das ”Epi N/2 ghosting” auf dem gleichen Ursprung von Energieübertragungen beruhen: sowohl Bewegungen der Gradientenspule als auch Streufelder der Gradientenspule üben einen großen Einfluss auf das ”ghosting” und auf die Heliumabdampfung aus.
Die Streufelder der Gradientenspule durchdringen die aus Stahl bestehende Outer Vacuum Chamber und treffen auf das Kryoschild. Durch Wirbelströme werden dort Bewegungen verursacht, so dass letztlich die Heliumabdampfung und das ”Epi N/2 ghosting” verursacht wird.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird ereicht, dass Streufelder der Gradientenspule den Kryoschild nicht erreichen. Zu diesem Zweck weist die Outer Vacuum Chamber eine zusätzliche Beschichtung auf. Diese Beschichtung besteht aus Kupfer.
Aufgrund des Skineffekts ist diese Beschichtung bereits ausreichend, dass Streufelder der Gradientenspule die eigentliche Outer Vacuum Chamber nicht erreichen sondern bereits im Vorfeld abgeleitet werden oder nach Durchdringung der Outer Vacuum Chamber vor erreichen des Kryoschilds absorbiert werden.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird die Outer Vacuum Chamber zusätzlich in ihrer Form versteift, um sekundäre Streufelder, die durch Vibrationen erzeugt werden, zusätzlich zu reduzieren.
Beispielsweise wird die bislang verwendete einfache Zylinderform der Outer Vacuum Chamber mit Versteifungsstreben oder Versteifungsringen versehen.
Alternativ dazu ist es auch möglich, die beispielsweise zylinderförmig ausgestaltete Outer Vacuum Chamber in einem entsprechend stabilen Mehrschichtaufbau auszubilden, wobei eine Schicht die oben genannte hohe Leitfähigkeit aufweist. Vorteilhafterweise ist dies die äußerste Schicht.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung und entsprechende Materialwahl fallen Eigenfrequenzen der erfindungsgemäßen Outer Vacuum Chamber nicht mit Eigenfrequenzen des Kryoschilds zusammen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 eine erfindungsgemäß ausgestaltete Outer Vacuum Chamber mit zusätzlicher Beschichtung,
2 eine vorteilhafte Weiterbildung der Outer Vacuum Chamber mit Beschichtung und Längsverstrebung,
3 eine vorteilhafte Weiterbildung der Outer Vacuum Chamber mit Beschichtung und Querverstrebung,
4 eine vorteilhafte Weiterbildung der Outer Vacuum Chamber mit Beschichtung und spiralförmiger Verstrebung, und
5 den in der Beschreibungseinleitung genannten grundsätzlichen Aufbau eines zentralen Teils des Magnetresonanzgeräts gemäß dem Stand der Technik.
1 zeigt eine erfindungsgemäß ausgestaltete, zylindrische Outer Vacuum Chambers OVC mit zusätzlicher Beschichtung BS.
Die Beschichtung BS ist galvanisch oder mechanisch oder auch mittels Klebeverbindung auf die Oberfläche der Outer Vacuum Chamber OVC aufgebracht. Die Beschichtung BS weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf und ist beispielsweise aus Aluminium oder bevorzugt aus Kupfer, wenn die Outer Vacuum Chamber OVC aus Stahl gefertigt ist.
Zur Ableitung ist die Beschichtung BS geerdet bzw. mit einem Ausgleichspotential verbunden.
2 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der Outer Vacuum Chamber OVC aus 1 mit Beschichtung BS und mit linear ausgestalteten Längsverstrebungen LVS.
Die Längsverstrebungen LVS sind umlaufend um den Zylinder angeordnet und verlaufen beispielsweise parallel zur Längssymmetrieachse der zylinderförmigen Outer Vacuum Chamber OVC.
3 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der Outer Vacuum Chamber OVC mit Beschichtung BS und mit kreisförmig umlaufenden Querverstrebungen KVS.
Die kreisförmigen Querverstrebungen KVS sind gleichmäßig als Ringe über die Länge der zylinderförmigen Outer Vacuum Chamber OVC verteilt.
4 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung der Outer Vacuum Chamber OVC mit Beschichtung BS und mit einer spiralförmig um die zylinderförmige Outer Vacuum Chamber OVC umlaufende Verstrebung SVS.

Claims

Anordnung mit einem Grundfeldmagneten (GFM) und mit einer Gradientenspule (GS) eines Magnetresonanzgeräts, – bei der der Grundfeldmagnet (GFM) supraleitende Spulen (SS) aufweist, die zur Kühlung in einem Helium-Behälter (BEH) mit flüssigem Helium angeordnet sind, – bei der der Helium-Behälter (BEH) von einem weiteren, als Outer Vacuum Chamber (CVC) bezeichneten Behälter umgeben ist, – bei der zwischen der Outer Vacuum Chamber (OVC) und dem Helium-Behälter (BEH) Vakuum ist, und – bei dem zwischen der Outer Vacuum Chamber (OVC) und dem Helium-Behälter (BEH) ein Kryoschild (KRY) angeordnet ist, – bei der eine Gradientenspule (GS) im Innenraum des Grundfeldmagneten (GFM) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, – dass die Outer Vacuum Chamber (OVC) eine zusätzliche Beschichtung (BS) aus Kupfer aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Beschichtung (BS) elektrisch leitend mit der Outer Vacuum Chamber (OVC) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Beschichtung (BS) galvanisch oder mechanisch oder mittels einer Klebeverbindung mit der Outer Vacuum Chamber (OVC) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Beschichtung (BS) elektrisch leitend mit einem Ausgleichspotential verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Outer Vacuum Chamber (OVC) durch Versteifungsmittel zusätzlich in ihrer Form versteift ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Outer Vacuum Chamber (OVC) Versteifungsstreben und/oder Versteifungsringe aufweist.
Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Versteifungsmittel die zusätzliche Beschichtung (BS) zumindest teilweise überdecken.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Outer Vacuum Chamber (OVC) zur Versteifung in einer stabilen Mehrschichtaufbauweise ausgebildet ist.