DE102008037507A1

DE102008037507A1 - Magnetanordnung für eine Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102008037507A1
Application number: DE102008037507A
Authority: DE
Inventors: Xianrui Huang; Minfeng Xu; Evangelos T. Laskaris; Paul S. Thompson; Bulent Aksel; Kathleen M. Amm; Anbo Wu; Yan Zhao
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2028-11-01
Also published as: US7498814B1; JP4686588B2; JP2009106742A; DE102008037507B4

Abstract

Eine Magnetanordnung (52) für eine Magnetresonanz-Bildgebungs(MR-Bildgebungs)-Vorrichtung (10) enthält ein Vakuumgefäß (72), das einen inneren Zylinder (90), einen äußeren Zylinder (88) und ein paar von konisch zulaufenden Flanschen (92, 94) enthält, die den inneren und den äußeren Zylinder (90, 88) verbinden. Der innere Zylinder (90) ist aus einem Kompositmaterial hergestellt. Der äußere Zylinder (88) und die Flansche (92, 94) sind aus unterschiedlichen magnetischen Segmenten (88a, 92a) zusammengesetzt, die einen magnetischen Flussrückpfad mit niedrigen Wirbelströmen bilden. Die Segmente (88a, 92a) sind miteinander verbunden und elektrisch voneinander isoliert. Ein Behälter (112), eine thermische Abschirmung (114) und eine supraleitende Magnetspulen-Anordnung (86) sind innerhalb des Vakuumgefäßes (72) angeordnet. Die supraleitende Magnetspulen-Anordnung (86) enthält nicht leitende zylindrische Strukturen (102) und supraleitende Spulen (106). Ein thermisch leitendes Kabel (108) ist um die zylindrische Struktur (102) und die Spulen (106) gewickelt, um eine thermisch leitende Umhüllende zu bilden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein supraleitende Magnete und insbesondere eine supraleitende Magnetanordnung mit einem niedrigen Wirbelstrom für ein Magnetresonanz-Bildgebungs-Vorrichtung (MR-Bildgebungsapparat).
Es gibt eine Anzahl von Anwendungen für supraleitende Magnete. Beispielsweise nutzen Magnetresonanz-Bildgebungs-Vorrichtungen supraleitende Magnete, um ein starkes gleichförmiges Magnetfeld zu erzeugen, innerhalb dessen ein Patienten oder anderes Objekt platziert ist. Magnetische Gradientenspulen und Hochfrequenz-Übertrager- und Empfängerspulen beeinflussen gyromagnetische Materialien in dem Objekt, um Signale zu auszulösen, die verwendet werden können, um verwendbare Bilder zu erstellen. Andere Systeme, die derartige Spulen verwenden, beinhalten Spektrometersysteme, magnetische Energiespeicher und supraleitende Generatoren.
In vielen supraleitenden Magnetanordnungen ist ein supraleitender Magnet in einem Vakuumgefäß angeordnet, das den Magneten während des Betriebes von der Umgebung isoliert. Das Vakuumgefäß der Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung und ähnlichen Magneten ist allgemein aus Komponenten gefertigt, die während der Montage der Magnete zusammengeschweißt werden, um eine Druck führende Umschließung zu bilden. Die Funktion des Vakuumgefäßes eines MR- Bildgebungsmagneten ist es, einen vernünftigen Druckeinschluss zum Aufrechterhalten eines geeigneten Vakuumbetriebs aufrecht zu erhalten. Bekannte Vakuumgefäße gemäß dem Stand der Technik sind im Allgemeinen aus Metallen, wie beispielsweise Stahl, Kohlenstoffstahl und Aluminium gefertigt. Während die Metallvakuumgefäße eine genügend große Festigkeit aufweisen, um den Vakuumkräften zu widerstehen, erzeugen diese Wirbelströme und unerwünschte Feldstörungen in dem Bildgebungsvolumen, wenn dies einem Wechselfeld ausgesetzt wird.
Die kalte Masse eines konventionellen supraleitenden Magneten besteht aus einer oder mehreren supraleitenden Spulen, einer Spulenhalterungsstruktur und einem Heliumgefäß. Das Heliumgefäß ist ein Druckgefäß, das innerhalb des Vakuumgefäßes zur thermischen Isolierung angeordnet ist. Typischerweise erzeugt das flüssige Helium in dem Heliumgefäß die Kühlung für die Spulen, und hält die kalte Masse für den supraleitenden Betrieb bei einer Temperatur von ungefähr 4.2 Kelvin. Die Spulen selbst sind um eine Spulenhalterungsstruktur gewickelt.
Metalle, wie beispielsweise Edelstahl oder Aluminium, werden gewöhnlich verwendet, um das Heliumgefäß herzustellen. Wenn der Magnet in einer Wechselfeldumgebung betrieben wird, werden Wirbelströme in diesen Metallkomponenten erzeugt, die Wirbelstromverluste erzeugen. Die Wirbelstromverluste werden der kommen zu der Wärmelast des Kühlsystems hinzu, da die Wirbelströme bei den kryostatischen Temperaturen Wärme erzeugen, die zu entfernen teuer ist. Für bestimmte supraleitende Magnetanwendungen sind diese Wirbelstromverluste bedeutend und sollten wenn möglich minimiert oder eliminiert werden.
Folglich gibt es einen Bedarf zur Reduzierung der Feldeffektverluste bedingt durch Wirbelströmen, während eine ausreichenden Kühlung für die supraleitenden Magnete bereitgestellt wird.
KURZE BESCHREIBUNG
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist eine Magnetanordnung für eine Magnetresonanz-Bildgebungs-Vorrichtung ein Vakuumgefäß auf, das einen inneren Zylinder, einen äußeren Zylinder, der konzentrisch um den inneren Zylinder angeordnet ist, und ein Paar von Flanschen aufweist, das den inneren und den äußeren Zylinder verbindet. Der äußere Zylinder und das Paar von Flanschen weist mehrere Segmente auf, die aus einem magnetischen Material hergestellt sind, die wiederum miteinander fest verbunden oder gebondet und elektrisch voneinander isoliert sind. Eine supraleitende Magnetanordnung ist innerhalb des Vakuumgefäßes angeordnet und eine thermische Abschirmung ist innerhalb des Vakuumgefäßes angeordnet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Magnetanordnung für eine Magnetresonanz-Bildgebungs-Vorrichtung ein Vakuumgefäß auf, das einen inneren Zylinder, einen äußeren Zylinder, der konzentrisch um den inneren Zylinder angeordnet ist, und ein Paar von Flanschen zum Verbinden des inneren und des äußeren Zylinders aufweist. Eine thermische Abschirmung ist innerhalb des Vakuumgefäßes angeordnet und innerhalb des Vakuumgefäßes ist eine supraleitende Magnetanordnung angeordnet. Die supraleitende Magnetanordnung weist eine Anzahl von supraleitenden Spulen auf, die axial positioniert sind, und durch einen elekt risch nicht leitenden zylindrischen Abstandshalter oder Spacer gehaltert oder unterstützt werden, und ein thermisch leitendes Kabel ist um die zylindrische Struktur und die supraleitenden Spulen gewickelt, um eine thermisch leitende Umhüllende oder Umhüllung zu bilden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist eine Magnetanordnung für eine Magnetresonanz-Bildgebungs-Vorrichtung ein Vakuumgefäß auf, das einen inneren Zylinder, einen äußeren Zylinder, der konzentrisch um den inneren Zylinder angeordnet ist, und ein Paar Flansche zum Verbinden des inneren und des äußeren Zylinders auf. Eine thermische Abschirmung ist innerhalb des Vakuumgefäßes angeordnet. Die supraleitende Magnetanordnung ist innerhalb des Vakuumgefäßes angeordnet. Die supraleitende Magnetanordndung weist eine Anzahl von supraleitenden Spulen auf. Ein Container oder Behälter ist innerhalb des Vakuumgefäßes angeordnet, der mindestens eine Kühlungsröhre aufweist, die mit diesem verbunden ist, wobei mindestens eine Kühlungsröhre in der Nähe der supraleitenden Magnetanordnung angeordnet ist, um die Kühlung für die supraleitenden Spulen zu schaffen.
Weiteres Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachfolgende genauere Beschreibung und die Zeichnung deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Zeichnung stellt bevorzugte Ausführungsformen dar, die gegenwärtig zum Ausführen der Erfindung verwendet werden.
In der Zeichnung ist:
1 ein schematisches Blockdiagramm einer Magnetresonanz-Bildgebungs-(MR-Bildgebungs-)Vorrichtung mit einem Vakuumgefäß gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 eine Seitenansicht einer exemplarischen Magnetanordnung zur Verwendung in der MR-Bildgebungsvorrichtung von 1.
3 eine Querschnittsansicht der Magnetanordnung entlang der Linie 3-3 von 2.
4 eine perspektivische Seitenansicht eines äußeren Zylinder, der in 4 gezeigt ist.
5 eine frontale Ansicht eines Segmentes des in 4 gezeigten äußeren Zylinders.
6 eine perspektivische Seitenansicht eines Flansches des Vakuumgefäßes zur Verwendung in der MR-Bildgebungsvorrichtung von 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
7 eine Frontansicht des Segmentes des in 6 gezeigten Flansches.
8 eine Seitenansicht des Segmentes des in 7 gezeigten Flansches.
9 eine perspektivische Ansicht einer supraleitenden Spulenanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
GENAUERE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf 1 weist die supraleitende Magnetvorrichtung 10 in einem Beispiel ein supraleitendes Magnetsystem in einer Wechselfeld-Umgebung auf. Beispielhafte supraleitende Magnetvorrichtungen enthalten einen Transformator oder Stromwandler, einen Generator, einen Motor, supraleitende Magnetenergiespeicher (SMES) und/oder eine Magnetresonanz-Vorrichtung. Obwohl ein konventioneller MR-Magnet in einem Gleichstrommodus arbeitet, können einige MR-Magnete in einem Magnetwechselfeld von Gradientenspulen arbeiten, wenn das Gradientenleckagefeld in dem Magnet hoch ist. Ein derartiges magnetisches Wechselfeld erzeugt Wirbelstromverluste in dem Magneten, Wirbelströme und unerwünschte Feldstörungen in dem Bildgebungsvolumen. Eine erläuternde Diskussionen der beispielhaften Details einer Magnetresonanz und/oder Magnetresonanz-Bildgebungsanlage und/oder Vorrichtung wird lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung dargelegt.
Die Bedienung der MR-Vorrichtung wird von einer Bedienkonsole 12 gesteuert, die eine Tastatur oder ein anderes Eingabegerät 13, ein Steuerpult 14 und einen Darstellungsbildschirm 16 enthält. Die Konsole 12 kommuniziert durch einen Verbindung 18 mit einer separaten Computerein richtung 20, die es einem Bediener ermöglicht die Erzeugung und Darstellung von Bildern auf dem Darstellungsbildschirm 16 zu steuern. Die Computereinrichtung 20 enthält eine Anzahl von Modulen, die miteinander durch eine Rückwand oder Backplane 20a kommunizieren. Diese enthält ein Bildverarbeitungs-Modul 22, ein CPU-Modul 24 und ein Speicher-Modul 26 zum Speichern von Bilddaten-Array, das im Stand der Technik als Framebuffer bekannt ist. Die Computereinrichtung 20 ist mit einem Plattenspeicher 20 und einem Bandgerät 30 zum Speichern von Bilddaten und Programmen verbunden, und kommuniziert mit einer separaten Vorrichtungssteuerung 32 durch eine serielle Hochgeschwindigkeitsverbindung 34. Die Eingabeeinrichtung 13 enthält eine Maus, einen Joystick, eine Tastatur, einen Trackball, einen berührungsempfindlichen aktivierten Bildschirm, eine Lichtwand, eine Stimmeingabe oder jede ähnliche oder gleichwertiges Eingabeeinrichtung, und kann zur interaktiven Geometrie-Vorschrift verwendet werden.
Die Vorrichtungssteuerung 32 enthält einen Satz von Modulen, die durch eine Rückwand oder Backplane 32a miteinander verbunden sind. Diese enthält ein CPU-Modul 26 und ein Pulsgenerator-Modul 38, das die Bedienkonsole 12 durch eine serielle Verbindung 40 verbindet. Durch die Verbindung 40 empfängt die Vorrichtungssteuerung 32 Befehle von dem Bediener, um die Scan-Sequenz anzuzeigen, die durchgeführt wird. Der Pulsgenerator 38 bedient die Vorrichtungskomponenten, um die gewünschte Scan-Sequenz auszuführen und Daten zu erzeugen, die das Timing und die Stärke und Gestalt der Hochfrequenz-Impulse (HF-Impulse) erzeugt, und das Timing und die Länge des Datenakquisitionsfensters. Das Pulsgenerator-Modul 38 verbindet einen Satz von Gradientenverstärker 42, um das Timing und die Gestalt der Gradientenimpulse anzuzeigen, die während des Scans erzeugt werden. Der Pulsgenerator 38 kann ebenso Patientendaten aus einem Physiologischen Akquisitionskontroller 44 empfangen, der Signale von einer Anzahl von verschiedenen Sensoren empfängt, die mit dem Patienten verbunden sind, wie beispielsweise EKG-Signale von Elektroden, die mit dem Patienten verbunden sind. Und letztendlich ist das Pulsgenerator-Modul 38 mit einer Scanraum-Schnittstellenschaltung 46 verbunden, die Signale von verschiedenen Sensoren empfängt, die den Zustand des Patienten und des Magnetsystems betreffen. Durch die Scanraum-Schnittstelle 46 empfängt ein Patientenpositioniersystem 48 Befehle, um den Patient auf eine gewünschte Position zum Scannen zu bewegen. Die Gradientenkurvenform, die durch das Pulsgenerator-Modul 38 erzeugt wird, wird auf das Gradientenverstärkersystem 42 mit den Gx-, Gy-, Gz-Verstärkern angewendet.
Eine Magnetanordnung 50 enthält eine Gradientenspulenanordnung 52, einen polarisierenden Magneten 54 und eine Ganzkörper-HF-Spule 56. Jeder Gradientenverstärker regt eine zugehörige physikalische Gradientenspule in der Gradientenspulenanordnung 52 an, um die Magnetfeldgradienten zu erzeugen, die für die räumliche Kodierung der akquirierten Signale verwendet werden. Ein Transceiver-Modul oder Sende-/Empfangs-Modul 58 in der Vorrichtungssteuerung 32 erzeugt Impulse, die durch einen HF-Verstärker 60 verstärkt werden, und in die HF-Spule 56 durch einen Sende/Empfangs-Schalter (transmit/receive switch: T/R-Schalter) 62 gekoppelt werden. Die resultierenden Signale, die durch die angeregten Kerne in dem Patienten emittiert werden, können durch dieselbe HF-Spule 56 detektiert werden und durch den Sende/Empfangs-Schalter 62 mit einem Vorverstärker 64 gekoppelt werden. Die verstärkten MR-Signale werden demoduliert, gefiltert und in der Empfängereinheit des Transceivers 58 digitalisiert. Der Sende/Empfangs-Schalter 62 wird durch ein Signal von dem Pulsgenerator-Modul 38 gesteuert, um elektrisch den HF-Verstärker 60 mit der HF-Spule 56 während des Übertragungsmodus zu verbinden, und um den Vorverstärker 64 mit der Spule 56 während des Empfangsmodus zu verbinden. Der Sende/Empfangs-Schalter 62 kann es ebenfalls eine separate HF-Spule (beispielsweise eine Oberflächenspule) ermöglichen entweder im Übertrager oder im Empfangsmodus verwendet zu werden.
Die MR-Signale, die durch die HF-Spule 56 aufgenommen werden, werden durch das Transceiver-Modul 58 digitalisiert und zu einem Speicher-Modul 66 in der Systemsteuerung 32 übertragen. Ein Scan ist vollständig, wenn ein Array von Reihen von k-Raumdaten in dem Speichermodul 66 akquiriert ist. Diese k-Raum-Daten werden in einem separaten k-Raum-Daten-Arrays für jedes Bild gespeichert, das rekonstruiert wird, und jedes dieser wird in ein Array-Prozessor 68 eingegeben, der arbeitet, um die Daten einer Fouriertransformation zu unterziehen und in ein Array von Bilddaten zu transformieren. Diese Bilddaten werden durch die serielle Verbindung 34 in das Rechnersystem 20 überführt, wo diese in dem Speicher gespeichert werden, wie beispielsweise einem Plattenspeicher 28. Als Antwort auf Befehle, die von der Bedienkonsole 12 empfangen werden, können diese Bilddaten in einem Langzeitspeicher archiviert werden, wie beispielsweise einem Magnetbandgerät 30, oder diese können weiter durch einen Bildprozessor 22 bearbeitet und an die Bedienkonsole 12 weitergegeben und auf dem Bildschirm 16 dargestellt werden.
Bezug nehmend auf die 2 und 3 enthält die Magnetanordnung 50 ebenfalls ein Vakuumgefäß 72, das eine Öffnung 74 definiert. Wie von dem Fachmann erkannt wird, wird in einer Bildgebungsanwendung ein Objekt in der Öffnung 74 positioniert (1). Folglich schafft die Öffnung 74 Zugang zu dem Bildgebungsvolumen für ein Objekt. Ein Behälter oder Container 112, der Kältemittel oder Kryogen enthält, wie beispielsweise flüssiges Helium oder Ähnliches, wird innerhalb des Gefäßes 72 positioniert. In einer Ausführungsform weist der Behälter 112 einen zylindrischen oder einen elliptischen Tank auf, der aus einem geeigneten Material hergestellt ist, wie beispielsweise Edelstahl oder Ähnlichem. Ein Kryo-Kühler 110 ist mit dem Behälter 112 verbunden, um eine Kühlung für das Kältemittel in dem Behälter 112 zu schaffen. Zumindest eine Kühlröhre 118 ist mit dem Gefäß 112 verbunden, um eine Kühlung für die supraleitende Spulenanordnung 86 zu schaffen.
Eine thermische Abschirmung 114 wird innerhalb des Vakuumgefäßes 72 angeordnet. Die thermische Abschirmung 114 schirmt Strahlungswärme aus der Raumtemperatur von der supraleitenden Spulenanordnung 86 ab, die bei Temperaturen von flüssigem Helium betrieben wird. Die thermische Abschirmung 114 kann aus thermisch leitenden Einzeldrähten, wie beispielsweise Kupfer hergestellt sein, das zusammen mit Fiberglasstreifen gewickelt wird, und beispielsweise durch Epoxy verstärkt wird, um ein Kompositmaterial zu bilden.
Die Magnetanordnung 50 enthält ebenfalls eine supraleitende Magnet-Spulenanordnung 86, die in dem Vakuumvolumen 84 des Vakuumgefäßes 72 mittels mechanischer Halterungsstrukturen angeordnet ist. Die Halterungsstrukturen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt. Eine Ausführungsform der supraleitenden Magnet Spulenanordnung 86 enthält eine Rollen oder Trommel ähnliche, zylindrisch geformte Struktur 102 mit mehreren Ausnehmungen 104, wie diese in 3 gezeigt ist. Die zylindrisch geformte Struktur 102 kann aus einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellt sein, wie beispielsweise Plastik oder Kunststoff und ähnlichem. Eine supraleitende Spule 106, die aus einer Wicklung von supraleitenden Drähten hergestellt ist, wie beispielsweise Nb-Ti, Nb₃-Sn-Drähten, ist in mindestens einer der Ausnehmungen 104 angeordnet.
in einer alternativen Ausführungsform kann die Magnet-Spulenanordnung 86 ausgebildet sein, indem die supraleitenden Spulen 106 und nicht leitende Abstandshalter 105 entlang der longitudinalen Achse 109 axial gestapelt sind, wie dies in 9 gezeigt ist. Die Abstandshalter 105 und die Spulen 106 sind verklebt oder auf andere Weise miteinander verbunden, um die zylindrisch geformte Struktur 102 zu bilden. Die Abstandshalter 105 positionieren die supraleitenden Spulen 106 genau oder exakt, wie dies aufgrund der Magnetfeldhomogenität in einem MR-Bildgebungs-Magneten erforderlich ist, und fangen die elektromagnetischen Kräfte zwischen den Spulen auf. In der dargestellten Ausführungsform sind insgesamt vier supraleitende Spulen 106 zwischen den Abstandshaltern 105 angeordnet. Die supraleitenden Spulen 106 können gewickelt oder gegossen sein bevor diese zwischen den Abstandshalter 105 positioniert werden. Die Spulen 106 werden durch die Abstandshalter 105 unterstützt oder gehaltert, wenn die zylindrisch geformte Struktur 102 gebildet wird. Die Leitungen der Spulen 106 werden geführt und elektrisch verbunden, um den Magnetschaltkreis (nicht gezeigt) zu bilden.
In einer anderen Ausführungsform der Magnet-Spulenanordnung 86 ist ein thermisch leitendes Kabel 108 spiralförmig gewickelt oder auf andere Weise über die zylindrische geformte Struktur 102 und die supraleitenden Spulen 106 derart positioniert, dass das Kabel 108 sich im Wesentlichen entlang der longitudinalen Achse 109 der Magnetanordnung 50 erstreckt (nur ein Teil der spiralförmigen Windung ist in 9 aus Übersichtlichkeitsgründen gezeigt). Das thermisch leitende Kabel 108 kann umsponnen und aus Kupfer, Aluminium oder ähnlichem hergestellt sein. In einer Ausführungsform ist das Kabel 108 als ein Litz-Kabel oder als Litze bekannt. Das Kabel 108 bildet eine thermisch leitende Umhüllende, wenn das Kabel 108 um die Struktur 102 gewickelt ist. Mindestens eine Kältemittel-Kühlungsröhre 118 des Gefäßes 112 ist in der Nähe des äußeren Durchmessers des thermisch leitenden Kabels 108 so angeordnet, dass die Kältemittel-Kühlungsröhre 118 nahe der thermisch leitenden Umhüllenden lokalisiert ist, wodurch das Kühlungssystem einfacher wird, leichter herzustellen ist und weniger Kältemittel erfordert, verglichen mit konventionellen Kühlungssystemen. In einer Ausführungsform kann das thermisch leitende Kabel 108 gewickelt werden und direkt mit dem äußeren Durchmesser der Struktur 102 und der Spulen 106 gebondet oder an diesem befestigt werden.
Wie dies in 3 gezeigt ist, ist das Vakuumgefäß 72 konstruiert, indem ein metallischer äußerer Zylinder 88 über einen zusammengesetzten inneren Zylinder 90 in einer konzentrischen Art und Weise angeordnet ist. Der metallische äußere Zylinder 88 und der zusammengesetzte innere Zylinder 90 sind durch zwei magnetische kreisförmige Flansche 92 und 94 geschlossen, um eine abgeschlossene Struktur zu bilden. Der zusammengesetzte innere Zylinder 90 kann aus einem Plastik oder Kunststoff oder Faser-Material hergestellt sein, wie beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt, einem Glasfasermaterial, einem keramischen Material oder einem synthetischen Kunststoffmaterial. Deshalb erzeugt der zusammengesetzte innere Zylinder 90 keine Wirbelströme, wenn dieser einem Wechselfeld ausgesetzt wird.
Das Vakuumgefäß 72 enthält eine äußere Wand 76, eine innere Wand 78 und zwei kreisförmige Wand-Flansche 80 und 82. Die äußere Wand 76, die innere Wand 78 und die zwei kreisförmigen Anschluss-Wand-Flansche 80 und 82 bilden eine geschlossene Struktur, die eine Vakuumkavität 84 bildet. Die äußere Wand 46, die innere Wand 78 und die zwei kreisförmigen Abschluss-Wände 80 und 82 können aus Metall hergestellt sein, wie beispielsweise Edelstahl, Kohlenstoffstahl oder Aluminium. Diese Komponenten 76, 78, 80 und 82 können zusammengeschweißt sein oder auf eine andere Art und Weise an den Kanten miteinander verbunden sein, um eine Leckdichte Druckbegrenzung zu bilden, wie diese allgemein mit der Bezugsziffer 98 bezeichnet ist. Folglich kann das Vakuumgefäß 72, dass die Vakuumkavität 84 bildet, Vakuumkräften widerstehen, wie dies allgemein durch die Pfeile 100 gezeigt ist. Da die Metallwände 76,78 relativ dünn sind, sind die Wirbelströme, die in den Wänden 76,78 durch sich verändernde oder pulsierende Gradientenfelder erzeugt werden, begrenzt. Die äußere metallische Wand 76 kann dicker sein als die innere metallische Wand 78, da die äußere Wand 76 ein viel kleineres Gradientenfeld sieht, und weiter weg von dem Bildgebungsvolumen ist, als die innere Wand 78.
Bezug nehmend auf 4 ist der magnetische äußerer Zylinder 88 des Vakuumgefäßes 72 gemäß einer Ausfüh rungsform der Erfindung gezeigt. Der äußere Zylinder 88 kann aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, das zur Verwendung in der MR-Bildgebungsvorrichtung 10 geeignet ist. In einer Ausführungsform ist der äußere Zylinder 88 aus einem magnetischen Material gefertigt, wie beispielsweise Eisen oder ähnlichem. Der äußere Zylinder 88 ist aus mehreren Eisensegmenten 88a hergestellt, die im Querschnitt gesehen in der Form eines gleichschenkligen Trapezes gebildet sind. Die Bildung des äußeren Zylinder 88 durch die Verwendung der Eisensegmente 88a unterdrückt Wirbelströme, die in dem Vakuumgefäß erzeugt werden, wenn dieses einem Wechselfeld ausgesetzt ist, was wiederum zu einer besseren Bildqualität der MR-Bildgebungsvorrichtung 10 führt.
Wie dies in 5 gezeigt ist, hat jedes Segment 88a eine Länge L, die sich entlang der longitudinalen Achse 109 der Magnetanordnung 50 erstreckt. Jedes Segment 88a hat eine innere Breite des Durchmessers WID, die kleiner ist als die äußere Breite des Durchmessers WOD, und eine Höhe H, die größer ist als die innere Breite WID und die äußere Breite WOD, um eine ausreichende Steifigkeit des Vakuumgefäßes 72 zu gewährleisten. Mit anderen Worten die Breite jedes Segment 88a vergrößert sich kontinuierlich und graduell in radialer Richtung. Der relativ dicke äußerer Zylinder 88 schafft eine steife Vakuumgefäßstruktur, um die Vibrationen aufgrund der Magnetwechselwirkung zwischen der Magnet-Anordnung 86 und den Gradientenspulen 54 zu verringern, wodurch die Magnetfeldstabilität und die Vorrichtungs-Bildqualität der MR-Bildgebungsvorrichtung 10 verbessert wird. Die Segmente 88a sind miteinander verbunden, um den äußeren Zylinder 88 unter Verwendung eines geeigneten Materials zu bilden, wie beispielsweise Epoxy, um die Segmente 88a elektrisch voneinander zu isolieren.
Nachfolgend Bezug nehmend auf 6 ist der Flansch 92 entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt, der die inneren und äußeren Zylinder 88, 90 miteinander verbindet. Der Flansche 94 ist im Wesentlichen identisch mit dem Flansch 92 und wird hierin aus Gründen der Kürze nicht separat beschrieben. Der Flansch 92 kann aus jedem geeigneten Material hergestellt sein, das zur Verwendung in einer MR-Bildgebungsvorrichtung 10 geeignet ist. In einer Ausführungsform ist der Flansche 92 aus einem Eisenmaterial hergestellt. Ähnlich zu den äußeren Zylinder 88 ist der Flansche 92 aus mehreren Eisensegmenten 92a zusammengesetzt, die in Form eines im Querschnitt gleichschenkligen Trapezes gebildet sind. Die Bildung des Flansche 92 durch die Verwendung der Eisensegmente 92a unterdrückt Wirbelströme, die in dem Vakuumgefäß 72 erzeugt werden, wenn dieses einem Wechselfeld ausgesetzt wird, und resultieren in einer besseren Bildqualität der MR-Bildgebungsvorrichtung 10. Zusätzlich schafft die Anordnung des äußeren Zylinder 88 und der Flansche 92, 94 einen effektiven Fluss-Rückpfad, um die Randfelder des Magneten zu verringern, und um eine weiter geöffnete Konfiguration zu schaffen, was eine wünschenswertes Merkmal der MR-Bildgebungsvorrichtung 10 ist.
Wie dies in 7 gezeigt ist, hat jedes Segment 92a Breite des inneren Durchmesser WID, die kleiner ist als die Breite des äußeren Durchmessers WOD, und eine Höhe H, die sowohl größer als die innere und die äußere Breite ist, um eine ausreichende Steifigkeit des Vakuumgefäßes 72 zu schaffen. Mit anderen Worten wächst die Breite jedes Segment 92a kontinuierlich und graduell in radialer Richtung zwischen dem inneren Durchmesser und dem äußeren Durchmesser. Ähnlich zu dem äußeren Zylinder 88 schaffen die relativ dicken Flansche 92, 94 eine steife Vakuumgefäßstruktur, um die Vibrationen aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zwischen der Magnetanordnung 86 und den Gradientenspulen 74 zu verringern, wobei sowohl die Magnetfeldstabilität als auch die Vorrichtungs-Bildqualität der MR-Bildgebungsvorrichtung 10 verbessert wird. Die Segmente 92a sind miteinander verbunden oder gebondet, um den Flansch 92 unter Verwendung eines geeigneten Materials, wie beispielsweise Epoxy, zu bilden, das die Segmente 92a elektrisch voneinander isoliert.
8 zeigt eine Seitenansicht der Flansche 92, 94. Wie dies in 8 gezeigt ist, sind die Flansche 92, 94 trapezförmig im Querschnitt und weisen eine Dicke des inneren Durchmessers IDT auf, die kleiner ist als ein Dicke des äußeren Durchmessers ODT. Zusätzlich ist eine innere Fläche 116, die an den inneren und äußeren Zylinder 88, 90 angrenzt im Wesentlichen senkrecht zu einer inneren Durchmesserfläche 120 und einer äußeren Durchmesserfläche 122 angeordnet. Jedoch ist eine äußere Fläche 124 im Wesentlichen nicht senkrecht zu jeder der anderen Flächen 120, 122 und 124. Mit anderen Worten die Dicke der Flansche 92, 94 steigt kontinuierlich und graduell in radialer Richtung an. Folglich schaffen der Flansche 93, 94 ein kegelförmiges oder sich verjüngendes Profil der MR-Bildgebungsvorrichtung 10, wie dies in 3 gezeigt ist. Das kegelförmige Profil der Flansche 92, 94 verringert die Magnetlänge am inneren Durchmesser und schafft eine offenere MR-Bildgebungsvorrichtung.
Diese geschriebene Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu offenbaren, einschließlich der besten Ausführungsform, und ermöglicht es ebenfalls jedem Fachmann die Erfindung durchzuführen und zu verwenden. Der Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert, und kann andere Beispiele enthalten, die für den Fachmann offensichtlich sind. Derartige andere Beispiele liegen beabsichtigt innerhalb des Umfangs der Ansprüche, auch wenn diese strukturelle Elemente haben, die vom Wortlaut der Ansprüche abweichen, oder wenn diese äquivalente strukturelle Elemente enthalten, die unwesentliche Unterschiede zum Wortlaut der Ansprüche enthalten.
Eine Magnet-Anordnung 52 für eine Magnetresonanz Bildgebungs-Vorrichtung 10 enthält ein Vakuumgefäß 72, das einen inneren Zylinder 90, einen äußeren Zylinder 88 und ein Paar konisch zulaufender Flanschen 92, 94 enthält, die den inneren und den äußeren Zylinder 90, 88 verbinden. Der innere Zylinder 90 ist aus einem Kompositmaterial hergestellt. Der äußeren Zylinder 88 und die Flansche 92, 94 sind aus unterschiedlichen magnetischen Segmenten 88a, 92a zusammengesetzt, die einen Rückpfad für den magnetischen Fluss mit niedrigen Wirbelströmen bilden. Die Segmente 88a, 92a sind miteinander verbunden und elektrisch voneinander isoliert. Ein Behälter oder Container 112, eine thermische Abschirmung 114 und eine supraleitende Magnetspulenanordnung 86 sind innerhalb des Vakuumgefäßes 72 angeordnet. Die supraleitende Magnetspulenanordnung 86 enthält nicht leitende zylindrische Strukturen 102 und supraleitende Spulen 106. Ein thermisch leitendes Kabel 108 ist um die zylindrische Struktur 102 und die Spulen 106 gewickelt, um eine thermisch leitende Umhüllende zu bilden.
Eine Magnetanordnung 52 für eine Magnetresonanz-Bildgebungs-Vorrichtung 10 enthält ein Vakuumgefäß 72, das ei nen inneren Zylinder 90, einen äußeren Zylinder 88 und ein paar von konisch zulaufenden Flanschen 92, 94 enthält, die den inneren und den äußeren Zylinder 90, 88 verbinden. Der innere Zylinder 90 ist aus einem Kompositmaterial hergestellt. Der äußeren Zylinder 88 und die Flansche 92, 94 sind aus unterschiedlichen magnetischen Segmenten 88a, 92a zusammengesetzt, die einen magnetischen Flussrückpfad mit niedrigen Wirbelströmen bilden. Die Segmente 88a, 92a sind miteinander verbunden und elektrisch voneinander isoliert. Ein Behälter 112, eine thermische Abschirmung 114 und eine supraleitende Magnetspulen-Anordnung 86 sind innerhalb des Vakuumgefäßes 72 angeordnet. Die supraleitende Magnetspulen-Anordnung 86 enthält nicht leitende zylindrische Strukturen 102 und supraleitende Spulen 106. Ein thermisch leitendes Kabel 108 ist um die zylindrische Struktur 102 und die Spulen 106 gewickelt, um eine thermisch leitende Umhüllende zu bilden.

10: Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung
12: Bedienkonsole
13: Eingabeeinrichtung
14: Steuerpanel
16: Darstellungsbildschirm
18: Verbindung
20: Computer-Einrichtung
20a: Backplane, Rückwand
22: Prozessor-Modul
24: CPU-Modul
26: Speicher-Modul
28: Plattenspeicher
30: Bandlaufwerk
32: Vorrichtungssteuerung
32a: Rückwand, Backplane
34: serielle Verbindung
36: CPU-Modul
38: Puls-Generator-Modul
40: serielle Verbindung
42: Gradientenverstärker
44: Akquisitions-Controller, Akquisitionssteuereinheit
46: Schnittstellenschaltung
48: Patientenpositionier-Einrichtung
50: Gradientenspulen-Anordnung
52: Magnet-Anordnung
54: polarisierender Magnet
56: HF-Spule
58: Transceiver-Modul, Sende-/Empfänger-Modul
60: HF-Verstärker
62: Schalter
64: Vorverstärker
66: Speichermodul
68: Array-Prozessor
70
72: Vakuumgefäß
74: Öffnung
76: äußere Wand
78: innerer Wand
80: Abschluss-Wand-Flansch
82: Abschluss-Wand-Flansch
84: Vakuumkavität
86: Spulen-Anordnung
88: metallischer äußerer Zylinder
88a: Eisensegmente
90: zusammengesetzter innerer Zylinder
92: kreisförmiger Flansch
92a: Eisensegmente
94: kreisförmiger Flansch
100: Pfeile
102: zylindrisch geformte Struktur
104: Ausnehmung
105: nicht leitender Abstandshalter
106: supraleitende Spule
108: Kabel
109: longitudinale Achse
110: Kryo-Kühler
112: Container, Behälter
114: thermische Abschirmung
116: innere Fläche
118: kryogene Kühlungsröhre
120: innere Durchmesserfläche
122: äußere Durchmesserfläche
124: äußere Fläche

Claims

Magnetanordnung (52) für eine Magnetresonanz-Bildgebungs-Vorrichtung (10), die aufweist: ein Vakuumgefäß (72), das einen inneren Zylinder (90), einen äußeren Zylinder (88), der konzentrisch um den inneren Zylinder angeordnet ist, und ein Paar von Flansche (92, 94) zum Verbinden des inneren und äußeren Zylinders aufweist, wobei der äußere Zylinder (88) und das Paar von Flanschen (92, 94) mehrere Segmente (88a, 92a) aufweist, die aus einem magnetischen Material hergestellt sind, die miteinander verbunden und elektrisch voneinander isoliert sind; eine supraleitende Magnetspulen-Anordnung (86), die innerhalb des Vakuumgefäßes (72) angeordnet ist; und eine thermische Abschirmung (114), die innerhalb des Vakuumgefäßes (72) angeordnet ist.
Anordnung gemäß Anspruch 1, die ferner einen Behälter (112) aufweist, der innerhalb des Vakuumgefäßes (72) angeordnet ist, um eine Kühlung für die supraleitende Magnetspulen-Anordnung (86) zu schaffen.
Anordnung gemäß Anspruch 2, die ferner einen Kryo-Kühler (110) aufweist, der mit dem Behälter (112) verbunden ist, um Kältemittel für den Behälter (112) bereitzustellen.
Anordnung gemäß Anspruch 1, die ferner eine Gradientenspulen-Anordnung (50), einem polarisieren Magneten (54) und eine Ganzkörper-HF-Spule (56) aufweist.
Anordnung gemäß Anspruch 1, worin die die thermische Abschirmung (114) aus einem Kompositmaterial hergestellt ist.
Anordnung gemäß Anspruch 1, worin der innere Zylinder (90) das Vakuumgefäß (72) aus einem Kompositmaterial hergestellt sind.
Anordnung gemäß Anspruch 1, worin das Vakuumgefäß (72) ferner eine äußere Wand (76), eine innere Wand (78) und zwei kreisförmige Wandflansche (80, 82) enthält, die eine geschlossene, leckdichte Struktur bilden.
Anordnung gemäß Anspruch 1, worin die supraleitende Magnetspulen-Anordnung (86) ferner eine nicht leitende zylindrische Struktur (102) aufweist, die mindestens eine Ausnehmung (104) aufweist, wobei eine supraleitende Spule (106) in der mindestens einen Ausnehmung (104) angeordnet ist, und ein metallisches Kabel (108), das um die zylindrische Struktur (102) und die supraleitende Spule (106) gewickelt ist, um eine thermisch leitende Umhüllende zu bilden.
Anordnung gemäß Anspruch 1, worin die supraleitende Magnetspulen-Anordnung (86) eine Anzahl von supraleitenden Spulen (106) aufweist, die axial positioniert sind und durch elektrisch nicht leitende zylindrische Abstandshalter (105) gehaltert werden, und ein thermisch leitendes Kabel (108), das um die zylindrischen Abstandshalter (105) und die supraleitende Spule (106) gewickelt ist, um eine thermisch leitende Umhüllende zu bilden.
Anordnung gemäß Anspruch 1, worin jedes Segment (88a, 92a) im Querschnitt gesehen ein gleichschenkliges Trapez ist.
Anordnung gemäß Anspruch 1, worin jeder Flansch (92, 94) eine innere Fläche (116), eine äußere Fläche (124), eine innere Durchmesserfläche (120) und eine äußere Durchmesserfläche (122) aufweist, und worin die innere Fläche (116) an den inneren und den äußeren Zylinder (90, 88) angrenzt, und worin die innere Fläche (116) im Wesentlichen senkrecht zu der inneren Durchmesserfläche (120) und der äußeren Durchmesserfläche (122) ist, und worin die äußere Fläche (124) im Wesentlichen senkrecht zu der inneren Fläche (116) und der inneren und äußeren Durchmesserfläche (120, 122) ist.
Magnetfeldanordnung (53) für eine Magnetresonanz-Bildgebungs-Vorrichtung (10), die aufweist: ein Vakuumgefäß (72), das einen inneren Zylinder (90), einen äußeren Zylinder (88) aufweist, der konzentrisch um den inneren Zylinder (90) angeordnet ist, und ein paar von Flanschen (92, 94) zum Verbinden des inneren und äußeren Zylinder (90, 88) aufweist; eine thermische Abschirmung (114), die innerhalb der des Vakuumgefäßes (72) angeordnet ist; und eine supraleitende Magnetspulenanordnung (86), die innerhalb des Vakuumgefäßes (72) angeordnet ist, worin die supraleitende Magnet-Anordnung (86) eine Anzahl von supraleitenden Spulen (106) aufweist, die axial angeordnet und durch elektrisch nicht leitende zylindrische Abstandshalter (105) gehaltert wird, und ein thermisch leitendes Kabel (108), das um die zylindrischen Abstandshalter (105) und die supraleitenden Spulen (106) gewickelt ist, um eine thermisch leitende Umhüllende zu bilden.
Anordnung gemäß Anspruch 12, die ferner einen Behälter (112) aufweist, der innerhalb des Vakuumgefäßes (72) angeordnet ist, und eingerichtet ist, um ein Kältemittel zu enthalten, wobei mindestens eine Kühlungsröhre (118) mit diesem verbunden ist, wobei die mindestens eine Kühlungsröhre (118) um die supraleitende Magnetspulen-Anordnung (86) angeordnet ist, um eine Kühlung für die supraleitenden Spulen (106) zu schaffen.
Anordnung gemäß Anspruch 13, die ferner einen Kryo-Kühler (110) aufweist, um Kältemittel für den Behälter (112) zu schaffen.
Anordnung gemäß Anspruch 12, die ferner eine Gradientenspulen-Anordnung (50), einem polarisierenden Magneten (54) und eine Ganzkörper-HF-Spule (56) aufweist.
Anordnung gemäß Anspruch 12, worin die thermische Abschirmung (114) aus einem Kompositmaterial hergestellt ist.
Anordnung gemäß Anspruch 12, worin der innere Zylinder (90) des Vakuumgefäßes (72) aus einem Kompositmaterial hergestellt ist.
Anordnung gemäß Anspruch 12, worin das Vakuumgefäß (72) ferner eine äußere Wand (76), eine innere Wand (78) und zwei kreisförmige Wand-Flansche (80, 82) aufweist, die eine geschlossene Struktur bilden.
Anordnung gemäß Anspruch 12, worin der äußeren Zylinder (88) und das Paar von Flanschen (92, 94) mehrere Segmente (88a, 92a) aufweisen, die aus einem magnetischen Material hergestellt sind, die miteinander gebondet oder verbunden sind, und elektrisch voneinander isoliert sind.
Anordnung gemäß Anspruch 19, worin jedes Segment (88a, 92a) im Querschnitt gesehen ein gleichschenkliges Trapez ist.
Anordnung gemäß Anspruch 19, worin jeder Flansch (92, 94) eine innere Fläche (116), eine äußere Fläche (124), eine innere Durchmesserfläche (120) und eine äußere Durchmesserfläche (122) aufweist, und worin die innere Fläche (116) angrenzend an den inneren und äußeren Zylinder (90, 88) ist, und worin die innere Fläche (119) im Wesentlichen senkrecht zu der inneren Durchmesserfläche (120) und der äußeren Durchmesserfläche (192) ist, und worin die äußere Fläche (124) im Wesentlichen senkrecht zu der inneren Fläche (116) und der inneren und äußeren Durchmesserfläche (120, 122) ist.
Magnetanordnung (52) für eine Magnetresonanz-Bildgebungs-(MR-Bildgebungs-)Vorrichtung (10), die aufweist: ein Vakuumgefäß (72), das einen inneren Zylinder (90), einen äußeren Zylinder (88), der konzentrisch um den inneren Zylinder (90) angeordnet ist, und ein Paar von Flansche (92, 94) zum Verbinden des inneren und des äußeren Zylinder (90, 88) aufweist; eine thermische Abschirmung (114), die innerhalb des Vakuumgefäßes (72) angeordnet ist; und eine supraleitende Magnetspulen-Anordnung (86), die innerhalb des Vakuumgefäßes (72) angeordnet ist, wobei die supraleitende Magnetspulen-Anordnung (86) eine Anzahl von supraleitenden Spulen (106) aufweist; und einen Behälter (112), der innerhalb des Vakuumgefäß (72) angeordnet ist, das mindestens eine Kühlungsröhre (118) aufweist, die mit diesem verbunden ist, wobei die mindestens eine Kühlungsröhre (118) in naher Umgebung zu der supraleitenden Magnetspulen-Anordnung (86) zum Bereitstellen der Kühlung für die supraleitenden Spulen (106) ist.
Anordnung gemäß Anspruch 22, worin die Anzahl der supraleitenden Spulen (106) axial angeordnet sind, und durch elektrisch nicht leitende zylindrische Abstandshalter (105) gehaltert werden, und worin ein thermisch leitendes Kabel (108), das um die zylindrischen Abstandshalter (105) und die supraleitenden Spulen (106) gewickelt ist, um eine thermisch leitende Umhüllende zu bilden.
Anordnung gemäß Anspruch 22, worin der äußeren Zylinder (88) und das Paar von Flanschen (92, 94) mehrere Segmente (88a, 92a) aufweist, die aus einem magnetischen Material gefertigt sind, das zusammen verbunden und elektrisch voneinander isoliert ist.