-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung betrifft allgemein eine Magnetresonanz Bildgebungs-Vorrichtung
(MR-Bildgebungs-Vorrichtung) und insbesondere eine Vorrichtung,
ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern einer Drift eines
Magnetfeldes B0 während des Betriebes einer MR-Bildgebungsvorrichtung.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Die
Magnetresonanz-Bildgebung (MR-Bildgebung) ist eine medizinische
Bildgebungsmodalität, die
Bilder innerhalb eines menschlichen Körpers ohne die Verwendung von
Röntgenstrahlen
oder anderer ionisierender Strahlung erzeugen kann. MR-Bildgebung
verwendet einen leistungsstarken Magneten, um ein starkes, gleichförmiges,
statisches Magnetfeld (beispielsweise das "Haupt-Magnetfeld") zu erzeugen. Wenn ein menschlicher
Körper
oder Teile eines menschlichen Körpers
in dem Hauptmagnetfeld platziert werden, werden die Kernspins, die
zu den Wasserstoff-Kernen in dem Gewebewasser gehören, polarisiert.
Dies bedeutet, dass die magnetischen Momente, die mit diesen Spins
assoziiert sind, bevorzugt entlang der Richtung des Hauptmagnetfeldes
ausgerichtet werden, was zu einer kleinen resultierenden Magnetisierung
des Gewebes entlang dieser Achse ("z-Achse" durch Vereinbarung) führt. Eine MR-Bildgebungsvorrichtung
weist ebenfalls Komponenten auf, die Gradientenspulen genannt werden, die
kleinere Amplituden, räumlich
veränderlicher Magnetfelder
erzeugen, wenn ein Strom auf diese angewendet wird. Typischerweise
sind die Gradientenspulen eingerichtet, um eine eigene Magnetfeldkomponente
zu erzeugen, die entlang der Zeitachse ausgerichtet ist, und die
linear in der Amplitude mit der Position entlang einer der x-, y-,
oder z-Achsen variiert. Der Effekt einer Gradientenspule ist es,
eine kleine Rampe auf der Magnetfeldstärke zu erzeugen, und gleichzeitig
auf der Resonanzfrequenz des Kernspins entlang einer einzigen Achse.
Drei Gradientenspulen mit zueinander senkrechten Achsen werden verwendet,
um das MR-Signal "räumlich zu
kodieren", indem
eine Signatur-Resonanzfrequenz
an jedem Ort in dem Körper
erzeugt wird. Hochfrequenz-(HF-)Spulen werden verwendet, um Impulse einer
HF-Energie bei oder nahe der Resonanzfrequenz des Wasserstoffkerns
zu erzeugen. Die HF-Spulen werden verwendet, um Energie zu dem System
der Kernspins auf eine kontrollierte Art und Weise hinzu zufügen. Wenn
die Kernspins dann zurück
auf ihren Ruheenergiezustand relaxieren, geben diese Energie in
Form eines HF-Signals ab. Dieses Signal wird durch die MR-Bildgebungsvorrichtung detektiert
und unter Verwendung eines Computers und bekannter Rekonstruktionsalgorithmen
in ein Bild transformiert.
-
MR-Bildgebungsvorrichtungen
können
ein gleichförmiges
Hauptmagnetfeld B0 in dem Bildgebungsvolumen
verlangen, das während
einen großen
Bereich von Impulsfrequenzen und Protokollen homogen und konstant über die
Zeit bleiben sollte. Änderungen
oder Drifts in dem Hauptmagnetfeld können die Leistungsstärke der
MR-Bildgebungsvorrichtung, einschließlich der Datenakquisition
und der Rekonstruktion eines MR-Bildes, beeinflussen. Während eines
Patienten-Scans entwickeln die Gradientenspule(n) der Gradientenspulenanordnung,
die die Magnetfeldgradienten erzeugen, eine große Menge an Wärme. Die
Wärme,
die durch die Gradientenspulen erzeugt wird, kann einen Anstieg
der Temperatur der Magnetwarmbohrung (magnet warm bore: entspricht
dem freien Innendurchmesser des Magneten) verursachen, beispielsweise
durch Wärme-Strahlung,
-Konvektion oder -Leitung. Zusätzlich
kann die Temperatur der Magnetwarmbohrung als ein Ergebnis von Wirbelströme ansteigen.
Eine Fläche
der Magnetwarmbohrung ist typischerweise aus einem Edelstahl mit
niedriger magnetischer Permeabilität hergestellt, wobei jedoch
der Edelstahl eine Restpermeabilität aufweist, die ebenfalls als
Paramagnetismus bekannt ist. Entsprechend des Curie-Gesetzes, kann die
Permeabilität
des paramagnetischen Materials sich ändern, wenn die Temperatur
des Materials sich ändert.
Demzufolge ändert
die Erwärmung
des Edelstahls der Magnetwarmbohrung aufgrund der Wärme, die
durch die Gradientenspulen und Wirbelströme erzeugt wird die Permeabilität des Edelstahls der
Warmbohrung. Typischerweise wird die Permeabilität der Warmbohrung abfallen,
wenn die Temperatur der Warmbohrung ansteigt. Als ein Ergebnis kann die Änderung
der Permeabilität
der Magnetwarmbohrung zu einer Änderung
oder Drift des Hauptmagnetfeldes führen, die wiederum einen negativen
Einfluss auf die Bildqualität
hat.
-
Es
wäre wünschenswert
eine Vorrichtung, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Steuern
der Änderung
oder Drift des Hauptmagnetfeldes zu schaffen. Es wäre vorteilhaft
die Änderung
oder Drift des Hauptmagnetfeldes auf der Basis der Temperatur und
der Permeabilität
der Magnetwarmbohrung zu Steuern oder zu Kompensieren.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Gemäß einer
Ausführungsform
enthält
eine Einrichtung zum Steuern einer Temperatur einer Warmbohrung
(freier Innendurchmesser) eines supraleitenden Magnetes in einer
Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung (MR-Bildgebungsvorrichtung)
mehrere thermische Warmbohrungssensoren, die auf einer Fläche der
Warmbohrung positioniert sind, mehrere Heizelemente, die auf der
Fläche der
Warmbohrung positioniert sind, mehrere thermische Heizelement-Sensoren,
wobei jeder der thermischen Heizelement-Sensor mit einem der mehreren Heizelemente
gekoppelt und eingerichtet ist, um eine Temperatur des zugehörigen Heizelementes
anzuzeigen, und eine Steuereinrichtung, die im Sinne der Erfindung
auch als Controller bezeichnet wird, die mit den mehreren thermischen
Warmbohrungs-Sensoren und den mehreren thermischen Heizelement-Sensoren
gekoppelt ist, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um
jedes der mehreren Heizelemente zu regeln, um eine vorher bestimmte
Temperatur der Warmbohrung aufrecht zu halten.
-
Gemäß einer
anderen Ausführungsform
enthält
ein Verfahren zum Steuern einer Temperatur der Warmbohrung des supraleitende
Magnetes in einer Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung (MR-Bildgebungsvorrichtung),
wobei der Magnet mehrere Heizelemente enthält, die auf einer Fläche des
der Warmbohrung positioniert sind, die Überwachung der Temperatur der
Warmbohrung, die Überwachung
einer Temperatur jedes Heizelement in den mehreren Heizelementen
und die Anpassung der Temperatur jedes Heizelement, um eine vorher
bestimmte Temperatur der Öffnung
zum anzupassen.
-
Gemäß einer
anderen Ausführungsform
enthält
eine Einrichtung zum Steuern einer Temperatur der Öffnung eines
supraleitenden Magneten in einer Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung
(MR-Bildgebungsvorrichtung) mehrere der thermischen Warmbohrungs-Sensoren,
die auf einer Fläche
der Warmbohrung positioniert sind, mehrere Heizelemente, die auf
der Fläche
der Warmbohrung der positioniert sind, mehrere thermische Heizelement-Sensoren,
wobei jeder thermische Heizelement-Sensor mit einer Untermengen
der mehreren Heizelemente gekoppelt ist, und eingerichtet ist, um eine
Temperatur der zugehörigen
Untermenge der Heizelemente zu überwachen,
und eine Steuereinrichtung, die mit den mehreren thermischen Warmbohrungs-Sensoren
und mehrere der thermischen Heizelement-Sensoren gekoppelt ist,
wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, um die Untermengen der
mehreren Heizelemente zu regeln, um eine vorher bestimmte Temperatur
der Warmbohrung aufrechtzuerhalten.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
enthält
eine Einrichtung zum Steuern der Temperatur einer Warmbohrung eines
supraleitenden Magneten einer Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung (MR-Bildgebungsvorrichtung),
wobei die Bildgebungsvorrichtung eine Gradienten-Spulenanordnung enthält, die
innerhalb montiert ist und umfänglich
von dem supraleitenden Magneten umgeben ist, eine Wirbelstrom-Abschirmung, die
um die äußere Fläche der
Gradienten-Spulenanordnung angeordnet ist, und mehrere Heizelemente,
die auf einer Fläche
der Warmbohrung positioniert sind.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
Die
Erfindung wird besser aus der nachfolgenden genaueren Beschreibung
verstanden, die in Verbindung mit der nachfolgenden Zeichnung betrachtet
wird, worin gleiche Bezugsziffern gleiche Teile betreffen, in der:
-
1 ein
schematisches Blockdiagramm einer beispielhaften Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform
ist;
-
2 eine
Seitenansicht im Querschnitt einer beispielhaften Magnetanordnung
gemäß einer Ausführungsform
ist;
-
3 ein
schematisches Blockdiagramm einer Einrichtung zum Steuern einer
Temperatur einer Warmbohrung eines supraleitenden Magneten in einer
Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung (MR-Bildgebungsvorrichtung)
gemäß einer
Ausführungsform
ist;
-
4 ein
schematisches Diagramm einer beispielhaften Anordnung von Heizelement
in einer Warmbohrung gemäß einer
Ausführungsform
ist, die verwendet wird, um eine konstante Temperatur der Warmbohrung
aufrechtzuerhalten;
-
5 eine
schematisches Diagramm im Querschnitt einer Magnetanordnung ist,
die relative Positionen der verschiedenen Elemente zeigt, die eine
Wirbelstrom-Abschirmung
und Heizelemente gemäß einer
Ausführungsform
enthalten; und
-
6 ein
schematisches Diagramm einer beispielhaften Anordnung von Heizelementen
auf der Warmbohrungsfläche
gemäß einer
Ausführungsform ist.
-
GENAUERE BESCHREIBUNG
-
1 ist
ein schematisches Blockdiagramm einer beispielhaften Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform.
Der Betrieb der MR-Bildgebungsvorrichtung 10 ist von einer Bedienkonsole 12 gesteuert,
die eine Tastatur oder Keyboard oder eine andere Eingabeeinrichtung 13 enthält, eine
Steuereinrichtung 14 und eine Darstellungs-Einrichtung 16.
Die Konsole 12 kommuniziert durch eine Verbindung 18 mit
einer Computereinrichtung 20 und stellt eine Schnittstelle
für einen
Bediener bereit, um MR-Bildgebungsscans durchzuführen, die resultierenden Bilder
darzustellen, Bildbearbeitung auf den Bildern durchzuführen und
Daten und Bilder zu archivieren. Die Computereinrichtung 20 enthält eine
Anzahl von Modulen, die miteinander durch elektrische und/oder Daten-Verbindungen kommunizieren,
beispielsweise wie diese unter Verwendung einer Rückwand oder
Backplane 20a geschaffen ist. Die Datenverbindungen können direkte Drahtverbindungen
sein oder optische Faser-Verbindung oder drahtlose Kommunikationsverbindung oder Ähnliches.
Die Module der Computereinrichtung 20 enthalten ein Bildbearbeitungs-Modul 22,
ein CPU-Modul 24 und ein Speicher-Modul 26, das
einen Frame-Puffer zum Speichern von Bilddaten-Arrays enthalten
kann. In einer alternativen Ausführungsform
kann das Bildbearbeitungs-Modul 22 durch eine Bildbearbeitungsfunktionalität auf dem
CPU-Modul 24 ersetzt werden. Die Computereinrichtung 20 ist mit
Archivierungs-Medieneinrichtungen, permanente oder Back-up-Speicher oder einem
Netzwerk verbunden. Die Computereinrichtung 20 kann ebenfalls mit
einem separaten Vorrichtungs-Steuercomputer 32 durch eine
Verbindung 34 kommunizieren. Die Eingabeeinrichtung 13 kann
eine Maus, einen Joystick, eine Tastatur, einen Trackball, einen
Berührungs empfindlichen
Bildschirm, eine Lichtwand, eine Stimmeingabe oder jede ähnliche
oder äquivalente Eingabeeinrichtung
enthalten, und kann zur interaktiven Geometrieeingabe verwendet
werden.
-
Der
Vorrichtungs-Steuercomputer 32 enthält einen Satz von Modulen,
die miteinander über
elektrische und/oder Datenverbindungen 32a in Kommunikation
stehen. Datenverbindungen 32a können direkte Drahtverbindung
sein oder können
optische Faser-Verbindungen oder drahtlose Kommunikationsverbindung
oder ähnliches
sein. In alternativen Ausführungsformen
können
die Module der Computereinrichtung 20 und des Vorrichtungs-Steuercomputers 32 in
derselben Computereinrichtung oder mehreren Computereinrichtungen
implementiert sein. Die Module der des Vorrichtungs-Steuercomputers 32 enthalten
ein CPU-Modul 36 und ein Puls-Generator-Modul 38, die mit der Bedienkonsole 12 durch eine
Kommunikationsverbindung 40 verbunden sind. Das Puls-Generator-Modul 38 kann
alternativ in dem Scanner-Equipment (beispielsweise der Magnetanordnung 52)
integriert sein. Durch die Verbindung 40 empfängt der
Vorrichtungs-Steuercomputer 32 Befehle von dem Bediener,
um die Scan-Sequenz anzuzeigen, die durchgeführt werden soll. Das Puls-Generator-Modul 38 betreibt
die Vorrichtungskomponenten, die die gewünschte Impuls-Sequenz verwenden
(anwenden oder durchführen),
indem Anweisung, Befehle und oder Anfragen gesendet werden (beispielsweise
Hochfrequenz-(HF)-Kurvenformen), die das Timing oder den Zeitablauf,
die Stärke
und Gestalt der HF-Impulse
und im Impulssequenzen, die erzeugt werden sollen, und das Timing
und die Länge des
Datenakquisitionsfensters beschreiben. Das Puls-Generator-Modul 38 ist
mit einer Gradientenverstärker-Einrichtung 42 verbunden
und erzeugt Daten, die Gradientenkurvenformen genannt werden, die das
Ti ming und die Gestalt der Gradienten-Impulse steuern, die während des
Scans verwendet werden. Das Puls-Generator-Modul 38 kann
ebenfalls Patientendaten von einem physiologischer Akquisitionsteuereinrichtung 44 erhalten,
der Signale von einer Anzahl von verschiedenen Sensoren erhält, die
mit dem von Patienten verbunden sind, wie beispielsweise EKG-Signale von Elektroden,
die mit dem Patienten verbunden sind. Das Puls-Generator-Modul 38 ist
mit einer Scanraum-Schnittstellenschaltung 46 verbunden,
die Signale von verschiedenen Sensoren empfängt, die den Zustand des Patienten
und des Magnetsystems betreffen. Durch die Scanraum-Schnittstellenschaltung 46 empfängt eine
Patientenpositionier-Einrichtung 48 Befehle, um den Patiententisch an
die gewünschte
Position für
den Scan zu bewegen.
-
Die
Gradientenkurvenform, die durch das Puls-Generator-Modul 38 erzeugt
wird, wird auf die Gradientenverstärker-Einrichtung 42 angewendet, die
GX-, Gy- und GZ-Verstärker aufweist.
Jeder Gradientenverstärker
regt eine zugeordnete physikalische Gradientenspule in einer Gradienten-Spulenanordnung,
die allgemein als 50 bezeichnet wird, an, um die Magnetfeld-Gradientenimpulse
zu erzeugen, die für
die räumliche
Kodierung der akquirierten Signale verwendet werden. Die Gradienten-Spulenanordnung 50 bildet
einen Teil der Magnetanordnung 52, die einen polarisierenden
supraleitenden Magneten mit supraleitenden Hauptspulen 54 enthält. Die
Magnetanordnung 52 kann eine ganz Ganzkörper-HF-Spule 56, eine Oberflächen- oder
Parallel-Bildgebungs-Spule 76 oder
beides. Die Spulen 56, 76 der HF-Spulenanordnung
können
eingerichtet sein sowohl zum Übertragen
als auch zum Empfangen oder nur zum Übertragen oder nur zum Empfangen.
Ein Patient oder ein Bildgebend darzustellendes Objekts 70 kann
innerhalb eines zylindrischen Patienten- Bildgebungsvolumens 42 der
Magnetanordnung 52 positioniert sein. Ein Sende/Empfangs-
oder Transceiver-Modul 58 in dem Vorrichtungs-Steuercomputer 32 erzeugt
Impulse die durch den HF-Verstärker 60 verstärkt werden,
und die mit den HF-Spulen 56, 76 durch
einen Sende/Empfangs-Schalter 62 gekoppelt sind. 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 dem Vorverstärker 64 gekoppelt
sein. Alternativ können
die Signale, die durch die angeregten Kerne emittiert werden, von
einer separaten Empfänger-Spule
detektiert werden, wie beispielsweise durch Parallelspulen oder
Oberflächenspulen 76.
Die verstärkten
MR-Signale werden in der Empfänger-Einheit
des Transceivers 58 moduliert, gefiltert und digitalisiert.
Der Sende/Empfangs-Schalter 62 wird durch ein Signal von
dem Puls-Generator-Modul 38 gesteuert,
um während
des Übertragungsmodus elektrisch
den HF-Verstärker 60 mit
der HF-Spule 56 zu verbinden, und, um während des Empfangsmodus den
Vorverstärker 64 mit
der HF-Spule 56 zu verbinden. Der Sende/Empfangs-Schalter 62 kann ebenfalls
eine separate habe HF-Spule aktivieren (beispielsweise eine Parallel-
oder Oberflächenspule 76),
um entweder im Empfangs- oder im Übertragungsmodus verwendet
zu werden.
-
Die
MR-Signale, die durch die HF-Spule 56 detektiert werden,
werden durch das Transceiver-Modul 58 digitalisiert und
in ein Speichermodul 66 in den Vorrichtungs-Steuercomputer 32 übertragen.
Typischerweise werden Frames von Daten, die zu dem MR-Signal gehören, temporären in dem
Speichermodul 66 gespeichert, bis diese anschließend transformiert
werden, um Bilder zu erzeugen. Ein Array-Prozessor 68 verwendet
ein bekanntes Transformationsverfahren, das allgemein als Fourier-Transformation
bekannt ist, um Bilder aus den MR-Signalen zu erzeugen. Diese Bilder
werden durch die Verbindung 34 in das Computersystem 20 übertragen, wo
sie in dem Speicher gespeichert werden. Als Antwort auf Befehle,
die von der die Konsole 12 empfangen werden, können diese
Bilddaten in einem Langzeitspeicher archiviert werden oder diese
können durch
den Bildprozessor 22 weiter bearbeitet werden und an die
Bedienkonsole 12 übertragen
werden und auf einem Bildschirm 16 dargestellt werden.
-
2 ist
ein schematisches Ansicht im Querschnitt einer beispielhaften Magnetanordnung (beispielsweise
Magnetanordnung 52, die in 1 gezeigt
ist) gemäß einer
Ausführungsform.
Die Magnetanordnung 200 ist zylindrisch und ringförmig in der
Gestalt und ist kompatibel mit der vorstehend beschriebenen MR-Bildgebungsvorrichtung
von 1 oder jeder ähnlichen
oder äquivalenten
Vorrichtung zum Erhalten von MR-Bilden. Während der nachfolgenden Beschreibung,
die eine zylindrische Magnetanordnungstopologie beschreibt, sollte
es so verstanden werden, dass andere Magnet-Anordnungstopologien
die Ausführungsform
der Erfindung verwenden können,
die nachfolgend beschrieben werden. Die Magnetanordnung 200 enthält unter
anderen Elementen einen supraleitenden Magneten 202, eine
Gradienten-Spulenanordnung 204 und eine HF-Spule 206.
Verschiedene andere Elemente, wie Magnetspulen, Kryostat-Elemente,
Halterungen, Aufhängungselemente,
Endkappen, Befestigungsarme usw. sind aus Übersichtlichkeitsgründen aus 2 weggelassen
worden. Ein zylindrisches Patientenvolumen oder ein zylindrischer
Patientenraum 108 ist umgeben durch eine Patientenbohrungs-Röhre 210 (Röhre der
Patientenöffnung).
Die HF-Spule 206 ist an
einer äußeren Fläche der
Patientenbohrungs-Röhre 210 angebracht
und innerhalb der Gradienten- Spulenanordnung 204 montiert.
Die Gradienten-Spulenanordnung 204 ist um die HF-Spule 206 in
der räumlich
getrennten koaxialen Beziehung und die Gradienten-Spulenanordnung 204 ist
umfänglich
um die HF-Spule 206 angeordnet. Die Gradienten-Spulenanordnung 204 ist
innerhalb der Warmbohrung 118 des Magneten 202 montiert
und ist umfänglich
von dem Magneten 202 umgeben.
-
Ein
Patient oder bildgebend darzustellendes Objekt 70 (in 1 gezeigt)
kann in die Magnetanordnung 200 entlang einer Zentralachse 212 (beispielsweise
eine z-Achse) auf
einem Patiententisch oder Liege (nicht gezeigt in 2)
eingebracht werden. Die zentrale Achse 212 ist entlang
der Röhrenachse
der Magnetanordnung 200 parallel zu der Richtung eines
Hauptmagnetfeldes B0 ausgerichtet, das von
dem Magneten 220 erzeugt wird. Die HF-Spule 206 wird
verwendet, um einen Hochfrequenzimpuls (oder mehrere Hochfrequenzimpulses) auf
einen Patienten oder ein Objekt anzuwenden und um MR-Informationen
von dem Objekt zurück
zu empfangen. Die Gradienten-Spulenanordnung 204 erzeugt
zeitabhängige
magnetische Gradientenimpulse, die verwendet werden, um Punkte in
dem Bildgebungsvolumens 208 räumlich zu kodieren.
-
Der
supraleitenden Magnet 202 kann beispielsweise mehrere radial
ausgerichtete und voneinander longitudinal getrennte supraleitende Hauptspulen
(nicht gezeigt) enthalten, wobei jede in der Lage ist, einen hohen
identischen elektrischen Strom zu tragen. Die supraleitenden Haupt-Spulen sind eingerichtet,
um ein magnetisches Feld B0 innerhalb des
Patientenvolumens 208 zu erzeugen. Der supraleitende Magnet 202 ist
in einer kryogenen oder Kälte-Umgebung innerhalb
eines Magnetgefäßes 216 (oder
Kryosta ten) eingeschlossen, der eingerichtet ist um die Temperatur
der supraleitenden Spulen unter einer geeigneten kritischen Temperatur
so zu halten, dass die Spulen in einem supraleitenden Zustand mit
einem Widerstand von null sind. Das Magnetgefäß 216 kann beispielsweise
ein Heliumgefäß oder thermische
oder kalte Abschirmungen enthalten zum Aufnehmen und Kühlen der
Magnetspulen auf bekannte Art und Weise. Die Warmbohrung 218 ist durch
eine innere Zylinderfläche
des Magnetgefäßes 216 definiert,
und ist typischerweise aus einem Metall wie beispielsweise Edelstahl
hergestellt.
-
Die
Wärme,
die von der Gradienten-Spulenanordnung 204 während des
Betriebes abgegeben wird, kann die Temperatur der Warmbohrung 218 der Magnetanordnung 200 zum
Ansteigen bringen (beispielsweise durch Strahlung, Konvektion oder
Leitung). Die Warmbohrung 218 kann ebenfalls als ein Ergebnis
von Wirbelströmen
aufgeheizt werden, geht die während
des Betriebes der Gradienten-Spulenanordnung 204 erzeugt
werden. Wenn die Temperatur der Warmbohrung 218 ansteigt, ändert sich
die Permeabilität
der Warmbohrung (typischerweise sinkt diese gemäß dem Curie-Gesetz), was zu
einer Änderung
oder einem Drift in dem Hauptmagnetfeld B0 führen kann.
Folglich kann das Hauptmagnetfeld mit dem Ansteigen der Temperatur
und dem Absinken der Permeabilität
der Warmbohrung 218 ansteigen. Um die Änderung oder den Drift des
Hauptmagnetfeldes zu steuern (beispielsweise zu minimieren), die aus
einer durch die Temperatur verursachten Änderung in der Permeabilität resultiert,
kann die Temperatur der Warmbohrung 218 bei einer konstanten Temperatur
gehalten werden.
-
3 ist
ein schematisches Blockdiagramm einer Einrichtung zum Steuern der
Temperatur einer Warmbohrung eines supraleitenden Magneten gemäß einer
Ausführungsform.
Die Vorrichtung 300 ist kompatibel mit der Magnetanordnung
und der MR-Bildgebungsvorrichtung, wie diese vorstehend in Bezug
auf 1 und 2 beschrieben wurde, oder jeder ähnlichen
oder äquivalenten
Magnetanordnung und MR-Bildgebungsvorrichtung. Die Vorrichtung 300 enthält mehrere
thermische Warmbohrungs-Sensoren 320, mehrere Heizelemente 324,
einen thermischen Sensor 326 für jedes Heizelement 324,
mindestens eine Steuereinrichtung 322 und mindestens eine
Stromquelle 328. Mehrere der thermischen Warmbohrungs-Sensoren 320 sind
auf die Fläche
der Warmbohrung, die im Sinne der Erfindung als Warmbohrungsfläche bezeichnet
wird, angebracht. In 2 sind mehrere der thermischen Warmbohrungs-Sensoren 220 auf
der Warmbohrung 218 positioniert. Während vier thermische Warmbohrungs-Sensoren 220 gezeigt
sind, sollte es klar sein, dass weniger oder mehr thermische Sensoren 220 verwendet
werden können.
Zurückkehren
zu 3, können
die thermischen Warmbohrungs-Sensoren 320 verwendet werden,
beispielsweise Thermoelemente, Thermistoren, Widerstandstemperatureinrichtung
(resistance temperature device: RTD), usw.. In einer Ausführungsform
ist das RTD ein RTD mit Nichtmetall-Gehäuse (beispielsweise RTD mit
einer mit Teflon umhüllten
Vierdrahtplatine), um den Anteil von Metall in dem RTD zu minimieren.
In einer anderen Ausführungsform
kann das RTD eine Kurzschluss-Kapazität enthalten, um HF-Rauschen
auf dem RTD zu minimieren. Die thermischen Warmbohrungs-Sensoren 320 der
sind die auf der Warmbohrungsfläche
positioniert, um eine mittlere Temperatur der Warmbohrung zu erhalten.
Beispielsweise können
in verschiedenen Ausführungsform
an vier oder acht Orten auf der Warmbohrungsfläche jeweils ein thermischer
Warmbohrungs-Sensor 320 angeordnet sein. Die Orte von jedem
der thermischen Warmbohrungs-Sensoren 320 sind so gewählt, dass die
mittlere Temperatur der Warmbohrung ausreichend nach verfolgt werden
kann. Die thermischen Warmbohrungs-Sensoren 320 stellen
ein Signal oder Signale für
die eine Steuereinrichtung oder einen Controller (oder Steuereinrichten) 22 bereit,
die die Temperatur an einem zugehörigen Ort in der Warmbohrung Öffnung anzeigen.
-
Mehrere
Heizelement 324 sind auf die innere Warmbohrungsfläche angeordnet.
Während
zwei Heizelemente 324 in 3 gezeigt
sind, sollte es klar sein, das mehr Heizelemente 324 in
der Vorrichtung 300 verwendet werden können. Ein separater thermischer
Center 326. 20 kann mit jedem Heizelement 324 verbunden
sein und mit diesem in thermischem Kontakt stehen, um die Temperatur
der zugeordneten Heizelement 324 zu überwachen. 4 ist
ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Arrays von Heizelementen
auf Warmbohrung, die verwendet werden, um eine konstanter Temperatur
der Warmbohrung gemäß einer
Ausführungsform
aufrechtzuerhalten. 4 zeigt eine Explosions-Ansicht der
inneren Fläche
der Warmbohrung. Das Array 400 enthält mehrere Heizelemente 424 und
ist eingerichtet, um die Temperatur der Warmbohrung 440 bei
einer konstanten, vorher bestimmten Temperatur zu halten. Die Heizelemente 424 können an
der Warmbohrung 440 unter Verwendung eines Klebstoffes (beispielsweise
doppelseitiges Klebeband oder Kleber) angebracht sein. Die Anzahl
der Heizelemente 424 in dem Array 400 ist bevorzugt
auf die Anzahl der Orte in der Warmbohrungsfläche 440 bezogen, die notwendig
ist um eine gleichförmige
Erwärmung
der Warmbohrungsfläche 440 zu
erreichen. In einer Ausführungsform
enthält
das Array 400 mehr als fünfzig (50) Heizelemente 424.
Jedes Heizelement 424 kann mit einem separaten thermischen
Sensor oder einer Temperaturüberwachungseinrichtung 426 verbunden
sein und im thermischen Kontakt mit diesem stehen, beispielsweise
einem Thermoelement, ein Thermistor, eine Widerstandstemperatureinrichtung (RTD),
usw. in 4 sind nur drei thermische Sensoren
(oder Temperaturüberwachungseinrichtung) 426 aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
gezeigt, es sollte jedoch klar sein, dass jedes Heizelement 424 in
dem Array 400 mit einem separaten thermischen Sender 426 verbunden
sein kann. In einer alternativen Ausführungsform können die
Heizelemente 424 des Arrays 400 in Untermengen
oder Gruppen aufgeteilt sein, und jede Untermenge oder Gruppe der
Heizelemente ist mit einem separaten thermischen Sensor 426 verbunden.
Jeder thermische Sensor 426 ist eingerichtet, um die Temperatur
der zugehörigen
Heizelemente 424 zu überwachen.
Jeder thermischer Sensor 426 stellt ein Signale (Signale)
bereit, das oder die die Temperatur des zugehörigen Heizelementes (oder Heizelemente) 424 einer
Steuereinrichtung 322 anzuzeigen, der in 3 nicht
gezeigt ist.
-
Zurückkommen
auf 3 ist die Steuereinrichtung 322 mit einem
im thermischen Warmbohrungs-Sensor 320 und dem thermischen
Heizelement-Sensor 322 verbunden. Die Steuereinrichtung (Steuereinrichtungen) 322 kann
oder können
beispielsweise in einer Computer-Einrichtung 20 (nicht gezeigt
in 1) oder Vorrichtungssteuerung 332 (nicht
gezeigt in 1) der MR-Bildgebungsvorrichtung
integriert sein. Die Steuereinrichtung 320 ist eingerichtet,
um jedes Heizelement 322 zu steuern, um die Temperatur
der Warmbohrung bei einer konstanten, vorher bestimmten Temperatur
zu halten. Die Steuereinrichtung 320 kann beispielsweise
einen PID-Regler (proportional-integral-derivative: PID) der Temperaturen
des Heizelementes 324 auf der Basis der Eingabe der gemessenen
Temperatur der Warmbohrung und der Temperatureingaben des Heizelementes
(der Heizelemente) 324 implementieren. Die Steuereinrichtung 322 ist
mit einer Stromquelle (oder mehreren Stromquelle) 328 20
so verbunden, dass diese eine von der Temperatur gesteuerte Stromquelle
ist. Die Stromquelle (Stromquellen) 328 sind mit den Heizelementen 324 verbunden.
In einer Ausführungsform
ist jedes Heizelement 324 mit einer separaten Stromquelle 328 verbunden.
In einer anderen Ausführungsform
können
die mehreren Heizelemente 324 in Untermengen oder Gruppen
aufgeteilt werden, und jede Untermenge oder Gruppe der Heizelemente 324 ist
mit einer separaten Stromquelle 328 verbunden.
-
Auf
der Basis der Temperatur der Warmbohrung und des Heizelements 324 stellt
die Steuereinrichtung 322 ein Steuersignal für die Stromquelle (Stromquellen) 328 bereit,
das dementsprechend den Strom angepasst oder ändert, der jedem der Heizelement 324 eingespeist
wird, um die Wärme
zu steuern, die durch jedes Heizelement 324 erzeugt wird,
um eine konstante vorher bestimmte Temperatur der Warmbohrung aufrecht
zu halten. In manchen Fällen
kann die Erwärmung
der Warmbohrung nicht gleichmäßig sein,
beispielsweise als ein Ergebnis der lokalen Erwärmung aufgrund von Wirbelströmen. Demzufolge
kann die Steuereinrichtung 322 und die zugehörige Stromquelle
(Stromquellen) 328 den Strom anpassen, der an jedes Heizelement
(oder eine Untergruppe von Heizelementen) 324 separat geliefert
wird, so dass die Wärme,
die durch die Heizelement 324 an dem bestimmten Ort der
lokalen Erwärmung
erzeugt wird, gesteuert werden kann, um die Temperatur der Warmbohrung
konstant zu halten, beispielsweise auf der konstanten vorher bestimmten Temperatur.
In einer Ausführungsform
ist die konstante vorher bestimmte Temperatur eine erhöhte Temperatur
oberhalb einer Umgebungstemperatur, sodass die Temperatur der Warmbohrung nicht
durch die Gradientenspulenheizungen beeinflusst wird. Beispielsweise
kann die erhöhte
Temperatur eine Temperatur sein, die größer ist als die maximale Temperatur
der Warmbohrung, die als ein Ergebnis des Gradienten der Heizung
bei maximaler Leistung erwartet wird. Zusätzlich können, indem eine vorher bestimmte
Temperatur, die erhöht
ist, ausgewählt
wird, die Heizelemente 324 herunter geregelt werden (beispielsweise
Temperaturabfall), wenn dies nötig
ist, um eine konstante Temperatur der Warmbohrung aufrecht zu halten.
Durch Steuern jedes Heizelementes 324, um eine konstante
Temperatur aufrecht zu halten, wird die Temperatur induzierte Änderungen
in der Permeabilität
der Warmbohrung verringert oder eliminiert, und wird die Drift in
dem Hauptmagnetfeld minimieren.
-
Wie
vorstehend erwähnt,
kann die Warmbohrung 218 (in 2 gezeigt)
ebenfalls als ein Ergebnis von Wirbelströmen erwärmt werden, die während dem
Betrieb der Gradienten-Spulenanordnung 204 (in 2 gezeigt)
erzeugt werden. Um Wirbelströme
davon abzuhalten die Warmbohrung direkt zu erwärmen oder aufzuheizen, ist
eine Wirbelstrom-Abschirmung
auf einer Außenseitenfläche der Gradienten-Spulenanordnung geschaffen. 5 ist ein
schematisches Diagramm einer Magnetanordnung im Querschnitt, die
die relativen Positionen verschiedener Elemente zeigt, einschließlich einer
Wirbelstrom-Abschirmung und eines Heizelement-Arrays gemäß einer
Ausführungsform.
Die Magnetanordnung 500 enthält unter anderen Elementen
einen supraleitenden Magneten 502, eine Gradient Spulenanordnung 504,
eine HF-Spule 506 und ein Patientenvolumen oder Raum 508.
Eine Kombination einer Wirbelstrom-Abschirmung 530, die
eine Gradienten-Spulenanordnung 504 und ein Array 400 von
Heizelementen auf einer inneren Fläche der Warmbohrung 518 um gibt,
wird verwendet, um eine konstante Temperatur der Warmbohrung 518 beizubehalten. Die
Wirbelstrom-Abschirmung 530 ist aus einem leitenden Metall
aufgebaut, und hat eine Dicke von einigen Wandstärken oder Millimetern. Beispielsweise kann
die Wirbelstrom-Abschirmung 530 aus mehreren Lagen von
Kupfer (beispielsweise Kupferfolie) bestehen, die um die Gradienten-Spulenanordnung 504 gewickelt
sind. Die Wirbelstrom-Abschirmung 530 kann sich über die
gesamte Länge
der Gradienten-Spulenanordnung 504 erstrecken (beispielsweise
entlang der der Länge
des Gradienten-Spulenzylinders) oder kann alternativ über die
Längendimensionen
der Gradientenspule 504 hinausreichen. Die Wirbelstrom-Abschirmung 530 schwächt die
Wirbelströme
ab und hindert die Wirbelströme
daran direkt eine Erwärmung
der Warmbohrung 518 zu verursachen. Zusätzlich ermöglicht die thermische Leitfähigkeit
der Wirbelstrom-Abschirmung 530 die Verteilung der Wärme, die
durch die Wirbelströme
um die Wirbelstrom-Abschirmung 530 herum erzeugt wird,
um die lokale Erwärmung
zu reduzieren oder zu entfernen, die charakteristisch für die Wirbelströme ist.
-
Die
Magnetanordnung 500 enthält ebenfalls ein Array von
Heizelementen, die auf der Warmbohrung 518 befestigt sind.
Das Array von Heizelement auf der Warmbohrung 518 ist eingerichtet,
um eine vorher bestimmte Temperatur aufrecht zu halten, um die Warmbohrung 518 auf
einer konstanten Temperatur zu halten. 6 ist ein
schematisches Diagramm eines beispielhaften Arrays von Heizelement 600 auf
einer Warmbohrungsfläche
gemäß einer Ausführungsform. 6 zeigt
eine Explosionsansicht der inneren Fläche der Warmbohrung. Das Array
von Heizelementen 600 ist kompatibel mit der Magnetanordnung,
wie dies vorstehend in Bezug auf die 1 oder 2 beschrieben
wurde, oder jeder ähnli chen
oder äquivalenten
Magnetanordnung. Das Array 600 von Heizelementen ist an
einer Innenfläche 640 der
Warmbohrung befestigt. Das Array 600 enthält mehrere
Heizelemente 642, und ist eingerichtet, um die Temperaturen
der Warmbohrung bei einer konstanten vorher bestimmten Temperatur
aufrecht zu halten. Die Heizelemente 642 können auf
der Warmbohrungsfläche 640 unter
Verwendung eines Klebstoffes befestigt werden. Die Anzahl der Heizelemente 642 in
dem Array 600 kann auf der Basis der Anzahl der Orte auf
der Warmbohrungsfläche 640 basieren,
die notwendig ist, um eine gleichmäßige Erwärmung der der Warmbohrungsfläche 640 zu
erreichen. In einer Ausführungsform
ist die konstante vorher bestimmte Temperatur eine erhöhte Temperatur
oberhalb einer Umgebungstemperatur. Beispielsweise kann die erhöhte Temperatur
eine Temperatur sein, die größer als
die maximale Temperatur der Warmbohrung ist, die als ein Ergebnis
des Gradienten der Heizung bei maximaler Leistung erwartet wird.
In einer Ausführungsform
wird das Array von Heizelement 600 als eine Gruppe gesteuert.
Alternativ kann jedes Heizelement 642 in dem Array 600 separat
gesteuert werden oder eine Untermenge von Heizelement 642 kann
separat gesteuert werden, wie dies vorstehend in Bezug auf die 3 und 4 beschrieben
ist.
-
Bezug
nehmend auf 2 kann die Drift in dem Hauptmagnetfeld
B0 ebenfalls durch eine Reduktion der Permeabilität Magnetwarmbohrung 218 gesteuert
werden. Wie dies bereits erwähnt
wurde, ist die Warmbohrung 218 typischerweise aus Metall, wie
beispielsweise Edelstahl, gefertigt. Die Warmbohrung 218 kann
vor dem Zusammenbau des Magneten ausgeheizt werden, um die Permeabilität des Metalls
(beispielsweise Edelstahl) herab zusetzten, das für die Warmbohrung 218 verwendet
wird. Um die Warmbohrung 218 auszu heizen, wird die Warmbohrung 218 für eine bestimmte
Zeit, beispielsweise 30 Minuten, auf eine Temperatur in dem Bereich
von 1850–2050°F erhitzt.
Die Warmbohrung 218 ist dann schnell auf Raumtemperatur
abgekühlt.
Das Ausheizen ändert
die Materialeigenschaften des Metalls, das für die Warmbohrung 218 verwendet
wird, einschließlich
der Erniedrigung der Permeabilität
des Metalls, das für
die Warmbohrung 218 verwendet wird. Als ein Ergebnis der
verringerten Permeabilität, ist
die Drift in dem Hauptmagnetfeld, die durch die Erwärmung der
Warmbohrung 218 (beispielsweise von der Gradientenspule)
verursacht wird, verringert. Die Ausheizung der Warmbohrung kann
ebenfalls jedes Ansteigen der Permeabilität entfernen, das durch das Kaltverformen
des Metalls während
des Herstellungsprozesses verursacht ist. Zusätzlich kann das Ausheizen die
Permeabilität
der Schweißnähte oder Schweißpunkte,
die bei der Herstellung der Warmbohrung 218 verwendet werden,
und den Effekt der Schweißnähte auf
die Homogenität
des Hauptmagnetfeldes verringern.
-
Diese
offenbarte Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung zu
offenbaren, einschließlich
der besten Ausführungsform,
und versetzt jeden Fachmann in die Lage die Erfindung zu durchzuführen und
zu verwenden. Der schutzfähige
Umfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere
Beispiele enthalten, die für
den Fachmann offensichtlich sind. Derartige Beispiele sind beabsichtigt
innerhalb des Umfangs der Ansprüche,
wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die nicht von der dem
Wortlaut der Ansprüche
abweichen, oder wenn diese äquivalente
strukturelle Elemente enthalten, die unwesentliche Unterschiede von
dem Wortsinn der Ansprüche
aufweisen. Die Reihenfolge und Sequenz der Prozess- oder Verfahrenschritte kann
verändert
oder neu angeordnet werden, entsprechend alternativen Ausführungsformen.
-
Viele
andere Änderungen
und Modifikationen können
auf die vorliegende Erfindung angewendet werden, ohne vom Geist
dieser abzuweichen. Der Umfang dieser und anderer Veränderungen
wird durch die nachfolgenden Ansprüche deutlich.
-
Eine
Einrichtung 300 zum Steuern der Temperatur einer Warmbohrung
eines supraleitenden Magneten in einer Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung
(MR-Bildgebungsvorrichtung) enthält
mehrere thermische Warmbohrungs-Sensoren 320, die auf einer
Fläche
der Warmbohrung positioniert sind, und mehrere Heizelemente 324,
die auf der Fläche der
Warmbohrung positioniert sind. Ein thermischer Heizelement-Sensor 326 ist
mit jedem der mehreren Heizelemente 324 gekoppelt, und
eingerichtet, um die Temperatur der zugehörigen Heizelemente 324 zu überwachen.
Eine Steuereinrichtung 322 ist den mehreren thermischen
Warmbohrungs-Sensoren 320 und den mehreren thermischen
Heizelement-Sensoren 326 gekoppelt. Die Steuereinrichtung 322 ist
eingerichtet, um jeden der mehreren Heizelemente 320 zu
steuern, um eine vorher bestimmte Temperatur der Warmbohrung aufrecht
zu halten.
-
1
- 10
- Magnetresonanz-Bildgebungsvorrichtung (MR-Bildgebung)
- 12
- Bedienkonsole
- 13
- Eingabeeinrichtung
- 14
- Steuereinrichtung,
Steuerpanel
- 16
- Darstellungsbildschirm,
Display
- 18
- Verbindung
- 20
- Computer-Einrichtung
- 20a
- Backplane,
Rückwand
- 22
- Bildprozessor-Modul
- 24
- CPU-Modul
- 26
- Speicher-Modul
- 32
- Vorrichtungssteuercomputer
- 32a
- Datenverbindung
- 34
- Verbindung
- 36
- CPU-Modul
- 38
- Puls-Generator-Modul
- 40
- Kommunikationsverbindung
- 42
- Gradientenverstärker-Einrichtung
- 44
- physiologischer
Akquisitions-Controller, Akquisitionssteuereinrichtung
- 46
- Scanraum-Schnittstellenschaltung
- 48
- Patientenpositionier-Einrichtung
- 50
- Gradientenspulen-Anordnung
- 52
- Magnet-Anordnung
- 54
- Magnet
- 56
- HF-Spule
- 58
- Transceiver-Modul,
Sende-/Empfänger-Modul
- 60
- HF-Verstärker
- 62
- Sende/Empfangs-Schalter
- 64
- Vorverstärker
- 66
- Speichermodul
- 68
- Array-Prozessor
- 70
- Patient
oder bildgebend darzustellendes Objekt
- 72
- zylindrisches
Patienten-Bildgebungsvolumen
- 74
- Oberflächen- parallele
Bildgebungs-Spule
-
2
- 200
- Magnet-Anordnung
- 202
- supraleitender
Magnet
- 204
- Gradientenspulen-Anordnung
- 206
- HF-Spule
- 208
- Patientenvolumen
oder Raum
- 210
- Patientenöffnungs-Röhre, Patientenbohrungs-Röhre
- 212
- zentrale
Achse
- 216
- Magnetgefäß
- 218
- Warmbohrung,
freier Innendurchmesser
- 220
- thermische
Sensoren der Warmbohrung
-
3
- 300
- Einrichtung
zum Steuern einer Temperatur einer Warmbohrung
- 320
- thermische
Warmbohrungs-Sensoren
- 322
- Steuereinrichtung,
Controller
- 324
- Heizelemente
- 326
- thermische
Heizelement-Sensoren
- 328
- Stromquelle,
Stromquellen
-
4
- 400
- Array
von Heizelement
- 424
- Heizelemente
- 426
- thermische
Sensoren
- 440
- Warmbohrung
-
5
- 500
- Magnet-Anordnung
- 502
- supraleitender
Magnet
- 504
- Gradientenspulen-Anordnung
- 506
- HF-Spule
- 508
- Patientenvolumen
oder Raum
- 518
- Warmbohrung
- 530
- Wirbelstrom-Abschirmung
-
6
- 600
- Array
von Heizelement
- 640
- Warmbohrungsfläche
- 642
- Heizelemente