DE102021202956A1

DE102021202956A1 - Nichtzylindrische Gradientenspuleneinheit

Info

Publication number: DE102021202956A1
Application number: DE102021202956.6A
Authority: DE
Inventors: Stephan Biber; Andreas Krug
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2021-03-25
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2022-09-29
Also published as: CN115128528A; US20220308138A1; US11714150B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gradientenspuleneinheit umfassend eine erste Leiterstruktur angeordnet innerhalb einer ersten Form, eine zweite Leiterstruktur angeordnet innerhalb einer zweiten Form, wobei- die erste Leiterstruktur und die zweite Leiterstruktur gemeinsam zu einer Erzeugung eines Magnetfeldgradienten in eine erste Richtung ausgebildet sind,- die erste Form und die zweite Form disjunkt, einander gegenüberliegend und durch einen Hohlraum getrennt angeordnet sind, und- die erste Form ein Kreissegment als Querschnitt aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine nichtzylindrische Gradientenspuleneinheit ausgebildet zur Einpassung in eine hohlzylindrische Magneteinheit eines Magnetresonanzgerätes und ein Magnetresonanzgerät umfassend eine solche nichtzylindrische Gradientenspuleneinheit.
In einem Magnetresonanzgerät wird üblicherweise der zu untersuchende Körper eines Untersuchungsobjektes, insbesondere eines Patienten, mit Hilfe einer Magneteinheit einem relativ hohen Hauptmagnetfeld, beispielsweise von 1,5 oder 3 oder 7 Tesla, ausgesetzt. Zusätzlich werden mit Hilfe einer Gradientenspuleneinheit Gradientenpulse ausgespielt. Über eine Hochfrequenzantenneneinheit werden dann mittels geeigneter Antenneneinrichtungen hochfrequente Hochfrequenz-Pulse, beispielsweise Anregungspulse, ausgesendet, was dazu führt, dass die Kernspins bestimmter, durch diese Hochfrequenz-Pulse resonant angeregter Atome um einen definierten Flipwinkel gegenüber den Magnetfeldlinien des Hauptmagnetfelds verkippt werden. Bei der Relaxation der Kernspins werden Hochfrequenz-Signale, so genannte Magnetresonanz-Signale, abgestrahlt, die mittels geeigneter Hochfrequenzantennen empfangen und dann weiterverarbeitet werden. Aus den so akquirierten Rohdaten können schließlich die gewünschten Bilddaten rekonstruiert werden. Eine Gradientenspuleneinheit ist typischerweise zur Erzeugung eines Magnetfeldgradienten in zumindest eine Raumrichtung ausgelegt. Die Magneteinheit und die Gradientenspuleneinheit sind jeweils typischerweise hohlzylindrisch ausgebildet und die Gradientenspuleneinheit ist innerhalb des Hohlraumes der Magneteinheit angeordnet. Innerhalb der Gradientenspuleneinheit liegt typischerweise der Patientenaufnahmebereich, in welchem das Untersuchungsobjekt während der Aufnahme der Magnetresonanz-Signale gelagert wird. Es ist bekannt, dass ein größerer Patientenaufnahmebereich mit größerem Komfort für das Untersuchungsobjekt und mit höheren Kosten zur Herstellung des Magnetresonanzgerätes verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gradientenspuleneinheit und eine Magnetresonanzgerät anzugeben, welche kostengünstig hohen Komfort für das Untersuchungsobjekt ermöglichen. Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Gradientenspuleneinheit ist ausgebildet zur Einpassung in eine hohlzylindrische Magneteinheit aufweisend einen Innenradius und eine Magnetlänge entlang der Zylinderachse eines Magnetresonanzgerätes. Die erfindungsgemäße Gradientenspuleneinheit umfasst eine erste Leiterstruktur angeordnet innerhalb einer ersten Form und eine zweite Leiterstruktur angeordnet innerhalb einer zweiten Form, wobei die erste Leiterstruktur und die zweite Leiterstruktur gemeinsam zu einer Erzeugung eines Magnetfeldgradienten in eine erste Richtung ausgebildet sind,
die erste Form und die zweite Form disjunkt, einander gegenüberliegend und durch einen Hohlraum getrennt angeordnet sind, und
die erste Form ein Kreissegment als Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse aufweist.
Eine Leiterstruktur, insbesondere die erste Leiterstruktur und/oder die zweite Leiterstruktur, umfasst typischerweise einen elektrischen Leiter. Die geometrische Anordnung eines elektrischen Leiters kann als Leiterstruktur bezeichnet werden.
Die erste Leiterstruktur ist gemeinsam mit der zweite Leiterstruktur dazu ausgebildet, einen Magnetfeldgradienten in die erste Richtung zu erzeugen. Die erste Richtung ist typischerweise eine Raumrichtung, vorzugsweise parallel und/oder senkrecht zu der Zylinderachse des Magnetresonanzgerätes und/oder horizontal und/oder vertikal. Die Ansteuerung der ersten Leiterstruktur und der zweiten Leiterstruktur erfolgt typischerweise durch Anlegen eines elektrischen Stroms in der ersten Leiterstruktur und der zweiten Leiterstruktur. Ein elektrischer Leiter verbindet typischerweise die erste Leiterstruktur mit der zweiten Leiterstruktur. Die erste Leiterstruktur und die zweite Leiterstruktur können in Serie miteinander verschaltet sein, insbesondere durch Verwendung des elektrischen Leiters. Die erste Leiterstruktur und die zweite Leiterstruktur können auch durch Parallelschaltung miteinander verbunden sein. Die Ansteuerung einer von der Gradientenspuleneinheit umfassten Leiterstruktur, insbesondere der ersten Leiterstruktur und der zweite Leiterstruktur, zu einer Erzeugung eines Magnetfeldgradienten erfolgt typischerweise durch Anlegen eines elektrischen Stroms in dieser Leiterstruktur. Die Leiterstruktur umfasst typischerweise Kupfer und/oder Aluminium und/oder ein anderes niederohmiges Material.
Die erste Leiterstruktur ist typischerweise von der ersten Form umgeben und/oder umschlossen. Die erste Leiterstruktur kann in die erste Form eingebettet und/oder eingegossen sein. Die erste Leiterstruktur ist durch die erste Form typischerweise räumlich fixiert. Die erste Form kann Harz und/oder Kunststoff und/oder zumindest eine Faserversteifung umfassen. Die zweite Leiterstruktur ist typischerweise von der zweiten Form umgeben und/oder umschlossen. Die zweite Leiterstruktur kann in die zweite Form eingebettet und/oder eingegossen sein. Die zweite Leiterstruktur ist durch die zweite Form typischerweise räumlich fixiert. Die zweite Form kann Harz und/oder Kunststoff und/oder zumindest eine Faserversteifung umfassen. Die erste Leiterstruktur und/oder die zweite Leiterstruktur können spiralförmig und/oder sattelförmig und/oder als Segmentspulen ausgebildet sein.
Die erste Leiterstruktur und die zweite Leiterstruktur sind vorzugsweise gemeinsam dazu ausgebildet, einen linearen Magnetfeldgradienten in die erste Richtung zu erzeugen. Die erste Leiterstruktur und die zweite Leiterstruktur können auch gemeinsam dazu ausgebildet sein, einen nichtlinearen und/oder uneindeutigen Magnetfeldgradienten, in der Fachliteratur als Patloc und/oder Flatloc bekannt, zu erzeugen. Die erste Leiterstruktur und die zweite Leiterstruktur formen typischerweise gemeinsam eine Primärspule. Zur Abschirmung eines durch die erste Leiterstruktur und die zweite Leiterstruktur erzeugten Magnetfeldgradienten außerhalb des Patientenaufnahmebereiches, insbesondere außerhalb des Hohlraumes, umfasst die Gradientenspuleneinheit vorzugsweise eine Sekundärspule, welche eine sekundäre erste Leiterstruktur und eine sekundäre zweite Leiterstruktur umfassen kann. Die sekundäre erste Leiterstruktur und die sekundäre zweite Leiterstruktur können radial außerhalb der ersten Leiterstruktur und der zweiten Leiterstruktur angeordnet sein.
Die erste Form und die zweite Form sind disjunkt und demnach vorzugsweise frei von räumlicher Überlappung. Zumindest die erste Form weist als Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse, vorzugsweise in einer Ebene definiert durch eine Vertikale und eine Horizontale, ein Kreissegment auf. Die Kontur des Kreissegmentes umfasst typischerweise einen Kreisbogen und eine Kreissehne. Der Radius definierend den Kreisbogen ist typischerweise höchstens 20% geringer, bevorzugt höchstens 10%, besonders bevorzugt höchstens 5% geringer als der Innenradius der hohlzylindrischen Magneteinheit. Die Kreissehne definiert typischerweise die dem Untersuchungsobjekt zugewandte Seite der ersten Form. Der Kreisbogen definiert typischerweise die der Magneteinheit zugewandte Seite der ersten Form. Die erste Form und die zweite Form sind typischerweise zur Einpassung innerhalb der hohlzylindrischen Magneteinheit, insbesondere in deren Hohlbereich, ausgebildet. Der Hohlraum zwischen der ersten Form und der zweiten Form umfasst typischerweise den Untersuchungsbereich und ist dazu ausgelegt ein Untersuchungsobjekt zumindest teilweise aufzunehmen. Die Zylinderachse verläuft typischerweise durch den Hohlraum und/oder liegt außerhalb der ersten Form und/oder der zweiten Form.
Die erfindungsgemäße nichtzylindrische Gradientenspuleneinheit benötigt im Vergleich zu herkömmlichen hohlzylinderförmigen Gradientenspuleneinheiten wenig Raum und/oder ist derart geformt, dass der hohlzylindrische Bereich der Magneteinheit an den Positionen von der ersten Form und der zweiten Form ausgenutzt wird, wo der Komfort des Untersuchungsobjektes nur gering beeinträchtigt wird. Insbesondere können die Positionen von der ersten Form und der zweiten Form an die Anatomie des Untersuchungsobjektes angepasst werden. Dies erhöht den Komfort des Untersuchungsobjektes kostengünstig bei unverändertem Innenradius der Magneteinheit. Ebenso kann bei gleichem Komfort für das Untersuchungsobjekt der Innenradius der Magneteinheit reduziert werden, wodurch die Magneteinheit und damit auch das Magnetresonanzgerät kostengünstiger herstellbar sind.
Eine Ausführungsform der Gradientenspuleneinheit sieht vor, dass eine Kontur eines Querschnitts der zweiten Form senkrecht zur Zylinderachse einen Kreisbogen mit dem Innenradius aufweist. Die zweite Form weist als Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse, vorzugsweise in einer Ebene definiert durch eine Vertikale und eine Horizontale, ein Kreissegment auf. Die Kontur des Kreissegmentes umfasst typischerweise einen Kreisbogen und eine Kreissehne. Der Radius definierend den Kreisbogen ist typischerweise höchstens 20% geringer, bevorzugt höchstens 10%, besonders bevorzugt höchstens 5% geringer als der Innenradius der hohlzylindrischen Magneteinheit. Die Kreissehne definiert typischerweise die dem Untersuchungsobjekt zugewandte Seite der zweiten Form. Der Kreisbogen definiert typischerweise die der Magneteinheit zugewandte Seite der zweiten Form. Eine derartige Gradientenspuleneinheit ermöglicht insbesondere bei erfindungsgemäßer gegenüberliegender durch einen Hohlraum getrennter Anordnung der ersten Form und der zweiten Form eine besonders gute Anpassung an die Anatomie des Untersuchungsobjektes, insbesondere, wenn der Untersuchungsbereich den Körperstamm umfasst.
Eine Ausführungsform der Gradientenspuleneinheit sieht vor, dass eine Kreissehne der ersten Form horizontal ausgerichtet und die erste Form unterhalb der zweiten Forma angeordnet ist. Vorzugsweise ist die erste Form unterhalb der Zylinderachse und die zweite Form oberhalb der Zylinderachse angeordnet. Gemäß dieser Ausführungsform kann das Untersuchungsobjekt liegend auf der flachen Seite der ersten Form angeordnet werden, wobei oberhalb des Untersuchungsobjektes die zweite Form angeordnet ist. Diese nichtzylindrische Gradientenspuleneinheit sieht demnach einen Hohlraum vor, dessen horizontale Ausdehnung senkrecht zur Zylinderachse größer ist als dessen vertikale Ausdehnung. Dieser Hohlraum ist besonders gut und komfortabel für eine Untersuchungsbereich umfassend den Körperstamm oder Extremitäten geeignet.
Eine Ausführungsform der Gradientenspuleneinheit sieht vor, dass die zweite Form ein Kreissegment als Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse mit einer Kreissehne in horizontaler Richtung aufweist. Diese nichtzylindrische Gradientenspuleneinheit sieht demnach einen Hohlraum vor, der oben und unten von zwei horizontalen Ebenen begrenzt wird und an den Seiten durch den Innenradius der Magneteinheit begrenzt wird. Dieser Hohlraum ist besonders gut und komfortabel für eine Untersuchungsbereich umfassend den Körperstamm oder Extremitäten geeignet.
Eine Ausführungsform der Gradientenspuleneinheit sieht vor, dass die erste Form eine größere Sagitta senkrecht zur Zylinderachse aufweist als die zweite Form. Die erste Sagitta der ersten Form ist typischerweise um zumindest 10%, vorzugsweise um zumindest 20%, besonders bevorzugt um zumindest 30% größer als die zweite Sagitta der zweiten Form. Die horizontale Ebene definiert durch die erste Form parallel zur Zylinderachse weist demnach von der Zylinderachse einen geringeren Abstand auf als die horizontale Ebene der zweiten Form. Die durch die erste Form definierte horizontale Ebene parallel zur Zylinderachse wird mit steigender erster Sagitta größer, sofern die erste Sagitta kleiner als der Innenradius ist. Die durch die erste Form definierte horizontale Ebene parallel zur Zylinderachse kann die Auflagefläche für das Untersuchungsobjekt definieren. Je größer die Auflagefläche ist, desto höher ist der Komfort für das Untersuchungsobjekt. Diese Ausführungsform ermöglicht demnach besonders großen Komfort.
Eine Ausführungsform der Gradientenspuleneinheit sieht vor, dass die zweite Form einen sichelförmigen Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse aufweist. Der sichelförmige Querschnitt weist typischerweise einen äußeren Kreisbogen und einen inneren Kreisbogen auf. Der Radius definierend den äußeren Kreisbogen ist typischerweise höchstens 20% geringer, bevorzugt höchstens 10%, besonders bevorzugt höchstens 5% geringer als der Innenradius der hohlzylindrischen Magneteinheit. Der Radius definierend den inneren Kreisbogen ist typischerweise zumindest 5%, bevorzugt zumindest 10%, besonders bevorzugt zumindest 15% größer als der Innenradius der hohlzylindrischen Magneteinheit. Der innere Kreisbogen kann auch durch eine Ellipse mit horizontaler Hauptachse beschreiben werden. Eine derartige Gradientenspuleneinheit ermöglicht eine bequeme Positionierung des Untersuchungsobjektes auf einer horizontalen Ebene definiert durch die erste Form und einen großen Hohlraum, welcher insbesondere in horizontaler Richtung durch den Innenradius definiert und damit für eine definierte Magneteinheit maximal sein kann. Die Sichelform ermöglicht auch eine Maximierung der Höhe des Hohlraums und damit des Untersuchungsbereiches in die Vertikale, was insbesondere gegen Klaustrophobie helfen kann.
Eine Ausführungsform der Gradientenspuleneinheit sieht vor, dass eine Kreissehne der ersten Form vertikal ausgerichtet ist und die zweite Form ein Kreissegment als Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse mit einer Kreissehne in vertikaler Richtung aufweist. Diese Ausführungsform ist besonders gut geeignet, wenn die räumliche Ausdehnung des Untersuchungsbereiches und/oder des Untersuchungsobjektes umgebend den Untersuchungsbereich in vertikaler Richtung nicht geringer ist als in horizontaler Richtung. Insbesondere, wenn der Untersuchungsbereich den Kopf umfasst und/oder frei vom Schulterbereich ist und/oder frei vom Körperstamm ist, ist diese Ausführungsform vorteilhaft. Die Gradientenspuleneinheit reduziert den Innenradius der Magneteinheit seitlich, insbesondere an den Ohren des Kopfes des Untersuchungsobjektes, wobei in vertikaler Richtung, also vom Sichtfeld des Untersuchungsobjektes nach oben der Hohlraum und damit auch das Sichtfeld nicht eingeschränkt wird. Dies ermöglicht eine ideale Anpassung der Geometrie der Gradientenspuleneinheit an die Form eines Kopfes, wodurch auch bei geringem Innenradius der Magneteinheit, beispielsweise von 25 cm, eine komfortable Messung des Untersuchungsobjekte erfolgen kann. Insbesondere ermöglicht diese Ausführungsform eine freie Sicht auf einen Bildschirm, positioniert vor dem Untersuchungsobjekt, was komfortable Unterhaltung und/oder Studien im Bereich der funktionellen MR-Bildgebung ermöglicht. Der Untersuchungsbereich ist gemäß dieser Ausführungsform typischerweise zwischen 10 cm × 10 cm × 10 cm und 25 cm × 25 cm × 25 cm.
Eine Ausführungsform der Gradientenspuleneinheit sieht vor, dass die erste Form parallel zur Zylinderachse eine längere Oberkante als Unterkante aufweist. Die zweite Form parallel zur Zylinderachse weist vorzugsweise eine längere Oberkante als Unterkante auf.
In liegender Position weist der Schulterbereich des Untersuchungsobjektes eine größere horizontale Ausdehnung und geringere vertikale Ausdehnung auf als der Hals und/oder der Kopf. Ist die erste Form und/oder die zweite Form im unteren Bereich, also im Schulterbereich, kürzer als im oberen Bereich, so kann eine besonders gute Anpassung an die Anatomie erfolgen. Insbesondere erhöht dies den Komfort und erzielt dennoch eine gute räumliche Abdeckung des Kopfes. Die Oberkante und die Unterkante der ersten Form und/oder der zweiten Form sind vorzugweise bündig am peripheren Ende, also dem dem Untersuchungsobjekt abgewandten Ende, der Gradientenspuleneinheit.
Eine Ausführungsform der Gradientenspuleneinheit sieht vor, dass eine Projektion der ersten Form und/oder der zweiten Form in einer zur Zylinderachse parallelen Ebene ein Trapez ist. Die Projektion der ersten Form und/oder der zweiten Form in einer zur Zylinderachse parallelen Ebene ist vorzugsweise ein rechtwinkliges Trapez, wobei die Oberkante und die Unterkante der ersten Form und/oder der zweiten Form sind vorzugweise bündig am peripheren Ende sind. Diese Ausführungsform ist besonders einfach und kostengünstig realisierbar.
Eine Ausführungsform der Gradientenspuleneinheit sieht vor, dass eine Projektion der ersten Form und/oder der zweiten Form in einer zur Zylinderachse parallelen Ebene an zumindest einer Seite zwischen Oberkante und Unterkante eine Krümmung aufweist. Die Oberkante und die Unterkante der ersten Form und/oder der zweiten Form sind vorzugweise bündig am peripheren Ende. Dadurch können die erste Form und/oder die zweite Form besonders gut an den Körperstamm und/oder den Schulterbereich angepasst werden.
Eine Ausführungsform der Gradientenspuleneinheit umfasst eine dritte Leiterstruktur angeordnet innerhalb einer dritten Form, wobei
die erste Leiterstruktur, die zweite Leiterstruktur und die dritte Leiterstruktur gemeinsam zu einer Erzeugung eines Magnetfeldgradienten in eine erste Richtung ausgebildet sind und die dritte Form ein Kreissegment als Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse mit einer Kreissehne in horizontaler Richtung aufweist.
Die dritte Leiterstruktur ist typischerweise von der dritten Form umgeben und/oder umschlossen. Die dritte Leiterstruktur kann in die dritte Form eingebettet und/oder eingegossen sein. Die dritte Leiterstruktur ist durch die dritte Form typischerweise räumlich fixiert. Die dritte Form kann Harz und/oder Kunststoff und/oder zumindest eine Faserversteifung umfassen.
Die dritte Leiterstruktur kann spiralförmig und/oder sattelförmig und/oder als Segmentspule ausgebildet sein. Die erste Leiterstruktur, die zweite Leiterstruktur und die dritte Leiterstruktur sind vorzugsweise gemeinsam dazu ausgebildet, einen linearen Magnetfeldgradienten in die erste Richtung zu erzeugen. Die erste Leiterstruktur, die zweite Leiterstruktur und die dritte Leiterstruktur können auch gemeinsam dazu ausgebildet sein, einen nichtlinearen und/oder uneindeutigen Magnetfeldgradienten, in der Fachliteratur als Patloc und/oder Flatloc bekannt, zu erzeugen.
Die erste Form und die dritte Form sind vorzugsweise derart angeordnet, dass deren Kreissehnen sich rechtwinklig schneiden. Die erste Form und die dritte Form können sich überschneiden. Die zweite Form und die dritte Form sind vorzugsweise derart angeordnet, dass deren Kreissehnen sich rechtwinklig schneiden. Die zweite Form und die dritte Form können sich überschneiden. Die erste Form, die zweite Form und die dritte Form umgeben den Untersuchungsbereich vorzugsweise von drei Seiten. Das Untersuchungsobjekt wird vorzugsweise auf der horizontalen Ebene der dritten Form und/oder parallel dazu positioniert. Die erste Form, die zweite Form und die dritte Form können disjunkt voneinander sein. Die erste Form, die zweite Form und die dritte Form können gemeinsam eine Einheit bilden, welche insbesondere frei von Schnittflächen ist. Die erste Leiterstruktur, die zweite Leiterstruktur und die dritte Leiterstruktur können gemeinsam vergossen, vorzugsweise mittels einer Vergussmasse, wie beispielsweise Harz, sein. Die erste Form, die zweite Form und die dritte Form können dann eine Gesamtform umschließend die erste Leiterstruktur, die zweite Leiterstruktur und die dritte Leiterstruktur bilden.
Diese Ausführungsform ermöglicht ein freies Sichtfeld und eine gute Ausnutzung des Hohlraumes unterhalb eines liegend positionierten Untersuchungsobjektes für die dritte Leiterstruktur. Hierdurch kann ein besonders präziser Magnetfeldgradient bei gleichzeitig maximalem Komfort für das Untersuchungsobjekt erzeugt werden.
Eine Ausführungsform der Gradientenspuleneinheit sieht vor, dass die räumliche Ausdehnung der ersten Form und/oder der zweiten Form parallel zur Zylinderachse kürzer als die Magnetlänge ist. Dies ermöglicht eine kompakte Fertigung und einfache Installation. Insbesondere wird der Hohlbereich möglichst geringfügig durch die Gradientenspuleneinheit beansprucht.
Eine Ausführungsform der Gradientenspuleneinheit sieht vor, dass die Gradientenspuleneinheit achsensymmetrisch zu einer Vertikalen einschließend die Zylinderachse ist. Diese Symmetrie spiegelt die Symmetrie des Untersuchungsobjektes wider. Zudem kann eine symmetrische Gradientenspuleneinheit besonders einfach konzipiert und hergestellt werden. Die Gradientenspuleneinheit kann zusätzlich achsensymmetrisch zu einer Horizontalen einschließend die Zylinderachse, also auch punktsymmetrisch zur Zylinderachse sein. Insbesondere eine symmetrische Relation zwischen der ersten Form und der zweiten Form machen die Gradientenspuleneinheit besonders robust.
Eine Ausführungsform der Gradientenspuleneinheit umfasst einen elektrischen Leiter und eine Verbindungseinheit verbindend die erste Leiterstruktur mit der zweiten Leiterstruktur und mit einer Gradientenverstärkereinheit, wobei die Verbindungseinheit außerhalb des Hohlraumes am peripheren Ende der Magneteinheit angeordnet ist. Dies ermöglicht eine einfach gemeinsame Ansteuerung der ersten Leiterstruktur und der zweiten Leiterstruktur, insbesondere mit einer herkömmlichen Gradientenverstärkereinheit, ohne dass der Hohlraum durch den elektrischen Leiter oder die Verbindungseinheit eingeschränkt wird. Die Gradientenspuleneinheit kann auch einen weitere Gradientenverstärkereinheit umfassen. Die Gradientenverstärkereinheit kann mit der ersten Leiterstruktur verbunden sein und/oder die weitere Gradientenverstärkereinheit kann mit der zweiten Leiterstruktur verbunden sein und/oder die erste Leiterstruktur und die zweite Leiterstruktur können auch durch Parallelschaltung miteinander verbunden sein.
Des Weiteren geht die Erfindung aus von einem Magnetresonanzgerät umfassend eine hohlzylindrische Magneteinheit aufweisend einen Innenradius und eine Magnetlänge entlang der Zylinderachse und eine erfindungsgemäße Gradientenspuleneinheit, wobei die Gradientenspuleneinheit innerhalb des Innenradius der Magneteinheit angeordnet ist. Das Magnetresonanzgerät umfasst vorzugsweise eine Hochfrequenzantenneneinheit zum Senden und Empfangen von Hochfrequenz-Signalen und insbesondere von Magnetresonanz-Signalen. Eine derartige Hochfrequenzantenneneinheit kann in die Gradientenspuleneinheit integriert sein. Eine derartige Hochfrequenzantenneneinheit kann separat von der Gradientenspuleneinheit, insbesondere als lokale und kombinierte Sende- und Empfangsspule ausgestaltet sein. Die Hochfrequenzantenneneinheit umschließt vorzugsweise den Untersuchungsbereich des Untersuchungsobjektes mit einer Distanz zum Untersuchungsobjekt von höchstens 20 cm, besonders bevorzugt von höchstens 7 cm. Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgerätes sind analog zu den Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit ausgebildet. Das Magnetresonanzgerät kann weitere Komponenten aufweisen, welche zur Integration der Gradientenspuleneinheit nötig und/oder vorteilhaft sind.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgeräts entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen der erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit, welche vorab im Detail ausgeführt sind. Hierbei erwähnte Merkmale, Vorteile oder alternative Ausführungsformen können ebenso auch auf die anderen beanspruchten Gegenstände übertragen werden und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Es zeigen:

1 ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät in einer ersten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung in einer ersten Ansicht,
2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit in einer schematischen Darstellung in einer zweiten Ansicht,
3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit in einer schematischen Darstellung in einer zweiten Ansicht,
4 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit in einer schematischen Darstellung in einer zweiten Ansicht,
5 ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät in einer zweiten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung in einer ersten Ansicht,
6 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit in einer schematischen Darstellung in einer zweiten Ansicht,
7 ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät in einer dritten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung in einer ersten Ansicht, und
8 eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit in einer schematischen Darstellung in einer zweiten Ansicht.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät 11 in einer schematischen Darstellung. Das Magnetresonanzgerät 11 umfasst eine Magneteinheit 17 zu einem Erzeugen eines starken und insbesondere konstanten Hauptmagnetfelds 18. Die Magneteinheit 17 ist hohlzylindrisch mit einem Innenradius r_i und einer Magnetlänge l_m entlang der Zylinderachse z_m des Magnetresonanzgerätes 11 ausgebildet. Das Magnetresonanzgerät 11 weist weiterhin eine Gradientenspuleneinheit 19 auf, die für eine Ortskodierung während einer Bildgebung verwendet wird. Die Gradientenspuleneinheit 19 ist in den von der Magneteinheit 17 hohlzylindrisch umgebenen Bereich mit dem Innenradius r_i eingepasst.
Die Gradientenspuleneinheit 19 umfasst eine erste Leiterstruktur 41 angeordnet innerhalb einer ersten Form 51 und eine zweite Leiterstruktur 42 angeordnet innerhalb einer zweiten Form 52, wobei die erste Leiterstruktur 41 und die zweite Leiterstruktur 42 gemeinsam zu einer Erzeugung eines Magnetfeldgradienten in eine erste Richtung ausgebildet sind. Die erste Form 51 und die zweite Form 52 sind disjunkt und einander gegenüberliegend und durch einen Hohlraum, insbesondere den Patientenaufnahmebereich 14, getrennt angeordnet. Die erste Form 51 weist ein Kreissegment als Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse z_m auf.
Die räumliche Ausdehnung der ersten Form 51 und/oder der zweiten Form 52 parallel zur Zylinderachse z_m sind gemäß dieser Ausführungsform kürzer als die Magnetlänge l_m und/oder die Gradientenspuleneinheit 19 ist achsensymmetrisch zu einer Vertikalen einschließend die Zylinderachse z_m ausgebildet.
Die Gradientenspuleneinheit 19 kann einen elektrischen Leiter 32 verbindend die erste Leiterstruktur 41 mit der zweiten Leiterstruktur 42 und mit einer Gradientenverstärkereinheit 28 und/oder einer Verbindungseinheit 33 umfassen. Die Verbindungseinheit 33 ist vorzugsweise peripher am Kopfende der Magneteinheit 17 angeordnet. Die Gradientenverstärkereinheit 28 kann eine Gradientensteuereinheit umfassen, mittels welcher die Gradientenspuleneinheit 19 ansteuerbar ist.
Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 einen zylinderförmigen Patientenaufnahmebereich 14 zu einer Aufnahme eines Untersuchungsobjektes 15 auf, wobei der Patientenaufnahmebereich 14 in einer Umfangsrichtung von der Magneteinheit 17 und der Gradientenspuleneinheit 19 zylinderförmig umschlossen ist.
Das Untersuchungsobjekt 15 kann mittels einer Patientenlagerungsvorrichtung 16 des Magnetresonanzgeräts 11 in den Patientenaufnahmebereich 14 geschoben werden. Die Patientenlagerungsvorrichtung 16 weist hierzu einen Patiententisch auf, der bewegbar innerhalb des Magnetresonanzgeräts 11 angeordnet ist.
Des Weiteren weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Hochfrequenzantenneneinheit 20, welche im gezeigten Fall als lokale, flexibel positionierbare Körperspule ausgebildet ist, und eine Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 zu einer Anregung einer Polarisation, die sich in dem von der Magneteinheit 17 erzeugten Hauptmagnetfeld 18 einstellt, auf. Die Hochfrequenzantenneneinheit 20 wird von der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 angesteuert und strahlt hochfrequente Hochfrequenz-Pulse in einen Untersuchungsraum, der im Wesentlichen von dem Patientenaufnahmebereich 14 gebildet ist, ein.
Zu einer Steuerung des Magneteinheit 17, der Gradientenverstärkereinheit 28 und der Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Steuerungseinheit 24 auf. Die Steuerungseinheit 24 steuert zentral das Magnetresonanzgerät 11, wie beispielsweise das Durchführen von MR-Steuerungssequenzen. Zudem umfasst die Steuerungseinheit 24 eine nicht näher dargestellte Rekonstruktionseinheit zu einer Rekonstruktion von medizinischen Bilddaten, die während der Magnetresonanzuntersuchung erfasst werden. Das Magnetresonanzgerät 11 weist eine Anzeigeeinheit 25 auf. Steuerinformationen wie beispielsweise Steuerungsparameter, sowie rekonstruierte Bilddaten können auf der Anzeigeeinheit 25, beispielsweise auf zumindest einem Monitor, für einen Benutzer angezeigt werden. Zudem weist das Magnetresonanzgerät 11 eine Eingabeeinheit 26 auf, mittels derer Informationen und/oder Steuerungsparameter während eines Messvorgangs von einem Benutzer eingegeben werden können. Die Steuerungseinheit 24 kann die Gradientenverstärkereinheit 28 und/oder Hochfrequenzantennensteuereinheit 29 und/oder die Anzeigeeinheit 25 und/oder die Eingabeeinheit 26 umfassen.
Der Innenradius r_i beträgt typischerweise zwischen 22 cm und 38 cm, bevorzugt zwischen 25 cm und 35 cm, besonders bevorzugt zwischen 27 cm und 32 cm. Die Magnetlänge l_m beträgt typischerweise zwischen 70 cm und 110 cm, bevorzugt zwischen 80 cm und 100 cm, besonders bevorzugt zwischen 85 cm und 95 cm. Die räumliche Ausdehnung der ersten Form 51 und/oder der zweiten Form 52 parallel zur Zylinderachse z_m beträgt typischerweise zwischen 35 cm und 70 cm, bevorzugt zwischen 40 cm und 60 cm, besonders bevorzugt zwischen 45 cm und 55 cm.
Das dargestellte Magnetresonanzgerät 11 kann selbstverständlich weitere Komponenten umfassen, die Magnetresonanzgeräte 11 gewöhnlich aufweisen. Eine allgemeine Funktionsweise eines Magnetresonanzgeräts 11 ist zudem dem Fachmann bekannt, so dass auf eine detaillierte Beschreibung der weiteren Komponenten verzichtet wird.
2 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit 19 in einer schematischen Darstellung in einer zweiten Ansicht. Die zweite Ansicht ist orthogonal zur ersten Ansicht, insbesondere senkrecht zur Zylinderachse z_m. Die erste Form 51 umfassend die erste Leiterstruktur 41 weist gemäß dieser Ausführungsform ein Kreissegment als Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse z_m auf. Die Kreissehne der ersten Form 51 ist gemäß dieser Ausführungsform horizontal ausgerichtet und die erste Form 51 ist unterhalb der zweiten Form 52 angeordnet. Die zweite Form 52 umfassend die zweite Leiterstruktur 42 weist gemäß dieser Ausführungsform ein Kreissegment als Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse z_m auf, wobei eine Kontur des Querschnitts einen Kreisbogen mit dem Innenradius r_i aufweist und eine Kreissehne des Kreissegmentes in horizontaler Richtung ausgerichtet ist. Die Sagitta sag₁ der ersten Form 51 senkrecht zur Zylinderachse beträgt vorzugsweise zwischen 5cm und 20cm, besonders bevorzugt zwischen 10cm und 15cm. Die Sagitta sag₂ der zweiten Form 52 senkrecht zur Zylinderachse beträgt vorzugsweise zwischen 5cm und 20cm, besonders bevorzugt zwischen 10cm und 15cm.
3 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit 19 in einer schematischen Darstellung in der zweiten Ansicht. Die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit 19 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass die erste Form 51 eine größere Sagitta sag₁ senkrecht zur Zylinderachse aufweist als die zweite Form 52, welche eine Sagitta sag₂ aufweist.
4 zeigt eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit 19 in einer schematischen Darstellung in einer zweiten Ansicht. Die dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit 19 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass die zweite Form 52 einen sichelförmigen Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse aufweist.
5 zeigt ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät 11 in einer zweiten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung in einer ersten Ansicht. Die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgerätes 11 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform vorzugsweise in ihrer Größe, insbesondere hinsichtlich des Innenradius r_i und/oder der Magnetlänge l_m und/oder des Patientenaufnahmebereiches 14. Der Patientenaufnahmebereich 14 ist vorzugsweise zur Aufnahme des Kopfbereiches des Untersuchungsobjektes 15 anstelle des ganzen Körpers des Untersuchungsobjektes 15 ausgebildet. Der Innenradius r_i, insbesondere auch indirekt definierend den Patientenaufnahmebereich 14, ist typischerweise geringer als in der ersten Ausführungsform. Insbesondere ist der Patientenaufnahmebereich 14 vorzugsweise zur Aufnahme des Kopfes des Untersuchungsobjektes 15, anstelle dessen gesamten Körper, ausgebildet.
Der Innenradius r_i der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgerätes 11 beträgt typischerweise zwischen 18 cm und 35 cm, bevorzugt zwischen 20 cm und 31 cm, besonders bevorzugt zwischen 22 cm und 28 cm. Die Magnetlänge l_m beträgt typischerweise zwischen 40 cm und 90 cm, bevorzugt zwischen 50 cm und 80 cm, besonders bevorzugt zwischen 60 cm und 70 cm. Die räumliche Ausdehnung der ersten Form 51 und/oder der zweiten Form 52 parallel zur Zylinderachse z_m beträgt typischerweise zwischen 30 cm und 60 cm, bevorzugt zwischen 40 cm und 50 cm, besonders bevorzugt zwischen 42 cm und 48 cm.
Die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgerätes 11 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der von ihr umfassten Gradientenspuleneinheit 19. Die von der Gradientenspuleneinheit 19 umfasste erste Form 51 umfassend die erste Leiterstruktur 41 weist gemäß dieser Ausführungsform ein Kreissegment als Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse z_m auf. Die Kreissehne der ersten Form 51 ist gemäß dieser Ausführungsform vertikal ausgerichtet.
Die von der Gradientenspuleneinheit 19 umfasste zweite Form 52 umfassend die zweite Leiterstruktur 42 weist gemäß dieser Ausführungsform ein Kreissegment als Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse z_m auf. Die Kreissehne der zweiten Form 52 ist gemäß dieser Ausführungsform vertikal ausgerichtet. Eine Kontur des Querschnitts der ersten Form 51 und der zweiten Form 52 weist gemäß dieser Ausführungsform einen Kreisbogen mit dem Innenradius r_i auf.
Vorzugsweise weist die erste Form 51 parallel zur Zylinderachse eine längere Oberkante als Unterkante auf. Insbesondere kann eine Projektion der ersten Form 51 in einer zur Zylinderachse parallelen Ebene ein Trapez, insbesondere ein rechtwinkliges Trapez, darstellen. Weitere, in 1 dargestellte Merkmale, wie beispielsweise eine Hochfrequenzantenneneinheit 20, und allgemein für eine Funktionsweise eines Magnetresonanzgeräts 11 relevante, dem Fachmann allgemein bekannte weitere Komponenten weist typischerweise auch die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetresonanzgerätes 11 auf. Der Übersichtlichkeit halber wird auf eine detaillierte Beschreibung und Darstellung der weiteren Komponenten verzichtet.
6 zeigt eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit 19 in einer schematischen Darstellung in einer zweiten Ansicht. Die vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit 19 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass die Kreissehne der ersten Form 51 und die Kreissehne der zweiten Form 52 vertikal ausgerichtet sind. 5 kann die vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit 19 in erster Ansicht darstellen. Die vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit 19 kann aber auch derart ausgestaltet sein, dass eine Projektion der ersten Form 51 in einer zur Zylinderachse parallelen Ebene ein Rechteck darstellt.
7 zeigt ein erfindungsgemäßes Magnetresonanzgerät 11 in einer dritten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung in einer ersten Ansicht. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform des Magnetresonanzgerät 11 typischerweise darin, dass eine Projektion der ersten Form 51 in einer zur Zylinderachse z_m parallelen Ebene, insbesondere in einer vertikalen Ebene, an zumindest einer Seite zwischen Oberkante und Unterkante eine Krümmung aufweist, wobei die Oberkante vorzugsweise länger ist als die Unterkante. Ebenso weist eine Projektion der zweiten Form 52 in einer zur Zylinderachse z_m parallelen Ebene, insbesondere in einer vertikalen Ebene, an zumindest einer Seite zwischen Oberkante und Unterkante eine Krümmung auf, wobei die Oberkante vorzugsweise länger ist als die Unterkante.
8 zeigt eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gradientenspuleneinheit 19 in einer schematischen Darstellung in einer zweiten Ansicht. Die fünfte Ausführungsform der Gradientenspuleneinheit 19 unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform vorzugsweise darin, dass diese eine dritte Leiterstruktur 43 angeordnet innerhalb einer dritten Form 53 umfasst.
Die erste Leiterstruktur 41, die zweite Leiterstruktur 42 und die dritte Leiterstruktur 43 sind gemeinsam zu einer Erzeugung eines Magnetfeldgradienten in eine erste Richtung ausgebildet. Die dritte Form 53 weist ein Kreissegment als Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse z_m mit einer Kreissehne in horizontaler Richtung auf. Die Kontur des Kreissegmentes umfasst vorzugsweise einen Kreisbogen mit Innenradius r_i. Eine Überlappung der dritten Form 53 mit der ersten Form 51 und/oder der zweiten Form 52 kann vorliegen, wobei ein Überlappungsbereich bevorzugt weniger als 20%, besonders bevorzugt weniger als 10% der dritten Form 53 umfasst.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Gradientenspuleneinheit ausgebildet zur Einpassung in eine hohlzylindrische Magneteinheit aufweisend einen Innenradius und eine Magnetlänge entlang der Zylinderachse eines Magnetresonanzgerätes, umfassend eine erste Leiterstruktur angeordnet innerhalb einer ersten Form, eine zweite Leiterstruktur angeordnet innerhalb einer zweiten Form, wobei - die erste Leiterstruktur und die zweite Leiterstruktur gemeinsam zu einer Erzeugung eines Magnetfeldgradienten in eine erste Richtung ausgebildet sind, - die erste Form und die zweite Form disjunkt, einander gegenüberliegend und durch einen Hohlraum getrennt angeordnet sind, und - die erste Form ein Kreissegment als Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse aufweist.
Gradientenspuleneinheit nach Anspruch 1, wobei eine Kontur eines Querschnitts der zweiten Form senkrecht zur Zylinderachse einen Kreisbogen mit dem Innenradius aufweist.
Gradientenspuleneinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Kreissehne der ersten Form horizontal ausgerichtet und die erste Form unterhalb der zweiten Forma angeordnet ist.
Gradientenspuleneinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zweite Form ein Kreissegment als Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse mit einer Kreissehne in horizontaler Richtung aufweist.
Gradientenspuleneinheit nach Anspruch 4, wobei die erste Form eine größere Sagitta senkrecht zur Zylinderachse aufweist als die zweite Form.
Gradientenspuleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Form einen sichelförmigen Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse aufweist.
Gradientenspuleneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei eine Kreissehne der ersten Form vertikal ausgerichtet ist und die zweite Form ein Kreissegment als Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse mit einer Kreissehne in vertikaler Richtung aufweist.
Gradientenspuleneinheit nach Anspruch 7, wobei die erste Form parallel zur Zylinderachse eine längere Oberkante als Unterkante aufweist.
Gradientenspuleneinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei eine Projektion der ersten Form in einer zur Zylinderachse parallelen Ebene ein Trapez ist.
Gradientenspuleneinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei eine Projektion der ersten Form in einer zur Zylinderachse parallelen Ebene an zumindest einer Seite zwischen Oberkante und Unterkante eine Krümmung aufweist.
Gradientenspuleneinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 10, umfassend eine dritte Leiterstruktur angeordnet innerhalb einer dritten Form, wobei die erste Leiterstruktur, die zweite Leiterstruktur und die dritte Leiterstruktur gemeinsam zu einer Erzeugung eines Magnetfeldgradienten in eine erste Richtung ausgebildet sind und die dritte Form ein Kreissegment als Querschnitt senkrecht zur Zylinderachse mit einer Kreissehne in horizontaler Richtung aufweist.
Gradientenspuleneinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die räumliche Ausdehnung der ersten Form und/oder der zweiten Form parallel zur Zylinderachse kürzer als die Magnetlänge ist.
Gradientenspuleneinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gradientenspuleneinheit achsensymmetrisch zu einer Vertikalen einschließend die Zylinderachse ist.
Magnetresonanzgerät umfassend eine hohlzylindrische Magneteinheit aufweisend einen Innenradius und eine Magnetlänge entlang der Zylinderachse und eine Gradientenspuleneinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Gradientenspuleneinheit innerhalb des Innenradius der Magneteinheit angeordnet ist.