DE10219769B3

DE10219769B3 - Magnetresonanzgerät und mit Shimelementen bestückbare Trägervorrichtung

Info

Publication number: DE10219769B3
Application number: DE10219769A
Authority: DE
Inventors: Matthias Gebhardt; Norbert Gebhardt; Johann Schuster
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2002-05-02
Filing date: 2002-05-02
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-05-03
Also published as: US6867592B2; GB2393788A; US20030206018A1; CN1455267A

Abstract

Ein Magnetresonanzgerät umfasst einen Aufnahmeraum (120, 420) zum Aufnehmen wenigstens einer mit Shimelementen (160) bestückbaren Trägervorrichtung (150, 350, 450) und wenigstens eines Hohlkörpers (155, 156, 157, 355, 356, 357, 470) zum Leiten eines die Shimelemente (160) kühlenden Kühlmediums. Des Weiteren ist eine mit Shimelementen (160) bestückbare Trägervorrichtung (150, 350), wenigstens einen Hohlkörper (155, 156, 157, 355, 356, 357) zum Leiten eines die Shimelemente (160) kühlenden Kühlmediums bildend, ausgestaltet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetresonanzgerät und eine mit Shimelementen bestückbare Trägervorrichtung.
Die Magnetresonanztechnik ist eine bekannte Technik, unter anderem zum Gewinnen von Bildern eines Körperinneren eines Untersuchungsobjekts. Dabei werden in einem Magnetresonanzgerät einem statischen Grundmagnetfeld, das von einem Grundfeldmagneten erzeugt wird, schnell geschaltete Gradientenfelder überlagert, die von einem Gradientenspulensystem erzeugt werden. Ferner umfasst das Magnetresonanzgerät ein Hochfrequenzsystem, das zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen Hochfrequenzsignale in das Untersuchungsobjekt einstrahlt und die ausgelösten Magnetresonanzsignale aufnimmt, auf deren Basis Magnetresonanzbilder erstellt werden.
Dabei ist eine hohe Homogenität des Grundmagnetfeldes ein entscheidender Faktor für die Qualität der Magnetresonanzbilder. Inhomogenitäten des Grundmagnetfeldes innerhalb eines Homogenitätsvolumens des Magnetresonanzgeräts führen zu erheblichen Beeinträchtigungen vorgenannter Qualität. Zum Verbessern der Grundmagnetfeldhomogenität innerhalb des Homogenitätsvolumens werden deswegen sogenannte Shimsysteme eingesetzt. Dabei unterscheidet man passive und aktive Shimsysteme. Bei einem passiven Shimsystem wird eine Anzahl von Elementen aus einem magnetischen Material, insbesondere einer ferromagnetischen Eisenlegierung, im Untersuchungsraum des Magnetresonanzgeräts in einer geeigneten Anordnung angebracht. Dazu wird das Grundmagnetfeld innerhalb des Homogenitätsvolumens vor dem Anbringen der Elemente vermessen. Aus den gemessenen Werten ermittelt ein Rechenprogramm die geeignete Anzahl und Anordnung der Elemente.

In der US 5,786,695 A ist ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiges Magnetresonanzgerät mit einem im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Gradientenspulensystem beschrieben. Dabei weist das Gradientenspulensystem zwischen den Gradientenspulen auf der einen Seite und den zugehörigen Abschirmspulen auf der anderen Seite einen im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Aufnahmeraum für mit Shimelementen bestückbare Trägervorrichtungen auf. Die Trägervorrichtungen weisen in etwa eine Längsausdehnung des Gradientenspulensystems auf und sind in Umfangsrichtung des Gradientenspulensystems gleichverteilt am abschirmspulenseitigen Teil des Gradientenspulensystems befestigt. Da für eine gleichbleibende Genauigkeit einer Shimwirkung eine gleichbleibende Temperatur der Shimelemente wichtig ist, sind die Trägervorrichtungen wie folgt gestaltet: Die Trägervorrichtungen weisen zum abschirmspulenseitigen Teil der Gradientenspule hin zwei in Längsrichtung durchlaufende Stege auf, so dass, begrenzt durch die Stege, den abschirmspulenseitigen Teil des Gradientenspulensystems und der eigentlichen Trägervorrichtung, sich in Längsrichtung erstreckend, zylinderförmige Hohlräume ergeben. Durch diese Hohlräume kann für Kühlzwecke Luft geblasen werden. Dadurch ist unter anderem im Gradientenspulensystem erzeugte Wärme gut von den Shimelementen wegführbar.

Aus der JP 08 215 168 A ist ein Magnetresonanzgerät mit einem hohlzylinderförmigen Grundfeldmagneten bekannt, wobei am inneren Zylindermantel des Hohlzylinders longitudinal ausgedehnte Shimträgerplatten befestigbar sind. Dabei sind auf den Shimträgerplatten Shimelemente zusammen mit einer Heizung und mit einem Temperatursensor angeordnet. Die Heizung und der Temperatursensor sind dabei mit einer Regelvorrichtung verbunden, wobei die Regelvorrichtung die Heizung zum Heizen mit einem entsprechenden elektrischen Strom versorgt.

Aus der DE 197 22 211 A1 ist ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiges, gießharzvergossenes Gradientenspulensystem mit einer Kühleineinheit bekannt, bei der in einer zylindermantelförmi gen Ebene des Gradientenspulensystems Kühlmittelkanäle angeordnet sind.

Aus der DE 198 35 414 A1 ist ein Gradientenspulensystem mit einer indirekten Kühlung durch in das Gradientenspulensystem eingebettete, von einem Kühlmittel durchströmte Kühlleitungen bekannt, wobei Kühlleitungen in Zwischenräume einer Leiterstruktur einer Spulenlage zur Kühlung einer weiteren Leiterstruktur in einer darunter- und/oder darüberliegenden weiteren Spulenlage integriert sind.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Magnetresonanzgerät und eine mit Shimelementen bestückbare Trägervorrichtung zu schaffen, so dass eine hohe Temperaturstabilität der Shimelemente erzielbar ist.

Die Aufgabe wird hinsichtlich des Magnetresonanzgeräts durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Trägervorrichtung durch den Gegenstand des Anspruchs 20 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Gemäß Anspruch 1 umfasst ein Magnetresonanzgerät einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen wenigstens einer mit Shimelementen bestückbaren Trägervorrichtung und wenigstens eines Hohlkörpers zum Leiten eines die Shimelemente kühlenden Kühlmediums. Des Weiteren ist gemäß Anspruch 20 eine mit Shimelementen bestückbare Trägervorrichtung wenigstens einen Hohlkörper zum Leiten eines die Shimelemente kühlenden Kühlmediums bildendend ausgestaltet.

Dadurch, kann ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmedium allseitig möglichst nahe an den Shimelementen geführt werden, womit eine große Wärmeabfuhr und darüber eine hohe Temperaturstabilität der Shimelemente erzielbar ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Dabei zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen oberen Bereich eines Magnetresonanzgeräts,
2 als Querschnitt durch die Mitte des Magnetresonanzgeräts zur 1 zugehörig einen Sektor des oberen Bereichs,
3 einen Querschnitt durch eine mit Shimelementen bestückte Trägervorrichtung,
4 einen Längsschnitt durch einen oberen Bereich eines weiteren Magnetresonanzgeräts und
5 als Querschnitt durch die Mitte des weiteren Magnetresonanzgeräts zur 4 zugehörig einen Sektor des oberen Bereichs.
Die 1 zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Längsschnitt durch einen oberen Bereich eines Magnetresonanzgeräts. Zur 1 zugehörig zeigt die 2 als Querschnitt durch die Mitte des Magnetresonanzgeräts einen Sektor des oberen Bereichs. Dabei umfasst das Magnetresonanz gerät einen im Wesentlichen hohlzylinderförmigen, supraleitenden Grundfeldmagneten 105, mit dem wenigstens in einem, in der Höhlung des Grundfeldmagneten 105 angeordneten Abbildungsvolumen ein möglichst homogenes statisches Grundmagnetfeld erzeugbar ist. In der Höhlung des Grundfeldmagneten 105 ist ein ebenfalls im Wesentlichen hohlzylinderförmiges Gradientenspulensystem 110 angeordnet, mit dem innerhalb des Abbildungsvolumens schnell schaltbare Gradientenfelder erzeugbar sind. In der Höhlung des Gradientenspulensystems 110 ist eine ebenfalls im Wesentlichen hohlzylinderförmige Antenne 115 angeordnet, mit der in ein, im Abbildungsvolumen gelagertes Untersuchungsobjekt zum Auslösen von Magnetresonanzsignalen Hochfrequenzsignale eingestrahlt und die ausgelösten Magnetresonanzsignale aufgenommen werden können, auf deren Basis Magnetresonanzbilder erstellbar sind.
Unter anderem zum Aufnehmen von mit Shimelementen 160 bestückbaren Trägervorrichtungen 150 umfasst das Gradientenspulensystem 110 in Umfangsrichtung des Gradientenspulensystems 110 verteilte, voneinander getrennte, zylinderförmige Aufnahmeräume 120, die das Gradientenspulensystem 110 in longitudinaler Richtung vollständig durchsetzen und bezüglich der Hohlzylinderhauptachse radial gleich beabstandet sind. Einer dieser Aufnahmeräume 120 mit rechteckförmigem Querschnitt ist in 1 längsgeschnitten dargestellt. In die Aufnahmeräume 120 sind mit Shimelementen 160 bestückte Trägervorrichtungen 150 eingebracht. Die 1 zeigt eine dieser Trägervorrichtungen 150 in ihrer Mitte längsgeschnitten. Die einzelnen Shimelemente 160 sind durch ein Verkleben oder Verschrauben auf den Trägervorrichtungen 150 befestigt. Die Trägervorrichtungen 150 aus einem gut wärmeleitfähigen Kunststoff sind dabei zum Bilden jeweils dreier, in longitudinaler Richtung vollständig durchlaufender Hohlkörper 155, 156, 157 ausgestaltet.
Die Aufnahmeräume 120 sind an beiden Enden mit jeweils einer Endkappe 130 und 140 verschlossen, wobei die Endkappen 130 und 140 wenigstens Öffnungen 135, 138, 145 und 148 aufweisen. Die Öffnungen 135 und 145 der Endkappen 130 und 140 bilden dabei eine unmittelbare Verlängerung des Hohlkörpers 155, wohingegen die anderen Öffnungen 138 und 148 je Aufnahmeraum 120 einen sich zwischen den Oberflächen der Shimelemente 160 und der Trägervorrichtung 150 auf der einen Seite und der Oberfläche des Aufnahmeraums 120 auf der anderen Seite ergebenden Hohlraum erschließen. Zum Durchleiten eines bei Raumtemperatur flüssigen oder gasförmigen Kühlmediums durch den Hohlraum und die Hohlkörper 155, 156 und 157 sind an die Öffnungen 135, 138, 145 und 148 entsprechende Einrichtungen anschließbar. Mit dem Durchleiten des Kühlmediums können die Shimelemente 160 unabhängig vom jeweiligen bildgebungsbedingten Betriebszustand des Magnetresonanzgeräts auf einen in etwa konstanten Temperaturwert gehalten werden, so dass die grundmagnetfeldhomogenisierende Wirkung der Shimelemente 160 unabhängig vom jeweiligen bildgebungsbedingten Betriebszustand gleichbleibend gehalten werden kann. Insbesondere können Verschlechterungen der Grundmagnetfeldhomogenität infolge einer Erwärmung der Shimelemente 160 vermieden werden.
Die 3 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung einen Querschnitt durch eine weitere, mit Shimelementen 160 bestückte Trägervorrichtung 350, die gegenüber den Trägervorrichtungen 150 der 1 und 2 aus einer kastenförmigen Grundeinheit 351 mit einem Deckel 352 ausgebildet ist. Dabei sind die Bodenplatte und die beiden Wände der kastenartigen Grundeinheit 351 zum Durchleiten eines Kühlmediums die Hohlkörper 355, 356 und 357 bildend ausgestaltet. Die Trägervorrichtung 350 der 3 ist mit entsprechend angepassten Endkappen entsprechend den Trägervorrichtungen 150 der 1 und 2 zu verwenden.
Die 4 zeigt als ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung wiederum einen Längsschnitt durch einen oberen Bereich eines weiteren Magnetresonanzgeräts. Zur 4 zugehörig zeigt dabei die 5 als Querschnitt durch die Mitte des weiteren Magnetresonanzgeräts einen Sektor des oberen Bereichs. Dabei ist im Gegensatz zum Magnetresonanzgerät der 1 und 2 zwischen einem im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Grundfeldmagneten 405 und einem in der Höhlung des Grundfeldmagneten 405 angeordneten, ebenfalls im Wesentlichen hohlzylinderförmigen Gradientenspulensystem 410 ein im Wesentlichen hohlzylinderförmiger Freiraum verbleibend, der als Aufnahmeraum 420 für mit Shimelementen 160 bestückte Trägervorrichtungen 450 genutzt wird. Dabei ist in 4 eine der Trägervorrichtungen 450 längsgeschnitten dargestellt. In dem Aufnahmeraum 420 sind am Gradientenspulensystem 410, in Umfangsrichtung des Gradientenspulensystems 410 verteilt, sich in longitudinaler Richtung erstreckende, röhrenartige Hohlkörper 470 fest eingebaut. Einer dieser Hohlkörper 470 ist in der 4 längsgeschnitten dargestellt. Die Hohlkörper 470 weisen dabei insbesondere in ihren mittleren Bereichen eine Reihe seitlicher Auslassöffnungen 475 auf und sind an einem Ende mit Blindstopfen 479 gasdicht verschlossen.
Der hohlzylinderförmige Aufnahmeraum 420 ist an seinen Stirnseiten mit Endringen 430 und 440 gasdicht geschlossen. Dabei weist der Endring 430 Öffnungen 435 auf, um insbesondere ein bei Raumtemperatur gasförmiges Kühlmedium, insbesondere Luft, in die röhrenartigen Hohlkörper 470 einblasen zu können. Weiterhin weist der Endring 430 weitere Öffnungen 436 auf, über die das Kühlmedium zusätzlich in den von den rohrartigen Hohlkörpern 470 und den mit Shimelementen 160 bestückten Trägervorrichtungen 450 frei gelassenen Aufnahmeraum 420 eingeblasen werden kann. Der Endring 440 ist dabei derart mit Öffnungen 446 versehen, dass das eingeblasene Kühlmedium wieder entsprechend entweichen kann. Insbesondere durch die mit seitlichen Auslassöffnungen 475 versehenen rohrartigen Hohlkörper 470 ist eine gleichmäßige Einbringung des Kühlmediums in den gesamten freibleibenden Aufnahmeraum 420 und somit eine gleichmäßige Kühlung aller Shimelemente 160 möglich. Dies ist insbesondere dann von großem Vorteil, wenn technisch und/oder wirtschaftlich bedingt durch die Endringe 430 und 440, nur eine unvollkommene Dichtigkeit des Aufnahmeraumes 420 erzielt wird und somit ein alleiniges Beblasen über die Öffnungen 436 zu Kühlzwecken problematisch ist.

Claims

Magnetresonanzgerät, beinhaltend folgende Merkmale: – Ein Gradientenspulensystem (110, 410), das im Wesentlichen die Form eines Hohlzylinders aufweist, – wenigstens ein Aufnahmeraum (120, 420), der sich in Richtung einer Hauptachse des Hohlzylinders erstreckt und wenigstens eine Längsausdehnung in etwa der des Gradientenspulensystems (110, 410) aufweist, – wenigstens eine Trägervorrichtung (150, 350, 450), die in den Aufnahmeraum (120, 420) einbringbar und mit Shimelementen (160) bestückbar ist und – wenigstens ein Hohlkörper (155, 156, 157, 355, 356, 357, 470) zum Leiten eines die Shimelemente (160) kühlenden Kühlmediums, der im Aufnahmeraum (120, 420) anordenbar ist und der sich mit wenigstens einer Längsausdehnung in etwa der des Gradientenspulensystems (110, 410) entlang der Richtung der Hauptachse erstreckt.
Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1, wobei der Hohlkörper (470) im Aufnahmeraum (420) fest eingebaut ist.
Magnetresonanzgerät nach Anspruch 2, wobei der Hohlkörper (470) an einem Längsende verschlossen ist und seitliche Auslassöffnungen (475) für das Kühlmedium aufweist.
Magnetresonanzgerät nach Anspruch 3, wobei die Auslassöffnungen (475) über die Länge verteilt angeordnet sind.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Hohlkörper (470) aus einem korrosionsbeständigen Edelstahl und/oder Messing ausgebildet ist.
Magnetresonanzgerät nach Anspruch 1, wobei der Hohlkörper (155, 156, 157, 355, 356, 357) mit der Trägervorrichtung (150, 350) eine bauliche Einheit bildet.
Magnetresonanzgerät nach Anspruch 6, wobei der Hohlkörper (155, 156, 157, 355, 356, 357) derart ausgebildet ist, dass er möglichst nahe den Shimelementen (160) verläuft.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Trägervorrichtung (150, 350, 450) aus einem gut wärmeleitfähigen Kunststoff ausgebildet ist.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Hohlkörper (155, 156, 157, 355, 356, 357, 470 ) zur Trägervorrichtung (150, 350, 450) parallel verlaufend angeordnet ist.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Hohlkörper (155, 156, 157, 355, 356, 357, 470) rohrartig mit einem kreisförmigen oder ovalen Querschnitt ausgebildet ist.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Trägervorrichtung (150, 350, 450) in etwa eine Längsausdehnung des zugehörigen Aufnahmeraums (120, 420) aufweist.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Aufnahmeraum (120, 420) durch eine Oberfläche des Gradientenspulensystems (110, 410), einer Antennenvorrichtung (115) und/oder eines Grundfeldmagneten (105, 405) des Magnetresonanzgeräts begrenzt ist.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Gradientenspulensystem (110) mehrere zylinderförmige, das Gradientenspulensystem (110) in Längsrichtung durchsetzende Aufnahmeräume (120) zum Aufnehmen je einer Trägervorrichtung (150, 350) mit Hohlkörpern (155, 156, 157, 355, 356, 357) aufweist.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei zwischen dem Gradientenspulensystem (410) und einem Grundfeldmagneten (405) des Magnetresonanzgeräts ein hohlzylinderförmiger Aufnahmeraum (420) zum Aufnehmen mehrerer Trägervorrichtungen (450) und Hohlkörper (470) ausgebildet ist.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Aufnahmeräume (120, 420), die Trägervorrichtungen (150, 350, 450) und die Hohlkörper (155, 156, 157, 355, 356, 357, 470) in etwa eine Längsausdehnung eines Grundfeldmagneten (105, 405) des Magnetresonanzgeräts aufweisen.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Aufnahmeraum (120, 420) derart verschließbar ist, dass der Aufnahmeraum (120, 420) als weiterer Hohlkörper zum Leiten eines Kühlmediums verwendbar ist.
Magnetresonanzgerät nach Anspruch 16, wobei Öffnungen des Aufnahmeraums (120, 420) mit Endkappen (130, 140, 430, 440), die ein Zu- und Abführen des Kühlmediums ermöglichen, verschließbar sind.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Kühlmedium ein bei Raumtemperatur gasförmiges Kühlmedium, insbesondere Luft, ist.
Magnetresonanzgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Kühlmedium ein bei Raumtemperatur flüssiges Kühlmedium, insbesondere Wasser, ist.
Eine mit Shimelementen (160) bestückbare Trägervorrichtung (150, 350), wobei die Trägervorrichtung (150, 350) wenigstens einen Hohlkörper (155, 156, 157, 355, 356, 357) zum Leiten eines die Shimelemente (160) kühlenden Kühlmediums bildendend ausgestaltet ist.
Trägervorrichtung (150, 350) nach Anspruch 20, wobei der Hohlkörper (155, 156, 157, 355, 356, 357) derart angeordnet ist, dass er möglichst nahe den Shimelementen (160) verläuft.
Trägervorrichtung (150, 350) nach einem der Ansprüche 20 oder 21, wobei die Trägervorrichtung (150, 350) aus einem gut wärmeleitfähigen Kunststoff ausgebildet ist.